JPH08504521A - 自走ランダム移動電気機械および対応する電気機械の移動を制御する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は障害を含む移動限界内における、自走ランダム移動電気機械の移動を制御する方法で、機械の中央面の両側に装架された少なくとも二つのセンサを有し、該機械が前進せしめられ（位相ａ）、機械の移動方向が、障害または移動限界の感知信号に応答して、所定の距離に亙って逆転せしめられ（位相ｂ）、機械の移動方向が、信号を伝送したセンサと反対の方に、該機械を所定角度だけ回転させることによって変換され（位相ｃ）、かつ機械の移動方向が再び逆転されるようになっている。本発明の方法を実施するための電気機械、特に芝刈機を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】 自走ランダム移動電気機械および対応する電気機械の移動を制御する方法 本発明は自走ランダム移動電気機械の移動を制御する方法と、該方法を実施す る電気機械、特に芝刈機に関するものである。 在来においても、手動芝刈機を使用して行う煩雑な芝刈作業に代わる、無人自 走ロボットによる作業が試みられてきた。このようなロボットの設計、構造およ び利用に対して解決するべき問題の一つは、その移動の制御であり、該ロボット が移動の周囲限界内に留まり、かつ固定または可動障害を避け得ると共に、芝刈 機のランダム移動が、芝刈りを行わんとする全区域にまたがるようにすることで ある。ＵＳ−Ａ−３ ５５０ ７１４には、限界内を随意に移動する芝刈機で、 芝刈りを行わんとする区域の周囲に導体を有し、かつ芝刈機に装架されたセンサ によって検出された信号を伝送する芝刈機が記載されている。ランダム移動は、 センサが導体によって伝送される信号を検出した時に、芝刈機の移動方向を逆転 せしめ、かつ方向を９０°変換させることによって得られる。しかしながら、こ の芝刈機には、庭園内の固定障害（樹木、プランター）または可動障害（人物、 動物、玩具）を識別する装置が設けられていない。 在来においても、可動機械に障害センサを装備することは知られていたが、こ れら機械はそれ自体によって感知する周囲限界内で、ランダム移動を行うように は設計されていない。 したがって問題は、自走ランダム移動電気機械で、機械の移動軸線が通る前方 、後方および中央面を有するシャーシと、少なくとも二つの駆動およびかじ取り 車輪と、少なくとも一つの車輪駆動ユニットと、少なくとも一つの障害または移 動限界センサと、単数または複数のセンサによって伝送される信号に応答して、 機械の移動を制御する装置とを有し、周囲限界内における機械のランダム移動を 可能にすると共に、該限界内の障害を回避し、かつ全限定区域に亙る通過を可能 にするようになった自走ランダム移動電気機械の運動を制御することである。 この問題は本発明によれば、前記機械にその中央面の両側に装架された少なく とも二つのセンサを設け、機械を前進せしめ得るようにし、機械の移動方向を、 障害または移動限界感知信号に応答して、所定の距離に亙り逆転せしめ、機械の 移動方向が、信号を伝送したセンサと反対の方向に、機械を所定の角度だけ回転 させることによって変換されるようにし、かつ機械の移動方向を再び逆転させる ことによって解決される。 障害または移動限界が機械の前進中に感知された時には、所定角度は９０℃よ り大となるようにし、障害または移動限界が機械の後退中に感知された時には、 ９０゜より小となるようにすることが好ましい。 機械が後退時に、その前進通路内には存在しなかった障害（可動障害、人物、 動物、ボール）と接触し、または移動限界に達した時には、移動方向は後退距離 より短い所定距離に亙って逆転され、次いで方向が変換される。 移動限界は物的障害（境界金網、低壁等）と考えられ、この場合は障害センサ によって感知することができる。しかしながら、移動限界は区域の周囲に置かれ た導体によって伝送され、かつ機械に装架された対応するセンサによって検知さ れる電気的または磁気的信号となすことが望ましい。 後者の場合は、機械の移動限界を形成するように区域の周囲を伝送される信号 を検出するように設計された二つのセンサを、機械に装備し、これらセンサが機 械中央面の両側に位置するようにし、作動されたセンサと反対の方に方向変換が 行われるようになすことが好ましい。 障害センサは、前方左右に１個づつ、二つのセンサを使用し、後方には一つの センサを設け、後退時に感知される障害の位置とは関係なく、前進時に作動され たセンサと反対の方に方向変換が行われるようにされる。 障害センサは目的物と接触した時に、制御装置に対する信号を発生する触覚セ ンサであり、または目的物がセンサの作動分野に入った時に、信号を伝送する赤 外線センサである。言うまでもなく、機械には両方の形式のセンサを装備し、特 に機械が人物または動物と接触するのを阻止するようになすことができる。 本発明はなお、前述の方法を実施する電気機械で、その中央面の両側に装架さ れた、少なくとも二つのセンサを有する電気機械を提供するものである。 特に有利な実施例においては、機械はその中央面の両側に配置された二つの駆 動かじ取り車輪と、該中央面内の一点に装架された一つの遊動車輪だけを有し、 機械の移動方向の変換が、一つの車輪の、他の車輪に対する回転方向を逆転させ ることによって行われる。 本発明による方法及び機械の前記利点および他の利点は、添付図面によって次 に行う説明によって明らかとなる： 第１図は機械が前進時に障害または移動限界に遭遇した場合に、該機械が行う 作業の順序の概要を示す。 第２図は機械が第１図に示された作業を行う場合後退中に、障害または移動限 界に遭遇した時に、該機械が行う作業の順序の概要を示す。 次の説明は芝刈機に関するものであるが、障害に遭遇した時に、ランダム移動 が所定の境界内で制御されるようになった任意の電気機械の場合も同様である。 この図において芝刈機は、シャーシ１ａと、該シャーシ上に装架された二つの かじ取駆動輪２ａ、２ｂおよび遊動輪３から成るものとして略図的に示されてい る。好ましくは、二つの駆動輪は中央面の両側において、シャーシの前方に装架 され、一方車輪３は中央面内に位置する一点において装架される。このようにし て芝刈機の移動軸線は中央面内に含まれるようになる。 芝刈機は通常、駆動輪を駆動するための単数または複数のモータ、これらモー タに対する動力源で、再充電可能の電池または太陽コレクタによって付勢される 電池となし得る動力源、および電池に接続されたモータによって駆動される芝刈 機ユニットを有している。これらモータに接続された制御装置は、後述の種々の センサから受入れる信号に従って、該モータに始動または停止信号を送る。この 装置は電気機械的または電子的装置（マイクロプロセッサ）となすことができ、 かつ通常は芝刈機に装架されたセンサおよび駆動モータに接続することができる 。図を見やすくするために、この装置、駆動モータ、芝刈機ユニット、電池およ びこれらの間の接続は図示されていない。 芝刈機はその前方に装架された二つの触角センサを有している。この二つの別 個のセンサを使用することによって、障害の位置する側を決定することができ、 したがって感知した障害が位置する側と反対の方に向かう、方向変換を選択する ことができる。センサは芝刈機の前方に位置するものとは限らず、特に芝刈機の 前部が丸みを有している場合には、その側部に沿って延びるようにされる。触角 センサ５は芝刈機の後部に位置し、同様に芝刈機の後部が丸みを有している場合 には、側部に沿って延びるようになすことができる。 二つのセンサ６ａおよび６ｂは、芝刈機の中央面の両側に設けられ、かつその 形式は使用する周囲限界の形式に応じて選択される。限界によって伝送される信 号は電気的なもの、または磁気的なものとなすことができ、この時センサ６ａ、 ６ｂは明らかにこれに合わせて選択される。中央面の両側に配置する場合、二つ のセンサの正確な位置は、芝刈機の作業に対して決定的なものではない。 第１図において、矢印Ａ１およびＡ２はそれぞれ車輪２ａ、２ｂの回転方向を 示し、かつ矢印Ｂは異なる位相における、芝刈機の移動方向を示す。 位相ａにおいては、芝刈機は軸線ＸＸに沿って前方に移動する。触角センサが 障害７と接触すれば（第１図に示された場合、障害は軸線ＸＸの左側に位置し、 したがって触角センサ４ａが付勢される）、センサ４ａから発出した信号は制御 装置に伝送され、これは芝刈機の停止および位相ｂへの移動を指令する。位相ｂ においては芝刈機は軸線ＸＸに沿って移動し、所定の距離、たとえば１メートル に亙って後退する。 次に制御装置は、位相ｃに移動するように指令を発し、この位相において芝刈 機の移動方向が変換される。障害７の検出信号を伝送したセンサ４ａの側に位置 する車輪２ａは、前方に回転し、一方車輪２ｂは所定の時間中、所定回転角αに 達するまで後方に回転する。この回転の最後に、芝刈機は軸線Ｘ’Ｘ’に沿って 方向づけされ、かつ前進指令を受入れる。 位相ｂ（後退位相）において、芝刈機が障害８または移動限界と接触すれば、 関連センサ（触覚センサ５またはセンサ６ａあるいは６ｂ）は信号を伝送し、芝 刈機は前回の後退距離より小さな距離だけ前進するように指令を受入れる。これ は第２図に示されてた位相ｂ’である。芝刈機は障害７に達する前に停止し、か つ位相ａにおける感知によって表示される側の回転により、位相ｃに入るように 指令を受入れるが、適当な角度βにしたがって移動軸線Ｘ”Ｘ”を有するように なる。芝刈機は次に前進指令を受入れ、かつ前述の障害７および８から離れる。 この障害７および８は、センサ６ａおよび（または）６ｂによって検出される芝 刈機の移動限界を表すものとなすことができる。 芝刈機の設計ランダム移動が、移動限界内に含まれる全区域をカバーするよう になすためには、前方感知時における方向変換角αが９０゜より大きく、これに 反し、後方感知に起因する方向変換角βは、９０゜以下となるようにする方が有 利であることが分かった。 前述の如く、芝刈機のかじ取り駆動輪が二つだけの場合は、方向の変換は、こ の二つの車輪の回転方向を相互に逆にし、シャーシ上に遊動的に装架された車輪 ３が、芝刈機の移動に従うようになすことによって有利に行われる。言うまでも なく、前述の数と異なる数の駆動輪を使用することができ、この場合の方向の変 換は、後退または前進の何れにおいても、移動によって行われる。 芝刈機１が二つの駆動輪２ａ、２ｂだけを有する場合は、各車輪にそれ自体の 駆動モータを設け、二つの車輪を反対方向に回転させる時に要する、複雑な機構 を避けるようにする方が有利である。 芝刈機の芝刈ユニット、または電気機械上に装架される工具は何れも、車輪駆 動モータとは別個のモータによって駆動される。このことは想定可能であり、実 際に芝刈機に対して一般に行われ、芝刈ユニットまたは工具は、位相ｂおよびｃ 、特に位相ｂ’において、対応するモータを停止せしめ、または切離すことによ って不態化されるようにする。 触覚センサ４ａ、４ｂおよび（または）５の代わりに、他の形式のセンサ、た とえば、その作動分野内の障害を表示する赤外線センサを使用することができる 。前述の如く安全上の見地から、触覚センサ４ａ、４ｂおよび５を使用し、さら に機械が接触した時に驚かされるような生物の存在を検知するように設計された 、赤外線センサをこれに追加することが有利である。 触覚センサは感圧センサを含むものとなすことができる。特に内方導電部分を 含むゴム管から成る導体を使用し、該管が障害に対して圧縮された時に、これと 接触し、芝刈機の制御装置に信号を送るようになすことが有用である。 芝刈機または電気機械はその作業、またはその適当な使用に必要な安全装置を 備えている。たとえば芝刈工具が、芝刈機の下を通る障害（枝、石）と接触した 時には、センサは芝刈工具のモータに対する供給電力を制御し、もし電流が所定 の制限値を超えれば、制御値が機械の停止を指令し、かつ位相ａ、ｂおよびｃを 行わせる。同様に、もし一つまたは両方の車輪が地面内の穴または溝と接触すれ ば、芝刈機は作業ａ、ｂおよびｃを行い、この状態は芝刈機が溝から具合よく脱 出するまで続く。芝刈機が何らの効果を伴うことなく、位相ａ、ｂおよびｃをｎ 回行った時に、芝刈機が停止するようになすことができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年９月７日 【補正内容】 明細書 自走ランダム移動電気機械および対応する電気機械の移動を制御する方法 本発明は自走ランダム移動電気機械の移動を制御する方法と、該方法を実施す る電気機械、特に芝刈機に関するものである。 在来においても、手動芝刈機を使用して行う煩雑な芝刈作業に代わる、無人自 走ロボットによる作業が試みられてきた。このようなロボットの設計、構造およ び利用に対して解決するべき問題の一つは、その移動の制御であり、該ロボット が移動の周囲限界内に留まり、かつ固定または可動障害を避け得ると共に、芝刈 機のランダム移動が、芝刈りを行わんとする全区域にまたがるようにすることで ある。ＵＳ−Ａ−３ ５５０ ７１４には、限界内を随意に移動する芝刈機で、 芝刈りを行わんとする区域の周囲に導体を有し、かつ芝刈機に装架されたセンサ によって検出された信号を伝送する芝刈機が記載されている。ランダム移動は、 センサが導体によって伝送される信号を検出した時に、芝刈機の移動方向を逆転 せしめ、かつ方向を９０°変換させることによって得られる。しかしながら、こ の芝刈機には、庭園内の固定障害（樹木、プランター）または可動障害（人物、 動物、玩具）を識別する装置が設けられていない。 在来においても、可動機械に障害センサを装備することは知られていたが、こ れら機械はそれ自体によって感知する周囲限界内で、ランダム移動を行うように は設計されていない。 したがって問題は、自走ランダム移動電気機械で、機械の移動軸線が通る前方 、後方および中央面を有するシャーシと、少なくとも二つの駆動およびかじ取り 車輪と、少なくとも一つの車輪駆動ユニットと、少なくとも一つの障害または移 動限界センサと、単数または複数のセンサによって伝送される信号に応答して、 機械の移動を制御する装置とを有し、周囲限界内における機械のランダム移動を 可能にすると共に、該限界内の障害を回避し、かつ全限定区域に亙る通過を可能 にするようになった自走ランダム移動電気機械の運動を制御することである。 ＦＲ−Ａ−２ ６４５ ７００によれば、このような機械は、その中央面の 両側に装架された少なくとも二つのセンサを有し、該機械は前進するように形成 され、機械の移動方向は、障害または移動限界感知信号に応答して、所定時間中 に逆転せしめられ、機械の移動方向は該機械を、信号を伝送したセンサと反対の 方向に、所定角度だけ回転させることによって変換され、かつ機械の移動方向が 再び逆転される。 本発明においては、前記設定角度は、機械の前進時に障害または移動限界が感 知された場合には、９０゜よりは大きく、機械の後退時に障害または移動限界が 感知された場合には、９０゜より小となるようにされている。 機械が後退時に、その前進通路内には存在しなかった障害（可動障害、人物、 動物、ボール）と接触し、または移動限界に達した時には、移動方向は後退距離 より短い所定距離に亙って逆転され、次いで方向が変換される。 移動限界は物的障害（境界金網、低壁等）と考えられ、この場合は障害センサ によって感知することができる。しかしながら、移動限界は区域の周囲に置かれ た導体によって伝送され、かつ機械に装架された対応するセンサによって検知さ れる電気的または磁気的信号となすことが望ましい。 後者の場合は、機械の移動限界を形成するように区域の周囲を伝送される信号 を検出するように設計された二つのセンサを、機械に装備し、これらセンサが機 械中央面の両側に位置するようにし、作動されたセンサと反対の方に方向変換が 行われるようになすことが好ましい。 障害センサは、前方左右に１個づつ、二つのセンサを使用し、後方には一つの センサを設け、後退時に感知される障害の位置とは関係なく、前進時に作動され たセンサと反対の方に方向変換が行われるようにされる。 障害センサは目的物と接触した時に、制御装置に対する信号を発生する触覚セ ンサであり、または目的物がセンサの作動分野に入った時に、信号を伝送する赤 外線センサである。言うまでもなく、機械には両方の形式のセンサを装備し、特 に機械が人物または動物と接触するのを阻止するようになすことができる。 本発明はなお、前述の方法を実施する電気機械で、その中央面の両側に装架さ れた、少なくとも二つのセンサを有する電気機械を提供するものである。 特に有利な実施例においては、機械はその中央面の両側に配置された二つの駆 【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年９月１６日 【補正内容】 請求の範囲 １．自走ランダム移動電気機械の移動を制御する方法で、機械の移動軸線が通 る前方、後方および中央面を有するシャーシ（１ａ）と、少なくとも二つの駆動 およびかじ取り車輪（２ａ、２ｂ）と、少なくとも一つの車輪駆動ユニットと、 少なくとも一つの障害または移動限界センサと、単数または複数のセンサ（４ａ 、４ｂ）によって伝送された信号に応答して、機械の移動を制御する装置とを有 する方法において、機械がその中央面の両側に装架された少なくとも二つのセン サを有し、機械が前進せしめられ、機械の移動方向が、該機械を信号を発出した センサ（４ａ、４ｂ）と反対の方向に、所定の角度だけ回転させることによって 変換されるようになっている方法において、前記所定の角度が、機械の前進時に 障害または移動限界が感知された場合には９０゜より大きく、機械の後退時に障 害または移動限界が感知された場合には９０゜より小さく、かつ機械の移動方向 が再び逆転されるようになっていることを特徴とする方法。 ２．後退時に伝送される感知信号に応答して、移動方向が後退距離より短い、 所定距離に亙って逆転し、次いで方向が変換する、請求項１記載の方法。 ３．機械の中央面の両側に装架された二つの電磁センサが使用され、機械の移 動限界を形成する、電線の閉鎖ループによって形成される電界または磁界の存在 を感知するようになっている、請求項１または２記載の方法。 ４．機械の移動限界内に位置する障害を感知するために、触覚または赤外線セ ンサが使用される、請求項１から３までの何れか一つに記載の方法。 ５．移動限界によって画界される区域上を作動する工具を備えた機械に使用さ れる方法で、工具の作業が機械移動方向の逆転時、または方向の変換時に停止せ しめられる請求項１から４までの何れか一つに記載の方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．自走ランダム移動電気機械で、機械の移動軸線が通る前方、後方および中 央面を有するシャーシと、少なくとも一つの駆動およびかじ取り車輪と、少なく とも一つの車輪駆動ユニットと、少なくとも一つの障害または移動限界センサと 、単数または複数のセンサによって伝送される信号に応答して、機械の移動を制 御する装置とを有する自走ランダム移動電気機械を制御する方法において、機械 がその中央面の両側に装架された、少なくとも二つのセンサを有し、機械が前進 せしめられ、障害または移動限界の感知を表す信号に応答して、機械の移動方向 が、所定距離に亙って逆転せしめられ、機械の移動方向が、該機械を信号を伝送 したセンサと反対の方向に、所定の角度だけ回転させることによって変換せしめ られ、もし障害または移動限界が機械の前進時に感知される場合には、所定角度 は９０℃より大であり、もし障害または移動限界が機械の後退時に感知される場 合には、９０℃より小であり、かつ機械の移動方向が再び逆転するようになって いる方法。 ２．後退時に伝送される感知信号に応答して、移動方向が後退距離より短い、 所定距離に亙って逆転し、次いで方向が変換する、請求項１記載の方法。 ３．機械の中央面の両側に装架された二つの電磁センサが使用され、機械の移 動限界を形成する、電線の閉鎖ループによって形成される電界または磁界の存在 を感知するようになっている、請求項１または２記載の方法。 ４．機械の移動限界内に位置する障害を感知するために、触覚または赤外線セ ンサが使用される、請求項１から３までの何れか一つに記載の方法。 ５．移動限界によって画界される区域上を作動する工具を備えた機械に使用さ れる方法で、工具の作業が機械移動方向の逆転時、または方向の変換時に停止せ しめられる請求項１から４までの何れか一つに記載の方法。 ６．機械の移動軸線が通る前面、後面および中央面を有するシャーシと、少な くとも二つの駆動かじ取り車輪と、少なくとも二つの車輪駆動ユニットと、少な くとも一つの障害または移動限界センサと、単数または複数のセンサによって伝 送された信号に応答して、機械の移動を制御する装置とから成る、請求項１から ５までの何れか一つに記載の方法を使用する、自走ランダム移動電気機械で、該 機械がその中央面の両側に装架された、少なくとも二つのセンサを有している電 気機械。 ７．電気機械で、その中央面の両側に位置する二つだけの駆動かじ取り車輪（ ２ａ、２ｂ）と、中央面の一点に装架された遊動輪（３）とを有し、機械の移動 方向の変換が、一つの駆動輪が他の駆動輪に対して方向を逆転することによって 行われる、請求項６記載の電気機械。 ８．前方に二つの触覚センサが取付けられ、後方に一つの触覚センサが取付け られている、請求項６または７記載の電気機械。 ９．中央面の両側に位置する二つの電磁センサを有する、請求項６から８まで の何れか一つに記載の電気機械。 10．本質的に前方に向く赤外線センサを有する、請求項６から９までの何れか 一つに記載の電気機械。