JPH0424950B2 - - Google Patents
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- JPH0424950B2 JPH0424950B2 JP57205919A JP20591982A JPH0424950B2 JP H0424950 B2 JPH0424950 B2 JP H0424950B2 JP 57205919 A JP57205919 A JP 57205919A JP 20591982 A JP20591982 A JP 20591982A JP H0424950 B2 JPH0424950 B2 JP H0424950B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- case
- reduction gear
- arm
- actuator
- reference plate
- 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.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J3/00—Manipulators of leader-follower type, i.e. both controlling unit and controlled unit perform corresponding spatial movements
- B25J3/04—Manipulators of leader-follower type, i.e. both controlling unit and controlled unit perform corresponding spatial movements involving servo mechanisms
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J13/00—Controls for manipulators
- B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Program-controlled manipulators
- B25J9/10—Program-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
- B25J9/102—Gears specially adapted therefor, e.g. reduction gears
- B25J9/1025—Harmonic drives
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Program-controlled manipulators
- B25J9/10—Program-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
- B25J9/12—Program-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements electric
- B25J9/126—Rotary actuators
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Manipulator (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
- Linear Motors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、アクチユエータ及び主・従遠隔マニ
ピユレータの主アームまたは従アームの任意の位
置決め及び方向運動を制御する位置サーボ制御目
的のためのアクチユエータの使用に関する。
ピユレータの主アームまたは従アームの任意の位
置決め及び方向運動を制御する位置サーボ制御目
的のためのアクチユエータの使用に関する。
特に、本発明は、現在用いられているケーブル
またはベルト作動式アクチユエータの各々の代り
に用いることができ且つケーブルまたはベルト手
段で作動される主アームと同一の信頼制を有する
小型化した主アームを提供することが可能である
アクチユエータに関する。
またはベルト作動式アクチユエータの各々の代り
に用いることができ且つケーブルまたはベルト手
段で作動される主アームと同一の信頼制を有する
小型化した主アームを提供することが可能である
アクチユエータに関する。
現在用いられているケーブルまたはベルト作動
式アクチユエータが機械的に可逆的であるという
重要な利点を有すること、すなわち、アクチユエ
ータが、遠隔マニピユレータが力すなわち応力の
戻り状態にあるとき、主アームからの運動の従ア
ームヘの伝達及び従アームによつて出合う抵抗の
主アームーへの伝達の両方を可能にすることほ周
知である。しかし、これらのアクチユエータは幾
分から欠点を有し、これらの内の最つとも重要な
2つは、所定の運動に対して減速を行なうプーリ
ーの存在から特に生じる全体的に大きな寸法と、
ひんぱんの修理を必要とするケープル及びベルト
の弱さ及びもろさとである。
式アクチユエータが機械的に可逆的であるという
重要な利点を有すること、すなわち、アクチユエ
ータが、遠隔マニピユレータが力すなわち応力の
戻り状態にあるとき、主アームからの運動の従ア
ームヘの伝達及び従アームによつて出合う抵抗の
主アームーへの伝達の両方を可能にすることほ周
知である。しかし、これらのアクチユエータは幾
分から欠点を有し、これらの内の最つとも重要な
2つは、所定の運動に対して減速を行なうプーリ
ーの存在から特に生じる全体的に大きな寸法と、
ひんぱんの修理を必要とするケープル及びベルト
の弱さ及びもろさとである。
これらの欠点の第1は、遠隔マニピユレータの
使用の条件が主アームの小型化を例えば必要とす
るとき、こえらの従来のアクチユエータの使用を
計画することが不可能なことである。このこと
は、特に、遠隔マニピユレータが潜水操作を行な
わなければならないとき且つマニピユレータが小
さい潜水船から制御され、主アームに対する有効
空間が直径50cmの球状部分に制限されるときに当
てはまる。
使用の条件が主アームの小型化を例えば必要とす
るとき、こえらの従来のアクチユエータの使用を
計画することが不可能なことである。このこと
は、特に、遠隔マニピユレータが潜水操作を行な
わなければならないとき且つマニピユレータが小
さい潜水船から制御され、主アームに対する有効
空間が直径50cmの球状部分に制限されるときに当
てはまる。
ケーブルまたはテープの弱さに関して、このこ
とは、特に遠隔マニピユレータが原子力の分野で
用いられるとき、従アームに関する動作制限を生
じさせる。このように、あらゆる場合に作動的欠
点となるような従アームの脱汚染または放射媒質
中での修理を行なう必要がある。
とは、特に遠隔マニピユレータが原子力の分野で
用いられるとき、従アームに関する動作制限を生
じさせる。このように、あらゆる場合に作動的欠
点となるような従アームの脱汚染または放射媒質
中での修理を行なう必要がある。
本発明は、ケーブルまたはベルト作動式アクチ
ユエータの欠点を有せず、一方力戻しマニピユレ
ータがを与えるように運動の可逆性を与えるアク
チユエータの構造に関する。
ユエータの欠点を有せず、一方力戻しマニピユレ
ータがを与えるように運動の可逆性を与えるアク
チユエータの構造に関する。
この目的のために、及び本発明に従つて、比較
的高い初期速度を有する小さい電気モータが用い
られ、且つ寸法及び力の要求の両方を満足するた
めに、高減速比を有する減速ギヤが電気モータに
加えられる。そのような減速ギヤがほんのわずか
しか可逆的でしかないという事実を考慮して適当
な手段を加えることによつて良好な可逆性を減速
ギヤに加える必要がある。本発明によると、これ
らの手段は、加えられた力に感応する角度的な可
撓な機械連結手段及びこの力を検出する手段であ
る。
的高い初期速度を有する小さい電気モータが用い
られ、且つ寸法及び力の要求の両方を満足するた
めに、高減速比を有する減速ギヤが電気モータに
加えられる。そのような減速ギヤがほんのわずか
しか可逆的でしかないという事実を考慮して適当
な手段を加えることによつて良好な可逆性を減速
ギヤに加える必要がある。本発明によると、これ
らの手段は、加えられた力に感応する角度的な可
撓な機械連結手段及びこの力を検出する手段であ
る。
特に、本発明は、箱、すなわちケースと、その
ステータが前記箱すなわちケース内に固着された
電気モータと、箱、すなわちケース内に配置され
且つその駆動部分が電気モータのロータによつて
駆動される減速ギヤと、箱、すなわちケースの外
側にあり、且つ角度的に可撓な機械的連結手段に
よつて減速ギヤの被動部分に連結した作動部分
と、作動部分及び被動部分の間の第1角度変位を
検出する手段と、及び被動部分及び箱、すなわち
ケース間の第2角度変位を検出する手段と、を有
することを特徴とするアクチユエータに関する。
ステータが前記箱すなわちケース内に固着された
電気モータと、箱、すなわちケース内に配置され
且つその駆動部分が電気モータのロータによつて
駆動される減速ギヤと、箱、すなわちケースの外
側にあり、且つ角度的に可撓な機械的連結手段に
よつて減速ギヤの被動部分に連結した作動部分
と、作動部分及び被動部分の間の第1角度変位を
検出する手段と、及び被動部分及び箱、すなわち
ケース間の第2角度変位を検出する手段と、を有
することを特徴とするアクチユエータに関する。
可撓な連結手段は特にトーシヨンバーまたは反
対方向に取付けられた2つのらせんばねによつて
形成される。
対方向に取付けられた2つのらせんばねによつて
形成される。
本発明の好ましい実施例によると、アクチユエ
ータは、減速ギヤの被動部分を基準プレートに連
結するためにトーシヨンバーを中心として同心的
に配列した堅い管状シヤフトを有し、基準プレー
トの両表面が箱の表面及び作動部分の表面に面し
てそれぞれ配置しており、第1及び第2角度変位
を検出する手段が作動部分の前記表面及び基準プ
レートの対応表面の間に、それぞれ取付けられて
いることである。
ータは、減速ギヤの被動部分を基準プレートに連
結するためにトーシヨンバーを中心として同心的
に配列した堅い管状シヤフトを有し、基準プレー
トの両表面が箱の表面及び作動部分の表面に面し
てそれぞれ配置しており、第1及び第2角度変位
を検出する手段が作動部分の前記表面及び基準プ
レートの対応表面の間に、それぞれ取付けられて
いることである。
本発明は、また主アーム及び従アームから成
り、各々が複数の運動を行なう主・従遠隔マチピ
ユレータのアームの少なくとも1つの各運動はマ
クチユエータによつて制御され、サーボ制御器
は、他のアームの同一運動に対応する位置を検出
する3つの手段と、第2手段によつて供給される
信号及び第3手段によつて供給される信号の間の
差を決定する第4手段と、第4手段によつて供給
される信号及び第1手段によつて供給される信号
の間の差を決定する第5手段と、を有し、第5手
段によつて供給される信号が電気モータを制御す
るように働くことを特徴とする位置サーボ制御器
に関する。
り、各々が複数の運動を行なう主・従遠隔マチピ
ユレータのアームの少なくとも1つの各運動はマ
クチユエータによつて制御され、サーボ制御器
は、他のアームの同一運動に対応する位置を検出
する3つの手段と、第2手段によつて供給される
信号及び第3手段によつて供給される信号の間の
差を決定する第4手段と、第4手段によつて供給
される信号及び第1手段によつて供給される信号
の間の差を決定する第5手段と、を有し、第5手
段によつて供給される信号が電気モータを制御す
るように働くことを特徴とする位置サーボ制御器
に関する。
好ましくは、このサーボ制御器は、第4手段に
よつて第5手段に伝達される信号のレベルを所定
の値に制御するための第6手段が設けられてい
る。
よつて第5手段に伝達される信号のレベルを所定
の値に制御するための第6手段が設けられてい
る。
本発明の他の特徴によると、他のアームの各運
動が第2アクチユエータによつて制御され、第2
アクチユエータは第3手段及び前記第2アクチユ
エータによつて働らかされた力を決定する第8手
段と関連しており、サーボ制御器は第4手段及び
第8手段によつて供給される信号間の差を決定す
る第9手段を有し、第9手段によつて供給される
信号が第2アクチユエータを制御する働きをなす
ものである。
動が第2アクチユエータによつて制御され、第2
アクチユエータは第3手段及び前記第2アクチユ
エータによつて働らかされた力を決定する第8手
段と関連しており、サーボ制御器は第4手段及び
第8手段によつて供給される信号間の差を決定す
る第9手段を有し、第9手段によつて供給される
信号が第2アクチユエータを制御する働きをなす
ものである。
好ましくは、本発明のサーボ制御器は、第4手
段によつて第9手段に伝達される信号のレベルを
所定の値に制御する手段を有している。
段によつて第9手段に伝達される信号のレベルを
所定の値に制御する手段を有している。
次に、本発明を図面を参照して説明する。
第1図の下側部分は、実際に具体化された本発
明のアクチユエータの種々の部材の構造を示し、
一方、上側部分はこれらの部材によつて構成され
た種々の組立体を慨略的に示す。
明のアクチユエータの種々の部材の構造を示し、
一方、上側部分はこれらの部材によつて構成され
た種々の組立体を慨略的に示す。
このように、第1図から、本発明のアクチユエ
ータ10が円筒状ケース、すなわち円筒状箱12
から成り、この箱12は3つの部分12a,12
b,12cから実際には形成され、それらは結合
具(結合具の1つが一点鎖線14で概略的に示さ
れている)によつて積み重ねられて組立てられて
いる。比較的高速の電気モータ16のステータ1
6aは箱12の中央部分12b中に固定されてい
る。モータ16のロータ16bは部材18に固定
され部材18はボア18aを有し且つ箱12及び
ボア18aに共通な軸線を中心として箱12内で
回転するように取付けられている。部材18は高
減速比を有する減速ギヤ20の駆動部材を構成す
る。このギヤは、詳細には後述するが、その高減
速比に起因してほんのわずかにしか可逆的でな
い。回転中、ギヤは、ギヤの被動部分22の機素
の1つを形成する歯付リング22aを、駆動部材
18の速度と比較して比較的低速度で駆動する。
被動部分22はフランジ22bを含み、フランジ
22bに歯付リング22aがねじ(ねじ1つが一
点鎖線24で概略的に示されている)によつて固
定されている。
ータ10が円筒状ケース、すなわち円筒状箱12
から成り、この箱12は3つの部分12a,12
b,12cから実際には形成され、それらは結合
具(結合具の1つが一点鎖線14で概略的に示さ
れている)によつて積み重ねられて組立てられて
いる。比較的高速の電気モータ16のステータ1
6aは箱12の中央部分12b中に固定されてい
る。モータ16のロータ16bは部材18に固定
され部材18はボア18aを有し且つ箱12及び
ボア18aに共通な軸線を中心として箱12内で
回転するように取付けられている。部材18は高
減速比を有する減速ギヤ20の駆動部材を構成す
る。このギヤは、詳細には後述するが、その高減
速比に起因してほんのわずかにしか可逆的でな
い。回転中、ギヤは、ギヤの被動部分22の機素
の1つを形成する歯付リング22aを、駆動部材
18の速度と比較して比較的低速度で駆動する。
被動部分22はフランジ22bを含み、フランジ
22bに歯付リング22aがねじ(ねじ1つが一
点鎖線24で概略的に示されている)によつて固
定されている。
被動部分22ばかりでなく減速ギヤ20も部分
12a中に配置されており、部分12aは箱の1
端を閉じている。被動部分22はボールベアリン
グ26を介して部分12a内で回転するように取
付けられている。
12a中に配置されており、部分12aは箱の1
端を閉じている。被動部分22はボールベアリン
グ26を介して部分12a内で回転するように取
付けられている。
駆動部分18は中空シヤフト状に形成され、箱
の部12a,12b中を貫通している。駆動部分
はフランジ22b内の1端及び箱の部分12b内
の他端とによつて2つのボールベアリング30を
介して回転するように支持されている。
の部12a,12b中を貫通している。駆動部分
はフランジ22b内の1端及び箱の部分12b内
の他端とによつて2つのボールベアリング30を
介して回転するように支持されている。
被動部分22は駆動部分内に形成したボア18
a内に同心的に配置した堅い管状シヤフト32と
一体に形成されている。管状シヤフト32は完全
に駆動部分18を横切つてフランジ22bとは反
対の端に突出している。シヤフト32はこの突出
端はボールベアリング34を介して箱の部分12
bによつて回転するように支持されている。さら
に、その突出端はボールベアリング34を越えて
延ばされて箱の部分12c中に配置した基準プレ
ート36を形成する。
a内に同心的に配置した堅い管状シヤフト32と
一体に形成されている。管状シヤフト32は完全
に駆動部分18を横切つてフランジ22bとは反
対の端に突出している。シヤフト32はこの突出
端はボールベアリング34を介して箱の部分12
bによつて回転するように支持されている。さら
に、その突出端はボールベアリング34を越えて
延ばされて箱の部分12c中に配置した基準プレ
ート36を形成する。
フランジ22bにおいて、堅い管状シヤフト3
2はその内部基部に溝38を有し、溝38中に、
管状シヤフト32内に同心的に配置したトーシヨ
ンバー42の端に形成した対応溝40を受入れ
る。トーシヨンバー42はシヤフト32の全長に
わたつて延び、基準プレート36を越えて作動部
分44に固定されている。作動部分44は箱の部
分12cの端に形成した円形開口を横切つてお
り、ボールベアリング46によつて開口中に回転
自在に支持されている。部分44は、箱12の外
側に、遠隔マニピユレータの部分と一体の作動プ
レート44a有し、マニピユレータは箱に対して
可動である。
2はその内部基部に溝38を有し、溝38中に、
管状シヤフト32内に同心的に配置したトーシヨ
ンバー42の端に形成した対応溝40を受入れ
る。トーシヨンバー42はシヤフト32の全長に
わたつて延び、基準プレート36を越えて作動部
分44に固定されている。作動部分44は箱の部
分12cの端に形成した円形開口を横切つてお
り、ボールベアリング46によつて開口中に回転
自在に支持されている。部分44は、箱12の外
側に、遠隔マニピユレータの部分と一体の作動プ
レート44a有し、マニピユレータは箱に対して
可動である。
作動部分44は、箱の部分12c内に位置決め
されたプレートすなわちデイスクの形状の部分を
含み、デイスクは基準プレート36の両面の内の
1つの面に面する表面44bを有している。プレ
ート36の他の面は箱の部分12bに形成した表
面12dに面する。箱に対する基準プレート36
の回転は箱の表面12dとプレート36との間に
配置した第1ポテンシヨメータ48によつて測定
される。同様に、基準プレート36に対する作動
部材44の回転は表面44bとプレート36との
間に置かれたポテンシヨメータ50によつて検出
される。ポテンシヨメータ48及び50は光学符
号器の如き任意の他の位置符号化装置によつて置
換えることができる。
されたプレートすなわちデイスクの形状の部分を
含み、デイスクは基準プレート36の両面の内の
1つの面に面する表面44bを有している。プレ
ート36の他の面は箱の部分12bに形成した表
面12dに面する。箱に対する基準プレート36
の回転は箱の表面12dとプレート36との間に
配置した第1ポテンシヨメータ48によつて測定
される。同様に、基準プレート36に対する作動
部材44の回転は表面44bとプレート36との
間に置かれたポテンシヨメータ50によつて検出
される。ポテンシヨメータ48及び50は光学符
号器の如き任意の他の位置符号化装置によつて置
換えることができる。
この配列の結果として、ポテンシヨメータ48
は基準プレート36及び箱の間の角度変位、すな
わち力がトーシヨンバー42に加わらないときの
箱に対する部材44の角度変位を測定することを
可能にすることが明らかである。その結果、ポテ
ンシヨメータ48トーシヨンバーの角度的ねじれ
内で箱に対する部材44の位置を指示する。明ら
かに、トーシヨンバー42は、角度的ねじれを形
成するような、被動部分22及び部材44間の他
の任意の機械的連結手段で置き換えるこができ
る。このように、この目的のために、反対向きに
取付けた2つのスパイラルスプリングまたは2つ
の半径方向に配置したプレート間に置かれたスプ
リングを用いることも可能である。
は基準プレート36及び箱の間の角度変位、すな
わち力がトーシヨンバー42に加わらないときの
箱に対する部材44の角度変位を測定することを
可能にすることが明らかである。その結果、ポテ
ンシヨメータ48トーシヨンバーの角度的ねじれ
内で箱に対する部材44の位置を指示する。明ら
かに、トーシヨンバー42は、角度的ねじれを形
成するような、被動部分22及び部材44間の他
の任意の機械的連結手段で置き換えるこができ
る。このように、この目的のために、反対向きに
取付けた2つのスパイラルスプリングまたは2つ
の半径方向に配置したプレート間に置かれたスプ
リングを用いることも可能である。
また、ポテンシヨメータ50は、基準プレート
36と作動部分44、すなわちトーシヨンバー4
2との間の角度変位を検出することを可能にす
る。このように、ポテンシヨメータ50は部分4
4と箱12との間に働く力を表示する。例えば角
度変位は3Kgの力に対して50である。
36と作動部分44、すなわちトーシヨンバー4
2との間の角度変位を検出することを可能にす
る。このように、ポテンシヨメータ50は部分4
4と箱12との間に働く力を表示する。例えば角
度変位は3Kgの力に対して50である。
明細書の残りの記載から明らかになるが、トー
シヨンバー42と組合わさつて本発明の2つのポ
テンシヨメータは、実際の減速ギヤ20が可逆的
でないにもかかわらず、可逆的アクチユエータを
提供する。
シヨンバー42と組合わさつて本発明の2つのポ
テンシヨメータは、実際の減速ギヤ20が可逆的
でないにもかかわらず、可逆的アクチユエータを
提供する。
2つのポテンシヨメータによつて与えられる値
を加えることによつて、箱12に対する部分44
の位置ち関する情報を得ることができる。このこ
とは、ロボツト工学に適用されるとき、特に有益
である。
を加えることによつて、箱12に対する部分44
の位置ち関する情報を得ることができる。このこ
とは、ロボツト工学に適用されるとき、特に有益
である。
明らかに、減速ギヤ20はモータ16のロータ
16bに伝達される回転速度に適合するのに充分
な高減速比を有する種類の任意の周知の手段によ
つて形成することができる。前述の如く、そのよ
うなギヤは一般にほんのわずかしか可逆的でな
い。
16bに伝達される回転速度に適合するのに充分
な高減速比を有する種類の任意の周知の手段によ
つて形成することができる。前述の如く、そのよ
うなギヤは一般にほんのわずかしか可逆的でな
い。
制限的でない実施例として、第2a図及び第2
b図を参照して、第1図のアクチユエータに用い
られる減速ギヤの作動について説明する。このギ
ヤは周知の形式を有し、一般にハーモニツクドラ
イブと呼ばれている。
b図を参照して、第1図のアクチユエータに用い
られる減速ギヤの作動について説明する。このギ
ヤは周知の形式を有し、一般にハーモニツクドラ
イブと呼ばれている。
第1図及び第2a図に示す如く、駆動部分18
はボールベアリングのボール20a用の楕円状内
側レースを形成する部分18bを有し、ボールベ
アリングの外側レースは内側レースの楕円形状に
適合する可撓性スチールリング20b上に形成さ
れている。第1図に示すように、リング20bは
外歯を有し、外歯は2つの直径方向に反対側の母
線に沿つて同時に箱の部分12bに固定したリン
グに形成した内歯20c及び被動部分22のリン
グ22aに形成した内歯20dに係合する。
はボールベアリングのボール20a用の楕円状内
側レースを形成する部分18bを有し、ボールベ
アリングの外側レースは内側レースの楕円形状に
適合する可撓性スチールリング20b上に形成さ
れている。第1図に示すように、リング20bは
外歯を有し、外歯は2つの直径方向に反対側の母
線に沿つて同時に箱の部分12bに固定したリン
グに形成した内歯20c及び被動部分22のリン
グ22aに形成した内歯20dに係合する。
第2b図から明らかなように、リング20b内
の部分18bによつて支持したレースの回転が駆
動部分18の所定の回転に対する歯間の変位に対
応する角度αだけ固定歯20c内のレースを回転
する効果を有するように、歯付リング20bの歯
の数が箱に形成した歯20cの数と異なる。
の部分18bによつて支持したレースの回転が駆
動部分18の所定の回転に対する歯間の変位に対
応する角度αだけ固定歯20c内のレースを回転
する効果を有するように、歯付リング20bの歯
の数が箱に形成した歯20cの数と異なる。
なお、20d中の歯の数がリング20b中の歯
の数と同一であるので、リング20bの回転は被
動部分22の回転に対して同一角度αだけ進む。
の数と同一であるので、リング20bの回転は被
動部分22の回転に対して同一角度αだけ進む。
このような減速ギヤの減速比は極めて高い。そ
の理由は、もし20bおよび20cの歯の数の間
の変位が1だけならば、歯20cのピツチに対応
する角度αによる被動部分22の回転は駆動部分
の1回転に相当するからである。前述の如く、こ
のようなギヤはほんのわずかに可逆的である。
の理由は、もし20bおよび20cの歯の数の間
の変位が1だけならば、歯20cのピツチに対応
する角度αによる被動部分22の回転は駆動部分
の1回転に相当するからである。前述の如く、こ
のようなギヤはほんのわずかに可逆的である。
第3図に特に示すように、本発明のアクチユエ
ータは遠隔マニピユレータの運動の各々を制御す
るために用いられることができる。このように、
第3図は、小型化した主アーム(マスターアー
ム)52が普通の寸法の従アーム(スレーブアー
ム)54を遠隔制御することを示している。主ア
ーム52は特に潜水船内に設定でき、従アーム5
4は潜水船の外にあり、舷窓を介して、またはテ
レビジヨンスクリーン56に表示される両面の助
けによつてモニターされる。
ータは遠隔マニピユレータの運動の各々を制御す
るために用いられることができる。このように、
第3図は、小型化した主アーム(マスターアー
ム)52が普通の寸法の従アーム(スレーブアー
ム)54を遠隔制御することを示している。主ア
ーム52は特に潜水船内に設定でき、従アーム5
4は潜水船の外にあり、舷窓を介して、またはテ
レビジヨンスクリーン56に表示される両面の助
けによつてモニターされる。
例えば、主アーム52は垂直に軸支した支持体
52及び支持体52aの垂直軸線を中心として枢
動するように(運動X)及び前記第1軸線に垂直
なシヨルダー軸線を中心として枢動するように
(運動2)取付けたアーム52bを有する。前腕
52cがシヨルダー軸線に平行なエルボー軸線を
中心として回動するように(運動Y)アーム52
bに関節結合されている。前腕52cの端はハン
ドル52dを支持し、前腕の軸線を中心として回
動できる(方位方向運動A)。ハンドル52dは
また前腕軸線に垂直な軸線を中心として回動し
(上昇運動B)及び前述の軸線に垂直な第2軸線
を中心として回動する(枢動運動C)ように関節
結合されている。最後に、ハンドルは従アームの
把持具の開閉運動を制御する爪を有している。
52及び支持体52aの垂直軸線を中心として枢
動するように(運動X)及び前記第1軸線に垂直
なシヨルダー軸線を中心として枢動するように
(運動2)取付けたアーム52bを有する。前腕
52cがシヨルダー軸線に平行なエルボー軸線を
中心として回動するように(運動Y)アーム52
bに関節結合されている。前腕52cの端はハン
ドル52dを支持し、前腕の軸線を中心として回
動できる(方位方向運動A)。ハンドル52dは
また前腕軸線に垂直な軸線を中心として回動し
(上昇運動B)及び前述の軸線に垂直な第2軸線
を中心として回動する(枢動運動C)ように関節
結合されている。最後に、ハンドルは従アームの
把持具の開閉運動を制御する爪を有している。
従アーム54は、同様に、垂直軸支持体54
a、アーム54b、前腕54c及び把持具54を
有し、これらは主アームの対応部品と同様に互い
に対して枢動できる。
a、アーム54b、前腕54c及び把持具54を
有し、これらは主アームの対応部品と同様に互い
に対して枢動できる。
本発明のアクチユエータ10は主アームの位置
決め運動(X、Y及びZ)及び方向運動(A、B
及びC)の各々に対応する。簡略化のために、支
持体52aの垂直軸線を中心とする主アームの組
立体の枢動を制御するアクチユエータ10aが第
3図に示されている。従アーム54上のアクチユ
エータは前述のアクチユエータの各々に対応す
る。このように、特に、油圧ジヤツキによつて形
成できるアクチユエータ58aはアクチユエータ
10aに対応する。このジヤツキにはポテンシヨ
ンメータのような位置検出器ばかりでなく力(す
なわち圧力)測定装置が設けられている。測定し
た圧力は従アームに加えらえた負荷の概念を与え
る。
決め運動(X、Y及びZ)及び方向運動(A、B
及びC)の各々に対応する。簡略化のために、支
持体52aの垂直軸線を中心とする主アームの組
立体の枢動を制御するアクチユエータ10aが第
3図に示されている。従アーム54上のアクチユ
エータは前述のアクチユエータの各々に対応す
る。このように、特に、油圧ジヤツキによつて形
成できるアクチユエータ58aはアクチユエータ
10aに対応する。このジヤツキにはポテンシヨ
ンメータのような位置検出器ばかりでなく力(す
なわち圧力)測定装置が設けられている。測定し
た圧力は従アームに加えらえた負荷の概念を与え
る。
第4図に示すようなサーボ制御回路は、形式1
0a−58aのアクチユエータ組立体の各々に対
応する。
0a−58aのアクチユエータ組立体の各々に対
応する。
次の記載は、位置−位置、力戻し、主従遠隔マ
ニピユレータに関するが、マニピユレータは位置
−力、または力−位置形式ものであつてもよい。
ニピユレータに関するが、マニピユレータは位置
−力、または力−位置形式ものであつてもよい。
モータ16、減速ギヤ20、ポテンシヨメータ
48及び50及びアクチユエータ10の作動プレ
ート44aを見ることができる。またジヤツキ5
8、位置ポテンシヨメータ60、力ポテンシヨメ
ータ60及びギヤツキによつて制御される可動部
分64を見ることができる。主側において、モー
タ16はタコゼネレータ(速度計用発電機)66
によつて制御される。
48及び50及びアクチユエータ10の作動プレ
ート44aを見ることができる。またジヤツキ5
8、位置ポテンシヨメータ60、力ポテンシヨメ
ータ60及びギヤツキによつて制御される可動部
分64を見ることができる。主側において、モー
タ16はタコゼネレータ(速度計用発電機)66
によつて制御される。
ポテンシヨメータ48及び60によつて供給さ
れる位置信号は減算器68に入れられ、減算器6
8の出力信号は、主側において、リミツタ72を
通過した後、減算器70に入れられる。減算器7
0の第2入力端子は力ポテンシヨメータ50から
の信号を受けとる。減算器70の出力信号は、増
幅器76を通過した後、第2減算器74に入力さ
れる。減算器74は、モータ16を制御する出力
信号を第2増幅器78を介して供給するために、
減算器70からの出力信号をタコゼネレータ66
からの信号と比較する。
れる位置信号は減算器68に入れられ、減算器6
8の出力信号は、主側において、リミツタ72を
通過した後、減算器70に入れられる。減算器7
0の第2入力端子は力ポテンシヨメータ50から
の信号を受けとる。減算器70の出力信号は、増
幅器76を通過した後、第2減算器74に入力さ
れる。減算器74は、モータ16を制御する出力
信号を第2増幅器78を介して供給するために、
減算器70からの出力信号をタコゼネレータ66
からの信号と比較する。
従側では、同一形式の比較が減算器68の出力
信号と力ポテンシヨメータ62によつて供給され
る信号との間で行なわれる。また、リミツタ7
2′、減算器70′及び増幅器76′がある。この
増幅器から供給される信号はジヤツキ58を制御
するサーボバルブ80に直接入れられる。
信号と力ポテンシヨメータ62によつて供給され
る信号との間で行なわれる。また、リミツタ7
2′、減算器70′及び増幅器76′がある。この
増幅器から供給される信号はジヤツキ58を制御
するサーボバルブ80に直接入れられる。
第3図及び第4図を参照して前述した遠隔マニ
ピユレータ次のように作動する。
ピユレータ次のように作動する。
対応する運動が主アーム上に行なわれていない
ときに、従アーム54がバランスしているとする
と、ジヤツキ58と関連するポテンシヨメータ6
2は負荷が存在しない状態で信号を与えない。同
様に、もし主アームがバランスしているならば、
信号は50に表われない。ポテンシヨメータ48
及び60によつて供給される信号間の差(減算器
68の出力で読まれる値)が零であるように2つ
のアームが位置決めらえているとさらに仮定す
る。もし負荷が考えている運動方向において従ア
ームに供給され、主アームの部分にはまだ運動が
ないとすると、圧力変化がポテンシヨメータ62
で検出され、サーボバルブ80に伝達される。サ
ーボバルブ80は、力を働らかせる方向にジヤツ
キ58の前進を制御する。
ときに、従アーム54がバランスしているとする
と、ジヤツキ58と関連するポテンシヨメータ6
2は負荷が存在しない状態で信号を与えない。同
様に、もし主アームがバランスしているならば、
信号は50に表われない。ポテンシヨメータ48
及び60によつて供給される信号間の差(減算器
68の出力で読まれる値)が零であるように2つ
のアームが位置決めらえているとさらに仮定す
る。もし負荷が考えている運動方向において従ア
ームに供給され、主アームの部分にはまだ運動が
ないとすると、圧力変化がポテンシヨメータ62
で検出され、サーボバルブ80に伝達される。サ
ーボバルブ80は、力を働らかせる方向にジヤツ
キ58の前進を制御する。
したがつて、ポテンシヨメータ60は位置変化
を検出する。
を検出する。
減算器68の出力に表われるポーンシヨメータ
58及び60間の位置の差は、一方においては、
減算器70′の出力におけるサーボバルブ80の
制御信号の打消しによつて、ジヤツキ58を遅く
して停止させ、他方においては、モータ16の回
転に導き、これらはポテンシヨメータ48の変位
に導く。
58及び60間の位置の差は、一方においては、
減算器70′の出力におけるサーボバルブ80の
制御信号の打消しによつて、ジヤツキ58を遅く
して停止させ、他方においては、モータ16の回
転に導き、これらはポテンシヨメータ48の変位
に導く。
したがつて、従アームは平衝状態にあり、ポテ
ンシヨメータ62で測定される力はポーンシヨメ
ータ及び60間の位置の差と直接関係にあり、位
置の差は減算器68の出力で得られる。ジヤツキ
58で制御される従アームは、前述の如き、平衝
状態を保持するために、ねじれるので、減算器6
8の出力で測定される差は広がらないことをこの
段階において指摘しておく。
ンシヨメータ62で測定される力はポーンシヨメ
ータ及び60間の位置の差と直接関係にあり、位
置の差は減算器68の出力で得られる。ジヤツキ
58で制御される従アームは、前述の如き、平衝
状態を保持するために、ねじれるので、減算器6
8の出力で測定される差は広がらないことをこの
段階において指摘しておく。
もし操作者が制御部材44aによつて主アーム
を堅く保持するならば、トーシヨンバーはねじ
れ、検出器はねじれを測定し、減算器70を介し
てモータ16の運動を止める。
を堅く保持するならば、トーシヨンバーはねじ
れ、検出器はねじれを測定し、減算器70を介し
てモータ16の運動を止める。
従アームに関して、ポテンシヨメータ50によ
つて測定した力が減算器68の出力におけるポテ
ンシヨメータ48及び60間の位置の差と直線関
係にあるように、平衝状態が得られる。
つて測定した力が減算器68の出力におけるポテ
ンシヨメータ48及び60間の位置の差と直線関
係にあるように、平衝状態が得られる。
配列が対称であるので、44aにおいて主アー
ムに操作者によつて働らかされる力は、前述と同
一のプロセスによつて従アーム作用する。リミツ
タ72及び72′の機能はアクチユエータによつ
て働らかされる力の大きさを絶対値内に制限する
ことである。
ムに操作者によつて働らかされる力は、前述と同
一のプロセスによつて従アーム作用する。リミツ
タ72及び72′の機能はアクチユエータによつ
て働らかされる力の大きさを絶対値内に制限する
ことである。
減算器68の出力測定した変化がリミツタ72
の制限値を越え、操作者がアクチユエータ44a
にさらに増大する力を働らかせると仮定する。ポ
テンシヨメータ50からの値がリミツタ72の制
限値を越えるとき、モータ16が制御されて、力
が制限値を越えている間アーム44aは戻され
る。すなわち、アームは、装置が設計さえた制限
値を越える力に対しては分離する。
の制限値を越え、操作者がアクチユエータ44a
にさらに増大する力を働らかせると仮定する。ポ
テンシヨメータ50からの値がリミツタ72の制
限値を越えるとき、モータ16が制御されて、力
が制限値を越えている間アーム44aは戻され
る。すなわち、アームは、装置が設計さえた制限
値を越える力に対しては分離する。
このリミツタは、増幅段の飽和を生じさせる電
子回路の値を適当に選らぶことによつて得られ
る。第4図の回路は、その作動が述べられていな
いが、タコゼネレータ66を含む。これは、実際
には、タコメータ(速度計)負帰還の名前の下で
周知の回路であり、負帰還の目的は、装置の性能
を改良することである。簡略化のために、このタ
コゼネレータは第1図には表われないが、このこ
とはタコゼネレータがモータの端に加えられるこ
とを防げるものではない。同様に、従の部分に対
しても、性能を改良するために、速度負帰還を加
えることも可能である。
子回路の値を適当に選らぶことによつて得られ
る。第4図の回路は、その作動が述べられていな
いが、タコゼネレータ66を含む。これは、実際
には、タコメータ(速度計)負帰還の名前の下で
周知の回路であり、負帰還の目的は、装置の性能
を改良することである。簡略化のために、このタ
コゼネレータは第1図には表われないが、このこ
とはタコゼネレータがモータの端に加えられるこ
とを防げるものではない。同様に、従の部分に対
しても、性能を改良するために、速度負帰還を加
えることも可能である。
62において、回路は、運動に対する力トラン
スジユーサを含む、このことは良い解決である。
また、油圧アクチユエータ上に圧力トランスジユ
ーサを利用することもえきる。しかし、装置の性
質はジヤツキ、すなわち油圧モータの摩擦に起因
して、わずかに劣るものである。
スジユーサを含む、このことは良い解決である。
また、油圧アクチユエータ上に圧力トランスジユ
ーサを利用することもえきる。しかし、装置の性
質はジヤツキ、すなわち油圧モータの摩擦に起因
して、わずかに劣るものである。
主アーム及び従アーム間の力の比は、主アーム
または従アームに対して選らばれる最大力の比と
は異なる任意の値に電子的に調節できる。主アー
ム52の運動の各々に対して、本発明のアクチユ
エータ10は、従アームの変位の制御及び主アー
ムに対する従アームからの力の戻しを行なうこと
を可能とする。
または従アームに対して選らばれる最大力の比と
は異なる任意の値に電子的に調節できる。主アー
ム52の運動の各々に対して、本発明のアクチユ
エータ10は、従アームの変位の制御及び主アー
ムに対する従アームからの力の戻しを行なうこと
を可能とする。
明らかに、本発明はこの用述に制限されるもの
ではなく、ロボツト工学における任意の運動制御
に対して一般の方法で用いることができる。
ではなく、ロボツト工学における任意の運動制御
に対して一般の方法で用いることができる。
このように、本発明のアクチユエータは従アー
ムに対しても用いられることができる。この場合
本発明のアクチユエータは第3図の手段58の
各々に換える。従アームに加えられた力は、ポテ
ンシヨメータ50によつて検出され、主アームに
取付けられた対応するアクチユエータのモータ1
6を制御するために主アームに加えらえた力と比
較される。特に、このような適用は、先行技術の
ケーブルまたはベルト作動式マニピユレータの欠
点を有しない主・従遠隔マニピユレータを実現す
ることができる。
ムに対しても用いられることができる。この場合
本発明のアクチユエータは第3図の手段58の
各々に換える。従アームに加えられた力は、ポテ
ンシヨメータ50によつて検出され、主アームに
取付けられた対応するアクチユエータのモータ1
6を制御するために主アームに加えらえた力と比
較される。特に、このような適用は、先行技術の
ケーブルまたはベルト作動式マニピユレータの欠
点を有しない主・従遠隔マニピユレータを実現す
ることができる。
最後に、本発明のアクチユエータが設けられた
主アーム状アーム52は、いわゆる重い従アーム
を制御するのにも用いられる利点がある。極めて
重い負荷を取扱うことができるこの種の従アーム
は、現在、プツシユボタン制御箱から制御され、
位置または力戻しを有しない。この場合、ポテン
シヨメータが現存の従アームに加えられ、その運
動を検出することを可能にし、双方形の位置/位
置サーボ制御が従アームの変位を制御するように
従アームの位置を主アームの位置に比較すること
によつて行なわれる。特に、運動の各々に対し
て、この運動に対応する本発明のアクチユエータ
が作動され、対応するトーシヨンバーをねじる効
果を有する。このようにポテンシヨメータ50に
おいて測定した力はモータ16に直接伝達され、
操作者によつて働らかされた力に従う。主アーム
の得られた変位はポテンシヨメータ48によつて
測定される。それは、対応するポテンシヨメータ
によつて指示さえた従アームの対応する位置と比
較される。得られた信号は、主アームと同様に従
アームを変位するために、従アームのモータを制
御するのに用いられる。
主アーム状アーム52は、いわゆる重い従アーム
を制御するのにも用いられる利点がある。極めて
重い負荷を取扱うことができるこの種の従アーム
は、現在、プツシユボタン制御箱から制御され、
位置または力戻しを有しない。この場合、ポテン
シヨメータが現存の従アームに加えられ、その運
動を検出することを可能にし、双方形の位置/位
置サーボ制御が従アームの変位を制御するように
従アームの位置を主アームの位置に比較すること
によつて行なわれる。特に、運動の各々に対し
て、この運動に対応する本発明のアクチユエータ
が作動され、対応するトーシヨンバーをねじる効
果を有する。このようにポテンシヨメータ50に
おいて測定した力はモータ16に直接伝達され、
操作者によつて働らかされた力に従う。主アーム
の得られた変位はポテンシヨメータ48によつて
測定される。それは、対応するポテンシヨメータ
によつて指示さえた従アームの対応する位置と比
較される。得られた信号は、主アームと同様に従
アームを変位するために、従アームのモータを制
御するのに用いられる。
従アームの変位を遅くすることを留意して、主
アーム(その変位速度は制限されない)と従アー
ムとの間に変位を生じさせることもできる。双方
形の位置/位置サーボ制御系に起因して、この変
位はその解放の際主アームの後方戻りによつて補
償できる。
アーム(その変位速度は制限されない)と従アー
ムとの間に変位を生じさせることもできる。双方
形の位置/位置サーボ制御系に起因して、この変
位はその解放の際主アームの後方戻りによつて補
償できる。
この用述の場合、リミツタ72の値は操作者の
動作を容易にするために減じられる。実際には真
の力戻しは存在しない。その理由は、力検出が従
アームにおいて生じないからである。
動作を容易にするために減じられる。実際には真
の力戻しは存在しない。その理由は、力検出が従
アームにおいて生じないからである。
第1図は、本発明のアクチユエータの長手方向
断面図である。第2a図及び第2b図は、第1図
のアクチユエータにおいて用いられる減速ギヤの
作動を説明するための図である。第3図は、通常
の寸法を有する油圧制御式従アームの遠隔制御を
行なう小型化した主アームの運動を制御するのに
本発明のアクチユエータを適用することを示す図
である。第4図は、第3図の遠隔マニピユレータ
の運動の各々を制御するのに用いられることがで
きるサーボ制御回路を示す図である。 10……アクチユエータ、12……箱、16…
…モータ、20……減速ギヤ、52……主アー
ム、54……従アーム。
断面図である。第2a図及び第2b図は、第1図
のアクチユエータにおいて用いられる減速ギヤの
作動を説明するための図である。第3図は、通常
の寸法を有する油圧制御式従アームの遠隔制御を
行なう小型化した主アームの運動を制御するのに
本発明のアクチユエータを適用することを示す図
である。第4図は、第3図の遠隔マニピユレータ
の運動の各々を制御するのに用いられることがで
きるサーボ制御回路を示す図である。 10……アクチユエータ、12……箱、16…
…モータ、20……減速ギヤ、52……主アー
ム、54……従アーム。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 ケース12と、このケース12内にステータ
16aが固定されている電気モータ16と、ケー
ス12内に配置され且つ駆動部分18が電気モー
タ16のロータ16bよつて駆動される減速ギヤ
20と、ケース16内で減速ギヤ20および電気
モータ16と同じ軸線方向に延びた可撓性部材4
2とを有し、 この可撓性部材42の第1端部は減速ギヤ20
の被駆動部分22に連結されており、その第2端
部はケース16の外側にある作動部材44に連結
されており、 さらに、作動部材44と減速ギヤ20の被駆動
部分22との間の角度変化を検出する第1検出手
段50と、減速ギヤ20の被駆動部分22とケー
ス16との間の角度変化を検出する第2検出手段
48とがケース12の内部に設けられていること
を特徴とするアクチユエータ。 2 可撓性部材42の軸線と作動部材44および
減速ギヤ20の被駆動部分22の軸線とが同軸で
ある特許請求の範囲第1項に記載のアクチユエー
タ。 3 可撓性部材42がトーシヨンバーである特許
請求の範囲第1項または第2項に記載のアクチユ
エータ。 4 減速ギヤ20の被駆動部分22が、上記トー
シヨンバー42の外側にそれと同軸に配置された
剛体の管状シヤフトを介して基準プレート36に
連結されており、この基準プレート36の両表面
はケース12の表面と作動部材44の表面とに
各々対向して配置されており、上記第1検出手段
50は作動部材44の表面とそれに対向した基準
プレート36の表面の間の角度変位を検出し、第
2検出手段48はケース12の表面とそれと対向
した基準プレート36の表面との間の角度変位を
検出するように取付けられている特許請求の範囲
第3項に記載のアクチユエータ。 5 可撓性部材42が2本のコイルバネである特
許請求の範囲第1項または第2項に記載のアクチ
ユエータ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8121968A FR2516843B1 (fr) | 1981-11-24 | 1981-11-24 | Dispositif d'actionnement et son application a un asservissement de position pour un telemanipulateur maitre-esclave |
| FR8121968 | 1981-11-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5895974A JPS5895974A (ja) | 1983-06-07 |
| JPH0424950B2 true JPH0424950B2 (ja) | 1992-04-28 |
Family
ID=9264304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57205919A Granted JPS5895974A (ja) | 1981-11-24 | 1982-11-24 | アクチユエ−タ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4567417A (ja) |
| EP (1) | EP0080416B1 (ja) |
| JP (1) | JPS5895974A (ja) |
| DE (1) | DE3267057D1 (ja) |
| FR (1) | FR2516843B1 (ja) |
Families Citing this family (34)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3490498T1 (de) * | 1984-01-13 | 1985-11-28 | Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo | Handgelenk für Industrieroboter |
| JPS6228549A (ja) * | 1985-07-30 | 1987-02-06 | Teijin Seiki Co Ltd | 駆動源付き減速装置 |
| JPS62126859A (ja) * | 1985-11-28 | 1987-06-09 | Oi Seisakusho Co Ltd | アクチユエ−タ |
| CA1333415C (en) * | 1988-07-18 | 1994-12-06 | Patrick Tze-Kwai Fung | Human-in-the-loop machine control loop |
| US5116180A (en) * | 1988-07-18 | 1992-05-26 | Spar Aerospace Limited | Human-in-the-loop machine control loop |
| IT1245433B (it) * | 1991-03-04 | 1994-09-20 | Comau Spa | Polso di robot industriale |
| US9314921B2 (en) | 2011-03-17 | 2016-04-19 | Sarcos Lc | Robotic lift device with human interface operation |
| US8942846B2 (en) * | 2011-04-29 | 2015-01-27 | Raytheon Company | System and method for controlling a teleoperated robotic agile lift system |
| US8977398B2 (en) | 2011-04-29 | 2015-03-10 | Sarcos Lc | Multi-degree of freedom torso support for a robotic agile lift system |
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