JP2004230509A - Mobile robot - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行機構を有する移動台車に多関節マニピュレータを搭載してなる移動ロボットに関するもので、特に、多関節マニピュレータの誤動作等に対する安全対策に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の移動台車に多関節マニピュレータを搭載した移動ロボットにおける、多関節マニピュレータの誤動作等に対する安全対策としては特許文献1、特許文献2または特許文献3等に開示されている例がある。
【0003】
特許文献1または特許文献2等に開示されているように、移動ロボットの多関節マニピュレータが非動作時に何らかの原因により誤動作して周りの人間または物品に損傷を加えることを防止することを目的として、多関節マニピュレータの定位置を検出する検出器を設置し誤動作で多関節マニピュレータが定位置を離れた場合に多関節マニピュレータおよび移動台車の動作を停止させるという安全対策が提案されている。
【0004】
また、特許文献3等に開示されているように、移動ロボットにおける多関節マニピュレータの作業方向の1面を除く他の3面を安全柵で囲って、多関節マニピュレータの作動領域を制限させるという構成も提案されている。
【0005】
【特許文献1】
特開平2−303795号公報
【特許文献2】
特開2001−96487号公報
【特許文献3】
特開平6−155341号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前述するような定位置検出器による安全装置の場合、次のような課題が有る。
【0007】
まず、電気的な検出を行っているため検出器の故障があった場合に多関節マニピュレータの誤動作が検出できない、または、逆に定位置検出器はリミットスイッチ、光電スイッチ等を用いているので実使用環境における振動、外乱光等による誤検出等で移動ロボットが頻繁に停止してしまうという課題が有る。
【0008】
また、実際の多関節マニピュレータの形状は板金等のエッジを有する出っ張り、先細の凸部形状等を有しており、定位置検出器が正常に働いていても、移動ロボットが走行中に何らかの原因で周りの人間または物品と接触してしまったような場合等に周囲の人間または物品に危害を加える危険性があるという課題もある。
【0009】
また、移動台車上の3面に安全柵を設けた機構の場合、残りの1面は多関節マニピュレータの作業面として固定的に開放されているため、移動ロボットの走行中または待機中等の多関節マニピュレータが非作動の場合はこの開放面側の安全は確保できていないことになる。さらに、作業時の安全を確保するために設けられた固定的な安全柵は多関節マニピュレータの作動範囲確保のためにその外形寸法が非常に大きく、移動台車の外形より大きくなる場合が多く、走行時または待機時等には安全柵自体が危険物となる場合もある。
【0010】
本発明は、多関節マニピュレータを移動台車に搭載した移動ロボットにおいて、特に走行時または待機時の多関節マニピュレータが非作動時に多関節マニピュレータが周りの人間および物品に危害を与えないためのシンプルで確実な安全対策を可能ならしめることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、多関節マニピュレータを移動台車に折畳み可能に配置し、該多関節マニピュレータを折畳んだ姿勢にて完全に覆ってしまえる開閉可能な収納用カバーを設置したものである。
【0012】
本発明によれば、機構部品のみで移動ロボットにおける多関節マニピュレータの誤動作に対する安全対策が可能となり、電気的な安全対策よりもシンプルで確実な対策が可能となり、さらには多関節マニピュレータの保護の役割も果たせる。また、本発明による多関節マニピュレータおよび車輪の配置等により移動台車の安定した走行性能と良好な操舵性能および多関節マニピュレータの広い動作範囲も同時に確保できる。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、多関節マニピュレータを移動台車に折畳み可能に配置し、該多関節マニピュレータを折畳んだ姿勢にて完全に覆ってしまえる開閉可能な収納用カバーを設置したものであり、これにより移動ロボットが走行中または待機中に多関節マニピュレータが万が一誤動作してしまった場合でも多関節マニピュレータは収納カバーにより動作が規制され多関節マニピュレータが収納用カバーの外部に出てしまうことがなく安全であるという作用を有する。
さらには、衝突・転倒等の場合に外力が直接多関節マニピュレータに加わることが防止できるという付随的な作用も有する。
【0014】
請求項2に記載の発明は、多関節マニピュレータを直列に連結された2アームを有する垂直多関節型とし、第1アームと第2アームを両アームが移動台車の上部で折畳み可能な構成にし、完全に折畳まれた状態では両アームが台車の天井面に略水平の姿勢となり、かつ完全に折畳まれた状態においても両アームの外形が移動台車の外形より出っ張らない構成としたものであり、これにより移動ロボットの走行時に移動ロボット全体の重心位置が低くでき、かつ両アームの重心位置を移動台車の中央付近にすることができるので、移動ロボットが安定して走行できるという作用を有する。さらに、多関節マニピュレータを折畳んだ姿勢で収納する収納カバーの外形寸法をコンパクトにでき移動ロボットの走行時に安全であるという作用も有する。
【0015】
請求項3に記載の発明は、移動台車底部前方に左右一対の駆動車輪および移動台車底部後方に少なくとも1個の従動または駆動車輪を設け、多関節マニピュレータの第1アームの回転中心を移動台車の上部前寄りの位置に配置することにより多関節マニピュレータ先端の把持用ハンドで移動台車直前の床上に置かれた物品を把持でき、かつ、多関節マニピュレータの姿勢に拘わらず移動ロボット全体の重心位置が常に前記移動台車の各車輪の接地点を結ぶ多角形の内部の範囲内にあるようにしたものであり、これにより前方駆動輪に接地圧を加えることができスリップ等を防止でき安定した走行性能が得られ、また操舵に対する負荷モーメントを小さくできるので良好な操舵性能も得られ、かつ移動ロボットの前方方向の可動範囲が広く取れるという作用を有する。
【0016】
請求項4に記載の発明は、開閉可能な収納用カバーの形状を外側に凸な形状でかつ滑らかに連続した曲面で構成したものであり、移動ロボットと周りにいる人間または物品が万が一接触した場合も、突起部等でけがをすることを防止できるという作用を有する。
【0017】
請求項5に記載の発明は、開閉可能な収納用カバーの開閉をモータのアクチュエータを用いて移動ロボットの制御装置の指令により自動的に行えるものであり、アーム折畳み動作に連動して自動的にカバーを開閉でき多関節マニピュレータの非作動状態と作動状態を確実かつスムーズに切り替えられるという作用を有する。
【0018】
図1〜図3に本発明の実施の形態を示す。
【0019】
(実施の形態1)
図1は本発明に係る移動ロボットの側面図および正面図を示し、特に移動ロボットが走行時または待機時の状態を示している。
【0020】
図1において、1は移動台車、2は多関節マニピュレータ、3は収納用カバーであり、多関節マニピュレータ2は非作動状態で移動台車1の上部で折畳んだ姿勢であり、2点鎖線で示した収納用カバー3は閉じた状態であり多関節マニピュレータ2全体を覆っている。
【0021】
移動台車1は底部前方左右に駆動輪101aおよび101b、底部後方左右にキャスター型の従動輪102aおよび図1では102aの奥側で図示されない102bを有する。駆動輪101aおよび101bはそれぞれ図示しない歯車等の減速機を介してモータ等のアクチュエータと連結されており、該アクチュエータの回動により時計方向・反時計方向の両方向にそれぞれ独立して回動可能となっており左右のアクチュエータの回転数差によって移動台車の操舵が行われる。
【0022】
すなわち、左右のアクチュエータの回転数が同一の場合は前方または後方に直進し、回転数差がある場合は回転数の低い方向へ舵が取られることになり、さらに左右逆回転で同一回転数の場合はその場旋回を行う。それぞれのアクチュエータの制御はアクチュエータ駆動用アンプ104、主にリアルタイムの制御を行うサブ制御装置105および外部とのインターフェイスおよび全体の管理を行うメイン制御装置106からの指令によって行われる。駆動車輪101の回転角度は図示しない回転角度検出器によって検出され前記制御系にフィードバックされている。
【0023】
また、それぞれの車輪は図示しないコイルばね等の弾性体を介して移動台車フレーム103に固定されており、車輪が確実に床面に接するようになっている。
【0024】
なお、以上の説明では左右の回転数差による操舵の説明を行ったが、駆動輪または従動輪の方向を操舵用アクチュエータで変化させて操舵することも可能である。従動輪は2個である必要はなく最低1個あればよいし、逆に3個以上あっても同様に実施可能である。また、従動輪は何らかのアクチュエータで駆動される駆動輪であっても実施可能である。
【0025】
多関節マニピュレータ2は機構的に直列に連結された第1アーム207、第2アーム208、先端アーム209および先端アーム209の端部に固定された物品把持用ハンド210を有する6軸垂直多関節型であり、各アームが第1軸201、第2軸202、第3軸203、第4軸204、第5軸205および第6軸206にて図示しないベアリング等で回動可能に保持されており、かつ各軸部には図示しないモータ等のアクチュエータ、歯車等の減速機、回転角度検出器等が配置されており各アームを回動できその回転角度が検出できる構成となっている。
物品把持用ハンド210はモータ等のアクチュエータで互いに対面する物品把持部材211aおよび211bの位置が連動するようになっておりこの物品把持部材211aと211bの移動により把持対象物品を把持することができるようになっている。各軸の駆動において必要であればベルト・プーリ等の駆動部材を用いることも当然可能である。
【0026】
各アクチュエータは前記移動台車1の説明で示したのと同様にアクチュエータ駆動用アンプ104、主にリアルタイムの制御を行うサブ制御装置105および外部とのインターフェイスおよび全体の管理を行うメイン制御装置106からの指令によって制御されている。また、請求項2に記すように、第1アームと第2アームは両アームが移動台車の上部後で折畳み可能であり、完全に折畳まれた状態では両アームが台車の天井面に略水平の姿勢となり、かつ完全に折畳まれた状態においても両アームの外形が移動台車の外形より出っ張らない構成となっている。
【0027】
なお、上記の説明では6軸垂直多関節型の例で説明したが軸数は最低限第2軸と第3軸の2軸でも可能であり、逆に7軸以上の場合も同様に可能である。また、駆動方法はモータ、減速機の構成で説明したが、これ以外の駆動方法例えば油圧または空圧駆動、形状記憶合金による駆動、人工筋肉による駆動等でも可能である。
【0028】
収納用カバー3は固定カバー301および可動カバー302からなっており、固定カバーは移動台車1の上部後方に図示しない連結部材で移動台車1に固定されており可動カバー302は支点303にて回動可能に保持されている。さらに支点303には図示しないモータ等のアクチュエータ、減速機、カバー開閉確認のためのリミットスイッチ等を含むカバー開閉機構304がもうけられており、可動カバー302はカバー開閉機構304により支点303周りに回動駆動される。カバー開閉機構304も前記移動台車1と同様の制御系によって制御されている。移動ロボットが走行中または待機中にはカバー開閉機構304によって可動カバー302が支点303周りの図1における反時計方向に回動され折畳まれた多関節マニピュレータ2の全体を覆うような位置まで回動する。多関節マニピュレータ2による作業を開始する場合はまず移動台車1が作業位置にて停止し図示しない確認装置により周囲に障害物がないことを確認したうえでカバー開閉機構304により可動カバー302を支点303周りの図1における時計方向に回動させ、多関節マニピュレータ2が可動カバー302に干渉しない位置まで回動させる。
【0029】
この状態では可動カバー302が固定カバー301の内部に収納された形となっており、多関節マニピュレータ2は可動カバー302が移動してオープンになった前方(図1における左側)の空間から多関節マニピュレータ2の作業空間に移動できるようになる。固定カバー301および可動カバー302は万が一多関節マニピュレータ2が各アクチュエータの最大駆動力によって回動駆動され両者が衝突した場合でも破損しないような材質および構造になっている。固定カバー301および可動カバー302の材質はアルミ板金等の金属材料が望ましいが、前記の強度さえ満足できれば全体または一部が樹脂であっても可能である。固定カバー301および可動カバー302の外側形状は請求項4に記したように外側に凸な形状でかつ滑らかに連続した曲面となっている。
【0030】
なお、上記の説明では多関節マニピュレータ2の定位置検出器を設けてはいないが、定位置検出器をもうけて2重の安全対策を取ることも当然可能である。また、固定カバー301は必ずしも必要ではなく可動カバー302のみでも同様の機能を果たすことができる。
【0031】
(実施の形態2)
図2は本発明に係る移動ロボットの側面図を示し、特に移動ロボットが多関節マニピュレータ2を動作させて作業している場合の状態を示している。
【0032】
図2において、可動カバー302はカバー開閉機構304により時計方向に回動され開状態になっている。この状態で多関節マニピュレータ2は前方作業空間に移動可能であり、例えば図2に示すようなアームの姿勢で作業することが可能である。
【0033】
この図2に示すアーム姿勢は、請求項3に記した、物品把持用ハンド210で移動台車1の直前の床上に置かれた物品を把持しようとした場合のアーム姿勢であり、多関節マニピュレータ2の第1アーム207の回転中心すなわち多関節マニピュレータ2の第2軸202は、このようなアーム姿勢すなわち第2アーム208の先端が移動台車1の直前の床上に到達できるようにするために、移動台車1の上部前寄りに配置されている。
【0034】
(実施の形態3)
図3は図2における断面A−Aを示す。
【0035】
図3において点A1および点A2はそれぞれ駆動輪101aおよび駆動輪101bと床面の接地点を示し、点B1および点B2はそれぞれ従動輪102aおよび従動輪102bと床面の接地点を示す。移動ロボットが転倒せず安定して走行し作業するためには、移動ロボット全体の重心位置Gが前記の点A1、点A2、点B2および点B1で囲まれる四角形の内部にあることが必要である。
【0036】
本発明では第1アーム207、第2アーム208および先端アーム209が移動台車の前方方向に水平に伸びきった状態で物品把持ハンド210が仕様範囲の最大重量の物品を把持し、かつ仕様範囲の最大床面傾斜角度の下り坂を前向きに下っているような転倒に関する最悪の姿勢においても移動ロボット全体の重心位置Gが前記四角形の内部の範囲内に位置する構成となっている。
【0037】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、移動台車の多関節マニピュレータを搭載した移動ロボットにおいて、走行時または待機時の多関節マニピュレータが非作動時にシンプルな機構で多関節マニピュレータと外部の接触を完全に防止することができ安全でありかつ安定した走行性能と良好な操舵性能および多関節マニピュレータの前方方向の広い作動範囲も同時に確保できるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1による移動ロボットの走行時または待機時の状態を示す側面図および正面図
【図2】本発明の実施の形態2による多関節マニピュレータ2を動作させて作業している場合の移動ロボットを示す側面図
【図3】本発明の実施の形態3による移動台車1底部の車輪の位置を示す断面図
【符号の説明】
1 移動台車
2 多関節マニピュレータ
3 収納用カバー
101 駆動輪
102 従動輪
103 移動台車フレーム
104 アクチュエータ駆動用アンプ
105 サブ制御装置
106 メイン制御装置
207 第1アーム
208 第2アーム
209 先端アーム
210 物品把持用ハンド
211 物品把持部材
301 固定カバー
302 可動カバー
303 支点
304 カバー開閉機構[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a mobile robot in which a multi-joint manipulator is mounted on a mobile trolley having a traveling mechanism, and particularly to a safety measure against malfunction of the multi-joint manipulator.
[0002]
[Prior art]
As a safety measure against a malfunction or the like of a multi-joint manipulator in a conventional mobile robot having a multi-joint manipulator mounted on a movable cart, there are examples disclosed in Patent Literature 1,
[0003]
As disclosed in Patent Literature 1 or
[0004]
Further, as disclosed in
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-303795 [Patent Document 2]
JP 2001-96487 A [Patent Document 3]
JP-A-6-155341
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of the safety device using the fixed position detector as described above, there are the following problems.
[0007]
First, if the detector malfunctions due to electrical detection, malfunction of the articulated manipulator cannot be detected, or conversely, the fixed position detector uses limit switches, photoelectric switches, etc. There is a problem that the mobile robot frequently stops due to erroneous detection due to vibration, disturbance light, or the like in the use environment.
[0008]
In addition, the actual shape of the articulated manipulator has a protruding shape with edges such as sheet metal, a tapered convex shape, and the like. There is also a problem that there is a risk of causing harm to the surrounding humans or articles in the case of contact with the surrounding humans or articles.
[0009]
In the case of a mechanism in which a safety fence is provided on three surfaces of the mobile trolley, the remaining one surface is fixedly opened as a work surface of the multi-joint manipulator, so that the multi-joint such as when the mobile robot is traveling or waiting. If the manipulator is not operated, the safety on the open side cannot be ensured. In addition, the fixed safety fence provided to ensure safety during work has a very large external dimension in order to secure the operating range of the articulated manipulator, and often becomes larger than the external shape of the mobile trolley. The safety fence itself may become a dangerous substance at the time of standby or at the time of standby.
[0010]
The present invention relates to a mobile robot having a multi-joint manipulator mounted on a movable trolley, particularly in a traveling or a standby state, in which the multi-joint manipulator does not harm the surrounding people and articles when the multi-joint manipulator is not operated. The purpose is to make safe measures possible.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve this problem, in the present invention, an articulated manipulator is disposed on a movable cart so as to be foldable, and an openable storage cover that can completely cover the articulated manipulator in a folded position is installed. Things.
[0012]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the safety measures against the malfunction of the articulated manipulator in the mobile robot can be made only with the mechanical parts, the simpler and more reliable measures can be taken than the electric safety measures, and the role of protection of the articulated manipulator can be further improved. Can also fulfill. Further, by the arrangement of the articulated manipulator and the wheels according to the present invention, stable traveling performance and good steering performance of the mobile trolley and a wide operating range of the articulated manipulator can be simultaneously secured.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
According to the first aspect of the present invention, the multi-joint manipulator is foldably disposed on the movable cart, and an openable storage cover is provided to completely cover the multi-joint manipulator in the folded position. Therefore, even if the articulated manipulator malfunctions while the mobile robot is traveling or waiting, the operation of the articulated manipulator is restricted by the storage cover and the articulated manipulator is moved out of the storage cover. It has the effect that it is safe without being lost.
Further, it has an additional effect that an external force can be prevented from being directly applied to the articulated manipulator in the event of a collision or a fall.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, the multi-joint manipulator is a vertical multi-joint type having two arms connected in series, and the first arm and the second arm are configured so that both arms can be folded at the upper part of the movable cart, In a completely folded state, both arms are in a substantially horizontal position on the ceiling surface of the trolley, and even in a completely folded state, the outer shapes of both arms do not protrude from the outer shape of the movable trolley. Thus, when the mobile robot travels, the position of the center of gravity of the entire mobile robot can be lowered, and the center of gravity of both arms can be set near the center of the mobile trolley, so that the mobile robot can travel stably. Further, the outer dimensions of the storage cover for storing the multi-joint manipulator in a folded posture can be made compact, and the mobile robot can be operated safely when traveling.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, a pair of left and right drive wheels and at least one driven or driven wheel are provided at the rear of the bottom of the movable trolley, and the rotation center of the first arm of the articulated manipulator is set at the center of the movable trolley. By arranging it near the upper front, the gripping hand at the tip of the articulated manipulator can grasp an article placed on the floor immediately before the movable trolley, and the center of gravity position of the entire mobile robot can be determined regardless of the attitude of the articulated manipulator. It is intended to always be within the range of the inside of the polygon connecting the grounding points of the wheels of the movable trolley, whereby the ground pressure can be applied to the front drive wheels, slips and the like can be prevented, and stable running performance can be prevented. In addition, good steering performance can be obtained because the load moment on steering can be reduced, and the movable range of the mobile robot in the forward direction can be widened. It has the effect of.
[0016]
According to the fourth aspect of the present invention, the shape of the openable and closable storage cover is formed to be a shape that is outwardly convex and smoothly continuous, and the mobile robot and the surrounding human or article are in contact with each other. Also in this case, there is an effect that it is possible to prevent injuries at the projections and the like.
[0017]
According to a fifth aspect of the present invention, the opening / closing of the storage cover that can be opened and closed can be automatically performed by a command from the control device of the mobile robot using the actuator of the motor, and automatically in conjunction with the arm folding operation. The cover can be opened and closed, so that the articulated manipulator can be reliably and smoothly switched between the non-operation state and the operation state.
[0018]
1 to 3 show an embodiment of the present invention.
[0019]
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a side view and a front view of a mobile robot according to the present invention, and particularly shows a state where the mobile robot is traveling or waiting.
[0020]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a mobile trolley, 2 denotes an articulated manipulator, 3 denotes a storage cover, and the articulated
[0021]
The movable trolley 1 has driving wheels 101a and 101b on the front left and right sides of the bottom, caster-type driven wheels 102a on the rear left and right of the bottom, and 102b (not shown) on the rear side of 102a in FIG. The drive wheels 101a and 101b are connected to an actuator such as a motor via a speed reducer such as a gear (not shown), and can rotate independently in both clockwise and counterclockwise directions by rotating the actuator. The mobile trolley is steered by the rotational speed difference between the left and right actuators.
[0022]
That is, when the rotation speeds of the left and right actuators are the same, the vehicle goes straight forward or backward, and when there is a rotation speed difference, the steering is steered in the direction of the lower rotation speed. If so, make a turn. Control of each actuator is performed by commands from an actuator driving amplifier 104, a
[0023]
Further, each wheel is fixed to the
[0024]
In the above description, the steering based on the difference between the left and right rotational speeds has been described. However, the steering can be performed by changing the direction of the drive wheel or the driven wheel by the steering actuator. The number of driven wheels does not need to be two, and it is sufficient that at least one follower wheel is provided. Further, the driven wheel may be a driving wheel driven by any actuator.
[0025]
The articulated
The
[0026]
Each of the actuators is supplied from an actuator driving amplifier 104, a
[0027]
In the above description, the example of the 6-axis vertical articulated type has been described. However, the number of axes may be at least two, that is, the second axis and the third axis, and conversely, the number of axes may be seven or more. is there. Although the driving method has been described using the configuration of the motor and the speed reducer, other driving methods such as hydraulic or pneumatic driving, driving with a shape memory alloy, driving with an artificial muscle, and the like are also possible.
[0028]
The
[0029]
In this state, the
[0030]
Although the fixed position detector of the articulated
[0031]
(Embodiment 2)
FIG. 2 shows a side view of the mobile robot according to the present invention, and particularly shows a state where the mobile robot is working by operating the articulated
[0032]
2, the
[0033]
The arm posture shown in FIG. 2 is the arm posture when an article placed on the floor immediately before the movable trolley 1 is to be gripped by the
[0034]
(Embodiment 3)
FIG. 3 shows a section AA in FIG.
[0035]
In FIG. 3, points A1 and A2 indicate the ground points of the driving wheels 101a and 101b and the floor, respectively, and points B1 and B2 indicate the driven
[0036]
In the present invention, the
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a mobile robot equipped with a multi-joint manipulator of a movable trolley, when the multi-joint manipulator during traveling or standby is not operated, the contact between the multi-joint manipulator and the outside can be completely completed with a simple mechanism. This has the advantageous effect that safe and stable running performance, good steering performance and a wide forward operating range of the articulated manipulator can be simultaneously secured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view and a front view showing a traveling or standby state of a mobile robot according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing work performed by operating an articulated
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
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