ドア開き用ロボットハンドおよびロボット

【課題】簡単な構造でドアを開くことができるロボットハンドを提供する。
【解決手段】
ロボットハンド１は、ノブ１０１付きのドア１００を開くために用いられる。このロボットハンド１は、ハンド本体と、ハンド本体に回転可能に支持され、外周面がノブ１０１の外周面に当てられる回転体２０と、回転体２０をノブ１０１に当てた状態で回転させることにより、ノブ１０１を、ドア１００のラッチ状態を解除する方向に回転させるモータを備えている。さらにロボットハンド１は、回転体２０の外周面から径方向、外方向に突出するようにしてハンド本体の先端に設けられた係止爪４１を有している。この係止爪４１は、回転体２０が上記ノブ１０１に当たっている状態で、ノブ１０１とドア１００との間に挿入され、ノブ１０１の裏面に係止される。上記ラッチ解除後に、係止爪４１がノブ１０１に係止された状態でロボットハンド１を後退させることにより、ドア１００を開くことができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットのアームの先端に設けられドアを開くために用いられるハンドと、このハンドを装備したロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
建造物等のドアは、閉じ状態を維持するためラッチ機構を備えているものが多い。このラッチ機構は、ドアの側縁から突出するラッチ部を、建造物の開口の側縁（ドアヒンジと反対側の側縁）に形成された凹部に挿入することにより、ドアをラッチ状態（施錠状態）にする。
【０００３】
上記ラッチ機構は、ドアに設けられたノブやレバーと連動するようになっており、ノブやレバーを回すことによりラッチ部が後退しラッチ状態が解除される。上記ノブやレバーの回動操作は人が部屋を出入りする際に行う。
【０００４】
例えば、建造物内で事故が発生し、有毒ガスが充満しているような環境で、ロボットにより探査を行う場合、上記のようにラッチ機構付きドアがあると、ロボットが部屋の中に進むことができない。
【０００５】
そこで、特許文献１の図３２に示すロボットは、そのアーム先端のハンドに一対のノブ回しリングを設け、これらリングをノブに当てて同期回転させることにより、ノブをラッチ解除方向に回すようにしている。
【特許文献１】特許３６４５４６０号公報（段落０２３、図３２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１のロボットハンドは、ノブ回し構造だけでは、ラッチ解除後にドアを手前に引いて開くことができない。そのため、このロボットハンドはドアを吸着する手段を備えている。しかし、このような吸着手段はロボットハンドの大型化を招く。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明はノブ付きドアを開くために用いられるロボットハンドにおいて、
（ア）ハンド本体と、
（イ）上記ハンド本体に回転可能に支持され、外周面が上記ノブの外周面に当てられる回転体と、
（ウ）上記ハンド本体に支持され、上記回転体を上記ノブに当てた状態で回転させることにより、上記ノブを、ドアのラッチ状態を解除する方向に回転させる回転駆動手段と、
（エ）上記回転体の外周面から径方向、外方向に突出するようにして上記ハンド本体の先端に設けられ、上記回転体が上記ノブに当たっている状態で、上記ノブとドアとの間に挿入され、ノブの裏面に係止される係止爪と、
を備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、回転体と係止爪の簡単な組み合わせにより、ノブを回して引くことが可能となり、ひいてはドアを引いて開けることが可能となる。
【０００９】
本発明のロボットハンドは、レバー付きドアを開くためにも用いられる。この場合、上記回転体が上記レバーを押すことにより、上記レバーを、ドアのラッチ状態を解除する方向に回動させるようになっており、上記回転体が上記レバーに当たっている状態で、上記係止爪、または上記回転体の外周面から径方向、外方向に突出するようにして上記ハンド本体の先端に設けられた他の係止爪が、上記レバーとドアとの間に挿入され、レバーの裏面に係止される。
このように、構造を変えないか、または係止爪を追加するだけで、ノブ付きドアのみならずレバー付きドアを開くことができる。
【００１０】
好ましくは、さらに引戸式ドアを開くためにも用いられ、上記ハンド本体の先端には、上記係止爪から離れた位置に、前方に向かって突出する他の係止爪が設けられ、当該他の係止爪が上記引戸式ドアの凹または凸をなす係止部に係止される。
これによれば、引戸式ドアを開く場合にも兼用できる。
【００１１】
好ましくは、上記ハンド本体は、支持筒と、この支持筒の先端に設けた支持板とを含み、上記支持筒の外周に上記回転体としての回転筒がベアリングを介して支持され、上記支持板の外周に上記係止爪が設けられている。
これによれば、ロボットハンドの構造を簡略化することができる。
【００１２】
さらに本発明は、走行体と、走行体に設けられたアームと、このアームの先端に設けられた上記ドア開き用ロボットハンドとを備えたロボットにおいて、上記アームを駆動させて上記ロボットハンドをドアに沿って変位させることにより、上記回転体を上記ドアのノブに当てるとともに上記係止爪を上記ノブとドアとの間に挿入させる変位手段と、上記ノブの回動によりラッチ状態を解除した後で、上記走行体とアームの少なくともいずれか一方を駆動させて上記ロボットハンドを後退させることにより、上記係止爪を上記ノブの裏面に係止させた状態で上記ノブを引き、これによりドアの開き動作を行う後退手段と、を備えている。
このロボットによれば、ノブ付きドアの開き動作を円滑に行うことができる。
【００１３】
好ましくは、さらにレバー付きドアを開くためにも用いられ、上記変位手段は、上記ロボットハンドをドアに沿って変位させることにより、上記回転体で上記レバーを押して、ラッチ状態を解除する方向に回すとともに、上記係止爪、または上記回転体の外周面から径方向、外方向に突出するようにして上記ハンド本体の先端に設けられた他の係止爪を上記レバーとドアの間に挿入させ、上記後退手段は、上記レバーの回動によりラッチ状態を解除した後、上記係止爪を上記レバーの裏面に係止させた状態で上記ロボットハンドを後退させることにより、上記係止爪を上記レバーの裏面に係止させた状態で上記レバーを引き、これによりドアの開き動作を行う。
このロボットによれば、ノブ付きドアおよびレバー付きドアの開き動作を円滑に行うことができる。
好ましくは、さらに引戸式ドアを開くためにも用いられ、上記ハンド本体の先端には、上記係止爪から離れた位置に、前方に向かって突出する他の係止爪が設けられ、当該他の係止爪が上記引戸式ドアの凹または凸をなす係止部に係止された状態で、上記走行体を引戸式ドアの軌道に沿って移動させることにより、引戸式ドアを開く。
このロボットによれば、引戸式ドアの開き動作をも行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡単な構造でありながらノブ付きドアを開くことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係わるロボットの一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１〜図３は、ドア開き用ロボットハンド１を示す。
このロボットハンド１は、ハンド本体１０と、このハンド本体１０に設けられた回転筒２０（回転体）と、ハンド本体１０に設けられ回転筒２０を回転駆動するモータ３０（回転駆動手段）と、第１、第２、第３の係止爪４１、４２，４３とを主たる構成要素として備えている。
【００１６】
上記ハンド本体１０は、同軸上に設けられた支持筒１１と、円盤形状の第１、第２支持板１２，１３とを有している。
第１支持板１２は、支持筒１１の前端に固定され支持筒１１の前端開口を塞いでいる。第２支持板１３は第１支持板１２の前面中央に形成された突起１２ａに固定され、第１支持板１２と離間して平行をなしている。
【００１７】
上記回転筒２０は、金属製の内筒２１と、この内筒２１の外周に取り付けられたエラストマー製の外筒２２とを有しており、ベアリング２３を介して上記支持筒１１の外周に回転可能に支持されている。なお、この外筒２２の材質は、スポンジやゲル等であってもよく、後述のようにロボットＡによる押し付け力で適度に変形して、ノブ１０１に密着することができ、回転時に摩擦によりノブ１０１を回転させられる全ての材質を用いることができる。
【００１８】
上記モータ３０は第１支持板１２に固定されて支持筒１１内に収容されており、その駆動力が、支持板１２，１３間の間隙に配置されたギア列３５を介して回転筒２０に伝達されるようになっている。具体的にはモータ３０の出力軸が第１支持板１２を貫通し、その先端にピニオン３６が固定され、このピニオン３６に噛み合うインナーギア３７が、回転筒２０の内筒２１の前端に固定されている。
【００１９】
上記係止爪４１〜４３は、第２支持板１３の外周に間隔をおいて形成されており、第１係止爪４１は上側に、第２係止爪４２は下側に位置し、第３係止爪４３は係止爪４１，４２から９０°離れて横に位置している。なお、これら係止爪４１〜４３の角度間隔は９０°に制約されるものではない。例えば、第２係止爪４２を後述するレバー２０１の押し下げ位置でレバー２０１と直角にするようにした場合、第３係止爪４３は第２係止爪４２に対して９０°以上となる。
【００２０】
上記係止爪４１〜４３は、ハンド本体１０の先端、換言すれば回転筒２０の先端側（前方）に設けられており、回転筒２０の外周面より径方向、外方向に突出している。
【００２１】
図３に示すように、第１係止爪４１の上縁４１ａ（係合縁）は凹曲線をなすように湾曲している。
図２に示すように、第３係止部４３は鉤状をなしており、回転筒２０の軸線と平行をなして前方に突出している。
【００２２】
上記構成をなすハンド１は、図４に概略的に示すロボットＡに装備される。詳述すると、このロボットＡは、クローラ５０（走行体）と、このクローラ５０に装備されたアーム６０とを有している。
【００２３】
アーム６０は、クローラ５０に垂直に起立した状態で設けられた第１アーム６１と、この垂直アーム６１の上端に上下方向に首降り可能に設けられた第２アーム６２とを有している。
【００２４】
図１に示すように上記ハンド１の支持筒１１の後端部は拡径されており、この後端部に上記第２アーム６２の先端部が嵌め込まれ固定されている。
【００２５】
上記クローラ５０には、第１アーム６１を垂直軸を中心にして回転する回動駆動手段と、第１アーム６１を昇降させる昇降手段とを含む第１駆動手段６５が設けられている。
さらに、上記第１アーム６１と第２アーム６２の連結節には、第２アーム６２を上下方向に回動する第２駆動手段６６（変位手段）が設けられている。
【００２６】
上記クローラ５０は左右の走行部が独立したモータにより駆動されるようになっており、前進、後退のみならず、超進地旋回（位置を殆ど変えずに向きを変える）等を行うことができる。
【００２７】
図示しないが、上記ロボットＡのクローラ５０には、ビデオカメラや各種センサが搭載されるとともに、通信機が搭載されている。この通信機と遠隔制御装置の通信機との間での通信により、上記クローラ５０のモータ、上記駆動手段６５，６６のモータ、ハンド１のモータ３０が、遠隔制御されるようになっており、ビデオカメラの映像信号や各種センサの検出信号が遠隔制御装置へと送られるようになっている。
なお、上記ロボットＡと遠隔制御装置との間の通信は、無線通信、光ファイバー等による有線通信のいずれであってもよい。
【００２８】
上記構成をなすロボットＡの作用について、特にハンド１の作用を中心にして説明する。最初にノブ１０１付きのドア１００を開ける作用について、図４〜図１１を参照しながら説明する。
【００２９】
上記ノブ１０１は、ドア１００と直交して突出する軸部１０２を介して、ラッチ機構に連携されており、人が握り易いように断面円形をなしている。このノブ１０１を反時計回りに回すことによりラッチ状態を解除するようになっている。なお、このラッチ機構は周知であるので説明を省略する。
【００３０】
図４に示すように、クローラ５０を前進駆動させることにより、ロボットＡを閉じ状態のドア１００に近づける。図５に示すように、ロボットＡがドア１００に近づく前に、第２駆動手段６６を駆動させて第２アーム６２を水平姿勢より下方に回動させる。なお、第２アーム６２は予め下方に回動させておいてもよい。
【００３１】
上記第２アーム６２を下向き姿勢にしたまま、さらにロボットＡを前進させることにより、図５、図９に示すように、ハンド１の回転筒２０をノブ１０１のほぼ真下に位置させる。
【００３２】
次に上記第２駆動手段６６を駆動して、第２アーム６３を上向きに回動させる。これにより、ハンド１がドア１に沿って上方に変位し、図６に示すようにハンド１の回転体２０の外周面がノブ１０１の外周面に当たる。
このように回転体２０がノブ１０１に押し当たった状態で、第１係止爪４１はノブ１０１とドア１００との間に挿入される（ノブ１０１の裏側に配される）。
【００３３】
次に、図７、図１０に示すように、モータ３０を駆動させることにより、ノブ１０１を反時計回りに回動させる。これにより、ラッチ状態が解除される。
【００３４】
次に、図８、図１１に示すように、クローラ５０を後退させる。これによってハンド１も後退させられる。この際、ハンド１の第１係止爪４１がノブ１０１の裏面に係止されるので、ノブ１０１が引かれ、ドア１００が手前に開かれる。このクローラ５０を後退させる手段は、ハンド１の後退手段を構成する。
【００３５】
ドア１００を十分に開いた後、ハンド１でノブ１０１を保持してドア１００の開き状態を維持したまま、このドア１００を回り込むようにクローラ５０を制御することにより、ロボットＡは部屋に入ることができる。
【００３６】
次に、レバー２０１付きのドア２００を開ける場合について、図１２〜１４を参照しながら説明する。なお、レバー２０１はドア２００と直交する軸部２０２を介してラッチ機構に連携されている。レバー２０１は、ドア２００と平行にほぼ水平に延びている。このレバー２０１を下に向かって回動させることにより、ラッチ状態が解除されるようになっている。
【００３７】
第２アーム６２を上方に回動させた状態でロボットＡをドア２００に向かって前進させ、図１３に示すように回転筒２０をレバー２０１の真上に位置させる。この状態で、図１２、図１４に示すように、第２駆動手段６６を駆動させて第２アーム６２を下方に回動させることにより、ハンド１をドア２００に沿って下方に変位させる。これにより、回転筒２０がレバー２０１に当たり下方に押し下げる。その結果、ドア２００のラッチ状態が解除される。
【００３８】
上記のように回転筒２０によりレバー２０１を押し下げた状態では、第２係止爪４２がレバー２０１とドア２００との間に挿入され、レバー２０１の裏側に位置している。そのため、上記ラッチ解錠後にロボットＡを後退させると、第２係止爪４２がレバー２０１の裏面に引っ掛かり、これによりドア２００が開かれる。
【００３９】
次に、引戸式のドア３００を開ける場合について図１５〜図１７を参照しながら説明する。このドア３００は、その側縁近傍に人の手指が入る凹部３０１（係止部）を有している。
【００４０】
まず図１５に示すように、ロボットＡをドア３００に向けて前進させ、第３係止爪４３を凹部３０１に挿入する。
【００４１】
次に、図１６に示すようにクローラ５０を超進地旋回させる。この際、アーム６２がドア３００に対してほぼ直交した状態を保つように、第１駆動手段６５は第１アーム６１をクローラ５０に対してクローラ５０の旋回方向と逆方向に回動させる。これにより、第３係止爪４３は凹部３０１に挿入された状態を維持される。
【００４２】
上記超進地旋回によりクローラ５０がドア３００と平行になった後で、図１７に示すようにクローラ５０をドア３００の軌道に沿って前進させる。これにより、ドア３００が開かれる。
【００４３】
なお、引戸式ドア３００の場合、図１８に示すように、ドア３００に対して斜め方向から前進して第３係止爪４３をドア３００の凹部３０１に挿入するようにし、そのまま前進してドア３００を開くようにしてもよい。なお、この斜め方向の前進も、特許請求の範囲におけるドア３００の軌道に沿う走行とする。
本実施形態では、引戸式ドア３００の係止部が凸部であっても、この凸部に上記第３係止爪４３を係止させることにより、上記と同様にしてドア３００を開くことができる。
また、フック状の回転鈎を用いて建物の開口側縁の突起に施錠するドアの場合には、第３係止爪４３で回転鈎を引っ掛けて回すことにより、解錠することができ、ロッド状ラッチをドアにスライド可能に取り付ける場合にも、第３係止爪４３でこのロッド状ラッチを移動させて、解錠することができる。
このように、本実施形態によれば殆どのドアを開けることができる。
【００４４】
図１９は、ハンド１の他の態様を示す。この実施形態では、第３係止爪４３が一対設けられ、互いに接近離間するように移動されるようになっている。これにより一対の係止爪４３で物をつかむ等の軽作業を行うことができる。また、ハンド１全体は、ロボットの先端において回転筒２０と同軸をなして回動されるようになっている。他の構成は最初の実施形態と同じである。
【００４５】
本発明は上記実施形態に制約されず、種々の態様を採用可能である。
上記実施形態では、第１駆動手段６５の昇降手段は、ノブ１０１やレバー２０１や凹部３０１に対してハンド１の位置調節（高さ調節）を行うために装備されたが、第２アームが首降り可能であるので、省略することができる。
【００４６】
なお、第２駆動手段６６は省略してもよい。この場合、第１駆動手段６５の昇降手段が、ハンド１をドアに沿って変位させる手段として提供される。
【００４７】
ノブ付ドアを開く場合に、ロボットハンドをドアに沿って下方に変位させる場合には、下側に設けた係止爪が、ノブ付きドアとレバー付ドアのための係止爪を兼用することができる。
【００４８】
ロボットハンドをノブに対して横方向（左右方向）から近づけるように変位させてもよい。この場合、第１係止爪はロボットハンドの左右いずれかに設けられる。
【００４９】
ロボットハンド全体をアームに対して回転させる場合にも第１、第２係止爪を１つの係止爪で兼用することができる。
【００５０】
多軸アームを用いる場合には、ロボットハンドの後退を、走行体の後退によらずにアーム駆動により行ってもよいし、アーム駆動と走行体の後退により行ってもよい。
【００５１】
走行体はクローラの代わりにタイヤ式のものを用いてもよい。
ドアは建造物以外のドアであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態をなすドア開き用ロボットハンドの縦断面図である。
【図２】同ハンドの平面図である。
【図３】同ハンドを先端側から見た正面図である。
【図４】同ハンドを装備したロボットとノブ付きドアを互いに離れた状態で示す概略図である。
【図５】同ハンドをノブ付きドアに近づけた状態を示す概略図である。
【図６】同ハンドの回転筒をドアのノブに当てた状態を示す概略図である。
【図７】同ハンドの回転筒を回してドアのノブを回し、ラッチ解除している状態を示す概略図である。
【図８】同ハンドの係止爪をノブに引っ掛けてロボットを後退させることにより、ドアを開こうとしている状態を示す概略図である。
【図９】同ハンドの回転筒がドアのノブの真下にある状態を示す拡大側面図である。
【図１０】同ハンドの回転筒を回してドアのノブを回している状態を示す拡大側面図である。
【図１１】同ハンドの係止爪をノブに引っ掛けてドアを開こうとしている状態を示す拡大側面図である。
【図１２】同ロボットによりレバー付きドアを開けようとしている状態を示す概略図である。
【図１３】同ハンドをドアのレバーの上方に位置させた状態を示すものであり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図１４】同ハンドによりドアのレバーを回してラッチ解除し、ドアを開こうとしている状態を示すもので、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図１５】同ロボットと引戸式ドアを互いに離れた状態で示す概略平面図である。
【図１６】同ロボットのハンドの係止爪を引戸式ドアの凹部に挿入した状態で超進地旋回している状態を示す概略平面図である。
【図１７】同ロボットのクローラを引戸式ドアと平行にして前進させることにより、ドアを開けようとしている状態を示す概略平面図である。
【図１８】同ロボットによる引戸式ドアの他の開け方を示す概略平面図である。
【図１９】本発明の他の実施形態をなすロボットハンドの正面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ハンド
１０ハンド本体
１１支持筒
１３支持板
２０回転筒（回転体）
２３ベアリング
３０モータ（回転駆動手段）
４１第１係止爪
４２第２係止爪
４３第３係止爪
５０クローラ（走行体）
６０アーム
６５第２駆動手段（変位手段）
１００，２００，３００ドア
１０１ノブ
２０１レバー
３０１凹部（係止部）

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノブ付きドアを開くために用いられるロボットハンドにおいて、
（ア）ハンド本体と、
（イ）上記ハンド本体に回転可能に支持され、外周面が上記ノブの外周面に当てられる回転体と、
（ウ）上記ハンド本体に支持され、上記回転体を上記ノブに当てた状態で回転させることにより、上記ノブを、ドアのラッチ状態を解除する方向に回転させる回転駆動手段と、
（エ）上記回転体の外周面から径方向、外方向に突出するようにして上記ハンド本体の先端に設けられ、上記回転体が上記ノブに当たっている状態で、上記ノブとドアとの間に挿入され、ノブの裏面に係止される係止爪と、
を備えたことを特徴とするドア開き用ロボットハンド。
【請求項２】
さらにレバー付きドアを開くためにも用いられ、上記回転体が上記レバーを押すことにより、上記レバーを、ドアのラッチ状態を解除する方向に回動させるようになっており、
上記回転体が上記レバーに当たっている状態で、上記係止爪、または上記回転体の外周面から径方向、外方向に突出するようにして上記ハンド本体の先端に設けられた他の係止爪が、上記レバーとドアとの間に挿入され、レバーの裏面に係止されることを特徴とする請求項１に記載のドア開き用ロボットハンド。
【請求項３】
さらに引戸式ドアを開くためにも用いられ、上記ハンド本体の先端には、上記係止爪から離れた位置に、前方に向かって突出する他の係止爪が設けられ、当該他の係止爪が上記引戸式ドアの凹または凸をなす係止部に係止されることを特徴とする請求項１または２に記載のドア開き用ロボットハンド。
【請求項４】
上記ハンド本体は、支持筒と、この支持筒の先端に設けた支持板とを含み、上記支持筒の外周に上記回転体としての回転筒がベアリングを介して支持され、上記支持板の外周に上記係止爪が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のドア開き用ロボットハンド。
【請求項５】
走行体と、走行体に設けられたアームと、このアームの先端に設けられた請求項１に記載のドア開き用ロボットハンドとを備えたロボットにおいて、
上記アームを駆動させて上記ロボットハンドをドアに沿って変位させることにより、上記回転体を上記ドアのノブに当てるとともに上記係止爪を上記ノブとドアとの間に挿入させる変位手段と、
上記ノブの回動によりラッチ状態を解除した後で、上記走行体とアームの少なくともいずれか一方を駆動させて上記ロボットハンドを後退させることにより、上記係止爪を上記ノブの裏面に係止させた状態で上記ノブを引き、これによりドアの開き動作を行う後退手段と、
を備えたことを特徴とするロボット。
【請求項６】
さらにレバー付きドアを開くためにも用いられ、
上記変位手段は、上記ロボットハンドをドアに沿って変位させることにより、上記回転体で上記レバーを押して、ラッチ状態を解除する方向に回すとともに、上記係止爪、または上記回転体の外周面から径方向、外方向に突出するようにして上記ハンド本体の先端に設けられた他の係止爪を上記レバーとドアの間に挿入させ、
上記後退手段は、上記レバーの回動によりラッチ状態を解除した後、上記係止爪を上記レバーの裏面に係止させた状態で上記ロボットハンドを後退させることにより、上記係止爪を上記レバーの裏面に係止させた状態で上記レバーを引き、これによりドアの開き動作を行うことを特徴とする特徴とする請求項５に記載のロボット。
【請求項７】
さらに引戸式ドアを開くためにも用いられ、上記ハンド本体の先端には、上記係止爪から離れた位置に、前方に向かって突出する他の係止爪が設けられ、当該他の係止爪が上記引戸式ドアの凹または凸をなす係止部に係止された状態で、上記走行体を引戸式ドアの軌道に沿って移動させることにより、引戸式ドアを開くことを特徴とする請求項５または6に記載のロボット。

【図１】