專利名稱：機器人、機器人的控制裝置、控制方法及控制程序的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及進行看護抱起或物品的搬運等、重物的提起或搬運等的機器人、機 器人的控制裝置、控制方法及控制程序。
背景技術：
近年來，隨著高齡化社會的到來，期待開發(fā)出能進行看護等支援的設備或高齡 者進行家務作業(yè)所用的助力設備等。
對于這樣的課題，作為以往的技術，公開有不需要看護者付出很大的勞動、甚 至可以在狹窄的通道移動、構成簡單成本低且在小規(guī)模設施也可以使用、能夠獲得的看 護用移動升降機(參照專利文獻1)。另外，還公開有保持了護理者的胳膊的抱起手臂、 由使抱起手臂進行升降運動的齒輪傳動馬達和蝸輪千斤頂?shù)葮嫵傻氖直垓寗訖C構部、檢 測被護理者的載荷的帶狀開關所構成的換乘機(參照專利文獻2)。
專利文獻1 特開平9-38150號公報
專利文獻2 特開2001-269370號公報
但是，上述專利文獻1的以往裝置，由于是手動，所以存在所謂操作性不佳而 作業(yè)效率降低的課題。另外，如果為了提高作業(yè)效率而附加馬達等致動器而進行自動 化，則裝置被大型化，重量增加，有可能無法在一般的家庭環(huán)境中使用。
另外，上述專利文獻2的以往裝置，作為操作者的護理者的位置限于裝置的座 椅的位置，進而在抱起動作時護理者的手伸入被護理者的下方而手被占住，存在無法同 時進行其他作業(yè)等在使用容易程度方面的問題。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，提供解決上述以往裝置的課題、輕量且大功率并能用于看 護的抱起或重物搬運、進而操作性良好、容易使用、作業(yè)效率高的機器人、機器人的控 制裝置、控制方法及控制程序。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明如下所示構成。
根據本發(fā)明的第一實施方式，提供一種機器人，其具備
基座部；
機體部；
機體部移動機構，其用腰關節(jié)連接上述基座部和上述機體部且使上述機體部相 對于上述基座部進行相對移動；
配設在上述機體部且具有多個聯(lián)桿的同時還具有關節(jié)鎖定機構的機器人手臂， 所述關節(jié)鎖定機構可以分別將相互連結上述多個聯(lián)桿的關節(jié)與連結上述多個聯(lián)桿中的一 個聯(lián)桿和上述機體部的關節(jié)進行機構固定；
對上述機器人手臂的上述各關節(jié)進行驅動而對上述多個聯(lián)桿進行轉動驅動的機 器人手臂用致動器；
通過上述機體部移動機構驅動上述機體部使其相對于上述基座部進行相對移動 的腰關節(jié)用致動器；
對上述關節(jié)鎖定機構進行驅動的關節(jié)鎖定機構用致動器；和
機器人動作控制單元，對上述關節(jié)鎖定機構用致動器、上述機器人手臂用致動 器和上述腰關節(jié)用致動器分別進行驅動控制，而切換使上述機器人手臂的上述任意關節(jié) 為自由狀態(tài)來進行上述機器人手臂的動作的機器人手臂動作模式、和使上述機器人手臂 的上述任意關節(jié)為鎖定狀態(tài)并使用上述機體部移動機構使上述機體部移動的機體部移動 模式。
根據本發(fā)明的第十實施方式，提供一種機器人的控制裝置，其對如下所述的機 器人的動作進行控制，所述機器人具備
基座部；機體部；用腰關節(jié)連接上述基座部和上述機體部且使上述機體部相對 于上述基座部進行相對移動的機體部移動機構；配設在上述機體部且具有多個聯(lián)桿同時 還具有關節(jié)鎖定機構的機器人手臂，所述關節(jié)鎖定機構可以分別將相互連結上述多個聯(lián) 桿的關節(jié)與連結上述多個聯(lián)桿中的一個聯(lián)桿和上述機體部的關節(jié)機構固定；對上述機器 人手臂的上述各關節(jié)進行驅動而對上述多個聯(lián)桿進行轉動驅動的機器人手臂用致動器； 通過上述機體部移動機構驅動上述機體部使其相對于上述基座部進行相對移動的腰關節(jié) 用致動器；和對上述關節(jié)鎖定機構進行驅動的關節(jié)鎖定機構用致動器；
所述機器人的控制裝置，對上述關節(jié)鎖定機構用致動器、上述機器人手臂用致 動器和上述腰關節(jié)用致動器分別進行驅動控制，而切換使上述機器人手臂的上述任意關 節(jié)為自由狀態(tài)來進行上述機器人手臂的動作的機器人手臂動作模式、和使上述機器人手 臂的上述任意關節(jié)為鎖定狀態(tài)并使用上述機體部移動機構使上述機體部移動的機體部移 動模式。
根據本發(fā)明的第十一實施方式，提供一種機器人的控制方法，其對如下所述的 機器人的動作進行控制，
所述機器人具備基座部；機體部；用腰關節(jié)連接上述基座部和上述機體部 且使上述機體部相對于上述基座部進行相對移動的機體部移動機構；配設在上述機體部 且具有多個聯(lián)桿同時還具有關節(jié)鎖定機構的機器人手臂，所述關節(jié)鎖定機構可以分別將 相互連結上述多個聯(lián)桿的關節(jié)與連結上述多個聯(lián)桿中的一個聯(lián)桿和上述機體部的關節(jié)機 構固定；對上述機器人手臂的上述各關節(jié)進行驅動而對上述多個聯(lián)桿進行轉動驅動的機 器人手臂用致動器；通過上述機體部移動機構驅動上述機體部使其相對于上述基座部進 行相對移動的腰關節(jié)用致動器；和對上述關節(jié)鎖定機構進行驅動的關節(jié)鎖定機構用致動 器；
所述機器人的控制方法對上述關節(jié)鎖定機構用致動器、上述機器人手臂用致動 器和上述腰關節(jié)用致動器分別進行驅動控制，而切換使上述機器人手臂的上述任意關節(jié) 為自由狀態(tài)來進行上述機器人手臂的動作的機器人手臂動作模式、和使上述機器人手臂 的上述任意關節(jié)為鎖定狀態(tài)并使用上述機體部移動機構使上述機體部移動的機體部移動 模式。
根據本發(fā)明的第十二實施方式，提供一種機器人的控制程序，其對如下所述的 機器人的動作進行控制，
所述機器人具備基座部；機體部；用腰關節(jié)連接上述基座部和上述機體部 且使上述機體部相對于上述基座部進行相對移動的機體部移動機構；配設在上述機體部 且具有多個聯(lián)桿同時還具有關節(jié)鎖定機構的機器人手臂，所述關節(jié)鎖定機構可以分別將 相互連結上述多個聯(lián)桿的關節(jié)與連結上述多個聯(lián)桿中的一個聯(lián)桿和上述機體部的關節(jié)機 構固定；對上述機器人手臂的上述各關節(jié)進行驅動而對上述多個聯(lián)桿進行轉動驅動的機 器人手臂用致動器；通過上述機體部移動機構驅動上述機體部使其相對于上述基座部進 行相對移動的腰關節(jié)用致動器；和對上述關節(jié)鎖定機構進行驅動的關節(jié)鎖定機構用致動 器；
所述機器人的控制程序用于使計算機作為機器人動作控制單元發(fā)揮功能，所述 機器人動作控制單元對上述關節(jié)鎖定機構用致動器、上述機器人手臂用致動器和上述腰 關節(jié)用致動器分別進行驅動控制，而切換使上述機器人手臂的上述任意關節(jié)為自由狀態(tài) 來進行上述機器人手臂的動作的機器人手臂動作模式、和使上述機器人手臂的上述任意 關節(jié)為鎖定狀態(tài)并使用上述機體部移動機構使上述機體部移動的機體部移動模式。
發(fā)明效果
根據本發(fā)明的機器人，通過具有關節(jié)鎖定機構，可以機構性地保持搬運對象物 的重量載荷，所以能夠成為輕量的手臂。另外，如果通過關節(jié)鎖定機構使關節(jié)自由，則 可以有效活用基于手臂結構的自由度的大小，可以增大針對搬運對象物的定位自由度， 成為容易使用的機器人。
另外，根據本發(fā)明的機器人，除了具備關節(jié)鎖定機構的手臂之外，還具備腰機 構，從而用于重物提起的強力致動器可以僅在腰機構上使用，能以簡潔且輕量的構成實 現(xiàn)大功率。
另外，根據本發(fā)明的機器人，具備一邊進行阻抗控制模式和位置控制模式的切 換以及關節(jié)鎖定機構的鎖定及鎖定開放動作的切換、一邊進行動作控制的機器人動作控 制單元，由此可以連續(xù)進行手臂的定位、搬運對象物的提起等動作，并且因具備外力檢 測裝置(例如力傳感器)而進行阻抗控制，由此可以實現(xiàn)所謂操作者可以用手直接操作手 臂的直覺上容易理解的操作法，進而可以成為容易使用的機器人。
另外，根據本發(fā)明的機器人的控制裝置、控制方法、及控制程序，只要通過對 能機構性保持搬運對象物的重量載荷的關節(jié)鎖定機構的鎖定及鎖定開放動作進行控制， 使關節(jié)自由(鎖定開放)，則可以在實現(xiàn)輕量的手臂的同時，可以有效活用通過關節(jié)而 具有多個聯(lián)桿的手臂結構帶來的自由度的大小，可以增大針對搬運對象物的定位的自由 度，可以使機器人的控制變得容易，可以容易使用機器人。
另外，根據本發(fā)明的機器人的控制裝置、控制方法、及控制程序，除了關節(jié)鎖 定機構的動作控制之外，還進行腰機構的動作控制，由此用于重物提起的強力致動器可 以設成僅在腰機構上進行動作控制，能以簡潔且輕量的構成實現(xiàn)大功率。
另外，根據本發(fā)明的機器人的控制裝置、控制方法、及控制程序，一邊進行阻 抗控制模式和位置控制模式的切換以及關節(jié)鎖定機構的動作的切換，一邊對機器人的動 作進行控制，由此連續(xù)進行手臂的定位、搬運對象物提起等動作，并且根據來自外力檢 測裝置(例如力傳感器)的外力信息進行阻抗控制，由此可以實現(xiàn)所謂操作者可以用手直 接操作手臂的直覺上容易理解的操作法，進而可以成為容易使用的機器人。
本發(fā)明的這些和其它目的和特征，由有關附圖的優(yōu)選實施方式的下列記述而明 確。其附圖如下所示
圖1是表示本發(fā)明的一個實施方式涉及的機器人的簡要構成的說明圖，
圖2是表示本發(fā)明的上述實施方式涉及的機器人的機構構成的立體圖，
圖3是表示本發(fā)明的上述實施方式涉及的機器人的機構構成的側視圖，
圖4是對本發(fā)明的上述實施方式涉及的機器人的空壓人工肌肉的結構進行說明 的圖，
圖5是表示用于驅動上述空壓人工肌肉的空氣壓力供給驅動系統(tǒng)的構成的圖，
圖6A是表示本發(fā)明的上述實施方式涉及的機器人的左手臂的第三關節(jié)的動作的 圖，
圖6B是表示本發(fā)明的上述實施方式涉及的機器人的左手臂的第三關節(jié)的動作的 圖，
圖6C是表示本發(fā)明的上述實施方式涉及的機器人的左手臂的第三關節(jié)的動作的 圖，
圖7A是表示本發(fā)明的上述實施方式涉及的機器人的關節(jié)鎖定機構的結構的圖， 是通過關節(jié)軸的截面圖，
圖7B是上述關節(jié)鎖定機構的結構從圖7A的箭頭V方向觀察得到的圖，
圖7C是上述關節(jié)鎖定機構的結構中對置齒輪的外觀側視圖，
圖8是對本發(fā)明的上述實施方式涉及的機器人的上述關節(jié)鎖定機構的驅動機構 進行說明的圖，
圖9A是對本發(fā)明的上述實施方式涉及的機器人的腰機構的動作進行說明的圖，
圖9B是對本發(fā)明的上述實施方式涉及的機器人的腰機構的動作進行說明的圖，
圖10是本發(fā)明的上述實施方式涉及的機器人的空壓人工肌肉的特性圖，
圖IlA是對本發(fā)明的上述實施方式涉及的機器人的第二聯(lián)桿中的力傳感器的配 置進行說明的截面正視圖，
圖IlB是對本發(fā)明的上述實施方式涉及的機器人的第二聯(lián)桿中的力傳感器的配 置進行說明的截面?zhèn)纫晥D，
圖12是通過在本發(fā)明的上述實施方式涉及的機器人的控制裝置中執(zhí)行的控制程 序來實現(xiàn)的機器人動作控制單元的框圖，
圖13是表示本發(fā)明的上述實施方式涉及的機器人的控制裝置的位置控制單元的 詳細內容的圖，
圖14是表示本發(fā)明的上述實施方式涉及的機器人的控制裝置的腰角度控制單元 的詳細內容的圖，
圖15是示出表示本發(fā)明的上述實施方式涉及的機器人的控制裝置的動作模式的 切換步驟的動作序列表的圖，
圖16是表示由本發(fā)明的上述實施方式涉及的機器人的控制裝置的阻抗控制單元 實施的控制程序的動作步驟的流程圖，
圖17A是對本發(fā)明的上述實施方式涉及的機器人的搬運動作進行說明的動作 圖，
圖17B是對本發(fā)明的上述實施方式涉及的機器人的搬運動作進行說明的動作 圖，
圖17C是對本發(fā)明的上述實施方式涉及的機器人的搬運動作進行說明的動作 圖，
圖17D是對本發(fā)明的上述實施方式涉及的機器人的搬運動作進行說明的動作 圖，
圖18是對本發(fā)明的上述實施方式涉及的機器人的支承腿進行說明的圖，
圖19是將本發(fā)明的上述實施方式涉及的機器人的手臂用于看護時的說明圖，
圖20是表示本發(fā)明的上述實施方式涉及的機器人的手臂為1個時的機構構成的 立體圖，
圖21是表示本發(fā)明的上述實施方式涉及的機器人的手臂為固定型時的機構構成 的立體圖，
圖22是用于說明對本發(fā)明的上述實施方式涉及的機器人的手臂的第一關節(jié)進行 驅動的機理的截面圖。
具體實施方式
以下，根據附圖對本發(fā)明涉及的實施方式進行詳細說明。
以下，在參照附圖對本發(fā)明中的實施方式進行詳細說明之前，對本發(fā)明的各種 方式進行說明。
根據本發(fā)明的第一實施方式，提供一種機器人，其具備
基座部；
機體部；
機體部移動機構，其用腰關節(jié)連接上述基座部和上述機體部且使上述機體部相 對于上述基座部進行相對移動；
配設在上述機體部且具有多個聯(lián)桿同時還具有關節(jié)鎖定機構的機器人手臂，所 述關節(jié)鎖定機構可以分別將相互連結上述多個聯(lián)桿的關節(jié)與連結上述多個聯(lián)桿中的一個 聯(lián)桿和上述機體部的關節(jié)機構固定；
對上述機器人手臂的上述各關節(jié)進行驅動而對上述多個聯(lián)桿進行轉動驅動的機 器人手臂用致動器；
通過上述機體部移動機構驅動上述機體部使其相對于上述基座部進行相對移動 的腰關節(jié)用致動器；
對上述關節(jié)鎖定機構進行驅動的關節(jié)鎖定機構用致動器；和
機器人動作控制單元對上述關節(jié)鎖定機構用致動器、上述機器人手臂用致動器 和上述腰關節(jié)用致動器分別進行驅動控制，從而切換使上述機器人手臂的上述任意關節(jié) 為自由狀態(tài)來進行上述機器人手臂的動作的機器人手臂動作模式、和使上述機器人手臂 的上述任意關節(jié)為鎖定狀態(tài)并使用上述機體部移動機構使上述機體部移動的機體部移動 模式。
根據本發(fā)明的第二實施方式，提供一種第一方式記載的機器人，上述機器人手 臂用致動器是空壓人工肌肉，上述腰關節(jié)用致動器是空壓人工肌肉，
上述機器人手臂具有檢測施加給上述機器人手臂的外力的外力檢測裝置，
上述機器人動作控制單元，根據由上述外力檢測裝置檢測出的施加給上述機器 人手臂的外力，分別對上述機器人手臂用致動器的上述空壓人工肌肉和上述腰關節(jié)用致 動器的上述空壓人工肌肉進行驅動控制，進行機器人手臂動作模式時的上述機器人手臂 的動作控制，并且進行機體部移動模式時的機體部移動控制。
根據本發(fā)明的第三實施方式，提供一種第二方式記載的機器人，上述機器人動 作控制單元，通過阻抗控制進行根據上述外力的手臂動作控制及機體部移動控制。
根據本發(fā)明的第四實施方式，提供一種第二方式記載的機器人，上述機器人手 臂具有在上述多個聯(lián)桿中的最前端聯(lián)桿按照覆蓋上述最前端聯(lián)桿的寬度方向截面的外面 的大致一半且長度方向的大致全長的方式配設的外裝構件，上述外力檢測裝置對施加給 上述外裝構件的外力進行檢測。
根據本發(fā)明的第五實施方式，提供一種第一 四方式中任一方式記載的機器 人，上述機體部移動機構，是使上述機體部相對于上述基座部繞上述腰關節(jié)大致前后擺 動的腰機構。
根據本發(fā)明的第六實施方式，提供一種第五方式記載的機器人，上述腰機構被 平移驅動致動器驅動，是使上述機體部相對于上述基座部繞上述腰關節(jié)大致前后擺動的 機構，該平移驅動致動器通過一端固定在上述基座部、另一端固定在上述機體部而對上 述腰關節(jié)進行驅動。
根據本發(fā)明的第七實施方式，提供一種第一方式記載的機器人，上述關節(jié)鎖定 機構是單向離合機構。
根據本發(fā)明的第八實施方式，提供一種第七方式記載的機器人，上述機器人動 作控制單元，在上述關節(jié)鎖定機構為鎖定狀態(tài)時，就上述任意關節(jié)而言，針對作用于上 述單向離合機構的可動方向的外力進行上述機器人手臂動作模式，針對作用于上述單向 離合機構的非可動方向的外力不進行上述機器人手臂動作模式。
根據本發(fā)明的第九實施方式，提供一種第七方式記載的機器人，上述機器人動 作控制單元，在上述關節(jié)鎖定機構為鎖定狀態(tài)時，對上述機器人手臂進行伺服剛性比非 鎖定狀態(tài)時的伺服剛性低的位置控制。
根據本發(fā)明的第十實施方式，提供一種機器人的控制裝置，其對如下所述的機 器人的動作進行控制，
所述機器人具備基座部；機體部；用腰關節(jié)連接上述基座部和上述機體部且 使上述機體部相對于上述基座部進行相對移動的機體部移動機構；配設在上述機體部且 具有多個聯(lián)桿同時具有關節(jié)鎖定機構的機器人手臂，所述關節(jié)鎖定機構可以分別將相互 連結上述多個聯(lián)桿的關節(jié)與連結上述多個聯(lián)桿中的一個聯(lián)桿和上述機體部的關節(jié)機構固 定；對上述機器人手臂的上述各關節(jié)進行驅動而對上述多個聯(lián)桿進行轉動驅動的機器人 手臂用致動器；通過上述機體部移動機構驅動上述機體部使其相對于上述基座部進行相 對移動的腰關節(jié)用致動器；和對上述關節(jié)鎖定機構進行驅動的關節(jié)鎖定機構用致動器；
所述機器人的控制裝置對上述關節(jié)鎖定機構用致動器、上述機器人手臂用致動器和上述腰關節(jié)用致動器分別進行驅動控制，從而切換使上述機器人手臂的上述任意關 節(jié)為自由狀態(tài)來進行上述機器人手臂的動作的機器人手臂動作模式、和使上述機器人手 臂的上述任意關節(jié)為鎖定狀態(tài)并使用上述機體部移動機構使上述機體部移動的機體部移 動模式。
根據本發(fā)明的第十一實施方式，提供一種機器人的控制方法，其對如下所述的 機器人的動作進行控制，
所述機器人具備基座部；機體部；用腰關節(jié)連接上述基座部和上述機體部且 使上述機體部相對于上述基座部進行相對移動的機體部移動機構；配設在上述機體部且 具有多個聯(lián)桿同時具有關節(jié)鎖定機構的機器人手臂，所述關節(jié)鎖定機構可以分別將相互 連結上述多個聯(lián)桿的關節(jié)與連結上述多個聯(lián)桿中的一個聯(lián)桿和上述機體部的關節(jié)機構固 定；對上述機器人手臂的上述各關節(jié)進行驅動而對上述多個聯(lián)桿進行轉動驅動的機器人 手臂用致動器；通過上述機體部移動機構驅動上述機體部使其相對于上述基座部進行相 對移動的腰關節(jié)用致動器；和對上述關節(jié)鎖定機構進行驅動的關節(jié)鎖定機構用致動器；
所述機器人的控制方法對上述關節(jié)鎖定機構用致動器、上述機器人手臂用致動 器和上述腰關節(jié)用致動器分別進行驅動控制，從而切換使上述機器人手臂的上述任意關 節(jié)為自由狀態(tài)來進行上述機器人手臂的動作的機器人手臂動作模式、和使上述機器人手 臂的上述任意關節(jié)為鎖定狀態(tài)并使用上述機體部移動機構使上述機體部移動的機體部移 動模式。
根據本發(fā)明的第十二實施方式，提供一種機器人的控制程序，其對如下所述的 機器人的動作進行控制，
所述機器人具備基座部；機體部；用腰關節(jié)連接上述基座部和上述機體部且 使上述機體部相對于上述基座部進行相對移動的機體部移動機構；配設在上述機體部且 具有多個聯(lián)桿同時具有關節(jié)鎖定機構的機器人手臂，所述關節(jié)鎖定機構可以分別將相互 連結上述多個聯(lián)桿的關節(jié)與連結上述多個聯(lián)桿中的一個聯(lián)桿和上述機體部的關節(jié)機構固 定；對上述機器人手臂的上述各關節(jié)進行驅動而對上述多個聯(lián)桿進行轉動驅動的機器人 手臂用致動器；通過上述機體部移動機構驅動上述機體部使其相對于上述基座部進行相 對移動的腰關節(jié)用致動器；和對上述關節(jié)鎖定機構進行驅動的關節(jié)鎖定機構用致動器；
所述機器人的控制程序用于使計算機作為機器人動作控制單元發(fā)揮功能，所述 機器人動作控制單元，對上述關節(jié)鎖定機構用致動器、上述機器人手臂用致動器和上述 腰關節(jié)用致動器分別進行驅動控制，從而切換使上述機器人手臂的上述任意關節(jié)為自由 狀態(tài)來進行上述機器人手臂的動作的機器人手臂動作模式、和使上述機器人手臂的上述 任意關節(jié)為鎖定狀態(tài)并使用上述機體部移動機構使上述機體部移動的機體部移動模式。
以下，使用附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。
(實施方式1)
圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式中的機器人的簡要構成的圖。另外，圖2是 表示上述機器人的機構構成的立體圖。圖3是上述機器人的側視圖。
機器人具備矩形框體狀的基座部1、固定在基座部1上的作為機體部移動機構 的一例發(fā)揮功能的腰機構2、被腰機構2支承的機體部8、被機體部8的左側支承的左手 臂3a、和被機體部8的右側支承的右手臂3b這5個模塊。
在構成機器人的基座的基座部1的上面配設有長方體的支柱4，在支柱4的上部 配設有腰機構2。另外，在基座部1上，在4個角部分別配設有輪子5，可以使機器人整 體移動。
腰機構2由圍繞腰旋轉軸2A的旋轉關節(jié)(腰關節(jié))構成，連接基座部1和機體部 8，可以通過腰機構2使機體部8相對于基座部1前后擺動運動。在這里，基座部1是矩 形，所以將基座部1的對置的短邊的一側定義為前側端部(圖2的左手前側的端部1F)， 將另一側定義為后側端部(圖2的右里側的端部1B)。由此，相對于前側端部1F，將右 側的端部(基座部1的對置的長邊的一側的端部)定義為右側端部1R，將左側的端部(基 座部1的對置的長邊的另一側的端部)定義為左側端部1L。
機體部8由一對四棱柱狀的縱框構件8a和一對四棱柱狀的橫框構件8b的四方框 體構成，在機體部8的上端部，在兩側面配設有左手臂3a及右手臂3b，它們可以相互獨 立地轉動。右手臂3b成為與左手臂3a對稱的結構，兩手臂3a、3b為相同的結構，以下 在對手臂3a、3b的構成等進行說明時，作為代表例，以手臂3進行說明。
手臂3由作為上臂的第一聯(lián)桿6、及作為前臂的第二聯(lián)桿7兩個聯(lián)桿構成。第一 聯(lián)桿6的基端部通過作為肩關節(jié)的第一關節(jié)9及第二關節(jié)10連接在機體部8的上端部，可 以相對于機體部8繞第一關節(jié)9軸及繞第二關節(jié)10軸相對轉動。S卩，通過第一關節(jié)9， 第一聯(lián)桿6可以繞沿著機體部8的各縱框構件8a的軸向的第一關節(jié)軸12轉動，并且通過 第二關節(jié)10，第一聯(lián)桿6可以繞沿著機體部8的上側的橫框構件池的軸向的第二關節(jié)軸 13轉動。另外，第一聯(lián)桿6的前端部和第二聯(lián)桿7的基端部，通過作為肘關節(jié)的第三關 節(jié)11可以相對轉動。通過第三關節(jié)11，第二聯(lián)桿7可以相對于第一聯(lián)桿6繞與第二關節(jié) 軸13平行的第三關節(jié)軸14轉動。
在手臂3的第一關節(jié)9、第二關節(jié)10和第三關節(jié)11，配設有作為關節(jié)角度傳感 器的一例的編碼器37，可以分別檢測出各關節(jié)9、10、11的旋轉角度(關節(jié)角度矢量)q =[q1 q2, q3]To不過，l·、q2>屮分別為第一關節(jié)9、第二關節(jié)10、第三關節(jié)11的關 節(jié)角度。由編碼器37檢測出的旋轉角度的信息向控制裝置38輸出。
15a、 15b、 15c、 15d、 16a、 16b、 17a、 17b、 17c、 17d、 18a、 18b、 18c、 18d、 18e、18f是空壓人工肌肉，作為通過改變各空壓人工肌肉的內部的空氣壓力來進行收縮 伸展而對左手臂3a、右手臂3b和腰機構2的各關節(jié)6、10、11、2A進行驅動的機器人手 臂用致動器的一例起作用?？諌喝斯ぜ∪?5a、15b、15c、15d，作為進行基于第三關節(jié) 11的繞第三關節(jié)軸14的旋轉驅動的手臂第三關節(jié)驅動構件而發(fā)揮功能?？諌喝斯ぜ∪?16a、16b，作為進行基于第二關節(jié)10的繞第二關節(jié)軸13的旋轉驅動的手臂第二關節(jié)驅動 構件而發(fā)揮功能。空壓人工肌肉17a、17b、17c、17d，作為進行基于第一關節(jié)9的繞第 一關節(jié)軸12的旋轉驅動的手臂第一關節(jié)驅動構件而發(fā)揮功能。空壓人工肌肉18a、18b、 18c、18d、18e、18f，作為對后述的關節(jié)鎖定機構觀的鎖定動作進行驅動的鎖定動作驅 動構件而發(fā)揮功能。
19是作為腰關節(jié)用致動器或腰機構驅動構件的一例而發(fā)揮功能的空壓人工肌 肉，空壓人工肌肉19作為進行繞腰機構2的關節(jié)軸2A的旋轉驅動的平移驅動致動器而發(fā) 揮功能。
接著，對于基于空壓人工肌肉15a、15b、15c、15d、16a、16b、17a、17b、17c、17d的驅動機構，首先，以基于第三關節(jié)11的繞第三關節(jié)軸14的旋轉運動為例進 行說明?？諌喝斯ぜ∪?5a、15b配置在第一聯(lián)桿6的前側且位于兩側，且空壓人工肌肉 15c、15d配置在第一聯(lián)桿6的后側且位于兩側?？諌喝斯ぜ∪?5a、15b、15c、15d，各 自的一個端部(上側的端部)在第二關節(jié)10的附近以可以自由旋轉的方式固定在第一聯(lián) 桿6的基端部，各自的另一個端部(下側的端部)在第三關節(jié)11的附近以可以自由旋轉的 方式固定在第二聯(lián)桿7的基端部。另外，在第二聯(lián)桿7的基端部，前側的空壓人工肌肉 15a、15b的另一端部和后側的空壓人工肌肉15c、15d的另一端部分別固定在以第三關節(jié) 11的第三關節(jié)軸14為中心對稱的位置。為此，通過分別改變前側的空壓人工肌肉15a、 15b和后側的空壓人工肌肉15c、15d的內部的空氣壓力，而使空壓人工肌肉15a、15b和 空壓人工肌肉15c、15d進行收縮伸展時，空壓人工肌肉15a、15b和空壓人工肌肉15c、 15d發(fā)生拮抗，繞第三關節(jié)11的第三關節(jié)軸14發(fā)生旋轉運動，第一聯(lián)桿6和第二聯(lián)桿7 的相對運動被驅動。例如，在按照使前側的空壓人工肌肉15a、15b伸展且使后側的空壓 人工肌肉15c、15d收縮的方式驅動時，在圖2中，第二聯(lián)桿7相對于第一聯(lián)桿6繞第三關 節(jié)11的第三關節(jié)軸14沿著順時針方向轉動。相反，在按照使前側的空壓人工肌肉15a、 1 收縮且使后側的空壓人工肌肉15c、15d伸展的方式驅動時，在圖2中，第二聯(lián)桿7相 對于第一聯(lián)桿6繞第三關節(jié)11的第三關節(jié)軸14沿著逆時針方向轉動。
同樣地，繞第二關節(jié)10的第二關節(jié)軸13的旋轉運動，通過前側的空壓人工肌肉 1 和后側的空壓人工肌肉16b的拮抗驅動得到驅動。即，2個前側的空壓人工肌肉1 配置于機體部8的前側且配置于縱框構件8a附近，并且，2個后側的空壓人工肌肉16b配 置于機體部8的后側且配置于縱框構件8a附近?？諌喝斯ぜ∪?6a、16b，各自的一端部 (上側的端部)在第二關節(jié)10的附近以可以旋轉的方式分別固定在由上聯(lián)桿6的基端部固 定的上側棒狀聯(lián)桿構件8c的兩端部，各自的另一端部(下側的端部)在腰機構2的旋轉 軸2A的附近固定在由機體部8的下端部固定的下側棒狀聯(lián)桿構件8d的兩端部。另外， 相對于機體部8，前側的空壓人工肌肉1 的另一端部和后側的空壓人工肌肉16b的另一 端部，分別配置在對稱的位置。為此，通過分別改變前側的空壓人工肌肉1 和后側的 空壓人工肌肉16b的內部的空氣壓力，而使空壓人工肌肉1 和空壓人工肌肉16b進行收 縮伸展時，空壓人工肌肉1 和空壓人工肌肉16b發(fā)生拮抗，繞第二關節(jié)10的第二關節(jié) 軸13發(fā)生旋轉運動，機體部8和手臂3的相對旋轉運動被驅動。例如，在按照使前側的 空壓人工肌肉1 伸展且使后側的空壓人工肌肉1 收縮的方式驅動時，在圖2中，相對 于機體部8，手臂3繞第二關節(jié)10的第二關節(jié)軸13沿著逆時針方向轉動，向后側轉動。 相反，在按照使前側的空壓人工肌肉1 收縮且使后側的空壓人工肌肉1 伸展的方式驅 動時，在圖2中，相對于機體部8，手臂3繞第二關節(jié)10的第二關節(jié)軸13沿著順時針方 向轉動，向前側轉動。
另外，關于繞第一關節(jié)9的第一關節(jié)軸12的旋轉運動，由前側上部和后側下部 的空壓人工肌肉17a與前側下部和后側上部的空壓人工肌肉17b的拮抗驅動所致的旋轉運 動通過連結構件20傳遞，從而被驅動。以上的第一關節(jié)9的驅動方法，通過圖22并以右 手臂3b的情況為例進行詳細說明。圖22是圖3中的A-A截面圖。空壓人工肌肉17a、 17b的端部被擺動聯(lián)桿94連結，擺動聯(lián)桿94可以繞擺動聯(lián)桿旋轉軸95旋轉。在空壓人 工肌肉17a收縮、空壓人工肌肉17b伸展時，擺動聯(lián)桿94發(fā)生箭頭U所示的旋轉運動，擺動聯(lián)桿94在連結軸96處與連結構件20b連接，擺動聯(lián)桿94的旋轉運動得以傳遞，繞 右手臂3b的第一關節(jié)9的箭頭V所示的旋轉運動得到驅動。同樣地，在左手臂3a的情 況下，通過在下部配設的空壓人工肌肉17a、17b，連結構件20a被驅動，由此第一關節(jié) 被驅動。
圖4(a)、(b)、(c)是表示圖2中所示的空壓人工肌肉15a的結構的圖。圖4(a) 示出空壓人工肌肉15a的減壓狀態(tài)的正視圖，圖4(b)示出空壓人工肌肉15a的加壓狀態(tài)的 正視圖，圖4(c)示出空壓人工肌肉15a的截面圖。其他空壓人工肌肉15b、15c、15d、 16a、16b、17a、17b、17c、17d、后述的 18a、18b、18c、18d、18e、18f、19 也是相同 的結構，在這里，以空壓人工肌肉15a為代表進行說明。關于空壓人工肌肉15a，如圖4 所示，在由橡膠材料構成的管狀彈性體21的外表面，配設由材料上難以伸展的樹脂或金 屬的纖維軟線編成網眼狀而成的約束構件22，分別用密封構件23將管狀彈性體21的兩 端部氣密密封。通過流體注入流出構件M向管狀彈性體21內供給空氣等壓縮性流體， 由此向管狀彈性體21的內部空間施加內壓時，管狀彈性體21主要向半徑方向膨脹，但通 過約束構件22的作用，轉換成管狀彈性體21的中心軸方向的收縮運動，全長發(fā)生收縮。 由于該空壓人工肌肉15a主要由彈性體構成，所以具有柔軟性，具有所謂是安全且輕量的 致動器的特征。
圖5是表示用于驅動空壓人工肌肉15a的空氣壓力供給驅動系統(tǒng)的構成的圖。 在圖5中，僅拔出用于驅動左手臂3a的第三關節(jié)11的空氣壓力供給驅動系統(tǒng)進行說明。 圖5中，25是例如壓縮機等空氣壓力源，沈是空氣壓力過濾器^a、空氣壓力減壓閥^b 及空氣壓力用注油器26c成為1組的空氣壓力調節(jié)組件。
27是例如通過利用電磁鐵的力來驅動滑閥等而對流量進行控制的5 口流量控制 電磁閥。38是例如由一般的個人電腦構成的控制裝置，搭載有D/A板41，向5 口流量 控制電磁閥27輸出電壓指令值，由此可以對在各流體注入流出構件2如及24b中流過的 各空氣的流量進行控制。有關控制裝置38的詳細內容如后所述。
通過圖5所示的空氣壓力供給驅動系統(tǒng)，由空氣壓力源25生成的高壓空氣被空 氣壓力調節(jié)組件26減壓，例如被調節(jié)成所謂600kRi的恒定壓力，被提供給5 口流量控制 電磁閥27。5 口流量控制電磁閥27的開度，通過控制裝置38被控制成與借助D/A板41 輸出的電壓指令值成比例。5 口流量控制電磁閥27分別與一對空壓人工肌肉15a、15b和 一對空壓人工肌肉15c、15d的管狀彈性體21的流體注入流出構件M連接。一對空壓人 工肌肉15a、1 和一對空壓人工肌肉15c、15d，沿著第一聯(lián)桿6的長度方向大致平行配 置，各自的管狀彈性體21的流體注入流出構件M側的端部，被固定在第一聯(lián)桿6的第二 關節(jié)10側的端部。一對空壓人工肌肉15a、15b和一對空壓人工肌肉15c、15d各自的管 狀彈性體21的另一端部側，以可以自由旋轉的方式被第二聯(lián)桿7支承。在圖5中，由于 空壓人工肌肉15b和15d分別位于成為空壓人工肌肉15a和1 的背影的場所，所以未被 圖示。因此，如以下所述，通過一對空壓人工肌肉15a、15b和一對空壓人工肌肉15c、 15d各自的管狀彈性體21進行伸縮，第二聯(lián)桿7繞第三關節(jié)11的第三關節(jié)軸14被正反旋 轉驅動。需要說明的是，將圖5中箭頭X的右向旋轉設為正向，將與箭頭X相反的左向 旋轉設為反向。
在由控制裝置38輸出的正的電壓指令值從D/A板41被輸入到5 口流量控制電磁閥27的情況下，如圖5所示，成為由空氣壓力回路符號的A所示的狀態(tài)，從空氣壓力源 25側向空壓人工肌肉15a、1 的管狀彈性體21的流體注入流出構件M側的流路，借助5 口流量控制電磁閥27得以開通，流量與電壓指令值的絕對值成比例的空氣被提供給空壓 人工肌肉15a、1 側。另外，關于空壓人工肌肉15c、15d側，從各自的管狀彈性體21 的流體注入流出構件M向大氣壓側的流路，借助5 口流量控制電磁閥27得以開通，流量 與電壓指令值的絕對值成比例的空氣流從各空壓人工肌肉15c、15d側向大氣中排氣。因 此，空壓人工肌肉15a、1 的各自全長收縮，空壓人工肌肉15c、15d的各自全長伸展， 由此從圖6A所示的狀態(tài)向圖6B所示的狀態(tài)，以與電壓指令值的絕對值成比例的速度， 第三關節(jié)11進行繞第三關節(jié)軸14的箭頭Y所示的右向旋轉運動。
另一方面，在由控制裝置38輸出的負的電壓指令值從D/A板41被輸入到5 口 流量控制電磁閥27的情況下，5 口流量控制電磁閥27被切換，成為空氣壓力回路符號的 B所示的狀態(tài)，空壓人工肌肉15a、15b和空壓人工肌肉15c、15d的動作相反，第三關節(jié) 11進行繞第三關節(jié)軸14的左向旋轉運動。S卩，從空氣壓力源25側向空壓人工肌肉15c、 15d各自的管狀彈性體21的流體注入流出構件M側的流路，借助5 口流量控制電磁閥27 得以開通，流量與電壓指令值的絕對值成比例的空氣被提供給各空壓人工肌肉15c、15d 側。另外，關于空壓人工肌肉15a、1 側，從各自的管狀彈性體21的流體注入流出構 件對向大氣壓側的流路，借助5 口流量控制電磁閥27得以開通，流量與電壓指令值的絕 對值成比例的空氣流從各空壓人工肌肉15a、1 側向大氣中排氣。因此，空壓人工肌肉 15c、15d各自的全長收縮，空壓人工肌肉15a、1 各自的全長伸展，由此從圖6A所示 的狀態(tài)向圖6C所示狀態(tài)，以與電壓指令值的絕對值成比例的速度，第三關節(jié)11繞第三關 節(jié)軸14進行箭頭Z所示的左向旋轉運動。
如上所示，通過空壓人工肌肉15a、15b和空壓人工肌肉15c、15d來驅動第二聯(lián) 桿7的正反旋轉運動，由此來驅動第一聯(lián)桿6和第二聯(lián)桿7的擺動運動即角度C^3的旋轉 運動。
在手臂3的各關節(jié)9、10、11，用于固定關節(jié)9、10、11的關節(jié)鎖定機構^a、 28b> 28c> 28d> 28e> 28f,分別配設在左手臂3a的第一關節(jié)9、左手臂3a的第二關節(jié) 10、左手臂3a的第三關節(jié)11、右手臂3b的第一關節(jié)9、右手臂3b的第二關節(jié)10、和右 手臂3b的第三關節(jié)11。各關節(jié)鎖定機構觀3、28b> 28c> 28d> 28e、28f具有相同的結 構，以下在對各關節(jié)鎖定機構^a、28b> 28c> 28d> 28e> 28f的結構等進行說明時，作 為代表例，以關節(jié)鎖定機構28進行說明。
圖7A 圖7C示出關節(jié)鎖定機構觀的詳細情況。圖7A是通過關節(jié)軸的截面 圖。圖7B是從圖7A的箭頭V方向觀察得到的圖，即，從關節(jié)軸的軸向觀察形成了一方 的對置齒輪的齒輪部的面得到的圖。圖7C是2個對置齒輪的外觀側視圖。
另外，圖8示出關節(jié)鎖定機構觀的驅動機構的詳細情況。圖8是從圖3中所示 的箭頭W的方向觀察左手臂3a的第一聯(lián)桿6得到的圖。在右手臂3b的第一聯(lián)桿6的情 況下，成為與圖8所示的結構左右對稱的結構。
在圖8中，四是在對置的面以圓環(huán)狀具有齒輪部2 的圓板狀的固定對置齒輪， 中心開有進行鎖定及鎖定開放動作的關節(jié)的關節(jié)軸以不能自由旋轉的方式插入嵌合的圓 形孔^b，被固定成不會相對于由關節(jié)連接的結構體中接近基座部1的一側的結構體及關節(jié)軸進行相對移動。例如，在第三關節(jié)11的關節(jié)鎖定機構28c的情況下，固定對置齒 輪四固定在接近基座部1的一側的結構體及作為關節(jié)軸的例子的第一聯(lián)桿6及第三關節(jié) 軸14，第三關節(jié)11的第三關節(jié)軸14的前端貫通固定對置齒輪四的孔^b以相對不自由 旋轉的方式插入嵌合。即，第三關節(jié)軸14和固定對置齒輪四固定成一體。需要說明 的是，第一聯(lián)桿6和第二聯(lián)桿7在第三關節(jié)11處通過軸承70連結成可以相對旋轉。k 是可以與第二聯(lián)桿7 —體旋轉且可以相對于第一聯(lián)桿6通過軸承70進行相對旋轉的軸環(huán) (collar)，28g是配置有后述的推壓彈簧33等的箱體。
30是在對置的面上以圓環(huán)狀具有可以與固定對置齒輪四的齒輪部2 嚙合的齒 輪部30a的圓板狀的可動對置齒輪，中心形成有可以與孔29b連通的圓形凹部30b，關節(jié) 軸(例如在上述第三關節(jié)11的關節(jié)鎖定機構28c的情況下為第三關節(jié)軸14的前端部)按 照可以相對旋轉且可以沿軸向移動的方式插入該凹部30b，可動對置齒輪30以該形態(tài)配 設成與固定對置齒輪四對置?？蓜訉χ谬X輪30未被關節(jié)軸固定，可以沿著關節(jié)軸的軸 向平移移動，可以繞旋轉軸旋轉。另外，在可動對置齒輪30的外周面的一處有向徑向突 出的引導突起31，與在通過關節(jié)連接的結構體內、接近手尖(手臂前端)的一側的結構 體配設的引導槽32嚙合。例如，在第三關節(jié)11的關節(jié)鎖定機構28c的情況下，引導槽 32配設在第二聯(lián)桿7(參照圖7B)。引導突起31可以相對于引導槽32沿著引導槽32的 長度方向(圖7B的紙面貫通方向即可動對置齒輪30的厚度方向)進行相對的平移移動。 即，可動對置齒輪30和接近手尖的一側的結構體(在上述的情況下為第二聯(lián)桿7)，可以 沿著關節(jié)軸(在上述的情況下為第三關節(jié)軸14)的中心軸方向進行相對的平移移動，但關 于繞關節(jié)軸的中心軸的旋轉運動，由于引導突起31和引導槽32的嚙合所致的約束，可動 對置齒輪30和接近手尖的一側的結構體(在上述的情況下為第二聯(lián)桿7)可以進行一體的 旋轉運動。需要說明的是，圖7A示出引導突起31和引導槽32嚙合脫離后的狀態(tài)。
固定對置齒輪四的對置面的齒輪部29a和可動對置齒輪30的對置面的齒輪部 30a,各自的截面為鋸齒形狀，在可動對置齒輪30中與固定對置齒輪四相反側，且在沿 著可動對置齒輪30的中心軸的方向上，被配置在箱體^g的軸環(huán)k內的推壓彈簧33的 作用力所按壓，固定對置齒輪四和可動對置齒輪30相互嚙合，由此作為對置齒輪四、30 發(fā)揮功能。在固定對置齒輪四的齒輪部^a和可動對置齒輪30的齒輪部30a嚙合之后， 相對于固定對置齒輪四和可動對置齒輪30的繞關節(jié)軸的旋轉運動，無法在齒輪部2 和 齒輪部30a的各自的齒形垂直面彼此(沿著對置齒輪四、30的厚度方向的直立面彼此)發(fā) 生接觸的旋轉方向(圖7C的箭頭方向)上旋轉，而被固定。在該情況下，接近基座部1 的一側的結構體(在上述的情況下為第一聯(lián)桿6)，被固定對置齒輪四固定，接近手尖的 一側的結構體(在上述的情況下為第二聯(lián)桿7)，借助引導突起31和引導槽32被可動對置 齒輪30固定，所以關節(jié)(在上述的情況下為第三關節(jié)11)被鎖定，2個結構體(在上述的 情況下為第一聯(lián)桿6和第二聯(lián)桿7)間不會產生相對旋轉運動。另一方面，齒輪部29a和 齒輪部30a的各齒形的斜面彼此(沿著相對于對置齒輪四、30的厚度方向傾斜的方向的 斜面彼此)發(fā)生接觸的旋轉(與圖7C的箭頭方向相反的方向)沿著斜面產生推起，使2 個結構體(在上述的情況下為第一聯(lián)桿6和第二聯(lián)桿7)間可以相對旋轉運動。其結果， 關節(jié)鎖定機構觀作為單向離合器發(fā)揮功能。
可動對置齒輪30，借助由外側引導管55和牽引線56構成的操縱線纜57，與用于驅動關節(jié)鎖定機構的空壓人工肌肉18(具體而言為空壓人工肌肉18a、18b、18c、 18d、18e、18f，但在對結構進行說明時，作為代表例，用18表示)連接。圖7A示出引 導突起31和引導槽32的嚙合脫離后的狀態(tài)，通過空壓人工肌肉18的驅動，利用牽引線 56使可動對置齒輪30在中心軸方向上向遠離固定對置齒輪四的一側(圖7A的左側)移 動，示出齒輪部2 和齒輪部30a分開的狀態(tài)。相反，通過空壓人工肌肉18的驅動，利 用牽引線56使可動對置齒輪30在中心軸方向上向接近固定對置齒輪四的一側(圖7A的 右側)移動時，成為齒輪部2 和齒輪部30a嚙合后的狀態(tài)。在用于驅動關節(jié)鎖定機構 的空壓人工肌肉18當中，空壓人工肌肉18a(圖3中圖示)配設于基座部1，對左手臂3a 的第一關節(jié)9的關節(jié)鎖定機構28a進行驅動?？諌喝斯ぜ∪?8b (配設于圖3中的空壓人 工肌肉18a的背后)配設于基座部1，對右手臂3b的第一關節(jié)9的關節(jié)鎖定機構2 進行 驅動?？諌喝斯ぜ∪?8c(配設于圖8中的空壓人工肌肉18e的背后)配設于左手臂3a的 第一聯(lián)桿6的內部，對左手臂3a的第二關節(jié)10的關節(jié)鎖定機構28c進行驅動?？諌喝?工肌肉18d(與圖8中的空壓人工肌肉18c—樣配設于右手臂3b)配設于右手臂3b的第一 聯(lián)桿6的內部，對右手臂3b的第二關節(jié)10的關節(jié)鎖定機構28d進行驅動。空壓人工肌 肉18e(圖8中圖示)配設于左手臂3a的第一聯(lián)桿6的內部，對左手臂3a的第三關節(jié)11 的關節(jié)鎖定機構28e進行驅動?？諌喝斯ぜ∪?8f(與圖8中的空壓人工肌肉18e—樣配 設于右手臂3b)配設于右手臂3b的第一聯(lián)桿6的內部，對右手臂3b的第三關節(jié)11的關 節(jié)鎖定機構28f進行驅動。
向空壓人工肌肉18供給高壓空氣而使空壓人工肌肉18收縮時，通過與空壓人工 肌肉18連結的操縱線纜57的牽引線56來牽引可動對置齒輪30，對抗關節(jié)鎖定機構28 的推壓彈簧33的作用力，在中心軸方向上向遠離固定對置齒輪四的一側移動，對置齒輪 29, 30彼此的齒輪部2 和齒輪部30a的嚙合被解除。相反，從空壓人工肌肉18排出高 壓空氣使空壓人工肌肉18伸展時，操縱線纜57的牽引線56對可動對置齒輪30的拉力被 解除，通過關節(jié)鎖定機構觀的推壓彈簧33的作用力，使對置齒輪四、30的齒輪部^a 和齒輪部30a彼此嚙合，關節(jié)被鎖定，相對旋轉運動成為不可能。
關于左手臂3a及右手臂3b的各關節(jié)中關節(jié)鎖定機構觀的配置方向，配設成使 可以作為單向離合器旋轉的方向為圖2、圖3中的箭頭R所示的旋轉方向、且使被鎖定的 方向(不能相對旋轉的方向)為與圖中的箭頭R相反的旋轉方向。通過這樣配置方向， 當在手臂3上搭載有被看護者或搬運物時，關節(jié)鎖定發(fā)揮功能，被看護者或搬運物的重 量所致的載荷由關節(jié)鎖定機構觀來負擔，可以容易且穩(wěn)定并以高可靠性進行被看護者或 搬運物的保持。
根據圖3、圖9A及圖9B對腰機構2進行說明。腰機構2被空壓人工肌肉19驅 動。關于空壓人工肌肉19，其一端部以可以自由旋轉的方式固定在基座部1，另一端部 以可以自由旋轉的方式固定在力傳遞桿34的后端部。力傳遞桿34的前端部由機體部8 固定。如果向空壓人工肌肉19供給高壓空氣使空壓人工肌肉19收縮，則力傳遞桿34被 向后方牽引，機體部8以腰機構2的關節(jié)軸2A為中心進行擺動運動，從圖9A所示的機 體部8的前傾狀態(tài)向圖9B所示的機體部8的直立狀態(tài)立起。相反，從空壓人工肌肉19 排出高壓空氣使空壓人工肌肉19伸展時，通過機體部8或手臂3的重量，機體部8從圖 9B所示的機體部8的直立狀態(tài)向圖9A所示的機體部8的前傾狀態(tài)向前方傾倒。
在對腰機構2進行驅動的空壓人工肌肉19上配設與控制裝置38連接的壓力傳感 器67(參照圖幻，可以通過壓力傳感器67來測量空壓人工肌肉19的內部的壓力。從基 于該壓力傳感器67檢測的空壓人工肌肉19的內部壓力Pp和從腰機構2的關節(jié)軸2A的編 碼器37的角度信息得到的空壓人工肌肉19的應變ε，可以利用動作模式切換單元47判 定是否是機器人提起重物等載荷的狀態(tài)。在空壓人工肌肉19的內部壓力Ρρ、應變ε及收 縮力F之間，存在圖10所示的關系。只要利用該特性，就可以利用收縮力計算單元194 從空壓人工肌肉19的內部壓力Pp和應變ε算出收縮力Fp，在該已算出的收縮力Fp大于 機器人未提起重物等載荷的狀態(tài)時的收縮力的值時，可以利用動作模式切換單元47判定 為機器人在提起重物等載荷。
機器人是否在提起該重物等載荷的判定信息，由后述的動作模式切換單元47來 進行，其判定結果向后述的關節(jié)鎖定機構控制單元59輸出。
如圖IlA及圖IlB所示，在手臂3的第二聯(lián)桿7的中央部附近，配設有可以檢 測出3個方向的平移力的作為外力檢測裝置的一例發(fā)揮功能的、3軸力傳感器35。在力 傳感器35上，以與第二聯(lián)桿7的結構體之間留有間隙而不接觸的形式配設力檢測外裝罩 36，力傳感器35檢測出在力檢測外裝罩36和手臂3的第二聯(lián)桿7之間作用的力，并向控 制裝置38輸出。力檢測外裝罩36為覆蓋第二聯(lián)桿7的寬度方向截面的外面大致一半及 第二聯(lián)桿7的聯(lián)桿長度方向的大部分這樣的結構，可以在第二聯(lián)桿7的表面的多數(shù)部分檢 測作用于第二聯(lián)桿7的力。另外，就圖2及圖3所示的搬送基本姿勢而言，按照位于手 臂3的下側的方式配設力傳感器35，即便在手臂3的上面載置有被看護者或搬運物的狀態(tài) 下，被看護者或搬運物也不會接觸力傳感器35，所以可以在不會受到被看護者或搬運物 的影響的情況下，用力傳感器35檢測外力。
圖1及圖5等所示的控制裝置38，在硬件上由一般的個人電腦構成，除了輸入輸 出IF 40之外的部分都是由個人電腦執(zhí)行的控制程序39以軟件的形式來實現(xiàn)。
輸入輸出IF 40由與個人電腦的PCI總線等擴展槽(throttle)連接的、D/A板41、 A/D板42和計數(shù)板43構成。
通過執(zhí)行用于控制機器人的動作的控制程序39來使控制裝置38發(fā)揮功能，由左 手臂3a及右手臂3b的各關節(jié)9、10、11的編碼器37輸出的關節(jié)角度信息，通過計數(shù)板 43分別被控制裝置38取入，另外，由在左手臂3a及右手臂3b配設的力傳感器35檢測的 外力信息，通過A/D板42分別被控制裝置38取入，由控制裝置38分別算出各關節(jié)的旋 轉動作的控制指令值。已算出的各控制指令值通過D/A板41被提供給5 口流量控制電 磁閥27，通過5 口流量控制電磁閥27來驅動手臂3的各關節(jié)9、10、11的空壓人工肌肉 15a、 15b、 15c、 15d、 16a、 16b。
圖1中，58是動作模式切換開關，配設有前進按鈕64、后退按鈕65和停止按鈕 66三個按鈕，哪一按鈕被按壓的信息以數(shù)字信號的方式通過I/O被輸入到控制裝置38。
圖12是通過在控制裝置38中執(zhí)行的控制程序39實現(xiàn)的機器人控制系統(tǒng)的框 圖。換言之，是表示以來自輸入輸出IF 40的信息為基礎通過控制程序39來控制機器人 的動作的機器人動作控制單元44的構成的框圖。
機器人控制系統(tǒng)具備動作模式切換單元47和阻抗控制單元45。
阻抗控制單元45由左手臂阻抗控制單元45a、右手臂阻抗控制單元45b和腰機構阻抗控制單元45p構成，分別對左手臂3a的動作、右手臂3b的動作和腰機構2的動 作進行控制。左手臂阻抗控制單元45a和右手臂阻抗控制單元45b的結構及功能相同， 所以，在這里以阻抗控制單元45為代表進行詳細說明。需要說明的是，以下，下標i是 L或R，分別是指利用左手臂阻抗控制單元45a或右手臂阻抗控制單元45b的輸入輸出信 號。例如，手臂3的關節(jié)角度Cll是指作為左手臂阻抗控制單元45a的輸入信號的左手臂 3a的關節(jié)角度％或作為右手臂阻抗控制單元4 的輸入信號的右手臂3b的關節(jié)角度ciR。 為了便于理解，在所代表的文字或數(shù)字后的括弧內示出左右不同的文字或數(shù)字。
阻抗控制單元45 (45a或45b)具備阻抗計算單元46 (46a或46b)和位置控制單元 49 (49a或49b)。向阻抗計算單元46 或46b)中輸入由力傳感器；35測量的力 或卩皿)，手尖目標修正值ι·1(1Δ(ι·ωΔ或i"RdJ從阻抗計算單元46 或46b)輸出。位置控 制單元49 (49a或49b)分別被輸入如下的信息，即通過阻抗控制單元45 (45a或45b)將從 目標軌道生成單元48輸入的手臂3 (3a或3b)的位置目標值i"ld(i"Ld或rRd)與手尖目標修正 值ι·ωΔ(ι·ωΔ或ι·ΜΔ)相加而得到的值rldm(rUm或rRdm)、及由編碼器37測量的的手臂3 (3a或 3b)的關節(jié)角度Ci1 (qL或qR)，關節(jié)指令值Iiiq (uLq或uRq)從位置控制單元49 (49a或49b)輸 出，成為向手臂3 (3a或3b)的指令值。
阻抗計算單元46 (46a或46b)是發(fā)揮使手臂3 (3a或3b)實現(xiàn)機械阻抗的功能的 部分，根據阻抗參數(shù)慣性M、粘滯性D、彈性K、關節(jié)角度的當前值Ci1 ((^或90、和力傳 感器35檢測出的外力FJFl或&)，利用以下的式(1)通過阻抗計算單元46 或46b) 計算用于使手臂3 (3a或3b)實現(xiàn)機械阻抗的手尖位置目標修正輸出ι·ωΔ (rLd.或rRdJ，并 輸出。利用阻抗控制單元45 (45a或45b)使手尖位置目標修正輸出(rLd.或i"RdJ加到 由目標軌道生成單元48輸出的手尖位置目標!^(!?；?！^)上，生成手尖位置修正目標矢量 ridm (rLdm 或 rRdm) °
TiM =(52M + 5D + K)"1 Fi式(1)
權利要求
1.一種機器人，其具備 基座部；機體部；機體部移動機構，其用腰關節(jié)連接所述基座部和所述機體部且使所述機體部相對于 所述基座部進行相對移動；機器人手臂，其配設在所述機體部且具有多個聯(lián)桿以及關節(jié)鎖定機構，所述關節(jié)鎖 定機構可以分別對相互連結所述多個聯(lián)桿的關節(jié)和連結所述多個聯(lián)桿中一個聯(lián)桿與所述 機體部的關節(jié)進行機構固定；機器人手臂用致動器，其對所述機器人手臂的各個所述關節(jié)進行驅動而驅動所述多 個聯(lián)桿轉動；腰關節(jié)用致動器，其經由所述機體部移動機構進行驅動使所述機體部相對于所述基 座部進行相對移動；關節(jié)鎖定機構用致動器，其對所述關節(jié)鎖定機構進行驅動；和 機器人動作控制單元，其對所述關節(jié)鎖定機構用致動器、所述機器人手臂用致動 器和所述腰關節(jié)用致動器分別進行驅動控制而切換機器人手臂動作模式和機體部移動模 式，所述機器人手臂動作模式為將所述機器人手臂的所述任意關節(jié)設成自由狀態(tài)而使所 述機器人手臂動作的模式，所述機體部移動模式為將所述機器人手臂的所述任意關節(jié)設 成鎖定狀態(tài)而使用所述機體部移動機構使所述機體部移動的模式。
2.如權利要求1所述的機器人，其中，所述機器人手臂用致動器是空壓人工肌肉，所述腰關節(jié)用致動器是空壓人工肌肉， 所述機器人手臂具有檢測施加給所述機器人手臂的外力的外力檢測裝置， 所述機器人動作控制單元，根據由所述外力檢測裝置檢測出的施加給所述機器人手 臂的外力，分別對所述機器人手臂用致動器的所述空壓人工肌肉和所述腰關節(jié)用致動器 的所述空壓人工肌肉進行驅動控制，在機器人手臂動作模式時進行所述機器人手臂的動 作控制，并且在機體部移動模式時進行機體部移動控制。
3.如權利要求2所述的機器人，其中，所述機器人動作控制單元，通過阻抗控制進行根據所述外力的手臂動作控制及機體 部移動控制。
4.如權利要求2所述的機器人，其中，所述機器人手臂具有在所述多個聯(lián)桿中最前端聯(lián)桿按照覆蓋所述最前端聯(lián)桿的寬度 方向截面的大致一半外面且長度方向的大致全長的方式配設的外裝構件，所述外力檢測 裝置對施加給所述外裝構件的外力進行檢測。
5.如權利要求1 4中任意一項所述的機器人，其中，所述機體部移動機構，是使所述機體部相對于所述基座部繞所述腰關節(jié)大致前后擺 動的腰機構。
6.如權利要求5所述的機器人，其中，所述腰機構是被平移驅動致動器驅動而使所述機體部相對于所述基座部繞所述腰關 節(jié)大致前后擺動的機構，該平移驅動致動器通過一端固定在所述基座部、另一端固定在 所述機體部而對所述腰關節(jié)進行驅動。
7.如權利要求1所述的機器人，其中， 所述關節(jié)鎖定機構是單向離合機構。
8.如權利要求7所述的機器人，其中，所述機器人動作控制單元，在所述關節(jié)鎖定機構為鎖定狀態(tài)時，在所述任意關節(jié)， 針對作用于所述單向離合機構的可動方向的外力進行所述機器人手臂動作模式，針對作 用于所述單向離合機構的非可動方向的外力不進行所述機器人手臂動作模式。
9.如權利要求7所述的機器人，其中，所述機器人動作控制單元，在所述關節(jié)鎖定機構為鎖定狀態(tài)時，對所述機器人手臂 進行伺服剛性比非鎖定狀態(tài)時的伺服剛性低的位置控制。
10.一種機器人的控制裝置，其對機器人的動作進行控制，所述機器人具備 基座部；機體部；機體部移動機構，其用腰關節(jié)連接所述基座部和所述機體部且使所述機體部相對于 所述基座部進行相對移動；機器人手臂，其配設在所述機體部且具有多個聯(lián)桿以及關節(jié)鎖定機構，所述關節(jié)鎖 定機構可以分別對相互連結所述多個聯(lián)桿的關節(jié)和連結所述多個聯(lián)桿中的一個聯(lián)桿與所 述機體部的關節(jié)進行機構固定；機器人手臂用致動器，其對所述機器人手臂的各個所述關節(jié)進行驅動而驅動所述多 個聯(lián)桿轉動；腰關節(jié)用致動器，其經由所述機體部移動機構進行驅動使所述機體部相對于所述基 座部進行相對移動；和關節(jié)鎖定機構用致動器，其對所述關節(jié)鎖定機構進行驅動，所述機器人的控制裝置，對所述關節(jié)鎖定機構用致動器、所述機器人手臂用致動 器和所述腰關節(jié)用致動器分別進行驅動控制而切換機器人手臂動作模式和機體部移動模 式，所述機器人手臂動作模式為將所述機器人手臂的所述任意關節(jié)設成自由狀態(tài)而使所 述機器人手臂動作的模式，所述機體部移動模式為將所述機器人手臂的所述任意關節(jié)設 成鎖定狀態(tài)而使用所述機體部移動機構使所述機體部移動的模式。
11.一種機器人的控制方法，其對機器人的動作進行控制，所述機器人具備 基座部；機體部；機體部移動機構，其用腰關節(jié)連接所述基座部和所述機體部且使所述機體部相對于 所述基座部進行相對移動；機器人手臂，其配設在所述機體部且具有多個聯(lián)桿以及關節(jié)鎖定機構，所述關節(jié)鎖 定機構可以分別對相互連結所述多個聯(lián)桿的關節(jié)和連結所述多個聯(lián)桿中的一個聯(lián)桿與所 述機體部的關節(jié)進行機構固定；機器人手臂用致動器，其對所述機器人手臂的各個所述關節(jié)進行驅動而驅動所述多 個聯(lián)桿轉動；腰關節(jié)用致動器，其經由所述機體部移動機構進行驅動使所述機體部相對于所述基 座部進行相對移動；和關節(jié)鎖定機構用致動器，其對所述關節(jié)鎖定機構進行驅動，所述機器人的控制方法對所述關節(jié)鎖定機構用致動器、所述機器人手臂用致動器和 所述腰關節(jié)用致動器分別進行驅動控制而切換機器人手臂動作模式和機體部移動模式， 所述機器人手臂動作模式為將所述機器人手臂的所述任意關節(jié)設成自由狀態(tài)而使所述機 器人手臂動作的模式，所述機體部移動模式為將所述機器人手臂的所述任意關節(jié)設成鎖 定狀態(tài)而使用所述機體部移動機構使所述機體部移動的模式。
12. 一種機器人的控制程序，其對機器人的動作進行控制，所述機器人具備 基座部； 機體部；機體部移動機構，其用腰關節(jié)連接所述基座部和所述機體部且使所述機體部相對于 所述基座部進行相對移動；機器人手臂，其配設在所述機體部且具有多個聯(lián)桿以及關節(jié)鎖定機構，所述關節(jié)鎖 定機構可以分別對相互連結所述多個聯(lián)桿的關節(jié)和連結所述多個聯(lián)桿中的一個聯(lián)桿與所 述機體部的關節(jié)進行機構固定；機器人手臂用致動器，其對所述機器人手臂的各個所述關節(jié)進行驅動而驅動所述多 個聯(lián)桿轉動；腰關節(jié)用致動器，其經由所述機體部移動機構進行驅動使所述機體部相對于所述基 座部進行相對移動；和關節(jié)鎖定機構用致動器，其對所述關節(jié)鎖定機構進行驅動，所述機器人的控制程序用于使計算機作為機器人動作控制單元發(fā)揮功能，所述機器 人動作控制單元對所述關節(jié)鎖定機構用致動器、所述機器人手臂用致動器和所述腰關節(jié) 用致動器分別進行驅動控制而切換機器人手臂動作模式和機體部移動模式，所述機器人 手臂動作模式為將所述機器人于臂的所述任意關節(jié)設成自由狀態(tài)而使所述機器人手臂動 作的模式，所述機體部移動模式為將所述機器人手臂的所述任意關節(jié)設成鎖定狀態(tài)而使 用所述機體部移動機構使所述機體部移動的模式。
全文摘要
本發(fā)明的機器人，將基座部(1)和機體部(8)連接成可以通過機體部移動機構(2)相對移動，在機體部(8)上配設具有可以機構性固定各關節(jié)的關節(jié)鎖定機構(28)的機器人手臂(3)，由機器人動作控制單元(47)控制切換使機器人手臂(3)的任意關節(jié)為自由狀態(tài)而進行機器人手臂(3)的動作的機器人手臂動作模式和使其為鎖定狀態(tài)而使機體部(8)移動的機體部移動模式。
文檔編號A61G5/00GK102026783SQ200980117239
公開日2011年4月20日 申請日期2009年6月2日 優(yōu)先權日2008年6月6日
發(fā)明者岡崎安直, 小野敦, 淺井勝彥 申請人:松下電器產業(yè)株式會社