JPS59226909A - 自走式ロボツトの位置決め方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は台車に乗って走行することのできる工業用ロボ
ットの位置決め方法に係り、特に作業対象に対する位置
決めを自動的に行うことの出来る方法に関するものであ
る。

耐熱材料（例えばロックウール）やセメント等の吹付用
ロボットや、塗装用ロボット等のうち、走行台車を用い
て自ら移動し得る形式の工業用ロボットを壁面や梁等の
作業対象に対して位置決めする場合には、従来地面や床
面（以下床面と称す）に敷設した誘導線を案内として誘
導無線による位置決めする方法が一般的に用いられてい
る。

しかしながら、かかる誘導無線による位置決め方法では
、位置決めの精度が悪く作業対象物の位置の変化に対応
して木目細かな位置の補正を行うことができず、また累
積された誤差を補正する手段にも欠けると共に、誘導用
電線を床面に敷設する必要がありコストを上昇させる。

とりわけ最近の建築物では、耐火性を向上させるため鉄
骨梁等にロックウール等の耐火材を吹き付ける場合が多
く、これらの作業を行うための吹付ロボット等では、高
精度の吹付作業を行う必要があり、従来の誘導無線型の
位置決め方法では十分ではない。

従って本発明の目的とする処は、走行台車によって自刃
で走行する工業用ロボットの位置決め精度を向上させる
点にあり、とりわけロボットの現在位置を自動的に計測
して目標位置との偏差を演算し、これに基づいてロボッ
ト自身の位置を自動的に修正する自動位置補正機能を発
揮することのできる位置決め方法を提供することであり
、その要旨とする処が、車輪によって床面上を走行する
台車に垂直方向のアウトリガ装置を有する旋回テーブル
を取り付け、該旋回テーブル上に複数の自由度を有する
腕機構を設置した自走式ロボットの作業対象物に対する
位置決め方法において、作業位置で停止したロボットを
駆動して旋回テーブルから作業対象物上の２個の測定点
までの距離を検出する工程と、上記２個の距離データか
ら旋回テーブルの作業対象物にたいする傾斜角度θ、及
び旋回テーブルからロボットが走行すべき正規の基準軌
跡までの偏心量ｌを演算する工程と、アウトリガ装置を
伸長して台車を地切りした後、台車を作業対象物に対し
て直角の方向へ回転させる工程と、上記の如く台車を作
業対象物に対して直角に指向させた後に、アウトリガ装
置を縮めて台車を接地させた後、旋回テーブルを作業対
象物に対して平行となるまで回転させる工程と、台車を
偏心量４分だけ移動させて、その中心を正規の基準軌跡
に合致させる工程と、アウトリガ装置を伸長させて台車
を地切りした後、台車を作業対象物に平行となるまで回
転させ、更にアウトリガ装置を縮める工程とを有してな
る点にある自走式ロボットの位置決め方法を提供するも
のである。　　　、続いて、添付した図面を参照して本
発明を具体化した実施例につき説明し、本発明の理解に
供する。

ここに第１図は本発明を適用しうるロックウールの吹付
用ロボットの正面図、第２図及び第３図は同工業用ロボ
ットの平面図及び側面図、第４図は同工業用ロボットの
制御回路図、第５図は同制御手順を示すフローチャート
、第６図は台車と旋回テーブルとの移動状態を示す平面
図、第７図は作業対象に対するロボソ１〜の傾きや変位
の状態を示す平面図である。

第１図乃至第３図において、台車ｌはその下部に４個の
車輪２を回転自在に有し、これらの車輪の内ｌ又は２個
の駆動車輪２ａはチェーン３によって走行モータ４と連
結され、走行モータ４の回転により台車１が第２図に示
す台車１の軸芯５の方向に走行する。

台車１は、その上面に設けた旋回ヘアリング６を介して
略平板状の旋回テーブル７に連結されており、旋回テー
ブル７は旋回ベアリング６の中心である台車１の垂直軸
芯８を中心として旋回自在であり、この旋回テーブル７
は、旋回テーブル７上に固定された旋回モータ９によっ
て台車１に対して水平面内において旋回駆動される。

前記走行モータ４及び旋回モータ９には、それぞれパル
スエンコーダＰＥ、及びＰＥ２が接続され、各モータの
回転角度が検出される。

上記旋回テーブル７は、その四隅に上下方向に伸縮自在
のアウトリガ装置１ｏを有しており、このアウトリガ装
置１０は旋回テーブル７上のアウトリガ装置駆動用のモ
ータ１０ｍにより伸縮駆動され、その伸縮量はポテンシ
ョメータＰＭ、にょって検出される。

第１図及び第３図に実線で示した状態は、アウトリガ装
置１０が縮んだ状態で、このアウトリガ装置１０が伸び
ることにより旋回テーブル７及びこれに旋回ベアリング
６を介して取り付けた台車１が上方へ持ち上げられ、車
輪２を床面１１から切り離す（地切りする）ことができ
る。

−上記旋回テーブル７上には、前記垂直軸芯８を含む垂
直面内において揺動駆動される垂直アーム１２と、この
垂直アーム１２の先端に取り付けられ、垂直アーム１２
と同じ揺動面内で揺動駆動される水平アーム１３が取り
付けられており、更に水平アーム１３の先端には複数の
自由度を有する手首部１４を介して位置検出用のポテン
ショメータＰＭ、が取り付けられている。尚、上記垂直
アーム１２及び水平アーム１３の揺動角度は、各アーム
を駆動するアーム駆動用モータＭ、及びＭトに取り付け
たパルスエンコーダＰＥａ及びＰＥＩ）によって検出さ
れる。

上記のように構成した吹付用ロボットの制御回路の一例
は第４図に示す如く、パルスエンコーダＰＥＩ、ＰＥ２
の出力線Ａ、Ｃ，及びＰＥａ、ＰＥＩ、の出力線Ｅ、Ｄ
、更には、ポテンショメータＰＭＩの出力線Ｂ、及びポ
テンショメータＰＭ２がそれぞれマイクロコンピュータ
１５を構成する入力インターフェイス回路１６に接続さ
れている。

上記マイクロコンピュータ１５は、周知のものを使用す
ることができ、種々の検出器からの信号を入力する前記
入力インターフェイス回路１６と、入力インターフェイ
ス回路１６からの信号を読み出し専用メモリＲＯＭ、１
７に格納されたプログラムに従って演算処理し、必要に
応じて一時記憶回路ＲＡＭ１８に種々のデータを記憶、
又は取り出しつつ各種駆動装置や表示装置等に接続され
た出力インターフェイス回路１９に出力信号を送出する
ＣＰＵ　（中央処理ユニット）２０等によって構成され
ており、出力インターフェイス回路１９には前記旋回モ
ータ９、走行モータ４、アウトリガ装置駆動用上−タ１
０ｍ及び各アーム駆動用のモータＭａ及びＭトがそれぞ
れの自動制御系を介して接続されている。

各モータやアウトリガ装置に対する自動制御系はほぼ同
様の構造をしているため旋回モータ９について代表的に
説明し、他は省略する。即ち出力インターフェイス回路
１９から送出される旋回テーブル７の目標位置信号は、
Ｄ／Ａ変換器２１によってアナログ量に変換された後、
増幅器２２を経て比較器２３に伝達され、更に走行モー
タ９に伝えられると共に、走行モータ９の回転角度はパ
ルスエンコーダＰＲ，により検出され、この検出量が上
記比較器２３にＤ／Ａ変換器２４を経て伝達され、パル
スエンコーダＰＥ、にょる検出量と目標位置信号との差
が０となる方向に旋回モータ９が回転駆動され、旋回テ
ーブル７に対する台車１０回転位置が決定される。

又教示状態においてはＪ−記Ｄ／Ａ変換器２４がら発せ
られたパルスエンコーダＰＥ、の検出量は、入力インタ
ーフェイス回路１６を経てＣＰＵ２０に伝達され、教示
位置データとしてＲＡＭ１Ｂに記憶される。

続いて第５図以下の添付図面を参照して上記吹付用ロボ
ットの位置決め作業手順について説明する。

以下は吹付用ロボットを鉄骨梁２５に沿って位置決めす
る手順であり、第５図におけるａ、ｂ。

Ｃ・・・はロボットの各機能に対応するステップ番号を
示す。まずステップａにおいて車輪２が走行モータ４に
駆動され台車１が走行している状態から説明する。

台車ｌの走行距離はパルスエンコーダＰＥ、によって検
出され、パルスエンコーダＰＥ、がラノ出力値が設定さ
れた作業位置に相当する値に達したか否かをステップｂ
で判定し、達していない場合にはステップａにら戻って
更に走行を続けると共に、作業位置に達したと判定され
た場合にはステップＣにおいて走行用モータ４を停止さ
せ台車１を停止させる。

この状態における台車１を第６図に実線で示し、その上
部に載置された旋回テーブル７を二点鎖線で示す。又旋
回ベアリング６の中心即ち垂直軸芯８の位置を０で表す
。今、台車１の車輪２の方向の軸芯５が、鉄骨梁２５に
平行で且つ前記中心０を通る線分２６に対して角度０分
傾斜していると共に、上記台車ｌの中心０を通る線分２
６が、本来台車ｌが鉄骨梁２５に平行に移動すべき軌跡
位置を示す基準軌跡２７に対してβの距離だけずれた位
置に存在する場合を考える。図では傾斜角度θの方向は
時計方向である。

以下の作業ではまず台車１及び旋回テーブル７を反時計
方向に点０を中心として旋回させることにより、台車の
軸芯５を鉄骨梁２５に平行に配置すると共に、中心点０
を鉄骨梁２５の方向に４０分だけ移動せしめ、台車１及
び旋回テーブル７を鉄骨梁２５に対して平行で且つ鉄骨
梁２５から設計上の一定距離（Ｌ）離れた位置に位置決
めすることにより、以後の教示動作や再生動作における
測定及び吹付位置の積度を向上させんとするものである
。

上記のように台車１がステップＣにおいて停止すると、
続いてＣＰＵはアウトリガ駆動用モータ１０ｍに入力イ
ンターフェイス回路１９、Ｄ／Ａ変換器２８、増幅器２
９、比較器３０を経てプラスの方向の信号、即ちアウト
リガ装置１０が伸びる方向の信号を送出する。アウトリ
ガ装置１０の伸開は前記のようにポテンショメータＰＭ
、によって計測され、その検出値が所定の値になった位
置でアウトリガ装置１０の伸長作業を停止する。

この時アウトリガ装置１ｏは当初の床面１１との距離ｄ
よりも長く伸びるため、台車１の車輪２は全て床面１１
から持ち上げられ床面から切り離され（地切り）（ステ
ップｄ）、こうして旋回テーブル７が４本のアウトリガ
装置１ｏによって床面１１上に固定された時点で、旋回
テーブル７を旋回させるだめの旋回モータ９及び垂直ア
ーム１２、水平アーム１３を駆動するモータＭａＭｌ、
を駆動して水平アーム１３の先端に取り付けた手首部１
４を鉄骨梁２５の方向へ移動させ、該手首部１４に取り
付けた位置検出器の一種であるポテンショメータＰＭ、
の先端を鉄骨梁２５に押し付け、台車１の軸芯５から鉄
骨梁２５までの距離を中心０から軸芯５の方向へ左右に
同じ距離（Ｗ／２）だけ離れた２個の位置Ｐ、及びＰ２
について測定する。上記点ｐ、とＰ２の軸線５の方向の
距離Ｗ（一定）とし、各測定点Ｐ、及びＰ２がら軸芯○
までの測定距離を℃１及び！２とする（第７図参照）。

一１１記のような距−、、ｌ！、＋及びｐ２の計測は、
水平アーム１３、垂直アーム１２の各長さ及び旋回テー
ブル７の各測定点ＰＩ及びＰ２に対応する旋回角度α＋
及ヒα２　（これらはパルスエンコーダＰＥ２によって
検出される）、垂直アーム１２の揺動角度β、水平アー
ム１３の揺動角度Ｔ　（それぞれ第１図に示され各関節
部分に取り付けた）〈ルスエンコーダＰＥ□及びＰＥＩ
、を用いて検出される）を用いて周知の座標変換演算を
行うことにより求められる。これらの座標変換手順は周
知であるのでここではその説明を省略する。

こうしてステップｅにおいて旋回テーブル７及び各アー
ム１２．１３を揺動し、ステップｆにおいて距離ｊ２．
　、Ｎ２を演算し終わると、次のステップｇにおいて θ＝　ｊａｎ−’　（ΔＡ　／Ｗ） １−（ｆｆ、＋＃、）／２−Ｌ の演算式を用いて台車１の鉄骨梁２５に対する伸き角度
θ及び距離ｌ、即ち現在の中心点Ｏの基準軌跡２７から
の変位量を演算する。

ここにΔρは距離ｉ、とＣ，との差で正負の符号を考慮
して演算する。尚βの演算式はθの値が大きくなると上
記の式では誤差が増大するが、通常θは余り大きな値で
はないので上記の式を採用しても差支えない。

但し傾斜角度θの影響を考慮することも可能であるが、
ここではその説明を省略する。

こうしてステップｇにおいて台車１の傾斜角度θと基準
軌跡２７からのずれ量ｅを演算し終わると、続いて前記
ポテンショメータＰＭ２の方向を手首部１４の屈折、及
び各アームの揺動運動、更には旋回テーブル７の旋回に
よって垂直方向に変化させると共に、測定点Ｐ、及びＰ
２の中間の点Ｐｏにおける鉄骨梁２５の高さを測定し、
基準高さからの偏差Δｈを測定する。これにより鉄骨梁
２５の撓量が検出される。（ステップｈ）続いてＣＰＵ
２０は旋回モータ９に駆動信号を送出し、旋回テーブル
７に対して台車１をθ＋９０度分、反時計方向に回転さ
せる。この回転によって台車１の軸芯５が鉄骨梁２５に
対して直角゛の方向を指向する。（ステップｉ） こうして台車の方向の決定を完了すると、続いてステッ
プｊにおいてアウトリガ駆動用モータ１０ｍにアウトリ
ガ装置１０が縮む方向の駆動信号を送出し、台車１の車
！ｆａ２を接地させる。これによりアウトリガ装置１０
が地切りされるため、続くステップｋにおいて再び旋回
モーフ９に駆動信号を送出し、旋回テーブル７を角度θ
分だけ台車ｌに対して反時計方向に回転させる。

以上の手順によって旋回テーブル７が鉄骨梁２５に平行
の状態となる。

続いてＣＰＵ２０は走行モータ４に駆動信号を送出し、
台車１をその上部の旋回テーブル７及びアーム１２及び
１３と共に４の分だけ移動させる。

この時点で車輪２は全て軸芯５と同じ方向、即ち鉄骨梁
２５に直角の方向を向いているので、上記４分の移動に
よって台車１は鉄骨梁２５に対してｌの距離の分だけ接
近又は離れ、台車１の中心０が基準軌跡２７上に移動す
る。（ステップｍ）続いてＣＰＵ２０はアウトリガ駆動
用モ〜り１０ｍに伸長方向の信号を送出して、アウトリ
ガ装置１０を伸ばし、台車１の車輪２を地切りした後（
ステップｎ）、再度旋回モータ９に駆動信号を送出して
地切りされた台車１を９０度時計方向に旋回させ（ステ
ップ０）た後、アウトリガ装置１０を縮め（ステップｐ
）、車輪２を床面１１に接地させ、アウトリガ装ｆｉｏ
を宙に浮がせる。

こうして台車１及び旋回テーブル７が共に鉄骨梁２５に
平行となると共に、その中心０が基準線２７上に来るこ
とにより旋回テーブル７の鉄骨梁２５に対する完全な位
置決めが完了するため、続くステップｑに示す様に基準
軌跡２７に対する鉄骨梁２５の正確な位置をロボットに
教え込むだめの教示動作や、手首部１４の先端にポテン
ショメータＰＭ２に換えて取り付けた吹付ガンを用いた
再生作業を実行可能となる 上記第５図に示した手順は本発明の一適用例に係る吹き
付は用ロボットの一つの使用例に過ぎす、本発明は作業
対象物に沿って走行しつつ作業を行うあらゆるロポ・ノ
ド、例えばコンクリート吹付用ロボットや塗装ロボ・７
ト、長物の検査用口、ＩＣ−ノド等種々の用途に用いる
ことができると共に、その作業手順の順番を適宜変更し
たり、別の作業手順を付加挿入する等種々のノ＼リエー
ションが考えられ、例えばステップｅにおいて距離７！
１　とβ２を検出することにより１頃き角度θの演算を
行った後、台車をθプラス９０度回転させ、鉄骨梁２５
に直角に保持し、且つ旋回テーブル７を角度θだけ回転
させ、旋回テーブル７を鉄骨梁２５に直角に維持した状
態で再度鉄骨梁２５上の一測定点ＰＯまでの距離を測定
してｅを検出するようになすことにより、βの演算にお
ける傾斜角度θの影響を除去する如くなす等の変更は全
て本発明の実施例に相当するものである。

又ステップｈにおいて得られた鉄骨梁２５の撓量Δｈは
そのままＲＡＭ１８に記憶しておき、続く再生動作時に
呼び出して吹付ガン等の高さ方向の位置の諏整に用いる
。

本発明は以上述べた如く、車輪によって床面上を走行す
る台車に垂直方向のアウトリガ装置を有する旋回テーブ
ルを取り付け、該旋回テーブル上に複数の自由度を有す
る腕機構を設置した自走式ロボットの作業対象物に対す
る位置決め方法において、作業位置で停止したロボット
を駆動して旋回テーブルから作業対象物上の２個の測定
点までの距離を検出する工程と、上記２個の距離データ
から旋回テーブルの作業対象物にたいする傾斜角度θ、
及び旋回テーブルからロボットが走行すべき正規の基準
軌跡までの偏心量βを演算する工程と、アウトリガ装置
を伸長して台車を地切りした後、台車を作業対象物に対
して直角の方向へ回転させる工程と、上記の台車を作業
対象物に対して直角に指向させた後に、アウトリガ装置
を縮めて台車を接地させた後、旋回テーブルを作業対象
物に対して平行となるまで回転させる工程と、台車を偏
心量４分だけ移動させて、その中心を正規の基準軌跡に
合致させる工程と、アウトリガ装置を伸長させて台車を
地切りした後、台車を作業対象物に平行となるまで回転
させ、更にアウトリガ装置を縮める工程と、を有してな
るとこを特徴とする自走式ロボットの位置決め方法であ
るから、従来の誘導無線による走行形ロボットの位置決
め方法と比べて著しく位置決め精度が向上し、且つ誘導
レール等を敷設する必要も又作業対象物の位置が変化す
る毎に誘導レール等の位置を変化させる手間も必要で無
く、作業対象物の位置の変化に速やかに対応して位置決
めできる工業用ロボットを提供するもので、ロックウー
ルの吹付作業等の精度を要求される工業用ロボットに適
応して極めて好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用しうるロックウールの吹付用ロボ
ットの正面図、第２図及び第３図は同工業用ロボットの
平面図及び側面図、第４図は同工業用ロボットの制御回
路図、第５図は同制御手順を示すフローチャート、第６
図は台車と旋回テーブルとの移動状態を示す平面図、第
７図は作業対象物に対するロボッＩ〜の傾きや変位の状
態を示す平面図である。 （符号の説明） ■・・・台車　　　　　　２・・・車輪４・・・走行モ
ータ　　　５・・・軸芯６・・・旋回ベアリング　７・
・・旋回テーブル９・・・旋回モータ　　１０・・・ア
ウトリガ装置１２・・・垂直アーム　　１３・・・水平
アーム１４・・・手首部 １５・・・マイクロコンピュータ ２０・・・ＣＰＵ　　　　　　θ・・・傾斜角度Ｐ、、
Ｐ２・・・測定点。 ＰＭ・・・ポテンショメータ ＰＥ・・・パルスエンコーダ。 出願人　　株式会社　神戸製鋼所 代理人　　弁理士　本庄　武男 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 車輪によって床面上を走行する台車に垂直方向のアウト
   リガ装置を有する旋回テーブルを取り付け、該旋回テー
   ブル上に複数の自由度を有する腕機構を設置した自走式
   ロボットの作業対象物に対する位置決め方法において、 （ｉ）作業位置で停止したロボットを駆動して旋回テー
   ブルから作業対象物上の２個の測定点までの距離を検出
   する工程と、 （ｉｉ）上記２個の距離データから旋回テーブルの作業
   対象物に対する傾斜角度θ、及び旋回テーブルからロボ
   ットが走行すべき正規の基準軌跡までの偏心量βを演算
   する工程と、 （ｉｉｉ　）アウトリガ装置を伸長して台車を地切りし
   た後、台車を作業対象物に対して直角の方向へ回転させ
   る工程と、 （ｉｖ　）　　（ｉｉｉ　）の工程後に、アウトリガ装
   置を縮めて台車を接地させた後、旋回テーブルを作業対
   象物に対して平行となるまで回転させる工程と、（ｖ）
   台車を偏心量４分だけ移動させて、その中心を正規の基
   準軌跡に合致させる工程と、（ｖｉ）アウトリガ装置を
   伸長させて台車を地切りした後、台車を作業対象物に平
   行となるまで回転させ、更にアウトリガ装置を縮める工
   程と、を有してなるとこを特徴とする自走式ロボットの
   位置決め方法。