JP2002366227A

JP2002366227A - 移動作業ロボット

Info

Publication number: JP2002366227A
Application number: JP2001169242A
Authority: JP
Inventors: Masayo Haji; 雅代土師; Kiminori Kato; 公軌加藤; Hidetaka Yabuuchi; 秀隆藪内; Hiroshi Mori; 宏森; Naoyuki Ohara; 直行尾原; Hiroyuki Kayama; 博之香山; Miki Yasuno; 幹保野; Toru Kodachi; 徹小立
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-06-05
Filing date: 2001-06-05
Publication date: 2002-12-20

Abstract

(57)【要約】【課題】小型でかつ障害物検出手段の取付構造が容易
な移動作業ロボットを提供する。【解決手段】本体１を移動させる走行手段（２、３）
と、作業を実行する作業手段８と、本体１の外周に設け
られ前記本体１の周囲の障害物と前記本体１との距離を
検出する障害物検出手段７を備え、前記障害物検出手段
７には光センサを用いたもので、これによって、小型で
かつ取付構造が容易な移動作業ロボットが実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動走行しながら
自動的に作業を行う移動作業ロボットに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より移動作業手段やセンサ類および
移動制御手段を付加して自動的に作業を行う、いわゆる
自立誘導型の移動作業ロボットが開発されている。

【０００３】例えば、特開平０６−２０８４１６や特開
平０７−３３４２４３公報に記載されているような、超
音波センサを用いて障害物を回避して作業を行う移動作
業ロボットがあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の移動作業ロボットでは、障害物を検出するために超
音波センサを用いていたために本体が大型化する傾向が
あった。

【０００５】また、超音波センサは外界と接する必要が
あったために複雑な取付構造が必要であった。

【０００６】本発明は、前記従来の課題を解決するもの
で、本体を小型化し、簡易な取付構造の移動作業ロボッ
トを提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記従来の課題を解決す
るために本発明は、本体を移動させる走行手段と、作業
を実行する作業手段と、本体の外周に設けられ前記本体
の周囲の障害物と前記本体との距離を検出する障害物検
出手段と、前記走行手段を制御して本体の移動を制御す
る移動制御手段を備え、前記障害物検出手段には受光部
と発光部を有する光センサを用いたもので、これによっ
て、小型でかつ取付構造が容易な移動作業ロボットが実
現できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、本体を
移動させる走行手段と、作業を実行する作業手段と、本
体の外周に設けられ前記本体の周囲の障害物と前記本体
との距離を検出する障害物検出手段と、前記走行手段を
制御して本体の移動を制御する移動制御手段を備え、前
記障害物検出手段には受光部と発光部を有する光センサ
を用いたもので、これによって、小型でかつ取付構造が
容易な移動作業ロボットが実現できる。

【０００９】請求項２に記載の発明は、複数の光センサ
を、本体の横方向に複数並べて一列もしくは複数列配置
したもので、死角を少なくすることができる。

【００１０】請求項３に記載の発明は、光センサは、前
記光センサの前方の障害物に対して所定角度以内で検出
できるように配置したもので、障害物までの距離を正確
に検出することができる。

【００１１】請求項４に記載の発明は、光センサを、水
平よりも所定角度上向きに本体の上方部に配置したもの
で、本体上部の衝突を防止することができる。

【００１２】請求項５に記載の発明は、光センサを、水
平よりも所定角度下向きに本体の下方部に配置したもの
で、乗り越え不可能な障害物への衝突を防止することが
できる。

【００１３】請求項６に記載の発明は、光センサは、本
体の前記光センサ取り付け面の鉛直方向の中心軸を中心
として、略対称になるように複数配置されたもので、よ
り少ない数で死角の少ない構造とすることができる。

【００１４】請求項７に記載の発明は、本体の側方に設
けられた光センサは、走行手段であり本体側方に設けら
れた駆動輪の中心軸と、所定距離以上保つように配置さ
れたもので、本体側面で障害物を検出した場合の走行を
安定させることができる。

【００１５】請求項８に記載の発明は、本体の側方に設
けられた障害物検出手段のうち、少なくとも１個の光セ
ンサの受光部と発光部を結ぶ直線が、床面に対して略垂
直となるように配置されたもので、光センサの検出誤差
を少なくすることができる。

【００１６】請求項９に記載の発明は、本体の前方に設
けられた障害物検出手段のうち、少なくとも１個の光セ
ンサの受光部と発光部を結ぶ直線が、床面に対して略水
平となるように配置されたもので、光センサの検出誤差
を少なくすることができる。

【００１７】請求項１０に記載の発明は、本体外郭を透
明体とし、障害物検出手段を外郭より一定寸法内側に配
置したもので、防塵、防水構造を容易にすることができ
る。

【００１８】請求項１１に記載の発明は、隣接する光セ
ンサの間および／または光センサの受光部と発光部の間
に遮光板を設置したもので、光センサの誤検出を少なく
することができる。

【００１９】

【実施例】以下本発明の一実施例を自走式掃除機に応用
した場合を例にとって、図面を参照しながら説明する。

【００２０】図１は、本発明の第１の実施例における自
走式掃除機の全体図を、図２はブロック図を示すもので
ある。１は移動しながら清掃を行う自走式掃除機の本体
で、清掃領域を移動する。２、３は左右の駆動モータ
で、それぞれの出力軸は左右の走行輪４、５を駆動す
る。この左駆動モータ２と右駆動モータ３を独立に回転
制御することにより本体１を移動させ、左右の走行輪
４、５を駆動させることで、走行手段を構成している。
６は各種入力に応じて左右の駆動モータ２、３を制御
し、本体１の移動制御を行う移動制御手段で、マイクロ
コンピュータおよびその他制御回路からなる。７は障害
物検出手段で、本体の前方および側方、後方、上方、下
方の障害物までの距離を光センサにより検出するように
なっている。８は床面を掃除する作業手段である清掃ノ
ズルで、ファンモータ９で発生させた真空圧によりゴミ
を吸引する。９は電池などからなる電源で、本体１内に
電力を供給する。

【００２１】図３は、前記光センサの検出範囲を示すも
ので、７ａが発光部で７ｂが受光部で前記発光部７ａよ
り赤外線を発光し障害物より反射する光を前記受光部７
ｂにて受光し、前記光センサと前記障害物との距離を検
出するものであるが、このとき、光センサの検出範囲は
図３に示すように非常に狭いため、自走式掃除機の前方
の障害物を正確に検出するためには図４に示すように一
列に配置すればよい。また、光センサが三角測量の原理
を用いて障害物までの距離を検出するために、検出範囲
が光センサの中心に対して非対称である。その結果、図
４に示すように同じ向きに取り付けた場合に比べ、図５
に示すように対称になるように取り付けた方が検出範囲
が広くなる。そのため、図６に示すように本体１の鉛直
方向の中心軸に対して、光センサを略対称となるよう横
方向に一列もしくは複数列配置することで少ない数で効
率よく障害物を検出することができる。

【００２２】また、図１のように、本体１の側方に設け
た障害物検出手段のうち、少なくとも１個の光センサの
受光部と発光部を結ぶ直線と床面とのなす角が垂直にな
るように配置することで、本体１の走行方向に対する側
方空間の上下方向に対する光センサが障害物を検出でき
る範囲が広がり、特に床面に対する障害物を検出できる
能力を高めることで、本体１の走行の安定性を向上する
ことが出来る。また、本体１の前方に設けた障害物検出
手段のうち、少なくとも１個の光センサの受光部と発光
部を結ぶ直線と床面とのなす角が平行になるように配置
することで、本体１の走行方向に対する前方空間の左右
方向に対する光センサが障害物を検出できる範囲が広が
り、特に床面に対する障害物を検出できる能力を高める
ことで、本体１の走行の安定性を向上することが出来
る。

【００２３】また、障害物検出手段において取付角度を
変化させて障害物までの距離を検出した場合の測定距離
を図７に示す。図に示すように取付角度が大きくなるほ
ど実際の距離との誤差が大きくなる傾向があるので、取
付角度θは所定角度以内になるように取り付ければよ
い。本体１の上方部に取り付ける光センサは、水平より
も所定角度上向きに配置し、本体１の下方部に取り付け
る光センサは、水平よりも所定角度下向きに配置するこ
とで、光センサが障害物を検出できる範囲が広がり、特
に床面に対する障害物を検出できる能力を高めること
で、本体１の走行の安定性を向上することが出来る。な
お、取付角度θは予め最適な値を実験的に決定するもの
である。

【００２４】図８に示すように、本体と障害物とのなす
角がθの場合、走行手段の左右の駆動輪（４、５）の中
心軸からｌ１の距離に光センサがある場合とｌ２の距離
に光センサがある場合、障害物までの検出距離ｌ４、ｌ
５は、走行手段の中心と障害物までの距離をｌ３とする
とそれぞれ次式で表される。

【００２５】ｌ４＝ｌ１×sinθ ＋ｌ３（式１）ｌ５＝ｌ２×sinθ ＋ｌ３（式２）このときｌ１とｌ２の間にはｌ１＞ｌ２の関係式が成り
立っているため、ｌ４とｌ５との間には以下に示すよう
な関係式が成り立っている。

【００２６】ｌ４＞ｌ５（式３）このことは、同じ傾きであっても走行手段と光センサ間
の距離が長い方がずれを増幅して検出することができ、
障害物との傾きを素早く検出、補正することが出来るこ
とを意味する。

【００２７】なお、走行手段の左右の駆動輪（４、５）
の中心軸と光センサ間の距離ｌは予め最適な値を実験的
に決定するするものである。

【００２８】また、本体１の外郭を赤外線が通過可能な
透明体とすることによって、光センサの赤外線が外郭を
通過できるようになり、光センサを外界と接するような
取付構造にしなくても障害物までの距離を検出できるよ
うになる。このとき図９に示すように遮光板１１を設置
しない場合、発光部７ａから発せられた赤外線が本体１
の外郭で反射されて受光部７ｂに入光し、光センサが障
害物までの距離を正確に検出できない場合がある。これ
を防ぐために、図１０のように、隣接する光センサの間
や光センサの受光部７ｂと発光部７ａの間に遮光板１１
を設置することにより、本体１の外郭で反射された赤外
線が受光部７ｂに入光できないため、障害物までの距離
を正確に検出することが出来る。また、光センサを本体
１の外郭より一定寸法内側に配置することで、防塵、防
水による性能弊害が少なくなる。

【００２９】なお、本実施例において、受光部７ａと発
光部７ｂの間に板状の遮光板１１を設ける構成になって
いるが、断面が円や角等の筒状や、コの字型状の遮光板
１１を発光部に設ける構成にしても同様の効果を得るこ
とが出来る。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、本体を小
型化し、簡易な取付構造の移動作業ロボットを提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の移動作業ロボットの構造を
示す斜視図

【図２】同移動作業ロボットのブロック図

【図３】同光センサの検出範囲を示す図

【図４】同光センサを上下同じ向きに並べたときの検出
範囲を示す図

【図５】同光センサを上下逆向きに並べたときの検出範
囲を示す図

【図６】同移動作業ロボットの正面図

【図７】同光センサが障害物を斜めに検出した場合の検
出距離と実際の距離との関係を示すグラフ

【図８】同本体側面で障害物を検出した場合の位置関係
図

【図９】同光センサに遮光板を設けない場合の赤外線の
通過経路を示す図

【図１０】同光センサに遮光板を設けた場合の赤外線の
通過経路を示す図

【符号の説明】

１本体２、３駆動モータ４、５走行輪６移動制御手段７障害物検出手段７ａ発光部７ｂ受光部８清掃ノズル９ファンモータ１０電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２５Ｊ 19/06 Ｂ２５Ｊ 19/06 (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 (72)発明者森宏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Ｆターム(参考） 3B057 DA00 3C007 AS15 CS08 CY02 CY27 CY36 HS27 KS12 KS36 KV12 MS08 WA16 WA28 5H301 AA02 AA10 BB11 BB14 CC03 CC06 GG08 GG19 GG29 LL01 LL02 LL11 LL14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】本体を移動させる走行手段と、作業を実
行する作業手段と、本体の外周に設けられ前記本体の周
囲の障害物と前記本体との距離を検出する障害物検出手
段と、前記走行手段を制御して本体の移動を制御する移
動制御手段を備え、前記障害物検出手段には受光部と発
光部を有する光センサを用いた移動作業ロボット。
【請求項２】複数の光センサを、本体の横方向に複数
並べて一列もしくは複数列配置した請求項１記載の移動
作業ロボット。
【請求項３】光センサは、前記光センサの前方の障害
物に対して所定角度以内で検出できるように配置した請
求項１または２記載の移動作業ロボット。
【請求項４】光センサを、水平よりも所定角度上向き
に本体の上方部に配置した請求項１〜３のいずれか１項
に記載の移動作業ロボット。
【請求項５】光センサを、水平よりも所定角度下向き
に本体の下方部に配置した請求項１〜３のいずれか１項
に記載の移動作業ロボット。
【請求項６】光センサは、本体の前記光センサ取り付
け面の鉛直方向の中心軸を中心として、略対称になるよ
うに複数配置された請求項１〜５のいずれか１項に記載
の移動作業ロボット。
【請求項７】本体の側方に設けられた光センサは、走
行手段であり本体側方に設けられた駆動輪の中心軸と、
所定距離以上保つように配置された請求項１〜６のいず
れか１項に記載の移動作業ロボット。
【請求項８】本体の側方に設けられた障害物検出手段
のうち、少なくとも１個の光センサの受光部と発光部を
結ぶ直線が、床面に対して略垂直となるように配置され
た請求項１〜７のいずれか１項に記載の移動作業ロボッ
ト。
【請求項９】本体の前方に設けられた障害物検出手段
のうち、少なくとも１個の光センサの受光部と発光部を
結ぶ直線が、床面に対して略水平となるように配置され
た請求項１〜８のいずれか１項に記載の移動作業ロボッ
ト。
【請求項１０】本体外郭を透明体とし、障害物検出手
段を外郭より一定寸法内側に配置する請求項１〜９のい
ずれか１項に記載の移動作業ロボット。
【請求項１１】隣接する光センサの間および／または
光センサの受光部と発光部の間に遮光板を設置した請求
項１〜１０のいずれか１項に記載の移動作業ロボット。