JP2016009356A

JP2016009356A - 自律移動装置

Info

Publication number: JP2016009356A
Application number: JP2014130047A
Authority: JP
Inventors: 融空閑; Toru Kuga; 小川　勝; Masaru Ogawa; 勝小川
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2016-01-18
Anticipated expiration: 2034-06-25
Also published as: JP5792361B1; WO2015198629A1

Abstract

【課題】自律移動装置に対して作業者の牽引を補助する機能を低コストで追加し、作業者の肉体的負担を軽減する。【解決手段】本体ベース１０および本体ベースの下部に設けられた移動機構と、本体ベースの少なくとも前縁部を覆うバンパー２０と、本体ベースに対してバンパーを変位可能に連結し、バンパーの変位を検知する変位検知手段とを備えた自律移動装置１１０において、バンパーに作用して変位させる作用手段４０を備え、作用手段の作用方向に移動状態を変更する補助牽引モードを有する。【選択図】図１

Description

本発明は自律移動装置に関し、特に作業者が自律移動装置を牽引するときの負担を軽減する補助牽引モードを有する自律移動装置に関する。

芝刈り機や洗浄機などの自律移動を行う自律移動装置は自重が重いため、作業者が牽引する場合には肉体的な負担が大きかった。これに対して、特許文献１には、自己推進装置に取り付けたラインを作業者が引いたり緩めたりすることで、自己推進装置の推進方向を制御する技術が開示されている。

図１１は、特許文献１の自己推進装置５００の構成を示した上面図（ａ）と、格納式ライン案内システム６００を示す図（ｂ）である。自己推進装置５００は、本体５０４と、車輪５０６、５０８、５１０、５１２、及びモーター５２０を有し、本体５０４の筐体５２６から伸長されるライン５２４を作業者５０２がハンドル５３２で操作する。

自己推進装置５００は、ライン５２４を巻回するリール６０４とテンション・メカニズム６１０を有するライン案内システム６００を備えている。ライン案内システム６００は、ライン伸長監視デバイス６１８、角度監視デバイス６２２、垂直角度監視デバイス６２４を有しており、アーム６１２から繰り出されるライン５２４の伸長長、角度、変位を監視し、選択値に維持するように自己推進装置５００を推進する。

特開２０１１−１７０８５３号公報

しかしながら、特許文献１の自己推進装置５００は、ライン案内システム６００のライン５２４の伸長長、角度、変位を監視するための構成を新たに追加する必要があり、コストを増加させる問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、自律移動装置に対して作業者の牽引を補助する機能を低コストで追加し、作業者の肉体的負担を軽減することにある。

本発明の自律移動装置は、本体ベースおよび該本体ベースの下部に設けられた移動機構と、本体ベースの少なくとも前縁部を覆うバンパーと、本体ベースに対してバンパーを変位可能に連結し、バンパーの変位を検知する変位検知手段とを備えた自律移動装置において、バンパーに作用して変位させる作用手段を備え、作用手段の作用方向に移動状態を変更する補助牽引モードを有することを特徴とする。

また、作用手段は、バンパーに取り外し可能に設置されるものであり、作用手段が取り付けられたときに補助牽引モードに移行することを特徴とする。

また、作用手段は、バンパーに展開可能に収納されるものであり、作用手段が展開されたときに補助牽引モードに移行することを特徴とする。

また、作用手段は、操作信号を検知している間だけ補助牽引モードを実行させる安全装置を備えることを特徴とする
また、補助牽引モードは、作用手段によるバンパーの変位を減少させるように速度を変更することを特徴とする。

また、作用手段は、バンパーを牽引する紐状部材であることを特徴とする
また、作用手段の紐状部材は、伸縮性を有することを特徴とする
また、作用手段は、バンパーを後方から推進するハンドル部材であることを特徴とする。

また、補助牽引モードは、移動時の位置情報を取得して作業領域を設定することを特徴とする。

本発明の自律移動装置によれば、自律移動装置に対して作業者の牽引を補助する機能を低コストで追加し、作業者の肉体的負担を軽減することができる。

本発明の実施形態に係る自律移動装置の側面図（ａ）と上面図（ｂ）である自律移動装置の変位伝達手段の側面図である。自律移動装置の変位伝達手段の上面図である。自律移動装置を芝刈り機に用いる場合の説明図である。自律移動装置を直進方向に牽引する場合の説明図である。自律移動装置を直進方向斜めに牽引する場合の説明図である。自律移動装置を直進方向斜めに牽引する場合の制御方法の説明図である。実施形態２に係る自律移動装置の側面図である。実施形態３に係る自律移動装置の説明図である。実施形態４に係る自律移動装置の側面図と斜視図である。従来技術の自己推進装置およびライン案内システムの模式図である。

〔実施形態１〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る自律移動装置（以降、自律移動ロボットと称す）の概略構成を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。図１（ａ）、（ｂ）では、外部から見える主な構成機構・部品類を実線で示し、内部に含まれる主な構成機構・部品類を破線で示す。

自律移動ロボット１１０は、本体ベース１０と、移動機構を構成する前輪１２、後輪１３、前輪駆動機構１４、後輪駆動機構１５と、制御手段１６と、バンパー２０と、変位伝達手段３０とを含む。

自律移動ロボット１１０は、制御手段１６により、前輪１２を駆動する前輪駆動機構１４、または、後輪１３を駆動する後輪駆動機構１５を制御して、前進、後進、旋回等の自律走行が可能となっている。なお、前輪１２または後輪１３のどちらかを一方を駆動輪として走行させることも可能であり、その場合は前輪駆動機構１４と後輪駆動機構１５の両方を設ける必要はない。

また、本実施形態の自律移動ロボット１１０は、自動芝刈り機として適用される場合、本体ベース１０の底部に芝刈り用のカッター１７が備えられる。芝刈り用のカッター１７は、回転軸を介してカッター駆動モーター１８の動力が伝達されることにより回転する。

自律移動ロボット１１０の本体ベース１０には、上記のように各種機構並びに構成パーツ類が設置される。バンパー２０は、自律移動ロボット１１０の概ね外形形状となるように樹脂等で主に形成され、本体ベース１０に対して変位伝達手段３０を介して相対的にＸ−Ｙ方向に変位可能に設置されている。

バンパー２０は、第１の機能として、自律移動時に物や人等の障害物に接触すると、本体ベース１０に対して変位することで接触を検知し、制御手段１６を介して自律移動ロボット１１０を停止、後退させる等、接触時の安全性を確保する前衛機構として機能する。

図１（ｂ）に示すように、本実施形態の自律移動ロボット１１０では、変位伝達手段３０が本体ベース１０の前方側に２個（３０ａ、３０ｂ）、本体ベース１０の後方側に２個（３０ｃ、３０ｄ）、合計４個が設けられている。変位伝達手段３０は、自律移動ロボット１１０の前方側もしくは後方側のどちらに設置されるかによって、変位伝達手段３０の大きさや取付高さが変更されるが、基本的な構成・機能は同じである。

なお、変位伝達手段３０は、自律移動ロボット１１０の前方側と後方側に設置されているが、この限りでなく、前方側のみもしくは、後方側のみでもよい。あるいは、前方中央に１個と、後方の左右に２個の合計３個が設置される構成でもよい。

自律移動ロボット１１０は、バンパー２０に取付部２２を介して、作用手段４０を取り付けられるようになっている。作用手段４０は、例えば、伸縮性のあるゴム等の紐状部材である。取付部２２は、引き出し式のフックであり、バンパー２０内に収納した状態から手で引き出すことができ、引き出し状態から押し込むと収納状態になる。取付部２２の基部には取付部２２が引き出されたか否かを検知する引き出し検知部２３が備わっている。引き出し検知部２３は一般的なマイクロスイッチである。

本発明の自律移動ロボット１１０は、芝刈り等の作業で自律移動する第１の移動モードと、作業者や自転車、自動車等で牽引、若しくは、推し進められることで、補助牽引されて移動する第２の移動モードを有する。

自律移動ロボット１１０は、第１の移動モードにおいては、芝刈り用のカッター１７を駆動しつつ自律移動して、芝刈り等の作業を行う。

自律移動ロボット１１０は、取付部２２の状態を引き出し検知部２３で検出して、上記移動モードの切り替えを行う。具体的には、自律移動ロボット１１０は、取付部２２が収納状態のときには第１の移動モードとなり、取付部２２が引き出され作用手段４０が取り付けられる状態のときに、第２の移動モードとなるように切り替えられる。

作用手段４０は、自律移動ロボット１１０が第２の移動モードに切り替えられたときに、作業者や自転車、自動車等が自律移動ロボット１１０を牽引動作する際に使用される。このため、作用手段４０は、上述した紐状部材の他にも、作業者や自転車、自動車等による牽引、あるいは推し進めが可能な部材で構成することができる。自律移動ロボット１１０が第２の移動モードに切り替えられると、自律移動ロボット１１０は芝刈り用のカッター１７を停止させる。

図２及び図３は、バンパー２０と変位伝達手段３０との連動状態を示す概略模式図である。図２及び図３では、変位伝達手段３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄの１つを変位伝達手段３０の代表として記載している。図２及び図３を用いて、バンパー２０と変位伝達手段３０の連動について詳細に説明する。

図２は、バンパー２０と変位伝達手段３０の接続部を側方から見た図であり、（ａ）はバンパー２０が変位する前の標準状態を示し、（ｂ）はバンパー２０が後方に変位した状態を示し、（ｃ）はバンパー２０が前方に変位した状態を示している。また、図３は、それぞれバンパー２０の変位に対応する変位伝達手段３０の動作を示す上面図である。

バンパー２０は、変位伝達手段３０と係合するため、内部側に突起部２４を有する。突起部２４は、バンパー２０の標準状態（ａ）のとき、変位伝達手段３０の中心でかつ真上に位置するよう配置されている。

変位伝達手段３０は、バンパー２０の突起部２４と係合するためのスティック部３２を有している。スティック部３２は、バンパー２０の変位に基づく突起部２４の変位の伝達を受けるために、連結部材２５によって突起部２４と連結されると共に、回転軸３３を介してスティック部３２の上部が受けた変位を回転軸３３よりも下部に反対方向の変位として伝える。回転軸３３は例えば球形ジョイントなどであり、ジョイント基部は本体ベース１０に固定されている。回転軸３３は前後左右すべての方向への傾斜することが可能である。

本実施例では、連結部材２５は、予めバンパー２０の突起部２４に固着されており、スティック部３２側に接近し、スティック部３２が連結部材２５にはめ込まれることで、バンパー２０と変位伝達手段３０が連結される。連結部材２５は、スティック部３２がスムースに挿入されるように、合成ゴム等の弾性部材で構成されるのが好ましい。

本実施形態の自律移動ロボット１１０では、４つの変位伝達手段３０ａ〜３０ｄの少なくとも１つは、後述する変位検知構造を備えている。変位検知構造は、図２及び図３に示すように、スティック部３２の下部に設けられた磁石３４と、スティック部３２の下部に対して４方向に配置されたホール素子３５ａ〜３５ｄで構成されている。

バンパー２０が標準状態にあるとき、スティック部３２の下部にある磁石３４は、ホール素子３５ａ〜３５ｄの中央で中立状態となり、ホール素子３５ａ〜３５ｄにバンパー２０の変位が検出されないようになっている。

図２（ｂ）のように、バンパー２０が本体ベース１０の後方（紙面左側）に相対的に変位すると、バンパー２０の突起部２４に連結部材２５で連結されたスティック部３２の上部が、回転軸３３を中心にバンパー２０の変位方向に沿うように回転する。

これによって、図３（ｂ）のように、スティック部３２の下部にある磁石３４が、本体ベース１０の前方（紙面右側）に配置されたホール素子３５ｂに近接してホール素子３５ｂの出力が変化することで、バンパー２０が後方に変位したことを検知する。

また、図２（ｃ）のように、バンパー２０が本体ベース１０の前方（紙面右側）に相対的に変位すると、図３（ｃ）のように、スティック部３２の下部にある磁石３４が、本体ベース１０の後方（紙面左側）に配置されたホール素子３５ａに近接してホール素子３５ａの出力が変化することで、バンパー２０が前方に変位したことを検知する。

また、バンパー２０が本体ベース１０の左後方（紙面左奥側）に相対的に変位すると、図３（ｄ）のように、スティック部３２の下部に設けられた磁石３４が、本体ベース１０の右前方側に配置されたホール素子３５ｂとホール素子３５ｄに近接して、ホール素子３５ｂとホール素子３５ｄの出力が変化することで、バンパー２０が左後方に変位したことを検知する。

また、バンパー２０が本体ベース１０の左前方（紙面右奥側）に相対的に変位すると、図３（ｅ）のように、スティック部３２の下部に設けられた磁石３４が、本体ベース１０の右後方側に配置されたホール素子３５ａとホール素子３５ｄに近接して、ホール素子３５ａとホール素子３５ｄの出力が変化することで、バンパー２０が左前方に変位したことを検知する。

さらに、バンパー２０が本体ベース１０の右後方や右前方に相対的に変位した場合も、上記と同様に、対応するホール素子３５ａ〜３５ｄの出力が変化することでバンパー２０の変位と方向を検知することができる。

これらのホール素子３５ａ〜３５ｄの出力は、制御手段１６に送信され、自律移動ロボット１１０がバンパー２０の変位を認識することができる。ホール素子３５は、ホトインタラプタ等の非接点方式や、または電気的接点方式のスイッチに置き換えることも可能である。

上記の変位伝達手段３０の構成のうち、変位検知構造を構成する磁石３４とホール素子３５ａ〜３５ｄとは、変位伝達手段３０ａ〜３０ｄのいずれか１つにだけ搭載してあればよいが、複数に搭載することも可能である。複数に搭載する構成においては後述する補助牽引動作では複数の変位伝達手段３０ａ〜３０ｄのホール素子３５ａをＯＲ演算で統合して１つの検出状態として判定する。残りのホール素子３５ｂ〜ｄについても同様に処理する。

図４は、本発明の自律移動ロボット１１０を芝刈りロボットに適用した実施例を示している。本発明の自律移動ロボット１１０における第２の移動モードである補助牽引動作について説明する。

ここでは、敷地２００内の建物２０４を挟んで、表庭に第１芝刈り領域２０１ａが、裏庭に第２芝刈り領域２０１ｂが設定されている。これらの芝刈り領域２０１は、芝が植えられた領域であり、自律移動ロボット１１０が第１の移動モードを適用して自律移動しながら芝刈りを行う作業領域である。

自律移動ロボット１１０に、芝刈り領域２０１を作業領域として認識させる方法はいくつかの手法があり、領域外周にワイヤを敷設し電流を流すことで、自律移動ロボットにその磁界を検知させ芝刈り領域２０１の内外を認識させる方法や、芝生を認識する各種センサを自律移動ロボットに搭載して芝刈り領域２０１の内外を認識させる方法などがある。本実施形態では、ワイヤを敷設する構成について記載するが、本発明の効果を得るには芝刈り領域２０１の認識方法は他の方法であっても構わない。

自律移動ロボット１１０は、第１の移動モードにおいては、ワイヤ電流を検知できない場所では走行およびカッターを駆動しないように構成されている。一方第２の移動モードにおいては、自律移動ロボット１１０は、ワイヤ電流を検知できない場所であっても補助牽引により走行可能に構成されている。

本実施形態では、表庭に設置された第１充電ステーション２０２ａから第１ワイヤ２０３ａが敷設され第１芝刈り領域２０１ａを設定している。第１ワイヤ２０３ａには第１充電ステーション２０２ａから電流が流され、自律移動ロボット１１０がその磁界を検知することにより、第１芝刈り領域２０１ａの内外のどちらに位置するか認識する。裏庭にある第２芝刈り領域２０１ｂについても同様であり、第２充電ステーション２０２ｂと第２ワイヤ２０３ｂが敷設され第２芝刈り領域２０１ｂが認識される。

従来の芝刈りロボットは、上記方法により第１芝刈り領域２０１ａと第２芝刈り領域２０１ｂを認識して自律移動しながら芝を刈る。しかし、表庭から裏庭へ通じる通路２０５等、芝刈りロボットを作業領域認識外で移動させる場合は、作業者Wが芝刈りロボットを持ち運んで移動していた。このとき、芝刈りロボットは重量があるため、作業者Wが持ち運ぶには多大な労力が必要であった。

本発明では、芝生を植えてない通路２０５のような場所も、自律移動ロボット１１０の駆動機構で移動の駆動力を提供しながら、加えて作業者Wの補助的牽引等で安全で適切なルートを走行させ、次の芝刈り領域２０１に移動させるものである。

本実施形態の自律移動ロボット１１０では、第１芝刈り領域２０１ａ内での芝刈り作業が完了して次の第２芝刈り領域２０１ｂに移動させたい場合には、作業者Wが自律移動ロボット１１０の取付部２２を引き出して作用手段４０を取り付けて、自律移動ロボット１１０の運行モードを補助牽引動作すなわち第２の移動モードに切り替える。作業者Wは、作用手段４０によって自律移動ロボット１１０を補助的に牽引することで、自律移動ロボット１１０は自身の駆動力を利用しながら、作業者Wの補助的牽引に追従して追尾する。したがって、作業者Wが通路２０５の所定のルートに沿って自律移動ロボット１１０を補助的牽引しながら移動することで、自律移動ロボット１１０は作業者Wの歩いた軌跡を概ね追尾して自律移動する。

また、作業者Wは、自律移動ロボット１１０の駆動力を利用することで持ち運ぶ労力が不要であり、かつ自律移動ロボット１１０を作業領域認識外で運行させているにもかかわらず、自律移動ロボット１１０が勝手にルートを逸脱することなく、作業者Wに追尾させることができる。

ここで補助的牽引とは、自律移動ロボット１１０が停止して重量が掛った状態で作業者Wが牽引する意味ではなく、自律移動ロボット１１０の駆動力を利用しながらの運行であり、作業者Wには肉体的負担は殆どなく、補助的に必要な速度調整、方向変換のアシストを得て牽引する意味で用いている。

図５は、作業者Wが自律移動ロボット１１０を作用手段４０によって補助的牽引している状態を示す上面図である。図５を用いて、自律移動ロボット１１０が補助牽引動作（第２の移動モード）で運行される際の作業者Wへの追尾方法について説明する。図５中、点線で示した図形は標準状態を示しており、実線２０’と実線２２’はバンパー２０と取付部２２の変位状態を示す。

作業者Wが自律移動ロボット１１０の運行モードを補助牽引動作（第２の移動モード）に切り替えると、自律移動ロボット１１０は一旦走行を停止する。第２の移動モードにおいて作業者Wが作用手段４０を補助牽引すると、自律移動ロボット１１０は所定の運行速度で動作を開始する。所定の運行速度は、例えば、一般的な歩行者の歩行速度と同程度に設定されている。

運行途上では、地面の形状、湿質状態、傾斜・起伏状態、石ころ等の障害物状況等で、運行速度が設定速度に対し低下することがある。あるいは、作業者が歩行速度を速めるケースもある。このような場合は、図５のように、自律移動ロボット１１０のバンパー２０が作業者Wの補助的牽引により引っ張られることで、本体ベース１０に対し、走行方向（紙面右側）に相対的に変位（△ＤＸ）が生じる。

上記変位△ＤＸに伴い、バンパー２０の突起部２４も同様に紙面右側の方向に変位する。これにより、図２（ｃ）及び図３（ｃ）で説明したように、変位伝達手段３０では、スティック部３２の下部に設けられた磁石３４が、本体ベース１０の後方（紙面左側）に配置されたホール素子３５ａに近接してホール素子３５ａの出力が変化することで、バンパー２０が前方に変位したことが検知される。

この結果、自律移動ロボット１１０は、運行が作業者Wに対し相対的に後方に遅れていると認識し、制御手段１６から前輪駆動機構１４または後輪駆動機構１５に速度増加の命令を出す。

速度増加の命令は、遅れの状況により異なるが、速度増加によりバンパーの変位が無くなるまで続けられる。具体的には、変位伝達手段３０の磁石３４がホール素子３５のいずれにも重ならず、変位伝達手段３０が標準状態となることにより速度増加を停止する。１回の命令で速度増加が十分でなく、再びバンパー２０が変位するようであれば、制御手段１６は速度増加の命令を再び発信する。

一方、速度が増加し続けるのは安全でないため、第２の移動モードにおいて予め設定してある速度まで増加したあとは、徐々に減速するようプログラムされている。減速した結果、再度、作用手段４０が前に引かれた時点でホール素子３５ａがONになり、制御手段１６は再び速度増加の命令を発信する。

このような制御により、自律移動ロボット１１０は、補助牽引動作すなわち第２の移動モード下で、作業者Wとの距離を一定に保ちながら作業者Wの軌跡を追尾することができる。作用手段４０は伸縮性のあるゴム等の紐状部材であるため、上記速度変動が作業者Wの手に伝わる変位は緩和され、作業者Wは負担を感じずに牽引を行うことができる。

図６、図７にて、自律移動ロボット１１０が補助牽引動作すなわち第２の移動モードで運行する際の作業者Wへのその他の追尾方法について説明する。

図６は、自律移動ロボット１１０を作業者Wが作用手段４０によって補助的牽引している状態を示す上面図である。図６中で、点線で示した図形は標準状態を示しており、実線２０’、実線２２’はバンパー２０と取付部２２の変位状態を示す。

ここでは、作業者Wが自律移動ロボット１１０の第２の移動モードで運行中に、作業者Wが補助的牽引する作用手段４０の移動方向の軸線Ｃ１と自律移動ロボット１１０の移動方向の軸線Ｃ２がずれ、作用手段４０が作業者Wから斜めに自律移動ロボット１１０を補助的牽引する状態になった場合を表している。

このような場合は、図６のように、自律移動ロボット１１０のバンパー２０が作業者の補助的牽引による作用手段４０に引っ張られることで、本体ベース１０に対し、走行方向（紙面X方向）及び、走行方向と垂直なY方向に相対的に変位が生じる。即ち△ＤＸ、△ＤＹの成分を共に有する変位となる。

上記変位に応じて、回転軸を中心にスティック部３２が傾斜し、図３（ｅ）に示すように磁石３４は、−X方向、−Y方向の成分を持つ方向に移動し、ホール素子３５ａ及びホール素子３５ｄの両方と重なり電気的に検出される状態となる。

この時、制御手段１６は、ホール素子３５ａ及びホール素子３５ｄから得た双方のON信号を得ることで、バンパー２０が自律移動ロボット１１０の前方左側（紙面右上方向）に変位したことを認識する。すなわち、自律移動ロボット１１０の運行が作業者Wに対し相対的に進行方向に対し右後方向に遅れていると認識する。この認識により、制御手段１６は、右駆動輪１３ａ、左駆動輪１３ｂに以下に示す軌道修正の命令を出す。

図７（ａ）、（ｂ）は、に上述した状態に対する自律移動ロボット１１０の軌道修正の実施例を示す。自律移動ロボット１１０の制御手段１６は、自身が作業者Wに対し相対的に右後方向に遅れていると言う認識に基づき、先ず、図７（ａ）に示すように右駆動輪１３ａを主力に左駆動輪１３ｂをやや遅く駆動する命令を出す。

自律移動ロボット１１０が前方左側に舵を切りだすと、図７（ｂ）に示すように、自律移動ロボット１１０から作業者Wが見える方向が、左前方から正面へと変化する。変位方向が正面になると、自律移動ロボット１１０は左右の駆動輪を均等に駆動する。この状態で進行すると、やがて自律移動ロボット１１０は作業者Wの左後方へ到達する。これにより今度は自律移動ロボット１１０が右前方に引かれる状態になる。このように、自律移動ロボット１１０は作業者Wの後方で左右に搖動することになるが、地面の摩擦を受けているので、その振幅は徐々に収束する。

このようにすることで、自律移動ロボットを補助牽引モード（第２の動作モード）で運行する際に、作業者Wの後を精度よく追尾できる。

次に、自律移動ロボット１１０のバンパー２０が作業者Wの補助的牽引により横方向、例えば左方向に引っ張られた場合は、本体ベース１０に対し、紙面上側に相対的に変位（△ＤＹ）が生じ、磁石３４は−Y方向に移動して、ホール素子３５ｄと重なり電気的に検出される状態となる。これに対して自律移動ロボット１１０の制御手段１６は、右駆動輪１３ａを前進させ、左駆動輪１３ｂを後退させる命令を出す。これにより自律移動ロボット１１０は左側に旋回する。

次に、自律移動ロボット１１０のバンパー２０が作業者Wの補助的牽引により斜め後ろ方向、例えば左斜め後ろ方向に引っ張られた場合は、本体ベース１０に対し、紙面上側に相対的に変位（△ＤＸと△ＤＹ）が生じ、磁石３４は＋Ｘおよび−Ｙ方向に移動して、ホール素子３５ｂおよびホール素子３５ｄと重なり電気的に検出される状態となる。これに対して自律移動ロボット１１０の制御手段１６は、右駆動輪１３ａを遅く後退させ、左駆動輪１３ｂを速く後退させる命令を出す。これにより自律移動ロボット１１０は後退しつつ左側に旋回する。

次に、自律移動ロボット１１０のバンパー２０が作業者Wの補助的牽引により後ろ方向に引っ張られた場合は、本体ベース１０に対し、紙面上側に相対的に変位（△ＤＸ）が生じ、磁石３４は＋Ｘ方向に移動して、ホール素子３５ｂと重なり電気的に検出される状態となる。これに対して自律移動ロボット１１０の制御手段１６は、牽引駆動力を発生しない。

上記は左側に引かれた場合について説明したが、右側についても、磁石が＋Ｙ方向に変位し、ホール素子３５ｃが重なりを検出するので、制御手段１６は上記と左右逆の速度を発生させて対応する。

以上により、作業者Wが一定の方向に進みながら補助的牽引をすると、自律移動ロボット１１０から見て斜め前、横、斜め後ろの方向に対しては、引かれた方向に旋回しつつ進行し、徐々に車体を進行方向に一致させる。なお後ろ方向については駆動力を発生しない。これは通常車体の前方向に対して移動するように作用手段４０および取付部２２が構成されており、後ろへの牽引は使用に適さないためである。

なお、実施形態１の自律移動ロボット１１０では、作用手段４０を伸縮性のあるゴム製の紐状部材としたが、帯状や、金属や樹脂性の鎖、棒型部材等で構成してもよい。また、第２の移動モードにおいて、予め設定してある速度まで増加した後は徐々に減速させるとしたが、速度制御でなく、予想歩行速度よりもより低速で単に一定出力でモーターを回すようにしてもよい。また、自動モードで停止時はモーターをブレーキ状態としておき、補助牽引モードで作用手段を引いた時はブレーキを解除するようにしてもよい。

〔実施形態２〕
図８は、本発明の実施形態２に係る自律移動ロボット１２０の実施例を示す。図８は、自律移動ロボット１２０を補助牽引モード（第２の動作モード）で運行し、自身の作業領域のマップを作成するシーンでの適用である。例えば、自律移動ロボット１２０からなる芝刈りロボットをゴルフ場等のスポーツ施設等で適用する場合である。

実施形態２に係る自律移動ロボット１２０は、作業の初期段階で、所定領域２３０内において、一点鎖線で示した実際に芝を刈る作業領域を設定する場合に利用される。

作業が行われる所定領域２３０内では、木立２４０や池２４１等があり、この領域は芝生がなく芝刈りの作業はしない（この領域には立ち入らない）旨、自律移動ロボット１２０に設定しておく必要がある。換言すれば、作業をすべき一点鎖線で示した作業領域２３１を作業するように自律移動ロボット１２０に設定（Teaching）する必要がある。

自律移動ロボット１２０は、誘導車２２０の後尾から作用手段４２により連結されており、誘導車２２０から作用手段４２を介して補助的牽引が行われる。このとき、自律移動ロボット１２０は、ＧＰＳ６１を搭載しており、補助的牽引中に、当該ＧＰＳ６１で計測した位置座標データを記憶手段６２に記憶する。

このような補助的牽引による補助牽引モード（第２の動作モード）の運行は、作業領域（芝刈り領域）の設定（Teaching）時に利用されるものであり、ある領域においては初期の１回のみの運行で良い。領域内でロケーションの変更があった際には当該発明の技術が適用され再度作業領域（芝刈り領域）の設定（Teaching）を行うことができる。

自律移動ロボット１２０は、自身が次に自律移動モード（第１の動作モード）で運行・作業する際に、記憶手段６２に記憶した作業領域２３１に基づき芝刈り等の作業を自律で実施することができる。

また、当該発明の技術により、作業領域の外周にワイヤ等を敷設し電流を流すことで自律移動ロボットが磁界をセンシングして作業領域を判断するような従来製品と比較して、ワイヤ等の敷設作業・費用が不要になる。また、芝生領域であるかないかを判断するような特殊なセンサの組込みも不要となる。

自律移動ロボット１２０の領域設定は、現在利用可能になっているＧＰＳに限るものではなく、将来の高精度ＧＰＳにも適用でき、その際は、領域設定精度、芝刈り精度をさらに向上することができる。また、上記実施形態は、ゴルフ場等の施設での適用であったがこれに限るものではなく、個人の自宅の庭等での使用に適用しても構わない。

〔実施形態３〕
図９は、本発明の実施形態３に係る自律移動ロボット１３０を示す。本実施の形態は、自律移動ロボット１３０の補助牽引モード（第２の動作モード）での運行時において、実施形態１や実施形態２とは逆に、作業者Wが自律移動ロボット１３０の後方から作用手段４４を介して押し進める利用形態を示している。

作用手段４４は、展開可能に設置されたレバーであり、自律移動ロボット１３０のバンパー２０の後方の突起部２４に、収納用の回転軸５１を介して接続されている。回転軸５１の軸方向は車体左右方向であり、内蔵するねじりばねにより、無負荷時には図９（ａ）のように作用手段４４を車体上部に収納した状態になる。作用手段４４は作業者が手で掴んで引き出すことにより、図９（ｂ）のように車体後方に展開される。

作用手段４４には作業者Wが操作しやすいようにハンドル５２が設置されている。突起部２４には作用手段４４の展開状態を検知するため、図示しない展開検知スイッチが内蔵されている。展開検知スイッチは、作用手段４４が完全に収納されているときにONとなり、少しでも引き起こされているときはOFFとなる。回転軸５１は、軸以外の方向についてはバンパー２０と作用手段４４とを強固に接続しており、作用手段前後および左右方向の力を加えると、バンパー２０が、本体ベース１０に対して前後および左右に変位する。

本実施例では変位伝達手段３０ａ〜３０ｄのうち、変位検知構造を構成する磁石３４とホール素子３５ａ〜３５ｄとを内蔵するのは、前側の変位伝達手段３０ａ、３０ｂのいずれか一方または両方とする。後ろ側の変位伝達手段３０ｃ、３０ｄは、作業者Wの操作力によって進行方向と逆側に変位する場合があるので、変位検知構造の搭載に適さない。例えば作業者Wが車体を左前に進めようとするとハンドルを反時計回りに回しつつ前に押すことになる。このとき車体上では回転軸５１を略回転中心として反時計のトルクを受けるので、車体前側は左に押されるが、車体後ろ側は右に押される場合があり、車体後ろの変位伝達手段３０ａ、３０ｂは操作力とは逆側に変位する。

自律移動ロボット１３０は、展開検知スイッチがONのときは自律移動モード（第１の動作モード）になり、展開検知スイッチがOFFにったときは補助牽引モード（第２の動作モード）に移行する。

作業者Wが作用手段４４を引き起こして自律移動ロボット１３０を押し進めると、自律移動ロボット１３０は作業者Wとほぼ同等な速度で自身の駆動機構から生ずる駆動力を利用しながら走行する。

例えば、バンパー２０が作用手段４４によって前方に変位する場合は、作業者Wの速度に対し自律移動ロボット１３０の速度が相対的に遅い状況であるので、変位伝達手段３０を介して、制御手段１６は駆動輪に速度増加の命令を出す。

なお、自律移動ロボット１３０の第２の移動モードで運行中に、作業者Wが推進する作用手段４４の移動方向の軸線Ｃ１と自律移動ロボット１３０の移動方向の軸線Ｃ２がずれ、自律移動ロボット１３０を斜めに推進する状態になった場合には、図７（ａ）、（ｂ）で説明したように、駆動力を交互あるいは段階的に変化駆動させ、バンパー２０の変位が解消するように軌道修正すればよい。

〔実施形態４〕
図１０は、本発明の実施形態４に係る自律移動ロボット１４０を示す。実施形態４に係る自律移動ロボット１４０は、AGV（Automated Guided Vehicle）を軌道外に運ぶ際に用いられる実施例である。図１０（ａ）は実施形態４に係る自律移動ロボット１４０（AGV）の側面図であり、図１０（ｂ）は斜視図である。

自律移動ロボット１４０は、本体ベース１１とバンパー２１を備えている。バンパー２１は、側面全周をカバーするリング形状であり、本体ベース１１の前辺部及び後辺部に変位伝達手段３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを介して取り付けられている。バンパー２１は、コの字型のハンドル部材で構成される作用手段４６を備え、作用手段４６の両端がバンパー２１に接続されている。作用手段４６は、取手７１の中央に安全装置として機能するデッドマンスイッチ７２を備えている。

本体ベース１１は、駆動輪７７、前側自在輪７８、後側自在輪７９にて接地している。本体ベース１１は、路面の磁気テープ軌道を検出するガイドセンサ７４を車体下部に持つ。自律移動ロボット１４０が自律移動モードのときは、磁気テープ軌道に沿って所定のコース上を前進走行する。また、本体ベース１１は、路面に設置された停止位置を検知するマークセンサ７５を車体下部に持つ。自律移動ロボット１４０が自律移動モードで走行中にマークセンサ７５が路面の停止マークを検知すると、自律移動の走行を停止する。

また、本体ベース１１は、障害物検出用にＬＲＦ７３を備え、車体前方の物体や人を検出し、距離を測定する。自律移動ロボット１４０は、自律移動モードでは、所定距離内に測定物が見えると速度を制限し、減速距離以内では減速し、停止距離以内では停止する。自律移動ロボット１４０が停止している間に作業者Wがデッドマンスイッチ７２を握ると、補助牽引モードとなり、デッドマンスイッチ７２を握っている間は、上記速度制限を解除する。自律移動ロボット１４０が軌道上自律走行している間はデッドマンスイッチ７２を握っても動作は変化せず、速度制限を適用する。

自律移動ロボット１４０（AGV）は、磁気テープ軌道に沿って所定コースを走り、所定の停止地点で停止する。荷降ろし場所は荷物を取り出す作業者がいて混み合うため、安全のため停止地点は荷降ろし場所の少し（数m）横になっている。

本実施形態の自律移動ロボット１４０では、停止地点から荷降ろし場所までは、作業者Wが作用手段４６のデッドマンスイッチ７２を押しながら補助牽引モードにして牽引することにより、自律移動ロボット１４０を楽に移動させて荷降ろし場所まで移動することができる。

作業者Wは荷降ろし場所で自律移動ロボット１４０の荷台から荷物を下ろす。その後再度補助牽引モードを使って所定停止地点まで移動する。作業者Wがデッドマンスイッチ７２を離してスタートボタンを押すと、自律移動ロボット１４０は自律移動モードに復帰し、自動コース走行を開始して次の停止地点に向かう。

以上、本発明の自律移動装置について各実施形態を用いて説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

Ｗ作業者
１０、１１本体ベース
１２前輪
１３後輪
１６制御手段
１７カッター
２０、２１バンパー
２２取付部
２３引き出し検知部
２４突起部
２５連結部材
３０、３１変位伝達手段
３２スティック部
３３回転軸
３４磁石
３５ホール素子
４０、４２、４４、４６作用手段
１１０、１２０、１３０、１４０自律移動ロボット

Claims

本体ベースおよび該本体ベースの下部に設けられた移動機構と、
前記本体ベースの少なくとも前縁部を覆うバンパーと、
前記本体ベースに対して前記バンパーを変位可能に連結し、前記バンパーの変位を検知する変位検知手段と
を備えた自律移動装置において、
前記バンパーに作用して変位させる作用手段を備え、前記作用手段の作用方向に移動状態を変更する補助牽引モードを有することを特徴とする自律移動装置。
前記作用手段は、前記バンパーに取り外し可能に設置されるものであり、前記作用手段が取り付けられたときに前記補助牽引モードに移行することを特徴とする請求項１に記載の自律移動装置。
前記作用手段は、前記バンパーに展開可能に収納されるものであり、前記作用手段が展開されたときに前記補助牽引モードに移行することを特徴とする請求項１に記載の自律移動装置。
前記作用手段は、操作信号を検知している間だけ前記補助牽引モードを実行させる安全装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の自律移動装置。
前記補助牽引モードは、前記作用手段による前記バンパーの変位を減少させるように速度を変更することを特徴とする請求項１に記載の自律移動装置。
前記作用手段は、前記バンパーを牽引する紐状部材であることを特徴とする請求項１記載の自律移動装置。
前記作用手段の紐状部材は、伸縮性を有することを特徴とする請求項６に記載の自律移動装置。
前記作用手段は、前記バンパーを後方から推進するハンドル部材であることを特徴とする請求項１記載の自律移動装置。
前記補助牽引モードは、移動時の位置情報を取得して作業領域を設定することを特徴とする請求項１記載の自律移動装置。