人間共存型ロボット用の剛性を機械的に変化できる柔軟関節機構に関する研究

人共存机器人可机械改变刚度的柔性关节机构研究

基本信息

批准号：
12750115
负责人：
関啓明
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Kanazawa University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

人間と共存するロボット用として、板ばねの曲げ方向による剛性の違いを利用し、作業に応じて柔らかさを調節できる機械的な柔軟関節の開発を試みた。モータを制御する方法よりも、衝撃等に対する応答性に優れ、安全で信頼性が高い。次のような項目について、提案する柔軟関節機構が有効であることを確認した。1.柔軟関節の剛性の解析と設計方法の確立柔軟関節の構造は、アームを回転させる関節のモータを直接アームに接続するのではなく、板ばねを挟んで接続し、その板ばねは曲げ方向を変化できるように、関節軸に垂直に回転できる仕組みにした。関節の剛性は板ばねの回転角によって変わるためその特性を解析した。板ばねの強度や板ばねを回転させるのに必要なトルク等に関する解析も行った。2.1自由度の柔軟関節機構の試作と特性測定板ばねやモータを組みこんだ1自由度のコンパクトな関節を設計し、実際に試作して特性を評価した。非線形ではあるが、板ばねを回転させることで関節の剛性が変えられることが確認できた。その剛性と板バネの角度の関係は理論値とは少々ずれがあるものの、1つの式でほぼ近似できることも確認された。また、板バネの曲げと関節の回転のずれを逃がすために直動軸受を入れると特性が改善できた。3.1つのモータで関節駆動と剛性調節を切り替えて行う機構の開発関節を駆動するモータ1個のみで、関節駆動と板ばねの回転を切り替えて行える機構を差動歯車を配して設計した。4.剛性を変えられる柔軟関節を用いた3自由度アームの開発柔軟関節を3個直列に配し平面スカラー型の3自由度アームを製作した。関節部が入れ子になってガタが生じるのを防ぐため、関節軸に垂直にあけた穴に板バネを通すなどの設計の工夫を行った5.3自由度柔軟アームによる接触作業実験製作した3自由度アームを用いて各種の接触作業や拘束運動を行わせて、作業がスムーズに行えることを確認した。

对于与人共存的机器人，我们试图开发一个机械柔性的接头，该接头可以根据叶子弹簧的弯曲方向而根据刚性差异来调整柔软度。与控制电动机的方法相比，它对影响和其他因素具有更好的反应，并且更安全，更可靠。我们确认所提出的柔性关节机制对于以下项目有效：1。分析柔性接头的刚度和建立设计方法的柔性接头的结构设计为设计，以使手臂的关节电动机不直接连接到手臂上，而是通过旋转旋转的弹簧来旋转弹簧，叶子弹簧可以旋转叶子，并且可以旋转叶子，可以旋转到弯曲的方向上，因此可以旋转。关节的刚度根据叶弹簧的旋转角度而变化，因此分析了其特性。我们还分析了叶弹簧的强度和旋转叶弹簧所需的扭矩。 2。具有1度自由度和特征测量的柔性关节机制的原型，我们设计了一个具有1度自由度的紧凑型关节，结合了叶子弹簧和电动机，实际上产生了它以评估其特性。尽管它是非线性的，但可以通过旋转叶子弹簧来改变关节的刚度。尽管刚度和叶弹簧角之间的关系与理论值略有不同，但也已经证实可以通过一个方程将其近似。此外，通过插入线性轴承以使板弹簧逃脱弯曲和关节旋转偏差来提高特性。 3。开发一种机制，该机制可以通过一个电动机切换关节驱动器和刚度调节，我们设计了一种机制，该机构可以使用只有一个驱动接头的电动机切换叶子弹簧的关节驱动和旋转，该机构是用差速器设计的。 4。使用柔性接头开发3度自由臂，通过安排三个柔性接头，以串联制造可以改变刚性三度臂的刚性。为了防止关节筑巢和嘎嘎作响，我们已经确认可以使用3度自由的臂进行各种接触和限制运动，该臂的设计旨在通过垂直于关节轴的孔穿过叶子弹簧，并进行各种接触和约束运动。