JP7233194B2 - ロボット装置、方法及び応用 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年１０月１７日に出願され「ロボット装置、方法及び応用（Robotic Apparatus, Method, and Applications）」という名称の米国仮特許出願第６２／５７３，３５５号、及び、２０１７年１０月１９日に出願され「懸架装置、方法及び応用（SUSPENSION SYSTEM, METHODS, AND APPLICATIONS）」という名称の米国仮特許出願第６２／５７４，２５５号の優先権を主張し、これらのそれぞれの全開示内容は、参照により本明細書に援用される。

発明の分野
本開示は、全体として、ロボット装置並びに関連する方法及び応用を対象とし、更に具体的には、ロボット床面掃除装置並びに関連する方法及び応用を対象とし、最も具体的には、ホロノミック駆動機構（holonomic drive）を有したロボット床面掃除装置並びに関連する方法及び応用を対象とする。

背景
既存のロボット床面掃除機によって実行することが可能な掃除パターンは、そのアーキテクチャー、制御、検知及び駆動システムによって制限されている。Dyson（登録商標）Eye、Roomba（登録商標）、及びSamsung社の多くのモデルなどの市販ロボット真空掃除機は、非ホロノミック駆動システムを使用しており、すなわち、駆動機構は、独立して動力を供給する２つのホイールと、キャスターとを用いて、ロボット真空掃除機の３点を支持する。独立して動力を供給する２つのホイールを用いて、ロボット本体を直線状に、曲線状に移動させるか、又は回転させることができるが、これらの駆動システムはそれぞれ、ロボット真空掃除機の決められた（固定された）向きに対して垂直ではない方向にしか、ロボット真空掃除機を移動させることができない。

非ホロノミックロボットが移動、例えば北へ移動した後に東へ移動する場合、ロボットは北に進み、右に９０度回転し、そして東に進む必要があり、又は、代わりに、非ホロノミックロボットは北に進み、右に９０度回転しながら、弧を描いて前進した後、東に進むことができる。いずれの場合も、非ホロノミック駆動ロボット真空掃除機は、一方向（例えば、北、南、東、西）に向かって始動し、異なる方向（例えば、東、西）に向かって完了する。

ホロノミック駆動機構を備えたロボット真空掃除機は、その決められた向き、又は、吸込口、センサ群（bank of sensors）、若しくは特定の操作に必要なロボットの他の部分などのロボットの所望の部分の決められた向きを維持しつつ、所与の方向、例えば北（その決められた向きが北である）に進み、異なる方向、例えば、東、北東又はあらゆる方向に移動することができる。

したがって、ロボット真空掃除機には、移動している方向とは無関係にその決められた方向を維持することが可能な技術が必要とされている。

概要
本開示は、ホロノミック駆動機構を備えたロボット真空掃除機であって、その決められた向き、又は、吸込口、センサ群、若しくは特定の操作に必要なロボットの他の部分などのロボットの所望の部分の決められた向きを維持しつつ、所与の方向、例えば北（その決められた向きが北である。）に進み、異なる方向、例えば、東、北東又はあらゆる方向に移動することができるロボット真空掃除機を対象とする。

さらに、長所と利点は、分離回転及び平行移動自由度（decoupled rotational and translational degrees of freedom）を示す全方向（omni-directional）及びホロノミック駆動プラットフォームにより掃除及び操作能力を向上させることが可能なロボット真空掃除機（又は床面掃除機）によって達成される。ホロノミック駆動機構を有するロボット床面掃除機を独自に操作することが可能であるという長所は、特定の場所の掃除、区域の縁の掃除、必要な場所へのセンサの設置、障害物の誘導、及び更に効果的な掃除を実現するための当業者に認識される他のものにおいて活用することができる。

一態様によれば、ロボット真空掃除機は、前面、上面及び底面を有する本体と、本体の前面に配置された真空源と、本体に取り付けられた複数のセンサ素子と、ホロノミック駆動機構を集合的に構成する複数のホイールアセンブリであり、それぞれ、モータ、モータに接続された駆動輪、エンコーダ、及びモータコントローラを備えた複数のホイールアセンブリと、駆動輪の動きに関するモータコントローラからのオドメトリデータ、及び複数のセンサからのデータを受信し、複数のホイールアセンブリに対して電子ナビゲーション制御を行う主コントローラと、を備える。

実施形態によれば、ホイールアセンブリはそれぞれ、モータが納まるモータポッド（motor pod）を更に備える。

実施形態によれば、ホイールアセンブリはそれぞれ、駆動輪にトルクを伝達するスロット付きモータハブを更に備える。

実施形態によれば、ホイールアセンブリはそれぞれ、モータハブを駆動輪に取り付けるスナップクリップを更に備える。

実施形態によれば、モータコントローラはそれぞれ、ホロノミック駆動機構を動作可能に構成するように、モータのそれぞれ１つを独立して制御する。

本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下に説明する実施形態から明らかになる。

本発明は、添付図面とともに、次の詳細な説明を読み取ることによって、更に十分に理解され認識される。

実施形態に係るロボット床面掃除機のホロノミック駆動プラットフォームの概略底面図である。

従来の手動式真空掃除機又は他の床面掃除機を使用して床面を吸い取るときに頻繁に用いられる、一般的なＮパターンを示す。

実施形態に係るホイールアセンブリの分解斜視図である。

実施形態に係るホイールアセンブリの斜視図である。

実施形態に係るロボット床面掃除機の斜視図である。

実施形態の詳細な説明
本開示は、全体として参照符号１０によって示されているロボット真空掃除機について説明する。

一実施形態において、図１を参照すると、本発明の例示的な実施形態に係るロボット床面掃除機（すなわち、「ロボット」）１０のホロノミック駆動プラットフォームの概略底面図がある。図示されているロボット１０には、それぞれが駆動輪１６及びサスペンション１８用の独立した駆動モータ１４を有する、４つのオムニホイールアセンブリ１２が含まれている（サスペンション１８の詳細は、２０１７年１０月１９日に出願された、本出願人による仮出願第６２／５７４，２５５号に見ることができ、その全体は参照により本明細書に援用される）。実施形態は、当業者が認識するように、適切な構成である限り、３つ又は４つのホイールアセンブリ１２によって可能になる。ホイールアセンブリ１２は、ロボット１０の位置を安定させ、そして、それぞれのホイールアセンブリ１２の駆動輪１６の回転速度及び回転方向を変化させることによって、ロボットをあらゆる方向（直線状及び／又は曲線状）に導いて移動できるように構成されている。図１の装置では、４つのホイールアセンブリ１２のすべてを同じ方向に駆動させると、ロボット１０が回転する。一方の駆動輪１６が一方向に回転し、そして他方の駆動輪１６が反対方向に回転する場合、ロボット１０は前方又は後方に進む。対角線上に対向する一対のホイールアセンブリ１２を一方向に駆動させ、対角線上に対向する他方の対のホイールアセンブリ１２を反対方向に駆動させると、ロボット１０は直線状に斜めに移動する。ホイールアセンブリ１２の駆動動作の種々の組合せによって、ロボットは、回転を伴ってあらゆる方向において動作することができる（回転を全く含まない）。

図２は、従来の手動式真空掃除機又は他の床面掃除機を使用して床面を吸い取るときに頻繁に用いられる、一般的なＮパターンを示している。ホロノミック駆動機構を有する、具体化されたロボット１０は、例えば、掃除吸込口１８（図１）の向きを維持しつつ、Ｎパターンを網羅することができる。このようなパターン／向きは、壁又はへりによって囲まれた床面の縁領域を掃除するのに非常に有用であり得る。加えて、ロボット１０が部屋の掃除中に実行する必要がある回転の量が減少し、全体的な掃除時間が短縮される。

ホイール駆動
図３及び４に示されている４つのホイールブラケットアセンブリ１２はそれぞれ、同一の物理的構造である。ＤＣギアモータ１４は、プラスチック成型モータポッド２２内に取り付けられ、ねじ２４によって固定される。モータコントローラＰＣＢＡ２６は、モータポッド２２内を摺動する。ハーネス（図示せず）は、モータ１４をモータコントローラ２６に接続する。モータブラケット２８は、３つのタッピンねじ３０によって、モータポッド２２に固定される。ブラケット２８は、モータコントローラ２６を固定する。ブラケット２８のアクセス穴３０によって、ロボット床面掃除機１０の主ロジックコントローラ３１に接続するハーネスを接続することができる。ヒンジの一方の側３２はブラケット２８に固定され、ヒンジの他方の側３４は、ロボット掃除機のベースプレート／サスペンション１８に固定される。

モータポッド２２は、懸架ばねクリップ３６を支持する。駆動ハブ３８は、モータ１４の端部に押し付けられる。加えて、ダウエルピン４０は、モータハブ３８を押圧してモータ軸４２に圧入することによって、ギアモータ１４と駆動ハブ３８との連結を更に強化することができる。モータハブ３８は、そのスロット付き形状によって駆動輪１６にトルクを伝達する。特別な潤滑材料からなるポッドリング４４を用いて、駆動輪１６を支持し、低摩擦支持面を設けることができる。

図５には、駆動輪１６が完全に設置されたロボット床面掃除機１０が示されている。スナップクリップ３６（図４）は、駆動輪１６を駆動ハブ３８に容易に取り外し可能に固定するのに用いられる。

ロボットホイール１６にはそれぞれ、リバーシブルモータ及びエンコーダが含まれる。エンコーダ信号は、モータのコントローラ２６にフィードバックを提供する。モータコントローラ２６は、主コントローラ３１と通信して、駆動輪１６の動きに関するオドメトリデータを提供する。ロボット１０の上に取り付けられたライダー（ＬＩＤＡＲ）４６及び他のセンサ４８からのフィードバックと結び付けられたオドメトリ情報は、ナビゲーションに有用な主コントローラ３１にデータを提供する。

本明細書では種々の実施形態を説明し示してきたが、当業者であれば、本明細書に説明されている機能を実行し、及び／又は結果及び／又は１つ以上の長所を得るための種々の他の手段及び／又は構造に容易に想到し、このような変形例及び／又は変更例はそれぞれ、本明細書に説明されている実施形態の範囲内にあるとみなされる。一般に、当業者であれば、本明細書に説明されている、すべてのパラメータ、寸法、材料及び構成は、例示的なものであることを意味し、そして、実際のパラメータ、寸法、材料及び／又は構成は、その示されているものが用いられる特定の用途によって異なることを容易に認識する。当業者であれば、お決まりの実験のみを用いて、本明細書に説明されている特定の実施形態に対する多くの均等物を認識するか、又は確認することができる。したがって、前述の実施形態は単なる例示として示され、添付の特許請求の範囲とそれに対する均等物の範囲内において、実施形態は、具体的に説明され特許請求の範囲に記載されている以外の方法により実施され得ることが理解される。本開示の実施形態は、本明細書に説明されている個々の特徴、システム、物品、材料、キット及び／又は方法を対象とする。加えて、このような特徴、システム、物品、材料、キット及び／又は方法が相互に矛盾しない場合、このような特徴、システム、物品、材料、キット及び／又は方法の２つ以上の組合せは、本開示の範囲内に含まれる。

説明されている主題についての上述した実施形態は、多数の方法のうちのいずれかにより実施することができる。例えば、一部の実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、又はこれらの組合せを用いて実施されてもよい。実施形態のあらゆる態様の少なくとも一部がソフトウェアにより実施される場合、ソフトウェアコードは、単一のデバイス若しくはコンピュータにおいて提供されたか、又は複数のデバイス／コンピュータ中に分散されたかにかかわらず、適切なプロセッサ又はプロセッサの集合体上で実行され得る。

Claims (15)

1. ロボット真空掃除機において、
   ａ．前面、上面及び底面を有する本体と、
   ｂ．前記本体の前面に配置された真空源と、
   ｃ．前記本体に取り付けられた複数のセンサ素子であって、ロボット真空掃除機の上部に取り付けられたライダー（ＬＩＤＡＲ）を備えた複数のセンサ素子と、
   ｄ．ホロノミック駆動機構を構成する、対角線上に配置された第１の対のホイールアセンブリと、斜めに対向する第２の対のホイールアセンブリであって、ここで、ホイールは互いに９０度の角度によってオフセットされ、それぞれ、
   ｉ．モータ、
   ｉｉ．前記モータに接続された駆動輪、
   ｉｉｉ．エンコーダ、及び
   ｉｖ．モータコントローラ
   を備えた複数のホイールアセンブリと、
   ｅ．前記駆動輪の動きに対応する前記モータコントローラからのオドメトリデータ、及び複数のセンサからのデータを受信し、前記受信したオドメトリデータと前記複数のセンサからのデータに基づいて、ホイールアセンブリに対して電子ナビゲーション制御を行う主コントローラと、ここで
   ｆ．ロボット真空掃除機は、割り当てられた向きを維持しながら、所定の方向に走行し、及び異なる方向に移動することができるように構成されている、
   を備えるロボット真空掃除機。
2. 前記ホイールアセンブリがそれぞれ、前記モータが納まるモータポッドを更に備える請求項１に記載のロボット真空掃除機。
3. 前記ホイールアセンブリがそれぞれ、前記駆動輪にトルクを伝達するスロット付きモータハブを更に備える請求項２に記載のロボット真空掃除機。
4. 前記ホイールアセンブリがそれぞれ、前記モータハブを前記駆動輪に取り付けるスナップクリップを更に備える請求項３に記載のロボット真空掃除機。
5. モータコントローラがそれぞれ、ホロノミック駆動機構を動作可能に構成するように、前記モータのそれぞれ１つを独立して制御する請求項１に記載のロボット真空掃除機。
6. ロボット真空掃除機において、
   ａ．前面、上面及び底面を有する本体と、
   ｂ．前記本体の前面に配置された真空源と、
   ｃ．前記本体に取り付けられた複数のセンサ素子であって、ロボット真空掃除機の上部に取り付けられたライダー（ＬＩＤＡＲ）を備えた複数のセンサ素子と、
   ｄ．ホロノミック駆動機構を構成する、対角線上に配置された第１の対のホイールアセンブリと、斜めに対向する第２の対のホイールアセンブリであって、ここで対角線上のそれぞれ対のホイールは同一線上の軸を有し、それぞれ、
   ｉ．モータ、
   ｉｉ．前記モータに接続された駆動輪、
   ｉｉｉ．エンコーダ、及び
   ｉｖ．モータコントローラ
   を備えた複数のホイールアセンブリと、
   ｅ．前記駆動輪の動きに対応する前記モータコントローラからのオドメトリデータ、及び複数のセンサからのデータを受信し、前記受信したオドメトリデータと前記複数のセンサからのデータに基づいて、ホイールアセンブリに対して電子ナビゲーション制御を行う主コントローラと、ここで
   ｆ．ロボット真空掃除機は、割り当てられた向きを維持しながら、所定の方向に走行し、及び異なる方向に移動することができるように構成されている、
   を備えるロボット真空掃除機。
7. 前記ホイールアセンブリがそれぞれ、前記モータが納まるモータポッドを更に備える請求項６に記載のロボット真空掃除機。
8. 前記ホイールアセンブリがそれぞれ、前記駆動輪にトルクを伝達するスロット付きモータハブを更に備える請求項７に記載のロボット真空掃除機。
9. 前記ホイールアセンブリがそれぞれ、前記モータハブを前記駆動輪に取り付けるスナップクリップを更に備える請求項８に記載のロボット真空掃除機。
10. モータコントローラがそれぞれ、ホロノミック駆動機構を動作可能に構成するように、前記モータのそれぞれ１つを独立して制御する請求項９に記載のロボット真空掃除機。
11. ロボット真空掃除機において、
    ａ．前面、上面及び底面を有する本体と、
    ｂ．前記本体の前面に配置された真空源と、
    ｃ．前記本体に取り付けられた複数のセンサ素子であって、ロボット真空掃除機の上部に取り付けられたライダー（ＬＩＤＡＲ）を備えた複数のセンサ素子と、
    ｄ．ホロノミック駆動機構を構成する、対角線上に配置された第１の組のホイールアセンブリと、斜めに対向する第２の組のホイールアセンブリであって、それぞれ、
    ｉ．モータ、
    ｉｉ．前記モータに接続された駆動輪、
    ｉｉｉ．エンコーダ、及び
    ｉｖ．モータコントローラ
    を備えた複数のホイールアセンブリと、
    ｅ．前記駆動輪の動きに対応する前記モータコントローラからのオドメトリデータ、及び複数のセンサからのデータを受信し、前記受信したオドメトリデータと前記複数のセンサからのデータに基づいて、ホイールアセンブリに対して電子ナビゲーション制御を行う主コントローラと、ここで
    ｆ．ロボット真空掃除機は、割り当てられた向きを維持しながら、所定の方向に走行し、及び異なる方向に移動することができるように構成されている、
    を備えるロボット真空掃除機。
12. 前記ホイールアセンブリがそれぞれ、前記モータが納まるモータポッドを更に備える請求項１１に記載のロボット真空掃除機。
13. 前記ホイールアセンブリがそれぞれ、前記駆動輪にトルクを伝達するスロット付きモータハブを更に備える請求項１２に記載のロボット真空掃除機。
14. 前記ホイールアセンブリがそれぞれ、前記モータハブを前記駆動輪に取り付けるスナップクリップを更に備える請求項１３に記載のロボット真空掃除機。
15. モータコントローラがそれぞれ、ホロノミック駆動機構を動作可能に構成するように、前記モータのそれぞれ１つを独立して制御する請求項１１に記載のロボット真空掃除機。

Images