JP6558036B2 - 自律移動体及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、自律的に移動を行う自律移動体及びその制御方法に関するものである。

移動可能な台車部と、台車部に連結された移動体本体と、移動体本体に連結され、物体を把持するアームと、台車部に連結され物体を載置するトレイと、を備える自律移動体が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１０−１２２９１６号公報

上記自律移動体において、例えば、小型化や低コスト化のためにアームの自由度を低くした場合、トレイ上の移動体本体付近に物体を載置できない虞がある。その場合、トレイ上の移動体本体から離れた位置に物体を載置することとなる。これにより、自律移動体の重心位置が変化し、自律移動体の自己位置推定精度が低下する虞がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、トレイ上に物体を載置した場合でも自律移動体の重心位置の変化を小さくできる自律移動体及びその制御方法を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、移動可能な台車部と、該台車部に連結された移動体本体と、該移動体本体に連結され、物体を把持するアームと、前記台車部の側面に設けられ、前記アームによって把持される物体を載置するためのトレイと、該トレイを前記台車部に対して内側方向及び外側方向へ移動させる移動機構と、前記移動機構の移動を制御する制御部と、を備える自律移動体であって、前記トレイには、前記載置された物体を囲う側壁が立設されており、該側壁の前記台車部外側は、該台車部外方向へ突出するように曲面或いは平面が形成され、前記制御部は、前記トレイに物体が載置されたとき、該トレイを前記台車部内方向に移動させるように前記移動機構を制御する、ことを特徴とする自律移動体である。
この一態様において、前記制御部は、前記トレイを前記台車部内側方向へ移動させ、該トレイに載置された物体を、前記台車部の側面又は前記側壁の前記台車部内側と、前記側壁の前記台車部外側と、で挟込んだ第１状態と、前記物体を載置したトレイを前記台車部外方向へ移動させた第２状態と、に前記移動機構の移動を制御してもよい。
この一態様において、 前記制御部は、当該自律移動体が移動するときに、前記第１状態に前記移動機構の移動を制御し、前記アームが前記トレイに載置された物体を把持するときに、あるいは前記アームが把持した物体を前記トレイに載置するときに、前記第２状態に前記移動機構の移動を制御してもよい。
この一態様において、前記トレイの側壁の前記台車部内側は、前記台車部の側面の形状に沿って変形する弾性部材で形成されていてもよい。
この一態様において、前記台車部の側面は円形状に形成されており、前記トレイの側壁の台車部外側は、円弧状に形成されおり、前記トレイの側壁の台車部外側の曲率は、前記台車部の側面の曲率よりも大きくてもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、移動可能な台車部と、該台車部に連結された移動体本体と、該移動体本体に連結され、物体を把持するアームと、前記台車部の側面に該台車部の内側及び外側へ移動可能に設けられ、前記アームによって把持される物体を載置するためのトレイと、を備え、該トレイには、前記載置された物体を囲う側壁が立設されており、該側壁の前記台車部外側は、該台車部外方向へ突出するように曲面或いは平面が形成されている、自律移動体の制御方法であって、前記トレイに物体が載置されたとき、該トレイを前記台車部内方向に移動させるステップを含む、ことを特徴とする自律移動体の制御方法であってもよい。

本発明によれば、トレイ上に物体を載置した場合でも自律移動体の重心位置の変化を小さくできる自律移動体及びその制御方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る自律移動体の概略的な構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る自律移動体の概略的なシステム構成を示すブロック図である。 トレイの構成を示す斜視図である。 （ａ）自律移動体の動作の一例を説明するための斜視図である。（ｂ）自律移動体の動作の一例を説明するための上面図である。 （ａ）自律移動体の動作の一例を説明するための斜視図である。（ｂ）自律移動体の動作の一例を説明するための上面図である。 （ａ）自律移動体の動作の一例を説明するための斜視図である。（ｂ）自律移動体の動作の一例を説明するための上面図である。 （ａ）自律移動体の動作の一例を説明するための斜視図である。（ｂ）自律移動体の動作の一例を説明するための上面図である。 トレイの変形例を示す図である。 トレイの変形例を示す図である。 トレイの動作の一例を説明するための図である。 トレイの動作の一例を説明するための図である。 トレイの動作の一例を説明するための図である。 トレイの動作の一例を説明するための図である。 トレイの動作の一例を説明するための図である。 トレイの動作の一例を説明するための図である。 トレイの動作の一例を説明するための図である。

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は、本発明の一実施形態に係る自律移動体の概略的な構成を示す斜視図である。本実施形態に係る自律移動体１は、例えば、自律的に移動を行う自律型ロボットとして構成されている。

図２は、本発明の一実施形態に係る自律移動体の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施形態に係る自律移動体１は、移動体本体２と、移動体本体２を移動させる台車部３と、物体を把持し移動させるアーム４と、台車部３、アーム４、及び移動機構８を制御する制御装置５と、距離センサ６と、物体を載置するトレイ７と、トレイを移動させる移動機構８と、を備えている。

台車部３は、移動体本体２に連結されている。台車部３は、制御装置５からの制御信号に応じて、例えば、モータなどを駆動させることで複数の車輪を回転させ、移動体本体２を所望の位置に移動させる。なお、移動体本体２と台車部３とは別体として構成されているが、これに限定されない。移動体本体２と台車部３とは一体で構成されていてもよい。

台車部３の側面には、アーム４によって把持される物体を載置するためのトレイ７が設けられている。台車部３には、トレイ７を台車部３の内側（以下、台車部内方向）及び外側（以下、台車部外方向）へ移動させる移動機構８が設けられている。移動機構８は、例えば、モータやベルトなどを用いて、トレイ７を併進移動させる機構である。

アーム４は、移動体本体２に連結されている。アーム４は、例えば、物体を把持する把持部４１と、把持部４１に関節部４２を介して連結されるリンク４３と、各関節部４２を駆動するモータなどの複数のアクチュエータと、からなる多関節型アームとして構成されている。

制御装置５は、制御部の一具体例である。制御装置５は、操作端末９からの操作信号に応じて、台車部３、アーム４、及び移動機構８の移動を制御する。
制御装置５は、例えば、演算処理等を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）５ａ、ＣＰＵ５ａ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５ｂ、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）５ｃ、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。ＣＰＵ５ａ、メモリ５ｂ及びインターフェイス部５ｃは、データバスなどを介して相互に接続されている。

距離センサ６は、自律移動体１の移動環境内にある物体の距離情報を検出する。距離センサ６は、例えば、自律移動体１の頭部などに搭載されているが、これに限られない。距離センサ６は、自律移動体１が移動する移動環境内（例えば、壁や天井）に設置されていてもよい。距離センサ６は、例えば、カメラ（ＲＧＢ−Ｄカメラ、ステレオカメラ）、レーザレンジファインダ、超音波センサ、３次元距離センサなどのセンサである。距離センサ６は、検出した物体の距離情報を制御装置５に出力する。

操作端末９と制御装置５は、無線あるいは有線で通信接続されており、相互にデータの送受信を行う。操作端末９は、ユーザにより入力された操作情報に応じた操作信号を制御装置５に出力する。なお、操作情報は、操作端末９を介さずに、自律移動体１に直接的に入力されてもよい。

ところで、従来の自律移動体において、例えば、小型化や低コスト化のためにアームの自由度を低くした場合、トレイ上の移動体本体付近に物体を載置することができない虞がある。その場合、トレイ上の移動体本体から離れた位置に物体を載置することとなる。これにより、自律移動体の重心位置が変化し、自律移動体の自己位置推定精度が低下する虞がある。

これに対し、本実施形態に係る自律移動体１は、台車部３の側面に設けられ、アーム４によって把持される物体を載置するためのトレイ７と、該トレイ７を台車部３の内側及び外側へ移動させる移動機構８と、移動機構８の移動を制御する制御装置５と、を備えている。該トレイ７には、載置された物体を囲う側壁７１が立設されている（図３）。該側壁７１の台車部外側７２は、該台車部外方向へ突出するように曲面或いは平面が形成されている。制御装置５は、トレイ７に物体が載置されたとき、トレイ７を台車部内方向に移動させるように移動機構８を制御する。これにより、トレイ７上に物体を載置した場合でも自律移動体１の重心位置の変化を小さくできる。

例えば、自律移動体１のアーム４は、物体を把持し（図４（ａ）及び（ｂ））、トレイ７に載置する（図５（ａ）及び（ｂ））。このとき、アーム４は、物体をトレイ７上の任意の位置に載置できる。そして、自律移動体１の移動機構８は、トレイ７を、台車部内方向へ移動させることで、トレイ７上の物体を台車部内方向へ寄せる（図６（ａ）及び（ｂ））。これにより、トレイ７上の移動体本体２付近に物体を移動させることができ、自律移動体１の重心位置の変化を小さくできる。

なお、このとき、物体はトレイ７上で該台車部外方向へ突出するように形成された曲面或いは平面に沿って台車部外方向かつ中央に寄る。この状態（図６（ａ）及び（ｂ））から、自律移動体１の移動機構８は、トレイ７を台車部外方向へ移動させることで、トレイ７上の物体を移動体本体２から離すことができる（図７（ａ）及び（ｂ））。したがって、たとえアーム４の自由度が低い場合でも、容易にトレイ７上の物体を把持することができる。

台車部３の側面は円形状に形成されている。一方、トレイ７の側壁７１の台車部外側７２は、円弧状に形成されおり、側壁７１の台車部内側７３は、平面状に形成されている（図３）。

トレイ７の側壁７１の台車部内側７３は、台車部３の側面の円形状に沿って変形するゴムなどの弾性部材で形成されている。トレイ７を、台車部内方向へ移動させると、側壁７１の台車部内側７３は台車部３の側面に当接し、その円形状に沿って台車部外方向へ変形する。したがって、トレイ７上の物体は、この変形した側壁７１の台車部内側７３と台車部３の側面とで挟込まれた状態となる（図６（ａ）及び（ｂ））。これにより、トレイ７上の物体を安定的に固定することができる。

なお、トレイ７の側壁７１の台車部外側７２の曲率は、台車部３の側面の曲率よりも大きいのが好ましい。これにより、物体を、側壁７１の台車部内側７３で押し、側壁７１の台車部外側７２の曲面に沿って台車部外方向かつ中央に、よりスムーズに寄せることができる。

トレイ７は、側壁７１の台車部内側７３を有しない（台車部外側７２のみを有する）構成であってもよい（例えば、図８）。また、トレイ７の側壁７１の台車部外側を２つの平面を接続して構成し、トレイ７を略三角柱形状で構成してもよい（例えば、図９）。

移動機構は、トレイ７上の物体を、側壁７１の台車部外側７２と、台車部内側７３又は台車部３の側面とで挟込まれた状態となるまで、台車部外方向に移動させているが、これに限定されない。移動機構は、トレイ７上の物体を上記挟込まれた状態となる手前の位置まで、台車部外方向に移動させてもよい。これにより、物体に力を加えることなく（変形し易く慎重に運搬する必要がある物体など）かつ、自律移動体１の重心位置の変化を小さくできる。

次に、上述したトレイの制御方法について詳細に説明する。
トレイ７に物体が載置されていないとき、通常、トレイ７は台車部３に最も接近し台車部３に収納された状態となっている（図１０）。このとき、トレイ７の側壁７１の台車部内側７３は、台車部３の側面に沿って、円弧状に変形する。これにより、トレイ７を台車部３にコンパクトに収納することができる。

制御装置５は、移動機構８を制御して、トレイ７を台車部外方向に移動させる（図１１）。このとき、トレイ７の側壁７１の台車部内側７３は元の平面形状に復元する。このため、トレイ７上の物体を載置する載置面が元の状態に拡張し、十分な載置面（特に、移動体本体２から離れた位置）を確保でき、物体を容易にトレイ７上に載置できる。

制御装置５は、アーム４を制御して、例えば、図１２に示すように物体を、トレイ７の載置面の端に載置する。
制御装置５は、距離センサ６からの距離情報に基づいて、トレイ７に物体が載置されたと判断する。制御装置５は、操作端末９を介して入力されたユーザからの操作指示に基づいてトレイ７に物体が載置されたと判断してもよく、予め設定されたプログラムなどに従って、トレイ７に物体が載置されたと判断してもよい。制御装置５は、トレイに設けられた荷重センサにより検出された荷重に基づいて、トレイ７に物体が載置されたと判断してもよい。

制御装置５は、トレイ７に物体が載置されたと判断すると、移動機構８を制御して、トレイ７を台車部内方向に移動させる（図１３）。
このとき、トレイ７の側壁７１の台車部内側７３は、台車部３の側面の円形状に沿って台車部外方向へ向かって変形する。この変形したトレイ７の側壁７１の台車部内側７３によって、物体は台車部外方向へ押され、側壁７１の台車部外側７２に当接する。そして、物体は、側壁７１の台車部外側７２に当接しつつ、その円弧形状に従って、台車部外方向かつ中央に移動する。最終的には、トレイ７上の物体は、トレイ７上の最も台車部外方向かつ中央に移動し、この変形した側壁７１の台車部内側７３と台車部外側７２とで挟込まれた状態（第１状態）となる（図１４）。

自律移動体１は、この物体を側壁７１の台車部内側７３と台車部外側７２とで挟み込んだ状態で、移動する。このため、物体を安定した状態で運搬することができる。しかも、トレイ７上の物体を台車部内方向へ可能な限り寄せているため、自律移動体１の重心位置の変化をより小さく抑え、自律移動体１の自己位置推定精度を向上させることができる。

制御装置５は、物体の運搬先（目的位置）に到着したと判断すると、移動機構８を制御して、トレイ７を台車部外方向に移動させる（第２状態）（図１５）。このとき、物体は、トレイ７上で台車部外方向かつ中央に寄って載置されている。したがって、制御装置５は、アーム４を制御して、トレイ７上の物体を容易に把持し、運搬先に配置することができる。なお、制御装置５は、操作端末９を介して入力されたユーザからの操作指示に従って、あるいは、予め設定されたプログラムなどに従って、移動機構８を制御して、トレイ７を台車部外方向に移動させてもよい。

なお、物体をトレイ７上のどの位置に載置したとしても、物体は、側壁７１の台車部外側７２に当接しつつ、その円弧形状に従って、トレイ７上を台車部外方向かつ中央に移動し、トレイ７を台車部外方向に移動したときには、アーム４が最も把持し易いトレイ７上の所定位置（この場合、トレイ７上の最も台車部外方向かつ中央の位置）に配置されることになる。このため、トレイ７上で物体を載置する際のその載置位置は制約されず、アーム４の可動範囲によらず、自律移動体１の重心位置の変化をより小さく抑え、載置した物体を再把持することが可能である。

最後に、制御装置５は、距離センサ６からの距離情報に基づいて、トレイ７上の物体が取り出されたと判断すると、移動機構８を制御して、トレイ７を台車部内方向に移動させる（図１６）。

以上、本実施形態によれば、物体をトレイ７に載置するときは、トレイ７を台車部外方向に移動させることで、トレイ７上に十分な載置面を確保できる。さらに、トレイ７上で物体の載置位置は制約されないため、アーム４の可動範囲によらず、自律移動体１の重心移動の変化を抑制することができる。また、アーム４は物体をトレイ７上に容易に載置できるため、作業時間の短縮に繋がる。さらに、トレイ７上で物体を載置した後、トレイ７を台車部内方向に移動させ、物体を移動本体側に寄せることで、自律移動体１の重心位置の変化を小さく抑えることができる。このとき、トレイ７上の物体は、トレイ７の側壁７１の台車部内側７３と台車部外側７２とで挟込まれた状態で固定される。したがって、物体を安定した状態で運搬することができる。そして、運搬後は、トレイ７を台車部外方向に移動させることで、トレイ７上の物体を移動体本体２から離すことができる。なお、トレイ７上の物体は、上記トレイ７を台車部内方向に移動させる際に、台車部外方向かつ中央に自ずと移動し、アーム４が最も把持し易いトレイ７上の所定位置に配置される。したがって、アーム４はトレイ７上の物体を容易に把持することができ、作業時間の短縮に繋がる。

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。

１ 自律移動体、２ 移動体本体、３ 台車部、４ アーム、５ 制御装置、６ 距離センサ、７ トレイ、８ 移動機構、９ 操作端末

Claims (6)

1. 移動可能な台車部と、
   該台車部に連結された移動体本体と、
   該移動体本体に連結され、物体を把持するアームと、
   前記台車部の側面に設けられ、前記アームによって把持される物体を載置するためのトレイと、
   該トレイを前記台車部に近づく方向である該台車部に対する内側方向と該台車部から遠ざかる方向である該台車部に対する外側方向とに移動させる移動機構と、
   前記移動機構の移動を制御する制御部と、を備える自律移動体であって、
   前記トレイには、前記載置された物体を囲う側壁が立設されており、
   該側壁の前記台車部外側は、前記台車部の外側方向へ突出するように曲面或いは平面が形成され、
   前記制御部は、前記トレイに物体が載置されたとき、該トレイを前記台車部の内側方向に移動させるように前記移動機構を制御する、
   ことを特徴とする自律移動体。
2. 請求項１記載の自律移動体であって、
   前記制御部は、
   前記トレイを前記台車部の内側方向へ移動させ、該トレイに載置された物体を、前記台車部の側面又は前記側壁の前記台車部内側と、前記側壁の前記台車部外側と、で挟込んだ第１状態と、
   前記物体を載置したトレイを前記台車部の外側方向へ移動させた第２状態と、
   に前記移動機構の移動を制御する、
   ことを特徴とする自律移動体。
3. 請求項２記載の自律移動体であって、
   前記制御部は、
   当該自律移動体が移動するときに、前記第１状態に前記移動機構の移動を制御し、
   前記アームが前記トレイに載置された物体を把持するときに、あるいは前記アームが把持した物体を前記トレイに載置するときに、前記第２状態に前記移動機構の移動を制御する、
   ことを特徴とする自律移動体。
4. 請求項１乃至３のうちのいずれか１項記載の自律移動体であって、
   前記トレイの側壁の前記台車部内側は、前記台車部の側面の形状に沿って変形する弾性部材で形成されている、
   ことを特徴とする自律移動体。
5. 請求項１乃至４のうちのいずれか１項記載の自律移動体であって、
   前記台車部の側面は円形状に形成されており、
   前記トレイの側壁の台車部外側は、円弧状に形成されおり、
   前記トレイの側壁の台車部外側の曲率は、前記台車部の側面の曲率よりも大きい、
   ことを特徴とする自律移動体。
6. 移動可能な台車部と、該台車部に連結された移動体本体と、該移動体本体に連結され、物体を把持するアームと、前記台車部の側面に該台車部に近づく方向である該台車部に対する内側方向と該台車部から遠ざかる方向である該台車部に対する外側方向とに移動可能に設けられ、前記アームによって把持される物体を載置するためのトレイと、を備え、
   該トレイには、前記載置された物体を囲う側壁が立設されており、
   該側壁の前記台車部外側は、前記台車部の外側方向へ突出するように曲面或いは平面が形成されている、自律移動体の制御方法であって、
   前記トレイに物体が載置されたとき、該トレイを前記台車部の内側方向に移動させるステップを含む、ことを特徴とする自律移動体の制御方法。

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