JP3944171B2 - 双腕ロボット - Google Patents

Description

本発明は、一対の多関節アームを備え、瓦礫や土砂等に埋もれた人を救出する人命救助作業や、解体作業、土木作業、建設作業等を行うことができる双腕ロボットに関するものである。

従来、被災地等で瓦礫や土砂等に埋もれた人を救出するためのロボットとしては、カメラ等を備え遠隔操作で瓦礫等の下に侵入して埋もれた人を探索する例えば蛇型の探索ロボットや、自律走行して負傷した人を搬送する搬送ロボット等がある。しかしながら、瓦礫や土砂を撤去して被災者を直接救出するロボットはなく、瓦礫や土砂の撤去は現場の作業員が行うか、或いは、解体作業や土木作業、建設作業等に用いられる油圧ショベルやバックホー等の作業機械を用いていた。
このような作業機械は、クローラ或いは車輪等の走行部とその上部に機体部とを備え、機体部の前部には、通常、一機のフロント作業機を備えている。フロント作業機としては、ブーム、アーム、及びアームの先端部にバケットやグラップル等を備えたものがある。

一方、従来の作業機械は、フロント作業機が一機のみであるため、瓦礫等を撤去する作業、或いは解体作業時等において作業性や安全性に欠けるという問題があった。すなわち、バケット等を被解体物に衝突させて破壊し解体する場合等に、被解体物が安定せず、被解体物が突然崩れたり衝突の衝撃で周囲に飛んだりして安全性に欠け、作業性に欠けるという問題があった。また、建設作業や土木作業等を行う場合にも、一機のみのフロント作業機では、例えばグラップルで把持した作業対象物に対して他の作業を行う場合は、一旦その作業対象物を下ろして作業を行わなければならず、作業が煩雑であった。
このような問題を解決するために、特許文献１には「走行体を備えた下部車体に上部車体を取り付け、この上部車体の前後方向の中心線近傍に運転室を設け、前記上部車体の前部の左右両側に、多関節型の第１フロント作業機と第２フロント作業機とを取り付けた作業機械」が開示されている。

特開平１１−１８１８１５号公報

しかしながら、上記従来の技術では以下のような課題を有していた。
（１）従来の作業機械では、人命救助作業を行う場合、現場の地面が急な斜面であると機体が安定しないため安全に使用できず、現場の状況によって使用できる場合が限定されるという課題を有していた。
（２）また、従来の作業機械は、操縦者が作業機械に搭乗して操作を行う必要があるため、ガス漏れが発生している現場や二次災害の危険性がある現場では使用できなかった。
（３）特許文献１の作業機械では、上部車体の前部に２機のフロント作業機を備えているので、重心位置が車体の前側にあり安定性に欠け、特に、フロント作業機を前方に伸ばして作業する場合はさらに不安定になるという課題を有していた。
（４）また、フロント作業機を前方に伸ばした場合等には、安定をとるために一方のフロント作業機を地面に接地させなければならず、接地させたフロント作業機は作業に使用できないため、この場合、２機のフロント作業機を用いた作業ができないという課題を有していた。
（５）第１，第２フロント作業機が、ブーム、アーム、及びアームの先端部に配設されたバケットやグラップル等の第１，第２作業具により構成され、アームはブームの前方において回動するように取り付けられているので、第１，第２作業具を例えば車体の側部や後部等に移動させることができず、可動範囲が狭く作業性に欠けるという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、二次災害等の危険性がある危険な場所においても遠隔操作で人命救助作業等を行うことができ、不整地や傾斜した地面上であっても機体を安定させて一対の多関節アームによる作業を円滑に行うことができると共に、多関節アームの可動範囲が広く作業性に優れ、種々の作業、特にレスキュー作業を行うのに適した双腕ロボットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の双腕ロボットは、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載の双腕ロボットは、走行部と前記走行部の上部に配設された機体部とを備えた双腕ロボットであって、前記機体部の前部に固定されたマスト支持部と、前記マスト支持部の両端部に配設されたマスト基部に下端部が軸支され前後方向に回動自在に配設された一対のマスト部と、各々の前記マスト部の上端部に軸支され前記マスト部の上端部の外側の側部に前後方向に回動自在に配設された一対の肩部と、各々の前記肩部から延びる一対の多関節アームと、を備え、前記多関節アームが、前記肩部に上端部が軸支され左右方向に回動自在に配設された上腕部と、前記多関節アームの先端部に上下方向及び左右方向に回動自在に配設された手部と、前記肩部と前記手部の間に配設され前記多関節アームの先端側を前後方向に回動する回動軸の下部に突設された前記多関節アームの関節部となる肘部と、を備えた構成を有している。

これにより、以下のような作用を有する。
（１）機体部の前部に固定されたマスト支持部の両端部に立設された一対のマスト部と、各々のマスト部の上端部に軸支され各々のマスト部の外側の側部に前後方向に回動自在に配設された肩部と、肩部から延びる多関節アームと、を備え、多関節アームが肩部に上端部が軸支され左右方向に回動自在に配設された上腕部を備えているので、多関節アームを機体部の側部の前方から後方まで広範囲に渡って可動させることができ、多関節アームの可動範囲が広く作業性に優れる。
（２）多関節アームの可動範囲が広いので、機体部の向きを変えたり走行して場所を移動したりすることを少なくでき、狭い場所や崩れやすい建物内等であっても迅速且つ安全に作業を行うことができる。
（３）多関節アームの可動範囲が広いと共に、少なくとも６自由度以上の多関節とした場合は、解体作業や土木作業、建設作業だけでなく、瓦礫等を撤去して瓦礫の下に埋まった人を救出する人命救助作業等、種々の作業を行うことができ多用性に優れる。
（４）マスト部がマスト支持部の両端部に立設されているので、マスト部がマスト支持部を介して機体部に強固に固定されると共に、左右のマスト部及び多関節アームのバランスがとれ大型化しても安定性に優れる。
（５）多関節アームがマスト部の上端部に配設された肩部から延びているので、機体部上部の中央部に運転席を設けた場合に、運転席に着座した操作者の視界が多関節アームにより遮られることがなく、作業対象物の視認性に優れ作業性に優れる。
（６）マスト支持部の両端部に配設されたマスト基部に下端部が軸支され前後方向に回動自在に配設された一対のマスト部を備えているので、マスト部を機体部の前方に傾倒させることができ、機体部の前方の離れた位置で多関節アームによる作業を行うことができ、走行して移動することなく広範囲の作業を行うことができる。
（７）多関節アームが、先端部に上下方向及び左右方向に回動自在に配設された手部と、肩部と手部の間に配設され多関節アームの先端側を前後方向に回動する回動軸の下部に突設された肘部と、を備えているので、肘部を地面に接地させて不整地や斜面の地面上であっても機体を安定させることができると共に、肘部を地面に接地した状態で手部を可動して作業を行うことができ、不整地において前方の瓦礫を撤去して作業スペースや走行路を確保する作業等を行うことができる。

ここで、走行部としては、クローラや車輪等が用いられる。また、機体部は走行部に対して水平旋回可能とすることができる。
また、機体部上部の中央部の一対のマスト部間に運転席を設けることもできる。これにより、マスト部が運転席の両側部に立設されるので、運転席に着座した操作者の両側部をマスト部によりガードでき、例えば、解体作業時等に被解体物が側部から運転席に向けて飛んできてもマスト部により被解体物の操作者に衝突することを防ぐことができ安全性に優れる。
また、多関節アーム及び走行部は、携帯電話等の移動体通信装置や無線ＬＡＮ等を用いた遠隔操作により駆動することもでき、或いは、機体部に運転席及び操作部を配設して運転席に搭乗して操作することもできる。また、遠隔操作と運転席における操作とを適宜切り替え可能とすることもできる。

本発明の請求項２に記載の双腕ロボットは、請求項１に記載の発明において、前記多関節アームが、前記肩部に上腕部回動軸で左右方向に回動自在に配設された前記上腕部と、前記上腕部に中腕部回動軸で軸方向に回動自在に配設された中腕部と、前記中腕部に下腕部回動軸で前後方向に回動自在に配設された下腕部と、前記下腕部の前記下腕部回動軸の下部に突設された前記肘部と、前記下腕部に手首部回動軸で上下方向に回動自在に配設された手首部と、前記手首部に手部回動軸で左右方向に回動自在に配設された前記手部と、を備えた構成を有している。

この構成により、請求項１の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）多関節アームが、肩部と上腕部と中腕部と下腕部と手首部と手部とを備えているので、多関節アームを少なくとも６自由度に構成することができ、可動範囲を広くできると共に種々の作業を行うことができ、種々の用途に用いることができる。

ここで、各回動軸にその回動角を検出する回動角検出部を設けることができる。多関節アームを操作する操作制御において、回動角検出部により検出された回動軸の回動角を制御部に入力してサーボ制御を行うことができる。回動角検出部としては、回動軸に固定されたタイミングプーリと、エンコーダと、タイミングプーリとエンコーダに巻回されたタイミングベルト等が用いられる。
また、多関節アームの先端部の手部としては、挟持部を有するグラップルやバケット、３指乃至５指のもの等種々のものを用いることができる。また、手部を手首部に脱着自在とすることにより、種々の手部を取り替えて種々の作業に対応することができる。

本発明の請求項３に記載の双腕ロボットは、請求項１又は２に記載の発明において、前記多関節アームが、前記肩部を回動駆動する肩部駆動シリンダと、前記上腕部を回動駆動する上腕部駆動シリンダと、前記中腕部を回動駆動する中腕部駆動シリンダと、前記下腕部を回動駆動する下腕部駆動シリンダと、前記手首部を回動駆動する手首部駆動シリンダと、前記手部を回動駆動する手部駆動シリンダと、を備えた構成を有している。

この構成により、請求項１又は２の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）多関節アームが、肩部と上腕部と中腕部と下腕部と手首部と手部とを駆動する肩部駆動シリンダと上腕部駆動シリンダと中腕部駆動シリンダと下腕部駆動シリンダと手首部駆動シリンダと手部駆動シリンダとを備えているので、肩部、上腕部、中腕部、下腕部、手首部、手部を高トルクで回動駆動でき、重量物を持ち上げたり建物を解体したりできると共に大型化に対応できる。

ここで、各駆動シリンダとしては、油圧、水圧等の複動式シリンダが用いられる。各駆動シリンダは、油や水のタンクからポンプ及び電磁弁等を介して接続され、電磁弁を制御することにより油や水が送られ駆動される。

本発明の請求項４に記載の双腕ロボットは、請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の発明において、前記マスト部が、前記機体部の後部側に５°乃至４５°傾斜して立設された構成を有している。

この構成により、請求項１乃至３の内いずれか１項の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）マスト部が機体部の後部側に５°乃至４５°傾斜して立設されているので、重心位置を機体部の後部側とすることで、多関節アームを前方に伸ばした場合であっても機体の安定性に優れる。

ここで、マスト部の後方への傾斜角度が５°より小さくなるにより、重心位置が機体部の前部側となり機体の安定性に欠けるため好ましくない。また、４５°より大きくなるにつれ多関節アームが機体部の側部後部側に設けられることとなるため、多関節アームの機体部の前部側の可動範囲が狭くなり作業性に欠けるため好ましくない。

本発明の請求項５に記載の双腕ロボットは、請求項１乃至４の内いずれか１項に記載の発明において、前記マスト部が、前記マスト支持部の両端部上面に固設されたマスト基部と、前記マスト部の下端部に固定され前記マスト基部に前後方向に回動自在に軸支されたマスト回動軸と、前記マスト部を回動駆動するマスト部駆動シリンダと、を備えた構成を有している。

この構成により、請求項１乃至４の内いずれか１項の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）マスト部が、マスト支持部の両端部上面に固設された前記マスト基部と、マスト部の下端部に固定されマスト基部に前後方向に回動自在に軸支されたマスト回動軸と、マスト部を回動駆動するマスト部駆動シリンダと、を備えているので、マスト部駆動シリンダを駆動してマスト部を機体部の前方に傾倒させることができ、機体部の前方の離れた位置で多関節アームによる作業を行うことができ、走行して移動することなく広範囲の作業を行うことができる。

以上説明したように本発明の双腕ロボットによれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、
（１）機体部の前部に固定されたマスト支持部の両端部上面に立設された一対のマスト部と、各々のマスト部の上端部に軸支され各々のマスト部の外側の側部に前後方向に回動自在に配設された肩部と、肩部から延びる多関節アームと、を備え、多関節アームが肩部に上端部が軸支され左右方向に回動自在に配設された上腕部を備えているので、多関節アームを機体部の側部の前方から後方まで広範囲に渡って可動させることができ、多関節アームの可動範囲が広く作業性に優れる双腕ロボットを提供することができる。
（２）多関節アームの可動範囲が広いので、機体部の向きを変えたり走行して場所を移動したりすることを少なくでき、狭い場所や崩れやすい建物内等であっても迅速且つ安全に作業を行うことができる双腕ロボットを提供することができる。
（３）多関節アームの可動範囲が広いと共に、少なくとも６自由度以上の多関節とした場合は、解体作業や土木作業、建設作業だけでなく、瓦礫等を撤去して瓦礫の下に埋まった人を救出する人命救助作業等、種々の作業を行うことができ多用性に優れる双腕ロボットを提供することができる。
（４）マスト部がマスト支持部の両端部に立設されているので、マスト部がマスト支持部を介して機体部に強固に固定されると共に、左右のマスト部及び多関節アームのバランスがとれ大型化しても安定性に優れる双腕ロボットを提供することができる。
（５）多関節アームがマスト部の上端部に配設された肩部から延びているので、機体部上部の中央部に運転席を設けた場合に、運転席に着座した操作者の視界が多関節アームにより遮られることがなく、作業対象物の視認性に優れ作業性に優れる双腕ロボットを提供することができる。
（６）マスト支持部の両端部に配設されたマスト基部に下端部が軸支され前後方向に回動自在に配設された一対のマスト部を備えているので、マスト部を機体部の前方に傾倒させることができ、機体部の前方の離れた位置で多関節アームによる作業を行うことができ、走行して移動することなく広範囲の作業を行うことができる。
（７）多関節アームが、先端部に上下方向及び左右方向に回動自在に配設された手部と、肩部と手部の間に配設され多関節アームの先端側を前後方向に回動する回動軸の下部に突設された肘部と、を備えているので、肘部を地面に接地させて不整地や斜面の地面上であっても機体を安定させることができると共に、肘部を地面に接地した状態で手部を可動して作業を行うことができ、不整地において前方の瓦礫を撤去して作業スペースや走行路を確保する作業等を行うことができる双腕ロボットを提供することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、
（１）多関節アームが、肩部と上腕部と中腕部と下腕部と手首部と手部とを備えているので、多関節アームを少なくとも６自由度に構成することができ、可動範囲を広くできると共に種々の作業を行うことができ、種々の用途に用いることができる双腕ロボットを提供することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、
（１）多関節アームが、肩部と上腕部と中腕部と下腕部と手首部と手部とを駆動する肩部駆動シリンダと上腕部駆動シリンダと中腕部駆動シリンダと下腕部駆動シリンダと手首部駆動シリンダと手部駆動シリンダとを備えているので、肩部、上腕部、中腕部、下腕部、手首部、手部を高トルクで回動駆動でき、重量物を持ち上げたり建物を解体したりできると共に大型化に対応できる双腕ロボットを提供することができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の内いずれか１項の効果に加え、
（１）マスト部が機体部の後部側に５°乃至４５°傾斜して立設されているので、重心位置を機体部の後部側とすることで機体の安定性に優れる双腕ロボットを提供することができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４の内いずれか１項の効果に加え、
（１）マスト部が、マスト支持部の両端部上面に固設されたマスト基部と、マスト部の下端部に固定されマスト基部に前後方向に回動自在に軸支されたマスト回動軸と、マスト部を回動駆動するマスト部駆動シリンダと、を備えているので、マスト部駆動シリンダを駆動してマスト部を機体部の前方に傾倒させることができ、機体部の前方の離れた位置で多関節アームによる作業を行うことができ、走行して移動することなく広範囲の作業を行うことができる双腕ロボットを提供することができる。

以下、本発明の一実施の形態について、図１乃至図９を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本実施の形態１における双腕ロボットの要部正面図であり、図２は本実施の形態１における双腕ロボットの要部側面図であり、図３はマスト部の要部側面図である。
図中、１は本実施の形態１における双腕ロボット、２はクローラからなる走行部、２ａは走行部２の前部に配設された排土板、３は走行部２の上部に機体旋回軸３ａを介して旋回可能に配設された機体部、３ｂは機体部３の前部、後部、及び左右両側部に配設されたＣＣＤカメラ等の撮像部、４は機体部３の上部の略中央部に配設された運転席、５は運転席４を囲むように機体部３の上部に配設された保護フレーム部、５ａは保護フレーム部５の頂部に左右回動自在に配設された頭部、５ｂ，５ｃは頭部５ａの前部に配設された照明部及び撮像部、６は左右方向に延びる四角柱状に形成され機体部３の前部に固定されたマスト支持部、６ａはマスト支持部の前面中央部に配設された緊急停止レバー、７はマスト支持部６の両端部の上面に固設されたマスト基部、８，８′はマスト基部７に下端部が軸支され後方に５°〜４５°の所定角度傾斜して立設された一対のマスト部、８ａはマスト部８の下端部の回動軸であるマスト回動軸、９はマスト部８の上端部に軸支された肩部回動軸、１０は肩部回動軸９に固定されマスト部８の上端部の外側の側部に符号Ｂで示す方向に回動自在に配設された肩部、１１，１１′は肩部１０及び肩部１０から連設された上腕部２０、中腕部３０、下腕部４０、手首部５０、手部６０等からなる一対の多関節アームである。多関節アーム１１の詳細については後述する。１１ａ，１１ｂは手部６０の上部に配設された照明部及び撮像部、１２は下端部がマスト基部７に軸支されたマスト部駆動シリンダ、１３はマスト部８の略中間部に突設固定されたピストン軸支部、１４はピストン軸支部１３に先端部が軸支されたマスト部駆動シリンダ１２のピストン部、１５はマスト部８の略中間部に突設されたシリンダ軸支部、１６はシリンダ軸支部１５に軸支された肩部駆動シリンダ、１７は肩部駆動シリンダ１６のピストン部、１８は肩部回動軸９に直交して固定された回動リンク部、１９ａは一端部がピストン部１７に軸着され他端部が回動リンク部１８に固定された第１の補助リンク部、１９ｂは一端部が第１の補助リンク部１９ａと共にピストン部１７に軸着され他端部がマスト部８の上端部近傍に軸着された湾曲状の第２の補助リンク部である。

次に、多関節アーム１１について説明する。
図４はマスト部及び多関節アームの要部正面図であり、図５は下腕部、手首部、及び手部の要部平面図であり、図６はマスト部及び多関節アームの要部側面図であり、図７は図６のＡ−Ａ線の要部矢視断面図である。なお、図４乃至図７においては双腕ロボット１の左腕側のマスト部８及び多関節アーム１１について説明する。右腕側のマスト部８′及び多関節アーム１１′は左腕側と左右対称で同一であるので説明を省略する。
図中、２０は肩部１０の下部に符号Ｃで示す方向に回動自在に配設された上腕部、２１は上腕部２０の上端部に固定され肩部１０に軸支された上腕部回動軸、２２は肩部１０に上端部が軸支された上腕部駆動シリンダ、２３は上腕部２０の下端部に突設されたピストン軸支部、２４はピストン軸支部２３に下端部が軸支された上腕部駆動シリンダ２２のピストン部である。

また、３０は上腕部２０の下部に符号Ｄで示す方向すなわち軸方向に回動自在に配設された中腕部、３１は中腕部３０に同軸にその上端部に固定された中腕部回動軸（図６）であり、中腕部回動軸３１は上腕部２０の内部に中空状に形成された中空部３２に挿入され軸方向に回動自在に軸支されている。３３は中腕部２０の側部に突設固定されたシリンダ軸支部、３４はシリンダ軸支部３３に軸支され上腕部２０に直交して配設された中腕部駆動シリンダ、３５は中腕部駆動シリンダ３４のピストン部、３６は中腕部回動軸３１に直交して固定され先端部にピストン部３５の先端部が軸着された回動リンク部である。

また、４０は中腕部３０の下端部に符号Ｅで示す方向に回動自在に配設された下腕部、４１は下腕部４０の一端部に固定され中腕部３０の下端部に軸支された下腕部回動軸、４２は中腕部３０の側部に突設固定されたシリンダ軸支部、４３はシリンダ軸支部４２に軸支された下腕部駆動シリンダ、４４は下腕部駆動シリンダ４３のピストン部、４５は下腕部４０の基部の下腕部回動軸４１の下部に突設された肘部、４６は一端部がピストン部４４の先端部に軸着され他端部が肘部４５の先端部に軸着された第１の補助リンク部、４７は一端部が第１の補助リンク部４６と共にピストン部４４の先端部に軸着され他端部が中腕部３０に軸着された湾曲状の第２の補助リンク部である。

また、５０は下腕部４０の先端部に符号Ｆで示す方向に回動自在に配設された手首部、５１は手首部５０に固定され下腕部４０の先端部に軸支された手首部回動軸、５２は下腕部の側部に突設固定されたシリンダ軸支部、５３はシリンダ軸支部５２に軸支された手首部駆動シリンダ、５４は手首部駆動シリンダ５３のピストン部、５５は一端部が手首部回動軸５１に固定され他端部がピストン部５４の先端部に軸着されたくの字状の回動リンク部である。

また、６０は手首部５０に符号Ｇで示す方向に回動自在に配設された手部、６１は手部６０に固定され手首部５０に軸支された手部回動軸、６２は手首部５０の後端部に突設されたシリンダ軸支部、６３はシリンダ軸支部６２に軸支された手部駆動シリンダ、６４は手部駆動シリンダ６３のピストン部、６５は一端部が手部回動軸６１に固定され他端部がピストン部６４の先端部に軸着された回動リンク部、６６は手部６０の先端部に対向して配設された一対の挟持部、６７は両端部が手部６０の先端部側と各挟持部６６に軸着され手部６０と挟持部６６とを連結する平行リンクである挟持リンク部、６８は各挟持リンク部６７と手部６０と軸着する支軸６８ａに固定された連動ギア部であり、対向する連動ギア部６８は互いに歯合している。６９は手部６０の側部に突設されたシリンダ軸支部、７０はシリンダ軸支部６９に軸支された挟持部駆動シリンダ、７１は挟持部駆動シリンダ７０のピストン部、７２は一端部がピストン部７１の先端部に軸着され他端部が挟持部６６の支軸６８ａの内いずれか１の支軸６８ａに固定された回動リンク部である。

ここで、多関節アーム１１，１１′は、携帯電話等の移動体通信装置や無線ＬＡＮ等を用いた遠隔操作により駆動することもでき、或いは、運転席４に多関節アーム１１，１１′を操作するための操作部（図示せず）を設けて運転席４に搭乗して操作することもできる。操作部としては、多関節アーム１１，１１′の各々に対応した一対のジョイスティック等を用いることができる。また、遠隔操作と運転席４における操作とを切り替えて、通常は遠隔操作により操作し、非常時等に運転席４の操作部で操作することもできる。さらに、遠隔操作或いは運転席４における操作を行う場合、双腕ロボット１に設けられた撮像部５ｃ，１１ａ，３ｂで撮像した画像をリアルタイムで遠隔地の操作者に送信したり、運転席４に設けられた表示部（図示せず）に表示したりすることで、操作者は双腕ロボット１の周囲や手部６０の周囲を確認しながら円滑に且つ安全に操作を行うことができる。

以上のように構成された本実施の形態１の双腕ロボット１について、以下その動作を図を用いて説明する。
まず、マスト部を前方に傾倒させる動作について説明する。
図８はマスト部を前方に傾倒した状態を示す要部側面図である。
マスト部８を前方に傾倒させる場合は、図３に示すようにマスト部駆動シリンダ１２を駆動しピストン部１４を縮ませることによりマスト部８を前方に傾倒させる。図８に示すように、マスト部８を前方に傾倒させ、マスト部８の先端部の外側の側部に配設された多関節アーム１１により、機体部３から前方に離れた位置で作業を行うことができる。また、図８に示すように、マスト部８を傾倒させ多関節アーム１１の肘部４５を地面に接地させることにより、機体部３を安定させることができる。肘部４５を地面に接地した状態で下腕部４０、手首部５０、手部６０、挟持部６６を可動して、前方の瓦礫を撤去して作業スペースや走行路を確保する作業等を行うことができる。

次に、多関節アーム１１の動作について説明する。
図３及び図４に示すように、肩部１０を符号Ｂで示す方向に回動させるには、肩部駆動シリンダ１６を駆動しピストン部１７を伸縮させる。ピストン部１７の伸縮により第１，第２の補助リンク部１９ａ，１９ｂ及び回動リンク部１８を介して肩部回動軸９が回動し、肩部１０が肩部回動軸９を中心として回動する。
図４に示すように、上腕部２０を符号Ｃで示す方向に回動させるには、上腕部駆動シリンダ２２を駆動しピストン部２４を伸縮させる。ピストン部２４の伸縮により上腕部２０が上腕部回動軸２１を中心として回動する。
図４及び図６に示すように、中腕部３０を符号Ｄで示す方向に回動させるには、中腕部駆動シリンダ３４を駆動しピストン部３５を伸縮させる。ピストン部３５の伸縮により回動リンク部３６を介して中腕部回動軸３１が回動し、中腕部３０が中腕部回動軸３１を中心として回動する。
図６に示すように、下腕部４０を符号Ｅで示す方向に回動させるには、下腕部駆動シリンダ４３を駆動しピストン部４４を伸縮させる。ピストン部４４の伸縮により第１，第２の補助リンク部４６，４７及び肘部４５を介して下腕部４０が下腕部回動軸４１を中心として回動する。
図６に示すように、手首部５０を符号Ｆで示す方向に回動させるには、手首部駆動シリンダ５３を駆動しピストン部５４を伸縮させる。ピストン部５４の伸縮により回動リンク部５５を介して手首部回動軸５１が回動し、手首部５０が手首部回動軸５１を中心として回動する。
図５に示すように、手部６０を符号Ｇで示す方向に回動させるには、手部駆動シリンダ６３を駆動しピストン部６４を伸縮させる。ピストン部６４の伸縮により回動リンク部６５を介して手首部回動軸６１が回動し、手部６０が手首部回動軸６１を中心として回動する。
また、図５に示すように、一対の挟持部６６を近接及び離隔させる挟持動作を行うには、挟持部駆動シリンダ７０を駆動しピストン部７１を伸縮させる。ピストン部７１の伸縮により回動リンク部７２を介して支軸６８ａが回動し、支軸部６８ａの回動により挟持リンク部６７を介して一方の挟持部６６が他方の挟持部６６に近接或いは離隔する方向に平行移動する。また、支軸６８ａの回動により連動ギア部６８を介して対向する支軸６８ａが回動し、支軸部６８ａの回動により挟持リンク部６７を介して他方の挟持部６６が一方の挟持部６６に近接或いは離隔する方向に平行移動する。これにより、一対の挟持部６６が近接及び離隔する。

次に、各駆動シリンダを駆動するための油圧回路について説明する。
図９は各駆動シリンダを駆動するための油圧回路を示す回路図である。
図９において、８１は電磁弁、８２は電磁弁８１によりポート８３ａ，８３ｂを介して駆動される駆動シリンダであり、駆動シリンダ８２は、図１乃至図７で示したマスト部駆動シリンダ１２、肩部駆動シリンダ１６、上腕部駆動シリンダ２２、中腕部駆動シリンダ３４、下腕部駆動シリンダ４３、手首部駆動シリンダ５３、手部駆動シリンダ６３、挟持部駆動シリンダ７０に相当する。８４は駆動シリンダ８２のピストン部、８５は油タンク、８６は油タンク８５から吸入される油を濾過するオイルフィルタ、８７はエンジン８８により駆動され油を吐出するポンプ、８９はパワーライン９０における油圧を所定圧に維持する減圧弁、９１はリバースライン、９２はポンプ８７から油が吐出されるラインが高圧になるのを防止するためのリリーフ弁、９３，９４は圧力計、９５は逆止弁である。なお、電磁弁８１は、肩部、上腕部等の各駆動シリンダに対応して複数設けられ、各々、図９に示すようにパワーライン９０に接続されている。また、走行部２用の油圧モータや機体部３を機体旋回軸３ａを中心に旋回させる油圧モータ（図示せず）等も電磁弁８１を介してパワーライン９０に接続され、電磁弁８１の制御により駆動し、走行や旋回を行うことができる。なお、油タンク８５や複数の電磁弁８１は図１及び図２で示した機体部３に搭載され、各電磁弁８１とそれに対応する多関節アーム１１の各駆動シリンダは可撓性を有する蛇管（図示せず）等により接続されている。
図９に示すように、電磁弁８１を制御することにより駆動シリンダ８２のピストン部８４を伸縮させることができる。すなわち、電磁弁８１を制御してポート８３ａをパワーライン９０に接続することにより、ポンプ８７から吐出された油は、逆止弁９５、減圧弁８９、パワーライン９０、電磁弁８１、ポート８３ａを介して駆動シリンダ８２に流入し、ピストン部８４が伸長方向すなわち図９の右方向に移動する。駆動シリンダ８２のポート８３ｂから吐出された油は、電磁弁８１、リバースライン９１を介して油タンク８５に戻る。また、電磁弁８１を制御してポート８３ｂをパワーライン９０に接続することにより、ポンプ８７から吐出された油は、逆止弁９５、減圧弁８９、パワーライン９０、電磁弁８１、ポート８３ｂを介して駆動シリンダ８２に流入し、ピストン部８４が短縮方向すなわち図９の左方向に移動する。駆動シリンダ８２のポート８３ａから吐出された油は、電磁弁８１、リバースライン９１を介して油タンク８５に戻る。なお、パワーライン９０が予め設定された所定圧以上の高圧になると、圧力計９３によりそれを検知して減圧弁８９を作動させ所定圧に維持する。また、ポンプ８７から油が吐出されるラインが所定圧以上の高圧になると、圧力計９４によりそれを検知してリリーフ弁９２を作動させ、ポンプ８７から吐出された油を油タンク８５に戻して高圧となるのを防ぐことができる。

以上のように本実施の形態１における双腕ロボット１は構成されているので、以下のような作用を有する。
（１）電磁弁８１を制御することにより駆動シリンダ８２のピストン部８４を伸縮させ、肩部１０、上腕部２０、中腕部３０、下腕部４０、手首部５０、手部６０等を回動させ、多関節アームを可動することができる。例えば、下腕部４０を中腕部３０に対して回動させる動作、すなわち肘の屈伸動作を行うには、下腕部駆動シリンダ４３に対応する電磁弁８１を制御してポート８３ａをパワーライン９０に接続することにより、ポンプ８７から吐出された油は、逆止弁９５、減圧弁８９、パワーライン９０、電磁弁８１、ポート８３ａを介して下腕部駆動シリンダ４３に流入し、ピストン部４４が伸長する。ピストン部４４の伸長により第１，第２の補助リンク部４６，４７及び肘部４５を介して下腕部４０が下腕部回動軸４１を中心として図６の上方向に回動する。また、下腕部駆動シリンダ４３に対応する電磁弁８１を制御してポート８３ｂをパワーライン９０に接続することにより、ポンプ８７から吐出された油は、逆止弁９５、減圧弁８９、パワーライン９０、電磁弁８１、ポート８３ｂを介して下腕部駆動シリンダ４３に流入し、ピストン部４４が短縮する。ピストン部４４の短縮により第１，第２の補助リンク部４６，４７及び肘部４５を介して下腕部４０が下腕部回動軸４１を中心として図６の下方向に回動する。
（２）機体部３の前部に固定されたマスト支持部６の両端部に立設された一対のマスト部８，８′と、マスト部８，８′の上端部に軸支された肩部回動軸９と、肩部回動軸９に固定されマスト部８，８′の外側部に回動自在に配設された肩部１０と、肩部から延びる上腕部２０、中腕部３０、下腕部４０、手首部５０、手部６０からなる多関節アーム１１，１１′と、を備えているので、多関節アーム１１，１１′を機体部３の側部の前方から後方まで広範囲に渡って可動させることができ、作業時に走行部２に対して機体部３の向きを変えたり走行部２で走行して場所を移動したりすることを少なくでき、狭い場所や崩れやすい建物内等であっても迅速且つ安全に作業を行うことができる。
（３）多関節アーム１１，１１′が、肩部１０、上腕部２０、中腕部３０、下腕部４０、手首部５０、手部６０からなる６自由度に構成されると共に、マスト部８，８′がマスト支持部６の両端部上面に固設されたマスト基部７にマスト回動軸８ａで回動自在に配設され、マスト部駆動シリンダ１２により回動駆動されるので、マスト部８，８′を機体部３の前方に傾倒させ、機体部３の前方の離れた位置で６自由度の多関節アーム１１，１１′による作業を行うことができ、解体作業や土木作業、建設作業だけでなく、瓦礫等を撤去して瓦礫の下に埋まった人を救出する人命救助作業等、種々の作業を行うことができ、走行して移動することなく広範囲の作業を行うことができる。また、６自由度の多関節アーム１１，１１′の内、中腕部３０が上腕部２０に対して軸方向に回動自在に配設されているので、アームの先端部の手部６０の姿勢の自由度が高く、種々の状況に対応することができる。
（４）多関節アーム１１，１１′が肩部１０と手部６０の略中間部に肘部４５を備えているので、中腕部３０に対して下腕部４０を略直角に屈曲させ、マスト部８を傾倒させ多関節アーム１１の肘部４５を地面に接地させることにより、機体部３を安定させることができると共に、肘部４５を地面に接地した状態で下腕部４０、手首部５０、手部６０、挟持部６６を可動して、不整地において前方の瓦礫を撤去して作業スペースや走行路を確保する作業等を行うことができる。
（５）機体部３上部の中央部のマスト部８，８′間に運転席４が配設されているので、運転席４に搭乗した操作者の両側部をマスト部８，８′によりガードでき安全性に優れる。また、多関節アーム１１，１１′がマスト部８，８′の上端部に配設された肩部１０から延びているので、運転席４に着座した操作者の視界が多関節アーム１１，１１′により遮られることがなく、作業対象物の視認性に優れ作業性に優れる。
（６）多関節アーム１１，１１′が、肩部１０を駆動する肩部駆動シリンダ１６と、上腕部２０を駆動する上腕部駆動シリンダ２２と、中腕部３０を駆動する中腕部駆動シリンダ３４と、下腕部４０を駆動する下腕部駆動シリンダ４３と、手首部５０を駆動する手首部駆動シリンダ５３と、手部６０を駆動する手部駆動シリンダ６３と、挟持部６６を駆動する挟持部駆動シリンダ７０と、を備えているので、肩部１０、上腕部２０、中腕部３０、下腕部４０、手首部５０、手部６０、挟持部６６を高トルクで回動駆動でき、重量物を持ち上げたり建物を解体したりできると共に大型化に対応できる。
（７）通常時は、マスト部８，８′が機体部３の後部側に５°乃至４５°傾斜して立設されているので、重心位置を機体部の後部側に下げて機体を安定させることができる。

以上説明したように、本発明は、一対の多関節アームを備え、瓦礫や土砂等に埋もれた人を救出する人命救助作業や、解体作業、土木作業、建設作業等を行うことができる双腕ロボットに関し、特に本発明によれば、二次災害等の危険性がある危険な場所においても遠隔操作で人命救助作業等を行うことができ、不整地や傾斜した地面上であっても機体を安定させて一対の多関節アームによる作業を円滑に行うことができると共に、多関節アームの可動範囲が広く作業性に優れ、種々の作業、特にレスキュー作業を行うのに適した双腕ロボットを提供することができる。

実施の形態１における双腕ロボットの要部正面図 実施の形態１における双腕ロボットの要部側面図 マスト部の要部側面図 マスト部及び多関節アームの要部正面図 下腕部、手首部、及び手部の要部平面図 マスト部及び多関節アームの要部側面図 図６のＡ−Ａ線の要部矢視断面図 マスト部を前方に傾倒した状態を示す要部側面図 各駆動シリンダを駆動するための油圧回路を示す回路図

符号の説明

１ 双腕ロボット
２ 走行部
２ａ 排土板
３ 機体部
３ａ 機体旋回軸
３ｂ 撮像部
４ 運転席
５ 保護フレーム部
５ａ 頭部
５ｂ 照明部
５ｃ 撮像部
６ マスト支持部
６ａ 緊急停止レバー
７ マスト基部
８，８′ マスト部
８ａ マスト回動軸
９ 肩部回動軸
１０ 肩部
１１，１１′ 多関節アーム
１１ａ 照明部
１１ｂ 撮像部
１２ マスト部駆動シリンダ
１３ ピストン軸支部
１４ ピストン部
１５ シリンダ軸支部
１６ 肩部駆動シリンダ
１７ ピストン部
１８ 回動リンク部
１９ａ 第１の補助リンク部
１９ｂ 第２の補助リンク部
２０ 上腕部
２１ 上腕部回動軸
２２ 上腕部駆動シリンダ
２３ ピストン軸支部
２４ ピストン部
３０ 中腕部
３１ 中腕部回動軸
３２ 中空部
３３ シリンダ軸支部
３４ 中腕部駆動シリンダ
３５ ピストン部
３６ 回動リンク部
４０ 下腕部
４１ 下腕部回動軸
４２ シリンダ軸支部
４３ 下腕部駆動シリンダ
４４ ピストン部
４５ 肘部
４６ 第１の補助リンク部
４７ 第２の補助リンク部
５０ 手首部
５１ 手首部回動軸
５２ シリンダ軸支部
５３ 手首部駆動シリンダ
５４ ピストン部
５５ 回動リンク部
６０ 手部
６１ 手部回動軸
６２ シリンダ軸支部
６３ 手部駆動シリンダ
６４ ピストン部
６５ 回動リンク部
６６ 挟持部
６７ 挟持リンク部
６８ 連動ギア部
６９ シリンダ軸支部
７０ 挟持部駆動シリンダ
７１ ピストン部
７２ 回動リンク部
８１ 電磁弁
８２ 駆動シリンダ
８３ａ，８３ｂ ポート
８４ ピストン部
８５ 油タンク
８６ オイルフィルタ
８７ ポンプ
８８ エンジン
８９ 減圧弁
９０ パワーライン
９１ リバースライン
９２ リリーフ弁
９３，９４ 圧力計
９５ 逆止弁

Claims (5)

1. 走行部と前記走行部の上部に配設された機体部とを備えた双腕ロボットであって、
   前記機体部の前部に固定されたマスト支持部と、
   前記マスト支持部の両端部に配設されたマスト基部に下端部が軸支され前後方向に回動自在に配設された一対のマスト部と、
   各々の前記マスト部の上端部に軸支され前記マスト部の上端部の外側の側部に前後方向に回動自在に配設された一対の肩部と、
   各々の前記肩部から延びる一対の多関節アームと、
   を備え、
   前記多関節アームが、前記肩部に上端部が軸支され左右方向に回動自在に配設された上腕部と、
   前記多関節アームの先端部に上下方向及び左右方向に回動自在に配設された手部と、
   前記肩部と前記手部の間に配設され前記多関節アームの先端側を前後方向に回動する回動軸の下部に突設された前記多関節アームの関節部となる肘部と、
   を備えていることを特徴とする双腕ロボット。
2. 前記多関節アームが、前記肩部に上腕部回動軸で左右方向に回動自在に配設された前記上腕部と、前記上腕部に中腕部回動軸で軸方向に回動自在に配設された中腕部と、前記中腕部に下腕部回動軸で前後方向に回動自在に配設された下腕部と、前記下腕部の前記下腕部回動軸の下部に突設された前記肘部と、前記下腕部に手首部回動軸で上下方向に回動自在に配設された手首部と、前記手首部に手部回動軸で左右方向に回動自在に配設された前記手部と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の双腕ロボット。
3. 前記多関節アームが、前記肩部を回動駆動する肩部駆動シリンダと、前記上腕部を回動駆動する上腕部駆動シリンダと、前記中腕部を回動駆動する中腕部駆動シリンダと、前記下腕部を回動駆動する下腕部駆動シリンダと、前記手首部を回動駆動する手首部駆動シリンダと、前記手部を回動駆動する手部駆動シリンダと、を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の双腕ロボット。
4. 前記マスト部が、前記機体部の後部側に５°乃至４５°傾斜して立設されていることを特徴とする請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の双腕ロボット。
5. 前記マスト部が、前記マスト支持部の両端部上面に固設された前記マスト基部と、前記マスト部の下端部に固定され前記マスト基部に前後方向に回動自在に軸支されたマスト回動軸と、前記マスト部を回動駆動するマスト部駆動シリンダと、を備えていることを特徴とする請求項１乃至４の内いずれか１項に記載の双腕ロボット。

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