JP2007052527A - Robot - Google Patents

Robot Download PDF

Info

Publication number
JP2007052527A
JP2007052527A JP2005235732A JP2005235732A JP2007052527A JP 2007052527 A JP2007052527 A JP 2007052527A JP 2005235732 A JP2005235732 A JP 2005235732A JP 2005235732 A JP2005235732 A JP 2005235732A JP 2007052527 A JP2007052527 A JP 2007052527A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
robot
rope
tension
target
inclination
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2005235732A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4363378B2 (en
Inventor
Tamao Okamoto
球夫 岡本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2005235732A priority Critical patent/JP4363378B2/en
Publication of JP2007052527A publication Critical patent/JP2007052527A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4363378B2 publication Critical patent/JP4363378B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/02Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0227Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using mechanical sensing means, e.g. for sensing treated area

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve the simple and safe automatic follow-up of a robot to a follow-up object. <P>SOLUTION: This robot is provided with a rope equipped with a connection mechanism to which moment is not applied in the direction of rotation at both ends, and whose one end is connected to an object, and whose other end is connected to a robot; an inclination detecting part for detecting the inclination of the rope at the other end; a tension detecting part for detecting a tension to be applied to the other end; a position calculating part for calculating the relative position of the object and the robot from the inclination detected by the inclination detecting part and the tension detected by the tension detecting part; a moving mechanism for moving the robot; and a control part for controlling the moving mechanism on the basis of the relative position calculated by the position calculating part. Thus, it is possible to easily and safely achieve the automatic follow-up of the robot to the follow-up object. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ロボットの目標物への追従技術に関するものである。   The present invention relates to a technique for following a target of a robot.

自動カートなどに代表されるロボットの目標物への追従に関する従来技術では、先導する目標物との相対的な位置を、無線媒体を用いて計測し、その相対的な位置をもとにロボットを移動させることにより追従を行うものがある(例えば、特許文献1〜3参照)。   In the conventional technology related to the tracking of the target of a robot represented by an automatic cart or the like, the relative position of the leading target is measured using a wireless medium, and the robot is moved based on the relative position. Some perform tracking by moving them (see, for example, Patent Documents 1 to 3).

特許文献1〜3に記載された従来技術の例1を、図5を用いて説明する。ここで、図5では従来技術の例1のロボットの構成を示した図である。   A prior art example 1 described in Patent Documents 1 to 3 will be described with reference to FIG. Here, FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the robot of Example 1 of the prior art.

上記のロボットは、図5に示すように、目標物10に追従するロボット11であり、目標物には超音波や、赤外線、電波などを発信する無線発信部10aを持たせている。また、ロボット11には、車輪などの移動機構11aと、無線発信部10aより発信された無線情報を受信する無線受信部11bと、その無線受信部11bの受信情報より目標物10との相対的な位置を算出する位置算出部11cと、位置算出部11cで算出された相対的な位置を基に移動機構11aを制御する制御部11dを備えている。   As shown in FIG. 5, the robot is a robot 11 that follows the target 10, and the target has a wireless transmission unit 10 a that transmits ultrasonic waves, infrared rays, radio waves, and the like. Further, the robot 11 includes a moving mechanism 11a such as a wheel, a wireless reception unit 11b that receives wireless information transmitted from the wireless transmission unit 10a, and a relative relationship with the target 10 based on the reception information of the wireless reception unit 11b. A position calculation unit 11c that calculates a correct position, and a control unit 11d that controls the movement mechanism 11a based on the relative position calculated by the position calculation unit 11c.

また、別の従来技術には、目標物とロボットの間に巻取り可能なロープを介し、そのロープの長さや方向を計測して相対的な位置を算出し、その算出結果をもとにロボットを移動させて追従を行うものがある(例えば、特許文献4、5)。   In another conventional technique, a relative position is calculated by measuring the length and direction of the rope via a rope that can be wound between the target and the robot, and the robot is based on the calculation result. There is one that performs tracking by moving (see, for example, Patent Documents 4 and 5).

特許文献4、5に記載された従来技術の例2を、図6を用いて説明する。ここで、図6は従来技術の例2のロボットの構成を示した図である。   A prior art example 2 described in Patent Documents 4 and 5 will be described with reference to FIG. Here, FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the robot of Example 2 of the prior art.

上記のロボットは、図6で示すように、目標物10に追従するロボット12であり、目標物10とロボット12の間には巻取り可能なロープ13が介在している。また、ロボット12には、車輪などの移動機構12aと、ロープ13の巻取りを行う巻取り機構12bと、巻取り量やロープ13の張られた方向から目標物10への相対的な位置を算出する位置算出部12cと、位置算出部12cで算出された相対的な位置を基に移動機構12aを制御する制御部12dを備えている。以上のロボット12において、ロープ13がたるまずに目標物10とロボット12間の最短距離を結ぶように、巻取り機構12bによってロープ13に張力をかけるとともにロープ13の巻取りを行っており、その巻取り量やロープ13の張られた方向から目標物との相対的な位置の算出を行っている。
特許第3343386号公報 特開平8−126822号公報 特開2003−177820号公報 特開平6−105938号公報 特開平8−207850号公報
As shown in FIG. 6, the robot is a robot 12 that follows the target 10, and a rope 13 that can be wound is interposed between the target 10 and the robot 12. The robot 12 also has a moving mechanism 12a such as a wheel, a winding mechanism 12b that winds the rope 13, and a relative position to the target 10 from the winding amount and the direction in which the rope 13 is stretched. A position calculation unit 12c to calculate and a control unit 12d to control the moving mechanism 12a based on the relative position calculated by the position calculation unit 12c are provided. In the robot 12 described above, the rope 13 is tensioned by the winding mechanism 12b and the rope 13 is wound so that the rope 13 does not slack and the shortest distance is formed between the target 10 and the robot 12. The relative position with the target is calculated from the amount of winding and the direction in which the rope 13 is stretched.
Japanese Patent No. 3343386 JP-A-8-126822 JP 2003-177820 A JP-A-6-105938 JP-A-8-207850

しかしながら、上記に挙げた従来の技術を適応する場合、以下のような課題がある。   However, when applying the conventional techniques listed above, there are the following problems.

特許文献1〜3に記載された従来例1では、相対的な位置を検出するために無線媒体を用いているため、例えば、目標物とロボット間に障害物が存在する場合は、無線受信部が受信できない状態が発生する。また、無線発信部の出力の限界により相対距離が一定距離を超える場合には同様に無線受信部が受信できない状態が発生する。また、無線媒体であるためにロボットが受信範囲を超える移動を物理的に防ぐこともできない。従って、無線受信部が受信できない場合が継続されると、ロボットは目標物を見失い、追従することができなくなる。また、例えば近辺の壁からの反射を受信した場合など、無線媒体の特性により誤検出をする場合がある。この時、ロボットは目標物とは異なる方向に移動を行い、ロボットの動きによっては、進行方向に存在する障害物や目標物に衝突する可能性がある。   In Conventional Example 1 described in Patent Documents 1 to 3, since a wireless medium is used to detect a relative position, for example, when an obstacle exists between the target and the robot, the wireless receiver May not be able to be received. Further, when the relative distance exceeds a certain distance due to the limit of the output of the wireless transmission unit, a state in which the wireless reception unit cannot receive similarly occurs. Moreover, since it is a wireless medium, the robot cannot physically prevent movement beyond the reception range. Therefore, if the case where the wireless reception unit cannot receive is continued, the robot loses sight of the target and cannot follow it. In addition, for example, when a reflection from a nearby wall is received, erroneous detection may occur due to characteristics of the wireless medium. At this time, the robot moves in a direction different from the target, and depending on the movement of the robot, the robot may collide with an obstacle or target existing in the traveling direction.

従来技術の例1で生じる課題の例を、図7を用いて説明する。ここで、図7は目標物(Tと記載)とロボット(Rと記載)を上から見た位置関係を表しており、特に図7(a)(b)は目標物を見失う例、図7(c)は異なる方向に移動する例を示している。   An example of a problem that occurs in Example 1 of the related art will be described with reference to FIG. Here, FIG. 7 shows the positional relationship of the target (denoted as T) and the robot (denoted as R) as viewed from above. In particular, FIGS. (C) has shown the example which moves to a different direction.

例えば、図7(a)のように、目標物10とロボット11の間に障害物14が存在した場合、無線媒体15は障害物14に吸収されたり、遮断されたりしてロボット11は無線媒体14を受信できなくなり、目標物10に対して追従不可能となる。   For example, as illustrated in FIG. 7A, when an obstacle 14 exists between the target 10 and the robot 11, the wireless medium 15 is absorbed by the obstacle 14 or blocked, and the robot 11 is wirelessly mediumd. 14 cannot be received, and the target 10 cannot be tracked.

また、例えば、図7(b)のように、目標物10とロボット11の間の距離が長い場合、無線媒体15の到達可能領域16を越えるためロボット11が無線媒体15を受信できなくなり、目標物10に対して追従不可能となる。   Also, for example, as shown in FIG. 7B, when the distance between the target 10 and the robot 11 is long, the robot 11 cannot receive the wireless medium 15 because it exceeds the reachable area 16 of the wireless medium 15, and the target It becomes impossible to follow the object 10.

また、例えば、図7(c)のように、目標物10とロボット11の近辺に壁17が存在する場合、無線媒体15が壁17に反射されてその信号を受信した場合、その反射された信号に向かってロボット11は移動する。   Further, for example, as shown in FIG. 7C, when the wall 17 exists in the vicinity of the target 10 and the robot 11, when the wireless medium 15 is reflected by the wall 17 and receives the signal, the reflected light is reflected. The robot 11 moves toward the signal.

また、特許文献4、5に記載された従来技術の例2では、相対的な位置を正確に検出する目的でロープがたるまないように巻き取って張力をかけているが、ロープの質量が大きい場合や長い場合には張力が非常に大きくなってしまう。この時、目標物やロボットに負担となり、場合によっては動作を阻害する可能性がある。さらに、張力が大きい状態でロープが切れたり、目標物がロープを放した場合、張力によりロープがロボットに飛んできてロボットに被害を及ぼす可能性があるとともに、張力を支える力によって目標物が勢い余って移動してしまい、周囲の存在する物体と接触して被害を被る可能性もある。また、巻取り速度が移動速度より遅い場合や張力が不足した場合にはロープが絡まったりするなど巻取り機構にトラブルを発生する場合がある。その他にも可動部である巻取り機構はトラブルが発生しやすく、トラブルによって巻取りができない場合、ロボットは追従物に近づきすぎていることに気づかずに衝突する恐れがある。   Moreover, in the prior art example 2 described in Patent Documents 4 and 5, the rope is wound and tensioned so as not to sag for the purpose of accurately detecting the relative position, but the mass of the rope is large. If it is long or long, the tension becomes very large. At this time, it is a burden on the target and the robot, and in some cases, the operation may be hindered. Furthermore, if the rope breaks or the target releases the rope with a high tension, the rope may fly to the robot due to the tension and cause damage to the robot. It may move too much and contact with surrounding objects to cause damage. Further, when the winding speed is slower than the moving speed or when the tension is insufficient, a trouble may occur in the winding mechanism such as a rope getting tangled. In addition, the winding mechanism, which is a movable part, is prone to trouble, and if the winding cannot be performed due to the trouble, the robot may collide without noticing that it is too close to the following object.

従来技術の例2で生じる課題の例を、図8を用いて説明する。ここで、図8(a)〜(b)は張力が大きくなった場合の不具合の例、図8(c)は巻取り機構にトラブルが発生した場合の不具合の例を示している。   An example of a problem that occurs in Example 2 of the related art will be described with reference to FIG. Here, FIGS. 8A to 8B show examples of problems when the tension increases, and FIG. 8C shows examples of problems when trouble occurs in the winding mechanism.

例えば、図8(a)のように、目標物10とロボット12の間に大きな張力18が発生した場合、目標物10を引っ張ることになるのでその動作を阻害してしまい、例えば移動方向に目標物10が移動しようとしても張力18に引かれて移動できないということが起こりうる。さらに、この状態でロープ13が切れた場合には、図8(b)のように切れたロープ13aが目標物10やロボット12に飛んでくることがある。また、目標物10がロープ13を離した場合もこれと同様の現象がおきることがある。   For example, as shown in FIG. 8A, when a large tension 18 is generated between the target 10 and the robot 12, the target 10 is pulled, so that the operation is hindered. Even if the object 10 tries to move, it can be pulled by the tension 18 and cannot move. Further, when the rope 13 is broken in this state, the broken rope 13a may fly to the target 10 or the robot 12 as shown in FIG. Moreover, when the target 10 releases the rope 13, the same phenomenon may occur.

また、例えば、巻取り機構にトラブルが発生し巻取りができない場合は、図8(c)のように目標物10にロボット12が近づいてもロープ13は長いまま(巻取りができていない状態)なので接近を検知できず、目標物10がロボットが算出した位置19にいると勘違いをして移動を行ってしまい衝突する可能性がある。   Further, for example, when a trouble occurs in the winding mechanism and the winding cannot be performed, the rope 13 remains long even when the robot 12 approaches the target 10 as shown in FIG. Therefore, the approach cannot be detected, and if the target 10 is at the position 19 calculated by the robot, it may be misunderstood to move and collide.

また、特許文献4、5に記載の発明の課題を解決するために、ロープの巻取り機構を無くして張力をかけない方法が考えられるが、巻取り機構を用いない場合は、ロープにたるみが発生してしまい、目標物とロボットとの相対的な位置が測れなくなってしまう。その場合に、ロープのたるみ状態を算出することにより目標物との相対的な位置を算出する方法が考えられるが、ロープのたるみ状態は複雑な微分方程式で表されるため、ロボットに具備された計測装置だけを用いて追従に必要となる目標物との相対的な位置を算出することは容易ではない。   In order to solve the problems of the inventions described in Patent Documents 4 and 5, a method of eliminating the rope winding mechanism and applying no tension is conceivable. However, when the winding mechanism is not used, there is slack in the rope. Will occur, and the relative position between the target and the robot cannot be measured. In that case, a method of calculating the relative position of the target by calculating the slack state of the rope can be considered, but since the slack state of the rope is represented by a complex differential equation, the robot was equipped with It is not easy to calculate a relative position with respect to a target necessary for tracking using only a measuring device.

例えば、図9で示すようにロープのたるみ状態の計測手段としてロボット接続部のロープの傾きを用いた場合では、目標物側のロープの高さや傾きによって目標物との距離が異なるにも関らずロープの傾きが同じ(ξ)となる場合、例えば第1のたるみ例20、第2のたるみ例21があるため、目標物との相対的な位置を一意に算出することができない。   For example, as shown in FIG. 9, when the rope inclination of the robot connection unit is used as a means for measuring the slack state of the rope, the distance to the target differs depending on the height and inclination of the rope on the target side. When the slopes of the shear ropes are the same (ξ), for example, there are the first sagging example 20 and the second sagging example 21, so the relative position to the target cannot be calculated uniquely.

また、ロープにたるみがある場合、ロープは移動に伴ってゆれを生じることがある。ゆれを生じた場合、例えば、図10(a)(b)で示すようにゆれ22によって同じ相対位置であってもロープの状態23に示すように変化し、ゆれ無し時のロープの状態24と異なる場合がある。従って、そのままたるみ状態を算出しても正しい相対位置を算出できない場合がある。   In addition, when there is slack in the rope, the rope may sway as it moves. When a swing occurs, for example, as shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b), even if the relative position is the same as shown in FIG. May be different. Therefore, there are cases where the correct relative position cannot be calculated even if the sagging state is calculated as it is.

本発明は、上記課題を解決し、容易かつ安全な目標物への追従を実現するロボットを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a robot that can easily and safely follow a target.

上記課題を解決するために、本発明のロボットは、特に両端に回転方向にモーメントがかからない接続機構を備え一方の端部が目標物に、かつ他方の端部をロボットに接続されたロープと、前記他方の端部でのロープの傾きを検出する傾き検出部と、前記他方の端部にかかる張力を検出する張力検出部と、前記傾き検出部で検出した傾きと前記張力検出部で検出した張力とから前記目標物と前記ロボットとの相対的な位置を算出する位置算出部と、前記ロボットを移動させる移動機構と、前記位置算出部により算出した相対的な位置に基づいて前記移動機構を制御する制御部を備えたことを特徴とするロボットである。なお、前記傾き検出部で検出した傾きと前記張力検出部で検出した張力のデータを時系列に記憶する記憶部を更に備え、前記記憶部で記憶したデータを基にたるみ状態の算出を補正する補正部を備えたことを特徴とするロボットである。   In order to solve the above problems, the robot of the present invention has a connection mechanism that does not apply a moment in the rotational direction particularly to both ends, a rope having one end connected to the target and the other end connected to the robot, An inclination detector that detects the inclination of the rope at the other end, a tension detector that detects the tension applied to the other end, and an inclination detected by the inclination detector and the tension detector A position calculating unit that calculates a relative position between the target and the robot from tension; a moving mechanism that moves the robot; and the moving mechanism based on the relative position calculated by the position calculating unit. A robot comprising a control unit for controlling. In addition, it further includes a storage unit that stores data of the inclination detected by the inclination detection unit and the tension detected by the tension detection unit in time series, and corrects the calculation of the sag state based on the data stored in the storage unit. A robot including a correction unit.

以上の解決手段のようなロボットによれば、目標物とロボットはロープによって物理的に拘束されているため見失うことがない。また、ロープに重力以外の外力をかけないため、目標物の動作の阻害や、ロープを放したり切れたりした場合のロープによる被害を防ぐことができる。さらに、巻取り機構が無いためその故障によるトラブルを回避することができる。また、ロボットのたるみ状態が一意に決まるため目標物との相対的な位置を一意に算出することができる。さらに、ゆれに対しても適切な補正を行うことができ適切な目標物への追従を実現することができる。   According to the robot as described above, since the target and the robot are physically constrained by the rope, they are not lost. Further, since an external force other than gravity is not applied to the rope, it is possible to prevent the movement of the target from being hindered and damage caused by the rope when the rope is released or cut. Further, since there is no winding mechanism, troubles due to the failure can be avoided. Further, since the slack state of the robot is uniquely determined, the relative position with respect to the target can be uniquely calculated. Furthermore, it is possible to perform an appropriate correction for the shake and to follow an appropriate target.

従って、容易かつ安全に目標物への自動追従を実現することができる。   Therefore, it is possible to easily and safely automatically follow the target.

以下に本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明を行う。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は、本発明のロボットの構成を示すものである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a configuration of a robot according to the present invention.

図2は、ロープの端部の構造およびロープの傾き、張力の検出方法の例を示している。   FIG. 2 shows an example of the structure of the end of the rope and the method of detecting the inclination and tension of the rope.

図3は、ロープの座標系と微小部分のモデル化を示している。   FIG. 3 shows the coordinate system of the rope and modeling of the minute part.

図4は、たるみを持つロープのゆれの状態を示している。   FIG. 4 shows a state of swinging of the rope having slack.

例えば、本発明のロボットは、図1で示すように、目標物1を追従するロボット2であり、特に、両端に回転方向にモーメントがかからない接続機構2iを備え一方の端部が目標物1に、かつ他方の端部をロボット2に接続されたロープ2aと、前記他方の端部でのロープ2aの傾きを検出する傾き検出部2bと、前記他方の端部にかかる張力を検出する張力検出部2cと、前記傾き検出部2bで検出した傾きと前記張力検出部2cで検出した張力とから前記目標物1と前記ロボット2との相対的な位置を算出する位置算出部2dと、前記ロボット2を移動させる移動機構2eと、前記位置算出部2dにより算出した相対的な位置に基づいて前記移動機構2eを制御する制御部2fを備えている。   For example, as shown in FIG. 1, the robot of the present invention is a robot 2 that follows a target 1. In particular, the robot 2 includes a connection mechanism 2 i that does not apply a moment in the rotational direction at one end, and one end is at the target 1. And a rope 2a having the other end connected to the robot 2, an inclination detection unit 2b for detecting the inclination of the rope 2a at the other end, and a tension detection for detecting the tension applied to the other end. A position calculating unit 2d that calculates a relative position between the target 1 and the robot 2 from the inclination detected by the inclination detecting unit 2b and the tension detected by the tension detecting unit 2c, and the robot 2 and a control unit 2f for controlling the moving mechanism 2e based on the relative position calculated by the position calculating unit 2d.

ここで、前記の位置算出部2dでは、まず傾き検出部2bで検出した傾きと、張力検出部2cで検出した張力からロープ2aのたるみ状態を算出し、その算出したたるみ状態から目標物1との相対的な位置を算出している。   Here, in the position calculation unit 2d, first, the slack state of the rope 2a is calculated from the inclination detected by the inclination detection unit 2b and the tension detected by the tension detection unit 2c, and the target 1 is calculated from the calculated slack state. The relative position of is calculated.

さらに、傾き検出部2bで検出した傾きと張力検出部2cで検出した張力のデータを時系列に記憶する記憶部2gと、前記記憶部2gで記憶したデータを基にたるみ状態の算出を補正する補正部2hを備えており、前記補正部2hによって傾き検出部2bおよび張力検出部2cから位置検出部2dに送られるデータが補正される。   Furthermore, the storage unit 2g that stores the data detected by the inclination detection unit 2b and the tension detected by the tension detection unit 2c in time series, and the calculation of the sag state is corrected based on the data stored in the storage unit 2g. A correction unit 2h is provided, and the correction unit 2h corrects data sent from the inclination detection unit 2b and the tension detection unit 2c to the position detection unit 2d.

ここで、発明のロボット2に搭載されたロープ2aの両端部は回転方向にモーメントがかからない構造となっており、例えば図2(a)のようにロープの端部を3つの回転軸で構成された機構2jとし、ロボット側の端部ではその各回転軸にエンコーダ2kを取り付けて傾き検出を行い、前記機構の根元にひずみゲージ2mを配置して張力検出しても良い。また、例えば図2(b)のようにロープの端部をボールジョイント2nとし、ロープの端部近辺に色や磁気によるマーク2pを取り付け、これをカメラや磁気センサなどのマーク検出センサ2qでそのマーク位置を検出することで傾き検出を行い、ジョイント2nの根元にバネ状センサ2rを用いて張力検出をしても良い。なお、図2ではロボット側と目標物側の両端部で同じ構造となっているが異なる構造を用いても良い。   Here, both ends of the rope 2a mounted on the robot 2 of the invention have a structure in which no moment is applied in the rotation direction. For example, as shown in FIG. 2 (a), the end of the rope is composed of three rotating shafts. It is also possible to use the mechanism 2j and attach an encoder 2k to each rotary shaft at the end on the robot side to detect the inclination, and place a strain gauge 2m at the base of the mechanism to detect the tension. Further, for example, as shown in FIG. 2B, the end of the rope is a ball joint 2n, and a mark 2p by color or magnetism is attached near the end of the rope, and this is detected by a mark detection sensor 2q such as a camera or a magnetic sensor. The inclination may be detected by detecting the mark position, and the tension may be detected by using the spring-like sensor 2r at the base of the joint 2n. In FIG. 2, the same structure is used at both ends on the robot side and the target side, but different structures may be used.

例えば、本実施の形態では、位置算出部で計算を行っているたるみ状態の算出方法および目標物との相対的な位置の算出方法は以下のようなものである。   For example, in the present embodiment, the slack state calculation method and the relative position calculation method performed by the position calculation unit are as follows.

ここで、始めに本発明解決手段の実現の根拠となるロープ端部の傾きと張力からロープのたるみ状態を算出し、両端の距離を算出する方法を、図3を用いて説明する。なお、図3(b)はたるみを生じているロープの座標系の設定を示している。また、図3(c)はロープの微小部分をモデル化した図を示している。   Here, a method of calculating the slack state of the rope from the inclination and tension of the rope end, which is the basis for realizing the solution means of the present invention, and calculating the distance between both ends will be described with reference to FIG. FIG. 3B shows the setting of the coordinate system of the rope causing the slack. FIG. 3C shows a model in which a small portion of the rope is modeled.

まず、座標系として図3(a)(b)で示すように、ロボット2でロープ2aを接続した点を原点とし、ロープ2aの伸びる水平方向にX軸、鉛直下向きにY軸となる2次元の座標系を用いるものとする。ここでロープ2aには張力の水平方向の成分の力H、鉛直方向成分の力Vがかかっているものとする。また、目標物1の接続部分を(Xh,Yh)としロープの全長をLとする。なお、上記のXY座標はロボットの向きに対してφだけ傾いて設定されているものとする。   First, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b) as a coordinate system, the origin is a point where the rope 2a is connected by the robot 2, and the X dimension is the X axis in the horizontal direction in which the rope 2a extends, and the Y axis is the vertically downward Y axis. The coordinate system is used. Here, it is assumed that a force H of a horizontal component of tension and a force V of a vertical component are applied to the rope 2a. Further, the connection portion of the target 1 is (Xh, Yh), and the total length of the rope is L. Note that the above XY coordinates are set to be inclined by φ with respect to the direction of the robot.

この時の図3(c)で示すロープの任意の微小部分における幾何学的な関係は、ロープの微小部分の長さをds、dsのX方向成分をdx、Y方向成分をdy、単位長さ当たりの質量をwとすると、以下の式により表すことができる。   At this time, the geometric relationship in an arbitrary minute portion of the rope shown in FIG. 3C is that the length of the minute portion of the rope is ds, the X direction component of ds is dx, the Y direction component is dy, and the unit length If the mass per unit is w, it can be expressed by the following formula.

Figure 2007052527
Figure 2007052527

また、この微小な部分の釣り合いを考えると、以下の式であらわすことができる。   Further, considering the balance of the minute portions, it can be expressed by the following equation.

Figure 2007052527
Figure 2007052527

上記2)3)式をまとめると以下の微分方程式となる。   The above 2) and 3) can be summarized as the following differential equation.

Figure 2007052527
Figure 2007052527

また、ロープの長さは   The length of the rope is

Figure 2007052527
Figure 2007052527

となるので1)式より、以下のように表すことができる。   Therefore, from the equation 1), it can be expressed as follows.

Figure 2007052527
Figure 2007052527

以上のたるみを表す方程式において4)式を解くことにより、X,Yの式で表されるたるみ状態が算出される。また、算出されたたるみの式を用い、ロープの長さを拘束条件とすることで5)式解くとロープ両端間のX軸方向の距離として対象物までの相対距離を算出することができる。   By solving the equation 4) in the above equation representing the sag, the sag state represented by the X and Y equations is calculated. Further, by using the calculated sag formula and setting the length of the rope as a constraint, solving the formula 5) makes it possible to calculate the relative distance to the object as the distance in the X-axis direction between both ends of the rope.

ここで、微分方程式4)は本式だけでは一意に解くことはできないが、本発明のようにロープ両端部にモーメントがかからない構造とすると、ロープの始端から終端までモーメントの計算が不要となり同じ拘束条件のもとで計算を行うことができるようになるため、始端であるロボット側の端部のロープの傾きと、張力を初期値として、例えば以下のようなステップで算出するとたるみの状態を一意に算出することができる。   Here, the differential equation 4) cannot be uniquely solved by this formula alone. However, if the structure is such that no moment is applied to both ends of the rope as in the present invention, it is not necessary to calculate the moment from the start end to the end of the rope. Since the calculation can be performed under the conditions, the slack state is uniquely determined by calculating, for example, the following steps using the initial value of the rope slope and tension at the robot end, which is the starting end. Can be calculated.

Figure 2007052527
Figure 2007052527

Step1において、ロープの傾きの初期値は、検出されたロボット側端部でのロープの傾きとし、Step1,2を繰り返すことでロープのたるみ状態がX,Yの式で算出される。また、Step3でロープ始端からの距離とロープの長さが一致した時点のX座標がロボットから目標物までの相対距離、Y座標が目標物側の端部の高さとなる。   In Step 1, the initial value of the slope of the rope is the detected slope of the rope at the end on the robot side. By repeating Steps 1 and 2, the slack state of the rope is calculated by the expressions X and Y. In Step 3, the X coordinate when the distance from the rope start end coincides with the length of the rope is the relative distance from the robot to the target, and the Y coordinate is the height of the end on the target side.

さらに、目標物の方向φについては、原点を含みY軸に垂直な平面(XZ平面)にロープの傾きを射影することによって求めることで算出でき、前述により求まった相対距離とあわせることで目標物との相対位置が確定する。   Further, the target direction φ can be calculated by projecting the slope of the rope onto a plane (XZ plane) that includes the origin and is perpendicular to the Y axis, and is combined with the relative distance obtained as described above. The relative position with is fixed.

さらに、本発明のロボットは、次のようにゆれの補正を行っている。   Furthermore, the robot of the present invention corrects the shake as follows.

例えば、通常の追従状態においては、たるみを持つロープのゆれは図4(a)(b)のようになる。この時、上から見たロボットの向きとロープの方向と角度ズレ(η)とロープ上の任意の点P1の高さ(h)をグラフにすると図4(c)のように角度ズレ44、P1の高さ45とも正弦波の振動となり、周波数は角度ズレの振動がP1の高さの振動の半分となる。さらに、角度ズレの振幅の両端41、42の中間の時点43でP1の高さの最下点となることが判る。   For example, in a normal follow-up state, the swing of the rope having slack is as shown in FIGS. At this time, when the robot direction, the rope direction, the angle deviation (η), and the height (h) of an arbitrary point P1 on the rope are graphed, the angle deviation 44, as shown in FIG. The P1 height 45 is a sinusoidal vibration, and the frequency deviation vibration is half of the P1 height vibration. Further, it can be seen that the lowest point of the height of P1 is obtained at a point 43 between the both ends 41 and 42 of the amplitude of the angle deviation.

また、ゆれの無い状態とはゆれが極小になった状態であり、ゆれを小さくしていった収束点であるP1の高さが最下点でのたるみ状態43が、ゆれの無い場合のたるみ状態を示す。従って、時系列の角度ズレのデータからその振幅の両端を検出し、その中間となる時点のデータを用いて位置算出を行うことで、たるみ状態の算出におけるゆれの影響を排除することができる。   In addition, the state without shaking is a state in which the shaking is minimized, and the sagging state 43 where the height of P1, which is the convergence point when the shaking is reduced, at the lowest point is the sagging when there is no shaking. Indicates the state. Therefore, by detecting both ends of the amplitude from the time-series angle deviation data and calculating the position using the data at the intermediate point, the influence of the fluctuation in the calculation of the sag state can be eliminated.

従って、本発明のロボットが具備する補正部では、例えば次のようなステップによって、ゆれの補正を行うことができる。   Therefore, the correction unit provided in the robot of the present invention can correct the shake by the following steps, for example.

Step1:時系列に記憶されたロープ端部の傾きデータ取出し、図4のXZ平面に射影することで上から見た角度ズレを算出し、時系列の角度ズレのデータを作成する。   Step 1: Take out the slope data of the rope end stored in time series, and project the angle data in the XZ plane of FIG. 4 to calculate the angle deviation seen from above, and create time series angle deviation data.

Step2:Step1にて算出された時系列の角度ズレのデータから、その振幅の両端のデータを抽出する。   Step 2: Data at both ends of the amplitude is extracted from the time-series angle deviation data calculated in Step 1.

Step3:Step2にて抽出されたデータの中間位置となる時点のロープ端部の傾きデータおよび張力データを記憶部から抽出し、位置算出部へ送る。   Step 3: The inclination data and tension data of the rope end at the time of the intermediate position of the data extracted in Step 2 are extracted from the storage unit and sent to the position calculation unit.

以上の解決手段のようなロボットによれば、目標物とロボットはロープによって物理的に拘束されているため見失うことがない。また、ロープに重力以外の外力をかけないため、目標物の動作の阻害や、ロープを放したり切れたりした場合のロープによる被害を防ぐことができる。さらに、巻取り機構が無いためその故障によるトラブルを回避することができる。また、ロボットのたるみ状態が一意に決まるため目標物の相対位置を一意に算出することができる。さらに、ゆれに対しても適切な補正を行うことができ適切な目標物への追従を実現することができる。   According to the robot as described above, since the target and the robot are physically constrained by the rope, they are not lost. Further, since an external force other than gravity is not applied to the rope, it is possible to prevent the movement of the target from being hindered and damage caused by the rope when the rope is released or cut. Further, since there is no winding mechanism, troubles due to the failure can be avoided. Further, since the slack state of the robot is uniquely determined, the relative position of the target can be calculated uniquely. Furthermore, it is possible to perform an appropriate correction for the shake and to follow an appropriate target.

従って、容易かつ安全に目標物への自動追従を実現することができる。   Therefore, it is possible to easily and safely automatically follow the target.

本発明のロボットは、容易かつ安全に目標物への自動追従を実現することができるため、家庭、ホテル、ゴルフ場、工場、空港等での自動カートや搬送ロボットなどに適応することができる。   Since the robot of the present invention can easily and safely automatically follow a target, it can be applied to an automatic cart or a transport robot at home, a hotel, a golf course, a factory, an airport, or the like.

本発明のロボットの構成を示す説明図Explanatory drawing which shows the structure of the robot of this invention (a)ロープ端部の構造およびロープの傾きと張力の検出方法を示す説明図 (b)ロープ端部の構造およびロープの傾きと張力の検出方法を示す説明図(A) Explanatory diagram showing the structure of the rope end and the method of detecting the inclination and tension of the rope (b) Explanatory diagram showing the structure of the rope end and the method of detecting the inclination and tension of the rope (a)ロープの座標系を示す上からの説明図(b)ロープの座標系を示す横からの説明図(c)ロープの単位長さ当たりにおける幾何学的な関係を示した説明図(A) Explanatory view showing the coordinate system of the rope (b) Explanatory view from the side showing the coordinate system of the rope (c) Explanatory view showing the geometrical relationship per unit length of the rope (a)たるみを持つロープのゆれの状態を示す上からの説明図(b)たるみを持つロープのゆれの状態を示す横からの説明図(c)ロープの方向と角度ズレとロープ上の任意の点P1の高さを示すグラフ(A) Explanatory view showing the state of the swaying of the rope with slack (b) Explanatory view showing the state of the swaying of the rope with slack (c) Direction and angle deviation of the rope and any on the rope Showing the height of point P1 従来例1の移動ロボットの構成を示す説明図Explanatory drawing which shows the structure of the mobile robot of the prior art example 1. 従来例2の移動ロボットの構成を示す説明図Explanatory drawing which shows the structure of the mobile robot of the prior art example 2. (a)従来技術の例1で生じる課題を示す説明図(b)従来技術の例1で生じる課題を示す説明図(c)従来技術の例1で生じる課題を示す説明図(A) Explanatory drawing which shows the subject which arises in example 1 of prior art (b) Explanatory drawing which shows the subject which arises in example 1 of a prior art (c) Explanatory drawing which shows the subject which arises in example 1 of a prior art (a)従来技術の例2で生じる課題を示す説明図(b)従来技術の例2で生じる課題を示す説明図(c)従来技術の例2で生じる課題を示す説明図(A) Explanatory drawing which shows the subject which arises in example 2 of prior art (b) Explanatory drawing which shows the subject which arises in example 2 of a prior art (c) Explanatory drawing which shows the subject which arises in example 2 of a prior art たるみによる課題を示す説明図Explanatory diagram showing problems due to sagging (a)たるみによって生じるゆれの課題を示す説明図(b)たるみによって生じるゆれの課題を示す説明図(A) Explanatory drawing which shows the subject of the fluctuation | variation produced by a sagging (b) Explanatory drawing which shows the subject of the shaking produced by a sagging

符号の説明Explanation of symbols

1 目標物
2 ロボット
2a ロープ
2b 傾き検出部
2c 張力検出部
2d 位置算出部
2e 移動機構
2f 制御部
2i 接続機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Target 2 Robot 2a Rope 2b Tilt detection part 2c Tension detection part 2d Position calculation part 2e Movement mechanism 2f Control part 2i Connection mechanism

Claims (3)

両端に回転方向にモーメントがかからない接続機構を備え一方の端部が目標物に、かつ他方の端部をロボットに接続されたロープと、
前記他方の端部でのロープの傾きを検出する傾き検出部と、
前記他方の端部にかかる張力を検出する張力検出部と、
前記傾き検出部で検出した傾きと前記張力検出部で検出した張力とから前記目標物と前記ロボットとの相対的な位置を算出する位置算出部と、
前記ロボットを移動させる移動機構と、
前記位置算出部により算出した相対的な位置に基づいて前記移動機構を制御する制御部を備えたことを特徴とするロボット。
A rope having a connection mechanism that does not apply a moment in the rotational direction to both ends, one end connected to the target, and the other end connected to the robot;
An inclination detector for detecting the inclination of the rope at the other end;
A tension detector that detects the tension applied to the other end;
A position calculation unit that calculates a relative position between the target and the robot from the inclination detected by the inclination detection unit and the tension detected by the tension detection unit;
A moving mechanism for moving the robot;
A robot comprising a control unit that controls the moving mechanism based on a relative position calculated by the position calculation unit.
前記位置算出部において、前記傾き検出部で検出した傾きと前記張力検出部で検出した張力とからロープのたるみ状態を算出し、前記算出したたるみ状態から目標物とロボットとの相対的な位置を算出することを特徴とする請求項1記載のロボット。 In the position calculation unit, a slack state of the rope is calculated from the inclination detected by the inclination detection unit and the tension detected by the tension detection unit, and the relative position between the target and the robot is calculated from the calculated slack state. The robot according to claim 1, wherein the robot is calculated. 前記傾き検出部で検出した傾きと前記張力検出部で検出した張力のデータを時系列に記憶する記憶部と、
前記記憶部で記憶したデータを基にたるみ状態の算出を補正する補正部を備えたことを特徴とする請求項2記載のロボット。
A storage unit for storing data of the tilt detected by the tilt detection unit and the tension detected by the tension detection unit in time series;
The robot according to claim 2, further comprising a correction unit that corrects the calculation of the sag state based on the data stored in the storage unit.
JP2005235732A 2005-08-16 2005-08-16 robot Expired - Fee Related JP4363378B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005235732A JP4363378B2 (en) 2005-08-16 2005-08-16 robot

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005235732A JP4363378B2 (en) 2005-08-16 2005-08-16 robot

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007052527A true JP2007052527A (en) 2007-03-01
JP4363378B2 JP4363378B2 (en) 2009-11-11

Family

ID=37916952

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005235732A Expired - Fee Related JP4363378B2 (en) 2005-08-16 2005-08-16 robot

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4363378B2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010108433A (en) * 2008-10-31 2010-05-13 Toshiba Tec Corp Autonomous mobile device and control method
US8774981B2 (en) 2009-09-14 2014-07-08 Israel Aerospace Industries Ltd. Infantry robotic porter system and methods useful in conjunction therewith
JP5792361B1 (en) * 2014-06-25 2015-10-07 シャープ株式会社 Autonomous mobile device
JP2017191968A (en) * 2016-04-11 2017-10-19 株式会社デンソー On-vehicle device
US20190039616A1 (en) * 2016-02-09 2019-02-07 Ford Global Technologies, Llc Apparatus and method for an autonomous vehicle to follow an object
CN109532993A (en) * 2018-10-10 2019-03-29 安徽信息工程学院 It is a kind of to follow baggage train automatically

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010108433A (en) * 2008-10-31 2010-05-13 Toshiba Tec Corp Autonomous mobile device and control method
JP4639253B2 (en) * 2008-10-31 2011-02-23 東芝テック株式会社 Autonomous mobile device and control method thereof
US8774981B2 (en) 2009-09-14 2014-07-08 Israel Aerospace Industries Ltd. Infantry robotic porter system and methods useful in conjunction therewith
JP5792361B1 (en) * 2014-06-25 2015-10-07 シャープ株式会社 Autonomous mobile device
WO2015198629A1 (en) * 2014-06-25 2015-12-30 シャープ株式会社 Autonomous mobile device
JP2016009356A (en) * 2014-06-25 2016-01-18 シャープ株式会社 Autonomous mobile device
US20190039616A1 (en) * 2016-02-09 2019-02-07 Ford Global Technologies, Llc Apparatus and method for an autonomous vehicle to follow an object
JP2017191968A (en) * 2016-04-11 2017-10-19 株式会社デンソー On-vehicle device
CN109532993A (en) * 2018-10-10 2019-03-29 安徽信息工程学院 It is a kind of to follow baggage train automatically

Also Published As

Publication number Publication date
JP4363378B2 (en) 2009-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4363378B2 (en) robot
JP6486024B2 (en) Indoor monitoring system and method for structure
RU2574047C2 (en) Control over lifting crane
JP5497658B2 (en) Method and apparatus for surveying elevator hoistway
EP3603372A1 (en) Moving robot, method for controlling the same, and terminal
CN206105865U (en) Barrier system that keeps away in robot
JP5342298B2 (en) Remote control device for work machine and remote control method
US8627575B2 (en) Hook pose detecting equipment and crane
US10712391B2 (en) Localization, mapping and haptic feedback for inspection of a confined space in machinery
JP4639253B2 (en) Autonomous mobile device and control method thereof
JP2007040762A (en) Optical gyro calibration system, robot equipped with optical gyro, and optical gyro calibration program
US20150028146A1 (en) Cable system
JP2007276996A (en) Jib operation monitoring device of construction machine, jib operation monitoring method of construction machine and operation monitoring system of construction machine
US20210107537A1 (en) Trusted Vehicle Accident Avoidance Control
JP2018185767A (en) Environment maintenance robot, and control program of the same
US20210107546A1 (en) Trusted Train Derailment Avoidance Control System and Method
JP2022136216A (en) Reflection target
JP2012139769A (en) Robot system and method of determining robot condition
CN109773793B (en) Collision detection system and method for camera robot
JP6648714B2 (en) Indoor crane automatic driving device and automatic driving method
JP6280380B2 (en) Crane hanging load deflection angle detector
JP7462661B2 (en) Reference laser tracking system and method - Patents.com
EP3567564B1 (en) Apparatus and method for tamper detection of a mounted device
JP2019064814A (en) Target-position specifying device and suspension member guiding method and system for crane using target-position specifying device
JP7091931B2 (en) Automatic operation device and automatic operation method for indoor cranes

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080204

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090722

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090728

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090810

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120828

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4363378

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130828

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees