JP6755574B1 - ロボット - Google Patents
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Abstract
Description
発明者は、人の活動環境に入って様々な人の作業を代替するロボットの実現をめざした場合、作業/機能の実現面に着目すると、下記の8個の課題・ニーズが存在し、それらの8個の課題・ニーズを同時に満たす必要があると認識するに至った。
大型のロボットは、人の活動環境に入っていけず、使えない。基本的に、人間が作業時に占めるフットプリント(鉛直上方から見た占有領域)は、しゃがむなど、取る姿勢によってより広くなることを考えたり、様々な国の様々な体系の人を考えたりとすると、最大でも110cmx110cmの領域内には収まることが考えられる。そのため、人の活動環境に入って人の作業を代替するロボットは、人と同程度のフットプリント以下でなければ、この環境で作業をすることができない。
基本的に、「作業」には、一つ以上の、作業対象物や作業に必要な道具など作業に関連し、ロボットが扱う物体(以降、付帯物)が存在する。逆説的に考えると、付帯物の存在しない作業は、指や手先、腕の姿勢を変えて他の人に見せる作業、例えば、手遊び、手話、ダンスといった作業に限られ、それ以外のさまざまな、ほぼ全ての99%以上の作業には、付帯物が存在するといえるため、人の活動環境に入って人の作業を代替するロボットは、付帯物を扱える必要がある。なお、付帯物は、ロボットに付帯され移動をすることも多い。(i)様々な作業場所や保管場所などへの作業対象物の移動、や、(ii)作業に必要な道具の、保管場所と作業場所の間の移動、である。
人の置き換えのためのロボットの実現には、人が作業を行う場合と比べ、そのロボットを用いるほうが、総合的にコストが低いことが必須となる。そうでなければ、置き換える意味がないためである。総合的なコストを構成する要素のひとつとして作業時間がある。つまり、作業時間の短縮が必須要件のひとつとなる。
人の活動環境における人の作業は各種各様であることから、ロボットの設計時には、対象とする作業場所を想定することはできない。そのために、限界ギリギリまでロボット本体を作業場所に近づけた時、ロボット本体のどこかの箇所と、ロボットの周囲環境にある何らかの物体とが、予期できない姿勢で接触することになる。つまり、ロボットの設計時には、どのような状況にて何がロボット本体の何処に当たるかを想定することは困難である。そのために、ロボットは、ロボット本体を収める外接空間(外接空間は、ロボットが周囲の環境の物体にぶつかる可能性がある空間ともいえる)の外側の空間にロボットアームがアクセスして、作業ができる必要がある。
理由1:ロボットによる人の置き換えを考えた場合、作業対象物は、単一の種類の物体であることはあまり意味がない。なぜなら、単一の種類の物体である場合、既に専用の機械によって作業が行われている可能性が高いか、または、性能の高い、その作業専用の機械を用いて実行可能であるからである。また、作業対象物にバリエーションがあったとしても、実行可能な作業が単一である場合、少し高度な機械を用いて実現されることも考えられる。
作業において付帯物が存在する以上、ロボットが付帯物を持ったり置いたりする動作は必ず発生する。また、作業によっては、物を持ち直したり、並べ直したり、「複数回」付帯物を持ったり置いたりする必要がある。そして、作業場所と付帯物を置く場所とで、手先の往復動作が発生する。また、上述した通り、ロボットには、短い時間で作業を完了できることが求められる。これらのことから、人の活動環境に入って人の作業を代替するロボットでは、付帯物を作業場所のできるだけ近くに置けることが必要とされる。
人の活動環境に入って人の作業を代替するロボットでは、ロボットが作業する環境は、ロボットの設計時には確定されない。しかしながら、置き換え元である人は、作業する環境が事前に完全に既知でなかったとしても、作業を行うことができる。例えば、環境の違いとして、作業場所の高さが異なるケースを考えた時、人は、立つ姿勢のほかに、中腰や、しゃがんだ状態、背伸びした状態など、様々な高さの場所において、作業が可能である。よって、人の活動環境に入って人の作業を代替するロボットでは、低い位置から高い位置まで、各位置で、同じ作業形態で、作業を実行できることが必要とされる。
作業終了後、移動のために、ひと手間、ふた手間、時間を取るようでは、人の置き換えという目的を果たすことはできない。移動を含めた作業の開始から終わりまでを含む全体の作業を短い時間で終える必要がある。なぜなら、上述した通り、作業時間の短さは、人の活動環境に入って人の作業を代替するロボットにおいて重要な要件の一つであるためである。
以下、本開示の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示す。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序等は、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する場合がある。
本開示に係るロボットは、上記実施の形態で説明された形状及び構造に限られない。以下、本実施の形態の変形例を説明する。
テーブル13は、制御部20による制御の下で折りたたむ機構を有してもよい。これにより、昇降機構12の昇降速度が低く、コストが見合う場合には、折りたたみ機構を有するテーブル13をロボット10に装備することで、テーブル13が作業の邪魔になるときに、テーブル13を最下端まで下げることに代えて、テーブル13を折りたたむことで、速やかに、邪魔なテーブル13を退避させることができる。
・テーブル面に載せた物体がテーブル面上で移動しないようにする機能(物体の固定器具や高い摩擦係数で滑りにくくするテーブル表面など。ロボットアームとテーブルを用いる作業時やロボットの移動時に特に有効)
・テーブル面を回転させることで、テーブル面に乗せた物体の向きを変える機能。特に、前記物体が移動しないようにする機能と併用して用いるのが好ましい。
・テーブル面の傾斜を変える機能
・テーブル面に載せた物体を、一方向に押し出すワイパー機構(例えば、高さは低く、テーブル面上を一方向にスライドして物体を押し出す、でっぱりのような形状の機構)
床面の状態の影響によってロボット10が倒れてしまうことを抑える構造及び機構をロボット10が備えてもよい。簡単に実現する例として、移動機構11の重心が床面に近くなるような構成とする。高度な技術で実現する例として、移動機構11が有する各車輪の位置における床面の高さに応じて、車輪の高さを変更するアクティブサスペンションを各車輪に搭載する。さらに高度な技術で実現する例として、ロボット10本体の傾きを検知する加速度センサをロボット10に搭載し、検知された傾きをキャンセルするように各車輪のアクティブサスペンションの高さを変えるか、ロボット10内に搭載した重量物の位置を変更することで重心位置を変更する制御をする。
図5は、実施の形態の変形例に係るロボット110の外観斜視図である。ここでは、ロボット110が備えるテーブル113及びアーム基部114の高さが異なる3つの状態の例が示されている(図5の(a)〜(c))。なお、図示の便宜上、図5の(a)及び(b)において、詳細な構成要素の符号を示し、図5の(c)において、外接空間125及び各長さを示す符号を付している。
11、111 移動機構
12、112 昇降機構
12a、12b、112a 柱状部材
12c アーム基部昇降部
12d テーブル昇降部
13、113 テーブル
14、114 アーム基部
15、115 アーム
15a、115a 第1アーム
15b、115b 第2アーム
16、116 センサ
16a、116a 第1カメラ
16b、116b 第2カメラ
16c 各種センサ
17 無線通信部
20、120 制御部
21 アーム制御部
22 昇降制御部
23 移動機構制御部
25、125 外接空間
30 端末装置
Claims (4)
- ロボットであって、
自律移動可能な移動機構と、
前記移動機構に立設された柱状部材を有する昇降機構と、
前記昇降機構によって昇降されるテーブルと、
前記テーブルの上方に設けられ、前記昇降機構によって昇降されるアーム基部と、
前記アーム基部に取り付けられ、前記テーブルに載置された物体にアクセス可能な手先を有し、所定の3次元空間における前記手先のX軸移動、Z軸移動、Y軸移動、X軸回転、Y軸回転、及び、Z軸回転の6変数のうちの5つ以上を制御可能な自由度をもつアームと、
前記物体、及び、前記ロボットの周辺を検知するセンサと、
外部から取得した情報、及び、前記センサでの検知結果に基づいて、前記移動機構、前記昇降機構及び前記アームを制御する制御部とを備え、
前記アームを除く前記ロボットに外接する直方体の外接空間は、前記アームを除く前記ロボットの上面視での形状に外接する矩形の面を底面とする直方体であり、
前記アームは、前記外接空間の外側にアクセス可能な構造を有し、
前記底面を構成する直交する2辺の一方の長さをAとすると、Aは110cm以下であり、かつ、前記2辺の他方の長さBはAとは独立に110cm以下であり、
前記外接空間の高さHは、1.5A以上である、
ロボット。 - 前記アームは、所定の間隔を置いて、前記アーム基部の側面又は裏面に、垂れ下がるように固定された2つのアームを含む、
請求項1に記載のロボット。 - 前記移動機構及び前記テーブルは、上面視で、矩形形状を有し、
前記柱状部材は、平行に延びる2本の柱状部材を含み、
前記2本の柱状部材は、前記移動機構及び前記テーブルと、それぞれ、上面視で同じ角に対応する第1角部及び第2角部で固定されている、
請求項1又は2に記載のロボット。 - 前記移動機構及び前記テーブルは、上面視で、円形状を有し、
前記柱状部材は、前記移動機構及び前記テーブルの上面視における前記円形状の縁部を貫通する1本の柱状部材である、
請求項1又は2に記載のロボット。
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