JPH0519852A

JPH0519852A - 作業ロボツト

Info

Publication number: JPH0519852A
Application number: JP3183955A
Authority: JP
Inventors: Jean Ginen; ジヤンズイネン
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1993-01-29

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】障害物を避けながら移動する作業ロボットを
提供する。【構成】プール又はタンク清掃用ロボットは左右に備
えたキャタピラ７，８により移動する。センサ棒２１の
端部２２，２３が壁２９に触れると磁石１７，１８が本
体方向に移動し、リードスイッチを動作させる。すると
モータ１４，１３が逆転してキャタピラ８，７の駆動輪
１０，９を逆方向に駆動し、作業ロボットを矢印３０方
向（反３０方向）に回転させて作業ロボットと壁２９と
の衝突を回避する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動的に所与の作業を
実施することを目的とする車両の移動システムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】このような機械はサービスロボットとも
呼ばれているが、多くの場合、点検作業、監視、核反応
器、精製所の周辺等の過酷な環境における危険な物質の
操作、あるいはまた、化学薬品の運搬または貯蔵用のタ
ンクもしくはスウィミング・プール等における浸漬清掃
の操作を行うために用いられる。

【０００３】これらロボットは、障害物を越えて地上
を、ときには階段さえも移動することができなければな
らないが、プールの潜水くぼみやある種のタンクで出合
う大きな下り勾配、あるいは鉛直表面上も移動しなけれ
ばならない。

【０００４】アメリカ合衆国特許出願第３，５５１，９
３０号に記載されているようなスウィミング・プールの
自動清掃装置が知られているが、それにおいては、電動
機およびポンプを備えた台車が床の上を適当に移動す
る。装置が障害物または壁にぶつかると、複雑な機械シ
ステムが該装置を回転することにより、後退させ、異な
る方向に導く。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この種の機械システム
は非常に重く、自動化にもプログラム化にも適さず、全
体の機械的複雑さのためにコスト高で、効率も芳しくな
い。

【０００６】並進運動用の別の電動機を用いることによ
りこれらの問題の解決が試みられた。車両を適当に移動
させるのではなく、プールの壁の間の往復運動を行わせ
る。機械が往復とも同じ軌道をたどるのを防ぐために、
壁に触れたとき多少回転させる。

【０００７】アメリカ合衆国特許出願第４，１６８，５
５７号ならびに第２，９８８，７６２号には、車輪
が壁に触れたときこれを多少偏向させる機械装置が記載
されている。

【０００８】前者の場合には、この作用は、機械に中心
のずれたフロートを備え付けることにより得られる。し
かし、このフロートの作用は、機械の浮力がフィルタ中
で蓄積された塵芥の重量によって変わるのに応じて変化
する。

【０００９】後者の場合には、台車に滑動可能なロッド
が備えられており、このロッドは、並進用電動機の方向
を逆転する継電器を作用させる。しかし、このような装
置は、特に、接触する障害物が平面状の表面をしていな
い、あるいは二つのロッドに同時に作用するのに充分大
きくないとき、機能が不規則であることがわかった。

【００１０】さらに、台車が角度９０°を成す平面壁に
達する、あるいは、角の厳密な二等分線に沿った二面体
中に嵌まり込んだ場合には、回転はなく、台車は同じ軌
道上に残ったままで往復運動を行うことになる。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に従う移動システ
ムは、これらの問題点を解決し、作業ロボットの移動の
課題に対して、この移動が、障害物を自動的に避けなが
ら適当に行われるか、または遠隔操作により行われる、
あるいはまたプログラム化された単純で、信頼性が高
く、柔軟で、経済的な解決策を構成する。

【００１２】本発明によれば、各々が継電器を介して一
つの駆動車輪またはキャタピラの回転方向の逆転を行う
ための障害物検出システムを備える独立した少なくとも
二つの駆動車輪またはキャタピラを備えた作業ロボット
は、上記車輪またはキャタピラの回転方向の逆転が、任
意の変わり得る時間の間に継電器により行われ、前方へ
の直線移動の前にロボットの回転を行うことを特徴とす
る。

【００１３】本発明によれば、それぞれが並進運動電動
機の回転方向の逆転を命令する継電器は、リード（Ｒｅ
ｅｄ）タイプであり、障害物の検出器により生じた外部
磁界により作動される。

【００１４】本発明に従い、リード継電器は、該継電器
に近い車輪またはカタピラからの信号により起こった磁
界の変動により初期位置に戻る。

【００１５】本発明を、例として示した添付の図面を参
照にしてさらに詳しく以下に説明する。

【００１６】

【実施例】図１〜３に示したロボットにおいて、ベース
１が電動ポンプ２およびフィルタ３を支持している。フ
ロート５を備えた電気ケーブル４は、箱６から動力供給
を行う（図４）。作業ロボットは、歯切りされた駆動車
輪９，１０により作動される二つのカタピラ７、８上を
移動する。後ろの車輪１１、１２はこの実施例では電動
機によって駆動されない。

【００１７】駆動車輪９、１０は、それぞれ減速歯車付
き電動機１３、１４に駆動される。ロボットのベース１
は、前方に、各々永久磁石１７、１８を支持し、それぞ
れ戻しばね１９、２０を備えた滑動軸１５、１６を備え
る。

【００１８】図示した実施例では、これら二つの軸１
５、１６は二つの末端２２、２３を備える棒２１により
接続されている。

【００１９】この実施例では、電動機は防水タイプでは
なく、非磁気材料で製造された防水ケース２４中に取り
付けられている。このケース２４中に、駆動車輪９、１
０の近傍で、滑動軸１５、１６に支持された磁石１７、
１８と向き合って二つのリードタイプ継電器２５、２６
を配置する。

【００２０】駆動車輪９、１０の各々は非磁気材料から
成り、内側面に固定された小さい永久磁石２７、２８を
それぞれ備える。

【００２１】作業ロボットがタンクまたはプールの壁２
９（図５）に接近すると、左側の軸１５に支持された永
久磁石１７が、継電器２５の方に滑り、継電器２５は磁
界によって作動され、これによって右側の電動機１４の
回転方向を逆転する。ロボットは、矢印３０の方向で回
転運動を行い、その間、戻しばね１９が磁石１７をその
静止位置に戻す。この間に、左側の駆動車輪９は回転し
ながら永久磁石２７を継電器２５の正面に導き、継電器
２５は、右側電動機１４の通常回転方向を再びたて直す
ことにより出発位置に戻る。ロボットは、直線軌道に沿
って前方に向かい再び出発する。

【００２２】この実施例では、左側の継電器２５は右側
の電動機１４に、また右側の継電器２６は左側の電動機
１３に、それぞれ作用し、これによってロボットは、軸
線３２と、壁２９に対する垂直線３３とが成す角度３１
を大きくして回転する。しかし、左側の継電器２５が左
側の電動機１３に、また右側の継電器２６が右側の電動
機１４に作用させることを妨げるものはなく、これによ
ってロボットは、壁２９に対して垂直に導かれ、後退
し、回転することによりここから出る。

【００２３】継電器２５（または２６）が制御してい
る電動機の回転方向を逆転する時間は、唯一、滑動軸に
よって支持された磁石１７（または１８）により継電
器が作動された時点と、継電器のすぐ近傍で駆動車輪に
より支持された磁石１７（または１８）の作用のもと
で継電器が通常位置に戻った時点の間に経過した時間に
よる。前方への通常進行を行うため、車輪またはカタピ
ラは、例えば、進行方向の逆転を可能にする自由な車輪
システムを備えた二つの後方車輪１１、１２を接続する
軸３４により同期化することができる。

【００２４】作業ロボットが、障害物またはへりを越え
るとき問題が生じる場合がよくあるが、このとき、前部
または後部に、駆動手段を備えたローラ、または主移動
システムにより駆動される回転ブラシを用いる。

【００２５】同様に、ベルトの下部ストランド上の、ば
ねにより与えられる歯切りローラ等の公知の手段を使用
することもでき、これによって、特にへりを越える場合
に、ベルトを走行面のでこぼこに合致させることができ
る。

【００２６】図面に示した作業ロボットは、通常、ポン
プ２と袋またはケース付きフィルタ（図示せず）を備え
ている。

【００２７】図６および７には、二つの半ブラシ３５、
３６から成るブラシを備えたロボットを示した。ポンプ
２（ここには図示せず）はノズル３７によりブラシの周
辺に剥がされた塵芥を吸引する。半ブラシ３５、３６
は、半ブラシ３５についてはピニオン３８、３９および
ベルトまたはカテナリー（小チェイン）４０を介して、
また半ブラシ３６についてはピニオン４１、４２および
ベルトまたはカテナリー４３を介して車輪９、１０によ
り作動される。

【００２８】ロボットが回転し、車輪９、１０が互いに
反対方向に回転すると、二つの半ブラシ３５、３６は、
互いに反対方向に作用することができる。

【００２９】吸引ノズル３７は、ロボットの台枠より大
きく、ブラシ３５、３６は補助ブラシ４４、４５を備
え、それぞれ柔軟な軸４６、４７を介して主要ブラシ３
５、３６に望ましくは柔軟に結合される補助ブラシ４
４、４５を備えれば便利である。

【００３０】各半ブラシ３５、３６は、一つまたは二つ
の回転腕４８を介してロボットに接続され、ばね４９に
よりブラシはタンクまたはプールの底に調節可能な圧力
を加えることができる。

【００３１】図８に示した実施例では、半ブラシ３５、
３６は吸引ノズル３７の内部に収納されている。この吸
引ノズル３７は、ゴム等の柔軟な材料から成り、ばね５
０によってロボット前方においてタンクまたはプールの
底に調節可能な圧力を加える。ノズルは、継ぎ部分（シ
ール）５１により柔軟に吸引ポンプ２（ここでは図示せ
ず）に接続されている。

【００３２】作業ロボットの簡略化した変形例（図９お
よび１０）では、ロボットは、二つの歯切りした駆動車
輪９’、１０’、柔軟な管５２を介して、プールの外側
にあるブール濾過回路のポンプに接続される吸引ノズル
３７’を備える。柔軟なチューブ５２は、一つまたは複
数のルーレット（ローラ）５３を備えれば便利である。

【００３３】この実施例で、二つの車輪９’、１０’
は、二面体中の作業を容易にする弾力的な二つの部品５
４、５５を介してノズル３７’に接続することができ
る。

【００３４】作業ロボットの別の変形例（図１１）で
は、ロボットは、関節でつなげられたまたは柔軟な台枠
に取り付けられた四つの駆動車輪９”、１０”、１
１”、１２”、ならびに前後左右に四つの同様に独立し
た柔軟な吸引ノズル３７を備えており、このような構成
により、二面体（コーナー）中または階段上で作業する
ことができる。一方で１３’、１３”、他方で１４’、
１４”の電動機は１つの同じ継電器により制御される。
ロボットは二つのポンプを備え、その台枠は５６および
５７で関節により連結されている。

【００３５】勿論、これら作業ロボットの変形例は全
て、ポンプ中に石や様々な金属片が入るのを防ぐための
硬質異物に対する網やトラップ、紙や野菜繊維を細かく
ちぎるための回転刃または回転糸付き装置、あるいは塩
素粒子を受けるための容器等、一連の公知の付属部品を
備えることができる。

【００３６】通常軽合金またはプラスチックで製造され
ているロボットが極めて軽くても、望ましくは回転アー
チ部分５９上に配置されるフロート５８（図１）を備え
れば有利である。フロートによって、勾配または鉛直方
向の壁上での移動が容易になる。

【００３７】このような作業ロボットも、その機能を改
善するために知られる一連の付属品または手段を備える
ことができる。センサ棒２１（図１〜３）は高さを調節
可能であり、その両端２２、２３は、ロボットが、水中
で機能する防水ではない電動機で案内されながら、壁に
沿って移動できるように、ルーレット（ローラ）および
多少固いばねにより構成することができる。例えば、ロ
ボットが階段の段をはい上がらなければならないとき、
ロボットは、水平位置から鉛直位置への通過を容易にす
る二つの追加歯切りローラを前部で使用する。

【００３８】作業ロボットの改善された例では、オペレ
ータが前述のような自動機能と手動機能の選択ができる
ように、適切な電気手段の制御箱が備えられ、その場
合、オペレータは距離を置いてロボットの軌道を修正し
たり、最も汚れた場所に移動させたりすることができ
る。この装置は、状況に従ってかなりの時間の節約を可
能にする。

【００３９】最後に、プログラム可能な例では、前述の
ような作業ロボットは、磁気あるいは他の標識上の各通
路で、その位置に正確に位置し、次の標識までプログラ
ム化された軌道に沿って移動する。プログラムがその終
わりに達すると、ロボットはその出口に導かれ、圧縮空
気の導入によってプールの表面に戻り、ロボットは適切
な手段でそこから出ることができる。

【００４０】作業ロボットが繰り返しまたは不規則な進
行方向の逆転を行うとき、給電ケーブルがねじれる可能
性がある。この問題を解決するため、ロボットは制御要
素を備える。これらの要素は、距離（オフセット）を計
算し、決定した時間間隔の後この距離をゼロに戻すこと
によって左および右への進行方向逆転の回数および時間
を両立させる。

【００４１】ロボットが予測できない障害物によって立
ち止まってしまうことを防ぐため、本発明によれば、規
則的な時間間隔で作用し、二つの電動機の進行方向の逆
転を生じさせ、それによって角度回転操作および前方に
向かう進行を取り戻すタイマー装置を備える。角度回転
は左右交互に行われる。

【００４２】勿論作業ロボットへの独立した電気供給を
用意することもできるが、嵩張りと重量を考慮すると、
それが可能な場合には必ずケーブルを通じてロボットに
給電することが望ましい。これによって遠隔制御が非常
に容易になる。浸漬して作業する作業ロボットについ
て、場合によっては巻きドラム上に配置される浮遊する
平板なケーブルを使用する。

【００４３】以上例として、プールの清掃用作業ロボッ
トの使用について説明してきたが、説明した装置は、例
えば、床および絨毯の清掃、検出および監視手段の移
動、ならびに侵入が困難または危険な箇所の点検等、そ
の他の作業にも充分に使用できることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】タンクまたは浸漬プールの清掃のための作業
ロボットの浸漬された状態における側面図。

【図２および３】それぞれ図１のロボットの正面図お
よび上面図。

【図４】動力供給箱の立面図。

【図５】タンクまたはプールの壁に接近したロボット
の上面図。

【図６および７】それぞれブラシを備えるロボットの
部分的な側面図および上面図。

【図８】ブラシ収納の変形例の断面図。

【図９および１０】それぞれ作業ロボットの変形例の
側面図および上面図。

【図１１】四つの車輪を備える作業ロボットのもう一
つの変形例の上面図。

【符号の説明】

１：ベース、２：電動ポンプ、３：フィルタ、４：電気
ケーブル、７，８：キャタピラ、９，１０，１１，１
２：駆動車輪、１３，１４：電動機、１７，１８：永久
磁石、１９，２０：戻しばね、２５，２６：継電器、３
５，３６：半ブラシ

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【手続補正書】

【提出日】平成４年４月１６日

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】追加

【補正内容】

【特許請求の範囲】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各々が継電器を介して一つの駆動車輪また
はキャタピラの回転方向の逆転を行うための障害物検出
システムを備える独立した少なくとも二つの駆動車輪ま
たはキャタピラを備えた作業ロボットであって、上記車
輪またはキャタピラの回転方向の逆転が、任意の変わり
得る時間の間に継電器により行われ、前方への直線移動
の前にロボットの回転を行うことを特徴とする作業ロボ
ット。
【請求項２】各々並進運動電動機の回転方向の逆転を制
御する継電器がリードタイプであり、障害物の検出器に
より生じた外側磁界により作動されることを特徴とする
請求項１記載の作業ロボット。
【請求項３】各々並進運動電動機の回転方向の逆転を制
御する継電器がリードタイプであり、近傍に配置された
コイル中の電流の通過により生じた外側磁界により作動
されることを特徴とする請求項１記載の作業ロボット。
【請求項４】リードタイプの継電器が、該継電器近傍の
車輪またはキャタピラから来た信号により起こった磁界
の変動により初期位置に戻ることを特徴とする請求項２
記載の作業ロボット。
【請求項５】上記信号が、上記継電器近傍の車輪または
キャタピラ（９、１０）により支持される永久磁石（１
７、１８）により発生することを特徴とする請求項４
記載の作業ロボット。
【請求項６】前部に、駆動車輪（９、１０）により駆動
される二つの半ブラシ（３５、３６）から成るブラシを
備え、各ブラシは対応する車輪と同じ回転方向であるこ
とを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の作
業ロボット。
【請求項７】上記半ブラシ（３５、３６）は、底に調節
可能な圧力を加えられる吸入ノズル（３７）の内側に収
納されることを特徴とする請求項６記載の作業ロボッ
ト。
【請求項８】タンクまたはプールの外側に位置するポン
プに柔軟なチューブ（５２）を介して接続される吸引ノ
ズル（３７’）を備えることを特徴とする請求項１〜７
のいずれか一項に記載の作業ロボット。
【請求項９】四つの駆動車輪（９”、１０”、１１”、
１２”）および四つの独立した吸引ノズル（３７”）を
有する、関節によって（５６、５７で）接続されたまた
は柔軟な台枠を備え、左側の二つの電動機（１３’、１
３”）および右側の二つの電動機（１４’、１４”）は
同じ一つの継電器により制御されることを特徴とする請
求項１〜７のいずれか一項に記載の作業ロボット。
【請求項１０】センサ棒（２１）が高さ調節可能であ
り、その両端（２２、２３）は、ルーレットもしくは多
少固いばねから成ることを特徴とする請求項１〜９のい
ずれか一項に記載の作業ロボット。
【請求項１１】左右の車輪またはキャタピラ（９、１０
または１１、１２もしくは７、８）が軸（３４）により
前方進行に同期化され、唯一つの車輪またはキャタピラ
の進行方向の逆転を可能にする自由車輪のシステムを備
えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に
記載の作業ロボット。
【請求項１２】制御箱が、手動の制御のために適切な電
気手段を備えることを特徴とする請求項１〜１１のいず
れか一項に記載の作業ロボット。
【請求項１３】磁気標識によりプログラム化された軌道
のもとにあることを特徴とする請求項１〜１１のいずれ
か一項に記載の作業ロボット。
【請求項１４】制御要素を備え、該要素は、給電ケーブ
ル（４）のねじりを防ぐために、オフセットを計算し、
所定時間間隔の後、上記オフセットをゼロに戻すことに
より左右への進行方向の逆転の回数および時間を両立す
ることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記
載の作業ロボット。
【請求項１５】規則的な時間間隔で作用し、二つの電動
機の進行方向の逆転を行わせることによって角度回転操
作および前方に向かう進行を取り戻すタイマー装置を備
え、該角度回転は左右交互に行われることを特徴とする
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の作業ロボット。