JP2001315085A

JP2001315085A - 搬送ロボット

Info

Publication number: JP2001315085A
Application number: JP2000131921A
Authority: JP
Inventors: Ken Maehira; 謙前平; Ko Fuwa; 耕不破
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2000-05-01
Filing date: 2000-05-01
Publication date: 2001-11-13
Anticipated expiration: 2020-05-01
Also published as: JP4312348B2

Abstract

(57)【要約】【課題】宇宙空間で使用される搬送ロボットに関する。【解決手段】本発明の搬送ロボット１は、そのハンド部
２が、弾性体と、その上に、互いに絶縁された状態で近
接して配置された第１、第２の電極とを有している。ハ
ンド部２を絶縁性の搬送対象物と当接させた状態で第
１、第２の電極の間に電圧を印加すると、グラディエン
ト力により搬送対象物を静電吸着して保持することがで
きる。このため、ハンド部が搬送対象物を把持する構成
になっていたことで、把持するために複雑な駆動機構を
有していた従来のロボットに比して、簡単な構造でハン
ド部を構成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、搬送ロボットに関
し、特に、真空中において作業をする際に、遠隔操作に
より搬送対象物を搬送する搬送ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】真空中において、様々な物を搬送する際
に、搬送ロボットが多用されている。図７(ａ)の符号１
０１に、従来の真空作業用の搬送ロボットの一例を示
す。この搬送ロボット１０１は、ハンド部１０２と、ア
ーム部１０３と制御駆動部１０４とを有している。

【０００３】アーム部１０３は、その末端が制御駆動部
１０４に取り付けられており、アーム部１０３の先端に
はハンド部１０２が取り付けられている。アーム部１０
３は関節１８１、１８２を有しており、制御駆動部１０
４を駆動すると、関節１８１、１８２を中心にして折り
曲げ運動することにより、ハンド部１０２を三次元空間
内で自由に運動させることができるように構成されてい
る。

【０００４】かかる構成の搬送ロボット１０１を用い
て、月面上に載置された搬送対象物を所望の場所に移動
させる場合には、図７(ａ)に示すように、まず制御駆動
部１０４を駆動して月面上の搬送対象物１７０にハンド
部１０２を接近させる。ハンド部１０２は、一対の先端
部１１１、１１２を有しており、そのうち一方の先端部
１１１を、図７(ｂ)に示すように月面と搬送対象物１７
０との間に挿し入れる。

【０００５】各先端部１１１、１１２はそれぞれ関節１
９１、１９２を備え、制御駆動部１０４を駆動すると、
関節１９１、１９２を中心にして各先端部１１１、１１
２を折り曲げることができ、月面と搬送対象物１７０と
の間にハンド部１０２の一方の先端部１１１を挿し入れ
た状態で、各先端部１１１、１１２を折り曲げると、図
８(ｃ)に示すように、搬送対象物１７０が各先端部１１
１、１１２に挟まれてハンド部１０２に把持される。こ
の状態で、図８(ｄ)に示すように、ハンド部１０２を上
昇させて月面から浮かせ、所定の場所まで移動させるこ
とにより、搬送対象物１７０を搬送することができる。

【０００６】このように、上記搬送ロボット１０１で月
面上に載置された搬送対象物１７０を搬送するには、図
７(ｂ)に示したように、月面と搬送対象物１７０との間
にハンド部１０２の先端部１１１を挿し入れる必要があ
るが、この作業は困難な作業であって、先端部１１１を
挿し入れようとする動作を再三繰り返さなければならな
いことが多く、搬送作業が煩雑になっていた。

【０００７】さらに、ハンド部１０２で搬送対象物１７
０を把持するには、ハンド部１０２の先端部１１１、１
１２を折り曲げなければならないが、そのために比較的
複雑な駆動機構を設ける必要があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の要求に応じるために創作されたものであり、その目的
は、搬送作業を容易にし、かつ駆動機構が簡易な、大気
中だけでなく真空中においても使用される搬送ロボット
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、搬送ロボットであって、複
数の関節を備え、前記関節を中心として折り曲げ可能に
構成されたアームと、前記アームの一部を構成するハン
ド部は、互いに絶縁された第１、第２の電極を有するこ
とを特徴とする。請求項２記載の発明は、請求項１記載
の搬送ロボットであって、前記ハンド部には弾性材が設
けられ、前記第１、第２の電極は、前記弾性材表面に配
置されたことを特徴とする。請求項３記載の発明は、請
求項２記載の搬送ロボットであって、前記弾性材の少な
くとも一部は外方に膨出して形成され、前記第１、第２
の電極の少なくとも一部は、前記膨出部分上に配置され
たことを特徴とする。請求項４記載の発明は、請求項２
又は請求項３記載の搬送ロボットであって、前記弾性材
の表面は、略円筒状に形成され、前記第１、第２の電極
の少なくとも一部は、前記弾性材の側面上に配置された
ことを特徴とする。請求項５記載の発明は、請求項１乃
至請求項４のいずれか１項記載の搬送ロボットであっ
て、少なくとも前記第１、第２の電極表面を被覆するよ
うに配置された保護膜を有することを特徴とする。

【００１０】本発明の搬送ロボットのハンド部は、互い
に絶縁された第１、第２の電極を有しており、これら第
１、第２の電極は、例えば外方に膨出した弾性材の、膨
出した部分上に配置されている。

【００１１】かかるハンド部を、平板状の搬送対象物に
押しつけた状態を図３に示す。図３で符号２５は弾性材
を示しており、７０は搬送対象物を示している。さらに
符号２７₁、２７₂は第１、第２の電極をそれぞれ示して
いる。このように、平板状の搬送対象物７０に弾性材２
５を押し付けると、押し付けられた部分の弾性材２５も
また平板状に変形し、第１、第２の電極２７₁、２７₂の
上端部が、搬送対象物７０に当接する。

【００１２】この状態で、第１、第２の電極２７₁、２
７₂間に直流電圧を印加すると、その間には、図３の符
号Ｅに示した向きの電界が生じる。一般に、不均一な電
場Ｅ中に分極率αの誘電体を置いたとき、その誘電体に
は、単位面積当たり次式で表されるグラディエント力が
作用する。

【００１３】ｆ＝１／２・α・ｇｒａｄ(Ｅ²) 図３中で符号ｆは、グラディエント力の方向を示してい
る。第１、第２の電極２７₁、２７₂は、上述したように
互いに近接した状態で配置されており、その結果ｇｒａ
ｄ(Ｅ²)が大きくなり、誘電体からなる搬送対象物７０
が、弾性材２５の表面方向に受けるグラディエント力が
大きくなる。図３の符号ｆに、グラディエント力の方向
を示す。このようにグラディエント力ｆが大きくなる
と、搬送対象物７０が絶縁物であっても、ハンド部の表
面に静電吸着される。

【００１４】このように、本発明のハンド部は、絶縁性
の搬送対象物を静電吸着して保持することができる。搬
送対象物が静電吸着された状態でアームを運動させてハ
ンド部を移動させることにより、搬送対象物を所定の場
所に移動させることができる。

【００１５】また、弾性材上に第１、第２の電極を形成
するという簡単な機構で搬送対象物を静電吸着して搬送
することができるので、従来必要であった、搬送対象物
を把持させるための複雑な駆動機構が不要になる。

【００１６】なお、本発明において、ハンド部が弾性材
を有しており、弾性材を搬送対象物に押し付けると、搬
送対象物の形状にあわせて弾性材が変形して、ハンド部
と搬送対象物との接触面積が大きくなるので、ハンド部
が変形しない場合に比して静電吸着力が増す。

【００１７】さらに、本発明において、第１、第２の電
極を被覆する保護膜を設けてもよい。このように構成す
ると、第１、第２の電極が搬送対象物と直接接触しない
ため、第１、第２の電極の磨耗を防止することができ
る。またこの場合には、導電性を有する物質をハンド部
に当接させても、その導電性物質は第１、第２の電極と
は直接接触しないので、第１、第２の電極間が短絡する
ことはなく、グラディエント力が生じるので、搬送対象
物が導電性物質であっても、これを静電吸着して搬送す
ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下で図面を参照し、本発明の実
施形態について説明する。図１の符号１に、本発明の一
実施形態の搬送ロボットを示す。この搬送ロボット１
は、制御駆動部４と、アーム３とを有している。

【００１９】アーム３は、関節部８₁、８₂、８₃と、取
付部６とハンド部２とを有しており、その末端は制御駆
動部４に取り付けられている。アーム部３は、その先端
に取付部６を介してハンド部２が取り付けられ、関節部
８₁、８₂、８₃とを中心にして自由に折り曲げ運動や回
転運動ができるように構成されており、その結果とし
て、ハンド部２を三次元空間内で自由に移動させること
ができるように構成されている。

【００２０】ハンド部２の構成を図２(ａ)に示す。ハン
ド部２は、弾性材２５と、第１、第２の電極２７₁、２
７₂とを有している。弾性材２５は、シリコーンゴム等
が円筒状に形成されることで成る。この弾性材２５の湾
曲した側面には、銅薄膜等の金属から成る第１、第２の
電極２７₁、２７₂が形成されている。

【００２１】第１、第２の電極２７₁、２７₂が、弾性材
２５の側面に配置された状態を同図(ｂ)に示す。第１、
第２の電極２７₁、２７₂は櫛状に成形されており、その
歯の部分が互いに噛み合うように配置されている。ここ
では第１、第２の電極２７₁、２７₂の幅は４ｍｍ、電極
間の間隔は１ｍｍとしている。

【００２２】第１、第２の電極２７₁、２７₂はそれぞれ
制御駆動部４内に設けられた図示しない直流電源に接続
されており、その直流電源を駆動すると、第１、第２の
電極２７₁、２７₂の間に直流電圧を印加することができ
るように構成されている。

【００２３】かかる搬送ロボット１を用いて、真空空間
の水平面、例えば月面上に載置された搬送対象物７０を
保持して所定の場所まで搬送するには、まず、図４(ａ)
に示すように、アーム３を駆動して、載置された搬送対
象物７０にハンド部２を押し付ける。弾性材２５は弾性
材で構成されているので、押し付けられた弾性材２５
は、搬送対象物７０の表面形状と同じ形状に変形する。
ここでは搬送対象物７０が平板状に形成されているもの
としており、押し付けられた部分の弾性材２５の表面
は、搬送対象物７０と同じ平板状に変形する。

【００２４】この状態で、第１、第２の電極２７₁、２
７₂に直流電圧を印加する。すると、搬送対象物７０が
ハンド部２方向にグラディエント力を受け、搬送対象物
７０がハンド部２に静電吸着されて保持される。

【００２５】この状態でハンド部２を上昇させると図４
(ｂ)に示すように、搬送対象物７０もハンド部２ととも
に上昇する。その後、ハンド部２を所定の場所に移動さ
せることにより、搬送対象物７０を搬送することができ
る。

【００２６】このように、本実施形態の搬送ロボット１
では、ハンド部２に搬送対象物７０を静電吸着して保持
することができるので、搬送対象物を把持するために、
複雑な駆動機構を必要としていた従来に比して、ごく簡
単な機構でハンド部２を構成することができる。

【００２７】また、特に月面等の水平面上に載置された
搬送対象物を搬送する際には、搬送対象物７０の上から
ハンド部を当接させ、ハンド部に搬送対象物を静電吸着
して引き上げるという簡単な動作で、搬送対象物７０を
搬送することができるので、搬送対象物を把持するまで
に煩雑な作業を要していた従来に比して、作業効率が向
上する。

【００２８】なお、本実施形態のハンド部２は、図２
(ａ)に示したように、円筒状の弾性材２５の側面に第
１、第２の電極２７₁、２７₂が形成されたものとしてい
るが、本発明のハンド部２の構成はこれに限られるもの
ではない。

【００２９】図５(ａ)〜(ｃ)の符号３２〜３４に、本発
明の他の実施形態の第一例〜第三例のハンド部の表面部
分の拡大断面図を示す。第一例〜第三例のハンド部３２
〜３４は、円筒状の弾性材２５の側面に、第１、第２の
電極２７₁、２７₂の表面形状と同じパターンの凹部が形
成されており、各弾性材２５の凹部には、それぞれ第
１、第２の電極２７₁、２７₂が互いに絶縁した状態で配
置されている。各第１、第２の電極２７₁、２７₂の下端
部は、各凹部の底面上に配置されている。なお、図５
(ａ)〜図５(ｃ)には、各弾性材２５の表面を部分的に拡
大した結果、弾性材２５の表面がほぼ平坦であると近似
されるごく一部分のみを示している。

【００３０】同図(ａ)の第一例のハンド部３２では、第
１、第２の電極２７₁、２７₂の上端部は弾性材２５表面
から突き出されている。第一例のハンド部３２では、搬
送対象物にハンド部３２を当接させると、搬送対象物は
第１、第２の電極２７₁、２７₂の上端部と接触すると共
に、搬送対象物と弾性材２５の表面との間に隙間が形成
される。

【００３１】同図(ｂ)の第二例のハンド部３３では、第
１、第２の電極２７₁、２７₂の上端部は、弾性材２５の
表面と同じ高さに形成されており、弾性材２５の表面と
第１、第２の電極２７₁、２７₂の上端部は面一に形成さ
れている。このハンド部３３に搬送対象物を当接した場
合、搬送対象物は、第１、第２の電極２７₁、２７₂の上
端部と弾性材２５の表面との両方に接触する。

【００３２】これら第一例、第二例のハンド部３２、３
３では、上述したように、搬送対象物と第１、第２の電
極２７₁、２７₂の上端部とが接触するように構成されて
いるが、搬送対象物が絶縁性を有する場合には、搬送対
象物を介して第１、第２の電極２７₁、２７₂間は短絡せ
ず、それぞれの間に電界が発生するので、搬送対象物を
静電吸着することができる。

【００３３】同図(ｃ)の第三例のハンド部３４では、第
１、第２の電極２７₁、２７₂の上端部は、弾性材２５の
表面よりも低く形成されている。即ち、第１、第２の電
極２７₁、２７₂の上端部は凹部２８内の奥まった部分に
位置しており、第１、第２の電極２７₁、２７₂間には、
弾性材２５の表面部分で構成された突部２９が形成され
ている。

【００３４】このハンド部３４は、その表面に搬送対象
物が当接すると搬送対象物は突部２９の上端部と接触す
るが、第１、第２の電極２７₁、２７₂とは接触しないよ
うになっている。

【００３５】従って、搬送対象物が導電性を有していた
場合であっても、搬送対象物を介して第１、第２の電極
２７₁、２７₂が短絡することがないので、搬送対象物を
静電吸着することができる。更に、搬送対象物が比較的
耐磨耗性の低い第１、第２の電極２７₁、２７₂と直接接
触しないため、第一例、第二例のハンド部３２、３３に
比して、第１、第２の電極２７₁、２７₂の寿命が長くな
る。

【００３６】さらに、本発明のハンド部は上述した構造
に限られるものではなく、図６(ａ)に示すように、第
１、第２の電極２７₁、２７₂と弾性材２５とを被覆する
ように、例えばシリコーンゴム、ポリイミド、フッ素化
合物等からなる保護膜５０を形成してもよい。この場合
には、第１、第２の電極２７₁、２７₂が搬送対象物と直
接接触しないので、第１、第２の電極２７₁、２７₂の磨
耗を防止することができ、第１、第２の電極２７₁、２
７₂の寿命が長くなる。

【００３７】また、第１、第２の電極２７₁、２７₂が搬
送対象物を介して短絡することがないので、導電性の搬
送対象物をも搬送することができる。さらに、上述した
実施形態では、弾性材２５が円筒状に形成され、その側
面に第１、第２の電極２７₁、２７₂が形成されているも
のとしているが、本発明はこれに限られるものではな
く、弾性材２５が搬送対象物と当接する面が、膨出して
いればよい。例えば弾性材が球面状に形成され、その表
面に第１、第２の電極が形成される構成とされていても
よい。また、弾性材２５の材料としてシリコーンゴムを
用いたが、弾性材２５はこれに限られるものではなく、
ハンド部を搬送対象物に押し付けたときに、搬送対象物
の形状に合わせて変形する材料であればよく、例えば天
然ゴムや、ポリ四フッ化エチル(商標名テフロン)等のフ
ッ素化合物を用いてもよい。

【００３８】さらに、保護膜としてシリコーンゴムを用
いたが、本発明の保護膜はこれに限られるものではな
く、例えば、天然ゴムや、ポリ四フッ化エチル(商標名
テフロン)等のフッ素化合物を用いてもよい。他方、弾
性材に限らず、アルミナ、ＡｌＮ、ＳｉＣ等のセラミッ
クス材料であっても良い。この場合には、図６(ｂ)の符
号３１に示すように、ハンド部の断面が長円形状になる
ように構成することが好ましい。

【００３９】また、本実施形態では平板状の搬送対象物
７０を搬送する場合について説明したが、本実施形態の
ハンド部２が静電吸着可能な搬送対象物７０の形状はこ
れに限られるものではなく、搬送対象物がいかなる形状
であっても、静電吸着して保持し、搬送することは可能
である。

【００４０】

【発明の効果】宇宙空間等の真空中における搬送対象物
を簡単な機構で容易に搬送することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の搬送ロボットの一例を説
明する図

【図２】(ａ)：本発明の一実施形態のハンド部の一例を
説明する断面図 (ｂ)：本発明の一実施形態のハンド部の一例を説明する
側面図

【図３】本発明のハンド部が搬送対象物を静電吸着する
原理を説明する図

【図４】(ａ)：本発明のハンド部が搬送対象物を保持す
る工程を説明する第１の図 (ｂ)：本発明のハンド部が搬送対象物を保持する工程を
説明する第２の図

【図５】(ａ)：本発明の他の実施形態のハンド部の第一
例の表面状態を説明する拡大断面図 (ｂ)：本発明の他の実施形態のハンド部の第二例の表面
状態を説明する拡大断面図 (ｃ)：本発明の他の実施形態のハンド部の第三例の表面
状態を説明する拡大断面図

【図６】(ａ)：保護膜を備えた本発明のハンド部を説明
する断面図 (ｂ)：本発明の他の実施形態の保護膜を備えた本発明の
ハンド部を説明する断面図

【図７】(ａ)：従来の搬送ロボットが搬送対象物を保持
する工程を説明する第１の図 (ｂ)：従来の搬送ロボットが搬送対象物を保持する工程
を説明する第２の図

【図８】(ｃ)：従来の搬送ロボットが搬送対象物を保持
する工程を説明する第３の図 (ｄ)：従来の搬送ロボットが搬送対象物を保持する工程
を説明する第４の図

【符号の説明】

１……搬送ロボット２……ハンド部３……アー
ム２５……弾性材２７₁……第１の電極２７₂……第２の電極５０
……保護膜７０……搬送対象物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の関節を備え、前記関節を中心として
折り曲げ可能に構成されたアームと、前記アームの一部を構成するハンド部は、互いに絶縁さ
れた第１、第２の電極を有することを特徴とする搬送ロ
ボット。
【請求項２】前記ハンド部には弾性材が設けられ、前記第１、第２の電極は、前記弾性材表面に配置された
ことを特徴とする請求項１記載の搬送ロボット。
【請求項３】前記弾性材の少なくとも一部は外方に膨出
して形成され、前記第１、第２の電極の少なくとも一部は、前記膨出部
分上に配置された請求項２記載の搬送ロボット。
【請求項４】前記弾性材の表面は、略円筒状に形成さ
れ、前記第１、第２の電極の少なくとも一部は、前記弾性材
の側面上に配置されたことを特徴とする請求項２又は請
求項３記載の搬送ロボット。
【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載
の搬送ロボットであって、少なくとも前記第１、第２の
電極表面を被覆するように配置された保護膜を有するこ
とを特徴とする搬送ロボット。