(57)【要約】【課題】  軽量化し、曲げ自由度を保持し、水平又は斜めに保持するのに電力消費を不要とするテレスコピック型ロボットアームを提供する。【解決手段】  基台１には外筒２１が固定され、外筒２１に内筒２２を内挿し、外筒２１と内筒２２との間に中間筒２３を挿入する。内筒２２の先端にはワイヤ４の一端が接続され、ワイヤ４の他端は基台１に固定されたアクチュエータ５に接続され、ワイヤ４の張力はアクチュエータ５によって調整される。テレスコピック機構２を径方向Ｒに直動して展開すると、テレスコピック機構２の各筒２１、２３、２２は構造的に片持ち機構をなすので、水平又は斜めに保持することができる。アクチュエータ５によりワイヤ４を巻き上げると、ワイヤ４の張力によりテレスコピック機構２の各筒２１、２３、２２は上方へ曲がる。外筒２１、中間筒２３の曲りは非常に小さく、内筒２２の上方への曲りが顕著である。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、
前記基台に固定された外筒と、
前記外筒に内挿された内筒と、
前記外筒と前記内筒との間に内挿された少なくとも１つの中間筒と、
前記内筒の先端に一端が接続された少なくとも１つのワイヤと、
前記ワイヤの他端に接続され、前記基台に固定され、前記ワイヤの張力を調整するためのアクチュエータと
を具備するテレスコピック型ロボットアーム。
【請求項２】
さらに、前記外筒及び前記中間筒の少なくとも１つに設けられ、前記ワイヤを導くためのガイドを具備する請求項１に記載のテレスコピック型ロボットアーム。
【請求項３】
さらに、前記外筒及び前記中間筒の少なくとも１つに設けられ、前記ワイヤを導くための１つのプーリを有するプーリ機構を具備する請求項１に記載のテレスコピック型ロボットアーム。
【請求項４】
さらに、
前記外筒に設けられ、前記ワイヤを導くための複数のプーリを有する第１のプーリ機構と、
前記中間筒の少なくとも１つに設けられ、前記ワイヤを導くための１つのプーリを有する第２のプーリ機構と
を具備し、
前記ワイヤは前記第１のプーリ機構のプーリと前記第２のプーリ機構のプーリとの間で折り返されている請求項１に記載のテレスコピック型ロボットアーム。
【請求項５】
前記第１のプーリ機構の複数のプーリは該第１のプーリ機構の周方向に設けられている請求項４に記載のテレスコピック型ロボットアーム。
【請求項６】
前記第１のプーリ機構の複数のプーリは該第１のプーリ機構の径方向に設けられている請求項４に記載のテレスコピック型ロボットアーム。
【請求項７】
前記第１のプーリ機構の複数のプーリは該第１のプーリ機構の軸方向に設けられている請求項４に記載のテレスコピック型ロボットアーム。
【請求項８】
前記第１のプーリ機構の複数のプーリは該第１のプーリ機構の軸方向にかつ前記ロボットアームの先端に向って傾斜して設けられている請求項４に記載のテレスコピック型ロボットアーム。
【請求項９】
前記外筒、前記中間筒及び前記内筒の各剛性は前記基台側程小さくなっている請求項１に記載のテレスコピック型ロボットアーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はテレスコピック型ロボットアームに関する。
【背景技術】
【０００２】
過酷事故後の原子力発電所において溶融した核燃料の観察をするためのカメラ駆動装置として、ロボットアームが必要である。
【０００３】
図１５は従来のロボットアームを示す正面図である（参照：非特許文献１のＦｉｇ．１（ａ））。図１５のロボットアームは多関節型アームであって、最も重力の影響を受け易い水平に伸展した姿勢を示している。図１５においては、多数のリンク１０１−１、１０１−２、…（３つのみ図示）は水平方向の関節１０２−１、１０２−２、…によってシリアルに連結されて基台１０３に導かれている。各関節１０２−１、１０２−２、…内に設けられたアクチュエータ（モータ）（図示せず）を駆動することによって駆動される。この場合、先端側のリンクたとえば１０１−４にカメラ１０６を設ける。
【０００４】
図１５の従来のロボットアームは各関節１０２−１、１０２−２、…の曲げ自由度が大きく、従って、ロボットアームの全体の変位量も大きくなる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】広瀬茂男、馬  書根：ワイヤ干渉駆動型ロボットアームの開発、計測自動制御学会論文集、２６−１１、１２９１／１２９８（１９９０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図１５の従来のロボットアームにおいては、各リンクの太さは同一でありかつ各関節にはアクチュエータが設けられているので、関節数が増大すると、リンク及びアクチュエータによりロボットアームの重量が過大となるという課題がある。また、ロボットアームを水平又は斜めに保持させる場合には、アクチュエータ駆動を必要とするので、消費電力が大きいという課題もある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するために、本発明に係るテレスコピック型ロボットアームは、基台と、基台に固定された外筒と、外筒に内挿された内筒と、外筒と内筒との間に内挿された少なくとも１つの中間筒と、内筒の先端に一端が接続されたワイヤと、ワイヤの他端に接続され、基台に固定され、ワイヤの張力を調整するためのアクチュエータとを具備するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、筒が先端側程細くなりかつ回転関節が不要となるテレスコピック型アームの採用により軽量化を図ることができると共に、ワイヤによりロボットアームの曲げ自由度を保持できる。また、テレスコピック型の各筒は構造的に片持ち機構をなすので、ロボットアームを水平又は斜めに保持させる場合に電力消費を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係るテレスコピック型ロボットアームの第１の実施の形態の収納状態を示す正面図である。
【図２】図１のテレスコピック型ロボットアームの展開状態を示す正面図であり、（Ａ）は非曲げ状態を示し、（Ｂ）は曲げ状態を示す。
【図３】本発明に係るテレスコピック型ロボットアームの第２の実施の形態の収納状態を示す正面図である。
【図４】図３のテレスコピック型ロボットアームの展開状態を示す正面図であり、（Ａ）は非曲げ状態を示し、（Ｂ）は曲げ状態を示す。
【図５】図３、図４のガイドを示す斜視図である。
【図６】図５のガイドの代りのプーリ機構を示す斜視図である。
【図７】図５、図６のガイド、プーリ機構の変更例を示す斜視図である。
【図８】本発明に係るテレスコピック型ロボットアームの第３の実施の形態の収納状態を示す正面図である。
【図９】図８のテレスコピック型ロボットアームの展開状態を示す正面図であり、（Ａ）は非曲げ状態を示し、（Ｂ）は曲げ状態を示す。
【図１０】図８、図９のワイヤ及びプーリ機構を概略的に示す図である。
【図１１】図１０のプーリ機構２１”ａの第１の例を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。
【図１２】図１０のプーリ機構２１”ａの第２の例を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。
【図１３】図１０のプーリ機構２１”ａの第３の例を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。
【図１４】図１０のプーリ機構２１”ａの第４の例を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。
【図１５】従来のロボットアームを示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は本発明に係るテレスコピック型ロボットアームの第１の実施の形態の収納状態を示す正面図である。
【００１１】
図１において、制御ユニット（図示せず）が内蔵されている基台１には外筒２１が固定され、外筒２１に内筒２２を内挿し、外筒２１と内筒２２との間に少なくとも１つの中間筒２３を挿入する。内筒２２の先端にはカメラ３が設けられる。図１においては、中間筒２３は３つであるが、他の数になし得る。外筒２１、中間筒２３及び内筒２２は先端側程細くなるテレスコピック機構２をなし、図示しないアクチュエータ（モータ、油圧シリンダー等）によって径方向Ｒに直動して伸縮する。内筒２２の先端にはワイヤ４の一端が接続され、ワイヤ４の他端は基台１に固定されたアクチュエータ（モータ）５に接続され、これにより、ワイヤ４の張力はアクチュエータ５によって調整される。
【００１２】
また、外筒２１は支持棒６に図示しないアクチュエータによって角方向φに回転自在に支持され、支持棒６は移動台７に図示しないアクチュエータによって角方向θに回転自在に支持される。
【００１３】
図２は図１のテレスコピック型ロボットアームの展開状態を示す正面図であり、（Ａ）は非曲げ状態を示し、（Ｂ）は曲げ状態を示す。
【００１４】
始めに、基台１に内蔵した図示しないアクチュエータによりテレスコピック機構２を径方向Ｒに直動して展開すると、図２の（Ａ）に示すごとく、テレスコピック機構２の各筒２１、２３、２２は構造的に片持ち機構をなすので、ロボットアームは消費電力を要せずに水平又は斜めに保持することができる。
【００１５】
次に、アクチュエータ５によりワイヤ４を巻き上げると、図２の（Ｂ）に示すごとく、ワイヤ４の張力によりテレスコピック機構２の各筒２１、２３、２２は上方へ曲がる。しかし、この場合、特に、ワイヤ４で径が小さい内筒２２を直接駆動するので、断面二次モーメントの小さい内筒２２のみが大きく屈曲することになり、従って、根本側の外筒２１、中間筒２３の曲りは非常に小さく、先端側の内筒２２の上方への曲りが顕著となる。この結果、ロボットアームの全体の変位量は比較的小さい。
【００１６】
このように、図１、図２のテレスコピック型ロボットアームはワイヤ４の伸縮により曲げ自由度を保持できる。
【００１７】
尚、図１、図２においては、アクチュエータ（モータ）５は基台１の上部に固定されているが、基台１の外部たとえば下部に固定された他のアクチュエータを設けると共に、内筒２２と当該他のアクチュエータとの間にワイヤを設けてもよい。つまり、アクチュエータ及びワイヤを、それぞれ、２以上設けてもよい。これにより、ロボットアームの曲げ自由度を大きくできる。
【００１８】
図３は本発明に係るテレスコピック型ロボットアームの第２の実施の形態の収納状態を示す正面図である。
【００１９】
図３においては、ワイヤ４を導くために、外筒２１、中間筒２３にガイド２１ａ、２３ａを設けてある。尚、ガイド２１ａ、２３ａは外筒２１、各中間筒２３に１つ設けているが、外筒２１、中間筒２３のすべてに設ける必要はなく、少なくとも１つ設ければよく、又、外筒２１、中間筒２３にそれぞれ複数設けてもよい。
【００２０】
図４は図３のテレスコピック型ロボットアームの展開状態を示す正面図であり、（Ａ）は非曲げ状態を示し、（Ｂ）は曲げ状態を示す。
【００２１】
始めに、基台１に内蔵した図示しないアクチュエータによりテレスコピック機構２を径方向Ｒに直動して展開すると、図４の（Ａ）に示すごとく、テレスコピック機構２の各筒２１、２３、２２は構造的に片持ち機構をなすので、ロボットアームは消費電力を要せずに水平又は斜めと保持することができる。このとき、ワイヤ４はガイド２１ａ、２３ａによりテレスコピック機構２の外筒２１、中間筒２３及び内筒２２に沿って存在する。
【００２２】
次に、アクチュエータ５によりワイヤ４を巻き上げると、図４の（Ｂ）に示すごとく、ワイヤ４は外筒２１、中間筒２３及び内筒２２に沿って存在するので、テレスコピック機構２に対して一定の曲げモーメントを生成する．従って、この場合も、テレスコピック機構２の各筒２１、２３、２２は上方へ曲がるが、根本側の外筒２１、中間筒２３の曲りは小さく、径が小さい内筒２２の上方への曲りが顕著となる。しかし、曲げに寄与するワイヤ長さが短いので、曲がり量は小さい分、微調整できる。尚、図２の（Ｂ）の場合と同様に、ロボットアームの全体の変位量は小さい。
【００２３】
このように、図３、図４のテレスコピック型ロボットアームはワイヤ４の伸縮により曲げ自由度を保持できると共に、内筒２２の位置つまりカメラ３の位置を微調整できる。
【００２４】
図５は図３、図４のガイド２１ａ（２３ａ）の例を示す。図５において、２１１は筒用孔、２１２はワイヤ用孔である。尚、ガイド２１ａ（２３ａ）の代りに、図６に示すプーリ機構２１’ａ（２３’ａ）を用いてもよい。図６において、２１１’は筒用孔、２１２’はワイヤ巻回用プーリである。また、図３、図４においては、アクチュエータ（モータ）５は基台１の内部に固定されているが、基台１の内部に他のアクチュエータを設け、内筒２２と他のアクチュエータとの間にワイヤを設けてもよい。たとえば、アクチュエータを合計３個、ワイヤを合計３個設けた場合には、図７の（Ａ）に示すガイド２１ａ（２３ａ）又は図７の（Ｂ）に示すプーリ機構２１’ａ（２３’ａ）を用いる。
【００２５】
図８は本発明に係るテレスコピック型ロボットアームの第３の実施の形態の収納状態を示す正面図である。
【００２６】
図８においては、ワイヤ４−１、４−２、４−３を導くために、外筒２１、中間筒２３にプーリ機構２１”ａ、２３’ａ（図９参照）を設けてある。この場合、プーリ機構２１”ａは各ワイヤ４−１、４−２、４−３に対して３つのプーリを有するのに対し、プーリ機構２３’ａは、図７の（Ｂ）の場合と同様に、各ワイヤ４−１、４−２、４−３に対して１つのプーリを有する。尚、プーリ機構２１’ａは少なくとも１つの中間筒２３に設ければよい。また、プーリ機構２１”ａについては後述する。
【００２７】
図９は図８のテレスコピック型ロボットアームの展開状態を示す正面図であり、（Ａ）は非曲げ状態を示し、（Ｂ）は曲げ状態を示す。
【００２８】
始めに、基台１に内蔵した図示しないアクチュエータによりテレスコピック機構２を径方向Ｒに直動して展開すると、図９の（Ａ）に示すごとく、テレスコピック機構２の各筒２１、２３、２２は構造的に片持ち機構をなすので、ロボットアームは消費電力を要せずに水平又は斜めと保持することができる。このとき、ワイヤ４−１、４−２、４−３はプーリ機構２１”ａ、２３’ａによりテレスコピック機構２の外筒２１、中間筒２３及び内筒２２に沿って存在する。
【００２９】
次に、アクチュエータ５−１によりワイヤ４−１を巻き上げると、図９の（Ｂ）に示すごとく、ワイヤ４−１はプーリ機構２１”ａからプーリ機構２３’ａを折り返すことによって中間筒２３に曲げモーメントを発生し、この結果、中間筒２３も上方に大きく曲がる。また、ワイヤ４−１はプーリ機構２１”ａから内筒２２に折り返すことによって内筒２２に曲げモーメントを発生し、この結果、内筒２２も上方に大きく曲がる。つまり、中間筒２３及び内筒２２はすべて上方に大きく曲がる。従って、図１、図２の第１の実施の形態及び図３、図４の第２の実施の形態に比較してロボットアームの全体の変位量を大きくできる。
【００３０】
図１０は図８、図９のワイヤ及びプーリ機構の関係を示す図である。尚、図１０においては、中間筒２３は３つの中間筒２３−１、２３−２、２３−３とし、これらに固定されたプーリ機構を２３’ａ−１、２３’ａ−２、２３’ａ−３とする。尚、図１０における中間筒２３、内筒２２は先細の円筒になっているが、通常の円筒でもよい。
【００３１】
図１０に示すように、ワイヤ４−１はアクチュエータ５−１からの中間筒２３−１に固定されたプーリ機構２３’ａ−１のプーリ２１３’−１を折り返して外筒２１に固定されたプーリ機構２１”ａのプーリ２１２”−１に巻回され、また、プーリ機構２１”ａのプーリ２１２’−１から折り返されてから中間筒２３−２に固定されたプーリ機構２３’ａ−２のプーリ２１３’−２を折り返して外筒２１に固定されたプーリ機構２１”ａ−２のプーリ２１２”−２に巻回され、さらに、プーリ機構２１”ａ−２のプーリ２１２”−２から折り返されてから中間筒２３−３に固定されたプーリ機構２３’ａ−３のプーリ２１３’−３を折り返して外筒２１に固定されたプーリ機構２１”ａのプーリ２１２”−３に巻回され、最後に、プーリ機構２１”ａのプーリ２１２”−３から折り返されてから内筒２２の先端に固定される。つまり、ワイヤ４−１はアクチュエータ５−１から途中でプーリ機構２１”ａとプーリ機構２３’ａとの間を折り返され、最後に、内筒２２の先端に固定される。
【００３２】
同様に、ワイヤ４−２はアクチュエータ５−２からプーリ機構２１”ａとプーリ機構２３’ａ−１、２３’ａ−２、２３’ａ−３との間を折り返されて内筒２２の先端に固定され、また、ワイヤ４−３はアクチュエータ５−３からプーリ機構２１”ａとプーリ機構２３’ａ−１、２３’ａ−２、２３’ａ−３との間を折り返されて内筒２２の先端に固定される。
【００３３】
このように、外筒２１に固定されたプーリ機構２１”ａは３×３（＝９）個のプーリを有し、中間筒２３−１、２３−２、２３−３に固定されたプーリ機構２３’ａ−１、２３’ａ−２、２３’ａ−３は３個のプーリを有する。尚、中間筒２３−１、２３−２、２３−３に固定されたプーリ機構２３’ａ−１、２３’ａ−２、２３’ａ−３は、上述のごとく、図７の（Ｂ）に示すプーリ機構と同一の構造を有する。
【００３４】
次に、図９、図１０のプーリ機構２１”ａの例について説明する。
【００３５】
図１１は図９、図１０のプーリ機構２１”ａの第１の例を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。
【００３６】
図１１に示すように、中心に外筒用孔２１１”を設け、プーリ機構２１”ａの周方向にワイヤ４−１用プーリ２１２”−１、２１２”−２、２１２”−３、ワイヤ４−２用プーリ２１２”−１、２１２”−２、２１２”−３、ワイヤ４−３用プーリ２１２”−１、２１２”−２、２１２”−３を設ける。但し、図１１に示すごとく、プーリ機構２１”ａの周方向にプーリを設けると、プーリ機構２１”ａの捩れる方向の力を発生する。
【００３７】
図１２は図９、図１０のプーリ機構２１”ａの第２の例を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。
【００３８】
図１２に示すように、中心に外筒用孔２１１”を設け、プーリ機構２１”ａの径方向にワイヤ４−１用プーリ２１２”−１、２１２”−２、２１２”−３、ワイヤ４−２用プーリ２１２”−１、２１２”−２、２１２”−３、ワイヤ４−３用プーリ２１２”−１、２１２”−２、２１２”−３を設ける。但し、図１２に示すごとく、プーリ機構２１”ａの径方向にプーリを設けると、テレスコピック型ロボットアームの最外径が大きくなる．
【００３９】
図１３は図９、図１０のプーリ機構２１”ａの第３の例を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。
【００４０】
図１３に示すように、中心に外筒用孔２１１”を設け、プーリ機構２１”ａの等間隔の軸方向にワイヤ４−１用プーリ２１２”−１、２１２”−２、２１２”−３、ワイヤ４−２用プーリ２１２”−１、２１２”−２、２１２”−３、ワイヤ４−３用プーリ２１２”−１、２１２”−２、２１２”−３を設ける。但し、図１３に示すごとく、プーリ機構２１”ａの軸方向にプーリを設けると、ワイヤ同士が干渉する。
【００４１】
図１４は図９、図１０のプーリ機構２１”ａの第４の例を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。
【００４２】
図１４に示すように、図１３の場合と同様に、中心に外筒用孔２１１”を設け、プーリ機構２１”ａの等間隔の軸方向にかつロボットアームの先端に向って傾斜してワイヤ４−１用プーリ２１２”−１、２１２”−２、２１２”−３、ワイヤ４−２用プーリ２１２”−１、２１２”−２、２１２”−３、ワイヤ４−３用プーリ２１２”−１、２１２”−２、２１２”−３を設ける。
【００４３】
尚、上述の実施の形態においては、外筒２１、中間筒２３、内筒２２は同一の材料より構成されているが、先端側から根本側に向って剛性が小さくなる材料で構成してもよい。つまり、基台１側の外筒２１、中間筒２３の剛性を内筒２２の剛性より小さくする。これにより、ロボットアームの全体の変位量をより大きくできる。
【００４４】
また、本発明は上述の実施の形態の自明の範囲のいかなる変更にも適用し得る。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は原子力発電所における核燃料の観察のためのカメラ駆動装置以外の高所作業用ロボットアームとしても利用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１：基台
２：テレスコピック機構
２１：外筒
２２：内筒
２３：中間筒
２１ａ、２３ａ：ガイド
２１’ａ、２３’ａ、２３’ａ−１、２３’ａ−２、２３’ａ−３：プーリ機構
２１”ａ：プーリ機構
３：カメラ
４、４−１、４−２、４−３：ワイヤ
５、５−１：アクチュエータ
６：支持棒
７：移動台
１０１−１、１０１−２、１０１−３、…：リンク
１０２−１、１０２−２、１０２−３、…：関節
１０３：基台
１０４−１、１０４−２、…：プーリ
１０５−１、１０５−２、１０５−３、…：ワイヤ
１０６：カメラ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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