JP2008220882A

JP2008220882A - 自走車

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Publication number: JP2008220882A
Application number: JP2007067794A
Authority: JP
Inventors: Tomoyoshi Tokumaru; 智▲祥▼ 徳丸; Yasuhiro Asai; 康広浅井
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2007-03-16
Publication date: 2008-09-25
Anticipated expiration: 2027-03-16
Also published as: JP5028116B2

Abstract

【課題】乗り上げ状態と脱輪状態を区別して検知することが出来、乗り上げ状態に陥ることのない障害物についてはこれを乗り越えることが出来る自走車を提供する。
【解決手段】本発明に係る自走車においては、動輪２が懸架機構５を介して車体１に支持されている。懸架機構５は、車体１に対して回動が可能に支持された第１フレーム51と、第１フレーム51に対して回動が可能に支持され動輪２が取り付けられた第２フレーム52と、動輪２を走行面に押し付ける方向に第１フレーム51を付勢するスプリングと、第１フレーム51及び第２フレーム52の回動限界位置を検知する第１センサー７及び第２センサー８とを具え、該両センサー７、８から得られる検知信号に基づいて動輪２の回転を制御する。
【選択図】図５

Description

本発明は、車体に動輪とキャスターとが配備されて該動輪の駆動によって自走する自走車に関するものである。

家屋の床面等の走行面上を自走して走行面の掃除を行なう自走式掃除ロボットにおいては、床面上に複雑に絡み合った電源コードやめくれ上がったカーペット等の障害物が存在し、この様な障害物の内、乗り越え可能な障害物についてはこれを乗り越え、乗り越え不可能な障害物に対しては前進を停止する必要がある。又、凹部や段差部で動輪が脱輪したときは、それ以上の走行が不能であるため、動作を停止する必要がある。

従来、この種の自走車においては、車体に懸架機構を介して動輪を支持し、懸架装置が可動範囲の限界位置まで伸びた状態をスイッチにより検知して、脱輪状態を認識するもの(特許文献１)、動輪を駆動する車軸を下方向に回動させる機構を有して車体の高さを大小２段階に切り替えることが可能なもの(特許文献２)、床面と車輪との間にスリップが発生したときにこれを検知して警告するもの(特許文献３)、硬質の床面上を走行することを前提として床面上のカーペットの下に潜り込ませる機構を有するもの(特許文献４)などが提案されている。
ＷＯ０２／０６７７４４号公報特開平７−１５６８９８号公報特開平１０−５５２１５号公報特表２００４−５２４９８１号公報

しかしながら、懸架装置が可動範囲の限界位置まで伸びた状態をスイッチにより検知して脱輪状態を認識するものにおいては、車体が段差部分に乗り上げた状態でも該スイッチが動作するため、乗り上げ状態(例えば前輪が段差部の上に乗り上げてそれ以上の前進は不可能であるが、後退等の障害物回避のための移動は可能な状態)と、脱輪状態(前進も後退も不可能な状態で自走車の動作を停止せざるを得ない場合)とを区別することが出来ない。従って、実際には乗り上げ状態であるにも拘わらず、脱輪状態と同様に自走車の動作を停止せざるを得ない問題がある。
又、動輪を駆動する車軸を下方向に回動させる機構を有して車体の高さを大小２段階に切り替えることが可能なものにおいては、車体の高さを大きくしても一定高さ以上の障害物は乗り越えることが出来ない。
又、床面と車輪との間にスリップが発生したときにこれを検知して警告するものにおいては、スリップを未然に防止することは出来ない。
更に、硬質の床面上を走行することを前提として床面上のカーペットの下に潜り込ませる機構を有するものにおいては、カーペットに乗り上げてカーペット上を走行させることが出来ない。

そこで本発明の目的は、乗り上げ状態と脱輪状態を区別して検知することが出来、乗り上げ状態に陥ることのないカーペット等の障害物についてはこれを乗り越えて通過することが出来る自走車を提供することである。

本発明に係る自走車は、走行不能に陥る障害物への乗り上げを検知する乗り上げ検知手段と、該乗り上げ検知手段による検知に基づいて障害物を回避するための制御を実行する制御手段とを具えている。
具体的には、本発明に係る自走車は、車体(１)に動輪(２)とキャスター(３)とを配備し、該動輪(２)は懸架機構(５)を介して車体(１)に支持されており、該動輪(２)の駆動によって走行面上を自走するものであって、前記懸架機構(５)は、
車体(１)に対して、動輪(２)を走行面に押し付ける方向とその逆方向の移動若しくは回動が可能に支持された第１フレーム(51)と、
第１フレーム(51)に対して、動輪(２)を走行面に押し付ける方向とその逆方向の移動若しくは回動が可能に支持され、動輪(２)が取り付けられた第２フレーム(52)と、
動輪(２)を走行面に押し付ける方向に第１フレーム(51)を付勢する付勢機構と、
第１フレーム(51)及び第２フレーム(52)の位置を検知する検知手段と、
該検知手段から得られる検知信号に基づいて動輪(２)の回転を制御する制御回路(９)
とを具えている。

前記制御回路(９)は、第１フレーム(51)が動輪(２)を走行面に押し付ける方向の可動限界位置に達した時点で動輪(２)の前進方向の回転を停止すると共に、第２フレーム(52)が動輪(２)を走行面に押し付ける方向の可動限界位置に達した時点で動輪(２)の前進方向の回転を停止する。

上記本発明の自走車においては、平坦な走行面上を走行する過程では、走行面から受ける反力によって付勢機構が弾性変位し、第１フレーム(51)は、動輪(２)を走行面に押し付ける方向の可動限界位置とその逆方向の可動限界位置との間に位置すると共に、第２フレーム(52)は、動輪(２)を走行面に押し付ける方向とは逆方向の可動限界位置に位置し、付勢機構の弾性力によって懸架機構(５)のサスペンション機能が発揮される。

走行面上に乗り越えるべき高さの障害物が存在する場合、キャスター(３)が該障害物上に乗り上げることによって車体(１)と走行面との距離が大きくなるため、付勢機構の付勢によって第１フレーム(51)が動輪(２)を走行面に押し付ける方向に移動すると共に、該第１フレーム(51)の移動に伴って第２フレーム(52)も一体に移動し、動輪(２)が走行面に押し付けられることになる。これによって、動輪(２)と走行面との間のグリップ力(摩擦力)が確保され、スリップを生ずることなく障害物を乗り越えることが出来る。

走行面上の障害物の高さが更に高くなると、車体(１)と走行面との距離が更に大きくなるため、付勢機構による付勢によって第１フレーム(51)及び第２フレーム(52)が更に移動して、該第１フレーム(51)が可動限界位置に達することになる。この状態(乗り上げ状態)が検知手段により検知され、この結果、制御回路(９)によって動輪(２)の前進駆動が停止される。

又、走行面に凹部や段差部があって動輪(２)が脱輪した場合は、第１フレーム(51)が可動限界位置に達した後も、動輪(２)に作用する重力によって第２フレーム(52)が更に移動して、該第２フレーム(52)が可動限界位置に達することになる。この状態(脱輪状態)が検知手段により検知され、この結果、制御回路(９)によって動輪(２)の前進駆動が停止される。

具体的構成において、第１フレーム(51)と第２フレーム(52)はそれぞれ、車体(１)に水平に架設された枢軸(50)によって回動が可能に支持されている。又、前記検知手段は、第１フレーム(51)が前記可動限界位置まで移動した状態を検知する第１センサー(７)と、第２フレーム(52)が前記可動限界位置まで移動した状態を検知する第２センサー(８)とから構成される。
該具体的構成によれば、障害物乗り越え時には第１フレーム(51)及び第２フレーム(52)が一体となって枢軸(50)回りに回動し、障害物の高さが乗り越え不可能な高さに至ったときは、第１フレーム(51)が可動限界位置に達してこの状態が第１センサー(７)によって検知される。又、動輪(２)の脱輪時には、第１フレーム(51)が可動限界位置で停止したまま第２フレーム(52)が枢軸(50)回りに更に回動し、可動限界位置に達してこの状態が第２センサー(８)によって検知される。

又、他の具体的な構成において、前記付勢機構はスプリング(６)によって構成され、前記第１センサー(７)によって検知すべき第１フレーム(51)の可動限界位置は、車体(１)が乗り越えるべき最大の段差に乗り上げたときのスプリング(６)の付勢力が所定値を下回ることのない位置に設定されている。
或いは、スプリング(６)は、車体(１)が乗り越えるべき最大の段差に乗り上げたときの付勢力が所定値を下回ることのない仕様を有している。
上記の具体的な構成においては、乗り越え可能な最大高さの障害物を乗り越える際にも、動輪(２)と走行面との間のグリップ力(摩擦力)が充分に確保され、スリップを生ずることなく障害物を乗り越えることが出来る。

更に具体的な構成においては、車体(１)の底面の走行面からの高さＨを、車体(１)が乗り越えるべき最大の段差として設定している。
該具体的構成によれば、障害物の高さが車体(１)の底面の高さＨより低い限り、全ての障害物を乗り越えることが出来る。

本発明に係る自走車によれば、乗り上げ状態と脱輪状態を区別して検知することが出来、乗り上げ状態に陥ることのない高さの障害物についてはこれを乗り越えて通過することが出来る。

以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係る自走車は、図１及び図２に示す如く、車体(１)に左右一対の動輪(２)(２)を具えると共に、その前方に１つの前キャスター(３)、後方に２つの後キャスター(４)(４)を具えており、動輪(２)(２)の駆動によって走行面(10)上を自走することが可能である。

図３及び図４に示す如く、各動輪(２)は懸架機構(５)を介して車体(１)に支持されている。懸架機構(５)は、図３に示す様に、車体(１)上に水平に架設された枢軸(50)と、該枢軸(50)によって回動可能に支持された第１フレーム(51)及び第２フレーム(52)とを具えている。第１フレーム(51)は、車体(１)に対して、動輪(２)を走行面に押し付ける方向(反時計方向)の回動限界位置とその逆方向(時計方向)の回動限界位置の間で回動が可能であり、第２フレーム(52)は、第１フレーム(51)に対して、動輪(２)を走行面に押し付ける方向(反時計方向)の回動限界位置とその逆方向(時計方向)の回動限界位置との間で回動が可能である。

又、枢軸(50)にはトーションスプリング(６)が取り付けられており、その一端が車体(１)に係止されると共に、他端が第１フレーム(51)に係止されて、第１フレーム(51)が枢軸(50)を中心として反時計方向に回転付勢されている。
従って、第１フレーム(51)は、時計方向の回動限界位置と反時計方向の回動限界位置との間でスプリング(６)による回転付勢力を受ける。これに対し、第２フレーム(52)は、第１フレーム(51)により押圧されて間接的に反時計方向の回転付勢力を受けるが、第１フレーム(51)が反時計方向の回動限界位置に達した状態では、スプリング(６)による回転付勢力を受けることなく、第１フレーム(51)に対して時計方向の回動限界位置と反時計方向の回動限界位置との間で自由に回動することになる。

第２フレーム(52)には、駆動モータ(53)が取り付けられており、第２フレーム(52)内には、図５の如く駆動モータ(53)の回転を動輪(２)に伝えるギア列(55)が収容されている。

車体(１)上には、第１フレーム(51)との対向位置に第１センサー(７)が設置されると共に、第１フレーム(51)の端部には、第２フレーム(52)との対向位置に第２センサー(８)が設置されている。第１センサー(７)は、図７の如く第１フレーム(51)が反時計方向の回動限界位置まで回動した状態を検知するものであり、第２センサー(８)は、図８の如く第１フレーム(51)が反時計方向の回動限界位置に保持された状態で該第１フレーム(51)に対して第２フレーム(52)が反時計方向の回動限界位置まで回動した状態を検知するものである。

第１センサー(７)及び第２センサー(８)から得られる検知信号は図９に示す如く制御回路(９)へ供給され、後述の如く該制御回路(９)によって左右の駆動モータ(53)(53)が制御される。

図１１は、走行面(10)が平坦な場合(ａ)、走行面(10)にカーペット等の乗り越え可能な高さ(段差)を有する障害物(10a)が存在する場合(ｂ)、走行面(10)に乗り越え不可能な高さを有する障害物(10b)が存在する場合(ｃ)、車体(１)を走行面(10)上から持ち上げた場合(ｄ)を示している。

図１１(ａ)の如く平坦な走行面(10)上を走行する場合には、動輪(２)、前キャスター(３)及び後キャスター(４)(４)が同一高さの走行面(10)に接触しており、この状態では、図５の如く、第１フレーム(51)と第２フレーム(52)とは互いに接触した状態で、前記スプリング(６)によって反時計方向に回転付勢され、これによって動輪(２)は走行面に押し付けられている。
この状態で、懸架機構(５)は、前記スプリング(６)の弾性によってサスペンション機能を発揮する。
尚、車体(１)上の第１センサー(７)は第１フレーム(51)から離間すると共に、第１フレーム(51)上の第２センサー(８)は第２フレーム(52)から離間している。

図１１(ｂ)の如く走行面(10)に乗り越え可能な高さ(段差)を有する障害物(10a)が存在する場合は、前キャスター(３)が該障害物(10a)に乗り上げることによって車体(１)が傾斜し、これに伴って車体(１)と走行面(10)との距離が大きくなる。この結果、図６に示す如く、第１フレーム(51)が前記スプリング(６)の付勢によって反時計方向に角度θ１だけ回動し、これに伴って第２フレーム(52)も一体となって反時計方向に角度θ１だけ回動する。この第２フレーム(52)の回動によって図１１(ｂ)の如く動輪(２)が走行面(10)に押し付けられ、動輪(２)と走行面(10)及び障害物(10a)との間のグリップ力(摩擦力)が確保される。従って、スリップを生ずることなく障害物(10a)を乗り越えることが出来る。
尚、図６の如く、依然として車体(１)上の第１センサー(７)は第１フレーム(51)から離間した状態であり、第１フレーム(51)上の第２センサー(８)も第２フレーム(52)から離間した状態である。

図１１(ｃ)の如く走行面(10)上に更に高い障害物(10b)が存在する場合は、前キャスター(３)が該障害物(10b)に乗り上げることによって更に車体(１)が傾斜し、これに伴って車体(１)と走行面(10)との距離が更に大きくなる。この結果、図７に示す如く、第１フレーム(51)が前記スプリング(６)の付勢によって反時計方向の回動限界位置である角度θ２まで回動し、これに伴って第２フレーム(52)も一体となって反時計方向に同じ角度だけ回動する。この第１フレーム(51)の回動によって第１センサー(７)が押圧されてオンとなる。
尚、依然として第１フレーム(51)上の第２センサー(８)は第２フレーム(52)から離間した状態のままである。

スプリング(６)は、車体(１)が乗り越えるべき最大の段差に乗り上げたときの付勢力、即ち図７の如く第１フレーム(51)が反時計方向の回動限界位置に達したときの付勢力が所定値を下回ることのない仕様を有している。
ここで、車体(１)が乗り越えるべき最大の段差としては、図１に示す車体(１)底面の高さＨを設定することが出来る。

従って、上記第２フレーム(52)の回動によってスプリング(６)の付勢力は弱まるが、図１１(ｂ)の如く動輪(２)が走行面(10)に押し付けられた状態で、動輪(２)と走行面(10)との間のグリップ力(摩擦力)は、走行に必要な最低値に維持されることになる。

図１１(ｄ)の如く車体(１)を走行面(10)上から持ち上げた場合、或いは動輪(２)が脱輪した場合は、図８に示す如く、第１フレーム(51)が反時計方向の回動限界位置に保持された状態で、動輪(２)に作用する重力によって第２フレーム(52)が更に反時計方向に角度θ３だけ回動し、反時計方向の回動限界位置に達することになる。この第２フレーム(52)の回動によって第１フレーム(51)上の第２センサー(８)が押圧され、オンとなる。

図１０は、前記制御回路(９)による障害物回避の制御手続きを表わしており、先ずステップＳ１では、第１センサー(７)からの検知信号に基づいて乗り検知入力の有無を判断する。ここで、図５或いは図６の如く第１センサー(７)がオフの場合は、図１０のステップＳ７に移行して、更に第２センサー(８)からの検知信号に基づいて脱輪・持ち上げ検知入力の有無を判断する。ここで、図５或いは図６の如く第２センサー(８)がオフの場合は、脱輪・持ち上げ検知入力無と判断して、障害物回避のための手続きを終了し、通常走行を続行する。

これに対し、図７の如く第１フレーム(51)が反時計方向の回動限界位置まで回動して第１センサー(７)がオンとなったときは、図１０のステップＳ１にて乗り上げ検知入力有と判断して、ステップＳ２に移行し、駆動モータ(53)を停止させた後、ステップＳ３にて駆動モータ(53)を逆転させて車体(１)を所定距離だけ後退させる。このとき、前述の如く動輪(２)と走行面(10)との間のグリップ力(摩擦力)として、走行に必要な最低限界値が確保されているので、後退移動は可能である。

そして、ステップＳ４で後退移動の完了を確認した後、ステップＳ５にて車体(１)を回転させ、進行方向の転換によって障害物の回避移動を行なった後、ステップＳ６にて移動の完了を確認し、障害物回避のための手続きを終了する。

一方、ステップＳ７の判断において、図８の如く第１フレーム(51)が反時計方向の回動限界位置のまま第２フレーム(52)が反時計方向に回動して第２センサー(８)がオンとなったときは、脱輪・持ち上げ検知入力有と判断して、図１０のステップＳ８に移行し、駆動モータ(53)の回転を含む全ての動作を停止させた上で、ステップＳ９３にて待機状態に移行する。

上述の如く本発明に係る自走車によれば、図１１(ａ)に示す平坦な走行面(10)上を走行し、或いは図１１(ｂ)の如く乗り越え可能な高さの障害物(10a)が存在する場合もこれを乗り越えて走行することが可能である。
又、図１１(ｃ)に示す如く走行面(10)に乗り越え不可能な高さの障害物(10b)が存在する場合は、第１センサー(７)によりこの状態を検知して、その障害物(10b)に乗り上げる過程で前進を中断して後退し、障害物(10b)を回避することが出来る。
更に、図１１(ｄ)に示す如く車体(１)が持ち上げられ、或いは動輪(２)が脱輪した場合は、第２センサー(８)によりこの状態を検知して、駆動モータ(53)の回転を含む全ての動作を停止させることが出来る。

尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば第１フレーム(51)及び第２フレーム(52)は車体(１)上に回動が可能に支持する構成に限らず、直線に沿って上下方向の移動が可能に支持する構成を採用することも可能である。

本発明に係る自走車の側面図である。該自走車の裏面図である。懸架機構の構成を示す側面図である。懸架機構の構成を示す正面図である。通常状態における懸架機構の動作状態を示す側面図である。乗り越え可能な障害物を乗り越えるときの懸架機構の動作状態を示す側面図である。乗り越え不可能な障害物にさしかかったときの懸架機構の動作状態を示す側面図である。持ち上げ時若しくは脱輪時の懸架機構の動作状態を示す側面図である。本発明に係る自走車の構成を示すブロック図である。障害物回避手続きを示すフローチャートである。本発明に係る自走車の走行状態を説明する図である

符号の説明

(１) 車体
(２) 動輪
(３) 前キャスター
(４) 後キャスター
(５) 懸架機構
(51) 第１フレーム
(52) 第２フレーム
(53) 駆動モータ
(55) ギア列
(６) スプリング
(７) 第１センサー
(８) 第２センサー
(９) 制御回路

Claims

走行不能に陥る障害物への乗り上げを検知する乗り上げ検知手段と、該乗り上げ検知手段による検知に基づいて障害物を回避するための制御を実行する制御手段とを具えている自走車。
車体(１)に動輪(２)とキャスター(３)とが配備され、該動輪(２)は懸架機構(５)を介して車体(１)に支持されており、該動輪(２)の駆動によって走行面上を自走する自走車において、前記懸架機構(５)は、
車体(１)に対して、動輪(２)を走行面に押し付ける方向とその逆方向の移動若しくは回動が可能に支持された第１フレーム(51)と、
第１フレーム(51)に対して、動輪(２)を走行面に押し付ける方向とその逆方向の移動若しくは回動が可能に支持され、動輪(２)が取り付けられた第２フレーム(52)と、
動輪(２)を走行面に押し付ける方向に第１フレーム(51)を付勢する付勢機構と、
第１フレーム(51)及び第２フレーム(52)の位置を検知する検知手段と、
該検知手段から得られる検知信号に基づいて動輪(２)の回転を制御する制御回路(９)
とを具えていることを特徴とする自走車。
前記制御回路(９)は、第１フレーム(51)が動輪(２)を走行面に押し付ける方向の可動限界位置に達した時点で動輪(２)の前進方向の回転を停止すると共に、第２フレーム(52)が動輪(２)を走行面に押し付ける方向の可動限界位置に達した時点で動輪(２)の前進方向の回転を停止する請求項２に記載の自走車。
前記検知手段は、第１フレーム(51)が前記可動限界位置まで移動した状態を検知する第１センサー(７)と、第２フレーム(52)が前記可動限界位置まで移動した状態を検知する第２センサー(８)とから構成される請求項３に記載の自走車。
前記付勢機構はスプリング(６)によって構成され、前記第１センサー(７)によって検知すべき第１フレーム(51)の可動限界位置は、車体(１)が乗り越えるべき最大の段差に乗り上げたときのスプリング(６)の付勢力が所定値を下回ることのない位置に設定されている請求項４に記載の自走車。
前記付勢機構はスプリング(６)によって構成され、該スプリング(６)は、車体(１)が乗り越えるべき最大の段差に乗り上げたときの付勢力が所定値を下回ることのない仕様を有している請求項４に記載の自走車。
車体(１)の底面の走行面からの高さＨを、車体(１)が乗り越えるべき最大の段差として設定している請求項５又は請求項６に記載の自走車。