JP2022059706A - Robot module and modular robot system - Google Patents

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    • F16S3/08Assemblies of elongated members forming frameworks, e.g. gratings

Abstract

To provide a robot module forming a high rigid modular robot system.SOLUTION: A robot module 2 forming a modular robot system includes: a first block 3 having an electric motor 36 serving as rotation driving means, the first block 3 forming a hexahedron; a second block 4 having an electric motor 46 serving as rotation driving means, the second block 4 forming a hexahedron; and a link 5 which connects the electric motor 36 of the first block 3 with the electric motor 46 of the second block 4.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ロボットモジュールと、複数のロボットモジュールから構成されるモジュール型ロボットシステムに関するものである。 The present invention relates to a robot module and a modular robot system composed of a plurality of robot modules.

従来から、人間が作業できないような過酷な環境下で作業する際に、ロボットが用いられることが多い。このようなロボットとして、同一構造の多数のユニット(ロボットモジュール)を結合/解除することで、様々な構造物を構成することが考えられている。 Traditionally, robots are often used when working in harsh environments where humans cannot work. As such a robot, it is considered to form various structures by connecting / disconnecting a large number of units (robot modules) having the same structure.

ロボットモジュールによって構成される構造物は、二次元の形状をなすものであり、各モジュールは電磁力によって互いに結合/解除できるようになっており、隣接するモジュール間の相対的な結合関係を変化させることで、構造物全体の二次元の形状を変化させることができる。 The structure composed of robot modules has a two-dimensional shape, and each module can be connected / disconnected from each other by electromagnetic force, changing the relative connection relationship between adjacent modules. This makes it possible to change the two-dimensional shape of the entire structure.

この種のロボットモジュールとして、例えば、特許文献1には、結合・離脱装置と、第1の結合部材と、第2の結合部材とを備えるとともに、両端が両結合部材の連結部に回動自在に連結する連結部材を備え、連結部材と結合部材を相対的に回転駆動する駆動装置を備えたことを特徴とする三次元構造物の自動組立体が開示されている。 As a robot module of this type, for example, Patent Document 1 includes a coupling / disconnecting device, a first coupling member, and a second coupling member, and both ends are rotatable to a coupling portion of both coupling members. Disclosed is an automatic assembly of a three-dimensional structure comprising a connecting member to be connected to and a driving device for relatively rotationally driving the connecting member and the connecting member.

特開2001-200989号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-200989

しかしながら、特許文献1に記載された従来型のロボットモジュールでは、連結部材の長さが一定となっている。そうすると、結合部材(ブロック)間の距離が一定となり、結合部材(ブロック)を回転させて互いの位置を変化させるためには、結合部材(ブロック)の形状をかまぼこ型にする必要があった。ところが、このようにブロックの形状をかまぼこ型にするとブロック間に隙間が生じるため、モジュール型ロボットシステムの全体の剛性が低くなっていた。 However, in the conventional robot module described in Patent Document 1, the length of the connecting member is constant. Then, the distance between the connecting members (blocks) becomes constant, and in order to rotate the connecting members (blocks) and change their positions with each other, it is necessary to make the shape of the connecting members (blocks) a semi-cylindrical shape. However, when the shape of the block is made into a semi-cylindrical shape in this way, a gap is created between the blocks, so that the overall rigidity of the modular robot system is low.

そこで、本発明は、剛性の高いモジュール型ロボットシステムを構成するロボットモジュールと、ロボットモジュールから構成されるモジュール型ロボットシステムと、を提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a robot module that constitutes a modular robot system with high rigidity, and a modular robot system that is composed of the robot modules.

前記目的を達成するために、本発明のロボットモジュールは、回転駆動手段を有し、六面体を構成する第1のブロックと、回転駆動手段を有し、六面体を構成する第2のブロックと、前記第1のブロックの前記回転駆動手段と前記第2のブロックの前記回転駆動手段とを連結するリンクと、を備えている。 In order to achieve the above object, the robot module of the present invention includes a first block having a rotation driving means and forming a hexahedron, a second block having a rotation driving means and forming a hexahedron, and the above. It is provided with a link connecting the rotation driving means of the first block and the rotation driving means of the second block.

このように、本発明のロボットモジュールは、回転駆動手段を有し、六面体を構成する第1のブロックと、回転駆動手段を有し、六面体を構成する第2のブロックと、第1のブロックの回転駆動手段と第2のブロックの回転駆動手段とを連結するリンクと、を備えている。このため、六面体の各面が互いに接合面となることで、全体として剛性の高いモジュール型ロボットシステムとなる。 As described above, the robot module of the present invention has a rotation driving means and has a first block constituting a hexahedron, a second block having a rotation driving means and constituting a hexahedron, and a first block. It is provided with a link connecting the rotation driving means and the rotation driving means of the second block. Therefore, each surface of the hexahedron becomes a joint surface with each other, so that the modular robot system having high rigidity as a whole is obtained.

ロボットモジュールの斜視図である。It is a perspective view of a robot module. ロボットモジュールを構成要素に分解した分解図である。It is an exploded view which disassembled a robot module into a component. リンクが延ばされた状態のロボットモジュールの斜視図である。It is a perspective view of the robot module in the state where the link is extended. リンクが縮められた状態のロボットモジュールの斜視図である。It is a perspective view of the robot module in the state where the link is shortened. 一方のブロックが回転(公転)する途中のロボットモジュールの斜視図である。It is a perspective view of a robot module in which one block is rotating (revolving). 一方のブロックが回転(公転)する途中のロボットモジュールの斜視図である。It is a perspective view of a robot module in which one block is rotating (revolving). 一方のブロックが回転(公転)を完了したロボットモジュールの斜視図である。It is a perspective view of a robot module in which one block has completed rotation (revolution). モジュール型ロボットシステムの変態について説明する斜視図である。(a)は変態前状態であり、(b)は変態途中状態であり、(c)は変態完了状態である。It is a perspective view explaining the metamorphosis of a modular robot system. (A) is a pre-metamorphosis state, (b) is a metamorphosis in progress state, and (c) is a metamorphosis complete state. モジュール型ロボットシステムの変態について説明する斜視図である。(a)は変態前状態であり、(b)は変態途中状態であり、(c)は変態完了状態である。It is a perspective view explaining the metamorphosis of a modular robot system. (A) is a pre-metamorphosis state, (b) is a metamorphosis in progress state, and (c) is a metamorphosis complete state. モジュール型ロボットシステムの変態について説明する斜視図である。(a)は変態前状態であり、(b)は変態途中状態であり、(c)は変態完了状態である。It is a perspective view explaining the metamorphosis of a modular robot system. (A) is a pre-metamorphosis state, (b) is a metamorphosis in progress state, and (c) is a metamorphosis complete state.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、以下の実施例に記載されている構成要素は例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the components described in the following examples are examples, and the technical scope of the present invention is not limited to them.

以下に説明するロボットモジュール2を、組み合わせて配置することで、後述するモジュール型ロボットシステム(1)が構成される。ロボットモジュール2は、2つのブロック3、4を、電動モータ36を用いて0~270度回転させることで、様々な形態に変化できるようになっている。そして、個々のロボットモジュール2、・・・を協調させて動作させることによって、多種・多様な全体運動が可能である自律型のモジュール型ロボットシステム(1)となる。 By arranging the robot modules 2 described below in combination, the modular robot system (1) described later is configured. The robot module 2 can be changed into various forms by rotating the two blocks 3 and 4 by 0 to 270 degrees using the electric motor 36. Then, by coordinating and operating the individual robot modules 2, ..., The autonomous modular robot system (1) is capable of a wide variety of overall movements.

さらに、本実施例のロボットモジュール2は、後述するモジュール型ロボットシステム(1)の基本単位となるロボットであり、すべてのモジュールが同一形状である均質型として使用されることを想定して開発されている。さらに、以下に説明するように、ロボットモジュール2は、個別に制御可能であり、モジュール同士の機械的結合を自律的に変更することで自己再構成(分離・再結合)することができる。 Further, the robot module 2 of this embodiment is a robot that is a basic unit of the modular robot system (1) described later, and was developed on the assumption that all the modules are used as a homogeneous type having the same shape. ing. Further, as described below, the robot module 2 can be individually controlled and can be self-reconstructed (separated / recombined) by autonomously changing the mechanical coupling between the modules.

(ロボットモジュールの構成)
まず、図1、図2を用いて本実施例のロボットモジュール2の構成を説明する。ロボットモジュール2は、図1、図2に示すように、立方体(正六面体)の第1のブロック3と、立方体(正六面体)の第2のブロック4と、第1のブロック3と第2のブロック4とを連繋するリンク5と、から構成されている。
(Robot module configuration)
First, the configuration of the robot module 2 of this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. As shown in FIGS. 1 and 2, the robot module 2 includes a first block 3 of a cube (a regular hexahedron), a second block 4 of a cube (a regular hexahedron), and a first block 3 and a second block. It is composed of a link 5 connecting the block 4 and the link 5.

このうち第1のブロック3は、各辺となるフレーム311~322によって、全体外形として剛性の高い立方体(六面体)を構成する。すなわち、第1のブロック3は、六面体の各辺をなす12本のフレーム311~322によって、骨格が形成されている。なお、本実施例では、第1のブロック3及び第2のブロック4は、フレーム構造であるとして説明したが、これに限定されるものではなく、六面体の各面がプレートによって構成された面構造であってもよい。 Of these, the first block 3 constitutes a cube (hexahedron) having high rigidity as an overall outer shape by frames 311 to 322 on each side. That is, the skeleton of the first block 3 is formed by twelve frames 311 to 322 forming each side of the hexahedron. In this embodiment, the first block 3 and the second block 4 have been described as having a frame structure, but the present invention is not limited to this, and each surface of the hexahedron is a surface structure composed of plates. It may be.

そして、これらの12本のフレーム311~322には、別のブロック(第2のブロック4又は別のロボットモジュールのブロック)の辺と接合するための接合部材としてのマグネット331~354が設置されている。すなわち、24個のマグネット331~354が、各辺をなすフレーム311~322にそれぞれ2個ずつ配置されている。なお、マグネット431~454は、永久磁石であってもよいし、電磁石であってもよい。 Then, magnets 331 to 354 as joining members for joining to the sides of another block (second block 4 or another robot module block) are installed in these 12 frames 311 to 322. There is. That is, two 24 magnets 331 to 354 are arranged in each of the frames 311 to 322 forming each side. The magnets 431 to 454 may be permanent magnets or electromagnets.

接合部材は、所定の吸着力で吸着しつつ、ブロック間の回転を可能とする構造であれば、どのような構造であってもよく、その意味で連結機構と称することもできる。例えば、一方には機械式の爪部材があり、他方には爪部材が係止される孔があってもよい。他にも、ピンとピン受孔(ボス)などの構造であってもよい。 The joining member may have any structure as long as it can rotate between blocks while being adsorbed by a predetermined suction force, and may be referred to as a connecting mechanism in that sense. For example, one may have a mechanical claw member and the other may have a hole in which the claw member is locked. In addition, it may have a structure such as a pin and a pin receiving hole (boss).

また、フレーム311~322のうち、図中の手前側の側面を構成するフレーム314、315、322、318は、ブリッジ部323を介して離間されており、リンク(5)が回転するために必要な隙間を形成するようになっている。すなわち、電動モータ36の回転軸に正対する特定の一面(フレーム314、315、322、318によって構成される面、図1では手前に向いた面)は、ブリッジ部323のみで他の部分と繋がっている。このように隙間を設けることで、リンク5は、ブリッジ部323の両側の45度(合計90度)を除いた270度の範囲で回転することができるようになっている。 Further, among the frames 311 to 322, the frames 314, 315, 322, and 318 constituting the front side surface in the drawing are separated via the bridge portion 323, and are necessary for the link (5) to rotate. It is designed to form a large gap. That is, a specific surface facing the rotation axis of the electric motor 36 (a surface composed of frames 314, 315, 322, 318, a surface facing toward the front in FIG. 1) is connected to other parts only by the bridge portion 323. ing. By providing such a gap, the link 5 can rotate in a range of 270 degrees excluding 45 degrees (90 degrees in total) on both sides of the bridge portion 323.

そして、第1のブロック3は、骨格の内部に、フレーム311~322にX字型のブラケットを介して設置される回転駆動手段としての電動モータ36と、電動モータ36を制御する回路基板37と、電動モータ36及び回路基板37へ電力を供給するバッテリ38と、を有している。したがって、第1のブロック3は、それ単体でリンク5に相対的に回転することで、第2のブロック4を第1のブロック3に対して回転(公転)させたり、第1のブロック3自体を、リンク5に対して回転(自転)させたりできる。この他、図示しないが、第1のブロック3は、通信手段をさらに備えることで遠隔操作可能となっていることも好ましい。さらに、第1のブロック3は、電動モータ36とリンク5の間に減速装置(ギヤボックス)を備えることも好ましい。 The first block 3 includes an electric motor 36 as a rotation driving means installed inside the frame 311 to 322 via an X-shaped bracket, and a circuit board 37 for controlling the electric motor 36. , And a battery 38 that supplies electric power to the electric motor 36 and the circuit board 37. Therefore, the first block 3 can rotate (revolve) the second block 4 with respect to the first block 3 by rotating itself relative to the link 5, or the first block 3 itself. Can be rotated (rotated) with respect to the link 5. In addition, although not shown, it is also preferable that the first block 3 can be remotely controlled by further providing a communication means. Further, it is also preferable that the first block 3 is provided with a speed reducing device (gear box) between the electric motor 36 and the link 5.

同様に、第2のブロック4は、各辺となるフレーム411~422によって、全体外形として剛性の高い立方体(六面体)を構成する。すなわち、第2のブロック4は、六面体の各辺をなす12本のフレーム411~422によって、骨格が形成されている。 Similarly, the second block 4 constitutes a cube (hexahedron) having high rigidity as an overall outer shape by the frames 411 to 422 on each side. That is, the skeleton of the second block 4 is formed by twelve frames 411 to 422 forming each side of the hexahedron.

そして、これらの12本のフレーム411~422には、別のブロック(第1のブロック3又は別のロボットモジュールのブロック)の辺と接合するための接合部材としてのマグネット431~454が設置されている。すなわち、24個のマグネット431~454が、各辺をなすフレーム411~422にそれぞれ2個ずつ配置されている。なお、マグネット431~454は、永久磁石であってもよいし、電磁石であってもよい。 Then, magnets 431 to 454 as joining members for joining to the sides of another block (first block 3 or a block of another robot module) are installed in these 12 frames 411 to 422. There is. That is, two 24 magnets 431 to 454 are arranged on each of the frames 411 to 422 forming each side. The magnets 431 to 454 may be permanent magnets or electromagnets.

接合部材は、所定の吸着力で吸着しつつ、ブロック間の回転を可能とする構造であれば、どのような構造であってもよく、その意味で連結機構と称することもできる。例えば、一方には機械式の爪部材があり、他方には爪部材が係止される孔があってもよい。他にも、ピンとピン受孔(ボス)などの構造であってもよい。 The joining member may have any structure as long as it can rotate between blocks while being adsorbed by a predetermined suction force, and may be referred to as a connecting mechanism in that sense. For example, one may have a mechanical claw member and the other may have a hole in which the claw member is locked. In addition, it may have a structure such as a pin and a pin receiving hole (boss).

また、フレーム411~422のうち、図中の手前側の側面を構成するフレーム414、415、422、418は、ブリッジ部423を介して離間されており、リンク(5)が回転するために必要な隙間を形成するようになっている。すなわち、電動モータ46の回転軸に正対する特定の一面(フレーム414、415、422、418によって構成される面、図1では手前に向いた面)は、ブリッジ部423のみで他の部分と繋がっている。このように隙間を設けることで、リンク5は、ブリッジ部423の両側の45度(合計90度)を除いた270度の範囲で回転することができるようになっている。 Further, among the frames 411 to 422, the frames 414, 415, 422, and 418 constituting the front side surface in the drawing are separated via the bridge portion 423 and are necessary for the link (5) to rotate. It is designed to form a large gap. That is, a specific surface facing the rotation axis of the electric motor 46 (a surface composed of frames 414, 415, 422, 418, a surface facing toward the front in FIG. 1) is connected to other parts only by the bridge portion 423. ing. By providing the gap in this way, the link 5 can rotate in a range of 270 degrees excluding 45 degrees (90 degrees in total) on both sides of the bridge portion 423.

そして、第2のブロック4は、骨格の内部に、フレーム411~422にX字型のブラケットを介して設置される回転駆動手段としての電動モータ46と、電動モータ46を制御する回路基板47と、電動モータ46及び回路基板47へ電力を供給するバッテリ48と、を有している。したがって、第2のブロック4は、それ単体でリンク5に相対的に回転することで、第1のブロック3を第2のブロック4に対して回転(公転)させたり、第2のブロック4自体を、リンク5に対して回転(自転)させたりできる。この他、図示しないが、第2のブロック4は、通信手段をさらに備えることで遠隔操作可能となっていることも好ましい。さらに、第2のブロック4は、電動モータ46とリンク5の間に減速装置(ギヤボックス)を備えることも好ましい。 The second block 4 includes an electric motor 46 as a rotation driving means installed inside the frame 411 to 422 via an X-shaped bracket, and a circuit board 47 for controlling the electric motor 46. It has a battery 48 that supplies electric power to the electric motor 46 and the circuit board 47. Therefore, the second block 4 can rotate (revolve) the first block 3 with respect to the second block 4 by rotating itself relative to the link 5, or the second block 4 itself. Can be rotated (rotated) with respect to the link 5. In addition, although not shown, it is also preferable that the second block 4 can be remotely controlled by further providing a communication means. Further, it is also preferable that the second block 4 is provided with a speed reducing device (gear box) between the electric motor 46 and the link 5.

リンク5は、第1のブロック3の電動モータ36の回転軸と、第2のブロック4の電動モータ46の回転軸と、を連結している。すなわち、リンク5は、2つの電動モータ36、46に固定されている。このため、これらの電動モータ36、46を回転させることで、第1のブロック3又は第2のブロック4を移動(公転)させたり、第1のブロック3又は第2のブロック4を回転(自転)させたりできる。そして、本実施例のリンク5は、鞘状(筒状)に形成される外部材51と、外部材51の内部に挿脱自在に嵌め込まれる内部材52と、を備えていることで、伸縮自在に構成されている。 The link 5 connects the rotation shaft of the electric motor 36 of the first block 3 and the rotation shaft of the electric motor 46 of the second block 4. That is, the link 5 is fixed to the two electric motors 36 and 46. Therefore, by rotating these electric motors 36, 46, the first block 3 or the second block 4 can be moved (revolved), or the first block 3 or the second block 4 can be rotated (rotated). ) Can be done. The link 5 of the present embodiment includes an outer member 51 formed in a sheath shape (cylindrical shape) and an inner member 52 that is removably fitted inside the outer member 51, thereby expanding and contracting. It is freely configured.

より具体的に言うと、図3に示すように、リンク5が伸びた状態―すなわち、外部材51と内部材52のラップ長が少ない状態―では、第1のブロック3と第2のブロック4が正六面体の辺の長さの√2倍離れている。したがって、電動モータ36(46)の回転によってリンク5が回転してリンク5が伸ばされた状態であれば、第1のブロック3と第2のブロック4が、隅角部を乗り越えて相対的に回転できる。 More specifically, as shown in FIG. 3, in the state where the link 5 is extended-that is, the lap length of the outer member 51 and the inner member 52 is small-the first block 3 and the second block 4 Is √2 times the length of the sides of a regular hexahedron. Therefore, if the link 5 is rotated by the rotation of the electric motor 36 (46) and the link 5 is extended, the first block 3 and the second block 4 get over the corner portion and are relatively relative to each other. Can rotate.

他方、図4に示すように、リンク5が縮んだ状態―すなわち、外部材51と内部材52のラップ長が多い状態―では、第1のブロック3と第2のブロック4が正六面体の辺の長さの1倍離れている。したがって、電動モータ36(46)が回転せずにリンク5が縮んだ状態であれば、第1のブロック3と第2のブロック4が、隅角部を乗り越えて相対的に回転できない。 On the other hand, as shown in FIG. 4, in the state where the link 5 is contracted-that is, the state where the outer member 51 and the inner member 52 have a large lap length-the first block 3 and the second block 4 are the sides of the regular hexahedron. Is one times as long as the length of. Therefore, if the electric motor 36 (46) does not rotate and the link 5 is in a contracted state, the first block 3 and the second block 4 cannot rotate relatively over the corner portion.

なお、ここではリンク5には伸縮するための特別な動力がないものとして説明したが、これに限定されるものではなく、リンク5は伸縮するための動力を搭載することもできる。例えば、外部材51にラックが取り付けられ、内部材52側に支承されたピニオンギヤの回転によって伸縮する構造とすることができる。 Although it has been described here that the link 5 does not have a special power for expanding and contracting, the present invention is not limited to this, and the link 5 may be equipped with a power for expanding and contracting. For example, the rack can be attached to the outer member 51 and can be expanded and contracted by the rotation of the pinion gear supported on the inner member 52 side.

(変態動作について)
次に、図4~図7を用いて、本実施例のロボットモジュール2の変態動作について説明する。ここでは、一例として、第1のブロック3が、第2のブロック4の真横から、第2のブロック4の真上まで移動(図中では右回りに回転)する例について説明する。
(About metamorphosis)
Next, the transformation operation of the robot module 2 of this embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 7. Here, as an example, an example in which the first block 3 moves from the side of the second block 4 to the top of the second block 4 (rotates clockwise in the figure) will be described.

図4に示す初期の状態では、第1のブロック3が第2のブロック4の真横に位置しており、リンク5は横向きになっている。また、第1のブロック3のフレーム311と、第2のブロック4のフレーム413が互いに隣接した状態となっている。この状態では、リンク5の回転軸から回転軸までの長さは、最短状態―すなわち正六面体の辺と同一の長さ―となっている。電動モータ36、46は、いずれも回転していない。 In the initial state shown in FIG. 4, the first block 3 is located right next to the second block 4, and the link 5 is oriented sideways. Further, the frame 311 of the first block 3 and the frame 413 of the second block 4 are in a state of being adjacent to each other. In this state, the length from the rotation axis of the link 5 to the rotation axis is the shortest state-that is, the same length as the side of the regular hexahedron. Neither the electric motors 36 and 46 are rotating.

図4の初期の状態から、第2のブロック4の電動モータ46を図中で右回りに回転させることで、図5に示すように、リンク5も右回りに回転する。そうすると、このリンク5の回転に伴って、第1のブロック3は、フレーム311とフレーム413の接線を回転中心として、右回りに回転する。そして、このようにリンク5及び第1のブロック3が回転する際には、リンク5が伸びることでこの回転を可能としている。逆に言うと、リンク5が伸びなければ、回転は不可能となる。 By rotating the electric motor 46 of the second block 4 clockwise in the figure from the initial state of FIG. 4, the link 5 also rotates clockwise as shown in FIG. Then, with the rotation of the link 5, the first block 3 rotates clockwise with the tangent line of the frame 311 and the frame 413 as the center of rotation. When the link 5 and the first block 3 rotate in this way, the link 5 extends to enable this rotation. Conversely, if the link 5 does not extend, rotation is impossible.

この図5に示す途中の状態(回転角度45度以下)では、第1のブロック3が第2のブロック4の斜め上に位置している。この状態では、リンク5の回転軸から回転軸までの長さは、最短状態―すなわち正六面体の辺と同一の長さ―よりも長く、最長状態―すなわち正六面体の辺の√2倍の長さ―よりも短くなっている。 In the middle state (rotation angle 45 degrees or less) shown in FIG. 5, the first block 3 is located diagonally above the second block 4. In this state, the length from the axis of rotation of the link 5 to the axis of rotation is longer than the shortest state-that is, the same length as the side of the regular hexahedron-and the longest state-that is, √2 times the length of the side of the regular hexahedron. It's shorter than that.

図5の途中の状態から、電動モータ46をさらに回転させると、リンク5がさらに回転して、第1のブロック3が第2のブロック4の斜め45度上に位置する状態となる。この状態では、リンク5の回転軸から回転軸までの長さは、最長状態―すなわち正六面体の辺の√2倍の長さ―となっている。図4に示す初期の状態から図6に示す斜め45度上の状態までは、リンク5は徐々に伸びていき、この後、図6に示す状態から図7に示す完了状態までは、リンク5は徐々に縮んでいく。 When the electric motor 46 is further rotated from the state in the middle of FIG. 5, the link 5 is further rotated, and the first block 3 is positioned at an angle of 45 degrees above the second block 4. In this state, the length from the rotation axis of the link 5 to the rotation axis is the longest state-that is, √2 times the length of the side of the regular hexahedron. The link 5 gradually extends from the initial state shown in FIG. 4 to the state at an angle of 45 degrees shown in FIG. 6, and then the link 5 is extended from the state shown in FIG. 6 to the completed state shown in FIG. Gradually shrinks.

図6の途中の状態から、第2のブロック4の電動モータ46を、さらに図中で右回りに回転させることで、図7に示すように、リンク5も右回りに回転する。そうすると、このリンク5の回転に伴って、第1のブロック3は、フレーム311とフレーム413の接線を回転中心として、さらに右回りに回転する。そして、このようにリンク5及び第1のブロック3が回転する際には、リンク5が伸びることでこの回転を可能としている。逆に言うと、リンク5が伸びなければ、回転は不可能となる。 By further rotating the electric motor 46 of the second block 4 clockwise in the figure from the state in the middle of FIG. 6, the link 5 also rotates clockwise as shown in FIG. Then, with the rotation of the link 5, the first block 3 further rotates clockwise with the tangent line of the frame 311 and the frame 413 as the rotation center. When the link 5 and the first block 3 rotate in this way, the link 5 extends to enable this rotation. Conversely, if the link 5 does not extend, rotation is impossible.

その後、図6の途中の状態から図7の完了状態まで変形する途中に、第1のブロック3の電動モータ36は、右回りに90度回転(自転)するようにされている。このように、第1のブロック3が第2のブロック4の周りに回転(=公転)する際には、同時に第1のブロック3は回転(=自転)するようになっている。このように公転するブロックが自転することで、次の動作に支障がない状態(ブリッジ部323、423が対峙する状態)となる。 After that, while transforming from the state in the middle of FIG. 6 to the completed state of FIG. 7, the electric motor 36 of the first block 3 is configured to rotate (rotate) 90 degrees clockwise. In this way, when the first block 3 rotates (= revolves) around the second block 4, the first block 3 rotates (= rotates) at the same time. By rotating the revolving block in this way, the next operation is not hindered (the bridge portions 323 and 423 face each other).

そして、図7に示す完了状態では、第1のブロック3が第2のブロック4の真上に位置しており、リンク5は縦向きになっている。この状態では、リンク5の回転軸から回転軸までの長さは、最短状態―すなわち正六面体の辺と同一の長さ―となっている。なお、電動モータ36、46は、いずれも回転していない。 Then, in the completed state shown in FIG. 7, the first block 3 is located directly above the second block 4, and the link 5 is oriented vertically. In this state, the length from the rotation axis of the link 5 to the rotation axis is the shortest state-that is, the same length as the side of the regular hexahedron. The electric motors 36 and 46 are neither rotating.

(モジュール型ロボットシステム)
次に、図8~図10を用いて、モジュール型ロボットシステム1の構成について説明する。モジュール型ロボットシステム1は、複数のロボットモジュール2、・・・から構成される。ここでは、最も簡単な例として、2つのロボットモジュール2A、2Bから構成されるモジュール型ロボットシステム1について説明する。
(Modular robot system)
Next, the configuration of the modular robot system 1 will be described with reference to FIGS. 8 to 10. The modular robot system 1 is composed of a plurality of robot modules 2, .... Here, as the simplest example, a modular robot system 1 composed of two robot modules 2A and 2B will be described.

本実施例のモジュール型ロボットシステム1では、図8(a)に示すように、2つのロボットモジュール2A、2Bが、リンク5、5の回転面を同一方向に揃えて配置されている。したがって、この回転面の面内で変形が実施される。以下では、左側のロボットモジュール2Aが、右側のロボットモジュール2Bを超えて右側へ移動する場合の変形例について説明する。 In the modular robot system 1 of this embodiment, as shown in FIG. 8A, the two robot modules 2A and 2B are arranged so that the rotating surfaces of the links 5 and 5 are aligned in the same direction. Therefore, the deformation is carried out in the plane of this rotating surface. Hereinafter, a modified example in which the robot module 2A on the left side moves beyond the robot module 2B on the right side to the right side will be described.

具体的には、図8(a)~(c)に示すように、はじめに、左側のロボットモジュール2Aの第1のブロック3Aが、第2のブロック4Aの上に移動する。この際には、第2のブロック4Aの電動モータ(46)が回転することでリンク5Aが右回りに回転する。 Specifically, as shown in FIGS. 8A to 8C, first, the first block 3A of the robot module 2A on the left side moves onto the second block 4A. At this time, the link 5A rotates clockwise by the rotation of the electric motor (46) of the second block 4A.

途中、リンク5Aは、回転角度にして0度~45度までは延び、45度~90度までは縮む。すなわち、電動モータ46がリンク5Aにモーメントを与えることで、第1のブロック3Aは、右上の辺を中心として回転しようとするが、これに伴ってリンク5Aが伸ばされる。加えて、第1のブロック3Aの電動モータ36が回転することで、第1のブロック3Aはブリッジ部323が最上部に位置するように自転する。 On the way, the link 5A extends from 0 degrees to 45 degrees and contracts from 45 degrees to 90 degrees in terms of rotation angle. That is, when the electric motor 46 gives a moment to the link 5A, the first block 3A tries to rotate about the upper right side, and the link 5A is extended accordingly. In addition, the rotation of the electric motor 36 of the first block 3A causes the first block 3A to rotate so that the bridge portion 323 is located at the uppermost portion.

続いて、図8(c)~図9(a)に示すように、左側のロボットモジュール2Aの第1のブロック3Aが、右側のロボットモジュール2Bの第1のブロック3Bの右に移動する。そして、図9(a)~(c)に示すように、左側のロボットモジュール2Aの第1のブロック3Aが、右側のモジュール2Bの第2のブロック4Bの上に移動する。 Subsequently, as shown in FIGS. 8 (c) to 9 (a), the first block 3A of the robot module 2A on the left side moves to the right of the first block 3B of the robot module 2B on the right side. Then, as shown in FIGS. 9A to 9C, the first block 3A of the robot module 2A on the left side moves onto the second block 4B of the module 2B on the right side.

その後、図10(a)~図10(b)に示すように、左側のロボットモジュール2Aの第2のブロック4Aが、右側のロボットモジュール2Bの第2のブロック4Bの右に移動する。最後に、図10(b)~(c)に示すように、左側のロボットモジュール2Aの第1のブロック3Aが、左側のモジュール2Aの第2のブロック4Aの右に移動する。 After that, as shown in FIGS. 10A to 10B, the second block 4A of the robot module 2A on the left side moves to the right of the second block 4B of the robot module 2B on the right side. Finally, as shown in FIGS. 10B to 10C, the first block 3A of the robot module 2A on the left side moves to the right of the second block 4A of the module 2A on the left side.

(効果)
次に、本実施例のロボットモジュール2(2A、2B)等の奏する効果を列挙して説明する。
(effect)
Next, the effects of the robot modules 2 (2A, 2B) and the like of this embodiment will be listed and described.

(1)上述してきたように、本実施例のロボットモジュール2は、回転駆動手段としての電動モータ36を有し、六面体を構成する第1のブロック3と、回転駆動手段としての電動モータ46を有し、六面体を構成する第2のブロック4と、第1のブロック3の電動モータ36と第2のブロック4の電動モータ46とを連結するリンク5と、を備えている。このため、六面体の各面が互いに接合面となることで、全体として剛性の高いモジュール型ロボットシステム1を構築できる。 (1) As described above, the robot module 2 of this embodiment has an electric motor 36 as a rotation driving means, and has a first block 3 constituting a hexahedron and an electric motor 46 as a rotation driving means. It has a second block 4 that constitutes a hexahedron, and a link 5 that connects the electric motor 36 of the first block 3 and the electric motor 46 of the second block 4. Therefore, since each surface of the hexahedron becomes a joint surface with each other, it is possible to construct a modular robot system 1 having high rigidity as a whole.

(2)また、リンク5は、伸縮自在に構成されていることによって、第1のブロック3と第2のブロック4が相対的に移動(回転)でき、かつ、移動後には正六面体の面どうしが接することで全体の剛性を高めることができる。 (2) Further, since the link 5 is configured to be expandable and contractible, the first block 3 and the second block 4 can be relatively moved (rotated), and after the movement, the faces of the regular hexahedrons can be moved to each other. The overall rigidity can be increased by contacting with.

(3)さらに、第1のブロック3及び第2のブロック4は、別のロボットモジュール(2)の六面体の辺と接合するための接合部材としてのマグネット331-354(431-454)を六面体の辺に有している。このような構成によれば、ブロック3、4が移動(公転)する際の支点を構成でき、かつ、移動後には接合面間の吸着によって全体の剛性を高めることができる。 (3) Further, the first block 3 and the second block 4 have a hexahedron magnet 331-354 (431-454) as a joining member for joining with the side of the hexahedron of another robot module (2). I have it on the side. According to such a configuration, it is possible to form a fulcrum when the blocks 3 and 4 move (revolve), and after the movement, the overall rigidity can be increased by suction between the joint surfaces.

(4)また、第1のブロック3及び第2のブロック4は、接合部材としてのマグネット331-354(431-454)を六面体の全ての辺に有していることで、すべての面を接合に使用することができる。つまり、このロボットモジュール2は、複数のロック面を有するため、相手ブロックの横面や上面に自由にロックさせることが可能である。 (4) Further, the first block 3 and the second block 4 have magnets 331-354 (431-454) as joining members on all sides of the hexahedron to join all the faces. Can be used for. That is, since the robot module 2 has a plurality of locking surfaces, it can be freely locked to the side surface or the upper surface of the mating block.

(5)さらに、第1のブロック3及び第2のブロック4は、回転駆動手段としての電動モータ36(46)と、電動モータ36(46)を制御する回路基板37(47)と、電動モータ36(46)及び回路基板37(47)へ電力を供給するバッテリ38(48)と、を有している。このような構成によれば、ロボットモジュール2を個別に制御可能であり、モジュール同士の機械的結合を自律的に変更することで自己再構成(分離・再結合)することができる。 (5) Further, the first block 3 and the second block 4 include an electric motor 36 (46) as a rotation driving means, a circuit board 37 (47) for controlling the electric motor 36 (46), and an electric motor. It has a battery 38 (48) that supplies power to the 36 (46) and the circuit board 37 (47). According to such a configuration, the robot modules 2 can be individually controlled, and self-reconstruction (separation / recombination) can be performed by autonomously changing the mechanical coupling between the modules.

(6)また、第1のブロック3及び第2のブロック4は、電動モータ36の回転軸に正対する六面体の特定の一面がブリッジ部323(423)を介して離間されて、リンク5が回転するための隙間を形成するようにされていることで、リンク5が0度~270度の広い可動範囲を回転できるようになる。 (6) Further, in the first block 3 and the second block 4, a specific surface of the hexahedron facing the rotation axis of the electric motor 36 is separated via the bridge portion 323 (423), and the link 5 rotates. By forming a gap for the link 5, the link 5 can rotate in a wide movable range of 0 to 270 degrees.

(7)さらに、第1のブロック3及び第2のブロック4は、別のロボットモジュールに対する接合面を変えることができるように、自転できるようにされていることで、常に最適な回転位置(姿勢)を維持して、その後の変態(公転・自転)に備えることができるようになっている。 (7) Further, the first block 3 and the second block 4 are made to rotate so that the joint surface with respect to another robot module can be changed, so that the optimum rotation position (posture) is always maintained. ) Is maintained, and it is possible to prepare for the subsequent metamorphosis (revolution / rotation).

(8)そして、本実施例のモジュール型ロボットシステム1は、上述した複数のロボットモジュール2、・・・を、全てのリンク5、・・・の回転面を同一方向に揃えて配置することで、全体として変形可能な二次元構造を構成することが可能である。つまり、X-Z平面にロボットモジュール2を配置すれば、X-Z平面の2次元の移動が可能となる。 (8) Then, in the modular robot system 1 of the present embodiment, the plurality of robot modules 2 and ... described above are arranged by aligning the rotating surfaces of all the links 5 and ... in the same direction. , It is possible to construct a deformable two-dimensional structure as a whole. That is, if the robot module 2 is arranged on the XZ plane, it is possible to move the robot module 2 on the XZ plane in two dimensions.

(9)他方で、別実施例のモジュール型ロボットシステム(1)は、上述した複数のロボットモジュール2、・・・を、少なくとも1つのリンク5の回転面を他のリンク5、・・・の回転面と方向を変えて配置することで、全体として変形可能な三次元構造を構成することも可能である。つまり、X-Z平面だけでなく、X-Y平面にもロボットモジュール2を配置すれば、Z-Z平面とX-Y平面を合わせた3次元の移動が可能となる。 (9) On the other hand, in the modular robot system (1) of another embodiment, the above-mentioned plurality of robot modules 2, ... By arranging the rotating surface in a different direction, it is possible to construct a three-dimensional structure that can be deformed as a whole. That is, if the robot module 2 is arranged not only on the XY plane but also on the XY plane, it is possible to move in three dimensions by combining the ZZ plane and the XY plane.

以上、図面を参照して、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and design changes to the extent that the gist of the present invention is not deviated are made in the present invention. included.

例えば、実施例のロボットモジュール2は、ブリッジ部323(423)を有するために、0度~270度の範囲を回転する仕様であったが、これに限定されるものではなく、中空シャフト等を用いた回転可能な接続構造を有していれば回転範囲を制限されることなく回転可能となる。 For example, the robot module 2 of the embodiment has a specification of rotating in a range of 0 degrees to 270 degrees because it has a bridge portion 323 (423), but the specification is not limited to this, and a hollow shaft or the like can be used. If it has the rotatable connection structure used, it can rotate without limiting the rotation range.

1 :モジュール型ロボットシステム
2、2A、2B:ロボットモジュール
3、3A、3B:第1のブロック
4、4A、4B:第2のブロック
5、5A、5B:リンク
51 :外部材
52 :内部材
36、46:電動モータ
37、47:回路基板
38、48:バッテリ
311-322:フレーム
323 :ブリッジ部
331-354:マグネット
411-422:フレーム
423 :ブリッジ部
431-454:マグネット
1: Modular robot system 2, 2A, 2B: Robot module 3, 3A, 3B: First block 4, 4A, 4B: Second block 5, 5A, 5B: Link 51: Outer member 52: Inner member 36 , 46: Electric motor 37, 47: Circuit board 38, 48: Battery 311-322: Frame 323: Bridge part 331-354: Magnet 411-422: Frame 423: Bridge part 431-454: Magnet

Claims (9)

回転駆動手段を有し、六面体を構成する第1のブロックと、
回転駆動手段を有し、六面体を構成する第2のブロックと、
前記第1のブロックの前記回転駆動手段と前記第2のブロックの前記回転駆動手段とを連結するリンクと、を備える、ロボットモジュール。
A first block having a rotation driving means and constituting a hexahedron,
A second block having a rotation driving means and constituting a hexahedron,
A robot module comprising a link connecting the rotation driving means of the first block and the rotation driving means of the second block.
前記リンクは、伸縮自在に構成されている、請求項1に記載されたロボットモジュール。 The robot module according to claim 1, wherein the link is stretchably configured. 前記第1のブロック及び前記第2のブロックは、別のロボットモジュールの六面体の辺と接合するための接合部材を六面体の辺に有している、請求項1又は請求項2に記載された、ロボットモジュール。 The first block and the second block according to claim 1 or 2, wherein the first block and the second block have a joining member on the side of the hexahedron for joining with the side of the hexahedron of another robot module. Robot module. 前記第1のブロック及び前記第2のブロックは、前記接合部材を六面体の全ての辺に有している、請求項3に記載された、ロボットモジュール。 The robot module according to claim 3, wherein the first block and the second block have the joining member on all sides of the hexahedron. 前記第1のブロック及び前記第2のブロックは、回転駆動手段としての電動モータと、前記電動モータを制御する回路基板と、前記電動モータ及び前記回路基板へ電力を供給するバッテリと、を有する、請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載された、ロボットモジュール。 The first block and the second block include an electric motor as a rotation driving means, a circuit board for controlling the electric motor, and a battery for supplying electric power to the electric motor and the circuit board. The robot module according to any one of claims 1 to 4. 前記第1のブロック及び前記第2のブロックは、前記電動モータの回転軸に正対する六面体の特定の一面がブリッジ部を介して離間されて、前記リンクが回転するための隙間を形成するようにされている、請求項5に記載された、ロボットモジュール。 In the first block and the second block, a specific surface of a hexahedron facing the rotation axis of the electric motor is separated via a bridge portion so as to form a gap for the link to rotate. The robot module according to claim 5. 前記第1のブロック及び前記第2のブロックは、別のロボットモジュールに対する接合面を変えることができるように、自転できるようにされている、請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載された、ロボットモジュール。 The first block and the second block are made to rotate so that the joint surface with respect to another robot module can be changed, according to any one of claims 1 to 6. The robot module. 複数の請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載されたロボットモジュールを、全ての前記リンクの回転面を同一方向に揃えて配置することで、全体として変形可能な二次元構造を構成するようにされた、モジュール型ロボットシステム。 By arranging the plurality of robot modules according to any one of claims 1 to 7 so that the rotating surfaces of all the links are aligned in the same direction, a deformable two-dimensional structure is configured as a whole. Modular robot system designed to do. 複数の請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載されたロボットモジュールを、少なくとも1つの前記リンクの回転面を他の前記リンクの回転面と変えて配置することで、全体として変形可能な三次元構造を構成するようにされた、モジュール型ロボットシステム。 The robot module according to any one of claims 1 to 7 can be deformed as a whole by arranging the robot module according to any one of claims 1 to 7 so that the rotating surface of at least one of the links is different from the rotating surface of the other links. A modular robot system designed to form a three-dimensional structure.
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