机器人及其控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术的目的在于提供一种可以同时实现良好的安全性和优异的控制性能的关节机器人及其控制装置。该机器人具有：基部；设置在基部上的三个电机；轴中心线垂直于基部表面的支承柱；滑轮；组装有非线性弹簧的三根丝索；与负载联接的输出轴；具有联接到输出轴的小齿轮和设置在支承柱上端的固定部件的差动机构；设置在差动机构的环上的万向接头；以及设置在差动机构的固定部件上的丝索导向装置，利用两根丝索并经由滑轮将差动机构的两个侧齿轮和两个电机一对一地连接起来，利用剩余的另一根丝索通过丝索导向装置将剩余的另一个电机和万向接头连接起来。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及改变多自由度姿态的机器人及其控制装置。
技术介绍
最近，服务机器人以人机合作工业机器人的研究正方兴未艾地进行。由于这些机器人与人直接接触，因此，其安全性的保证就变得很重要。为了保持机器人整体的安全性， 要求机器人的各关节是柔性和轻量的。但是，当关节的刚度变低时，机器人的作业精度或响应性等控制性能就会变差。为了使机器人兼顾安全性和控制性能，若从关节的自由度来看，现有的关节机器人利用冗余的丝索(Wire)驱动机构(例如，参考专利文献I)。在丝索驱动机构中，加入非线性弹簧和张力传感器，一边控制各丝索的张力，一边对实际的旋转角度进行反馈。这样，现有的关节机器人通过对冗余致动器的力进行控制，来同时控制机器人的姿态和刚度。在先技术文献专利文献:特开2004-322283号公报
技术实现思路
_9] 本专利技术要解决的技术问题但是，对于现有的关节机器人，其所有的丝索都直接连接到末端侧部件，即使丝索的张力没有变化，但当姿态变化时，有效转矩也会发生很大变化，因此，存在可动范围较窄这样的问题，还存在无法实现能接近想要服务的人的动作范围这样的问题。此外，由于现有的关节机器人的控制装置将与指令刚度对应的转矩和姿态反馈控制所需要的转矩值相加作为电机的转矩指令值，从而使刚度控制与姿态控制相互干涉，因此，还存在下述问题当刚度改变时，姿态响应特性变化，并且当受到较大的外扰时，实际的刚度与刚度指令值会产生很大偏差，从而无法保证安全性。本专利技术鉴于这样的问题而进行，其目的在于提供一种下述这样的关节机器人及其控制装置从而能够同时实现良好的安全性和优异的控制性能，即除丝索和非线性弹簧之外，还引入差动机构作为电机和输出轴之间的联接机构，同时，根据姿态的反馈控制所需要的转矩指令和刚度的目标指令来发出丝索的张力指令以控制丝索的张力，在较宽的范围内使关节的姿态角度和刚度独立且正确地遵从目标指令。解决问题的手段为解决所述问题，本专利技术如下述这样构成。技术方案I所述的专利技术是一种关节机器人，其具有基部；三个电机，其设置在所述基部上；三个卷绕装置，其分别安装在这些电机上；支承柱，其被设置为轴中心线垂直于所述基部的表面；万向节，其安装在所述支承柱的上端；可动盘，其安装在所述万向节上； 三个万向接头，其设置在所述可动盘的底部；三根丝索，其一对一地连接三个所述卷绕装置和三个所述万向接头，并组装有非线性弹簧；以及输出轴，其被固定为使其轴中心线垂直于所述可动盘的上表面，其中，以下述方式设置固定直角坐标系xyzo :将所述支承柱的轴中心线与所述基部的表面的交点作为原点O，将所述支承柱的轴中心线作为z轴，并将离开所述基部的表面的方向作为z轴的正方向，使y轴平行于所述万向节的与所述支承柱接触的轴的轴中心线，以下述方式设置移动直角坐标系X' i' z' o':将所述输出轴的轴中心线与所述可动盘的下表面的交点作为原点o'，将所述输出轴的轴中心线作为z'轴，并将从所述可动盘的上表面离开的方向作为z'轴的正方向，使X'轴平行于所述万向节的与所述可动盘联接的轴的轴中心线，并且所述移动直角坐标系X' J1 z' o'与所述可动盘一起移动，将三个所述电机配置成使一个所述卷绕装置位于X的负轴，使其余的两个所述卷绕装置分别位于xoy坐标系的第I象限和第4象限，将三个所述万向接头配置成使三个所述万向接头在X' o' j'坐标系中的相位分别与三个所述卷绕装置在所述xoy坐标系中的相位为相同的值。并且，利用三根所述丝索将位于该不同的两个坐标系的各自相同的相位的三个所述卷绕装置与三个所述万向接头一对一地连接起来。此外，技术方案2中所述的专利技术是一种关节机器人，其具有基部；三个电机，其设置在所述基部上；三个卷绕装置，其分别安装在三个所述电机上；支承柱，其被设置为轴中心线垂直于所述基部的表面；旋转轴接头，其安装在所述支承柱的上端；旋转轴，其安装在所述旋转轴接头上；回转轴接头，其安装在所述旋转轴的上端；可动盘，其安装在所述回转轴接头上；三个万向接头，其设置在所述可动盘的底部；三根丝索，其一对一地连接三个所述卷绕装置和三个所述万向接头，并组装有非线性弹簧；以及输出轴，其被固定为使其轴中心线垂直于所述可动盘的上表面，其中，以下述方式设置移动直角坐标系X' I' Z' 0': 将所述输出轴的轴中心线与所述可动盘的下表面的交点作为原点0'，将所述输出轴的轴中心线作为Z'轴，并将离开所述可动盘的上表面的方向作为Z'轴的正方向，使y'轴与所述回转轴的轴中心线平行，并且所述移动直角坐标系X' I' z' o'与所述可动盘一起移动，以下述方式设置固定直角坐标系xyzo :将所述支承柱的轴中心线与所述基部的表面的交点作为原点O，将所述支承柱的轴中心线作为z轴，并将离开所述基部的表面的方向作为Z轴的正方向，当所述输出轴的轴中心线与所述旋转轴的轴中心线一致时，y轴与y'轴平行，将三个所述电机配置成使一个所述卷绕装置位于X的负轴，使其余的两个所述卷绕装置分别位于xoy坐标系中的第I象限和第4象限，将三个所述万向接头配置成使三个所述万向接头在X' o' y'坐标系中的相位分别与三个所述卷绕装置在所述xoy坐标系中的相位为相同的值，并且利用三根所述丝索将位于X的负轴的所述卷绕装置与位于X'的负轴的所述万向接头、位于xoy坐标系的第I象限的所述卷绕装置与位于X' o' j'坐标系的第4象限的所述万向接头、以及位于xoy坐标系中的第4象限的所述卷绕装置与位于 X/ o' I'坐标系的第I象限的所述万向接头分别连接起来。此外，技术方案3中所述的专利技术，其一边根据丝索的张力指令和所述丝索的张力信号进行张力的控制，一边根据姿态角度的目标指令、刚度的目标指令以及所述各电机的旋转角度信号生成所述各丝索的张力指令，从而控制所述关节机器人的姿态角度和刚度， 技术方案3中所述的专利技术具有姿态角度推定部，其根据各电机的旋转角度信号和各丝索的张力信号计算出姿态角度的推定值；姿态角度控制部，其接收所述姿态角度的目标指令与所述姿态角度的推定值之间的偏差，并输出姿态转矩指令；以及张力指令计算部，其根据所述姿态转矩指令、所述刚度的目标指令以及所述姿态角度的推定值计算出张力指令。此外，作为其它专利技术，其具有基部；三个电机，其设置在所述基部上；支承柱，其被设置为轴中心线垂直于所述基部的表面；滑轮；三根丝索，其组装有非线性弹簧；以及输出轴，其与负载联接，此外，还具有差动机构，其小齿轮与输出轴连接，其固定部件设置在所述支承柱的上端；万向接头，其设置在所述差动机构的环上；以及丝索导向装置，其设置在所述差动机构的固定部件上，用两根所述丝索将分别与所述差动机构的两个侧齿轮联接的两个滑轮和分别与两个所述电机联接的两个滑轮之间一对一地连接起来，利用剩余的另一根所述丝索通过所述丝索导向装置将与其余的另一个电机联接的滑轮和所述万向接头之间连接起来。技术效果通过下述机器人并构造下述控制装置可以在较宽的范围内使关节的姿态角度和刚度独立且正确地遵从目标指令。该机器人具有从关节自由度来看冗余的电机；丝索，其联接电机和输出轴以传递动力，并且组装有非线性弹簧；以及差动机构。该控制装置根据姿态的反馈控制所需要的姿态转矩指令和刚度的目标指令来发出丝索的张力指令，以控制丝索的张力。此外，通过在高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文农，中村裕司，
申请(专利权)人：株式会社安川电机，
类型：发明
国别省市：