JP2011095122A

JP2011095122A - センサ固定具

Info

Publication number: JP2011095122A
Application number: JP2009249843A
Authority: JP
Inventors: Hironori Ogawa; 博教小川
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2011-05-12

Abstract

【課題】ロボット等に使用される複数個のセンサからなるセンサ装置において、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可能とするセンサ固定具を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明のセンサ固定具は、複数のセンサを固定可能なセンサ固定具であって、複数のセンサをその上下から挟み固定する為の挟持部材と、センサと挟持部材とを固定する為の連結部材とを備え、挟持部材は挟持部を有し、該挟持部材の挟持部が、センサの被挟持部と対応な形状となっていることを特徴とする。
【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可能な固定具に関するものである。

従来から、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）がある。通常これらの指向性を有するセンサを複数用いて、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認識する。しかし、複数のセンサの角度範囲の設定等が不適切であると、正確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の先行技術としては、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ている。そのため、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る。したがって、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、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。

すなわち、複数のセンサを取りける際には、センサ間の位置ずれが生じやすく、センサを精度よく配置しないと、センサの指向領域を正確につなぐことが困難であり、センサの指向領域が正確につながっていないと、正確に形状等を把握することが困難となるが、係る問題については検討されていない。

本発明の目的は、ロボット等に使用される、通常、複数のセンサを有するセンサシステムにおいて、センサ間の位置ずれを抑え、センサを精度よく配置できるセンサ固定具を提供することである。

本発明のセンサ固定具は、複数のセンサを固定可能なセンサ固定具であって、被挟持部を有する複数のセンサをその両側から挟み固定する為の挟持部を有する少なくとも２つの挟持部材と、少なくとも２つの挟持部材とを固定する為の連結部材とを備え、該挟持部材の挟持部が、センサの被挟持部と対応する形状となっていることを特徴とする。

本発明では、センサの「測定部」は、信号の検出に関わる部位と定義される。一方、センサの「非測定部」は、信号の検出に関わらない部位を意味する。なお、本発明の挟持部材形状については、円環状、円弧状、円盤状のいずれにしてよい。

本発明によれば、センサの被挟持部の形状と挟持部材の挟持部の形状とを、対応し、あるいは、補完する形状とすることで、センサと挟持部材とが好適に嵌め合わされるものとすることができる。そのため、円周方向に所定の間隔で精度よく配置することができる。これにより、センサ同士の円周方向に対する指向領域が精度よくつながるようになり、ロボット等の知能装置においては、精度のよい環境認識が可能となる。また、前記円周方向に垂直である軸方向の配置についても、軸方向に対する各センサの取付け角度の相互差を抑えることができる。そのため、より精度のよい環境認識が可能となる。

第１の実施形態に係るセンサ固定具により組み立てたセンサシステムを示す斜視図である。図１のセンサシステムの分解図である。第２の実施形態に係るセンサ固定具により組み立てたセンサシステムを示す分解図である。第３の実施形態に係るセンサ固定具により組み立てたセンサシステムを示す分解図である。

図１、２は、第１の実施形態に係るセンサ固定具（以下、単に固定具ともいう）Ａにより組み立てたセンサシステムを示すものである。図１に示すように、固定具Ａは、センサ１を上下から挟む一対の挟持部材２１ａ，２１ｂと、連結部材であるボルト３を備え、複数の近接覚センサ１（反射型フォトセンサ）を円周方向に沿って固定している。挟持部材２１ａは円環部Ｓ１と円筒部Ｓ２を有する。挟持部材２１ｂは円環部Ｓ３とＳ４を有する。円筒部Ｓ２と円筒部Ｓ４は、それぞれの挟持部４１ａ、４１ｂにおいて係合し固定具Ａを形成する。

固定具Ａの分解構造について、図２に示すように、上方の挟持部材２１ａは、凹形状の挟持部４１ａを有しており、下方の挟持部材２１ｂは、挟持部材２１ａに対応する凸形状の挟持部４１ｂを有している。また、上下の挟持部材２１ａ, ２１ｂの挟持部５１ａ,５１ｂは、センサ１の被挟持部６（非測定部である）と対応し、あるいは、補完する形状となっている。

センサ１と上下の挟持部材２１ａ, ２１ｂの嵌め合いについて説明する。本実施形態では、図２に示すように、センサ１の被挟持部６は円柱状となっており、挟持部材２１ａ, ２１ｂの挟持部５１ａ,５１ｂは、センサ１の被挟持部６に対応する形状の部分を有する段付き形状となっている。円柱状のセンサ１は、挟持部材２１ａ, ２１ｂに設けられた挟持部５１ａ,５１ｂの段部により、固定具Ａの円周方向に垂直の軸方向に関する精度も良好に取付けられる。

本実施形態においては、センサ１の被挟持部６と挟持部材２１ａ、２１ｂの挟持部５１ａ,５１ｂとが係合し、センサ１が挟持部材２１ａ、２１ｂの円筒部Ｓ２，Ｓ４に対して、平行な方向（取付け角度αが９０度、すなわち固定具Ａの円周方向に垂直の軸方向に対して平行）に取付けられている。

そのほか、センサ１の被挟持部６を段付き形状とし、これに応じて、挟持部材２１ａ、２１ｂの挟持部を対応する形状とする形態にしてもよい。また、センサ１の被挟持部６には、突起を設け、これに応じて、挟持部材の挟持部には、溝を設けて、突起を該溝に挿入することで、センサ１を挟持部材２１ａ，２１ｂに固定する形態にしてもよい。

次に、図２を参照して、センサシステムの組み立てについて説明する。まず、センサ１の被挟持部６と、挟持部材２１ｂの挟持部５１ｂとを突き合わせる形態で、各センサ１を下方の挟持部材２１ｂに載せる。そして、上方の挟持部材２１ａと下方の挟持部材２１ｂ及びセンサ１とが係合するように位置を合わせながら上から被せる。最後に、凹凸形状となっている挟持部４１ａ,４１ｂに設けられたネジ孔を通して、上下の挟持部材２１ａ, ２１ｂをボルトで締め付け、センサシステムを形成する。

本実施形態では、連結部材であるボルトを用いて、凹み形状の挟持部を有する挟持部材側から挿し込んで各部材を固定するが、それ以外の固定方法、例えば、接着剤で各部材の対応する係合面を接着することで固定してもよい。また、例えば、挟持部４１ａ、４１ｂが、円周方向に締めしろを有して嵌め合う形態としてもよい。

本実施形態によれば、複数個のセンサを挟持部材の外周面に嵌め込んで、等間隔で円周方向に配置することができる。また、円周方向の外側に向いた指向領域の円周方向角度も所定の角度に精度良く指向させることができる。さらに、各センサの円周方向に対する垂直方向の軸に対する取付け角度も、例えば９０度に正確に揃えることが可能であり、各センサの取付け角度により生じるセンサシステムの計測誤差を防止できる。

なお、各センサ１の円周方向に対する取付け角度（すなわち、すなわち固定具Ａの円周方向に垂直の軸方向に対して平行な場合α＝９０度となる）については、それぞれのセンサ１において一定の方向で一致すればよく、例えば、α＜９０°又は９０＜α＜１８０°とし、センサ１を取付ける挟持部をこの角度に形成し、嵌め込むことで、９０度に等しくない角度で取付ける形態にしてもよい。なお、本実施形態では、センサを等間隔で取り付けているが、間隔の大きさ等は、選定されたセンサ自身の指向領域や測定レンジ等で決定すればよい。

さらに、上述のセンサシステムを複数個用いて、センサシステム同士をボルトや接着剤などで固定してよい。例えば、センサの取り付け角度αが９０度の固定具からなるセンサシステムと、センサの取り付け角度αが６０度の固定具からなるセンサシステムとを重ねて、より正確に空間（三次元）の情報を測定可能なセンサシステムを形成することが可能である。

本実施形態では、近接覚センサを用いているが、収集の目的や収集する情報の種類によって、同種若しくは異種のセンサを保持部材２に付けてもよく、例えば、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。その他、センサは円柱状に限定されず、被挟持部が長方形、正方形、楕円形である柱状体にしてもよく、この場合、挟持部材の挟持部がセンサの被挟持部と対応する形状とすればよい。

なお、挟持部材の形状について、センサシステムが、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、足や腕が貫通できるように、挟持部材の上下面は円環形状にすることが好ましい。また、ロボットの頭部に取り付け周囲の環境情報を測定する場合、上下面に開口のない円盤状にしてよい。そのほか、測定方向が全周方向（３６０度）まで必要ない場合等は、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・円盤状の挟持部材の一部の挟持部にセンサを取付けてもよい。

第２の実施形態に係るセンサシステムについて、図３を参照して説明する。第１の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。

挟持部材２２ａ，２２ｂは、図１，２に示す挟持部材２１ａ，２１ｂと略同形状としている。挟持部材２２ａの挟持部４２ａと、挟持部材２２ｂの挟持部４２ｂとは、突き合わせられ、ボルト３にて固定されている。本実施形態では、挟持部材２２ａ，２２ｂを同じ形状とすることにより、加工等の費用を低減しているが、すべてのボルトを同じ方向から挿入する形態にしてもよい。

また、円柱状のセンサ１は上下の挟持部５２ａ，５２ｂと突き合わられている。センサ１被挟持部６の形状は、図３のように円柱状にするほか、前述の段付き形状や突起にしてもよい。また、センサの立体形状についても、円柱状に限定しておらず、被挟持部６が長方形、正方形、楕円形である柱状体にしてもよい。

なお、各センサ１の角度αについては、前述と同様に、９０度に揃えても良く、９０度以外の角度で取付ける形態にしてもよい。なお、本実施形態では、センサを等間隔で取り付けているが、この間隔の大きさも、選定されたセンサ自身の指向領域や測定レンジ等で決定すればよい。さらに、前述の第一の実施形態と同様に、センサシステムを複数個用いる形態としてもよい。

図４は本実施形態に係るセンサシステムの締結構造の他の一例を示すものである。挟持部材２３ａ，２３ｂは円盤状となり、円盤中央の円心位置に孔が設けられ、スリーブ７を支柱として、挟持部材２３ａ，２３ｂを支えて、上下からボルト３にて締め付けている。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。

そのほか、複数本のスリーブを円盤状の挟持部材に分布させて配設することにより、補強とすることで、より強固にセンサを保持することができる。

以上のように、本発明に係るセンサ固定具によれば、複数のセンサを一つのセンサシステムとして精度よく固定でき、産業用ロボット等の知能装置に好適に装着することができ、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利用できる。

１センサ
２１ａ,２２ａ, ２３ａ，２１ｂ,２２ｂ,２３ｂ挟持部材
３ボルト
４１ａ，４２ａ，４１ｂ，４２ｂ挟持部
５１ａ，５２ａ，５１ｂ，５２ｂ挟持部
６被挟持部
７スリーブ

Claims

複数のセンサを固定可能なセンサ固定具であって、
被挟持部を有する複数のセンサをその両側から挟み固定する為の挟持部を有する少なくとも２つの挟持部材と、
前記挟持部材同士を固定する為の連結部材とを備え、
該挟持部材の挟持部が、センサの被挟持部と対応する形状となっていることを特徴とするセンサ固定具。
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に記載のセンサ固定具。