(57)【要約】【課題】消費動力エネルギを低減して作業時間の長時間化を図り、しかも不整地等で遠隔制御指令によって作業具に所望の作業遂行を実行させ得る車載型作業腕・ハンド装置を提供すること。【解決手段】自律走行車両８に搭載したパンタグラフ型リンク構造体３０の二つのリンク３０、３６を延長した第一、第二の腕要素４４、４５と、第一腕要素４４の先端のハンド５０に作業具６０を着脱自在に取着し、第二腕要素４５の先端にカウンター重りＷを取り付けて自重補償機能を具備させ、遠隔制御指令信号を遠隔地点に居る作業者Ｐの通信機器２２と装置上の通信機器２０、２１とで交信して作動制御するようにした車載型及び走行型作業腕・ハンド装置とした。【選択図】      図１
2004291215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立平面内に配設されたパンタグラフ型リンク機構が有する二つのリンクをそれぞれ拡縮駆動リンクとなし、該パンタグラフ型リンク機構から延設された二本の伸長腕の一方の腕先端に作業具を保持するハンドを設け、他方の腕先端に自重補償用カウンター重りを設け、前記パンタグラフ型リンク機構の拡縮用駆動源と縦軸まわりの旋回駆動源とを前記二つの拡縮駆動リンクの枢着軸及び前記縦軸のそれぞれに沿って配設し、これらパンタグラフ型リンク機構、二本の伸長腕、拡縮用駆動源、旋回駆動源等を自律走行車両上に搭載すると共に前記ハンドや前記拡縮用駆動源、前記旋回駆動源を車外から遠隔操作可能に形成したことを特徴とする車載型作業用腕・ハンド装置。
【請求項２】
前記自律走行車両は、走行駆動源、前記拡縮用駆動源及び前記旋回駆動源等の全エネルギ源を成す動力源手段を更に搭載、具備する請求項１に記載の車載型作業用腕・ハンド装置。
【請求項３】
山形、谷形の二つの回り対偶機構を枢着結合し、該山形対偶を形成する２リンクをそれぞれ延長して第一の腕要素と第二の腕要素とを設けたパンタグラフ型リンク構造体と、
前記第一腕要素の先端に設けられて作業具を保持する作業具保持ハンドと、
前記第二腕要素の先端にカウンター重りを係止するために設けられる重り係止ハンドと、
前記谷形対偶を形成する２リンクの枢着軸沿い又は近接位置に取着され、前記パンタグラフ型リンク構造体を拡縮して前記第一、第二の腕要素を遠近移動させる第一の駆動手段と、
前記谷形対偶を形成する２リンクの枢着軸に実質的に直交した縦軸のまわりに前記パンタグラフ型リンク構造体を旋回、駆動する第二の駆動手段と、
前記第一、第二の駆動手段の遠隔制御手段と、
前記パンタグラフ型リンク構造体を搭載して自律走行可能な車両と、
を備えて構成された走行型作業用腕・ハンド装置。
【請求項４】
前記谷形対偶を形成する２リンクの枢着軸の軸心から前記第一の腕要素の先端までの長さと前記第二の腕要素の先端までの長さとの比は、該枢着軸の軸心から前記山形対偶の２リンクにおける前記第二腕要素と接続した一つのリンクに下ろした点に関する該リンクの長さと第二腕要素の長さとの比に略等しく設定されることを特徴とする請求項２に記載の走行型作業用腕・ハンド装置。
【請求項５】
前記第一腕要素の先端に設けられる作業具保持ハンドは、前記作業具を作業種に応じて交換可能にする着脱自在保持機構を具備する請求項３又は４に記載の走行型作業用腕・ハンド装置。
【請求項６】
前記作業具保持ハンドは、作業具が着脱自在に取着される取付プレートと、
該取付プレートと前記第一腕要素の先端との間に介挿され、直動形アクチュエータ、ロッドエンド、ユニバーサルジョイントを含んで形成される直交二軸周りの２自由度作動機構と、を備えて構成される請求項３から５の何れか１項に記載の走行型作業用腕・ハンド装置。
【請求項７】
前記作業具は、地雷探査用センサ手段又は地雷掘削具手段から成る請求項３から６までの何れか１項に記載の走行型作業用腕・ハンド装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載型及び走行型作業用腕・ハンド装置に関し、特に、近時益々緊急に対処、処理が要請されている世界の戦場跡や紛争地域等に埋設された無数の地雷を確実に、かつ安全に埋設位置を検出し、その上で高い安全確率のもとに掘り出し除去する作業に適用可能な作業用腕・ハンド装置に関するもので、特に、戦場跡等の不整地域をも走破して目的地点に到達することのできる自律走行型バギー車両のような有輪車両上に搭載されて地雷埋設地点付近において遠隔操作的に、かつ小消費動力で適宜の連続時間にわたり、探査作業を継続遂行し、かつ発見した地雷を地中から掘り出し可能な自重補償型の車載型及び走行型作業用腕・ハンド装置に関する。
なお、上記本発明に係る車載型及び走行型作業用腕・ハンド装置は、地雷埋設位置の探査と探査後の掘り出しにのみ排他的に用いられることを意図するものではなく、ハンドの先端に交換可能に取着される作業具の作業機能に応じて各種の産業用途にも適用可能であることは言うまでもない。
【０００２】
【従来の技術】
近時、アジアをはじめ世界中に多数の地雷原が散在し、それらの地域の住民が、地雷に接触、爆発して被災する事態が多々発生していることから、１億個を越える埋設地雷の探査による発見と掘り出し撤去とが急務とされている。
従来、このような地雷の探査作業の主たる手段は、予め大型のブルドーザ型のローラ等の機材で地雷原上を走行した爆破させ、その後に未だ残存する地雷を探査作業者が直接、地雷の埋設予想地点に赴き、金属探知器等で探査作業を行って地雷検知を行う方法が採られている。そして、検知される都度、鋭利な刃物の先端で注意深く、信管に触れないように土を掘り起こす作業によって遂行するものである。従って、機材の入手が必ずしも容易でなく、しかも絶えず危険が付きまとう現状にあり、効率的な探査と除去を果たすことは困難な状況にある。
【０００３】
上述した現状から、既に多くの技術者によって安全かつ高能率の地雷探査と除去用の手段が提案されている。例えば、文献１には、適地に入り込んで地雷除去を遂行し得るように、ロボット式車両、つまり車両にレーザセンサー、赤外線カメラ、作業マニュウプレータ等を積載したものが提案されている。しかしながら、文献１のものは、地雷除去のみならず爆弾処理や不整地の処理等を含めた大掛かりな作業を意図したもので、その点で色々な地域の荒れ地や不整地に敷設された地雷原に搬送、搬入して用いる利用可能な手軽性と低コスト性とを兼ね備え、しかも安全かつ高能率の地雷探査と除去とを達成できる決定的な装置と言う観点からは満足のゆく物とは成り得ない問題点がある。
【０００４】
他方、文献２は、対人地雷の処理に用いる地雷処理機として、油圧シャベルを基本機械にしてロータリーカッターや既知の地雷処理機等を装備して、地雷処理に付き物のブッシュや灌木の伐採を先ず実行し、平地化してから地雷探査を行って発見されれば、爆破処理を行うようにしたものを開示している。
しかし、この文献２のものもやはり既存の比較的大きな規模の機材をベースに開発されており、しかも、主としてブッシュや灌木伐採により地雷原を先ず地雷探査が容易に実行し得るように地均しすることを主眼にして開発されたものであり、遠隔制御性の点や、搬入、操作の簡便性の点から満足が行くとは言えない状況にある。また、省力化の観点からも充分な対策を備えているとは言えない状況にある。
かくして、安全性の観点からは、作業者による遠隔的操作に応じて所望の地雷探査と掘り出し作業とを一気に遂行し得る機能を有し、しかも動力エネルギ確保が困難な地域でも簡便にかつ長い作業時間に亘り継続的に地雷探査及び撤去作業を実行可能な装置の提供が望まれる状況にある。
【０００５】
地雷原は、一般的に荒廃地域や戦場跡など電力等の動力源を使用できない環境条件下にあることが多く、それでいて、作業の性質上から高度の信頼性を備え、作業者の遠隔操作に従って荒れ地条件下、砂塵などの悪環境下でも装置に取着した地雷探査機器や堀出し作業具が確実に動作する完全な適応性が必須である。すなわち、危険な作業現場まで容易に搬入して用いることができ、しかも荒廃地の地表面上を自力移動し得る移動走行機能を有し、かつ一定の広がり領域を逐次、走査して発見対象の地雷を探査し、かつ探査により発見した時には、探査機器を掘り出し作業具に交換して地雷の掘り出しをも直ちに遂行する便宜性を有する要件から、人間の腕とハンドとに対比し得る機能を有する車載型又は走行型の腕・ハンド装置、それも省エネルギ条件で作動可能な装置が求められることとなる。
【０００６】
【非特許文献１】
１９９８年９月１４．１６日にフランスのツールーズで開催された”ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ  ＡＤＶＡＮＣＥＤ  ＲＯＢＯＴＩＣＳ  ＰＲＯＧＲＡＭＭＥ”における
国際作業部会での演題「Ｒｏｂｏｔｉｃｓ  ｆｏｒ  Ｈｕｍａｎｉｔａｒｉａｎ  Ｄｅｍｉｎｉｎｇ」の発表論文  。
【０００７】
【非特許文献２】
２００１年４月１０日、日本学術会議講堂におき、日本学術会議主催、日本機械学会、資源資材学会及び日本ロボット学会共催による講演論文集「対人地雷の人道的探知・処理に関するワークショップ」
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明の目的は、省エネルギー（省電力）の下に不整地、荒廃地等で作業者の安全と装置の破損回避を図りながら、なおかつ信頼性の高い地雷探査や掘り出し除去等を遠隔的にしかも可及的に長時間にわたって遂行できるように自律走行可能な移動能力を保有するように形成された車載型又は走行型腕・ハンド装置を提供することにある。
本発明の更なる目的は、自重補償機構を採り入れることにより、省エネルギ化を果たし、搭載したバッテリなどの動力源だけで移動走行、探査動作、掘削作業を始めとする各種作業を一貫して遂行可能な車載型又は走行型腕・ハンド装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、立平面内に配設されたパンタグラフ型リンク機構が有する二つのリンクをそれぞれ拡縮駆動リンクとなし、該パンタグラフ型リンク機構から延設された二本の伸長腕の一方の腕先端に作業具を保持するハンドを設け、他方の腕先端に自重補償用カウンター重りを設け、前記パンタグラフ型リンク機構の拡縮用駆動源と縦軸まわりの旋回駆動源とを前記二つの拡縮駆動リンクの枢着軸及び上記縦軸のそれぞれに沿って配設し、これらパンタグラフ型リンク機構、二本の伸長腕、拡縮用駆動源、旋回駆動源等を自律走行車両上に搭載すると共に前記ハンドや前記拡縮用駆動源、前記旋回駆動源を車外から遠隔操作可能に形成した車載型作業用腕・ハンド装置を構成したものである。
【００１０】
このような構成を有した車載型作業用腕・ハンド装置は、カウンター重りに依って自重を補償したパンタグラフ型リンク機構及び二本の伸長腕を有していることから、二つの拡縮駆動リンクを介してハンドを有した伸長腕を拡縮駆動源で車両から遠ざかる方向へ伸長動作させる場合も車両へ近付ける方向へ収縮動作も拡縮駆動源に懸かる負荷を可及的に低減させることが可能であり、同時にパンタグラフ型リンク機構を縦軸回りに旋回動作させるための旋回駆動源に懸かる負荷をも軽減させて容易にパンタグラフ型リンク機構を介してハンドを旋回動作させることができる。故に、ハンドの遠近動作と旋回動作とを組み合わせてハンド先端に取着した作業具を駆使して一定領域に対する走査態様の作業や所定の位置に作業具を位置させて所望の作業を実施させることができ、このとき、上記拡縮用駆動源、旋回駆動源を車両外から遠隔制御操作することにより、作業者は、車両から離れた位置に居ながら車載型作業用腕・ハンド装置の腕、ハンドを介して作業具を作動させて危険な作業でも安全に、つまり作業者の安全を確保しながら所望の目的作業を遂行することができる。
なお、上述の様に、自重補償用のカウンター重りでそれぞれの駆動源に懸かる負荷を充分に軽減していることから、車両を走行させて腕、ハンドを異なる地点へ移動させる際に不整地を走行しても車両の平衡を喪失させることなく、安定に移動、走行することができるのである。
【００１１】
また、本発明では、上記自律走行車両は、走行駆動源、拡縮用駆動源及び旋回駆動源等の全エネルギ源を成す動力源手段を更に搭載、具備する車載型作業用腕・ハンド装置を提供する。
【００１２】
上記の構成を有した車載型作業用腕・ハンド装置では、上述のように、自重補償用のカウンター重りの作用で必然的に上記諸駆動源に懸かる負荷の軽減を達成するから、それらの駆動源のエネルギ源、即ちバッテリからなる電力源に懸かる負荷も軽減する。その結果、その電力源の寿命を延命化し、延いては車載型作業用腕・ハンド装置の作業を長時間にわたり継続することも容易になり、究極的に装置の作業効率の向上を図ることができる。
【００１３】
更に、本発明は、既述した発明の目的を達成するために、山形、谷形の二つの回り対偶機構を枢着結合し、該山形対偶を形成する２リンクをそれぞれ延長して第一の腕要素と第二の腕要素とを設けたパンタグラフ型リンク構造体と、
前記第一腕要素の先端に設けられて作業具を保持する作業具保持ハンドと、
前記第二腕要素の先端にカウンター重りを係止するために設けられる重り係止ハンドと、
前記谷形対偶を形成する２リンクの枢着軸沿い又は近接位置に取着され、前記パンタグラフ型リンク構造体を拡縮して前記第一、第二の腕要素を遠近移動させる第一の駆動手段と、
前記谷形対偶を形成する２リンクの枢着軸と実質的に直交した縦軸のまわりに前記パンタグラフ型リンク構造体を旋回、駆動する第二の駆動手段と、
前記第一、第二の駆動手段の遠隔制御手段と、
前記パンタグラフ型リンク構造体を搭載して自律走行可能な車両と、
を備えて構成された走行型作業用腕・ハンド装置が提供される。
【００１４】
上述した構成を有した走行型作業用腕・ハンド装置は、自律走行する車両の走行により、パンタグラフ型リンク構造体を、所望の目的地点に搬入して、その地点におきカウンター重りで平衡が採られた第一の腕要素の先端に保持した作業具を遠隔制御手段で制御される第一、第二の駆動手段の駆動で作動させ、所望の作業、例えば、地雷の探査や探査で発見した地雷の掘り出し等の作業を作業者が離れた位置から遠隔的に操作、監視しながら安全に、かつ高信頼性の下に遂行することができるのである。
カウンター重りで平衡が採られていることから、車両が荒廃地や不整地を走行する際にもパンタグラフ型リンク構造体の偏重量に原因したバランスの喪失を生じることなく、安定した走行をして該パンタグラフ型リンク構造体を目的地点へ移動させ、第一腕要素の先端の探査機器や掘り出し工具を駆使して地雷探査や掘り出し等の作業を遂行できる。勿論、作業具を適宜に選定すれば、単に地雷探査や地雷掘り出しの作業のみならず、他の不発弾処理、埋設有害化学薬品類の撤去などの他の危険作業等でも遠隔操作による目的作業を達成できる。
【００１５】
更に、本発明では、好ましくは、上記谷形対偶を形成する２リンクの枢着軸の軸心から上記第一の腕要素の先端までの長さと上記第二の腕要素の先端までの長さとの比は、該枢着軸の軸心から上記山形対偶の２リンクにおける上記第二腕要素と接続した一つのリンクに下ろした点に関する該リンクの長さと第二腕要素の長さとの比に略等しく設定される走行型作業用腕・ハンド装置が提供される。
【００１６】
このように構成すれば、上記の比が維持される限り、第一の腕要素の長さは、目的とする作業種に従って、パンタグラフ型リンク構造体を構成するリンク部材の長さに拘束されることなく、車両の停止位置から相当に離れた位置に作業具保持ハンドを有する構成とすることもでき、例えば、作業者が車両に搭乗しながら、遠隔的に作業具を操作させることも可能となる。
【００１７】
また、好ましくは、上記第一腕要素の先端に設けられる作業具保持ハンドは、作業具を作業種に応じて交換可能にする着脱自在保持機構を具備する構成とする。
かかる構成によれば、一つの走行型作業用腕・ハンド装置で多種の作業を逐次、行って目的とする作業を完遂することができ、多数台の走行型作業用腕・ハンド装置を作業現場に搬入する煩瑣を回避することができる。
【００１８】
また、本発明では、上記作業具保持ハンドは、作業具が着脱自在に取着される取付プレートと、該取付プレートと上記第一腕要素の先端との間に介挿され、直動形アクチュエータ、ロッドエンド、ユニバーサルジョイントを含んで形成される直交二軸周りの２自由度作動機構とを備えて構成される走行型作業用腕・ハンド装置とすることが好ましい。
【００１９】
このように構成された走行型作業用腕・ハンド装置は、作業具自体にも２自由度の運動機能を有するから、第一腕要素の拡縮運動と旋回運動及び車両の走行運動と相まって三次元空間において、車両の走行面に対して常に上記取付プレートを平行姿勢に維持する等或いはその他の種々の姿勢をとりながら、所望の作業を遂行可能となり、装置の有用性が著しく向上する。
【００２０】
また、好ましくは、上記作業具は、地雷探査用センサ手段又は地雷掘削具手段から成るように構成すれば、地雷原における埋設地雷の探査と発見後の掘り出しに装置を適用させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を好ましい実施の形態を示す図面を参照しつつ、更に詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態による車載型ないし走行型作業用腕・ハンド装置の全体的構成を示す略示正面図であり、図２は、同１図に示す腕・ハンド装置に備えられたパンタグラフ型リンク機構の自重補償構造を説明する機構図である。
【００２２】
図１を先ず参照すると、本実施形態に係る車載型ないし走行型作業用腕・ハンド装置は、車体１０を有した車両８を有し、この車両８の車体１０には、一対の前輪又は単一前輪と一対の後輪とを構成する車輪１２を底部に有して適宜のドライブ機構１４により、車輪懸架及び操舵装置１６を経て前進、後進が自在に形成されている。上記ドライブ機構１４は、化石燃料または電動モータから成る駆動源と減速装置とを内蔵するが、好ましくはバッテリ１８を動力エネルギ源とした電動モータを備える。また、車両８は、人間が搭乗して運転制御することが可能であることが好ましいが、更に遠隔地点からの遠隔制御指令信号を通信機器２０で受けて自律的に走行する自律走行機能を備えていることがこのましい。このような車両８としては、従来から市販、汎用されている所謂バギー車を適宜に改作する事により、或いは直接流用して構成することは、当業者なら容易に達成することができる。特に、本車両８は、地雷原などの荒廃地や不整地を走破する機能が求められるので、バギー車の応用により、効果的な車両８を得ることができる。なお、車両８に搭載されたバッテリ１８やドライブ機構１４等は、砂漠等の荒廃地を走行する場合にも粉塵等により機能障害を来さないようにシール部材を用いて適当な封止構造を備え、かつ適正な耐熱構造を設けておくことが好ましい。
【００２３】
さて、車両８上には、立平面内に枢動軸心を有したリンク機構、つまり、四つの回り対偶を形成する四本のリンクを互いに枢着して形成したパンタグラフ型リンク構造体３０が搭載されている。このパンタグラフ型リンク構造体３０は、上述のように、立平面内で四つの枢着点３１、３２、３３、３４で枢着結合した四つのリンク３５、３６、３７、３８を有し、この中で山形を成すリンク３６、３７は従動リンクとして設けられ、谷形を成すリンク３５、３８は、駆動リンクとして設けられている。そして、両駆動リンク３５、３８が枢着結合する枢着点３１は、最下方部位に位置し、この枢着点３１の回りに駆動リンク３５、３８を旋回駆動すると、従動リンク３６、３７も枢着点３２、３３、３４において枢動し、この結果、パンタグラフ型リンク構造体３０のパンタグラフ動作、つまり、拡縮動作が生じるように成っている。なお、上記の枢着点３１？３４を始めとする可動機構部分は、適当なシール材等を用いて外部からの塵埃等の侵入が防止される構造とされる。
【００２４】
また、本実施形態では、上述した枢着点３１、すなわち谷形を成す駆動リンク３５、３８が旋回動作する最下位の枢着点における水平な旋回軸心（図１の紙面に対して垂直な軸心）上に同駆動リンク３５を旋回駆動する駆動手段と駆動リンク３８を旋回駆動する駆動手段とが同軸に配置されて設けられている。これらのそれぞれの旋回駆動手段は、略示された電動モータＭ１、Ｍ２と、図示されていない減速装置、例えば、周知のハーモニックドライブ等の同軸形の減速装置手段とを結合した構造で形成されている。
なお、上記の枢着点３１は、駆動リンク３５と駆動リンク３８とが同一枢着軸を有した回り対偶構造で設ける形態に基づいて一点としたが、機械構造上からは、駆動リンク３５の枢着軸と駆動リンク３８の枢着軸とを実質的には分離され、かつ相互に接近した二点に平行に設ける構成としても構成、作用上から何らの不都合も生じないことを留意する必要がある。
【００２５】
更に、本実施形態では、枢着点３１の下方に適宜のケース４０に内蔵された形態で駆動モータＭ３と、その駆動モータＭ３に連結された上記同様のハーモニックドライブ同軸減速装置手段とを備えた旋回駆動手段が設けられ、パンタグラフ型リンク構造体３０を上記駆動リンク３５、３８の旋回軸心に対して直交する軸心（図示の矢印縦軸ψ）回りに旋回作動させる構成になっている。なお、縦軸ψは、上記駆動リンク３５、３８の旋回軸心を通る直交軸である必要はなく、近接位置で直交配置される構成でも何ら差し支えない。
【００２６】
上述したそれぞれの駆動手段における駆動モータＭ１．Ｍ３やその制御回路（図示なし）は、いずれも車両１０に搭載されたバッテリ１８から適正な接続コネクタを介して作動電力を供給されている。勿論、発電機装置を搭載し、その発電機装置から供給するようにした構成を全く排除するものではないこと自明である。
【００２７】
他方、本実施形態の特徴として、上述したパンタグラフ型リンク構造体３０の２本のリンク３６、３７を延長した腕要素が設けられている。すなわち、リンク３７から延長した第一の腕要素４４が枢着点３４から伸び、リンク３６から延長した第二の腕要素４５が、枢着点３２から伸びている。第一の腕要素４４はその先端に作業具保持ハンド５０を有し、このハンド５０の最先端に作業具６０が着脱自在に取着される構成になっている。
【００２８】
また、第二の腕要素４５は、その先端に自重補償用のカウンター重りＷが装着され、装置作動中は、離脱しないように強固に固定されるが、必要に応じて重さの異なる他のカウンター重りと交換することも可能なように成っている。
このようなカウンター重りＷを第二の腕要素４５の先端に設けると、パンタグラフ型リンク構造体３０に対して他方の第一腕要素４４の先端の装着されるハンド５０や作業具６０の重量と腕長さとによって最下位の枢着点３１に懸かる負荷荷重に対する平衡取りが可能となる。つまり、第一の腕要素４４を介してパンタグラフ型リンク構造体３０の枢着点３１に関する荷重モーメントをカウンター重りＷの負荷荷重が第二の腕要素４５を介してパンタグラフ型リンク構造体３０の枢着点３１に関する逆向きの平衡モーメントとして作用し、その結果、車両８上に搭載されたパンタグラフ型リンク構造体３０及び第一、第二の腕要素４４、４５からなるリンク機構は、枢着点３１において常に平衡が確保されることとなり、車両８を転倒させるような偏荷重が作用する危惧が解消され、かつそれぞれの駆動手段が有する駆動用の電動モータＭ１．Ｍ３に懸かる負荷を軽減してバッテリ１８に費消電力量を低減する可能として、腕・ハンド装置の使用時間を長時間化することが可能となる。
【００２９】
すなわち、ここで図２を参照すると、枢着点３１に関して、パンタグラフ型リンク構造体３０の両枢着点３４、３２からそれぞれ延長した第一腕要素４４、第二腕要素４５の長さを図示のように、予め所定の比率ｎ：１に選定しておけば、ハンド５０に懸かる荷重Ｆに対してカウンター重りＷの荷重をｎＦに設定することで、偏荷重を解消した平衡状態を得ることができ、自重補償により各枢着点３１？３４における枢動動作を円滑化させることが可能になるのである。
【００３０】
なお、上述の第一、第二の腕要素４４、４５の腕長さは、あたかも山形の回りリンク機構におけるリンク３６と第一腕要素４４の長さが等しく、かつリンク３７と第二腕要素４５の長さとが等しいように、選定されているが、このような実施形態に限定されるものではない。
図３に明示されるように、第一腕要素４４の長さを必要に応じてリンク３６の長さより更に長尺化する必要が有るときには、第二腕要素４５の長さを最下位の枢着点３１に関してパンタグラフ型リンク構造体３０を介して図示のように、一定比率ｍ：１が形成されるように選定すれば上述した図２の実施形態と同じように平衡化を果たし、自重補償機能を得ることができる。詳述すれば、リンク３６と第二腕要素４５との長さ比が、最下位の枢着点３１に関する第一腕要素４４の先端のハンド５０までの水平距離長さとカウンター重りＷまでの水平距離長さとの比率に等しくそれぞれｍ：１になるように選定すれば良いのである。
【００３１】
ここで、再び図１を参照すると、本実施形態に係る車載型または走行型腕・ハンド装置は、一例として第二腕要素４５の先端のカウンター重りＷを保持した位置に適宜の取付手段（図示略）を介して先の通信機器２０とは別の通信機器２１が装着され、この通信機器２１を経て遠隔制御指令信号の受信と、腕・ハンド装置側からの例えば後述する地雷探査信号等の送信とを実行して車両８から離れた位置に居る作業者Ｐが保持した通信機器２２と交信が可能になっている。
この場合、通信機器２１で受信する遠隔制御指令信号は、駆動モータＭ１．Ｍ３の回転駆動制御や、ハンド５０及び同ハンド５０に保持された作業具６０に設けられた電気駆動型の機器類の作動を制御することになる。
【００３２】
逆に、作業者Ｐが保持する通信機器２２は車両８に搭載された通信機器２０とも遠隔交信を行うことが可能であり、これによって車両８のドライブ機構１４の作動制御を遠隔的に行って車両８を離れた地点から監視しながら走行制御することも可能と成っている。
【００３３】
すなわち、本実施形態の車載型又は走行型腕・ハンド装置は、図１に示す平坦グラウンド面ばかりでなく、図４に示すように、不整地や荒廃地のグラウンド面において主として搭乗者の居ない無人で、遠隔地点から作動させることが可能なように構成されているのである。つまり、図４に示すように、荒れ地状態の上で、作業者ｐが、通信機器２２を介して遠隔制御指令信号を送信すると、腕・ハンド装置は、指令に応じて車両８が先ず、自律走行により目的地点へ移動し、その目的地点でパンタグラフ型リンク構造体３０を遠隔制御指令で拡縮動作させる。この際には、カウンター重りＷによる自重補償機能の働きで円滑に拡縮動作が遂行される。そして、第一の腕要素４４をグラウンド面へ降下させ、ハンド５０を適正な高さ位置に保持する。このように設定してから、更にハンド５０に保持された作業具６０を遠隔的に駆使して所望とする作業を遂行することができるのである。
【００３４】
例えば、作業具６０が地雷原に埋設された地雷探査用の探査器である場合には、パンタグラフ型リンク構造体３０の拡縮動作を通信機器２２からの遠隔制御指令信号を通信機器２１により受信させ、グラウンド面からの作業具６０の高さを常に一定高さに維持制御しながら、車両８から離れた地点から近い地点へ移動させ、かつ縦軸心回りに同パンタグラフ型リンク構造体３０を、駆動モータＭ３を有した駆動手段により適正速度で”ψ”で示すように旋回させると、走査運動を行って地中における地雷の有無を探査することができる。しかも、車両８を通信機器２０で受信した遠隔制御指令信号により走行させれば、広域に亘る探査作業を連続的に続行することができる。
この際に、既述のように、装置が有するバッテリ１８に係る負荷が自重補償機能により充分に低減されているから、同バッテリ１８の寿命を外部からの電力供給がなくても充分に永く確保できるのである。
【００３５】
ここで、図５、図６を参照すると、本発明の腕・ハンド装置が備える自重補償式のパンタグラフ型リンク構造体３０と第一、第二の腕要素４４、４５とにおけるカウンター重りＷを１２Ｋｇに、またハンド５０を介して負荷される荷重を４Ｋｇにそれぞれ設定して、自重補償効果を考察すると、パンタグラフ型リンク構造体３０の駆動リンク３５、３８における前者の駆動リンク３５の水平姿勢からの枢動旋回角φを固定し、後者の駆動リンク３８を、駆動モータＭ１を有した駆動手段で水平位置から角度”＋．θ”［ｄｅｇ］に亘って旋回変動させた場合における消費電力を、直流２４ボルト電源から成るバッテリ１８からの電流量”Ｉ”の測定を介して測定したところ、図６のグラフに明示されるように、高々Ｉ＝０．３．０．５アンペア［Ａ］程度の低電力で駆動可能であることが実験的に確認され、従って自重補償効果の寄与は極めて高いことが立証されたのである。
【００３６】
次に、図７及び図８を参照すると、本実施形態は、長尺化させた第一腕要素４４ａを有した車載型作業用腕・ハンド装置の例であり、かつハンド５０が二自由度機構を具備した構造を有し、同ハンド５０の先端の保持プレートに作業具６０を装着する構成としたものである。
この実施形態における第一腕要素４４ａと第二腕要素４５ａとの間には図３に基づいて既述したように、パンタグラフ型リンク構造体３０の駆動リンク３５、３８が回り対偶を成す最下位の枢着点３１に関して一定の長さ比ｍ：１を有するように、形成されることは、自重補償効果を得る観点から自ら明らかであろう。また、図７においては、第一の腕要素４４ａの先端に取着されるハンド５０が該先端位置と保持プレート５４との間に２自由度機構５２を介挿した構造で設けられ、その保持プレート５４に作業具６０が着脱自在に取着された様子を示している。
【００３７】
更に、図８は、ハンド５０に備えられた２自由度機構５２の一例における詳細な構成例を図示している。
同図８において、ハンド５０は、その上方部分に第一腕要素４４ａの先端に設けられたチャック機構又はネジ止め機構等の適宜の把持具に取着される結合部５１を有し、該結合部５１の下方に円筒状の収納ケース５３が設けられ、該収納ケース５３内には、２自由度機構５２の駆動手段を成す二つの直動型のアクチュエータ装置５４が適宜の保持機構で保持されている。この二つの直動型のアクチュエータ装置５４は、それぞれ直動桿５５を有し、該直動桿５５、５５の先端は、収納ケース５３の端面から突出してロッドエンド５６を両端に有した駆動桿５７、５７を介して作業具取付けプレート５８に結合されている。
【００３８】
他方、円筒状の収納ケース５３の端面と作業具取付けプレート５８との間には、更にユニバーサルジョイント装置６２が配設されている。このとき、ロッドエンド５６を両端に有する二つの駆動桿５７、５７とユニバーサルジョイント装置６２とは作業具取付けプレート５８の上面における三点位置に設定されている。かくして、上記の二つの直動型のアクチュエータ装置５４、５４の直動桿５５、５５が同時に伸長動作または収縮動作する場合には、ロッドエンド５６やユニバーサルジョイント装置６２の介在によって作業具取付けプレート５８は、所定の軸心回りに揺動し、又該両直動桿５５、５５が片方は伸長動作し、他方が伸縮動作するように異なる直動を遂行すると、作業具取付けプレート５８は上記所定の軸心とは異なる軸心回りに揺動し、結局、二つの自由度を有した揺動機構、つまり２自由度機構５２が形成される。このような２自由度機構は、作業具取付プレート５８に作業具６０を適宜の取付具で着脱自在に取り付けると、この作業具６０に二つの動作自由度を付与する結果となり、作業具６０の姿勢を適正な姿勢に制御することが可能となるのである。
【００３９】
従って、作業具６０が、例えば、地雷探査機器で構成されれば、その地雷探査機器の姿勢を探査地面の表面に対して常に平行に維持させる等の姿勢制御を遂行し得るのである。その場合、上記ハンド５０における２自由度機構５２の直動型アクチュエータ装置５４、５４は、既述したパンタグラフ型リンク構造体３０（図１参照）における第二腕要素４５の先端に具備された通信機器２１で受信する遠隔制御指令信号により動作制御が行われる構成とされ、作業者Ｐが通信機器２２（図１参照）を駆使して遠隔制御することが可能とされる。
【００４０】
また、作業具６０は、例えば、地雷掘削用の掘り出しナイフ工具で構成される場合もある。つまり、地雷原で地中の地雷が探査、発見された段階で、探査機器を掘り出しナイフ工具に交換すれば、直ちに地雷を掘り出して無害化処理を施すことができることとなる。掘り出しナイフ工具が第一腕要素４４の先端のハンド５０に取着されるときは、パンタグラフ型リンク構造体３０の拡縮動作を制御して当該掘り出しナイフ工具に掘削作用を遠隔的に付与するようにすれば良い。
以上の記載は、本発明に係る車載型又は走行型作業腕・ハンド装置を主として地雷探査と掘り出し作業とに適用する場合に関連させて記載したが、勿論、その他の作業用途、例えば、不発弾処理や、埋設された有害薬品物の掘り出し等危険を伴う用途に適用させることも可能であり、その場合にも、車両８を移動走行させて作業目的地に到達し、遠隔制御指令に従って所望の作業を遂行させ得ることは、当業者なら容易に理解できよう。
【００４１】
【発明の効果】
以上、本発明を好ましい実施の形態を例にして説明したが、本発明は、車両に搭載されて拡縮動作可能なパンタグラフ型リンク構造体に設けた第一、第二の腕要素の一方にハンドを介して作業具を保持可能とし、他方には、自重補償用のカウンター重りを保持させてパンタグラフ型リンク構造体を常に平衡状態に維持するようにしたことから、車両上に搭載したパンタグラフ型リンク構造体の拡縮駆動手段、旋回駆動手段、それら駆動手段に動力を供給する動力源のバッテリ等に係る負荷を充分に低減させることが可能となった。その結果、動力源の電気エネルギ等が入手困難な荒涼地域での作業においても、エネルギを節減しながら長時間に亘り作業を継続し得ると言う効果を得ることができる。
【００４２】
しかも車両の走行、パンタグラフ型リンク構造体の拡縮動作を介して遂行される第一腕要素やハンドの動作を遠隔制御指令によって車両外の領域から作業者が遠隔操縦させ得るように構成されているので、作業の安全性が確実に保証できると言う効果を得ることができ、故に、特に地雷原での地雷の探査作業や掘り出し作業における安全確保を図ることが可能となる。
また、車両自体が、遠隔操作で自律走行可能に構成され、その車両に搭載した作業腕・ハンド機構が自重補償機能を有していることから、荒廃した地域、不整地などにおける作業現場でも到達して所望の作業を遂行することができると言う効果をも奏するのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による車載型及び走行型作業腕・ハンド装置の構成を示す略示正面図。
【図２】同車載型及び走行型作業腕・ハンド装置のパンタグラフ型リンク構造体と腕要素とに設けられる自重補償機能を説明する機構図。
【図３】同じくパンタグラフ型リンク構造体と腕要素との別の形態における自重補償機能の達成要件を説明する機構図。
【図４】本発明の実施形態による車載型及び走行型作業腕・ハンド装置の作業状態を説明する全体構成図。
【図５】本発明におけるパンタグラフ型リンク構造体と腕要素との自重補償機能が動力源の所要エネルギ低減と省力化に寄与し得ることを実験的に説明するために用いた機構の略示図。
【図６】上記機構による実験の結果である動力低減効果を説明するグラフ図。
【図７】本発明の他の実施形態による車載型及び走行型作業腕・ハンド装置の構成を示す略示正面図。
【図８】同他の実施形態による車載型及び走行型作業腕・ハンド装置に設けられたハンドと作業具との取付構造と２自由度機構の例を取り出し図示した斜視図。
【符号の説明】
８：車両、
１０：車体、
１２車輪、
１４：ドライブ機構、
１６：舵装置、
１８：バッテリ、
２０：通信機器、
２１：通信機器、
２２：通信機器、
３０：パンタグラフ型リンク構造体、
３１、３２、３３、３４：枢着点、
３５、３８：駆動リンク、
３６、３７：リンク、
４０：ケース、
４４、４４ａ：第一の腕要素、
４５、４５ａ：第二の腕要素、
５０：ハンド、
５１：結合部、該結合部５１の下方に円筒状の収納ケース５３が設けられ、該５２：２自由度機構、内には、駆動手段を成す二つの直動型のアクチュエータ５３：収納ケース、
５４：直動型アクチュエータ装置、
５５：直動桿、
５６：ロッドエンド、
５７：駆動桿、
５８：作業具取付けプレート、
６０：作業具、
Ｍ１．Ｍ３：駆動モータ、
Ｐ：作業者、
Ｗ：カウンター重り。
【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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