特許 7308324 モジュラー構造ロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-05

(45)【発行日】2023-07-13

(54)【発明の名称】モジュラー構造ロボット

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/08 20060101AFI20230706BHJP

   B25J 9/10 20060101ALI20230706BHJP

【ＦＩ】

B25J9/08

B25J9/10 A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022040470

(22)【出願日】2022-03-15

【審査請求日】2022-03-15

(73)【特許権者】

【識別番号】514074382

【氏名又は名称】カワダロボティクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001542

【氏名又は名称】弁理士法人銀座マロニエ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 墾

(72)【発明者】

【氏名】富士谷 裕介

(72)【発明者】

【氏名】玉川 迅

(72)【発明者】

【氏名】吉田 一平

(72)【発明者】

【氏名】田邊 博史

【審査官】國武 史帆

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－０２８５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１８８６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０８２２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１９０２８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－２７５８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００２－５３４２８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００ － ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

各々機能部分を構成する複数のモジュールを備えるモジュラー構造ロボットにおいて、
前記複数のモジュールのうち互いに隣接する２つのモジュールが、それらのモジュールに設けられた嵌合部によって概略位置決めされた状態で互いに脱着可能に結合され、
前記２つのモジュールの結合後の相対位置情報の校正のために、前記２つのモジュールにそれぞれ設けられた位置合わせ部がそれら２つのモジュールの少なくとも一方の校正動作によって互いに係合されることを特徴とするモジュラー構造ロボット。

【請求項2】

前記互いに隣接する２つのモジュールは、前記機能部分として基部上に立設された体幹部を構成する体幹部モジュールと、前記機能部分としてその体幹部の側部に取り付けられた腕部を構成する腕部モジュールであることを特徴とする、請求項１記載のモジュラー構造ロボット。

【請求項3】

前記体幹部の左右側部に取り付けられた腕部を構成する２本の腕部モジュールを備え、
前記体幹部モジュールに設けられた位置合わせ部は、前記２本の腕部モジュールに設けられた位置合わせ部の何れとも係合するものであることを特徴とする、請求項２記載のモジュラー構造ロボット。

【請求項4】

前記体幹部モジュールに前記腕部モジュールを取り付けるためのブラケットが前記体幹部モジュールの左右側部に設けられ、
前記ブラケットは、前記体幹部モジュールの胴部に容易に着脱可能なカバーの内側に収められており、前記カバーを取り外すことで外部に露出することを特徴とする、請求項３記載のモジュラー構造ロボット。

【請求項5】

前記体幹部モジュールには、前記腕部モジュールの位置合わせ部としての手首部の形状に対応する形状を持つキャリブレーションポイントが設けられ、
前記キャリブレーションポイントには、前記手首部を嵌合させる際に前記手首部の位置および向きを一意に固定可能な位置決めピンが設けられており、
前記キャリブレーションポイントに前記手首部の位置および向きを合わせて嵌合させた状態で前記腕部モジュールの各関節軸に既定の駆動トルクを加えることで、キャリブレーション結果への前記腕部モジュールの弾性特性の影響が除外されることを特徴とする、請求項２から４までの何れか１項記載のモジュラー構造ロボット。

【請求項6】

前記体幹部モジュールと前記腕部モジュールとの間において電気的接続を中継するコネクタおよび空圧の供給を中継するコネクタは、前記体幹部モジュール側に固定配置され、前記体幹部モジュールの胴部に容易に着脱可能なカバーの内側に収められており、前記カバーを取り外すことで外部に露出することを特徴とする、請求項２から５までの何れか１項記載のモジュラー構造ロボット。

【請求項7】

前記互いに隣接する２つのモジュールは、前記機能部分として基部上に立設された体幹部を構成する体幹部モジュールと、前記機能部分としてその体幹部の上端部に取り付けられた頭部を構成するとともに２台のカメラをステレオビジョンとして対象物の位置情報を取得可能なように配置された頭部モジュールであることを特徴とする、請求項１から６までの何れか１項記載のモジュラー構造ロボット。

【請求項8】

前記体幹部モジュールと前記頭部モジュールとの間において電気的接続を中継するコネクタおよび空圧の供給を中継するコネクタは、前記体幹部モジュール側に固定配置され、前記体幹部モジュールの胴部に容易に着脱可能なカバーの内側に収められており、前記カバーを取り外すことで外部に露出することを特徴とする、請求項７記載のモジュラー構造ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、機能部分がモジュール（交換可能な構成単位）化されたモジュラー構造ロボットに関するものである。

【背景技術】

【0002】

機能部分の脱着が容易なように機能部分がモジュール化されたモジュラー構造ロボットとしては従来、例えば特許文献１にて開示されたものが知られている。

【0003】

このモジュラー構造ロボットは、ウォーム駆動式の駆動モジュールと、その駆動モジュールの軸線に直交して延在するアームジョイントと、その駆動モジュールと同軸に位置してその駆動モジュールからアームジョイントにトルクを伝達する連結モジュールとを、基部に取り付けられた体幹部に相当する１つの駆動モジュールを含めて複数組み合わせて多関節型ロボットを構成しており、組み立てが容易なように、複数の駆動モジュールがそれぞれ共通の仕様とされるとともに、複数の連結モジュールもそれぞれ共通の仕様とされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特表２０１７－５０８６３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら上述の如きモジュラー構造ロボットでも、生産ラインにおいて故障やメンテナンスで停止した場合、修理やメンテナンスが完了して再稼働するまで生産ラインを止める必要があり、関連設備も停止してしまうことが多い。故障の際の対応としてはロボットの交換や修理を行うが、ロボットの交換の場合は再教示が必要となり、ロボットの修理の場合は原因究明、復旧および動作検証が必要となって、何れも多くの手間がかかる。

【0006】

しかも、ロボットを交換した場合は、設置場所やロボットの個体差による教示位置のずれが大きく、ロボット交換後の動作復旧のための教示に時間がかかり、カメラ付きロボットの場合はさらにカメラも含めた位置情報の校正作業が必要となる。

【0007】

そして、ロボットをモジュールごとに交換しようとしても、モジュール脱着後のハンドの位置校正等の非常に手間のかかる作業が必要となり、多くのロボットで体幹部から分離可能とされている腕部の上腕接続部においても、それを分離するには電気コネクタを外すためにカバーや体幹部内部の配線を外す等の手間がかかる。

【0008】

それゆえ本発明は、各モジュールの脱着とその後の位置情報の校正作業とを容易に行うことができるモジュラー構造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】

上記課題を有利に解決するため、本発明は、各々機能部分を構成する複数のモジュールを備えるモジュラー構造ロボットにおいて、
前記複数のモジュールのうち互いに隣接する２つのモジュールが、それらのモジュールに設けられた嵌合部によって概略位置決めされた状態で互いに脱着可能に結合され、
前記２つのモジュールの結合後の相対位置情報の校正のために、前記２つのモジュールにそれぞれ設けられた位置合わせ部がそれら２つのモジュールの少なくとも一方の校正動作によって互いに係合されることを特徴としている。

【発明の効果】

【0010】

本発明のモジュラー構造ロボットによれば、各々機能部分を構成する複数のモジュール（交換可能な構成単位）のうち互いに隣接する２つのモジュールが、それらのモジュールに設けられた嵌合部によって概略位置決めされた状態で互いに脱着可能に結合されているので、２つのモジュールを容易に互いに脱着することができ、それら２つのモジュールの結合後は、２つのモジュールの相対位置情報の校正のために、それら２つのモジュールにそれぞれ設けられた位置合わせ部がそれら２つのモジュールの少なくとも一方の校正動作によって互いに係合されるので、それら２つのモジュールを互いに対して高精度に動作させることができる。

【0011】

なお、本発明のモジュラー構造ロボットにおいては、前記互いに隣接する２つのモジュールは、前記機能部分として基部上に立設された体幹部を構成する体幹部モジュールと、前記機能部分としてその体幹部の側部に取り付けられた腕部を構成する腕部モジュールであってもよい。

【0012】

このようにすれば、基部上に立設された体幹部を構成する体幹部モジュールに対して、その体幹部の側部に取り付けられた腕部を構成する腕部モジュールが、それらのモジュールに設けられた嵌合部によって概略位置決めされた状態で互いに脱着可能に結合されているので、体幹部モジュールに対して腕部モジュールを容易に脱着することができ、しかもそれらのモジュールの結合後は、それら体幹部モジュールに対する腕部モジュールの相対位置情報の校正のために、それら体幹部モジュールおよび腕部モジュールにそれぞれ設けられた位置合わせ部がそれら体幹部モジュールおよび腕部モジュールの少なくとも一方の校正動作によって互いに係合されるので、体幹部モジュールに対して腕部モジュールを高精度に動作させることができる。

【0013】

また、本発明のモジュラー構造ロボットにおいては、前記体幹部の左右側部に取り付けられた腕部を構成する２本の腕部モジュールを備え、
前記体幹部モジュールに設けられた位置合わせ部は、前記２本の腕部モジュールに設けられた位置合わせ部の何れとも係合するものであってもよい。

【0014】

このようにすれば、体幹部モジュールに対する２本の腕部モジュールの相対位置情報の校正を、体幹部モジュール側は１つの位置合わせ部で行うことができるので、その校正によって２本の腕部モジュール同士の相対位置情報の校正も併せて行うことができる。

【0015】

そして、本発明のモジュラー構造ロボットにおいては、前記互いに隣接する２つのモジュールは、前記機能部分として基部上に立設された体幹部を構成する体幹部モジュールと、前記機能部分としてその体幹部の上端部に取り付けられた頭部を構成するとともに２台のカメラをステレオビジョンとして対象物の位置情報を取得可能なように配置された頭部モジュールであってもよい。

【0016】

このようにすれば、基部上に立設された体幹部を構成する体幹部モジュールに対して、その体幹部の上端部に取り付けられた頭部を構成する頭部モジュールが、それらのモジュールに設けられた嵌合部によって概略位置決めされた状態で脱着可能に結合されているので、体幹部モジュールに対して頭部モジュールを容易に脱着することができ、しかもそれらのモジュールの結合後は、それら体幹部モジュールに対する頭部モジュールの相対位置情報の校正のために、それら体幹部モジュールおよび頭部モジュールにそれぞれ設けられた位置合わせ部がそれら体幹部モジュールおよび頭部モジュールの少なくとも一方の校正動作によって互いに係合されるので、体幹部モジュールに対して頭部モジュールを高精度に動作させることができる。そして、体幹部モジュールに対する相対位置を校正された頭部モジュールの、ステレオビジョンとして対象物の位置情報を取得可能なように配置された２台のカメラが対象物を撮像するので、それらのカメラが撮像した２次元画像から例えば３次元画像化処理や三角測量の原理等によって対象物の位置情報を取得することによって、体幹部モジュールに対する対象物の相対位置も高精度に求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態のモジュラー構造ロボットをモジュール同士の分離状態で一部切り欠いて示す斜視図である。

【図2】上記実施形態のモジュラー構造ロボットをモジュール同士の結合状態で示す斜視図である。

【図3】上記実施形態のモジュラー構造ロボットの腕部モジュールの校正動作を示す正面図である。

【図4】（ａ）は、そのモジュラー構造ロボットの腕部モジュールに設けられた位置合わせ部を示す側面図、（ｂ）は、そのモジュラー構造ロボットの体幹部モジュールと腕部モジュールとにそれぞれ設けられた位置合わせ部の係合状態を示す断面図である。

【図5】（ａ）は、上記実施形態のモジュラー構造ロボットの頭部モジュールの校正動作を示す正面図、（ｂ）は、そのモジュラー構造ロボットの体幹部モジュールと頭部モジュールとにそれぞれ設けられた位置合わせ部の係合状態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に、この発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１は、本発明の一実施形態のモジュラー構造ロボットをモジュール同士の分離状態で一部切り欠いて示す斜視図、また図２は、その実施形態のモジュラー構造ロボットをモジュール同士の結合状態で示す斜視図である。

【0019】

この実施形態のモジュラー構造ロボットは、産業用ロボットやサービスロボットとして用いることができる双腕型上半身ロボットを構成するもので、図１および図２に示すように、基部１と、その基部１上に立設された体幹部２と、その体幹部２の左右側部に取り付けられた多関節型の２本の腕部３と、上記体幹部２の上端部に取り付けられた頭部４と、を備えている。

【0020】

基部１は、体幹部２を取り付ける環状のフランジ１ａを上端部に有するとともに、そのフランジ１ａを介して体幹部２をその中心軸線周りに水平に回動させる通常のモータ式駆動機構を持つ１自由度の腰関節部を内部に有し、例えば人手または自走で移動可能な図示しない台車上に固定支持されている。なお、上記台車はその内部に、予め与えられた作業プログラムに基づいてこの実施形態のモジュラー構造ロボットを作業動作させる通常の制御用コンピュータを搭載している。

【0021】

体幹部２は、基部１の環状のフランジ１ａに下端部を取り付けられた筒状のフレーム２ａを有するとともに、そのフレーム２ａの上部に設けられて内部に腕部３や頭部４の各関節部の動作を制御する制御回路を収容するケーシング状の胴部２ｂを有しており、フレーム２ａの左右側部には、腕部３を取り付けるコ字状のブラケット２ｃが、腕部３の取付け面を僅かに斜め下向きにして固設され、フレーム２ａの上端部には、頭部４を取り付ける環状のフランジ２ｄが、頭部４の取付け面を上向きにして固設されている。

【0022】

２本の腕部３は左右対称に構成されている以外は基本的に互いに同一の構成を有している。即ち各腕部３は、上腕部３ａと、前腕部３ｂと、手首部３ｃとを有するとともに、体幹部２のフレーム２ａの左右側部のブラケット２ｃに上腕部３ａを取り付けてそのブラケット２ｃに対し上腕部３ａを概略垂直方向軸線周りの左右方向および概略水平方向軸線周りの上下方向に揺動させる２自由度の肩関節部３ｄと、上腕部３ａに対し前腕部３ｂを概略水平軸線周りの上下方向に揺動させる１自由度の肘関節部３ｅと、前腕部３ｂに対し手首部３ｃをその延在方向のひねり軸線とそれと直交する曲げ軸線とそれらに直交する回し軸線との周りに回動させる３自由度の手首関節部３ｆとを有する。すなわち、腕部３からなる腕部モジュール（理解を容易にするため元の部分と同一の符号３で示す）は合計６自由度を有している。肩関節部３ｄ，肘関節部３ｅ，手首関節部３ｆは各々、通常のモータ式駆動機構を持っている。

【0023】

頭部４は前部に、ステレオビジョンとして対象物の位置情報を取得可能なように配置した例えばビデオカメラからなる２台のカメラ４ａを有していて、それらのカメラ４ａが撮像した２次元画像から制御用コンピュータは、例えば多数の画像を断層として面直方向に重ね合わせる３次元画像化処理およびその３次元画像に対する三角測量の原理の適用等により、撮影対象から頭部４までの距離と撮影対象の方向とを撮影対象の位置情報として演算で求めることができる。また頭部４は、２台のカメラ４ａをフレーム２ａの上端部のフランジ２ｄに取り付けてそのフランジ２ｄに対し２台のカメラ４ａを垂直方向軸線周りの左右方向および概略水平方向軸線周りの上下方向に揺動させる通常のモータ式駆動機構を持つ２自由度の首関節部４ｂを有している。

【0024】

かかるこの実施形態のモジュラー構造ロボットによれば、台車内の制御用コンピュータに予め与えた作業プログラムに基づき各関節部を動作させて、手首部３ｃに装着した図示しないハンド等のエンドエフェクタを使い、例えば梱包箱の組立てや検査、その梱包箱内への製品の収納および、製品を収納した梱包箱の搬出等の作業を行うことができる。

【0025】

この実施形態のモジュラー構造ロボットはさらに、基部１と体幹部２とが互いに脱着可能なモジュール（交換可能な構成単位）とされ、また各腕部３と頭部４とがそれぞれ体幹部２に対して脱着可能なモジュール（交換可能な構成単位）とされてモジュラー構造を構成しており、具体的には、体幹部２からなる体幹部モジュール（理解を容易にするため元の部分と同一の符号２で示す）はフレーム２ａの下端部に、基部１からなる基部モジュール（理解を容易にするため元の部分と同一の符号１で示す）のフランジ１ａに対応する環状のフランジ２ｅを固設され、基部モジュール１のフランジ１ａと体幹部モジュール２のフランジ２ｅはそれぞれ、互いに向き合うボルト穴とピン穴とを形成され、図ではフランジ１ａの直径方向に互いに離間した２つのピン穴１ｂに位置決めピン５が立設され、それらのピン穴１ｂを周方向に挟む４つのボルト穴１ｃに雌ねじが形成されており、フランジ１ａの２つのピン穴に向き合うフランジ２ｅの２つのピン穴は、位置決めピン５が公差の範囲内の僅かな遊びを持って嵌合できる大きさに形成され、またフランジ２ｅの残る４つのピン穴は、ボルト穴１ｃの雌ねじと螺合する固定ボルト６が挿通可能な大きさに形成されている。

【0026】

また、頭部４からなる頭部モジュール（理解を容易にするため元の部分と同一の符号４で示す）も、体幹部モジュール２の場合と同様、首関節部４ｂの下端部に、体幹部モジュール２のフランジ２ｄに対応する環状のフランジ４ｃを固設され、体幹部モジュール２のフランジ２ｄと頭部モジュール４のフランジ４ｃはそれぞれ、互いに向き合うボルト穴とピン穴とを形成され、図ではフランジ２ｄの直径方向に互いに離間した２つのピン穴に位置決めピン５が立設され、それらのピン穴を周方向に挟む４つのボルト穴に雌ねじが形成されており、フランジ２ｄの２つのピン穴に向き合うフランジ４ｃの２つのピン穴は、位置決めピン５が公差の範囲内の僅かな遊びを持って嵌合できる大きさに形成され、またフランジ４ｃの残る４つのピン穴は、フランジ２ｄのボルト穴の雌ねじと螺合する固定ボルト６が挿通可能な大きさに形成されている。

【0027】

そして腕部モジュール３は、体幹部モジュール２の側部に向く肩関節部３ｄの側面に、体幹部モジュール２のブラケット２ｃに対応するコ字状のブラケット３ｇを固設され、体幹部モジュール２のフランジ２ｃと腕部モジュール３のブラケット３ｇはそれぞれ、互いに向き合うボルト穴とピン穴とを形成され、図ではブラケット２ｃの横方向に互いに離間した２つのピン穴に位置決めピン５が立設され、それらのピン穴を周方向に挟む４つのボルト穴に雌ねじが形成されており、ブラケット２ｃの２つのピン穴に向き合うブラケット３ｇの２つのピン穴は、位置決めピン５が公差の範囲内の僅かな遊びを持って嵌合できる大きさに形成され、またブラケット３ｇの残る４つのピン穴は、ブラケット２ｃのボルト穴の雌ねじと螺合する図示しない固定ボルトが挿通可能な大きさに形成されている。

【0028】

ここで、図２に示すように、体幹部モジュール２と腕部モジュール３との間および体幹部モジュール２と頭部モジュール４との間を電気的に接続する配線８並びに、体幹部モジュール２と腕部モジュール３との間および体幹部モジュール２と頭部モジュール４との間で空圧を供給するホース等の配管は外部に露出しているが、配線８による電気的接続を中継するコネクタ並びに、配管による空圧の供給を中継するコネクタは、全て体幹部モジュール２側に固定配置されて、体幹部モジュール２の胴部２ｂに容易に着脱可能な前面側カバー２ｆおよび背面側カバー２ｇの内側に収められており、前面側カバー２ｆおよび背面側カバー２ｇを取り外すことで外部に露出する。また、体幹部２のフレーム２ａの左右側部のブラケット２ｃも、体幹部モジュール２の前後方向および上方から見ると前面側カバー２ｆおよび背面側カバー２ｇの内側に収められており、前面側カバー２ｆおよび背面側カバー２ｇを取り外すことで腕部モジュール３の固定ボルト６等を着脱可能なように外部に露出する。さらに、体幹部２のフレーム２ａの上端部のフランジ２ｄも、体幹部モジュール２の前後方向から見ると前面側カバー２ｆおよび背面側カバー２ｇの内側に収められており、前面側カバー２ｆおよび背面側カバー２ｇを取り外すことで頭部モジュール４の固定ボルト６等を着脱可能なように外部に露出する。これにより、腕部モジュール３および頭部モジュール４の着脱時に取り外す必要のあるカバーは体幹部モジュール２側のみとなるため、各モジュールの脱着作業を容易に行うことができる。加えて、腕部モジュール３および頭部モジュール４に付属するオプション機器用配線の有無やモジュール自体の搭載の有無といった異なる構成への変更の際に、使用しない配線をカバー内に格納する必要が無いため、その構成変更を容易に行うことができる。

【0029】

なお、本発明の他の一実施形態として、基部モジュール１のフランジ１ａおよびそれに対応する体幹部モジュール２のフランジ２ｅにも、体幹部モジュール２のフランジ２ｄおよびそれに対応する頭部モジュール４のフランジ４ｃにも各々中央部に穴を持たせ、そして体幹部モジュール２のブラケット２ｃおよびそれに対応する腕部モジュール３のブラケット３ｇにも各々中央部に至る切欠きを持たせ、これらの穴および切欠き内に、基部モジュール１と体幹部モジュール２との間並びに体幹部モジュール２と腕部モジュール３および頭部モジュール４との間を電気的に接続する配線やその配線のコネクタ、基部モジュール１と体幹部モジュール２との間並びに体幹部モジュール２と腕部モジュール３および頭部モジュール４との間で空圧を供給するホース等の配管やその配管のためのコネクタを配置してもよい。これらの穴および切欠き内に、モジュール間を接続する電気配線やその配線のコネクタや、空圧を供給する配管やその配管のためのコネクタを配置することで、モジュール交換時に、モジュール間の電気配線や空圧配管を、短時間で容易に取外しおよび再接続することができる。

【0030】

さらに、この実施形態のモジュラー構造ロボットは、体幹部モジュール２の胴部２ｂの前面側カバー２ｆを外すと、体幹部モジュール２の前部の胴部２ｂ上に支持板７が前向きに配置され、その支持板７は両側部を体幹部モジュール２の左右のブラケット２ｃに固定されるとともに、中央部に腕部モジュール３の手首部３ｃの動作位置校正用の円盤状のキャリブレーションポイント７ａを突設され、さらに、そのキャリブレーションポイント７ａの近傍の所定位置にピン穴７ｂを形成されている。なお、キャリブレーションポイント７ａおよびピン穴７ｂは、体幹部モジュール２の胴部２ｂに容易に着脱可能な前面側カバー２ｆの内側に収まられており、前面側カバー２ｆを取り外すことで外部に露出する。

【0031】

かかるこの実施形態のモジュラー構造ロボットによれば、図１に示すように、基部モジュール１に対して体幹部モジュール２が、また体幹部モジュール２に対して左右の腕部モジュール３と頭部モジュール４とが、それらのモジュールに設けられたピン５とピン穴とからなる嵌合部によって公差の範囲内で概略位置決めされた状態で脱着可能にボルト６により結合されるので、体幹部モジュール２を基部モジュール１に対して容易に脱着することができるとともに、腕部モジュール３と頭部モジュール４を体幹部モジュール２に対して容易に脱着することができる。

【0032】

図３は、上記実施形態のモジュラー構造ロボットの腕部モジュールの校正動作を示す正面図、図４（ａ）は、そのモジュラー構造ロボットの両腕部モジュールにそれぞれ設けられた位置合わせ部を示す側面図、図４（ｂ）は、そのモジュラー構造ロボットの体幹部モジュールと腕部モジュールとにそれぞれ設けられた位置合わせ部の係合状態を示す断面図であり、上述した体幹部モジュール２への両腕部モジュール３の結合後は、図３および図４（ｂ）に示すように、体幹部モジュール２に対する各腕部モジュール３の校正動作によって、体幹部モジュール２に設けられた位置合わせ部としての円盤状のキャリブレーションポイント７ａに、腕部モジュール３に設けられた位置合わせ部としての手首部３ｃの対応する形状の凹部３ｉが位置および姿勢を合わせられて嵌合され、さらに、手首部３ｃに突設されたピン３ｈがキャリブレーションポイント７ａに対する軸線周りの向きを合わせられて、支持板７のキャリブレーションポイント７ａの近傍のピン穴７ｂに嵌合され、その状態で体幹部モジュール２と腕部モジュール３との相対位置情報が校正される。

【0033】

すなわち、キャリブレーションポイント７ａおよびピン穴７ｂに手首部３ｃの凹部３ｉおよびピン３ｈがそれぞれ嵌合されて手首部３ｃの位置および向きが固定されることで、上述の通り６自由度（６軸）を持つ腕部モジュール３の自由度が非冗長となり、腕部モジュール３の備える各関節軸の角度が一義的（一意）に決定される。ただし、腕部モジュール３は弾性特性（例えば、減速機に生じる応力による歪みなど）を持っているため、キャリブレーション時に腕部モジュール３の各関節軸にその関節軸のモータで既定の駆動トルクを加えることで、キャリブレーション結果への腕部モジュール３の弾性特性の影響を除外する。

【0034】

従ってこの実施形態のモジュラー構造ロボットによれば、体幹部モジュール２に対して左右の腕部モジュール３を高精度に動作させることができるとともに、キャリブレーションポイント７ａおよびピン穴７ｂが左右の腕部モジュール３で共通なので、左右の腕部モジュール３同士についても互いに高精度に動作させることができる。なお、図１では体幹部モジュール２に対して左右の腕部モジュール３を電気的に接続する上述の露出した配線およびコネクタの図示を省略しているが、その配線およびコネクタは、上述のように体幹部モジュール２のブラケット２ｃおよびそれに対応する腕部モジュール３のブラケット３ｇの各々の中央部に至る切欠き内に配置してもよく、このようにすれば、腕部モジュール３の脱着の際にその配線も容易に脱着することができる。

【0035】

図５（ａ）は、上記実施形態のモジュラー構造ロボットの頭部モジュールの校正動作を示す正面図、図５（ｂ）は、そのモジュラー構造ロボットの体幹部モジュールと頭部モジュールとにそれぞれ設けられた位置合わせ部の係合状態を示す断面図であり、この実施形態のモジュラー構造ロボットはさらに、図３および図５（ａ），（ｂ）に示すように、頭部モジュール４の首関節部４ｂの前面に位置合わせ部としてのI形のキャリブレーション治具７ｃの基端部が取り付けられるとともに、体幹部モジュール２のフレーム２ａの上端部付近の前側に上記キャリブレーション治具７ｃの先端部と嵌合する位置合わせ部としての短片状のキャリブレーションポイント７ｄが前向きに突設されている。

【0036】

そしてこの実施形態のモジュラー構造ロボットにあっては、図５（ａ），（ｂ）に示すように、頭部モジュール４の首関節部４ｂの前面に取り付けられた位置合わせ部としてのキャリブレーション治具７ｃの先端部の中央の凹部が、体幹部モジュール２に対する頭部モジュール４の正面向きで真下に向く校正動作によって、体幹部モジュール２に設けられた位置合わせ部としてのキャリブレーションポイント７ｄに嵌合され、その状態で体幹部モジュール２と頭部モジュール４との頭部左右回転および上下回転の２自由度（２軸）の相対位置情報が校正される。

【0037】

従ってこの実施形態のモジュラー構造ロボットによれば、体幹部モジュール２を基部モジュール１に対して容易に脱着することができるとともに、腕部モジュール３と頭部モジュール４を体幹部モジュール２に対して容易に脱着することができ、さらに、腕部モジュール３に加えて頭部モジュール４も、体幹部モジュール２に対して高精度に動作させることができる。

【0038】

以上、図示例に基づき説明したが、この発明のモジュラー構造ロボットは上述の例に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載の範囲内で適宜変更することができ、例えば基部モジュール１と体幹部モジュール２との間でも、基部モジュール１上に立設したストッパと、体幹部モジュール２の下端部に水平に突設した当接部とを体幹部モジュール２の回動により当接させた状態で、基部モジュール１に対する体幹部モジュール２の相対回動位置を校正するようにしてもよい。

【0039】

また、この発明においては、各モジュールは、そのロボットの使用目的に応じて異なる構成のものを適宜交換して装着してもよく、嵌合部の形状や位置合わせ部の形状も、そのロボットの使用目的に応じて適宜異なるものとしてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0040】

かくして本発明のモジュラー構造ロボットによれば、各々機能部分を構成する複数のモジュール（交換可能な構成単位）のうち互いに隣接する２つのモジュールが、それらのモジュールに設けられた嵌合部によって概略位置決めされた状態で互いに脱着可能に結合されているので、２つのモジュールを容易に互いに脱着することができ、それら２つのモジュールの結合後は、２つのモジュールの相対位置情報の校正のために、それら２つのモジュールにそれぞれ設けられた位置合わせ部がそれら２つのモジュールの少なくとも一方の校正動作によって互いに係合されるので、それら２つのモジュールを互いに対して高精度に動作させることができる。

【0041】

それゆえ本発明のモジュラー構造ロボットによれば、モジュールの交換後のロボットの動作の再教示の手間を省力化することができるので、以下の効果を得ることができる。
１）生産ラインに配置したロボットの故障部位の修理や点検等のメンテナンス時に、モジュール毎に交換することで、生産ラインの停止時間を最小限に短縮することができる。
２）ロボットのユーザがモジュールの交換および位置校正を行い得るので、ロボットメーカのメンテナンスマンの出張が必須でなくなり、メンテナンスマンが効率的なサービスを提供することができる。
３）モジュールの取付け部の仕様と配線等の接続コネクタの仕様とをそれぞれモジュール間で合わせることで、モジュール毎のアップデートが可能となり、ロボットに対する機能追加や改良、変更を容易に行うことができる。
４）生産ラインの生産状況に応じて、そこに配置したロボットのモジュール構成を最小限構成と最大限構成との間で変更することができるので、例えば腕部モジュールの本数や自由度を増減したり腕部モジュールに作業対象物の撮影用のカメラを設けたりして、作業に対し適正な構成に変更することで、コストおよび運用において最適なロボットを実現することができる。

【符号の説明】

【0042】

１ 基部モジュール（基部）
１ａ フランジ
１ｂ ピン穴
１ｃ ボルト穴
２ 体幹部モジュール（体幹部）
２ａ フレーム
２ｂ 胴部
２ｃ ブラケット
２ｄ フランジ
２ｅ フランジ
２ｆ 前面側カバー
２ｇ 背面側カバー
３ 腕部モジュール（腕部）
３ａ 上腕部
３ｂ 前腕部
３ｃ 手首部
３ｄ 肩関節部
３ｅ 肘関節部
３ｆ 手首関節部
３ｇ ブラケット
３ｈ ピン
３ｉ 凹部
４ 頭部モジュール（頭部）
４ａ カメラ
４ｂ 首関節部
４ｃ フランジ
５ 位置決めピン
６ 固定ボルト
７ 支持板
７ａ キャリブレーションポイント
７ｂ ピン穴
７ｃ キャリブレーション治具
７ｄ キャリブレーションポイント
８ 配線

【要約】

【課題】各モジュールの脱着とその後の位置情報の校正作業とを容易に行うことができるモジュラー構造ロボットを提供する。
【解決手段】各々機能部分を構成する複数のモジュールを備えるモジュラー構造ロボットであって、前記複数のモジュールのうち互いに隣接する２つのモジュールが、それらのモジュールに設けられた嵌合部によって概略位置決めされた状態で互いに脱着可能に結合され、前記２つのモジュールの相対位置情報の校正のために、前記２つのモジュールにそれぞれ設けられた位置合わせ部がそれら２つのモジュールの少なくとも一方の校正動作によって互いに係合される。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】