JP5971140B2 - マニュピュレータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、マニュピュレータ装置に関する。

近年、物体を把持して搬送するマニュピュレータ装置（以下、ロボット）の開発が進められている。物体を把持して搬送するロボットは、工業製品を生産する工場内だけでなく、家庭内において使用されている。

図１０は、関連するロボットの外観を示す図である。図１０に示した関連するロボットは、スカラ型と垂直多関節型の２つのモードを切り替え可能な、８軸構成を有する。関連するロボットは、＃３軸及び＃４軸を利用して、格納と展開を実現する。

特開２００９−１７０５６７号公報

狭い家庭内などおいて物体をハンドリングするロボットは、小型化され、床投影面積を小さくすることが望まれている。関連するロボットは、格納状態とする場合にはアームを折りたたむことができ、また、床上にエンドエフェクタが届くように、駆動軸が第２軸、第３軸、昇降軸などを有している。これによりロボットは、小型化し、床投影面積を小さくするとともに、作業領域を広げることができる。しかしながら、図１０に示した関連するロボットは、部品点数が多く、部品形状が複雑であり、高コストとなる。

本発明にかかるマニュピュレータ装置は、本体部と、一端が前記本体部と接続され、長手方向が前記本体部から鉛直方向に設けられた昇降部と、長手方向の長さが前記昇降部の長手方向の長さより短いアーム部と、前記昇降部の長軸方向に沿って移動可能であり、前記昇降部と、前記アーム部の一端とを接続し、回動可能な接続部と、前記アーム部の他端と接続された把持部と、前記接続部が所定の距離を超えて昇降運動を行った場合に、前記アーム部の一部が接触する方向転換部と、を備え、前記接続部の移動に基づいて前記アーム部が昇降運動を行い、前記アーム部が前記方向転換部と接触した場合に、前記方向転換部は前記接続部を回動させ、前記アーム部の長軸方向を変化させる。
これにより、アーム部を昇降移動させることにより、格納状態と展開状態を切り替えることができる。

簡易な構成かつ低コストで、アームの格納を実現する。

実施の形態１にかかるロボットの構成を示す図である。 実施の形態１にかかる展開状態のロボットの外観を示す図である。 実施の形態１にかかる接続部の拡大図である。 （ａ）実施の形態１にかかるアーム部を下降させる状態を示す図である。（ｂ）アーム部の展開状態から格納状態への変化を示す図である。 （ａ）実施の形態１にかかるアーム部を上昇させる状態を示す図である。（ｂ）アーム部の格納状態から展開状態への変化を示す図である。 実施の形態１にかかる把持部のロール軸又はピッチ軸の回転動作を示す図である。 実施の形態１にかかる把持部のロール軸又はピッチ軸の回転動作を示す図である。 実施の形態１にかかるアーム部の展開状態から格納状態への変化の動作フローを示す図である。 実施の形態１にかかるアーム部の格納状態から展開状態への変化の動作フローを示す図である。 関連するロボットの外観を示す図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態１にかかるロボット１の構成を示す図である。図２は、展開状態のロボット１の外観を示す図である。ロボット１は、本体部１１と、昇降部１２と、アーム部１３と、把持部１４と、第１の方向転換部１５と、第２の方向転換部１６を備える。

本体部１１は、ロボット１における基台である。本体部１１の上部には、昇降部１２の一端が接続されている。また本体部１１は、移動機能や旋回機能を有している。また本体部１１は、本体部１１の上部に、第１の方向転換部１５を有している。

昇降部１２は、一端が本体部１１と接続され、長手方向が本体部１１から鉛直方向に設けられている。ここで本体部１１と接続されている端部を第１の端部２１、他方の端部を２２とする。また昇降部１２は、端部２２に第２の方向転換部１６が接続されている。昇降部１２は、長手方向に沿って接続部１２１が設けられている。接続部１２１は、昇降部１２の長手方向に沿って昇降移動する。接続部１２１には、アーム部１３の一端が接続されている。

より具体的には、接続部１２１は、トルクヒンジ１２２と、ストッパ１２３を備える。昇降部１２と、アーム部１３は、トルクヒンジ１２２を介して接続している。トルクヒンジ１２２は、アーム部１３の長手方向が、地面に対して平行な状態（０°）から、地面に対して略垂直な状態（９０°）までの間で変化するよう駆動する。なお、トルクヒンジ１２２が地面に対して略垂直な状態とは、後述のアーム部１３の端部２３を下側、端部２４を上側とする状態である。ストッパ１２３は、トルクヒンジ１２２が、０°から９０°の間で変化するよう、動作を制限する。図３は、接続部１２１の拡大図である。

アーム部１３は、一端が接続部１２１と接続され、他端が把持部１４と接続するアームである。接続部１２１と接続している端部を端部２３、把持部１４と接続している端部を端部２４とする。アーム部１３は、接続部１２１の昇降運動により、アーム部１３の全体が昇降する。またアーム部１３は、第１の方向転換部１５又は第２の方向転換部１６に接触することにより、長手方向を転換する。

より具体的にはアーム部１３は、展開状態において、下降動作によって端部２３の近傍の箇所が第１の方向転換部１５に接触した場合に、接続部１２１を支点として、端部２４側が横方向から上方向に移動するように回動し、格納された状態となる。図４（ａ）は、アーム部１３が展開状態のまま下降する状態を示しており、図４（ｂ）は、アーム部１３が展開状態から格納状態に変化した状態を示している。

またアーム部１３は、格納状態において、上昇動作によって端部２４が第２の方向転換部１６に接触した場合に、接続部１２１を支点として、端部２４側が上方向から横方向に移動するように回動し、展開された状態となる。図５（ａ）は、アーム部１３が格納状態のまま上昇する状態を示しており、図５（ｂ）は、アーム部１３が格納状態から展開状態に変化した状態を示している。なおアーム部１３は、端部２４がテーパ状であることが望ましい。図６は、格納状態のアーム部１３の拡大図である。なお、アーム部１３の長手方向の長さは、昇降部１２の長手方向の長さより短い。

把持部１４は、一端が、アーム部１３の端部２４と接続しているエンドエフェクタである。また把持部１４は、他端に、開閉により物体を把持する機構を有し、物体の把持を行う。典型的には把持部１４は、ロール軸、ピッチ軸周りの動作が可能である。図７は、把持部１４がロール軸及びピッチ軸周りに動作する状態を示す図である。例えば把持部１４は、ユーザからの制御に基づいて把持部１４の下方に設けられた物体を把持する。

第１の方向転換部１５は、本体部１１に設けられた下端ストッパである。第１の方向転換部１５は、アーム部１３の長手方向を、地面に対して平行方向から、垂直方向に変換する。第１の方向転換部１５は、アーム部１３の長手方向が地面対して平行の状態において、アーム部１３が下降した場合に、端部２３の近傍から端部２４の方向に、接触しながら摺動する。これにより第１の方向転換部１５は、接続部１２１を支点として、長手方向を変化させる。具体的には第１の方向転換部１５は、接続部１２１が最下端まで移動した場合に、トルクヒンジ１２２の角度が９０°となり、アーム部１３の長手方向が地面に対して垂直となるよう、方向転換させる。なお第１の方向転換部１５には、昇降部１２との接触、摺動が容易となるように樹脂ローラーを設けるのが望ましい。

第２の方向転換部１６は、昇降部１２の端部に設けられた上端ストッパである。典型的には、第２の方向転換部１６は、アーム部１３が格納された状態において、アーム部１３の長軸の鉛直上方の位置に設けられている。第２の方向転換部１６は、アーム部１３の長手方向を、地面に対して垂直方向から、平行方向に変換する。具体的には、第２の方向転換部１６は、アーム部１３の長手方向が地面と垂直の状態において、アーム部１３が上昇した場合に、端部２４から端部２３の方向に向かって、接触しながら摺動する。これにより第２の方向転換部１６は、接続部１２１を支点として、アーム部１３の長手方向を変化させる。具体的には第２の方向転換部１６は、接続部１２１が最上端まで移動した場合に、トルクヒンジ１２２の角度が０°となり、アーム部１３の長手方向が地面に対して平行となるよう、方向転換させる。なお第２の方向転換部１６には、昇降部１２との接触、摺動が容易となるように樹脂ローラーを設けるのが望ましい。なお典型的には、第２の方向転換部１６は、トルクヒンジ１２２との干渉を回避するよう、オフセットして配置される。

次に、ロボット１の動作について説明する。最初にアーム部１３を展開した状態から、格納した状態とする動作について説明する。図８は、アーム部１３を展開状態から格納状態に変化させるフローを示す図である。

接続部１２１は、下方向に移動を開始する。アーム部１３は、接続部１２１に接続しているため、長手方向を地面と略平行方向とした状態のまま、下降を開始する（ステップＳ１１）。

アーム部１３の接続部１２１付近の一部が、第１の方向転換部１５に接触する（ステップＳ１２）。

接続部１２１は、さらに下方向に移動を継続する。このときアーム部１３は、一部が第１方向転換部１５と接触した状態を維持したまま摺動する（ステップＳ１３）。これによりアーム部１３は、把持部１４側の端部が上方に動くよう、接続部１２１を支点にして回動する。

接続部１２１は、最下段に到達すると移動を停止する（ステップＳ１４）。このとき、アーム部１３の長手方向は、地面に対して略垂直の状態となる。すなわち、トルクヒンジ１２２は、０°から９０°に変化した状態となる。

これにより、地面に対して平行に伸びるアーム部１３を、昇降移動させることによって、格納することができる。

次に、アーム部１３を格納した状態から、展開した状態とする動作について説明する。図９は、アーム部１３を格納状態から展開状態に変化させるフローを示す図である。

接続部１２１は、上方向に移動を開始する（ステップＳ２１）。アーム部１３は、接続部１２１に接続しているため、長手方向を地面と略垂直方向とした状態のまま、上昇を開始する。

アーム部１３の把持部１４側の端部の一部が、第２の方向転換部１６に接触する（ステップＳ２２）。

接続部１２１は、さらに上方向に移動を継続する（ステップＳ２３）。このときアーム部１３は、一部が第２方向転換部１６と接触した状態を維持したまま摺動する。これによりアーム部１３は、把持部１４側の端部が上方から横方向に動くよう、接続部１２１を支点にして回動する。

接続部１２１は、最上段に到達すると移動を停止する（ステップＳ２４）。このとき、アーム部１３の長手方向は、地面に対して略平行の状態となる。すなわちトルクヒンジ１２２は、９０°から０°に変化した状態となる。

これにより、地面に対して平行に伸びるアーム部１３を、昇降移動させることによって、展開することができる。

したがって、簡易な構成かつ低コストで、ロボットのアームの格納および展開を実現することができる。
より具体的には、アーム部１３は、昇降運動によって、長手方向を地面に平行の状態から昇降部１２の長手方向と沿う方向に転換し、アーム部１３を格納することができる。そのためロボット１は、床投影面積を小さくし、運搬や収納に適するように小型化することができる。また同様にアーム部１３は、昇降運動によって、長手方向を昇降部１２の長手方向と沿う方向から地面に平行な方向に変化させることができる。したがってロボット１は、昇降部１２及びアーム部１３について、省自由度とすることにより、コストを低減させることができる。
またロボット１は、本体部１１の移動機能や旋回機能、把持部１４のロール軸及びピッチ軸周りの回転、第２アーム部１３の昇降運動により、多様な姿勢と作業領域を確保することができる。

なお昇降部１２を、リンク式とすることができる。これにより、昇降部１２がリンク機構を用いて伸縮し、アーム部１３を昇降させることができる。

また第２の方向転換部１６及びトルクヒンジ１２２を用いず、重力によって、アーム部１３を展開させても良い。

例えばアーム部１３は、格納状態となる場合に、９０°より小さい角度の状態で格納される。このとき、アーム部１３は、一部が第１の方向転換部１５と地面と略平行方向から支えられた状態となることで、格納状態を維持した状態とする。

接続部１２１を、昇降部１２の最下段から上方向に移動開始した場合に、アーム部１３はトルクヒンジにより固定されていないため、アーム部１３の第１の方向転換部１５と接触した箇所が、端部２４から端部２３の方向に摺動する。これによりアーム部１３は、把持部１４が接続している端部が、上方から横方向に移動するように回動する。

これによりアーム部１３は、第２の方向転換部１６を用いることなく、重力を利用することにより展開することができる。

また、第１の方向転換部１５を展開用に用い、第２の方向転換部１６を格納用に用いても良い。

具体的には、アーム部１３は、接続部１２１が上方に移動した場合に、アーム部１３の一部が第２の方向転換部１６と接触して摺動することにより、端部２４が下方向に移動するよう回動する。さらに、アーム部１３は、接続部１２１が下方に移動した場合に、アーム部１３の一部が第１の方向転換部１５と接触して摺動することにより、端部２４が横方向に移動するよう回動する。

これにより、把持部１４側が下側となる状態で、アーム部１３を格納状態とすることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば把持部１４に代わり、物体を吸引搭載する吸引部としてもよい。また接続部１２１には、トルクヒンジ１２２を用いることにより移動時の振動を低減するのが望ましいが、アーム部１３を格納するのに必要な力をより小さくするために、通常のヒンジを用いてもよい。また、昇降部１２、アーム部１３について、上記以外の自由度を有する構成としても良い。

１ ロボット
１１ 本体部
１２ 昇降部
１３ アーム部
１４ 把持部
１５ 第１の方向転換部
１６ 第２の方向転換部
１２１ 接続部
１２２ トルクヒンジ
１２３ ストッパ
２１ 端部
２２ 端部
２３ 端部
２４ 端部

Claims (1)

1. 本体部と、
   一端が前記本体部と接続され、長手方向が前記本体部から鉛直方向に設けられた昇降部と、
   長手方向の長さが前記昇降部の長手方向の長さより短いアーム部と、
   前記昇降部の長手方向に沿って移動可能であり、前記昇降部と、前記アーム部の一端とを接続し、回動可能な接続部と、
   前記アーム部の他端と接続された把持部と、
   前記接続部が所定の距離を超えて下降運動を行った場合に、前記アーム部の一部が接触する第１の方向転換部と、
   前記接続部が所定の距離を超えて上昇運動を行った場合に、前記アーム部の一部が接触する第２の方向転換部と、を備え、
   前記アーム部は、その長手方向が地面に対して平行となり、把持動作可能な状態である展開状態と、当該アーム部の長手方向が地面に対して略垂直となる収納状態に変化可能であり、
   前記接続部の移動に基づいて展開状態の前記アーム部が下降し、前記アーム部が前記第１の方向転換部と接触した場合には、前記第１の方向転換部が前記接続部を回動させることで、前記アーム部は収納状態に変化し、
   収納状態の前記アーム部が上昇し、前記第２の方向転換部と接触した場合には、前記第２の方向転換部が前記接続部を回動させることで、前記アーム部は展開状態に変化する
   マニュピュレータ装置。