人形作业机器人的臂部构造制造技术

一种人形机器人的臂部构造，所述构造尽可能排除人形机器人臂部进行通常作业时发生肩关节的奇点状态，能确保臂部动作连贯性。设定肩关节（５）的第１关节至第３关节（１１），（１３），（１５）的位置及姿势，以及肘关节（６）的相对于第３关节（１５）的位置，以使构成肩关节（５）的第１关节（１１）的第１轴（１０）和第３关节（１５）的第３轴（１４）同轴，并在肩关节（５）的奇点状态下使肩关节（５）动作，同时，使肘关节（６）位于胴体（１）的一侧位置，肘关节（６）位于通过肩关节（５）的第１至第３关节（１１），（１３），（１５）的各轴（１０），（１２），（１４）的交点的水平面Ｓ的上方。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关人形机器人的臂部构造。
技术介绍
已知，对于和人那样胴体两侧有手臂的人形机器人来说，一般采用如图7所示的臂部关节构造。人形机器人的各臂部A包括肩关节a、肘关节b及腕关节c。而肩关节a是由可绕从胴体上方的两侧向水平方向延伸的第1轴d的周围自由旋转地与胴体B相连接的第1关节e、可绕和第1轴d相垂直的第2轴f(与图7的纸面相垂直的轴)的周围自由旋转地与第1关节e相连接的第2关节g、绕和第2轴f相垂直的第3轴h的周围自由旋转地与第2关节g相连接的第3关节i构成。此时，第1至第3关节e，g，i的位置关系是设置在其任意的动作位置(旋转位置)上，使其作为各自旋转轴心的第1至第3轴d，f，h相交于一点。肘关节b由可绕第4轴j(图7中与纸面垂直的轴)的周围自由旋转并通过上臂部K与肩关节a的第3关节i相连接的第4关节b所构成。腕关节c是从肘关节b开始，顺序连接可绕第5至第7轴m，n，o的周围(图中这些轴m，n，o互相垂直)各自旋转的第5至第7关节p，q，r。而腕关节c的前部与手指相连接。根据这样的臂部A的构造，可使该臂部的肩关节a、肘关节b、腕关节c基本像人臂那样动作。不过，在图7的机器人中，肘关节b安放在肩关节a的第3关节i的第3轴h的轴心上，但也有将肘关节b放在与第3关节的第3轴轴心径向偏离的位置上、与该第3关节相连接的情况。但是，如此构造的机器人的臂部A如图8所示，肩关节a的第1关节e的第1轴d和第3关节i的第3轴h呈同轴状态，该状态一般称为肩关节a的奇点状态(或奇点姿势)。不过，该奇点状态与第1关节e或第3关节i的旋转位置无关，而是指第1关节e的第1轴d和第3关节i的第3轴h同轴的状态。以上对肘关节在与第3关节第3轴轴心径向偏离的位置上与第3关节相连接时也同样适用。在这样的奇点状态下，肩关节a只能是第1关节e或第3关节i绕第1轴d(=第3轴h)的周围做旋转动作和、第2关节g绕第2轴f的周围做旋转动作。为此，与肩关节a的第3关节i相连接的肘关节b的姿势的自由度减少、臂部A的动作性变差。例如在图8的奇点状态下，即使是肘关节b的第4轴j的方向绕竖直轴四周作微小的变化，这种微小的动作如要肘关节b来实现，肩关节须做如下动作即将肩关节a的第1关节e及第3关节i各自绕第1轴d及第3轴h相互逆向旋转90度后、将第2关节g绕第2轴f的周围作微小旋转。在肩关节a的奇点状态下，针对肘关节b的微小的位置或姿势的变化，肩关节a则需要大的动作，这样就有损于肘关节b朝所需位置或姿势变化的柔软性和迅速性。不过，在肩关节a的奇点状态以外的状态(非奇点状态)下，不会出现上述问题。例如在图7的状态下，肘关节b的第4轴j的方向朝任意方向的微小变化，可由第1关节e或第3关节i、或由其两者的微小的旋转动作来实现。另一方面，据本专利技术人等所见，此类人形机器人的臂部A的作业，通常是将肘节关b安放在肩关节a的中心、也就是与上述第1至第3关节e，g，i的各轴d，f，h的交点有相同高度的位置上、或在该高度下方进行各种作业。尤其是让机器人的臂部做和人的手臂相同的动作的主动从动方式的人形机器人，在人的臂部作业方面更具上述趋势。然而，以往人形机器人中，由于没有考虑上述实际作业时臂部A的肘关节b的位置，而是设计了肩关节a的第2至第3关节的布局和姿势，因而在人形机器人作业时在通常肘关节b可动作的位置上会发生肩关节a的上述奇点状态。例如，在图7的人形机器人中，将其肘关节b在与肩关节a的中心等高处，胴体B的一侧伸展的状态为奇点状态。但肘关节b的这种位置状态在作业过程中是经常会碰到的状态。因此，以往的人形机器人在进行通常作业时，其臂部A容易发生肩关节a的奇点状态。其结果，容易损伤通常作业时的臂部A的动作性。本专利技术目的在于提供一种人形机器人的臂部构成，所述臂部构造能尽量排除在人形机器人的臂部进行通常作业时其肩关节的奇点状态的发生，能确保臂部进行连贯动作。专利技术揭示为达到上述目的，本专利技术的人形机器人的臂部构造系这样一种结构所述臂部构造由可绕第1轴周围旋转并与胴体连接的第1关节、绕与第1轴交叉的第2轴周围旋转并与上述第1关节连接的第2关节、绕与该第2轴交叉的第3轴周围旋转并与上述第2关节连接的第3关节所构成；并且具有使第1至第3关节的各轴相交于一点而设置的肩关节及与该肩关节的第3关节相连的肘关节。其特征在于，在构成上述肩关节的上述第1关节的第1轴和上述第3关节的第3轴同轴时，该肩关节处于奇点状态下，设定上述肩关节的第1关节至第3关节的位置及姿势、以及上述肘关节相对于该第3关节的位置，使该肩关节动作的同时将上述肘关节放在上述胴体一侧位置的状态，使该肘关节位于通过上述第1至第3关节的各轴交点的水平面上方。即在人形机器人的臂部作业中，一般几乎没有这样的情况将上述肘关节置于上述胴体的一侧，且置于在通过上述第1至第3关节各轴的交点、即肩关节中心的水平面上方位置的状况下进行作业。从而藉由上述肩关节的第1关节至第3关节的位置和姿势的设定，以及上述肘关节相对于第3关节的位置的设定，可避免在人形机器人的臂部进行实际作业时，在该臂部的肘关节进行正常动作的肘关节位置上发生肩关节奇点状态的情形。由此，在上述奇点状态下，上述肩关节动作的同时使上述肘关节处于上述胴体的一侧位置，并使该肘关节在通过上述第1至第3关节的各轴交点的水平面上方。由此，本专利技术能尽可能避免人形机器人臂部在进行通常作业时肩关节奇点状态的发生，确保臂部动作的连续性。本专利技术将上述肘关节在上述第3关节的第3轴的轴心上与该第3关节相连时，比如上述肩关节，其第1关节在上述第1轴朝着上述胴体的一侧斜上方的姿势下与该胴体相连的同时，将上述第2关节及第3关节在该肩关节处于上述奇点状态下，从上述第1关节朝着肘关节有序地排列在上述第1轴的轴心上，并与第1关节及第2关节相连。根据这样的结构，使上述肘关节在上述肩关节的奇点状态下位于胴体的一侧并在上述水平面的上方。另外，在本专利技术中，将上述肘关节在与上述第3关节的第3轴轴心有所偏离的位置上与该第3关节相连时，上述肩关节的第1至第3关节的位置及姿势的设定是使上述肩关节在上述奇点状态下动作的同时使上述肘关节在上述胴体一侧的任意位置绕上述第3轴的周围旋转的状态，该肘关节位于上述水平面的上方。即，将上述肘关节在与上述第3关节的第3轴轴心径向有偏离的位置上与该第3关节相连时，在上述奇点状态下使上述第1关节或第3关节各自绕上述第1轴、第3轴(这些在奇点状态下同轴)的周围旋转。由此，使上述肘关节的位置在以该肘关节与第1及第3轴之间的距离为半径的圆周上运动。该肘关节的任一旋转位置都是肩关节的奇点状态。因此，设定上述肩关节的第1关节至第3关节的位置及姿势，可以使人形机器人的臂部尽可能避免在通常作业时发生肩关节的奇点状态，以使上述肩关节在上述奇点状态下动作的同时，使上述肘关节处于上述胴体一侧的任意位置并绕上述第3轴周围旋转的状态，使该肘关节位于上述水平面上方。附图的简单说明附图说明图1是应用了本专利技术的第1实施形态的人形机器人的模式主视图。图2是图1机器人主要部位的动作说明图。图3是表示本专利技术的第1实施形态的变形例子的人形机器人的主要部位的模式侧视图。图4是应用了本专利技术的第2实施形态的人形机器人的主要部位的模式主视图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人形作业机器人的臂部构造，所述臂部构造系由绕第１轴的周围旋转并与胴体相连接的第１关节，绕与第１轴交叉的第２轴的周围旋转并与上述第１关节连接的第２关节，绕与该第２轴交叉的第３轴的周围旋转并与上述第２关节连接的第３关节所组成；并且具有使第１至第３关节的各轴相交于一点而设置的肩关节，与该肩关节的第３关节相连接的肘关节； 其特征在于，设定所述肩关节的第１至第３关节的位置及姿势、以及所述肘关节相对于该第３关节的位置，以使构成所述肩关节的上述第１关节的第１轴和上述第３关节的第３轴同轴时，该肩关节在奇点状态下，使该肩关节动作的同时所述肘关节处于上述胴体的一侧位置，并且该肘关节位于通过第１至第３关节的各轴交点的水平面上方。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：竹中透，河井孝之，长谷川忠明，松本隆志，五味洋，高桥秀明，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]