JP2002366226A

JP2002366226A - 移動装置

Info

Publication number: JP2002366226A
Application number: JP2002121937A
Authority: JP
Inventors: Kiminori Kato; 公軌加藤; Hiroshi Mori; 宏森; Naoyuki Ohara; 直行尾原; Toru Kodachi; 徹小立; Hiroyuki Kayama; 博之香山; Miki Yasuno; 幹保野; Masayo Haji; 雅代土師; Hidetaka Yabuuchi; 秀隆藪内
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2002-12-20

Abstract

(57)【要約】【課題】このような環境認識が不十分なために発生す
る移動障害を少なくし、運転が途中で中断することな
く、安全面での問題も解決できる移動装置を提供するこ
とを目的としている。【解決手段】本体１を移動させる駆動輪（５、６）
と、前記駆動輪（５、６）の動作を制御する移動制御手
段７と、本体１が移動する前方床面までの距離を非接触
で検出する床面距離センサ（１５、１６、１７、１８）
を備え、前記移動制御手段７は前記床面距離センサ（１
５、１６、１７、１８）の出力に応じて前記駆動輪
（５、６）の回転制御を行なうもので、本体１の移動方
向に階段等の落込み段差や敷居等の乗越え不能な突出段
差があっても、本体１の移動制御を行ない迂回できるの
で走行停止することがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建物の中を移動し
て清掃や運搬、巡回警備などを自動的に行なう移動ロボ
ット等の移動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より作業機器に走行機能やセンサ類
および制御手段を付加して、自動的に作業領域を移動し
て作業を行なう各種の移動ロボットが開発されている。
例えば掃除ロボットでは、清掃機能として本体底部に吸
込具や塵埃掻き上げ用の回転ブラシなどを備え、自在に
移動するための移動装置として、走行手段と移動方向を
転換するための操舵手段と、走行時に障害物を検知する
障害物検知手段と、自己の位置を認識する位置認識手段
とを備え、この障害物検知手段によって清掃領域の障害
物を迂回しつつ、位置認識手段によって自己が清掃した
清掃領域を認識し、まだ清掃していない清掃領域を移動
して清掃領域全体を清掃するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の移動作業ロボットの移動装置では、移動する
環境を認識する環境認識機能が不十分であるため、例え
ば電気コード等の細く小さな障害物が検知できず本体に
引っ掛かって運転不能になったり、階段等の段差がある
環境では転落を防止するために走行停止したりして作業
が中断してしまうことがあった。また、床面にタバコや
線香などの火種やガソリン等の引火物が放置されている
のに気づかず運転して危険状態を悪化させる場合も想定
された。

【０００４】そこで、本発明は、このような環境認識が
不十分なために発生する移動障害を少なくし、運転が途
中で中断することなく、安全面での問題も解決できる移
動装置を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、本体を移動させる駆動輪と、前記駆動輪の
動作を制御する移動制御手段と、本体が移動する前方床
面までの距離を非接触で検出する床面距離センサを備
え、前記移動制御手段は前記床面距離センサの出力に応
じて前記駆動輪の回転制御を行なうもので、本体の移動
方向に階段等の落込み段差や敷居等の乗越え不能な突出
段差があっても、床面距離センサの距離データ出力を移
動制御手段がこれを監視することにより事前にこれらの
段差を判別し、本体の移動制御を行ない迂回できるので
走行停止することがない。

【０００６】

【発明の実施の形態】請求項１に記載した発明は、本体
を移動させる駆動輪と、前記駆動輪の動作を制御する移
動制御手段と、本体が移動する前方床面までの距離を非
接触で検出する床面距離センサを備え、前記移動制御手
段は前記床面距離センサの出力に応じて前記駆動輪の回
転制御を行なうもので、本体の移動方向に階段等の落込
み段差や敷居等の乗越え不能な突出段差があっても、床
面距離センサの距離データ出力を移動制御手段がこれを
監視することにより事前にこれらの段差を判別し、本体
の移動制御を行ない迂回できるので走行停止することが
ない。

【０００７】請求項２に記載した発明は、駆動輪を本体
の前後中央部に配置するとともに、本体の重心を駆動輪
近傍に設定したもので、本体が前後移動する場合におい
ても、床面距離センサの床面検出位置と、床面の段差が
移動の障害となる駆動輪との距離が大きくできるから、
移動制御手段は時間的な余裕をもって床面距離センサの
出力を処理できる。

【０００８】請求項３に記載した発明は、床面距離セン
サを本体の移動方向に突出させて設けたもので、床面距
離センサの床面検出位置と、床面の段差が移動の障害と
なる駆動輪との距離がより大きくできるから、移動制御
手段は時間的な余裕をもって床面距離センサの出力を処
理できる。

【０００９】請求項４に記載した発明は、床面距離セン
サが検出する床面の位置は、駆動輪の走行方向前方の少
なくとも外側に設定したもので、床面距離センサの床面
検出範囲が小さくても階段等の落込み段差に駆動輪が脱
輪することがなくなる。

【００１０】請求項５に記載した発明は、床面距離セン
サが検出する床面の位置を、本体の走行速度に応じて変
化させるもので、本体の走行速度が速くなればなるほど
床面距離センサは本体前方の床面を検出するから、移動
制御手段は時間的な余裕をもって床面距離センサの出力
を処理できる。

【００１１】請求項６に記載した発明は、床面に接触し
上下動自在の接触子と前記接触子の上下位置を検知する
検知部とからなる段差スイッチを、床面距離センサが検
出する床面位置と駆動輪の接地位置との間に設けたもの
で、床面距離センサが万一故障したり誤動作して階段等
の落込み段差を検出できなかったとしても段差スイッチ
がこれを検出して移動制御手段は本体を停止させるので
駆動輪が脱輪することがなくなる。

【００１２】請求項７に記載した発明は、段差スイッチ
の接触子が床面に接触する位置を駆動輪の走行方向前方
の内側に設定したもので、床面距離センサの床面検出範
囲が小さくても階段等の落込み段差に駆動輪が脱輪する
ことがなくなる。

【００１３】請求項８に記載した発明は、段差スイッチ
を本体に対して上下動可能な部材に設けたもので、本体
が床面の突出段差を乗越えるときに段差スイッチがこれ
に衝突して走行の邪魔になったり破損したりすることが
なくなる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を掃除ロボットに応
用した場合を例にとって、図１〜１１に基づいて説明す
る。

【００１５】図１〜２に本実施例の掃除ロボットの構成
を示す。１は移動しながら清掃を行なう本体で、床面上
を矢印２の方向に移動する。３、４は左右の駆動モータ
で、それぞれの出力軸は減速機を介して左右の駆動輪
５、６を駆動する。この左駆動モータ３と右駆動モータ
４を独立に回転制御することにより本体１を移動させる
と共に移動方向を変えることができるもので、走行手段
と操舵手段を兼ねている。（例えば、一方の駆動モータ
を停止させ、他方の駆動モータのみ回転させることで本
体１は右折または左折する）７は各種入力に応じて左右
の駆動モータ３、４を制御し、本体１の走行制御を行な
う移動制御手段で、マイクロコンピュータおよびその他
制御回路からなる。８は本体１の後方上面に設けた操作
パネルで、液晶などの表示器からなる表示手段上に透明
のタッチスイッチからなる操作手段を配置して構成され
ている。９は電池などからなる電源で電源スイッチ１０
を介して本体１の電気回路に接続され電力を供給する。
１１、１２、１３、１４は障害物検知センサで、それぞ
れ本体１の前方、左側方、右側方、後方の障害物までの
距離を光により検出するようになっている。１５、１
６、１７、１８は床面距離センサで、それぞれ本体１の
四隅に突出して設けられ、左前方、右前方、左後方、右
後方の床面までの距離を光により検出するようになって
いる。１９は本体１の底面に回動自在に取付けられた従
輪で、本体１はこの従輪１９および駆動輪５、６の三輪
で重量が支えられている。２５は吸込みノズルで、吸込
み口には回転ブラシなどからなるアジテータが設けら
れ、ファンモータ２６で発生させた真空圧により吸引さ
れたゴミは吸気通路２７に配置されたフィルタ２８で分
離されダストボックス２９に集塵される。前記吸込みノ
ズル２５は、支点３０で回動自在に支持された支持アー
ム３１に取付けられ、本体１に対して上下動可能になっ
ている。

【００１６】以上のような構成において、本実施例の動
作について説明する。

【００１７】図３に示すように、清掃領域の床面Ａに本
体１を置き、運転操作を始める。運転操作は、まず電源
スイッチ１０を入れると図４に示すように操作パネル８
の表示器に注意事項が画面表示される。次に使用者が操
作パネル８に触れるとタッチスイッチが作動し、図５に
示すように表示画面が変わると同時に、注意事項がスピ
ーカ（図示せず）から音声として流れる。使用者は表示
された、本体１を動作させるにあたっての本体１に関す
る注意事項および／または本体１を動作させる周囲に関
する注意事項を確認し、表示画面右下の確認ボタンに触
れると、図６のように表示画面が変わり本体１は運転を
開始する。

【００１８】運転を開始すると、図３に示すように本体
１は障害物検知センサ１１、１２、１３、１４で周囲の
障害物を検知し、移動制御手段７が左右の駆動モータ
３、４を回転制御して移動を始める。同時に清掃ノズル
２５のアジテータおよびファンモータ２６が作動し、床
面のゴミを掻き上げながら吸引して清掃を行なう。最初
は、移動経路ａのように障害物検知センサ１３、１１で
本体１の右側の壁Ｂまでの距離を測定しながら壁沿い走
行を行なう。このときは、移動制御手段７内部で移動マ
ップとして記憶される。そして、壁際の障害物４０など
を回避しながら清掃領域の外周を一周すると、移動マッ
プでこれが認識されるから、次は移動経路ｂのように清
掃領域内部の清掃動作に切り替わり、図に示すような移
動軌跡で作業を行なう。例えば、清掃領域の中央部に障
害物４１がある場合は、まず障害物４１の片側だけ作業
を行ない、反対側が未清掃であることは移動マップで認
識できるから、あとでその部分の清掃を行なうようにな
っている。このようにして、移動マップ上で未清掃箇所
がなくなった地点（ｃ点）で本体１は運転を終了する。
本体１の運転中の操作パネル８には図６に示すように一
時停止ボタンが表示されており、例えば途中で運転を中
止したい場合には、操作パネル８に触れると一時停止状
態になり移動が停止する。この一時停止の操作は、本体
１が移動中に行なうことが多いので、操作パネル８のど
こに触れても作動するようにして操作性を向上させてい
る。

【００１９】以上のように本実施例によれば、運転開始
する際に、使用者に対して操作パネル８で運転上の注意
表示を行なうので、床面上に本体１の障害物検知センサ
が検出できないような障害物があっても、使用者はあら
かじめそれを取り除いてから運転を開始するから、途中
で障害物が検知できずに止まってしまうような移動障害
がなくなるものである。

【００２０】また、使用者が確認操作を行なった場合に
のみ運転を開始するから、使用者はより確実に注意表示
に従って環境を整えることができる。

【００２１】そして、操作パネル８は表示画面に文字や
図を用いて注意事項を表示し、さらに同時に音声でも表
示するから、使用者に分かりやすく注意事項を伝えられ
る。

【００２２】なお、本実施例では、表示手段と操作手段
を一体にした操作パネル８を使用しているが、例えば、
表示手段として液晶やＬＥＤの表示器を、操作手段とし
て通常のスイッチを組み合わせて用いても同様の効果が
得られることはいうまでもない。

【００２３】また、本実施例では、表示手段として表示
画面と音声の両方を用いているが、どちらか一方だけで
もよい。

【００２４】吸込みノズル２５のアジテータ５０の左右
両側に段差スイッチ５１を設けた場合について、図７に
基づいて述べる。

【００２５】図８は段差スイッチ５１の構造を示すもの
である。床面に接触する接触子を構成する接触ローラ５
２を回転自在に支持するローラ受け５３は、吸込みノズ
ル２５に固定された回転軸５４に矢印ｄの方向に回動自
在に取付けられ、スプリング５５で矢印ｄの下方に付勢
されている。５６はリミットスイッチ等からなるスイッ
チで、ローラ受け５３が矢印ｄのように回動することに
よりＯＮ／ＯＦＦするようになっており、接触ローラ５
２が矢印ｄの下方に行ったことを検知する検知部を構成
している。

【００２６】このように構成された段差スイッチ５１
は、図９に示すように本体１が移動中に階段等の段差５
７に近付き吸込みノズル２５が段差５７を越えると、下
方に付勢された接触ローラ５２が段差５７から矢印ｅの
ように落ち込むので、スイッチ５６が作動する。

【００２７】前述したように本体１の四隅には床面距離
センサ１５、１６、１７、１８が本体１より突出して設
けられている。図１０に示すように、本体１前方の床面
距離センサ１５、１６は、鉛直方向より角度θだけやや
前方に傾けて取付けられており本体１が移動する前方の
床面までの距離を光により非接触で検出する。本体１が
前進中に、例えば階段等の段差６０があると、床面まで
の距離は大きくなるので移動制御手段７は段差と判断し
て停止し方向転換などの回避動作を行なう。本体１が後
退するときには、本体後方の床面距離センサ１７、１８
により同様に段差を回避するようになっている。

【００２８】しかしながら、これらの床面距離センサ１
５、１６、１７、１８は、それぞれの発光部から出した
光線の床面での反射位置から距離を検出しているので、
鉛直方向からの角度θを大きくし過ぎると床面の材質に
よっては反射光が戻って来ず誤検知することがあった。
一方、移動中に段差が検出できても本体１が停止するに
は制動距離が必要であるから、床面距離センサ１５、１
６、１７、１８は、その制動距離以上の余裕をもって事
前に検知しなければならない。そこで、本実施例のよう
に床面距離センサ１５、１６、１７、１８を本体１の外
側に突出させて配置することにより、角度θを大きくせ
ずに制動距離より余裕をもって移動方向前方の床面の距
離が検出できる。また、駆動輪５、６は本体１の前後方
向のほぼ中央に配置し、図１０に示すように、本体重心
６１は駆動輪５、６を結ぶ線のほぼ上方になるように設
定しているので、本体１が前進または後退のどちらに移
動する場合でも、床面距離センサ１５、１６、１７、１
８の検出位置は駆動輪５、６から遠くなるから、段差に
脱輪しにくくなる。さらに、図１１に示すように、床面
距離センサ１５、１６、１７、１８のそれぞれの検出エ
リア１５Ａ、１６Ａ、１７Ａ、１８Ａが駆動輪５、６の
前方の少なくとも外側にかかるように設定しているの
で、本体１の側方に段差があっても駆動輪５、６がこの
段差に脱輪することがなくなるものである。また、床面
距離センサ１５、１６、１７、１８は、階段等の落込み
段差だけでなく、例えば敷居や床面上の厚い本などの突
出段差も検出できるので、障害物検知センサ１１、１
２、１３、１４がこれを検出できなくても、乗越え不能
で走行停止することがなくなる。

【００２９】以上のように、本体１が前後どちらに移動
しても、床面距離センサ１５、１６、１７、１８によっ
て移動方向前方の床面までの距離を非接触で検出できる
から、階段等の落込み段差や敷居等の突出段差が清掃領
域にあっても、事前にこれらを回避して、移動不能に陥
ることなく継続して運転が行なえる。

【００３０】さらに、前述したように吸込みノズル２５
の左右両側には段差スイッチ５１が設けられ、図１１に
示すように本体１が矢印のように前進するときには、左
側の床面距離センサ１５の検出エリア１５Ａと駆動輪５
との間に左側の段差スイッチ５１が配置され、同様に右
側の床面距離センサ１６の検出エリア１６Ａと駆動輪６
との間に右側の段差スイッチ５１が配置されているの
で、万が一、床面距離センサ１５または１６で階段等の
落込み段差が検出できなくても、段差スイッチ５１が作
動して段差を検出できるから、本体１が段差に転落する
ことはない。また、上記左右の段差スイッチ５１は、そ
れぞれ駆動輪５、６の内側に配置されている。これは床
面距離センサ１５、１６の検出エリア１５Ａ、１６Ａが
駆動輪５、６の外側をカバーしているので、これを補完
してより確実に前方段差を検出するためである。さら
に、段差スイッチ５１は本体１に対して上下動可能な吸
込みノズル２５に設けているので、本体１が凹凸のある
床面を移動する場合でも、接触ローラ５２は床面の凹凸
に追従して接触するから段差スイッチ５１の誤動作が少
なくなる。

【００３１】このように、床面距離センサ１５、１６と
段差スイッチ５１とを併用することにより、階段等の段
差をより確実に検出でき本体１の側方に段差があっても
移動不能に陥ることなく継続して運転が行なえるもので
ある。

【００３２】なお、以上は本発明の走行装置の実施例と
して掃除ロボットに応用した場合について述べたが、こ
れに限定されるものでなく、例えば工場内の荷物運搬、
ビルの警備や案内を自動で行なう移動ロボットなどの移
動装置としても効果を奏するものである。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、本体の
移動方向に階段等の落込み段差や敷居等の乗越え不能な
突出段差があっても、床面距離センサの距離データ出力
を移動制御手段がこれを監視して本体の移動制御を行な
い迂回するので走行停止することがなくなるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の掃除ロボットの本体内部を
透視した斜視図

【図２】同本体の側面断面図

【図３】同清掃動作を示す動作説明図

【図４】同表示手段及び操作手段の動作を示す動作説明
図

【図５】同表示手段及び操作手段の動作を示す動作説明
図

【図６】同表示手段及び操作手段の動作を示す動作説明
図

【図７】同吸込みノズルの底面図

【図８】（ａ）同段差スイッチの右側面図（ｂ）同段差スイッチの上面図（ｃ）同段差スイッチの左側面図

【図９】同段差スイッチの動作を示す動作説明図

【図１０】同本体の床面距離センサの位置を示す側面図

【図１１】同本体の床面距離センサの位置を示す上面図

【符号の説明】

１本体３、４駆動モータ５、６駆動輪７移動制御手段８操作パネル１５、１６、１７、１８床面距離センサ１９従輪２５吸込みノズル３０支点３１支持アーム５１段差スイッチ５２接触ローラ５６スイッチ６１本体重心

フロントページの続き (72)発明者尾原直行大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者小立徹大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者香山博之大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者保野幹大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者土師雅代大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者藪内秀隆大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5H301 AA02 AA10 BB11 GG06 GG08 GG23 GG28 GG29 LL01 LL06 LL11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】本体を移動させる駆動輪と、前記駆動輪
の動作を制御する移動制御手段と、本体が移動する前方
床面までの距離を非接触で検出する床面距離センサを備
え、前記移動制御手段は前記床面距離センサの出力に応
じて前記駆動輪の回転制御を行なう移動装置。
【請求項２】駆動輪を本体の前後方向の略中央部に配
置するとともに、本体の重心を駆動輪近傍に設定した請
求項１記載の移動装置。
【請求項３】床面距離センサは、本体の移動方向に突
出させて設けた請求項１または２記載の移動装置。
【請求項４】床面距離センサが検出する床面の位置
は、駆動輪の走行方向前方の少なくとも外側に設定した
請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動装置。
【請求項５】床面距離センサが検出する床面の位置
を、本体の走行速度に応じて変化させる請求項１〜４の
いずれか１項に記載の移動装置。
【請求項６】床面に接触し上下動自在の接触子と前記
接触子の上下位置を検知する検知部とからなる段差スイ
ッチを、床面距離センサが検出する床面位置と駆動輪の
接地位置との間に設けた請求項１〜５のいずれか１項に
記載の移動装置。
【請求項７】段差スイッチの接触子が床面に接触する
位置は、駆動輪の走行方向前方の内側に設定した請求項
６記載の移動装置。
【請求項８】段差スイッチは本体に対して上下動可能
な部材に設けた請求項６または７記載の移動装置。