(57)【要約】  把持ユニット（３；２３；４３）を動かし、位置決めする方法及び装置であって、把持ユニットはケーブル（９，１０，１１，１２；２９，３０，３１；４８，４９，５０）の仲介によって動かし位置決めされ、把持ユニットを支持構造へ機械的に（４；２４；４４）固定することによって把持ユニットの少なくともひとつの自由度が除かれる。また、本発明はこの種の装置を備えたロボット（１；２１；４１）に関する。
2014512979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
把持ユニット（３；２３；４３）を動かし位置決めする方法であって、把持ユニットを支持構造に取り付けられたケーブル（９，１０，１１，１２；２９，３０，３１；４８，４９，５０）の仲介によって動かし位置決めする方法において、
把持ユニットをアーム（４；２４；４４）の仲介によって支持構造に機械的に固定することによって、把持ユニット（３；２３；４３）の少なくともひとつの自由度を除くことを特徴とする方法。
【請求項２】
把持ユニット（３；２３；４３）の機械的固定部（４；２４；４４）により把持ユニットの運動における２つ、３つ、又は４つの自由度を除くことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
少なくともひとつのケーブル（９，１０，１１，１２；２９，３０，３１；４８，４９，５０）の長さを変え、同時に残りのケーブルの張力を維持することによって把持ユニットを動かし位置決めすることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
把持ユニット（３）を動かすケーブル（９，１０，１１，１２）の本数が４であり、各ケーブルはサーボウインチ（５，６，７，８）の仲介によって操作され、サーボウインチは四面体を形成するパターンで配置されていることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
把持ユニット（４３）を動かすケーブル（４８，４９，５０）の本数が３であり、各ケーブルはサーボウインチ（４５，４６，４７）の仲介によって操作され、サーボウインチの各々はある水平面上に位置し、水平面の各々は把持ユニットの水平面より上に位置していることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
少なくともひとつのサーボウインチ（５，６，７，８；２６，２７，２８；４５，４６，４７）に関して新しい位置を定め、新しい位置は把持ユニット（３；２３；４３）の所望の新しい位置に対応し、
少なくともひとつのサーボウインチを定められた位置にガイドし、
残りのサーボウインチを各ケーブル（９，１０，１１，１２；２９，３０，３１；４８，４９，５０）の予め定められた張力を維持するように設定する、
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の方法。
【請求項７】
把持ユニット（３；２３；４３）を動かすことと位置決めすることがコンピュータ・プログラムによって実施することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
把持ユニットを動かし位置決めする装置であって、
把持ユニット（３；２３；４３）と、
把持ユニットを動かし位置決めするために支持構造と結合されたケーブル（９，１０，１１，１２；２９，３０，３１；４８，４９，５０）と、
各ケーブルについてひとつの操作サーボウインチ（５，６，７，８；２６，２７；２８；４５，４６，４７）と、を備え、
把持ユニット（３；２３；４３）をアーム（４；２４；４４）の仲介によって支持構造へ固定する機械的固定部を有し、それによって把持ユニットの少なくともひとつの自由度が除かれることを特徴とする装置。
【請求項９】
把持ユニット（３；２３；４３）の機械的固定部（４；２４；４４）が、把持ユニットの運動における２つ、３つ、又は４つの自由度を除くように形成されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
各ケーブル（９，１０，１１，１２；２９，３０，３１；４８，４９，５０）を操作するサーボウインチ（５，６，７，８；２６，２７；２８；４５，４６，４７）に関連して、各ケーブルに張力を生ずるように配置された手段及び／又はプログラム手段を有することを特徴とする請求項８又は９に記載の装置。
【請求項１１】
把持ユニット（３）を動かし位置決めするためのそれぞれのサーボウインチ（５，６，７，８）を有する４つのケーブル（９，１０，１１，１２）を含み、４つのサーボウインチが四面体を形成するパターンで配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
把持ユニット（４３）を動かし位置決めするためのそれぞれのサーボウインチ（４５，４６，４７）を有する３つのケーブル（４８，４９，５０）を含み、３つのサーボウインチはすべて水平面上に位置し、水平面の各々は把持ユニットの水平面より上に位置していることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
サーボウインチ（５，６，７，８；２６，２７，２８；４５，４６，４７）を制御するためのコンピュータ・プログラムを有することを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
把持ユニット（３；２３；４３）の位置を定めるための、コンピュータ画像に基づく及び／又はサーボウインチ（５，６，７，８；２６，２７，２８；４５，４６，４７）と結合した及び／又は機械的固定部（４；２４；４４）の関節（１５；２５）と結合した、手段を有することを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
ロボット、特に廃棄物を取り扱うように設計されたロボットであって、請求項８〜１４のいずれか一項に記載の装置を有することを特徴とするロボット（１；２１；４１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロボットの把持ユニットを動かすことと、位置決めすることに関する。詳しくは、本発明は、ケーブルの仲介によりロボット把持ユニットを動かすことと、位置決めすることに関する。
【背景技術】
【０００２】
いろいろな産業の仕事における多様なロボットの利用は公知である。例えば、ロボットはいろいろな組立作業で、一般に回路基板の製造など非常に正確に反復しなければならない仕事に用いられる。その場合、ロボットは普通、組み立てようとする部品をつかんで、それを組み立てようとする製品の正しい位置に精密に位置決めする把持要素を備える。ロボットを使用する重要な応用分野のひとつは溶接であり、ロボットはプログラムされたロジックに従って、溶接作業を迅速かつ正確に、特に困難な場所で実行する。包装産業も、物品を包装するためにパレタイズ・ロボットなどのいろいろなロボットを利用している。
【０００３】
小さな軽量の物体を扱うために、特に包装産業で開発されたロボットはデルタ・ロボットであり、これは下端で同じ基体又は基面に取り付けられた３つのアームで構成され、前記アームが作業表面を支持するようになっている。デルタ・ロボットの動作はパラレログラム制御に基づいており、ロボットは４つの異なる自由度、すなわち３つの平行移動（Ｘ，Ｙ，及びＺ）と１つの回転の自由度で制御される。デルタ・ロボットの利点としては、３０ｇにまで達する速い加速、及び10 m/sにまで達するかなり高いスピードがあげられる。
【０００４】
マニピュレータを備えたロボットの動作原理のひとつは、ケーブルの仲介によるマニピュレータの制御に関連する。このタイプのロボットの例としては、Robocrane型ロボットがあげられる。Robocrane型ロボットのマニピュレータは６本のケーブルと、ケーブルに結合したサーボウインチによって制御され、それによりマニピュレータを６つの異なる自由度、すなわち３つの平行移動自由度と３つの回転自由度で動かすことができる。
【０００５】
本明細書では、「サーボウインチ」という用語は、ケーブルを巻き付ける適当な手段を備えるサーボモータを指し、例えば最も単純な場合、サーボモータで回されるケーブルリールを指す。
【０００６】
把持ユニットなどのマニピュレータがケーブルの仲介によって制御される他のロボットの例として、Fraunhofer Instituteの一方向制御ケーブル・ロボット、例えば８本のケーブルの仲介で制御されるIPAnemaなどがあげられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
いくつかのケーブルで制御される把持ユニットを備えたこれらのロボットの問題点としては、例えば、把持ユニットの振動、いろいろな方向から来るケーブルがロボットの作業スペースを画定することを困難にすること、及び、必要なサーボウインチの数と各ケーブルに必要なコントロールの数がロボットの生産費用を増大させ、それに加えて必要な制御ロジックと関連運動学が複雑になること、などがあげられる。
【０００８】
多数の異なる産業分野で正規の産業ロボットが既に使用されているが、ロボット又は把持ユニットなどのマニピュレータに、例えば衝撃が加わる場合、あるいは連続的に変化する標的に対して作業する必要がある仕事では、それらはあまり良く適合していない。
【０００９】
そのような産業分野のひとつは廃棄物の選別である。この場合、廃棄物が連続的に送られて、例えば、コンベア・ベルト上で選別される。その場合、選別されるものは形が異なり、物流の形態は絶えず変化している。この種の選別作業では、ロボットの迅速な作業移動も必要であり、衝突がきわめて起こりやすい状況で従来のロボットが損傷する可能性がさらに高くなる。さらに、従来のロボットはきわめて精密であり、特にこのような高い精度は廃棄物の選別のような活動では必要とされないのに、実際にはロボットを非常に高価なものにしている。さらに、従来のロボットは、効率的な廃棄物の選別にはスピードが遅すぎ、スピードを増加させた場合、通常の重い構造のためにトルクが高くなりすぎ、このため特に衝突が起きた場合に破壊的になる恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ロボットの把持ユニットを移動し位置決めするための本発明による解決手段によって、ケーブルの仲介による把持ユニットの迅速かつ正確な制御システムが達成され、把持ユニットの衝突に関連した問題の可能性がきわめて小さくなる。このソリューションは把持ユニットの固定に用いられる機械的固定装置に基づいており、それによって把持ユニットの少なくともひとつ又はいくつかの自由度が排除され、把持ユニットの制御がそれだけ少ない数の結合されたケーブル及びサーボウインチによって実現できる。この機械的固定装置はまた、把持ユニットを使用するときに必要なワイヤ／ケーブル、例えば電気ケーブルやデータ・ケーブル、又は空気圧や油圧チューブなど、を把持ユニットに導き結合するための有利なルートを提供する。
【００１１】
このように、本発明による構造的に単純化された把持ユニットを動かすことと、位置決めすることは、把持ユニットを制御するときに用いられるプログラム可能なロジック、並びに把持ユニットを用いるロボット全体の構造、を実質的に単純化する。この種の単純化された構造は、本発明よる装置を特に耐久性が高く軽量にし、それはその作業で用いられるスピードを高めることができるということを意味する。
【００１２】
特に好ましい解決手段では、本発明による装置は廃棄物選別に使用されるロボットに応用できる。この場合、取り扱う物体の重量は普通０．１〜５ｋｇであるが、本発明による装置では、必要な場合、簡単な構造の調整によって最大の重量を数１０ｋｇ、又は数１００ｋｇにまで大きくすることができる。
【００１３】
従来のケーブル・ロボットと比較すると、本発明による把持ユニットの機械的固定を採用することによって、把持ユニットの円形の径路又は曲がった径路が容易に達成されるが、このような運動はケーブルのみを用いて実現する場合には最も問題があるタイプの運動であり、制御ケーブルの固定点の間に長い距離を必要とする。
【００１４】
従来のポータル・ロボット、すなわち制御レールの仲介によって制御されるロボット、と比較すると、ケーブルと把持ユニットの機械的固定に基づく本発明による装置の使用により、構造は単純化され、衝突に対する耐久性は顕著に改善される。
【００１５】
有利な形では、本発明による把持ユニットの機械的固定によって、把持ユニットの移動で３つの自由度が排除される。把持ユニットの３つの自由度を排除する前記固定装置の一例は、例えばテーブルランプの支持構造として知られる２成分の支持アームであり、支持アームの各要素はジョイントで連結された２つの隣接する平行なアームを含んでいる。しかし、支持アームは固定点に関して回すことができるので、把持ユニットの運動範囲は円筒座標系を形成する。この種の支持アームによって実現される把持ユニット固定装置はＸＹＺ平面での把持ユニットの運動を可能にするが、支持アームの端における回転運動は妨げられる。したがって、この例による装置では、把持ユニットの３つの回転自由度はすべて排除される。
【００１６】
上述のように把持ユニットの３つの自由度を排除するこの種の装置は、把持ユニットの運動における１つ又は２つの自由度だけを排除するように容易に変更できる。例えば、把持ユニットとその機械的支持構造の間に、垂直な、ヒンジ状のジョイントを追加して、把持ユニットがヒンジの垂直軸のまわりで回ることができるようにすることで、把持ユニットの運動における２つの自由度だけを排除することができる。このシステムに、第１の垂直なヒンジ状ジョイントとは別に、例えば水平面にセットされた第２のヒンジ状ジョイントを追加して、把持ユニットが前記第２のヒンジの水平軸のまわりで回ることができるようにすることで、把持ユニットの運動において１つの自由度だけが排除された装置を実現できる。
【００１７】
本発明による把持ユニットの固定によって、把持ユニットの運動における４つの自由度を排除することもできる。この種の装置については、図２に示された実施形態を参照して関連した記述で説明される。
【００１８】
したがって、上の説明で明らかなように、本発明による装置では把持ユニットの機械的固定によって把持ユニットの運動における１つ、２つ、３つ、又は４つの自由度を排除することができる。しかし、本発明による装置では、把持ユニットはサーボウインチ及び結合したケーブルの仲介によってのみ、そして多分重力の仲介によって、動かされるということを指摘したい。
【００１９】
把持ユニットの回転自由度のこの種の減少又は完全な排除によって、サーボウインチを、バーを動かすときの通常の精度よりも低い精度で使用することが可能になる。すなわち、本発明による装置では、より単純で堅牢なサーボウインチを使用することが可能であり、それはまた装置を経済的により有利なものにする。
【００２０】
本発明による装置では、把持ユニットを動かすすべてのケーブルに張力が発生することが好ましく、それによって把持ユニットの制御と監視の両方が改善される。前記張力は、例えばサーボウインチと結合して配置された制動要素によって、あるいはまた、例えばサーボウインチを制御するロジックによって、例えばサーボウインチの一部でトルク制御を用いて、ケーブルに発生される。
【００２１】
有利な形では、本発明による装置は、把持ユニットを動かす４つのケーブルとケーブルを操作するサーボウインチによって実現でき、その場合サーボウインチは四面体を形成するパターンにセットされる。
【００２２】
あるいはまた、本発明による装置は、支持構造に機械的に取り付けられた把持ユニットを３つのサーボウインチで制御し、前記サーボウインチの３つ全部が把持ユニットの上に位置するようにして実現できる。この場合、把持ユニットはサーボウインチから“吊り下げられ”、把持ユニットの下向きの動きは、サーボウインチの他に、重力の仲介によって達成される。
【００２３】
本発明による装置には把持ユニットの位置を決定するためのコンピュータ画像及び／又はサーボウインチに基づく手段を設けることが好ましい。例えば、サーボウインチと結合して設置されたエンコーダ又はその他のセンサを用いてサーボウインチの位置、そしてそれによって把持ユニットの位置、を監視することができる。市販されているサーボモータはしばしば標準装備としてこの種の読み取り可能な位置データを含む。把持ユニットの位置を決定するためには把持ユニットの機械的固定におけるジョイントの位置を用いることもでき、それは例えば、ジョイントの回転を観測するためのエンコーダ又はその他の対応するセンサをそれと結合させて設置することによって監視できる。把持ユニットの位置を決定するために把持ユニットの機械的固定を利用する場合、把持ユニットの位置について利用できるデータが増え、ケーブル制御はそれほど精密である必要がなくなるので、サーボウインチの構造を単純化できる。
【００２４】
本発明による装置で、サーボウインチはコンピュータ・プログラムによって制御されることが好ましい。その場合、コンピュータの作業は、把持ユニットの望ましい新しい位置に対応する少なくともひとつのサーボウインチの位置を決定すること、前記少なくともひとつのサーウインチを決定された位置にガイドすること、及び結合された各ケーブルにおける設定された張力を維持するように他のウインチを制御すること、を含むことが好ましい。
【００２５】
本発明による装置はロボット、特に廃棄物選別のために設計されるロボットで有利に利用できる。
【００２６】
もっと正確に言うと、本発明による方法は、請求項１の特徴部分の記載によって特徴づけられ、本発明による装置は、請求項８の特徴部分の記載によって特徴づけられ、本発明によるロボットは、請求項１５の特徴部分の記載によって特徴づけられる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】把持ユニットを備えた本発明による装置を示す概略図である。
【図２】把持ユニットを備えた本発明による装置の別の実施形態を示す概略図である。
【図３】把持ユニットを備えた本発明による装置のさらに別の実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明は以下でさらに詳しく、添付図面を参照して実施例によって説明される。
図１に概略図で示された本発明による装置は建設廃棄物を取り扱うために用いられる選別ロボット１であり、このロボットは建設廃棄物を運ぶコンベア２と一緒に作業するように配置される。
【００２９】
選別ロボット１は把持ユニット３と、把持ユニットを支持構造に固定する機械的支持アーム４と、ケーブル９，１０，１１，及び１２の仲介で把持ユニット３と結ばれる４つのサーボウインチ５，６，７，及び８を含む。
【００３０】
把持ユニット３の機械的固定アーム４は２つの要素を有し、固定アーム４の各要素は２つの平行なバー又はシャフト１３と１４から成り、どちらもそれぞれのピボットポイントによって結合ピース１５に連結されている。このように、サーボウインチ５，６，及び７の仲介とケーブル１０，１１，及び１２によって把持ユニット３をＸＹＺ平面上で動かすとき，把持ユニットは機械的固定アーム４に対して回転運動を行うためのアクセスを何も有しない。機械的固定アーム４はヒンジ１６によって支持構造に取り付けられ、それによって固定アームはヒンジの垂直軸のまわりに回ることができ、その結果、把持ユニットの運動範囲は円筒座標系を成す。したがって、このタイプの機械的固定部４を用いることにより、把持ユニット３を動かすとき、３つの回転自由度がすべて排除される。
【００３１】
しかし、把持ユニット３自身に、物体を把持するためのグリッパーを把持ユニットの垂直軸に対して適当な位置に回すための手段が設けられていることを指摘しておきたい。
【００３２】
図１の選別ロボット１を使用するとき、建設廃棄物がコンベア２上の連続した物流としてロボットの作業範囲に運ばれる。コンベア２から、選別ロボット１によって選別されると決定される物体が同定され、コンベア上のその位置が、例えばコンピュータ画像に基づいていろいろな分析手段によって分析される。この物体のデータがロボット１の制御ロジックに伝送され、この制御ロジックが作業エリアにおける把持ユニットの動作と位置を、サーボウインチ５，６，７，及び８の仲介とケーブル９，１０，１１，及び１２によって制御する。
【００３３】
選別ロボット１の把持ユニット３の位置は、サーボウインチ５，６，７，及び８に設けられたマイクロスイッチ又はエンコーダなどのデバイスによって、又はコンピュータ画像に基づく同定デバイスによって、又はそれらの組合せによって、決定できる。エンコーダはまた、把持ユニット３の位置の決定のために、又はこのプロセスの補助のために、機械的固定アーム４及びその固定具に結合できる。
【００３４】
本発明による装置では、選別ロボット１のサーボウインチ５，６，７，及び８は、サーボウインチによって把持ユニット３の位置を決定できるように、そして把持ユニット３の運動を制御するために、ケーブル９，１０，１１，及び１２を連続して緊張した状態に保つ。この張力は、例えばプログラミングによって、各サーボウインチが予め定められた力でケーブルを引くように生み出される、又はサーボウインチの構造によって生み出され、その場合、例えばばね、又は材料の弾性に基づく手段によって、ケーブルに張力が発生される。
【００３５】
このようにケーブル９，１０，１１，及び１２を緊張した状態に保つことは、また、前記４つのサーボウインチ５，６，７，及び８のうち３つを位置制御によって制御し、ひとつのサーボウインチを力制御によって制御することによって、実現できる。言い換えると、位置制御される３つのサーボウインチで把持ユニットの位置を定め、力制御されるサーボウインチですべてのケーブルを緊張状態に保つ。市販されているサーボモータで、位置制御と力制御はありふれた、容易に設けることができる機能である。
【００３６】
本発明による装置では、図１に示されているように、サーボウインチ５，６，７，及び８は四面体の形のパターンを形成し、サーボウインチが四面体の頂点にあるように互いに位置している。この種のパターンによって、制御される把持ユニットでは最善の制御が達成され、さらに、位置制御と力制御に基づく上述のサーボウインチ制御では、荷重の加速度が位置制御されるサーボウインチが頂点になっている四面体の面の方に向いている状況で、位置制御されるサーボウインチがトルク制御されるサーボウインチからのケーブルを引っ張るようになり、有利である。
【００３７】
図１に示されたロボット装置を用いることにより、選別される建設廃棄物との衝突で故障しにくい堅牢で耐久性が高いロボットが得られる。図１に示された装置の把持ユニットに関する適当な動作変数は、例えば：最大加速度が３ｇ、最大速度は４ｍ／ｓ、そして精度は＋／−０．５ｃｍ、である。
【００３８】
図２に示された本発明の別の実施形態では、廃棄物コンベア２２の上で作業するように配置された選別ロボット２１には機械的支持アーム２４が設けられ、それが把持ユニット２３を支持構造に固定する。
【００３９】
機械的固定アーム２４は２つの要素を有し、支持構造へのアームの固定、及びアーム要素の相互固定、はヒンジ状の関節２５によって実現され、それはアームとその要素の運動を水平面でのみ可能にする。支持アーム２４の端に取り付けられた把持ユニット２３は３つのサーボウインチ２６，２７，及び２８によってケーブル２９，３０，及び３１によって水平面上で動かされる。この場合、サーボウインチ２６，２７，及び２８は実質的に同じ水平面で取り付けられる。
【００４０】
把持ユニット２３の垂直の運動は、把持ユニットと固定アーム２４の結合を仲介し、直線運動を生み出す適当なアクチュエータ３２によって得られる。あるいはまた、直線運動を生み出すアクチュエータが把持ユニット２３の一部分を成すこともある。
【００４１】
図２に示された実施形態では、垂直運動を生み出すサーボウインチとケーブルを排除することもでき、それは装置の構造と制御ロジックを単純にする。図２の実施形態による機械的固定アーム２４は、把持ユニットの運動における４つの自由度を排除する。
【００４２】
図３に示された実施形態では、廃棄物コンベア４２の上で作業するように配置された選別ロボット４１には機械的固定アーム４４が設けられ、それが把持ユニット２３を支持構造に固定する。構造として、機械的固定アーム４４は図１に関連して示された機械的固定アーム４とすべての実質的な部分で対応しているが、図１の機械的固定アーム４よりも高い平面で支持構造に取り付けられている。
【００４３】
この図３の実施形態では、把持ユニット４３は３つのサーボウインチ４５，４６，及び４７とそれによって操作されるケーブル４８，４９，及び５０によって制御され位置決めされる。図３の実施形態で注目される点は、３つのサーボウインチ４５，４６，及び４７がすべて水平面上で支持構造に取り付けられ、そのすべてが把持ユニット４３の水平面よりも実質的に上に位置している、好ましくは、また、把持ユニット４３の作業エリアの上面よりも高く、又はこの作業エリアの上面と少なくとも実質的に同じレベルに位置している、いうことである。
【００４４】
この実施形態では、把持ユニット４３を下向きにずらすとき、サーボウインチ４５，４６，及び４７はケーブルを外側へリリースし、把持ユニットは重力の作用によって下方へ移動する。
【００４５】
図３のパターンでサーボウインチ４５，４６，及び４７を配置することによって、サーボウインチのケーブル４８，４９，及び６０は把持ユニット４３の作業エリアから離れるように移動するので、それらは選別される廃棄物と接触することにならない。
【００４６】
本発明を、上では図面に示された例や実施形態に関してだけ説明したが、本発明による装置は前記ソリューションだけに限定されない。添付されたクレームの範囲内で当業者には明らかな形で、別の実施形態やその変形も可能である。
図１に概略図で示された本発明による装置は建設廃棄物を取り扱うために用いられる選別ロボット１であり、このロボットは建設廃棄物を運ぶコンベア２と一緒に作業するように配置される。
【００４７】
選別ロボット１は把持ユニット３と、把持ユニットを支持構造に固定する機械的支持アーム４と、ケーブル９，１０，１１，及び１２の仲介で把持ユニット３と結ばれる４つのサーボウインチ５，６，７，及び８を含む。
【００４８】
把持ユニット３の機械的固定アーム４は２つの要素を有し、固定アーム４の各要素は２つの平行なバー又はシャフト１３と１４から成り、どちらもそれぞれのピボットポイントによって結合ピース１５に連結されている。このように、サーボウインチ５，６，及び７の仲介とケーブル１０，１１，及び１２によって把持ユニット３をＸＹＺ平面上で動かすとき，把持ユニットは機械的固定アーム４に対して回転運動を行うためのアクセスを何も有しない。機械的固定アーム４はヒンジ１６によって支持構造に取り付けられ、それによって固定アームはヒンジの垂直軸のまわりに回ることができ、その結果、把持ユニットの運動範囲は円筒座標系を成す。したがって、このタイプの機械的固定部４を用いることにより、把持ユニット３を動かすとき、３つの回転自由度がすべて排除される。
【００４９】
しかし、把持ユニット３自身に、物体を把持するためのグリッパーを把持ユニットの垂直軸に対して適当な位置に回すための手段が設けられていることを指摘しておきたい。
【００５０】
図１の選別ロボット１を使用するとき、建設廃棄物がコンベア２上の連続した物流としてロボットの作業範囲に運ばれる。コンベア２から、選別ロボット１によって選別されると決定される物体が同定され、コンベア上のその位置が、例えばコンピュータ画像に基づいていろいろな分析手段によって分析される。この物体のデータがロボット１の制御ロジックに伝送され、この制御ロジックが作業エリアにおける把持ユニットの動作と位置を、サーボウインチ５，６，７，及び８の仲介とケーブル９，１０，１１，及び１２によって制御する。
【００５１】
選別ロボット１の把持ユニット３の位置は、サーボウインチ５，６，７，及び８に設けられたマイクロスイッチ又はエンコーダなどのデバイスによって、又はコンピュータ画像に基づく同定デバイスによって、又はそれらの組合せによって、決定できる。エンコーダはまた、把持ユニット３の位置の決定のために、又はこのプロセスの補助のために、機械的固定アーム４及びその固定具に結合できる。
【００５２】
本発明による装置では、選別ロボット１のサーボウインチ５，６，７，及び８は、サーボウインチによって把持ユニット３の位置を決定できるように、そして把持ユニット３の運動を制御するために、ケーブル９，１０，１１，及び１２を連続して緊張した状態に保つ。この張力は、例えばプログラミングによって、各サーボウインチが予め定められた力でケーブルを引くように生み出される、又はサーボウインチの構造によって生み出され、その場合、例えばばね、又は材料の弾性に基づく手段によって、ケーブルに張力が発生される。
【００５３】
このようにケーブル９，１０，１１，及び１２を緊張した状態に保つことは、また、前記４つのサーボウインチ５，６，７，及び８のうち３つを位置制御によって制御し、ひとつのサーボウインチを力制御によって制御することによって、実現できる。言い換えると、位置制御される３つのサーボウインチで把持ユニットの位置を定め、力制御されるサーボウインチですべてのケーブルを緊張状態に保つ。市販されているサーボモータで、位置制御と力制御はありふれた、容易に設けることができる機能である。
【００５４】
本発明による装置では、図１に示されているように、サーボウインチ５，６，７，及び８は四面体の形のパターンを形成し、サーボウインチが四面体の頂点にあるように互いに位置している。この種のパターンによって、制御される把持ユニットでは最善の制御が達成され、さらに、位置制御と力制御に基づく上述のサーボウインチ制御では、荷重の加速度が位置制御されるサーボウインチが頂点になっている四面体の面の方に向いている状況で、位置制御されるサーボウインチがトルク制御されるサーボウインチからのケーブルを引っ張るようになり、有利である。
【００５５】
図１に示されたロボット装置を用いることにより、選別される建設廃棄物との衝突で故障しにくい堅牢で耐久性が高いロボットが得られる。図１に示された装置の把持ユニットに関する適当な動作変数は、例えば、最大加速度が３g、最大速度は４ｍ／ｓ、そして精度は＋／−０．５ｃｍ、である。
【００５６】
図２に示された本発明の別の実施形態では、廃棄物コンベア２２の上で作業するように配置された選別ロボット２１には機械的支持アーム２４が設けられ、それが把持ユニット２３を支持構造に固定する。
【００５７】
機械的固定アーム２４は２つの要素を有し、支持構造へのアームの固定、及びアーム要素の相互固定、はヒンジ状の関節２５によって実現され、それはアームとその要素の運動を水平面でのみ可能にする。支持アーム２４の端に取り付けられた把持ユニット２３は３つのサーボウインチ２６，２７，及び２８によってケーブル２９，３０，及び３１によって水平面上で動かされる。この場合、サーボウインチ２６，２７，及び２８は実質的に同じ水平面で取り付けられる。
【００５８】
把持ユニット２３の垂直の運動は、把持ユニットと固定アーム２４の結合を仲介し、直線運動を生み出す適当なアクチュエータ３２によって得られる。あるいはまた、直線運動を生み出すアクチュエータが把持ユニット２３の一部分を成すこともある。
【００５９】
図２に示された実施形態では、垂直運動を生み出すサーボウインチとケーブルを排除することもでき、それは装置の構造と制御ロジックを単純にする。図２の実施形態による機械的固定アーム２４は、把持ユニットの運動における４つの自由度を排除する。
【００６０】
図３に示された実施形態では、廃棄物コンベア４２の上で作業するように配置された選別ロボット４１には機械的固定アーム４４が設けられ、それが把持ユニット２３を支持構造に固定する。構造として、機械的固定アーム４４は図１に関連して示された機械的固定アーム４とすべての実質的な部分で対応しているが、図１の機械的固定アーム４よりも高い平面で支持構造に取り付けられている。
【００６１】
この図３の実施形態では、把持ユニット４３は３つのサーボウインチ４５，４６，及び４７とそれによって操作されるケーブル４８，４９，及び５０によって制御され位置決めされる。図３の実施形態で注目される点は、３つのサーボウインチ４５，４６，及び４７がすべて水平面上で支持構造に取り付けられ、そのすべてが把持ユニット４３の水平面よりも実質的に上に位置している、好ましくは、また、把持ユニット４３の作業エリアの上面よりも高く、又はこの作業エリアの上面と少なくとも実質的に同じレベルに位置している、いうことである。
【００６２】
この実施形態では、把持ユニット４３を下向きにずらすとき、サーボウインチ４５，４６，及び４７はケーブルを外側へリリースし、把持ユニットは重力の作用によって下方へ移動する。
【００６３】
図３のパターンでサーボウインチ４５，４６，及び４７を配置することによって、サーボウインチのケーブル４８，４９，及び６０は把持ユニット４３の作業エリアから離れるように移動するので、それらは選別される廃棄物と接触することにならない。
【００６４】
本発明を、上では図面に示された例や実施形態に関してだけ説明したが、本発明による装置は前記ソリューションだけに限定されない。添付されたクレームの範囲内で当業者には明らかな形で、別の実施形態やその変形も可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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