JP7121997B2 - 移動可能ロボット - Google Patents

Description

本願発明は移動可能ベースエレメントと該移動可能エレメント上に配置された胴体とを有する移動可能ロボットに関する。

様々な構成の移動可能ロボットが知られている。例えば、ドイツエアロスペースセンター（ＤＬＲ）によって開発された「ジャスティン」と呼ばれる移動可能ロボットが知られている。このロボットは人型ロボットの概念に基づくものであり、ホイールによって動くプラットフォームとなる移動可能ベースであって、その上に体中心部または胴体部が取り付けられる移動可能ベースとを有する。この胴体部は、その左右の両肩の上部のそれぞれで、ロボットアームまたはマニピュレータを支持する。このロボットアームまたはマニピュレータは複数の軸を有している。

前記胴体部自身はいくつかのセグメントにより構成されている。これらのセグメントは水平方向のヒンジに互いに結合し、実質的なバックボーンを形成している。いくつかのセグメントで構成されているため、作業場の複数の決まった高さに合わせて、胴体部は直立することもできるし、お辞儀をすることもできるし、屈むこともできる。このようにして、所定の高さにある物体を把持して、持つことができる。この所定の高さは、前記胴体部の可能な限り最も直立した状態と前記マニピュレータの長さによって決まる。

ヒンジによって結合され、アクチュエータによって動かされる複数のセグメントを有する前記胴体部の構成の実現には、組立と制御の両方の技術について試作をする必要があり、このことは無視できない。ロボットが行わなければならない作業のいずれをしている間でも、そのロボットが安定した状態であり続けるためには、複数のホイールを有するプラットフォームからなるベースは、ロボットが行わなければならない作業が原因で重心がどのように変位しても、それに対応することができなければならない。この目的で、前記プラットフォームのホイールは延長可能な車軸で支持される。その結果、胴体部が直立した状態または伸長した状態で重心が通常より高くなっているときに、胴体部直径方向で向かい合う一対のホイールの距離を延ばすことができ、さらに重心が低くなれば該ホイールの距離を小さくすることができる。

従来技術から発展した移動可能ロボットは、ウィローガレージによる「ＰＢ２」として知られている。このロボットも体中心部または胴体部を有し、この体中心部または胴体部がその両肩部でヒンジ結合されているロボットアームを支持し、さらにいくつかの軸を有している。前記胴体部の全体を調節して、その可動ベースエレメントからの高さを所定の高さにする。これによって、所定の作業高さまでロボットアームが届き、所定の高さにある物体をロボットアームが持つことができる。

単純な構造有するが、意図する目的および応用分野の両方に応じて可変性および柔軟性が高い移動可能ロボットを提供することが本願の目的である。

前記した課題は請求項１にかかる移動可能ロボットによって達成される。

前記した課題を達成するため本願発明の核心部分は、移動可能なベースエレメントと前記移動可能なベースエレメントの上に配置された胴体部とを有する移動可能ロボットであって、近位側基部と遠位側自由端部とを備える少なくとも２つのマニピュレータを有し、近位側基部を備える前記少なくとも２つのマニピュレータは前記胴体部の両側面に、互いに反対側になるように配置され、前記少なくとも２つのマニピュレータの前記近位側基部が前記胴体部の中でガイドされて動くことができる、すなわち変位することができる移動可能ロボットに関する。したがって、前記マニピュレータの各々の前記近位側基部は前記胴体部に対して相対的に変位することができる。

通常、第一軸部材またはアーム部材は前記マニピュレータの前記近位側基部の動きにしたがって動き、該アーム部材は前記近位側基部に対して回転可能に支持される。前記したように実現されている回転関節は、必要ならば、本願発明が提案する解決法によって、前記胴体部に対してさらに広範囲に動かすことができる。一つの特に好ましい実施形態によれば、この回転関節は直線軸に沿った動き、好ましくは胴体部の長手方向に沿った動きをすることができる。この動きによってマニピュレータを上方および下方に動かすことができ、複数のマニピュレータのリニアガイド部が前記胴体部の両側面で好ましくは調和のとれた動きをする。

一つの特に好ましい実施形態によれば、一方のマニピュレータの近位側基部ともう一方のマニピュレータの近接基部が互いに独立して別の動きをすることができる。このようなマニピュレータごとに異なる動きをさせるように制御すれば、一つの移動可能ロボットの複数の遠位側自由端部も互いに離れるように動かすことができ、それによって該移動可能ロボットがこれら複数の遠位側自由端部の間の対角線の作業範囲の端から端までに広がり、最大ではこれら複数の遠位側自由端部の間の可能な限り最大の長さにまでなるので、一つの移動可能ロボットがより広範囲な作業範囲をカバーすることができる。その結果、より大きなサイズの物体を複数の遠位側自由端部が持つことができる。このようなマニピュレータごとに異なる制御を実現するために、マニピュレータそれぞれに独立した別体の制御機を結合させることができる。

複数のマニピュレータの各々の近位側基部のリニアガイドに関しては、該複数のマニピュレータの近位側基部をすべて動かす一つの共通駆動部を備えることができるし、各マニピュレータの近位側基部が独立した駆動部を有することも可能である。これらに用いる駆動部として、例えば、ベルト駆動部が適している。

移動可能ロボットの各マニピュレータは複数のアーム部材からなるものでよい。これら複数のアーム部材のそれぞれが他のアーム部材に対して動くことができ、これら複数のアーム部材が可動性を有することにより各マニピュレータの自由度が決まる。

さらに、前記複数のアーム部材は、所定のサイズでできており、互いにヒンジ結合されていて、複数のアクチュエータによって起動される構造を有し、前記複数のマニピュレータによって、それらの遠位側自由端部が前記胴体部の側方側、腹側および／または背中側の領域並びに表面の近傍まで直接動くことができるように前記複数のアーム部材が動くことが可能になる。前記複数のマニピュレータより構成されるロボットのアームは、例えば前記胴体部の背中側に配置された箱または支持部から物体を取ってくるため、前記胴体部の後ろで掴むことができる。前記複数のマニピュレータのこの可動性によって、前記ロボットの前方、後ろまたは側方の床から、前記ロボットは直接に物体を取り上げることができる。

本願発明によれば、前記複数のアーム部材の可動性は、特に前記複数のマニピュレータが変形した後に形状が弾性的に戻り、さらに／または外力を検知するように実現される。換言すれば、ロボットアームの制御はそれぞれのアームに対するインピーダンス制御によって行うことができる。さらに、このようなインピーダンス制御は、直線軸に対する力の制御および／または外力センサを含みうる可動ベースエレメントに対する力の制御と組み合わせることもできる。

複数のマニピュレータが互いに独立して別々に可動であり、しかもこれらのマニピュレータが胴体部の長手方向に可動であることの実質的な利点は、移動可能ロボット全体の重心位置を所定長さだけ変化させることができ、その重心位置は該移動可能ロボットが行う動き、前記複数のマニピュレータが実行する動作の種類および／または前記複数のマニピュレータが持つ物体の重さを考慮すれば具体的に決めることができるという事実にある。前記した移動可能ロボットの安定性に影響を与えることなく該ロボットの重心をより正確に調節できるため、移動可能なベースエレメントの重さを軽くすることができる。

前記複数のマニピュレータが行っている動作が行われている間に、該動作に依存して変化する前記移動可能ロボットの重心を確認して、前記移動可能ロボットの静的平衡が常に調整されるように、両方のアームの起動と制御さらに移動可能ベースエレメントの中にあるホイールの起動と制御が実行される。

本願発明のさらに別の利点および特徴があることは、添付した図面中に示される実施形態の説明から明らかである。

図１は本願発明の移動可能ロボットの斜視図である。 図２は図１の移動可能ロボットの正面図である。 図３は図１の移動可能ロボットの側面図である。

図１から図３中には、本願発明にかかる一つの実施形態である移動可能ロボットが示され、この移動可能ロボットはサービスロボットとして用いてもよい。

移動可能ロボットは移動可能ベースエレメント１を有し、この移動可能ベースエレメント１はロボットが地面上を動くのに用いる駆動プラットフォームとして想定されている。この地面上を動く目的で、モーター駆動ホイール（図示せず）を移動可能ベースエレメント１の中に配置してもよい。

移動可能ベースエレメント１の上に体中心部または胴体部２が配置され、この胴体部２はその長手方向軸の周りを移動可能ベースエレメント１に対して回転可能であってよい。さらに胴体部２の上に頭部３を取り付けてもよい。この頭部３は胴体部２に対して回転可能であってもよい。

胴体部２の両側には、互いにヒンジ結合された複数のアーム部材５からなるロボットアームまたはマニピュレータ４が取り付けられている。アーム部材５と関節部の数によって、前記したような一つのマニピュレータ４が有するすべての自由度の数が決まる。これら複数のマニピュレータ４はそれぞれ弾性的に回復するように制御される。

各マニピュレータ４は胴体部２に配置された近位側基部６と例えばグリッパである遠位側自由端部７とを有する。

近位側基部６は直線的変位可能な態様で胴体部２に対して胴体部長手方向に動くことができる。具体的には本願発明によれば、各マニピュレータ４の近位側基部６は互いに独立した動きをする。

胴体部２はその側面のそれぞれにリニアスライドガイド部またはリニアスライドガイド線路８を有する。近位側基部６をより良い状態で特により安定にガイドするため、このリニアスライドガイド部８に沿って、好ましくはリング形エレメントとして形成された近位側基部６が動くようにすることができる。スライドガイド部８は胴体部２の筺体内に対応する凹部を設けて形成してもよい。

基部６の変位の動きおよびそれによるマニピュレータ４の変位の動きを発生させる駆動部は胴体部２の内部に配置され、好ましくは各マニピュレータ４に別々の駆動部が取り付けられる。

胴体部２の背中側には、例えば複数のトレー１０または複数の物体１１用の箱を有するバックパック様の支持体９が備え付けられている。本願発明によるマニピュレータ４のデザインおよび形態によって、複数のトレー１０および複数の物体１１をそれぞれ遠位側フリーグリッパ７が直接掴むことができる。

Claims (6)

1. 移動可能ベースエレメント（１）と前記移動可能ベースエレメント（１）の上に備え付けられた胴体部（２）とを有する移動可能ロボットであって、
   前記胴体部（２）は近位側基部（６）および遠位側自由端部（７）を有する少なくとも２つのマニピュレータ（４）を有し、前記近位側基部（６）を有する前記少なくとも２つのマニピュレータ（４）は前記胴体部（２）の両側面に互いに反対側に取り付けられ、
   前記少なくとも２つのマニピュレータ（４）の前記近位側基部（６）は前記胴体部（２）の中で直線軸に沿って変位可能なようにガイドされ、
   一つの前記マニピュレータの前記近位側基部（６）と他の前記マニピュレータの前記近位側基部（６）とが互いに別々に動くことができ、
   前記少なくとも２つのマニピューレータの各々は所定のコンプライアンス制御によって動かされ、
   前記移動可能ロボットは前記直線軸に対する力制御および／または前記移動可能ベースエレメント（１）に対する力制御を行うことを特徴とする移動可能ロボット。
2. 前記少なくとも２つのマニピュレータ（４）の前記近位側基部（６）を動かす共通の駆動部を備える、または各前記マニピュレータ（４）の前記近位側基部（６）が専用の独立した駆動部を有する請求項１に記載の移動可能ロボット。
3. 前記少なくとも２つのマニピュレータ（４）は互いに対して動くことができる複数のアーム部材（５）からなり、前記少なくとも２つのマニピュレータ（４）がその前記遠位側自由端部（７）が前記胴体部（２）の側方側、腹側および／または背中側の領域の近傍まで直接動くことができるような構造を前記複数のアーム部材（７）が有する請求項１または２に記載の移動可能ロボット。
4. 前記少なくとも２つのマニピュレータ（４）の各々は６個のアーム部材（５）からなり、該アーム部材（５）はその隣の該アーム部材（５）とヒンジ結合し、前記少なくとも２つのマニピュレータ（４）の各々の自由度は６になっている請求項３に記載の移動可能ロボット。
5. 各前記マニピュレータ（４）に独立した制御がなされる請求項１から４のいずれかに記載の移動可能ロボット。
6. 前記移動可能ロボット全体の重心位置を変化させることができ、並びに／またはその重心位置は該移動可能ロボットが行う動き、前記少なくとも２つのマニピュレータ（４）が実行する動作の種類および／または前記少なくとも２つのマニピュレータ（４）が持つ物体の重さを考慮すれば決めることができる請求項１から５のいずれかに記載の移動可能ロボット。

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