JPH05154778A - マニピュレ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】単体中にメカニズム部分と制御部分とを一体に
備え、複数で連結されてそれぞれが独立に作動し、信頼
性の高いマニピュレ−タを提供することにある。 【構成】ＤＣサ−ボモ−タ１３と、このＤＣサ−ボモ−
タ１３により駆動される可動機構部１４と、この可動機
構部１４に設けられた少なくとも２つのコネクタ部２
２、２３と、ＤＣサ−ボモ−タ１３を制御するとともに
コネクタ部２２、２３を介して外部との間で情報の送受
信を行う分散型コントロ−ラ２８とを一体に具備し、コ
ネクタ部２２、２３を介して複数個を連結し得るととも
にコネクタ部２２、２３を介し全体と通信を行うことが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、ロボットや各
種の移動機械（コンストラクション・ロボト等）に用い
られるマニピュレ−タに関する。

【０００２】

【従来の技術】図９に一般的な産業用のロボット１が示
されている。このロボット１は、本体であるメカニズム
部分２と、このメカニズム部分２、５を制御するコント
ロ−ラ３とにより構成されている。そして、メカニズム
部分２においてはベ−ス部分４から先の部分、即ち第２
のメカニズム部分エンドエフェクタ５が必要に応じ複数
種の中から選択されて、ベ−ス部分４に取付けられる。
上記ロボット１はコンポア−ム（商品名）と呼ばれるも
のであり、用途に合せて第２のメカニズム部分５を交換
され、自由度、動作範囲などを変化させる。

【０００３】また、上述のように第２のメカニズム部分
５の交換に伴って一部の形態を変化させるロボット１は
多いが、例えば全体の形態を自由に変化させて種々のマ
ニピュレ−タを構成し得るものは少ない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
にメカニズム部分２、５をジュ−ル化して組合せること
のできるタイプのロボット１においては、配線の引回し
は、コントロ−ラ３まで引回す必要があるため、組合せ
方によって引回しパタ−ンが変わるため個々に対処する
必要があり、結果として、他の可動部分（例えば、第２
のメカニズム部分５の配線は第１のメカニズム部分２を
介するか、空中を引回すかしかない。）を通したり、無
駄に外に余裕を持たせて引回す以外に方法はない。

【０００５】無理に可動部内を通すことは、配線を傷め
て断線する可能性を生じさせる。それはロボット１の信
頼性を低下させることになる。また、配線の引回しは以
上のように難しい作業になるため、使用現場において簡
単に組立てて可動するというわけにはいかず、工場等で
専門技術者が組立てなければならない。

【０００６】すなわち、モジュ−ル化されていて、組合
せて変えられるといっても、それは発注段階の話であっ
て、製品として納入されたものを使用環境の変化に合せ
て改造したり、故障した（モジュ−ル）部分をそっくり
交換するだけで修理できるということにならない。

【０００７】本発明の目的は、単体中にメカニズム部分
と制御部分とを一体に備えることで、複数個が互いに連
結するときに必要なコネクタ部分の規格を統一化し、そ
のことで配線引回し方を簡単化し、結果的に信頼性を向
上させ、また、構造変化を現場においても行えるように
し、形態変化性の高さによる装置としての利用寿命の延
長や、修理性の向上などの機能を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために本発明は、アクチュエ−タと、このアクチ
ュエ−タにより駆動される可動機構部と、この可動機構
部に設けられた少なくとも２つのコネクタ部と、アクチ
ュエ−タを制御するとともにコネクタ部を介して外部と
の間で情報の送受信を行うコントロ−ラとを一体に具備
し、コネクタ部を介して複数個の連結が可能であるとと
もにコネクタ部を介し全体の通信を行い得るモジュ−ル
を構成単位とする。

【０００９】また、アクチュエ−タの動きの種類（並
進、回転やストロ−クの違い等）、コントロ−ラの種類
（ＤＣモ−タコントロ−ル用、センサ入力用等）の組合
せにより、各種のバリエ−ションを持った単位（モジュ
−ル）を構成することができ、それらをコネクタ部を介
して連結することができるマニピュレ−タにある。

【００１０】そして、本発明は、構成単位間の連結方法
を電気的にも機械構造的にも統一（規格化）することが
できる。また、その連結方法はコネクタの接続と少しの
機械的締結のみであり、非常に簡単化され、特殊な機能
を要す必要がなくなる。よって、配線の引回し性が向上
し、信頼性を向上できる。また、形態変化による機能の
追加や変更、修理を現場において簡便に行うことを可能
にすることで、装置寿命の向上や修理性（メンテナンス
性）の向上を達成することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図８に基づ
いて説明する。

【００１２】図１〜図８は本発明の一実施例を示すもの
であり、平面上を稼働するマニピュレ−タである。図１
中の符号１１…はマニピュレ−タとしてのア−ムモジュ
−ルを概略的に示している。各ア−ムモジュ−ル１１は
それぞれ同一な構造を有しており、複数に順次連結され
ると一つの構造体１２を構成することができる。

【００１３】各ア−ムモジュ−ル１１はアクチュエ−タ
としてＤＣサ−ボモ−タ（以下、モ−タと称する）１３
を備えており、このモ−タ１３の駆動力を利用して可動
機構部１４を平面内で回転運動させる。そして、各ア−
ムモジュ−ル１１はそれぞれが一自由度を持っており、
構造体１２の平面内での自由度はア−ムモジュ−ル１１
…の数に対応している。

【００１４】構造体１２の連結方向一端部に位置するア
−ムモジュ−ル１１ａはベ−スモジュ−ル１５に連結さ
れており、他端部に位置するア−ムモジュ−ル１１ｂに
はハンドモジュ−ル１６が連結される。そして、構造体
１２はベ−スモジュ−ル１５に対して変位し、ハンドモ
ジュ−ル１６を平面内の所定位置へ案内する。

【００１５】各ア−ムモジュ−ル１１…に対して電力供
給が行われている。この例では電力は、順次連結された
各ア−ムモジュ−ル１１…に２２、２３のコネクタを介
してシリアル（直列）形式で伝達される。ア−ムモジュ
−ル１１のより詳細な構造が図２〜図８に示されてい
る。

【００１６】図２に示すようにア−ムモジュ−ル１１
は、可動機構部１４と、この可動機構部１４に垂設され
たモ−タ１３とを有している。可動機構部１４は、板状
の可動体１７を有しており、この可動体１７を関節部１
４ａに連結している。そして、可動体１７はモ−タ１３
の回転力を受け、モ−タ１３の回転軸心を中心として平
面内で回動変位する。ここで、モ−タ１３の両側に可動
体を配置し、両方の可動体を例えば開閉するように変位
させることも可能である。

【００１７】さらに、モ−タ１３と可動体１７との間に
は、図５に示すように減速機１８が介在している。ま
た、可動機構部１４内には負作動ブレ−キ１９が設けら
れており、この負作動ブレ−キ１９はモ−タ１３の回転
軸２０に作用し、可動体１７の変位を停止させる。

【００１８】また、可動機構部１４にはリミットセンサ
２１が設けられている。このリミットセンサ２１は可動
体１７の変位量を検知する。そして、リミットセンサ２
１の出力を基にして可動体１７の変位が規制される。そ
して、リミットセンサ２１は、可動機構部１４の下面側
に配置されている。

【００１９】さらに、可動機構部１４の両端部には、雄
側のコネクタ部２２と雌側のコネクタ部２３とが設けら
れている。各コネクタ部２２、２３は、電気系統の連結
手段２４、２５と、機構連結用の連結手段２６、２７と
をそれぞれ備えている。そして、電気系統通の連結手段
２４、２５としてピン状のおす端子とこの端子の差込み
が可能なめす端子との組合わせが採用されている。ま
た、機構連結用の連結手段２６、２７としておねじとめ
ねじとの組合せが採用されている。

【００２０】また、可動機構部１４には分散型コントロ
−ラ（以下、コントロ−ラと称する）２８が搭載されて
いる。このコントロ−ラ２８は可動機構部１４に組付け
られており、可動体１７に載置されている。そして、コ
ントロ−ラ２８は、雌側のコネクタ部２３の近傍に位置
するとともに、雄側のコネクタ部２２との間に前記モ−
タ１３を介在させている。そして、コントロ−ラ２８
は、リミットセンサ２１の出力を受けるとともに、モ−
タ１３や負作動ブレ−キ１９を制御する。

【００２１】また、コントロ−ラ２８は、他のア−ムモ
ジュ−ル１１のコントロ−ラ２８との間で情報を送受信
する。そして、コントロ−ラ２８は、コネクタ部２２、
２３の通信用の連結手段を介して通信を行い、他のコン
トロ−ラ２８へ制御用デ−タを送るとともに、他のコン
トロ−ラ２８からの制御用デ−タを受ける。また、電力
の供給を受ける。

【００２２】可動機構部１４上において配線２９…、３
０…が引回されている。配線２９…、３０…はモ−タ１
３、リミットセンサ２１、および、コネクタ部２２、２
３のそれぞれから導出されており、コントロ−ラ２８に
接続されている。そして、配線２８…、２９…は締め具
３１…によって束ねられている。

【００２３】コントロ−ラ２８と雌側のコネクタ２３と
を結ぶ配線２９…は、コントロ−ラ２８とコネクタ２３
との距離に応じてその長さを設定され、可動体１７の下
面側から上面側へ導かれている。

【００２４】また、コントロ−ラ２８と雄側のコネクタ
部２３およびリミットセンサ２１とを結ぶ配線３０…
は、関節部１４ａおよびモ−タ１３を跨ぐよう配設され
てコントロ−ラ２８に達している。さらに、この配線３
０…は、リミットセンサ２１が配設された側（可動機構
部１４の下面側）に対して逆な上面側に配設されてい
る。つぎに、上述のア−ムモジュ−ル１１の作用を説明
する。

【００２５】一般にマニピュレ−タは複数の自由度を持
っている。例えば三次元空間上の任意の点へ所定の物を
移動させるには３つの独立した自由度が必要であり、特
定の点において姿勢を任意に定めるためには別に独立し
た自由度が必要である。自由度のタイプには大きく分け
て回転、並進の二通りがあり、これらの組合わせ方も多
い。そして、マニピュレ−タを設計する場合には、実現
したい動きに合せて最適な自由度構成が考えられる。し
かし、マニピュレ−タの製作が一旦完了したのちに可動
範囲を拡げることは困難である。

【００２６】そこで、自由度構成の基本となる動きのパ
タ−ンをモジュ−ル化し単独で動作する単位としてまと
めることが考えられる。そして、各マニピュレ−タがメ
カニズム的にもソフトウエア的にも追加可能（または接
続可能）な機能を互いに持ち、単位毎に必要な機能が組
合せられれば、任意の自由度構成を持つマニピュレ−タ
がその場で実現される。そして、このような特徴及び機
能を実現するためには以下のような要素が必要であると
考えられる。 １．最低でも１つの動き（自由度）を実現するためのア
クチュエ−タが搭載されていること。

【００２７】２．アクチュエ−タを制御するためのセン
サ群が搭載されており、エネルギの供給から、センサ群
の出力を信号処理して制御用の情報としてコントロ−ラ
へ供与するまでの作業を各モジュ−ル内で独立に実行で
きること。又は、コントロ−ラが、センサ群の出力を信
号処理して制御用の情報としてコントロ−ラへ供与する
センサＩ／Ｆ（インタフェ−ス）を持っていること。 ３．上述のアクチュエ−タやセンサをコントロ−ルする
コントロ−ラがモジュ−ル内に存在すること。このコン
トロ−ラが以下のような機能を持っていること。 イ．前記「１」に示されたアクチュエ−タをドライブす
る。 ロ．前記［２」に示されたセンサからの情報を基に制御
信号を作出せるアルゴリズムを持っている。

【００２８】ハ．他のコントロ−ラと通信し情報を交換
することができる。また、それ自身も他のコントロ−ラ
同志の通信を経由させることができる。全体を管理する
ソフトウエアが、各コントロ−ラの結合状態を意識せず
にアプリケ−ションプログラムが書かれるよう働き、通
信の経由が行われる。 ニ．前記「ハ」の機能の実現のために、少なくとも二つ
の通信用ポ−トが備えられている。 ホ．ソウトウエア上において、互いに接続されるコント
ロ−ラの数を変化させることができる。 ４．各モジュ−ル間に共通なコネクタ部分が備えられ、
互いに機構的に且つ電気的には通信線、エネルギ線が接
続されること。

【００２９】図１〜図８に示されたア−ムモジュ−ル１
１…においては、分散型コントロ−ラ１３が一台のア−
ムモジュ−ル１１毎に一つ設けられている。さらに、コ
ントロ−ラ１３は可動機構部１４上に搭載されており、
同じく可動機構部１４に搭載されたモ−タ１３（アクチ
ュエ−タ）やリミットセンサ２１（センサ群）の近傍に
位置している。そして、配線２９…、３０…の長さが必
要最低限に設定され、センサ信号が配線２９…、３０…
から発せられるノイズに対して保護される。さらに、配
線２９…、３０…が可動機構部１４の関節部１４ａを経
由することなく配設されており、関節部１４ａにおける
断線の発生が防止されている。

【００３０】また、配線２９…、３０…が可動機構部１
４上の小さな範囲にまとめられており、各ア−ムモジュ
−ル１１毎に環境が統一されている。そして、ア−ムモ
ジュ−ル１１の形態はトランジスタ等により構成された
回路をハイブリットＩＣ化した形態と同等であると考え
られる。また、配線２９…、３０…が小さな範囲に集中
しているので、配線の作業性がよく、工数が少なく、ミ
スも生じにくい。

【００３１】また、モジュ−ル間配線の総本数が少なく
なり、信頼性が向上する。そして、配線２９…、３０…
の引回しを容易に行うことができ、メカニズム設計の負
担が軽減されている。さらに、コントロ−ラ２８間を管
理するソウトウエアが、互いに接続されるコントロ−ラ
の数を変化させ得ることを保証する。

【００３２】また、各ア−ムモジュ−ル１１…において
コネクタ部２２、２３が標準として用いられており、こ
れらコネクタ部２２、２３を介して各ア−ムモジュ−ル
１１…が連結されている。そして、コントロ−ラ２８…
が分散しており、コントロ−ラ２８…間の通信はシリア
ルに行われている。さらに、配線２８…、２９…の本数
が少なく、また、一定数に規格化されていて、全体のど
の連結部をとっても均一である。（通常、配線数は、ベ
−ス側へ近付くほど多くなり、束ねられた配線の太さ
は、例えばベ−スモジュ−ル１５の側へ近付くほど太く
なる。）このようにハンド側（先端）とベ−ス側（根
元）の配線は同一になり得ないため、各部分をモジュ−
ル単位で入替えることなどが非常に困難である。

【００３３】すなわち、上述のようなア−ムモジュ−ル
１１においては、環境に応じて各モジュ−ル１１…を作
業現場において簡単に且つ短時間に組み変えることが可
能である。このことで周囲環境に対する高い適応性が実
現される。

【００３４】さらに、ア−ムモジュ−ル１１…間配線が
簡略で局在化する（モジュ−ル毎にまとめればよいだけ
になる。）ので、配線工数の削減及び標準化が可能にな
る。そして、ア−ムモジュ−ル１１…の信頼性が向上す
るとともに、ア−ムモジュ−ル１１…の作業現場におけ
る組立・変更が容易になる。

【００３５】なお、本実施例においては、平面回転運動
を行うア−ムモジュ−ル１１が用いられているが、本発
明は、例えば、平面並進運動や、他の方向の軸まわりの
回転運動やこの軸に沿った並進運動を行うタイプのマニ
ピュレ−タにも適用可能である。また、本発明は、要旨
を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、アクチュ
エ−タと、このアクチュエ−タにより駆動される可動機
構部と、この可動機構部に設けられた少なくとも２つの
コネクタ部と、アクチュエ−タを制御するとともにコネ
クタ部を介して外部との間で情報の送受信を行うコント
ロ−ラとを一体に具備し、コネクタ部を介して複数個の
連結が可能であるとともにコネクタ部を介し全体との通
信を行うことができる。

【００３７】したがって本発明は、単体中にメカニズム
部分と制御部分とを一体に備えていることで、複数個が
連結される場合のコネクタ部が共通の規格として統一さ
れ、個別の配線部分は単体（モジュ−ル）中に限定する
ことができる。これにより長い配線を他の可動部内を経
由して引回すことがなくなり、マニピュレ−タの信頼性
を向上できる。また、モジュ−ル間を連結する部分（コ
ネクタ部）の構造は配線を変えたりすることなく、切離
したり、再度連結したりできるので、作業現場で使用目
的の変更や、修理等のために取外したり、入替えたりす
ることが簡単且つ短時間に行えるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す説明図。

【図２】単体のア−ムモジュ−ルを示す側面図。

【図３】単体のア−ムモジュ−ルを上方から示す平面
図。

【図４】単体のア−ムモジュ−ルを下方から示す平面
図。

【図５】単体のア−ムモジュ−ルを示す側断面図。

【図６】図４中のＡ−Ａ線に沿った断面図。

【図７】図２中の矢印Ｂ方向の矢視図。

【図８】図２中の矢印Ｃ方向の矢視図。

【図９】従来例を示す説明図。

【符号の説明】

１１…ア−ムモジュ−ル（マニピュレ−タ）、１３…Ｄ
Ｃサ−ボモ−タ（アクチュエ−タ）、１４…可動機構
部、２２、２３…コネクタ部、２８…分散型コントロ−
ラ（コントロ−ラ）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アクチュエ−タと、このアクチュエ−タ
   により駆動される可動機構部と、この可動機構部に設け
   られた少なくとも２つの規格化された電気的・機械的な
   コネクタ部と、上記アクチュエ−タを制御するとともに
   上記コネクタ部を介して外部との間で情報の送受信を行
   うコントロ−ラとを一体に具備し、上記コネクタ部を介
   して複数個の連結が可能であるとともに上記コネクタ部
   を介し全体の通信を行い得るマニピュレ−タ。
2. 【請求項２】 上記アクチュエ−タの動きの種類（並
   進、回転やストロ−クの違い等）、コントロ−ラの種類
   （ＤＣモ−タコントロ−ル用、センサ入力用等）の組合
   せにより、各種のバリエ−ションを持った単位（モジュ
   −ル）を構成することができ、それらを上記コネクタ部
   を介して連結することができるマニピュレ−タ。