CN112207793A

CN112207793A - 移动机器人

Info

Publication number: CN112207793A
Application number: CN202010652191.5A
Authority: CN
Inventors: 清泽勇贵
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2019-07-09
Filing date: 2020-07-08
Publication date: 2021-01-12
Also published as: US20210008710A1; JP2021010992A

Abstract

本发明提供一种移动机器人，能够使机械手的动作空间相对于移动支架进行位移。移动机器人的特征在于，其具备：移动支架，具备车轮；以及机械手，具有被移动支架支承的基部及安装于该基部的臂，供基部安装的基部安装面相对于供移动支架移动的移动面倾斜。

Description

移动机器人

技术领域

本发明涉及移动机器人。

背景技术

专利文献1公开了一种技术，在具备机器人臂以及载置有机器人臂并使机器人臂在作业台上进行往返移动的台车的制造系统中，台车以基坐标系中的铅垂方向的坐标轴为旋转轴进行旋转。

专利文献1：日本特开2017-74631号公报

发明内容

基于机械手的动作空间将基部定为基准，因此，若基坐标系中的一个坐标轴被设定为移动支架的铅垂方向，则根据环境而存在对对象物的作业困难的情况。

第一方面是移动机器人，其特征在于，具备：移动支架，具备车轮；以及机械手，具有被所述移动支架支承的基部以及安装于所述基部的臂，供所述基部安装的基部安装面相对于供所述移动支架移动的移动面倾斜。。

第二方面在第一方面的基础上，所述移动支架具有：底面，安装有所述车轮；以及顶面，与所述底面相对，并且所述移动支架具备设置于所述顶面的作业板，所述基部安装面相对于所述作业板倾斜。

第三方面在第一或第二方面的基础上，所述移动面是水平面。

第四方面在第一至第三方面的任一个的基础上，其特征在于，所述移动机器人还具备垫片，所述垫片配置于所述基部和所述移动支架之间，所述基部隔着所述垫片被所述移动支架支承。

第五方面在第四方面的基础上，其特征在于，所述垫片具有：第一表面，被所述移动支架支承；以及构成所述基部安装面的第二表面。

第六方面在第五方面的基础上，其特征在于，所述间隔件具有调整机构，所述调整机构对所述第一表面和所述第二表面所构成的角度进行调整。

第七方面在第六方面的基础上，其特征在于，所述调整机构具备调整致动器，通过所述调整致动器进行驱动，对所述第一表面和所述第二表面所构成的角度进行调整。

第八方面在第七方面的基础上，其特征在于，所述调整机构具备固定部件和可动部件，所述固定部件具有所述第一表面，所述可动部件具有所述第二表面，所述调整致动器安装于所述固定部件和所述可动部件之间，通过所述调整致动器进行驱动，使所述可动部件相对于所述固定部件进行位移。

附图说明

图1是对第一实施方式所涉及的移动机器人进行说明的侧视图。

图2是对第一实施方式所涉及的移动机器人进行说明的框图。

图3是对移动机器人的动作空间进行说明的侧视图。

图4是对第一实施方式所涉及的移动机器人的动作空间进行说明的侧视图。

图5是对第一实施方式的第一变形例所涉及的移动机器人进行说明的侧视图。

图6是对第一实施方式的第二变形例所涉及的移动机器人进行说明的侧视图。

图7是对第一实施方式的第三变形例所涉及的移动机器人进行说明的侧视图。

图8是对第二实施方式所涉及的移动机器人进行说明的侧视图。

图9是对第二实施方式所涉及的调节机构进行说明的侧视图。

图10是对第二实施方式的第一变形例所涉及的调节机构进行说明的侧视图。

图11是对第二实施方式的第二变形例所涉及的调节机构进行说明的侧视图。

图12是对第二实施方式的第三变形例所涉及的调节机构进行说明的侧视图。

附图标记说明

1、1a～1d、1p…移动机器人，10、10a…移动支架，20…机械手，21…基部，22…臂，26…多个致动器，30、30b、30c、30d…间隔件，31…第一表面，32…第二表面，35、35a、35b、35c…调整机构，37…动力气缸，39…电机。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在附图中，对于相同或类似的要素分别标注相同或类似的附图标记，并省略重复的说明。

第一实施方式

如图1所示，第一实施方式所涉及的移动机器人1具备移动支架10和机械手20，该机械手20具有被移动支架10支承的基部21。在如图1所示的例子中，移动机器人1具备间隔件30，该间隔件30配置于基部21和移动支架10之间。基部21隔着间隔件30被移动支架10支承。移动机器人1例如在工厂、仓库等建筑物中移动，并使用机械手20处置对象物。因此，移动机器人1具备末端致动器29，该末端致动器29被机械手20支承并对对象物进行各种作业。末端致动器29例如是抓取器、螺丝刀、磨床等工具。

移动支架10在移动面SP上移动。移动面SP是配置有移动机器人1的平面或水平面，例如是地面。移动支架10例如可以是沿着预先设定于移动面SP上的路径行驶的无人输送车(AGV)，也可以是在任意方向上自主移动的自主移动机器人(AMR)。移动支架10例如具备：主体11，具有能够载置对象物并进行作业的作业板；以及多个车轮12，对主体11进行支承。即，移动机器人1可以是车轮移动机器人。除此之外，移动机器人1可以是足式移动机器人、正交机器人等，移动机器人1也可以沿着轨道进行移动。多个车轮12安装于主体11的底面112。需要指出，车轮12可以是像轮胎这样安装于轴的圆形部件，也可以是使钢板连成带状并以围绕前后车轮的方式安装的履带。

在图1中，由X₀－Y₀－Z₀所示的三维正交坐标系是对具有移动面SP的环境设定的世界坐标系。由X_p－Y_p－Z_p所示的三维正交坐标系是对移动支架10的主体11设定的移动支架坐标系。在图1所示的例子中，移动支架坐标系被设定成X_p－Y_p平面平行于主体11的顶面111。顶面111平行于移动支架10所在的区域的移动面SP。在该情况下，移动面SP与移动支架坐标系的X_p－Y_p平面平行。需要指出，在主体11中顶面111和底面112相对。

机械手20具有臂22和基部21。臂22例如是机械臂，该机械臂具有多个相互连结的连杆及关节，从而以多个自由度进行运动。臂22例如为具有六个旋转关节的六轴臂。在基部21中设定臂22的第一连杆，即设定最靠近移动支架10的连杆的原点。基部21在与间隔件30的接合面即基部安装面SB处被间隔件30支承。基部安装面SB相对于供移动支架10移动的移动面SP倾斜。

间隔件30例如在主体11的顶面111处被移动支架10支承。间隔件30具有：第一表面31，与移动支架10相对；以及构成基部安装面SB的第二表面32。即，移动面SP和基部安装面SB所构成的角度是由第一表面31和第二表面32所构成的角度来定义的。间隔件30例如具有构成与第一表面31及第二表面32相邻的两个侧面的棱柱形状。

在图1中，由X₁－Y₁－Z₁所示的三维正交坐标系是对基部安装面SB设定的基坐标系。基坐标系被设定成Z₁轴与基部安装面SB正交。即，X_p－Y_p平面和X₁－Y₁平面所构成的角度是由第一表面31和第二表面32所构成的角度来定义的。

如图2所示，移动机器人1被控制装置40控制。控制装置40具备构成计算机系统的处理电路41及存储装置42。控制装置40例如能够由各种通用的计算机构成。处理电路41通过执行根据控制程序的指令，对移动机器人1进行控制。处理电路41例如是中央处理器(CPU)。存储装置42是存储控制移动机器人1所需要的控制程序、各种数据等且能够被计算机读取的存储介质。存储装置42例如是半导体存储器。控制装置40的构成要素的一部分或全部也可以配置于移动机器人1的机壳的内侧。

移动支架10具备传感器部13、第一控制电路15、第一移动致动器16-1及第二移动致动器16-2。传感器部13例如具有：内界传感器131，测量移动支架10的内部的状态；以及外界传感器132，测量与移动支架10的环境有关的状态。内界传感器131例如是对进行旋转运动的第一移动致动器16-1及第二移动致动器16-2的旋转角进行测量的编码器、对主体11的速度或角速度进行测量的惯性传感器等。外界传感器132例如是图像传感器、距离传感器等。下面，有时会将第一移动致动器16-1及第二移动致动器16-2简称为“移动致动器”。

第一控制电路15具备：计算机系统，具备处理器及存储器；以及各种外围电路。第一控制电路15根据传感器部13的输出及控制装置40的控制，对第一移动致动器16-1及第二移动致动器16-2进行驱动。

第一移动致动器16-1及第二移动致动器16-2例如是分别对配置为绕一个轴旋转的一对车轮12进行驱动的电机。在该情况下，第一移动致动器16-1及第二移动致动器16-2通过使一对车轮12互相以相同的方向及速度旋转，使主体11在一个方向例如X轴方向上移动。另外，第一移动致动器16-1及第二移动致动器16-2通过调整一对车轮12的旋转方向及旋转速度的平衡，改变主体11在X_p－Y_p平面上的定向，即改变绕Z_p轴的转角。移动致动器的结构不限于上述结构，例如，也可以进一步具备改变操纵角的致动器，也可以具备三个以上的致动器。

机械手20具备第一致动器26-1、第二致动器26-2、……、第n致动器26-n以及第二控制电路25。下面将第一致动器26-1、第二致动器26-2、……、第n致动器26-n简称为“多个致动器26”。即，n是2以上的整数。机械手20的多个关节由多个致动器26驱动，从而确定机械手20的姿势。

第二控制电路25具备：计算机系统：具备处理器及存储器；以及各种外围电路。第二控制电路25根据由多个编码器(未图示)测量出的多个致动器26的各旋转角和控制装置40的控制，对多个致动器26及末端致动器29进行驱动。

如图3所示，不具备间隔件30的移动机器人1p例如具备移动支架10；以及机械手20，具有被移动支架10的顶面111支承的基部21。移动机器人1p的基部安装面平行于移动面SP。即，若移动面SP与X₀－Y₀平面平行，则Z₀轴、Z_p轴及Z₁轴互相平行。

例如，基于移动机器人1p的机械手20更具体为末端致动器29的作业的目标空间PT是顶面111附近的空间，即从顶面111到再向上方预定距离为止的空间。此时，移动机器人1p的机械手20的动作空间PW与目标空间PT的上部重合。动作空间PW例如是在基坐标系中由设定于机械手20的前端的基准点扫描而得的空间。可理解为由于动作空间PW与目标空间PT的下部不重合，所以在目标空间PT的下部无法进行机械手20的作业。

另一方面，如图4所示，移动机器人1具备间隔件30，从而基部安装面SB相对于移动面SP倾斜。即，Z₁轴相对于Z₀轴及Z_p轴倾斜。由此，与图3所示的情况相比，动作空间PW与目标空间PT重合的量增加，能够由机械手20进行作业的空间增加。

通常，机械手的动作空间由机械手的机械结构所确定，且是相对于基部固定的。因此，根据目标空间的相对位置，存在搭载于移动支架上的机械手的作业困难的情况。与此相对，在移动机器人1中，基部安装面SB相对于移动面SP倾斜，因此能够使机械手20的动作空间PW相对于移动支架10进行位移。因而，能够增加动作空间PW与目标空间PT重合的量，能够提高机械手20的通用性。

另外，通常存在机械手的动作空间固定于除基部附近之外的区域的情况。即，存在基部附近的作业困难的情况。另一方面，在移动机器人1中，能够将主体11的顶面111作为动作空间PW的一部分来使用，例如载置对象物等。在图4所示的例子中，与没有间隔件30的情况相比，基部安装面SB相对于移动面SP倾斜为使动作空间PW接近移动支架10的顶面111。由此，能够使机械手20的动作空间PW相对于移动支架10进行位移，能够提高移动机器人1的通用性。

第一变形例

如图5所示，第一实施方式的第一变形例所涉及的移动机器人1a中，移动支架10a具备主体11a且该主体11a具有在顶面111开口的凹部110这点上，与上述第一实施方式不同。在以下的变形例中未进行说明的结构、作用及效果与已描述的实施方式相同，省略重复内容。

移动机器人1a的间隔件30具有：第一表面31，被凹部110的底面支承；以及构成基部安装面SB的第二表面32。因此，第一表面31在以顶面111为基准的水平下位于下方即－Z_p方向。将凹部110的形状确定为不与机械手20可触及的路径重合。根据这样的结构，相比于上述第一实施方式，能够使机械手20的动作空间PW进一步向下方位移。

第二变形例

如图6所示，第一实施方式的第二变形例所涉及的移动机器人1b在具备间隔件30b且该间隔件30b具有比间隔件30更高的高度这点上，与上述第一实施方式不同。例如，间隔件30b具有：基底垫片301，具有互相平行的上表面和下表面；以及安装间隔件302，被基底垫片301的上表面支承。

基底垫片301具有第一表面31而作为下表面，且第一表面31被移动支架10的顶面111支承。安装间隔件302具有：下表面，被基底垫片301的上表面支承；以及构成基部安装面SB的第二表面32。安装间隔件302可以具有与上述第一实施方式中的间隔件30等同的结构。即，基部安装面SB相对于移动面SP倾斜。根据这样的结构，与上述第一实施方式相比，能够使机械手20的动作空间PW更向上方位移。

第三变形例

如图7所示，第一实施方式的第三变形例所涉及的移动机器人1c在基部安装面SB与移动面SP正交这点上，与上述第一实施方式不同。即，基部安装面SB和移动面SP所成的倾斜角可包括90°。移动机器人1c的间隔件30c具有：第一表面31，被移动支架10的顶面111支承；以及构成基部安装面SB的第二表面32，与第一表面31正交。由此，与上述第一实施方式相比，能够使机械手20的动作空间PW进一步进行位移。

第四变形例

第一实施方式的第四变形例所涉及的移动机器人在移动支架的主体的顶面的至少一部分相对于移动面倾斜这点上，与上述第一实施方式不同。此时，顶面包括基部安装面。因此，能够在基部和主体之间不设置间隔件就使基部安装面相对于移动面倾斜。由此，与上述第一实施方式相比，简化了移动机器人的机构，容易制造。另外，与上述第一实施方式相比，能够实现移动机器人的小型化。

第二实施方式

如图8所示，第二实施方式所涉及的移动机器人1d在间隔件30d具有对第一表面31和第二表面32所构成的角度进行调整的调整机构35这点上，与第一实施方式不同。在第二实施方式中未说明的结构、作用及效果由于与第一实施方式相同而省略说明。

调整机构35例如具备：固定部件351，相对固定于主体11；以及可动部件352，相对固定于固定部件351并绕旋转轴Q旋转。例如，固定部件351具有第一表面31作为下表面，该第一表面31与顶面111相对。可动部件352具有构成基部安装面SB的第二表面32来作为上表面。可动部件352具有狭缝355，该狭缝355被设置成以旋转轴Q为中心的圆的圆弧状。可动部件352被位于狭缝355的内部且设置于固定部件351的止挡件356规定可动范围。或者，也可以通过对止挡件356进行螺纹紧固等来固定可动部件352的倾斜角。

如图9所示，调整机构35例如具备蜗杆齿轮，该蜗杆齿轮由蜗轮353以及与蜗轮353咬合的蜗杆354构成。可动部件352和蜗轮353是彼此固定的。调整机构35具有穿过蜗轮353的中心并定义旋转轴Q的旋转主轴(回転シャフト)33。旋转主轴33被设置于固定部件351的一对轴承支承。蜗杆354例如根据用户对把手34的操作而进行旋转。由此，对第一表面31和第二表面32所构成的角度进行调整。

第一变形例

如图10所示，第二实施方式的第一变形例所涉及的调整机构35a在具备固定部件351a以及可动部件352a且该可动部件352a绕固定于固定部件351a的端部的旋转轴Q旋转这点等上，与上述第二实施方式不同。例如，固定部件351a具有第一表面31作为下表面，该第一表面31被顶面111(图10中未图示)支承。可动部件352a具有第二表面32作为上表面，该第二表面32构成基部安装面SB(图10中未图示)。

固定部件351a通过设置于从Z_p轴方向观察的俯视模式下的端部的铰链36与可动部件352a连结。铰链36定义旋转轴Q。可动部件352a例如能够绕旋转轴Q进行旋转，以使固定部件351a的上表面开闭。可动部件352a例如经由连杆机构(未图示)被设置于固定部件351a和可动部件352a之间的动力气缸37驱动。动力气缸37例如是将根据针对把手(未图示)的操作而被输入的能量转化成直线运动的调整致动器。动力气缸37例如可选自电动气缸、油压气缸(油圧シリンダー)、气压气缸、液压气缸(水圧シリンダー)等。这样，调整机构35a通过调整致动器的驱动来调整第一表面31和第二表面32所构成的角度。可以由控制装置40控制调整致动器，也可以由与控制装置40不同的控制装置控制调整致动器。

第二变形例

如图11所示，第二实施方式的第二变形例所涉及的调整机构35b在具备固定部件351b以及可动部件352b且该可动部件352b在固定部件351b的上方绕相对固定于固定部件351b的旋转轴Q旋转这点等上，与上述第二实施方式不同。

固定部件351b具有第一表面31作为下表面，该第一表面31被顶面111(图11中未图示)支承。可动部件352b具有第二表面32作为上表面，该第二表面32构成基部安装面SB(图11中未图示)。固定部件351b例如具有一对导轨38，该一对导轨38被设置成以旋转轴Q为中心的圆的圆弧状。可动部件352b被导轨38引导，从而绕旋转轴Q旋转。可动部件352b能够在定位于导轨38上的任意位置的状态下被固定件(未图示)固定。由此，对第一表面31和第二表面32所构成的角度进行调整。调整机构35b也可以通过可动部件352b根据致动器的驱动进行位移，而对第一表面31和第二表面32所构成的角度进行调整。

第三变形例

如图12所示，第二实施方式的第三变形例所涉及的调整机构35c在蜗杆354通过电机39而旋转这点上，与上述第二实施方式不同。电机39例如是被控制装置40控制驱动的致动器。调整机构35c通过致动器的驱动对第一表面31和第二表面32所构成的角度进行调整。

其它实施方式

如上所述对实施方式进行了说明，但本发明并不受这些公开内容的限定。各部分的结构也可以被替换成具有相同功能的任意结构，另外在本发明的技术范围内，也可以省略或者追加各实施方式中的任意结构。可见，根据这些公开内容，对于本领域技术人员而言，各种代替的实施方式是显而易见的。

例如，在上述各实施方式中，也可以省略控制装置40。即，第一控制电路15与第二控制电路25也可以直接进行通信，从而互相控制移动支架10和机械手20等的驱动。另外，并非必须对移动支架1和机械手20的控制互相建立关联，也可以对移动支架10及机械手20独立地进行控制。在上述实施方式中，对机械手20为机械臂的例子进行了说明，但机械手20只要是由互相连结而进行相对旋转或进行直行运动的一系列部件构成的机械部件即可。即，机械手20的自由度也可以为1。传感器部13也可以具有省略外界传感器132的结构。调整机构35的可动部件352也可以不是绕旋转轴Q旋转的结构。例如，调整机构35也可以是多个自由度的连杆机构。或者，在图11所示的例子中，导轨38也可以具有不同于以旋转轴Q为中心的圆的圆弧状的其它形状。

除此之外，本发明当然可以包括相互应用上述各结构的结构等上文中未进行记载的各种实施方式。本发明的技术范围仅根据上述说明由合理的权利要求书所涉及的发明要点来确定。

下面，将根据上述实施方式推导出的内容记载为以下各方式。

第一方面为移动机器人，其特征在于，具备：移动支架，具备车轮；机械手，具有被所述移动支架支承的基部及安装于所述基部的臂，供所述基部安装的基部安装面相对于供所述移动支架移动的移动面倾斜。根据第一方面，能够使机械手的动作空间相对于移动支架进行位移，因此能够提高移动机器人的通用性。

第二方面在第一方面的基础上，所述移动支架具有：底面，安装有所述车轮；以及顶面，与所述底面相对，并且所述移动支架具备设置于所述顶面的作业板，所述基部安装面相对于所述作业板倾斜。根据第二方面，能够使动作空间相对于移动支架进行位移。由此，能够将作业板设定于作业时的目标空间。

第三方面在第一或第二方面的基础上，所述移动面是水平面。根据第三方面，能够实现移动机器人在水平面移动。

第四方面的特征在于，在第一至第三方面中的任一个的基础上，还具备间隔件，所述间隔件配置于所述基部和所述移动支架之间，所述基部隔着所述间隔件被所述移动支架支承。根据第四方面，移动机器人具备间隔件，从而能够便于使基部安装面相对于移动面倾斜。

第五方面的特征在于，在第四方面的基础上，所述间隔件具有：第一表面，被所述移动支架支承；以及构成所述基部安装面的第二表面。根据第五方面，能够实现使基部安装面相对于移动面简单地倾斜的间隔件。

第六方面的特征在于，在第五方面的基础上，所述间隔件具有调整机构，所述调整机构对所述第一表面和所述第二表面所构成的角度进行调整。根据第六方面，能够调整基部安装面相对于移动面的倾斜角。

第七方面的特征在于，在第六方面的基础上，所述调整机构具备调整致动器，通过所述调整致动器进行驱动，对所述第一表面和所述第二表面所构成的角度进行调整。根据第七方面，能够便于调整基部安装面相对于移动面的倾斜角。

第八方面的特征在于，在第七方面的基础上，所述调整机构具备固定部件和可动部件，所述固定部件具有所述第一表面，所述可动部件具有所述第二表面，所述调整致动器安装于所述固定部件和所述可动部件之间，通过所述调整致动器进行驱动，使所述可动部件相对于所述固定部件进行位移。根据第八方面，能够便于使动作空间相对于移动支架进行位移。

Claims

1.一种移动机器人，其特征在于，具备：

移动支架，具备车轮；以及

机械手，具有被所述移动支架支承的基部以及安装于所述基部的臂，

供所述基部安装的基部安装面相对于供所述移动支架移动的移动面倾斜。

2.根据权利要求1所述的移动机器人，其特征在于，

所述移动支架具有：底面，安装有所述车轮；以及顶面，与所述底面相对，并且所述移动支架具备设置于所述顶面的作业板，所述基部安装面相对于所述作业板倾斜。

3.根据权利要求1或2所述的移动机器人，其特征在于，

所述移动面是水平面。

4.根据权利要求1或2所述的移动机器人，其特征在于，

所述移动机器人还具备间隔件，所述间隔件配置于所述基部和所述移动支架之间，

所述基部隔着所述间隔件被所述移动支架支承。

5.根据权利要求4所述的移动机器人，其特征在于，

所述间隔件具有：第一表面，被所述移动支架支承；以及构成所述基部安装面的第二表面。

6.根据权利要求5所述的移动机器人，其特征在于，

所述间隔件具有调整机构，所述调整机构对所述第一表面和所述第二表面所构成的角度进行调整。

7.根据权利要求6所述的移动机器人，其特征在于，

所述调整机构具备调整致动器，通过所述调整致动器进行驱动，对所述第一表面和所述第二表面所构成的角度进行调整。

8.根据权利要求7所述的移动机器人，其特征在于，

所述调整机构具备固定部件和可动部件，

所述固定部件具有所述第一表面，

所述可动部件具有所述第二表面，

所述调整致动器安装于所述固定部件和所述可动部件之间，

通过所述调整致动器进行驱动，使所述可动部件相对于所述固定部件进行位移。