机器人及其控制装置

摘要

本发明的目的在于提供一种可以同时实现良好的安全性和优异的控制性能的关节机器人及其控制装置。该机器人具有：基部；设置在基部上的三个电机；轴中心线垂直于基部表面的支承柱；滑轮；组装有非线性弹簧的三根丝索；与负载联接的输出轴；具有联接到输出轴的小齿轮和设置在支承柱上端的固定部件的差动机构；设置在差动机构的环上的万向接头；以及设置在差动机构的固定部件上的丝索导向装置，利用两根丝索并经由滑轮将差动机构的两个侧齿轮和两个电机一对一地连接起来，利用剩余的另一根丝索通过丝索导向装置将剩余的另一个电机和万向接头连接起来。

主权项

一种机器人，该机器人具有：基部；至少三个电机，所述至少三个电机设置在所述基部上；至少三个卷绕装置，所述至少三个卷绕装置分别安装在这些电机上；支承柱，所述支承柱被设置为轴中心线垂直于所述基部的表面；万向节，所述万向节安装在所述支承柱的上端；可动盘，所述可动盘安装在所述万向节上；至少三个万向接头，所述至少三个万向接头设置在所述可动盘的底部；丝索，所述丝索一对一联接所述卷绕装置和所述万向接头，并且所述丝索组装有非线性弹簧；以及输出轴，所述输出轴被固定为其轴中心线垂直于所述可动盘的上表面，所述机器人的特征在于，以下述方式设置固定直角坐标系xyzo：将所述支承柱的轴中心线与所述基部的表面的交点作为原点o，将所述支承柱的轴中心线作为z轴，并将离开所述基部的表面的方向作为z轴的正方向，使y轴平行于所述万向节的与所述支承柱接触的轴的轴中心线，以下述方式设置移动直角坐标系x′y′z′o′：将所述输出轴的轴中心线与所述可动盘的下表面的交点作为原点o′，将所述输出轴的轴中心线作为z′轴，并将离开所述可动盘的上表面的方向作为z′轴的正方向，使x′轴平行于所述万向节的与所述可动盘接触的轴的轴中心线，并且所述移动直角坐标系x′y′z′o′与所述可动盘一起移动，将所述电机配置成使一个所述卷绕装置位于x的负轴，并使两个以上的所述卷绕装置分别位于xoy坐标系的第1象限和第4象限，将所述万向接头配置成使所述万向接头在x′o′y′坐标系中的相位分别与所述卷绕装置在所述xoy坐标系中的相位为相同的值，并且利用所述丝索将位于该不同的两个坐标系的各自相同的相位的所述卷绕装置与所述万向接头一对一地连接起来，所述机器人的控制装置一边根据丝索的张力指令和所述丝索的张力信号进行张力控制，一边根据姿态角度的目标指令、刚度的目标指令以及各电机的旋转角度信号生成各丝索的张力指令，从而控制所述机器人的姿态角度和刚度，所述机器人的控制装置具有：姿态角度推定部，该姿态角度推定部根据各电机的旋转角度信号和各丝索的张力信号计算出姿态角度的推定值；姿态角度控制部，该姿态角度控制部接收所述姿态角度的目标指令与所述姿态角度的推定值之间的偏差，并输出姿态转矩指令；以及张力指令计算部，该张力指令计算部根据所述姿态转矩指令、所述刚度的目标指令以及所述姿态角度的推定值计算出张力指令。