JP4383123B2 - 移動ロボット - Google Patents

Description

本発明は移動ロボットに関する。

従来の移動ロボットにおいては、環境や人との接触時に、ロボット本体を保護したり、環境や人の安全を確保するために、ロボット本体を緩衝機構で包み、その緩衝機構により外力や衝撃を吸収している（例えば、特許文献１）。

このような従来の移動ロボットを、図６を用いて説明する。図６（ａ）は従来の移動ロボットの外観を示し、図６（ｂ）は図６（ａ）における平面Ｘに沿った断面図を示し、図６（ｃ）は図６（ｂ）における外力との接触部の拡大図を示している。

図６において６１は従来の移動ロボットのロボット本体、６２は移動用の車輪である。図示のようにロボット本体６１を緩衝部材６３で包み、外力６４が加わると、例えば同図（ｃ）に示すような緩衝部材６３自身の変形による衝撃吸収によって、ロボット本体６１の保護と、環境や人の安全とを確保している。６５は緩衝部材６３における変形部である。
特開平６−３９７５５号公報

上記のような従来の技術では、外力６４が局所的な小さな衝撃である場合はそれを吸収可能であるが、ロボットを押しつぶすような大きな力や継続的な圧力に対しては、緩衝部材６３のみでは力を吸収しきれず、ロボット本体６１に力がかかってしまう。また、環境や人についても同様に、ロボット本体６１による力を直接うけてしまうという課題がある。

そこで本発明は、ロボットと、このロボットに接触した環境や人との間に直接に力の作用が発生しないようにして、ロボット本体の保護と、環境や人の安全とを確保できるようにすることを目的とする。

この目的を達成するため本発明の移動ロボットは、ロボット本体を包むように構成された外装と、前記外装を床面に接触しない程度に持ち上げて支持する外装位置調整機構とを備え、前記外装位置調整機構は、鉛直軸に対し斜め方向に配置されたシリンダ機構と前記シリンダ機構の端部に連結されたバネとを具備して、前記シリンダの伸縮と前記バネのたわみとに基づき、上からの外力と横からの外力とによってそれぞれ前記外装を下げて床面に接触させることができるように構成したものである。

このような構成であると、ロボットと、このロボットに接触した環境や人との間に直接に力の作用を発生させないようにすることができ、このため、ロボット本体の保護と、環境や人の安全とを確保することができる。また、上からの外力によって外装を下げることができるのみならず、横からの外力によって外装を下げることもできる。

また本発明は、上記において、外装が接触検出装置を具備し、前記外装が環境や人に接触したことを前記接触検出装置により検出したときに外装位置調整機構にて外装を下げるように構成したものである。

このような構成であると、ロボットの外装が環境や人に接することで外力が作用した際にこの外装を確実に下げて床面に接触させることができる。
また本発明は、上記において、外装の表面に粘弾性を有する素材が設けられているようにしたものである。

このような構成であると、外装の表面に粘弾性を有する柔らかい素材を具備することにより、環境や人の安全を確保することができる。
また本発明は、上記において、外装が床面に接触したことを検出する床面接触検出装置と、前記床面接触検出装置によって前記外装が前記床面に接触したことを検出した時に、ロボットの移動動作を停止させる手段とを具備するようにしたものである。

このような構成であると、外装が床面と接触した際にロボットの移動動作を停止させることで、環境や人の安全を確保することができる。
また本発明は、上記において、外装が環境や人に接触したことを前記接触検出装置により検出した際にロボットの移動動作を停止させる手段を具備するようにしたものである。

このような構成であると、接触検出装置により接触を検出したときにロボットの移動動作を停止させることで、環境や人の安全を確保することができる。
また本発明は、上記において、外装が環境や人に接触したことを前記接触検出装置により検出した際に音声を発生することで接触相手や周囲へ接触を通知するための音声発生装置を具備するようにしたものである。

このような構成であると、接触検知の際に音声を発生することにより接触相手や周囲へ接触を通知することで、接触によるデッドロックを回避することができる。
また本発明は、上記において、ロボットの移動動作の停止の際に音声を発生する音声発生装置を具備するようにしたものである。

このような構成であると、ロボットの移動動作の停止の際に音声を発生することにより接触相手や周囲へ接触を通知することで、接触によるデッドロックを回避することができる。

以上のように本発明によると、移動ロボットが環境や人と接触した際に、ロボット本体の保護を図ることができるとともに、接触した環境や人への被害を小さくすることができる。また、上からの外力によって外装を下げることができるのみならず、横からの外力によって外装を下げることもできる。

以下、本発明の実施の形態の移動ロボットについて説明する。
図１は本発明の範囲には含まれない参考例の移動ロボットを示しており、図１（ａ）はロボットの概観図、図１（ｂ）は図１（ａ）における平面Ｙに沿った断面図、図１（ｃ）は環境や人との接触が起こったときの状態を示す断面図である。図２は図１と同様に本発明の範囲には含まれない他の参考例の移動ロボットを示し、図２（ａ）はその通常時の状態を示す図、図２（ｂ）はその接触発生時の状態を示す図である。図３は本発明の実施の形態の移動ロボットを示し、図３（ａ）はその通常時の状態を示す断面図、図３（ｂ）は同図（ａ）における外装位置調整機構の拡大図である。図４は図３の移動ロボットの上面に外力がかかったときの状態を示し、図４（ａ）はその断面図、図４（ｂ）は同図（ａ）における外装位置調整機構の拡大図である。図５は図３の移動ロボットの側面に外力がかかったときの状態を示し、図５（ａ）はその断面図、図５（ｂ）は同図（ａ）における外装位置調整機構の拡大図である。

図１の参考例のロボットは、ロボット本体１１と、車輪などの移動機構１２とを備えている。ロボット本体１１は、各種処理装置やバッテリーなど、ロボットの動作に必要な機器を具備する。ロボット本体１１とその移動機構１２とを包むような形状で、外装１３が設けられている。この外装１３は、想定された外力や衝撃によっては変形や破損が発生しない素材、たとえばステンレス・アルミなどの金属や硬質のプラスチックにリブを設けて補強したものなどで作られている。１４は外装位置調整機構で、ロボット本体１１の上部に設けられるとともに、このロボット本体１１の上部において外装１３を支え、かつ上下方向に沿った外装１３の位置を調整可能なように構成されている。１５は床面である。

このような構成において、通常時は、図１（ｂ）に示すように、外装１３は床面１５につかないように外装位置調整機構１４によって持ち上げられている。これに対し、環境や人との接触により外力１６が加わった場合は、図１（ｃ）に示すように外装位置調整機構１４が外装１３を下ろして床面１５に着地させ、床面１５と外装１３とでロボット本体１１を包み込むと同時に、外力１６は外装１３のみで支え、接触した環境や人とロボット本体１１との間で力の作用が発生しないようにする。これにより、ロボット本体１１の保護と、環境や人の安全とを確保する。

図２は、上記のように他の参考例の移動ロボットを示すが、ここでは、ロボット本体１１には例えばスピーカとアンプと音源装置となどにより構成された音声発生装置１７が具備されている。この音源装置は、例えば発生する音声を指令に応じて変えることができるようなものであってもよい。また、ロボット本体１１には、移動機構１２によるロボットの走行動作を外部からの入力により停止する回路を具備している。また、外装１３の表面には、例えばシリコンや軟質ゴムなどのような粘弾性を有する柔らかい素材１８が貼り付けられている。また、外装１３には感圧センサ、力センサなどの接触検出装置１９が設けられており、外装１３への接触の検知を行うよう構成されている。この接触検出装置１９は、接触の有無だけでなく、接触力の大きさを計測できるものであってもよい。図１の移動ロボットの場合と同様に、外装１３は外力が加わったときに床面１５に着地するが、この外装１３の下面における床面１５との接触部には床面接触検知装置２０が取付けられており、床面１５と接触の検知を行うことができる。ただし、外装位置調整機構１４は、バネやダンパを具備するとともに、電磁石、油圧シリンダなどのアクチュエータを具備しており、指令により外装１３の上下位置を調整することができるものとする。なお、これに代えて、外装位置調整機構１４にシリコンや軟質ゴムなどのような柔軟な粘弾性要素を用いて、外力によるこの粘弾性要素の伸縮により、接触検出装置や駆動装置を用いることなく外装１３を下げるようにすることもできる。

以上のような構成の移動ロボットにおいて、通常時は図２（ａ）のように外装位置調整機構１４により外装１３を床面１５から上がった状態としているが、環境や人との接触が生じると、外装１３の接触検出装置１９によりその接触が検出される。すると、図２（ｂ）のように、接触状態に従って外装位置調整機構１４が外装１３を床面１５につくまで下げる。また、接触検出装置１９により環境や人との接触を検知したり、床面接触検出装置２０により床面１５との接触を検知したりすることにより、移動機構１２を停止させてロボットの動作停止を行う。そして、接触によるデッドロックの回避のために、音声発生装置１７により音声を発生して、接触相手や周囲に接触の通知を行う。

図３〜図５は、上記のように本発明の実施の形態の移動ロボットを示すが、ここでは、外装位置調整機構１４は、シリンダ２１と板バネ２２とを具備する。このうち、シリンダ２１は、その基端部２３がロボット本体１１の側面に取り付けられるとともに、その伸縮端部２４から斜め上方向に伸縮するような、鉛直軸に対し斜め方向の姿勢で設けられている。板バネ２２は、シンリダ２１と同様に斜め方向に設けられて、その一端２５がシリンダ２１の伸縮端部２４に連結されるとともに、その他端２６が外装１３の内面に連結されることで、上下方向にたわむことができるように構成されている。このような構成であると、上面からの力だけでなく側面からの力にも対応することができる。以下、この点について詳細に説明する。

すなわち、通常時は、図３に示すように、板バネ２２の弾性により外装１３は床面１５から上がった状態にある。このとき、板バネ２２は、図示のように外装１３の質量に対応した分だけ少したわむ。

環境や人との接触によりロボット上面から力が加わった場合は、図４に示すように、下向きの外力２７により、外装位置調整機構１４の板バネ２２が、図３（ｂ）の状態すなわち図４（ｂ）の仮想線で示した状態から下向きにたわみ、結果的に図４に示すように外装１３の位置を下げる。

また、側面から横方向の力を受けた場合には、図５に示すように外力２８が加わった側の外装位置調整機構１４のシリンダ２１が押し込まれて沈み込み、結果として外装１３の位置も下がり、同図（ａ）に示すように外力２８を加えた側の外装１３の部分が床面１５に接触する。すると、その接触部が支点２９となるように外力２８によりモーメント３０が発生し、外装１３における外力２８が作用する部分とは反対側の部分を押し下げる。図５（ｂ）に示すように、外力２８が作用する箇所とは反対側に設けられている外装位置調整機構１４のシリンダ２１は、逆に外力側のシリンダ２１の押し込みにしたがって伸ばされ、それによって外装１３を持ち上げようとする。しかし、上述のモーメント３０により板バネ２２が下向きにたわむことで、結果として外装１３が押し下げられ、図５（ａ）に示すように上面からの外力の場合と同様にロボット本体１１が外装１３と床面１５とで包まれ、このため外装１３によってロボット本体１１が外力２８から隔離される。

本発明の移動ロボットは、同移動ロボットが環境や人と接触した際に、ロボット本体の保護を図ることができるとともに、接触した環境や人への被害を小さくすることができるものであり、床面に沿って移動する移動ロボットなどとして有用である。

本発明の範囲には含まれない参考例の移動ロボットを示す図 本発明の範囲には含まれない他の参考例の移動ロボットを示す図 本発明の実施の形態の移動ロボットを示す図 図３の移動ロボットの上面に外力がかかったときの状態を示す図 図３の移動ロボットの側面に外力がかかったときの状態を示す図 従来の移動ロボットを示す図

１１ ロボット本体
１２ 移動機構
１３ 外装
１４ 外装位置調整機構
１５ 床面
１６ 外力

Claims (7)

1. ロボット本体を包むように構成された外装と、前記外装を床面に接触しない程度に持ち上げて支持する外装位置調整機構とを備え、前記外装位置調整機構は、鉛直軸に対し斜め方向に配置されたシリンダ機構と前記シリンダ機構の端部に連結されたバネとを具備して、前記シリンダの伸縮と前記バネのたわみとに基づき、上からの外力と横からの外力とによってそれぞれ前記外装を下げて床面に接触させることができるように構成されていることを特徴とする移動ロボット。
2. 外装が接触検出装置を具備し、前記外装が環境や人に接触したことを前記接触検出装置により検出したときに外装位置調整機構にて外装を下げるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の移動ロボット。
3. 外装の表面に粘弾性を有する素材が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の移動ロボット。
4. 外装が床面に接触したことを検出する床面接触検出装置と、前記床面接触検出装置によって前記外装が前記床面に接触したことを検出した時に、ロボットの移動動作を停止させる手段とを具備することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項記載の移動ロボット。
5. 外装が環境や人に接触したことを前記接触検出装置により検出した際にロボットの移動動作を停止させる手段を具備することを特徴とする請求項２記載の移動ロボット。
6. 外装が環境や人に接触したことを前記接触検出装置により検出した際に音声を発生することで接触相手や周囲へ接触を通知するための音声発生装置を具備することを特徴とする請求項２記載の移動ロボット。
7. ロボットの移動動作の停止の際に音声を発生する音声発生装置を具備することを特徴とする請求項５記載の移動ロボット。

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