自動走行装置
【課題】障害物を回避することが可能な自動走行装置であって、操作者の意思に近い動作をすることができる自動走行装置を提供することである。
【解決手段】駆動源と該駆動源により駆動される駆動輪とを有し、該駆動輪の駆動によって走行体を自動的に走行させるとともに、前記走行体に回転可能に固定された自動走行装置において、前記駆動源として用いたモータの負荷が所定値以上で、かつ前記走行体に対する回転角度が所定値以上のときに前記駆動輪を正回転から逆回転に切り替えることによって、前記走行体を前進から後退に走行方向の切換を行う。
【解決手段】駆動源と該駆動源により駆動される駆動輪とを有し、該駆動輪の駆動によって走行体を自動的に走行させるとともに、前記走行体に回転可能に固定された自動走行装置において、前記駆動源として用いたモータの負荷が所定値以上で、かつ前記走行体に対する回転角度が所定値以上のときに前記駆動輪を正回転から逆回転に切り替えることによって、前記走行体を前進から後退に走行方向の切換を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動走行装置に関するものであり、特に好適には、走行体が障害物等に衝突した場合には、当該走行体が当該障害物を避けるように走行できるようにする自動走行装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
走行体が障害物に衝突した際において、走行体の走行の方向を変更することにより、当該障害物を避ける構成としては、たとえば、特許文献１などがある。特許文献１に記載の構成は、モータに印加する電圧を制御する駆動制御手段と、このモータに流れる電流を検出する検出手段と、この検出手段が過負荷電流検出信号を出力すると、前記駆動制御手段にモータを逆回転させる制御信号を出力する種制御手段とからなる制御スイッチ回路を備える走行玩具が開示されている。
【０００３】
このような構成によれば、この走行玩具は、電源スイッチをＯＮにすることで走行を開始し、壁や段差などの障害物にぶつかると、自動的に後退して障害物を回避することができる。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の構成は、モータに負荷が掛かった場合にモータを逆回転させる制御だけしか行っていない。このため、走行体の駆動輪を駆動させる走行アシスト装置に適用すると、走行体が障害物などに衝突することをトリガーとして走行体を後退させるので、操作者の意に反して走行体が後退する場合が多発する。すなわち、走行体をバックさせることなく回避可能な障害物に衝突したとしても、モータが逆回転するため、操作者の意に反して走行体が後退する場合が多発するおそれがある。
【０００５】
一方、モータに掛かる負荷が所定の値以上になったときにモータを逆回転させるように設定した場合には、バックしなければ回避できない障害物に衝突しても、モータに所定の値以上の負荷が掛からなければ、モータは逆転しない。このため、このような構成とすると、速やかに障害物を回避できないという問題が発生するおそれがある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２８８４４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、障害物を回避することが可能な自動走行装置であって、操作者の意思に近い動作をすることができる自動走行装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため本発明は、駆動源（たとえば回転動力源）と該駆動源により駆動される出力部とを有し、該出力部の駆動によって走行体を自動的に走行させるとともに前記走行体に回転可能に固定された自動走行装置において、前記駆動源として用いたモータの負荷が所定値以上で、かつ前記走行体に対する回転角度が所定値以上のときに前記出力部を正回転から逆回転に切り替えることによって、前記走行体を前進から後退に走行方向の切換を行うことを要旨とするものである。
【０００９】
ここで、前記走行体に対する回転角度を検出するため、前記走行体に一方側が固定された検出手段の他方側が固定されることが好ましい。
【００１０】
また、前記走行体は走行方向前方側から引っ張り手段によって引っ張られるように構成され、前記走行体に走行方向後方に配設された後輪より前方に配設されるとともに、前記走行体に走行方向前方に突出した角部障害物に衝突したのち、前記引っ張り手段により引っ張られて前記走行体に対する角度が変化することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、走行体が障害物等に接触など場合であっても、駆動源のモータに掛かる負荷が所定の値以上になった場合で、かつ舵角が所定の値以上になった場合にのみ走行体は後退して障害物等を回避する。これに対して、モータに掛かる負荷が所定の値以上になった場合であっても、舵角が所定の値以下であれば、当該障害物を乗りこえることができると判断して、走行体は後退しない。また、舵角が所定の値以上になった場合であっても、モータに掛かる負荷が所定の値以上にならなければ、走行体は後退しない。このように、本発明の実施形態にかかる自動走行装置は、これを備える走行体が障害物等に接触等した場合であっても、操作者の意思に近い動作をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態にかかる自動走行装置１ａ、１ｂと、これを備える走行体５の構成を、模式的に示した外観平面図であり、（ａ）は側面から見た図、（ｂ）は前方から見た図、（ｃ）は下方から見た図である。この走行体５は、外力により前方から引っ張られるとともに、本発明の実施形態にかかる自動走行装置１ａ、１ｂにより走行をアシストする玩具などが適用される。この走行体５を牽引するものとして、動力源を備える不図示の牽引体が適用できる。
【００１４】
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、この走行体５は、本発明の実施形態にかかる左右一組の自動走行装置１ａ、１ｂと、後輪５１と、連結部５２と、リンク５３とを備える。
【００１５】
連結部５２は、この走行体５とは別体の牽引体によりこの走行体５を牽引するために、牽引体と連結するためのものである。この連結部５は、牽引体と連結できる構成であればよく、図１に示すようなカギ状の形状の他、その他種々の形状のものが適用できる。要は、牽引体と連結できる構成であればよく、具体的な構成は限定されるものではない。
【００１６】
後輪５１は、走行体５に回転可能に支持される。この後輪５１は、特に動力源などによって駆動されるものではなく、走行体５の走行に伴って回転するものである。
【００１７】
リンク５３は、左右一組の自動走行装置１ａ、１ｂを連結する部材である。このリンク５３により、左右一組の自動走行装置１ａ、１ｂは連結されており、左右一組の自動走行装置１ａ、１ｂが常に同じ方向を向くように構成される。
【００１８】
図２は、本発明の実施形態にかかる左右一組のうちの一方の自動走行装置１ａの構成を模式的に示した平面図であり、（ａ）は上方から見た図、（ｂ）はケース（筐体）を切り欠いて側方から見た図である。また、図３は、本発明の実施形態にかかる一方の自動走行装置１ａのケース（筐体）を取り除いた状態の構成を模式的に示した外観斜視図であり、（ａ）は上方側から見た図、（ｂ）は下方側から見た図である。なお、他方の自動走行装置１ｂは、一方の自動走行装置１ａと略同一の機構を備えるため、異なる部分について説明し、共通の部分の説明は省略する。
【００１９】
図２、図３に示すように、本発明の実施形態にかかる左右一組のうちの一方の自動走行装置１ａは、フレーム１１と、取り付け軸１２と、舵角検出手段取り付け基板１３と、角部としての操舵突起１４と、舵角検出手段１５と、駆動源である回転動力源１６と、歯車輪列１７と、駆動輪１８と、負荷検出手段１９とを有する。
【００２０】
取り付け軸１２は、本発明の実施形態にかかる一方の自動走行装置１ａを、走行体５に取り付けるための軸である。そして、本発明の実施形態にかかる一方の自動走行装置１ａは、取り付け軸１２によって走行体５に取り付けられた状態において、この取り付け軸１２を中心として走行体５に対して回転することができる。
【００２１】
舵角検出手段取り付け基板１３は、後述する舵角検出手段１５が設けられる基板である。この舵角検出手段取り付け基板１３には、前記取り付け軸１２を遊挿可能な貫通孔１３１が形成されており、本発明の実施形態にかかる一方の自動走行装置１ａのフレーム１１に対して回転可能に取り付けられる。また、この舵角検出手段取り付け基板１３は、本発明の実施形態にかかる一方の自動走行装置１ａが走行体５に組み付けられた状態において、走行体５に固定される。
【００２２】
角部としての操舵突起１４は、本発明の実施形態にかかる一方の自動走行装置１ａが、牽引体に引っ張られて走行している際に、障害物などに接触した場合に、本発明の実施形態にかかる一方の自動走行装置１ａの走行方向を変更するためのものである。操舵突起１４は、具体的には、フレーム１１から進行方向前方に向かって突出する突起であり、前面から見た場合において、たとえば、走行体５の外側に位置するように設けられる。他方の自動走行装置１ｂにも、角部としての操舵突起１４が走行体５の外側に位置するように設けられる。換言すると、一組の自動走行装置１ａ、１ｂには、左右対称となるように、一本ずつの操舵突起１４が設けられる。
【００２３】
舵角検出手段１５は、舵角が所定の角度を超えたか否かを検出することができる。ここで、「舵角（回転角度）」とは、走行体５の進行しようとする方向（換言すると、舵角検出手段取り付け基板１３は走行体５に固定されているので、舵角検出手段取り付け基板１３の向き）と、本発明の実施形態にかかる自動走行装置１ａ、１ｂが進行しようとする方向との間の角度（回転角度）をいうものとする。
【００２４】
舵角検出手段１５には、発光手段１５１と受光手段１５２と舵角検出突起１１１の組合せが適用できる。具体的な構成は次のとおりである。舵角検出手段取り付け基板１３は、取り付け軸１２を遊挿可能な貫通孔（取り付け孔）１３１が形成されており、この取り付け軸１２を中心として回転可能に配設される。そして、この舵角検出手段取り付け基板１３には、この取り付け孔１３１に略同心の円弧状かつスリット状の貫通孔１３２が、この取り付け孔１３１を囲むように形成される。
【００２５】
そして、この舵角検出手段取り付け基板１３の所定の位置に、この円弧状の貫通孔１３２を挟んで、発光手段１５１と受光手段１５２とが対向するように設けられる。すなわち、発光手段が１５１発する光を、受光手段１５２が受光することができるように構成される。
【００２６】
一方、フレーム１１には、この円弧状の貫通孔１３２に遊挿可能な舵角検出突起１１１が設けられている。この舵角検出突起１１１は、取り付け軸１２の軸線方向に略平行に突出する突起である。そして、舵角検出手段取り付け基板１３がフレーム１１に組み付けられた状態において、この舵角検出突起１１１は、前記円弧状の貫通孔１３２を貫通して、上面側に突出する。
【００２７】
このような構成によれば、フレーム１１と舵角検出手段取り付け基板１３とが取り付け軸１２を中心として相対的に回転すると、舵角検出突起１１１が前記円弧状の貫通孔１３２をスライドするように相対的に回転移動することができる。そして、ある所定の角度において、舵角検出突起１１１が発光手段１５１と受光手段１５２との間に位置することになる。
【００２８】
そうすると、発光手段１５１が発する光が舵角検出突起１１１により遮られ、受光手段１５２は、発光手段１５１が発する光を受光することができなくなる。このように、受光手段１５２が発光手段１５１の発する光を受光しなくなることをもって、フレーム１１と舵角検出手段取り付け基板１３（すなわち走行体５）とが所定の角度関係になったことを検出できる。
【００２９】
なお、発光手段１５１、受光手段１５２ともに、公知の各種発光手段、受光手段を適用することができる。たとえば発光手段１５１には、発光ダイオードなどが適用できる。たとえば受光手段１５２には、フォトダイオードやフォトトランジスタなどが適用できる。
【００３０】
このほか、舵角検出手段１５には、磁石とホールＩＣとの組合せが適用できる。具体的な構成は次のとおりである。
【００３１】
舵角検出手段取り付け基板１３は、取り付け軸１２を遊挿可能な貫通孔（取り付け孔）１３１が形成されており、この取り付け軸１２を中心として回転可能に配設される。そして、この舵角検出手段取り付け基板１３には、この取り付け孔１３１に略同心の円弧状かつスリット状の貫通孔１３２が、この取り付け孔１２を囲むように形成される。
【００３２】
そして、この円弧状の貫通孔１３２ぎわの所定の位置に、ホールＩＣが設けられる。
【００３３】
一方、フレーム１１には、この円弧状の貫通孔１３２に遊挿可能な舵角検出突起１１１が設けられている。この舵角検出突起１１１は、取り付け軸１２の軸線方向に略平行に突出する突起である。この舵角検出突起１１１は、舵角検出手段取り付け基板１３がフレーム１１に組み付けられた状態において、前記円弧状の貫通孔１３２を貫通して、上面側に突出する。そして、この舵角検出突起１１１の上面側に突出した部分には、磁石が設けられる。
【００３４】
このような構成によれば、フレーム１１と舵角検出手段取り付け基板１３とが取り付け軸１２を中心として相対的に回転すると、舵角検出突起１１１が前記円弧状の貫通孔１３２をスライドするように相対的に回転移動することができる。そして、ある所定の角度において、舵角検出突起１１１に設けられる磁石がホールＩＣの近傍に位置することになる。そうすると、磁石が発する磁界をホールＩＣが検出する。
【００３５】
このように、ホールＩＣが、舵角検出突起１１１に設けられる磁石が発する磁界を検知することによって、フレーム１１と舵角検出手段取り付け基板１３（すなわち走行体５）とが所定の角度関係になったことを検出できる。
【００３６】
なお、本発明の実施形態にかかる一方の自動走行装置１ａにおいては、舵角検出手段取り付け基板１３を用いる構成を示したが、必ずしも舵角検出手段取り付け基板１３は必要ではない。すなわち、走行体５に舵角検出突起１１１が遊挿する円弧状の貫通孔が形成されるとともに、走行体５に舵角検出手段１５を設ける構成であってもよい。また、舵角検出手段１５は、一組の自動走行装置１ａ、１ｂのうちの一方が備えればよい。すなわち、一組の自動走行装置１ａ、１ｂの両方が備える必要はない。本発明の実施形態においては、一方の自動走行装置１ａが舵角検出手段１５を備える構成を示しているが、他方の自動走行装置１ｂが備える構成であってもよい。
【００３７】
回転動力源１６には、公知の各種電動機（モータ）が適用できる。そして回転動力源１６が発する回転動力は、歯車輪列１７を介して出力部（すなわち駆動輪１８）に伝達される。走行体５は、このようにして、牽引体により牽引される力に加えて、駆動輪１８の回転によって、走行することができる。
【００３８】
歯車輪列１７の具体的な構成は特に限定されるものではなく、回転動力源１６が発する回転動力を、駆動輪１８に伝達できる構成であればよい。たとえば図３（特に図３（ｂ））に基づいて説明すると、本発明の実施形態にかかる自動走行装置は、回転駆動源１６と、第一の歯車１７１と、第二の歯車１７２と、第三の歯車１７３と、第四の歯車１７４と、第五の歯車１７５と、第六の歯車１７６と、駆動輪１８とを備える
【００３９】
第一の歯車１７１は回転駆動源１６の駆動軸に嵌合される。第二の歯車１７２は第一の歯車１７１と噛合する。第三の歯車１７３は第二の歯車１７２に同軸に設けられるとともに、第二の歯車１７２と一体に回転するように構成される。第四の歯車１７４は第三の歯車１７３に噛合し、第五の歯車１７５は第四の歯車１７４に噛合する。第六の歯車１７６は第五の歯車１７５に噛合するとともに、駆動輪１８に同軸に配設される。そしてこの駆動輪１８は第六の歯車１７６と一体に回転するように構成される。
【００４０】
負荷検出手段（図略）は、回転動力源に掛かる負荷が所定の値以上であるかどうかを検出する。負荷検出手段には、たとえば、エンコーダを用いた速度監視をするものや、モータの電流の上昇度合を監視するものが適用できる。
【００４１】
このような構成によれば、回転駆動源１６の回転動力を駆動輪１８に伝達することができる。これによって、走行体５は、牽引体の牽引力に加えて、駆動輪１８の回転により走行することができる。また、舵角検出手段取り付け基板１３とフレーム１１（すなわち本発明の実施形態にかかる自動走行装置１ａ、１ｂの進行方向）との角度が所定の値以上になったか、および回転動力源（モータ）１６に掛かる負荷が所定の値以上になったかを検出することができる。
【００４２】
図４は、本発明の実施形態にかかる自動走行装置の構成を模式的に示したブロック図である。図４に示すように、本発明の実施形態にかかる一方の自動走行装置１ａは、負荷検出手段１９と、舵角検出手段１５と、判定手段２０と、回転動力源制御手段２１と、回転動力源１６とを備える。
【００４３】
前記のとおり負荷検出手段１９は、回転動力源（モータ）１６に掛かる負荷が所定の値以上になったか否かを検出することができる。また、舵角検出手段１５は、舵角が所定の値以上になったか否かを検出することができる。判定手段２０は、負荷検出手段１９と舵角検出手段１５の検出結果に基づいて、回転動力源制御手段２１を制御する。回転動力源制御手段２１は、判定手段２０の判定結果に基づいて、回転動力源（モータ）１６の正回転と逆回転を切り替えることにより、前進から後退に走行方向の切り替えを行うことができる。
【００４４】
すなわち、判定手段２０により、回転動力源（モータ）１６に掛かる負荷が所定の値以上であり、かつ舵角が所定の値以上になったと判定された場合には、回転動力源制御手段２１を介して回転動力源（モータ）１６の正回転と逆回転を切り替えることにより、前進から後退に走行方向の切り替えを行うことができる。
【００４５】
次に、このような構成を有する自動走行装置１ａ、１ｂおよびこの自動走行装置１ａ、１ｂを有する走行体５の動作について説明する。図５は、本発明の実施形態にかかる自動走行装置１の動作を示したフローチャートである。
【００４６】
自動走行装置１ａ、１ｂおよび走行体５が「正常な走行状態」にある場合においては、回転動力源（モータ）１６は正回転をしている（ステップＳ１−１）。ここで「正常な走行状態」とは、走行体５（すなわち舵角検出手段取り付け基板１３）と自動走行装置１ａ、１ｂとの角度が、所定の値以下であるとともに、回転動力源（モータ）１６に掛かる負荷が所定の値以下であり、かつ、本発明の実施形態にかかる自動走行装置１ａ、１ｂが走行体５の走行をアシストしている状態をいう。
【００４７】
そして、負荷検出手段１９は、回転動力源（モータ）１６に掛かる負荷が所定の値以上になったか否かを、継続的に検出している（ステップＳ１−２）。回転動力源（モータ）１６に掛かる負荷が所定の値以下であれば、ステップＳ１−１に戻り、ステップＳ１−１とステップＳ１−２の動作を継続する。
【００４８】
走行体５が障害物などに接触するなどして、回転動力源（モータ）１６に掛かる負荷が所定の値以上になった場合には（ステップＳ１−２において「Ｙｅｓ」）、舵角検出手段１５は、本発明の実施形態にかかる自動走行装置１と走行体５との舵角が所定の値以上になっているか否かを判定する（ステップＳ１−３）。
【００４９】
回転動力源（モータ）１６に掛かる負荷が所定の値以上であっても（ステップＳ１−２において「Ｙｅｓ」）、舵角が所定の値以上でなければ（ステップＳ１−３において「Ｎｏ」）、ステップＳ１−２に戻る。そして回転動力源（モータ）１６は正回転を続け、回転動力源（モータ）１６の正回転により障害物などを乗りこえる。
【００５０】
一方、回転動力源（モータ）１６に掛かる負荷が所定の値以上であって（ステップＳ１−２において「Ｙｅｓ」）、かつ舵角が所定の値以上（ステップＳ１−３において「Ｙｅｓ」）となった場合には、ステップＳ１−４において、所定の時間だけ回転動力源（モータ）１６を逆回転させる。これにより走行体５は後退し、障害物等から離れる。
【００５１】
そして所定の時間が経過するまで回転動力源（モータ）１６の逆回転を継続し（ステップＳ１−５において「Ｎｏ」）、所定の時間だけ逆回転したら（ステップＳ１−５において「Ｙｅｓ」）、ステップＳ１−１に戻り、回転動力源（モータ）１６を正回転させる。
【００５２】
このような動作によれば、走行体が障害物等にぶつかった場合であっても、回転動力源（モータ）１６に掛かる負荷が所定の値以上になった場合で、かつ舵角が所定の値以上になった場合にのみ走行体５は後退して障害物等を回避する。これに対して、回転動力源（モータ）１６に掛かる負荷が所定の値以上になった場合であっても、舵角が所定の値以下であれば、当該障害物を乗りこえることができると判断して、走行体５は後退しない。また、舵角が所定の値以上になった場合であっても、モータに掛かる負荷が所定の値以上にならなければ、走行体５は後退しない。このように、本発明の実施形態にかかる自動走行装置１ａ、１ｂは、これを備える走行体５が障害物等に接触等した場合であっても、操作者の意思に近い動作をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施形態にかかる自動走行装置を備える走行体の構成を模式的に示した平面図であり、（ａ）は下方から見た図、（ｂ）は前方から見た図、（ｃ）は側面から見た図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる自動走行装置の構成を模式的に示した平面図であり、（ａ）は上方から見た図、（ｂ）は側方から見た図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる自動走行装置の構成を模式的に示した外観斜視図であり、（ａ）は斜め上方から見た図、（ｂ）は斜め下方から見た図である。
【図４】本発明の実施形態にかかる自動走行装置の構成を模式的に示したブロック図である。
【図５】本発明の実施形態にかかる自動走行装置の動作を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００５４】
１ａ、１ｂ 自動走行装置
１１ フレーム
１１１ 舵角検出突起
１２ 取り付け軸
１３ 舵角検出手段取り付け基板
１３１ 取り付け軸用貫通孔
１３２ 舵角検出手段用貫通孔
１４ 操舵突起
１５ 舵角検出手段
１５１ 発光手段
１５２ 受光手段
１６ 回転動力源
１７ 歯車輪列
１７１ 第一の歯車
１７２ 第二の歯車
１７３ 第三の歯車
１７４ 第四の歯車
１７５ 第五の歯車
１７６ 第六の歯車
１８ 駆動輪
１９ 負荷検出手段
２０ 判定手段
２１ 回転動力源制御手段
５ 走行体
５１ 後輪
５２ 連結部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動走行装置に関するものであり、特に好適には、走行体が障害物等に衝突した場合には、当該走行体が当該障害物を避けるように走行できるようにする自動走行装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
走行体が障害物に衝突した際において、走行体の走行の方向を変更することにより、当該障害物を避ける構成としては、たとえば、特許文献１などがある。特許文献１に記載の構成は、モータに印加する電圧を制御する駆動制御手段と、このモータに流れる電流を検出する検出手段と、この検出手段が過負荷電流検出信号を出力すると、前記駆動制御手段にモータを逆回転させる制御信号を出力する種制御手段とからなる制御スイッチ回路を備える走行玩具が開示されている。
【０００３】
このような構成によれば、この走行玩具は、電源スイッチをＯＮにすることで走行を開始し、壁や段差などの障害物にぶつかると、自動的に後退して障害物を回避することができる。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の構成は、モータに負荷が掛かった場合にモータを逆回転させる制御だけしか行っていない。このため、走行体の駆動輪を駆動させる走行アシスト装置に適用すると、走行体が障害物などに衝突することをトリガーとして走行体を後退させるので、操作者の意に反して走行体が後退する場合が多発する。すなわち、走行体をバックさせることなく回避可能な障害物に衝突したとしても、モータが逆回転するため、操作者の意に反して走行体が後退する場合が多発するおそれがある。
【０００５】
一方、モータに掛かる負荷が所定の値以上になったときにモータを逆回転させるように設定した場合には、バックしなければ回避できない障害物に衝突しても、モータに所定の値以上の負荷が掛からなければ、モータは逆転しない。このため、このような構成とすると、速やかに障害物を回避できないという問題が発生するおそれがある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２８８４４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、障害物を回避することが可能な自動走行装置であって、操作者の意思に近い動作をすることができる自動走行装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため本発明は、駆動源（たとえば回転動力源）と該駆動源により駆動される出力部とを有し、該出力部の駆動によって走行体を自動的に走行させるとともに前記走行体に回転可能に固定された自動走行装置において、前記駆動源として用いたモータの負荷が所定値以上で、かつ前記走行体に対する回転角度が所定値以上のときに前記出力部を正回転から逆回転に切り替えることによって、前記走行体を前進から後退に走行方向の切換を行うことを要旨とするものである。
【０００９】
ここで、前記走行体に対する回転角度を検出するため、前記走行体に一方側が固定された検出手段の他方側が固定されることが好ましい。
【００１０】
また、前記走行体は走行方向前方側から引っ張り手段によって引っ張られるように構成され、前記走行体に走行方向後方に配設された後輪より前方に配設されるとともに、前記走行体に走行方向前方に突出した角部障害物に衝突したのち、前記引っ張り手段により引っ張られて前記走行体に対する角度が変化することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、走行体が障害物等に接触など場合であっても、駆動源のモータに掛かる負荷が所定の値以上になった場合で、かつ舵角が所定の値以上になった場合にのみ走行体は後退して障害物等を回避する。これに対して、モータに掛かる負荷が所定の値以上になった場合であっても、舵角が所定の値以下であれば、当該障害物を乗りこえることができると判断して、走行体は後退しない。また、舵角が所定の値以上になった場合であっても、モータに掛かる負荷が所定の値以上にならなければ、走行体は後退しない。このように、本発明の実施形態にかかる自動走行装置は、これを備える走行体が障害物等に接触等した場合であっても、操作者の意思に近い動作をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態にかかる自動走行装置１ａ、１ｂと、これを備える走行体５の構成を、模式的に示した外観平面図であり、（ａ）は側面から見た図、（ｂ）は前方から見た図、（ｃ）は下方から見た図である。この走行体５は、外力により前方から引っ張られるとともに、本発明の実施形態にかかる自動走行装置１ａ、１ｂにより走行をアシストする玩具などが適用される。この走行体５を牽引するものとして、動力源を備える不図示の牽引体が適用できる。
【００１４】
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、この走行体５は、本発明の実施形態にかかる左右一組の自動走行装置１ａ、１ｂと、後輪５１と、連結部５２と、リンク５３とを備える。
【００１５】
連結部５２は、この走行体５とは別体の牽引体によりこの走行体５を牽引するために、牽引体と連結するためのものである。この連結部５は、牽引体と連結できる構成であればよく、図１に示すようなカギ状の形状の他、その他種々の形状のものが適用できる。要は、牽引体と連結できる構成であればよく、具体的な構成は限定されるものではない。
【００１６】
後輪５１は、走行体５に回転可能に支持される。この後輪５１は、特に動力源などによって駆動されるものではなく、走行体５の走行に伴って回転するものである。
【００１７】
リンク５３は、左右一組の自動走行装置１ａ、１ｂを連結する部材である。このリンク５３により、左右一組の自動走行装置１ａ、１ｂは連結されており、左右一組の自動走行装置１ａ、１ｂが常に同じ方向を向くように構成される。
【００１８】
図２は、本発明の実施形態にかかる左右一組のうちの一方の自動走行装置１ａの構成を模式的に示した平面図であり、（ａ）は上方から見た図、（ｂ）はケース（筐体）を切り欠いて側方から見た図である。また、図３は、本発明の実施形態にかかる一方の自動走行装置１ａのケース（筐体）を取り除いた状態の構成を模式的に示した外観斜視図であり、（ａ）は上方側から見た図、（ｂ）は下方側から見た図である。なお、他方の自動走行装置１ｂは、一方の自動走行装置１ａと略同一の機構を備えるため、異なる部分について説明し、共通の部分の説明は省略する。
【００１９】
図２、図３に示すように、本発明の実施形態にかかる左右一組のうちの一方の自動走行装置１ａは、フレーム１１と、取り付け軸１２と、舵角検出手段取り付け基板１３と、角部としての操舵突起１４と、舵角検出手段１５と、駆動源である回転動力源１６と、歯車輪列１７と、駆動輪１８と、負荷検出手段１９とを有する。
【００２０】
取り付け軸１２は、本発明の実施形態にかかる一方の自動走行装置１ａを、走行体５に取り付けるための軸である。そして、本発明の実施形態にかかる一方の自動走行装置１ａは、取り付け軸１２によって走行体５に取り付けられた状態において、この取り付け軸１２を中心として走行体５に対して回転することができる。
【００２１】
舵角検出手段取り付け基板１３は、後述する舵角検出手段１５が設けられる基板である。この舵角検出手段取り付け基板１３には、前記取り付け軸１２を遊挿可能な貫通孔１３１が形成されており、本発明の実施形態にかかる一方の自動走行装置１ａのフレーム１１に対して回転可能に取り付けられる。また、この舵角検出手段取り付け基板１３は、本発明の実施形態にかかる一方の自動走行装置１ａが走行体５に組み付けられた状態において、走行体５に固定される。
【００２２】
角部としての操舵突起１４は、本発明の実施形態にかかる一方の自動走行装置１ａが、牽引体に引っ張られて走行している際に、障害物などに接触した場合に、本発明の実施形態にかかる一方の自動走行装置１ａの走行方向を変更するためのものである。操舵突起１４は、具体的には、フレーム１１から進行方向前方に向かって突出する突起であり、前面から見た場合において、たとえば、走行体５の外側に位置するように設けられる。他方の自動走行装置１ｂにも、角部としての操舵突起１４が走行体５の外側に位置するように設けられる。換言すると、一組の自動走行装置１ａ、１ｂには、左右対称となるように、一本ずつの操舵突起１４が設けられる。
【００２３】
舵角検出手段１５は、舵角が所定の角度を超えたか否かを検出することができる。ここで、「舵角（回転角度）」とは、走行体５の進行しようとする方向（換言すると、舵角検出手段取り付け基板１３は走行体５に固定されているので、舵角検出手段取り付け基板１３の向き）と、本発明の実施形態にかかる自動走行装置１ａ、１ｂが進行しようとする方向との間の角度（回転角度）をいうものとする。
【００２４】
舵角検出手段１５には、発光手段１５１と受光手段１５２と舵角検出突起１１１の組合せが適用できる。具体的な構成は次のとおりである。舵角検出手段取り付け基板１３は、取り付け軸１２を遊挿可能な貫通孔（取り付け孔）１３１が形成されており、この取り付け軸１２を中心として回転可能に配設される。そして、この舵角検出手段取り付け基板１３には、この取り付け孔１３１に略同心の円弧状かつスリット状の貫通孔１３２が、この取り付け孔１３１を囲むように形成される。
【００２５】
そして、この舵角検出手段取り付け基板１３の所定の位置に、この円弧状の貫通孔１３２を挟んで、発光手段１５１と受光手段１５２とが対向するように設けられる。すなわち、発光手段が１５１発する光を、受光手段１５２が受光することができるように構成される。
【００２６】
一方、フレーム１１には、この円弧状の貫通孔１３２に遊挿可能な舵角検出突起１１１が設けられている。この舵角検出突起１１１は、取り付け軸１２の軸線方向に略平行に突出する突起である。そして、舵角検出手段取り付け基板１３がフレーム１１に組み付けられた状態において、この舵角検出突起１１１は、前記円弧状の貫通孔１３２を貫通して、上面側に突出する。
【００２７】
このような構成によれば、フレーム１１と舵角検出手段取り付け基板１３とが取り付け軸１２を中心として相対的に回転すると、舵角検出突起１１１が前記円弧状の貫通孔１３２をスライドするように相対的に回転移動することができる。そして、ある所定の角度において、舵角検出突起１１１が発光手段１５１と受光手段１５２との間に位置することになる。
【００２８】
そうすると、発光手段１５１が発する光が舵角検出突起１１１により遮られ、受光手段１５２は、発光手段１５１が発する光を受光することができなくなる。このように、受光手段１５２が発光手段１５１の発する光を受光しなくなることをもって、フレーム１１と舵角検出手段取り付け基板１３（すなわち走行体５）とが所定の角度関係になったことを検出できる。
【００２９】
なお、発光手段１５１、受光手段１５２ともに、公知の各種発光手段、受光手段を適用することができる。たとえば発光手段１５１には、発光ダイオードなどが適用できる。たとえば受光手段１５２には、フォトダイオードやフォトトランジスタなどが適用できる。
【００３０】
このほか、舵角検出手段１５には、磁石とホールＩＣとの組合せが適用できる。具体的な構成は次のとおりである。
【００３１】
舵角検出手段取り付け基板１３は、取り付け軸１２を遊挿可能な貫通孔（取り付け孔）１３１が形成されており、この取り付け軸１２を中心として回転可能に配設される。そして、この舵角検出手段取り付け基板１３には、この取り付け孔１３１に略同心の円弧状かつスリット状の貫通孔１３２が、この取り付け孔１２を囲むように形成される。
【００３２】
そして、この円弧状の貫通孔１３２ぎわの所定の位置に、ホールＩＣが設けられる。
【００３３】
一方、フレーム１１には、この円弧状の貫通孔１３２に遊挿可能な舵角検出突起１１１が設けられている。この舵角検出突起１１１は、取り付け軸１２の軸線方向に略平行に突出する突起である。この舵角検出突起１１１は、舵角検出手段取り付け基板１３がフレーム１１に組み付けられた状態において、前記円弧状の貫通孔１３２を貫通して、上面側に突出する。そして、この舵角検出突起１１１の上面側に突出した部分には、磁石が設けられる。
【００３４】
このような構成によれば、フレーム１１と舵角検出手段取り付け基板１３とが取り付け軸１２を中心として相対的に回転すると、舵角検出突起１１１が前記円弧状の貫通孔１３２をスライドするように相対的に回転移動することができる。そして、ある所定の角度において、舵角検出突起１１１に設けられる磁石がホールＩＣの近傍に位置することになる。そうすると、磁石が発する磁界をホールＩＣが検出する。
【００３５】
このように、ホールＩＣが、舵角検出突起１１１に設けられる磁石が発する磁界を検知することによって、フレーム１１と舵角検出手段取り付け基板１３（すなわち走行体５）とが所定の角度関係になったことを検出できる。
【００３６】
なお、本発明の実施形態にかかる一方の自動走行装置１ａにおいては、舵角検出手段取り付け基板１３を用いる構成を示したが、必ずしも舵角検出手段取り付け基板１３は必要ではない。すなわち、走行体５に舵角検出突起１１１が遊挿する円弧状の貫通孔が形成されるとともに、走行体５に舵角検出手段１５を設ける構成であってもよい。また、舵角検出手段１５は、一組の自動走行装置１ａ、１ｂのうちの一方が備えればよい。すなわち、一組の自動走行装置１ａ、１ｂの両方が備える必要はない。本発明の実施形態においては、一方の自動走行装置１ａが舵角検出手段１５を備える構成を示しているが、他方の自動走行装置１ｂが備える構成であってもよい。
【００３７】
回転動力源１６には、公知の各種電動機（モータ）が適用できる。そして回転動力源１６が発する回転動力は、歯車輪列１７を介して出力部（すなわち駆動輪１８）に伝達される。走行体５は、このようにして、牽引体により牽引される力に加えて、駆動輪１８の回転によって、走行することができる。
【００３８】
歯車輪列１７の具体的な構成は特に限定されるものではなく、回転動力源１６が発する回転動力を、駆動輪１８に伝達できる構成であればよい。たとえば図３（特に図３（ｂ））に基づいて説明すると、本発明の実施形態にかかる自動走行装置は、回転駆動源１６と、第一の歯車１７１と、第二の歯車１７２と、第三の歯車１７３と、第四の歯車１７４と、第五の歯車１７５と、第六の歯車１７６と、駆動輪１８とを備える
【００３９】
第一の歯車１７１は回転駆動源１６の駆動軸に嵌合される。第二の歯車１７２は第一の歯車１７１と噛合する。第三の歯車１７３は第二の歯車１７２に同軸に設けられるとともに、第二の歯車１７２と一体に回転するように構成される。第四の歯車１７４は第三の歯車１７３に噛合し、第五の歯車１７５は第四の歯車１７４に噛合する。第六の歯車１７６は第五の歯車１７５に噛合するとともに、駆動輪１８に同軸に配設される。そしてこの駆動輪１８は第六の歯車１７６と一体に回転するように構成される。
【００４０】
負荷検出手段（図略）は、回転動力源に掛かる負荷が所定の値以上であるかどうかを検出する。負荷検出手段には、たとえば、エンコーダを用いた速度監視をするものや、モータの電流の上昇度合を監視するものが適用できる。
【００４１】
このような構成によれば、回転駆動源１６の回転動力を駆動輪１８に伝達することができる。これによって、走行体５は、牽引体の牽引力に加えて、駆動輪１８の回転により走行することができる。また、舵角検出手段取り付け基板１３とフレーム１１（すなわち本発明の実施形態にかかる自動走行装置１ａ、１ｂの進行方向）との角度が所定の値以上になったか、および回転動力源（モータ）１６に掛かる負荷が所定の値以上になったかを検出することができる。
【００４２】
図４は、本発明の実施形態にかかる自動走行装置の構成を模式的に示したブロック図である。図４に示すように、本発明の実施形態にかかる一方の自動走行装置１ａは、負荷検出手段１９と、舵角検出手段１５と、判定手段２０と、回転動力源制御手段２１と、回転動力源１６とを備える。
【００４３】
前記のとおり負荷検出手段１９は、回転動力源（モータ）１６に掛かる負荷が所定の値以上になったか否かを検出することができる。また、舵角検出手段１５は、舵角が所定の値以上になったか否かを検出することができる。判定手段２０は、負荷検出手段１９と舵角検出手段１５の検出結果に基づいて、回転動力源制御手段２１を制御する。回転動力源制御手段２１は、判定手段２０の判定結果に基づいて、回転動力源（モータ）１６の正回転と逆回転を切り替えることにより、前進から後退に走行方向の切り替えを行うことができる。
【００４４】
すなわち、判定手段２０により、回転動力源（モータ）１６に掛かる負荷が所定の値以上であり、かつ舵角が所定の値以上になったと判定された場合には、回転動力源制御手段２１を介して回転動力源（モータ）１６の正回転と逆回転を切り替えることにより、前進から後退に走行方向の切り替えを行うことができる。
【００４５】
次に、このような構成を有する自動走行装置１ａ、１ｂおよびこの自動走行装置１ａ、１ｂを有する走行体５の動作について説明する。図５は、本発明の実施形態にかかる自動走行装置１の動作を示したフローチャートである。
【００４６】
自動走行装置１ａ、１ｂおよび走行体５が「正常な走行状態」にある場合においては、回転動力源（モータ）１６は正回転をしている（ステップＳ１−１）。ここで「正常な走行状態」とは、走行体５（すなわち舵角検出手段取り付け基板１３）と自動走行装置１ａ、１ｂとの角度が、所定の値以下であるとともに、回転動力源（モータ）１６に掛かる負荷が所定の値以下であり、かつ、本発明の実施形態にかかる自動走行装置１ａ、１ｂが走行体５の走行をアシストしている状態をいう。
【００４７】
そして、負荷検出手段１９は、回転動力源（モータ）１６に掛かる負荷が所定の値以上になったか否かを、継続的に検出している（ステップＳ１−２）。回転動力源（モータ）１６に掛かる負荷が所定の値以下であれば、ステップＳ１−１に戻り、ステップＳ１−１とステップＳ１−２の動作を継続する。
【００４８】
走行体５が障害物などに接触するなどして、回転動力源（モータ）１６に掛かる負荷が所定の値以上になった場合には（ステップＳ１−２において「Ｙｅｓ」）、舵角検出手段１５は、本発明の実施形態にかかる自動走行装置１と走行体５との舵角が所定の値以上になっているか否かを判定する（ステップＳ１−３）。
【００４９】
回転動力源（モータ）１６に掛かる負荷が所定の値以上であっても（ステップＳ１−２において「Ｙｅｓ」）、舵角が所定の値以上でなければ（ステップＳ１−３において「Ｎｏ」）、ステップＳ１−２に戻る。そして回転動力源（モータ）１６は正回転を続け、回転動力源（モータ）１６の正回転により障害物などを乗りこえる。
【００５０】
一方、回転動力源（モータ）１６に掛かる負荷が所定の値以上であって（ステップＳ１−２において「Ｙｅｓ」）、かつ舵角が所定の値以上（ステップＳ１−３において「Ｙｅｓ」）となった場合には、ステップＳ１−４において、所定の時間だけ回転動力源（モータ）１６を逆回転させる。これにより走行体５は後退し、障害物等から離れる。
【００５１】
そして所定の時間が経過するまで回転動力源（モータ）１６の逆回転を継続し（ステップＳ１−５において「Ｎｏ」）、所定の時間だけ逆回転したら（ステップＳ１−５において「Ｙｅｓ」）、ステップＳ１−１に戻り、回転動力源（モータ）１６を正回転させる。
【００５２】
このような動作によれば、走行体が障害物等にぶつかった場合であっても、回転動力源（モータ）１６に掛かる負荷が所定の値以上になった場合で、かつ舵角が所定の値以上になった場合にのみ走行体５は後退して障害物等を回避する。これに対して、回転動力源（モータ）１６に掛かる負荷が所定の値以上になった場合であっても、舵角が所定の値以下であれば、当該障害物を乗りこえることができると判断して、走行体５は後退しない。また、舵角が所定の値以上になった場合であっても、モータに掛かる負荷が所定の値以上にならなければ、走行体５は後退しない。このように、本発明の実施形態にかかる自動走行装置１ａ、１ｂは、これを備える走行体５が障害物等に接触等した場合であっても、操作者の意思に近い動作をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施形態にかかる自動走行装置を備える走行体の構成を模式的に示した平面図であり、（ａ）は下方から見た図、（ｂ）は前方から見た図、（ｃ）は側面から見た図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる自動走行装置の構成を模式的に示した平面図であり、（ａ）は上方から見た図、（ｂ）は側方から見た図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる自動走行装置の構成を模式的に示した外観斜視図であり、（ａ）は斜め上方から見た図、（ｂ）は斜め下方から見た図である。
【図４】本発明の実施形態にかかる自動走行装置の構成を模式的に示したブロック図である。
【図５】本発明の実施形態にかかる自動走行装置の動作を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００５４】
１ａ、１ｂ 自動走行装置
１１ フレーム
１１１ 舵角検出突起
１２ 取り付け軸
１３ 舵角検出手段取り付け基板
１３１ 取り付け軸用貫通孔
１３２ 舵角検出手段用貫通孔
１４ 操舵突起
１５ 舵角検出手段
１５１ 発光手段
１５２ 受光手段
１６ 回転動力源
１７ 歯車輪列
１７１ 第一の歯車
１７２ 第二の歯車
１７３ 第三の歯車
１７４ 第四の歯車
１７５ 第五の歯車
１７６ 第六の歯車
１８ 駆動輪
１９ 負荷検出手段
２０ 判定手段
２１ 回転動力源制御手段
５ 走行体
５１ 後輪
５２ 連結部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源と該駆動源により駆動される出力部とを有し、該出力部の駆動によって走行体を自動的に走行させるとともに前記走行体に回転可能に固定された自動走行装置において、
前記駆動源として用いたモータの負荷が所定値以上で、かつ前記走行体に対する回転角度が所定値以上のときに前記出力部を正回転から逆回転に切り替えることによって、前記走行体を前進から後退に走行方向の切換を行うことを特徴とする自動走行装置。
【請求項２】
前記走行体に対する回転角度を検出するため、前記走行体に一方側が固定された検出手段の他方側が固定されたことを特徴とする請求項１に記載の自動走行装置。
【請求項３】
前記走行体は走行方向前方側から引っ張り手段によって引っ張られるように構成され、
前記走行体に走行方向後方に配設された後輪より前方に配設されるとともに、前記走行体に走行方向前方に突出した角部障害物に衝突したのち、前記引っ張り手段により引っ張られて前記走行体に対する角度が変化することを特徴とする自動走行装置。
【請求項１】
駆動源と該駆動源により駆動される出力部とを有し、該出力部の駆動によって走行体を自動的に走行させるとともに前記走行体に回転可能に固定された自動走行装置において、
前記駆動源として用いたモータの負荷が所定値以上で、かつ前記走行体に対する回転角度が所定値以上のときに前記出力部を正回転から逆回転に切り替えることによって、前記走行体を前進から後退に走行方向の切換を行うことを特徴とする自動走行装置。
【請求項２】
前記走行体に対する回転角度を検出するため、前記走行体に一方側が固定された検出手段の他方側が固定されたことを特徴とする請求項１に記載の自動走行装置。
【請求項３】
前記走行体は走行方向前方側から引っ張り手段によって引っ張られるように構成され、
前記走行体に走行方向後方に配設された後輪より前方に配設されるとともに、前記走行体に走行方向前方に突出した角部障害物に衝突したのち、前記引っ張り手段により引っ張られて前記走行体に対する角度が変化することを特徴とする自動走行装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−８２４３１（Ｐ２００９−８２４３１Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５５８９９（Ｐ２００７−２５５８９９）
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（０００００２２３３）日本電産サンキョー株式会社 (1,337)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（０００００２２３３）日本電産サンキョー株式会社 (1,337)
【Ｆターム（参考）】
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