JP2016224654A - 自律走行ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】隆起地形や陥没地形において安定走行が可能であるとともに、傾斜面を走行する場合に転倒を防止し得る自律走行ロボットを提供する。【解決手段】自律走行ロボット（１Ａ）は、フレーム（１０）と、駆動輪（１１）と、該駆動輪（１１）の前後に設けられた前従動輪（１２）および後従動輪（１３）とを備えている。フレーム（１０）に支持され、駆動輪（１１）を揺動自在に支持するサスペンション機構（２０）と、フレーム（１０）の傾きを検知するジャイロセンサ（１５）と、サスペンション機構（２０）の可動域を規制する電磁ブレーキ（２６）とが設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、自律走行ロボットに関するものであり、隆起地形や陥没地系において安定走行が可能であるとともに、傾斜面の走行時において転倒のリスクを低減する技術に関するものである。

近年、人間と活動空間を共有するロボットが各種発表されている。また、人間と活動空間を共有するに際して、人間と同程度の高さを有するロボットが多数提案されている。このような人間と同程度の高さを有するロボットの場合、ロボットの重心が高い位置に設計されることが多い。この結果、ロボットには急加速や急停止等に際して慣性力が高い重心位置に働くことになるので、強い慣性モーメントを受け易い。そのため、転倒のリスクが高く、安定走行が困難である場合がある。

そこで、位置制御に際して生じる慣性力を緩和する緩衝機構を設けて転倒リスクを低減しつつ安定走行するようなロボットが提案されている。具体的には、例えば特許文献１に開示された自律走行ロボットがある。

特許文献１に開示された自律走行ロボット１００では、図１１に示すように、車輪１１３を備える駆動部である移動機構部１１０の上面に設けられた平面からなる筐体ベース板１１１に対して、上部構造部である筐体部１２０が、リニアガイド１０１を介して平面移動可能に設けられている。そして、自律走行ロボット１００が急発進または急停止した場合に、その慣性力を緩衝部材１２１・１２１が吸収することによって、自律走行ロボット１００が転倒することを防止する構成を採用している。

特開２００６−１５０５３７号公報（２００６年６月１５日公開）

上述したように、上記従来の特許文献１に開示された自律走行ロボット１００の構成により、急発進または急停止する場合には、転倒の防止を図ることができる。しかし、隆起地形や陥没地形を通過する場合には、自律走行ロボット１００の車輪１１３が上方または下方に変位する。その結果、自律走行ロボット１００は傾き、転倒する危険があるので、隆起地形や陥没地形を安定して走行することが困難となる。

この隆起地形や陥没地形を安定走行させる方法として、例えば、本体と車輪との間にサスペンション機構を設けることが可能である。これにより、隆起地形や陥没地形を通過する場合において、地面の凹凸による車輪の上方または下方への変位量に対して本体の変位量をサスペンション機構にて減少させるという緩衝作用により、隆起地形や陥没地形を安定して走行することが可能になる。

ここで、サスペンション機構を設ける場合、例えばスイングアーム式のトレーリングアームを用いた構造にすることにより、構造が簡易で安価なサスペンション機構を実現することができる。

しかしながら、サスペンション機構としてスイングアーム式のトレーリングアームを用いた場合、以下の問題が生じる。

すなわち、自律走行ロボットが傾斜面を登坂する場合を考える。この場合、傾斜面の傾斜に追随して、自律走行ロボットが傾く。自律走行ロボットが傾くと、自律走行ロボットの荷重における、傾斜面と平行かつ後ろ向きの分力が作用する。このため、後ろへ転倒する方向に回転モーメントが働く。スイングアーム式のトレーリングアームを用いたサスペンション構造を有する自律走行ロボットの場合、サスペンションが後輪以外に備えられていると、サスペンションのバネが伸びる方向にスイングアームが回転することになる。その結果、自律走行ロボットが後ろへ転倒する方向への回転モーメントがさらに大きくなる。したがって、ロボットの許容転倒モーメントが減少してしまうという問題が生じる。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、隆起地形や陥没地形において安定走行が可能であるとともに、傾斜面を走行する場合に転倒を防止し得る自律走行ロボットを提供することにある。

本発明の一態様における自律走行ロボットは、上記の課題を解決するために、基体と、駆動輪と、該駆動輪の前後に設けられた従動輪とを備えた自律走行ロボットにおいて、上記基体に支持され、上記駆動輪を揺動自在に支持するトレーリングアーム式サスペンションと、上記基体の傾きを検知するセンサと、上記センサによる基体の傾きが閾値を超えたときには上記トレーリングアーム式サスペンションの可動域を規制する可動域規制機構とが設けられていることを特徴としている。

本発明の一態様によれば、隆起地形や陥没地形において安定走行が可能であるとともに、傾斜面を走行する場合に転倒を防止し得る自律走行ロボットを提供するという効果を奏する。

本発明の実施形態１における自律走行ロボットの構成を示す側面断面図である。 上記自律走行ロボットの構成を示す底面図である。 上記自律走行ロボットが隆起地形を走行しているときにおける移動機構部を示す側面断面図である。 上記自律走行ロボットが陥没地形を走行しているときにおける移動機構部を示す側面断面図である。 上記自律走行ロボットが傾斜面を等速で登坂している様子を示す側面断面図である。 上記自律走行ロボットが傾斜面において、発進または加速した様子を示す側面断面図である。 本発明の実施形態２における自律走行ロボットの駆動機構部の構成を示す側面断面図である。 上記自律走行ロボットが傾斜面を走行しているときの様子を示す側面断面図である。 本発明の実施形態３における自律走行ロボットの駆動機構部の構成を示す側面断面図である。 本発明の実施形態４における自律走行ロボットが加速または減速するときにおける手順を示すフローチャートである。 従来の自律走行ロボットの構成を示す側面断面図である。

〔実施形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

（自律走行ロボットの構成）
本実施形態の自律走行ロボット１Ａの構成について、図１〜図２に基づいて説明する。図１は、本実施形態における自律走行ロボット１Ａの構成を示す側面断面図である。図２は、本実施形態の自律走行ロボット１Ａの移動機構部５の構成を示す底面図である。尚、図１および図２においては、各図の右側を進行方向前方として説明する。

本実施形態の自律走行ロボット１Ａは、図１および図２に示すように、外装部２および走行台車部３が組み付けられて構成されている。

外装部２は、自律走行ロボット１Ａの外周部を覆うキャビネットにて構成されている。外装部２には、図示しないレーザーレンジファインダーと超音波センサが備わっており、これにより周囲の障害物を検出し、自律走行ロボット１Ａは自律的な走行が可能となっている。また、自律走行ロボット１Ａは、予め天井に設けられているランドマークを定期的に検出することにより、自己位置認識を行い、補正できるようになっている。

走行台車部３は、本体ユニット部４および移動機構部５を備えている。

本体ユニット部４は、後述するフレーム１０の上部に固定されて設けられている。本体ユニット部４には、図示しないバッテリー、音声入手入出力部、制御基板等が搭載されている。

移動機構部５は、フレーム１０と、サスペンション機構２０・２０と、駆動輪１１・１１と、前従動輪１２・１２と、後従動輪１３・１３と、駆動モータとしてのモータ１４・１４と、ジャイロセンサ１５とを備えている。尚、本発明においては一対の構成物を、符号を用いて表す際に「・」を挟んで同じ符号を並べて記載する。上記の結果、本実施形態の自律走行ロボット１Ａは、合計６輪の車輪を有している。

フレーム１０は、基体としての役割を有しており、溶接されたフレームにて構成されている。

サスペンション機構２０は、フレーム１０と駆動輪１１との間に設けられる。サスペンション機構２０は、トレーリングアーム式サスペンションであり、シャフトホルダ２１と、シャフト２２と、第１トレーリングアームとしてのトレーリングアーム２３と、スプリング２４と、駆動輪取り付け部２５と、可動域規制機構および回転停止機構としての電磁ブレーキ２６とを備えている。

シャフトホルダ２１は、フレーム１０の前部における裏面つまり下側面に垂下して結合されている。シャフトホルダ２１には、図示しないシャフトホルダ孔が穿設されている。そして、シャフトホルダ孔には、トレーリングアーム２３・２３の図示しないトレーリングアーム孔にされるシャフト２２が貫通して設けられている。このため、トレーリングアーム孔とシャフトホルダ孔とは、同軸上の位置に配置されている。また、これにより、シャフトホルダ２１は、シャフト２２を保持し、シャフト２２はトレーリングアーム孔を保持するようになっている。

また、シャフト２２は、自律走行ロボット１Ａの進行方向と鉛直方向とがなす面に対して垂直になるように配置されている。そして、この構成によって、トレーリングアーム２３・２３が、シャフト２２を回転軸として、該シャフト２２の回りに回転可能となっている。

トレーリングアーム２３・２３は、自律走行ロボット１Ａの進行方向に対してシャフト２２よりも後方に延設されている。

そして、トレーリングアーム２３・２３の後方部は、一端がフレーム１０に連結しているスプリング２４に連結されている。トレーリングアーム２３・２３の後端がスプリング２４に連結していることにより、トレーリングアーム２３・２３は、シャフト２２を回転軸として、揺動回転できるようになっている。

次に、トレーリングアーム２３の中央部には、駆動輪取り付け部２５が取り付けられている。駆動輪取り付け部２５には、図示しない駆動輪取り付け部孔が穿設されている。駆動輪取り付け部孔には、駆動輪１１に固定された駆動輪軸１１ａが回転可能に遊嵌されている。

また、駆動輪取り付け部２５の上側には、駆動輪１１を回転駆動させる動力源である駆動モータとしてのモータ１４が搭載されている。このモータ１４の駆動軸は、駆動輪軸１１ａに接続されている。

上記に構成によって、トレーリングアーム２３はモータ１４を支持し、モータ１４は駆動輪軸１１ａを支持するようになっている。

駆動輪１１の前方と後方とには、それぞれ一対の前従動輪１２・１２および後従動輪１３・１３がフレーム１０に支持された状態で設けられている。すなわち、前従動輪１２および後従動輪１３は、水平面に対して平行な軸を中心に自在に回転するようになっており、自律走行ロボット１Ａの移動に伴ってそれぞれ地面に接地して自在に動くようになっている。

電磁ブレーキ２６は、シャフト２２に設けられている。電磁ブレーキ２６は、トレーリングアーム２３の可動域を制御するためのものである。具体的には、電磁ブレーキ２６は、電磁ブレーキ２６は、シャフト２２の回転を制御し、これにより、トレーリングアーム２３が回転軸であるシャフト２２の回りに回転する回転量を制御できるようになっている。

ジャイロセンサ１５は、自律走行ロボット１Ａの傾きを検知することができるセンサであり、フレーム１０の上部に固定されて設けられている。ジャイロセンサ１５は、自律走行ロボット１Ａのピッチング方向の傾きを検知する。

また、本実施形態の自律走行ロボット１Ａには、図１に示すように、制御部１６が搭載されており、この制御部１６は、自律走行ロボット１Ａの駆動制御に関する一切の制御を行っている。本実施形態では、特に、制御部１６には、第１判定部１６ａが設けられており、第１判定部１６ａは、ジャイロセンサ１５にて検知した傾きによって転倒を生じさせる可能性があるか否かを判定するようになっている。

（隆起地形および陥没地形を走行しているときの自律走行ロボットの挙動）
自律走行ロボットが隆起地形または陥没地形を走行しているときにおける挙動について図３および図４に基づいて説明する。図３は、自律走行ロボット１Ａが隆起地形を走行しているときにおける挙動を示す側面断面図である。また、図４は、自律走行ロボット１Ａが陥没地形を走行しているときにおける挙動を示す側面断面図である。

自律走行ロボット１Ａが隆起地形を走行しているとき、図３に示すように、サスペンション機構２０のスプリング２４が縮むことによって、トレーリングアーム２３は、シャフト２２を回転軸としてトレーリングアーム２３の後方が上方へ移動する方向に回転する。これにより、駆動輪１１がフレーム１０に対して上方に移動し、安定して隆起地形を走行することができる。

一方で、自律走行ロボット１Ａが陥没地形を走行しているとき、図４に示すように、サスペンション機構２０のスプリング２４が伸びることによって、トレーリングアーム２３は、シャフト２２を回転軸としてトレーリングアーム２３の後方が下方へ移動する方向に回転する。これにより、駆動輪１１がフレーム１０に対して下方に移動することができるため、安定して隆起地形を走行することができる。

以上のように、本実施形態における自律走行ロボット１Ａは、フレーム１０と駆動輪１１との間にサスペンション機構２０が設けられているので、隆起地形や陥没地形を安定して走行することが可能になる。

（傾斜面を登坂しているときの自律走行ロボットの挙動）
次に、自律走行ロボット１Ａが傾斜面を登坂しているときにおける挙動について図５および図６に基づいて説明する。図５は、自律走行ロボット１Ａが傾斜面を等速で登坂している様子を示す側面断面図である。図６は、自律走行ロボット１Ａが傾斜面において、発進または加速した様子を示す側面断面図である。

自律走行ロボット１Ａが傾斜面を等速で登坂している場合には、図５に示すように、非傾斜面を等速で移動している場合と同様に、スプリング２４は伸縮していない状態となっている。

次に、自律走行ロボット１Ａが傾斜面において発進または加速すると、荷重配分が後従動輪１３側に大きくなって、該後従動輪１３を中心として外装部２が反時計回りに少し回転する。その結果、図６に示すように、スプリング２４が伸び、トレーリングアーム２３がシャフト２２を回転軸としてトレーリングアーム２３の前方が上方に回転する方向に回転する。この回転により、自律走行ロボット１Ａの重心がさらに後方へ移動するので、自律走行ロボット１Ａの許容転倒モーメントが減少し、自律走行ロボット１Ａが転倒する可能性がさらに増大する。

ここで、本実施形態の自律走行ロボット１Ａは、自律走行ロボット１Ａの傾きを検知するためのジャイロセンサ１５が設けられている。ジャイロセンサ１５により、自律走行ロボット１Ａのピッチング方向の傾きを検知し、制御部１６の第１判定部１６ａでは、その傾きが、自律走行ロボット１Ａが転倒する可能性のある傾きであるかどうかを判定する。第１判定部１６ａにて、自律走行ロボット１Ａが転倒する可能性があると判断された場合に、制御部１６は、電磁ブレーキ２６を駆動させる。駆動した電磁ブレーキ２６は、トレーリングアーム２３の回転軸であるシャフト２２の回転を停止させる。これにより、トレーリングアーム２３が回転することを抑止する。その結果、トレーリングアーム２３が回転することによる転倒する方向への回転モーメントの増大を抑制することができるので、自律走行ロボット１Ａの許容転倒モーメントの減少を防ぐことができる。これにより、傾斜面においても、自律走行ロボット１Ａは安定して走行することができるようになっている。

このように、本実施形態における自律走行ロボット１Ａは、基体としてのフレーム１０と駆動輪１１と従動輪としての前従動輪１２および後従動輪１３とを備えている。そして、フレーム１０に支持され、駆動輪１１を揺動自在に支持するトレーリングアーム式サスペンションとしてのサスペンション機構２０と、フレーム１０の傾きを検知するセンサとしてのジャイロセンサ１５と、ジャイロセンサ１５による基体の傾きが閾値を超えたときにはサスペンション機構２０の可動域を規制する可動域規制機構とが設けられている。

上記の構成によれば、駆動輪１１とフレーム１０との間に、サスペンション機構２０が設けられている。これにより、自律走行ロボット１Ａが隆起地形および陥没地形を走行する場合、サスペンション機構２０の機能により、駆動輪１１が地形の変化に追随して上下方向に移動することができる。これにより、自律走行ロボット１Ａは、隆起地形および陥没地形を安定して走行することができる。

また、自律走行ロボット１Ａは、傾斜面の走行時においては、サスペンション機構２０によって、自律走行ロボット１Ａが転倒する方向への回転モーメントが働く。そこで、フレーム１０の傾きが転倒する傾きであることをジャイロセンサ１５によって検知した場合は、可動域規制機構によってサスペンション機構２０の可動域を規制する。この結果、サスペンション機構２０による自律走行ロボット１Ａが転倒する方向への回転モーメントを発生することを防ぐことができる。したがって、自律走行ロボット１Ａが傾斜面を走行している場合において、転倒することを防止することができる。

また、本実施形態における自律走行ロボット１Ａでは、サスペンション機構２０は、中央では駆動輪１１を支持し、一方の端部ではフレーム１０に回転軸としてのシャフト２２にて軸支され、シャフト２２とは反対側の他方の端部ではスプリング２４にてフレーム１０に吊り下げられた第１トレーリングアームとしてのトレーリングアーム２３を備えているとともに、可動域規制機構は、ジャイロセンサ１５によるフレーム１０の傾きが閾値を超えたときにはサスペンション機構２０の可動域を規制すべく、トレーリングアーム２３の一方の端部のシャフト２２に向けられて、トレーリングアーム２３の回転を停止させる回転停止機構としての電磁ブレーキ２６にてなっている。

これにより、フレーム１０の傾きが転倒する傾きであることをジャイロセンサ１５によって検知した場合は、電磁ブレーキ２６によってトレーリングアーム２３の可動域を規制する。この結果、トレーリングアーム２３による自律走行ロボット１Ａが転倒する方向への回転モーメントを発生することを防ぐことができる。したがって、自律走行ロボット１Ａが傾斜面を走行している場合において、転倒することを防止することができる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図７および図８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

前記実施形態１における自律走行ロボット１Ａでは、可動域規制機構は電磁ブレーキ２６にて構成されていた。しかし、可動域規制機構は、必ずしも電磁ブレーキである必要はない。すなわち、本実施形態の自律走行ロボット１Ｂでは、図７に示すように、可動域規制機構はセンサとしてのジャイロセンサ１５によるフレーム１０の傾きが閾値を超えたときにはサスペンション機構２０の可動域を規制すべく、スプリング２４に設けられたスプリング長さ縮小部材としてのメカニカルストップ３２にてなっている点が異なっている。

（自律走行ロボットの構成）
本実施形態の自律走行ロボット１Ｂの構成について、図７に基づいて説明する。図７は、本実施形態の自律走行ロボット１Ｂにおける走行台車部３の構成を示す側面断面図である。

自律走行ロボット１Ｂは、図７に示すように、可動域規制機構として、ロッド３１と、メカニカルストップ３２と、図示しないアクチュエータとを備えている。

ロッド３１は、下端がトレーリングアーム２３・２３に穿設された長孔に遊嵌状態になるように結合されているとともに、上部では、フレーム１０に穿設されたロッド用孔に遊嵌状態に貫通されている。ロッド３１におけるフレーム１０とトレーリングアーム２３との間には、スプリング２４が該ロッド３１の外周を取り巻くように設けられている。

メカニカルストップ３２は、ロッド３１の下端に設けられている。メカニカルストップは、上記のトレーリングアーム２３・２３に穿設された長孔よりも大きい直方体にてなっている。なお、メカニカルストップ３２の形状は、直方体に限られず、トレーリングアーム２３・２３に穿設された長孔よりも大きければ、どんな形状でも構わない。

アクチュエータは、ロッド３１を昇降させるための機構である。

自律走行ロボット１Ｂは、非傾斜面、隆起地形、または陥没地形を走行している場合には、図７に示すように、メカニカルストップ３２は、アクチュエータにより、トレーリングアーム２３とは接触していない位置に配置される。そのため、スプリング２４は伸縮できるようになっている。隆起地形または陥没地形を走行する場合には、スプリング２４が収縮することにより、回転軸であるシャフト２２を中心として回転することができる。これにより、自律走行ロボット１Ｂは、地形に追従して駆動輪１１を上下方向に変位することができるようになっている。これにより、隆起地形及および陥没地形を安定して走行できるようになっている。

（傾斜面を登坂しているときの自律走行ロボットの挙動）
次に、自律走行ロボット１Ｂが傾斜面を登坂しているときにおける挙動について図８に基づいて説明する。図８は、自律走行ロボット１Ｂが傾斜面を登坂している様子を示す側面断面図である。

自律走行ロボット１Ｂは、図８に示すように、ジャイロセンサ１５により、自律走行ロボット１Ｂの傾きを検知し、制御部１６の第１判定部１６ａは、その傾きが、自律走行ロボット１Ａが転倒する可能性のある傾きであるかどうかを判定する。第１判定部１６ａにて、自律走行ロボット１Ａが転倒する可能性があると判断された場合に、アクチュエータにより、ロッド３１を上昇させる。ロッド３１が上昇すると、メカニカルストップ３２がトレーリングアーム２３に接触する。その結果、トレーリングアーム２３は、シャフト２２を回転軸としてトレーリングアーム２３の前方が上方に回転する方向への回転を抑止される。これにより、トレーリングアーム２３が回転することによる転倒する方向への回転モーメントの増大を抑制することができるので、自律走行ロボット１Ｂの許容転倒モーメントの減少を防ぐことができる。この結果、傾斜面においても、自律走行ロボット１Ｂは安定して走行することができるようになっている。

このように、本実施形態における自律走行ロボット１Ｂでは、サスペンション機構２０は、中央では駆動輪１１を支持し、一方の端部ではフレーム１０にシャフト２２にて軸支され、シャフト２２とは反対側の他方の端部ではスプリング２４にてフレーム１０に吊り下げらえたトレーリングアーム２３を備えている。また、可動域規制機構は、ジャイロセンサ１５によるフレーム１０の傾きが閾値を超えたときにはサスペンション機構２０の可動域を規制すべく、スプリング２４に設けられたスプリング長さ縮小部材としてのロッド３１およびメカニカルストップ３２にてなっている。

上記の構成によれば、フレーム１０の傾きが転倒する傾きであることをジャイロセンサ１５によって検知した場合は、ロッド３１およびメカニカルストップ３２によってトレーリングアーム２３の可動域を規制する。この結果、トレーリングアーム２３による自律走行ロボット１Ｂが転倒する方向への回転モーメントを発生することを防ぐことができる。したがって、自律走行ロボット１Ｂが傾斜面を走行している場合において、転倒することを防止することができる。

〔実施形態３〕
本発明のさらに他の実施形態について、図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

本実施形態における自律走行ロボット１Ｃは、サスペンション機構の構成が、前記実施形態１・２における自律走行ロボット１Ａ・１Ｂと異なっている。

自律走行ロボット１Ｃの構成について、図９に基づいて説明する。図９は、自律走行ロボット１Ｃの構成を示す側面断面図である。

本実施形態における自律走行ロボット１Ｃのサスペンション機構２０は、シャフトホルダ２１と、シャフト２２と、第２トレーリングアームとしてのトレーリングアーム２３と、駆動輪取り付け部２５と、可動域規制機構としてのトルクモータ４１とを備えている。

トルクモータ４１は、シャフト２２に設けられている。トルクモータ４１は、励磁トルクの調整により、トレーリングアーム２３の回転軸であるシャフト２２に動力を伝えるモータである。トルクモータ４１は、励磁トルクの調整により、シャフト２２の回転を調整する。これにより、トレーリングアーム２３の回転を制御することができるようになっている。

また、トルクモータ４１は、アブソリュートタイプのモータであり、トルクモータ４１には図示しないエンコーダが設けられている。エンコーダは、トルクモータ４１の電磁トルクの調整量を記憶することができるようになっている。これにより、自律走行ロボット１Ｃの走行状況に対応して、トルクモータ４１の電磁トルクを調整することができる。つまり、トレーリングアーム２３の可動域を調整できる。

自律走行ロボット１Ｃは、非傾斜面、隆起地形、または陥没地形を走行している場合には、トルクモータ４１の励磁トルクを調整するにより、トレーリングアーム２３の回転軸であるシャフト２２は回転できるようになっている。これにより、自律走行ロボット１Ｃは、地形に追従して駆動輪１１を上下方向に変位することができるようになっている。その結果、隆起地形及および陥没地形を安定して走行できるようになっている。

次に、自律走行ロボット１Ｃは、傾斜面を登坂している場合には、トルクモータ４１を調整することにより、トレーリングアーム２３の回転軸であるシャフト２２が回転できないようになっている。その結果、トレーリングアーム２３は、シャフト２２を回転軸としてトレーリングアーム２３の前方が上方に回転する方向への回転を抑止される。これにより、トレーリングアーム２３が回転することによる転倒する方向への回転モーメントの増大を抑制することができるので、自律走行ロボット１Ｃの許容転倒モーメントの減少を防ぐことができる。この結果、傾斜面においても、自律走行ロボット１Ｃは安定して走行することができるようになっている。

このように、本実施形態における自律走行ロボット１Ｃでは、サスペンション機構２０は、中央では駆動輪１１を支持し、一方の端部ではフレーム１０に支持されかつ励磁トルクを調整可能なトルクモータ４１に揺動可能に軸支され、他方の端部は自由端となっている第２トレーリングアームとしてのトレーリングアーム２３を備えている。また、可動域規制機構は、ジャイロセンサ１５によるフレーム１０の傾きが閾値を超えたときにはサスペンション機構２０の可動域を規制すべく、トレーリングアーム２３の揺動を停止するようにトルクモータ４１の励磁トルクを調整させる制御部１６を備えている。

上記の構成によれば、フレーム１０の傾きが転倒する傾きであることをジャイロセンサ１５によって検知した場合は、トルクモータ４１の励磁トルクを調整することによってトレーリングアーム２３の可動域を規制する。この結果、トレーリングアーム２３による自律走行ロボット１Ｃが転倒する方向への回転モーメントを発生することを防ぐことができる。したがって、自律走行ロボット１Ｃが傾斜面を走行している場合において、転倒することを防止することができる。

〔実施形態４〕
本発明のさらに他の実施形態について、図１０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

本実施形態における自律走行ロボット１Ｄは、トレーリングアームの可動域を規制するかどうかを判定する判定部が設けられている点が、前記実施形態１〜３における自律走行ロボット１Ａ・１Ｂ・１Ｃと異なっている。

自律走行ロボット１Ｄの動作について、図１０に基づいて説明する。図１０は、自律走行ロボット１Ｄが加速または減速するときにおける手順を示すフローチャートである。

まず、自律走行ロボット１Ｄは、図１０に示すように、加速または減速を行う際に、駆動輪１１を駆動させるモータ１４に対して、どれくらいの回転数で駆動輪１１を駆動させるかの指令を制御部１６から送られる（Ｓ１）。つまり、制御予定回転数が制御部１６からモータ１４に送られる。

次いで、駆動輪１１の回転数が変化するすると、自律走行ロボット１Ｄは加速または減速することになる。自律走行ロボット１Ｄが加速または減速すると、加速または減速の度合いに応じた慣性力が自律走行ロボット１Ｄに働く。この慣性力により、自律走行ロボット１Ｄには回転モーメントが働き、自律走行ロボット１Ｄが転倒する可能性が生じる。

ここで、自律走行ロボット１Ｄには、制御部１６に判定部としての第２判定部１６ｂが設けられている。第２判定部１６ｂは、上記の制御予定回転数によって、自律走行ロボット１Ｄが転倒する可能性があるか否かを判定する（Ｓ２）。

第２判定部１６ｂによって、上記の制御予定回転数によって、自律走行ロボット１Ｄが転倒する可能性がないと判定された場合、可動域規制機構を駆動せず、トレーリングアーム２３の回転を抑制しない（Ｓ３）。

一方で、第２判定部１６ｂによって、上記の制御予定回転数によって、自律走行ロボット１Ｄが転倒する可能性があると判定された場合、可動域規制機構を駆動し、トレーリングアーム２３の回転を抑制する（Ｓ４）。

以上のように、自律走行ロボット１Ｄには判定部が設けられていることにより、自律走行ロボット１Ｄが加速または減速を行う場合に、自律走行ロボット１Ｄが転倒することを防止することができる。

このように、本実施形態における自律走行ロボット１Ｄでは、駆動輪１１のシャフト２２には、駆動輪１１を回転させる駆動モータとしてのモータ１４が設けられている。そして、加減速を行うに際してのモータ１４への制御予定回転数が、転倒を生じさせる可能性があるか否かを判定する判定部としての第２判定部１６ｂが設けられ、可動域規制機構としての前記電磁ブレーキ２６、ロッド３１およびメカニカルストップ３２、またはトルクモータ４１は、第２判定部１６ｂによりモータ１４への制御予定回転数が転倒を生じさせる可能性があると判断された場合に、ジャイロセンサ１５によるフレーム１０の傾きが閾値を超えたときにはサスペンション機構２０の可動域を規制する。

上記の構成によれば、自律走行ロボット１Ｄが加速または減速を行う場合に、自律走行ロボット１Ｄが転倒することを防止することができる。

〔まとめ〕
本発明の態様１における自律走行ロボット１Ａ〜１Ｄは、基体（フレーム１０）と駆動輪１１と従動輪（前従動輪１２、後従動輪１３）とを備えた自律走行ロボットにおいて、上記基体（フレーム１０）に支持され、上記駆動輪１１を揺動自在に支持するトレーリングアーム式サスペンション（サスペンション機構２０）と、上記基体（フレーム１０）の傾きを検知するセンサ（ジャイロセンサ１５）と、上記センサ（ジャイロセンサ１５）による基体の傾きが閾値を超えたときには上記トレーリングアーム式サスペンション（サスペンション機構２０）の可動域を規制する可動域規制機構（電磁ブレーキ２６、ロッド３１、メカニカルストップ３２、トルクモータ４１）とが設けられていることを特徴としている。

上記の発明によれば、駆動輪と基体との間に、トレーリング式のサスペンションが設けられている。これにより、自律走行ロボットが隆起地形および陥没地形を走行する場合、トレーリングアーム式サスペンションの機能により、駆動輪が地形の変化に追随して上下方向に移動することができる。これにより、自律走行ロボットは、隆起地形および陥没地形を安定して走行することができる。

また、自律走行ロボットは、傾斜面の走行時においては、トレーリングアーム式サスペンションによって、自律走行ロボットが転倒する方向への回転モーメントが働く。そこで、基体の傾きが転倒する傾きであることをセンサによって検知した場合は、可動域規制機構によってトレーリングアーム式サスペンションの可動域を規制する。この結果、トレーリングアーム式サスペンションによる自律走行ロボットが転倒する方向への回転モーメントを発生することを防ぐことができる。したがって、自律走行ロボットが傾斜面を走行している場合において、転倒することを防止することができる。

本発明の態様２における自律走行ロボット１Ａは、上記態様１における自律走行ロボットにおいて、前記トレーリングアーム式サスペンション（サスペンション機構２０）は、中央では駆動輪１１を支持し、一方の端部では上記基体（フレーム１０）に回転軸（シャフト２２）にて軸支され、上記回転軸（シャフト２２）とは反対側の他方の端部ではスプリング２４にて上記基体（フレーム１０）に吊り下げられた第１トレーリングアーム（トレーリングアーム２３）を備えているとともに、前記可動域規制機構は、前記センサ（ジャイロセンサ１５）による基体（フレーム１０）の傾きが閾値を超えたときには上記トレーリングアーム式サスペンション（サスペンション機構２０）の可動域を規制すべく、上記第１トレーリングアーム（トレーリングアーム２３）の一方の端部の回転軸（シャフト２２）に向けられて、該第１トレーリングアーム（トレーリングアーム２３）の回転を停止させる回転停止機構（電磁ブレーキ２６）にてなっていることが好ましい。

上記の構成によれば、基体の傾きが転倒する傾きであることをセンサによって検知した場合は、回転停止機構によって第１トレーリングアームの可動域を規制する。この結果、トレーリングアーム式サスペンションによる自律走行ロボットが転倒する方向への回転モーメントを発生することを防ぐことができる。したがって、自律走行ロボットが傾斜面を走行している場合において、転倒することを防止することができる。

本発明の態様３における自律走行ロボット１Ｂは、上記態様１における自律走行ロボットにおいて、前記トレーリングアーム式サスペンション（サスペンション機構２０）は、中央では駆動輪１１を支持し、一方の端部では上記基体（フレーム１０）に回転軸（シャフト２２）にて軸支され、上記回転軸（シャフト２２）とは反対側の他方の端部ではスプリング２４にて上記基体（フレーム１０）に吊り下げらえた第１トレーリングアーム（トレーリングアーム２３）を備えているとともに、前記可動域規制機構は、前記センサ（ジャイロセンサ１５）による基体（フレーム１０）の傾きが閾値を超えたときには上記トレーリングアーム式サスペンション（サスペンション機構２０）の可動域を規制すべく、上記スプリング２４に設けられたスプリング長さ縮小部材（ロッド３１、メカニカルストップ３２）にてなっていてもよい。

上記の構成によれば、基体の傾きが転倒する傾きであることをセンサによって検知した場合は、スプリング長さ縮小部材によって第１トレーリングアームの可動域を規制する。この結果、トレーリングアーム式サスペンションによる自律走行ロボットが転倒する方向への回転モーメントを発生することを防ぐことができる。したがって、自律走行ロボットが傾斜面を走行している場合において、転倒することを防止することができる。

本発明の態様４における自律走行ロボット１Ｃは、上記態様１における自律走行ロボットにおいて、前記トレーリングアーム式サスペンション（サスペンション機構２０）は、中央では駆動輪１１を支持し、一方の端部では上記基体（フレーム１０）に支持されかつ励磁トルクを調整可能なトルクモータ４１に揺動可能に軸支され、他方の端部は自由端となっている第２トレーリングアーム（トレーリングアーム２３）を備えているとともに、前記可動域規制機構は、前記センサ（ジャイロセンサ１５）による基体（フレーム１０）の傾きが閾値を超えたときには上記トレーリングアーム式サスペンション（サスペンション機構２０）の可動域を規制すべく、第２トレーリングアーム（トレーリングアーム２３）の揺動を停止するように上記トルクモータ４１の励磁トルクを調整させる制御部１６を備えているとすることができる。

上記の構成によれば、基体の傾きが転倒する傾きであることをセンサによって検知した場合は、トルクモータの励磁トルクを調整することによって第２トレーリングアームの可動域を規制する。この結果、トレーリングアーム式サスペンションによる自律走行ロボットが転倒する方向への回転モーメントを発生することを防ぐことができる。したがって、自律走行ロボットが傾斜面を走行している場合において、転倒することを防止することができる。

本発明の態様５における自律走行ロボット１Ｄは、上記態様１〜４における自律走行ロボットにおいて、前記駆動輪１１の回転軸（シャフト２２）には、駆動輪１１を回転させる駆動モータ（モータ１４）が設けられているとともに、加減速を行うに際しての駆動モータ（モータ１４）への制御予定回転数が、転倒を生じさせる可能性があるか否かを判定する判定部（第２判定部１６ｂ）が設けられ、前記可動域規制機構（電磁ブレーキ２６、ロッド３１、メカニカルストップ３２、トルクモータ４１）は、上記判定部（第２判定部１６ｂ）により上記駆動モータ（モータ１４）への制御予定回転数が転倒を生じさせる可能性があると判断された場合に、上記センサ（ジャイロセンサ１５）による基体（フレーム１０）の傾きが閾値を超えたときには上記トレーリングアーム式サスペンション（サスペンション機構２０）の可動域を規制する構成であることが好ましい。

上記の構成によれば、自律走行ロボットが加速または減速する場合に発生する回転モーメントが、自律走行ロボットを転倒させる可能性があるか否かを判定する判定部が設けられている。そして、回転モーメントが、自律走行ロボットを転倒させる可能性があると判定した場合には、可動域規制機構がトレーリングアーム式サスペンションの可動域を規制することができるようになっている。その結果、自律走行ロボットが加速または減速を行う場合に、自律走行ロボットが転倒することを防止することができる。

本発明の態様６における自律走行ロボット１Ａ〜１Ｄは、上記態様１〜５における自律走行ロボットにおいて、前記センサは、ジャイロセンサ１５であることが好ましい。

上記の構成によると、ジャイロセンサによって、基体の傾きをより的確に検知することができる。

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。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明は、隆起地形や陥没地系において安定走行が可能であるとともに、傾斜面の走行時において転倒するリスクを低減した自律走行ロボットに利用することができる。例えば、美術館、空港等の各種商業施設等の屋内での走行に利用することができる。

１Ａ〜１Ｄ 自律走行ロボット
１０ フレーム（基体）
１１ 駆動輪
１２ 前従動輪（従動輪）
１３ 後従動輪（従動輪）
１４ モータ（駆動モータ）
１５ ジャイロセンサ（センサ）
１６ 制御部
１６ａ 第１判定部
１６ｂ 第２判定部（判定部）
２０ サスペンション機構（トレーリングアーム式サスペンション）
２２ シャフト
２３ トレーリングアーム（第１トレーリングアーム、第２トレーリングアーム ）
２４ スプリング
２６ 電磁ブレーキ（可動域規制機構、回転停止機構）
３１ ロッド（スプリング長さ縮小部材）
３２ メカニカルストップ（スプリング長さ縮小部材）
４１ トルクモータ

Claims (6)

1. 基体と、駆動輪と、該駆動輪の前後に設けられた従動輪とを備えた自律走行ロボットにおいて、
   上記基体に支持され、上記駆動輪を揺動自在に支持するトレーリングアーム式サスペンションと、
   上記基体の傾きを検知するセンサと、
   上記センサによる基体の傾きが閾値を超えたときには上記トレーリングアーム式サスペンションの可動域を規制する可動域規制機構とが設けられていることを特徴とする自律走行ロボット。
2. 前記トレーリングアーム式サスペンションは、中央では駆動輪を支持し、一方の端部では上記基体に回転軸にて軸支され、上記回転軸とは反対側の他方の端部ではスプリングにて上記基体に吊り下げられた第１トレーリングアームを備えているとともに、
   前記可動域規制機構は、前記センサによる基体の傾きが閾値を超えたときには上記トレーリングアーム式サスペンションの可動域を規制すべく、上記第１トレーリングアームの一方の端部の回転軸に向けられて、該第１トレーリングアームの回転を停止させる回転停止機構にてなっていることを特徴とする請求項１に記載の自律走行ロボット。
3. 前記トレーリングアーム式サスペンションは、中央では駆動輪を支持し、一方の端部では上記基体に回転軸にて軸支され、上記回転軸とは反対側の他方の端部ではスプリングにて上記基体に吊り下げらえた第１トレーリングアームを備えているとともに、
   前記可動域規制機構は、前記センサによる基体の傾きが閾値を超えたときには上記トレーリングアーム式サスペンションの可動域を規制すべく、上記スプリングに設けられたスプリング長さ縮小部材にてなっていることを特徴とする請求項１に記載の自律走行ロボット。
4. 前記トレーリングアーム式サスペンションは、中央では駆動輪を支持し、一方の端部では上記基体に支持されかつ励磁トルクを調整可能なトルクモータに揺動可能に軸支され、他方の端部は自由端となっている第２トレーリングアームを備えているとともに、
   前記可動域規制機構は、前記センサによる基体の傾きが閾値を超えたときには上記トレーリングアーム式サスペンションの可動域を規制すべく、第２トレーリングアームの揺動を停止するように上記トルクモータの励磁トルクを調整させる制御部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の自律走行ロボット。
5. 前記駆動輪の回転軸には、駆動輪を回転させる駆動モータが設けられているとともに、
   加減速を行うに際しての駆動モータへの制御予定回転数が、転倒を生じさせる可能性があるか否かを判定する判定部が設けられ、
   前記可動域規制機構は、上記判定部により上記駆動モータへの制御予定回転数が転倒を生じさせる可能性があると判断された場合に、上記センサによる基体の傾きが閾値を超えたときには上記トレーリングアーム式サスペンションの可動域を規制することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の自律走行ロボット。
6. 前記センサは、ジャイロセンサであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の自律走行ロボット。

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