WO2014006674A1

WO2014006674A1 - ロボット

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Publication number: WO2014006674A1
Application number: PCT/JP2012/066903
Authority: WO
Inventors: 健仁曽我; 飛趙
Original assignee: Yaskawa Electric Corp; Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2012-07-02
Filing date: 2012-07-02
Publication date: 2014-01-09
Anticipated expiration: 2015-01-02

Description

ロボット

　開示の実施形態は、ロボットに関する。

　近年、遠隔地においてもその場の臨場感を得ることができるように、遠隔操作によって操作可能なロボットが様々な研究機関で研究開発されている。かかるロボットは、所謂「テレプレゼンスロボット」と呼ばれており、遠隔地のメンバー同士の会議や、遠隔地での仕事の実践などへの活用が考えられる。

　しかし、現状のテレプレゼンスロボットは、ドアを開けるような手段を備えておらず、ドアを開けて他の部屋に移動することができない。

　他方、施錠機構と連動したノブを、回転体と係止爪とにより開錠してドアを開けることのできるハンドと、クローラ式の台車とを備えたロボットが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００９－１８３７１号公報

　しかし、特許文献１に示したロボットは、例えば引きドアの場合、引いて開放したドアの開放を維持する手段などは考慮されていない。したがって、ドアを開けた後は、ドアを回りこむようにロボットを移動せざるを得ないが、ハンドをノブから離すタイミングなどは何ら考慮されていない。

　すなわち、ロボットがドアの向こうへ回り込む前にドアが閉まったり、ハンドがノブに引っ掛かってしまったりするなどのトラブルが発生し、実際の使用には耐えられないおそれがある。

　実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、容易かつ円滑にドアを開放して他の部屋へ移動可能なロボットを提供することを目的とする。

　実施形態の一態様に係るロボットは、二輪差動機構を備えた台車と、前記台車に立設された本体と、前記本体に取付けられ、先端に、ドアに設けられたノブを把持可能なハンドを備えたアームと、前記ドアの開放を維持させるドア開放維持機構とを備える。

　実施形態の一態様によれば、容易かつ円滑にドアを開放して他の部屋へ移動可能なロボットを提供することができる。

図１は、第１の実施形態に係るロボットの外観を示す模式的説明図である。図２は、同ロボットの側面視による説明図である。図３は、同ロボットの平面視による説明図である。図４は、同ロボットの駆動機構系を示すブロック図である。図５は、同ロボットがドアを引いて開けて他の部屋へ移動する態様を示す説明図である。図６は、同ロボットの第１の変形例を示す説明図である。図７は、同ロボットの第２の変形例を示す説明図である。図８は、第２の変形例に係るロボットがドアを引いて開けて他の部屋へ移動する態様を示す説明図である。図９は、第２の実施形態に係るロボットの側面視による説明図である。図１０Ａは、同ロボットのアームの動きを示す説明図である。図１０Ｂは、同ロボットのアームおよびドア開放維持部の動きを示す説明図である。図１１Ａは、同ロボットのアームの駆動機構を示す説明図である。図１１Ｂは、同ロボットのアームの駆動機構を示す説明図である。図１２は、同ロボットのドア開放維持部の模式的な説明図である。図１３は、同ドア開放維持部の駆動機構を示す模式的な説明図である。図１４は、同ロボットがドアを引いて開けて他の部屋へ移動する態様を示す説明図である。図１５は、ドア開放維持部の変形例を示す説明図である。図１６Ａは、第２の実施形態の変形例に係るロボットのアームの動作を示す説明図である。図１６Ｂは、同アームの動作を示す説明図である。図１６Ｃは、同アームの動作を示す説明図である。図１７は、同アームの関節部の動きを示す説明図である。図１８は、ロボットが備えるハンドの一例を示す分解斜視図である。図１９は、同ハンドが備えるグリッパの爪体の動きを示す説明図である。図２０は、ロボットが備えるハンドの他の例を示す説明図である。図２１は、同ハンドの断面視による説明図である。図２２Ａは、同ハンドが備えるグリッパの爪部の動きを示す説明図である。図２２Ｂは、同ハンドが備えるグリッパの爪部の動きを示す説明図である。

　以下、添付図面を参照して、本願の開示するロボットの実施形態を詳細に説明する。ただし、以下の実施形態における例示で本発明が限定されるものではない。なお、実施形態において、同一の機能あるいは同一の形態を有する構成要素などは同一の符号を付す。

　（第１の実施形態）
　図１は第１の実施形態に係るロボット１０の外観を示す模式的説明図、図２は、同ロボット１０の側面視による説明図、図３は、同ロボット１０の平面視による説明図、図４は、同ロボット１０の駆動機構系を示すブロック図である。

　先ず、ロボット１０の概要について説明する。図１～図４に示すように、本実施形態におけるロボット１０は、二輪差動機構９Ａを備えた台車１１と、台車１１上に立設された本体１と、本体１に取付けられ、先端にハンド３を備えたアーム２とを備えている。

　なお、ロボット１０は、遠隔操作によって操作可能に構成されており、図示しないが、本体１内には外部からの命令信号を受信する制御部や、各可動部を駆動する駆動装置が内蔵されている。

　また、台車１１は、平面視円形に形成されており、左右の走行輪１５，１５と、両輪に動力を振り分け可能な二輪差動機構９Ａを備えている。ハンド３は、後述するドア１００に設けられたノブ１１０（図５参照）を把持可能なグリップ機能を有する構成としている。

　なお、ハンド３の構成については、特に限定されるものではなく、例えば、ノブ１１０を把持し、捻転可能な構成であればよい。また、ノブ１１０がラッチなどを備えた施錠機構と連動していない場合、把持ではなく、例えば、吸着などによってノブ１１０を保持可能な構成であってもよい。ハンド３の具体的な構成については後述する。

　また、ロボット１０は、ドア１００を開放した際に、ドア１００の開放を維持させるドア開放維持機構７を備えている。

　すなわち、本実施形態に係るロボット１０は、ハンド３によってノブ１１０を把持し、場合によってはこれを回動して開錠（ラッチ解除）してドア１００を開け、ドア開放維持機構７によってドア１００の開放状態を維持する。このように、ロボット１０は、容易かつ円滑にドア１００の向こう側の他の部屋へ移動可能に構成されている。

　ロボット１０の構成について、さらに具体的に説明する。台車１１上に立設された本体１は、図示するように、台車１１上に立設された円筒状の胴部１２と、胴部１２の中央から上方へ伸延するアーム支軸１３とを備えている。そして、かかるアーム支軸１３に、略水平に延在するアーム２の基端が連結筒１４を介して取り付けられている。

　本実施形態に係るロボット１０は、かかるアーム２に、ハンド３と共にドア開放維持機構７を取付けている。

　すなわち、アーム２は、図１および図３に示すように、互いに略同長さに形成された第１アーム２１および第２アーム２２に分岐される二又アームで構成されている。そして、第１アーム２１にハンド３を進退自在（矢印ｆ１を参照）に取付ける一方、第２アーム２２にドア開放維持機構７を進退自在（矢印ｆ２を参照）に取付けている。

　また、アーム２は、基部２０に設けられた垂直軸２０２を介して水平方向に回転自在（矢印ｆ３を参照）に構成されている。

　垂直軸２０２周りにアーム２を旋回させるアクチュエータとしては、図４に示すように、モータＭ２が適宜配設される。本実施形態に係るロボット１０は、単一のアクチュエータであるモータＭ２により、アーム２を旋回させるとともに、ハンド３およびドア開放維持機構７を直動（進退）させるようにしている。

　これらハンド３およびドア開放維持機構７の直動（進退）動作と、アーム２の垂直軸２０２周りへの水平方向への旋回動作については、図４に示す時差駆動機構９Ｂを介して時間差をもって動作するようにしている。ここで、時差駆動機構とは、周知の劣駆動でよく、例えば、遊星歯車機構とテンションバーバネ機構などを組み合わせて適宜構成することができる。

　また、アーム２の基部２０は、本体１を構成するアーム支軸１３に対し、水平軸２０１を介して回転自在（矢印ｆ４を参照)に取付けられる。したがって、ドア１００が右開きであっても、左開きであっても、アーム２を反転させてハンド３とドア開放維持機構７との位置を入れ替えることで対応することができる。水平軸２０１周りにアーム２を回転させるアクチュエータとしては、図４に示すように、モータＭ１が適宜配設される。

　このように、アーム２が水平軸２０１を介して回転自在に取付けられているため、回動量に応じて設置面からのハンド３の高さを調整することができる。すなわち、ノブ１１０の高さが様々なドア１００に対し、特に、アーム２をアーム支軸１３に対して昇降させる構成などを採用せずとも、ハンド３の高さを調整して対応することができる。

　ハンド３は、連結杆３０の先端に取り付けられており、当該連結杆３０が第１アーム２１の先端に、当該第１アーム２１と直交方向へ進退自在に取り付けられている。

　一方、ドア開放維持機構７は、本体杆７０の先端に回転自在に設けた第１ローラ７１と、この第１ローラ７１の手前側に回転自在に取り付けられ、本体杆７０の両側にそれぞれ周面を露出させた第２ローラ７２，７２とを備えている。そして、本体杆７０が、第２アーム２２の先端に、当該第２アーム２２と直交方向へ進退自在に取り付けられている。なお、ドア開放維持機構７の各ローラ７１，７２，７２は、第１アーム２１および第２アーム２２で形成する仮想平面に直交する軸に軸支されている。なお、各ローラ７１，７２，７２に代えて、球体を用いることもできる。

　また、本実施形態に係るロボット１０は、図４に示すように、アーム２の旋回動作と、ハンド３およびドア開放維持機構７の直動動作とを、単一のアクチュエータとしてのモータＭ２でそれぞれ時間差をもって動作させる時差駆動機構９Ｂを備えている。

　上述した構成のロボット１０が、実際にドア１００を開けて他の部屋へ移動する態様について、図５を用いて説明する。図５は、ロボット１０がドア１００を引いて開けて他の部屋へ移動する態様を示す説明図である。なお、ここでは、ドア１００が左開きの場合としているが、右開きの場合は、アーム２を水平軸２０１の周りに１８０度回転させて反転すればよい。

　図５（ａ）に示すように、ロボット１０は、先ず、台車１１を駆動して移動し、ドア１００が取り付けられた壁面のノブ側壁面１２０の前に横付けする。ここで、ロボット１０を横付けするとは、走行輪１５，１５がノブ側壁面１２０に対して平行な状態に位置することを指す。

　そして、例えば、ノブ１１０の高さとハンド３の高さとが不一致である場合、アーム２を水平軸２０１の周りに適宜回転して、ハンド３の高さ位置をノブ１１０の高さに合わせる。そして、同じく図５（ａ）に示すように、第２アーム２２に取り付けたドア開放維持機構７を後退させるとともに、第１アーム２１に取り付けたハンド３を前進させ、そのグリップ機能によってノブ１１０を把持する。そして、かかる状態で、ノブ１１０が施錠機構と連動している場合、ノブ１１０を回転させて開錠する。

　次いで、図５（ｂ）に示すように、ノブ１１０を把持したまま、連結杆３０ごとハンド３を後退させてドア１００を僅かに開く。そして、ドア開放維持機構７を前進させるとともに、第１アーム２１に取り付けたハンド３を後退させ、ドア１００の先端縁とノブ側壁面１２０との間に形成された空間内に、ドア開放維持機構７の先端側を差し込む。

　そして、図５（ｃ）に示すように、さらに、ドア開放維持機構７を前進させて最大限に進出させるとともに、ハンド３は最大限後退させる。ドア１００の裏面にドア開放維持機構７が当接する場合があるが、ドア１００の裏面にはドア開放維持機構７の第１ローラ７１や第２ローラ７２，７２が当接するため、ドア１００を傷つけるおそれはない。

　次に、図５（ｄ）に示すように、時差駆動機構９Ｂを介して、ハンド３およびドア開放維持機構７の動作に対して時間差をもってアーム２を回転させる。すなわち、基部２０に設けられた垂直軸２０２（図１を参照）の周りに、アーム２を反時計回りに回転させ、ドア１００を、その裏面側からドア開放維持機構７により押し広げていく。具体的には、ドア開放維持機構７の先端に設けた第１ローラ７１をドア１００の裏面で転動させながらドア１００を傷つけることなく押していき、ドア１００の裏側に通過空間２００を形成する。

　次に、図５（ｅ）に示すように、アーム２をさらに垂直軸２０２の周りに回転させながら、台車１１を駆動してロボット１０を僅かに前進させる。かかる動作により、ドア１００の裏側に形成された通過空間２００は拡大する。

　そして、図５（ｆ）に示すように、台車１１を駆動してさらに前進させるとともに、二輪差動機構９Ａによって台車１１を通過空間２００に正対させる。ここで、台車１１の正対とは走行輪１５，１５が通過空間２００やノブ側壁面１２０に対して直交するように位置することを指す。

　また、同じく図５（ｆ）に示すように、台車１１を通過空間２００に正対させると同時に、アーム２を垂直軸２０２の周りに大きく回転させ、連結杆３０ごとハンド３を本体１側に最接近させる。これにより、ドア開放維持機構７の先端を含めてロボット１０の平面視による占有領域を可及的に小さくすることができる。そして、かかる状態において台車１１を駆動して前進し、ロボット１０は他の部屋へと移動することができる。

　このように、本実施形態に係るロボット１０は、二輪差動機構９Ａを備えた台車１１と、台車１１に立設された本体１と、本体１に取付けられたアーム２と、アーム２の先端に設けられ、ドア１００に設けられたノブ１１０を把持可能なハンド３とを備えている。しかも、ロボット１０は、ドア１００の開放を維持させるドア開放維持機構７を備えているため、ノブ１１０が付いているドア１００を容易に開けて、他の部屋への移動を円滑に行うことができる。

　ところで、上述してきたロボット１０は、アーム支軸１３に対してアーム２を水平軸２０１を介して回転自在に取付け、回動量に応じて設置面からのハンド３の高さを調整していた。しかし、アーム２をアーム支軸１３に対して昇降させる構成とすることもできる。

　図６に、ロボット１０の第１の変形例を示す。図示するように、本変形例に係るロボット１０も、アーム２は、矢印ｆ３およびｆ４で示す方向に回転自在に構成されていが、アーム支軸１３については、上方へ延長させている。そして、当該アーム支軸１３に、アーム２を、連結筒１４を介して矢印ｆ６で示すように昇降自在に取り付けている。図示しないが、この場合の連結筒１４は、周知構造の昇降機構を介して取り付けられる。

　かかる第１の変形例に係るロボット１０でも、先の実施形態に係るロボット１０と同じように、ノブ１１０が付いているドア１００を容易に開けて、他の部屋への移動を円滑に行うことができる。

　図７にロボット１０の第２の変形例を示す。図示するように、本変形例に係るロボット１０は、上述してきたロボット１０に対し、ドア開放維持機構７の形態と、当該ドア開放維持機構７およびハンド３を設けたアーム２の形態とが異なっている。

　図示するように、第２の変形例に係るロボット１０は、二輪差動機構９Ａを備えた台車１１の構造についても、台車１１上に立設された本体１の構造についても、先の実施形態に係るロボット１０とは殆ど変わりはない。本体１についても、円筒状の胴部１２と、胴部１２の中央から上方へ伸延するアーム支軸１３とから構成される点は先の実施形態と同様である。

　アーム２は、以下に説明する構造を有する。すなわち、アーム支軸１３に昇降自在（矢印ｆ６を参照）に取り付けられた連結筒１４に、アーム主杆２３の中央に連接された連結体２４を連結している。そして、アーム主杆２３の一端に鞘体３００の基端を連接するとともに、鞘体３００内に、先端にハンド３を取り付けた連結杆３０を摺動自在に挿通している（矢印ｆ１を参照）。

　他方、アーム主杆２３の他端に保持リング７５を連接するとともに、保持リング７５内に、複数のローラ７３を列状に連結したスライド杆７６を摺動自在に配設している（矢印ｆ２を参照）。スライド杆７６には、ローラ支持体７４が上下に向けて取り付けられており、各ローラ支持体７４に、３連のローラ７３がそれぞれ回転自在に取り付けられている。このように、ローラ７３を、上下にそれぞれ３連に配置して構成したローラ群を、ここではドア開放維持機構７としてアーム２に設けている。

　なお、アーム主杆２３の端部に連接された鞘体３００と保持リング７５とは、それぞれ直線状のアーム主杆２３に対して鋭角に取り付けられている。したがって、これらの内部を摺動する連結杆３０の先端に取り付けられたハンド３と、スライド杆７６に取り付けられたローラ群の先頭に位置するローラ７３とは、互いに当接状態となるまで接近することが可能である。

　上述した第１、第２の変形例に係るロボット１０でも、先の実施形態に係るロボット１０と同じように、ノブ１１０が付いているドア１００を容易に開けて、他の部屋への移動を円滑に行うことができる。

　図８に、第２の変形例に係るロボット１０がドア１００を引いて開けて他の部屋へ移動する態様を示す。図８（ａ）に示すように、ロボット１０は、台車１１を駆動して移動し、ノブ側壁面１２０の前に横付けする。そして、連結杆３０を適宜前進させ、ハンド３のグリップ機能によってノブ１１０を把持する。そして、かかる状態で、ノブ１１０が施錠機構と連動している場合、ノブ１１０を回転させて開錠する。

　次いで、図８（ｂ）に示すように、ノブ１１０を把持したまま、連結杆３０ごとハンド３を後退させてドア１００を僅かに開く。そして、ローラ群からなるドア開放維持機構７を前進させ、その先端側を、ドア１００の先端縁とノブ側壁面１２０との間に形成された空間内に差し込む。

　そして、図８（ｃ）に示すように、本体１を反時計回りに回動し、ドア開放維持機構７をドア１００の裏面に当接させながら押し広げていく。こうして、ドア１００の裏側には通過空間２００が形成される。ロボット１０は、その後、図５（ｄ）～図５（ｆ）で説明した手順で通過空間２００を通過し、他の部屋へと移動することができる。

　（第２の実施形態）
　次に、第２の実施形態に係るロボット１０について説明する。図９は、第２の実施形態に係るロボット１０の側面視による説明図、図１０Ａは、同ロボット１０のアーム２の動きを示す説明図、図１０Ｂは、同ロボット１０のアーム２およびドア開放維持部８の動きを示す説明図である。また、図１１Ａおよび図１１Ｂは、同ロボット１０のアーム２の駆動機構を示す説明図である。

　図９に示すように、本実施形態におけるロボット１０は、第１の実施形態に係るロボット１０よりも相対的に扁平な略矩形形状とした台車１１と、この台車１１に立設された、前後にやや扁平な矩形形状の本体１とを備えている。本実施形態における台車１１も、左右の走行輪１５，１５と、両輪に動力を振り分け可能な二輪差動機構９Ａ（図４参照）を備えている。

　また、ロボット１０は、本体１の基部側に基端が連結され、折り畳み自在に延在するアーム２を備えている。すなわち、図示するように、アーム２は、基端関節部３３、中間関節部３２、および先端関節部３１を介して屈曲自在に構成されており、先端に設けた手首関節部３４を介してハンド３が連結されている。本実施形態に係るハンド３も、上述してきたように、ノブ１１０を把持可能な構成であればよい。

　そして、アーム２は、図９に示すように、折りたたまれて本体１の側面投影領域から大きくはみ出ることなく収まった状態から、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、ハンド３の高さ位置を変えながら前方へと伸延可能に構成されている。

　すなわち、図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、アーム２の各関節部３１，３２，３３は、ギヤ機構を介して、基端関節部３３の動作角度によって、中間関節部３２および先端関節部３１の動作角度が一義的に決まるように構成されている。このように、本実施形態に係るロボット１０が備えるアーム２は、本体１の基端部に設けられ、上下方向に変移する１自由度多関節アームで構成されている。

　図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、基端関節部３３においては、第１アーム軸３０１の一端側に設けた第１べベルギヤ３０２を、図示しないモータに連動連結した第２ベベルギヤ３０４に噛合している。

　一方、第１アーム軸３０１の他端側に設けた第３べベルギヤ３０３を、中間関節部３２において、第１中間ベベルギヤ３０５に噛合させている。第１中間ベベルギヤ３０５は、第２中間ベベルギヤ３０６に噛合しており、第２中間ベベルギヤ３０６は、第２アーム軸３０８の一端に設けた第４ベベルギヤ３０７に噛合している。

　そして、第２アーム軸３０８の他端に設けた第５ベベルギヤ３０９は、先端関節部３１において第６ベベルギヤ３１０に噛合している。この第６ベベルギヤ３１０は、図示しないアーム先端軸の一端と連結している。

　かかる構成により、モータなどによって基端関節部３３内の第２ベベルギヤ３０４を回転させ、第１アーム軸３０１を傾動角度θ２で傾動させると、第２アーム軸３０８については、第１アーム軸３０１の傾動角度θ２に応じて一義的に定まる傾動角度θ１で傾動する。

　すなわち、本実施形態に係るロボット１０は、アーム２の伸延状態によって、ハンド３の高さも決定される。このように、アーム２の姿勢を、１つの関節部（ここでは、基端関節部３３）の動作だけで制御できるため、ロボット１０に対する教示作業が容易となる。

　また、図９、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、台車１１の前面部には、ドア開放維持機構７の一例として、垂直軸周りに回動自在に設けられた一対のフック８１，８２を備えるドア開放維持部８を設けている。

　図１２は、ロボット１０のドア開放維持部８の模式的な説明図、図１３は、同ドア開放維持部８の駆動機構８００を示す模式的な説明図である。図１２に示すように、ドア開放維持部８は、台車１１の前側に配設されるベース部８０と、このベース部８０に、上下に重合状態で取り付けられるとともに、左右の基端部を中心に回動可能とした一対のフック８１，８２を備える。

　本実施形態におけるドア開放維持部８では、図１２に示すように、上側に位置する第１フック８１の基端を、ベース部８０の正面視左側に設けた第１支軸８１３に固着している。他方、下側に位置する第２フック８２の基端を、ベース部８０の正面視右側に設けた第２支軸８１４に固着している。また、第１フック８１および第２フック８２の先端部には、ドア１００に係合しやすいように鉤状部８１ａ，８２ａが形成されている。

　また、図示するように、第１フック８１および第２フック８２の前面側には、弾性部材などによる緩衝体８３を設けている。かかる緩衝体８３により、ドア１００への損傷を可及的に防止することができる。なお、各フック８１，８２の鉤状部８１ａ，８２ａにも、例えばラバー材などを貼着するなどして、ドア１００に対する緩衝機能を付与することもできる。

　図１３に示すように、ベース部８０内には、ドア開放維持部８の駆動機構８００を兼用する時差駆動機構９Ｂ（図４参照）が設けられている。時差駆動機構９Ｂは、第１フック８１および第２フック８２からなる一対のフックを、時間差をもって開閉動作させる機構である。

　図示するように、時差駆動機構９Ｂとなる駆動機構８００は、ベース部８０の中央に設けた入力軸８０４に、中間ギヤ８０１を上下移動自在に設けている。また、入力軸８０４を挟んで左右側には、第１伝動ギヤ８０２を設けた第３支軸８０５と、第２伝動ギヤ８０３を設けた第４支軸８０６とを設けている。

　第１伝動ギヤ８０２および第２伝動ギヤ８０３は、いずれも中間ギヤ８０１と噛合可能であり、中間ギヤ８０１が上側に位置した場合は第１伝動ギヤ８０２と、下側に位置した場合は第２伝動ギヤ８０３と噛合する。

　また、第１伝動ギヤ８０２の直上位置には、第１プーリ８０７を取り付けるとともに、第１フック８１が連結されている第１支軸８１３には、第２プーリ８０８が設けられている。そして、第１プーリ８０７と第２プーリ８０８との間には第１伝動ベルト８０９が張設されている。

　一方、第２伝動ギヤ８０３の直下位置には、第３プーリ８１０を取り付けるとともに、第２フック８２が連結されている第２支軸８１４には、第４プーリ８１１が設けられている。そして、第３プーリ８１０と第４プーリ８１１との間には第２伝動ベルト８１２が張設されている。

　すなわち、中間ギヤ８０１がクラッチとして機能して、上側に位置するか、あるいは下側に位置するかによって、第１フック８１が回動動作するか、あるいは第２フック８２が回動動作するかが決まる。

　すなわち、時差駆動機構９Ｂとなる駆動機構８００は、一対をなす第１、第２フック８１，８２を、それぞれ時間差をもって開閉動作させる単一のアクチュエータとなる図示しないモータを備えている。そして、かかるモータを入力軸８０４に連動連結するとともに、クラッチとなる中間ギヤ８０１とを協働させることにより、本実施形態に係るドア開放維持部８は、第１フック８１と第２フック８２とを選択的に時間差をもって駆動させることができる。

　このように、本実施形態に係るロボット１０は、単一のアクチュエータで、第１、第２フック８１，８２を選択的に駆動可能としているため、軽量化および製造コストの削減に寄与できる。

　ここで、図１４を参照して、本実施形態に係るロボット１０の実際の動作について、特にドア開放維持部８の機能を中心に説明する。図１４は、ロボット１０がドア１００を引いて開けて他の部屋へ移動する態様を示す説明図である。なお、図１４においては、アーム２およびハンド３を省略して示しているが、図１４（ａ）では、既にアーム２およびハンド３を駆動して、左開きのドア１００を若干開放した状態を示している。また、ハンド３でノブ１１０を把持する際には、予め、第１フック８１を所定角度だけ回動させておくものとする。

　図１４（ａ）に示すように、ドア１００を僅かに広げた初期状態において、ロボット１０は、第１フック８１によりドア１００の先端縁近傍の裏側を支持している。

　そして、図１４（ｂ）に示すように、第１フック８１を閉方向に回動させ、ドア１００の開度を拡大する。

　その後、第２フック８２を開方向に回動させて、第１フック８１からドア１００の開放動作を受け継ぎ、図１４（ｃ）に示すように、ドア１００の開度をさらに広げていく。ドア１００が十分開けば、第１フック８１はベース部８０側に収まる。

　こうして、ロボット１０の最大幅員よりも広くドア１００を開けた後は、台車１１を駆動して前進し他の部屋へと移動することができる。

　図１５は、ドア開放維持部８の変形例を示す説明図である。上述した例では、単一のアクチュエータ（モータ）で第１フック８１および第２フック８２を選択的に駆動した。しかし、この変形例では、第１フック８１を回動させるための第１モータ８５と、第２フック８２を回動させるための第２モータ８６とを、ベース部８０の左右端部に備えている。

　なお、ここでも、第１フック８１および第２フック８２の前面側には、弾性部材などによる緩衝体８３を設けている。

　また、ここでは、第１フック８１および第２フック８２を、略矩形形状とした台車１１に合わせて直線的な構成としたが、例えば、台車１１を平面視略円形に構成し、その前側周面に、弧状に形成した第１フック８１および第２フック８２を設けることもできる。

　次に、図１６Ａ～図１６Ｃを参照して、アーム２の収納、伸延動作に特徴のある第２の実施形態の変形例に係るロボット１０について説明する。図１６Ａ～図１６Ｃは、第２の実施形態の変形例に係るロボット１０のアーム２の動作を示す説明図、図１７は、同アーム２の関節部２１０の動きを示す説明図である。

　図示するように、変形例に係るロボット１０が備えるアーム２は、先端にハンド３を取り付けた所定長さのアーム杆２２０と、このアーム杆２２０の基端を上下揺動自在に連結した関節部２１０とを備えている。そして、関節部２１０をアーム直動杆１７に昇降自在に取り付けることによって、アーム２全体を、水平姿勢を保持したまま上下に移動可能としている。なお、関節部２１０を昇降させる機構としては、例えば１つのモータと周知の昇降機構とを適宜採用すればよい。

　また、アーム直動杆１７の前方には、アームストッパ杆１８を所定高さとなるように立設し、アーム２が降下すると、アームストッパ杆１８の上端と当接するようにしている。すなわち、アーム２は、基本的には、使用状態ではアームストッパ杆１８よりも高い位置にある。

　かかる構成により、単一のモータを駆動させるだけで、アーム２を昇降させてハンド３を含めアーム２の高さを決定でき、しかも、伸延した使用状態と、屈曲した収納状態とに容易に移行することができる。

　すなわち、図１６Ａに示すように、アーム２が伸延した状態で最上位置にある場合を使用状態とする。そして、何らかの作業を終え、アーム２を収納するときは、図１６Ａに示す状態から下降させていくと、図１６Ｂに示すように、アーム杆２２０の基端近傍がアームストッパ杆１８の上端に当接する。そして、そのままさらに下降させていくと、アーム杆２２０が関節部２１０を中心に上方へ揺動し、アームストッパ杆１８の上端がアーム杆２２０をなぞりながらアーム杆２２０を起立させていく。そして、関節部２１０がアーム直動杆１７の下端に位置すると、図１６Ｃに示すように、アーム杆２２０は起立した状態となり、アーム２はきわめてコンパクトな収納姿勢をとる。

　かかるアーム２の収納時における関節部２１０の動作について、図１７を参照しながら具体的に説明する。図１７（ａ）に示すように、関節部２１０は、アーム杆２２０を枢支する枢軸２１３が設けられるとともに、この枢軸２１３に先端が係合するラッチ２１４を備えている。

　アーム２が下降して、図１７（ｂ）に示すように、アーム杆２２０の基端近傍がアームストッパ杆１８の上端に当接したとき（図１６Ｂを参照）、アームストッパ杆１８の上端によってラッチ２１４の基端が押され、先端の枢軸２１３との係合が外れる。

　ラッチ２１４の係合が外れた状態で、さらにアーム２が下降すると、図１７（ｃ）に示すように、アーム杆２２０が枢軸２１３を中心に大きく傾動し、やがて図１７（ｄ）に示すように、アーム杆２２０は起立した状態まで傾動する（図１６Ｃを参照）。

　アーム２を、上述した構成とすることにより、当該アーム２の駆動機構などが著しく簡素化され、ロボット１０のアーム構造を軽量化することが可能となる。

　図１８は、ロボット１０が備えるハンド３の一例を示す分解斜視図、図１９は、同ハンド３が備えるグリッパ４の爪体４１の動きを示す説明図である。図１８に示すように、ハンド３としては、グリッパ４と動力伝達機構５と、単一のアクチュエータとしてのモータ６とを備えた構造とすることができる。

　グリッパ４は、互いに逆向きに移動する一対の矩形棒状に形成された爪体４１，４１を３組備えている。爪体４１は、他の爪体４１と協働して例えばノブ１１０を挟持するための十分な接触面積を確保するために、その先端に肉厚の当接部４１１を形成している。

　また、動力伝達機構５としては、差動減速機構の一例としての遊星歯車機構を用いた構成とすることができる。かかる動力伝達機構５を介して爪体４１，４１を具備するグリッパ４を駆動することができる。

　すなわち、図示するように、リング状のアウタギヤ５４内に、入力軸５１を介してモータ６と連動連結した太陽歯車５２を中心として、３つの遊星歯車５３，５３，５３を自転および公転可能に配置している。各遊星歯車５３は、回転軸５３０に、これを貫装した状態で取付けられており、太陽歯車５２と、アウタギヤ５４の内歯５４ａに同時に噛合している。

　そして、各遊星歯車５３の回転軸５３０に、プラネタリキャリア５５を介して摩擦車５７を取付けている。摩擦車５７は、少なくとも爪体４１と当接する周面については、摩擦係数の高い材料で形成されたものとする。

　プラネタリキャリア５５は、３つの遊星歯車５３の配置に合わせた三又状に矩形板が延在する形状に形成されており、各矩形板に形成された軸挿通孔５５１に回転軸５３０を挿通している。なお、プラネタリキャリア５５の形状としては限定されるものではなく、例えば、円板状に形成してもよい。

　また、プラネタリキャリア５５には、爪体４１を直動自在に支持するリニアガイド５５２が設けられている。すなわち、図１８に示すように、三又状に形成された矩形板の両側縁を鉤状に折曲してリニアガイド５５２を形成し、このリニアガイド５５２により、爪体４１を抱持しつつ長手方向に進退自在にガイドしている。

　したがって、モータ６が駆動し、図１９（ａ）の矢印ｆ７で示すように、入力軸５１を介して太陽歯車５２が回転すると、太陽歯車５２とアウタギヤ５４に噛合する３つの遊星歯車５３，５３，５３が、矢印ｆ８に示すように自転する。すなわち、遊星歯車５３の自転により回転軸５３０が回転し、これに固着された摩擦車５７も矢印ｆ８に示す方向へ回転する。

　摩擦車５７に当接している一対の爪体４１，４１のうち一方は、図１９（ｂ）の矢印ｆ９に示すように、摩擦力によって内側方向へと移動させられる。他方の爪体４１は、矢印ｆ１０で示すように、外側方向へと移動させられる。こうして、３組の６つの爪体４１のうち、３つの爪体４１が中心方向へと移動することになる。

　したがって、ハンド３を動かして、グリッパ４の略中心にノブ１１０（図５参照）を位置させた場合、３つの爪体４１，４１，４１が内側方向へ移動して、ノブ１１０の周面をしっかりと把持することができる。なお、十分な把持力が得られた後は、摩擦車５７がスリップする適宜な摩擦力が得られるように、摩擦車５７の材質などを設定するとよい。

　また、動力伝達機構５の遊星歯車５３は、自転しながら公転している。したがって、ノブ１１０を把持した爪体４１を保持しているプラネタリキャリア５５が回転して、把持された状態のノブ１１０を回転させて開錠（ラッチ解除）することができる。

　なお、上述した例では、爪体４１を移動させながら、グリッパ４を回転させる構成としている。すなわち、ノブ１１０を把持しながらノブ１１０をノブ軸周りに回転させるようにしており、そのために、爪体４１を進退動作させるために摩擦車５７を用いた。しかし、かかる構成に限定されるものではなく、爪体４１の内側面に歯列を形成し、摩擦車５７に代えてピニオンを用いた、所謂「ラックアンドピニオン」によって爪体４１を進退させることもできる。その場合、爪体４１の移動量ひいては把持力を一義的に決めることが可能である。

　上述してきたグリッパ４であれば、モータ６の回転軸の回転方向に拘わらず、１対の爪体４１，４１の一方はノブ１１０を把持する方向（内側方向）へ移動するため、モータ６の回転軸の回転方向に拘わらずノブ１１０を把持することができる。

　また、単一のモータ６を用いているにも拘わらず、ノブ１１０を把持し、かつノブ１１０を回転させるという、２自由度の動作を実現することができる。しかも、ノブ１１０を把持するのに十分な力を得ることも可能である。

　また、図２０は、ロボット１０が備えるハンド３の他の例を示す説明図、図２１は、同ハンド３の断面視による説明図、図２２Ａおよび図２２Ｂは、同ハンド３が備えるグリッパ４の爪体４１の動きを示す説明図である。

　ハンド３の構造のさらなる例について説明する。図２０および図２１に示すように、ハンド３は、２つの爪体４１，４１を備えるグリッパ４と、単一のアクチュエータであるモータ６と、モータ６からの動力をグリッパ４に伝達する動力伝達機構５とを備える。

　動力伝達機構５は、２つの爪体４１，４１を、例えば、ノブ１１０に対する接離方向へ移動させるとともに、当該ノブ１１０に２つの爪体４１，４１の当接部４１１，４１１が接触した把持状態で、当該ノブ１１０の軸周りにグリッパ４を回転させることができる。なお、動力伝達機構５としては、ここでも遊星歯車機構を採用している。

　すなわち、モータ６に、入力軸５１を介して太陽歯車５２を連動連結し、太陽歯車５２を中心として、アウタギヤ５４内に、３つの遊星歯車５３，５３，５３を自転および公転可能に配置している。

　各遊星歯車５３の回転軸５３０に連動連結されたプラネタリキャリア５５には、クランク機構が設けられている。クランク機構は、プラネタリキャリア５５に連接された第１リンク５８ａと、この第１リンク５８ａの両端に連結された第２リンク５８ｂ，５８ｂから構成されており、第２リンク５８ｂの先端側に突設された連結ピン５８０を介して爪体４１が連結されている。

　他方、２つの第２リンク５８ｂ，５８ｂにそれぞれ連結された爪体４１には、ガイド挿通孔が形成されており、かかるガイド挿通孔にスライドガイド４３が挿通されている。すなわち、一対の爪体４１，４１は、スライドガイド４３に、スライド自在に対向状態に嵌装されている。なお、スライドガイド４３は、アウタギヤ５４の上縁に架設された杆状のガイド保持体４２の略中央から直交方向に延在している。本実施形態に係るスライドガイド４３は、ガイド保持体４２と一体的に形成されているが、別体で形成して連接してもよい。

　ところで、モータ６とアウタギヤ５４との間には、軸受６５を介してバネ部６１が設けられている。バネ部６１は、基盤６４の中央に形成された段付ボス部６６にコイル軸部を嵌合するとともに、両端をバネ規制ピン６３，６３に係止した２つのトーションバネ６２ａ、６２ｂを備えている。そして、２つのトーションバネ６２ａ、６２ｂの一端側同士をクロスさせてバネ規制ピン６３，６３に係止させている。これらバネ規制ピン６３，６３の間に位置するように、アウタギヤ５４の底板部に連動ピン５９を基盤６４側に向けて突設している。

　かかるバネ部６１が設けられることにより、プラネタリキャリア５５へ動力が伝達された後にアウタギヤ５４へ回転力が伝達されることになる。すなわち、爪体４１，４１の当接部４１１，４１１で、例えばノブ１１０を把持した後、グリッパ４全体を回転させてノブ１１０を回転させることができる。

　かかる構成としたことにより、ハンド３が備えるグリッパ４は、モータ６が駆動すると、離隔していた爪体４１，４１が近接してノブ１１０を把持し、その後、ノブ１１０を回転させて開錠（ラッチ解除）することができる。すなわち、遊星歯車機構とクランク機構とを備える動力伝達機構５は、バネ部６１と協働して、爪体４１を移動させた後、グリッパ４を回転させることができる。

　すなわち、第１リンク５８ａと第２リンク５８ｂ，５８ｂとが略一直線の状態で、爪体４１，４１同士が最も離隔した状態から、モータ６が駆動すると、遊星歯車機構を介してプラネタリキャリア５５が入力軸５１周りに回動する。そして、クランク機構の第１リンク５８ａもプラネタリキャリア５５と共に回動する。

　一方、第１リンク５８ａの両端に連結された第２リンク５８ｂ，５８ｂは、それぞれ先端にスライドガイド４３に規制された爪体４１と連結されている。したがって、図２２Ａに示すように、爪体４１，４１同士はスライドガイド４３上を、互いに接近する方向へと移動する。

　プラネタリキャリア５５の回転角度がさらに大きくなると、図２２Ｂに示すように、爪体４１，４１同士は、さらに互いに接近する方向へと移動する。そして、爪体４１，４１同士でノブ１１０をしっかりと把持できる適切な力が爪体４１に生じると、上述したバネ部６１が機能して、アウタギヤ５４を回動させる。すなわち、爪体４１の把持力が、トーションバネ６２ａおよび６２ｂで設定された値よりも大きくなるタイミングでアウタギヤ５４が回動する。こうして、グリッパ４は、ノブ１１０を把持したまま当該ノブ１１０を回転させて開錠（ラッチ解除）することができる。

　ところで、上述してきたハンド３の具体的な構造として、グリッパ４へ動力を伝達する動力伝達機構５として、差動減速機構の一例である遊星歯車機構を採用したものを説明したが、差動減速機構に代えてカム機構などを用いることもできる。

　以上、説明してきたように、各実施形態に係るロボット１０によれば、容易かつ円滑にドア１００を開放して他の部屋へ移動することができる。なお、実施形態ごとに例示はしていないが、ロボット１０は、ドア１００が押すタイプでも引くタイプでも、あるいはスライドするタイプでも全てに対応することができる。

　なお、ロボット１０の構成は、上述の実施形態に限定されるものではない。二輪差動機構９Ａを備えた台車１１と、台車１１に立設された本体１と、本体１に取付けられ、先端に、ドア１００に設けられたノブ１１０を把持可能なハンド３を備えたアーム２と、ドア１００の開放を維持させるドア開放維持機構７とを備える構成であればよい。そして、台車１１や本体１、アーム２などの形状については適宜設計することができる。

　上述した実施形態のさらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

　１　　本体
　２　　アーム
　３　　ハンド
　４　　グリッパ
　６　　モータ（アクチュエータ）
　７　　ドア開放維持機構
　８　　ドア開放維持部（ドア開放維持機構）
　１０　　ロボット
　１１　　台車
　１２　　胴部
　２１　　第１アーム
　２２　　第２アーム
　８１　　第１フック
　８２　　第２フック
　１００　　ドア
　１１０　　ノブ

Claims

　二輪差動機構を備えた台車と、
　前記台車に立設された本体と、
　前記本体に取付けられ、先端に、ドアに設けられたノブを把持可能なハンドを備えたアームと、
　前記ドアの開放を維持させるドア開放維持機構と
　を備えることを特徴とするロボット。
　前記アームは、
　第１アームおよび第２アームに分岐される二又アームであり、
　当該二又アームの基部を水平軸を介して前記本体に回転自在に取付けるとともに、前記第１アームに前記ハンドを設ける一方、前記第２アームに前記ドア開放維持機構を設けた
　ことを特徴とする請求項１に記載のロボット。
　前記ハンドを前記第１アームの先端部に、前記ドア開放維持機構を前記第２アームの先端部に、それぞれ進退自在に取付けた
　ことを特徴とする請求項２に記載のロボット。
　前記アームの旋回動作と、前記ハンドおよび前記ドア開放維持機構の直動動作とを、単一のアクチュエータでそれぞれ時間差をもって動作させる時差駆動機構を備える
　ことを特徴とする請求項１、２または３に記載のロボット。
　前記アームは、
　前記本体の基端部に設けられ、上下方向に変移する１自由度多関節アームであり、
　前記ドア開放維持機構は、
　前記台車の前側に、所定間隔をあけて垂直軸周りに回動自在に設けられた一対のフックを備える
　ことを特徴とする請求項１に記載のロボット。
　前記ドア開放維持機構は、
　前記一対のフックを、時間差をもって開閉動作させる時差駆動機構を備える
　ことを特徴とする請求項５に記載のロボット。
　前記時差駆動機構は、
　前記一対のフックを、それぞれ時間差をもって開閉動作させる単一のアクチュエータを備える
　ことを特徴とする請求項６に記載のロボット。
　前記ハンドは、
　ドアに設けられたノブを把持可能とした複数の爪体を備えるグリッパと、
　前記複数の爪体を、前記ノブに対する接離方向へ移動するとともに、当該ノブに前記複数の爪体が接触した把持状態で、当該ノブの軸周りに前記グリッパを回転させる単一のアクチュエータと
　を備えることを特徴とする請求項１～７のいずれか１つに記載のロボット。