(57)【要約】【課題】  手先のアクチュエータ容量を大容量化することなく、アクチュエータの容量を越える負荷がかかるワークを保持する際に姿勢を長時間維持及び搬送できるマニピュレータを提供する。【解決手段】  マニピュレータの根元に近いフレームＡ１上に配置した駆動機構により回転軸Ｘ４を中心に回動可能にフレームＢ２を取り付け、さらにフレームＢ２上に配置した駆動機構により回転軸Ｘ４と直交する回転軸Ｙ５を中心に回動可能にフレームＣ３を取りつけ、フレームＣ３にエンドエフェクタ８を固定し、エンドエフェクタ８がワークの把持等の作業を行うマニピュレータにおいて、フレームＢ２に設置したメカストッパＢ７とフレームＣ３に設置したメカストッパＡ６のフラット面が所定の角度で互い押し当てあうようにした。【選択図】図１
2006187815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
取付本体からエンドエフェクタまでを連結する１つ又は複数のフレームであって１つ又は複数のアクチュエータを介して回動軸を中心に回動可能になっているフレームを有するマニピュレータにおいて、前記フレームにメカストッパを具備して成るワーク保持機構を有することを特徴とするマニピュレータ。
【請求項２】
前記メカストッパが２つの軸で直交するように配置したことを特徴とする請求項１記載のマニピュレータ。
【請求項３】
前記メカストッパの相互に対向する面を平面にしたことを特徴とする請求項１又は２記載のマニピュレータ。
【請求項４】
前記メカストッパの相互に対向する面を扇形の面にしたことを特徴とする請求項１又は２記載のマニピュレータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載のマニピュレータを、移動機構を有するロボットに搭載したことを特徴とする搬送ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マニピュレータ作業時の姿勢保持を行えるマニピュレータ及びこれを用いた搬送ロボット関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の多自由度のマニピュレータは、一軸でもアクチュエータの容量を越える負荷が関節に掛かった際、姿勢を保持又は搬送等を行うことができない。
また、姿勢を保持する際に外付けのブレーキ機構を備えているマニピュレータもある（特許文献１参照）。
【０００３】
図４において、４１はロボット本体、４６は作業ヘッドであり、ロボット本体４１と作業ヘッド４６は駆動軸Ａ４２、駆動軸Ｂ４３を中心に回動可能な連結アームＡ４４、連結アームＢ４５を介して連結している。作業ヘッド４６とロボット本体４１もしくはロボット本体との位置関係が固定された物の間をブレーキ機構４７を設けることで作業ヘッド４６を保持する。
【特許文献１】特開２００４−１２２２９７号公報（第１０項、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のマニピュレータは負荷を低減する必要性が高く要求されていることから、手先の軸に行くに従って軽量化して、根元の軸に掛かる手先軸には極力、軽量のアクチュエータを用いる必要があった。そのため、アクチュエータ容量が低いところで制限されてしまっていた。これにより、手先軸に配されたアクチュエータの容量によってマニピュレータ全体の可搬重量が制限されてしまうという問題があった。
また、従来第一技術のようにブレーキ機構等の保持機構をマニピュレータ外部に設ける場合、マニピュレータの構成が、複雑化・大型化してしまい、マニピュレータの設置場所やマニピュレータの姿勢自由度を制限してしまうという問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、マニピュレータの手先の軸のアクチュエータ容量を大きくすることなくまたマニピュレータの設置場所やマニピュレータの姿勢自由度に依存することなく重量物の搬送を行うとともに、搬送時に長時間姿勢を保持することができるマニピュレータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１記載の発明は、取付本体からエンドエフェクタまでを連結する１つ又は複数のフレームであって１つ又は複数のアクチュエータを介して回動軸を中心に回動可能になっているフレームを有するマニピュレータにおいて、前記フレームにメカストッパを具備して成るワーク保持機構を有することを特徴としている。
請求項２記載の発明は、前記メカストッパが２つの軸で直交するように配置したものである。
請求項３記載の発明は、前記メカストッパの相互に対向する面を平面にしたものである。
請求項４記載の発明は、前記メカストッパの相互に対向する面を扇形の面にしたものである。
請求項５記載の発明は、移動機構を有するロボットに上記請求項１〜４のいずれか１項記載のマニピュレータを搭載するようしたものである。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１記載の発明によると、メカストッパの反力を用いて姿勢の保持を行うため、小容量アクチュエータを使用したままでアクチュエータの出力を越えるワークを長時間保持することができ、さらに消費電力、発熱の低減が可能である。
請求項２記載の発明によると、ワークの保持に伴う、関節に掛かる負荷の方向に対し垂直に支持することができるため、メカストッパの剛性を上げることができ、正確な位置決めが容易になる。
請求項３記載の発明によると、ワークの保持に伴う、関節に掛かる負荷を面接触で支持することができるため、メカストッパの剛性を上げることができ、正確な位置決めが容易になる。
請求項４記載の発明によると、ワークの保持に伴う、関節に掛かる負荷を扇形の広い面接触で支持することができるため、メカストッパの剛性をさらに上げることができ、正確な位置決めが容易になる。
請求項５記載の発明によると、ワーク把持の際にマニピュレータの姿勢を長時間行えるだけでなく、ワークの長時間の搬送等の作業も可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
本発明のマニピュレータを図１〜図３に示す。
図１は本発明の斜視図、図２は初期状態を示す側断面図、そして図３は終了状態を示す側断面図である。
図１において、１は最もマニピュレータの根元に近い第１フレーム１（「フレームＡ」）であり、このフレームＡ１の上に配置した駆動機構により回転軸Ｘ４を中心に回動可能に第２フレーム２（「フレームＢ」）を取り付ける。
さらに、このフレームＢ２の上に配置した駆動機構によりＸ軸回転軸４と直交するＹ軸回転軸５を中心に回動可能に第３フレーム３（「フレームＣ」）を取り付ける。
そして、この第３フレームＣ３にエンドエフェクタ８を固定して、エンドエフェクタ８がワークの把持等の作業を行う。
本発明により、第２フレームＢ２側にメカストッパＢ７を設け、第３フレームＣ３側にメカストッパＡ６を設けて、第２フレームＢ２と第３フレームＣ３とが相対回転すると所定の角度になったときにメカストッパＡ６とメカストッパＢ７が当接するようにしている。具体的には、第２フレームＢ２の根元円筒部の円周上にメカストッパＢ７を設け、第２フレームＣ３上のメカストッパＢ７の可動領域に干渉する位置にメカストッパＡ６を設けている。メカストッパＡ６とメカストッパＢ７とが互いに干渉する際に面で接触するようにそれぞれフラット面が設けられている。
なお、図において、点線円９の部分は第３フレームＣ３とメカストッパＡ６とが連れ回るようにしている連結構成を簡潔に表現したものである。
【０００８】
以下、図２および図３を用いて、メカストッパＡ６とメカストッパＢ７を設けた本発明のマニピュレータのワーク把持動作を説明する。
図２に示す初期状態においては、エンドエフェクタ８がワークの把持を行っていないか、もしくはワークが充分に軽く、回転軸Ｙ５周りにフレームＣ３を回動させるアクチュエータの出力が充分にフレームＣ３を回動させることができる状態であり、メカストッパを使用せず可動範囲内で制御を行うことが可能である。
次に、図２の回転軸Ｙ５を中心に水平方向の右方向に延びているフレームＣ３を時計方向に１０度位回動させると、図３のようになる。
図３は終了状態を示すもので、回転軸Ｙ５周りにフレームＣ３を回動させるアクチュエータの出力を越える負荷の掛かるワークを保持している状態である。このとき、フレームＢ２の根元円筒部の円周上に配されたメカストッパＢ７のフラット面とフレームＣ３上に配されたメカストッパＡ６のフラット面とを互いに押し当てている。このメカストッパ同士の当接によって負荷に対する反力を発生させている。その際、面接触を行うことで、大きな負荷に対しても充分な強度が得られる。上記動作により、長時間マニピュレータの姿勢を保持することが可能になる。
また、メカストッパが２つの軸Ｘ，Ｙで直交するように配置したので、ワークの保持に伴う関節に掛かる負荷の方向に対し垂直に支持することができるため、メカストッパの剛性を上げることができ、正確な位置決めが容易になる。
なお、本発明ではメカストッパＡ６及びメカストッパＢ７が干渉する面をフラット面で説明したが、圧力が分散される扇形の構造であればさらによいが、特に形状に限定するものではない。
【０００９】
なお、ストッパの位置は、この実施例では、設計時点においてマニピュレータの姿勢および用途から動作範囲を決定し、それ応じた位置に予めストッパを配置するようにしているが、ストッパを移動可変にしておき、急な事情変更に応じて現場にて、若干移動・固定し直しができるようにしておくのもよい。
【００１０】
このように本発明によれば、メカストッパの反力を用いて姿勢の保持を行うため、小容量アクチュエータを使用したままでアクチュエータの出力を越えるワークを長時間保持することができ、さらに消費電力、発熱の低減が可能である。また、マニピュレータの手先の軸に使用するアクチュエータの容量を大きくすることなく長時間、姿勢を保持することが可能であるため、産業用もしくは家庭用ヒューマノイドロボットに利用できる。
また、このようなマニピュレータを、移動機構を有するロボットに搭載することで、ワーク把持の際にマニピュレータの姿勢を長時間行えるだけでなく、ワークの長時間の搬送等の作業も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のマニピュレータの斜視図である。
【図２】本発明の保持動作の初期状態を示す側断面図である。
【図３】本発明の保持動作の終了状態を示す側断面図である。
【図４】従来のマニピュレータの構成図である。
【符号の説明】
【００１２】
１  フレームＡ
２  フレームＢ
３  フレームＣ
４  回転軸Ｘ
５  回転軸Ｙ
６  メカストッパＡ
７  メカストッパＢ
８  エンドエフェクタ
９  連結構造（簡略）
【図１】
2006187815.tif 000003
【図２】
2006187815.tif 000004
【図３】
2006187815.tif 000005
【図４】
2006187815.tif 000006