JP3345982B2 - 移動作業ロボット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、本体に自走機能を有
し、床面清掃や床面仕上げ等の作業を自動的に行なう移
動作業ロボットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、掃除機や床面洗浄機等の作業機器
に自走機能を付加し、これにマイクロコンピュータや各
種センサ類を搭載することにより作業の自動化を図った
移動作業ロボットが開発されている。

【０００３】例えば床面清掃ロボットでは、走行機能と
して駆動輪や走行モータ等の走行装置を有するとともに
走行時の障害物を検知する障害物検知手段や走行中の位
置を認識する位置認識手段を備え、清掃機能としては電
動送風機や本体底部に設けた吸込みノズル等の集塵装置
を備えている。

【０００４】このような移動作業ロボットでは、自走領
域に階段や敷居等の大きな凹部段差を含む場合には、本
体の転倒や転落の危険性が生じるため、凹部段差を事前
に検知する段差検知手段が必要となる。例えば、従来の
段差検知手段としては、ローラーまたはブラシを下端に
取り付けた検知子を本体台車に上下動自在に設け、検知
子の上下動をリミットスイッチ等で検出するように構成
していた。この段差検知手段を本体走行方向の前方に設
け、走行中に上記ローラーまたはブラシが本体前方の凹
部段差に落ち込むと上記リミットスイッチが作動し凹部
段差を検知するものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の段差検知手段を備えた移動作業ロボットで
は、例えば、本体の走行開始時や前進後退の繰り返し
時、あるいは本体がわずかな凸部に乗り上げたときに、
本体前方が持ち上がり気味になるため検知子が動作しリ
ミットスイッチが作動してしまうという課題があった。

【０００６】また、従来の移動作業ロボットでは、作業
開始前や作業終了後の場所間の移動時に段差検知手段が
床面に引掛かり移動しにくいという課題があった。

【０００７】さらに、従来の段差検知手段を備えた移動
作業ロボットでは、段差検知手段が正常に動作するかど
うかの動作チェックは本体を持ち上げるか実際の凹部段
差で動作させなければ確認できず容易ではなかった。

【０００８】また、段差検知手段はその検知速度の面か
らなるべく本体端近くに配置するこたが望ましい。しか
し、移動作業ロボットのなかでも特に床面清掃ロボット
では、床面の隅清掃性やメンテナンス性から床ノズルを
本体の前方端または後方端に配置することが多いため、
従来の段差検知手段を本体端に配置しようとするとスペ
ース上の問題から本体長が大きくせざるを得なくなると
いう課題があった。

【０００９】そこで本発明は、上記従来の課題を解決す
るもので、走行中に本体前方が持ち上がったり傾いたり
しても誤動作することなく、床面の凹部段差を事前に検
知できる移動作業ロボットを提供することを第一の目的
としている。

【００１０】また、作業開始前や作業終了後の場所間の
移動時に段差検知手段が床面に引掛かからず容易に移動
ができる移動作業ロボットを提供することを第二の目的
としている。

【００１１】さらに、段差検知手段が正常に動作するか
どうかの動作チェックの自己診断機能が実現できる移動
作業ロボットを提供することを第三の目的としている。

【００１２】また、本体底部の前方端または後方端に床
ノズルを配置した場合でも、本体長を大きくすることな
く床面の凹部段差を事前に検知でき、しかも上記課題を
解決した移動作業ロボットを提供することを第四の目的
としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記第一の目的を達成す
るための本発明の第一の手段は、本体を自走させる走行
装置と、前記本体に対し上下に回動自在に前記本体の底
部に設けた可動体と、下端部にローラーを有し上下に摺
動自在に前記可動体に取り付けた検知子と、前記可動体
に設けられ前記可動体に対する検知子の摺動を検出する
スイッチ手段とを備え、前記可動体の回動角度が所定の
角度に達すると前記スイッチ手段が作動する移動作業ロ
ボットとするものである。

【００１４】また第二の目的を達成するための本発明の
第二の手段は、可動体を任意に上方に保持する保持機構
を設けた移動作業ロボットとするものである。

【００１５】さらに第三の目的を達成するための本発明
の第三の手段は、可動体が上方に保持されているのに、
スイッチ手段が作動しなければ、これを異常状態と判断
して報知する報知手段を設けた移動作業ロボットとする
ものである。

【００１６】さらに第四の目的を達成するための本発明
の第四の手段は、本体の底部に設けた床面を清掃する床
ノズルと、ローラーを有し上下摺動自在に前記床ノズル
に取り付けた検知子を備え、前記床ノズルに対する検知
子の摺動を検出するスイッチ手段を前記床ノズルに設け
た移動作業ロボットとするものである。

【００１７】

【作用】本発明の第一の手段による移動作業ロボットで
は、本体に対し上下動自在に設けた可動体に下端部にロ
ーラーを有する検知子を上下摺動自在に取り付け、可動
体に対する検知子の摺動を検出するスイッチ手段を設け
ることにより、検知子は本体の傾きと関係なく常に床面
に当接するので、走行中に本体前方が持ち上がったり傾
いたりしても誤動作することなく、床面の凹部段差を事
前に検知できるものである。

【００１８】また、本発明の第二の手段によれば、作業
開始前や作業終了後の場所間の移動時に可動体を上方に
保持することができるから、ローラーや検知子が床面に
引掛かることなく容易に移動ができるものである。

【００１９】また、本発明の第三の手段によれば、可動
体を上方に保持したときに検知子が動作しなかったりス
イッチ手段が作動しなければ異常報知するので、段差検
知手段の自己診断機能が実現できるものである。

【００２０】また、本発明の第四の手段によれば、床ノ
ズルにローラーを有する検知子を上下摺動自在に取り付
け、床ノズル対する検知子の摺動を検出する検出手段を
設けて床ノズル自体に段差検知機能を有するから本体長
を大きくすることなく床面の凹部段差を事前に検知で
き、しかも床ノズルを昇降する懸架装置により場所間の
移動時には床ノズルを上方に保持することができるから
ローラーや検知子が床面に引掛かることなく容易に移動
ができ、さらに本発明の第三の手段を付け加えることに
より段差検知手段の自己診断機能が実現できるものであ
る。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を床面清掃ロボットを
例にとって添付図面に基づいて説明する。

【００２２】図１は本実施例の床面清掃ロボットの全体
構成を示す。図において、１は床面清掃ロボットの本
体、２は本体１の左右後方に設けた駆動輪で、走行モー
タ３で左右独立に駆動される。４は、本体１の前方に回
転自在に取り付けられた従輪である。以上、駆動輪２・
走行モータ３・従輪４は、本体１を自走させる走行装置
を構成している。５は、本体１の底部左右に設けた可動
体で、本体１の前後方向に水平に配置され、後端部が本
体１に取付けられた支持台６に支持軸７により軸着され
上下方向に回動自在になっている。８は、下端にローラ
ー９を取付けた検知子で、軸受１０で支持され、可動体
５に対し摺動自在となっている。また、検知子８の上端
には、突起体１１が設けられ、検知子８の下方摺動時に
マイクロスイッチ等からなるスイッチ手段１２を作動さ
せる。１３は、レバー軸１４により本体１に軸着された
保持レバーで、後方端にレバーワイヤー１５が取付けら
れている。以上、保持レバー１３、レバー軸１４、レバ
ーワイヤー１５は、後述するハンドル装置と連動し、可
動体５を上方に保持する保持機構を構成している。１６
は、本体１の周囲に取り付けた弾性体からなるバンパー
である。１７は電動送風機、１８は集塵室、１９はその
内部に設けた紙袋からなるフィルタである。２０は本体
１の底部後方に設けた床ノズルで、床面Ａ上のごみをか
き上げる回転アジテータ２１を有する。床ノズル２０
は、接続パイプ２２及び蛇腹ホース等からなる伸縮ホー
ス２３を介して集塵室１８と接続し、床面Ａ上のごみは
電動送風機１７で吸引されフィルタ１９内に集塵され
る。２４は、床ノズル２０に取付けられたノズル支持体
で、ノズルワイヤー２５が取付けられ、その他端はハン
ドルパイプ２６に設けた固定金具２７に取付けられてい
る。

【００２３】ハンドルパイプ２６は、通常は図のように
本体１の中に収納されているが、ハンドルパイプ２６の
把手部２６’を手で持って矢印ａの方向に引き上げる
と、ハンドルパイプ２６の下部が縦方向に摺動し、本体
１外に引き出した状態でストッパー（図示せず）により
固定できるので、手動により容易に清掃場所間の移動が
行なえるものである。

【００２４】ハンドルパイプ２６が引き出されると、こ
れに接続しているレバーワイヤー１５及びノズルワイヤ
ー２５も上方に引き上げられるので、可動体５は前述し
た保持機構により上方に保持されると同時に、床ノズル
２０も、ノズル支持体２４が上昇し伸縮ホース２３が縮
んで上方に保持される。以上、ノズル支持体２４、ノズ
ルワイヤー２５、ハンドルパイプ２６、固定金具２７に
より、床ノズル２０を昇降する懸架装置を構成してい
る。

【００２５】２８は、固定金具２７の上部に設けたマイ
クロスイッチ等からなるスイッチ手段で、ハンドルパイ
プ２６が引き出されると固定金具２７が当接し作動す
る。２９は、下端にローラー３０を取付けた検知子で、
軸受３１で支持され、床ノズル２０に対し摺動自在とな
っている。また、検知子２９の上端には、突起体３２が
設けられ、検知子２９の下方摺動時にマイクロスイッチ
等からなるスイッチ手段３３を作動させる。３４は、本
体１の操作を行なう操作パネルで、各種スイッチ類及び
表示管、ブザー等の報知手段を備えている。３５は本体
１の周囲に設けられた超音波センサ等からなる測距セン
サで、本体１の前方・左右側方および後方にある物体ま
での距離を測定して障害物を検出する障害物検知装置を
構成している。３６は、本体１の走行制御を行なう走行
制御装置で、障害物検知装置及びジャイロ等からなる位
置認識手段（図示せず）からのデータに基づいて走行モ
ータ３を制御し、本体１の前進・後退・方向転換・停止
等の動作を制御する。３７は全体に電力を供給する蓄電
池等からなる電源である。

【００２６】以上のように構成された床面清掃ロボット
において、本発明の第一の手段の動作について説明す
る。

【００２７】可動体５は上下方向に回動自在に軸着され
ているので、重量により常に下方に回動しようとする
が、可動体５に摺動自在に取付けられた検知子８は下端
のローラー９を介して床面上に当接しているので、本体
１が平面上を走行している場合（図１参照）には、検知
子８が可動体５に対して上方に摺動した状態で床面上に
支持されている。ところが、図２に示すように、本体１
が床面Ａ上を走行中に段差Ｂに近づいて検知子８のロー
ラー９が段差Ｂにさしかかると、可動体５は床面上の支
持を失うため矢印ｂの方向に回動するが、一定角度以上
は回動できないのでその状態で止まる。このとき、図の
ように段差Ｂの深さが大きいと、ローラー９がさらに段
差Ｂに落ち込むので、検知子８は矢印ｃの方向に可動体
５に対して下方に摺動し突起体１１がスイッチ手段１２
のアクチュエータ１２’を矢印ｄの方向に押圧しスイッ
チ手段１２が作動する。スイッチ手段１２は走行制御装
置３６に接続されており、スイッチ手段１２が作動する
と障害物検知装置が作動した場合と同等の処理をして、
本体１は走行を停止し段差Ｂを回避する動作を行なうよ
うになっている。なお、本実施例では、検知子８と可動
体５との摺動摩擦を打ち消して検知子８の検知速度を早
めるために、検知子８を下方に付勢するスプリング４０
を設けている。

【００２８】また、例えば図３に示すように、従輪４が
凸部段差Ｃに乗り上げて本体１の前方が矢印ｅの方向に
持ち上がった場合には、可動体５が下方に回動するの
で、検知子８は下端のローラー９を介して床面上に当接
し、本体１が平面上を走行している場合と同様に、検知
子８が可動体５に対して上方に摺動した状態で床面上に
支持されるから、スイッチ手段１２が作動することがな
い。

【００２９】このように、本体１の走行床面上に凹部段
差がある場合には、検知子８のローラー９が落ち込むこ
とによりスイッチ手段１２でこれを検知でき、しかも何
等かの理由で本体１の前方が持ち上がったとしてもスイ
ッチ手段１２が作動して誤動作を起こすことがないもの
である。

【００３０】なお、本実施例では、スイッチ手段１２に
マイクロスイッチを用いているが、例えばリードスイッ
チや光電スイッチ等でも良く、要は可動体５に対する検
知子８の摺動が検出できるものであれば良い。

【００３１】次に、本発明の第二の手段の動作について
説明する。

【００３２】すでに述べたように、本実施例の床面清掃
ロボットは、ハンドルパイプ２６の把手部２６’を手で
持って矢印ａの方向に引き上げると、ハンドルパイプ２
６の下部が縦方向に摺動し、本体１外に引き出した状態
でストッパー（図示せず）により固定でき、手動により
清掃場所間の移動が行なえるものであるが、図４に示す
ように、ハンドルパイプ２６を引き出すと、これに接続
しているレバーワイヤー１５は矢印ｆの方向に引き上げ
られるので、保持レバー１３はレバー軸１４を支点に回
動する。保持レバー１３が回動すると保持レバー先端部
１３’が可動体後端部５’を矢印ｇの方向に押圧するか
ら、可動体５は矢印ｈの方向に回動し上方で保持され
る。このとき、検知子８は重量およびスプリング４０の
付勢力により矢印ｊの方向に摺動するがローラー９は床
面から浮いた状態となるから、場所間の移動時にはハン
ドルパイプ２６を引き出せば、ローラー９や検知子８が
床面に引掛かることなく容易に移動ができるものであ
る。

【００３３】次に、本発明の第三の手段の動作について
説明する。

【００３４】今述べたように、ハンドルパイプ２６を引
き出すと、可動体５は上方に回動し保持されて検知子８
は重量およびスプリング４０の付勢力により矢印ｊの方
向に摺動するから、突起体１１はスイッチ手段１２のア
クチュエータ１２’を押圧しスイッチ手段１２を作動さ
せた状態になる。

【００３５】また、前述したように、ハンドルパイプ２
６が引き出されると、固定金具２７がスイッチ手段２８
に当接して作動するから、可動体５が保持状態にあるの
かどうかが検出できる。したがって本実施例では、図５
に示すような自己診断プログラムを内蔵し、可動体５が
保持状態であるにも関わらずスイッチ手段１２が作動し
なければ、可動体５または検知子８またはスイッチ手段
１２に異常があると判断し、操作パネル３４の表示管お
よびブザーで異常を報知するとともに、異常が解消する
まで自動運転ができないようになっている。

【００３６】なお、本実施例では、スイッチ手段２８に
よる可動体５の保持状態とスイッチ手段１２の作動状態
の両方を比較して報知手段に異常報知しているが、例え
ば、スイッチ手段１２の作動状態のみを報知するように
しても、段差検知手段の動作確認はできる。

【００３７】要は、可動体５が上方に保持されているの
にスイッチ手段１２が作動しなければ段差検知手段に何
等かの異常がある場合であり、これを報知するものであ
る。

【００３８】段差検知手段は、元来、通常運転時にしば
しば作動するものではなく非常時の安全装置であるの
で、故障が生じてもすぐに発見できず大きな事故につな
がる可能性があったが、本手段によれば、作業開始前や
作業終了後の場所間の移動時に必ず段差検知手段の動作
確認ができるので、故障による事故が防止できるもので
ある。

【００３９】最後に、本発明の第四の手段の動作につい
て説明する。

【００４０】本実施例の床面清掃ロボットは、すでに説
明したように、本体１が自動走行し、床ノズル２０によ
り走行床面上を清掃するものであるが、本体１は前進だ
けではなく後退も行なうため本体後方にも段差検知手段
が必要となる。しかし、床ノズル２０の回転アジテータ
２１等のメンテナンスが容易にできるように本体１後端
に床ノズル２０を配置しているので、例えば上述した第
一の手段と同様の段差検知手段を配置しようとしてもス
ペース的に無理である。

【００４１】本手段は、下端にローラー３０を取付けた
検知子２９を、床ノズル２０に対し摺動自在に取付ける
ことにより、図２・図３で説明した第一の手段と同様の
動作をさせている。すなわち、床ノズル２０はノズル支
持体２４および伸縮ホース２３により上下動自在に支持
されているので、重量により常に下方に力が働くが、検
知子２９は下端のローラー３０を介して床面上に当接し
ているので、平面上では検知子２９は床ノズル２０に対
して上方に摺動した状態で床面上に支持されている。と
ころが、検知子２９のローラー３０が凹部段差にさしか
かると、床ノズル２０は床面上に残るがローラー３０は
凹部段差に落ち込むので、検知子２９が床ノズル２０に
対して下方に摺動するため突起体３２がスイッチ手段３
３を作動させるものである。また、何等かの理由で本体
１の後方が持ち上がったとしても、床ノズル２０は下方
に動くので、検知子２９は下端のローラー３０を介して
床面上に当接し、検知子２９が床ノズル２０に対して上
方に摺動した状態で床面上に支持されるから、スイッチ
手段３３は作動することがない。

【００４２】このように、本体１の後退中に凹部段差が
ある場合には、検知子２９のローラー３０が落ち込むこ
とによりスイッチ手段３３でこれを検知でき、しかも本
体１の後方が持ち上がったとしてもスイッチ手段３３が
作動して誤動作を起こすことがない。

【００４３】また、検知子２９を床ノズル２０に取付け
ることにより、スペース上の問題が解消するばかりか、
ローラー３０は床ノズル２０を床面との距離を一定に保
つ役割も果たすので、従来の床ノズルローラーが不要と
なる。

【００４４】さらに、手動により清掃場所間の移動を行
なうときには、懸架装置により床ノズル２０を上昇させ
れば検知子２９のローラー３０も床面から浮いた状態と
なるから、これらが床面に引掛かることなく容易に移動
ができる。

【００４５】また、本実施例では、前述したように、ハ
ンドルパイプ２６が引き出されると、固定金具２７がス
イッチ手段２８に当接して作動するから、床ノズル２０
が上昇状態にあるのかどうかが検出できるから、床ノズ
ル２０が上昇状態であるにも関わらずスイッチ手段３３
が作動しなければ、検知子２９またはスイッチ手段３３
に異常があると判断し、操作パネル３４の表示管および
ブザーで異常を報知するとともに、異常が解消するまで
自動運転ができないようになっている。

【００４６】

【発明の効果】以上のように本発明の第一の手段によれ
ば、走行中に本体前方が持ち上がったり傾いたりしても
誤動作することなく、床面の凹部段差を事前に検知でき
る安全性、信頼性にすぐれた移動作業ロボットが実現で
きるものである。

【００４７】また、本発明の第二の手段によれば、作業
開始前や作業終了後の場所間の移動時にローラーや検知
子が床面に引掛かることなく容易に移動ができる操作性
にすぐれた移動作業ロボットが実現できるものである。

【００４８】さらに、本発明の第三の手段によれば、段
差検知手段の自己診断機能が実現できるから段差検知手
段のメンテナンス性にすぐれ、より安全性の高い移動作
業ロボットが実現できるものである。

【００４９】また、本発明の第四の手段によれば、本体
長を大きくすることなく床面の凹部段差を事前に検知で
き、しかも床ノズルを昇降する懸架装置により場所間の
移動時には床ノズルを上方に保持することができるから
ローラーや検知子が床面に引掛かることなく容易に移動
ができる、安全性、操作性にすぐれた移動作業ロボット
が実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における床面清掃ロボットの側
面断面図

【図２】同実施例における本発明の第一の手段の動作説
明図

【図３】同実施例における本発明の第一の手段の動作説
明図

【図４】同実施例における本発明の第二の手段の動作説
明図

【図５】同実施例における本発明の第三の手段の動作説
明図

【符号の説明】

１ 本体 ２ 駆動輪 ３ 走行モータ ４ 従輪 ５ 可動体 ８ 検知子 ９ ローラー １２ スイッチ手段 １３ 保持レバー １４ レバー軸 １５ レバーワイヤー ２０ 床ノズル ２５ 床ノズルワイヤー ２６ ハンドル ２９ 検知子 ３０ ローラー ３３ スイッチ手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 光康 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 藤原 俊明 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 江口 修 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 乾 弘文 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 高木 祥史 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 石橋 崇文 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 黒木 義貴 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−87510（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−175335（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−249522（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−221907（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A47L 5/34 A47L 9/00 102 A47L 11/00 G05D 1/02

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 本体を自走させる走行装置と、前記本体
   に対し上下に回動自在に前記本体の底部に設けた可動体
   と、下端部にローラーを有し上下に摺動自在に前記可動
   体に取り付けた検知子と、前記可動体に設けられ前記可
   動体に対する検知子の摺動を検出するスイッチ手段とを
   備え、前記可動体の回動角度が所定の角度に達すると前
   記スイッチ手段が作動する移動作業ロボット。
2. 【請求項２】 可動体を任意に上方に保持する保持機構
   を設けた請求項１記載の移動作業ロボット。
3. 【請求項３】 可動体が上方に保持されているのに、ス
   イッチ手段が作動しなければ、これを異常状態と判断し
   て報知する報知手段を設けた請求項２記載の移動作業ロ
   ボット。
4. 【請求項４】 本体の底部に設けた床面を清掃する床ノ
   ズルと、ローラーを有し上下摺動自在に前記床ノズルに
   取り付けた検知子を備え、前記床ノズルに対する検知子
   の摺動を検出するスイッチ手段を前記床ノズルに設けた
   請求項１記載の移動作業ロボット。