JP2018122399A - Path planning device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、全方位に移動可能な全方位移動ロボットの移動経路を計画する経路計画装置に関する。 The present invention relates to a path planning apparatus that plans a moving path of an omnidirectional mobile robot that can move in all directions.
一対の駆動輪が設けられ全方位に移動可能な台車部と、対象物を把持するアーム部が設けられ、前記台車部に旋回可能に設けられた本体部と、を備える全方位移動ロボットが知られている(特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art An omnidirectional mobile robot having a pair of drive wheels that can move in all directions and a main body that is provided with an arm unit that grips an object and that can be turned on the carriage unit is known. (See Patent Document 1).
ところで、上記全方位移動ロボットにおいて、アーム部によって対象物を把持した状態で移動させる場合、アーム部の力だけでは足りず、台車部を移動させることで、対象物を移動させることがある。この場合、対象物を把持したときの台車部の向きによっては、対象物を移動させることが困難となり、対象物の移動に失敗する虞があった。 By the way, in the omnidirectional robot, when the object is moved while being held by the arm unit, the force of the arm unit is not sufficient, and the object may be moved by moving the carriage unit. In this case, depending on the direction of the carriage when the object is gripped, it becomes difficult to move the object, and there is a possibility that the movement of the object may fail.
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、対象物を移動させる際の失敗を低減できる経路計画装置を提供することを主たる目的とする。 This invention is made | formed in view of such a problem, and makes it a main objective to provide the route planning apparatus which can reduce the failure at the time of moving a target object.
上記目的を達成するための本発明の一態様は、
一対の駆動輪が設けられ全方位に移動可能な台車部と、対象物を把持するアーム部が設けられ、前記台車部に旋回可能に設けられた本体部と、を備え、前記台車部が初期位置から把持位置に移動し、該把持位置で前記アーム部が前記対象物を把持し、前記台車部が前記把持位置から前記対象物を移動させる移動位置に対応した目標位置に移動することで、前記対象物を移動させる全方位移動ロボットの移動経路を計画する経路計画装置であって、
前記初期位置から前記把持位置までの前記移動経路であって、前記把持位置において、前記台車部の一対の駆動輪の車軸を通る線と、前記把持位置と前記目標位置とを通る線と、が垂直となるように前記移動経路を計画する、
ことを特徴とする経路計画装置
である。
In order to achieve the above object, one embodiment of the present invention provides:
A carriage unit provided with a pair of drive wheels and movable in all directions; and an arm unit for gripping an object, and a main body unit rotatably provided on the carriage unit, the carriage unit being an initial stage Moving from a position to a gripping position, the arm unit grips the object at the gripping position, and the carriage unit moves from the gripping position to a target position corresponding to a moving position for moving the object, A path planning device for planning a moving path of an omnidirectional mobile robot that moves the object,
The movement path from the initial position to the gripping position, and at the gripping position, a line passing through an axle of a pair of drive wheels of the carriage unit and a line passing through the gripping position and the target position are Planning the travel path to be vertical,
This is a route planning device characterized by this.
本発明によれば、対象物を移動させる際の失敗を低減できる経路計画装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the route planning apparatus which can reduce the failure at the time of moving a target object can be provided.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本発明の一実施形態に係る経路計画装置は、全方位に移動可能な全方位移動ロボットの移動経路を計画する。本実施形態に係る経路計画装置は、例えば、全方位移動ロボットに搭載されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
A route planning apparatus according to an embodiment of the present invention plans a moving route of an omnidirectional mobile robot that can move in all directions. The route planning apparatus according to the present embodiment is mounted on, for example, an omnidirectional mobile robot.
図1は、本発明の一実施形態に係る全方位移動ロボットの概略的構成を示す斜視図である。図2(a)乃至(c)は、本発明の一実施形態に係る全方位移動ロボットの概略的構成を示す概略図であり、それぞれ、全方位移動ロボットを上方から見た上面図、前方から見た正面図、及び側方から見た側面図である。なお、図2(a)乃至(c)において、各構成要素を見易くするために、アーム部11を省略し、各構成要素を簡略して記載している。本発明の実施形態に係る全方位移動ロボット1は、例えば、アクティブキャスタ式のロボットとして構成されている。
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an omnidirectional mobile robot according to an embodiment of the present invention. 2A to 2C are schematic views showing a schematic configuration of an omnidirectional mobile robot according to an embodiment of the present invention, and a top view of the omnidirectional mobile robot viewed from above and a front view, respectively. It is the front view seen and the side view seen from the side. 2A to 2C, in order to make each component easy to see, the
全方位移動ロボット1は、移動を行う台車部2と、台車部2の上方側に旋回動可能に連結された本体部3と、を有している。台車部2は、一つの補助輪21と左右一対の駆動輪22が設けられている。本体部3は、台車部2に対して、旋回軸(Yaw回転軸)4を中心にして相対回動する。駆動輪22の駆動軸と本体部3の旋回軸4とはオフセットしている(交差しない)。
The omnidirectional
全方位移動ロボット1は、駆動軸と旋回軸4とを独立して駆動することで、全方位移動を実現する。全方位移動ロボット1は、例えば、駆動軸による駆動輪22の回転差に加えて、旋回軸4による本体部3の相対回動によって全方位移動を実現する。また、本体部3には、例えば、物体を把持できる多関節型のアーム部11が回動可能に設けられている。これにより、全方位移動ロボット1を任意の方向に移動させつつ、アーム部11を動作させることで、物体を容易に把持し移動させることができる。
The omnidirectional
図3は、本実施形態に係る全方位移動ロボットの概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施形態に係る全方位移動ロボット1は、左右の駆動輪22の回転情報(回転角、回転速度、回転角加速度)を検出する一対の回転センサ5、旋回軸4の回転情報を検出する回転センサ6、一対の駆動輪22を駆動する一対の車輪アクチュエータ7と、旋回軸4を駆動する旋回アクチュエータ8と、アーム部11の各関節12の回転情報を検出する回転センサ13と、アーム部11の各関節12を駆動する関節アクチュエータ14と、車輪アクチュエータ7、旋回アクチュエータ8及び各関節アクチュエータ14を制御する制御装置9と、を備えている。
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic system configuration of the omnidirectional mobile robot according to the present embodiment. The omnidirectional
制御装置9は、回転センサ5、6、13により検出される回転情報に基づいて、車輪アクチュエータ7、旋回アクチュエータ8及び関節アクチュエータ14を制御する。
The
制御装置9は、例えば、演算処理等を行うCPU(Central Processing Unit)9a、CPU9aによって実行される演算プログラム等が記憶されたROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)からなるメモリ9b、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部(I/F)9cなどからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。CPU9a、メモリ9b及びインターフェイス部9cは、データバスなどを介して相互に接続されている。
The
各回転センサ5は、例えば、左右の駆動輪22の駆動軸に夫々設けられている。各回転センサ5は、ポテンショメータ、エンコーダなどで構成されている。各車輪アクチュエータ7は、例えば、左右の駆動輪22の駆動軸に連結されている。各車輪アクチュエータ7は、モータなどで構成されている。
Each
旋回アクチュエータ8は、例えば、旋回軸4に連結されている。各旋回アクチュエータ8は、モータなどで構成されている。各回転センサ13は、例えば、各関節12(手首関節、肘関節、肩関節など)の駆動軸に夫々設けられている。各関節アクチュエータ14は、モータなどで構成されている。車輪アクチュエータ7、旋回アクチュエータ8及び関節アクチュエータ14は、制御装置9から出力される制御信号に応じて回転駆動する。
The turning
本実施形態に係る経路計画装置10は、設定された初期位置から、アーム部11が対象物を把持する把持位置まで、全方位移動ロボット1の移動経路を計画する。経路計画装置10は、制御装置9に接続されており、計画した全方位移動ロボット1の移動経路を制御装置9に送信する。制御装置9は、経路計画装置10から送信された全方位移動ロボット1の移動経路をメモリ9bなどに記憶する。
The
制御装置9は、経路計画装置10から送信される移動経路に従って、全方位移動ロボット1が走行するように、車輪アクチュエータ7、旋回アクチュエータ8及び関節アクチュエータ14を制御する。なお、本実施形態において、経路計画装置10は、全方位移動ロボット1に搭載される構成であるが、これに限定されない。経路計画装置10は、全方位移動ロボット1と、独立していてもよい。この場合、経路計画装置10は、有線又は無線(ブルートゥース(登録商標)、Wi-Fi(登録商標)、インターネット、LANなどのネットワーク)を介して、全方位移動ロボット1の制御装置9に通信接続される。
The
ところで、全方位移動ロボット1において、アーム部11によって対象物を把持した状態で移動させる場合、アーム部11の力だけでは足りず、台車部2を移動させることで、台車部2の駆動力を利用して対象物に操作力を与え、対象物を移動させる。本実施形態に係る全方位移動ロボット1において、台車部2が、まず、初期位置から把持位置に移動し、該把持位置でアーム部11が対象物を把持する。そして、台車部2は、把持位置から、対象物を移動させる移動位置に対応した目標位置に移動することで、対象物を移動させる。これにより、台車部2の駆動力を利用して対象物により大きな操作力を与え、対象物を容易に移動させることができる。
By the way, in the omnidirectional
例えば、図4(a)に示す如く、重いドアを開く方向に移動させる場合、アーム部11がドアの取手を把持した状態で、台車部2がドアの開く方向(横方向)に移動する。これにより、重いドアを容易に開くことができる。図4(b)に示す如く、重い引出しを引く方向に移動させる場合、アーム部11が引出しの取手を把持した状態で、台車部2が引出しの引く方向(前後方向)に移動する。これにより、重い引出しを容易に引くことができる。
For example, as shown in FIG. 4A, when the heavy door is moved in the opening direction, the
また、台車部2の一対の駆動輪22の車軸を通る線と、台車部2の移動方向の線と、の成す角度に応じて、その台車部2の移動より対象物に与える操作力の大きさが変化する。
例えば、操作力(Fx、Fy、T)は、下記式によって求めることができ、θsに応じて、操作力が変化することが分かる(図5)。
For example, the operating force (F x , F y , T) can be obtained by the following equation, and it can be seen that the operating force changes according to θ s (FIG. 5).
上記式において、rは駆動輪22の半径、sは一対の駆動輪22の車軸と旋回軸との距離、Wは一対の駆動輪22間の距離、TRは右側の駆動輪22の駆動トルク、TLは左側の駆動輪22の駆動トルク、TSは旋回軸の駆動トルクである。
In the above formula, r is the radius of the
図6は、台車部の移動方向と操作力との関係を示す図である。図6において、実線Sは、操作力の大きさを示しており、台車部2は、半径の大きい方向により大きな操作力を出力する。図6に示すように、台車部2は初期位置(1)の状態で、Y方向に最大の操作力を出力できる。しかし、台車部2が、単に、初期位置(1)から、(2)及び(3)のように方向を転換し、把持位置(4)へとX方向に移動した場合、把持位置(4)の状態で、X方向には最大の操作力を出力できるが、必要なY方向には小さな操作力しか出力できない。
FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between the moving direction of the carriage unit and the operation force. In FIG. 6, the solid line S indicates the magnitude of the operating force, and the
このため、従来の全方位移動ロボットにおいては、把持位置における台車部の向きによっては、操作力が足りず、対象物を移動させることが困難となり、対象物の移動に失敗する虞があった。 For this reason, in the conventional omnidirectional mobile robot, depending on the direction of the carriage unit at the gripping position, the operation force is insufficient, and it becomes difficult to move the object, and there is a possibility that the movement of the object may fail.
これに対し、本実施形態に係る経路計画装置10は、例えば、図7に示す如く、把持位置P1において、台車部2の一対の駆動輪22の車軸を通る線L1と、把持位置P1と目標位置P2とを通る線L2と、が垂直となるように移動経路を計画する。これにより、台車部2は把持位置P1から目標位置P2に移動する際に、対象物に対して最大の操作力を出力できる。したがって、対象物を移動させる際の失敗を低減できる。なお、図7において、目標位置P2は、台車部2の後方側に設定されているが、これに限定されず、前方側に設定されていてもよい。
In contrast, the
例えば、図8に示す如く、初期位置P0で台車部2がY方向を向いているとする。そして、台車部2が初期位置P0からX方向に向かって把持位置P1まで移動し、把持位置P1でアーム部11が対象物を把持し、台車部2が把持位置P1から対象物を移動させる移動位置に対応した目標位置P2に移動することで、対象物をY方向に移動させるとする。
For example, as shown in FIG. 8, it is assumed that the
この場合、経路計画装置10は、例えば、初期位置P0から把持位置P1までの最短距離かつ初期位置P0と把持位置P1との間の障害物を回避する、という条件を考慮し、さらに、最終点である把持位置P1において、台車部2の一対の駆動輪22の車軸を通る線L1と、把持位置P1と目標位置P2とを通る線L2と、が垂直となるような、移動経路を算出する。
In this case, for example, the
経路計画部は、図8に示す如く、例えば、台車部2が把持位置P1付近で外側にやや大回りして、把持位置P1と目標位置P2とを通る線L2の方向に向くように、移動経路を算出する。また、経路計画部は、図9に示す如く、最初に把持位置P1付近に移動した後、把持位置P1と目標位置P2とを通る線L2の方向に把持位置P1から離れるように移動し、再度、把持位置P1に戻るように、移動経路を算出してもよい。なお、上述した移動経路は一例であり、これに限定されない。
As shown in FIG. 8, for example, the route planning unit moves the route so that the
図10は、本実施形態に係る経路計画方法のフローの一例を示すフローチャートである。 FIG. 10 is a flowchart showing an exemplary flow of the route planning method according to the present embodiment.
経路計画装置10は、対象物の移動位置が決まっており把持位置P1及び目標位置P2が設定されているか否かを判断する(ステップS101)。経路計画装置10は、把持位置P1及び目標位置P2が設定されていないと判断すると(ステップS101のNO)、初期位置P0から把持位置P1までの最短距離、かつ初期位置P0と把持位置P1との間の障害物を回避する移動経路を算出し(ステップ102)、本処理を終了する。
The
一方、経路計画装置10は、把持位置P1及び目標位置P2が設定されていると判断すると(ステップS101のYES)、図11に示す如く、把持位置P1と目標位置P2とを通る線L2の延長線上に仮把持位置P3と、仮把持位置P3を中心とした仮把持領域Sと、を設定する(ステップS103)。
On the other hand, when the
経路計画装置10は、初期位置P0から設定した仮把持位置P3までの最短距離、かつ初期位置P0と仮把持位置P3との間の障害物を回避する移動経路R1を算出する(ステップS104)。
The
経路計画装置10は、例えば、スプライン補間法などを用いて、算出した移動経路R1と仮把持領域Sの境界線とが交わる交点P4と、把持位置P1と、を滑らかに結んだ補間経路R2を算出する(ステップS105)。経路計画装置10は、算出した初期位置P0から交点P4までの移動経路R1と、算出した交点P4から把持位置P1までの補間経路R2とを繋げた移動経路を、最終的な全方位移動ロボット1の移動経路として算出する(ステップS106)。
The
以上、本実施形態に係る経路計画装置10は、把持位置において、台車部2の一対の駆動輪22の車軸を通る線と、把持位置と目標位置とを通る線と、が垂直となるように移動経路を計画する。これにより、台車部2は把持位置から目標位置に移動する際に、対象物に対して最大の操作力を出力できる。したがって、対象物を移動させる際の失敗を低減できる。
As described above, in the gripping position, the
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
例えば、上記実施形態において、経路計画装置10は、上述の如く、把持位置P1において、台車部2の一対の駆動輪22の車軸を通る線L1と、把持位置P1と目標位置P2とを通る線L2と、が垂直となるように移動経路を計画する。さらに、経路計画装置10は、把持位置P1において、アーム部11の手先位置が対象物から所定距離以内で接近するように移動経路を計画してもよい。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the
さらにまた、制御装置9は、台車部2が経路計画装置10により計画された移動経路に従って把持位置P1に移動したときに、把持位置P1で、全方位移動ロボット1の重心位置がより低くなるように(例えば最も低くなるように)、車輪アクチュエータ7、旋回アクチュエータ8及び関節アクチュエータ14を制御してもよい。これにより、台車部2が把持位置に移動した後、アーム部11が対象物を把持し移動させる際に、全方位移動ロボット1に力が掛かっても、全方位移動ロボット1を安定させることができる。
Furthermore, the
1 全方位移動ロボット、2 台車部、3 本体部、4 旋回軸、5 回転センサ、6 回転センサ、7 車輪アクチュエータ、8 旋回アクチュエータ、9 制御装置、10 経路計画装置、11 アーム部、12 関節、13 回転センサ、14 関節アクチュエータ、21 補助輪、22 駆動輪
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記初期位置から前記把持位置までの前記移動経路であって、前記把持位置において、前記台車部の一対の駆動輪の車軸を通る線と、前記把持位置と前記目標位置とを通る線と、が垂直となるように前記移動経路を計画する、
ことを特徴とする経路計画装置。 A carriage unit provided with a pair of drive wheels and movable in all directions; and an arm unit for gripping an object, and a main body unit rotatably provided on the carriage unit, the carriage unit being an initial stage Moving from a position to a gripping position, the arm unit grips the object at the gripping position, and the carriage unit moves from the gripping position to a target position corresponding to a moving position for moving the object, A path planning device for planning a moving path of an omnidirectional mobile robot that moves the object,
The movement path from the initial position to the gripping position, and at the gripping position, a line passing through an axle of a pair of drive wheels of the carriage unit and a line passing through the gripping position and the target position are Planning the travel path to be vertical,
A path planning device characterized by that.
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