JPH02504244A - ロボットに用いる関節装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 特にロボットに用いる関節装置 本発明は、閉じられた格子構造を形成するように形作られた関節セグメントによ り相互接続された２個のプレートと、制御アセンブリーとから構成され、これら ２個のプレートの相対位置を制御する関節装置に関する。

従来技術において、かかる装置は、　「並列マニピュレータ」と呼ばれ、一般に 、ユニバーサル・ジヨイントを介してプレート上に連接された（関節として接続 された）可変長の６個のセグメントと、制御セグメントとを具えている。この制 御セグメントは、一方のプレートが他方のプレートに対して得られる自由度を６ 段階以上にできる。この装置は、特にロボットに用いるのに最適である。

この場合、この装置：Ｌ　例えば、挿入又は組立目的用のロボットの腕の端部な 構成できるし、また、ロボットの腕に対向する静止プラットフォームに固定され た構造物も構成できる。このアプリケーションにおいて、この装置は、それに対 応するロボット用の「左手」を構成する。

総べての場合において、この装Ｎは、ｌＩかな組立、正確な機械製造、又は表面 の接触監視を行う複雑な作業が可能である。

この形式の装置は１例えば、フライト・シミュレー・夕や、他の乗り物の制御シ ミュレータ等のダイナミック動作シミュレータに用いることもできる。

フランス特許出願第８３　１２２６３号が開示しているこの形式の装置！　　ア クチュエータを構成する６側の圧搾空気アクチュエータにより相互接続された２ 個のプレートを具えている。これらアクチュエータは、上部プレート及び底部プ レートの両方に連接され、電気で制御されたバルブにより制御される。マニピュ レータのこの形式には、圧搾空気アクチュエータによる固有の自然な弾性があり １位置精度が高く、また力測定を容易に行えるので、ロボットにとっては最も利 点がある。しかし。

かかる装置は、比較的大形であり、比較的重く、その動作部品には慣性があるの で、変移速度が制限される。この無視できない大きさは、連接されたセグメント を駆動するアクチュエータが存在するからである。また、これらアクチュエータ は、その直径により、装置の作業空間を制限する。さらに、圧搾空気アクチュエ ータは、上部プレートが動いていないときでさえ、エネルギを消費する。

Ｉ　ＮＲＩ　Ａサーチ・レポートの１９８７年３月の第６４６号のジーン・ピエ レ・マーレット（Ｊｅａｎ−Ｐｉｅｒｒｅ　Ｍｅｒｌｅｔ）の論文［並列マニピ ュレータ、パート１：　理論、設計、運動学及び制御」　（以下、マーレットの 論文という）棗　ロボットの「左手」機能を特に与えようとする装置を開示して いる。この装置も、同様に、上部プレート及び底部プレートの両方に連接された セグメントにより相互接続された２個のプレートにより構成されている。

この装置の各セグメントは１弾性部材と共に設けられている。この弾性部材賑　 上部プレート上に作用した力の影響により、各セグメントの長さをわずかに変更 できる。

よって、この装置の寸法は、加えられた力の“影響によりわずかに変形する。こ のシステムは、　「受動コンプライアンス」を表すと言われている。上部プレー トは、セグメントの各々の長さを幾分広げるように制御できるので、この上部プ レートを動かせる。この機能は、セグメントの各々が電気アクチュエータを有す ることにより得られる。しかし、かかる電気アクチュエータは、それらによる長 さのわずかな変動量に対して長いという欠点がある。

よって、典型的には、５ｃｍ未満のセグメント長の変動では、セグメント長は５ ０ｃｍであるので、全体的なシステムの高さは約５０ｃｍとな社　よって、この 特性により、比較的大きな容積となる。さらに、現在市Ｈされている電気アクチ ュエータの重さは、約１１ｋｇというように装置の重さを比較的重くす社　これ 二　一般的なロボットの積載容積と両立性がない。よって、この装置は１例えば 、挿入又は組立目的用のロボットの端部として用いることができない。

本発明は、高精度の位置決め及び公称積載を大きくした他に、全体の容積を大幅 に減らすと共に、ｔｔ及び動作部品の慣性を減らした装置を提案することにより 、上述の欠点を改善している。

本発明の他の目的は、最小の容積のセグメントを得ることであり、これにより１ 回覧の自由度に関連した作業空間を増加させることができる。

本発明の他の目的は、セグメントの長さを自由に選択可能にすることである。

本発明の他の目的は、装置の受動コンプライアンスを得ること、即ち、装置の受 動コンプライアンスによる変移にもかかわらず、移動プレートの正確な位置及び 方向を計算できることにある。

本発明の他の目的は、不変の基部上の移動プレートに及ぶ力を測定することにあ る。

したがって１本発明は、底部プレート、上部プレート、これら２個のプレートの 相対位置を制御する制御アセンブリーを具えた関節装置を提供する。なお、この 制御アセンブリーユ 上部プレート上に位置している３対の互いに隣接した関節ロケ−シーン（場所） と。

底部プレート上に位置している３対の互いに隣接したリンク・ロケーションと。

夫々が関節ロケーションの夫々に連接した上端、及びリンク・ロケーションの夫 々に底部関節を介して接続された底部端とを有して、同じ対の２個の関節ロケー ションが２個のリング部材により２個の連続的なリンク・ロケーションに接続さ れ、これらリンク・ロケーションが上記２個の関節ロケーションに最近接し、リ ンク・ロケーションの２個の異なる対に属するようになった６個のリンク部材と 、 命令に応じて、底部プレートに対する関節ロケーションの位置を独立に可変する モータ手段とを具えており。

この装置は、各リンク部材がほぼ一定の長さで、制御部材が６個のリンク・ロケ ーションに先ず夫々接続され。

次に６個の底部関節を介して６個のリンク部材の底部端に接続された６個のスラ イダ部材を更に具えており、各スライダ部材は、モータ手段の駆動により所定の スライド方向に底部プレートに対してスライドするのに適することを特徴として いる。

１つの実施例において、総べてのスライド方向は、はぼ平行であり、底部プレー ト上に位置する３対のリンク・ロケーションを含むプレートにほぼ直角である。

好都合なことには、モータ手段の駆動において、各リンク部材は、その軸が上記 スライド方向であり、その頂点が上記底部関節である円錐内に位置するのに適す る。

制御アセンブリー棗　各スライド部材がスライド方向の回りに回転するのをロッ クするロック手段を含んでも良い。

このロック手段は、対応関節ロケーションのレベルで。

その上端及び底部端を相互接続する軸の周囲で各リンク部材が回転するのをロッ クする頂部ロック手段を含んでもよく、各底部間１５山　底部ロック手段を構成 するユニバーサル・ジヨイントである。

実施例において、各スライダ部材は　ネジ手段を具えており、モータ手段は、夫 々６個のスライダ部材に関連し、６個のモータによりその長手方向軸の周囲で夫 々回転する６個のエンドレス・ネジを具えており、この場合。

スライダ部材のネジ手段及び関連したエンドレス・ネジＬＬ　　スライダ部材を スライドさせるために同時に動作する。

各スライダ部材棗　対応する底部関節に接続された第１端部な有し、他端が解放 された中空筒状管を好適には具えており、ネジ手段は、上記他端と移動、且つ回 転するように固く接続され、エンドレス・ネジと一緒に動くタップの切られたナ ツトを具えている。

各中空筒状管志　底部プレートに接続されたボール・スリーブ内でスライドする 。

実施例においては、各関節ロケーションは、３対の関節ロケーションを含むプレ ートにほぼ垂直な第１回転軸を有する第１頂部関節と、上記策１回転軸とほぼ直 角で、上記第１回転軸と交差した第２回転軸を有する第２頂部関節と、第１及び ｊｌＺ軸の両方とほぼ直角でこれらの両方と交差している第３回転軸とを定める のに最適であり。

回転に３段階の自由度が得ら九る。

３対の関節ロケーションの３つの中点Ｌ　　第１正三角形の３つの夫々の頂点に ほぼ位置し、６個のリンク・ロケーションは１円上に位置する。

休止位置では、３対の各々の２個のリンク・ロケーションと相互接続する３個の 円弧の中間に夫々位置する３点が、２個の正三角形の重心の中心と相互接続する 軸の周囲で、第１の正三角形に対して約６０度の角度でオフセットされた第２正 三角形の３個の頂点の夫々ＩＩＩにほぼ配置されている。

好適な実施例において、上部プレート上の多対の２１ｍの関節ロケーションは、 一致する。

制御アセンブリーは、装置の状態を表す少なくとも１つの機械的大きさを検出す る検出手段も含んでもよい。

好都合なことに、これら検出手段は、底部プレートに対する各関節のロケーショ ンの夫々の位置において、変動を検出する６ｍの第１センサを具えている。

検出手段は、リンク部材の各々に及ぼす夫々の力を検出する６個の力センサな具 えてもよい。

好都合なことに、ｔ！制御アセンブリーは検出手段からの情報を受け、モータ手 段を制御するプロセッサ手段を含んでいる。装置のコンプライアンスを与えるた めに、制御アセンブリーは、６偲のリンク部材に夫々接続した６個の弾性ショッ ク吸な部材を含んでもよい。

好適な実施例において、各第１センサは、変移センサであり、特に、第１に底部 関節に接続されると共に、第２に底部サポートに接続された線形ポテンショメー タであり、対応する弾性部材は、対応するスライドｆｌｕ上に位置している。

制御アセンブリーは、好ましくは、底部プレートに対して各底部関節の変移を制 限する安全手段を含んでいる。

好都合なことに、各安全手段ＩＬ　　モータ手段への電源をスイッチ・オフし、 この電源がスイッチ・オフされた後に、対応するスライド手段にブレーキをかけ る部材な□舎んでいる。

本発明の他の利点及び特徴は、以下の詳細な説明及び添付図面を考察することよ り明らかになる。なお１図面において。

ｊｌ１図Ｅｌ　　本発明の装置の一般的な実施例の実際の図面である。

１２図は、本発明の装置の好適な実施例を示す斜視図である。

第３図は、第２図ｔ；示す装置の主要部分を示す理論平面図である。

第４図豪　３１２図の装置内のリンク・ロケーションの部分的な斜ｉｓである。

Ｉｒ５図Ｌ　　１１４図のｖ−■に沿う断面図である。

策６図！　　１２図の装置用の安全手段の図である。

ｊ１７図賑　第２図の装置内の関節ロケーションの部分的に切断した正面図であ る。

１ｇ８図は、ｊ！２図の装置のプロセッサ手段のブロック図である。

これら図面志　文字で指示された要素を本質的に含んでいるので、これら図面を 戴　　説明の必要な部分となり。

以下の詳細説明の理解を容易にするばかりでなく、特定の部分賑　本発明を定義 するのに用いら九る。

上述の如く、装置の説明は、特にロボットの腕の一端を構成する点に関するが２ 本発明は、ロボットに限定されるものではない。

′Ｉ４１図二　木兄明の装置の構造を一般的に示す、この装置は、上部プレート ＰＳ及び底部プレートＰＩを具えており、これらは、６個のリンク部材ＯＬ　Ｉ 　Ｏ，○Ｌ１１．０Ｌ２０．０Ｌ２１．０Ｌ３０及び○Ｌ３１ｔ−相互接続され ている。これらリンク部材の各々は、上部プレート及び底部プレートに連接して いる。底部プレートＰ工は、３対の互いに閉じたリンク・ロケーションＰ　Ｌ　 １゜ＰＬ２及びＰＬ３を有しており、底部プレートＰＳは。

３対の互い【；閉じた関節ロケーションＥＡ１．ＥＡ２及びＥＡ３を有している 。６個のリンク部材の各々は、関節ロケーションの１個に連接した上端と、この 図では、示さないが、底部関節を介してリンク・ロケーションに接続された底端 とを具えている。

一般的には、参照符号の理解を容易にするために、添え字ｉは、１対のリンク・ ロケーション又は１対の関節ロケーションを表し、添え字ｊは、１対のｉの要素 内の１個を表す、同じ対の２個の要素を識別する必要がある場合、夫々添え字ｊ １及びｊ２を付す。また、２対を識別する必要がある揚台、夫々添え字１１及び ±２を付す。

本発明の装置の構造では、互いに閉じた関節ロケーションの１対ＥＡｉに属する ２個の関節ロケーションＥＡｉｊｌ及びＥＡｉｊ２は、リンク部材０Ｌｉｌｊ２ 及び０Ｌｉ２ｊｌを介して、２個の連続したリンク・ロケ−ジョンＰＬｉ２ｊｌ 及びＰＬｉ２ｊｌに接続する。これらリンク・ロケーションは、上述の２個の関 節ロケーションＥＡｉｊｌ及びＥＡｉ　ｊ　２に最も接近している。また、これ ら２個のリンク・ロケーション豪　夫々リンク・ロケーションの２つの具なる対 ＰＬｉ　１及びＰＬｉ２に属している。

各リンク部材に対応する各底部関節豪　対応リンク・ロケーションを通過するス ライド方向ＤＣに沿って、底部プレートに対してスライドすることができる。イ ンプレメンテーシミン（実施）を容易にするために、Ｉ！！べてのスライド方向 ＤＣは、互いにほぼ平行とし、３対のリンク・ロケーションＰＬｉを含むプレー トとほぼ直角にする。底部関節は、モータ手段（この図には示さない）によりス ライドさせる。

いま、この装置の休止位置を、２個のプレートＰＩ及びＰＳが平行で、何等動作 なせず、モータ手段によるリンク部材上での動作もないときの位置とする。よっ て。

この休止位置において、２個のプレート間のリンク！ｌｌ造二　同じ対内の２個 の異なる関節ロケーションに接続された２個のリンク部材が、リンク・ロケーシ ョンの異なる２対のＰＬｉｌ及びＰＬｉ　２に工する２個のリンク・ロケーショ ンに向かって分岐するようになっている。よって１例えば、２個の関節ロケーシ ョンＥＡＩＯ及びＥＡｌｌに相互接続しているまっすぐなラインと、２個のリン ク部材○Ｌｌｌ及び０Ｌ２０と、２個のリンク・ロケーションＰＬＩＩ及びＰＬ ２０に相互接続しているまっすぐなラインとは、長い基準辺が底部プレート上で 。

短い基準辺が上部プレート上の台形を構成する。

次に、第２〜第９図を特に参照する。これらの図は。

第１図の装置の好適な実施例を示している。

第２図の装置１の上部プレート及び底部プレートは。

共に円形であり、上部プレートの直径は底部プレートより小さい、この装置１は 、直径が底部プレー）ＰＩよりわずかに大きい基部プレートｐＢも含んでいる。

プレー）ＰＩは、プレートＰＳ及びプレートＰＢの間に位置し、プレー）ＰＢは 、中央スタンドＰＣＢにより底部プレー）−ＰＩに固定されている。３個のプレ ートの夫々の中心棗　同じ直線上にある。

次に、策３図を参照する。この図で、６個のリンク・ロケーションＰＬｉ　ｊが 、中心がプレートＰｌの中心と一致する円Ｃ上に位置することがわかる。所定対 ＥＡｉ内の２個の関節ロケーションも一致する。この配置により重量を減少でき 、後述の如く装置を制御する際の計算を簡略化できる。よって、以下の説明では 、関節ロケーションを符号ＥＡｉで示す、その結果、この図Ｌ；おいて、関節ロ ケーションの任意の対ＥＡｉの２個のｇ節ロケーションＥＡｉｊの中点Ｍ　Ｉ　 Ａ　ｉは、一致し、同様にＥＡｉで示す、３個の関節ロケーションＥＡｉを、正 三角形ＥＱＩの頂点の夫々にほぼ配置する。この正三角形の重心の中心は、上部 プレートの中点に位置する。同様に。

リンク・ロケーションＰＬｉｊの部分に相互接続している円弧の中点Ｍ　Ｉ　Ｌ 　ｉは、策２正三角形ＥＱ２の各頂点にほぼ位置する。この正三角形の重心の中 心は、底部プレートＰＩの中心であり、この正三角形Ｌｔ、　　Ｉｌｌ正三角形 ＥＱＩに対して、これら２個の正三角形の重心の各中心を通過する軸の周囲で約 ６０度だけ角度がオフセットしている。当然、この例で説明した三角形ＥＱＩ及 びＥＱ２の等辺特性豪　限定されない。

特に第２図を参照すると、リンク・ロケーションＰＬｉｊｍＬ　　穴があること がわかり、この穴に、スライダ部材０Ｃｉｊがスライドする。このスライダ部材 の一端志　底部関節ＡＩｊｉを介して、リンク部材０Ｌｉｊの他端に接続してい る。スライダ部材のこの端部は、底部プレート及び上部プレートの間に常に位置 している。リンク部材０Ｌｉｊの上端は、関節ロケーションＥＡｉに連接してい る。この関節ロケーションＥＡｉもリンク部材を連接するが、このリンク部材は 、リンク・ロケーションＰＬｉｊｅａ接して、異なる対のリンク・ロケーション に属するリンク・ロケーションに接続される。

スライダ部材０Ｃｉｊは、底部関節Ａｌ１ｊに接近した端部を介して、第１セン サＰＣｉｊにも接続されている。この１！１センサの特性及び機能については後 述する。

このセンサＰＣｉｊは、リンク・ロケーションＰＬｉｊに近い領域内で、底部プ レートにしっかりと固定さ九でいる。

エンドレス・ネジＴＦｉｊの自由端は、底部関節Ａｌ１ｊに接続されたスライダ 部材０Ｃｉｊの端部と反対の端部を介してこのスライダ部材を貫通する。このエ ンドレス・ネジには１例えば、基部プレートＰＢ上に固定されたトルク・モータ である駆動モータＭＯＴｉｊに接続された他端がある。このエンドレス・ネジと このモータの機能については、後述する。上部プレート及び底部プレートから離 れて、装置１を構成する総べての部品区２個のプレートＰＩ及びＰＳの相対位置 を制御するアセンブリーに属するが、これらの総て志　図面が複雑になるのを避 けるため、第２図に示さない。

当然、６個のサブアセンブリーの各々は、モータと。

エンドレス・ネジと、スライダ部材と、第１センサと。

底部関節と、リンク部材とを具え、総て同じである。

第４図を参照すると、スライダ部材０ＣｉｊＬ　　弾性ショック吸取部材０ＥＡ ｉｊによりその端部の一方が設置された中空筒状管２４ｊを具えている。この弾 性ショック吸取部村山　筒状伸張部分２５ｊにより設置されており１部材○ＥＡ ｉ　ｊと接触する端部と反対の伸張部分の端部【お　底部関節Ａｌ１ｊを支持し ている。

リンク部材０Ｌｉｊ豪　リンク部材により伝達される力の大きさを副室する力セ ンサＣＥｉｊを含んでいる。

カセンサ区　例えば、ストレイン・ゲージでもよい。

筒状伸長部分２５ｊ！　　スライド部材０Ｃｉｊの軸に平行に走る、即ち、スラ イド方向ＤＣと平行な軸を有する筒状穴２６ｊにより貫通された腕２２ｊを含ん でいる。

筒状穴２６ｊは、実際には線形ポテンショメータである第１センサＰＣｉｊのロ ッド２０ｊを受ける。このロッド２０ｊは、ナツト２１ｊにより腕２２ｊに固定 される。

センサＰＣｉｊは、リンク・ロケーションＰＬｉ　ｊに近接した底部プレートの 他の筒状穴２７ｊ内にしっかりと固定されている。

底部関節Ａｌ１ｊは、底部プレー）ＰＩに常にほぼ平行な１つの軸を有するユニ バーサル・ジヨイントであり。

その他方の軸は、点０にて、第１の軸と自然に交差する。

スライダ部材○Ｃ１ｊ及びリンク部材０Ｌｉｊの夫々の長手方向の軸も点０にて 交差する。

スライド機能をＩｇ限するために、中空管２４ｊがボール・スリーブＤＢｉｊ内 の底部プレートＰ１を介してスライドする。

スライド部材０Ｃｉｊのエンドレス・ネジＴＦｉｊ及び中空管２４ｊ間の接続を 第５図に詳細に示す、この図から次のことがわかる。すなわち、中空間２４ｊが １弾性ショック吸収部材○ＥＡｉｊに接触した一端と尺対端にて解放されており 、また、上記開口内に固定され、移動及び回転に対して止められたタップ・ナツ トＥＣ１ｊを有している。エンドレス・ネジＴＦｉｊのネジ山は、バックラッシ ュ吸取部材（図示せず）と共に設けたナラ）ＥＣｉ　ｊ内のタップと協動する。

エンドレス・ネジＴＦｉｊの長さ及び中空間２４ｊの長さは、動作において。

エンドレス・ネジＴＦｉｊが中空間２４ｊの端部に隣接しないように設計される 。なお、中空間２４ｊＬｉ性ショック吸収部材０ＥＡｉ　ｊと接触する。

Ｍ６図は、スライダ部材０Ｃｉｊと関連した安全手段Ｍ　Ｓ　ｉ　ｊの図である 。この安全手段Ｍ　Ｓ　ｉ　ｊは、部分５０ｊを有する予備支持部材５Ａｉｊを 具えており、この部分５０ｊは、底部プレートＰＩとほぼ直角であり、延長部５ １ｊが延びている。この延長部志　底部プレートＰＩとほぼ平行になるように、 スライダ部材０Ｃｉｊ方向に直角に延びている。支持部材ＳＡｉ　ｊ志　延長部 ５１ｊに対向するように、底部プレートＰＩ上に配置され。

部分５０ｊに直角に延びた付加的な延長部５２ｊも含んでいる。底部プレートＰ Ｉに対向する延長部５１ｊの面は、第１磁気スイツチＩ　Ｍ　ｉ　ｊを含んでお り、この第１スイツチＩ　Ｍ　ｉ　ｊに対向する付加延長部５２ｊの面棗第２磁 気スイッチＩＭ’ｉｊを含んでいる。底部関節Ａ工ｉｊに近接して位置するスラ イダ部材０Ｃｉｊの端部は、腕２２ｊの反対で、両端に位置する２個の別々の弾 性プレイドＣ０１ｊ及びＣＯ’ｉｊと共に設けられた付加腕２２′　ｊを有する 。これら２個のプレイド志　支持部材５Ａｉｊの延長部５１ｊ及び５２ｊと夫々 接触するように配置されている。安全機構の詳細な動作志　後述する。

第７図は、上部プレートＰＳ上に配置された関節ロケーションＥＡｉの詳細な図 である。関節ロケーションＥＡｉは　プレートＰＳにほぼ直角に延び、プレート ＰＳの頂部面、即ち、底部プレー）−ＰＩに対向する面と反対の面にて解放され た筒状穴６８ｉを含んでいる。この筒状穴６８ｉＬ　　長手方向の軸ＡＲｉを具 えていると共に。

環状ショルダー７０ｉにまで延びている。この環状ショルダーは、この軸ＡＲｉ から直角に延び、筒状穴６８ｉと同軸の筒状すそ７１ｉで終わる。この環状すそ ７１ｉは、上部プレートＰＳの底部面にて開いている。

プレートＰＳの底部面匡　軸ＡＲｉの周囲で同軸的に配置され、環状穴６８ｉと ほぼ同じ直径の中央穴７３ｉが貫通した環状プレート７２ｉを含んでいる。ショ ルダー　７０　ｉ、　　すそ７１ｉ及び環状プレート７２ｉ区　２個のボール・ ベアリング６５ｉの外側面を支持する。

関節ロケーションＥ　Ａ　ｉ　Ｌ　　本体６９ｉを含んでおり。

この本体の上部は、２個のボール・ベアリング６５１の内側面を支え、その底部 、即ち底部プレートＰ１に隣接した部分は、軸ＡＲｉと平行な２偲の腕を有する Ｕ字型二股部分を具えている１本体６９ｉ！　　その上部の中央を通るタップ穴 ７１ｉを有しており、ボール・ベアリング５＋１ｉを介してプレートＰＳにそれ を固定するボルト６４ｉと協動する。環状プレート７２ｉも、２個のボルト６３ １によりプレー）ＰＩに固定される。よって、本体６９ｉＬ　　軸ＡＲｉに沿っ て通過するように動くのが阻止されるが、＊ｄ＋ＡＲｉの周囲で回転するのは自 由である。

本体６９ｉの二股の２つの部分の２つの自由端は、キャップ６６ｉにより相互接 続され、このキャップ６６ｉ豪　軸ＡＲｉにほぼ直角で、それに交差する軸ＡＲ ’　　ｉを有する穴が貫通している。この穴は、２個の筒状スリーブ６０ｊ１及 び６０ｊ２が連接されたシャフト８０ｉを受ける。キャップ６６　ｉ　１１　　 軸ＡＲｉ及びＡ　Ｒ’　　ｉにほぼ直角で、これら両方と交差している軸ＡＲ” ｉの付近で本体６９ｉの分岐部分に連接する。

よって１本体６９ｉは、第１回転軸ＡＲｉを有する第１頂部関節を定めるのに最 適である。シャフト８０ｉは。

第２の回転軸ＡＲ’ｉを有する第２頂部関節を定めるのに最適である。また、シ ャフト８１ｉは、第３の回転軸を有する第３頂部関節定めるのに最適である。し たがって１回転の自由度には、３段階ある。この関節の全体的な効果は、ボール 及びソケット型である。関節ロケーションＥＡｉ上の２個の筒状スリーブ６０ｊ ｌ及び６０ｊ２を固定すること、３つの回転軸ａＲｉ、ＡＲ’　ｉ及びＡＲ”ｉ の配置により、筒状スリーブ６０ｊ　１及び６０ｊ２自体の長手方向軸の周囲で の回転のいかなる可能性も防止できる。また、夫々のタップ穴６２ｊ１及び６２ ｊ２とのネジ６１ｊ１及び６１ｊ２の協動賑　リンク部材０Ｌｉ２ｊｌ及び０Ｌ ｉｌｊ２が、上部及び底部端と相互接続している軸の周囲での回転をロックする のに寄与する。関節ロケーション及び種々のネジのこの特定の配置は、頂部ロッ ク手段を構成する。

各リンク部材０Ｌｉｊの底部端は、ユニバーサル・ジヨイントを介して対向する スライダ部材０Ｃｉｊに接続しており、また、各リンク部材０Ｌｉｊはその端部 と相互接続する軸の周囲での回転が防止されるので、ユニバーサル・ジヨイント Ａｌ１ｊは、スライダ部材０Ｃｉｊがスライド方向の周囲で回転するのを防止す る。よって、底部ロック手段を構成する。

よって、底部ロック手段及び頂部ロック手段の組み合わせ棗　スライダ部材がそ のスライド方向の回りで回転するのをロックする手段を構成する。当然、他の形 式のロック手段を設けることもできる。

ユニバーサル・ジヨイントＡｌ１ｊの配置、対応するスライダ部材０Ｃｉｊの配 置、及び対応する関節ロケーションＥＡｉの配置により、リンク部材０Ｌｉｊを 円錐内に配置できることが、当業者には理解できよう。なお。

この円錐の軸重　上記スライド方向ＤＣにより構成され、その頂点は、ユニバー サル・ジヨイントＡｌ１ｊにより構成される。

第８図豪　上述の装置用のプロセッサ手段のブロック図である。このプロセッサ 手段は、制御＃器３１を具えており、この制御器は、第１センサＰＣｉｊ及び力 センサＣＥｉｊの両方からの情報を受け、中央コンピュータ３０と通信を行って 、モータＭＯＴｉｊを制御する。

上述の装置の重量は、釣２Ｋｇであり、各リンク部材の！　’ｊｊｔ　ＩＬ　　 約１００グラム（ｇ）である、これらの一定長は約１０ｃｍであり、装置の直径 は、半径が約８゜□で高さが約２０ｃｍの円形筒内にこの装置を入れることがで きるような大きさである。また、大きさ及び重λを・小さくして、完全に小型機 構に適するように、装置を実現できることが、当業者には理解できよう、この装 置の絶対位置精度は、約１０ミクロンであり、その公称負荷志　約２５Ｋｇであ る。モータ化されていないリンク部材を用いることにより、垂直方向が４ｃｍで 、横方向が±４ｃｍの配置で限界が定められた作業空間が得られる。

これ豪　２個のプレートＰＩ及びＰＳの夫々の中心に相互接続する軸の周囲でｔ ｈ６１度の回転をする可能性と、それと垂直な軸の周囲で±３３度の回転をする 可能性による。この作業空間は、特にマーレットの論文で記載されたものよりも 非常に大きい。

さらに、この装置の主要な重量は、モータＭＯＴｉｊによる。この設計は、この 重量が底部プレートの真下にくるようになっている。よって、この装置の重心の 中心は、底部プレートの真下にあり、従来の装置のように連接されたセグメント の間にはない。Ｎ搬ロボットの作業負荷が重荷にならないので、これは、ロボッ トの腕の端部としてこの装置を用いるのに最も適する。さらに、リンク部材の間 にモータ手段がないので、総べての形式のアプリケーションに適用させるのに、 因難なく装置を変更できる。

この装置の動作を詳細に説明している。上述の如く。

この装置の目的豪　特に、空間が従来のマニピュレータの精度と両立性がないと きに１Ｍ立の援助を行うものである。運搬ロボットは、組立を行う場所に装置を 運び、組み立てる部品の１つを保持している間、この装置は。

力センサＣＥｉｊからの情報を用いて位置誤差を補正する。この装置に二　６段 階の自由度があるので、ｖ＆べての形式の位置誤差を補正できる。

これら変移を達成するために、スライド部材二　制御器３１による制御の下に、 垂直スライド方向ＤＣに沿ってリンク部材の底部関節Ａ　Ｉ　ｉ　ｊを移動する 。このようにするため、各モータＭＯＴｉｊは、対応するエンドレス・ネジＴＦ ｉｊを回転させる。このエンドレス・ネジ上に配置され、スライダ部材０Ｃｉｊ に国定さ九たナラ）ＥＣｉｊＬ　　スライダ部材を平行に移動させる。ロック手 段により、スライダ部材０Ｃｉｊがスライド方向ＤＣの周囲で回転するのを阻止 されるので、二九が可能となる。当然、モータＭＯＴｉｊ！　　独立に制御され る。

底部間！！！Ａｌ１ｊのこの線形変移は、ロンド２０ｊを介して腕２２ｊへのリ ンクにより、線形ポテンショメータＰＣｉｊＩｆｉ測定する。

スライド部材０Ｃｉｊのこの直接駆動は、伝達バックラッシュを最小値に減らす 作用をする。ポテンショメータＰＣｉ　ｊからの情報に基づいて、モータＭｏＴ ｉｊを制御し、各リンク部材０Ｌｉｊへ基準の力を与えるために、モータのトル クをモニタする。

逆に、上部プレートに力が加わっていれば、この力は。

リンク部材０Ｌｉｊの方向に応じて、これらリンク部材各々に広がる。よって、 各スライド部材０Ｃｉｊは、軸方向の力、及びボール・スリーブＤＢｉｊが中和 する半径方向の力を受ける。軸方向の力を弾性ショック吸取部材０ＥＡｉｊに伝 達すると、この吸収部材は、力に比例した量だけ圧縮するか又は延びる。よって 、上部プレートがわずかに動くので、この装置に受動コンプライアンスを与える 。上部プレートの変移をポテンショメータＰＣ１ｊで測定するので、コンピュー タ３０が移動部品の正確な位置を計算できる。受動コンプライアンスによる変移 は　変移センサにより正確に測定できるので、そうでなければ各リンク部材内に 挿入される弾性要素と比較すると１弾性ショック吸収部材０ＥＡｉｊをスライド 部材上に配置するのには非常な利点があることが、当業者には理解できよう、さ らに、弾性ショック吸な部材上この装置の剛性を変更するために、迅速に交換で きる。

各リック部材０Ｌｉｊ上に配置された力センサＣＥｉｊＬ　　各リンク部材の軸 方向の力を計算する作用をし、運搬ロボットが組立を行っている期間中、上部プ レート上に及ぼされる力を連続的に測定する。コンピュータ３０に東　実行すべ き距立を可能とするための上部支部部材の変移を計算するアルゴリズムが与えら れる。よって。

モータＭＯＴｉｊ（この例で！　トルク・モータ）をフォース・リターン（戻り の力）で制御する。この形式の制御により、各関節ロケーションに作用する力の ベクトルを直交座標系のデカルトの力に変換し、この変換された力をコンピュー タ３０に送る。このコンピュータは。

フォース・リターン・アルゴリズムを用いて、上部プレートの位置に供給すべき デカルトＸ補正を計算する１次に、コンピュータ３０内に存在する座標変換器が 、リンク部材の対応長を計算し、この情報を制御！）３０に送って、モータＭＯ Ｔｉｊを制御する。

各安全手段ＭＳｉｊＬ　　対応するエンドレス・ネジＴＦｉｊがその最小又は最 大ストロークに達した際、モータを停止させる。この安全手段匡　対応するモー タへの電源をスイッチ・オフし、エンドレス・ネジＴＦｉｊへ穏やかなブレーキ を与える。これを行うため、スライダ部材０Ｃｉｊがその最大ストロークの端部 近傍にくると。

補助支持部材上に固定された磁気スイッチＩ　Ｍ　ｉ　ｊがプレイド０Ｃｉｊの 存在を検出するので、そのモータへの電源がスイッチ・オフする。同様に、底部 間ｊｉｉＡＩｉｊを底部プレートＰＩの方向に運ぶため、スライド部材が基部プ レートＰＢの方向に進むと、策２磁気スイッチ１Ｍ’ｉｊがプレイドＣＯ’ｉｊ の存在を検出し、モータ電源をスイッチ・オフする。そして、補助支持部材５Ａ ｉｊ上のこれら弾性プレイドの変形により、スライド部材０Ｃｉｊ及びｙエンド レス・ネジＴＦｉｊに対するブレーキを行う、さらに、上部プレートを手動で許 可領域に戻すため、制御器３１の付加スイッチにより、安全システムを短絡でき る。

本発明は、変形が可能であり、特に次のようにできる。

スライド方向４１　　任東　例えζ　底部プレートに平台で、その中央と交差す る方向でもよい、そして、特に。

これら方向二　一方のリンク・ロケーションから他方への方向と異なってもよい 。

利用するスライド方向、及び／ヌは泪いるモータ手段の形式に応じて、当業春山 　この装置の運動学に応じて。

種々の異なる形式の底部関節や、関節位置の種々の異なる形式の配置を利用する ことができる。

当然、上述の手段のいくつかは、それらが有用でない変形において東　除去でき る。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．底部プレート（ＰＩ）、上部プレート（ＰＳ）、上記２個のプレート（ＰＩ 、ＰＳ）の相対位置を制御する制御アセンブリーを具え、上記制御アセンブリー は、上記上部プレート（ＰＳ）上に位置している３対（ＥＡｉ）の互いに隣接し た関節ロケーション（ＥＡｉｊ）と、 上記底部プレート（ＰＩ）上に位置している３対（ＰＬｉ）の互いに隣接したリ ンク・ロケーション（ＰＬｉｊ）と、 夫々が上記関節ロケーション（ＥＡｉｊ）の夫々に連接した上端、及びリンク・ ロケーション（ＰＬｉｊ）の夫々に底部関節（ＡＩｉｊ）を介して接続された底 部端とを有して、同じ対（ＥＡｉ）の上記２個の関節ロケーション（ＥＡｉｊ１ 、ＥＡｉｊ２）が２個のリング部材（ＯＬｉ１ｊ２、ＯＬｉ２ｊ１）により上記 ２個の連続的なリンク・ロケーション（ＰＬｉ１ｊ２、ＯＬｉ２ｊ１）に接続さ れ、これらリンク・ロケーションが上記２個の関節ロケーション（ＥＡｉｊ１、 ＥＡｉｊ２）に最近接し、リンク・ロケーション（ＰＬｉ１、ＰＬｉ２）の２個 の異なる対に属するようになった６個のリンク部材（ＯＬｉｊ）と、 命令に応じて、上記底部プレート（ＰＩ）に対する関節ロケーション（ＥＡｉｊ ）の位置を独立に可変するモータ手段（ＭＯＴｉｊ、ＴＦｉｊ）と を具えており、 各リンク部材（ＯＬｉｊ）がほぼ一定の長さで、上記制御部材が上記６個のリン ク・ロケーション（ＰＬｉｊ）に先ず夫々接続され、次に上記６個の底部関節（ ＡＩｉｊ）を介して上記６個のリンク部材（ＯＬｉｊ）の上記底部端に接凝れた ６帽のスライダ部材（ＯＣｉｊ）を更に有しており、各スライダ部材（ＯＣｉｊ ）は、上記モータ手段（ＭＯＴｉｊ、ＴＦｉｊ）の駆動により所定のスライド方 向（ＤＣ）に上記底部プレート（ＰＩ）に対してスライドするのに適することを 特徴とする関節装置。
2. ２．総べての上記スライド方向（ＤＣ）は、ほぼ平行であることを特徴とする請 求の範囲第１環の装置。
3. ３．総べての上記スライド方向（ＤＣ）は、上記底部プレート（ＰＩ）上に位置 する上記３対のリンク・ロケーション（ＰＬｉ）を含むプレートにほぼ直角であ ることを特徴とする請求の範囲第２項の装置。
4. ４．モータ手段（ＭＯＴｉｊ、ＴＦｉｊ）の駆動において、各リンク部材（ＯＬ ｉｊ）は、その軸が上記スライド方向（ＤＣ）であり、その頂点が上記底部関節 （ＡＩｉｊ）である円錐内に位置するのに適することを特徴とする請求の範囲第 ３環の装置。
5. ５．上記制御アセンブリーは、各スライド部材（ＯＣｉｊ）がそのスライド方向 （ＤＣ）の回りに回転するのをロックするロック手段（ＥＡｉ、ＡＩｉｊ）を含 んでいることを特徴とする請求の範囲第４環の装置。
6. ６．上記ロック手段は、対応関節ロケーション（ＥＡｉ）のレベルで、その上端 及び底部端を相互接続する軸の周囲で各リンク部材（ＯＬｉ１ｊ２、ＯＬｉ２ｊ １）が回転するのをロックする頂部ロック手段（ＡＲｉ、ＡＲ′ｉ、ＡＲ′′ｉ 、６２ｊ、６１ｊ）を含み、各底部関節（ＡＩｉｊ）は、底部ロック手段を構成 するユニバーサル・ジョイントであることを特徴とする請求の範囲第５項の装置 。
7. ７．各スライダ部材（ＯＣｉｊ）は、ネジ手段（ＥＣｉｊ）を具えており、上記 モータ手段は、夫々上記６個のスライダ部材（ＯＣｉｊ）に関連し、６個のモー タ（ＭＯＴｉｊ）によりその長手方向軸の周囲で夫々回転する６個のエンドレス ・ネジ（ＴＦｉｊ）を具えており、スライダ部材のネジ手段（ＥＣｉｊ）及び関 連したエンドレス・ネジ（ＴＦｉｊ）は、上記スライダ部材をスライドさせるた めに同時に動作することを特徴とする請求の範囲第５又は第６項の装置。
8. ８．各スライダ部材（ＯＣｉｊ）は、上記対応する底部関節（ＡＩｉｊ）に接続 された第１端部を有し、他端が解放された中空筒状管（２４ｊ）を具えており、 上記ネジ手段は、上記他端と移動、且つ回転するように固く接続され、上記エン ドレス・ネジ（ＴＦｉｊ）と一緒に動くタップの切られたナット（ＥＣｉｊ）を 具えていることを特徴とする請求の範囲第７項の装置。
9. ９．各関節ロケーション（ＥＡｉ）は、上記３対の関節ロケーション（ＥＡｉ） を含む上記プレートにほぼ垂直な第１回転軸（ＡＲｉ）を有する第１頂部関節（ ６９ｉ）と、上記第１回転軸（ＡＲｉ）とほぼ直角で、上記第１回転軸（ＡＲｉ ）と交差した第２回転軸（ＡＲ′ｉ）を有する第２頂部関節（８０ｉ）と、上記 第１及び第２軸の両方とほぼ直角でこれらの両方と交差している第３回転軸（Ａ Ｒ′′ｉ）とを定めるのに最適であり、回転に３段階の自由度が得られることを 特徴とする請求の範囲第４〜第８項の任意の１つの装置。
10. １０．上記３対の関節ロケーション（ＥＡｉ）の上記３つの中点（ＭＩＡｉ）は 、第１三角形（ＥＱ１）の３つの夫々の頂点にほぼ位置することを特徴とする上 記任意の請求の範囲の装置。
11. １１．上記６個のリンク・ロケーション（ＰＬｉ）は、円（Ｃ）上に位置するこ とを特徴とする上記任意の請求の範囲の装置。
12. １２．上記第１三角形（ＥＱ１）は正三角形であり、休止位置において、３対（ ＰＬｉ）の各々の上記２個のリンク・ロケーションと相互接続する３個の円弧の 中間に夫々位置する３点（ＭＩＬｉ）が、２個の正三角形（ＥＱ１，ＥＱ２）の 重心の中心と相互接続する軸の周囲で、上記第１正三角形（ＥＱ１）に対して約 ６０度の角度でオフセットされた第２正三角形（ＥＱ２）の３個の頂点の夫々１ 個にほぼ配置されていることを特徴とする請求の範囲第１０及び第１１項の装置 。
13. １３．各対（ＥＡｉ）の上記２個の関節ロケーション（ＥＡｉｊ）は、一致する ことを特徴とする上記任意の請求の範囲の装置。
14. １４．上記制御アセンブリーは、上記装置の状態を表す少なくとも１つの機械的 大きさを検出する検出手段（ＰＣｉｊ、ＣＥｉｊ）を含んでいることを特徴とす る上記任意の請求の範囲の装置。
15. １５．上記制御アセンブリーは、上記検出手段（ＰＣｉｊ、ＣＥｉｊ）からの情 報を受け、上記モータ手段（ＭＯＴｉｊｉ、ＴＦｉｊ）を制御するプロセッサ手 段（ＭＴ）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第１４項の装置。
16. １６．上記制御アセンブリーは、上記６個のリンク部材（ＯＬｉｊ）に夫々接続 した６個の弾性ショック吸収部材（ＯＥＡｉｊ）を含んでいることを特徴とする 上記任意の請求の範囲の装置。
17. １７．上記モータ手段（ＭＯＴｉｊ）の一部は上記底部プレート（ＰＩ）に固定 された基部プレート（ＰＢ）に固定され、上記底部プレート（ＰＩ）は上記基部 プレート（ＰＢ）及び上記上部プレート（ＰＳ）管に配置されたことを特徴とす る上記任意の請求の範囲の装置。