自走式作業ロボット
【課題】 いずれの方向から障害物に接触した場合にも適切、かつ、迅速に対応可能な自走式作業ロボットを提供する。
【解決手段】 床面を自走する走行アセンブリ１と、床に対する作業を行う作業アセンブリ２とを備えた自走式作業ロボットに関する。前記作業アセンブリ２の前面に障害物が接触したのを検知する第１の接触センサと、作業アセンブリ２の側面に障害物が接触したのを検知する第２の接触センサを設け、第１の接触センサの検知信号に基づいて、第１の退避速度で作業アセンブリ２を左右に移動させ、第２の接触センサの検知信号に基づいて第１の退避速度よりも低速の第２の退避速度で作業アセンブリ２を左右に移動させる。
【解決手段】 床面を自走する走行アセンブリ１と、床に対する作業を行う作業アセンブリ２とを備えた自走式作業ロボットに関する。前記作業アセンブリ２の前面に障害物が接触したのを検知する第１の接触センサと、作業アセンブリ２の側面に障害物が接触したのを検知する第２の接触センサを設け、第１の接触センサの検知信号に基づいて、第１の退避速度で作業アセンブリ２を左右に移動させ、第２の接触センサの検知信号に基づいて第１の退避速度よりも低速の第２の退避速度で作業アセンブリ２を左右に移動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、壁際の床面等に対する作業に適した作業ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、接触センサを設け、障害物の接触を検出する自走式の作業ロボットが提案されている。
【特許文献１】特許第３２０１２０８号（図２）
【特許文献２】特開昭６０−２０６７５９（図１）
【特許文献３】実開昭５６−１６４６０２（図５）
【発明の開示】
【０００３】
しかし、この種の従来の自走式作業ロボットは、障害物に接触した場合の回避動作において、適切、かつ、迅速に対応することができかった。そのため、走行速度が著しく遅かったり、壁際から離れすぎてしまうなどの欠点があった。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、いずれの方向から障害物に接触した場合にも適切、かつ、迅速に対応可能な自走式作業ロボットを提供することである。
【０００５】
前記目的を達成するために、本発明は、自走する作業ロボットであって、床面を自走するための車輪を有する走行アセンブリと、前記走行アセンブリに対し左右に移動可能に取り付けられ、前記床に対する作業を行う作業アセンブリと、前記走行アセンブリと前記作業アセンブリとの位置関係を変更すべく、前記作業アセンブリを前記走行アセンブリに対して移動させる移動機構と、前記作業アセンブリに設けられ、前記作業アセンブリの前面に障害物が接触したのを検知する第１の接触センサと、前記作業アセンブリに設けられ、前記作業アセンブリの側面に障害物が接触したのを検知する第２の接触センサと、前記走行アセンブリの走行を制御すると共に、前記第１の接触センサの検知信号に基づいて、第１の退避速度で前記作業アセンブリを左右に移動させるよう移動機構を制御し、前記第２の接触センサの検知信号に基づいて第１の退避速度よりも低速の第２の退避速度で前記作業アセンブリを左右に移動させるよう作業アセンブリ移動機構を制御する制御部とを備えている。
【０００６】
自走式作業ロボットの前進中に、前方の障害物が作業アセンブリの前面に接触すると、第１の接触センサがこれを検知し、作業アセンブリが速い第１の退避速度で、障害物のない左右の一方に前記接触状態が解除されるまで退避する。したがって、作業ロボットの走行速度をある程度の速さで走行させることが可能となる。
なお、ここでいう、「前方」ないし「前面」は、作業ロボットの進行方向を基準にして定義付けられる。
【０００７】
作業ロボットの前進中に、作業アセンブリが障害物の側面に接触すると、第２の接触センサがこれを検知し、作業アセンブリが低速の第２の退避速度で、障害物とは反対側の左右の一方に、当該接触状態が解除されるまで退避する。したがって、作業アセンブリが障害物に沿った状態で、ロボットが走行することが可能であるから、作業アセンブリが障害物である壁際から離れすぎてしまうという不都合が生じない。
【０００８】
本発明において、前記制御部は、第１の接触センサによる接触検知の時間が所定の閾値よりも長い場合は、走行を停止させる機能を有するのが好ましい。
このようにすれば、障害物との接触による作業ロボットの破損や、障害物の損傷を防止することができる。
【０００９】
本発明において、前記閾値は、走行速度が速い時には小さい値に設定され、走行速度が遅い場合には大きい値に設定されるのが好ましい。
このようにすれば、低速走行時の不要な停止を防止すると共に、高速走行時における本作業ロボットや障害物の損傷を防止することができる。
【００１０】
本発明において、前記制御部は、第１の接触センサによる検知時間が所定の閾値を超えたことを検出して走行を停止させた場合、当該停止後、所定距離だけ後方へ移動させ、前記作業アセンブリを所定距離退避方向に移動させた後、前方への走行を再開するように、前記走行アセンブリと前記作業アセンブリ移動機構を制御するのが好ましい。
このようにすれば、作業アセンブリが障害物に接触したまま移動するのを防止できるから、作業アセンブリによって壁などの障害物が傷つくのを防止することができる。
【００１１】
本発明において、前記制御部は、前記接触センサの検知信号に基づいた作業アセンブリの移動が行われた場合、前記両接触センサによる接触が検出されなくなった後に、前記走行アセンブリに対する作業アセンブリの相対位置を接触センサによる接触が検出される以前の位置に、第２の退避速度よりも低速の復帰速度で戻すように前記移動機構を制御するのが好ましい。
このようにすれば、作業アセンブリの復帰時において、障害物と作業アセンブリとの接触時の衝撃を少なくすることができる。
【００１２】
本発明においては、前記作業アセンブリは平面視が概ね長方形に形成され、前記接触センサは前記作業アセンブリの周囲を覆うバンパと、前記バンパと一体に移動する被検出部と、前記被検出部を検出する検出スイッチとを備えるのが好ましい。
このようにすれば、バンパが作業アセンブリの周囲を覆っているので、該バンパと一体に移動する被検出部を検出することにより、障害物との接触を検出することができる。
【００１３】
本発明においては、前記バンパは左右に分割されており、当該分割されたバンパごとに前記被検出部および検出スイッチが設けられ、前記左側のバンパは左方向にバネ力により付勢された状態で所定の左端の位置に位置決めされ、前記右側のバンパは右方向にバネ力により付勢された状態で所定の右端の位置に位置決めされているのが好ましい。
このようにすれば、バンパは、左右に分割され、バネ力により付勢された状態で左右端に、それぞれ位置決めされる。そのため、バンパを浮いた状態で支持する必要がなくなるから、該バンパが走行中などに左右に揺れるおそれがない。したがって、壁との接触を精度良く検知することができる。
【００１４】
本発明においては、前記バンパは左右および前後に分割されており、当該分割されたバンパごとに前記被検出部および検出スイッチが設けられ、左前側のバンパは、左方向および前方向にバネ力により付勢された状態で所定の左端および前端の位置に位置決めされ、右前側のバンパは、右方向および前方向にバネ力により付勢された状態で所定の右端および前端の位置に位置決めされ、左後側のバンパは、左方向および後方向にバネ力により付勢された状態で所定の左端および後端の位置に位置決めされ、右後側のバンパは、右方向および後方向にバネ力により付勢された状態で所定の右端および後端の位置に位置決めされているのが好ましい。
このようにバンパを前後および左右に４分割して設けることで、壁との接触を前後および左右において検出することができる。
【００１５】
本発明においては、前記バンパは左右および前後に分割されており、当該分割されたバンパごとに前記被検出部および検出スイッチが設けられ、前記分割された各バンパは、当該各バンパが障害物に接触した際に内方へ退避可能なように外方に向ってバネ力により付勢された状態でストッパにより所定の位置に位置決めするのが好ましい。
このようにすれば、バンパが４分割され、かつ、各々、各バンパごとの支持部材がバネ力でストッパに接触していることにより、小さく分割されたバンパが安定して支持される。したがって、左右に長い作業部であっても、バンパに撓みが出るおそれがない。
【００１６】
この場合、前記各バンパは、四隅のコーナ部では連続しており、かつ、各バンパ同士が前面、後面および２つの側面において互いに分割されているのが更に好ましい。
このように、四隅のコーナ部が連続していることにより、バンパの四隅が障害物に係合する（引っ掛かる）おそれがないので、スムースな走行を期待することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施例を図面に従って説明する。
以下の実施例では、本発明の自走式作業ロボットを、床上のゴミを吸い上げる自走式の清掃ロボットに適用した場合について例示して説明する。
【００１８】
図１に示すように、本発明にかかる自走式作業ロボットは、床面を自走する台車様の走行アセンブリ１と、床上のゴミを吸い上げる作業アセンブリ２とを備えている。作業アセンブリ２は、走行アセンブリ１の定常的な進行方向Ｆに対して、該走行アセンブリ１の後方に設けられている。
【００１９】
走行アセンブリ１の上部には、吸引ユニット５１が設けられている。吸引ユニット５１には、ゴミ収容部（タンク）や、ブロアーモータ、フィルタなどが設けられている。吸引ユニット５１と作業アセンブリ２とは、吸引ホース５７を介して接続されている。作業アセンブリ２の下面には吸引口５９が設けられており、本作業ロボットが走行しながら清掃作業を行うと、床のゴミが吸引口５９から次々に吸い上げられて、床面の清掃が行われる。
【００２０】
走行アセンブリ１：
図２に示すように、前記走行アセンブリ１は、該走行アセンブリ１の駆動を行うための１対の駆動輪６ａ，６ｂと、前記走行アセンブリ１の前部と後部の略中央に不図示の自在キャスターとを備えている。前記駆動輪６ａ，６ｂは、それぞれ、駆動モータ５ａ，５ｂによって駆動される。駆動モータ５ａ，５ｂは正逆回転可能で、制御手段８によって走行アセンブリ１の走行が制御される。
【００２１】
直進走行時には、前記２つの駆動モータ５ａ，５ｂが同方向に回転することで、走行アセンブリ１は前進または後退することができる。一方、前記２つの駆動モータ５ａ，５ｂの回転の比率を制御することで、走行アセンブリ１はカーブ走行を行うこともできる。
【００２２】
前記作業アセンブリ２には、作業アセンブリ２の本体２０を走行アセンブリ１に取り付けるための取付板１１が設けられている。一方、走行アセンブリ１の後方には、進行方向Ｆに略直交する左右方向Ｘにスライドレール１４が設けられている。前記取付板１１は、前記スライドレール１４に取り付けられ、かつ、タイミングベルト１２およびプーリー１３を介してスライド駆動モーター１５に接続されている。前記取付板１１は、前記スライド駆動モーター１５により前記スライドレール１４に沿って左右にスライド移動される。したがって、取付板１１、タイミングベルト１２、プーリー１３、スライドレール１４およびスライド駆動モーター１５は、作業アセンブリ２を走行アセンブリ１に対して左右に移動させる移動機構を構成している。
【００２３】
本作業ロボットの走行中に、作業アセンブリ２を所定のタイミングで左右移動させるように制御することにより、図９や図１０に示すように、作業アセンブリ２を壁Ｗに沿って移動させることが可能である。
【００２４】
図２の前記走行アセンブリ１の前部には、複数の超音波式センサ３ａ〜３ｄと、複数の光学式センサ４ａ〜４ｃとが設けられている。これら複数のセンサのうち、２つの超音波センサ３ａ，３ｂは、走行アセンブリ１の左右にある障害物までの距離を測定する。一方、残りの超音波式センサ３ｃ，３ｄおよび光学式センサ４ａ〜４ｃは、走行アセンブリ１の前方にある障害物までの距離を測定する。
【００２５】
制御部：
図３に示すように、前記制御部８は、センサ信号入力手段４０、走行車輪制御手段４１、スライド制御手段４２、走行用センサ制御手段４３、ブロアモータ制御手段５０およびマイコン（マイクロコンピュータ）４４を備えている。
各手段４０〜４３，５０は、それぞれ、図示しないインターフェイスを介してマイコン４４に接続されている。マイコン４４は、ＣＰＵ４６、ＲＡＭ４７、ＲＯＭ４８および計時を行うタイマ４９を備えている。ＲＯＭ４８には、後述する退避速度Ａ１〜Ａ３や種々の閾値などが予め記憶されている。
【００２６】
前記センサ信号入力手段４０は、作業アセンブリ２に設けられた、たとえば光センサからなる検出スイッチ（接触センサの一部）ＳＬ１〜ＳＬ４，ＳＲ１〜ＳＲ４に接続されている。
前記走行車輪制御手段４１は、図２の駆動モータ５ａ，５ｂの回転を制御し、走行アセンブリ１の走行の制御を行う。
前記スライド制御手段４２は、スライド駆動モーター１５の回転を制御し、作業アセンブリ２の移動機構の制御を行う。
前記走行用センサ制御手段４３は、前記複数の超音波式センサ３ａ〜３ｄおよび光学式センサ４ａ〜４ｃの制御を行う。
【００２７】
作業アセンブリ２：
図２に示すように、前記作業アセンブリ２は、平面視が長方形に形成されており、走行アセンブリ１の左右方向Ｘの幅よりも大きな幅に形成され、走行アセンブリ１の左右から突出している。作業アセンブリ２は、本体２０と、該本体２０の周囲を覆うバンパ２１（Ｌ，Ｒ），２２（Ｌ，Ｒ）を備えている。前記バンパ２１，２２は、左右および前後に分割されている。前記バンパ２１，２２は、本作業ロボットの進行方向Ｆに略直交する左右方向Ｘの中心に対して、鏡対象に設けられている。
【００２８】
図１（および図４）に示すように、各バンパ２１，２２は、四隅のコーナ部では連続しており、かつ、各バンパ２１，２２同士が前面、後面および２つの側面において、互いに分割されている。後側のバンパ２２Ｌ，２２Ｒは、作業アセンブリ２の左右方向Ｘの概ね中心部分において分割されており、その分割部分は、互いに略平行、かつ、上下方向Ｚに対して斜めに形成されている。
【００２９】
図４に示すように、バンパ２１，２２の前側のコーナ部および後側のコーナ部には、それぞれ第１および第２コロ２５，２６が設けられている。なお、図１では、コロ２５，２６を省略して描いている。
【００３０】
前バー３０Ｆ：
図５は、本作業ロボットの右側部分の作業アセンブリ２を示す平面断面図である。
図５に示すように、右前バンパ２１Ｒは、該右前バンパ２１Ｒに沿って左右方向Ｘに延びる前バー（被検出部）３０Ｆに、ブラケット２７を介して支持されている。前バー３０Ｆは、第１および第２アーム３１，３２を介して作業アセンブリ本体２０に取り付けられている。
【００３１】
バンパ支持機構：
前バー３０Ｆの左右の端部には、前記第１および第２アーム３１，３２が、それぞれ設けられている。第１および第２アーム３１，３２は、回動軸３１ｏ，３２ｏを中心に、作業アセンブリ本体２０に対して回動自在に取り付けられている。第１および第２アーム３１，３２には、長孔３１ａ，３２ａが形成されており、前バー３０Ｆの左右の端部には、前記長孔３１ａ，３２ａ内を摺動する摺動部３０ａ，３０ａが形成されている。したがって、前バー３０Ｆは、第１および第２アーム３１，３２を介して、作業アセンブリ本体２０に対して前後、左右および斜め方向に移動可能に支持されている（図６（ａ）〜（ｃ））。
【００３２】
なお、右前バンパ２１Ｒの左側の端部２３は、後方に向って折り曲げられている。そのため、図６（ａ），（ｃ）に示すように、右前バンパ２１Ｒの前面や斜め前に障害物Ｗが接触すると、該端部２３が作業アセンブリ本体２０に接触し、該端部２３を中心に右前バンパ２１Ｒが回動する。
【００３３】
位置決め機構：
図５に示すように、右側の第１アーム３１の回動軸３１ｏには、スプリング３１ｓが巻回されている。前バー３０Ｆは、スプリング３１ｓのバネ力によって、矢印で示すように右側に向って付勢されている。
一方、作業アセンブリ本体２０には、ストッパ３５が固定されており、第１アーム３１がストッパ３５に接することで、前バー３０Ｆが右端の所定の位置に位置決めされている。
【００３４】
一方、作業アセンブリ本体２０には、前バー３０Ｆを進行方向Ｆに付勢するための第３アーム３３が設けられている。第３アーム３３は、回動軸３３ｏを中心に作業アセンブリ本体２０に対して回動自在に設けられている。第３アーム３３の端部には、前バー３０Ｆの後端部に接するローラ３４が設けられている。前記回動軸３３ｏに巻回されたスプリング３３ｓのバネ力によって、ローラ３４が前バー３０Ｆの後端部を前方向Ｆに向って付勢している。
一方、前バー３０Ｆは、前記摺動部３０ａ，３０ａが、第１および第２アーム３１，３２の長孔３１ａ，３２ａの前端部に接触することにより、進行方向Ｆの端部に位置決めされている。
【００３５】
右第１および右第２検出スイッチＳＲ１，ＳＲ２：
作業アセンブリ本体２０には、前バー３０Ｆの位置を検出するための右第１および右第２検出スイッチＳＲ１，ＳＲ２が設けられている。右第１検出スイッチＳＲ１は、前バー３０Ｆの右側の後端部に対応する位置に設けられている。一方、右第２検出スイッチＳＲ２は、前バー３０Ｆの左端に対応する位置に設けられている。
【００３６】
たとえば、図６（ａ）に示すように、前進時において、右前バンパ２１Ｒの前面に障害物Ｗが当接した場合には、前バー３０Ｆが右後方に移動し、該前バー３０Ｆによって右第１検出スイッチＳＲ１への光が遮断されて前バー３０Ｆを検出する。したがって、右第１検出スイッチＳＲ１（ＳＬ１）と前バー３０Ｆとは、作業アセンブリ２の前面に障害物Ｗが接触したのを検知する第１の接触センサを構成している。
図６（ｂ）に示すように、右前バンパ２１Ｒの側面に第１コロ２５を介して障害物Ｗが接触した場合には、前バー３０Ｆが左側に移動し、前バー３０Ｆによって第２スイッチＳＲ２への光が遮断されて前バー３０Ｆを検出する。したがって、右第２検出スイッチＳＲ２（ＳＬ２）と前バー３０Ｆとは、作業アセンブリ２の側面に障害物Ｗが接触したのを検知する第２の接触センサを構成している。
図６（ｃ）に示すように、右前バンパ２１Ｒの斜め前に第１コロ２５を介して障害物Ｗが接触した場合には、前バー３０Ｆが左斜め後に移動し、右第１および右第２検出スイッチＳＲ１，ＳＲ２の双方が前バー３０Ｆを検出する。
【００３７】
図４に示すように、作業アセンブリ２の左側に設けられた左第１および左第２検出スイッチＳＬ１，ＳＬ２は、それぞれ、前述の右第１および右第２検出スイッチＳＲ１，ＳＲ２に対して、鏡対象の位置に設けられている。したがって、左右の第１および第２検出スイッチＳＲ１，ＳＲ２，ＳＬ１，ＳＬ２の検出信号と、前進時における障害物の接触位置との関係は、以下のようになる。
ＳＲ１のみ：右前面に接触（図６（ａ））
ＳＲ２のみ：右側面に接触（図６（ｂ））
ＳＲ１およびＳＲ２：右斜め前に接触（図６（ｃ））
ＳＬ１のみ：左前面に接触
ＳＬ２のみ：左側面に接触
ＳＬ１およびＳＬ２：左斜め前に接触
【００３８】
後バー３０Ｂ：
図５に示すように、前記右後バンパ２２Ｒは、該右後バンパ２２Ｒに沿って左右方向Ｘに延びる後バー（被検出部）３０Ｂが、ブラケット２７を介して支持されている。後バー３０Ｂの移動機構および位置決め機構は、前述の前バー３０Ｆに対して、鏡対象に設けられており、その相当部分に同一符号を付してその説明を省略する。
このように、分割された各バンパ２１（Ｌ，Ｒ），２２（Ｌ，Ｒ）は、当該各バンパ２１（Ｌ，Ｒ），２２（Ｌ，Ｒ）が障害物Ｗに接触した際に、内方へ退避可能なように、外方に向ってバネ力により付勢された状態で、ストッパ３５により所定の位置に位置決めされている。
【００３９】
右第３および右第４検出スイッチＳＲ３，ＳＲ４：
作業アセンブリ本体２０には、後バー３０Ｂの位置を検出する右第３および右第４検出スイッチＳＲ３，ＳＲ４が設けられている。右第３検出スイッチＳＲ３は、後バー３０Ｂの右側の前端部に対応する位置に設けられている。一方、右第４検出スイッチＳＲ４は、後バー３０Ｂの左側の前端部に対応する位置に設けられている。
【００４０】
たとえば、図７（ａ）に示すように、後退時において、後方の第２コロ２６を介して右後バンパ２２Ｒの右斜め後に障害物Ｗが接触した場合には、後バー３０Ｂの右端が前方に移動し、右第３検出スイッチＳＲ３が後バー３０Ｂを検出する。
図７（ｂ）に示すように、右後バンパ２２Ｒの左側付近、すなわち作業アセンブリ２の中央部の右側付近に障害物Ｗが接触した場合には、後バー３０Ｂの左端が前方に移動し、右第４検出スイッチＳＲ４が後バー３０Ｂを検出する。
図７（ｃ）に示すように、右後バンパ２２Ｒの中央部付近、すなわち、作業アセンブリ２の右側付近に障害物Ｗが接触した場合には、後バー３０Ｂが前方に移動し、右第３および右第４検出スイッチＳＲ３，ＳＲ４の双方が後バー３０Ｂを検出する。
【００４１】
作業アセンブリ本体２０の左側に設けられた左第３および左第４検出スイッチＳＬ３，ＳＬ４は、それぞれ、前述の右第３および右第４検出スイッチＳＲ３，ＳＲ４に対して、鏡対象の位置に設けられている。したがって、左右の第３および第４検出スイッチＳＲ３，ＳＲ４，ＳＬ３，ＳＬ４の検出信号と、後退時における障害物の接触位置との関係は、以下のようになる。
ＳＲ３のみ：右斜め後に接触（図７（ａ））
ＳＲ４のみ：作業アセンブリ２の中央部右に接触（図７（ｂ））
ＳＲ３およびＳＲ４：作業アセンブリ２の右側付近に接触（図７（ｃ））
ＳＬ３のみ：左斜め後に接触
ＳＬ４のみ：作業アセンブリ２の中央部左に接触
ＳＬ３およびＳＬ４：作業アセンブリ２の左側付近に接触
【００４２】
回避動作：
以上説明したように、前記ＣＰＵ４６は、センサ信号入力手段４０を介して検出スイッチＳＲ１〜ＳＲ４，ＳＬ１〜ＳＬ４からの検出信号を受信することにより、前進ないし後退時において、各バンパ２１（Ｌ，Ｒ），２２（Ｌ，Ｒ）のどの部分が障害物Ｗに接触したかを詳細に判別することが可能である。ＣＰＵ４６は、かかる検出信号に基づいて、種々の回避動作を行う。
以下、回避動作について、本作業ロボットが前進している場合で、かつ、障害物Ｗが作業アセンブリ２の前面ないし側面に接触した場合について例示して説明する。
【００４３】
図８（ａ）に示すように、左前バンパ２１Ｌの前面に障害物Ｗが接触した場合、ＣＰＵ４６は左第１検出スイッチＳＬ１（図４）からの検出信号を受け取ると、第１の退避速度Ａ１で、作業アセンブリ２を右方向に移動させる。
図８（ｂ）に示すように、右前バンパ２１Ｒの前面に障害物Ｗが接触した場合、ＣＰＵ４６は右第１検出スイッチＳＲ１（図４）からの検出信号を受け取ると、第１の退避速度Ａ１で、作業アセンブリ２を左方向に移動させる。
【００４４】
図８（ｃ）に示すように、左前バンパ２１Ｌの左側面に障害物Ｗが接触した場合、ＣＰＵ４６は左第２検出スイッチＳＬ２（図４）からの検出信号を受け取ると、第１の退避速度Ａ１よりも低速の第２の退避速度Ａ２で、作業アセンブリ２を右方向に退避させる。
図８（ｄ）に示すように、右前バンパ２１Ｒの右側面に障害物Ｗが接触した場合、ＣＰＵ４６は右第２検出スイッチＳＲ２（図４）からの検出信号を受け取ると、前記第２の退避速度Ａ２で、作業アセンブリ２を左方向に退避させる。
なお、第１の退避速度Ａ１としては、たとえば１ｍ／秒〜３ｍ／秒程度が好ましく、第２の退避速度Ａ２としては、たとえば、１０ｃｍ／秒〜３０ｃｍ／秒程度が好ましい。
【００４５】
図９（ａ）は、前述の制御方法を採用して、本作業ロボットを壁際で走行させた場合の例である。以下の説明では、本作業ロボットの右側に障害物Ｗが存在する場合について、例示している。
前記障害物（壁）Ｗの途中には、左側に向って比較的小さな凸部Ｗ１が突出している。作業アセンブリ２は、初期状態において、走行アセンブリ１の左右方向Ｘのほぼ中央に位置している。
【００４６】
1)：走行アセンブリ１が走行を開始し、右前バンパ２１Ｒ側面の第１コロ２５が障害物Ｗに接触すると、第２検出スイッチＳＲ２から検出信号が送信される（図６（ｂ）の状態）。ＣＰＵ４６は、第２検出スイッチＳＲ２からの検出信号を受け取ると、スライド制御手段４２を介してスライド駆動モーター１５（図２）を作動させ、作業アセンブリ２を左側に低速の第２の退避速度Ａ２で移動させる（図８（ｄ））。
2)：作業アセンブリ２が左方向に移動したため、第２検出スイッチＳＲ２からの検出信号が送信されなくなる。ＣＰＵ４６は、前記検出信号を受信しなくなると、直ちに、第２の退避速度Ａ２よりも更に低速の復帰速度Ａ３で作業アセンブリ２を元の位置に移動させる。
3)：1)および2)と同じ動作を繰り返しながら壁Ｗに沿って前進する。
4)：障害物Ｗの凸部Ｗ１に右前バンパ２１Ｒの右前が接触すると、第１検出スイッチＳＲ１から検出信号が送信される（図６（ａ）の状態）。ＣＰＵ４６は、第１検出スイッチＳＲ１からの検出信号を受け取ると、作業アセンブリ２を第１の退避速度Ａ１で左側に高速移動させて、障害物Ｗの凸部Ｗ１を回避しながら前進する（図８（ｂ））。
5)、6)：前記1)および2)と同じ動作を繰り返しながら前進する。
【００４７】
図９（ｂ）は、本発明に含まれない比較例を示す。
図９（ｂ）の比較例では、右前バンパ２１Ｒの側面に障害物Ｗが接触した場合に、作業アセンブリ２を第１の退避速度Ａ１で高速移動させている（図９（ｂ）の1)）。そのため、本比較例では、障害物Ｗから作業アセンブリ２が離れすぎてしまい、障害物Ｗと作業アセンブリ２が離れている時間が長くなる（図９（ｂ）の1)〜3)）。
これに対し、本実施例では、作業アセンブリ２の側面に障害物Ｗが接触した場合には、作業アセンブリ２を低速の第２の退避速度Ａ２で移動させているので、作業アセンブリ２と障害物Ｗとが離れている時間が短くなり、障害物Ｗに沿って壁際を清掃することができる。
【００４８】
一方、図示していないが、障害物Ｗの凸部Ｗ１に右前バンパ２１Ｒの右前が接触した場合に、作業アセンブリ２を第２の退避速度Ａ２で低速移動させることも考えられる。かかる場合には、障害物Ｗの凸部Ｗ１に対する回避が遅くなり、比較的小さな凸部Ｗ１であっても作業アセンブリ２が当該凸部Ｗ１に引っ掛かってしまい、走行アセンブリ１の進行方向が傾くおそれが生じる。
これに対し、本実施例では、作業アセンブリ２の前面に障害物Ｗが接触した場合には、作業アセンブリ２を第１の退避速度Ａ１で高速移動させているので、作業アセンブリ２が障害物Ｗに引っ掛かるおそれが少なくなる。
【００４９】
つぎに、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、障害物Ｗの途中に比較的大きな凸部Ｗ２が存在する場合について説明する。
図１０（ａ）に示すように、障害物Ｗの凸部Ｗ２が大きい場合には、作業アセンブリ２を高速な第１の退避速度Ａ１で左側に移動させる回避動作を行っても、当該回避動作が間に合わず、作業アセンブリ２が凸部Ｗ２に引っ掛かってしまい、走行アセンブリ１の進行方向が傾くおそれが生じる。
【００５０】
そこで、本実施例では、以下のように、回避動作を行う。
図１０（ｂ）の4)に示すように、右前バンパ２１Ｒに障害物Ｗが接触すると、右第１検出スイッチＳＲ１が検出信号をＣＰＵ４６に送信する（図６（ａ））。前記検出信号は、障害物Ｗの接触が解消されるまで、送信が続けられる。
図３のＣＰＵ４６が、右第１検出スイッチＳＲ１からの検出信号を受け取ると、タイマ４９が計時を開始し、検知時間を計時する。一方、ＣＰＵ４６は当該検知時間と、ＲＯＭ４８から読み出した閾値との比較を行い、検知時間が前記閾値よりも長い場合には、図１０（ｂ）に示す走行アセンブリ１の走行を停止させる。該停止後、ＣＰＵ４６は、走行アセンブリ１を所定距離だけを後方へ移動させる。一方、作業アセンブリ２が第１の退避速度Ａ１で退避方向に移動される。その後、走行アセンブリ１が前方への移動を再開する。
【００５１】
このように、第１検出スイッチＳＲ１（ＳＬ１）による検知時間が所定の閾値を超えたことを検出して走行アセンブリ１の走行を一旦停止させ、当該停止後、所定距離だけ後方へ移動させるので、作業アセンブリ２が障害物Ｗに引っ掛かることによって走行アセンブリ１の進行方向が傾いたり、障害物Ｗや作業アセンブリ２に傷が付くのを防止することができる。
【００５２】
なお、走行アセンブリ１の走行速度が速いほど、前記閾値を小さく（時間を短く）するのが好ましい。走行速度が速いほど、作業アセンブリ２が壁の出っ張りに引っ掛かって進行方向が傾くまでの時間が短くなるからである。
かかる回避の方法としては、たとえば、ＲＯＭ４８に複数の閾値を記憶させ、走行アセンブリ１の走行速度が速い場合には小さい値の閾値を読み出し、走行速度が遅い場合には大きい値の閾値を読み出すようにしてもよい。また、所定の演算を行い走行速度に応じて閾値を算出するようにしてもよい。
【００５３】
以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施例を説明したが、当業者であれば、本明細書を見て、自明な範囲で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。
たとえば、接触センサの一例として、前述の実施例では光センサを用いたが、障害物の接触を検出し得るものであればよく、たとえば、接触型のスイッチを用いてもよい。
また、後方の左右のバンパが一体に形成されていてもよいし、後方のバンパを省略し、前方の左右のバンパのみを用いてもよい。
したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる本発明の範囲内のものと解釈される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施例にかかる自走式作業ロボットを示す概略斜視図である。
【図２】本作業ロボットの平面断面図である。
【図３】本作業ロボットの制御機構を示す概略構成図である。
【図４】作業アセンブリの平面断面図である。
【図５】作業アセンブリの右側部分を示す平面断面図である。
【図６】障害物の検出方法を示す平面断面図である。
【図７】障害物の検出方法を示す平面断面図である。
【図８】障害物の回避方法を示す平面図である。
【図９】（ａ）は本作業ロボットによる障害物の回避方法を示す平面図、（ｂ）は本発明に含まれない比較例を示す平面図である。
【図１０】（ａ）は障害物に接触しても停止しない場合の回避方法を示す平面図、（ｂ）は停止および後退する場合の回避方法を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１：走行アセンブリ
２：作業アセンブリ
８：制御部
１１：取付板（移動機構の一部）
１２：タイミングベルト（移動機構の一部）
１３：プーリー（移動機構の一部）
１４：スライドレール（移動機構の一部）
２１（Ｌ，Ｒ），２２（Ｌ，Ｒ）：バンパ
３０Ｆ：前バー（被検出部：第１および第２の接触センサの一部）
３０Ｂ：後バー（被検出部）
ＳＲ１，ＳＬ１：第１検出スイッチ（第１の接触センサの一部）
ＳＲ２，ＳＬ２：第２検出スイッチ（第２の接触センサの一部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、壁際の床面等に対する作業に適した作業ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、接触センサを設け、障害物の接触を検出する自走式の作業ロボットが提案されている。
【特許文献１】特許第３２０１２０８号（図２）
【特許文献２】特開昭６０−２０６７５９（図１）
【特許文献３】実開昭５６−１６４６０２（図５）
【発明の開示】
【０００３】
しかし、この種の従来の自走式作業ロボットは、障害物に接触した場合の回避動作において、適切、かつ、迅速に対応することができかった。そのため、走行速度が著しく遅かったり、壁際から離れすぎてしまうなどの欠点があった。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、いずれの方向から障害物に接触した場合にも適切、かつ、迅速に対応可能な自走式作業ロボットを提供することである。
【０００５】
前記目的を達成するために、本発明は、自走する作業ロボットであって、床面を自走するための車輪を有する走行アセンブリと、前記走行アセンブリに対し左右に移動可能に取り付けられ、前記床に対する作業を行う作業アセンブリと、前記走行アセンブリと前記作業アセンブリとの位置関係を変更すべく、前記作業アセンブリを前記走行アセンブリに対して移動させる移動機構と、前記作業アセンブリに設けられ、前記作業アセンブリの前面に障害物が接触したのを検知する第１の接触センサと、前記作業アセンブリに設けられ、前記作業アセンブリの側面に障害物が接触したのを検知する第２の接触センサと、前記走行アセンブリの走行を制御すると共に、前記第１の接触センサの検知信号に基づいて、第１の退避速度で前記作業アセンブリを左右に移動させるよう移動機構を制御し、前記第２の接触センサの検知信号に基づいて第１の退避速度よりも低速の第２の退避速度で前記作業アセンブリを左右に移動させるよう作業アセンブリ移動機構を制御する制御部とを備えている。
【０００６】
自走式作業ロボットの前進中に、前方の障害物が作業アセンブリの前面に接触すると、第１の接触センサがこれを検知し、作業アセンブリが速い第１の退避速度で、障害物のない左右の一方に前記接触状態が解除されるまで退避する。したがって、作業ロボットの走行速度をある程度の速さで走行させることが可能となる。
なお、ここでいう、「前方」ないし「前面」は、作業ロボットの進行方向を基準にして定義付けられる。
【０００７】
作業ロボットの前進中に、作業アセンブリが障害物の側面に接触すると、第２の接触センサがこれを検知し、作業アセンブリが低速の第２の退避速度で、障害物とは反対側の左右の一方に、当該接触状態が解除されるまで退避する。したがって、作業アセンブリが障害物に沿った状態で、ロボットが走行することが可能であるから、作業アセンブリが障害物である壁際から離れすぎてしまうという不都合が生じない。
【０００８】
本発明において、前記制御部は、第１の接触センサによる接触検知の時間が所定の閾値よりも長い場合は、走行を停止させる機能を有するのが好ましい。
このようにすれば、障害物との接触による作業ロボットの破損や、障害物の損傷を防止することができる。
【０００９】
本発明において、前記閾値は、走行速度が速い時には小さい値に設定され、走行速度が遅い場合には大きい値に設定されるのが好ましい。
このようにすれば、低速走行時の不要な停止を防止すると共に、高速走行時における本作業ロボットや障害物の損傷を防止することができる。
【００１０】
本発明において、前記制御部は、第１の接触センサによる検知時間が所定の閾値を超えたことを検出して走行を停止させた場合、当該停止後、所定距離だけ後方へ移動させ、前記作業アセンブリを所定距離退避方向に移動させた後、前方への走行を再開するように、前記走行アセンブリと前記作業アセンブリ移動機構を制御するのが好ましい。
このようにすれば、作業アセンブリが障害物に接触したまま移動するのを防止できるから、作業アセンブリによって壁などの障害物が傷つくのを防止することができる。
【００１１】
本発明において、前記制御部は、前記接触センサの検知信号に基づいた作業アセンブリの移動が行われた場合、前記両接触センサによる接触が検出されなくなった後に、前記走行アセンブリに対する作業アセンブリの相対位置を接触センサによる接触が検出される以前の位置に、第２の退避速度よりも低速の復帰速度で戻すように前記移動機構を制御するのが好ましい。
このようにすれば、作業アセンブリの復帰時において、障害物と作業アセンブリとの接触時の衝撃を少なくすることができる。
【００１２】
本発明においては、前記作業アセンブリは平面視が概ね長方形に形成され、前記接触センサは前記作業アセンブリの周囲を覆うバンパと、前記バンパと一体に移動する被検出部と、前記被検出部を検出する検出スイッチとを備えるのが好ましい。
このようにすれば、バンパが作業アセンブリの周囲を覆っているので、該バンパと一体に移動する被検出部を検出することにより、障害物との接触を検出することができる。
【００１３】
本発明においては、前記バンパは左右に分割されており、当該分割されたバンパごとに前記被検出部および検出スイッチが設けられ、前記左側のバンパは左方向にバネ力により付勢された状態で所定の左端の位置に位置決めされ、前記右側のバンパは右方向にバネ力により付勢された状態で所定の右端の位置に位置決めされているのが好ましい。
このようにすれば、バンパは、左右に分割され、バネ力により付勢された状態で左右端に、それぞれ位置決めされる。そのため、バンパを浮いた状態で支持する必要がなくなるから、該バンパが走行中などに左右に揺れるおそれがない。したがって、壁との接触を精度良く検知することができる。
【００１４】
本発明においては、前記バンパは左右および前後に分割されており、当該分割されたバンパごとに前記被検出部および検出スイッチが設けられ、左前側のバンパは、左方向および前方向にバネ力により付勢された状態で所定の左端および前端の位置に位置決めされ、右前側のバンパは、右方向および前方向にバネ力により付勢された状態で所定の右端および前端の位置に位置決めされ、左後側のバンパは、左方向および後方向にバネ力により付勢された状態で所定の左端および後端の位置に位置決めされ、右後側のバンパは、右方向および後方向にバネ力により付勢された状態で所定の右端および後端の位置に位置決めされているのが好ましい。
このようにバンパを前後および左右に４分割して設けることで、壁との接触を前後および左右において検出することができる。
【００１５】
本発明においては、前記バンパは左右および前後に分割されており、当該分割されたバンパごとに前記被検出部および検出スイッチが設けられ、前記分割された各バンパは、当該各バンパが障害物に接触した際に内方へ退避可能なように外方に向ってバネ力により付勢された状態でストッパにより所定の位置に位置決めするのが好ましい。
このようにすれば、バンパが４分割され、かつ、各々、各バンパごとの支持部材がバネ力でストッパに接触していることにより、小さく分割されたバンパが安定して支持される。したがって、左右に長い作業部であっても、バンパに撓みが出るおそれがない。
【００１６】
この場合、前記各バンパは、四隅のコーナ部では連続しており、かつ、各バンパ同士が前面、後面および２つの側面において互いに分割されているのが更に好ましい。
このように、四隅のコーナ部が連続していることにより、バンパの四隅が障害物に係合する（引っ掛かる）おそれがないので、スムースな走行を期待することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施例を図面に従って説明する。
以下の実施例では、本発明の自走式作業ロボットを、床上のゴミを吸い上げる自走式の清掃ロボットに適用した場合について例示して説明する。
【００１８】
図１に示すように、本発明にかかる自走式作業ロボットは、床面を自走する台車様の走行アセンブリ１と、床上のゴミを吸い上げる作業アセンブリ２とを備えている。作業アセンブリ２は、走行アセンブリ１の定常的な進行方向Ｆに対して、該走行アセンブリ１の後方に設けられている。
【００１９】
走行アセンブリ１の上部には、吸引ユニット５１が設けられている。吸引ユニット５１には、ゴミ収容部（タンク）や、ブロアーモータ、フィルタなどが設けられている。吸引ユニット５１と作業アセンブリ２とは、吸引ホース５７を介して接続されている。作業アセンブリ２の下面には吸引口５９が設けられており、本作業ロボットが走行しながら清掃作業を行うと、床のゴミが吸引口５９から次々に吸い上げられて、床面の清掃が行われる。
【００２０】
走行アセンブリ１：
図２に示すように、前記走行アセンブリ１は、該走行アセンブリ１の駆動を行うための１対の駆動輪６ａ，６ｂと、前記走行アセンブリ１の前部と後部の略中央に不図示の自在キャスターとを備えている。前記駆動輪６ａ，６ｂは、それぞれ、駆動モータ５ａ，５ｂによって駆動される。駆動モータ５ａ，５ｂは正逆回転可能で、制御手段８によって走行アセンブリ１の走行が制御される。
【００２１】
直進走行時には、前記２つの駆動モータ５ａ，５ｂが同方向に回転することで、走行アセンブリ１は前進または後退することができる。一方、前記２つの駆動モータ５ａ，５ｂの回転の比率を制御することで、走行アセンブリ１はカーブ走行を行うこともできる。
【００２２】
前記作業アセンブリ２には、作業アセンブリ２の本体２０を走行アセンブリ１に取り付けるための取付板１１が設けられている。一方、走行アセンブリ１の後方には、進行方向Ｆに略直交する左右方向Ｘにスライドレール１４が設けられている。前記取付板１１は、前記スライドレール１４に取り付けられ、かつ、タイミングベルト１２およびプーリー１３を介してスライド駆動モーター１５に接続されている。前記取付板１１は、前記スライド駆動モーター１５により前記スライドレール１４に沿って左右にスライド移動される。したがって、取付板１１、タイミングベルト１２、プーリー１３、スライドレール１４およびスライド駆動モーター１５は、作業アセンブリ２を走行アセンブリ１に対して左右に移動させる移動機構を構成している。
【００２３】
本作業ロボットの走行中に、作業アセンブリ２を所定のタイミングで左右移動させるように制御することにより、図９や図１０に示すように、作業アセンブリ２を壁Ｗに沿って移動させることが可能である。
【００２４】
図２の前記走行アセンブリ１の前部には、複数の超音波式センサ３ａ〜３ｄと、複数の光学式センサ４ａ〜４ｃとが設けられている。これら複数のセンサのうち、２つの超音波センサ３ａ，３ｂは、走行アセンブリ１の左右にある障害物までの距離を測定する。一方、残りの超音波式センサ３ｃ，３ｄおよび光学式センサ４ａ〜４ｃは、走行アセンブリ１の前方にある障害物までの距離を測定する。
【００２５】
制御部：
図３に示すように、前記制御部８は、センサ信号入力手段４０、走行車輪制御手段４１、スライド制御手段４２、走行用センサ制御手段４３、ブロアモータ制御手段５０およびマイコン（マイクロコンピュータ）４４を備えている。
各手段４０〜４３，５０は、それぞれ、図示しないインターフェイスを介してマイコン４４に接続されている。マイコン４４は、ＣＰＵ４６、ＲＡＭ４７、ＲＯＭ４８および計時を行うタイマ４９を備えている。ＲＯＭ４８には、後述する退避速度Ａ１〜Ａ３や種々の閾値などが予め記憶されている。
【００２６】
前記センサ信号入力手段４０は、作業アセンブリ２に設けられた、たとえば光センサからなる検出スイッチ（接触センサの一部）ＳＬ１〜ＳＬ４，ＳＲ１〜ＳＲ４に接続されている。
前記走行車輪制御手段４１は、図２の駆動モータ５ａ，５ｂの回転を制御し、走行アセンブリ１の走行の制御を行う。
前記スライド制御手段４２は、スライド駆動モーター１５の回転を制御し、作業アセンブリ２の移動機構の制御を行う。
前記走行用センサ制御手段４３は、前記複数の超音波式センサ３ａ〜３ｄおよび光学式センサ４ａ〜４ｃの制御を行う。
【００２７】
作業アセンブリ２：
図２に示すように、前記作業アセンブリ２は、平面視が長方形に形成されており、走行アセンブリ１の左右方向Ｘの幅よりも大きな幅に形成され、走行アセンブリ１の左右から突出している。作業アセンブリ２は、本体２０と、該本体２０の周囲を覆うバンパ２１（Ｌ，Ｒ），２２（Ｌ，Ｒ）を備えている。前記バンパ２１，２２は、左右および前後に分割されている。前記バンパ２１，２２は、本作業ロボットの進行方向Ｆに略直交する左右方向Ｘの中心に対して、鏡対象に設けられている。
【００２８】
図１（および図４）に示すように、各バンパ２１，２２は、四隅のコーナ部では連続しており、かつ、各バンパ２１，２２同士が前面、後面および２つの側面において、互いに分割されている。後側のバンパ２２Ｌ，２２Ｒは、作業アセンブリ２の左右方向Ｘの概ね中心部分において分割されており、その分割部分は、互いに略平行、かつ、上下方向Ｚに対して斜めに形成されている。
【００２９】
図４に示すように、バンパ２１，２２の前側のコーナ部および後側のコーナ部には、それぞれ第１および第２コロ２５，２６が設けられている。なお、図１では、コロ２５，２６を省略して描いている。
【００３０】
前バー３０Ｆ：
図５は、本作業ロボットの右側部分の作業アセンブリ２を示す平面断面図である。
図５に示すように、右前バンパ２１Ｒは、該右前バンパ２１Ｒに沿って左右方向Ｘに延びる前バー（被検出部）３０Ｆに、ブラケット２７を介して支持されている。前バー３０Ｆは、第１および第２アーム３１，３２を介して作業アセンブリ本体２０に取り付けられている。
【００３１】
バンパ支持機構：
前バー３０Ｆの左右の端部には、前記第１および第２アーム３１，３２が、それぞれ設けられている。第１および第２アーム３１，３２は、回動軸３１ｏ，３２ｏを中心に、作業アセンブリ本体２０に対して回動自在に取り付けられている。第１および第２アーム３１，３２には、長孔３１ａ，３２ａが形成されており、前バー３０Ｆの左右の端部には、前記長孔３１ａ，３２ａ内を摺動する摺動部３０ａ，３０ａが形成されている。したがって、前バー３０Ｆは、第１および第２アーム３１，３２を介して、作業アセンブリ本体２０に対して前後、左右および斜め方向に移動可能に支持されている（図６（ａ）〜（ｃ））。
【００３２】
なお、右前バンパ２１Ｒの左側の端部２３は、後方に向って折り曲げられている。そのため、図６（ａ），（ｃ）に示すように、右前バンパ２１Ｒの前面や斜め前に障害物Ｗが接触すると、該端部２３が作業アセンブリ本体２０に接触し、該端部２３を中心に右前バンパ２１Ｒが回動する。
【００３３】
位置決め機構：
図５に示すように、右側の第１アーム３１の回動軸３１ｏには、スプリング３１ｓが巻回されている。前バー３０Ｆは、スプリング３１ｓのバネ力によって、矢印で示すように右側に向って付勢されている。
一方、作業アセンブリ本体２０には、ストッパ３５が固定されており、第１アーム３１がストッパ３５に接することで、前バー３０Ｆが右端の所定の位置に位置決めされている。
【００３４】
一方、作業アセンブリ本体２０には、前バー３０Ｆを進行方向Ｆに付勢するための第３アーム３３が設けられている。第３アーム３３は、回動軸３３ｏを中心に作業アセンブリ本体２０に対して回動自在に設けられている。第３アーム３３の端部には、前バー３０Ｆの後端部に接するローラ３４が設けられている。前記回動軸３３ｏに巻回されたスプリング３３ｓのバネ力によって、ローラ３４が前バー３０Ｆの後端部を前方向Ｆに向って付勢している。
一方、前バー３０Ｆは、前記摺動部３０ａ，３０ａが、第１および第２アーム３１，３２の長孔３１ａ，３２ａの前端部に接触することにより、進行方向Ｆの端部に位置決めされている。
【００３５】
右第１および右第２検出スイッチＳＲ１，ＳＲ２：
作業アセンブリ本体２０には、前バー３０Ｆの位置を検出するための右第１および右第２検出スイッチＳＲ１，ＳＲ２が設けられている。右第１検出スイッチＳＲ１は、前バー３０Ｆの右側の後端部に対応する位置に設けられている。一方、右第２検出スイッチＳＲ２は、前バー３０Ｆの左端に対応する位置に設けられている。
【００３６】
たとえば、図６（ａ）に示すように、前進時において、右前バンパ２１Ｒの前面に障害物Ｗが当接した場合には、前バー３０Ｆが右後方に移動し、該前バー３０Ｆによって右第１検出スイッチＳＲ１への光が遮断されて前バー３０Ｆを検出する。したがって、右第１検出スイッチＳＲ１（ＳＬ１）と前バー３０Ｆとは、作業アセンブリ２の前面に障害物Ｗが接触したのを検知する第１の接触センサを構成している。
図６（ｂ）に示すように、右前バンパ２１Ｒの側面に第１コロ２５を介して障害物Ｗが接触した場合には、前バー３０Ｆが左側に移動し、前バー３０Ｆによって第２スイッチＳＲ２への光が遮断されて前バー３０Ｆを検出する。したがって、右第２検出スイッチＳＲ２（ＳＬ２）と前バー３０Ｆとは、作業アセンブリ２の側面に障害物Ｗが接触したのを検知する第２の接触センサを構成している。
図６（ｃ）に示すように、右前バンパ２１Ｒの斜め前に第１コロ２５を介して障害物Ｗが接触した場合には、前バー３０Ｆが左斜め後に移動し、右第１および右第２検出スイッチＳＲ１，ＳＲ２の双方が前バー３０Ｆを検出する。
【００３７】
図４に示すように、作業アセンブリ２の左側に設けられた左第１および左第２検出スイッチＳＬ１，ＳＬ２は、それぞれ、前述の右第１および右第２検出スイッチＳＲ１，ＳＲ２に対して、鏡対象の位置に設けられている。したがって、左右の第１および第２検出スイッチＳＲ１，ＳＲ２，ＳＬ１，ＳＬ２の検出信号と、前進時における障害物の接触位置との関係は、以下のようになる。
ＳＲ１のみ：右前面に接触（図６（ａ））
ＳＲ２のみ：右側面に接触（図６（ｂ））
ＳＲ１およびＳＲ２：右斜め前に接触（図６（ｃ））
ＳＬ１のみ：左前面に接触
ＳＬ２のみ：左側面に接触
ＳＬ１およびＳＬ２：左斜め前に接触
【００３８】
後バー３０Ｂ：
図５に示すように、前記右後バンパ２２Ｒは、該右後バンパ２２Ｒに沿って左右方向Ｘに延びる後バー（被検出部）３０Ｂが、ブラケット２７を介して支持されている。後バー３０Ｂの移動機構および位置決め機構は、前述の前バー３０Ｆに対して、鏡対象に設けられており、その相当部分に同一符号を付してその説明を省略する。
このように、分割された各バンパ２１（Ｌ，Ｒ），２２（Ｌ，Ｒ）は、当該各バンパ２１（Ｌ，Ｒ），２２（Ｌ，Ｒ）が障害物Ｗに接触した際に、内方へ退避可能なように、外方に向ってバネ力により付勢された状態で、ストッパ３５により所定の位置に位置決めされている。
【００３９】
右第３および右第４検出スイッチＳＲ３，ＳＲ４：
作業アセンブリ本体２０には、後バー３０Ｂの位置を検出する右第３および右第４検出スイッチＳＲ３，ＳＲ４が設けられている。右第３検出スイッチＳＲ３は、後バー３０Ｂの右側の前端部に対応する位置に設けられている。一方、右第４検出スイッチＳＲ４は、後バー３０Ｂの左側の前端部に対応する位置に設けられている。
【００４０】
たとえば、図７（ａ）に示すように、後退時において、後方の第２コロ２６を介して右後バンパ２２Ｒの右斜め後に障害物Ｗが接触した場合には、後バー３０Ｂの右端が前方に移動し、右第３検出スイッチＳＲ３が後バー３０Ｂを検出する。
図７（ｂ）に示すように、右後バンパ２２Ｒの左側付近、すなわち作業アセンブリ２の中央部の右側付近に障害物Ｗが接触した場合には、後バー３０Ｂの左端が前方に移動し、右第４検出スイッチＳＲ４が後バー３０Ｂを検出する。
図７（ｃ）に示すように、右後バンパ２２Ｒの中央部付近、すなわち、作業アセンブリ２の右側付近に障害物Ｗが接触した場合には、後バー３０Ｂが前方に移動し、右第３および右第４検出スイッチＳＲ３，ＳＲ４の双方が後バー３０Ｂを検出する。
【００４１】
作業アセンブリ本体２０の左側に設けられた左第３および左第４検出スイッチＳＬ３，ＳＬ４は、それぞれ、前述の右第３および右第４検出スイッチＳＲ３，ＳＲ４に対して、鏡対象の位置に設けられている。したがって、左右の第３および第４検出スイッチＳＲ３，ＳＲ４，ＳＬ３，ＳＬ４の検出信号と、後退時における障害物の接触位置との関係は、以下のようになる。
ＳＲ３のみ：右斜め後に接触（図７（ａ））
ＳＲ４のみ：作業アセンブリ２の中央部右に接触（図７（ｂ））
ＳＲ３およびＳＲ４：作業アセンブリ２の右側付近に接触（図７（ｃ））
ＳＬ３のみ：左斜め後に接触
ＳＬ４のみ：作業アセンブリ２の中央部左に接触
ＳＬ３およびＳＬ４：作業アセンブリ２の左側付近に接触
【００４２】
回避動作：
以上説明したように、前記ＣＰＵ４６は、センサ信号入力手段４０を介して検出スイッチＳＲ１〜ＳＲ４，ＳＬ１〜ＳＬ４からの検出信号を受信することにより、前進ないし後退時において、各バンパ２１（Ｌ，Ｒ），２２（Ｌ，Ｒ）のどの部分が障害物Ｗに接触したかを詳細に判別することが可能である。ＣＰＵ４６は、かかる検出信号に基づいて、種々の回避動作を行う。
以下、回避動作について、本作業ロボットが前進している場合で、かつ、障害物Ｗが作業アセンブリ２の前面ないし側面に接触した場合について例示して説明する。
【００４３】
図８（ａ）に示すように、左前バンパ２１Ｌの前面に障害物Ｗが接触した場合、ＣＰＵ４６は左第１検出スイッチＳＬ１（図４）からの検出信号を受け取ると、第１の退避速度Ａ１で、作業アセンブリ２を右方向に移動させる。
図８（ｂ）に示すように、右前バンパ２１Ｒの前面に障害物Ｗが接触した場合、ＣＰＵ４６は右第１検出スイッチＳＲ１（図４）からの検出信号を受け取ると、第１の退避速度Ａ１で、作業アセンブリ２を左方向に移動させる。
【００４４】
図８（ｃ）に示すように、左前バンパ２１Ｌの左側面に障害物Ｗが接触した場合、ＣＰＵ４６は左第２検出スイッチＳＬ２（図４）からの検出信号を受け取ると、第１の退避速度Ａ１よりも低速の第２の退避速度Ａ２で、作業アセンブリ２を右方向に退避させる。
図８（ｄ）に示すように、右前バンパ２１Ｒの右側面に障害物Ｗが接触した場合、ＣＰＵ４６は右第２検出スイッチＳＲ２（図４）からの検出信号を受け取ると、前記第２の退避速度Ａ２で、作業アセンブリ２を左方向に退避させる。
なお、第１の退避速度Ａ１としては、たとえば１ｍ／秒〜３ｍ／秒程度が好ましく、第２の退避速度Ａ２としては、たとえば、１０ｃｍ／秒〜３０ｃｍ／秒程度が好ましい。
【００４５】
図９（ａ）は、前述の制御方法を採用して、本作業ロボットを壁際で走行させた場合の例である。以下の説明では、本作業ロボットの右側に障害物Ｗが存在する場合について、例示している。
前記障害物（壁）Ｗの途中には、左側に向って比較的小さな凸部Ｗ１が突出している。作業アセンブリ２は、初期状態において、走行アセンブリ１の左右方向Ｘのほぼ中央に位置している。
【００４６】
1)：走行アセンブリ１が走行を開始し、右前バンパ２１Ｒ側面の第１コロ２５が障害物Ｗに接触すると、第２検出スイッチＳＲ２から検出信号が送信される（図６（ｂ）の状態）。ＣＰＵ４６は、第２検出スイッチＳＲ２からの検出信号を受け取ると、スライド制御手段４２を介してスライド駆動モーター１５（図２）を作動させ、作業アセンブリ２を左側に低速の第２の退避速度Ａ２で移動させる（図８（ｄ））。
2)：作業アセンブリ２が左方向に移動したため、第２検出スイッチＳＲ２からの検出信号が送信されなくなる。ＣＰＵ４６は、前記検出信号を受信しなくなると、直ちに、第２の退避速度Ａ２よりも更に低速の復帰速度Ａ３で作業アセンブリ２を元の位置に移動させる。
3)：1)および2)と同じ動作を繰り返しながら壁Ｗに沿って前進する。
4)：障害物Ｗの凸部Ｗ１に右前バンパ２１Ｒの右前が接触すると、第１検出スイッチＳＲ１から検出信号が送信される（図６（ａ）の状態）。ＣＰＵ４６は、第１検出スイッチＳＲ１からの検出信号を受け取ると、作業アセンブリ２を第１の退避速度Ａ１で左側に高速移動させて、障害物Ｗの凸部Ｗ１を回避しながら前進する（図８（ｂ））。
5)、6)：前記1)および2)と同じ動作を繰り返しながら前進する。
【００４７】
図９（ｂ）は、本発明に含まれない比較例を示す。
図９（ｂ）の比較例では、右前バンパ２１Ｒの側面に障害物Ｗが接触した場合に、作業アセンブリ２を第１の退避速度Ａ１で高速移動させている（図９（ｂ）の1)）。そのため、本比較例では、障害物Ｗから作業アセンブリ２が離れすぎてしまい、障害物Ｗと作業アセンブリ２が離れている時間が長くなる（図９（ｂ）の1)〜3)）。
これに対し、本実施例では、作業アセンブリ２の側面に障害物Ｗが接触した場合には、作業アセンブリ２を低速の第２の退避速度Ａ２で移動させているので、作業アセンブリ２と障害物Ｗとが離れている時間が短くなり、障害物Ｗに沿って壁際を清掃することができる。
【００４８】
一方、図示していないが、障害物Ｗの凸部Ｗ１に右前バンパ２１Ｒの右前が接触した場合に、作業アセンブリ２を第２の退避速度Ａ２で低速移動させることも考えられる。かかる場合には、障害物Ｗの凸部Ｗ１に対する回避が遅くなり、比較的小さな凸部Ｗ１であっても作業アセンブリ２が当該凸部Ｗ１に引っ掛かってしまい、走行アセンブリ１の進行方向が傾くおそれが生じる。
これに対し、本実施例では、作業アセンブリ２の前面に障害物Ｗが接触した場合には、作業アセンブリ２を第１の退避速度Ａ１で高速移動させているので、作業アセンブリ２が障害物Ｗに引っ掛かるおそれが少なくなる。
【００４９】
つぎに、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、障害物Ｗの途中に比較的大きな凸部Ｗ２が存在する場合について説明する。
図１０（ａ）に示すように、障害物Ｗの凸部Ｗ２が大きい場合には、作業アセンブリ２を高速な第１の退避速度Ａ１で左側に移動させる回避動作を行っても、当該回避動作が間に合わず、作業アセンブリ２が凸部Ｗ２に引っ掛かってしまい、走行アセンブリ１の進行方向が傾くおそれが生じる。
【００５０】
そこで、本実施例では、以下のように、回避動作を行う。
図１０（ｂ）の4)に示すように、右前バンパ２１Ｒに障害物Ｗが接触すると、右第１検出スイッチＳＲ１が検出信号をＣＰＵ４６に送信する（図６（ａ））。前記検出信号は、障害物Ｗの接触が解消されるまで、送信が続けられる。
図３のＣＰＵ４６が、右第１検出スイッチＳＲ１からの検出信号を受け取ると、タイマ４９が計時を開始し、検知時間を計時する。一方、ＣＰＵ４６は当該検知時間と、ＲＯＭ４８から読み出した閾値との比較を行い、検知時間が前記閾値よりも長い場合には、図１０（ｂ）に示す走行アセンブリ１の走行を停止させる。該停止後、ＣＰＵ４６は、走行アセンブリ１を所定距離だけを後方へ移動させる。一方、作業アセンブリ２が第１の退避速度Ａ１で退避方向に移動される。その後、走行アセンブリ１が前方への移動を再開する。
【００５１】
このように、第１検出スイッチＳＲ１（ＳＬ１）による検知時間が所定の閾値を超えたことを検出して走行アセンブリ１の走行を一旦停止させ、当該停止後、所定距離だけ後方へ移動させるので、作業アセンブリ２が障害物Ｗに引っ掛かることによって走行アセンブリ１の進行方向が傾いたり、障害物Ｗや作業アセンブリ２に傷が付くのを防止することができる。
【００５２】
なお、走行アセンブリ１の走行速度が速いほど、前記閾値を小さく（時間を短く）するのが好ましい。走行速度が速いほど、作業アセンブリ２が壁の出っ張りに引っ掛かって進行方向が傾くまでの時間が短くなるからである。
かかる回避の方法としては、たとえば、ＲＯＭ４８に複数の閾値を記憶させ、走行アセンブリ１の走行速度が速い場合には小さい値の閾値を読み出し、走行速度が遅い場合には大きい値の閾値を読み出すようにしてもよい。また、所定の演算を行い走行速度に応じて閾値を算出するようにしてもよい。
【００５３】
以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施例を説明したが、当業者であれば、本明細書を見て、自明な範囲で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。
たとえば、接触センサの一例として、前述の実施例では光センサを用いたが、障害物の接触を検出し得るものであればよく、たとえば、接触型のスイッチを用いてもよい。
また、後方の左右のバンパが一体に形成されていてもよいし、後方のバンパを省略し、前方の左右のバンパのみを用いてもよい。
したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる本発明の範囲内のものと解釈される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施例にかかる自走式作業ロボットを示す概略斜視図である。
【図２】本作業ロボットの平面断面図である。
【図３】本作業ロボットの制御機構を示す概略構成図である。
【図４】作業アセンブリの平面断面図である。
【図５】作業アセンブリの右側部分を示す平面断面図である。
【図６】障害物の検出方法を示す平面断面図である。
【図７】障害物の検出方法を示す平面断面図である。
【図８】障害物の回避方法を示す平面図である。
【図９】（ａ）は本作業ロボットによる障害物の回避方法を示す平面図、（ｂ）は本発明に含まれない比較例を示す平面図である。
【図１０】（ａ）は障害物に接触しても停止しない場合の回避方法を示す平面図、（ｂ）は停止および後退する場合の回避方法を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１：走行アセンブリ
２：作業アセンブリ
８：制御部
１１：取付板（移動機構の一部）
１２：タイミングベルト（移動機構の一部）
１３：プーリー（移動機構の一部）
１４：スライドレール（移動機構の一部）
２１（Ｌ，Ｒ），２２（Ｌ，Ｒ）：バンパ
３０Ｆ：前バー（被検出部：第１および第２の接触センサの一部）
３０Ｂ：後バー（被検出部）
ＳＲ１，ＳＬ１：第１検出スイッチ（第１の接触センサの一部）
ＳＲ２，ＳＬ２：第２検出スイッチ（第２の接触センサの一部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自走する作業ロボットであって、
床面を自走するための車輪を有する走行アセンブリと、
前記走行アセンブリに対し左右に移動可能に取り付けられ、前記床に対する作業を行う作業アセンブリと、
前記走行アセンブリと前記作業アセンブリとの位置関係を変更すべく、前記作業アセンブリを前記走行アセンブリに対して移動させる移動機構と、
前記作業アセンブリに設けられ、前記作業アセンブリの前面に障害物が接触したのを検知する第１の接触センサと、
前記作業アセンブリに設けられ、前記作業アセンブリの側面に障害物が接触したのを検知する第２の接触センサと、
前記走行アセンブリの走行を制御すると共に、前記第１の接触センサの検知信号に基づいて、第１の退避速度で前記作業アセンブリを左右に移動させるよう移動機構を制御し、前記第２の接触センサの検知信号に基づいて第１の退避速度よりも低速の第２の退避速度で前記作業アセンブリを左右に移動させるよう作業アセンブリ移動機構を制御する制御部とを備えた自走式作業ロボット。
【請求項２】
請求項１において、さらに、
前記制御部は、第１の接触センサによる接触検知の時間が所定の閾値よりも長い場合は、走行を停止させる機能を有する自走式作業ロボット。
【請求項３】
請求項２において、さらに、
前記閾値は、走行速度が速い時には小さい値に設定され、走行速度が遅い場合には大きい値に設定される自走式作業ロボット。
【請求項４】
請求項２もしくは３において、
前記制御部は、第１の接触センサによる検知時間が所定の閾値を超えたことを検出して走行を停止させた場合、当該停止後、所定距離だけを後方へ移動させ、前記作業アセンブリを所定距離退避方向へ移動させた後、前方への走行を再開するように、前記走行アセンブリと前記作業アセンブリ移動機構を制御する自走式作業ロボット。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記制御部は、前記接触センサの検知信号に基づいた作業アセンブリの移動が行われた場合、前記両接触センサによる接触が検出されなくなった後に、前記走行アセンブリに対する作業アセンブリの相対位置を接触センサによる接触が検出される以前の位置に、第２の退避速度よりも低速の復帰速度で戻すように前記移動機構を制御する自走式作業ロボット。
【請求項６】
請求項１において、前記作業アセンブリは平面視が概ね長方形に形成され、前記接触センサは前記作業アセンブリの周囲を覆うバンパと、前記バンパと一体に移動する被検出部と、前記被検出部を検出する検出スイッチとを備えた自走式作業ロボット。
【請求項７】
請求項６において、前記バンパは左右に分割されており、当該分割されたバンパごとに前記被検出部および検出スイッチが設けられ、
前記左側のバンパは左方向にバネ力により付勢された状態で所定の左端の位置に位置決めされ、
前記右側のバンパは右方向にバネ力により付勢された状態で所定の右端の位置に位置決めされ、
ていることを特徴とする自走式作業ロボット。
【請求項８】
請求項６において、前記バンパは左右および前後に分割されており、当該分割されたバンパごとに前記被検出部および検出スイッチが設けられ、
左前側のバンパは、左方向および前方向にバネ力により付勢された状態で所定の左端および前端の位置に位置決めされ、
右前側のバンパは、右方向および前方向にバネ力により付勢された状態で所定の右端および前端の位置に位置決めされ、
左後側のバンパは、左方向および後方向にバネ力により付勢された状態で所定の左端および後端の位置に位置決めされ、
右後側のバンパは、右方向および後方向にバネ力により付勢された状態で所定の右端および後端の位置に位置決めされ、
ていることを特徴とする自走式作業ロボット。
【請求項９】
請求項６において、前記バンパは左右および前後に分割されており、当該分割されたバンパごとに前記被検出部および検出スイッチが設けられ、
前記分割された各バンパは、当該各バンパが障害物に接触した際に内方へ退避可能なように外方に向ってバネ力により付勢された状態でストッパにより所定の位置に位置決めされており、
前記各バンパは、四隅のコーナ部では連続しており、かつ、各バンパ同士が前面、後面および２つの側面において互いに分割されている自走式作業ロボット。
【請求項１】
自走する作業ロボットであって、
床面を自走するための車輪を有する走行アセンブリと、
前記走行アセンブリに対し左右に移動可能に取り付けられ、前記床に対する作業を行う作業アセンブリと、
前記走行アセンブリと前記作業アセンブリとの位置関係を変更すべく、前記作業アセンブリを前記走行アセンブリに対して移動させる移動機構と、
前記作業アセンブリに設けられ、前記作業アセンブリの前面に障害物が接触したのを検知する第１の接触センサと、
前記作業アセンブリに設けられ、前記作業アセンブリの側面に障害物が接触したのを検知する第２の接触センサと、
前記走行アセンブリの走行を制御すると共に、前記第１の接触センサの検知信号に基づいて、第１の退避速度で前記作業アセンブリを左右に移動させるよう移動機構を制御し、前記第２の接触センサの検知信号に基づいて第１の退避速度よりも低速の第２の退避速度で前記作業アセンブリを左右に移動させるよう作業アセンブリ移動機構を制御する制御部とを備えた自走式作業ロボット。
【請求項２】
請求項１において、さらに、
前記制御部は、第１の接触センサによる接触検知の時間が所定の閾値よりも長い場合は、走行を停止させる機能を有する自走式作業ロボット。
【請求項３】
請求項２において、さらに、
前記閾値は、走行速度が速い時には小さい値に設定され、走行速度が遅い場合には大きい値に設定される自走式作業ロボット。
【請求項４】
請求項２もしくは３において、
前記制御部は、第１の接触センサによる検知時間が所定の閾値を超えたことを検出して走行を停止させた場合、当該停止後、所定距離だけを後方へ移動させ、前記作業アセンブリを所定距離退避方向へ移動させた後、前方への走行を再開するように、前記走行アセンブリと前記作業アセンブリ移動機構を制御する自走式作業ロボット。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記制御部は、前記接触センサの検知信号に基づいた作業アセンブリの移動が行われた場合、前記両接触センサによる接触が検出されなくなった後に、前記走行アセンブリに対する作業アセンブリの相対位置を接触センサによる接触が検出される以前の位置に、第２の退避速度よりも低速の復帰速度で戻すように前記移動機構を制御する自走式作業ロボット。
【請求項６】
請求項１において、前記作業アセンブリは平面視が概ね長方形に形成され、前記接触センサは前記作業アセンブリの周囲を覆うバンパと、前記バンパと一体に移動する被検出部と、前記被検出部を検出する検出スイッチとを備えた自走式作業ロボット。
【請求項７】
請求項６において、前記バンパは左右に分割されており、当該分割されたバンパごとに前記被検出部および検出スイッチが設けられ、
前記左側のバンパは左方向にバネ力により付勢された状態で所定の左端の位置に位置決めされ、
前記右側のバンパは右方向にバネ力により付勢された状態で所定の右端の位置に位置決めされ、
ていることを特徴とする自走式作業ロボット。
【請求項８】
請求項６において、前記バンパは左右および前後に分割されており、当該分割されたバンパごとに前記被検出部および検出スイッチが設けられ、
左前側のバンパは、左方向および前方向にバネ力により付勢された状態で所定の左端および前端の位置に位置決めされ、
右前側のバンパは、右方向および前方向にバネ力により付勢された状態で所定の右端および前端の位置に位置決めされ、
左後側のバンパは、左方向および後方向にバネ力により付勢された状態で所定の左端および後端の位置に位置決めされ、
右後側のバンパは、右方向および後方向にバネ力により付勢された状態で所定の右端および後端の位置に位置決めされ、
ていることを特徴とする自走式作業ロボット。
【請求項９】
請求項６において、前記バンパは左右および前後に分割されており、当該分割されたバンパごとに前記被検出部および検出スイッチが設けられ、
前記分割された各バンパは、当該各バンパが障害物に接触した際に内方へ退避可能なように外方に向ってバネ力により付勢された状態でストッパにより所定の位置に位置決めされており、
前記各バンパは、四隅のコーナ部では連続しており、かつ、各バンパ同士が前面、後面および２つの側面において互いに分割されている自走式作業ロボット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−７９１４５（Ｐ２００６−７９１４５Ａ）
【公開日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２５９１８１（Ｐ２００４−２５９１８１）
【出願日】平成１６年９月７日（２００４．９．７）
【出願人】（０００２２３９８６）フィグラ株式会社 (68)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月７日（２００４．９．７）
【出願人】（０００２２３９８６）フィグラ株式会社 (68)
【Ｆターム（参考）】
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