JP2009006415A - 搬送ロボットとその動作制御方法並びに協調搬送システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な演算・制御を伴うことなく、固定車輪を持つ物品搬送具をスムーズに移動させる。
【解決手段】ロボット本体１２の基準点と一対の固定車輪６の中心間を結ぶ線分上の所定点とが同一の目標軌道８上を走行するように、可動アーム２０の動作を制御する。また、ロボット本体１２の基準点と上記所定点との目標軌道８上の距離を一定とする。上記所定点は、一対の固定車輪の中心間を結ぶ線分の中点であるのがよい。さらに、ロボット本体１２の走行距離に基づいて、可動アーム２０とロボット本体１２の動作を同期させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、物品搬送具を移動させる搬送ロボットとその動作制御方法並びに協調搬送システム及び方法に関する。

従来、工場等では、ＡＧＶ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）と呼ばれるコンピュータ制御によって無人で自動走行する台車を使用することにより、各種工程間の部品・半完成品・完成品等の搬送・供給を自動化している。ＡＧＶは通常、上部に搬送台を持ち、搬送する物品をその搬送台に載せて移動することにより物品の搬送を行なう。

上述したＡＧＶは、移動機能と積載機能を併せ持つものであるが、当該各機能を分離した搬送ロボットが下記特許文献１において提案されている。
特許文献１において提案されている搬送ロボットは、２本のアームと２本の脚をもつ人間型ロボットであり、アームの先端（手）で物品搬送具（台車）の把持部を把持して物品搬送具を移動させるように構成されている。

また、ＡＧＶとは異なるが、物品の搬送に関連する技術を示す文献として、下記特許文献２及び特許文献３がある。
特許文献２及び特許文献３に記載されたピックアンドプレイス装置は、アームによってベルトコンベア上から物品を摘み上げて目的位置に移動させ整列等させたり、ベルトコンベア上にワークを載せたりする搬送ロボットである。このピックアンドプレイス装置は、ベルトコンベアとアームの相対位置及び速度から、ベルト上のワーク設置面に対して垂直にワークを持ち上げる（又は下ろす）ようにアームの軌道を生成し、時刻に基づいて目標軌道に追従制御させるものである。

特開２００６−１７５５６７号公報 特開２００２−１９２４８６号公報 特開２００２−１９２４８７号公報

上記の特許文献１には、物品搬送具を移動させることについては記載されているが、物品搬送具を移動させる動作を行なわせるためのアームの軌道生成方法については何ら記載されていない。
また、物品搬送具として一般的なのは、荷台の下部前方に回転軸心の向きが自由に変化する一対の自在車輪が設けられ、荷台の下部後方に回転軸心の向きが荷台に対して固定された一対の固定車輪が設けられた手押し台車である。このような手押し台車では、固定車輪は横方向の速度拘束を持つため、特許文献２及び特許文献３に記載されたアームの軌道生成方法は適用できない。

また、押し動作（前進）から引き動作（後進）に切り替える場合等は、台車の拘束条件を考慮した軌道生成が必要であり、演算・制御が複雑となる恐れがある。
さらに、移動機能と積載機能を分離した搬送ロボットでは、アームの動作と移動ロボット（ロボット本体）の走行とを同期させる必要があるが、従来のような時刻に基づく追従制御では、移動ロボットの走行が目標に対して時間的誤差を生じた場合、移動ロボットとアームとの同期誤差が生じるという問題がある。

本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、複雑な演算・制御を伴うことなく、固定車輪を持つ物品搬送具をスムーズに移動させることができる搬送ロボットとその動作制御方法を提供することを課題とする。また、本発明は、上記の搬送ロボットを用いた協調搬送システム及び方法を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明の搬送ロボットとその動作制御方法、並びに協調搬送システム及び方法は、以下の手段を採用する。
本発明は、物品を載せて外力を受けて移動する物品搬送具を移動させる搬送ロボットであって、移動を行なうロボット本体と、基端部が前記ロボット本体に連結され、前記物品搬送具に設けられた把持部を把持する把持機構を先端部に有し、前記ロボット本体に対する前記把持機構の相対的な位置及び姿勢を変化させるように可動する可動アームと、前記ロボット本体と前記可動アームの動作を制御する制御装置とを備え、前記物品搬送具は、回転軸心方向に離間して設けられ回転軸心の向きが固定された一対の固定車輪と、該固定車輪の前後の少なくとも一方に設けられ回転軸心の向きが自由に変化可能な自在車輪とを有し、前記制御装置は、前記ロボット本体の基準点と前記一対の固定車輪の中心間を結ぶ線分上の所定点とが同一の目標軌道上を走行するように前記可動アームの動作を制御する、ことを特徴とする。
また、本発明は、物品を載せて外力を受けて移動する物品搬送具を移動させる搬送ロボットの動作制御方法であって、前記搬送ロボットは、移動を行なうロボット本体と、前記物品搬送具に設けられた把持部を把持する把持機構を先端部に有し、前記ロボット本体に対する前記把持機構の相対的な位置及び姿勢を変化させるように可動する可動アームとを備え、前記物品搬送具は、回転軸心方向に離間して設けられ回転軸心の向きが固定された一対の固定車輪と、該固定車輪の前後の少なくとも一方に設けられ回転軸心の向きが自由に変化可能な自在車輪とを有し、前記ロボット本体の基準点と前記一対の固定車輪の中心間を結ぶ線分上の所定点とが同一の目標軌道上を走行するように前記可動アームの動作を制御する、ことを特徴とする。

上記の装置及び方法によれば、ロボット本体の基準点と一対の固定車輪の中心間を結ぶ線分上の所定点とが同一の目標軌道上を走行するように、可動アームの動作を制御するので、複雑な演算・制御を行なうことなく、固定車輪を持つ物品搬送具の速度拘束条件を満たした可動アームの軌道を生成することができる。また、内輪差が生じないので、物品搬送具とともに省スペースで且つスムーズに曲がることができる。また、可動アームに対する上記の制御は、押し動作時と引き動作時の双方において行なうので、押し動作と引き動作の切り替えの際の演算・制御を簡略化することができる。

また、上記の搬送ロボットにおいて、前記制御装置は、前記ロボット本体の基準点と前記所定点との前記目標軌道上の距離を一定に保つように前記可動アームの動作を制御する。
また、上記の搬送ロボットの動作制御方法において、前記ロボット本体の基準点と前記所定点との前記目標軌道上の距離を一定に保つように前記可動アームの動作を制御する。

このように、ロボット本体の基準点と上記所定点との目標軌道上の距離を一定とすることにより、可動アームの軌道計算が容易となる。

また、上記の搬送ロボット及びその動作制御方法において、前記所定点は、前記一対の固定車輪の中心間を結ぶ線分の中点である。

一対の固定車輪の中心間を結ぶ線分の中点は、物品搬送具の左右バランスのとれた位置であり、上記の所定点を上記中点に設定することで、搬送にあたり可動アームに余分な負荷が掛からない。さらに、物品搬送時には、重心に偏りが生じるとき、重心に近い点を所定点とすることで、稼動アームに余分の負荷が掛からなくなる。

また、上記の搬送ロボットにおいて、前記制御装置は、前記ロボット本体の走行距離に基づいて、前記可動アームと前記ロボット本体の動作を同期させる。
また、上記の搬送ロボットの動作制御方法において、前記ロボット本体の走行距離に基づいて、前記可動アームと前記ロボット本体の動作を同期させる。

このように、ロボット本体の走行距離に基づいて、ロボット本体と可動アームの動作を同期させるので、ロボット本体の走行が目標より遅れたり早まったりした場合には、可動アームの動作が走行に合わせて遅れたり早まったりする。このため、ロボット本体と可動アームとの同期誤差の発生を防止することができる。

また、本発明は、上記の搬送ロボットを２基備え、一方の搬送ロボットは物品搬送具の前方に連結し、他方の搬送ロボットは物品搬送具の後方に連結し、２台の搬送ロボットにより協働して前記物品搬送具を移動させる、ことを特徴とする協調搬送システムである。
また本発明は、上記の搬送ロボットの動作制御方法を用いた協調搬送方法であって、２台の前記搬送ロボットを準備し、一方の搬送ロボットを物品搬送具の前方に連結し、他方の搬送ロボットを物品搬送具の後方に連結し、２台の搬送ロボットにより協働して前記物品搬送具を移動させる、ことを特徴とする。

上記の協調搬送システムおよび方法によれば、物品搬送具が重量物の場合でも、２台の搬送ロボットにより容易に搬送することができる。また、２台の搬送ロボットは、それぞれ上述した可動アームの制御を行うので、２台の搬送ロボットと物品搬送具が同一軌道上を走行し、交差点においてもスムーズに曲がることができる。

本発明によれば、複雑な演算・制御を伴うことなく、固定車輪を持つ物品搬送具をスムーズに移動させることができる、という優れた効果が得られる。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は本発明の実施形態にかかる搬送ロボット１０の斜視図である。
図１に示すように、この搬送ロボット１０は、物品搬送具１を移動させるためのロボットである。物品７は、本実施形態では部品・半完成品・完成品等であるが、とくに限定されるものではない。物品搬送具１は、物品７を載せて外力を受けて移動するものである。したがって、物品搬送具１としては、例えば図１に示す手押し台車、カート等、人が物品７の搬送を行なうために使用するものであってよい。
搬送ロボット１０は、移動を行なうロボット本体１２と、ロボット本体１２に連結された可動アーム２０と、ロボット本体１２に搭載された制御装置１８とを備えている。

ロボット本体１２の胴体部１３の下部の左右両側には、駆動モータ（図示せず）によって駆動される一対の駆動輪１４が設けられている。一対の駆動輪１４は、互いの回転軸心が一致し、それぞれ独立して駆動される。また、ロボット本体１２の下部の前後には自在キャスター１５が設けられている（より詳細には、図２参照）。上記構成により、ロボット本体１２は、前後進と左右旋回が可能となっている。

上記の制御装置１８は、ロボット本体１２（具体的には駆動輪１４を駆動するモータ）及び可動アーム２０の動作を制御する。
また、ロボット本体１２には、障害物等を検知するセンサ１７、ホストコンピュータとの通信を行なう通信装置、これらの駆動に必要な電力を供給するバッテリー等が搭載されており、ホストコンピュータからの指令を受けて、搬送作業を行なう。

可動アーム２０は、基端部がロボット本体１２に連結され、物品搬送具１に設けられた把持部２を把持する把持機構４０を先端部に有し、ロボット本体１２に対する把持機構４０の相対位置及び姿勢を変化させるように可動する。

図１に示すように、本実施形態において、可動アーム２０は、基端部が移動ロボット１０に連結されそれぞれ独立に駆動可能な複数のリンクと、複数のリンクの先端全てに連結された一つの出力部材２４とを有し、複数のリンクの駆動状態によりロボット本体１２に対する出力部材２４の相対的な位置及び姿勢が定まるパラレルリンク機構２０Ａである。より具体的には、本実施形態の可動アーム２０は、ロボット本体１２と出力部材２４との間に並列接続された第１リンク２１、第２リンク２２及び第３リンク２３を有しており、第１リンク２１、第２リンク２２及び第３リンク２３の駆動状態により、ロボット本体１２に対する出力部材２４の水平面上の相対的な位置及び姿勢が定まる３自由度パラレルリンク機構として構成されている。

なお、パラレルリンク機構２０Ａは、複数のリンクの駆動状態により、ロボット本体１２に対する出力部材２４の空間上の相対位置及び姿勢が定まるものであってもよい。この場合のパラレルリンク機構２０Ａは、特に限定されないが、例えば、スチュアートプラットフォームと呼ばれる６自由度パラレルリンク機構として構成されてもよい。

把持機構４０は、パラレルリンク機構２０Ａの出力部材２４に連結され、出力部材２４と物品搬送具１との相対位置及び姿勢を固定可能なように、パラレルリンク機構２０Ａと物品搬送具１との連結及び切離しを行う機能を有する。
本実施形態において把持機構４０は、左右方向に２つ設けられている。
なお、ロボット本体１２に対する上記の可動アーム２０の設置位置は、把持機構４０が物品搬送具１の把持部２を把持し、連結できる高さに設定されている。

上記の搬送ロボット１０によれば、把持機構４０により物品搬送具１と連結し、可動アーム２０により物品搬送具１との相対位置及び姿勢を制御しながら、ロボット本体１２を移動させることにより、物品搬送具１を移動させることができ、これにより物品７を搬送することができる。なお、搬送ロボット１０は、引き動作によっても物品搬送具１を移動させることが可能である。

また、上記の搬送ロボット１０は、可動アーム２０としてパラレルリンク機構２０Ａを採用することにより、可動アーム２０による相対位置及び姿勢の制御に必要な自由度は、平面上の制御の場合は３自由でよく、空間上の制御の場合でも６自由度でよい。このため、人の腕とほぼ同様の動きをする２本の腕（１２自由度）と比較して、動作に必要な位置・姿勢・力等の制御が容易になる。

以下、本発明の搬送ロボット１０の構成をより詳細に説明する。図２は、搬送ロボット１０及び物品搬送具１の模式図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
図２（Ａ）及び（Ｂ）において、紙面の左右方向が搬送ロボット１０の前後方向である。図２に示すように、物品搬送具１は、回転軸心方向に離間して設けられ荷台３に対して回転軸心の向きが固定された一対の固定車輪６と、固定車輪６の前後の少なくとも一方に設けられ回転軸心の向きが自由に変化可能な自在車輪５とを有する。図２の構成例では、荷台３の下部前方寄りの左右の位置に一対の自在車輪５が設けられており、荷台３の下部後方寄りの左右の位置に一対の固定車輪６が設けられている。この物品搬送具１は、さらに、荷台３の上面後方位置から上方に延びる支持部材４と、支持部材４の上端で支持された把持部２とを有する。

上述したように、パラレルリンク機構２０Ａは、第１リンク２１、第２リンク２２及び第３リンク２３と、各リンクの先端に連結された出力部材２４を有している。
第１リンク２１及び第３リンク２３の各々は、一端がロボット本体１２に鉛直軸心を中心に回転可能に連結され、他端が出力部材２４に鉛直軸心を中心に回転可能に連結されるとともに、駆動することによって両端間の距離が変化する。
第２リンク２２は、一端がロボット本体１２に鉛直方向を向く軸心（以下、この軸心を「基準軸心ａ」という）を中心に回転可能に連結され、他端が出力部材２４に鉛直軸心を中心に回転可能に連結されるとともに、駆動することによってロボット本体１２に対する基準軸心ａを中心とする向きが変化する。また、第２リンク２２は、第１リンク２１及び第３リンク２３の駆動に従動して両端間の距離が変化する。

上記構成によれば、第１リンク２１、第２リンク２２及び第３リンク２３をそれぞれ独立して駆動させることにより、出力部材２４の位置及び姿勢を平面３自由度（水平面上での進行方向ｘ、水平面上でのｘ方向に直角なｙ方向、水平面に垂直なｚ軸まわりの回転角θｚ）で制御することができるので、ロボット本体１２に対する物品搬送具１の水平面上の相対位置及び姿勢を制御することができる。

図３は、第１リンク２１、第２リンク２２及び第３リンク２３の３種の構成例Ａ、Ｂ、Ｃを模式的に示した図である。
図３において、各図は、紙面左右方向に３列、上下に２段の枠内に示されており、左右方向の各列に分かれて各構成例Ａ、Ｂ、Ｃが示されている。また、各列において、上段は平面視での模式図、下段は側面視での模式図である。側面視での模式図では、枠内の上側が第１リンク２１（又は第３リンク２３）を示し、下側が第２リンク２２を示している。
なお、図１〜図３では、上記の構成例Ｃを採用した搬送ロボット１０を示している。

図３に示すように、構成例Ａ〜Ｃでは、いずれも、第１リンク２１、第２リンク２２及び第３リンク２３は、第１リンク２１と第３リンク２３の離間方向の中間位置に第２リンク２２が位置するように配置されている。以下、構成例ごとに説明する。

［構成例Ａ］
構成例Ａでは、第１リンク２１、第２リンク２２及び第３リンク２３は、いずれも直線的に伸縮するように構成されており、第１リンク２１及び第３リンク２３は、伸縮駆動アクチュエータにより構成されている。伸縮駆動アクチュエータとしては、例えば、油圧シリンダ装置、空圧シリンダ装置等を使用することができる。第２リンク２２は、直線的に伸縮自在であるが、その伸縮は受動的であり、第１リンク２１と第２リンク２２の駆動に従動して伸縮する。また第２リンク２２は、ロボット本体１２との連結点の位置に固定された第２駆動モータ３３を有し、この第２駆動モータ３３の駆動により、ロボット本体１２に対する基準軸心ａを中心とした向きが変化するようになっている。

上記の構成例Ａによれば、第１リンク２１と第３リンク２３の伸縮駆動により出力部材２４に並進運動を与え、第２リンク２２の旋回駆動により出力部材２４に旋回運動を与えることができるので、出力部材２４の位置及び姿勢を平面３自由度（水平面上での進行方向ｘ、水平面上でのｘ方向に直角なｙ方向、水平面に垂直なｚ軸まわりの回転角θｚ）で制御することができる。

［構成例Ｂ］
構成例Ｂでは、第１リンク２１、第２リンク２２及び第３リンク２３の各々は、両端間の途中部位（この例では中間点）を連結点とする２本のアーム２６，２７からなり、２本のアーム２６，２７の連結点を関節２９，３０，３１として屈伸運動し、この屈伸運動により両端間の距離が変化する。
第１リンク２１と第３リンク２３は、それぞれの関節２９，３１の位置に第１駆動モータ３２、第３駆動モータ３４を有し、各駆動モータの駆動により屈伸運動を行なう。
また、図３に示すように、第１リンク２１と第３リンク２３は、それぞれ、２本のアーム２６，２７が互いに鉛直軸心を中心に回転可能に連結している。

第２リンク２２は、２本のアーム２６，２７が互いに水平軸心を中心に回転可能に連結しており、屈伸運動によって伸縮自在であるが、その伸縮は受動的であり、第１リンク２１と第２リンク２２の駆動に従動して伸縮する。
また第２リンク２２は、ロボット本体１２との連結点の位置に固定された第２駆動モータ３３を有し、この第２駆動モータ３３の駆動により、ロボット本体１２に対する基準軸心ａを中心とした向きが変化するようになっている。

上記の構成例Ｂによれば、構成例Ａと同様に、出力部材２４の位置及び姿勢を平面３自由度で制御することができる。また、各リンクが関節を持つので、構成例Ａと比べて、両端間の距離が変化する範囲（伸縮範囲）を拡大することができる。したがって、パラレルリンク機構２０の可動範囲を拡大することができる。
また、能動的に伸縮する第１リンクと第３リンクが、第２リンクを挟む形で配置されるので、第１リンクと第２リンクのいずれか一方に荷重が偏ることがない。また、第２リンクが屈曲するときは、関節部分が上方又は下方に凸となるように屈曲し、第１リンクと第３リンクが屈曲するときは、関節部分が水平方向に移動して左右いずれかの方向に凸となるように屈曲するので、互いに機械的に干渉しにくい。
第１リンクと第３リンクが屈曲する方向は、特に限定されず、互いに逆方向あるいは互いの関節２９，３１の距離が縮まる方向であってもよいが、図３に示すように、互いの関節２９，３１の距離が広がる方向であるのがこのましい。この構成により、各リンクが屈曲するときに、第１リンク２１と第３リンク２３が左右両側に広がるので、各リンク相互間の機械的干渉を防止することができる。

［構成例Ｃ］
構成例Ｃは、構成例Ｂと共通する点が多いので、以下では構成例Ｂとの相違点を中心に説明する。
構成例ＢとＣでは、まず、第１駆動モータ３２と第３駆動モータ３４の設置位置が異なる。構成例Ｃでは、第１リンク２１と第３リンク２３は、それぞれ、ロボット本体１２との連結点の位置に第１駆動モータ３２、第３駆動モータ３４を有し、各駆動モータの駆動により屈伸運動を行なう。
また、構成例Ｃでは、第１リンク２１は、第１駆動モータ３２の回転運動を第１リンク２１の屈伸運動に変換する第１リンク用動力変換機構３６ａを有し、第３リンク２３は、第３駆動モータ３４の回転運動を第３リンク２３の屈伸運動に変換する第３リンク用動力変換機構３６ｂを有する。

構成例Ｃにおいて、第１リンク用動力変換機構３６ａと第３リンク用動力変換機構３６ｂは、平行リンク機構で構成されている。各平行リンク機構は、各駆動モータ３２，３４の出力軸に連結された駆動アーム３７と、出力部材２４側のアーム２６に連結された従動アーム３８と、一端が駆動アーム３７に鉛直軸心を中心に回転可能に連結され他端が従動アーム３８に鉛直軸心を中心に連結された中間アーム３９とから構成されている。駆動アーム３７と従動アーム３８の長さは同じであり、中間アーム３９の長さは、ロボット本体１２側のアーム２６の長さと同じである。
構成例Ｃの他の部分の構成は、構成例Ｂと同じである。

上記の構成例Ｃによれば、上記の構成例Ｂの効果に加え、以下の効果が得られる。
各リンク２１，２２，２３を駆動する各駆動モータ３２，３３，３４がロボット本体１２との連結点の位置に設けられているので、各リンク２１，２２，２３に作用するモーメントを小さくすることができる。
また、各駆動モータ３２，３３，３４を上記の位置に設置することで、搬送ロボット１０全体の重心をロボット本体１２側に設定しやすくなるので、搬送ロボット１０が安定して移動及び停止を行なうことができる。
各動力変換機構３６ａ，３６ｂが平行リンク機構により構成されるので、簡単な構成で確実に、各駆動モータ３２，３４の回転運動を各リンク２１，２３の屈伸運動に変換することができる。

なお、第１リンク用動力変換機構３６ａと第３リンク用動力変換機構３６ｂは、上述した平行リンク機構に限られず、例えばベルト伝動機構やチェーン伝動機構などの他の機構を用いたものであってもよい。

また、パラレルリンク機構２０Ａは、上述した構成例Ａ，Ｂ，Ｃのほか、以下の構成であってもよい。
上述した構成例Ａにおける第２リンク２２は、構成例Ｂ又は構成例Ｃの第２リンク２２に置換されてもよい。すなわち、第１リンク２１及び第３リンク２３は、それぞれ、直線伸縮機構（能動的に直動伸縮するもの）として構成され、第２リンク２２は、両端間の途中部位を連結点と２３する２本のアーム２６，２７からなり、２本のアーム２６，２７の連結点を関節として屈伸運動するものであってもよい。

上述した構成例Ｂにおける第２リンク２２は、構成例Ａの第２リンク２２に置換されてもよい。また、構成例Ｃにおける第２リンク２２は、構成例Ａの第２リンク２２に置換されてもよい。
すなわち、第１リンク２１及び第３リンク２３は、それぞれ、両端間の途中部位を連結点とする２本のアーム２６，２７からなり、２本のアーム２６，２７の連結点を関節として屈伸運動するものであり、第２リンク２２は、直線伸縮機構（受動的に直動伸縮するもの）として構成されているものであってもよい。

次に、図４及び図５を参照し、上記の如き構成された搬送ロボット１０による搬送作業について説明する。
搬送ロボット１０による搬送作業が必要になったとき、上述したホストコンピュータが搬送ロボット１０に対して搬送指令を出す。なお、この場合、工場等においては、通常複数台の搬送ロボット１０が配備されるため、ホストコンピュータは、まず、どの搬送ロボット１０に搬送作業を行なわせるかを、決定し指示する。例えばホストコンピュータは、搬送作業中でないか、現在位置が搬送開始地点に近いかどうか等を考慮して、最適な状況にある搬送ロボット１０を特定し、その搬送ロボット１０に対し、物品搬送具１を図４のＡ地点からＢ地点に移動させる搬送作業を指示する。

搬送作業の指示を受けた搬送ロボット１０は、搬送作業のスタート地点（Ａ地点）とゴール地点（Ｂ地点）から、搬送ロボット１０が走行する経路を決定する。これは、どの交差点でどちらに曲がるか、といった搬送経路の計画である。搬送ロボット１０の制御装置１８の記憶部には通路マップ情報が記憶されており、制御装置１８により経路探索を行う。
次に、制御装置１８は、決定した経路から、搬送ロボット１０が走行時に描く目標軌道８と走行速度とを決定する。この目標軌道８は、直線区間と曲線区間とから構成される滑らかな軌道であり、環境の情報（徐行エリアか、高速走行エリアか、通路の幅、交差点周辺のスペース、等）を利用して決定する。曲線区間を構成する曲線としては、ベジエ曲線、円弧、クロソイド等を使用することができる。

このようにして目標軌道８が決定したら、搬送ロボット１０は目標軌道８に従って走行し、物品搬送具１をＡ地点からＢ地点に移動させる。
このとき、制御装置１８は、図５に示すように、ロボット本体１２の基準点と一対の固定車輪６の中心間を結ぶ線分上の所定点とが同一の目標軌道８上を走行するように可動アーム２０の動作を制御する。図５において、上記の基準点は、２つの駆動輪１４の中心を結ぶ線分の中点であり、上記の所定点は一対の固定車輪６の中心間を結ぶ線分の中点である。
また、制御装置１８は、ロボット本体１２の基準点と上記所定点（図５では一対の固定車輪６の中心間を結ぶ線分の中点）との目標軌道８上の距離を一定に保つように可動アーム２０の動作を制御する。
さらに、制御装置１８は、ロボット本体１２の走行距離に基づいて、可動アーム２０とロボット本体１２の動作を同期させる。
なお、上述した制御装置１８による制御は、本発明の搬送ロボット１０の動作制御方法として把握される。

上述した本発明の搬送ロボット１０とその動作制御方法によれば、ロボット本体１２の基準点と一対の固定車輪６の中心間を結ぶ線分上の所定点とが同一の目標軌道８上を走行するように、可動アーム２０の動作を制御するので、複雑な演算・制御を行なうことなく、固定車輪６を持つ物品搬送具１の速度拘束条件を満たした可動アーム２０の軌道を生成することができる。
また、内輪差が生じないので、物品搬送具１とともに省スペースで且つスムーズに曲がることができる。また、可動アーム２０に対する上記の制御は、押し動作時と引き動作時の双方において行なうので、押し動作と引き動作の切り替えの際の演算・制御を簡略化することができる。

また、ロボット本体１２の基準点と上記所定点との目標軌道８上の距離を一定とすることにより、可動アーム２０の軌道計算が容易となる。
また一対の固定車輪６の中心間を結ぶ線分の中点は、物品搬送具１の左右バランスのとれた位置であり、上記の所定点を上記中点に設定することで、搬送にあたり可動アーム２０に余分な負荷が掛からない。
さらに、ロボット本体１２の走行距離に基づいて、ロボット本体１２と可動アーム２０の動作を同期させるので、ロボット本体１２の走行が目標より遅れたり早まったりした場合には、可動アーム２０の動作が走行に合わせて遅れたり早まったりする。このため、ロボット本体１２と可動アーム２０との同期誤差の発生を防止することができる。

図６は、本発明の搬送ロボット１０を用いた協調搬送システムの模式図である。図６に示すように、本発明の協調搬送システムは、上述した搬送ロボット１０を２基備えており、一方の搬送ロボット１０は物品搬送具１の前方に連結し、他方の搬送ロボット１０は物品搬送具１の後方に連結し、２台の搬送ロボット１０により協働して物品搬送具１を移動させる。
図６に示す物品搬送具１は、荷台３の前後の位置にそれぞれ把持部２が設けられており、各把持部２において搬送ロボット１０の可動アーム２０が連結している。
各搬送ロボット１０のうち少なくとも一方は、図示しない通信装置により他方の搬送ロボット１０の現在位置情報や速度情報を得て、他方の搬送ロボット１０との目標軌道８上の距離が一定となるように走行する。この走行制御は、上述した制御装置１８によって行われる。

なお、この協調搬送システムによる動作を方法として捉えた場合、２台の前記搬送ロボット１０を準備し、一方の搬送ロボット１０を物品搬送具１の前方に連結し、他方の搬送ロボット１０を物品搬送具１の後方に連結し、２台の搬送ロボット１０により協働して物品搬送具１を移動させる、ことを特徴とする協調搬送方法ということもできる。

上述した本発明の協調搬送システム及び方法によれば、物品搬送具１が重量物の場合でも、２台の搬送ロボット１０により容易に搬送することができる。また、２台の搬送ロボット１０は、それぞれ上述した可動アーム２０の制御を行うので、２台の搬送ロボット１０と物品搬送具１が同一軌道上を走行し、交差点においてもスムーズに曲がることができる。

なお、上記において、本発明の実施形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明の実施形態にかかる搬送ロボットの斜視図である。 本発明の実施形態にかかる搬送ロボット及び物品搬送具の模式図である。 本発明の実施形態にかかる搬送ロボットにおける第１リンク、第２リンク及び第３リンクの構成例Ａ、Ｂ、Ｃを模式的に示した図である。 本発明の実施形態にかかる搬送ロボットによる搬送作業の搬送経路と目標軌道の模式図である。 本発明の実施形態にかかる搬送ロボットの動作を説明する模式図である。 本発明の実施形態にかかる協調搬送システムの動作を説明する模式図である。

符号の説明

１ 物品搬送具
２ 把持部
３ 荷台
４ 支持部材
５ 自在車輪
６ 固定車輪
７ 物品
８ 目標軌道
１０ 搬送ロボット
１２ ロボット本体
１３ 胴体部
１４ 駆動輪
１５ 自在キャスター
１７ センサ
１８ 制御装置
２０ 可動アーム
２０Ａ パラレルリンク機構
２１ 第１リンク
２２ 第２リンク
２３ 第３リンク
２４ 出力部材
２６，２７ アーム
２９，３０，３１ 関節
３２ 第１駆動モータ
３３ 第２駆動モータ
３４ 第３駆動モータ
３６ａ 第１リンク用動力変換機構
３６ｂ 第３リンク用動力変換機構
３７ 駆動アーム
３８ 従動アーム
３９ 中間アーム
４０ 把持機構

Claims (10)

1. 物品を載せて外力を受けて移動する物品搬送具を移動させる搬送ロボットであって、
   移動を行なうロボット本体と、
   基端部が前記ロボット本体に連結され、前記物品搬送具に設けられた把持部を把持する把持機構を先端部に有し、前記ロボット本体に対する前記把持機構の相対的な位置及び姿勢を変化させるように可動する可動アームと、
   前記ロボット本体と前記可動アームの動作を制御する制御装置とを備え、
   前記物品搬送具は、回転軸心方向に離間して設けられ回転軸心の向きが固定された一対の固定車輪と、該固定車輪の前後の少なくとも一方に設けられ回転軸心の向きが自由に変化可能な自在車輪とを有し、
   前記制御装置は、前記ロボット本体の基準点と前記一対の固定車輪の中心間を結ぶ線分上の所定点が同一の目標軌道上を走行するように前記可動アームの動作を制御する、ことを特徴とする搬送ロボット。
2. 前記制御装置は、前記ロボット本体の基準点と前記所定点との前記目標軌道上の距離を一定に保つように前記可動アームの動作を制御する請求項１記載の搬送ロボット。
3. 前記所定点は、前記一対の固定車輪の中心間を結ぶ線分の中点である請求項１又は２記載の搬送ロボット。
4. 前記制御装置は、前記ロボット本体の走行距離に基づいて、前記可動アームと前記ロボット本体の動作を同期させる請求項１記載の搬送ロボット。
5. 請求項１記載の搬送ロボットを２基備え、一方の搬送ロボットは物品搬送具の前方に連結し、他方の搬送ロボットは物品搬送具の後方に連結し、２台の搬送ロボットにより協働して前記物品搬送具を移動させる、ことを特徴とする協調搬送システム。
6. 物品を載せて外力を受けて移動する物品搬送具を移動させる搬送ロボットの動作制御方法であって、
   前記搬送ロボットは、移動を行なうロボット本体と、前記物品搬送具に設けられた把持部を把持する把持機構を先端部に有し、前記ロボット本体に対する前記把持機構の相対的な位置及び姿勢を変化させるように可動する可動アームとを備え、
   前記物品搬送具は、回転軸心方向に離間して設けられ回転軸心の向きが固定された一対の固定車輪と、該固定車輪の前後の少なくとも一方に設けられ回転軸心の向きが自由に変化可能な自在車輪とを有し、
   前記ロボット本体の基準点と前記一対の固定車輪の中心間を結ぶ線分上の所定点とが同一の目標軌道上を走行するように前記可動アームの動作を制御する、ことを特徴とする搬送ロボットの動作制御方法。
7. 前記ロボット本体の基準点と前記所定点との前記目標軌道上の距離を一定に保つように前記可動アームの動作を制御する請求項６記載の搬送ロボットの動作制御方法。
8. 前記所定点は、前記一対の固定車輪の中心間を結ぶ線分の中点である請求項６又は７記載の搬送ロボットの動作制御方法。
9. 前記ロボット本体の走行距離に基づいて、前記可動アームと前記ロボット本体の動作を同期させる請求項６記載の搬送ロボットの動作制御方法。
10. 請求項６記載の搬送ロボットの動作制御方法を用いた協調搬送方法であって、
    ２台の前記搬送ロボットを準備し、一方の搬送ロボットを物品搬送具の前方に連結し、他方の搬送ロボットを物品搬送具の後方に連結し、２台の搬送ロボットにより協働して前記物品搬送具を移動させる、ことを特徴とする協調搬送方法。

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