JP2021030366A

JP2021030366A - Mobile robot

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Publication number: JP2021030366A
Application number: JP2019152961A
Authority: JP
Inventors: 謙一小村; Kenichi Komura; 慧見上; Kei Mikami; 瑛昌沢戸; Terumasa Sawato
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2019-08-23
Filing date: 2019-08-23
Publication date: 2021-03-01

Abstract

To provide a mobile robot which enables improvement of loading performance of a travelling dolly while extending an operation area of a manipulator mounted on the travelling dolly.SOLUTION: A mobile robot 100 includes: a travelling dolly 101 having a loading platform 104; a manipulator 102 having a base part 105 installed on the loading platform 104; movable mechanisms 111, 112 which movably connect the loading platform 104 with the base part 105; and fixing parts 116, 117 which temporarily fix a tip of the manipulator 102 to the loading platform 104. When the tip of the manipulator 102 is fixed to the fixing parts 116, 117, an attitude of the manipulator 102 is changed and the base part 105 is moved.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、移動ロボットに関し、より詳細には、搬送物等をピックアップするマニピュレータを走行台車に搭載した移動ロボットに関する。 The present invention relates to a mobile robot, and more particularly to a mobile robot in which a manipulator for picking up a transported object or the like is mounted on a traveling carriage.

従来から、生産現場において、作業場所でワーク等を把持して移動させる作業や作業場所を移動するためにワーク等を把持して移動させる作業等を自動化するために走行台車にマニピュレータを載せた移動ロボットが用いられている。ところが、このような移動ロボットのマニピュレータは、マニピュレータのリーチ不足により、走行台車の位置からワーク等の位置まで届かないケースが存在していた。 Conventionally, in a production site, a manipulator is mounted on a traveling trolley to automate the work of gripping and moving a work or the like at a work place or the work of gripping and moving a work or the like to move a work place. Robots are used. However, there have been cases where the manipulator of such a mobile robot does not reach the position of the work or the like from the position of the traveling carriage due to the insufficient reach of the manipulator.

そこで、マニピュレータのリーチ不足を解消する方法として、駆動源（アクチュエータ、制御装置および動力源）を備える移動機構を走行台車とマニピュレータとの間に設置し、マニピュレータの作業場所での作業領域を広げる手法が知られている。 Therefore, as a method of solving the lack of reach of the manipulator, a method of installing a moving mechanism equipped with a drive source (actuator, control device and power source) between the traveling carriage and the manipulator to expand the work area of the manipulator in the work place. It has been known.

このような技術の例として、例えば特許文献１には、関節機構と該関節機構を介して連結されたリンク部材とを有するロボットアームを備え、移動体により移動するロボットであって、前記移動体上で前記ロボットアームの基端部を変位させる変位機構を具備する。これにより、変位機構によってロボットアームを操作対象の方へ変位させることで、エンドエフェクタを操作対象の操作が可能な位置まで近接させることができ、適用範囲の広いロボットを提供することができるとされている。 As an example of such a technique, for example, Patent Document 1 provides a robot arm having a joint mechanism and a link member connected via the joint mechanism, and is a robot that moves by a moving body. It is provided with a displacement mechanism that displaces the base end portion of the robot arm above. As a result, by displace the robot arm toward the operation target by the displacement mechanism, the end effector can be brought close to the position where the operation target can be operated, and it is possible to provide a robot having a wide range of application. ing.

また、例えば特許文献２には、多段式アームを水平旋回及び昇降自在にして搭載し、前記開口面に沿って走行する自走台車と、前記多段式アームを伸縮させる伸縮駆動装置と、前記最先端アームの先端部から下降して、前記先端部を支持する支持装置とを設けたことを特徴とする作業ロボット移動装置が開示されている。これにより、変位機構によってロボットアームを操作対象の方へ変位させることで、エンドエフェクタを操作対象の操作が可能な位置まで近接させることができ、適用範囲の広いロボットを提供することができるとされている。 Further, for example, in Patent Document 2, a self-propelled trolley in which a multi-stage arm is mounted so as to be horizontally swiveled and raised and lowered and travels along the opening surface, a telescopic drive device for expanding and contracting the multi-stage arm, and the above-mentioned maximum. A work robot moving device is disclosed, which is provided with a support device that descends from the tip end portion of the tip end arm to support the tip end portion. As a result, by displace the robot arm toward the operation target by the displacement mechanism, the end effector can be brought close to the position where the operation target can be operated, and it is possible to provide a robot having a wide range of application. ing.

特開２０１３−９４９３４号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-94934 特開平１０−１５８６０号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-15860

しかしながら、特許文献１および２に記載の技術では、移動機構を動かすための駆動源が必要になり、電動の場合、走行台車およびマニピュレータに共通のバッテリーを移動機構の駆動に用いる場合、全体の消費電力が増え、移動ロボットの稼動時間が短くなるという問題がある。 However, the techniques described in Patent Documents 1 and 2 require a drive source for moving the moving mechanism, and in the case of electric power, when a battery common to the traveling carriage and the manipulator is used for driving the moving mechanism, the total consumption There is a problem that the power consumption increases and the operating time of the mobile robot becomes short.

さらに、特許文献１および２に記載の技術では、移動機構を動かすための駆動源を別途用意する場合、駆動源の重量が増えることにより、移動ロボットの総重量が増えるため、走行台車が搬送できるワークの重量が減るという問題がある。 Further, in the techniques described in Patent Documents 1 and 2, when a drive source for moving the moving mechanism is separately prepared, the total weight of the moving robot increases due to the increase in the weight of the drive source, so that the traveling carriage can be conveyed. There is a problem that the weight of the work is reduced.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、走行台車に搭載したマニピュレータの動作領域を拡張しつつ、走行台車の積載性能を向上させることができる移動ロボットを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a mobile robot capable of improving the loading performance of a traveling carriage while expanding the operating range of a manipulator mounted on the traveling carriage. There is.

上記課題を解決するために本発明に係る移動ロボットは、荷台を有する走行台車と、荷台に設置するベース部を有するマニピュレータと、荷台とベース部とを移動可能に接続する移動機構と、荷台にマニピュレータの先端を一時的に固定する固定部と、を備え、マニピュレータの先端を固定部に固定した際にマニピュレータの姿勢を変更して、ベース部を移動させる。 In order to solve the above problems, the mobile robot according to the present invention includes a traveling carriage having a loading platform, a manipulator having a base portion installed on the loading platform, a moving mechanism for movably connecting the loading platform and the base portion, and a loading platform. A fixing portion for temporarily fixing the tip of the manipulator is provided, and when the tip of the manipulator is fixed to the fixed portion, the posture of the manipulator is changed to move the base portion.

本発明に係る移動ロボットによれば、走行台車に搭載したマニピュレータの動作領域を拡張しつつ、走行台車の積載性能を向上させることができる。なお、ここに記載された効果は、必ずしも限定されるものではなく、本技術中に記載されたいずれかの効果であってもよい。 According to the mobile robot according to the present invention, it is possible to improve the loading performance of the traveling carriage while expanding the operating range of the manipulator mounted on the traveling carriage. The effects described here are not necessarily limited, and may be any of the effects described in the present technology.

本発明の第１実施形態に係る移動ロボットの構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the mobile robot which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態に係る移動ロボットの動作を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the operation of the mobile robot which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態に係る移動ロボットの動作を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the operation of the mobile robot which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態に係る移動ロボットの動作を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the operation of the mobile robot which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態に係る移動ロボットの動作を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the operation of the mobile robot which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態に係る移動ロボットの動作を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the operation of the mobile robot which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態に係る移動ロボットを用いた制御方法の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of the control method using the mobile robot which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態に係る移動ロボットの機構を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the mechanism of the mobile robot which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態に係る移動ロボットの構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the mobile robot which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態に係る移動ロボットの構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the mobile robot which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。また、以下の各実施形態の構成は、いずれも他の実施形態の構成と組み合わせることが可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The embodiments described below show an example of a typical embodiment of the present invention, and the scope of the present invention is not narrowly interpreted by this. In addition, any of the following configurations of each embodiment can be combined with the configurations of other embodiments.

＜第１実施形態＞
まず、図１を用いて、本発明の第１実施形態に係る移動ロボットの構成例について説明する。図１Ａは、本実施形態に係る移動ロボットの構成例を示す平面図である。図１Ｂは、本実施形態に係る移動ロボットの構成例を示す側面図である。 <First Embodiment>
First, a configuration example of the mobile robot according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a plan view showing a configuration example of a mobile robot according to the present embodiment. FIG. 1B is a side view showing a configuration example of the mobile robot according to the present embodiment.

図１Ａおよび図１Ｂに示すように、マニピュレータである移動ロボット１００は、一例として、略直方体の走行台車１０１と、走行台車１０１に搭載されたロボット本体１０２と、を備えている。 As shown in FIGS. 1A and 1B, the mobile robot 100, which is a manipulator, includes, for example, a substantially rectangular parallelepiped traveling carriage 101 and a robot body 102 mounted on the traveling carriage 101.

走行台車１０１は、進行方向に対する両側面の前後に車輪１０３を備えている。走行台車１０１の上面には、ロボット本体１０２を搭載し、搬送物等を積載する荷台１０４が形成されている。 The traveling carriage 101 is provided with wheels 103 on the front and rear sides of both side surfaces in the traveling direction. On the upper surface of the traveling carriage 101, a loading platform 104 on which the robot main body 102 is mounted and a transported object or the like is loaded is formed.

ロボット本体１０２は、ベース部１０５と、ベース部１０５に接続されたフレーム１０６と、フレーム１０６に関節を介して接続された第１アーム部１０７と、第１アーム部１０７に関節を介して接続された第２アーム部１０８と、第２アーム部１０８の先端に接続されたエンドエフェクタ１０９と、を備えている。 The robot body 102 is connected to the base portion 105, the frame 106 connected to the base portion 105, the first arm portion 107 connected to the frame 106 via joints, and the first arm portion 107 via joints. A second arm portion 108 and an end effector 109 connected to the tip of the second arm portion 108 are provided.

走行台車１０１の荷台１０４には、移動機構として、円板状の回転機構１１１と、回転機構１１１に連結して形成され、回転機構１１１の表面を摺動する細長い板状の第１直動機構１１２と、第１直動機構１１２の表面をその延在方向に摺動する矩形の第２直動機構１１３と、を備えている。したがって、本実施形態に係る移動ロボット１００の移動機構は、平面２自由度を有している。なお、第２直動機構１１３は、第１直動機構１１２に固定されていてもよい。第２直動機構１１３の表面には、ロボット本体１０２のベース部１０５が取り付けられている。 The loading platform 104 of the traveling carriage 101 is formed by connecting a disk-shaped rotating mechanism 111 and a rotating mechanism 111 as a moving mechanism, and is formed by connecting the rotating mechanism 111 to an elongated plate-shaped first linear motion mechanism that slides on the surface of the rotating mechanism 111. The 112 is provided with a rectangular second linear motion mechanism 113 that slides on the surface of the first linear motion mechanism 112 in the extending direction thereof. Therefore, the moving mechanism of the moving robot 100 according to the present embodiment has two degrees of freedom in a plane. The second linear motion mechanism 113 may be fixed to the first linear motion mechanism 112. A base portion 105 of the robot body 102 is attached to the surface of the second linear motion mechanism 113.

荷台１０４には、回転機構１１１の回転を減速または停止させる第１停止部１１４が備えられている。また、回転機構１１１の表面には、第１直動機構１１２の摺動を減速または停止させる第２停止部１１５が備えられている。第１停止部１１４および第２停止部１１５は、ロボット本体１０２の平面方向の姿勢を固定する姿勢固定部としての機能を有する。 The loading platform 104 is provided with a first stop portion 114 for decelerating or stopping the rotation of the rotation mechanism 111. Further, the surface of the rotation mechanism 111 is provided with a second stop portion 115 for decelerating or stopping the sliding of the first linear motion mechanism 112. The first stop portion 114 and the second stop portion 115 have a function as a posture fixing portion for fixing the posture of the robot main body 102 in the plane direction.

回転機構１１１の円周側面には、回転機構１１１の底円よりも小さい底円を有する円板状の第１停止部１１４の円周側面が接触している。第１直動機構１１２の延在方向側面には、回転機構１１１の底円よりも小さい底円を有する円板状の第２停止部１１５の円周側面が接触している。また、荷台１０４のロボット本体１０２設置付近の２カ所の隅には、エンドエフェクタ１０９の先端を差し込むことができる固定溝１１６および１１７がそれぞれ形成されている。固定溝１１６および１１７は、荷台１０４にロボット本体１０２の先端を一時的に固定する先端固定部としての機能を有する。 The circumferential side surface of the rotating mechanism 111 is in contact with the circumferential side surface of the disc-shaped first stop 114 having a bottom circle smaller than the bottom circle of the rotating mechanism 111. The side surface of the first linear motion mechanism 112 in the extending direction is in contact with the circumferential side surface of the disc-shaped second stop portion 115 having a bottom circle smaller than the bottom circle of the rotation mechanism 111. Further, fixed grooves 116 and 117 into which the tip of the end effector 109 can be inserted are formed in two corners of the loading platform 104 near the installation of the robot main body 102, respectively. The fixing grooves 116 and 117 have a function as a tip fixing portion for temporarily fixing the tip of the robot body 102 to the loading platform 104.

次に、図２から図６を用いて、本実施形態に係る移動ロボット１００の動作について説明する。なお、図２から図６において、ロボット本体１０２の動きを明確にするため、走行台車１０１の車輪１０３は省略している。 Next, the operation of the mobile robot 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 6. In addition, in FIGS. 2 to 6, the wheel 103 of the traveling carriage 101 is omitted in order to clarify the movement of the robot main body 102.

図２は、移動ロボット１００の平面模式図である。本実施形態では、移動ロボット１００のロボット本体１０２により図２の点Ｐに配置されているワークを把持する作業について説明する。 FIG. 2 is a schematic plan view of the mobile robot 100. In this embodiment, the work of gripping the work arranged at the point P in FIG. 2 by the robot body 102 of the mobile robot 100 will be described.

図２に示すロボット本体１０２は、ベース部１０５の回転中心Ｌの位置を回転軸としてフレーム１０６、第１アーム部１０７および第２アーム部１０８が一体的に回転し、第２アーム部１０８の先端に接続されたエンドエフェクタ１０９でワークを把持することができる。 In the robot body 102 shown in FIG. 2, the frame 106, the first arm portion 107, and the second arm portion 108 rotate integrally with the position of the rotation center L of the base portion 105 as the rotation axis, and the tip of the second arm portion 108 The work can be gripped by the end effector 109 connected to.

このとき、エンドエフェクタ１０９で把持することができる範囲は、回転中心Ｌからエンドエフェクタ１０９の把持部分までの最長距離ｒを半径とする円Ｒの円周およびその円内である。したがって、図２の位置にあるロボット本体１０２では、円Ｒの外部に位置する点Ｐに配置されているワークを把持することができない。 At this time, the range that can be gripped by the end effector 109 is the circumference of the circle R whose radius is the longest distance r from the rotation center L to the gripped portion of the end effector 109, and within the circle. Therefore, the robot main body 102 at the position of FIG. 2 cannot grip the work arranged at the point P located outside the circle R.

そこで、まず第１アーム部１０７と第２アーム部１０８との間の関節（Ｊ３軸）を折り曲げながら、エンドエフェクタ１０９を荷台１０４の固定溝１１６の方向（図２の斜め左下の矢印ｄ１方向）に向かって移動させ、エンドエフェクタ１０９の先端を固定溝１１６に差し込ませる。 Therefore, first, while bending the joint (J3 axis) between the first arm portion 107 and the second arm portion 108, the end effector 109 is placed in the direction of the fixing groove 116 of the loading platform 104 (in the diagonally lower left arrow d1 direction in FIG. 2). The tip of the end effector 109 is inserted into the fixing groove 116.

図３Ａは、エンドエフェクタ１０９の先端を固定溝１１６に差し込んでいる状態を表す平面図である。図３Ｂは、図３Ａのロボット本体１０２の側面方向（図３Ａの矢印Ｄ１方向）から見た側面図である。図３Ａおよび図３Ｂに示すロボット本体１０２の状態から、ロボット本体１０２の各関節（Ｊ１軸、Ｊ２軸、Ｊ３軸およびＪ５軸）を動かして第１アーム部１０７および第２アーム部１０８を伸ばし、回転中心Ｌが目標位置Ｍに重なるまでベース部１０５を移動させる（図３Ａの斜め左上の矢印ｄ２方向）。なお、本実施形態では、目標位置Ｍから点Ｐまでの距離は、ｒ以下であるものとする。 FIG. 3A is a plan view showing a state in which the tip of the end effector 109 is inserted into the fixing groove 116. FIG. 3B is a side view of the robot body 102 of FIG. 3A as viewed from the side direction (arrow D1 direction of FIG. 3A). From the state of the robot body 102 shown in FIGS. 3A and 3B, the joints (J1 axis, J2 axis, J3 axis and J5 axis) of the robot body 102 are moved to extend the first arm portion 107 and the second arm portion 108. The base portion 105 is moved until the rotation center L overlaps the target position M (in the diagonally upper left arrow d2 direction in FIG. 3A). In the present embodiment, the distance from the target position M to the point P is assumed to be r or less.

ここで、図３Ａの位置から第１アーム部１０７および第２アーム部１０８が伸びると、ベース部１０５およびベース部１０５を載せた第２直動機構１１３は第１直動機構１１２上を摺動し、第１直動機構１１２は回転機構１１１の回転中心Ｏの位置を回転軸として回転する。これにより、ベース部１０５を図３Ａの矢印ｄ２方向に移動させて、回転中心Ｌを目標位置Ｍに重ねることができる。 Here, when the first arm portion 107 and the second arm portion 108 extend from the position of FIG. 3A, the second linear motion mechanism 113 on which the base portion 105 and the base portion 105 are mounted slides on the first linear motion mechanism 112. Then, the first linear motion mechanism 112 rotates with the position of the rotation center O of the rotation mechanism 111 as the rotation axis. As a result, the base portion 105 can be moved in the direction of the arrow d2 in FIG. 3A, and the rotation center L can be overlapped with the target position M.

図４Ａは、ベース部１０５の回転中心Ｌを目標位置Ｍに重ねた状態を表す平面図である。図４Ｂは、図４Ａのロボット本体１０２の側面方向（図４Ａの矢印Ｄ２方向）から見た側面図である。図４Ａおよび図４Ｂに示すロボット本体１０２の状態から、ロボット本体１０２の各関節を動かしてエンドエフェクタ１０９を持ち上げ、エンドエフェクタ１０９の先端を固定溝１１６から抜き取る。これにより、エンドエフェクタ１０９の固定が解除され、ロボット本体１０２は新たな回転中心Ｍの位置を回転軸として回転することができる。 FIG. 4A is a plan view showing a state in which the rotation center L of the base portion 105 is overlapped with the target position M. FIG. 4B is a side view of the robot body 102 of FIG. 4A as viewed from the side direction (direction of arrow D2 in FIG. 4A). From the state of the robot body 102 shown in FIGS. 4A and 4B, each joint of the robot body 102 is moved to lift the end effector 109, and the tip of the end effector 109 is pulled out from the fixing groove 116. As a result, the end effector 109 is released from being fixed, and the robot body 102 can rotate with the position of the new rotation center M as the rotation axis.

図５Ａは、回転中心Ｍの位置を回転軸としてロボット本体１０２を回転させた一例の状態を表す平面図である。図５Ｂは、図５Ａのロボット本体１０２の側面方向（図５Ａの矢印Ｄ３方向）から見た側面図である。図５Ａおよび図５Ｂに示すロボット本体１０２は、回転中心Ｍの位置を回転軸として、図５Ａの紙面に向かって反時計回りにロボット本体１０２を回転させた一例の状態を表している。 FIG. 5A is a plan view showing an example of a state in which the robot body 102 is rotated around the position of the rotation center M as a rotation axis. FIG. 5B is a side view of the robot body 102 of FIG. 5A as viewed from the side direction (direction of arrow D3 in FIG. 5A). The robot body 102 shown in FIGS. 5A and 5B represents an example of a state in which the robot body 102 is rotated counterclockwise toward the paper surface of FIG. 5A with the position of the rotation center M as the rotation axis.

図６は、エンドエフェクタ１０９で点Ｐに配置されているワークを把持する状態を表す平面図である。図６に示すロボット本体１０２は、回転中心Ｍからエンドエフェクタ１０９の把持部分までの最長距離ｒを半径とする円Ｒの円周およびその円内にあるワークを把持することができる。 FIG. 6 is a plan view showing a state in which the end effector 109 grips the work arranged at the point P. The robot body 102 shown in FIG. 6 can grip the circumference of a circle R whose radius is the longest distance r from the center of rotation M to the gripped portion of the end effector 109, and the work within the circle.

図６に示すように、点Ｐは最長距離ｒ以下の位置にあるため、ロボット本体１０２を図５Ａの位置からさらに反時計回りに回転させることで、エンドエフェクタ１０９の把持部分を点Ｐの位置に移動させることができる。これにより、エンドエフェクタ１０９で点Ｐの位置にあるワークを把持することができるようになる。 As shown in FIG. 6, since the point P is at the position of the longest distance r or less, the gripping portion of the end effector 109 is moved to the position of the point P by further rotating the robot body 102 counterclockwise from the position of FIG. 5A. Can be moved to. As a result, the end effector 109 can grip the work at the position of the point P.

次に、図７を用いて、本実施形態に係る移動ロボットを用いた制御方法について説明する。図７は、マニピュレータである移動ロボット１００の制御装置における制御方法の例を示すフローチャートである。 Next, the control method using the mobile robot according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 7. FIG. 7 is a flowchart showing an example of a control method in the control device of the mobile robot 100 which is a manipulator.

Ｓ１０１において、エンドエフェクタ１０９の先端の移動目標位置Ｐおよび現在のロボット本体１０２のベース部１０５の回転中心Ｌを読み込む。 In S101, the movement target position P at the tip of the end effector 109 and the rotation center L of the base portion 105 of the current robot body 102 are read.

Ｓ１０２において、移動目標位置Ｐがロボット本体１０２の動作範囲外か否かを判別する。動作範囲外の場合（Ｙｅｓの場合）、ステップＳ１０３に進み、動作範囲内の場合（Ｎｏの場合）、ステップＳ１１１に進む。 In S102, it is determined whether or not the movement target position P is outside the operating range of the robot main body 102. If it is out of the operating range (Yes), the process proceeds to step S103, and if it is within the operating range (No), the process proceeds to step S111.

Ｓ１０３において、ベース部１０５の移動位置を点Ｍとして動作範囲を再計算する。 In S103, the operating range is recalculated with the moving position of the base portion 105 as the point M.

Ｓ１０４において、移動目標位置Ｐがロボット本体１０２の動作範囲内に入ったか否かを判別する。動作範囲に入った場合（Ｙｅｓの場合）、ステップＳ１０５に進み、動作範囲に入っていない場合（Ｎｏの場合）、ステップＳ１０３に戻る。 In S104, it is determined whether or not the movement target position P is within the operating range of the robot main body 102. If it is within the operating range (yes), the process proceeds to step S105, and if it is not within the operating range (No), the process returns to step S103.

Ｓ１０５において、エンドエフェクタ１０９の先端を走行台車１０１の荷台１０４に形成された固定溝１１６または１１７に差し込んでロボット本体１０２を走行台車１０１に固定する。 In S105, the tip of the end effector 109 is inserted into the fixing groove 116 or 117 formed in the loading platform 104 of the traveling carriage 101 to fix the robot body 102 to the traveling carriage 101.

Ｓ１０６において、第１停止部１１４および第２停止部１１５のブレーキをＯＦＦにして回転機構１１１および第１直動機構１１２を可動可能にする。 In S106, the brakes of the first stop portion 114 and the second stop portion 115 are turned off to make the rotation mechanism 111 and the first linear motion mechanism 112 movable.

Ｓ１０７において、ロボット本体１０２の第１アーム部１０７および第２アーム部１０８の姿勢を変更し、ベース部１０５を回転中心Ｌの位置から目標位置Ｍへ移動させる。 In S107, the postures of the first arm portion 107 and the second arm portion 108 of the robot main body 102 are changed, and the base portion 105 is moved from the position of the rotation center L to the target position M.

Ｓ１０８において、ベース部１０５が目標位置Ｍに到達したか否かを判別する。到達した場合（Ｙｅｓの場合）、ステップＳ１０９に進み、到達していない場合（Ｎｏの場合）、ステップＳ１０７に戻る。 In S108, it is determined whether or not the base portion 105 has reached the target position M. If it has been reached (in the case of Yes), the process proceeds to step S109, and if it has not been reached (in the case of No), the process returns to step S107.

Ｓ１０９において、第１停止部１１４および第２停止部１１５のブレーキをＯＮにして回転機構１１１および第１直動機構１１２を固定する。 In S109, the brakes of the first stop portion 114 and the second stop portion 115 are turned on to fix the rotation mechanism 111 and the first linear motion mechanism 112.

Ｓ１１０において、エンドエフェクタ１０９の先端を固定溝１１６または１１７から抜き取り、ロボット本体１０２の走行台車１０１による固定を解除する。 In S110, the tip of the end effector 109 is pulled out from the fixing groove 116 or 117, and the robot body 102 is released from being fixed by the traveling carriage 101.

Ｓ１１１において、エンドエフェクタ１０９の先端を目標位置Ｐに移動させる。 In S111, the tip of the end effector 109 is moved to the target position P.

Ｓ１１２において、エンドエフェクタ１０９により目標位置Ｐに配置されたワークを把持する等のタスクを実行する。 In S112, a task such as gripping the work arranged at the target position P by the end effector 109 is executed.

次に、図４および図８を用いて、本実施形態に係る移動ロボット１００のベース部１０５の現在位置を推定または監視する手段について説明する。図８Ａは、図４Ａの移動ロボット１００と同じ姿勢位置にある移動ロボット１００の機構を示す模式図である。図８Ｂは、図８Ａの矢印Ｐ方向から見た移動ロボット１００の関節ｄの詳細な機構を示す模式図である。以下の手段により、移動ロボット１００の移動機構の移動姿勢を、その移動機構の初期姿勢とロボット本体１０２の現在の姿勢から計測または推定することができる。 Next, a means for estimating or monitoring the current position of the base portion 105 of the mobile robot 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 8. FIG. 8A is a schematic view showing the mechanism of the mobile robot 100 in the same posture position as the mobile robot 100 of FIG. 4A. FIG. 8B is a schematic view showing a detailed mechanism of the joint d of the mobile robot 100 as viewed from the direction of arrow P in FIG. 8A. By the following means, the moving posture of the moving mechanism of the moving robot 100 can be measured or estimated from the initial posture of the moving mechanism and the current posture of the robot main body 102.

手段１として、ベース部１０５の現在位置を推定する場合、ロボット本体１０２の各軸のセンサのみを使って、図８Ｂに示すロボット本体１０２の点b（移動姿勢）を推定する。エンドエフェクタ１０９を固定溝１１６から離したときに、移動機構が動いた場合に、そのずれを検出する手段がないので、推定する手段を用いている。 When estimating the current position of the base portion 105 as the means 1, the point b (moving posture) of the robot main body 102 shown in FIG. 8B is estimated by using only the sensors of each axis of the robot main body 102. When the end effector 109 is separated from the fixing groove 116, if the moving mechanism moves, there is no means for detecting the deviation, so a means for estimating is used.

具体的には、ロボット本体１０２の手先を台車に固定した時のリンクパラメータ（線ac、線bc、∠abc）を使って、点bを計算する。また、線acは台車に固定されている位置であり、あらかじめロボット本体１０２に定数として記憶させておき、点bの位置は常にロボット本体１０２の中で計算しておく。すると、線bcの長さはロボット本体１０２の姿勢（Ｊ２軸、Ｊ３軸、Ｊ５軸）で一意に決まり、∠abcはロボットの姿勢（Ｊ１軸）で一意に決まる。これにより、追加のセンサを利用しないため、安価で移動ロボット１００を構築することができる。 Specifically, the point b is calculated using the link parameters (line ac, line bc, ∠abc) when the hand of the robot body 102 is fixed to the trolley. Further, the line ac is a position fixed to the carriage, and is stored in the robot body 102 as a constant in advance, and the position of the point b is always calculated in the robot body 102. Then, the length of the line bc is uniquely determined by the posture of the robot body 102 (J2 axis, J3 axis, J5 axis), and ∠abc is uniquely determined by the posture of the robot (J1 axis). As a result, the mobile robot 100 can be constructed at low cost because no additional sensor is used.

手段２として、ベース部１０５の現在位置を計測する場合、移動機構の可動部(直動部、回転部)に位置センサ(エンコーダなど)を追加し、位置センサの値から点b（移動姿勢）を計測する。これにより、上記手段１で問題となっていた、エンドエフェクタ１０９が固定溝１１６から離しているときに移動機構が動いた場合にそのずれを検出することができる。また、計測精度を高めることもできる。 When measuring the current position of the base portion 105 as means 2, a position sensor (encoder, etc.) is added to the movable portion (linear motion portion, rotating portion) of the moving mechanism, and the point b (moving posture) is obtained from the value of the position sensor. To measure. As a result, it is possible to detect the deviation of the end effector 109, which has been a problem in the above means 1, when the moving mechanism moves while the end effector 109 is separated from the fixing groove 116. In addition, the measurement accuracy can be improved.

手段３として、ベース部１０５の現在位置を計測する場合、ロボット本体１０２の手先に撮像装置であるカメラを取り付けて固定溝１１６の位置を計測し、その値から点b（移動姿勢）を計測することもできる。これにより、手段１で問題となっていた、エンドエフェクタ１０９が固定溝１１６から離しているときに移動機構が動いた場合にそのずれを検出することができる。ただし、上記手段２は常に点bの位置を検出できるのに対し、手段３では、カメラで計測した時しか検出できない。また、計測精度を高めることができ、カメラを別の用途(ワーク検出)と併用することもできる。 When measuring the current position of the base portion 105 as the means 3, a camera, which is an imaging device, is attached to the hand of the robot body 102 to measure the position of the fixed groove 116, and the point b (moving posture) is measured from the value. You can also do it. As a result, it is possible to detect the deviation of the end effector 109, which has been a problem in the means 1, when the moving mechanism moves while the end effector 109 is separated from the fixing groove 116. However, while the means 2 can always detect the position of the point b, the means 3 can detect it only when it is measured by a camera. In addition, the measurement accuracy can be improved, and the camera can be used in combination with another application (work detection).

次に、図８Ｂに示す関節ｄの動作について説明する。まず、ロボット本体１０２が、制御装置から指令値として、関節ｃおよびｅの直線距離ｃｅを受け取る。次に、ロボット本体１０２が、直線距離ｃｅの現在値と指令値から、直動関節dの移動量を算出する。そして、Ｊ２、Ｊ３およびＪ５軸を使って、関節eを支点に、関節ｃを直線方向（図８Ｂの点線Ｑの左右方向）へ直線補間で直動関節ｄを動かす。 Next, the operation of the joint d shown in FIG. 8B will be described. First, the robot body 102 receives the linear distance ce of the joints c and e as a command value from the control device. Next, the robot body 102 calculates the amount of movement of the linear motion joint d from the current value and the command value of the linear distance ce. Then, using the J2, J3, and J5 axes, the linear motion joint d is moved by linear interpolation with the joint e as the fulcrum and the joint c in the linear direction (the left-right direction of the dotted line Q in FIG. 8B).

上述の通り、本実施形態に係る移動ロボット１００は、荷台１０４上にベース部１０５を移動させる移動機構である回転機構１１１、第１直動機構１１２および第２直動機構１１３を備え、荷台１０４面にエンドエフェクタ１０９の先端を１点に固定する固定溝１１６、１１７が形成されている。このため、移動ロボット１００は、エンドエフェクタ１０９の先端を荷台１０４に固定させて、ロボット本体１０２の動力でベース部１０５の位置を変更できるので、移動機構の駆動源を不要とし、稼働時間を増加させることができる。 As described above, the mobile robot 100 according to the present embodiment includes a rotation mechanism 111, a first linear motion mechanism 112, and a second linear motion mechanism 113, which are movement mechanisms for moving the base portion 105 on the loading platform 104, and the loading platform 104. Fixing grooves 116 and 117 for fixing the tip of the end effector 109 to one point are formed on the surface. Therefore, in the mobile robot 100, the tip of the end effector 109 is fixed to the loading platform 104, and the position of the base portion 105 can be changed by the power of the robot main body 102, so that the drive source of the moving mechanism is unnecessary and the operating time is increased. Can be made to.

また、移動ロボット１００は、駆動源が不要となった分総重量が減るので、積載可能なワークの重量を大きくすることができる。また、駆動源(アクチュエータ、制御装置、動力源)が減らせる分、安価になる。さらに、移動ロボット１００は、走行台車１０１に対するベース部１０５の変更量を推定または直接計測して、ベース部１０５の現在位置を推定または監視することで、ベース部の移動精度を確保している。 Further, since the total weight of the mobile robot 100 is reduced by the amount that the drive source is no longer required, the weight of the work that can be loaded can be increased. In addition, the cost is reduced because the drive source (actuator, control device, power source) can be reduced. Further, the mobile robot 100 secures the movement accuracy of the base portion by estimating or directly measuring the amount of change of the base portion 105 with respect to the traveling carriage 101 and estimating or monitoring the current position of the base portion 105.

以上より、移動ロボット１００は、走行台車１０１に搭載したロボット本体１０２の動作領域を拡張しつつ、走行台車１０１のワーク等の積載性能を向上させることができる。 From the above, the mobile robot 100 can improve the loading performance of the work and the like of the traveling carriage 101 while expanding the operating area of the robot main body 102 mounted on the traveling carriage 101.

＜第２実施形態＞
次に、図９を用いて、本発明の第２実施形態に係る移動ロボットの構成例について説明する。図９は、本実施形態に係る移動ロボット２００の構成例を示す平面図である。移動ロボット２００が第１実施形態に係る移動ロボット１００と相違する点は、ベース部１０５の移動機構に回転機構が設けられておらず、移動機構が２つの直動機構で構成されている点である。したがって、本実施形態に係る移動ロボット２００の移動機構も、平面２自由度を有している。移動ロボット２００の移動機構以外の構成は、移動ロボット１００の構成と同様である。 <Second Embodiment>
Next, a configuration example of the mobile robot according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a plan view showing a configuration example of the mobile robot 200 according to the present embodiment. The difference between the mobile robot 200 and the mobile robot 100 according to the first embodiment is that the moving mechanism of the base portion 105 is not provided with a rotating mechanism, and the moving mechanism is composed of two linear motion mechanisms. is there. Therefore, the moving mechanism of the mobile robot 200 according to the present embodiment also has two degrees of freedom in a plane. The configuration of the mobile robot 200 other than the moving mechanism is the same as that of the mobile robot 100.

図９に示すように、移動ロボット２００の走行台車１０１の荷台１０４には、荷台１０４の表面を摺動する細長い板状の第１直動機構２１１と、第１直動機構２１１の表面を第１直動機構２１１の延在方向と交差する方向に摺動する細長い板状の第２直動機構２１２と、第２直動機構２１２の先端部表面に取り付けられた矩形のロボット設置部２１３と、を備えている。したがって、移動ロボット２００の移動機構は、２つの直動機構である第１直動機構２１１および第２直動機構２１２を連結して形成されている。ロボット設置部２１３の表面には、ロボット本体１０２のベース部１０５が取り付けられている。 As shown in FIG. 9, on the loading platform 104 of the traveling carriage 101 of the mobile robot 200, an elongated plate-shaped first linear motion mechanism 211 sliding on the surface of the loading platform 104 and the surface of the first linear motion mechanism 211 are provided. 1 An elongated plate-shaped second linear motion mechanism 212 that slides in a direction intersecting the extending direction of the linear motion mechanism 211, and a rectangular robot installation portion 213 attached to the surface of the tip portion of the second linear motion mechanism 212. , Is equipped. Therefore, the moving mechanism of the mobile robot 200 is formed by connecting the first linear motion mechanism 211 and the second linear motion mechanism 212, which are two linear motion mechanisms. A base portion 105 of the robot main body 102 is attached to the surface of the robot installation portion 213.

移動ロボット２００の荷台１０４には、第１直動機構２１１の摺動方向側面に接触し、第１直動機構２１１の摺動を減速または停止させる円板状の第１停止部２１４が備えられている。また、第１直動機構２１１の表面には、第２直動機構２１２の摺動を減速または停止させる第２停止部２１５が備えられている。第１停止部２１４および第２停止部２１５は、ロボット本体１０２の平面方向の姿勢を固定する姿勢固定部としての機能を有する。 The loading platform 104 of the mobile robot 200 is provided with a disk-shaped first stop portion 214 that comes into contact with the sliding direction side surface of the first linear motion mechanism 211 to decelerate or stop the sliding of the first linear motion mechanism 211. ing. Further, the surface of the first linear motion mechanism 211 is provided with a second stop portion 215 for decelerating or stopping the sliding of the second linear motion mechanism 212. The first stop unit 214 and the second stop unit 215 have a function as a posture fixing unit for fixing the posture of the robot body 102 in the plane direction.

また、第１直動機構２１１の延在方向側面には、第１停止部２１４の円周側面が接触している。第２直動機構２１２の延在方向側面には、第２停止部２１５の円周側面が接触している。 Further, the circumferential side surface of the first stop portion 214 is in contact with the extending direction side surface of the first linear motion mechanism 211. The circumferential side surface of the second stop portion 215 is in contact with the extending direction side surface of the second linear motion mechanism 212.

本実施形態に係る移動ロボット２００は、第１実施形態に係る移動ロボット１００と同様の効果に加え、第１直動機構２１１の両端にそれぞれ第２直動機構２１２を備え、２つの第２直動機構２１２でロボット設置部２１３を支える両持ち構造にすることで、移動ロボット２００の剛性を向上させることができる。 The mobile robot 200 according to the present embodiment has the same effect as the mobile robot 100 according to the first embodiment, and is provided with second linear motion mechanisms 212 at both ends of the first linear motion mechanism 211, respectively, and has two second linear motion mechanisms. The rigidity of the mobile robot 200 can be improved by adopting a double-sided structure in which the moving mechanism 212 supports the robot installation portion 213.

＜第３実施形態＞
次に、図１０を用いて、本発明の第３実施形態に係る移動ロボットの構成例について説明する。図１０は、本実施形態に係る移動ロボット３００の構成例を示す平面図である。移動ロボット３００が第１実施形態に係る移動ロボット１００と相違する点は、ベース部１０５の移動機構が回転機構のみで構成されている点である。したがって、本実施形態に係る移動ロボット３００の移動機構も、平面２自由度を有している。移動ロボット３００の移動機構以外の構成は、移動ロボット１００の構成と同様である。 <Third Embodiment>
Next, a configuration example of the mobile robot according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a plan view showing a configuration example of the mobile robot 300 according to the present embodiment. The difference between the mobile robot 300 and the mobile robot 100 according to the first embodiment is that the moving mechanism of the base portion 105 is composed of only a rotating mechanism. Therefore, the moving mechanism of the mobile robot 300 according to the present embodiment also has two degrees of freedom in a plane. The configuration of the mobile robot 300 other than the moving mechanism is the same as the configuration of the mobile robot 100.

図１０に示すように、移動ロボット３００の走行台車１０１の荷台１０４には、円板状の第１回転機構３１１と、一端が第１回転機構３１１の円周側面に連結される第１連結部３１２と、第１連結部３１２の他端と円周側面で連結される円板状の第２回転機構３１３と、一端が第２回転機構３１３の円周側面に連結される第２連結部３１４と、が備えられている。したがって、移動ロボット３００の移動機構は、２つの回転機構である第１回転機構３１１および第２回転機構３１３を連結して形成されている。また、第２連結部３１４の表面には、矩形のロボット設置部３１５が取り付けられ、ロボット設置部３１５の表面には、ロボット本体１０２のベース部１０５が取り付けられている。 As shown in FIG. 10, the loading platform 104 of the traveling carriage 101 of the mobile robot 300 has a disk-shaped first rotating mechanism 311 and a first connecting portion whose one end is connected to the circumferential side surface of the first rotating mechanism 311. 312, a disk-shaped second rotating mechanism 313 connected to the other end of the first connecting portion 312 on the circumferential side surface, and a second connecting portion 314 whose one end is connected to the circumferential side surface of the second rotating mechanism 313. And are provided. Therefore, the moving mechanism of the mobile robot 300 is formed by connecting the first rotating mechanism 311 and the second rotating mechanism 313, which are two rotating mechanisms. Further, a rectangular robot installation portion 315 is attached to the surface of the second connecting portion 314, and a base portion 105 of the robot main body 102 is attached to the surface of the robot installation portion 315.

移動ロボット３００の荷台１０４には、第１回転機構３１１の回転を減速または停止させる第１停止部３１６が備えられている。また、第１連結部３１２の表面には、第２回転機構３１３の摺動を減速または停止させる第２停止部３１７が備えられている。第１停止部３１６および第２停止部３１７は、ロボット本体１０２の平面方向の姿勢を固定する姿勢固定部としての機能を有する。 The loading platform 104 of the mobile robot 300 is provided with a first stop unit 316 that decelerates or stops the rotation of the first rotation mechanism 311. Further, the surface of the first connecting portion 312 is provided with a second stopping portion 317 for decelerating or stopping the sliding of the second rotating mechanism 313. The first stop unit 316 and the second stop unit 317 have a function as a posture fixing unit for fixing the posture of the robot body 102 in the plane direction.

第１回転機構３１１の円周側面には、第１回転機構３１１の底円よりも小さい底円を有する円板状の第１停止部３１６の円周側面が接触している。第１直動機構１１２の延在方向側面には、回転機構１１１の底円よりも小さい底円を有する円板状の第２停止部３１７の円周側面が接触している。 The circumferential side surface of the first rotation mechanism 311 is in contact with the circumferential side surface of the disc-shaped first stop portion 316 having a bottom circle smaller than the bottom circle of the first rotation mechanism 311. The circumferential side surface of the disc-shaped second stop portion 317 having a bottom circle smaller than the bottom circle of the rotation mechanism 111 is in contact with the extending direction side surface of the first linear motion mechanism 112.

本実施形態に係る移動ロボット３００は、第１実施形態に係る移動ロボット１００と同様の効果に加え、ベース部１０５を移動させる移動機構が回転機構であるのみで構成されているため、比較的高価なリニアガイドが必要となる直動機構を用いるものよりも安価に構築することができる。 The mobile robot 300 according to the present embodiment is relatively expensive because it has the same effect as the mobile robot 100 according to the first embodiment and the moving mechanism for moving the base portion 105 is only a rotating mechanism. It can be constructed at a lower cost than the one using a linear motion mechanism that requires a linear guide.

本発明は、生産工場での搬送物等をピックおよびプレースする作業と工程間の搬送に用いる移動ロボットに関するものであり、産業上の利用可能性を有するものである。 The present invention relates to a mobile robot used for picking and placing a transported object or the like in a production factory and for transporting between processes, and has industrial applicability.

１００、２００、３００移動ロボット
１０１走行台車
１０２ロボット本体
１０３車輪
１０４荷台
１０５ベース部
１０６フレーム
１０７第１アーム部
１０８第２アーム部
１０９エンドエフェクタ
１１１回転機構
１１２、２１１第１直動機構
１１３、２１２第２直動機構
１１４、２１４、３１６第１停止部
１１５、２１５、３１７第２停止部
１１６、１１７固定溝
２１３、３１５ロボット設置部
３１１第１回転機構
３１２第１連結部
３１３第２回転機構
３１４第２連結部 100, 200, 300 Mobile robot 101 Traveling trolley 102 Robot body 103 Wheels 104 Loading platform
105 Base 106 Frame 107 1st arm 108 2nd arm 109 End effector 111 Rotation mechanism 112, 211 1st linear motion mechanism 113, 212 2nd linear motion mechanism 114, 214, 316 1st stop part 115, 215, 317 2nd stop 116, 117 Fixed groove 213, 315 Robot installation part 311 1st rotation mechanism 312 1st connection part 313 2nd rotation mechanism 314 2nd connection part

Claims

荷台を有する走行台車と、
前記荷台に設置するベース部を有するマニピュレータと、
前記荷台と前記ベース部とを移動可能に接続する移動機構と、
前記荷台に前記マニピュレータの先端を一時的に固定する固定部と、
を備え、
前記マニピュレータの先端を前記固定部に固定した際に前記マニピュレータの姿勢を変更して、前記ベース部を移動させる移動ロボット。 A traveling trolley with a loading platform and
A manipulator having a base to be installed on the loading platform,
A moving mechanism that movably connects the loading platform and the base portion,
A fixing portion that temporarily fixes the tip of the manipulator to the loading platform,
With
A mobile robot that changes the posture of the manipulator when the tip of the manipulator is fixed to the fixed portion to move the base portion.

前記移動機構が、平面２自由度を有している請求項１に記載の移動ロボット。 The mobile robot according to claim 1, wherein the moving mechanism has two degrees of freedom in a plane.

前記移動機構は、回転機構と直動機構とが連結して形成されている請求項１または２に記載の移動ロボット。 The mobile robot according to claim 1 or 2, wherein the moving mechanism is formed by connecting a rotating mechanism and a linear motion mechanism.

前記移動機構は、２つの直動機構を連結して形成されている請求項１または２に記載の移動ロボット。 The mobile robot according to claim 1 or 2, wherein the moving mechanism is formed by connecting two linear motion mechanisms.

前記移動機構は、２つの回転機構を連結して形成されている請求項１または２に記載の移動ロボット。 The mobile robot according to claim 1 or 2, wherein the moving mechanism is formed by connecting two rotating mechanisms.

前記移動機構の移動姿勢を、前記移動機構の初期姿勢と前記マニピュレータの現在の姿勢から計測または推定する請求項１から５のいずれか一項に記載の移動ロボット。 The mobile robot according to any one of claims 1 to 5, wherein the moving posture of the moving mechanism is measured or estimated from the initial posture of the moving mechanism and the current posture of the manipulator.

前記マニピュレータの各軸にセンサを備え、前記センサの値から前記移動機構の移動姿勢を推定する請求項６に記載の移動ロボット。 The mobile robot according to claim 6, wherein a sensor is provided on each axis of the manipulator, and the moving posture of the moving mechanism is estimated from the value of the sensor.

前記移動機構の可動部に位置センサを備え、前記位置センサの値から前記移動機構の移動姿勢を計測する請求項６に記載の移動ロボット。 The mobile robot according to claim 6, wherein a position sensor is provided in a movable portion of the moving mechanism, and the moving posture of the moving mechanism is measured from the value of the position sensor.

前記マニピュレータの手先に撮像装置を備え、前記撮像装置によって前記固定部の位置を計測した値から前記移動機構の移動姿勢を計測する請求項６に記載の移動ロボット。 The mobile robot according to claim 6, wherein an imaging device is provided at the hand of the manipulator, and the moving posture of the moving mechanism is measured from a value obtained by measuring the position of the fixed portion by the imaging device.

前記移動機構に解除自在な姿勢固定部を備えた請求項１から３のいずれか一項に記載の移動ロボット。

The mobile robot according to any one of claims 1 to 3, wherein the moving mechanism is provided with a posture fixing portion that can be released.