JP5384955B2 - ハンドル回転操作装置 - Google Patents

Description

この発明は、ノブ型ハンドルおよびレバー型ハンドルの回転操作を一種類のハンドで行うハンドル回転操作装置に関するものである。

従来のロボットアームとしては、例えば特許文献１記載のもの等が知られており、このような従来のロボットアームでノブ型ハンドルおよびレバー型ハンドルの回転操作を行う場合、ハンドルをテレビカメラで撮像し、ハンドルの回転軸を画像処理等で正確に検出し、ロボットアームの各関節の動作量を計算で求め、ロボットアームのハンドでハンドルを把持した後にその求めた動作量分各関節を駆動してハンドルを回転させたり、ロボットアームのハンドを専用治具に交換してその専用治具でハンドルを回転させたりしている。

特開２００８−２００８４７号公報、図５

しかしながら上記従来の方法では、回転軸を判定するのに画像処理等を用いるためコストが嵩み、ロボットアームの制御が煩雑であり、しかも図７（ａ）に示すように、ハンド１を持つロボットアーム２を支持するロボット本体３が移動式の場合、位置精度をさほど高くできないので、ハンドルＫＨの回転軸Ｃと、ハンド１を駆動するロボットアーム２の回転軸ＣＡとを平行にするのが困難で、それらの軸Ｃ，ＣＡがねじれの位置になってハンドルＫＨの回転がうまくいかないことが多いという問題がある。しかもハンドルには、図７（ｂ）に示す如きノブ型ハンドルＫＨと、図７（ｃ）に示す如きレバー型ハンドルＬＨとがあり、これらを共通のハンド１で回転させようとすると従来はハンド１の動きが異なってくるが、制御の簡易化の点からハンド１の動きを共通化する方が望ましい。

ところで、図８（ａ）は、回転軸Ｃの位置が拘束されていない単独のレバー型ハンドルＬＨをハンド１で把持してロボットアーム２で回転させる場合を示しており、この場合、ハンドルＬＨの回転軸Ｃの位置がハンド１を中心として旋回することになる。一方、図８（ｂ）は、回転軸Ｃの位置が拘束されているレバー型ハンドルＬＨを回転させる場合を示しており、この場合、ロボット本体３の方が移動すれば良いことになる。従って、ハンド１の回転のみを拘束し、ロボットアーム２側は外力で自由に動けるようにすれば、ハンド１でレバー型ハンドルＬＨを容易に回転軸Ｃ周りに回転させることができ、ハンド１でノブ型ハンドルＫＨを回転させるのはさらに容易である。

この発明は、上述の知見に鑑みて従来の方法の課題を有利に解決したものであり、この発明のハンドル回転操作装置は、ノブ型ハンドルおよびレバー型ハンドルの回転操作を一種類のハンドで行うハンドル回転操作装置において、前記ノブ型ハンドルおよびレバー型ハンドルを選択的に把持可能な前記ハンドと、少なくとも３自由度のロボットアームと、前記ロボットアームの先端部に設けられ、前記ハンドを回転させるハンド回転機構であって、ハンド回転用モータと、互いに連結された二つの自在継手とを結合して有し、それらの自在継手のうち一方の自在継手はスプリングで中立位置に附勢され、他方の自在継手は二つの揺動用モータで２自由度に揺動するものであるハンド回転機構と、前記ロボットアームと前記ハンド回転機構と前記ハンドとを作動させて前記ハンドで前記ハンドルを把持した後、少なくとも前記ハンド回転機構を前記ハンド回転用モータの軸線周りの回動を除いて外力可動状態にするとともに前記ハンド回転用モータを作動させて前記ハンドと一緒に前記ハンドルを回転させる制御手段と、を具えることを特徴とするものである。

かかるこの発明のハンドル回転操作装置にあっては、制御手段が、ロボットアームとハンド回転機構とハンドとを作動させてそのハンドでノブ型ハンドルまたはレバー型ハンドルを把持した後、少なくともハンド回転機構を、ハンド回転用モータの軸線周りの回動を除いて外力で動かせる状態にするとともに、ハンド回転用モータを作動させて、ハンドと一緒にハンドルを回転させる。これにより少なくともハンド回転機構は、ハンドの回転の反力を支持しつつ、ハンドルの回転に伴うハンドの移動を許容するように自由に運動する。

従って、この発明のハンドル回転操作装置によれば、ノブ型ハンドルとレバー型ハンドルとで共通のハンドを用いてそれらに共通の簡単な制御でハンドルを回転させることができるので、安価かつ容易に二種類のハンドルをロボットアームで回転操作することができる。

さらに、この発明のハンドル回転操作装置は、前記ロボットアームの先端部に設けられ、その先端部の長手方向およびそれと直角かつ互いに直角な２方向の直線移動の３自由度を持つとともにスプリングで中立位置に附勢される浮動支持機構を具えている。これにより、ハンドがハンドルを把持するまでは浮動支持機構をスプリングで中立姿勢に保ち、ハンドがハンドルを把持したらスプリングに抗して浮動支持機構の姿勢を変えることで、より滑らかにハンドルを回転させることができる。

また、この発明のハンドル回転操作装置においては、前記一方の自在継手は前記ハンド側、前記他方の自在継手は前記ロボットアーム側に、それぞれ配置され、前記ハンド回転機構は、前記一方の自在継手と前記他方の自在継手との間に、スプリングで中立位置に附勢される第３の自在継手と、前記一方の自在継手と前記他方の自在継手とを繋ぐ方向の直線移動の１自由度を持ちスプリングで中立位置に附勢される直線移動継手とを結合して有していても良く、このようにすれば、前記浮動支持機構と同様に、ハンドがハンドルを把持するまではスプリングで中立姿勢に保ち、ハンドがハンドルを把持したら一方の自在継手と第３の自在継手と直線移動継手とをスプリングに抗して動かすことで、より滑らかにハンドルを回転させることができる。

上側の図は、この発明のハンドル回転操作装置の一実施例の構成を模式的に示す略線図、また下側の図は、その実施例のハンドル回転操作装置の機械的構成を示すスケルトン図である。 上記実施例のハンドル回転操作装置の外観を示す斜視図である。 上記実施例のハンドル回転操作装置の要部を示す透視図である。 図３に示す要部の関節の構造を示す説明図である。 この発明のハンドル回転操作装置の他の一実施例の構成を模式的に示す略線図である。 上記他の実施例のハンドル回転操作装置の機械的構成を示すスケルトン図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、ハンドルを回転操作する従来の方法をそれぞれ示す説明図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明のハンドル回転操作装置の原理を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１の上側の図は、この発明のハンドル回転操作装置の一実施例の構成を模式的に示す略線図、また図１の下側の図は、その実施例のハンドル回転操作装置の機械的構成を示すスケルトン図であり、この実施例のハンドル回転操作装置は、図２に示すようにロボット４により構成されるもので、このロボット４は、ロボット本体３と、そのロボット本体３を鉛直軸線周りに回動させる関節Ｋ１と、ロボット本体３に支持されるとともに上腕２ａおよび前腕２ｂを持つロボットアーム２と、そのロボットアーム２の上腕２ａをロボット本体３に対し水平軸線周りに揺動させる関節Ｋ２と、ロボットアーム２の前腕２ｂを上腕２ａに対し上記水平軸線と平行な水平軸線周りに揺動させる関節Ｋ３と、ロボットアーム２の先端部に位置するハンド１と、制御手段としての通常のコンピュータを有する図示しない制御装置とを具えている。

ロボットアーム２は、上記関節Ｋ１〜Ｋ３によって３自由度を持つとともに、その前腕２ｂに、クランプ用モータＭ１で回転させるネジ軸でハンド１を開閉させるクランプ機構部２ｃと、そのクランプ機構部２ｃを浮動支持するとともに前腕２ｂの長手方向軸線周りに回転させるハンド回転機構部２ｄと、そのハンド回転機構部２ｄを浮動支持する浮動支持機構としての同調機構部２ｅとを有しており、ここでハンド回転機構部２ｄは、図３の左半部に示すように、ハンド回転用モータＭ２を間に挟んだ二つの自在継手Ｕ１，Ｕ２を有し、それらの自在継手のうち一方の自在継手Ｕ２は、スプリング６で中立位置に附勢されるとともに電磁ブレーキ７を持ち、その電磁ブレーキ７で中立位置に固定可能なものであり、他方の自在継手Ｕ１は、二つの揺動モータＭ３，Ｍ４で２自由度に揺動するものである。

またここで同調機構部２ｅは、図３の右半部に水平スライド部ＳＨを省略して示すように、ハンド回転機構部２ｄと関節Ｋ３との間に位置し、スプライン機構で前腕２ｂの長手方向の直線移動を案内するとともにその直線移動以外の動きを拘束する前後移動部ＳＰと、直線案内機構で前腕２ｂの長手方向と直角な水平方向の直線移動を案内するとともにその直線移動以外の動きを拘束する水平移動部ＳＨと、直線案内機構で前腕２ｂの長手方向および水平方向と直角な方向の直線移動を案内するとともにその直線移動以外の動きを拘束する垂直移動部ＳＶとを有して３自由度を持つとともに、スプリング６で中立位置に附勢され、さらに各移動部ＳＰ，ＳＨ，ＳＶに対し電磁ブレーキ７を有している。

そして関節Ｋ３は、図４に示すように、関節駆動用モータＭ５と、外力で逆駆動可能な歯車式減速機構とで前腕２ｂを上腕２ａに対し揺動させ、他の関節Ｋ１，Ｋ２も同様に、図示しない関節駆動用モータで、外力で逆駆動可能に構成されている。

そして上記制御装置のコンピュータは、ノブ型ハンドルＫＨまたはレバー型ハンドルＬＨを回動操作する際、同調機構部２ｅの電磁ブレーキ７を作動させて同調機構部２ｅの各移動部を中立位置に維持しつつロボットアーム２とハンド回転機構２ｄとを作動させてハンド１をノブ型ハンドルＫＨまたはレバー型ハンドルＬＨに掛け、クランプ機構部２ｃを作動させてハンド１でノブ型ハンドルＫＨまたはレバー型ハンドルＬＨを把持した後、ロボットアーム２の関節Ｋ１〜Ｋ３と、ハンド回転機構２ｄおよび同調機構部２ｅの各電磁ブレーキ７とを解放させて、図１に示すように、ハンド回転用モータＭ２よりもロボット本体３側の部分を、前腕２ｂの長手方向軸線周りのローリングのみが拘束されてハンド回転用モータＭ２を除いて外力で動かせるプラットホームとするとともに、ハンド回転用モータＭ２を作動させて、ハンド１と一緒にノブ型ハンドルＫＨまたはレバー型ハンドルＬＨを回転させる。これによりロボットアーム２とハンド回転機構２ｄと同調機構部２ｅとは、ハンド１の回転の反力を支持しつつ、ノブ型ハンドルＫＨまたはレバー型ハンドルＬＨの回転に伴うハンド１の移動を許容するように自由に折曲および伸縮運動する。

従って、この実施例のハンドル回転操作装置によれば、ノブ型ハンドルＫＨとレバー型ハンドルＬＨとで共通のハンド１を用いてそれらのハンドルＫＨ，ＬＨに共通の、各電磁ブレーキ７の解放とハンド回転用モータＭ２の作動という簡単な制御でハンドルＫＨ，ＬＨを回転させることができるので、安価かつ容易に二種類のハンドルＫＨ，ＬＨをロボットアーム２で回転操作することができる。

しかもこの実施例のハンドル回転操作装置によれば、ロボットハンド２が同調機構部２ｅを有しているので、より滑らかにハンドルＫＨ，ＬＨを回転させることができる。

図５は、この発明のハンドル回転操作装置の他の一実施例の構成を模式的に示す略線図、また図６は、上記他の実施例のハンドル回転操作装置の機械的構成を示すスケルトン図であり、図中先の実施例と同様の部分はそれと同一の符号にて示す。

この実施例のハンドル回転操作装置は、図２に示す先の実施例のものと同様、ロボット４により構成されるもので、このロボット４は、ロボット本体３と、そのロボット本体３を鉛直軸線周りに回動させる関節Ｋ１と、ロボット本体３に支持されるとともに上腕２ａおよび前腕２ｂを持つロボットアーム２と、そのロボットアーム２の上腕２ａをロボット本体３に対し水平軸線周りに揺動させる関節Ｋ２と、ロボットアーム２の前腕２ｂを上腕２ａに対し上記水平軸線と平行な水平軸線周りに揺動させる関節Ｋ３と、ロボットアーム２の先端部に位置するハンド１と、制御手段としての通常のコンピュータを有する図示しない制御装置とを具えている。なお、各関節Ｋ１〜Ｋ３は、先の実施例では外力により逆駆動可能としたが、この実施例では外力により逆駆動されないものとしても良い。

ロボットアーム２は、上記関節Ｋ１〜Ｋ３によって３自由度を持つとともに、その前腕２ｂの先端部に、この実施例では図５に示すように、ハンド１を支持する浮動支持機構部２ｇと、その浮動支持機構部２ｇを支持する自在継手としての手首部Ｕ１’とを有しており、ここで、手首部Ｕ１’は、先の実施例における他方の自在継手Ｕ１と同様に、図示しない二つの揺動モータによる駆動で、軸線α１周りの揺動とその軸線α１に直交する軸線α２周りの揺動との２自由度を得ている。そして手首部Ｕ１’はケース２ｆを持ち、そのケース２ｆ内にはハンド回転用モータＭ２が収容されている。

また浮動支持機構部２ｇは、ハンド１とハンド回転用モータＭ２の出力軸との間に介挿されるとともに蛇腹状の可撓性カバー２ｈで覆われていて、図６に示すように、直線移動継手としての前後移動部ＳＰを間に挟んで二つの自在継手Ｕ２を有している。これらの自在継手Ｕ２は各々、図３に示す先の実施例のものと同様、スプリングで中立位置に附勢されるとともに電磁ブレーキで中立位置に固定可能なものであり、また前後移動部ＳＰは、図３に示す先の実施例のものと同様、スプライン機構でハンド１側の自在継手Ｕ２と手首部Ｕ１’のハンド回転用モータＭ２の出力軸とを結ぶ方向の直線移動を案内するとともにその直線移動以外の動きを拘束し、かつスプリングでその直線移動を中立位置に附勢されるとともに電磁ブレーキでその直線移動を制動可能なものである。

そして上記制御装置のコンピュータは、ノブ型ハンドルＫＨまたはレバー型ハンドルＬＨを回動操作する際、浮動支持機構部２ｇの電磁ブレーキを作動させて浮動支持機構部２ｇの自在継手Ｕ２と前後移動部ＳＰとを中立位置に維持しつつ、ロボットアーム２と手首部Ｕ１’とを作動させてハンド１をノブ型ハンドルＫＨまたはレバー型ハンドルＬＨに掛け、クランプ機構部２ｃを作動させてハンド１でノブ型ハンドルＫＨまたはレバー型ハンドルＬＨを把持した後、浮動支持機構部２ｇの自在継手Ｕ２と前後移動部ＳＰとの各電磁ブレーキを解放させて、ハンド回転用モータＭ２とハンド１との間の部分を、ハンド回転用モータＭ２の出力軸の軸線周りのローリングのみが拘束されてハンド回転用モータＭ２を除いて外力で動かせるプラットホームとするとともに、ハンド回転用モータＭ２を作動させて、ハンド１と一緒にノブ型ハンドルＫＨまたはレバー型ハンドルＬＨを回転させる。これにより浮動支持機構部２ｇは、ハンド１の回転の反力を支持しつつ、ノブ型ハンドルＫＨまたはレバー型ハンドルＬＨの回転に伴うハンド１の移動を許容するように自由に折曲および伸縮運動する。

以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更でき、例えば、同調機構部２ｅを省略しても良く、ハンド１の形態も上記例には限られない。そして電磁ブレーキ７に代えてエアブレーキや液圧ブレーキを用いることもできる。またハンド回転用モータＭ２を浮動支持機構部２ｇとハンド１との間に介挿しても良い。そして各部のスプリング６の強さを適宜に設定することで電磁ブレーキ７等のブレーキを省略して、ハンド１がハンドルをつかむまでの間、スプリング６で同調機構部２ｅや浮動支持機構部２ｇの姿勢を中立状態に維持するようにしても良い。

かくしてこの発明のハンドル回転操作装置によれば、ノブ型ハンドルとレバー型ハンドルとで共通のハンドを用いてそれらに共通の簡単な制御でハンドルを回転させることができるので、安価かつ容易に二種類のハンドルをロボットアームで回転操作することができる。

１ ハンド
２ ロボットアーム
２ａ 上腕
２ｂ 前腕
２ｃ クランプ機構部
２ｄ ハンド回転機構部
２ｅ 同調機構部
２ｆ ケース
２ｇ 浮動支持機構部
２ｈ 可撓性カバー
３ ロボット本体
４ ロボット
６ スプリング
７ 電磁ブレーキ
Ｋ１〜Ｋ３ 関節
Ｍ１〜Ｍ５ モータ
Ｕ１，Ｕ２ 自在継手
Ｕ１’ 手首部

Claims (2)

1. ノブ型ハンドルおよびレバー型ハンドルの回転操作を一種類のハンドで行うハンドル回転操作装置において、
   前記ノブ型ハンドルおよびレバー型ハンドルを選択的に把持可能な前記ハンドと、
   少なくとも３自由度のロボットアームと、
   前記ロボットアームの先端部に設けられ、前記ハンドを回転させるハンド回転機構であって、ハンド回転用モータと、互いに連結された二つの自在継手とを結合して有し、それらの自在継手のうち一方の自在継手はスプリングで中立位置に附勢され、他方の自在継手は二つの揺動用モータで２自由度に揺動するものであるハンド回転機構と、
   前記ロボットアームの先端部に設けられ、その先端部の長手方向およびそれと直角かつ互いに直角な２方向の直線移動の３自由度を持つとともにスプリングで中立位置に附勢される浮動支持機構と、
   前記ロボットアームと前記ハンド回転機構と前記ハンドとを作動させて前記ハンドで前記ハンドルを把持した後、少なくとも前記ハンド回転機構を前記ハンド回転用モータの軸線周りの回動を除いて外力可動状態にするとともに前記ハンド回転用モータを作動させて前記ハンドと一緒に前記ハンドルを回転させる制御手段と、
   を具えることを特徴とする、ハンドル回転操作装置。
2. 前記一方の自在継手は前記ハンド側、前記他方の自在継手は前記ロボットアーム側に、それぞれ配置され、
   前記ハンド回転機構は、前記一方の自在継手と前記他方の自在継手との間に、スプリングで中立位置に附勢される第３の自在継手と、前記一方の自在継手と前記他方の自在継手とを繋ぐ方向の直線移動の１自由度を持ちスプリングで中立位置に附勢される直線移動継手とを結合して有することを特徴とする、請求項１記載のハンドル回転操作装置。

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