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JP7623568B2 - Mobile robot with robotic arm - Google Patents
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JP7623568B2 - Mobile robot with robotic arm - Google Patents

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Description

本発明は、ロボットアーム付き移動ロボットに関する。 The present invention relates to a mobile robot with a robot arm.

工場、倉庫、病院等の施設内において物品移動を自動化するため、無人搬送車の導入が進みつつある。無人搬送車における自動走行の方式としては、近年の情報処理能力や周囲情報収集技術の向上により、従前の経路誘導式に対して自律移動式の無人搬送車が主流になりつつある。さらに、荷積みや荷下ろしを自動化するために、無人搬送車にロボットアームを搭載することも行われている。 In order to automate the movement of goods within facilities such as factories, warehouses, and hospitals, the introduction of automated guided vehicles is progressing. As for the method of automatic driving for automated guided vehicles, autonomous mobile automated guided vehicles are becoming mainstream as opposed to the conventional route-guided type due to recent improvements in information processing capabilities and surrounding information gathering technology. Furthermore, automated guided vehicles are also being equipped with robotic arms to automate loading and unloading.

ロボットアーム付き移動ロボット(即ち、ロボットの移動機能を実現する移動架台にロボットアームを搭載して自動走行する移動ロボット)においては、車体の移動とロボットアームの動きの双方の点から安全を確保する必要がある。 For mobile robots with robotic arms (i.e., mobile robots that run autonomously with a robotic arm mounted on a mobile platform that realizes the robot's mobility), it is necessary to ensure safety in terms of both the movement of the vehicle body and the movement of the robotic arm.

これに関し、搬送台車と呼ばれている移動架台の前部及び後部に超音波センサ、光学式センサ等の非接触型の台車用障害物検知センサを、検出区域を水平に設定して設けると共に、移動架台の周囲部に非接触型のアーム用障害物検知センサを、斜め上方を指向するように設け、台車用障害物検知センサの障害物検知距離を、アーム用障害物検知センサの障害物検知距離よりも長く設定することが提案されている(特許文献1)。この移動ロボットによれば、人、周囲の設置物、他の移動ロボット等の障害物が進行方向前方に存在する場合に、アーム用障害物検知センサが障害物を検知する前に台車用障害物検知センサが障害物を検知するので障害物をアーム用障害物検知センサが検知する前に移動架台を停止させることができ、さらに、台車用障害物検知センサが障害物を検知してもアーム用障害物検知センサが障害物を検知しない場合にはロボットアームに対する安全確保動作は実行されないので、移動架台が停止した後もアーム用障害物検知センサが障害物を検知するまではロボットアームによる作業を継続することができる。したがって、ロボットアームによる作業を効率的に行えるとされている。 In this regard, it has been proposed to provide non-contact type obstacle detection sensors for the carriage, such as ultrasonic sensors and optical sensors, at the front and rear of a moving platform called a transport carriage, with detection areas set horizontally, and to provide non-contact type obstacle detection sensors for the arm around the moving platform, pointing diagonally upward, and to set the obstacle detection distance of the obstacle detection sensor for the carriage longer than the obstacle detection distance of the obstacle detection sensor for the arm (Patent Document 1). According to this mobile robot, when an obstacle such as a person, surrounding objects, or another mobile robot is present ahead in the direction of travel, the obstacle detection sensor for the carriage detects the obstacle before the obstacle detection sensor for the arm detects it, so that the moving platform can be stopped before the obstacle detection sensor for the arm detects the obstacle. Furthermore, if the obstacle detection sensor for the carriage detects an obstacle but the obstacle detection sensor for the arm does not detect an obstacle, no safety operation is performed for the robot arm, so that the robot arm can continue to work even after the moving platform has stopped until the obstacle detection sensor for the arm detects an obstacle. Therefore, it is said that work can be carried out efficiently using the robot arm.

また、ロボットの動作プログラムによって、移動台車と呼ばれている移動架台の平面投影範囲からのロボットのはみ出し量を規制すると共に、作業台を囲む衝立を設ける等のハードによってロボットの動作範囲を規制することが提案されている(特許文献2)。 It has also been proposed to use the robot's operating program to restrict the amount of the robot that extends beyond the planar projection range of a movable platform known as a mobile trolley, and to restrict the robot's operating range using hardware such as partitions surrounding the workbench (Patent Document 2).

特開平9-300252号公報Japanese Patent Application Publication No. 9-300252 特開2018-111180号公報JP 2018-111180 A

しかしながら、特許文献1に記載のように台車用障害物検知センサとアーム用障害物検知センサで検知範囲や検知方向を異ならせ、台車用障害物検知センサが障害物を検知してもアーム用障害物検知センサが障害物を検知しない状態でロボットアームに作業を継続させると、障害物のロボットアームへの接近速度が速い場合には、ロボットアームと障害物が衝突する危険があり、例えば、ロボットアームの周囲で作業をしている人が負傷する可能性がある。 However, as described in Patent Document 1, if the detection ranges and directions of the cart obstacle detection sensor and the arm obstacle detection sensor are made different, and the robot arm is allowed to continue working in a state where the cart obstacle detection sensor detects an obstacle but the arm obstacle detection sensor does not, there is a risk that the robot arm will collide with the obstacle if the obstacle approaches the robot arm quickly, and for example, a person working around the robot arm may be injured.

また、特許文献2に記載のように、ロボットアームの動作範囲を、移動架台の平面投影範囲からのはみ出し量で規制しても、その動作範囲に人が侵入してしまうことを防ぐことはできず、動作範囲に入った人が負傷する危険がある。 In addition, as described in Patent Document 2, even if the operating range of the robot arm is restricted by the amount that it protrudes from the planar projection range of the moving platform, it is not possible to prevent people from entering the operating range, and there is a risk of injury to people who enter the operating range.

これに対し、安全を確保するためには、非接触型センサを移動架台に設置するにあたり、その設置位置を、ロボットアームの動作が許されている制限空間から安全距離だけ離したところにして安全防護空間を形成することが考えられる。この場合、非接触型センサの障害物の侵入を検出する検出区域が水平面をなすと人とロボットアームとの接触を防止するために必要な安全距離として通常1~3mが必要となるのに対し、検出区域が床面に対して鉛直方向に延びた鉛直面をなすと安全距離を0.5~1m程度に短くすることができる。 In order to ensure safety, it is conceivable to set up the non-contact sensor on the mobile platform at a safe distance away from the restricted space in which the robot arm is permitted to operate, thereby forming a safe protected space. In this case, if the detection area of the non-contact sensor that detects the intrusion of obstacles forms a horizontal plane, a safety distance of 1 to 3 m is normally required to prevent contact between a person and the robot arm, but if the detection area forms a vertical plane extending perpendicular to the floor surface, the safety distance can be shortened to around 0.5 to 1 m.

しかしながら、検出区域が鉛直面をなすように移動架台に非接触型センサを設置する場合でも、ロボットアームの制限空間から安全距離だけ離したところに非接触型センサを設置するとその非接触型センサが移動架台の走行の障害となり、従前の幅の通路を通れない虞がある。また、移動架台が角を曲がるときに接触型センサが周囲の構造物に接触して非接触型センサや周囲の構造物が破損する虞もある。 However, even if a non-contact sensor is installed on the mobile platform so that the detection area forms a vertical plane, if the non-contact sensor is installed a safe distance away from the restricted space of the robot arm, there is a risk that the non-contact sensor will impede the movement of the mobile platform, making it impossible to pass through a passage of the previous width. In addition, when the mobile platform turns a corner, the contact sensor may come into contact with surrounding structures, causing damage to the non-contact sensor and surrounding structures.

そこで本発明の課題は、ロボットアームが移動架台に搭載された移動ロボットにおいて、非接触型センサを用いて安全防護空間を形成することにより移動架台の走行時やロボットの作業時の周囲に対する安全を確保し、かつ、非接触型センサが移動架台の走行の障害にならないようにする技術に関する。 The objective of this invention is to provide a technology for a mobile robot in which a robot arm is mounted on a mobile platform, in which a non-contact sensor is used to form a safeguard space, thereby ensuring safety for the surroundings when the mobile platform is moving or the robot is working, and preventing the non-contact sensor from becoming an obstacle to the movement of the mobile platform.

本発明者は、移動架台である車体にロボットアームが搭載されたロボットアーム付き移動ロボットに、障害物の侵入を検出する検出区域が鉛直面をなすように非接触型センサを設置し、その検出区域で安全防護空間を形成するにあたり、周囲に対する安全を確保しつつロボットアーム付き移動ロボットがスムーズに走行できるようにするには、非接触型センサの水平方向の位置を移動可能とすることが有効であることを想到し、本発明を完成させた。 The inventors have come up with the idea that in order to ensure the safety of the surroundings while allowing the mobile robot with a robot arm to move smoothly, it is effective to make the horizontal position of the non-contact sensor movable when installing a non-contact sensor on a mobile robot with a robot arm, the robot arm being mounted on a vehicle body that serves as a moving platform, so that the detection area for detecting the intrusion of obstacles forms a vertical plane, and to form a safe protected space in the detection area. This led to the completion of the present invention.

即ち、本発明は、ロボットアームが車体に搭載され、非接触型センサが設置されているロボットアーム付き移動ロボットであって、
該非接触型センサは検出区域が鉛直面をなし、該検出区域が該ロボットアームの安全防護空間を形成し、該非接触型センサの水平方向の位置が移動可能であるロボットアーム付き移動ロボットを提供する。
That is, the present invention provides a mobile robot with a robot arm, the robot arm being mounted on a vehicle body and having a non-contact sensor,
The non-contact sensor has a detection area that forms a vertical plane, the detection area forms a safe protection space for the robot arm, and the horizontal position of the non-contact sensor is movable, thereby providing a mobile robot with a robot arm.

また、本発明は、ロボットアームが車体に搭載されたロボットアーム付き移動ロボットにおいて、該ロボットアームの安全防護空間を、該ロボットアーム付き移動ロボットに設置した非接触型センサを用いて形成する安全防護空間の形成方法であって、
該非接触型センサによる検出区域を鉛直面とし、該非接触型センサの水平方向の位置を移動可能とすることにより安全防護空間の大きさを可変とする安全防護空間の形成方法を提供する。
The present invention also provides a method for forming a safeguard space for a mobile robot with a robot arm, the robot arm being mounted on a vehicle body, by using a non-contact sensor provided on the mobile robot with the robot arm, the method comprising the steps of:
The detection area of the non-contact sensor is a vertical plane, and the horizontal position of the non-contact sensor is made movable, thereby providing a method for forming a safeguard space in which the size of the safeguard space can be varied.

なお、本明細書で「検出区域」とは、非接触型センサ自体の能力として物体の存在を検出可能な全範囲に限られず、該全範囲のうち、ソフトウエアなどによって使用者や設計者が定める一部の範囲でもよい。 In this specification, the term "detection area" does not necessarily mean the entire range in which the non-contact sensor itself is capable of detecting the presence of an object, but may also mean a portion of that entire range that is determined by the user or designer using software or the like.

本発明のロボットアーム付き移動ロボットによれば、安全防護空間を形成する非接触型センサの検出区域が鉛直面をなし、さらに、非接触型センサの水平方向の位置が移動可能である。したがって、例えば、ロボットアームの作業停止中に車体を走行させる際に、非接触型センサの設置位置を車体近傍とすると、通路幅が狭くても非接触型センサがロボットアーム付き移動ロボットの走行の障害になりにくく、また、車体を停止させてロボットアームに作業を行わせるときに、非接触型センサの設置位置を車体外周部から外側に離れた位置とすることにより、ロボットアームの作業に必要な安全を確保することができる。 According to the mobile robot with a robot arm of the present invention, the detection area of the non-contact sensor that forms the safeguard space forms a vertical plane, and the horizontal position of the non-contact sensor is movable. Therefore, for example, when the vehicle body is moved while the robot arm is stopped working, if the non-contact sensor is installed near the vehicle body, the non-contact sensor is unlikely to impede the movement of the mobile robot with a robot arm even if the passage width is narrow. Also, when the vehicle body is stopped and the robot arm is made to work, the non-contact sensor is installed away from the outer periphery of the vehicle body, so that the safety required for the robot arm to work can be ensured.

こうして本発明によれば非接触型センサにより安全防護空間を確保しつつ、非接触型センサがロボットアーム付き移動ロボットの走行の障害になることを防止することができる。 In this way, the present invention makes it possible to ensure a safe protective space using non-contact sensors while preventing the non-contact sensors from interfering with the movement of a mobile robot with a robot arm.

図1Aは、ロボットアームが作業停止中で非接触型センサが車体近傍にあるロボットアーム付き移動ロボット1Aの上面図である。FIG. 1A is a top view of a mobile robot 1A with a robot arm in which the robot arm is at rest and a non-contact sensor is located near the vehicle body. 図1Bは、ロボットアームが作業停止中で非接触型センサが車体近傍にあるロボットアーム付き移動ロボット1Aの正面図である。FIG. 1B is a front view of the mobile robot with robot arm 1A in which the robot arm is not in operation and the non-contact sensor is located near the vehicle body. 図1Cは、ロボットアームが作業停止中で非接触型センサが車体近傍にあるロボットアーム付き移動ロボット1Aの側面図である。FIG. 1C is a side view of the mobile robot with robot arm 1A in which the robot arm is not in operation and the non-contact sensor is located near the vehicle body. 図2Aは、ロボットアームが動作中で非接触型センサが車体近傍より離れているロボットアーム付き移動ロボット1Aの上面図である。FIG. 2A is a top view of the mobile robot 1A with a robot arm when the robot arm is in operation and the non-contact sensor is away from the vicinity of the vehicle body. 図2Bは、ロボットアームが動作中で非接触型センサが車体近傍より離れているロボットアーム付き移動ロボット1Aの正面図である。FIG. 2B is a front view of the mobile robot with robot arm 1A with the robot arm in operation and the non-contact sensor away from the vicinity of the vehicle body. 図2Cは、ロボットアームが動作中で非接触型センサが車体近傍より離れているロボットアーム付き移動ロボット1Aの側面図である。FIG. 2C is a side view of the mobile robot with a robot arm 1A with the robot arm in operation and the non-contact sensor away from the vicinity of the vehicle body. 図3Aは、ロボットアームが動作中で非接触型センサが車体近傍より離れているロボットアーム付き移動ロボット1Aの上面図である。FIG. 3A is a top view of the mobile robot 1A with a robot arm when the robot arm is in operation and the non-contact sensor is away from the vicinity of the vehicle body. 図3Bは、ロボットアームが動作中で非接触型センサが車体近傍より離れているロボットアーム付き移動ロボット1Aの正面図である。FIG. 3B is a front view of the mobile robot with robot arm 1A with the robot arm in operation and the non-contact sensor away from the vicinity of the vehicle body. 図3Cは、ロボットアームが動作中で非接触型センサが車体近傍より離れているロボットアーム付き移動ロボット1Aの側面図である。FIG. 3C is a side view of the mobile robot with a robot arm 1A with the robot arm in operation and the non-contact sensor away from the vicinity of the vehicle body. 図4は、ロボットアーム付き移動ロボット1Aの通路の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the passage of the mobile robot with robot arm 1A. 図5は、物品を運搬箱に収納しているロボットアーム付き移動ロボット1Aの正面図である。FIG. 5 is a front view of the mobile robot with robot arm 1A storing an article in a transport box. 図6Aは、ロボットアームが作業停止中で非接触型センサが車体近傍にあるロボットアーム付き移動ロボット1Bの上面図である。FIG. 6A is a top view of a mobile robot with a robot arm 1B in which the robot arm is not performing any work and the non-contact sensor is located near the vehicle body. 図6Bは、ロボットアームが作業停止中で非接触型センサが車体近傍にあるロボットアーム付き移動ロボット1Bの正面図である。FIG. 6B is a front view of the mobile robot with robot arm 1B in which the robot arm is not in operation and the non-contact sensor is located near the vehicle body. 図6Cは、ロボットアームが作業停止中で非接触型センサが車体近傍にあるロボットアーム付き移動ロボット1Bの側面図である。FIG. 6C is a side view of the mobile robot with robot arm 1B in which the robot arm is not performing any work and the non-contact sensor is located near the vehicle body. 図7Aは、ロボットアームが動作中で非接触型センサが車体近傍より離れているロボットアーム付き移動ロボット1Bの上面図である。FIG. 7A is a top view of a mobile robot 1B with a robot arm when the robot arm is in operation and the non-contact sensor is away from the vicinity of the vehicle body. 図7Bは、ロボットアームが動作中で非接触型センサが車体近傍より離れているロボットアーム付き移動ロボット1Bの正面図である。FIG. 7B is a front view of the mobile robot with robot arm 1B in which the robot arm is in operation and the non-contact sensor is away from the vicinity of the vehicle body. 図7Cは、ロボットアームが動作中で非接触型センサが車体近傍より離れているロボットアーム付き移動ロボット1Bの側面図である。FIG. 7C is a side view of the mobile robot with robot arm 1B in which the robot arm is in operation and the non-contact sensor is away from the vicinity of the vehicle body. 図8Aは、ロボットアーム付き移動ロボット1Cの正面図である。FIG. 8A is a front view of a mobile robot with a robot arm 1C. 図8Bは、ロボットアーム付き移動ロボット1Cの側面図である。FIG. 8B is a side view of the mobile robot with a robot arm 1C. 図9Aは、ロボットアームが作業停止中で非接触型センサが車体近傍にあるロボットアーム付き移動ロボット1Dの上面図である。FIG. 9A is a top view of a mobile robot 1D with a robot arm in which the robot arm is not performing any work and the non-contact sensor is located near the vehicle body. 図9Bは、ロボットアームが作業停止中で非接触型センサが車体近傍にあるロボットアーム付き移動ロボット1Dの正面図である。FIG. 9B is a front view of the mobile robot 1D with a robot arm in which the robot arm is not in operation and the non-contact sensor is located near the vehicle body. 図9Cは、ロボットアームが作業停止中で非接触型センサが車体近傍にあるロボットアーム付き移動ロボット1Dの側面図である。FIG. 9C is a side view of a mobile robot 1D with a robot arm in which the robot arm is not working and the non-contact sensor is located near the vehicle body. 図10Aは、ロボットアームが動作中で非接触型センサが車体近傍より離れているロボットアーム付き移動ロボット1Dの上面図である。FIG. 10A is a top view of a mobile robot 1D with a robot arm in which the robot arm is in operation and the non-contact sensor is away from the vicinity of the vehicle body. 図10Bは、ロボットアームが動作中で非接触型センサが車体近傍より離れているロボットアーム付き移動ロボット1Dの正面図である。FIG. 10B is a front view of the mobile robot 1D with a robot arm in operation and the non-contact sensor away from the vicinity of the vehicle body. 図10Cは、ロボットアームが動作中で非接触型センサが車体近傍より離れているロボットアーム付き移動ロボット1Dの側面図である。FIG. 10C is a side view of the mobile robot 1D with a robot arm in operation and the non-contact sensor away from the vicinity of the vehicle body.

以下、図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。なお、各図において同一符号は、同一または同等の構成要素を表している。 The present invention will now be described in detail with reference to the drawings. Note that the same reference numerals in each drawing represent the same or equivalent components.

<ロボットアーム付き移動ロボットの全体構成>
図1Aは本発明の一実施例のロボットアーム付き移動ロボット1Aであって、ロボットアームが停止中で非接触型センサ80A、80B、80Cが車体外周部で車体近傍にある状態の上面図であり、図1Bはその正面図、図1Cはその側面図である。また、図2Aはこのロボットアーム付き移動ロボット1Aのロボットアームが作業中で非接触型センサ80A、80B、80Cが車体から離れた位置にある状態の上面図であり、図2Bはその正面図、図2Cはその側面図である。
<Overall configuration of mobile robot with robot arm>
Fig. 1A is a top view of a mobile robot 1A with a robot arm according to an embodiment of the present invention, in which the robot arm is at rest and non-contact sensors 80A, 80B, and 80C are located near the vehicle body on the outer periphery of the vehicle body, Fig. 1B is a front view thereof, and Fig. 1C is a side view thereof. Fig. 2A is a top view of the mobile robot 1A with a robot arm in a state where the robot arm is working and the non-contact sensors 80A, 80B, and 80C are located away from the vehicle body, Fig. 2B is a front view thereof, and Fig. 2C is a side view thereof.

このロボットアーム付き移動ロボット1Aは、自律移動方式(即ち、無人搬送車方式)で待機地点から作業地点へ走行し、作業地点で所定の作業を行う。ロボットアーム付き移動ロボット1Aの車体2には、垂直多関節型のロボットアーム11を2つ備えた双腕型ロボット10が搭載されている。双腕型ロボット10の肩の部分には警告灯14が設けられている。 This mobile robot with robotic arms 1A moves autonomously (i.e., using an unmanned guided vehicle system) from a waiting point to a work point and performs a specified task at the work point. A dual-arm robot 10 equipped with two vertical articulated robot arms 11 is mounted on the vehicle body 2 of the mobile robot with robotic arms 1A. A warning light 14 is provided on the shoulder of the dual-arm robot 10.

また、車体2には、該車体2の左右の各側面から車体外側方向への水平方向の移動と復帰が可能なスライダー71を有する水平移動装置70A、70Bと、車体2の背面から車体外側方向への水平方向の移動と復帰が可能なスライダー71を有する水平移動装置70Cが設けられている。これらの水平移動装置70A、70B、70Cには非接触型センサ80A、80B、80Cとしてレーザスキャナを検出方向が上向きになるように取り付けられている。これにより、車体2の左右の側面側に位置する非接触型センサ80A、80Bの検出区域Da、Dbは車体2の側面に平行な鉛直面となり、車体2の背面側の非接触型センサ80Cの検出区域Dcは車体の背面に平行な鉛直面となる。レーザスキャナでは鉛直面内の検出区域を所定形状に設定することができるので、各検出区域Da、Db、Dcがロボットアーム付き移動ロボット1Aの安全防護空間Sa を形成するように各レーザスキャナを設定する(図1A)。 The vehicle body 2 is also provided with horizontal movement devices 70A and 70B having sliders 71 capable of moving horizontally from the left and right sides of the vehicle body 2 toward the outside of the vehicle body and returning to their original position, and a horizontal movement device 70C having a slider 71 capable of moving horizontally from the rear of the vehicle body 2 toward the outside of the vehicle body and returning to its original position. These horizontal movement devices 70A, 70B, and 70C are fitted with laser scanners as non-contact sensors 80A, 80B, and 80C with their detection directions facing upward. As a result, the detection areas Da and Db of the non-contact sensors 80A and 80B located on the left and right sides of the vehicle body 2 are vertical planes parallel to the sides of the vehicle body 2, and the detection area Dc of the non-contact sensor 80C on the rear side of the vehicle body 2 is a vertical plane parallel to the rear of the vehicle body. Since the laser scanner can set the detection area in a vertical plane to a predetermined shape, each laser scanner is set so that each detection area Da, Db, and Dc forms a safe protection space Sa for the mobile robot 1A with a robot arm (Figure 1A).

なお、本発明において鉛直面は、重力方向に対して厳密に平行な面に限定されることはなく、実質的に鉛直面であればよい。 In the present invention, the vertical plane is not limited to a plane strictly parallel to the direction of gravity, but may be any plane that is substantially vertical.

また、本発明において非接触型センサの設置位置は上述の例に限定されず、ロボットアーム付き移動ロボットが走行する通路や作業エリアの周囲の構造物の配設状況等に応じて適宜変更することができる。例えば、水平移動装置のスライダー71が車体2の前後左右の4方から車体外側方向へ移動可能に設けることで、非接触型センサの検出区域を車体の前後左右の四方から囲む位置としてもよい。 In addition, in the present invention, the installation position of the non-contact sensor is not limited to the above example, and can be changed as appropriate depending on the arrangement of structures around the passageway along which the mobile robot with a robot arm travels and the work area. For example, the detection area of the non-contact sensor can be positioned so as to surround the vehicle body from all four sides, i.e., front, rear, left and right, by providing the slider 71 of the horizontal movement device so that it can move toward the outside of the vehicle body from all four sides, i.e., front, rear, left and right.

また、本発明において非接触型センサの水平方向の位置を移動可能に設置する方法は、水平移動装置の使用に限定されず、例えば、後述するように旋回型移動装置(図9A~図10C)に非接触型センサを取り付けてもよい。 In addition, in the present invention, the method of installing a non-contact sensor so that its horizontal position can be moved is not limited to using a horizontal movement device. For example, the non-contact sensor may be attached to a rotating movement device (Figures 9A to 10C) as described below.

車体2には双腕型ロボット10の前方に作業台50が設けられている。車体2には荷物の搬送に使用する荷台、運搬箱60等が設けられていても良い(図5)。 A workbench 50 is provided in front of the dual-arm robot 10 on the vehicle body 2. The vehicle body 2 may also be provided with a loading platform, a transport box 60, etc., used for transporting luggage (Figure 5).

(自動走行システム)
車体2にはロボットアーム付き移動ロボット1Aが自動で所定の通路を通ってピック地点、作業地点、プレイス地点、待機地点等に行けるように自律移動方式の自動走行システムが搭載されている。自律移動式における自己位置の推定方法や精度の向上方法は特に限定されず、例えば、レーザ測距式、レーザSLAM(Simultaneous Localization And Mapping)式、画像SLAM式などが挙げられる。また、周囲の物体の位置分布の検出にはLRF(Laser Range Finder)、別名Lider(Light Detection and Ranging)を使用することが一般的である。自動走行の精度向上の例として、RFID、QRコード(登録商標)、磁石などを使用した定点補正を行っても良い。
(Autonomous Driving System)
The vehicle body 2 is equipped with an autonomous driving system so that the mobile robot 1A with a robot arm can automatically travel through a predetermined passage to a pick point, a work point, a place point, a waiting point, etc. The method of estimating the self-position in the autonomous moving type and the method of improving the accuracy are not particularly limited, and examples thereof include a laser ranging method, a laser SLAM (Simultaneous Localization And Mapping) method, and an image SLAM method. In addition, a laser range finder (LRF), also known as Lidar (Light Detection and Ranging), is generally used to detect the position distribution of surrounding objects. As an example of improving the accuracy of the autonomous driving, fixed point correction using an RFID, a QR code (registered trademark), a magnet, etc. may be performed.

なお、本発明において自動走行の方式は自律移動方式に限定されず、例えば、経路誘導式、追従式等でもよい。このうち、経路誘導式としては、電磁誘導式、光学誘導式、磁気誘導式、磁性体誘導式等をあげることができ、使用可能なセンサや床の制約から適式なものが選択される。 In the present invention, the method of automatic driving is not limited to the autonomous movement method, and may be, for example, a route guidance method, a following method, etc. Among these, examples of the route guidance method include electromagnetic guidance method, optical guidance method, magnetic guidance method, magnetic material guidance method, etc., and an appropriate method is selected based on the available sensors and floor constraints.

(非接触型センサ)
上述のように本実施例では非接触型センサ80A、80B、80Cとしてレーザスキャナを使用しているが、本発明において非接触型センサの種類は特に限定されない。例えば、レーザスキャナの他、ライトカーテン、エリアセンサ、超音波式センサ、赤外線センサ等を使用することができる。安全面及び信頼性の点からはレーザスキャナ、ライトカーテンが好ましく、さらに、発光位置と受光位置が概ね同位置であることにより設置が容易であり、コンパクトに設置できる点からレーザスキャナが好ましい。
(Non-contact sensor)
As described above, in this embodiment, laser scanners are used as the non-contact sensors 80A, 80B, and 80C, but the type of non-contact sensor is not particularly limited in the present invention. For example, in addition to laser scanners, light curtains, area sensors, ultrasonic sensors, infrared sensors, etc. can be used. From the standpoints of safety and reliability, laser scanners and light curtains are preferable, and further, laser scanners are preferable because they are easy to install since the light emitting position and the light receiving position are roughly the same position, and they can be installed compactly.

また、ライトカーテン、レーザスキャナに関し、ISO規格、SIL規格において、PLd、PLe、SIL2、SIL3等で表される信頼性の高い機器はそれぞれ、セーフティ・ライトカーテン、セーフティ・レーザスキャナと呼ばれる。本発明ではレーザスキャナとして、セーフティ・レーザスキャナを使用することが好ましい。 In addition, with regard to light curtains and laser scanners, highly reliable devices that are designated PLd, PLe, SIL2, SIL3, etc. in the ISO and SIL standards are called safety light curtains and safety laser scanners, respectively. In the present invention, it is preferable to use a safety laser scanner as the laser scanner.

セーフティ・レーザスキャナは、レーザ光を放射状に走査するにあたり、正面や側面だけでなく、後方左右それぞれ45度を含む270°の水平スキャニングをできるものが一般的である。また、検出距離を任意に設定することができ、検出区域の形を任意に定めることができる。 Safety laser scanners generally use a radial laser beam for scanning, and are capable of 270° horizontal scanning, including 45° to the left and right and 45° to the front and sides, as well as the rear. In addition, the detection distance can be set as desired, and the shape of the detection area can be determined as desired.

セーフティ・レーザスキャナでは、一つのセーフティ・レーザスキャナに複数の検出区域を設定することも可能である。事前にいくつかの検出区域を設定し、ロボットアームの作業に応じて検出区域を切り替えて使用しても良い。設定した検出区域ごとの検出信号を、独立した複数端子から出力させることができるので、検出区域ごとの障害物の検出に高い信頼性を得ることができる。 It is also possible to set multiple detection zones on a single safety laser scanner. Several detection zones can be set in advance, and the detection zones can be switched depending on the task of the robot arm. Detection signals for each set detection zone can be output from multiple independent terminals, making it possible to achieve high reliability in detecting obstacles in each detection zone.

本発明では、非接触型センサの検出区域が鉛直面をなすように非接触型センサを車体に取り付ける。即ち、レーザスキャナのレーザ光、超音波式センサの超音波等の検知要素が鉛直面を走査し、又はレーザカーテン等のレーザ光の配列面が鉛直面を形成するように非接触型センサを取り付ける。これは次の理由による。検出区域が水平面をなすと、検出区域に人が侵入した場合に、人の胴体のみが検出されることが多い。そのため、安全距離(JIS B 9715)の計算では、危険源となるロボットアーム方向に伸びる人の腕の長さを考慮することが必要となり、安全距離として通常1~3mが必要となる。なお、人の腕の長さは0.85mとすることが慣例であり、これに、センサの検知時間とロボットなど装置の停止時間の合計に対して人の接近速度を乗算して得られる距離を加えて、安全距離が算出される。これに対し、検出区域が鉛直面をなすように非接触型センサを設置すると、安全距離の計算で人の腕の長さを考慮することが不要となり、安全距離を通常0.5~1m程度に短くすることができる。 In the present invention, the non-contact sensor is attached to the vehicle body so that the detection area of the non-contact sensor forms a vertical plane. That is, the non-contact sensor is attached so that the detection element such as the laser light of a laser scanner or the ultrasonic wave of an ultrasonic sensor scans a vertical plane, or the arrangement surface of the laser light of a laser curtain or the like forms a vertical plane. This is for the following reason. If the detection area forms a horizontal plane, when a person enters the detection area, only the torso of the person is often detected. Therefore, in calculating the safety distance (JIS B 9715), it is necessary to take into account the length of the person's arm extending in the direction of the robot arm, which is the source of danger, and a safety distance of 1 to 3 m is usually required. It is customary to take the length of a person's arm as 0.85 m, and the safety distance is calculated by adding the distance obtained by multiplying the total of the sensor's detection time and the stop time of the device such as a robot by the approach speed of the person. In contrast, if the non-contact sensor is installed so that the detection area forms a vertical plane, it becomes unnecessary to take the length of the person's arm into account in the calculation of the safety distance, and the safety distance can usually be shortened to about 0.5 to 1 m.

このように検出区域を鉛直面とすることで水平面とするよりも安全距離を狭めることができ、その分、人がロボットアームの近くにいてもロボットアームの動きを減速させたり停止させたりすることが少なくなる。よって、検出区域を鉛直面とすることでロボットアームの作業効率を向上させることができる。 In this way, by making the detection area a vertical plane, the safety distance can be narrowed compared to if it were a horizontal plane, and the movement of the robot arm is less likely to be slowed down or stopped even if a person is close to the robot arm. Therefore, by making the detection area a vertical plane, the work efficiency of the robot arm can be improved.

ここで、安全距離は、一般には上肢及び下肢が機械類の危険区域に到達することを防止するために保護構造物と危険区域との間に設ける適切な距離をいい(JIS B 9718)、ロボットアーム付き移動ロボットにおいては、危険源であるロボットアーム、エンドエフェクタ又はエンドエフェクタが把持しているワークに人が接触する前にこれらの危険源が危険でないようにすることを可能とする距離である。 Here, the safety distance generally refers to the appropriate distance between a protective structure and a danger zone to prevent the upper and lower limbs of machinery from reaching the danger zone (JIS B 9718), and in the case of a mobile robot with a robot arm, it is the distance that makes it possible to make these hazards non-hazardous before a person comes into contact with the robot arm, end effector, or workpiece held by the end effector.

図2A~図2Cに示すように、制限空間Srに安全距離Lを加えた位置が安全防護空間Saである。非接触型センサにより形成される安全防護空間に人等の障害物が侵入すると、ロボットアームは動きを減速又は停止するようにロボットアームの制御装置のプログラムにより制御される。したがって、ロボットアームの周囲にいる人は、安全防護装置の外側にいることで安全が保証される。 As shown in Figures 2A to 2C, the position obtained by adding the safety distance L to the restricted space Sr is the safe protection space Sa. If an obstacle such as a person enters the safe protection space formed by the non-contact sensor, the robot arm is controlled by the program of the robot arm's control device to slow down or stop its movement. Therefore, the safety of people around the robot arm is guaranteed by being outside the safe protection device.

なお、安全防護空間は周囲の安全防護で定義される(JIS B 8433-1)。より具体的には、ロボットアーム周囲の非接触型センサ等の安全防護装置の他に、柵などによる機械的なガード、作業環境における周囲の構造物等によっても安全防護空間が形成される。 The safeguard space is defined as the surrounding safeguard (JIS B 8433-1). More specifically, in addition to safeguard devices such as non-contact sensors around the robot arm, the safeguard space is also formed by mechanical guards such as fences and surrounding structures in the work environment.

制限空間Srは、危険源であるロボットアーム、エンドエフェクタ、エンドエフェクタが把持しているワークの動きが超えることがないように制限されている空間である。制限空間は、JIS B 8433-1には「最大空間の一部であり、超えてはならない限度を設定する制限装置によって制限する空間」と定義されている。ここで「最大空間」はJIS B 8433-1にて「製造業者が定めたロボット可動部が届く空間に、エンドエフェクタ及びワークが届く空間を加えた空間。」と定義されている。 The restricted space Sr is a space that is restricted so that the movement of the hazardous robot arm, end effector, and workpiece held by the end effector cannot be exceeded. JIS B 8433-1 defines the restricted space as "a part of the maximum space, and a space restricted by a restricting device that sets a limit that must not be exceeded." Here, "maximum space" is defined in JIS B 8433-1 as "the space that the robot's moving parts can reach, as determined by the manufacturer, plus the space that the end effector and workpiece can reach."

制限空間Srは、ロボットアームの制御装置のプログラムによるロボットアーム動作の制限と、機械的な制限で形成される。制御装置のプログラムによるロボットアーム動作の制限は、作業の開始に先立ってロボットアームの形状、大きさ、ワークのサイズ、各種作業動作及び作業環境等を考慮してロボットアームが人、周囲の設置物、他の自律型移動ロボット等の障害物と接触しないように作成される。 The restricted space Sr is formed by restrictions on the robot arm's movement imposed by the robot arm's control device program and mechanical restrictions. The restrictions on the robot arm's movement imposed by the control device program are created before the start of work, taking into consideration the shape and size of the robot arm, the size of the workpiece, various work movements, and the work environment, so that the robot arm does not come into contact with obstacles such as people, surrounding objects, other autonomous mobile robots, etc.

制限空間Srをロボットアームが越えないようにするため、ロボットアームの位置、速度、停止状態等がリアルタイムで監視され、ロボットアームが制限空間を超えそうな場合には、強制的にロボットアームの動きが停止となる。 To prevent the robot arm from exceeding the restricted space Sr, the position, speed, stopping state, etc. of the robot arm are monitored in real time, and if the robot arm is about to exceed the restricted space, the movement of the robot arm is forcibly stopped.

このように安全防護空間Saと制限空間Srを設けてロボットアームを監視するロボットアームの制御装置のプログラムは、ロボットアームが各種作業を行うプログラムから独立していると、各作業のプログラムによって影響を受けることがないので信頼性が高まって好ましい。 In this way, if the robot arm control device program that monitors the robot arm by providing a safeguard space Sa and restricted space Sr is independent of the programs that the robot arm performs various tasks, it is preferable because it is not affected by the programs for each task, making it more reliable.

ロボットアームを監視する制御装置のプログラムは特に限定されない。市販品の一例として、ロボットコントローラに追加するものとしては、ファナック(株)製のデュアル・チェック・セイフティ(DCS)、(株)安川電機製の機能安全基板DX200、三菱電機(株)製の安全拡張ユニット等が挙げられる。また予めロボットコントローラに内蔵されているものとしては、(株)デンソーウェーブ製のRC8Aコントローラ、UNIVERSAL ROBOTS e-Series、ファナック(株)製のロボットCR-7iA、CR-4iA、CR-15iA、CR-7iA、CR-35iA等が挙げられる。この中でも特にISO10218-1(JIS B 8433-1)に適合する協働ロボットであるファナック(株)製のロボットCR-7iA、CR-4iA、CR-15iA、CR-7iA、CR-35iA、CRXシリーズが特に使用に適している。 There are no particular limitations on the control device program that monitors the robot arm. Examples of commercially available products that can be added to a robot controller include the Dual Check Safety (DCS) manufactured by FANUC Corporation, the Functional Safety Board DX200 manufactured by Yaskawa Electric Corporation, and the Safety Expansion Unit manufactured by Mitsubishi Electric Corporation. Examples of products that are pre-built into the robot controller include the RC8A controller and UNIVERSAL ROBOTS e-Series manufactured by DENSO WAVE Inc., and the robots CR-7iA, CR-4iA, CR-15iA, CR-7iA, and CR-35iA manufactured by FANUC Corporation. Among these, the CR-7iA, CR-4iA, CR-15iA, CR-7iA, CR-35iA, and CRX series robots manufactured by FANUC LTD., which are collaborative robots that comply with ISO 10218-1 (JIS B 8433-1), are particularly suitable for use.

なお、本実施例では、非接触型センサ80A、80B、80Cとしてレーザスキャナを検出方向が上向きになるように取り付けているが、さらに検出方向が下向きのレーザスキャナを増設してもよい。これにより下方向の安全防護空間を拡張することができる。 In this embodiment, the non-contact sensors 80A, 80B, and 80C are installed as laser scanners with an upward detection direction, but additional laser scanners with a downward detection direction may be installed. This allows the downward safety protection space to be expanded.

(警告灯)
ロボットアームの周囲の作業者の安全を確保するため、警告灯14又は音響によって作業空間の存在や、安全防護空間への侵入に対して注意喚起することが好ましい。警告灯14の発光色を周囲の状況、例えば周辺との隙間が狭かったり、安全防護空間までの作業者の距離などに応じて変化させると、周囲の作業者がロボットアーム11の状況を判別できるので、誤って双腕型ロボット10に近づいてロボットアーム11が減速したり停止したりすることにより生産性に支障がきたされることを防止することができる。
(Warning Light)
In order to ensure the safety of workers around the robot arm, it is preferable to alert them to the existence of a work space or to intrusion into the safeguarded space by using a warning light 14 or sound. By changing the color of the light emitted by the warning light 14 according to the surrounding conditions, such as the narrowness of the gap with the surroundings or the distance of the worker to the safeguarded space, the surrounding workers can determine the condition of the robot arm 11, and it is possible to prevent the robot arm 11 from slowing down or stopping due to mistakenly approaching the dual-arm robot 10, thereby hindering productivity.

(水平移動装置)
水平移動装置70A、70B、70Cは、電動式、空圧式等によって、非接触型センサ80A、80B、80Cが取り付けられているスライダー71を移動させることで非接触型センサ80A、80B、80Cの位置を水平方向に変化させる。水平移動装置70A、70B、70Cは、ロボットアーム11の作業状態によって非接触型センサ80A、80B、80Cの停止位置を任意に調整できるように、停止位置の変更が容易な電動式のものが好ましい。また、水平移動装置70A、70B、70Cには、ロボットアーム11の作業状態によってスライダー71を次のように移動させる制御装置が備えられていることが好ましい。
(Horizontal movement device)
The horizontal movement devices 70A, 70B, 70C are electrically or pneumatically driven to move the slider 71 to which the non-contact sensors 80A, 80B, 80C are attached, thereby changing the positions of the non-contact sensors 80A, 80B, 80C in the horizontal direction. The horizontal movement devices 70A, 70B, 70C are preferably electrically driven, which allows easy change of the stop positions of the non-contact sensors 80A, 80B, 80C, so that the stop positions can be adjusted arbitrarily depending on the working state of the robot arm 11. The horizontal movement devices 70A, 70B, 70C are preferably equipped with a control device that moves the slider 71 as follows depending on the working state of the robot arm 11.

即ち、車体2の停止中でも移動中でもロボットアーム11が高速で作業している間は作業の停止に時間を要するため安全距離が長くなる。そこで、水平移動装置70A、70B、70Cのスライダー71を車体外周部の外側方向に移動させ、非接触型センサ80A、80B、80Cを車体外周部から外側方向へ離れた位置にすることが好ましい。これにより十分に大きい安全距離を得ることができる。一方、ロボットアーム11が低速で作業している間は、作業停止に時間を要さないため安全距離が短くなる。そこで、水平移動装置70A、70B、70Cのスライダー71を車体2の内側方向へ移動させ、非接触型センサ80A、80B、80Cを車体に近づけることができ、ロボットアーム11が停止中はさらに車体に近づけ、車体近傍の位置とすることができる。 That is, while the robot arm 11 is working at high speed, even when the vehicle body 2 is stopped or moving, it takes time to stop the work, so the safety distance becomes long. Therefore, it is preferable to move the sliders 71 of the horizontal movement devices 70A, 70B, 70C in the outward direction of the outer periphery of the vehicle body and position the non-contact type sensors 80A, 80B, 80C away from the outer periphery of the vehicle body in the outward direction. This makes it possible to obtain a sufficiently large safety distance. On the other hand, while the robot arm 11 is working at a low speed, it does not take time to stop the work, so the safety distance becomes short. Therefore, the sliders 71 of the horizontal movement devices 70A, 70B, 70C can be moved inward of the vehicle body 2 to bring the non-contact type sensors 80A, 80B, 80C closer to the vehicle body, and while the robot arm 11 is stopped, it can be brought even closer to the vehicle body and positioned near the vehicle body.

なお、非接触型センサ80A、80B、80Cの移動をロボットアーム11によって行っても良いが、非接触型センサ80A、80B、80Cの移動中にロボットアーム11やエンドエフェクタ20の一部が検出区域の外側に出てしまう虞をなくす等のため、上述のようにスライダー71によって移動させることが好ましい。また、非接触型センサを取り付ける移動装置としては、後述する実施例のロボットアーム付き移動ロボット1D(図9A~図10C)のように、移動装置の支柱76が旋回可能なものでもよい。 The non-contact sensors 80A, 80B, and 80C may be moved by the robot arm 11, but it is preferable to move them by the slider 71 as described above in order to eliminate the risk that the robot arm 11 or part of the end effector 20 may go outside the detection area while the non-contact sensors 80A, 80B, and 80C are moving. The moving device to which the non-contact sensors are attached may be one in which the support 76 of the moving device is rotatable, as in the mobile robot 1D with a robot arm (FIGS. 9A to 10C) of the embodiment described later.

(ロボットアーム)
本実施例においてロボットアーム11としては、双腕型ロボット10の左右のアームとして垂直多関節型のロボットアームが設けられている。本発明においてロボットアームはこれに限定されず、水平多関節型、パラレルリンク型等としてもよいが、垂直多関節型とすることによりアームの動作範囲を広くすることができる。
(Robot arm)
In this embodiment, as the robot arms 11, vertical multi-joint type robot arms are provided as the left and right arms of the dual-arm robot 10. In the present invention, the robot arms are not limited to this and may be of a horizontal multi-joint type, parallel link type, etc., but by using a vertical multi-joint type, the operating range of the arm can be widened.

また、本実施例のロボットアーム付き移動ロボット1Aでは図1Bに示したように、左右のロボットアーム11を基部12に取り付け、その基部12を車体2に取り付けているが、後述する実施例のロボットアーム付き移動ロボット1B(図6A~図7C)のようにロボットアームを車体2に直接取り付けても良い。ロボットアーム11を基部12に取り付ける場合には、基部12を車体2上で水平回転可能とすることが好ましい。これにより、ロボットアーム付き移動ロボット1Aの車体2の向きにかかわらず、種々の作業をロボットの正面で行うことで作業の最適化を図ることができる。また、ロボットアーム11の動作範囲を広げることができる点でも好ましい。 In addition, as shown in FIG. 1B, in the mobile robot with robot arms 1A of this embodiment, the left and right robot arms 11 are attached to bases 12, which are attached to the vehicle body 2, but the robot arms may be attached directly to the vehicle body 2 as in the mobile robot with robot arms 1B of the embodiment described below (FIGS. 6A to 7C). When attaching the robot arms 11 to the bases 12, it is preferable that the bases 12 be horizontally rotatable on the vehicle body 2. This allows various tasks to be performed in front of the robot, regardless of the orientation of the vehicle body 2 of the mobile robot with robot arms 1A, thereby optimizing tasks. It is also preferable in that the operating range of the robot arms 11 can be expanded.

左右のロボットアーム11は相互監視されており、アーム先端部等のアームの各部同士等が干渉しないように制御されていることが好ましい。通常、双腕型ロボットのロボットアームは、そのロボットコントローラによって監視される。左右のロボットアームそれぞれが独立したコントローラを有する場合は、2つのコントローラの両方を制御や監視する特別なコントローラによって監視される。これにより、ロボットアーム11の動作プログラムに誤りがあり、双腕型ロボット10が備えるカメラが撮った画像の認識に基づく自律的な動作をロボットアーム11にさせるときに、左右のロボットアーム11同士が接触して破損することを防止することができる。 The left and right robot arms 11 are mutually monitored, and it is preferable that each part of the arms, such as the arm tips, is controlled so as not to interfere with each other. Normally, the robot arms of a dual-arm robot are monitored by its robot controller. If the left and right robot arms each have an independent controller, they are monitored by a special controller that controls and monitors both controllers. This makes it possible to prevent the left and right robot arms 11 from coming into contact with each other and being damaged when an error occurs in the operation program of the robot arm 11 and the robot arm 11 is made to perform autonomous operations based on the recognition of images taken by the camera equipped in the dual-arm robot 10.

なお、本発明においてロボットアームは双腕型に限られない。3つ以上のロボットアームがロボットアーム付き移動ロボット1Aに設けられても良く、これにより多種多様な作業が可能となる。 In the present invention, the robot arm is not limited to a dual-arm type. Three or more robot arms may be provided on the mobile robot with robot arms 1A, which enables a wide variety of tasks.

(エンドエフェクタ)
左右のロボットアーム11の先端にはエンドエフェクタ20が設けられている。エンドエフェクタ20には、ロボットアーム付き移動ロボット1Aが扱う物品の素材、形状、物品に対する作業内容等に応じて物品を把持することのできる把持部や、物品に吸着することのできる吸着部、荷物を縛っている紐を切断する刃などを設けることができる。
(End effector)
End effectors 20 are provided at the tips of the left and right robot arms 11. The end effectors 20 can be provided with a gripping section capable of gripping an object depending on the material, shape, and work to be performed on the object handled by the mobile robot with a robot arm 1A, a suction section capable of adsorbing an object, a blade for cutting strings binding cargo, and the like.

作業の具体例としては、物品の積み下ろし、物品の整列、組み立て、ネジ締め、溶接、ハンダ付け、塗装などが挙げられる。 Specific examples of tasks include loading and unloading items, aligning items, assembling, tightening screws, welding, soldering, painting, etc.

エンドエフェクタが扱う物品の具体例としては、箱、積層した段ボール等のシート、シートの積層物を紐などで束ねたもの、木材、金属材料、樹脂材料、ボトル、キャップ、又はロール状のフィルム、紙若しくは不織布といったものが挙げられる。 Specific examples of items that the end effector can handle include boxes, sheets such as stacked cardboard, stacks of sheets bound together with string, wood, metal materials, resin materials, bottles, caps, or rolls of film, paper, or nonwoven fabric.

(作業台)
作業台50では物品への作業が行なわれる。作業台50は物品を運搬箱60に収納したり(図5)、運搬箱から取り出したりする場合に運搬箱を置いておく荷台としても使用することもできる。作業台50としては、物品を安定に保持できるものを使用する。作業台50そのものの構造は特に限定されない。平板状のもの、板材の左右前後に荷物落下防止の桟や壁を有するもの、カゴ状、孔空きの板からなるもの、物品のがたつきを防止するため物品を置く部分に凸状や凹状構造を有するもの等が挙げられる。
(Work table)
Work is carried out on the workbench 50. The workbench 50 can also be used as a platform on which to place a transport box 60 when storing the object in the transport box (FIG. 5) or removing the object from the transport box. The workbench 50 can stably hold the object. There are no particular limitations on the structure of the workbench 50 itself. Examples include a flat plate-shaped one, one with bars or walls on the left and right, front and back of the plate material to prevent the object from falling, a cage-shaped one, one made of a plate with holes, one with a convex or concave structure on the part where the object is placed to prevent the object from rattling, etc.

作業台50には、作業内容に応じて、電動又は空圧駆動のチャック等の物品を把持するための機構を設けてもよい。 Depending on the work being performed, the workbench 50 may be provided with a mechanism for gripping objects, such as an electrically or pneumatically driven chuck.

(運搬箱)
ロボットアーム付き移動ロボットの使用例で説明するように、ロボットアーム付き移動ロボット1Aはロボットアーム11で物品を運搬箱60に収納したり、運搬箱60の中の物品をロボットアーム11が特定の場所に供給したりすることができる(図5)。運搬箱60としては、物品を安定的に保持できるものを使用する。運搬箱60は1個を使用しても良く、複数個を使用しても良い。運搬箱60そのものは特に限定されない。例えば、運搬箱60の形状としては、立方体状、直方体状、多角柱箱状、円柱状などが挙げられる。蓋があるものも無いものも使用することができる。運搬箱60の構造も特に限定されず、折り畳めるものであっても、折り畳めないものであっても良い。運搬箱60の具体例としては、段ボール箱、樹脂箱、折り畳み可能なコンテナケースなどが挙げられる。物品のがたつきを防止するには、物品を置く部分に凸状や凹状構造を有するもの、仕切り板があるもの等の方法が挙げられる。
(Transport box)
As described in the example of using the mobile robot with a robot arm, the mobile robot with a robot arm 1A can store an item in a transport box 60 by the robot arm 11, and can supply the item in the transport box 60 to a specific location by the robot arm 11 (FIG. 5). The transport box 60 is one that can stably hold the item. One transport box 60 may be used, or multiple transport boxes 60 may be used. The transport box 60 itself is not particularly limited. For example, the shape of the transport box 60 may be a cube, a rectangular parallelepiped, a polygonal columnar box, a cylindrical box, or the like. A transport box with or without a lid may be used. The structure of the transport box 60 is also not particularly limited, and the transport box 60 may be foldable or non-foldable. Specific examples of the transport box 60 include a cardboard box, a resin box, and a foldable container case. To prevent the item from rattling, a method may be used in which the part where the item is placed has a convex or concave structure, or a partition plate is provided.

運搬される物品も特に限定されず、一例として、ボトル、ジャー、袋、チューブ、箱、といった内容物入り容器や空容器、その他、本、食料品、機械部品などが挙げられ、さらにこれらの物品の詰め合わせ品といったものも挙げられる。 The items being transported are not particularly limited, and examples include filled and empty containers such as bottles, jars, bags, tubes, and boxes, as well as books, food products, and machine parts, and even assortments of these items.

(画像認識)
本実施例のロボットアーム付き移動ロボット1Aには、双腕型ロボット10の基部12の上方、即ち、双腕型ロボット10を人型と見なした場合の頭部13に相当する位置に画像認識に使用するカメラ30が設けられており、双腕型ロボット10には画像認識システムが内蔵されている。カメラ30で撮った画像情報は、有線又は無線でロボットアームの制御プログラムに送られ、ロボットアーム11の高度な動作制御を行うことが可能となる。
(Image Recognition)
In the mobile robot with a robot arm 1A of this embodiment, a camera 30 used for image recognition is provided above the base 12 of the dual-arm robot 10, that is, at a position equivalent to the head 13 if the dual-arm robot 10 were considered to be humanoid, and an image recognition system is built into the dual-arm robot 10. Image information captured by the camera 30 is sent to the control program for the robot arm via wired or wireless communication, making it possible to perform advanced operational control of the robot arm 11.

即ち、ロボットアーム付き移動ロボットは、自動走行方式が経路誘導式、自律誘導式、追従式のいずれであっても、一般には目標の停止位置に精確に停止することはできない。通常、±50mm程度の位置誤差が生じる。補正装置を使用した場合でも±10mm程度の位置誤差が生じる。この補正装置としては、目的位置の床に貼った磁気テープを読み取るセンサ、目的位置周辺に設置した時別な形状の目標を検知するセンサなどが挙げられる。但し、荷積みや荷下ろしにおいて、ロボットアームと周囲との位置関係に高い精度が必要となる場合には補正装置が荷物の移載に支障をきたすことがある。 In other words, a mobile robot with a robot arm cannot generally stop precisely at a target stopping position, regardless of whether the automatic driving method is a route guidance type, an autonomous guidance type, or a tracking type. Normally, a position error of about ±50 mm occurs. Even when a correction device is used, a position error of about ±10 mm occurs. Examples of such correction devices include a sensor that reads a magnetic tape attached to the floor at the target position, and a sensor that detects targets of a particular shape installed around the target position. However, when loading or unloading cargo, if high precision is required for the positional relationship between the robot arm and the surroundings, the correction device may interfere with the transfer of cargo.

これに対し、画像認識システムによれば、荷積み、荷下ろし等の作業地点の周囲のマーカーや特徴的な対象物が画像認識されるので、目標の停止位置にロボットアーム付き移動ロボット1Aが到達すると、その情報が自動走行システムに送られる。あるいは、ロボットアーム付き移動ロボット1Aの目標の停止位置に対する実際の停止位置のズレ量や角度のズレ量を画像認識システムが推測し、ロボットアームの動作を補正する。このため、所期の動作を確実に行うことができる。 In contrast, an image recognition system uses images to recognize markers and distinctive objects around work points such as loading and unloading, and when the mobile robot with a robot arm 1A reaches the target stopping position, that information is sent to the automatic driving system. Alternatively, the image recognition system estimates the amount of deviation or angle of the actual stopping position of the mobile robot with a robot arm 1A from the target stopping position, and corrects the operation of the robot arm. This ensures that the intended operation can be performed.

ロボットアーム付き移動ロボット1Aの停止位置の補正のために画像認識システムを使用するだけでなく、荷積み、荷下ろしといったロボットアーム11の動作を、画像認識システムで荷物、荷台、運搬箱、作業台などの対象物を認識することにより行っても良い。画像認識システムを用いて、物品のバーコードや色などの検査を行っても良い。また、画像認識システムを、走行時の安全性の向上のために使用してもよい。一方、物品のバーコード検査には、専用のバーコードリーダを使用してもよい。 In addition to using an image recognition system to correct the stopping position of the mobile robot 1A with a robot arm, the operation of the robot arm 11, such as loading and unloading, may be performed by using the image recognition system to recognize objects such as luggage, loading platforms, transport boxes, and work tables. The image recognition system may also be used to inspect the barcodes and colors of items. The image recognition system may also be used to improve safety during travel. Meanwhile, a dedicated barcode reader may be used to inspect the barcodes of items.

画像認識に使用するカメラ30や画像認識システム自体には特に制限がない。2次元型画像や、ステレオカメラなどによる3次元型画像の情報を処理する公知の画像認識システムを使用することができる。また、拡張現実(AR;Augmented Reality)により、撮像した画像でマーカーの大きさ、向き、変形度合の情報を得、それによりロボットアームの位置のずれ量を推測するものを使用してもよい。画像認識する対象物、処理時間、コスト等に応じて適宜選択される。従来型の2次や3次元の画像認識システムに加えて、AI画像認識を使用しても良い。AI画像認識の方法は特に限定されない。一例として、OSARO社製の機械学習による方式、(株)エイアイキューブ製の商品Alliomの事前に物品積み上げシミュレーションを行っておくことで認識可能とする方式などが挙げられる。 There are no particular limitations on the camera 30 or image recognition system used for image recognition. A known image recognition system that processes information on two-dimensional images or three-dimensional images obtained by a stereo camera or the like can be used. In addition, a system that obtains information on the size, orientation, and degree of deformation of a marker from a captured image using augmented reality (AR) and estimates the amount of deviation in the position of the robot arm based on the information may be used. The system is appropriately selected depending on the object to be recognized, the processing time, the cost, etc. In addition to conventional two-dimensional or three-dimensional image recognition systems, AI image recognition may be used. There are no particular limitations on the method of AI image recognition. Examples include a machine learning method made by OSARO Co., Ltd. and a method that enables recognition by performing a simulation of stacking items in advance for the product Alliom made by AI Cube Co., Ltd.

カメラの設置位置も特に限定されない。例えば、後述する実施例のロボットアーム付き移動ロボット1B(図6A~図7C)のように、ロボットアーム11の基部12とは別個にロボットアーム付き移動ロボット1Bにポール状の背の高い設置具31を起立させ、その設置具31にカメラ30を設置してもよい。カメラ30の設置位置を高くすることにより、遠方から物品を確認することができる。そのため、カメラレンズによる画像の歪みを小さくすることができ、物品の位置の誤認を防止することができる。さらに、画像認識の視野をロボットアーム11が遮っていなければ撮像可能なので、ロボットアームの動作開始前に画像認識の演算を、時間的に余裕を持って行うことができる。一方、荷積み、荷下ろし等のロボットアームの動作に画像認識システムを使用する場合には、ロボットアームの先端にカメラを設置してもよい。この場合には、カメラが荷物に近づくことができるので、荷物の検査が容易になり、さらにカメラを支える設置具がロボットアームの動きを制約することもない。 The installation position of the camera is not particularly limited. For example, as in the mobile robot with a robot arm 1B (FIGS. 6A to 7C) of the embodiment described later, a tall pole-shaped installation tool 31 may be erected on the mobile robot with a robot arm 1B separately from the base 12 of the robot arm 11, and the camera 30 may be installed on the installation tool 31. By setting the installation position of the camera 30 high, it is possible to check the item from a distance. Therefore, it is possible to reduce image distortion caused by the camera lens, and to prevent misidentification of the position of the item. Furthermore, since an image can be captured as long as the robot arm 11 does not block the field of view for image recognition, the image recognition calculation can be performed with plenty of time before the robot arm starts to operate. On the other hand, when an image recognition system is used for the operation of the robot arm such as loading and unloading, the camera may be installed at the tip of the robot arm. In this case, the camera can approach the luggage, making it easier to inspect the luggage, and the installation tool supporting the camera does not restrict the movement of the robot arm.

(ロボットアーム付き移動ロボットの使用例)
ロボットアーム付き移動ロボット1Aの使用例として、ロボットアーム付き移動ロボット1Aが図4に示した通路Aを通って待機地点P1から物品のピック地点P2に向かい、作業地点P3で、ピックした物品に対して作業をすると共に作業を完了した物品をプレイスし、その後に待機地点P1に戻る例を、図1A~図1C、図2A~図2C、図3A~図3Cを参照しつつ説明する。
(Example of using a mobile robot with a robotic arm)
As an example of use of the mobile robot with a robot arm 1A, an example in which the mobile robot with a robot arm 1A travels through the passage A shown in Figure 4 from a waiting point P1 to an item pick point P2, works on the picked item at a work point P3 and places the item for which work has been completed, and then returns to the waiting point P1 will be described with reference to Figures 1A to 1C, Figures 2A to 2C, and Figures 3A to 3C.

図4に示した待機地点P1に停止中のロボットアーム付き移動ロボット1A、及び待機地点P1からピック地点P2に向かう移動中のロボットアーム付き移動ロボット1Aは、図1A~図1Cに示したように、非接触型センサとしてレーザスキャナ80A、80B、80Cが車体外周部で車体2の近傍に位置している。各レーザスキャナ80A、80B、80Cは上向きに照射したレーザ光を鉛直面で放射状に走査することで鉛直面をなす検出区域Da、Db、Dcを形成している。この検出区域Da、Db、Dcにより、ロボットアーム付き移動ロボット1Aの左右の側面側及び背面側の安全防護空間Saが車体近傍に縮小した状態で形成される。したがって、ロボットアーム付き移動ロボット1Aは狭い通路の移動や、小回りが可能となる。特に、狭い通路の曲がり角などで周囲の構造物に衝突することなく向きを変えることができる。 As shown in Fig. 4, the mobile robot 1A with a robot arm stopped at the waiting point P1, and the mobile robot 1A with a robot arm moving from the waiting point P1 to the pick point P2, have laser scanners 80A, 80B, and 80C positioned near the vehicle body 2 on the outer periphery of the vehicle body as non-contact sensors, as shown in Figs. 1A to 1C. Each laser scanner 80A, 80B, and 80C forms vertical detection areas Da, Db, and Dc by radially scanning a vertical plane with laser light irradiated upward. These detection areas Da, Db, and Dc form a safety protection space Sa on the left and right side and back sides of the mobile robot 1A with a robot arm in a reduced state near the vehicle body. Therefore, the mobile robot 1A with a robot arm can move through narrow passages and make small turns. In particular, it can change direction without colliding with surrounding structures around corners in narrow passages.

なお、ロボットアーム付き移動ロボット1Aの前方は、本実施例の場合はロボットアーム11が前方の人が存在しない作業対象にエンドエフェクタ20を伸ばして作業するので、非接触型センサによって安全防護空間を形成することが不要であることにより、ロボットアーム付き移動ロボット1Aの前方には非接触型センサによる検出区域の設定がなされていない。また、床面方向及び天井方向は、実際上、安全防護空間への障害物の侵入を考慮しなくてもよいため、これらの方向に対しても非接触型センサによる検出区域の設定は省略されている。 In addition, in this embodiment, the robot arm 11 extends the end effector 20 to work on a work target in front of which there is no person, so there is no need to form a safeguard space using a non-contact sensor, and therefore no detection area is set by a non-contact sensor in front of the mobile robot with robot arm 1A. Also, since there is no practical need to consider the intrusion of obstacles into the safeguard space in the directions toward the floor and ceiling, the setting of detection areas by a non-contact sensor is omitted in these directions either.

通常、移動ロボットおいて走行時の通路確認は自律移動型ロボットに備えられているカメラ(画像SLAM)やレーザセンサ(レーザSLAM)等によって行われる。本実施例のロボットアーム付き移動ロボット1Aにおいても、カメラ30は走行時に通路周辺に設置したマーカーや特徴的な対象物を確認することも可能なので前方を向いている。 Normally, a mobile robot checks the path while moving using a camera (image SLAM) or laser sensor (laser SLAM) equipped on the autonomous mobile robot. In the mobile robot with robot arm 1A of this embodiment, the camera 30 also faces forward so that it can check markers and distinctive objects placed around the path while moving.

図4に示したピック地点P2ではロボットアーム付き移動ロボット1Aは所定の物品をピックして作業台50に載せ、所定の作業を行う。ロボットアーム11の作業中は人の制限空間への侵入を確実に妨げられるように安全防護空間を拡張した位置に設定する。このため、図2A~図2Cに示すように、水平移動装置70A、70B、70Cのスライダー71が車体2の外側へ移動することにより、その端部に取り付けられていたレーザスキャナ80A、80B、80Cは車体外周部において車体近傍から外側に離れ、双腕型ロボット10の右側面、左側面、背面から離間した位置に移動し、この位置で検出区域が車体2の右側面、左側面、背面に平行な鉛直面をなすようにレーザ光による検出方向を走査させ、安全防護空間Saを形成する。 At pick point P2 shown in FIG. 4, the mobile robot 1A with robot arm picks up a specified item, places it on the workbench 50, and performs a specified task. While the robot arm 11 is working, the safety protection space is set to an expanded position so as to reliably prevent people from entering the restricted space. For this reason, as shown in FIG. 2A to FIG. 2C, the slider 71 of the horizontal movement device 70A, 70B, 70C moves to the outside of the vehicle body 2, and the laser scanners 80A, 80B, 80C attached to the ends of the sliders 71 move outward from the vicinity of the vehicle body on the outer periphery of the vehicle body, and move to positions away from the right side, left side, and back of the dual-arm robot 10, and the detection direction of the laser light is scanned so that the detection area at this position forms a vertical plane parallel to the right side, left side, and back of the vehicle body 2, forming the safety protection space Sa.

なお、双腕型ロボット10の前面の安全防護空間の境界は、壁面の存在により形成され、床面側の安全防護空間の境界は、レーザスキャナ80A、80B、80Cの下方向に設定された検出区域により形成される。また、ロボット10の頭上側には人の接近を考慮する必要がないため、安全防護空間の境界を設けていない。 The boundary of the safeguard space in front of the dual-arm robot 10 is formed by the presence of a wall, and the boundary of the safeguard space on the floor side is formed by the detection area set below the laser scanners 80A, 80B, and 80C. In addition, there is no boundary of the safeguard space above the head of the robot 10, as there is no need to consider the approach of people.

車体2の左右及び背面のレーザスキャナ80A、80B、80Cの検出区域をそれぞれ制限空間Srからどの程度離すかは、双腕型ロボット10の向き、作業内容、ロボットアーム11の運転速度等に応じて適宜選択される。 The distance to which the detection areas of the laser scanners 80A, 80B, and 80C on the left, right, and rear of the vehicle body 2 are to be placed from the restricted space Sr is appropriately selected depending on the orientation of the dual-arm robot 10, the work content, the operating speed of the robot arm 11, etc.

そこで、ピック地点P2から作業地点P3に向かう途中は、図1A~図1Cに示したようにレーザスキャナ80A、80B、80Cの位置を車体近傍とする。また、作業地点P3において車体2の進行方向の左側が部品のピックを行う作業エリアDであり、正面側が、地点P2でピックした物品に、作業地点P3でピックした部品を取り付けたものをプレイスする作業エリアEである場合、図3A~図3Cに示すように車体2の進行方向右側のレーザスキャナ80Aと後ろ側のレーザスキャナ80Cをそれぞれ水平移動装置70A、70Cで車体2から離れた位置に移動させる。これにより、ロボットアーム11の左側と背面側に十分な安全距離を確保することができ、ロボットアーム11は安全に作業をすることが可能となる。 Therefore, on the way from pick point P2 to work point P3, the laser scanners 80A, 80B, and 80C are positioned near the vehicle body as shown in Figures 1A to 1C. Also, if at work point P3, the left side of the traveling direction of the vehicle body 2 is work area D where parts are picked, and the front side is work area E where the item picked at point P2 and the part picked at work point P3 are attached and placed, as shown in Figures 3A to 3C, the laser scanner 80A on the right side of the traveling direction of the vehicle body 2 and the laser scanner 80C on the rear side are moved to positions away from the vehicle body 2 by horizontal movement devices 70A and 70C, respectively. This ensures a sufficient safety distance on the left and rear sides of the robot arm 11, allowing the robot arm 11 to work safely.

なお、地点P2で所定の作業を施した物品を地点P3に搬送するにあたり、図5に示すように、所定の作業を施した物品Bを運搬箱60に収納して搬送してもよい。 When transporting the item that has undergone the specified operation at point P2 to point P3, the item B that has undergone the specified operation may be stored in a transport box 60 and transported, as shown in FIG. 5.

一方、地点P3でのロボットアーム11の運転速度が地点P2でのピック作業よりも遅い場合には、必要とされる安全距離は地点P2におけるピック作業での安全距離よりも短くなるので、レーザスキャナ80A、80Cの車体2の外側への移動量もピック作業時よりも少なくすることができる。図4の地点P3のロボットアーム付き移動ロボット1Aはこのような状態を表している。 On the other hand, if the operating speed of the robot arm 11 at point P3 is slower than that during the pick operation at point P2, the required safety distance will be shorter than the safety distance during the pick operation at point P2, so the amount of movement of the laser scanners 80A, 80C toward the outside of the vehicle body 2 can also be made less than during the pick operation. The mobile robot 1A with a robot arm at point P3 in Figure 4 represents this state.

なお、地点P3において、車体2の作業エリアD側では該作業エリアDを囲む壁面が安全防護空間を形成するため、作業エリアD側のレーザスキャナ80Bは安全防護空間の形成に使用しない。また、車体2の作業エリアE側では該作業エリアEを囲む壁面によって安全防護空間が形成される。 At point P3, the walls surrounding work area D on the side of the vehicle body 2 form a safeguard space, so the laser scanner 80B on the side of work area D is not used to form the safeguard space. Also, on the side of work area E on the vehicle body 2, a safeguard space is formed by the walls surrounding work area E.

作業地点P3において作業を完了した後は、水平移動装置70A、70Cを車体2の内側に移動させてレーザスキャナ80A、80B、80Cを当初の車体外周の近傍の位置とし、ロボットアーム付き移動ロボット1Aの向きを反転させ、破線矢印で示すように待機地点P1に向かう。このとき、安全防護空間は縮小しているので、ロボットアーム付き移動ロボット1Aは、狭い通路でも通ることができ、角部では小回りすることもできる。 After completing the work at work point P3, the horizontal movement devices 70A and 70C are moved inside the vehicle body 2 to position the laser scanners 80A, 80B, and 80C near the original outer periphery of the vehicle body, and the mobile robot with robot arm 1A is reversed and heads toward the waiting point P1 as shown by the dashed arrow. At this time, the safeguard space has been reduced, so the mobile robot with robot arm 1A can pass through narrow passages and can also make small turns around corners.

<ロボットアーム付き移動ロボットの変形態様>
本発明のロボットアーム付き移動ロボットは種々の態様をとることができる。例えば、図6A~図7Cに示すようにロボットアーム付き移動ロボット1Bのロボットアームとして、1本の垂直多関節型ロボットアーム11が車体2に固定されることで搭載され、エンドエフェクタ20には、ボトルの摘まみ上げと摘まみ下ろしに好適な挟持部材26を有するものでもよい。このロボットアーム11は荷積み地点でボトルを1本ずつ作業台50に載せ、所定の作業後に荷下ろし地点でボトルを1本ずつ所定の位置に下ろす等の用途に使用することができる。ボトルの搬送中にボトルの整列等の作業を行っても良い。
<Transformation of the Mobile Robot with Robot Arm>
The mobile robot with a robot arm of the present invention may take various forms. For example, as shown in Figures 6A to 7C, a mobile robot with a robot arm 1B may be mounted by being fixed to a vehicle body 2 as a robot arm, and the end effector 20 may have a clamping member 26 suitable for picking up and picking down bottles. This robot arm 11 may be used for placing bottles one by one on a workbench 50 at a loading point, and then lowering the bottles one by one to a predetermined position at an unloading point after a predetermined operation. Bottle alignment and other operations may also be performed while the bottles are being transported.

また、このロボットアーム付き移動ロボット1Bでは、画像認識に使用するカメラ30が、車体2から起立したポール状の高い設置具31に取り付けられ、作業台50の上方の高い位置に設けられている。これにより、カメラレンズによる画像の歪みを小さくすることができ、ボトルの位置の誤認を防止することができる。 In addition, in this mobile robot with a robot arm 1B, the camera 30 used for image recognition is attached to a tall pole-like installation fixture 31 that stands up from the vehicle body 2, and is installed at a high position above the workbench 50. This makes it possible to reduce image distortion caused by the camera lens, and to prevent misidentification of the bottle's position.

非接触型センサとしては、図1A~図3Cに示したロボットアーム付き移動ロボット1Aと同様に、レーザスキャナ80A、80Bが、スライダー71を有する水平移動装置70A、70Bに取り付けられて車体2の左右の側面近傍に位置している。車体2の背面側にも、スライダー71を有する水平移動装置70Cに取り付けられたレーザスキャナ80Cが位置している。これらレーザスキャナ80A、80B、80Cの検出区域は鉛直面をなし、安全防護空間Saを形成する。 As non-contact sensors, laser scanners 80A, 80B are attached to horizontal movement devices 70A, 70B having sliders 71 and positioned near the left and right sides of the vehicle body 2, similar to the mobile robot 1A with a robot arm shown in Figures 1A to 3C. A laser scanner 80C attached to a horizontal movement device 70C having a slider 71 is also located on the rear side of the vehicle body 2. The detection areas of these laser scanners 80A, 80B, 80C form a vertical plane, forming a safe protection space Sa.

ロボットアーム11が作業をするときには、作業位置、作業速度等に応じて、図7A~図7Cに示したように、水平移動装置70A、70B、70Cによりスライダー71を車体の外側に突出させることでレーザスキャナ80A、80B、80Cを車体2の外周部の車体近傍から外側へ水平に移動させることができる。 When the robot arm 11 is performing work, depending on the work position, work speed, etc., the horizontal movement devices 70A, 70B, 70C can be used to protrude the slider 71 outside the vehicle body, as shown in Figures 7A to 7C, to horizontally move the laser scanners 80A, 80B, 80C from near the outer periphery of the vehicle body 2 to the outside.

図6A~図7Cに示したロボットアーム付き移動ロボット1Bにおいて、エンドエフェクタ20として様々な物品の摘まみ上げと摘まみ下ろしに好適なフレキシブル挟持部材を有するものを使用してもよい。フレキシブル把持部材は特定のものに限定されないが、例えば、図8A、図8Bに示すロボットアーム付き移動ロボット1Cは、フレキシブル挟持部材27として、基部が旋回可能な多指の把持ハンドを備えている。この他、フレキシブル挟持部材27として、物品に沿うように柔軟に変形できる指部を備えた把持ハンド、1つの吸引部とその周囲に加圧部を設けて周囲が物品に沿って安定的に把持が出来る吸着ハンド等を挙げることができる。 In the mobile robot with a robot arm 1B shown in Figures 6A to 7C, an end effector 20 having a flexible gripping member suitable for picking up and down various objects may be used. The flexible gripping member is not limited to a specific one, but for example, the mobile robot with a robot arm 1C shown in Figures 8A and 8B has a multi-fingered gripping hand with a rotatable base as the flexible gripping member 27. Other examples of the flexible gripping member 27 include a gripping hand with fingers that can flexibly deform to fit the object, and a suction hand that has one suction part and a pressure part around it to stably grip the object.

図8A、図8Bに示すロボットアーム付き移動ロボット1Cのロボットアーム11は、荷積み地点で様々な物品を1個ずつまたは複数個を同時に荷台50上の運搬箱60に載せ、荷下ろし地点で物品を1個ずつまたは複数個を同時に所定の位置に下ろす等の用途に使用することができる。なお、運搬箱60は、車体2上の荷台50に載せても、車体2上に直接乗せても良い。 The robot arm 11 of the mobile robot with a robot arm 1C shown in Figures 8A and 8B can be used for purposes such as loading various items one by one or multiple items at the same time onto a transport box 60 on a loading platform 50 at a loading point, and unloading the items one by one or multiple items at the same time to a predetermined position at an unloading point. The transport box 60 may be placed on the loading platform 50 on the vehicle body 2, or directly on the vehicle body 2.

ロボットアーム11は、物品の入った運搬箱60をそのまま所定の位置に降ろしても良い。運搬箱60を荷台50上に載せたり、所定の位置に降ろしたりする場合に、物品の摘まみ上げや摘まみ下ろしをするエンドエフェクタ20をそのまま使用しても良いし、運搬箱60の取り扱いに適した別のエンドエフェクタを使用してもよい。 The robot arm 11 may simply lower the transport box 60 containing the items to a predetermined location. When placing the transport box 60 on the platform 50 or lowering it to a predetermined location, the end effector 20 that picks up and drops the items may be used as is, or a different end effector suitable for handling the transport box 60 may be used.

物品の入った運搬箱をそのまま所定の位置に降ろす際には、ロボットアーム11とは別の荷下ろし装置(図示せず)を使用しても良い。荷下ろし装置はロボットアーム付き移動ロボットに設置されていても良いし、荷下ろし位置に設置されていても良い。 When lowering the transport box containing the item to a predetermined position, an unloading device (not shown) separate from the robot arm 11 may be used. The unloading device may be installed on the mobile robot with the robot arm, or it may be installed at the unloading position.

荷下ろし装置としては特に限定されず、一例として、エアシリンダー先端に付けたバキュームパッドやフックで運搬箱60をロボットアーム付き移動ロボット1Cから引きずり降す、吊り上げて降ろす等の方式が挙げられる。このように、運搬箱60とフレキシブル把持部材27を使用することで、ロボットアーム付き移動ロボット1Cは、物流センターにおけるバラピッキングと呼ばれる、少量多品種の物品を運搬箱にまとめる作業に好適に行えるものとなる。 The unloading device is not particularly limited, and one example is a method in which the transport box 60 is dragged down from the mobile robot with robot arm 1C using a vacuum pad or hook attached to the tip of an air cylinder, or lifted up and lowered. In this way, by using the transport box 60 and the flexible gripping member 27, the mobile robot with robot arm 1C can be ideally suited to the task of assembling small quantities of a wide variety of items into transport boxes, known as bulk picking in logistics centers.

レーザスキャナ80A、80B、80Cの水平方向の位置を移動可能とするにあたり、図9A~図10Cに示すロボットアーム付き移動ロボット1Dのように、旋回型移動装置75を使用してもよい。この旋回型移動装置75では、支柱76の一端が回転中心となり、他端にレーザスキャナ80A、80B、80Cが取り付けられている。図9A~図9Cに示すように、支柱76が起立しているとき、レーザスキャナ80A、80B、80CはOFF状態で、レーザスキャナは安全防護空間を形成していない。 To make it possible to move the horizontal positions of the laser scanners 80A, 80B, and 80C, a swivel-type moving device 75 may be used, as in the mobile robot with a robot arm 1D shown in Figures 9A to 10C. In this swivel-type moving device 75, one end of a support 76 serves as the center of rotation, and the laser scanners 80A, 80B, and 80C are attached to the other end. As shown in Figures 9A to 9C, when the support 76 is upright, the laser scanners 80A, 80B, and 80C are in the OFF state, and the laser scanners do not form a safety protection space.

一方、ロボットアーム11に作業させるときには図10A、図10B、図10Cに示すように、旋回型移動装置75の支柱76を回転させて該支柱76を水平にし、レーザスキャナ80A、80B、80Cの検出区域が鉛直面をなし、これにより安全防護空間Saが形成されるようにする。 On the other hand, when the robot arm 11 is to perform a task, as shown in Figures 10A, 10B, and 10C, the support 76 of the rotary mobile device 75 is rotated to make the support 76 horizontal, so that the detection areas of the laser scanners 80A, 80B, and 80C form a vertical plane, thereby forming a safety protection space Sa.

駆動装置を安価にできるコスト面の観点から、また短時間で非接触型センサを移動できる能力上の観点からは、このように回転で非接触型センサの水平方向の位置を移動させることが好ましく、非接触型センサ位置の微調整を容易とする設定作業面の観点や周囲にいる人がセンサの移動方向を予測しやすくするという安全上の観点からは非接触型センサを前述のように水平に移動することが好ましい。 From the standpoint of cost, which allows for a cheap drive device, and from the standpoint of the ability to move the non-contact sensor in a short time, it is preferable to move the horizontal position of the non-contact sensor by rotation in this manner, and from the standpoint of setup work, which makes it easy to fine-tune the position of the non-contact sensor, and from the standpoint of safety, which makes it easier for people in the vicinity to predict the direction of sensor movement, it is preferable to move the non-contact sensor horizontally as described above.

この他、本発明は、非接触型センサの水平方向の位置を移動可能とする種々の態様をとることができる。 In addition, the present invention can take various forms that allow the horizontal position of the non-contact sensor to be moved.

1A、1B、1C、1D ロボットアーム付き移動ロボット
2 車体
10 双腕型ロボット
11 ロボットアーム
12 基部
13 頭部
14 警告灯
20 エンドエフェクタ
26 挟持部材
27 フレキシブル把持部材
30 カメラ
31 設置具
50 作業台、荷台
60 運搬箱
70A、70B、70C 水平移動装置
71 スライダー
75 旋回型移動装置
76 支柱
80A、80B、80C 非接触型センサ、レーザスキャナ
A 通路
Da、Db、Dc 検出区域
L 安全距離
P1 待機地点
P2 ピック地点
P3 作業地点
Sa 安全防護空間
Sr 制限空間
Reference Signs List 1A, 1B, 1C, 1D Mobile robot with robot arm 2 Body 10 Dual-arm robot 11 Robot arm 12 Base 13 Head 14 Warning light 20 End effector 26 Clamping member 27 Flexible gripping member 30 Camera 31 Installation tool 50 Work platform, loading platform 60 Transport box 70A, 70B, 70C Horizontal movement device 71 Slider 75 Swivel movement device 76 Support 80A, 80B, 80C Non-contact sensor, laser scanner A Passage Da, Db, Dc Detection area L Safety distance P1 Waiting point P2 Pick point P3 Working point Sa Safety protection space Sr Restricted space

Claims (4)

ロボットアームが車体に搭載され、非接触型センサが設置されているロボットアーム付き移動ロボットであって、
該非接触型センサは検出区域が鉛直面をなし、該検出区域が該ロボットアームの安全防護空間を形成し、
該非接触型センサは、電動式の水平移動装置により車体外周部において水平方向の移動と復帰が可能なスライダーに取り付けられ、該水平移動装置は制御装置を備え、
該制御装置は、ロボットアームが高速の作業をしている間は非接触型センサを車体外周部から外側方向に離れた位置に水平移動させ、ロボットアームが低速の作業をしている間は非接触型センサを、高速で作業をしているときよりも車体の外周部において水平移動により車体に近づけ、ロボットアームが停止中は非接触型センサを、低速で作業をしているときよりもさらに車体に近づけて車体の外周部において車体近傍とするロボットアーム付き移動ロボット。
A mobile robot with a robot arm, the robot arm being mounted on a vehicle body and having a non-contact sensor,
The non-contact sensor has a detection area that forms a vertical plane, and the detection area forms a safety protection space for the robot arm;
The non-contact type sensor is attached to a slider that can be moved horizontally and returned to its original position on the outer periphery of the vehicle body by an electric horizontal movement device, and the horizontal movement device is equipped with a control device;
The control device for the mobile robot with a robot arm horizontally moves the non-contact sensor to a position away from the outer periphery of the vehicle body in an outward direction while the robot arm is performing high-speed work, and while the robot arm is performing low-speed work , moves the non-contact sensor closer to the vehicle body by horizontal movement on the outer periphery of the vehicle body than when the robot arm is performing high-speed work , and while the robot arm is stopped , moves the non-contact sensor even closer to the vehicle body than when the robot arm is performing low-speed work, so that the non-contact sensor is in the vicinity of the vehicle body on the outer periphery of the vehicle body.
前記非接触型センサがレーザスキャナである請求項1に記載のロボットアーム付き移動ロボット。 The mobile robot with a robot arm according to claim 1, wherein the non-contact sensor is a laser scanner. ロボットアームが車体に搭載されたロボットアーム付き移動ロボットにおいて、該ロボットアームの安全防護空間を、該ロボットアーム付き移動ロボットに設置した非接触型センサを用いて形成する安全防護空間の形成方法であって、
該非接触型センサを、電動式の水平移動装置により水平方向の移動と復帰が可能なスライダーに、該非接触型センサによる検出区域が鉛直面となるように取り付け、該非接触型センサの水平方向の位置を、制御装置を備えた前記水平移動装置で移動可能とすることにより安全防護空間の大きさを可変とし、
該制御装置は、ロボットアームが高速の作業をしている間は非接触型センサを車体外周部から外側方向に離れた位置とし、ロボットアームが低速の作業をしている間は非接触型センサを高速で作業をしているときよりも車体に近づけ、ロボットアームが停止中は非接触型センサを、低速で作業をしているときよりもさらに車体近傍とする安全防護空間の形成方法。
A method for forming a safeguard space for a mobile robot with a robot arm, the robot arm being mounted on a vehicle body, the method comprising the steps of: forming a safeguard space for the robot arm by using a non-contact sensor provided on the mobile robot with the robot arm, the method comprising the steps of:
The non-contact sensor is attached to a slider that can be moved horizontally and returned to its original position by an electric horizontal movement device, so that the detection area of the non-contact sensor is a vertical plane, and the horizontal position of the non-contact sensor can be moved by the horizontal movement device equipped with a control device, thereby making it possible to change the size of the safeguard space;
The control device positions the non-contact sensor away from the outer periphery of the vehicle body in an outward direction while the robot arm is working at high speed, positions the non-contact sensor closer to the vehicle body than when the robot arm is working at high speed while the robot arm is working at low speed, and positions the non-contact sensor even closer to the vehicle body when the robot arm is stopped than when the robot arm is working at low speed, thereby forming a safety protection space.
前記非接触型センサとしてレーザスキャナを使用する請求項3に記載の安全防護空間の形成方法。 The method for forming a safeguarded space according to claim 3, in which a laser scanner is used as the non-contact sensor.
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