WO2022185424A1 - エンドエフェクタ、ロボットアーム及び検査用ロボット - Google Patents

エンドエフェクタ、ロボットアーム及び検査用ロボット Download PDF

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WO2022185424A1
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浩也 山田
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株式会社ハイボット
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24—Probes
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    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/26—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor

Definitions

  • the present invention relates to an end effector connected to a robot arm, a robot arm including the end effector, and an inspection robot including the robot arm.
  • the thickness of the pipe is detected by contacting the pipe with an ultrasonic probe, injecting ultrasonic waves into the pipe, and detecting the reflected wave or transmitted wave of this ultrasonic wave.
  • Techniques can be exemplified.
  • the efficiency of the inspection work can be improved by automating the detection of the thickness of the pipes using an inspection robot.
  • the ultrasonic probe In detecting the thickness of a pipe using an ultrasonic probe, the ultrasonic probe is pressed substantially vertically against the surface of the pipe. However, if the ultrasonic probe is directly attached to the tip of the robot arm in the inspection robot, it is necessary to precisely control the position and orientation of the tip of the arm while bringing it into contact with the pipe to be inspected. is difficult.
  • Patent Document 1 An example of prior art, includes a probe sensor for measuring the wall thickness to inspect the surface, and the probe sensor lowered with respect to the surface of the pipe is automatically perpendicular to the surface of the pipe.
  • a device for holding a sensor is disclosed so that it can be.
  • the present invention has been made in view of the above, and it is an object of the present invention to provide a technique for bringing a probe into substantially vertical contact with the surface of a pipe to be inspected regardless of its posture.
  • One aspect of the present invention for solving the above-described problems and achieving the object is an end effector connected to a robot arm configured to inspect an inspection target with a probe, the end effector being connected to the robot arm.
  • an effector base a probe holding part for holding the probe, a gimbal mechanism part for absorbing a deviation in posture between the end effector base and the probe holding part, and a a contacting test-object contact portion, the test-object contact portion having four contact points, the four contact points projected onto the contact surface of the probe and centered on the position of the probe.
  • the end effector is characterized in that it forms a parallelogram, and two contact points corresponding to the diagonal corners of the parallelogram among the four contact points are positioned at the same height with respect to the contact surface of the probe. .
  • the gimbal mechanism portion includes two support portions extending from the end effector base portion, and extending from each of the two support portions in a direction approaching each other. is rotatably connected as a first rotating shaft, a rotating portion that rotates on the first rotating shaft together with the two first rotating shafts, and from the rotating portion two second rotating shaft portions extending in a direction approaching each other and connected rotatably in a direction different from the first rotating shaft with the axis in the extending direction serving as a second rotating shaft;
  • the two second rotating shaft portions hold the probe holding portion rotatably around the second rotating shaft.
  • the probe holding portion includes a housing and a first spring, and the housing is connected to the probe so as to be slidable in the vertical direction of the contact surface of the probe.
  • the first spring preferably has one end fixed to the housing and the other end fixed to the probe.
  • the probe is an ultrasonic probe including a tip portion and a body portion, and the tip portion contacts the test object to emit ultrasonic waves and emit reflected waves of the ultrasonic waves. It is preferable that the first spring be fixed to the side opposite to the tip portion of the body portion.
  • the contact portion to be inspected includes a base portion of the contact portion to be inspected and a second spring, and is connected to the probe holding portion so as to be slidable in the vertical direction of the contact surface of the probe.
  • one end of the second spring is fixed to the probe holder, and the other end is fixed to the test object contact portion base.
  • the contact portion to be inspected includes a pair of contact arms and an angle restraint mechanism, and the pair of contact arms rotate to the base of the contact portion to be inspected on the same rotation axis. and contacting the test object at two points each; Constraining the angle is preferred.
  • one aspect of the present invention is a robot arm having an end effector configured as described above at its tip.
  • one aspect of the present invention is an inspection robot comprising the robot arm configured as described above.
  • FIG. 1 is a diagram showing an end effector and an inspection target according to the embodiment.
  • 2 is a diagram showing the configuration of the gimbal mechanism shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the probe holding portion shown in FIG. 1.
  • FIG. FIG. 6 is a diagram showing the configuration of an example angle restraint mechanism.
  • FIG. 7 is a diagram showing a robot arm provided with an end effector according to the embodiment and an inspection robot provided with the robot arm.
  • FIG. 1 is a diagram showing an end effector 100 and an inspection object 200 according to this embodiment.
  • the end effector 100 shown in FIG. 1 includes an end effector base portion 101, a gimbal mechanism portion 102, a probe holding portion 103, and a test object contact portion 104.
  • the test object contact portion 104 has four contact points CP1, The four contact points CP1, CP2, CP3, CP4 are projected onto the contact surface of the probe 1030 to form a dotted parallelogram centered on the position of the probe 1030, and four Of the contact points CP1, CP2, CP3 and CP4, two contact points corresponding to the diagonals of a parallelogram, that is, the contact point CP1 and the contact point CP4 or the contact point CP2 and the contact point CP3 are at the same height with the contact surface of the probe 1030 as a reference. , four contact points CP1, CP2, CP3, CP4 and the probe 1030 contact the test object 200. As shown in FIG.
  • the end effector base 101 is the base portion of the end effector 100 connected to the tip of the robot arm.
  • the form of connection between the end effector base 101 and the tip of the robot arm is not limited to a specific one.
  • the end effector base 101 and the tip of the robot arm may be connected by screws.
  • the end effector base 101 is preferably detachable from the tip of the robot arm.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the gimbal mechanism section 102 shown in FIG.
  • the gimbal mechanism portion 102 shown in FIG. 2 includes two support portions 1020 extending in the vertical direction (z-axis direction) from the end effector base portion 101, and two support portions 1020 extending toward each other (x-axis direction) from each of the two support portions 1020.
  • Two first rotating shaft portions 1021 which extend and are rotatably connected about a first rotating shaft (x-axis) in the extending direction, and a first rotating shaft portion 1021 together with the two first rotating shaft portions 1021 and a rotating portion 1022 that rotates on a first rotating shaft (x-axis) in the extending direction of the rotating shaft portion 1021, and a rotating portion 1022 that extends in a direction (y-axis direction) approaching each other from the rotating portion 1022 and extends in a second rotating direction in the extending direction. and two second rotating shaft portions 1023 connected rotatably in directions different from the first rotating shaft portion 1021 as rotating shafts (y-axis).
  • the two second rotating shafts 1023 hold the probe holding part 103 rotatably around the second rotating shaft (y-axis) in the extending direction of the second rotating shafts 1023 .
  • the gimbal mechanism section 102 having such a configuration connects the end effector base 101 and the probe holding section 103 and is capable of absorbing a deviation in posture between the end effector base 101 and the probe holding section 103 .
  • the configuration of the gimbal mechanism section 102 can be configured by combining shaft-shaped members with a circular or square cross section, and is not limited to a specific shape.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the probe holding portion 103 shown in FIG.
  • the probe holding section 103 has a probe 1030 , a housing 1031 and a first spring 1032 and holds the probe 1030 .
  • Housing 1031 is connected to probe 1030 so as to be slidable in the vertical direction of contact surface CP5 provided at the tip of probe 1030 .
  • the housing 1031 can be cylindrical or prismatic, and is not limited to a specific shape.
  • the probe 1030 is an ultrasonic probe including a distal end portion 10301 and a body portion 10302, and is held slidably in one axial direction (z-axis direction) with respect to the housing 1031.
  • a distal end portion 10301 of the probe 1030 is a probe portion that contacts the test object 200 to emit ultrasonic waves and detect reflected waves of the ultrasonic waves.
  • a body portion 10302 of the probe 1030 includes a mechanism such as a transducer for the probe 1030 to emit ultrasonic waves, and a first spring 1032 is fixed on the side opposite to the distal end portion 10301 .
  • the body section 10302 of the probe 1030 may be configured to receive a control command from the outside by wire or wirelessly and transmit the detection result to the outside by wire or wirelessly.
  • the probe 1030 can be cylindrical or prismatic, but is not limited to a specific shape. Different shapes are possible.
  • the first spring 1032 has one end fixed to the housing 1031 and the other end fixed to the body section 10302 of the probe 1030 , and can press the probe 1030 against the inspection object 200 .
  • probe 1030 contacts inspection target 200
  • housing 1031 approaches inspection target 200
  • probe 1030 is pressed against inspection target 200 .
  • the first spring 1032 makes it possible to apply pipes of various diameters as the test object 200 .
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the test object contact portion 104 shown in FIG.
  • the test object contact portion 104 includes a test object contact portion base portion 1040, a second spring 1041, and a pair of contact arms 1042 and 1043, which are connected to the probe holding portion 103. Together, it contacts the inspection object 200 .
  • the test object contact portion 104 is connected to the probe holding portion 103 so as to be slidable in the vertical direction of the contact surface CP5 provided at the tip of the probe 1030 .
  • the second spring 1041 has one end fixed to the probe holding portion 103 and the other end fixed to the test object contact portion base portion 1040 , and applies force in the direction of pressing the test object contact portion 104 against the test object 200 .
  • the contact arms 1042 and 1043 are rotatably connected to the test object contact portion base 1040 on the same rotation axis.
  • Contact arm 1042 has contact points CP1 and CP2, and contact arm 1043 has contact points CP3 and CP4. Therefore, the end effector 100 contacts the inspection object 200 at four points.
  • FIG. 5 is a diagram showing the operation of the test object contact portion 104 shown in FIG.
  • Contact arms 1042 and 1043 are constrained to rotate at equal angles in opposite directions by an angle constraint mechanism, which will be described later. For example, when the contact arm 1042 rotates and inclines by 30°, the contact arm 1043 rotates and inclines by ⁇ 30°.
  • the contact arms 1042 and 1043 operate as shown in FIG. 5, two of the four contact points CP1, CP2, CP3, and CP4 contacting the test object 200, which are diagonal to each other, contact the contact surface CP5 of the probe 1030. same height as the reference.
  • the contact arm 1042 rotates and inclines by 30° and the contact arm 1043 rotates and inclines by ⁇ 30°
  • the contact point CP1 of the contact arm 1042 and the contact point CP4 of the contact arm 1043 rise, and the contact point CP4 of the contact arm 1042 rises.
  • the point CP2 and the contact point CP3 of the contact arm 1043 descend, but the contact point CP1 of the contact arm 1042 and the contact point CP4 of the contact arm 1043 are at the same height with respect to the contact surface CP5 of the probe 1030, and the contact arm 1042 and the contact point CP3 of the contact arm 1043 are at the same height with the contact surface CP5 of the probe 1030 as a reference.
  • the end effector 100 contacts the pipe surface, which is the inspection object 200 , at four points, and the probe 1030 is held substantially perpendicular to the pipe surface, which is the inspection object 200 .
  • the motion shown in FIG. 5 can be accomplished by angular restraint mechanisms such as gears, timing belts and pulleys.
  • FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the angular restraint mechanism 1044, which is an example.
  • the angle restraint mechanism 1044 shown in FIG. 6 includes bevel gears 10441, 10442, and 10443.
  • the rotation of the bevel gear 10441 is transmitted to the bevel gear 10443 via the bevel gear 10442, and the rotation of the bevel gear 10443 is transmitted to the bevel gear 10442 to the bevel gear 10441.
  • the angle restraint mechanism 1044 shown in FIG. 6 may be arranged between the probe holding portion 103 and the test object contact portion 104, or may be arranged in a space provided inside the test object contact portion base portion 1040. good too.
  • the contact arms 1042 and 1043 shown in FIG. 5 have a substantially semicircular shape in the yz plane, the present invention is not limited to this.
  • the contact arm 1042 and the contact arm 1043 are configured to rotate at equal angles in opposite directions, each of the contact arm 1042 and the contact arm 1043 contacting the inspection object 200 at two points, and the end effector 100 is inspected.
  • the contact arms 1042 and 1043 are not limited to a specific shape as long as they can contact the object 200 at four points.
  • FIG. 7 is a diagram showing a robot arm 10 having an end effector 100 and an inspection robot 1 having the robot arm 10 according to this embodiment.
  • the inspection robot 1 has a robot arm 10
  • the robot arm 10 has an end effector 100
  • the end effector 100 inspects an inspection object 200 .
  • an ultrasonic probe that inspects an inspection object using ultrasonic waves can be exemplified as the probe, but the present invention is not limited to this.
  • the probe holding portion 103 and the probe 1030 are slidably connected, and the probe holding portion 103 and the test object contact portion 104 are slidably connected, but the present invention is limited to this. not to be
  • the probe holding portion 103 and the probe 1030 may be fixed, and the probe holding portion 103 and the test object contact portion 104 may be slidably connected.
  • the probe holding portion 103 and the test object contact portion 104 may be fixed, and the probe holding portion 103 and the probe 1030 may be slidably connected.
  • the end effector on the surface of the pipe to be inspected without being affected by the posture of the robot arm.
  • the acoustic probe can be brought into contact substantially vertically. Therefore, according to this embodiment, it is possible to realize an end effector of a robot arm that can contact the surface of a pipe to be inspected regardless of its posture.

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Abstract

姿勢に拘わらず、検査対象のパイプの表面にプローブを略垂直に接触させる技術を提供することを目的とし、プローブ（１０３０）によって検査対象（２００）を検査するように構成されたロボットアームに接続されるエンドエフェクタであって、ロボットアームに接続されるエンドエフェクタ基部（１０１）と、プローブを保持するプローブ保持部（１０３）と、エンドエフェクタ基部とプローブ保持部との間の姿勢のずれを吸収するジンバル機構部（１０２）と、プローブ保持部に接続され、検査対象に接触する検査対象接触部（１０４）と、を備え、検査対象接触部は、４つの接触点（ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３，ＣＰ４）を有し、４つの接触点は、プローブの接触面に投影されてプローブの位置を中心とする平行四辺形を形成し、４つの接触点のうち平行四辺形の対角にあたる２つの接触点の各々がプローブの接触面を基準として等しい高さに位置する構成とする。

Description

エンドエフェクタ、ロボットアーム及び検査用ロボット
　本発明は、ロボットアームに接続されるエンドエフェクタ、該エンドエフェクタを備えるロボットアーム、及び該ロボットアームを備える検査用ロボットに関する。
　一般に、パイプを含むインフラ設備の点検作業においては、パイプに対して非破壊検査を行うことが求められる。
　このような非破壊検査として、パイプに超音波探触子を接触させ、パイプ内に超音波を入射させ、この超音波の反射波又は透過波を検出することにより、パイプの厚さを検出する手法を例示することができる。
　パイプを含むインフラ設備の点検作業において、検査用ロボットを用いてこのパイプの厚さの検出を自動化すると、点検作業の効率化が可能となる。
　超音波探触子を用いたパイプの厚さの検出において、超音波探触子は、パイプの表面に対して略垂直に押し当てられる。
　しかしながら、検査用ロボットにおいてロボットアームの先端に超音波探触子が直接取り付けられていると、アームの先端の位置及び姿勢を精密に制御しつつ検査対象のパイプと接触させることを要し、制御が困難である。
　従来技術の一例である特許文献１には、表面を検査するために壁厚を測定するプローブセンサを備え、パイプの表面に対して降下されたプローブセンサがパイプの表面に対して自動的に垂直となり得るように、センサを保持する装置が開示されている。
特表２０１８－５０６０４０号公報
　しかしながら、上記の従来技術では、検査対象のパイプに対する車両の姿勢が決められており、任意の姿勢で検査対象に接近するロボットアームの先端に配置されるエンドエフェクタとして採用することは困難である、という問題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、姿勢に拘わらず、検査対象のパイプの表面にプローブを略垂直に接触させる技術を提供することを目的とする。
　上述の課題を解決して目的を達成する本発明の一態様は、プローブによって検査対象を検査するように構成されたロボットアームに接続されるエンドエフェクタであって、前記ロボットアームに接続されるエンドエフェクタ基部と、前記プローブを保持するプローブ保持部と、前記エンドエフェクタ基部と前記プローブ保持部との間の姿勢のずれを吸収するジンバル機構部と、前記プローブ保持部に接続され、前記検査対象に接触する検査対象接触部と、を備え、前記検査対象接触部は、４つの接触点を有し、前記４つの接触点は、前記プローブの接触面に投影されて前記プローブの位置を中心とする平行四辺形を形成し、前記４つの接触点のうち前記平行四辺形の対角にあたる２つの接触点が前記プローブの接触面を基準として等しい高さに位置することを特徴とするエンドエフェクタである。
　上記構成のエンドエフェクタにおいて、前記ジンバル機構部は、前記エンドエフェクタ基部から延在する２つの支持部と、前記２つの支持部の各々から互いに近づく方向に延在し、該延在する方向の軸を第１の回転軸として回転可能に接続された２つの第１の回転軸部と、前記２つの第１の回転軸部とともに前記第１の回転軸で回転する回転部と、前記回転部から互いに近づく方向に延在し、該延在する方向の軸を第２の回転軸として前記第１の回転軸とは異なる方向に回転可能に接続された２つの第２の回転軸部と、を備え、前記２つの第２の回転軸部は、前記プローブ保持部を前記第２の回転軸で回転可能に保持することが好ましい。
　上記構成のエンドエフェクタにおいて、前記プローブ保持部は、筐体と、第１のばねと、を備え、前記筐体は、前記プローブに対し、前記プローブの接触面の鉛直方向にスライド可能に接続され、前記第１のばねは、一端が前記筐体に固定され、他端が前記プローブに固定されることが好ましい。
　上記構成のエンドエフェクタにおいて、前記プローブは、先端部及び機体部を備える超音波探触子であり、前記先端部は、前記検査対象に接触して超音波を発するとともに該超音波の反射波を検出し、前記機体部は、前記先端部とは反対側に前記第１のばねが固定されることが好ましい。
　上記構成のエンドエフェクタにおいて、前記検査対象接触部は、検査対象接触部基部と、第２のばねと、を備え、前記プローブ保持部に対し、前記プローブの接触面の鉛直方向にスライド可能に接続し、前記第２のばねは、一端が前記プローブ保持部に固定され、他端が前記検査対象接触部基部に固定されることが好ましい。
　上記構成のエンドエフェクタにおいて、前記検査対象接触部は、１対の接触アームと、角度拘束機構と、を備え、前記１対の接触アームは、同一の回転軸で前記検査対象接触部基部に回転可能に接続されるとともに前記検査対象に各々２点で接触し、前記角度拘束機構は、前記１対の接触アームが、互いに等しい角度で反対方向に回転するように、前記１対の接触アームの角度を拘束することが好ましい。
　又は、本発明の一態様は、上記構成のエンドエフェクタを先端に備えるロボットアームである。
　又は、本発明の一態様は、上記構成のロボットアームを備える検査用ロボットである。
　本発明によれば、姿勢に拘わらず、検査対象のパイプの表面にプローブを略垂直に接触させる技術を提供することができる。
図１は、実施形態に係るエンドエフェクタと、検査対象と、を示す図である。 図２は、図１に示すジンバル機構部の構成を示す図である。 図３は、図１に示すプローブ保持部の構成を示す断面図である。 図４は、図１に示す検査対象接触部の構成を示す断面図である。 図５は、図１に示す検査対象接触部の動作を示す図である。 図６は、一例である角度拘束機構の構成を示す図である。 図７は、実施形態に係るエンドエフェクタを備えるロボットアームと、ロボットアームを備える検査用ロボットと、を示す図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態について説明する。
　ただし、本発明は、以下の実施形態の記載によって限定解釈されるものではない。
（実施形態）
　図１は、本実施形態に係るエンドエフェクタ１００と、検査対象２００と、を示す図である。
　図１に示すエンドエフェクタ１００は、エンドエフェクタ基部１０１と、ジンバル機構部１０２と、プローブ保持部１０３と、検査対象接触部１０４と、を備え、検査対象接触部１０４は、４つの接触点ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３，ＣＰ４を有し、４つの接触点ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３，ＣＰ４は、プローブ１０３０の接触面に投影されてプローブ１０３０の位置を中心として点線で示す平行四辺形を形成し、４つの接触点ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３，ＣＰ４のうち平行四辺形の対角にあたる２つの接触点、すなわち接触点ＣＰ１と接触点ＣＰ４又は接触点ＣＰ２と接触点ＣＰ３がプローブ１０３０の接触面を基準として等しい高さに位置し、４つの接触点ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３，ＣＰ４及びプローブ１０３０が検査対象２００に接触する。
　エンドエフェクタ基部１０１は、ロボットアームの先端に接続される、エンドエフェクタ１００のベース部分である。
　エンドエフェクタ基部１０１とロボットアームの先端との接続形態については特定のものに限定されず、例えば、エンドエフェクタ基部１０１とロボットアームの先端とはネジにより接続されているとよい。
　なお、エンドエフェクタ基部１０１は、ロボットアームの先端と着脱可能であることが好ましい。
　図２は、図１に示すジンバル機構部１０２の構成を示す図である。
　図２に示すジンバル機構部１０２は、エンドエフェクタ基部１０１から鉛直方向（ｚ軸方向）に延在する２つの支持部１０２０と、２つの支持部１０２０の各々から互いに近づく方向（ｘ軸方向）に延在し、延在方向の第１の回転軸（ｘ軸）を回転軸として回転可能に接続された２つの第１の回転軸部１０２１と、２つの第１の回転軸部１０２１とともに第１の回転軸部１０２１の延在方向の第１の回転軸（ｘ軸）で回転する回転部１０２２と、回転部１０２２から互いに近づく方向（ｙ軸方向）に延在し、延在方向の第２の回転軸（ｙ軸）で回転軸として前記第１の回転軸部１０２１とは異なる方向に回転可能に接続された２つの第２の回転軸部１０２３と、を備える。
　２つの第２の回転軸部１０２３は、プローブ保持部１０３を第２の回転軸部１０２３の延在方向の第２の回転軸（ｙ軸）を回転軸として回転可能に保持する。
　このような構成のジンバル機構部１０２は、エンドエフェクタ基部１０１とプローブ保持部１０３とを接続し、エンドエフェクタ基部１０１とプローブ保持部１０３との間の姿勢のずれを吸収可能である。
　なお、ジンバル機構部１０２が備える構成は、断面円形又は角形の軸状部材を組み合わせて構成することができ、特定の形状に限定されるものではない。
　図３は、図１に示すプローブ保持部１０３の構成を示す断面図である。
　図３に示すように、プローブ保持部１０３は、プローブ１０３０と、筐体１０３１と、第１のばね１０３２と、を備え、プローブ１０３０を保持する。
　筐体１０３１は、プローブ１０３０に対し、プローブ１０３０の先端に設けられた接触面ＣＰ５の鉛直方向にスライド可能に接続されている。
　なお、筐体１０３１は、円柱状又は角柱状とすることができ、特定の形状に限定されるものではない。
　プローブ１０３０は、先端部１０３０１及び機体部１０３０２を備える超音波探触子であり、筐体１０３１に対して一軸方向（ｚ軸方向）にスライド可能に保持されている。
　プローブ１０３０の先端部１０３０１は、検査対象２００に接触して超音波を発するとともに該超音波の反射波を検出するプローブ部分である。
　プローブ１０３０の機体部１０３０２は、プローブ１０３０が超音波を発するための振動子等の機構を内部に備え、先端部１０３０１とは反対側に第１のばね１０３２が固定されている。
　なお、プローブ１０３０の機体部１０３０２は、有線又は無線により外部から制御指令を受信して、検出結果を有線又は無線により外部に送信する構成を備えていてもよい。
　また、プローブ１０３０は、円柱状又は角柱状とすることができるが、特定の形状に限定されるものではなく、筐体１０３１に対してスライドするように保持可能であれば、筐体１０３０とは異なる形状であってもよい。
　第１のばね１０３２は、一端が筐体１０３１に固定され、他端がプローブ１０３０の機体部１０３０２に固定され、プローブ１０３０を検査対象２００に押し付けることが可能である。
　筐体１０３１が検査対象２００に接近し、プローブ１０３０が検査対象２００に接触し、更に筐体１０３１が検査対象２００に接近すると、プローブ１０３０が検査対象２００に押し付けられる。
　第１のばね１０３２によれば、検査対象２００として様々な直径のパイプに適用可能となる。
　図４は、図１に示す検査対象接触部１０４の構成を示す断面図である。
　図４に示すように、検査対象接触部１０４は、検査対象接触部基部１０４０と、第２のばね１０４１と、１対の接触アーム１０４２，１０４３と、を備え、プローブ保持部１０３に接続されるとともに、検査対象２００に接触する。
　検査対象接触部１０４は、プローブ保持部１０３に対し、プローブ１０３０の先端に設けられた接触面ＣＰ５の鉛直方向にスライド可能に接続されている。
　第２のばね１０４１は、一端がプローブ保持部１０３に固定され、他端が検査対象接触部基部１０４０に固定され、検査対象接触部１０４を検査対象２００に押し付ける方向に力を付加する。
　接触アーム１０４２，１０４３は、同一の回転軸で検査対象接触部基部１０４０に回転可能に接続されている。
　接触アーム１０４２は接触点ＣＰ１，ＣＰ２を有し、接触アーム１０４３は接触点ＣＰ３，ＣＰ４を有する。
　そのため、エンドエフェクタ１００は、検査対象２００に４点で接触する。
　図５は、図１に示す検査対象接触部１０４の動作を示す図である。
　接触アーム１０４２，１０４３は、後述する角度拘束機構により、互いに等しい角度で反対方向に回転するように拘束される。
　例えば、接触アーム１０４２が３０°回転して傾くと、接触アーム１０４３が－３０°回転して傾く構成である。
　接触アーム１０４２，１０４３が図５に示すように動作すると、検査対象２００に接触する４つの接触点ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３，ＣＰ４のうち互いに対角となる２点は、プローブ１０３０の接触面ＣＰ５を基準として同じ高さになる。
　すなわち、接触アーム１０４２が３０°回転して傾き、接触アーム１０４３が－３０°回転して傾くと、接触アーム１０４２の接触点ＣＰ１及び接触アーム１０４３の接触点ＣＰ４が上昇し、接触アーム１０４２の接触点ＣＰ２及び接触アーム１０４３の接触点ＣＰ３が下降するが、接触アーム１０４２の接触点ＣＰ１と接触アーム１０４３の接触点ＣＰ４とはプローブ１０３０の接触面ＣＰ５を基準として同じ高さになり、接触アーム１０４２の接触点ＣＰ２と接触アーム１０４３の接触点ＣＰ３とはプローブ１０３０の接触面ＣＰ５を基準として同じ高さになる。
　このようにして、エンドエフェクタ１００は検査対象２００であるパイプ表面に４点で接触し、プローブ１０３０は検査対象２００であるパイプ表面に対して略垂直に保持される。
　図５に示す動作は、ギア、タイミングベルト及びプーリー等の角度拘束機構によって実現することができる。
　図６は、一例である角度拘束機構１０４４の構成を示す図である。
　図６に示す角度拘束機構１０４４は、かさ歯車１０４４１，１０４４２，１０４４３を備え、かさ歯車１０４４１の回転は、かさ歯車１０４４２を介して、かさ歯車１０４４３に伝達され、かさ歯車１０４４３の回転は、かさ歯車１０４４２を介して、かさ歯車１０４４１に伝達される。
　図６に示す角度拘束機構１０４４は、プローブ保持部１０３と検査対象接触部１０４との間に配置されていてもよいし、検査対象接触部基部１０４０の内部に設けられた空間に配置されていてもよい。
　なお、図５に示す接触アーム１０４２，１０４３は、ｙｚ面において略半円形の形状であるが、本発明はこれに限定されるものではない。
　接触アーム１０４２及び接触アーム１０４３が、互いに等しい角度で反対方向に回転するように構成され、接触アーム１０４２及び接触アーム１０４３の各々が検査対象２００に対して２点で接触し、エンドエフェクタ１００が検査対象２００に４点で接触可能な構成であれば、接触アーム１０４２，１０４３は、特定の形状に限定されるものではない。
　図７は、本実施形態に係るエンドエフェクタ１００を備えるロボットアーム１０と、ロボットアーム１０を備える検査用ロボット１と、を示す図である。
　検査用ロボット１は、ロボットアーム１０を備え、ロボットアーム１０は、エンドエフェクタ１００を備え、エンドエフェクタ１００は検査対象２００を検査する。
　なお、本実施形態において、プローブとしては超音波を用いて検査対象を検査する超音波探触子を例示することができるが、本発明はこれに限定されるものではない。
　また、本実施形態においては、プローブ保持部１０３とプローブ１０３０とがスライド可能に接続され、プローブ保持部１０３と検査対象接触部１０４とがスライド可能に接続されているが、本発明はこれに限定されるものではない。プローブ保持部１０３とプローブ１０３０とが固定され、プローブ保持部１０３と検査対象接触部１０４とがスライド可能に接続されていてもよい。又は、プローブ保持部１０３と検査対象接触部１０４とが固定され、プローブ保持部１０３とプローブ１０３０とがスライド可能に接続されていてもよい。
　以上説明したように、本実施形態によれば、ロボットアームの姿勢の影響を受けることなく、検査対象であるパイプ表面にエンドエフェクタを保持することが可能となり、パイプ表面に対してプローブである超音波探触子を略垂直に接触させることができる。
　従って、本実施形態によれば、姿勢に拘わらず、検査対象のパイプの表面に接触可能なロボットアームのエンドエフェクタを実現することができる。
　なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、上述の構成に対して、構成要素の付加、削除又は転換を行った様々な変形例も含むものとする。
１　検査用ロボット
１０　ロボットアーム
１００　エンドエフェクタ
１０１　エンドエフェクタ基部
１０２　ジンバル機構部
　１０２０　支持部
　１０２１　第１の回転軸部
　１０２２　回転部
　１０２３　第２の回転軸部
１０３　プローブ保持部
　１０３０　プローブ
　　１０３０１　先端部
　　１０３０２　機体部
　１０３１　筐体
　１０３２　第１のばね
１０４　検査対象接触部
　１０４０　検査対象接触部基部
　１０４１　第２のばね
　１０４２，１０４３　接触アーム
　１０４４　角度拘束機構
　　１０４４１，１０４４２，１０４４３　かさ歯車
２００　検査対象

 

Claims (8)

  1. 　プローブによって検査対象を検査するように構成されたロボットアームに接続されるエンドエフェクタであって、
    　前記ロボットアームに接続されるエンドエフェクタ基部と、
    　前記プローブを保持するプローブ保持部と、
    　前記エンドエフェクタ基部と前記プローブ保持部との間の姿勢のずれを吸収するジンバル機構部と、
    　前記プローブ保持部に接続され、前記検査対象に接触する検査対象接触部と、を備え、
    　前記検査対象接触部は、４つの接触点を有し、
    　前記４つの接触点は、前記プローブの接触面に投影されて前記プローブの位置を中心とする平行四辺形を形成し、
    　前記４つの接触点のうち前記平行四辺形の対角にあたる２つの接触点が前記プローブの接触面を基準として等しい高さに位置することを特徴とするエンドエフェクタ。
  2. 　前記ジンバル機構部は、
    　前記エンドエフェクタ基部から延在する２つの支持部と、
    　前記２つの支持部の各々から互いに近づく方向に延在し、該延在する方向の軸を第１の回転軸として回転可能に接続された２つの第１の回転軸部と、
    　前記２つの第１の回転軸部とともに前記第１の回転軸で回転する回転部と、
    　前記回転部から互いに近づく方向に延在し、該延在する方向の軸を第２の回転軸として前記第１の回転軸とは異なる方向に回転可能に接続された２つの第２の回転軸部と、を備え、
    　前記２つの第２の回転軸部は、前記プローブ保持部を前記第２の回転軸で回転可能に保持する請求項１に記載のエンドエフェクタ。
  3. 　前記プローブ保持部は、筐体と、第１のばねと、を備え、
    　前記筐体は、前記プローブに対し、前記プローブの接触面の鉛直方向にスライド可能に接続され、
    　前記第１のばねは、一端が前記筐体に固定され、他端が前記プローブに固定される、請求項１又は請求項２に記載のエンドエフェクタ。
  4. 　前記プローブは、先端部及び機体部を備える超音波探触子であり、
    　前記先端部は、前記検査対象に接触して超音波を発するとともに該超音波の反射波を検出し、
    　前記機体部は、前記先端部とは反対側に前記第１のばねが固定される、請求項３に記載のエンドエフェクタ。
  5. 　前記検査対象接触部は、検査対象接触部基部と、第２のばねと、を備え、
    　前記プローブ保持部に対し、前記プローブの接触面の鉛直方向にスライド可能に接続し、
    　前記第２のばねは、一端が前記プローブ保持部に固定され、他端が前記検査対象接触部基部に固定される、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のエンドエフェクタ。
  6. 　前記検査対象接触部は、１対の接触アームと、角度拘束機構と、を備え、
    　前記１対の接触アームは、同一の回転軸で前記検査対象接触部基部に回転可能に接続されるとともに前記検査対象に各々２点で接触し、
    　前記角度拘束機構は、前記１対の接触アームが、互いに等しい角度で反対方向に回転するように、前記１対の接触アームの角度を拘束する、請求項５に記載のエンドエフェクタ。
  7. 　請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のエンドエフェクタを先端に備えるロボットアーム。
  8. 　請求項７に記載のロボットアームを備える検査用ロボット。

     
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS55152456U (ja) * 1979-04-19 1980-11-04
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US5576492A (en) * 1995-01-26 1996-11-19 United Technologies Corporation Mechanical contour follower

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