JP6715462B2 - 移動ロボット - Google Patents

Description

本発明は、例えば互いに交差する第１の走行面から第２の走行面に移動可能な移動ロボットに関するものである。

構造物の壁面における保守点検及び掃除等に用いる移動ロボットは、壁面に沿って走行する必要がある。壁面に沿って走行可能な方法として、壁面が磁性体の場合、磁力により壁面に吸着する機構を備える事が考えられる。

磁気吸着機構を備えた移動ロボットとして、駆動輪に磁石を用いる事で走行面に対して磁気吸着力を発生させる事が可能な移動ロボットが、従来提案されている。（特許文献１参照）

図７は、特許文献１の磁性体平面吸着移動装置２１の概要を示した図である。磁性体平面吸着移動装置２１の車体本体２２は、回転駆動可能な磁石車輪２３を備えている。磁石車輪２３は、磁気吸着力を備えており、外周面は突部２７を周方向に配列することで凹凸を備えている。磁性体平面吸着移動装置２１は、磁気吸着力を備えたテイル部２９を矢印Ａ方向に対して後方に設けている。ここで、磁性体平面吸着移動装置２１は、平面２４上を走行することに加えて、平面２４に対して段差を形成する部材である平面形成部材２５上も走行すると仮定する。この平面形成部材２５は、平面２４に対して平行で一定の距離をもって存在しており、平面形成部材２５の上面である平面２５ｂと平面２４とには、段差２６が存在している。

磁性体平面吸着移動装置２１は、磁石車輪２３を図７の矢印Ｂの示す方向に回転させて、平面２４を図７の矢印Ａの方向に走行する。磁性体平面吸着移動装置２１は、平面２４を走行中に磁石車輪２３の突部２７と突部２７の間のくぼみが平面形成部材２５の端縁２５ａに達するまで前進する。このとき、突部２７が平面形成部材２５の上面である平面２５ｂに接する。この状態でさらに磁石車輪２３を回転させることで、平面形成部材２５の端縁２５ａと磁石車輪２３の接点を中心に回転運動が始まり、磁石車輪２３を段差２６の手前の平面２４より引き離して、段差２６のある平面２５ｂに移乗させることができる。

その後、平面２５ｂでの磁石車輪２３の前進走行に追従して、磁性体平面吸着移動装置２１がテイル部２９を元の平面２４より段差２６のある平面２５ｂへ移乗させることで、段差２６を越えた移動を可能としている。

この手法であれば、走行面の途中に段差を越える必要があった場合でも、駆動輪が段差の手前の第１の走行面、又は、段差を越えた後の第２の走行面の少なくとも一方に常に吸着することができるため、常に移動ロボットが走行面に対する磁気吸着力を維持することができる。

特開２０１４−７３７４５号公報

しかしながら従来の構成では、２つの平行でかつ高さが異なった平面間移動は可能であるが、２つの平面が直交している場合、たとえば壁面から壁面、又は壁面から天井面に移動しようとした際に、走行している平面と直交する平面に対して、駆動輪である磁石車輪が磁力で拘束されてしまい、磁石車輪がそれ以上回転することができずに、移動ロボットが停止してしまうという課題を有している。

本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、２つの平面が交差している場合でも２つの平面間移動が可能となる移動ロボットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の１つの態様にかかる移動ロボットは、互いに交差する磁性体の第１の平面から磁性体の第２の平面を走行する移動ロボットであって、
ロボット本体と、
前記ロボット本体に回転可能に支持されかつ外周面に永久磁石を備える一対の駆動輪と、
前記ロボット本体に備えられ、前記一対の駆動輪をそれぞれ独立して回転駆動させる駆動機構と、
前記ロボット本体に回転自在に支持されかつ外周面に永久磁石を備える後輪と、
前記ロボット本体に備えられ、前記第２の平面までの距離を取得する距離センサと、
前記ロボット本体に備えられ、前記第１の平面と接触可能な接触位置と前記第１の平面から退避した退避位置との間で移動可能な押出部材を有する押出機構とを備え、
前記距離センサで前記駆動輪が前記第２の平面に接触したことを検出したとき、
前記押出機構により前記押出部材を前記退避位置から前記接触位置まで移動させて前記押出部材の第１の平面側の端部を前記第１の平面に対して傾斜した状態で接触させて、前記接触位置で、前記第１の平面から離れかつ前記第２の平面に近づく方向の反力を得ることで、前記駆動輪を前記第１の平面から離すことにより、前記駆動輪が前記第１の平面から前記第２の平面に移動する。

以上のように、本発明の前記態様にかかる移動ロボットによれば、距離センサで前記駆動輪が前記第２の平面に接触したことを検出して、移動ロボットが走行している第１の平面と第１の平面に交差する第２の平面との両方の平面に駆動輪が磁気吸着力で拘束されても、前記押出機構により前記押出部材を前記退避位置から前記接触位置まで移動させて前記第１の平面に接触させて、前記駆動輪を前記第１の平面から離すことにより、前記駆動輪が前記第１の平面から前記第２の平面に移動させることができて、駆動輪が第２の平面上を再度回転することができる。このため、移動ロボットは、第１の平面から第２の平面に、例えば、壁面から壁面又は壁面から天井面に、円滑に移動することが可能となる。

本発明の第１実施形態における駆動輪の車軸における部分断面図 本発明の第１実施形態における移動ロボットの正面図 駆動輪の構成を示す斜視図 駆動輪の構成を示す斜視図 駆動輪のホイールの詳細を示す拡大図 移動ロボットの押出機構の詳細を示す駆動輪の車軸における断面図 ）移動ロボットが第１の平面から、第２の平面に移乗し終えるまでの遷移図 移動ロボットが第１の平面から、第２の平面に移乗し終えるまでの遷移図 移動ロボットが第１の平面から、第２の平面に移乗し終えるまでの遷移図 移動ロボットが第１の平面から、第２の平面に移乗し終えるまでの遷移図 移動ロボットが第１の平面から、第２の平面に移乗し終えるまでの遷移図 移動ロボットが第１の平面から、第２の平面に移乗し終えるまでの遷移図 押出シリンダーを設けた際の移動ロボットの遷移図 は押出シリンダーを設けた際の移動ロボットの遷移図 は押出シリンダーを設けた際の移動ロボットの遷移図 第２実施形態における押出機構の一例を示す際の遷移図 第２実施形態における押出機構の一例を示す際の遷移図 第２実施形態における押出機構の一例を示す際の遷移図 従来の移動ロボットの側面図

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態にかかる移動ロボット１００について説明する。

図２は本発明の第１実施形態における移動ロボット１００の正面図、図１は図２に示したＡ−Ａ断面を図２の紙面に向かって右から見た図である。

この移動ロボット１００には、ロボット本体２と、一対の駆動輪１と、一対の駆動機構（回転駆動機構）３と、後輪ローラ８と、距離センサ１０と、一対の押出機構７とを備えており、互いに交差する（例えば直交する）磁性体の第１の平面４から磁性体の第２の平面９を走行可能としている。なお、駆動輪１は、少なくとも１つ備えればよいが、ここでは、一例として一対備える場合について説明する。

一対の駆動輪１は、移動ロボット本体２の両側に回転可能に設けられている。駆動輪１は、図２に示すように外周面全周に多数の小さな円柱状の永久磁石１ｂが設けられており、磁性体の平面に対して磁気吸着力を発揮できるように構成されている。

図３Ａ及び図３Ｂは、各駆動輪１の構成を示した斜視図である。各駆動輪１は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように走行する平面４，９との摩擦力を向上させる一対のタイヤラバー１ａと、磁性体の平面４，９に対する磁気吸着力を発生させる複数個の永久磁石１ｂと、それらを保持する１個のホイール１ｃとで構成されている。タイヤラバー１ａは接着でホイール１ｃの両側面に固定され、永久磁石１ｂは樹脂ネジでホイール１ｃの外周面に固定されているが、固定できれば、他の手段をそれぞれ用いても構わない。各タイヤラバー１ａは一般的にゴム又は樹脂などが望ましいが、走行する平面４，９の素材に合わせて摩擦係数が高いものを選べばよい。各永久磁石１ｂは一般的に磁力の強いネオジウム磁石を用いる事が望ましいが、走行する平面４，９の素材に合わせて磁気吸着力が強いものを選べばよい。また、本第１実施形態では、各永久磁石１ｂに円形の磁石を用いているが、形状は特に問わない。

図３Ｃは、各駆動輪１のホイール１ｃと永久磁石１ｂとを固定する構成の詳細図である。移動ロボット１００の各駆動輪１は、多数の永久磁石１ｂを図３Ｃのようにホイール１ｃの外周面に一定の角度毎に固定する事によって構成されている。また、各永久磁石１ｂをホイール１ｃに固定するために、各永久磁石１ｂを、円柱磁石１ｂ１と、穴あき円柱磁石１ｂ２とで構成している。穴あき円柱磁石１ｂ２は、ホイール１ｃの外周面に樹脂ネジによって固定されており、円柱磁石１ｂ１は、磁力によって穴あき円柱磁石１ｂ２に吸着固定されている。この様に構成にする事で、各永久磁石１ｂが例えば平面４に接する際に磁石全面で接する事ができるため、永久磁石本来の磁気吸着力を維持する事ができる。穴あき円柱磁石１ｂ２の様に、１つの穴あき円柱磁石だけを用いて永久磁石１ｂを構成すると、永久磁石１ｂが平面４に接する際に、穴あき部分の磁気吸着力が失われてしまう。このため、前記したように、各永久磁石１ｂを、円柱磁石１ｂ１と、穴あき円柱磁石１ｂ２とで構成している。また、第１実施形態では、移動ロボット１００の軽量化のために、固定用のネジに樹脂ネジを用いたが、金属ネジを用いても構わない。ホイール１ｃの磁石を固定する一定の角度は、駆動輪１の円周長と、用いた永久磁石１ｂの直径とで決定される。永久磁石１ｂの直径は、移動ロボット１００の重量と、永久磁石の磁力とによって決定される。このように、走行する平面４，９と、対向する駆動輪１の磁石１ｂとを平面とすることで、駆動輪１が平面４に接する際は、円形の磁石車輪と違って線接触では無く、永久磁石１ｂによる面接触になるため、移動ロボット１００の停止時には、円形の磁石車輪より高い磁気吸着力を保持することができる。

また、一対の駆動輪１の内側であって移動ロボット本体２の両側には、駆動輪１をそれぞれ独立して正逆回転駆動させるモータなどの回転駆動機構３が設けられている。例えば、回転駆動機構３のモータには、モータの回転数を検出するエンコーダーを設けて、後述する制御部２００で、エンコーダーからの検出情報を基にモータの回転を制御することにより、走行距離も制御することができる。移動ロボット１００は、一対の回転駆動機構３により一対の駆動輪１を図１の矢印ａの方向に同期回転させることによって、第１の平面４を図１の矢印ｂの方向に走行する。一対の駆動輪１は、一対の回転駆動機構３により、進行方向（前進）に対して前後方向かつそれぞれ個別に回転駆動できるようになっている。また、一対の回転駆動機構３により、一対の駆動輪１を互いに逆回転することで、第１の平面４上で超信地旋回を行って方向転換することが可能である。

移動ロボット本体２の前部の両側部には、回転可能な少なくとも１個、一例としては、両側一対の押出アーム５と、一対の押出アーム５を同期回転駆動させるモータなどのアーム駆動機構部６とで構成されている一対の押出機構７が設けられている。押出アーム５は、押出部材の一例として機能し、第１の平面４と接触する接触位置１１１，１１２と、第１の平面４から退避した退避位置１１０との間で移動可能とする。具体的には、各押出アーム５は、平面４に接触する接触開始位置１１２を介して、退避位置１１０と回転限界位置１１１との間で同期して回転可能に、移動ロボット本体２の前部の両側部に支持されて、アーム駆動機構部６の駆動により、接触開始位置１１２から回転限界位置１１１までの間で、移動ロボット１００が接している第１の平面４に向かって、押出アーム５を押し付ける事ができるようにしている。なお、接触開始位置１１２から回転限界位置１１１までの間は、接触位置の一例である。アーム駆動機構部６は、具体的には、例えばモータで構成され、モータの回転軸１２に棒状の押出アーム５の一端が連結され、押出アーム５が移動ロボット本体２に回転可能に支持されるとともに、押出アーム５の他端先端には、走行する平面４，９に接触可能な傾斜面５ａを有している。よって、アーム駆動機構部６の駆動により、一対の押出アーム５は、以下のような位置に回転可能となっている。すなわち、一対の押出アーム５は、図１及び図４Ａ及び図４Ｂに示すように、移動ロボット本体２の前方に他端先端が向いた退避位置１１０では、第１の平面４から退避して接触していない。また、退避位置１１０から移動ロボット本体２の下方向きに回転を開始した一対の押出アーム５は、図３Ｄ及び図４Ｃに示すように、接触開始位置１１２では、第１の平面４に対して接触を開始し、一対の駆動輪１の下面と一対の押出アーム５の傾斜面５ａとが第１の平面４に接触した状態となっている。接触開始位置１１２からさらに回転した一対の押出アーム５は、図４Ｄ及び図４Ｅに示すように、回転限界位置１１１では、移動ロボット本体２のほぼ真下に向き、一対の押出アーム５の傾斜面５ａで第１の平面４を押すようにしている。このように、押出アーム５で第１の平面４を押して一対の駆動輪１の下面を第１の平面４から完全に離れるように構成して、磁性体の第１の平面４に対して一対の駆動輪１の磁気吸着力が発揮できない状態とすることができる。

図３Ｄは、移動ロボット１００の押出機構７の詳細を示した、図２のＡ−Ａ断面を図２の紙面に向かって右から見た図である。ここでは、実際の動作とは異なり、理解しやすくするため、一対の駆動輪１が第２の平面９に接触していない状態で、押出機構７の動作を説明しているが、実際には、一対の駆動輪１が第２の平面９に接触した状態で行う。

押出機構７は、後述する制御部２００での駆動制御の下に、アーム駆動機構部６のモータの回転軸１２を図３Ｄの反時計方向に回転させることにより、一対の押出アーム５の各先端の傾斜面５ａを第１の平面４に向けて同期して押し付けるように回転駆動させる。より具体的には、一対の押出アーム５の傾斜面５ａは、接触開始位置１１２で第１の平面４と接触した際に、第１の平面４との作用点（接点）の位置１１が、各押出アーム５の回転中心の位置（回転軸１２の中心位置）よりも、第２の平面９に近くなるように、第１の平面４に対して傾斜させた構成とする。具体的には、図３Ｄに示すように、移動ロボット１００が接している第１の平面４と各押出アーム５の接点１１とが、アーム駆動機構部６の回転軸１２の中心位置より、進行方向に対して前方の位置となるように設計するのが望ましい。各押出アーム５の先端は、第１の平面４に対して傾斜した状態で接するため、各押出アーム５は、図３Ｄの下向き矢印ａが示すように、移動ロボット１００の設置面に対して鉛直方向と、図３Ｄの右向き矢印ｂが示すように、移動ロボット１００の進行方向に対して後ろ方向との両方向に、力を第１の平面４に対して加える事ができる。この結果、図４Ｃで後述するように、接触開始位置１１２で一対の押出アーム５から第１の平面４に、図３Ｄの下向き矢印ａと図３Ｄの右向き矢印ｂとの合力である、図４Ｃの矢印ａが示す向きの力を加える事によって、図４Ｃの矢印ｂが示す向きに移動ロボット１００は反力を得ることができる。

移動ロボット本体２の進行方向に対して後方側には、利用者が移動ロボット１００をつかみやすい様に大略三角枠形状の把持部９０を有しており、自由回転する後輪ローラ８が、第１の平面４に接する下端位置に回転自在に設けられている。後輪ローラ８は、後輪の一例として機能する。後輪ローラ８は、磁性体の平面に対する磁気吸着力を備えている。この磁気吸着力としては、後輪ローラ８を円筒形状の磁石で構成し、かつ、後輪ローラ８の磁気吸着力は、一対の駆動輪１の磁気吸着力を合計した値より弱く設定してあるものとする。

移動ロボット１００の進行方向に対する前方、すなわち、移動ロボット本体２の前端面には、移動ロボット１００の移動ロボット本体２の前端面（又は、距離センサ１０）から第１の平面４と直交する第２の平面９までの距離を測定することができる距離センサ１０が設けられている。ここで、第１の平面４と第２の平面９とは磁性体であり、また、２つの平面４，９が直交する箇所としては、たとえば浴室の壁面と壁面、又は壁面と天井面等がある。

制御部２００は、距離センサ１０からの情報が入力されるとともに、一対の回転駆動機構３と、アーム駆動機構部６とを駆動制御する。距離センサ１０で測定された情報は制御部２００に入力されて、アーム駆動機構部６などの駆動制御に使用される。制御部２００による駆動制御で、アーム駆動機構部６は、両側一対の押出アーム５を退避位置１１０と回転限界位置１１１との間で同期して回転制御する。よって、例えば、制御部２００は、距離センサ１０で一対の駆動輪１が第２の平面９に接触したことを検出したとき、アーム駆動機構部６を駆動制御して、一対の押出アーム５を退避位置１１０から接触位置１１２まで移動させて第１の平面４に接触させて、一対の駆動輪１を第１の平面４から離すとともに、回転駆動機構３を駆動制御して、一対の駆動輪１が第１の平面４から第２の平面９に移動するように回転させるように制御することができる。

次に、移動ロボット１００の平面間の移動の詳細について説明する。

図４Ａ〜図４Ｆは、第１の平面４（例えば鉛直方向沿いの壁）を走行している移動ロボット１００が、第１の平面４から第２の平面９（例えば天井）に移乗し終えるまでの動作を示している。

図４Ａは、移動ロボット１００の一対の駆動輪１が矢印方向（反時計方向）に回転しながら進行方向（上向き）に走行している様子である。このとき、一対の押出アーム５は、第１の平面４と接しない退避位置１１０に保持されている。このとき、距離センサ１０から、移動ロボット１００が移動しようとしている第２の平面９までの距離を、距離センサ１０で、常に計測して、計測結果の情報を制御部２００に入力する。

次いで、図４Ｂは、移動ロボット１００が、一対の駆動輪１が移動しようとしている第２の平面９に接する際の様子である。

まず、移動ロボット１００は、距離センサ１０の計測結果によって、一対の駆動輪１が移動しようとしている平面９に接したことを制御部２００で判定して、回転駆動機構３により一対の駆動輪１の回転を停止させる。具体的には、例えば、距離センサ１０で計測された距離が、駆動輪１の前端と距離センサ１０の前端との距離と同じか又はほぼ同じ距離であると制御部２００で判定すると、そのときの状態は、駆動輪１の前端が平面９に接触している状態であることを意味している。よって、このような状態のとき、制御部２００により、各回転駆動機構３により一対の駆動輪１の回転を停止させればよい。又は、距離センサ１０で計測される距離の変動の無い状態が一定時間（数秒間）継続した場合、駆動輪１の前端が平面９に接触していると制御部２００で判定して、同様に、各回転駆動機構３により一対の駆動輪１の回転を停止させてもよい。

一対の駆動輪１の回転停止後、制御部２００での制御の下に、移動ロボット１００は、アーム駆動機構部６により、退避位置１１０から一対の押出アーム５の同期回転駆動を開始し、一対の押出アーム５の先端の各傾斜面５ａが第１の平面４に接する方向に一対の押出アーム５を同期回転駆動させ始める。

図４Ｃは、移動したい第２の平面９と駆動輪１とを接触させながら、一対の押出アーム５で第１の平面４に力を加えている様子である。制御部２００での制御の下に、移動ロボット１００が一対の押出アーム５を退避位置１１０から接触開始位置１１２まで同期回転駆動させて、接触開始位置１１２で一対の押出アーム５から第１の平面４に、図４Ｃの矢印ａが示す向きに力を加える事によって、前記で説明したように、図４Ｃの矢印ｂが示す向きに移動ロボット１００は反力を得続けることができる。言い換えれば、第１の平面４と第２の平面９との両方に接触して磁気吸着力で一対の駆動輪１が拘束された位置関係において、第１の平面４からの反力が第１の平面４の法線方向と第１の平面４のロボット本体２が進行する方向（第２の平面９に近接する方向）の成分に作用できるようにしている。

この反力により、一対の駆動輪１は、第２の平面９に接触したまま少しだけ回転させられ、移動ロボット１００は、図４Ｃの矢印Ｉの方向に移動する。ここで、一対の押出アーム５の先端の各傾斜面５ａは、第１の平面４に接した際に第１の平面４上を滑る事ができる形状にしてあるものとする。第１の平面４の材質の影響などで、形状加工だけでは各押出アーム５を第１の平面４上で滑らすことができない場合は、先端に自由回転するローラを設けて各押出アーム５を構成しても良い。後輪ローラ８は、移動ロボット１００が図４Ｃの矢印Ｉの方向に進むにつれて、第２の平面９に近づく方向に引き寄せられるため、図４Ｃの矢印ｃが示す方向に第１の平面４と接触しながら移動する。

次いで、図４Ｄは、制御部２００での制御の下でのアーム駆動機構部６の駆動により、一対の押出アーム５が接触開始位置１１２から回転限界位置１１１まで同期回転して回転駆動をし終えた際の様子である。このとき、制御部２００での制御の下に、再び、一対の回転駆動機構３が駆動されて一対の駆動輪１が同期回転させられて、移動ロボット１００が点線の矢印Ｉの方向に第２の平面９上を移動している。このとき、後輪ローラ８も、第１の平面４に接触しながら矢印ｃが示す方向に移動する。

次いで、図４Ｅは、制御部２００での制御の下でのアーム駆動機構部６の駆動により、移動ロボット１００が一対の押出アーム５を回転限界位置１１１から元の退避位置１１０まで逆回転させながら、一対の回転駆動機構３により一対の駆動輪１の同期回転駆動を開始させて、図４Ｅの矢印ＩＩの方向に走行している様子を示している。又は、一対の駆動輪１の同期回転駆動は、一対の押出しアーム５の退避位置１１０までの回転駆動が終了した直後に開始するようにしてもよい。又は、移動ロボット１００は、図４Ｄの位置から図４Ｅの矢印ＩＩの方向に距離ｘだけ走行した直後に、一対の押出アーム５の退避位置１１０への退避を開始するようにしてもよい。ここで、距離ｘだけ走行したことは、例えば、一対の駆動輪１の一対の回転駆動機構３に内蔵されているエンコーダーで認識することができる。距離ｘは、一対の駆動輪１の磁気吸着力が第１の平面４に及ばない距離である。また、第１実施形態では、押出アーム５を退避位置１１０へ退避しながら一対の駆動輪１を同期回転させているが、前記した変形例のように、一対の押出アーム５の退避位置１１０への退避中には、一対の駆動輪１の同期回転を停止させていても良い。

図４Ｆは、後輪ローラ８が、第２の平面９に完全に移動完了した際の様子を示している。すなわち、制御部２００での制御の下でのアーム駆動機構部６の駆動により、移動ロボット１００が一対の押出アーム５を退避位置１１０まで逆回転させて停止させたのちも、一対の回転駆動機構３により一対の駆動輪１の同期回転駆動により、移動ロボット１００が図４Ｅの矢印ＩＩの方向に走行し、後輪ローラ８が、第１の平面４と第２の平面９との両方に同時に接触した状態を図４Ｆは示している。この状態のように、後輪ローラ８が、第１の平面４と第２の平面９とに磁気吸着力で拘束されても、一対の駆動輪１の強力な駆動力によって後輪ローラ８は第１の平面４から引き離されるため、移動ロボット１００は、第２の平面９の走行を継続する事ができる。

前記第１実施形態によれば、移動ロボット１００が存在している第１の平面４と直交する第２の平面９に一対の駆動輪１が磁気吸着力で拘束されても（言い換えれば、距離センサ１０で一対の駆動輪１が第１の平面４と第２の平面９とに接触したことを検出したときでも）、押出機構７により押出アーム５を退避位置１１０から接触開始位置１１２まで移動させて押出アーム５を第１の平面４に接触させて一対の駆動輪１を第１の平面４から離すことができる。この結果、一対の駆動輪１の磁気吸着力が第１の平面４に及ばなくなり、第２の平面９上で一対の駆動輪１を回転させることができる。よって、移動ロボット１００が、壁面から壁面又は壁面から天井面のように、第１の平面４から第２の平面９に円滑に移動することが可能となる。

（第２実施形態）
なお、本発明は前記第１実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、押出機構７として、前記構成に限定されるものではなく、直動シリンダーを使用する場合でもよく、その場合について説明する。

このシリンダーの配置については、いくつかの方法がある。まず、直動シリンダー１３の軸方向を第１の平面４と直交する方向に配置した場合について考察する。直動シリンダー１３のピストン１３ａをシリンダケース１３ｂ内に収納した状態で第１の平面４と直交するようにロボット本体２に配置した場合についての事例を図５Ａ〜図５Ｃに示している。シリンダー１３のピストン１３ａの先端は、自由回転するローラ１３ｃが設けられている。図５Ａでは、第１の平面４に対してシリンダー１３が鉛直方向に設置されており、第１の平面４からの反力は第１の平面４の法線方向にのみ発生し、第２の平面９の方向には反力は作用しない。このとき、一対の駆動輪１の駆動は、停止している状態である。

図５Ｂに示すように直動シリンダー１３を駆動してピストン１３ａを伸長させると、後輪ローラ８を中心に移動ロボット１００が時計回りに回転するため、シリンダー１３は第２の平面９から遠ざかる方向に押し出すことになり、駆動輪１は第２の平面９に接触し続けることができない。特に第１の平面４が壁面でかつ第２の平面９が天井面又は壁面である場合は移動ロボット１００に重力がかかるため、第２の平面９にかかる磁気吸着力は低くなってしまい、移動ロボット１００が第１の平面４から離れた瞬間に、移動ロボット１００が落下してしまい、第２の平面９に移乗することができない。

以上のことより、本構成においては、移動ロボット１００が第１の平面４から第２の平面９への移乗を行うことは不可能である。

そこで、本発明の第２実施形態においては、図５Ａ〜図５Ｃで示した課題を解決するために、図５Ａ〜図５Ｃの配置とは異なるように直動シリンダー１３Ｂの配置を変えて、第１の平面４から第２の平面９への移乗を可能とした、本発明の第２実施形態にかかる移動ロボット１００Ｂを図６Ａ〜図６Ｃに示している。ここでは、直動シリンダー１３Ｂは、押出機構の別の例として機能する。

この構成では、図５Ａ〜図５Ｃとは異なり、直動シリンダー１３Ｂを、その一端がロボット本体２に対して支持され、他端でピストン１３ａがシリンダケース１３ｂに対して進退して、シリンダケース１３ｂから伸長した接触位置１１５でピストン１３ａの先端が第１の平面４に接触可能であり、かつ、一端が他端よりも進行方向前側に位置するように傾斜してロボット本体２に配置されている。言い換えれば、直動シリンダー１３Ｂの軸方向を、第１の平面４に対して、第１の平面４から遠ざかるにつれて、第２の平面９に接近するように傾斜させてロボット本体２に配置している。具体的には、図６Ａに示すように、直動シリンダー１３Ｂは、第１の平面４に対して、ロボット本体２に取り付けられた直動シリンダー１３Ｂの支点（上端）１２Ｂが第１の平面４との作用点（接点）１１よりも第２の平面９に近くなるように第１の平面４に対して傾斜させた構成としている。直動シリンダー１３Ｂは、制御部２００の制御の下に駆動されて、ピストン１３ａがシリンダケース１３ｂ内に収納されてピストン１３ａの先端のローラ１３ｃが第１の平面４から離れて退避した退避位置と、ピストン１３ａがシリンダケース１３ｂから伸長してピストン１３ａの先端のローラ１３ｃが第１の平面４に接触した接触位置１１５との間でピストン１３ａがシリンダケース１３ｂに対して進退するようにしている。ここで、ピストン１３ａは押出部材の別の例として機能する。

図６Ａは、制御部２００の制御の下に第１の平面４を走行していた一対の駆動輪１が第２の平面９に接触したのち、一対の駆動輪１が第１の平面４と第２の平面９とに磁気吸着力で拘束された際の移動ロボット１００Ｂと直動シリンダー１３Ｂとの位置を示している。ここでは、先に説明したように、直動シリンダー１３Ｂは第１の平面４に対して、アーム駆動機構部６に取り付けられた直動シリンダー１３Ｂの支点１２Ｂが第１の平面４との作用点（接点）１１よりも第２の平面９と近くなるように第１の平面４に対して傾斜している。このとき、移動ロボット１００Ｂは、制御部２００の制御の下に直動シリンダー１３Ｂを使って、ピストン１３ａの先端のローラ１３ｃを退避位置から接触位置１１５に伸長させて第１の平面４に接触させて第１の平面４に力をかけることによって、移動ロボット１００Ｂを第１の平面４から第１の平面４の法線方向と、第１の平面４の移動ロボット１００Ｂが進行する方向（第２の平面９に接近する方向）との両方向に反力を得ることができる。駆動輪１の駆動は停止している状態である。

次いで、図６Ｂに示すように、制御部２００の制御の下に駆動輪１が第２の平面９に接触したまま回転させられ、移動ロボット１００Ｂは図６Ｂの点線の矢印Ｉの方向（第２の平面９の平面沿いの方向）に移動する。また、後輪ローラ８も第１の平面４に接触しながら、図６Ｂの矢印ａの方向に移動する。

次いで、図６Ｃは、制御部２００の制御の下に直動シリンダー１３Ｂのピストン１３ａを最も伸長させた状態を示している。その後、又は、同時に、制御部２００の制御の下に一対の駆動輪１の回転駆動を開始させることで、移動ロボット１００Ｂは第２の平面９に沿って走行することができる。

前記第２実施形態によれば、第１実施形態と同様な効果を奏することができる。

なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

本発明の前記態様にかかる移動ロボットは、２つの平面が交差している場合でも２つの平面間移動が可能となり、浴室の清掃だけでは無く、建物の清掃又は点検にも応用する事ができる。

１ 駆動輪
１ａ タイヤラバー
１ｂ 永久磁石
１ｂ１ 丸型永久磁石
１ｂ２ ザグリ穴あき丸型永久磁石
１ｃ ホイール
２ 移動ロボット本体
３ 回転駆動機構
４ 移動ロボットの設置面
５ 押出アーム
５ａ 傾斜面
６ アーム駆動機構部
７ 押出機構
８ 後輪ローラ
９ 移動ロボットの移動しようとする平面
１０ 距離センサ
１１ 押出アームと第１の平面の接点
１２ 押出アームの回転軸
１２Ｂ 直動シリンダーの支点（上端）
１３ 押出シリンダー
１３ａ ピストン
１３ｂ シリンダケース
１３ｃ ローラ
９０ 把持部
１００ 移動ロボット
１１０ 退避位置
１１１ 回転限界位置
１１２ 接触開始位置
１１５ 接触位置
２００ 制御部

Claims (5)

1. 互いに交差する磁性体の第１の平面から磁性体の第２の平面を走行する移動ロボットであって、
   ロボット本体と、
   前記ロボット本体に回転可能に支持されかつ外周面に永久磁石を備える一対の駆動輪と、
   前記ロボット本体に備えられ、前記一対の駆動輪をそれぞれ独立して回転駆動させる駆動機構と、
   前記ロボット本体に回転自在に支持されかつ外周面に永久磁石を備える後輪と、
   前記ロボット本体に備えられ、前記第２の平面までの距離を取得する距離センサと、
   前記ロボット本体に備えられ、前記第１の平面と接触可能な接触位置と前記第１の平面から退避した退避位置との間で移動可能な押出部材を有する押出機構とを備え、
   前記距離センサで前記駆動輪が前記第２の平面に接触したことを検出したとき、
   前記押出機構により前記押出部材を前記退避位置から前記接触位置まで移動させて前記押出部材の第１の平面側の端部を前記第１の平面に対して傾斜した状態で接触させて、前記接触位置で、前記第１の平面から離れかつ前記第２の平面に近づく方向の反力を得ることで、前記駆動輪を前記第１の平面から離すことにより、前記駆動輪が前記第１の平面から前記第２の平面に移動する、移動ロボット。
2. 前記押出機構は、
   前記第１の平面と接触可能な前記接触位置と、前記第１の平面から退避した前記退避位置との間で回転可能に前記ロボット本体に支持された前記押出部材である押出アームと、
   前記押出アームを回転駆動するアーム駆動機構部とで構成し、
   前記アーム駆動機構部により、前記押出アームを前記退避位置から前記接触位置まで回転させて、前記接触位置で前記押出アームを前記第１の平面に接触させて前記駆動輪を前記第１の平面から離す、請求項１に記載の移動ロボット。
3. 前記押出機構は、前記押出部材としてのピストンを進退移動させる直動シリンダーで構成し、
   前記直動シリンダーは、一端が前記ロボット本体に対して支持され、他端で前記ピストンが進退して、前記接触位置で前記ピストンの先端が前記第１の平面に接触可能であり、かつ、前記一端が前記他端よりも進行方向前側に位置するように傾斜して前記ロボット本体に配置されている、請求項１又は２に記載の移動ロボット。
4. 前記距離センサからの取得情報に基づき、前記距離センサで前記駆動輪が前記第２の平面に接触したことを検出したとき、前記押出機構を駆動制御して、前記押出部材を前記退避位置から前記接触位置まで移動させて前記第１の平面に接触させて、前記駆動輪を前記第１の平面から離すとともに、前記駆動機構を駆動制御して、前記駆動輪が前記第１の平面から前記第２の平面に移動するように回転させる制御部をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１つに記載の移動ロボット。
5. 前記移動ロボットが走行する、前記第１の平面と前記第２の平面とは互いに直交している、請求項１〜４のいずれか１つに記載の移動ロボット。

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