JP2004021775A

JP2004021775A - 移動装置

Info

Publication number: JP2004021775A
Application number: JP2002178094A
Authority: JP
Inventors: Miki Yasuno; 保野　幹; Hidetaka Yabuuchi; 藪内　秀隆; Yoshifumi Takagi; 高木　祥史; Masayo Haji; 土師　雅代
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-06-19
Filing date: 2002-06-19
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】簡単な構成と簡単な制御で壁や障害物から一定距離離れて、その壁や障害物に沿ってスムーズに走行することが可能な移動装置を実現すること。
【解決手段】本体を移動させる走行手段と、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と、本体から突出して本体周囲の障害物に当接する障害物当接部２７を有する可動体２５と、可動体２５の本体からの突出長さを検出する突出長検知手段とを備え、移動制御手段は突出長検出手段の出力に応じて本体の走行方向を変える移動装置とした。これにより、簡単な構成と簡単な制御で壁や障害物から一定距離離れて移動可能な移動装置を実現できるようになる。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動的に移動する移動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無人搬送車や自動床面掃除機等の移動装置は、本体の周囲に突出したいわゆるバンパーと呼ばれる緩衝体を設けて障害物との衝突時の衝撃を緩和している。そして、このバンパー部に接触スイッチや感圧素子等からなる障害物検知手段を備え、障害物との接触の有無によって本体の駆動方向を変えるものであった。
【０００３】
【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装置では、障害物との接触の有無だけで駆動方向を変えるいわゆるオン・オフ制御であるため本体の動きは非常にギクシャクしたものになり、接触スイッチからなる障害物検知手段だけでは、壁や障害物に沿って走行することが非常に困難であった。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、簡単な構成と簡単な制御で壁や障害物から一定距離離れて、その壁や障害物に沿ってスムーズに走行することが可能な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】
前記従来の課題を解決するために本発明の移動装置は、本体を移動させる走行手段と、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と、前記本体から突出して前記本体周囲の障害物に当接する障害物当接部を有する可動体と、前記可動体の本体からの突出長さを検出する突出長検知手段とを備え、前記移動制御手段は前記突出長検出手段の出力に応じて前記本体の走行方向を変える構成にしたものである。
【０００６】
このことにより、簡単な構成と簡単な制御で壁や障害物から一定距離離れて、その壁や障害物に沿ってスムーズに走行することが可能な移動装置が実現できる。
【０００７】
【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、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と、前記本体から突出して前記本体周囲の障害物に当接する障害物当接部を有する可動体と、前記可動体の本体からの突出長さを検出する突出長検知手段とを備え、前記移動制御手段は前記突出長検出手段の出力に応じて前記本体の走行方向を変える構成の移動装置とすることにより、簡単な構成と簡単な制御で壁や障害物から一定距離離れて、その壁や障害物に沿ってスムーズに走行することを可能にすることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の走行手段が本体の左右に設けた駆動輪と、左右の駆動輪をそれぞれ独立に駆動する駆動手段とからなり、移動制御手段は突出長検出手段の手段の出力に応じて左右の駆動輪の回転速度をそれぞれ独立に制御して前記本体の走行方向を変えることにより、簡単な構成と簡単な制御で壁や障害物から一定距離離れて、その壁や障害物に沿ってスムーズに走行させることができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の可動体が水平方向に回動自在に保持され、前記可動体の回動角度を検出する回動角度検出手段を有し、移動制御手段は前記回動角度検出手段の出力を用い可動体の本体からの突出長さを検出するようにすることで、簡単な構成と簡単な制御で壁や障害物から一定距離離れて、その壁や障害物に沿ってスムーズに走行させることができる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項３記載の可動体の回動中心を駆動輪後方に設けることにより、本体側方から本体に向かって突出した障害物であっても可動体を本体内側に逃がして引っ掛かりを防止し壁沿い走行途中で停止することがない様にできる。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の可動体が本体外側に向かって伸縮自在に設けられることにより、簡単な構成と簡単な制御で壁や障害物から一定距離離れて、その壁や障害物に沿ってスムーズに走行させることができる。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の可動体の障害物当接部を軟質部材で構成することにより、壁や障害物に傷を付けずに壁沿い走行や障害物沿い走行を行うことができる。
【００１３】
請求項７記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の可動体の障害物当接部を、本体前面のコーナー部から前方及び側方に張り出した形状とすることにより、本体側方から本体に向かって突出した障害物であっても障害物当接部を確実に障害物に当接させ障害物に沿ってスムーズに走行させることができる。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載の可動体の障害物当接部の周縁部に、略水平方向に回動自在なローラを可動体より側方に突出して設けることにより、壁や障害物に傷を付けずに壁沿い走行や障害物沿い走行をスムーズに行わせることができる。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載の本体が可動体下面に向かって突出する複数の突起体を有し、前記突起体の先端を可動体下面に接するように設けることにより、可動体の回転時や伸縮時の垂直方向のぶれを防止し、障害物当接部を確実に障害物に当接させ壁沿い走行や障害物沿い走行をスムーズに行わせることができる。
【００１６】
【実施例】
以下本発明の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。
【００１７】
（実施例１）
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構成の斜視図、図２は壁沿い移動（詳細後述）を行う本体の概略平面図、図３は可動体の本体から突出した長さを検出する突出長検出手段の構成を示す断面図である。図１あるいは図２において、１は清掃領域内を移動しながら清掃を行なう自走式掃除機の本体で、床面上を矢印２の方向に前進して移動する。３，４は本体１の後方左右に配した左右の駆動モータで、それぞれの出力軸は左右の減速機５，６を介して本体１の後方両側部に配した左右の走行輪７，８を回転駆動する。１９は従輪で回転自在なフリーキャスター等からなり、本体１の前部の荷重を支え走行輪７，８の駆動による本体１の動きに追従する。前記左駆動モータ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を矢印２の方向に移動させることはもとより、左駆動モータ３と右駆動モータ４の回転数を異ならせることにより本体を右旋回あるいは左旋回させることができ、走行手段および操舵手段の機能を有している。９は各種入力に応じて左右の駆動モータ３，４を回転制御し、本体１の移動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。
【００１８】
２１は本体１の方向および位置を計測する位置認識手段で、走行輪７，８の回転数から走行軌跡を演算する軌跡計測手段からなるが、本体の方向を計測するジャイロなどの方向計測手段を組み合わせてもよい。
【００１９】
可動体２５は回転支持部（ベアリング）３０と支持軸３１により水平方向に回動自在に設けられ、その先端に本体１の前面のコーナ部２２から前方及び側方に張り出した形状の障害物当接部２７を有している。可動体付勢手段である圧縮バネ２９で本体１と可動体２５を繋ぐことで可動体２５を本体１の外側に付勢し、本体１の右側方にある壁１０に障害物当接部２７を当接させるようになっている。障害物当接部２７先端は発泡ゴムやスポンジ等の軟質部材２８で構成され、障害物当接部２７先端を障害物に当接させて移動しても障害物表面に傷を付けない様になっている。また可動体２５は駆動輪である右走行輪８後方に回転中心２６を有し、支持軸３１により直接、回動角度検知手段３２に固定されている。
【００２０】
本体１の回動角度検知手段保持部３４に固定されたロータリーエンコーダまたはポテンショメータ等からなる回動角度検知手段３２が支持軸３１の回転を検知することで可動体２５の回転角度を検知し、可動体２５の本体１から外側に突出した長さを検出する。図４，図５，図６に回動角度検知手段３２の検出する角度と可動体２５の本体１から外側に突出した長さの関係を示している。図４には可動体２５の本体１から外側に突出した長さがＬ１の場合、図５には可動体２５の本体１から外側に突出した長さがＬ２の場合、図６には可動体２５の本体１から外側に突出した長さがＬ３の場合が示してある。距離の関係はＬ１＜Ｌ２＜Ｌ３である。回動角度検知手段３２が検知する角度はＬ２の時の角度を基準にして、Ｌ１の時は左にθ３６、Ｌ３の時は右にθ３７となる。今可動体２５の本体１から外側に突出した長さをＬ２に保って壁に沿って移動しようとするなら角度検知手段３２の検知角度が左向きの角度であるならＬ１の様にＬ２よりも壁に近づいており、検知角度が右向きの角度であるならＬ３の様にＬ２よりも壁から離れていると検知する。つまり、検知する角度が基準より左向きの角度なら壁に近付いた状態、基準より右向きの角度なら壁から離れた状態、その角度が大きくなればなるほどその度合いが大きくなるというように壁からの距離を検出できるのである。
【００２１】
本体１は可動体下面に向かって突出する複数の突起体３３を有し、突起体３３は可動体２５の下面に接している。また角度検知手段保持部３４からは可動体上面に向かって突出する複数の突起体３５を有し、突起体３５は可動体２５の上面に接している。これら突起体３３、３５によって回動部２５の高さ方向の位置を規制し、可動体２５が回動時に垂直方向のぶれを防止し障害物当接部２７を水平に保って障害物に当接させ回動角度検知手段３２の精度を向上させている。突起体３３、３５の先端面は略球面形状にして突起体３３、３５先端面と可動体２５は面全体で接触するのではなく線接触にすることで、可動体２５の回動時の抵抗を低減している。さらに潤滑油等により先端の接触抵抗を下げることにより可動体２５の回動時の抵抗を低減している。
【００２２】
１２は本体１の前方下部に配され、床面を掃除する清掃ノズルである。清掃ノズル１２の下面にはごみを吸引する吸込口が設けられ、この吸込口に臨むように回転ブラシなどからなるアジテータ１３が清掃ノズル１２内に設けられ、電動送風機を構成するファンモータ１４を駆動することで真空圧を発生させ、清掃ノズル１２にその真空圧を作用させて吸込口よりゴミを吸引する。前記アジテータ１３はノズルモータ１５により伝動ベルト１６を介して回転駆動される。
【００２３】
２０は電池などからなる電源で、本体１内の駆動モータ３，４、ファンモータ１４、ノズルモータ１５に、また回路部である移動制御手段９、位置認識手段２１に、さらにセンサ類である測距手段１０，１１に電力を供給する
図７に本実施例のシステム構成を制御ブロック図で示す。移動制御手段９は前方障害物検知手段１０と位置認識手段２１および測距手段１１からの入力に応じて、左駆動モータ３および右駆動モータ４と、ファンモータ１４、ノズルモータ１５およびブラシモータ３９への出力を制御する。
【００２４】
図８は回動角度検知手段３２が検知する回動角度と、移動制御手段によって制御される左右の走行輪７、８の回転速度との関係を示している。縦軸は走行輪回転速度で右走行輪回転速度４０を実線で、左走行輪回転速度４１を破線で表している。横軸は回動角度検知手段３２が検知する回動角度で、θＲ（目標値）を中心にθＲより左向きの角度が大きくなるとＬの示す方向に変化し、θＲより右向きの角度が大きくなるとＲの示す方向に変化することになる。
【００２５】
回動角度検知手段３２の検知する角度がθ３６の様に基準より左向きの角度である時は、移動制御手段９が右駆動モータ４の回転数を左駆動モータ５の回転数よりも大きくすることによって本体１を左旋回させ本体１を壁から遠ざけ、回動角度検知手段３２の検知する角度が目標角度になると、移動制御手段９が右駆動モータ４と左駆動モータ５を同じ回転数にし本体１を直進させて壁と平行に走行させる。
【００２６】
逆に回動角度検知手段３２の検知する角度がθ３７の様に基準より右向きの角度である時は、移動制御手段９が左駆動モータ５の回転数を右駆動モータ４の回転数よりも大きくすることによって本体１を右旋回させ本体１を壁に近づけ、回動角度検知手段３２の検知する角度が目標角度になると、移動制御手段９が右駆動モータ４と左駆動モータ５を同じ回転数にし本体１を直進させて壁と平行に走行させる。
【００２７】
この様に回動角度検知手段３２の検知する角度によって、移動制御手段９が可動体２５の本体１から外側に突出した長さを調整し、本体１と壁との距離を所定の距離に保ちながら走行する壁沿い走行を本体１に行わせることができる。
【００２８】
また図９に示すように、右駆動モータ４と左駆動モータ５を同じ回転数にする角度をθＲ（目標値）に対して数度の幅を持たせても同様の効果がある。
【００２９】
図１０に示すように、本体１が沿っている壁１０から本体１側に突出するような壁４３が現れると、可動体２５の回転中心２６を右側走行輪８の後方に設けているので本体１が前進することによって回動体２５が矢印４２に示すように内側に回転する。このことにより可動体２５が壁４３に引っかかって前進できなくなることがないのである。この時回動角度検知手段３２が検知する角度θ４４は目標値より左向きの角度であるため、移動制御手段９が右駆動モータ４の回転数を左駆動モータ５の回転数よりも大きくすることによって本体１を左旋回させ本体１を壁から遠ざけ、引き続き壁４３に沿って走行するようになる。この様に、本体１が沿っている壁の形状が変化しても壁沿い走行を継続できるのみならず、壁際に障害物があったとしても祖の障害物に沿って走行を継続できるのである。
【００３０】
本実施例では、障害物当接部２７先端は発泡ゴムやスポンジ等の軟質部材２８で構成されるとしたが、図１１に示す様に可動体２５の先端に略鉛直方向に設けたローラ軸４５を中心に略水平方向に回動自在なローラ４６を側方に向かって突出させ、このローラ４６を障害物に当接させても障害物表面に傷を付けない効果が得られる。また、ローラの個数、形状も、既述の機能を満たせばこれに限定するものではなく、例えばローラを２個並べて配置する等複数個でも良い。
【００３１】
（実施例２）
本発明の第２の実施例における可動体突出長検知手段の構成について、前記実施例１と共通部分の説明は省略し、異なる点を図１２の可動体突出長検知手段概略平面図を用いて説明する。
【００３２】
可動体２５は可動体付勢手段である圧縮ばね２９により、矢印４７の示す方向に付勢され、障害物当接部２７先端の軟質部材２８を壁１０に当接させる構成である。４８はロータリーエンコーダまたはポテンショメータまたはソレノイド式の変位センサ等からなる突出長検出手段で、可動体２５の矢印４７方向の変位を直接検出し可動体２５の本体からの突出長さを検出するようになっている。
【００３３】
図１３は突出長検出手段４８が検知する突出長と移動制御手段によって制御される左右の走行輪の回転速度の関係を示している。縦軸は走行輪回転速度で右走行輪回転速度４０を実線で、左走行輪回転速度４１を破線で表している。横軸は突出長検出手段４８が検知する突出長で、ＤＲは目標値である。
【００３４】
突出長検出手段４８の検知する突出長が目標突出長ＤＲよりも短い時は、移動制御手段９が右駆動モータ４の回転数を左駆動モータ５の回転数よりも大きくすることによって本体１を左旋回させ本体１を壁から遠ざけ、突出長検出手段４８の検知する突出長が目標突出長になると、移動制御手段９が右駆動モータ４と左駆動モータ５を同じ回転数にし本体１を直進させて壁と平行に走行させる。
【００３５】
逆に突出長検出手段４８の検知する突出長が目標突出長ＤＲよりも長い時は、移動制御手段９が左駆動モータ５の回転数を右駆動モータ４の回転数よりも大きくすることによって本体１を右旋回させ本体１を壁に近づけ、突出長検出手段４８の検知する突出長が目標突出長になると、移動制御手段９が右駆動モータ４と左駆動モータ５を同じ回転数にし本体１を直進させて壁と平行に走行させる。
【００３６】
この様に突出長検出手段４８の検知する突出長によって、移動制御手段９が可動体２５の本体１から外側に突出した長さを調整し、本体１と壁との距離を所定の距離に保ちながら走行する壁沿い走行を本体１に行わせることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、簡単な構成と簡単な制御で壁や障害物から一定距離離れて移動可能な移動装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における自走式掃除機の全体構成の斜視図
【図２】同壁沿い移動を行う本体の概略平面図
【図３】同突出長検出手段の構成を示す断面図
【図４】同回動角度検知手段の検出する角度と可動体の本体から外側に突出した長さＬ１の関係を示す図
【図５】同回動角度検知手段の検出する角度と可動体の本体から外側に突出した長さＬ２の関係を示す図
【図６】同回動角度検知手段の検出する角度と可動体の本体から外側に突出した長さＬ３の関係を示す図
【図７】同システム構成を示す制御ブロック図
【図８】同回動角度検知手段が検知する回動角度と移動制御手段によって制御される左右の走行輪の回転速度の関係を示す図
【図９】同回動角度検知手段が検知する回動角度と移動制御手段によって制御される左右の走行輪の回転速度の関係を示す図
【図１０】同可動体の動作を示す図
【図１１】同可動体の障害物当接部の構成例を示す図
【図１２】本発明の実施例２における可動体突出長検知手段の構成を示す図
【図１３】同突出長検出手段が検知する突出長と移動制御手段によって制御される左右の走行輪の回転速度の関係を示す図
【符号の説明】
１　本体
３　左駆動モータ
４　右駆動モータ
５　左減速機
６　右減速機
７　左走行輪
８　右走行輪
９　移動制御手段
２２　本体前面コーナー部
２５　可動体
２６　回転中心
２７　障害物当接部
２８　軟質部材
３２　回動角度検知手段
３３　本体突起部
４６　ローラ
４８　突出長検出手段

Claims

本体を移動させる走行手段と、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と、前記本体から突出して前記本体周囲の障害物に当接する障害物当接部を有する可動体と、前記可動体の本体からの突出長さを検出する突出長検知手段とを備え、前記移動制御手段は前記突出長検出手段の出力に応じて前記本体の走行方向を変える移動装置。
走行手段は本体の左右に設けた駆動輪と、左右の駆動輪をそれぞれ独立に駆動する駆動手段とからなり、移動制御手段は突出長検出手段の出力に応じて、左右の駆動輪の回転速度をそれぞれ独立に制御して前記本体の走行方向を変える請求項１記載の移動装置。
可動体は水平方向に回動自在に保持され、前記可動体の回動角度を検出する回動角度検出手段を有し、移動制御手段は前記回動角度検出手段の出力を用いて前記可動体の本体からの突出長さを検出する請求項１記載の移動装置。
可動体の回動中心を駆動輪後方に設ける請求項３記載の移動装置。
可動体は本体外側に向かって伸縮自在に設けられる請求項１記載の移動装置。
可動体の障害物当接部を軟質部材で構成する請求項１から５のいずれか１項に記載の移動装置。
可動体の障害物当接部を、本体前面のコーナー部から前方及び側方に張り出した形状とする請求１から６のいずれか１項に記載の移動装置。
可動体の障害物当接部の周縁部に、略水平方向に回動自在なローラを前記可動体より側方に突出して設けた請求項１から７のいずれか１項に記載の移動装置。
本体は可動体下面に向かって突出する複数の突起体を有し、前記突起体の先端を可動体下面に接するように設けた請求項１から８いずれか１項に記載の移動装置。