JP7308324B1 - modular robot - Google Patents
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Abstract
【課題】各モジュールの脱着とその後の位置情報の校正作業とを容易に行うことができるモジュラー構造ロボットを提供する。【解決手段】各々機能部分を構成する複数のモジュールを備えるモジュラー構造ロボットであって、前記複数のモジュールのうち互いに隣接する2つのモジュールが、それらのモジュールに設けられた嵌合部によって概略位置決めされた状態で互いに脱着可能に結合され、前記2つのモジュールの相対位置情報の校正のために、前記2つのモジュールにそれぞれ設けられた位置合わせ部がそれら2つのモジュールの少なくとも一方の校正動作によって互いに係合される。【選択図】図1Kind Code: A1 A modular structure robot is provided in which each module can be easily attached and detached, and position information can be calibrated thereafter. A modular structure robot comprising a plurality of modules each constituting a functional part, wherein two modules adjacent to each other among the plurality of modules are detachably coupled to each other in a state of being roughly positioned by fitting portions provided in the modules, and for calibrating relative position information of the two modules, alignment portions provided in the two modules are engaged with each other by calibrating operation of at least one of the two modules. [Selection drawing] Fig. 1
Description
本発明は、機能部分がモジュール(交換可能な構成単位)化されたモジュラー構造ロボットに関するものである。 The present invention relates to a modular robot in which functional parts are modularized (replaceable structural units).
機能部分の脱着が容易なように機能部分がモジュール化されたモジュラー構造ロボットとしては従来、例えば特許文献1にて開示されたものが知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a robot with a modular structure, in which functional parts are modularized so that the functional parts can be easily attached and detached, is disclosed, for example, in
このモジュラー構造ロボットは、ウォーム駆動式の駆動モジュールと、その駆動モジュールの軸線に直交して延在するアームジョイントと、その駆動モジュールと同軸に位置してその駆動モジュールからアームジョイントにトルクを伝達する連結モジュールとを、基部に取り付けられた体幹部に相当する1つの駆動モジュールを含めて複数組み合わせて多関節型ロボットを構成しており、組み立てが容易なように、複数の駆動モジュールがそれぞれ共通の仕様とされるとともに、複数の連結モジュールもそれぞれ共通の仕様とされている。 The modular construction robot includes a worm-driven drive module, an arm joint extending perpendicular to the axis of the drive module, and coaxially positioned with the drive module to transmit torque from the drive module to the arm joint. An articulated robot is configured by combining a plurality of connection modules, including one drive module corresponding to the trunk attached to the base, and the plurality of drive modules are shared for easy assembly. A plurality of connection modules also have common specifications.
しかしながら上述の如きモジュラー構造ロボットでも、生産ラインにおいて故障やメンテナンスで停止した場合、修理やメンテナンスが完了して再稼働するまで生産ラインを止める必要があり、関連設備も停止してしまうことが多い。故障の際の対応としてはロボットの交換や修理を行うが、ロボットの交換の場合は再教示が必要となり、ロボットの修理の場合は原因究明、復旧および動作検証が必要となって、何れも多くの手間がかかる。 However, even with the above-described modular robot, if the production line stops due to a failure or maintenance, the production line must be stopped until repairs and maintenance are completed and the robot can be restarted, and related equipment often stops. In the event of a failure, the robot is replaced or repaired, but in the case of robot replacement, re-teaching is required, and in the case of robot repair, it is necessary to investigate the cause, restore, and verify operation. time-consuming.
しかも、ロボットを交換した場合は、設置場所やロボットの個体差による教示位置のずれが大きく、ロボット交換後の動作復旧のための教示に時間がかかり、カメラ付きロボットの場合はさらにカメラも含めた位置情報の校正作業が必要となる。 Moreover, when the robot is replaced, there is a large deviation in the teaching position due to individual differences in the installation location and the robot, and it takes time to teach to restore the operation after the robot is replaced. Location information calibration work is required.
そして、ロボットをモジュールごとに交換しようとしても、モジュール脱着後のハンドの位置校正等の非常に手間のかかる作業が必要となり、多くのロボットで体幹部から分離可能とされている腕部の上腕接続部においても、それを分離するには電気コネクタを外すためにカバーや体幹部内部の配線を外す等の手間がかかる。 Even if you try to replace the robot module by module, it is necessary to perform a very time-consuming work such as hand position calibration after module removal. Also, in order to separate it, it takes time and effort to remove the cover and the wiring inside the trunk in order to remove the electrical connector.
それゆえ本発明は、各モジュールの脱着とその後の位置情報の校正作業とを容易に行うことができるモジュラー構造ロボットを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a modular robot capable of easily attaching and detaching each module and calibrating the position information thereafter.
上記課題を有利に解決するため、本発明は、各々機能部分を構成する複数のモジュールを備えるモジュラー構造ロボットにおいて、
前記複数のモジュールのうち互いに隣接する2つのモジュールが、それらのモジュールに設けられた嵌合部によって概略位置決めされた状態で互いに脱着可能に結合され、
前記2つのモジュールの結合後の相対位置情報の校正のために、前記2つのモジュールにそれぞれ設けられた位置合わせ部がそれら2つのモジュールの少なくとも一方の校正動作によって互いに係合されることを特徴としている。
In order to advantageously solve the above problems, the present invention provides a modular robot comprising a plurality of modules each constituting a functional part,
two modules adjacent to each other among the plurality of modules are detachably coupled to each other while being roughly positioned by fitting portions provided in the modules;
In order to calibrate the relative positional information of the two modules after they are combined , the alignment parts respectively provided in the two modules are engaged with each other by calibrating operation of at least one of the two modules. there is
本発明のモジュラー構造ロボットによれば、各々機能部分を構成する複数のモジュール(交換可能な構成単位)のうち互いに隣接する2つのモジュールが、それらのモジュールに設けられた嵌合部によって概略位置決めされた状態で互いに脱着可能に結合されているので、2つのモジュールを容易に互いに脱着することができ、それら2つのモジュールの結合後は、2つのモジュールの相対位置情報の校正のために、それら2つのモジュールにそれぞれ設けられた位置合わせ部がそれら2つのモジュールの少なくとも一方の校正動作によって互いに係合されるので、それら2つのモジュールを互いに対して高精度に動作させることができる。 According to the modular structure robot of the present invention, two modules adjacent to each other among a plurality of modules (replaceable structural units) each constituting a functional part are roughly positioned by fitting portions provided on the modules. Since the two modules are detachably connected to each other in a state of being connected to each other, the two modules can be easily detached from each other. The alignment features provided on each of the two modules are engaged with each other by the calibrating operation of at least one of the two modules, so that the two modules can be operated with high accuracy relative to each other.
なお、本発明のモジュラー構造ロボットにおいては、前記互いに隣接する2つのモジュールは、前記機能部分として基部上に立設された体幹部を構成する体幹部モジュールと、前記機能部分としてその体幹部の側部に取り付けられた腕部を構成する腕部モジュールであってもよい。 In the modular structure robot of the present invention, the two modules adjacent to each other are a trunk module that constitutes the trunk erected on the base as the functional portion, and a trunk module that constitutes the trunk as the functional portion. It may be an arm module that constitutes an arm attached to the part.
このようにすれば、基部上に立設された体幹部を構成する体幹部モジュールに対して、その体幹部の側部に取り付けられた腕部を構成する腕部モジュールが、それらのモジュールに設けられた嵌合部によって概略位置決めされた状態で互いに脱着可能に結合されているので、体幹部モジュールに対して腕部モジュールを容易に脱着することができ、しかもそれらのモジュールの結合後は、それら体幹部モジュールに対する腕部モジュールの相対位置情報の校正のために、それら体幹部モジュールおよび腕部モジュールにそれぞれ設けられた位置合わせ部がそれら体幹部モジュールおよび腕部モジュールの少なくとも一方の校正動作によって互いに係合されるので、体幹部モジュールに対して腕部モジュールを高精度に動作させることができる。 With this configuration, the arm modules, which constitute the arms attached to the sides of the trunk, are provided to the trunk modules, which constitute the trunk, standing on the base. Since the arm modules are detachably connected to each other in a roughly positioned state by the fitted fitting portions, the arm module can be easily attached to and detached from the trunk module. In order to calibrate the relative position information of the arm module with respect to the trunk module, alignment units respectively provided in the trunk module and the arm module are aligned with each other by calibrating at least one of the trunk module and the arm module. Since they are engaged, the arm module can be moved with high precision relative to the trunk module.
また、本発明のモジュラー構造ロボットにおいては、前記体幹部の左右側部に取り付けられた腕部を構成する2本の腕部モジュールを備え、
前記体幹部モジュールに設けられた位置合わせ部は、前記2本の腕部モジュールに設けられた位置合わせ部の何れとも係合するものであってもよい。
Further, the modular structure robot of the present invention comprises two arm modules constituting arms attached to the left and right sides of the trunk,
The alignment feature provided on the trunk module may engage either of the alignment features provided on the two arm modules.
このようにすれば、体幹部モジュールに対する2本の腕部モジュールの相対位置情報の校正を、体幹部モジュール側は1つの位置合わせ部で行うことができるので、その校正によって2本の腕部モジュール同士の相対位置情報の校正も併せて行うことができる。 In this way, the relative positional information of the two arm modules with respect to the trunk module can be calibrated by a single positioning unit on the trunk module side. It is also possible to calibrate the relative position information between them.
そして、本発明のモジュラー構造ロボットにおいては、前記互いに隣接する2つのモジュールは、前記機能部分として基部上に立設された体幹部を構成する体幹部モジュールと、前記機能部分としてその体幹部の上端部に取り付けられた頭部を構成するとともに2台のカメラをステレオビジョンとして対象物の位置情報を取得可能なように配置された頭部モジュールであってもよい。 In the modular structure robot of the present invention, the two modules adjacent to each other are a trunk module that constitutes a trunk erected on the base as the functional portion, and an upper end of the trunk as the functional portion. It may be a head module that configures the head attached to the part and is arranged so that the position information of the target object can be acquired by using two cameras as stereo vision.
このようにすれば、基部上に立設された体幹部を構成する体幹部モジュールに対して、その体幹部の上端部に取り付けられた頭部を構成する頭部モジュールが、それらのモジュールに設けられた嵌合部によって概略位置決めされた状態で脱着可能に結合されているので、体幹部モジュールに対して頭部モジュールを容易に脱着することができ、しかもそれらのモジュールの結合後は、それら体幹部モジュールに対する頭部モジュールの相対位置情報の校正のために、それら体幹部モジュールおよび頭部モジュールにそれぞれ設けられた位置合わせ部がそれら体幹部モジュールおよび頭部モジュールの少なくとも一方の校正動作によって互いに係合されるので、体幹部モジュールに対して頭部モジュールを高精度に動作させることができる。そして、体幹部モジュールに対する相対位置を校正された頭部モジュールの、ステレオビジョンとして対象物の位置情報を取得可能なように配置された2台のカメラが対象物を撮像するので、それらのカメラが撮像した2次元画像から例えば3次元画像化処理や三角測量の原理等によって対象物の位置情報を取得することによって、体幹部モジュールに対する対象物の相対位置も高精度に求めることができる。 In this way, the head module constituting the head attached to the upper end of the trunk is provided in the trunk module constituting the trunk erected on the base. The head module can be easily attached to and detached from the body trunk module, and the body modules can be easily attached and detached after the modules are attached. For calibrating the relative position information of the head module with respect to the trunk module, alignment units respectively provided in the trunk module and the head module are engaged with each other by a calibration operation of at least one of the trunk module and the head module. Since they are combined, the head module can be operated with high accuracy with respect to the trunk module. Then, two cameras of the head module whose relative position to the trunk module is calibrated and arranged so that the position information of the target can be acquired as stereo vision capture the target. By obtaining the positional information of the object from the captured two-dimensional image by, for example, three-dimensional imaging processing or the principle of triangulation, the relative position of the object with respect to the trunk module can also be obtained with high accuracy.
以下に、この発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。ここに、図1は、本発明の一実施形態のモジュラー構造ロボットをモジュール同士の分離状態で一部切り欠いて示す斜視図、また図2は、その実施形態のモジュラー構造ロボットをモジュール同士の結合状態で示す斜視図である。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Here, FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing a modular robot according to an embodiment of the present invention with the modules separated, and FIG. It is a perspective view shown in a state.
この実施形態のモジュラー構造ロボットは、産業用ロボットやサービスロボットとして用いることができる双腕型上半身ロボットを構成するもので、図1および図2に示すように、基部1と、その基部1上に立設された体幹部2と、その体幹部2の左右側部に取り付けられた多関節型の2本の腕部3と、上記体幹部2の上端部に取り付けられた頭部4と、を備えている。
The modular structure robot of this embodiment constitutes a dual-arm upper-body robot that can be used as an industrial robot or a service robot. As shown in FIGS. A
基部1は、体幹部2を取り付ける環状のフランジ1aを上端部に有するとともに、そのフランジ1aを介して体幹部2をその中心軸線周りに水平に回動させる通常のモータ式駆動機構を持つ1自由度の腰関節部を内部に有し、例えば人手または自走で移動可能な図示しない台車上に固定支持されている。なお、上記台車はその内部に、予め与えられた作業プログラムに基づいてこの実施形態のモジュラー構造ロボットを作業動作させる通常の制御用コンピュータを搭載している。
The
体幹部2は、基部1の環状のフランジ1aに下端部を取り付けられた筒状のフレーム2aを有するとともに、そのフレーム2aの上部に設けられて内部に腕部3や頭部4の各関節部の動作を制御する制御回路を収容するケーシング状の胴部2bを有しており、フレーム2aの左右側部には、腕部3を取り付けるコ字状のブラケット2cが、腕部3の取付け面を僅かに斜め下向きにして固設され、フレーム2aの上端部には、頭部4を取り付ける環状のフランジ2dが、頭部4の取付け面を上向きにして固設されている。
The
2本の腕部3は左右対称に構成されている以外は基本的に互いに同一の構成を有している。即ち各腕部3は、上腕部3aと、前腕部3bと、手首部3cとを有するとともに、体幹部2のフレーム2aの左右側部のブラケット2cに上腕部3aを取り付けてそのブラケット2cに対し上腕部3aを概略垂直方向軸線周りの左右方向および概略水平方向軸線周りの上下方向に揺動させる2自由度の肩関節部3dと、上腕部3aに対し前腕部3bを概略水平軸線周りの上下方向に揺動させる1自由度の肘関節部3eと、前腕部3bに対し手首部3cをその延在方向のひねり軸線とそれと直交する曲げ軸線とそれらに直交する回し軸線との周りに回動させる3自由度の手首関節部3fとを有する。すなわち、腕部3からなる腕部モジュール(理解を容易にするため元の部分と同一の符号3で示す)は合計6自由度を有している。肩関節部3d,肘関節部3e,手首関節部3fは各々、通常のモータ式駆動機構を持っている。
The two
頭部4は前部に、ステレオビジョンとして対象物の位置情報を取得可能なように配置した例えばビデオカメラからなる2台のカメラ4aを有していて、それらのカメラ4aが撮像した2次元画像から制御用コンピュータは、例えば多数の画像を断層として面直方向に重ね合わせる3次元画像化処理およびその3次元画像に対する三角測量の原理の適用等により、撮影対象から頭部4までの距離と撮影対象の方向とを撮影対象の位置情報として演算で求めることができる。また頭部4は、2台のカメラ4aをフレーム2aの上端部のフランジ2dに取り付けてそのフランジ2dに対し2台のカメラ4aを垂直方向軸線周りの左右方向および概略水平方向軸線周りの上下方向に揺動させる通常のモータ式駆動機構を持つ2自由度の首関節部4bを有している。
The
かかるこの実施形態のモジュラー構造ロボットによれば、台車内の制御用コンピュータに予め与えた作業プログラムに基づき各関節部を動作させて、手首部3cに装着した図示しないハンド等のエンドエフェクタを使い、例えば梱包箱の組立てや検査、その梱包箱内への製品の収納および、製品を収納した梱包箱の搬出等の作業を行うことができる。
According to the modular structure robot of this embodiment, each joint is operated based on a work program given in advance to the control computer in the carriage, and an end effector such as a hand (not shown) attached to the
この実施形態のモジュラー構造ロボットはさらに、基部1と体幹部2とが互いに脱着可能なモジュール(交換可能な構成単位)とされ、また各腕部3と頭部4とがそれぞれ体幹部2に対して脱着可能なモジュール(交換可能な構成単位)とされてモジュラー構造を構成しており、具体的には、体幹部2からなる体幹部モジュール(理解を容易にするため元の部分と同一の符号2で示す)はフレーム2aの下端部に、基部1からなる基部モジュール(理解を容易にするため元の部分と同一の符号1で示す)のフランジ1aに対応する環状のフランジ2eを固設され、基部モジュール1のフランジ1aと体幹部モジュール2のフランジ2eはそれぞれ、互いに向き合うボルト穴とピン穴とを形成され、図ではフランジ1aの直径方向に互いに離間した2つのピン穴1bに位置決めピン5が立設され、それらのピン穴1bを周方向に挟む4つのボルト穴1cに雌ねじが形成されており、フランジ1aの2つのピン穴に向き合うフランジ2eの2つのピン穴は、位置決めピン5が公差の範囲内の僅かな遊びを持って嵌合できる大きさに形成され、またフランジ2eの残る4つのピン穴は、ボルト穴1cの雌ねじと螺合する固定ボルト6が挿通可能な大きさに形成されている。
In the modular robot of this embodiment, the
また、頭部4からなる頭部モジュール(理解を容易にするため元の部分と同一の符号4で示す)も、体幹部モジュール2の場合と同様、首関節部4bの下端部に、体幹部モジュール2のフランジ2dに対応する環状のフランジ4cを固設され、体幹部モジュール2のフランジ2dと頭部モジュール4のフランジ4cはそれぞれ、互いに向き合うボルト穴とピン穴とを形成され、図ではフランジ2dの直径方向に互いに離間した2つのピン穴に位置決めピン5が立設され、それらのピン穴を周方向に挟む4つのボルト穴に雌ねじが形成されており、フランジ2dの2つのピン穴に向き合うフランジ4cの2つのピン穴は、位置決めピン5が公差の範囲内の僅かな遊びを持って嵌合できる大きさに形成され、またフランジ4cの残る4つのピン穴は、フランジ2dのボルト穴の雌ねじと螺合する固定ボルト6が挿通可能な大きさに形成されている。
A head module (shown with the
そして腕部モジュール3は、体幹部モジュール2の側部に向く肩関節部3dの側面に、体幹部モジュール2のブラケット2cに対応するコ字状のブラケット3gを固設され、体幹部モジュール2のフランジ2cと腕部モジュール3のブラケット3gはそれぞれ、互いに向き合うボルト穴とピン穴とを形成され、図ではブラケット2cの横方向に互いに離間した2つのピン穴に位置決めピン5が立設され、それらのピン穴を周方向に挟む4つのボルト穴に雌ねじが形成されており、ブラケット2cの2つのピン穴に向き合うブラケット3gの2つのピン穴は、位置決めピン5が公差の範囲内の僅かな遊びを持って嵌合できる大きさに形成され、またブラケット3gの残る4つのピン穴は、ブラケット2cのボルト穴の雌ねじと螺合する図示しない固定ボルトが挿通可能な大きさに形成されている。
The
ここで、図2に示すように、体幹部モジュール2と腕部モジュール3との間および体幹部モジュール2と頭部モジュール4との間を電気的に接続する配線8並びに、体幹部モジュール2と腕部モジュール3との間および体幹部モジュール2と頭部モジュール4との間で空圧を供給するホース等の配管は外部に露出しているが、配線8による電気的接続を中継するコネクタ並びに、配管による空圧の供給を中継するコネクタは、全て体幹部モジュール2側に固定配置されて、体幹部モジュール2の胴部2bに容易に着脱可能な前面側カバー2fおよび背面側カバー2gの内側に収められており、前面側カバー2fおよび背面側カバー2gを取り外すことで外部に露出する。また、体幹部2のフレーム2aの左右側部のブラケット2cも、体幹部モジュール2の前後方向および上方から見ると前面側カバー2fおよび背面側カバー2gの内側に収められており、前面側カバー2fおよび背面側カバー2gを取り外すことで腕部モジュール3の固定ボルト6等を着脱可能なように外部に露出する。さらに、体幹部2のフレーム2aの上端部のフランジ2dも、体幹部モジュール2の前後方向から見ると前面側カバー2fおよび背面側カバー2gの内側に収められており、前面側カバー2fおよび背面側カバー2gを取り外すことで頭部モジュール4の固定ボルト6等を着脱可能なように外部に露出する。これにより、腕部モジュール3および頭部モジュール4の着脱時に取り外す必要のあるカバーは体幹部モジュール2側のみとなるため、各モジュールの脱着作業を容易に行うことができる。加えて、腕部モジュール3および頭部モジュール4に付属するオプション機器用配線の有無やモジュール自体の搭載の有無といった異なる構成への変更の際に、使用しない配線をカバー内に格納する必要が無いため、その構成変更を容易に行うことができる。
Here, as shown in FIG. 2,
なお、本発明の他の一実施形態として、基部モジュール1のフランジ1aおよびそれに対応する体幹部モジュール2のフランジ2eにも、体幹部モジュール2のフランジ2dおよびそれに対応する頭部モジュール4のフランジ4cにも各々中央部に穴を持たせ、そして体幹部モジュール2のブラケット2cおよびそれに対応する腕部モジュール3のブラケット3gにも各々中央部に至る切欠きを持たせ、これらの穴および切欠き内に、基部モジュール1と体幹部モジュール2との間並びに体幹部モジュール2と腕部モジュール3および頭部モジュール4との間を電気的に接続する配線やその配線のコネクタ、基部モジュール1と体幹部モジュール2との間並びに体幹部モジュール2と腕部モジュール3および頭部モジュール4との間で空圧を供給するホース等の配管やその配管のためのコネクタを配置してもよい。これらの穴および切欠き内に、モジュール間を接続する電気配線やその配線のコネクタや、空圧を供給する配管やその配管のためのコネクタを配置することで、モジュール交換時に、モジュール間の電気配線や空圧配管を、短時間で容易に取外しおよび再接続することができる。
As another embodiment of the present invention, the
さらに、この実施形態のモジュラー構造ロボットは、体幹部モジュール2の胴部2bの前面側カバー2fを外すと、体幹部モジュール2の前部の胴部2b上に支持板7が前向きに配置され、その支持板7は両側部を体幹部モジュール2の左右のブラケット2cに固定されるとともに、中央部に腕部モジュール3の手首部3cの動作位置校正用の円盤状のキャリブレーションポイント7aを突設され、さらに、そのキャリブレーションポイント7aの近傍の所定位置にピン穴7bを形成されている。なお、キャリブレーションポイント7aおよびピン穴7bは、体幹部モジュール2の胴部2bに容易に着脱可能な前面側カバー2fの内側に収まられており、前面側カバー2fを取り外すことで外部に露出する。
Furthermore, in the modular structure robot of this embodiment, when the
かかるこの実施形態のモジュラー構造ロボットによれば、図1に示すように、基部モジュール1に対して体幹部モジュール2が、また体幹部モジュール2に対して左右の腕部モジュール3と頭部モジュール4とが、それらのモジュールに設けられたピン5とピン穴とからなる嵌合部によって公差の範囲内で概略位置決めされた状態で脱着可能にボルト6により結合されるので、体幹部モジュール2を基部モジュール1に対して容易に脱着することができるとともに、腕部モジュール3と頭部モジュール4を体幹部モジュール2に対して容易に脱着することができる。
According to the modular structure robot of this embodiment, as shown in FIG. are detachably connected by
図3は、上記実施形態のモジュラー構造ロボットの腕部モジュールの校正動作を示す正面図、図4(a)は、そのモジュラー構造ロボットの両腕部モジュールにそれぞれ設けられた位置合わせ部を示す側面図、図4(b)は、そのモジュラー構造ロボットの体幹部モジュールと腕部モジュールとにそれぞれ設けられた位置合わせ部の係合状態を示す断面図であり、上述した体幹部モジュール2への両腕部モジュール3の結合後は、図3および図4(b)に示すように、体幹部モジュール2に対する各腕部モジュール3の校正動作によって、体幹部モジュール2に設けられた位置合わせ部としての円盤状のキャリブレーションポイント7aに、腕部モジュール3に設けられた位置合わせ部としての手首部3cの対応する形状の凹部3iが位置および姿勢を合わせられて嵌合され、さらに、手首部3cに突設されたピン3hがキャリブレーションポイント7aに対する軸線周りの向きを合わせられて、支持板7のキャリブレーションポイント7aの近傍のピン穴7bに嵌合され、その状態で体幹部モジュール2と腕部モジュール3との相対位置情報が校正される。
FIG. 3 is a front view showing the calibration operation of the arm module of the modular structure robot of the above embodiment, and FIG. FIG. 4(b) is a cross-sectional view showing the engagement state of the positioning portions provided in the trunk module and the arm module of the modular robot. After connecting the
すなわち、キャリブレーションポイント7aおよびピン穴7bに手首部3cの凹部3iおよびピン3hがそれぞれ嵌合されて手首部3cの位置および向きが固定されることで、上述の通り6自由度(6軸)を持つ腕部モジュール3の自由度が非冗長となり、腕部モジュール3の備える各関節軸の角度が一義的(一意)に決定される。ただし、腕部モジュール3は弾性特性(例えば、減速機に生じる応力による歪みなど)を持っているため、キャリブレーション時に腕部モジュール3の各関節軸にその関節軸のモータで既定の駆動トルクを加えることで、キャリブレーション結果への腕部モジュール3の弾性特性の影響を除外する。
That is, by fitting the
従ってこの実施形態のモジュラー構造ロボットによれば、体幹部モジュール2に対して左右の腕部モジュール3を高精度に動作させることができるとともに、キャリブレーションポイント7aおよびピン穴7bが左右の腕部モジュール3で共通なので、左右の腕部モジュール3同士についても互いに高精度に動作させることができる。なお、図1では体幹部モジュール2に対して左右の腕部モジュール3を電気的に接続する上述の露出した配線およびコネクタの図示を省略しているが、その配線およびコネクタは、上述のように体幹部モジュール2のブラケット2cおよびそれに対応する腕部モジュール3のブラケット3gの各々の中央部に至る切欠き内に配置してもよく、このようにすれば、腕部モジュール3の脱着の際にその配線も容易に脱着することができる。
Therefore, according to the modular structure robot of this embodiment, the left and
図5(a)は、上記実施形態のモジュラー構造ロボットの頭部モジュールの校正動作を示す正面図、図5(b)は、そのモジュラー構造ロボットの体幹部モジュールと頭部モジュールとにそれぞれ設けられた位置合わせ部の係合状態を示す断面図であり、この実施形態のモジュラー構造ロボットはさらに、図3および図5(a),(b)に示すように、頭部モジュール4の首関節部4bの前面に位置合わせ部としてのI形のキャリブレーション治具7cの基端部が取り付けられるとともに、体幹部モジュール2のフレーム2aの上端部付近の前側に上記キャリブレーション治具7cの先端部と嵌合する位置合わせ部としての短片状のキャリブレーションポイント7dが前向きに突設されている。
FIG. 5(a) is a front view showing the calibrating operation of the head module of the modular robot of the above embodiment, and FIG. 3 and 5(a), (b), the modular structure robot of this embodiment further includes a neck joint portion of the
そしてこの実施形態のモジュラー構造ロボットにあっては、図5(a),(b)に示すように、頭部モジュール4の首関節部4bの前面に取り付けられた位置合わせ部としてのキャリブレーション治具7cの先端部の中央の凹部が、体幹部モジュール2に対する頭部モジュール4の正面向きで真下に向く校正動作によって、体幹部モジュール2に設けられた位置合わせ部としてのキャリブレーションポイント7dに嵌合され、その状態で体幹部モジュール2と頭部モジュール4との頭部左右回転および上下回転の2自由度(2軸)の相対位置情報が校正される。
In the modular structure robot of this embodiment, as shown in FIGS. The concave portion at the center of the tip of the
従ってこの実施形態のモジュラー構造ロボットによれば、体幹部モジュール2を基部モジュール1に対して容易に脱着することができるとともに、腕部モジュール3と頭部モジュール4を体幹部モジュール2に対して容易に脱着することができ、さらに、腕部モジュール3に加えて頭部モジュール4も、体幹部モジュール2に対して高精度に動作させることができる。
Therefore, according to the modular structure robot of this embodiment, the
以上、図示例に基づき説明したが、この発明のモジュラー構造ロボット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の範囲内で適宜変更することができ、例えば基部モジュール1と体幹部モジュール2との間でも、基部モジュール1上に立設したストッパと、体幹部モジュール2の下端部に水平に突設した当接部とを体幹部モジュール2の回動により当接させた状態で、基部モジュール1に対する体幹部モジュール2の相対回動位置を校正するようにしてもよい。
Although the description has been made above based on the illustrated examples, the modular structure robot of the present invention is not limited to the above examples, and can be modified as appropriate within the scope of the claims. Also between the
また、この発明においては、各モジュールは、そのロボットの使用目的に応じて異なる構成のものを適宜交換して装着してもよく、嵌合部の形状や位置合わせ部の形状も、そのロボットの使用目的に応じて適宜異なるものとしてもよい。 In the present invention, each module may have a different configuration depending on the purpose of use of the robot, and may be replaced and mounted as appropriate. It may be changed as appropriate depending on the purpose of use.
かくして本発明のモジュラー構造ロボットによれば、各々機能部分を構成する複数のモジュール(交換可能な構成単位)のうち互いに隣接する2つのモジュールが、それらのモジュールに設けられた嵌合部によって概略位置決めされた状態で互いに脱着可能に結合されているので、2つのモジュールを容易に互いに脱着することができ、それら2つのモジュールの結合後は、2つのモジュールの相対位置情報の校正のために、それら2つのモジュールにそれぞれ設けられた位置合わせ部がそれら2つのモジュールの少なくとも一方の校正動作によって互いに係合されるので、それら2つのモジュールを互いに対して高精度に動作させることができる。 Thus, according to the modular structure robot of the present invention, two modules adjacent to each other among a plurality of modules (replaceable structural units) each constituting a functional part are roughly positioned by the fitting portions provided on the modules. Since the two modules are detachably connected to each other in the connected state, the two modules can be easily detached from each other. The two modules can be operated with high accuracy relative to each other, since the alignment features provided on each of the two modules are engaged with each other by the calibrating operation of at least one of the two modules.
それゆえ本発明のモジュラー構造ロボットによれば、モジュールの交換後のロボットの動作の再教示の手間を省力化することができるので、以下の効果を得ることができる。
1)生産ラインに配置したロボットの故障部位の修理や点検等のメンテナンス時に、モジュール毎に交換することで、生産ラインの停止時間を最小限に短縮することができる。
2)ロボットのユーザがモジュールの交換および位置校正を行い得るので、ロボットメーカのメンテナンスマンの出張が必須でなくなり、メンテナンスマンが効率的なサービスを提供することができる。
3)モジュールの取付け部の仕様と配線等の接続コネクタの仕様とをそれぞれモジュール間で合わせることで、モジュール毎のアップデートが可能となり、ロボットに対する機能追加や改良、変更を容易に行うことができる。
4)生産ラインの生産状況に応じて、そこに配置したロボットのモジュール構成を最小限構成と最大限構成との間で変更することができるので、例えば腕部モジュールの本数や自由度を増減したり腕部モジュールに作業対象物の撮影用のカメラを設けたりして、作業に対し適正な構成に変更することで、コストおよび運用において最適なロボットを実現することができる。
Therefore, according to the modular structure robot of the present invention, the labor for re-teaching the motion of the robot after module replacement can be saved, so that the following effects can be obtained.
1) By replacing each module during maintenance, such as repairing or inspecting a faulty part of a robot placed on a production line, the downtime of the production line can be minimized.
2) Since the user of the robot can replace the module and calibrate the position, the maintenance man of the robot manufacturer does not have to make a business trip, and the maintenance man can provide efficient service.
3) By matching the specifications of the mounting part of the module and the specifications of the connection connector such as wiring between modules, it is possible to update each module, and it is possible to easily add, improve, and change the function of the robot.
4) Depending on the production status of the production line, the module configuration of the robot placed there can be changed between the minimum configuration and the maximum configuration. A robot that is optimal in terms of cost and operation can be realized by changing the configuration to an appropriate one for the work, such as by providing a camera for photographing the work object on the arm module.
1 基部モジュール(基部)
1a フランジ
1b ピン穴
1c ボルト穴
2 体幹部モジュール(体幹部)
2a フレーム
2b 胴部
2c ブラケット
2d フランジ
2e フランジ
2f 前面側カバー
2g 背面側カバー
3 腕部モジュール(腕部)
3a 上腕部
3b 前腕部
3c 手首部
3d 肩関節部
3e 肘関節部
3f 手首関節部
3g ブラケット
3h ピン
3i 凹部
4 頭部モジュール(頭部)
4a カメラ
4b 首関節部
4c フランジ
5 位置決めピン
6 固定ボルト
7 支持板
7a キャリブレーションポイント
7b ピン穴
7c キャリブレーション治具
7d キャリブレーションポイント
8 配線
1 base module (base)
3a
Claims (8)
前記複数のモジュールのうち互いに隣接する2つのモジュールが、それらのモジュールに設けられた嵌合部によって概略位置決めされた状態で互いに脱着可能に結合され、
前記2つのモジュールの結合後の相対位置情報の校正のために、前記2つのモジュールにそれぞれ設けられた位置合わせ部がそれら2つのモジュールの少なくとも一方の校正動作によって互いに係合されることを特徴とするモジュラー構造ロボット。 In a modular structure robot comprising a plurality of modules each constituting a functional part,
two modules adjacent to each other among the plurality of modules are detachably coupled to each other while being roughly positioned by fitting portions provided in the modules;
In order to calibrate the relative positional information of the two modules after they are combined , the alignment parts respectively provided in the two modules are engaged with each other by calibrating operation of at least one of the two modules. modular structure robot.
前記体幹部モジュールに設けられた位置合わせ部は、前記2本の腕部モジュールに設けられた位置合わせ部の何れとも係合するものであることを特徴とする、請求項2記載のモジュラー構造ロボット。 comprising two arm modules constituting arms attached to the left and right sides of the trunk,
3. The modular structure robot according to claim 2, wherein the alignment portion provided on the trunk module engages with any of the alignment portions provided on the two arm modules. .
前記ブラケットは、前記体幹部モジュールの胴部に容易に着脱可能なカバーの内側に収められており、前記カバーを取り外すことで外部に露出することを特徴とする、請求項3記載のモジュラー構造ロボット。 Brackets for attaching the arm module to the trunk module are provided on the left and right sides of the trunk module,
4. The modular structure robot according to claim 3, wherein the bracket is housed inside a cover that can be easily attached to and detached from the body of the trunk module, and is exposed to the outside by removing the cover. .
前記キャリブレーションポイントには、前記手首部を嵌合させる際に前記手首部の位置および向きを一意に固定可能な位置決めピンが設けられており、
前記キャリブレーションポイントに前記手首部の位置および向きを合わせて嵌合させた状態で前記腕部モジュールの各関節軸に既定の駆動トルクを加えることで、キャリブレーション結果への前記腕部モジュールの弾性特性の影響が除外されることを特徴とする、請求項2から4までの何れか1項記載のモジュラー構造ロボット。 The trunk module is provided with a calibration point having a shape corresponding to the shape of the wrist as an alignment part of the arm module,
The calibration point is provided with a positioning pin capable of uniquely fixing the position and orientation of the wrist when fitting the wrist,
By applying a predetermined driving torque to each joint axis of the arm module in a state where the wrist is fitted to the calibration point with the position and orientation adjusted, the elasticity of the arm module to the calibration result is adjusted. 5. Modular construction robot according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the influence of properties is excluded.
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