JP6922282B2

JP6922282B2 - robot

Info

Publication number: JP6922282B2
Application number: JP2017049086A
Authority: JP
Inventors: 環西野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-03-14
Filing date: 2017-03-14
Publication date: 2021-08-18
Anticipated expiration: 2037-03-14
Also published as: JP2018149660A

Description

本発明は、ロボットに関する。 The present invention relates to a robot.

特許文献１は、台車とアームを備え、アームで物を運ぶロボットのトルク制御を開示している。 Patent Document 1 discloses torque control of a robot provided with a dolly and an arm and carrying an object by the arm.

特開２０１０−１８８４７１号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-188471

しかしながら、上記特許文献１の構成では、駆動輪の配置によっては、アームで物を移動させる際、アームが物から受ける反力によって台車の駆動輪の垂直抗力が低下し、効率よく物を移動させることができない場合があった。 However, in the configuration of the above-mentioned Patent Document 1, depending on the arrangement of the drive wheels, when the arm moves the object, the normal force of the drive wheels of the carriage decreases due to the reaction force received from the arm, and the object is moved efficiently. Sometimes I couldn't.

本発明の目的は、アームで物を移動させるに際し、駆動輪の滑りを抑制し、効率よく物を移動させる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique for suppressing slippage of drive wheels and efficiently moving an object when moving the object with an arm.

本願発明の一実施形態によれば、水平に移動可能であって鉛直に移動不能となるように支持された移動対象物を水平に押して移動させるロボットであって、少なくとも１つの駆動輪を有する台車と、前記台車に支持されるアームと、前記アームに支持されて前記移動対象物を把持可能なハンドと、前記駆動輪と前記アームと前記ハンドを駆動制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ハンドに前記移動対象物を把持させると共に、前記移動対象物の移動可能な方向と異なる方向であってかつ前記移動対象物の移動不能な方向において前記移動対象物に力及びトルクのうち何れか一方又は両方を作用させつつ、前記移動対象物を水平に移動させるように駆動制御する、ロボットが提供される。 According to one embodiment of the present invention, a robot that horizontally pushes and moves a moving object supported so as to be horizontally movable and vertically immovable, and is a carriage having at least one drive wheel. A control unit including an arm supported by the carriage, a hand supported by the arm and capable of gripping the moving object, and a control unit for driving and controlling the drive wheel, the arm, and the hand. The unit causes the hand to grip the moving object, and exerts a force and torque on the moving object in a direction different from the movable direction of the moving object and in a non-movable direction of the moving object. Provided is a robot that drives and controls the moving object so as to move it horizontally while operating either one or both of them.

本発明によれば、アームで物を移動させるに際し、駆動輪の滑りを抑制し、効率よく物を移動させることができる。 According to the present invention, when moving an object with an arm, slippage of the drive wheels can be suppressed and the object can be moved efficiently.

箪笥に引出を押し込むタスクを実行中のロボットを示す図である。It is a figure which shows the robot performing the task of pushing a drawer into a chest of drawers. 箪笥に引出を押し込むタスクを実行中であって、引出を押し上げながら引出を押し込んでいるロボットを示す図である。It is a figure which shows the robot which is executing the task of pushing a drawer into a chest, and is pushing the drawer while pushing up the drawer. 箪笥に引出を押し込むタスクを実行中であって、引出を押し下げながら引出を押し込んでいるロボットを示す図である。It is a figure which shows the robot which is executing the task of pushing a drawer into a chest, and is pushing the drawer while pushing down the drawer. ロボットの機能ブロック図である。It is a functional block diagram of a robot. 動作計画の演算フローである。It is a calculation flow of the operation plan. ロボットに作用する力を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the force acting on a robot. 各モータの出力トルクを示す図である。It is a figure which shows the output torque of each motor.

以下、図面を参照しつつ、本願発明の好適な実施形態を説明する。図１には、箪笥１の引出２（移動対象物）を押し込む（押して移動させる）タスクを実行中のロボット３を示している。引出２は、水平方向には移動自在であるものの鉛直には移動不能となるように箪笥１に支持されている。また、引出２を箪笥１に押し込むに際し、引出２と箪笥１との間には摩擦が発生する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a robot 3 that is executing a task of pushing (pushing and moving) a drawer 2 (moving object) of a chest of drawers 1. The drawer 2 is supported by the chest 1 so as to be movable in the horizontal direction but not vertically. Further, when the drawer 2 is pushed into the chest 1, friction is generated between the drawer 2 and the chest 1.

図１に示すように、ロボット３は、駆動輪４と受動輪５を有する台車６と、台車６に支持されて傾動可能なアーム７と、アーム７に支持されて引出２を把持可能なハンド８と、駆動輪４とアーム７とハンド８を駆動制御する制御部９と、を備えている。 As shown in FIG. 1, the robot 3 has a trolley 6 having a drive wheel 4 and a passive wheel 5, an arm 7 supported by the trolley 6 and capable of tilting, and a hand supported by the arm 7 and capable of gripping the drawer 2. A control unit 9 for driving and controlling a drive wheel 4, an arm 7, and a hand 8 is provided.

図１に示すように、箪笥１から引き出されている引出２をハンド８が把持した状態でロボット３が箪笥１に向かって移動すると、引出２は箪笥１に押し込まれて箪笥１に収容される。この際、ロボット３は、引出２を押し込むのに必要とされる押し込み力１１を引出２に作用させることになる。そして、ロボット３は、上記押し込み力１１の反作用力１２をハンド８に受けることになり、箪笥１に近い方向の車輪の垂直抗力が低下する。ここで、ハッチングが付された矢印は引出２に作用する力であり、白抜き矢印はロボット３に作用する力である。 As shown in FIG. 1, when the robot 3 moves toward the chest 1 while the hand 8 holds the drawer 2 drawn from the chest 1, the drawer 2 is pushed into the chest 1 and housed in the chest 1. .. At this time, the robot 3 exerts a pushing force 11 required for pushing the drawer 2 on the drawer 2. Then, the robot 3 receives the reaction force 12 of the pushing force 11 on the hand 8, and the normal force of the wheel in the direction close to the chest 1 is reduced. Here, the hatched arrow is the force acting on the drawer 2, and the white arrow is the force acting on the robot 3.

（前輪駆動の場合）
もし図１のように駆動輪４が受動輪５よりも引出２に近い場合は、駆動輪４の垂直抗力が低下することで路面１０に対して滑り易くなり、上記タスクを実行できない場合がある。 (For front-wheel drive)
If the drive wheels 4 are closer to the drawer 2 than the passive wheels 5 as shown in FIG. 1, the vertical drag of the drive wheels 4 decreases, which makes the drive wheels slippery with respect to the road surface 10, and the above task may not be executed. ..

これに対し、本実施形態では、図２に示すように、箪笥１から引き出されている引出２をハンド８が把持した状態でロボット３が箪笥１に向かって移動するに際し、ロボット３は、引出２を把持しているハンド８を介して引出２に鉛直上向きの押し上げ力１３を作用させることとしている。これにより、ロボット３は、上記押し上げ力１３の反作用力１４をハンド８に受けることになり、駆動輪４の垂直抗力が上昇することで路面１０に対して滑り難くなり、上記タスクを問題なく実行できるようになる。 On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, when the robot 3 moves toward the chest 1 with the hand 8 holding the drawer 2 pulled out from the chest 1, the robot 3 pulls out. A vertically upward pushing force 13 is applied to the drawer 2 via the hand 8 holding the 2. As a result, the robot 3 receives the reaction force 14 of the pushing force 13 on the hand 8, and the vertical drag of the drive wheels 4 increases, so that the robot 3 becomes hard to slip on the road surface 10 and executes the above task without any problem. become able to.

上記押し上げ力１３に代えて、ロボット３は、引出２を把持しているハンド８を介して引出２に先端２ａを押し下げるような押し下げトルク１５を作用させてもよい。これにより、ロボット３は、上記押し下げトルク１５の反作用トルク１６をハンド８に受けることになり、駆動輪４の垂直抗力が上昇することになる。 Instead of the pushing force 13, the robot 3 may apply a pushing torque 15 that pushes down the tip 2a on the pulling 2 via the hand 8 holding the pulling 2. As a result, the robot 3 receives the reaction torque 16 of the push-down torque 15 on the hand 8, and the normal force of the drive wheels 4 increases.

（後輪駆動の場合）
また、図３のように駆動輪４が受動輪５よりも引出２から遠い場合は、箪笥１から引き出されている引出２をハンド８が把持した状態でロボット３が箪笥１に向かって移動するに際し、ロボット３は、引出２を把持しているハンド８を介して引出２に鉛直下向きの押し下げ力１７を作用させることとしている。これにより、ロボット３は、上記押し下げ力１７の反作用力１８をハンド８に受けることになり、駆動輪４の垂直抗力が上昇することで路面１０に対して滑り難くなり、上記タスクを問題なく実行できるようになる。 (In the case of rear wheel drive)
Further, when the drive wheel 4 is farther from the drawer 2 than the passive wheel 5 as shown in FIG. 3, the robot 3 moves toward the chest 1 with the drawer 2 pulled out from the chest 1 being held by the hand 8. At this time, the robot 3 applies a vertically downward pushing force 17 to the drawer 2 via the hand 8 holding the drawer 2. As a result, the robot 3 receives the reaction force 18 of the pushing force 17 on the hand 8, and the vertical drag of the drive wheels 4 increases, so that the robot 3 becomes hard to slip on the road surface 10 and executes the above task without any problem. become able to.

上記押し下げ力１７に代えて、ロボット３は、引出２を把持しているハンド８を介して引出２に先端２ａを押し上げるような押し上げトルク１９を作用させてもよい。これにより、ロボット３は、上記押し上げトルク１９の反作用トルク２０をハンド８に受けることになり、駆動輪４の垂直抗力が上昇することになる。 Instead of the pushing-down force 17, the robot 3 may apply a pushing-up torque 19 for pushing up the tip 2a to the pull-out 2 via the hand 8 holding the drawer 2. As a result, the robot 3 receives the reaction torque 20 of the push-up torque 19 on the hand 8, and the normal force of the drive wheels 4 increases.

次に、ロボット３の構成を更に詳細に説明する。 Next, the configuration of the robot 3 will be described in more detail.

図４に示すように、前述の制御部９は、中央演算処理器としてのＣＰＵ３０（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）と、読み書き自由のＲＡＭ３１（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、読み出し専用のＲＯＭ３２（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）を備えている。そして、ＣＰＵ３０がＲＯＭ３２に記憶されている制御プログラムを読み出して実行することで、制御プログラムは、ＣＰＵ３０などのハードウェアを、動作計画演算部３３及び動作制御部３４として機能させる。 As shown in FIG. 4, the above-mentioned control unit 9 includes a CPU 30 (Central Processing Unit) as a central processing unit, a read / write free RAM 31 (Random Access Memory), and a read-only ROM 32 (Read Only Memory). There is. Then, the CPU 30 reads out and executes the control program stored in the ROM 32, so that the control program causes the hardware such as the CPU 30 to function as the operation planning calculation unit 33 and the operation control unit 34.

動作計画演算部３３は、箪笥１に引出２を押して移動させる際の複数のモータのトルクを決定する。動作制御部３４は、動作計画演算部３３が決定した複数のモータのトルクに基いて、各モータを制御する。複数のモータとは、即ち、駆動輪４を駆動する駆動輪モータ３５、アーム７の台車側の関節を駆動する第１アーム駆動モータ３６、アーム７のハンド８側の関節を駆動する第２アーム駆動モータ３７、ハンド８の把持動作を駆動する把持駆動モータ３８である。以下、動作計画演算部３３の動作を詳細に説明する。 The motion planning calculation unit 33 determines the torques of a plurality of motors when the drawer 2 is pushed and moved to the chest 1. The motion control unit 34 controls each motor based on the torques of the plurality of motors determined by the motion planning calculation unit 33. The plurality of motors are the drive wheel motor 35 that drives the drive wheels 4, the first arm drive motor 36 that drives the joints on the carriage side of the arm 7, and the second arm that drives the joints on the hand 8 side of the arm 7. It is a gripping drive motor 38 that drives the gripping operation of the drive motor 37 and the hand 8. Hereinafter, the operation of the motion planning calculation unit 33 will be described in detail.

図５は、動作計画演算部３３の動作に関するフローチャートを示している。図６は、引出２を箪笥１に押し込むタスクを実行する際にロボット３が受ける力を白抜き矢印で示している。具体的には、図６において、ハンド８が引出２から受ける水平方向の反作用力をＦｘで示し（引出２から離れる方向を正とする。）、ハンド８が引出２から受ける鉛直方向の反作用力をＦｙで示し（鉛直上向きを正とする。）、ハンド８が引出２から受ける反作用トルクをＴで示している（反時計回りを正とする。）。また、ロボット３は、駆動輪４が受動輪５よりも引出２から遠い後輪駆動を採用しているものとする。そして、ロボット３の自重をＭｇで示し、駆動輪４の垂直抗力をＮ１で示し、受動輪５の垂直抗力をＮ２で示し、駆動輪４が路面から受ける摩擦力をｆ１で示し、受動輪５が路面から受ける摩擦力をｆ２で示す。更に、垂直抗力Ｎ１と自重Ｍｇとの作用線間距離をＬ１で示し、自重Ｍｇと垂直抗力Ｎ２との作用線間距離をＬ２で示し、垂直抗力Ｎ２と反作用力Ｆｙとの作用線間距離をＬ３で示し、反作用力Ｆｘの作用線の高さをＨ１で示している。図７は、各モータの出力トルクを図示している。具体的には、図７において、駆動輪モータ３５の出力トルクをτ１で示し、第１アーム駆動モータ３６の出力トルクをτ２で示し、第２アーム駆動モータ３７の出力トルクをτ３で示している。 FIG. 5 shows a flowchart relating to the operation of the motion planning calculation unit 33. In FIG. 6, the force received by the robot 3 when executing the task of pushing the drawer 2 into the chest 1 is indicated by a white arrow. Specifically, in FIG. 6, the horizontal reaction force received by the hand 8 from the drawer 2 is indicated by Fx (the direction away from the drawer 2 is positive), and the vertical reaction force received by the hand 8 from the drawer 2 is shown in Fx. Is indicated by Fy (vertical upward is positive), and the reaction torque received by the hand 8 from the drawer 2 is indicated by T (counterclockwise is positive). Further, it is assumed that the robot 3 adopts rear wheel drive in which the drive wheels 4 are farther from the drawer 2 than the passive wheels 5. Then, the weight of the robot 3 is indicated by Mg, the normal force of the drive wheel 4 is indicated by N1, the normal force of the passive wheel 5 is indicated by N2, the frictional force received by the drive wheel 4 from the road surface is indicated by f1, and the passive wheel 5 is indicated. The frictional force received from the road surface is indicated by f2. Further, the distance between the action lines of the normal force N1 and the self-weight Mg is indicated by L1, the distance between the action lines of the normal force Mg and the vertical force N2 is indicated by L2, and the distance between the action lines of the normal force N2 and the reaction force Fy is indicated by L2. It is indicated by L3, and the height of the action line of the reaction force Fx is indicated by H1. FIG. 7 illustrates the output torque of each motor. Specifically, in FIG. 7, the output torque of the drive wheel motor 35 is indicated by τ1, the output torque of the first arm drive motor 36 is indicated by τ2, and the output torque of the second arm drive motor 37 is indicated by τ3. ..

図５に示すように、動作計画演算部３３は、先ず、タスクを実行するのに必要となる操作力を決定する（Ｓ１００）。具体的には、動作計画演算部３３は、箪笥１に引出２を押し込むのに必要となる操作力を決定する。図６における反作用力Ｆｘは、上記必要となる操作力の反作用力に該当する。 As shown in FIG. 5, the motion planning calculation unit 33 first determines the operating force required to execute the task (S100). Specifically, the motion planning calculation unit 33 determines the operating force required to push the drawer 2 into the chest 1. The reaction force Fx in FIG. 6 corresponds to the reaction force of the required operating force.

次に、図５に示すように、動作計画演算部３３は、手先力の許容最大値を決定する（Ｓ１１０）。具体的には、動作計画演算部３３は、操作対象とロボット３の姿勢に基いて、手先の拘束されている方向とその方向へ出せる力の最大値を決定する。なお、操作対象に作用させる作用力やトルクは、手先の拘束されている方向に限られている。ここで、操作対象が引出２である場合は、引出２を押したり引いたりする方向に限らず、引出２に対して鉛直方向の作用力を与えてもよいし、引出２に対してあらゆるトルクを作用させてもよい。ただし、引出２が箪笥１から大きく引き出されている場合は、箪笥１による引出２の支持が不完全なものとなるので、手先力の許容最大値は低く設定することが好ましい。操作対象がドアであって、ドアを開くタスクを実行する際は、ドアノブが回転してしまう方向へは手先力を作用させることができない。下記式（１）は、手先力の許容最大値と許容最小値を示している。 Next, as shown in FIG. 5, the motion planning calculation unit 33 determines the maximum allowable value of the hand force (S110). Specifically, the motion planning calculation unit 33 determines the direction in which the hand is restrained and the maximum value of the force that can be exerted in that direction based on the posture of the operation target and the robot 3. The acting force and torque acting on the operation target are limited to the direction in which the hand is restrained. Here, when the operation target is the drawer 2, not only the direction in which the drawer 2 is pushed or pulled, but also a vertical acting force may be applied to the drawer 2, and any torque may be applied to the drawer 2. May act. However, when the drawer 2 is largely pulled out from the chest 1, the support of the drawer 2 by the chest 1 becomes incomplete, so it is preferable to set the maximum allowable value of the hand force low. When the operation target is a door and the task of opening the door is executed, the hand force cannot be applied in the direction in which the door knob rotates. The following formula (1) shows the allowable maximum value and the allowable minimum value of the hand force.

次に、図５に示すように、動作計画演算部３３は、手先力及び各モータトルクを演算する（Ｓ１２０）。具体的には、動作計画演算部３３は、（ａ）下記式（２）及び（３）で示すつり合いの条件式、（ｂ）下記式（４）で示す各駆動輪４及び各受動輪５が浮かない条件式、（ｃ）下記式（５）で示す各駆動輪４及び各受動輪５が滑らない条件式、（ｄ）上記式（１）で示す手先力の条件式、の（ａ）―（ｄ）という条件式のもと、手先力（＝Ｆｙ、Ｔ）及び各モータの出力トルクを演算する。 Next, as shown in FIG. 5, the motion planning calculation unit 33 calculates the hand force and each motor torque (S120). Specifically, the operation plan calculation unit 33 includes (a) a conditional expression of balance represented by the following equations (2) and (3), and (b) each drive wheel 4 and each passive wheel 5 represented by the following equation (4). (C) Conditional expression in which each drive wheel 4 and each passive wheel 5 represented by the following equation (5) do not slip, (d) Conditional expression of hand force represented by the above equation (1), (a). )-(D), the hand force (= Fy, T) and the output torque of each motor are calculated.

なお、各モータの出力トルクを求める方法として、最適化する必要がないのであれば、上記（ａ）―（ｄ）を満足する手先力をヒューリスティックに求めた後、ヤコビアン等で求めてよい。或いは、上記（ａ）−（ｄ）に加えて、下記式（６）で示す手先力と各モータの出力トルクの関係式と、下記式（７）で示すように各モータの出力トルクが最大出力トルク以下である条件式を考慮した上で、下記式（８）に示すように各モータの出力トルクの二乗和が最小になるように非線形計画法等で各モータの出力トルクを演算してもよい。 If it is not necessary to optimize the output torque of each motor, the hand force that satisfies the above (a)-(d) may be heuristically obtained and then obtained by Jacobian or the like. Alternatively, in addition to the above (a)-(d), the relational expression between the hand force represented by the following formula (6) and the output torque of each motor, and the maximum output torque of each motor as shown by the following formula (7). After considering the conditional expression that is less than or equal to the output torque, calculate the output torque of each motor by a non-linear planning method or the like so that the sum of squares of the output torque of each motor is minimized as shown in the following equation (8). It is also good.

なお、上記式（２）において、ｆ１とｆ２は同一作用線上の力なので、まとめてｆ（＝ｆ１、ｆ２）と表現している。
上記式（５）において、μは各車輪と路面との間の静止摩擦係数である。
上記式（６）は、自重補償分のトルクを除外して立てた条件式である。また、上記式（６）は、手先力（Ｆ＝（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｔ））と各モータの出力トルクτとの間において成り立っている、ヤコビアンＪを用いたＦ＝Ｊτという関係式に基づくものである。Ｊｘ、Ｊｙ、Ｊθは、それぞれの方向のヤコビアン成分である。 In the above equation (2), since f1 and f2 are forces on the same line of action, they are collectively expressed as f (= f1, f2).
In the above equation (5), μ is the coefficient of static friction between each wheel and the road surface.
The above equation (6) is a conditional equation established by excluding the torque corresponding to the self-weight compensation. Further, the above equation (6) is based on the relational expression F = Jτ using Jacobian J, which is established between the hand force (F = (Fx, Fy, T)) and the output torque τ of each motor. It is a thing. Jx, Jy, and Jθ are Jacobian components in each direction.

（演算例１）
以下、動作計画演算部３３が実行する演算に具体的な数値を当てはめた、演算の演算例１を紹介する。本実施例では、箪笥１に引出２を押し込むタスクを実行するものであり、ロボット３は、後輪駆動を採用している。即ち、図６において駆動輪４は受動輪５よりも引出２から遠い。また、手先力（反作用力Ｆｙ、反作用トルクＴ）はゼロとして単に引出２を押し込む動作のみをロボット３が実行するものとする。 (Calculation example 1)
Hereinafter, a calculation example 1 of a calculation in which specific numerical values are applied to the calculation executed by the motion planning calculation unit 33 will be introduced. In this embodiment, the task of pushing the drawer 2 into the chest 1 is executed, and the robot 3 employs rear wheel drive. That is, in FIG. 6, the drive wheel 4 is farther from the drawer 2 than the passive wheel 5. Further, it is assumed that the hand force (reaction force Fy, reaction torque T) is zero and the robot 3 simply pushes the drawer 2.

図６において、Ｌ１＝０．１５［ｍ］、Ｌ２＝０．１５［ｍ］、Ｌ３＝０．５０［ｍ］、Ｈ１＝０．３０［ｍ］、Ｍｇ＝１００［Ｎ］、μ＝０．３、前輪は受動輪５であるためｆ２＝０とし、必要な操作力（＝反作用力Ｆｘ）は２５［Ｎ］とする。この場合、Ｎ１＝７５［Ｎ］、Ｎ２＝７５［Ｎ］、ｆ１＝２５［Ｎ］となり、上記式（５）の第１式である下記式（９）を満足せず、タスク実行時、駆動輪４は路面上で滑ってしまうと考えられる。 In FIG. 6, L1 = 0.15 [m], L2 = 0.15 [m], L3 = 0.50 [m], H1 = 0.30 [m], Mg = 100 [N], μ = 0. .3. Since the front wheel is a passive wheel 5, f2 = 0, and the required operating force (= reaction force Fx) is 25 [N]. In this case, N1 = 75 [N], N2 = 75 [N], f1 = 25 [N], and the following equation (9), which is the first equation of the above equation (5), is not satisfied, and when the task is executed, It is considered that the drive wheels 4 slip on the road surface.

（演算例２）
上記演算例１では、手先力（反作用力Ｆｙ、反作用トルクＴ）はゼロとして単に引出２を押し込む動作のみをロボット３が実行するものとした。しかし、これに代えて、演算例２では、手先力のうち反作用トルクＴはゼロとしつつもタスク実行時に引出２を鉛直下方に押し下げることとする。この場合、例えば反作用力Ｆｙ＝５［Ｎ］とすると、Ｎ１＝８３．３４［Ｎ］、Ｎ２＝１１．６７［Ｎ］、ｆ１＝２５［Ｎ］となり、上記式（９）を満足することとなり、駆動輪４が路面上で滑ることなくタスクを実行することができるようになる。 (Calculation example 2)
In the above calculation example 1, the hand force (reaction force Fy, reaction torque T) is set to zero, and the robot 3 simply pushes the drawer 2. However, instead of this, in the calculation example 2, the reaction torque T of the hand force is set to zero, but the drawer 2 is pushed down vertically when the task is executed. In this case, for example, if the reaction force Fy = 5 [N], then N1 = 83.34 [N], N2 = 11.67 [N], and f1 = 25 [N], and the above equation (9) is satisfied. Therefore, the drive wheels 4 can execute the task without slipping on the road surface.

このように、自重のみでは駆動輪４が滑ってしまうような場合でも、外力を操作する際にアーム７で操作方向以外の力やトルクを発生させることで、反作用によりロボット３自体には鉛直下向きの力が発生し、駆動輪４の摩擦力を確保できるので、駆動輪４が滑ることなく、大きな外力を発生させることが可能となる。 In this way, even if the drive wheel 4 slips due to its own weight alone, the arm 7 generates a force or torque other than the operating direction when operating the external force, so that the robot 3 itself faces vertically downward due to the reaction. Since the frictional force of the drive wheels 4 can be secured, it is possible to generate a large external force without the drive wheels 4 slipping.

最後に、上記タスク実行時における各モータの出力トルクを最適化するには、各モータの出力トルクの二乗和が最小となるように、上記式（８）を目的関数として、上記式（１）（３）（４）（５）（７）（８）を非線形計画法で解くようにすればよい。 Finally, in order to optimize the output torque of each motor at the time of executing the above task, the above equation (1) is set as the objective function so that the sum of squares of the output torques of each motor is minimized. (3) (4) (5) (7) (8) may be solved by the nonlinear programming method.

以上に、本願発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は以下の特徴を有する。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the above-described embodiment has the following features.

水平に移動可能であって鉛直に移動不能となるように支持された引出２（移動対象物）を水平に押して移動させるロボット３は、駆動輪４と受動輪５を有する台車６と、台車６に支持されて傾動可能なアーム７と、アーム７に支持されて引出２を把持可能なハンド８と、駆動輪４とアーム７とハンド８を駆動制御する制御部９と、を備える。制御部９は、ハンド８に引出２を把持させると共に、駆動輪４が受動輪５よりも引出２に近い場合、引出２に対して鉛直上向きの力を作用させつつ、引出２を水平に押して移動させるように駆動制御する。制御部９は、駆動輪４が受動輪５よりも引出２から遠い場合、引出２に対して鉛直下向きの力を作用させつつ、引出２を水平に押して移動させるように駆動制御する。以上の構成によれば、駆動輪４が受動輪５よりも引出２に近い場合、引出２に対して鉛直上向きの力を作用させることで駆動輪４の路面１０に対する垂直抗力が増加するので、引出２を水平に押す際、駆動輪４の滑りを防止できる。同様に、駆動輪４が受動輪５よりも引出２から遠い場合、引出２に対して鉛直下向きの力を作用させることで駆動輪４の路面１０に対する垂直抗力が増加するので、引出２を水平に押す際、駆動輪４の滑りを防止できる。従って、効率よく引出２を移動させることができる。 The robot 3 that horizontally pushes and moves the drawer 2 (moving object) supported so as to be horizontally movable and vertically immovable is a trolley 6 having a driving wheel 4 and a passive wheel 5, and a trolley 6. It includes an arm 7 that is supported by the arm 7 and can be tilted, a hand 8 that is supported by the arm 7 and can grip the drawer 2, and a control unit 9 that drives and controls the drive wheels 4, the arm 7, and the hand 8. The control unit 9 causes the hand 8 to grip the drawer 2, and when the drive wheel 4 is closer to the drawer 2 than the passive wheel 5, pushes the drawer 2 horizontally while applying a vertically upward force to the drawer 2. Drive control to move. When the drive wheel 4 is farther from the drawer 2 than the passive wheel 5, the control unit 9 drives and controls the drawer 2 so as to push the drawer 2 horizontally while applying a vertically downward force to the drawer 2. According to the above configuration, when the drive wheel 4 is closer to the drawer 2 than the passive wheel 5, the normal force of the drive wheel 4 against the road surface 10 is increased by applying a vertically upward force to the drawer 2. When the drawer 2 is pushed horizontally, the drive wheels 4 can be prevented from slipping. Similarly, when the drive wheels 4 are farther from the drawer 2 than the passive wheels 5, the normal force of the drive wheels 4 against the road surface 10 increases by applying a vertically downward force to the drawer 2, so that the drawer 2 is horizontal. When pushed to, the drive wheel 4 can be prevented from slipping. Therefore, the drawer 2 can be moved efficiently.

また、水平に移動可能であって鉛直に移動不能となるように支持された引出２（移動対象物）を水平に押して移動させるロボット３は、少なくとも１つの駆動輪４を有する台車６と、台車６に支持されるアーム７と、アーム７に支持されて引出２を把持可能なハンド８と、駆動輪４とアーム７とハンド８を駆動制御する制御部９と、を備える。制御部９は、ハンド８に引出２を把持させると共に、引出２の移動可能な方向と異なる方向であってかつ引出２の移動不能な方向において引出２に力又はトルクのうち何れか又は両方を作用させつつ、引出２を水平に移動させるように駆動制御する。即ち、引出２に対して鉛直上向きの力を作用させつつ、引出２を水平に押して移動させるように駆動制御することで、台車６を鉛直下向きに押さえつけることができ、各駆動輪４にかかる垂直抗力の総和を大きくすることができる。この場合、一部の駆動輪４の垂直抗力が下がることも考えられるが、結果として、引出２を水平に押す力を大きくすることができる。このことは、すべての車輪が駆動輪４である場合でも言及することができる。 Further, the robot 3 that horizontally pushes and moves the drawer 2 (moving object) supported so as to be horizontally movable and vertically immovable is a dolly 6 having at least one drive wheel 4 and a dolly. It includes an arm 7 supported by 6, a hand 8 supported by the arm 7 and capable of gripping the drawer 2, and a control unit 9 for driving and controlling the drive wheel 4, the arm 7, and the hand 8. The control unit 9 causes the hand 8 to grip the drawer 2 and applies a force or torque to the drawer 2 in a direction different from the movable direction of the drawer 2 and in a non-movable direction of the drawer 2. Drive control is performed so that the drawer 2 is moved horizontally while acting. That is, the carriage 6 can be pressed vertically downward by controlling the drive so that the drawer 2 is pushed and moved horizontally while applying a vertically upward force to the drawer 2, and the vertical force applied to each drive wheel 4 is applied. The total drag can be increased. In this case, it is possible that the normal force of some of the drive wheels 4 is reduced, but as a result, the force that pushes the drawer 2 horizontally can be increased. This can be mentioned even when all wheels are drive wheels 4.

上記実施形態では、アーム７が傾動可能となるように台車６に支持されているとしたが、これに代えて、アーム７は、例えばフォークリフトのように、実質的に長手方向が水平となる姿勢を維持したまま鉛直方向に上下動するように構成してもよい。 In the above embodiment, it is assumed that the arm 7 is supported by the carriage 6 so as to be tiltable. Instead, the arm 7 has a posture in which the longitudinal direction is substantially horizontal, such as a forklift. It may be configured to move up and down in the vertical direction while maintaining the above.

（付記）
水平に移動可能であって鉛直に移動不能となるように支持された移動対象物を水平に押して移動させるロボットであって、
駆動輪と受動輪を有する台車と、
前記台車に支持されて傾動可能なアームと、
前記アームに支持されて前記移動対象物を把持可能なハンドと、
前記駆動輪と前記アームと前記ハンドを駆動制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記ハンドに前記移動対象物を把持させると共に、
前記駆動輪が前記受動輪よりも前記移動対象物に近い場合、前記移動対象物に対して鉛直上向きの力を作用させつつ、前記移動対象物を水平に押して移動させるように駆動制御し、
前記駆動輪が前記受動輪よりも前記移動対象物から遠い場合、前記移動対象物に対して鉛直下向きの力を作用させつつ、前記移動対象物を水平に押して移動させるように駆動制御する、
ロボット。 (Additional note)
A robot that moves a moving object that is supported so that it can move horizontally and cannot move vertically.
A dolly with drive wheels and passive wheels,
An arm that is supported by the dolly and can be tilted,
A hand that is supported by the arm and can grip the moving object,
A control unit that drives and controls the drive wheel, the arm, and the hand.
With
The control unit
While having the hand grasp the moving object,
When the driving wheel is closer to the moving object than the passive wheel, the driving control is performed so that the moving object is pushed and moved horizontally while applying a vertically upward force to the moving object.
When the driving wheel is farther from the moving object than the passive wheel, the driving control is performed so that the moving object is pushed and moved horizontally while applying a vertically downward force to the moving object.
robot.

（付記）
水平に移動可能であって鉛直に移動不能となるように支持された移動対象物を水平に押して移動させるロボットであって、
駆動輪と受動輪を有する台車と、
前記台車に支持されるアームと、
前記アームに支持されて前記移動対象物を把持可能なハンドと、
前記駆動輪と前記アームと前記ハンドを駆動制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記ハンドに前記移動対象物を把持させると共に、
前記駆動輪が前記受動輪よりも前記移動対象物に近い場合、前記移動対象物に対して鉛直上向きの力を作用させつつ、前記移動対象物を水平に押して移動させるように駆動制御し、
前記駆動輪が前記受動輪よりも前記移動対象物から遠い場合、前記移動対象物に対して鉛直下向きの力を作用させつつ、前記移動対象物を水平に押して移動させるように駆動制御する、
ロボット。 (Additional note)
A robot that moves a moving object that is supported so that it can move horizontally and cannot move vertically.
A dolly with drive wheels and passive wheels,
The arm supported by the dolly and
A hand that is supported by the arm and can grip the moving object,
A control unit that drives and controls the drive wheel, the arm, and the hand.
With
The control unit
While having the hand grasp the moving object,
When the driving wheel is closer to the moving object than the passive wheel, the driving control is performed so that the moving object is pushed and moved horizontally while applying a vertically upward force to the moving object.
When the driving wheel is farther from the moving object than the passive wheel, the driving control is performed so that the moving object is pushed and moved horizontally while applying a vertically downward force to the moving object.
robot.

１箪笥
２引出
２ａ先端
３ロボット
４駆動輪
５受動輪
６台車
７アーム
８ハンド
９制御部
１０路面
１１押し込み力
１２反作用力
１３押し上げ力
１４反作用力
１５押し下げトルク
１６反作用トルク
１７押し下げ力
１８反作用力
１９押し上げトルク
２０反作用トルク
３３動作計画演算部
３４動作制御部
３５駆動輪モータ
３６第１アーム駆動モータ
３７第２アーム駆動モータ
３８把持駆動モータ 1 笥 2 Drawer 2a Tip 3 Robot 4 Drive wheel 5 Passive wheel 6 Carriage 7 Arm 8 Hand 9 Control unit 10 Road surface 11 Pushing force 12 Reaction force 13 Pushing force 14 Reaction force 15 Pushing torque 16 Reaction torque 17 Pushing force 18 Reaction force 19 Push-up torque 20 Reaction torque 33 Operation plan calculation unit 34 Operation control unit 35 Drive wheel motor 36 1st arm drive motor 37 2nd arm drive motor 38 Grip drive motor

Claims

A robot that moves a moving object that is supported so that it can move horizontally and cannot move vertically.
A dolly with driving wheels and driven wheels,
The arm supported by the dolly and
A hand that is supported by the arm and can grip the moving object,
A control unit that drives and controls the drive wheel, the arm, and the hand.
With
The control unit
While having the hand grasp the moving object,
When the driving wheel is closer to the moving object than the driven wheel, the driving control is performed so that the moving object is pushed and moved horizontally while applying a vertically upward force to the moving object.
When the driving wheel is farther from the moving object than the driven wheel, the driving control is performed so that the moving object is pushed and moved horizontally while applying a vertically downward force to the moving object.
robot.