JP4633036B2 - ロボットの制御方法、およびロボット - Google Patents

Description

本発明は、関節部にカバーを備えたロボットの制御方法、およびロボットに関する。

ロボット本体への汚れの付着や異物の侵入を防ぐための方法として、一般的に、ロボット本体をカバーで覆い、汚れや異物とロボット本体とを隔離する方法が考えられる。そこで従来より、ロボットの関節部等の可動部を蛇腹形状のカバーで覆う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

図８に、蛇腹形状のカバーを関節部に取り付けた従来のロボットを示す。図８に示すように、ロボット本体のリンク２とリンク３をつなぐ関節部を蛇腹形状のカバー１７で覆うことにより、関節部の曲げ伸ばしに対して蛇腹の伸縮で対応することが可能となり、関節部の動作に影響することなく関節部への汚れの付着や異物の進入を防ぐことができる。

また、蛇腹形状のカバーの代わりに、伸縮可能な弾性素材で構成された筒形状のカバーを用いる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。図９に、弾性素材で構成された筒形状のカバーを関節部に取り付けた従来のロボットを示す。図９に示すように、ロボット本体のリンク２とリンク３をつなぐ関節部を、弾性素材で構成された筒状のカバー１８で覆うことにより、関節部の曲げ伸ばしに対してカバー１８の形状変化で対応することが可能となり、関節部の動作に影響することなく関節部への汚れの付着や異物の進入を防ぐことができる。特に、カバー１８に予め凹部１９を形成することにより、カバー１８は関節部の曲げ時に、よりスムーズに形状変化できる。
特開２００３−１８４８５７号公報 ＷＯ２００２／０５８８９６号公報

しかしながら、蛇腹形状のカバーを用いた場合、蛇腹の折れ目に付着した汚れは容易に取り除けない。また、弾性素材で構成された筒形状のカバーを用いた場合であっても、カバー表面に凹部を設けた場合には、その凹部に付着した汚れは容易に取り除けない。また、いずれのカバーを用いた場合であっても、例えば、多指ハンド装置の各指機構の付け根の関節部をカバーで覆う場合など、隣り合うカバー間の隙間が小さい場合には、カバーに付着した汚れは容易に取り除けない。

本発明は、上記問題点に鑑み、汚れを容易に取り取り除くことができるロボットの制御方法、およびロボットを提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載のロボットの制御方法は、ロボットの関節部が停止している状態で前記関節部を覆うカバーを自ら膨張させ、前記カバーが膨張した状態で前記カバーの表面を自ら清掃することを特徴とする。

また、本発明の請求項２記載のロボットの制御方法は、請求項１記載のロボットの制御方法であって、前記ロボットの関節部を覆うカバーは第１カバーと、前記第１カバーの外側に設けた第２カバーとからなり、前記関節部は前記第１カバーと前記第２カバーとで２重に覆われており、前記関節部を覆うカバーを膨張させるに際し、前記第１カバーと前記第２カバーとの間に流体を流入することで前記第２カバーを膨張させることを特徴とする。

また、本発明の請求項３記載のロボットの制御方法は、請求項１記載のロボットの制御方法であって、前記ロボットの関節部を覆うカバーには形状記憶合金が線状に配設されており、前記関節部を覆うカバーを膨張させるに際し、前記形状記憶合金の温度を制御することで前記カバーを膨張させることを特徴とする。

また、本発明の請求項４記載のロボットの制御方法は、請求項１ないし３のいずれかに記載のロボットの制御方法であって、ロボットの存在位置を判別し、ロボットが所定の領域に存在すると判別した場合に前記関節部を覆うカバーを膨張させることを特徴とする。

また、本発明の請求項５記載のロボットは、ロボットの関節部を覆うカバーと、前記関節部の動作状態を判断して停止情報を生成する第１制御部と、前記停止情報に基づいて前記カバーを膨張させる膨張手段と、前記カバーの膨張状態を判断して膨張完了情報を生成する第２制御部と、前記膨張完了情報に基づいて前記カバー表面を清掃する清掃手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、汚れの付着や異物の進入を防ぐためにロボットの関節部を覆うカバーの表面に汚れが付着した場合であっても、その汚れを容易に取り取り除くことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明を行う。図１は、本発明の実施の形態におけるロボットの要部を示す概略図であり、カバーの清掃時を示している。また、図２にロボットの通常動作時の外観図を示す。図１に示すように、当該ロボットは、ロボット本体のリンク２とリンク３をつなぐ関節部（図示せず）を覆うカバー１と、カバー１を膨張収縮させる膨張収縮手段４と、カバー１の表面を清掃する清掃部５と、関節部の動作状態を判断して停止情報を生成する第１制御部６と、カバー１の膨張状態を判断して膨張完了情報を生成する第２制御部７と、清掃部５を移動させるための駆動部８と、清掃部５の各端部にそれぞれ接続された第１回転部９および第２回転部１０を具備する。カバー１は、ロボットの通常動作時には、図２に示すように蛇腹状に配置されている。一方、清掃時には、図１に示すようにロボット本体の外側方向へ膨張させられる。膨張収縮手段４は、第１制御部６により生成される停止情報に基づいてカバー１を膨張させる。また、駆動部８は、第２制御部７により生成される膨張完了情報を受けると、第１回転部９を回動させて、カバー１の表面において清掃部５を図１に示す矢印Ａの方向に移動させ、カバー１上を１回転させる。なお、無論、清掃部５の回転方向は矢印Ａの逆方向であってもよい。

このロボットを次のように制御する。まず、ロボット本体の通常使用時は、図２に示すようにカバー１が配置されている。一方、清掃時には、膨張収縮手段４により、図１に示すようにロボット本体の外側方向へカバー１を膨張させ、清掃部５により、膨張したカバー１の表面を清掃させる。ここで、清掃時とは、具体的には関節部が停止し、カバー１の膨張が完了しているときであり、当該ロボットは、関節部が停止している状態でカバー１を膨張させる。

本実施の形態では、第２制御部７により生成される膨張完了情報に基づいてカバー１の表面を清掃する清掃手段として清掃部５、駆動部８、第１回転部９、および第２回転部１０を設けた。ここで、清掃部５は、弾性体からなる本体部に毛先（ブラシ部）を取り付けた構成となっており、関節の動きやカバー１の膨張に追随して本体部が変形する。また本体部の各端部がそれぞれ第１回転部９および第２回転部１０に取付部材を介して接続されており、清掃部５は、第１回転部９の回転動作に応じてカバー１上を１回転する。また、清掃部５は、ロボットの通常動作時には、関節の動きに対して邪魔にならない場所、例えば図２に示すように関節の曲がる側とは反対側に待機させる。

また、駆動部８は、例えば図３に示すようにモータを含み、第１回転部９とリンク３との間に図示しないベアリングを介装させ、モータの回転軸に取り付けられた駆動側歯車を、円環状の第１回転部９の内周面に設けられた従動側歯車にかみ合わせて、第１回転部９を回転させる。

なお、膨張収縮手段４、第１制御部６、第２制御部７、駆動部８の取り付け位置は、ロボット本体の外部であっても内部であってもよいが、膨張収縮手段４、第１制御部６、第２制御部７、駆動部８が精密機器であることを考えると、ロボット本体の内部に取り付けることが好ましい。また、関節部を覆うカバー１の収縮時の形状は、図２に示すような蛇腹形状に限るものではなく、例えば筒形状などであってもよい。

ここで、カバーを膨張収縮させる方法の一例として、空圧や水圧もしくは油圧などの流体を用いる場合について、図４、５を用いて説明する。図４、５は、流体の圧力を用いてカバーを膨張収縮させるのに最適な構造の一例を示す図である。なお、図４、５には、清掃部５、第２制御部７、駆動部８等については図示していない。

図４に示すように、カバー１は、内側の第１カバー１ａと外側の第２カバー１ｂからなる密閉された２層構造となっており、関節部は第１カバー１ａと第２カバー１ｂとで２重に覆われている。このロボットは、カバー１を膨張させるに際し、第１カバー１ａと第２カバー１ｂとの間に流体を流入することで、外側の第２カバー１ｂを膨張させる。

ここで、外側の第２カバー１ｂはゴム状弾性を有する素材で構成するのが好適である。一方、内側の第１カバー１ａは、第２カバー１ｂに比べて弾性係数の大きい弾性素材で構成して、第２カバー１ｂの膨張時および収縮時に形状が変化しないようにするのが好適である。

なお、図４では、関節部を覆う第１カバー（内側層）１ａの形状は筒形状にしているが、蛇腹形状であってもよい。第１カバー１ａを筒形状に形成する場合には、第１カバー１ａの表面に凹部を設けて、関節部の動作に対応してカバーがよりスムーズに曲がるようにしてもよい。

膨張収縮手段４は、カバー１の内部（第１カバー１ａと第２カバー１ｂの間）に気体あるいは液体を流出入させ、気体あるいは液体によるカバー１への圧力を調節して、カバー（外側の第２カバー１ｂ）を膨張あるいは収縮させる。ここで、膨張収縮手段４は、カバーの内部への気体あるいは液体の流出入を制御可能なポンプで構成する。

このロボットによれば、気体や液体の量を減らすことで圧力を減少させた場合には２層が引っ付き、カバー１は、ほぼ内側の第１カバー１ａの形状となる。一方、気体や液体の量を増やして圧力を増加させた場合には、外側の第２カバー１ｂがロボット本体の外側に膨らむ。

したがって、関節部を覆う筒形状の第１カバー（内側層）１ａに凹部を設けた場合であっても、清掃時には、膨張収縮手段４により第２カバー（外側層）１ｂをロボット本体の外側方向へ膨張させることで第２カバー１ｂに凹部が無くなり、カバー（外側層）に付着した汚れや異物を容易に取り除くことができる。

続いて、ロボット本体へのカバーの取り付け構造について、図５を用いて説明する。図５に示すように、ロボット本体にへこみ（取付部１１）を設け、そこに第１カバー１ａ、チューブブロック１２、第２カバー１ｂの３層で構成されたカバー１の端部を、ボルト、ナットのような取付金具１３を用いて取り付けることで、取付部１１の凸凹を無くしてロボット本体の表面がフラットとなるようにする。このような構造とすることで、取付部１１の凹凸への汚れの付着を防ぐことができる。また、チューブブロック１２には、膨張収縮手段４から流出入する気体あるいは流体を通す穴が空いており、バルブ１４により膨張収縮手段４につながるチューブ１５と接続される。

なお、ここでは、カバーを２層構造にして、カバー内部に気体あるいは液体を流出入させる場合について説明したが、上記した外側層のみを用いた１層構造とし、ロボット本体内部を含めた密封構造として、その内部の圧力を制御してもよい。

続いて、カバーを膨張収縮させる他の方法として、カバー１の内部あるいは内側に形状記憶合金を線状に配設する場合について、図６、７を用いて説明する。なお、図６には、清掃部５、第２制御部７、駆動部８等については図示していない。また、膨張時のカバー１を実線で、収縮時のカバー１を破線でそれぞれ示している。このロボットは、カバー１を膨張させるに際し、形状記憶合金の温度を制御することでカバー１を膨張させる。但し、以下では、形状記憶合金をカバー内部に設ける場合について説明するが、カバーの内側に設ける場合も同様である。

図６に示すように、このロボットは、カバー１の内部に複数の形状記憶合金の細線１６を平行に埋設し、膨張収縮手段４が形状記憶合金の細線１６を通電加熱して、その細線１６の形状を制御し、カバー１を膨張あるいは収縮させる機構とする。ここでは、膨張収縮手段４は形状記憶合金への通電制御を行うものとする。

具体的には、図７に示すように、例えばカバー１の内部に、収縮時の形状を記憶させた形状記憶合金の細線１６ａと、膨張時の形状を記憶させた形状記憶合金の細線１６ｂを埋設し、ロボット本体の通常使用を行う前には、図７の上図に太線で表した細線１６ａを膨張収縮手段４により通電加熱することでカバー１を収縮状態とする。一方、清掃を行う前には、図７の下図に太線で表した細線１６ｂを膨張収縮手段４により通電加熱することでカバー１を膨張状態とする。

また、１方向性の形状記憶合金を２種類用いる場合に限らず、２方向性の形状記憶合金を１種類用いてもよい。この場合、形状記憶合金は温度によって膨張、収縮の２つの形状を記憶しており、その形状変化を生じる温度となるように通電制御を行う。また、この場合、ニクロム線のような通電により温度変化を生じるデバイスを設けて、そのデバイスへの通電制御を行うようにしてもよい。

なお、図６、７では、関節部を覆うカバー１の収縮時の形状は蛇腹形状にしているが、筒形状であってもよい。また、カバー１は、柔軟に曲がる素材でできた例えばフィルム状のシートを使用するのが好適である。

また、通電によるカバーの膨張収縮後は通電を停止し、関節の曲げ伸ばしに対する変形を行えるようにしておくのがよい。また、ここでは形状記憶合金の細線を用いたが、形状記憶合金の形状はこれに限らず自由に設定することができる。

また、このように形状記憶合金を用いる場合も、ロボット本体へのカバーの取り付けについては、図５で説明した構造と同様に、ロボット本体にへこみ（取付部）を設け、そこにカバーの端部を、ボルト、ナットのような取付金具を用いて取り付けることで、取付部の凸凹を無くしてロボット本体の表面がフラットとなるようにする。また、取付部には、カバーに設けられた形状記憶合金と膨張収縮手段につながる配線とを接続するための孔部を設けておく。

以上のようなロボットの制御方法によると、収縮時に蛇腹形状になるカバーで関節部等の可動部を覆った場合には、カバーを収縮させることで、可動部の動作に対して蛇腹の伸縮で対応することが可能となり、可動部の動作に影響することなく可動部への汚れの付着や異物の進入を防ぐことができる。

また、収縮時に筒形状になるカバーで関節部等の可動部を覆った場合でも、カバーを弾性素材で構成したり、カバーに設けた形状記憶合金の弾性を利用して可動部の動作に対してカバーの形状変化で対応したりすることが可能となり、可動部の動作に影響することなく関節部への汚れの付着や異物の進入を防ぐことができる。

さらに、カバー自体に汚れが付着した場合には、カバーをロボット本体外側に膨張させることで、汚れを落とし難くする原因となるカバー自身の凹部を無くすことができるため、容易に洗浄等により汚れを取り除くことができる。

また、例えば、多指ハンド装置の各指機構の付け根の関節部をカバーで覆う場合など、隣り合うカバー間の隙間が小さい場合であっても、清掃時にカバーを膨張させることで、カバーに付着した汚れや異物を容易に取り除くことができる。

なお、例えば、ロボットが所定の領域内へ移動すると関節部が停止するように制御されている場合には、第１制御部６は、ロボットの周囲を撮像して得られた情報や、ロボットの車輪のオドメトリ情報などに基づいてロボットの存在位置を判別し、ロボットが所定の領域に存在すると判別した場合にのみカバー１を膨張させてもよい。

本発明にかかるロボットの制御方法、およびロボットは、関節部を覆うカバーに汚れが付着した場合でも容易にそれを取り除くことができ、掃除や食器洗い作業などを行う家事支援ロボットや、工場内での各種生産支援作業を行うロボットなどに有用である。

本発明の実施の形態におけるロボットの要部を示す概略図 本発明の実施の形態におけるロボットの通常動作時の外観図 本発明の実施の形態におけるロボット本体への駆動部の取り付け構造の一例を示す図 本発明の実施の形態におけるロボットの構造の第１の例を示す図 本発明の実施の形態におけるロボット本体へのカバーの取り付け構造の一例を示す図 本発明の実施の形態におけるロボットの構造の第２の例を示す図 本発明の実施の形態におけるカバーを説明するための図 従来のロボットの第１の例を示す図 従来のロボットの第２の例を示す図

符号の説明

１、１７、１８ カバー
１ａ 第１カバー（内側層）
１ｂ 第２カバー（外側層）
２、３ リンク
４ 膨張収縮手段
５ 清掃部
６ 第１制御部
７ 第２制御部
８ 駆動部
９ 第１回転部
１０ 第２回転部
１１ 取付部
１２ チューブブロック
１３ 取付金具
１４ バルブ
１５ チューブ
１６ 形状記憶合金の細線
１６ａ カバーの収縮時の形状を記憶した形状記憶合金の細線
１６ｂ カバーの膨張時の形状を記憶した形状記憶合金の細線
１９ 凹部

Claims (5)

1. ロボットの関節部が停止している状態で前記関節部を覆うカバーを自ら膨張させ、前記カバーが膨張した状態で前記カバーの表面を自ら清掃することを特徴とするロボットの制御方法。
2. 請求項１記載のロボットの制御方法であって、前記ロボットの関節部を覆うカバーは第１カバーと、前記第１カバーの外側に設けた第２カバーとからなり、前記関節部は前記第１カバーと前記第２カバーとで２重に覆われており、前記関節部を覆うカバーを膨張させるに際し、前記第１カバーと前記第２カバーとの間に流体を流入することで前記第２カバーを膨張させることを特徴とするロボットの制御方法。
3. 請求項１記載のロボットの制御方法であって、前記ロボットの関節部を覆うカバーには形状記憶合金が線状に配設されており、前記関節部を覆うカバーを膨張させるに際し、前記形状記憶合金の温度を制御することで前記カバーを膨張させることを特徴とするロボットの制御方法。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のロボットの制御方法であって、ロボットの存在位置を判別し、ロボットが所定の領域に存在すると判別した場合に前記関節部を覆うカバーを膨張させることを特徴とするロボットの制御方法。
5. ロボットの関節部を覆うカバーと、
   前記関節部の動作状態を判断して停止情報を生成する第１制御部と、
   前記停止情報に基づいて前記カバーを膨張させる膨張手段と、
   前記カバーの膨張状態を判断して膨張完了情報を生成する第２制御部と、
   前記膨張完了情報に基づいて前記カバー表面を清掃する清掃手段と、
   を備えることを特徴とするロボット。

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