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JP2018149660A - robot - Google Patents

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JP2018149660A
JP2018149660A JP2017049086A JP2017049086A JP2018149660A JP 2018149660 A JP2018149660 A JP 2018149660A JP 2017049086 A JP2017049086 A JP 2017049086A JP 2017049086 A JP2017049086 A JP 2017049086A JP 2018149660 A JP2018149660 A JP 2018149660A
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hand
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robot
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環 西野
Tamaki Nishino
環 西野
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Toyota Motor Corp
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Abstract

【課題】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。【解決手段】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に力及びトルクのうち何れか一方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。【選択図】図6PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for efficiently moving an object by suppressing slippage of a driving wheel when moving an object with an arm. SOLUTION: A robot 3 that horizontally pushes and moves a drawer 2 (movable object) supported so as to be horizontally movable and vertically immovable is a trolley 6 having a drive wheel 4 and a trolley 6. It is provided with an arm 7 supported by the arm 7, 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 one or both of the force and the torque of the drawer 2 in a direction different from the movable direction of the drawer 2 and in the immovable direction of the drawer 2. Is driven and controlled so that the drawer 2 is moved horizontally while operating the above. [Selection diagram] Fig. 6

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 that includes a carriage and an arm and carries an object with the arm.

特開2010−188471号公報JP 2010-188471 A

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 Patent Document 1, depending on the arrangement of the driving wheels, when the object is moved by the arm, the vertical force of the driving wheel of the carriage is lowered by the reaction force that the arm receives from the object, and the object is efficiently moved. There was a case that could not be done.

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 efficiently moving an object by suppressing slippage of a drive wheel when the object is moved by 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 an embodiment of the present invention, a robot that moves horizontally by pushing a moving object that is supported so as to be horizontally movable but not vertically movable, and has at least one drive wheel. And an arm supported by the carriage, a hand supported by the arm and capable of gripping the moving object, and a control unit that drives and controls the drive wheel, the arm, and the hand. The unit causes the hand to grip the moving object and applies force and torque to the moving object in a direction different from a direction in which the moving object can move and in a direction in which the moving object cannot move. A robot is provided that controls the drive so that the moving object moves horizontally while acting 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。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when moving an object with an arm, the slip of a drive wheel can be suppressed and an 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 in execution of the task which pushes drawer | drawer out into the bag. 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 is performing the task which pushes drawer | drawing-out into a cage | basket, Comprising: The robot which is pushing in drawer | drawer, pushing up drawer | 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 is performing the task which pushes drawer | drawing-out into a cage | basket, Comprising: The robot which is pushing in drawer | drawer, pushing down drawer | 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 an 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 which acts 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 in (pushing and moving) a drawer 2 (moving object) of the basket 1. The drawer 2 is supported by the eaves 1 so that it can move in the horizontal direction but cannot move in the vertical direction. Further, when the drawer 2 is pushed into the basket 1, friction is generated between the drawer 2 and the basket 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 includes a cart 6 having a drive wheel 4 and a passive wheel 5, an arm 7 that can be tilted supported by the cart 6, and a hand that can grip the drawer 2 supported by the arm 7. 8, a drive wheel 4, an arm 7, and a control unit 9 that drives and controls the hand 8.

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 heel 1 while the hand 8 grips the drawer 2 pulled out from the heel 1, the drawer 2 is pushed into the heel 1 and accommodated in the heel 1. . At this time, the robot 3 applies a pushing force 11 necessary for pushing the drawer 2 to the drawer 2. And the robot 3 will receive the reaction force 12 of the said pushing force 11 in the hand 8, and the normal force of the wheel of the direction close | similar to the heel 1 will fall. Here, the hatched arrow is a force acting on the drawer 2, and the white arrow is a 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 driving wheel 4 is closer to the drawer 2 than the passive wheel 5 as shown in FIG. 1, the vertical drag of the driving wheel 4 is reduced and the road surface 10 becomes slippery 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 this embodiment, as shown in FIG. 2, when the robot 3 moves toward the basket 1 with the hand 8 gripping the drawer 2 pulled out from the basket 1, the robot 3 A vertically upward push-up force 13 is applied to the drawer 2 via the hand 8 holding 2. As a result, the robot 3 receives the reaction force 14 of the push-up force 13 on the hand 8, and the vertical drag of the drive wheel 4 increases, so that it becomes difficult to slip on the road surface 10, and the above task is executed 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 push-up force 13, the robot 3 may apply a push-down torque 15 that pushes down the tip 2 a to the drawer 2 via the hand 8 that holds the drawer 2. As a result, the robot 3 receives the reaction torque 16 of the push-down torque 15 on the hand 8, and the vertical drag 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。
(For rear wheel drive)
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 cage 1 with the hand 8 gripping the drawer 2 drawn from the cage 1. At this time, the robot 3 applies a vertically downward pressing 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 push-down force 17 on the hand 8, and the vertical drag of the drive wheels 4 increases, making it difficult for the robot 3 to slide with respect to the road surface 10. 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 push-down force 17, the robot 3 may apply a push-up torque 19 that pushes the tip 2 a to the drawer 2 via the hand 8 that holds 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 vertical drag 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(Central Processing Unit)と、読み書き自由のRAM31(Random Access Memory)、読み出し専用のROM32(Read Only Memory)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 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). Yes. Then, the CPU 30 reads and executes the control program stored in the ROM 32, so that the control program causes hardware such as the CPU 30 to function as the operation plan 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 operation plan calculation unit 33 determines the torques of a plurality of motors when the drawer 2 is moved by pushing the drawer 2. The operation control unit 34 controls each motor based on the torques of the plurality of motors determined by the operation plan calculation unit 33. The plurality of motors are a drive wheel motor 35 for driving the drive wheels 4, a first arm drive motor 36 for driving the cart side joint of the arm 7, and a second arm for driving the joint of the arm 7 on the hand 8 side. A driving motor 37 and a grip driving motor 38 for driving the gripping operation of the hand 8. Hereinafter, the operation of the operation plan 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 is a flowchart regarding the operation of the operation plan calculation unit 33. FIG. 6 shows the force received by the robot 3 when executing the task of pushing the drawer 2 into the basket 1 with white arrows. Specifically, in FIG. 6, the horizontal reaction force that the hand 8 receives from the drawer 2 is indicated by Fx (the direction away from the drawer 2 is positive), and the vertical reaction force that the hand 8 receives from the drawer 2. Is indicated by Fy (vertical upward is positive), and 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 employs rear wheel drive in which the drive wheel 4 is farther from the drawer 2 than the passive wheel 5. The weight of the robot 3 is denoted by Mg, the vertical drag of the drive wheel 4 is denoted by N1, the vertical drag of the passive wheel 5 is denoted by N2, the frictional force that the drive wheel 4 receives from the road surface is denoted by f1, and the passive wheel 5 The frictional force received from the road surface is indicated by f2. Further, the distance between the lines of action between the vertical drag N1 and the self-weight Mg is indicated by L1, the distance between the lines of action between the self-weight Mg and the vertical drag N2 is indicated by L2, and the distance between the lines of action between the vertical drag N2 and the reaction force Fy is indicated. The height of the line of action 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 illustrated in FIG. 5, the motion plan calculation unit 33 first determines an operation force necessary to execute a task (S100). Specifically, the motion plan calculation unit 33 determines the operating force required to push the drawer 2 into the heel 1. The reaction force Fx in FIG. 6 corresponds to the required reaction force reaction 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 illustrated in FIG. 5, the motion plan calculation unit 33 determines an allowable maximum value of the hand force (S110). Specifically, the motion plan calculation unit 33 determines the direction in which the hand is constrained and the maximum value of the force that can be output in the direction based on the operation target and the posture of the robot 3. Note that the acting force and torque to be applied to 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 a vertical acting force may be applied to the drawer 2, and any torque is applied to the drawer 2. May be allowed to act. However, when the drawer 2 is pulled out largely from the heel 1, since the support of the drawer 2 by the heel 1 becomes incomplete, it is preferable to set the allowable maximum value of the hand force low. When the operation target is a door and the task of opening the door is executed, a hand force cannot be applied in the direction in which the door knob rotates. The following equation (1) indicates the allowable maximum value and the allowable minimum value of the hand force.

Figure 2018149660
Figure 2018149660

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 plan calculation unit 33 calculates the hand force and each motor torque (S120). Specifically, the motion plan calculation unit 33 includes (a) a balance conditional expression represented by the following expressions (2) and (3), and (b) each drive wheel 4 and each passive wheel 5 represented by the following expression (4). (C) Conditional expression in which each drive wheel 4 and each passive wheel 5 shown in the following expression (5) do not slip, (d) Conditional expression of hand force shown in the above expression (1) (a )-(D), the hand force (= Fy, T) and the output torque of each motor are calculated.

Figure 2018149660
Figure 2018149660

Figure 2018149660
Figure 2018149660

Figure 2018149660
Figure 2018149660

Figure 2018149660
Figure 2018149660

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。   As a method for obtaining the output torque of each motor, if it is not necessary to optimize, a hand force satisfying the above (a) to (d) may be obtained heuristically and then obtained by Jacobian or the like. Alternatively, in addition to the above (a)-(d), the relationship between the hand force expressed by the following formula (6) and the output torque of each motor, and the output torque of each motor is maximum as shown by the following formula (7). Considering the conditional expression that is less than or equal to the output torque, the output torque of each motor is calculated by nonlinear programming or the like so that the square sum of the output torque of each motor is minimized as shown in the following expression (8). Also good.

Figure 2018149660
Figure 2018149660

Figure 2018149660
Figure 2018149660

Figure 2018149660
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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 a coefficient of static friction between each wheel and the road surface.
The above equation (6) is a conditional equation established by excluding the torque for the own weight compensation. Further, the above formula (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. Is. Jx, Jy, and Jθ are Jacobian components in the respective directions.

(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。
(Operation example 1)
Hereinafter, calculation example 1 of calculation in which specific numerical values are applied to the calculation executed by the operation plan calculation unit 33 will be introduced. In this embodiment, the task of pushing the drawer 2 into the rod 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 3 (reaction force Fy, reaction torque T) is zero and the robot 3 performs only the operation of pushing 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 the 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], and f1 = 25 [N], which does not satisfy the following formula (9) which is the first formula of the above formula (5), and at the time of task execution, It is considered that the drive wheel 4 slips on the road surface.

Figure 2018149660
Figure 2018149660

(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 3 (reaction force Fy, reaction torque T) is set to zero, and the robot 3 performs only the operation of pushing the drawer 2. However, instead of this, in the calculation example 2, while the reaction torque T of the hand force is zero, the drawer 2 is pushed down vertically when the task is executed. In this case, for example, when the reaction force Fy = 5 [N], N1 = 83.34 [N], N2 = 11.67 [N], and f1 = 25 [N], which satisfies the above formula (9). Thus, the task can be executed without the drive wheel 4 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。   As described above, even when the driving wheel 4 slips only by its own weight, when the external force is operated, the arm 7 generates a force or torque other than the operation direction, thereby causing the robot 3 itself to move vertically downward due to the reaction. Therefore, the friction force of the drive wheel 4 can be secured, so that a large external force can be generated without the drive wheel 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 task, the above expression (1) is used with the above expression (8) as an objective function so that the square sum of the output torque of each motor is minimized. (3) (4) (5) (7) (8) may be solved by nonlinear programming.

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。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, the said embodiment has the following characteristics.

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。   A robot 3 that moves the drawer 2 (movable object) supported so as to be horizontally movable but not vertically movable by horizontally pushing the drawer 2 (the moving object) includes a carriage 6 having driving wheels 4 and passive wheels 5, and a carriage 6 The arm 7 is supported by the arm 7 and can be tilted, the hand 8 is supported by the arm 7 and can grip the drawer 2, and the drive wheel 4, the arm 7, and the control unit 9 that drives and controls the hand 8. The control unit 9 causes the hand 8 to grip the drawer 2 and, when the driving 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. The drive is controlled so as to move. When the driving wheel 4 is farther from the drawer 2 than the passive wheel 5, the control unit 9 controls the driving so that the drawer 2 is pushed and moved horizontally while applying a vertically downward force to the drawer 2. According to the above configuration, when the driving wheel 4 is closer to the drawer 2 than the passive wheel 5, the vertical drag force against the road surface 10 of the driving wheel 4 is increased by applying a vertically upward force to the drawer 2. When the drawer 2 is pushed horizontally, the driving wheel 4 can be prevented from slipping. Similarly, when the driving wheel 4 is farther from the drawer 2 than the passive wheel 5, the vertical drag force on the road surface 10 of the driving wheel 4 is increased by applying a vertically downward force to the drawer 2, so that the drawer 2 is placed horizontally. It is possible to prevent the drive wheel 4 from slipping when being pushed to the right. 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 for moving the drawer 2 (movable object) supported so as to be horizontally movable but not vertically movable by horizontally pushing it includes a carriage 6 having at least one drive wheel 4 and a carriage. 6, 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 that drives and controls 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 either or both of force and torque to the drawer 2 in a direction different from the direction in which the drawer 2 can move and in the direction in which the drawer 2 cannot move. The drive control is performed so that the drawer 2 is moved horizontally while acting. That is, by controlling the drive so that the drawer 2 is pushed and moved horizontally while applying a vertically upward force to the drawer 2, the cart 6 can be pressed vertically downward, and the vertical applied to each drive wheel 4. The sum of drag can be increased. In this case, the vertical drag of some of the drive wheels 4 may be reduced, but as a result, the force for pushing the drawer 2 horizontally can be increased. This can be mentioned even when all the 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-described embodiment, 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。
(Appendix)
A robot that moves horizontally by pushing a moving object supported so as to be horizontally movable but not vertically movable;
A carriage having a drive wheel and a passive wheel;
An arm supported by the carriage and tiltable;
A hand supported by the arm and capable of gripping the moving object;
A control unit that controls driving of the driving wheel, the arm, and the hand;
With
The controller is
While causing the hand to grip the moving object,
When the driving wheel is closer to the moving object than the passive wheel, the driving wheel is controlled to move by moving the moving object 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, driving control is performed such 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。
(Appendix)
A robot that moves horizontally by pushing a moving object supported so as to be horizontally movable but not vertically movable;
A carriage having a drive wheel and a passive wheel;
An arm supported by the carriage;
A hand supported by the arm and capable of gripping the moving object;
A control unit that controls driving of the driving wheel, the arm, and the hand;
With
The controller is
While causing the hand to grip the moving object,
When the driving wheel is closer to the moving object than the passive wheel, the driving wheel is controlled to move by moving the moving object 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, driving control is performed such 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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 2 Pullout 2a Tip 3 Robot 4 Drive wheel 5 Passive wheel 6 Carriage 7 Arm 8 Hand 9 Control part 10 Road surface 11 Pushing force 12 Reaction force 13 Push-up force 14 Reaction force 15 Push-down torque 16 Reaction torque 17 Push-down 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 First arm drive motor 37 Second arm drive motor 38 Gripping drive motor

Claims (1)

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。
A robot that moves horizontally by pushing a moving object supported so as to be horizontally movable but not vertically movable;
A carriage having at least one drive wheel;
An arm supported by the carriage;
A hand supported by the arm and capable of gripping the moving object;
A control unit that controls driving of the driving wheel, the arm, and the hand;
With
The controller is
While causing the hand to grip the moving object,
While moving one or both of force and torque on the moving object in a direction different from the direction in which the moving object can move and in a direction in which the moving object cannot move, the moving object Drive control to move horizontally,
robot.
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