[发明专利]柔软致动器以及使用了该柔软致动器的关节驱动单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种容易控制力且动作效率优越的柔软致动器以及使用 了该柔软致动器的关节驱动单元。

背景技术

近年来，对于医疗用机器人、家庭用服务机器人、工厂内的作业支援 机器人等在靠近人的区域动作的机器人的期待有所提高。与产业用机器人 不同，对于上述机器人而言，确保与人接触时的安全性是重要的。为了缓 和接触时的冲击，需要减小作用于接触点的力，因此，必须控制关节处的 转矩以获取从机器人臂侧看来为柔软的关节。但是，在使用了驱动关节的 致动器的力(转矩)控制中，不能无限提高响应频率，因此无法应对诸如 机器人臂与人碰撞这样的高频区域的力作用的情况。通常，在关节驱动中 使用电动机和减速器的组合，从机器人臂侧看到的惯性是将电动机的固有 惯性设为减速比的平方倍而获得的。因此，在力控制没有有效作用的状态 下，由于极大的力作用于接触点，因此仅凭力控制不能确保充分的安全性。

针对上述课题，提出有通过称作串联弹性致动器(Series elastic actuators(SEA))的弹性体来连接致动器和负载的方式(例如参照专利文 献1)。所述SEA是一种柔软致动器，对于该柔软致动器而言，由于致动 器产生的不能进行控制的高频区域的力也能够通过弹性体的柔性来进行 控制，因此能够实现从臂侧看来始终为柔软的关节，能够确保比较高的安 全性。另一方面，由于在SEA通过弹性体与负载连接，因此，可控制的 频带与以往相比有所降低。为了弥补该缺点，提出了通过追加而具有高频 用致动器的分布式宏-微结构致动器(Distributed macro-mini actuation (DM2))的方式(例如参照非专利文献1)或将弹性体的刚性设为可变 的变刚度传动装置(Variable stiffness Transmission(VST))的方式(例如 参照非专利文献2)。

专利文献1：美国专利5650704号公报；

非专利文献1：IEEE Robotics & Automation Magazine，Volume 11，Issue 2的12～21页；

非专利文献2：IEEE Robotics & Automation Magazine，Volume 11，Issue 2的22～33页。

在所述SEA、DM2、VST等柔软致动器中，试图通过经由弹性体连 接机器人臂和电动机，将电动机侧的惯性的影响相对于来自机器人臂侧的 输入大幅降低。如果逆向思考上述情况，则从机器人臂侧输入的能量不会 直接传递到电动机侧，难以进行电力能量的再生。对于在靠近人的区域进 行动作的机器人而言，与人的协调作业或放下物品的动作等从柔软致动器 的外部做功的机会很多。但是，在以往的不进行能量再生的柔软致动器中， 存在下述课题，即：即使在从柔软致动器的外部做功的状态下，致动器侧 消耗能量，动作整体的效率大幅恶化。

发明内容

因此，本发明鉴于上述情况而作出，其目的在于提供一种容易控制力 且动作效率优越的柔软致动器以及使用了该柔软致动器的关节驱动单元。

为了实现上述目的，本发明如下构成。

根据本发明的第一方式，提供一种柔软致动器，能够进行直动动作， 包括：

基体部件；

直动部件，其保持为能够相对于所述基体部件直线往复移动；

变位部件，其能够在与所述直动部件的移动方向大致垂直的方向上变 位；

弹性机构，其固定在所述基体部件上且根据与所述变位部件的距离蓄 积或释放弹性能；

变速部件，其通过两个以上的连接机构，以能够调节与所述变位部件 之间的距离的方式与所述变位部件连接；

突起部件，其突出设置在所述直动部件上，并在由所述弹性机构的能 量释放而产生的力的作用下被按压于所述变速部件；

控制装置，其通过控制所述连接机构的所述距离的调节动作，改变所 述变位部件和所述变速部件的相对位置以及相对角度。

根据本发明的第二方式，提供一种柔软致动器，能够进行摆动以及旋 转动作，包括：

基体部件；

旋转部件，其保持为相对于所述基体部件旋转自如；

变位部件，其能够在与所述旋转部件的旋转轴方向大致相同的方向上 变位；