JP2014210306A - 移動ロボット、移動ロボットの位置決めシステム、及び、移動ロボットの位置決め方法 - Google Patents

移動ロボット、移動ロボットの位置決めシステム、及び、移動ロボットの位置決め方法 Download PDF

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Abstract

【課題】より効率よく作業を行うことができるようにした移動用ロボット、移動用ロボットの位置決めシステム、及び、移動用ロボットの位置決め方法を提供すること。
【解決手段】 台座部と、台座部を移動させる移動装置と、ロボット部とを有する移動ロボットであり、ロボット部は、台座部へ取り付けられる基部と、台座部と基部との取付面に対して垂直な垂直軸周りに回転可能な胴体と、複数の関節を有して胴体に連結される腕と、を有し、台座部は、ロボット部が作業を行う対象物である作業対象に臨む第1面及び第1面と異なる第2面とを有し、腕は、胴体が垂直軸周りに回転することにより、腕と第1面との位置関係と腕と第2面との位置関係とが実質的に等しくなるように形成されている。
【選択図】図6A

Description

本発明は、移動ロボット、移動ロボットの位置決めシステム、及び、移動ロボットの位置決め方法に関する。
車輪等の移動装置により移動可能なロボットを用いた部品組立等の作業が行われている。特許文献1には移動先の停止位置において、ロボットの作業位置の補正を行うために、複数の基準点を撮影手段によって撮影する技術が開示されている。
特開平11−156764号公報
かかる移動ロボットでは搭載されたロボットの動作態様が予め教示されているため、作業を行う際には教示されたロボットの動作態様と実際の作業位置とを整合させる必要が生じる。このため移動装置と作業位置との位置関係とが制約され、作業構成の設計自由度の低下や、ロボットの作業位置の補正が頻繁に必要となることによる作業効率の低下が生じうる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、より効率よく作業を行うことができるようにした移動用ロボット、移動用ロボットの位置決めシステム、及び、移動用ロボットの位置決め方法を提供することを例示的課題とする。
上記の課題を解決するために、本発明の例示的側面としての移動用ロボットは、台座部と、台座部を移動させる移動装置と、台座部へ取り付けられる基部と、台座部と基部との取付面に対して垂直な垂直軸周りに回転可能な胴体と、複数の関節を有して胴体に連結される腕と、を有するロボット部と、を有する移動ロボットである。台座部は、ロボット部が作業を行う対象物である作業対象に臨む第1面及び第1面と異なる第2面とを有する。腕は、胴体が垂直軸周りに回転することにより、腕と第1面との位置関係と腕と第2面との位置関係とが実質的に等しくなるように形成されている。
複数の腕が胴体に連結されていてもよい。
複数の腕は、胴体に対して、垂直軸と直交する方向に延びる直交軸周りに回転可能に連結されており、直交軸は、垂直軸に対して所定のオフセット量でオフセットされていてもよい。
台座部は、実質的に直方体形状であり、オフセット量は、垂直軸と第1面との最短距離以上であってもよい。
外部装置と電気的に接続するための接続ポートが、第1面又は第2面のうち少なくともいずれか一方に形成されていてもよい。
ロボット部は、垂直軸に直交する方向の面内において、台座部からはみ出さない大きさに収容可能であってもよい。
複数の腕の各々に装備され、固定基盤上に設置された作業対象に対する作業を実行する複数の作業部と、複数の腕の各々に装備され、固定基盤上に配置された複数の位置決め用の基準指標の位置を検出する複数の検出部と、を移動ロボットが更に有してもよい。
複数の検出部の各々が、複数の位置決め用の基準指標のうち各々異なる基準指標を検出し、複数の検出部により複数の位置決め用の基準指標のすべてを検出してもよい。
検出部と作業部との間に、関節が存在しなくてもよい。
本発明の他の例示的側面としての移動ロボットの位置決めシステムは、上記の移動ロボットと、移動ロボットの検出部によって検出するために固定基盤上に配置された複数の位置決め用の基準指標と、を有する。
本発明の更に他の例示的側面としての移動ロボットの位置決め方法は、上記の移動ロボットが有する複数の検出部のうち一の検出部によって複数の位置決め用の基準指標のうち一の基準指標を検出するステップと、一の検出部と異なる他の検出部によって一の基準指標と異なる他の基準指標を検出するステップと、他の検出部と異なる検出部によって一の基準指標とも他の基準指標とも異なる更に他の基準指標を検出するステップと、を有する。
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施の形態によって明らかにされるであろう。
ロボットの停止位置や基準点の配置に対する制約が少なく、迅速に複数の基準点の検出を行うことができる。台座部の第1面に臨む固定基盤上の基準指標について位置補正を行うことで、他の面に臨む固定基盤上の基準指標について位置補正を要することなくロボットが作業を実行することができ、一層効率よく作業対象に対する作業を進めることができる。
実施形態に係る移動ロボットの位置決めシステムSの全体図である。 図1に示す移動ロボットにおける台座部の平面図である。 図1に示す移動ロボットの内部構成の概略を示すブロック図である。 ロボット部の概略構成を説明するための胴体近傍における外観図である。 ロボット部の平面図である。 作業位置にある移動ロボットの平面図であって、前方面側の作業対象M1に対する作業を実行する姿勢を示した図である。 作業位置にある移動ロボットの平面図であって、右側面側の作業対象M2に対する作業を実行する姿勢を示した図である。 前方面側の作業対象M1に対する作業を実行する姿勢の移動ロボットの側面図である。 2つの作業台が60°の角度で配置された例を示す図である。 腕を収容した状態のロボット部の平面図である。 ロボット部の平面図であって、ロボット部が右側面の方向を向いた状態を示す図である。 実施形態に係る移動ロボットの位置決めプロセスを説明するためのフローチャートである。
実施するための形態
以下、実施形態に係る移動ロボットの位置決めシステムについて説明する。図1は、実施形態に係る移動ロボットの位置決めシステム(以下、単に位置決めシステムという。)Sの全体図である。図1は、作業フロアF全体を平面視している。位置決めシステムSは、移動ロボット100と基準マーク(基準指標)60とを有している。
移動ロボット100は、作業位置に移動することによりその作業位置において作業を行うためのロボットである。本実施形態では、例えば、移動ロボット100は、作業位置A1から作業位置A2へと、又は、作業位置A2から作業位置A3へと、又は、作業位置A3から作業位置A1へと移動する。もちろん、これら以外のルートを通って、作業位置間を自在に移動してもよい。作業フロアF上には、障害物Kも設置されている。障害物Kは、例えば、部品棚や建物の支柱等であって、移動ロボット100が移動する際に接触を回避すべき構造物である。基準マーク60は、作業位置において、移動ロボット100の位置決めを行うための位置決め基準である。以下、移動ロボット100及び基準マーク60について説明する。
<移動ロボット100>
<台座部10>
移動ロボット100は、台座部10、移動装置20、ロボット部30を有している。台座部10は、ロボット部30を載置する台座部分である、図2は、移動ロボット100における台座部10の平面図である。本実施形態においては、台座部10は、略直方体形状を呈している。すなわち、台座部10は、平面視において略長方形状を呈する。図2において、台座部10は第1面11、第2面12を有している。本実施形態では、第1面11は前方面であり、第2面12は右側面であり、2つの面は隣接している。第1面11及び第2面12は、前方面及び右側面に限られない。台座部10の第1面11と第2面12とは、必ずしも隣接しない。第1面11及び第2面12は台座部10の立面である。
なお、ここで、平面視とは、後述する垂直軸Pに沿った方向に矢視することを意味し、平面視において略長方形状であるとは、垂直軸Pに直交する平面を断面とする断面形状が略長方形状であることと概略同義である。
例えば、第2面が左側面であってもよい。台座部10の4つの立面である前方面、後方面、右側面、左側面のいずれを第1面とし、第2面とするかは自由である。また、台座部10は略直方体形状に限られない。すなわち、ロボット部30が作業を行う際に作業対象(例えば、作業台51上の作業対象M1)に対向する(換言すれば、臨む、又は、正対する)面が複数箇所設けられていれば、台座部10の形状は適宜設定してよい。第1面11及び第2面12を有し、台座部10が移動することなく、ロボット部30により複数の作業対象(例えば、第1面11に対向する作業対象M1と第2面12に対向する作業対象M2)に対する作業が可能であれば、台座部10の形状は限定されず、例えば、平面視において概略三角形状であっても、扇形であっても、六角形状であってもよい。
台座部10の前方面(第1面)11には、接続ポート13が配置されている。この接続ポート13は、充電時に電源コネクタ50に接続される充電ポートである。電源コネクタ50は、移動ロボット100の作業位置A1近傍や作業位置A2近傍等の各所に配置されており、移動ロボット100の作業中に充電が可能となっている。
<移動装置20>
移動装置20は、ここでは台座部10を作業位置A1と作業位置A2と作業位置A3との間で移動させる。図3は、移動ロボット100の内部構成の概略を示すブロック図である。移動装置20は、例えば、モータ(不図示)と車輪22とを備え、台座部10を作業フロアFに沿って移動させたり、旋回させることが可能に構成されている。移動装置20は移動プログラムによる移動指令に基づいて、所定の移動先に所定の移動のタイミングで台座部10を移動させる。移動装置20の形式は適宜適用でき、車輪22は、オムニホイール、メカナムホイールやクローラを用いて構成されてもよい。つまり、モータや車輪22の種類に限定されず、移動装置20は、駆動のための駆動手段、駆動手段により駆動される移送手段を備えていればよい。
移動装置20は、内部に制御装置32を有している。制御装置32は、例えば、移動装置20の動作制御を行う移動制御装置32aとロボット部30の動作制御を行うロボット制御装置32bとを有している。各々の制御装置32a,32bは、それぞれ演算処理装置と記憶装置とを有してもよい。移動制御装置32aの記憶装置内に移動プログラムが格納され、移動プログラムに基づき移動制御装置32aがモータに移動指令を送出する。移動プログラムは、ロボット制御装置32bの記憶装置内に作業プログラムの一部として格納されていてもよい。その場合は、作業プログラムの実行に基づき、移動制御装置32aがモータに移動指令を送出する。
<ロボット部30>
ロボット部30は、基部33と、胴体33aと腕70L,70Rとを有している。ロボット部30は、作業位置A1〜A3において作業を行うための作業主体である。ロボット部30は、台座部10の取付面10a上に取り付けられている。取付面10aは、実施形態では上面である。
ロボット部30の基部33が、台座部10の取付面10aに固定され、その基部33に対して胴体33aが回転可能とされている。胴体33aは、取付面10aに対して垂直方向に延びる垂直軸P(P軸ともいう)周りに回転可能である。一般的には、取付面10aは、作業フロア面に対して平行である。作業フロア面は、一般的に水平面であるので、取付面10aは水平面となり、垂直軸Pは鉛直方向に延びる。作業フロア面が傾斜面である場合には、その傾斜角度に応じて取付面10aも傾斜し、P軸も鉛直方向に対して傾斜した方向に延びる。
胴体33aがP軸周りに回転可能であるので、移動ロボット100は、作業位置A1において、前方面11に臨んで配置される作業台(固定基盤)51においても、右側面12に臨んで配置される作業台(固定基盤)52においても、作業プロセスの実行が可能となっている。なお、本実施形態では、作業台51と作業台52とは、平面視において直交配置されている。そして、ロボット部30は、作業台51においても作業台52においても同じ作業(例えば、組立作業)を実行する。ロボット部30が作業台51での作業に引き続き作業台52でも作業を行うことで、連続して2つの作業(組立作業)を短時間で完了することができ、作業効率の向上に寄与する。
同様に、移動ロボット100は、作業位置A2において、前方面11に臨んで配置される作業台(固定基盤)53においても、右側面12に臨んで配置される作業台(固定基盤)54においても、作業プロセスの実行が可能となっている。なお、本実施形態では、作業台53と作業台54とは、平面視において直交配置されている。そして、ロボット部30は、作業台53においても作業台54においても同じ作業(例えば、組立作業)を実行する。なお、作業位置A1におけるロボット部30の作業と作業位置A2におけるロボット部30の作業は略同様であるので、以後は、作業位置A2における作業に関しては説明を省略する。
胴体33aに対し、本実施形態では2つの腕70L,70Rが連結されている。すなわち、ロボット部30は、いわゆる双腕型である。図4は、ロボット部30の概略構成を説明するための胴体33a近傍における外観図であり、図5は、ロボット部30の平面図である。
基部33は、取付面10aに対し図示しないアンカーボルト等により固定されている。胴体33aは、P軸周りに回転駆動するアクチュエータAc1が設けられた第1関節部を有している。この胴体33aは、基部33に対し第1関節部を介して旋回可能に設置されており、第1関節部に設けられたアクチュエータAc1の駆動により取付面10aと略平行な平面内で旋回する。また、この胴体33aには、別体として構成された腕70L,70Rが、それぞれ一方側(図4及び図5における右側)及び他方側(図4及び図5における左側)に連結されている。
腕70Lは、胴体33aの一方側に設けられたマニピュレータであり、肩部(連結部)104L、上腕A部105L、上腕B部106L、下腕部107L、手首A部108L、手首B部109L、フランジ110L、及びハンド(作業部)111Lと、これら各部をそれぞれ回転駆動させるアクチュエータAc2〜Ac8がそれぞれ設けられた第2〜第8関節部とを有している。
肩部104Lは、胴体33aに対し第2関節部を介して回転可能に連結されており、第2関節部に設けられたアクチュエータAc2の駆動により取付面10aに対して略平行な回転軸QL周りに回転する。回転軸QLは、P軸に対して直交する方向に延びる直交軸である。ただし、回転軸QLは、後述するようにP軸に対してオフセットされており、P軸と交差しない。
上腕A部105Lは、肩部104Lに対し第3関節部を介して旋回可能に連結されており、第3関節部に設けられたアクチュエータAc3の駆動により回転軸QLに対して直交する回転軸Ax3周りに旋回する。上腕B部106Lは、上腕A部105Lの先端に対し第4関節部を介して回転可能に連結されており、第4関節部に設けられたアクチュエータAc4の駆動により回転軸Ax3に対して直交する回転軸Ax4周りに回転する。
下腕部107Lは、上腕B部106Lに対し第5関節部を介して旋回可能に連結されており、第5関節部に設けられたアクチュエータAc5の駆動により回転軸Ax4に対して直交する回転軸Ax5周りに旋回する。
手首A部108Lは、下腕部107Lの先端に対し第6関節部を介して回転可能に連結されており、第6関節部に設けられたアクチュエータAc6の駆動により回転軸Ax5に対して直交する回転軸Ax6周りに回転する。手首B部109Lは、手首A部108Lに対し第7関節部を介して旋回可能に連結されており、第7関節部に設けられたアクチュエータAc7の駆動により回転軸Ax6に対して直交する回転軸Ax7周りに旋回する。
フランジ110Lは、手首B部109Lの先端に対し第8関節部を介して回転可能に連結されており、第8関節部に設けられたアクチュエータAc8の駆動により回転軸Ax7に対して直交する回転軸Ax8周りに回転する。
ハンド111Lは、フランジ110Lの先端に対し取り付けられており、フランジ110Lの回転により従動的に回転する。ハンド111Lは、例えば、アクチュエータにより動作可能なフィンガーを有しており、フィンガーの開閉動作によって部品を把持したり手放したりすることができる。
腕70Rは、胴体33aの他方側に設けられたマニピュレータであり、上記腕70Lと同様の構造を備えている。この腕70Rは、肩部(連結部)104R、上腕A部105R、上腕B部106R、下腕部107R、手首A部108R、手首B部109R、フランジ110R、及びハンド(作業部)111Rと、これら各部をそれぞれ回転駆動させるアクチュエータAc9〜Ac15がそれぞれ設けられた第9〜第15関節部とを有している。
肩部104Rは、胴体33aに対し第9関節部を介して回転可能に連結されており、第9関節部に設けられたアクチュエータAc9の駆動により取付面10aに対して略平行な回転軸QR周りに回転する。回転軸QRは、P軸に対して直交する方向に延びる直交軸である。回転軸QRは、後述するようにP軸に対してオフセットされており、P軸と交差しない。回転軸QRは、回転軸QLと同軸であってもよい。以下、本実施形態では、回転軸QRと回転軸QLとが同軸(直交軸Q)であるとして説明する。
上腕A部105Rは、肩部104Rに対し第10関節部を介して旋回可能に連結されており、第10関節部に設けられたアクチュエータAc10の駆動により回転軸QR(直交軸Q)に対して直交する回転軸Ax10周りに旋回する。上腕B部106Rは、上腕A部105Rの先端に対し第11関節部を介して回転可能に連結されており、第11関節部に設けられたアクチュエータAc11の駆動により回転軸Ax10に対して直交する回転軸Ax11周りに回転する。
下腕部107Rは、上腕B部106Rに対し第12関節部を介して旋回可能に連結されており、第12関節部に設けられたアクチュエータAc12の駆動により回転軸Ax11に対して直交する回転軸Ax12周りに旋回する。
手首A部108Rは、下腕部107Rの先端に対し第13関節部を介して回転可能に連結されており、第13関節部に設けられたアクチュエータAc13の駆動により回転軸Ax12に対して直交する回転軸Ax13周りに回転する。手首B部109Rは、手首A部108Rに対し第14関節部を介して旋回可能に連結されており、第14関節部に設けられたアクチュエータAc14の駆動により回転軸Ax13に対して直交する回転軸Ax14周りに旋回する。
フランジ110Rは、手首B部109Rの先端に対し第15関節部を介して回転可能に連結されており、第15関節部に設けられたアクチュエータAc15の駆動により回転軸Ax14に対して直交する回転軸Ax15周りに回転する。
ハンド111Rは、フランジ110Rの先端に対し取り付けられており、フランジ110Rの回転により従動的に回転する。ハンド111Rは、ハンド111Lと同様に、例えば、アクチュエータにより動作可能なフィンガーを有しており、フィンガーの開閉動作によって部品を把持したり手放したりすることができる。
なお、この実施形態では、腕70L,70Rは、7つの関節部すなわち7自由度(冗長自由度)を有しているが、腕70L,70Rの自由度は「7」に限られない。
これら腕70L,70Rの肩部104L,104R、上腕A部105L,105R、上腕B部106L,106R、下腕部107L,107R、手首A部108L,108R、手首B部109L,109R、フランジ110L,110R、及びハンド111L,111Rを構成する構造材料は、例えば鉄やアルミニウム等の金属材料であってもよい。
図4に示すように、基部33に対して胴体33aが第1関節部から第2及び第9関節部にかけて水平前方にせり出すように形成されている。その結果、第1関節部のP軸と第2及び第9関節部の各回転軸QL,QR(直交軸Q)とは、取付面10aと略平行な方向に長さD1だけオフセットされている。これにより、肩部104L,104Rの下方側の空間を作業スペースとすることができる。胴体33aをP軸周りに回転させることで、腕70L,70Rの可到範囲を拡大することができる。
第11関節部の回転軸Ax11と第12関節部の回転軸Ax12とは、回転軸Ax12の延長方向に沿って矢視した状態で長さD2だけオフセットされるように、上腕B部106Rの形状が設定されている。第12関節部の回転軸Ax12と第13関節部の回転軸Ax13とは、回転軸Ax12の延長方向に沿って矢視した状態で長さD3だけオフセットされるように、下腕部107Rの形状が設定されている。
腕70Rの姿勢が、回転軸Ax11と回転軸Ax13とが略平行となる姿勢となったときに、回転軸Ax11と回転軸Ax13とのオフセット長さが(D2+D3)となるようになっている。これにより、人間の「肘」に相当する第12関節部を屈曲させたときに、人間の「上腕」に相当する上腕A部105R及び上腕B部106Rと、人間の「下腕」に相当する下腕A部107Rとの間のクリアランスを大きく確保することができる。回転軸Ax11と回転軸Ax13とが略平行となるように第12関節部を屈曲させることができる。ハンド111Rを胴体33aに近づけた場合に、腕70Rの動作自由度が殆ど制約されない。
図5では明示していないが、腕70Lについても同様に、第4関節部の回転軸Ax4と第5関節部の回転軸Ax5とは、回転軸Ax5の延長方向に沿って矢視した状態で長さD2だけオフセットされるように、上腕B部106Lの形状が設定されている。第5関節部の回転軸Ax5と第6関節部の回転軸Ax6とは、回転軸Ax5の延長方向に沿って矢視した状態で長さD3だけオフセットされるように、下腕部107Lの形状が設定されている。腕70Lの姿勢が、回転軸Ax4と回転軸Ax6とが略平行となる姿勢となったときに、回転軸Ax4と回転軸Ax6とのオフセット長さが(D2+D3)となるようになっている。
なお、実施形態では、双腕型のロボット部30について説明したが、もちろん、ロボット部30が有する腕が1つであっても、3つ以上の複数であってもよい。
図6A及び図6Bは、作業位置A1にある移動ロボット100の平面図である。作業位置A1では、台座部10の前方面11が作業台51(及びその上の作業対象M1)に臨んでおり、右側面12が作業台52(及びその上の作業対象M2)に臨んでいる。図6Aは、移動ロボット100が作業台51上の作業対象M1に対する作業を実行する姿勢を示しており、図6Bは、移動ロボット100が作業台52上の作業対象M2に対する作業を実行する姿勢を示している。図7は、作業対象M1に対する作業を実行する姿勢の移動ロボット100の側面図である。
図6A,B及び図7に示すように、直交軸Q(以下、Q軸ともいう)は、P軸に対して所定のオフセット量Lでオフセットされている。オフセット量Lは、P軸と前方面11との最短距離H1以上である。また、オフセット量Lは、P軸と右側面12との最短距離H2以上である。
オフセット量Lが最短距離H1未満又は最短距離H2未満である場合は、前方の作業台51で行った作業プロセスと同様の作業プロセスを用いて右側方の作業台52で作業を行うことができない場合がある。例えば、オフセット量Lが最短距離H2以上であるが最短距離H1未満の場合は、前方面11がQ軸よりも図6A、図6Bに示す前方方向に出っ張ってしまう。そうすると、右側方の作業対象M2に対して肩部104L,104Rの略真下の位置での作業を実行することができるが、前方の作業対象M1に対して同じ作業プロセスを用いて肩部104L,104Rの略真下の位置での作業を実行することができない。
しかしながら、オフセット量Lが最短距離H1以上であり、かつ、最短距離H2以上であれば、肩部104L,104Rの略直下の位置での作業を、作業対象M1に対しても作業対象M2に対しても同じ作業プロセスを用いて実行することができる。ここで、同じ作業プロセスを用いて実行することができるとは、作業プログラムによるロボット部30に対する作業指令が、作業台51上の作業対象M1に対する作業時と作業台52上の作業対象M2に対する作業時とで共通であることを意味する。もちろん、作業対象M1に対する作業時には、ロボット部30は作業台51に対向し、作業対象M2に対する作業時には、ロボット部30は作業台52に対向している必要がある。
例えば、ロボット部30は、胴体33aをP軸周りに90°回転させることで、作業対象M1に対する作業と作業対象M2に対する作業とを両方行うことができる。この作業対象M1に対する作業と作業対象M2に対する作業とは、胴体33aをP軸周りに90°回転させる作業指令を除き、同じ作業指令、すなわち、ロボット制御装置32bからロボット部30への同じ動作指令により実行することができる。なお、本実施形態では、最短距離H1=最短距離H2である。したがって、腕70L,70Rと前方面11との位置関係は、胴体33aがP軸周りに90°回転した場合の腕70L,70Rと右側面12との位置関係と等しい。例えば、台座部10は平面視略正方形状であって、P軸は、その正方形の対角中心に位置してもよい。
作業台51と作業台52とは直交配置の位置関係とは限らない。例えば、作業台51と作業台52とは60°の角度で配置されてもよい(図8参照)。その場合、前方面11と右側面12とが平面視においてなす角度も60°であることが好ましく、作業台51上の作業対象M1に対する作業から作業台52上の作業対象M2に対する作業に移行する際の胴体33aの回転角度も60°であることが好ましい。もちろん、この角度はその他の角度であっても構わない。
腕70L,70Rは、複数の関節(第1〜第8関節部、及び第9〜第15関節部)を有しており、各々の関節がモータ等のアクチュエータAc2〜Ac8,Ac9〜Ac15によって回転可能である。腕70Lの先端側に配置された第8関節部の更に先端側には、フィンガーを有するハンド111Lが配置されている。腕70Rの先端側に配置された第15関節部の更に先端側には、フィンガーを有するハンド111Rが配置されている。ハンド111L,111Rは、作業台51,52上に配置された作業対象M1,M2に対して把持、ネジ止め、溶接等の作業を実行するためのものである。
ハンド111L,111Rの近傍位置、すなわち第8関節部又は第15関節部よりも先端側に、センサ(検出部)35が装備されている。このセンサ35は、作業台51,52に配置された複数の位置決め用の基準マーク(基準指標)60を検出するためのものである。センサ35としては、光学センサ、撮像素子、マグネットセンサ、静電センサ等の公知のセンサを適用することができる。本実施形態では、センサ35は光学センサである。ハンド111Lの近傍位置にセンサ35aが配置され、ハンド111Rの近傍位置にセンサ35bが配置されている。センサ35(35a,35b)による基準マーク60の検出プロセスについては、後述する。
ロボット部30は、平面視において台座部10からはみ出さない大きさに収容可能である。図9A及び図9Bは、収容状態のロボット部30の平面図である。図9Aに示すように収容状態では、ロボット部30は、前方面11の方向からP軸まわりに180度回転した方向を向いている。この際、腕70L,70Rは上面視(平面視)で台座部10の外側にはみ出ることのない姿勢となるように各関節が動作されている。
図9Bでは、ロボット部30は、右側面12の方向を向いている。ロボット部30が前方面11の方向を向いた状態とは、Q軸が前方面11と略平行となる状態である。ロボット部30が右側面12の方向を向いた状態とは、Q軸が右側面12と略平行となる状態である。
その状態において、腕70L,70Rは、左右方向において、肩部104Lから肩部104Rまでの範囲に収まる。図9Aに示すように、腕70L,70Rの収容状態において、ロボット部30の横幅(左右幅)W1は、肩部104Lから肩部104Rまでの最外寸法である。
ロボット部30の横幅W1は、台座部10の横幅W2以下とされている。さらに、図9Aに示す状態において、肩部104Lも肩部104Rも台座部10の横幅W2から左右方向及び前後方向の外側にはみ出していない。
移動ロボット100は移動する際には、ロボット部30が図9Aに示す収容状態となった状態で移動するように構成されている。
したがって、ロボット部30が前方面11の方向を向いた状態で、移動ロボット100が狭い通路等を通って移動する際に、台座部10が通過できるのにロボット部30が支柱等の障害物Kに干渉してしまう、という事態を防止することができる。
図9Bに示すように、ロボット部30の横幅W1は、台座部10の前後幅W3以下とされ、肩部104Lも肩部104Rも台座部10の前後幅W3から前後方向の外側にはみ出していなければ、一層好ましい。これにより、ロボット部30が右側面12の方向を向いた状態において例外的に移動ロボット100を狭い通路等を通って移動(例えば、左右方向へ移動)させる場合でも、台座部10が通過できるのにロボット部30が支柱等の障害物Kに干渉してしまう、という事態を防止することができる。
<基準マーク60>
基準マーク60(60a〜60c)は、移動ロボット100の位置決め用の基準指標である。本実施形態では、3つの基準マーク60a〜60cが作業台51に配置されている。作業台51,52は、ロボット部30が腕70L,70Rを用いて作業対象M1,M2に対して作業を行うための固定基盤である。作業台51,52上には、組立製品等の作業対象M1,M2が各々載置又は固定されている。ロボット部30が作業対象M1,M2に対して把持、ネジ止め、溶接等の作業プロセスを実行することにより、作業対象M1,M2の組立等が行われる。
作業対象M1と作業対象M2とは、同種の対象物である。ロボット部30が作業台51に対向したときのロボット部30と作業対象M1との位置関係と、ロボット部30が作業台52に対向したときのロボット部30と作業対象M2との位置関係とは等しい。
移動ロボット100が他の場所(例えば、作業位置A2や作業位置A3)から作業位置A1に移動した後に、センサ35が基準マーク60を検出することによる移動ロボット100の作業位置A1内での位置決めが実行される。移動ロボット100の位置決めとは、移動ロボット100の停止位置を把握することにより、腕70L,70Rの作業における座標位置を補正することを意味する。
基準マーク60aと60bとをセンサ35で検出することにより、ロボット部30は自身のY方向(前後方向)位置及びXY面内における向き(回転姿勢)を把握することができる。基準マーク60cをセンサ35で検出することにより、ロボット部30は自身のX方向(横方向)位置を把握することができる。ここで、Y方向とは、図6Aに示す前後方向であり、X方向とは、図6Aに示す左右方向である。XY面とは、P軸に直交する平面であり、実質的には作業フロアFのフロア面を意味する。
3つの基準マーク60a〜60cを検出することにより、ロボット部30は自身のXY座標位置及びXY面内での向きを把握することができ、腕70L,70Rに関する補正値を算出することができる。なお、センサ35が光学センサである場合には、基準マーク60は光学的検出対象(例えば、ミラー等の光反射体や「+」のようなクロスマーク等)であればよい。
作業台51の一部には、作業位置A1内にある移動ロボット100の接続ポート13に接続される電源コネクタ50が配置されている。したがって、作業位置A1において作業プロセスを実行しつつ、移動ロボット100を充電することが可能となっている。なお、作業位置A2に停止した移動ロボット100の接続ポート13に対応して、作業台53にも電源コネクタ50が配置されていてもよい。
<移動プロセスの説明>
次に、この移動ロボット100の移動プロセスについて説明する。移動プロセスは、実質的に移動制御装置32aからの制御指令に基いて実行される。移動ロボット100は、図1に示す作業フロアF上を移動する。移動ロボット100は、作業位置A1でも作業位置A2でも作業位置A3でも作業を行う。例えば、作業位置A2で作業を行うために、作業位置A1から作業位置A2へと移動する。作業位置A3で作業を行うために、作業位置A2から作業位置A3へと移動する。作業位置A1で作業を行うために、作業位置A3から作業位置A1へと移動する。図1の点線Rは、移動ロボット100が作業位置A1,A2,A3と順次移動し、再び作業位置A1へと戻る経路を示している。
移動ロボット100が作業位置A1にあるときに、作業台51が前方面11に対向し、作業台52が右側面12に対向する。作業台51上に作業対象M1が設置され、作業台52上に作業対象M2が設置されている。移動ロボット100が作業位置A2にあるときに、作業台53が前方面11に対向し、作業台54が右側面12に対向する。作業台53上に作業対象M3が設置され、作業台54上に作業対象M4が設置されている。
作業位置A3には作業台55が配置されている。作業フロアF上には、建物の支柱等の障害物Kが設置されているため、移動ロボット100が作業位置A3にあるときに前方面11が作業台55に対向することができない。そのため、右側面12が作業台55に対向した状態で、移動ロボット100は作業位置A3内に停止する。作業台55上に作業対象M5が設置されている。作業対象M1〜M5は、実質的に同種の作業対象であり、各作業対象に対して必要な作業も同じである。
作業位置A1にある移動ロボット100は、作業対象M1に対する作業と作業対象M2に対する作業とを実行する。作業対象M1に対する作業は、ロボット部30を前方面11の方向に向けて行い、作業対象M2に対する作業は、胴体33aをP軸周りに90°回転させることによりロボット部30を右側面12の方向に向けて行う。前方面11の方向を向いたロボット部30と作業対象M1との位置関係と、右側面12の方向を向いたロボット部30と作業対象M2との位置関係とは、略一致している。つまり、ロボット部30は、台座部10に対する胴体33aの回転姿勢が90°異なる点を除いて、作業対象M1に対する作業と作業対象M2に対する作業とを同じ作業プロセスによって行うことができる。
作業位置A2にある移動ロボット100は、作業対象M3に対する作業と作業対象M4に対する作業とを実行する。作業対象M3に対する作業は、ロボット部30を前方面11の方向に向けて行い、作業対象M4に対する作業は、胴体33aをP軸周りに90°回転させることによりロボット部30を右側面12の方向に向けて行う。前方面11の方向を向いたロボット部30と作業対象M3との位置関係と、右側面12の方向を向いたロボット部30と作業対象M4との位置関係とは、略一致している。つまり、ロボット部30は、台座部10に対する胴体33aの回転姿勢が90°異なる点を除いて、作業対象M3に対する作業と作業対象M4に対する作業とを同じ作業プロセスによって行うことができる。なお、ロボット部30の姿勢が同じ場合において、移動ロボット100が作業位置A1にあるときのロボット部30と作業対象M1との位置関係と、移動ロボット100が作業位置A2にあるときのロボット部30と作業対象M3との位置関係とは、略一致している。
作業位置A3にある移動ロボット100は、作業対象M5に対する作業を実行する。作業対象M5に対する作業は、ロボット部30を右側面12の方向に向けて行う。作業位置A2において、右側面12の方向を向いたロボット部30と作業対象M4との位置関係と、作業位置A3において、右側面12の方向を向いたロボット部30と作業対象M5との位置関係とは、略一致している。つまり、ロボット部30は、作業位置A2における作業対象M4に対する作業と作業位置A3における作業対象M5に対する作業とを同じ作業プロセスによって行うことができる。
上記のように、移動ロボット100は、作業位置A1〜A3間を移動することにより、作業対象M1〜M5に対する作業を実行する。作業対象M1〜M5に対する作業は、胴体33aがP軸周りに90°回転することを除き、略同じ作業プロセスを用いて実行することができる。なお、作業位置A1及び作業位置A2においては、電源コネクタ50と接続ポート13とが接続されることにより、移動ロボット100への充電が可能である。
<位置決めプロセスの説明>
次に、この移動ロボット100の位置決めプロセスについて説明する。位置決めプロセス及び作業プロセスは、実質的にロボット制御装置32bからの制御指令に基づき実行される。位置決めプロセスは、移動ロボット100がある作業位置において作業プロセスを開始する前に実行される。例えば、作業位置A1から作業位置A2へと移動した後の作業位置A2での作業開始前、作業位置A2から作業位置A3へと移動した後の作業位置A3での作業開始前、及び、作業位置A3から作業位置A1へと移動した後の作業位置A1での作業開始前に位置決めプロセスが実行される。
移動ロボット100は、1つの作業位置に停止した後に、その作業位置での作業開始前に位置決めプロセスを実行する。移動ロボット100がその作業位置に停止を続けている間は、再度の位置決めプロセスの実行は必要ない。例えば、作業位置A1で最初に作業対象M1に対する作業を実行し、続いて作業対象M2に対する作業を実行する場合において、作業対象M1に対する作業プロセスの実行前に位置決めプロセスを実行すれば、作業対象M1に対する作業プロセスの実行後であって作業対象M2に対する作業プロセスの実行前に位置決めプロセスを実行する必要がない。したがって、位置決めプロセスに用いる基準マークを、作業台52上に配置する必要がない。
このことは、作業位置A2についても同様である。作業対象M3に対する作業の後に作業対象M4に対する作業を行う場合には、作業対象M3に対する作業前に位置決めプロセスを実行すればよい。作業対象M3に対する作業後であって作業対象M4に対する作業前に位置決めプロセスを実行する必要がなく、したがって、作業台54上に基準マークを配置する必要がない。もちろん、作業対象M2や作業対象M4への作業開始前に各作業位置における2回目の位置決めプロセスを実行してもよい。
以下、作業位置A1において、作業対象M1に対する作業プロセスの開始前に実行される位置決めプロセスについて説明する。作業位置A2や作業位置A3における位置決めプロセスも、実質的に同様のプロセスである。
図10は、移動ロボット100の位置決めプロセスを説明するためのフローチャートである。このフローチャートでは、移動ロボット100が作業位置A3から作業位置A1へと移動し、作業位置A1で作業を開始する場合について説明する。
移動ロボット100は、作業位置A3での作業が完了すると(S1)、腕70L,70Rを収容した状態で作業位置A3から作業位置A1へと移動する(S2)。作業位置A1への移動開始前には、腕70L,70Rが収容状態とされる。ロボット部30が前方面11の方向を向いた状態で移動ロボット100の移動が行われることが好ましいが、それに限られない。移動ロボット100の移動に際して、腕70L,70Rが収容状態とされるので、ロボット部30の横幅W1が台座部10の横幅W2以下(及び、前後端W3以下)となり、ロボット部30が支柱等の障害物Kに干渉することが防止される。
移動ロボット100は、作業位置A1近傍の電源コネクタ50に接続されており、充電されている。また、移動ロボット100が作業位置A1に停止した状態では、ロボット部30が前方を向いた状態である。ロボット部30が前方を向いた状態とは、Q軸が前方面11と略平行な状態である。
すなわち、移動ロボット100は、作業位置A1で停止する(S3)。作業位置A1で停止すると、移動ロボット100は、作業位置A1近傍の電源コネクタ50に接続され、充電される。続いて位置決めプロセスが実行される。この位置決めプロセスでは、複数のセンサ35a,35bの各々が、複数の基準マーク60a〜60cのうち各々異なる基準マークを検出する。そして、複数のセンサ35a,35bによってすべての基準マーク60a〜60cを検出する。すなわち、まず左側の腕70Lのセンサ35aによって基準マーク60aを検出する(S4)。引き続き、又は、略同時に右側の腕70Rのセンサ35bによって基準マーク60bを検出する(S5)。引き続き、又は、略同時に基準マーク60aの検出を完了した左側の腕70Lのセンサ35aによって基準マーク60cを検出する(S6)。
センサ35による基準マーク60の検出は、作業プログラムの実行に基づき行われる。すなわち、予め作業プログラムには、センサ35aによって基準マーク60a及び60cを検出すること、センサ35bによって基準マーク60bを検出すること、基準マーク60の検出順序が60a,60b,60cの順であること、がプログラムされており、各基準マーク60のおよそのXY座標位置がロボット制御装置32b内の記憶装置に格納されている。
ロボット制御装置32bによって、ハンド111Lが基準マーク60aの近傍位置となるように腕70Lを制御し、センサ35aで基準マーク60aを検出する。次に、ロボット制御装置32bによって、ハンド111Rが基準マーク60bの近傍位置となるように腕70Rを制御し、センサ35bで基準マーク60bを検出する。次に、ロボット制御装置32bによって、ハンド111Lが基準マーク60cの近傍位置となるように腕70Lを制御してセンサ35aで基準マーク60cを検出する。
このような位置決めプロセスとすることにより、複数の腕70L,70Rに配置された複数のセンサ35a,35bを用いて効率的に複数の基準マーク60a〜60cの検出を完了させることができる。位置決めプロセスに必要な時間を短縮することができ、また、腕70L,70Rの移動距離を短縮することもできる。腕70L,70Rの移動回数を削減することもできる。
3つの基準マーク60a〜60cの検出が完了したら、移動ロボット100が備える演算処理装置によって、移動ロボット100のXY座標位置及びXY面内での向きが把握され、作業プロセスにおける腕70L,70Rの座標位置の補正データが算出される(S7)。ロボット制御装置32bが上記の演算処理装置として機能してもよい。ロボット部30は、補正後の座標に基づき、作業台51上の作業対象M1に対する作業プロセスを実行する(S8)。作業対象M1に対する作業が完了したら、胴体33aをP軸周りに90°回転させ、ロボット部30は、作業台52上の作業対象M2に対する作業プロセスの実行を開始する(S9)。
作業対象M1に対する作業プロセスと作業対象M2に対する作業プロセスを同じ作業プロセスとすることができるので、作業プログラム内に組み込まれる作業プロセスをシンプルなものとすることができる。作業プログラムの容量低減やデバッグ作業の簡略化を実現する。作業台51,52ごとに基準マーク60の検出と座標の補正データ算出を行う必要がない。1つの作業位置A1において、1つの作業台51での基準マーク60a〜60cの検出のみで足りる。他の作業台52での基準マークの検出を行う必要なく、複数の作業台での作業における座標値の補正を行うことができる。
センサ35とハンド111L,111Rとの間に関節がないので、ハンド111L,111Rの位置制御がそのままセンサ35の位置制御となる。ハンド111L,111Rが基準マーク60の近傍位置となるように制御することで、センサ35による基準マーク60の検出が容易に行える。センサ35により検出した検出結果に基づくハンド111L,111Rの座標に対する補正データの誤差も低減することができる。
以上、実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。
例えば、本実施形態では、作業台上に作業対象が載置又は固定されている例について説明したが、固定基盤としての床面に作業対象が載置又は固定されていてもよい。ロボット部が備える腕部は、1つでも、3つ以上でもよい。台座部は、平面視において長方形でも正方形でもよいし、三角形でもその他の多角形でもよい。少なくとも2面を有していればよく、その2面は隣接していてもしていなくてもよい。2面は、平面的な立面であることが好ましいが、曲面であってもよい。
肩部における直交軸(Q軸)の胴体における垂直軸(P軸)に対する所定のオフセット量は、垂直軸と前方面との最短距離以上であってもよいし、垂直軸と右側面等の他の面との最短距離以上であってもよいし、垂直軸と台座部のすべての側面との最短距離以上であってもよい。少なくとも、移動ロボットが作業位置に停止した際に、作業台に対向する面と垂直軸との最短距離以上であればよい。ここで、オフセット量や最短距離は、いずれも平面視における(すなわち、垂直軸に沿った方向に矢視したときの)寸法を意味する。
肩部が複数の場合において、直交軸と垂直軸とのオフセット量が連結部ごとに異なる場合には、少なくともそのうちの最大のオフセット量を上記の所定のオフセット量としてもよい。接続ポートは、台座部の前方面に形成されていても、左又は右の側面に形成されていてもよい。
作業フロア:F
最短距離:H1,H2
障害物:K
オフセット量:L
作業対象:M1〜M5
横幅:W1,W2
前後幅:W3
垂直軸:P
直交軸:Q,QL,QR
移動ロボットの位置決めシステム:S
作業位置:A1,A2,A3
台座部:10
取付面:10a
前方面(第1面):11
右側面(第2面):12
接続ポート:13
移動装置:20
車輪:22
ロボット部:30
制御装置:32
移動制御装置:32a
ロボット制御装置:32b
基部:33
胴体:33a
腕:70L,70R
センサ(検出部):35,35a,35b
電源コネクタ:50
作業台(固定基盤):51〜55
基準マーク(基準指標):60,60a〜60c
移動ロボット:100
肩部(連結部):104L,104R
上腕A部:105L,105R
上腕B部:106L,106R
下腕部:107L,107R
手首A部:108L,108R
手首B部:109L,109R
フランジ:110L,110R
ハンド(作業部):111L,111R
アクチュエータ:Ac1〜Ac8,Ac9〜Ac15
回転軸:Ax3〜Ax8,Ax10〜Ax15

Claims (11)

  1. 台座部と、
    前記台座部を移動させる移動装置と、
    前記台座部へ取り付けられる基部と、前記台座部と前記基部との取付面に対して垂直な垂直軸周りに回転可能な胴体と、複数の関節を有して前記胴体に連結される腕と、を有するロボット部と、を有する移動ロボットであって、
    前記台座部は、前記ロボット部が作業を行う対象物である作業対象に臨む第1面及び該第1面と異なる第2面とを有し、
    前記腕は、前記胴体が前記垂直軸周りに回転することにより、前記腕と前記第1面との位置関係と前記腕と前記第2面との位置関係とが実質的に等しくなるように形成されている、移動ロボット。
  2. 複数の前記腕が前記胴体に連結されている、請求項1に記載の移動ロボット。
  3. 前記複数の腕は、前記胴体に対して、前記垂直軸と直交する方向に延びる直交軸周りに回転可能に連結されており、
    前記直交軸は、前記垂直軸に対して所定のオフセット量でオフセットされている、請求項2に記載の移動ロボット。
  4. 前記台座部は、実質的に直方体形状であり、
    前記オフセット量は、前記垂直軸と前記第1面との最短距離以上である、請求項3に記載の移動ロボット。
  5. 外部装置と電気的に接続するための接続ポートが、前記第1面又は前記第2面のうち少なくともいずれか一方に形成されている、請求項1から請求項4のうちいずれか1項に記載の移動ロボット。
  6. 前記ロボット部は、前記垂直軸に直交する方向の面内において、前記台座部からはみ出さない大きさに収容可能である、請求項1から請求項5のうちいずれか1項に記載の移動ロボット。
  7. 前記複数の腕の各々に装備され、固定基盤上に設置された前記作業対象に対する作業を実行する複数の作業部と、
    前記複数の腕の各々に装備され、前記固定基盤上に配置された複数の位置決め用の基準指標の位置を検出する複数の検出部と、を更に有する、請求項2から請求項6のうちいずれか1項に記載の移動ロボット。
  8. 前記複数の検出部の各々が、前記複数の位置決め用の基準指標のうち各々異なる基準指標を検出し、
    前記複数の検出部により前記複数の位置決め用の基準指標のすべてを検出する、請求項7に記載の移動ロボット。
  9. 前記検出部と前記作業部との間に、前記関節が存在しない、請求項7又は請求項8に記載の移動ロボット。
  10. 請求項7から請求項9のうちいずれか1項に記載の移動ロボットと、
    前記移動ロボットの検出部によって検出するために、前記固定基盤上に配置された前記複数の位置決め用の基準指標と、を有する、移動ロボットの位置決めシステム。
  11. 請求項7から請求項9のうちいずれか1項に記載の移動ロボットが有する前記複数の検出部のうち一の検出部によって前記複数の位置決め用の基準指標のうち一の基準指標を検出するステップと、
    前記一の検出部と異なる他の検出部によって前記一の基準指標と異なる他の基準指標を検出するステップと、
    前記他の検出部と異なる検出部によって前記一の基準指標とも前記他の基準指標とも異なる更に他の基準指標を検出するステップと、を有する、移動ロボットの位置決め方法。
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