JP6402318B2 - 多関節ロボット - Google Patents
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Description
また、多関節ロボットは、その関節数が多くなるほど長大化し、作業内容にかかわらず消費電力が大きくなる等、エネルギー効率の面で改善の余地があった。
本発明の別の態様における多関節ロボットは、複数のアームユニットを連接して得られ、先端のアームユニットにユーティリティユニットが装着される。ユーティリティユニットは、カメラおよび照明装置を含む。相互接続されるアームユニットは、その接続部に設けられた回転軸を中心に相対的に回転自在とされる。一方のアームユニットが他方のアームユニットを回転駆動するための駆動機構を内蔵する。複数のアームユニットは、ユーティリティユニットが照射対象となる移動体をカメラで追尾しつつ光を照射するよう制御される。
本発明のさらに別の態様における多関節ロボットは、3つ以上のアームユニットを連接して得られる。いずれか複数のアームユニットは、接続先のアームユニットを駆動するための駆動機構と、その駆動機構に電力を供給するバッテリと、そのバッテリを充電するための給電回路とを内蔵する駆動アームユニットである。
ロボット1は、複数のアームユニット(以下、単に「ユニット」ともいう)を前後に連接して得られる多関節ロボットである。本実施形態では、基端側から先端側に向けて第1〜第8ユニット2a〜2h(これらを特に区別しない場合、「ユニット2」という)が接続されている。ロボット1は、後述する外部制御装置からの指令にしたがって前後のユニット2を相対変位させることにより、様々な姿勢を実現できる。
図2(a)〜(c)に示すように、ユニット2は、1/4円弧状のボディ10と、ボディ10の一端側に設けられた駆動機構12を備える。駆動機構12は、前方のユニット2に連結される作動部材14と、作動部材14を回転させるモータ16を含むアクチュエータである。
ロボット装置100は、ロボット1および外部制御装置101を含む。ロボット1および外部制御装置101の各構成要素は、CPU(Central Processing Unit)および各種コプロセッサなどの演算器、メモリやストレージといった記憶装置、それらを連結する有線または無線の通信線を含むハードウェアと、記憶装置に格納され、演算器に処理命令を供給するソフトウェアによって実現される。以下に説明する各ブロックは、ハードウェア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。
[アームユニット]
ロボット1のユニット2は、通信部110、データ処理部112、データ格納部114、検出部116、および無線給電部118(給電回路)を含む。通信部110は、外部制御装置101との通信処理を担当する。データ格納部114は、上述した記憶装置を含み、モータ16の回転角等のデータを逐次格納する。データ処理部112は、上述したプロセッサを含み、通信部110を介して受信した制御指令に基づいて駆動機構12を制御するなど、各種処理を実行する。
ユーティリティユニット4は、通信部130、データ処理部132、データ格納部134、検出部136、および無線給電部138を含む。ユーティリティユニット4は、また、LED等を駆動する駆動部144、および電源としてのバッテリ146を含む。通信部130は、外部制御装置101との通信処理を担当する。データ格納部134は、記憶装置を含み、後述するカメラの撮像データ等を一時的に格納する。データ処理部132は、プロセッサを含み、通信部130を介して受信した制御指令に基づいて駆動部144を制御するなど、各種処理を実行する。
外部制御装置101は、通信部150、ユーザインタフェース部(以下「ユーザI/F部」と表記する)152、データ処理部154およびデータ格納部156を含む。通信部150は、ロボット1との通信処理を担当する。ユーザI/F部152は、キーボードやタッチパネルを介してユーザの操作入力を受け付けるほか、画面表示など、ユーザインタフェースに関する処理を担当する。データ格納部156は、各種データを格納する。データ処理部154は、通信部150により取得されたデータおよびデータ格納部156に格納されているデータに基づいて各種処理を実行する。データ処理部154は、通信部150およびデータ格納部156のインタフェースとしても機能する。
図7は、ロボット1の制御方法を模式的に表す図である。図7(a)および(b)は、その制御過程を例示している。
制御演算部162は、上述のように制御量を演算する際、ロボット1が制御過程で障害物に干渉しないようにする。例えば図8に示すように、ロボット1の周囲に対象物Gのほか、障害物OB1〜OB3がある場合を想定する。同図は、図7(b)に示したように接続点P3が制御上の原点(0,0,0)となる場合を例示する。
図示の例では、ロボット1を机182の上に設置する電気スタンドとして機能させている。上述した制御を実行することにより、ロボット1は、本棚184等の障害物との干渉を回避した状態で、対象物である文書186を照らすことができる。ロボット1の基端部が机182の角に引っ掛かる形で支持され、安定した照明を実現している。
ロボット1を移動させる方法は種々考えられるが、本実施形態のように複数のユニット2により環状姿勢を構成できる場合、その環状姿勢を利用した転動制御により移動することができる。
上記実施形態では図12(d)に示すように、ユニット2を、円環状部材を4等分した構成(つまり1/4円弧状)とした例を示した。変形例においては、例えば図12(a)に示すように、四角環状部材を4等分した構成(ユニット201)としてもよい。あるいは、図12(b)に示すように、三角環状部材を3等分した構成(ユニット202)としてもよし、図12(c)に示すように、六角環状部材を6等分した構成(ユニット203)としてもよい。ただし、ユニットの接続部において互いに同軸かつ真円状の端面をそれぞれ有するものとする。このような構成としても、ロボットの環状姿勢を実現できる。あるいは、それ以外の構成を採用してもよい。
本変形例では、ロボット201が電気スタンドとして構成されている。この電気スタンドは、机で作業しているユーザの手元を常に照らし、ユーザの手が移動したとしても手元が暗くならないように照射位置を調整する。ロボット201は、机上に設置可能なベース210と、ベース210に固定されたロボット本体212を有する。ベース210は机と固定するための固定機構を備えてもよい。ロボット本体212は、上記実施形態のロボット1と同様の構成を有し、その基端の第1ユニット2aがベース210に固定されている。
Claims (7)
- 複数のアームユニットを連接して得られる多関節ロボットであって、
連接された複数のアームユニットの先端に、用途に応じたユーティリティユニットが着脱可能に構成され、
前記アームユニットとして、一端と他端との間に共通の曲形状の外形を有する複数の汎用ユニットを含み、
相互接続される汎用ユニットが、その接続部において互いに同軸かつ真円状の端面をそれぞれ有し、一方の汎用ユニットにおいて駆動機構を構成する回転軸が端面の中心から垂直に延出し、他方の汎用ユニットの端面に対して垂直に接続され、前記他方の汎用ユニットを前記回転軸を中心に回転駆動し、
前記複数の汎用ユニットの全部または一部について前記回転軸の回転角度を制御することで、相互接続される汎用ユニットの相対位置が調整されることにより、螺旋状の姿勢を実現可能に構成されていることを特徴とする多関節ロボット。 - 前記汎用ユニットは、所定の検出対象が近接または接触したことを検出するための検出部を有することを特徴とする請求項1に記載の多関節ロボット。
- 前記複数の汎用ユニットの全部または一部について、相互接続される汎用ユニットの相対位置が制御されることにより重心を変化させ、移動可能に構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の多関節ロボット。
- 前記一方の汎用ユニットは、前記他方の駆動機構に電力を供給するバッテリと、そのバッテリを充電するための給電回路と、をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の多関節ロボット。
- 前記複数の汎用ユニットの絶対位置および相対位置が制御されることにより、相互接続されるいずれかの汎用ユニットが重力による対向面の押圧力により互いを係止し、両者の接続部の軸線周りの回転モーメントを生じさせない特定の姿勢を実現可能であり、その特定の姿勢においてその両者の一方が含むバッテリからの電力供給をオフにすることで省電力が可能に構成されていることを特徴とする請求項4に記載の多関節ロボット。
- 前記ユーティリティユニットは、カメラおよび照明装置を含み、
前記複数の汎用ユニットは、待機モードにおいては螺旋状の縮小姿勢を保持し、照射モードにおいて伸長姿勢とされ、前記ユーティリティユニットが照射対象となる移動体を前記カメラで追尾しつつ光を照射するよう制御されることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の多関節ロボット。 - 前記カメラが撮像した画像に基づき、前記移動体の周囲にある影を認識する認識部と、
前記影の大きさが小さくなるように各汎用ユニットを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする請求項6に記載の多関節ロボット。
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