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JP2005279856A - Robot - Google Patents

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Publication number
JP2005279856A
JP2005279856A JP2004097953A JP2004097953A JP2005279856A JP 2005279856 A JP2005279856 A JP 2005279856A JP 2004097953 A JP2004097953 A JP 2004097953A JP 2004097953 A JP2004097953 A JP 2004097953A JP 2005279856 A JP2005279856 A JP 2005279856A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
robot
actuator
joint
arm
output shaft
Prior art date
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Pending
Application number
JP2004097953A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiyuki Nakamura
俊幸 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Victor Company of Japan Ltd
Original Assignee
Victor Company of Japan Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Victor Company of Japan Ltd filed Critical Victor Company of Japan Ltd
Priority to JP2004097953A priority Critical patent/JP2005279856A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a robot which secures sufficient space in a head section so as to cope with driving of a robot neck joint, shortens a longitudinal dimension of a roll shaft so as to cope with driving of a robot shoulder joint, and collectively drives two or more finger sections while imparting variations to the finger sections, at the time of driving of the robot finger sections. <P>SOLUTION: The robot (1A) is formed of a body section (2), and the head section (3) connected to the body section (2) via the neck joint having at least two degrees of freedom. The body section (2) has two sets of actuators (10, 20) arranged therein so as to be opposed to each other, and driving gears (31, 32) attached to output shafts of the respective actuators (10, 20), and driven gears (33, 34) opposed to each other and in mesh with the respective driving gears (31, 32) cooperatively constitute a gear mechanism (30). Then an output shaft (35) having both the driven gears (33, 34) of the gear mechanism (30) attached thereto, forms a pitch axis and a yawing axis of the neck joint. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば脚式移動ロボットに適用して好適なロボットに関するものである。   The present invention relates to a robot suitable for application to, for example, a legged mobile robot.

従来の脚式移動ロボットにおいて、胴体部に対して頭部を支持する首関節の駆動に関しては、ピッチ軸、ヨー軸の2軸をそれぞれ独立したアクチュエータで駆動するものや、ピッチ軸、ロール軸、ヨー軸の3軸をそれぞれ独立したアクチュエータで駆動するものなどがあった(例えば、特許文献2参照)。   In the conventional legged mobile robot, the neck joint that supports the head with respect to the body is driven by two independent actuators, the pitch axis and the yaw axis, the pitch axis, the roll axis, In some cases, the three yaw axes are driven by independent actuators (see, for example, Patent Document 2).

また、従来の脚式移動ロボットにおいて、胴体部に対して腕部を支持する肩関節の駆動に関しては、ロボットが脱力した状態において直交する2軸ないし3軸について、これらの各軸をそれぞれ独立したアクチュエータで駆動していた(例えば、特許文献3参照)。   Further, in the conventional legged mobile robot, regarding the driving of the shoulder joint that supports the arm part with respect to the body part, each of these axes is independent for two to three axes orthogonal to each other when the robot is weakened. It was driven by an actuator (see, for example, Patent Document 3).

また、従来の脚式移動ロボットにおいて、指動作を表現する方法として、多重リンクで構成され一方向に付勢された指部を数本もち、各指部をワイヤで湾曲駆動するタイプのものがあった(例えば、特許文献4参照)。
特開平5−237776号公報 特開2003−200366号公報 特開2002−154076号公報 特開2003−266357号公報
In addition, in a conventional legged mobile robot, as a method of expressing a finger motion, there is a type in which there are several finger parts configured by multiple links and biased in one direction, and each finger part is driven to bend with a wire. (For example, see Patent Document 4).
Japanese Patent Laid-Open No. 5-237776 JP 2003-200366 A JP 2002-154076 A JP 2003-266357 A

しかしながら、例えば、特許文献2に記載されたような従来のものは、各関節軸をそれぞれ駆動するアクチュエータ(モータおよび減速機構)のうち、少なくとも1組のアクチュエータが頭部内に収納されていたため、例えば小型のロボットにおいて、頭部内に各種のセンサ類を収納するスペースが不足してしまうという問題があった。   However, for example, in the conventional one described in Patent Document 2, among the actuators (motors and deceleration mechanisms) that drive each joint shaft, at least one set of actuators is housed in the head. For example, in a small robot, there is a problem that a space for storing various sensors in the head is insufficient.

また、例えば、特許文献3に記載されたような従来のものは、ロボットの脱力状態においてロール軸となる関節を駆動するアクチュエータ(モータおよび減速機構)が、関節軸線上に設置されているため、ロール軸関節(人間でいうと肩にあたる部分)が前後方向に長くなり、見た目がいかにもロボット的になってしまっていた。   Further, for example, in the conventional one described in Patent Document 3, an actuator (motor and deceleration mechanism) that drives a joint serving as a roll shaft in the state of weakness of the robot is installed on the joint axis. The roll axis joint (the part that corresponds to the shoulder in humans) became longer in the front-rear direction, making it look like a robot.

とくに小型のロボットでは、アクチュエータの軸線方向の寸法短縮に限界があることから、この傾向が顕著であるという問題があった。   In particular, a small robot has a problem that this tendency is conspicuous because there is a limit to shortening the dimension of the actuator in the axial direction.

また、例えば、特許文献4に記載されたような従来のものは、各指部をそれぞれ独立したアクチュエータで駆動するため、自由な表現ができるものの、構造が複雑で大型化することが避けられず、一方、各指部を一括駆動するものの場合は、動作が単純化してしまうことが避けられないという問題があった。   In addition, for example, the conventional one described in Patent Document 4 can be freely expressed because each finger portion is driven by an independent actuator, but it is inevitable that the structure is complicated and large. On the other hand, in the case where the fingers are driven collectively, there is a problem that the operation is inevitably simplified.

そこで、本発明が解決しようとする課題は、ロボットの首関節の駆動に関しては、頭部内に充分なスペースを確保できるようにし、また、ロボットの肩関節の駆動に関しては、ロール軸の前後方向寸法を短縮できるようにし、また、ロボットの指部の駆動に関しては、2本以上の指部を一括駆動しながら指部の動きに変化をもたせることのできるロボットを提供することにある。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is to ensure a sufficient space in the head for driving the neck joint of the robot, and for the driving of the shoulder joint of the robot, the roll shaft longitudinal direction It is an object of the present invention to provide a robot capable of shortening dimensions and driving a finger part of a robot so that the movement of the finger part can be changed while collectively driving two or more finger parts.

本発明は上記課題を解決するものであって、請求項1に係る発明は、胴体部と、この胴体部に少なくとも2自由度の首関節を介して連結された頭部とを備えたロボットであって、前記胴体部内に2組のアクチュエータを対向配置して、前記両アクチュエータの出力軸に取り付けた互いに対向する駆動歯車と、この両駆動歯車と噛合する互いに対向した従動歯車とで歯車機構を構成し、前記歯車機構の前記両従動歯車を取り付けた出力軸によって前記首関節のピッチ軸およびヨー軸を構成したロボットである。   The present invention solves the above-mentioned problems, and the invention according to claim 1 is a robot including a body part and a head part connected to the body part via a neck joint having at least two degrees of freedom. In the body portion, two sets of actuators are arranged to face each other, and a gear mechanism is composed of mutually facing drive gears attached to the output shafts of both actuators and mutually opposed driven gears meshing with these drive gears. And a pitch axis and a yaw axis of the neck joint configured by an output shaft to which the driven gears of the gear mechanism are attached.

請求項2に係る発明は、胴体部と、この胴体部に3自由度の肩関節を介して連結された腕部とを備えたロボットであって、前記腕部内に、前記肩関節のヨー軸用アクチュエータおよびロール軸用アクチュエータを平行に配置し、前記ロール軸用アクチュエータの出力軸を方向変換してロール軸部材に伝達する構成としたロボットである。   The invention according to claim 2 is a robot including a body part and an arm part connected to the body part via a shoulder joint having three degrees of freedom, and the yaw axis of the shoulder joint is provided in the arm part. And a roll shaft actuator arranged in parallel, and the direction of the output shaft of the roll shaft actuator is changed and transmitted to the roll shaft member.

請求項3に係る発明は、腕部と、この腕部の先に支軸を介して回動可能に連結された2本以上の指部とを備えたロボットであって、前記腕部内に配置したアクチュエータの出力軸に、前記各指部と個別に係合して前記出力軸の回転に応じて各指部を個別に回動させる2個以上の駆動部を有する駆動部材を設置したロボットである。   The invention according to claim 3 is a robot including an arm portion and two or more finger portions rotatably connected to the tip of the arm portion via a support shaft, and is arranged in the arm portion. A robot in which a drive member having two or more drive units that individually engage with each finger unit and individually rotate each finger unit according to the rotation of the output shaft is installed on the output shaft of the actuator. is there.

請求項4に係る発明は、リンク機構を繋ぐ関節と、前記関節を駆動するアクチュエータと、前記関節の角度を測定する角度測定手段または前記アクチュエータの角速度を測定する角速度測定手段とを備え、前記角度測定手段または前記角速度測定手段の出力値が、前記関節の目標角度または前記アクチュエータの目標角速度に追従するように前記アクチュエータの制御値が決定されるロボットであって、前記角度測定手段から得られる前記関節の角速度と前記アクチュエータの制御値とに基づいて、前記関節で出力されるトルクを推定する構成としたロボットである。   The invention according to claim 4 includes a joint that links the link mechanism, an actuator that drives the joint, an angle measuring unit that measures an angle of the joint, or an angular velocity measuring unit that measures the angular velocity of the actuator. A robot in which a control value of the actuator is determined so that an output value of the measuring unit or the angular velocity measuring unit follows a target angle of the joint or a target angular velocity of the actuator, and is obtained from the angle measuring unit The robot is configured to estimate a torque output from the joint based on an angular velocity of the joint and a control value of the actuator.

本発明は以上のように、胴体部と、この胴体部に少なくとも2自由度の首関節を介して連結された頭部とを備えたロボットであって、前記胴体部内に2組のアクチュエータを対向配置して、前記両アクチュエータの出力軸に取り付けた互いに対向する駆動歯車と、この両駆動歯車と噛合する互いに対向した従動歯車とで歯車機構を構成し、前記歯車機構の前記両従動歯車を取り付けた出力軸によって前記首関節のピッチ軸およびヨー軸を構成したので、首関節のピッチ軸およびヨー軸を駆動するアクチュエータを胴体部内に収納することで、頭部内に充分なスペースを確保することができ、そのため、頭部の軽量化によって制御性を向上させたり、頭部内に各種のセンサ類を収納することできめ細かい制御が可能になるなどの効果がある。   As described above, the present invention is a robot including a body portion and a head portion connected to the body portion through a neck joint having at least two degrees of freedom, and two sets of actuators are opposed to each other in the body portion. The gear mechanism is constituted by the mutually facing drive gears mounted on the output shafts of the two actuators and the driven gears facing each other and meshed with the two drive gears, and the both driven gears of the gear mechanism are attached. Since the pitch axis and yaw axis of the neck joint are constituted by the output shaft, the actuator for driving the pitch axis and yaw axis of the neck joint is accommodated in the body part, so that a sufficient space in the head is secured. Therefore, the controllability can be improved by reducing the weight of the head, and various sensors can be housed in the head, thereby enabling fine control.

また、本発明は、胴体部と、この胴体部に3自由度の肩関節を介して連結された腕部とを備えたロボットであって、前記腕部内に、前記肩関節のヨー軸用アクチュエータおよびロール軸用アクチュエータを平行に配置し、前記ロール軸用アクチュエータの出力軸を方向変換してロール軸部材に伝達する構成としたので、ロール軸の前後方向寸法を短縮することができ、そのため、ロボットの肩部のデザインを自然な形状におさめることができるなどの効果がある。   Further, the present invention is a robot including a body part and an arm part connected to the body part via a shoulder joint having three degrees of freedom, and the yaw axis actuator for the shoulder joint is provided in the arm part. Since the roll shaft actuator is arranged in parallel, the direction of the output shaft of the roll shaft actuator is changed and transmitted to the roll shaft member, the longitudinal dimension of the roll shaft can be shortened. The effect is that the design of the robot's shoulder can be reduced to a natural shape.

また、本発明は、腕部と、この腕部の先に支軸を介して回動可能に連結された2本以上の指部とを備えたロボットであって、前記腕部内に配置したアクチュエータの出力軸に、前記各指部と個別に係合して前記出力軸の回転に応じて各指部を個別に回動させる2個以上の駆動部を有する駆動部材を設置した構成としたので、腕部に連結されたすべての指部を単一のアクチュエータで駆動することができ、そのため、小型化に適していることに加えて、単純な動きではない変化をもたせた指部の動きを実現することができるなどの効果がある。   Further, the present invention is a robot including an arm portion and two or more finger portions rotatably connected to the tip of the arm portion via a support shaft, the actuator being arranged in the arm portion Since the output member is provided with a drive member having two or more drive portions that individually engage with each finger portion and individually rotate each finger portion according to the rotation of the output shaft. All the fingers connected to the arm can be driven by a single actuator, so that in addition to being suitable for miniaturization, the movement of the fingers with changes that are not simple movements There is an effect that can be realized.

さらに、本発明は、リンク機構を繋ぐ関節と、前記関節を駆動するアクチュエータと、前記関節の角度を測定する角度測定手段または前記アクチュエータの角速度を測定する角速度測定手段とを備え、前記角度測定手段または前記角速度測定手段の出力値が、前記関節の目標角度または前記アクチュエータの目標角速度に追従するように前記アクチュエータの制御値が決定されるロボットであって、前記角度測定手段から得られる前記関節の角速度と前記アクチュエータの制御値とに基づいて、前記関節で出力されるトルクを推定する構成としたので、外力を直接検出するための感圧センサ、力覚センサなどを用いることなく、また、アクチュエータの負荷を知るために電流値を測定したりすることなく、外力をソフトウェア的に推定することが可能になり、その結果、ロボットの軽量化、低価格化に寄与することができるなどの効果がある。   Furthermore, the present invention includes a joint that connects a link mechanism, an actuator that drives the joint, an angle measuring unit that measures an angle of the joint, or an angular velocity measuring unit that measures an angular velocity of the actuator, and the angle measuring unit Or a robot in which the control value of the actuator is determined so that the output value of the angular velocity measuring means follows the target angle of the joint or the target angular velocity of the actuator, and the joint is obtained from the angle measuring means. Since the torque output from the joint is estimated based on the angular velocity and the control value of the actuator, the actuator can be used without using a pressure sensor, a force sensor, or the like for directly detecting an external force. The external force is estimated by software without measuring the current value to know the load of Allows, as a result, weight reduction of the robot, such an effect can contribute to cost reduction.

本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明のロボットの第1の実施形態を示す概略的構成図であり、このロボット1Aは、胴体部2と、この胴体部2に少なくとも2自由度の首関節を介して連結された頭部3とを備える。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a robot according to the present invention. The robot 1A is connected to a body 2 and the body 2 via a neck joint having at least two degrees of freedom. The head 3 is provided.

胴体部2内(人間でいうと鎖骨にあたる部分)には、2組のアクチュエータ10,20を対向配置してある。   Two sets of actuators 10 and 20 are arranged to face each other in the body part 2 (part corresponding to a clavicle in humans).

アクチュエータ10は、モータ11と減速機12で構成され、アクチュエータ10の出力軸(すなわち減速機12の出力軸)には、駆動歯車(ベベルギア)31が固定されている。   The actuator 10 includes a motor 11 and a speed reducer 12, and a drive gear (bevel gear) 31 is fixed to the output shaft of the actuator 10 (that is, the output shaft of the speed reducer 12).

同様に、アクチュエータ20は、モータ21と減速機22で構成され、アクチュエータ20の出力軸(すなわち減速機22の出力軸)には、駆動歯車(ベベルギア)32が固定されている。   Similarly, the actuator 20 includes a motor 21 and a speed reducer 22, and a drive gear (bevel gear) 32 is fixed to the output shaft of the actuator 20 (that is, the output shaft of the speed reducer 22).

両駆動歯車(ベベルギア)31,32は、この両駆動歯車31,32と噛合する互いに対向した従動歯車(ベベルギア)33,34とで歯車機構30を構成している。   Both drive gears (bevel gears) 31 and 32 constitute a gear mechanism 30 with driven gears (bevel gears) 33 and 34 facing each other and meshing with both drive gears 31 and 32.

両従動歯車(ベベルギア)33,34のうち、いずれか一方の従動歯車(例えばベベルギア33)は、歯車機構30の出力軸35に固定され、他方の従動歯車(例えばベベルギア34)は、出力軸35のまわりに回転可能に取り付けられている。   One of the driven gears (bevel gear) 33, 34 is fixed to the output shaft 35 of the gear mechanism 30, and the other driven gear (for example bevel gear 34) is the output shaft 35. It is attached to be rotatable around.

そして、歯車機構30の出力軸35の先に頭部3が取り付けられ、この出力軸35がロボット1Aの首関節のピッチ軸およびヨー軸を構成している。   The head 3 is attached to the tip of the output shaft 35 of the gear mechanism 30, and this output shaft 35 constitutes the pitch axis and yaw axis of the neck joint of the robot 1A.

上記のように構成されたロボット1Aは、両アクチュエータ10,20が、歯車機構30の駆動歯車(ベベルギア)31,32をその共通軸線のまわりに同一方向に回動させるときは、それに連動して従動歯車(ベベルギア)33,34が姿勢を変えることで、出力軸35が前方または後方へ傾斜する。すなわち、頭部3がピッチ方向に揺動する。   In the robot 1A configured as described above, when both the actuators 10 and 20 rotate the drive gears (bevel gears) 31 and 32 of the gear mechanism 30 in the same direction around the common axis, When the driven gears (bevel gears) 33 and 34 change their postures, the output shaft 35 tilts forward or backward. That is, the head 3 swings in the pitch direction.

一方、両アクチュエータ10,20が、歯車機構30の駆動歯車(ベベルギア)31,32を互いに反対方向に回動させるときは、それに連動して従動歯車(ベベルギア)33,34が互いに反対方向に回動することで、出力軸35が右回りまたは左回りに回動する。すなわち、頭部3がヨー方向に回動する。   On the other hand, when the actuators 10 and 20 rotate the drive gears (bevel gears) 31 and 32 of the gear mechanism 30 in the opposite directions, the driven gears (bevel gears) 33 and 34 rotate in the opposite directions in conjunction with them. By moving, the output shaft 35 rotates clockwise or counterclockwise. That is, the head 3 rotates in the yaw direction.

このように、ロボット1Aは、頭部3内に充分なスペースを確保することができ、そのため、頭部3の軽量化によって制御性を向上させたり、頭部3内に各種のセンサ類を収納することできめ細かい制御が可能になる。   As described above, the robot 1A can secure a sufficient space in the head 3, and therefore, the controllability is improved by reducing the weight of the head 3, and various sensors are stored in the head 3. And fine control is possible.

図2は、本発明のロボットの第2の実施形態を示す概略的構成図であり、このロボット1Bは、胴体部2と、この胴体部2に3自由度の肩関節を介して連結された腕部4とを備える。   FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the robot of the present invention. The robot 1B is connected to the body 2 and the body 2 via a shoulder joint having three degrees of freedom. Arm 4 is provided.

ここで、肩関節の3自由度とは、ロボット1Bが脱力して腕部4が鉛直方向に安定した状態にあるときのピッチ、ロール、ヨーの3軸のことである。   Here, the three degrees of freedom of the shoulder joint means three axes of pitch, roll, and yaw when the robot 1B is weak and the arm portion 4 is in a stable state in the vertical direction.

胴体部2内には、胴体部2の中央から腕部4に向かって横向きに、肩関節のピッチ軸用のアクチュエータ40を配置してある。アクチュエータ40は、モータ41と減速機42で構成される。そして、アクチュエータ40の出力軸(すなわち減速機42の出力軸)は、腕部4の肩にあたる部分に配置されたピッチ軸部材45に取り付けられている。   In the body part 2, an actuator 40 for the shoulder joint pitch axis is disposed laterally from the center of the body part 2 toward the arm part 4. The actuator 40 includes a motor 41 and a speed reducer 42. The output shaft of the actuator 40 (that is, the output shaft of the speed reducer 42) is attached to a pitch shaft member 45 disposed on a portion corresponding to the shoulder of the arm portion 4.

腕部4内には、腕部4の肩にあたる部分に向かって上向きに、肩関節のヨー軸用のアクチュエータ50を配置してある。アクチュエータ50は、モータ51と減速機52で構成される。そして、アクチュエータ50の出力軸(すなわち減速機52の出力軸)は、腕部4の肩にあたる部分に配置されたヨー軸部材55に取り付けられている。   In the arm portion 4, an actuator 50 for the yaw axis of the shoulder joint is arranged upward toward a portion corresponding to the shoulder of the arm portion 4. The actuator 50 includes a motor 51 and a speed reducer 52. The output shaft of the actuator 50 (that is, the output shaft of the speed reducer 52) is attached to a yaw shaft member 55 disposed on a portion corresponding to the shoulder of the arm portion 4.

腕部4内には、肩関節のロール軸用のアクチュエータ60を、ヨー軸用のアクチュエータ50と平行に配置してある。アクチュエータ60は、モータ61と減速機62で構成される。   In the arm portion 4, an actuator 60 for the roll axis of the shoulder joint is arranged in parallel with the actuator 50 for the yaw axis. The actuator 60 includes a motor 61 and a speed reducer 62.

アクチュエータ60の出力軸(すなわち減速機62の出力軸)には、ベベルギア63が固定され、このベベルギア63と噛合するベベルギア64が、腕部4の肩にあたる部分に配置されたロール軸部材65に固定されている。そして、アクチュエータ60の出力軸の軸線と、ロール軸部材65の軸線とは、ベベルギア63,64を介して互いにほぼ90度の角度をもって配置されている。   A bevel gear 63 is fixed to the output shaft of the actuator 60 (that is, the output shaft of the speed reducer 62), and a bevel gear 64 that meshes with the bevel gear 63 is fixed to a roll shaft member 65 disposed on the shoulder of the arm portion 4. Has been. The axis of the output shaft of the actuator 60 and the axis of the roll shaft member 65 are arranged at an angle of approximately 90 degrees with each other via bevel gears 63 and 64.

上記のように構成されたロボット1Bは、アクチュエータ40がピッチ軸部材45を回動させると、胴体部2に対して腕部4がピッチ方向に揺動する。   In the robot 1 </ b> B configured as described above, when the actuator 40 rotates the pitch shaft member 45, the arm portion 4 swings in the pitch direction with respect to the body portion 2.

また、アクチュエータ50がヨー軸部材55を相対的に回動させる(実際にはヨー軸部材55に対してアクチュエータ50が回動する)と、胴体部2に対して腕部4がヨー方向に回動する。   Further, when the actuator 50 rotates the yaw shaft member 55 relatively (actually, the actuator 50 rotates relative to the yaw shaft member 55), the arm portion 4 rotates in the yaw direction with respect to the body portion 2. Move.

さらに、アクチュエータ60がベベルギア63,64を介してロール軸部材65を回動させると、胴体部2に対して腕部4がロール方向に揺動する。   Further, when the actuator 60 rotates the roll shaft member 65 via the bevel gears 63 and 64, the arm portion 4 swings in the roll direction with respect to the body portion 2.

このように、ロボット1Bは、ロール軸の前後方向寸法を短縮することができ、そのため、ロボット1Bの肩部のデザインを自然な形状におさめることができる。   As described above, the robot 1B can shorten the dimension of the roll axis in the front-rear direction, so that the design of the shoulder of the robot 1B can be reduced to a natural shape.

図3は、本発明のロボットの第3の実施形態を示す概略的構成図であり、このロボット1Cは、腕部4と、この腕部4の先に支軸6を介して回動可能に連結された2本以上(具体的には5本)の指部5(5a,5b,5c,5d,5e)とを備える。   FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a third embodiment of the robot according to the present invention. The robot 1C is rotatable about an arm portion 4 and a support shaft 6 at the tip of the arm portion 4. Two or more (specifically, five) finger portions 5 (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) are provided.

腕部4内には、指部駆動用のアクチュエータ70を配置してある。アクチュエータ70は、モータ71と減速機72で構成される。そして、アクチュエータ70の出力軸(すなわち減速機72の出力軸)には、駆動部材75が設置してある。   An actuator 70 for driving a finger portion is disposed in the arm portion 4. The actuator 70 includes a motor 71 and a speed reducer 72. A drive member 75 is installed on the output shaft of the actuator 70 (that is, the output shaft of the speed reducer 72).

駆動部材75は、各指部5a,5b,5c,5d,5eと個別に係合して、アクチュエータ70の出力軸の回転に応じて各指部5a,5b,5c,5d,5eを個別に回動させる2個以上(具体的には5個)の駆動部75a,75b,75c,75d,75eを備えている。   The drive member 75 is individually engaged with the finger portions 5a, 5b, 5c, 5d, and 5e, and the finger portions 5a, 5b, 5c, 5d, and 5e are individually engaged with the rotation of the output shaft of the actuator 70. Two or more (specifically five) drive parts 75a, 75b, 75c, 75d, and 75e to be rotated are provided.

このような駆動部材75は、各駆動部75a,75b,75c,75d,75eがそれぞれ欠歯ギアからなる円筒多重欠歯ギアで構成することが好ましい。しかし、駆動部材75は、各駆動部75a,75b,75c,75d,75eがそれぞれカムからなる円筒多重カムで構成することも可能である。図3には、円筒多重カムで構成した駆動部材75を示してある。   Such a drive member 75 is preferably constituted by a cylindrical multiple missing gear in which each of the driving portions 75a, 75b, 75c, 75d, and 75e is constituted by a missing gear. However, the drive member 75 can also be constituted by a cylindrical multiple cam in which each of the drive portions 75a, 75b, 75c, 75d, and 75e is a cam. FIG. 3 shows a drive member 75 composed of a cylindrical multiple cam.

一方、各指部5a,5b,5c,5d,5eには、1ないし数歯のギア(または1ないし数個のカムフォロワ)が形成してある。また、駆動部材75の角度を検出可能なポテンショメータ(角度センサ)を備えている。   On the other hand, each finger part 5a, 5b, 5c, 5d, 5e is formed with one to several gears (or one to several cam followers). Further, a potentiometer (angle sensor) capable of detecting the angle of the drive member 75 is provided.

上記のように構成されたロボット1Cは、アクチュエータ70が駆動部材75を回動させると、腕部4に対して各指部5a,5b,5c,5d,5eが支軸6のまわりに揺動する。しかも、駆動部材75の各駆動部75a,75b,75c,75d,75eごとに、欠歯ギアまたはカムを任意の位相、任意の形状に形成することで、各指部5a,5b,5c,5d,5eにはそれぞれ独立した動きをさせることができる。   In the robot 1 </ b> C configured as described above, when the actuator 70 rotates the drive member 75, the fingers 5 a, 5 b, 5 c, 5 d, and 5 e swing around the support shaft 6 with respect to the arm 4. To do. In addition, each of the finger portions 5a, 5b, 5c, and 5d is formed by forming a missing gear or a cam in an arbitrary phase and an arbitrary shape for each of the driving portions 75a, 75b, 75c, 75d, and 75e of the driving member 75. , 5e can be moved independently of each other.

すなわち、駆動部材75が1回転する360度の回転領域内において、各指部5a,5b,5c,5d,5eの角度状態を設定したモードをつくれば、ポテンショメータの値を使って位置決め制御することで、いくつかの指角度の組み合わせを実現することができる。   That is, if a mode is set in which the angle state of each finger 5a, 5b, 5c, 5d, 5e is set within a 360-degree rotation region where the drive member 75 rotates once, positioning control is performed using the value of the potentiometer. Thus, several combinations of finger angles can be realized.

例えば、駆動部材75が1回転する360度の回転領域内において、各指部5a,5b,5c,5d,5eが、じゃんけんのグー、チョキ、パーの形となるように3種類のモードを設定しておけば、ポテンショメータの目標値を指令することで、その指令に応じたグー、チョキ、パーいずれかの形を実現できる。   For example, three modes are set so that each finger 5a, 5b, 5c, 5d, 5e takes the shape of a rock goo, a choke, and a par in a 360-degree rotation region where the drive member 75 rotates once. If so, by instructing the target value of the potentiometer, any one of goo, choki and par according to the command can be realized.

このように、ロボット1Cは、腕部4に連結されたすべての指部5(5a,5b,5c,5d,5e)を単一のアクチュエータ70で駆動することができ、そのため、小型化に適していることに加えて、単純な動きではない変化をもたせた指部5(5a,5b,5c,5d,5e)の動きを実現することができる。   As described above, the robot 1C can drive all the finger parts 5 (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) connected to the arm part 4 with a single actuator 70, and is therefore suitable for miniaturization. In addition to the above, it is possible to realize the movement of the finger 5 (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) with a change that is not a simple movement.

また、ロボット1Cにおいて、指部5(5a,5b,5c,5d,5e)を多関節構造とすることもできる。この場合、多関節指リンクは、フリー状態のときは一方向に付勢しておき、一端が指の先端に取り付けられたワイヤを引っ張り駆動することで湾曲動作を実現することが可能である。   Further, in the robot 1C, the finger portions 5 (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) can also have an articulated structure. In this case, the articulated finger link can be urged in one direction when in a free state, and a bending operation can be realized by pulling and driving a wire having one end attached to the tip of the finger.

以上のロボット1A,1B,1Cは、部位こそ違え、いずれも関節を有している。すなわち、図1に示すロボット1Aは首関節を有し、図2に示すロボット1Bは肩関節を有し、図3に示すロボット1Cは指関節を有している。   The robots 1A, 1B, and 1C described above have different parts and all have joints. That is, the robot 1A shown in FIG. 1 has a neck joint, the robot 1B shown in FIG. 2 has a shoulder joint, and the robot 1C shown in FIG. 3 has a finger joint.

このように、リンクを繋ぐ関節をアクチュエータで駆動する場合、関節出力軸の角度または角速度として与えられる目標値、あるいはアクチュエータの角速度として与えられる目標値に追従するように、関節出力軸に取り付けられたポテンショメータやアクチュエータの回転計のセンサ値と目標値とを比較し、その偏差が小さくなるようにアクチュエータを駆動する。   As described above, when the joint connecting the links is driven by the actuator, it is attached to the joint output shaft so as to follow the target value given as the angle or angular velocity of the joint output shaft or the target value given as the angular velocity of the actuator. The sensor value of the potentiometer or the tachometer of the actuator is compared with the target value, and the actuator is driven so that the deviation becomes small.

アクチュエータの制御値の決定は、PD制御またはPID制御により、上記偏差を用いて次式のように計算される。   The control value of the actuator is determined by the PD control or the PID control as follows using the above deviation.

Q=K(qref−q)+K(qref−q)+K∫(qref−q) Q = K p (q ref -q ) + K d (q ref -q) + K i ∫ (q ref -q)

制御値は、例えばアクチュエータをPWM駆動する際のデューティ比としてモータドライバアンプに送られる。   The control value is sent to the motor driver amplifier as a duty ratio when the actuator is PWM-driven, for example.

アクチュエータとしてよく用いられるDCモータの場合、回転速度が一定の場合または停止状態の場合、DCモータは電圧印加入力としてのPWMデューティ比に比例したトルクを発生する。このため、関節の回転速度と関節駆動の制御値を参照することにより、関節で出力されるトルクを推定することができる。例えば、この関節に繋がるリンクが接地している場合は、関節軸のトルクを介して地面から受ける反力を推定することができる。   In the case of a DC motor often used as an actuator, when the rotational speed is constant or in a stopped state, the DC motor generates a torque proportional to the PWM duty ratio as a voltage application input. Therefore, the torque output from the joint can be estimated by referring to the joint rotation speed and the joint drive control value. For example, when the link connected to this joint is grounded, the reaction force received from the ground via the torque of the joint axis can be estimated.

例えば、歩行ロボットにおいては地面に「蹴り」を与える意味においての足首トルクが重要な安定性のファクタであり、この方法は有効である。   For example, in a walking robot, ankle torque in the sense of giving a “kick” to the ground is an important stability factor, and this method is effective.

上記のように、関節で出力されるトルクを推定することで、関節に繋がるリンクに加わる外力を推定できることを利用すれば、例えば、外力を直接検出するための感圧センサ、力覚センサなどを用いることなく、また、アクチュエータの負荷を知るために電流値を測定したりすることなく、外力をソフトウェア的に推定することが可能になる。   As described above, by using the fact that it is possible to estimate the external force applied to the link connected to the joint by estimating the torque output from the joint, for example, a pressure sensor, a force sensor, etc. for directly detecting the external force The external force can be estimated by software without using it and without measuring the current value to know the load of the actuator.

したがって、このような外力の推定を利用することによって、ロボットの軽量化、低価格化に寄与することができ、また、センサ類を取り付けることがスペース的に困難な小型のロボットに対しても有効な方法である。   Therefore, by using such external force estimation, it is possible to contribute to weight reduction and cost reduction of the robot, and it is also effective for small robots where it is difficult to mount sensors. It is a simple method.

本発明のロボットの第1の実施形態を示す概略的構成図である。It is a schematic block diagram which shows 1st Embodiment of the robot of this invention. 本発明のロボットの第2の実施形態を示す概略的構成図である。It is a schematic block diagram which shows 2nd Embodiment of the robot of this invention. 本発明のロボットの第3の実施形態を示す概略的構成図である。It is a schematic block diagram which shows 3rd Embodiment of the robot of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1A,1B,1C ロボット
2 胴体部
3 頭部
4 腕部
5,5a,5b,5c,5d,5e 指部
6 支軸
10,20,40,50,60,70 アクチュエータ
11,21,41,51,61,71 モータ
12,22,42,52,62,72 減速機
30 歯車機構
31,32 駆動歯車(ベベルギア)
33,34 従動歯車(ベベルギア)
35 出力軸
45 ピッチ軸部材
55 ヨー軸部材
65 ロール軸部材
75 駆動部材
75a,75b,75c,75d,75e 駆動部
1A, 1B, 1C Robot 2 Body part 3 Head part 4 Arm part 5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e Finger part 6 Support shaft 10, 20, 40, 50, 60, 70 Actuator 11, 21, 41, 51 , 61, 71 Motor 12, 22, 42, 52, 62, 72 Reducer 30 Gear mechanism 31, 32 Drive gear (bevel gear)
33, 34 Driven gear (bevel gear)
35 Output shaft 45 Pitch shaft member 55 Yaw shaft member 65 Roll shaft member 75 Drive member 75a, 75b, 75c, 75d, 75e Drive unit

Claims (4)

胴体部と、この胴体部に少なくとも2自由度の首関節を介して連結された頭部とを備えたロボットであって、
前記胴体部内に2組のアクチュエータを対向配置して、前記両アクチュエータの出力軸に取り付けた互いに対向する駆動歯車と、この両駆動歯車と噛合する互いに対向した従動歯車とで歯車機構を構成し、
前記歯車機構の前記両従動歯車を取り付けた出力軸によって前記首関節のピッチ軸およびヨー軸を構成したことを特徴とするロボット。
A robot comprising a torso and a head connected to the torso via a neck joint with at least two degrees of freedom;
Two sets of actuators are arranged opposite to each other in the body part, and a gear mechanism is constituted by mutually opposing drive gears attached to the output shafts of the two actuators and mutually opposed driven gears meshing with the two drive gears,
A robot characterized in that a pitch axis and a yaw axis of the neck joint are constituted by an output shaft to which the driven gears of the gear mechanism are attached.
胴体部と、この胴体部に3自由度の肩関節を介して連結された腕部とを備えたロボットであって、
前記腕部内に、前記肩関節のヨー軸用アクチュエータおよびロール軸用アクチュエータを平行に配置し、前記ロール軸用アクチュエータの出力軸を方向変換してロール軸部材に伝達する構成としたことを特徴とするロボット。
A robot comprising a torso and an arm connected to the torso via a shoulder joint with 3 degrees of freedom;
In the arm, the shoulder joint yaw axis actuator and the roll axis actuator are arranged in parallel, and the direction of the output axis of the roll axis actuator is changed and transmitted to the roll axis member. Robot to do.
腕部と、この腕部の先に支軸を介して回動可能に連結された2本以上の指部とを備えたロボットであって、
前記腕部内に配置したアクチュエータの出力軸に、前記各指部と個別に係合して前記出力軸の回転に応じて各指部を個別に回動させる2個以上の駆動部を有する駆動部材を設置したことを特徴とするロボット。
A robot comprising an arm and two or more fingers rotatably connected to the tip of the arm via a support shaft;
A drive member having two or more drive parts that individually engage with each finger part and individually rotate each finger part according to the rotation of the output shaft on an output shaft of an actuator disposed in the arm part A robot characterized by having installed.
リンク機構を繋ぐ関節と、前記関節を駆動するアクチュエータと、前記関節の角度を測定する角度測定手段または前記アクチュエータの角速度を測定する角速度測定手段とを備え、前記角度測定手段または前記角速度測定手段の出力値が、前記関節の目標角度または前記アクチュエータの目標角速度に追従するように前記アクチュエータの制御値が決定されるロボットであって、
前記角度測定手段から得られる前記関節の角速度と前記アクチュエータの制御値とに基づいて、前記関節で出力されるトルクを推定する構成としたことを特徴とするロボット。
A joint that links the link mechanism; an actuator that drives the joint; and an angle measuring unit that measures an angle of the joint, or an angular velocity measuring unit that measures an angular velocity of the actuator, the angle measuring unit or the angular velocity measuring unit A robot in which a control value of the actuator is determined so that an output value follows a target angle of the joint or a target angular velocity of the actuator,
A robot configured to estimate a torque output from the joint based on an angular velocity of the joint obtained from the angle measuring unit and a control value of the actuator.
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