JP4781420B2 - ロボット用のプロテクトサポータ - Google Patents

Description

本発明は、人間と協働するために設計されたロボットのためのプロテクトサポータであって、人間とロボットとの協働環境の安全性と親和性を高めるプロテクトサポータに関するものである。

従来、産業用ロボットは、法律によって作業空間を分離することが義務付けられていたため、その作動中に人間と接触する可能性を省いた設計がなされていた。

しかし、２００６年に制定されたＩＳＯ１０２１８−１においては、協働運転要求事項を具備した場合、ロボットと人との協働が認められるものとなった。そのため、産業用ロボットは、その作動中に接触するかもしれない人間に対して安全な構造を必要とするようになった。さらに、人間と協働することで想定される、人間との接触や他の障害物との衝突、粉塵などにも対応できなければならないほかに、生産ライン間の移動などの場面において、人間が容易にロボットの個体を識別できる必要性も生じるようになった。

既存の産業用ロボットにおいて配線保護の必要がある場合などには、フレームや関節等に固定する、硬質のプラスティックカバーなどが使用されている。

しかし、可動範囲の大きなロボットにおいてこのようなプラスティックカバーを採用するとなると、配線を通すための構造が必要になるなどして、手先を大きく設計する必要が生じ、その結果手先の質量が大きくなるため、人間と協働するための条件が厳しくなってしまうという欠点がある。また、このようなプラスティックカバーは、頻繁に取り替えることを想定されたものではなく、汚染が激しい一方で常に清潔であることを求められる環境や、作業ロボットが担当する作業ラインの変更が多く、識別するためにその外観を頻繁に変えることが望まれる環境には適応しきれない。

それゆえ、本発明の目的は、人間と協働するためにデザインされたロボットのためのプロテクトサポータであって、ロボットの外皮構造を軽量かつ安価に構成することができ、同時に高い安全性と取替え容易性、さらに優れた個体識別性および意匠性を呈する、ロボット用のプロテクトサポータを得ることにある。

この課題は、人間と協働するロボットの少なくとも関節を覆うプロテクトサポータであって、衝撃吸収性および伸縮性を呈する衝撃吸収部を、伸縮性を呈するシート状の表層部で覆った覆帯部を備え、表層部を、ロボット側はすべりが悪い素材により、外側はすべりが良い素材により構成し、覆帯部にファスナを取り付けることで関節に対し着脱可能に構成したことを特徴とするロボット用プロテクトサポータによって解決することができる。
プロテクトサポータの表層部を、ロボット側はすべりが悪く、外側はすべりが良いものを使用して構成する構造により、ロボットに対してはずれ幅を小さく抑えることができる一方で、プロテクトサポータの上に装着されるカバーに対しては、良くすべり、カバーを引張ったり巻き込んだりすることを防止できる。

このように、外皮構造を着脱可能なプロテクトサポータにより構成したことで、従来の硬化プラスティックなどの外皮構造と比較して飛躍的に軽量かつ安価な構造となる。同時に、例えば布などの伸縮性に優れた素材を使用することで、硬質プラスティックにより構成する場合のように、ロボットの関節の動き幅を考慮して大きく構成する必要が無く、コンパクトな構造を実現できる。

好適には、衝撃吸収部に、例えば人間との接触を検知するようなセンサを配置する。このようなセンサを設けることで、例えば通常運用モード、出力制限モード、および保護停止モードなどの、モータ出力レベルに差を設けた複数の作動モードを設けた作業ロボットにおいて、このセンサが人間との接触を検知した際に信号を発し、この信号を受け取った制御装置がロボットの上記作動モードを切り替えるようなシステムとすることも可能となる。このシステムにより、人間と作業ロボットとの協働環境の安全性をより強化することができる。

以下に、図面につき本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
図面において、同一部分は同一の符号を付して示す。

図１および２に示すのは、本発明のロボット用プロテクトサポータおよびカバーの一実施例を適用するロボットの一例である双腕ロボットである。図３には、本発明プロテクトサポータの一実施例を、図４および５には本発明カバーの一実施例を示す。図６および７には、図３に示すプロテクトサポータを装着した双腕ロボット、図８および９には、図４および５に示すカバーを装着した双腕ロボットを示す。さらに、図１０には、図４および５に示すカバーの手先部分および腕部と胴部の接続部分の詳細を示す。

図１（ａ）〜（ｄ）に示すのは、本発明のプロテクトサポータおよびカバーの一実施例を適用する、双腕ロボットの形態をとった、人と協働するためにデザインされた産業用ロボットの一例の正面図、斜視図、上面図、右側面図である。図２（ａ）〜（ｃ）に示すのはその産業用ロボットの背面図、下面図、左側面図である。ここに示すように、双腕ロボット１は、胴体２と、その胴体２の上端に設けられた頭３と、その胴体２のロボット自身から見て左右側方に位置する二本の腕４と、それらの腕４の先端に設けられたエンドエフェクタとしての手５と、胴体２の下部を脚の代わりに支持する図示しない台車とを具えている。さらに胴体２には、後述のモータを冷却するための冷却ファンの吸気および排気のための通気口８と、動作モードに応じて点灯が切り替わるランプ部分１５を設ける。

さらに、各双腕ロボット１は、胴体２と各腕４の上腕４ａとの間の肩関節１０と、各腕４の上腕４ａと下腕４ｂとの間の肘関節１１と、各腕４の下腕４ｂとハンドとしての手５との間の手首関節１２とをそれぞれ具えており、肩関節１０は、胴体２の左右に突出して略ハ字状をなす肩ブラケット上にそれぞれ配置され、胴体２に対し腕４全体を軸線Ｙ２周りに相対的に左右に回動させる肩ヨー軸と、その肩ヨー軸の軸線Ｙ２と互いに直交して軸線Ｐ２を配置され、胴体２に対し腕４全体をその軸線Ｐ２周りに相対的に前後に傾動させる肩ピッチ軸とを可動軸として有している。ここで、肩ブラケットの上面は、上記軸線Ｙ１に対して斜め下方に１５度傾いて配置されていることから、各肩ヨー軸の軸線Ｙ２は、胴体２の上下方向に対して１５度傾いて、下方へ行くほど胴体２に近くなるように延在しており、それに伴い、各肩ヨー軸の軸線Ｙ２と互いに直交する各肩ピッチ軸の軸線Ｐ２も、床面に対して１５度傾いている。そして腕４の上腕４ａは、下に下げた状態で肘関節１１に近い部分ほど胴体２に近くなるように傾いて延在している。

さらに、各肘関節１１は、上腕４ａに対し下腕４ｂを、軸線Ｐ２に平行な軸線Ｐ３周りに上下に傾動させる肘ピッチ軸を可動軸として有し、また各手首関節１２は、下腕４ｂに対して手５を軸線Ｐ４周りに相対的に上下に傾動させる手首ピッチ軸と、その手５を軸線Ｐ４に直交する軸線Ｙ３周りに相対的に左右に回動させる手首ヨー軸と、下腕４ｂに対して手首ピッチ軸と手首ヨー軸とを軸線Ｒ周りにねじる手首ロール軸とを可動軸として有しており、結果として各腕４は、合計６つの可動軸、すなわち６自由度を有し、これら可動軸の軸配置により、腕捻り関節７および手首関節１２を構成し、この二本の腕４は特異点がなく自由な姿勢を作ることが可能である。なお、これらの可動軸は各々、周知のように例えばサーボモータ等のモータと例えば商品名ハーモニックドライブ等の減速機とを組み合わせた回動機構で構成されている。

図３（ａ）〜（ｄ）に示すのは本発明プロテクトサポータの一実施例であって、ロボットの左半身に装着するプロテクトサポータ一式である。右半身にはこれと対称に構成されたプロテクトサポータ一式を装着するものとする。図３（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、上腕プロテクトサポータ２１、肘下プロテクトサポータ２２、手首プロテクトサポータ２３、手先プロテクトサポータ２４である。これらのプロテクトサポータは、それぞれ図６（ａ）〜（ｄ）および図７（ａ）〜（ｃ）に示すように装着され、上腕プロテクトサポータ２１は肘関節１１を、肘下プロテクトサポータ２２は腕捻り関節７を、手首プロテクトサポータ２３は手首関節１２を、手先プロテクトサポータ２４はエンドエフェクタとしての手５を保護する。

このとき、各プロテクトサポータ２１〜２４は、例えばクロロプレンゴムなどの発泡ゴムである衝撃吸収部を、伸縮性を呈するシート状の表層部で覆ったものにより構成するものとする。この構成により、安価に衝撃吸収性能を備えたサボ一夕を構成することができる。また、プロテクトサポータの、衝撃吸収部をサンドイッチする表層部には、内側はすべりが悪く、外側はすべりが良い物を使用することで、ロボットに対するずれ幅を小さく抑えることができる。

これらのプロテクトサポータ２１〜２４は、前述の生地に例えばマジックテープ（登録商標）などの面ファスナ２５を縫製し、各関節に巻きつける構成とする。この構成により、プロテクトサポータは常に簡単に着脱可能となり、デザイン変更や経年劣化、汚染などに際して交換する際のコストを格段に低減することが可能となる。

また、人と接触しやすい部位に使用する衝撃吸収材には、例えばＫＩＮＯＴＥＸ（登録商標）などの触覚センサを配置することで、人との接触を容易に検知することができる。接触を検知した際に作動モードを切り替えるようなシステムとすることも可能であり、より安全性を強化することができる。

図４（ａ）〜（ｄ）に示すのは本発明カバーの一実施例の正面図、斜視図、上面図、右側面図である。図５（ａ）〜（ｃ）に示すのはその実施例のカバーの背面図、下面図、左側面図である。このカバー３１は、現在流通している人間用の素材で、ロボットの可動範囲に柔軟にフィットし、耐久性を有する素材により構成する。収縮可能な素材（例えばポリウレタンなど）を使用する場合には、縫製する糸も収縮可能なものを使用する。こうすることで、耐久性を向上する。反対に、収縮可能でない生地（例えばポリエステルなど）を使用する場合は、各所にプリーツ加工を施し、可動範囲に対応する。特殊な素材を使わず、現在流通している人間用の素材を使用することで、人間の作業着と同様に洗濯が可能となり、汚染の激しい環境にあっても、常に清潔に保つことができる。

また、ロボット体内でファンを使用したとき、カバー３１がフィルタ機能を補うことができ、外部からの粉塵などがロボット体内に収集することを防ぐことができる。さらに、ファンの排気および吸気のための通気口８を覆う箇所は、本実施例においてはメッシュ素材を使用した通気部３２で構成する。熱を逃がしやすくするためである。同時にデザイン性も兼ね備えることができる。また、作動モードに応じて点灯が切り替わるランプ部分１５を覆う箇所もメッシュ素材３２で構成する。可視性を保持するためである。

カバー３１のデザインは、いかようにもデザインすることができ、様々な工場やラインのデザインに合わせることができる。さらに、人間と同様に名札でロボットを管理することもできる。このような構成とすることで、本来ロボットが有する無機質なイメージを覆すことができる。それだけでなく、個体の識別性が格段に向上することで、ライン間およびライン内での個体管理も飛躍的に容易になる。

また、カバー３１が着脱容易であることから、ロボットの配置転換等により、外観を変えたい時にも迅速に対応可能である。手先３６などの注意を集めたい部位は、目立つ色の生地を使用して、一層視認性を高めることができる。また、カバー３１をクリーンエリア用に構成することで、ロボットは人間と同様に一般作業エリアからクリーンエリアに入ることができる。

図８（ａ）〜（ｄ）、および図９の（ａ）〜（ｃ）に示すのは、図３および図４に示すロボット用カバーを図１および図２に示す双腕ロボットに装着した状態である。このとき、双腕ロボットの運転中、ロボット用カバー３１が双腕ロボットに対してずれないように、双腕ロボットの肩に対応する部分に、図示しない、例えば面ファスナなどのファスナを取り付け、留めることができる構成とする。また、腰軸の旋回時にカバーが引っかからないように、紐３３でカバーの腰を絞ることができる構成とする。

このカバー３１にはさらに、図１０に示すように、背中の中央右側にジッパ３７を設け、作業者がロボットに容易にアクセスできるようにする。また、左右の手先３６にもそれぞれジッパ３８を設け、手５などのエンドエフェクタが取り付けてある状態でも容易に袖を過すことができるようにする。

以上図と共に述べた実施例は、あくまでも本発明の実施形態の例示であり、当業者は本発明の請求の範囲内で様々な変更を考え得るだろう。例えば、カバーの形態は浴衣やワイシャツのような前開きのものとしても良く、また、カバー全体をメッシュ素材としても良い。また、本発明のロボット用サポートプロテクタおよびカバーは、双方を同時に装着すると特に好適であるが、どちらか一方のみを使用する場合にも請求項の範囲に含まれる形態において充分課題を達成し得るだろう。

かくして本発明のサポートプロテクタおよびロボット用カバーによれば、人間と協働するためにデザインされたロボットにおいて、その外皮構造を軽量かつ安価に構成することができ、また、同時に高い安全性と取替え容易性、さらに優れた固体識別性および意匠性を呈することができる。

本発明のロボット用プロテクトサポータおよびカバーの一実施例を適用するロボットの一例である双腕ロボットの正面図、斜視図、上面図、右側面図である。 図１に示す双腕ロボットの背面図、下面図、左側面図である。 本発明プロテクトサポータの一実施例である。 本発明カバーの一実施例の正面図、斜視図、上面図、右側面図である。 図４に示すカバーの背面図、下面図、左側面図である。 図３に示すプロテクトサポータを装着した双腕ロボットの正面図、斜視図、上面図、右側面図である。 図３に示すプロテクトサポータを装着した双腕ロボットの背面図、下面図、左側面図である。 図４および５に示すカバーを装着した双腕ロボットの正面図、斜視図、上面図、右側面図である。 図４および５に示すカバーを装着した双腕ロボットの背面図、下面図、左側面図である。 図４および５に示すカバーの手先部分および腕部と胴部の接続部分の詳細を示す。

符号の説明

１ 双腕ロボット
２ 胴体
３ 頭
４ 腕
４ａ 上腕
４ｂ 下腕
５ 手
７ 腕捻り関節
８ 通気口
１０ 肩関節
１１ 肘関節
１２ 手首関節
１５ ランプ部分
２１ 上腕プロテクトサポータ
２２ 肘下プロテクトサポータ
２３ 手首プロテクトサポータ
２４ 手先プロテクトサポータ
３１ カバー
３２ 通気部
３３ 紐
３６ 手先
３７ ジッパ
３８ ジッパ

Claims (2)

1. 人間と協働するロボットの少なくとも関節を覆うプロテクトサポータにおいて、衝撃吸収性および伸縮性を呈する衝撃吸収部を、伸縮性を呈するシート状の表層部で覆った覆帯部を備え、前記表層部を、前記ロボット側はすべりが悪い素材により、外側はすべりが良い素材により構成し、前記覆帯部にファスナを取り付けることで前記関節に対し着脱可能に構成したことを特徴とするロボット用プロテクトサポータ。
2. 請求項１記載のプロテクトサポータにおいて、前記衝撃吸収部にセンサを配置したことを特徴とするロボット用プロテクトサポータ。

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