JPS63311513A - 自走式作業車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ）　産業上の利用分野 本発明は車体の方向修正機爺を有した自走式作業車に関
する。

口）従来の技術 例えば掃除ロボットのように壁面で囲まれた作業領域を
移動しながら作業を行なう自走式作業車は、作業領域内
での車体の位置及び方向を認識しながら作業を行なう必
要がある。中でも方向を検出するためには高価なジャイ
ロセンサなどを用いる方法や、特開昭６１−１９０５６
６号にて提案されているように常に壁に衝突しながら姿
勢を修正する方法などがある。

ハ）発明が解決しようとする問題点 しかし、ジャイロセンサは高価でありコストの増大につ
ながる。又、常に壁に衝突する方式では、壁の形状、壁
自身の凹凸によってはかえって方向誤差が大となる場合
が生じたり、又、壁を押すことにより壁やその他の物体
等に悪影響を与えてしまう恐れがあった。

二〉　問題点を解決するための手段 本発明はこのような点に鑑みて為されたものであって、
車体前面に複数個配置されて車体と壁面との距離を測定
する距離測定手段と、車体前面に複数個配列されて車体
と壁面との衝突を検知する衝突検知手段と、上記距離測
定手段での測定値に応して車体の動作を制御する第１の
制御手段と、上記衝突検知手段での検知信号及び上記距
離測定手段での測定値に応じて車体の動作を制御する第
２の制御手段と、から成り、上記第１、第２の制御手段
を選択的に切り換えて作業を行っている。

ホ）作用 衝突検知手段の使用、不使用を切り換え一〇、作業車を
走行きせることが可能となるので、衝撃に°弱い物体が
配置されている作業領域では距離測定手段のみを使用し
て衝突をせずに作業車走行を行わしめ、衝撃に弱い物体
が配置されていない作業領域では、衝突をさせながら作
業車走行を行って壁や物体の際まで作業が行える。

へ）実施例 第１図に本発明の一実施例による自走式作業車の走行部
を示す、同図において、（１）は長方形の前部に半円形
の後部を連結した形状の車体であって、この車体（１）
と壁面等との距離を検出するための超音波センサ（２＞
＜３＞がこの車体（１）前面の左右に配置されている。

又この車体〈１）の前面の左右に前面をほぼおおうよう
に、車体（１）と壁等の衝突を検知する衝突センサ（４
）（５）が取り付けられている。（６）（７）は車体〈
１）のほぼ中央の左右対称位置に設けられた駆動輪、（
１０）（１１）はこれ等の駆動輪（６）（７）を減速機
（８）（９）を介して駆動するためのモータ、（１２）
（１３）は上記駆動輪（６）〈７）の回転量を夫々検出
するためのパルスエンフーダである。さらに、車体（１
）の前後にはポールキャスタあるいは自在キャスタ等か
らなる従軸（１４）（１５）が設けられていて、車体後
面には、車体（１）が後方の壁等に衝突したことを検知
するための後面衝突センサ（１６）が設けられている。

したがって、車体（１）は、駆動輪（６）（７）がとも
に前進駆動あるいは後進駆動されるときには前進あるい
は後進し、駆動輪（６）が前進駆動きれて駆動輪（７）
が駆動輪〈６）と同一速度で後進駆動されるときにはそ
の場で時計回り方向に回転し、駆動輪（６）が前進駆動
されて駆動輪（７）が駆動輪（６）と異なる速度で後進
駆動されるときにはその速度差に対応して時計回り方向
に回転し、駆動輪（６）のみが前進駆動されるときには
そのときの車体（１）の運動の支点（例えば駆動輪（７
）と床面の接触点あるいは車体前面の一点）を中心とし
て時計回り方向に回転する。

同様に車体（１）は、駆動輪（７）が前進駆動され℃駆
動輪（６）が後進駆動されるときにはその場で反時計回
り方向に回転し、駆動輪（７）が前進駆動されて駆動輪
（６）が駆動輪（７）と興なる速度で後進駆動されると
きにはその速度差に対応して反時計回り方向に回転し、
駆動輪（７）のみが前進駆動されるときにはそのときの
車体（１）の運動の支点（例えば駆動輪（６）と床面の
接触点あるいは車体前面の一点）を中心として反時計回
り方向に回転する。

また、車体１が運動（走行〉するときには、従動軸（１
４）（１５）は進行方向をその運動方向に沿って倣い、
従動回転する。

このようにして、車体（１）が運動するとき、パルスエ
ンフーダ（１２）（１３）の出力パルスを積算すること
により、車体（１）の移動距離と、運動の前後での移動
方向の差すなわち進行方向の相対的な方位を検出するこ
とができる。

なお、このために、パルスエンフーダ（１２）（１３）
として２相のパルス信号を出力するものを用い、駆動輪
（６）（７）の回転方向を識別できるようにしている。

また、パルスエンフーダ（１２）（１３）に代えて、ア
ブソリュートエンフーダを用いることができる。

この自走式作業車の走行制御部の一例を第２図に示す。

同図において、自走式作業車の走行を制御するための制
御部（１７）は、マイクロプロセッサとその周辺回路か
ら構成されており、車体（１）の現在位置等を記憶する
ためのメモリ（２４）を備えており、また衝突センサ（
４）（５）（１６）の検出信号（ｓ４）（Ｓｓ）（Ｓ’
ｓ）は制御部（１７）に加えられている。・また、制御
部（１７）から送信パルス信号ＴＰＩが送信部（１８）
に出力されると、所定周波数で所定パルス幅の１６号が
送信部（１８）から超音波センサ（２）の送波器（２ａ
）に印加され、これによって、超音波信号が前方の壁面
に放出される。その壁面からのエコーは、超音波センサ
（２）の受渡器（２ｂ）で検出され、この受渡器（２ｂ
）の検出信号は受信部（１９）によって検波されるとと
もに波形整形され、受信パルス信号ＥＰＩとして制御部
（１７）に出力きれる。

制御部（１７）では、送信パルス信号ＴＰＩの出力タイ
ミングから受信パルス信号ＥＰＩの受信タイミングまで
の時間に基づいて、車体（１）と車体〈１）の左端前方
の壁面との距離を算出する。

同様に、制御部（１７）から送信パルス信号ＴＰ２が送
信部（２０）に出力されると、所定周波数で所定パルス
幅の信号が送信部（２０）から超音波センサ（３）の送
波器（３ａ）に印加され、これによって、超音波信号が
左右の壁面に放出される。それらの壁面からのエコーは
、超音波センサ（３）の受渡器（３ｂ）で検出され、こ
の受渡器（３ｂ）の検出信号は受信部（２１）によって
検波きれるとともに波形整形され、受信パルス信号ＥＰ
２として制御部（１７）に出力される。

制御部（１７）では、送信パルス信号ＴＰ２の出力タイ
ミングから受信パルス信号ＥＰ２、受信タイミングまで
の時間に基づいて、車体（１）と車体（１）の右端前方
の壁面との距離を算出する。

また制御部（１７）は、モータ（１０）（Ｈ）を駆動す
るモータ駆動部（２２）（２３）に、モータ（１０）＜
１１）の回転方向と回転速度からなる駆動指令信号を出
力して、モータ（１０）（１１）を制御する。

また、駆動輪（６）＜７）の回転に伴ってパルスＪ。

ンコーダ（１２）（１３）から出力される２相のパルス
信号ＰＰ１．ＰＰ２は、制御部（１７）に出力されてお
り、制御部（１７）は、これらのパルス信号ＰＰＩ、Ｐ
Ｐ２に基づいて駆動輪（６）（７）の回転量を算出する
とともにそれらの回転方向を識別し、車体（１）の移動
量、回転方向および回転量（方向転換量）を算出する。

このようにして、本実施例では、パルスエンフーダ（１
２＞（１３）から出力される２相のパルス信号ＰＰ１．
ＰＰ２に基づいて車体く１〉の方向転換量等を算出して
いるので、ジャイロ等の方位センサを必要としない。

以上の構成で、車体（１）を作業領域内に設定される走
行経路上を走行させることを考える。

ここで、車体（１）は、例えば壁面で囲まれた床面を清
掃する清掃ロボット等の自走式作業車の車体であるもの
とし、図示しない清掃ユニットをその下部に付設してい
るものとする。したがって、この場合の作業領域は壁面
で囲まれた床面であり、走行経路は清掃ユニットによっ
てその作業領域を隙間なく塗り潰すような経路、例えば
清掃ユニットの幅に対応した間隔で、第３図のように一
筆書きでできるようなジグザグな往復経路である。こう
した走行動作を示すフローチャートを第７図に示す。

このような走行経路を走行する際まず端部の作業開始地
点Ａから走行路■に沿って進行する。この時制御部（１
７）は超音波センサ（２）（３）により前面の壁面と車
体（１）の距離を計測することにより、一定以下の距離
まで壁に接近した時に車体（１）を減速さ且る。又制御
部（１７〉はパルスエンフーダ（１２）（１３）の出力
により車体（１）の現在位置を常に盈視しておき位置デ
ータをメモリ（２４）に保持している。更に車体（１）
が壁面に接近して衝突センサ（４）（５）が働くか、も
しくは、超音波センサ（２）＜３）のの距離出力が一定
値以下になった時、停止し、一旦後退した後回転動作に
より次の走行路■に移り、同様の動作を繰り返し、作業
領域の全部を清掃する。

ここで、壁に接近する際の動作のさせ方として２つの方
式がある。第一の方式は、超音波センサ（２）（３）の
み用いて衝突センサ（４）（５）は積極的には用いない
方式であり、第２の方式は超音波センサ（２）（３）と
衝突センサ（４）（５）を利用する方式である。

まず第１の方式について説明する６作業車の車体（１）
が壁に接近した際、第４図（ａ）のように壁に対して斜
めに対向して接近したとする。この時、超音波センサ（
２）（３）による距離測定値！電、！２（この図ではｉ
！＋＞ｊ！２）から制御部（１７）においてｊ！＋　＜
Ｎｚであることを検出し、右の車輪（７）をより前進さ
せるような信号をモータ駆動部（２３）に対し与える。

この時左の車輪（６）は停止するか、もしくは右車輪（
７）より小なる速度で前進するよう制御する。逆にｉ！
＋　＞１２であれば、制御部（１７）はこれを検出して
上述の場合とは逆に左の車輪（６）がより前進するよう
に制御する。

又、ｆｌ＋−１２の時は制御回路（１７）は左右の車輪
（６）（７）が同速度で前進するようにする。更に、こ
のような制御によって距離測定値が／ｌ＋’−１ｊのよ
うに等しくなり、この距離！１′又は！２′がある一定
値まで小になった時点で停止させる。（第４図（ｂ）） 従って、車体（１）は壁に対して、車体の前面が壁と平
行になるように停止することができる。

以上の説明は車体前面に一様に壁がある場合であるが、
第５図（ａ）のように壁に段があるような、測定距離１
１ｓ　、ｊ！＋に一定以上の大きな差がある場合は前記
のような制御は行なわず左右の車輪（６）（７）を同速
度で進ませ、測定距離！３′。

２４′のうち近い方（第５図（ｂ）では１３′）が一定
値以下になった時停止きせる。このような第１の方式に
よる近接動作のフローチャートを第８図に示す、尚、こ
こでｖｌは左駆動輪（６）の回転速度、■２は右駆動輪
（７）の回転速度を示す。

又、このとき、衝突センサ（４＞（５）は、超音波セン
サ（２）（３）で検知されなかった物体や壁に車体（１
）が衝突したことを検出して、車体（１）を停止させた
り、方向転換をさせたりするために使用しても良い。

次に第２の方式について説明する。壁に接近してくる時
の動作は第１の方式と同様に超音波センサ（２）（３）
からの距離測定値によって制御し、第４図（ａ＞の状態
から第４図（ｂ）の状態になる。そしてその後、更に微
速前進し、車体（１）前面に取付けた衝突センサ（４）
（５）がともに働くまで前進させる。この時微速前進す
る際、まず先に左の衝突センサ（４）が働いた時は左の
車輪（６）を停止させ右の車輪（７）のみ、右の衝突セ
ンサ（５）が働くまで前進させる。またこの時、一旦働
いた左の衝突センサ（４）が離れた時には再び左の車輪
（６）を前進させる。

以上のような動作を行なうことにより、車体（１）は壁
に対して車体前面がちょうど一致するように停止するこ
とができるく第６図）０次に第５図のように壁に段があ
るような場合（第５図（ａ））第１の方式と同様に、２
３′が一定値になるまで前進し第５図（ｂ）の状態にす
る。その後、微速前進し、前面の衝突センサ（４）が働
くまで前進し停止する。このような第２の方式による壁
への近接動作を示すフローチャートを第９図に示す、こ
こで、Ｖｌ、Ｖ２は前述と同様、左駆動輪（６）及び右
駆動輪（７）の速度を示し、Ｓｌ、Ｓ２は各々、左衝突
センサ（４）及び右衝突センナ（５）のスイッチ状態を
示す。

以上、第１、第２の方式のように壁に接近した時、壁を
基準として車体の方向を修正することができる。

一方、第５図のように壁に段があるような場合、方向修
正はできない、しかし、次の走行路で修正ができれば、
方向のずれが蓄積されないので、大きな影響とはならな
い。

第１の方式と第２の方式の差異は、第２の方式は直接壁
に接触するのでより確実であり、更に作業が清掃である
ことを考えると、より壁に近い部分まで清掃することが
できる。第２の方式では、上記第１の′方式の利点は失
われるもののある程度の修正能力を持っている上に、清
掃作業する部屋内には一般にさまざまな家具等が設置さ
れており、必ずしも、物体に接触しないことが望ましい
ことがある。従って物体に接触しないという利点が第２
の方式にはある。

従って、第１、第２の方式と適宜使い分ければよい、た
とえば、接触してはまずい物体がある場合は第２の方式
を、その物体をあらかじめ、取り除いておくことができ
る場合は第１の方式を用いるなどである。このような使
い分けは例えば制御部（１７）内に上記した第１の方式
のプログラムと第２の方式のプログラムを設定しておき
、外部入力装Ｗｔ、（図示せず）から、どちらのプログ
ラムを使用するかを指示することにより行うことが考え
られる。他方、これ以外に第１の方式、第２の方式のプ
ログラムが夫々記憶されたＲＯＭカートリ・ｙジ等の記
録媒体（２５）（２６）を設け、これを選択的に制御部
（１７）に結合することで、上記第１の方式、第２の方
式の動作をさせるようにしても良い。

また、第１の方式と第２の方式の中間的方法として、第
４図のように壁が一様であると予想できる場合は、衝突
センサに接触するようにし、第５図のような場合には超
音波センサによる接近のみで接触しない方式も考えられ
る。

このように超音波センサにより壁が一様であるか壁に段
があるかおよその予想がつくので、むやみに壁に当たる
ことがなく、対象物体への影響が少なくなる。

ト）　発明の効果 以上延べた如く本発明自走式作業車は、車体前面に複数
個配置されて車体と壁面との距離を測定する距離測定手
段と、車体前面に複数個配列きれて車体と壁面との衝突
を検知する衝突検知手段と、上記距離測定手段での測定
値に応じて車体の動作を制御する第１の制御手段と、上
記衝突検知手段での検知信号及び上記距離測定手段での
測定値に応じて車体の動作を制御する第２の制御手段と
、から成り、上記第１、第２の制御手段を選択的に切り
換えて作業を行わしめているので衝撃に弱い物体が配置
されている作業領域では距離測定手段のみを使用して衝
突をせずに作業車走行を行わしめ、衝撃に弱い物体が配
置されていない作業領域では、衝突をさせながら作業走
行を行って壁や物体の際まで作業が行える。従って用途
が多く汎用性の高い自走式作業車が提供出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明自走式作業車を示す模式図、第２図は本
発明自走式作業車のブロック図、第３図は作業車の走行
経路を示す模式図、第４図（ａ）及び（ｂ）はフラット
な壁面へ作業車が接近するときの状態模式図、第５図（
ａ）及び（ｂ）は段差のある壁面へ作業車が近接すると
きの状態模式図、第６図は作業車が壁面へ衝突したとき
の状態を示す模式図、第７図乃至第９図は本発明作業車
の動作を説明する流れ図である。 〈１）・・・車体、（２）（３）・・・超音波センサ、
（４）（５）（１６）・・・衝突センサ、（６）（７）
・・・駆動輪、（８）（９）・・・減速機゛、（１０）
（１１）・・・モータ、（１２）（１３）・・・／＜ル
スエンコーダ、（１４＞（１５）・・・従軸、（１７）
・・・制御部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも一対の独立して前後進する駆動輪を備えて自
   由方向に走行する自走式作業車において、車体前面に複
   数個配置されて車体と壁面との距離を測定する距離測定
   手段と、車体前面に複数個配列されて車体と壁面との衝
   突を検知する衝突検知手段と、上記距離測定手段での測
   定値に応じて車体の動作を制御する第１の制御手段と、
   上記衝突検知手段での検知信号及び上記距離測定手段で
   の測定値に応じて車体の動作を制御する第２の制御手段
   と、から成り、上記第１、第２の制御手段を選択的に切
   り換えて作業を行わしめることを特徴とした自走式作業
   車。