特開 2022-151202 突出型リニアアクチュエータ、ロボットアーム及び輸送ロボット

(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】P2022151202

(43)【公開日】2022-10-07

(54)【発明の名称】突出型リニアアクチュエータ、ロボットアーム及び輸送ロボット

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/00 20060101AFI20220929BHJP

【ＦＩ】

B25J19/00 A

【審査請求】有

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021054165

(22)【出願日】2021-03-26

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2021-10-06

(71)【出願人】

【識別番号】521071219

【氏名又は名称】株式会社ＲｏｂｏＳａｐｉｅｎｓ

(74)【代理人】

【識別番号】110002675

【氏名又は名称】弁理士法人ドライト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】長尾 俊

(72)【発明者】

【氏名】武井 祥平

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707AS01

3C707BS01

3C707CS08

3C707CY18

3C707HS27

3C707HT02

3C707HT21

3C707WA16

(57)【要約】

【課題】押圧子に所定の剛性とストロークとを与えつつ、従来よりも小型化を実現することができる突出型リニアアクチュエータ、ロボットアーム及び輸送ロボットを提供すること。
【解決手段】本発明に係る突出型リニアアクチュエータ１は、一対の巻尺部２，３からそれぞれ延びる長尺プレート４，５の自由端部を略直角に折り曲げて重ね合わせ、一対の長尺プレート４，５の自由端部を連結した押圧子６を形成するスライダ８と、ガイドフレーム７に沿って前記スライダ８を往復直線運動させる第１の駆動部Ｄ１と、前記スライダ８に設けられて前記押圧子６を往復直線運動させる第２の駆動部Ｄ２と、を備え、一対の前記巻尺部２，３を前記スライダ８または前記ガイドフレーム７の長手方向両端部に配置して構成される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

長尺プレートが渦巻状に巻装され、所定距離を設けて対向配置された一対の巻尺部と、
一対の前記巻尺部からそれぞれ延びる前記長尺プレートの各自由端部を略直角に折り曲げて重ね合わせ、一対の前記長尺プレートの自由端部同士を連結させた押圧子を形成するスライダと、
前記スライダが往復直線運動するガイドフレームと、
前記ガイドフレームに沿って前記スライダを往復直線運動させる第１の駆動部と、
前記スライダに設けられて前記押圧子を往復直線運動させる第２の駆動部と、
を備え、
一対の前記巻尺部を前記スライダまたは前記ガイドフレームに配置して構成される、
突出型リニアアクチュエータ。

【請求項2】

一対の前記巻尺部を前記ガイドフレームの長手方向両端部にそれぞれ配置した、
請求項１に記載の突出型リニアアクチュエータ。

【請求項3】

前記第１の駆動部は、
第１のモータと、
前記第１のモータの出力軸に結着され、前記スライダの一方の移動端部に配置された第１のプーリと、
前記スライダの他方の移動端部に配置された回転可能な第２のプーリと、
前記第１のプーリと前記第２のプーリとの間に巻き掛けられたタイミングベルトと、
を有し、
前記タイミングベルトの自由端部は、前記スライダに取り付けられている、
請求項１または２に記載の突出型リニアアクチュエータ。

【請求項4】

前記長尺プレートに対向配置され、前記長尺プレートの移動量を検出する検出部を設けた、
請求項１～３の何れかに記載の突出型リニアアクチュエータ。

【請求項5】

前記検出部は、フォトリフレクタまたはカラーセンサで構成されている、
請求項４に記載の突出型リニアアクチュエータ。

【請求項6】

前記検出部により検出した前記長尺プレートの移動量の検出結果に基づいて、前記押圧子の先端の水平方向又は上下方向における移動位置を算出する演算処理部を備える、
請求項４または５に記載の突出型リニアアクチュエータ。

【請求項7】

前記第２の駆動部は、
前記スライダに取り付けられた第２のモータと、
前記第２のモータの出力軸に結着されたギヤと、
を有し、
前記ギヤが前記押圧子の片面に当接している、
請求項１～６の何れかに記載の突出型リニアアクチュエータ。

【請求項8】

前記長尺プレートの前記ギヤが当接する前記片面に樹脂フィルムを貼着した、
請求項７に記載の突出型リニアアクチュエータ。

【請求項9】

前記スライダには、
略直角に折り曲げられた一対の前記長尺プレートを通し、一対の前記長尺プレートの自由端部同士を近づけて重ね合わせるための挿通口と、
一対の前記長尺プレートを略直角に折り曲げて前記挿通口へと案内する、一対の回転可能なガイドローラと、
が設けられている、
請求項１～８の何れかに記載の突出型リニアアクチュエータ。

【請求項10】

前記スライダの前記挿通口には、周縁の対向する箇所に、一対の前記長尺プレートをそれぞれ前記挿通口へと案内し、一対の前記長尺プレートの自由端部同士を近づけるためのテーパ面または円弧凸曲面が形成されている、
請求項９に記載の突出型リニアアクチュエータ。

【請求項11】

前記スライダに、一対の前記長尺プレートが前記挿通口を通って重ね合わせられた前記押圧子を受けて、前記押圧子の往復直線運動をガイドするためのガイドブロックを設けた、
請求項９または１０に記載の突出型リニアアクチュエータ。

【請求項12】

前記長尺プレートは、前記自由端部の断面が弓なり状に湾曲した形状を有し、
前記ガイドブロックは、前記挿通口から延びた前記長尺プレートの表面形状に合わせて凸曲面状に形成されたガイド溝を有しており、前記ガイド溝に沿って前記押圧子を往復直線運動させる、
請求項１１に記載の突出型リニアアクチュエータ。

【請求項13】

前記押圧子の先端部にキャップを被着した、
請求項１～１２の何れかに記載の突出型リニアアクチュエータ。

【請求項14】

前記キャップの先端面を円弧曲面状の凸曲面とするとともに、前記凸曲面に感圧センサを取り付けた、
請求項１３に記載の突出型リニアアクチュエータ。

【請求項15】

請求項１～１４の何れかに記載の突出型リニアアクチュエータと、前記突出型リニアアクチュエータを直交座標面上で上下及び左右のうち少なくとも何れか一方に往復直線運動させるＨ型リニアアクチュエータと、を備える、
ロボットアーム。

【請求項16】

自走しながら荷物を輸送する自立型の輸送ロボットであって、請求項１５に記載のロボットアームを備える、
輸送ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一対の長尺プレートを用いた突出型リニアアクチュエータと、この突出型リニアアクチュエータを備えるロボットアーム及びこのロボットアームを備える自立型の輸送ロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

各種機器に備えられるリニアアクチュエータ（直線駆動機構）には、ボールネジ機構や流体圧アクチュエータ、電磁力アクチュエータ、電歪アクチュエータ、形状記憶合金を用いたアクチュエータなどがある（特許文献１参照）。近年、自走しながら荷物を輸送する自立型の輸送ロボットにおいて、このようなリニアアクチュエータを用いることが考えられている。

【0003】

例えば、図１６は、ボールネジ機構などの従来のリニアアクチュエータ１０１をロボットアーム１３０に使用した、自走しながら荷物を輸送する自立型の輸送ロボット１００の構成を示す。輸送ロボット１００では、リニアアクチュエータ１０１を所定のストロークＳで前方に突出可能な構成とし、必要に応じてリニアアクチュエータ１０１をロボットアーム１３０の前方に突出させることでエレベータスイッチやインターホンを押下させることが考えられている。

【0004】

図１６に示す輸送ロボット１００は、リニアアクチュエータ１０１をロボットアーム１３０の前方に突出させたときのストロークＳ以上の長さの格納スペースＥＲ１がロボットアーム１３０の後方に確保されており、ロボットアーム１３０の後方の格納スペースＥＲ１に格納された、非突出状態のリニアアクチュエータ１０１を、必要に応じてロボットアーム１３０からストロークＳで前方に突出可能な構成としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１１－１８４３６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、輸送ロボット１００では、リニアアクチュエータ１０１を前方に非突出状態とさせるためにはリニアアクチュエータ１０１のストロークＳ以上の長さの格納スペースＥＲ１をロボットアーム１３０の後方に確保する必要があるため、その分、ロボットアーム１３０の後方における積載スペースが小さくなり、輸送ロボット１００の荷物の輸送能力が低下してしまう。そのため、ロボットアーム１３０の後方にリニアアクチュエータ１０１を収容するためのストロークＳ以上の長さの格納スペースＥＲ１を確保せずに、より小型化を図れることが望ましい。

【0007】

他方、エレベータスイッチなどを押下可能な剛性とストロークとを有するロボットアームとして、多関節のシリアルリンクのロボットアームを採用することも考えられるが、多関節のロボットアームを採用したロボットアームでは、平面への座標指定において可動範囲に無駄が生じ易いという欠点を有している。また、可動範囲に無駄を生じさせないでロボットアームの先端を直交座標（ＸＹ座標）上の特定位置に移動させるためには複数の関節を設ける必要があり、その分、構成が煩雑となってしまい、エレベータなどの限られたスペースにおいては、当該ロボットアームが人や壁に衝突する可能性も生じ、小型化が十分ではないという問題がある。

【0008】

本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、押圧子に所定の剛性とストロークとを与えつつ、従来よりも小型化を実現することができる突出型リニアアクチュエータ、ロボットアーム及び輸送ロボット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】

【0009】

上記目的を達成するため、本発明に係る突出型リニアアクチュエータは、長尺プレートが渦巻状に巻装され、所定距離を設けて対向配置された一対の巻尺部と、一対の前記巻尺部からそれぞれ延びる前記長尺プレートの各自由端部を略直角に折り曲げて重ね合わせ、一対の前記長尺プレートの自由端部同士を連結させた押圧子を形成するスライダと、前記スライダが往復直線運動するガイドフレームと、前記ガイドフレームに沿って前記スライダを往復直線運動させる第１の駆動部と、前記スライダに設けられて前記押圧子を往復直線運動させる第２の駆動部と、を備え、一対の前記巻尺部を前記スライダまたは前記ガイドフレームに配置して構成される。

【0010】

また、本発明に係るロボットアームは、前記突出型リニアアクチュエータと、前記突出型リニアアクチュエータを直交座標面上で上下及び左右のうち少なくとも何れか一方に往復直線運動させるＨ型リニアアクチュエータと、を備えている。

【0011】

さらに、本発明に係る輸送ロボットは、自走しながら荷物を輸送する自立型の輸送ロボットであって、前記ロボットアームを備えている。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、長尺プレートを略直角に折り曲げて重ね合わせることによって直線状態を維持できる程度の剛性を有した押圧子を形成するようにしたことで、所定の剛性とストロークとを押圧子に与えることができる。また、一対の巻尺部によって余分な長尺プレートを渦巻状に巻き取ることができるため、当該突出型リニアアクチュエータの小型化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明に係る突出型リニアアクチュエータの側面図である。

【図2】本発明に係る突出型リニアアクチュエータの正面図である。

【図3】図１のＡ部拡大詳細図である。

【図4】ガイドローラの正面図である。

【図5】（ａ）はスライダの斜視図、（ｂ）は長尺ローラの押圧子がスライダに挿通している状態を示す斜視図である。

【図6】（ａ），（ｂ）は図５（ａ）のＢ－Ｂ線断面図である。

【図7】図１のＣ部拡大詳細図である。

【図8】キャップの斜視図である。

【図9】（ａ）はフォトリフレクタの配置を示す部分正面図、（ｂ）はリフレクタの出力波形を示す図である。

【図10】（ａ）はカラーセンサと光源（ＬＥＤ）の配置を示す部分正面図、（ｂ）は長尺プレートの部分平面図である。

【図11】長尺プレートの送出し量と一対の巻尺部間の距離及び押圧子の先端（押圧部）の位置をｘｙ座標上に示す図である。

【図12】（ａ），（ｂ）は本発明に係る突出型リニアアクチュエータの別実施形態をそれぞれ示す平面図である。

【図13】本発明に係る輸送ロボットの側面図である。

【図14】本発明に係る輸送ロボットの正面図である。

【図15】（ａ）～（ｃ）は本発明に係る輸送ロボットに設けられた突出型リニアアクチュエータの押圧子の先端が各種スイッチを押下する形態を示す部分正面図である。

【図16】従来のリニアアクチュエータを備えた輸送ロボットの側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

【0015】

［突出型リニアアクチュエータ］
本発明に係る突出型リニアアクチュエータ１は、図１及び図２に示すように、一対の巻尺部２，３からそれぞれ延びる長尺プレート４，５の各自由端部を略直角に折り曲げて重ね合わせて長尺プレート４，５の自由端部同士を連結させた押圧子６をスライダ８にて形成し（図３及び図５（ｂ）参照）、スライダ８において押圧子６を水平方向ｘ（単にｘ方向とも称する）に沿って往復直線運動させるものである。

【0016】

より詳細には、突出型リニアアクチュエータ１は、一対の巻尺部２，３と、図１及び図２の上下方向ｙ（単にｙ方向とも称する）に長い矩形プレート状のガイドフレーム７と、ガイドフレーム７に沿ってｙ方向に往復直線運動する矩形プレート状のスライダ８と、該スライダ８をガイドフレーム７に沿って往復直線運動させる第１の駆動部Ｄ１と、スライダ８により形成した押圧子６を図１の水平方向ｘに往復直線運動させる第２の駆動部Ｄ２と、を備えている。

【0017】

一対の各巻尺部２，３は、各長尺プレート４，５をそれぞれ渦巻状に巻装するものであって、スライダ８の移動端（ガイドフレーム７の長手方向両端部）に振り分けられ、所定距離を設けて対向配置されている。

【0018】

本実施形態に係る各巻尺部２，３は、長尺プレート４，５が出入りする出入口がガイドフレーム７側に配置されており、出入口から延出した長尺プレート４，５が、当該出入口からスライダ８までガイドフレーム７に並走して直線的に引き延ばされている。また、巻尺部２，３は、上下方向ｙから長尺プレート４，５が同一直線上で対向するように延出されるように対向配置されている。

【0019】

各巻尺部２，３は、内部にゼンマイバネなどの弾性部材を備えており、当該弾性部材によって、各巻尺部２，３に巻装された各長尺プレート４，５に、当該長尺プレート４，５を渦巻状に巻き取る方向の力（弾性復元力）を与えている。ここで、これらの長尺プレート４，５は、各巻尺部２，３からそれぞれ送り出された状態では直線状を成して往復直線運動が可能な程度の剛性を有しており、略直角に折り曲げられ且つ巻尺部２，３において渦巻状に巻き付けられる程度の弾性を有している。なお、各長尺プレート４，５は、長尺の帯状金属プレートや帯状樹脂プレートなどによって構成されており、本実施形態では、アルミニウム製またはアルミニウム合金製のものが使用されている。

【0020】

本実施形態に係る長尺プレート４，５は、同一形状及び同一部材により形成されており、図５（ｂ）に示すように、自由端部の断面が弓なり状に湾曲した形状を有している。このように、長尺プレート４，５は、自由端部の断面が弓なり状に湾曲した形状とすることで、直線性の向上が図られているとともに、巻尺部２，３内での捲回性及びスライダ８での折曲性の向上が図られている。また、長尺プレート４，５は、表面の凹部面６ａが外側に向けて配置され、裏面の凸部６ｂ同士が互いに結合するように重ね合わせられて押圧子６を構成している。

【0021】

なお、巻尺部２，３からそれぞれ延びる長尺プレート４，５の自由端部をスライダ８で略直角に折り曲げるが、ここで「略直角」とは、長尺プレート４，５が延在する長手方向を基準として、例えば、７０°以上１１０°以下の範囲内の角度が望ましい。

【0022】

また、本実施形態に係るガイドフレーム７とスライダ８は、軽量なアルミニウムまたはアルミニウム合金によって構成されており、ガイドフレーム７の両側面には、図１に示すように、長手方向（図１の上下方向ｙ）に一直線状に延びるガイド溝７ａ（図１には一方のみ図示）がそれぞれ形成されている。そして、スライダ８は、ガイドフレーム７の各ガイド溝７ａに沿って転動可能な計４つのローラ９を備え、ローラ９によってガイドフレーム７に沿って上下方向ｙに往復直線運動可能に支持されている。

【0023】

スライダ８をガイドフレーム７に沿って、図１及び図２のｙ方向に往復直線運動させる前記第１の駆動部Ｄ１は、駆動源である第１のモータ１０と、スライダ８の一方の移動端部近傍（図１及び図２においてガイドフレーム７の下端部）に配置されて第１のモータ１０の出力軸に結着された第１のプーリ１１と、スライダ８の他方の移動端部近傍（図１及び図２においてガイドフレーム７の上端部）に配置された回転可能な第２のプーリ１２と、これら第１のプーリ１１と第２のプーリ１２との間に巻き掛けられたタイミングベルト１３と、で構成されている。ここで、タイミングベルト１３は、スライダ８の裏面側を通され、その自由端部は、スライダ８の両端部（図１及び図２の上下両端部）に取り付けられている。第１のモータ１０は、ガイドフレーム７の下端部に配置されており、出力軸により第１のプーリ１１を正逆転させることで、タイミングベルト１３を介して第２のプーリ１２も追従して正逆転させる。これにより、第１のモータ１０は、タイミングベルト１３を正逆転させ、スライダ８をｙ方向に往復直線運動させる。

【0024】

また、２つの長尺プレート４，５の各自由端部を略直角に折り曲げて重ね合わせることによって構成される押圧子６を図１及び図２の水平方向（図示ｘ方向）に往復直線運動させる第２の駆動部Ｄ２は、スライダ８に取り付けられている。第２の駆動部Ｄ２は、スライダ８とともにガイドフレーム７に沿って上下方向ｙに往復直線運動する。第２の駆動部Ｄ２は、駆動源である第２のモータ１４と、該第２のモータ１４の出力軸に結着されたギヤ１５とで構成されている。スライダ８には、第２のモータ１４に設置されたギヤ１５と対向する位置にガイドブロック１６が設けられている。

【0025】

上記ガイドブロック１６は、略直角に折り曲げられた２つの長尺プレート４，５の各自由端部同士を重ね合わせて構成される押圧子６を上部で受け、押圧子６の往復直線運動をガイドするためのものである（図３及び図５（ｂ）参照）。ガイドブロック１６は、水平方向ｘに沿って延びる柱状に形成されており、スライダ８に立設されている。また、ガイドブロック１６は、図１に示したように、水平方向ｘに沿って往復直線運動する押圧子６の下方に配置され、押圧子６が上部を摺動して水平方向ｘに沿って往復直線運動し得る。

【0026】

ガイドブロック１６は、スライダ８に形成された矩形状の挿通口８Ａの近傍に配置されている。このガイドブロック１６には、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、押圧子６の片面を受けて該押圧子６の直線移動をガイドするためのガイド溝１６ａが、図５（ａ）及び図５（ｂ）中のｘ方向に沿って形成されている。このガイド溝１６ａは、長尺プレート４，５の表面形状に合わせて凸曲面状に形成されており、スライダ８に形成された挿通口８Ａから延びている。そして、ガイドブロック１６のガイド溝１６ａの幅方向一端には、押圧子６のガイド溝１６ａからの脱落を防ぐための突起１６ｂが、図５（ａ）及び図５（ｂ）のｘ方向に沿ってガイドブロック１６に一体に形成されている。

【0027】

ここで、図１のＡ部の詳細を図３に示す。図３に示すように、スライダ８に開口する挿通口８Ａの入口部近傍には、上下方向ｙから同一直線上で対向するように延出されている一対の長尺プレート４，５をそれぞれ略直角に折り曲げて挿通口８Ａへと案内する一対の回転可能なガイドローラ１７が設けられている。なお、各ガイドローラ１７は、図４に示すように、幅方向中央部が膨らんだ樽状（クラウン状）に成形されており、このようなガイドローラ１７を用いることによって長尺プレート４，５の蛇行を防ぐことができる。

【0028】

また、スライダ８の挿通口８Ａの周縁の対向する２箇所には、図６（ａ）に示すように、一対の長尺プレート４，５を挿通口８Ａへと案内するためのテーパ面８ａが形成されている。図６（ａ）に示すテーパ面８ａは、長尺プレート４，５の挿通口８Ａへの挿入方向（図６（ａ）では上方）に向かって開口幅が狭くなるように形成されている。なお、本実施形態では、一対の長尺プレート４，５を挿通口８Ａへと案内する案内面として、テーパ面８ａを適用したが、本発明はこれに限らず、例えば、図６（ｂ）に示すように、長尺プレート４，５の挿通口８Ａへの挿入方向に向かって開口幅が曲線的に狭くなるように形成された円弧凸曲面８ｂとしてもよい。

【0029】

ところで、図３に示すように、第２のモータ１４が正逆転されることによってギヤ１５が正逆転すると、このギヤ１５に当接する押圧子６がｘ方向に往復直線運動する。この押圧子６には、ギヤ１５に当接する長尺プレート４の片面（ギヤ１５との当接面とも称する）に、透明な樹脂フィルム（本実施形態では、ビニールテープ）１８が貼着されている。なお、樹脂フィルム１８は、押圧子６がｘ方向に向けて往復直線運動する際にギヤ１５が当接する領域（当接領域とも称する）にのみ形成されることが望ましい。

【0030】

このように、ギヤ１５が当接する側の長尺プレート４の表面に樹脂フィルム１８を貼着することによって、ギヤ１５と押圧子６との摩擦力が高められ、ギヤ１５と押圧子６との間に滑りが発生するのを抑制できる。これにより、押圧子６は、ギヤ１５の正逆転に応じて、図３のｘ方向に向けて確実に往復直線運動することができる。また、樹脂フィルム１８として透明なものを使用することによって、後述のように長尺プレート４の移動量（送出し量と巻取り量）を光学的に検出することができる。さらに、樹脂フィルム１８を一方の長尺プレート４の表面において当接領域にのみ貼着することによって、長尺プレート４の全体が厚くなって折り曲げにくくなるという不具合や、巻尺部２で巻装しにくくなるという不具合の発生を抑制できる。なお、樹脂フィルム１８については、図５（ｂ）や、後述する図７においては図示を省略している。

【0031】

図７に示すように、略直角に折り曲げられて重ね合わせられる２つの長尺プレート４，５の自由端部同士は、両長尺プレート４，５の自由端部に挿通するボルト１９と該ボルト１９に螺着されたナット２０によって連結され、その連結部にはキャップ２１が被着されている。ここで、キャップ２１は、図８に示すように、その先端面が円弧曲面状の凸曲面とされており、この凸曲面の中央部には円形の平面部２１ａが形成されている。そして、キャップ２１の平面部２１ａには、図７に示すように、感圧センサ２２が取り付けられている。

【0032】

次に、２つの長尺プレート４，５の移動量（各巻尺部２，３からの送出し量と各巻尺部２，３への巻取り量）の検出例を図９及び図１０に基づいて以下に説明する。

【0033】

図９（ａ）はフォトリフレクタの配置を示す部分側面図であり、図９（ｂ）はフォトリフレクタの出力波形を示す図である。本例においては、図９（ａ）に示すように、巻尺部３に対のフォトリフレクタ２３ａ，２３ｂが配置されている。なお、図９（ａ）は、巻尺部３のみに着目して図示しているが、一方の巻尺部２にも巻尺部３と同様に対のフォトリフレクタ２３ａ，２３ｂが配置されている。これら一対の巻尺部２，３に設けられるフォトリフレクタ２３ａ，２３ｂは同一構成であるため、ここでは巻尺部３に設けられたフォトリフレクタ２３ａ，２３ｂに着目して以下説明する。ここで、フォトリフレクタ２３ａ，２３ｂは、送信部と受信部を備えるセンサであって、送信部から出射する赤外線やＬＥＤ光、紫外線（ＵＶ）などの光が長尺プレート５（４）の表面で反射し、その反射した光を受信部のフォトトランジスタが受信することによって、長尺プレート５（４）の移動量と移動方向を検出する機能を有している。

【0034】

具体的には、長尺プレート５の表面には、不図示の白黒のパターンが長手方向に沿って交互に且つ等間隔で印刷されており、フォトリフレクタ２３ａ，２３ｂが白黒の入れ替わり回数を検出することによって、長尺プレート５の移動量が求められる。なお、実際には、一般的なロータリエンコーダと同様に、対のフォトリフレクタ２３ａ，２３ｂは、図９（ｂ）に示すように、例えば、一方のフォトリフレクタ２３ａでＡ相の波形を検出し、他方のフォトリフレクタ２３ｂでＡ相と位相差が１／４（９０°）であるＢ相を検出する。これらのフォトリフレクタ２３ａ，２３ｂによってそれぞれ検出したＡ相及びＢ相の波形を基に、長尺プレート５の移動方向（送り出されたか巻き取られたか）を検出することができる。

【0035】

また、検出部としてカラーセンサを用いた例を図１０に示す。

【0036】

図１０（ａ）はカラーセンサと光源（ＬＥＤ）の配置を示す部分側面図、図１０（ｂ）は長尺プレートの部分平面図であり、本例においては、図１０（ａ）に示すように、巻尺部３の近傍に光源であるＬＥＤ２４とカラーセンサ２５が配置されている。なお、図１０（ａ）は、巻尺部３のみに着目して図示しているが、一方の巻尺部２にも巻尺部３と同様にカラーセンサ２５が配置されている。これら一対の巻尺部２，３に設けられるカラーセンサ２５は同一構成であるため、ここでは巻尺部３に設けられたカラーセンサ２５に着目して以下説明する。

【0037】

長尺プレート５の表面には、図１０（ｂ）に示すように、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）及び黒（Ｂｋ）の４色のパターンが長手方向に沿って規則正しく繰り返し印刷されており、カラーセンサ２５によって、これら所定パターンで配置された赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）及び黒（Ｂｋ）の輝度値を検出することによって、長尺プレート５の移動量と移動方向が求められる。

【0038】

本実施形態に係る突出型リニアアクチュエータ１は、フォトリフレクタ２３ａ，２３ｂやカラーセンサ２５などの検出部により検出した長尺プレート４，５の移動量の検出結果に基づいて、押圧子６の先端の水平方向ｘ又は上下方向ｙにおける移動位置を算出する演算処理部６０を備えるようにしてもよい。これにより、突出型リニアアクチュエータ１は、２つの長尺プレート４，５が略直角に折り曲げられて重ね合わされることによって構成される押圧子６を、水平方向ｘ及び上下方向ｙに沿って往復直線運動させる際、押圧子６の先端位置を一段と正確に把握し得、該押圧子６によって例えば不図示のエレベータスイッチを確実に押下させることができる。この場合、図１１に示すｘｙ座標上における押圧子６の先端（押圧部分であり、キャップ２１）の位置は、演算処理部６０によって、以下のように求められる。

【0039】

図１１は、長尺プレート４，５の送出し量と一対の巻尺部２，３間の距離Ｌ及び押圧子６の先端（押圧部分であるキャップ２１）の位置をｘｙ座標上に示す図である。なお、ｘは水平方向を示し、ｙは上下方向を示す。押圧子６の先端の座標（ｘ₀，ｙ₀）は、図９（ａ）に示すフォトリフレクタ２３ａ，２３ｂまたは図１０（ａ）に示すカラーセンサ２５によって検出された長尺プレート４，５の各送出し量（移動量）をそれぞれα，βとし、両巻尺部２，３間の距離をＬとすると、次のように求められる。

【0040】

２ｘ₀＋Ｌ＝α＋β …（１）
水平方向ｘにおける押圧子６の先端の位置を示すｘ₀は、上記（１）式から、次式にて求められる。

【0041】

ｘ₀＝（α＋β－Ｌ）／２ …（２）

【0042】

また、上下方向ｙにおける押圧子６の先端の位置を示すｙ₀は、次式にて求められる。

【0043】

ｙ₀＝β－ｘ₀＝β－｛（α＋β－Ｌ）／２｝＝(Ｌ－α＋β）／２ …（３）
したがって、（２）式と（３）式より、押圧子６の先端（押圧部分）の座標（ｘ₀，ｙ₀）は、次のように求められる。

【0044】

（ｘ₀，ｙ₀）＝（（α＋β－Ｌ）／２，（Ｌ－α＋β）／２） …（４）
このため、各巻尺部２，３の近傍に配置されたフォトリフレクタ２３ａ，２３ｂ（図９（ａ）参照）またはカラーセンサ２５（図１０（ａ）参照）によって各長尺プレート４，５の移動量（送出し量α，β）を検出し、得られた検出結果を演算処理部６０に出力することで、当該演算処理部６０により、押圧子６の先端位置の座標（ｘ₀，ｙ₀）を（４）式によって求めることができる。この場合、例えば、スライダ８に検出部を設けることなく、ガイドフレーム７などに検出部を設ければよいため、その分、スライダ８の構成を簡素化し軽量化を図ることができる。

【0045】

次に、以上のように構成された突出型リニアアクチュエータ１の作用について説明する。

【0046】

図１及び図２において、第１の駆動部Ｄ１における第１のモータ１０を正逆転させれば、該第１のモータ１０の出力軸に結着された第１のプーリ１１が正逆転する。すると、第１のプーリ１１と第２のプーリ１２との間に掛け渡されたタイミングベルト１３が正転または逆転する。これに応じて、タイミングベルト１３の自由端に取り付けられたスライダ８がガイドフレーム７に沿って図１及び図２のｙ方向に往復直線運動する。また、この際、スライダ８の挿通口８Ａを通って図１のｘ方向に突出する押圧子６も、スライダ８と共に図１及び図２のｙ方向に往復直線運動する。

【0047】

なお、この際、第２のモータ１４が停止状態にあって、ギヤ１５も停止しているときには、該ギヤ１５によって押圧された押圧子６が不動となっているため、該押圧子６の突出量は変化しない。このとき、各巻尺部２，３からの各長尺プレート４，５の送り出し、または、各巻尺部２，３への各長尺プレート４，５の巻き取りによって、各巻尺部２，３からスライダ８までの各長尺プレート４，５の長さが調整されることから、スライダ８の往復直線運動は許容される。

【0048】

上述のように、第１の駆動部Ｄ１によってスライダ８、つまりは押圧子６のｙ方向の位置ｙ₀（図１１参照）が決定されると、第２の駆動部Ｄ２の第２のモータ１４が正逆転され、この第２のモータ１４によってギヤ１５も同時に正逆転される。このとき、ギヤ１５が、例えば、図３の実線矢印方向（時計方向）に回転すると、各巻尺部２，３から長尺プレート４，５がそれぞれ図３の実線矢印方向に送り出される。上下方向ｙに対向配置された各巻尺部２，３から同一直線上で対向するように延出されているこれらの長尺プレート４，５は、スライダ８の挿通口８Ａの入口付近に配置された一対のガイドローラ１７によって略直角に折り曲げられ、ｙ方向からｘ方向へと延出方向が変えられる。この際、長尺プレート４，５は、スライダ８の挿通口８Ａの入口側端縁に形成されたテーパ面８ａ（図６(ａ）参照）または円弧凸曲面８ｂ（図６（ｂ）参照）に沿って、長尺プレート４，５の自由端部同士が次第に近づくようにして挿通口８Ａへとスムーズに案内されて該挿通口８Ａを通過する。

【0049】

そして、上述のように略直角に折り曲げられてスライダ８の挿通口８Ａを通過した２つの長尺プレート４，５が互いに重ね合わされることによって押圧子６が構成され、この押圧子６は、ガイドブロック１６のガイド溝１６ａに沿ってｘ方向へと移動する。このようにして、押圧子６の先端に被着されたキャップ２１がｘ方向に移動することで、例えば、不図示のエレベータスイッチを、押圧子６の先端部で押下することができる。なお、押圧子６の先端部がエレベータスイッチなどを押下する力は、押圧子６の先端に被着されたキャップ２１に取り付けられた感圧センサ２２（図７参照）によって検出される。

【0050】

その後、第２のモータ１４が逆転してギヤ１５が図３の破線矢印（反時計方向）に回転すると、押圧子６がスライダ８側へと移動してスライダ８からの突出量が小さくなる。このとき、両長尺プレート４，５は、一対のガイドローラ１７によって元の状態（押圧子６によりエレベータスイッチなどを押す前の状態）に戻され、各巻尺部２，３へと巻き戻される。なお、各長尺プレート４，５を巻き戻す力には、ギヤ１５によって与えられる力以外に、各巻尺部２，３内に設けたゼンマイバネなどの弾性部材により長尺プレート４，５を各巻尺部２，３へと巻き戻す力（弾性復元力）も加えられる。なお、両長尺プレート４，５を巻き取り過ぎると、押圧子６の先端に被着されたキャップ２１がギヤ１５に噛み込まれてギヤ１５が破損する可能性があるが、本実施形態では、キャップ２１がギヤ１５に巻き込まれる以前にボルト１９とナット２０が図３に鎖線にて示すようにガイドブロック１６と第２のモータ１４に当接してキャップ２１のギヤ１５への噛み込みを防ぐため、ギヤ１５が損傷するなどの不具合が発生することがない。

【0051】

以上において、本実施形態に係る突出型リニアアクチュエータ１においては、２つの長尺プレート４，５を略直角に折り曲げて重ね合わせることによって直線状態を維持できる程度の剛性を有した押圧子６を形成するようにしたため、この押圧子６は、軽量で、且つ、エレベータスイッチなどを押下することができる程度の必要十分な剛性を有する。また、押圧子６は、必要に応じて各巻尺部２，３から長尺プレート４，５が延出されることで、ｘ方向への長さを自由に調整できることから、必要十分なストロークを有することとなる。その一方で、各巻尺部２，３によってそれぞれ余分な長尺プレート４，５を渦巻状に巻き取ることができるため、ガイドフレーム７の後方に長尺プレート４，５などを収納する余分な格納スペースＥＲ１（図１６）も不要となり、当該突出型リニアアクチュエータ１の小型化を実現することができる。

【0052】

また、各長尺プレート４，５を巻き取るための一対の巻尺部２，３を、スライダ８に設けずに、ガイドフレーム７の長手方向両端部にそれぞれ振り分けて配置したため、押圧子６に必要なストロークを確保しつつ、当該スライダ８の小型・コンパクト化と軽量化を実現することができる。そして、本実施形態では、スライダ８に２つの巻尺部２，３を設けずにスライダ８を小型化及び軽量化させたことで、このスライダ８をガイドフレーム７に沿って往復直線移動させるために必要な動力を小さく抑えることができ、その分、第１のモータ１０として小型・軽量で低出力のモータを使用することができる。

【0053】

なお、以上の実施形態では、スライダ８の小型・軽量化を図るために一対の巻尺部２，３をガイドフレーム７の長手方向両端部に振り分けて配置したが、本発明はこれに限らない。例えば、図１２（ａ）に示すように、一方の巻尺部２のみをスライダ８に設け、他方の巻尺部３をガイドフレーム７に設けて、一対の巻尺部２，３を、所定距離を設けて対向配置させた突出型リニアアクチュエータ１としてもよい。また、図１２（ｂ）に示すように、一対の巻尺部２，３をスライダ８に所定距離を設けて対向配置させた突出型リニアアクチュエータ１としても良い。

【0054】

図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すような突出型リニアアクチュエータ１であっても、上述した実施形態と同様に、所定の剛性とストロークとを押圧子６に与えることができ、また、一対の巻尺部２，３によって余分な長尺プレート４，５を渦巻状に巻き取ることができるため、当該突出型リニアアクチュエータ１の小型化を実現することができる。

【0055】

［ロボットアーム及び輸送ロボット］
次に、本発明に係るロボットアームとこれを備える輸送ロボットを図１３～図１５に基づいて以下に説明する。

【0056】

図１３は本発明に係る輸送ロボット５０の側面図、図１４は同輸送ロボット５０の正面図、図１５（ａ）～（ｃ）は同輸送ロボット５０に設けられた突出型リニアアクチュエータ１の押圧子６の先端が各種スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を押下する形態を示す部分側面図である。

【0057】

本発明に係る輸送ロボット５０は、自走しながら荷物を輸送する自立型のものであって、図１３及び図１４に示すように、４つの車輪５１によって走行可能な移動筐体５２の前部にロボットアーム３０を備えている。ここで、ロボットアーム３０は、以上において説明した突出型リニアアクチュエータ１と、この突出型リニアアクチュエータ１を直交座標面上で上下及び左右に往復直線運動させるＨ型リニアアクチュエータ４０と、を備えて構成されている。ここで、Ｈ型リニアアクチュエータ４０は、図１４に示すように、垂直に立設された左右一対の垂直フレーム４１と、一対の垂直フレーム４１間に横架された上下動可能な水平フレーム４２と、を備えており、不図示のボールネジ機構などによって左右の垂直フレーム４１に沿って水平フレーム４２が上下に移動可能な構成を有する。

【0058】

突出型リニアアクチュエータ１は、水平フレーム４２によって垂直に支持されて不図示のボールネジ機構などによって水平フレーム４２に沿って左右方向に移動可能である。なお、ロボットアーム３０に備えられた突出型リニアアクチュエータ１は、ガイドフレーム７の長手方向が上下方向ｙに沿って配置されるように、垂直に縦置きされた状態で水平フレーム４２に取付支持されている。この場合、突出型リニアアクチュエータ１は、図１３に示すように、ガイドブロック１６がギヤ１５の下側に位置する向きに取り付けられる。その理由は、ガイドブロック１６がギヤ１５の上側に位置する向きに突出型リニアアクチュエータ１を取り付けると、水平に突出する押圧子６をガイドブロック１６で受けることができないため、該押圧子６が自重で撓み変形する可能性があるためである。

【0059】

本発明に係るロボットアーム３０においては、突出型リニアアクチュエータ１のスライダ８と共に移動する押圧子６が、上下及び左右の任意の位置へと移動可能であるとともに、水平方向ｘに沿って移動することで前後方向（図１３参照）にも移動可能である。押圧子６は、上下及び左右の任意の位置に位置決めされ、前方に移動することで、その先端部によってエレベータスイッチなどを押下することができる。なお、エレベータスイッチなどの位置情報は、不図示のカメラによって撮像される画像データによって得られる。

【0060】

ここで、押圧子６の先端部に被着されたキャップ２１が各種スイッチを押下する形態を図１５（ａ）～（ｃ）に示す。押圧子６は、図１５（ａ）に示すような押圧面が凹曲面状のスイッチＳＷ１に対しても、湾曲したキャップ２１がスイッチＳＷ１の押圧面に沿って当接し、スイッチＳＷ１を確実に押下し得る。また。押圧子６は、図１５（ｂ）に示すような押圧面が平面であるスイッチＳＷ２に対しても、キャップ２１によってスイッチＳＷ１の押圧面を確実に押下し得る。また、図１５（ｃ）に示すようなシーソー型のスイッチＳＷ３に対しても、キャップ２１がスイッチＳＷ３の尖った端部を押下することによって該スイッチＳＷ３をＯＮ／ＯＦＦさせることができる。なお、図１５（ａ）～（ｃ）に示すスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を押下する場合においては、押圧力は、キャップ２１の先端面に取り付けられた感圧センサ２２によって検出される。

【0061】

以上において、突出型リニアアクチュエータ１とＨ型リニアアクチュエータ４０を備えるロボットアーム３０においては、突出型リニアアクチュエータ１の押圧子６を直交座標平面上の広い範囲で移動させてエレベータスイッチなどを確実に押下することができる。また、このロボットアーム３０は、小型・コンパクトで軽量な突出型リニアアクチュエータ１を備えるため、当該ロボットアーム３０全体の小型・軽量化を図ることができる。

【0062】

また、本発明に係る輸送ロボット５０は、小型で軽量なロボットアーム３０を備えるため、当該輸送ロボット５０全体の軽量化を図ることができるとともに、積載能力を犠牲にすることなく、必要な機能としての例えばスイッチ押下機能を備えることができる。

【0063】

なお、本発明は、以上説明した実施形態に適用が限定されるものではなく、特許請求の範囲及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。例えば、演算処理部６０として、検出部により検出した長尺プレート４，５の移動量の検出結果に基づいて、押圧子６の先端の水平方向ｘにおける移動位置、及び、上下方向ｙにおける移動位置の、一方のみを算出する演算処理部６０としてもよい。また、Ｈ型リニアアクチュエータ４０として、突出型リニアアクチュエータ１を直交座標面上で上下及び左右のうち少なくとも何れか一方に往復直線運動させるＨ型リニアアクチュエータとしてもよい。

【符号の説明】

【0064】

１ 突出型リニアアクチュエータ
２，３ 巻尺部
４，５ 長尺プレート
６ 押圧子
７ ガイドフレーム
８ スライダ
８Ａ 挿通口
８ａ テーパ面
８ｂ 円弧凸曲面
１０ 第１のモータ
１１ 第１のプーリ
１２ 第２のプーリ
１３ タイミングベルト
１４ 第２のモータ
１５ ギヤ
１６ ガイドブロック
１６ａ ガイド溝
１７ ガイドローラ
１８ 樹脂フィルム
２１ キャップ
２１ａ キャップの平面部
２２ 感圧センサ
２３ フォトリフレクタ（検出部）
２５ カラーセンサ（検出部）
３０ ロボットアーム
４０ Ｈ型リニアアクチュエータ
５０ 輸送ロボット
Ｄ１ 第１の駆動部
Ｄ２ 第２の駆動部

【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13】

【図14】

【図15】

【図16】

【手続補正書】

【提出日】2021-07-28

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

自走しながら荷物を輸送する自立型の輸送ロボットのロボットアームに備えられる突出型リニアアクチュエータであって、
長尺プレートが渦巻状に巻装され、所定距離を設けて対向配置された一対の巻尺部と、
一対の前記巻尺部からそれぞれ延びる前記長尺プレートの各自由端部を略直角に折り曲げて重ね合わせ、一対の前記長尺プレートの自由端部同士を連結させた押圧子を形成するスライダと、
前記スライダが往復直線運動するガイドフレームと、
前記ガイドフレームに沿って前記スライダを往復直線運動させる第１の駆動部と、
前記スライダに設けられて前記押圧子を往復直線運動させる第２の駆動部と、
を備え、
一方の前記巻尺部と他方の前記巻尺部とが、前記スライダまたは前記ガイドフレームに設けられている、
突出型リニアアクチュエータ。

【請求項2】

一対の前記巻尺部を前記ガイドフレームの長手方向両端部にそれぞれ配置した、
請求項１に記載の突出型リニアアクチュエータ。

【請求項3】

前記第１の駆動部は、
第１のモータと、
前記第１のモータの出力軸に結着され、前記スライダの一方の移動端部に配置された第１のプーリと、
前記スライダの他方の移動端部に配置された回転可能な第２のプーリと、
前記第１のプーリと前記第２のプーリとの間に巻き掛けられたタイミングベルトと、
を有し、
前記タイミングベルトの自由端部は、前記スライダに取り付けられている、
請求項１または２に記載の突出型リニアアクチュエータ。

【請求項4】

前記長尺プレートに対向配置され、前記長尺プレートの移動量を検出する検出部を設けた、
請求項１～３の何れかに記載の突出型リニアアクチュエータ。

【請求項5】

前記検出部は、フォトリフレクタまたはカラーセンサで構成されている、
請求項４に記載の突出型リニアアクチュエータ。

【請求項6】

前記検出部により検出した前記長尺プレートの移動量の検出結果に基づいて、前記押圧子の先端の水平方向又は上下方向における移動位置を算出する演算処理部を備える、
請求項４または５に記載の突出型リニアアクチュエータ。

【請求項7】

前記第２の駆動部は、
前記スライダに取り付けられた第２のモータと、
前記第２のモータの出力軸に結着されたギヤと、
を有し、
前記ギヤが前記押圧子の片面に当接している、
請求項１～６の何れかに記載の突出型リニアアクチュエータ。

【請求項8】

前記長尺プレートの前記ギヤが当接する前記片面に樹脂フィルムを貼着した、
請求項７に記載の突出型リニアアクチュエータ。

【請求項9】

前記スライダには、
略直角に折り曲げられた一対の前記長尺プレートを通し、一対の前記長尺プレートの自由端部同士を近づけて重ね合わせるための挿通口と、
一対の前記長尺プレートを略直角に折り曲げて前記挿通口へと案内する、一対の回転可能なガイドローラと、
が設けられている、
請求項１～８の何れかに記載の突出型リニアアクチュエータ。

【請求項10】

前記スライダの前記挿通口には、周縁の対向する箇所に、一対の前記長尺プレートをそれぞれ前記挿通口へと案内し、一対の前記長尺プレートの自由端部同士を近づけるためのテーパ面または円弧凸曲面が形成されている、
請求項９に記載の突出型リニアアクチュエータ。

【請求項11】

前記スライダに、一対の前記長尺プレートが前記挿通口を通って重ね合わせられた前記押圧子を受けて、前記押圧子の往復直線運動をガイドするためのガイドブロックを設けた、
請求項９または１０に記載の突出型リニアアクチュエータ。

【請求項12】

前記長尺プレートは、前記自由端部の断面が弓なり状に湾曲した形状を有し、
前記ガイドブロックは、前記挿通口から延びた前記長尺プレートの表面形状に合わせて凸曲面状に形成されたガイド溝を有しており、前記ガイド溝に沿って前記押圧子を往復直線運動させる、
請求項１１に記載の突出型リニアアクチュエータ。

【請求項13】

前記押圧子の先端部にキャップを被着した、
請求項１～１２の何れかに記載の突出型リニアアクチュエータ。

【請求項14】

前記キャップの先端面を円弧曲面状の凸曲面とするとともに、前記凸曲面に感圧センサを取り付けた、
請求項１３に記載の突出型リニアアクチュエータ。

【請求項15】

請求項１～１４の何れかに記載の突出型リニアアクチュエータと、前記突出型リニアアクチュエータを直交座標面上で上下及び左右のうち少なくとも何れか一方に往復直線運動させるＨ型リニアアクチュエータと、を備える、
ロボットアーム。

【請求項16】

自走しながら荷物を輸送する自立型の輸送ロボットであって、請求項１５に記載のロボットアームを備える、
輸送ロボット。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0009】

上記目的を達成するため、本発明に係る突出型リニアアクチュエータは、自走しながら荷物を輸送する自立型の輸送ロボットのロボットアームに備えられる突出型リニアアクチュエータであって、長尺プレートが渦巻状に巻装され、所定距離を設けて対向配置された一対の巻尺部と、一対の前記巻尺部からそれぞれ延びる前記長尺プレートの各自由端部を略直角に折り曲げて重ね合わせ、一対の前記長尺プレートの自由端部同士を連結させた押圧子を形成するスライダと、前記スライダが往復直線運動するガイドフレームと、前記ガイドフレームに沿って前記スライダを往復直線運動させる第１の駆動部と、前記スライダに設けられて前記押圧子を往復直線運動させる第２の駆動部と、を備え、一方の前記巻尺部と他方の前記巻尺部とが、前記スライダまたは前記ガイドフレームに設けられている。