JP5628171B2 - 衝突センサを持つ可動ロボット装置 - Google Patents

Description

本発明は、可動ロボット装置であって、前記可動装置と静止物体との衝突を感知するための少なくとも１つの変位可能なセンサ部材を有する装置において、前記センサ部材は、通常は延在位置にあるようにばね荷重を受けた態様で配置され、前記可動装置に対する前記センサ部材の変位を検知するための手段が存在し、前記手段は、前記センサ部材の所定の第１の変位の検知のための第１の検知手段と、前記センサ部材の、より大きな所定の変位を検知するための第２の検知手段と、を有する装置に関する。

斯かる可動ロボット装置は、韓国特許KR-B-100835968に開示されており、該事前公開された文献は後に公開された刊行物である国際特許出願公開WO-A-2008/105634に対応する。該刊行物は、主移動方向における前面に２つの緩衝器を有する変位可能なセンサ部材を持つロボット掃除機を記載している。第１の緩衝器は該装置の前面の高い部分に配置され、第２の緩衝器は低い部分に配置される。これにより、第１の緩衝器が回避されるべき物体を感知し、第２の緩衝器が通り越されるべき物体を感知する。第２の緩衝器は水平軸のまわりに下へ回転させられることができ、これにより該装置は、乗り越えられる物体を通り越すために持ち上げられる。第１の緩衝器は、第２の緩衝器に比べて突出するように配置されても良く、それにより回避されるべき障害物は最初に第１の緩衝器に接触し、次いで第２の緩衝器に接触する。それ故、第２の緩衝器が動作させられる前に、回避されるべき障害物が決定される。

自律的可動ロボット又はプラットフォームの他の種類の触知式緩衝器が、米国特許US-A-4596412に記載されている。該触知式緩衝器は、筐体に入れられた浮遊式ストリップである複数の変位可能なセンサ部材を有する。該センサ部材の変位を検出するための手段は、該筐体に装着され該センサ部材の背後に配置された複数のマイクロスイッチである。

例えば、可動ロボット装置は、該可動装置が部屋の床の上を移動する間に、該部屋を自律的に掃除するための掃除機である。これにより、該掃除機の経路が、カメラ又はソナーセンサ又は赤外線センサのようなその他の観測手段による環境の観測に基づいて制御されることができる。加えて、該可動装置と部屋の床の上の静止物体（障害物）との物理的接触を検知するため、該可動装置の１つ以上の側面にセンサ部材が存在する。該掃除機は、２つのモジュール、即ち掃除機ファン及びごみ集積室を有する主モジュールと、ホースによって該主モジュールに接続された掃除機ヘッドモジュールとを有しても良く、該ホースを通ってごみが該掃除機ヘッドモジュールから該主モジュールへと運ばれる。更に該ホースは、該主モジュールから該掃除機ヘッドモジュールへと電力を供給し、これら２つのモジュール間で電子情報を交換するための導線を有する。斯かる掃除機は、米国特許出願公開US-A-2002/0174506に開示されている。これにより、掃除機ヘッドモジュールは、該モジュールと掃除されるべき部屋の床の上の静止物体との物理的接触を感知するための１つ以上のセンサ部材を有する可動装置であり得る。

一般に、可動ロボット装置は、環境における静止物体の間を通る経路を見つけ出す必要がある。該可動装置が静止物体に接触した場合、該静止物体が避けられるように移動の方向は変更される必要がある。それ故、斯かる静止物体との接触は、該静止物体から離れるような異なる方向（例えば反対方向）に該可動装置の移動を継続させるために検出される。しかしながら、可動装置は移動中に静止物間でトラップ（trap）され得る。斯かるトラップ位置から脱出するため、可動装置は、前後の移動及び／又は鉛直軸のまわりの回転のような運動を行うこととなるが、行動するための空間は小さい場合がある。

本発明の目的は、可動ロボット装置であって、前記可動装置に対する前記センサ部材の変位を検知するための手段が存在し、前記手段は、前記センサ部材の所定の第１の変位の検知のための第１の検知手段と、前記センサ部材の、より大きな所定の変位を検知するための第２の検知手段と、を有する装置であって、これによりコンパクトで比較的簡素な構造が実現される可動ロボット装置を提供することにある。

本目的を達成するため、前記センサ部材はフレームに装着され、前記センサ部材は前記フレームに対して変位させられることができ、該変位は前記第１の検知手段により検知される前記第１の変位であり、前記センサ部材は前記フレームと共に前記可動装置に対して変位させられて、前記第２の検知手段により検知される前記センサ部材の前記より大きな変位を得ることができ、該第２の検出手段は該フレームの所定の変位を検出する。これにより、該可動装置と該フレームとの間のばね荷重は、該フレームと該センサ部材との間のばね荷重よりも大きくなる。斯かる中間フレームを利用することにより、特に該装置が例えば掃除機の掃除機ヘッドモジュールである場合におけるように比較的小型である場合、コンパクトで比較的簡素な構造が実現され得る。

該可動装置の通常の移動の間、該可動装置の移動の制御は、第１の検知手段からの信号に基づく。しかしながら該可動装置が、繰り返し前後に行動する場合のように、脱出することが困難と考えられる位置に居る場合には、前記第２の検知手段がアクティブとなって前記第１の検知手段に優先するようになり、該可動装置はこのようなトラップ位置から脱出するためにより大きな移動の自由度を得るようになる。

好適な実施例においては該センサ部材は、該可動装置の１つの側面、好適には該可動装置の前面及び／又は背面における、変位可能な緩衝器である。これにより該緩衝器は、該可動装置が静止物体に接触するとすぐに検知信号を生成することができ、更には該可動装置と当該物体との衝突の際の衝撃を吸収することもできる。該可動装置は、該可動装置の異なる側面に２つ以上の緩衝器を担持しても良く、各緩衝器がセンサ部材として機能しても良い。

可動ロボット装置であって該装置の周縁を規定する変位可能な緩衝器を持つ装置は、欧州特許出願公開EP-A-1582957に開示されている。該緩衝器は、該装置の主フレーム上にばねにより浮遊している。障害物との接触が該主フレームに対する該緩衝器の移動を引き起こし、この移動がジョイスティックスイッチにより検知される。

好適には、前記可動ロボット装置は主移動方向を持ち、前記可動装置の反対側に２つのセンサ部材が存在し、前記２つのセンサは前側センサ部材と後側センサ部材とであり、前記前側センサ部材は前記主移動方向に延在する。該可動装置が、一方が該可動装置の前にあり他方が該可動装置の後側にある２つの静止物体の間でトラップされた場合、前記第１の検知手段の代わりに前記第２の検知手段を利用することにより、行動の自由度が拡大される。これにより、該可動装置は、より長い距離に亘って前後に移動することができるようになり、トラップ位置から脱出するために、鉛直軸のまわりに回転するための、より多くの空間を持つことができる。

前記フレームは１つよりも多いセンサ部材を担持しても良く、第１の検知手段がこれらセンサ部材の各々の所定の変位を検知し、第２の検知手段が該フレームの所定の変位を検知しても良い。好適な実施例においては、前記フレームは、前記可動装置の反対側に２つのセンサ部材を担持し、好適には該可動装置の主移動方向の前側と後側とに担持し、これにより該可動装置は、トラップ位置から脱出する間に前後に行動する増大させられた自由度をもつことができる。勿論、該フレームは、例えば該装置の各側面に、２つよりも多いセンサ部材を有しても良い。

好適には、前記検知手段は、前記センサ部材の変位によりアクティブにされることができるマイクロスイッチを有する。マイクロスイッチは、該センサ部材が所定の変位を呈したときに電気信号を供給することができる、単純で比較的小型の装置である。

好適な実施例においては、例えば米国特許出願公開US-A-2002/0174506に記載されているように、前記可動装置は、主モジュールとホースによって前記主モジュールに接続された可動掃除機ヘッドモジュールとを有する掃除機であり、前記掃除機ヘッドモジュールが前記変位可能なセンサ部材を有する、該掃除機ヘッドモジュールは前記変位可能なセンサ部材を有する。

本発明はまた、可動ロボット装置であって、前記可動装置と静止物体との衝突を感知する少なくとも１つの変位可能なセンサ部材を有する装置を制御する方法であって、前記センサ部材は、通常は延在位置にあるようにばね荷重を受けた態様で配置され、前記可動装置に対する前記センサ部材の変位が検知され、第１の検知手段が前記センサ部材の所定の第１の変位を検知し、第２の検知手段が前記センサ部材の、より大きな所定の変位を検知する方法において、前記センサ部材はフレームに装着され、前記センサ部材は前記フレームに対して変位させられることができ、該変位は前記第１の検知手段により検知される前記第１の変位であり、前記センサ部材は前記フレームと共に前記可動装置に対して変位させられて、前記第２の検知手段により検知される前記センサ部材の前記より大きな変位を得ることができる方法に関する。

本発明は以下、変位可能なフレームに装着された２つの変位可能なセンサ部材を有する、可動ロボット掃除機の掃除機ヘッドモジュールの実施例の説明により、更に説明される。模式的な図を有する図面が参照される。

特に、図２及び３は、説明される実施例の説明に寄与する部分のみを示す模式的な表現である。

掃除機ヘッドモジュールの断面の斜視図である。 該モジュールの模式的な断面図である。 該モジュールの模式的な断面図である。

図面は、掃除機ヘッドモジュールであって、該モジュールの下側の大部分を形成する基部１を持つ掃除機ヘッドモジュールを示す。基部１は４つの車輪を担持するが、ここでは２つの車輪２のみが断面図において示されている。該２つの車輪２は電気モータ３（図１）により駆動され、他の２つの車輪（図示されていない）は別の電気モータ（図示されていない）により駆動される。車輪２の２つの対の回転速度を個別に制御することにより、床面における該モジュールの移動が制御される。これにより該モジュールは、該モジュールの移動の間及び該モジュールの静止位置の間、前後に移動させられることができ、車輪２の該対を異なる回転速度で駆動することによって鉛直軸のまわりに回転させられることができる。

該掃除機ヘッドモジュールは、図面においては右方向及び左方向である該モジュールの主移動方向に対して横断する方向に延在する吸込口５において、回転ブラシ４を持つ。動作の間、該モジュールの下側における吸込口５の開口は床の近くに位置し、回転ブラシ４は床に触れており、これにより床からごみが取り除かれ、吸込口５を通して吸い取られ、該掃除機ヘッドモジュールに接続されたホース（図示されていない）に運ばれる。該ホースの他端は、掃除機ファン及びごみ集積室を有する該掃除機の主モジュール（図示されていない）に接続される。

該モジュールの上壁はフレーム６の一部であり、フレーム６は該モジュールを部分的に囲んでいる。フレーム６は、４本の螺旋ばね７（２つのばね７が図示されている）により基部１に装着されており、これによりフレーム６は水平方向に動くことができる。ばね７は比較的硬いものであり、そのためフレーム６を基部１に対して変位させるためには比較的大きな力が必要となる。該モジュールの前側（図１においては右側、図２及び３においては左側）において、フレーム６は緩衝器８を担持し、該フレームは該モジュールの後側において緩衝器９を担持している。これら２つの緩衝器８、９は、螺旋ばね１０、１１（図２及び３に示されている）によってフレーム６に装着されており、そのため各緩衝器８、９は、ばね１０、１１の押す力に抗して、延在位置（図２に示される）からフレーム６に向かって変位させられることができる。これにより、各緩衝器８、９はマイクロスイッチ１２、１３と接触することとなり、マイクロスイッチ１２、１３が緩衝器８、９の変位を検知する。

該掃除機ヘッドモジュールが前方に（図２及び３において左に）移動するとき、該モジュールは静止物体に衝突し得、そのとき（図３に示されるように）該モジュールの前側における緩衝器８がフレーム６に向けて押される。これにより、マイクロスイッチ１２がアクティブにされ、静止物体との衝突を報知する信号が生成され、そのため該掃除機ヘッドモジュールの移動が即座に停止され、該静止物体から離れるよう逆方向に移動を再開される。次いで該モジュールは、例えば該モジュールが直線経路を走行しなかった場合、又は別の静止物体が以前には存在しなかった場合、別の静止物体に衝突するかも知れない。そのとき、該モジュールの後側における緩衝器９がフレーム６に向けて押され、これによりマイクロスイッチ１３が該別の静止物体との衝突を検知する。斯かるトラップされた位置から抜け出す道を見つけ出すため、該モジュールは、前後に移動する間、鉛直軸のまわりに回転するよう試みることができる。２つの静止物体間の空間が比較的小さい場合には、該モジュールが行動することが困難となり得る。行動の自由度を増大させるため、マイクロスイッチ１２、１３による検知が非アクティブとされ、静止物体との接触の検知が、マイクロスイッチ１４、１５に取って代わられる。マイクロスイッチ１４、１５は、フレーム６が該モジュールの基部１に対して移動したときにアクティブとされる。マイクロスイッチ１４、１５による検知は、基部１に対する緩衝器８、９の、より大きな変位で生じるため、該モジュールは２つの静止物体のより近くまで動くことができるようになり、該モジュールの増大された行動の自由度に帰着する。

図３は、マイクロスイッチ１２、１３が非アクティブとされた状態、即ち動作していない状態であり、静止物体との衝突がマイクロスイッチ１４、１５によって検知されている状態を示す。図３においては、該モジュールが前方向に移動しているときに静止物体と衝突している。このとき、フレーム６がばね７の力に抗して移動させられているため、マイクロスイッチ１４がアクティブとされている。フレーム６を基部１に対して移動させるための力は、ばね１０、１１によりもたらされる力よりも大きく、そのため、ばね６は、ばね１０、１１の一方が内側に押し付けられたときにのみ基部１に対して移動する。

要約すると、可動ロボット装置であって、該可動装置と静止物体との衝突を感知するための少なくとも１つの変位可能なセンサ部材８、９を有する装置が開示される。第１の検知手段１２、１３は、センサ部材８、９の所定の第１の変位の検知のために存在し、第２の検知手段１４、１５は、センサ部材８、９の、より大きな所定の変位を検知するために存在する。

説明された本発明の実施例は単に例であり、他の多くの実施例が本発明の範囲内で可能である。

Claims (6)

1. 可動ロボット装置であって、前記可動装置と物体との衝突を感知するための少なくとも１つの変位可能なセンサ部材を有する装置であって、前記センサ部材は、通常は延在位置にあるようにばね荷重を受けた態様で配置され、前記可動装置に対する前記センサ部材の変位を検知するための手段が存在し、前記手段は、前記センサ部材の所定の第１の変位の検知のための第１の検知手段と、前記センサ部材の、前記所定の第１の変位より大きな所定の変位を検知するための第２の検知手段と、を有する装置において、前記センサ部材はフレームに装着され、前記フレームは、前記センサと前記フレームとの間のばね荷重よりも大きなばね荷重のばねを介して前記可動装置に装着されたものであり、前記センサ部材は前記フレームに対して変位させられることができ、該変位は前記第１の検知手段により検知される前記第１の変位であり、前記センサ部材は前記フレームと共に前記可動装置に対して変位させられて、前記所定の第１の変位より大きな変位が前記第２の検知手段により検知されることを特徴とする装置。
2. 前記可動ロボット装置は主移動方向を持ち、前記可動装置の反対側に２つのセンサ部材が存在し、前記２つのセンサは前側センサ部材と後側センサ部材とであり、前記前側センサ部材は前記主移動方向に延在することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記フレームは、前記可動装置の反対側に２つのセンサ部材を担持することを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記検知手段は、前記センサ部材の変位によりアクティブにされることができるマイクロスイッチを有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記可動装置は、主モジュールとホースによって前記主モジュールに接続された可動掃除機ヘッドモジュールとを有する掃除機であり、前記掃除機ヘッドモジュールが前記変位可能なセンサ部材を有することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の装置。
6. 可動ロボット装置であって、前記可動装置と物体との衝突を感知する少なくとも１つの変位可能なセンサ部材を有する装置を制御する方法であって、前記センサ部材は、通常は延在位置にあるようにばね荷重を受けた態様で配置され、前記可動装置に対する前記センサ部材の変位が検知され、第１の検知手段が前記センサ部材の所定の第１の変位を検知し、第２の検知手段が前記センサ部材の、前記所定の第１の変位より大きな所定の変位を検知する方法において、前記センサ部材はフレームに装着され、前記フレームは、前記センサと前記フレームとの間のばね荷重よりも大きなばね荷重のばねを介して前記可動装置に装着されたものであり、前記センサ部材は前記フレームに対して変位させられることができ、該変位は前記第１の検知手段により検知される前記第１の変位であり、前記センサ部材は前記フレームと共に前記可動装置に対して変位させられて、前記所定の第１の変位より大きな変位が前記第２の検知手段により検知されることを特徴とする方法。

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