(57)【要約】【課題】簡略な構造で軽い優れたロボットアームを備える新たなロボットを提供する。【解決手段】ロボット本体と、前記ロボット本体に設けられ、前記ロボット本体に対して回転可能な第１肩関節と、前記第１肩関節にその一端側が設けられ、前記第１肩関節と共に前記ロボット本体に対して回転可能な支持部と、前記支持部の他端側に設けられ、前記支持部に対して回転可能な第２肩関節と、前記第２肩関節にその一端側が設けられ、前記第２肩関節と共に前記支持部に対して回転可能なアーム部と、を備えることを特徴とするロボット。【選択図】図１
2009050987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット本体と、
前記ロボット本体に設けられ、前記ロボット本体に対して回転可能な第１肩関節と、
前記第１肩関節にその一端側が設けられ、前記第１肩関節と共に前記ロボット本体に対して回転可能な支持部と、
前記支持部の他端側に設けられ、前記支持部に対して回転可能な第２肩関節と、
前記第２肩関節にその一端側が設けられ、前記第２肩関節と共に前記支持部に対して回転可能なアーム部と、
を備えることを特徴とするロボット。
【請求項２】
前記アーム部の他端側に設けられ、前記アーム部に対して回転可能な手首関節と、
前記手首関節に設けられ、前記手首関節と共に前記アーム部に対して回転可能なハンド部と、
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記アーム部が、
前記第２肩関節にその一端側が設けられた上腕部と、
前記上腕部の他端側に設けられ、前記上腕部に対して回転可能な肘関節と、
前記肘関節に設けられ、前記肘関節と共に前記上腕部に対して回転可能な前腕部と、
を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のロボット。
【請求項４】
前記第１肩関節が前記ロボット本体に対して回転する際、前記第１肩関節は所定の回転軸のまわりを回転し、
前記第２肩関節が前記支持部に対して回転する際、前記第２肩関節は所定の回転中心のまわりを回転し、
前記第１肩関節が前記回転軸のまわりを回転する際には、前記第１肩関節と共に前記支持部及び前記第２肩関節が前記回転軸のまわりを回転すると共に、前記第２肩関節の前記回転中心が、前記第１肩関節の前記回転軸上に中心を持つ円軌道上を回転することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項５】
前記第１肩関節は、前記第２肩関節が前記アーム部の他端側に位置するように回転可能であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の記載のロボット。
【請求項６】
前記ロボット本体の形状の少なくとも一部は、前記第２肩関節が前記ロボット本体に対して回転する際の前記第２肩関節の回転軌道に沿った形状となっていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項７】
前記上腕部の長さは、前記第１肩関節の前記回転軸と前記第２肩関節の前記回転中心との距離の２倍以上であることを特徴とする請求項３に記載のロボット。
【請求項８】
前記第１肩関節は、前記第２肩関節が前記アーム部の他端側と反対側に位置するように回転可能であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項９】
前記アーム部を作業に使用するときには、前記第２肩関節が作業対象の方向に位置するように前記第１肩関節を回転することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のロボットの制御方法。
【請求項１０】
前記アーム部を作業に使用しないとき、又は前記アーム部で物を持って物を運ぶときには、前記アーム部の他端側が前記ロボット本体に近付くように前記第１肩関節を回転することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか1項に記載のロボットの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アームロボットは主に、工場等での作業用に開発されてきた。このようなアームロボットは、限られた作業のみを行うことや、一定形状の作業対象のみを取り扱うことが多かった。一方、近年は、家庭や施設環境用のアームロボットの開発も進んでいる。このようなアームロボットは例えば、人間のそばで動き、ロボット本体に連結されたロボットアームにより、人間の作業を代行したり手伝ったりすることが想定されている。
【０００３】
家庭や施設環境用のアームロボットは例えば、床の物を拾う作業や、机の上の物を扱う作業を行うことになる。これらの場合には、床の物や机の上の物まで届くような広い可動範囲を持つアームが必要とされる。そのため、例えば特許文献１では、アームの根元又はアームの途中に直動関節を設けて、アームの可動範囲を広くするような構成が提案されている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１の構成では、直動関節を用いるため、ロボット全体が大きく重くなる。加えて、アームの途中に直動関節を設ける場合には、アーム自体が重くなる。更には、このような構成でロボットを構成すると、ロボットの見た目の違和感が大きくなるという問題もある。
【０００５】
一方、アームの可動範囲が広いと、アームと本体との干渉が生じる可能性がある。そのため、例えば特許文献２では、アームに自由度を追加して、アームと本体との干渉を避けるような構成が提案されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献２の構成では、自由度の追加による構成の複雑化や重量の増加が問題となる。
【０００７】
よって、家庭や施設環境用のアームロボットについては、構成の簡略化や重量の軽減を果たすと共に見た目の違和感を抑えるために、本体やアームの大きさはできるだけ小さくしつつも、アームの可動範囲はできるだけ広くすることが望まれる。更には、本体とアームとの干渉を避けることや、アームの自由度を増やさないことが望まれる。そして、これらの要件を満足することで、人間のそばで動くのに適したロボットを実現することが望まれる。
【特許文献１】特開平１１−１５６７６９号公報
【特許文献２】特開２００６−２９７５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、簡略な構造で軽い優れたロボットアームを備える新たなロボットを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態は例えば、ロボット本体と、前記ロボット本体に設けられ、前記ロボット本体に対して回転可能な第１肩関節と、前記第１肩関節にその一端側が設けられ、前記第１肩関節と共に前記ロボット本体に対して回転可能な支持部と、前記支持部の他端側に設けられ、前記支持部に対して回転可能な第２肩関節と、前記第２肩関節にその一端側が設けられ、前記第２肩関節と共に前記支持部に対して回転可能なアーム部と、を備えることを特徴とするロボットである。
【００１０】
本発明の実施形態は例えば、前記アーム部を作業に使用するときには、前記第２肩関節が作業対象の方向に位置するように前記第１肩関節を回転することを特徴とする前記ロボットの制御方法である。
【００１１】
本発明の実施形態は例えば、前記アーム部を作業に使用しないとき、又は前記アーム部で物を持って物を運ぶときには、前記アーム部の他端側が前記ロボット本体に近付くように前記第１肩関節を回転することを特徴とする前記ロボットの制御方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、簡略な構造で軽い優れたロボットアームを備える新たなロボットを提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明のアームロボットの実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。但し、本発明は、本実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
図１及び図２はそれぞれ、本実施形態のアームロボット１０１の構成を表す斜視部及び正面図である。アームロボット１０１は、ロボット本体１１１と、２本のロボットアーム１１２と、２本のロボットハンド１１３とを備える。アームロボット１０１は、ここでは２組のロボットアーム１１２及びロボットハンド１１３を備えているが、１組のロボットアーム１１２及びロボットハンド１１３のみを備えていても、３組以上のロボットアーム１１２及びロボットハンド１１３を備えていてもよい。
【００１５】
図１及び図２では、右腕及び右手に相当するロボットアーム１１２及びロボットハンド１１３が１１２Ｒ及び１１３Ｒで示されており、左腕及び左手に相当するロボットアーム１１２及びロボットハンド１１３が１１２Ｌ及び１１３Ｌで示されている。これらのロボットアーム１１２の一方が、第１のロボットアームの例であり、これらのロボットアーム１１２の他方が、第２のロボットアームの例である。第１のロボットアーム用のロボットハンド１１３については適宜、第１のロボットハンドと呼び、第２のロボットアーム用のロボットハンド１１３については適宜、第２のロボットハンドと呼ぶ。これらのロボットアーム１１２及びロボットハンド１１３は、胴体に相当するロボット本体１１１と共に、アームロボット１０１を構成している。以下、ロボットアーム１１２及びロボットハンド１１３について、図１及び図２に基づいて詳細に説明するが、当該説明は、右腕及び右手にも左腕及び左手にも当てはまる。
【００１６】
ロボットアーム１１２は、ロボット本体１１１に連結されており、第１肩関節１２１、支持部１２２、第２肩関節１２３、及びアーム部１２４を具備している。
【００１７】
第１肩関節１２１は、ロボット本体１１１に連結されており、ロボット本体１１１に対して回転可能である。第１肩関節１２１は、所定の回転軸のまわりを回転自在なよう、ロボット本体１１１に連結されている。図１及び図２には、このような回転軸Ｌが示されている。第１肩関節１２１がロボット本体１１１に対して回転する際、第１肩関節１２１は当該回転軸Ｌのまわりを回転する。第１肩関節１２１の自由度はここでは、１である。
【００１８】
支持部１２２は、第１肩関節１２１に固定されており、第１肩関節１２１と共にロボット本体１１１に対して回転可能である。第１肩関節１２１が回転軸Ｌのまわりを回転する際には、第１肩関節１２１と共に支持部１２２も当該回転軸Ｌのまわりを回転する。支持部１２２は一定の長さを有しており、支持部１２２の一端は第１肩関節１２１に、支持部１２２の他端は第２肩関節１２３に取り付けられている。
【００１９】
第２肩関節１２３は、支持部１２２により支持されており、第１肩関節１２１と共にロボット本体１１１に対して回転可能である。第１肩関節１２１が回転軸Ｌのまわりを回転する際には、第１肩関節１２１と共に第２肩関節１２３も当該回転軸Ｌのまわりを回転する。第２肩関節１２３は更に、支持部１２２に対して回転可能である。第２肩関節１２３は、所定の回転中心のまわりを回転可能なよう、支持部１２２により支持されている。図１及び図２には、このような回転中心Ｐが示されている。第２肩関節１２３が支持部１２２に対して回転する際、第２肩関節１２３は当該回転中心Ｐのまわりを回転する。第２肩関節１２３の自由度はここでは、２である。
【００２０】
本実施形態では、第１肩関節１２１が回転軸Ｌのまわりを回転する際には、第１肩関節１２１と共に支持部１２２及び第２肩関節１２３が回転軸Ｌのまわりを回転する。本実施形態では更に、支持部１２２は一定の長さを有しており、第２肩関節１２３の回転中心Ｐは第１肩関節１２１の回転軸Ｌから離れた所に位置している。よって、第１肩関節１２１が回転軸Ｌのまわりを回転する際、第２肩関節１２３の回転中心Ｐは、第１肩関節１２１の回転軸Ｌ上に中心を持つ円軌道上を回転することになる。このような円軌道Ｃが、後述の図４に示されている。
【００２１】
アーム部１２４は、第２肩関節１２３に連結されている。アーム部１２４はここでは、上腕部１３１、肘関節１３２、及び前腕部１３３を具備している。上腕部１３１は、第２肩関節１２３に連結されている。上腕部１３１は、支持部１２２の反対側で第２肩関節１２３と連結されている。肘関節１３２は、上腕部１３１に連結されており、上腕部１３１に対して回転可能である。肘関節１３２は、第２肩関節１２３の反対側で上腕部１３１と連結されている。肘関節１３２の自由度はここでは、１である。前腕部１３３は、肘関節１３２に連結されている。前腕部１３３は、上腕部１３１の反対側で肘関節１３２と連結されている。
【００２２】
ロボットハンド１１３は、ロボットアーム１１２に連結されており、手首関節１４１、及びハンド部１４２を具備している。
【００２３】
手首関節１４１は、アーム部１２４に連結されており、アーム部１２４に対して回転可能である。手首関節１４１はここでは、前腕部１３３に連結されており、前腕部１３３に対して回転可能である。手首関節１４１は、肘関節１３２の反対側で前腕部１３３と連結されている。手首関節１４１の自由度はここでは、３である。
【００２４】
ハンド部１４２は、手首関節１４１に連結されている。ハンド部１４２は、前腕部１３３の反対側で手首関節１４１と連結されている。ハンド部１４２はここでは、作業対象を把持する等、作業対象に対して物理的作用を及ぼすことが可能な構成となっている。このような構成の例としては、複数の指を有するハンド部１４２が挙げられる。
【００２５】
以上のように、第１肩関節１２１は、ロボット本体１１１に設けられており、ロボット本体１１１に対して回転可能となっている。支持部１２２は、第１肩関節１２１にその一端側が設けられており、第１肩関節１２１と共にロボット本体１１１に対して回転可能となっている。第２肩関節１２３は、支持部１２２の他端側に設けられており、支持部１２２に対して回転可能となっている。アーム部１２４は、第２肩関節１２３にその一端側が設けられており、第２肩関節１２３と共に支持部１２２に対して回転可能となっている。
【００２６】
また、上腕部１３１は、第２肩関節１２３にその一端側が設けられている。肘関節１３２は、上腕部１３１の他端側に設けられており、上腕部１３１に対して回転可能となっている。前腕部１３３は、肘関節１３２にその一端側が設けられており、肘関節１３２と共に上腕部１３１に対して回転可能となっている。
【００２７】
また、手首関節１４１は、アーム部１２４の他端側（前腕部１３３の他端側）に設けられており、アーム部１２４（前腕部１３３）に対して回転可能となっている。ハンド部１４２は、手首関節１４１に設けられており、手首関節１４１と共にアーム部１２４（前腕部１３３）に対して回転可能となっている。
【００２８】
以上のように、本実施形態では、ロボットアーム１１２に、第１肩関節１２１と第２肩関節１２３という２つの肩関節が設けられており、第１肩関節１２１と第２肩関節１２３との間に、支持部１２２が設けられている。これにより、本実施形態では、広い可動範囲を持つロボットアーム１１２が実現可能になっている。本実施形態では例えば、後述するように、アームを伸ばしたり縮めたりできるロボットを実現する事が可能であり、これにより、広い可動範囲を持つアームを実現する事ができる。
【００２９】
本実施形態では、第１肩関節１２１の自由度は１、第２肩関節１２３の自由度は２、肘関節１３２の自由度は１、手首関節１４１の自由度は３である。よって、アームロボット１０１のアームの自由度（肩から手首までの自由度）は、７である。これは、人間の腕の自由度と同じ自由度である。
【００３０】
ロボットハンドは一般に、ロボットアームの自由度が６であれば、任意の位置及び姿勢をとる事ができる。しかし、特異点の回避や障害物の回避のためには、アームの自由度を冗長自由度にする、即ち、アームの自由度を６より大きくする事が望ましい。そのため、自由度が７のアームが多く開発されており、更には、アームと本体との干渉を避けるために、自由度が７より大きいアームも開発されている。しかし、アームの自由度を増やす事には、アームサイズの大型化、アーム重量の増大、及びアーム機構の複雑化を招くという問題がある。
【００３１】
本実施形態では、第１肩関節１２１、支持部１２２、及び第２肩関節１２３という構成により広いアーム可動範囲を実現できるため、比較的少ないアーム自由度で、広いアーム可動範囲を実現する事、アームと本体の干渉を回避する事が可能である。よって、本実施形態では、アーム自由度の増加を避ける事ができ、これにより、アームサイズの大型化、アーム重量の増大、及びアーム機構の複雑化を抑える事ができる。
【００３２】
本実施形態では、アームに直動関節を設ける必要性はない。従って、本実施形態では、アームの軽量化を実現すること、ロボットの見た目の違和感を抑えることが可能である。
【００３３】
本実施形態のアームの自由度は、７以外でも構わない。例えば、ロボットアーム１１２に肘関節１３２を設けないことで、アームの自由度を６にしてもよい。例えば、ロボットアーム１１２にロボットハンド１１３を取り付けないことで、アームの自由度を４にしてもよい。例えば、第２肩関節１２３の自由度を３に変えることで、アームの自由度を８にしてもよい。更に、これらのケースを組み合わせてもよい。
【００３４】
図３は、ロボットアーム１１２の可動範囲について説明するための上面図である。
【００３５】
本実施形態では、第１肩関節１２１を回転軸Ｌのまわりに回転させることにより、第２肩関節１２３の位置を変化させることができる。図３Ａには、第２肩関節１２３が前方に位置するように第１肩関節１２１を回転した様子が示されている。これにより、図３Ａでは、第２肩関節１２３が、アーム部１２４の他端側に位置している。図３Ａには更に、第１肩関節１２１の回転軸Ｌと、第２肩関節１２３の回転中心Ｐとが示されている。
【００３６】
図３Ａには、平面Ｓが示されている。平面Ｓは、ロボット本体１１１の正面の接平面に相当する。本実施形態では、支持部１２２の長さ、即ち、回転軸Ｌと回転中心Ｐとの距離が、回転軸Ｌと平面Ｓとの距離よりも長くなっている。よって、本実施形態では、第２肩関節１２３が前方に位置するように第１肩関節１２１を回転した場合、回転中心Ｐの位置が平面Ｓよりも前方になる。これにより、図３Ａに示すように、第２肩関節１２３の水平面内の最大可動角度が１８０度よりも大きくなり、ロボットアーム１１２をロボット本体１１１の正面に持ってくることが可能になる。これにより、ロボットアーム１１２による作業をロボット本体１１１の正面で行う事が容易になる。図３Ａには、角度θ及び領域Ｒが示されている。角度θは、第２肩関節１２３の水平面内の最大可動角度を表す。領域Ｒは、第２肩関節１２３の回転によるロボットアーム１１２の最大可動範囲を表す。
【００３７】
このように、本実施形態では、支持部１２２の長さは、第２肩関節１２３の回転中心Ｐを平面Ｓよりも前方に持ってくることが可能な長さとなっている。これにより、図３Ａに示すように、アームと本体との干渉が少なくなり、アームの可動範囲が広くなる。これにより例えば、２本のアームの共同可動範囲が広くなり、２個のハンドで協調作業を行う事のできる範囲が広くなる。
【００３８】
一方、ロボットアームの肩関節が１つの肩関節のみからなる場合、アームの可動範囲は図３Ｂのようになる。図３Ｂには、角度θ’及び領域Ｒ’が示されている。角度θ’は、当該肩関節の水平面内の最大可動角度を表す。領域Ｒ’は、当該肩関節の回転によるロボットアームの最大可能範囲を表す。この場合、２本のアームの共同可動範囲は狭く、２個のハンドで協調作業を行う事のできる範囲は狭い。
【００３９】
図４は、ロボット本体１１１の形状について説明するための側面図である。
【００４０】
第１肩関節１２１が回転軸Ｌのまわりを回転する際には、第１肩関節１２１と共に支持部１２２及び第２肩関節１２３が回転軸Ｌのまわりを回転する。このようにして、第２肩関節１２３は、ロボット本体１１１に対して回転することができる。この際、第２肩関節１２３の回転軌道は、図４の軌道Ｃのようになる。軌道Ｃは、回転軸Ｌ上に中心を有する円軌道である。第１肩関節１２１が回転軸Ｌのまわりを回転する際、第２肩関節１２３の回転中心Ｐは軌道Ｃ上を回転する。
【００４１】
ロボット本体１１１とロボットアーム１１２との干渉を回避するためには、軌道Ｃは、ロボット本体１１１よりもできるだけ外側にある方が望ましい。そのため、ロボット本体１１１は、できるだけ小さい方が望ましい。しかし、ロボット本体１１１には一般にコントローラやバッテリといった様々な部品が搭載されており、ロボット本体１１１の小型化には限界がある。よって、本実施形態では、ロボット本体１１１のサイズを、必要な部品を搭載可能なサイズとしつつも、ロボット本体１１１の軌道Ｃ付近での形状を、軌道Ｃに収まる形状とする事が望まれる。
【００４２】
よって、本実施形態では、ロボット本体１１１の少なくとも一部の形状は、軌道Ｃにほぼ沿った形状とすることが好ましい。この様子は、図４において輪郭Ｄとして示されている。輪郭Ｄは、ロボット本体１１１の軌道Ｃ付近での形状を表す。輪郭Ｄは、軌道Ｃの内側に沿った形状となっている。このように、本実施形態では、ロボット本体１１１の形状の少なくとも一部が、軌道Ｃに沿った形状となっている。これにより、ロボット本体１１１とロボットアーム１１２との干渉を回避しつつ、ロボット本体１１１のサイズを確保することができる。
【００４３】
本実施形態では、ロボット本体１１１の軌道Ｃ付近での形状が、軌道Ｃに沿った形状となっている。ロボット本体１１１の形状を軌道Ｃに沿った形状とする領域は、できるだけ広くする事が望ましい。
【００４４】
図５は、ロボットアーム１１２の形状について説明するための上面図である。
【００４５】
図５Ａは、第２肩関節１２３が前方に位置するように第１肩関節１２１を回転した様子を示している。このように、本実施形態においては、第２肩関節１２３が前方に位置するように第１肩関節１２１を回転することで、ロボットアーム１１２を長くすることが可能である。
【００４６】
図５Ａには、ロボット本体１１１から離れた位置にある遠方領域Ｒ１と、ロボット本体１１１に近い位置にある近傍領域Ｒ２とが示されている。図５Ａの状態のロボットアーム１１２は、遠方領域Ｒ１に位置する作業対象を扱うのには適している。アームが遠くまで届くからである。しかしながら、図５Ａの状態のロボットアーム１１２は、近傍領域Ｒ２に位置する作業対象を扱うのには適していない。アームが長すぎて作業を行いにくいからである。加えて、必要以上にアームが長く展開されていると、アームからロボット本体１１１に作用する慣性力が大きくなる。そこで、本実施形態では、近傍領域Ｒ２に位置する作業対象を扱う際には、ロボットアーム１１２を図５Ａの状態から図５Ｄの状態に変化させる。図５Ｄには、第２肩関節１２３が後方に位置するように第１肩関節１２１を回転した様子が示されている。これにより、図５Ｄでは、第２肩関節１２３が、アーム部１２４の他端側と反対側に位置している。
【００４７】
以下、ロボットアーム１１２を図５Ａの状態から図５Ｄの状態に変化させるプロセスの一例を説明する。先ず、図５Ａのθ１のように、第１肩関節１２１を回転軸Ｌのまわりに回転させる。これにより、図５Ｂのように、第２肩関節１２３が後方に置かれた状態で、ロボットアーム１１２がロボット本体１１１の背面に置かれる。次に、図５Ｂのθ２のように、第２肩関節１２３を回転中心Ｐのまわりに回転させる。これにより、図５Ｃのように、第２肩関節１２３が後方に置かれた状態で、ロボットアーム１１２がロボット本体１１１の側面に置かれる。次に、図５Ｃのθ３のように、第２肩関節１２３を回転中心Ｐのまわりに回転させる。これにより、図５Ｄのように、第２肩関節１２３が後方に置かれた状態で、ロボットハンド１１３がロボット本体１１１の正面に置かれる。
【００４８】
以下、図５Ａと図５Ｄとを比較する。図５Ａでは、第２肩関節１２３が前方に位置しており、ロボットハンド１１３もまたロボット本体１１１の正面に位置している。このように、本実施形態では、第２肩関節１２３が前方に位置するように第１肩関節１２１を回転することで、ロボットハンド１１３をロボット本体１１１の遠くに配置することが可能である。一方、図５Ｄでは、第２肩関節１２３が後方に位置しているが、ロボットハンド１１３はロボット本体１１１の正面に位置している。このように、本実施形態では、第２肩関節１２３が後方に位置するように第１肩関節１２１を回転することで、ロボットハンド１１３をロボット本体１１１の近くに配置することが可能である。図５Ｄの状態のロボットアーム１１２は、近傍領域Ｒ２にある作業対象を扱うのに適している。
【００４９】
図５Ｄにおいては、ロボット本体１１１と前腕部１３３との干渉が回避される事が望まれる。そのため、上腕部１３１の長さは、支持部１２２の長さの２倍以上である事が望ましい。これは即ち、第２肩関節１２３の回転中心Ｐと肘関節１３２の回転軸との距離が、第１肩関節１２１の回転軸Ｌと第２肩関節１２３の回転中心Ｐとの距離の２倍以上である事に相当する。これにより、図５Ｄにおいて、肘関節１３２の回転軸を平面Ｓよりも前方に持ってくる事が可能になり、前腕部１３３をロボット本体１１１の正面に持ってくる事が可能になる。
【００５０】
図６は、ロボットアーム１１２の展開状態について説明するための側面図である。
【００５１】
図６Ａは、ロボット１０１と作業対象２０１との位置関係を示している。図６Ａでは、ロボット１０１の前方に作業対象２０１が位置している。図６Ａでは、第２肩関節１２３や肘関節１３２を駆動しても、ロボットアーム１１２は作業対象２０１に届かない。
【００５２】
本実施形態では、第１肩関節１２１を回転させることにより、第２肩関節１２３の位置を変化させることができる。図６Ａでは、ロボット１０１の前方に作業対象２０１が位置しているにも拘らず、第２肩関節１２３は上方に位置している。このような場合、本実施形態では、第２肩関節１２３が前方に位置するように第１肩関節１２１を回転する。これにより、ロボットアーム１１２を作業対象２０１に近付ける事ができる。本実施形態では更に、ロボットアーム１１２が作業対象２０１に近付くように第２肩関節１２３や肘関節１３２を駆動する。これにより、図６Ｂに示すように、ロボットアーム１１２が作業対象２０１に届く事になる。
【００５３】
本実施形態では、ロボットアーム１１２（アーム部１２４）を作業に使用するときには、以上のようにしてロボットアーム１１２を駆動することができる。即ち、第２肩関節１２３が作業対象２０１の方向に位置するように第１肩関節１２１を回転することができる。これにより、ロボットアーム１１２の長さ（肩から手首までの長さ）を作業対象２０１の方向に伸ばすことができる。これにより、ロボット１０１の遠方にある作業対象２０１を扱う事が可能になる。
【００５４】
このように、本実施形態では、作業対象２０１の位置に応じて第２肩関節１２３の位置を変化させることができる。これにより、様々なアーム到達距離を実現することが可能になっている。
【００５５】
図７は、ロボットアーム１１２の通常状態について説明するための側面図である。
【００５６】
図７Ａは、通常状態のロボットアーム１１２を示している。本実施形態では、ロボットアーム１１２（アーム部１２４）を作業に使用しないときには、ロボットアーム１１２を図７Ａのような通常状態にする。即ち、アーム部１２４の他端側がロボット本体１１１に近付くように第１肩関節１２３を回転する。ここでは特に、第２肩関節１２３が上方又は下方に位置するように第１肩関節１２１を回転すると共に、上腕部１３１が下方を向くように第２肩関節１２３を回転している。これにより、図７Ａに示すように、ロボットアーム１１２をロボット本体１１１に引き寄せる事ができる。なお、前腕部１３３は、真下を向いていてもよいし、図７Ａのように斜下を向いていてもよい。前腕部１３３の向きは、肘関節１３２の回転により制御することができる。
【００５７】
上述のように、必要以上にアームが長く展開されていると、アームからロボット本体１１１に作用する慣性力が大きくなる。そのため、本実施形態では、ロボットアーム１１２を作業に使用しないときには、ロボットアーム１１２をロボット本体１１１に引き寄せておく。これにより、ロボット１０１の安定性を高めることができる。
【００５８】
図７Ｂ及び図７Ｃはそれぞれ、展開状態のロボットアーム１１２を示している。図７Ｂのロボット１０１は、机の上の物（例えば食物）を扱う作業を行っている。図７Ｂでは、第２肩関節１２３が当該食物の方向に位置するよう第１肩関節１２１が回転されており、ロボットアーム１１２が当該食物の方向を向いている。図７Ｃのロボット１０１は、床の物（例えばゴミ）を拾う作業を行っている。図７Ｃでは、第２肩関節１２３が当該ゴミの方向に位置するよう第１肩関節１２１が回転されており、ロボットアーム１１２が当該ゴミの方向を向いている。
【００５９】
以上のように、本実施形態では、ロボットアーム１１２を使用するときには、ロボットアーム１１２を展開状態にする事が可能であり、ロボットアーム１１２を使用しないときには、ロボットアーム１１２を通常状態にする事が可能である。これにより、本実施形態では、広い可動範囲の実現と安定性の向上とを両立する事ができる。例えば、本実施形態では、小さなロボット１０１に、広い可動範囲を持つロボットアーム１１２を持たせる事が可能である。例えば、本実施形態では、広い可動範囲を持つロボットアーム１１２を、短いロボットアーム１１２によって実現する事が可能である。
【００６０】
図８は、アームロボット１０１の構成について説明するための斜視図である。
【００６１】
図８のように、アームロボット１０１は更に、障害物検出部３０１と、作業対象検出部３０２と、マイク部３０３と、スピーカ部３０４と、移動部３０５とを具備する。障害物検出部３０１は、ロボット１０１の周囲にある障害物を検出する構成要素である。障害物検出部３０１は例えば、超音波センサや赤外線センサにより構成される。作業対象検出部３０２は、作業対象２０１の位置や姿勢を検出する構成要素である。作業対象検出部３０２は例えば、カメラや赤外線距離センサにより構成される。マイク部３０３は、音声入力用の構成要素である。マイク部３０３は例えば、人からの指示を聞いて作業を行ったり、異常音を検知して非常停止を行ったりするのに使用される。スピーカ部３０４は、音声出力用の構成要素である。スピーカ部３０４は例えば、作業状態を人に知らせたり、周囲の人に動作を知らせて安全性を確保するのに使用される。移動部３０５は、ロボット１０１を移動させるための構成要素である。移動部３０５は、ロボットアーム１１２の到達距離を移動により長くする事ができる。また、アームロボット１０１の内部には、ロボットアーム１１２、ロボットハンド１１３、障害物検出部３０１、作業対象検出部３０２、マイク部３０３、スピーカ部３０４、移動部３０５等を制御する制御部（図示せず）が設けられている。
【００６２】
図９は、ロボットアーム１１２の折り畳み状態について説明するための側面図である。
【００６３】
図９Ａは、ロボット１０１がロボットアーム１１２で物（作業対象）４０１を持とうとしている様子を示している。図９Ａでは、物４０１がロボット１０１の遠方にあるため、ロボットアーム１１２が展開状態になっている。
【００６４】
ここで、ロボット１０１が、ロボットアーム１１２で物４０１を持って物４０１を運ぶ場合を想定する。この場合、ロボットアーム１１２が展開状態のままでロボット１０１が物４０１を運ぶと、アームからロボット本体１１１に作用する慣性力が大きくなる。
【００６５】
そのため、本実施形態では、ロボットアーム１１２で物４０１を持って物４０１を運ぶときには、図９Ｂのように、ロボットアーム１１２を折り畳み状態にする。即ち、アーム部１２４の他端側がロボット本体１１１に近付くように第１肩関節１２３を回転する。ここでは特に、第２肩関節１２３が上方又は下方に位置するように第１肩関節１２１を回転すると共に、上腕部１３１が下方を向くように第２肩関節１２３を回転している。これは、ロボットアーム１１２の通常状態と同様である。前腕部１３３は、図９Ｂのように真横を向いていてもよいし、斜上を向いていてもよいし、斜下を向いていてもよい。
【００６６】
本実施形態では、ロボットアーム１１２を折り畳み状態にすることで、ロボットアーム１１２の通常状態と同様に、アーム到達距離を短くすることができる。これにより、ロボット１０１の安定性を高めることができる。本実施形態では更に、ロボットアーム１１２を折り畳み状態にすることで、物４０１に加わる慣性モーメントを減らすことができる。ロボット１０１と物４０１とが互いに近付くことで、ロボット１０１の中心軸と物４０１の中心軸との距離が短くなるからである。これにより、ロボット１０１が物４０１を運ぶ際、物４０１に作用する慣性力が抑制され、物４０１を安定して運ぶ事が可能になる。これは特に、物４０１が液体等の場合に効果的である。
【００６７】
図１０は、アームロボット１０１の双腕作業について説明するための上面図である。
【００６８】
図１０では、右腕及び右手に相当するロボットアーム１１２及びロボットハンド１１３が１１２Ｒ及び１１３Ｒで示されており、左腕及び左手に相当するロボットアーム１１２及びロボットハンド１１３が１１２Ｌ及び１１３Ｌで示されている。
【００６９】
本実施形態において、ロボットアーム１１２Ｒの第１肩関節１２１とロボットアーム１１２Ｌの第１肩関節１２１は、別々に回転可能なように構成されている。このような構成は例えば、前者の第１肩関節１２１の駆動モータと後者の第１肩関節１２１の駆動モータを、別々の駆動モータとすることで実現可能である。これにより、本実施形態では、様々な双腕作業が実施可能になっている。
【００７０】
図１０は、作業対象（フライパン）２０１を扱うロボット１０１を示している。図１０のロボット１０１は、左手でフライパン２０１を持ちながら、右手でフライパン２０１に食材を入れている。
【００７１】
このような作業を行う際、ロボット１０１は、ロボットアーム１１２Ｒの第２肩関節１２３が相対的に前方に位置するようにロボットアーム１１２Ｒの第１肩関節１２１を回転すると共に、ロボットアーム１１２Ｌの第２肩関節１２３が相対的に後方に位置するようにロボットアーム１１２Ｌの第１肩関節１２１を回転する。これにより、ロボット１０１は、ロボットアーム１１２Ｒを相対的に長くすると共に、ロボットアーム１１２Ｌを相対的に短くすることができる。これにより、ロボット１０１は、図１０のような作業がやりやすい状態になる。
【００７２】
以上のように、本実施形態では、一方のロボットアーム１１２を相対的に長くすると共に、他方のロボットアーム１１２を相対的に短くすることが可能である。これにより、本実施形態では例えば、一方のロボットアーム１１２で作業対象２０１を固定しつつ、他方のロボットアーム１１２で作業対象２０１に対する作業を行なうことが可能になる。
【００７３】
一方、図３Ａのような場合、ロボット１０１は、ロボットアーム１１２Ｒの第２肩関節１２３が相対的に上方に位置するようにロボットアーム１１２Ｌの第１肩関節１２１を回転すると共に、ロボットアーム１１２Ｌの第２肩関節１２３が相対的に下方に位置するようにロボットアーム１１２Ｌの第１肩関節１２１を回転してもよい。これにより、図３Ａのように、ロボットアーム１１２Ｒとロボットアーム１１２Ｌとをロボット本体１１１の前方で上下に交差させることが可能となる。
【００７４】
本実施形態において、ロボットアーム１１２Ｒの第１肩関節１２１とロボットアーム１１２Ｌの第１肩関節１２１は、連動して回転するように構成されていてもよい。このような構成は例えば、前者の第１肩関節１２１の駆動モータと後者の第１肩関節１２１の駆動モータを、同一の駆動モータとすることで実現可能である。このような構成は、図１０のような構成に比べて、双腕作業のバリエーションが制限される。しかしながら、このような構成は一般に、図１０のような構成に比べて、簡単な構成で実現可能である。よって、ロボットアーム１１２Ｒの第１肩関節１２１とロボットアーム１１２Ｌの第１肩関節１２１とを別々に駆動する必要がない場合には一般に、このような構成を採用することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本実施形態のアームロボットの構成を表す斜視部である。
【図２】本実施形態のアームロボットの構成を表す正面図である。
【図３】ロボットアームの可動範囲について説明するための上面図である。
【図４】ロボット本体の形状について説明するための側面図である。
【図５】ロボットアームの形状について説明するための上面図である。
【図６】ロボットアームの展開状態について説明するための側面図である。
【図７】ロボットアームの通常状態について説明するための側面図である。
【図８】アームロボットの構成について説明するための斜視図である。
【図９】ロボットアームの折り畳み状態について説明するための側面図である。
【図１０】アームロボットの双腕作業について説明するための上面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０１  アームロボット
１１１  ロボット本体
１１２  ロボットアーム
１１３  ロボットハンド
１２１  第１肩関節
１２２  支持部
１２３  第２肩関節
１２４  アーム部
１３１  上腕部
１３２  肘関節
１３３  前腕部
１４１  手首関節
１４２  ハンド部
２０１  作業対象
３０１  障害物検出部
３０２  作業対象検出部
３０３  マイク部
３０４  スピーカ部
３０５  移動部
４０１  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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【図９】
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【図１０】
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