JP2017164872A - アーム付きロボット - Google Patents

Abstract

【課題】床面が凹凸形状を有する場合であっても、転倒の発生を抑制することができるアーム付きロボットの提供。
【解決手段】アーム付きロボット（１０）は、アーム（２）と、本体（１）と、静電吸着手段（４、２４、３４）と、バネ（５）とを備える。アーム（２）は、対象物を移動させる、又は持ち上げる。本体（１）は、アーム（２）を支持する。静電吸着手段（４、２４、３４）は、静電吸着力によって本体（１）を床面（Ｇ１）に吸着させる。バネ（５）は、静電吸着手段（４、２４、３４）と本体（１）との間に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明はロボットに関し、特にアーム付きロボットに関する。

対象物を移動させる、又は持ち上げるアームを有するロボットがある。このようなロボットは、対象物の移動又は持ち上げによって、対象物の重量によるモーメントを受けて、転倒してしまうことがあった。

特許文献１には、対象物を移動させる、又は持ち上げるときであっても、静電吸着機構を用いて、ロボット本体を床面に引き付けることによって、転倒しにくいアーム付きロボットが開示されている。

国際公開第２０１３／０９９０９１号

しかし、例えば、床面が凹凸形状を有する場合など、対象物の重量以外の発生原因によるモーメントがかかったとき、静電吸着力が十分に確保できず、ロボットが転倒することがあった。

本発明に係るアーム付きロボットは、床面が凹凸形状を有する場合であっても、転倒の発生を抑制するものとする。

本発明に係るアーム付きロボットは、
対象物を移動させる、又は持ち上げるアームと、
前記アームを支持する本体とを備え、
静電吸着力によって前記本体を床面に吸着させる静電吸着手段と、
前記静電吸着手段と前記本体との間に配置されているバネと、をさらに備える。
このような構成によれば、床面が凹凸形状を有する場合であっても、バネが静電吸着手段を床面に接近させて、静電吸着手段と床面とを良好に静電吸着させる。その結果、アーム付きロボットの転倒の発生を抑制する。

本発明に係るアーム付きロボットによれば、床面が凹凸形状を有する場合であっても、転倒の発生を抑制することができる。

実施の形態１に係るアーム付きロボットを示す模式側面図である。 実施の形態１に係るアーム付きロボットの動作方法の一例を示す模式側面図である。 実施の形態１に係るアーム付きロボットの要部の一例を示す模式側面図である。 実施の形態１に係るアーム付きロボットの要部の他の一例を示す模式側面図である。 実施の形態１に係るアーム付きロボットの要部の一具体例を示す模式側面図である。 実施の形態１に係るアーム付きロボットの要部の一具体例を示す模式底面図である。

（実施の形態１）
図１、図５及び図６を参照して実施の形態１に係るアーム付きロボットの構成について説明する。図１は、実施の形態１に係るアーム付きロボットを示す模式側面図である。図５は、実施の形態１に係るアーム付きロボットの要部の一具体例を示す模式側面図である。図６は、実施の形態１に係るアーム付きロボットの要部の一具体例を示す模式底面図である。

図１に示すように、アーム付きロボット１０は、本体１と、アーム２と、駆動部３と、静電吸着板４と、バネ５とを備える。アーム付きロボット１０は、床面Ｇ１上を自律的に移動することができ、さらに、対象物（図示略）を移動させたり、持ち上げたりすることができる。

本体１は、胴部１ａと、頭部１ｂと、首部１ｃと、眼部１ｄとを含む。胴部１ａは、首部１ｃを介して頭部１ｂを支持している。胴部１ａは、アーム付きロボット１０の各構成要素を駆動させるために必要な電流などを供給する電源（図示略）や、必要な制御装置（図示略）を備えるとよい。頭部１ｂは、眼部１ｄが頭部１ｂの外側を向くように、眼部１ｄを支持している。頭部１ｂは、眼部１ｄが頭部１ｂの前方、後方、側方、上方、下方等の様々な方向を向くように、回転駆動可能に支持されているとよい。眼部１ｄは、アーム付きロボット１０の周辺に関する周辺情報を取得する技術的な手段であればよく、例えば、画像センサである。眼部１ｄは、取得した周辺情報を制御装置等に送る。例えば、制御装置は、送られた周辺情報に応じて、アーム付きロボット１０の各構成要素を所定のパターンで駆動させるように、その各構成要素に指令信号を送るとよい。

アーム２は、本体１に支持されており、対象物（図示略）を移動させる、又は持ち上げることができる。具体的には、アーム２は、接続部２ａと、アーム本体２ｂと、ハンド２ｃとを含む。アーム本体２ｂの一端は、接続部２ａを介して胴部１ａに支持されており、アーム本体２ｂは、サーボモータ（図示略）を介して胴部１ａに対してその一端を中心として回転駆動させる。アーム本体２ｂの他端は、ハンド２ｃを支持し、ハンド２ｃは、対象物を把持する機能を有する。アーム本体２ｂの回転駆動力は、ハンド２ｃが把持した対象物を移動させる、又は持ち上げることができるような大きさを有する。

駆動部３は、駆動ベース３ａと、駆動輪３ｂ、３ｃとを備える。駆動ベース３ａは、具体的には、胴部１ａの幅よりも大きな幅を有するように板状体であり、胴部１ａを支持する。駆動ベース３ａは、モータなどの駆動源（図示略）を有し、この駆動源から駆動力を供給して、駆動輪３ｂ、３ｃを駆動させる。アーム付きロボット１０は、駆動輪３ｂ、３ｃの駆動によって、床面Ｇ１上を自律的に移動することができる。駆動輪３ｂ、３ｃは、床面Ｇ１に関して実質的に垂直な軸を中心に回動しつつ駆動してもよい。これによって、アーム付きロボット１０は旋回することができる。
さらに、駆動部３の一具体例として、図５及び図６に示す駆動部１３がある。アーム付きロボット１０は、駆動部３の代わりに駆動部１３を備えてもよい。図５及び図６に示すように、駆動部１３は、駆動ベース３ａと、駆動輪１３ｂと、自在キャスター１３ｃと、転倒防止キャスター１３ｄとを備える。駆動ベース３ａは、モータなどの駆動源１３ｅを有し、駆動源１３ｅから駆動力を供給して、駆動輪１３ｂを駆動させる。自在キャスター１３ｃは、床面Ｇ１に対して回転可能に支持されつつ、さらに床面Ｇ１に関して実質的に垂直な軸を中心に回動自在に支持されている。転倒防止キャスター１３ｄは、床面Ｇ１に接触又はわずかに離間した状態で、床面Ｇ１に対して回転可能に支持されている。
アーム付きロボット１０は、駆動輪１３ｂの駆動によって、床面Ｇ１上を自律的に移動することができる。自在キャスター１３ｃは、床面Ｇ１と実質的に垂直な軸を中心に自在に回動しつつ、駆動輪１３ｂは、駆動する。これによって、アーム付きロボット１０は旋回することができる。また、アーム付きロボット１０が転倒防止キャスター１３ｄ側へ傾くと、転倒防止キャスター１３ｄが床面Ｇ１と接触し、アーム付きロボット１０の傾きに抵抗するように床面Ｇ１に押される。これによって、アーム付きロボット１０の転倒を防止することができる。

再び図１に示すように、静電吸着板４は、電流を供給されると静電吸着力を発生する板であり、駆動部３の駆動ベース３ａの下方に配置されている。静電吸着板４の静電吸着力は、本体１及び駆動部３を床面Ｇ１に吸着させるような大きさを有する。静電吸着板４は、静電吸着力を発生するための電流を、本体１内の電源（図示略）から導線（図示略）を介して供給されるとよい。静電吸着板４の静電吸着力の大きさは、供給された電流に応じて、変更することができる。

静電吸着板４の静電吸着力は、多種多様な制御方法で制御することができる。一例として、本体１が転倒し難い姿勢を取るとき、静電吸着板４の吸着力の発生を停止させて、本体１が転倒し難い姿勢を取っていないとき、静電吸着板４の吸着力を発生させる制御方法が挙げられる。このような制御方法を行うことによって、静電吸着板４の静電吸着力による、アーム付きロボット１０の床面Ｇ１に対する摩擦抵抗の増加を抑制し、アーム付きロボット１０の移動を効率的にさせる。

具体的な一例として、ジャイロ（図示略）を駆動部３に搭載し、ジャイロによって本体１の姿勢を読み取らせ、読み取った本体１の姿勢角度が所定の値を超えるときに、静電吸着板４の吸着力を発生させる制御方法がある。この制御方法では、その姿勢角度が所定の値以下であるときに、静電吸着板４の吸着力の発生を停止させる。その姿勢角度に応じて、静電吸着板４の吸着力の大きさを変更してもよい。

他の一例として、持ち上げた対象物の重量が所定の値を超えるときに、静電吸着板４の吸着力を発生させる制御方法がある。この制御方法では、対象物の重量が所定の値以下であるときに、静電吸着板４の吸着力の発生を停止させる。対象物の重量に応じて、静電吸着板４の吸着力の大きさを変更してもよい。

さらなる他の一例として、駆動輪３ｂ、３ｃの床面Ｇ１に対する摩擦抵抗が過小であり、駆動輪３ｂ、３ｃが滑る場合、静電吸着板４の吸着力を発生させる制御方法がある。この制御方法では、駆動輪３ｂ、３ｃの床面Ｇ１に対する摩擦抵抗が十分にあり、駆動輪３ｂ、３ｃが滑ることなく床面Ｇ１を十分にグリップするとき、静電吸着板４の吸着力の発生を停止させる。例えば、床面Ｇ１がカーペットであるとき、駆動輪３ｂ、３ｃが滑る傾向にある。

バネ５は、本体１と静電吸着板４との間、具体的には、駆動ベース３ａと静電吸着板４との間に配置されている。バネ５は、静電吸着板４が床面Ｇ１を静電吸着することができるように、静電吸着板４と機械的に接続されていればよく、静電吸着板４を床面Ｇ１に近接させる。

なお、アーム付きロボット１０が床面Ｇ１に関して実質的に垂直な軸を中心に回転するように旋回する場合において、バネ５はこの軸に沿うように設けられるとともに、バネ５と静電吸着板４とはこの軸を中心として回転可能に接続されているとよい。このような構成であれば、アーム付きロボット１０が旋回しても、静電吸着板４と床面Ｇ１との静電吸着の影響を受けない。

（動作方法）
次に、図２を参照して実施の形態１にかかるアーム付きロボットの動作方法の一例について説明する。図２は、実施の形態１に係るアーム付きロボットの動作方法の一例を示す模式側面図である。図２では、見易さのため、床面Ｇ１の凹凸形状の図示を省略した。

図２に示すように、まず、アーム付きロボット１０を、対象物（図示略）をアーム２で持ち上げることのできるような場所に移動させる。続いて、アーム付きロボット１０によって、対象物をハンド２ｃで把持し、そのままアーム２を上方に回転駆動させて持ち上げる。続いて、静電吸着板４を床面Ｇ１に静電吸着させたまま、アーム付きロボット１０を目的の場所に向かって移動させる。このときの静電吸着板４の静電吸着力は、少なくとも本体１と駆動部３とを床面Ｇ１に引き込むことのできるような大きさを有し、アーム付きロボット１０が移動できるような大きさに抑制されている。

アーム付きロボット１０を目的の場所に向かって移動させる途中において、アーム付きロボット１０に対象物の重量以外の要因によって、モーメントＭ１がかかる。対象物の重量以外の要因の一例として、床面Ｇ１が凹凸形状（図示略）を有する部位を有し、アーム付きロボット１０が床面Ｇ１の凹凸形状を有する部位を通過することが挙げられる。

アーム付きロボット１０が床面Ｇ１の凹凸形状を有する部位を通過するとき、例えば、アーム付きロボット１０を転倒させる方向のモーメントＭ１がアーム付きロボット１０にかかる。このとき、バネ５が床面Ｇ１の凹凸形状に応じて伸縮するため、静電吸着板４が床面Ｇ１の凹凸形状に追従することができる。そのため、静電吸着板４を床面Ｇ１に安定して静電吸着させており、アーム付きロボット１０は、静電吸着力Ｆ１で床面Ｇ１に向かって引っ張られる。従って、アーム付きロボット１０がモーメントＭ１によって転倒することが抑制される。

以上、実施の形態１に係るアーム付きロボットによれば、床面Ｇ１が凹凸形状を有する場合であっても、バネ５が静電吸着板４を床面Ｇ１に接近させて、静電吸着板４と床面Ｇ１とを良好に静電吸着させる。その結果、アーム付きロボット１０の転倒の発生を抑制する。

（静電吸着機構の一例）
次に、図３を参照して静電吸着機構の一例について説明する。図３は、実施の形態１に係るアーム付きロボットの要部の一例を示す模式側面図である。図３では、見易さを考慮して、アーム付きロボット１０の駆動部３とバネ５とのみを図示し、他の各構成要素の図示を省略した。

図３に示すように、アーム付きロボット１０（図１参照）は、静電吸着機構２４を有する。静電吸着機構２４は、静電吸着板２４ａと、回転輪２４ｂ、２４ｃと、軌道シート体２４ｄとを含む。

静電吸着板２４ａは、電流を供給されると静電吸着力を発生する板であり、駆動部３の駆動ベース３ａの下方に配置されている。静電吸着板２４ａの静電吸着力は、本体１を床面Ｇ１に吸着させるような大きさを有する。静電吸着板２４ａは、静電吸着力を発生するための電流を、本体１内の電源（図示略）から導線（図示略）を介して供給されるとよい。静電吸着板２４ａの静電吸着力の大きさは、供給された電流に応じて、変更することができる。静電吸着機構２４の静電吸着力は、静電吸着板４（図１参照）と同様に、多種多様な制御方法で制御することができる。

静電吸着板２４ａの駆動輪３ｂ側端部には、回転輪２４ｂが回転可能に設けられ、静電吸着板２４ａの駆動輪３ｃ側端部には、回転輪２４ｃが回転可能に設けられている。

軌道シート体２４ｄは、所定の厚みを有し、かつ、環状につながったシート体であり、静電吸着板２４ａに巻き付けられており、回転輪２４ｂ、２４ｃと密着している。軌道シート体２４ｄは、静電吸着板２４ａが床面Ｇ１を静電吸着することができればよく、多種多様な形状をとることができ、例えば、所定のパターンで配置された複数の孔を有するシート体であってもよい。軌道シート体２４ｄは、複数の板状体を連結させたもので構成されていてもよい。軌道シート体２４ｄは、軌道フィルム体３４ｄ（後述）よりも厚みを有するため、高い耐久性を有する傾向にある。

静電吸着板２４ａが床面Ｇ１を静電吸着したまま、アーム付きロボット１０が移動すると、軌道シート体２４ｄは、静電吸着板２４ａの周囲に沿って回転移動し、回転輪２４ｂ、２４ｃは、軌道シート体２４ｄの回転移動に伴って、回転する。そのため、静電吸着板２４ａが静電吸着板４（図１参照）よりも容易に床面Ｇ１に追従することができる。

以上より、アーム付きロボット１０は静電吸着機構２４を有する場合、アーム付きロボット１０が静電吸着板４を有する場合（図１及び２参照）と同様に、床面Ｇ１が凹凸形状を有しても、バネ５が静電吸着板２４ａを床面Ｇ１に接近させて、静電吸着板２４ａと床面Ｇ１とを良好に静電吸着させる。その結果、アーム付きロボット１０の転倒の発生を抑制する。さらに、アーム付きロボット１０が静電吸着板４を有する場合よりも、容易に床面Ｇ１に追従することができる。

（静電吸着機構の他の一例）
次に、図４を参照して静電吸着機構の他の一例について説明する。図４は、実施の形態１に係るアーム付きロボットの要部の他の一例を示す模式側面図である。図４では、見易さを考慮して、アーム付きロボット１０の駆動部３とバネ５とのみを図示し、他の各構成要素の図示を省略した。

図４に示すように、アーム付きロボット１０（図１参照）は、静電吸着機構３４を有する。静電吸着機構３４は、静電吸着板３４ａと、回転輪３４ｂ、３４ｃと、軌道フィルム体３４ｄとを含む。

静電吸着板３４ａは、電流を供給されると静電吸着力を発生する板であり、駆動部３の駆動ベース３ａの下方に配置されている。静電吸着板３４ａの静電吸着力は、本体１を床面Ｇ１に吸着させるような大きさを有する。静電吸着板３４ａは、静電吸着力を発生するための電流を、本体１内の電源（図示略）から導線（図示略）を介して供給されるとよい。静電吸着板３４ａの静電吸着力の大きさは、供給された電流に応じて、変更することができる。静電吸着機構３４の静電吸着力は、静電吸着板４（図１参照）と同様に、多種多様な制御方法で制御することができる。

静電吸着板３４ａの駆動輪３ｂ側端部には、回転輪３４ｂが回転可能に設けられ、静電吸着板３４ａの駆動輪３ｃ側端部には、回転輪３４ｃが回転可能に設けられている。

軌道フィルム体３４ｄは、軌道シート体２４ｄ（図３参照）と比較して薄く、かつ、環状につながったフィルム体であり、静電吸着板３４ａに巻き付けられており、回転輪３４ｂ、３４ｃと密着している。

静電吸着板３４ａが床面Ｇ１を静電吸着したまま、アーム付きロボット１０が移動すると、軌道フィルム体３４ｄは、静電吸着板３４ａの周囲を回転移動し、回転輪３４ｂ、３４ｃは、軌道フィルム体３４ｄの回転移動に伴って、回転する。ここで、軌道フィルム体３４ｄは、軌道シート体２４ｄ（図３参照）と比較して薄いため、軌道シート体２４ｄ（図２参照）よりも、柔軟な傾向にある。そのため、軌道フィルム体３４ｄは、軌道シート体２４ｄと比較して、床面Ｇ１にさらに容易に追従することができる。

以上より、アーム付きロボット１０は静電吸着機構３４を有する場合、アーム付きロボット１０が静電吸着板４（図１及び２参照）又は静電吸着機構２４（図３参照）を有する場合と同様に、床面Ｇ１が凹凸形状を有しても、バネ５が静電吸着板２４ａを床面Ｇ１に接近させて、静電吸着板２４ａと床面Ｇ１とを良好に静電吸着させる。その結果、アーム付きロボット１０の転倒の発生を抑制する。さらに、アーム付きロボット１０が静電吸着機構２４を有する場合よりも、容易に床面Ｇ１に追従することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態１に係るアーム付きロボットは、本体１と駆動部３とを備えたが、本体１と駆動部３とは一体化していてもよい。また、実施の形態１に係るアーム付きロボットは、静電吸着板４、静電吸着機構２４、又は静電吸着機構３４を備えたが、静電吸着力によって本体１を床面Ｇ１に吸着させる技術的な静電吸着手段を備えればよい。

１０ アーム付きロボット
１ 本体 ２ アーム
４、２４、３４ 静電吸着板（静電吸着機構） ５ バネ
Ｇ１ 床面

Claims (1)

1. 対象物を移動させる、又は持ち上げるアームと、
   前記アームを支持する本体とを備え、
   静電吸着力によって前記本体を床面に吸着させる静電吸着手段と、
   前記静電吸着手段と前記本体との間に配置されているバネと、をさらに備える、
   アーム付きロボット。

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