JPH0989503A - 接触式センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 破損の少ない接触式測距センサを提供する。 【解決手段】 所定の面２０内を回動するシャフト１０
ａ，１０ｂと、被測定物に接触する接触子８と、シャフ
ト１０ａ，１０ｂの回転角度を検出するポテンショメー
タ１と、シャフト１０ａ，１０ｂの位置を保つためのコ
イルばね７とからセンサは構成される。ここに、シャフ
ト１０ａ，１０ｂはシャフトの回動する面に対して平行
な方向に並べられた２本のばねにより構成される。これ
によりシャフトは回動方向には変形しにくく、シャフト
の回動する面に対して垂直な方向には変形しやすい。こ
れにより角度の測定誤差を少なくし、かつセンサの破損
を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は接触式センサに関
し、特に破損の生じることの少ない接触式センサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】たとえば壁沿いに沿った走行を行なう自
律移動型ロボットなどが従来より知られている。これら
のロボットにおいて、壁とロボットとの間の距離を検知
するために、接触式センサの一種である接触式測距セン
サが用いられている。

【０００３】接触式測距センサは、具体的には対象物
（被測定物、被接触物であって、壁など）と接触する棒
状のシャフトと、シャフトの一端に接続されるポテンシ
ョメータとから構成されている。

【０００４】シャフトは対象物と接触することにより、
ポテンショメータの軸心を中心として回動する。その回
動した角度はポテンショメータにより測定される。測定
された回転角度からロボットと壁との間の距離が算出さ
れる。

【０００５】このような接触式センサは、たとえば特開
昭５９−２８４０４、特開平５−２０４４４８において
開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本出願における発明者
は、接触式測距センサとして、以下に述べるセンサを製
作した。

【０００７】図１６は接触式測距センサの斜視図であ
り、図１８は接触式測距センサの側面図である。

【０００８】図１６および図１８を参照して、接触式測
距センサは、壁などの対象物に接触する接触子８と、接
触子８にその一端が接続されるシャフト４と、シャフト
４の回動した角度を検知するポテンショメータ１と、ポ
テンショメータ１の回転軸とシャフト４とを接続するシ
ャフトホルダ５と、ポテンショメータ１に接続され、接
触式測距センサをロボット等に取付けるために用いられ
るセンサ台板２と、センサ台板２と一体形成されている
台板つめ３と、シャフトホルダ５に一体形成されてい
る、シャフト中心位置決め用つめ６と、台板つめ３とシ
ャフト中心位置決め用つめ６とをその両端で挟み込むこ
とにより、シャフトにシャフトの中立位置に向かう方向
に付勢力を与えるねじりコイルばね７とから構成され
る。

【０００９】シャフト４はポテンショメータ１の回転軸
２２を中心として、所定の角度だけ時計方向および反時
計方向に回動自在である。これによりシャフト４は点線
で示される所定の面２０内を回動自在である。

【００１０】またシャフト４や接触子８などに対象物が
接触することにより、シャフト４は所定の平面２０内を
回動するが、対象物が接触子８やシャフト４から離れる
と、ねじりコイルばね７により与えられる付勢力によ
り、シャフト４は中立位置に戻される。

【００１１】図１７は図１６に示される接触式測距セン
サの動作を説明するための平面図である。

【００１２】なお図１７（ａ）は、シャフト４の中立状
態を示しており、図１７（ｂ）は、接触子８に対象物９
が接触することにより、シャフト４が所定の平面内を移
動した状態を示している。

【００１３】図（ａ）の状態から、接触子８に対象物９
が接触することにより、図（ｂ）に示されるようにシャ
フト４は回転軸２２を中心として図面に対して反時計回
りに回動する。また図１７（ｂ）に示される状態では、
ねじりコイルばね７により、シャフト４にはシャフトホ
ルダ５を介して、軸心２２を中心として時計回りへ向か
う力が付勢されている。ここで中立状態からシャフト４
が回動した角度（回転角）をＡ、シャフト４の長さを
Ｌ、接触子８の半径をｒとすると、ポテンショメータの
軸心２２から対象物（被測定物）９までの距離ｄは、式
（１）で表わされる。

【００１４】 ｄ＝ｒ＋Ｌ×ｃｏｓＡ …（１） これにより接触式測距センサと対象物との間の距離が算
出される。

【００１５】なお図１７（ｂ）において、シャフト４は
（ａ）に示される状態から反時計回りに回動している
が、時計回りに回動することも可能である。

【００１６】しかしながら、このような接触式測距セン
サは以下に述べる問題点を有していた。

【００１７】接触式測距センサは、接触子８と対象物と
を接触させることにより、センサと対象物との間の距離
を検知するものであるため、たとえばロボットなどの移
動体に接触式測距センサを取付ける場合には、移動体本
体からシャフト４と接触子８とを突出させる形で取付け
る必要がある。

【００１８】図１９に示されるように、このようにして
取付けられた接触式測距センサのシャフト４や接触子８
にポテンショメータ１の回転軸２２に平行な方向に働く
力“Ｚ”が与えられたときには、シャフト４や、シャフ
ト４とポテンショメータ１とが係合する部分が破損する
ことがあった。

【００１９】この発明は上記問題点を解決するためにな
されたもので、破損の生じることの少ない接触式センサ
を提供することを目的としている。

【００２０】

【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に記載の接触式センサは、所定の面内を
回動するシャフトを有し、そのシャフトは対象物と接触
することにより回動する接触式センサであって、シャフ
トの少なくとも一部は外力が加えられることによりシャ
フトの回動する所定の面から離れる方向に移動すること
を特徴としている。

【００２１】すなわち請求項１に記載の接触式センサに
おいては、シャフトは対象物と接触することにより所定
の面内を回動するが、シャフトの少なくとも一部は外力
が加えられることによりその所定の面から離れる方向に
移動する。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下添付図面に基づいて本発明の
実施の形態を説明する。なお図面の中で同一符号は同一
部分または相当する部分を示す。

【００２３】図３は本発明の第１の実施の形態における
接触式測距センサを有する、自律移動型ロボットの平面
図である。

【００２４】図を参照して、自律移動型ロボットは、ロ
ボットを駆動するための駆動機構や操舵機構を有するロ
ボット本体１５と、清掃などの作業を行なう作業部１６
とから構成される。

【００２５】ロボット本体１５には、ロボットの進行方
向“Ｘ”に対して左右に２つずつ、接触式測距センサ１
７ａ〜１７ｄが設けられている。

【００２６】図３において、自律移動型ロボットは進行
方向“Ｘ”に対して左側の壁面１８に沿った自律移動を
行なっている。この状態において、進行方向“Ｘ”に対
して左側に設けられた移動式測距センサ１７ｃ，１７ｄ
は壁面１８に接触することにより、そのシャフトが中立
状態から図面に対して反時計回りに回動している。シャ
フトの回動角度は図示しないポテンショメータにより検
知され、これによりロボット本体１５と壁面１８との間
の距離が検知される。検知された距離に基づいて、ロボ
ットは壁面１８に沿った走行を行ない、また作業部１６
は壁面１８に沿うように制御される。

【００２７】なお図３に示される自律移動型ロボットは
壁の隅々まで清掃などの作業を行なうことができるよう
に、以下に述べるような動作が行なわれるように制御さ
れる。

【００２８】図４および図５を参照して、常に２本の測
距センサの延長線２４上に作業部の端がくるように制御
が行なわれる。これにより、壁から離れる場合（図４）
でも、近づく場合（図５）でも、常に隅々まで作業でき
る。

【００２９】これは、接触式測距センサ１７ｃと、接触
式測距センサ１７ｄとの各々のシャフトの回転角度がポ
テンショメータにより測定されることにより行なわれ
る。

【００３０】一方、図５に示されるように、移動方向
“Ｘ”に沿って、自律移動型ロボットが壁面へ接近する
場合にも、同様に接触式測距センサ１７ｃと接触式測距
センサ１７ｄの各々の接触子を結ぶ直線２４上に作業部
１６の壁面側の端部が位置するように、作業部１６は制
御される。

【００３１】図６は図３の接触式測距センサ１７ａ〜１
７ｄの１つの具体的構成を説明するための斜視図であ
り、図７はその側面図である。

【００３２】図６および図７を参照して、本接触式測距
センサの具体的構成は、図１６および図１８によって説
明した接触式測距センサの構成と基本的には同一であ
る。

【００３３】しかしながら、図６に示される接触式測距
センサにおいては、シャフトが弾性体であるばね１０に
より構成されていることを特徴としている。

【００３４】すなわち図８に示されるように、接触子８
や、ばねよりなるシャフト１０に対し、ポテンショメー
タ１の回転軸２２に平行な方向の力“Ｚ”が加わった場
合において、ばね１０は加えられた力の方向に変形する
ため、シャフト１０や、シャフト１０とポテンショメー
タ１の接続される部分の破損は防止される。

【００３５】すなわち、ばね１０の弾性力はこれらの力
を簡単に逃がすために、垂直方向の力にはたわんで破損
を防ぐように選ばれなければならず、かつ弾性力は、水
平回転トルクよりも十分に大きく、水平方向の回転に対
してはほとんどばねがたわまないように選ばれなければ
ならない。ばねの力が弱すぎると、ばねは下にたれ下が
り、かつ水平方向にも容易に変形することとなり、反対
に強すぎると、垂直方向の力に対して変形しにくくなる
ためである。

【００３６】なお図６に示される接触式測距センサにお
いては、以下に述べる特徴を有している。

【００３７】図９は本発明の第１の実施の形態における
接触式測距センサの特徴を説明するための平面図であ
る。

【００３８】図を参照して、ばねにより構成されるシャ
フト１０の中立状態（図９（ａ））から、接触子８に対
象物９が接触することにより、図９（ｂ）を参照して、
シャフト１０は軸心２２を中心として反時計回りに回動
している。このとき、ポテンショメータ１の検知する角
度がＡであったとしても、ばね１０の弾性力により、実
際の接触子８の位置は、角度Ａよりも大きい角度に位置
するのである。すなわち、図９（ｂ）において、接触式
測距センサのポテンショメータにより測定される角度Ａ
によると、符号２８で示される位置が接触子の位置であ
ると検知されるが、実際の接触子の位置は符号８で示さ
れる部分に位置するのである。

【００３９】本発明の第２〜第５の実施の形態における
接触式測距センサでは、このような接触子の検出位置の
ずれを正すことを目的としている。

【００４０】図１は本発明の第２の実施の形態における
接触式測距センサの斜視図である。図を参照して、第２
の実施の形態における接触式測距センサの具体的構成
は、図１６および図１８において説明した接触式測距セ
ンサと多くの部分において共通する。しかしながら、第
２の実施の形態における接触式測距センサにおいては、
シャフトがシャフトの回動する所定の平面２０に対して
平行に配列された２本のばね１０ａ，１０ｂにより構成
されていることを特徴とする。

【００４１】すなわち第２の実施の形態における接触式
測距センサにおいては、シャフトの回動する面に対して
垂直な方向の外力がシャフトや接触子に加わった場合に
おいても、ばね１０ａ，１０ｂの弾性力によりシャフト
は変形するため、シャフトや、シャフトとポテンショメ
ータとの接続部分の破損は防止される。

【００４２】すなわちばね１０ａ，１０ｂは、シャフト
の回動する面２０に対して垂直な方向に働く力を簡単に
逃がすことができる程度の弾性力を有する必要がある。

【００４３】本実施の形態において、ばねはシャフトの
回動する面に平行な方向（シャフトの回動方向）に２本
配列されるので、以下の特性を有する。

【００４４】図２は本発明の第２の実施の形態における
接触式測距センサの特徴を説明するための平面図であ
る。

【００４５】図を参照して、シャフト１０ａ，１０ｂが
（ａ）に示される中立の状態から、接触子８に対象物９
が接触することにより、シャフト１０ａ，１０ｂが図面
に対して反時計回りに角度Ａだけ回動運動を行なうと、
接触式測距センサは図（ｂ）に示される状態となる。こ
のとき２本のばね１０ａ，１０ｂがシャフトの回動面に
対して平行に並べられているので、シャフトが回動する
方向に対してばね１０ａ，１０ｂはしなりにくい。

【００４６】これにより距離を測定するときに図９に示
される第１の実施の形態よりも誤差を少なくすることが
でき、本実施の形態においては、より正確な距離の測定
を行なうことができる。一方、回動する方向と垂直な方
向の力が加わったときにはばね１本をシャフトとして用
いた場合とほぼ同様にセンサ自体の破損を防止すること
ができる。

【００４７】図１０は本発明の第３の実施の形態におけ
る接触式測距センサの斜視図であり、図１１は図１０を
“Ａ”の視点から見た正面図である。

【００４８】図を参照して、本実施の形態における接触
式測距センサの基本的な部分の構成は図１６および図１
８に示される接触式測距センサと同様である。

【００４９】ただし、図１０において、本実施の形態に
おける接触式測距センサはシャフトに板ばね１１が用い
られることを特徴としている。板ばねは、シャフトの回
動する面に垂直な方向に撓みやすいように取付けられて
いる。より具体的には、図１１に示されるように、板ば
ね１１の主面は、シャフトの回動する面と平行となるよ
うに取付けられている。

【００５０】これにより、板ばねはシャフトの回動方向
に対しては変形しにくく、シャフトの回動する面に対し
て垂直な方向には変形しやすい。そのため、前述の本発
明の第２の実施の形態における接触式測距センサと同様
に、シャフトの回動方向に垂直な方向の力が加わったと
き、板ばねの弾性力により、板ばねは撓み、これにより
必要でない力は逃がされる。

【００５１】一方シャフトが回動する方向へ板ばねが変
形することはないため、測定の誤差が生じず、正確な距
離の測定を行なうことができる。

【００５２】図１２は本発明の第４の実施の形態におけ
る接触式測距センサの斜視図であり、図１３は図１２を
“Ａ”の視点より見た図である。図を参照して、本実施
の形態における接触式測距センサの基本的な構成は図１
６および図１８に示される接触式測距センサの構成と実
質的に同一であるのでここでの説明は繰り返さない。

【００５３】ただし、本実施の形態における接触式測距
センサでは、シャフトが、巻き形状が楕円であるコイル
ばね１２により構成される。ここで楕円のコイルばねは
その長径方向にはしなりにくく、短径方向にはしなりや
すいという特性を有している。そのため、図１３に示さ
れるように楕円の長径方向をセンサのシャフトの回動方
向に合わせることにより、第２および第３の実施の形態
における接触式測距センサと同様に、測定誤差を少なく
し、かつ破損の少ないセンサを提供することが可能とな
る。

【００５４】図１４は本発明の第５の実施の形態におけ
る接触式測距センサの具体的構成を示した側面図であ
る。

【００５５】図を参照して、本発明の第５の実施の形態
における接触式測距センサの基本的な構成は図１６およ
び図１８に示されるセンサと同様である。ただし、本実
施の形態における接触式測距センサは、シャフト４とシ
ャフトホルダ５との間に関節部を設けることを特徴とし
ている。

【００５６】この間接部は、支点１３と、位置決め用コ
イルばね１４とにより構成されている。すなわち支点１
３を中心としてシャフト４とシャフトホルダ５とは相対
的な回動運動を行なうことができる。また、通常はシャ
フトホルダ５とシャフト４とが一直線の状態（中立状
態）となるように、位置決めコイルばね１４はシャフト
４とシャフトホルダ５に対して付勢力を与える。

【００５７】たとえば図１５に示されるように、本実施
の形態における接触式測距センサのシャフトの回動する
面に対して垂直方向の力“Ｚ”が加わった場合、シャフ
ト４とシャフトホルダ５とは支点１３を中心とした相対
的な回動運動を行なう。これにより、シャフト４やシャ
フト４とポテンショメータ１の接続される部分などの破
損は防止される。

【００５８】シャフトの回動面に対して垂直な方向の力
が除かれたときには、ばね１４の付勢力により、シャフ
ト４とシャフトホルダ５とは図１４に示される中立の位
置関係に戻る。

【００５９】なお図１５において、接触子８に加わる力
として、図面に対して下向きの力“Ｚ”を想定したが、
これと逆方向の力が接触子８に加えられた場合でも、シ
ャフト４が支点１３を中心とした時計回りの回動を行な
うことになり、センサの破損は防止される。

【００６０】すなわち本実施の形態において、接触式測
距センサはシャフトの回動する面に対して垂直な方向に
はしなりやすく、シャフトの回動方向に対してはしなり
にくいため、センサの測定誤差を十分に小さくすること
ができ、かつセンサの破損を防止することができる。

【００６１】なお上記第１から第５の実施の形態におい
て、接触式測距センサについて説明したが、たとえば障
害物検知センサ等の対象物に接触する接触式センサであ
れば本発明は実施可能である。

【００６２】

【発明の効果】以上のように請求項１に記載の発明によ
ると、シャフトの少なくとも一部は外力が加えられるこ
とにより、シャフトが回動する面から離れる方向に移動
するため、センサの破損を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第２の実施の形態における接触式測距
センサの斜視図である。

【図２】図１の接触式測距センサの特徴を説明するため
の平面図である。

【図３】本発明の１つの実施の形態における接触式測距
センサを用いた自律移動型ロボットの平面図である。

【図４】図３の自律移動型ロボットの動作を説明するた
めの第１の図である。

【図５】図３の自律移動型ロボットの動作を説明するた
めの第２の図である。

【図６】本発明の第１の実施の形態における接触式測距
センサの斜視図である。

【図７】図６に示される接触式測距センサの側面図であ
る。

【図８】図６に示される接触式測距センサの効果を説明
するための図である。

【図９】図６に示される接触式測距センサの特徴を説明
するための図である。

【図１０】本発明の第３の実施の形態における接触式測
距センサの斜視図である。

【図１１】図１０の接触式測距センサを“Ａ”の視点か
ら見た図である。

【図１２】本発明の第４の実施の形態における接触式測
距センサの斜視図である。

【図１３】図１２の接触式測距センサを“Ａ”の視点か
ら見た図である。

【図１４】本発明の第５の実施の形態における接触式測
距センサの側面図である。

【図１５】図１４の接触式測距センサの効果を説明する
ための図である。

【図１６】接触式測距センサの具体例を説明するための
斜視図である。

【図１７】図１６の接触式測距センサの作用を説明する
ための図である。

【図１８】図１６の接触式測距センサの側面図である。

【図１９】図１６に示される接触式測距センサの問題点
を説明するための図である。

【符号の説明】

１ ポテンショメータ ２ センサ台板 ３ 台板つめ ４ シャフト ５ シャフトホルダ ６ シャフト中心位置決め用つめ ７ ねじりコイルばね ８ 接触子 ９ 対象物 １０〜１２ シャフト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の面内を回動するシャフトを有し、
   前記シャフトは対象物と接触することにより回動する接
   触式センサにおいて、 前記シャフトの少なくとも一部は、外力が加えられるこ
   とにより前記所定の面から離れる方向に移動することを
   特徴とした、接触式センサ。