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1 ロボットアーム

物を扱うマニピュレータの代表的な構造は，複数の関節が連なるロボットアーム形のものである．基本的な言葉として，物体をハンドリングするための機械装置は，一般に多自由度の空間リンク機構の先端に物体をつかむための機構がとりつけられた構造になっている．先端部分にとりつけられた物体把持機構をハンドと予備，ハンドの位置と姿勢を変化させるための空間リンク機構をアームと呼ぶ．ハンドとアームからなる全体をマニピュレータと呼ぶ．空間リンク機構の機構ペアの運動軸をジョイント（関節）と呼ぶ．マニピュレータの各部は，人間の上肢につけられている名称と対応させて，肩，上腕，肘，前腕，手首，指という言葉を用いる．ここでは，図1のような研究用標準ロボットマニピュレータと三次元視覚システムを統合したロボットプログラミングシステムシステムを例としてマニピュレータのモデル化について取り上げる．

**図 1:** 研究用標準ロボットマニピュレータ

ロボットマニピュレータを抽象的に記述したモデルについて述べる．ロボットマニピュレータは，産業用，研究用を問わず多くの開発例があるが，図 1の研究用標準ロボットマニピュレータは，図 2のような大きさと構造をもつ．このロボットは，普通の机の上に設置して気軽に実験を行えるよう人間の手と同程度の大きさのものとして考えられた．さまざまな物体操作のソフトウェアを高水準な言語でどのように記述してゆくかを研究すること，視覚や触覚などと連携させて物体操作を行う方式の研究，物体操作行動の目標を与える人との対話機能の研究，与えられた目標を達成させるための行動計画を統合した知能ロボットとしてのシステム構成法の研究などを行うためのプラットフォームとして設計されていた．

**図 2:** マニピュレータの構造
$\includegraphics[width=15cm]{/home/inaba/text/iwanami/inaba/chap4/sumitomo-zumen.eps}$

マニピュレータ部を計算機で制御するための計算機システムとソフトウェアは図3のようになっている．実時間性を必要とするソフトウェアサーボはマイクロコンピュータなどによるアームコントローラ上で実現される．ホストコンピュータは，ハンドの運動学，動作軌道生成などの上位のソフトウェアを要素として，視覚，対話，計画システムなどとの統合システムを実現するための計算機である．

**図 3:** マニピュレータのコントローラの構成
$\includegraphics[width=8cm]{/home/inaba/text/iwanami/inaba/chap4/cosmos-arm-hardware.eps}$

マニピュレータの構造は，ハンド部に１自由度，アーム部に６自由度あり，その機構的特性は表1のようになっている．

**表 1:** マニピュレータ駆動系特性表
関節	呼び名	可動範囲	減速比	定格(最大)回転数 rpm	定格(最大)トルク Kgcm	出力 w
1	肩部旋回	$-85^\circ ～ 85^\circ$	91.4	2400(4000)	2.8(7.9)	70
2	上腕揺動	$-120^\circ ～ -30^\circ$	233.3	2000(3200)	1.12(5.58)	22
3	前腕揺動	$-30^\circ ～ 60^\circ$	160	2000(3200)	1.12(5.58)	22
4	前腕回転	$-165^\circ ～ 165^\circ$	88	2000(3200)	0.605(2.87)	12
5	手首揺動	$-90^\circ ～ 90^\circ$	37.5	3000(5000)	0.215(0.72)	6.4
6	手首回転	$-180^\circ ～ 180^\circ$	37.5	3000(5000)	0.215(0.72)	6.4
7	指関節	0 ～ 80mm	6.5	3000(5000)	0.215(0.72)	6.4

図4は，各部の重量と重心位置を表したものである．

**図 4:** 各部重量および重心位置
$\includegraphics[width=8cm]{/home/inaba/text/iwanami/inaba/chap4/sumitomo-arm-params.eps}$

generated through LaTeX2HTML. M.Inaba 平成18年5月7日