JPH09319431A

JPH09319431A - 移動ロボット

Info

Publication number: JPH09319431A
Application number: JP8140237A
Authority: JP
Inventors: Nobukazu Kawagoe; 宣和川越; Takayuki Hamaguchi; 敬行浜口; Takashi Matsuo; 隆松尾
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1996-06-03
Filing date: 1996-06-03
Publication date: 1997-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】超音波センサの取付位置が低い場合でも、対
象物までの距離を正確に計測できる移動ロボットを提供
すること。【解決手段】移動ロボットは、対象物に対して超音波
を放射し、対象物によって反射した超音波の反射波を検
出することで対象物までの距離を測距する測距センサ３
０３ａ，３０３ｂ，３０３ｃと、ロボット外周面よりロ
ボット内部に向かう所定の長さの超音波通路の内面にあ
り超音波を吸収するための超音波吸収部材３０４とを設
けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波式測距セン
サを有する移動ロボットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】所定の作業、たとえば、清掃作業、運搬
作業等を行ないながら走行する走行ロボットが種々開発
されている。従来のロボットにおいては、壁などの対象
物に沿って走行するために、対象物までの距離を測定し
ながら移動するものがある。この種のロボットにおいて
は対象物までの距離を測定するために超音波センサを装
備しているものがある。また、前方の障害物の有無を検
出するために、超音波センサを装備しているものもあ
る。

【０００３】この超音波センサは、対象物に対して超音
波パルスを放射し、対象物で反射した反射波がセンサに
戻ってくるまでの時間を計測して、対象物までの距離を
計測している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】移動ロボットに装備す
る超音波センサの位置が、床面に対してある程度の高さ
にあれば特に問題とならないが、移動ロボットの車高が
低く超音波センサの取付位置が床面に対してそれほど高
さがない場合には以下のような問題がある。

【０００５】図９は、超音波センサの取付位置が低い場
合の移動ロボットを示す図である。移動ロボットの本体
９０１の前面に超音波センサ９０２が取付けられてい
る。超音波センサ９０２から放射された超音波はある程
度の広がりを持つので、超音波センサ９０２の位置が低
いと床面上の水、コード、タイルの継ぎ目等で乱反射９
０３を起こし、超音波センサ９０２はその反射波を誤っ
て検出するので、対象物までの正確な距離が測定できな
くなる。

【０００６】本発明は超音波センサの取付位置が低い場
合でも、対象物までの距離を正確に計測できる移動ロボ
ットを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の移動ロボットは、対象物に対し
て超音波を放射し、対象物によって反射した超音波の反
射波を検出することで対象物までの距離を測距する測距
手段と、ロボット外周面よりロボット内部に向かう所定
の長さの超音波通路を有し、測距手段は超音波通路のロ
ボット内部側に設けられていることを特徴とする。

【０００８】請求項２に記載の移動ロボットは、請求項
１に記載の移動ロボットであって、超音波通路の内面に
超音波を吸収するための超音波吸収手段を設けたことを
特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態にお
ける移動ロボットの全体構成を示す斜視図である。図１
に示すように、移動ロボットはロボット本体１０１、清
掃作業部１０２、バンパー型センサ１０３、距離測定窓
１０４、接触センサ１０５、バッテリ１０６、作業液タ
ンク１０７、操作パネル１０８、メモリカード挿入部１
０９、把手１１０を含む。

【００１０】ロボット本体１０１の後部に取付けられた
清掃作業部１０２は、矢印で示すように左右方向にスラ
イド可能となるように設けられている。また、清掃作業
部１０２には、図示しないが清掃用ブラシが内部に設け
られており、その回転によって清掃を可能にしている。

【００１１】ロボット本体１０１の前面部に取付けられ
たバンパー型センサ１０３は、移動ロボットの移動に伴
なう障害物との接触を検知するセンサである。このバン
パー型センサ１０３の下部には距離測定窓１０４が設け
られており、図示しない駆動部に設置された測距センサ
により測距を可能にしている。

【００１２】接触センサ１０５は、移動ロボットの移動
の際の壁面との接触を検知するためのセンサであり、壁
面との接触により水平方向に回転し、その回転角度を検
出する。前後に設置された２つの接触センサ１０５のそ
れぞれの回転角度から、移動ロボットと壁面との角度と
距離を算出することによって、移動ロボットの壁面に対
する倣い走行を可能にしている。

【００１３】バッテリ１０６は、移動ロボットが消費す
る電気を供給する。バッテリ１０６の重量は重いので、
清掃作業部１０２とのバランスをとるために本体前部に
設置している。すなわち、移動ロボットの前部が軽く後
部のみが重いと、駆動輪によるトルクが地面に伝わら
ず、駆動輪がスリップすることになるので、それを防止
するためにバッテリ１０６を本体前部に設置している。

【００１４】作業液タンク１０７は、清掃作業部１０２
に設けられたブラシに供給される作業液を蓄えておくた
めのタンクである。この作業液タンク１０７は取外しが
可能であり、取外した作業液タンク１０７に作業液を入
れて、元の位置に戻すことによって作業液の供給を可能
にしている。

【００１５】操作パネル１０８上には、移動ロボットの
操作のためのスイッチ等が設けられている。操作パネル
１０８は、特に本発明と関係がないので詳細な説明は省
略する。

【００１６】メモリカード挿入部１０９は、移動ロボッ
トの作業手順等を登録したメモリカードを挿入するため
の部分である。

【００１７】この移動ロボットを持上げて運ぶ際に、把
手１１０が使用される。図２は、図１に示す移動ロボッ
トの前面部に設置されたバンパー型センサ１０３を取外
した状態を示す斜視図である。

【００１８】ロボット本体１０１の下に駆動部２０１が
独立して設けられており、駆動部２０１に対しロボット
本体１０１が回転可能となるように設置されている。し
たがって、ロボット本体１０１を回転して駆動部２０１
による走行を行なうとによって、移動ロボットはロボッ
ト本体１０１に対して前後左右いずれの方向にも走行が
可能となる。

【００１９】スイッチ２０２は、障害物との接触を検知
するためのものである。バンパー型センサ１０３を取付
けた状態では、このバンパー型センサ１０３がロボット
本体に対して前後にスライドするようになっている。し
たがって、移動ロボットが移動中に、バンパー型センサ
１０３に障害物が接触すると、バンパー型センサ１０３
が後方へ移動して、その内側に設置されたスイッチ２０
２のいずれかが押下されて障害物との接触が検知でき
る。

【００２０】図３は、本発明の実施の形態における移動
ロボットの駆動部を示す上面図、図４はその側面図であ
る。

【００２１】駆動部２０１は、駆動輪３０１Ｒ，３０１
Ｌ、自在キャスタ輪３０２Ｆ，３０２Ｂ、測距センサ３
０３ａ，３０３ｂ，３０３ｃ、超音波吸収部材３０４を
含む。

【００２２】駆動部２０１の前方には、自在キャスタ輪
３０２Ｆが任意の方向に回転可能となるように取付けら
れている。同様に駆動部２０１の後方には自在キャスタ
輪３０２Ｂが取付けられている。駆動部２０１の右側に
は駆動輪３０１Ｒが取付けられており、駆動輪３０１Ｒ
には図示しない駆動輪用モータからの回転が伝達され
る。同様に、駆動部２０１の左側には駆動輪３０１Ｌが
取付けられており、駆動輪３０１Ｌには図示しない駆動
輪用モータからの回転が伝達される。

【００２３】すなわち駆動輪３０１Ｒと３０１Ｌをそれ
ぞれ独立に制御することができ、このことによって移動
ロボットは走行可能となる。左右の駆動輪３０１Ｒおよ
び３０１Ｌを同じ方向に回転させることによって、移動
ロボットは前進または後進を行なう。また、駆動輪３０
１Ｒまたは３０１Ｌのいずれか一方の回転数を増減させ
ることによって、移動ロボットはカーブ走行を行なう。
また、駆動輪３０１Ｒおよび３０１Ｌをそれぞれ同じ回
転数で逆方向に回転させることによってスピンターンが
可能である。

【００２４】測距センサ３０３ａ，３０３ｂおよび３０
３ｃは、それぞれ超音波センサで構成されており、それ
ぞれ前方、右方向、左方向の対象物の測距を行なう。前
方の測距を行なう測距センサ３０３ａは前方に存在する
障害物を検出するために用いられる。右方向、左方向の
測距を行なう測距センサ３０３ｂ，３０３ｃは、ロボッ
トが壁に沿って走行する際に壁までの距離を測定するた
めに用いられる。

【００２５】超音波吸収部材３０４は、測距センサ３０
３ａ，３０３ｂ，３０３ｃの超音波の通路に隣接する上
面または下面に設置されており、測距センサ３０３ａ，
３０３ｂ，３０３ｃから放射された超音波のうち、上下
方向に広がる超音波を吸収する。したがって、測距セン
サ３０３ａ，３０３ｂ，３０３ｃから放射された超音波
は、上下方向に対して直進する超音波のみが対象物に当
たることになる。したがって、測距センサ３０３ａ，３
０３ｂ，３０３ｃから近距離にある床面上の水、コー
ド、タイルの継ぎ目等には超音波が当りにくくなる。こ
のように、ロボット本体１０１の外周面に対し測距セン
サ３０３ａ，３０３ｂ，３０３ｃの位置を奥まらせ、超
音波通路を設けたことにより床面からの乱反射の影響を
抑制できる。

【００２６】超音波吸収部材３０４は、スポンジ、植毛
布等、超音波を吸収する材料からなる。また、超音波吸
収部材３０４は、測距センサ３０３ａ，３０３ｂ，３０
３ｃから放射された超音波による床面上での乱反射のみ
を防止するのであれば、超音波の通路に隣接する下面に
だけ設置すればよい。

【００２７】図５は、測距センサおよび超音波吸収部材
の拡大図である。測距センサ３０３は、駆動部２０１に
設けられた駆動部上側台板５０１および駆動部下側台板
５０２の間に設置される。測距センサ３０３から放射さ
れた超音波の通路に対して隣接するように、超音波吸収
部材３０４ａおよび３０４ｂが取付けられている。すな
わち、駆動部上側台板５０１の下側に超音波吸収部材３
０４ａが取付けられ、駆動部下側台板５０２の上側に超
音波吸収部材３０４ｂが取付けられている。測距センサ
３０３から放射された超音波のうち、超音波吸収部材３
０４ａによって上方へ広がる超音波が吸収され、超音波
吸収部材３０４ｂによって下方へ広がる超音波が吸収さ
れることによって、指向性の高い超音波のみが放射され
る。

【００２８】また、埃等のごみが超音波吸収部材３０４
ａ，３０４ｂに引っかかるので、測距センサ３０３の表
面にごみが付きにくくなり、測距の性能を保つことがで
きる。また、超音波吸収部材３０４ａ，３０４ｂを着脱
可能とすることによって、付いたごみを取り除くことが
容易に行なえるようになる。

【００２９】図６は、測距センサおよび超音波吸収部材
の寸法と不要反射との関係を示す図である。駆動部上側
台板５０１に取付けられる超音波吸収部材３０４ａの寸
法は、厚さ３ｍｍ、長さ３０ｍｍである。駆動部下側台
板５０２に取付けられる超音波吸収部材３０４ｂの寸法
は、厚さ６ｍｍ、長さ３０ｍｍである。また、開口部の
長さが２４．５ｍｍであるので図中の角度θは次式で求
められる。

【００３０】 θ＝ａｒｃｔａｎ（２４．５／３０）＝３９．２３°…（１）理論的には、超音波センサの上端から放射された超音波
はＢ点に到達するので、Ｂ点より前方に不要物があれ
ば、その不要反射を検出する。しかし、超音波センサの
上端から放射される超音波の出力（パワー）は小さく、
中心に近づくほど超音波の出力は大きくなる。また、超
音波センサ自体の指向角特性により、超音波センサ表面
を基準とする法線方向に対して、角度が大きくなると出
力が小さくなる。したがって、その不要反射はノイズ程
度のものにすぎない。また、超音波センサの性能、超音
波の減衰等の影響もあるが、実験からθは４５°以下が
望ましいという結果が出た。

【００３１】図７は、超音波吸収部材の寸法とバンパー
型センサの寸法との関係を示す図である。（ａ）は、超
音波吸収部材３０４ａおよび３０４ｂを厚くして、開口
部の幅を２１ｍｍにした場合である。バンパー型センサ
１０３の距離測定窓１０４の下側端に超音波が当たらな
い範囲でバンパー型センサ１０３の距離測定窓１０４周
辺の肉厚を決めることができる。図７（ａ）に示すよう
に、開口部を２１ｍｍにした場合は、バンパー型センサ
１０３の距離測定窓１０４の下側端の高さを高くするこ
とができ、厚みも大きくできるのでバンパー型センサ１
０３の強度を増すことができる。このときのθの値は３
５°である。

【００３２】一方、図７（ｂ）は、超音波吸収部材３０
４ａおよび３０４ｂを薄くして開口部の幅を３０ｍｍに
した場合である。バンパー型センサ１０３の距離測定窓
１０４の下側端に超音波が当たらない範囲でバンパー型
センサ１０３の距離測定窓１０４周辺の肉厚を決める
と、図７（ｂ）に示すように距離測定窓１０４の下側端
の肉厚が薄くなり、強度不足となる。したがって、バン
パーの強度を確保するためにはθが３５°以下であるこ
とが望ましい。また、バンパー型センサ１０３の距離測
定窓１０４が小さくなるので、バンパー型センサ１０３
の不感領域が小さくなる。

【００３３】図８は超音波の通路の上下に超音波を吸収
しない材料を設置した場合を示す図である。測距センサ
３０３からの超音波の通路を駆動部上側台板５０１およ
び駆動部下側台板５０２で覆った場合、それらの表面で
乱反射８０４が生じる。しかし、駆動部上側台板５０１
および駆動部下側台板５０２の表面を滑らかにすること
によって、その乱反射を抑えることができ、外周面に対
しセンサ位置を奥まらせ、超音波通路を設けたことによ
り、床面からの乱反射の影響も抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における移動ロボットの全
体構成を示す斜視図である。

【図２】図１に示す移動ロボットの前面部に設置された
バンパー型センサを取り外した状態を示す斜視図であ
る。

【図３】本発明の実施の形態における移動ロボットの駆
動部を示す上面図である。

【図４】本発明の実施の形態における移動ロボットの駆
動部を示す側面図である。

【図５】測距センサおよび超音波吸収部材の拡大図であ
る。

【図６】測距センサおよび超音波吸収部材の寸法と不要
反射との関係を示す図である。

【図７】超音波吸収部材の寸法とバンパー型センサの寸
法との関係を示す図である。

【図８】超音波の通路の上下に超音波を吸収しない材料
を設置した場合を示す図である。

【図９】超音波センサの取付位置が低い場合の移動ロボ
ットを示す図である。

【符号の説明】

１０１ロボット本体１０２清掃作業部１０３バンパー型センサ１０４距離測定窓１０５接触センサ１０６バッテリ１０７作業液タンク１０８操作パネル１０９メモリカード挿入部１１０把手３０３ａ〜３０３ｃ測距センサ３０４超音波吸収部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｓ 15/08 Ａ４７Ｌ 11/00 // Ａ４７Ｌ 11/00 Ｇ０１Ｓ 7/52 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物に対して超音波を放射し、対象物
によって反射した超音波の放射波を検出することで対象
物までの距離を測距する測距手段を有する移動ロボット
において、ロボット外周面よりロボット内部に向かう所定の長さの
超音波通路を有し、前記測距手段は前記超音波通路のロボット内部側に設け
られていることを特徴とする移動ロボット。
【請求項２】前記超音波通路の内面に超音波を吸収す
るための超音波吸収手段を設けたことを特徴とする請求
項１記載の移動ロボット。