アーム機構を備えた移動ロボット
【課題】 到達可能範囲を大きくでき、運搬・移動作業時に折り畳むことが可能な、出っ張りもなく収納が可能な安全性の高いアーム機構を備えた移動ロボットの提供。
【解決手段】 移動ロボットは、本体側面の第１関節で回動可能に軸支される第１アーム部１０１を備えている。第１アーム部には、収納用凹部及びこの収納用凹部に連通する開口部１０７を有し、この収納部に折り畳み機構が収納される。折り畳み機構では、第１アームに第２アーム部１０２が第２関節部を介して連結され、第３アーム部１０４が第２アーム部に第３関節部を介して連結されている。第１アーム部は、第１関節の周りに回動されてその開口部を任意の方向に向け、収納用凹部に沿って前記第２関節部をスライドさせて折り畳み機構を開口部から取り出すことができ、第３関節部の周りで前記第３アーム部を回動して第３アーム部を展開することができる。
【解決手段】 移動ロボットは、本体側面の第１関節で回動可能に軸支される第１アーム部１０１を備えている。第１アーム部には、収納用凹部及びこの収納用凹部に連通する開口部１０７を有し、この収納部に折り畳み機構が収納される。折り畳み機構では、第１アームに第２アーム部１０２が第２関節部を介して連結され、第３アーム部１０４が第２アーム部に第３関節部を介して連結されている。第１アーム部は、第１関節の周りに回動されてその開口部を任意の方向に向け、収納用凹部に沿って前記第２関節部をスライドさせて折り畳み機構を開口部から取り出すことができ、第３関節部の周りで前記第３アーム部を回動して第３アーム部を展開することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アーム機構を備えた移動ロボットに係り、特に、物品を搭載して家庭内、施設等の建築物内を移動して物品を運搬する為のアーム機構を備え、サービス用途に利用される移動ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人間と活動空間を共有するサービスロボットが種々発表されている。サービスロボットが人の指示に従って、指示された物品へアクセスし、対象物品をハンドリングし、また、把持した物品を運搬するため、移動ロボット本体にアームが搭載されている。このようにアームを搭載したロボットが多数提案され、例えば、特許文献１及び非特許文献１に開示されている。これら文献に開示されたサービスロボットでは、通常、搭載アームが本体両側の左右に取り付けられている。従って、物の運搬などサービスロボットの移動中に搭載アームが周囲にぶつかる恐れがあり、人との行き違い時に危険を人に及ぼす恐れがあり、或いは、不安感を抱かせる虞がある等安全性の面で問題があるとされている。このような背景から、従来のサービスロボットでは、移動台車に搭載したアームがアームとは、別途に設けた開閉カバーで覆れ、安全性並びに不安感除去の対策が執られている。
【特許文献１】特開２００４−２３０５０９「移動ロボット」
【非特許文献１】川内 直人、外４名、「ホームユースロボット"wakamaru"」、三菱重工技報、三菱重工株式会社、2003年9月、第40巻、5号、P.270-273
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載されるように、アーム収納用開閉カバーが設けられる場合には、開閉カバーがアーム全体を覆うよう配置されるため移動ロボット自体の大きさが大きくなる問題がある。また、移動ロボットでは、アームを展開するたびにカバーの開閉動作が毎回必要となり、アーム展開動作に時間が掛り、この動作が煩わしいとされる等の問題がある。また、アームの収納時に折り畳み可能な構造が採用されるサービスロボットにあっては、折り畳むことによってその大きさをコンパクトにできる。しかし、アームを利用して物を取ったり、置いたりする際のアームが到達する可動範囲を大きくする場合には、自ずとアーム長をはじめ搭載するロボット自体も大きくすることが必要とされ、安全面からも好ましくないとされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明は、上記問題点を解決するためになされてものであり、その目的は、アーム機構がコンパクトな構造を有し、ロボット自体から出っ張り無く収納可能として、非作業時或いは移動中の安全性を図ることができる共にアーム可動範囲を大きく取ることが出来るアーム機構を備えた移動ロボットを提供するにある。
【０００５】
この発明によれば、
移動ロボット本体と、
この移動ロボット本体を載置し、当該移動ロボット本体を移動させる移動駆動機構と、
前記移動ロボット本体の側面に設けられ、前記移動ロボット本体側面の第１関節で回動可能に軸支され、収納用凹部及びこの収納用凹部に連通する開口部を有する第１アーム部と、
前記第１アームに第２関節部を介して連結された第２アーム部及びこの第２アーム部に第３関節部を介して連結された第３アーム部とから構成され、第３関節部で第３アーム部を前記第２アーム部に向けて折り畳むことが可能な折り畳み機構であって、前記収納部の窪み内に折り畳んだ状態で収納可能で、前記開口部を介して第１のアーム部外に出入可能な折り畳み機構と、
前記第１アーム部を前記第１関節の周りに回動して前記開口部を任意の方向に向ける第１の回動駆動部と、
前記収納用凹部に沿って前記第２関節部をスライドさせて前記折り畳まれた折り畳み機構を前記開口部から出し入れさせるスライド駆動部と、
前記第３関節部の周りで前記第３アーム部を回動して前記第２アーム部に対して前記第３アーム部に任意角度を与える第２の回動駆動部と、
を具備することを特徴とする移動ロボットが提供される。
【発明の効果】
【０００６】
この発明のアーム機構を搭載型移動ロボットによれば、アーム全体の収納がロボット本体からの出っ張りが無く可能であると共に第１アーム自体が本体の一部を成すとともにその第１アームの回転駆動及び第２アームのスライド伸縮駆動を伴った展開により、可動範囲を大きくすることが出来る。従って、アーム先端の到達可能範囲を大きくできると共に、建物内での物品の運搬・移動作業時には、背丈を低くすることができる。また、移動ロボット全体がコンパクトで、アームの本体から出っ張り箇所が無いため、ロボットが移動する際に移動路にある物に接触或いは衝突することがなく、安全性に比較的狭い場所にも移動することができ、廊下での人との行き違いの際に不安感を与えることがない。
【０００７】
また、この発明によれば、本来の移動機構のみでは対応できない段差の乗り越え或いは傾斜のある床面における移動を搭載されるマニュピュレータ機構の展開駆動動作を併用することにより実現することができる。更に、この発明によれば、周囲の対象物を検知する検知センサがロボット本体に配置される構造において、検知センサが第１アーム部に配置され、搭載される他のアーム部が駆動されても第１アーム部とともに検知センサが動くことから、この検知センサによる検出動作が妨げられることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、必要に応じて図面を参照しながら、この発明の一実施の形態に係るアーム機構を備えた移動ロボットについて説明する。
【０００９】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）及び（ｂ）は、この発明の第１の実施の形態に係るアーム機構を備えたアーム搭載型移動ロボット１００の上面構造を概略的に示す平面図並びにその側面構造を概略的に示す側面図である。
【００１０】
図１（ａ）に示されるように、アーム搭載型移動ロボット１００は、その外形が略円柱状を有する本体６０を備え、この本体６０が台座部６２に載置固定されている。この台座部６２には、移動ロボット１００を前後並びに左右方向に移動させる為の移動輪を有する移動機構部１０９が設けられるとともに本体６０の上部には、移動ロボット１００が運搬物を搭載する為に略水平に延びる載置面を有する運搬物搭載部１１０が設けられている。また、本体６０には、当該アーム搭載型移動ロボット１００を操作し、また、当該アーム搭載型移動ロボット１００の状態を表示することができる表示・操作用ディスプレイ１０８が設けられている。
【００１１】
図１（ａ）及び（ｂ）に示される移動ロボット１００は、片側にのみアーム機構８０が搭載されるタイプであって、略円柱状本体６０の一方の側面は、皿状の蓋部６４で塞がれ、図１（ｂ）に示されるように、本体６０の他方の側面には、本体６０の側面形状に対応して外形が円盤蓋状に形成され、第１のアームとして機能する第１アーム部１０１が設けられている。円盤蓋状の第１アーム部１０１は、図示しない本体６０内に設けられた回転機構によって本体６０の中心を通る回転軸１２０の周りに矢印Ｒ０で示すように回転可能に保持され、回転機構が動作されることによって、第１アーム部１０１が矢印Ｒ１に沿って回転される。このように円盤蓋状の第１アーム部１０１が回転可能であることから、回転軸１２０が本体６０に対する第１アーム部１０１の第１関節に相当する。また、後に説明されるようにこの第１アーム部１０１内にスライド伸縮機構（図示せず）が設けられ、このスライド伸縮機構のスライド軸１０３と回転軸１２０との間の第１アーム部１０１の部分が実質的なアーム部に相当し、その間の距離がアーム長に定められる。
【００１２】
第１アーム部１０１には、アーム部が折り畳まれた状態のマニュピュレータ機構、９０、即ち、アーム折り畳み機構を収納するに適する形状を有する収納部１０６としての窪みが形成されている。マニュピュレータ機構９０は、図１（ｂ）に示すようにマニュピュレータ機構９０を本体６０に連結する第２関節としてのスライド軸１０３、第２、第３及び第４のアーム部１０２、１０４、１０５及びこれらを連結する第３及び第４の関節１３２，１３４から構成され、第３及び第４の関節１３２，１３４で第２、第３及び第４のアーム部１０２、１０４、１０５が互いに略平行となるように折り畳まれて収納部１０６に収納される。マニュピュレータ機構９０の自由端に相当する第４のアーム部１０５の先端には、後に説明される物品を把持する為のグリッパ部１３０が取り付けられている。
【００１３】
折り畳まれ状態のマニュピュレータ機構９０を本体６０の側面に沿って移動させてこのマニュピュレータ機構９０を収納部１０６から出し入れする為にこの収納部１０６は、第１アーム部１０１の外周にマニュピュレータ機構９０を収納部１０６外に展開する為に開口部１０７で開口されている。第１アーム部１０１は、外面が滑らかな面を有するように、一例として、モノコックフレームで形成され、その収納部１０６としての窪みは、図１（ａ）からも明らかなように、折り畳まれた状態のマニュピュレータ機構９０が収納部１０６内に完全に収納され、収納部１０６外に突出しないような深さを有している。従って、収納部１０６にマニュピュレータ機構９０が収納されている限り、移動ロボット１００の側面には突起が生ずることがない。また、仮に、移動ロボット１００が矢印Ｍで示すように移動されても、マニュピュレータ機構９０の外面が移動路上の障害物、或いは、人等に接触しても滑らかな外面を有する第１アーム部１０１によって移動ロボット１００が障害物、或いは、人等に引っ掛かり、その結果として障害物を破損し、或いは、人等にダメージを与えることはない。
【００１４】
尚、図１（ａ）及び（ｂ）に示される第１アーム部１０１は、マニュピュレータ機構９０が収納部１０６内に収納された状態で露出されているが、収納部１０６がカバーで覆われ、開口部１０７のみが開口されている構造でも良い。マニュピュレータ機構９０は、開口部１０７を介して出し入れされ、第１アーム部１０１から側面方向に、即ち、回転軸１２０に沿ってスライドされることはないことから、その側面がカバーで覆われても良い。
【００１５】
スライド伸縮機構のスライド軸１０３を移動可能とする為に収納部１０６の底面に収納部１０６の長手方向に沿って延出されているスライド溝８２が形成されている。また、スライド伸縮機構のスライド軸１０３は、第２アーム部１０２の基部に連結されている。従って、スライド伸縮機構が作動してスライド軸１０３がスライド溝８２を移動すると、折り畳まれた状態でマニュピュレータ機構９０が展開用開口部１０７から第１アーム部１０１外に延伸される。
【００１６】
図１（ａ）に示されるように第２アーム１０２の基部にスライド軸１０３が取り付けられているが、このスライド軸１０３は、第１アーム部１０１の回転軸１２０から偏心させて位置されている。従って、第１アーム部１０１が回転駆動される範囲に第２アーム部１０２がスライド伸縮駆動される範囲が加えられた範囲がマニュピュレータ機構９０の可動範囲となり、マニュピュレータ機構９０が展開された際にその先端のグリッパ部１３０が到達する高さ（範囲）を大きくすることができる。また、開口部１０７は、第１アーム部１０１上に設けられ、第１アーム部１０１が回転軸１２０の回りに回転されることから、マニュピュレータ機構９０は、移動ロボット本体の周方向回り（回転軸１２０の回り）の３６０°の角度範囲内のいずれの方向にも必要に応じてマニュピュレータ機構９０を展開させることができる。図３（ｂ）に示されるアーム機構は、７関節からなるアーム部にグリッパ１０５を搭載した例を示しているが、関節数及びアーム部の数は、搭載アーム部の自由度に応じて選定され、折りたたみ収納可能であれば、自由度数や構造に制限は無いことは明らかである。
【００１７】
上述した実施例においては、第１アーム部１０１は、円柱形状に形成しているが、円柱形状に限られるものではなく、必要に応じて側面が正多角形をなす柱状形状に形成されても良い。
【００１８】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示されるアーム機構を備えた移動ロボット１００は、次のように動作される。
【００１９】
始めに、外部からの無線信号が図２に示すような無線部２１０で受信されて、或いは、表示・操作用ディスプレイ１０８を利用して移動すべき目標位置、物品の搬送等の対処動作及び搬送物品等の対処物品が予め入力される。この入力信号は、ＣＰＵ２１４を介して図２に示すＲＡＭ２１２に一時的に格納される。移動ロボット１００が動作開始すると、ＲＯＭ２１６から作動プログラムがＣＰＵ２１４に読み出されて目標位置に応じて移動機構駆動部２１８にインタフェース２２０を介して動作指示が与えられる。従って、移動機構部１０９が動作されて移動ロボットは、目標位置にまで移動されて停止される。この停止した状態で、作動プログラムに従って図２に示す第１アーム回転駆動部２２２が作動されて本体６０内の回転機構が動作される。従って、矢印Ｒ１に示すように第１アーム部１０１が回転軸１２０の周りに回転され、対処物品の位置に応じて第１アーム部１０１の開口部１０７が所定方向、例えば、図３（ｂ）に示すように開口部１０７が上方に向けられる。開口部１０７が所定方向に向けられてマニュピュレータ機構９０の展開方向が決定されると、第２アーム部１０２の第２アームスライド駆動部２２４によってスライド伸縮機構が作動して図３（ｂ）に示すようにスライド軸１０３が矢印Ｓ１に示すようにスライド溝８２に沿って移動される。その結果、マニュピュレータ機構９０が第１アーム部１０１外に引き出される。
【００２０】
マニュピュレータ機構９０は、図示しないアーム駆動機構が作動して展開される。即ち、スライド伸縮機構によって第２アーム部１０２が第１アーム部１０１外に伸長され、第２アーム部１０２に対して第３アーム部１０４がある開き角をなすように第３関節駆動部２２６が作動して第３アーム部１０４が第３関節部１３２を基部として矢印Ｒ２に示すように回動され、また、第３アーム部１０４に対して第４アーム部１０５がある開き角をなすように第４関節駆動部２２８が作動して第４アーム部１０５が第４関節部１３４を基部として矢印Ｒ３に示すように回動される。従って、マニュピュレータ機構９０は、展開され、回転軸１２０からグリッパ部１３０までの距離は、スライド軸１０３のスライド長、矢印Ｒ２で示す第３アーム部１０４の開き角、矢印Ｒ３で示す第４アーム部１０５の開き角及び第１から第４アーム部１０１，１０２，１０４，１０５のアーム長で決定される。従って、スライド長及び開き角を調整することによって回転軸１２０からグリッパ部１３０までの距離を調整することができる。
【００２１】
図３（ｂ）に示すようにマニュピュレータ機構９０においては、第２アーム部１０２は、第２アーム軸方向回転駆動部２３０によって矢印Ｒ４に示すようにその軸の周りに回転されてこの第２アーム部１０２に連結された関節１３２も回転される。また、関節１３２に連結された第３アーム部１０４は、第３アーム軸方向回転駆動部２３２によって矢印Ｒ５に示すようにその軸の周りに回転されてこの第３アーム部１０４に連結された関節１３４も同様に回転される。更に、関節１３４に連結された第４アーム部１０５は、第４アーム軸方向回転駆動部２３４によって矢印Ｒ６に示すようにその軸の周りに回転されてこの第４アーム部１０５に連結されたグリッパ部１３０も同様に回転される。従って、展開されたマニュピュレータ機構９０のアーム部を軸周りに所定角だけ回転し、スライド長及び開き角を調整することによってグリッパ部１３０を対処物品にアクセスさせることができる。
【００２２】
グリッパ部１３０は、グリッパ駆動部２４０によってグリッパ部１３０の軸方向に沿ってスライド可能であるとともに物品を把持する把持機構を備えていることから、対処物品を把持することができる。従って、ＣＰＵ２１４からの指示に従って、マニュピュレータ機構９０の各アーム部を調整駆動することによって対処物品を運搬物搭載部１１０にまで搬送し、運搬物搭載部１１０上に乗せることができる。
【００２３】
対処物品が運搬物搭載部１１０上に載置されると、同様にＣＰＵ２１４からの指示に従って、展開されていたマニュピュレータ機構９０は、折り畳まれ、上述した展開動作と逆の動作で開口部１０７から収納部１０６に引き込まれて収納される。
【００２４】
（第２の実施の形態）
図４を参照して、この発明の第２の実施の形態に係るアーム搭載型移動ロボット１００について説明する。図４（ａ）及び（ｂ）は、この発明の第２の実施の形態に係るアーム搭載型移動ロボット１００を概略的に示す側面図及び上面図である。図４（ａ）及び（ｂ）に示される移動ロボット１００は、ロボット本体の両側面部に、第１の搭載アーム機構並びに第２の搭載アーム機構を備えている。図４（ａ）及び（ｂ）において、図１〜図３（ｂ）に示した符号と同一符号は、同一箇所或いは同一部品を示すものとしてその詳細な説明は省略する。
【００２５】
第１の搭載アーム機構８０Ａ並びに第２の搭載アーム機構８０Ｂは、同一の構造を有し、夫々第１アーム部１０１、１１１を備え、その第１アーム部１０１、１１１の回転軸中心が本体側面ほぼ中央部の回転軸１２０に一致されている。第１アーム部１０１、１１１は、ロボット本体６０に対して対称に取り付けられた構造を有している。既に説明したように第１アーム部１０１、１１１の収納部１０６には、マニュピュレータ機構９０Ａ、９０Ｂが折り畳まれて収納され、マニュピュレータ機構９０Ａ、９０Ｂは、図３（ｂ）を参照して説明したように展開され、再び、収納部１０６に折り畳まれる。
【００２６】
図４（ａ）及び（ｂ）に示される移動ロボット１００においては、夫々の搭載アーム部１０１、１１１、１０２、１０４、１０５は、展開動作時にも干渉を受けることなく容易に展開可能で、第１の搭載アーム機構８０Ａ並びに第２の搭載アーム機構８０Ｂの夫々に異なった動作をさせることも出来る。また、図５に示される作業動作例ように、２つのマニュピュレータ機構９０Ａ、９０Ｂが第１アーム部１０１，１１１の回転駆動とともに互いに並列させて水平方向に同期して動かすことができる。従って、１つのマニュピュレータ機構９０Ａ、９０Ｂでは、質量が重く扱うことが出来なかった物品であっても、アクセスが可能となり、把持した物品を移動ロボット本体６０に設けた運搬物搭載部１１０に搭載することが出来る。
【００２７】
図５に示される作業動作例では、収納棚４００に収まっているトレイ４０１を搭載されたマニュピュレータ機構９０Ａ、９０Ｂで把持して、移動ロボット本体に設けた運搬物搭載部１１０に搭載するためのアームの動きを示している。
【００２８】
搭載アーム機構８０Ａ、８０Ｂは、第１アーム部１０１及び第２アーム部１０２の動作により可動範囲を大きくすることができる。従って、収納棚４０９に対しても高い位置から床下側の低い位置までマニュピュレータ機構９０Ａ、９０Ｂのアクセス範囲を広くすることができる。
【００２９】
また、図６は、同じくアーム機構８０の作業動作例であって、大きな箱状の物品を移動ロボットに搭載して移動する例を示している。移動中に、例えば、ドアを開ける必要が生じても、搭載アーム機構８０自体は、容易に展開することができ、図６に示すようにマニュピュレータ機構９０Ａ、９０Ｂを展開してドアノブ５００にアクセスして開くことで運搬作業を広範囲にわたって行うことが可能である。
【００３０】
図４（ａ）及び（ｂ）に示す移動ロボットは、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示されるようにそのアーム機構８０Ａ、８０Ｂを利用して段差の乗り越え動作を実現することができる。物の運搬などで移動動作中に、その移動手段として備えている移動機構１０９のみでは対応不可能な一定以上の高さのある段差６００、或いは、一定以上の図示していない勾配を持つ床面に対しては、搭載アームの第１アーム部１０１の回転駆動動作と、回転による床面側への第２アーム部１０２のスライド伸縮駆動１０３を伴うアーム駆動動作を併用することで段差乗り越え移動することが出来る。即ち、図示しないセンサが段差或いは勾配を有する斜面を検出すると、図７（ａ）に示すようにマニュピュレータ機構９０Ａ、９０Ｂが床面に対して延出されて移動ロボット本体６０の駆動部車輪を持ち上げるようにグリッパ部１３０が床面に当接される。この状態で第１アーム部１０１が回転されると、図７（ｂ）に示されるように駆動部車輪が段差上に持ち上げられ、段差上に車輪を移動させることができる。このように移動ロボット１００の段差６００乗り越え時にグリッパ部１３０がロボット自身の体を支え、第１アーム部１０１が乗り越え移動の駆動力を付加することができる。図７（ａ）及び図７（ｂ）に示した場合だけでなく、搭載アーム機構８０は、凹凸のある床面に限らず、その他様々な床面状態への移動動作を支援でき、駆動車輪だけでは走行不可能な種々の床面を移動ロボットが走行することができる。
【００３１】
（第３の実施の形態）
図８（ａ）及び（ｂ）は、この発明の第３の実施の形態に係るアーム搭載型移動ロボット１００を示す概略図である。図８（ａ）及び（ｂ）に示されるように、第１アーム部１０１を構成する円柱側面の周囲に、例えば、超音波センサや光電式距離センサ等の周囲の障害物を検知する複数の検知センサ７００が配置される場合、図８（ａ）のように第１アーム１０１と共に検知センサ７００も回動される。従って、回転角に応じたセンサ位置の補正は必要であるが、アームの展開をはじめ作業動作中におけるセンシングを邪魔することがないので周囲の障害物を安定に検出することができる。
【００３２】
これに対し、図９（ａ）及び（ｂ）に示すような比較例として示す搭載アーム構造７０１では、検知センサ７００の位置が固定され、アーム部の動作中に検知センサ７００の前を横切ることが生じるため、センシングできないことが多々生じてしまう。
【００３３】
また、周囲の障害物を検知する検知センサ７００が側面側だけでなく、複数個の検知センサ７００が第１アームを構成する円柱周上面に配置される場合にも、同様にアーム展開動作或いはアーム作業中に検出センサ７００のセンシングをさえぎることがないことから安定して障害物の検知が可能となる。
【００３４】
尚、これらセンサ７００からのセンサ出力は、図２に示すようにインタフェース２２０を介してＣＰＵ２１４にて解析されて障害物の位置並びに大きさが検出される。
【００３５】
（第４の実施の形態）
図１０は、この発明の第５の実施の形態に係るアーム搭載型移動ロボット１００を示す上面図であって、アーム収納用凹部構造１０６を有する第１アーム部１０１，１１１の本体６０側面に接近する構造部周囲に、回転方向Ｒ１に沿って、発光素子８０１等のような複数個のインジケータ部８００が設けられている。このインジケータ部８００は、アーム搭載型移動ロボットのアーム部の展開駆動を含めた動作状態に応じて、その複数の同一発光色或いは異なる発光色の発光素子８００がＣＰＵ２１４によって表示制御されてその発光状態が変化される。例えば、複数の発光素子８００が点滅表示或いは発光色が変化される。ここで、発光色の変化には、異なる発光色が交互に点滅される場合も含む。このインジケータ部８００の表示状態により、ロボットの周囲にいる人は、移動ロボット１００の動作状態を知り得ることが可能となり、不安を抱くことなく近づくことができ、安全性も高めることができる。例えば、ロボットが移動中は青色発光させて移動の接近を知らせ、インジケータ部が両側にある場合には、左折、右折時に夫々の側の青色インジケータ部を点滅させて曲がる方向を知らせ、また、マニュピュレータ機構９０，９０Ａ、９０Ｂの展開動作を開始する時に、発光色を赤色に変化させて展開動作開始されたことを知らせ、その注意を促すことができ、人に対しての安全性を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、この発明に係る移動ロボット搭載アームは、コンパクトにアーム機構を構造部内に出っ張り無く収納可能として、非作業時や移動中の安全性が図れると共に、その第１及び第２アーム部の駆動によりアーム可動範囲を大きく取ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、この発明の第１の実施の形態に係るアーム機構を搭載した移動ロボットを概略的に示す側面図及び上面図である。
【図２】図１に示した移動ロボットを駆動する回路システムを概略的に示すブロック図である。
【図３】図１（ａ）及び（ｂ）に示した移動ロボットのアーム機構における展開の動作及び可動部の動作例を概略的に示す側面図である。
【図４】この発明の第２の実施の形態に係る移動ロボットを概略的に示す側面図及び上面図である。
【図５】図４に示す移動ロボットのアーム機構における作業動作例を示す側面図である。
【図６】図４に示す移動ロボットのアーム機構における他の作業動作例を示す側面図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、図４に示す移動ロボットのアーム機構における段差を乗り越える移動支援動作を概略的に示す側面図である。
【図８】図４に示す移動ロボットのアーム機構とともに回動する周囲の障害物を検知する検出センサがアーム機構に配置された例を示す概略図である。
【図９】図４に示す移動ロボットのアーム機構の比較例であって、周囲の障害物を検知する検出センサが固定的に配置される例を示す概略図である。
【図１０】この発明の第５の実施の形態に係るインジケータ部を搭載する移動ロボットを概略的に示す平面図である。
【符号の説明】
【００３８】
６０．．．ロボット本体、６２．．．台座部、８２．．．スライド溝、９０．．．マニュピュレータ機構、１００．．．移動ロボット、１０１、１１１、１０２、１０４、１１４．．．アーム部、１０３．．．スライド軸、１０６．．．収納部、１０７．．．開口部、１３０．．．グリッパ部、１０８．．．表示操作用ディスプレイ、１０９．．．移動機構部、１１０．．．運搬物搭載部、１２０．．．ロボット本体側面中央部の回転軸、７００．．．検出センサ、８００．．．動作状態インジケータ、８０１．．．発光素子
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アーム機構を備えた移動ロボットに係り、特に、物品を搭載して家庭内、施設等の建築物内を移動して物品を運搬する為のアーム機構を備え、サービス用途に利用される移動ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人間と活動空間を共有するサービスロボットが種々発表されている。サービスロボットが人の指示に従って、指示された物品へアクセスし、対象物品をハンドリングし、また、把持した物品を運搬するため、移動ロボット本体にアームが搭載されている。このようにアームを搭載したロボットが多数提案され、例えば、特許文献１及び非特許文献１に開示されている。これら文献に開示されたサービスロボットでは、通常、搭載アームが本体両側の左右に取り付けられている。従って、物の運搬などサービスロボットの移動中に搭載アームが周囲にぶつかる恐れがあり、人との行き違い時に危険を人に及ぼす恐れがあり、或いは、不安感を抱かせる虞がある等安全性の面で問題があるとされている。このような背景から、従来のサービスロボットでは、移動台車に搭載したアームがアームとは、別途に設けた開閉カバーで覆れ、安全性並びに不安感除去の対策が執られている。
【特許文献１】特開２００４−２３０５０９「移動ロボット」
【非特許文献１】川内 直人、外４名、「ホームユースロボット"wakamaru"」、三菱重工技報、三菱重工株式会社、2003年9月、第40巻、5号、P.270-273
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載されるように、アーム収納用開閉カバーが設けられる場合には、開閉カバーがアーム全体を覆うよう配置されるため移動ロボット自体の大きさが大きくなる問題がある。また、移動ロボットでは、アームを展開するたびにカバーの開閉動作が毎回必要となり、アーム展開動作に時間が掛り、この動作が煩わしいとされる等の問題がある。また、アームの収納時に折り畳み可能な構造が採用されるサービスロボットにあっては、折り畳むことによってその大きさをコンパクトにできる。しかし、アームを利用して物を取ったり、置いたりする際のアームが到達する可動範囲を大きくする場合には、自ずとアーム長をはじめ搭載するロボット自体も大きくすることが必要とされ、安全面からも好ましくないとされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明は、上記問題点を解決するためになされてものであり、その目的は、アーム機構がコンパクトな構造を有し、ロボット自体から出っ張り無く収納可能として、非作業時或いは移動中の安全性を図ることができる共にアーム可動範囲を大きく取ることが出来るアーム機構を備えた移動ロボットを提供するにある。
【０００５】
この発明によれば、
移動ロボット本体と、
この移動ロボット本体を載置し、当該移動ロボット本体を移動させる移動駆動機構と、
前記移動ロボット本体の側面に設けられ、前記移動ロボット本体側面の第１関節で回動可能に軸支され、収納用凹部及びこの収納用凹部に連通する開口部を有する第１アーム部と、
前記第１アームに第２関節部を介して連結された第２アーム部及びこの第２アーム部に第３関節部を介して連結された第３アーム部とから構成され、第３関節部で第３アーム部を前記第２アーム部に向けて折り畳むことが可能な折り畳み機構であって、前記収納部の窪み内に折り畳んだ状態で収納可能で、前記開口部を介して第１のアーム部外に出入可能な折り畳み機構と、
前記第１アーム部を前記第１関節の周りに回動して前記開口部を任意の方向に向ける第１の回動駆動部と、
前記収納用凹部に沿って前記第２関節部をスライドさせて前記折り畳まれた折り畳み機構を前記開口部から出し入れさせるスライド駆動部と、
前記第３関節部の周りで前記第３アーム部を回動して前記第２アーム部に対して前記第３アーム部に任意角度を与える第２の回動駆動部と、
を具備することを特徴とする移動ロボットが提供される。
【発明の効果】
【０００６】
この発明のアーム機構を搭載型移動ロボットによれば、アーム全体の収納がロボット本体からの出っ張りが無く可能であると共に第１アーム自体が本体の一部を成すとともにその第１アームの回転駆動及び第２アームのスライド伸縮駆動を伴った展開により、可動範囲を大きくすることが出来る。従って、アーム先端の到達可能範囲を大きくできると共に、建物内での物品の運搬・移動作業時には、背丈を低くすることができる。また、移動ロボット全体がコンパクトで、アームの本体から出っ張り箇所が無いため、ロボットが移動する際に移動路にある物に接触或いは衝突することがなく、安全性に比較的狭い場所にも移動することができ、廊下での人との行き違いの際に不安感を与えることがない。
【０００７】
また、この発明によれば、本来の移動機構のみでは対応できない段差の乗り越え或いは傾斜のある床面における移動を搭載されるマニュピュレータ機構の展開駆動動作を併用することにより実現することができる。更に、この発明によれば、周囲の対象物を検知する検知センサがロボット本体に配置される構造において、検知センサが第１アーム部に配置され、搭載される他のアーム部が駆動されても第１アーム部とともに検知センサが動くことから、この検知センサによる検出動作が妨げられることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、必要に応じて図面を参照しながら、この発明の一実施の形態に係るアーム機構を備えた移動ロボットについて説明する。
【０００９】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）及び（ｂ）は、この発明の第１の実施の形態に係るアーム機構を備えたアーム搭載型移動ロボット１００の上面構造を概略的に示す平面図並びにその側面構造を概略的に示す側面図である。
【００１０】
図１（ａ）に示されるように、アーム搭載型移動ロボット１００は、その外形が略円柱状を有する本体６０を備え、この本体６０が台座部６２に載置固定されている。この台座部６２には、移動ロボット１００を前後並びに左右方向に移動させる為の移動輪を有する移動機構部１０９が設けられるとともに本体６０の上部には、移動ロボット１００が運搬物を搭載する為に略水平に延びる載置面を有する運搬物搭載部１１０が設けられている。また、本体６０には、当該アーム搭載型移動ロボット１００を操作し、また、当該アーム搭載型移動ロボット１００の状態を表示することができる表示・操作用ディスプレイ１０８が設けられている。
【００１１】
図１（ａ）及び（ｂ）に示される移動ロボット１００は、片側にのみアーム機構８０が搭載されるタイプであって、略円柱状本体６０の一方の側面は、皿状の蓋部６４で塞がれ、図１（ｂ）に示されるように、本体６０の他方の側面には、本体６０の側面形状に対応して外形が円盤蓋状に形成され、第１のアームとして機能する第１アーム部１０１が設けられている。円盤蓋状の第１アーム部１０１は、図示しない本体６０内に設けられた回転機構によって本体６０の中心を通る回転軸１２０の周りに矢印Ｒ０で示すように回転可能に保持され、回転機構が動作されることによって、第１アーム部１０１が矢印Ｒ１に沿って回転される。このように円盤蓋状の第１アーム部１０１が回転可能であることから、回転軸１２０が本体６０に対する第１アーム部１０１の第１関節に相当する。また、後に説明されるようにこの第１アーム部１０１内にスライド伸縮機構（図示せず）が設けられ、このスライド伸縮機構のスライド軸１０３と回転軸１２０との間の第１アーム部１０１の部分が実質的なアーム部に相当し、その間の距離がアーム長に定められる。
【００１２】
第１アーム部１０１には、アーム部が折り畳まれた状態のマニュピュレータ機構、９０、即ち、アーム折り畳み機構を収納するに適する形状を有する収納部１０６としての窪みが形成されている。マニュピュレータ機構９０は、図１（ｂ）に示すようにマニュピュレータ機構９０を本体６０に連結する第２関節としてのスライド軸１０３、第２、第３及び第４のアーム部１０２、１０４、１０５及びこれらを連結する第３及び第４の関節１３２，１３４から構成され、第３及び第４の関節１３２，１３４で第２、第３及び第４のアーム部１０２、１０４、１０５が互いに略平行となるように折り畳まれて収納部１０６に収納される。マニュピュレータ機構９０の自由端に相当する第４のアーム部１０５の先端には、後に説明される物品を把持する為のグリッパ部１３０が取り付けられている。
【００１３】
折り畳まれ状態のマニュピュレータ機構９０を本体６０の側面に沿って移動させてこのマニュピュレータ機構９０を収納部１０６から出し入れする為にこの収納部１０６は、第１アーム部１０１の外周にマニュピュレータ機構９０を収納部１０６外に展開する為に開口部１０７で開口されている。第１アーム部１０１は、外面が滑らかな面を有するように、一例として、モノコックフレームで形成され、その収納部１０６としての窪みは、図１（ａ）からも明らかなように、折り畳まれた状態のマニュピュレータ機構９０が収納部１０６内に完全に収納され、収納部１０６外に突出しないような深さを有している。従って、収納部１０６にマニュピュレータ機構９０が収納されている限り、移動ロボット１００の側面には突起が生ずることがない。また、仮に、移動ロボット１００が矢印Ｍで示すように移動されても、マニュピュレータ機構９０の外面が移動路上の障害物、或いは、人等に接触しても滑らかな外面を有する第１アーム部１０１によって移動ロボット１００が障害物、或いは、人等に引っ掛かり、その結果として障害物を破損し、或いは、人等にダメージを与えることはない。
【００１４】
尚、図１（ａ）及び（ｂ）に示される第１アーム部１０１は、マニュピュレータ機構９０が収納部１０６内に収納された状態で露出されているが、収納部１０６がカバーで覆われ、開口部１０７のみが開口されている構造でも良い。マニュピュレータ機構９０は、開口部１０７を介して出し入れされ、第１アーム部１０１から側面方向に、即ち、回転軸１２０に沿ってスライドされることはないことから、その側面がカバーで覆われても良い。
【００１５】
スライド伸縮機構のスライド軸１０３を移動可能とする為に収納部１０６の底面に収納部１０６の長手方向に沿って延出されているスライド溝８２が形成されている。また、スライド伸縮機構のスライド軸１０３は、第２アーム部１０２の基部に連結されている。従って、スライド伸縮機構が作動してスライド軸１０３がスライド溝８２を移動すると、折り畳まれた状態でマニュピュレータ機構９０が展開用開口部１０７から第１アーム部１０１外に延伸される。
【００１６】
図１（ａ）に示されるように第２アーム１０２の基部にスライド軸１０３が取り付けられているが、このスライド軸１０３は、第１アーム部１０１の回転軸１２０から偏心させて位置されている。従って、第１アーム部１０１が回転駆動される範囲に第２アーム部１０２がスライド伸縮駆動される範囲が加えられた範囲がマニュピュレータ機構９０の可動範囲となり、マニュピュレータ機構９０が展開された際にその先端のグリッパ部１３０が到達する高さ（範囲）を大きくすることができる。また、開口部１０７は、第１アーム部１０１上に設けられ、第１アーム部１０１が回転軸１２０の回りに回転されることから、マニュピュレータ機構９０は、移動ロボット本体の周方向回り（回転軸１２０の回り）の３６０°の角度範囲内のいずれの方向にも必要に応じてマニュピュレータ機構９０を展開させることができる。図３（ｂ）に示されるアーム機構は、７関節からなるアーム部にグリッパ１０５を搭載した例を示しているが、関節数及びアーム部の数は、搭載アーム部の自由度に応じて選定され、折りたたみ収納可能であれば、自由度数や構造に制限は無いことは明らかである。
【００１７】
上述した実施例においては、第１アーム部１０１は、円柱形状に形成しているが、円柱形状に限られるものではなく、必要に応じて側面が正多角形をなす柱状形状に形成されても良い。
【００１８】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示されるアーム機構を備えた移動ロボット１００は、次のように動作される。
【００１９】
始めに、外部からの無線信号が図２に示すような無線部２１０で受信されて、或いは、表示・操作用ディスプレイ１０８を利用して移動すべき目標位置、物品の搬送等の対処動作及び搬送物品等の対処物品が予め入力される。この入力信号は、ＣＰＵ２１４を介して図２に示すＲＡＭ２１２に一時的に格納される。移動ロボット１００が動作開始すると、ＲＯＭ２１６から作動プログラムがＣＰＵ２１４に読み出されて目標位置に応じて移動機構駆動部２１８にインタフェース２２０を介して動作指示が与えられる。従って、移動機構部１０９が動作されて移動ロボットは、目標位置にまで移動されて停止される。この停止した状態で、作動プログラムに従って図２に示す第１アーム回転駆動部２２２が作動されて本体６０内の回転機構が動作される。従って、矢印Ｒ１に示すように第１アーム部１０１が回転軸１２０の周りに回転され、対処物品の位置に応じて第１アーム部１０１の開口部１０７が所定方向、例えば、図３（ｂ）に示すように開口部１０７が上方に向けられる。開口部１０７が所定方向に向けられてマニュピュレータ機構９０の展開方向が決定されると、第２アーム部１０２の第２アームスライド駆動部２２４によってスライド伸縮機構が作動して図３（ｂ）に示すようにスライド軸１０３が矢印Ｓ１に示すようにスライド溝８２に沿って移動される。その結果、マニュピュレータ機構９０が第１アーム部１０１外に引き出される。
【００２０】
マニュピュレータ機構９０は、図示しないアーム駆動機構が作動して展開される。即ち、スライド伸縮機構によって第２アーム部１０２が第１アーム部１０１外に伸長され、第２アーム部１０２に対して第３アーム部１０４がある開き角をなすように第３関節駆動部２２６が作動して第３アーム部１０４が第３関節部１３２を基部として矢印Ｒ２に示すように回動され、また、第３アーム部１０４に対して第４アーム部１０５がある開き角をなすように第４関節駆動部２２８が作動して第４アーム部１０５が第４関節部１３４を基部として矢印Ｒ３に示すように回動される。従って、マニュピュレータ機構９０は、展開され、回転軸１２０からグリッパ部１３０までの距離は、スライド軸１０３のスライド長、矢印Ｒ２で示す第３アーム部１０４の開き角、矢印Ｒ３で示す第４アーム部１０５の開き角及び第１から第４アーム部１０１，１０２，１０４，１０５のアーム長で決定される。従って、スライド長及び開き角を調整することによって回転軸１２０からグリッパ部１３０までの距離を調整することができる。
【００２１】
図３（ｂ）に示すようにマニュピュレータ機構９０においては、第２アーム部１０２は、第２アーム軸方向回転駆動部２３０によって矢印Ｒ４に示すようにその軸の周りに回転されてこの第２アーム部１０２に連結された関節１３２も回転される。また、関節１３２に連結された第３アーム部１０４は、第３アーム軸方向回転駆動部２３２によって矢印Ｒ５に示すようにその軸の周りに回転されてこの第３アーム部１０４に連結された関節１３４も同様に回転される。更に、関節１３４に連結された第４アーム部１０５は、第４アーム軸方向回転駆動部２３４によって矢印Ｒ６に示すようにその軸の周りに回転されてこの第４アーム部１０５に連結されたグリッパ部１３０も同様に回転される。従って、展開されたマニュピュレータ機構９０のアーム部を軸周りに所定角だけ回転し、スライド長及び開き角を調整することによってグリッパ部１３０を対処物品にアクセスさせることができる。
【００２２】
グリッパ部１３０は、グリッパ駆動部２４０によってグリッパ部１３０の軸方向に沿ってスライド可能であるとともに物品を把持する把持機構を備えていることから、対処物品を把持することができる。従って、ＣＰＵ２１４からの指示に従って、マニュピュレータ機構９０の各アーム部を調整駆動することによって対処物品を運搬物搭載部１１０にまで搬送し、運搬物搭載部１１０上に乗せることができる。
【００２３】
対処物品が運搬物搭載部１１０上に載置されると、同様にＣＰＵ２１４からの指示に従って、展開されていたマニュピュレータ機構９０は、折り畳まれ、上述した展開動作と逆の動作で開口部１０７から収納部１０６に引き込まれて収納される。
【００２４】
（第２の実施の形態）
図４を参照して、この発明の第２の実施の形態に係るアーム搭載型移動ロボット１００について説明する。図４（ａ）及び（ｂ）は、この発明の第２の実施の形態に係るアーム搭載型移動ロボット１００を概略的に示す側面図及び上面図である。図４（ａ）及び（ｂ）に示される移動ロボット１００は、ロボット本体の両側面部に、第１の搭載アーム機構並びに第２の搭載アーム機構を備えている。図４（ａ）及び（ｂ）において、図１〜図３（ｂ）に示した符号と同一符号は、同一箇所或いは同一部品を示すものとしてその詳細な説明は省略する。
【００２５】
第１の搭載アーム機構８０Ａ並びに第２の搭載アーム機構８０Ｂは、同一の構造を有し、夫々第１アーム部１０１、１１１を備え、その第１アーム部１０１、１１１の回転軸中心が本体側面ほぼ中央部の回転軸１２０に一致されている。第１アーム部１０１、１１１は、ロボット本体６０に対して対称に取り付けられた構造を有している。既に説明したように第１アーム部１０１、１１１の収納部１０６には、マニュピュレータ機構９０Ａ、９０Ｂが折り畳まれて収納され、マニュピュレータ機構９０Ａ、９０Ｂは、図３（ｂ）を参照して説明したように展開され、再び、収納部１０６に折り畳まれる。
【００２６】
図４（ａ）及び（ｂ）に示される移動ロボット１００においては、夫々の搭載アーム部１０１、１１１、１０２、１０４、１０５は、展開動作時にも干渉を受けることなく容易に展開可能で、第１の搭載アーム機構８０Ａ並びに第２の搭載アーム機構８０Ｂの夫々に異なった動作をさせることも出来る。また、図５に示される作業動作例ように、２つのマニュピュレータ機構９０Ａ、９０Ｂが第１アーム部１０１，１１１の回転駆動とともに互いに並列させて水平方向に同期して動かすことができる。従って、１つのマニュピュレータ機構９０Ａ、９０Ｂでは、質量が重く扱うことが出来なかった物品であっても、アクセスが可能となり、把持した物品を移動ロボット本体６０に設けた運搬物搭載部１１０に搭載することが出来る。
【００２７】
図５に示される作業動作例では、収納棚４００に収まっているトレイ４０１を搭載されたマニュピュレータ機構９０Ａ、９０Ｂで把持して、移動ロボット本体に設けた運搬物搭載部１１０に搭載するためのアームの動きを示している。
【００２８】
搭載アーム機構８０Ａ、８０Ｂは、第１アーム部１０１及び第２アーム部１０２の動作により可動範囲を大きくすることができる。従って、収納棚４０９に対しても高い位置から床下側の低い位置までマニュピュレータ機構９０Ａ、９０Ｂのアクセス範囲を広くすることができる。
【００２９】
また、図６は、同じくアーム機構８０の作業動作例であって、大きな箱状の物品を移動ロボットに搭載して移動する例を示している。移動中に、例えば、ドアを開ける必要が生じても、搭載アーム機構８０自体は、容易に展開することができ、図６に示すようにマニュピュレータ機構９０Ａ、９０Ｂを展開してドアノブ５００にアクセスして開くことで運搬作業を広範囲にわたって行うことが可能である。
【００３０】
図４（ａ）及び（ｂ）に示す移動ロボットは、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示されるようにそのアーム機構８０Ａ、８０Ｂを利用して段差の乗り越え動作を実現することができる。物の運搬などで移動動作中に、その移動手段として備えている移動機構１０９のみでは対応不可能な一定以上の高さのある段差６００、或いは、一定以上の図示していない勾配を持つ床面に対しては、搭載アームの第１アーム部１０１の回転駆動動作と、回転による床面側への第２アーム部１０２のスライド伸縮駆動１０３を伴うアーム駆動動作を併用することで段差乗り越え移動することが出来る。即ち、図示しないセンサが段差或いは勾配を有する斜面を検出すると、図７（ａ）に示すようにマニュピュレータ機構９０Ａ、９０Ｂが床面に対して延出されて移動ロボット本体６０の駆動部車輪を持ち上げるようにグリッパ部１３０が床面に当接される。この状態で第１アーム部１０１が回転されると、図７（ｂ）に示されるように駆動部車輪が段差上に持ち上げられ、段差上に車輪を移動させることができる。このように移動ロボット１００の段差６００乗り越え時にグリッパ部１３０がロボット自身の体を支え、第１アーム部１０１が乗り越え移動の駆動力を付加することができる。図７（ａ）及び図７（ｂ）に示した場合だけでなく、搭載アーム機構８０は、凹凸のある床面に限らず、その他様々な床面状態への移動動作を支援でき、駆動車輪だけでは走行不可能な種々の床面を移動ロボットが走行することができる。
【００３１】
（第３の実施の形態）
図８（ａ）及び（ｂ）は、この発明の第３の実施の形態に係るアーム搭載型移動ロボット１００を示す概略図である。図８（ａ）及び（ｂ）に示されるように、第１アーム部１０１を構成する円柱側面の周囲に、例えば、超音波センサや光電式距離センサ等の周囲の障害物を検知する複数の検知センサ７００が配置される場合、図８（ａ）のように第１アーム１０１と共に検知センサ７００も回動される。従って、回転角に応じたセンサ位置の補正は必要であるが、アームの展開をはじめ作業動作中におけるセンシングを邪魔することがないので周囲の障害物を安定に検出することができる。
【００３２】
これに対し、図９（ａ）及び（ｂ）に示すような比較例として示す搭載アーム構造７０１では、検知センサ７００の位置が固定され、アーム部の動作中に検知センサ７００の前を横切ることが生じるため、センシングできないことが多々生じてしまう。
【００３３】
また、周囲の障害物を検知する検知センサ７００が側面側だけでなく、複数個の検知センサ７００が第１アームを構成する円柱周上面に配置される場合にも、同様にアーム展開動作或いはアーム作業中に検出センサ７００のセンシングをさえぎることがないことから安定して障害物の検知が可能となる。
【００３４】
尚、これらセンサ７００からのセンサ出力は、図２に示すようにインタフェース２２０を介してＣＰＵ２１４にて解析されて障害物の位置並びに大きさが検出される。
【００３５】
（第４の実施の形態）
図１０は、この発明の第５の実施の形態に係るアーム搭載型移動ロボット１００を示す上面図であって、アーム収納用凹部構造１０６を有する第１アーム部１０１，１１１の本体６０側面に接近する構造部周囲に、回転方向Ｒ１に沿って、発光素子８０１等のような複数個のインジケータ部８００が設けられている。このインジケータ部８００は、アーム搭載型移動ロボットのアーム部の展開駆動を含めた動作状態に応じて、その複数の同一発光色或いは異なる発光色の発光素子８００がＣＰＵ２１４によって表示制御されてその発光状態が変化される。例えば、複数の発光素子８００が点滅表示或いは発光色が変化される。ここで、発光色の変化には、異なる発光色が交互に点滅される場合も含む。このインジケータ部８００の表示状態により、ロボットの周囲にいる人は、移動ロボット１００の動作状態を知り得ることが可能となり、不安を抱くことなく近づくことができ、安全性も高めることができる。例えば、ロボットが移動中は青色発光させて移動の接近を知らせ、インジケータ部が両側にある場合には、左折、右折時に夫々の側の青色インジケータ部を点滅させて曲がる方向を知らせ、また、マニュピュレータ機構９０，９０Ａ、９０Ｂの展開動作を開始する時に、発光色を赤色に変化させて展開動作開始されたことを知らせ、その注意を促すことができ、人に対しての安全性を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、この発明に係る移動ロボット搭載アームは、コンパクトにアーム機構を構造部内に出っ張り無く収納可能として、非作業時や移動中の安全性が図れると共に、その第１及び第２アーム部の駆動によりアーム可動範囲を大きく取ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、この発明の第１の実施の形態に係るアーム機構を搭載した移動ロボットを概略的に示す側面図及び上面図である。
【図２】図１に示した移動ロボットを駆動する回路システムを概略的に示すブロック図である。
【図３】図１（ａ）及び（ｂ）に示した移動ロボットのアーム機構における展開の動作及び可動部の動作例を概略的に示す側面図である。
【図４】この発明の第２の実施の形態に係る移動ロボットを概略的に示す側面図及び上面図である。
【図５】図４に示す移動ロボットのアーム機構における作業動作例を示す側面図である。
【図６】図４に示す移動ロボットのアーム機構における他の作業動作例を示す側面図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、図４に示す移動ロボットのアーム機構における段差を乗り越える移動支援動作を概略的に示す側面図である。
【図８】図４に示す移動ロボットのアーム機構とともに回動する周囲の障害物を検知する検出センサがアーム機構に配置された例を示す概略図である。
【図９】図４に示す移動ロボットのアーム機構の比較例であって、周囲の障害物を検知する検出センサが固定的に配置される例を示す概略図である。
【図１０】この発明の第５の実施の形態に係るインジケータ部を搭載する移動ロボットを概略的に示す平面図である。
【符号の説明】
【００３８】
６０．．．ロボット本体、６２．．．台座部、８２．．．スライド溝、９０．．．マニュピュレータ機構、１００．．．移動ロボット、１０１、１１１、１０２、１０４、１１４．．．アーム部、１０３．．．スライド軸、１０６．．．収納部、１０７．．．開口部、１３０．．．グリッパ部、１０８．．．表示操作用ディスプレイ、１０９．．．移動機構部、１１０．．．運搬物搭載部、１２０．．．ロボット本体側面中央部の回転軸、７００．．．検出センサ、８００．．．動作状態インジケータ、８０１．．．発光素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動ロボット本体と、
この移動ロボット本体を載置し、当該移動ロボット本体を移動させる移動駆動機構と、
前記移動ロボット本体の側面に設けられ、前記移動ロボット本体側面の第１関節で回動可能に軸支され、収納用凹部及びこの収納用凹部に連通する開口部を有する第１アーム部と、
前記第１アームに第２関節部を介して連結された第２アーム部及びこの第２アーム部に第３関節部を介して連結された第３アーム部とから構成され、第３関節部で第３アーム部を前記第２アーム部に向けて折り畳むことが可能な折り畳み機構であって、前記収納部の窪み内に折り畳んだ状態で収納可能で、前記開口部を介して第１のアーム部外に出入可能な折り畳み機構と、
前記第１アーム部を前記第１関節の周りに回動して前記開口部を任意の方向に向ける第１の回動駆動部と、
前記収納用凹部に沿って前記第２関節部をスライドさせて前記折り畳まれた折り畳み機構を前記開口部から出し入れさせるスライド駆動部と、
前記第３関節部の周りで前記第３アーム部を回動して前記第２アーム部に対して前記第３アーム部に任意角度を与える第２の回動駆動部と、
を具備することを特徴とする移動ロボット。
【請求項２】
前記折り畳み機構は、前記第３アーム部に第４関節部を介して連結され、前記第４関節部で前記第４アーム部を前記第３アーム部に向けて折り畳むことが可能な第４アーム部を更に含み、
前記第４関節部の周りで前記第４アーム部を回動して前記第３アーム部に対して前記第４アーム部に任意角度を与える第３の回動駆動部と、
を更に具備することを特徴とする請求項１の移動ロボット。
【請求項３】
前記第４アーム部は、物品を把持する把持機構を更に備えることを特徴とする請求項２の移動ロボット。
【請求項４】
前記第２及び第３アーム部は、その軸の周りに回転可能に構成され、
前記第２及び第３アーム部をその軸の周りに回転する第１及び第２の軸回転駆動部を更に具備することを特徴とする請求項１の移動ロボット。
【請求項５】
前記第２、第３及び第４アーム部は、その軸の周りに回転可能に構成され、
前記第２、第３及び第４アーム部をその軸の周りに回転する第１、第２及び第３の軸回転駆動部を更に具備することを特徴とする請求項２の移動ロボット。
【請求項６】
前記本体の略中央部に前記第１関節部が設けられ、前記本体には、物品運搬用の搭載部が設けられることを特徴とする請求項１に記載の移動ロボット。
【請求項７】
前記移動ロボット本体の他の側面に設けられ、前記移動ロボット本体側面の第５関節で回動可能に軸支され、収納用凹部及びこの収納用凹部に連通する開口部を有する第５アーム部と、
前記第５アームに第６関節部を介して連結された第６アーム部及びこの第６アーム部に第７関節部を介して連結された第７アーム部とから構成され、第７関節部で第７アーム部を前記第６アーム部に向けて折り畳むことが可能な第２の折り畳み機構であって、前記収納部の窪み内に折り畳んだ状態で収納可能で、前記開口部を介して第５のアーム部外に出入可能な第２の折り畳み機構と、
前記第５アーム部を前記第５関節の周りに回動して前記開口部を任意の方向に向ける第４の回動駆動部と、
前記収納用凹部に沿って前記第６関節部をスライドさせて前記折り畳まれた折り畳み機構を前記開口部から出し入れさせる第２のスライド駆動部と、
前記第７関節部の周りで前記第７アーム部を回動して前記第６アーム部に対して前記第７アーム部に任意角度を与える第５の回動駆動部と、
を具備することを特徴とする請求項１の移動ロボット。
【請求項８】
前記第１の回動駆動部を動作させて開口部を当該移動ロボットの移動路に向け、前記スライド駆動部を動作させて第１の折り畳み機構をスライドし、その先端を当該移動路に接触させ、前記第１の回動駆動部により前記第１アーム部を回転させて当該移動ロボット本体を持ち上げて移動路上の障害を乗り越えることを特徴とする請求項１に記載の移動ロボット。
【請求項９】
前記第１の回動駆動部によって回動される前記第１アーム部上には、この第１アーム部とともに回動される当該ロボット周囲の障害物を検出するセンサが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の移動ロボット搭載アーム。
【請求項１０】
前記第１の回動駆動部によって回動される前記第１アーム部には、この第１アーム部とともに回動される当該ロボットの動作状態を明示するインジケータが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の移動ロボット搭載アーム。
【請求項１】
移動ロボット本体と、
この移動ロボット本体を載置し、当該移動ロボット本体を移動させる移動駆動機構と、
前記移動ロボット本体の側面に設けられ、前記移動ロボット本体側面の第１関節で回動可能に軸支され、収納用凹部及びこの収納用凹部に連通する開口部を有する第１アーム部と、
前記第１アームに第２関節部を介して連結された第２アーム部及びこの第２アーム部に第３関節部を介して連結された第３アーム部とから構成され、第３関節部で第３アーム部を前記第２アーム部に向けて折り畳むことが可能な折り畳み機構であって、前記収納部の窪み内に折り畳んだ状態で収納可能で、前記開口部を介して第１のアーム部外に出入可能な折り畳み機構と、
前記第１アーム部を前記第１関節の周りに回動して前記開口部を任意の方向に向ける第１の回動駆動部と、
前記収納用凹部に沿って前記第２関節部をスライドさせて前記折り畳まれた折り畳み機構を前記開口部から出し入れさせるスライド駆動部と、
前記第３関節部の周りで前記第３アーム部を回動して前記第２アーム部に対して前記第３アーム部に任意角度を与える第２の回動駆動部と、
を具備することを特徴とする移動ロボット。
【請求項２】
前記折り畳み機構は、前記第３アーム部に第４関節部を介して連結され、前記第４関節部で前記第４アーム部を前記第３アーム部に向けて折り畳むことが可能な第４アーム部を更に含み、
前記第４関節部の周りで前記第４アーム部を回動して前記第３アーム部に対して前記第４アーム部に任意角度を与える第３の回動駆動部と、
を更に具備することを特徴とする請求項１の移動ロボット。
【請求項３】
前記第４アーム部は、物品を把持する把持機構を更に備えることを特徴とする請求項２の移動ロボット。
【請求項４】
前記第２及び第３アーム部は、その軸の周りに回転可能に構成され、
前記第２及び第３アーム部をその軸の周りに回転する第１及び第２の軸回転駆動部を更に具備することを特徴とする請求項１の移動ロボット。
【請求項５】
前記第２、第３及び第４アーム部は、その軸の周りに回転可能に構成され、
前記第２、第３及び第４アーム部をその軸の周りに回転する第１、第２及び第３の軸回転駆動部を更に具備することを特徴とする請求項２の移動ロボット。
【請求項６】
前記本体の略中央部に前記第１関節部が設けられ、前記本体には、物品運搬用の搭載部が設けられることを特徴とする請求項１に記載の移動ロボット。
【請求項７】
前記移動ロボット本体の他の側面に設けられ、前記移動ロボット本体側面の第５関節で回動可能に軸支され、収納用凹部及びこの収納用凹部に連通する開口部を有する第５アーム部と、
前記第５アームに第６関節部を介して連結された第６アーム部及びこの第６アーム部に第７関節部を介して連結された第７アーム部とから構成され、第７関節部で第７アーム部を前記第６アーム部に向けて折り畳むことが可能な第２の折り畳み機構であって、前記収納部の窪み内に折り畳んだ状態で収納可能で、前記開口部を介して第５のアーム部外に出入可能な第２の折り畳み機構と、
前記第５アーム部を前記第５関節の周りに回動して前記開口部を任意の方向に向ける第４の回動駆動部と、
前記収納用凹部に沿って前記第６関節部をスライドさせて前記折り畳まれた折り畳み機構を前記開口部から出し入れさせる第２のスライド駆動部と、
前記第７関節部の周りで前記第７アーム部を回動して前記第６アーム部に対して前記第７アーム部に任意角度を与える第５の回動駆動部と、
を具備することを特徴とする請求項１の移動ロボット。
【請求項８】
前記第１の回動駆動部を動作させて開口部を当該移動ロボットの移動路に向け、前記スライド駆動部を動作させて第１の折り畳み機構をスライドし、その先端を当該移動路に接触させ、前記第１の回動駆動部により前記第１アーム部を回転させて当該移動ロボット本体を持ち上げて移動路上の障害を乗り越えることを特徴とする請求項１に記載の移動ロボット。
【請求項９】
前記第１の回動駆動部によって回動される前記第１アーム部上には、この第１アーム部とともに回動される当該ロボット周囲の障害物を検出するセンサが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の移動ロボット搭載アーム。
【請求項１０】
前記第１の回動駆動部によって回動される前記第１アーム部には、この第１アーム部とともに回動される当該ロボットの動作状態を明示するインジケータが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の移動ロボット搭載アーム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−６１９６４（Ｐ２００７−６１９６４Ａ）
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２５１５１１（Ｐ２００５−２５１５１１）
【出願日】平成１７年８月３１日（２００５．８．３１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５０１３００１０４）学校法人 多摩美術大学 (25)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月３１日（２００５．８．３１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５０１３００１０４）学校法人 多摩美術大学 (25)
【Ｆターム（参考）】
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