JPH085034Y2 - Manipulator-joint torque detection mechanism - Google Patents
Manipulator-joint torque detection mechanismInfo
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- JPH085034Y2 JPH085034Y2 JP13488486U JP13488486U JPH085034Y2 JP H085034 Y2 JPH085034 Y2 JP H085034Y2 JP 13488486 U JP13488486 U JP 13488486U JP 13488486 U JP13488486 U JP 13488486U JP H085034 Y2 JPH085034 Y2 JP H085034Y2
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Description
【考案の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本考案はマニピュレータなどの関節に作用するトルク
を検出するマニピュレータ関節トルク検出機構に関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A. Field of Industrial Application The present invention relates to a manipulator joint torque detection mechanism for detecting torque acting on a joint such as a manipulator.
B.考案の概要 本考案はマニピュレータにおける関節軸への動力伝達
にベルトを用い、このベルトにテンションプーリを圧接
して該テンションプーリの受ける反力を力センサで検出
して当該ベルトの張力を測定することにより前記関節軸
に作用するトルクを検出するようにしたものである。B. Outline of the Invention The present invention uses a belt for power transmission to a joint shaft in a manipulator, and a tension pulley is pressed against the belt to detect a reaction force received by the tension pulley with a force sensor to measure the tension of the belt. By doing so, the torque acting on the joint shaft is detected.
C.従来の技術及びその問題点 例えばマスタースレーブマニピュレータにおいては、
スレーブ側のアームにおけるトルクを検出し、このトル
クに応じてマスター側のアームにトルクを与えて操作す
る人間に操作感を与えている。このようなマニピュレー
タ等においてトルクを検出する手段として、通常歪ゲー
ジが使用される。この歪ゲージは接着剤等により貼り付
けて使用されるため、小型のサーボモータを応用したマ
ニピュレータ等においては、接着剤が歪ゲージの貼付部
に侵食してこの貼付部の長期間における劣化が問題とな
る。この歪ゲージの貼付部の劣化は歪ゲージの剥離等を
招くことになり、トルク検出を良好に行うことができな
くなる虞がある。そこで、この劣化を抑制するためにベ
ローズによって密封するなどの手段が採られるが、この
ために大型化を招いてしまっていた。C. Conventional technology and its problems For example, in the master-slave manipulator,
The torque in the slave side arm is detected, and a torque is applied to the master side arm in accordance with this torque to give a feeling of operation to a person who operates the arm. A strain gauge is usually used as a means for detecting torque in such a manipulator. Since this strain gauge is used by pasting it with an adhesive or the like, in a manipulator or the like to which a small servo motor is applied, the adhesive erodes the strain gauge sticking part and the sticking part deteriorates over a long period of time. Becomes This deterioration of the attached portion of the strain gauge may lead to peeling of the strain gauge and the like, and it may not be possible to perform good torque detection. Therefore, in order to suppress this deterioration, a means such as sealing with a bellows is adopted, but this leads to an increase in size.
一方、駆動装置として使用するモータ等の電流から駆
動トルクを求めることができる。しかし、この場合には
減速装置における機械効率の低下が大きいため、出力軸
のトルクを精度良く求めることができなかった。On the other hand, the drive torque can be obtained from the current of the motor or the like used as the drive device. However, in this case, the reduction of the mechanical efficiency of the reduction gear device is large, so that the torque of the output shaft cannot be accurately obtained.
本考案は上記問題点に鑑み、構造が簡単かつ検出精度
の良いマニピュレータ関節トルク検出機構を提供するこ
とを目的とする。In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a manipulator joint torque detection mechanism having a simple structure and good detection accuracy.
D.問題点を解決するための手段 前記目的を達成する本考案の構成は、動力の伝達にベ
ルトを用い、このベルトの張力を測定することによりト
ルクを検出することを特徴とする。D. Means for Solving the Problems The constitution of the present invention which achieves the above object is characterized in that a belt is used for power transmission, and the torque is detected by measuring the tension of the belt.
E.作用 動力伝達にベルトを用いることにより動力伝達のロス
がなく高感度な伝達ができるとともに重量が軽くて慣性
が小さいので応答が早く制御が容易となる。また、この
ベルトにテンションプーリを圧接することによりベルト
の初期張力を容易に調節できるようにするとともに該ベ
ルトの張力の変化を測定してトルクを検出している。E. Action By using a belt for power transmission, high-sensitivity transmission can be achieved without loss of power transmission, and since the weight is light and the inertia is small, response is quick and control is easy. Further, the tension pulley is pressed against the belt so that the initial tension of the belt can be easily adjusted and the change in the tension of the belt is measured to detect the torque.
F.実施例 以下、本考案の好適な一実施例を図面を参照しながら
説明する。F. Embodiment Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施例は第3図に示すマニピュレータのマスターア
ームの手先に本考案を応用した例を示す。このマスター
アームは上腕アーム1,前腕アーム2,手首フレーム3及び
グリップ4からなっており、人間がグリップ4を握って
操作を行うようになっている。ここで、上腕1は肩の縦
振りA,肩の横振りBの動作が可能であり、前腕2は上腕
1に対して肘の曲げCの動作が可能となっており、手先
部は4自由度を有している。つまり手首フレーム3は手
首の縦曲げD及び手首の横曲げEの動作が可能であり、
グリップ4は手首の回転Fができるとともにつかみ動作
のスイッチを有している。This embodiment shows an example in which the present invention is applied to the hand of the master arm of the manipulator shown in FIG. The master arm is composed of an upper arm 1, a forearm 2, a wrist frame 3 and a grip 4, and a person grips the grip 4 to perform an operation. Here, the upper arm 1 is capable of vertical swing A of the shoulder and horizontal swing B of the shoulder, the forearm 2 is capable of bending C of the elbow with respect to the upper arm 1, and the hand portion is 4 free. Have a degree. In other words, the wrist frame 3 is capable of vertical bending D of the wrist and lateral bending E of the wrist,
The grip 4 can rotate the wrist F and has a gripping switch.
このようなマスターアームでは、スレーブアームが受
ける反作用を操作者に伝達するために、スレーブアーム
の各関節が受けるトルクを測定し、このトルクに応じた
トルクをマスターアームの各関節に与える機構が組込ま
れている。本実施例では手首の回転Fに反作用を与える
機構に、本考案の関節トルク検出機構を応用した例を示
す。In such a master arm, in order to transmit the reaction received by the slave arm to the operator, the torque received by each joint of the slave arm is measured, and a mechanism for applying a torque corresponding to the torque to each joint of the master arm is incorporated. Has been. In this embodiment, an example in which the joint torque detecting mechanism of the present invention is applied to a mechanism that gives a reaction to the rotation F of the wrist is shown.
第1図及び第2図に示すように手首フレーム3は前腕
アーム2に形成してある図示しない溝に沿って揺動する
(手首の縦曲げD)とともに回転する(手首の横曲げ
E)ようになっており、この手首フレーム3にはグリッ
プ4が軸受11を介して回動自在に設けられている。また
グリップ4にはスレーブアームにつかみ動作をさせるた
めのスイッチ5が設けられている。このグリップ4に固
着された関節軸12には大プーリ13が固着されており、こ
の大プーリ13はモータ14の駆動軸15に設けられた小プー
リ16とタイミングベルト17により連結されている。つま
り、グリップ4はモータ14により回動するときの反力を
与えられるようになっている。そして、このタイミング
ベルト17にはテンションプーリ18が圧接されるようにな
っている。このテンションプーリ17はピン19により回動
自在に支持されているフレーム20に軸21を中心として回
転自在に支持されており、タイミングベルト17が駆動さ
れるとテンションプーリ18は、軸21を中心として回転
し、また、ピン19を中心としてフレーム20が回動するこ
とによりタイミングベルト17の厚さ方向に移動できるよ
うになっている。テンションプーリ18をタイミングベル
ト17に圧接する圧接手段としては押付ねじ22がフレーム
20のタイミングベルト17に対する反対側に設けられてい
る。この押付ねじ22はセンサカバー23に螺合されてお
り、その先端がセンサ受け24及び力センサ25を介してフ
レーム20を圧接するようになっている。この力センサ25
はフレーム25の対向する部分と圧接状態にあり、このフ
レーム25による圧接力(トルク)を検出することができ
る。つまり、押付ねじ22をねじ込むことにより手首フレ
ーム3にねじ込み方向に対して摺動自在に支持されてい
るセンサ受け24が移動してこのセンサ受け24の表面に固
着された力センサ25がフレーム20を押圧し、これにより
テンションプーリ18がタイミングベルト17に圧接され
る。よって、力センサ25はタイミングベルト17からの反
力を検出することができ、この反力の変化を測定するこ
とによりタイミングベルト17の張力の変化、つまりは関
節軸12に作用するトルクを検出することができる。ま
た、このような圧接機構により、タイミングベルト17に
与える初期張力を調整することができる。As shown in FIGS. 1 and 2, the wrist frame 3 swings along a groove (not shown) formed in the forearm arm 2 (longitudinal bending D of wrist) and rotates (lateral bending E of wrist). A grip 4 is rotatably provided on the wrist frame 3 via a bearing 11. Further, the grip 4 is provided with a switch 5 for causing the slave arm to perform a grasping operation. A large pulley 13 is fixed to the joint shaft 12 fixed to the grip 4, and the large pulley 13 is connected to a small pulley 16 provided on a drive shaft 15 of a motor 14 by a timing belt 17. That is, the grip 4 is given a reaction force when it is rotated by the motor 14. A tension pulley 18 is pressed against the timing belt 17. The tension pulley 17 is rotatably supported around a shaft 21 by a frame 20 which is rotatably supported by a pin 19, and when the timing belt 17 is driven, the tension pulley 18 moves around the shaft 21. By rotating and rotating the frame 20 around the pin 19, the timing belt 17 can be moved in the thickness direction. As a pressure contact means for pressing the tension pulley 18 against the timing belt 17, the pressing screw 22 is a frame.
20 is provided on the opposite side of the timing belt 17. The pressing screw 22 is screwed into the sensor cover 23, and the tip of the pressing screw 22 presses the frame 20 via the sensor receiver 24 and the force sensor 25. This force sensor 25
Is in pressure contact with the opposing portion of the frame 25, and the pressure contact force (torque) by the frame 25 can be detected. That is, when the pressing screw 22 is screwed in, the sensor receiver 24 slidably supported on the wrist frame 3 moves in the screwing direction, and the force sensor 25 fixed to the surface of the sensor receiver 24 fixes the frame 20 to the frame 20. It is pressed so that the tension pulley 18 is pressed against the timing belt 17. Therefore, the force sensor 25 can detect the reaction force from the timing belt 17, and the change in the tension of the timing belt 17, that is, the torque acting on the joint shaft 12 is detected by measuring the change in the reaction force. be able to. Further, the initial tension applied to the timing belt 17 can be adjusted by such a pressure contact mechanism.
このような機構においては、まず、テンションプーリ
18をタイミングベルト17に圧接させて初期張力を与えて
おく。ここで、モータ14によりグリップ4、つまり大プ
ーリ13へトルクを与える場合、例えば第1図で小プーリ
を時計回りに回動させるために大プーリ13を時計回りに
回動させようとすると、タイミングベルト17のテンショ
ンプーリ18側が緩んでテンションプーリ18を介してフレ
ーム20がピン20を中心として反時計回りに回転する。す
ると、フレーム20による力センサ25への圧接力が弱ま
り、この力センサ25の受ける反力が減少する。一方、小
プーリを第1図で反時計回りに回動させるために逆にプ
ーリ13を反時計回りに回動させようとすると、タイミン
グベルトのテンションプーリ18側が張ってフレーム20に
よる力センサ25への圧接力が強まり、この力センサ25の
受ける反力が増大する。In such a mechanism, first, the tension pulley
The belt 18 is pressed against the timing belt 17 to give an initial tension. Here, when torque is applied to the grip 4, that is, the large pulley 13 by the motor 14, when the large pulley 13 is rotated clockwise in order to rotate the small pulley clockwise in FIG. The tension pulley 18 side of the belt 17 loosens, and the frame 20 rotates counterclockwise around the pin 20 via the tension pulley 18. Then, the pressure contact force of the frame 20 against the force sensor 25 weakens, and the reaction force received by the force sensor 25 decreases. On the other hand, when the pulley 13 is rotated counterclockwise in order to rotate the small pulley counterclockwise in FIG. 1, the tension pulley 18 side of the timing belt is stretched to the force sensor 25 by the frame 20. The pressure contact force of is increased, and the reaction force received by the force sensor 25 is increased.
すなわち、本実施例においては、大プーリ13が時計回
り(第1図中)に回動させようとするときのトルクは、
力センサ25の受ける反力(検出値)が小さくなるほど大
きくなり、大プーリ13が反時計回り(第1図中)に回動
させようとするときのトルクは、力センサ25の受ける反
力(検出値)が大きくなるほど大きくなるものである。
本実施例においては上述のような力センサ25の受ける反
力と実際のトルク値との検量線を予め求めておくことに
より大プーリ13、すなわち関節軸12に作用するトルクを
測定することができる。That is, in the present embodiment, the torque when the large pulley 13 is rotated clockwise (in FIG. 1) is
The smaller the reaction force (detection value) received by the force sensor 25, the larger it becomes, and the torque when the large pulley 13 tries to rotate counterclockwise (in FIG. 1) is the reaction force (force) detected by the force sensor 25. The larger the detected value), the larger the value.
In the present embodiment, the torque acting on the large pulley 13, that is, the joint shaft 12, can be measured by obtaining the calibration curve of the reaction force received by the force sensor 25 and the actual torque value in advance. .
本実施例においては、スレーブアーム側が受けたトル
クを別途測定して、このトルク値と同等のトルクをモー
タ14の駆動によりグリップ4に与えるようにするわけで
あるが、このときスレーブアーム側のトルク値と上記力
センサ25の受ける反力より求めたトルク値とを比較しこ
れをモータ14にフィードバックすることによりグリップ
4に適正なトルクを与えることができる。In this embodiment, the torque received by the slave arm side is separately measured, and a torque equivalent to this torque value is applied to the grip 4 by driving the motor 14. At this time, the torque on the slave arm side is increased. An appropriate torque can be applied to the grip 4 by comparing the value with the torque value obtained from the reaction force received by the force sensor 25 and feeding back the torque value to the motor 14.
本実施例に示したマスターアームの手先の機構は、人
間の関節の動作に近い関節構成でしかもベルトを動力伝
達に使用しているので、操作する人間に違和感がなく実
際に近いトルクが素早く伝達されるので、安定した操作
が可能となる。The mechanism of the hand of the master arm shown in the present embodiment has a joint configuration similar to that of a human joint and uses the belt for power transmission, so that a human being who operates does not feel uncomfortable and a torque close to the actual one is transmitted quickly. Therefore, stable operation is possible.
また本実施例においてはベルトとしてタイミングベル
トを使用しているのでさらに位置精度が高くスリップが
皆無で確実な動力伝達が可能となっている。Further, in the present embodiment, since the timing belt is used as the belt, the positional accuracy is higher and slip is completely eliminated, so that the power transmission can be surely performed.
なお上記実施例では、マスターアームにおいて関節軸
にトルクを与える機構に本考案を応用したが、勿論、ス
レーブアームにおいて関節軸が実際に受けるトルクを測
定する場合に応用することが可能である。In the above embodiment, the present invention is applied to the mechanism that applies torque to the joint shaft in the master arm, but of course it can be applied to the case where the torque actually received by the joint shaft is measured in the slave arm.
G.考案の効果 以上、実施例とともに具体的に説明したように、本考
案にかかるマニピュレータ関節トルク検出機構によれば
動力伝達にベルトを用いこのベルトの張力から関節軸に
作用するトルクを測定するようにしているので、構造が
簡単で検出精度が高く、しかも応答が早く制御がしやす
い。よって、実施例に示したようにマスターアームにお
ける関節軸にトルクを作用させる機構に応用すれば、応
答が早く実際に近い操作感を確実に得ることができる。G. Effect of the Invention As described above in detail with the embodiments, the manipulator joint torque detection mechanism according to the present invention uses a belt for power transmission and measures the torque acting on the joint shaft from the tension of the belt. Therefore, the structure is simple, the detection accuracy is high, and the response is quick and easy to control. Therefore, as shown in the embodiment, when applied to a mechanism for exerting a torque on the joint axis in the master arm, a response is fast and an operational feeling close to the actual one can be surely obtained.
第1図は本考案の実施例にかかるマニピュレータ関節ト
ルク検出機構を示す断面図、第2図はそれを用いたマニ
ピュレータのマスターアームの手先構造を示す一部断面
図、第3図はそのマスターアームを概念的に示す説明図
である。 図面中、 3は手首フレーム、4はグリップ、12は関節軸、13は大
プーリ、14はモータ、16は小プーリ、17はタイミングベ
ルト、18はテンションプーリ、20はフレーム、22は押付
ねじ、24はセンサ受け、25は力センサである。FIG. 1 is a sectional view showing a manipulator joint torque detecting mechanism according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a partial sectional view showing a hand structure of a master arm of a manipulator using the manipulator, and FIG. 3 is its master arm. It is explanatory drawing which shows notionally. In the drawing, 3 is a wrist frame, 4 is a grip, 12 is a joint shaft, 13 is a large pulley, 14 is a motor, 16 is a small pulley, 17 is a timing belt, 18 is a tension pulley, 20 is a frame, 22 is a pressing screw, 24 is a sensor receiver and 25 is a force sensor.
Claims (1)
在に結合したマニピュレータにおいて、駆動源より前記
関節軸に動力を伝達するベルトを設けるとともに、回転
自在に支持されるテンションプーリを前記ベルトの厚さ
方向に移動可能に設け、前記テンションプーリを前記ベ
ルトに圧接する圧接手段と、前記テンションプーリが前
記ベルトより受ける反力を検出する力センサとを具えた
ことを特徴とするマニピュレータ関節トルク検出機構。1. A manipulator in which a first arm and a second arm are rotatably connected via a joint shaft, and a belt for transmitting power from a drive source to the joint shaft is provided and rotatably supported. A tension pulley is provided so as to be movable in the thickness direction of the belt, and is provided with a pressing means for pressing the tension pulley against the belt, and a force sensor for detecting a reaction force received by the tension pulley from the belt. And manipulator joint torque detection mechanism.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13488486U JPH085034Y2 (en) | 1986-09-04 | 1986-09-04 | Manipulator-joint torque detection mechanism |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13488486U JPH085034Y2 (en) | 1986-09-04 | 1986-09-04 | Manipulator-joint torque detection mechanism |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6341495U JPS6341495U (en) | 1988-03-18 |
| JPH085034Y2 true JPH085034Y2 (en) | 1996-02-14 |
Family
ID=31036550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13488486U Expired - Lifetime JPH085034Y2 (en) | 1986-09-04 | 1986-09-04 | Manipulator-joint torque detection mechanism |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH085034Y2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2525906B2 (en) * | 1989-10-12 | 1996-08-21 | ナショナル住宅産業株式会社 | Lock receiver |
-
1986
- 1986-09-04 JP JP13488486U patent/JPH085034Y2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6341495U (en) | 1988-03-18 |
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