把持連結機構及び移動装置群
【課題】把持機構と連結機構を備えていても小型化かつ低コストで構成でき、また、両機構の相互干渉を防止することができる把持連結機構及びこの把持連結機構を有する移動装置と被連結部材を有する移動装置を備えた移動装置群を提供することにある。
【解決手段】外部の物体を把持及び把持開放可能であり、当該把持動作以外のときは格納位置に格納可能な把持機構２０、把持機構に搭載され、外部の被連結部材４０に対し連結及び連結解除可能な連結機構３０、把持機構に搭載され、把持機構の把持及び把持開放並びに格納を動作させると共に、連結機構の連結及び連結解除を動作させる１つの駆動機構５０を備える。これにより、把持機構の専用の駆動機構と連結機構の専用の駆動機構を別々に搭載する必要が無いと共に、連結機構と駆動機構を把持機構に集約しているので、小型化かつ低コストな把持連結機構として構成することができる。
【解決手段】外部の物体を把持及び把持開放可能であり、当該把持動作以外のときは格納位置に格納可能な把持機構２０、把持機構に搭載され、外部の被連結部材４０に対し連結及び連結解除可能な連結機構３０、把持機構に搭載され、把持機構の把持及び把持開放並びに格納を動作させると共に、連結機構の連結及び連結解除を動作させる１つの駆動機構５０を備える。これにより、把持機構の専用の駆動機構と連結機構の専用の駆動機構を別々に搭載する必要が無いと共に、連結機構と駆動機構を把持機構に集約しているので、小型化かつ低コストな把持連結機構として構成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部の物体を把持等可能な把持機構と、被連結部材に対し連結等可能な連結機構と、把持機構を動作させると共に連結機構を動作させる１つの駆動機構とを備えた把持連結機構及びこの把持連結機構を有する移動装置と被連結部材を有する移動装置を備えた移動装置群に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より傾斜面、凹凸面、段差等がある比較的不整地な場所や階段等をスムーズに移動可能な移動装置として、無限軌道を備えた装置、即ち複数のプーリとプーリ間に掛け渡されたベルトにより移動可能なクローラが多用されている。そして、例えば被災地や月面等における探査機として利用可能とするために、グリッパを有するアームを搭載したクローラで成る移動装置が開発されている。ところが、このグリッパを有するアームは通常はクローラの上部に取り付けられるため、移動装置の重心は比較的上方に位置することになる。このため、傾斜面の傾斜角、凹凸面の凹凸高さ、段差や階段の高さが大きいときは、移動装置が当該傾斜面等を乗り越える際に転倒するおそれがある。そこで、複数台の移動装置を連結アームにより連結した移動装置が提案されている。このような移動装置によれば、１台の移動装置が上記傾斜面等を乗り越える際には、他の移動装置は平坦面に静止して移動中の移動装置を支えて転倒を防止することができる（非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】"Helios VII a new vehicle for disaster response (Mechanical design and basic experiments)", M. Guarnieri, P. Debenest, T. Inoh, E. Fukushima and S. Hirose1, Journal of Advanced Robotics. Special Issue on Rescue Robotics. p.901-927, Vol.19, n.18, 2005
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した複数台の移動装置は、連結アームにより連結されているため、比較的大型の装置となり、狭小の場所へ潜入させることが困難な場合がある。そこで、連結アームを駆動機構により連結・連結解除可能な構造とすれば良いが、グリッパを有するアームの駆動機構と連結アームの駆動機構を別々に搭載する必要があるため、移動装置が大型化すると共にコスト高になるおそれがある。更に、グリッパを有するアームを駆動するときは連結アームが干渉するおそれがあり、一方、連結アームを駆動するときはグリッパを有するアームが干渉するおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記のような課題に鑑みなされたものであり、その目的は、把持機構と連結機構を備えていても小型化かつ低コストで構成でき、また、両機構の相互干渉を防止することができる把持連結機構及びこの把持連結機構を有する移動装置と被連結部材を有する移動装置を備えた移動装置群を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的達成のため、本発明の把持連結機構では、外部の物体を把持及び把持開放可能であり、当該把持動作以外のときは格納位置に格納可能な把持機構と、当該把持機構に搭載され、外部の被連結部材に対し連結及び連結解除可能な連結機構と、前記把持機構に搭載され、前記把持機構の把持及び把持開放並びに格納を動作させると共に、前記連結機構の連結及び連結解除を動作させる１つの駆動機構とを備えたことを特徴としている。これにより、把持機構の専用の駆動機構と連結機構の専用の駆動機構を別々に搭載する必要が無いと共に、連結機構と駆動機構を把持機構に集約しているので、小型化かつ低コストな機構群として構成することができる。
【０００７】
また、前記駆動機構は、前記連結機構を前記被連結部材に対し連結状態としたときは、前記把持機構を格納状態とし、前記連結機構を前記被連結部材に対し連結解除状態としたときは、前記把持機構を把持及び把持開放可能状態とすることを特徴としている。これにより、把持機構と連結機構を１つに集約して連動、即ち把持機構を把持動作させるときは連結機構を連結解除動作させ、連結機構を連結動作させるときは把持機構を格納動作させるので、両機構の相互干渉を防止することができる。
【０００８】
また、前記把持機構は、前記物体を把持及び把持開放するグリッパと、当該グリッパが把持及び把持開放動作自在に取り付けられたアームとを備え、前記連結機構は、前記アームに内蔵された、前記被連結部材を挟持及び挟持開放する連結爪と、当該連結爪の挟持状態をロック及びロック解除する連結爪ロックとを備え、前記駆動機構は、前記グリッパを前記アームに沿って格納するときに、前記連結爪を前記連結爪ロックによりロックすることを特徴としている。これにより、グリッパはアームの外側で動作し、連結爪と連結爪ロックはアームの内側で動作することになるので、両機構は相互に干渉することは無い。また、前記グリッパは、多関節構造であることを特徴としている。これにより、把持及び把持開放並びに格納の動作の柔軟性を高めることができる。また、前記グリッパを前記アームに沿って格納する際に案内するグリッパガイドが、前記アームに設けられていることを特徴としている。これにより、グリッパを所定の格納位置に確実に格納することができる。
【０００９】
また、前記駆動機構は、前記グリッパに係止されたワイヤと、当該ワイヤが巻回されたプーリと、当該プーリを移動させるボールネジと、当該ボールネジを回転させるモータとを備え、前記モータを駆動させて前記ボールネジを回転させ、前記プーリを移動させて前記ワイヤを引張・弛緩させることにより前記グリッパを動作させることを特徴としている。これにより、駆動機構を簡易な構成とすることができる。また、前記連結爪ロックは前記プーリと一体化されており、前記モータを駆動させて前記ボールネジを回転させ、前記連結爪ロックを移動させることにより前記連結爪の挟持状態をロック及びロック解除することを特徴としている。これにより、把持機構と連結機構を容易に連動させることができる。
【００１０】
また、前記被連結部材は、球状の連結爪開閉部と、当該連結爪開閉部の径よりも小径の円筒状であって、当該円筒一端面が前記連結爪開閉部と一体化された連結爪把持部と、当該連結爪把持部の円筒他端面が固定された台座部とを備え、前記連結爪開閉部の頂部を前記連結爪に押圧することにより当該連結爪を開いて当該連結爪開閉部を挿入し、前記連結爪把持部を前記連結爪により把持させて連結させ、また前記連結爪開閉部の底部を前記連結爪に押圧することにより当該連結爪を開いて当該連結爪開閉部を抜き取って連結解除することを特徴としている。これにより、連結爪自体は駆動部分を持たなくても被連結部材と自動的に連結及び連結解除することができる。
【００１１】
上記目的達成のため、本発明の移動装置群では、少なくとも第１の移動装置と第２の移動装置を備えた移動装置群であって、上記各把持機構、上記各連結機構及び上記各駆動機構は、前記第１の移動装置に搭載され、上記各被連結部材は、前記第２の移動装置に搭載されていることを特徴としている。これにより、上記各作用効果を奏する移動装置群を提供することができる。また、前記第１及び第２の移動装置は、クローラを備えていることを特徴としている。これにより、比較的不整地な場所においても容易に移動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１３】
図１は、本発明の一実施の形態に係る把持連結機構を備えた主移動装置を示す斜視図、図２は、本発明の一実施の形態に係る被連結部材を備えた副移動装置を示す斜視図である。図１に示す主移動装置（第１の移動装置）１は、平行に配置された一対のクローラ１０の上部に把持機構２０及び連結機構３０が搭載された構成となっている。また、図２に示す副移動装置（第２の移動装置）２は、主移動装置１と同様の平行に配置された一対のクローラ１０を連結する本体２ａの上部に被連結部材４０が搭載された構成となっている。
【００１４】
クローラ１０は、前後に配置された図示しない一対のプーリの間にベルト１１が掛け渡され、プーリ間に図示しないモータとギア機構等が配置されている。そして、クローラ１０は、モータの駆動力がギア機構等を介してプーリに伝達されることにより、ベルト１１が図示矢印ａ方向に回転駆動されて前後移動及び旋回する。このように主移動装置１と副移動装置２は、クローラ１０を備えているので、傾斜面、凹凸面、段差等がある比較的不整地な場所や階段等においても容易に移動することができる。
【００１５】
把持機構２０は、図１に示すように、本体２１とアーム２２とグリッパ２３を備えている。本体２１は、略立方体の箱状に形成されて一対のクローラ１０の間に配置され、本体底面２１ａの両側に設けられた本体支持部２１ｂ（図では片方のみを示す）が一対のクローラ１０の対向する側面１０ａに取り付けられている。そして、本体２１は、クローラ１０に内蔵されている図示しないモータとギア機構等により、本体支持部２１ｂを中心に図示矢印ｂ方向（ベルト１１の回転駆動方向ａと同一）に旋回する。
【００１６】
更に、本体２１の上面２１ｃには、円筒状のアーム支持部２１ｄが突設され、アーム支持部２１ｄの周面両側には、アーム状の一対の回転部２１ｅが取り付けられている。即ち、一対の回転部２１ｅは、後端側がアーム支持部２１ｄの周面両側に回転可能に取り付けられており、先端側にはアーム２２の後端が回転可能に取り付けられている。そして、一対の回転部２１ｅは、アーム支持部２１ｄに内蔵されている図示しないモータとギア機構等により、本体２１の回転軸に対し平行な軸を中心に図示矢印ｃ方向（ベルト１１の回転駆動方向ａと同一）に旋回する。
【００１７】
アーム２２は、図１に示すように、略直方体の箱状に形成されて後端が一対の回転部２１ｅの先端の間に回転可能に取り付けられている。そして、アーム２２は、回転部２１ｅに内蔵されている図示しないモータとギア機構等により、回転部２１ｅの回転軸に対し平行な軸を中心に図示矢印ｄ方向（ベルト１１の回転駆動方向ａと同一）に旋回する。更に、アーム２２は、先端面２２ａにグリッパ２３が取り付けられ、先端面２２ａ側の４つの角部にはグリッパ２３を格納する際の案内となる略円柱状のグリッパガイド２４（図では３つのみを示す）が取り付けられ、連結機構３０と、把持機構２０及び連結機構３０を駆動する図３に示す駆動機構５０が内蔵されている。尚、連結機構３０と駆動機構５０の詳細は後述する。
【００１８】
グリッパ２３は、図１に示すように、アーム２２の先端面２２ａに十字形に４本取り付けられており、それぞれが３つの関節を備えている。グリッパ２３の先端から見て第１関節２３ａよりも先の部分（以下、第１グリップ部２３Ａという）及び第１関節２３ａと第２関節２３ｂの間の部分（以下、第２グリップ部２３Ｂという）は、内側に略９０°折り曲げ可能に構成されている。また、第２関節２３ｂと第３関節２３ｃの間の部分（以下、第３グリップ部２３Ｃという）は、内側から外側にかけて略１８０°折り曲げ可能に構成されている。そして、第３関節２３ｃを支持する部分（以下、第４グリップ部２３Ｄという）は、アーム２２の先端面２２ａに沿って略４５°回転可能に構成されている。
【００１９】
４本のグリッパ２３は、図１に示すようにアーム２２の先端面２２ａにて第１〜第３グリップ部２３Ａ〜２３Ｃが窄み若しくは拡がることにより、外部の物体を把持若しくは把持開放することができると共に、第１〜第３グリップ部２３Ａ〜２３Ｃが直線状に伸び、第３の関節２３ｃにて外側に折れ曲がってアーム２２の両側面２２ｂに当接することにより、アーム２２の両側面２２ｂに沿わせた格納位置に格納することができる。尚、このグリッパ２３の格納動作の詳細については後述する。
【００２０】
以上のような構成の把持機構２０を備えた主移動装置１によれば、前後移動及び旋回可能な一対のクローラ１０と前後に旋回可能な本体２１、回転部２１ｅ、アーム２２を備えていると共に、多関節のグリッパ２３を備えているので、把持対象の物体がどのような形状であっても、また、どのような位置にあっても、グリッパ２３を当該位置に移動させてグリッパ２３により当該物体を容易かつ確実に把持させることができる。
【００２１】
図３は、駆動機構５０の詳細を示す斜視図である。駆動機構５０は、駆動モータ５１、モータ用プーリ機構５２、ボールネジ５３、ボールネジナット５４、２本の第１ワイヤ５５ａ、２本の第２ワイヤ５５ｂ、２つの第１プーリ５６ａ、４つの第２プーリ５６ｂを備えている。アーム２２の内部には、先端面２２ａに対し所定距離を開けて平行に配置された駆動機構取付板５７が固定されている。この駆動機構取付板５７には、駆動モータ５１の駆動軸５１ａがアーム２２の後方に向かって貫通するように取り付けられていると共に、ボールネジ５３の一端がアーム２２の後方に向かって貫通するようにベアリング５８ａを介して取り付けられている。尚、ボールネジ５３の他端はアーム２２の先端面２２ａにベアリング５８ｂを介して取り付けられている。
【００２２】
更に、アーム２２の先端面２２ａに対向する駆動機構取付板５７の面の４つの角部には、４つの第２プーリ５６ｂ（図では便宜上手前の２つのみを示す）が回転自在となるようにそれぞれ取り付けられている。モータ用プーリ機構５２は、駆動モータ５１の駆動軸５１ａに嵌入されたプーリ５２ａとボールネジ５３の一端に嵌入されたプーリ５２ｃとこれらのプーリ５２ａ、５２ｃを連結するベルト５２ｂを備えており、駆動モータ５１の駆動力をボールネジ５３に伝達する。２つの第１プーリ５６ａは、ボールネジナット５４の両側にそれぞれ固定されている。従って、ボールネジナット５４がボールネジ５３の回転によりボールネジ５３に沿って移動するときは、２つの第１プーリ５６ａも移動することになる。
【００２３】
第１ワイヤ５５ａは、グリッパ２３と第１プーリ５６ａを連結するように掛け回されている。第２ワイヤ５５ｂは、グリッパ２３と第２プーリ５６ｂを連結するように掛け回されている。即ち、１本の第１ワイヤ５５ａは、図示手前の２本のグリッパ２３と図示手前の第１プーリ５６ａを連結するように掛け回され、他の１本の第１ワイヤ５５ａ（図では便宜上示さず）は、図示奥側の２本のグリッパ２３と図示奥側の第１プーリ５６ａを連結するように掛け回されている。
【００２４】
また、１本の第２ワイヤ５５ｂは、図示手前の２本のグリッパ２３と図示手前の２つの第２プーリ５６ｂを連結するように掛け回され、他の１本の第２ワイヤ５５ｂ（図では便宜上示さず）は、図示奥側の２本のグリッパ２３と図示奥側の２つの第２プーリ５６ｂを連結するように掛け回されている。このように、２本の第１ワイヤ５５ａと２本の第２ワイヤ５５ｂは、対称的に配置されているため、４本のグリッパ２３を同時に動作させることができる。次に、第１ワイヤ５５ａと第２ワイヤ５５ｂの詳細な掛け回し状態とその動作例を図４及び図５を参照して説明する。尚、上述したように２本の第１ワイヤ５５ａと２本の第２ワイヤ５５ｂは対称配置されているので、図４では便宜上、１本の第１ワイヤ５５ａと１本の第２ワイヤ５５ｂのみを示す。
【００２５】
図４は、第１ワイヤ５５ａと第２ワイヤ５５ｂの詳細な掛け回し状態を示す平面図、図５は、その動作例を示す斜視図である。図４の破線で示す第１ワイヤ５５ａは、一端が図示上部のグリッパ２３の第１グリップ部２３Ａの外側に係止された後、第１グリップ部２３Ａの内側から第２グリップ部２３Ｂの内側を通されて第２関節２３ｂに巻回される。更に、第３グリップ部２３Ｃの内側を通されて第３関節２３ｃに巻回され、アーム２２の先端面２２ａの図示上部に貫通して取り付けられているグリッパ２３の第４グリップ部２３Ｄ内を通されて第１プーリ５６ａに巻回される。
【００２６】
そして、アーム２２の先端面２２ａの図示下部に貫通して取り付けられているグリッパ２３の第４グリップ部２３Ｄ内を通されて第３関節２３ｃに巻回され、第３グリップ部２３Ｃの内側を通されて第２関節２３ｂに巻回される。更に、第２グリップ部２３Ｂの内側から第１グリップ部２３Ａの内側を通され、最終的に当該第１ワイヤ５５ａの他端が第１グリップ部２３Ａの外側に係止される。
【００２７】
図４の一点鎖線で示す第２ワイヤ５５ｂは、一端が図示上部のグリッパ２３の第１グリップ部２３Ａの内側に係止された後、第１グリップ部２３Ａの外側から第２グリップ部２３Ｂの外側を通されて第２関節２３ｂに巻回される。更に、第３グリップ部２３Ｃの外側を通されて第３関節２３ｃに巻回され、アーム２２の先端面２２ａの図示上部に貫通されて当該第２ワイヤ５５ｂの他端が図示上部の引張コイルバネ５５ｃの一端に係止される。更に、新たな第２ワイヤ５５ｂの一端が図示上部の引張コイルバネ５５ｃの他端に係止された後、図示上部の第２プーリ５６ｂに巻回され、第１プーリ５６ａに巻回される。
【００２８】
そして、図示下部の第２プーリ５６ｂに巻回され、当該第２ワイヤ５５ｂの他端が図示下部の引張コイルバネ５５ｃの一端に係止される。更に、新たな第２ワイヤ５５ｂの一端が図示下部の引張コイルバネ５５ｃの他端に係止された後、アーム２２の先端面２２ａの図示下部に貫通されて図示下部のグリッパ２３の第３関節２３ｃに巻回される。そして、第３グリップ部２３Ｃの外側を通されて第２関節２３ｂに巻回され、第２グリップ部２３Ｂの外側から第１グリップ部２３Ａの外側を通され、最終的に当該第２ワイヤ５５ｂの他端が第１グリップ部２３Ａの内側に係止される。
【００２９】
このような構成によれば、図５（Ａ）に示すように、第１プーリ５６ａがアーム２２の先端面２２ａに最も近接しているときは、第２ワイヤ５５ｂが引張コイルバネ５５ｃと共に引張られて第１ワイヤ５５ａが緩む。従って、グリッパ２３の第１グリップ部２３Ａ及び第２グリップ部２３Ｂは直線状に伸び（図ではグリッパ２３の第１グリップ部２３Ａ及び第２グリップ部２３Ｂは便宜上省略されている）、第３グリップ部２３Ｃは第３関節２３ｃで外側に最大限折れ曲がるので、グリッパ２３はアーム２２の側面２２ｂに沿うことになる。
【００３０】
次に、図５（Ｂ）に示すように、第１プーリ５６ａがアーム２２の先端面２２ａから離間する方向へ移動したときは、第１ワイヤ５５ａが引張られて第２ワイヤ５５ｂが緩む。従って、グリッパ２３の第１グリップ部２３Ａ、第２グリップ部２３Ｂ及び第３グリップ部２３Ｃは、第１関節２３ａ、第２関節２３ｂ及び第３関節２３ｃでそれぞれ内側に折れ曲がるので、グリッパ２３は外部にある物体（図示せず）の把持を開始することになる。尚、このときの第２ワイヤ５５ｂの弛み分は引張コイルバネ５５ｃの収縮に吸収される。
【００３１】
更に、図５（Ｃ）に示すように、第１プーリ５６ａがアーム２２の先端面２２ａから最も離間する方向へ移動したときは、第１ワイヤ５５ａが更に引張られて第２ワイヤ５５ｂが緩む。従って、グリッパ２３の第１グリップ部２３Ａ、第２グリップ部２３Ｂ及び第３グリップ部２３Ｃは、第１関節２３ａ、第２関節２３ｂ及び第３関節２３ｃでそれぞれ更に内側に折れ曲がるので、グリッパ２３は外部にある物体（図示せず）を把持することになる。尚、このときの第２ワイヤ５５ｂの弛み分も引張コイルバネ５５ｃの収縮に吸収される。
【００３２】
図６は、連結機構３０と被連結部材４０の詳細を示す斜視図、図７は、その動作例を示す斜視図である。連結機構３０は、一対の連結爪３１と連結爪ロック３２を備えている。連結爪３１は、先端側が半円の円弧状（一対の連結爪３１は左右対称の円弧状）に形成され、更に先端には直方体状の凸部３１ａが突設されており、後端側がピン３３によりアーム２２の底面２２ｃ上に旋回自在に取り付けられている。そして、一対の連結爪３１は、並設されて後端側が引張コイルバネ３４に係止されており、先端側には後述する被連結部材４０を構成する連結爪開閉部４１の径よりも小さく、連結爪把持部４２の径よりも若干大きい径の円形の穴３１ｂが形成され、更に先端には２つ分の直方体状の凸部３１ａが形成される。連結爪ロック３２は、矩形板状に形成されており、一端側には当接している一対の連結爪３１の凸部３１ａを挟み込むことが可能な凹部３２ａが設けられている。そして、連結爪ロック３２は、凹部３２ａが連結爪３１の凸部３１ａと相対するように、駆動機構５０を構成するボールネジナット５４に固定されている。
【００３３】
被連結部材４０は、連結爪開閉部４１と連結爪把持部４２と連結爪案内部４３と台座部４４を備えている。連結爪開閉部４１は球状に形成され、連結爪把持部４２は連結爪開閉部４１の径よりも小径の円筒状に形成されている。そして、連結爪把持部４２の一端面が連結爪開閉部４１と一体化され、連結爪把持部４２の他端面が台座部４４の一端上に固定されている。連結機構３０の一対の連結爪３１は、連結爪開閉部４１の頂部に押圧されることにより連結爪開閉部４１の球面に沿って開いた後に閉じ、最終的に連結爪把持部４２を把持する。
【００３４】
連結爪案内部４３は、楔状に形成されており、連結爪開閉部４１の固定部位から所定間隔あけた台座部４４の他端上に固定されている。即ち、アーム２２の先端面２２ａの下部が連結爪案内部４３の楔状部分４３ａに当接してアーム２２が案内されたときに、連結爪開閉部４１がアーム２２の底面２２ｃに開けられた連結爪開閉部４１の径よりも若干大きい径の穴２２ｄに位置決めされて挿入されるように、連結爪案内部４３は台座部４４の他端上に固定されている。台座部４４は、略矩形状に形成されており、図２に示すように一端側が副移動装置２の本体２ａから突出するように他端側が本体２ａ上に固定されている。
【００３５】
このような構成において、アーム２２を被連結部材４０の上方から下方に移動させて、図７（Ａ）に示すように、アーム２２の底面２２ｃに穿孔されている穴２２ｄを被連結部材４０の連結爪開閉部４１の上方に位置決めする。そして、アーム２２を降下させて穴２２ｄの中に連結爪開閉部４１を挿入するが、このとき穴２２ｄと連結爪開閉部４１の位置が多少ずれていても、アーム２２の先端面２２ａの下部が連結爪案内部４３の楔状部分４３ａに当接して沿うので、穴２２ｄの中に連結爪開閉部４１を確実に挿入することができる。
【００３６】
そして、図７（Ｂ）に示すように、連結爪開閉部４１が穴２２ｄの中に挿入されると更に連結爪３１の穴３１ｂの中に挿入され、一対の連結爪３１に当接して一対の連結爪３１を両側に徐徐に押し広げる。続いて、一対の連結爪３１は、引張コイルバネ３４の収縮力により連結爪開閉部４１の球面に沿って徐徐に狭まり、最終的には、図７（Ｃ）に示すように、連結爪把持部４２の部分で完全に閉じて連結爪把持部４２を把持する。
【００３７】
一方、図７（Ｃ）に示す状態からアーム２２を上昇させると、図７（Ｂ）に示すように、一対の連結爪３１は、連結爪開閉部４１の球面に沿って徐徐に広がり、最終的には、図７（Ａ）に示すように、連結爪開閉部４１は、一対の連結爪３１の穴３１ｂ及びアーム２２の穴２２ｄから抜ける。このとき、一対の連結爪３１は、引張コイルバネ３４の収縮力により自動的に閉じる。尚、一対の連結爪３１の穴３１ｂの内面には、連結爪開閉部４１の挿抜が容易となるように、逆向きの面取り３１ｂａ、３１ｂｂが施されている。
【００３８】
以上のような構成の把持機構２０、連結機構３０及び駆動機構５０が搭載された主移動装置１は、通常は単独で移動して外部にある物体を把持する。これにより、比較的狭小の場所であっても容易に潜入することができる。そして、別の場所に移動するときは、被連結部材４０が搭載された副移動装置２と連結して移動する。これにより、例えば主移動装置１が傾斜面、凹凸面、段差等がある比較的不整地な場所や階段等を乗り越える際には、副移動装置２は平坦面に静止して移動中の主移動装置１を支えることにより、主移動装置１の転倒を防止することができる。ここで、本実施形態の把持連結機構は、１つの駆動機構５０が把持機構２０と連結機構３０を駆動するが、解決課題でも述べたような把持機構２０と連結機構３０の相互干渉が生じないように構成されており、以下に図面を参照して説明する。
【００３９】
図８は、駆動機構５０による把持機構２０と連結機構３０の駆動状態を示す斜視図、図９は、そのときの把持機構２０の状態を正面から見た図である。主移動装置１が副移動装置２と連結する際は、図８（Ａ）に示すように、アーム２２を被連結部材４０の上方に移動させる。このとき、グリッパ２３は、第１グリップ部２３Ａ及び第２グリップ部２３Ｂが第１関節２３ａ及び第２関節２３ｂでそれぞれ内側に折れ曲がって物体を把持可能な状態にあり、ボールネジナット５４に固定されている第１プーリ５６ａは駆動機構取付板５７に近接して位置している。
【００４０】
そして、アーム２２を降下させて、図８（Ｂ）に示すように、アーム２２の底面２２ｃに穿孔されている穴２２ｄ及び連結爪３１の穴３１ｂの中に被連結部材４０の連結爪開閉部４１を挿入すると共に、駆動モータ５１を駆動してモータ用プーリ機構５２を介してボールネジ５３を回転させ、ボールネジナット５４をアーム２２の先端面２２ａ方向に移動させる。すると、ボールネジナット５４に固定されている第１プーリ５６ａは、第２ワイヤ５５ｂを引張ると同時に第１ワイヤ５５ａを緩めるので（図では第１ワイヤ５５ａと第２ワイヤ５５ｂは便宜上省略されている）、グリッパ２３は、徐徐に開いて第１グリップ部２３Ａ、第２グリップ部２３Ｂ及び第３グリップ部２３Ｃは直線状に伸びる。
【００４１】
更に、図８（Ｃ）に示すように、被連結部材４０の連結爪開閉部４１を挿入させて、連結爪把持部４２を連結爪３１で把持させると共に、駆動モータ５１を駆動してモータ用プーリ機構５２を介してボールネジ５３を回転させ、ボールネジナット５４をアーム２２の先端面２２ａに近接させる。すると、ボールネジナット５４に固定されている第１プーリ５６ａは、第２ワイヤ５５ｂを引張ると同時に第１ワイヤ５５ａを緩めるので（図では手前の第１プーリ５６ａと第１ワイヤ５５ａ及び第２ワイヤ５５ｂは便宜上省略されている）、グリッパ２３は、第１グリップ部２３Ａ、第２グリップ部２３Ｂ及び第３グリップ部２３Ｃが直線状に伸びたままで第３関節２３ｃで外側に最大限折れ曲がる。
【００４２】
このとき、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、第１グリップ部２３Ａ、第２グリップ部２３Ｂ（図では第１グリップ部２３Ａ及び第２グリップ部２３Ｂは便宜上省略されている）及び第３グリップ部２３Ｃは、円柱状のグリッパガイド２４の周面に当接して案内される。即ち、直線状に伸びた第１グリップ部２３Ａ、第２グリップ部２３Ｂ及び第３グリップ部２３Ｃは、第３関節２３ｃで外側に折れ曲がるときにグリッパガイド２４の周面に沿うと共に、第４グリップ部２３Ｄがアーム２２の先端面２２ａ上で図示矢印ａ方向に旋回する。従って、直線状に伸びた第１グリップ部２３Ａ、第２グリップ部２３Ｂ及び第３グリップ部２３Ｃは、最終的にはアーム２２の側面２２ｂに沿って当接することになり、把持機構２０は格納されることになる。
【００４３】
そして、このグリッパ２３の格納動作と同時に、図８（Ｃ）に示すように、ボールネジナット５４に固定されている連結爪ロック３２の凹部３２ａが一対の連結爪３１の凸部３１ａに嵌り込んで挟み込むので、一対の連結爪３１は連結爪把持部４２を把持した状態で開かないようにロックされることになる。従って、連結爪開閉部４１は連結爪３１の穴３１ａから抜けなくなり、連結機構２０と被連結部材４０は連結されることになる。
【００４４】
以上のように、本実施形態の把持連結機構によれば、外部の物体を把持及び把持開放可能であり、当該把持動作以外のときは格納位置に格納可能な把持機構２０と、当該把持機構２０に搭載され、外部の被連結部材４０に対し連結及び連結解除可能な連結機構３０と、把持機構２０に搭載され、把持機構２０の把持及び把持開放並びに格納を動作させると共に、連結機構３０の連結及び連結解除を動作させる１つの駆動機構５０とを備えているので、把持機構２０の専用の駆動機構と連結機構３０の専用の駆動機構を別々に搭載する必要が無いと共に、連結機構３０と駆動機構５０を把持機構２０に集約しており、小型化かつ低コストな把持連結機構として構成することができる。
【００４５】
また、駆動機構５０は、連結機構３０を被連結部材４０に対し連結状態としたときは、把持機構２０を格納状態とし、連結機構３０を被連結部材４０に対し連結解除状態としたときは、把持機構２０を把持及び把持開放可能状態とするので、把持機構２０と連結機構３０を１つに集約して連動、即ち把持機構２０を把持動作させるときは連結機構３０を連結解除動作させ、連結機構３０を連結動作させるときは把持機構２０を格納動作させて、両機構２０、３０の相互干渉を防止することができる。
【００４６】
尚、上述した実施形態で使用されるギア機構の代わりにベルト・プーリ機構を用いても良い。また、グリッパ２３は、３つの関節２３ａ、２３ｂ、２３ｃを備えた構成としたが、２つ若しくは４つ以上の多関節としても良い。また、把持機構２０、連結機構３０及び駆動機構５０と被連結部材４０を搭載した１台の移動装置とすれば、当該移動装置を複数台用意することにより相互に連結させることができる。また、連結機構３０の機構を利用して特定の対象物を強力に把持した状態を保持する保持機構としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る把持連結機構を備えた主移動装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る被連結部材を備えた副移動装置を示す斜視図である。
【図３】図１の把持連結機構を駆動する駆動機構の詳細を示す斜視図である。
【図４】図３の駆動機構の第１ワイヤと第２ワイヤの詳細な掛け回し状態を示す平面図である。
【図５】図１の把持機構の動作例を示す斜視図である。
【図６】図１の連結機構と図２の被連結部材の詳細を示す斜視図である。
【図７】図６の連結機構と被連結部材の動作例を示す斜視図である。
【図８】図３の駆動機構による把持機構と連結機構の駆動状態を示す斜視図である。
【図９】図８の把持機構の状態を正面から見た図である。
【符号の説明】
【００４８】
１ 主移動装置、２ 副移動装置、１０ クローラ、１１ ベルト、２０ 把持機構、２１ 本体、２２ アーム、２３ グリッパ、２４ グリッパガイド、３０ 連結機構、３１ 連結爪、３２ 連結爪ロック、４０ 被連結部材、４１ 連結爪開閉部、４２ 連結爪把持部、４３ 連結爪案内部、４４ 台座部、５０ 駆動機構、５１ 駆動モータ、５２ モータ用プーリ、５３ ボールネジ、５４ ボールネジナット、５５ａ 第１ワイヤ、５５ｂ 第２ワイヤ、５６ａ 第１プーリ、５６ｂ 第２プーリ、５７ 駆動機構取付板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部の物体を把持等可能な把持機構と、被連結部材に対し連結等可能な連結機構と、把持機構を動作させると共に連結機構を動作させる１つの駆動機構とを備えた把持連結機構及びこの把持連結機構を有する移動装置と被連結部材を有する移動装置を備えた移動装置群に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より傾斜面、凹凸面、段差等がある比較的不整地な場所や階段等をスムーズに移動可能な移動装置として、無限軌道を備えた装置、即ち複数のプーリとプーリ間に掛け渡されたベルトにより移動可能なクローラが多用されている。そして、例えば被災地や月面等における探査機として利用可能とするために、グリッパを有するアームを搭載したクローラで成る移動装置が開発されている。ところが、このグリッパを有するアームは通常はクローラの上部に取り付けられるため、移動装置の重心は比較的上方に位置することになる。このため、傾斜面の傾斜角、凹凸面の凹凸高さ、段差や階段の高さが大きいときは、移動装置が当該傾斜面等を乗り越える際に転倒するおそれがある。そこで、複数台の移動装置を連結アームにより連結した移動装置が提案されている。このような移動装置によれば、１台の移動装置が上記傾斜面等を乗り越える際には、他の移動装置は平坦面に静止して移動中の移動装置を支えて転倒を防止することができる（非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】"Helios VII a new vehicle for disaster response (Mechanical design and basic experiments)", M. Guarnieri, P. Debenest, T. Inoh, E. Fukushima and S. Hirose1, Journal of Advanced Robotics. Special Issue on Rescue Robotics. p.901-927, Vol.19, n.18, 2005
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した複数台の移動装置は、連結アームにより連結されているため、比較的大型の装置となり、狭小の場所へ潜入させることが困難な場合がある。そこで、連結アームを駆動機構により連結・連結解除可能な構造とすれば良いが、グリッパを有するアームの駆動機構と連結アームの駆動機構を別々に搭載する必要があるため、移動装置が大型化すると共にコスト高になるおそれがある。更に、グリッパを有するアームを駆動するときは連結アームが干渉するおそれがあり、一方、連結アームを駆動するときはグリッパを有するアームが干渉するおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記のような課題に鑑みなされたものであり、その目的は、把持機構と連結機構を備えていても小型化かつ低コストで構成でき、また、両機構の相互干渉を防止することができる把持連結機構及びこの把持連結機構を有する移動装置と被連結部材を有する移動装置を備えた移動装置群を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的達成のため、本発明の把持連結機構では、外部の物体を把持及び把持開放可能であり、当該把持動作以外のときは格納位置に格納可能な把持機構と、当該把持機構に搭載され、外部の被連結部材に対し連結及び連結解除可能な連結機構と、前記把持機構に搭載され、前記把持機構の把持及び把持開放並びに格納を動作させると共に、前記連結機構の連結及び連結解除を動作させる１つの駆動機構とを備えたことを特徴としている。これにより、把持機構の専用の駆動機構と連結機構の専用の駆動機構を別々に搭載する必要が無いと共に、連結機構と駆動機構を把持機構に集約しているので、小型化かつ低コストな機構群として構成することができる。
【０００７】
また、前記駆動機構は、前記連結機構を前記被連結部材に対し連結状態としたときは、前記把持機構を格納状態とし、前記連結機構を前記被連結部材に対し連結解除状態としたときは、前記把持機構を把持及び把持開放可能状態とすることを特徴としている。これにより、把持機構と連結機構を１つに集約して連動、即ち把持機構を把持動作させるときは連結機構を連結解除動作させ、連結機構を連結動作させるときは把持機構を格納動作させるので、両機構の相互干渉を防止することができる。
【０００８】
また、前記把持機構は、前記物体を把持及び把持開放するグリッパと、当該グリッパが把持及び把持開放動作自在に取り付けられたアームとを備え、前記連結機構は、前記アームに内蔵された、前記被連結部材を挟持及び挟持開放する連結爪と、当該連結爪の挟持状態をロック及びロック解除する連結爪ロックとを備え、前記駆動機構は、前記グリッパを前記アームに沿って格納するときに、前記連結爪を前記連結爪ロックによりロックすることを特徴としている。これにより、グリッパはアームの外側で動作し、連結爪と連結爪ロックはアームの内側で動作することになるので、両機構は相互に干渉することは無い。また、前記グリッパは、多関節構造であることを特徴としている。これにより、把持及び把持開放並びに格納の動作の柔軟性を高めることができる。また、前記グリッパを前記アームに沿って格納する際に案内するグリッパガイドが、前記アームに設けられていることを特徴としている。これにより、グリッパを所定の格納位置に確実に格納することができる。
【０００９】
また、前記駆動機構は、前記グリッパに係止されたワイヤと、当該ワイヤが巻回されたプーリと、当該プーリを移動させるボールネジと、当該ボールネジを回転させるモータとを備え、前記モータを駆動させて前記ボールネジを回転させ、前記プーリを移動させて前記ワイヤを引張・弛緩させることにより前記グリッパを動作させることを特徴としている。これにより、駆動機構を簡易な構成とすることができる。また、前記連結爪ロックは前記プーリと一体化されており、前記モータを駆動させて前記ボールネジを回転させ、前記連結爪ロックを移動させることにより前記連結爪の挟持状態をロック及びロック解除することを特徴としている。これにより、把持機構と連結機構を容易に連動させることができる。
【００１０】
また、前記被連結部材は、球状の連結爪開閉部と、当該連結爪開閉部の径よりも小径の円筒状であって、当該円筒一端面が前記連結爪開閉部と一体化された連結爪把持部と、当該連結爪把持部の円筒他端面が固定された台座部とを備え、前記連結爪開閉部の頂部を前記連結爪に押圧することにより当該連結爪を開いて当該連結爪開閉部を挿入し、前記連結爪把持部を前記連結爪により把持させて連結させ、また前記連結爪開閉部の底部を前記連結爪に押圧することにより当該連結爪を開いて当該連結爪開閉部を抜き取って連結解除することを特徴としている。これにより、連結爪自体は駆動部分を持たなくても被連結部材と自動的に連結及び連結解除することができる。
【００１１】
上記目的達成のため、本発明の移動装置群では、少なくとも第１の移動装置と第２の移動装置を備えた移動装置群であって、上記各把持機構、上記各連結機構及び上記各駆動機構は、前記第１の移動装置に搭載され、上記各被連結部材は、前記第２の移動装置に搭載されていることを特徴としている。これにより、上記各作用効果を奏する移動装置群を提供することができる。また、前記第１及び第２の移動装置は、クローラを備えていることを特徴としている。これにより、比較的不整地な場所においても容易に移動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１３】
図１は、本発明の一実施の形態に係る把持連結機構を備えた主移動装置を示す斜視図、図２は、本発明の一実施の形態に係る被連結部材を備えた副移動装置を示す斜視図である。図１に示す主移動装置（第１の移動装置）１は、平行に配置された一対のクローラ１０の上部に把持機構２０及び連結機構３０が搭載された構成となっている。また、図２に示す副移動装置（第２の移動装置）２は、主移動装置１と同様の平行に配置された一対のクローラ１０を連結する本体２ａの上部に被連結部材４０が搭載された構成となっている。
【００１４】
クローラ１０は、前後に配置された図示しない一対のプーリの間にベルト１１が掛け渡され、プーリ間に図示しないモータとギア機構等が配置されている。そして、クローラ１０は、モータの駆動力がギア機構等を介してプーリに伝達されることにより、ベルト１１が図示矢印ａ方向に回転駆動されて前後移動及び旋回する。このように主移動装置１と副移動装置２は、クローラ１０を備えているので、傾斜面、凹凸面、段差等がある比較的不整地な場所や階段等においても容易に移動することができる。
【００１５】
把持機構２０は、図１に示すように、本体２１とアーム２２とグリッパ２３を備えている。本体２１は、略立方体の箱状に形成されて一対のクローラ１０の間に配置され、本体底面２１ａの両側に設けられた本体支持部２１ｂ（図では片方のみを示す）が一対のクローラ１０の対向する側面１０ａに取り付けられている。そして、本体２１は、クローラ１０に内蔵されている図示しないモータとギア機構等により、本体支持部２１ｂを中心に図示矢印ｂ方向（ベルト１１の回転駆動方向ａと同一）に旋回する。
【００１６】
更に、本体２１の上面２１ｃには、円筒状のアーム支持部２１ｄが突設され、アーム支持部２１ｄの周面両側には、アーム状の一対の回転部２１ｅが取り付けられている。即ち、一対の回転部２１ｅは、後端側がアーム支持部２１ｄの周面両側に回転可能に取り付けられており、先端側にはアーム２２の後端が回転可能に取り付けられている。そして、一対の回転部２１ｅは、アーム支持部２１ｄに内蔵されている図示しないモータとギア機構等により、本体２１の回転軸に対し平行な軸を中心に図示矢印ｃ方向（ベルト１１の回転駆動方向ａと同一）に旋回する。
【００１７】
アーム２２は、図１に示すように、略直方体の箱状に形成されて後端が一対の回転部２１ｅの先端の間に回転可能に取り付けられている。そして、アーム２２は、回転部２１ｅに内蔵されている図示しないモータとギア機構等により、回転部２１ｅの回転軸に対し平行な軸を中心に図示矢印ｄ方向（ベルト１１の回転駆動方向ａと同一）に旋回する。更に、アーム２２は、先端面２２ａにグリッパ２３が取り付けられ、先端面２２ａ側の４つの角部にはグリッパ２３を格納する際の案内となる略円柱状のグリッパガイド２４（図では３つのみを示す）が取り付けられ、連結機構３０と、把持機構２０及び連結機構３０を駆動する図３に示す駆動機構５０が内蔵されている。尚、連結機構３０と駆動機構５０の詳細は後述する。
【００１８】
グリッパ２３は、図１に示すように、アーム２２の先端面２２ａに十字形に４本取り付けられており、それぞれが３つの関節を備えている。グリッパ２３の先端から見て第１関節２３ａよりも先の部分（以下、第１グリップ部２３Ａという）及び第１関節２３ａと第２関節２３ｂの間の部分（以下、第２グリップ部２３Ｂという）は、内側に略９０°折り曲げ可能に構成されている。また、第２関節２３ｂと第３関節２３ｃの間の部分（以下、第３グリップ部２３Ｃという）は、内側から外側にかけて略１８０°折り曲げ可能に構成されている。そして、第３関節２３ｃを支持する部分（以下、第４グリップ部２３Ｄという）は、アーム２２の先端面２２ａに沿って略４５°回転可能に構成されている。
【００１９】
４本のグリッパ２３は、図１に示すようにアーム２２の先端面２２ａにて第１〜第３グリップ部２３Ａ〜２３Ｃが窄み若しくは拡がることにより、外部の物体を把持若しくは把持開放することができると共に、第１〜第３グリップ部２３Ａ〜２３Ｃが直線状に伸び、第３の関節２３ｃにて外側に折れ曲がってアーム２２の両側面２２ｂに当接することにより、アーム２２の両側面２２ｂに沿わせた格納位置に格納することができる。尚、このグリッパ２３の格納動作の詳細については後述する。
【００２０】
以上のような構成の把持機構２０を備えた主移動装置１によれば、前後移動及び旋回可能な一対のクローラ１０と前後に旋回可能な本体２１、回転部２１ｅ、アーム２２を備えていると共に、多関節のグリッパ２３を備えているので、把持対象の物体がどのような形状であっても、また、どのような位置にあっても、グリッパ２３を当該位置に移動させてグリッパ２３により当該物体を容易かつ確実に把持させることができる。
【００２１】
図３は、駆動機構５０の詳細を示す斜視図である。駆動機構５０は、駆動モータ５１、モータ用プーリ機構５２、ボールネジ５３、ボールネジナット５４、２本の第１ワイヤ５５ａ、２本の第２ワイヤ５５ｂ、２つの第１プーリ５６ａ、４つの第２プーリ５６ｂを備えている。アーム２２の内部には、先端面２２ａに対し所定距離を開けて平行に配置された駆動機構取付板５７が固定されている。この駆動機構取付板５７には、駆動モータ５１の駆動軸５１ａがアーム２２の後方に向かって貫通するように取り付けられていると共に、ボールネジ５３の一端がアーム２２の後方に向かって貫通するようにベアリング５８ａを介して取り付けられている。尚、ボールネジ５３の他端はアーム２２の先端面２２ａにベアリング５８ｂを介して取り付けられている。
【００２２】
更に、アーム２２の先端面２２ａに対向する駆動機構取付板５７の面の４つの角部には、４つの第２プーリ５６ｂ（図では便宜上手前の２つのみを示す）が回転自在となるようにそれぞれ取り付けられている。モータ用プーリ機構５２は、駆動モータ５１の駆動軸５１ａに嵌入されたプーリ５２ａとボールネジ５３の一端に嵌入されたプーリ５２ｃとこれらのプーリ５２ａ、５２ｃを連結するベルト５２ｂを備えており、駆動モータ５１の駆動力をボールネジ５３に伝達する。２つの第１プーリ５６ａは、ボールネジナット５４の両側にそれぞれ固定されている。従って、ボールネジナット５４がボールネジ５３の回転によりボールネジ５３に沿って移動するときは、２つの第１プーリ５６ａも移動することになる。
【００２３】
第１ワイヤ５５ａは、グリッパ２３と第１プーリ５６ａを連結するように掛け回されている。第２ワイヤ５５ｂは、グリッパ２３と第２プーリ５６ｂを連結するように掛け回されている。即ち、１本の第１ワイヤ５５ａは、図示手前の２本のグリッパ２３と図示手前の第１プーリ５６ａを連結するように掛け回され、他の１本の第１ワイヤ５５ａ（図では便宜上示さず）は、図示奥側の２本のグリッパ２３と図示奥側の第１プーリ５６ａを連結するように掛け回されている。
【００２４】
また、１本の第２ワイヤ５５ｂは、図示手前の２本のグリッパ２３と図示手前の２つの第２プーリ５６ｂを連結するように掛け回され、他の１本の第２ワイヤ５５ｂ（図では便宜上示さず）は、図示奥側の２本のグリッパ２３と図示奥側の２つの第２プーリ５６ｂを連結するように掛け回されている。このように、２本の第１ワイヤ５５ａと２本の第２ワイヤ５５ｂは、対称的に配置されているため、４本のグリッパ２３を同時に動作させることができる。次に、第１ワイヤ５５ａと第２ワイヤ５５ｂの詳細な掛け回し状態とその動作例を図４及び図５を参照して説明する。尚、上述したように２本の第１ワイヤ５５ａと２本の第２ワイヤ５５ｂは対称配置されているので、図４では便宜上、１本の第１ワイヤ５５ａと１本の第２ワイヤ５５ｂのみを示す。
【００２５】
図４は、第１ワイヤ５５ａと第２ワイヤ５５ｂの詳細な掛け回し状態を示す平面図、図５は、その動作例を示す斜視図である。図４の破線で示す第１ワイヤ５５ａは、一端が図示上部のグリッパ２３の第１グリップ部２３Ａの外側に係止された後、第１グリップ部２３Ａの内側から第２グリップ部２３Ｂの内側を通されて第２関節２３ｂに巻回される。更に、第３グリップ部２３Ｃの内側を通されて第３関節２３ｃに巻回され、アーム２２の先端面２２ａの図示上部に貫通して取り付けられているグリッパ２３の第４グリップ部２３Ｄ内を通されて第１プーリ５６ａに巻回される。
【００２６】
そして、アーム２２の先端面２２ａの図示下部に貫通して取り付けられているグリッパ２３の第４グリップ部２３Ｄ内を通されて第３関節２３ｃに巻回され、第３グリップ部２３Ｃの内側を通されて第２関節２３ｂに巻回される。更に、第２グリップ部２３Ｂの内側から第１グリップ部２３Ａの内側を通され、最終的に当該第１ワイヤ５５ａの他端が第１グリップ部２３Ａの外側に係止される。
【００２７】
図４の一点鎖線で示す第２ワイヤ５５ｂは、一端が図示上部のグリッパ２３の第１グリップ部２３Ａの内側に係止された後、第１グリップ部２３Ａの外側から第２グリップ部２３Ｂの外側を通されて第２関節２３ｂに巻回される。更に、第３グリップ部２３Ｃの外側を通されて第３関節２３ｃに巻回され、アーム２２の先端面２２ａの図示上部に貫通されて当該第２ワイヤ５５ｂの他端が図示上部の引張コイルバネ５５ｃの一端に係止される。更に、新たな第２ワイヤ５５ｂの一端が図示上部の引張コイルバネ５５ｃの他端に係止された後、図示上部の第２プーリ５６ｂに巻回され、第１プーリ５６ａに巻回される。
【００２８】
そして、図示下部の第２プーリ５６ｂに巻回され、当該第２ワイヤ５５ｂの他端が図示下部の引張コイルバネ５５ｃの一端に係止される。更に、新たな第２ワイヤ５５ｂの一端が図示下部の引張コイルバネ５５ｃの他端に係止された後、アーム２２の先端面２２ａの図示下部に貫通されて図示下部のグリッパ２３の第３関節２３ｃに巻回される。そして、第３グリップ部２３Ｃの外側を通されて第２関節２３ｂに巻回され、第２グリップ部２３Ｂの外側から第１グリップ部２３Ａの外側を通され、最終的に当該第２ワイヤ５５ｂの他端が第１グリップ部２３Ａの内側に係止される。
【００２９】
このような構成によれば、図５（Ａ）に示すように、第１プーリ５６ａがアーム２２の先端面２２ａに最も近接しているときは、第２ワイヤ５５ｂが引張コイルバネ５５ｃと共に引張られて第１ワイヤ５５ａが緩む。従って、グリッパ２３の第１グリップ部２３Ａ及び第２グリップ部２３Ｂは直線状に伸び（図ではグリッパ２３の第１グリップ部２３Ａ及び第２グリップ部２３Ｂは便宜上省略されている）、第３グリップ部２３Ｃは第３関節２３ｃで外側に最大限折れ曲がるので、グリッパ２３はアーム２２の側面２２ｂに沿うことになる。
【００３０】
次に、図５（Ｂ）に示すように、第１プーリ５６ａがアーム２２の先端面２２ａから離間する方向へ移動したときは、第１ワイヤ５５ａが引張られて第２ワイヤ５５ｂが緩む。従って、グリッパ２３の第１グリップ部２３Ａ、第２グリップ部２３Ｂ及び第３グリップ部２３Ｃは、第１関節２３ａ、第２関節２３ｂ及び第３関節２３ｃでそれぞれ内側に折れ曲がるので、グリッパ２３は外部にある物体（図示せず）の把持を開始することになる。尚、このときの第２ワイヤ５５ｂの弛み分は引張コイルバネ５５ｃの収縮に吸収される。
【００３１】
更に、図５（Ｃ）に示すように、第１プーリ５６ａがアーム２２の先端面２２ａから最も離間する方向へ移動したときは、第１ワイヤ５５ａが更に引張られて第２ワイヤ５５ｂが緩む。従って、グリッパ２３の第１グリップ部２３Ａ、第２グリップ部２３Ｂ及び第３グリップ部２３Ｃは、第１関節２３ａ、第２関節２３ｂ及び第３関節２３ｃでそれぞれ更に内側に折れ曲がるので、グリッパ２３は外部にある物体（図示せず）を把持することになる。尚、このときの第２ワイヤ５５ｂの弛み分も引張コイルバネ５５ｃの収縮に吸収される。
【００３２】
図６は、連結機構３０と被連結部材４０の詳細を示す斜視図、図７は、その動作例を示す斜視図である。連結機構３０は、一対の連結爪３１と連結爪ロック３２を備えている。連結爪３１は、先端側が半円の円弧状（一対の連結爪３１は左右対称の円弧状）に形成され、更に先端には直方体状の凸部３１ａが突設されており、後端側がピン３３によりアーム２２の底面２２ｃ上に旋回自在に取り付けられている。そして、一対の連結爪３１は、並設されて後端側が引張コイルバネ３４に係止されており、先端側には後述する被連結部材４０を構成する連結爪開閉部４１の径よりも小さく、連結爪把持部４２の径よりも若干大きい径の円形の穴３１ｂが形成され、更に先端には２つ分の直方体状の凸部３１ａが形成される。連結爪ロック３２は、矩形板状に形成されており、一端側には当接している一対の連結爪３１の凸部３１ａを挟み込むことが可能な凹部３２ａが設けられている。そして、連結爪ロック３２は、凹部３２ａが連結爪３１の凸部３１ａと相対するように、駆動機構５０を構成するボールネジナット５４に固定されている。
【００３３】
被連結部材４０は、連結爪開閉部４１と連結爪把持部４２と連結爪案内部４３と台座部４４を備えている。連結爪開閉部４１は球状に形成され、連結爪把持部４２は連結爪開閉部４１の径よりも小径の円筒状に形成されている。そして、連結爪把持部４２の一端面が連結爪開閉部４１と一体化され、連結爪把持部４２の他端面が台座部４４の一端上に固定されている。連結機構３０の一対の連結爪３１は、連結爪開閉部４１の頂部に押圧されることにより連結爪開閉部４１の球面に沿って開いた後に閉じ、最終的に連結爪把持部４２を把持する。
【００３４】
連結爪案内部４３は、楔状に形成されており、連結爪開閉部４１の固定部位から所定間隔あけた台座部４４の他端上に固定されている。即ち、アーム２２の先端面２２ａの下部が連結爪案内部４３の楔状部分４３ａに当接してアーム２２が案内されたときに、連結爪開閉部４１がアーム２２の底面２２ｃに開けられた連結爪開閉部４１の径よりも若干大きい径の穴２２ｄに位置決めされて挿入されるように、連結爪案内部４３は台座部４４の他端上に固定されている。台座部４４は、略矩形状に形成されており、図２に示すように一端側が副移動装置２の本体２ａから突出するように他端側が本体２ａ上に固定されている。
【００３５】
このような構成において、アーム２２を被連結部材４０の上方から下方に移動させて、図７（Ａ）に示すように、アーム２２の底面２２ｃに穿孔されている穴２２ｄを被連結部材４０の連結爪開閉部４１の上方に位置決めする。そして、アーム２２を降下させて穴２２ｄの中に連結爪開閉部４１を挿入するが、このとき穴２２ｄと連結爪開閉部４１の位置が多少ずれていても、アーム２２の先端面２２ａの下部が連結爪案内部４３の楔状部分４３ａに当接して沿うので、穴２２ｄの中に連結爪開閉部４１を確実に挿入することができる。
【００３６】
そして、図７（Ｂ）に示すように、連結爪開閉部４１が穴２２ｄの中に挿入されると更に連結爪３１の穴３１ｂの中に挿入され、一対の連結爪３１に当接して一対の連結爪３１を両側に徐徐に押し広げる。続いて、一対の連結爪３１は、引張コイルバネ３４の収縮力により連結爪開閉部４１の球面に沿って徐徐に狭まり、最終的には、図７（Ｃ）に示すように、連結爪把持部４２の部分で完全に閉じて連結爪把持部４２を把持する。
【００３７】
一方、図７（Ｃ）に示す状態からアーム２２を上昇させると、図７（Ｂ）に示すように、一対の連結爪３１は、連結爪開閉部４１の球面に沿って徐徐に広がり、最終的には、図７（Ａ）に示すように、連結爪開閉部４１は、一対の連結爪３１の穴３１ｂ及びアーム２２の穴２２ｄから抜ける。このとき、一対の連結爪３１は、引張コイルバネ３４の収縮力により自動的に閉じる。尚、一対の連結爪３１の穴３１ｂの内面には、連結爪開閉部４１の挿抜が容易となるように、逆向きの面取り３１ｂａ、３１ｂｂが施されている。
【００３８】
以上のような構成の把持機構２０、連結機構３０及び駆動機構５０が搭載された主移動装置１は、通常は単独で移動して外部にある物体を把持する。これにより、比較的狭小の場所であっても容易に潜入することができる。そして、別の場所に移動するときは、被連結部材４０が搭載された副移動装置２と連結して移動する。これにより、例えば主移動装置１が傾斜面、凹凸面、段差等がある比較的不整地な場所や階段等を乗り越える際には、副移動装置２は平坦面に静止して移動中の主移動装置１を支えることにより、主移動装置１の転倒を防止することができる。ここで、本実施形態の把持連結機構は、１つの駆動機構５０が把持機構２０と連結機構３０を駆動するが、解決課題でも述べたような把持機構２０と連結機構３０の相互干渉が生じないように構成されており、以下に図面を参照して説明する。
【００３９】
図８は、駆動機構５０による把持機構２０と連結機構３０の駆動状態を示す斜視図、図９は、そのときの把持機構２０の状態を正面から見た図である。主移動装置１が副移動装置２と連結する際は、図８（Ａ）に示すように、アーム２２を被連結部材４０の上方に移動させる。このとき、グリッパ２３は、第１グリップ部２３Ａ及び第２グリップ部２３Ｂが第１関節２３ａ及び第２関節２３ｂでそれぞれ内側に折れ曲がって物体を把持可能な状態にあり、ボールネジナット５４に固定されている第１プーリ５６ａは駆動機構取付板５７に近接して位置している。
【００４０】
そして、アーム２２を降下させて、図８（Ｂ）に示すように、アーム２２の底面２２ｃに穿孔されている穴２２ｄ及び連結爪３１の穴３１ｂの中に被連結部材４０の連結爪開閉部４１を挿入すると共に、駆動モータ５１を駆動してモータ用プーリ機構５２を介してボールネジ５３を回転させ、ボールネジナット５４をアーム２２の先端面２２ａ方向に移動させる。すると、ボールネジナット５４に固定されている第１プーリ５６ａは、第２ワイヤ５５ｂを引張ると同時に第１ワイヤ５５ａを緩めるので（図では第１ワイヤ５５ａと第２ワイヤ５５ｂは便宜上省略されている）、グリッパ２３は、徐徐に開いて第１グリップ部２３Ａ、第２グリップ部２３Ｂ及び第３グリップ部２３Ｃは直線状に伸びる。
【００４１】
更に、図８（Ｃ）に示すように、被連結部材４０の連結爪開閉部４１を挿入させて、連結爪把持部４２を連結爪３１で把持させると共に、駆動モータ５１を駆動してモータ用プーリ機構５２を介してボールネジ５３を回転させ、ボールネジナット５４をアーム２２の先端面２２ａに近接させる。すると、ボールネジナット５４に固定されている第１プーリ５６ａは、第２ワイヤ５５ｂを引張ると同時に第１ワイヤ５５ａを緩めるので（図では手前の第１プーリ５６ａと第１ワイヤ５５ａ及び第２ワイヤ５５ｂは便宜上省略されている）、グリッパ２３は、第１グリップ部２３Ａ、第２グリップ部２３Ｂ及び第３グリップ部２３Ｃが直線状に伸びたままで第３関節２３ｃで外側に最大限折れ曲がる。
【００４２】
このとき、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、第１グリップ部２３Ａ、第２グリップ部２３Ｂ（図では第１グリップ部２３Ａ及び第２グリップ部２３Ｂは便宜上省略されている）及び第３グリップ部２３Ｃは、円柱状のグリッパガイド２４の周面に当接して案内される。即ち、直線状に伸びた第１グリップ部２３Ａ、第２グリップ部２３Ｂ及び第３グリップ部２３Ｃは、第３関節２３ｃで外側に折れ曲がるときにグリッパガイド２４の周面に沿うと共に、第４グリップ部２３Ｄがアーム２２の先端面２２ａ上で図示矢印ａ方向に旋回する。従って、直線状に伸びた第１グリップ部２３Ａ、第２グリップ部２３Ｂ及び第３グリップ部２３Ｃは、最終的にはアーム２２の側面２２ｂに沿って当接することになり、把持機構２０は格納されることになる。
【００４３】
そして、このグリッパ２３の格納動作と同時に、図８（Ｃ）に示すように、ボールネジナット５４に固定されている連結爪ロック３２の凹部３２ａが一対の連結爪３１の凸部３１ａに嵌り込んで挟み込むので、一対の連結爪３１は連結爪把持部４２を把持した状態で開かないようにロックされることになる。従って、連結爪開閉部４１は連結爪３１の穴３１ａから抜けなくなり、連結機構２０と被連結部材４０は連結されることになる。
【００４４】
以上のように、本実施形態の把持連結機構によれば、外部の物体を把持及び把持開放可能であり、当該把持動作以外のときは格納位置に格納可能な把持機構２０と、当該把持機構２０に搭載され、外部の被連結部材４０に対し連結及び連結解除可能な連結機構３０と、把持機構２０に搭載され、把持機構２０の把持及び把持開放並びに格納を動作させると共に、連結機構３０の連結及び連結解除を動作させる１つの駆動機構５０とを備えているので、把持機構２０の専用の駆動機構と連結機構３０の専用の駆動機構を別々に搭載する必要が無いと共に、連結機構３０と駆動機構５０を把持機構２０に集約しており、小型化かつ低コストな把持連結機構として構成することができる。
【００４５】
また、駆動機構５０は、連結機構３０を被連結部材４０に対し連結状態としたときは、把持機構２０を格納状態とし、連結機構３０を被連結部材４０に対し連結解除状態としたときは、把持機構２０を把持及び把持開放可能状態とするので、把持機構２０と連結機構３０を１つに集約して連動、即ち把持機構２０を把持動作させるときは連結機構３０を連結解除動作させ、連結機構３０を連結動作させるときは把持機構２０を格納動作させて、両機構２０、３０の相互干渉を防止することができる。
【００４６】
尚、上述した実施形態で使用されるギア機構の代わりにベルト・プーリ機構を用いても良い。また、グリッパ２３は、３つの関節２３ａ、２３ｂ、２３ｃを備えた構成としたが、２つ若しくは４つ以上の多関節としても良い。また、把持機構２０、連結機構３０及び駆動機構５０と被連結部材４０を搭載した１台の移動装置とすれば、当該移動装置を複数台用意することにより相互に連結させることができる。また、連結機構３０の機構を利用して特定の対象物を強力に把持した状態を保持する保持機構としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る把持連結機構を備えた主移動装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る被連結部材を備えた副移動装置を示す斜視図である。
【図３】図１の把持連結機構を駆動する駆動機構の詳細を示す斜視図である。
【図４】図３の駆動機構の第１ワイヤと第２ワイヤの詳細な掛け回し状態を示す平面図である。
【図５】図１の把持機構の動作例を示す斜視図である。
【図６】図１の連結機構と図２の被連結部材の詳細を示す斜視図である。
【図７】図６の連結機構と被連結部材の動作例を示す斜視図である。
【図８】図３の駆動機構による把持機構と連結機構の駆動状態を示す斜視図である。
【図９】図８の把持機構の状態を正面から見た図である。
【符号の説明】
【００４８】
１ 主移動装置、２ 副移動装置、１０ クローラ、１１ ベルト、２０ 把持機構、２１ 本体、２２ アーム、２３ グリッパ、２４ グリッパガイド、３０ 連結機構、３１ 連結爪、３２ 連結爪ロック、４０ 被連結部材、４１ 連結爪開閉部、４２ 連結爪把持部、４３ 連結爪案内部、４４ 台座部、５０ 駆動機構、５１ 駆動モータ、５２ モータ用プーリ、５３ ボールネジ、５４ ボールネジナット、５５ａ 第１ワイヤ、５５ｂ 第２ワイヤ、５６ａ 第１プーリ、５６ｂ 第２プーリ、５７ 駆動機構取付板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部の物体を把持及び把持開放可能であり、当該把持動作以外のときは格納位置に格納可能な把持機構と、
当該把持機構に搭載され、外部の被連結部材に対し連結及び連結解除可能な連結機構と、
前記把持機構に搭載され、前記把持機構の把持及び把持開放並びに格納を動作させると共に、前記連結機構の連結及び連結解除を動作させる１つの駆動機構とを備えたことを特徴とする把持連結機構。
【請求項２】
前記駆動機構は、前記連結機構を前記被連結部材に対し連結状態としたときは、前記把持機構を格納状態とし、前記連結機構を前記被連結部材に対し連結解除状態としたときは、前記把持機構を把持及び把持開放可能状態とすることを特徴とする請求項１に記載の把持連結機構。
【請求項３】
前記把持機構は、前記物体を把持及び把持開放するグリッパと、当該グリッパが把持及び把持開放動作自在に取り付けられたアームとを備え、
前記連結機構は、前記アームに内蔵された、前記被連結部材を挟持及び挟持開放する連結爪と、当該連結爪の挟持状態をロック及びロック解除する連結爪ロックとを備え、
前記駆動機構は、前記グリッパを前記アームに沿って格納するときに、前記連結爪を前記連結爪ロックによりロックすることを特徴とする請求項１又は２に記載の把持連結機構。
【請求項４】
前記グリッパは、多関節構造であることを特徴とする請求項３に記載の把持連結機構。
【請求項５】
前記グリッパを前記アームに沿って格納する際に案内するグリッパガイドが、前記アームに設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載の把持連結機構。
【請求項６】
前記駆動機構は、前記グリッパに係止されたワイヤと、当該ワイヤが巻回されたプーリと、当該プーリを移動させるボールネジと、当該ボールネジを回転させるモータとを備え、前記モータを駆動させて前記ボールネジを回転させ、前記プーリを移動させて前記ワイヤを引張・弛緩させることにより前記グリッパを動作させることを特徴とする請求項３〜５の何れか一項に記載の把持連結機構。
【請求項７】
前記連結爪ロックは前記プーリと一体化されており、前記モータを駆動させて前記ボールネジを回転させ、前記連結爪ロックを移動させることにより前記連結爪の挟持状態をロック及びロック解除することを特徴とする請求項６に記載の把持連結機構。
【請求項８】
前記被連結部材は、球状の連結爪開閉部と、当該連結爪開閉部の径よりも小径の円筒状であって、当該円筒一端面が前記連結爪開閉部と一体化された連結爪把持部と、当該連結爪把持部の円筒他端面が固定された台座部とを備え、前記連結爪開閉部の頂部を前記連結爪に押圧することにより当該連結爪を開いて当該連結爪開閉部を挿入し、前記連結爪把持部を前記連結爪により把持させて連結させ、また前記連結爪開閉部の底部を前記連結爪に押圧することにより当該連結爪を開いて当該連結爪開閉部を抜き取って連結解除することを特徴とする請求項３〜７の何れか一項に記載の把持連結機構。
【請求項９】
少なくとも第１の移動装置と第２の移動装置を備えた移動装置群であって、
請求項１〜８の何れか一項に記載の把持機構、連結機構及び駆動機構は、前記第１の移動装置に搭載され、請求項１又は８に記載の被連結部材は、前記第２の移動装置に搭載されていることを特徴とする移動装置群。
【請求項１０】
前記第１及び第２の移動装置は、クローラを備えていることを特徴とする請求項９に記載の移動装置群。
【請求項１】
外部の物体を把持及び把持開放可能であり、当該把持動作以外のときは格納位置に格納可能な把持機構と、
当該把持機構に搭載され、外部の被連結部材に対し連結及び連結解除可能な連結機構と、
前記把持機構に搭載され、前記把持機構の把持及び把持開放並びに格納を動作させると共に、前記連結機構の連結及び連結解除を動作させる１つの駆動機構とを備えたことを特徴とする把持連結機構。
【請求項２】
前記駆動機構は、前記連結機構を前記被連結部材に対し連結状態としたときは、前記把持機構を格納状態とし、前記連結機構を前記被連結部材に対し連結解除状態としたときは、前記把持機構を把持及び把持開放可能状態とすることを特徴とする請求項１に記載の把持連結機構。
【請求項３】
前記把持機構は、前記物体を把持及び把持開放するグリッパと、当該グリッパが把持及び把持開放動作自在に取り付けられたアームとを備え、
前記連結機構は、前記アームに内蔵された、前記被連結部材を挟持及び挟持開放する連結爪と、当該連結爪の挟持状態をロック及びロック解除する連結爪ロックとを備え、
前記駆動機構は、前記グリッパを前記アームに沿って格納するときに、前記連結爪を前記連結爪ロックによりロックすることを特徴とする請求項１又は２に記載の把持連結機構。
【請求項４】
前記グリッパは、多関節構造であることを特徴とする請求項３に記載の把持連結機構。
【請求項５】
前記グリッパを前記アームに沿って格納する際に案内するグリッパガイドが、前記アームに設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載の把持連結機構。
【請求項６】
前記駆動機構は、前記グリッパに係止されたワイヤと、当該ワイヤが巻回されたプーリと、当該プーリを移動させるボールネジと、当該ボールネジを回転させるモータとを備え、前記モータを駆動させて前記ボールネジを回転させ、前記プーリを移動させて前記ワイヤを引張・弛緩させることにより前記グリッパを動作させることを特徴とする請求項３〜５の何れか一項に記載の把持連結機構。
【請求項７】
前記連結爪ロックは前記プーリと一体化されており、前記モータを駆動させて前記ボールネジを回転させ、前記連結爪ロックを移動させることにより前記連結爪の挟持状態をロック及びロック解除することを特徴とする請求項６に記載の把持連結機構。
【請求項８】
前記被連結部材は、球状の連結爪開閉部と、当該連結爪開閉部の径よりも小径の円筒状であって、当該円筒一端面が前記連結爪開閉部と一体化された連結爪把持部と、当該連結爪把持部の円筒他端面が固定された台座部とを備え、前記連結爪開閉部の頂部を前記連結爪に押圧することにより当該連結爪を開いて当該連結爪開閉部を挿入し、前記連結爪把持部を前記連結爪により把持させて連結させ、また前記連結爪開閉部の底部を前記連結爪に押圧することにより当該連結爪を開いて当該連結爪開閉部を抜き取って連結解除することを特徴とする請求項３〜７の何れか一項に記載の把持連結機構。
【請求項９】
少なくとも第１の移動装置と第２の移動装置を備えた移動装置群であって、
請求項１〜８の何れか一項に記載の把持機構、連結機構及び駆動機構は、前記第１の移動装置に搭載され、請求項１又は８に記載の被連結部材は、前記第２の移動装置に搭載されていることを特徴とする移動装置群。
【請求項１０】
前記第１及び第２の移動装置は、クローラを備えていることを特徴とする請求項９に記載の移動装置群。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−１２６８７０（Ｐ２００８−１２６８７０Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１４９１４（Ｐ２００６−３１４９１４）
【出願日】平成１８年１１月２２日（２００６．１１．２２）
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２２日（２００６．１１．２２）
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
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