JP2001315674A - 自動走行装置用の走行車輪 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 旋回時や急速操作時の車輪の横すべりやオー
バーランを一掃でき、平滑化された床面での走行に好適
な自動走行装置用の走行車輪を提供する。 【解決手段】 車輪本体５と、そのホィール部６に配置
されるタイヤ部７とで走行車輪を構成する。タイヤ部７
は、ベース層１０と、その片面に形成した一群の吸盤１
１とで構成する。吸盤１１は、ベース層１０に形成した
区分溝１２で囲まれた単位区画１３に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば清掃ロボ
ット等の自動走行装置に適用される走行車輪、とくに車
輪の踏面が吸盤で形成してある走行車輪に関する。

【０００２】

【従来の技術】急傾斜面や垂直の壁面等を移行するため
の走行要素として吸盤を用いることは、特開平４−２７
６５７号公報に公知である。そこでは、クローラの踏面
を多数個の吸盤で構成し、クローラを循環駆動すること
により、前後進できるようになっている。吸盤自体をそ
の円形周面に沿って回転駆動し、吸着状態のままで移動
できる走行輪も公知である（特許第２８２９０５３号公
報）。なお、床面を清掃しながらワックス掛けを行う清
掃ロボットは、例えば特開平９−４７４１３号公報に見
ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】例えば、床面のワック
ス掛けを自動的に行う清掃ロボットは、壁やショーケー
ス、陳列棚等の障害物の存在を認識しながら、自動的に
走行方向を変更しながら作業を行う。この種の多くのロ
ボットは、旋回半径が小さく、しかも操向操作が容易な
車輪型の走行手段を備えている。このように走行手段と
して車輪を用いるロボットにおいては、先のような障害
物と正対する位置で反転変向する場合に、ロボット自体
の旋回慣性力によって、停止すべき位置を越えて過剰に
旋回することがある。過剰に旋回した状態、即ちオーバ
ーランしたままで作業を継続すると、多くの未作業部を
生じるため、ロボットの信頼性が疑われてしまう。ロボ
ットの旋回動作を低速化すると、オーバーランをある程
度抑止できるが、それでも旋回量のばらつきを解消でき
る訳ではなく、根本的な解決策とはならない。旋回動作
に時回を要する不利もある。

【０００４】上記のような旋回時のオーバーランは、ロ
ボットをコンパクト化する必要上、その走行輪のトレッ
ドやホィールベースを小さくせざるを得ず、しかも車輪
径が小さくて横すべりしやすいのが原因であると推測さ
れる。オーバーラン現象は例えばクローラ型の走行手段
を用いることで解消できる。しかし、クローラ型の走行
手段は、走行抵抗が大きく、走行速度や変向速度を上げ
るのが難しいため、ロボットの動きが鈍重になるのを避
けられない。

【０００５】この発明の目的は、基本的に車輪型の走行
装置であるにもかかわらず、旋回時や急速操向時の車輪
の横すべりやオーバーランを一掃でき、とくに平滑化さ
れた床面を走行するのに好適な、自動走行装置用の走行
車輪を提供することにある。この発明の他の目的は、ワ
ックス掛けされた滑りやすい床面においても横すべりす
るのを確実に防止でき、清掃ロボットの旋回および操向
動作を正確に実現できる走行車輪を提供することにあ
る。この発明の他の目的は、清掃用のロボット等の自動
走行装置に好適な走行車輪を低コストで提供できるう
え、その交換時のコストも少なくて済む、走行車輪を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の走行車輪は、
床面に沿って転動する車輪本体５と、車輪本体５のホィ
ール部６の周面に配置されるタイヤ部７とを備えてお
り、タイヤ部７の外表面に、床面に吸着する一群の吸盤
１１が配置してある点に特徴を有する。

【０００７】具体的には、上記のタイヤ部７は、ホィー
ル部６の周面に密接するベース層１０と、ベース層１０
の外表面に形成された一群の吸盤１１とで構成する。一
群の吸盤１１は、周方向へ一定間隔おきに配置した複数
個の吸盤列１１ａ・１１ｂ・１１ｃで形成する。

【０００８】ホィール部６の外周面を断面円形の二次元
平面で形成する。帯状に展開した状態で成形されたタイ
ヤ部７をホィール部６に巻装固定して走行車輪を構成す
る。

【０００９】帯状のベース層１０と、ベース層１０の表
面に形成した一群の吸盤１１とを備えているタイヤ部７
においては、ベース層１０の両端のそれぞれに、接合部
１６・１７を設ける。さらに、ベース層１０の内外表面
の少なくともいずれか一方に、ベース層１０の巻装応力
を吸収する区分溝を一定間隔おきに形成する。

【００１０】区分溝１２はベース層１０の長手方向線と
交差する向きに形成する。

【００１１】

【発明の作用効果】車輪本体５とそのホィール部６の周
面に配置したタイヤ部７とで走行車輪を構成し、タイヤ
部７の外表面に一群の吸盤１１を周回状に設けるので、
走行車輪が転動するとき、各吸盤１１は床面に吸着して
走行車輪の横すべりや過回転を防ぐ。従って、この発明
の走行車輪に寄れば、旋回時や急速操向時においても、
走行車輪を正確かつ確実に制御して、自動走行装置をプ
ログラム通りに走行させることができる。吸盤１１の吸
着作用を利用して走行車輪の転動動作を制御するので、
平滑化されて滑りやすい床面においてこそ、走行車輪を
正確に転動し、あるいは停止でき、とくにワックスが塗
布されたさらに滑りやすい床面においては、ワックスが
吸盤１１の吸着作用を増強して、吸盤１１の剥離抵抗を
増すので、走行車輪を正確に制御できる。

【００１２】複数個の吸盤列１１ａ・１１ｂ・１１ｃを
タイヤ部７に設けた走行車輪によれば、常に複数個の吸
盤１１が床面に吸着する状態で走行車輪を転動できるの
で、より強力な床面捕捉力が得られ、走行車輪の回転平
面と交差する向きの外力、例えば旋回モーメントが作用
する場合にも、走行車輪の位置および姿勢が変わるのを
よく防止できる。床面上の異物によって、吸盤１１の吸
着作用が阻害され走行車輪の転動動作が制御不能となる
のを、隣接する吸盤１１の吸着作用によって阻止でき
る。

【００１３】タイヤ部７は無端リング状の成形品として
形成することができる。その場合には、成形用金型を複
数個に分割する必要があり、金型の製作に要するコスト
が高く付く。しかし、タイヤ部７の全体を帯状に展開し
た状態で成形しておき、これをホィール部６に巻装固定
して走行車輪を構成すると、タイヤ部７の成形用金型の
製作コストを節約できるうえ、離形時の吸盤１１の変形
による商品不良を一掃して、全体として吸盤１１を備え
たタイヤ部７の製造コストを削減できる。

【００１４】ベース層１０の両端に、接合部１６・１７
を設けたタイヤ部７によれば、両接合部１６・１７どう
しを重ねあわせて分離不能に固定するだけで、タイヤ部
７の車輪本体５への取付作業を迅速にしかも簡単に行う
ことができる。タイヤ部７をホィール部６に巻装した状
態においては、そのベース層１０がホィール部６の円弧
周面に沿って湾曲変形し、巻装応力を生じる。この巻装
応力は個々の吸盤１１を拡径状に変形させて、吸着作用
を阻害することがある。こうした吸盤１１の変形を抑止
し、適正な吸着力を発揮できるようにするために、ベー
ス層１０に区分溝１２を設け、区分溝１２で囲まれた個
々の単位区画１３に吸盤１１を設けている。

【００１５】区分溝１２は、ベース層１０の長手方向線
と直交する直線や、斜めに交差する向きの直線、あるい
は波形の曲線等で形成できるが、斜めに交差する直線で
区分溝１２を形成すると、吸盤１１を千鳥格子状に配置
して、先の長手方向に沿う吸盤１１の隣接間隔を小さく
できる。つまり、それまで床面に吸着していた吸盤１１
が剥離してから、次の吸盤１１が床面に吸着するまでの
間隔を小さくして走行車輪の床面捕捉を連続的に行わせ
ることができる。

【００１６】

【実施例】図１ないし図５はこの発明に係る走行車輪の
実施例を示す。図２において符号１は床面にワックスを
塗布するための清掃ロボットである。清掃ロボット１
は、本体部２と、本体部２の下面に設けられる走行車輪
３と、本体部２の一側に設けられるワックス塗布機構４
等で構成してある。本体部２には、走行車輪３を前後に
回転駆動する駆動機構や操向装置、自動走行のための障
害物センサー、旋回位置検知センサー、およびこれらの
機器類を制御する制御装置などが組み込んである。

【００１７】図３において、走行車輪３は操向車輪と駆
動車輪とからなるが、いずれも車輪本体５と、そのホィ
ール部６に装着したタイヤ部７とで構成してある。車輪
本体５は、プラスチック成形品あるいは旋削品からな
り、ホィール部６が断面円形の二次元平面として形成し
てある。符号８は車軸である。

【００１８】タイヤ部７は、ホィール部６に密着固定さ
れるベース層１０と、その外表面に形成した一群の吸盤
１１とからなり、図１に示すように、帯状に展開した状
態で成形し、ベース層１０をホィール部６に巻装固定し
て車輪本体５と一体化する。詳しくは、ベース層１０の
表面に、長手方向線と斜めに交差する区分溝１２を一定
間隔おきに凹み形成し、区分溝１２で囲まれた菱形の単
位区画１３のそれぞれに吸盤１１を形成している。この
実施例では、ベース層１０の長手方向線に沿って３個の
吸盤列１１ａ・１１ｂ・１１ｃを形成して、一群の吸盤
１１の配置パターンが千鳥格子状になるようにした。

【００１９】図５に示すように、個々の吸盤１１は単位
区画１３に凹み形成される凹孔１４からなり、凹孔１４
の開口縁に外拡がりテーパー状のリップ壁１５を設けて
なる。リップ壁１５は単位区画１３の表面より僅かに突
出してあって、リップ壁１５を拡径状に押し潰し変形さ
せることにより、床面に吸着できるようになっている。
実際には、清掃ロボットの重量によってリップ壁１５が
拡径状に弾性変形して床面に吸着する。

【００２０】帯状のタイヤ部７をホィール部６に巻装固
定するために、ベース層１０の両端のそれぞれに接合部
１６・１７を設けている。図４に示すように、一方の接
合部１６は、ベース層１０の下面側を除去して形成し、
その端縁１８（図１参照）を先の区分溝１２の溝中心線
に沿わせている。他方の接合部１７は、ベース層１０の
下面側を除去して段落ち状に形成し、その段落縁１７ａ
を先の区分溝１２の溝中心線に沿わせている。タイヤ部
７の下面全体をホィール部６に接着し、さらに前者接合
部１６を後者接合部１７の上面に重ねあわせて接着固定
することにより、帯状のタイヤ部７をホィール部６に対
して無端リング状に巻装固定できる。

【００２１】ホィール部６に巻装したベース層１０は、
ホィール部６の周面に沿って湾曲変形し、この巻装応力
によって吸盤１１が歪み変形しようとする。こうした吸
盤１１の変形を防止し、適正な吸着力を発揮させるため
に区分溝１２を設け、区分溝１２において巻装応力を逃
がすようにしている。つまり、区分溝１２がその溝底か
ら溝開口へ向かって外拡がりテーパー状に弾性変形する
ことによって、巻装応力が吸盤１１の形成位置へ及ぶの
を阻止している。

【００２２】図６はタイヤ部７の別の実施例を示す。そ
こでは、リップ壁１５の周回に逃げ凹部１９を形成し、
吸着変形時のリップ壁１５が逃げ凹部１９内へ倒れ込む
ようにした。このように逃げ凹部１９を設けると、リッ
プ壁１５が吸着変形するときの応力を軽減してその耐久
性を向上できる。また、この実施例においては、ベース
層１０の下面側に凹部２０を設けて、ホィール部６の周
面に突設した突起２１を凹部２０と係合することによ
り、車輪本体５の回転トルクをタイヤ部７へさらに適確
に伝えられるようにした。なお、ベース層１０の側に突
起２１を設け、ホィール部６の側に凹部２０を設けて
も、同様の結果が得られる。

【００２３】上記の実施例以外に、吸盤１１はベース層
１０の外面に突出形成することができる。吸盤１１の配
置パターンは、千鳥格子状である必要はなく、例えばベ
ース層１０を区分溝１２で長手方向に区分して、幅方向
に長い単位区画１３のそれぞれに、複数個の吸盤１１を
形成することができる。タイヤ部７は無端リング状の一
体成形品で形成することができる。また、タイヤ部７の
ホィール部６への固定や、接合部１６・１７どうしの接
続は、ねじによる締結構造を採ることができる。ベルト
トレーシングを用いて接合部１６・１７を接続してもよ
い。タイヤ部７の形成材としては、ゴムまたはプラスチ
ック等のエラストマーを適用できる。区分溝１２はベー
ス層１０の下面側に設けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】タイヤ部の展開平面図である。

【図２】清掃ロボットの側面図である。

【図３】走行車輪の断面図である。

【図４】タイヤ部の展開正面図である。

【図５】吸盤の断面図である。

【図６】タイヤ部の別の実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

５ 車輪本体 ６ ホィール部 ７ タイヤ部 １０ ベース層 １１ 吸盤 １２ 区分溝 １５ リップ壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 599113246 高見 秀士 兵庫県神戸市西区伊川谷町有瀬1046−１− 912 (72)発明者 木村 武司 兵庫県神戸市長田区梅ケ香町２丁目９番16 号 株式会社武禎内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 床面に沿って転動する車輪本体５と、車
   輪本体５のホィール部６の周面に配置されるタイヤ部７
   とを備えており、 タイヤ部７の外表面に、床面に吸着する一群の吸盤１１
   が配置してあることを特徴とする自動走行装置用の走行
   車輪。
2. 【請求項２】 タイヤ部７が、ホィール部６の周面に密
   接するベース層１０と、ベース層１０の外表面に形成さ
   れた一群の吸盤１１とで構成されており、 一群の吸盤１１が、周方向へ一定間隔おきに配置した複
   数個の吸盤列１１ａ・１１ｂ・１１ｃで形成してある請
   求項１記載の自動走行装置用の走行車輪。
3. 【請求項３】 ホィール部６の外周面が断面円形の二次
   元平面で形成されており、 帯状に展開した状態で成形したタイヤ部７がホィール部
   ６に巻装固定してある請求項１または２記載の自動走行
   装置用の走行車輪。
4. 【請求項４】 タイヤ部７が帯状のベース層１０と、ベ
   ース層１０の表面に形成した一群の吸盤１１とを備えて
   おり、 ベース層１０の両端のそれぞれに、接合部１６・１７が
   設けられており、 ベース層１０の内外表面の少なくともいずれか一方に、
   ベース層１０の巻装応力を吸収する区分溝１２が一定間
   隔おきに形成してある請求項２または３記載の自動走行
   装置用の走行車輪。
5. 【請求項５】 区分溝１２がベース層１０の長手方向線
   と交差する向きに形成してある請求項４記載の自動走行
   装置用の走行車輪。