(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセンサを固定可能なセンサ固定具であって、
センサの測定動作を阻害しないようにセンサを個々に保持する保持部材と、複数の前記保持部材をその上下から固定する為の挟持部材と、前記保持部材と挟持部材とを固定する為の連結部材とを備え、
前記挟持部材の挟持面には、保持部材を略円周方向に配置する際にその位置を規制するための溝が形成され、前記保持部材には、前記溝へ挿入するための挿入部が設けられていることを特徴とするセンサ固定具。
【請求項２】
前記挟持部材の挟持面には、前記保持部材を前記挟持部材の外側から所定の固定位置へ案内させる為の溝延長部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ固定具。
【請求項３】
前記溝は折線部を有し、前記保持部材の挿入部は、前記溝に移動可能な一つ以上の突起であることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ固定具。
【請求項４】
前記挟持面の上方又は下方からみて、前記溝の輪郭形状は、正多角形となっており、前記保持部材は、該溝の正多角形輪郭の辺に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ固定具。
【請求項５】
前記溝は前記挟持面と直交する段差面を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ固定具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサを固定する固定具に関するもので、特にロボットの走行や四肢の運動を制御するための環境認識等のために、対象とする物体までの距離、方位等の情報を得ることができる複数個のセンサを固定できる固定具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ロボットにおいて、ロボットの走行・移動や、四肢・身体の運動時に、周りの環境を認識する為、超音波センサ、光センサ等を利用して、環境中の対象物体を認識することが行われている。しかし、これら各センサには、測定可能な角度範囲（指向領域ともいう）があり、角度範囲の設定等が不適切であると、ロボットに各方向から接近する対象物体、あるいは、近接して存在する対象物体の方位や距離、物体の形状等の情報を正確に認識することが困難であるという問題があった。
【０００３】
このような問題の改善としては、特許文献１に記載の超音波センサ装置がある。この超音波センサ装置は超音波送信器と、超音波受信器と、情報処理装置とから構成される。また、この装置は、超音波送信器と超音波受信器を同じ円筒状の支持壁の外周部の円周上に交互に配設し、複数の超音波送信器により円周方向に広く超音波が発信され、複数の超音波受信器はその指向領域がいくつも重なるように円周上に並べられることにより、各反射物体（対象物体）夫々の距離や、反射点の方位を算出するとともに、反射波の強度を計測して反射物体の形状等を把握することができ、３６０度の全方向に存在する反射物体の距離、方位、形状等を把握することが可能となるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１３１４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この特許文献１には、センサを円周方向に沿ってどのように固定するかが開示されていない。また、センサの指向領域をムラなく連続的に形成することに関する記載はない。すなわち、複数のセンサを取りける際には、各センサを所定の位置に精度よく配置し、センサ間の位置ズレを少なくしないと、センサの指向領域をつなぐことが困難であるという問題については検討されていない。
【０００６】
本発明の目的は、ロボット等に使用され、通常複数のセンサを有するセンサシステムを備える智能装置による全方位の測定、より広い範囲の環境認識を可能とし、また、通常複数のセンサからなるセンサシステムの測定誤差を抑制することが可能であるセンサ固定具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のセンサ固定具は、複数のセンサを固定可能なセンサ固定具であって、センサの測定動作を阻害しないようにセンサを個々に保持する保持部材と、複数の保持部材をその上下から固定する為の挟持部材と、保持部材と挟持部材とを固定する為の連結部材とを備え、挟持部材の挟持面には、保持部材を略円周方向に配置する際にその位置を規制するための溝が形成され、保持部材には、溝へ挿入するための挿入部が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
また、前記センサ固定具において、挟持部材の挟持面には、保持部材を挟持部材の外側から所定の固定位置へ案内させる為の溝延長部が、溝の一箇所若しくは数箇所に設けられていてもよい。これにより、挟持面と平行な方向から保持部材を溝に挿入することができ、機械化された自動生産方式に特に適しているものとすることができる。
【０００９】
なお、溝が折線部を有する場合、このような溝においても保持部材が移動可能になるように、保持部材の挿入部は一つ以上の突起で形成されることが好ましい。挿入部が突起となることで、保持部材が溝の折線部や湾曲部を越え、所定の固定位置まで移動することができるようになる。
【００１０】
溝の輪郭形状は、挟持面の垂直方向、すなわち挟持面の上方又は下方からみて、正多角形となることが好ましい。保持部材が正多角形に形成された溝の各辺に沿って固定されることで、保持部材を略円周方向に正確に配置することが可能となり、保持部材に取り付けられたセンサ同士の指向領域をムラなくつなげることができる。
【００１１】
溝は、挟持面に対して垂直方向に設けられた段差面を有していてもよい。これにより、すべての保持部材は挟持面に対して垂直に配置され、各センサの挟持面に対する取付け角度が不一致になることにより生じるセンサシステムの測定誤差を防止できる
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、挟持部材に保持部材の配置位置を規制する溝を設けることにより、各センサの指向領域がつながるように各センサを略円周方向に配置することができ、ロボット等の智能装置の全方位の測定又はより広い範囲の環境認識が可能となるという効果が有る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係るセンサ固定具の全体構成例を示す斜視図である。
【図２】図１のセンサ固定具の組み立てを示す説明図である。
【図３】図１のセンサを保持部材に装着することを示す説明図である。
【図４】第１の実施形態に係るセンサ固定具のボルト締結を示す他の一例説明図である。
【図５】図４のセンサ固定具の全体構成例を示す斜視図である。
【図６】第２の実施形態に係るセンサ固定具の保持部材を示す斜視図である。
【図７】第２の実施形態に係るセンサ固定具の連続折線状段差を示す説明図である。
【図８】第３の実施形態に係るセンサ固定具の不連続直線状段差を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１〜３は、第１の実施形態に係るセンサ固定具（以下、単に固定具ともいう）Ａの一例を示すものである。センサ固定具Ａは近接覚センサ１（反射型フォトセンサ）を保持する保持部材２と、保持部材２をほぼ円周方向に沿って複数配置させ、保持部材１を上方及び下方から挟む一対の挟持部材３ａと、連結部材であるボルト４とスリーブ５を備える。溝６ａは、保持部材２を円周方向に配置する場合にその位置を規制し、かつ挟持面と直交する段差面を有する。該溝６ａに正確に挿入する為に、保持部材２の上下の被挟持面１３（挟持面と当接する保持部材２の上下面）には、挿入部７が設けられている。
【００１５】
図２に示すように、挟持部材３ａの挟持面における溝６ａは、連続な折線状となっていおり、挟持部材３ａの挟持面の上方又は下方からみて、溝６ａの輪郭形状は正多角形となっている。この正多角形の角数あるいは正多角形の大きさは、選定されたセンサ自身の指向領域や測定レンジ等によって決定される。一方、保持部材２は、溝６ａが全体として形成する正多角形の辺に沿って配置されている。本実施例では、保持部材２の被挟持面１３における上下の挿入部７，７と上部の挟持部材３ａに設けられた溝（図示せず）と下部の挟持部材３ｄに設けられた溝６ａとをしまりばめで固定し、さらに、スリーブ５とボルト４で支持する形態としている。
【００１６】
保持部材２における挿入部７と、溝６ａを精度よく作成し、これらをしまりばめとすることで、所望の正確な位置に多数のセンサを配置することができ、使用中の振動等によりセンサの位置がずれたりすることも抑制できる。さらに、スリーブ５による補強を加えることで、より強固にセンサを保持することが可能となる。
【００１７】
次に、近接覚センサ１と保持部材２との固定方法について、図３を参照して説明する。保持部材２は長方体形状となっている。保持部材２の中央には開口部８があり、開口部８には、近接覚センサ１が収容される。また、保持部材２の側面には、イモネジ９を螺合するための小孔１０が設けられ、イモネジ９にて近接覚センサ１を保持部材２に固定する。イモネジ９の締め付け部位については、保持部材２の上下の被挟持面１３（挟持面と当接する保持部材２の上下面）に設けてもよい。上述のように、本実施形態の固定具Ａは、センサを保持部材から簡単に取り外すことができ、センサの交換が容易である構造となっている。
【００１８】
センサと保持部材２の取付けに関しては、本実施形態では、センサの非測定部（信号の検出に影響のない部位）を保持部材２の開口部８に嵌め込む構造となっているが、センサと保持部材を一体化して、センサ自体が挿入部を有する構造にしてもよい。また、保持部材は長方体形状に限定しておらず、たとえば、直方体や、被挟持面１３が円柱形、楕円柱形である柱状体にしてもよい。
【００１９】
また、本実施形態では、上述のように近接覚センサ１を保持部材２に嵌め込み、近接覚センサシステムを形成しているが、センサシステムの用途等によっては同種類若しくは異種類のセンサを保持部材２に付けてもよい。たとえば、複数個の超音波センサを取付け、超音波センサシステムを形成することもできる。
【００２０】
次に、保持部材２と挟持部材３ａの組み立てについて、図２を参照して説明する。組み立ての際、各保持部材２の被挟持面１３における挿入部７は、下方の挟持部材３ａの正多角形溝６ａの辺に位置合わせて溝６ａへ挿入し、しまりばめにより固定する。そして、各保持部材２の挿入部７と上方の挟持部材３ａにおける溝６ａとを合わせながら、挿入部７を上の挟持部材３ａの溝６ａに挿入させる。さらに、固定具Ａの構造安定性を確保する為に、支柱状のスリーブ５を、挟持部材３ａに設けられた孔と合わせながら、ボルト４にて取り付ける。
【００２１】
保持部材２と挟持部材３ａの固定について、保持部材２の挿入部７と挟持部材３ａをしまりばめにより固定するのではなく、隙間ばめとしておき、挟持部材３ａ、スリーブ５、ボルト４で固定し、挟持部材３ａにより保持部材２の被挟持面１３を押さえつける構造にしてもよい。また、保持部材にねじ孔を設けて、挟持部材３ａに直接ねじ止めしてもよい。あるいは、これらの取付方法を併用してもよい。
【００２２】
なお、図５は、本実施形態に係る保持部材２と挟持部材３ｂの締結構造の他の一例を示すものである。上部及び下部の挟持部材３ｂは円盤状であり、円盤の中央部に一本のスリーブ５を配設し、ボルト４で固定したものである。それ以外の構成は、上述の他の実施例と同様である。図５に示す形態は、保持部材２の上下の端面側が円盤状の挟持部材３ｂでふさがれているため、ロボットの頭頂部等の端部に取り付けることに適している。
【００２３】
図４、５に示す例のように一本のスリーブを連結部材として使用すれば、固定具Ａの構造安定性は十分ではあるが、図１に示すように、複数本のスリーブを用いて円盤状あるいは環状の挟持部材を締結することにより、より構造安定性を増すことが可能である。
【００２４】
図１に示すような円環状の挟持部材の形状であれば、例えば、ロボットの足、腕、首、等のロボット本体から延伸する各部の途中に、容易にセンサシステムを取り付けることが可能である。この場合、挟持部材の中央部開口の形状は、必ずしも円形にする必要がなく、身体部位の形状に合わせて変えてよい。そのほか、必要な測定角度範囲が３６０度より小さい場合、挟持部材を円弧状にしてセンサを円弧に沿って配置してもよく、円環状の挟持部材にセンサを円弧状に配置してもよい。
【００２５】
以上のように、本実施形態によれば、輪郭形状が正多角形の溝を利用し、保持部材を正多角形の各辺に配置することで、複数のセンサを円周方向に正確に分散配置することができ、それぞれの指向領域をつなげることが容易にできる。挿入部７を被挟持面１３に対して垂直に形成すること、あるいは、溝を挟持面に対して垂直な段差面として形成すること、あるいはこれら両方とすることで、各センサを挟持面に対して垂直に固定でき、各センサが挟持面に対して取付け角度が不一致となることにより生じるセンサシステムの測定誤差も防止できる。
【００２６】
第２の実施形態に係るセンサ固定具については、図６、図７を参照して説明する。本実施形態では、挟持部材３ｃの挟持面には、保持部材２の挿入を案内する溝延長部１１が設けられている。一方、保持部材２の被挟持面１３には、突起１２が形成されている。それ以外の構成については、第１実施形態と同様なので、同一符号を使用し説明を省略又は簡略化する。
【００２７】
具体的には、図６に示す保持部材２の上下の被挟持面１３には、柱状の突起１２が形成されている。突起１２は、溝６ｂに係合する形態のものである。本実施例の場合は、係合しつつ溝６ｂ内を摺動できる程度の形態が好ましい。すなわち、突起１２により、保持部材２は、角を有する折線状溝６ｂに沿って自由に移動することができる。保持部材２の組み立て時の動きやすさ、及び固定具Ａの構造安定性を考慮すると、保持部材２の被挟持面１３の少なくとも両端部にはそれぞれに突起１２を設けることが好ましい。この場合、保持部材２を溝６ｂに挿入する前に、スリーブ５とボルト４の締結は緩めておくことが好ましい。
【００２８】
図７に示すように、溝６ｂは、連続な折線からなる正多角形の輪郭形状であり、正多角形の一つだけの頂点から挟持面縁部まで延長される溝延長部１１を有する。組み立ての際、保持部材２の突起１２は溝延長部１１にて挿入し、溝６ｂの正多角形の角を越えて移動させる。これにより、各保持部材２は挟持面と平行な方向から、順次に溝６ｂに挿入して所定の位置に配置することができる。保持部材２は同じ挿入口（溝延長部１１の端部）から挿入できるので、機械化された自動生産方式に適している。
【００２９】
本実施形態でも、図７に示すように、数本のスリーブ５を支柱として挟持部材３ｃを固定する構造にしてもよく、また、第１の実施形態のように円盤状の挟持部材３ｂの中央部において一本のスリーブ５で支持し、ボルト４で固定する構造にしてよい。また、保持部材を直接に固定せず挟持部材のみをスリーブとボルトで固定する構造にしてもよく、保持部材に例えばねじ孔を設けて、スリーブ５を省略して保持部材と挟持部材とをボルトで固定してもよい。
【００３０】
そのほか、本実施形態に適するセンサの種類については、第１の実施形態と同様に、センサシステムの用途によって同種類若しくは異種類のセンサを選定してもよい。
【００３１】
挟持部材３ｃの外周形状に関して、円弧状、円盤状にしてもよい。また、挟持部材の中央部開口の形状に関しては、前述の通り必ずしも円形にすることに限らず、例えばロボットの身体部位の形状に合わせて変えてよい。
【００３２】
上記のように、本実施形態によれば、器具Ａの組み立て時、各保持部材は溝の挿入口（溝延長部の端部）と位置を合わせて、順次に挿入することができる。第１の実施形態のように保持部材を垂直方向から挿入することに比べて、保持部材と溝の位置合わせが簡単となる。
【００３３】
第３の実施形態に係る固定具Ａについては、図８を参照して説明する。挟持部材３ｄの溝６ｃが正多各形の基本形状を有するが、溝６ｃの各頂点から挟持面縁部まで延長される溝延長部１１が設けられている。それ以外については、第１の実施形態の構成と同様なので、同一符号を付与し説明を省略する。
【００３４】
本実施形態の固定具Ａの組み立てについて、まず上方と下方の挟持部材３ｄにおける溝６ｃの位置を合わせながら、上下の挟持部材３ｄをスリーブ５で支えてボルト４にて締め付ける。そして、各保持部材２は、それぞれに挟持面と平行な方向に沿って溝延長部１１へ挿入する。本実施形態では、各保持部材２は、対応する溝延長部１１から同時に挿入可能なので、第２の実施形態に比べて、組み立ての効率がよく、機械化された自動生産方式に適している。
【００３５】
なお、本実施形態では、挿入部７の代わりに、第２の実施形態のように保持部材に突起を設けてもよい。また、前記同様、スリーブについても一本又は数本用いる構造にしてもよい。
【００３６】
そのほか、本実施形態に適するセンサの種類については、第１の実施形態と同様に、センサシステムの用途によって同種類若しくは異種類のセンサを選定してよい。
【００３７】
挟持部材３ｄの外周形状に関して、前記同様、円弧状、円盤状にしてもよい。また、挟持部材の中央部開口の形状に関しても前記同様、円形にするに限らず、例えばロボットの身体部位の形状に合わせて変えてよい。
【００３８】
以上のように、本実施形態によれば、正多辺形溝６ｃの各辺に溝延長部を設けることで、各保持部材は挟持部材の挟持面と平行な方向に沿って、同時に挿入することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明に係るセンサ固定具は、複数のセンサを一つの全体として精度よく固定でき、産業用ロボット等の智能装置に装着することで、全方位の測定またはより広い範囲の測定が可能となり、障害物の形状や方位等の環境情報を収集することができるものとして有用である。
【符号の説明】
【００４０】
1      センサ
2      保持部材
3      挟持部材（３ａ,３ｂ,３ｃ，３ｄ）
4      ボルト
5      スリーブ
6      溝（６ａ,６ｂ,６ｃ）
7      挿入部
8      開口部
9      イモネジ
10     小孔
11     溝延長部（１１ａ,１１ｂ）
12     突起
13     被挟持面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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