(57)【要約】【課題】部屋の下部から上部、上部から下部への物品の運搬等の作業が可能であり、かつ、使用しない時にはコンパクトに収納することができるマニピュレータ及びこれを含むマニピュレーションシステムを提供する。【解決手段】台車と、アームと、エンドエフェクタと、を備えた天井移動型マニピュレータであって、台車は、作業領域の上部に配置され、エンドエフェクタを水平方向に移動可能な構成を有し、アームは、台車とエンドエフェクタとの間に配置され、エンドエフェクタの高さを変更可能な構成を有し、エンドエフェクタは、対象物に略水平方向から接近し対象物を捕捉することが可能な構成を有し、対象物の作業領域における下部から上部への移動及び上部から下部への移動が可能である。【選択図】図１
2020192632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
台車と、アームと、エンドエフェクタと、を備え、
前記台車は、作業領域の上部に配置され、前記エンドエフェクタを水平方向に移動可能な構成を有し、
前記アームは、前記台車と前記エンドエフェクタとの間に配置され、前記エンドエフェクタの高さを変更可能な構成を有し、
前記エンドエフェクタは、対象物に略水平方向から接近し前記対象物を捕捉することが可能な構成を有し、
前記対象物の前記作業領域における下部から上部への移動及び上部から下部への移動が可能である、天井移動型マニピュレータ。
【請求項２】
前記アーム及び前記エンドエフェクタは、所定の高さ以上の位置に収納可能な構成を有する、請求項１記載の天井移動型マニピュレータ。
【請求項３】
前記アームは、前記エンドエフェクタの角度及び高さのうち少なくとも一方を変更可能な関節を有する、請求項１記載の天井移動型マニピュレータ。
【請求項４】
前記アームは、ねじり関節、屈曲関節及び伸縮関節を有する、請求項１記載の天井移動型マニピュレータ。
【請求項５】
前記アーム以外に、更に１つ以上のアームを備えた、請求項１記載の天井移動型マニピュレータ。
【請求項６】
前記エンドエフェクタ以外に、更に１つ以上のエンドエフェクタを備えた、請求項１記載の天井移動型マニピュレータ。
【請求項７】
前記エンドエフェクタは、グリッパを有する、請求項１記載の天井移動型マニピュレータ。
【請求項８】
前記エンドエフェクタは、吸着パッドを有する、請求項１記載の天井移動型マニピュレータ。
【請求項９】
前記台車は、ガントリ型ステージで水平駆動する構成を有する、請求項１記載の天井移動型マニピュレータ。
【請求項１０】
前記台車は、レールに移動可能に配置されている、請求項１記載の天井移動型マニピュレータ。
【請求項１１】
請求項１記載の天井移動型マニピュレータと、制御装置と、前記作業領域の状態を検知するセンサと、を備えた、マニピュレーションシステム。
【請求項１２】
前記制御装置は、外部システムと通信可能な構成を有する、請求項１１記載のマニピュレーションシステム。
【請求項１３】
前記センサは、カメラを含む、請求項１１記載のマニピュレーションシステム。
【請求項１４】
前記センサは、前記制御装置の指令により、その位置及び姿勢のうち少なくとも一方を変更可能である、請求項１１記載のマニピュレーションシステム。
【請求項１５】
操作端末を更に備えた、請求項１１記載のマニピュレーションシステム。
【請求項１６】
前記操作端末は、表示機能を有する、請求項１５記載のマニピュレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天井移動型マニピュレータ及びマニピュレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
業務用のロボットは、工場や医療現場等の様々な分野において実際に用いられ、更なる改良が進められている。
【０００３】
家庭やオフィス等においては、清掃等の比較的単純な作業を担うロボットが普及し始めている。
【０００４】
天井等に設置して用いるロボットやマニピュレータの従来例としては、次のものがある。
【０００５】
特許文献１には、建物の上部空間に敷設した走行レールに沿って走行自在な台車下面に可動台、回転台及び３本足状の多関節形伸縮アームが設けられ、伸縮アームは、送りネジ機構により上下に伸縮自在に構成されている空中走行式作業用ロボットが開示されている。
【０００６】
特許文献２には、医療用マニピュレータが可撓性部材を有する支持機構により吊り下げ支持され、支持機構を手術室天井面に設置し、可撓性部材の上端を手術室の天井近傍に設けている医療用マニピュレータシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６１−１４８７１号公報
【特許文献２】特開２００３−５２７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載のロボットは、空中走行式であり、上下に伸縮自在に構成されている。しかしながら、部屋の下部に置かれた物品を水平方向から把持するような動作、物品の下面等に水平方向からエンドエフェクタを移動し物品を持ち上げるような動作等を可能とする構成を有するものではない。
【０００９】
特許文献２に記載のマニピュレータは、医療用であり、手術室内の手術台における医師の手術において使用する装置である。このため、部屋の上部における作業を考慮したものではない。
【００１０】
本発明の目的は、部屋の下部から上部、上部から下部への物品の運搬等の作業が可能であり、かつ、使用しない時にはコンパクトに収納することができるマニピュレータ及びこれを含むマニピュレーションシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の天井移動型マニピュレータは、台車と、アームと、エンドエフェクタと、を備え、台車は、作業領域の上部に配置され、エンドエフェクタを水平方向に移動可能な構成を有し、アームは、台車とエンドエフェクタとの間に配置され、エンドエフェクタの高さを変更可能な構成を有し、エンドエフェクタは、対象物に略水平方向から接近し対象物を捕捉することが可能な構成を有し、対象物の作業領域における下部から上部への移動及び上部から下部への移動が可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、部屋の下部から上部、上部から下部への物品の運搬等の作業が可能であり、かつ、使用しない時にはコンパクトに収納可能なマニピュレータ及びこれを含むマニピュレーションシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１の天井移動型マニピュレータを示す概略構成図である。
【図２】図１のエンドエフェクタの具体例を示す概略構成図である。
【図３Ａ】実施例２の天井移動型マニピュレータを示す概略構成図である。
【図３Ｂ】実施例３の天井移動型マニピュレータを示す概略構成図である。
【図３Ｃ】実施例４の天井移動型マニピュレータを示す概略構成図である。
【図３Ｄ】実施例５の天井移動型マニピュレータを示す概略構成図である。
【図４Ａ】台車を移動するための手段の第一の例を示す概略構成図である。
【図４Ｂ】台車を移動するための手段の第二の例を示す概略構成図である。
【図４Ｃ】台車を移動するための手段の第三の例を示す概略構成図である。
【図５Ａ】伸縮関節の第一の例を示す概略構成図である。
【図５Ｂ】伸縮関節の第二の例を示す概略構成図である。
【図５Ｃ】伸縮関節の第三の例を示す概略構成図である。
【図５Ｄ】伸縮関節の第四の例を示す概略構成図である。
【図５Ｅ】伸縮関節の第五の例を示す概略構成図である。
【図６】本発明のマニピュレーションシステムの一例を示す概略構成図である。
【図７】本発明のマニピュレーションシステムにおけるデータの送受信の一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、家庭やオフィス等にも適用可能な天井移動型マニピュレータ及びマニピュレーションシステムに関する。
【００１５】
以下、実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本実施例の天井移動型マニピュレータの構成を概略的に示したものである。
【００１７】
本図において、天井移動型マニピュレータ１００は、作業空間１（作業領域）で作業を行うものであり、台車１０１と、アーム１０２と、エンドエフェクタ１０３と、より構成されている。台車１０１の下部には、アーム１０２が接続され、アーム１０２の下端部には、エンドエフェクタ１０３が接続されている。エンドエフェクタ１０３は、手先効果器とも呼ばれ、実際に対象物を把持するなどの作業を行う部分である。言い換えると、エンドエフェクタ１０３は、対象物に直接接する部分である。なお、エンドエフェクタ１０３は、作業の内容に応じて交換可能としてもよい。
【００１８】
台車１０１は、作業空間１の上部に配置され、水平方向に移動可能に構成されている。ここで、作業空間１は、１つの部屋の全体又は一部である。また、作業空間１は、台車１０１がその移動手段（例えばレール等）を用いて複数の部屋を移動可能である場合には、その複数の部屋の全体又は一部であってもよい。
【００１９】
アーム１０２は、ねじり関節１０２１と、収納屈曲関節１０２２と、伸縮関節１０２３と、手首屈曲関節１０２４と、を含み、この順に接続されている。それぞれの関節の間には、リンクが設けられている。リンクは、隣り合う２つの関節を固定的に接続している。言い換えると、リンクの部分は、実質的に、変形、回転等をしない構成となっている。なお、関節は、「関節部」ともいう。
【００２０】
それぞれの関節は、図中に破線の両端矢印で示す方向に運動可能な構成を有する。なお、以下の説明においては、通常水平面となる天井面をＸ軸及びＹ軸をとってＸＹ平面とし、天井面の法線をＺ軸とする。すなわち、Ｘ軸及びＹ軸は水平方向の２つの座標軸を、Ｚ軸は鉛直方向の座標軸を意味する。
【００２１】
ねじり関節１０２１は、リンクの軸の周方向（Ｚ軸の周り）に回転して、アーム１０２をねじる運動を行う。収納屈曲関節１０２２及び手首屈曲関節１０２４は、それぞれＸＹ平面内の任意の軸周りを回転する。言い換えると、収納屈曲関節１０２２又は手首屈曲関節１０２４は、その上下に設けられた２つのリンクのなす角が１８０度より小さくなるように回転する。これにより、エンドエフェクタ１０３を三次元的に移動する。すなわち、収納屈曲関節１０２２及び手首屈曲関節１０２４は、エンドエフェクタ１０３のＺ軸に対する角度を変更する機能を有する。
【００２２】
伸縮関節１０２３は、伸縮する構成を有し、これにより、収納屈曲関節１０２２と手首屈曲関節１０２４との距離を変化する。
【００２３】
以上のアーム１０２の構成によれば、作業空間１内の任意の５自由度でエンドエフェクタ１０３の位置及び角度（位置・姿勢）を調整することができる。特に、手首屈曲関節１０２４の制御により、エンドエフェクタ１０３の横向きの作業（人間が肘を曲げて物をつかむような作業）が可能となり、台車１０１の直下以外での作業も可能となる。これにより、エンドエフェクタ１０３の作業範囲を拡大することができ、かつ、作業の内容も拡充することができる。
【００２４】
さらに、非作業時などには、少なくとも収納屈曲関節１０２２を屈曲することで、アーム１０２及びエンドエフェクタ１０３を作業空間１の上部に収納できる。これにより、同一の作業空間１内の干渉を低減できる。
【００２５】
また、非作業時などには、作業空間１を含む部屋の壁面や壁面の凹部等に、例えば、図１に示す状態（屈曲関節を伸ばし下向きに吊り下げた状態）で天井移動型マニピュレータ１００を収納してもよい。この場合においては、伸縮関節１０２３の長さを短くした状態とすることがコンパクトで望ましい。
【００２６】
なお、作業空間１は、天井移動型マニピュレータ１００の構成要素ではない。また、図１においては、天井移動型マニピュレータ１００のすべての構成要素が作業空間１の内側に配置されているが、本発明は、これに限定されるものではない。作業時にエンドエフェクタ１０３が作業空間１の内側に配置されてさえいれば、その他の構成要素は、作業空間１の内側に配置されても外側に配置されてもよい。
【００２７】
また、１つの作業空間内に複数の台車を配置してもよく、１つの台車に複数のアームを配置してもよい。また、１つのアームに複数のエンドエフェクタを接続してもよい。
【００２８】
図２は、図１のエンドエフェクタの具体例を示したものである。
【００２９】
本図において、エンドエフェクタ１０３は、作業部ねじり関節１０３１と、作業部１０３２と、を含むものである。作業部１０３２は、グリッパであり、把持作業のための駆動自由度を有する。作業部ねじり関節１０３１は、作業部１０３２をリンクの軸の周方向に回転させる。これにより、グリッパ（作業部１０３２）の把持方向を変更できる。
【００３０】
なお、作業部ねじり関節１０３１及び作業部１０３２それぞれの運動可能な方向は、図中に破線の両端矢印で示している。
【００３１】
また、作業部ねじり関節１０３１と図１の台車１０１及びアーム１０２とを適宜制御することにより、作業空間１内の任意の６自由度で作業部１０３２の位置及び角度（位置・姿勢）を調整することができる。そして、例えば、作業空間１の下部において作業部１０３２により把持した対象物を作業空間１の上部に運搬することができる。その際、作業空間１の上部において対象物を離脱し、置いておくこともできる。すなわち、作業空間１の下部から上部への片付け作業をすることができる。同様に、作業空間１の上部から下部への対象物の移動、運搬といった作業もすることができる。
【００３２】
なお、作業部１０３２に吸着パッドを設けた構成の場合は、作業部ねじり関節１０３１がなくても、対象物の捕捉、把持、離脱等が容易となる。また、エンドエフェクタ１０３は、複数種類用意して交換可能とし、必要に応じて選択してアーム１０２に接続できるようにしてもよい。
【００３３】
また、図２においては、作業部１０３２がグリッパである場合を示しているが、本発明の作業部は、これに限定されるものではなく、対象物の下面等に略水平方向からエンドエフェクタの作業部の一部を挿入し対象物を持ち上げるような動作等が可能な構成としてもよい。このような構成とすることにより、作業部に対象物を乗せた状態で運搬することができる。
【００３４】
なお、本明細書において「略水平方向」とは、完全な水平方向という意味だけではなく、斜め上や斜め下から対象物に接近する場合の方向も含むものとする。
【００３５】
以下、実施例１を変形した構成を有する実施例について説明する。なお、以下の実施例においては、実施例１と異なる点のみを説明する。
【実施例２】
【００３６】
図３Ａは、実施例２の天井移動型マニピュレータの構成を概略的に示したものである。
【００３７】
本図においては、アーム１０２を構成する収納屈曲関節１０２２、ねじり関節１０２１、伸縮関節１０２３及び手首屈曲関節１０２４は、この順に接続されている。すなわち、実施例１（図１）とは、収納屈曲関節１０２２とねじり関節１０２１とが入れ替わっている点が異なっている。
【００３８】
本実施例によれば、収納屈曲関節１０２２がアーム１０２の最上部に配置されるため、アーム１０２のＸＹ平面内の収納方向が規定される一方、収納時の天井移動型マニピュレータ１００の鉛直方向サイズを実施例１よりも小さくすることができ、収納したアーム１０２の下方の空間が広くなり、安全性が向上する。
【実施例３】
【００３９】
図３Ｂは、実施例３の天井移動型マニピュレータの構成を概略的に示したものである。
【００４０】
本図においては、アーム１０２を構成するねじり関節１０２１が伸縮関節１０２３と手首屈曲関節１０２４との間に設けられている。
【００４１】
実施例２及び３においては、アーム１０２の構成要素のうち、収納屈曲関節１０２２が台車１０１に最も近い位置に配置されている。また、実施例１〜３においては、手首屈曲関節１０２４がねじり関節１０２１よりエンドエフェクタ１０３側に配置されている。
【実施例４】
【００４２】
図３Ｃは、実施例４の天井移動型マニピュレータの構成を概略的に示したものである。
【００４３】
本図においては、実施例１等のアーム１０２を構成する収納屈曲関節１０２２がなく、実施例１等の手首屈曲関節１０２４の代わりに屈曲関節１０２２’が設けられている。このため、ねじり関節１０２１がアーム１０２の最も上部に配置されている。
【００４４】
この場合も、任意の５自由度を確保することができる。
【００４５】
本実施例においては、収納のための屈曲関節１０２２’が実施例１等よりもエンドエフェクタ１０３側に配置されるため、収納時の鉛直方向サイズは大きくなりやすい一方、構成する関節の数を少なくすることができ、構成を簡素にすることができる。
【実施例５】
【００４６】
図３Ｄは、実施例５の天井移動型マニピュレータの構成を概略的に示したものである。
【００４７】
本図においては、実施例４（図３Ｃ）と比較すると、アーム１０２を構成するねじり関節１０２１と伸縮関節１０２３との配置が異なっている。すなわち、伸縮関節１０２３がアーム１０２の最も上部に配置されている。
【００４８】
以上の実施例によれば、作業空間の上部（高い所）における作業が可能となる。また、作業空間の下部（低い所）にある物を作業空間の上部に運搬し、片付けることもできる。さらに、使用しないマニピュレータをコンパクトに収納することができるため、使用しないマニピュレータが人間の居住空間を狭くしてしまう問題が生じないようにすることができる。
【００４９】
以上の実施例は、本発明の具体例を示したものであるが、本発明の天井移動型マニピュレータの構成は、これらの実施例の構成に限定されるものではない。作業空間内における天井移動型マニピュレータの動作に必要な自由度（上記の実施例の構成では５自由度）でエンドエフェクタを配置することができ、アーム及びエンドエフェクタを作業空間の上部に収納可能な構成であればよい。
【００５０】
上記の実施例以外の構成としては、図１の伸縮関節１０２３がアーム１０２の最もエンドエフェクタ１０３側に配置されてもよい。また、上記の実施例よりも多くの関節を用いて構成してもよく、伸縮関節１０２３の収縮によって収納機能を実現してもよい。この場合、収納屈曲関節１０２２を用いなくともよい。
【００５１】
つぎに、上記の実施例に共通する台車の構成について、図面を用いて説明する。
【００５２】
図４Ａは、台車を移動するための手段の第一の例を示す概略構成図である。
【００５３】
本図においては、台車１０１は、Ｘ軸ガイド１０１１に移動可能に配置されている。Ｘ軸ガイド１０１１の両端部には、Ｙ軸台車１０１２が設けられている。Ｙ軸台車１０１２は、Ｙ軸ガイド１０１３に移動可能に配置されている。
【００５４】
台車１０１は、Ｘ軸ガイド１０１１に沿って移動するとともに、Ｘ軸ガイド１０１１に沿う方向に直交する方向にＹ軸ガイド１０１３に沿って移動する。これにより、台車１０１は、ＸＹ平面内を移動できる。
【００５５】
まとめると、本図に示す手段は、ガントリ型ステージで水平駆動する構成を有する。
【００５６】
図４Ｂは、台車を移動するための手段の第二の例を示す概略構成図である。
【００５７】
本図においては、台車１０１は、レール１０１４に移動可能に配置されている。レール１０１４は、直線部分と曲率を有する部分とを有する。言い換えると、蛇行するような形状を有している。台車１０１は、このような形状のレール１０１４に沿って移動する。これにより、台車１０１は、ＸＹ平面内を移動できる。
【００５８】
図４Ｃは、台車を移動するための手段の第三の例を示す概略構成図である。
【００５９】
本図においては、台車１０１は、Ｒ軸ガイド１０１５に移動可能に配置されている。Ｒ軸ガイド１０１５の一方の端部は、θ回転軸１０１６に接続されている。Ｒ軸ガイド１０１５は、θ回転軸１０１６の回転により、θ回転軸１０１６の周りに回転する。これにより、台車１０１は、ＸＹ平面内を移動できる。
【００６０】
なお、図４Ａ〜４Ｃの例においては、台車１０１、Ｙ軸台車１０１２等は、Ｘ軸ガイド１０１１、Ｙ軸ガイド１０１３等の鉛直下部に吊り下げられているが、例えば、図４Ａにおいて、台車１０１がＸ軸ガイド１０１１の横部（側面部等）や上部に配置されていてもよい。図４Ｂ及び４Ｃについても同様である。
【００６１】
また、図４Ａ〜４Ｃの例においては、台車１０１がＸＹ平面内を二次元的に移動可能となっているが、例えば、Ｘ軸方向のみのように一次元的に移動可能な構成としてもよい。言い換えると、台車１０１の水平方向における移動自由度が１自由度であってもよい。この場合、図１の天井移動型マニピュレータ１００は、作業空間１内の任意の４自由度でエンドエフェクタ１０３の位置及び角度（位置・姿勢）を調整することができる。
【００６２】
つぎに、上記の実施例に共通する伸縮関節の構成について、図面を用いて説明する。
【００６３】
図５Ａは、伸縮関節の第一の例を示す概略構成図である。
【００６４】
本図において、伸縮関節１０２３は、固定部１０２３１と、可動部１０２３２と、ステージ１０２３３と、で構成されている。ステージ１０２３３は、固定部１０２３１に移動可能に配置されている。可動部１０２３２は、ステージ１０２３３に固定されている。すなわち、ステージ１０２３３が固定部１０２３１に沿って移動可能な構成となっている。これにより、本図における固定部１０２３１の下端部と可動部１０２３２の下端部との距離が増減する。ここで、ステージ１０２３３の駆動源は、例えば回転モータ（図示せず）によるボールねじ（図示せず）であってもよいし、リニアモータ（図示せず）であってもよい。
【００６５】
図５Ｂは、伸縮関節の第二の例を示す概略構成図である。
【００６６】
本図において、伸縮関節１０２３は、固定部１０２３１と、可動部１０２３２と、力伝達部１０２３４と、で構成されている。固定部１０２３１及び可動部１０２３２は、筒状のリンク構造であり、固定部１０２３１の内部に可動部１０２３２が移動可能にはめ込まれている。
【００６７】
力伝達部１０２３４は、例えばワイヤで構成され、固定部１０２３１に設けられた回転モータ（図示せず）に接続されている。回転モータの順回転及び逆回転によりワイヤの露出部分の長さを調節し、可動部１０２３２の位置を変更する。これにより、固定部１０２３１と可動部１０２３２との距離が増減する。すなわち、伸縮関節１０２３の全体の長さが変動する。
【００６８】
なお、固定部１０２３１と可動部１０２３２との間を中継する筒状の中継リンクを設けてもよい。
【００６９】
図５Ｃは、伸縮関節の第三の例を示す概略構成図である。
【００７０】
本図において、伸縮関節１０２３は、固定部１０２３１と、可動部１０２３２と、伸縮回転モータ１０２３５と、で構成されている。伸縮回転モータ１０２３５の回転により、固定部１０２３１に対して可動部１０２３２が回転する。これにより、可動部１０２３２の先端部を上下させる。
【００７１】
なお、固定部１０２３１と可動部１０２３２との間に、伸縮回転モータ１０２３５に加えて、中継リンク及び回転軸を設けてもよい。
【００７２】
図５Ｄは、伸縮関節の第四の例を示す概略構成図である。
【００７３】
本図において、伸縮関節１０２３は、固定部１０２３１と、可動部１０２３２と、中継リンク機構１０２３６と、で構成されている。固定部１０２３１は、中継リンク機構１０２３６のリンク機構端点１０５１、１０５２が接続されている。リンク機構端点１０５１、１０５２には、ボールねじ（図示せず）が設けられている。ボールねじには、回転モータ（図示せず）が付設されている。中継リンク機構１０２３６は、回転自在な回転部１０５６を有する。
【００７４】
回転モータによりボールねじを駆動することにより、リンク機構端点１０５１とリンク機構端点１０５２との距離を変更することができる。これにより、固定部１０２３１と可動部１０２３２との距離を変更することができる。結果として、回転部１０５６を支点とする中継リンク機構１０２３６の形状変化が生じ、固定部１０２３１と可動部１０２３２との距離が増減する。
【００７５】
なお、回転モータを用いたボールねじによる駆動方式は、一例であり、本発明は、この方式に限定されるものではない。固定部１０２３１と可動部１０２３２との距離の増減が達成できる機構であれば、他の機構を採用してもよい。
【００７６】
図５Ｅは、伸縮関節の第五の例を示す概略構成図である。
【００７７】
本図において、伸縮関節１０２３は、固定部１０２３１と、可動部１０２３２と、力伝達部１０２３４と、滑車１０２３７と、から構成されている。滑車１０２３７は、例えば固定部１０２３１と可動部１０２３２とに設けられている。可動部１０２３２には、ワイヤ端固定部１０６１が設けられている。ワイヤ端固定部１０６１に固定されたワイヤは、固定部１０２３１及び可動部１０２３２の滑車１０２３７とともに力伝達部１０２３４を構成している。さらに、例えば固定部１０２３１に設置したモータ（図示せず）によりワイヤを巻上げる構成としている。
【００７８】
これにより、モータを用いて力伝達部１０２３４のワイヤを巻上げ、固定部１０２３１と可動部１０２３２との距離を増減することができる。ここで、伸縮関節１０２３は、固定部１０２３１と可動部１０２３２との間を中継する滑車１０２３７を備えた中継リンクを有していてもよい。
【００７９】
図６は、本発明のマニピュレーションシステムの一例を示す概略構成図である。
【００８０】
本図において、マニピュレーションシステム２００は、２台の天井移動型マニピュレータ１００ａ、１００ｂと、制御装置２０１と、通信装置２０２と、ドライバ２０３と、環境センサ２０４ａと、作業用センサ２０４ｂと、操作端末２０５と、から構成されている。環境センサ２０４ａは、作業空間１である部屋等の壁面に固定されている。また、作業用センサ２０４ｂは、天井移動型マニピュレータ１００に固定されている。
【００８１】
作業空間１には、対象物２及び障害物３がある。天井移動型マニピュレータ１００は、対象物２の移動等を行う。なお、作業空間１、対象物２及び障害物３は、マニピュレーションシステム２００の構成要素ではない。
【００８２】
環境センサ２０４ａ及び作業用センサ２０４ｂは、少なくとも作業空間１内を観測することができる。例えば、環境センサ２０４ａ及び作業用センサ２０４ｂは、カメラを有し、画像情報を得て作業空間１内を観測する。なお、環境センサ２０４ａは、作業空間１内を移動可能なものとしてもよい。環境センサ２０４ａ及び作業用センサ２０４ｂとは別に、作業空間１内を移動可能な環境センサ（図示せず）を設けてもよい。
【００８３】
制御装置２０１は、環境センサ２０４ａ、作業用センサ２０４ｂ等のセンサから得られるデータ、操作端末２０５に入力される動作指令、通信装置２０２から送られる情報等を用いて、天井移動型マニピュレータ１００の動作に関するデータ、すなわち天井移動型マニピュレータ１００の各部位の移動量、回転角度等のデータを生成する。
【００８４】
例えば、制御装置２０１は、環境センサ２０４ａ、作業用センサ２０４ｂ等のセンサが検出した情報を用いて、障害物３や対象物２の位置、形状等を検知する。これにより、天井移動型マニピュレータ１００ａは、自動で障害物３との干渉（衝突）を回避しつつ、対象物２に接近して作業を行うことができる。
【００８５】
また、制御装置２０１が天井移動型マニピュレータ１００ｂの作業が必要ないと判定した場合や、作業空間１に人間が侵入した場合などであって天井移動型マニピュレータ１００ｂが退避すべきと判定した場合などは、天井移動型マニピュレータ１００ｂを作業空間１の上部に収納する収納作業のための信号を生成してもよい。例えば、作業空間１内の使用頻度の低い領域などに水平方向に移動する信号を生成してもよい。この場合、天井移動型マニピュレータ１００ｂは、本図に示す状態となる。
【００８６】
さらに、収納作業及び移動の両方の動作のための信号を生成してもよい。これにより、天井移動型マニピュレータ１００ｂの占有する作業空間１内の領域を低減することができる。
【００８７】
通信装置２０２は、マニピュレーションシステム２００以外の外部システム４（後述）と通信を行うことができる。ここで、外部システム４は、例えば、インターネットやクラウド、同じ作業空間１内の別装置や別システムなどである。
【００８８】
ドライバ２０３は、制御装置２０１の生成した動作に関するデータや、天井移動型マニピュレータ１００の各部位の可動自由度のエンコーダ情報などに基づいて、天井移動型マニピュレータ１００の動作に関する具体的な値（モータ等の駆動のための電圧、電流、周波数等）を出力する。例えば、天井移動型マニピュレータ１００の台車１０１、アーム１０２及びエンドエフェクタ１０３の各関節がモータによって駆動される場合、ドライバ２０３は、これらのモータを駆動するための電流を出力する。ここで、台車１０１や各関節の運動は、モータによるものとは限らない。例えば、液圧や空圧などで駆動されてもよい。
【００８９】
操作端末２０５は、オペレータ（人間）が操作するものであり、これにより入力される天井移動型マニピュレータ１００の動作指令を制御装置２０１に送る。ここで、操作端末２０５に入力される動作指令は、例えばエンドエフェクタ１０３の位置・姿勢や作業の指令であってもよく、例えば台車１０１、アーム１０２、エンドエフェクタ１０３等の各駆動自由度に対する直接的な指令であってもよい。また、動作指令は、例えば、部屋の片付け、掃除といった包括的な指示であってもよく、その指示を制御装置２０１において具体化し、環境センサ２０４ａ、作業用センサ２０４ｂ等により検知した作業空間１内の状況を実際の作業内容に反映させるべく、制御装置２０１において自動的に演算を行ってもよい。
【００９０】
なお、制御装置２０１、通信装置２０２、ドライバ２０３及び操作端末２０５は、その一部もしくは全部の機能をひとつの装置に集約してもよい。例えば、制御装置２０１が通信装置２０２及びドライバ２０３の機能を合わせ持つものであってもよい。
【００９１】
図７は、本発明のマニピュレーションシステムにおけるデータの送受信の一例を示す概略構成図である。
【００９２】
本図において、マニピュレーションシステム２００は、天井移動型マニピュレータ１００と、制御装置２０１と、通信装置２０２と、ドライバ２０３と、センサ２０４と、操作端末２０５と、から構成されている。制御装置２０１は、通信部２０１１と、記憶部２０１２と、演算部２０１３と、を有する。通信装置２０２は、外部システム４とデータの送受信をすることができるようになっている。ここで、外部システム４は、マニピュレーションシステム２００の構成要素ではなく、作業空間１に隣接するサーバ等の装置であってもよい。また、例えばインターネット、クラウド等であってもよい。
【００９３】
センサ２０４により得られた情報は、制御装置２０１の通信部２０１１に送られる。ここで、制御装置２０１の指令により、センサ２０４が観測する領域の変更などを行ってもよい。
【００９４】
操作端末２０５に入力された情報は、制御装置２０１の通信部２０１１に送られる。ここで、操作端末２０５は、表示機能を有していることが望ましい。ここで、表示機能は、操作端末２０５が表示部（画面）を有すること、又は、操作端末２０５から壁面やスクリーンに画像を投影して表示する機能をいう。表示機能により、例えばセンサ２０４の観測情報など、制御装置２０１が有する情報の一部もしくは全部を操作端末２０５に送って表示することができ、オペレータの操作を補助することができる。
【００９５】
通信装置２０２は、制御装置２０１が有する情報の一部もしくは全部を外部システム４に送り、外部システム４が有する情報の少なくとも一部を制御装置２０１の通信部２０１１に送る。例えば、センサ２０４による対象物２の観測情報を通信装置２０２が外部システム４に送り、外部システム４で照会することにより、対象物２の物品を特定する。制御装置２０１は、特定された対象物２の物品情報に基づき、例えば把持する位置を抽出するなど作業条件を決定して、作業を行うことができる。ここで、この作業条件は、制御装置２０１が決定するものに限定されるものではなく、外部システム４において決定してもよい。また、通信装置２０２が同一の作業空間１内の別システムと通信した場合、この別システムの動作や目的を制御装置２０１により検知し、これに合わせて、天井移動型マニピュレータ１００の作業を協調的に行うように制御することもできる。
【００９６】
通信部２０１１は、通信装置２０２、センサ２０４及び操作端末２０５とのデータの送受信を行うとともに、記憶部２０１２及び演算部２０１３とのデータの送受信を行う。例えば、外部システム４に送る情報を抽出して、通信装置２０２に送るなど、情報の選択や分配を行う。
【００９７】
記憶部２０１２は、通信部２０１１が収集した情報の少なくとも一部や、各情報の送り先、演算部２０１３の演算に用いるパラメータなどを記憶する。これにより、マニピュレーションシステム２００は、通信部２０１１に収集された直近の収集情報のみでなく、過去の履歴情報や作業に関する学習結果（作業による経験値）に基づいて天井移動型マニピュレータ１００を運動させることができる。ここで、記憶部２０１２の機能の一部もしくは全部を外部システム４に配置してもよい。
【００９８】
演算部２０１３は、記憶部２０１２が記憶した記憶情報、通信部２０１１により収集された収集情報などに基づいて、天井移動型マニピュレータ１００の動作指令を生成し、ドライバ２０３に送る。ここで、演算部２０１３は、他にも、センサ２０４の位置や姿勢を変更するための動作指令を生成し、通信部２０１１に送ってもよい。センサ２０４の位置や姿勢が変更することにより、精度の高いセンシングをすることができる。
【００９９】
また、演算部２０１３は、例えば、成功や失敗といった作業の経験値に関する情報を用いて演算をし、通信部２０１１に送ってもよい。これにより、作業内容、環境情報、運動情報、作業結果等を経験値データセットとして記憶部２０１２に蓄積し、機械学習することにより、天井移動型マニピュレータ１００の運動制御の作業成功率を上げることができる。
【０１００】
以上のとおり、制御装置２０１は、天井移動型マニピュレータ１００の作業のための情報の送受信、蓄積及び演算をすることができる。
【０１０１】
本発明によれば、広範囲な作業空間におけるマニピュレーション作業において、作業空間内の人間や構造物との干渉（衝突）を防止することができ、ロボットの転倒リスクを軽減することができる。また、天井移動型マニピュレータの非作業時において天井移動型マニピュレータが占有する空間を小さくすることができ、他のロボットやマニピュレータの作業範囲を拡大することができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１：作業空間、２：対象物、３：障害物、４：外部システム、１００：天井移動型マニピュレータ、１０１：台車、１０２：：アーム、１０３：エンドエフェクタ、２００：マニピュレーションシステム、２０１：制御装置、２０２：通信装置、２０３：ドライバ、２０４：センサ、２０５：操作端末、１０１１：Ｘ軸ガイド、１０１２：Ｙ軸台車、１０１３：Ｙ軸ガイド、１０１４：レール、１０１５：Ｒ軸ガイド、１０１６：θ回転軸、１０２１：ねじり関節、１０２２：収納屈曲関節、１０２２’：屈曲関節、１０２３：伸縮関節、１０２４：手首屈曲関節、１０３１：作業部ねじり関節、１０３２：作業部、１０５１、１０５２：リンク機構端点、１０５６：回転部、２０１１：通信部、２０１２：記憶部、２０１３：演算部、１０２３１：固定部、１０２３２：可動部、１０２３３：ステージ、１０２３４：力伝達部、１０２３５：伸縮回転モータ、１０２３６：中継リンク機構、１０２３７：滑車。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６】
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【図７】
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