JP2023502594A - 自律型清掃ロボットのフローティングバンパー - Google Patents

Abstract

自律型移動清掃ロボットは、ロボット本体、バンパー、およびカップリングを含み得る。ロボット本体には、変位センサーが含まれ得る。バンパーはロボット本体に移動可能に結合される。カップリングには、変位センサーに関連付けられた変位リミッターが含まれ得る。変位リミッターは、水平力閾値未満の力によって生じるロボット本体からのバンパーの変位に関する、変位センサーによる感知を抑制または制限することができる。

Description

「優先権出願」
本出願は、２０１９年１１月２０日に出願された米国特許出願第１６／６８９，７７５号に基づく優先権の主張を行うもので、該出願の内容は、この参照によりその全体が本明細書に組み込まれるものとする。

自律型移動式ロボットは、家などの環境内で自律的に掃除タスクを実行することができる自律型清掃ロボットを含む。多くの種類の清掃ロボットは、ある程度自律的で、さまざまな方法で動作する。移動清掃ロボットの自律性は、センサーを使用することで実現され、センサーがコントローラに信号を送信する環境から、またはロボットと環境との相互作用によって入力を受信するセンサーを使用することで実現できる。コントローラは、１つまたは複数のセンサー信号に対して実行される分析に基づいてロボットの動作を制御できる。

いくつかの自律型清掃ロボットは、フロントバンパーなどのバンパーを含み得る。作動すると、フロントバンパーは障害物に遭遇したことを示すことができ、それに応じてロボットは離れることができる。しかし、このようなロボットでは、後進中に遭遇した障害物をロボットが感知できないため、ミッションの完了が滞る可能性がある。たとえば、このようなロボットは、後進中に家具の下に挟まれる可能性がある。

本発明者らは、とりわけ、前方向と同様に後方向および側面方向の障害物検出をもたらすことができる、ロボットの周囲を形成するバンパーを設け得ることを認識した。このタイプのバンパーは、差し込まれ（挟まれ）の事象を減らすのに役立ち、ミッションの完了を増やすのに役立つ。ロボットは後進時に家具にぶつかるのを回避でき、垂直方向の隆起を感知して挟まれやミッションの失敗をさらに減らすように構成できるため、全周バンパーは椅子／テーブル動作を改善することもできる。

必ずしも一定の縮尺で描かれていない図面において、同様の符号が異なる視点において同様の構成要素を示している。異なる文字の接尾辞を持つ同様の符号は、同様の構成要素の異なる事例を示す場合がある。図面は限定ではなく例として、本明細書で論じられている様々な実施形態を一般的に示している。

本開示の少なくとも１つの例による、自律型清掃ロボットの上面図である。 本開示の少なくとも１つの例による、第１～３の条件における図１５の符号１６－１６で切断された自律型清掃ロボットの側方断面図である。 本開示の少なくとも１つの例による、自律型清掃ロボットの一部の側方等角図である。 本開示の少なくとも１つの例による、自律型清掃ロボットの一部の断面図である。 本開示の少なくとも１つの例による、自律型清掃ロボットの一部の分解等角図である。 本開示の少なくとも１つの例による、自律型清掃ロボットの一部に焦点を合わせた分解等角図である。 本開示の少なくとも１つの例による、自律型清掃ロボットの底面図である。 本開示の少なくとも１つの例による、自律型清掃ロボットの上面図である。 本開示の少なくとも１つの例による、第１の状態の自律型清掃ロボットの一部の側方概略図である。 本開示の少なくとも１つの例による、第２の状態の自律型清掃ロボットの一部の側方概略図である。

自律型清掃ロボットのコントローラは、ロボットのセンサーによってコントローラに配信される１つまたは複数のセンサー信号に対して実行される分析に基づいて、ロボットの動作を制御することができる。いくつかの例では、自律型清掃ロボットは衝突センサーを使用できる。衝突センサーは、ロボットの本体に取り付けることができ、ロボットの外側のバンパーが障害物に接触または衝突したことを検出するように構成できる。そのような場合、障害物はバンパーと係合して、ロボットの本体に対してバンパーを動かし、バンパーがスイッチと係合することを可能にし得る。スイッチは、衝突を示す信号をコントローラに送信して、ロボットが速度や方向を変更して、同じ障害物の将来の衝突を回避できるようにする。

垂直軸に沿った隆起を検出することが望ましい場合がある。垂直隆起感知は、ミッション（任務）中に自律型清掃ロボット（家具の下など）の挟まれを防止するのに役立ち得る。ホール効果（圧電）センサーを使用して、バンパーの動きを３次元（３軸に沿って）で検出できる。このようなセンサーは、フローティングバンパーまたはフルバンパーが使用される場合に役立つ。すなわち、バンパーの周囲を囲むアウターシェルに固定することが可能な場合や、バンパーがロボット本体およびアウターシェルから独立して移動可能である場合である。

このような場合、バンパーは、例えば、環境内のロボットの加速のために、通常の清掃作業中に移動する可能性がある。ホール効果センサーは比較的感度が高い可能性があるため、このようなバンパーの動きは、ロボットのコントローラによる衝突として解釈できる。センサーの許容誤差は調整できる。しかしながら、慣性力によって移動する可能性のあるフローティングバンパーは、ホール効果センサーによって生成される信号に多くのノイズを発生させる可能性があり、衝突が発生した時期をコントローラが判断するのが困難になる。

本開示は、バンパーをアウターシェル（スプリングモジュールなど）に固定する１つまたは複数の機構を設けることなどによって、そのような問題に対処するのに役立ち得る。スプリングモジュールは、ロボットの本体に対するバンパーの動きに抵抗するように構成された分離装置として機能し得る。スプリングモジュールは、バンパーに加えられた水平方向の力が水平力閾値よりも大きい場合にスプリングモジュールの１つの機構が別の機構から切り離れるように構成でき、衝突が水平力閾値より大きな力を生成する場合にのみ水平衝突の検出を可能にする。いくつかの例では、水平力閾値は、ロボットの加速によってバンパーに加わり得る最大慣性力であり得る。

上記の議論は、本特許出願の主題の概要を提供することを意図している。本発明の排他的または網羅的な説明を提供することを意図するものではない。以下の説明は、本特許出願に関するさらなる情報を提供するために含まれている。

図１は、本開示の少なくとも１つの例による、自律型移動清掃ロボット１００の上面図を示す。自律型移動清掃ロボット１００は、アウターシェル１０２、三次元（３Ｄ）バンパーまたはバンパー１０４、コントローラ１１２、およびロボット１００の本体１１６を含み得る。

アウターシェル１０２は、ロボットの本体１１６に固定され、その上でバンパー１０４を支持するように構成された剛性または半剛性の部材であり得る。バンパー１０４は、アウターシェル１０２に取り外し可能に固定することができ、アウターシェル１０２に取り付けられている間、アウターシェル１０２に対して移動可能である。アウターシェル１０２およびバンパー１０４はそれぞれ、金属、プラスチック、発泡体、エラストマー、セラミック、複合材料、それらの組み合わせなどのうちの１つまたは複数からなり得る。

いくつかの例では、バンパー１０４は、単一の部品から形成され、本体１１６を取り囲むように構成され得る。いくつかの例では、バンパー１０４は、一緒に接続された複数の部品であり得る。バンパー１０４は、バンパーがシェル１０２（および本体１１６）から吊り下げられるように、以下で説明する機構を介してロボット１００のアウターシェル１０２に接続し得る。アウターシェル１０２は、本体１１６に接続することができ、バンパー１０４を少なくとも部分的に支持するように構成され得る。

コントローラ１１２は、本体１１６（またはシャーシ）に接続することができ、ロボット１００の電源によって電力が供給され得る。コントローラ１１２は、単一またはマルチボードコンピュータ、ダイレクトデジタルコントローラ（ＤＤＣ）、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）などのプログラム可能なコントローラであり得る。他の例では、コントローラ１１２は、ハンドホールドコンピュータ、例えば、スマートフォン、タブレット、ラップトップ、デスクトップコンピュータ、またはプロセッサ、メモリ、および通信機能を含む任意の他のコンピューティングデバイスなどの任意のコンピューティングデバイスであり得る。

本体１１６は、金属、プラスチック、発泡体、エラストマー、セラミック、複合材料、それらの組み合わせなどのうちの１つまたは複数などの材料から構成される剛性または半剛性の構造であり得る。本体１１６は、ホイール１０６、コントローラ１１２、バッテリ、抽出器アセンブリ１０８、およびサイドブラシ１０９などのロボット１００の様々な構成部品を支持するように構成され得る。いくつかの例では、底部リテーナをロボット１００の本体１１６に固定することができ、底部カバーを本体１１６に固定するのに役立つ。底部カバーは、ロボット１００内の様々な構成要素を覆い、一般に衝撃やデブリから保護するように構成され得る。

いくつかの例の動作において、ロボット１００は、環境内で清掃任務を実行するために、コントローラによって自律的に制御され得る。コントローラは、駆動ホイール（図２Ａ～２Ｃに示されている）の動作を制御して、ロボット１００を環境全体に移動し得る。コントローラはまた、任務中に環境からデブリを取り込むための抽出器アセンブリ（およびロボット１００内のポンプ）の動作を制御することができ、一方、コントローラによってサイドブラシを操作して、デブリを抽出器アセンブリに向けることができる。

動作中、バンパー１０４は、環境内の障害物と接触する可能性があり、これは、ロボット１００のアウターシェル１０２および他の様々な構成要素に対してバンパー１０４の動きを引き起こす可能性がある。バンパー１０４が１つまたは複数の障害物に衝突したとき、バンパー１０４は本体１１６およびアウターシェル１０２に対して移動可能である。この移動は、コントローラと通信する移動センサーによって検出され得、コントローラは、信号を分析して衝突を検出し、さらに信号を分析して、アウターシェル１０２に対するバンパー１０４の移動（それに取り付けられたセンサー構成要素の動きによる）に基づいて障害物の位置を決定し得る。衝突が検出されると、コントローラは駆動ホイールを操作して進行方向を変更し、障害物との衝突を回避する。バンパー１０４が解放されると、接続機能により、バンパー１０４を中立位置に戻し、バンパー１０４は、次に遭遇する障害物によって生じる衝突を感知するように配置される。このようなプロセスは、バンパー１０４のそれぞれの障害物衝突に対して繰り返され得る。

バンパー１０４がフローティング全周バンパーである場合、すなわち、バンパー１０４がアウターシェル１０２の周囲を完全に取り囲む（または実質的に取り囲む）ように、バンパー１０４がアウターシェル１０２（および、本体１１６）に固定され、さらに、バンパー１０４は、本体１１６および３軸すべてのアウターシェル１０２とは独立して移動可能であり、３つの軸すべてにおいて、６つの完全な自由度（ｘ、ｙ、ｚ軸に沿った移動、ピッチ、左右の揺れ、ロール）でバンパー１０４の移動を検出することができるセンサーを使用して衝突を検出することが望ましい場合がある。ホール効果センサーなどのセンサーを使用して、３軸のバンパーの移動を検出できる。しかしながら、フローティングバンパーが使用される場合、バンパー１０４は、例えば、環境内のロボット１００の加速のために、通常の清掃操作中にアウターシェル１０２および本体１１６に対して移動し得る。ホール効果センサーは比較的敏感であり得るので、バンパー１０４のそのような移動は、コントローラによって衝突として誤って解釈される可能性がある。

このロボット１００は、慣性力によるバンパー１０４の移動を制限するために、バンパー１０４をアウターシェル１０２に固定する機能（スプリングモジュールなど）を提供することによって、この問題に対処するのに役立ち得る。スプリングモジュールは、バンパー１０４に加えられた水平方向の力が水平力閾値よりも大きいときに別の機構から離れるように構成された１つの機構を含むことによって、アウターシェル１０２に対するバンパー１０４の相対的な移動に抵抗するように構成された分離装置として動作し得る。水平力閾値は、予想される最大慣性力（加速によって引き起こされる）以上にすることができ、ロボットの加速によってバンパーに加えられる力よりも大きい水平方向の衝突のみを検出できる。これらの機能については、以下でさらに詳しく説明する。

図２Ａは、本開示の少なくとも１つの例による、第１の条件における図１の符号２－２で切断された自律型移動清掃ロボット１００の側方断面図を示す。図２Ｂは、本開示の少なくとも１つの例による、第２の条件における図１の符号２－２で切断された自律型移動清掃ロボット１００の側方断面図を示す。図２Ｃは、本開示の少なくとも１つの例による、第３の条件における符号２－２で切断された自律型移動清掃ロボット１００の側方断面図を示す。図２Ａ～２Ｃに、前方と後方の方向が示されている。図２Ａは力Ｆ１を示し、図２Ｂは力Ｆ２を示し、図２Ｃは力Ｆ３を示している。図２Ａ～２Ｃについて、以下で同時に説明する。

より具体的には、図２Ａは、バンパー１０４の前部に加えられる力Ｆ１を示しており、これにより、バンパー１０４は、本体１１６およびアウターシェル１０２に対して後方に並進することができる。また、図２Ｂは、 バンパー１０４の後部に加えられる力Ｆ２を示しており、これにより、バンパー１０４は、本体１１６およびアウターシェル１０２に対して前方に並進することができる。図１６Ｃは、バンパー１０４のトップ部に加えられる力Ｆ３を示しており、これにより、バンパー１０４は、本体１１６およびアウターシェル１０２に対して下向きに並進することができる。いくつかの例では、力Ｆ３により、バンパー１０４は、力の近傍でのみ下に移動する。例えば、力Ｆ３は、バンパー１０４の前部のみを下向きに動かすことができる。そのような動きは、本体１１６およびアウターシェル１０２に対するバンパー１０４の動きを検出することができるバンパーセンサー（以下で説明する）によって検出され得る。

図２Ａ～２Ｃは、駆動ホイール１０６および抽出アセンブリ１０８などのロボット１００の追加の詳細を示す。駆動ホイール１０６は、ロボット１０２の本体１１６によって支持され得る。ホイール１０６は、シャフトに回転可能に接続され得る。ホイール１０６は、周囲の表面に沿ってロボット１００を推進するためにモーターによって駆動されるように構成され、モーターは、環境内のロボット１００のそのような動きを制御するためにコントローラ１１２と通信している。

抽出器アセンブリ１０８は、環境から汚れおよびデブリを収集するために、本体１１６に対して回転可能な１つまたは複数のローラーまたはブラシを含み得る。ローラーは、コントローラ１１２と通信する１つまたは複数のモーターによって電力が供給され得る。

図３Ａは、本開示の少なくとも１つの例による、自律型清掃ロボットのスプリングモジュール２００の側方等角図を示す。図３Ｂは、本開示の少なくとも１つの例による、自律型清掃ロボットのスプリングモジュール２００の断面図を示す。図３Ｃは、本開示の少なくとも１つの例による、自律型清掃ロボットのスプリングモジュール２００の分解等角図を示す。図３Ｄは、本開示の少なくとも１つの例による、自律型清掃ロボットのスプリングモジュール２００に焦点を合わせた分解等角図を示す。図３Ａ～３Ｄについては、以下で同時に説明する。

スプリングモジュール２００は、上部コネクタ２０２（またはキャップまたはバンパーマウント）、下部コネクタ２０４（またはキャップまたはバンパーマウント）、チューブ２０６、スプリング２０８、上部ピン２１０、および下部ピン２１２を含み得る。上部コネクタ２０２は、下面２１３、チューブリテーナ２１４、ピンスロット２１６、およびスプリングボア２１８を含み得る。下部コネクタ２０４は、上面２１９、チューブリテーナ２２０、ピンスロット２２２、およびスプリングボア２２４を含み得る。チューブ２０６は、チューブボア２２６、上部２２８、および下部２３０を含み得る。上部２２８は、先端２３２ａ、２３２ｂならびにくぼみ２３４ａ、２３４ｂを含み得る（見えないが、下部２３０は、同様の構成要素を含み得る）。スプリング２０８は、目２３６、２３８を含み得る。

スプリングモジュール２００は、概して、バンパー１０４がアウターシェル１０２に対して浮くように、バンパー１０４をアウターシェル１０２に接続するように構成された組立体であり得る。スプリングモジュール２００の構成要素は、金属、プラスチック、発泡体、エラストマー、セラミック、複合材料、それらの組み合わせなどのうちの１つまたは複数などの材料から構成され得る。

上部コネクタ２０２は、アウターシェル１０２に接続することができ、下部コネクタ２０４は、バンパー１０４に接続することができる。いくつかの例では、上部コネクタ２０２は、アウターシェル１０２に統合（形成）され得、さらに／或いは、下部コネクタ２０４は、バンパー１０４に統合（形成）され得る。いくつかの例では、下部コネクタ２０４をアウターシェル１０２に接続し、上部コネクタ２０２をバンパー１０４に接続することができる。

上部コネクタ２０２の下面２１３は、実質的に下向きにすることができ、チューブリテーナ２１４は、下面２１３に接続することができ、そこから下向きに延在することができる。いくつかの例では、チューブリテーナ２１４はテーパーを含み得る。ピンスロット２１６は、チューブリテーナ２１４から上方に延在し、上部コネクタ２０２の上部の中に、それを通って延在し得る。ピンスロット２１６は、その中に上部ピン２１０を受け入れるような寸法にされ得る。ピンスロット２１６は、スプリングボア２１８に関してクロスボアまたはクロススロットであり得る。スプリングボア２１８は、チューブリテーナ２１０を通って延在し、スプリング２０８の目２３６を受け入れるような寸法にされ得る（さらに、 その中にスプリング２０８の少なくとも一部を受け入れるような寸法にされ得る）。

下部コネクタ２０４の上面２１９は、実質的に上向きにされ得る。チューブリテーナ２２０は、上面２１９に接続することができ、そこから上方に延在し得る。いくつかの例では、チューブリテーナ２２０はテーパーを含み得る。ピンスロット２２２は、チューブリテーナ２２０から下向きに延在し、下部コネクタ２０４の下部の中に、それを通って延在することができ、その中に下部ピン２１２を受け入れるような寸法にされ得る。ピンスロット２２２は、スプリングボア２１８に関してクロスボアまたはクロススロットであり得る。スプリングボア２１８は、チューブリテーナ２２０を通って延在し、スプリング２０８の目２３８を受け入れるような寸法にされ得る（さらに、ボア２１８は、その中にスプリング２０８の少なくとも一部を受け入れるような寸法にされ得る）。

スプリング２０８は、コイル状の伸長スプリングなどの伸長スプリングであり得る。スプリング２０８は、他の例では他のタイプのバイアス要素であり得るし、複数のバイアス要素を含み得る。目２３６、２３８は、スプリングの本体に接続することができ、それを介して、スプリング２０８をそれぞれ上部コネクタ２０２および下部コネクタ２０４に固定するために、それぞれ上部ピン２１０および下部ピン２１２を受け入れるように構成され得る。いくつかの例では、スプリングアセンブリ２００は、水平方向の動きに抵抗するように構成された単一のコイル状の伸張スプリングと交換され得る。

上部ピン２１０および下部ピン２１２はそれぞれ、それぞれの目２３６、２３８を通過するように、それぞれ上部コネクタ２０２および下部コネクタ２０２のそれぞれのピンスロット２１６、２２２内に配置可能なピン（または、他のファスナ）であり得る。上部ピン２１０は、ピンボア２１６と摩擦または締まりばめで係合して、上部コネクタ２０２のピンスロット２１６内に目２３６を固定し得る。同様に、下部ピン２１２は、ピンスロット２２２と摩擦または締まりばめで係合して、下部コネクタ２０４のピンスロット２２２内に目２３８を固定し得る。

いくつかの例では、１つのピンのみが含み得る（上部ピン２１０など）。そのような例では、スプリング２０８の底部は、スプリング２０８を下部コネクタのピンスロットに保持するように構成された機構（Ｔ字形部分など）を含むことができ、それにより、スプリング２０８を底部からアセンブリに落とし、次にピン２１０を使用して上部コネクタ２０２にピン留めすることを可能にする。他の例では、上部ピン２１０を省略して、スプリング２０８のＴ字形部分がスプリング２０８のトップに配置され、スプリング２０８が下部コネクタ２０４にピン留めされ得る。

チューブボア２２６は、チューブ２０６の本体２２７を通って延在することができ、スプリング２０８がチューブボア２２６内で並進できるように、スプリング２０８をその中に受け入れて保持するように寸法決めされ得る。チューブボア２２６も、その中にチューブリテーナ２１４、２２０を受け入れるように寸法決めされ得る。他の例では、チューブ２０６は、リテーナ２１４、２２０内に適合するような寸法にされ得る。

上部２２８は、上部コネクタ２０２の下面２１３と係合するように構成され、下部２３０は、下部コネクタ２０４の上面２１９と係合するように構成され得る。上部２２８は、先端２３２ａ、２３２ｂがくぼみ２３４ａ、２３４ｂよりもさらに上方に延びる非平面形状を有し得る。上部が非平面であるため、下面２１３は、上面２２８の表面全体と係合することができず、以下で詳細を説明するように、底面２１３からの上面２２８の離脱または閾値力に影響を及ぼし得る。下部２３０も同様に構成され得る。

いくつかの例の動作において、スプリングアセンブリ２００は、バンパー１０４をロボット１００の本体１１６およびアウターシェル１０２から吊り下げ得る。バンパー１０４が、図２Ｃの力Ｆ３などの垂直力に遭遇すると、バンパー１０４は、垂直方向の力を下部コネクタ２０４に伝達することができ、これにより、下部ピン２７２を下向きに強制し、目２３６がアウターシェル１０２に固定されている上部コネクタ２０２に固定されるため、スプリング２０８を伸張させる。これにより、力Ｆ３がスプリング２０８の予荷重ばね力よりも大きい場合、バンパー１０４がアウターシェル１０２に対して垂直に移動され得る。チューブリテーナ２１４、２２０は、チューブリテーナ２１０、２２０の合計長さがバンパー２０４の最大許容垂直変位よりも長くなるような寸法にされ、これは、チューブ２０６が上部コネクタ２０２および下部コネクタ２０４から完全に外れるのを防ぐのに役立ち得る。

リテーナ２１４、２２０から外れるチューブ２０６は、くぼみ２３４ａ、２３４ｂのために、外れる可能性が高くなり得る。したがって、くぼみ２３４ａ、２３４ｂは、チューブ２０８がリテーナ２１４、２２０に対してチューブ２０８の水平移動を可能にするのに必要なだけ小さくされ得る。いくつかの例では、くぼみ２３４ａ、２３４ｂは、チューブ２０８が１度から２０度の間で傾斜できるような寸法にされ得る。いくつかの例では、くぼみ２３４ａ、２３４ｂは、チューブ２０８が５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、または１５度傾斜することを可能にするような寸法にされ得る。いくつかの例では、くぼみ２３４ａ、２３４ｂは、チューブが１０度傾くことができるような寸法にされ得る。

このような垂直方向の動きは、以下で説明するように、バンパー１０４およびアウターシェル１０４に接続されたセンサーによって検出され得る。コントローラは、垂直方向の力または衝突を示す信号を受信することができ、したがって、コントローラは、ロボット１００に障害物を回避するように移動するように指示することができ、これは、挟まれ状態を回避するのに役立つ。垂直方向の力（力Ｆ３など）がバンパー１０４から除去されると、スプリング２０８は上部ピン２１０および下部ピン２１２に接続されたときに力がかかるため、スプリング２０８は下部コネクタ２０４を、チューブ２０６の下部２３０が下部コネクタの上面２１９に接触し、チューブ２０６の上部２２８が上部コネクタ２０２の下面２１３に接触するような、下部コネクタに戻し得る。このようなプロセスが繰り返され得る。

いくつかの例のさらなる動作において、図２Ａの力Ｆ１または図２Ｂの力Ｆ２などの水平方向の力がバンパーに加えられると、バンパー１０４は、垂直方向の力を下部コネクタ２０４に伝達し得る。スプリング２０８は、上部ピン２１０および下部ピン２１２（静止位置または中立位置）に接続されたときに力がかかっているので、中立位置で、チューブ２０６の下部２３０が下部コネクタ２０４の上面２１９に接触し、チューブ２０６の上部２２８が上部コネクタ２０２の下面２１３に接触する。この接触のため、並びに、下面２１３および上面２１９が、チューブ２０６との接触によって、およびロボット１００の周りの複数のチューブアセンブリの使用によって平行（または実質的に平行）になるため、チューブ２０６が下部コネクタ２０４および／または上部コネクタ２０２との接触を断つまで、下部コネクタ２０４が上部コネクタ２０２に対して水平に移動できない。チューブリテーナ２１４、２２０のテーパーは、チューブ２０６が下部コネクタ２０４および／または上部コネクタ２０２との接触を断つときに、チューブ２０６がチューブリテーナ２１４、２２０に対して傾斜することを可能にし得る。

上部コネクタ２０２に対する下部コネクタ２０４のそのような動きは、詳細が以下の図５Ａ、５Ｂで議論されるように、水平方向の力が、スプリング２０８のばね力Ｆｓおよびチューブ２０６の寸法によって示される離脱力よりも大きい場合に起こり得る。いくつかの例では、チューブ２０６の形状およびスプリング２０８のばね力Ｆｓは、上部コネクタ２０２に対して下部コネクタ２０４の移動を引き起こすのに必要な閾値力が、ロボット１００の加速によって引き起こされるバンパー１０４に加えられる慣性力よりも大きくなるように、選択され得る。

この設計は、ロボット１００のコントローラによって検出される偽自立衝突を低減するのに役立ち、これは、環境内のロボット１００のナビゲーションを改善するのに役立ち得る。この設計はまた、チューブ２０６、上部コネクタ２０２、および下部コネクタ２０４の間の機械的相互作用が、バンパー１０４からの水平方向の力の解放に続くスプリングアセンブリ２００の動きを低減し得るので、ヒステリシスを低減するのに役立ち得る。さらに、接触部分（チューブ２０６、上部コネクタ２０２、および下部コネクタ２０４など）間の摩擦を低減することによってヒステリシスを最小限に抑えることができ、これにより、中立位置へのより迅速な復帰が可能になる。また、チューブ２０６、上部コネクタ２０２、および下部コネクタ２０４の間の接触インターフェースは、スライド接触ではなく転がり接触であり、これは、ヒステリシスを低減するのをさらに役立ち得る。

図４Ａは、本開示の少なくとも１つの例による、自律型清掃ロボット１００の底面図を示す。図４Ｂは、本開示の少なくとも１つの例による、自律型清掃ロボット１００の上面図を示す。図４Ａおよび４Ｂは、それぞれ、スプリングモジュール２００の配置およびセンサー４０２、４０４の配置を示している。

図４Ａに示されるように、それぞれのスプリングモジュール２００ａ～２００ｄの底部コネクタ２０４ａ～２０４ｄは、バンパー１０４の底部に接続され得る。図４Ａはまた、スプリングモジュール２００ａ～２００ｄがロボット１００の周囲の周りに間隔を置いて配置されて、バンパー１０４を吊り下げ、バンパー１０４の支持を分散させ得ることを示している。図１４Ａは４つのスプリングモジュール２００ａ～２００ｄを示しているが、２、３、５、６、７、８、９、１０など、より少ないまたはより多いスプリングモジュール２００が使用され得る。

図４Ｂに示されるように、センサー４０２、４０４は、ロボット１００の本体１１６に接続され得る。センサーは、受動部品（磁石など）およびアクティブセンサーを含む、いくつかの例ではホール効果センサーであり得る。アクティブセンサーは本体１１６に接続され、受動部品はバンパー１０４に接続され、これにより、センサー４０２、４０４のアクティブ部分への電力供給および通信が簡素化され得る。センサー４０２、４０４のそれぞれは、本体１１６に対するバンパー１０４の変位（または移動）を測定するように構成され、バンパー１０４の移動または変位が検出されると、センサー４０２、４０４が、ロボット（駆動ホイール１０６、抽出器アセンブリ１０８など）の動作を制御するためにコントローラ１１２に送信される検出信号を生成することができるように、コントローラ１１２（図１に示す）に接続され得る。

受動部品がバンパー１０４に接続されているので、本体１１６、つまり能動（アクティブ）部品に対するバンパー１０４の移動は、センサー４０２、４０４に、相対的なバンパー１０４の移動方向および移動距離を示すセンサー信号を生成させ得る。いくつかの例では、３軸ホール効果センサーが使用され、本体１１６およびアウターシェル１０２に対して任意の方向のバンパー１０４の動きを検出することができる。２つのセンサー４０２、４０４が示されているが、１、３、４、５、６、７、８、９、１０などのより少ないまたはより多いセンサーの使用が可能である。

センサー４０２、４０４のうちの２つが使用されるいくつかの例では、センサー４０２および／または４０４の１つがバンパー１０４の動きを確実に検出するのを助けるために、バンパー１０４の動きをある点（例えば、バンパー１０４の後部）からバンパー１０４の別の点（例えば、バンパー１０４の前部）に伝達することが望ましい場合がある。いくつかの例では、バンパー１０４は、垂直方向の力がバンパー１０４の水平方向の動きに変換され、バンパー１０４の周りに伝達され、水平方向の検出センサーによって検出され得ることを確実にするために、より高い摩擦外面を有し得る。摩擦の増加は、粗面化された外面を使用することによって、或いは、外面にコーティングを適用すること等によってなされ得る。

図５Ａは、本開示の少なくとも１つの例による、第１の状態の自律型清掃ロボットのスプリングモジュール５００の側方概略図を示す。図５Ｂは、本開示の少なくとも１つの例による、第２の状態の自律型清掃ロボットのスプリングモジュール５００の側方概略図を示す。

図５Ａは、スプリングモジュール５００のチューブ５０６に加えられるばね力Ｆｓを示し、ばね力Ｆｓは、スプリングモジュールの上部５２８と係合し得る、先端コネクタ５０２の中心で実質的に下向きに加えられる。図５Ａはまた、スプリングモジュール５００にまだ加えられていない水平方向の力Ｆｘを示し、或いは、スプリングに加えられた、離脱力を克服するのに十分でない力Ｆｘを示している。

図５Ｂは、離脱力での力Ｆｘを示しており、ここで、Ｆｘは、（下部コネクタ５０４などによって）チューブ５０６の下部５３０に加えられ、ばね力Ｆｓは、バンパーおよびシャーシに接続された複数のスプリングモジュールを使用するため、接続されたバンパー面とシャーシ面とがほぼ平行に強いられた、同じ場所に変換される。チューブ５０６は、上部コネクタ５０２および下部コネクタ５０４によって単純に支持され得るので、力Ｆｘがばね力Ｆｓに打ち勝つのに十分である場合、チューブ５０６は、上部コネクタ５０２および下部コネクタ５０４に対して傾斜または持ち上げられ得る。相互関係は、以下に示す（式１）で説明され得る。
（式１） Ｆｘ／Ｆs = (ａ＋ｂ) / ２ｈ
文字ａは、チューブ５０６の上部５２８の幅を表し、文字ｂは、チューブ５０６の下部５３０の幅を表し、文字ｈは、チューブ５０６の高さをそれぞれ表し得る。ａ、ｂ、ｈ、およびＦｓのそれぞれは、チューブ５０６が上部コネクタ５０２および下部コネクタ５０４に対して持ち上げまたは傾斜する（離脱する）のに必要なＦｘが、閾値力よりも大きくなるように選択され得る。閾値力は、バンパーがロボット本体から吊り下げられているため、例えば、ロボットの加速によって生じる慣性力によってバンパー１０４に加えられる力であり得る。

寸法ａおよびｂは、チューブ５０６が半径方向に示された方向に応じて変化し得る。一例では、寸法ａは、寸法ｂと同じであり得、両方とも、チューブ５０６の直径に等しくあり得る。別の例では、寸法ａは非常に小さく（例えば、１ミリメートル）、寸法ｂはチューブ５０６の外径（例えば、７ミリメートル）であり得、ここで、（図３Ａ～３Ｄで説明したように）チューブの端部の形状のために、ａおよびｂの寸法は直交方向から逆になっている（すなわち、寸法ａはチューブの直径で、寸法ｂは１ミリメートルなどの小さいものである）。このような形状は、比較的小さな全体的なパッケージを使用して、（水平方向および垂直方向に）所望の離脱力ＦｘおよびＦｚを達成するのに役立ち得る。

ばね力Ｆｓはまた、Ｚ方向または垂直方向に必要な離脱力を表す。ばね力Ｆｓは、垂直衝突を検出するためのバンパーの動きを可能にし、ロボットの挟まれを防ぐのに役立ち得るように、選択され得る。

「留意事項と実施例」
以下の非限定的な実施例は、とりわけ、課題を解決し、本明細書で論じられる利点を提供するために、本主題の特定の態様について詳述する。

実施例１は、外面から外向きに延在する第１の機構を備えたアウターシェルと、アウターシェルによって支持され内面を含むバンパーであって、アウターシェルに対して移動可能なバンパーと、を備えた自律型移動清掃ロボットであって、バンパーは、内面から延在する第２の機構であって、バンパーに垂直方向の力が加えられたときに、第１の機構と係合してバンパーをアウターシェルに対して水平方向に移動させる第２の機構を備える。

実施例２において、実施例１の主題は、任意選択で、バンパーに接続され、バンパーと係合してバンパーをアウターシェルから離れるようにバイアスするスプリングを含む。

実施例３において、実施例２の主題は、任意選択で、バンパーによって作動可能なバンパースイッチと、バンパーに加えられた垂直方向の力が垂直力閾値よりも大きい場合にバンパーを動かしてバンパースイッチを作動させるように構成された第１の機構および第２の機構を含む。

実施例４において、実施例１～３のいずれか１つ以上の主題は、任意選択で、第１の機構がアウターシェルとモノリシックに形成されることを含む。

実施例５において、実施例１～４のいずれか１つ以上の主題は、任意選択で、第２の機構がバンパーとモノリシックに形成されることを含む。

実施例６は、力センサーを含むロボット本体と、本体に移動可能に結合されたバンパーと、力センサーに関連する力リミッターを備えたカップリングとを含んでなる自律型移動清掃ロボットであって、力リミッターが水平力閾値未満の力の力センサーによる感知を抑制または制限する、自律型移動清掃ロボットである。

実施例７において、実施例６の主題は、任意選択で、カップリングがロボット本体およびバンパーに接続されることを含む。

実施例８において、実施例６～７のいずれか１つ以上の主題は、任意選択で、カップリングが、バンパーに接続されたバンパーマウントとアウターシェルに接続されたキャップとを含む。

実施例９において、実施例８の主題は、任意選択で、カップリングは、キャップおよびバンパーマウントに接続されたスプリングと、バンパーマウントおよびキャップの間に配置されたロッドとを含み、バンパーに加えられた水平方向の力が水平力閾値よりも大きい場合にロッドがキャップから離れるように構成され、スプリングがロッドをバイアスしてキャップおよびバンパーに接触させることを含む。

実施例１０において、実施例９の主題は、任意選択で、バンパーに加えられた水平方向の力が、バンパーマウントを介してロッドに伝達されることを含む。

実施例１１において、実施例１０の主題は、任意選択で、ロッドの第１の部分が、ロッドの第２の部分の第２の幅よりも小さい第１の幅を有することを含む。

実施例１２において、実施例１１の主題は、任意選択で、自律型移動清掃ロボットの水平移動中にバンパーによってバンパーマウントに加えられる慣性力よりも大きい水平力閾値を達成するように、第１の幅、第２の幅、および、スプリングのばね力が構成されていることを含む。

実施例１３は、自律型移動清掃ロボットであって、
当該自律型移動清掃ロボットの周囲の少なくとも一部の周りに延びるアウターシェルと、アウターシェルに接続されたバンパーであって、アウターシェルに接続されている際にアウターシェルに対して移動可能で、内面を含むバンパーと、アウターシェルとバンパーに接続されたスプリングモジュールであって、該スプリングモジュールが、バンパーに接続されたバンパーマウントと、アウターシェルに接続されたキャップと、キャップとバンパーマウントに接続されたスプリングと、バンパーマウントとキャップとの間に配置されたロッドであって、バンパーに加えられた水平方向の力が水平力閾値よりも大きい場合にキャップから離れるように構成され、スプリングが該ロッドをバイアスしてキャップおよびバンパーに接触させる、ロッドと、を備えたスプリングモジュールと、含んでなることを特徴とする、自律型移動清掃ロボットである。

実施例１４において、実施例１３の主題は、任意選択で、バンパーに加えられた水平方向の力が、バンパーマウントを介してロッドに伝達されることを含む。

実施例１５では、実施例１３～１４のいずれか１つまたは複数の主題は、任意選択で、アウターシェルに接続され、キャップに対するロッドの位置に基づいて配置位置を生成するように構成された位置センサーを含む。

実施例１６において、実施例１５の主題は、任意選択で、位置センサーがホール効果センサーであるものを含む。

実施例１７では、実施例１５～１６のいずれか１つまたは複数の主題は、任意選択で、位置センサーが３次元ホール効果センサーであるものを含む。

実施例１８において、実施例１４～１７のいずれか１つ以上の主題は、任意選択で、ロッドの第１の部分が、ロッドの第２の部分の第２の幅よりも小さい第１の幅を有することを含む。

実施例１９において、実施例１８の主題は、任意選択で、当該自律型移動清掃ロボットの水平移動中にバンパーによってバンパーマウントに加えられる慣性力よりも大きい水平力閾値を達成するように、第１の幅、第２の幅、およびスプリングのばね力が構成されていることを含む。

実施例２０において、実施例１～１９の任意の１つ或いは任意の組み合わせの装置または方法は、列挙されたすべての要素または選択が使用可能または選択可能であるように任意選択で構成され得る。

上記の詳細な説明には、詳細な説明の一部を構成する添付図面への参照が含まれている。図面は、例示として、本発明を実施することができる特定の実施形態を示している。これらの実施形態は、本明細書では「実施例」とも呼ばれる。そのような例は、示されるか或いは説明されるものに加えて他の要素を含み得る。しかしながら、本発明者らは、示されるか或いは説明される要素のみが提供される例をも意図する。さらに、本発明者らはまた、特定の例（またはその１つまたは複数の態様）に関して、或いは、本明細書に示されるかまたは記載される他の例（またはその１つまたは複数の態様）に関して、示されるかまたは説明される要素（またはその１つまたは複数の態様）の任意の組み合わせまたは順列を使用する例をも意図する。

この明細書と参照により組み込まれた文書との間で一貫性のない使用法が存在する場合、この明細書の使用法が支配する。

本明細書では、「ａ」または「ａｎ」という用語は、特許明細書で一般的であるように、「少なくとも１つ」または「１つ」の他の事例または使用法とは無関係に、１つ以上または複数を含む目的で使用される。本明細書では、「または」という用語は、特に明記されていない限り、「ＡまたはＢ」に「ＡであるがＢではない」、「ＢではあるがＡではない」、「ＡおよびＢ」が含まれる非排他的な「または」を意味するために使用される。本明細書では、「含む」および「において」という用語は、それぞれの「含む」および「において」という用語の平易な英語の同等物として使用される。また、特許請求の範囲において、「含む」および「備える」という用語は、制限がなく、すなわち、用語の後に記載されているものに加えて他の要素を含む、システム、デバイス、物品、組成物、配合物、またはプロセスである。請求項に係る発明は、依然として特許請求の範囲の範囲内にあると見なされる。さらに、特許請求の範囲において、「第１」、「第２」、および「第３」などの用語は、単にラベルとして使用され、それらの対象に数値要件を課すことを意図するものではない。

上記の説明は、例示を意図するものであり、限定的なものではない。例えば、上記の例（またはその１つまたは複数の態様）は、互いに組み合わせて使用され得る。上記の説明を検討する際の当業者によるなど、他の実施形態を使用することができる。要約は、読者が技術的開示の性質を迅速に確認できるようにするため、37 C.F.R. 第1.72（b）に準拠して提供されている。特許請求の範囲の意味や範囲の解釈または制限するために使用されないことを理解した上で提出される。また、発明の詳細な説明では、開示を合理化するために、様々な特徴が一緒にグループ化され得る。これは、クレームされていない開示された機能がクレームに不可欠であることを意図していると解釈されるべきではない。むしろ、本発明の主題は、特定の開示された実施形態のすべての特徴よりも少ない特徴にある可能性がある。したがって、特許請求の範囲は、例または実施形態として詳細説明に組み込まれ、各請求項は、別個の実施形態としてそれ自体でなり立っており、そのような実施形態は、様々な組み合わせまたは順列で互いに組み合わせ得ると考えられる。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、特許請求の範囲が権利を与えられている均等物の全範囲とともに決定されるべきである。

１００ 自律型移動清掃ロボット
１０２ アウターシェル
１０４ バンパー
１０６ ホイール
１０８ 抽出器アセンブリ
１０９ サイドブラシ
１１２ コントローラ
１１６ 本体
２００、５００ スプリングモジュール
２０２、５０２ 上部コネクタ
２０４、５０４ 下部コネクタ
２０６、５０６ チューブ
２０８ スプリング
２１０ 上部ピン
２１２ 下部ピン
２１３ 下面
２１４ チューブリテーナ
２１６、２２２ ピンスロット
２１８、２２４ スプリングボア
２１９ 上面
２２６ チューブボア
２２７ 本体
２２８、５２８ 上部
２３０、５３０ 下部
２３２ａ、２３２ｂ 先端
２３４ａ、２３４ｂ くぼみ
２３６、２３８ 目
４０２、４０４ センサー

Claims (20)

1. 自律型移動清掃ロボットであって、
   変位センサーを含むロボット本体と、
   前記ロボット本体に移動可能に結合されたバンパーと、
   変位センサーに関連する変位リミッターであって、水平力閾値未満の力によって生じるロボット本体からのバンパーの変位に関する、変位センサーによる感知を抑制または制限するための変位リミッターを含むカップリングと、
   を含んでなることを特徴とする、自律型移動清掃ロボット。
2. 前記カップリングが前記ロボット本体および前記バンパーに接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の自律型移動清掃ロボット。
3. 前記カップリングは、前記バンパーに接続されたバンパーマウントと、アウターシェルに接続されたキャップとを含むことを特徴とする、請求項１に記載の自律型移動清掃ロボット。
4. 前記カップリングは、前記キャップおよび前記バンパーマウントに接続されたスプリングと、前記バンパーマウントおよび前記キャップの間に配置されたチューブとを含み、前記バンパーに加えられた水平方向の力が水平力閾値よりも大きい場合に前記チューブが前記キャップから離れるように構成され、前記スプリングが前記チューブをバイアスして前記キャップおよび前記バンパーに接触させることを特徴とする、請求項３に記載の自律型移動清掃ロボット。
5. 前記バンパーに加えられた水平方向の力が、前記バンパーマウントを介して前記チューブに伝達されることを特徴とする、請求項４に記載の自律型移動清掃ロボット。
6. 前記バンパーに加えられた水平方向の力が前記水平力閾値よりも大きいときに該水平方向の力が前記ロボット本体に伝達されることを特徴とする、請求項５に記載の自律型移動清掃ロボット。
7. 前記チューブの第１の部分が、前記チューブの第２の部分の第２の幅よりも小さい第１の幅を有していることを特徴とする、請求項５に記載の自律型移動清掃ロボット。
8. 当該自律型移動清掃ロボットの水平移動中に前記バンパーによって前記バンパーマウントに加えられる慣性力よりも大きい水平力閾値を達成するように、前記第１の幅、前記第２の幅、および、前記スプリングのばね力が構成されていることを特徴とする、請求項７に記載の自律型移動清掃ロボット。
9. 前記バンパーに加えられた垂直方向の力が垂直力閾値よりも大きい場合に、前記チューブが１つまたは複数の前記キャップおよび前記バンパーマウントから分離できるように前記スプリングが構成されていることを特徴とする、請求項４に記載の自律型移動清掃ロボット。
10. 前記チューブが１つまたは複数の前記キャップおよび前記バンパーマウントから分離したときに前記バンパーの動きを検出するように、前記変位センサーが構成されていることを特徴とする、請求項９に記載の自律型移動清掃ロボット。
11. 自律型移動清掃ロボットであって、
    当該自律型移動清掃ロボットの周囲の少なくとも一部の周りに延びるアウターシェルと、
    前記アウターシェルに接続されたバンパーであって、前記アウターシェルに接続されている際に前記アウターシェルに対して移動可能なバンパーと、
    前記アウターシェルと前記バンパーに接続されたスプリングモジュールであって、該スプリングモジュールが、
    前記バンパーに接続されたバンパーマウントと、
    前記アウターシェルに接続されたキャップと、
    前記キャップと前記バンパーマウントに接続されたスプリングと、
    前記バンパーマウントと前記キャップとの間に配置されたチューブであって、前記バンパーに加えられた水平方向の力が水平力閾値よりも大きい場合に前記キャップから離れるように構成され、前記スプリングが該チューブをバイアスして前記キャップおよび前記バンパーに接触させる、チューブと、
    を備えたスプリングモジュールと、
    含んでなることを特徴とする、自律型移動清掃ロボット。
12. 前記バンパーに加えられた水平の力が、前記バンパーマウントを介して前記チューブに伝達されることを特徴とする、請求項１１に記載の自律型移動清掃ロボット。
13. 前記バンパーに加えられた垂直方向の力が垂直力閾値よりも大きい場合に、前記チューブが１つまたは複数の前記キャップおよび前記バンパーマウントから分離できるように、前記スプリングが構成されていることを特徴とする、請求項１２に記載の自律型移動清掃ロボット。
14. 前記アウターシェルに接続され、前記キャップに対する前記チューブの位置に基づいて配置位置を生成するように構成された位置センサーをさらに含むことを特徴とする、請求項１３に記載の自律型移動清掃ロボット。
15. 前記位置センサーは、前記チューブが１つまたは複数の前記キャップおよび前記バンパーマウントから分離したときに前記バンパーの動きを検出するように構成されていることを特徴とする、請求項１４に記載の自律型移動清掃ロボット。
16. 前記チューブの第１の部分が、前記チューブの第２の部分の第２の幅よりも小さい第１の幅を有していることを特徴とする、請求項１１に記載の自律型移動清掃ロボット。
17. 当該自律型移動清掃ロボットの水平移動中に前記バンパーによって前記バンパーマウントに加えられる慣性力よりも大きい水平力閾値を達成するように、前記第１の幅、前記第２の幅、および前記スプリングのばね力が構成されていることを特徴とする、請求項１６に記載の自律型移動清掃ロボット。
18. 自律型移動清掃ロボットであって、
    当該自律型移動清掃ロボットの周囲の少なくとも一部の周りに延在するアウターシェルと、
    前記アウターシェルに接続されたバンパーであって、前記アウターシェルに接続されている際に前記アウターシェルに対して移動可能なバンパーと、
    前記アウターシェルと前記バンパーに接続されたスプリングモジュールであって、
    前記バンパーに接続されたバンパーマウントと、
    前記アウターシェルに接続されたキャップと、
    前記キャップおよび前記バンパーマウントに接続されたスプリングと、
    前記バンパーマウントおよび前記キャップの間に配置されたチューブと、
    を備えたスプリングモジュールと、
    を含んでなり、
    前記バンパーに加えられた水平方向の力が水平力閾値よりも大きい場合に前記チューブが前記キャップから離れるように構成されるように、前記スプリングが前記チューブをバイアスして前記キャップおよび前記バンパーに接触させ、さらに、前記バンパーに加えられた垂直方向の力が垂直力閾値よりも大きい場合に、前記チューブが１つまたは複数の前記キャップおよび前記バンパーマウントから分離できるように、前記スプリングが構成されていることを特徴とする、自律型移動清掃ロボット。
19. 前記アウターシェルに接続され、前記キャップに対する前記チューブの位置に基づいて配置位置を生成するように構成された位置センサーをさらに含むことを特徴とする、請求項１８に記載の自律型移動清掃ロボット。
20. 位置センサーが３次元ホール効果センサーであることを特徴とする、請求項１８に記載の自律型移動清掃ロボット。

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