JP2002500570A

JP2002500570A - たとえば果実の収穫またはさまざまな物体の選別のための少なくとも一本の対称パンタグラフ型アームを備えたロボット化機械

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Publication number: JP2002500570A
Application number: JP50033799A
Authority: JP
Inventors: ペレン、ロジェ
Original assignee: ペレン（ソシエテアノニム）
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 2002-01-08
Anticipated expiration: 2018-05-28
Also published as: WO1998053961A1; EP1015192B1; DE69812658T2; EP1015192A1; DE69812658D1; FR2763786B1; FR2763786A1; ES2194326T3; JP3750949B2; ATE235351T1

Abstract

(57)【要約】たとえば果実の収穫またはさまざまな物体の選別のためのロボット化された機械であって、球座標（共同作用する二つの垂直回転運動シータとファイ及び捕捉する物体に向けてのその捕捉装置の並進運動ロー）型マニピュレータを備え、その結果、この捕捉装置２０の捕捉ヘッドの並進軸Ａ３は、常に、その中心点Ｉにおいて回転の２本の軸Ａ１、Ａ２を交差させ、さらにこのマニピュレータは、捕捉する物体を探し当てるための人工的視覚システム２４を備え、このシステムの光学的中心は、まさしく前記の中心点Ｉに位置し、前記マニピュレータは、互いに交差することができるように、二つの平行な面に配置されるアーム１Ａとフロントアーム１Ｂで構成される対称パンタグラフタイプのマニピュレーションアームＩを有し、前記のアーム１は、軸Ａ４の周りで軸回転を確立する手段２１に拘束され、さらにこのアームは、前記アームに対する値−２ａのフロントアーム１Ｂの回転と、前記フロントアームに対する値＋ａの、フロントアーム１Ｂの遠端に取付けられた捕捉装置２０の回転となって現れ、その結果として、視覚システム２４の光学軸に対応する軸Ａ３に沿った、固定標点に対する前記捕捉装置の遠端２０ａの単純な並進運動が引き起こされるといった運動を確立する機械的手段を備えているロボット化機械。

Description

【発明の詳細な説明】たとえば果実の収穫またはさまざまな物体の選別のための少なくとも一本の対称パンタグラフ型アームを備えたロボット化機械本発明は、少なくとも一本の対称パンタグラフ型アームを備えたロボット化機械に関するものであり、この機械は、その環境の中で所定の物体を認識したり、検知後にその物体に働きかけることを含むさまざまな仕事を逐行するために、配置及びプログラミングすることができる。本発明による機械は、たとえば、リンゴ、洋ナシ、桃、オレンジ、その他の柑橘類等々の収穫を行なうために適合され、配置され、プログラミングされることができる。こうした非常に興味深い適用法においては、ロボット化機械は、花柄をともなう果実を個別に探し当て、それらを摘み、さらに大容量の容器の中にまたはそのような容器まで運搬することができる受入れ装置の中に、衝撃を与えることなくそれらの果実を置くことを可能にする。本発明による機械はまた、たとえば廃棄物（家庭ごみ、産業廃棄物等々）または他のさまざまな物体の選別、あるいはまた固定部所での物体の捕捉のような他の仕事を遂行するために配置、適合、プログラミングされることも可能である。文献ＥＰ．０．２７０．４６９Ａには、以下を有するロボット化機械が提案されている。 −一方では、捕捉機構が備えられた自由端を有し、共同作用する直角な２本の軸の周りを回転するように取付けられたマニピュレーションアームまたはマニピュレータ。 −他方では、これらの回転軸の交差点に固定されるように設置された視覚システム。この視覚システムは、たとえば、単一のカメラまたは複数の収束型マイクロカメラを有する。前記マニピュレーションアームは、前記捕捉機構が、視覚システムの光学的中心において、前記回転軸の交差部分と交わる直線的な軌道に沿って前記視覚システムの光束と同一線上を並進することを可能にする。「球座標」型と呼ばれるこのマニピュレータ（二つの共同作用回転運動及び捕捉する物体に向けての並進運動）は、その中心に視覚システムを有することから、コンパス状に取付けられた折り畳み可能なアームを有する。このアームは、同一平面内に配置され、交わる点において、同時にこれら二つのワットリンクの隣接する２本の短い辺を構成するヨークを用いて、集結した細長い形の２本のワットリンクで構成された２本の分岐部を有し、前記の折り畳み可能なアームは、伸長されるとまたは折り畳まれるとそれら２本の分岐部に対称運動を伝達する装置を備え、この配置とこの対称運動によって、機械の捕捉機構の直線的な移動が可能になる。折り畳み可能なアームの２本の分岐部の対称運動を得ることができる装置は、ワットリンクの長い辺のいずれか一つを構成する内部リンクロッドの隣接する先端上に固定するように据え付けられ、互いにかみ合わされた二つの歯車を備え、前記の折り畳み可能なアームの種々の運動は、油圧ジャッキによって構成された始動装置を用いて得られる。こうした構造によって、捕捉機構がつかもうとする物体の方向に移動すると、前記捕捉機構の中心と視覚システムの光束の軸とを完全に一致させることが可能になる。そのようにして、捕捉機構または捕捉工具は、常に、到達すべき物体に対して正確な位置に存在し、このようにして、物体をこのようにして効果的につかむことができる。ただし、文献ＥＰ−Ａ−０．２７０．４６９内で提案されたロボット化アームの構造からは、サーボバルブ付きの油圧始動装置を組み込んだ大型アセンブリが作製されることになり、ロボット工学技術の実施においては、そのことが大きな障害となる。その一方で、この構造は、一定の外形寸法のために捕捉機構または工具のストロークが限定されてしまう。したがって、特に、背中合わせに置かれた少なくとも二つのロボット化アセンブリを備えたマルチロボット機械のためには、その外形寸法が特定の用途とは相容れないような大きな寸法のロボット化アームを備えることが必要となる。本発明はとりわけ、上記の不都合を解消することを目的とする。さらに、互いに交差することができるように、二つの平行な面の中に配置された、第一部分またはアームと、第二部分またはフロントアームを備えた二重パンタグラフ型ロボット化アーム（ＵＳ４．８９７．０１５Ａ、ＵＳ５．０４６．９９２Ａ、ＥＰ０．６２９．４７５．Ａ、ＧＢ２．０２２．０４６Ａ）が知られており、これら二つの部分は、共通の軸を有する滑節部を用いてその一端で集結され、その共通軸上には、伝達用の柔軟連結部品（チェーン、歯付きベルト、その他）を用いて、アームの反対側の先端に配置された固定型第二ピニオンに接続された第一のピニオンが据え付けられており、このアームは、前記第二のピニオンを支持する軸の周りを軸回転するように取付けられ、この第二ピニオンの直径はそれが接続されているピニオンの２倍であり、アームの二つの部分の滑節軸はフロントアームに堅固に固定され、このフロントアームと回転連動し、アームは、その上部において、固定型の第三のピニオンを支持し、この第三ピニオンは、伝達用の柔軟連結部品（チェーン、歯付きベルト、その他）を用いて、前記フロントアームの反対側の先端に配置され、その直径が同じく前記第三のピニオンの直径の２倍である第四のピニオンに接続され、この第四ピニオンは、捕捉装置の後部に固定された軸に据え付けられるとともにこの捕捉装置に回転連動し、前記アームは、その固定軸の周りをの傾動を確立する手段に拘束され、この手段は、その傾動方向にしたがって、直線的な軌道に沿った捕捉装置の捕捉用ヘッドの前進または後退運動を生じさせる。こうした構造の結果、上述の文献内に記された二重パンタグラフ型または対称パンタグラフ型のロボット化アームは、固定ベースに対して値（＋ａ）のアームのあらゆる回転が、アームに対する値（−２ａ）のフロントアームの角変位と、フロントアームに対する値（＋ａ）の捕捉装置の回転となって現れ、その結果として、固定標点に対する捕捉装置の単純な並進が発生することを可能にする伝達の運動を有する。さらに： −文献ＵＳ−Ａ−４．８９７．０１５は、円筒形のロボットを簡潔に紹介している（回転運動：シータ、振れ：Ｒ、並進運動：Ｚ）。 −文献ＵＳ−Ａ−５．０４６．９９２は、別の円筒形ロボットについてより詳細に説明している（回転運動：シータ、振れ：Ｒ、並進運動：Ｚ） −文献ＥＰ−Ａ−０．６２９．４７５は、デカルトロボット（振れ：Ｘ、２つ並進運動：Ｙ、Ｚ） −文献ＧＢ−２０２２０４６Ａは、たとえば接合チェーンにおいて、一つの位置から他の位置へ物体を移動させるための、故意に非常に単純な構造を有し、唯一つの自由度をもつマニピュレータを提案している。これらの構造の結果的影響は、アームの振れが行われる平面が、常に水平面であり、そのことから、たとえば、製造または処理工程に入れられる部品を、一つの固定部所から他の固定部所に運搬したり、マニピュレーシヨンしたりするといった、水平面における仕事における使用柔軟性が限定されてしまう点にある。さらに、上述の文献内に記された対称パンタグラフ型ロボット化マニピュレーションアームは、視覚システムを備えていないので、それらの適用範囲が大幅に制限されてしまう。本発明は特に、上述の文献内に記されたロボットによって課せられる制約を克服し、それらの不十分さを解消することを目的とする。本発明の第一の特徴的な措置によれば、この目的は、少なくとも３つの自由度をもつ、球座標型マニピュレータを備えたロボット化機械によって達成する。３つの自由度とは、共同作用する垂直な二つの回転運動シータとファイ、そして捕捉する物体に向けての捕捉装置の並進運動ローである。その結果、この捕捉装置の並進の軸は、中心点Ｉにおける２本の回転軸に常に交差させるあるいは交わらせ、球座標型のこのマニピュレータは、捕捉する物体を探し当てるための人工的視野システムを備え、このシステムの光学的中心は、まさしく前記の中心点Ｉに位置し、前記のマニピュレータは、互いに交差することができるように二つの平行な面に配置された第一の分岐部またはアームと、第二の分岐部またはフロントアームとで構成される対称パンタグラフ型のマニピュレーションアームを有し、このマニピュレーションアームは、以下のような運動を確立する機械的手段を備え、軸の周りを軸回転する手段に拘束される。それは、値（＋ａ）のアームのあらゆる回転が、前記アームに対する値（−２ａ）のフロントアームの回転と、前記フロントアームに対する値（＋ａ）のフロントアームの遠端に取付けられた捕捉装置の回転となって現れ、その結果として、視覚システムの光学軸に対応する軸に沿った、固定標点に対する捕捉装置の遠端の単純な並進が発生するといった運動である。こうした構造によって、一定の外形寸法について捕捉装置のストロークの距離を大きくしながらもアームの外形寸法を小さくすることが可能なだけでなく（捕捉装置の後部は、視覚システムが設置されている場所から後方に後退することができる）、アームの振れが、どんな平面で行われることも可能となり、その結果、大きな使用柔軟性が得られ、たとえば果実の収穫または廃棄物の選別のような運動の大きな多様性を必要とする仕事に、球面幾何学型ロボットを従事させることが可能になる。要約すると、本発明の重要な第一の特徴的な措置は、人工視覚システム型及び球座標型ロボット化マニピュレータと、二重パンタグラフまたは対称パンタグラフ型マニピュレーションアームの独自の組み合わせにある。このような組み合わせは、主に、球状ロボットの中心に置かれた視覚システムが原因で、必ずしも容易なことではない。というのも、この視界システムは以下のような微妙な制約をもたらすからである。 −ロボットの幾何学的中心に視覚システムを設置する。その結果、そこに物体を置くことは禁じられる。 −アームが振れている間、捕捉装置の捕捉先端は、常に、視覚システムの光学軸を通る直線に沿って移動する。 −捕捉装置の後部が、その後退時に視覚システムの裏に隠れることが可能である。文献ＵＳ４．８９７．０１５Ａと、ＵＳ５．０４６．９９２Ａと、ＥＰ０．６２９．４７５Ａと、ＧＢ２０２２０４６Ａに提案されているロボットの他の欠点は、対称パンタグラフ型のロボット化されたアームの振れと折り畳み運動が、特に２本のチェーンと４本のピニオンと複数のチェーン緊張装置を有する伝達システムによって得られるという点にある。こうしたシステムは、チェーンの張力の調整のためのメンテナンス作業や、前記チェーンの保守作業（潤滑）、チェーンケースを埃から守るためのチェーンケースの保護作業を必要とする。本発明の他の目的は、こうした不都合の重大さを大幅に制限することにある。本発明の他の特徴的措置によれば、マニピュレーションアームアセンブリの運動を隔離する装置は以下を有する。 −アームの遠端に回転するように取付けられた軸。この軸の上に、第一のピニオンとフロントアームの近端がそれぞれ据え付けられる。 −固定軸上に据え付けられた第二のピニオン。この軸の周りに、近端を介して、傾動するようにアームが取付けられ、この第二のピニオンは、伝達の柔軟または剛性連結部品によって第一のピニオンに接続され、さらにその直径は前記第一のピニオンの直径の２倍である。 −近位分岐部と遠位分岐部の範囲を確定する中央部分を介して、アームとフロントアームの連結軸の周りに取付けられた送り返し部分。この送り返し部分の中に、回転するように前記軸が収納される。 −その向かい合った両端が、滑節部によって、一方では送り返し部分の近位分岐部に固定され、もう一方では、他端が、好ましくは調節可能なように、マニピュレーションアームアセンブリを支える軸の周りに固定的に取付けられた固定連接棒の一端に固定された第一の控え棒。 −その向かい合って両端が、滑節部によって、一方では送り返し部分の遠位分岐部に固定され、もう一方では、他端が、回転するように、フロントアームの遠端の中に収納される捕捉装置の軸に堅固に連動している連接棒に固定された第二の控え棒。 −固定軸の周りで傾動を確立する手段に拘束されるアーム。この傾動は、ロボットが果実の収穫やさまざまな物体の選別に適用されることにおいて、その方向にしたがって、視覚システムの光学軸に対応する直線的軌道に沿って捕捉ヘッドの後退または前進運動を発生する。マニピュレーションアームのこのような構造によって、特に以下の利点が得られる。 −チェーン及びその緊張装置のいずれか一つを取り除くことによって、伝達用連結装置の張力調整のメンテナンス作業が簡略化される。 −唯一つのチェーンを使用することによって、伝達用連結装置の保守作業（潤滑）が簡略化される。 −カメラ空間内に捕捉装置に据え付けする作業が容易になり、一層迅速になる。 −調整の信頼性と精度が改善される。添付の図面を参照して、以下に説明することで、上記の目的、特徴、利点さらに他の利点がより明らかになるだろう。第１図は、本発明によるロボット化機械の対称パンタグラフ型マニピュレータアセンブリの透視図である。第２図は、この機械の正面から見た垂直断面図である。第３図は、捕捉装置の最も後退した位置に対応する配置におけるアームを示す第２図の側面図である。第４図は、捕捉装置を省略して示された対称パンタグラフ型のマニピュレーションアームのより拡大して正面から見た垂直断面図である。第５図は、このマニピュレーションアームの上部をより拡大して正面から見た断面図である。第６図は、伸長された位置における対称パンタグラフ型アームの伝達運動を概略的に示す図である。第７図は、捕捉装置の捕捉ヘッドの二つの極端な位置と、視覚システムの光学軸に沿った捕捉装置の移動を示す側面図である。第８から１０図は、対称パンタグラフ型伝達装置の調整可能な連接棒の基準となる調整を表わす詳細図である。以下に、有利には、果実のロボット化された収穫または、廃棄物や他の物体のロボット化された選別に適用可能な一般的に球面幾何学をもつロボット（二つの共同作用を持つ回転運動：テトラ、ファイと一つの並進運動：捕捉する物体に向けての捕捉装置のロー）の興味深い実施形態を説明する。まったく限定的でないこれらの非常に興味深い適用法においては、視覚システムはマニピュレーションアームに対して固定的に設置され、この視覚システムの光学的焦点は、まさしく回転軸テトラ、ファイと並進軸ローの交差部分に固定的に位置する。説明を無駄に長引がせないために、出願された本発明の適用法を含むロボット化機械の部分だけを以下に記す。以下に説明する部分は、機械の目的に応じて適合及び配置された運搬用アセンブリ上に設置することができ、このアセンブリは、ロボット化された果実の収穫に適用される場合には、自走型車両とすることができ、または、廃棄物や他の物体のロボット化選別に適用される場合には、可動型（たとえば運搬用ベルトコンベア）または固定型作業ゾーンの上に備えられた固定型または可動型クレーンとすることができる。図示された他の実施例によれば、ロボット化機械は、滑節部によってその頂点に集結された、第一の分岐部またはアーム１Ａと第二の分岐部またはフロントアーム１Ｂを有する対称パンタグラフ型アームで構成される可変幾何学型マニピュレーションアーム１を備えた球座標型マニピュレータを有する。この滑節連結は、アーム１Ａの遠端を備えた軸受３の中を回転するように取付けられたシャフト２を用いて行われる。アーム１Ａとフロントアーム１Ｂは、互いに交差することができるように、二つの平行な面内に配置される。シャフト２には、以下が据え付けられる。 −チェーン５または、たとえば歯付きベルトのような他の柔軟または剛性伝達用連結部品を用いて、固定軸７上に据え付けられた第二の固定ピニオン６に接続された第一のピニオン４。この固定軸の周りに、その近端と軸受８を介して、軸回転するようにアーム１Ａが取付けられる。 −このようにして、前記軸２及び前記ピニオン４に回転連動するようフロントアーム１Ｂの近端。ピニオン６は、ピニオン４（Ｄ４）の２倍の直径を有する。いいかえれば、Ｄ６＝２Ｄ４またはＤ４＝Ｄ６／２となる。その一方で、固定軸７は、いわゆるマニピュレーションアーム１のアセンブリを支持する傾動装置９に堅固に連動している。シャフト２にはまた、中央部分に前記の軸の通路として軸受け１１を備えた孔を有する送り返し部分１０が取付けられる。送り返し部分１０は、その中央部分の両側で、近位分岐部１０Ａと遠位分岐部１０Ｂを有する。送り返し部分１０は、有利には、正面から見ると、三角形の一般的形状を有し、その滑節点が三角形の頂点に配置された頑丈な金属製部品で構成することができる。送り返し部分１０の近位分岐部１０Ａは、滑節部１２を介して、堅固な第一の控え棒の一端に接続され、その控え棒の反対側の先端は、同じく滑節部１４を用いて、固定連接棒１５の一端に接続され、この連接棒の他端は、マニピュレーションアーム全体を支える軸７の周りに固定的に取付けられる。アセンブリ、すなわち、アーム１Ａ−送り返し部分１０の近位分岐部１０Ａ− 控え棒１３Ａ−連接棒１５は、連接棒１５が固定側を構成する変形可能な第一の平行四辺形を形成する（第６図で太線で記されている）。控え棒１３Ａの滑節点間の距離は、アーム１Ａの滑節点間を隔てる距離に等しく、それに対して、連接棒１５の滑節点間距離は、送り返し部分１０の近位分岐部１０Ａの滑節点を隔てる距離に等しい。したがって、送り返し部分１０の近位分岐部１０Ａの方向は、連接棒１５の方向と同じであり、この方向は、以下に説明される本発明の他の特徴的措置によれば、調節可能である。送り返し部分１０の遠位分岐部１０Ｂは、滑節部１６を介して、第二の堅固な控え棒１３Ｂの一端に接続され、この控え棒の他端は、同じく滑節１７を用いて、連接棒１８に接続され、この連接棒の他端は捕捉装置２０のシャフトに堅固に連動する。シャフト１９はまた、捕捉装置２０の近端に堅固に連動し、軸受１９ａを介して、フロントアーム１Ｂの近端内に、回転するように収納される。アセンブリ：すなわちフロントアーム１Ｂ−送り返し部分１０の遠位分岐部１ＯＢ−控え棒１３Ｂ−連接棒１８は、変形可能な第二の平行四辺形を形成する（第６図に太線で記されている）。控え棒１３Ｂの滑節点間の距離は、フロントアーム１Ｂの滑節点を隔てる距離に等しく、それに対して、捕捉装置２０に連動する連接棒１８の滑節点間の距離は、送り返し部分１０の遠位分岐部１０Ｂの滑節点を隔てる距離に等しい。したがって、捕捉装置２０に連動する連接棒１８の方向は、送り返し部分１０の遠位分岐部１０Ｂの方向と同じである。捕捉装置２０は、有利には、相対的に大きい長さ、すなわち本発明の特徴的な措置によれば、少なくともフロントアーム１Ｂの長さに等しいあるいはそれ以上の長さを有することができ、さらに、その自由端を構成する捕捉用ヘッド２０ａを備える。より一般的には、本発明によれば、対称パンタグラフ型マニピュレーションアーム１は、捕捉装置２０の遠端２０ａが、以下に記す視覚システム２４の光学軸Ａ３上を移動し、それに対して、フロントアーム１Ｂの遠端に連結された前記捕捉装置の後端は、前記軸Ａ３に平行な軸Ａ５上を移動し、その結果、この視覚システムの後方を移動することができるようになる（第３図）。果実の収穫に対する本発明の非常に興味深い適用法においては、捕捉装置２０は、少なくとも部分的には、柔軟管を介して、機械の枠に設置された吸引器の吸込み口に接続された剛性管によって構成される。この場合、捕捉装置２０の捕捉ヘッド２０ａは、吸込みヘッドで構成される。捕捉ヘッド２０ａの前進及び後退運動を駆動するマニピュレーションアーム１の伸長及び折り畳み運動は、ボールネジ付き電動機によって構成される電気式ジャッキ２１を用いて得られる。マニピュレーションアームの近位分岐部またはアーム１Ａは、固定軸７によって現わされる前記の近位分岐部の軸回転の軸Ａ４の下方または向こう側に延在する部分１Ａ’を有する（第４図）。本発明の特徴的な他の措置によれば、電動機２１の本体２１ａの後端は、軸回転する可能性とともに、アーム１Ａの前記部分１Ａ’内に配置された軸２２に固定され、それに対して、前記電動機のネジ２１ｂと協働するナット２１ｃは、固定軸７から隔てられたところに配置され、軸７と傾動装置９に堅固に連動する固定ヨーク２３によって前記ネジの回転軸に垂直な軸の周りを軸回転するように支持される（第２図及び第３図）。このようにして、電動機２１のブロックのほぼ全体は、近位分岐部１Ａの軸回転軸Ａ４の下方または向こう側に配置され、マニピュレーションアームアセンブリ１Ａ−１Ｂ−２０の重量と釣り合いをとっている。したがって、このような措置から、軸７の周りの可動ブロックと最良のバランスを保つことができる。このように配置された対称パンタグラフ型マニピュレーションアームアセンブリ１−２０は、共同作用する直角な２本の軸Ａ１、Ａ２の周りを軸回転するように機械の枠に取付けられる。アームを支持する傾動装置９は、タレット２５の上部に、軸Ａ２の周りで傾動するように取付けられ、タレットそれ自体も、軸Ａ１の周りを軸回転するように、固定ベッドプレー２６によって支持され、軸Ａ２及びＡ１は、好ましくは直角の方向をとる。傾動装置９は、たとえば、タレットの頂点によって支持された固定水平軸３０の周りで、軸受を介して、軸回転するように取付けられ、それに対して、タレットは、たとえば、ベッドプレート２６によって支持された固定垂直軸３１の周りで軸受を介して軸回転するように取付けられる。軸Ａ２の周りでアーム１を支持する傾動装置９と、軸Ａ１の周りで前記傾動装置を支持するタレット２５は、それぞれ、好ましくは、上述した電気始動装置２１と同じである電気始動装置によって得られる。幾何学軸Ａ２に対応する水平軸３０の周りで傾動装置９の傾動を行なうボールネジ型電気式ジャッキ２７は、滑節部によって、一方ではタレット２５に、もう一方では傾動装置９に固定される。幾何学軸Ａ１に対応する垂直軸３１の周りでタレット２５の軸回転を行なうボールネジ型電気式ジャッキ２８は、滑節部によって、一方ではタレット２５に、もう一方では固定ベースプレート２６に固定される。ロボット化アームの種々の電気始動装置２１、２７、２８は、以下で構成されるケース内に収納される。 −始動装置２１に関しては、アーム１Ａを構成部分によって形成される細長い形２９のジャケット。 −始動装置２７については、タレット２５の垂直部分２５ａ。 −始動装置２８については、前記タレット２５の水平部分２５ｂ。以上から、本発明による対称パンタグラフ型アーム１−２０の配置によって、電気式ジャッキ２１のネジ２１ａを回転させることによって、前記ネジの回転方向にしたがって、一つの方向または他の方向に、軸Ａ４（固定軸７によって現わされている）の周りで、アーム１Ａの傾動が引き起こされることがわかる。その一方で、上述の伝達運動によって、その底部に対する値（＋ａ）のアームのあらゆる回転１Ａは、前記アームに対する値（−２ａ）のフロントアーム１Ｂの反対方向の角変位と、値（＋ａ）の前記フロントアームに対する反対方向の捕捉装置２０の回転となって現れ、その結果として、固定標点に対して捕捉装置の単純な並進運動が引き起こされる。したがって、捕捉装置２０ａのヘッドは、特に捕捉する物体の方向に移動する際には、軸Ａ３上に位置決めされたままとなる。というのも、アーム１の伸長または折り畳み段階中、連接棒１５は動かないままである。したがって送り返し部分１０は、控え棒１３Ａの周りに構成された変形可能な平行四辺形１５−１３Ａ−１０Ａ−１Ａによってその方向を保つことができる。控え棒１３の周りに構成される変形可能な平行四辺形１０Ｂ−１３Ｂ− １８−１Ｂは、捕捉装置２０に連動する連接棒１８上の送り返し部分１０の方向をそのまま真似る。送り返し部分の方向は保たれるので、その結果、捕捉装置はその方向を保つことができ、方向を保ちながら移動する。したがって、上述のロボットは、一般的な球面幾何学（共同作用する二つの回転運動シータ（軸Ａ１の周り）、ファイ（軸Ａ２の周り）及び捕捉する物体に向けての捕捉装置の並進運動ロー（軸Ａ３に沿った））の類である。本発明によれば、球座標型及び対称パンタグラフ型のこのロボットの人工的視覚システム２４は、捕捉装置２０の捕捉ヘッド２０ａの回転運動シータ、ファイと並進運動ローの軸Ａ１、Ａ２、Ａ３の交差部分において、機械の枠の固定エレメント上に固定的に設置される。この視覚システム２４と、このシステムによって記録された画像処理モジュールと、マニピュレータの運動の制御コンピュータは、本特許の範囲には入らないので、ここでは説明しない。上述の配置にしたがって、捕捉装置２０に連結されたフロントアーム１Ｂの遠端は、視覚システムの光学軸Ａ３に平行な軸Ａ５にしたがって、視覚システム２４の上方を移動する。そのようにして、後退位置においては（第３図）、捕捉装置２０の長さの大部分を、先述のように、視覚システム２４の後方に持ってくることができ、その結果、後退位置または休止位置において、小さくなったマニピュレーションアームアセンブリの外形寸法とともに、前記捕捉装置が長いストロークを持つことが可能である。その一方で、軸Ａ３及びＡ５のずれにもかかわらず、捕捉装置のヘッド２０ａは、視覚システム２４の光学軸Ａ３上に配置され、前記視覚システムによって検知され、機械の人工知能によって識別される物体の方向において、可能な並進運動のストローク全体を通して、この軸に沿って移動する（第７図）。本発明の他の特徴的な措置によれば、変形可能な平方四辺形１Ａ−１０Ａ−１３Ａ−１５の固定側を構成する連接棒１５は、傾動装置に対して調整可能な位置をとる。この目的において、控え棒１３Ａの近端に接続された前記連接棒の先端は、二つの調整可能なストッパ間に配置され、これらストッパはそれぞれ、傾動装置９に堅固に連結されたヨーク３２が有するフォーク型の分岐部３２Ａと３２Ｂに備えられている。これらの調整可能なストッパは、固定分岐部３２Ａ−３２Ｂ内にネジ止めされる止めネジ３３Ａ、３３Ｂによって構成される（第８から１０図）。第８図は、調整可能な連接棒１５の「中央」位置を示している。１本または数本のネジ３３Ａを外し、１本または数本のネジ３３Ｂを止めることによって、連接棒１５の角変位を引き起こされ（第９図）、こうした移動は、控え棒１３Ａによって、対応する値で主要軸（シャフト２）の周りを回転する送り返し部分１０に伝達される。送り返し部分１０のこの角変位は、控え棒１３Ｂを介して、対応する角度の値でその主要軸（シャフト１９）の周りを回転する捕捉装置の連接棒１８に伝達される。最終的に、連接棒１８に堅固に連結された捕捉装置２０は、まさしく連接棒１５の角変位に対応する角度の値で回転する。反対方向における連接棒１５の調整は、１本または数本のネジ３３Ｂを外し、１本または数本のネジ３３Ａを止めることによって得られる（第１０図）。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１１年５月２１日（１９９９．５．２１）【補正内容】請求の範囲 1. たとえば果実の収穫またはさまざまな物体の選別のためにロボット化された機械であって、球座標及び少なくとも３つの自由度（共同作用する垂直な二つの回転運動シータ及びファイ、捕捉する物体に向けての捕捉装置の並進運動ロー）を有するマニピュレータを備え、その結果、この捕捉装置（２０）の捕捉ヘッド（２０ａ）の並進軸（Ａ３）は常に、中心点（Ｉ）における２本の回転軸シータ（Ａ１）とファイ（Ａ２）を交わらせ、球座標型のこのマニピュレータは、捕捉する物体を探し当てるために人工的視覚システム（２４）を備えており、そのシステムの光学的中心は、まさしく前記中心点（Ｉ）に位置し、前記の球座標型マニピュレータは、互いに交差できるように、二つの平行な面に配置された第一の分岐部またはアーム（１Ａ）と第二の分岐部またはアーム（１Ｂ）で構成された対称パンタグラフタイプのマニピュレーションアーム（１）を備え、前記アームは、軸（Ａ４）の周りの軸回転を確立する手段（２１）に拘束され、さらに、この軸回転を、固定標点に対する前記捕捉装置の単純な並進運動に変える機械的手段を備え、前記のマニピュレーションアーム（１）は、捕捉装置の遠端（２０ａ）だけが、視覚システム（２４）の光学軸に対応する軸（Ａ３）上を移動できるのに対して、前記の捕捉装置（２０）の残りの部分と、特にフロントアーム（１Ｂ）に連結したその後端が、前記光学軸（Ａ３）に平行な軸（Ａ５）に沿って、前記視覚システム（２４）の後方に移動できるロボット化機械。 2. 捕捉装置（２０）が、少なくともフロントアーム（１Ｂ）の長さに等しいまたはそれ以上の長さを有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のロボット化機械。 3. マニピュレーションアーム（１）のアセンブリの運動を確立する装置が、アーム（１Ａ）の遠端において回転するように取付けられた軸（２）であって、その上に第一のピニオン（４）とフロントアームの近端（１Ｂ）が据え付けられた軸と、その近端を介して、アーム（１Ａ）が傾動するように周りに取付けられた固定軸上に据え付けられた第二のピニオン（６）であって、柔軟または剛性伝達連結部品（５）によって第一のピニオン（４）に接続され、その直径が第一のピニオン（４）の２倍である第二のピニオン（６）と、アーム（１Ａ）とフロントアーム（１Ｂ）の連結軸（２）の周りで、近位分岐部（１０Ａ）と遠位分岐部（１０Ｂ）の範囲を画定する中央部分を介して取付けられ、その中に回転するように前記軸（２）が収納される送り返し部分（１０）と、向かい合った先端を介して、滑節部（１２、１４）を用いて、一方では送り返し部分（１０）の近位分岐部（１０Ａ）に固定され、もう一方では、固定連接棒（１５）の先端のいずれか一方に固定された第一の剛性控え棒（１３Ａ）であって、この連接棒の他端は、マニピュレーションアームアセンブリを支持する軸（７）の周りに固定的に取付けられ、その結果、アーム（１Ａ）−送り返し部分の近位分岐部（１０Ａ）−控え棒（１３Ａ）−連接棒（１５）によるアセンブリが、変形可能な第一の平行四辺形を形成し、連接棒（１５）がその固定側を構成する第一の剛性控え棒（１３Ａ）と、向かい合った先端を介して、滑節部（１６、１７）を用いて、一方では送り返し部分（１０）の近位分岐部（１０Ｂ）に固定され、もう一方では、連接棒（１８）に固定された第二の剛性控え棒（１３Ｂ）であって、この連接棒の他端は、フロントアーム（１Ｂ）の近端の中に回転するように収納された捕捉装置（２０）の軸（１９）に堅固に連動し、その結果、フロントアーム（１Ｂ）−送り返し部分の近位分岐部（１０Ｂ）−控え棒（１３Ｂ）−連接棒（１８）によるアセンブリが、変形可能な第二の平行四辺形を形成する第二の剛性控え棒（１３Ｂ）と、その固定軸の周りで傾動を確立する手段（２１）に拘束されるこのように配置されたアーム（１）であって、この傾動が、その方向にしたがって、直線的に軌道（ロー）に沿った捕捉装置（２０）の捕捉ヘッド（２０ａ）の前進または後退運動を引き起こすアーム（１）を有することを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載のロボット化機械。 4. アーム（１Ａ）と第一の控え棒（１３Ｂ）の近端をつなぐ固定連接棒（１５）の方向が調整可能であることを特徴とする請求の範囲第３項に記載のロボット化機械。 5. 控え棒（１３Ａ、１３Ｂ）が、その中でそれぞれアーム（１Ａ）とフロントアーム（１Ｂ）が軸回転する平面の間に配置されることを特徴とする請求の範囲第３項または第４項に記載のロボット化機械。 6. 控え棒（１３Ａ、１３Ｂ）が、互いに交差できるように、二つの平行な面の中で軸回転するように取付けられることを特徴とする請求の範囲第３項から第５項のいずれか一項に記載のロボット化機械。 7. マニピュレータ種々の運動（１−２０）が、ボールネジ型電動機（２１、２７、２８）によって確立されることを特徴とする請求の範囲第３項から第６項のいずれか一項に記載のロボット化機械。 8. マニピュレーションアーム（１Ａ−１Ｂ）の近位分岐部（１Ａ）が、前記の近位分岐部（１Ａ）の軸回転軸（Ａ４）の下方または向こう側に延在する部分（１Ａ’）を有し、この近位分岐部の軸回転を確立する電動機（２１）が、前記部分（１Ａ’）に固定され、その結果、その電動機ブロックのほぼ全体が、前記軸の下方または向こう側に配置されマニピュレーションアームアセンブリの重量と釣り合いを保つことを特徴とする請求の範囲第１項から第７項のいずれか一項に記載のロボット化機械。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】に対応する軸Ａ３に沿った、固定標点に対する前記捕捉装置の遠端２０ａの単純な並進運動が引き起こされるといった運動を確立する機械的手段を備えているロボット化機械。

Claims

【特許請求の範囲】 1. たとえば果実の収穫またはさまざまな物体の選別のためにロボット化された機械であって、球座標及び少なくとも３つの自由度（共同作用する垂直な二つの回転運動シータ及びファイ、捕捉する物体に向けての捕捉装置の並進運動ロー）を有するマニピュレータを備え、その結果、この捕捉装置（２０）の捕捉ヘッド（２０ａ）の並進軸（Ａ３）は常に、中心点（Ｉ）における２本の回転軸（Ａ１、Ａ２）を交わらせ、球座標型のこのマニピュレータは、捕捉する物体を探し当てるために人工的視覚システム（２４）を備えており、そのシステムの光学的中心は、まさしく前記中心点（Ｉ）に位置し、前記の球座標型マニピュレータは、互いに交差できるように、二つの平行な面に配置された第一の分岐部またはアーム（１Ａ）と第二の分岐部またはアーム（１Ｂ）で構成された対称パンタグラフタイプのマニピュレーションアーム（１）を備え、前記アーム（１）は、値（＋ａ）のアーム（１Ａ）のあらゆる回転ｇａ、前記アームに対する値（＋ａ）のフロントアーム（１Ｂ）の回転と、前記フロントアームに対する値（＋ａ）のフロントアームの遠端に取付けられた捕捉装置（２０）の回転となって現れ、その結果として、視覚システム（２４）の光学軸に対応する軸（Ａ３）に沿った、固定標点に対する前記捕捉装置の遠端（２０ａ）の単純な並進運動が引き起こされるといった運動を確立する機械的手段を備え、軸（Ａ４）の周りの軸回転を行なう手段に拘束されるロボット化機械。 2. 捕捉装置（２０）の遠端（２０ａ）が、視覚システムの光学軸（Ａ３）上を移動することから、フロントアーム（１Ｂ）に連結された前記捕捉装置（２０）の後端は、前記光学軸（Ａ３）に平行な軸（Ａ５）上を移動し、さらに視覚システムの後方を移動することができるように、マニピュレーションアーム（１）が配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のロボット化機械。 3. 捕捉装置（２０）が、少なくともフロントアーム（１Ｂ）の長さに等しいまたはそれ以上の長さを有することを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載のロボット化機械。 4. マニピュレーションアーム（１）のアセンブリの運動を確立する装置が、アーム（１Ａ）の遠端において回転するように取付けられた軸（２）であって、その上に第一のピニオン（４）とフロントアームの近端（１Ｂ）が据え付けられた軸と、その近端を介して、アーム（１Ａ）が傾動するように周りに取付けられた固定軸上に据え付けられた第二のピニオン（６）であって、柔軟または剛性伝達連結部品（５）によって第一のピニオン（４）に接続され、その直径が第一のピニオン（４）の２倍である第二のピニオン（６）と、アーム（１Ａ）とフロントアーム（１Ｂ）の連結軸（２）の周りで、近位分岐部（１０Ａ）と遠位分岐部（１０Ｂ）の範囲を画定する中央部分を介して取付けられ、その中に回転するように前記軸（２）が収納される送り返し部分（１０）と、向かい合った先端を介して、滑節部（１２、１４）を用いて、一方では送り返し部分（１０）の近位分岐部（１０Ａ）に固定され、もう一方では、固定連接棒（１５）の先端のいずれか一方に固定された第一の剛性控え棒（１３Ａ）であって、この連接棒の他端は、マニピュレーションアームアセンブリを支持する軸（７）の周りに固定的に取付けられ、その結果、アーム（１Ａ）−送り返し部分の近位分岐部（１０Ａ）−控え棒（１３Ａ）−連接棒（１５）によるアセンブリが、変形可能な第一の平行四辺形を形成し、連接棒（１５）がその固定側を構成する第一の剛性控え棒（１３Ａ）と、向かい合った先端を介して、滑節部（１６、１７）を用いて、一方では送り返し部分（１０）の近位分岐部（１０Ｂ）に固定され、もう一方では、連接棒（１８）に固定された第二の剛性控え棒（１３Ｂ）であって、この連接棒の他端は、フロントアーム（１Ｂ）の近端の中に回転するように収納された捕捉装置（２０）の軸（１９）に堅固に連動し、その結果、フロントアーム（１Ｂ）−送り返し部分の近位分岐部（１０Ｂ）−控え棒（１３Ｂ）−連接棒（１８）によるアセンブリが、変形可能な第二の平行四辺形を形成する第二の剛性控え棒（１３Ｂ）と、その固定軸の周りで傾動を確立する手段（２１）に拘束されるこのように配置されたアーム（１）であって、この傾動が、その方向にしたがつて、直線的に軌道（ロー）に沿った捕捉装置（２０）の捕捉ヘッド（２０ａ）の前進または後退運動を引き起こすアーム（１）を有することを特徴とする請求の範囲第１項から第３項のいずれか一項に記載のロボット化機械。 5. アーム（１Ａ）と控え棒（１３Ｂ）の近端をつなぐ固定連接棒（１５）の方向が調整可能であることを特徴とする請求の範囲第４項に記載のロボット化機械。 6. 控え棒（１３Ａ、１３Ｂ）が、その中でそれぞれアーム（１Ａ）とフロントアーム（１Ｂ）が軸回転する平面の間に配置されることを特徴とする請求の範囲第４項または第５項に記載のロボット化機械。 7. 控え棒（１３Ａ、１３Ｂ）が、互いに交差できるように、二つの平行な面の中で軸回転するように取付けられることを特徴とする請求の範囲第４項から第６項のいずれか一項に記載のロボット化機械。 8. マニピュレータの種々の運動（１−２０）が、ボールネジ型電動機（２１、２７、２８）によって確立されることを特徴とする請求の範囲第４項から第７項のいずれか一項に記載のロボット化機械。 9. マニピュレーションアーム（１Ａ−１Ｂ）の近位分岐部（１Ａ）が、前記の近位分岐部（１Ａ）の軸回転軸（Ａ４）の下方または向こう側に延在する部分（１Ａ’）を有し、この近位分岐部の軸回転を確立する電動機（２１）が、前記部分（１Ａ’）に固定され、その結果、その電動機ブロックのほぼ全体が、前記軸の下方または向こう側に配置されマニピュレーションアームアセンブリの重量と釣り合いを保つことを特徴とする請求の範囲第１項から第８項のいずれか一項に記載のロボット化機械。