[发明专利]运动变换装置、使用其的柔性致动器及关节驱动单元

说明书

技术领域

本发明涉及变速比可变且变换效率优异的运动变换装置、使用其的柔性致动器及关节驱动单元。

背景技术

近年来，对医疗用机器人、家庭服务用机器人、工场内的作业支援机器人等靠近人的区域进行动作的机器人的期待不断提高。在这样的机器人中，与产业用机器人不同，重要的是确保与人接触时的安全性。为了缓和接触时的冲击，有必要减小作用于接触点的力，所以需要对关节的扭矩进行控制，从机器人手臂侧来看为柔软的关节。但是，在使用了对关节进行驱动的致动器的力(扭矩)控制中，无法无限提高响应频率，无法对高频区域的力作用的情况(例如机器人手臂与人有冲突的情况)进行应对。通常，关节驱动使用电机和减速器的组合，从机器人手臂侧观察到的惯性，通过电机本来的惯性乘以减速比的平方倍而得到。为此，在力控制未有效起作用的状态下，极大的力作用于接触点，所以无法仅依赖力控制来控制足够的安全性。

对于这样的课题，提出了经由被称为串联弹性致动器(Series elasticactuators：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)。就上述SEA而言，无法通过致动器进行控制的高频区域的力也被弹性体的柔软性抑制，始终是从手臂侧来看能实现柔软的关节的柔性致动器，确保更高的安全性。另一方面，在SEA中经由弹性体与负载连接，所以可以控制的频带与以往相比下降。为了补偿这样的缺点，提出了追加具备高频用的致动器的分布式宏微致动(Distributed macro-miniactuation：DM2)的方式(例如参照非专利文献1)、或使弹性体的刚性可变的变刚度传动(Variable Stiffness Transmission：VST)的方式(例如参照非专利文献2)等。

【专利文献】

专利文献1：美国专利5650704号公报

【非专利文献】

非专利文献1：IEEE Robotics & Automation Magazine，Volume11，Issue2的12～21页，2004年6月发行

非专利文献2：IEEE Robotics & Automation Magazine，Volume11，Issue2的22～33页，2004年6月发行

为了在保持柔软性的同时使动作效率提高，认为优选具备如下构成，即经由变速比可变且可以逆向输入的变速器，使势能对应于位移而增加的弹性结构体的力与外部负载连接。在这样的构成中，弹性结构体的发生力被变换成任意的力，与外部负载连接，并且根据动作方向，驱动和再生被无缝切换(连续切换)。但是，在机器人手臂的关节驱动中的摆动动作之类的情况下对于变速器要求以较少的位移使变速比发生变化，还要求力(扭矩)/速度比大的输出的传输。在这样的条件下，即便使用常用的摩擦式无级变速器作为无级变速器而构成致动器，用于变更变速比所需的能量增大，所以难以实现有效的柔性致动器。

发明内容

为此，本发明鉴于这一点，其目的在于提供一种变速比可变且变换效率优异的运动变换装置、使用其的柔性致动器及关节驱动单元。

【为解决课题的技术手段】

为了实现上述目的，本发明如下所示构成。

根据本发明，提供一种运动变换装置，其具备：

基础构件；

直动结构体，其被保持成能相对于上述基础构件进行直线往复移动；

多个导向保持构件，其设置在上述直动结构体上，且被保持成能在与上述直动结构体的移动方向大致垂直的方向上往复移动；

导向构件，其相对于上述导向保持构件分别在上述导向保持构件的移动方向上隔开间隔而设置有多个导向构件；

直动构件，其被保持成能相对于上述基础构件在与上述导向保持构件的上述移动方向大致平行的方向上往复移动；

摆动构件，其设置在上述直动构件的端部，被保持成能绕着与上述直动结构体的移动方向和上述直动构件的移动方向双方大致垂直的轴进行摆动，并且配置成与上述导向构件的一部分接触；

3个以上的位移发生机构，其与上述导向保持构件连结，并使上述导向保持构件的一部分相对于上述直动结构体进行相对位移；和

控制装置，其通过对上述3个以上的位移发生机构中的多个位移发生机构的动作进行控制，使上述直动构件的位移速度和上述直动结构体的位移速度间的变速比发生变化。

另外，根据本发明，提供一种运动变换装置，其具备：

基础构件；