特開 2022-102078 ロボット装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022102078

(43)【公開日】2022-07-07

(54)【発明の名称】ロボット装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/00 20060101AFI20220630BHJP

【ＦＩ】

B25J19/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020216601

(22)【出願日】2020-12-25

(71)【出願人】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】特許業務法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】丸山 数人

(72)【発明者】

【氏名】市川 真也

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707BS10

3C707CS08

3C707CS10

3C707HS21

3C707HS27

3C707WA16

(57)【要約】

【課題】それぞれ液体の供給を受けて作動する複数の人工筋肉を有するロボットアームと、当該ロボットアームを支持する移動体とを含むロボット装置において、ロボットアームの状態に拘わらず、転倒を良好に防止する。
【解決手段】本開示のロボット装置は、それぞれ液体の供給を受けて作動すると共に関節を介して連結された対応する２つのリンクを相対的に回動させる複数の人工筋肉を含むロボットアームと、ロボットアームを支持する移動体と、液体アクチュエータを含むと共に、ロボットアームの手先に最も近い移動体の接地部の周りのモーメントによるロボット装置の転倒を当該液体アクチュエータが発生する力によって規制する転倒防止機構と、複数の人工筋肉に液体を供給すると共に、当該複数の人工筋肉のうちの何れかに供給される液体を転倒防止機構の液体アクチュエータに供給する液体供給装置とを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の関節と、複数のリンクと、それぞれ液体の供給を受けて作動すると共に前記関節を介して連結された対応する２つの前記リンクを相対的に回動させる複数の人工筋肉とを含むロボットアームと、前記ロボットアームを支持する移動体とを含むロボット装置であって、
液体アクチュエータを含むと共に、前記ロボットアームの手先に最も近い前記移動体の接地部の周りのモーメントによる前記ロボット装置の転倒を前記液体アクチュエータが発生する力によって規制する転倒防止機構と、
前記複数の人工筋肉に前記液体を供給すると共に、前記複数の人工筋肉のうちの何れかに供給される前記液体を前記転倒防止機構の前記液体アクチュエータに供給する液体供給装置と、
を備えるロボット装置。

【請求項2】

請求項１に記載のロボット装置において、
前記転倒防止機構は、前記移動体の設置面に接触可能な支持部と、前記液体アクチュエータからの力を増幅すると共に増幅した力により前記支持部を前記設置面に押し付ける倍力機構とを含むロボット装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載のロボット装置において、
前記液体供給装置は、前記複数の関節のうちの最基端側の前記関節に対応した前記人工筋肉に供給される前記液体を前記転倒防止機構の前記液体アクチュエータに供給するロボット装置。

【請求項4】

請求項１から３の何れか一項に記載のロボット装置において、
前記２つの前記リンクは、互いに拮抗するように配置された一対の前記人工筋肉により相対的に回動させられ、
前記液体供給装置は、何れかの前記関節に対応した一対の前記人工筋肉のうち、より大きい力を発生する一方に供給される前記液体を前記転倒防止機構の前記液体アクチュエータに供給するロボット装置。

【請求項5】

請求項１から４の何れか一項に記載のロボット装置において、
前記ロボットアームの基端部の中心の周りに等間隔に配列された複数の前記転倒防止機構を含むロボット装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、それぞれ液体の供給を受けて作動する複数の人工筋肉を有するロボットアームと、当該ロボットアームを支持する移動体とを含むロボット装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、荷物を搬送したり、人間による作業を補助したりするためのロボットアームと、当該ロボットアームを支持する移動台車とを含み、少なくとも１方向に移動可能なロボット装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このロボット装置は、それぞれ当該１方向についての移動台車の水平面に対する傾きおよび傾きの方向を検出する複数の傾斜角センサと、それぞれ路面側に張り出してロボット装置を支持可能な複数の支持部材と、それぞれ対応する支持部材を駆動する複数の直動アクチュエータと、傾斜角センサにより検出された傾き角を基準値と比較して直動アクチュエータの動作を決定する判定装置とを含む。これにより、ロボット装置の傾斜を検知して直動アクチュエータによって支持部材を延ばすことで当該ロボット装置の転倒を抑制することが可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６－０５３７３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記従来のロボット装置の姿勢すなわち移動台車の傾斜状態は、ロボットアームの状態に応じて変化することから、複数の傾斜角センサにより検出された傾き角に基づいて複数の直動アクチュエータを適正に制御するのは容易ではない。このため、上記ロボット装置では、ロボットアームの作動中に当該ロボット装置の転倒を良好に抑制し得なくなるおそれがある。

【0005】

そこで、本開示は、それぞれ液体の供給を受けて作動する複数の人工筋肉を有するロボットアームと、当該ロボットアームを支持する移動体とを含むロボット装置において、ロボットアームの状態に拘わらず、転倒を良好に防止することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示のロボット装置は、複数の関節と、複数のリンクと、それぞれ液体の供給を受けて作動すると共に前記関節を介して連結された対応する２つの前記リンクを相対的に回動させる複数の人工筋肉とを含むロボットアームと、前記ロボットアームを支持する移動体とを含むロボット装置であって、液体アクチュエータを含むと共に、前記ロボットアームの手先に最も近い前記移動体の接地部の周りのモーメントによる前記ロボット装置の転倒を前記液体アクチュエータが発生する力によって規制する転倒防止機構と、前記複数の人工筋肉に前記液体を供給すると共に、前記複数の人工筋肉のうちの何れかに供給される前記液体を前記転倒防止機構の前記液体アクチュエータに供給する液体供給装置とを含むものである。

【0007】

本開示のロボット装置は、複数の関節と、複数のリンクと、それぞれ液体の供給を受けて作動すると共に関節を介して連結された対応する２つのリンクを相対的に回動させる複数の人工筋肉とを含むロボットアームと、当該ロボットアームを支持する移動体と、転倒防止機構と、液体供給装置とを含む。転倒防止機構は、液体アクチュエータを含むと共に、ロボットアームの手先に最も近い移動体の接地部の周りのモーメントによるロボット装置の転倒を液体アクチュエータが発生する力によって規制する。そして、液体供給装置は、複数の人工筋肉に液体を供給すると共に、当該複数の人工筋肉のうちの何れかに供給される液体を転倒防止機構の液体アクチュエータに供給する。すなわち、ロボットアームの複数の人工筋肉には、当該ロボットアームに要求される姿勢に応じた圧力または流量の液体が供給される。従って、複数の人工筋肉のうちの何れかに供給される液体を転倒防止機構の液体アクチュエータに供給すれば、当該液体アクチュエータにロボットアームの姿勢に応じた力を出力させることが可能となる。これにより、移動体の傾斜状態等を検知しなくても転倒防止機構を適正に作動させることができるので、ロボットアームの状態に拘わらずロボット装置の転倒を良好に防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示のロボット装置を示す概略構成図である。

【図2】本開示のロボット装置を示す拡大図である。

【図3】本開示のロボット装置を示す平面図である。

【図4】本開示のロボット装置の液体供給装置を示す概略構成図である。

【図5】本開示のロボット装置において実行される転倒防止制御ルーチンを例示するフローチャートである。

【図6】本開示のロボット装置を示す模式図である。

【図7】本開示のロボット装置に適用可能な他の液体供給装置を示す概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

次に、図面を参照しながら、本開示の発明を実施するための形態について説明する。

【0010】

図１は、本開示のロボット装置１を示す概略構成図であり、図２は、ロボット装置１を示す拡大図である。これらの図面に示すロボット装置１は、ロボットアーム２と、液体供給装置１０と、搬送台車（移動体）２０とを含む。ロボットアーム２は、複数（本実施形態では、３つ）の関節（ピン結合部）Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３と、複数（本実施形態では、３つ）のアーム（リンク）３と、関節Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３ごとに例えば偶数個（本実施形態では、２つ）ずつ設けられる人工筋肉としての複数の液圧アクチュエータＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６と、先端側のアーム３に取り付けられる把持部（手先）としてのハンド部（ロボットハンド）４とを含む多関節アームである。

【0011】

ロボットアーム２のハンド部４は、対象となる物体（以下、「把持対象」という。）を把持するようにロボット装置１の制御装置１００（図４参照）により制御される。また、液体供給装置１０は、当該制御装置１００により制御されて各液圧アクチュエータＭ１－Ｍ６に液体としての作動油（作動流体）を給排する。これにより、ロボットアーム２を油圧（液圧）により駆動してハンド部４を所望の位置に移動させることができる。

【0012】

ロボットアーム２の各液圧アクチュエータＭ１－Ｍ６は、図２に示すように、作動油の圧力によって膨張および収縮するチューブＴと、当該チューブＴを覆う編組スリーブＳとを含む、いわゆるマッキベン型の人工筋肉である。チューブＴは、高い耐油性をもった例えばゴム材等の弾性材により円筒状に形成されており、当該チューブＴの両端部は、封止部材Ｃにより封止されている。チューブＴの基端側（液体供給装置１０側、図２中下端側）の封止部材Ｃには、作動油の出入口ＩＯが形成されている。編組スリーブＳは、所定方向に配向された複数のコードを互いに交差するように編み込むことにより円筒状に形成されており、軸方向および径方向に収縮可能である。編組スリーブＳを形成するコードとしては、繊維コード、高強度繊維、極細のフィラメントによって構成される金属製コード等を採用することができる。このような液圧アクチュエータＭ１－Ｍ６のチューブＴ内に上記出入口ＩＯから作動油を供給して当該チューブＴ内の作動油の圧力を高めることで、チューブＴは、編組スリーブＳの作用により径方向に膨張すると共に軸方向に収縮し、内部の作動油の圧力に応じた収縮力を発生する。

【0013】

図１および図２に示すように、複数のアーム３のうち、最基端側（最も液体供給装置１０側）のアーム３は、関節Ｊ１を介してリンクとしての支持部材５により回動自在に支持される。また、２つのアーム３同士が、関節Ｊ２またはＪ３を介して互いに回動自在に連結される。更に、液体供給装置１０側の２つのアーム３の先端部（手先側の端部）には、連結部材６が固定されている。図示するように、支持部材５は、最基端側の関節Ｊ１に対応した液圧アクチュエータＭ１の基端側の封止部材Ｃを第１の連結軸を介して回動自在に支持すると共に、当該関節Ｊ１に対応した液圧アクチュエータＭ２の基端側の封止部材Ｃを第２の連結軸を介して回動自在に支持する。

【0014】

また、各連結部材６は、基端側に位置する関節Ｊ１またはＪ２に対応した液圧アクチュエータＭ１またはＭ３の先端側（手先側）の封止部材Ｃを第１の連結軸を介して回動自在に支持すると共に、関節Ｊ１またはＪ２に対応した液圧アクチュエータＭ２またはＭ４の先端側（手先側）の封止部材Ｃを第２の連結軸を介して回動自在に支持する。更に、各連結部材６は、先端側に位置する関節Ｊ２またはＪ３に対応した液圧アクチュエータＭ３またはＭ５の基端側の封止部材Ｃを第１の連結軸を介して回動自在に支持すると共に、関節Ｊ２またはＪ３に対応した液圧アクチュエータＭ４またはＭ６の基端側の封止部材Ｃを第２の連結軸を介して回動自在に支持する。

【0015】

これにより、関節Ｊ１－Ｊ３の関節軸から手先側（ハンド部４側）に延びる各アーム３の両側には、液圧アクチュエータＭ１－Ｍ６のうちの対応する２つが当該アーム３と平行に配列される。そして、各アーム３の一側に配置される液圧アクチュエータＭ１，Ｍ３，Ｍ５は、１つの関節Ｊ１，Ｊ２またはＪ３に対応した第１の人工筋肉（一方の拮抗筋）を構成し、各アーム３の他側に配置される２つの液圧アクチュエータＭ２，Ｍ４，Ｍ６は、当該第１の人工筋肉と対をなす１つの関節Ｊ１，Ｊ２またはＪ３に対応した第２の人工筋肉を構成する。

【0016】

ただし、第１および第２の人工筋肉は、それぞれ２つ以上の液圧アクチュエータにより構成されてもよく、第１の人工筋肉を構成する液圧アクチュエータの数と、第２の人工筋肉を構成する液圧アクチュエータの数とが異なっていてもよい。更に、本実施形態において、１つの関節Ｊ１，Ｊ２またはＪ３に対して設けられる複数（２つ）の液圧アクチュエータＭ１，Ｍ２等は、互いに同一の諸元を有するが、第１の人工筋肉を構成する液圧アクチュエータの諸元と、第２の人工筋肉を構成する液圧アクチュエータの諸元とが異なっていてもよい。

【0017】

また、本実施形態において、各アーム３は、中空に形成されており、各アーム３の内部には、液体供給管としての複数のホースＨ（図２における破線参照）が配置される。各ホースＨは、対応する液圧アクチュエータＭの基端側の封止部材Ｃに形成された出入口ＩＯに接続され、各液圧アクチュエータＭのチューブＴ内には、ホースＨを介して液体供給装置１０からの作動油（油圧）が供給される。

【0018】

従って、制御装置１００により液体供給装置１０を制御することで、第１の人工筋肉を構成する液圧アクチュエータＭ１等のチューブＴ内の油圧と、第１の人工筋肉と対をなす第２の人工筋肉を構成する液圧アクチュエータＭ２等のチューブＴ内の油圧とを互いに異ならせることができる。これにより、互いに拮抗するように配置された２つの液圧アクチュエータＭ１，Ｍ２等すなわち対をなす（１組の）第１および第２の人工筋肉から連結部材６を介して各アーム３に力（回転トルク）を伝達し、支持部材５または基端側のアーム３に対して各アーム３を回動させて関節Ｊ１－Ｊ３の関節角度を変化させることが可能となる。

【0019】

本実施形態において、第１の人工筋肉を構成する液圧アクチュエータＭ１等と、第１の人工筋肉と対をなす第２の人工筋肉を構成する液圧アクチュエータＭ２等とは、チューブＴが所定量（例えば、自然長の１０％程度）だけ軸方向に収縮した状態を初期状態として液体供給装置１０からの油圧により拮抗駆動される。また、本実施形態では、ロボット装置１（ロボットアーム２）の作動中、最基端側の関節Ｊ１に対応した液圧アクチュエータＭ１，Ｍ２のうち、液圧アクチュエータＭ１は、アーム３に関してハンド部４の反対側に常時位置し、当該液圧アクチュエータＭ１には、ハンド部４側に常時位置する液圧アクチュエータＭ２に供給される油圧よりも高い油圧が常時供給される。

【0020】

ロボット装置１の液体供給装置１０は、図１に示すように、作動油貯留部（液体貯留部）を画成するタンク１１と、当該タンク１１を上下方向に延びる回転軸（図１における一点鎖線参照）の周りに回転自在に支持するベース部１２とを含む。タンク１１は、例えば上端および下端が閉鎖された筒体であり、内部に作動油を貯留可能なものである。本実施形態において、ロボットアーム２の支持部材５は、タンク１１の回転軸と同軸に延在するように、タンク１１の上壁部１１ｕに図示しないボルト等を介して固定される（図２参照）。すなわち、ロボットアーム２は、液体供給装置１０のタンク１１（上壁部１１ｕ）により支持される。

【0021】

また、ベース部１２は、タンク１１を上記回転軸の周りに所定角度（例えば３６０°）だけ回転させる図示しない回転駆動ユニットを支持している。これにより、回転駆動ユニットを作動させることで、ロボットアーム２を当該回転軸の周りにタンク１１と一体に回転させることが可能となる。回転駆動ユニットは、液体供給装置１０から供給される油圧により駆動される揺動モータであってもよく、電動モータ等を含むものであってもよい。そして、ベース部１２は、ロボットアーム２およびタンク１１の下方に位置するように搬送台車２０に搭載（固定）される。

【0022】

搬送台車２０は、いわゆる無人搬送車（ＡＧＶ）であって、ロボットアーム２および液体供給装置１０を支持する本体２１と、図示しない走行駆動源により駆動される駆動輪および従動輪を含む複数の車輪Ｗとを含み、指定された目的位置まで自走可能なものである。本実施形態において、搬送台車２０の本体２１は、図３に示すように、略正方形状（略長方形状）の平面形状を有し、複数の車輪Ｗは、例えば、搬送台車２０を側面視した際に本体２１の各側面の中央部付近に１つずつ位置するように配置される。

【0023】

更に、本体２１は、タンク１１の回転軸が当該本体２１の中心を通るように液体供給装置１０のベース部１２を支持すると共に、図３に示すように、複数（本実施形態では、４つ）の転倒防止機構３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを支持している。各転倒防止機構３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、それぞれ液体供給装置１０から液体の供給を受けて作動する液圧アクチュエータ（液体アクチュエータ）Ｍａ，Ｍｂ，ＭｃまたはＭｄを含み、当該液圧アクチュエータＭａ，Ｍｂ，ＭｃまたはＭｄが発生する収縮力によってロボット装置１の転倒を防止するものである。更に、各転倒防止機構３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、第１および第２リンク３１，３２と、搬送台車２０（ロボット装置１）の設置面（各車輪Ｗの接地面）に接触可能な支持部３３とを含む。

【0024】

本実施形態において、転倒防止機構３０ａ－３０ｄは、液圧アクチュエータＭａ，Ｍｂ，ＭｃまたはＭｄがロボットアーム２の基端部となる支持部材５の中心（上記回転軸）から本体２１の対応するコーナー部に向けて延在するように、当該支持部材５の中心の周りに等間隔（本実施形態では、９０°間隔）に配列される。各液圧アクチュエータＭａ－Ｍｄは、上記液圧アクチュエータＭ１－Ｍ６と同様に、作動油の圧力によって膨張および収縮するチューブＴと、当該チューブＴを覆う編組スリーブＳとを含む、いわゆるマッキベン型の人工筋肉である。図１および図３に示すように、各液圧アクチュエータＭａ－Ｍｄの一端（図１における上端）は、本体２１により支持された液体供給装置１０のベース部１２に固定されたブラケット３４により回転自在に支持（ピン支持）される。

【0025】

また、各液圧アクチュエータＭａ－Ｍｄの他端（図１における下端）は、第１リンク３１の一端を回動自在に支持（ピン支持）し、第１リンク３１の他端は、第２リンク３２の一端（図１における上端）を回動自在に支持（ピン支持）する。更に、第２リンク３２の他端には、支持部３３が回動自在に連結されている。本実施形態において、転倒防止機構３０ａ－３０ｄの第１リンク３１は、支持部材５の中心から搬送台車２０の本体２１の対応するコーナー部に向かう方向と直交する方向に延びる支軸を介して当該本体２１に固定されたブラケット３５により回動自在に支持される。

【0026】

また、第１リンク３１の支点（ブラケット３５の支軸）から当該第１リンク３１と液圧アクチュエータＭａ，Ｍｂ，ＭｃまたはＭｄとの連結部（連結軸）までの長さは、第１リンク３１の支点から当該第１リンク３１と第２リンク３２との連結部（連結軸）までの長さよりも長く定められている。これにより、転倒防止機構３０ａ－３０ｄは、倍力機構としてのてこ機構（第１リンク３１およびブラケット３５）を含むリンク機構を構成する。更に、各転倒防止機構３０ａ－３０ｄにおいて、第１リンク３１の一端すなわち当該第１リンク３１と液圧アクチュエータＭａ，Ｍｂ，ＭｃまたはＭｄとの連結部付近には、スプリング３６の一端が回動自在に連結されている。また、スプリング３６の他端は、搬送台車２０の本体２１（上面）に回動自在に連結されている。

【0027】

各転倒防止機構３０ａ－３０ｄのスプリング３６は、液圧アクチュエータＭａ，Ｍｂ，ＭｃまたはＭｄに液体が供給されていないときに、対応する第１リンク３１の上記一端を本体２１の上面側に引っ張り、それにより各液圧アクチュエータＭａ－ＭｄのチューブＴが自然状態に維持される。この際、第２リンク３２を介して第１リンク３１に連結された支持部３３は、搬送台車２０の設置面から離間した状態に維持される。これに対して、転倒防止機構３０ａ－３０ｄの液圧アクチュエータＭａ－Ｍｄに作動油（油圧）が供給されてスプリング３６の引張力に抗してチューブＴが軸方向に収縮すると、第１リンク３１は、スプリング３６の引張力に抗してブラケット３５の支軸の周りに回動する。これにより、第２リンク３２が設置面側に移動し、当該第２リンク３２に連結された支持部３３は、上記てこ機構の作用により、対応する液圧アクチュエータＭａ，Ｍｂ，ＭｃまたはＭｄが発生した収縮力よりも大きい力で当該設置面に押し付けられることになる。

【0028】

図４は、ロボット装置１の液体供給装置１０を示す概略構成図である。同図に示すように、液体供給装置１０は、図４に示すように、タンク１１およびベース部１２に加えて、液体供給源としてのポンプ１３と、タンク１１内に配置される図示しないバルブボディと、元圧生成バルブ１４と、それぞれ複数の調圧弁（調圧装置）としてのリニアソレノイドバルブ１５１、１５２，１５３，１５４，１５５，１５６と、複数（本実施形態では、４つ）の開閉弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄとを含む。ポンプ１３、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６および開閉弁１６ａ－１６ｄは、何れもロボット装置１の制御装置１００により制御される。

【0029】

ポンプ１３は、例えば電動ポンプであり、タンク１１内に貯留された作動油を吸引して吐出口から吐出する。ポンプ１３は、タンク１１内に配置されるポンプ部と、電動モータおよび減速ギヤ機構とを有すると共にタンク１１内またはタンク１１外に配置される駆動部とを含む。元圧生成バルブ１４は、図示しない信号圧生成バルブからの信号圧に応じてポンプ１３から吐出される作動油の一部をドレン（調圧）して元圧を生成し、元圧をバルブボディに形成された供給油路（液体通路）に供給する。元圧生成バルブＲＶの信号圧生成バルブとしては、例えば、制御装置１００による通電制御されるリニアソレノイドバルブが用いられる。

【0030】

リニアソレノイドバルブ１５１－１５６は、それぞれ制御装置１００により通電制御される電磁部や、スプール、当該スプールを電磁部側に付勢するスプリング等を含み、バルブボディ内に配置される。更に、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６は、バルブボディの上記供給油路に連通する入力ポートと、入力ポートと連通可能な出力ポートと、出力ポートに連通するフィードバックポートと、出力ポートと連通可能なドレンポートとを含む。本実施形態において、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６は、何れも電磁部に電流が供給される際に開弁する常閉弁であり、各電磁部は、印加される電流に応じてスプールを軸方向に移動させる。これにより、電磁部（コイル）への給電により当該電磁部からスプールに付与される推力と、スプリングの付勢力と、出力ポートからフィードバックポートに供給された油圧によりスプールに作用する電磁部側への推力とをバランスさせることで、元圧生成バルブ１４（ポンプ１３）側から入力ポートに供給されて出力ポートから流出する作動油を所望の圧力に調圧することができる。

【0031】

図４に示すように、リニアソレノイドバルブ１５１の出力ポートは、バルブボディに形成された油路Ｌ１やホースＨ等を介してロボットアーム２の最基端側の関節Ｊ１に対応した液圧アクチュエータＭ１の作動油の出入口ＩＯに接続される。更に、リニアソレノイドバルブ１５２の出力ポートは、バルブボディに形成された油路Ｌ２やホースＨ等を介してロボットアーム２の最基端側の関節Ｊ１に対応した液圧アクチュエータＭ２の作動油の出入口ＩＯに接続される。また、リニアソレノイドバルブ１５３の出力ポートは、バルブボディに形成された油路Ｌ３やホースＨ等を介してロボットアーム２の関節Ｊ２に対応した液圧アクチュエータＭ３の作動油の出入口ＩＯに接続される。更に、リニアソレノイドバルブ１５４の出力ポートは、バルブボディに形成された油路Ｌ４やホースＨ等を介してロボットアーム２の関節Ｊ２に対応した液圧アクチュエータＭ４の作動油の出入口ＩＯに接続される。

【0032】

また、リニアソレノイドバルブ１５５の出力ポートは、バルブボディに形成された油路Ｌ５やホースＨ等を介してロボットアーム２の最も手先側の関節Ｊ３に対応した液圧アクチュエータＭ５の作動油の出入口ＩＯに接続される。更に、リニアソレノイドバルブ１５６の出力ポートは、バルブボディに形成された油路Ｌ６やホースＨ等を介してロボットアーム２の最も手先側の関節Ｊ３に対応した液圧アクチュエータＭ６の作動油の出入口ＩＯに接続される。また、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６のドレンポートは、それぞれバルブボディに形成された油路を介してタンク１１内の作動油貯留部に連通する。

【0033】

開閉弁１６ａ－１６ｄは、互いに同一の構造を有する例えば常閉式電磁弁であり、電磁部への通電により開弁した際に何れも図示しない入力ポートと出力ポートとを連通させるものである。更に、開閉弁１６ａ－１６ｄは、電磁部への通電の解除により閉弁した際に、入力ポートと出力ポートとの連通を遮断すると共に、出力ポートと図示しないドレンポートとを連通させる。開閉弁１６ａ－１６ｄの入力ポートは、リニアソレノイドバルブ１５１と液圧アクチュエータＭ１とを結ぶ上記油路Ｌ１から分岐された分岐油路Ｌ１０に接続される。また、開閉弁１６ａの出力ポートは、バルブボディに形成された油路や図示しないホース等を介して転倒防止機構３０ａの液圧アクチュエータＭａの作動油の出入口に接続される。更に、開閉弁１６ｂの出力ポートは、バルブボディに形成された油路や図示しないホース等を介して転倒防止機構３０ｂの液圧アクチュエータＭｂの作動油の出入口に接続される。また、開閉弁１６ｃの出力ポートは、バルブボディに形成された油路や図示しないホース等を介して転倒防止機構３０ｃの液圧アクチュエータＭｃの作動油の出入口に接続される。更に、開閉弁１６ｄの出力ポートは、バルブボディに形成された油路や図示しないホース等を介して転倒防止機構３０ｄの液圧アクチュエータＭｄの作動油の出入口に接続される。

【0034】

ロボット装置１の制御装置１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むマイクロコンピュータや各種ロジックＩＣ等（何れも図示省略）を含む。制御装置１００は、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６の上流側で上記供給油路における作動油の圧力を検出する図示しない元圧センサ、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６等の電源の電圧を検出する図示しない電圧センサの検出値等を入力する。また、制御装置１００は、元圧センサにより検出される油圧が目標値になるように、ポンプ１３をデューティ制御すると共に元圧生成バルブ１４の信号圧生成バルブの電磁部に供給される電流を制御する。更に、制御装置１００は、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６から各液圧アクチュエータＭ１－Ｍ６に要求に応じた油圧が供給されるように当該リニアソレノイドバルブ１５１－１５６への電流指令値を設定し、当該電流指令値に基づいて各電磁部に供給される電流を制御する。また、制御装置１００は、ロボットアーム２を要求に応じて回動させるようにベース部１２の回転駆動ユニットを制御する。

【0035】

上述のように構成されるロボット装置１によれば、工場や倉庫等において搬送台車２０を作業場所まで自走させ、当該作業場所でロボットアーム２のハンド部４を把持対象まで移動させると共に、ハンド部４に把持対象を把持させて移送させることが可能となる。ただし、把持対象の移送等に際し、ハンド部４は、前後、左右、上下に移動し、ハンド部４の位置やロボットアーム２の状態（姿勢）によっては、搬送台車２０の複数の車輪Ｗが浮き上がり、ロボット装置１が転倒してしまうおそれがある。このため、ロボット装置１では、ロボットアーム２が作動可能になっている間（作動中および作動開始準備が完了しているとき）、図５に例示する転倒防止制御ルーチンが制御装置１００により所定時間おきに繰り返し実行される。

【0036】

図５のルーチンの開始に際し、制御装置１００は、走行停止フラグの値を取得する（ステップＳ１００）。走行停止フラグは、搬送台車２０が走行している際（走行開始直前および走行停止直後を含む）に値０に設定されると共に、搬送台車２０が完全に停車しており、かつロボットアーム２が作動可能になっている際に値１に設定されるものである。次いで、制御装置１００は、走行停止フラグが値１であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。制御装置１００は、走行停止フラグが値１であって搬送台車２０が完全に停車していると判定した場合（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、ロボットアーム２のベース部１２すなわち搬送台車２０に対する回動角度を取得する（ステップＳ１２０）。

【0037】

ロボットアーム２の回動角度は、図示しない角度センサにより検出される支持部材５の中心周りの角度である。ステップＳ１２０にて回動角度を取得すると、制御装置１００は、当該回動角度に基づいて、転倒防止機構３０ａ－３０ｄの中からロボットアーム２に最も近接した１つを選択する（ステップＳ１３０）。ステップＳ１３０において、制御装置１００は、ロボット装置１を平面視した際にロボットアーム２の延在方向とのなす角度が最小となる転倒防止機構３０ａ，３０ｂ，３０ｃまたは３０ｄを選択する。そして、制御装置１００は、開閉弁１６ａ－１６ｄのうち、ステップＳ１３０にて選択した転倒防止機構３０ａ，３０ｂ，３０ｃまたは３０ｄに対応した１つを開弁させると共に残余を閉弁させ（ステップＳ１４０）、図５のルーチンを一旦終了させる。一方、走行停止フラグが値０であって搬送台車２０が走行しているか、発進直前あるいは停車直後であると判定した場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、制御装置１００は、開閉弁１６ａ－１６ｄのすべてを閉弁させ（ステップＳ１５０）、図５のルーチンを一旦終了させる。

【0038】

上述のような図５のルーチンが実行される結果、ステップＳ１３０にて選択された転倒防止機構３０ａ，３０ｂ，３０ｃまたは３０ｄの液圧アクチュエータＭａ，Ｍｂ，ＭｃまたはＭｄには、リニアソレノイドバルブ１５１からロボットアーム２の最基端側の関節Ｊ１に対応した液圧アクチュエータＭ１に向けて送出される作動油の一部が分岐油路Ｌ１０を介して供給される。これにより、当該液圧アクチュエータＭａ，Ｍｂ，ＭｃまたはＭｄのチューブＴは、リニアソレノイドバルブ１５１からの油圧すなわち液圧アクチュエータＭ１に供給される油圧と同一の油圧の作用によりスプリング３６の引張力に抗して軸方向に収縮し、第１リンク３１に収縮力を付与する。

【0039】

ステップＳ１３０にて選択された転倒防止機構３０ａ，３０ｂ，３０ｃまたは３０ｄの第１リンク３１は、液圧アクチュエータＭａ，Ｍｂ，ＭｃまたはＭｄから付与される力によりスプリング３６の引張力に抗してブラケット３５の支軸の周りに回動する。更に、第１リンク３１の回動に伴い、支持部３３は、上記てこ機構の作用により液圧アクチュエータＭａ，Ｍｂ，ＭｃまたはＭｄが発生した収縮力（荷重）よりも大きい力で当該搬送台車２０（ロボット装置１）の設置面に押し付けられることになる。この結果、ステップＳ１３０にて選択された転倒防止機構３０ａ，３０ｂ，３０ｃまたは３０ｄは、ロボットアーム２の手先であるハンド部４に最も近い搬送台車２０の何れか１つの車輪Ｗ（接地部）の周りのモーメントによるロボット装置１の転倒を液圧アクチュエータＭａ，Ｍｂ，ＭｃまたはＭｄが発生する力によって規制する。

【0040】

ここで、支点としての支持部３３の周りのモーメントが次式（１）の関係を満たす場合、搬送台車２０の一部が浮き上がってロボット装置１が転倒するのを防止することができる。ただし、式（１）において、Ｆ（Ｐ）”は、関節Ｊ１に対応した液圧アクチュエータＭ１およびＭ２がロボットアーム２の姿勢を維持するために発生する収縮力（合力）である。また、“Ｌ_P1P2”は、図６に示すように、ロボットアーム２の支持部材５の中心から支持部３３までの水平距離である。更に、Ｌ_P2”は、図６に示すように、ロボットアーム２の手先であるハンド部４に最も近い搬送台車２０の接地部となる何れか１つの車輪Ｗから支持部３３までの水平距離である。また、“Ｌｇ”は、図６に示すように、ロボットアーム２の姿勢に応じて定まる関節Ｊ１（関節軸）からロボットアーム２の重心までの距離である。更に、“α”は、図６に示すように、第２リンク３２の延在方向と設置面とがなす角度である。また、“β”は、図６に示すように、関節Ｊ１（関節軸）とロボットアーム２の重心とを結ぶ線分が水平面（設置面）に対してなす角度である。更に、“Ｍ”は、ロボット装置１（全体）の質量であり、“ｍ”は、ロボットアーム２（全体）の質量であり、Ｇ”は、重力加速度である。

【0041】

L_P2×(F(P)×sinα)＋L_P1P2×M×G≧(Lg×cosβ－L_P2)×m×G…（１）

【0042】

また、ロボットアーム２の最基端側の関節Ｊ１に要求されるトルクＴ_J1は、次式（２）のように表すことができる。ただし、式（２）において、“Ｙ”は、第１リンク３１の支点（ブラケット３５の支軸）から当該第１リンク３１と液圧アクチュエータＭａ，Ｍｂ，ＭｃまたはＭｄとの連結部（連結軸）までの長さである。また、“ｆ（Ｐ）”は、転倒防止機構３０ａ，３０ｂ，３０ｃまたは３０ｄの液圧アクチュエータＭａ，Ｍｂ，ＭｃまたはＭｄが発生する収縮力（荷重）である。更に、“Ｌｇ”は、ロボットアーム２の姿勢に応じて定まる関節Ｊ１（関節軸）からロボットアーム２の重心までの距離であり、“ｍ”は、ロボットアーム２（全体）の質量であり、Ｇ”は、重力加速度である。

【0043】

T_J1＝Lg×m×G＝Y×f(P) …（２）

【0044】

式（１）の左辺のパラメータのうち、収縮力Ｆ（Ｐ）以外のパラメータはすべて固定値になることから、式（１）の関係を満たすためには、液圧アクチュエータＭ１およびＭ２が発生する収縮力Ｆ（Ｐ）すなわち液圧アクチュエータＭ１およびＭ２への油圧がある程度確保されればよい。また、式（２）からわかるように、関節Ｊ１に要求されるトルクＴ_J1は、転倒防止機構３０ａ，３０ｂ，３０ｃまたは３０ｄの液圧アクチュエータＭａ，Ｍｂ，ＭｃまたはＭｄが発生する収縮力ｆ（Ｐ）すなわち液圧アクチュエータＭａ，Ｍｂ，ＭｃまたはＭｄへの油圧に関連付けられる。

【0045】

これらを踏まえて、ロボット装置１では、ロボットアーム２が作動可能になっている間、複数の液圧アクチュエータＭ１－Ｍ６のうち、最基端側の関節Ｊ１に対応した液圧アクチュエータＭ１に供給される作動油が転倒防止機構３０ａ，３０ｂ，３０ｃまたは３０ｄの液圧アクチュエータＭａ，Ｍｂ，ＭｃまたはＭｄに供給される。すなわち、液圧アクチュエータＭ１は、ロボットアーム２の最基端側の関節Ｊ１に対応すると共にアーム３に関してハンド部４の反対側に常時位置する。そして、当該液圧アクチュエータＭ１のチューブＴには、ロボットアーム２が作動可能になっている間、当該ロボットアーム２の全体を支えて要求される姿勢を維持するために他の液圧アクチュエータＭ２－Ｍ６に供給される油圧よりも高い油圧が常時供給される。

【0046】

従って、転倒防止機構３０ａ，３０ｂ，３０ｃまたは３０ｄの液圧アクチュエータＭａ，Ｍｂ，ＭｃまたはＭｄに最基端側の関節Ｊ１に対応した液圧アクチュエータＭ１への油圧（作動油）を供給することで、当該液圧アクチュエータＭａ，Ｍｂ，ＭｃまたはＭｄにロボットアーム２の姿勢に応じた大きな収縮力を発生させることが可能となる。これにより、搬送台車２０の傾斜状態等を検知しなくても転倒防止機構３０ａ，３０ｂ，３０ｃまたは３０ｄを適正に作動させることができるので、ロボットアーム２の状態に拘わらずロボット装置１の転倒を良好に防止することが可能となる。ただし、上記式（１）に示すような関係を満たし、ロボット装置１の転倒が良好に防止されるのであれば、液圧アクチュエータＭ２－Ｍ６の何れかへの作動油が転倒防止機構３０ａ，３０ｂ，３０ｃまたは３０ｄの液圧アクチュエータＭａ，Ｍｂ，ＭｃまたはＭｄに供給されてもよい。

【0047】

また、ロボット装置１において、転倒防止機構３０ａ－３０ｄは、搬送台車２０（ロボット装置１）の設置面に接触可能な支持部３３と、倍力機構（第１リンク３１およびブラケット３５）とを含むと共に、液圧アクチュエータＭａ，Ｍｂ，ＭｃまたはＭｄからの力を増幅した力により支持部３３を当該設置面に押し付けるリンク機構を構成する。これにより、液体供給装置１０から供給される油圧に応じて液圧アクチュエータＭａ，Ｍｂ，ＭｃまたはＭｄが出力する収縮力が比較的小さい場合であっても、転倒防止機構３０ａ，３０ｂ，３０ｃまたは３０ｄによりロボット装置１の転倒を良好に防止することが可能となる。ただし、転倒防止機構３０ａ－３０ｄに含まれる倍力機構は、てこ機構に限られるものではなく、例えばギヤ機構等の他の倍力機構であってもよい。

【0048】

更に、ロボット装置１において、ロボットアーム２は、搬送台車２０に対して予め定められた回転軸の周りに回動自在であり、ベース部１２の回転駆動ユニットにより回動させられる。また、ロボット装置１では、複数の転倒防止機構３０ａ－３０ｄがロボットアーム２の基端部である支持部材５の中心の周りに等間隔に配列されている。更に、液体供給装置１０は、ロボットアーム２の搬送台車２０に対する回動角度に応じて選択される転倒防止機構３０ａ，３０ｂ，３０ｃまたは３０ｄの液圧アクチュエータＭａ，Ｍｂ，ＭｃまたはＭｄに作動油を供給するように制御装置１００により制御される（図５のステップＳ１２０－Ｓ１４０）。これにより、ロボットアーム２の可動範囲が大きく定められた場合であっても、ロボット装置１の転倒を良好に防止することが可能となる。

【0049】

なお、ロボットアーム２の構造等によっては、最基端側の関節Ｊ１に対応した液圧アクチュエータＭ１，Ｍ２に供給される油圧の大小関係が変動することもある。このような場合には、ロボット装置１に対して、図７に示すようなシャトル弁１７を含む液体供給装置１０Ｂが適用されてもよい。液体供給装置１０Ｂのシャトル弁１７は、液圧アクチュエータＭ１に対応した油路Ｌ１から分岐された分岐油路Ｌ１１に接続される第１入力ポートと、液圧アクチュエータＭ２に対応した油路Ｌ２から分岐された分岐油路Ｌ１２に接続される第２入力ポートと、開閉弁１６ａ－１６ｄの入力ポートに連通する油路Ｌ０に接続される出力ポートとを含む。そして、シャトル弁１７は、２つの入力圧すなわち液圧アクチュエータＭ１への油圧と液圧アクチュエータＭ２への油圧とのうちの高い方を油路Ｌ０に出力する。これにより、液圧アクチュエータＭ１，Ｍ２に供給される油圧の大小関係が変動しても、転倒防止機構３０ａ，３０ｂ，３０ｃまたは３０ｄの液圧アクチュエータＭａ，Ｍｂ，ＭｃまたはＭｄに液圧アクチュエータＭ１，Ｍ２に供給される油圧のうちの高い方を供給することが可能となる。

【0050】

また、上記液体供給装置１０は、互いに拮抗するように配置されて最基端側の関節Ｊ１に対応した２つのアーム３を相対的に回動させる一対の人工筋肉である液圧アクチュエータＭ１，Ｍ２のうち、より大きい力を発生する液圧アクチュエータＭ１に供給される作動油を転倒防止機構３０ａ，３０ｂ，３０ｃまたは３０ｄの液圧アクチュエータＭａ，Ｍｂ，ＭｃまたはＭｄに供給するが、これに限られるものではない。すなわち、上記式（１）に示すような関係を満たし、ロボット装置１の転倒が良好に防止されるのであれば、一対の人工筋肉である液圧アクチュエータＭ１，Ｍ２等のうち、より小さい力を発生する一方への作動油が転倒防止機構３０ａ，３０ｂ，３０ｃまたは３０ｄの液圧アクチュエータＭａ，Ｍｂ，ＭｃまたはＭｄに供給されてもよい。

【0051】

更に、ロボットアーム２のサイズ（重量）や可動範囲が大きい場合には、ロボット装置１に対して５つ以上の転倒防止機構が設けられてもよく、ロボットアーム２の可動範囲等が小さい場合には、ロボット装置１に対して３つ以下（少なくとも１つ）の転倒防止機構が設けられてもよい。また、図５のステップＳ１３０では、ロボットアーム２の回動角度に応じて２つ以上の転倒防止機構が選択されてもよい。更に、上記実施形態において、移動体としての搬送台車２０は、いわゆる無人搬送車であるが、搬送台車２０は、有人搬送車であってもよい。

【0052】

また、液体供給装置１０において、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６が、電磁部に供給される電流に応じた信号圧を出力するリニアソレノイドバルブ（あるいはオンオフソレノイドバルブ）と、当該信号圧に応じて作動油を調圧するコントロールバルブとで置き換えられてもよい。また、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６は、対応する液圧アクチュエータＭ１－Ｍ６に供給される液圧（油圧）が目標圧力になるように制御される流量制御弁で置き換えられてもよい。更に、液体供給装置１０から元圧生成バルブ１４が省略されてもよく、ポンプ１３により発生させられた油圧を蓄えるアキュムレータ（蓄圧器）が液体供給装置１０に設けられてもよい。また、液体供給装置１０は、水等の作動油以外の液体を液圧アクチュエータＭに供給するように構成されてもよい。

【0053】

更に、上記実施形態において、人工筋肉としての液圧アクチュエータＭ１－Ｍ６，Ｍａ－Ｍｄは、内部に作動油が供給されると共に当該内部の油圧の上昇に応じて径方向に膨張しながら軸方向に収縮するチューブＴと、当該チューブＴを覆う編組スリーブＳとを含むマッキベン型の人工筋肉であるが、ロボット装置１における液圧アクチュエータＭ１－Ｍ６，Ｍａ－Ｍｄの構成は、これに限られるものではない。すなわち、液圧アクチュエータＭ１－Ｍ６，Ｍａ－Ｍｄは、液体が供給された際に径方向に膨張しながら軸方向に収縮するチューブを含むものであればよく、例えば弾性体により形成された内側筒状部材と、弾性体により形成されると共に内側筒状部材の外側に同軸に配置され外側筒状部材と、内側筒状部材と外側筒状部材との間に配置された繊維層とを含む軸方向繊維強化型の液圧アクチュエータ（例えば、特開２０１１－１３７５１６号参照）であってもよい。更に、液圧アクチュエータＭ１－Ｍ６，Ｍａ－Ｍｄは、シリンダおよびピストンを含む液体シリンダであってもよい。

【0054】

また、ロボット装置１は、少なくとも１つの液圧アクチュエータＭ１等とハンド部４とを有するロボットアーム２を含むものに限られず、少なくとも１つの液圧アクチュエータＭ１等と、例えばドリルビット等の工具や例えばスイッチ等を押圧する押圧部材といったハンド部４以外の要素が手先に取り付けられたロボットアームとを含むものであってもよい。更に、ロボットアーム２は、１つの関節と、当該関節に対応した一対の人工筋肉とを含むものであってもよい。また、関節Ｊ１，Ｊ２またはＪ３を介して連結された２つのアーム３等のすべてに必ずしも対をなす複数の液圧アクチュエータ（人工筋肉）Ｍが設けられる必要はなく、何れか１組の２つのアーム３等に、１つまたは複数の液圧アクチュエータＭと、当該液圧アクチュエータＭと拮抗するように配置されるスプリングやゴム材等の弾性体とが連結されてもよい。

【0055】

そして、本開示の発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記実施形態は、あくまで発明の概要の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、発明の概要の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。

【産業上の利用可能性】

【0056】

本開示の発明は、複数の人工筋肉を有するロボットアームと、当該ロボットアームを支持する移動体とを含むロボット装置において利用可能である。

【符号の説明】

【0057】

１ ロボット装置、２ ロボットアーム、３ アーム（リンク）、４ ハンド部（手先）、５ 支持部材（リンク、基端部）、１０，１０Ｂ 液体供給装置、２０ 搬送台車（移動体）、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ 転倒防止機構、３３ 支持部、Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３ 関節、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６ 液圧アクチュエータ（人工筋肉）、Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ，Ｍｄ 液圧アクチュエータ（液体アクチュエータ）、Ｗ 車輪（接地部）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】