フロッグレッグアームロボット及びその制御方法
【課題】機構を複雑化させることなく制御上の特異点を通過する。
【解決手段】アーム部２が現在の姿勢から上記駆動モータ５の駆動により、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢である特異点姿勢を通過する際に、ハンド部３を減速させる制御手段４を備える。
【解決手段】アーム部２が現在の姿勢から上記駆動モータ５の駆動により、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢である特異点姿勢を通過する際に、ハンド部３を減速させる制御手段４を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハンド部に搬送対象物を載置した状態にて移送するフロッグレッグアームロボット及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、所定の搬送対象物をハンド部に載置した状態にて移送するアームロボットが用いられているが、このアームロボットの中には、同期して動く２つのアーム部にハンド部が支持されたいわゆるフロッグレッグアームロボットがある。
このフロッグレッグアームロボットは、各アーム部が回転軸部によって連結された上腕部と前腕部とによって構成されており、各アーム部の上腕部を本体部に設置された駆動モータによって回転駆動することによって前腕部に連結されたハンド部を移動する構成となっている。
【０００３】
ところで、フロッグレッグアームロボットでは、アーム部が所定の姿勢の場合に、現在の姿勢から駆動モータの駆動により、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な状態となる場合がある。このような状態は、いわゆる特異点と呼ばれている。特異点における姿勢から駆動モータを駆動した場合には、アーム部が所望の姿勢となる場合と、所望しない姿勢となる場合とのどちらに移行するかが不定となり、制御が不安定となる。このため、特異点における姿勢をアーム部が通過する際にアーム部の動作が不安定となり、振動等が生じる場合がある。また、万が一、特異点にてアーム部が停止した場合には、制御不能となる。
【０００４】
これに対して、例えば特許文献１には、駆動モータの動力を上腕部と前腕部とを回転可能に連結する回転軸部に伝達するためのスプロケットやチェーンを備えるフロッグレッグアームロボットが記載されている。このようなスプロケットやチェーンを備えるフロッグレッグアームロボットによれば、上腕部と前腕部とを連結する回転軸部にチェーン等を介してトルクを供給することによって、制御上の特異点が解消されるものとされている。
【特許文献１】特開平１１−２１６６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、スプロケットやチェーン等を備える場合には、機構が複雑化する。また、機構が複雑化することに伴って、取付精度や形状精度等の誤差に起因する不具合が大きくなるとともに、制御対象が増え、制御が複雑化する。
【０００６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、機構を複雑化させることなく制御上の特異点を通過することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のフロッグレッグアームロボットは、本体部に設置される駆動モータによって回転される第１の回転軸部を介して一端側が上記本体部に連結されるとともに基準平面に沿って揺動可能な第１の上腕部及び第２の上腕部と、第２の回転軸部を介して一端側が上記第１の上腕部の他端側に回転可能に支持されるとともに上記基準平面に沿って揺動可能な第１の前腕部と、第３の回転軸部を介して一端側が上記第２の上腕部の他端側に回転可能に支持されるとともに上記基準平面に沿って揺動可能な第２の前腕部と、第４の回転軸部を介して上記第１の前腕部の他端側に回転可能に支持されるとともに第５の回転軸部を介して上記第２の前腕部の他端側に回転可能に支持されるハンド部と、上記第４の回転軸部と上記第５の回転軸部とを反対方向に同期回転させる同期手段と、上記駆動モータの回転方向及び回転数を制御することによって上記ハンド部の速度を制御する制御手段とを備えるフロッグレッグアームロボットであって、上記制御手段は、上記第１の上腕部、上記第２の上腕部、上記第１の前腕部及び上記第２の前腕部が現在の姿勢から上記駆動モータの駆動により、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢である特異点姿勢を通過する際に、上記ハンド部を減速させることを特徴とする。
【０００８】
このような特徴を有する本発明のフロッグレッグアームロボットによれば、上記第１の上腕部、上記第２の上腕部、上記第１の前腕部及び上記第２の前腕部が現在の姿勢から上記駆動モータの駆動により、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢である特異点姿勢を通過する際に、上記ハンド部が減速される。
【０００９】
また、本発明のフロッグレッグアームロボットにおいては、上記第２〜第５の回転軸部の少なくともいずれかに接続されるとともに接続された回転軸部に対して上記基準平面に沿う予備トルクを供給するトルク供給手段を備え、該トルク供給手段が、上記第１の上腕部、上記第２の上腕部、上記第１の前腕部及び上記第２の前腕部が現在の姿勢から上記駆動モータの駆動により、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢である場合に、上記所望の姿勢を達成する方向の上記予備トルクを供給するという構成を採用することができる。
【００１０】
また、本発明のフロッグレッグアームロボットにおいては、上記制御手段が、上記ハンド部を減速させる際に上記ハンド部に与える加速度による力が、上記予備トルク及び予め有する機械的な抵抗よりも大きくなるように上記駆動モータを制御するという構成を採用することができる。
【００１１】
また、本発明のフロッグレッグアームロボットの制御方法は、本体部に設置される駆動モータによって回転される第１の回転軸部を介して一端側が上記本体部に連結されるとともに基準平面に沿って揺動可能な第１の上腕部及び第２の上腕部と、第２の回転軸部を介して一端側が上記第１の上腕部の他端側に回転可能に支持されるとともに上記基準平面に沿って揺動可能な第１の前腕部と、第３の回転軸部を介して一端側が上記第２の上腕部の他端側に回転可能に支持されるとともに上記基準平面に沿って揺動可能な第２の前腕部と、 第４の回転軸部を介して上記第１の前腕部の他端側に回転可能に支持されるとともに第５の回転軸部を介して上記第２の前腕部の他端側に回転可能に支持されるハンド部と、上記第４の回転軸部と上記第５の回転軸部とを反対方向に同期回転させる同期手段とを備えるフロッグレッグアームロボットの制御方法であって、上記第１の上腕部、上記第２の上腕部、上記第１の前腕部及び上記第２の前腕部が現在の姿勢から上記駆動モータの駆動により、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢である特異点姿勢を通過する際に、上記ハンド部を減速することを特徴とする。
【００１２】
このような特徴を有する本発明のフロッグレッグアームロボットの制御方法によれば、上記第１の上腕部、上記第２の上腕部、上記第１の前腕部及び上記第２の前腕部が現在の姿勢から上記駆動モータの駆動により、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢である特異点姿勢を通過する際に、上記ハンド部が減速される。
【００１３】
また、本発明のフロッグレッグアームロボットの制御方法においては、上記第２〜第５の回転軸部の少なくともいずれかに対して上記基準平面に沿う予備トルクを供給するという構成を採用することができる。
【００１４】
また、本発明のフロッグレッグアームロボットの制御方法においては、上記ハンド部を減速する際に上記ハンド部に与える加速度による力は、上記予備トルク及び予め有する機械的な抵抗よりも大きいという構成を採用することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、上記第１の上腕部、上記第２の上腕部、上記第１の前腕部及び上記第２の前腕部が現在の姿勢から上記駆動モータの駆動により、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢である特異点姿勢を通過する際に、上記ハンド部が減速される。
ハンド部が減速された場合には、ハンド部、第１の上腕部、第２の上腕部、第１の前腕部及び第２の前腕部に対して慣性力が与えられる。つまり、本発明においては、特異点姿勢を通過する際に、ハンド部、第１の上腕部、第２の上腕部、第１の前腕部及び第２の前腕部に対して慣性力が与えられている。このため、ハンド部、第１の上腕部、第２の上腕部、第１の前腕部及び第２の前腕部が慣性力に従って、特異点姿勢から所望の姿勢に滑らかに移行することができる。
したがって、本発明によれば、機構を複雑化させることなく制御上の特異点を通過することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明に係るフロッグレッグアームロボット及びその制御方法の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態であるフロッグレッグアームロボットＲの概略構成を示した平面図である。また、図２は、本発明の一実施形態であるフロッグレッグアームロボットＲの概略構成を示した側面図である。また、図３は、本発明の一実施形態であるフロッグレッグアームロボットＲの機能構成を示したブロック図である。
【００１８】
これらの図に示すように、本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲは、本体部１とアーム部２とハンド部３と制御部４とを備えている。
【００１９】
本体部１は、例えば、スタッカクレーンのケージ上に回転可能に設置されるものであり、アーム部２を揺動させることによってハンド部３を水平面（基準平面）に沿って前後に移動させるための駆動モータ５（５１，５２）が設置されている。
【００２０】
アーム部２は、ハンド部３の移動方向に対して左右対称とされる一対のアーム部２１とアーム部２２とによって構成されている。なお、以下の説明においては、アーム部２１を第１アーム部２１と称し、アーム部２２を第２アーム部２２と称する。
【００２１】
第１アーム部２１は、上腕部２３（第１の上腕部）と、前腕部２４（第１の前腕部）とによって構成されている。
上腕部２３は、一端側が肩回転軸部６ａ（第１の回転軸部）を介して本体部１に連結されている。そして、肩回転軸部６ａが駆動モータ５１と接続され回転されることによって、上腕部２３は、水平面に沿って揺動可能な構成とされている。
前腕部２４は、肘回転軸部６ｂ（第２の回転軸部）を介して一端側が上腕部２３の他端側に回転可能に支持されている。そして、上腕部２３の揺動によって肘回転軸部６ｂが回転されることによって、前腕部２４は、水平面に沿って揺動可能な構成とされている。
【００２２】
第２アーム部２２は、上腕部２５（第２の上腕部）と、前腕部２６（第２の前腕部）とによって構成されている。
上腕部２５は、一端側が肩回転軸部６ｃ（第１の回転軸部）を介して本体部１に連結されている。そして、肩回転軸部６ｃが駆動モータ５２と接続され回転されることによって、上腕部２５は、水平面に沿って揺動可能な構成とされている。
前腕部２６は、肘回転軸部６ｄ（第３の回転軸部）を介して一端側が上腕部２５の他端側に回転可能に支持されている。そして、上腕部２５の揺動によって肘回転軸部６ｄが回転されることによって、前腕部２６は、水平面に沿って揺動可能な構成とされている。
【００２３】
ハンド部３は、手首回転軸部６ｅ（第４の回転軸部）を介して第１アーム部２１の前腕部２４の他端側に回転可能に支持されるとともに、手首回転軸部６ｆ（第５の回転軸部）を介して第２アーム部２２の前腕部２６の他端側に回転可能に支持されている。
このハンド部３は、搬送対象物（例えば、ガラス基板やガラス基板を収納したカセット等）を載置可能とされている。
【００２４】
また、第１アーム部２１の前腕部２４の他端側と、第２アーム部２２の前腕部２６の他端側とには、互いに噛み合うことによって反対方向に同期回転する一対の同期歯車７１，７２（同期手段）が設置されている。これらの同期歯車７１，７２が噛み合うことによって、第１アーム部２１と第２アーム部２２が同期して動く。すなわち、第１アーム部と第２アーム部２２とが対称に動作する。これによって、ハンド部３を直線的に移動させることができる。
【００２５】
また、本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲにおいては、第１アーム部２１の上腕部２３と前腕部２４とを接続する肘回転軸部６ｂと、第２アーム部２２の上腕部２５と前腕部２６とを接続する肘回転軸部６ｄとに対してバネ１０が接続されて設置されている。なお、バネ１０としては、引張りバネ、トーションバネ、コンストンバネ等を用いることができる。
このバネ１０は、肘回転軸部６ｂ，６ｄに対して水平面に沿う方向の予備トルクを供給するものである。なお、バネ１０が肘回転軸部６ｂ，６ｄに対して供給する予備トルクの方向は、アーム部２が現在の姿勢から、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢である場合に、アーム部２が所望しない姿勢に移行しないように、すなわちアーム部２が所望の姿勢を達成する方向とされている。
このように予備トルクを供給する本発明のトルク供給手段としてバネ等を用いた場合は、ハンド部３の一方向の動作に対してトルク供給手段の効果を得ることができる。また、本発明のトルク供給手段としてモータ、電磁石、エアロータリーモータ当の反転動作が可能なものを用いた場合には、ハンド部３の両方向の動作に対してトルク供給手段の効果を得ることができる。
【００２６】
なお、駆動モータ５１，５２のみを駆動した場合において、アーム部２が現在の姿勢から、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢とは、図４に示すように、第１アーム部２１の上腕部２３と前腕部２４とが重なり、第２アーム部２２の上腕部２５と前腕部２６とが重なり、さらに第１アーム部２１と第２アーム部２２とが直線的に位置する姿勢である。このような姿勢は、制御上の特異点となるため、以下の説明において、図４に示す姿勢を特異点姿勢と称する。なお、図４及び下記図５及び図６においては、図面の視認性を向上させるために、ハンド部３及び制御部４の図示を省略している。
このような図４に示す特異点姿勢において、ハンド部３を押し出す方向に移動させるために駆動モータ５１，５２を矢印方向に駆動した場合には、第１アーム部２１の上腕部２３と前腕部２４とが、また第２アーム部２２の上腕部２５と前腕部２６とが開き、所望のようにハンド部３を押し出す姿勢（所望の姿勢）にアーム部２の姿勢が移行する（図５参照）場合もある。一方で、第１アーム部２１の上腕部２３と前腕部２４とが、また第２アーム部２２の上腕部２５と前腕部２６とが重なった状態のまま、ハンド部３を移動させることなく第１アーム部２１と第２アーム部２２とのみが回動する姿勢（所望しない姿勢）にアーム部２の姿勢が移行する（図６参照）場合もある。
このため、特異点姿勢にてアーム部２が停止した場合には、所望の姿勢と所望でない姿勢のいずれの姿勢に移行するかが不定となり、制御が不安定となる。従来のフロッグレッグアームロボットにおいては、特異点姿勢、すなわち所望の姿勢を含む複数の姿勢のいずれに移行するかが不定の姿勢が、上述のように制御上の特異点とされている。
【００２７】
また、特異点姿勢からハンド部３を引き出す方向に移動させる場合であっても、ハンド部３を押し出す方向に移動させる場合と同様に、特異点姿勢から所望の姿勢（ハンド部３を引き出す姿勢）と所望しない姿勢（第１アーム部２１と第２アーム部２２とのみが回動する姿勢）のいずれの姿勢に移行するかが不定となり、特異点姿勢が制御上の特異点となる。
【００２８】
なお、上述のように、本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲにおいては、ハンド部３を押し出すアーム部２の姿勢あるいはハンド部３を引き出すアーム部２の姿勢が所望の姿勢とされている。通常の産業用の装置ではハンド部３を引き出す方向の姿勢が安全側なので、特異点姿勢から引き出す姿勢を達成するために、第１アーム部２１の肘回転軸部６ｂに接続されるバネ１０は、肘回転軸部６ｂに対して図１における右回り方向に予備トルクを供給する。また、第２アーム部２２の肘回転軸部６ｄに接続されるバネ１０は、肘回転軸部６ｄに対して図１における左回り方向に予備トルクを供給する。
【００２９】
制御部４は、フロッグレッグアームロボットＲの動作全体を統括するものであり、外部から入力される情報に基づいて、駆動モータ５の動作指示情報を求める演算処理部４１と、演算処理部４１にて用いられる各種アプリケーションやデータを記憶する記憶部４２と、演算処理部４１によって求められた動作指示情報を一時的に記憶する動作指示情報記憶部４３と、駆動モータ５と演算処理部４１との間において信号の入出力を行う入出力部４４とを備えている。
【００３０】
このような構成を有する制御部４は、駆動モータ５１，５２を同期して駆動することによって第１アーム部２１と第２アーム部２２とを揺動させ、これによってハンド部３を前後に移動させる。
そして、本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲにおいては、制御部４は、アーム部２が特異点姿勢を通過する際に、ハンド部３が減速されるように駆動モータ５１，５２を制御する。なお、ハンド部３を減速させる際にハンド部３に与える加速度による力は、上述のバネ１０による予備トルク及び予めアーム部等の機構が有する抵抗を合わせた力よりも大きな力とされる。
【００３１】
次に、上述のように構成された本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲの動作（フロッグレッグアームロボットの制御方法）について説明する。
【００３２】
まず、制御部４は、演算処理部４１を用いて、駆動モータ５から入出力部４４を介して入力される情報、フロッグレッグアームロボットＲの外部から入力される情報、及び、記憶部４２に記憶されたアプリケーションやデータに基づいて、ハンド部３を移動させる方向（押し出す方向あるいは引き出す方向）及びその移動量を求め、動作指示情報として動作指示情報記憶部４３に記憶させる。
続いて、制御部４は、所定のタイミングで動作指示情報記憶部４３から動作指示情報を引き出し、入出力部４４を介して動作指示信号を駆動モータ５に供給する。
【００３３】
例えば、制御部４からハンド部３を押し出す方向に所定量移動させる動作指示信号が出力された場合には、駆動モータ５１が肩回転軸部６ａを図１における右回りに回転させ、駆動モータ５２が肩回転軸部６ｃを図１における左周りに回転させる。なお、駆動モータ５１と駆動モータ５２とは同期して回転するが、駆動モータを１台として歯車当で機械的に同期させても良い。
このように肩回転軸部６ａが図１における右回りに回転され、肩回転軸部６ｃが図１における左周りに回転されることによって、第１アーム部２１の上腕部２３が一端側を中心として図１における右回転方向に揺動され、第２アーム部２２の上腕部２５が一端側を中心として図１における左回転方向に揺動される。これらの上腕部２３，２５の揺動が、肘回転軸部６ｂ，６ｄを介して前腕部２４，２６に伝達され、第１アーム部２１の前腕部２４が肘回転軸部６ｂを中心として左回転方向に揺動され、第２アーム部２２の前腕部２６が肘回転軸部６ｄを中心として右回転方向に揺動される。
ここで、第１アーム部２１の動きと第２アーム部２２の動きとは、同期歯車７１，７２が噛み合うことによって同期されている。このため、第１アーム部２１の前腕部２４の揺動と第２アーム部２２の前腕部２６の揺動とが同期される。
そして、第１アーム部２１の前腕部２４の揺動と第２アーム部２２の前腕部２６の揺動とが手首回転軸部６ｅ，６ｆを介してハンド部３に伝達されることによって、ハンド部３は、押し出される方向に移動する。
なお、ハンド部３の移動量は、肩回転軸部６ａ，６ｃの回転量によって決定付けられるため、駆動モータ５は、ハンド部３を所定量移動させる分だけ肩回転軸部６ａ，６ｃさせることによって、ハンド部３を所定移動量だけ移動させる。
【００３４】
一方、制御部４からハンド部３を引き出す方向に所定量移動させる動作指示信号が出力された場合には、駆動モータ５１が肩回転軸部６ａを図１における左回りに回転させ、駆動モータ５２が肩回転軸部６ｃを図１における右周りに回転させる。
このように肩回転軸部６ａが図１における左回りに回転され、肩回転軸部６ｃが図１における右周りに回転されることによって、第１アーム部２１の上腕部２３が一端側を中心として図１における左回転方向に揺動され、第２アーム部２２の上腕部２５が一端側を中心として図１における右回転方向に揺動される。これらの上腕部２３，２５の揺動が、肘回転軸部６ｂ，６ｄを介して前腕部２４，２６に伝達され、第１アーム部２１の前腕部２４が肘回転軸部６ｂを中心として右回転方向に揺動され、第２アーム部２２の前腕部２６が肘回転軸部６ｄを中心として左回転方向に揺動される。
そして、第１アーム部２１の前腕部２４の揺動と第２アーム部２２の前腕部２６の揺動とが手首回転軸部６ｅ，６ｆを介してハンド部３に伝達されることによって、ハンド部３は、引き出される方向に移動する。
【００３５】
ここで、本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲにおいては、制御部４は、アーム部２が上述の特異点姿勢を通過する際、すなわち制御上の特異点を通過する際に、駆動モータ５の回転数を低減させることによってハンド部３を減速させる。
【００３６】
図７は、ハンド部３を押し出す方向に移動する場合における速度変化及び加速度変化の一例を示すグラフであり、（ａ）が速度変化を示すグラフであり、（ｂ）が加速度変化を示すグラフである。
この図に示すように、ハンド部３は、制御上の特異点を通過する前の時間、すなわち特異点姿勢より手前に位置する状態において、進行方向（押し出す方向）に加速度を与えられることによって所定の速度ｖａまで加速された後、速度ｖａを維持して進む。
そして、ハンド部３は、特異点を通過する直前において進行方向と逆方向に加速度を与えられることによって減速し、この減速中にアーム部２の特異点姿勢、すなわち制御上の特異点を通過する。
ハンド部３は、特異点姿勢を通過後、速度ｖｂまで減速され後、速度ｖｂを維持して進む。その後、ハンド部３は所望の位置にて停止する。このようにハンド部３が速度ｖｂから所望の位置において停止されるまでの間、ハンド部３には進行方向と逆方向に加速度が与えられる。
【００３７】
なお、ハンド部３を引き出す方向に移動する場合においても、ハンド部３は、押し出す方向に移動する場合と同様に、アーム部２の特異点姿勢、すなわち制御上の特異点を通過する際には、進行方向と逆方向に加速度が与えられることによって減速される。
【００３８】
このような本実施形態のフロッグレッグアームロボット及びその制御方法によれば、アーム部２が特異点姿勢を通過する際に、ハンド部３が減速される。
つまり、本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲ及びその制御方法においては、アーム部２が特異点姿勢を通過する際に、ハンド部３及びアーム部２に対して慣性力が与えられている。このため、ハンド部３及びアーム部２が慣性力に従って、特異点姿勢から所望の姿勢に滑らかに移行することができる。
したがって、本発明によれば、機構を複雑化させることなく制御上の特異点を通過することができる。
【００３９】
また、本実施形態のフロッグレッグアームロボット及びその制御方法によれば、バネ１０が肘回転軸部６ｂ，６ｄに対して供給するトルクの方向は、アーム部２が現在の姿勢から、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢である場合に、アーム部２が所望しない姿勢に移行しないように、すなわちアーム部２が所望の姿勢を達成する方向とされている。
このため、何らかの原因によって万が一、アーム部２が特異点姿勢において停止した場合であっても、バネ１０によって与えられるトルクによって、アーム部２が揺動され、ハンド部３が低速で特異点姿勢から所望の姿勢に脱することができる。
よって、本実施形態のフロッグレッグアームロボット及びその制御方法によれば、アーム部２が特異点姿勢において停止し、制御不能に陥ることを回避することができる。
【００４０】
また、本実施形態においては、ハンド部３を減速させる際にハンド部３に与える加速度による力は、上述のバネ１０による予備トルク及び予めアーム部等の機構が有する抵抗を合わせた力よりも大きな力とされる。
このため、ハンド部３を減速させる際にハンド部３に与える加速度による力が、上述のバネ１０による予備トルク及び予めアーム部等の機構が有する抵抗を合わせた力とが同一の方向である場合であっても、確実にハンド部３を減速させることができる。
【００４１】
以上、図面を参照しながら本発明に係るフロッグレッグアームロボット及びその制御方法の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４２】
例えば、上記実施形態においては、予備トルクを供給するトルク供給手段として、バネを用いた。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、ゴムやトルクモータ等を用いても良い。
【００４３】
また、上記実施形態においては、バネを肘回転軸部６ｂ，６ｄに対して接続して設置した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、バネ１０は、肘回転軸部６ｂ，６ｄ及び手首回転軸部６ｅ，６ｆのうち、いずれかあるいは複数に設置されていれば良い。
【００４４】
また、例えば、必要に応じて駆動モータ５と肩回転軸部６ａ，６ｃとの間に減速器を介在させても良い。
【００４５】
また、上記実施形態においては、第１アーム部２１と第２アーム部２２との各々が異なる肩回転軸部６ａ，６ｃを介して本体部１に連結される構成、すなわち、本発明の第１回転軸部が２つ設置された構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、第１アーム部２１と第２アーム部２２とが互いに反対方向に回転可能に共通の肩回転軸部を介して本体部１に連結される構成、すなわち、本発明の第１回転軸部が１つのみ設置される構成を採用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態であるフロッグレッグアームロボットの概略構成を示す平面図である。
【図２】本発明の一実施形態であるフロッグレッグアームロボットの概略構成を示す側面図である。
【図３】本発明の一実施形態であるフロッグレッグアームロボットの機能構成を示すブロック図である。
【図４】フロッグレッグアームロボットの特殊姿勢を説明するための平面図である。
【図５】フロッグレッグアームロボットの所望する姿勢を説明するための平面図である。
【図６】フロッグレッグアームロボットの所望しない姿勢を説明するための平面図である。
【図７】ハンド部を押し出す方向に移動する場合における速度変化及び加速度変化の一例を示すグラフであり、（ａ）が速度変化を示すグラフであり、（ｂ）が加速度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
Ｒ……フロッグレッグアームロボット、１……本体部、２……アーム部、２１……アーム部（第１のアーム部）、２２……アーム部（第２のアーム部）、２３……上腕部（第１の上腕部）、２４……前腕部（第１の前腕部）、２５……上腕部（第１の上腕部）、２６……前腕部（第２の前腕部）、３……ハンド部、４……制御部（制御手段）、５（５１，５２）……駆動モータ、６ａ……肩回転軸部（第１の回転軸部）、６ｂ……肘回転軸部（第２の回転軸部）、６ｃ……肩回転軸部（第１の回転軸部）、６ｄ……肘回転軸部（第３の回転軸部）、６ｅ……手首回転軸部（第４の回転軸部）、６ｆ……手首回転軸部（第５の回転軸部）、１０……バネ（トルク供給手段）、７１，７２……同期歯車（同期手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハンド部に搬送対象物を載置した状態にて移送するフロッグレッグアームロボット及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、所定の搬送対象物をハンド部に載置した状態にて移送するアームロボットが用いられているが、このアームロボットの中には、同期して動く２つのアーム部にハンド部が支持されたいわゆるフロッグレッグアームロボットがある。
このフロッグレッグアームロボットは、各アーム部が回転軸部によって連結された上腕部と前腕部とによって構成されており、各アーム部の上腕部を本体部に設置された駆動モータによって回転駆動することによって前腕部に連結されたハンド部を移動する構成となっている。
【０００３】
ところで、フロッグレッグアームロボットでは、アーム部が所定の姿勢の場合に、現在の姿勢から駆動モータの駆動により、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な状態となる場合がある。このような状態は、いわゆる特異点と呼ばれている。特異点における姿勢から駆動モータを駆動した場合には、アーム部が所望の姿勢となる場合と、所望しない姿勢となる場合とのどちらに移行するかが不定となり、制御が不安定となる。このため、特異点における姿勢をアーム部が通過する際にアーム部の動作が不安定となり、振動等が生じる場合がある。また、万が一、特異点にてアーム部が停止した場合には、制御不能となる。
【０００４】
これに対して、例えば特許文献１には、駆動モータの動力を上腕部と前腕部とを回転可能に連結する回転軸部に伝達するためのスプロケットやチェーンを備えるフロッグレッグアームロボットが記載されている。このようなスプロケットやチェーンを備えるフロッグレッグアームロボットによれば、上腕部と前腕部とを連結する回転軸部にチェーン等を介してトルクを供給することによって、制御上の特異点が解消されるものとされている。
【特許文献１】特開平１１−２１６６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、スプロケットやチェーン等を備える場合には、機構が複雑化する。また、機構が複雑化することに伴って、取付精度や形状精度等の誤差に起因する不具合が大きくなるとともに、制御対象が増え、制御が複雑化する。
【０００６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、機構を複雑化させることなく制御上の特異点を通過することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のフロッグレッグアームロボットは、本体部に設置される駆動モータによって回転される第１の回転軸部を介して一端側が上記本体部に連結されるとともに基準平面に沿って揺動可能な第１の上腕部及び第２の上腕部と、第２の回転軸部を介して一端側が上記第１の上腕部の他端側に回転可能に支持されるとともに上記基準平面に沿って揺動可能な第１の前腕部と、第３の回転軸部を介して一端側が上記第２の上腕部の他端側に回転可能に支持されるとともに上記基準平面に沿って揺動可能な第２の前腕部と、第４の回転軸部を介して上記第１の前腕部の他端側に回転可能に支持されるとともに第５の回転軸部を介して上記第２の前腕部の他端側に回転可能に支持されるハンド部と、上記第４の回転軸部と上記第５の回転軸部とを反対方向に同期回転させる同期手段と、上記駆動モータの回転方向及び回転数を制御することによって上記ハンド部の速度を制御する制御手段とを備えるフロッグレッグアームロボットであって、上記制御手段は、上記第１の上腕部、上記第２の上腕部、上記第１の前腕部及び上記第２の前腕部が現在の姿勢から上記駆動モータの駆動により、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢である特異点姿勢を通過する際に、上記ハンド部を減速させることを特徴とする。
【０００８】
このような特徴を有する本発明のフロッグレッグアームロボットによれば、上記第１の上腕部、上記第２の上腕部、上記第１の前腕部及び上記第２の前腕部が現在の姿勢から上記駆動モータの駆動により、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢である特異点姿勢を通過する際に、上記ハンド部が減速される。
【０００９】
また、本発明のフロッグレッグアームロボットにおいては、上記第２〜第５の回転軸部の少なくともいずれかに接続されるとともに接続された回転軸部に対して上記基準平面に沿う予備トルクを供給するトルク供給手段を備え、該トルク供給手段が、上記第１の上腕部、上記第２の上腕部、上記第１の前腕部及び上記第２の前腕部が現在の姿勢から上記駆動モータの駆動により、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢である場合に、上記所望の姿勢を達成する方向の上記予備トルクを供給するという構成を採用することができる。
【００１０】
また、本発明のフロッグレッグアームロボットにおいては、上記制御手段が、上記ハンド部を減速させる際に上記ハンド部に与える加速度による力が、上記予備トルク及び予め有する機械的な抵抗よりも大きくなるように上記駆動モータを制御するという構成を採用することができる。
【００１１】
また、本発明のフロッグレッグアームロボットの制御方法は、本体部に設置される駆動モータによって回転される第１の回転軸部を介して一端側が上記本体部に連結されるとともに基準平面に沿って揺動可能な第１の上腕部及び第２の上腕部と、第２の回転軸部を介して一端側が上記第１の上腕部の他端側に回転可能に支持されるとともに上記基準平面に沿って揺動可能な第１の前腕部と、第３の回転軸部を介して一端側が上記第２の上腕部の他端側に回転可能に支持されるとともに上記基準平面に沿って揺動可能な第２の前腕部と、 第４の回転軸部を介して上記第１の前腕部の他端側に回転可能に支持されるとともに第５の回転軸部を介して上記第２の前腕部の他端側に回転可能に支持されるハンド部と、上記第４の回転軸部と上記第５の回転軸部とを反対方向に同期回転させる同期手段とを備えるフロッグレッグアームロボットの制御方法であって、上記第１の上腕部、上記第２の上腕部、上記第１の前腕部及び上記第２の前腕部が現在の姿勢から上記駆動モータの駆動により、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢である特異点姿勢を通過する際に、上記ハンド部を減速することを特徴とする。
【００１２】
このような特徴を有する本発明のフロッグレッグアームロボットの制御方法によれば、上記第１の上腕部、上記第２の上腕部、上記第１の前腕部及び上記第２の前腕部が現在の姿勢から上記駆動モータの駆動により、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢である特異点姿勢を通過する際に、上記ハンド部が減速される。
【００１３】
また、本発明のフロッグレッグアームロボットの制御方法においては、上記第２〜第５の回転軸部の少なくともいずれかに対して上記基準平面に沿う予備トルクを供給するという構成を採用することができる。
【００１４】
また、本発明のフロッグレッグアームロボットの制御方法においては、上記ハンド部を減速する際に上記ハンド部に与える加速度による力は、上記予備トルク及び予め有する機械的な抵抗よりも大きいという構成を採用することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、上記第１の上腕部、上記第２の上腕部、上記第１の前腕部及び上記第２の前腕部が現在の姿勢から上記駆動モータの駆動により、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢である特異点姿勢を通過する際に、上記ハンド部が減速される。
ハンド部が減速された場合には、ハンド部、第１の上腕部、第２の上腕部、第１の前腕部及び第２の前腕部に対して慣性力が与えられる。つまり、本発明においては、特異点姿勢を通過する際に、ハンド部、第１の上腕部、第２の上腕部、第１の前腕部及び第２の前腕部に対して慣性力が与えられている。このため、ハンド部、第１の上腕部、第２の上腕部、第１の前腕部及び第２の前腕部が慣性力に従って、特異点姿勢から所望の姿勢に滑らかに移行することができる。
したがって、本発明によれば、機構を複雑化させることなく制御上の特異点を通過することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明に係るフロッグレッグアームロボット及びその制御方法の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態であるフロッグレッグアームロボットＲの概略構成を示した平面図である。また、図２は、本発明の一実施形態であるフロッグレッグアームロボットＲの概略構成を示した側面図である。また、図３は、本発明の一実施形態であるフロッグレッグアームロボットＲの機能構成を示したブロック図である。
【００１８】
これらの図に示すように、本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲは、本体部１とアーム部２とハンド部３と制御部４とを備えている。
【００１９】
本体部１は、例えば、スタッカクレーンのケージ上に回転可能に設置されるものであり、アーム部２を揺動させることによってハンド部３を水平面（基準平面）に沿って前後に移動させるための駆動モータ５（５１，５２）が設置されている。
【００２０】
アーム部２は、ハンド部３の移動方向に対して左右対称とされる一対のアーム部２１とアーム部２２とによって構成されている。なお、以下の説明においては、アーム部２１を第１アーム部２１と称し、アーム部２２を第２アーム部２２と称する。
【００２１】
第１アーム部２１は、上腕部２３（第１の上腕部）と、前腕部２４（第１の前腕部）とによって構成されている。
上腕部２３は、一端側が肩回転軸部６ａ（第１の回転軸部）を介して本体部１に連結されている。そして、肩回転軸部６ａが駆動モータ５１と接続され回転されることによって、上腕部２３は、水平面に沿って揺動可能な構成とされている。
前腕部２４は、肘回転軸部６ｂ（第２の回転軸部）を介して一端側が上腕部２３の他端側に回転可能に支持されている。そして、上腕部２３の揺動によって肘回転軸部６ｂが回転されることによって、前腕部２４は、水平面に沿って揺動可能な構成とされている。
【００２２】
第２アーム部２２は、上腕部２５（第２の上腕部）と、前腕部２６（第２の前腕部）とによって構成されている。
上腕部２５は、一端側が肩回転軸部６ｃ（第１の回転軸部）を介して本体部１に連結されている。そして、肩回転軸部６ｃが駆動モータ５２と接続され回転されることによって、上腕部２５は、水平面に沿って揺動可能な構成とされている。
前腕部２６は、肘回転軸部６ｄ（第３の回転軸部）を介して一端側が上腕部２５の他端側に回転可能に支持されている。そして、上腕部２５の揺動によって肘回転軸部６ｄが回転されることによって、前腕部２６は、水平面に沿って揺動可能な構成とされている。
【００２３】
ハンド部３は、手首回転軸部６ｅ（第４の回転軸部）を介して第１アーム部２１の前腕部２４の他端側に回転可能に支持されるとともに、手首回転軸部６ｆ（第５の回転軸部）を介して第２アーム部２２の前腕部２６の他端側に回転可能に支持されている。
このハンド部３は、搬送対象物（例えば、ガラス基板やガラス基板を収納したカセット等）を載置可能とされている。
【００２４】
また、第１アーム部２１の前腕部２４の他端側と、第２アーム部２２の前腕部２６の他端側とには、互いに噛み合うことによって反対方向に同期回転する一対の同期歯車７１，７２（同期手段）が設置されている。これらの同期歯車７１，７２が噛み合うことによって、第１アーム部２１と第２アーム部２２が同期して動く。すなわち、第１アーム部と第２アーム部２２とが対称に動作する。これによって、ハンド部３を直線的に移動させることができる。
【００２５】
また、本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲにおいては、第１アーム部２１の上腕部２３と前腕部２４とを接続する肘回転軸部６ｂと、第２アーム部２２の上腕部２５と前腕部２６とを接続する肘回転軸部６ｄとに対してバネ１０が接続されて設置されている。なお、バネ１０としては、引張りバネ、トーションバネ、コンストンバネ等を用いることができる。
このバネ１０は、肘回転軸部６ｂ，６ｄに対して水平面に沿う方向の予備トルクを供給するものである。なお、バネ１０が肘回転軸部６ｂ，６ｄに対して供給する予備トルクの方向は、アーム部２が現在の姿勢から、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢である場合に、アーム部２が所望しない姿勢に移行しないように、すなわちアーム部２が所望の姿勢を達成する方向とされている。
このように予備トルクを供給する本発明のトルク供給手段としてバネ等を用いた場合は、ハンド部３の一方向の動作に対してトルク供給手段の効果を得ることができる。また、本発明のトルク供給手段としてモータ、電磁石、エアロータリーモータ当の反転動作が可能なものを用いた場合には、ハンド部３の両方向の動作に対してトルク供給手段の効果を得ることができる。
【００２６】
なお、駆動モータ５１，５２のみを駆動した場合において、アーム部２が現在の姿勢から、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢とは、図４に示すように、第１アーム部２１の上腕部２３と前腕部２４とが重なり、第２アーム部２２の上腕部２５と前腕部２６とが重なり、さらに第１アーム部２１と第２アーム部２２とが直線的に位置する姿勢である。このような姿勢は、制御上の特異点となるため、以下の説明において、図４に示す姿勢を特異点姿勢と称する。なお、図４及び下記図５及び図６においては、図面の視認性を向上させるために、ハンド部３及び制御部４の図示を省略している。
このような図４に示す特異点姿勢において、ハンド部３を押し出す方向に移動させるために駆動モータ５１，５２を矢印方向に駆動した場合には、第１アーム部２１の上腕部２３と前腕部２４とが、また第２アーム部２２の上腕部２５と前腕部２６とが開き、所望のようにハンド部３を押し出す姿勢（所望の姿勢）にアーム部２の姿勢が移行する（図５参照）場合もある。一方で、第１アーム部２１の上腕部２３と前腕部２４とが、また第２アーム部２２の上腕部２５と前腕部２６とが重なった状態のまま、ハンド部３を移動させることなく第１アーム部２１と第２アーム部２２とのみが回動する姿勢（所望しない姿勢）にアーム部２の姿勢が移行する（図６参照）場合もある。
このため、特異点姿勢にてアーム部２が停止した場合には、所望の姿勢と所望でない姿勢のいずれの姿勢に移行するかが不定となり、制御が不安定となる。従来のフロッグレッグアームロボットにおいては、特異点姿勢、すなわち所望の姿勢を含む複数の姿勢のいずれに移行するかが不定の姿勢が、上述のように制御上の特異点とされている。
【００２７】
また、特異点姿勢からハンド部３を引き出す方向に移動させる場合であっても、ハンド部３を押し出す方向に移動させる場合と同様に、特異点姿勢から所望の姿勢（ハンド部３を引き出す姿勢）と所望しない姿勢（第１アーム部２１と第２アーム部２２とのみが回動する姿勢）のいずれの姿勢に移行するかが不定となり、特異点姿勢が制御上の特異点となる。
【００２８】
なお、上述のように、本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲにおいては、ハンド部３を押し出すアーム部２の姿勢あるいはハンド部３を引き出すアーム部２の姿勢が所望の姿勢とされている。通常の産業用の装置ではハンド部３を引き出す方向の姿勢が安全側なので、特異点姿勢から引き出す姿勢を達成するために、第１アーム部２１の肘回転軸部６ｂに接続されるバネ１０は、肘回転軸部６ｂに対して図１における右回り方向に予備トルクを供給する。また、第２アーム部２２の肘回転軸部６ｄに接続されるバネ１０は、肘回転軸部６ｄに対して図１における左回り方向に予備トルクを供給する。
【００２９】
制御部４は、フロッグレッグアームロボットＲの動作全体を統括するものであり、外部から入力される情報に基づいて、駆動モータ５の動作指示情報を求める演算処理部４１と、演算処理部４１にて用いられる各種アプリケーションやデータを記憶する記憶部４２と、演算処理部４１によって求められた動作指示情報を一時的に記憶する動作指示情報記憶部４３と、駆動モータ５と演算処理部４１との間において信号の入出力を行う入出力部４４とを備えている。
【００３０】
このような構成を有する制御部４は、駆動モータ５１，５２を同期して駆動することによって第１アーム部２１と第２アーム部２２とを揺動させ、これによってハンド部３を前後に移動させる。
そして、本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲにおいては、制御部４は、アーム部２が特異点姿勢を通過する際に、ハンド部３が減速されるように駆動モータ５１，５２を制御する。なお、ハンド部３を減速させる際にハンド部３に与える加速度による力は、上述のバネ１０による予備トルク及び予めアーム部等の機構が有する抵抗を合わせた力よりも大きな力とされる。
【００３１】
次に、上述のように構成された本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲの動作（フロッグレッグアームロボットの制御方法）について説明する。
【００３２】
まず、制御部４は、演算処理部４１を用いて、駆動モータ５から入出力部４４を介して入力される情報、フロッグレッグアームロボットＲの外部から入力される情報、及び、記憶部４２に記憶されたアプリケーションやデータに基づいて、ハンド部３を移動させる方向（押し出す方向あるいは引き出す方向）及びその移動量を求め、動作指示情報として動作指示情報記憶部４３に記憶させる。
続いて、制御部４は、所定のタイミングで動作指示情報記憶部４３から動作指示情報を引き出し、入出力部４４を介して動作指示信号を駆動モータ５に供給する。
【００３３】
例えば、制御部４からハンド部３を押し出す方向に所定量移動させる動作指示信号が出力された場合には、駆動モータ５１が肩回転軸部６ａを図１における右回りに回転させ、駆動モータ５２が肩回転軸部６ｃを図１における左周りに回転させる。なお、駆動モータ５１と駆動モータ５２とは同期して回転するが、駆動モータを１台として歯車当で機械的に同期させても良い。
このように肩回転軸部６ａが図１における右回りに回転され、肩回転軸部６ｃが図１における左周りに回転されることによって、第１アーム部２１の上腕部２３が一端側を中心として図１における右回転方向に揺動され、第２アーム部２２の上腕部２５が一端側を中心として図１における左回転方向に揺動される。これらの上腕部２３，２５の揺動が、肘回転軸部６ｂ，６ｄを介して前腕部２４，２６に伝達され、第１アーム部２１の前腕部２４が肘回転軸部６ｂを中心として左回転方向に揺動され、第２アーム部２２の前腕部２６が肘回転軸部６ｄを中心として右回転方向に揺動される。
ここで、第１アーム部２１の動きと第２アーム部２２の動きとは、同期歯車７１，７２が噛み合うことによって同期されている。このため、第１アーム部２１の前腕部２４の揺動と第２アーム部２２の前腕部２６の揺動とが同期される。
そして、第１アーム部２１の前腕部２４の揺動と第２アーム部２２の前腕部２６の揺動とが手首回転軸部６ｅ，６ｆを介してハンド部３に伝達されることによって、ハンド部３は、押し出される方向に移動する。
なお、ハンド部３の移動量は、肩回転軸部６ａ，６ｃの回転量によって決定付けられるため、駆動モータ５は、ハンド部３を所定量移動させる分だけ肩回転軸部６ａ，６ｃさせることによって、ハンド部３を所定移動量だけ移動させる。
【００３４】
一方、制御部４からハンド部３を引き出す方向に所定量移動させる動作指示信号が出力された場合には、駆動モータ５１が肩回転軸部６ａを図１における左回りに回転させ、駆動モータ５２が肩回転軸部６ｃを図１における右周りに回転させる。
このように肩回転軸部６ａが図１における左回りに回転され、肩回転軸部６ｃが図１における右周りに回転されることによって、第１アーム部２１の上腕部２３が一端側を中心として図１における左回転方向に揺動され、第２アーム部２２の上腕部２５が一端側を中心として図１における右回転方向に揺動される。これらの上腕部２３，２５の揺動が、肘回転軸部６ｂ，６ｄを介して前腕部２４，２６に伝達され、第１アーム部２１の前腕部２４が肘回転軸部６ｂを中心として右回転方向に揺動され、第２アーム部２２の前腕部２６が肘回転軸部６ｄを中心として左回転方向に揺動される。
そして、第１アーム部２１の前腕部２４の揺動と第２アーム部２２の前腕部２６の揺動とが手首回転軸部６ｅ，６ｆを介してハンド部３に伝達されることによって、ハンド部３は、引き出される方向に移動する。
【００３５】
ここで、本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲにおいては、制御部４は、アーム部２が上述の特異点姿勢を通過する際、すなわち制御上の特異点を通過する際に、駆動モータ５の回転数を低減させることによってハンド部３を減速させる。
【００３６】
図７は、ハンド部３を押し出す方向に移動する場合における速度変化及び加速度変化の一例を示すグラフであり、（ａ）が速度変化を示すグラフであり、（ｂ）が加速度変化を示すグラフである。
この図に示すように、ハンド部３は、制御上の特異点を通過する前の時間、すなわち特異点姿勢より手前に位置する状態において、進行方向（押し出す方向）に加速度を与えられることによって所定の速度ｖａまで加速された後、速度ｖａを維持して進む。
そして、ハンド部３は、特異点を通過する直前において進行方向と逆方向に加速度を与えられることによって減速し、この減速中にアーム部２の特異点姿勢、すなわち制御上の特異点を通過する。
ハンド部３は、特異点姿勢を通過後、速度ｖｂまで減速され後、速度ｖｂを維持して進む。その後、ハンド部３は所望の位置にて停止する。このようにハンド部３が速度ｖｂから所望の位置において停止されるまでの間、ハンド部３には進行方向と逆方向に加速度が与えられる。
【００３７】
なお、ハンド部３を引き出す方向に移動する場合においても、ハンド部３は、押し出す方向に移動する場合と同様に、アーム部２の特異点姿勢、すなわち制御上の特異点を通過する際には、進行方向と逆方向に加速度が与えられることによって減速される。
【００３８】
このような本実施形態のフロッグレッグアームロボット及びその制御方法によれば、アーム部２が特異点姿勢を通過する際に、ハンド部３が減速される。
つまり、本実施形態のフロッグレッグアームロボットＲ及びその制御方法においては、アーム部２が特異点姿勢を通過する際に、ハンド部３及びアーム部２に対して慣性力が与えられている。このため、ハンド部３及びアーム部２が慣性力に従って、特異点姿勢から所望の姿勢に滑らかに移行することができる。
したがって、本発明によれば、機構を複雑化させることなく制御上の特異点を通過することができる。
【００３９】
また、本実施形態のフロッグレッグアームロボット及びその制御方法によれば、バネ１０が肘回転軸部６ｂ，６ｄに対して供給するトルクの方向は、アーム部２が現在の姿勢から、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢である場合に、アーム部２が所望しない姿勢に移行しないように、すなわちアーム部２が所望の姿勢を達成する方向とされている。
このため、何らかの原因によって万が一、アーム部２が特異点姿勢において停止した場合であっても、バネ１０によって与えられるトルクによって、アーム部２が揺動され、ハンド部３が低速で特異点姿勢から所望の姿勢に脱することができる。
よって、本実施形態のフロッグレッグアームロボット及びその制御方法によれば、アーム部２が特異点姿勢において停止し、制御不能に陥ることを回避することができる。
【００４０】
また、本実施形態においては、ハンド部３を減速させる際にハンド部３に与える加速度による力は、上述のバネ１０による予備トルク及び予めアーム部等の機構が有する抵抗を合わせた力よりも大きな力とされる。
このため、ハンド部３を減速させる際にハンド部３に与える加速度による力が、上述のバネ１０による予備トルク及び予めアーム部等の機構が有する抵抗を合わせた力とが同一の方向である場合であっても、確実にハンド部３を減速させることができる。
【００４１】
以上、図面を参照しながら本発明に係るフロッグレッグアームロボット及びその制御方法の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４２】
例えば、上記実施形態においては、予備トルクを供給するトルク供給手段として、バネを用いた。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、ゴムやトルクモータ等を用いても良い。
【００４３】
また、上記実施形態においては、バネを肘回転軸部６ｂ，６ｄに対して接続して設置した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、バネ１０は、肘回転軸部６ｂ，６ｄ及び手首回転軸部６ｅ，６ｆのうち、いずれかあるいは複数に設置されていれば良い。
【００４４】
また、例えば、必要に応じて駆動モータ５と肩回転軸部６ａ，６ｃとの間に減速器を介在させても良い。
【００４５】
また、上記実施形態においては、第１アーム部２１と第２アーム部２２との各々が異なる肩回転軸部６ａ，６ｃを介して本体部１に連結される構成、すなわち、本発明の第１回転軸部が２つ設置された構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、第１アーム部２１と第２アーム部２２とが互いに反対方向に回転可能に共通の肩回転軸部を介して本体部１に連結される構成、すなわち、本発明の第１回転軸部が１つのみ設置される構成を採用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態であるフロッグレッグアームロボットの概略構成を示す平面図である。
【図２】本発明の一実施形態であるフロッグレッグアームロボットの概略構成を示す側面図である。
【図３】本発明の一実施形態であるフロッグレッグアームロボットの機能構成を示すブロック図である。
【図４】フロッグレッグアームロボットの特殊姿勢を説明するための平面図である。
【図５】フロッグレッグアームロボットの所望する姿勢を説明するための平面図である。
【図６】フロッグレッグアームロボットの所望しない姿勢を説明するための平面図である。
【図７】ハンド部を押し出す方向に移動する場合における速度変化及び加速度変化の一例を示すグラフであり、（ａ）が速度変化を示すグラフであり、（ｂ）が加速度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
Ｒ……フロッグレッグアームロボット、１……本体部、２……アーム部、２１……アーム部（第１のアーム部）、２２……アーム部（第２のアーム部）、２３……上腕部（第１の上腕部）、２４……前腕部（第１の前腕部）、２５……上腕部（第１の上腕部）、２６……前腕部（第２の前腕部）、３……ハンド部、４……制御部（制御手段）、５（５１，５２）……駆動モータ、６ａ……肩回転軸部（第１の回転軸部）、６ｂ……肘回転軸部（第２の回転軸部）、６ｃ……肩回転軸部（第１の回転軸部）、６ｄ……肘回転軸部（第３の回転軸部）、６ｅ……手首回転軸部（第４の回転軸部）、６ｆ……手首回転軸部（第５の回転軸部）、１０……バネ（トルク供給手段）、７１，７２……同期歯車（同期手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部に設置される駆動モータによって回転される第１の回転軸部を介して一端側が前記本体部に連結されるとともに基準平面に沿って揺動可能な第１の上腕部及び第２の上腕部と、
第２の回転軸部を介して一端側が前記第１の上腕部の他端側に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第１の前腕部と、
第３の回転軸部を介して一端側が前記第２の上腕部の他端側に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第２の前腕部と、
第４の回転軸部を介して前記第１の前腕部の他端側に回転可能に支持されるとともに第５の回転軸部を介して前記第２の前腕部の他端側に回転可能に支持されるハンド部と、
前記第４の回転軸部と前記第５の回転軸部とを反対方向に同期回転させる同期手段と、
前記駆動モータの回転方向及び回転数を制御することによって前記ハンド部の速度を制御する制御手段と
を備えるフロッグレッグアームロボットであって、
前記制御手段は、前記第１の上腕部、前記第２の上腕部、前記第１の前腕部及び前記第２の前腕部が現在の姿勢から前記駆動モータの駆動により、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢である特異点姿勢を通過する際に、前記ハンド部を減速させる
ことを特徴とするフロッグレッグアームロボット。
【請求項２】
前記第２〜第５の回転軸部の少なくともいずれかに接続されるとともに接続された回転軸部に対して前記基準平面に沿う予備トルクを供給するトルク供給手段を備え、
該トルク供給手段は、前記第１の上腕部、前記第２の上腕部、前記第１の前腕部及び前記第２の前腕部が現在の姿勢から前記駆動モータの駆動により、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢である場合に、前記所望の姿勢を達成する方向の前記予備トルクを供給することを特徴とする請求項１記載のフロッグレッグアームロボット。
【請求項３】
前記制御手段は、前記ハンド部を減速させる際に前記ハンド部に与える加速度による力が、前記予備トルク及び予め有する機械的な抵抗よりも大きくなるように前記駆動モータを制御することを特徴とする請求項１または２記載のフロッグレッグアームロボット。
【請求項４】
本体部に設置される駆動モータによって回転される第１の回転軸部を介して一端側が前記本体部に連結されるとともに基準平面に沿って揺動可能な第１の上腕部及び第２の上腕部と、
第２の回転軸部を介して一端側が前記第１の上腕部の他端側に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第１の前腕部と、
第３の回転軸部を介して一端側が前記第２の上腕部の他端側に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第２の前腕部と、
第４の回転軸部を介して前記第１の前腕部の他端側に回転可能に支持されるとともに第５の回転軸部を介して前記第２の前腕部の他端側に回転可能に支持されるハンド部と、
前記第４の回転軸部と前記第５の回転軸部とを反対方向に同期回転させる同期手段と
を備えるフロッグレッグアームロボットの制御方法であって、
前記第１の上腕部、前記第２の上腕部、前記第１の前腕部及び前記第２の前腕部が現在の姿勢から前記駆動モータの駆動により、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢である特異点姿勢を通過する際に、前記ハンド部を減速することを特徴とするフロッグレッグアームロボットの制御方法。
【請求項５】
前記第２〜第５の回転軸部の少なくともいずれかに対して前記基準平面に沿う予備トルクを供給し、
前記予備トルクは、前記第１の上腕部、前記第２の上腕部、前記第１の前腕部及び前記第２の前腕部が現在の姿勢から前記駆動モータの駆動により、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢である場合に、前記所望の姿勢を達成する方向に供給されることを特徴とする請求項４記載のフロッグレッグアームロボットの制御方法。
【請求項６】
前記ハンド部を減速する際に前記ハンド部に与える加速度による力は、前記予備トルク及び予め有する機械的な抵抗よりも大きいことを特徴とする請求項５記載のフロッグレッグアームロボットの制御方法。
【請求項１】
本体部に設置される駆動モータによって回転される第１の回転軸部を介して一端側が前記本体部に連結されるとともに基準平面に沿って揺動可能な第１の上腕部及び第２の上腕部と、
第２の回転軸部を介して一端側が前記第１の上腕部の他端側に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第１の前腕部と、
第３の回転軸部を介して一端側が前記第２の上腕部の他端側に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第２の前腕部と、
第４の回転軸部を介して前記第１の前腕部の他端側に回転可能に支持されるとともに第５の回転軸部を介して前記第２の前腕部の他端側に回転可能に支持されるハンド部と、
前記第４の回転軸部と前記第５の回転軸部とを反対方向に同期回転させる同期手段と、
前記駆動モータの回転方向及び回転数を制御することによって前記ハンド部の速度を制御する制御手段と
を備えるフロッグレッグアームロボットであって、
前記制御手段は、前記第１の上腕部、前記第２の上腕部、前記第１の前腕部及び前記第２の前腕部が現在の姿勢から前記駆動モータの駆動により、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢である特異点姿勢を通過する際に、前記ハンド部を減速させる
ことを特徴とするフロッグレッグアームロボット。
【請求項２】
前記第２〜第５の回転軸部の少なくともいずれかに接続されるとともに接続された回転軸部に対して前記基準平面に沿う予備トルクを供給するトルク供給手段を備え、
該トルク供給手段は、前記第１の上腕部、前記第２の上腕部、前記第１の前腕部及び前記第２の前腕部が現在の姿勢から前記駆動モータの駆動により、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢である場合に、前記所望の姿勢を達成する方向の前記予備トルクを供給することを特徴とする請求項１記載のフロッグレッグアームロボット。
【請求項３】
前記制御手段は、前記ハンド部を減速させる際に前記ハンド部に与える加速度による力が、前記予備トルク及び予め有する機械的な抵抗よりも大きくなるように前記駆動モータを制御することを特徴とする請求項１または２記載のフロッグレッグアームロボット。
【請求項４】
本体部に設置される駆動モータによって回転される第１の回転軸部を介して一端側が前記本体部に連結されるとともに基準平面に沿って揺動可能な第１の上腕部及び第２の上腕部と、
第２の回転軸部を介して一端側が前記第１の上腕部の他端側に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第１の前腕部と、
第３の回転軸部を介して一端側が前記第２の上腕部の他端側に回転可能に支持されるとともに前記基準平面に沿って揺動可能な第２の前腕部と、
第４の回転軸部を介して前記第１の前腕部の他端側に回転可能に支持されるとともに第５の回転軸部を介して前記第２の前腕部の他端側に回転可能に支持されるハンド部と、
前記第４の回転軸部と前記第５の回転軸部とを反対方向に同期回転させる同期手段と
を備えるフロッグレッグアームロボットの制御方法であって、
前記第１の上腕部、前記第２の上腕部、前記第１の前腕部及び前記第２の前腕部が現在の姿勢から前記駆動モータの駆動により、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢である特異点姿勢を通過する際に、前記ハンド部を減速することを特徴とするフロッグレッグアームロボットの制御方法。
【請求項５】
前記第２〜第５の回転軸部の少なくともいずれかに対して前記基準平面に沿う予備トルクを供給し、
前記予備トルクは、前記第１の上腕部、前記第２の上腕部、前記第１の前腕部及び前記第２の前腕部が現在の姿勢から前記駆動モータの駆動により、所望の姿勢を含む複数の姿勢に移行可能な姿勢である場合に、前記所望の姿勢を達成する方向に供給されることを特徴とする請求項４記載のフロッグレッグアームロボットの制御方法。
【請求項６】
前記ハンド部を減速する際に前記ハンド部に与える加速度による力は、前記予備トルク及び予め有する機械的な抵抗よりも大きいことを特徴とする請求項５記載のフロッグレッグアームロボットの制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１１９７７２（Ｐ２００８−１１９７７２Ａ）
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０４００３（Ｐ２００６−３０４００３）
【出願日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]