JPH06226661A - ロボットモジュールおよびロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】リンク機構の剛性および可搬重量を低下させ
ず、ロボットを構成する際の組立工程を少なくするロボ
ットモジュールを提供する。 【構成】移動用および作業用として先端部に設けたツー
ル部１２を交換可能に構成した複数のリンク機構１３
と、これらのリンク機構１３を固定するための胴体部１
４と、この胴体部１４下面に取り付けられ移動時に接地
面２２を転動する転動機構１５とを備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はロボットモジュール、お
よび作業環境の変化に応じ形態を変化させて作業および
移動を行うことができ、組立可能なロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、複数のロボットモジュールを組み
立てることにより、作業環境に適したロボットを構成す
る組立可能なロボットとしては、電気学会論文集、１９
８７年１１月発行、Vol １０７、Ｃ分冊、１０１９頁〜
１０２６頁、福田、中川「セル構造を有する自己組織化
ロボット−その基礎概念とセル間の粗接近制御および形
態決定方法について」において、その技術的思想が述べ
られている。

【０００３】このロボットは、図１５および図１６に示
すように、ロボット５０を移動機構部５１とマニピュレ
ータ部５２とに大別し、それらを同軸回転関節要素５
３、垂直屈曲回転要素５４および前後直動回転要素５５
からなる各種関節要素、関節同士を連結する延長要素５
６、各種エンドエフェクタ要素５７、各種移動機構要素
５８など、機構学的に単機能で且つ連結機構５９を有す
る要素に分解し、これらの要素を作業環境に応じて組み
立てることにより、その作業環境に適したロボット５０
を構成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の組立可能なロボット５０においては、ロボ
ットモジュールが１自由度ごとに分解されているため、
作業または移動を行うロボットを構成するには、多くの
組立工程が必要とされる問題点がある。

【０００５】また、従来のロボット５０は、リンク機構
を構成する際、１自由度ごとに連結部分が存在するた
め、リンク機構自体の重量および長さが増加し、リンク
機構の可搬重量が低下する。さらに、連結部分における
剛性は他の部分に比較して低くなるため、リンク機構自
体の剛性も低下する問題点がある。

【０００６】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、リンク機構の剛性および可搬重量を低下させ
ず、ロボットを構成する際の組立工程を少なくすること
のできるロボットモジュールを提供するとともに、この
ロボットモジュールを複数用いて剛性の高い組立可能な
ロボットを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るロボットモ
ジュールは、上述した課題を解決するために、移動用お
よび作業用として先端部に設けたツール部を交換可能に
構成した複数のリンク機構と、これらのリンク機構を固
定するための胴体部と、この胴体部下面に取り付けられ
移動時に接地面を転動する転動機構とを備えたものであ
る。

【０００８】また、本発明に係るロボットは、移動用お
よび作業用として先端部に設けたツール部を交換可能に
構成した複数のリンク機構と、これらのリンク機構を固
定するための胴体部と、この胴体部下面に取り付けられ
移動時に接地面を転動する転動機構とを備えたロボット
モジュールを複数有し、これらのロボットモジュールを
連結装置を介して機械的、且つ電気的に結合したもので
ある。

【０００９】

【作用】上記の構成を有する本発明に係るロボットモジ
ュールにおいて、複数のリンク機構の先端部に設けたツ
ール部は、移動時に移動用機構と、作業時に作業用機構
と交換される。胴体部下面に取り付けた転動機構は、移
動時にロボットの重量を胴体部で支える際、胴体下面と
接地面との間に生ずる摩擦力を低減する。

【００１０】したがって、移動時において、リンク機構
はロボットの重量を支える必要がなくなるとともに、作
業用に設計されたリンク機構を移動用に利用することも
可能になる。そのため、ツール部以外の機構は移動時お
よび作業時に共用できるので、複数のロボットモジュー
ルを用いて種々の形態のロボットを組み立てる際、組立
工程を少なくすることが可能となり、且つリンク機構に
おける連結部分はリンク先端部だけになるため、リンク
機構における剛性が増加する。

【００１１】また、本発明に係るロボットにおいては、
複数のロボットモジュールを連結装置により機械的、且
つ電気的に結合したので、複数のロボットモジュールを
組み立ててロボットとした時、ロボット全体の剛性を高
めることが可能となる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１３】図１は本発明に係るロボットモジュールお
よびロボットの一実施例を示し、腕−脚共用型のロボッ
トモジュールを用いた組立可能なロボットを示す概略図
である。

【００１４】図１に示すように、本実施例のロボット１
は２つのロボットモジュール１０，１０を備えており、
これらのロボットモジュール１０，１０は、それぞれ先
端部にツール部１２を有し、且つこのツール部１２を交
換することにより移動および作業に使用可能な２本のリ
ンク機構１３，１３と、これら２本のリンク機構１３，
１３を固定するための胴体部１４と、この胴体部１４下
面に取り付けられ移動時に接地面を転動する転動機構と
してのボールキャスタ１５とから大略構成されている。
そして、胴体部１４の上下には複数の連結孔１６が穿設
されている。

【００１５】また、ロボット１は２つのロボットモジュ
ール１０，１０と、これらのロボットモジュール１０，
１０における胴体部１４の連結孔１６に挿入されるとと
もに、ロボットモジュール１０，１０間を機械的、且つ
電気的に結合する連結装置１７とを備えている。

【００１６】図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は腕−脚共用
型のロボットモジュール１０を示しており、図２（Ａ）
において、リンク機構１３，１３のツール部１２，１２
はツールチェンジャー１８，１８により交換可能に取り
付けられている。なお、図１および図２において、ツー
ル部１２はハンドおよび足機構を用いている。また、リ
ンク機構１３は胴体部１４の取付部分から先端部のツー
ルチェンジャー１８までとする。

【００１７】そして、ロボットモジュール１０の胴体部
１４には、図２（Ｂ），（Ｃ）に示すようにロボットモ
ジュール１０間の機械的、且つ電気的結合を行うための
連結孔１６が胴体上部１４ａに８個、胴体下部１４ｂに
８個、計１６個穿設されている。

【００１８】また、ロボットモジュール１０の胴体部１
４には、図３に示すように２本のリンク機構１３，１３
を駆動制御するためのコントローラ２４と、リンク関節
部に取り付けられたアクチュエータを駆動するためのド
ライバ回路２５およびバッテリー２６が内蔵されてい
る。コントローラ２４は連結孔１６と信号ライン２７に
より接続され、各連結孔１６は電源ライン２８およびグ
ランドライン２９と接続されている。

【００１９】リンク機構１３を作業に使用する場合に
は、ツール部１２として図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に
示すハンド１２ａ、グラインダ１２ｂ、電動レンチ１２
ｃなどをリンク先端部に取り付ける一方、リンク機構１
３を移動に使用する場合には、ツール部１２として図５
（Ａ），（Ｂ）に示す移動環境に応じた足機構１２ｄを
リンク先端部に取り付ける。

【００２０】そして、ロボットモジュール１０はその胴
体下部１４ｂに取り付けられたボールキャスタ１５を転
動することにより、ロボット１の重量を胴体下部１４ｂ
で支持しつつ移動することが可能となる。したがって、
ロボットモジュール１０を移動に利用した場合には、リ
ンク機構１３の先端部に取り付けた足機構１２ｄと胴体
下部１４ｂに取り付けたボールキャスタ１５により、例
えば図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示す順序に
従って接地面である床面２２を容易に移動することがで
きる。

【００２１】図７は作業に利用したロボットモジュール
１０と、移動に利用したロボットモジュール１０とを連
結装置１７で連結したロボットを示している。この連結
装置１７は、図８に示すように両端部の連結部３４が胴
体部１４の連結孔１６に挿入固定される形状をなし、内
部に胴体部１４のコントローラ２４と電気的に接続され
る信号ライン２７、電源ライン２８およびグランドライ
ン２９が配線されている。

【００２２】また、ロボットモジュール１０間の機械
的、且つ電気的な結合は、図９に示すように連結装置１
７における連結部３４をロボットモジュール１０の胴体
部１４に穿設された連結孔１６に差し込むことにより行
う。なお、連結装置１７はロボットモジュール１０間の
結合形態に応じた形状のものを用意することが望まし
い。すなわち、図１０（Ａ）に示す上記連結装置１７は
上下のロボットモジュール１０の結合を行い、同図
（Ｂ）に示す連結装置３６は前後または左右のロボット
モジュール１０の結合を行い、そして同図（Ｃ）に示す
連結装置３７は上下と、前後または左右の結合を行う。

【００２３】次に、本実施例に係るロボットモジュール
およびロボットの作用について説明する。

【００２４】本実施例のロボットモジュールにおいて、
複数のリンク機構１３の先端部に設けたツール部１２
は、移動時に移動用機構としての足機構１２ｄと、作業
時に作業用機構としてのハンド１２ａ、グラインダ１２
ｂ、電動レンチ１２ｃと交換される。胴体下部１４ｂに
取り付けたボールキャスタ１５は、移動時にロボット１
の重量を胴体部１４で支える際、胴体下部１４ｂと接地
面としての床面２２との間に生ずる摩擦力を低減する。

【００２５】したがって、移動時において、リンク機構
１３はロボット１の重量を支える必要がなくなるととも
に、作業用に設計されたリンク機構１３を移動用に利用
することも可能になる。そのため、ツール部１２以外の
機構は移動時および作業時に共用できるので、複数のロ
ボットモジュール１０を用いて種々の形態のロボットを
組み立てる際、組立工程を少なくすることが可能とな
る。そして、リンク機構１３における連結部分はリンク
先端部だけになるため、リンク機構１３における剛性が
増加する。

【００２６】また、本実施例のロボット１においては、
複数のロボットモジュール１０を連結装置１７により機
械的、且つ電気的に結合したので、複数のロボットモジ
ュール１０を組み立ててロボット１とした時、ロボット
１全体の剛性を高めることが可能となる。

【００２７】図１１は複数のロボットモジュール１０と
図１０に示す連結装置１７，３６，３７を用いて新たな
ロボット２を組み立てた例を示している。図１１に示す
ロボット２において、複数種の連結装置１７，３６，３
７を用いることにより、ロボットモジュール１０間が格
子状に連結可能となるため、組み立てたロボット２全体
の剛性を一段と向上させることができる。

【００２８】このようなロボット２によれば、複数のロ
ボットモジュール１０と連結装置３５，３６，３７とを
用いたことにより、作業環境に応じてロボット２の形態
を変化させ、その作業環境に適したロボットを構成する
ことが可能となる。

【００２９】さらに、図１２、図１３、および図１４は
作業環境に応じてロボットの形態を変化させた例を示し
ている。既に説明した上記実施例と同一の部分には同一
の符号を付して説明する。

【００３０】図１２に示すロボット３は、移動機能であ
る足機構１２ｄを有するとともに、作業用工具としての
グラインダ１２ｂを備え、大直径配管３９のグラインダ
がけ作業を行っている。

【００３１】したがって、このような形態のロボット３
を用いれば、１本のアームでグラインダがけできない場
所でも複数のアームを用いて同時にグラインダがけがで
き、且つ移動することもできるので、効率のよいグライ
ンダがけ作業を行うことが可能となる。

【００３２】図１３に示すロボット４は、移動機能であ
る足機構１２ｄを有するとともに、作業用機構としての
ハンド１２ａ、グラインダ１２ｂ、および電動レンチ１
２ｃを備えてナット養生作業を行っている。

【００３３】このような形態のロボット４を用いれば、
複数の作業を同時に行いつつロボット４自体を移動する
ことができるので、ナット養生作業を流れ作業化するこ
とができ、その結果作業効率が高まる。

【００３４】図１４（Ａ），（Ｂ）に示すロボット５
は、６つのロボットモジュールを有し、これらは高所の
ロボットモジュール１０ａと、地上との間に位置するロ
ボットモジュール１０ｂと、地上のロボットモジュール
１０ｃとから構成され、その内、高所のロボットモジュ
ール１０ａが作業用機構としてのハンド１２ａおよび電
動レンチ１２ｃを備え、高所におけるナット交換作業を
行っている。

【００３５】このような形態のロボット５を用いれば、
ロボットモジュール１０ｂ，１０ｃ自体をロボット５の
構造部材として用いることが可能となる。また、高所で
作業を行っているロボットモジュール１０ａと、地上と
の間に位置するロボットモジュール１０ｂと各ロボット
モジュールのハンド１２ａ間で部品の授受を行えば、交
換部品を高所に搬送することができる。さらに、脚とし
て用いるリンク機構１３は横転防止用のアウトリガーと
して利用できるので、高所作業の際、ロボット５の安定
化を図ることが可能となる。

【００３６】なお、上記実施例では転動機構としてボー
ルキャスタを用いたが、本発明はこれに限らず自在車輪
などのように接地面上を転動するものであれば、それ以
外のものでも適用可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るロボ
ットモジュールによれば、移動用および作業用として先
端部に設けたツール部を交換可能に構成した複数のリン
ク機構と、これらのリンク機構を固定するための胴体部
と、この胴体部下面に取り付けられ移動時に接地面を転
動する転動機構とを備えたことにより、移動時、リンク
機構はロボットの重量を支える必要がなくなるととも
に、作業用に設計されたリンク機構を移動用に利用する
ことも可能になる。

【００３８】そのため、ツール部以外の機構は移動時お
よび作業時に共用できるので、複数のロボットモジュー
ルを用いて種々の形態のロボットを組み立てる際、組立
工程を少なくすることが可能となり、且つリンク機構に
おける連結部分はリンク先端部だけになるため、リンク
機構における剛性が増加する。

【００３９】また、本発明に係るロボットによれば、移
動用および作業用として先端部に設けたツール部を交換
可能に構成した複数のリンク機構と、これらのリンク機
構を固定するための胴体部と、この胴体部下面に取り付
けられ移動時に接地面を転動する転動機構とを備えたロ
ボットモジュールを複数有し、これらのロボットモジュ
ールを連結装置を介して機械的、且つ電気的に結合した
ことにより、複数のロボットモジュールを組み立ててロ
ボットとした時、ロボット全体の剛性を高めることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るロボットモジュールおよびロボッ
トの一実施例を示す概略図。

【図２】（Ａ）は図１のロボットモジュールを示す概略
図、（Ｂ）は胴体部の平面図、（Ｃ）は胴体部の底面
図。

【図３】図２におけるロボットモジュールの胴体部の回
路構成を示すブロック図。

【図４】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は作業用機構に用いる
のツール部を示す概略図。

【図５】（Ａ）はツール部を移動用機構に用いた場合の
ロボットモジュール示す概略図、（Ｂ）は（Ａ）の足機
構を示す概略図。

【図６】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は移動パター
ンの一例を示す説明図。

【図７】作業用および移動用ロボットモジュールを組み
合わせた形態を示す概略斜視図。

【図８】図１の連結装置における内部を示す配線図。

【図９】図８の連結装置にてロボットモジュール間を結
合した状態を示す断面図。

【図１０】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は互いに異なる形状
の連結装置を示す説明図。

【図１１】複数のロボットモジュールと異なる形状の連
結装置を用いて新たなロボットを組み立てた例を示す概
略斜視図。

【図１２】ロボットをグラインダがけ作業に用いた例を
示す概略図。

【図１３】ロボットをナット養生作業に用いた例を示す
概略図。

【図１４】（Ａ）はロボットを高所作業に用いた例を示
す概略図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ方向矢視図。

【図１５】従来の組立可能なロボットを示す説明図。

【図１６】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は互いに異なる関節
要素を示す説明図。

【符号の説明】

１ ロボット １０ ロボットモジュール １２ ツール部 １３ リンク機構 １４ 胴体部 １５ ボールキャスタ（転動機構） １６ 連結孔 １７ 連結装置 １８ ツールチェンジャー ２２ 床面（接地面）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動用および作業用として先端部に設け
   たツール部を交換可能に構成した複数のリンク機構と、
   これらのリンク機構を固定するための胴体部と、この胴
   体部下面に取り付けられ移動時に接地面を転動する転動
   機構とを備えたことを特徴とするロボットモジュール。
2. 【請求項２】 移動用および作業用として先端部に設け
   たツール部を交換可能に構成した複数のリンク機構と、
   これらのリンク機構を固定するための胴体部と、この胴
   体部下面に取り付けられ移動時に接地面を転動する転動
   機構とを備えたロボットモジュールを複数有し、これら
   のロボットモジュールを連結装置を介して機械的、且つ
   電気的に結合したことを特徴とするロボット。