JPS58501941A - 非水平表面に沿って移動できる自動装置 - Google Patents
非水平表面に沿って移動できる自動装置Info
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- JPS58501941A JPS58501941A JP83500388A JP50038883A JPS58501941A JP S58501941 A JPS58501941 A JP S58501941A JP 83500388 A JP83500388 A JP 83500388A JP 50038883 A JP50038883 A JP 50038883A JP S58501941 A JPS58501941 A JP S58501941A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
這い上る足をもつロボット
本発明は水平でない表面に沿って、例えば垂直面Gこ沿って又は天井を移動する
ことができる自動装置に関するものである。
この種の装置の応用のひとつとしては船体のペンキ塗りまたは削り落しがある。
米国−A −3,409,854号明細書Gこはこの種の用途のための装置を記
載しており、これは3個の電磁石を装備した第1器具、1個の電磁石を装備した
第2器具、および第1器具Gこ関連して滑走でき第2器具に関連して回転できる
中間部材からなる連結手段を有する。
この中間部材は表面処理用の工具を支持する。中間部材を滑走または回転させな
がら第1器具と第2器具の電磁石を別々Gこ連続的に作動することGこよって、
装置を意のままGこ平面Gこ沿って動かすことができるものと解される。この種
の装置は曲率が極めて小さい表面でしか操作てきないが、実際Gこ装置の種々の
部材間の遊びのためだはで支持面が完全Gこ平らでない場合Gここの支持面と電
磁石との間の正しい接触が得られ、この遊びが大きすぎる場合は変位時Gこ、固
着がなく装置が正しい方法で支持されないような支持面からの距離Gこ電磁石の
ひとつを導くことができる。第2器具が1個の電磁石だけを装備することは、か
なり大きな重量を避ケラt’するとしても、安定性を小ぎくするだけなので危険
性が増す。
これら工具が中間部材と共Gこ固定されていることは器具りひとつと同時に表面
処理するためGこしか工具分動かせない不便がある。器具は並進運動またはせい
ぜい回転運動のみを与えることができ、遊びをもたらす力があまり重要でない場
合、時間浪費の原因となり、さらGこ2個の器具の保持力を同時に使用すること
ができず、これは大きい力の場合Gこは限界である。
フランス国特許−A −2,221,243号は、回転しないで、2方向の相対
的並進によって互いに関連して移動できる2個の器具を有する装置を記載してい
る。
各器具には2個の電磁石を装備する。これら器具を表面の湾曲に適合するようG
こあらかじめ連接または曲げることができる。この装置は動く際Gこ安定性Gこ
関する限り前記と同じ欠点を与え、また、船体のようGこ、湾曲が変化する表面
の変位Gこうまく適合せず、継手の存在がその剛性を妨げ装置を重くするので、
表面が変化するごとに器具を変えることは実際的でない。
支持され従って同じ向きご保持する処理具に対して回転することができないので
、向きが変えられず、あるいは平均位置の周り?振動することが可能な場合、可
能な向きがその振動の角度Gこよって料理される。
フランス国−A −1,205,668号Gこは水平地に対する変位のための輸
送装置が記載ごね、その構造は各器具が4本の伸張性の足をもつ以外はフランス
国−A−2,22,243号Gこ記載されたものとほぼ同じである。
従ってこの装置はでこぼこした地面を移動できるが、急こう配の坂にひっかける
ことができる手段がなく、また他の工具を装備していない。
また本発明者が知っている限りでは、監視および/または処理のため湾曲した急
こう配の坂に沿って容易に独立して移動できる装置は何も存在していない。
本発明の目的は極めて簡単な構造で安全性が大きいこの種の装置を提供すること
Gこある。
本発明の他の目的は遊びGこ僅かな力を加えながら重要な表面を迅速Gこ掃引し
、同時Gこ遊びGこかなりの力を加えながら極めて安全Gこ表面企処理するため
迅fi+こ用いることができるような装置を提供することにある。
また本発明の他の目的は自動ロボットとして容易Gこ使用できる装置を提供する
ことしこある1J従って本発明は水平でない表面に沿って移動することができる
自動装置を提供し、第1の器具および表面Gこ平行な平面内で並進および回転G
こよって相対的に変位させる手段Gこよって第1の器具Gこ連結した第2の器具
ならびに第1および第2の器具によってそれぞれ支持され、取外しできるようG
こ表面に装置登固定できる第1および第2の保持手段を有し、前記装置が、保持
手段を少なくとも1個の器具によって支持し表面しこ垂直な方向しこ前記保持手
段Gこ対して前記器具を変位できる装置Gこよって前記器具Gこ連結しているこ
とを特徴とする。
本発明Gこよる装置の興味ある実施例Gこよれば、前記第1の器具の保持手段?
多角形形状の複数の固着具からつくり第2の器具の保持手段の中心に外部から設
け、前記装置がざらに処理または検査工具を有し、この処理または検査工具を前
記第1の器具Gこ関連して回転できるように取付けることを特徴とする。
実施例Gこよれば、前記処理または検査具を関節でつないだ腕によって2個の器
具のひとつGこ連結するが、前記関節でつないだ腕は制御手段をそれぞれ設けた
複数の関節を有するロボット腕であることが好ましい。
第2の器具の保持手段を多角形を形成する複数の固着具によって形成すると有利
でありその中心は第1の器具によって支持された保持手段によって形成された多
角形の内側に移動することができ、これら両多角形の寸法を装置の安定性Gこ対
する危険なしで工具の操作中にこの工具を変位させるようGこ計算する。
他の実施例によれば、前記処理または検査工具を第2の器具Gこ堅く連結し、2
個の器具の回転によって相対的変位が得られる手段を工具のピホ゛ット運動が得
られるようGこ設計する。
1または他の応用例では、1個の器具Gこ連結した保持手段に関連して表面Gこ
垂直な方向Gこ前記器具を変位すSことができる手段を、第1の器具Gこよって
支持することが好ましい。
装置が制御計算器を有する1応用例では、装置に2個の器具の相対的並進および
回転に敏感なピックアップを装備し、計算器Gこ前記並進および回転ならびGこ
複数の保持手段の作動時間を記録できるメモリーを装備し、ぎら0こ計算器に装
置の合成運動およびその現在位置Gこ関する指示を前記データから引出すことが
できる手段を装備する。
以下、本発明を実施例および図(lficこよって詳述する。
第1図は主構造体に対して4個のジヤツキ、および2個の作業モジュールを装備
したロボットを示す平面図;
第2図は同じロボットの正面図:
第3図および第4図は一歩踏み出すために必要な6地点を連続して示す図;
第5図はロボット制御の電子構成図;
第6図はロボットの気体配線図;
第7図は他のロボットの平面図;
第8図は可動性器具の並進および回転装置を示す図。
第9図は吸盤の断面図;
第10図は工具の側面図である。
第1ないし6図によれば、4個のジヤツキ1(こロッドの端部で回り継手3によ
って気体吸盤2を装備する。
磁気(または電磁石)吸盤または気体吸盤と磁気吸盤の効果を合わせた混合吸盤
を用いることができる。
ジヤツキは2個の縦ビーム4および2個の横ビーム5を有し、第1の器具を構成
する主構造体Gこよって全体を与える。
この作業構造体は重要なロボット/壁の応力を利用゛する仕事を行う場合ロボッ
トが十分な安定性を得るために必要である。
第2の装置8は自動ラック並進系を装えだすへり具6によってビーム4Gこ連結
する矩形補正バー48を形成する4本のビームで構成し、この系はまたジヤツキ
チェーン等を含むことができる。すべり具6と補正ノく−との間Gこはその面G
こ対して垂直な軸の周りGこ補正lく−の回転を確保するアクチュエータ7?挿
入する。
補正バーは、回り継手3によって、上述のタイプと同じ磁気タイプの吸盤を支持
する。前記吸盤を矩形状に配置しその中心が第1の器具に連結した吸盤によって
形成された一層大きな矩形内を動くようにする。好適例に相当する前記実施例で
は、ジヤツキに連結した外形が矩形の吸盤を一層大きな矩形に形成するが、これ
はまた明らかGこジヤツキを内側の吸盤上に設置することができ、しかもこの配
置はジヤツキを操作する際1・ Gこ一層正確であることが要求される。その表
面が極めてでこぼこしている場合、吸盤全部に対してジヤツキを用意することも
できる。
ビーム5Gこけ、作業腕9のための固定具を装備する。
この腕は、工具の自動変化のためGこ関節ピストンピン15で固定した自動操縦
関節タイプであり、ロボット5こ作業を行わせる。工具ラックを作業腕9に取付
けた箱の中Gこ設ける。
ジヤツキを気体Gこより操作し、ビーム↓および5によって形成された作業構造
体には、他の変更例では、ねじジヤツキを固定する。
一方向Gこ前進させるためGこ、ロボットは次の操作を連続して行わせる(第3
図および1図)。
八−出発位置、ジヤツキ]の吸盤をつかみ、ジャ・ノキ1は低い位置にあり、第
2器具の吸盤は壁と接触しており、
B−ジヤツキ1を働かせ、可動性の第2器具の吸盤における部分真空を停止する
。ジヤツキlは伸ばした位置をとる。
C−ロボットの一方の側から他方の側への第2器具の並進。ロボットの一歩を決
定するのがこの並進の長さである。
D−ジヤツキ1を第2器具の吸盤が壁と接触するように引込んだ位置Gこ持って
いき、吸盤をおさえつける(磁気吸盤の場合、この操作は最大磁化に一致する)
。
E−ジヤツキ1の吸盤内の部分真空の停t。ジヤツキ1は定位置にあり(高い位
置)、ロボットは可動性の第2器具の吸盤上Gこ単に止まっている。
F−一方の側から他方の側への、第2器具(こ関連した、主構倦体の並進。この
操作後、最初の位置(A)Dこ戻り、工程を再開することができる。
安定性が最大の作業位置は4個の外部吸盤をつかむ位置にあることは注目すべき
である。ペンキ塗りのような軽作業では、はぼ連続して作業することができる。
このためGこ、並進fFlを低速で行い、他の全部の動作を高床で行う。この進
行方法はロボットの並進自由度を工具の自由度として使用し、従ってロボットの
腕9の複雑さとコストを少なくすることができるが、これは、例えば、工具レベ
ルで相当な応力を要する削り取り操作Gこは適しない。この場合、操作を停十才
ることが好ましい。両型具の吸盤は全部つかめるよう0こ作ることもできる。
一方向(こロボットを前進ぎせるため、ロボットに次の操作を連続して行うこと
ができる。
1)ジヤツキ1が伸ばした位置Gこあり、第1の作業器具の吸盤が運転中であり
、第2器具の吸盤は作動していない、
2)第2器具を中央位置(正面および後部ヒームの中間)に並aさせて進路変化
の回転軸とロボットの横断軸とシ一致させるようGこし、
3)第2器具の吸盤が壁をつかむようGこジヤツキ]を引込んだ位置にもってき
て1
、ル)了り千ユニータフをロボット構造体の方向(こ回転させ、
5)吸盤が壁をつかむようGこジヤツキ1を伸ばした位置Gこもってくる。
第5図はロボットとして作業する装置の制御素子の構成配置を示す図である。
コーグ−10の縦@換ビンウアンブを入力インターフェース12Gこ接続する。
種々の型のコーグ−が適当テする:初期設定を伴うインクレメンタルコーグ−1
絶対−+ −グー 、a位差ピックアップ・・・・・各吸盤に、その中央部分で
、近接ビックアンプを設ける。前記ピックアップは近接ヒツトオアミスセンサ。
超音波ゾンデ、圧力不足リレー・・・・である。
ジヤツキの位置を制御するのがこの装置である。
前記ピックアップ11分人カインターフェース12に接続する。
ロボット腕をロホ゛ットGこ取付ける場合、ピンクアンプ】3を入力インターフ
ェース】2に接続する。変更例として、アクチュエータモーターの速度ピンクア
ンプ並びシこ空気タンクの圧力ビックアップ16および吸盤の部分真空ピックア
ップ】5をインターフェース12に接続する。
入力インターフェースを読書き記憶装置18、およヒフu り7 A 記憶装置
19を装備したマイクロプロセンサ17に接続する。モーターの空気分配器2o
、連結分配器21、ヘンチュリ◇こよって吸盤を部分真空しこするための分配器
22、正面および後部ジヤツキの制御分配器23、並びGこ必要なら工具用ロボ
ット腕のアクチュエータ25を出力インタ−フェース24・Gこ接続する。
ロボットを広い表面上で運転する場合、入力および出力ゲートGこよってマイク
ロプロセンサレこ接続する位置決め系26を加える必要がある。
実際、垂直または傾斜壁で、または天井で、ロボットを他の追加の位置決め系の
助けがなくとも、輪に「推測航法」と呼ばれる方法によって位置決めすることが
できる。この方法はロボットの各ステフプ(こ相当する変位ベクトルを合計し、
その結果登計算する。前記合計は縦および回転変位コーグ−Gこよって得られる
。
しかし、各変位または回転に伴う種々の理由による誤差があることは注目される
;
a)器械誤差
b)吸盤のスリフプおよび壁のゆがみ
C)機械的遊び
d)吸盤2の回り継手3の位置決め。
不正確の要因であるゆがんだ表面に、装置が適合するように、進路のいずれか1
点で互いc、:′yji立してジヤツキを固定することができることは注目サネ
る。
表面が比較的小さい場合、プログラムできる消去可能記憶装置および学習の古典
的方法 統辞法、逐−法数字法によってロボッ)Tこプログラムするコトができ
る。船体の作業分工業的Gこ実施する際(こ約100平方メートルを超える表面
では、例えば々−ゲット読取りによる位置決め糸を使用することが必要Gこなる
。有利には、ターゲットをふたつの垂直方向(こ沿って向く「コードバー」タイ
プの回路網を有する固着性帯板によって構成する。ロボットに、有利にはその腕
Gこ、外の光に感じない古典的タイプの読取りを備え、その情報をマイクロプロ
セッサGこ送出する。この種のターゲットをロボットの精度の機能に限定される
等間隔で配置し、ロボットの精度は各ターゲットに再び初期設定する。
また超音波、無線周波数、ストレッチワイヤ(極座標)の位置決め糸を使用する
ことができ、これらの糸は既知であるから、これ以上は述べない。
ロボットを遠隔操作する場合、位置決め系26は、第5図では電気通信装置Gこ
よって置き換える。
第6図は、圧縮空気をロボット操作に使用する場合の種々の気体成分間の機能的
関係を示す図である。本発明による他のモデルは電気、水力または他の駆動法を
用いて実施することができる。
コンプレッサ27はタンク28に送出する。圧縮空気を可撓管によってロボツ)
&こ設けた緩衝タンク29に導く。このタンクをロボットの中空金a構造iこよ
って構成することができる。圧力センサ16をタンク29に接続する。分配器2
2.23.20.2] 。
25は異なる素子1,2,6,7Tこ供給する。
中央ユニットのマイクロプロセッサカードを分配器の制御コイルに接続する。遠
隔操作また・;ま緊急命令を箱31で処理し、導線Gこよってロボソ)・に伝送
し、同じように電気エネルギーを箱32から伝送する。
変更例は作業構造体の電気発電機および圧縮空気の設備Gこよってロボットを自
動Gこする。この場合、遠隔操作はラジオ波、超音波または光線によって行う。
本発明の池の変更例を第7図および第8図Gこ示す。
第1器具は一端で2個の吸盤を支持するジヤツキに連結し、他端で順Gこ吸盤を
備えるジヤツキ]をそれぞれ装備した2個のビーム3・↓Gこ連結する金属ビー
ム33を有する。
この構造配置:ま特Gこロボット工具に限られる場合しこ有利である。第2器具
35しこは一方の側に近く2個の吸盤?設け、反対側に離れて2個の吸盤を設け
、ビーム33Gこ沿って動かす。特Gこ】個の吸盤をこれより小さい複数個の対
Gこなった吸盤と置換することができる。
第8図は第7図のビーム33の軸Gこ垂直の断面図である。気体駆動モーター3
6は2個のビニテン37゜38の一方または他方を随意に駆動することができ、
次いで直ちに非駆動ビニオンをブレーキノぐラド39によって不動0こする。
ピニオン37はベアリングGこ支持した軸410こよって、ビーム33と一体の
ラック・12のためギア40とかみ合い、可動性器具の並進運動を確保する。ロ
ーラー4.3の配列は可動性器具をビーム33に並進させながら支持を確保する
。ローラー43を弾性ブロック46を備えた軸45Gこよってフレームに固定し
ローラーの摩耗を補正する。他のビニオン38は、軸・17Gこよって、順Gこ
吸盤2を支える補正バー48を駆動する。
吸盤2と補正バー48との間Gこ固定した回り継手3のカルダン継手は装置分曲
面に3合わせる。
ホール効果ゾンデから成る変位センサ49はラック42の歯が通過するごとGこ
インパルスを送る。
絶対位置コーダー50はフレーム41Gこ関連して補正バー48の回転角の位置
を与える。超音波ゾンデ51は吸盤/壁の距離を評価する。
本発明の他の極めて興味ある変更例は、次Gこ示すような第2器具の回転によっ
てのみ可能となる:工具60を第2図の点線で示したような硬いまたは関節のあ
る腕61Gこよって第2器具に支持する。この腕は第1器具の上を通る。後背を
固定する場合、第2器具の変位装置6,7は表面Gこ沿って工具の並進および回
転変位を与えるのに用いる。第2器具の吸盤を、ジヤツキ1の操作Gこよって、
不動Gこする場合、同じ装置6.7を第1器具を変位ぎせるために用いる。有利
な変更例Gこよれば、ざらGこ腕61は追加の吸盤62を支持し、この吸盤は工
具の代りGこ、例えば回転のために取付けたヘッドの力で、機能することができ
る。この追加の吸盤62は第2器具Gこよって支持された吸盤2の機能を完全に
し、その重要な腕木の力で変位分容易にする。
ざらに特Gこ、前記Gこおいて、ビーム↓、5を第1器具Gこ形成し、補正バー
48を平行な平面内に残すことを考えた。表面曲率が極めて大きい場合、あるい
は突角型たは四角の縁を有する場合、この面に平行な軸の周りを補正バー48が
ピボットにより動くことができ、この種のピボット機能のための駆動手段(図G
こハ示していない)分備えると有利である。口の種の配置は、特にタンクまたは
船体の内側の清掃のために興味がある。
以上Gこ説明したことから、装置の安定性は壁の処理中この壁とロボットとの間
Gこ働く応力Gこ依存する。
作業Gこ対してかなりの力を要するブラッシングまたはこする作業中、かなりの
応力を吸盤Gこ伝えることのないよろGこロボツ11こ伝わる力を減らすたぬ、
工具自体にこの作業の圧力を確保するための手段分設けることが好ましい。こね
らの手段はタービンのプロ・〈う65(第10図)によって構成すると有利であ
り表面から遠ざかりながら表面に垂直な方向に水の流れをつくるが、これは反動
Gこよって前記表面しこ対して工具60を押しつける力を生む。この工具にはタ
ービンと同じ軸に、減速装置66によって異なる速度または同じ速度で回転する
回転ブラツクを取付けることができる。
装置の安定性およびその機能の精度Gこ関係する他の要素は、本明細書Gこおい
て「吸盤」と呼ばれている固着装置の全体にあり、特に、重要なオーバーハング
のために、ジヤツキ1または腕61の端部に固着装置を置く場合である。 ”
これは第9図の対象である吸盤の発明Gこ導かねる。
これはフェライトタイプの永久磁石71を周囲しこ有する支持板70から成る。
この材料はすべり止めの良い性質の磁性を加える。中央Gこおいて、支持板70
Bこしつかりと固定されている環状壁73に可撓性膜72を固定する。この膜は
このようζこして、導管75によって水−グリコール混合物のような非潤滑液が
好ましい動作流体の供給源Gこ連結された閉鎖室74を画成する。
膜72の内面の中央圏には2つの役を演じるフオーム材の板76を貼りニ一方で
は膜の中央位置を硬くし、他方では、小ざいリーク事故の場合に介在する時間を
衿表昭58−’、Jul!J41(6)与える圧力減衰装置を構成する。第7図
の右半分では、室74は部分真空下Gこあり、膜72は吸盤の役を演じ、その作
用は壁と接触する糸を支える磁石7]の作用に加えられる。第7図の左半分では
室74は高圧下にあり、磁石71は壁から離れており系は壁に固着しない。
本発明は垂直壁および水平壁、例えば船体、飛行機機体1足場のない建物の天井
Gこおけるペンキ塗り、清掃および仕事の準備(こ応用され、ローラーまたはエ
ーロプルペンキ塗り、店窓の看板書きまたは装飾、例えば、窓と建物正面の清掃
並びGこボートの水そうの点検しこ適しており、ボートの点検の場合には工具を
カメラと置き換え、また水中、海床の点検と修理作業、建物の金属骨組、枠組の
組立作業またはクレーン作業者Gこよる遠くからの屋根の取付のための点検に適
している。
162
163
IG 4
I35
IG 6
FIG 7
国際調査報告
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ■、 第1の器具、表面に平行な平面内で並進および回転によって相対的に変位 させる手段Gこよって第1の器具に連結した第2の器具、ならびGこ第1および 第2の器具によってそれぞね、支持され、取外しできるように表面に装置を固定 できる第1および第2の保持手段を有し;第1の器具の前記保持手段を多角形形 状の複数の固着具からつくり第2の器具の保持手段の中心に外部から設け:少な くとも1個の器具Gこよって支持された保持手段を表面G、:垂直な方向(こ前 記保持手段に対して前記器具を変位できる装置Gこよって前記器具に連結し;ぎ らGこ処理または検査の工具を有する非水平表面に沿って移動できる自動装置G こおいて、前記工具を1作業地点から他の作業地点にピボット運動によって移動 できるようOこ、前記表面Gこ平行な面Gこおいて、前記第1の器具に関連して 取付けることを特徴とする自動装置。 2 前記処理または検査の工具分、制御手段をそれぞれ設けた複数の関節を有す る関節でつないだロボット腕によって2個の器具の1個に連結する請求の範囲第 1項記載の装置。 3 前記処理または検査の工具な第1の器具の上を通る腕によって第2の器具に 連結し、2個の器具の相対的回転変位が得られる手段を第1の器具に関連して工 具を支持する腕の並進および回転運動が得られるように設計する請求の範囲第1 項記載の装置。 4、 工具を支持する前記腕が追加の固着装置を支持する請求の範囲第2項記載 め装置。 5 第2の器具の支持手段を多角形を形成する複数の固着具から形成し、その中 心が第1の器具によって支持された固着具によって形成された多角形の内側を移 動することができ、装置の安定性に対し何の危険もなく工具を操作する間に装置 を変位させるようGこ前記両多角形の寸法を計算する請求の範囲第2または3項 記載の装置。 6 前記器具に連結した保持手段Gこ関連して表面に垂直な方向に1個の器具を 変位させることができる手段を第1の器具によって支持する請求の範囲第1〜5 のいずれか1項記載の装置。 7 制御計算器を有し、装置に2個の器具の相対的並進および回転に敏感なピッ クアップを装備し、計算器Gこ並進および回転ならびに複数の保持手段の作動時 間を記録できるメモリーを装備し、さら0こ計算器に装置の合成運動およびその 現在位置Gこ関する指示を前記データから引出すことができる手段を装備する請 求の範囲第1〜6のいずれか1項記載の装置。 8 表面処理のための工具分有し、この工具が壁から遠ざかりながら壁Gこ垂直 な方向Oこ水流を生じる手段と一体であり、反動Gこよって表面Gこ対して工具 を押しつける傾向がある力を生む請求の範囲第1項記俵の装置。 9 保持手段が変圧室Gこ連結した永久磁石を有し、表面しこ向かつて回転する 前記室の壁を、室が部分圧下にある場合吸盤を形成し、室が高圧丁Gこある場合 表面の磁石を引離す可撓性壁Gこよって構成する請求の範囲第1項記載の装置。
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