アーム搭載ロボット
【課題】アーム部を複雑かつ大型化することなく、アーム部を安全確実に初期位置および初期姿勢に復帰できるようにする。
【解決手段】ロボット本体１は、アーム部２の全体を収納可能な収納スペース３を備えており、ロボット本体１の側面には、ロボット本体１とアーム部２の動作を制御するためのコントロール基板４と、アーム部２の各関節位置を検出するためのセンサ５とが取り付けられている。アーム部２をロボット本体１内の収納スペース３に収納できるため、作業をしていないときにアーム部２が誤動作して人間に危害を与える等の不具合を確実に防止できる。アーム部２の位置や姿勢を検出するセンサ５をアーム部２ではなく、ロボット本体１に設けるため、アーム部２の構造を簡略化でき、かつセンサ５からの検出信号をロボット本体１に送信する配線も不要となる
【解決手段】ロボット本体１は、アーム部２の全体を収納可能な収納スペース３を備えており、ロボット本体１の側面には、ロボット本体１とアーム部２の動作を制御するためのコントロール基板４と、アーム部２の各関節位置を検出するためのセンサ５とが取り付けられている。アーム部２をロボット本体１内の収納スペース３に収納できるため、作業をしていないときにアーム部２が誤動作して人間に危害を与える等の不具合を確実に防止できる。アーム部２の位置や姿勢を検出するセンサ５をアーム部２ではなく、ロボット本体１に設けるため、アーム部２の構造を簡略化でき、かつセンサ５からの検出信号をロボット本体１に送信する配線も不要となる
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット本体にアーム部が取り付けられたアーム搭載ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業用を目的とするだけでなく、周囲に人間がいるような施設や家庭内での作業を行うことを想定したアーム搭載ロボットが開発されている。
【０００３】
この種のロボットでは、アーム部が誤動作を起こした場合の安全対策が重要であり、人間に危害を加えないような安全で確実な処理動作が求められている。安全対策を図る上では、ロボットが作業を終えた場合やアーム部が誤動作を起こした場合に、アーム部を初期位置や初期姿勢に戻す原点復帰動作が必要となる。
【０００４】
原点復帰動作を確実に行うには、アーム部の各関節位置を正確に検出しなければならない。具体的な検出方法として、例えば各関節に位置検出センサを設け、位置検出センサからの検出信号に基づいて各関節を原点位置に戻す手法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、安全性を確保するために、作業を行わないときにはアーム部をカバーで覆うことも提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平8-141972号公報
【特許文献２】特開2004-230509号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のようにアーム部の各関節内に位置検出センサを設けるには、アーム部の各間接にセンサを配置するための場所を予め用意しておかなければならず、関節自体の構造が複雑かつ大型になってしまう。
【０００７】
また、センサの検出信号をロボット本体内のコントローラまで伝達するための配線も必要となり、関節数が増えるほど、配線の数や長さが増大して、配線を引き回す場所の確保が困難になるとともに、配線によりアーム部の回転や移動が制限され、断線などの不具合も起きやすくなる。
【０００８】
安全性を確保する観点からは、アーム部の原点復帰動作は欠かせないが、その際、アーム部が周囲の人間に接触しないようにアーム部の現在位置を常に把握しておく必要がある。例えば、特許文献２では、各関節の出力軸にアブソリュートエンコーダ等を取り付けて、各関節の絶対角度を検出しているが、この種のエンコーダ等も関節の構造を複雑にして、配線数も増やす要因になる。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、アーム部を複雑かつ大型化することなく、アーム部を安全確実に初期位置および初期姿勢に復帰させることができるアーム搭載ロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、ロボット本体に取り付けられ回転及び移動の少なくとも一つの動作を行うアーム部と、前記ロボット本体の内部に設けられ前記アーム部の全体を収納可能な収納部と、前記ロボット本体の内部に設けられ前記アームの位置および姿勢を検出する検出部と、前記アーム部を前記収納部に収納する際、前記検出部の検出結果に基づいて、前記アーム部を初期位置および初期姿勢に復帰させる原点復帰制御部と、を備えることを特徴とするアーム搭載ロボットが提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、アーム部を複雑かつ大型化することなく、アーム部を安全確実に初期位置および初期姿勢に復帰させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るアーム搭載ロボットの斜視図、図２はその側面図である。本実施形態のロボットは、多関節のアーム部の全体をロボット本体に収納することができることを特徴とし、図１および図２はアーム部をロボット本体に収納した状態を示している。これに対して、図３はアーム部をロボット本体から引き出して展開した状態を示す斜視図である。
【００１４】
これらの図に示すように、ロボット本体１は、アーム部２の全体を収納可能な収納スペース３を備えており、ロボット本体１の側面には、ロボット本体１とアーム部２の動作を制御するためのコントロール基板４と、アーム部２の各関節位置を検出するためのセンサ５とが取り付けられている。また、ロボット本体１の下部にはロボット内の各部に電源電圧を供給する電源基板６と、ロボット本体１を前後左右に移動させるための車輪７とが取り付けられている。車輪７の数には特に制限はないが、本実施形態では、独立に駆動可能な同じサイズの車輪７を左右に２つ備えており、これら車輪７により、直進や後退、左右への移動を可能とし、かつ各車輪７を同じ速度で逆方向に回転させることにより、車輪７の中間点を回転軸として回転可能としている。
【００１５】
ロボット本体１の上部には視覚ユニット８が取り付けられている。視覚ユニット８は、一つ以上のカメラ９と、各カメラ９の光軸方向を制御する機構１０とを備え、広範囲の状況を視認できるようにしている。
【００１６】
アーム部２の関節数には特に制限はないが、以下では、図２に示すように、６つの関節数を有する例について説明する。図２のアーム部２は、ロボット本体１に接続される根元側の第１腕部１１と、第１腕部１１に回転可能に接続される第２腕部１２と、第２腕部１２に回転可能に接続される第３腕部１３と、第３腕部１３に回転可能に接続される先端側の第４腕部１４とを有する。第４腕部１４の先端側端部には把持動作を行うグリッパ１５が接続されており、グリッパ１５の基端部を左右に移動させることにより、グリッパ１５の先端部は開閉動作を行い、これによりグリッパ１５は把持動作を行う。
【００１７】
第１腕部１１と第２腕部１２との間の関節部には、第２腕部１２を第１腕部１１の中心軸周りに回転させる第１関節回転軸１６と、第２腕部１２を第１腕部１１の中心軸とは９０度異なる方向に回転させる第２関節回転軸１７とが設けられている。第２腕部１２と第３腕部１３との間の関節部には、第３腕部１３を第２腕部１２の中心軸周りに回転させる第３関節回転軸１８と、第３腕部１３を第２腕部１２の中心軸とは９０度異なる方向に回転させる第４関節回転軸１９とが設けられている。第３腕部１３と第４腕部１４との間の関節部には、第４腕部１４を第３腕部１３の中心軸周りに回転させる第５関節回転軸２０と、第４腕部１４を第３腕部１３の中心軸とは９０度異なる方向に回転させる第６関節回転軸２１とが設けられている。
【００１８】
アーム部２をロボット本体１内の収納スペース３に収納する際には、第１〜第４腕部１１〜１４を第１〜第６関節回転軸１６〜２１の周りに回転させて、図２のような姿勢にする。
【００１９】
図４は本実施形態によるアーム搭載ロボットの制御系３０の概略構成を示すブロック図である。図示のように、アーム搭載ロボットの制御系３０は、本ロボット自身の動作や処理を決定するシステム制御部３１と、システム制御部３１の指示に従って所定の動作や処理を行うサブシステム制御部とを有する。サブシステム制御部の中には、視覚ユニット８を制御する画像処理部３２と、アーム部２の動作を制御するアーム制御部３３と、車輪７の動作を制御する移動制御部３４とが含まれている。
【００２０】
画像処理部３２は、視覚ユニット８内の各カメラ９で撮像された画像を取り込んで画像認識処理を行い、その処理結果をシステム制御部３１に供給する。また、画像処理部３２は、複数のカメラ９で撮像された画像に基づいて三角測量法により撮像対象物の位置測定を行ってもよい。さらに、画像処理部３２は、撮像対象物（例えば、アーム部２）の方向を常に追跡しつつ撮像対象物を撮像し続けるトラッキング処理を行ってもよい。
【００２１】
音声処理部３６は、マイク３５で聞き取った人からの音声指示を音声認識して、指示内容をシステム制御部に供給する。
【００２２】
アーム制御部３３は、システム制御部３１からの指示により、アーム部２の各関節の物理的な駆動量を決定して、アーム部２を動作させる。移動制御部３４は、システム制御部３１からの指示により、各車輪７の回転数および回転方向を決定して、車輪７を回転させる。
【００２３】
システム制御部３１は、外部から音声等により与えられた情報とロボット内の各種情報（例えば、ロボット自身の位置や姿勢、バッテリ残量など）を制御入力情報として、予め定めたルールに従ってロボット自身の動作や処理を決定し、少なくとも一つのサブシステム制御部３１に指示信号を供給する。
【００２４】
図４に示した各部は、図１のコントロール基板４内に設けられる。コントロール基板４は必ずしも一つの基板である必要はなく、複数の基板で構成されていてもよい。
【００２５】
本実施形態では、アーム部２の位置と姿勢を検出するためのセンサ５をロボット本体１に設け、センサ５と一体に用いられる検出機構をアーム部２に設けている。図５は検出機構の一例を示す図である。
【００２６】
図２に示したように、本実施形態のアーム部２は６つの関節を有し、そのうち３つの関節の回転軸（第１関節回転軸１６、第３関節回転軸１８、第５関節回転軸２０）はいずれも、アーム部２の全体をロボット本体１に収納したときに、ロボット本体１の側面に平行な方向（図２の紙面方向）に配置される。これら３つの回転軸の周りを第１腕部１１、第２腕部１２および第３腕部１３は回転するため、これら腕部の回転を検出できる位置にセンサ５と検出機構が設けられる。
【００２７】
この場合の検出機構は、図５（ａ）に示すように第１腕部１１、第２腕部１２および第３腕部１３の外周縁部に取り付けられる半円状の反射板４１を有する。ロボット本体１の反射板４１に対向する位置には、センサ５が配置されている。このセンサ５は互いに近接配置された発光部と受光部を有する。発光部から発光された光が反射板４１で反射すると、その反射光が受光部で受光されるようになっている。反射板４１は、腕部の外周部の一部のみに配置されているため、反射板４１が配置されていない部分に照射された光は反射されず、受光部で受光されない。したがって、各腕部が原点位置４２に到達した時点で、受光部での受光状態が切り替わるように反射板４１を配置しておけば、各腕部が原点位置４２に復帰したか否かを簡易かつ迅速に検出できる。また、回転方向によって受光部での受光状態の変化が逆になるため、回転方向も簡易に検出できる。
【００２８】
一方、図２に示す６つの関節のうち残りの３つの関節の回転軸（第２関節回転軸１７、第４関節回転軸１９、第６関節回転軸２１）はいずれも、アーム部２の全体をロボット本体１に収納したときに、ロボット本体１の側面に直角の方向（図２の紙面の表裏方向）に配置される。これら３つの回転軸に沿って、第２腕部１２〜第４腕部１４のそれぞれが回転するため、これら腕部の回転を検出できる位置にセンサ５と検出機構が設けられる。
【００２９】
この場合の検出機構は、図５（ｂ）に示すように、３つの関節回転軸上にそれぞれ取り付けられて、対応する腕部とともに回転する遮光板４３を有する。遮光板４３には外周に沿って段差４４が設けられており、遮光板４３は段差４４を境として径が互いに異なる２つの半円板を接続した形状になっている。
【００３０】
ロボット本体１に取り付けられるセンサ５は、遮光板４３を挟んで互いに反対側に配置される発光部と受光部を有する。発光部から発光された光のうち、遮光板４３の径の小さい半円板領域に照射された光は、遮光板４３で遮光されずに受光部に到達する。一方、遮光板４３の径の大きい半円板領域に照射された光は、遮光板４３で遮断されて、受光部には到達しない。したがって、各腕部が原点位置４５に到達した時点で受光部の受光状態が切り替わるように遮光板４３の段差４４の位置を予め設定しておけば、各腕部が原点位置に復帰したか否かを簡易かつ迅速に検出できる。また、回転方向によって受光部での受光状態の変化が逆になるため、回転方向も簡易に検出できる。
【００３１】
電源投入時のアーム部２の各関節部の角度（以下、関節角度）がわかっていないと、アーム部２を所定の位置に移動させるためにアーム部２をどの方向にどれだけ動かせばよいかがわからず、作業時にアーム部２の正確な位置決めができなくなる。アーム部２の関節角度の絶対値を検出するには、例えばアブソリュートエンコーダやポテンシャルメータ等の絶対角度を検出するセンサ５を用いる手法がある。一般に、アブソリュートエンコーダを用いると、アーム部２の位置決め機構が大きくなったり、配線が複雑になるため、小型のアーム搭載ロボットには向かない。また、ポテンシャルメータを用いると、ノイズ等の影響により正確に角度検出ができないおそれがある。
【００３２】
本実施形態のセンサ５と検出機構を用いれば、検出機構を構成する反射板４１のエッジや遮光板４３の段差４４を通過した回数をセンサ５の受光部で正確に検出できるため、アーム部２の関節角度も精度よく検出できる。
【００３３】
ロボット本体１内に、アーム部２を収納するための収納スペース３をあまり広くとれない場合がある。このような場合、収納スペース３にアーム部２を収納する際には、アーム部２の各関節を所定の角度に設定して、アーム部２の全体のサイズをできるだけ小さくする必要がある。すなわち、収納時のアーム部２の姿勢を予め設定しておく必要がある。このような場合、予めロボット本体１の内部にアーム部２を案内するガイド部材を設けておけば、アーム部２を所望の位置に所望の姿勢で容易に収納できるため都合がよい。
【００３４】
図６はこの種のガイド部材５１の一例を示す斜視図である。図６のガイド部材５１は、開口部が幅広になったＵ字状の部材であり、アーム部２の腕部をガイド部材５１の開口部からその内壁に沿って底部まで案内する。腕部がガイド部材５１に当接したか否かは、腕部を駆動するモータの負荷の変化により容易に検出できる。図４の移動制御部３４は、腕部がガイド部材５１の開口部に当接したことを検出すると、ガイド部材５１の内壁に沿って腕部をＵ字状のガイド部材５１の底部まで移動させる。
【００３５】
ガイド部材５１のＵ字状の内壁部分は、腕部が当接する際の衝撃を緩和し、かつ腕部を内壁に沿って容易に移動させることができるように、滑りやすい弾性部材（例えば、ゴム）で形成するのが望ましい。アーム部２の各腕部ごとに、対応するガイド部材５１を設けることにより、各腕部を簡易かつ正確に所望の場所に収納することができる。
【００３６】
上述したように、ガイド部材５１を設けることで、ガイド部材５１をロボット本体１内の収納スペース３に収納できるが、ロボットに何らかの衝撃が加わったときに、アーム部２が収納スペース３内で移動するおそれがある。そこで、アーム部２を収納スペース３内に確実に固定する固定機構を設けてもよい。図６は、第３腕部１３と第４腕部１４の間の関節部を固定する固定機構５２を設けた例を示している。この固定機構５２は、図７に拡大して示すように、関節部を嵌合可能なサイズの凹部５３を有する。収納スペース３内で、凹部５３に第４腕部１４の関節を嵌合した状態では、多少の衝撃がロボット本体１に加わっても、第４腕部１４の位置がずれるおそれはない。なお、図６に示す固定機構５２は、他の関節部に設けてもよい。
【００３７】
図８は本実施形態によるアーム搭載ロボットの処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、アーム部２を用いた作業を終えてアーム部２をロボット本体１に収納するまでの処理手順を示している。
【００３８】
作業を終えた場合には、視覚ユニット８にてアーム部２の位置を確認する（ステップＳ１）。図９は視覚ユニット８でアーム部２の位置を確認する例を示す図である。この例では、視覚ユニット８に首振り機構を設けて、視覚ユニット８を斜め下方に傾けてアーム部２を撮像する例を示している。
【００３９】
視覚ユニット８の首振り機構は、カメラ９の光軸を任意の方向に切替可能な構造になっている。図４の画像処理部３２とシステム制御部３１は、視覚ユニット８で取り込んだ画像により、アーム部２の位置を検出して、アーム部２をロボット本体１に収納するのに必要なアーム部２の移動方向と移動量を検出する。
【００４０】
アーム部２に位置検出用のマーカ５４を付けておけば、このマーカ５４を視覚ユニット８で検出して、マーカ５４の位置を基準としてアーム部２の位置を正確に検出することができる。
【００４１】
視覚ユニット８は、アーム部２の収納時の位置検出に用いられるだけでなく、アーム部２を展開する際のアーム部２の位置決めにも用いられる。この場合、上述したマーカ５４の位置を基準として、アーム部２を所望の位置に移動させればよい。
【００４２】
アーム部２の位置が確認できると、次に、アーム部２の各関節を回転制御して、アーム部２を収納スペース３の方向まで移動させる（ステップＳ２）。
【００４３】
収納スペース３内にはガイド部材５１が設けられているため、ガイド部材５１の開口部に到達した腕部は、ガイド部材５１に案内されて所定の位置に収納される（ステップＳ３）。
【００４４】
アーム部２が収納スペース３内の所定の位置に収納されると、次にアーム部２の原点復帰処理を行う（ステップＳ４）。この原点復帰処理を行うことで、アーム部２の各腕部は初期位置および初期姿勢に復帰する。したがって、その後にアーム部２を展開するとき、アーム部２の駆動方向および駆動量を正確かつ簡易に検出できる。
【００４５】
図１０は図８のステップＳ４における原点復帰処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。まず、原点復帰を行った関節回転軸の数をカウントするための変数Ｎを０に初期設定し（ステップＳ１１）、次に、変数Ｎを１だけインクリメントする（ステップＳ１２）。次に、まだ原点復帰動作を行っていないＮ番目の関節回転軸に取り付けられたセンサ５からの検出信号を取得する（ステップＳ１３）。センサ５は、図５（ａ）の反射板４１や図５（ｂ）の遮光板４３に対向して設けられており、原点位置を通過するか否かにより、センサ５の検出信号が変化する。また、センサ５の検出信号の変化の仕方により、どの方向に回転したかを検出することができる。
【００４６】
次に、センサ５の検出信号に基づいて、対応する腕部が原点位置よりも正方向（例えば、右方向）に位置するか否かを判定する（ステップＳ１４）。正方向に位置すると判定されると、Ｎ番目の関節回転軸を負の方向に回転させる（ステップＳ１５）。一方、ステップＳ１４の判定がＮｏの場合には、同じ関節回転軸を正の方向に回転させる（ステップＳ１６）。
【００４７】
次に、ステップＳ１５，Ｓ１６の処理を行った結果として、センサ５の検出信号が変化したか否かを判定し（ステップＳ１７）、変化しなければステップＳ１３以降の処理を繰り返し、センサ５の検出信号が変化した場合には原点位置に復帰したと判断して、Ｎ番目の関節回転軸の回転を停止させる。（ステップＳ１８）。
【００４８】
次に、すべての関節回転軸が原点に復帰したか否かを判定する（ステップＳ１９）。まだ、原点に復帰していない関節回転軸が存在していれば、ステップＳ２以降の処理を繰り返す。
【００４９】
このように、第１の実施形態では、多関節のアーム部２をロボット本体１内の収納スペース３に収納できるようにしたため、作業をしていないときにアーム部２が誤動作して人間に危害を与える等の不具合を確実に防止できる。また、アーム部２を収納スペース３に収納する際、ロボット本体１に設けられたセンサ５によりアーム部２を原点位置に復帰させるため、その後にアーム部２を展開するとき、アーム部２の駆動方向と駆動量を原点位置を基準として簡易かつ正確に算出できる。さらに、アーム部２の位置や姿勢を検出するセンサ５をアーム部２ではなく、ロボット本体１に設けるため、アーム部２の構造を簡略化でき、かつセンサ５からの検出信号をロボット本体１に送信する配線も不要となるため、アーム部２をより小型化できる。
【００５０】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、収納スペース３のアーム出し入れ口に開閉自在な扉を設けて、アーム部２をロボット本体１内に収納した後やアーム部２を展開した状態で、扉を閉めて収納部スペース内が露出しないようにしたものである。
【００５１】
第２の実施形態によるアーム搭載ロボットは、収納スペース３のアーム出し入れ口に扉が新たに設けられている他には第１の実施形態と同様のため、以下では、扉の構造を中心に説明する。
【００５２】
図１１（ａ）はロボット本体１内の収納スペース３にアーム部２を収納した状態を示す斜視図、図１１（ｂ）はアーム部２を展開した状態を示す斜視図である。図示のように、アーム部２を収納し終わった状態とアーム部２を展開した状態のいずれにおいても、扉６１を閉じている。これにより、収納スペースが露出しなくなり、ロボット本体１の内部に異物が混入するおそれや、何らかの衝撃を受けた際に収納したはずのアーム部２が飛び出す等の不具合を防止できる。
【００５３】
扉６１は、図１１の点線を境界として、左右に開閉可能とされている。図１１（ａ）に示すように、アーム部２とロボット本体１とを接続する関節６０は、収納部に収納されずに扉６１の上に配置されている。この関節６０を収納スペース３に収納することも可能であるが、収納スペース３が余計に必要となるとともに、アーム部２を展開した際に扉６１を閉められなくなるため、本実施形態では、上述した関節６０は扉６１の上部に配置している。
【００５４】
図１２および図１３は扉６１の開閉機構を示す図であり、図１２は扉６１を閉じた状態、図１３は扉６１を開いた状態を示している。これらの図では、開閉機構の構造を把握しやすいように扉６１に隣接配置される本体外装カバー６２を省略している。扉６１とその開閉機構は収納スペース３に隣接して配置されるが、収納スペース３の開口部を狭くしないように扉６１を両開きとし、かつ扉６１を本体外装カバー６２に沿って移動させることで、扉６１が収納スペース３を犠牲にしないようにしている。
【００５５】
扉６１の開閉機構は、扉６１に固定されたスライド部材６３と、スライド部材６３を扉６１とともに左右に駆動するモータ６４と、モータ６４をロボット本体１に固定するモータ固定部材６５とを有する。スライド部材６３は、矩形状の部材であり、内部は軽量化のために肉抜きされて、梯子状になっている。スライド部材６３の裏面には、ロボット本体１に固定されたリニアガイドブロックに沿って移動可能な２本のリニアガイドレールが左右方向に取り付けられている。
【００５６】
モータ６４の回転軸にはピニオン６６が取り付けられ、このピニオン６６はスライド部材６３に固定されたラック６７と噛み合っている。ラック６７は、スライド部材６３の左右方向に延在している。モータ６４を回転させると、ピニオン６６が回転し、その回転力がラック６７に伝達される。ラック６７はスライド部材６３の左右方向に形成されているため、モータ６４の回転に応じてスライド部材６３が左右に移動し、扉６１が開閉される。
【００５７】
このように、第２の実施形態では、ロボット本体１の収納スペース３のアーム出し入れ口に扉６１を設けたため、アーム部２を収納した状態でも展開した状態でも、扉６１を閉じることができ、収納スペース３が露出されなくなり、ロボット本体１の内部に異物が混入するおそれもなくなる。また、扉６１をロボット本体１の外装カバーに沿って開閉させ、厚さが薄くて軽量のスライド部材６３により扉６１を開閉させるようにしたため、扉６１の開閉機構を設けても収納スペース３が狭くなることがない。
【００５８】
（その他の変形例）
上述した図８のステップＳ１では、視覚ユニット８を用いてアーム部２の位置確認を行った後にアーム部２の収納動作を行っているが、アーム部２の位置を予め把握している場合には、このステップＳ１の処理動作は省略してもよい。
【００５９】
また、図８のステップＳ３におけるガイド部材５１を設けなくてもアーム部２を収納スペース３に収納できる場合には、ガイド部材５１は設けなくてもよい。
【００６０】
上述した第１の実施形態では、図５に示す反射板４１や遮光板４３を利用してアーム部２の各腕部の位置を検出したが、センサ５をロボット本体１に設ける構造であれば、検出機構の具体的な形状や構造は特に問わない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアーム搭載ロボットの斜視図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るアーム搭載ロボットの側面図。
【図３】アーム部をロボット本体から引き出して展開した状態を示す斜視図。
【図４】本実施形態によるアーム搭載ロボットの制御系３０の概略構成を示すブロック図。
【図５】検出機構の一例を示す図。
【図６】ガイド部材５１の一例を示す斜視図。
【図７】固定機構の拡大斜視図。
【図８】本実施形態によるアーム搭載ロボットの処理手順を示すフローチャート。
【図９】視覚ユニット８でアーム部２の位置を確認する例を示す図。
【図１０】図８のステップＳ４における原点復帰処理の詳細な処理手順を示すフローチャート。
【図１１】（ａ）はロボット本体１内の収納スペース３にアーム部２を収納した状態を示す斜視図、（ｂ）はアーム部２を展開した状態を示す斜視図。
【図１２】扉６１を閉じた状態の開閉機構を示す図。
【図１３】扉６１を開けた状態の開閉機構を示す図。
【符号の説明】
【００６２】
１ ロボット本体
２ アーム部
３ 収納スペース
４ コントロール基板
５ センサ
６ 電源基板
７ 車輪
８ 視覚ユニット
３１ システム制御部
３２ 画像処理部
３３ アーム制御部
３４ 移動制御部
４１ 反射板
４３ 遮光板
５１ ガイド部材
５２ 固定機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット本体にアーム部が取り付けられたアーム搭載ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業用を目的とするだけでなく、周囲に人間がいるような施設や家庭内での作業を行うことを想定したアーム搭載ロボットが開発されている。
【０００３】
この種のロボットでは、アーム部が誤動作を起こした場合の安全対策が重要であり、人間に危害を加えないような安全で確実な処理動作が求められている。安全対策を図る上では、ロボットが作業を終えた場合やアーム部が誤動作を起こした場合に、アーム部を初期位置や初期姿勢に戻す原点復帰動作が必要となる。
【０００４】
原点復帰動作を確実に行うには、アーム部の各関節位置を正確に検出しなければならない。具体的な検出方法として、例えば各関節に位置検出センサを設け、位置検出センサからの検出信号に基づいて各関節を原点位置に戻す手法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、安全性を確保するために、作業を行わないときにはアーム部をカバーで覆うことも提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平8-141972号公報
【特許文献２】特開2004-230509号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のようにアーム部の各関節内に位置検出センサを設けるには、アーム部の各間接にセンサを配置するための場所を予め用意しておかなければならず、関節自体の構造が複雑かつ大型になってしまう。
【０００７】
また、センサの検出信号をロボット本体内のコントローラまで伝達するための配線も必要となり、関節数が増えるほど、配線の数や長さが増大して、配線を引き回す場所の確保が困難になるとともに、配線によりアーム部の回転や移動が制限され、断線などの不具合も起きやすくなる。
【０００８】
安全性を確保する観点からは、アーム部の原点復帰動作は欠かせないが、その際、アーム部が周囲の人間に接触しないようにアーム部の現在位置を常に把握しておく必要がある。例えば、特許文献２では、各関節の出力軸にアブソリュートエンコーダ等を取り付けて、各関節の絶対角度を検出しているが、この種のエンコーダ等も関節の構造を複雑にして、配線数も増やす要因になる。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、アーム部を複雑かつ大型化することなく、アーム部を安全確実に初期位置および初期姿勢に復帰させることができるアーム搭載ロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、ロボット本体に取り付けられ回転及び移動の少なくとも一つの動作を行うアーム部と、前記ロボット本体の内部に設けられ前記アーム部の全体を収納可能な収納部と、前記ロボット本体の内部に設けられ前記アームの位置および姿勢を検出する検出部と、前記アーム部を前記収納部に収納する際、前記検出部の検出結果に基づいて、前記アーム部を初期位置および初期姿勢に復帰させる原点復帰制御部と、を備えることを特徴とするアーム搭載ロボットが提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、アーム部を複雑かつ大型化することなく、アーム部を安全確実に初期位置および初期姿勢に復帰させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るアーム搭載ロボットの斜視図、図２はその側面図である。本実施形態のロボットは、多関節のアーム部の全体をロボット本体に収納することができることを特徴とし、図１および図２はアーム部をロボット本体に収納した状態を示している。これに対して、図３はアーム部をロボット本体から引き出して展開した状態を示す斜視図である。
【００１４】
これらの図に示すように、ロボット本体１は、アーム部２の全体を収納可能な収納スペース３を備えており、ロボット本体１の側面には、ロボット本体１とアーム部２の動作を制御するためのコントロール基板４と、アーム部２の各関節位置を検出するためのセンサ５とが取り付けられている。また、ロボット本体１の下部にはロボット内の各部に電源電圧を供給する電源基板６と、ロボット本体１を前後左右に移動させるための車輪７とが取り付けられている。車輪７の数には特に制限はないが、本実施形態では、独立に駆動可能な同じサイズの車輪７を左右に２つ備えており、これら車輪７により、直進や後退、左右への移動を可能とし、かつ各車輪７を同じ速度で逆方向に回転させることにより、車輪７の中間点を回転軸として回転可能としている。
【００１５】
ロボット本体１の上部には視覚ユニット８が取り付けられている。視覚ユニット８は、一つ以上のカメラ９と、各カメラ９の光軸方向を制御する機構１０とを備え、広範囲の状況を視認できるようにしている。
【００１６】
アーム部２の関節数には特に制限はないが、以下では、図２に示すように、６つの関節数を有する例について説明する。図２のアーム部２は、ロボット本体１に接続される根元側の第１腕部１１と、第１腕部１１に回転可能に接続される第２腕部１２と、第２腕部１２に回転可能に接続される第３腕部１３と、第３腕部１３に回転可能に接続される先端側の第４腕部１４とを有する。第４腕部１４の先端側端部には把持動作を行うグリッパ１５が接続されており、グリッパ１５の基端部を左右に移動させることにより、グリッパ１５の先端部は開閉動作を行い、これによりグリッパ１５は把持動作を行う。
【００１７】
第１腕部１１と第２腕部１２との間の関節部には、第２腕部１２を第１腕部１１の中心軸周りに回転させる第１関節回転軸１６と、第２腕部１２を第１腕部１１の中心軸とは９０度異なる方向に回転させる第２関節回転軸１７とが設けられている。第２腕部１２と第３腕部１３との間の関節部には、第３腕部１３を第２腕部１２の中心軸周りに回転させる第３関節回転軸１８と、第３腕部１３を第２腕部１２の中心軸とは９０度異なる方向に回転させる第４関節回転軸１９とが設けられている。第３腕部１３と第４腕部１４との間の関節部には、第４腕部１４を第３腕部１３の中心軸周りに回転させる第５関節回転軸２０と、第４腕部１４を第３腕部１３の中心軸とは９０度異なる方向に回転させる第６関節回転軸２１とが設けられている。
【００１８】
アーム部２をロボット本体１内の収納スペース３に収納する際には、第１〜第４腕部１１〜１４を第１〜第６関節回転軸１６〜２１の周りに回転させて、図２のような姿勢にする。
【００１９】
図４は本実施形態によるアーム搭載ロボットの制御系３０の概略構成を示すブロック図である。図示のように、アーム搭載ロボットの制御系３０は、本ロボット自身の動作や処理を決定するシステム制御部３１と、システム制御部３１の指示に従って所定の動作や処理を行うサブシステム制御部とを有する。サブシステム制御部の中には、視覚ユニット８を制御する画像処理部３２と、アーム部２の動作を制御するアーム制御部３３と、車輪７の動作を制御する移動制御部３４とが含まれている。
【００２０】
画像処理部３２は、視覚ユニット８内の各カメラ９で撮像された画像を取り込んで画像認識処理を行い、その処理結果をシステム制御部３１に供給する。また、画像処理部３２は、複数のカメラ９で撮像された画像に基づいて三角測量法により撮像対象物の位置測定を行ってもよい。さらに、画像処理部３２は、撮像対象物（例えば、アーム部２）の方向を常に追跡しつつ撮像対象物を撮像し続けるトラッキング処理を行ってもよい。
【００２１】
音声処理部３６は、マイク３５で聞き取った人からの音声指示を音声認識して、指示内容をシステム制御部に供給する。
【００２２】
アーム制御部３３は、システム制御部３１からの指示により、アーム部２の各関節の物理的な駆動量を決定して、アーム部２を動作させる。移動制御部３４は、システム制御部３１からの指示により、各車輪７の回転数および回転方向を決定して、車輪７を回転させる。
【００２３】
システム制御部３１は、外部から音声等により与えられた情報とロボット内の各種情報（例えば、ロボット自身の位置や姿勢、バッテリ残量など）を制御入力情報として、予め定めたルールに従ってロボット自身の動作や処理を決定し、少なくとも一つのサブシステム制御部３１に指示信号を供給する。
【００２４】
図４に示した各部は、図１のコントロール基板４内に設けられる。コントロール基板４は必ずしも一つの基板である必要はなく、複数の基板で構成されていてもよい。
【００２５】
本実施形態では、アーム部２の位置と姿勢を検出するためのセンサ５をロボット本体１に設け、センサ５と一体に用いられる検出機構をアーム部２に設けている。図５は検出機構の一例を示す図である。
【００２６】
図２に示したように、本実施形態のアーム部２は６つの関節を有し、そのうち３つの関節の回転軸（第１関節回転軸１６、第３関節回転軸１８、第５関節回転軸２０）はいずれも、アーム部２の全体をロボット本体１に収納したときに、ロボット本体１の側面に平行な方向（図２の紙面方向）に配置される。これら３つの回転軸の周りを第１腕部１１、第２腕部１２および第３腕部１３は回転するため、これら腕部の回転を検出できる位置にセンサ５と検出機構が設けられる。
【００２７】
この場合の検出機構は、図５（ａ）に示すように第１腕部１１、第２腕部１２および第３腕部１３の外周縁部に取り付けられる半円状の反射板４１を有する。ロボット本体１の反射板４１に対向する位置には、センサ５が配置されている。このセンサ５は互いに近接配置された発光部と受光部を有する。発光部から発光された光が反射板４１で反射すると、その反射光が受光部で受光されるようになっている。反射板４１は、腕部の外周部の一部のみに配置されているため、反射板４１が配置されていない部分に照射された光は反射されず、受光部で受光されない。したがって、各腕部が原点位置４２に到達した時点で、受光部での受光状態が切り替わるように反射板４１を配置しておけば、各腕部が原点位置４２に復帰したか否かを簡易かつ迅速に検出できる。また、回転方向によって受光部での受光状態の変化が逆になるため、回転方向も簡易に検出できる。
【００２８】
一方、図２に示す６つの関節のうち残りの３つの関節の回転軸（第２関節回転軸１７、第４関節回転軸１９、第６関節回転軸２１）はいずれも、アーム部２の全体をロボット本体１に収納したときに、ロボット本体１の側面に直角の方向（図２の紙面の表裏方向）に配置される。これら３つの回転軸に沿って、第２腕部１２〜第４腕部１４のそれぞれが回転するため、これら腕部の回転を検出できる位置にセンサ５と検出機構が設けられる。
【００２９】
この場合の検出機構は、図５（ｂ）に示すように、３つの関節回転軸上にそれぞれ取り付けられて、対応する腕部とともに回転する遮光板４３を有する。遮光板４３には外周に沿って段差４４が設けられており、遮光板４３は段差４４を境として径が互いに異なる２つの半円板を接続した形状になっている。
【００３０】
ロボット本体１に取り付けられるセンサ５は、遮光板４３を挟んで互いに反対側に配置される発光部と受光部を有する。発光部から発光された光のうち、遮光板４３の径の小さい半円板領域に照射された光は、遮光板４３で遮光されずに受光部に到達する。一方、遮光板４３の径の大きい半円板領域に照射された光は、遮光板４３で遮断されて、受光部には到達しない。したがって、各腕部が原点位置４５に到達した時点で受光部の受光状態が切り替わるように遮光板４３の段差４４の位置を予め設定しておけば、各腕部が原点位置に復帰したか否かを簡易かつ迅速に検出できる。また、回転方向によって受光部での受光状態の変化が逆になるため、回転方向も簡易に検出できる。
【００３１】
電源投入時のアーム部２の各関節部の角度（以下、関節角度）がわかっていないと、アーム部２を所定の位置に移動させるためにアーム部２をどの方向にどれだけ動かせばよいかがわからず、作業時にアーム部２の正確な位置決めができなくなる。アーム部２の関節角度の絶対値を検出するには、例えばアブソリュートエンコーダやポテンシャルメータ等の絶対角度を検出するセンサ５を用いる手法がある。一般に、アブソリュートエンコーダを用いると、アーム部２の位置決め機構が大きくなったり、配線が複雑になるため、小型のアーム搭載ロボットには向かない。また、ポテンシャルメータを用いると、ノイズ等の影響により正確に角度検出ができないおそれがある。
【００３２】
本実施形態のセンサ５と検出機構を用いれば、検出機構を構成する反射板４１のエッジや遮光板４３の段差４４を通過した回数をセンサ５の受光部で正確に検出できるため、アーム部２の関節角度も精度よく検出できる。
【００３３】
ロボット本体１内に、アーム部２を収納するための収納スペース３をあまり広くとれない場合がある。このような場合、収納スペース３にアーム部２を収納する際には、アーム部２の各関節を所定の角度に設定して、アーム部２の全体のサイズをできるだけ小さくする必要がある。すなわち、収納時のアーム部２の姿勢を予め設定しておく必要がある。このような場合、予めロボット本体１の内部にアーム部２を案内するガイド部材を設けておけば、アーム部２を所望の位置に所望の姿勢で容易に収納できるため都合がよい。
【００３４】
図６はこの種のガイド部材５１の一例を示す斜視図である。図６のガイド部材５１は、開口部が幅広になったＵ字状の部材であり、アーム部２の腕部をガイド部材５１の開口部からその内壁に沿って底部まで案内する。腕部がガイド部材５１に当接したか否かは、腕部を駆動するモータの負荷の変化により容易に検出できる。図４の移動制御部３４は、腕部がガイド部材５１の開口部に当接したことを検出すると、ガイド部材５１の内壁に沿って腕部をＵ字状のガイド部材５１の底部まで移動させる。
【００３５】
ガイド部材５１のＵ字状の内壁部分は、腕部が当接する際の衝撃を緩和し、かつ腕部を内壁に沿って容易に移動させることができるように、滑りやすい弾性部材（例えば、ゴム）で形成するのが望ましい。アーム部２の各腕部ごとに、対応するガイド部材５１を設けることにより、各腕部を簡易かつ正確に所望の場所に収納することができる。
【００３６】
上述したように、ガイド部材５１を設けることで、ガイド部材５１をロボット本体１内の収納スペース３に収納できるが、ロボットに何らかの衝撃が加わったときに、アーム部２が収納スペース３内で移動するおそれがある。そこで、アーム部２を収納スペース３内に確実に固定する固定機構を設けてもよい。図６は、第３腕部１３と第４腕部１４の間の関節部を固定する固定機構５２を設けた例を示している。この固定機構５２は、図７に拡大して示すように、関節部を嵌合可能なサイズの凹部５３を有する。収納スペース３内で、凹部５３に第４腕部１４の関節を嵌合した状態では、多少の衝撃がロボット本体１に加わっても、第４腕部１４の位置がずれるおそれはない。なお、図６に示す固定機構５２は、他の関節部に設けてもよい。
【００３７】
図８は本実施形態によるアーム搭載ロボットの処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、アーム部２を用いた作業を終えてアーム部２をロボット本体１に収納するまでの処理手順を示している。
【００３８】
作業を終えた場合には、視覚ユニット８にてアーム部２の位置を確認する（ステップＳ１）。図９は視覚ユニット８でアーム部２の位置を確認する例を示す図である。この例では、視覚ユニット８に首振り機構を設けて、視覚ユニット８を斜め下方に傾けてアーム部２を撮像する例を示している。
【００３９】
視覚ユニット８の首振り機構は、カメラ９の光軸を任意の方向に切替可能な構造になっている。図４の画像処理部３２とシステム制御部３１は、視覚ユニット８で取り込んだ画像により、アーム部２の位置を検出して、アーム部２をロボット本体１に収納するのに必要なアーム部２の移動方向と移動量を検出する。
【００４０】
アーム部２に位置検出用のマーカ５４を付けておけば、このマーカ５４を視覚ユニット８で検出して、マーカ５４の位置を基準としてアーム部２の位置を正確に検出することができる。
【００４１】
視覚ユニット８は、アーム部２の収納時の位置検出に用いられるだけでなく、アーム部２を展開する際のアーム部２の位置決めにも用いられる。この場合、上述したマーカ５４の位置を基準として、アーム部２を所望の位置に移動させればよい。
【００４２】
アーム部２の位置が確認できると、次に、アーム部２の各関節を回転制御して、アーム部２を収納スペース３の方向まで移動させる（ステップＳ２）。
【００４３】
収納スペース３内にはガイド部材５１が設けられているため、ガイド部材５１の開口部に到達した腕部は、ガイド部材５１に案内されて所定の位置に収納される（ステップＳ３）。
【００４４】
アーム部２が収納スペース３内の所定の位置に収納されると、次にアーム部２の原点復帰処理を行う（ステップＳ４）。この原点復帰処理を行うことで、アーム部２の各腕部は初期位置および初期姿勢に復帰する。したがって、その後にアーム部２を展開するとき、アーム部２の駆動方向および駆動量を正確かつ簡易に検出できる。
【００４５】
図１０は図８のステップＳ４における原点復帰処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。まず、原点復帰を行った関節回転軸の数をカウントするための変数Ｎを０に初期設定し（ステップＳ１１）、次に、変数Ｎを１だけインクリメントする（ステップＳ１２）。次に、まだ原点復帰動作を行っていないＮ番目の関節回転軸に取り付けられたセンサ５からの検出信号を取得する（ステップＳ１３）。センサ５は、図５（ａ）の反射板４１や図５（ｂ）の遮光板４３に対向して設けられており、原点位置を通過するか否かにより、センサ５の検出信号が変化する。また、センサ５の検出信号の変化の仕方により、どの方向に回転したかを検出することができる。
【００４６】
次に、センサ５の検出信号に基づいて、対応する腕部が原点位置よりも正方向（例えば、右方向）に位置するか否かを判定する（ステップＳ１４）。正方向に位置すると判定されると、Ｎ番目の関節回転軸を負の方向に回転させる（ステップＳ１５）。一方、ステップＳ１４の判定がＮｏの場合には、同じ関節回転軸を正の方向に回転させる（ステップＳ１６）。
【００４７】
次に、ステップＳ１５，Ｓ１６の処理を行った結果として、センサ５の検出信号が変化したか否かを判定し（ステップＳ１７）、変化しなければステップＳ１３以降の処理を繰り返し、センサ５の検出信号が変化した場合には原点位置に復帰したと判断して、Ｎ番目の関節回転軸の回転を停止させる。（ステップＳ１８）。
【００４８】
次に、すべての関節回転軸が原点に復帰したか否かを判定する（ステップＳ１９）。まだ、原点に復帰していない関節回転軸が存在していれば、ステップＳ２以降の処理を繰り返す。
【００４９】
このように、第１の実施形態では、多関節のアーム部２をロボット本体１内の収納スペース３に収納できるようにしたため、作業をしていないときにアーム部２が誤動作して人間に危害を与える等の不具合を確実に防止できる。また、アーム部２を収納スペース３に収納する際、ロボット本体１に設けられたセンサ５によりアーム部２を原点位置に復帰させるため、その後にアーム部２を展開するとき、アーム部２の駆動方向と駆動量を原点位置を基準として簡易かつ正確に算出できる。さらに、アーム部２の位置や姿勢を検出するセンサ５をアーム部２ではなく、ロボット本体１に設けるため、アーム部２の構造を簡略化でき、かつセンサ５からの検出信号をロボット本体１に送信する配線も不要となるため、アーム部２をより小型化できる。
【００５０】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、収納スペース３のアーム出し入れ口に開閉自在な扉を設けて、アーム部２をロボット本体１内に収納した後やアーム部２を展開した状態で、扉を閉めて収納部スペース内が露出しないようにしたものである。
【００５１】
第２の実施形態によるアーム搭載ロボットは、収納スペース３のアーム出し入れ口に扉が新たに設けられている他には第１の実施形態と同様のため、以下では、扉の構造を中心に説明する。
【００５２】
図１１（ａ）はロボット本体１内の収納スペース３にアーム部２を収納した状態を示す斜視図、図１１（ｂ）はアーム部２を展開した状態を示す斜視図である。図示のように、アーム部２を収納し終わった状態とアーム部２を展開した状態のいずれにおいても、扉６１を閉じている。これにより、収納スペースが露出しなくなり、ロボット本体１の内部に異物が混入するおそれや、何らかの衝撃を受けた際に収納したはずのアーム部２が飛び出す等の不具合を防止できる。
【００５３】
扉６１は、図１１の点線を境界として、左右に開閉可能とされている。図１１（ａ）に示すように、アーム部２とロボット本体１とを接続する関節６０は、収納部に収納されずに扉６１の上に配置されている。この関節６０を収納スペース３に収納することも可能であるが、収納スペース３が余計に必要となるとともに、アーム部２を展開した際に扉６１を閉められなくなるため、本実施形態では、上述した関節６０は扉６１の上部に配置している。
【００５４】
図１２および図１３は扉６１の開閉機構を示す図であり、図１２は扉６１を閉じた状態、図１３は扉６１を開いた状態を示している。これらの図では、開閉機構の構造を把握しやすいように扉６１に隣接配置される本体外装カバー６２を省略している。扉６１とその開閉機構は収納スペース３に隣接して配置されるが、収納スペース３の開口部を狭くしないように扉６１を両開きとし、かつ扉６１を本体外装カバー６２に沿って移動させることで、扉６１が収納スペース３を犠牲にしないようにしている。
【００５５】
扉６１の開閉機構は、扉６１に固定されたスライド部材６３と、スライド部材６３を扉６１とともに左右に駆動するモータ６４と、モータ６４をロボット本体１に固定するモータ固定部材６５とを有する。スライド部材６３は、矩形状の部材であり、内部は軽量化のために肉抜きされて、梯子状になっている。スライド部材６３の裏面には、ロボット本体１に固定されたリニアガイドブロックに沿って移動可能な２本のリニアガイドレールが左右方向に取り付けられている。
【００５６】
モータ６４の回転軸にはピニオン６６が取り付けられ、このピニオン６６はスライド部材６３に固定されたラック６７と噛み合っている。ラック６７は、スライド部材６３の左右方向に延在している。モータ６４を回転させると、ピニオン６６が回転し、その回転力がラック６７に伝達される。ラック６７はスライド部材６３の左右方向に形成されているため、モータ６４の回転に応じてスライド部材６３が左右に移動し、扉６１が開閉される。
【００５７】
このように、第２の実施形態では、ロボット本体１の収納スペース３のアーム出し入れ口に扉６１を設けたため、アーム部２を収納した状態でも展開した状態でも、扉６１を閉じることができ、収納スペース３が露出されなくなり、ロボット本体１の内部に異物が混入するおそれもなくなる。また、扉６１をロボット本体１の外装カバーに沿って開閉させ、厚さが薄くて軽量のスライド部材６３により扉６１を開閉させるようにしたため、扉６１の開閉機構を設けても収納スペース３が狭くなることがない。
【００５８】
（その他の変形例）
上述した図８のステップＳ１では、視覚ユニット８を用いてアーム部２の位置確認を行った後にアーム部２の収納動作を行っているが、アーム部２の位置を予め把握している場合には、このステップＳ１の処理動作は省略してもよい。
【００５９】
また、図８のステップＳ３におけるガイド部材５１を設けなくてもアーム部２を収納スペース３に収納できる場合には、ガイド部材５１は設けなくてもよい。
【００６０】
上述した第１の実施形態では、図５に示す反射板４１や遮光板４３を利用してアーム部２の各腕部の位置を検出したが、センサ５をロボット本体１に設ける構造であれば、検出機構の具体的な形状や構造は特に問わない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアーム搭載ロボットの斜視図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るアーム搭載ロボットの側面図。
【図３】アーム部をロボット本体から引き出して展開した状態を示す斜視図。
【図４】本実施形態によるアーム搭載ロボットの制御系３０の概略構成を示すブロック図。
【図５】検出機構の一例を示す図。
【図６】ガイド部材５１の一例を示す斜視図。
【図７】固定機構の拡大斜視図。
【図８】本実施形態によるアーム搭載ロボットの処理手順を示すフローチャート。
【図９】視覚ユニット８でアーム部２の位置を確認する例を示す図。
【図１０】図８のステップＳ４における原点復帰処理の詳細な処理手順を示すフローチャート。
【図１１】（ａ）はロボット本体１内の収納スペース３にアーム部２を収納した状態を示す斜視図、（ｂ）はアーム部２を展開した状態を示す斜視図。
【図１２】扉６１を閉じた状態の開閉機構を示す図。
【図１３】扉６１を開けた状態の開閉機構を示す図。
【符号の説明】
【００６２】
１ ロボット本体
２ アーム部
３ 収納スペース
４ コントロール基板
５ センサ
６ 電源基板
７ 車輪
８ 視覚ユニット
３１ システム制御部
３２ 画像処理部
３３ アーム制御部
３４ 移動制御部
４１ 反射板
４３ 遮光板
５１ ガイド部材
５２ 固定機構
【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取り付けられ回転及び伸縮の少なくとも一つの動作を行うアーム部と、
前記ロボット本体の内部に設けられ前記アーム部の全体を収納可能な収納部と、
前記ロボット本体の内部に設けられ前記アームの収納時の位置および姿勢を検出する検出部と、
前記アーム部を前記収納部に収納する際、前記検出部の検出結果に基づいて、前記アーム部を初期位置および初期姿勢に復帰させる原点復帰制御部と、を備えることを特徴とするアーム搭載ロボット。
【請求項２】
前記ロボット本体の内部に設けられ、前記アーム部を前記収納部に収納する際に前記アーム部を前記収納部の方向にガイドするガイド部を備えることを特徴とする請求項１に記載のアーム搭載ロボット。
【請求項３】
前記ロボット本体内の前記アーム部の出し入れ口に設けられ、前記アーム部を前記収納部に収納した状態と前記アーム部を前記収納部から展開して取り出した状態とで開閉可能な扉を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のアーム搭載ロボット。
【請求項４】
前記アーム部が前記収納部に収納されたことが前記検出部により検出されたときに、前記扉を閉じることが可能となり、扉を閉じる制御を行い、かつ前記収納部に収納されている前記アーム部が初期位置および初期姿勢にあることが前記検出部により検出された後に、前記扉を開けることが可能となり、扉を開く制御を行う開閉制御部を備えることを特徴とする請求項３に記載のアーム搭載ロボット。
【請求項５】
前記アーム部は、
前記収納部に収納する際に前記ロボット本体の側面に対して平行な方向の回転軸を有する第１腕部と、
前記第１腕部の外周縁部に沿って取り付けられる円弧状の反射板と、を有し、
前記検出部は、前記反射板に対向する位置に隣接配置される発光部および受光部を有し、
前記検出部は、前記発光部から発光された光が前記反射板で反射して前記受光部にて受光されるか否かにより、前記第１腕部の位置および姿勢を検出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のアーム搭載ロボット。
【請求項６】
前記第１腕部が初期位置および初期姿勢に達するときに前記受光部での受光状態が切り替わるように前記反射板の取り付け位置が決定されることを特徴とする請求項５に記載のアーム搭載ロボット。
【請求項７】
前記アーム部は、
前記収納部に収納する際に前記ロボット本体の側面に対して直角方向の回転軸を有する第２腕部と、
前記回転軸の周りを前記第２腕部ととともに回転可能とされ、前記回転軸からの径が互いに異なる二つの半円板を有する遮光板と、を有し、
前記検出部は、前記遮光板を間に挟んで両側に配置される発光部および受光部を有し、
前記検出部は、前記発光部から発光された光が前記遮光板にて遮断されて前記受光部により受光されなくなるか否かにより、前記第２腕部の位置および姿勢を検出することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のアーム搭載ロボット。
【請求項８】
前記第２腕部が初期位置および初期姿勢に達するときに前記受光部での受光状態が切り替わるように前記段差の位置が決定されることを特徴とする請求項７に記載のアーム搭載ロボット。
【請求項９】
前記アーム部を撮像可能な撮像装置を備え、
前記原点復帰制御部は、前記撮像装置で前記アーム部を撮像して得られる画像に基づいて前記アーム部を前記収納部に収納する制御を行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のアーム搭載ロボット。
【請求項１】
ロボット本体と、
前記ロボット本体に取り付けられ回転及び伸縮の少なくとも一つの動作を行うアーム部と、
前記ロボット本体の内部に設けられ前記アーム部の全体を収納可能な収納部と、
前記ロボット本体の内部に設けられ前記アームの収納時の位置および姿勢を検出する検出部と、
前記アーム部を前記収納部に収納する際、前記検出部の検出結果に基づいて、前記アーム部を初期位置および初期姿勢に復帰させる原点復帰制御部と、を備えることを特徴とするアーム搭載ロボット。
【請求項２】
前記ロボット本体の内部に設けられ、前記アーム部を前記収納部に収納する際に前記アーム部を前記収納部の方向にガイドするガイド部を備えることを特徴とする請求項１に記載のアーム搭載ロボット。
【請求項３】
前記ロボット本体内の前記アーム部の出し入れ口に設けられ、前記アーム部を前記収納部に収納した状態と前記アーム部を前記収納部から展開して取り出した状態とで開閉可能な扉を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のアーム搭載ロボット。
【請求項４】
前記アーム部が前記収納部に収納されたことが前記検出部により検出されたときに、前記扉を閉じることが可能となり、扉を閉じる制御を行い、かつ前記収納部に収納されている前記アーム部が初期位置および初期姿勢にあることが前記検出部により検出された後に、前記扉を開けることが可能となり、扉を開く制御を行う開閉制御部を備えることを特徴とする請求項３に記載のアーム搭載ロボット。
【請求項５】
前記アーム部は、
前記収納部に収納する際に前記ロボット本体の側面に対して平行な方向の回転軸を有する第１腕部と、
前記第１腕部の外周縁部に沿って取り付けられる円弧状の反射板と、を有し、
前記検出部は、前記反射板に対向する位置に隣接配置される発光部および受光部を有し、
前記検出部は、前記発光部から発光された光が前記反射板で反射して前記受光部にて受光されるか否かにより、前記第１腕部の位置および姿勢を検出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のアーム搭載ロボット。
【請求項６】
前記第１腕部が初期位置および初期姿勢に達するときに前記受光部での受光状態が切り替わるように前記反射板の取り付け位置が決定されることを特徴とする請求項５に記載のアーム搭載ロボット。
【請求項７】
前記アーム部は、
前記収納部に収納する際に前記ロボット本体の側面に対して直角方向の回転軸を有する第２腕部と、
前記回転軸の周りを前記第２腕部ととともに回転可能とされ、前記回転軸からの径が互いに異なる二つの半円板を有する遮光板と、を有し、
前記検出部は、前記遮光板を間に挟んで両側に配置される発光部および受光部を有し、
前記検出部は、前記発光部から発光された光が前記遮光板にて遮断されて前記受光部により受光されなくなるか否かにより、前記第２腕部の位置および姿勢を検出することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のアーム搭載ロボット。
【請求項８】
前記第２腕部が初期位置および初期姿勢に達するときに前記受光部での受光状態が切り替わるように前記段差の位置が決定されることを特徴とする請求項７に記載のアーム搭載ロボット。
【請求項９】
前記アーム部を撮像可能な撮像装置を備え、
前記原点復帰制御部は、前記撮像装置で前記アーム部を撮像して得られる画像に基づいて前記アーム部を前記収納部に収納する制御を行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のアーム搭載ロボット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００７−９０４９３（Ｐ２００７−９０４９３Ａ）
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２８４０２４（Ｐ２００５−２８４０２４）
【出願日】平成１７年９月２９日（２００５．９．２９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２９日（２００５．９．２９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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