JP2000326880A - 移動ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 全ての車輪の接地を確実に行なうと共に、偏
った荷重が作用しても安定して荷重を受けることがで
き、しかも比較的簡単な構造で済ませる。 【解決手段】 無人搬送車２２の本体フレームの底部の
四隅部に位置して、４個の車輪３３〜３６を設け、その
うち一方の対角に位置するものを駆動輪３３，３４と
し、他方の対角に位置するものをキャスター３５，３６
とする。１個の駆動輪３４を本体フレームの底部に取付
け、残りの駆動輪３３並びにキャスター３５，３６を、
本体フレームの下部にシャフト（揺動軸Ａ）を中心に上
下に揺動可能に設けられた揺動フレーム５４に取付け
る。揺動フレーム５４に取付けられた３輪を常に接地さ
せた状態とすることができると共に、残りの駆動輪３４
を、揺動フレーム５４に対して相対的に揺動する本体フ
レームに設けたことにより、他の３輪に追従させて接地
させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走行機構を有する
無人搬送車に、ロボットアームを搭載してなる移動ロボ
ットに関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】無人搬送車（ＡＧＶ）
にロボットアームを搭載した移動ロボットは、近年、例
えば自動車用部品の組立てラインや、半導体装置の製造
ライン（クリーンルーム）等に採用されてきている。こ
のような移動ロボットは、無人搬送車の走行機構によっ
て、ライン内の複数の設備に沿う走行路を移動し、各設
備前の停止位置に停止してロボットアームによるワーク
の受け渡しや、部品の組付け、加工、検査等の各種の作
業を行なうようになっている。

【０００３】ところで、上記のような無人搬送車の走行
機構としては、図７に示す４輪のものや、図８に示す６
輪のものが供されていた。即ち、図７に示すものは、無
人搬送車１の前後方向（図で左右方向）の中間部の左右
両側に位置して夫々駆動輪２を備えると共に、前後の中
央部に位置して夫々フリーキャスター３を備えて構成さ
れている。また、図８に示すものは、無人搬送車４の前
後方向の中間部に左右一対の駆動輪５を備えると共に、
四隅部に位置して夫々フリーキャスター６を備えて構成
されている。

【０００４】ところが、上記構成では、走行路（停止位
置）が完全に平坦であれば良いが、僅かでも凹凸がある
と、全ての車輪が確実に接地せずに一部が浮上がってし
まう不具合がある。車輪の接地が確実でないと、走行が
不安定になると共に、ロボットアームの動作時にがた
（傾き）が生じてアーム先端の位置ずれを招き作業精度
が低下することになる。そこで、各車輪を確実に接地す
るために、サスペンション構造を採用することも行なわ
れている。ところが、このサスペンション構造では、各
車輪がばねを介して支持されることになるため、ロボッ
トアームによる作業時に無人搬送車が振動したりする欠
点があると共に、ばね力の設定が難しく、ばねの劣化に
伴うメンテナンスも難しくなる欠点があった。

【０００５】このようなサスペンション構造を採用する
ことに伴う欠点を解消するために、本体の底部に、例え
ばサーボシリンダを駆動源とする３個又は４個のアウト
リガーを付加することも考えられる。これによれば、作
業位置においてアウトリガーを動作させることによっ
て、無人搬送車を停止位置にて確実に固定状態とするこ
とができる。しかしながら、アウトリガーを設けるもの
では、構造が複雑となってコストアップを招くことにな
ると共に、無人搬送車を停止させてからアウトリガー
（サーボシリンダ）が動作完了するまでに時間がかかる
ため、作業時間のロスが生ずる欠点があり、採用される
には至っていなかった。

【０００６】以上のように、４輪以上の車輪から走行機
構を構成するものでは、サスペンション構造等を採用す
る必要が生ずるため、構造が複雑となるのであるが、こ
れに対し、無人搬送車においては、図９や図１０に示す
３輪構造も採用されており、これにより簡単な構造で済
ませることができる。即ち、図９に示すものは、無人搬
送車７の前部中央部に１個の駆動輪８を有すると共に、
後部左右部に夫々キャスター９を有して構成されてい
る、また、図１０に示すものは、無人搬送車１０の左側
の前部及び後部に夫々駆動輪１１を有すると共に、右側
の中間部に１個のフリーキャスター１２を有して構成さ
れている。

【０００７】しかしながら、これら３輪のものは、常に
３個の車輪が確実に接地するということができるが、停
止時（ロボットアームによる作業時）に、例えば右前部
の角部に、ロボットアームやワークの荷重など大きな荷
重が作用した場合等には、無人搬送車の他の部分が浮上
がって傾くことが起こり、作業時の十分な安定性が得ら
れないものとなる。また、図示はしないが、無人搬送車
は、走行路の床面に例えば数mm程度盛り上がった形態で
敷設されたガイドラインを検出しながら走行するように
なっているが、車輪がガイドラインに引掛かってガイド
ラインを損傷させたり、ガイドラインをスムーズに乗越
えられずに真直ぐ走行できなかったりする不具合もあ
る。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、全ての車輪の接地が確実になされて安
定した走行，停止を行なうことができると共に、偏った
位置に荷重が作用しても安定してその荷重を受けること
ができ、しかも比較的簡単な構造で済ませることができ
る移動ロボットを提供するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の移動
ロボットは、無人搬送車の走行機構を、該無人搬送車の
底部の四隅部に車輪を設けると共に、それら車輪のうち
１輪を、無人搬送車の本体フレームに取付け、残りの３
輪を、その本体フレームの下部に上下に揺動可能に設け
られた揺動フレームに取付けるようにした構成に特徴を
有する。

【００１０】これによれば、４個の車輪のうち３輪が１
個の揺動フレームに取付けられているので、それら３輪
を常に接地させた状態とすることができる。また、残り
の１輪は、前記揺動フレームに対して相対的に上下に揺
動する本体フレームに取付けられているので、その１輪
を他の３輪に追従させて接地させることができ、常に４
輪を接地させて走行，停止させることが可能となる。そ
して、それら４個の車輪は、無人搬送車の四隅部に設け
られているので、偏った位置に大きな荷重が作用して
も、安定してその荷重を受けることができ、例えばロボ
ットアームによる作業時に無人搬送車が傾くといったこ
とを未然に防止することができる。

【００１１】従って、請求項１の発明によれば、全ての
車輪の接地が確実になされて安定した走行，停止を行な
うことができると共に、偏った位置に荷重が作用しても
安定してその荷重を受けることができ、しかも、サスペ
ンション機構やアウトリガーが不要なので、比較的簡単
な構造で済ませることができるものである。

【００１２】この場合、上記４個の車輪を、無人搬送車
の底部の四隅部のうち一方の対角に位置する一対の駆動
輪と、他方の対角に位置する一対の従動輪から構成する
ことができる（請求項２の発明）。これによれば、最小
の数の駆動輪で、前後進だけでなく横行も可能となり、
いずれの場合もバランス良く走行でき、しかも、小さな
回転半径での旋回（スピンターン）も可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例につい
て、図１ないし図６を参照しながら説明する。図６は、
本実施例に係る移動ロボット２１の外観構成を示してお
り、この移動ロボット２１は、全体として前後（図で左
右）にやや長い矩形箱状に構成された無人搬送車２２上
に、例えば多関節（６軸）型アームからなるロボットア
ーム２３を搭載して構成されている。この場合、前記ロ
ボットアーム２３は、無人搬送車２２の天板２４の後端
側（図で右端側）部位に位置して取付けられており、図
示はしないが、その先端に交換可能に取付けられたハン
ド等のツールにより、ワークの受け渡しや、部品の組付
け、加工、検査等の各種の作業を行なうようになってい
る。

【００１４】一方、前記無人搬送車２２は、図２〜図４
に示すような、いわば骨組み（躯体）を構成するラック
状の本体フレーム２５に、後述する走行機構２６を組込
んで構成されている。また、この本体フレーム２５に
は、図３に示すように、前記ロボットアーム２３を駆動
制御するロボットアーム用コントロールユニット２７
や、走行機構２６を駆動制御する走行用コントロールユ
ニット２８等がユニット化された状態で組込まれるよう
になっている。これと共に、後述する走行機構の各モー
タやロボットアーム２３の各軸のモータ等の電源となる
図示しないバッテリや、そのバッテリの充電装置２９も
組付けられている。

【００１５】また、前記本体フレーム２５の上面に、前
記天板２４が取付けられており、図示はしないが、この
天板２４上には、ワークを積載する受け台や治具等が配
設されるようになっている。さらに、本体フレーム２５
の前後左右の側壁部外面には、夫々カバー３０（図６に
一部のみ図示）が取付けられている。詳しく図示はしな
いが、これらカバー３０には、障害物センサ３１（図６
に一側面の２個のみ図示）や、前記充電装置２９のコネ
クタ３２等が設けられている。

【００１６】ここで、前記走行機構２６について、図１
ないし図５も参照して述べる。この走行機構２６は、無
人搬送車２２（本体フレーム２５）の底部に、図１に示
す配置にて、４個の車輪３３〜３６を有して構成され
る。これら車輪３３〜３６は、無人搬送車２２の底部の
四隅部に位置しており、そのうち一方の対角つまり左前
部及び右後部に位置する一対のものが駆動輪３３及び３
４とされていると共に、他方の対角つまり右前部及び左
後部に位置する一対のものが従動輪たるキャスター３５
及び３６とされている。

【００１７】このとき、図５に駆動輪３３を代表させて
示すように、前記駆動輪３３，３４は、駆動モータ３７
及びステアリングモータ３８等と共にユニット化され、
次のようにして駆動ユニット３９として構成されてい
る。即ち、旋回フレーム４０は、ほぼ円板状をなすと共
に図で右部から下方に延びるモータ取付部４０ａを一体
に有している。前記駆動モータ３７は、前記モータ取付
部４０ａに横向きに取付けられ、この駆動モータ３７の
回転軸３７ａに、減速機４１を介して前記駆動輪３３が
連結されている。

【００１８】この場合、前記駆動輪３３は、図で右面が
開口した円筒状のリム３３ａの外周にタイヤ３３ｂを有
して構成され、前記モータ取付部４０ａから図で左方に
突出して取付けられた軸受筒４２に軸受４３を介して水
平軸を中心に回転自在に支持されている。そして、前記
減速機４１は、周知のハーモニックドライブ（商品名）
からなり、前記駆動モータ３７の回転軸３７ａに取付け
られたウエーブ・ジェネレータ４４、前記駆動輪３３の
リム３３ａに取付けられたフレクスプライン４５、前記
モータ取付部４０ａと軸受筒４２との間に挟まれた形態
で設けられたサーキュラ・スプライン４６を備えて構成
されている。

【００１９】一方、前記旋回フレーム４０は、下面が開
放した薄形円筒状をなす取付フレーム４７の内周部に軸
受４８を介して垂直軸を中心に回転（旋回）自在に支持
されていると共に、前記取付フレーム４７に下向きに取
付けられた前記ステアリングモータ３８に減速機４９を
介して連結されている。この場合も、減速機４９は、周
知のハーモニックドライブ（商品名）からなり、前記ス
テアリングモータ３８の回転軸３８ａに取付けられたウ
エーブ・ジェネレータ５０、前記旋回フレーム４０の上
面に取付けられたフレクスプライン５１、前記取付フレ
ーム４７に設けられたサーキュラ・スプライン５２を備
えて構成されている。

【００２０】これにて、駆動ユニット３９が構成され、
駆動モータ３７の駆動により前記駆動輪３３が回転駆動
され、また、ステアリングモータ３８の駆動により、前
記旋回フレーム４０が垂直軸を中心に回動されて駆動輪
３３が駆動モータ３７等と共に旋回されて操舵がなされ
るようになっている。そして、これら駆動モータ３７及
びステアリングモータ３８は、前記走行用コントロール
ユニット２８により制御されるようになっている。ま
た、前記取付フレーム４７の外周部には、取付フランジ
４７ａが設けられ、この取付フランジ４７ａにてボルト
締めにより、無人搬送車２２の底部に取付けられるよう
になっている。

【００２１】これに対し、図３にキャスター３６を代表
させて示すように、キャスター３５，３６は、車輪３６
ａを支持プレート３６ｂに対して水平軸を中心に回転可
能に取付けて構成されると共に、その支持プレート３６
ｂを取付プレート５３に対して垂直軸を中心に回転自在
に取付けて構成されている。このキャスター３６は、前
記取付プレート５３が無人搬送車２２の底部にボルト締
めにより取付けられるようになっている。これにて、キ
ャスター３６は、回転フリーな車輪３６ａが、無人搬送
車２２の進行方向に追従して旋回するように構成されて
いる。

【００２２】さて、上記４個の車輪３３〜３６のうち１
輪この場合右後部に位置する駆動輪３４（駆動ユニット
３９）は、前記本体フレーム２５の底部に取付けられ、
残りの３輪つまり駆動輪３３（駆動ユニット３９）並び
にキャスター３５及び３６は、前記本体フレーム２５の
下部に揺動可能に設けられた揺動フレーム５４に取付け
られるようになっている。

【００２３】即ち、図２に示すように、本体フレーム２
５の底部は、前後方向にやや長尺な矩形枠状をなすので
あるが、そのうち右後部（図では右下部）の隅部に位置
して駆動ユニット取付板５５が取付けられている。この
場合、駆動ユニット取付板５５は、円形の取付孔５５ａ
を有して構成され、本体フレーム２５に斜め方向に延び
て設けられた補強板５６と該本体フレーム２５との間に
掛け渡された形態で取付けられている。前記駆動ユニッ
ト３９（駆動輪３４）は、前記取付孔５５ａに下方から
嵌込まれた形態で、前記取付フレーム４７の取付フラン
ジ４７ａが、駆動ユニット取付板５５にボルト締めされ
ることにより、本体フレーム２５に取付けられている。

【００２４】前記揺動フレーム５４は、図１及び図２に
示すように、長方形の一部（図２では右下部）を切除し
た如き板状をなし、図２に示すように、左前部（図２で
右上部）に位置して上記取付孔５５ａと同様の円形の取
付孔５４ａを有すると共に、右前部及び左後部（図２で
は左下部及び右上部）に位置して前記キャスター３５及
び３６が夫々取付けられるキャスター取付部５４ｂ及び
５４ｃを有して構成されている。詳しく図示はしない
が、前記駆動ユニット３９（駆動輪３３）は前記取付孔
５４ａ部分にボルト締めにより取付けられ、各キャスタ
ー３５及び３６の取付プレート５３が夫々キャスター取
付部５４ｂ及び５４ｃにボルト締めにより取付けられる
ようになっている。

【００２５】そして、図３及び図４にも示すように、こ
の揺動フレーム５４の下面部には、前記取付孔５４ａ及
びキャスター取付部５４ｂのすぐ後ろ側（図２で右側）
に位置して、左右方向全体に延びるシャフト５７が回転
可能に支持されている。このとき、揺動フレーム５４の
下面部には、内部に軸受５８を有するベアリングケース
５９が、左端側に２個、右端側に２個の合計４個取付け
られており、それら軸受５８を前記シャフト５７が貫通
するように設けられている。

【００２６】これに対し、前記本体フレーム２５には、
前部寄りの左右の側縁部から下方に延びて一対のシャフ
ト取付板６０が設けられており、これらシャフト取付板
６０に前記シャフト５７の両端部が固定されている。こ
れにて、前記揺動フレーム５４は、本体フレーム２５に
対して、左右方向に水平に延びるシャフト５７（図１に
示す揺動軸Ａ）を中心に上下に揺動可能に取付けられて
いるのである。

【００２７】さらに、図２及び図３に示すように、前記
揺動フレーム５４の後端部と前記本体フレーム２５との
間には、スプリング６１が設けられている。このスプリ
ング６１は、例えば無人搬送車２２の全体の重量の１／
４程度のばね力を有し、揺動フレーム５４の後端部つま
り後側のキャスター３６を下方に付勢し、キャスター３
６の車輪３６ａを接地方向に押付けるようになってい
る。これにて、揺動フレーム５４の前部側のキャスター
３５の浮上がりを防止し、揺動フレーム５４に設けられ
た３輪（駆動輪３３並びにキャスター３５及び３６）を
確実に接地させるようにしている。

【００２８】尚、図示はしないが、無人搬送車２２（本
体フレーム２５）の底部には、走行路の床面に敷設され
たガイドラインを検出するガイドセンサや、床面の停止
位置に敷設された停止マーカを検出するマーカセンサ等
も設けられるようになっている。

【００２９】次に、上記構成の作用について述べる。上
記のように構成された移動ロボット２１は、無人搬送車
２２の走行機構２６によりライン内の複数の設備に沿う
走行路を移動し、各設備前の停止位置に停止してロボッ
トアーム２３によるワークの受け渡しや、部品の組付
け、加工、検査等の各種の作業を行なう。このとき、走
行機構２６を構成する駆動輪３３，３４及びキャスター
３５，３６の全てが走行路の床面に接地した状態で、前
記駆動輪３３，３４の駆動により走行が行なわれ、ま
た、それら駆動輪３３，３４の向きの制御により操舵が
なされる。

【００３０】この場合、無人搬送車２２の底部の一方の
対角に駆動輪３３，３４を配し、他方の対角にキャスタ
ー３５，３６を配したので、最小の数の駆動輪３３，３
４で、前後進はもとより横行も可能となり、いずれの場
合もバランス良く走行でき、しかも、小さな回転半径で
の旋回（スピンターン）も可能となる。さらには、ステ
アリングモータ３８により駆動輪３３及び３４の向きを
自在に変更できて操舵が容易となり、またこれに伴い、
それら駆動輪３３及び３４を同回転数で制御すれば良い
ので、回転数制御も容易となる。

【００３１】しかして、走行路（停止位置）の床面を完
全に平坦とすることは難しく、少なくとも床面に敷設さ
れたガイドライン等によって僅かながら凹凸があること
は避けられない。このような事情の下、もし全ての車輪
３３〜３６が確実に接地せずに一部が浮上がってしまう
ことが起こると、無人搬送車２２の走行が不安定になる
と共に、無人搬送車２２の停止状態でのロボットアーム
２３の動作時にがた（傾き）が生じてアーム先端の位置
ずれを招き作業精度が低下する不具合を生ずることにな
る。

【００３２】ところが、本実施例では、４個の車輪３３
〜３６のうち、駆動輪３３並びにキャスター３４及び３
５が１個の揺動フレーム５４に取付けられているので、
それら３輪を常に接地させた状態とすることができ、こ
れと共に、残りの駆動輪３４については、前記揺動フレ
ーム５４に対して相対的に上下に揺動（シャフト５７を
軸心として回動）する本体フレーム２５に取付けられて
いるので、その駆動輪３４を他の３輪に追従させて接地
させることができる。これにて、従来のようなサスペン
ション機構を設けずとも、常に全ての車輪３３〜３６を
接地させて安定して走行，停止させることが可能となっ
たのである。サスペンション機構が存在しないため、ば
ねによる無人搬送車２２の振動等が生ずることもない。

【００３３】そして、作業時にはロボットアーム２３は
様々な方向にアームを延ばして作業を行ない、また、天
板２４上に重量物が載置されることもあるので、無人搬
送車２２の角部等の偏った位置に大きな荷重が作用する
ことがある。ところが、本実施例では、４個の車輪３３
〜３６が、無人搬送車２２の四隅部に設けられているの
で、偏った位置に大きな荷重が作用しても、安定してそ
の荷重を受けることができ、従来のようなアウトリガー
等を用いずとも、例えばロボットアーム２３による作業
時に無人搬送車２２が傾くといったことを未然に防止す
ることができる。また、アウトリガーを用いないので、
無人搬送者２２が停止してすぐロボットアーム２３によ
る作業を開始でき、時間のロスもなく、効率的な作業を
行なうことができる。

【００３４】このように本実施例によれば、全ての車輪
３３〜３６の接地が確実になされて，無人搬送者２２の
安定した走行，停止を行なうことができると共に、偏っ
た位置に荷重が作用しても安定してその荷重を受けるこ
とができ、ひいては信頼性の向上を図ることができる。
しかも、サスペンション機構やアウトリガーが不要とな
り、駆動輪３３，３４（駆動ユニット３９）も最低の数
で済むので、比較的簡単な構造で安価に済ませることが
できるといった効果を得ることができるものである。

【００３５】尚、上記実施例では、駆動輪を対角に配置
するようにしたが、２個の駆動輪を前部（あるいは後
部）の左右に配置しても良く、この場合必ずしも従動輪
（キャスター）を垂直軸中心に回転フリーとしなくても
良い。また、３輪を駆動輪としたり、あるいは４輪全て
を駆動輪とすることも可能である。駆動ユニットの構成
としても種々の変更が可能であり、ステアリングモータ
に代えて、駆動輪の回転数（速度）差によって操舵を行
なう構成としても良い。

【００３６】その他、本発明は上記した実施例に限定さ
れるものではなく、例えば揺動フレームの揺動軸（シャ
フト）の位置としては前部寄りを左右に延びるものに限
らず、中央部や後部寄り等であっても良く、あるいは前
後方向に延びるものであっても良い。また、揺動フレー
ムの支持構造等についても様々な変更が可能であり、長
尺なシャフトを用いずに複数箇所で回動自在に支持する
ようにしても良く、さらには、揺動フレームの形状、ロ
ボットアームの構成や無人搬送車の構成などについても
種々の変更が可能である等、要旨を逸脱しない範囲内で
適宜変更して実施し得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すもので、無人搬送車の
車輪の配置を概略的に示す図

【図２】車輪が取付けられていない状態の無人搬送車の
本体フレームの底面図

【図３】本体フレームの側面図

【図４】本体フレームの正面図

【図５】駆動ユニットの縦断側面図

【図６】移動ロボットの側面図

【図７】従来例を示す図１相当図

【図８】図７とは異なる従来例を示す図１相当図

【図９】図７，図８とは異なる従来例を示す図１相当図

【図１０】図７〜図９とは異なる従来例を示す図１相当
図

【符号の説明】

図面中、２１は移動ロボット、２２は無人搬送車、２３
はロボットアーム、２５は本体フレーム、２６は走行機
構、３３，３４は駆動輪、３５，３６はキャスター（従
動輪）、３９は駆動ユニット、５４は揺動プレート、５
７はシャフト、６１はスプリング、Ａは揺動軸を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行機構を有する無人搬送車に、ロボッ
   トアームを搭載してなる移動ロボットにおいて、 前記走行機構は、前記無人搬送車の底部の四隅部に車輪
   を有してなると共に、 前記車輪のうち１輪は、該無人搬送車の本体フレームに
   取付けられ、残りの３輪は、前記本体フレームの下部に
   上下に揺動可能に設けられた揺動フレームに取付けられ
   ていることを特徴とする移動ロボット。
2. 【請求項２】 前記車輪は、無人搬送車の底部の四隅部
   のうち一方の対角に位置する一対の駆動輪と、他方の対
   角に位置する一対の従動輪からなることを特徴とする請
   求項１記載の移動ロボット。