JP2022036688A - Mobile robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多関節アームを有する移動ロボットに関する。 The present invention relates to a mobile robot having an articulated arm.
近年、車輪などの走行部を用いて走行を行うとともに、多関節のアーム部を有する移動ロボットが利用されている。 In recent years, a mobile robot having an articulated arm portion while traveling by using a traveling portion such as a wheel has been used.
従来、このような分野の技術として、特開2006-150567号公報がある。この公報に記載された移動ロボットでは、移動走行するための機構部と筐体部との間に緩衝部材を設け、移動制御による慣性力や外力を吸収することができる。これにより、ロボットの重心が高いものであっても、急発進や急停車した場合の転倒を防止することができる。 Conventionally, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-150567 is available as a technique in such a field. In the mobile robot described in this publication, a cushioning member is provided between the mechanism portion for moving and traveling and the housing portion, and the inertial force and the external force due to the movement control can be absorbed. As a result, even if the center of gravity of the robot is high, it is possible to prevent the robot from tipping over when it suddenly starts or stops.
しかしながら、前述した従来のロボットでは、移動するための機構部と、筐体部の間に果敢勢力を吸収する平面スライド機構とアクチュエータを内蔵する構成となることから、コストアップにつながるという問題がある。
本発明は、走行により発生する慣性力の影響を抑制するとともに、コストを低減させた移動ロボットを提供するものである。
However, the above-mentioned conventional robot has a problem that it leads to an increase in cost because it has a structure in which a mechanism for moving, a flat slide mechanism for boldly absorbing a force, and an actuator are built in between the housing. ..
The present invention provides a mobile robot that suppresses the influence of inertial force generated by traveling and reduces costs.
本発明にかかる移動ロボットは、筐体部と、前記筐体部に連結する多関節アームと、前記筐体部に設けられた走行部と、を備えたロボット本体を有する移動ロボットであって、前記ロボット本体の重心を算出する重心算出部と、前記走行部を用いて走行した場合に、その加減速量により生じる慣性力をあらかじめ算出する慣性力算出部と、前記重心算出部により算出された重心の位置と、前記慣性力算出部により算出された慣性力と、に基づいて算出される重心周りのモーメントに対し、重心の移動によって前記重心周りのモーメントを相殺する重心位置を算出するとともに、前記ロボット本体の重心が、算出された前記重心周りのモーメントを相殺する重心位置と一致するように、前記多関節アームを動作させる制御量を算出する多関節アーム制御量算出部と、を備え、前記走行部による加減速時に、前記多関節アーム制御量算出部によって算出された制御量に基づいて、前記多関節アームの動作を制御する。
これにより、慣性力による重心周りのモーメントを、多関節アームの制御により相殺することができる。
The mobile robot according to the present invention is a mobile robot having a robot main body including a housing portion, an articulated arm connected to the housing portion, and a traveling portion provided in the housing portion. Calculated by the center of gravity calculation unit that calculates the center of gravity of the robot body, the inertial force calculation unit that calculates in advance the inertial force generated by the acceleration / deceleration amount when traveling using the traveling unit, and the center of gravity calculation unit. With respect to the position of the center of gravity and the moment around the center of gravity calculated based on the inertial force calculated by the inertial force calculation unit, the position of the center of gravity that cancels the moment around the center of gravity by the movement of the center of gravity is calculated. It is provided with an articulated arm control amount calculation unit that calculates a control amount for operating the articulated arm so that the center of gravity of the robot body coincides with the calculated center of gravity position that cancels the moment around the center of gravity. During acceleration / deceleration by the traveling unit, the operation of the articulated arm is controlled based on the control amount calculated by the articulated arm control amount calculation unit.
As a result, the moment around the center of gravity due to the inertial force can be canceled by controlling the articulated arm.
これにより、走行により発生する慣性力の影響を抑制するとともに、コストを低減させた移動ロボットを提供することができる。 As a result, it is possible to provide a mobile robot that suppresses the influence of the inertial force generated by traveling and reduces the cost.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1に示すように、移動ロボット1は、筐体部11と、筐体部11の下部に連結されている走行部12と、筐体部11の上部に連結されている多関節アーム13と、を備える。なお以下では、移動ロボット1では、筐体部11と、走行部12と、多関節アーム13と、を含めてロボット本体を構成しているものとして説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the
筐体部11は、内部に複数の構成物品を格納可能である。図2に示すように、筐体部11には、車輪である走行部12を駆動させるための動力を発生させる走行駆動部21と、走行駆動部21の動作を制御する走行制御部22と、多関節アーム13を駆動させるための動力を発生させる多関節アーム駆動部23と、多関節アーム駆動部23の動作を制御する多関節アーム制御部24と、ロボット本体の重心を算出する重心算出部25と、走行部12を用いてロボット本体を走行させる場合の慣性力を算出する慣性力算出部26と、重心算出部25の算出結果と慣性力算出部26の算出結果を用いて多関節アーム13の制御量を算出する多関節アーム制御量算出部27と、を備える。
The
走行部12は、筐体部11の下部に設けられている複数の車輪を有している。この走行部12では、筐体部11に設けられている走行駆動部21から与えられる駆動力によって車輪が回転駆動する。これにより移動ロボット1は、路面上を走行することができる。
The traveling
多関節アーム13は、筐体部11に一端部が設けられているアームロボットである。例えば多関節アーム13の一端部は、筐体部11の上部に対して、可動自在の状態で接続されている。
The articulated
例えば、多関節アーム13では、筐体部11に連結される箇所の近傍において、自在に動作する第1の関節部13aが設けられている。また多関節アーム13では、第1の関節部13aより先端側に第2の関節部13b、第3の関節部13cが設けられているとともに、先端部には物品を把持可能であるハンドが設けられている。
For example, in the articulated
多関節アーム13では、第1の関節部13a、第2の関節部13b、第3の関節部13cの夫々の関節部において、多関節アーム制御部24からの制御信号に応じて関節を動作させることができる。例えば、第1の関節部13aでは、多関節アーム制御部24からの制御信号に応じて、多関節アーム駆動部23として設けられたアクチュエータが動作し、このアクチュエータにより発生させた駆動力を用いて関節の動作を行う。一方、第2の関節部13b及び第3の関節部13cでは、多関節アーム制御部24から与えられた制御信号に応じて、それぞれの関節の近傍に設けられた駆動用のアクチュエータが動作し、このアクチュエータにより発生させた駆動力を用いて関節の動作を行う。
In the articulated
このようにして、多関節アーム13では、第1の関節部13a、第2の関節部13b、第3の関節部13cを動作させることによって6軸で動作することができるがこれに限られず、関節数を変更して、軸数を変更することも可能である。
In this way, the
走行駆動部21は、走行部12に用いられている車輪に対し、回転駆動させるための動力を発生させる。例えば走行駆動部21には、モータを利用することができる。走行駆動部21は、走行制御部22から入力される制御信号に応じて動作する。なお、走行駆動部21は、走行部12に用いられている各車輪の夫々に対応して複数設けられていてもよく、走行駆動部21の駆動力を各車輪に分配する機構を有していてもよい。
The
走行制御部22は、走行駆動部21に対して制御信号を出力することで、走行部12に用いられている車輪の回転数を制御することができる。また、走行制御部22では、車輪の向きを制御することで、移動ロボット1の走行方向を制御する。
The
なお、走行部12及び走行駆動部21には、移動ロボット1の走行状態を計測するためのセンサを設けておくことができる。
The
多関節アーム駆動部23は、多関節アーム13を駆動させるための駆動力を発生させる。ここでは多関節アーム駆動部23は、多関節アーム13における第1の関節部13aを動作させるアクチュエータであって、筐体部11に設けられているものとして説明するが、第2の関節部13bや第3の関節部13cと同様に、多関節アーム13上に設けられていてもよい。
The articulated
多関節アーム制御部24は、第1の関節部13aを動作させる多関節アーム駆動部23や、第2の関節部13b及び第3の関節部13cを動作させるアクチュエータの動作を制御するための制御信号を、それぞれに対して出力する。なお、多関節アーム制御部24は、多関節アーム制御量算出部27により算出された値に基づいて、多関節アーム13が所定の状態となるように制御信号を出力する。
The articulated
重心算出部25は、ロボット本体の重心を算出する。例えば、移動ロボット1の筐体部11には、ロボット本体の重心測定用センサを設けておくことができ、重心算出部25ではその測定値から、移動ロボット1の重心の位置を算出することができる。なお例えば、重心算出部25では、筐体部11及び走行部12の重心と、多関節アーム13の重心とをそれぞれ別個に算出する構成としてもよく、移動ロボット1の重心を測定する方法は任意に変更することができる。
The center of
なお、重心算出部25による移動ロボット1の重心の算出は、移動ロボット1の走行の開始前に行う。
The center of gravity of the
慣性力算出部26は、走行している移動ロボット1の慣性力を算出する。特に、慣性力算出部26では、移動ロボット1があらかじめ定められた加減速量の走行状態となった場合における、移動ロボット1の慣性力を算出する。
The inertial
なお、慣性力算出部26による、移動ロボット1があらかじめ定められた加減速量の走行状態となった場合の慣性力の算出は、移動ロボット1の走行開始前に行う。
The inertial
多関節アーム制御量算出部27は、重心算出部25により算出された移動ロボット1のロボット本体の重心位置と、慣性力算出部26により算出された慣性力と、に基づいて、多関節アーム13にさせるべき動作の制御量を算出する。ここで、多関節アーム13にさせるべき動作とは、移動ロボット1が所定の走行を行った場合に、移動ロボット1において慣性力によって生じる重心周りのモーメントを打ち消す動作である。
The articulated arm control
言い換えると、多関節アーム制御量算出部27は、重心算出部25により算出された重心の位置と、慣性力算出部26により算出された慣性力と、に基づいて算出される重心周りのモーメントに対し、重心の移動によって重心周りのモーメントを相殺できる重心位置を算出する。さらに、多関節アーム制御量算出部27は、ロボット本体の重心が、算出された重心周りのモーメントを相殺する重心位置と一致するように、多関節アーム13を動作させるための制御量を算出する。
In other words, the articulated arm control
多関節アーム制御部24では、移動ロボット1に所定の慣性力が発生した場合に、多関節アーム制御量算出部27の算出結果の制御量で動作させるための制御信号を多関節アーム駆動部23に出力し、多関節アーム13を動作させる。これにより、移動ロボット1では、多関節アーム13を動作させない場合に重心周りで発生するモーメントを、多関節アーム13を動作させ、ロボット本体の重心位置を調整することによって、打ち消すことができる。
In the articulated
なお上記では、多関節アーム制御部24では、重心周りのモーメントを相殺できる重心位置を算出するものとしたが、これに限られず、重心周りのモーメントが小さくなるように低減できる位置を算出することとしてもよい。
In the above, the articulated
次に、図3を参照して、移動ロボット1の動作フローについて説明する。
Next, the operation flow of the
最初に、移動ロボット1は走行前の状態であり、停止状態とする。
First, the
このとき、多関節アーム13はあらかじめ設定した姿勢であるものとする。重心算出部25は、この状態における移動ロボット1のロボット本体の重心を算出する(S1)。
At this time, it is assumed that the articulated
また、慣性力算出部26では、移動ロボット1が所定の加減速量で動作した場合の慣性力を算出する(S2)。ここで、所定の加減速量で動作する場合とは、図4に示すように移動ロボット1が急加速する場合や、図5に示すように移動ロボット1が急減速する場合である。
Further, the inertial
多関節アーム制御量算出部27は、重心算出部25により算出された重心と、慣性力算出部26で算出された慣性力から、多関節アーム制御部24によって行う多関節アーム13の制御量を算出する(S3)。ここで、多関節アーム制御量算出部27で算出する制御量は、移動ロボット1が所定の加減速量で動作した場合において、慣性力によって生じる重心周りのモーメントを打ち消す状態となるように、多関節アーム13を動作させる制御量である。
The articulated arm control
その後、移動ロボット1は走行を開始する。すなわち、走行駆動部21から供給される駆動力により走行部12が回転駆動することによって、移動ロボット1は走行する。
After that, the
ここで、S2において設定された所定の加減速量で移動ロボット1が動作した状態となった場合に、多関節アーム制御部24は、多関節アーム制御量算出部27により算出された制御量で、多関節アーム13を動作させる(S4)。
Here, when the
なお例えば、S2において設定された所定の加減速量で移動ロボット1が動作した状態となったか否かの判定は、走行部12に設けられたセンサで取得された回転等の値や、走行駆動部21に設けられたセンサで取得されたモータの回転数等の値、または、走行制御部22から出力される制御信号から行うことができる。
For example, the determination of whether or not the
このようにして、所定の走行状態となったときに、慣性力によって発生する移動ロボット1の重心周りのモーメントを、多関節アーム13の動作を制御することによって相殺することができる。
In this way, the moment around the center of gravity of the
したがって、移動ロボット1に緩衝部材を設けることなく、低コストで移動ロボット1の転倒を防止することができる。
Therefore, it is possible to prevent the
さらに、多関節アーム13のハンドで把持対象物を把持している場合であっても、移動ロボット1の重心周りのモーメントが相殺されることから、ハンドにかかる力も同時に低減され、ハンドからの把持対象物のズレの発生を低減させることができる。
Further, even when the gripping object is gripped by the hand of the articulated
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。すなわち上記の記載は、説明の明確化のため、適宜、省略及び簡略化がなされており、当業者であれば、実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be appropriately modified without departing from the spirit. That is, the above description has been omitted or simplified as appropriate for the sake of clarification of the description, and those skilled in the art can easily change, add, or convert each element of the embodiment within the scope of the present invention. It is possible.
1 移動ロボット
11 筐体部
12 走行部
13 多関節アーム
21 走行駆動部
22 走行制御部
23 多関節アーム駆動部
24 多関節アーム制御部
25 重心算出部
26 慣性力算出部
27 多関節アーム制御量算出部
1
Claims (1)
前記ロボット本体の重心を算出する重心算出部と、
前記走行部を用いて走行した場合に、その加減速量により生じる慣性力をあらかじめ算出する慣性力算出部と、
前記重心算出部により算出された重心の位置と、前記慣性力算出部により算出された慣性力と、に基づいて算出される重心周りのモーメントに対し、重心の移動によって前記重心周りのモーメントを相殺する重心位置を算出するとともに、前記ロボット本体の重心が、算出された前記重心周りのモーメントを相殺する重心位置と一致するように、前記多関節アームを動作させる制御量を算出する多関節アーム制御量算出部と、を備え、
前記走行部による加減速時に、前記多関節アーム制御量算出部によって算出された制御量に基づいて、前記多関節アームの動作を制御する、
移動ロボット。 A mobile robot having a robot body including a housing portion, an articulated arm connected to the housing portion, and a traveling portion provided in the housing portion.
The center of gravity calculation unit that calculates the center of gravity of the robot body,
An inertial force calculation unit that calculates in advance the inertial force generated by the acceleration / deceleration amount when traveling using the traveling unit.
The moment around the center of gravity is offset by the movement of the center of gravity with respect to the moment around the center of gravity calculated based on the position of the center of gravity calculated by the center of gravity calculation unit and the inertial force calculated by the inertial force calculation unit. Articulated arm control that calculates the control amount for operating the articulated arm so that the center of gravity of the robot body coincides with the calculated center of gravity position that cancels the moment around the center of gravity. Equipped with a quantity calculation unit,
At the time of acceleration / deceleration by the traveling unit, the operation of the articulated arm is controlled based on the control amount calculated by the articulated arm control amount calculation unit.
Mobile robot.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020141021A JP2022036688A (en) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | Mobile robot |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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JP2020141021A Pending JP2022036688A (en) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | Mobile robot |
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2020
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