JP4958069B2 - 搬送ロボット及び3自由度パラレルリンク機構 - Google Patents
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Description
・物量に合わせて搬送台や装置サイズを変更することができないため、少量搬送が多く発生した場合でも、最大時を考慮した装置をそのまま利用することとなり、スペース・エネルギーともに効率が悪い。
・積載可能な物品サイズが搬送台サイズ以下に限定されるため、品種変更等に対して搬送できない事態が発生する。
・物量に合わせるためにはサイズの異なる複数種のAGVをもつ必要があり、この場合でも稼動率の点から同様に効率が悪い。
・専用スペースをとるため、ライン変更、トラブル発生時などで装置が停止した場合に、その場所がデッドスペースになる。
・搬送台と一体化しているため、臨機応変に人手で代替することも困難である。
その一つとして、移動ロボットによりトレーラのように台車を牽引して移動する牽引方式がある。通常、移動ロボットは、真横への移動ができない非ホロノミック型であるため、台車を目的の場所に正確に停止さるためには、目的の場所の近傍で押し動作により台車を移動させることが有効である。しかしながら、牽引方式で押し動作を行なった場合、ジャックナイフ現象と呼ばれる、被牽引車(台車)が牽引車(移動ロボット)の内側に入り込んで牽引車の位置を制御できない状態が発生する。これらを制御する研究例もあるが制御は困難で実用化例はほぼ皆無である。
(1)本発明は、物品を載せて外力を受けて移動する物品搬送具を移動させる搬送ロボットであって、移動を行なうロボット本体と、基端部が前記移動ロボットに連結されそれぞれ独立に駆動可能な複数のリンクと、該複数のリンクの先端に連結された出力部材とを有し、該複数のリンクの駆動状態により前記ロボット本体に対する前記出力部材の空間上または平面上の相対的な位置及び姿勢が定まるパラレルリンク機構と、該パラレルリンク機構の出力部材に連結され、前記出力部材と前記物品搬送具との相対位置及び姿勢を固定可能なように、前記パラレルリンク機構と前記物品搬送具との連結及び切離しを行う連結機構と、を備えることを特徴とする。
また、搬送台と一体化されていないことから、従来のAGVと比較して小型・軽量化が可能であるため、搬送ロボットに異常事態が生じ、稼動不能に陥った場合でも、搬送ライン上から容易に撤去することができる。また、物品搬送具は人と共通のものを使用できるので、稼動不能に陥った搬送ロボットに代わって、搬送作業を人が引き継ぐことができる。
また、連結機構によってパラレルリンク機構と物品搬送具の相対位置及び姿勢が固定され、かつパラレルリンク機構によって上記の相対位置及び姿勢を制御しながら物品搬送具を移動させるので、押し動作により物品搬送具を移動させる場合でも、ジャックナイフ現象を生じることがない。したがって、真横への移動ができない非ホロノミック型のロボットでも、目的の移動場所の近傍で押し動作により物品搬送具を移動させることにより、目的の場所に正確に物品搬送具を停止させることができる。
また、ロボット本体に対する物品搬送具の相対位置及び姿勢を制御する機構として、パラレルリンク機構を採用しているので、平面上の相対位置及び姿勢を制御する場合は3自由でよく、空間上の相対位置及び姿勢を制御する場合でも6自由度でよいので、人の腕とほぼ同様の動きをする2本の腕(12自由度)と比較して、動作に必要な位置・姿勢・力等の制御が容易になる。
また、出力部材に、目的に応じた種々のツール(物品把持具、加工ツールなど)を搭載することにより、物品搬送装置の搬送機構や加工装置の位置決め機構等にも適用することができる。
図1に示すように、この搬送ロボット10は、物品搬送具1を移動させるためのロボットである。物品7は、本実施形態では部品・半完成品・完成品等であるが、とくに限定されるものではない。物品搬送具1は、物品7を載せて外力を受けて移動するものである。したがって、物品搬送具1としては、例えば図1に示す手押し台車、カート等、人が物品7の搬送を行なうために使用するものであってよい。なお、以下では、説明の便宜上、“手押し台車”に対しても参照符号「1」を使用する。
搬送ロボット10は、移動を行なうロボット本体12と、ロボット本体12に連結されたパラレルリンク機構20と、パラレルリンク機構20と物品搬送具1とを連結するための連結機構40とを備えている。
本実施形態において、パラレルリンク機構20は、ロボット本体12と出力部材24との間に並列接続された第1リンク21、第2リンク22及び第3リンク23を有しており、第1リンク21、第2リンク22及び第3リンク23の駆動状態により、ロボット本体12に対する出力部材24の水平面上の相対的な位置及び姿勢が定まる3自由度パラレルリンク機構20として構成されている。
本実施形態において連結機構40は、手押し台車1に設けられた把持部2を把持することにより手押し台車1と連結する把持機構41が左右方向に2つ設けられて構成されている。
なお、ロボット本体12に対する上記のパラレルリンク機構20の設置位置は、連結機構40が物品搬送台車の把持部2を把持し、連結できる高さに設定されている。
図3(A)及び(B)において、紙面の左右方向が搬送ロボット10の前後方向である。図3に示すように、手押し台車1は、物品7を載せる荷台3と、荷台3の下面前方の左右両側に設けられた一対の自在キャスター5と、荷台3の下面後方の左右両側に設けられた一対の固定キャスター6と、荷台3の上面後方位置から上方に延びる支持部材4と、支持部材4の上端で支持された把持部2とから構成されている。
第1リンク21及び第3リンク23の各々は、一端がロボット本体12に鉛直軸心を中心に回転可能に連結され、他端が出力部材24に鉛直軸心を中心に回転可能に連結されるとともに、駆動することによって両端間の距離が変化する。
第2リンク22は、一端がロボット本体12に鉛直方向を向く軸心(以下、この軸心を「基準軸心a」という)を中心に回転可能に連結され、他端が出力部材24に鉛直軸心を中心に回転可能に連結されるとともに、駆動することによってロボット本体12に対する基準軸心aを中心とする向きが変化する。また、第2リンク22は、第1リンク21及び第3リンク23の駆動に従動して両端間の距離が変化する。
図4において、各図は、紙面左右方向に3列、上下に2段の枠内に示されており、左右方向の各列に分かれて各構成例A、B、Cが示されている。また、各列において、上段は平面視での模式図、下段は側面視での模式図である。側面視での模式図では、枠内の上側が第1リンク21(又は第3リンク23)を示し、下側が第2リンク22を示している。
なお、図1〜図3では、上記の構成例Cを採用した搬送ロボット10を示している。
構成例Aでは、第1リンク21、第2リンク22及び第3リンク23は、いずれも直線的に伸縮するように構成されており、第1リンク21及び第3リンク23は、伸縮駆動アクチュエータにより構成されている。伸縮駆動アクチュエータとしては、例えば、油圧シリンダ装置、空圧シリンダ装置等を使用することができる。第2リンク22は、直線的に伸縮自在であるが、その伸縮は受動的であり、第1リンク21と第2リンク22の駆動に従動して伸縮する。また第2リンク22は、ロボット本体12との連結点の位置に固定された第2駆動モータ33を有し、この第2駆動モータ33の駆動により、ロボット本体12に対する基準軸心aを中心とした向きが変化するようになっている。
構成例Bでは、第1リンク21、第2リンク22及び第3リンク23の各々は、両端間の途中部位(この例では中間点)を連結点とする2本のアーム26,27からなり、2本のアーム26,27の連結点を関節29,30,31として屈伸運動し、この屈伸運動により両端間の距離が変化する。
第1リンク21と第3リンク23は、それぞれの関節29,31の位置に第1駆動モータ32、第3駆動モータ34を有し、各駆動モータの駆動により屈伸運動を行なう。
また、図4に示すように、第1リンク21と第3リンク23は、それぞれ、2本のアーム26,27が互いに鉛直軸心を中心に回転可能に連結している。
また第2リンク22は、ロボット本体12との連結点の位置に固定された第2駆動モータ33を有し、この第2駆動モータ33の駆動により、ロボット本体12に対する基準軸心aを中心とした向きが変化するようになっている。
また、能動的に伸縮する第1リンクと第3リンクが、第2リンクを挟む形で配置されるので、第1リンクと第2リンクのいずれか一方に荷重が偏ることがない。また、第2リンクが屈曲するときは、関節部分が上方又は下方に凸となるように屈曲し、第1リンクと第3リンクが屈曲するときは、関節部分が水平方向に移動して左右いずれかの方向に凸となるように屈曲するので、互いに機械的に干渉しにくい。
第1リンクと第3リンクが屈曲する方向は、特に限定されず、互いに逆方向あるいは互いの関節29,31の距離が縮まる方向であってもよいが、図4に示すように、互いの関節29,31の距離が広がる方向であるのがこのましい。この構成により、各リンクが屈曲するときに、第1リンク21と第3リンク23が左右両側に広がるので、各リンク相互間の機械的干渉を防止することができる。
構成例Cは、構成例Bと共通する点が多いので、以下では構成例Bとの相違点を中心に説明する。
構成例BとCでは、まず、第1駆動モータ32と第3駆動モータ34の設置位置が異なる。構成例Cでは、第1リンク21と第3リンク23は、それぞれ、ロボット本体12との連結点の位置に第1駆動モータ32、第3駆動モータ34を有し、各駆動モータの駆動により屈伸運動を行なう。
また、構成例Cでは、第1リンク21は、第1駆動モータ32の回転運動を第1リンク21の屈伸運動に変換する第1リンク用動力変換機構36aを有し、第3リンク23は、第3駆動モータ34の回転運動を第3リンク23の屈伸運動に変換する第3リンク用動力変換機構36bを有する。
構成例Cの他の部分の構成は、構成例Bと同じである。
各リンク21,22,23を駆動する各駆動モータ32,33,34がロボット本体12との連結点の位置に設けられているので、各リンク21,22,23に作用するモーメントを小さくすることができる。
また、各駆動モータ32,33,34を上記の位置に設置することで、搬送ロボット10全体の重心をロボット本体12側に設定しやすくなるので、搬送ロボット10が安定して移動及び停止を行なうことができる。
各動力変換機構36a,36bが平行リンク機構により構成されるので、簡単な構成で確実に、各駆動モータ32,34の回転運動を各リンク21,23の屈伸運動に変換することができる。
図5に示すように、ロボット本体12の駆動輪14,14間の回転軸心の中点bが描く旋回軌道と、手押し台車1の固定キャスター6,6間の回転軸心の中点cが描く旋回軌道とが、同一半径及び同一中心の円となるように、パラレルリンク機構20によりロボット本体12と手押し台車1の相対位置及び姿勢を制御しながら、旋回するのが好ましい。このような条件で旋回することにより、搬送ロボット10と手押し台車1が同一の旋回軌道を描いてスムーズに旋回することができる。
なお、この場合、相対位置及び姿勢の制御がなされる平面は、水平面に限られず、他の平面、例えば、水平面に垂直な平面であってもよい。
2 把持部
3 荷台
4 支持部材
5 自在キャスター
6 固定キャスター
7 物品
8 人
10 搬送ロボット
12 ロボット本体
13 胴体部
14 駆動輪
15 自在キャスター
17 センサ
20 パラレルリンク機構
21 第1リンク
22 第2リンク
23 第3リンク
24 出力部材
26,27 アーム
29,30,31 関節
32 第1駆動モータ
33 第2駆動モータ
34 第3駆動モータ
36a 第1リンク用動力変換機構
36b 第3リンク用動力変換機構
37 駆動アーム
38 従動アーム
39 中間アーム
40 連結機構
41 把持機構
43 ベース部材
44 ツール
Claims (7)
- 物品を載せて外力を受けて移動する物品搬送具を移動させる搬送ロボットであって、
移動を行なうロボット本体と、
基端部が移動ロボットに連結されそれぞれ独立に駆動可能な複数のリンクと、該複数のリンクの先端に連結された出力部材とを有し、該複数のリンクの駆動状態によりロボット本体に対する出力部材の空間上または平面上の相対的な位置及び姿勢が定まるパラレルリンク機構と、
該パラレルリンク機構の出力部材に連結され、出力部材と物品搬送具との相対位置及び姿勢を固定可能なように、パラレルリンク機構と物品搬送具との連結及び切離しを行う連結機構と、を備え、
パラレルリンク機構は、ロボット本体と出力部材との間に並列接続された第1リンク、第2リンク及び第3リンクを有し、該第1リンク、第2リンク及び第3リンクの駆動状態により、ロボット本体に対する出力部材の水平面上の相対的な位置及び姿勢が定まる3自由度パラレルリンク機構であり、
第1リンク及び第3リンクの各々は、一端がロボット本体に鉛直軸心を中心に回転可能に連結され、他端が出力部材に鉛直軸心を中心に回転可能に連結されるとともに、駆動することによって両端間の距離が変化するものであり、
第2リンクは、一端がロボット本体に鉛直方向を向く基準軸心を中心に回転可能に連結され、他端が出力部材に鉛直軸心を中心に回転可能に連結されるとともに、駆動することによってロボット本体に対する前記基準軸心を中心とする向きが変化するものであり、且つ第1リンク及び第3リンクの駆動に従動して両端間の距離が変化するものであり、
第1リンク及び第3リンクは、直線的に伸縮する伸縮駆動アクチュエータにより構成され、
第2リンクは、受動的に直線的に伸縮自在であり、ロボット本体との連結点の位置に固定された第2駆動モータを有し、この第2駆動モータの駆動により、ロボット本体に対する基準軸心を中心とした向きが変化するようになっている、ことを特徴とする搬送ロボット。 - 物品を載せて外力を受けて移動する物品搬送具を移動させる搬送ロボットであって、
移動を行なうロボット本体と、
基端部が移動ロボットに連結されそれぞれ独立に駆動可能な複数のリンクと、該複数のリンクの先端に連結された出力部材とを有し、該複数のリンクの駆動状態によりロボット本体に対する出力部材の空間上または平面上の相対的な位置及び姿勢が定まるパラレルリンク機構と、
該パラレルリンク機構の出力部材に連結され、出力部材と物品搬送具との相対位置及び姿勢を固定可能なように、パラレルリンク機構と物品搬送具との連結及び切離しを行う連結機構と、を備え、
パラレルリンク機構は、ロボット本体と出力部材との間に並列接続された第1リンク、第2リンク及び第3リンクを有し、該第1リンク、第2リンク及び第3リンクの駆動状態により、ロボット本体に対する出力部材の水平面上の相対的な位置及び姿勢が定まる3自由度パラレルリンク機構であり、
第1リンク及び第3リンクの各々は、一端がロボット本体に鉛直軸心を中心に回転可能に連結され、他端が出力部材に鉛直軸心を中心に回転可能に連結されるとともに、駆動することによって両端間の距離が変化するものであり、
第2リンクは、一端がロボット本体に鉛直方向を向く基準軸心を中心に回転可能に連結され、他端が出力部材に鉛直軸心を中心に回転可能に連結されるとともに、駆動することによってロボット本体に対する基準軸心を中心とする向きが変化するものであり、且つ第1リンク及び第3リンクの駆動に従動して両端間の距離が変化するものであり、
第1リンク、第2リンク及び第3リンクの各々は、前記両端間の途中部位を連結点とする2本のアームからなり、該2本のアームの連結点を関節として屈伸運動し、該屈伸運動により両端間の距離が変化するものであり、
第1リンクは、ロボット本体との連結点の位置に固定された第1駆動モータと、該第1駆動モータの回転運動を当該第1リンクの屈伸運動に変換する第1リンク用動力変換機構とを有し、
第2リンクは、ロボット本体との連結点の位置に固定されロボット本体に対する当該第2リンクの前記基準軸心を中心とした向きを変化させる第2駆動モータを有し、
第3リンクは、ロボット本体との連結点の位置に固定された第3駆動モータと、該第3駆動モータの回転運動を当該第3リンクの屈伸運動に変換する第3リンク用動力変換機構とを有する搬送ロボット。 - 第1リンク、第2リンク及び第3リンクは、第1リンクと第3リンクの離間方向の中間位置に第2リンクが位置するように配置されており、
第1リンク及び第3リンクは、それぞれ、2本のアームが互いに鉛直軸心を中心に回転可能に連結しており、
第2リンクの2本のアームは、互いに水平軸心を中心に回転可能に連結している、請求項2記載の搬送ロボット。 - 第1リンク用動力変換機構及び第3リンク用動力変換機構は、平行リンク機構により構成される請求項2記載の搬送ロボット。
- ベース部材と、該ベース部材に基端部が連結されそれぞれ独立に駆動可能な第1リンク、第2リンク、及び第3リンクと、該第1リンク、第2リンク、及び第3リンクの先端に連結された出力部材とを備え、第1リンク、第2リンク及び第3リンクの駆動状態により、ベース部材に対する出力部材の所定平面上の相対的な位置及び姿勢が定まる3自由度パラレルリンク機構であって、
第1リンク及び第3リンクの各々は、一端がベース部材に前記所定平面に対して垂直な軸心を中心に回転可能に連結され、他端が出力部材に前記所定平面に対して垂直な軸心を中心に回転可能に連結されるとともに、駆動することによって両端間の距離が変化するものであり、
第2リンクは、一端がベース部材に前記所定平面に対して垂直な基準軸心を中心に回転可能に連結され、他端が出力部材に前記所定平面に対して垂直な軸心を中心に回転可能に連結されるとともに、駆動することによってベース部材に対する前記基準軸心を中心とする向きが変化するものであり、且つ第1リンク及び第3リンクの駆動に従動して両端間の距離が変化するものであり、
第1リンク、第2リンク及び第3リンクの各々は、前記両端間の途中部位を連結点とする2本のアームからなり、該2本のアームの連結点を関節として屈伸運動し、該屈伸運動により前記両端間の距離が変化するものであり、
第1リンクは、ベース部材との連結点の位置に固定された第1駆動モータと、該第1駆動モータの回転運動を当該第1リンクの屈伸運動に変換する第1リンク用動力変換機構とを有し、
第2リンクは、ベース部材との連結点の位置に固定されベース部材に対する当該第2リンクの前記基準軸心を中心とする向きを変化させる第2駆動モータを有し、
第3リンクは、ベース部材との連結点の位置に固定された第3駆動モータと、該第3駆動モータの回転運動を当該第3リンクの屈伸運動に変換する第3リンク用動力変換機構とを有する3自由度パラレルリンク機構。 - 第1リンク、第2リンク及び第3リンクは、第1リンクと第3リンクの離間方向の中間位置に第2リンクが位置するように配置されており、
第1リンク及び第3リンクは、それぞれ、2本のアームが互いに前記所定平面に対して垂直な軸心を中心に回転可能に連結しており、
第2リンクの2本のアームは、互いに前記所定平面に平行な軸心を中心に回転可能に連結している、請求項5記載の3自由度パラレルリンク機構。 - 第1リンク用動力変換機構及び第3リンク用動力変換機構は、平行リンク機構により構成される請求項5記載の3自由度パラレルリンク機構。
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