物体把持装置および景品取得ゲーム装置
【課題】従来よりも安価なモータでアームの自重による把持力よりも弱い把持力を実現する。
【解決手段】可動式のベース部に取り付け可能であり、物体を把持するためのアーム部８と、アーム部８に対応する駆動機構７０と、アーム部８と駆動機構７０とを連結する弾性体７３と、アーム部８が回動する際のアーム軸８２ａの位置を検出するアーム軸位置検出部７４と、駆動機構７０の出力軸７５ａの位置を検出する駆動機構位置検出部７２と、アーム軸８２ａの位置および出力軸７５ａの位置に基づいて、駆動機構７０に含まれるモータの駆動を制御する駆動制御部と、を備える。
【解決手段】可動式のベース部に取り付け可能であり、物体を把持するためのアーム部８と、アーム部８に対応する駆動機構７０と、アーム部８と駆動機構７０とを連結する弾性体７３と、アーム部８が回動する際のアーム軸８２ａの位置を検出するアーム軸位置検出部７４と、駆動機構７０の出力軸７５ａの位置を検出する駆動機構位置検出部７２と、アーム軸８２ａの位置および出力軸７５ａの位置に基づいて、駆動機構７０に含まれるモータの駆動を制御する駆動制御部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体把持装置および景品取得ゲーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
筐体の内部に収納された景品の獲得を目的とするクレーンゲーム機のような景品取得ゲーム装置は、その操作に面白味があるとともに、人気のあるキャラクタ等を景品に用いることでプレーヤの挑戦意欲をそそるため、アミューズメント施設はもちろんのこと、一般の店舗やショッピングモール等にも多く設置されている。従来、このような景品取得ゲーム装置として様々なものが提案され、商品化されている（例えば、下記特許文献１および特許文献２参照）。このような景品取得ゲーム装置では、景品を保持して持ち上げる物体把持装置のアームの把持力が、景品の取得率に大きな影響を与えるため、把持力を調整する仕組みが必要となる。
【０００３】
特許文献１に記載の物体把持装置では、アームと閉方向駆動機構とを引っ張りばねで連結し、閉方向駆動機構の閉め込み位置を調整することで把持力を変化させている。しかしながら、特許文献１に記載の物体把持装置では、ばねが閉方向に付勢しない状態でアームが閉じられても、アームの自重によって把持力が発生してしまうため、景品の重さや形状によっては景品が容易に取得されてしまい、難易度の調整が困難であった。
【０００４】
一方、特許文献２に記載の物体把持装置は、電動モータでアームを直接駆動することにより、アームの自重を打ち消している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２７９３０６号公報
【特許文献２】特開２００６−４３３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献２に記載の物体把持装置では、アームの自重を打ち消すために、高出力で微小なトルク制御を行っている。しかしながら、このようなトルク制御を行う場合には、高出力で慣性モーメントが小さい小型のモータを備える必要があり、このような小型のモータは、一般に高価である。また、高出力で微小なトルク制御は発熱が伴うため連続して行うことは困難であり、モータの寿命が短くなる要因にもなり得る。
【０００７】
そこで、本発明は、従来よりも安価な電動機でアームの自重による把持力よりも弱い把持力を実現することができる物体把持装置および景品取得ゲーム装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するため、本発明に係る物体把持装置は、可動式のベース部に取り付け可能であり、物体を把持するためのアームを含む、１つまたは複数のアーム部と、前記１つまたは複数のアーム部に対応する１つまたは複数の駆動機構と、前記アーム部と前記駆動機構とを連結する弾性体と、前記アーム部が回動する際のアーム軸の位置を検出するアーム軸位置検出部と、前記駆動機構の位置を検出する駆動機構位置検出部と、前記アーム軸の位置および前記駆動機構の位置に基づいて、前記駆動機構の駆動を制御する駆動制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、弾性体が駆動機構とアーム部とを連結するため、駆動機構から付与される力によって変形する弾性体がアーム部に力を与えることでアーム部に開閉動作を行わせることができる。これにより、アーム軸の位置および駆動機構の位置に基づいて駆動機構を制御することができるため、位置制御を行うことでアーム部に開閉動作を行わせることが可能となる。それゆえに、トルク制御に必要な電動機よりも安価な、例えばステッピングモータやＤＣモータ等の電動機を使用することが可能となり、トルク制御に用いることができない、例えば超音波モータ等の電動機を使用することが可能となる。また、電動機の慣性モーメントがアーム軸に与える影響を低減することができるため、慣性モーメントの大きい電動機を使用することが可能となる。さらに、駆動時に発生する微振動を弾性体である程度吸収することができるため、精度の低い電動機を使用した場合であっても、アーム部側への影響を抑制することが可能となる。
【００１０】
上記物体把持装置において、上記駆動制御部は、予め測定した前記アーム軸の位置に対して均衡する前記駆動機構の出力軸の位置である均衡位置を用いて前記駆動機構の駆動を制御し、前記弾性体は、前記駆動機構の駆動に応じて変形し、前記アーム部は、前記弾性体の変形により付加される力で把持力を発生させることができる。
【００１１】
これにより、アーム部の自重を加味して測定された均衡位置を基準にしてアーム部の動作を制御することができるため、アーム部の自重による把持力を打ち消した状態でアーム部を開閉させることが可能となる。
【００１２】
上記物体把持装置において、上記駆動制御部は、前記駆動機構の出力軸の目標位置として、前記均衡位置に予め設定した値を加えた位置を設定し、前記駆動機構の駆動を制御することができる。
【００１３】
これにより、均衡位置に所望の値を加えて制御することができるため、アームの自重による把持力よりも弱い把持力から、強い把持力まで、様々な強さの把持力を自在に発生させることが可能となる。
【００１４】
上記物体把持装置において、上記予め設定した値は、前記アーム軸の複数の位置ごとに設定することができる。
【００１５】
これにより、様々な特性を有するアーム部を実現することが可能となる。
【００１６】
上記物体把持装置において、上記均衡位置を測定する均衡位置測定部を、さらに備え、前記均衡位置測定部は、前記アーム部の回動が停止する位置を用いて前記アーム部の可動範囲を決定し、前記アーム部の可動範囲内における前記均衡位置を測定することができる。
【００１７】
上記物体把持装置において、上記均衡位置測定部は、前記アームが異なる種別に交換されるたびに前記均衡位置を測定することができる。
【００１８】
上記物体把持装置において、上記アーム部の可動範囲内における前記均衡位置に基づいて、前記アーム部の可動範囲外における前記均衡位置を推定する均衡位置推定部を、さらに備えることができる。
【００１９】
これにより、アーム部の可動範囲が変わった場合であっても、均衡位置の再測定を不要にすることが可能となる。
【００２０】
上記物体把持装置において、上記アーム部の回動動作を急変動させた後の前記アーム軸の位置変化の特性を算出し、予め記憶した既知の前記アームの前記位置変化の特性と比較して前記アームの種別を判定するアーム種別判定部を、さらに備えることができる。
【００２１】
上記物体把持装置において、上記アームの種別に基づいて、少なくとも前記ベース部の稼働範囲、稼働速度または稼働方式のいずれか一つを変更する稼働制御部を、さらに備えることができる。
【００２２】
上記物体把持装置において、上記アーム部の回動動作を急変動させた後の前記アーム軸の位置変化の特性を算出し、前記アームの重さと重心の偏りを推定する推定部を、さらに備えることができる。
【００２３】
上記物体把持装置において、上記アームの重さと重心の偏りに基づいて、少なくとも前記ベース部の稼働範囲、稼働速度または稼働方式のいずれか一つを変更する稼働制御部を、さらに備えることができる。
【００２４】
上記物体把持装置において、上記駆動機構は少なくとも電動機を含み、上記駆動制御部は前記電動機の駆動を制御することとしてもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、従来よりも安価な電動機でアームの自重による把持力よりも弱い把持力を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態における景品取得ゲーム装置の外観構成を示す斜視図である。
【図２】実施形態における景品取得ゲーム装置を上部方向から見た場合の斜視図である。
【図３】実施形態における物体把持装置の外観構成を示す斜視図である。
【図４】図３に示す物体把持装置の一部を分解した状態で示す斜視図である。
【図５】実施形態における物体把持装置の機能構成を示すブロック図である。
【図６】急変動前後のアーム軸の位置と出力軸の位置との間の変化の相関関係を示す図である。
【図７】急変動前後のアーム軸の位置の時間変化を示す図である。
【図８】アーム部の可動範囲を決定する際の動作を示すフローチャート（その１）である。
【図９】アーム部の可動範囲を決定する際の動作を示すフローチャート（その２）である。
【図１０】アーム軸と出力軸との均衡時における位置関係を測定する際の動作を示すフローチャートである。
【図１１】アーム部を開閉する際の動作を示すフローチャートである。
【図１２】アームの種別を判定する際の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。最初に、景品取得ゲーム装置の概略構成について説明する。図１は、実施形態における景品取得ゲーム装置の外観構成を示す斜視図である。図２は、実施形態における景品取得ゲーム装置を上部方向から見た場合の斜視図である。
【００２８】
図１に示すように、景品取得ゲーム装置１００は、直方体の基台１と、基台１の上に設けられた箱型の収容部２とから構成される。収容部２には、ぬいぐるみ等の景品３が収容される。収容部２の底部には、景品３を受けるための景品投入部４が設けられている。
【００２９】
収容部２の内部上面には、物体把持装置５が吊り下げられている。物体把持装置５は、内部上面から鉛直方向に吊り下げられた伸縮パイプからなる支持部６と、支持部６の下端に設けられたベース部７と、ベース部７に取り付けられた２本のアーム部８とを有する。２本のアーム部８は、通常は閉じた状態となっているが、景品を掴む際に開くように構成されている。ベース部７は、カバーで覆われている。
【００３０】
基台１には、プレーヤがプレイするための操作卓１２が設けられている。操作卓１２には、物体把持装置５を所望の景品３に対応する位置に停止させるためのボタンスイッチ１３が設けられている。基台１の下方には、景品の取出口１５と、開閉扉１６とが設けられている。開閉扉１６の内側には、店舗の管理者が景品取得ゲーム装置１００の各種設定を行うための操作ボタン、操作ダイヤルおよび液晶パネル等のインタフェース（不図示）が設けられている。店舗の管理者が操作ボタン等を操作して各種設定を行うと、基台１内部に設けられたコンピュータが、その設定に基づいて景品取得ゲーム装置１００を制御する。
【００３１】
図２に示すように、収容部２の内部上面には、物体把持装置５が走行するための横行用固定レール９と、縦行用可動レール１０とが設けられている。支持部６は、物体把持装置用基台１１を介して縦行用可動レール１０に配置されている。支持部６は、駆動源を含む稼働機構（不図示）によって横行用固定レール９および縦行用可動レール１０上を走行可能に構成され、かつ上下方向にも伸縮可能に構成されている。
【００３２】
以下、本実施形態における景品取得ゲーム装置１００の物体把持装置５について説明する。最初に、物体把持装置５の外観構成について説明する。図３は、カバーを外した状態の物体把持装置の外観構成を示す斜視図である。図４は、図３に示す物体把持装置の一部を分解した状態で示す斜視図である。
【００３３】
物体把持装置５のアーム部８は、景品を把持するためのアーム８１と、アーム８１をベース部７に取り付ける基端部８２と、景品を把持し易くする爪８３とを有する。基端部８２は、アーム部８が回動する際の軸となるアーム軸８２ａと、ベース部７の弾性体７３の一部を基端部８２に固定するための弾性体固定部８２ｂと、を有する。
【００３４】
物体把持装置５のベース部７は、ギアボックス７１、ギア７５およびモータ７７を含んで構成する駆動機構７０と、駆動機構７０の出力軸７５ａの位置を検出する駆動機構位置検出部７２と、アーム部８と駆動機構７０とを連結する弾性体７３（例えばトーションバネ）と、アーム部８が回動する際のアーム軸８２ａの位置を検出するアーム軸位置検出部７４と、を有する。駆動機構７０は、各アーム部８に対応して設けられる。
【００３５】
上記出力軸７５ａやアーム軸８２ａの位置としては、例えば、各軸の基準位置からの回転角度や距離等を用いることができる。本実施形態では、各軸の位置として、基準位置からの回転角度を用いて説明する。また、基準位置として、アーム部が開方向リミット位置に位置するときの各軸の位置を用いて説明する。つまり、アーム部が開方向リミット位置に位置するときの各軸の位置（角度）を基準位置（例えば０）とし、アーム部が閉じるにつれて、各軸の位置（角度）が大きくなり、アーム部が閉方向リミット位置に到達したときに、各軸の位置（角度）が最大となる。
【００３６】
なお、本実施形態では、回動式の駆動機構７０を用いて説明するが、これに限定されず、直動式の駆動機構を用いることとしてもよい。また、キアボックス７１およびギア７５を介することなく、モータ７７の軸（不図示）を弾性体７３に直結することとしてもよい。
【００３７】
物体把持装置５のアーム部８の開閉動作は、以下のしくみで行われる。駆動機構７０のモータ７７を駆動すると、駆動機構７０の出力軸７５ａに連結する歯車７５および留め具７６と弾性体固定部８２ｂとで固定されている弾性体７３が変形する。続いて、弾性体７３の変形に応じて弾性体７３からアーム部８に力が加えられ、アーム部８が開閉動作を行う。弾性体７３の力がアーム部８を押し下げる方向（アーム部８の内転方向）に作用する場合には、アーム部８が閉方向に動作し、弾性体７３の力がアーム部８を引き上げる方向（アーム部８の外転方向）に作用する場合には、アーム部８が開方向に動作する。
【００３８】
駆動機構位置検出部７２の検出値θｍおよびアーム軸位置検出部７４の検出値θａは、駆動機構７０が弾性体７３に力を付与する際や、出力軸とアーム軸との位置関係を確認して把持力制御を行う際に使用される。
【００３９】
本実施形態では、アーム部８と駆動機構７０とが弾性体７３を介して連結されているため、駆動機構７０の出力軸７５ａの可動範囲を、アーム部８のアーム軸８２ａ可動範囲よりも大きくすることが可能となる。つまり、アーム部８がストッパ部材や物等に当接して停止した後も、弾性体７３が変形可能な間は、出力軸７５ａをそのまま回転し続けることが可能となる。
【００４０】
次に、物体把持装置５の機能構成について説明する。図５は、物体把持装置の機能構成を示すブロック図である。物体把持装置５は、制御部５０として、例えば、駆動制御部５１と、均衡位置測定部５２と、均衡位置推定部５３と、アーム種別判定部５４と、稼働制御部５５と、を有する。
【００４１】
駆動制御部５１は、駆動機構７０に含まれるモータを駆動させることで、アーム部８の開閉動作を制御する。
【００４２】
具体的に、駆動制御部５１は、アーム軸８２ａの位置に対して均衡する駆動機構７０の出力軸７５ａの位置（以下、「均衡位置」という。）を用い、出力軸７５ａの目標位置を、均衡位置からずらした位置に設定することで、アーム部８の開閉を制御する。均衡位置は予め測定され、記憶部１８に記憶されている。
【００４３】
出力軸７５ａの目標位置を均衡位置よりも、どの程度ずらすのかによって、アーム部８の把持力を決めることができる。ずらしの度合は、例えば把持力値ｐとして表すことができる。この把持力値ｐを、所望する把持力に応じて設定する。例えばアーム部８が閉じる動作をしている際に物に当接して動かなくなった場合、出力軸７５ａの目標位置がその時点の均衡位置よりも把持力値ｐに応じた角度だけ大きくなるように制御することで、所望する把持力を実現することができる。
【００４４】
なお、把持力値ｐは、一定の値であってもよいし、アーム軸８２ａの位置に応じて変動させることとしてもよい。把持力値ｐを一定の値にすることで、アーム部８の状態に関わらず一定の把持力を発揮させることができる。一方、把持力値ｐをアーム軸８２ａの位置に応じて変動させることで、様々な特性を有するアーム部を実現することが可能となる。例えば、アーム部８が開く方向に動作するのに応じて把持力値ｐが大きくなるようにすれば、ばねで引っ張られているような従来技術のアーム部と同様の特性を実現することができる。
【００４５】
駆動制御部５１は、出力軸７５ａの目標位置として、均衡位置に把持力値ｐを加えた位置を設定してモータを駆動することで、アーム部８に所望の把持力を発生させる。
【００４６】
駆動制御部５１は、駆動機構位置検出部７２の検出値θｍが目標位置の値よりも大きな値を示す場合には、アーム部８が開く方向にモータを駆動させ、検出値θｍが目標位置の値よりも小さな値を示す場合には、アーム部８が閉じる方向にモータを駆動させる。なお、モータの駆動方向を決定する際の判定基準となる目標位置に、マージンとして敏感度ｓを加えることとしてもよい。敏感度ｓを加算することで、検出値θｍに誤差が含まれている場合や、モータの速度制御の精度が低い場合に生じ得るアーム部８の開閉動作の発振現象を抑制することが可能となる。
【００４７】
均衡位置測定部５２は、アーム部８の回動が停止する位置を測定してアーム部８の可動範囲を決定し、アーム部８の可動範囲内における均衡位置を測定する。均衡位置は、アーム軸８２ａの位置に応じて、そのときのアーム軸８２ａの位置と均衡している駆動機構７０の出力軸７５ａの位置を測定していくことで求めることができる。測定した均衡位置は、記憶部１８に記憶する。なお、均衡位置の測定は、アーム８１が異なる種別のアーム８１に交換されるたびに実行することとしてもよい。これにより、未知のアームに交換された場合であっても測定し直した均衡位置を用いて対応することが可能となる。また、複数の既知のアームの均衡位置を予め登録しておき、アームを交換したときに、登録されている複数の均衡位置の中から、交換後のアームに対応する均衡位置をスイッチ等を用いて選択することとしてもよい。
【００４８】
均衡位置推定部５３は、既に測定済みのアーム部８の可動範囲内における均衡位置に基づいて、アーム部８の可動範囲外における均衡位置を推定する。これは、物体把持装置５では、アーム８１の形状や爪８３の形状に応じて、アーム部８の閉まる位置を変更することができ、アーム部８の閉まる位置を変更した場合には、アーム部８の可動範囲が変わるため、これに対応できるようにしたものである。つまり、アーム部８の可動範囲が変わっても、均衡位置の再測定を不要とするために、予めアーム部８の可動範囲外における均衡位置も算出しておくこととしたものである。
【００４９】
アーム種別判定部５４は、アーム部８の回動動作を急変動させた後のアーム軸８２ａの位置変化の特性を算出し、予め記憶部１８に記憶されている既知のアームの位置変化の特性と比較してアーム８１の種別を判定する。回動動作の急変動としては、例えば、アーム部８を急加速させることや、駆動機構７０の出力軸７５ａを急制動させることが該当する。アーム部８を急加速させると、アーム軸８２ａの加速の遅延度合に基づいて、アーム８１の重さや重心の偏りの特性を推定することができる。また、出力軸７５ａを急制動させると、アーム軸８２ａが停止するまでの位置変化に基づいて、アーム８１の重さや重心の偏りの特性を推定することができる。
【００５０】
アーム軸８２ａの位置変化の特性は、例えば、アーム部８の回動動作を急変動させた後のアーム軸８２ａの位置と出力軸７５ａの位置との間の変化の相関関係に基づいて算出することができる。図６に、その相関関係を表すグラフを例示する。図６に示すＬは種別が大サイズのアームの特性グラフであり、Ｍは種別が中サイズのアームの特性グラフであり、Ｓは種別が小サイズのアームの特性グラフである。
【００５１】
図６に示すように、特性グラフごとに、Δθａ＝０となる特徴点（極値）の個数や位置が相違する。このような相違は、アームの自重や重心の位置によって変動する慣性モーメントの相違により現れる。したがって、アーム種別判定部５４は、Δθａ＝０となる特徴点の個数や位置を比較することで、アームの種別を判定することが可能となる。
【００５２】
なお、アーム軸８２ａの位置変化の特性は、上記相関関係に基づいて算出することには限定されない。例えば、急変動中の均衡位置とのずれ具合や、急変動後のアーム軸８２ａの位置の時間変化に基づいて算出してもよい。図７に、アーム部８の回動動作を急変動させた前後の経過時間に対するアーム軸８２ａの位置変化を表すグラフを例示する。この場合も、アーム種別判定部５４は、Δθａ＝０となる特徴点の個数や位置を比較することで、アーム８１の種別を判定することができる。
【００５３】
稼働制御部５５は、アーム８１の種別に基づいて、ベース部７の稼働範囲や稼働速度、稼働方式を変更する。なお、稼働範囲、稼働速度、稼働方式のうちのいずれか一つを変更することとしてもよい。また、アーム８１の種別に基づいて、予め記憶部１８に記憶されている均衡位置を変更することとしてもよい。また、変更する際の判定基準は、アーム８１の種別に基づくことには限定されず、例えば、アーム８１の重さと重心の偏りに基づいて変更することとしてもよい。この場合には、例えば、アーム部８の回動動作を急変動させた後のアーム軸８２ａの位置変化の特性を算出し、アーム８１の重さと重心の偏りを推定する推定部を備えることとすればよい。
【００５４】
次に、物体把持装置５の動作について説明する。最初に、図８および図９を参照して、アーム部８の可動範囲を決定する際の動作について説明する。
【００５５】
最初に、駆動制御部５１は、アーム部８がリミット位置以外に位置するようにモータを駆動させる（ステップＳ１０１）。
【００５６】
続いて、駆動制御部５１は、アーム部８が閉じる方向にモータを駆動させ（ステップＳ１０２）、アーム軸位置検出部７４の検出値θａに基づいてアーム部８が停止したか否かを判定する（ステップＳ１０３）。この判定がＮＯである場合（ステップＳ１０３；ＮＯ）に、駆動制御部５１は、アーム部８が停止するまでモータを駆動させる。
【００５７】
一方、上記ステップＳ１０３の判定でアーム部８が停止したと判定された場合（ステップＳ１０３；ＹＥＳ）に、均衡位置測定部５２は、この時点のアーム軸位置検出部７４の検出値θａを、第１閉方向リミット位置として記憶部１８に記憶させる（ステップＳ１０４）。
【００５８】
続いて、駆動制御部５１は、アーム部８が開く方向にモータを駆動させ（ステップＳ１０５）、アーム軸位置検出部７４の検出値θａに基づいてアーム部８が開動作を開始したか否かを判定する（ステップＳ１０６）。この判定がＮＯである場合（ステップＳ１０６；ＮＯ）に、駆動制御部５１は、アーム部８が開動作を開始するまでモータを駆動させる。
【００５９】
一方、上記ステップＳ１０６の判定でアーム部８が開動作を開始したと判定された場合（ステップＳ１０６；ＹＥＳ）に、均衡位置測定部５２は、この時点のアーム軸位置検出部７４の検出値θａを、第２閉方向リミット位置として記憶部１８に記憶させる（ステップＳ１０７）。
【００６０】
続いて、均衡位置測定部５２は、第１閉方向リミット位置と第２閉方向リミット位置との平均値を算出し、算出した平均値を閉方向リミット位置として記憶部１８に記憶させる（ステップＳ１０８）。
【００６１】
続いて、駆動制御部５１は、アーム部８が開く方向にモータを駆動させ（ステップＳ１０９）、アーム軸位置検出部７４の検出値θａに基づいてアーム部８が停止したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。この判定がＮＯである場合（ステップＳ１１０；ＮＯ）に、駆動制御部５１は、アーム部８が停止するまでモータを駆動させる。
【００６２】
一方、上記ステップＳ１１０の判定でアーム部８が停止したと判定された場合（ステップＳ１１０；ＹＥＳ）に、均衡位置測定部５２は、この時点のアーム軸位置検出部７４の検出値θａを、第１開方向リミット位置として記憶部１８に記憶させる（ステップＳ１１１）。
【００６３】
続いて、駆動制御部５１は、アーム部８が閉じる方向にモータを駆動させ（ステップＳ１１２）、アーム軸位置検出部７４の検出値θａに基づいてアーム部８が閉動作を開始したか否かを判定する（ステップＳ１１３）。この判定がＮＯである場合（ステップＳ１１３；ＮＯ）に、駆動制御部５１は、アーム部８が閉動作を開始するまでモータを駆動させる。
【００６４】
一方、上記ステップＳ１１３の判定でアーム部８が閉動作を開始したと判定された場合（ステップＳ１１３；ＹＥＳ）に、均衡位置測定部５２は、この時点のアーム軸位置検出部７４の検出値θａを、第２開方向リミット位置として記憶部１８に記憶させる（ステップＳ１１４）。
【００６５】
続いて、均衡位置測定部５２は、第１開方向リミット位置と第２開方向リミット位置との平均値を算出し、算出した平均値を開方向リミット位置として記憶部１８に記憶させる（ステップＳ１１５）。
【００６６】
続いて、均衡位置測定部５２は、上記ステップＳ１０８で記憶させた閉方向リミット位置と、上記ステップＳ１１５で記憶させた開方向リミット位置とを用い、アーム部８の可動範囲を決定する（ステップＳ１１６）。
【００６７】
このように、アーム部８の可動範囲を求めておくことで、アーム部８を動作させるたびにアーム部８が可動範囲を超えてストッパ部材等に衝突してしまう事態を回避することが可能となる。
【００６８】
なお、この動作例では、アーム部８のリミット位置として、第１リミット位置と第２リミット位置との平均値を用いているが、第１リミット位置か第２リミット位置のいずれか一方をアーム部８のリミット位置としてもよい。
【００６９】
次に、図１０を参照して、アーム軸８２ａと出力軸７５ａとの均衡時における位置関係を測定する際の動作について説明する。
【００７０】
最初に、駆動制御部５１は、モータを駆動してアーム部８を開方向リミット位置に移動させる（ステップＳ２０１）。
【００７１】
続いて、駆動制御部５１は、アーム部８が閉じる方向にモータを駆動させる（ステップＳ２０２）。
【００７２】
続いて、均衡位置測定部５２は、同時点の駆動機構位置検出部７２の検出値θｍとアーム軸位置検出部７４の検出値θａとを組にして記憶部１８に記憶させる（ステップＳ２０３）。
【００７３】
続いて、駆動制御部５１は、アーム軸位置検出部７４の検出値θａに基づいてアーム部８が閉方向リミット位置に到達したか否かを判定する（ステップＳ２０４）。この判定がＮＯである場合（ステップＳ２０４；ＮＯ）には、上記ステップＳ２０２に処理を移行する。
【００７４】
一方、上記ステップＳ２０４の判定でアーム部８が閉方向リミット位置に到達したと判定された場合（ステップＳ２０４；ＹＥＳ）に、駆動制御部５１は、モータの駆動を停止させる（ステップＳ２０５）。
【００７５】
続いて、均衡位置測定部５２は、記憶部１８に記憶させた検出値θｍと検出値θａとの各組に基づいて、θｍとθａとの相関関係を表す関数“θｍ＝ｆ（θａ）”を算出し、この関数を記憶部１８に記憶させる（ステップＳ２０６）。
【００７６】
なお、この動作例では、モータを駆動させながら均衡時の位置関係を測定しているが、均衡時の位置関係を測定する際に各測定点でモータの駆動を停止させてもよい。各測定点でモータの駆動を停止させることで、均衡時の位置関係を測定する際の精度を向上させることができる。
【００７７】
また、この動作例では、アーム部８が閉じる方向にモータを駆動させながら均衡時の位置関係を測定しているが、アーム部８が開く方向にモータを駆動させながら均衡時の位置関係を測定してもよい。ただし、アーム部８が閉じる方向にモータを駆動させながら均衡時の位置関係を測定した方が、アーム部８が開く方向にモータを駆動させながら均衡時の位置関係を測定した場合よりも高精度に測定することができる。アーム部８が閉じる方向にモータを駆動させた方が、弾性体７３の状態が本来の均衡状態により近づくためである。
【００７８】
また、均衡時の位置関係の測定点を、特定のアーム軸の位置に対する測定点に限定し、測定点間の値を直線的に補完することで関数“θｍ＝ｆ（θａ）”を算出してもよい。これにより、測定精度が低い場合に生じ得る測定値のばらつきを抑えることができるため、制御時の安定性を向上させることができる。
【００７９】
次に、図１１を参照して、アーム部８を開閉する際の動作について説明する。
【００８０】
最初に、駆動制御部５１は、駆動機構位置検出部７２の検出値θｍが目標位置の値よりも大きな値であるか否かを判定する（ステップＳ３０１）。この判定がＹＥＳである場合（ステップＳ３０１；ＹＥＳ）に、駆動制御部５１は、アーム部８が開く方向にモータを駆動させ（ステップＳ３０２）、処理を上記ステップＳ３０１に移行する。
【００８１】
一方、上記ステップＳ３０１の判定で検出値θｍが目標位置の値よりも大きな値ではないと判定された場合（ステップＳ３０１；ＮＯ）に、駆動制御部５１は、駆動機構位置検出部７２の検出値θｍが目標位置の値よりも小さな値であるか否かを判定する（ステップＳ３０３）。この判定がＹＥＳである場合（ステップＳ３０３；ＹＥＳ）に、駆動制御部５１は、アーム部８が閉じる方向にモータを駆動させ（ステップＳ３０４）、処理を上記ステップＳ３０１に移行する。
【００８２】
一方、上記ステップＳ３０３の判定で検出値θｍが目標位置の値よりも小さな値ではないと判定された場合（ステップＳ３０３；ＮＯ）に、駆動制御部５１は、モータの駆動を停止させ（ステップＳ３０５）、処理を上記ステップＳ３０１に移行する。
【００８３】
次に、図１２を参照して、アーム８１の種別を判定する際の動作について説明する。この動作は、アーム８１を取り付けた後に行う。
【００８４】
最初に、駆動制御部５１は、モータを駆動してアーム部８を閉方向リミット位置に移動させる（ステップＳ４０１）。
【００８５】
続いて、駆動制御部５１は、アーム部８が開く方向にモータの駆動を急加速させて（ステップＳ４０２）から、モータの駆動を急停止させる（ステップＳ４０３）。
【００８６】
続いて、アーム種別判定部５４は、モータを急停止させた後の駆動機構位置検出部７２の検出値θｍとアーム軸位置検出部７４の検出値θａとの変化の相関関係に基づいて、特徴点を算出する（ステップＳ４０４）。
【００８７】
続いて、アーム種別判定部５４は、上記ステップＳ４０４で算出した特徴点の特性と、予め記憶部１８に記憶されている既知のアームの特徴点の特性とを比較して、アーム８１の種別を判定する（ステップＳ４０５）。
【００８８】
このように、アーム８１の種別を、上記特徴点の特性に基づいて判定することで、アーム８１の種別を認識させるためのスイッチやセンサを不要にすることが可能となる。
【００８９】
以上のように、本実施形態における景品取得ゲーム装置１００の物体把持装置５によれば、弾性体７３が駆動機構７０とアーム部８とを連結するため、駆動機構７０のモータから付与される力によって変形する弾性体７３がアーム部８に力を与えることでアーム部８に開閉動作を行わせることができる。具体的には、アーム８１の自重を加味して測定された均衡位置を基準にしてアーム部８の動作を制御することで、アーム８１の自重による把持力を打ち消した状態でアーム部８を開閉させることが可能となる。また、均衡位置に所望の把持力値ｐを加えて制御することができるため、アームの自重による把持力よりも弱い把持力から、強い把持力まで、様々な強さの把持力を自在に発生させることが可能となる。
【００９０】
これにより、アーム軸８２ａの位置および出力軸７５ａの位置に基づいてモータの駆動を制御することができるため、位置制御を行うことでアーム部８に開閉動作を行わせることができる。それゆえに、トルク制御に必要なモータよりも安価な、例えばステッピングモータやＤＣモータを使用することが可能となる。また、トルク制御に用いることができない、例えば超音波モータ等の電動機を使用することも可能となる。
【００９１】
また、モータ７７の軸の慣性モーメントがアーム軸８２ａに与える影響を低減することができるため、慣性モーメントの大きいモータを使用することも可能となる。さらに、モータ駆動時に発生する微振動を弾性体７３である程度吸収することができるため、精度の低いモータを使用した場合であっても、アーム部８側への影響を抑制することが可能となる。
【００９２】
なお、上述した実施形態では、２本のアーム部８を備えているが、アーム部の本数はこれに限定されず、１本や３本以上のアーム部を備えることとしてもよい。
【符号の説明】
【００９３】
１…基台、２…収容部、５…物体把持装置、６…支持部、７…ベース部、８…アーム部、１８…記憶部、５０…制御部、５１…駆動制御部、５２…均衡位置測定部、５３…均衡位置推定部、５４…アーム種別判定部、５５…稼働制御部、７０…駆動機構、７１…ギアボックス、７２…駆動機構位置検出部、７３…弾性体、７４…アーム軸位置検出部、７５…ギア、７５ａ…出力軸、７７…モータ、８１…アーム、８２…基端部、８２ａ…アーム軸、８２ｂ…弾性体固定部、８３…爪、１００…景品取得ゲーム装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体把持装置および景品取得ゲーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
筐体の内部に収納された景品の獲得を目的とするクレーンゲーム機のような景品取得ゲーム装置は、その操作に面白味があるとともに、人気のあるキャラクタ等を景品に用いることでプレーヤの挑戦意欲をそそるため、アミューズメント施設はもちろんのこと、一般の店舗やショッピングモール等にも多く設置されている。従来、このような景品取得ゲーム装置として様々なものが提案され、商品化されている（例えば、下記特許文献１および特許文献２参照）。このような景品取得ゲーム装置では、景品を保持して持ち上げる物体把持装置のアームの把持力が、景品の取得率に大きな影響を与えるため、把持力を調整する仕組みが必要となる。
【０００３】
特許文献１に記載の物体把持装置では、アームと閉方向駆動機構とを引っ張りばねで連結し、閉方向駆動機構の閉め込み位置を調整することで把持力を変化させている。しかしながら、特許文献１に記載の物体把持装置では、ばねが閉方向に付勢しない状態でアームが閉じられても、アームの自重によって把持力が発生してしまうため、景品の重さや形状によっては景品が容易に取得されてしまい、難易度の調整が困難であった。
【０００４】
一方、特許文献２に記載の物体把持装置は、電動モータでアームを直接駆動することにより、アームの自重を打ち消している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２７９３０６号公報
【特許文献２】特開２００６−４３３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献２に記載の物体把持装置では、アームの自重を打ち消すために、高出力で微小なトルク制御を行っている。しかしながら、このようなトルク制御を行う場合には、高出力で慣性モーメントが小さい小型のモータを備える必要があり、このような小型のモータは、一般に高価である。また、高出力で微小なトルク制御は発熱が伴うため連続して行うことは困難であり、モータの寿命が短くなる要因にもなり得る。
【０００７】
そこで、本発明は、従来よりも安価な電動機でアームの自重による把持力よりも弱い把持力を実現することができる物体把持装置および景品取得ゲーム装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するため、本発明に係る物体把持装置は、可動式のベース部に取り付け可能であり、物体を把持するためのアームを含む、１つまたは複数のアーム部と、前記１つまたは複数のアーム部に対応する１つまたは複数の駆動機構と、前記アーム部と前記駆動機構とを連結する弾性体と、前記アーム部が回動する際のアーム軸の位置を検出するアーム軸位置検出部と、前記駆動機構の位置を検出する駆動機構位置検出部と、前記アーム軸の位置および前記駆動機構の位置に基づいて、前記駆動機構の駆動を制御する駆動制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、弾性体が駆動機構とアーム部とを連結するため、駆動機構から付与される力によって変形する弾性体がアーム部に力を与えることでアーム部に開閉動作を行わせることができる。これにより、アーム軸の位置および駆動機構の位置に基づいて駆動機構を制御することができるため、位置制御を行うことでアーム部に開閉動作を行わせることが可能となる。それゆえに、トルク制御に必要な電動機よりも安価な、例えばステッピングモータやＤＣモータ等の電動機を使用することが可能となり、トルク制御に用いることができない、例えば超音波モータ等の電動機を使用することが可能となる。また、電動機の慣性モーメントがアーム軸に与える影響を低減することができるため、慣性モーメントの大きい電動機を使用することが可能となる。さらに、駆動時に発生する微振動を弾性体である程度吸収することができるため、精度の低い電動機を使用した場合であっても、アーム部側への影響を抑制することが可能となる。
【００１０】
上記物体把持装置において、上記駆動制御部は、予め測定した前記アーム軸の位置に対して均衡する前記駆動機構の出力軸の位置である均衡位置を用いて前記駆動機構の駆動を制御し、前記弾性体は、前記駆動機構の駆動に応じて変形し、前記アーム部は、前記弾性体の変形により付加される力で把持力を発生させることができる。
【００１１】
これにより、アーム部の自重を加味して測定された均衡位置を基準にしてアーム部の動作を制御することができるため、アーム部の自重による把持力を打ち消した状態でアーム部を開閉させることが可能となる。
【００１２】
上記物体把持装置において、上記駆動制御部は、前記駆動機構の出力軸の目標位置として、前記均衡位置に予め設定した値を加えた位置を設定し、前記駆動機構の駆動を制御することができる。
【００１３】
これにより、均衡位置に所望の値を加えて制御することができるため、アームの自重による把持力よりも弱い把持力から、強い把持力まで、様々な強さの把持力を自在に発生させることが可能となる。
【００１４】
上記物体把持装置において、上記予め設定した値は、前記アーム軸の複数の位置ごとに設定することができる。
【００１５】
これにより、様々な特性を有するアーム部を実現することが可能となる。
【００１６】
上記物体把持装置において、上記均衡位置を測定する均衡位置測定部を、さらに備え、前記均衡位置測定部は、前記アーム部の回動が停止する位置を用いて前記アーム部の可動範囲を決定し、前記アーム部の可動範囲内における前記均衡位置を測定することができる。
【００１７】
上記物体把持装置において、上記均衡位置測定部は、前記アームが異なる種別に交換されるたびに前記均衡位置を測定することができる。
【００１８】
上記物体把持装置において、上記アーム部の可動範囲内における前記均衡位置に基づいて、前記アーム部の可動範囲外における前記均衡位置を推定する均衡位置推定部を、さらに備えることができる。
【００１９】
これにより、アーム部の可動範囲が変わった場合であっても、均衡位置の再測定を不要にすることが可能となる。
【００２０】
上記物体把持装置において、上記アーム部の回動動作を急変動させた後の前記アーム軸の位置変化の特性を算出し、予め記憶した既知の前記アームの前記位置変化の特性と比較して前記アームの種別を判定するアーム種別判定部を、さらに備えることができる。
【００２１】
上記物体把持装置において、上記アームの種別に基づいて、少なくとも前記ベース部の稼働範囲、稼働速度または稼働方式のいずれか一つを変更する稼働制御部を、さらに備えることができる。
【００２２】
上記物体把持装置において、上記アーム部の回動動作を急変動させた後の前記アーム軸の位置変化の特性を算出し、前記アームの重さと重心の偏りを推定する推定部を、さらに備えることができる。
【００２３】
上記物体把持装置において、上記アームの重さと重心の偏りに基づいて、少なくとも前記ベース部の稼働範囲、稼働速度または稼働方式のいずれか一つを変更する稼働制御部を、さらに備えることができる。
【００２４】
上記物体把持装置において、上記駆動機構は少なくとも電動機を含み、上記駆動制御部は前記電動機の駆動を制御することとしてもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、従来よりも安価な電動機でアームの自重による把持力よりも弱い把持力を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態における景品取得ゲーム装置の外観構成を示す斜視図である。
【図２】実施形態における景品取得ゲーム装置を上部方向から見た場合の斜視図である。
【図３】実施形態における物体把持装置の外観構成を示す斜視図である。
【図４】図３に示す物体把持装置の一部を分解した状態で示す斜視図である。
【図５】実施形態における物体把持装置の機能構成を示すブロック図である。
【図６】急変動前後のアーム軸の位置と出力軸の位置との間の変化の相関関係を示す図である。
【図７】急変動前後のアーム軸の位置の時間変化を示す図である。
【図８】アーム部の可動範囲を決定する際の動作を示すフローチャート（その１）である。
【図９】アーム部の可動範囲を決定する際の動作を示すフローチャート（その２）である。
【図１０】アーム軸と出力軸との均衡時における位置関係を測定する際の動作を示すフローチャートである。
【図１１】アーム部を開閉する際の動作を示すフローチャートである。
【図１２】アームの種別を判定する際の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。最初に、景品取得ゲーム装置の概略構成について説明する。図１は、実施形態における景品取得ゲーム装置の外観構成を示す斜視図である。図２は、実施形態における景品取得ゲーム装置を上部方向から見た場合の斜視図である。
【００２８】
図１に示すように、景品取得ゲーム装置１００は、直方体の基台１と、基台１の上に設けられた箱型の収容部２とから構成される。収容部２には、ぬいぐるみ等の景品３が収容される。収容部２の底部には、景品３を受けるための景品投入部４が設けられている。
【００２９】
収容部２の内部上面には、物体把持装置５が吊り下げられている。物体把持装置５は、内部上面から鉛直方向に吊り下げられた伸縮パイプからなる支持部６と、支持部６の下端に設けられたベース部７と、ベース部７に取り付けられた２本のアーム部８とを有する。２本のアーム部８は、通常は閉じた状態となっているが、景品を掴む際に開くように構成されている。ベース部７は、カバーで覆われている。
【００３０】
基台１には、プレーヤがプレイするための操作卓１２が設けられている。操作卓１２には、物体把持装置５を所望の景品３に対応する位置に停止させるためのボタンスイッチ１３が設けられている。基台１の下方には、景品の取出口１５と、開閉扉１６とが設けられている。開閉扉１６の内側には、店舗の管理者が景品取得ゲーム装置１００の各種設定を行うための操作ボタン、操作ダイヤルおよび液晶パネル等のインタフェース（不図示）が設けられている。店舗の管理者が操作ボタン等を操作して各種設定を行うと、基台１内部に設けられたコンピュータが、その設定に基づいて景品取得ゲーム装置１００を制御する。
【００３１】
図２に示すように、収容部２の内部上面には、物体把持装置５が走行するための横行用固定レール９と、縦行用可動レール１０とが設けられている。支持部６は、物体把持装置用基台１１を介して縦行用可動レール１０に配置されている。支持部６は、駆動源を含む稼働機構（不図示）によって横行用固定レール９および縦行用可動レール１０上を走行可能に構成され、かつ上下方向にも伸縮可能に構成されている。
【００３２】
以下、本実施形態における景品取得ゲーム装置１００の物体把持装置５について説明する。最初に、物体把持装置５の外観構成について説明する。図３は、カバーを外した状態の物体把持装置の外観構成を示す斜視図である。図４は、図３に示す物体把持装置の一部を分解した状態で示す斜視図である。
【００３３】
物体把持装置５のアーム部８は、景品を把持するためのアーム８１と、アーム８１をベース部７に取り付ける基端部８２と、景品を把持し易くする爪８３とを有する。基端部８２は、アーム部８が回動する際の軸となるアーム軸８２ａと、ベース部７の弾性体７３の一部を基端部８２に固定するための弾性体固定部８２ｂと、を有する。
【００３４】
物体把持装置５のベース部７は、ギアボックス７１、ギア７５およびモータ７７を含んで構成する駆動機構７０と、駆動機構７０の出力軸７５ａの位置を検出する駆動機構位置検出部７２と、アーム部８と駆動機構７０とを連結する弾性体７３（例えばトーションバネ）と、アーム部８が回動する際のアーム軸８２ａの位置を検出するアーム軸位置検出部７４と、を有する。駆動機構７０は、各アーム部８に対応して設けられる。
【００３５】
上記出力軸７５ａやアーム軸８２ａの位置としては、例えば、各軸の基準位置からの回転角度や距離等を用いることができる。本実施形態では、各軸の位置として、基準位置からの回転角度を用いて説明する。また、基準位置として、アーム部が開方向リミット位置に位置するときの各軸の位置を用いて説明する。つまり、アーム部が開方向リミット位置に位置するときの各軸の位置（角度）を基準位置（例えば０）とし、アーム部が閉じるにつれて、各軸の位置（角度）が大きくなり、アーム部が閉方向リミット位置に到達したときに、各軸の位置（角度）が最大となる。
【００３６】
なお、本実施形態では、回動式の駆動機構７０を用いて説明するが、これに限定されず、直動式の駆動機構を用いることとしてもよい。また、キアボックス７１およびギア７５を介することなく、モータ７７の軸（不図示）を弾性体７３に直結することとしてもよい。
【００３７】
物体把持装置５のアーム部８の開閉動作は、以下のしくみで行われる。駆動機構７０のモータ７７を駆動すると、駆動機構７０の出力軸７５ａに連結する歯車７５および留め具７６と弾性体固定部８２ｂとで固定されている弾性体７３が変形する。続いて、弾性体７３の変形に応じて弾性体７３からアーム部８に力が加えられ、アーム部８が開閉動作を行う。弾性体７３の力がアーム部８を押し下げる方向（アーム部８の内転方向）に作用する場合には、アーム部８が閉方向に動作し、弾性体７３の力がアーム部８を引き上げる方向（アーム部８の外転方向）に作用する場合には、アーム部８が開方向に動作する。
【００３８】
駆動機構位置検出部７２の検出値θｍおよびアーム軸位置検出部７４の検出値θａは、駆動機構７０が弾性体７３に力を付与する際や、出力軸とアーム軸との位置関係を確認して把持力制御を行う際に使用される。
【００３９】
本実施形態では、アーム部８と駆動機構７０とが弾性体７３を介して連結されているため、駆動機構７０の出力軸７５ａの可動範囲を、アーム部８のアーム軸８２ａ可動範囲よりも大きくすることが可能となる。つまり、アーム部８がストッパ部材や物等に当接して停止した後も、弾性体７３が変形可能な間は、出力軸７５ａをそのまま回転し続けることが可能となる。
【００４０】
次に、物体把持装置５の機能構成について説明する。図５は、物体把持装置の機能構成を示すブロック図である。物体把持装置５は、制御部５０として、例えば、駆動制御部５１と、均衡位置測定部５２と、均衡位置推定部５３と、アーム種別判定部５４と、稼働制御部５５と、を有する。
【００４１】
駆動制御部５１は、駆動機構７０に含まれるモータを駆動させることで、アーム部８の開閉動作を制御する。
【００４２】
具体的に、駆動制御部５１は、アーム軸８２ａの位置に対して均衡する駆動機構７０の出力軸７５ａの位置（以下、「均衡位置」という。）を用い、出力軸７５ａの目標位置を、均衡位置からずらした位置に設定することで、アーム部８の開閉を制御する。均衡位置は予め測定され、記憶部１８に記憶されている。
【００４３】
出力軸７５ａの目標位置を均衡位置よりも、どの程度ずらすのかによって、アーム部８の把持力を決めることができる。ずらしの度合は、例えば把持力値ｐとして表すことができる。この把持力値ｐを、所望する把持力に応じて設定する。例えばアーム部８が閉じる動作をしている際に物に当接して動かなくなった場合、出力軸７５ａの目標位置がその時点の均衡位置よりも把持力値ｐに応じた角度だけ大きくなるように制御することで、所望する把持力を実現することができる。
【００４４】
なお、把持力値ｐは、一定の値であってもよいし、アーム軸８２ａの位置に応じて変動させることとしてもよい。把持力値ｐを一定の値にすることで、アーム部８の状態に関わらず一定の把持力を発揮させることができる。一方、把持力値ｐをアーム軸８２ａの位置に応じて変動させることで、様々な特性を有するアーム部を実現することが可能となる。例えば、アーム部８が開く方向に動作するのに応じて把持力値ｐが大きくなるようにすれば、ばねで引っ張られているような従来技術のアーム部と同様の特性を実現することができる。
【００４５】
駆動制御部５１は、出力軸７５ａの目標位置として、均衡位置に把持力値ｐを加えた位置を設定してモータを駆動することで、アーム部８に所望の把持力を発生させる。
【００４６】
駆動制御部５１は、駆動機構位置検出部７２の検出値θｍが目標位置の値よりも大きな値を示す場合には、アーム部８が開く方向にモータを駆動させ、検出値θｍが目標位置の値よりも小さな値を示す場合には、アーム部８が閉じる方向にモータを駆動させる。なお、モータの駆動方向を決定する際の判定基準となる目標位置に、マージンとして敏感度ｓを加えることとしてもよい。敏感度ｓを加算することで、検出値θｍに誤差が含まれている場合や、モータの速度制御の精度が低い場合に生じ得るアーム部８の開閉動作の発振現象を抑制することが可能となる。
【００４７】
均衡位置測定部５２は、アーム部８の回動が停止する位置を測定してアーム部８の可動範囲を決定し、アーム部８の可動範囲内における均衡位置を測定する。均衡位置は、アーム軸８２ａの位置に応じて、そのときのアーム軸８２ａの位置と均衡している駆動機構７０の出力軸７５ａの位置を測定していくことで求めることができる。測定した均衡位置は、記憶部１８に記憶する。なお、均衡位置の測定は、アーム８１が異なる種別のアーム８１に交換されるたびに実行することとしてもよい。これにより、未知のアームに交換された場合であっても測定し直した均衡位置を用いて対応することが可能となる。また、複数の既知のアームの均衡位置を予め登録しておき、アームを交換したときに、登録されている複数の均衡位置の中から、交換後のアームに対応する均衡位置をスイッチ等を用いて選択することとしてもよい。
【００４８】
均衡位置推定部５３は、既に測定済みのアーム部８の可動範囲内における均衡位置に基づいて、アーム部８の可動範囲外における均衡位置を推定する。これは、物体把持装置５では、アーム８１の形状や爪８３の形状に応じて、アーム部８の閉まる位置を変更することができ、アーム部８の閉まる位置を変更した場合には、アーム部８の可動範囲が変わるため、これに対応できるようにしたものである。つまり、アーム部８の可動範囲が変わっても、均衡位置の再測定を不要とするために、予めアーム部８の可動範囲外における均衡位置も算出しておくこととしたものである。
【００４９】
アーム種別判定部５４は、アーム部８の回動動作を急変動させた後のアーム軸８２ａの位置変化の特性を算出し、予め記憶部１８に記憶されている既知のアームの位置変化の特性と比較してアーム８１の種別を判定する。回動動作の急変動としては、例えば、アーム部８を急加速させることや、駆動機構７０の出力軸７５ａを急制動させることが該当する。アーム部８を急加速させると、アーム軸８２ａの加速の遅延度合に基づいて、アーム８１の重さや重心の偏りの特性を推定することができる。また、出力軸７５ａを急制動させると、アーム軸８２ａが停止するまでの位置変化に基づいて、アーム８１の重さや重心の偏りの特性を推定することができる。
【００５０】
アーム軸８２ａの位置変化の特性は、例えば、アーム部８の回動動作を急変動させた後のアーム軸８２ａの位置と出力軸７５ａの位置との間の変化の相関関係に基づいて算出することができる。図６に、その相関関係を表すグラフを例示する。図６に示すＬは種別が大サイズのアームの特性グラフであり、Ｍは種別が中サイズのアームの特性グラフであり、Ｓは種別が小サイズのアームの特性グラフである。
【００５１】
図６に示すように、特性グラフごとに、Δθａ＝０となる特徴点（極値）の個数や位置が相違する。このような相違は、アームの自重や重心の位置によって変動する慣性モーメントの相違により現れる。したがって、アーム種別判定部５４は、Δθａ＝０となる特徴点の個数や位置を比較することで、アームの種別を判定することが可能となる。
【００５２】
なお、アーム軸８２ａの位置変化の特性は、上記相関関係に基づいて算出することには限定されない。例えば、急変動中の均衡位置とのずれ具合や、急変動後のアーム軸８２ａの位置の時間変化に基づいて算出してもよい。図７に、アーム部８の回動動作を急変動させた前後の経過時間に対するアーム軸８２ａの位置変化を表すグラフを例示する。この場合も、アーム種別判定部５４は、Δθａ＝０となる特徴点の個数や位置を比較することで、アーム８１の種別を判定することができる。
【００５３】
稼働制御部５５は、アーム８１の種別に基づいて、ベース部７の稼働範囲や稼働速度、稼働方式を変更する。なお、稼働範囲、稼働速度、稼働方式のうちのいずれか一つを変更することとしてもよい。また、アーム８１の種別に基づいて、予め記憶部１８に記憶されている均衡位置を変更することとしてもよい。また、変更する際の判定基準は、アーム８１の種別に基づくことには限定されず、例えば、アーム８１の重さと重心の偏りに基づいて変更することとしてもよい。この場合には、例えば、アーム部８の回動動作を急変動させた後のアーム軸８２ａの位置変化の特性を算出し、アーム８１の重さと重心の偏りを推定する推定部を備えることとすればよい。
【００５４】
次に、物体把持装置５の動作について説明する。最初に、図８および図９を参照して、アーム部８の可動範囲を決定する際の動作について説明する。
【００５５】
最初に、駆動制御部５１は、アーム部８がリミット位置以外に位置するようにモータを駆動させる（ステップＳ１０１）。
【００５６】
続いて、駆動制御部５１は、アーム部８が閉じる方向にモータを駆動させ（ステップＳ１０２）、アーム軸位置検出部７４の検出値θａに基づいてアーム部８が停止したか否かを判定する（ステップＳ１０３）。この判定がＮＯである場合（ステップＳ１０３；ＮＯ）に、駆動制御部５１は、アーム部８が停止するまでモータを駆動させる。
【００５７】
一方、上記ステップＳ１０３の判定でアーム部８が停止したと判定された場合（ステップＳ１０３；ＹＥＳ）に、均衡位置測定部５２は、この時点のアーム軸位置検出部７４の検出値θａを、第１閉方向リミット位置として記憶部１８に記憶させる（ステップＳ１０４）。
【００５８】
続いて、駆動制御部５１は、アーム部８が開く方向にモータを駆動させ（ステップＳ１０５）、アーム軸位置検出部７４の検出値θａに基づいてアーム部８が開動作を開始したか否かを判定する（ステップＳ１０６）。この判定がＮＯである場合（ステップＳ１０６；ＮＯ）に、駆動制御部５１は、アーム部８が開動作を開始するまでモータを駆動させる。
【００５９】
一方、上記ステップＳ１０６の判定でアーム部８が開動作を開始したと判定された場合（ステップＳ１０６；ＹＥＳ）に、均衡位置測定部５２は、この時点のアーム軸位置検出部７４の検出値θａを、第２閉方向リミット位置として記憶部１８に記憶させる（ステップＳ１０７）。
【００６０】
続いて、均衡位置測定部５２は、第１閉方向リミット位置と第２閉方向リミット位置との平均値を算出し、算出した平均値を閉方向リミット位置として記憶部１８に記憶させる（ステップＳ１０８）。
【００６１】
続いて、駆動制御部５１は、アーム部８が開く方向にモータを駆動させ（ステップＳ１０９）、アーム軸位置検出部７４の検出値θａに基づいてアーム部８が停止したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。この判定がＮＯである場合（ステップＳ１１０；ＮＯ）に、駆動制御部５１は、アーム部８が停止するまでモータを駆動させる。
【００６２】
一方、上記ステップＳ１１０の判定でアーム部８が停止したと判定された場合（ステップＳ１１０；ＹＥＳ）に、均衡位置測定部５２は、この時点のアーム軸位置検出部７４の検出値θａを、第１開方向リミット位置として記憶部１８に記憶させる（ステップＳ１１１）。
【００６３】
続いて、駆動制御部５１は、アーム部８が閉じる方向にモータを駆動させ（ステップＳ１１２）、アーム軸位置検出部７４の検出値θａに基づいてアーム部８が閉動作を開始したか否かを判定する（ステップＳ１１３）。この判定がＮＯである場合（ステップＳ１１３；ＮＯ）に、駆動制御部５１は、アーム部８が閉動作を開始するまでモータを駆動させる。
【００６４】
一方、上記ステップＳ１１３の判定でアーム部８が閉動作を開始したと判定された場合（ステップＳ１１３；ＹＥＳ）に、均衡位置測定部５２は、この時点のアーム軸位置検出部７４の検出値θａを、第２開方向リミット位置として記憶部１８に記憶させる（ステップＳ１１４）。
【００６５】
続いて、均衡位置測定部５２は、第１開方向リミット位置と第２開方向リミット位置との平均値を算出し、算出した平均値を開方向リミット位置として記憶部１８に記憶させる（ステップＳ１１５）。
【００６６】
続いて、均衡位置測定部５２は、上記ステップＳ１０８で記憶させた閉方向リミット位置と、上記ステップＳ１１５で記憶させた開方向リミット位置とを用い、アーム部８の可動範囲を決定する（ステップＳ１１６）。
【００６７】
このように、アーム部８の可動範囲を求めておくことで、アーム部８を動作させるたびにアーム部８が可動範囲を超えてストッパ部材等に衝突してしまう事態を回避することが可能となる。
【００６８】
なお、この動作例では、アーム部８のリミット位置として、第１リミット位置と第２リミット位置との平均値を用いているが、第１リミット位置か第２リミット位置のいずれか一方をアーム部８のリミット位置としてもよい。
【００６９】
次に、図１０を参照して、アーム軸８２ａと出力軸７５ａとの均衡時における位置関係を測定する際の動作について説明する。
【００７０】
最初に、駆動制御部５１は、モータを駆動してアーム部８を開方向リミット位置に移動させる（ステップＳ２０１）。
【００７１】
続いて、駆動制御部５１は、アーム部８が閉じる方向にモータを駆動させる（ステップＳ２０２）。
【００７２】
続いて、均衡位置測定部５２は、同時点の駆動機構位置検出部７２の検出値θｍとアーム軸位置検出部７４の検出値θａとを組にして記憶部１８に記憶させる（ステップＳ２０３）。
【００７３】
続いて、駆動制御部５１は、アーム軸位置検出部７４の検出値θａに基づいてアーム部８が閉方向リミット位置に到達したか否かを判定する（ステップＳ２０４）。この判定がＮＯである場合（ステップＳ２０４；ＮＯ）には、上記ステップＳ２０２に処理を移行する。
【００７４】
一方、上記ステップＳ２０４の判定でアーム部８が閉方向リミット位置に到達したと判定された場合（ステップＳ２０４；ＹＥＳ）に、駆動制御部５１は、モータの駆動を停止させる（ステップＳ２０５）。
【００７５】
続いて、均衡位置測定部５２は、記憶部１８に記憶させた検出値θｍと検出値θａとの各組に基づいて、θｍとθａとの相関関係を表す関数“θｍ＝ｆ（θａ）”を算出し、この関数を記憶部１８に記憶させる（ステップＳ２０６）。
【００７６】
なお、この動作例では、モータを駆動させながら均衡時の位置関係を測定しているが、均衡時の位置関係を測定する際に各測定点でモータの駆動を停止させてもよい。各測定点でモータの駆動を停止させることで、均衡時の位置関係を測定する際の精度を向上させることができる。
【００７７】
また、この動作例では、アーム部８が閉じる方向にモータを駆動させながら均衡時の位置関係を測定しているが、アーム部８が開く方向にモータを駆動させながら均衡時の位置関係を測定してもよい。ただし、アーム部８が閉じる方向にモータを駆動させながら均衡時の位置関係を測定した方が、アーム部８が開く方向にモータを駆動させながら均衡時の位置関係を測定した場合よりも高精度に測定することができる。アーム部８が閉じる方向にモータを駆動させた方が、弾性体７３の状態が本来の均衡状態により近づくためである。
【００７８】
また、均衡時の位置関係の測定点を、特定のアーム軸の位置に対する測定点に限定し、測定点間の値を直線的に補完することで関数“θｍ＝ｆ（θａ）”を算出してもよい。これにより、測定精度が低い場合に生じ得る測定値のばらつきを抑えることができるため、制御時の安定性を向上させることができる。
【００７９】
次に、図１１を参照して、アーム部８を開閉する際の動作について説明する。
【００８０】
最初に、駆動制御部５１は、駆動機構位置検出部７２の検出値θｍが目標位置の値よりも大きな値であるか否かを判定する（ステップＳ３０１）。この判定がＹＥＳである場合（ステップＳ３０１；ＹＥＳ）に、駆動制御部５１は、アーム部８が開く方向にモータを駆動させ（ステップＳ３０２）、処理を上記ステップＳ３０１に移行する。
【００８１】
一方、上記ステップＳ３０１の判定で検出値θｍが目標位置の値よりも大きな値ではないと判定された場合（ステップＳ３０１；ＮＯ）に、駆動制御部５１は、駆動機構位置検出部７２の検出値θｍが目標位置の値よりも小さな値であるか否かを判定する（ステップＳ３０３）。この判定がＹＥＳである場合（ステップＳ３０３；ＹＥＳ）に、駆動制御部５１は、アーム部８が閉じる方向にモータを駆動させ（ステップＳ３０４）、処理を上記ステップＳ３０１に移行する。
【００８２】
一方、上記ステップＳ３０３の判定で検出値θｍが目標位置の値よりも小さな値ではないと判定された場合（ステップＳ３０３；ＮＯ）に、駆動制御部５１は、モータの駆動を停止させ（ステップＳ３０５）、処理を上記ステップＳ３０１に移行する。
【００８３】
次に、図１２を参照して、アーム８１の種別を判定する際の動作について説明する。この動作は、アーム８１を取り付けた後に行う。
【００８４】
最初に、駆動制御部５１は、モータを駆動してアーム部８を閉方向リミット位置に移動させる（ステップＳ４０１）。
【００８５】
続いて、駆動制御部５１は、アーム部８が開く方向にモータの駆動を急加速させて（ステップＳ４０２）から、モータの駆動を急停止させる（ステップＳ４０３）。
【００８６】
続いて、アーム種別判定部５４は、モータを急停止させた後の駆動機構位置検出部７２の検出値θｍとアーム軸位置検出部７４の検出値θａとの変化の相関関係に基づいて、特徴点を算出する（ステップＳ４０４）。
【００８７】
続いて、アーム種別判定部５４は、上記ステップＳ４０４で算出した特徴点の特性と、予め記憶部１８に記憶されている既知のアームの特徴点の特性とを比較して、アーム８１の種別を判定する（ステップＳ４０５）。
【００８８】
このように、アーム８１の種別を、上記特徴点の特性に基づいて判定することで、アーム８１の種別を認識させるためのスイッチやセンサを不要にすることが可能となる。
【００８９】
以上のように、本実施形態における景品取得ゲーム装置１００の物体把持装置５によれば、弾性体７３が駆動機構７０とアーム部８とを連結するため、駆動機構７０のモータから付与される力によって変形する弾性体７３がアーム部８に力を与えることでアーム部８に開閉動作を行わせることができる。具体的には、アーム８１の自重を加味して測定された均衡位置を基準にしてアーム部８の動作を制御することで、アーム８１の自重による把持力を打ち消した状態でアーム部８を開閉させることが可能となる。また、均衡位置に所望の把持力値ｐを加えて制御することができるため、アームの自重による把持力よりも弱い把持力から、強い把持力まで、様々な強さの把持力を自在に発生させることが可能となる。
【００９０】
これにより、アーム軸８２ａの位置および出力軸７５ａの位置に基づいてモータの駆動を制御することができるため、位置制御を行うことでアーム部８に開閉動作を行わせることができる。それゆえに、トルク制御に必要なモータよりも安価な、例えばステッピングモータやＤＣモータを使用することが可能となる。また、トルク制御に用いることができない、例えば超音波モータ等の電動機を使用することも可能となる。
【００９１】
また、モータ７７の軸の慣性モーメントがアーム軸８２ａに与える影響を低減することができるため、慣性モーメントの大きいモータを使用することも可能となる。さらに、モータ駆動時に発生する微振動を弾性体７３である程度吸収することができるため、精度の低いモータを使用した場合であっても、アーム部８側への影響を抑制することが可能となる。
【００９２】
なお、上述した実施形態では、２本のアーム部８を備えているが、アーム部の本数はこれに限定されず、１本や３本以上のアーム部を備えることとしてもよい。
【符号の説明】
【００９３】
１…基台、２…収容部、５…物体把持装置、６…支持部、７…ベース部、８…アーム部、１８…記憶部、５０…制御部、５１…駆動制御部、５２…均衡位置測定部、５３…均衡位置推定部、５４…アーム種別判定部、５５…稼働制御部、７０…駆動機構、７１…ギアボックス、７２…駆動機構位置検出部、７３…弾性体、７４…アーム軸位置検出部、７５…ギア、７５ａ…出力軸、７７…モータ、８１…アーム、８２…基端部、８２ａ…アーム軸、８２ｂ…弾性体固定部、８３…爪、１００…景品取得ゲーム装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動式のベース部に取り付け可能であり、物体を把持するためのアームを含む、１つまたは複数のアーム部と、
前記１つまたは複数のアーム部に対応する１つまたは複数の駆動機構と、
前記アーム部と前記駆動機構とを連結する弾性体と、
前記アーム部が回動する際のアーム軸の位置を検出するアーム軸位置検出部と、
前記駆動機構の位置を検出する駆動機構位置検出部と、
前記アーム軸の位置および前記駆動機構の位置に基づいて、前記駆動機構の駆動を制御する駆動制御部と、
を備えることを特徴とする物体把持装置。
【請求項２】
前記駆動制御部は、予め測定した前記アーム軸の位置に対して均衡する前記駆動機構の出力軸の位置である均衡位置を用いて前記駆動機構の駆動を制御し、前記弾性体は、前記駆動機構の駆動に応じて変形し、前記アーム部は、前記弾性体の変形により付加される力で把持力を発生させることを特徴とする請求項１記載の物体把持装置。
【請求項３】
前記駆動制御部は、前記駆動機構の出力軸の目標位置として、前記均衡位置に予め設定した値を加えた位置を設定し、前記駆動機構の駆動を制御することを特徴とする請求項２記載の物体把持装置。
【請求項４】
前記予め設定した値は、前記アーム軸の複数の位置ごとに設定することを特徴とする請求項３記載の物体把持装置。
【請求項５】
前記均衡位置を測定する均衡位置測定部を、さらに備え、
前記均衡位置測定部は、前記アーム部の回動が停止する位置を用いて前記アーム部の可動範囲を決定し、前記アーム部の可動範囲内における前記均衡位置を測定することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の物体把持装置。
【請求項６】
前記均衡位置測定部は、前記アームが異なる種別に交換されるたびに前記均衡位置を測定することを特徴とする請求項５記載の物体把持装置。
【請求項７】
前記アーム部の可動範囲内における前記均衡位置に基づいて、前記アーム部の可動範囲外における前記均衡位置を推定する均衡位置推定部を、さらに備えることを特徴とする請求項５または６記載の物体把持装置。
【請求項８】
前記アーム部の回動動作を急変動させた後の前記アーム軸の位置変化の特性を算出し、予め記憶した既知の前記アームの前記位置変化の特性と比較して前記アームの種別を判定するアーム種別判定部を、さらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の物体把持装置。
【請求項９】
前記アームの種別に基づいて、少なくとも前記ベース部の稼働範囲、稼働速度または稼働方式のいずれか一つを変更する稼働制御部を、さらに備えることを特徴とする請求項８記載の物体把持装置。
【請求項１０】
前記アーム部の回動動作を急変動させた後の前記アーム軸の位置変化の特性を算出し、前記アームの重さと重心の偏りを推定する推定部を、さらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の物体把持装置。
【請求項１１】
前記アームの重さと重心の偏りに基づいて、少なくとも前記ベース部の稼働範囲、稼働速度または稼働方式のいずれか一つを変更する稼働制御部を、さらに備えることを特徴とする請求項１０記載の物体把持装置。
【請求項１２】
前記駆動機構は少なくとも電動機を含み、前記駆動制御部は前記電動機の駆動を制御することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の物体把持装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載の物体把持装置を有する景品取得ゲーム装置。
【請求項１】
可動式のベース部に取り付け可能であり、物体を把持するためのアームを含む、１つまたは複数のアーム部と、
前記１つまたは複数のアーム部に対応する１つまたは複数の駆動機構と、
前記アーム部と前記駆動機構とを連結する弾性体と、
前記アーム部が回動する際のアーム軸の位置を検出するアーム軸位置検出部と、
前記駆動機構の位置を検出する駆動機構位置検出部と、
前記アーム軸の位置および前記駆動機構の位置に基づいて、前記駆動機構の駆動を制御する駆動制御部と、
を備えることを特徴とする物体把持装置。
【請求項２】
前記駆動制御部は、予め測定した前記アーム軸の位置に対して均衡する前記駆動機構の出力軸の位置である均衡位置を用いて前記駆動機構の駆動を制御し、前記弾性体は、前記駆動機構の駆動に応じて変形し、前記アーム部は、前記弾性体の変形により付加される力で把持力を発生させることを特徴とする請求項１記載の物体把持装置。
【請求項３】
前記駆動制御部は、前記駆動機構の出力軸の目標位置として、前記均衡位置に予め設定した値を加えた位置を設定し、前記駆動機構の駆動を制御することを特徴とする請求項２記載の物体把持装置。
【請求項４】
前記予め設定した値は、前記アーム軸の複数の位置ごとに設定することを特徴とする請求項３記載の物体把持装置。
【請求項５】
前記均衡位置を測定する均衡位置測定部を、さらに備え、
前記均衡位置測定部は、前記アーム部の回動が停止する位置を用いて前記アーム部の可動範囲を決定し、前記アーム部の可動範囲内における前記均衡位置を測定することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の物体把持装置。
【請求項６】
前記均衡位置測定部は、前記アームが異なる種別に交換されるたびに前記均衡位置を測定することを特徴とする請求項５記載の物体把持装置。
【請求項７】
前記アーム部の可動範囲内における前記均衡位置に基づいて、前記アーム部の可動範囲外における前記均衡位置を推定する均衡位置推定部を、さらに備えることを特徴とする請求項５または６記載の物体把持装置。
【請求項８】
前記アーム部の回動動作を急変動させた後の前記アーム軸の位置変化の特性を算出し、予め記憶した既知の前記アームの前記位置変化の特性と比較して前記アームの種別を判定するアーム種別判定部を、さらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の物体把持装置。
【請求項９】
前記アームの種別に基づいて、少なくとも前記ベース部の稼働範囲、稼働速度または稼働方式のいずれか一つを変更する稼働制御部を、さらに備えることを特徴とする請求項８記載の物体把持装置。
【請求項１０】
前記アーム部の回動動作を急変動させた後の前記アーム軸の位置変化の特性を算出し、前記アームの重さと重心の偏りを推定する推定部を、さらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の物体把持装置。
【請求項１１】
前記アームの重さと重心の偏りに基づいて、少なくとも前記ベース部の稼働範囲、稼働速度または稼働方式のいずれか一つを変更する稼働制御部を、さらに備えることを特徴とする請求項１０記載の物体把持装置。
【請求項１２】
前記駆動機構は少なくとも電動機を含み、前記駆動制御部は前記電動機の駆動を制御することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の物体把持装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載の物体把持装置を有する景品取得ゲーム装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−４５２０４（Ｐ２０１２−４５２０４Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９０８７１（Ｐ２０１０−１９０８７１）
【出願日】平成２２年８月２７日（２０１０．８．２７）
【出願人】（０００１３２４７１）株式会社セガ (811)
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２７日（２０１０．８．２７）
【出願人】（０００１３２４７１）株式会社セガ (811)
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