JP2009015667A - 自走式作業ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】走行する上で、障害物を簡単に乗り越えたり、降りたり、傷付きもない自走式作業ロボットを提供することを目的とする。
【解決手段】ロボット本体１下部前側に配置した、走行手段を構成するキャスター部７を起伏自在としたものである。これによって、ロボット本体１が段差１３に衝突したとしてもキャスター部７が衝撃を逃がすように伏状態となるため、スムーズに無理なく段差１３を乗り越えたり、降りたり、傷付きもなく走行することができるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、無人搬送、自動床面掃除、あるいは監視などの機能を備えた自走式作業ロボットに関するものである。

従来、この種の自走式作業ロボットは、使用者がそばについていなくとも所定の区域内を自動で走り、所期の作業を行うものであり、代表例として掃除ロボットがよく知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１４８０８９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、所定の区域内を自動走行できるが、走行途中の段差に対しては特に配慮が無く、段差の高さ、大きさなどによってはスムーズな走行に支障をきたすおそれがある。

例えば、掃除ロボットの場合、掃除区域内であれば居間などの畳の部屋からリビングのフローリングの室への移動も当然頻繁に行われる。普通は、このような部屋の境にはふすま、ドア、ガラス戸などの間仕切りがあり、敷居や段差などが設けられている。また、部屋には雑誌やカーペット、座布団などが置いてある場合がある。また電気製品などにあるコードもよく見かける。掃除ロボットは、障害物が薄い場合や低い場合には乗り越えることができるが、ある程度高さのある障害物については走行に支障が生じたり、無理に走行しょうとして障害物を傷付けたりする場合が生じるものである。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、走行する上で、障害物を簡単に乗り越えたり、降りたり、傷付きもない自走式作業ロボットを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の自走式作業ロボットは、ロボット本体下部前側に配置した、走行手段を構成するキャスター部を起伏自在としたものである。

これによって、ロボット本体が障害物に衝突したとしてもキャスター部が衝撃を逃がすように伏状態となるため、スムーズに無理なく障害物を乗り越えたり、降りたり、傷付きもなく走行することができるものである。

本発明の自走式作業ロボットは、障害物を簡単に乗り越えたり、降りたり、傷付きもなく走行することができる。

第１の発明は、ロボット本体と、ロボット本体を移動させる走行手段と、ロボット本体の電力源である充電可能な充電池と、ロボット本体の機能である作業手段と、前記ロボット本体を制御する制御手段とを備え、前記走行手段を構成するロボット本体下部前側に配置したキャスター部は起伏自在とした自走式作業ロボットとする。これによって、ロボット本体が障害物に衝突したとしてもキャスター部が衝撃を逃がすように伏状態となるため、スムーズに無理なく障害物を乗り越えたり、降りたり、傷付きもなく走行することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、キャスター部は伏状態から自動的に元に戻るようにしたことにより、障害物を乗り越えるために伏状態になっても乗り越えた後は元の状態に戻るため安定した走行がすぐに得られる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、キャスター部周辺のロボット本体下部に柔軟部材を設けたことにより、ロボット本体が障害物に衝突しても双方の被害を細少にすることができる。

第４の発明は、特に、第１または第２の発明において、キャスター部は伏状態時にキャスターがロボット本体下部より突出するよう構成したことにより、キャスター部が伏状態時でもロボット本体下部と障害物が接触することがなく、キャスターにより容易に乗り越えることができる。

第５の発明は、特に、第１または第２の発明において、キャスター部は横方向に起伏自在としたことにより、ロボット本体の回転時にキャスター部が障害物へ接触しても傷付きなくスムーズに回転が可能となる。

第６の発明は、特に、第１〜第５のいずれか１つの発明において、キャスター部の起状態から伏状態への移行と連動して走行手段による移動を減速するようにしたことにより、作業中はロボット本体が比較的早い速度で動いていても、障害物に接触した場合に減速ができることで傷付きを避けることができる。

第７の発明は、特に、第１〜第６のいずれか１つの発明において、キャスター部の回動中心をキャスターの回転軸と同一垂直線上に位置させたことにより、どの方向から障害物が接触してもキャスター部はスムーズに伏状態へ移行することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１〜図４は、本発明の実施の形態１における自走式作業ロボットを示している。

図に示すように、本実施の形態における自走式作業ロボットは、無人搬送、自動床面掃除、あるいは監視などの機能を備えたロボット本体１と、ロボット本体１を移動させる走行手段２と、ロボット本体１の電力源であるニッケル水素電池などの充電可能な充電池３と、ロボット本体１の機能である作業手段４と、予めプログラムされたシーケンスでロボット本体１を制御する制御手段５とを備えている。制御手段５は作業を学習すれば新たなシーケンスに書き換えも可能である。

そして、走行手段２はモータにより駆動される左右２つの駆動輪６と、ロボット本体１下部前側の中央に配置した１つのキャスター部７から構成されており、キャスター部７は進行方向に対し前後方向に起伏自在としているものである。

キャスター部７は、一端をロボット本体１に回動軸８により軸支されたキャスター支え９と、キャスター支え９の他端に回転軸１０により支持されたキャスター１１とよりなっている。キャスター部７は通常の走行時には起状態に常にバネなどで付勢されていて、キャスター１１が走行の床面１２と接している。

また、図１に示すように、ロボット本体１下部前側には、キャスター部７が床面１２の段差（障害物）１３とあたって起状態から伏状態になった際に、キャスター部７を収納する収納スペース１４を設けている。また、キャスター部７周辺のロボット本体１下部には滑りのよいテフロン（登録商標）などの柔軟部材１５を設けて段差１３とあたってもお互いに傷付かないようにしている。柔軟部材１５はロボット本体１下部に別部材を貼り付けるか、あるいはロボット本体１下部を柔軟部材１５で構成してもよい。なお、キャスター部７のキャスター支え９も同様な部材で構成すれば傷付きなく段差１３を乗り越えることができる。

また、ロボット本体１は、その前部から側部にかけてバンパー１６を設けており、椅子やタンスなどの障害物に接触した場合に内部にある障害物検知手段（図示省略）が働き回避行動をとる。本実施の形態では接触による検知をリミットスイッチのストローク検知で行っているが、センサを超音波センサや光センサなどを使えば非接触で障害物を回避できることもできる。

また、図４に示すように、ロボット本体１の上面には、操作を行うスイッチ類１７や様々な情報などを報知する表示部１８が設けてある。

ここで、本実施の形態では、作業手段４として自動掃除を行う場合を例示している。この作業手段４は、塵埃を吸い込むためのファンモータ（図示省略）を有し、図３に示す床ノズル１９にある回転ブラシ２０で床面１２の塵埃をかきあげてダストボックス（図示省略）に溜めていくものである。

次に、自走式作業ロボット１の掃除動作について説明する。

自走式作業ロボットが室内を動くと同時に作業手段４が働く。すなわち床ノズル１９から床面１２にある塵埃を清掃して行く。走行手段２である左右の駆動輪６を制御しながらロボット本体１は前進、後退、右回転、左回転を行いながら掃除を行う。乗り越えることができない障害物があればバンパー１６で検知し回避する。敷居や雑誌、コード類、電気カーペットの操作部、レールなどの乗り越える障害物であれば乗り越えて掃除を行う。掃除を早く行うために掃除スピードも変えることができるものである。

なお、掃除中の敷居などの段差１３は必ず存在する。ロボット本体１は自動で人手を借りずに動くため、傷付けなどの問題を起こす可能性がある。そのためキャスター部７は段差１３に衝突した時に、図１に示すように矢印の方向に倒れ伏状態となり、お互いが傷付くことなく走行できるものである。キャスター部７が伏状態で段差１３を乗り越えた後はバネなどの付勢により、元の起状態に戻る。さらに、この構成では、段差１３がキャスター部７の前にある場合で倒れる構成として図示しているが、前側に収納スペース１４を設けて後方からの段差１３に対して倒れる構成にしても構わない。このようにすれば、段差１３を降りたまではよいが、すぐ前に壁などがあった場合、障害物を検知し戻ろうとしたとき段差１３にキャスター部７が引っかかり戻れなくなるという問題が解消できる。

このように、本実施の形態では、ロボット本体１下部前側に配置した、走行手段２を構成するキャスター部７を起伏自在としたことにより、ロボット本体１が障害物に衝突したとしてもキャスター部７が衝撃を逃がすように伏状態となるため、スムーズに無理なく障害物を乗り越えたり、降りたり、傷付きもなく走行することができるものである。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における自走式作業ロボットを示している。自走式作業ロボットの構成は実施の形態１と同じであるのでその説明を省略する。

図に示すように、本実施の形態における自走式作業ロボットは、キャスター部７は伏状態時にキャスター１１がロボット本体１下部より突出するよう構成したものである。すなわち、キャスター部７は伏状態時にロボット本体１の収納スペース１４内に完全に収納されるのではなく、キャスター１１がロボット本体１下部より突出しているものである。図は床面１２での形態を示している。

このように、本実施の形態では、キャスター部７が伏状態時でもロボット本体１下部と障害物が接触することがなく、キャスター１１により容易かつスムーズに乗り越えることができる。

（実施の形態３）
図６、図７は、本発明の実施の形態３における自走式作業ロボットを示している。自走式作業ロボットの構成は実施の形態１と同じであるのでその説明を省略する。

図に示すように、本実施の形態における自走式作業ロボットは、キャスター部７を進行方向に対し横方向に起伏自在としたものである。すなわち、ロボット本体１下部にはキャスター部７の左右に収納スペース１４を設けているものであり、キャスター部７は伏状態時にはいずれかの収納スペース１４内に収納されるものである。

ロボット本体１は前進と後退だけではなく、回転して方向転換する。そのため回転中に障害物がある場合もある。この場合、キャスター部７が横方向に起伏する構成としているため回転性が格段によくなり傷付けることもなくスムーズに回転できる。なお、実施の形態１と同様、キャスター部７を横方向に加えて前後方向にも起伏する構成としてもよい。

このように、本実施の形態では、キャスター部７が横方向に起伏することにより、ロボット本体１の回転時にキャスター部７が障害物へ接触しても傷付きなくスムーズに回転が可能となる。

なお、上記各実施の形態１〜３において、キャスター部７の起状態から伏状態への移行と連動して走行手段２による移動を減速することにより、作業中はロボット本体１が比較的早い速度で動いていても、障害物に接触した場合に減速ができることで傷付きを避けることができる。また、キャスター部７の回動中心（回動軸８）をキャスター１１の回転軸１０と同一垂直線上に位置させることにより、どの方向から障害物が接触してもキャスター部７はスムーズに伏状態へ移行することが可能となる。

以上のように、本発明にかかる自走式作業ロボットは、障害物を簡単に乗り越えたり、降りたり、傷付きもなく走行することができるので、無人搬送、自動床面掃除、あるいは監視などの機能を備えた自走式作業ロボットに適用できる。

本発明の実施の形態１における自走式作業ロボットのキャスター部の側面図 同自走式作業ロボットの全体を示す側面図 同自走式作業ロボットの下面図 同自走式作業ロボットの上面図 本発明の実施の形態２における自走式作業ロボットのキャスター部の側面図 本発明の実施の形態３における自走式作業ロボットの全体を示す正面図 同自走式作業ロボットの下面図

符号の説明

１ ロボット本体
２ 走行手段
３ 充電池
４ 作業手段
５ 制御手段
６ 駆動輪
７ キャスター部
８ 回動軸
９ キャスター支え
１０ 回転軸
１１ キャスター
１２ 床面
１３ 段差
１４ 収納スペース
１５ 柔軟部材

Claims (7)

1. ロボット本体と、ロボット本体を移動させる走行手段と、ロボット本体の電力源である充電可能な充電池と、ロボット本体の機能である作業手段と、前記ロボット本体を制御する制御手段とを備え、前記走行手段を構成するロボット本体下部前側に配置したキャスター部は起伏自在とした自走式作業ロボット。
2. キャスター部は伏状態から自動的に元に戻るようにした請求項１に記載の自走式作業ロボット。
3. キャスター部周辺のロボット本体下部に柔軟部材を設けた請求項１または２に記載の自走式作業ロボット。
4. キャスター部は伏状態時にキャスターがロボット本体下部より突出するよう構成した請求項１または２に記載の自走式作業ロボット。
5. キャスター部は横方向に起伏自在とした請求項１または２に記載の自走式作業ロボット。
6. キャスター部の起状態から伏状態への移行と連動して走行手段による移動を減速するようにした請求項１〜５のいずれか１項に記載の自走式作業ロボット。
7. キャスター部の回動中心をキャスターの回転軸と同一垂直線上に位置させた請求項１〜６のいずれか１項に記載の自走式作業ロボット。

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