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JP2011152620A - Robot arm driving device - Google Patents

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Publication number
JP2011152620A
JP2011152620A JP2010016211A JP2010016211A JP2011152620A JP 2011152620 A JP2011152620 A JP 2011152620A JP 2010016211 A JP2010016211 A JP 2010016211A JP 2010016211 A JP2010016211 A JP 2010016211A JP 2011152620 A JP2011152620 A JP 2011152620A
Authority
JP
Japan
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wire
pulley
robot arm
electric motor
worm
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
JP2010016211A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Murata
健一 村田
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.)
Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
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.)
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Publication date
Application filed by Yaskawa Electric Corp filed Critical Yaskawa Electric Corp
Priority to JP2010016211A priority Critical patent/JP2011152620A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a robot arm driving device which increases a movable range of the robot arm using artificial muscles as an actuator, and prevents breakdown of the actuator due to reaction force from the front end of the arm. <P>SOLUTION: The robot arm driving device includes a pulley 201; a link 213 directly connected to the pulley; wires 207, 208, 211, and 212; and a motor 202. The robot arm driving device also includes a warm 203, a warm wheel 204, wire winding pulleys 205 and 206; wire guide mechanisms 214 and 215; and the artificial muscles 209 and 210 in the middle of the wires. The warm is driven by the motor. The rotation of the warm is transmitted to the warm wheel. The wire winding pulleys are installed in the shaft of the warm wheel. The pulleys are driven by the tension of the wires. In a warm gear, the torque from the load side is hardly transmitted to the motor, causing no damage to the motor. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、人の環境で安全に作業するロボットアームの駆動装置に関する。   The present invention relates to a driving device for a robot arm that works safely in a human environment.

人と共存し作業する次世代ロボットには安全性が求められているが、現行の産業用ロボットのように減速機と電動機を備えた駆動機構では安全性を確保できない。これは、現行の産業用ロボットでは、精度(位置決め、軌跡など)を要求した結果、自重が大きくなることが理由である。詳細説明すると、高精度を確保するにはアームのたわみを減らす必要があり、その結果アームの剛性を上げるため、高剛性材料は重量が大きいので、アームの自重が大きくなる。さらに、電動機のみではトルクが小さいため大減速機が必要であり、大減速機を使用するとモータからの負荷イナーシャが小さくなり、運動性能は向上するが、モーメントが大きくなるため、人に接触すると危険な場合がある。   Next-generation robots that coexist with humans are required to be safe, but a drive mechanism equipped with a speed reducer and an electric motor, like current industrial robots, cannot ensure safety. This is because the current industrial robot demands accuracy (positioning, locus, etc.), and as a result, its own weight increases. More specifically, in order to ensure high accuracy, it is necessary to reduce the deflection of the arm. As a result, in order to increase the rigidity of the arm, since the high-rigidity material is heavy, the weight of the arm increases. In addition, a large speed reducer is necessary because the torque is small with only an electric motor, and using a large speed reducer reduces load inertia from the motor and improves motion performance, but increases moment and is dangerous when touching people. There are cases.

そこで、人に接触しても、問題が発生しないような駆動機構が求められている。例えば、駆動機構の1つとして、マッキベン型空気圧アクチュエータ等人工筋肉を利用した機構がある。この人工筋肉は、柔らかさというメリットに加え、発生力は大きいというメリットがあるが応答特性が低いというデメリットがある。さらに、マッキベン型空気圧アクチュエータを駆動源、ワイヤーを伝達機構とし、アクチュエータの伸張による変位がプーリとリンクの回転変位を与えるロボットアームの例では、アクチュエータ自身の弾性に起因する微小振動の発生により制御性が悪いという一般的な課題がある。   Therefore, there is a demand for a drive mechanism that does not cause a problem even if it comes into contact with a person. For example, as one of the drive mechanisms, there is a mechanism using artificial muscles such as a McKibben type pneumatic actuator. In addition to the merit of softness, this artificial muscle has the merit of large generation force but has the demerit of low response characteristics. Furthermore, in the robot arm example where the McKibben type pneumatic actuator is the driving source and the wire is the transmission mechanism, and the displacement due to the extension of the actuator gives the rotational displacement of the pulley and the link, the controllability is caused by the generation of minute vibrations due to the elasticity of the actuator itself. There is a general problem that is bad.

この一般的な技術課題を解決するために、従来のロボットハンドを適用対象とするアクチュエータ制御装置は、電動機などの応答性の高いアクチュエータと、人工筋肉やバネ要素などの力は大きいが応答性の低いアクチュエータを併用して、ロボットハンドの制御性能を改善している。(例えば、特許文献1参照)また、回転部材の運動を抑制するブレーキ手段を備えたものもある(例えば、特許文献2参照)。   In order to solve this general technical problem, an actuator control device for which a conventional robot hand is applied is a highly responsive actuator such as an electric motor and a large force such as an artificial muscle or a spring element, but is responsive. The control performance of the robot hand is improved by using a low actuator. (For example, refer patent document 1) Moreover, there also exists what was equipped with the brake means which suppresses a motion of a rotation member (for example, refer patent document 2).

図3において、リンク303とリンク304の相対的な角度は、形状記憶合金や水素吸蔵合金アクチュエータ、イオン性EAPなどの高分子アクチュエータなどで構成される人工筋肉302の伸縮と電動機301の回転駆動により制御される。特に、電動機301を高応答で駆動することにより、人工筋肉302の微小振動を抑制できる。   In FIG. 3, the relative angle between the link 303 and the link 304 is determined by the expansion and contraction of the artificial muscle 302 composed of a polymer actuator such as a shape memory alloy, a hydrogen storage alloy actuator, or ionic EAP, and the rotation drive of the electric motor 301. Be controlled. In particular, the minute vibration of the artificial muscle 302 can be suppressed by driving the electric motor 301 with high response.

図4において、人工筋肉403にフィッティング406から圧縮空気を供給することで、その軸線方向に収縮力を生起させ、この収縮力がプーリ401を回転させる。プーリ401はフレーム部材405で支持されている。また、人工筋肉403の収縮力でプーリ401を回転させるため、固定部材404で支持されている。プーリ401の回転軸上にブレーキドラム402が配置されており、ブレーキカム409がブレーキシュー407に、ブレーキシュー407がブレーキドラム402に接触することでプーリ402が停止するという仕組みになっている。ブレーキカム409は、引っ張りバネ410と人工筋肉411の力の拮抗により制御される。   In FIG. 4, by supplying compressed air from the fitting 406 to the artificial muscle 403, a contraction force is generated in the axial direction, and the contraction force rotates the pulley 401. The pulley 401 is supported by a frame member 405. Further, since the pulley 401 is rotated by the contraction force of the artificial muscle 403, it is supported by the fixing member 404. A brake drum 402 is disposed on the rotation shaft of the pulley 401, and the pulley 402 stops when the brake cam 409 contacts the brake shoe 407 and the brake shoe 407 contacts the brake drum 402. The brake cam 409 is controlled by antagonizing the force of the tension spring 410 and the artificial muscle 411.

このように、従来のロボット用のアクチュエータ装置は、人工筋肉の微小振動を電動機で抑制するか、人工筋肉の微小振動をブレーキ機構で抑制していた。   As described above, the conventional actuator device for a robot suppresses the minute vibration of the artificial muscle with the electric motor or the minute vibration of the artificial muscle with the brake mechanism.

特開2008−87143号公報(第5−7頁、図1A)JP 2008-87143 A (page 5-7, FIG. 1A) 昭61−14887号公報(第6頁、図1)Sho 61-14887 (6th page, Fig. 1)

しかしながら、人工筋肉は伸縮膨張動作で関節を駆動しており、伸縮膨張量は、人工筋肉全長の30%程度であるため、電動機と減速機による関節アクチュエータに比べて、関節可動範囲が小さいという技術課題があった。   However, since the artificial muscle drives the joint by the expansion / contraction operation, and the expansion / contraction amount is about 30% of the total length of the artificial muscle, the technology has a small joint movable range compared to the joint actuator by the electric motor and the speed reducer. There was a problem.

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、マッキベン型空気圧アクチュエータを利用する際に、可動範囲を拡大するともに、マッキベン型空気圧アクチュエータの可動と固定を確実に実施できるロボットアーム駆動装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of these problems, and when using a McKibben type pneumatic actuator, the movable range can be expanded, and the robot arm drive capable of reliably moving and fixing the McKibben type pneumatic actuator. An object is to provide an apparatus.

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。   In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.

請求項1に記載の発明は、アームと、プーリと、ワイヤーと、電動機とを備えたロボットアーム駆動装置において、ウォームと、ウォームホイールと、ワイヤー巻き取りプーリと、ワイヤー案内機構を備え、前記電動機で前記ウォームを駆動し、前記ウォームの回転を前記ウォームホイールに伝達し、前記ウォームホイールのシャフトに前記ワイヤー巻き取りプーリを備え、前記ワイヤーの張力により、前記プーリを駆動することを特徴とするものである。   The invention according to claim 1 is a robot arm driving device including an arm, a pulley, a wire, and an electric motor, and includes a worm, a worm wheel, a wire take-up pulley, and a wire guide mechanism, and the electric motor The worm is driven, the rotation of the worm is transmitted to the worm wheel, the shaft of the worm wheel is provided with the wire take-up pulley, and the pulley is driven by the tension of the wire. It is.

また、請求項2に記載の発明は、ワイヤーとプーリの間に人工筋肉を備えた事を特徴とするものである。   The invention according to claim 2 is characterized in that an artificial muscle is provided between the wire and the pulley.

また、請求項3に記載の発明は、カップリングと第二電動機を備えた事を特徴とするものである。   The invention described in claim 3 is characterized in that a coupling and a second electric motor are provided.

また、請求項4に記載の発明は、前記ウォームの回転に同期し、リニア運動に変えるボールねじを備え、ワイヤー貫通穴付き可動テーブルを備えた事を特徴とするワイヤー案内機構である。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a wire guide mechanism including a ball screw that changes to linear motion in synchronization with the rotation of the worm, and a movable table with a wire through hole.

請求項1に記載の発明によると、1つのアクチュエータでプーリ及びアームを駆動でき、ウォームギアは負荷側からのトルクが電動機に伝わりにくいので、電動機を壊す事がない。   According to the first aspect of the invention, the pulley and the arm can be driven by one actuator, and the worm gear does not easily transmit the torque from the load side to the electric motor, so that the electric motor is not broken.

また、請求項2に記載の発明によると、人工筋肉を供えるため、アームの可搬重量を上げる事ができ、人工筋肉の柔らかさによりアームが人にぶつかっても反力を吸収でき、ウォームギアは負荷側からのトルクが電動機に伝わりにくいので、電動機を壊す事がない。   Further, according to the invention described in claim 2, since the artificial muscle is provided, the weight of the arm can be increased, and the soft force of the artificial muscle can absorb the reaction force even if the arm hits a person. Since the torque from the load side is not easily transmitted to the motor, the motor is not broken.

また、請求項3に記載の発明によると、アーム軸に電動機を備えるため、停止時の微小振動を抑制できる。   According to the invention described in claim 3, since the arm shaft is provided with the electric motor, it is possible to suppress the minute vibration at the time of stopping.

また、請求項4に記載の発明によると、ワイヤー案内機構を備えるので、従来の使用方法に比べて、ワイヤーの寿命を延ばすことができる。   Moreover, according to invention of Claim 4, since a wire guide mechanism is provided, the lifetime of a wire can be extended compared with the conventional usage method.

本発明の第1実施例を示すロボットアーム駆動装置の側断面図1 is a side sectional view of a robot arm driving apparatus showing a first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施例を示すロボットアーム駆動装置の側断面図Side sectional view of a robot arm driving apparatus showing a second embodiment of the present invention. 従来のアクチュエータ制御装置の側面図Side view of a conventional actuator control device 従来のロボットアームの動作を示す断面図Sectional view showing the operation of a conventional robot arm 本発明のワイヤー案内機構の断面図Sectional view of the wire guide mechanism of the present invention 本発明の第3実施例を示すロボットアーム駆動装置の側断面図Side sectional view of a robot arm driving apparatus showing a third embodiment of the present invention. 本発明の制御装置のブロック図Block diagram of the control device of the present invention

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1実施例を説明するロボットアーム駆動装置の側面図である。図において、ワイヤー107、108の端がプーリ101とワイヤー巻き取りプーリ105、106に結ばれ、電動機102と連結したウォーム103の回転により、ウォームホイール104が駆動され、ウォームホイール104に連結されたワイヤー巻き取りプーリ105、106を駆動することでプーリ101を駆動し、プーリ101が駆動されると連結されたリンク109が駆動される。プーリ101及びリンク109を高精度に角度制御するために、エンコーダ112の角度情報を利用する。ウォーム103とウォームホイール104からなるウォームギアを用いるメリットは、ウォームギアは摩擦力が大きいので、負荷側からの反力で電動機102が動かないため電動機102が壊れにくいことと電動機102の電源を切っても停止状態を維持できる点にある。このロボットアーム機構において、ワイヤー巻き取りプーリ106、107は、プーリ101の拮抗動作を実現するために、ワイヤー巻き付け方向を変えている。例えば、ワイヤー巻き取りプーリ106を時計回りとして、時計回りにウォームホイール104が回った時に、ワイヤー108がワイヤー巻き取りプーリ106で巻き取られ、ワイヤー巻き取りプーリ105ではワイヤー107がリリースされることで、プーリ101の拮抗動作を実現できる。さらに、ワイヤー巻き取りプーリ105、106の同じ位置でワイヤー107、108が重なるように巻き取られるとワイヤーにキズが付きやすくなるとともに、ワイヤーのリリース量と巻き取り量が異なるために、ワイヤーのテンションが変わり、結果的にワイヤーの寿命が短くなる可能性がある。そこで、ワイヤーがプーリの同じ場所で重なることを避けるため、ワイヤー案内機構を備えた。   FIG. 1 is a side view of a robot arm driving apparatus for explaining a first embodiment of the present invention. In the figure, the ends of the wires 107 and 108 are connected to the pulley 101 and the wire take-up pulleys 105 and 106, and the worm wheel 104 is driven by the rotation of the worm 103 connected to the electric motor 102, and the wire connected to the worm wheel 104. Driving the take-up pulleys 105 and 106 drives the pulley 101. When the pulley 101 is driven, the linked link 109 is driven. In order to angle-control the pulley 101 and the link 109 with high accuracy, the angle information of the encoder 112 is used. The merit of using the worm gear composed of the worm 103 and the worm wheel 104 is that the worm gear has a large frictional force, and the motor 102 does not move due to the reaction force from the load side. It is in the point which can maintain a stop state. In this robot arm mechanism, the wire winding pulleys 106 and 107 change the wire winding direction in order to realize the antagonistic operation of the pulley 101. For example, when the wire take-up pulley 106 is clockwise and the worm wheel 104 is turned clockwise, the wire 108 is taken up by the wire take-up pulley 106, and the wire 107 is released by the wire take-up pulley 105. The antagonistic operation of the pulley 101 can be realized. Furthermore, if the wires 107 and 108 are wound so as to overlap at the same position of the wire winding pulleys 105 and 106, the wire is easily scratched, and the wire release amount and the winding amount are different. May change, resulting in a shortened life of the wire. Therefore, in order to avoid the wires overlapping at the same place on the pulley, a wire guide mechanism was provided.

ワイヤー案内機構の周辺技術の詳細を図5で説明する。ワイヤー巻き取りプーリの断面図は図5aで表すものであり、ワイヤー501は、ワイヤー巻き取りプーリ502に空けられた1点の穴を通って、ワイヤー巻き取りプーリ内部のワイヤー固定冶具503で固定されている。ワイヤー固定冶具503は、ネジのようなものや溶接によりワイヤーを固定する方法などが考えられる。これにより、ワイヤー501はワイヤー巻き取りプーリ502から抜けないようにできる。   Details of the peripheral technology of the wire guide mechanism will be described with reference to FIG. A cross-sectional view of the wire take-up pulley is shown in FIG. 5a, and the wire 501 is fixed by a wire fixing jig 503 inside the wire take-up pulley through one hole formed in the wire take-up pulley 502. ing. The wire fixing jig 503 may be a screw or a method for fixing a wire by welding. As a result, the wire 501 can be prevented from coming off the wire take-up pulley 502.

次に、ワイヤー案内機構の詳細図面は図5bである。図1のウォームホイール104にシャフト505を介して、歯車504とワイヤー巻き取りプーリ502が直結されている。歯車504が回転駆動されると歯車506とボールねじ507が回転するとワイヤー案内機構508は直線駆動される。歯車506の回転に同期して、ボールねじ507のピッチ移動量でワイヤー案内機構508が前進後退し、ワイヤー501がワイヤー巻き取りプーリ502上の同じ場所で重ならないように巻き取られるので、ワイヤー501本来の耐久性を維持できる。   Next, the detailed drawing of the wire guide mechanism is FIG. 5b. A gear 504 and a wire take-up pulley 502 are directly connected to the worm wheel 104 of FIG. 1 via a shaft 505. When the gear 504 is rotationally driven, the wire guide mechanism 508 is linearly driven when the gear 506 and the ball screw 507 are rotated. In synchronization with the rotation of the gear 506, the wire guide mechanism 508 moves forward and backward by the pitch movement amount of the ball screw 507, and the wire 501 is wound so as not to overlap at the same place on the wire winding pulley 502. The original durability can be maintained.

次に、リンク518のワイヤー案内機構の詳細図面(図5c)を説明する。プーリ510、傘歯車511、リンク518はシャフト512に直結されており、傘歯車511はワイヤ501が引っ張られる方向に回転する。傘歯車511が回転すると、傘歯車511に直交した傘歯車513が回転すると、傘歯車513に直結したプーリ514、515が回転する。プーリ514、515の伝達要素はワイヤー516であり、ワイヤー516に結合したワイヤー案内機構517がワイヤー516に同期して移動する。ワイヤー案内機構517にはワイヤー貫通穴があり、ワイヤ501がプーリ510に重ならないように巻き取られる。この機構を備えたことで、リンク側においてもワイヤー本来の耐久性を維持することができる。ここで説明したワイヤー516の伝達要素は、ベルトでも良い。ベルトにすると案内機構の耐久性を上げる事ができる。   Next, the detailed drawing (FIG. 5c) of the wire guide mechanism of the link 518 will be described. The pulley 510, the bevel gear 511, and the link 518 are directly connected to the shaft 512, and the bevel gear 511 rotates in the direction in which the wire 501 is pulled. When the bevel gear 511 rotates, when the bevel gear 513 orthogonal to the bevel gear 511 rotates, the pulleys 514 and 515 directly connected to the bevel gear 513 rotate. The transmission element of the pulleys 514 and 515 is a wire 516, and a wire guide mechanism 517 coupled to the wire 516 moves in synchronization with the wire 516. The wire guide mechanism 517 has a wire through hole and is wound so that the wire 501 does not overlap the pulley 510. By providing this mechanism, the inherent durability of the wire can be maintained even on the link side. The transmission element of the wire 516 described here may be a belt. Using a belt can increase the durability of the guide mechanism.

図2は、本発明の第2の実施例を説明するロボットアーム駆動装置の側面図である。図において、人工筋肉209、210の一端にワイヤー207、208が結ばれ、ワイヤー211、212は、プーリ205、206に結び付けられており、人工筋肉209、210は空気の排出・供給により収縮・膨張し、その作用により、ワイヤー207、208が拮抗動作をすることで、プーリ201が回転し、プーリ201に直結したリンク213が駆動されるという基本的なロボットアーム機構がある。このロボットアーム機構では、人工筋肉の伸縮量に制限され、リンク213の回転角度が小さいと言う問題があった。そこで、ウォームギアと電動機を備えることで課題を解決することができる。さらに、ウォームギアを利用すると電動機が負荷反力を受けないので、電動機を壊す事ないというメリットがある。人工筋肉209、210を使ってプーリ201、リンク213を高精度に角度制御するには、エンコーダ216の角度情報を利用する。図において、ワイヤー207、208の端がプーリ201と人工筋肉209、210に結ばれ、人工筋肉209、210の他端がプーリ205、206に結ばれ、電動機202と連結したウォーム203の回転により、ウォームホイール204、ワイヤー巻き取りプーリ205、206が駆動され、ワイヤー211、212は拮抗駆動される。ワイヤー211、212の拮抗駆動に応じて、人工筋肉209、210が移動し、プーリ201が回転し、リンク213が回転する。人工筋肉209、210は、空気の排気・吸気により圧縮・膨張されるが、変位量は人工筋肉の長さの30%程度なので、リンクの回転角度が少ないというデメリットがあったが、本発明に示したウォームギア(ウォーム203、ウォームホイール204)と電動機202により、回転角度範囲を広げる事が可能となる。   FIG. 2 is a side view of a robot arm driving apparatus for explaining a second embodiment of the present invention. In the figure, wires 207 and 208 are connected to one ends of the artificial muscles 209 and 210, and the wires 211 and 212 are connected to pulleys 205 and 206. The artificial muscles 209 and 210 contract and expand by discharging and supplying air. As a result, there is a basic robot arm mechanism in which the pulleys 201 rotate and the links 213 directly connected to the pulleys 201 are driven when the wires 207 and 208 perform antagonistic operations. This robot arm mechanism has a problem that the rotation angle of the link 213 is small because the amount of expansion and contraction of the artificial muscle is limited. Therefore, the problem can be solved by providing a worm gear and an electric motor. Furthermore, when the worm gear is used, the electric motor is not subjected to a load reaction force, so that there is an advantage that the electric motor is not broken. In order to control the angle of the pulley 201 and the link 213 with high accuracy using the artificial muscles 209 and 210, the angle information of the encoder 216 is used. In the figure, the ends of the wires 207 and 208 are connected to the pulley 201 and the artificial muscles 209 and 210, the other ends of the artificial muscles 209 and 210 are connected to the pulleys 205 and 206, and the rotation of the worm 203 connected to the electric motor 202 The worm wheel 204 and the wire take-up pulleys 205 and 206 are driven, and the wires 211 and 212 are driven in an antagonistic manner. According to the antagonistic drive of the wires 211 and 212, the artificial muscles 209 and 210 move, the pulley 201 rotates, and the link 213 rotates. The artificial muscles 209 and 210 are compressed / expanded by air exhaust / intake, but since the displacement is about 30% of the length of the artificial muscle, there is a demerit that the rotation angle of the link is small. The rotation angle range can be expanded by the worm gear (worm 203, worm wheel 204) and electric motor 202 shown.

ここで、説明した人工筋肉209、210は、マッキベン型空気圧アクチュエータであり、ゴム素材の柔らかさによりリンク213の反力を吸収することができ、安全なロボットを実現するアクチュエータとして期待されている。しかし、柔らかいと言うメリットと反対に、制御性能が悪いというデメリットが存在する。ここで言う制御性能とは、応答の速さと停止精度である。人工筋肉は電動機に比べて応答が遅く、このデメリットを改善するために、図2のプーリ201のリンク213とは反対側に第二の電動機を備えた図面を図6で説明する。基本構成は図2と同じで、プーリ601がリンク613と第二の電動機616の間に配置されている点が異なり、プーリ601と同方向にリンク613、電動機616が回転する。   The artificial muscles 209 and 210 described here are McKibben pneumatic actuators, which can absorb the reaction force of the link 213 due to the softness of the rubber material, and are expected as actuators that realize a safe robot. However, contrary to the merit of being soft, there is a demerit of poor control performance. The control performance here is the speed of response and the stopping accuracy. The artificial muscle has a slower response than the electric motor, and in order to improve this disadvantage, a drawing in which the second electric motor is provided on the opposite side of the link 213 of the pulley 201 in FIG. 2 will be described with reference to FIG. The basic configuration is the same as in FIG. 2 except that the pulley 601 is disposed between the link 613 and the second electric motor 616, and the link 613 and the electric motor 616 rotate in the same direction as the pulley 601.

次に、ロボットアームの制御方法を説明する。ロボットアームの構成は、図6の構成とし、アクチュエータは人工筋肉609、610、電動機602、616である。プーリ601、リンク613の角度は、電動機616に内蔵されたエンコーダを利用する。プーリ601及びリンク613をある角度に制御する場合、角度指令701とエンコーダ705の角度偏差を第1電動機制御部702に入力し、第1電動機制御部702の出力である電流指令を第1電動機703に入力し、第1電動機のトルクを発生させ、プーリ、リンク704を角度制御する。エンコーダ705は、第2電動機に内蔵されたセンサである。人工筋肉アクチュエータ708及び第2電動機711は、第1電動機の速度に追従するように動けばよいので、角速度指令706と角速度の偏差をコンプレッサー制御部707に入力すると、出力である空気の吸気量と排気量が制御され、人工筋肉アクチュエータ708の圧縮・膨張により、プーリ、リンク704の動きに人工筋肉アクチュエータ708は同期するように角速度制御される。同様に、第2電動機も角速度指令706と角速度の偏差を第2電動機制御部710に入力すると電流指令が出力され、電流指令に基づいて第2電動機711が角速度制御される。角速度は、エンコーダ705の角度信号を差分演算709した結果である。   Next, a method for controlling the robot arm will be described. The robot arm is configured as shown in FIG. 6, and the actuators are artificial muscles 609 and 610 and electric motors 602 and 616. For the angles of the pulley 601 and the link 613, an encoder built in the electric motor 616 is used. When controlling the pulley 601 and the link 613 to a certain angle, the angle command 701 and the angle deviation of the encoder 705 are input to the first motor control unit 702, and the current command that is the output of the first motor control unit 702 is input to the first motor 703. To generate torque of the first electric motor, and angle control of the pulley and the link 704 is performed. The encoder 705 is a sensor built in the second electric motor. Since the artificial muscle actuator 708 and the second electric motor 711 only need to move so as to follow the speed of the first electric motor, when the angular velocity command 706 and the deviation of the angular velocity are input to the compressor control unit 707, the output air intake amount and The displacement is controlled, and by the compression / expansion of the artificial muscle actuator 708, the artificial muscle actuator 708 is controlled in angular velocity so as to be synchronized with the movement of the pulley and link 704. Similarly, when the second motor also inputs the angular velocity command 706 and the angular velocity deviation to the second motor control unit 710, a current command is output, and the second motor 711 is angularly controlled based on the current command. The angular velocity is a result obtained by performing a difference calculation 709 on the angle signal of the encoder 705.

人工筋肉を使って関節駆動をする際に、関節角度範囲が小さいというデメリットをウォームギアと電動機を使って克服する事ができるので、ロボットフィンガの関節にも適用できる。 When driving joints using artificial muscles, the demerit that the joint angle range is small can be overcome using worm gears and electric motors, so it can be applied to robot finger joints.

101、201、401、509、514、515、601 プーリ
102、202、301、602、616 電動機
109、213、303、304、517、613 リンク
103、203、603 ウォーム
104、204、604 ウォームホイール
105、106、205、206、502、605、606 ワイヤー巻き取りプーリ
209、210、302、403、411、609、610、708 人工筋肉
107、108、207、208、211、212、501、516、607、608、
611、612 ワイヤー
110、111、214、215、508、517、614、615 ワイヤー案内機構
112、216、705 エンコーダ
402 ブレーキドラム
404 固定部材
405 フレーム部材
406 フィッティング
407 ブレーキシュー
408 レバーアーム
409 ブレーキカム
410 引っ張りばね
503 ワイヤー固定冶具
504、506、510、512 歯車
507 ボールねじ
509 ワイヤー案内穴
505、512 シャフト
511、513 傘歯車
701 角度指令
702、710 電動機制御部
703、711 電動機
704 プーリ・リンク
706 角速度指令
707 コンプレッサー制御部
709、712 差分演算
101, 201, 401, 509, 514, 515, 601 Pulley 102, 202, 301, 602, 616 Motor 109, 213, 303, 304, 517, 613 Link 103, 203, 603 Worm 104, 204, 604 Worm wheel 105 106, 205, 206, 502, 605, 606 Wire take-up pulleys 209, 210, 302, 403, 411, 609, 610, 708 Artificial muscles 107, 108, 207, 208, 211, 212, 501, 516, 607 608,
611, 612 Wire 110, 111, 214, 215, 508, 517, 614, 615 Wire guide mechanism 112, 216, 705 Encoder 402 Brake drum 404 Fixing member 405 Frame member 406 Fitting 407 Brake shoe 408 Lever arm 409 Brake cam 410 Pull Spring 503 Wire fixing jig 504, 506, 510, 512 Gear 507 Ball screw 509 Wire guide hole 505, 512 Shaft 511, 513 Bevel gear 701 Angle command 702, 710 Motor controller 703, 711 Motor 704 Pulley link 706 Angular speed command 707 Compressor control unit 709, 712 Difference calculation

Claims (4)

アームと、プーリと、ワイヤーと、電動機とを備えたロボットアーム駆動装置において、
ウォームと、ウォームホイールと、ワイヤー巻き取りプーリと、ワイヤー案内機構を備え、前記電動機で前記ウォームを駆動し、前記ウォームの回転を前記ウォームホイールに伝達し、前記ウォームホイールのシャフトに前記ワイヤー巻き取りプーリを備え、前記ワイヤーの張力により、前記プーリを駆動することを特徴とするロボットアーム駆動装置。
In a robot arm drive device comprising an arm, a pulley, a wire, and an electric motor,
A worm, a worm wheel, a wire take-up pulley, and a wire guide mechanism are provided, the worm is driven by the electric motor, the rotation of the worm is transmitted to the worm wheel, and the wire is taken up on the shaft of the worm wheel. A robot arm driving device comprising a pulley and driving the pulley by tension of the wire.
請求項1に記載のロボットアーム駆動装置において、ワイヤーとプーリの間に人工筋肉を備えた事を特徴とするロボットアーム駆動装置。   2. The robot arm driving apparatus according to claim 1, further comprising an artificial muscle between the wire and the pulley. 請求項2に記載のロボットアーム駆動装置において、カップリングと第二電動機を備えた事を特徴とするロボットアーム駆動装置。   3. The robot arm driving device according to claim 2, further comprising a coupling and a second electric motor. 請求項1に記載のワイヤー案内機構は、前記ウォームの回転に同期し、リニア運動に変えるボールねじを備え、ワイヤー貫通穴付き可動テーブルを備えた事を特徴とするロボットアーム駆動装置。
The wire guide mechanism according to claim 1, further comprising a ball screw that changes into linear motion in synchronization with the rotation of the worm, and a movable table with a wire through hole.
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