JP2011052983A

JP2011052983A - センサ固定具

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Publication number: JP2011052983A
Application number: JP2009199620A
Authority: JP
Inventors: Hironori Ogawa; 博教小川
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2011-03-17

Abstract

【課題】複数個のセンサで形成される指向領域がつながるようにセンサを配置すること、さらには、各センサの指向領域を所定の測定対象空間の中で同じ向きにし、センサシステムとしての測定誤差を防止することを課題とする。
【解決手段】複数のセンサを固定可能な固定具であって、センサの測定動作を阻害しないようにセンサを個々に保持する保持部材と、複数の前記保持部材をその上下から固定する為の挟持部材と、前記保持部材と挟持部材とを固定する為の連結部材とを備え、前記挟持部材の挟持面には、保持部材を略円周方向に配置することを規制するための段差部が形成され、該段差部は、前記挟持面と直交する垂直段差面を有するものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、センサを固定する固定具に関するもので、特にロボットの走行や四肢の運動による環境認識のために、対象とする物体までの距離、方位等の情報を得ることができる複数個のセンサを固定できる固定具に関するものである。

従来より、ロボットにおいて、ロボットの走行や、体の移動時に、周りの環境を認識する為、超音波センサ、光センサ等を利用して、環境中の対象物体を認識することが行われている。しかし、これら各センサには、測定可能な角度範囲（指向領域ともいう）があり、ロボットに各方向から接近する対象物体の方位や距離、物体の形状等の情報を正確的に認識することが困難であるという課題があった。

このような問題の改善としては、特許文献１に記載の超音波センサ装置がある。この超音波センサ装置は超音波送信器と、超音波受信器と、情報処理装置とから構成される。また、この装置は、超音波送信器と超音波受信器を同じ円筒状の支持壁の外周部の円周上に交互に配設し、複数の超音波送信器により円周方向に広く超音波が送信され、複数の超音波受信器はその指向領域がいくつも重なるように円周上に並べられることにより、各反射物体（対象物体）夫々の距離や、反射点の方位を算出するとともに、反射波の強度を計測して反射物体の形状等を把握することができ、３６０度放射状全方向に存在する反射物体の距離、方位、形状等を把握することが可能となるというものである。

特開２００２−１３１４２６号公報

しかしながら、この特許文献１には、センサを円周方向に沿ってどのように固定するかが開示されていない。また、センサの指向領域を如何にムラなく連続的に形成することに関する記載はない。従来より、複数のセンサを取りける際には、センサ間の位置ズレを生じやすく、センサを精度よく配置させないと、センサの指向領域をつなぐことができない問題があった。

また、各センサの指向領域を所定な測定対象空間の中で同じ向きにしないと、センサ間の計測に誤差が生じてしまい、測定対象物の方位及びその形状を正確的に認識できない虞がある。

そのほか、特許文献１には、センサシステムを利用する対象ロボットの身体部位が特定されておらず、例えば、ロボットの足や腕のような柱状の身体部位に取り付ける場合、取付け対象とする面は１箇所ではなく複数箇所あるので、如何にセンサ間の位置精度を上げながら、複数の取付け対象面にセンサを固定することが困難であるという問題があった。

そこで、本発明は、複数のセンサを固定する場合であっても、精度よく取付けることを目的とする。

複数のセンサを固定可能なセンサ固定具であって、センサの測定動作を阻害しないようにセンサを個々に保持する保持部材と、複数の保持部材をその上下から固定する為の挟持部材と、保持部材と挟持部材とを固定する為の連結部材とを備え、挟持部材の挟持面には、保持部材を略円周方向に配置することを規制するための段差部が形成され、該段差部は、挟持面と直交する垂直な段差面を有する。

段差部は、傾斜段差面と垂直段差面とから構成される楔形状である。また、保持部材には、この段差部形状に対応する押込み部が設けられる。

また、段差部の段差面には、保持部材と線接触で固定可能な突起を形成されている。

また、段差部は、挟持面の上方又は下方からみて、その輪郭形状が正多角形となっている。

挟持部材の形状は、円環状、円弧状、円盤状の中のいずれか一つである。

本発明によれば、段差部を利用することにより、複数個センサに形成される指向領域がつながるようにセンサを配置することができる。さらに、段差部の垂直段差面によりセンサ保持部材の取付け角度を規制することで、各センサの指向領域を所定な測定対象空間の中で同じ向きにするができ、センサシステムの測定誤差を防ぐことができるという効果がある。

第１の実施形態に係るセンサ固定具の全体構成例を示す斜視図である。図１の近接覚センサを保持部材に装着することを示す説明図である。図１の挟持面段差形状と部品の装着を説明する斜視図である。第２の実施形態に係るセンサ固定具の楔形状段差部を示す説明斜視図である。図２の挟持面の楔状段差の部分拡大図である。図２の楔作用発生時の保持部材装着状態を示す要部縦断面図である。第２の実施形態に係るセンサ固定具のボルト締結を示す他の一例説明図である。第３の実施形態に係るセンサ固定具を説明する要部斜視図である。

（第１の実施形態）
図１〜３は、本発明の第１の実施形態を示す。図１において、センサ固定具Ａは近接覚センサ１（反射型フォトセンサ）を保持する保持部材２と、保持部材２を円周方向に沿って複数配置させ、保持部材１を上方及び下方から挟む一対の挟持部材３Ａと、保持部材２と挟持部材３Ａとを固定する連結部材であるボルト４を備える。

図２は、近接覚センサ１と保持部材２の固定方法の一例を示す。センサ保持部材２は長方形（正方形若しくはアスペクト比≠１の長方形）の形状となっている。保持部材２の中央には円状の開口６があり、開口６には、近接覚センサ１が収容される。また、保持部材２の側面には、イモネジ７を螺合するための小孔８が設けられている。さらに、保持部材２の上面及び下面には、挟持部材３Ａと固定するためのボルト孔９が設けられている。

近接覚センサ１を保持部材２に固定する際、近接覚センサ１を保持部材２の開口６に嵌め込ませ、両側面から孔８にイモネジ７を螺合することにより、近接覚センサ１を保持部材２に固定する。イモネジ７の締め付け部位については、保持部材２の上下の被挟持面（挟持面と当接する保持部材２の上下面）に設けてもよい。

また、本実施形態では、近接覚センサ１を保持部材２に嵌め込ませ、近接覚センサシステムを形成することを例として挙げられるが、センサシステムの用途によって同種類若しくは異種類のセンサを保持部材２に付けてもよく、たとえば、超音波センサを取付け、超音波センサシステムを形成することもできる。

なお、保持部材２は、センサの測定部を露出してその測定動作を阻害しないように、センサの非測定部のみを固定する形状にする。たとえば、センサの非測定部を保持部材に嵌めこんでセンサを固定する方法が挙げられる。保持部材は長方体形状に限定しておらず、挟持部材の垂直な段差面と面接触できるいずれの規則若しくは不規則な立体形状としてもよい。

次に、図３によりセンサ固定具Ａの各部品の組み立てについて説明する。両挟持部材３Ａの挟持面１４には、保持部材２の配置位置を規制する折線状の段差部５Ａが形成されている。挟持部材３Ａの挟持面１４の段差部５Ａの輪郭形状は正多角形となっている。保持部材２被挟持面の横辺の長さと、段差部５Ａの正多角形輪郭の辺の長さとは同じである。組み立ての際、段差部５Ａの正多角形輪郭形状を基準にして各保持部材２を段差部５Ａに寄せながら配置させる。そして、保持部材２を該段差部５Ａに当接する状態でボルト４により締めつける。

本実施形態では、挟持部材３Ａに輪郭形状が正多角形の段差部５Ａを設けることにより、複数個のセンサを精度よくほぼ円周上に配置でき、センサの指向領域をムラなくつなぐことできる。さらに、段差５Ａの垂直段差面を用いることで、各センサは挟持面に対して垂直方向に固定することにより、各センサの向きによるセンサシステムの測定誤差を生じることを防止できる。

また、段差部５Ａの正多角形輪郭形状について、辺数や角の大きさ等は、センサ自身の指向領域によって決定される。

なお、挟持部材３Ａの挟持面１４の形状に関して、センサ固定具Ａの固定で形成されるセンサシステムはロボットの足や腕のような柱状の身体部位に取付ける場合、挟持部材の中央部に開口がある形状にすることが好ましく、たとえば円環状にすることができ、また、ロボットの頭頂部に取り付け周囲の環境情報を測定する場合、挟持部材に開口のない円盤状にしてよい。そのほか、測定角度範囲は３６０度より小さい場合、挟持部材を円弧状にしてセンサを円弧に沿って配置してもよく、円環状の挟持部材にセンサを円弧状に配置してもよい。

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係るセンサ固定具の一例については、図４〜６を参照して説明する。センサ固定具の構成については、くさび形状の段差部５Ｂ、およびそれに対応して保持部材２に押込み部１１を設けたこと以外、第１の実施形態の構成と同様である。従って、第１実施形態と同一又は同等な部分については、同一符号を付与し説明を省略又は簡略化する。

図６に示すように、段差部５Ｂは、円環の内側に設けられる垂直段差面５Ｂ１、および挟持面外側の傾斜段差面５Ｂ２からなり、楔形状となっている。保持部材２の押込み部１１は、段差部５Ｂの形状とほぼ補完する形状になっているが、押込み部１１の底部と段差部５Ｂの底部とを組み立てる際、押込み部１１の底部と段差部５Ｂの底部との間に隙間を残るように押込み部１１の深さを設定する。その理由は、保持部材２を挟持部材３Ａで挟んで固定すると、挟持面に対して垂直方向から保持部材２を押し込ませる力が発生し、その力が傾斜段差面５Ｂ２の押込み部１１に伝達され、押込み部１１を垂直段差面５Ｂ１へ押し付けさせる水平方向の分力を生じる。この水平方向の分力により、保持部材２と挟持部材３Ａ間の緊密な接触状態を保持し続けることができる。

なお、挟持部材３Ａには、円環の内側縁部近傍に孔１２が設けられ、ボルトで保持部材を直接に固定せず、上下の挟持部材３Ａだけを図示しないスリーブにて貫通させ、そして図示しないボルトで固定する。本実施形態は楔形状の段差部５Ｂを利用することで、ボルトで直接に保持部材を締め付けなくても、器具Ａは安定な構造を得ることができる。

また、図７は本実施形態に係るスリーブ１２締結構造の他の一例を示すものである。挟持部材３Ｂは円盤状となり、円盤中央の円心位置に孔が一つのみ設けられる。それ以外の構成は、本実施形態の上述の構成と同様である。この変形例も同様に、くさび形状の段差部５Ｂを用いて保持部材２を固定する為、図７のように一本のスリーブ１２を挟持部材３Ｂの中央部に配置し、挟持部材３Ｂの上下より図示しないボルトにより固定すれば、安定な構造を得ることができる。

なお、スリーブの固定位置は円盤中央ではなくほかの位置でもよく、スリーブの本数を増やして、スリーブを円盤状のほかの場所に分布してもよい。

本実施形態のセンサ固定具Ａは、センサシステムの用途によって同種類若しくは異種類のセンサを固定することができる。たとえば、近接覚センサや超音波センサを固定してそれらのセンサシステムを形成することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態に係るセンサ固定具Ａについては、図８を参照して説明する。段差部５Ｃには、突起１３が形成される。それ以外の点については第１実施形態のセンサ固定具Ａの構成と同様である。

挟持面の上方からみて、突起１３は半円形となり、正多角形各辺に２個設けられる。保持部材２を挟持部材３Ａに取付ける際、正多角形の同じ辺に位置される２個の突起１３に基準して、保持部材２と線接触することで、精度よく保持部材を固定することができる。

突起１３だけを精度よく加工すれば、保持部材２と挟持部材３Ａとの位置を精度よく決めることができるので、段差面全体を精密に加工することが不要となる。

なお、挟持面の上からみて、突起１３を半円形とする以外、例えば三角形にして、その頂点の一つを保持部材２と線接触してもよい。また、本実施形態の半円形の突起を有する垂直段差と実施形態２の傾斜段差とを組み合わせて段差部５Ｃを形成し、楔作用を用いてセンサ保持部材２を固定することもよい。

本実施形態のセンサ固定具Ａは、上記実施形態１と同様に、センサシステムの用途によって同種類若しくは異種類のセンサを固定することができる。そのほか、測定角度範囲は３６０度より小さい場合、挟持面を円弧状にしてセンサを円弧に沿って配置してもよく、円環状の挟持面にセンサを円弧状に配置してもよい。

以上のように、本発明に係るセンサ固定具は、複数のセンサを一つの全体として精度よく固定でき、産業用ロボット等の智能装置に装着することで、全方位の測定またはより広い範囲の測定が可能となり、障害物の形状や方位等の環境情報を収集することができるものとして有用である。

１近接覚センサ
２保持部材
３挟持部材（３Ａ―円環状のもの，３Ｂ―円盤状のもの）
４ボルト
５段差部（５Ａ，５Ｂ，５Ｃ）
６開口
７イモネジ
１１押込み部
１２スリーブ
１３突起
１４挟持面

Claims

複数のセンサを固定可能なセンサ固定具であって、センサの測定動作を阻害しないようにセンサを個々に保持する保持部材と、複数の前記センサ保持部材をその上下から固定する為の挟持部材と、前記保持部材と挟持部材とを固定する為の連結部材とを備え、前記挟持部材の挟持面には、保持部材を略円周方向に配置することを規制するための段差部が形成され、該段差部は、前記挟持面と直交する垂直な段差面を有することを特徴とするセンサ固定具。
前記段差部は傾斜段差面と前記の垂直段差面とから構成される楔形状であり、前記保持部材には、前記段差部形状に対応する押込み部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ固定具。
前記段差部の段差面には、前記保持部材と線接触で固定可能な突起が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ固定具。
前記段差部は、前記挟持面の上方又は下方からみて、その輪郭形状が正多角形となることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ固定具。
前記挟持部材の形状は円環状、円弧状、円盤状の中のいずれか一つであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ固定具。