(57)【要約】【課題】本発明は、確実に転倒防止を行うようにしたロボットを提供する。【解決手段】ロボット１においては、重心Ｇの位置が一番変化するアーム６の上げ下げに着目し、アーム６の上げ下げに連動して、錘１０を水平方向に、肩関節７から離したり近づけたりするので、高感度な傾斜角センサなどを必要とせず、電気的な制御が複雑化することがない。そして、従来のように、ロボットが傾きを開始してロボットが所定の傾きになって初めて、転倒防止を行うのではなく、ロボット１の重心Ｇの位置をアーム６の回動に合わせて常に安定させるように、錘１０を移動させているので、ロボット１自体が転倒し難くなり、確実な転倒防止が可能になる。この錘１０は、肩関節７より下方に位置し、水平方向に移動可能である。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット本体部に設けられた肩関節を中心に正逆転方向に回動するアームを備えたロボットであって、
前記アームが、前記肩関節を通る水平軸線に向かって、前記ロボット本体部から離れる方向に上方へ回動するにつれて、錘が、水平方向で且つ前記肩関節から離れる方向に移動し、
前記アームが、前記水平軸線の位置又は前記水平軸線より下側の位置から下方に向かって回動するにつれて、前記錘が、水平方向で且つ前記肩関節に近づく方向に移動する、
ロボット。
【請求項２】
前記アームが、前記水平軸線の位置又は前記水平軸線より上側の位置から上方に向かって回動するにつれて、前記錘が、水平方向でかつ前記肩関節に近づく方向に移動し、
前記アームが、前記水平軸線より上方から前記水平軸線に向かって回動するにつれて、前記錘が、水平方向で且つ前記肩関節から離れる方向に移動する、
請求項１記載のロボット。
【請求項３】
前記アームの回動に連動するピニオンと、
前記ピニオンに噛合して水平方向に移動自在なラックギアと、
前記ラックギアに固定された前記錘と、を備え、
前記アームの回動と前記錘の水平方向の移動は、機械的に連動している、
請求項１記載のロボット。
【請求項４】
一端が前記アームに連結されて前記アームの回動に伴って回動する第１のリンク部と、一端が前記第１のリンク部の他端に回動自在に連結され、他端が水平方向に移動自在な第２のリンク部と、からなるクランク機構と、
前記第２のリンク部の前記他端に固定された前記錘と、を備え、
前記アームの回動と前記錘の水平方向の移動は、機械的に連動している、
請求項２記載のロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、肩関節を中心に正逆転方向に回動するアームを備えたロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術として、特開２００６−５３７３１号公報がある。この公報に記載された移動型ロボットは、モータ駆動するキャスタによって移動可能な台車を備えている。この台車によってロボットは、全方向に移動自在であるが、走行時に転倒する場合がある。そこで、このロボットは、ロボットの傾き角度と傾き方向を検出するための傾斜角センサと、ロボットから路面に向かって張り出し可能な支持部材と、を有している。この支持部材は、台車の周囲に３か所又は４か所配置されている。ロボットの移動時には、傾斜角センサを利用してロボットの傾き角度を検出する。そして、ロボットの傾き角度が所定角度を超えると、傾き方向に対応する支持部材が路面に向かって張り出す。これによって、ロボットの転倒を防止することができる。このような転倒防止に利用される支持部材としては、直動アクチュエータにより路面に向かって瞬時に突出するロッド状のものが利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−５３７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した従来のロボットにあっては、転倒を防止するために、ロボットの傾き角度と傾き方向を検出する傾斜角センサを必要とし、この検出情報に基づいた制御が必要となる。その結果、ロボットが傾きを開始してロボットが所定の傾きになって初めて、転倒防止を行うことになり、高感度な応答性の良い傾斜角センサを必要とする。そして、ロボットの傾きが所定の傾き角度になって初めてロボットの転倒防止動作が行われるので、ロボットの転倒を確実に防止し難いといった問題点があった。
【０００５】
本発明は、確実に転倒防止を行うようにしたロボット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】
【０００６】
本発明は、ロボット本体部に設けられた肩関節を中心に正逆転方向に回動するアームを備えたロボットであって、
前記アームが、前記肩関節を通る水平軸線に向かって、前記ロボット本体部から離れる方向に上方へ回動するにつれて、錘が、水平方向で且つ前記肩関節から離れる方向に移動し、
前記アームが、前記水平軸線の位置又は前記水平軸線より下側の位置から下方に向かって回動するにつれて、前記錘が、水平方向で且つ前記肩関節に近づく方向に移動する。
【０００７】
このロボットにおいては、重心位置が一番変化し易いアームの上げ下げに着目し、アームの上げ下げに連動して、錘を水平方向に、肩関節から離したり近づけたりするので、高感度な傾斜角センサなどを必要とせず、電気的な制御が複雑化することがない。そして、従来のように、ロボットが傾きを開始してロボットが所定の傾きになって初めて、転倒防止を行うのではなく、ロボットの重心位置をアームの回動に合わせて常に安定させるように、錘を移動させているので、ロボット自体が転倒し難くなり、確実な転倒防止が可能になる。特に、移動型のロボットの場合、アームの回動により重心が大きく変化し易いので、台車部分の大型化やアームにカウンターウエートの追加が必要になるが、このような場合、ロボットの大型化を招来する。そして、人の住環境のような比較的狭い空間をロボットが移動する場合には、小型化が望まれている。そこで、本発明のロボットのような構成を採用することで、ロボットの小型化への対応が容易になる。また、人の住環境にあって、扉や敷居などの段差をロボットは頻繁に乗り越える必要性がある。このような環境下において、本発明のロボットにあっては、アームを動作させながら段差をロボットが乗り越えても、アームの回動に合わせて重心位置が常に安定するように、錘が移動するので、台車部分の車輪のすべりが発生し難く、ロボットは転倒し難くなるといった優れた効果を奏する。また、ロボットの転倒防止効果を高めることで、ロボットの作業性能や移動性能の向上をも図ることができる。
【０００８】
また、前記アームが、前記水平軸線の位置又は前記水平軸線より上側の位置から上方に向かって回動するにつれて、前記錘が、水平方向でかつ前記肩関節に近づく方向に移動し、前記アームが、前記水平軸線より上方から前記水平軸線に向かって回動するにつれて、前記錘が、水平方向で且つ前記肩関節から離れる方向に移動する。
このような構成を採用すると、真下から真上までの間でアームを自由に上げ下げすることができる。
【０００９】
また、前記アームの回動に連動するピニオンと、前記ピニオンに噛合して水平方向に移動自在なラックギアと、前記ラックギアに固定された前記錘と、を備え、前記アームの回動と前記錘の水平方向の移動は、機械的に連動している。
このような構成を採用すると、機械的な構成をもって、アームを、真下から水平までの４分の１周以内で自由に上げ下げすることができる。そして、このようなロボットでは、アームの上げ下げと連動する機械的な重心移動を行っているので、転倒防止のための複雑な電気制御を必要としない。
【００１０】
また、一端が前記アームに連結されて前記アームの回動に伴って回動する第１のリンク部と、一端が前記第１のリンク部の他端に回動自在に連結され、他端が水平方向に移動自在な第２のリンク部と、からなるクランク機構と、前記第２のリンク部の前記他端に固定された前記錘と、を備え、前記アームの回動と前記錘の水平方向の移動は、機械的に連動している。
このような構成を採用すると、機械的な構成をもって、アームを、真下から真上までの２分の１周以内で自由に上げ下げすることができる。アームの上げ下げと連動する機械的な重心移動を行っているので、転倒防止のための複雑な電気制御を必要としない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複雑な制御を必要とせずに、容易に転倒防止を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るロボットの第１の実施形態を示す側面図である。
【図２】図１に示されたロボットのアームを上げた状態を示す側面図である。
【図３】本発明に係るロボットの第２の実施形態を示す斜視図である。
【図４】図３に示されたロボットの側面図である。
【図５】図４に示されたロボットの要部拡大図である。
【図６】アームを水平位置まで上げた状態を示す斜視図である。
【図７】図６に示されたロボットの側面図である。
【図８】図７に示されたロボットの要部拡大図である。
【図９】本発明に係るロボットの第３の実施形態を示す斜視図である。
【図１０】図９に示されたロボットの側面図である。
【図１１】図１０に示されたロボットの要部拡大図である。
【図１２】アームを水平位置まで上げた状態を示す斜視図である。
【図１３】図１２に示されたロボットの側面図である。
【図１４】図１３に示されたロボットの要部拡大図である。
【図１５】アームを真上まで上げた状態を示す斜視図である。
【図１６】図１５に示されたロボットの側面図である。
【図１７】図１６に示されたロボットの要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明に係るロボットの好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
〔第１の実施形態〕
図１に示されるように、ロボット１は、前後の車輪２ａ及びボックス状のベース部２ｂを有する台車２を備えている。各車輪２ａは、モータ(不図示)によって正逆転し、これにより台車２の前進と後退とを可能にしている。さらに、各車輪２ａは、舵角を変化させることができ、これによって、台車２を任意の方向に移動させることができる。
【００１５】
台車２には、ロボット本体部４が固定され、このロボット本体部４内には、ロボット１の動きなどを制御するための制御装置(不図示)が収容されている。ロボット本体部４の上部には、制御モータＭによりアーム６を回動させるための肩関節７が配置されている。制御モータＭは、ロボット本体部４に固定され、肩関節７はロボット本体部４の前側に位置する。そして、アーム６の先端には、物を捕捉するためのハンド部８が設けられている。
【００１６】
ロボット本体部４の上部には３６０度回転可能なカメラ９が設置され、このカメラ９によって、前後左右にある障害物や目的物などを捕えることができる。例えば、室内でロボット１を利用する場合、目的物を利用者までもってくるようにロボット１に指令を出すと、カメラ９によって障害物を捕えながら目的地までロボット１が移動する。その後、ハンド部８により目的物をつかんで、利用者まで目的物を届ける。
【００１７】
目的物をつかむにあたって、室内でアーム６を前方に向かって下から上に回動させると、ロボット１の重心Ｇの位置が変化する。そこで、台車２内には、錘１０を水平方向に移動させるための錘移動手段Ｓが設けられている。肩関節７より下方に位置する錘移動手段Ｓは、アーム６の回動に合わせた制御を行うことができる制御モータ１１によって正逆転する後側プーリ１２と、フリー回転する前側プーリ１３と、前側プーリ１３と後側プーリ１２間を架け渡すベルト１４と、を具備する。
【００１８】
ベルト１４は、水平方向に延在し、このベルト１４には、錘１０がブラケット（不図示）を介して固定されている。従って、モータ１１の正逆に合わせて錘１０を前後に移動させることができる。この錘１０は、ロボット１がアーム６を下した状態において、ロボット１の重心Ｇを通る鉛直軸線Ｐより前側に位置し、そして、錘１０は肩関節７より下方に位置している。ロボット１は、この状態で室内を走行する。
【００１９】
図２に示されるように、制御モータＭによってアーム６が、肩関節７を通る水平軸線Ｌに向かって、ロボット本体部４から離れる方向すなわち前方に向かって、肩関節７を中心に上方へ回動する(矢印Ａ参照)。アーム６のこのような回動につれて、制御モータ１１の駆動により、錘１０が、水平方向で且つ肩関節７から離れる方向すなわち後方に移動する(矢印Ｂ参照)。また、アーム６が、水平軸線Ｌの位置又は水平軸線Ｌより下側の位置から、下方に向かって回動する(矢印Ｃ参照)。アーム６のこのような回動につれて、錘１０が、水平方向で且つ肩関節７に近づく方向すなわち前方に移動する(矢印Ｄ参照)。
【００２０】
また、アーム６が、制御モータＭによって水平軸線Ｌの位置又は水平軸線Ｌより上側の位置から上方に向かって矢印Ｅ方向に回動する(二点鎖線参照)。アーム６のこのような回動につれて、制御モータ１１の駆動により、錘１０が、水平方向でかつ肩関節７に近づく方向すなわち前方に移動する(矢印Ｄ参照)。アーム６が、水平軸線より上方から水平軸線Ｌに向かって矢印Ｆ方向に回動する。アーム６のこのような回動につれて、錘１０が、水平方向で且つ肩関節７から離れる方向すなわち後方に移動する(矢印Ｂ参照)。図２に示されるように、ロボット１は、真下から真上までの間でアーム６を自由に上げ下げすることができる。
【００２１】
このロボット１においては、重心Ｇの位置が一番変化し易いアーム６の上げ下げに着目し、アーム６の上げ下げに連動して、錘１０を水平方向に、肩関節７から離したり近づけたりするので、高感度な傾斜角センサなどを必要とせず、電気的な制御が複雑化することがない。そして、従来のように、ロボットが傾きを開始してロボットが所定の傾きになって初めて、転倒防止を行うのではなく、ロボット１の重心Ｇの位置をアーム６の回動に合わせて常に安定させるように、錘１０を移動させているので、ロボット１自体が転倒し難くなり、確実な転倒防止が可能になる。
【００２２】
台車２を有する移動型のロボット１の場合、アーム６の回動により重心Ｇの位置が大きく変化し易いので、台車２の大型化やアーム６にカウンターウエートの追加が必要になるが、このような場合、ロボット１の大型化を招来する。そして、人の住環境のような比較的狭い空間をロボット１が移動する場合には、小型化が望まれている。そこで、前述したロボット１のような構成を採用することで、ロボット１の小型化への対応が容易になる。
【００２３】
また、人の住環境にあって、扉や敷居などの段差をロボット１は頻繁に乗り越える必要性がある。このような環境下において、ロボット１にあっては、アーム６を動作させながら段差をロボット１が乗り越えても、アーム６の回動に合わせて重心Ｇが常に安定するように錘１０が移動するので、台車２の車輪２ａのすべりが発生し難く、ロボット１は転倒し難くなるといった優れた効果を奏する。また、ロボット１の転倒防止効果を高めることで、ロボット１の作業性能や移動性能の向上をも図ることができる。
【００２４】
このようなロボット１にあっては、アーム６の回動速度と錘１０の移動速度との関係や、アーム６の回動角度と錘１０の移動距離との関係は、ロボット１の大きさやアーム６の長さなどの種々の要因により、重心Ｇが変化し難い関係になるような設計されることは、言うまでもない。
【００２５】
〔第２の実施形態｝
第２の実施形態において、第１の実施形態と同一又は同等な構成について、同一の符号を付す。
【００２６】
図３〜図５に示されるように、ロボット２０は、前後の車輪２２ａ及び扁平な円柱状のベース部２２ｂを有する台車２２を備えている。各車輪２２ａは、モータ(不図示)によって正逆転し、これにより台車２２の前進と後退とを可能にしている。さらに、各車輪２２ａは、舵角を変化させることができ、これによって、台車２２を任意の方向に移動させることができる。
【００２７】
ベース部２２ｂの上面には、ロボット本体部２４が固定され、このロボット本体部２４内には、ロボット２０の動きなどを制御するための制御装置(不図示)が収容されている。ロボット本体部２４の上部には、制御モータＭによりアーム６を回動させるための肩関節７が配置されている。制御モータＭは、ロボット本体部２４内に収容され、肩関節７は、ロボット本体部２４の前側に位置する。そして、アーム６の先端には、物を捕捉するためのハンド部８が設けられている。
【００２８】
アーム６の根元には、肩関節７の近傍でアーム６と一緒に回動する大径のプーリ２６が固定され、ロボット本体部２４には小径のプーリ２７が回転自在に軸支されている。前側に位置するプーリ２６と後側に位置するプーリ２７とにベルト２８が巻回されている。後方に位置するプーリ２７には、第１のギア２９が同軸をもって固定され、この第１のギア２９にピニオン３０が噛合している。よって、アーム６が回動するとベルト２８を介してピニオン３０を回転させることができる。
【００２９】
このピニオン３０にはラックギア３１が噛合し、このラックギア３１は、水平方向に延在すると共に、ピニオン３０の回転に伴って水平方向に移動自在になっている。ラックギア３１には、Ｌ形の板状スライダ３２が固定され、このスライダ３２の基端側は、ロボット本体部２４に形成されたガイド溝３３内に挿入されている。なお、スライダ３２は、ガイド溝３３から抜けないようになっている。
【００３０】
このガイド溝３３は水平方向に延在し、ラックギア３１を水平方向に確実に案内している。そして、ラックギア３１には錘３４が固定され、錘３４は、吊り下げバー３５を介してラックギア３１に固定されている。錘３４を可能な限り下方に配置させることで、重心を可能な限り下にしてロボット２０の安定化を図っている。このような構成によって、アーム６の回動と錘３４の水平方向の移動とを機械的に連動させることができる。
【００３１】
ここで、錘移動手段Ｓ１としては、大径のプーリ２６と小径のプーリ２７とベルト２８と第１のギア２９とピニオン３０とピニオン３０とで機械的に構成されている。
【００３２】
このような構成のロボット２０は、機械的な構成をもって、アーム６を、真下から水平までの４分の１周以内で自由に上げ下げすることができる。そして、このようなロボット２０では、アーム６の上げ下げと連動する機械的な重心移動を行っているので、転倒防止のための複雑な電気制御を必要としない。
【００３３】
図６〜図８に示されるように、制御モータＭによって、肩関節７を中心にアーム６を水平まで上げるように回動させると、大径のプーリ２６が回転する。これに伴って、ベルト２８を介して小径のプーリ２７が回動し、これと同期して第１のギア２９が回動する。そして、第１のギア２９に噛合するピニオン３０が回転することにより、ラックギア３１が後方に向かって移動する。これにより、錘３４が後方に移動することになる。
【００３４】
このようにして、アーム６を上げることで、ロボット２０の重心が前方に移動しようとしても、アーム６の上昇につれて錘３４が後方に移動することになるので、ロボット２０の重心位置を常に安定させておくことができる。アーム６を下げる場合も同様に、アーム６の降下につれて錘３４が前方に移動することになるので、ロボット２０の重心位置を常に安定させておくことができる。
【００３５】
〔第３の実施形態〕
第３の実施形態において、第２の実施形態と同一又は同等な構成について、同一の符号を付して、重複した説明は省略する。
【００３６】
図９〜図１１に示されるように、ロボット４０において、アーム６の根元には、肩関節７の近傍でアーム６と一緒に回動する一方のプーリ４１が固定され、ロボット本体部２４には他方のプーリ４２が回転自在に軸支されている。前側に位置するプーリ４１と後側に位置するプーリ４２とにベルト４３が巻回されている。後方に位置するプーリ４２の中心には第１のリンク部４４の一端が固定され、第１のリンク部４４の他端には、第２のリンク部４５の一端が回動自在に軸支されている。
【００３７】
第２のリンク部４５の他端には、ガイドローラ４６が軸支され、このガイドローラ４６は、水平方向に延在する上下一対のガイドレール４７に沿って摺動しながら移動することができる。ガイドレール４７は、取付けブラケット４８によってロボット本体部２４の側面に固定されている。ガイドレール４７を利用することで、第２のリンク部４５の水平移動を可能にし、第１のリンク部４４と第２のリンク部４５とでクランク機構Ｒを構成することができる。
【００３８】
第２のリンク部４５の他端には、吊り下げバー４９の上端が軸支され、吊り下げバー４９の下端に錘５０が固定されている。この吊り下げバー４９は、ガイドレール４７の外側に位置し、ガイドレール４７の取付けブラケット４８の邪魔にならない位置から垂下している。このように、吊り下げバー４９を利用して、錘５０を可能な限り下方に配置させることで、重心を下にしてロボット４０の安定化を図っている。このような構成によって、アーム６の回動と錘５０の水平方向の移動とを機械的に連動させることができる。
【００３９】
ここで、錘移動手段Ｓ２としては、プーリ４１，４２とベルト４３とクランク機構Ｒとガイドローラ４６とガイドレール４７とで機械的に構成されている。
【００４０】
このような構成を採用すると、機械的な構成をもって、アーム６を、真下から真上までの２分の１周以内で自由に上げ下げすることができる。そして、このようなロボット４０では、アーム６の上げ下げと連動する機械的な重心移動を行っているので、転倒防止のための複雑な電気制御を必要としない。
【００４１】
図１２〜図１４に示されるように、制御モータＭによって、肩関節７を中心にアーム６を水平まで上げるように回動させると、前側のプーリ４１が回転する。これに伴って、ベルト４３介して後側のプーリ４２が回動し、これと同期して第１のリンク部４４が回動する。この第１のリンク部４４の回動に伴って、第２のリンク部４５の遊端に設けられたガイドローラ４６がガイドレール４７に沿って後方に移動する。これにより、錘５０が後方に移動することになる。
【００４２】
このようにして、アーム６を水平の位置まで下から上に向かって回動させることで、ロボット４０の重心が前方に移動しようとしても、アーム６の上昇につれて錘３４が後方に移動する。その結果、ロボット４０の重心位置を常に安定させておくことができる。
【００４３】
図１５〜図１７に示されるように、制御モータＭによって、肩関節７を中心にアーム６を水平位置から更に上げるように回動させると、前側のプーリ４１が回転する。これに伴って、ベルト４３介して後側のプーリ４２が回動し、これと同期して第１のリンク部４４が回動する。この第１のリンク部４４の回動に伴って、第２のリンク部４５の遊端に設けられたガイドローラ４６がガイドレール４７に沿って前方に移動する。これにより、錘５０が前方に移動することになる。
【００４４】
このようにして、アーム６を水平の位置から上に向かって回動させることで、ロボット４０の重心が後方に移動しようとしても、アーム６の上昇につれて錘５０が前方に移動することになる。その結果、ロボット４０の重心位置を常に安定させておくことができる。アーム６を真上から水平まで下げる場合も同様に、アーム６の降下につれて錘５０が後方に移動することになるので、ロボット４０の重心位置を常に安定させておくことができる。そして、アーム６を水平位置から下げる場合も同様に、アーム６の降下につれて錘５０が前方に移動することになるので、ロボット４０の重心位置を常に安定させておくことができる。
【００４５】
本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、下記のような種々の変形が可能である。
【００４６】
例えば、ロボット２０，４０にあっては、カメラによって、前後左右にある障害物や目的物などを捕えながら移動することができる自律移動型ロボットであってもよい。
【００４７】
ロボット２０，４０にあっては、機械的な部品や錘３４，５０を隠すためのカバーがベース部２２ｂに取り付けられていてもよい。このカバーは、台座２２のベース２２ｂの外周に沿った形状を有する円筒形状が好ましい。
【００４８】
実施形態１のロボット１に関して、肩関節７を昇降自在に構成し、肩関節７を錘１０より下方に位置させることができるようにしてもよい。
【００４９】
実施形態２のロボット２０に関して、錘移動手段Ｓ１は天地を逆にして構成させてもよい。この場合、肩関節７が下側に位置し、錘３４が上側に位置することになる。
【００５０】
実施形態３のロボット４０に関して、錘移動手段Ｓ２は天地を逆にして構成させてもよい。この場合、肩関節７が下側に位置し、錘５０が上側に位置することになる。
【符号の説明】
【００５１】
１，２０，４０…ロボット  ４，２４…ロボット本体部  ６…アーム  ７…肩関節  ８…ハンド部  １０，３４，５０…錘  １１…制御モータ  １２…後側プーリ  １３…前側プーリ  ２４…ロボット本体部  ２６…プーリ  ２７…プーリ  ２８…ベルト  ３０…ピニオン  ３１…ラックギア  ４４…第１のリンク部  ４５…第２のリンク部  ４６…ガイドローラ  ４７…ガイドレール  Ｒ…クランク機構  Ｇ…重心  Ｌ…水平軸線  Ｍ…制御モータ  Ｐ…鉛直軸線  Ｓ，Ｓ１，Ｓ２…錘移動手段
【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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【図１６】
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【図１７】
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