JP2017523058A - コボティックマニピュレーター - Google Patents

Abstract

互いに対して関節状に連結されている少なくとも２つのセグメント（１３、１８）を備える積荷マニピュレーター（１０）を含む積荷操作装置（１）であって、この少なくとも２つのセグメントは、フレーム（１２）に対して同様に関節状に連結されているブームセグメント（１３）と、操作される積荷（２０）を受け入れることが意図されている端部を備える平衡セグメント（１８）とである積荷操作装置（１）において、積荷マニピュレーター（１０）が積荷を支持するか否かに係わらず任意の位置において安定するようにする平衡手段（４１、２３、２４）と、積荷マニピュレーター（１０）の位置を拘束するための、平衡手段とは別個である案内手段（５０、６０、７０）とを含む。

Description

本発明はコボティックス（ｃｏｂｏｔｉｃｓ）の分野に関し、及び、さらに特に、積荷操作装置に関する。

多くの産業活動が、積荷の操作と輸送とを必要とする。作業員の保護に関連した標準規格が、一般的に、補助なしに人間によって操作されることが可能である許容可能な積荷を、１００Ｎから３５０Ｎまでの積荷に制限する。この数値を超える場合には、特に積荷マニピュレーターによる、機械的な補助が必要とされる。

垂直軸線を中心として互いに関節状に連結された一連の水平アームがその垂直ジブから延び、且つ、その垂直ジブの最終アームが、操作対象の積荷に連結されることが意図されている端部を有する、垂直ジブを備える積荷マニピュレーターがすでに良く知られている。積荷のための平衡手段が、ケーブルウインチの補助によって、最終の関節状連結アームの端部の区域内において、又は、垂直シリンダーの補助によって、ジブの区域内において、垂直方向の力を吸収する。

ウインチマニピュレーター（ｗｉｎｃｈ ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ）が、ケーブルの末端において吊り下げられる積荷の揺動（ｄａｎｇｌｉｎｇ）と、アームの関節状連結部における摩擦とを原因として、正確な位置決めを可能にしないので、このウインチマニピュレーターの精度が、特定の用途において問題を生じさせる。垂直シリンダーを有するマニピュレーターは、それ自体としては、積荷の揺動の影響を受けないが、しかし、積荷の案内を可能にしない。垂直シリンダーは、位置制御を受ける積荷対象の高さの最適な調整を可能にする。したがって、積荷を平衡化させることによって積荷の取扱いを容易化するために、上記装置が使用され、及び、積荷の位置決めと案内とが操作者によって確実なものにされる。この装置は、様々な作業の実施を可能にする。しかし、積荷の位置決めの精度が操作者に依存しており、このことは、積荷の正確な位置決め又は特定の軌道上の移動が作業で必要とされる時には、作業の実行の迅速性と品質とに悪影響を与えることがある。

ロータリー符号器（ｒｏｔａｒｙ ｃｏｄｅｒ）を備えている歯車付モーターによって互いに連動させられているアームのアセンブリが上に関節状に連結されている基部を備えるロボッティック積荷マニピュレーター（ｒｏｂｏｔｉｃ ｌｏａｄ ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ）が同様に存在し、このロータリー符号器からの情報が処理ユニットに送信される。このアームの１つが、積荷に連結されることが意図されている端部を備える。上記アームは、歯車付モーターに連結されている符号器によって、極めて高精度の積荷の案内を行うことが可能であり、この歯車付モーターの各々は、同様に、積載時又は非積載時にマニピュレーターの平衡を可能にするトルクを生じさせる。ロータリー符号器は、処理ユニットが、各アームの位置を正確に決定することと、この位置から、操作装置に連結されている基準系（ｆｒａｍｅ ｏｆ ｒｅｆｒｅｎｃｅ）内での積荷の位置を推定することと、及び、こうして、上記基準系内に構成要素を正確に位置決めするために歯車付モーターに送られる制御を決定することとを可能にする。この装置は、積荷を案内している時に大きな力を生じさせ、したがって、付近にいる操作員に負傷を負わせる可能性が有り、又は、積荷又はその周囲に対して損傷を与える可能性がある。したがって、上記装置は、一般的に、自主的な形で、限定された作業を行うことが意図されており、及び、ユーザーとの協働的な利用には適していない。

本発明の目的の１つが、操作を行う操作者に対する危険性を減少させながら、操作される積荷を案内することを可能にすることである。

互いに対して関節状に連結されている少なくとも２つのセグメントを備える積荷マニピュレーターを含み、及び、この少なくとも２つのセグメントは、フレーム上に同様に関節状に連結されているブームセグメントと、操作される積荷を受け入れることが意図されている端部を有する平衡セグメント（ｂａｌａｎｃｅ ｓｅｇｍｅｎｔ）とを備える、積荷操作装置が、この目的のために提案される。本発明では、この積荷操作装置は、積荷マニピュレーターが、積荷を支持するか否かに係わらず、任意の位置において安定している（即ち、平衡の不確実性が任意の位置における摩擦値よりも小さい）ように、平衡手段と、積荷マニピュレーターの位置を拘束するための案内手段とを備える。したがって、案内手段が積荷の平衡手段とは別個なので、高い能力を有する積荷操作装置であって、その案内アクチュエーターが平衡力よりも著しく小さい力を及ぼし、且つ、したがって、積荷、積荷の環境、及び／又は、この積荷操作装置を操作する操作者に対する危険性がない、積荷操作装置を得ることが可能である。この案内手段は、積荷マニピュレーターのセグメント上の画定された軌道に向う復帰力（ｒｅｔｕｒｎ ｆｏｒｃｅ）を及ぼすことによって、軌道を画定することを可能にする。衝突防止機能が、同様に、その積荷マニピュレーターのセグメント上の禁止区域から積荷を逸らす傾向がある力を及ぼすことによって得られてもよい。

１つの有利な実施態様では、積荷マニピュレーターは、フレームに関節状に連結されているブームセグメントに対して平行である連結ロッドを備える。このブームセグメントと連結ロッドは、平衡セグメントに関節状に連結されている第１の端部を有し、この第１の端部の一方は、操作される積荷に連結されることが意図されている。ブームセグメントの第２の端部と連結ロッドの第２の端部は、関節状に連結されている変形可能な平行四辺形を形成するように、ロッドによって連結されている。この実施態様では、平衡手段は、非積載時に積荷マニピュレーターを平衡化させるための非積載時の平衡手段と、積載時に積荷マニピュレーターを平衡化させるための積載時の平衡手段とを備える。したがって、例えば、積荷の個別的な平衡とは無関係であるカウンターウエイトのアセンブリを使用することによって、非積載時に積荷マニピュレーターの恒久的な平衡を実現することが可能であり、このことは、シリンダーのようなより高コストの手段によって実現されてもよい。

特定の実施態様では、積荷操作装置が、積荷マニピュレーターの各要素の位置を測定する手段と、積荷マニピュレーターの要素、積荷マニピュレーターの環境、及び／又は、平衡セグメントの端部に連結されることが意図されている積荷の３次元モデリングの手段とを備え、及び、この装置は、同様に、モデリングされた各要素の間の衝突を生じさせる可能性がある積荷マニピュレーターの移動を検出するために、及び、衝突を生じさせる可能性がある移動に抵抗する力を積荷マニピュレーターの案内手段に発生させるように、その案内手段に対して命令を送るために、モデリングされた要素を処理する手段を備える。したがって、マニピュレーターの移動における急激な揺動を生じさせる可能性がある禁止位置（拘束位置）に積荷が到達する時に、アーム及び／又は積荷の阻止箇所を設定するのではなく、積荷操作装置は、この移動の継続に抵抗する力を及ぼす。こうした力は、そのマニピュレーターの操作者によってより容易に解釈され、及び、作業時における人間工学と快適性（ユーザーによって感受される振動と抵抗力の減少）を向上させる。

好ましい実施態様では、積荷マニピュレーターの案内手段が、ケーブル作動式シリンダー（ｃａｂｌｅ−ａｃｔｕａｔｅｄ ｃｙｌｉｎｄｅｒ）を備える。ケーブル作動式シリンダーは、力の印加のためと移動の測定のためとに等しく使用されてもよい小型のアクチュエーターである。上記アクチュエーターは、同様に、積荷マニピュレーターの関節状連結部分における摩擦の補償を実現するために使用されてもよい。

別の実施態様では、モデリングされた要素を処理する手段が、操作される積荷の基準軌道の少なくとも１つのモデリングのための記憶手段を備え、及び、モデリングされた要素を処理する手段は、積荷の軌道のモデリングと基準軌道（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ）のモデリングとの間の差異を生じさせる可能性がある積荷マニピュレーターの移動を検出するように、及び、積荷の軌道のモデリングと基準軌道のモデリングとの間の差異を生じさせる可能性がある積荷マニピュレーターの移動に抵抗する力を積荷マニピュレーターの案内手段が発生させるように、積荷マニピュレーターの案内手段に命令を送る形に構成されている。

このようにして得られる案内が、操作者によって強制される移動に抵抗して、積荷マニピュレーターによる急激な接触を生じさせないので、より高度の動作上の利便性を提供する。この案内は、圧力点（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｏｉｎｔ）がなく、流動的（ｆｌｕｉｄ）であり、このことが、筋骨格障害の発生を制限し、及び、作業における人間工学と利便性の改善を可能にする。

別の実施態様では、積荷操作装置は、第１の積荷マニピュレーターに対して並列に配置されている第２の積荷マニピュレーターを備え、これらの各々の積荷マニピュレーターの端部が、少なくとも１つのボールジョイントを備える連結部によって操作されるように積荷に連結されており、及び、この積荷操作装置は、さらに、各積荷マニピュレーターの平衡手段を制御するための手段を備える。有利なことに、この連結の手段は、積荷マニピュレーターの端部を連結する軸を中心とした積荷の回転を平衡化させるための手段を備える。

本発明による積荷操作装置の第１の実施形態の略側面図である。 １８０度における反対側の視点から見た、図１に示されている装置の側面図である。 図１に示されている装置の部分切取略斜視図である。 図１に示されている操作装置の詳細斜視図である。 隠された要素の一部分が図示されている、図４に示されている図と同様の図である。 図１に示されている操作装置の上方から見た詳細斜視図である。 図１に示されている操作装置の詳細な背面斜視図である。 作用位置における、図１に示されている操作装置の略図である。 本発明による装置が衝突防止位置にある、図８に示されている図に類似した図である。 積荷マニピュレーターが積荷を案内するための位置にある、図８に示されている図に類似した図である。 本発明による積荷操作装置の第２の特定の実施形態の斜視図である。 図１１に示されている実施形態の詳細な斜視図である。 本発明による積荷操作装置の第３の特定の実施形態の詳細な斜視図である。

図１から図７を参照すると、番号１で全体的に示されている積荷操作装置が、監視ユニット９０に連結されている積荷マニピュレーター１０を備える。

マニピュレーター１０は水平表面に載っており、及び、支持物１１を備え、及び、この支持物１０上には、フレーム１２（図を明瞭にするために部分的に示されている）が垂直シャフトを中心として回転自在に取り付けられている。互いに平行であるブームセグメント１３と連結ロッド１４とがフレーム１２から延びる。図３と図４に見てとれるように、連結ロッド１４はロッド１５に関節状に連結されており、このロッド１５は、フレーム１２と一体状である２つの軸受ブロック１２．１、１２．２に回転自在に取り付けられている水平シャフト１６と一体状である。図５により明確に見てとれるように、ブームセグメント１３は、連結ロッド１４の周りを延びており且つシャフト１６に関節状に連結されている箱部分を備える。

平衡セグメント１８の第１の部分１７が、ブームセグメント１３と連結ロッド１４のそれぞれの遠位端部を連結する。部分１７の反対側にある平衡セグメント１８の端部１９が、操作される積荷２０に対する連結手段を備え、この連結手段は、この場合には取り付けプレート２１の形態である。

シャフト１６と一体状である２つの支持物２２．１、２２．２が、ブームセグメント１３及び連結ロッド１４の方向に対して概ね平行である方向に、ロッド１５の両側に延びる。２つのカウンターウエイト２３、２４が、それぞれに、支持物２２．１、２２．２のそれぞれの端部２５、２６に関節状に連結されている。

そのシャフト２７の第１の端部２８において支持物２２．１に関節状に連結されているシャフト２７が、シャフト１６に対して平行に延び、及び、シャフト３３を介して連結ロッド１４の端部３２の箇所３１に対して同様に関節状に連結されている平衡重り３０の第１の要素３０．１を受け入れる。この平衡重り３０の端部３４は、カウンターウエイト３５に連結されている。図４に見てとれるように、要素３０と同じである第２の要素３６．１が、同様に、シャフト２７、３３に関節状に連結されており、及び、カウンターウエイト３５と一体状である端部を備える。図５では、ブームセグメント１３と一体状である支持物３７の第１の翼部３７．１が、シャフト２７、１６に関節状に連結されている。それぞれに要素３０、３６に類似しており且つブームセグメント１３と連結ロッド１４とを含む垂直平面に関して要素３０、３６に対して対称である、２つの要素３０．２、３６．２が、これらの要素を連結するシャフト３８と、シャフト３３とに関節状に連結されている。支持物３７の第２の翼部３７．２は、第１の翼部３７．１と同様に、シャフト３８とシャフト１６とに関節状に連結されている。

ロッド１５は平衡重りとして作用し、及び、ブームセグメント１３と連結ロッド１４と平衡セグメント１８の一部分１７と共に、変形可能な平行四辺形を形成する。

カウンターウエイト２３、２４、３５が、マニピュレーター１０の要素の自重の影響を補償することによって、非積載時に、マニピュレーター１０の平衡を確実なものにする。平衡シリンダー４２のシリンダー４１が、フレーム１２に対して平行移動する形に案内され、この場合に、そのシリンダーのロッド４３は、図７に見てとれるように、シャフト３３に関節状に連結されている。このシリンダー４２は、マニピュレーター１０上の積荷２０の影響を補償することによって、積載時にマニピュレーター１０の平衡を確実なものにする。

マニピュレーター１０は、同様に、３つのケーブル作動式シリンダー５０、６０、７０を備える。

図７を参照すると、第１のケーブル作動式シリンダー５０は、それ自体は公知の形で、電気モーター５２によって駆動され、且つ、小さなプーリー５４と大きなプーリー５５との周りに巻き付けられているケーブルループ５３によって横断されている、ねじ５１を備える。このねじ５１は、２つの案内レール５８の溝と相互作用する案内ナット５６の形態である回転防止手段を備える。ケーブル作動式シリンダー５０のフレーム５９は支持物２２．２に取り付けられている。小さなプーリー５４は支持物２２．２上に回転自在に取り付けられており、一方、大きなプーリー５５は、シャフト１６上に回転自在に取り付けられており、且つ、軸受ブロック１２．１の固定部分と共に回転するように強制されている。このようにして、モーター５２の回転が、ねじ５１の平行移動と、ケーブル５３の移動とを生じさせる。この場合に、大きなプーリー５５が軸受ブロック１２．１の固定部分と共に回転するように強制されているので、ケーブル５３の移動が、上記の同じシャフト１６の軸線を中心とした、ケーブル作動式シリンダー５０の回転と、支持物２２．２の回転と、シャフト１６の回転と、このシャフト１６と一体状である要素のアセンブリの回転とを生じさせる。同様に、モーター５２によるトルクの印加が、特定の方向における軸１６の回転に抵抗する形で作用するだろう。

図４から図６を参照すると、ケーブル作動式シリンダー６０が、同様の形で、ねじ６１と、モーター６２と、小さいプーリー６４と大きいプーリー６５との周りに巻き付けられているケーブルループ６３と、２つの案内レール６８の溝６７と相互作用する案内ナット６６とを備える。ケーブル作動式シリンダー６０のフレーム６９は、支持物３７に取り付けられている。小さいプーリー６４はフレーム６９上に回転自在に取り付けられており、一方、大きなプーリー６５は、シャフト２７上に回転自在に取り付けられており、且つ、要素３６．１と共に回転するように強制されている。このようにして、モーター６２の回転が、ねじ６１の平行移動と、ケーブル６３の移動とを生じさせる。大きなプーリー６５が要素３６．１と共に回転するように強制されているので、この場合に、ケーブル６３の移動が、シャフト２７を中心とした上記要素３６．１の回転を生じさせ、及び、したがって、シャフト２７の軸線を中心とした連結ロッド１４の端部３２の回転移動が、要素３６．１によってシャフト３３を介して端部３２に伝達される。同様に、モーター６２によるトルクの印加が、シャフト２７の軸線を中心とした端部３２の回転に抵抗するように作用するだろう。

図３に見てとれる最終のケーブル作動式シリンダー７０が、類似の形で、ねじ７１と、モーター７２と、小さいプーリー７４と大きいプーリー７５との周りに巻き付けられているケーブルループ７３と、２つの案内レール７８の溝７７と相互作用する案内ナット７６とを備える。ケーブル作動式シリンダー７０のフレーム７９は、フレーム１２に取り付けられている。小さいプーリー７４は水平軸線を中心としてフレーム１２上に回転自在に取り付けられており、一方、大きなプーリー７５は、垂直シャフトを中心としてフレーム１２に回転自在に取り付けられており、且つ、支持物１１と共に回転するように強制されている。フレーム１２と一体状である２つの遊び車８０．１、８０．２が、ケーブル７３が大きいプーリー７５に向かって戻ることを確実なものにする。このようにして、モーター７２の回転が、ねじ７１の平行移動と、ケーブル７３の移動とを生じさせる。大きなプーリー７５が支持物１１と共に回転するように強制されているので、この場合に、ケーブル７３の移動が、垂直シャフトを中心として支持物１１に対して相対的にフレーム１２が付随的に回転することを生じさせる。同様に、モーター７２によるトルクの印加が、垂直シャフトを中心とした支持物１１に対する相対的なフレーム１２の付随的な回転に対して抵抗するように作用するだろう。

ケーブル作動式シリンダー５０、６０、７０は監視ユニット９０に連結されており、及び、したがって、次の機能を有する。
すなわち、
移動の方向に移動する予め決められたトルクを印加することによって、マニピュレーター１０の異なる関節状連結部の残留摩擦を補償し、及び、これによって、積荷操作装置１の手動の移動を容易化する機能と、
モーター５２、６２、７２の回転のそれぞれの振幅と方向との測定によって、空間内のマニピュレーター１０の個々の要素の相対的位置を測定し、上記測定が、それぞれにモーター５２、６２、７２内に位置している符号器８１、８２、８３によって行われることが可能である。校正が、各要素の空間内の位置がマニピュレーター１０によって絶対値で決定されることを可能にし、及び、データの適切な処理が、（引き出される電流の測定によって）回転速度とトルクとが推定されることを可能にする機能と、
決定された軌道からのマニピュレーター１０の端部の距離に抵抗するトルクの印加によって、マニピュレーター１０の直感的な案内を実現する機能と、を果たすことが可能である。

カウンターウエイト２３、２４と、シリンダー４２によって及ぼされる積載時の平衡力との存在の故に、ケーブル作動式シリンダー５０、６０、７０は、マニピュレーター１０の要素の自重の影響、又は、操作される積荷２０の自重の影響を（又は、慣性によって間接的に）受けない。このことが、偶発的な作動又は誤った振幅情報の場合を含む、操作者に対する危険性なしに、後者を行う、ケーブル作動式シリンダー５０、６０、７０の力のための能力を限定することを可能にする。例えば、重量がゼロから１０００ニュートンの範囲内の操作される積荷２０の場合に、ケーブル作動式シリンダー５０、６０、７０は、ゼロから５０ニュートンの力を及ぼし、又は、２０までの操作積荷重量／案内力の比率を及ぼす。

操作装置１の公称上の使用の際に、及び、そのシステムの安全性を増大させるために、ケーブル作動式シリンダー５０、６０、７０のモーター５２、６２、７２に対する供給電圧を制限することによって、及び、マニピュレーター１０が必要とすることがある動的エネルギーの量をこのようにして制限することによって、マニピュレーター１０の要素の移動速度が制限されてもよい。

さらに、監視ユニット９０について次で説明する。この監視ユニット９０は、３ＤＸＸＭＬ（Ｃｏｐｙｒｉｇｈｔ）フォーマットにおける３次元モデラーの形態でここでは示されている積荷マニピュレーター１０の要素の３次元モデリングのための手段と、モデリングされた要素を処理するための手段９２とを備える。上記手段は、一般的に、３次元モデリングモーターを補うモジュールである。積荷２０と、操作装置１の環境の他の要素とが、同様にモデリングされてもよい。モデリングされる積荷マニピュレーター１０の要素は、特に、フレーム１２と、ブームセグメント１３と、連結ロッド１４と、平衡セグメント１８とを備える。最後に、監視ユニット９０は、さらに、積荷の軌道、及び／又は、マニピュレーター１０の軌道を記憶することが可能である記憶手段９３と、マニピュレーター１０の要素のアセンブリに対してロボット制御装置として作用する手段９１、９２、９３に接続されているプロセッサー９４とを備える。この監視ユニット９０は、モデリングされた要素に対して論理動作を行うことが可能であり、マニピュレーター１０の状態に関するプロセッサー９４からの情報を受け取ることが可能であり、モデリングされた要素に適用される状態と強制とに相関する、マニピュレーター１０のために意図されている命令を生成することが可能である。

積荷操作装置の機能を、次で図８から図１０を参照しながら説明し、及び、この機能は、マニピュレーター１０の端部２１に連結されており且つ工作台１０１の穴１００の中に配置されることが意図されている円筒形積荷２０の操作に対する応用を含む。マニピュレーター１０の要素のアセンブリと、積荷２０と、工作台１０１とその穴１００とが、３次元モデリングモーター９１によって事前にモデリングされ、及び、記憶手段９３によって記憶される。

積荷マニピュレーター１０を操作者が移動させると、ケーブル作動式シリンダー５０、６０、７０のモーター５２、６２、７２の中にそれぞれに配置されている符号器８１、８２、８３が、上記モーター各々の相対的回転の振幅及び方向を監視ユニット９０に送信する。その次に、モデリングされた要素を処理する手段９２が、リアルタイムで、マニピュレーター１０と積荷２０と工作台１０１との相対的位置のモデリングを更新する。図９が、マニピュレーター１０の移動（この場合には、図９による直線上の且つ矢印２０２によって示されている移動）が積荷２０を工作台１０１に衝突させる可能性がある状況を示す。処理手段９２は、モデリングされた要素の移動の分析によって衝突の可能性を識別し、及び、積荷２０と工作台１０１との間の衝突を生じさせる可能性があるマニピュレーター１０の移動に抵抗する力を及ぼすように、ケーブル作動式シリンダー５０、６０、７０の１つ又は複数に命令を送信する。矢印１０２による移動の場合には、この処理手段は、図９に示されているように積荷２０を左方向に移動させて戻すように、ケーブル作動式シリンダー５０に対して命令を送信するだろう。好ましくは、矢印２０２の移動に抵抗することが意図されている力が、監視手段９０が積荷２０及び工作台１００の接近を検出することに応じて、増大するだろう。このようにして、ユーザーは、積荷２０の移動１０２において抵抗力が持続する時に、増大する抵抗力を容易に認識するだろう。

こうして、操作者によって容易に理解される直感的な情報を送り、且つ、操作者に負傷を負わせる可能性がない力を実現する、積荷マニピュレーターのための衝突防止装置が得られる。

別の動作モードでは、監視ユニット９０の記憶手段９３が、図１０に点線で示されている、基準軌道１０３のモデリングを含む。操作者によるマニピュレーター１０の移動中に、モデリングされた要素の処理手段９２が、積荷２０の位置のモデリングをリアルタイムに更新する。この処理手段９２は、同様に、積荷２０の軌道のモデリングと、特定の閾値１０５よりも大きいことがある基準軌道１０３のモデリングとの間の差異１０４を生じさせる可能性があるすべての移動を検出するように、マニピュレーター１０の移動を分析する。閾値１０５は、例えば、積荷２０が穴１０１に近づくにつれてますます正確に積荷２０を案内するために、軌道１０３に沿った積荷２０の移動中に変化してもよい。処理手段９３が、閾値１０５よりも大きい差異１０４を生じさせる可能性があるマニピュレーターの移動を検出する時には、処理手段９３は、閾値１０５よりも大きい差異１０４を生じさせるマニピュレーターの移動に抵抗する力を及ぼすように、ケーブル作動式シリンダー５０、６０、７０に命令を送る。この閾値はゼロに等しくてもよい。

このことが、操作者によって容易に理解される直感的な情報を送信し、且つ、操作者に負傷を負わせる可能性がない力を実現する、積荷マニピュレーターを案内するための装置を実現する。

上述した要素と同一であるか又は上述した要素に類似している要素が、本発明の第２及び第３の実施形態の以下の説明において、２００を増分した照合番号を有する。

図１１と図１２とを参照すると、本発明の積荷操作装置２０１の第２の実施形態が、互いに平行に配置されている第１のマニピュレーター２１０．１と第２のマニピュレーター２１０．２とを備え、これらのマニピュレーター２１０．１、２１０．２のそれぞれの端部２１９．１、２１９．２は、操作される積荷２２０の取付プレート２２１．１、２２１．２を備える。これらのプレート２２１．１、２２１．２は互いに同一であり、及び、各々がボールピン（ｂａｌｌ ｐｉｎ）１１０．１、１１０．２を支持し、ボールジョイントの反対側に位置するこれらのボールピンの端部１１１．１、１１１．２は、積荷２２０に取り付けられている。したがって、軸１１１．１、１１１．２は、ボールジョイント１１０．１、１１０．２の中心を連結する軸線を中心として積荷２２０が自由回転するままにしておく。

マニピュレーター２１０．１、２１０．２の両方が同一の監視ユニット２９０に接続されており、この監視ユニット２９０は、積載時に平衡シリンダー２４２．１、２４２．２と、それぞれにマニピュレーター２１０．１、２１０．２とを制御するための追加の手段９５を備える。シリンダー２４２．１、２４２．２を制御するための上記手段９５は、操作される積荷の重量のモーメントの平衡を実現し、及び、単一のマニピュレーターの場合には、シリンダー４２によって発生させられる平衡力が、特定の積荷に関して、調整され、及び、一定不変である。したがって、２つのマニピュレーター２１０．１、２１０．２と、ボールピン１１０．１、１１０．２上で操作される積荷２２０のアセンブリとの組み合わされた移動が、５自由度によって、積荷２２０の平衡と案内とを可能にする。積荷２２０の中心に連結されており、且つ、その軸線０ｘがボールジョイント１１０．１、１１０．２の中心を連結する軸線と同一の方向を有する、軸線０ｘｙｚの直交系を想定する場合に、マニピュレーター２１０．１、２１０．２の移動によって制御される５自由度が、軸線０ｘ、０ｙ、０ｚにおける平行移動と、軸線０ｚ、０ｙを中心とした回転とに相当する。

図１３は、図１１に示されている上述した実施形態と同じである第３の実施形態を示し、この第３の実施形態では、プレート２２１．１は、積荷２２０に連結されている軸１２２を回転状態で受け入れるプレート１２１に連結されている駆動シャフト１２０を備える。プレート１２１と一体状であるモーター１２３が、シャフト１２２と一体状である第２の歯車１２５に噛み合う第１の歯車１２４を駆動する。モーター１２３は、監視ユニット２９０に接続されており、及び、操作者によって制御可能である。このようにして、モーター１２３は、６番目の最後の自由度（ｓｉｘｔｈ ａｎｄ ｌａｓｔ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｆｒｅｅｄｏｍ）による、積荷の平衡の制御、即ち、軸０ｘを中心とした回転が確実なものにされることを可能にする。

当然であるが、本発明は上記の実施形態だけに限定されるのではなく、特許請求項によって定義される本発明の範囲内に含まれるあらゆる変形例を含む。

特に、この場合に、荷物が取付プレートの補助によってマニピュレーターに連結されているが、本発明は、例えば、フック、シャックル、可とう性つり索（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｓｌｉｎｇ）、スプレッダー（ｓｐｒｅａｄｅｒ）、及び、モーター駆動式又は非モーター駆動式である、１又は複数の自由度を有する任意の他の追加の関節状連結システム、及び、さらに明確には、垂直軸における回転を可能にすることが可能であるモーター駆動式機構のような、積荷の取り付けの他の手段にも同様に当てはまる。
また、マニピュレーターの非積載時の平衡が、この場合に、カウンターウエイトの補助によって実現されるが、本発明は、例えば、シリンダー又は電気アクチュエーターのような、非積載時に他の平衡手段に同様に当てはまる。
また、この場合に、マニピュレーターの積載時の平衡が、シリンダーの補助によって実現されるが、本発明は、例えば、カウンターウエイト、電気モーター、又は、弾性システムのような積載時に他の平衡手段に同様に当てはまる。
また、この場合に、マニピュレーターの各要素の位置の測定が、ケーブル作動式シリンダーのモーター内に位置している符号器の補助によって行われるが、本発明は、例えば、関節状連結部の各々に配置されている符号器、加速度計、又は、光学カメラのような、マニピュレーターの各要素の位置の測定の他の手段に同様に当てはまる。
また、この場合に、案内手段がケーブル作動式シリンダーを備えるが、本発明は、例えば、油圧シリンダー、電気シリンダー、又は、モーターのような、他のタイプの案内手段に同様に当てはまる。
また、この場合に、案内手段によって生じさせられる最大の力が、１０００ニュートンまでの操作対象積荷の重量の場合に、５０ニュートンであるが、本発明は、案内手段によって生じさせられる力の他の最大値と、操作される積荷の重量の他の最大値とに同様に当てはまる。特に、（積載時と非積載時とに平衡状態となる）物体を持ち上げるための特定の規格と、人間が耐えることが可能な接触力に関する規格とを配慮する積荷操作装置を想定することが可能であり、及び、上記値は、作業のタイプ、又は、国定の法令に応じて変化する可能性がある。
この場合にモデリング手段が３ＤＸＭＬフォーマットの３次元モデラーを備えるが、本発明は、同様に、例えば３Ｄ ｔｕｒｂｏ（Ｃｏｐｙｒｉｇｈｔ）、Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ（Ｃｏｐｙｒｉｇｈｔ）又はＣａｔｉａ（Ｃｏｐｙｒｉｇｈｔ）、及び、「ｏｂｊ」タイプのフォーマットでメッシュを提供することが可能な任意の他のモデラーのような、他のタイプの３次元モデラーに当てはまる。
また、この場合に、案内命令又は衝突防止命令の生成が、経験的に定義された３Ｄモデルに基づいているが、本発明は、他のモデリングツールを使用して得られるモデル、特に、３Ｄカメラ又は遠隔感知レーザーのような、ポイントクラウド（ｐｏｉｎｔ ｃｌｏｕｄ）を提供することが可能であるセンサーによってリアルタイムで得られるか又は変更されるモデルに同様に当てはまる。
また、この場合に、マニピュレーターの端部を連結する軸を中心とした積荷の回転の平衡を生じさせるための手段が、互いに相互作用する２つの歯車を備えるが、本発明は、例えばプーリー／ベルト連動機構、２つの平滑ホイールの間の連動機構、伸縮式アクチュエーター又は何らかの他のタイプの回転アクチュエーターによって駆動される移動のような、マニピュレーターの端部に連結されている積荷の平衡を生じさせる他の相補的な手段に当てはまる。

Claims (7)

1. 互いに対して関節状に連結されている少なくとも２つのセグメント（１３、１８）を含む積荷マニピュレーター（１０）を含む積荷装置（１）であって、
   前記少なくとも２つのセグメントは、フレーム（１２）に対しても関節状に連結されているブームセグメント（１３）と、操作されるべき積荷（２０）を受け入れることが意図されている端部を有する平衡セグメント（１８）とである積荷操作装置（１）において、
   前記積荷を支持するか否かに係わらず前記積荷マニピュレーター（１０）を任意の位置において安定させる平衡手段（４２、２３、２４）と、前記積荷マニピュレーター（１０）の位置を拘束するための前記平衡手段とは異なる案内手段（５０、６０、７０）と、を含むことを特徴とする積荷操作装置（１）。
2. 前記積荷マニピュレーター（１０）は、前記フレーム（１２）に関節状に連結されていブームセグメント（１３）に対して平行である連結ロッド（１４）を備え、
   前記ブームセグメント（１３）と前記連結ロッド（１４）は、平衡セグメント（１８）に関節状に連結されている第１の端部を有し、前記第１の端部の一方は、操作される前記積荷（２０）に連結されることが意図されており、前記ブームセグメントの第２の端部と前記連結ロッドの第２の端部は、変形可能な平行四辺形を形成するようにロッド（１５）によって連結されており、及び、前記平衡手段（４１、２３、２４）は、非積載時に前記積荷マニピュレーター（１０）を平衡化させるための非積載時の平衡手段（４１、２３、２４）と、積載時に前記積荷マニピュレーター（１０）を平衡化させるための積載時の平衡手段（４１）と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の積荷操作装置（１）。
3. 前記積荷マニピュレーター（１０）の前記要素（１３、１４、１８）の各々の位置を測定する手段（５０、６０、７０）と、前記積荷マニピュレーター（０１）の前記要素（１２、１３、１４、１８）と、前記積荷マニピュレーターの環境（１０１）と、及び／又は、前記平衡セグメント（１８）の前記端部に連結されることが意図されている前記積荷（２０）との３次元モデリングの手段（９１）と、を備え、
   前記積荷操作装置（１）は、前記モデリングされた各要素（１３、１４、１８、２０、１０１）の間の衝突を生じさせる可能性がある前記積荷マニピュレーター（１０）の移動を検出するために、及び、衝突を生じさせる可能性がある移動に抵抗する力を前記積荷マニピュレーターの前記案内手段（５０、６０、７０）が発生させるように、前記案内手段（５０、６０、７０）に対して命令を送るために、前記モデリングされた要素（１３、１４、１８、２０、１０１）を処理する手段（９２）を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の積荷操作装置（１）。
4. 前記マニピュレーターの前記案内手段（５０、６０、７０）は、ケーブル作動式シリンダー（５０、６０、７０）を備えることを特徴とする請求項１に記載の積荷操作装置（１）。
5. 前記モデリングされた要素（１３、１４、１８、２０、１０１）を処理する前記手段（９２）は、操作される前記積荷（２０）の基準軌道（１０３）の少なくとも１つのモデリングのための記憶手段（９３）を備え、
   前記モデリングされた要素（１３、１４、１８、２０、１０１）を処理する前記手段（９２）は、前記積荷（２０）の前記軌道のモデリングと前記基準軌道（１０３）のモデリングとの間の差異を生じさせる可能性がある前記積荷マニピュレーター（１０）の移動を検出するように、及び、前記積荷（２０）の前記軌道のモデリングと前記基準軌道（１０３）のモデリングとの間の差異を生じさせる可能性がある前記積荷マニピュレーター（１０）の移動に抵抗する力を、前記積荷マニピュレーター（１０）の前記案内手段（５０、６０、７０）によって生じさせるために、前記案内手段（５０、６０、７０）に命令を送るように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の積荷操作装置（１）。
6. 第１の積荷マニピュレーター（２１０．１）に対して並列に配置されている第２の積荷マニピュレーター（２１０．２）を備え、各積荷マニピュレーターの端部（２１９．１、２１９．２）が、少なくとも１つのボールジョイント（１１０）を備える連結手段（２２１．１、２２１．２）によって、操作される前記積荷（２２０）に連結されており、
   前記積荷操作装置は、同様に、各積荷マニピュレーターの前記平衡手段（２４２．１、２４２．２）を制御するための手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の積荷操作装置（２０１）。
7. 前記連結手段（２２１．１、２２１．２）は、前記積荷マニピュレーター（２１０．１、２１０．２）の前記端部を連結する軸を中心とした前記積荷（２２０）の回転を平衡化させる手段（１２２、１２３）を備える請求項６に記載の積荷操作装置（２０１）。

Images