(57)【要約】【課題】ロボット自体が独立して作業が可能な自律型筋肉ロボットを提供することを目的とする。【解決手段】胴体部に、アームと脚のいずれか一方または双方が連結され、アームや脚は供給された液圧により作動するアクチュエータにより任意位置に制御される自律型筋肉ロボットであって、胴体部に、アームや脚に液圧を供給するためのタンク、ポンプおよび複数の電磁弁を含む電磁弁ユニットで構成された液圧制御部と、電源及び電磁弁を制御するための制御信号を与える制御ユニットを備えていることを特徴とする自律型筋肉ロボットである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴体部に、アームと脚のいずれか一方または双方が連結され、アームや脚は供給された液圧により作動するアクチュエータにより任意位置に制御される自律型筋肉ロボットであって、
前記胴体部に、前記アームや脚に液圧を供給するためのタンク、ポンプおよび複数の電磁弁を含む電磁弁ユニットで構成された液圧制御部と、電源及び前記電磁弁を制御するための制御信号を与える制御ユニットを備えていることを特徴とする自律型筋肉ロボット。
【請求項２】
請求項１に記載の自律型筋肉ロボットであって、
前記制御ユニットは、無線通信ユニットまたは通信ケーブルにより、中央の監視制御装置と通信を行うことを特徴とする自律型筋肉ロボット。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の自律型筋肉ロボットであって、
前記電源は、前記ポンプ、前記複数の電磁弁を含む電磁弁ユニット、及び前記電磁弁を制御するための制御信号を与える制御ユニットに電力供給していることを特徴とする自律型筋肉ロボット。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の自律型筋肉ロボットであって、
前記胴体部に収納された機器は、単重系で構成されることを特徴とする自律型筋肉ロボット。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の自律型筋肉ロボットは、その作業現場環境内に複数台が配置されて、作業分担された作業を実行することを特徴とする自律型筋肉ロボット。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の自律型筋肉ロボットであって、
前記タンクは複数の小型タンクで構成され、前記胴体部の任意部位に設置されるとともに、複数の小型タンクの間が連絡管により接続されていることを特徴とする自律型筋肉ロボット。
【請求項７】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の自律型筋肉ロボットであって、
前記タンクは、変形可能な弾性の袋で作成されていることを特徴とする自律型筋肉ロボット。
【請求項８】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の自律型筋肉ロボットであって、
前記胴体部内に、胴体内部収納容器を配置して、該胴体内部収納容器内に、ポンプおよび複数の電磁弁を含む電磁弁ユニットで構成された液圧制御部と、電源及び前記電磁弁を制御するための制御信号を与える制御ユニットを備え、前記胴体部と前記胴体内部収納容器内の間に、前記アームや脚に液圧を供給するためのタンクを形成していることを特徴とする自律型筋肉ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液圧により駆動され、かつ自律的に稼働することができる自律型筋肉ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人間の立ち入りが困難な場所での各種作業を実行するためのロボットが種々開発されている。係るロボットについて、例えばアームの筋肉の動きを複数のシリンダ体で模擬し、供給する液圧により複数のシリンダ体を駆動して自由位置に制御する筋肉ロボットと称すべきものが開発、提案されている。
【０００３】
特許文献１は、筋肉ロボットの一例を示している。特許文献１には、「シリンダ室内に液媒体が充填される第１のシリンダ体と第２のシリンダ体と、液媒体が充填される中空部を備えたピストン体と、第１のシリンダ体とピストン体と第２のシリンダ体により形成される液媒体空間内に液圧を供給する液圧供給機構を備えた液圧駆動のアクチュエータであって、ピストン体は可撓性を有した曲がる素材でできており、アクチュエータ全体として曲がりながらシリンダ−ピストン駆動により伸縮することができる。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１０６５２９公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されたアクチュエータは、外部に設けられた液圧制御部によりピストン体を稼働させる構成のものであり、液圧供給機構を用いて、液圧制御部とピストンとを接続する必要がある。そのため、例えば狭隘部を通過する際には、この液圧供給機構の取り回しを考慮する必要がある。また、必要に応じで電力等を供給するケーブル等も必要となり、取り扱いの煩雑さが生じてしまう。
【０００６】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、ロボット自体が独立して作業が可能な自律型筋肉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】
【０００７】
以上のことから本発明においては、胴体部に、アームと脚のいずれか一方または双方が連結され、アームや脚は供給された液圧により作動するアクチュエータにより任意位置に制御される自律型筋肉ロボットであって、胴体部に、アームや脚に液圧を供給するためのタンク、ポンプおよび複数の電磁弁を含む電磁弁ユニットで構成された液圧制御部と、電源及び電磁弁を制御するための制御信号を与える制御ユニットを備えていることを特徴とする自律型筋肉ロボットである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ロボット自体が独立して作業が可能な自律型筋肉ロボットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の筋肉ロボットの実施例を示す図。
【図２】アームを備えたロボットの典型的な一例を示す図。
【図３】アームの代わりに脚を備えたロボットの典型的な一例を示す図。
【図４ａ】液圧駆動のアクチュエータ１００の一構成例を模式的に示す図。
【図４ｂ】液圧駆動のアクチュエータ１００の各構成要素を分解して示した図。
【図５ａ】図１の液圧駆動ロボットアーム１ａ、１ｂのＡ−Ａ断面を示す図。
【図５ｂ】図４ａのＣ−Ｃ断面を示す図。
【図６】図２の液圧制御部の構成例を示す図。
【図７】図１の通信機能を無線から有線に置き換えた筋肉ロボットの実施例を示す図。
【図８】図１、図６の自律型筋肉ロボットに、液圧駆動ロボット脚２１を設けた筋肉ロボットの実施例を示す図。
【図９】図８の脚２１付の自律型筋肉ロボットを正面から見た図。
【図１０】タンクを複数の小型タンクで構成した例を示す図。
【図１１】タンクを変形可能な弾性の袋で作成した事例を示す図。
【図１２】ロボットの作業環境に放射線環境を含む場合の対策を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下図面を用いて本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００１１】
本発明の説明に入る前に、本発明の自律型筋肉ロボットにおいて適用可能な、アクチュエータの構造及び機能、並びに従来におけるロボット構成の一例について説明する。
【００１２】
図２は、アームを備えたロボットの典型的な一例を示している。ロボットは、液圧駆動ロボットアーム部１ａ、１ｂ、ハンド部３１、さらには必要に応じて関節部４１を備えて構成され、これらの部分が作業現場環境２００内に置かれる。２は液圧制御部、８０は作業現場環境側の液圧駆動ロボットアーム部１ａ、１ｂに、駆動用の液圧を輸送するための液圧ケーブルである。液圧制御部２は、作業現場環境２００内に置かれてもよいが、多くの場合には保守管理の問題などの観点で、作業現場２００とは隔絶された場所におかれることが多い。
【００１３】
図３は、アーム１の代わりに脚２１を構成するロボットの一例を示している。アーム１が脚２１に置換されているのみである。
【００１４】
図４は、具体的なアクチュエータの構成例を示す図である。この図のアクチュエータが、図２の液圧駆動ロボットアーム部１ａ、１ｂの部分を構成し、あるいは図３の脚２１を構成する。図４ａは、液圧駆動のアクチュエータ１００の一構成例を模式的に示す図、図４ｂは、液圧駆動のアクチュエータ１００の各構成要素を分解して示した図である。
【００１５】
図４ａ及び図４ｂに示すように、液圧駆動のアクチュエータ１００は、第１のシリンダ体１０、第２のシリンダ体２０、ピストン体３０、液圧供給機構４０、間隔リミッタ機構５０、弾性体６０を備えた構成となっている。なお、弾性体６０は中央にある第１のシリンダ体１０や第２のシリンダ体２０やピストン体３０が分かりやすいように、左右に１つずつ弾性体６０ａ、弾性体６０ｂのみを示しているが、実際には横断面において中央のピストン体３０の周囲に等間隔にｎ本設けた構成となっている。
【００１６】
図５は、図１の液圧駆動ロボットアーム１ａ、１ｂのＡ−Ａ断面図を示している。図５ａに示す断面には、例えば４組の第１のシリンダ体１０が配置されている。図５ｂは、図５ａのＣ−Ｃ断面を示しており、複数のピストン体３０がそれぞれ異なる伸縮をすることで、一方端２１０を固定位置とする時、他方端２２０を上下方向に曲げることができ、自由位置を採用できることを示している。
【００１７】
図６は、図２の液圧制御部の構成例を示している。液圧制御部２は、タンク３、ポンプ４、電磁弁ユニット５、さらには制御盤６を含んで構成されている。なお電磁弁ユニット５は複数の電磁弁で構成され、図５ｂの動きを実現するために必要な複数の第１のシリンダ体１０の夫々に必要な液圧を、制御盤６からの制御信号により調整されて、液圧をアクチュエータに供給する。
【００１８】
以上、図２から図６を用いて説明した従来の筋肉ロボットは、現場のロボットが、遠隔位置に設けられた液圧制御部２により駆動されており、従って筋肉ロボットの可動範囲は限定されたものであった。
【００１９】
図１に示す本発明の筋肉ロボットは、従来の筋肉ロボットに比べて自由な移動が可能であり、自律性を高めたものになっている。図１の自律型筋肉ロボットは、例えば４組のアーム１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ）と、支持部７と、ロボット胴体部１６が一体に形成されている。なお特に必要がない限り、以降においてハンド部３１とアーム部１ａ、１ｂを含む構成全体を単にアームと称する。
【００２０】
４組のアーム１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ）の構成は、図２に例示されたものと同じであり、支持部７は、液圧ケーブル８０を収納するとともに、４組のアーム１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ）とロボット胴体部１６を連結、支持している。
【００２１】
ロボット胴体部１６内には、図１の液圧制御部２が保有する機能、機器を、制御盤６を除いてすべて含んで構成されている。つまりロボット胴体部１６は、タンク３、ポンプ４、電磁弁ユニット５を含んで構成されている。さらにロボット胴体部１６は、バッテリー１５、制御ユニット１４、通信モジュール１７を備え、バッテリー１５は制御ユニット１４、通信モジュール１７、ポンプ４、電磁弁ユニット５に必要な電力を供給する。このため、バッテリー１５は高出力のリチウムイオン電池などを用いるのがよい。また図１の自律型筋肉ロボットは、適宜の位置、例えば支持部７のアーム１先端が見える位置にカメラを備えて、適宜監視、制御に利用するのがよい。
【００２２】
制御ユニット１４は演算機能を備えており、予め内蔵されたプログラムの実行により所定の作業を実施すべく、図４に示す複数のアクチュエータに対して適切な液圧を供給すべく、ポンプを制御し、さらには電磁弁ユニット５内の複数の電磁弁の開閉、あるいは開度を制御する。また制御ユニット１４は、通信モジュール１７を介して図示せぬ中央側の監視制御装置との間の通信により、作業状態の監視結果を報告し、あるいは中央側の監視制御装置からの指示により作業を実行可能である。制御ユニット１４は、従来における制御盤６の機能を代替したものということができる。
【００２３】
図１に示すロボット胴体部１６内の機能、構成は、単重系とされるのが望ましい。当該筋肉型ロボットは、人間の立ち入りが困難な場所での各種作業を実行することが期待されており、その意味では故障に対する信頼度を挙げた構成である多重系とするのが望ましいが、一方において大型化、重量化することが避けられない。本発明の自律型筋肉ロボットは、作業現場環境２００内において多数台が投入され、作業分担により初期の作業を完遂するに適しており、１台が故障により停止したにしても作業から外すか、あるいは他の自律型筋肉ロボットを用いて作業現場環境２００から搬出修理することが可能である。その為に単重系であっても支障がない。むしろ、軽量化による負荷の軽減、強いてはバッテリー１５の使用時間を長くできることの方にメリットが大きい。
【００２４】
次に本発明に係る自律型筋肉ロボットの変形、代案事例について説明する。まず図７は、図１の通信機能を無線から有線に置き換えたものである。無線通信方式の図１のロボット胴体部１６内の通信モジュール１７の代わりに、通信ケーブル１９を配置して、図示せぬ中央側の監視制御装置との間の通信により、作業状態の監視結果を報告し、あるいは中央側の監視制御装置からの指示により作業を実行可能としたものである。
【００２５】
図８は、図１、図６の自律型筋肉ロボットに、液圧駆動ロボット脚２１を設けたものである。図の例では脚は４脚として、自立の安定性と、自由移動を可能としている。液圧駆動ロボット脚２１もアーム１と同様に、タンク３からポンプ４、電磁弁ユニット５を介して液圧が供給され、制御ユニット１４からの信号により内部アクチュエータが駆動されている。なお、ロボット胴体部１６に対して、アーム１、脚２１、支持部７をどのように形成するのが良いのかについて、作業現場環境、作業内容などに応じて、適宜最適な形態とすることが可能である。
【００２６】
図９は、図８の脚２１付の自律型筋肉ロボットを正面から見た図である。脚２１により任意位置に移動するとともに、当該場所でのアームによる作業を可能としている。
【００２７】
次に本発明の変形代案事例として、ロボット胴体部１６の小型化に向けた改良案を説明する。ロボット胴体部１６には、各種機能、各種形状の機器が多数搭載されている。このため機器間のスペースが多いほどロボット胴体部１６が大型化する。他方において、作業現場環境あるいは、作業現場環境に至るまでのルートに狭隘部を含む場合には、狭隘部で作業可能なように大きさをコンパクト化する必要がある。
【００２８】
図１０では、ロボット胴体部１６内の機器のうち、最も容量が大きく、かつ形状を変更しやすい機器として、アクチュエータに送る圧液を保管しているタンク（水槽）に着目した。図１の構成と比較して明らかなように、タンク３を３つの小型タンク３Ａ，３Ｂ，３Ｃに分割して連絡管１０１により相互接続している。この場合には、分割した小型タンクをロボット胴体部１６内任意のスペースに配置可能であり、小型化に貢献できる。
【００２９】
図１１もタンクに着目した事例である。タンク３を変形可能な弾性の袋で作成し、任意のスペースに配置可能な構造としている。この事例では、タンクの可撓性を利用することでロボット胴体部１６内の機器間スペースを埋めることが可能であり、小型化に貢献できる。
【００３０】
図１２は、ロボットの作業環境に放射線環境を含む場合の対策である。ロボット胴体部１６内の電子機器である制御ユニット１４、通信モジュール１７が放射線環境に置かれることによる放射線照射劣化を抑止する手法である。図１２の例では、タンク３をロボットの胴体１６外周部に配置し、かつ、制御ユニット１４、通信モジュール１７を胴体中央部に配置することで、周囲の放射線環境から、照射劣化によるロボットの破損を防止する。
【００３１】
図１２の例では、制御ユニット１４、通信モジュール１７などの電子機器を胴体内部収納容器２２内に収納する。そのうえで、胴体内部収納容器２２の外壁とロボット胴体部１６の外壁との間に圧液を収納するタンク部分を構成している。胴体内部収納容器２２に収納される機器は、図１、図７においてロボット胴体部１６内に収納されている機器が対象となる。胴体内部収納容器２２に収納される制御ユニット１４、通信モジュール１７などの電子機器は、タンク内の圧液を経由する形で、周囲の放射線環境から照射を受けるため、微弱な照射となり、照射劣化によるロボットの破損を防止することができる。
【００３２】
以上説明した本発明によれば、ロボット胴体部１６内に液圧制御部２及び、バッテリー１５、制御ユニット１４、通信機能を含むことにより、独立した処理機能の実行が可能であり、いわゆる自律型筋肉ロボットを実現している。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、人間の立ち入りが困難な場所での各種作業を実行するためのロボットとして好適であり、特に原子力発電所の廃炉作業現場などに使用するのがよい。
【符号の説明】
【００３４】
１：アーム
１ａ、１ｂ：液圧駆動ロボットアーム部
２：液圧制御部
３：タンク
４：ポンプ
５：電磁弁ユニット
６：制御盤
７：支持部
１４：制御ユニット
１５：バッテリー
１６：ロボット胴体部
１７：通信モジュール
１８：カメラ
１９：通信ケーブル
２１：脚
２２：胴体内部収納容器
１０：第１のシリンダ体
２０：第２のシリンダ体
３０：ピストン体
３１：ハンド部
４０：液圧供給機構
４１：関節部
５０：間隔リミッタ機構
６０：弾性体
８０：液圧ケーブル
１００：液圧駆動のアクチュエータ
１０１：連絡管
２００：作業現場環境
２１０：一方端
２２０：他方端
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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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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