JPS5991513A - ロボット制御装置 - 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】 （イ）発明の分野 この発明は、平面床を移動するロボットの位置検出方法
に関する。

（ロ）従来技術とその問題点 一般にロボットにおいて、教示あるいは運転制御を行な
うのに、ロボットの位置を検出する必要がある。従来の
移動ロボットの位置検出は、アクチュエータに直接、角
度（位置）検出器を設けて行なっているのがほとんどで
ある。しかしアクチュエータに直接角度検出器を設ける
従来の方法では、駆動系に存在する非線系要素（たとえ
ばギアのバックラッシュ等）のために発生する絶対位置
との誤差を検出できなかった。また駆動軸のねじれ等に
よシ生じる誤差も検出できないという欠点があった。

（ハ）発明の目的 この発明の目的は、上記従来の位置検出方法の欠点を解
消し、駆動系内にいかなる非線系要素があっても移動ロ
ボットの正確な位置を検出し得るロボット位置検出方法
を提供するにある。

に）発明の構成と効果 上記目的を達成するために、この発明のロボット位置検
出方法は、ロボットの基台の底面に、平面床に接触して
ロボットの移動によシ自由に回転する球体と、この球体
の互に直交する方向の回転度合を検出する２個の角度検
出器とを備え、この角度検出器よりの信号に基づいてロ
ボットの位置全検出するようにしている。

この発明のロボット位置検出方法によれば９位置検出器
としての球体と角度検出器をロボット基台の底部に設け
るものであるから、たとえ駆動系にいかなる非線系要素
があろうともその影響を受けることなく移動ロボットの
位置を正確に検出することができる。しかも球体と角度
検出器を設けるだけで良いから１位置検出のだめの構成
手段が簡単であシ、安価に実現し得る。

（ホ）実施例の説明 以下２図面に示す実施例によシ、この発明をさらに詳細
に説明する。

第１図はこの発明が実施される移動ロボットの側面図で
ある。同図において移動ロボット本体１の基台２の底部
に位置検出器３が設けられている。

４は駆動輪である。駆動輪４の回転によシロボット本体
１が移動すると１位置検出器５の球体５も床面６に接触
しているので回転し２位置検出器ろはその回転度合を検
出することによシ移動ロボット本俸１の位置を検出する
ようになっている。

第２図は位置検出器３を天地逆に示した斜視図である。

位置検出器乙の球体５はプレート７に回転自在に支持さ
れておシ、この球体５にローラ８゜９が互いに直角とな
る（Ｘ方向、Ｙ方向）方向に配置されて接触している。

１０はローラ８の回転度合を検出し、１１はローラ９の
回転度合を検出する回転検出器である。

以上のように構成される移動ロボットを第１図に示す状
態に置き移動させると１回転検出器１０゜１１の出力に
より移動後のロボット位置を検出することができる。第
６図に示すように２球体５の中心が床面６上にとられた
Ｘ−Ｙ平面の原点０に接触しておシ、その後の移動によ
シロボットが姿勢を変えずにＰ点（ｘｏ、ｙｏ）まで移
動したとすると、Ｘ軸方向に直角に配される回転検出器
１０はローラ８の回転角θ１を検出することによシ、ま
たＹ軸方向に直角に配される回転検出器１１はローラ９
の回転角θ２を検出することによ９９次式より球体５の
Ｘ軸方向の移動距離ＸＯ，Ｙ軸方向の移動距離ｙｅｔそ
れぞれ算出することができる。

ただしｒｌ、ｒ２はローラ８，９の半径である。

以上のようにして回転検出器１０．１１の出力によりロ
ボットの移動後の位置Ｐ（ｘｏ、ｙＯ）が検出される。

続いて、上記（１）式が成立することを以下に証明する
。

球体５が原点ＯからＰまで直線上をころがるとき、その
回転軸はＯＰに垂直な球体中心を通るｌ−４である。

それゆえローラ８は半径ＤＢの円周上をころがシ、ロー
ラ９は半径ＥＣの円周上をころがる。図よシ明かなよう
に △０ＤＢ−へＣＥＯ △０ＤＢＣ／）△ＰＡＯ であるから ｘｏ　：　ｙｏ＝ＢＤ　：　ＣＥ　　　　・・・・・・
・・・（２）となる。

また球体・５の半径をｒ１球の回転角をθとするであシ
、また ＢＤθ＝ｒ１θ１．ＣＥθ＝ｒ２θ２ ＢＤｚ十〇Ｅ２＝　ｒ２ であるから が成シ立つ。

上記（３）　（４）式よシ ｘ０２＋ｙ０２＝ｒ１２θ１２＋ｒ２２θ２２　　・・
・（５）また、上記（２）式より ｘＯ−ニー　ｙ　Ｏ：　ｒ　１θ１：ｒ２θ２・・・・
・・（６）’、’　ＢＤ　：　ＣＥ　＝　ｒｌθ１：ｒ
２θ２である。

ここで であるとして、（７）式を（５）式に代入するとａ２（
ｒ１２θ１２−１−ｒ２２θ２２）”ｒｉ２θ１２＋ｒ
２２θ２２となＰ）、ａ：ｉであることがわかる。した
がってが得られる。

次に第４図ないし第１０図を参照して、上記位置−検出
方法を用いて運転制御される移動ロボットについて説明
する。

第４図は、移動ロボットの駆動輪４の配置および動作を
説明するだめの基台２の概略図であって。

この図では基台２の中央部に設けられる位置検出器ろが
図示省略されている。ロボット基台２に設置された４個
の駆動輪４は後述するように２個のモータで駆動制御さ
れるようになっておシ、１個のモータで回転が、他方の
モータで回転軸２１の姿勢が制御される。回転軸２１の
姿勢は第５図に示すようにすべて同期して動き、４個の
回転軸２１は常に同一の姿勢となるようになっている。

すなわち駆動側のタイミングプーリ２２に各駆動輪４側
の４個のタイミングプーリ２５がタイミングベルト２４
によシ連結されている。

第６図（は駆動輪４付近の構造を示す中央縦断面図であ
る。駆動輪４の回転軸２１が姿勢調整用のタイミングプ
ーリ２５に支持される一方、タイミングベルト２５を介
して伝達される回転は、タイミングプーリ２６．ベベル
ギア２７，２８．タイミングプーリ２９を経てタイミン
グベル）３０゜タイミングプーリ２０９回転軸２１より
駆動輪４に云えられる。

第７図はモータ付近の構造を示す中央縦断面図。

である。３１は回転軸姿勢用のモータであって。

このモータ３１の回転は減速機３２．平歯車３３゜３４
およびタイミングプーリ２２を介して４個のタイミング
ベルト２４に伝えられるようになっている。またろ５は
駆動輪回転用のモータであって。

このモータ３５の回転も減速機３６．平歯車５７゜３８
、タイミングプーリ３９を介して、４個のタイミングベ
ルト２５に伝えられるようになっている。すなわち駆動
輪４の回転の場合も、１個のタイミングプーリ３９よ９
４個のタイミングベルト２５を介して各駆動輪４に回転
力が伝えられるので、４個の回転軸２１の姿勢が全く同
じとされるのと同様、各駆動輪４の回転も同期がとられ
同一となる。しかしタイミングプーリ２２．３９と４個
のタイミングブー１Ｊ２３，２６は同径である必要はな
く、また駆動輪４は４個でなく、６個であってもよい。

第８図は移動ロボットの制御回路のブロック図。

である。同図において２回転検出器１０．１１の出力は
位置情報読取器５０で読取られ、演算回路５１に加えら
れるようになっている。演算回路５１は予じめ設定され
る目標値と２位置情報読取器５０よシ加えられる位置情
報に基いて所定の演算を行なう。その演算結果に基づい
て指令回路５２は増幅器５４．５５を通して回転姿勢用
モータ６１と駆動輪回転用モータ３５に駆動指令を出方
するようになっている。

次に、移動ロボットが第９図に示すＸ−Ｙ平面のｘＯ，
７０点にあり、目標値（ｘｄ、）’ｄ）まで移動させる
場合の制御動作を第１０図に示す制御フローを参照して
説明する。なおこの制御フローの実行は演算回路５１．
指令回路５２等を含む処理回路（タトエばマイクロコン
ピュータ）５乙に予じめ記憶されるプログラムによシ進
行される。

動作スタート後、先ず目標値指令によシ目標値（：ｃｄ
、ｙｄ）がロードされる（ヌテツプ５Ｔ１）。続いて現
在値（ｘｏ、ｙＯ）が読み込まれ（Ｓｒ１　）　、演算
回路５１では＋　ＳＯ＝　ａ〒−＝四ツあ演算がなされ
、現在値から目標値までの距離ＳＯが算出される（Ｓｒ
１）とともに、駆動輪回転モータ（Ｂモータ）３５が駆
動される（Ｓｒ１　）。これによシ駆動輪凹転モータ６
５は、目標値との距離を縮める方向に等速回転する。駆
動輪回転モータ３５の回転は、減速機３６→平歯車３７
ブ平歯車３８→タイミングプーリ３９→タイミングベル
ト２５→タイミングプーリ２６→ベベルギア２７→ベベ
ルギア２８→タイミングプーリ２９→タイミングベｌ）
　５０→タイミングプーリ２０の順で回転軸２１に加え
られ、駆動輪４は姿勢角度θのまま回転される。

続いて１回転検出器ｉｐ、１１および位置情報読取器５
０で現在値（Ｘ、　ｙ）を読み込む（Ｓｒ１）。

演算回路５１は目標値（ｘｄ、　ｙｄ）と現在値（Ｘ　
、　ｙ）によシ、再び目標値までの距離ｓ２．ｓニジ算
出する（ＳＴ６）。そして算出された距離Ｓが予め設定
した距離εよシも小さいか判定する（ＳＴ７）。この設
定距離εは、この値よシも算出距離Ｓが小さい場合には
、移動ロボットがほぼ目標値に達したことを示すもので
ある。

ＳＴ７でＳくεでない場合には、演算回路５１は次式に
より目標姿勢を示す角θｄを算出する（ＳＴ８）。

また現在姿勢を示す角θを算出する（ＳＴ９）。

演算回路５１はθｄとθの算出後、θｄ−θの演算を行
ない、指令回路５２．増幅器５４を介して回転姿勢用モ
ータ（Ａモータ）　３１　Ｋｋ（θｄ−〇）の電圧、す
なわちθｄ−θに比例した電圧が学えられ２回転姿勢用
モータ３１が駆動される（ＳＴＩＯ）。

回転姿勢用モータ３１の回転は、減速機３２→平歯車３
３→平歯車３４→タイミングプーリ２２→タイミングベ
ルト２４→タイミングプーリ２３の順で伝えられ１回転
姿勢θを目標姿勢θｄに近づけるように動作する。

次に５Ｔ１０に続いて、現時点における目標値までの距
離Ｓとスタート時点における目標値まで距離ＳＯを比較
し、　Ｓｏ≧Ｓか判定する（ＳＴ１１　）。

判定の結果、　Ｓｏ≧Ｓでなければロボットの移動によ
り、かえって目標値よシ遠ざかっていることを意味する
ものであるから、駆動輪回転モータ３５を逆転させる（
ＳＴ１２　）。上記判定でＳｏ≧Ｓであれば、移動ロボ
ットは移動していないか、目標値に近づいていることを
意味する。

５Ｔ１２での駆動輪回転モータ３５の反転動作あるいは
、５Ｔ１１でのＹＥＳの判定に続いて。

現在値ｘ、ｙ及び目標値捷での距離Ｓをスタート情報ｘ
ｏ、　ｙＯ，Ｓｏとしてそれぞれ記憶しくＳＴ　１３　
）。

その後ＳＴ５にもどシ、上記と同様に５−Ｔ５・・・５
Ｔ１３の動作を繰シ返し、ロボットを目標値に近づける
ように制御する。

制御動作の継続によ５．ＳＴ７での判定がＹＥＳすなわ
ちＳ〈εとなるとロボットはほぼ目標値に到達したこと
になるので１回転姿勢用モータ３１および、駆動輸回転
用モータ３５をオフしロボットを停止させる（ＳＴ１４
）。

なお、上記第１０図に示した制御フローは１制御例を示
したに過ぎず、この発明のロボット位置検出方法は、上
記例に限ることなく、平面床を移動するロボットの位置
検出方法として種々の制御に（実用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明が実施される移動ロボットの側面図、
第２図は前記第１図の移動ロボットの位置検出器を天地
逆にして示した斜視図、第３図は前記第２図に示した位
置検出器によるロボット位置検出原理を説明するための
図、第４図は前記移動ロボットの駆動輪の配置を示す基
台の概略図。 第５図は同ロボットの駆動輪の回転姿勢調整用のタイミ
ングプーリおよびタイミングベルトを示す図、第６図は
ロボットの駆動輪付近の構造を示す中央縦断面図、第７
図は同ロボットのモータ付近の構造を示す中央縦断面図
、第８図は同ロボットの制御回路を示すブロック図、第
９図は同ロボットの制御動作を説明するためのロボット
移動軌跡図、第１０図は同ロボットの制御動作を説明す
るためのフロー図である。 １：ロボット本体、　２：基台。 ３：位置検出器、　　５：球体。 ６：平面床、　　　　　　８１９：ローラ。 １０・１１：回転検出器。 特許出願人　　　　　立石電機株式会社代理人　　弁理
士　　中　村　茂　信 第７図 第８０ 第９０ 手続補正書（自発） 昭和５８年２月２日 特♂［庁艮官殿 １　事件の表示 昭和５７年　特　許　願　　第　２０１４４４　　号２
　発明の名称　　　ロボットの位置検出方法３　す１１
ｊ正をする者 事件との関係　　特許出願人 イコ、所　　　京都市右京区花園土堂町１０番地名　称
　　（２９４）　　立石電機株式会社代表者　立石孝雄 ５　　冬山］［のＡＩＺ之 （１）明利１よ ６　補正の内容 （１）１す」細舌全文の浄化〔内容に変更なし〕７、　
７を層月男ノＪ１の目録 （１）補正明細書　　　　　　　１通

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （］）平面床を移動するロボットの位置検出方法であっ
   て。 ロボット基台の底面に、前記平面床に接触してロボツ１
   −の移動によシ自出に回転する球体と。 この球体の互に直交する方向の回転度合を検出する２個
   の角度検出器とを備え、この角度検出器よシの信号に基
   づいてロボットの位置を検出することを特徴とするロボ
   ットの位置検出方法。