JP2018034285A - Robot arm and unmanned aircraft including the same - Google Patents

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紀代一 菅木
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和雄 市原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a robot arm capable of automatically avoiding a collision with an obstacle and an unmanned aircraft including the robot arm.SOLUTION: A robot arm is mounted in an unmanned aircraft including a plurality of rotary wings. The robot arm includes: an arm section which has a plurality of joint sections; arm control means which controls driving of each of the joint sections; an end effector which is mounted at a tip of the arm section; distance measurement means which measures a distance from an object existing around a machine body of the unmanned aircraft; and obstacle avoidance means which controls the posture of the arm section so that the arm section and the end effector do not collide with the obstacle detected by the distance measurement means. The unmanned aircraft includes the robot arm.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、無人航空機に搭載されるロボットアームの衝突回避技術に関する。   The present invention relates to a collision avoidance technique for a robot arm mounted on an unmanned aerial vehicle.

従来、産業用無人ヘリコプターに代表される小型の無人航空機は、機体が高価で入手困難なうえ、安定して飛行させるためには操作に熟練が必要とされるものであった。しかし近年、無人航空機の姿勢制御や自律飛行に用いられるセンサ類およびソフトウェアの改良、低価格化が進み、これにより無人航空機の操作性が飛躍的に向上した。特に小型のマルチコプターについては、ヘリコプターに比べてローター構造が簡単であり、設計およびメンテナンスが容易であることから、趣味目的だけでなく、広範な産業分野における種々のミッションへの応用が試行されている。   Conventionally, a small unmanned aerial vehicle represented by an industrial unmanned helicopter has been expensive and difficult to obtain, and requires skill to operate in order to fly stably. However, in recent years, the sensor and software used for attitude control and autonomous flight of unmanned aircraft have been improved and the price has been reduced, which has dramatically improved the operability of unmanned aircraft. Especially for small multicopters, the rotor structure is simpler than helicopters, and the design and maintenance is easy. Therefore, not only for hobby purposes but also for various missions in a wide range of industrial fields. Yes.

特開２０１２−１３９７６２号公報JP 2012-139762 A 特開２０１４−１４９６２２号公報JP 2014-149622 A

マルチコプターの応用範囲が拡大するにつれ、マルチコプターに行わせようとする作業の難易度も高まってきており、より複雑で精密な作業を高い品質で行うことのできる機体の登場が望まれている。このような要望に応えるべく、マルチコプターの機体構造を各作業に特化させ、その作業専用の機体を提供することが考えられるが、一つの機体で様々な作業を比較的高品質に行える方が好ましい場合もある。このような汎用的なマルチコプターを実現する手段としては、例えばマルチコプターにロボットアームを搭載し、種々の作業に応じた交換可能なエンドエフェクタを用意することが考えられる。   As the application range of multicopters expands, the difficulty of work that multicopters try to perform has increased, and the appearance of aircraft that can perform more complicated and precise work with high quality is desired. . In order to meet these demands, it is conceivable to specialize the aircraft structure of the multicopter for each work and provide a machine dedicated to that work, but those who can perform various work with relatively high quality with one machine May be preferred. As a means for realizing such a general-purpose multicopter, for example, it is conceivable to mount a robot arm on the multicopter and prepare an exchangeable end effector corresponding to various operations.

一般に、ロボットアームは複数の関節部を有しており、これら関節部を個々に可動させることで複雑な姿勢をとることができる。またロボットアームは、その基端から先端までを直線状に延ばした長さを半径とする広範な可動範囲を有している。このようなロボットアームを搭載したマルチコプターを飛行させるときには、ロボットアームが機体周辺の障害物に衝突しないよう、マルチコプターとロボットアームの両方に注意を払いながらこれを飛行させる必要があり、オペレータには高度な操縦技能が要求される。   In general, a robot arm has a plurality of joint portions, and a complicated posture can be taken by individually moving these joint portions. Further, the robot arm has a wide range of movement with a radius extending from the base end to the tip end in a straight line. When flying a multicopter equipped with such a robot arm, it is necessary to fly it while paying attention to both the multicopter and the robot arm so that the robot arm does not collide with obstacles around the aircraft. Requires advanced maneuvering skills.

上記問題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、障害物との衝突を自動的に回避可能なロボットアームおよびこれを備える無人航空機を提供することにある。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a robot arm capable of automatically avoiding a collision with an obstacle and an unmanned aircraft including the same.

上記課題を解決するため、本発明のロボットアームは、複数の回転翼を備える無人航空機に搭載され、複数の関節部を有するアーム部と、前記各関節部の駆動を制御するアーム制御手段と、前記アーム部の先端に装着されたエンドエフェクタと、前記航空機の機体周辺に存在する物体との距離を測定する測距手段と、前記測距手段が検知した障害物に前記アーム部および前記エンドエフェクタが衝突しないよう前記アーム部の姿勢を制御する障害物回避手段と、を備えていることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a robot arm of the present invention is mounted on an unmanned aerial vehicle including a plurality of rotary wings, an arm unit having a plurality of joints, and an arm control unit that controls driving of the joints; A distance measuring means for measuring a distance between an end effector attached to a tip of the arm part, an object existing around a fuselage of the aircraft, an obstacle detected by the distance measuring means, and the arm part and the end effector. And obstacle avoiding means for controlling the posture of the arm part so as not to collide.

障害物回避手段が、アーム部やエンドエフェクタと障害物との衝突を自動的に回避することにより、オペレータの操縦技能に依存することなく、これらの衝突事故を防止することができる。   Since the obstacle avoiding means automatically avoids the collision between the arm part or the end effector and the obstacle, these collision accidents can be prevented without depending on the operation skill of the operator.

また、前記アーム部の現在の姿勢を特定可能な情報を記憶する記憶手段をさらに備え、前記障害物回避手段は、前記記憶手段の情報に基づいて、前記測距手段が検知した前記物体が、前記障害物か、前記アーム部または前記エンドエフェクタか、を判別可能である構成としてもよい。   In addition, the image processing apparatus further includes a storage unit that stores information that can identify a current posture of the arm unit, and the obstacle avoidance unit is configured to detect the object detected by the distance measurement unit based on the information in the storage unit. It is good also as a structure which can discriminate | determine whether it is the said obstruction, the said arm part, or the said end effector.

測距手段は無人航空機の機体周辺を測定しているため、アーム部の姿勢によってはその測定範囲内にアーム部やエンドエフェクタの一部が入り込むことがある。このときに障害物回避手段がこれらアーム部等を障害物と誤判断した場合、アーム部等が自らを避けることでその可動範囲が狭められ、アーム部が制御不能に陥るおそれがある。アーム部の現在の姿勢を記憶する記憶手段を備えることにより、障害物回避手段は、測距手段が検知した物体が障害物であるか、またはアーム部やエンドエフェクタであるかを判別することが可能となり、このような不具合を防止することができる。   Since the distance measuring means measures the periphery of the unmanned aircraft body, depending on the posture of the arm part, the arm part or part of the end effector may enter the measurement range. At this time, when the obstacle avoidance means erroneously determines these arm portions as an obstacle, the arm portion or the like avoids itself, so that the movable range is narrowed, and the arm portion may fall out of control. By providing a storage unit that stores the current posture of the arm unit, the obstacle avoiding unit can determine whether the object detected by the distance measuring unit is an obstacle, or an arm unit or an end effector. It becomes possible, and such a malfunction can be prevented.

また、前記障害物回避手段は、前記測距手段の測定範囲内において遠方から次第に近づいてくる前記物体を前記障害物であると判断し、前記測距手段の測定範囲内に唐突に現れた前記物体は前記アーム部または前記エンドエフェクタであると判断する構成としてもよい。   Further, the obstacle avoiding means determines that the object gradually approaching from a distance within the measurement range of the distance measuring means is the obstacle, and the obstacle appearing suddenly appears within the measurement range of the distance measuring means. The object may be determined to be the arm unit or the end effector.

測定手段の測定範囲内への現れ方に基づいて、その物体が障害物であるか、アーム部やエンドエフェクタであるかを判断することにより、簡易な条件でこれらを判別することができる。   By determining whether the object is an obstacle, an arm unit, or an end effector based on the appearance of the measurement means within the measurement range, these can be determined under simple conditions.

また、前記複数の関節部は、互いに直交する方向へ旋回可能な二つの前記関節部を一組としたときに、三組の前記関節部を有していることが好ましい。   Further, it is preferable that the plurality of joint portions include three sets of the joint portions when the two joint portions that can be rotated in directions orthogonal to each other are taken as one set.

アーム部が有する複数の関節部に、互いに直交する方向へ旋回可能な二つの関節部が三組含まれていることにより、無人航空機の機体の前後、左右、上下への移動、および機体の傾き、さらにはこれらの組み合わせによるアーム部の位置ずれを関節部で吸収することができる。   By including three sets of two joint parts that can turn in directions orthogonal to each other in the plurality of joint parts of the arm part, the front and rear, left and right, up and down movement of the unmanned aircraft, and the inclination of the aircraft Furthermore, the position shift of the arm part due to the combination of these can be absorbed by the joint part.

また、前記アーム部は、前記複数の関節部で連結された複数のリンク部材を有しており、前記複数のリンク部材は、前記アーム部の基端側から先端側に向かって、前記航空機の機体に結合されたベース部、肩部、上腕部、下腕部、および、前記アーム部の先端部である手首部を有しており、前記肩部は前記ベース部に対して周方向へ回転可能に連結されており、前記肩部および前記上腕部、前記上腕部および前記下腕部、並びに、前記下腕部および前記手首部は、互いに直交する方向へ旋回可能な二つの前記関節部により連結されていることが好ましい。   The arm portion includes a plurality of link members connected by the plurality of joint portions, and the plurality of link members are arranged on the aircraft from the proximal end side to the distal end side of the arm portion. It has a base part, a shoulder part, an upper arm part, a lower arm part, and a wrist part which is a tip part of the arm part, and the shoulder part rotates in the circumferential direction with respect to the base part. The shoulder portion and the upper arm portion, the upper arm portion and the lower arm portion, and the lower arm portion and the wrist portion are connected to each other by two joint portions that are pivotable in directions orthogonal to each other. It is preferable that it is connected.

互いに直交する方向へ旋回可能な三組の関節部がアーム部に適切に配置され、さらに機体の回転を吸収可能な関節部が設けられていることにより、無人航空機の機体の前後、左右、上下への移動、機体の傾き、および機体の回転、さらにはこれらの組み合わせによるアーム部の位置ずれを関節部で吸収することができる。   Three sets of joints that can be swung in directions orthogonal to each other are appropriately placed on the arm, and joints that can absorb the rotation of the fuselage are provided. The joint portion can absorb the movement of the arm portion, the inclination of the airframe, the rotation of the airframe, and the displacement of the arm portion due to the combination thereof.

また、前記エンドエフェクタには、該エンドエフェクタの作業対象を撮影する撮影手段が設けられている構成としてもよい。   Further, the end effector may be configured to be provided with photographing means for photographing a work target of the end effector.

エンドエフェクタに、その作業対象を撮影する撮影手段が設けられていることにより、無人航空機のオペレータは手元でその映像を確認しながら作業を行うことができる。これにより、無人航空機に搭載されたロボットアームによる作業の品質を高めることができる。   Since the end effector is provided with photographing means for photographing the work target, the operator of the unmanned aerial vehicle can perform the work while checking the image at hand. Thereby, the quality of the work by the robot arm mounted on the unmanned aerial vehicle can be improved.

また、前記エンドエフェクタには、該エンドエフェクタの作業対象との距離を測定する測距手段が設けられている構成としてもよい。   Further, the end effector may be provided with distance measuring means for measuring a distance from the work object of the end effector.

エンドエフェクタに、エンドエフェクタとその作業対象との距離を測定する測距手段が設けられていることにより、無人航空機のオペレータは、エンドエフェクタとその作業対象との距離を数値で正確に把握することができる。これにより、無人航空機に搭載されたロボットアームによる作業の品質を高めることができる。   Since the end effector is equipped with a distance measuring means for measuring the distance between the end effector and the work target, the unmanned aircraft operator can accurately grasp the distance between the end effector and the work target numerically. Can do. Thereby, the quality of the work by the robot arm mounted on the unmanned aerial vehicle can be improved.

また、上記課題を解決するため、本発明の無人航空機は、複数の回転翼と、本発明のロボットアームを備えることを特徴とする。   Moreover, in order to solve the said subject, the unmanned aircraft of this invention is equipped with the several rotary wing and the robot arm of this invention, It is characterized by the above-mentioned.

このように、本発明のロボットアームおよびこれを備える無人航空機によれば、ロボットアームが障害物を自動的に検知して回避することにより、オペレータの操縦技能に依存することなく、ロボットアームと障害物との衝突事故を防止することができる。   Thus, according to the robot arm of the present invention and the unmanned aerial vehicle including the robot arm, the robot arm automatically detects and avoids the obstacle, thereby avoiding the robot arm and the obstacle without depending on the operator's maneuvering skill. Collisions with objects can be prevented.

第１実施形態にかかるマルチコプターの外観を示す透過斜視図である。It is a permeation | transmission perspective view which shows the external appearance of the multicopter concerning 1st Embodiment. アーム部の構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of an arm part. アーム部の変形例の関節構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the joint structure of the modification of an arm part. アーム部の変形例による手首部の姿勢維持方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the attitude | position maintenance method of the wrist part by the modification of an arm part. 第１実施形態にかかるマルチコプターの機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of the multicopter concerning 1st Embodiment. ロボットアームの機能構成の変形例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the modification of the function structure of a robot arm. ロボットアームの機能構成の他の変形例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other modification of the function structure of a robot arm. 第２実施形態にかかるマルチコプターの機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of the multicopter concerning 2nd Embodiment. アーム部の障害物回避動作を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the obstacle avoidance operation | movement of an arm part. マルチコプターの障害物誤検知防止機能を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the obstacle erroneous detection prevention function of a multicopter.

以下、本発明のロボットアームの実施形態について図面を用いて説明する。以下に説明する実施形態は、複数の回転翼を備える無人航空機の一種であるマルチコプターに本発明のロボットアームが搭載された例である。以下の説明における「上」、「下」とは、図１における上下方向をいい、図１の座標軸表示に示されるＺ軸方向に平行な方向をいう。また、「水平」とは、同座標軸表示に示されるＸＹ平面方向をいう。「前」および「後ろ」とは、図１における前後方向をいい、図１の座標軸表示に示されるＸ軸方向に平行な方向をいう。「右」および「左」とは、読み手から見た図１の左右方向をいい、図１の座標軸表示に示されるＹ軸方向に平行な方向をいう。   Hereinafter, embodiments of a robot arm of the present invention will be described with reference to the drawings. The embodiment described below is an example in which the robot arm of the present invention is mounted on a multicopter which is a type of unmanned aerial vehicle including a plurality of rotor blades. In the following description, “upper” and “lower” refer to the vertical direction in FIG. 1 and the direction parallel to the Z-axis direction shown in the coordinate axis display of FIG. Further, “horizontal” refers to the XY plane direction shown in the same coordinate axis display. “Front” and “back” refer to the front-rear direction in FIG. 1 and the direction parallel to the X-axis direction shown in the coordinate axis display of FIG. “Right” and “Left” refer to the horizontal direction of FIG. 1 as viewed from the reader, and refer to the direction parallel to the Y-axis direction shown in the coordinate axis display of FIG.

［第１実施形態］
（全体構成概要）
図１は、本実施形態にかかるマルチコプター１００の外観を示す透過斜視図である。マルチコプター１００は、その機体中央部１１０から水平方向に延びる６本のローター支持部１２０を有している。これらローター支持部１２０は、機体中央部１１０を中心として周方向等間隔に配置されており、機体中央部１１０から放射状に延びている。各ローター支持部１２０の先端には、回転翼であるローターＲが配置されている。マルチコプター１００のローター数は特に限定されず、その用途や、求められる飛行安定性、許容されるコスト等に応じて、ローターが２基のヘリコプターから、ローターが８基のオクタコプター、さらには８基よりも多くのローターを備えるものまで適宜変更可能である。 [First Embodiment]
(Overview of overall structure)
FIG. 1 is a transparent perspective view showing the appearance of the multicopter 100 according to the present embodiment. The multicopter 100 has six rotor support portions 120 extending in the horizontal direction from the machine body central portion 110. The rotor support portions 120 are arranged at equal intervals in the circumferential direction around the fuselage center portion 110 and extend radially from the fuselage center portion 110. A rotor R, which is a rotor blade, is disposed at the tip of each rotor support portion 120. The number of rotors of the multicopter 100 is not particularly limited, and the rotor is changed from two helicopters to eight octacopters according to the use, required flight stability, allowable cost, and the like. It can change suitably to the thing provided with more rotors than the group.

機体中央部１１０は、その下部に、種々のアタッチメントを取り付け可能なアダプタプレート１１１を備えている。アダプタプレート１１１には、本実施形態のロボットアームＲＡを構成する二本のアーム部５００が取り付けられている。二本のアーム部５００はその全体が機外に露出している。アーム部５００はいずれも同じ構造のものである。各アーム部５００の先端には、フォーククロー形状のグリッパ機構であるハンド６００がそれぞれ装着されている。ハンド６００は本実施形態のロボットアームＲＡのエンドエフェクタである。なお、本発明で用いられるエンドエフェクタはハンド６００には限られず、例えば、溶接装置、ねじ締め装置、穿孔装置、塗装装置、さらには撮影装置など、種々の用途に応じたエンドエフェクタが使用可能である。   The airframe central part 110 is provided with an adapter plate 111 to which various attachments can be attached at the lower part thereof. Two arm portions 500 constituting the robot arm RA of this embodiment are attached to the adapter plate 111. The two arm portions 500 are entirely exposed outside the apparatus. All of the arm portions 500 have the same structure. A hand 600 that is a fork claw-shaped gripper mechanism is attached to the tip of each arm unit 500. The hand 600 is an end effector of the robot arm RA of this embodiment. The end effector used in the present invention is not limited to the hand 600. For example, an end effector suitable for various applications such as a welding device, a screw fastening device, a drilling device, a painting device, and a photographing device can be used. is there.

アダプタプレート１１１にはさらに、マルチコプター１００の降着装置である一対のスキッド１３０が接続されている。図１のマルチコプター１００は着陸した状態にあり、これらスキッド１３０は地面に対して略垂直となるように配置されている。なお、本実施形態のスキッド１３０はリトラクタブルランディングギヤであり、マルチコプター１００の飛行時には、これらスキッド１３０は、図示しないサーボモータによりその基端部を中心として水平方向外側に向かって持ち上げられ、ローター支持部１２０と平行に支持される。そして、マルチコプター１００の着陸時には、スキッド１３０は同サーボモータにより図１の配置に戻される。これにより、マルチコプター１００の飛行中にスキッド１３０が各アーム部５００の動作範囲を制限することが防止されている。なお、スキッド１３０は必須の構成ではなく、省略してもよい。   The adapter plate 111 is further connected with a pair of skids 130 that are landing gears of the multicopter 100. The multicopter 100 of FIG. 1 is in a landed state, and these skids 130 are arranged so as to be substantially perpendicular to the ground. The skids 130 of the present embodiment are retractable landing gears, and when the multicopter 100 is flying, these skids 130 are lifted outward in the horizontal direction around the base end by a servo motor (not shown) to support the rotor. It is supported in parallel with the part 120. When the multicopter 100 is landed, the skid 130 is returned to the arrangement shown in FIG. 1 by the servo motor. This prevents the skid 130 from restricting the operating range of each arm unit 500 during the flight of the multicopter 100. The skid 130 is not an essential component and may be omitted.

（アーム部の構造）
図２はアーム部５００の構造を示す斜視図である。本実施形態のアーム部５００およびハンド６００は、垂直多関節型マニピュレータを構成している。なお、本発明でいう「アーム部」には、ハンド６００などのエンドエフェクタは含まれていない。アーム部５００は、アーム部５００の基端側から先端側に向かって、ベース部５１０、肩部５２０、上腕部５３０、および下腕部５４０の４つのリンク部材により構成されている（以下、これらを総称して「リンク部材５１０〜５４０」という。）。そして、これらリンク部材５１０〜５４０は、肩回転軸Ｊ１、上腕旋回軸Ｊ２、下腕旋回軸Ｊ３、および手首回転軸Ｊ４の４つの関節部を介して連結されている（以下、これら関節部を総称して「関節部Ｊ１〜Ｊ４」という。）。各関節部Ｊ１〜Ｊ４にはそれぞれサーボモータ５５１〜５５４が配置されており、これらサーボモータ５５１〜５５４が駆動されることにより各関節部Ｊ１〜Ｊ４の回転角度および旋回角度が調節される。なお、本発明の関節部の駆動源はサーボモータには限られず、これら関節部を任意の回転角度・旋回角度に調節可能であることを条件として、他の駆動手段を用いることもできる。 (Arm structure)
FIG. 2 is a perspective view showing the structure of the arm unit 500. The arm unit 500 and the hand 600 of this embodiment constitute a vertical articulated manipulator. Note that the “arm portion” in the present invention does not include an end effector such as the hand 600. The arm portion 500 is configured by four link members of a base portion 510, a shoulder portion 520, an upper arm portion 530, and a lower arm portion 540 from the proximal end side to the distal end side of the arm portion 500 (hereinafter referred to as these members). Are collectively referred to as “link members 510 to 540”). These link members 510 to 540 are connected via four joint portions of a shoulder rotation axis J 1 , an upper arm rotation axis J 2 , a lower arm rotation axis J 3 , and a wrist rotation axis J 4 (hereinafter, These joint portions are collectively referred to as “joint portions J 1 to J 4 ”). Servo motors 551 to 554 are disposed in the joint portions J 1 to J 4 , respectively, and the rotation angle and the turning angle of the joint portions J 1 to J 4 are adjusted by driving the servo motors 551 to 554. Is done. Note that the drive source of the joint portion of the present invention is not limited to the servo motor, and other drive means can be used on the condition that the joint portion can be adjusted to an arbitrary rotation angle and turning angle.

リンク部材５１０〜５４０のうち、アーム部５００の基端部であるベース部５１０は、アダプタプレート１１１に取り付けられており（図１参照）、ベース部５１０の位置はアダプタプレート１１１に対して固定されている。ベース部５１０には肩部５２０が連結されており、肩部５２０は肩回転軸Ｊ１を中心として周方向に回転することができる。肩部５２０には上腕部５３０が連結されており、上腕部５３０は上腕旋回軸Ｊ２を中心として上下方向に旋回することができる。上腕部５３０には下腕部５４０が連結されており、下腕部５４０は下腕旋回軸Ｊ３を中心として上下方向に旋回することができる。そして、下腕部５４０にはハンド６００が連結されており、ハンド６００は手首回転軸Ｊ４を中心として周方向に回転することができる。 Of the link members 510 to 540, the base portion 510, which is the base end portion of the arm portion 500, is attached to the adapter plate 111 (see FIG. 1), and the position of the base portion 510 is fixed with respect to the adapter plate 111. ing. The base portion 510 has a shoulder portion 520 is connected, the shoulder portion 520 can rotate in a circumferential direction about the shoulder rotation axis J 1. The shoulder portion 520 is connected upper arm portion 530, upper arm 530 can pivot in the vertical direction around the upper arm pivot axis J 2. The upper arm 530 is connected is lower arm 540, lower arm 540 can pivot in the vertical direction around the lower arm pivot J 3. Then, the lower arm portion 540 is connected the hand 600, the hand 600 can be rotated in a circumferential direction about the wrist rotation axis J 4.

本実施形態のリンク部材５１０〜５４０はＣＦＲＰ製の板材（以下、「ＣＦＲＰプレート」という。）により構成されている。図２に示されるように、各リンク部材５１０〜５４０はそれぞれ、骨格を残しつつ肉抜きが施された枠体形状に形成されている。これにより本実施形態のアーム部５００は、軽量化と強度との両立が図られており、マルチコプター１００への搭載に好適な構成とされている。   The link members 510 to 540 of the present embodiment are made of a CFRP plate (hereinafter referred to as “CFRP plate”). As shown in FIG. 2, each of the link members 510 to 540 is formed in a frame shape that is cut out while leaving a skeleton. Thereby, the arm part 500 of the present embodiment achieves both weight reduction and strength, and has a configuration suitable for mounting on the multicopter 100.

ベース部５１０は略箱形に形成されたリンク部材である。ベース部５１０の内部には肩回転軸Ｊ１を構成するサーボモータ５５１が配置されている。サーボモータ５５１の図示しない軸体は、ベース部５１０の底板５１１を下方に貫通している。 The base portion 510 is a link member formed in a substantially box shape. Inside the base portion 510 a servo motor 551 which constitutes a shoulder rotational axis J 1 is disposed. A shaft body (not shown) of the servo motor 551 passes through the bottom plate 511 of the base portion 510 downward.

肩部５２０は、コの字型のリンク部材であり、平行に配置された二枚の側板５２１，５２２と、これら側板５２１，５２２の板面に対して垂直に配置された天板５２３とにより構成されている。側板５２１，５２２はその板面を水平方向に向けて配置されており、天板５２３はこれら側板５２１，５２２の上端部を支持している。天板５２３には、サーボモータ５５１の図示しない軸体が結合されている。これにより肩部５２０は、肩回転軸Ｊ１を中心として周方向に回転することが可能とされている。 The shoulder portion 520 is a U-shaped link member, and includes two side plates 521 and 522 arranged in parallel and a top plate 523 arranged perpendicular to the plate surfaces of the side plates 521 and 522. It is configured. The side plates 521 and 522 are arranged with their plate surfaces oriented in the horizontal direction, and the top plate 523 supports the upper ends of the side plates 521 and 522. A shaft body (not shown) of the servo motor 551 is coupled to the top plate 523. This shoulder 520 by is possible to rotate in the circumferential direction about the shoulder rotation axis J 1.

上腕部５３０は略角筒形状のリンク部材であり、平行に配置された二枚の側板５３１，５３２と、これら側板５３１，５３２の短手方向の端部同士を結ぶ筋交状の側板５３３，５３４とにより構成されている。上腕部５３０の側板５３１，５３２は、これらの基端部近傍の各外面が、肩部５２０の側板５２１，５２２の各内面にそれぞれ当接するように配置されている。上腕部５３０の基端部には、その内側に、上腕旋回軸Ｊ２を構成するサーボモータ５５２が配置されている。サーボモータ５５２の図示しない軸体は、上腕部５３０の側板５３１，５３２を厚み方向に貫通し、肩部５２０の側板５２１，５２２に結合されている。これにより上腕部５３０は、上腕旋回軸Ｊ２を中心として上下方向に旋回することが可能とされている。 The upper arm portion 530 is a substantially rectangular tube-shaped link member, and two side plates 531 and 532 arranged in parallel and the brace-like side plates 533 connecting the end portions of the side plates 531 and 532 in the short direction. 534. The side plates 531 and 532 of the upper arm 530 are arranged so that the outer surfaces in the vicinity of these base end portions are in contact with the inner surfaces of the side plates 521 and 522 of the shoulder 520, respectively. The base end portion of the upper arm 530, on its inner side, the servo motor 552 constituting the upper arm pivot axis J 2 is arranged. A shaft body (not shown) of the servo motor 552 passes through the side plates 531 and 532 of the upper arm portion 530 in the thickness direction, and is coupled to the side plates 521 and 522 of the shoulder portion 520. Thus the upper arm 530 is configured to be able to pivot in the vertical direction around the upper arm pivot axis J 2.

下腕部５４０は略角筒形状のリンク部材であり、平行に配置された二枚の側板５４１，５４２と、これら側板５４１，５４２の短手方向の端部同士を結ぶ筋交状の側板５４３，５４４とにより構成されている。下腕部５４０の側板５３１，５３２は、これらの基端部近傍の各内面が、上腕部５３０を構成する側板５３１，５３２の先端部近傍の各外面にそれぞれ当接するように配置されている。上腕部５３０の先端部には、その内側に、下腕旋回軸Ｊ３を構成するサーボモータ５５３が配置されている。サーボモータ５５３の図示しない軸体は、上腕部５３０の側板５３１，５３２を厚み方向に貫通し、下腕部５４０の側板５４１，５４２に結合されている。これにより下腕部５４０は、下腕旋回軸Ｊ３を中心として上下方向に旋回することが可能とされている。 The lower arm portion 540 is a substantially rectangular tube-shaped link member, and two side plates 541 and 542 arranged in parallel, and a brace-like side plate 543 connecting end portions of the side plates 541 and 542 in the short direction. , 544. The side plates 531 and 532 of the lower arm portion 540 are arranged so that the inner surfaces in the vicinity of the base end portions are in contact with the outer surfaces in the vicinity of the distal end portions of the side plates 531 and 532 constituting the upper arm portion 530, respectively. The distal end portion of the upper arm 530, on its inner side, the servo motor 553 constituting the lower arm pivot J 3 is arranged. A shaft body (not shown) of the servo motor 553 passes through the side plates 531 and 532 of the upper arm portion 530 in the thickness direction, and is coupled to the side plates 541 and 542 of the lower arm portion 540. This lower arm portion 540 by is possible to pivot vertically about a lower arm pivot J 3.

本実施形態の下腕部５４０の先端およびその近傍部は、下腕部５４０と一体に形成された手首部５４０ａを構成している。手首部５４０ａはアーム部５００の先端部である。手首部５４０ａの先端には、側板５４１，５４２の板面に対して垂直に配置された前板５４５が設けられている。前板５４５には手首回転軸Ｊ４を構成するサーボモータ５５４が配置されている。サーボモータ５５４の軸体５５４ａは、前板５４５を貫通して前方に延びている。軸体５５４ａにはハンド６００が取り付けられており、これによりハンド６００は、手首回転軸Ｊ４を中心として周方向に回転することが可能とされている。 The distal end of the lower arm portion 540 and the vicinity thereof in the present embodiment constitute a wrist portion 540 a formed integrally with the lower arm portion 540. The wrist part 540 a is the tip part of the arm part 500. A front plate 545 disposed perpendicular to the plate surfaces of the side plates 541 and 542 is provided at the tip of the wrist 540a. Servo motor 554 constituting the wrist rotation axis J 4 is disposed on the front plate 545. A shaft body 554 a of the servo motor 554 extends forward through the front plate 545. The shaft 554a has a hand 600 is attached, thereby the hand 600 is configured to be able to rotate about the wrist rotation axis J 4 in the circumferential direction.

（アーム部の変形例）
本発明のアーム部の関節数はアーム部５００の形態には限定されず、作業の複雑さや求められる正確性、許容されるコスト等に応じて適宜変更することができる。以下に、アーム部５００の関節構造を拡張したアーム部５００の変形例について説明する。 (Modification of arm part)
The number of joints of the arm part of the present invention is not limited to the form of the arm part 500, and can be appropriately changed according to the complexity of work, the required accuracy, the allowable cost, and the like. Below, the modification of the arm part 500 which expanded the joint structure of the arm part 500 is demonstrated.

図３は、アーム部５００の変形例であるアーム部５００´の関節構造を示す模式図である。アーム部５００´はアーム部５００の関節部Ｊ１〜Ｊ４に加え、上腕旋回軸Ｊ５、下腕旋回軸Ｊ６、手首旋回軸Ｊ７、および手首旋回軸Ｊ８を有している（以下、これらを総称して「関節部Ｊ１〜Ｊ８」という。）。ここで、上腕旋回軸Ｊ２および上腕旋回軸Ｊ５は、互いに直交する方向へ上腕部５３０を旋回させる関節部である。下腕旋回軸Ｊ３および下腕旋回軸Ｊ６は、互いに直交する方向へ下腕部５４０を旋回させる関節部である。手首旋回軸Ｊ７および手首旋回軸Ｊ８は、互いに直交する方向へ手首部５４０ａを旋回させる関節部である。アーム部５００´は、これら関節部Ｊ１〜Ｊ８を備えていることにより、マルチコプター１００の意図しない移動や傾きをこれら関節部Ｊ１〜Ｊ８で吸収することができ、手首部５４０ａの姿勢、すなわちハンド６００の姿勢を一定に保つことが可能とされている。 FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a joint structure of an arm unit 500 ′ that is a modification of the arm unit 500. The arm portion 500 ′ has an upper arm turning axis J 5 , a lower arm turning axis J 6 , a wrist turning axis J 7 , and a wrist turning axis J 8 in addition to the joint portions J 1 to J 4 of the arm portion 500 ( Hereinafter, these are collectively referred to as “joint portions J 1 to J 8 ”). Here, the upper arm pivot J 2 and the upper arm pivot axis J 5 is a joint pivoting the upper arm portion 530 in a direction orthogonal to each other. Lower arm pivot J 3 and lower arm pivot axis J 6 is a joint pivoting the lower arm portion 540 in a direction orthogonal to each other. Wrist pivot J 7 and the wrist pivot J 8 is a joint turning the wrist portion 540a in the direction orthogonal to each other. The arm portion 500 ′ includes these joint portions J 1 to J 8 , so that the unintended movement and inclination of the multicopter 100 can be absorbed by these joint portions J 1 to J 8 , and the wrist portion 540 a The posture, that is, the posture of the hand 600 can be kept constant.

図４は、アーム部５００´による手首部５４０ａの姿勢維持方法を示す模式図である。図４（ａ）（ｃ）（ｄ）は、アーム部５００´の側面図であり、図４（ｂ）（ｅ）（ｆ）は、アーム部５００´の正面図である。図４では、説明の便宜上、マルチコプター１００の構成のうち、アダプタプレート１１１と二本のアーム部５００´のうちの一本のみを表示し、他の構成は省略している。   FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a method of maintaining the posture of the wrist 540a by the arm unit 500 ′. 4A, 4C, and 4D are side views of the arm portion 500 ′, and FIGS. 4B, 4E, and 4F are front views of the arm portion 500 ′. In FIG. 4, for convenience of explanation, only one of the adapter plate 111 and the two arm portions 500 ′ is displayed among the configurations of the multicopter 100, and the other configurations are omitted.

図４に示される各図のうち、図４（ａ）は、上腕旋回軸Ｊ２、下腕旋回軸Ｊ３、および手首旋回軸Ｊ８により、マルチコプター１００の前後方向への移動を吸収する例である。図４（ｂ）は、上腕旋回軸Ｊ５、下腕旋回軸Ｊ６、および手首旋回軸Ｊ７により、マルチコプター１００の左右方向への移動を吸収する例である。図４（ｃ）は、上腕旋回軸Ｊ２、下腕旋回軸Ｊ３、および手首旋回軸Ｊ８により、マルチコプター１００の上下方向への移動を吸収する例である。図４（ｄ）は、上腕旋回軸Ｊ２により、マルチコプター１００の前後方向への揺動を吸収する例である。図４（ｅ）は、上腕旋回軸Ｊ５により、マルチコプター１００の左右方向への揺動を吸収する例である。図４（ｆ）は、肩回転軸Ｊ１により、マルチコプター１００の回転を吸収する例である。これらを適宜組み合わせることにより、マルチコプター１００の様々な動きに対応することができる。 Among the drawings shown in FIG. 4, FIG. 4A absorbs the movement of the multicopter 100 in the front-rear direction by the upper arm pivot axis J 2 , the lower arm pivot axis J 3 , and the wrist pivot axis J 8. It is an example. FIG. 4B is an example in which the movement of the multicopter 100 in the left-right direction is absorbed by the upper arm pivot axis J 5 , the lower arm pivot axis J 6 , and the wrist pivot axis J 7 . FIG. 4C shows an example in which the movement of the multicopter 100 in the vertical direction is absorbed by the upper arm turning axis J 2 , the lower arm turning axis J 3 , and the wrist turning axis J 8 . FIG. 4 (d), the upper arm pivot J 2, an example that absorbs rocking back and forth direction of the multirotor 100. FIG. 4 (e) by the upper arm pivot J 5, an example for absorbing the swing in the lateral direction of the multirotor 100. FIG. 4 (f) by a shoulder rotational axis J 1, an example to absorb the rotation of the multirotor 100. By appropriately combining these, it is possible to cope with various movements of the multicopter 100.

マルチコプター１００がアーム部５００´を備え、手首部５４０ａの姿勢維持を自動的に実行することにより、ハンド６００の空中における位置が安定し、また、オペレータはハンド６００の操縦のみに専念することができる。これにより、マルチコプター１００を用いた作業の品質を高めることが可能となる。なお、図４からも分かるように、手首部５４０ａの姿勢維持には手首回転軸Ｊ４は用いられていない。手首回転軸Ｊ４はアーム部５００特有の構成であり、他のエンドエフェクタを用いる場合には省略することができる。 When the multicopter 100 includes the arm portion 500 ′ and automatically maintains the posture of the wrist portion 540 a, the position of the hand 600 in the air is stabilized, and the operator can concentrate solely on the operation of the hand 600. it can. As a result, the quality of work using the multicopter 100 can be improved. As can be seen from FIG. 4, the wrist rotation axis J 4 in position maintaining the wrist portion 540a it is not used. Wrist rotation axis J 4 are the arm portion 500 of the specific configuration, in the case of using the other of the end effector can be omitted.

（マルチコプターの飛行機能）
図５はマルチコプター１００の機能構成を示すブロック図である。マルチコプター１００の機能は、主に、フライトコントローラＦＣ、複数のローターＲ、ローターＲごとに備えられたＥＳＣ２４１（Electric Speed Controller）、本実施形態のロボットアームＲＡ、およびこれらに電力を供給するバッテリー９００により構成されている。以下、マルチコプター１００の基本的な飛行機能について説明する。 (Multicopter flight function)
FIG. 5 is a block diagram showing a functional configuration of the multicopter 100. The functions of the multicopter 100 mainly include a flight controller FC, a plurality of rotors R, an ESC 241 (Electric Speed Controller) provided for each of the rotors R, a robot arm RA of the present embodiment, and a battery 900 that supplies power to them. It is comprised by. Hereinafter, a basic flight function of the multicopter 100 will be described.

各ローターＲは、モータ２４２と、その出力軸に連結されたブレード２４３とにより構成されている。ＥＳＣ２４１は、ローターＲのモータ２４２に接続されており、フライトコントローラＦＣから指示された速度でモータ２４２を回転させる。   Each rotor R is composed of a motor 242 and a blade 243 connected to its output shaft. The ESC 241 is connected to the motor 242 of the rotor R, and rotates the motor 242 at a speed instructed from the flight controller FC.

フライトコントローラＦＣは、オペレータ（送信器２１０）からの操縦信号を受信する受信器２３１と、受信器２３１が接続されたマイクロコントローラである制御装置２２０を備えている。制御装置２２０は、中央処理装置であるＣＰＵ２２１、ＲＯＭやＲＡＭなどの記憶装置であるメモリ２２２、および、ＥＳＣ２４１を介して各モータ２４２の回転数を制御するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）コントローラ２２３を有している。   The flight controller FC includes a receiver 231 that receives a steering signal from an operator (transmitter 210), and a control device 220 that is a microcontroller to which the receiver 231 is connected. The control device 220 includes a CPU 221 that is a central processing unit, a memory 222 that is a storage device such as a ROM and a RAM, and a PWM (Pulse Width Modulation) controller 223 that controls the rotational speed of each motor 242 via the ESC 241. ing.

フライトコントローラＦＣはさらに、飛行制御センサ群２３２およびＧＰＳ受信器２３３（以下、これらを総称して「センサ等」ともいう。）を備えており、これらは制御装置２２０に接続されている。本実施形態におけるマルチコプター１００の飛行制御センサ群２３２には、３軸加速度センサ、３軸角速度センサ、気圧センサ（高度センサ）、地磁気センサ（方位センサ）などが含まれている。制御装置２２０は、これらセンサ等により、機体の傾きや回転のほか、飛行中の緯度経度、高度、および機首の方位角を含む自機の位置情報を取得可能とされている。   The flight controller FC further includes a flight control sensor group 232 and a GPS receiver 233 (hereinafter collectively referred to as “sensors or the like”), which are connected to the control device 220. The flight control sensor group 232 of the multicopter 100 in this embodiment includes a triaxial acceleration sensor, a triaxial angular velocity sensor, an atmospheric pressure sensor (altitude sensor), a geomagnetic sensor (orientation sensor), and the like. The control device 220 can acquire position information of the own aircraft including the latitude and longitude of the aircraft, the altitude, and the azimuth angle of the nose, in addition to the tilt and rotation of the aircraft, using these sensors and the like.

制御装置２２０のメモリ２２２には、マルチコプター１００の飛行時における姿勢や基本的な飛行動作を制御するアルゴリズムが実装されたプログラムである飛行制御プログラムＦＣＰが記憶されている。飛行制御プログラムＦＣＰは、オペレータからの指示に従い、センサ等から取得した情報を基に、個々のローターＲの回転数を調節し、機体の姿勢や位置の乱れを補正しながらマルチコプター１００を飛行させる。   The memory 222 of the control device 220 stores a flight control program FCP, which is a program in which an algorithm for controlling the attitude and basic flight operation of the multicopter 100 during flight is stored. The flight control program FCP adjusts the number of rotations of each rotor R based on information obtained from a sensor or the like according to instructions from an operator, and causes the multicopter 100 to fly while correcting the attitude and position disturbance of the airframe. .

マルチコプター１００の操縦は、オペレータが送信器２１０を用いて手動で行うほか、マルチコプター１００の飛行経路や速度、高度などのパラメータである飛行計画ＦＰを自律飛行プログラムＡＰＰに予め登録しておき、マルチコプター１００を目的地へ自律的に飛行させることも可能である（以下、このような自律飛行のことを「オートパイロット」という。）。   The operation of the multicopter 100 is manually performed by the operator using the transmitter 210, and the flight plan FP, which is a parameter such as the flight path, speed, and altitude of the multicopter 100, is registered in the autonomous flight program APP in advance. It is also possible to fly the multicopter 100 autonomously to the destination (hereinafter, such autonomous flight is referred to as “autopilot”).

このように、本実施形態におけるマルチコプター１００は高度な飛行制御機能を備えている。ただし、本発明における無人航空機はマルチコプター１００の形態には限定されず、ロボットアームＲＡを備えていることを条件として、例えばセンサ等から一部のセンサが省略された機体や、オートパイロット機能を備えず手動操縦のみにより飛行可能な機体を用いることもできる。   As described above, the multicopter 100 in the present embodiment has an advanced flight control function. However, the unmanned aircraft according to the present invention is not limited to the form of the multicopter 100. On the condition that the robot arm RA is provided, for example, an airframe in which some sensors are omitted from the sensor or the like, or an autopilot function is provided. It is also possible to use a fuselage that can fly only by manual maneuvering.

（ロボットアームの機能構成）
図５に示されるように、本実施形態のロボットアームＲＡは、主に、オペレータ（送信器２１０）からの操縦信号を受信する受信器７３１と、受信器７３１が接続されたマイクロコントローラである制御装置７２０、アーム部５００の各関節部Ｊ１〜Ｊ４を駆動するサーボモータ５５１〜５５４、サーボモータ５５１〜５５４ごとに備えられたサーボアンプ７４１、および、アーム部５００の位置の変化および傾きを検知する変位検知部であるＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）７３２を備えている。サーボアンプ７４１は、サーボモータ５５１〜５５４からのフィードバックをうけながらサーボモータ５５１〜５５４の出力軸を指示された角度位置に調節する。ＩＭＵ７３２は一般的な慣性計測装置であり、主に加速度センサおよび角速度センサにより構成されている。 (Function configuration of robot arm)
As shown in FIG. 5, the robot arm RA of the present embodiment is mainly a control that is a microcontroller to which a receiver 731 that receives a steering signal from an operator (transmitter 210) and a receiver 731 are connected. 720, a servo motor 551 to 554 for driving the respective joint portions J 1 through J 4 of the arm portion 500, the servo amplifier 741 provided for each servo motor 551 to 554, and the change and slope of the position of the arm portion 500 An IMU (Inertial Measurement Unit) 732 which is a displacement detection unit to detect is provided. The servo amplifier 741 adjusts the output shaft of the servo motors 551 to 554 to the designated angular position while receiving feedback from the servo motors 551 to 554. The IMU 732 is a general inertial measurement device, and mainly includes an acceleration sensor and an angular velocity sensor.

制御装置７２０は、中央処理装置であるＣＰＵ７２１、ＲＯＭやＲＡＭなどの記憶装置であるメモリ７２２、および、サーボアンプ７４１に対してサーボモータ５５１〜５５４の回転角度を指示するサーボコントローラ７２３を有している。メモリ７２２には、各サーボモータ５５１〜５５４の駆動を制御するアーム制御手段であるアーム制御プログラムＡＣＰが登録されている。アーム制御プログラムＡＣＰは、オペレータの指示に従って、アーム部５００の姿勢を変化させ、また、ハンド６００を開閉させる。   The control device 720 includes a CPU 721 that is a central processing unit, a memory 722 that is a storage device such as a ROM and a RAM, and a servo controller 723 that instructs the rotation angle of the servo motors 551 to 554 to the servo amplifier 741. Yes. Registered in the memory 722 is an arm control program ACP which is arm control means for controlling the driving of the servomotors 551 to 554. The arm control program ACP changes the posture of the arm unit 500 and opens / closes the hand 600 according to an instruction from the operator.

アーム制御プログラムＡＣＰはさらに、アーム部５００の意図しない位置の変化または傾きである位置ずれをＩＭＵ７３１が検知したときに、その位置ずれを関節部Ｊ１〜Ｊ４で自動的に吸収し、位置ずれが手首部５４０ａに伝達されることを可能な限り抑制する。本実施形態のアーム部５００の関節数は少なく、吸収可能な位置ずれの種類や程度は限定的であるが、アーム部５００の変形例であるアーム部５００´を備えることにより、図４に示される広範な種類の位置ずれを吸収することが可能となる。なお、アーム制御プログラムＡＣＰが対処する位置ずれは、アーム部５００の「意図しない」位置の変化や傾きであるため、例えばオペレータの操作によるアーム部５００の姿勢変化や機体の移動は無視することができる。 Further, the arm control program ACP further automatically absorbs the position shift when the IMU 731 detects a position shift that is an unintended position change or inclination of the arm unit 500 by the joints J 1 to J 4. Is suppressed to the wrist 540a as much as possible. The number of joints of the arm unit 500 of the present embodiment is small, and the types and degree of misalignment that can be absorbed are limited. However, by providing an arm unit 500 ′ that is a modification of the arm unit 500, FIG. It is possible to absorb a wide variety of misalignment. Note that the misalignment dealt with by the arm control program ACP is a change or inclination of the “unintended” position of the arm unit 500, and therefore, for example, a change in posture of the arm unit 500 or a movement of the machine body due to an operator's operation may be ignored. it can.

なお、本実施形態のＩＭＵ７３２は機体中央部１１０の中に収容されている。これにより、マルチコプター１００の機体位置の変化や傾きを正確に検知することができる。本実施形態のアーム制御プログラムＡＣＰは、かかる機体の変位量からアーム部５００の位置ずれを間接的に算出する。その他、例えば手首部５４０ａにＩＭＵ７３２を配置することにより、手首部５４０ａやハンド６００の状態を直接的に把握することが可能となり、ハンド６００の空間中の位置や姿勢をより高い精度で安定させることもできる。   Note that the IMU 732 of this embodiment is accommodated in the airframe central portion 110. Thereby, the change and inclination of the body position of the multicopter 100 can be accurately detected. The arm control program ACP of the present embodiment indirectly calculates the positional deviation of the arm unit 500 from the displacement amount of the machine body. In addition, for example, by placing the IMU 732 on the wrist 540a, it is possible to directly grasp the state of the wrist 540a and the hand 600, and to stabilize the position and posture of the hand 600 in the space with higher accuracy. You can also.

（ロボットアーム機能の変形例）
図６はロボットアームＲＡの機能構成の変形例を示すブロック図である。本実施形態のロボットアームＲＡは、独自の受信器７３１およびＩＭＵ７３２を備えているが、これらに代えて、フライトコントローラＦＣの受信器２３１や、飛行制御センサ群２３２の３軸加速度センサ、３軸角速度センサをロボットアームＲＡ用に併用することも可能である。 (Modification of robot arm function)
FIG. 6 is a block diagram showing a modification of the functional configuration of the robot arm RA. The robot arm RA of the present embodiment includes a unique receiver 731 and IMU 732, but instead of these, the receiver 231 of the flight controller FC, the three-axis acceleration sensor of the flight control sensor group 232, and the three-axis angular velocity. It is also possible to use a sensor for the robot arm RA.

図７はロボットアームＲＡの機能構成の他の変形例を示すブロック図である。本変形例のハンド６００には、ハンド６００の作業対象であるワークの様子を撮影する撮影手段であるカメラ６５０、および、ハンド６００とワークとの距離を測定する測距手段である測距センサ６６０が搭載されている。なお、測距センサ６６０は、超音波、レーザー、または赤外線などの非接触測距手段を用いた一般的な距離センサである。   FIG. 7 is a block diagram showing another modification of the functional configuration of the robot arm RA. The hand 600 according to the present modification includes a camera 650 that is an imaging unit that captures the state of the workpiece that is the work target of the hand 600, and a distance measuring sensor 660 that is a distance measuring unit that measures the distance between the hand 600 and the workpiece. Is installed. The distance measuring sensor 660 is a general distance sensor using non-contact distance measuring means such as an ultrasonic wave, a laser, or an infrared ray.

本変形例では、オペレータ（送受信器２１０）は、カメラ６５０の撮影映像を手元のモニター２１１に表示することができ、ワークの様子を間近で視認しながら作業を行うことができる。また、カメラ６５０の映像からではハンド６００とワークとの実際の距離が分かりにくい場合でも、測距センサ６６０を用いてハンド６００とワークとの距離を数値で把握することができる。これにより、マルチコプター１００を用いた作業の品質をさらに高めることが可能とされている。なお、ハンド６００には、カメラ６５０および測距センサ６６０のいずれか一方のみを搭載してもよい。   In this modified example, the operator (transmitter / receiver 210) can display the image captured by the camera 650 on the monitor 211 at hand, and can perform work while visually checking the state of the workpiece. Further, even if it is difficult to understand the actual distance between the hand 600 and the workpiece from the image of the camera 650, the distance between the hand 600 and the workpiece can be grasped numerically using the distance measuring sensor 660. Thereby, it is possible to further improve the quality of work using the multicopter 100. Note that only one of the camera 650 and the distance measuring sensor 660 may be mounted on the hand 600.

［第２実施形態］
以下に、本発明の無人航空機の第２実施形態について図面を用いて説明する。図８は、第２実施形態にかかるマルチコプター１０１の機能構成を示すブロック図である。なお、以下の説明では、先の実施形態と同一または同様の機能を有する構成については、先の実施形態と同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。 [Second Embodiment]
Below, 2nd Embodiment of the unmanned aerial vehicle of this invention is described using drawing. FIG. 8 is a block diagram illustrating a functional configuration of the multicopter 101 according to the second embodiment. In the following description, components having the same or similar functions as those of the previous embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the previous embodiment, and detailed description thereof is omitted.

（障害物回避機能）
図８に示されるように、マルチコプター１０１のロボットアームＲＡは、マルチコプター１００のロボットアームＲＡの構成に加え、測距手段である複数の測距センサ７３３、これら測距センサ７３３の測定値を監視する障害物回避手段である障害物回避プログラムＢＡＰ、並びに、アーム制御プログラムＡＣＰおよび障害物回避プログラムＢＡＰからアクセス可能なアーム姿勢情報領域ＡＰＡを有している。 (Obstacle avoidance function)
As shown in FIG. 8, in addition to the configuration of the robot arm RA of the multicopter 100, the robot arm RA of the multicopter 101 includes a plurality of distance measuring sensors 733 that are distance measuring means, and the measurement values of these distance measuring sensors 733. It has an obstacle avoidance program BAP which is an obstacle avoidance means to be monitored, and an arm posture information area APA accessible from the arm control program ACP and the obstacle avoidance program BAP.

複数の測距センサ７３３は、機体中央部１１０からアーム部５００周辺の物体との距離を常時測定する。測距センサ７３３は、超音波、レーザー、または赤外線などの非接触測距手段を用いた一般的な距離センサである。障害物回避プログラムＢＡＰは、測距センサ７３３が検知した障害物を避けるように、アーム部５００の姿勢を調節する。なお、本実施形態の障害物回避プログラムＢＡＰはアーム部５００を直接制御せず、アーム制御プログラムＡＣＰに指示を出すことでアーム部５００を制御する。アーム姿勢情報領域ＡＰＡは、アーム部５００の現在の姿勢を特定可能な情報が記憶された記憶手段である。アーム姿勢情報領域ＡＰＡの情報は、アーム制御プログラムＡＣＰにより常に最新の情報に更新される。   The plurality of distance measuring sensors 733 always measure the distance from the body central portion 110 to the object around the arm portion 500. The distance measuring sensor 733 is a general distance sensor using non-contact distance measuring means such as an ultrasonic wave, a laser, or an infrared ray. The obstacle avoidance program BAP adjusts the posture of the arm unit 500 so as to avoid the obstacle detected by the distance measuring sensor 733. Note that the obstacle avoidance program BAP of this embodiment does not directly control the arm unit 500 but controls the arm unit 500 by giving an instruction to the arm control program ACP. The arm posture information area APA is storage means in which information that can identify the current posture of the arm unit 500 is stored. The information in the arm posture information area APA is always updated to the latest information by the arm control program ACP.

図９は、アーム部５００の障害物回避動作を示す模式図である。図９の一点鎖線で示された範囲Ｓは、アーム部５００およびハンド６００（以下、これらを「アーム部５００等」という。）の可動範囲を示している。図９では、説明の便宜上、二本のアーム部５００等のうち一本のみを表示している。障害物回避プログラムＢＡＰは、各測距センサ７３３の測定値を監視し（図９（ａ））、アーム部５００等の可動範囲Ｓ内に障害物Ｂを検知したときに、アーム部５００等が障害物Ｂと接触しないようにアーム部５００の姿勢を調節する（図９（ｂ）（ｃ））。なお、図９（ｃ）の障害物Ｂは地面である。   FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an obstacle avoidance operation of the arm unit 500. A range S indicated by an alternate long and short dash line in FIG. 9 indicates a movable range of the arm unit 500 and the hand 600 (hereinafter referred to as “arm unit 500 etc.”). In FIG. 9, for convenience of explanation, only one of the two arm portions 500 is displayed. The obstacle avoidance program BAP monitors the measurement values of the distance measuring sensors 733 (FIG. 9A), and when the obstacle B is detected within the movable range S of the arm 500 or the like, the arm 500 or the like The posture of the arm unit 500 is adjusted so as not to contact the obstacle B (FIGS. 9B and 9C). In addition, the obstacle B of FIG.9 (c) is the ground.

マルチコプター１０１は、測距センサ７３３および障害物回避プログラムＢＡＰを備えていることにより、オペレータの操縦技能に依存することなく、アーム部５００等と障害物Ｂとの衝突事故を防止することが可能とされている。なお、本実施形態においては、アーム部５００等の可動範囲Ｓのほぼ全体を網羅できるように複数の測距センサ７３３が配置されているが、測距センサ７３３の数や測定範囲はマルチコプター１０１の形態には限定されない。例えば、機体中央部１１０から鉛直下方に向けられた測距センサ７３３のみを備え、アーム部５００等と地面との接触のみを避ける構成としてもよく、または、機体中央部１１０の鉛直下方から機首側（進行方向側）の範囲のみを測定するように測距センサ７３３を配置してもよい。さらには、一つ、または複数の測距センサ７３３を回転させることで所定の角度範囲を測定する構成としてもよい。   Since the multicopter 101 includes the distance measuring sensor 733 and the obstacle avoidance program BAP, it is possible to prevent a collision between the arm unit 500 and the obstacle B without depending on the operator's operation skill. It is said that. In the present embodiment, a plurality of distance measuring sensors 733 are arranged so as to cover almost the entire movable range S of the arm unit 500 and the like. However, the number and measuring ranges of the distance measuring sensors 733 are the same as those of the multicopter 101. It is not limited to the form. For example, a configuration may be adopted in which only the distance measuring sensor 733 directed vertically downward from the airframe center part 110 is provided, and only the contact between the arm part 500 and the like and the ground is avoided. The distance measuring sensor 733 may be arranged so as to measure only the side (traveling direction side) range. Furthermore, it is good also as a structure which measures a predetermined angle range by rotating the 1 or several ranging sensor 733. FIG.

（障害物誤検知防止機能）
図１０は、マルチコプター１０１の障害物誤検知防止機能を説明するための模式図である。図１０の一点鎖線で示された範囲Ｄは、複数の測距センサ７３３のうち、一つの測距センサ７３３の測定範囲を示している。図１０では、説明の便宜上、二本のアーム部５００等のうち一本のみを表示している。 (Prevention of obstacle detection error)
FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the obstacle erroneous detection preventing function of the multicopter 101. A range D indicated by a one-dot chain line in FIG. 10 indicates a measurement range of one distance measuring sensor 733 among the plurality of distance measuring sensors 733. In FIG. 10, for convenience of explanation, only one of the two arm portions 500 is displayed.

本実施形態の測距センサ７３３は、マルチコプター１０１の機体中央部１１０から、アーム部５００等の可動範囲Ｓを含む範囲を測定しているため（図１０（ａ））、アーム部５００等の姿勢によってはその測定範囲内にアーム部５００等の一部が入り込むことがある（図１０（ｂ））。このときに障害物回避プログラムＢＡＰがアーム部５００等を障害物Ｂと誤判断した場合、アーム部５００等が自らを避ける方向に退避し、アーム部５００等が制御不能に陥るおそれがある。   The distance measuring sensor 733 of the present embodiment measures the range including the movable range S of the arm unit 500 and the like from the machine body central part 110 of the multicopter 101 (FIG. 10A). Depending on the posture, a part of the arm unit 500 or the like may enter the measurement range (FIG. 10B). At this time, when the obstacle avoidance program BAP erroneously determines the arm unit 500 or the like as the obstacle B, the arm unit 500 or the like may retreat in a direction to avoid itself, and the arm unit 500 or the like may be out of control.

そのため、マルチコプター１０１の障害物回避プログラムＢＡＰは、アーム姿勢情報領域ＡＰＡの情報に基づいてアーム部５００の現在の位置を常時把握し、その位置において検知された物体は無視するように設定されている。なお、障害物誤検知防止機能はマルチコプター１０１の形態には限られず、例えばアーム姿勢情報領域ＡＰＡを備えず、測距センサ７３３の測定範囲内において遠方から次第に近づいてくる物体を障害物Ｂと判断し、測距センサ７３３の測定範囲内に唐突に現れた物体はアーム部５００等と判断する構成としてもよい。   Therefore, the obstacle avoidance program BAP of the multicopter 101 is set to always grasp the current position of the arm unit 500 based on the information in the arm posture information area APA and ignore the object detected at that position. Yes. The obstacle erroneous detection preventing function is not limited to the form of the multicopter 101. For example, an object that does not include the arm posture information area APA and gradually approaches from the distance within the measurement range of the distance measuring sensor 733 is referred to as an obstacle B. It may be configured that an object that has been determined and appears suddenly within the measurement range of the distance measuring sensor 733 is determined to be the arm unit 500 or the like.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。例えば、ロボットアームＲＡを構成するアーム部５００やアーム部５００´の本数は二本には限定されず、一本でもよく、三本以上としてもよい。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the number of arm parts 500 and arm parts 500 ′ constituting the robot arm RA is not limited to two, but may be one or three or more.

１００，１０１ マルチコプター（無人航空機）
ＦＣ フライトコントローラ
２３２ 飛行制御センサ群
Ｒ ローター（回転翼）
ＲＡ ロボットアーム
５００，５００´ アーム部
５１０〜５４０ リンク部材
５１０ ベース部
５２０ 肩部
５３０ 上腕部
５４０ 下腕部
５４０ａ 手首部
５５１〜５５４ サーボモータ
Ｊ１〜Ｊ８ 関節部
６００ ハンド（エンドエフェクタ）
６５０ カメラ（撮影手段）
６６０ 測距センサ（測距手段）
７２０ 制御装置
７３２ ＩＭＵ
７３３ 測距センサ（測距手段）
ＡＣＰ アーム制御プログラム（アーム制御手段）
ＡＰＡ アーム姿勢情報領域（記憶手段）
ＯＡＰ 障害物回避プログラム（障害物回避手段）

100,101 Multicopter (Unmanned aerial vehicle)
FC Flight controller 232 Flight control sensor group R Rotor (rotary wing)
RA robot arm 500,500' arm portions 510 to 540 link member 510 base section 520 shoulder 530 upper arm 540 lower arm portion 540a wrist 551 to 554 servomotor J 1 through J 8 joint 600 Hands (end effectors)
650 camera (photographing means)
660 Distance sensor (ranging means)
720 Controller 732 IMU
733 Distance sensor (ranging means)
ACP arm control program (arm control means)
APA arm posture information area (storage means)
OAP obstacle avoidance program (obstacle avoidance means)

Claims (8)

複数の回転翼を備える無人航空機に搭載されるロボットアームであって、
複数の関節部を有するアーム部と、
前記各関節部の駆動を制御するアーム制御手段と、
前記アーム部の先端に装着されたエンドエフェクタと、
前記無人航空機の機体周辺に存在する物体との距離を測定する測距手段と、
前記測距手段が検知した障害物に前記アーム部および前記エンドエフェクタが衝突しないよう前記アーム部の姿勢を制御する障害物回避手段と、を備えていることを特徴とするロボットアーム。 A robot arm mounted on an unmanned aerial vehicle having a plurality of rotor blades,
An arm portion having a plurality of joint portions;
Arm control means for controlling the driving of each joint part;
An end effector attached to the tip of the arm part;
Ranging means for measuring a distance to an object present around the fuselage of the unmanned aircraft,
An obstacle avoiding means for controlling an attitude of the arm part so that the arm part and the end effector do not collide with an obstacle detected by the distance measuring means. 前記アーム部の現在の姿勢を特定可能な情報を記憶する記憶手段をさらに備え、
前記障害物回避手段は、前記記憶手段の情報に基づいて、前記測距手段が検知した前記物体が、前記障害物か、前記アーム部または前記エンドエフェクタか、を判別可能であることを特徴とする請求項１に記載のロボットアーム。 Storage means for storing information capable of specifying the current posture of the arm unit;
The obstacle avoiding means is capable of determining whether the object detected by the distance measuring means is the obstacle, the arm unit, or the end effector based on information in the storage means. The robot arm according to claim 1. 前記障害物回避手段は、前記測距手段の測定範囲内において遠方から次第に近づいてくる前記物体を前記障害物であると判断し、前記測距手段の測定範囲内に唐突に現れた前記物体は前記アーム部または前記エンドエフェクタであると判断することを特徴とする請求項１に記載のロボットアーム。   The obstacle avoiding means determines that the object gradually approaching from a distance within the measurement range of the distance measuring means is the obstacle, and the object that appears suddenly within the measurement range of the distance measuring means is The robot arm according to claim 1, wherein the robot arm is determined to be the arm unit or the end effector. 前記複数の関節部は、互いに直交する方向へ旋回可能な二つの前記関節部を一組としたときに、三組の前記関節部を有していることを特徴とする請求項１に記載のロボットアーム。   2. The plurality of joint portions have three sets of the joint portions when the two joint portions capable of turning in directions orthogonal to each other are taken as one set. Robot arm. 前記アーム部は、前記複数の関節部で連結された複数のリンク部材を有しており、
前記複数のリンク部材は、前記アーム部の基端側から先端側に向かって、前記無人航空機の機体に結合されたベース部、肩部、上腕部、下腕部、および、前記アーム部の先端部である手首部を有しており、
前記肩部は前記ベース部に対して周方向へ回転可能に連結されており、
前記肩部および前記上腕部、前記上腕部および前記下腕部、並びに、前記下腕部および前記手首部は、互いに直交する方向へ旋回可能な二つの前記関節部により連結されていることを特徴とする請求項４に記載のロボットアーム。 The arm portion has a plurality of link members connected by the plurality of joint portions,
The plurality of link members include a base portion, a shoulder portion, an upper arm portion, a lower arm portion, and a distal end of the arm portion that are coupled to the fuselage of the unmanned aircraft from the proximal end side to the distal end side of the arm portion. Have a wrist that is
The shoulder portion is connected to the base portion so as to be rotatable in the circumferential direction,
The shoulder portion and the upper arm portion, the upper arm portion and the lower arm portion, and the lower arm portion and the wrist portion are connected by the two joint portions that can pivot in directions orthogonal to each other. The robot arm according to claim 4. 前記エンドエフェクタには、該エンドエフェクタの作業対象を撮影する撮影手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のロボットアーム。   The robot arm according to claim 1, wherein the end effector is provided with photographing means for photographing a work target of the end effector. 前記エンドエフェクタには、該エンドエフェクタの作業対象との距離を測定する測距手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のロボットアーム。   The robot arm according to claim 1, wherein the end effector is provided with distance measuring means for measuring a distance from a work target of the end effector. 複数の回転翼と、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載にロボットアームを備える無人航空機。

A plurality of rotor blades,
An unmanned aerial vehicle comprising the robot arm according to any one of claims 1 to 7.

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