JP2718786B2 - 作業用ロボットの工具交換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、マニピュレータを有する作業用ロボットに
おいて、マニピュレータに対する工具交換を自動的に行
うようにした作業用ロボットの工具交換装置に関するも
のである。

（従来の技術） 最近、高圧配電線などの電気工事を行う場合、給電を
止めて停電状態にすることなく活線状態のまま作業を行
うことが多く要求されるようになっており、また、この
ような作業は、電柱の上など高所にて行われることが多
い。

そこで、従来では、このような作業を実施するにあた
って作業員が電柱に登り、ホットスティク工法などによ
り高所作業を行うようにしているが、かかる作業は感電
による落下事故などが発生する可能性があり、極めて危
険である。

このため、最近では、高所作業車上に作業用ロボット
を搭載して、マニピュレータを遠隔制御することにより
電気工事を実施するロボット工法が考えられている。こ
のようなロボット工法によれば、活線状態のまま作業を
安全に行うことができるとともに、マニピュレータの多
関節機能により広範囲にわたる作業範囲を確保できるな
どの利点がある。

ところで、このような作業用ロボットは、作業を進め
るにあたって必要とする工具類を、その都度マニピュレ
ータにセットする必要がある。このため、従来では、工
具の着脱を作業員が絶縁防具を着込んで手作業により行
ったり、遠隔制御の場合は、テレビ画面に映し出される
画像を見ながら所定位置に設定された工具箱までマニピ
ュレータを移動させ工具交換を行うようにしている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、前者は、依然として作業員が活線状況下で
作業を行うため危険を伴い、しかも、工具の交換に手間
がかかるため、ロボットシステムの稼働率向上のネック
になる欠点があった。また、後者はマニピュレータの制
御に熟練した技能を必要とするため、この種の作業を簡
単に行うことができず、ロボットシステムの普及に大き
な障害になっている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、マニピ
ュレータへの工具交換を全て自動的に行うことができ、
作業が簡単で、しかも、安全を確保でき、ロボットシス
テムの稼働率向上と普及に大いに寄与し得る作業用ロボ
ットの工具交換装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、対象作業を実行するマニピュレータに対し
て作業に必要な各種工具を収容した工具収容部を有し、
さらに、工具収容部にマニピュレータ先端部との距離デ
ータを収集する複数のセンサを設け、これらセンサから
の収集データにより工具収容部に対するマニピュレータ
先端部の三次元位置を演算するとともに、このマニピュ
レータ先端部位置と対象工具情報により指示された工具
収容部内の対象工具の収容位置を一致させるように工具
収容部の対象工具とマニピュレータ先端部の相対位置に
自動的に制御し、マニピュレータに対して工具収容部の
対象工具の着脱を自動的に行うようになっている。

（作用） 本発明によれば、工具収容部前面にマニピュレータ先
端部を対応して位置させ、作業者が作業に必要とする工
具収容部に収容された工具を指定すれば、工具収容部に
設けられた複数のセンサにより工具収容部に対するマニ
ピュレータ先端部の三次元位置が求められるとともに、
このマニピュレータ先端部位置と工具収容部内の対象工
具の収容位置を一致させるように工具収容部の対象工具
とマニピュレータ先端部の相対位置が自動的に制御され
るようになるので、マニピュレータ先端部を自動的に速
やかに対象工具に近付けることができ、これにより短時
間の作業で、能率よく対象工具の交換を行うことができ
る。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面にしたがい説明する。

第１図は同実施例の全体構成図を示すものである。図
において、１は高所作業車で、この高所作業車１の荷台
にはブーム２を介して作業台３が設けられている。この
場合、ブーム２は作業台３を昇降させるのに必要な長さ
調整および角度調整を可能にしている。

作業台３にはマニピュレータ４を設けている。このマ
ニピュレータ４は電気工事のための各種作業を行うのに
必要な所定の動きを可能にしたものである。また、作業
台３には工具箱駆動部６を介して工具箱７を設けてい
る。ここで、工具箱駆動部６は工具箱７を水平方向に移
動するためのブーム61と工具箱７を上下方向および回転
方向に移動するための支持部62を有している。また、工
具箱７は複数の工具収容棚71を有し、これら棚71に電気
工事の各種作業に必要な工具８を収容している。

工具箱７には、複数、図示例では３個の位置センサ9
1、92、93を設けている。これら位置センサ91、92、93
はマニピュレータ４の先端位置を検出するのに必要なマ
ニピュレータ４までの距離データを収集するためのもの
である。

なお、10は監視用カメラ、11は作業が行われる電柱お
よび12は作業対象の碍子である。

次に、第２図は同実施例の駆動系の概略的構成図を示
すものである。

この場合、高所作業車１と作業台３の間に設けられる
ブーム２は伸縮軸21と屈折軸22、23より構成され、作業
台３に設けられるマニピュレータ４は伸縮軸41、42、回
転軸43、44、屈折軸45、46より構成され、工具箱駆動部
６は、ブーム61が伸縮軸611と回転軸612より構成され、
支持部62が伸縮軸621と回転軸622より構成されている。

次に、第３図は同実施例の制御回路を示すものであ
る。

この場合、センサ91、92、93からの収集データと作業
に使用する工具に対応する対象工具情報13が演算部14に
与えられる。この対象工具情報13は作業者の指定により
与えられるものである。

演算部14はセンサ91、92、93より与えられる距離デー
タからマニピュレータ４先端部と工具箱７の三次元位置
を演算するもので、第４図に示すように各センサ91、9
2、93の原点からのベクトルを夫々 とするとき、先端位置をベクトル を下式より求めるようにしている。

ここで、La、Lb、Lcは各センサ91、92、93とマニピュ
レータ４先端部までの距離データ、 は各距離データLa、Lb、Lcの方向を示す方向余弦であ
る。

また、この演算部14は対象工具情報13により対象工具
が収納された工具箱７の位置を判断するとともに、この
格納位置をマニピュレータ４の先端位置に一致させるた
めの工具箱７の駆動量を演算するようになっている。

そして、演算部14からの出力は、工具箱駆動部６およ
び工具箱着脱駆動部15に与えられる。ここで、工具箱駆
動部６はブーム61および支持部62を駆動して工具箱７全
体を移動させ、対象工具の収納位置をマニピュレータ４
の先端に位置させるようにしている。また、工具箱着脱
駆動部15はマニピュレータ４先端に位置された対象工具
を自動的にマニピュレータ４に着脱するためのものであ
る。

次に、このように構成した実施例の動作を説明する。

いま、第１図に示す電柱11上に設けられる碍子12の交
換作業の場合を説明すると、まず、高所作業車１を電柱
11の下に横付けし、ブーム２の伸縮軸21と屈折軸22、23
を駆動して作業台３を作業に最適な高さに設定する。

この状態から、作業者が碍子交換作業に必要な工具を
選択するとともに、マニピュレータ４の先端部を工具箱
７の前面部に監視カメラ10より得られた画像を見ながら
粗く位置合わせすると、第５図に示すフローチャートが
実行される。

まず、ステップA1においてセンサ91、92、93にて収集
された距離データが入力される。この場合、センサ91、
92、93からのデータは、A/D変換器によりデジタル信号
に変換され、演算部14に入力される。

次いで、ステップA2に進み、演算部14によりマニピュ
レータ４の先端位置が演算される。この場合、第４図に
基づき、上述した演算式によりマニピュレータ４の先端
部と工具箱７の三次元位置が演算される。そして、ステ
ップA3に進む。

ステップA3では、作業者により予め指定された工具に
対応する対象工具情報13が入力される。すると、この対
象工具情報13に基づいて対象工具、この場合は碍子交換
作業に必要な工具81が格納された工具箱７の位置が判別
される。

次いで、ステップA4において、工具箱７の駆動量が演
算される。この場合、碍子交換作業に必要な工具81が格
納された工具箱７の位置をマニピュレータ４の先端位置
に一致させるための工具箱７の駆動量が演算され、その
演算結果が工具箱駆動部６に与えられる。すると、工具
駆動部６は、ブーム61の伸縮軸611と回転軸612および支
持部62の伸縮軸621と回転軸622を駆動して、工具箱７の
対象工具81の収容位置をマニピュレータ４の先端位置に
一致させるようになる。

そして、ステップA5により工具箱７の位置決めが完了
したことが判断されると、ステップA6に進む。ステップ
A6では、工具着脱駆動部15によりマニピュレータ４先端
への工具８の着脱が自動的に行われ、この動作の完了を
まって一連の工具交換作業を終了する。

したがって、このようにすれば、作業者が交換作業に
必要な工具を選択するとともに、マニピュレータ４の先
端部を工具箱７の前面部に粗く位置合わせ操作するのみ
で、これ以後は、対象工具情報に基づいて対応する工具
81が格納された工具箱７の位置が判別されるとともに、
該工具81が格納された工具箱７の位置をマニピュレータ
４の先端位置に一致させるための工具箱７の駆動量が演
算され、工具箱７の位置が駆動され、さらにマニピュレ
ータ４先端への工具81の着脱が自動的に行われるように
できるので、従来、作業を進めるにあたって必要とする
工具類をマニピュレータにセットする場合、作業員が絶
縁防具を着込んで手作業により行なうのに比べ、作業上
での危険性を解消できるとともに、工具交換を簡単にで
き、ロボットシステムの稼働率を高めることができ、し
かも、テレビ画面に映し出される画像を見ながら所定位
置に設定された工具箱までマニピュレータを移動させ工
具交換を行うものに比べても、マニピュレータの制御に
熟練した技能を必要とすることがなくなり、この種の作
業を簡単に行うことができ、ロボットシステムの普及に
大きく寄与することができる。

なお、本発明は上記実施例にのみ限定されず、要旨を
変更しない範囲で適宜変形して実施できる。例えば上述
の実施例では、対象工具情報に基づいて対応する工具81
が格納された工具箱７の位置が判別されたのち、該対象
工具81が格納された工具箱７の位置をマニピュレータ４
の先端位置に一致させるための工具箱７の駆動量が演算
され、駆動箱７の位置が駆動されるようになっている
が、作業に必要な対象工具81が格納された工具箱７の位
置にマニピュレータ４の先端を一致させるためマニピュ
レータ４側を駆動させるようにしてもよい。

［発明の効果］ 本発明は、工具収容部前面にマニピュレータ先端部を
対応して位置させ、作業者が作業に必要とする工具収容
部に収容された工具を指定すれば、工具収容部に設けら
れた複数のセンサにより工具収容部に対するマニピュレ
ータ先端部の三次元位置が求められるとともに、このマ
ニピュレータ先端部位置と工具収容部内の対象工具の収
容位置を一致させるように工具収容部の対象工具とマニ
ピュレータ先端部の相対位置が自動的に制御されるよう
になるので、マニピュレータ先端部を自動的に速やかに
対象工具に近付けることができ、これにより短時間の作
業で、能率よく対象工具の交換を行うことができ、ロボ
ットシステムの稼働率向上と普及に大飯に寄与すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図、第２図は
同実施例の駆動系の概略的構成図、第３図は同実施例の
制御回路図、第４図は同実施例においてセンサより与え
られる距離データからマニピュレータ先端部と工具箱の
三次元位置を演算する方法を説明するための図、第５図
は同実施例の動作を説明するためのフローチャートであ
る。 １……高所作業車、２……ブーム、３……作業台、４…
…マニピュレータ、６……工具箱駆動部、７……工具
箱、８……工具、91〜93……センサ、10……監視用カメ
ラ、11……作業電柱、12……碍子、13……対象工具情
報、14……演算部、15……工具着脱駆動部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横山 哲志 東京都港区芝浦１丁目１番１号 株式会 社東芝本社事務所内 (56)参考文献 特開 昭60−167787（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−147923（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対象作業を実行するマニピュレータと、 作業に必要な各種工具を収容した工具収容部と、 この工具収容部に設けられ上記マニピュレータ先端部と
   の距離データを収集する複数のセンサと、 これらセンサからの収集データより上記工具収容部に対
   する上記マニピュレータ先端部の三次元位置を演算する
   演算手段と、 対象工具情報に基づいて上記工具収容部に収容された対
   象工具の収容位置を判断するとともに、この対象工具収
   容位置と上記マニピュレータ先端部位置を一致させるよ
   うに上記工具収容部の対象工具とマニピュレータ先端部
   の相対位置を自動的に制御する自動制御手段と、 上記マニピュレータに対して上記工具収容部の対象工具
   の着脱を行う工具着脱駆動部と を具備したことを特徴とする作業用ロボットの工具交換
   装置。