JPWO2013038998A1 - 自走ロボットおよび自走台車 - Google Patents

Abstract

この自走ロボット（１００）は、サーボ制御により走行可能な台車（１）と、台車に搭載されるロボットアーム（２２）と、台車の走行をサーボ制御する制御部（９）とを備える。そして、制御部は、ロボットアームの動作時に、台車に対するサーボ制御のサーボゲインをロボットアーム動作用ゲインにするように構成されている。

Description

この発明は、自走ロボットおよび自走台車に関し、特に、ロボットアームが搭載される台車を備えた自走ロボットおよび自走台車に関する。

従来、ロボットアームが搭載される台車を備えた自走ロボットが知られている。このような自走ロボットは、台車を走行させてロボットアームを所定の作業位置まで移動させた後、所定の作業位置でロボットアームにより作業を行うように構成されている。

しかしながら、従来の自走ロボットでは、ロボットアームにより作業を行う際に、ロボットアームの旋回動作による反力により台車が所定の作業位置から振られてしまいロボットアームによる作業を精度よく行うことができないという不都合があった。

そこで、従来、ロボットアームの作業時に、ロボットアームの旋回動作による反力により台車が振られてしまうのを抑制することが可能な自走ロボットが、たとえば、特開２０００−７１１８３号公報に開示されている。

上記特開２０００−７１１８３号公報の自走ロボットでは、搬送台車（自走台車）にバキューム機構が設けられており、ロボットアームの作業時に、バキューム機構を床面に吸着させることによってロボットアームの旋回動作などによる反力に起因する搬送台車の振れを抑制することが可能である。

特開２０００−７１１８３号公報

しかしながら、上記特開２０００−７１１８３号公報の移動ロボット（自走ロボット）では、搬送台車の振れを抑制するために搬送台車にバキューム機構を別途設ける必要があるので、搬送台車の構成が複雑になるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、台車の構成が複雑になるのを抑制しながら、ロボットアームの作業時に、ロボットアームの動作による反力により台車が振られるのを抑制することが可能な自走ロボットおよび自走台車を提供することである。

上記目的を達成するために、第１の局面における自走ロボットは、サーボ制御により走行可能な台車と、台車に搭載されるロボットアームと、台車の走行をサーボ制御する制御部とを備え、制御部は、台車の走行時に、台車に対するサーボ制御のサーボゲインを走行用ゲインにするとともに、ロボットアームの動作時に、台車に対するサーボ制御のサーボゲインをロボットアーム動作用ゲインにするように構成されている。

第１の局面による自走ロボットでは、上記のように、ロボットアームの動作時に、台車に対するサーボ制御のサーボゲインをロボットアーム動作用ゲインにするように制御部を構成することによって、ロボットアームの作業時に、状態に応じて台車に対するサーボ制御のサーボゲインをロボットアームの動作に適したサーボゲインにすれば、ロボットアームの動作による反力により台車が振られるのを抑制することができる。これにより、台車の振れを抑制するために台車にバキューム機構などの専用の機構を別途設ける必要がないので、台車の構成が複雑になるのを抑制することができる。また、ロボットアームの作業時に、台車が振られるのを抑制することができるので、台車が一旦振られた後サーボ制御により元の位置に戻ってくるのを待つ必要がないか、または、待つ時間を短くすることができる。その結果、作業時間のロスを短縮することができる。また、制御部により、台車の走行時に、台車に対するサーボ制御のサーボゲインを走行用ゲインにすることによって、走行時のサーボゲインを台車の走行に適したサーボゲインにすれば、走行時に台車の挙動をより安定させることができる。

また、上記目的を達成するために、第２の局面における自走台車は、ロボットアームを搭載するとともに、サーボ制御により走行可能な台車と、台車の走行をサーボ制御する制御部とを備え、制御部は、台車の走行時に、台車に対するサーボ制御のサーボゲインを走行用ゲインにするとともに、ロボットアームの動作時に、台車に対するサーボ制御のサーボゲインをロボットアーム動作用ゲインにするように構成されている。

第２の局面による自走台車では、上記のように、ロボットアームの動作時に、台車に対するサーボ制御のサーボゲインをロボットアーム動作用ゲインにするように制御部を構成することによって、ロボットアームの作業時に、状態に応じて台車に対するサーボ制御のサーボゲインをロボットアームの動作に適したサーボゲインにすれば、ロボットアームの動作による反力により台車が振られるのを抑制することができる。これにより、台車の振れを抑制するために台車にバキューム機構などの専用の機構を別途設ける必要がないので、台車の構成が複雑になるのを抑制することができる。また、ロボットアームの作業時に、台車が振られるのを抑制することができるので、台車が一旦振られた後サーボ制御により元の位置に戻ってくるのを待つ必要がないか、または、待つ時間を短くすることができる。その結果、作業時間のロスを短縮することができる。また、制御部により、台車の走行時に、台車に対するサーボ制御のサーボゲインを走行用ゲインにすることによって、走行時のサーボゲインを台車の走行に適したサーボゲインにすれば、走行時に台車の挙動をより安定させることができる。

上記自走ロボットおよび自走台車によれば、台車の構成が複雑になるのを抑制しながら、ロボットアームの作業時に、ロボットアームの動作による反力により台車が振られるのを抑制することができる。

第１実施形態による自走ロボットの全体構成を示した側面図である。 第１実施形態による自走ロボットの全体構成を示した平面図である。 第１実施形態による自走ロボットの作業エリアを示した概略平面図である。 第１実施形態による自走ロボットの構成を示したブロック図である。 第１実施形態による自走ロボットの台車に対するサーボ制御について説明するための図である。 第１実施形態による自走ロボットの基本姿勢を示した平面図である。 第１実施形態による自走ロボットのロボット本体が所定量旋回した状態を示した平面図である。 第１実施形態による自走ロボットのロボット本体の旋回による反力により台車が振れた状態を示した平面図である。 第１実施形態による自走ロボットの制御部による動作指令受信時の処理について説明するためのフローチャートである。 第２実施形態による自走ロボットの全体構成を示した側面図である。 第２実施形態による自走ロボットの全体構成を示した平面図である。 第２実施形態による自走ロボットの車輪を示した斜視図である。 第２実施形態による自走ロボットの移動を説明するための平面図である。 第２実施形態による自走ロボットの構成を示したブロック図である。 第２実施形態による自走ロボットの制御部による動作指令受信時の処理について説明するためのフローチャートである。 第２実施形態による自走ロボットの車輪の駆動により発生する力を説明するための平面図である。 第２実施形態の変形例による自走ロボットの全体構成を示した側面図である。 第２実施形態の変形例による自走ロボットの制御部による動作指令受信時の処理について説明するためのフローチャートである。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１〜図８を参照して、第１実施形態による自走ロボット１００の構成について説明する。

第１実施形態による自走ロボット１００は、図１および図２に示すように、サーボ制御により走行可能な台車１と、台車１に搭載されたロボット本体２とを備えている。また、自走ロボット１００は、図３に示すように、台車１により所定の処理装置１１０に対応する作業位置まで移動するとともに、ロボット本体２により移動先の作業位置において対応する処理装置１１０に応じた所定の作業（動作）を行うように構成されている。なお、台車１は、「台車」および「自走台車」の一例である。

台車１は、図１および図２に示すように、台車本体１１と、台車本体１１の前方部に設けられた右駆動車輪１２および左駆動車輪１３と、台車本体１１の後方部に設けられた２つの従動車輪（キャスタ）１４とを備えている。また、右駆動車輪１２および左駆動車輪１３は、それぞれ、右車輪用サーボモータ１２１および左車輪用サーボモータ１３１（図４参照）により駆動されるように構成されている。また、台車１は、左右の駆動車輪１２および１３の回転量（回動量）の差によって走行方向が変わる差動二輪駆動方式により構成されている。なお、右駆動車輪１２および左駆動車輪１３は、「車輪」の一例である。また、右車輪用サーボモータ１２１および左車輪用サーボモータ１３１は、「サーボモータ」の一例である。

ロボット本体２は、複数の処理装置１１０のそれぞれに対応する複数の作業位置で各処理装置１１０に応じた互いに異なる作業（動作）を実行するように構成されている。また、ロボット本体２は、図１および図２に示すように、台車本体１１に取り付けられている。また、ロボット本体２は、胴体部２１と、胴体部２１に取り付けられた右アーム２２および左アーム２３とを備えた双腕型のロボットである。胴体部２１は、鉛直方向に延びる軸線Ｌ１を回動中心として台車１に対して回動（旋回）可能に構成されている。右アーム２２は、複数の関節を有する多関節構造により構成されている。なお、右アーム２２は、「ロボットアーム」および「アーム部」の一例である。右アーム２２は、先端部に設けられたハンド部２２ａにより対象物１１０ａを把持可能に構成されている。胴体部２１、右アーム２２および左アーム２３は、ロボット本体用サーボモータ２４（図４参照）により駆動されるように構成されている。なお、図４には、ロボット本体用サーボモータ２４を１つのみ図示しているが、実際には、胴体部２１の回動動作用や右アーム２２および左アーム２３それぞれの伸縮用などに複数のサーボモータが設けられている。このような構成により、ロボット本体２は、胴体部２１の回動（旋回）動作および右アーム２２の回動（旋回）動作や伸縮動作などを組み合わせてハンド部２２ａに把持した対象物１１０ａを任意の位置に移動させることが可能である。

また、自走ロボット１００には、図４に示すように、ディスプレイ３、磁気テープ検知部４、停止マーカ検知部５、番地マーカ検知部６、赤外線センサ７、電源部８および制御部９が設けられている。ディスプレイ３は、自走ロボット１００の状態情報やエラー情報などを表示可能に構成されている。また、磁気テープ検知部４は、自走ロボット１００の走行経路に沿って作業エリアの床面１２０に予め貼付された磁気テープ１２０ａを検知するために設けられている。自走ロボット１００は、磁気テープ検知部４により磁気テープ１２０ａを検知しながら所定の走行経路に沿って走行するように構成されている。停止マーカ検知部５は、各処理装置１１０の作業位置に対応して設けられた停止マーカ１２０ｂを検知するために設けられている。自走ロボット１００は、停止マーカ検知部５による検知結果に基づいて、所定の作業位置で停止するように構成されている。なお、停止マーカ検知部５は、「停止位置検知部」の一例である。番地マーカ検知部６は、走行経路の分岐箇所に対応して設けられた番地マーカ１２０ｃを検知するために設けられている。番地マーカ１２０ｃは、バーコードなどにより互いに固有の識別情報（番地情報）を有している。このため、自走ロボット１００は、番地マーカ検知部６による検知結果に基づいて、走行経路上のどの位置を走行しているかを確認しながら走行することが可能である。

赤外線センサ７は、走行経路上の障害物を検知するために設けられている。自走ロボット１００は、赤外線センサ７による検知結果に基づいて、障害物との衝突を回避するように構成されている。電源部８は、充電可能なバッテリからなり、自走ロボット１００の各部に電力を供給する機能を有している。自走ロボット１００は、作業エリアに設けられた充電装置１２０ｄに対応する位置に移動して充電装置１２０ｄにより電源部８を充電することが可能である。

制御部９は、自走ロボット１００全体の動作を制御可能に構成されている。制御部９は、台車１の走行をサーボ制御するとともに、ロボット本体２の動作をサーボ制御するように構成されている。制御部９は、自走ロボット１００とは別個に設けられた統括コントローラ２００と無線通信可能に構成されており、統括コントローラ２００から送信される動作指令に基づいて自走ロボット１００の動作を制御するように構成されている。具体的には、制御部９には、停止マーカ１２０ｂ、番地マーカ１２０ｃ、分岐方向および処理装置１１０の情報などが互いに関連付けて記憶されたジョブデータが格納されたメモリ９ａが設けられている。そして、制御部９は、統括コントローラ２００からの動作指令とジョブデータとに基づいて動作指令に応じた走行経路を決定するように構成されている。制御部９は、決定した走行経路に沿って所定の作業位置まで移動するように台車１の走行をサーボ制御する。また、制御部９は、所定の作業位置において、動作指令に対応する所定の作業を実行するようにロボット本体２をサーボ制御するように構成されている。また、制御部９は、赤外線センサ７による検知結果や自走ロボット１００の動作状態などの情報を統括コントローラ２００に逐次送信するように構成されている。

ここで、第１実施形態では、制御部９は、台車１の右車輪用サーボモータ１２１および左車輪用サーボモータ１３１に対するサーボ制御のサーボゲインを変更する制御を行うことが可能に構成されている。サーボゲインとは、制御パラメータであり、サーボゲインを大きくするとサーボ制御の応答性が高くなり、サーボゲインを小さくするとサーボ制御の応答性が低くなる。具体的には、制御部９は、台車１が走行する際には、左右のサーボモータ１２１および１３１に対するサーボゲインを走行時ゲインに設定するとともに、ロボット本体２が作業を行う際には、左右のサーボモータ１２１および１３１に対するサーボゲインを走行時ゲインよりも大きい値（たとえば、走行時ゲインの１０倍の値）の作業時ゲインに設定するように構成されている。すなわち、制御部９は、ロボット本体２の作業時に、左右のサーボモータ１２１および１３１に対するサーボゲインを台車１の走行時よりも大きくするように構成されている。また、制御部９は、台車１が所定の作業位置に停止したことに基づいて、左右のサーボモータ１２１および１３１に対するサーボゲインを走行時ゲインから作業時ゲインに切り替えるように構成されている。なお、走行時ゲインは、「走行用ゲイン」の一例であり、作業時ゲインは、「ロボットアーム動作用ゲイン」の一例である。

制御部９は、図５に示すように、統括コントローラ２００からの動作指令に基づいて、位置制御および速度制御により右車輪用サーボモータ１２１（左車輪用サーボモータ１３１）をサーボ制御するように構成されている。具体的には、制御部９は、右車輪用サーボモータ１２１（左車輪用サーボモータ１３１）に設けられたエンコーダ１２１a（１３１a）からの情報を取得してフィードバック制御を行うように構成されている。また、制御部９は、ロボット本体２の作業時に、右車輪用サーボモータ１２１（左車輪用サーボモータ１３１）に対する位置制御のサーボゲインおよび速度制御のサーボゲインの両方を台車１の走行時よりも大きくするように構成されている。すなわち、制御部９は、ロボット本体２の作業時に、右車輪用サーボモータ１２１（左車輪用サーボモータ１３１）に対する位置制御ループおよび速度制御ループの両方におけるサーボゲインを走行時ゲインから作業時ゲインに切り替えるように構成されている。

また、第１実施形態では、制御部９は、いずれの処理装置１１０に対する作業時にも、サーボゲインを一様に同じ値の作業時ゲインに設定するように構成されている。また、作業時ゲインは、最も反力の大きい作業位置におけるロボット本体２の作業時にロボット本体２の動作に起因して台車１が床面１２０に対してスリップしない範囲内で、走行時ゲインよりも大きい値に設定されている。また、作業時ゲインは、最も反力の大きい作業位置におけるロボット本体２の作業時に、図６に示す基本姿勢の状態から、図７に示すようにロボット本体２の右アーム２２を台車１に対して所定量（たとえば、α度）旋回させる場合に、右アーム２２の台車１に対する旋回量が所定量（たとえば、α度）に到達するまでの時間内で、その旋回に起因する反力による台車１の振れ（図８参照）が略ゼロに戻るような値で、かつ、走行時ゲインよりも大きい値に設定されている。

次に、図９を参照して、第１実施形態による自走ロボット１００の制御部９により実行される動作指令受信時の処理について説明する。

まず、ステップＳ１において、制御部９は、統括コントローラ２００から動作指令を受信したか否かを判断する。制御部９は、動作指令を受信するまでこの判断を繰り返し、動作指令を受信すると、ステップＳ２において、受信した動作指令とジョブデータとに基づいて動作指令に応じた走行経路を決定する。そして、制御部９は、ステップＳ３において、台車１の右車輪用サーボモータ１２１および左車輪用サーボモータ１３１に対するサーボ制御のサーボゲインを走行時ゲインに設定する。その後、ステップＳ４において、制御部９は、ステップＳ２で決定した走行経路に沿って所定の作業位置まで移動するように台車１の走行を制御する。また、制御部９は、ステップＳ５において、停止マーカ検知部５により動作指令に対応する作業位置の停止マーカ１２０ｂを検知したか否かを判断し、停止マーカ１２０ｂを検知するまで台車１の走行制御を継続する。そして、制御部９は、停止マーカ検知部５により停止マーカ１２０ｂが検知された場合に、台車１が所定の作業位置に到着したと判断するとともに、ステップＳ６において、左右のサーボモータ１２１および１３１の駆動を停止して台車１を停止させる。

ステップＳ７において、制御部９は、台車１が作業位置に停止したことに基づいて、右車輪用サーボモータ１２１および左車輪用サーボモータ１３１に対するサーボ制御のサーボゲインを作業時ゲインに設定する（切り替える）。その後、ステップＳ８において、制御部９は、台車１を作業位置に停止させた状態で、ロボット本体用サーボモータ２４を制御してロボット本体２に動作指令に対応する所定の作業（動作）を実行させる。制御部９は、ステップＳ９において、作業が終了したか否かを判断し、作業が終了するまでこの判断を繰り返す。

作業が終了すると、制御部９は、ステップＳ１０において、統括コントローラ２００から受信した動作指令の内容をすべて実行（完了）したか否かを判断する。指令内容を完了していない場合には、ステップＳ３に戻って右車輪用サーボモータ１２１および左車輪用サーボモータ１３１に対するサーボゲインを走行時ゲインに設定する。すなわち、制御部９は、ロボット本体２の作業終了後に、右車輪用サーボモータ１２１および左車輪用サーボモータ１３１に対するサーボゲインを走行時ゲインに戻す制御を行う。その後、ステップＳ４において、制御部９は、動作指令に対応する次の作業位置まで台車１を走行させる制御を行う。

第１実施形態では、上記のように、右アーム２２の動作時に、台車１に対するサーボ制御のサーボゲインを作業時ゲインにするように制御部９を構成することによって、右アーム２２の作業時に、台車１に対するサーボ制御のサーボゲインを右アーム２２の動作に適したサーボゲインにして、右アーム２２の動作による反力により台車１が振られるのを抑制することができる。これにより、台車１の振れを抑制するために台車１にバキューム機構などの専用の機構を別途設ける必要がないので、台車１の構成が複雑になるのを抑制することができる。また、右アーム２２の作業時に、台車１が振られるのを抑制することができるので、台車１が一旦振られた後サーボ制御により元の位置に戻ってくるのを待つ必要がないか、または、待つ時間を短くすることができる。その結果、作業時間のロスを短縮することができる。また、制御部９により、台車１の走行時に、台車１に対するサーボ制御のサーボゲインを走行時ゲインにすることによって、走行時のサーボゲインを台車１の走行に適したサーボゲインにして、走行時の台車１の挙動を安定させることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、制御部９により、右アーム２２の動作時に、右アーム２２の動作に起因して台車１が床面１２０に対してスリップしない範囲内で、作業時ゲインを設定することとによって、ロボット本体２の作業時に、右アーム２２の動作による反力により台車１のフィードバック制御の基準位置がずれてしまうのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、制御部９により、ロボット本体２の作業時にロボット本体２の右アーム２２が台車１に対して所定量（たとえば、α度）旋回することによって右アーム２２の旋回による反力により台車１が振られる場合に、右アーム２２の旋回量が所定量（たとえば、α度）に到達するまでの時間内で台車１の振れが略ゼロに戻るようなサーボゲインで、かつ、台車１の走行時よりも大きいサーボゲインに、台車１に対するサーボ制御のサーボゲインを設定する。これにより、ロボット本体２の右アーム２２を台車１に対して所定量（たとえば、α度）旋回させて作業を行う場合に、右アーム２２の旋回による反力により台車１が振られる場合でも、作業時間のロスが発生するのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、ロボット本体の作業時に、台車１に対するサーボ制御のサーボゲインを台車１の走行時よりも大きくするように制御部９を構成することによって、ロボット本体２の作業時に、台車１に対するサーボ制御の応答性が高められてサーボロック力が大きくなるので、ロボット本体２の動作による反力により台車１が振られるのを抑制することができる。また、制御部９により、ロボット本体２の作業時に、台車１に対するサーボ制御のサーボゲインを台車１の走行時よりも大きくすることによって、ロボット本体２の作業時にはサーボゲインを大きくしながら、走行時にはサーボゲインを低くすることができる。これにより、台車１に対するサーボ制御の応答性を走行時には高めることなく作業時にだけ高めることができるので、走行時に台車１の挙動が神経質になって不安定になるのを抑制しながら、ロボット本体２の作業時にはロボット本体２の動作による反力により台車１が振られるのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、制御部９により、台車１が作業位置に停止したことに基づいて、台車１に対するサーボ制御のサーボゲインを走行時ゲインから走行時ゲインよりも大きい値の作業時ゲインに切り替える。これにより、台車１が作業位置に停止した場合に、確実に、台車１に対するサーボ制御のサーボゲインを走行時よりも大きくしてロボット本体２の動作による反力により台車１が振られるのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、制御部９により、停止マーカ検知部５による検知結果に基づいて、台車１が作業位置に到着したと判断する。これにより、制御部９により、台車１が作業位置に到着したことを容易に判断することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、制御部９により、右アーム２２の動作時に、台車１に対するサーボ制御のサーボゲインを台車１の走行時よりも大きくするとともに、右アーム２２の動作終了後に、台車１に対するサーボ制御のサーボゲインを台車１の走行時の大きさに戻す。これにより、所定の作業位置でのロボット本体２の作業終了後に、他の作業位置に移動して別の作業を行う場合でも、作業終了後に戻された走行時ゲインにより、走行挙動が神経質になって不安定になるのを抑制することができるので、台車１を次の作業位置まで安定して走行させることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、制御部９により、ロボット本体２の作業時に、位置制御のサーボゲインおよび速度制御のサーボゲインの両方を台車１の走行時よりも大きくする。これにより、ロボット本体２の作業時に、位置制御のサーボゲインおよび速度制御のサーボゲインの両方を大きくして台車１の振れを確実に抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、図１０〜図１６を参照して、第２実施形態による自走ロボット３００の構成について説明する。第２実施形態では、駆動車輪を２つ備えていた上記第１実施形態とは異なり、駆動車輪を４つ備えている例について説明する。なお、第２実施形態において上記第１実施形態と同様の構成については、同一符号を用いるとともに説明を省略する。

図１０〜図１６を参照して、第２実施形態による自走ロボット３００の構成について説明する。

台車１ａは、図１０および図１１に示すように、台車本体１１ａと、台車本体１１ａの前方部に設けられた右前駆動車輪３０１および左前駆動車輪３０２と、台車本体１１ａの後方部に設けられた右後駆動車輪３０３および左後駆動車輪３０４とを備えている。また、右前駆動車輪３０１および左前駆動車輪３０２は、それぞれ、右前車輪用サーボモータ３１１および左前車輪用サーボモータ３１２（図１４参照）により駆動されるように構成されている。また、右後駆動車輪３０３および左後駆動車輪３０４は、それぞれ、右後車輪用サーボモータ３１３および左後車輪用サーボモータ３１４（図１４参照）により駆動されるように構成されている。また、右前駆動車輪３０１、左前駆動車輪３０２、右後駆動車輪３０３および左後駆動車輪３０４は、それぞれ、右前車輪用サーボモータ３１１、左前車輪用サーボモータ３１２、右後車輪用サーボモータ３１３および左後車輪用サーボモータ３１４を用いて、回転方向および回転速度を互いに独立して駆動することが可能に構成されている。なお、右前駆動車輪３０１、左前駆動車輪３０２、右後駆動車輪３０３および左後駆動車輪３０４は、「車輪」の一例である。また、右前車輪用サーボモータ３１１、左前車輪用サーボモータ３１２、右後車輪用サーボモータ３１３および左後車輪用サーボモータ３１４は、「サーボモータ」の一例である。

右前駆動車輪３０１、左前駆動車輪３０２、右後駆動車輪３０３および左後駆動車輪３０４は、メカナムホイール（Ｍｅｃａｎｕｍ Ｗｈｅｅｌ）により構成されている。具体的には、右前駆動車輪３０１は、図１２に示すように、車輪の回転軸に対して４５度傾斜する回転軸を有する複数のローラ３０１ａを含む。ローラ３０１ａは、自由回転可能に構成されている。また、左前駆動車輪３０２、右後駆動車輪３０３および左後駆動車輪３０４も、それぞれ、右前駆動車輪３０１のローラ３０１ａと同様のローラ３０２ａ、ローラ３０３ａおよびローラ３０４ａを含んでいる。これにより、台車１ａは、前後方向の移動、前後方向に交差する方向の移動および旋回移動が可能に構成されている。たとえば、台車１ａは、全ての車輪を前向きに回転させることにより、前方向に移動し、全ての車輪を後向きに回転させることにより、後方向に移動する。また、台車１ａは、図１３に示すように、右前駆動車輪３０１および左後駆動車輪３０４を後向きに回転させ、左前駆動車輪３０２および右後駆動車輪３０３を前向きに回転させることにより、右方向に移動する。また、台車１ａは、右前駆動車輪３０１および左後駆動車輪３０４を駆動せずに、左前駆動車輪３０２および右後駆動車輪３０３を前向きに回転させることにより、右斜め前方向に移動する。また、台車１ａは、右前駆動車輪３０１および右後駆動車輪３０３を前向きに回転させ、左前駆動車輪３０２および左後駆動車輪３０４を後向きに回転させることにより、反時計回りに旋回する。また、各車輪の回転方向の組合せを変更することにより、台車１ａは、その他の方向に移動、旋回することが可能である。

ここで、第２実施形態では、制御部３０９は、台車１ａの走行時に、台車１ａに対するサーボ制御のサーボゲインを走行時ゲインにするとともに、右アーム２２の動作時に、台車１ａに対するサーボ制御のサーボゲインを作業時ゲインにするように構成されている。また、制御部３０９は、右アーム２２の動作時に、右前駆動車輪３０１、左前駆動車輪３０２、右後駆動車輪３０３および左後駆動車輪３０４の駆動により発生する力がつり合うように、右前車輪用サーボモータ３１１、左前車輪用サーボモータ３１２、右後車輪用サーボモータ３１３および左後車輪用サーボモータ３１４をそれぞれ駆動させるとともに、台車１ａの複数のサーボモータ３１１〜３１４に対するサーボ制御のサーボゲインを作業時ゲインにした状態で右アーム２２を動作させるように構成されている。具体的には、制御部３０９は、前側車輪の駆動により発生する力と後側車輪の駆動により発生する力とがつり合うように、複数のサーボモータ３１１〜３１４をそれぞれ駆動させるように構成されている。たとえば、図１６に示す例のように、制御部３０９は、右前駆動車輪３０１および左前駆動車輪３０２を後向きに駆動させるとともに、右後駆動車輪３０３および左後駆動車輪３０４を前向きに駆動させる。つまり、右前駆動車輪３０１の駆動により発生する力Ｆ１、左前駆動車輪３０２の駆動により発生する力Ｆ２、右後駆動車輪３０３の駆動により発生する力Ｆ３、および、左後駆動車輪３０４の駆動により発生する力Ｆ４がつり合うように各サーボモータ３１１〜３１４をそれぞれ駆動させる。なお、走行時ゲインは、「走行用ゲイン」の一例であり、作業時ゲインは、「ロボットアーム動作用ゲイン」の一例である。

また、制御部３０９は、右アーム２２の動作時に、右前駆動車輪３０１、左前駆動車輪３０２、右後駆動車輪３０３および左後駆動車輪３０４の駆動により発生する力に起因して各車輪が床面に対してスリップ（ホイルスピン）しない範囲内で、各車輪の駆動により発生する力がつり合うように複数のサーボモータ３１１〜３１４をそれぞれ駆動させるように構成されている。つまり、この場合、右前駆動車輪３０１、左前駆動車輪３０２、右後駆動車輪３０３および左後駆動車輪３０４の駆動により発生する力が互いに相殺されて、各車輪は回転しない。また、第２実施形態では、台車１ａの複数のサーボモータ３１１〜３１４に対して設定される作業時ゲインは、走行時ゲインと略等しいサーボゲインに設定されている。なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

次に、図１５および図１６を参照して、第２実施形態による自走ロボット３００の制御部３０９により実行される動作指令受信時の処理について説明する。

まず、ステップＳ１〜ステップＳ６の動作は、上記第１実施形態と同様である。次に、第２実施形態では、制御部３０９は、ステップＳ７において、右前車輪用サーボモータ３１１、左前車輪用サーボモータ３１２、右後車輪用サーボモータ３１３および左後車輪用サーボモータ３１４に対するサーボ制御のサーボゲインを作業時ゲインに設定した後、ステップＳ２１において、各車輪の駆動により発生する力を合わせた合力が０になるように各サーボモータを駆動させる。具体的には、制御部３０９は、図１６に示すように、右前駆動車輪３０１および左前駆動車輪３０２を後向きに駆動させるように右前車輪用サーボモータ３１１および左前車輪用サーボモータ３１２をそれぞれ駆動させるとともに、右後駆動車輪３０３および左後駆動車輪３０４を前向きに駆動させるように右後車輪用サーボモータ３１３および左後車輪用サーボモータ３１４をそれぞれ駆動させる。その後、ステップＳ８に進む。なお、ステップＳ８以降の動作は、上記第１実施形態と同様である。

上記のように、第２実施形態の構成においても、上記第１実施形態と同様に、右アーム２２の動作時に、台車１ａに対するサーボ制御のサーボゲインを作業時ゲインにするように制御部３０９を構成することによって、台車１ａの構成が複雑になるのを抑制しながら、右アーム２２の作業時に、右アーム２２の動作による反力により台車１ａが振られるのを抑制することができる。

また、第２実施形態では、上記のように、制御部３０９により、右アーム２２の動作時に、右前駆動車輪３０１、左前駆動車輪３０２、右後駆動車輪３０３および左後駆動車輪３０４の駆動により発生する力がつり合うように、右前車輪用サーボモータ３１１、左前車輪用サーボモータ３１２、右後車輪用サーボモータ３１３および左後車輪用サーボモータ３１４をそれぞれ駆動させるとともに、台車１ａの複数のサーボモータ３１１〜３１４に対するサーボ制御のサーボゲインを作業時ゲインにした状態で右アーム２２を動作させることによって、各サーボモータ３１１〜３１４に対するサーボ制御によるサーボロック力をそれほど大きくしなくても各車輪の駆動により発生する力の拮抗により、台車１ａを強い力で留まらせることができる。これにより、作業時における台車１ａの複数のサーボモータ３１１〜３１４に対するサーボゲインを、走行時のサーボゲインと同じにしても、右アーム２２の動作による反力により台車１ａが振られるのを抑制することができる。

また、第２実施形態では、上記のように、制御部３０９により、右前駆動車輪３０１および左前駆動車輪３０２の駆動により発生する力と右後駆動車輪３０３および左後駆動車輪３０４の駆動により発生する力とがつり合うように、右前車輪用サーボモータ３１１、左前車輪用サーボモータ３１２、右後車輪用サーボモータ３１３および左後車輪用サーボモータ３１４をそれぞれ駆動させることによって、右前駆動車輪３０１および左前駆動車輪３０２の駆動により発生する力と右後駆動車輪３０３および左後駆動車輪３０４の駆動により発生する力とを容易に拮抗させて、合力を０にすることができる。

また、第２実施形態では、上記のように、制御部３０９により、右アーム２２の動作時に、右前駆動車輪３０１、左前駆動車輪３０２、右後駆動車輪３０３および左後駆動車輪３０４の駆動により発生する力に起因して各車輪が床面に対してスリップしない範囲内で、各車輪の駆動により発生する力がつり合うように右前車輪用サーボモータ３１１、左前車輪用サーボモータ３１２、右後車輪用サーボモータ３１３および左後車輪用サーボモータ３１４をそれぞれ駆動させることによって、各車輪の駆動力により台車１ａのフィードバック制御の基準位置がずれてしまうのを抑制することができる。

また、第２実施形態では、上記のように、台車１ａを、前後方向の移動、前後方向に交差する方向の移動および旋回移動が可能に構成することによって、右アーム２２の作業時に、台車１ａが一旦振られた場合でも、前後方向の移動、前後方向に交差する方向の移動および旋回移動により、台車１ａを容易に元の位置に戻すことができる。

また、第２実施形態では、上記のように、台車１ａの右前車輪用サーボモータ３１１、左前車輪用サーボモータ３１２、右後車輪用サーボモータ３１３および左後車輪用サーボモータ３１４に対して設定される作業時ゲインを、走行時ゲインと略等しくすることによって、台車１ａの走行時および右アーム２２の動作時の切り替え時に各サーボモータに対するサーボゲインを変更する必要がないので、サーボゲインの制御を簡素化することができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第２実施形態の変形例）
以下、第２実施形態の変形例について説明する。この第２実施形態の変形例では、上記第２実施形態の自走ロボット３００の台車１ａの４つの駆動車輪を設けた構成において、さらに、図１７に示すように、４つの駆動車輪に、それぞれ待機時に用いるディスクブレーキが設けられている。

具体的には、右前駆動車輪３０１、左前駆動車輪３０２、右後駆動車輪３０３および左後駆動車輪３０４には、それぞれ、ブレーキロータ３０５ａおよびブレーキキャリバー３０５ｂを含むディスクブレーキが設けられている。ディスクブレーキは、各車輪とともに回転するブレーキロータ３０５ａを、ブレーキキャリバー３０５ｂにより挟み込むことによって制動するように構成されている。なお、ブレーキロータ３０５ａおよびブレーキキャリバー３０５ｂを含むディスクブレーキは、「機械ブレーキ」の一例である。なお、変形例のその他の構成は、上記第２実施形態と同様である。

次に、図１８を参照して、図１７に示した第２実施形態の変形例による自走ロボット４００の制御部３０９により実行される動作指令受信時の処理について説明する。まず、ステップＳ１〜ステップＳ５の動作は、上記第２実施形態と同様である。次に、第２実施形態の変形例では、制御部３０９は、ステップＳ６において、右前車輪用サーボモータ３１１、左前車輪用サーボモータ３１２、右後車輪用サーボモータ３１３および左後車輪用サーボモータ３１４の駆動を停止して台車１ａを停止させた後、ステップＳ３１において、ディスクブレーキを作動させる。具体的には、各車輪のブレーキキャリバー３０５ｂによりブレーキロータ３０５ａを挟み込み、各車輪をロックする。制御部３０９は、ステップＳ３２において、台車１ａを待機させる。この際、自走ロボット４００は、ロボット本体２による作業の準備を行ったり、充電を行ったりする。つまり、この第２実施形態の変形例では、作業時ではなく、待機時に、ディスクブレーキを用いる。制御部３０９は、ステップＳ３３において、ディスクブレーキを解除する。具体的には、各車輪のブレーキキャリバー３０５ｂによるブレーキロータ３０５ａの挟み込みを解放して、各車輪をロックを解除する。その後、ステップＳ７に進む。なお、ステップＳ７以降の動作は、上記第２実施形態と同様である。

第２実施形態の変形例では、上記のように、制御部３０９により、自走ロボット４００の待機時に、ディスクブレーキをかけ、右アーム２２の動作時には、ディスクブレーキを解除するとともに、台車１ａに対するサーボ制御のサーボゲインを作業時ゲインにした状態で右アーム２２を動作させることによって、待機時には各サーボモータ３１１〜３１４の駆動を止めることにより待機時の消費電力が増大するのを抑制しつつ、右アーム２２の動作時に右アーム２２の動作による反力により台車１ａが振られるのをサーボ制御により抑制することができる。なお、変形例のその他の効果は、上記第２実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記第１および第２実施形態では、ロボットアームの一例として、多関節型のロボットアームを示したが、多関節型のロボットアーム以外のロボットアームであってもよい。

また、上記第１実施形態では、台車の一例として、差動二輪駆動方式の台車を示したが、サーボ制御可能な構成であれば、たとえば、操舵方式の台車など、差動二輪駆動方式の台車以外の台車であってもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、いずれの処理装置に対する作業時にも、サーボゲインを一様に同じ値の作業時ゲイン（ロボットアーム動作用ゲイン）に設定する例を示したが、互いに異なる作業（動作）を実行する複数の作業位置ごとに、各々の動作に応じた異なる値のロボットアーム動作用ゲインを設定してもよい。この場合、制御部のメモリにジョブデータとして各処理装置に応じたロボットアーム動作用ゲインの情報を予め記憶させておいてもよい。このように構成すれば、いずれの処理装置に対する作業時にも一様に同じ値のロボットアーム動作用ゲインを用いる場合とは異なり、各処理装置に対する作業（動作）時に生じる反力に対してロボットアーム動作用ゲインが過度に大きくなるのを抑制することができるので、作業毎により適切なゲイン設定を行うことができる。

また、上記第１および第２実施形態では、１つの制御部により、台車の車輪用サーボモータとロボット本体のサーボモータとの両方を制御する例を示したが、台車の車輪用サーボモータの制御とロボット本体のサーボモータの制御とを互いに別個の制御部により行ってもよい。

また、上記第１実施形態では、作業時ゲイン（ロボットアーム動作用ゲイン）が走行時ゲイン（走行用ゲイン）よりも大きい値に設定され、上記第２実施形態では、作業時ゲイン（ロボットアーム動作用ゲイン）が走行時ゲイン（走行用ゲイン）と略等しい値に設定された構成の例を示したが、床面が滑りやすい場合などには、ロボットアーム動作用ゲインが走行用ゲインよりも小さい値に設定されていてもよい。

また、上記第２実施形態では、駆動車輪がメカナムホイールにより構成されている例を示したが、台車が、前後方向の移動、前後方向に交差する方向の移動および旋回移動が可能に構成されていれば、駆動車輪は、メカナムホイールにより構成されていなくてもよい。たとえば、駆動車輪は、オムニホイールにより構成されていてもよい。

また、上記第２実施形態では、４つの車輪により発生する力がつり合うように、前側車輪を後向きに駆動させるとともに、後側車輪を前向きに駆動させる構成の例を示したが、４つの車輪により発生する力がつり合うように、前側車輪を前向きに駆動させるとともに、後側車輪を後向きに駆動させてもよい。

また、上記第２実施形態の変形例では、台車にディスクブレーキ（機械ブレーキ）を設ける構成の例を示したが、台車にディスクブレーキ以外の機械ブレーキを設ける構成であってもよい。

また、上記第２実施形態では、１つの駆動車輪毎に１つの車輪用サーボモータが設けられている構成の例を示したが、２つの駆動車輪毎に１つの車輪用サーボモータが設けられており、４つの駆動車輪に対して２つの車輪用サーボモータが設けられていてもよい。また、複数の駆動車輪を有する構成において、１つの駆動車輪毎に複数の車輪用サーボモータが設けられていてもよい。これらの場合においても、複数の車輪用サーボモータを制御して複数の車輪により発生する力がつり合うように構成させれば、上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記第１および第２実施形態では、説明の便宜上、制御部の処理を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローチャートを用いて説明したが、制御部の処理動作を、イベント単位で処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。

１、１ａ 台車（自走台車）
５ 停止マーカ検知部（停止位置検知部）
９、３０９ 制御部
１２ 右駆動車輪（車輪）
１３ 左駆動車輪（車輪）
２２ 右アーム（ロボットアーム、アーム部）
１００、３００、４００ 自走ロボット
１２１ 右車輪用サーボモータ（サーボモータ）
１３１ 左車輪用サーボモータ（サーボモータ）
３０１ 右前駆動車輪（車輪）
３０２ 左前駆動車輪（車輪）
３０３ 右後駆動車輪（車輪）
３０４ 左後駆動車輪（車輪）
３０５ａ ブレーキロータ（機械ブレーキ）
３０５ｂ ブレーキキャリバー（機械ブレーキ）
３１１ 右前車輪用サーボモータ（サーボモータ）
３１２ 左前車輪用サーボモータ（サーボモータ）
３１３ 右後車輪用サーボモータ（サーボモータ）
３１４ 左後車輪用サーボモータ（サーボモータ）

Claims (20)

1. サーボ制御により走行可能な台車（１、１ａ）と、
   前記台車に搭載されるロボットアーム（２２）と、
   前記台車の走行をサーボ制御する制御部（９、３０９）とを備え、
   前記制御部は、前記台車の走行時に、前記台車に対するサーボ制御のサーボゲインを走行用ゲインにするとともに、前記ロボットアームの動作時に、前記台車に対するサーボ制御のサーボゲインをロボットアーム動作用ゲインにするように構成されている、自走ロボット。
2. 前記制御部は、前記ロボットアームの動作時に、前記ロボットアームの動作に起因して前記台車が床面に対してスリップしない範囲内で、前記ロボットアーム動作用ゲインを設定するように構成されている、請求項１に記載の自走ロボット。
3. 前記ロボットアームは、複数の作業位置で互いに異なる動作を実行するように構成されており、
   前記制御部は、互いに異なる動作を実行する前記複数の作業位置ごとに、前記台車に対するサーボ制御のサーボゲインを各々の動作に応じたロボットアーム動作用ゲインに設定するように構成されている、請求項１に記載の自走ロボット。
4. 前記台車は、複数の車輪（３０１、３０２、３０３、３０４）を駆動する複数のサーボモータ（３１１、３１２、３１３、３１４）を含み、
   前記制御部は、前記ロボットアームの動作時に、前記複数の車輪の駆動により発生する力がつり合うように、前記複数のサーボモータをそれぞれ駆動させるとともに、前記台車の前記複数のサーボモータに対するサーボ制御のサーボゲインをロボットアーム動作用ゲインにした状態で前記ロボットアームを動作させるように構成されている、請求項１に記載の自走ロボット。
5. 前記制御部は、前側車輪の駆動により発生する力と後側車輪の駆動により発生する力とがつり合うように、前記複数のサーボモータをそれぞれ駆動させるように構成されている、請求項４に記載の自走ロボット。
6. 前記制御部は、前記ロボットアームの動作時に、前記複数の車輪の駆動により発生する力に起因して前記車輪が床面に対してスリップしない範囲内で、前記複数の車輪の駆動により発生する力がつり合うように前記複数のサーボモータをそれぞれ駆動させるように構成されている、請求項４に記載の自走ロボット。
7. 前記台車は、前後方向の移動、前後方向に交差する方向の移動および旋回移動が可能に構成されており、
   前記制御部は、前記ロボットアームの動作時に、前記複数の車輪の駆動により発生する力がつり合うように、前記複数のサーボモータをそれぞれ駆動させるとともに、前記台車の前記複数のサーボモータに対するサーボ制御のサーボゲインをロボットアーム動作用ゲインにした状態で前記ロボットアームを動作させるように構成されている、請求項４に記載の自走ロボット。
8. 前記台車の前記複数のサーボモータに対して設定される前記ロボットアーム動作用ゲインは、前記走行用ゲインと略等しい、請求項４に記載の自走ロボット。
9. 前記台車は、前記台車の移動を制限する機械ブレーキ（３０５ａ、３０５ｂ）を含み、
   前記制御部は、前記自走ロボットの待機時に、前記機械ブレーキをかけ、前記ロボットアームの動作時には、前記機械ブレーキを解除するとともに、前記台車に対するサーボ制御のサーボゲインをロボットアーム動作用ゲインにした状態で前記ロボットアームを動作させるように構成されている、請求項１に記載の自走ロボット。
10. 前記ロボットアームは、多関節のアーム部を含み、前記台車に対して前記アーム部を旋回可能に構成されており、
    前記制御部は、前記ロボットアームの動作時に、前記アーム部が前記台車に対して所定量旋回することによって前記アーム部の旋回による反力により前記台車が振られる場合に、前記アーム部の旋回量が前記所定量に到達するまでの時間内で前記台車の振れが略ゼロに戻るようなサーボゲインに、前記ロボットアーム動作用ゲインを設定するように構成されている、請求項１に記載の自走ロボット。
11. 前記台車は、車輪（１２、１３、３０１、３０２、３０３、３０４）を駆動するサーボモータ（１２１、１３１、３１１、３１２、３１３、３１４）を含み、
    前記制御部は、前記ロボットアームの動作時に、前記台車の前記サーボモータに対するサーボ制御のサーボゲインを前記ロボットアーム動作用ゲインにするように構成されている、請求項１に記載の自走ロボット。
12. 前記制御部は、前記ロボットアームの動作時に、前記台車に対するサーボ制御のサーボゲインを前記走行用ゲインより大きな前記ロボットアーム動作用ゲインにするように構成されている、請求項１に記載の自走ロボット。
13. 前記制御部は、前記台車が作業位置に停止したことに基づいて、前記台車に対するサーボ制御のサーボゲインを、前記台車の走行時における前記走行用ゲインから前記走行用ゲインよりも大きい値の前記ロボットアーム動作用ゲインに切り替えるように構成されている、請求項１２に記載の自走ロボット。
14. 前記台車が前記作業位置に対応する停止位置に到着したことを検知する停止位置検知部（５）をさらに備え、
    前記制御部は、前記停止位置検知部による検知結果に基づいて、前記台車が前記作業位置に到着したと判断するとともに、前記台車が前記作業位置に停止したことに基づいて、前記台車に対するサーボ制御のサーボゲインを前記ロボットアーム動作用ゲインに切り替えるように構成されている、請求項１３に記載の自走ロボット。
15. 前記制御部は、前記ロボットアームの動作時に、前記台車に対するサーボ制御のサーボゲインを前記走行用ゲインより大きな前記ロボットアーム動作用ゲインにするとともに、前記ロボットアームの動作終了後に、前記台車に対するサーボ制御のサーボゲインを前記走行用ゲインに戻すように構成されている、請求項１２に記載の自走ロボット。
16. ロボットアーム（２２）を搭載するとともに、サーボ制御により走行可能な台車（１、１ａ）と、
    前記台車の走行をサーボ制御する制御部（９、３０９）とを備え、
    前記制御部は、前記台車の走行時に、前記台車に対するサーボ制御のサーボゲインを走行用ゲインにするとともに、前記ロボットアームの動作時に、前記台車に対するサーボ制御のサーボゲインをロボットアーム動作用ゲインにするように構成されている、自走台車。
17. 前記制御部は、前記ロボットアームの動作時に、前記ロボットアームの動作に起因して前記台車が床面に対してスリップしない範囲内で、前記ロボットアーム動作用ゲインを設定するように構成されている、請求項１６に記載の自走台車。
18. 前記台車は、複数の車輪（３０１、３０２、３０３、３０４）を駆動する複数のサーボモータ（３１１、３１２、３１３、３１４）を含み、
    前記制御部は、前記ロボットアームの動作時に、前記複数の車輪の駆動により発生する力がつり合うように、前記複数のサーボモータをそれぞれ駆動させるとともに、前記台車の前記複数のサーボモータに対するサーボ制御のサーボゲインをロボットアーム動作用ゲインにした状態で前記ロボットアームを動作させるように構成されている、請求項１６に記載の自走台車。
19. 前記制御部は、前側車輪の駆動により発生する力と後側車輪の駆動により発生する力とがつり合うように、前記複数のサーボモータをそれぞれ駆動させるように構成されている、請求項１８に記載の自走台車。
20. 前記制御部は、前記ロボットアームの動作時に、前記複数の車輪の駆動により発生する力に起因して前記車輪が床面に対してスリップしない範囲内で、前記複数の車輪の駆動により発生する力がつり合うように前記複数のサーボモータをそれぞれ駆動させるように構成されている、請求項１８に記載の自走台車。

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