(57)【要約】      （修正有）【課題】多関節マニピュレータを移動台車に搭載した移動ロボットにおいて、特に走行時または待機時の多関節マニピュレータが非作動時に多関節マニピュレータが周りの人間および物品に危害を与えない移動ロボットを提供する。【解決手段】多関節マニピュレータ２を移動台車１の上部に折畳み可能に配置し、該多関節マニピュレータ２を折畳んだ姿勢にて完全に覆ってしまえるような開閉可能な収納用カバー３を設置したものである。【効果】機構部品のみで移動ロボットにおける多関節マニピュレータの誤動作に対する安全対策が可能となり、電気的な安全対策よりもシンプルで確実な対策が可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多関節マニピュレータを移動台車に折畳み可能に配置し、該多関節マニピュレータを折畳んだ姿勢にて完全に覆ってしまえる開閉可能な収納用カバーを設置したことを特徴とする移動ロボット。
【請求項２】
多関節マニピュレータを直列に連結された２アームを有する垂直多関節型とし、第１アームと第２アームを両アームが移動台車の上部で折畳み可能な構成にし、完全に折畳まれた状態では両アームが台車の天井面に略水平の姿勢となり、かつ完全に折畳まれた状態においても両アームの外形が移動台車の外形より出っ張らない構成としたことを特徴とする請求項１に記載の移動ロボット。
【請求項３】
移動台車底部前方に左右一対の駆動車輪および移動台車底部後方に少なくとも１個の従動または駆動車輪を設け、多関節マニピュレータの第１アームの回転中心を移動台車の上部前寄りの位置に配置することにより多関節マニピュレータ先端の把持用ハンドで移動台車直前の床上に置かれた物品を把持でき、かつ、多関節マニピュレータの姿勢に拘わらず移動ロボット全体の重心位置が常に前記移動台車の各車輪の接地点を結ぶ多角形の内部の範囲内にあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の移動ロボット。
【請求項４】
開閉可能な収納用カバーの形状を外側に凸な形状でかつ滑らかに連続した曲面で構成したことを特徴とする請求項１に記載の移動ロボット。
【請求項５】
開閉可能な収納用カバーの開閉をモータのアクチュエータを用いて移動ロボットの制御装置の指令により自動的に行えることを特徴とする請求項１に記載の移動ロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行機構を有する移動台車に多関節マニピュレータを搭載してなる移動ロボットに関するもので、特に、多関節マニピュレータの誤動作等に対する安全対策に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の移動台車に多関節マニピュレータを搭載した移動ロボットにおける、多関節マニピュレータの誤動作等に対する安全対策としては特許文献１、特許文献２または特許文献３等に開示されている例がある。
【０００３】
特許文献１または特許文献２等に開示されているように、移動ロボットの多関節マニピュレータが非動作時に何らかの原因により誤動作して周りの人間または物品に損傷を加えることを防止することを目的として、多関節マニピュレータの定位置を検出する検出器を設置し誤動作で多関節マニピュレータが定位置を離れた場合に多関節マニピュレータおよび移動台車の動作を停止させるという安全対策が提案されている。
【０００４】
また、特許文献３等に開示されているように、移動ロボットにおける多関節マニピュレータの作業方向の１面を除く他の３面を安全柵で囲って、多関節マニピュレータの作動領域を制限させるという構成も提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平２−３０３７９５号公報
【特許文献２】
特開２００１−９６４８７号公報
【特許文献３】
特開平６−１５５３４１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前述するような定位置検出器による安全装置の場合、次のような課題が有る。
【０００７】
まず、電気的な検出を行っているため検出器の故障があった場合に多関節マニピュレータの誤動作が検出できない、または、逆に定位置検出器はリミットスイッチ、光電スイッチ等を用いているので実使用環境における振動、外乱光等による誤検出等で移動ロボットが頻繁に停止してしまうという課題が有る。
【０００８】
また、実際の多関節マニピュレータの形状は板金等のエッジを有する出っ張り、先細の凸部形状等を有しており、定位置検出器が正常に働いていても、移動ロボットが走行中に何らかの原因で周りの人間または物品と接触してしまったような場合等に周囲の人間または物品に危害を加える危険性があるという課題もある。
【０００９】
また、移動台車上の３面に安全柵を設けた機構の場合、残りの１面は多関節マニピュレータの作業面として固定的に開放されているため、移動ロボットの走行中または待機中等の多関節マニピュレータが非作動の場合はこの開放面側の安全は確保できていないことになる。さらに、作業時の安全を確保するために設けられた固定的な安全柵は多関節マニピュレータの作動範囲確保のためにその外形寸法が非常に大きく、移動台車の外形より大きくなる場合が多く、走行時または待機時等には安全柵自体が危険物となる場合もある。
【００１０】
本発明は、多関節マニピュレータを移動台車に搭載した移動ロボットにおいて、特に走行時または待機時の多関節マニピュレータが非作動時に多関節マニピュレータが周りの人間および物品に危害を与えないためのシンプルで確実な安全対策を可能ならしめることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、多関節マニピュレータを移動台車に折畳み可能に配置し、該多関節マニピュレータを折畳んだ姿勢にて完全に覆ってしまえる開閉可能な収納用カバーを設置したものである。
【００１２】
本発明によれば、機構部品のみで移動ロボットにおける多関節マニピュレータの誤動作に対する安全対策が可能となり、電気的な安全対策よりもシンプルで確実な対策が可能となり、さらには多関節マニピュレータの保護の役割も果たせる。また、本発明による多関節マニピュレータおよび車輪の配置等により移動台車の安定した走行性能と良好な操舵性能および多関節マニピュレータの広い動作範囲も同時に確保できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、多関節マニピュレータを移動台車に折畳み可能に配置し、該多関節マニピュレータを折畳んだ姿勢にて完全に覆ってしまえる開閉可能な収納用カバーを設置したものであり、これにより移動ロボットが走行中または待機中に多関節マニピュレータが万が一誤動作してしまった場合でも多関節マニピュレータは収納カバーにより動作が規制され多関節マニピュレータが収納用カバーの外部に出てしまうことがなく安全であるという作用を有する。
さらには、衝突・転倒等の場合に外力が直接多関節マニピュレータに加わることが防止できるという付随的な作用も有する。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、多関節マニピュレータを直列に連結された２アームを有する垂直多関節型とし、第１アームと第２アームを両アームが移動台車の上部で折畳み可能な構成にし、完全に折畳まれた状態では両アームが台車の天井面に略水平の姿勢となり、かつ完全に折畳まれた状態においても両アームの外形が移動台車の外形より出っ張らない構成としたものであり、これにより移動ロボットの走行時に移動ロボット全体の重心位置が低くでき、かつ両アームの重心位置を移動台車の中央付近にすることができるので、移動ロボットが安定して走行できるという作用を有する。さらに、多関節マニピュレータを折畳んだ姿勢で収納する収納カバーの外形寸法をコンパクトにでき移動ロボットの走行時に安全であるという作用も有する。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、移動台車底部前方に左右一対の駆動車輪および移動台車底部後方に少なくとも１個の従動または駆動車輪を設け、多関節マニピュレータの第１アームの回転中心を移動台車の上部前寄りの位置に配置することにより多関節マニピュレータ先端の把持用ハンドで移動台車直前の床上に置かれた物品を把持でき、かつ、多関節マニピュレータの姿勢に拘わらず移動ロボット全体の重心位置が常に前記移動台車の各車輪の接地点を結ぶ多角形の内部の範囲内にあるようにしたものであり、これにより前方駆動輪に接地圧を加えることができスリップ等を防止でき安定した走行性能が得られ、また操舵に対する負荷モーメントを小さくできるので良好な操舵性能も得られ、かつ移動ロボットの前方方向の可動範囲が広く取れるという作用を有する。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、開閉可能な収納用カバーの形状を外側に凸な形状でかつ滑らかに連続した曲面で構成したものであり、移動ロボットと周りにいる人間または物品が万が一接触した場合も、突起部等でけがをすることを防止できるという作用を有する。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、開閉可能な収納用カバーの開閉をモータのアクチュエータを用いて移動ロボットの制御装置の指令により自動的に行えるものであり、アーム折畳み動作に連動して自動的にカバーを開閉でき多関節マニピュレータの非作動状態と作動状態を確実かつスムーズに切り替えられるという作用を有する。
【００１８】
図１〜図３に本発明の実施の形態を示す。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は本発明に係る移動ロボットの側面図および正面図を示し、特に移動ロボットが走行時または待機時の状態を示している。
【００２０】
図１において、１は移動台車、２は多関節マニピュレータ、３は収納用カバーであり、多関節マニピュレータ２は非作動状態で移動台車１の上部で折畳んだ姿勢であり、２点鎖線で示した収納用カバー３は閉じた状態であり多関節マニピュレータ２全体を覆っている。
【００２１】
移動台車１は底部前方左右に駆動輪１０１ａおよび１０１ｂ、底部後方左右にキャスター型の従動輪１０２ａおよび図１では１０２ａの奥側で図示されない１０２ｂを有する。駆動輪１０１ａおよび１０１ｂはそれぞれ図示しない歯車等の減速機を介してモータ等のアクチュエータと連結されており、該アクチュエータの回動により時計方向・反時計方向の両方向にそれぞれ独立して回動可能となっており左右のアクチュエータの回転数差によって移動台車の操舵が行われる。
【００２２】
すなわち、左右のアクチュエータの回転数が同一の場合は前方または後方に直進し、回転数差がある場合は回転数の低い方向へ舵が取られることになり、さらに左右逆回転で同一回転数の場合はその場旋回を行う。それぞれのアクチュエータの制御はアクチュエータ駆動用アンプ１０４、主にリアルタイムの制御を行うサブ制御装置１０５および外部とのインターフェイスおよび全体の管理を行うメイン制御装置１０６からの指令によって行われる。駆動車輪１０１の回転角度は図示しない回転角度検出器によって検出され前記制御系にフィードバックされている。
【００２３】
また、それぞれの車輪は図示しないコイルばね等の弾性体を介して移動台車フレーム１０３に固定されており、車輪が確実に床面に接するようになっている。
【００２４】
なお、以上の説明では左右の回転数差による操舵の説明を行ったが、駆動輪または従動輪の方向を操舵用アクチュエータで変化させて操舵することも可能である。従動輪は２個である必要はなく最低１個あればよいし、逆に３個以上あっても同様に実施可能である。また、従動輪は何らかのアクチュエータで駆動される駆動輪であっても実施可能である。
【００２５】
多関節マニピュレータ２は機構的に直列に連結された第１アーム２０７、第２アーム２０８、先端アーム２０９および先端アーム２０９の端部に固定された物品把持用ハンド２１０を有する６軸垂直多関節型であり、各アームが第１軸２０１、第２軸２０２、第３軸２０３、第４軸２０４、第５軸２０５および第６軸２０６にて図示しないベアリング等で回動可能に保持されており、かつ各軸部には図示しないモータ等のアクチュエータ、歯車等の減速機、回転角度検出器等が配置されており各アームを回動できその回転角度が検出できる構成となっている。
物品把持用ハンド２１０はモータ等のアクチュエータで互いに対面する物品把持部材２１１ａおよび２１１ｂの位置が連動するようになっておりこの物品把持部材２１１ａと２１１ｂの移動により把持対象物品を把持することができるようになっている。各軸の駆動において必要であればベルト・プーリ等の駆動部材を用いることも当然可能である。
【００２６】
各アクチュエータは前記移動台車１の説明で示したのと同様にアクチュエータ駆動用アンプ１０４、主にリアルタイムの制御を行うサブ制御装置１０５および外部とのインターフェイスおよび全体の管理を行うメイン制御装置１０６からの指令によって制御されている。また、請求項２に記すように、第１アームと第２アームは両アームが移動台車の上部後で折畳み可能であり、完全に折畳まれた状態では両アームが台車の天井面に略水平の姿勢となり、かつ完全に折畳まれた状態においても両アームの外形が移動台車の外形より出っ張らない構成となっている。
【００２７】
なお、上記の説明では６軸垂直多関節型の例で説明したが軸数は最低限第２軸と第３軸の２軸でも可能であり、逆に７軸以上の場合も同様に可能である。また、駆動方法はモータ、減速機の構成で説明したが、これ以外の駆動方法例えば油圧または空圧駆動、形状記憶合金による駆動、人工筋肉による駆動等でも可能である。
【００２８】
収納用カバー３は固定カバー３０１および可動カバー３０２からなっており、固定カバーは移動台車１の上部後方に図示しない連結部材で移動台車１に固定されており可動カバー３０２は支点３０３にて回動可能に保持されている。さらに支点３０３には図示しないモータ等のアクチュエータ、減速機、カバー開閉確認のためのリミットスイッチ等を含むカバー開閉機構３０４がもうけられており、可動カバー３０２はカバー開閉機構３０４により支点３０３周りに回動駆動される。カバー開閉機構３０４も前記移動台車１と同様の制御系によって制御されている。移動ロボットが走行中または待機中にはカバー開閉機構３０４によって可動カバー３０２が支点３０３周りの図１における反時計方向に回動され折畳まれた多関節マニピュレータ２の全体を覆うような位置まで回動する。多関節マニピュレータ２による作業を開始する場合はまず移動台車１が作業位置にて停止し図示しない確認装置により周囲に障害物がないことを確認したうえでカバー開閉機構３０４により可動カバー３０２を支点３０３周りの図１における時計方向に回動させ、多関節マニピュレータ２が可動カバー３０２に干渉しない位置まで回動させる。
【００２９】
この状態では可動カバー３０２が固定カバー３０１の内部に収納された形となっており、多関節マニピュレータ２は可動カバー３０２が移動してオープンになった前方（図１における左側）の空間から多関節マニピュレータ２の作業空間に移動できるようになる。固定カバー３０１および可動カバー３０２は万が一多関節マニピュレータ２が各アクチュエータの最大駆動力によって回動駆動され両者が衝突した場合でも破損しないような材質および構造になっている。固定カバー３０１および可動カバー３０２の材質はアルミ板金等の金属材料が望ましいが、前記の強度さえ満足できれば全体または一部が樹脂であっても可能である。固定カバー３０１および可動カバー３０２の外側形状は請求項４に記したように外側に凸な形状でかつ滑らかに連続した曲面となっている。
【００３０】
なお、上記の説明では多関節マニピュレータ２の定位置検出器を設けてはいないが、定位置検出器をもうけて２重の安全対策を取ることも当然可能である。また、固定カバー３０１は必ずしも必要ではなく可動カバー３０２のみでも同様の機能を果たすことができる。
【００３１】
（実施の形態２）
図２は本発明に係る移動ロボットの側面図を示し、特に移動ロボットが多関節マニピュレータ２を動作させて作業している場合の状態を示している。
【００３２】
図２において、可動カバー３０２はカバー開閉機構３０４により時計方向に回動され開状態になっている。この状態で多関節マニピュレータ２は前方作業空間に移動可能であり、例えば図２に示すようなアームの姿勢で作業することが可能である。
【００３３】
この図２に示すアーム姿勢は、請求項３に記した、物品把持用ハンド２１０で移動台車１の直前の床上に置かれた物品を把持しようとした場合のアーム姿勢であり、多関節マニピュレータ２の第１アーム２０７の回転中心すなわち多関節マニピュレータ２の第２軸２０２は、このようなアーム姿勢すなわち第２アーム２０８の先端が移動台車１の直前の床上に到達できるようにするために、移動台車１の上部前寄りに配置されている。
【００３４】
（実施の形態３）
図３は図２における断面Ａ−Ａを示す。
【００３５】
図３において点Ａ１および点Ａ２はそれぞれ駆動輪１０１ａおよび駆動輪１０１ｂと床面の接地点を示し、点Ｂ１および点Ｂ２はそれぞれ従動輪１０２ａおよび従動輪１０２ｂと床面の接地点を示す。移動ロボットが転倒せず安定して走行し作業するためには、移動ロボット全体の重心位置Ｇが前記の点Ａ１、点Ａ２、点Ｂ２および点Ｂ１で囲まれる四角形の内部にあることが必要である。
【００３６】
本発明では第１アーム２０７、第２アーム２０８および先端アーム２０９が移動台車の前方方向に水平に伸びきった状態で物品把持ハンド２１０が仕様範囲の最大重量の物品を把持し、かつ仕様範囲の最大床面傾斜角度の下り坂を前向きに下っているような転倒に関する最悪の姿勢においても移動ロボット全体の重心位置Ｇが前記四角形の内部の範囲内に位置する構成となっている。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、移動台車の多関節マニピュレータを搭載した移動ロボットにおいて、走行時または待機時の多関節マニピュレータが非作動時にシンプルな機構で多関節マニピュレータと外部の接触を完全に防止することができ安全でありかつ安定した走行性能と良好な操舵性能および多関節マニピュレータの前方方向の広い作動範囲も同時に確保できるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による移動ロボットの走行時または待機時の状態を示す側面図および正面図
【図２】本発明の実施の形態２による多関節マニピュレータ２を動作させて作業している場合の移動ロボットを示す側面図
【図３】本発明の実施の形態３による移動台車１底部の車輪の位置を示す断面図
【符号の説明】
１  移動台車
２  多関節マニピュレータ
３  収納用カバー
１０１  駆動輪
１０２  従動輪
１０３  移動台車フレーム
１０４  アクチュエータ駆動用アンプ
１０５  サブ制御装置
１０６  メイン制御装置
２０７  第１アーム
２０８  第２アーム
２０９  先端アーム
２１０  物品把持用ハンド
２１１  物品把持部材
３０１  固定カバー
３０２  可動カバー
３０３  支点
３０４  カバー開閉機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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