(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の関節を備え、前記関節を中心として折り曲げ可能に構成されたアームと、
前記アームの一部を構成するハンド部は、互いに絶縁された第１、第２の電極を有し、前記第１、第２の電極に電圧を印加して搬送対象物を吸着し、前記アームを運動させて前記ハンド部を移動させ、前記搬送対象物を搬送する搬送ロボットであって、
前記ハンド部には、少なくとも一部が外方に膨出した弾性材で形成された膨出部分が設けられ、
前記第１、第２の電極は、前記弾性材の前記膨出部分上に配置され、
前記膨出部分を前記搬送対象物に押圧すると、前記膨出部分が前記搬送対象物の形状に応じて変形し、前記ハンド部と前記搬送対象物の接触面積を増大させる搬送ロボット。
【請求項２】
前記膨出部分は円筒状に形成され、
前記第１、第２の電極の少なくとも一部は、円筒の前記弾性材の側面上に配置されたことを特徴とする請求項１記載の搬送ロボット。
【請求項３】
前記膨出部分は球面状に形成され、
前記第１、第２の電極の少なくとも一部は、球状の前記弾性材の表面上に配置されたことを特徴とする請求項１記載の搬送ロボット。
【請求項４】
前記第１、第２の電極の間には、前記弾性材の一部が前記第１、第２の電極表面よりも高く突出した突部が配置された請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の搬送ロボット。
【請求項５】
前記第１、第２の電極表面を被覆するように配置された保護膜を有する請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の搬送ロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、搬送ロボットに関し、特に、真空中において作業をする際に、遠隔操作により搬送対象物を搬送する搬送ロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空中において、様々な物を搬送する際に、搬送ロボットが多用されている。
図７(ａ)の符号１０１に、従来の真空作業用の搬送ロボットの一例を示す。
この搬送ロボット１０１は、ハンド部１０２と、アーム部１０３と制御駆動部１０４とを有している。
【０００３】
アーム部１０３は、その末端が制御駆動部１０４に取り付けられており、アーム部１０３の先端にはハンド部１０２が取り付けられている。アーム部１０３は関節１８１、１８２を有しており、制御駆動部１０４を駆動すると、関節１８１、１８２を中心にして折り曲げ運動することにより、ハンド部１０２を三次元空間内で自由に運動させることができるように構成されている。
【０００４】
かかる構成の搬送ロボット１０１を用いて、月面上に載置された搬送対象物を所望の場所に移動させる場合には、図７(ａ)に示すように、まず制御駆動部１０４を駆動して月面上の搬送対象物１７０にハンド部１０２を接近させる。ハンド部１０２は、一対の先端部１１１、１１２を有しており、そのうち一方の先端部１１１を、図７(ｂ)に示すように月面と搬送対象物１７０との間に挿し入れる。
【０００５】
各先端部１１１、１１２はそれぞれ関節１９１、１９２を備え、制御駆動部１０４を駆動すると、関節１９１、１９２を中心にして各先端部１１１、１１２を折り曲げることができ、月面と搬送対象物１７０との間にハンド部１０２の一方の先端部１１１を挿し入れた状態で、各先端部１１１、１１２を折り曲げると、図８(ｃ)に示すように、搬送対象物１７０が各先端部１１１、１１２に挟まれてハンド部１０２に把持される。この状態で、図８(ｄ)に示すように、ハンド部１０２を上昇させて月面から浮かせ、所定の場所まで移動させることにより、搬送対象物１７０を搬送することができる。
【０００６】
このように、上記搬送ロボット１０１で月面上に載置された搬送対象物１７０を搬送するには、図７(ｂ)に示したように、月面と搬送対象物１７０との間にハンド部１０２の先端部１１１を挿し入れる必要があるが、この作業は困難な作業であって、先端部１１１を挿し入れようとする動作を再三繰り返さなければならないことが多く、搬送作業が煩雑になっていた。
【０００７】
さらに、ハンド部１０２で搬送対象物１７０を把持するには、ハンド部１０２の先端部１１１、１１２を折り曲げなければならないが、そのために比較的複雑な駆動機構を設ける必要があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の要求に応じるために創作されたものであり、その目的は、搬送作業を容易にし、かつ駆動機構が簡易な、大気中だけでなく真空中においても使用される搬送ロボットを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、複数の関節を備え、前記関節を中心として折り曲げ可能に構成されたアームと、前記アームの一部を構成するハンド部は、互いに絶縁された第１、第２の電極を有し、前記第１、第２の電極に電圧を印加して搬送対象物を吸着し、前記アームを運動させて前記ハンド部を移動させ、前記搬送対象物を搬送する搬送ロボットであって、前記ハンド部には、少なくとも一部が外方に膨出した弾性材で形成された膨出部分が設けられ、前記第１、第２の電極は、前記弾性材の前記膨出部分上に配置され、前記膨出部分を前記搬送対象物に押圧すると、前記膨出部分が前記搬送対象物の形状に応じて変形し、前記ハンド部と前記搬送対象物の接触面積を増大させる搬送ロボットである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の搬送ロボットであって、前記膨出部分は円筒状に形成され、前記第１、第２の電極の少なくとも一部は、円筒の前記弾性材の側面上に配置されたことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の搬送ロボットであって、前記膨出部分は球面状に形成され、前記第１、第２の電極の少なくとも一部は、球状の前記弾性材の表面上に配置されたことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の搬送ロボットであって、前記第１、第２の電極の間には、前記弾性材の一部が前記第１、第２の電極表面よりも高く突出した突部が配置されたことを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の搬送ロボットであって、前記第１、第２の電極表面を被覆するように配置された保護膜を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の搬送ロボットのハンド部は、互いに絶縁された第１、第２の電極を有しており、これら第１、第２の電極は、例えば外方に膨出した弾性材の、膨出した部分上に配置されている。
【００１１】
かかるハンド部を、平板状の搬送対象物に押しつけた状態を図３に示す。図３で符号２５は弾性材を示しており、７０は搬送対象物を示している。さらに符号２７1、２７2は第１、第２の電極をそれぞれ示している。このように、平板状の搬送対象物７０に弾性材２５を押し付けると、押し付けられた部分の弾性材２５もまた平板状に変形し、第１、第２の電極２７1、２７2の上端部が、搬送対象物７０に当接する。
【００１２】
この状態で、第１、第２の電極２７1、２７2間に直流電圧を印加すると、その間には、図３の符号Ｅに示した向きの電界が生じる。
一般に、不均一な電場Ｅ中に分極率αの誘電体を置いたとき、その誘電体には、単位面積当たり次式で表されるグラディエント力が作用する。
【００１３】
ｆ ＝ １／２・α・ｇｒａｄ(Ｅ2)
図３中で符号ｆは、グラディエント力の方向を示している。第１、第２の電極２７1、２７2は、上述したように互いに近接した状態で配置されており、その結果ｇｒａｄ(Ｅ2)が大きくなり、誘電体からなる搬送対象物７０が、弾性材２５の表面方向に受けるグラディエント力が大きくなる。図３の符号ｆに、グラディエント力の方向を示す。このようにグラディエント力ｆが大きくなると、搬送対象物７０が絶縁物であっても、ハンド部の表面に静電吸着される。
【００１４】
このように、本発明のハンド部は、絶縁性の搬送対象物を静電吸着して保持することができる。搬送対象物が静電吸着された状態でアームを運動させてハンド部を移動させることにより、搬送対象物を所定の場所に移動させることができる。
【００１５】
また、弾性材上に第１、第２の電極を形成するという簡単な機構で搬送対象物を静電吸着して搬送することができるので、従来必要であった、搬送対象物を把持させるための複雑な駆動機構が不要になる。
【００１６】
なお、本発明において、ハンド部が弾性材を有しており、弾性材を搬送対象物に押し付けると、搬送対象物の形状にあわせて弾性材が変形して、ハンド部と搬送対象物との接触面積が大きくなるので、ハンド部が変形しない場合に比して静電吸着力が増す。
【００１７】
さらに、本発明において、第１、第２の電極を被覆する保護膜を設けてもよい。このように構成すると、第１、第２の電極が搬送対象物と直接接触しないため、第１、第２の電極の磨耗を防止することができる。またこの場合には、導電性を有する物質をハンド部に当接させても、その導電性物質は第１、第２の電極とは直接接触しないので、第１、第２の電極間が短絡することはなく、グラディエント力が生じるので、搬送対象物が導電性物質であっても、これを静電吸着して搬送することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下で図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１の符号１に、本発明の一実施形態の搬送ロボットを示す。この搬送ロボット１は、制御駆動部４と、アーム３とを有している。
【００１９】
アーム３は、関節部８1、８2、８3と、取付部６とハンド部２とを有しており、その末端は制御駆動部４に取り付けられている。アーム部３は、その先端に取付部６を介してハンド部２が取り付けられ、関節部８1、８2、８3とを中心にして自由に折り曲げ運動や回転運動ができるように構成されており、その結果として、ハンド部２を三次元空間内で自由に移動させることができるように構成されている。
【００２０】
ハンド部２の構成を図２(ａ)に示す。ハンド部２は、弾性材２５と、第１、第２の電極２７1、２７2とを有している。
弾性材２５は、シリコーンゴム等が円筒状に形成されることで成る。この弾性材２５の湾曲した側面には、銅薄膜等の金属から成る第１、第２の電極２７1、２７2が形成されている。
【００２１】
第１、第２の電極２７1、２７2が、弾性材２５の側面に配置された状態を同図(ｂ)に示す。第１、第２の電極２７1、２７2は櫛状に成形されており、その歯の部分が互いに噛み合うように配置されている。ここでは第１、第２の電極２７1、２７2の幅は４ｍｍ、電極間の間隔は１ｍｍとしている。
【００２２】
第１、第２の電極２７1、２７2はそれぞれ制御駆動部４内に設けられた図示しない直流電源に接続されており、その直流電源を駆動すると、第１、第２の電極２７1、２７2の間に直流電圧を印加することができるように構成されている。
【００２３】
かかる搬送ロボット１を用いて、真空空間の水平面、例えば月面上に載置された搬送対象物７０を保持して所定の場所まで搬送するには、まず、図４(ａ)に示すように、アーム３を駆動して、載置された搬送対象物７０にハンド部２を押し付ける。弾性材２５は弾性材で構成されているので、押し付けられた弾性材２５は、搬送対象物７０の表面形状と同じ形状に変形する。ここでは搬送対象物７０が平板状に形成されているものとしており、押し付けられた部分の弾性材２５の表面は、搬送対象物７０と同じ平板状に変形する。
【００２４】
この状態で、第１、第２の電極２７1、２７2に直流電圧を印加する。すると、搬送対象物７０がハンド部２方向にグラディエント力を受け、搬送対象物７０がハンド部２に静電吸着されて保持される。
【００２５】
この状態でハンド部２を上昇させると図４(ｂ)に示すように、搬送対象物７０もハンド部２とともに上昇する。その後、ハンド部２を所定の場所に移動させることにより、搬送対象物７０を搬送することができる。
【００２６】
このように、本実施形態の搬送ロボット１では、ハンド部２に搬送対象物７０を静電吸着して保持することができるので、搬送対象物を把持するために、複雑な駆動機構を必要としていた従来に比して、ごく簡単な機構でハンド部２を構成することができる。
【００２７】
また、特に月面等の水平面上に載置された搬送対象物を搬送する際には、搬送対象物７０の上からハンド部を当接させ、ハンド部に搬送対象物を静電吸着して引き上げるという簡単な動作で、搬送対象物７０を搬送することができるので、搬送対象物を把持するまでに煩雑な作業を要していた従来に比して、作業効率が向上する。
【００２８】
なお、本実施形態のハンド部２は、図２(ａ)に示したように、円筒状の弾性材２５の側面に第１、第２の電極２７1、２７2が形成されたものとしているが、本発明のハンド部２の構成はこれに限られるものではない。
【００２９】
図５(ａ)〜(ｃ)の符号３２〜３４に、本発明の他の実施形態の第一例〜第三例のハンド部の表面部分の拡大断面図を示す。
第一例〜第三例のハンド部３２〜３４は、円筒状の弾性材２５の側面に、第１、第２の電極２７1、２７2の表面形状と同じパターンの凹部が形成されており、各弾性材２５の凹部には、それぞれ第１、第２の電極２７1、２７2が互いに絶縁した状態で配置されている。各第１、第２の電極２７1、２７2の下端部は、各凹部の底面上に配置されている。なお、図５(ａ)〜図５(ｃ)には、各弾性材２５の表面を部分的に拡大した結果、弾性材２５の表面がほぼ平坦であると近似されるごく一部分のみを示している。
【００３０】
同図(ａ)の第一例のハンド部３２では、第１、第２の電極２７1、２７2の上端部は弾性材２５表面から突き出されている。
第一例のハンド部３２では、搬送対象物にハンド部３２を当接させると、搬送対象物は第１、第２の電極２７1、２７2の上端部と接触すると共に、搬送対象物と弾性材２５の表面との間に隙間が形成される。
【００３１】
同図(ｂ)の第二例のハンド部３３では、第１、第２の電極２７1、２７2の上端部は、弾性材２５の表面と同じ高さに形成されており、弾性材２５の表面と第１、第２の電極２７1、２７2の上端部は面一に形成されている。このハンド部３３に搬送対象物を当接した場合、搬送対象物は、第１、第２の電極２７1、２７2の上端部と弾性材２５の表面との両方に接触する。
【００３２】
これら第一例、第二例のハンド部３２、３３では、上述したように、搬送対象物と第１、第２の電極２７1、２７2の上端部とが接触するように構成されているが、搬送対象物が絶縁性を有する場合には、搬送対象物を介して第１、第２の電極２７1、２７2間は短絡せず、それぞれの間に電界が発生するので、搬送対象物を静電吸着することができる。
【００３３】
同図(ｃ)の第三例のハンド部３４では、第１、第２の電極２７1、２７2の上端部は、弾性材２５の表面よりも低く形成されている。即ち、第１、第２の電極２７1、２７2の上端部は凹部２８内の奥まった部分に位置しており、第１、第２の電極２７1、２７2間には、弾性材２５の表面部分で構成された突部２９が形成されている。
【００３４】
このハンド部３４は、その表面に搬送対象物が当接すると搬送対象物は突部２９の上端部と接触するが、第１、第２の電極２７1、２７2とは接触しないようになっている。
【００３５】
従って、搬送対象物が導電性を有していた場合であっても、搬送対象物を介して第１、第２の電極２７1、２７2が短絡することがないので、搬送対象物を静電吸着することができる。更に、搬送対象物が比較的耐磨耗性の低い第１、第２の電極２７1、２７2と直接接触しないため、第一例、第二例のハンド部３２、３３に比して、第１、第２の電極２７1、２７2の寿命が長くなる。
【００３６】
さらに、本発明のハンド部は上述した構造に限られるものではなく、図６(ａ)に示すように、第１、第２の電極２７1、２７2と弾性材２５とを被覆するように、例えばシリコーンゴム、ポリイミド、フッ素化合物等からなる保護膜５０を形成してもよい。この場合には、第１、第２の電極２７1、２７2が搬送対象物と直接接触しないので、第１、第２の電極２７1、２７2の磨耗を防止することができ、第１、第２の電極２７1、２７2の寿命が長くなる。
【００３７】
また、第１、第２の電極２７1、２７2が搬送対象物を介して短絡することがないので、導電性の搬送対象物をも搬送することができる。
さらに、上述した実施形態では、弾性材２５が円筒状に形成され、その側面に第１、第２の電極２７1、２７2が形成されているものとしているが、本発明はこれに限られるものではなく、弾性材２５が搬送対象物と当接する面が、膨出していればよい。例えば弾性材が球面状に形成され、その表面に第１、第２の電極が形成される構成とされていてもよい。
また、弾性材２５の材料としてシリコーンゴムを用いたが、弾性材２５はこれに限られるものではなく、ハンド部を搬送対象物に押し付けたときに、搬送対象物の形状に合わせて変形する材料であればよく、例えば天然ゴムや、ポリ四フッ化エチル(商標名テフロン)等のフッ素化合物を用いてもよい。
【００３８】
さらに、保護膜としてシリコーンゴムを用いたが、本発明の保護膜はこれに限られるものではなく、例えば、天然ゴムや、ポリ四フッ化エチル(商標名テフロン)等のフッ素化合物を用いてもよい。他方、弾性材に限らず、アルミナ、ＡｌＮ、ＳｉＣ等のセラミックス材料であっても良い。この場合には、図６(ｂ)の符号３１に示すように、ハンド部の断面が長円形状になるように構成することが好ましい。
【００３９】
また、本実施形態では平板状の搬送対象物７０を搬送する場合について説明したが、本実施形態のハンド部２が静電吸着可能な搬送対象物７０の形状はこれに限られるものではなく、搬送対象物がいかなる形状であっても、静電吸着して保持し、搬送することは可能である。
【００４０】
【発明の効果】
搬送対象物の形状にあわせて弾性材が変形して、ハンド部と搬送対象物との接触面積が大きくなるので、ハンド部が変形しない場合に比して静電吸着力が増す。
宇宙空間等の真空中における搬送対象物を簡単な機構で容易に搬送することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の搬送ロボットの一例を説明する図
【図２】(ａ)：本発明の一実施形態のハンド部の一例を説明する断面図
(ｂ)：本発明の一実施形態のハンド部の一例を説明する側面図
【図３】本発明のハンド部が搬送対象物を静電吸着する原理を説明する図
【図４】(ａ)：本発明のハンド部が搬送対象物を保持する工程を説明する第１の図
(ｂ)：本発明のハンド部が搬送対象物を保持する工程を説明する第２の図
【図５】(ａ)：本発明の他の実施形態のハンド部の第一例の表面状態を説明する拡大断面図
(ｂ)：本発明の他の実施形態のハンド部の第二例の表面状態を説明する拡大断面図
(ｃ)：本発明の他の実施形態のハンド部の第三例の表面状態を説明する拡大断面図
【図６】(ａ)：保護膜を備えた本発明のハンド部を説明する断面図
(ｂ)：本発明の他の実施形態の保護膜を備えた本発明のハンド部を説明する断面図
【図７】(ａ)：従来の搬送ロボットが搬送対象物を保持する工程を説明する第１の図
(ｂ)：従来の搬送ロボットが搬送対象物を保持する工程を説明する第２の図
【図８】(ｃ)：従来の搬送ロボットが搬送対象物を保持する工程を説明する第３の図
(ｄ)：従来の搬送ロボットが搬送対象物を保持する工程を説明する第４の図
【符号の説明】
１……搬送ロボット    ２……ハンド部    ３……アーム    ２５……弾性材２７1……第１の電極    ２７2……第２の電極    ５０……保護膜    ７０……搬送対象物
【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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