WO2005036292A1

WO2005036292A1 - 自走式作業ロボット

Info

Publication number: WO2005036292A1
Application number: PCT/JP2004/014626
Authority: WO
Inventors: Nobukazu Kawagoe; Shigeru Oyokota
Original assignee: Figla Co.,Ltd.
Priority date: 2003-10-08
Filing date: 2004-10-05
Publication date: 2005-04-21
Also published as: US7660650B2; EP1672455A1; US20070032904A1; EP1672455A4

Abstract

　前方の障害物Ｗまでの距離を測定する第１距離センサ４ａと、斜め前方の障害物Ｗまでの距離を測定する第２距離センサ４ｂ（４ｃ）とを備えた自走式の作業ロボットに関する。第１距離センサ４ａにより測定した障害物までの第１測定距離Ｄｃと、所定の第１閾値とを比較して障害物Ｗの接近を判別する第１判別手段と、第２距離センサ４ｂ（４ｃ）により測定した障害物Ｗまでの第２測定距離Ｄｒ（ＤL ）と、所定の第２閾値とを比較して障害物の接近を判別する第２判別手段と、第１および第２測定距離から得られる障害物Ｗの傾斜角に関する情報に基づいて、第１もしくは第２閾値を変更する変更手段とを備えている。

Description

明細書

自走式作業ロボット

技術分野

[0001] 本発明は、壁際の床面等に対する作業に適した作業ロボットに関する。

背景技術

[0002] 従来より、壁際の床面の清掃等の作業を行う自走式の作業ロボットは公知である。

[0003] この種の作業ロボットは、本体から障害物までの距離を測定する複数の距離センサ備えている。前記ロボットは、距離センサによって測定された距離が所定の閾値よりも小さい場合には、所定の回避動作を行い、壁に衝突しないように制御される。前記閾値は、本ロボットが壁際力離れすぎないように、所定の一定の値に設定されている

[0004] しかし、前記閾値が十分に大きくないと、本体と障害物との傾斜角が大きい場合には、ロボットの中央部先頭が障害物に接近していないにも拘わらず、ロボットの前端の側部が障害物に接近する。そのため、検出が遅れて、ロボットが障害物に衝突するおそれがある。

[0005] したがって、本発明の主目的は、種々の障害物を精度良く検出することのできる自走式作業ロボットを提供することである。

[0006] また、従来、この種の作業ロボットは、作業対象となる領域の周囲の壁の隅部、特に、その角度が直角でない隅部に対して作業を行うことが難しぐ作業残りが発生するという問題があった。

例えば、特開平 9— 269810号に開示された清掃ロボットでは、直角な隅部を概ね清掃することは可能であるが、直角でない隅部の場合には作業残りが生じるおそれがある。前記清掃ロボットは、予め記憶された動作シーケンスに従って、その動作が制御されるが、隅部が直角でない場合に隅々まで残らず清掃する場合の動作についての説明が無ぐ開示されている制御方法のみでは、ゴミが最も溜まりやすい隅部に清掃残りが生じてしまう。

一方、特開平 9— 114523号に開示された自律走行車両は、車両の側面に対向する壁に平行に走行することが可能であるが、隅部に対して作業を行うことはできず、前記清掃ロボットと同様に、ゴミが最も溜まりやすい隅部に清掃残りが生じてしまう。

[0007] したがって、本発明の別の目的は、作業対象となる領域の床面に対して隅々まで残らず作業することができる自走式作業ロボットを提供することである。

[0008] 従来より、接触センサを設け、障害物の接触を検出する自走式の作業ロボットが提案されている。（たとえば、特許第 3201208号（図 2)、特開昭 60-206759号（図 1) 、実開昭 56—164602号（図 5) )。

[0009] しかし、この種の従来の自走式作業ロボットは、障害物に接触した場合の回避動作において、適切、かつ、迅速に対応することができな力つた。そのため、走行速度が著しく遅力つたり、壁際力も離れすぎてしまうなどの欠点があった。

[0010] したがって、本発明の更に別の目的は、いずれの方向から障害物に接触した場合にも適切、かつ、迅速に対応可能な自走式作業ロボットを提供することである。

[0011] 前記主目的を達成するために、本発明の第 1の態様は、前方の障害物までの距離を測定

する第 1距離センサと、斜め前方の障害物までの距離を測定する第 2距離センサとを備えた自走式の作業ロボットにおいて、前記第 1距離センサにより測定した障害物までの第 1測定距離と、所定の第 1閾値 SHcとを比較して障害物の接近を判別する第 1判別手段と、前記第 2距離センサにより測定した障害物までの第 2測定距離と、所定の第 2閾値 SHrとを比較して障害物の接近を判別する第 2判別手段と、前記第 1 および第 2測定距離力得られる前記障害物の傾斜角に関する情報に基づいて、前記第 1閾値もしくは第 2閾値 SHc, SHrを変更する変更手段とを備えている。

[0012] 本発明によれば、第 1および第 2判別手段により、障害物の検出を行うと共に、前記障害物の傾斜角に関する情報に基づいて、前記第 1閾値もしくは前記第 2閾値 SHc , SHrを変更することにより、傾斜角の大きな障害物であっても、精度良く検出することがでさる。

[0013] 本発明において、前記傾斜角に関する情報は、前記第 1および第 2距離センサの配置と、前記第 1および第 2距離センサの光の放射方向と、前記第 1および第 2測定距離とに基づいて得ることができる。 [0014] ここで、「前方」とは、作業ロボットの進行方向を基準にして定義付けられる。

また、「第 1および第 2測定距離から得られる前記障害物の傾斜角」としては、たとえば、図 5に示すように、障害物 Wの表面に直交する法線 Lと、本ロボットの進行方向 F とがなす角度 j8のことをいう。

[0015] 本発明の好ましい実施例では、前記傾斜角の大小にかかわらず前記第 1判別手段による前記障害物が接近したか否かの判別結果と、前記第 2判別手段による前記障害物が接近した力否かの判別結果とを得て、前記 2つの判別結果のうち、いずれか一方が接近したと判別した時に、前記ロボットが前記障害物に接近したと断定する。第 1距離の方が第 2距離よりも小さい場合は、つまり、傾斜角が小さい場合は、ロボットが障害物に接近したと判別するのは、第 2判別手段ではなぐ第 1判別手段である。一方、第 1距離の方が第 2距離よりも大きい場合は、つまり、傾斜角が大きい場合は、ロボットが障害物に接近したと判別するのは、第 1判別手段ではなぐ第 2判別手段である。したがって、傾斜角の角度に拘わらず、接近を判別し断定することができる。しかし、本発明においては、前記傾斜角が所定値よりも小さい場合には、前記第 1 判別手段による判別結果に基づいて、前記障害物が接近したか否かを判別し、一方、前記傾斜角が所定値よりも大きい場合には、前記第 2判別手段による判別結果に基づ、て前記障害物が接近した力否かを判別してもよ、。

このように、障害物の傾斜角に基づいて、前方の第 1判別手段による判別結果と、斜め前方の第 2判別手段による判別結果とを使い分けることで、障害物の傾斜角に拘わらず障害物の検出を行うことができる。

[0016] 本発明において、当該傾斜角が大きくなる程、前記第 1閾値もしくは第 2閾値 SHc , SHrが大きくなるように前記第 1閾値もしくは前記第 2閾値 SHc, SHrを前記変更手段が設定する。このように、第 1閾値もしくは第 2閾値 SHc, SHrを大きくすることにより、ロボットの前端の側部が障害物に接触する前に、該障害物を検出することができる。

[0017] 本発明において、前記第 1および第 2距離センサが互いに近接して配置されているのが好ましい。この場合、前記第 1距離と第 2距離とを比較し、その比較の結果、前記第 1距離が第 2距離よりも小さい場合には、前記第 1判別手段による判別結果に基づいて、前記障害物が接近したか否かを判別し、一方、前記比較の結果、前記第 1距離が第 2距離よりも大きい場合には、前記第 2判別手段 (又は、前記第 1判別手段）による判別結果に基づ

いて前記障害物が接近した力否かを判別することができる。このように、両距離センサが接近して配置され、第 1距離が第 2距離よりも小さい場合などには、前記第 1閾値 SHeと第 2閾値 SHrとが同じ値に設定されてもよい。

このように、第 1距離と第 2距離とを比較することにより、本体と障害物との傾斜角に応じて、第 1判別結果と第 2判別結果とを使い分けることで、障害物の傾斜角に拘わらず障害物の検出を行うことができる。

[0018] 本発明において、前記第 1および第 2距離センサは光学式の距離センサ力もなり、前記第 1距離センサはロボットの左右の中央の先頭部分に設けられ、前記第 2距離センサは第 1距離センサの両側に近接して一対設けられ、前記光学式の第 1および第 2距離センサの他に、ロボットの前端の両側部に前方の障害物までの距離を測定する超音波式の距離センサが設けられて、るのが好ま、。

このように、超音波式の距離センサと光学式の距離センサを併用することにより、より一層、正確に障害物の検出を行うことができる。

[0019] なお、「光学式の距離センサ」としては、たとえば、光を照射し、障害物によって拡散反射された光線の一部を受光レンズを通して把えることにより、障害物との間の距離を三角測距法により測定する市販の光学式距離センサを用いることができる。

「超音波式の距離センサ」としては、たとえば、超音波を発射し、その音波が障害物力反射波として戻ってくるまでの時間を計測することで対象物までの距離を測定する市販の超音波式距離センサを用いることができる。

[0020] 本発明において、前記第 1および第 2距離センサは光学式の距離センサ力もなり、前記第 1距離センサはロボットの左右の中央の先頭部分に設けられ、前記第 2距離センサは第 1距離センサの両側に近接して一対設けられ、前記ロボットの先頭部分には保護カバーが設けられ、該保護カバーは前記 3つのセンサが近接対向する 3つの側面および天井面を持つ凹部を有し、前記天井面に対向する内側の位置に前方の斜め下方までの距離を測定する第 3の距離センサが配置されているのが好ましい。このように、前方の斜め下方を検出する第 3の距離センサを設けることにより、前方の床面の凹凸を検出することができる。また、保護カバーの凹部に距離センサを設けたので、凹部表面が傷付くのを防止することができる。

[0021] 本発明の第 2の態様に力かるロボットは、床面を自走するための車輪を有する走行アセンブリと、前記走行アセンブリに対し左右に移動可能に取り付けられ、前記床に対する作業を行う作業アセンブリと、前記走行アセンブリと前記作業アセンブリとの位置関係を変更すベぐ前記作業アセンブリを前記走行アセンブリに対して移動させる移動機構と、前記作業アセンブリに設けられ、前記作業アセンブリの前面に障害物が接触したのを検知する第 1の接触センサと、前記作業アセンブリに設けられ、前記作業アセンブリの側面に障害物が接触したのを検知する第 2の接触センサと、前記走行アセンブリの走行を制御すると共に、前記第 1の接触センサの検知信号に基づいて、第 1の退避速度で前記作業アセンブリを左右に移動させるよう前記移動機構を制御し、前記第 2の接触センサの検知信号に基づいて第 1の退避速度よりも低速の第 2の退避速度で前記作業アセンブリを左右に移動させるよう前記移動機構を制御する制御手段とを備えて、る。

[0022] ロボットの前進中に、前方の障害物が作業アセンブリの前面に接触すると、第 1の接触センサがこれを検知し、作業アセンブリが速い第 1の退避速度で、障害物のない左右の一方に前記接触状態が解除されるまで退避する。したがって、ロボットの走行速度をある程度の速さで走行させることが可能となる。

なお、ここでいう、「前方」ないし「前面」は、ロボットの進行方向を基準にして定義付けられる。

[0023] ロボットの前進中に、作業アセンブリが障害物の側面に接触すると、第 2の接触センサがこれを検知し、作業アセンブリが低速の第 2の退避速度で、障害物とは反対側の左右の一方に、当該接触状態が解除されるまで退避する。したがって、作業ァセンブリが障害物に沿った状態で、ロボットが走行することが可能であるから、作業ァセンブリが障害物である壁際力も離れすぎてしまうという不都合が生じない。

[0024] 本発明において、前記制御手段は、第 1の接触センサによる接触検知の時間が所定の時間よりも長い場合は、走行を停止させる機能を有するのが好ましい。このようにすれば、障害物との接触による作業ロボットの破損や、障害物の損傷を防止することができる。

[0025] 本発明において、前記所定の時間は、走行速度が速い時には小さい値に設定され、走行速度が遅、場合には大き、値に設定されるのが好ま、。

このようにすれば、低速走行時の不要な停止を防止すると共に、高速走行時における本作業ロボットや障害物の損傷を防止することができる。

[0026] 本発明において、前記制御手段は、第 1の接触センサによる検知時間が所定の閾値を超えたことを検出して走行を停止させた場合、当該停止後、所定距離だけ後方へ移動させ、前記作業アセンブリを所定距離退避方向に移動させた後、前方への走行を再開するように、前記走行アセンブリと前記作業アセンブリ移動機構を制御するのが好ましい。

このようにすれば、作業アセンブリが障害物に接触したまま移動するのを防止できるから、作業アセンブリによって壁などの障害物が傷つくのを防止することができる。

[0027] 本発明にお、て、前記制御手段は、前記接触センサの検知信号に基づ!/、た作業アセンブリの移動が行われた場合、前記両接触センサによる接触が検出されなくなつた後に、前記走行アセンブリに対する作業アセンブリの相対位置を接触センサによる接触が検出される以前の位置に、第 2の退避速度よりも低速の復帰速度で戻すように前記移動機構を制御するのが好ま、。

このようにすれば、作業アセンブリの復帰時において、障害物と作業アセンブリとの接触時の衝撃を少なくすることができる。

[0028] 本発明においては、前記作業アセンブリは平面視が概ね長方形に形成され、前記接触センサは前記作業アセンブリの周囲を覆うパンパと、前記パンパと一体に移動する被検出部と、前記被検出部を検出する検出スィッチとを備えるのが好ましい。このようにすれば、パンパが作業アセンブリの周囲を覆っているので、該パンパと一体に移動する被検出部を検出することにより、障害物との接触を検出することができる。

[0029] 本発明においては、前記パンパは左右に分割されており、当該分割されたパンパごとに前記被検出部および検出スィッチが設けられ、前記左側のパンパは左方向にパネ力により付勢された状態で所定の左端の位置に位置決めされ、前記右側のバンパは右方向にパネ力により付勢された状態で所定の右端の位置に位置決めされているのが好ましい。

このようにすれば、パンパは、左右に分割され、パネ力により付勢された状態で左右端に、それぞれ位置決めされる。そのため、パンパを浮いた状態で支持する必要がなくなるから、該パンパが走行中などに左右に揺れるおそれがない。したがって、壁との接触を精度良く検知することができる。

[0030] 本発明においては、前記パンパは左右および前後に分割されており、当該分割されたパンパごとに前記被検出部および検出スィッチが設けられ、左前側のパンパは、左方向および前方向にパネ力により付勢された状態で所定の左端および前端の位置に位置決めされ、

右前側のパンパは、右方向および前方向にパネ力により付勢された状態で所定の右端および前端の位置に位置決めされ、左後側のパンパは、左方向および後方向にパネ力により付勢された状態で所定の左端および後端の位置に位置決めされ、右後側のパンパは、右方向および後方向にパネ力により付勢された状態で所定の右端および後端の位置に位置決めされて、るのが好ま、。

このようにパンパを前後および左右に 4分割して設けることで、壁との接触を前後および左右において検出することができる。

[0031] 本発明においては、前記パンパは左右および前後に分割されており、当該分割されたパンパごとに前記被検出部および検出スィッチが設けられ、前記分割された各パンパは、当該各パンパが障害物に接触した際に内方へ退避可能なように外方に向ってパネ力により付勢された状態でストッパにより所定の位置に位置決めするのが好ましい。

このようにすれば、パンパが 4分割され、かつ、各々、各パンパごとの支持部材がバネ力でストツバに接触していることにより、小さく分割されたパンパが安定して支持される。したがって、左右に長い作業部であっても、パンパに撓みが出るおそれがない

[0032] この場合、前記各パンパは、四隅のコーナ部では連続しており、かつ、各パンパ同士が前面、後面および 2つの側面にお!、て互いに分割されて!、るのが更に好まし!/ヽこのように、四隅のコーナ部が連続していることにより、パンパの四隅が障害物に係合する（引っ掛かる）おそれがないので、スムースな走行を期待することができる。

[0033] 本発明の更に別のロボットは、床面に対して鉛直線のまわりに回転可能な走行ァセンプリと、前記走行アセンブリの前方または後方に取り付けられ、床面に対して作業を行う作業アセンブリと、前記鉛直線のまわりの前記走行アセンブリの回転角度を測定する回転角度測定手段と、前記回転角度を記憶する記憶手段と、前記走行ァセンプリの幅方向に互いに離間して設けられ、前記走行アセンブリの進行方向にある障害物までの距離を測定する複数の前方距離測定手段と、前記走行アセンブリの進行方向に対して側方にある障害物までの距離を測定する側方距離測定手段と、前記側方距離測定手段によって測定された複数の測定値に基づ!/ヽて、前記走行ァセンプリが横壁に沿って走行してヽるか否かを判別する判別手段と、前記走行アセンブリの走行動作を制御する制御手段とを更に備え、前記制御手段は、前記複数の前方距離測定手段の少なくとも一つの測定値が、所定の走行停止限界距離 SHd以下となった場合に、走行アセンブリが前方の障害物に近接していると判断して前記走行アセンブリの走行を停止させると共に、前記複数の前方距離測定手段の測定値を比較して、当該障害物の面までの測定距離の差もしくは比が所定の範囲内力否かを判別し、前記測定距離の差もしくは比が前記所定範囲外であると判別した場合には、前記測定距離の差もしくは比が前記所定範囲内になるまで前記走行アセンブリを前記鉛直線のまわりに回転動作させると共に、前記所定範囲内となった時点の走行ァセンプリの回転角度を前記記憶手段に記憶させ、前記判別手段により、前記回転動作を行うまでの前記走行アセンブリの走行が横壁に沿った走行であつたと判別された場合には、前記横壁と前方の障害物とによって形成される隅部に対して作業を行つた後、前記記憶手段に記憶されている前記回転角度に基づいて前方の障害物に沿つて走行するように前記制御手段が前記走行アセンブリの走行動作を制御する。

[0034] 本発明では、走行アセンブリの進行方向に対して所定の角度以上傾いた障害物が検出されると、前記走行アセンブリが走行を停止して、前記複数の前方距離測定手段の測定距離が概ね等しくなるまで、前記走行アセンブリが鉛直線のまわりに回転動作する。走行アセンブリの進行方向に対する前記障害物の傾き角度は、前記複数の前方距離測定手段の測定距離が概ね等しくなつた時点の回転角度に等しいから、該回転角度を前記回転角度測定手段により測定することで、前記障害物の傾き角度を求めることができる。一方、前記判別手段により横壁の有無を検知することにより、隅部に対する作業が必要である力否かが判

断される。走行アセンブリが横壁に沿って走行していたと判別された場合は、隅部に対して作業を行った後に、前方の障害物に沿って走行するように走行アセンブリの動作が制御される。これに対し、走行アセンブリが横壁カゝら離れた位置を走行していたと判別された場合は、走行アセンブリが前記回転動作を行った後、すぐに前方の障害物に沿って走行するように制御される。

[0035] 本発明によれば、走行アセンブリの前方にある障害物の傾き角度にかかわらず、障害物の傾き角度および横壁の有無に応じて走行アセンブリの走行動作が制御されるので、横壁と前方の障害物とによって形成される隅部に対しても確実に作業を行うことができるから、作業対象となる領域の床面に対して隅々まで残らず作業することができる。

[0036] 本発明において、前記判別手段は、前記前方距離測定手段が障害物を検出して前記走行アセンブリが停止した際、前記走行アセンブリが前記回転動作を開始する前に前記判別を行い、前記判別手段により、前記回転動作を行うまでの前記走行ァセンプリの走行が横壁に沿った走行であつたと判別された場合には、前記回転動作の回転中心を前記横壁力離れる方向に所定の距離移動させた後、前記回転動作を行うように前記制御手段が前記走行アセンブリの走行動作を制御するのが好ましい。

[0037] この態様によれば、走行アセンブリが前記回転動作を行う前に、回転動作の回転中心を横壁から所定の距離離れた位置にズラすことで、前記回転動作中に前方距離測定手段の一部が、前方の障害物までの距離と誤って横壁までの距離を測定するおそれがないから、前方の障害物の傾き角度を正確に測定することができる。

[0038] 本発明の好適な態様においては、前記前方距離測定手段が、複数の超音波式センサと複数の光学式センサとを備え、前記超音波式センサおよび光学式センサを、各々、前記走行アセンブリの幅方向に互いに離間して設け、前記超音波式センサが障害物を検出し、かつ、前記光学式センサが障害物を検出している場合は、当該障害物の前記走行アセンブリの進行方向に対する傾きが所定の傾き角度よりも小さいと判断し、前記超音波式センサが障害物を検出せず、かつ、前記光学式センサが障害物を検出している場合は、当該障害物の前記走行アセンブリの進行方向に対する傾きが所定の傾き角度よりも大きいと判断する。

[0039] この態様によれば、前方の障害物の傾きが所定の傾き角度よりも大きくて超音波式センサでは検出できない場合でも、光学式センサにより障害物を検出できるので、障害物の検出精度を向上させることができる。また、障害物を検出して当該障害物の傾き角度を測定する際には、測定精度の良い超音波式センサを主として用いることで、障害物の傾き角度の測定精度を向上させることができる。

[0040] 本発明にお、て、前記前方距離測定手段が複数の超音波式センサと複数の光学式センサとを備えている場合には、前記複数の光学式センサが、前記走行ァセンブリの進行方向に対して所定の角度傾けて設けられたセンサを含むのが好ましい。

[0041] こうすれば、走行アセンブリの斜め前方にある障害物を検出することができるから、障害物の検出精度が更に向上する。

[0042] 本発明のより具体的な態様にお!、ては、前記側方距離測定手段の測定値の履歴に基づいて算出された側方の障害物までの距離である「側方距離値」が前記記憶手段に記憶される。また、前記前方の障害物の傾き角度を求めるための回転動作で、前記複数の前方距離測定手段の測定距離の差もしくは比が前記所定範囲内となつた時点の走行アセンブリの回転角度が前記前方障害物の傾き角度である「傾き角度値」として前記記憶手段に記憶されると共に、その時点の前方距離測定手段の測定距離が「前方距離値」として前記記憶手段に

記憶される。前記制御手段は、前記「側方距離値」、「傾き角度値」および「前方距離値」の値に基づいて、前方障害物と側方障害物との交点の位置と走行アセンブリとの位置関係を算出し、その位置関係情報に基づいて、前方障害物と側方障害物とによつて形成される隅部に対して作業を行うように前記走行アセンブリの走行動作を制御する。

[0043] このようにすれば、直角でない壁の隅部と作業ロボットの現在位置との相対位置関係を計算できるので、隅々まで正確に作業をすることができる。

図面の簡単な説明

[0044] [図 1]本発明の実施例 1にかかる自走式作業ロボットの斜め前方から見た概略斜視図である。

[図 2]同ロボットの斜め後方力も見た概略斜視図である。

[図 3]本作業ロボットの平面断面図である。

圆 4]本作業ロボットの制御機構を示す概略構成図である。

[図 5]障害物の検出原理を示す模式図である。

[図 6]障害物の検出方法を示す概略平面図である。

[図 7]作業アセンブリの平面断面図である。

[図 8]作業アセンブリの右側部分を示す平面断面図である。

[図 9] (a)一 (c)は、それぞれ、障害物の検出方法を示す平面断面図である。

[図 10] (a)一 (c)は、それぞれ、障害物の検出方法を示す平面断面図である。

[図 11] (a)—（d)は、それぞれ、障害物の回避方法を示す平面図である。

[図 12] (a)は本作業ロボットによる障害物の回避方法を示す平面図、 (b)は比較例を示す平面図である。

[図 13] (a)は障害物に接触しても停止しない場合の回避方法を示す平面図、 (b)は停止および後退する場合の回避方法を示す平面図である。

[図 14] (a)は実施例 2にかかる作業ロボットの走行アセンブリの構成を示す平面図、（ b)は同側面図である。

[図 15] (a)は作業ロボットの外観を示す平面図、（b)は制御構成を示すブロック図である。

[図 16]直角の壁に囲まれた領域を作業する場合の動作を示す平面図である。

[図 17]鈍角の隅部を作業する際の動作を示す平面図である。

[図 18]同一連の作業工程を示す平面図である。

[図 19]横壁力離れたレーンで斜め壁に沿って作業する場合の動作を示す平面図である。

[図 20]横壁力離れたレーンで斜め壁に沿って作業する場合の動作を示す平面図である。

[図 21]鋭角の隅部を作業する際の動作を示す平面図である。

[図 22]実施例 2の動作を示す平面図である。

[図 23]同一連の作業工程を示す平面図である。

[図 24]超音波センサだけでは測定できない場合の動作を示す平面図である。符号の説明

1:走行アセンブリ

2:作業アセンブリ

11:取付板 (移動機構の一部）

12：タイミングベルト (移動機構の一部）

13:プーリー (移動機構の一部）

14：レール (移動機構の一部）

21 (L, R), 22 (L, R)：パンパ

30F:前バー (被検出部:第 1および第 2の接触センサの一部）

30B:後バー (被検出部）

4a:第 1光学センサ (第 1距離センサ）

4b, 4c:第 2光学センサ (第 2距離センサ）

4d:第 3光学センサ (第 3距離センサ）

112:保護カバー

113:凹部

46:CPU (第 1および第 2判別手段、変更手段）

7:ジャイロセンサ（回転角度測定手段）

8:マイコン (制御手段）

3a, 3b:超音波センサ (側方距離測定手段）

3c— 3e：超音波センサ (前方距離測定手段）

17a— 17e：光学式センサ (前方距離測定手段） 80 : CPU (制御手段，判別手段）

81 :メモリ（記憶手段）

Θ：回転角度

O :回転中心 (鉛直線）

Dc :第 1測定距離

Dr:第 2測定距離

W:障害物

β：傾斜角

SRI, SL1 :第 1検出スィッチ (第 1の接触センサの一部）

SR2, SL2：第 2検出スィッチ（第 2の接触センサの一部）

発明を実施するための最良の形態

[0046] 本発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施例の説明からより明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施例および図面は単なる図示および説明のためのものである。本発明の範囲は請求の範囲のみに基づいて定められる。添付図面において、複数の図面における同一の部品番号は、同一または相当部分を示す。

[0047] 以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。

以下の実施例では、本発明の自走式作業ロボットを、床上のゴミを吸い上げる自走式の清掃ロボットに適用した場合について例示して説明する。

[0048] 第 1実施例：

図 1および図 2に示すように、本発明にかかる自走式作業ロボットは、床面を自走する台車様の走行アセンブリ 1と、床上のゴミを吸い上げる作業アセンブリ 2とを備えている。作業アセンブリ 2は、走行アセンブリ 1の定常的な進行方向 Fに対して、該走行アセンブリ 1の後方に設けられている。

[0049] 走行アセンブリ 1の上部には、吸引ユニット 56が設けられている。吸引ユニット 56には、ゴミ収容部（タンク）や、ブロア一モータ、フィルタなどが設けられている。吸引ュニット 56と作業アセンブリ 2とは、吸引ホース 57を介して接続されている。作業ァセンプリ 2の下面には吸引口 59が設けられている。本作業ロボットが走行しながら清掃作業を行うと、床のゴミが吸引口 59から次々に吸い上げられて、床面の清掃が行われる。

[0050] 走行アセンブリ 1 :

図 3に示すように、前記走行アセンブリ 1は、該走行アセンブリ 1の駆動を行うための 1対の駆動輪 6a, 6bと、前記走行アセンブリ 1の前部と後部の略中央に自在キャスタ一（図示せず）とを備えている。前記駆動輪 6a, 6bは、それぞれ、駆動モータ 5a, 5b によって駆動される。駆動モータ 5a, 5bは正逆回転可能である。制御手段 8 (図 4)は走行アセンブリ 1の走行を制御する。

[0051] 直進走行時には、前記 2つの駆動モータ 5a, 5bが同方向に回転することで、走行アセンブリ 1は前進または後退することができる。回転動作を行う際には、前記 2つの駆動モータ 5a, 5bがそれぞれ逆方向に回転することで、ロボットの回転動作が行なわれる。一方、前記 2つの駆動モータ 5a, 5bの回転の比率が制御されることで、走行アセンブリ 1はカーブ走行を行うことができる。

[0052] 前記作業アセンブリ 2には、作業アセンブリ 2の本体 20を走行アセンブリ 1に取り付けるための取付板 11が設けられている。一方、走行アセンブリ 1の後方には、進行方向 Fに略直交する左右方向 Xに延びるレール 14が設けられている。前記取付板 11 は、前記レール 14に取り付けられ、かつ、タイミングベルト 12およびプーリー 13を介してスライド駆動モーター 15に接続されている。前記取付板 11は、前記スライド駆動モーター 15により前記レール 14に沿って左右にスライド移動される。したがって、取付板 11、タイミングベルト 12、プーリー 13、レール 14およびスライド駆動モーター 15 は、作業アセンブリ 2を走行アセンブリ 1に対して左右に移動させる移動機構を構成している。

[0053] 本作業ロボットの走行中に、作業アセンブリ 2を所定のタイミングで左右移動させるように制御することにより、図 12や図 13に示すように、作業アセンブリ 2が壁 Wに沿つて移動される。

[0054] 図 3の前記走行アセンブリ 1の前部には、複数の超音波（距離)センサ 3a— 3dと、第 1一第 3の光学 (距離)センサ 4a— 4dとが設けられている。

[0055] これら複数のセンサのうち、 2つの超音波センサ 3a, 3bは、走行アセンブリ 1の左右にある障害物までの距離を測定するものである。一方、残りの超音波センサ 3c, 3dは、走行アセンブリ本体 111の前端の両側部に設けられ、光学センサ 4a— 4dは、前端の中央部に設けられている。これらのセンサ 3c, 3d, 4a— 4dは走行アセンブリ 1の前方にある障害物までの距離を測定する。

[0056] 光学センサ 4a— 4d:

第 1光学センサ 4aはロボットの左右方向 Xの中央の先頭部分に設けられている。第 1光学センサ 4aは、前方の障害物 Wまでの距離 Dc (図 6)を測定する。

第 1光学センサ 4aの左右の両側には、該第 1光学センサ 4aに近接して第 2光学センサ 4b, 4cが設けられている。第 2光学センサ 4b, 4cは、左右の斜め前方の障害物 Wまでの距離 Dr, D (図 6)を測定する。

し

図 1の第 3光学センサ 4dは、第 1光学センサ 4aの上方に設けられている。第 3光学センサ 4dは、前方の斜め下方までの距離 Ddを測定する

[0057] 走行アセンブリ 1の本体 111の先頭部には、保護カバー 112が設けられている。前記保護カバー 112には、凹部 113が形成されている。図 1に示すように、前記凹部 1 13は、第 1および第 2光学センサ 4a— 4cの 3つのセンサに近接対向する側面 113a 一 113cを備えている。一方、凹部 113には、天井面 113dが形成されている。該天井面 113dに対向する位置には、前記第 3光学センサ 4dが配置されている。なお、底面 113eに対向する位置には、ロボットがくぐり抜けることができない障害物が前方の上方にある力否かを検出するための光学センサ（図示せず）が配置されてもょ、。

[0058] 制御手段：

図 4に示すように、前記制御手段 8は、センサ信号入力手段 40、走行車輪制御手段 41、スライド制御手段 42、光学センサ制御手段 43、超音波センサ制御手段 45、ブロアモータ制御手段 50およびマイコン（マイクロコンピュータ） 44を備えて!/、る。各手段 40— 43, 45, 50は、それぞれ、図示しないインターフェイスを介してマイコン 44に接続されている。マイコン 44は、 CPU46、 RAM47、 ROM48および計時を行うタイマ 49を備えている。 ROM48には、後述する退避速度 A1— A3や種々の閾値などが予め記憶されて、る。

[0059] 前記センサ信号入力手段 40には、作業アセンブリ 2に設けられた、たとえば光センサ力なる検出スィッチ (接触センサの一部） SL1— SL4, SR1— SR4が接続されている。

前記走行車輪制御手段 41は、図 3の駆動モータ 5a, 5bの回転を制御し、走行ァセンブリ 1の走行の制御を行う。

前記スライド制御手段 42 (図 4)は、スライド駆動モーター 15の回転を制御し、作業アセンブリ 2の移動機構の制御を行う。

前記センサ制御手段 43, 45 (図 4)は、前記複数の超音波式センサ 3a— 3dおよび光学式センサ 4a— 4dの制御を行う。

[0060] 障害物の検出：

前記 ROM48 (図 4)には、更に、走行アセンブリ 1の走行パターンや、後述する第 1 および第 2閾値 SHc、 SHr、停止距離 DrOおよび種々の演算式等が予め記憶されている。

[0061] CPU (第 1判別手段) 46 (図 4)は、前記第 1光学センサ 4aにより測定された図 5の障害物 Wまでの第 1測定距離 Dcと、前記第 1閾値 SHcとを比較して障害物 Wの接近を判別する第 1判別を行う。また、 CPU (第 2判別手段) 46は、第 2光学センサ 4b (4c )により測定された障害物 Wまでの第 2測定距離 Dr(D )と、第 2閾値 SHrとを比較しし

て障害物 Wの接近を判別する第 2判別を行う。

[0062] 前記 CPU46は、前記 2つの判別手段のうち、いずれか一方が接近したと判別した時に、前記ロボットが前記障害物に接近したと断定する。前記 CPU46は、障害物 W が接近したと断定すると、走行アセンブリ 1の減速や、停止、旋回、方向転換、後退などを行ってもよいし、これらの内の複数を組み合わせて障害物 Wとの衝突の回避を行つてもよい。あるいは、減速して壁に沿って走行するようにしてもよい。

[0063] 障害物 Wの検出原理：

つぎに、本発明による障害物 Wの検出原理にっ、て説明する。

図 6 (c) , (d)に示すように、障害物 Wの傾斜角 βが大きな場合には、前記第 1光学センサ 4aによる第 1判別のみでは、走行アセンブリ 1の前端の側部が障害物 Wに衝突するおそれがある。そこで、本ロボットでは、傾斜角 βに応じて、第 1判別および第 2判別を行い、傾斜角 βにかかわらず、障害物 Wが接近した力否かの判別を行うことができるようにしている。すなわち、図 6 (a)のように、傾斜角 βが所定の基準角度よりも小さい場合には、第 1判別手段の判別結果が有効となってロボットが障害物 Wに接近した力否かの判別が行われる。一方、図 6 (c) , (d)のように、傾斜角 βが前記基準角度よりも大きな場合には、第 2判別手段の判別結果が有効となって、ロボットが障害物 Wに接近したか否かの判別が行われる。

[0064] たとえば、本実施例では、前記基準角度は以下の値となる。

図 5に示すように、第 1光学センサ 4aからの光（平行光）は、本ロボットの定常的な進行方向 Fに略平行に照射される。

[0065] 一方、両側の第 2光学センサ 4b, 4cからの光の照射方向は、第 1光学センサ 4aからの光の照射方向に対して、それぞれ、所定の取付角度 ex , aに設定されている。そのため、障害物 Wの傾斜角 βが、前記取付角度 αの 1Z2になったときに、第 1光学センサ 4aの第 1測定距離 Dcと、第 2光学センサ 4b (4c)の第 2測定距離 Dr (D )としがー致する。

[0066] 本実施例では、前記取付角度 αの 1Z2を基準角度として、当該基準角度よりも傾斜角 βが小さい場合、すなわち、第 1測定距離 Dcが第 2測定距離 Drよりも小さい場合 (たとえば、図 6 (a) )には、前記第 1判別による判別結果に基づいて、障害物 Wが接近した力否かの判別が行われる。 CPU46は、傾斜角 βが基準角度よりも小さい場合 (Dcく Drの場合)、第 1判別手段の方が第 2判別手段よりも先に障害物 Wの接近を検出するから、第 1測定距離 Dcが第 1閾値 SHc以下の場合には、障害物 Wが接近したと断定する。

[0067] 一方、傾斜角 βが基準角度以上の場合、すなわち、第 1測定距離 Dcが第 2測定距離 Dr以上の場合 (たとえば、図 6 (b)—（d) )には、第 2判別手段の方が第 1判別手段よりも先に障害物 Wの接近を検出するから、前記第 2判別による判別結果に基づいて、障害物 Wが接近した力否かの断定が行われる。

ここで、第 2閾値 SHrを固定値にすると、障害物 Wの傾斜角 βが著しく大きい図 6 ( このような場合にば、前端の両側部が障害物 Wに衝突してしまうおそれが生じる。そのため、第 2閾値 SHrは、図 5の傾斜角 βが大きくなる程、大きくするとよい。そこで、以下に説明するように、障害物 Wの傾斜角 βが大きくなる程、第 2閾値 SHrの値を大さくしている。

[0068] 以下、傾斜角 βが基準角度以上の場合 (Dc≥Drの場合)の第 2閾値 SHrの変更方法について説明する。

前記第 2閾値 SHrの変更方法としては、第 1測定距離 Dcと第 2測定距離 Drとの比や差に応じて、第 2閾値 SHrを変更してもよい。たとえば、差 (Dc-Dr)が大きい場合には、当該差の大きさに応じて第 2閾値 SHrを大きくするようにしてもよい。また、比率 (Dc/Dr)が大きい場合には、当該比率に応じて第 2閾値 SHrを大きくするようにしてもよい。

[0069] 以下、第 2閾値 SHrの変更方法として、第 1測定距離 Dcと第 2測定距離 Drとの差を用いた場合にっ、て例示して説明する。

CPU46は、下記の (11)式を用いて第 2閾値 SHrを算出する。

SHr=DrO-(Dr-Dc)…… (11)

ここで、 DrOは、 Dr=Dcの時の Drの走行停止基準値であり、センサの配置や本口ボットの大きさや形状に基づいて予め設定された値である。

[0070] CPU46は、前記 (11)式に基づいて第 2閾値 SHrを算出し、前記第 2閾値 SHrと第 2測定距離 Drとの比較を行う。

たとえば、図 6 (b)に示すように、 Dr=Dcの場合（障害物 Wの傾斜角 βが、前記取付角度 αの 1Z2の場合）には、第 2閾値 SHrは走行停止基準値 DrOと同じ値になる

[0071] 一方、図 6 (c)に示すように、障害物 Wの傾斜角 /3が a Z2よりも大きな場合には、 Drく Dcであるから、前記 (11)式により、第 2閾値 SHrの値は走行停止基準値 DrO よりも大きな値に設定される。

さらに、図 6 (d)に示すように、障害物 Wの傾斜角 βが著しく大きな場合には、 Dr《 Dcであるから、前記 (11)式により、第 2閾値 SHrの値は更に大きな値に設定される。

CPU46は、第 2測定距離 Drと第 2閾値 SHrとの比較を行い、第 2測定距離 Drが第 2閾値 SHr以下の場合には、ロボットが障害物 Wに接近したと判別する。

[0072] 以上のように、障害物 Wの傾斜角 βが基準角度よりも大きい場合には、当該傾斜角 βが大きくなるほど第 2閾値 SHrの値が大きくなるように、所定の演算式に基づいて第 2閾値 SHrの値が変更される。したがって、傾斜角 βが著しく大きくても、ロボットの前端の側部が障害物 Wに接触する前に、確実に障害物 Wを検出することができる

[0073] なお、第 2閾値 SHrの算出式としては、本ロボットの形状や大きさ、走行速度等によつて種々の演算式が考えられる。該演算式としては、前述の (11)式の他に、たとえば、 SHr=DrO— (Dr— Dc) Z2を用いてもよい。

[0074] また、前述の実施例では、傾斜角 βが大き!/、場合、第 2判別手段による判別結果に基づいて、障害物 Wが接近したか否かの判別が行なわれた力他の実施例として、常に第 1判別手段による判別を行い、障害物 Wの傾斜角 βが大きくなる程、第 1閾値 SHcを大きくする方法も考えられる。

力かる変形例に用いる演算式としては、たとえば、以下の (12)式を用いてもよい。 SHc = DRO-(Dr-Dc) X 1. 5…… (12)

したがって、図 6 (b)—（d)に示すように、障害物 Wの傾斜角 βが大きくなるほど、第 1閾値 SHcが大きくなるので、障害物 Wの傾斜角 βが大きい場合であっても、第 1判別手段による判別結果を用いて障害物 Wの接近を検出することができる。

[0075] しかし、距離センサは、一般的に測定距離が小さい程測定精度が向上する。そのため、一般的には、本実施例のように、傾斜角が大きい場合には、より測定距離の小さい前記第 2判別手段を用いる方が好ましい。但し、距離センサの種類によっては、所定距離以下で測定精度が低下する場合もあるので、そのような場合には、常に第 1判別手段による判別を行い、障害物の傾斜角が小さくなる程、第 1閾値 SHcを大きくする方法を採用するほうが好ま Uヽ。

[0076] 第 1および第 2光学センサ (距離センサ）は、作業ロボットの前面の側部に設けられていてもよい。かかる場合、第 2光学センサは、ロボット本体の外側の斜め前方の距離を測定する一方のみでよ、。

[0077] 作業アセンブリ 2 :

図 3に示すように、前記作業アセンブリ 2は、平面視が長方形である。前記作業ァセンブリ 2の左右方向の幅は、走行アセンブリ 1の左右方向 Xの幅よりも大きい。したがつて、作業アセンブリ 2は、走行アセンブリ 1の左右力も突出している。作業アセンブリ 2は、本体 20と、該本体 20の周囲を覆うパンパ 21 (L, R) , 22 (L, R)を備えている。前記パンパ 21, 22は、左右および前後に分割されている。前記パンパ 21, 22は、本作業ロボットの進行方向 Fに略直交する左右方向 Xの中心に対して、鏡対象に設けられている。

[0078] 図 2 (および図 7)に示すように、各パンパ 21, 22は、四隅のコーナ部では連続している。各パンパ 21, 22は、前面、後面および 2つの側面において、互いに分割されている。後側のパンパ 22L, 22Rは、作業アセンブリ 2の左右方向 Xの概ね中心部分において分割されている。前記後側のパンパ 22L, 22Rの分割部分は、互いに略平行

、かつ、上下方向 Zに対して斜めに形成されている。

[0079] 図 7に示すように、パンパ 21, 22の前側のコーナ部および後側のコーナ部には、それぞれ第 1および第 2コロ 25, 26が設けられている。なお、図 1、図 2では、コロ 25, 2 6が省略されている。

[0080] 前バー 30F:

図 8は、作業アセンブリ 2の右側部分を示す平面断面図である。

図 8に示すように、右前パンパ 21Rは、該右前パンパ 21Rに沿って左右方向 Xに延びる前バー (被検出部） 30Fに、ブラケット 27を介して支持されている。前バー 30Fは、第 1および第 2アーム 31, 32を介して作業アセンブリ本体 20に取り付けられている

[0081] パンパ支持機構：

前バー 30Fの左右の端部には、前記第 1および第 2アーム 31, 32が、それぞれ設けられている。第 1および第 2アーム 31, 32は、回動軸 31ο, 32οを中心に、作業ァセンプリ本体 20に対して回動自在に取り付けられている。第 1および第 2アーム 31, 32には、長孔 31a, 32aが形成されている。前バー 30Fの左右の端部には、前記長孔 31a, 32a内を摺動する摺動部 30a, 30aが形成されている。したがって、前バー 3 OFは、第 1および第 2アーム 31, 32を介して、作業アセンブリ本体 20に対して前後、左右および斜め方向に移動可能に支持されて、る（図 9 (a)— (c) )。

[0082] 右前パンパ 21Rの左側の端部 23は、後方に向って折り曲げられている。そのため、図 9 (a) , (c)に示すように、右前パンパ 21Rの前面や斜め前のコーナ部が障害物 Wに接触すると、前記端部 23が作業アセンブリ本体 20に接触し、前記端部 23を中心に右前パンパ 21Rが若干回動する。

[0083] 位置決め機構：

図 8に示すように、右側の第 1アーム 31の回動軸 31οには、スプリング 31sが卷回されている。前バー 30Fは、スプリング 31sのパネ力によって、矢印で示すように右側に向って付勢されている。

一方、作業アセンブリ本体 20には、ストッパ 35が固定されている。第 1アーム 31はストッパ 35に接することで、前バー 30Fが右端の所定の位置に位置決めされている。

[0084] 一方、作業アセンブリ本体 20には、前バー 30Fを進行方向 Fに付勢するための第 3アーム 33が設けられている。第 3アーム 33は、回動軸 33οを中心に作業アセンブリ本体 20に対して回動自在に設けられている。第 3アーム 33の端部には、前バー 30F の後端部に接するローラ 34が設けられている。前記回動軸 33οに卷回されたスプリング 33sのパネ力によって、ローラ 34が前バー 30Fの後端部を前方向 Fに向って付勢している。

前バー 30Fは、前記摺動部 30a, 30a力第 1および第 2アーム 31, 32の長孔 31a , 32aの前端部に接触することにより、進行方向 Fの端部に位置決めされている。

[0085] 右第 1および右第 2検出スィッチ SRI, SR2 :

作業アセンブリ本体 20には、前バー 30Fの位置を検出するための右第 1および右第 2検出スィッチ SRI, SR2が設けられている。右第 1検出スィッチ SR1は、前バー 3 OFの右側の後端部に対応する位置に設けられている。一方、右第 2検出スィッチ SR 2は、前バー 30Fの左端に対応する位置に設けられて、る。

[0086] たとえば、図 9 (a)に示すように、前進時において、右前パンパ 21Rの前面が障害物 Wに当接した場合には、前バー 30Fが右後方に移動する。この際、前バー 30Fによって右第 1検出スィッチ SR1の光が遮光されて、前バー 30Fが検出される。したがつて、右第 1検出スィッチ SRl (SLl)および前バー 30Fは、作業アセンブリ 2の前面が障害物 Wに接触したのを検知する第 1の接触センサを構成している。

図 9 (b)に示すように、右前パンパ 21Rの側面に第 1コロ 25を介して障害物 Wが接触した場合には、前バー 30Fが左側に移動する。この際、前バー 30Fによって第 2スイッチ SR2の光が遮光されて前バー 30Fが検出される。したがって、右第 2検出スィツチ SR2 (SL2)および前バー 30Fは、作業アセンブリ 2の側面に障害物 Wが接触したのを検知する第 2の接触センサを構成して、る。

図 9 (c)に示すように、右前パンパ 21Rの斜め前に第 1コロ 25を介して障害物 Wが接触した場合には、前バー 30Fが左斜め後に移動する。この際、右第 1および右第 2 検出スィッチ SRI, SR2の双方が前バー 30Fを検出する。

[0087] 図 7に示すように、作業アセンブリ 2の左側に設けられた左第 1および左第 2検出スイッチ SLl, SL2は、それぞれ、前述の右第 1および右第 2検出スィッチ SRI, SR2 に対して、鏡対象の位置に設けられている。したがって、左右の第 1および第 2検出スィッチ SRI, SR2, SLl, SL2の検出信号と、前進時における障害物の接触位置との関係は、以下のようになる。

SR1のみ:右前面に接触（図 9 (a) )

SR2のみ:右側面に接触（図 9 (b) )

SRIおよび SR2：右斜め前に接触（図 9 (c) )

SL1のみ:左前面に接触

SL2のみ:左側面に接触

SL1および SL2 :左斜め前に接触

[0088] 後バー 30B:

図 8に示すように、前記右後パンパ 22Rは、該右後パンパ 22Rに沿って左右方向 X に延びる後バー (被検出部） 30B力ブラケット 27を介して支持されている。後バー 3 OBの移動機構および位置決め機構は、前述の前バー 30Fに対して、同様であり、その相当部分に同一符号を付してその説明を省略する。

このように、分割された各パンパ 21 (L, R) , 22 (L, R)は、当該各パンパ 21 (L, R) , 22 (L, R)が障害物 Wに接触した際に、内方へ退避可能なように外方に向ってバネカにより付勢された状態で、ストッパ 35により所定の位置に位置決めされている。

[0089] 右第 3および右第 4検出スィッチ SR3, SR4 :

作業アセンブリ本体 20には、後バー 30Bの位置を検出する右第 3および右第 4検出スィッチ SR3, SR4が設けられている。右第 3検出スィッチ SR3は、後バー 30Bの右側の前端部に対応する位置に設けられている。一方、右第 4検出スィッチ SR4は、後バー 30Bの左側の前端部に対応する位置に設けられている。

[0090] たとえば、図 10 (a)に示すように、後退時において、後方の第 2コロ 26を介して右後パンパ 22Rの右斜め後のコーナ部が障害物 Wに接触した場合には、後バー 30B の右端が前方に移動し、右第 3検出スィッチ SR3が後バー 30Bを検出する。

図 10 (b)に示すように、右後パンパ 22Rの左端付近、すなわち作業アセンブリ 2の中央部の右側付近に障害物 Wが接触した場合には、後バー 30Bの左端が前方に移動し、右第 4検出スィッチ SR4が後バー 30Bを検出する。

図 10 (c)に示すように、右後パンパ 22Rの中央部付近、すなわち、作業アセンブリ 2の右側に障害物 Wが接触した場合には、後バー 30Bが前方に移動し、右第 3および右第 4検出スィッチ SR3, SR4の双方が後バー 30Bを検出する。

[0091] 作業アセンブリ本体 20の左側に設けられた左第 3および左第 4検出スィッチ SL3, SL4は、それぞれ、前述の右第 3および右第 4検出スィッチ SR3, SR4に対して、鏡対象の位置に設けられている。したがって、左右の第 3および第 4検出スィッチ SR3, SR4, SL3, SL4の検出信号と、後退時における障害物の接触位置との関係は、以下のようになる。

SR3のみ:右斜め後に接触（図 10 (a) )

SR4のみ：作業アセンブリ 2の中央部右に接触（図 10 (b) )

SR3および SR4：作業アセンブリ 2の右側付近に接触（図 10 (c) )

SL3のみ:左斜め後に接触

SL4のみ：作業アセンブリ 2の中央部左に接触

SL3および SL4：作業アセンブリ 2の左側付近に接触

[0092] 回避動作：

以上説明したように、前記 CPU46は、センサ信号入力手段 40を介して検出スイツチ SR1— SR4, SL1— SL4からの検出信号を受信することにより、前進ないし後退時において、各パンパ 21 (L, R) , 22 (L, R)のどの部分が障害物 Wに接触したかを詳細に判別することが可能である。 CPU46は、力かる検出信号に基づいて、種々の回避動作を行う。

以下、回避動作について、本作業ロボットが前進している場合で、かつ、障害物 w に作業アセンブリ 2の前面ないし側面が接触した場合について例示して説明する。

[0093] 図 11 (a)に示すように、左前パンパ 21Lの前面が障害物 Wに接触した場合、 CPU

46は左第 1検出スィッチ SL1 (図 7)力の検出信号を受け取り、第 1の退避速度 A1 で、作業アセンブリ 2を右方向に移動させる。

図 11 (b)に示すように、右前パンパ 21Rの前面が障害物 Wに接触した場合、 CPU

46は右第 1検出スィッチ SRI (図 7)力の検出信号を受け取り、第 1の退避速度 A1 で、作業アセンブリ 2を左方向に移動させる。

[0094] 図 11 (c)に示すように、左前パンパ 21Lの左側面が障害物 Wに接触した場合、 CP

U46は左第 2検出スィッチ SL2 (図 7)力の検出信号を受け取り、第 1の退避速度 A

1よりも低速の第 2の退避速度 A2で、作業アセンブリ 2を右方向に退避させる。

図 11 (d)に示すように、右前パンパ 21Rの右側面が障害物 Wに接触した場合、 CP

U46は右第 2検出スィッチ SR2 (図 7)からの検出信号を受け取り、前記第 2の退避速度 A2で、作業アセンブリ 2を左方向に退避させる。

なお、第 1の退避速度 A1としては、たとえば lm/秒一 3m/秒程度が好ましい。第

2の退避速度 A2としては、たとえば、 lOcmZ秒一 30cmZ秒程度が好ましい。

[0095] 図 12 (a)は、前述の制御方法を採用して、本作業ロボットを壁際で走行させた場合の例を示す。以下、本作業ロボットの右側に障害物 Wが存在する場合について、例示して説明する。

前記障害物 (壁) Wの途中には、左側に向って比較的小さな凸部 W1が突出している。作業アセンブリ 2は、初期状態において、左右方向 Xについてはほぼ中央に位置している。

[0096] 1) :走行アセンブリ 1が走行を開始し、右前パンパ 21R側面の第 1コロ 25が障害物 Wに接触すると、第 2検出スィッチ SR2から検出信号が送信される（図 9 (b)の状態 )。 CPU46は、第 2検出スィッチ SR2からの検出信号を受け取ると、スライド制御手段 42を介してスライド駆動モーター 15 (図 3)を作動させ、作業アセンブリ 2を左側に低速の第 2の退避速度 A2で移動させる（図 11 (d) )。 2) :作業アセンブリ 2が左方向に移動したため、第 2検出スィッチ SR2からの検出信号が送信されなくなる。 CPU46は、前記検出信号を受信しなくなると、直ちに、第 2 の退避速度 A2よりも更に低速の復帰速度 A3で作業アセンブリ 2を元の位置に向つて移動させる。

3)： 1)および 2)と同じ動作を繰り返しながら壁 Wに沿って前進する。

4) :障害物 Wの凸部 W1に右前パンパ 21Rの右前が接触すると、第 1検出スィッチ S R1から検出信号が送信される（図 9 (a)の状態)。 CPU46は、第 1検出スィッチ SR1 力の検出信号を受け取ると、作業アセンブリ 2を第 1の退避速度 A1で左側に高速移動させて、障害物 Wの凸部 W1を回避しながら前進する（図 l l (b) )。

5)、 6)：前記 1)および 2)と同じ動作を繰り返しながら前進する。

[0097] 図 12 (b)は、比較例を示す。

図 12 (b)の比較例では、右前パンパ 21Rの側面が障害物 Wに接触した場合に、作業アセンブリ 2を第 1の退避速度 A1で高速移動させている（図 12 (b)の 1))。そのため、本比較例では、障害物 Wから作業アセンブリ 2が離れすぎてしまい、障害物 Wと作業アセンブリ 2が離れている時間が長くなる（図 12 (b)の 1)一 3))。

これに対し、本実施例では、作業アセンブリ 2の側面が障害物 Wに接触した場合には、作業アセンブリ 2を低速の第 2の退避速度 A2で移動させている。そのため、作業アセンブリ 2と障害物 Wとが離れている時間が短くなり、障害物 Wに沿って壁際を清掃することができる。

[0098] 一方、図示して!/ヽな、が、障害物 Wの凸部 W1に右前パンパ 21Rの右前が接触した場合に、作業アセンブリ 2を第 2の退避速度 A2で低速移動させることも考えられる。力かる場合には、障害物 Wの凸部 W1に対する回避が遅くなり、比較的小さな凸部 W1であっても作業アセンブリ 2が当該凸部 W1に引っ掛かってしまい、走行ァセンブリ 1の進行方向が傾くおそれが生じる。

これに対し、本実施例では、作業アセンブリ 2の前面に障害物 Wが接触した場合には、作業アセンブリ 2を第 1の退避速度 A1で高速移動させている。そのため、作業ァセンプリ 2が障害物 Wに引っ掛力るおそれが少なくなる。

[0099] つぎに、図 13 (a) , (b)に示すように、障害物 Wの途中に比較的大きな凸部 W2が存在する場合について説明する。

図 13 (a)に示すように、障害物 Wの凸部 W2が大きい場合には、作業アセンブリ 2を高速の第 1の退避速度 A1で左側に移動させる回避動作を行っても、当該回避動作が間に合わず、作業アセンブリ 2が凸部 W2に引っ掛力つてしまい、走行アセンブリ 1 の進行方向が傾くおそれが生じる。

[0100] そこで、本実施例では、以下のように、回避動作を行う。

図 13 (b)の 4)に示すように、右前パンパ 21Rに障害物 Wが接触すると、右第 1検出スィッチ SR1が検出信号を CPU46に送信する（図 9 (a) )。前記検出信号は、障害物 Wの接触が解消されるまで、送信が続けられる。

図 4の CPU46が、右第 1検出スィッチ SR1からの検出信号を受け取ると、タイマ 49 が計時を開始し、検知時間を計時する。一方、 CPU46は当該検知時間と、 ROM48 力も読み出した閾値 (時間 H)との比較を行い、検知時間が前記閾値 (時間 H)よりも長い場合には、図 13 (b)に示す走行アセンブリ 1の走行を停止させる。該停止後、 C PU46は、走行アセンブリ 1所定距離だけ後方へ移動させる。更に、 CPU46は作業アセンブリ 2を第 1の退避速度 A1で所定量退避方向に移動させる。その後、走行ァセ

ンブリ 1が前方への移動を再開する。

[0101] このように、第 1検出スィッチ SRI (SL1)による検知時間が所定の閾値（時間 H)を超えたことを検出して、走行アセンブリ 1の走行が一旦停止され、当該停止後、走行アセンブリ 1が所定距離だけ後方へ移動される。したがって、作業アセンブリ 2が障害物 Wに引っ掛力ることによって走行アセンブリ 1の進行方向が傾くのを防止し得る。また、障害物 Wや作業アセンブリ 2に傷が付くのを防止することができる。

[0102] なお、走行アセンブリ 1の走行速度が速、ほど、前記閾値（時間 H)を小さく（時間を短く）するのが好ましい。走行速度が速いほど、作業アセンブリ 2が壁の出っ張りに引っ掛力つて進行方向が傾くまでの時間が短くなるからである。

力かる回避の方法としては、たとえば、 ROM48に複数の閾値を記憶させ、走行ァセンプリ 1の走行速度が速、場合には小さ、値の閾値を読み出し、走行速度が遅!ヽ場合には大きい値の閾値を読み出すようにしてもよい。また、所定の演算を行い走行速度に応じて閾値を算出するようにしてもよい。

[0103] 前記実施例において、接触センサの一例として、前述の実施例では光センサを用いた。しかし、センサは障害物の接触を検出し得るものであればよぐたとえば、接触型のスィッチが用いられてもよ、。

また、後方の左右のパンパは一体に形成されていてもよい。また、前方の左右のバンパのみが用いられてもよ、。

[0104] 第 2実施例：

全体構成：

本作業ロボット 100は、図 15 (a) , (b)に示す走行アセンブリ 1および作業ァセンブリ 2を備えている。図 14 (a) , (b)に示すように、前記走行アセンブリ 1は、走行ァセンブリ 1の駆動を行うための駆動輪 6a, 6bと、走行アセンブリ 1のバランスをとるための従動輪 9a, 9bとを備えている。前記駆動輪 6a, 6bは、それぞれ、駆動モータ 5a, 5b によって駆動される。駆動モータ 5a, 5bは正逆回転可能で、マイコン (制御手段） 8によって回転が制御される。

[0105] 直進走行時には、前記 2つの駆動モータ 5a, 5bが同方向に回転することで、走行アセンブリ 1は前進または後退することができる。

回転動作を行う際には、前記 2つの駆動モータ 5a, 5bがそれぞれ逆方向に回転することで、走行アセンブリ 1は、図 14の床面に対する鉛直線（回転中心) Oのまわりに回転することができる。

なお、前記 2つの駆動モータ 5a, 5bの回転の比率が制御されることで、走行ァセンプリ 1はカーブ走行を行うことができる。

[0106] 走行アセンブリ 1の後部には、前記作業アセンブリ 2を取り付けるための取付板 11 が設けられている。取付板 11は、スライド駆動モータ 15によって駆動され、レール 14 に沿って走行アセンブリ 1の幅方向 Xにスライド移動可能とされている。

[0107] 図 15 (a)の作業アセンブリ 2は、前記取付板 11を介して、前記走行アセンブリ 1の後方に取り付けられる。前記作業アセンブリ 2は、床面に近接ないし接触して床面に対する作業を行うものであり、たとえば、床上のゴミを吸引したり、あるいは、床面にヮックスを塗布する。前記作業アセンブリ 2は、前記取付板 11に取り付けられていることで、走行アセンブリ 1に対して幅方向 Xにスライド移動することができる。

[0108] 図 14に示すように、走行アセンブリ 1の前部には、複数の超音波式センサ 3a— 3e と、複数の光学式センサ 17a— 17eとが設けられている。これら複数のセンサのうち、 2つの超音波式センサ 3a, 3bは、走行アセンブリ 1の左右にある障害物までの距離を測定する側方距離測定手段を構成する。一方、残りの超音波式センサ 3c, 3d, 3eおよび光学式センサ 17a, 17b, 17c, 17d, 17eは、走行アセンブリ 1の前方にある障害物までの距離を測定する前方距離測定手段を構成する。

なお、走行アセンブリ 1の前部外縁部には、障害物との接触を検知するためのバンパーセンサ 10が設けられている。

[0109] 前記超音波式センサ 3c, 3d, 3eおよび前記光学式センサ 17a, 17b, 17c, 17d, 17eは、各々、前記走行アセンブリ 1の幅方向 Xに互いに離間して設けられている。前記光学式センサ 17a— 17bのうち、 2つの光学式センサ 17b, 17dは、それぞれ、前記走行アセンブリ 1の進行方向に対して所定の角度傾けて設けられている。

[0110] 制御構成：

つぎに制御構成について説明する。

図 15 (b)に示すように、前記マイコン 8Aには、駆動モータ 5a, 5b、スライド駆動モータ 15、前方距離測定手段 3c— 3e, 17a— 17e、側方距離測定手段 3a, 3b、ジャイロセンサ（回転角度測定手段） 7およびバンパーセンサ 10などが図示しないインタ一フェイスを介して接続されて、る。

前記ジャイロセンサ 7は、前記鉛直線 Oのまわりの走行アセンブリ 1の回転角度を測定するものであり、図 14 (a) , (b)に示すように、前記回転中心 Oの近傍に設けられている。

[0111] 前記マイコン 8Aは CPU (制御手段、判別手段） 80およびメモリ（記憶手段） 81を備えている。前記メモリ 81には、前記前方距離測定手段 3c— 3e, 17a— 17e、側方距離測定手段 3a, 3bおよびジャイロセンサ 7によって測定される各測定値が記憶される

[0112] 動作：

つぎに、本作業ロボットの動作について詳しく説明する。まず、図 16を参照して、直角の壁で囲まれたスペースを作業する場合の基本的な動作について説明する。

図 16に示すように、作業ロボット 100は、横壁 (側方障害物）の壁面に平行な複数の走行レーン 201, 202を一方の端力順に走行していく。あるレーンの走行中に、作業ロボット 100が前方に壁 (前方障害物）を検出すると、走行アセンブリ 1は 90度回転、前壁に沿って所定距離前進、 90度回転を行って隣の走行レーンに移動する。このように、作業ロボット 100は、ターンと走行とを繰り返して開始位置 P1から終了位置 P2まで走行しながら対象領域の作業を行う。

[0113] 次に、作業対象領域に斜めの壁が存在する場合の動作について説明する。

図 17は、作業ロボット 100が横壁 52に沿って前進しながら作業を行っている途中に、前方の斜め壁 51に遭遇した場合の例を示している。この例は、前方の斜め壁 51 と横壁 52との成す角度が鈍角である場合の例である。

[0114] 図 17 (a)は、作業ロボット 100が横壁 52に沿って前進している様子を示す図である。この図において、 D1は走行アセンブリ 1の回転中心 Oから横壁 52までの距離であつて、前記センサ 3bの測定距離 Mbに、前記センサ 3bの前記回転中心 O力もの幅方向 Xの離間距離を加えることにより算出される。前記側方距離測定手段 3a, 3bによる測定は、所定の周期で繰り返し実行され、過去 120回のデータが時系列で前記メモジ8

1に記憶される。また、走行アセンブリ 1の走行距離データ力前記駆動モータ 5a, 5 bに接続されたエンコーダ（図示せず）により検出され、前記メモリ 81に記憶される。

[0115] 図 17 (b)は、作業ロボット 100が横壁 52に沿って前進中に、前壁 51が所定距離以内に近づいたことを検出し、走行停止した状態を示している。この図 17 (b)において、 Wiは作業アセンブリ 2の幅であり、 Mcは左側の超音波式センサ 3cによる測定距離であり、 Mdは右側の超音波式センサ 3cによる測定距離である。前記右側センサ 3c の測定距離 Mdの値が所定の閾値 (走行停止限界距離 SHd)以下となると、走行ァセンプリ 1は走行を停止する。このときの前記回転中心 Oの位置を点 Jとする。

この停止状態においては、前方の壁 51は右側が走行アセンブリ 1に近くなつているので、前記測定距離 Mc, Mdの関係は、 Mc>Mdとなる。そのため、前記 CPU80 は、前方の壁 51の右側が近くにあり、左側が遠くにあると判断する。 CPU80は、前記測定距離 Mcと Mdとを比較して、 Mcと Mdとの差の絶対値が所定の別の閾値 (傾き判別基準値 SHa)よりも大き、か否かを判別する。前記測定距離 Mcと Mdとの差の絶対値が傾き判別基準値 SHaよりも大きい (所定値の範囲外の)場合には、前壁の傾き角を測定するため、 CPU80は回転中心 Oを前記点 Jの位置力動力さないようにして、走行アセンブリ 1を時計回りに回転運動させる。

[0116] 図 17 (c)に示すように、走行アセンブリ 1が時計回りに回転して、前記測定距離 Mc , Mdの差の絶対値力傾き判別基準値 SHa以下 (所定値の範囲内）になると、 CPU 80は、走行アセンブリ 1と前方の斜め壁 51とが概ね正対する向きになったと判断して、走行アセンブリ 1の回転運動を停止させる。このときの走行アセンブリ 1の回転角度 Θは、前記ジャイロセンサ 7により測定され、前記メモリ 81に記憶される。また、このときの前壁 51までの距離 D2が前記メモリ 81に記憶される。

[0117] 図 17 (d)は、図 17 (c)の状態から、図 17 (a)の進行方向 Yに対して走行アセンブリ 1が 90度回転して、作業アセンブリ 2の右端部 21eが、前壁 51と横壁 52との交点こ接し、かつ、作業アセンブリ 2の後端が横壁 52に接する位置に移動した状態を示す。このときの前記回転中心 Oの位置を点 Bとする。

この状態から、作業ロボット 100が所定距離前進することにより、図 17 (b)に示す状態で作業をやり残した隅部の床面に対する作業を行うことができる。

[0118] 図 17 (e)は、作業ロボット 100が前壁 51に沿った姿勢となり、前記点 Cに作業ァセンブリ 2の右端部 21eが接している状態を示す。この状態から、作業ロボット 100が所定距離前進することにより、前壁 51に沿って走行しながら作業を行うことができる。

[0119] 前記点 Cの位置は、たとえば、下記の演算式により算出される。

図 17 (f)において、点 Jの座標を (Xa, Ya)、点 Cの座標を (Xc, Yc)、点 Dの座標を (Xd, Yd)とする。なお、点 Dは、走行アセンブリ 1の Y軸方向の中心線 Lyが前壁 51 と交差する点である。

前記点 Cの X座標は、 Xc=Xa + Dl

前記点 Dの Y座標は、 Yd=Ya + D2Zcos Θ

前記点 Cの Y座標は、 Yc=Yd— Dl Xtan Θ =Ya + D2/cos θ-DlXtan Θ

[0120] 上記の式から、点 Cの座標（Xc, Yc)は、点 Jの座標 Xa, Yaと、距離 Dl, D2および回転角度 Θを用いて下記のように表せる。

Xc=Xa + Dl

Yc=Ya + D2/cos 0— DlXtan θ

従って、図 17(d)の点 Βの座標 (Xb, Yb)は、回転中心 O力も作業アセンブリ 2の後端までの距離 D3と、作業アセンブリの幅 Wを用いて下記のように表せる。

Xb=Xc-D3

=Xa + Dl-D3

Yb=Yc-W/2

=Ya + D2/cos θ-DlXtan Θ ~W/2 ·'·(2)

[0121] 同様に、図 17(e)に示す点 Εの座標 (Xe, Ye)は、下記のように表せる。

Xe=Xc-(W/2) Xsin Θ ~D3 X cos Θ

=Xa + Dl-(W/2) Xsin Θ ~D3 X cos θ ·'·(3)

Ye=Yc-(W/2) Xcos Θ +D3Xsin Θ

=Ya + D2/cos θ-DlXtan Θ

-(W/2) Xcos Θ +D3Xsin θ "'(4)

上記の如ぐ点 Jから点 Bおよび点 Eへ移動する為の、 X軸方向、 Y軸方向の移動距離が計算できる。したがって、作業アセンブリ 2の右端部 21eを前記点 Cに接するように、作業ロボット 100を自律的に移動させることができる。

[0122] 図 18 (a)一 (s)を参照して、作業ロボット 100が横壁 52に沿って作業しながら前進中に、前方に斜めの壁 51が現れた場合の動作の流れを説明する。これらの図に示す例は、前方の斜め壁 51と横壁 52との成す角度が鈍角である場合の例である。なお、図 18においてハッチングを施している部分は、作業が済んでいる領域である

[0123] 図 18 (a)に示すように、作業ロボット 100は横壁 52に沿って作業しながら前進している。この時、紙面左右方向 Xの障害物までの距離を測定する為の側方距離測定手段 3a, 3bの過去 120回の測定データ力測定時点の走行距離データと共に前記メモリ 81に記憶される。

[0124] 図 18 (b)に示すように、前壁 (前方障害物） 51が現れたことを前方距離測定手段 3 c一 3e, 17a— 17eが検出すると、走行アセンブリ 1は走行を停止する。そして、前記センサ 3c、 3dの測定距離 Mc, Mdを比較し、 Mcと Mdの差の絶対値が前記傾き判別基準値 SHaよりも大きぐかつ、 Mc >Mdであることから、前方の障害物の右側が近ぐかつ、左側が遠い斜めの壁であると判断し、更に、過去 120回の側方距離測定手段 3a, 3bの測定距離の履歴と、該測定距離を測定した時点の走行距離のデータと力も走行アセンブリ 1の右横に壁 52が存在していると判別する。

[0125] つぎに、図 18 (c)に示すように、走行アセンブリ 1が右回りに回転動作しながら、前記左右のセンサ 3c、 3dで前壁 51までの距離を繰り返し測定し、前記左右のセンサ 3 c、 3dの測定距離 Mc、 Mdの値の差の絶対値が前記傾き判別基準値 SHa以下になつた時点で回転動作を停止する。

[0126] 図 18 (d)では、前記 CPU80が前述の（1)式および（2)式から、前記点 B (図 17 (d) )の座標を計算し、回転中心 Oの Y座標が点 Bの Y座標 Ybに一致するまで走行ァセンブリ 1を後退させる。その後、図 18 (e)に示すように、作業アセンブリ 2を走行ァセンプリ 1に対して左端までスライド移動させた状態で、走行アセンブリ 1が反時計回りに角度（ 0 + 90° )だけ回転する。続いて、図 18 (f)に示すように、回転中心 Oの X座標カ前記点 Bの X座標 Xbに一致する地点まで後退する。この後退中に作業ァセンプリ 2の後端部に設けられた図示しない接触センサが横壁 52に接触すると、走行ァセンプリ 1の後退が停止される。これにより、作業アセンブリ 2の右端部 21eが、前記点じに接するまで作業アセンブリ 2を移動させることができる。

[0127] つぎに、図 18 (g)に示すように、作業ロボット 100は作業アセンブリ 2の幅 Wに相当する距離だけ前進しながら作業を行う。これにより、隅部の一部分の作業が完了する。図 18 (h)では、 CPU80は前述の（3)式および (4)式から、前記点 E (図 17 (e) )の座標を計算し、前記回転中心 Oの X座標が点 Eの X座標 Xeに一致するまで走行ァセンブリ 1を後退させる。その後、図 18 (i)に示すように、作業アセンブリ 2が走行ァセンプリ 1に対して左端までスライド移動した状態で、走行アセンブリ 1が時計回りに 90度回転する。続いて、図 18 (j)に示すように、回転中心 Oの Y座標が点 Eの Y座標 Yeに一致するまで前進しながら作業する。その後、図 18 (k)に示すように、走行アセンブリ 1は、反時計回りに角度 Θだけ回転し前方の斜め壁 51に沿った姿勢となる。

[0128] 図 18 (1)に示すように、作業ロボット 100は斜め壁 51に沿って作業をしながら所定距離前進する。これにより、隅部の残りの部分と前壁 51沿いのスペースの一部の作業が完了する。つぎに、図 18 (m)に示すように、走行アセンブリ 1が反時計回りに 90 度回転した後、作業アセンブリ 2の後端が前壁 51に接触するまで後退する。その後、図 18 (n)に示すように、作業ロボット 100は作業をしながら所定距離前進する。

[0129] 続いて、図 18 (o)に示すように、走行アセンブリ 1は反時計回りに 90度旋回する。

その後、図 18 (p)に示すように、作業ロボット 100は作業をしながら所定距離前進する。つぎに、図 18 (q)に示すように、前記図 18 (a)で走行していたレーンの隣のレーンの中心位置に回転中心 Oの X座標が一致するまで後退する。ここで、図 18 (r)に示すように、走行アセンブリ 1が時計回りに角度（90° — Θ )だけ回転することで、走行アセンブリ 1が前記図 18 (a)での進行方向と 180度反対の方向に向く。その後、図 18 (s)に示すように、作業ロボット 100は作業をしながら前進し、次のレーンの作業を行う。

このように、作業ロボット 100は、斜めの壁が存在する場合でも、壁の隅部まで隈なく作業することがでさる。

[0130] 次に、図 19 (a)— (1)を参照して、作業ロボット 100が横壁力も離れたレーンを作業しながらの前進中に、前方に斜めの壁 51が現れた場合で、かつ、走行アセンブリ 1に対して前方の斜め壁の作業開始位置 P1側の距離が小さぐ作業終了位置 P2側の距離が大き!、場合の動作の流れにつ!、て説明する。

[0131] 図 19 (a)—図 19 (b)のように、作業ロボット 100は横壁 52から離れたレーンを作業しながら前進し、前壁 51を検出すると、走行を停止する。そして、 CPU80が走行ァセンプリ 1の側方に横壁が存在する力否かを判別すると共に、前壁 51の傾きが所定の角度以上であるかを判別する。

[0132] つぎに、図 19 (c)のように、走行アセンブリ 1が時計回りに回転運動し、前壁 51と概ね正対する向きになったところで、回転運動を停止する。続いて、図 19 (d)に示すように、走行アセンブリ 1は反時計回りに 90度回転することで、前方の斜め壁 51に沿つた姿勢となる。

以後の動作の流れは、図 19 (e)—図 19 (1)に示すように、横壁 52に沿って作業する場合 (図 18 (1)—図 18 (s)参照)の動作と同様であるため、その説明を省略する。

[0133] 次に、図 20 (a)一 (1)を参照して、作業ロボット 100が横壁力も離れたレーンを作業しながらの前進中に、前方に斜めの壁 51が現れた場合で、かつ、走行アセンブリ 1に対して前方の斜め壁 51の作業開始位置 P1側の距離が大きぐ作業終了位置 P2側の距離が小さ!/、場合の動作の流れにっ、て説明する。

[0134] 図 20 (a)—図 20 (b)のように、作業ロボット 100は横壁 52から離れたレーンを作業しながら前進し、前壁 51を検出すると、走行を停止する。そして、 CPU80が走行ァセンプリ 1の側方に横壁が存在する力否かを判別すると共に、前壁 51の傾きが所定の角度以上であるかを判別した後、作業ロボット 100は、前記図 19 (a )—（e )に示す動作とは若干異なる動作を行う。

[0135] 図 20 (c)に示すように、走行アセンブリ 1が反時計回りに回転運動しながら、前記左右のセンサ 3c、 3dで前壁 51までの距離を繰り返し測定し、前記左右のセンサ 3c、 3 dの測定距離 Mc、 Mdの値の差の絶対値が前記傾き判別基準値 SHa以下になった時に回転運動を停止する。続いて、図 20 (d)に示すように、走行アセンブリ 1は反時計回りに 90度回転することで、前壁 51に沿った姿勢となる。その後、図 20 (e)に示すように、作業ロボット 100は、前記斜め壁 51に沿って作業をしながら所定距離前進する。これにより、前方斜め壁 51沿いのスペースの一部の作業が完了する。

[0136] その後、図 20 (f)に示すように、走行アセンブリ 1は、反時計回りに 90度回転した後、作業アセンブリ 2の後端が前壁 51に接触するまで後退する。その後、図 20 (g)に示すように、作業ロボット 100は作業をしながら所定距離前進する。

[0137] 続いて、図 20 (h)〖こ示すように、前記図 20 (a)で走行していたレーンの隣のレーンの中心位置に回転中心 Oの X座標が一致するまでロボットは後退する。ここで、図 20 (i)に示すように、走行アセンブリ 1が時計回りに角度 Θだけ回転することで、走行ァセンプリ 1が前記図 20 (a)での進行方向と 180度反対の方向を向く。その後、図 20 (j )に示すように、作業ロボット 100は作業をしながら前進し次のレーンの作業を行う。

[0138] 次に、図 21 (a)一 (n)を参照して、作業ロボット 100が横壁に沿って作業しながら前進中に、前方に斜めの壁 51が現れた場合の作業の流れを説明する。ただし、前方の斜め壁 51と横壁 52との成す角度が鋭角である場合の例である。

[0139] 図 21 (a)に示すように、作業ロボット 100は横壁 52に沿って作業しながら前進している。この時、紙面左右方向 Xの障害物までの距離を測定する為の側方距離測定手段 3a, 3bの過去 120回の測定データ力測定時点の走行距離データと共に前記メモリ 81に記憶される。

[0140] 図 21 (b)に示すように、前方に障害物 51が現れたことを前方距離測定手段 3c— 3 e, 17a— 17eが検出すると、走行アセンブリ 1は走行を停止する。そして、前記センサ 3c、 3dの測定距離 Mc, Mdを比較し、 Mcと Mdの差の絶対値が前記傾き判別基準値 SHaよりも大きぐかつ、 Mcく Mdであることから、前方の障害物 51の右側が遠ぐかつ、左側が近い斜めの壁であると判断し、かつ、過去 120回の側方距離測定手段 3a, 3bによる測定距離の履歴と、該測定距離を測定した時点の走行距離のデータとカも走行アセンブリ 1の右横に壁 52が存在していると判別する。

[0141] つぎに、図 21 (c)に示すように、走行アセンブリ 1が反時計回りに 90度回転する。その後、作業アセンブリ 2の後端が横壁 52に接触するまでロボットが後退する。この後退後、図 21 (d)に示すように、作業ロボット 100は、作業を行いながら前進し、前壁 5 1を再び検出して走行を停止する。図 21 (e)に示すように、走行アセンブリ 1は、再度、作業アセンブリ 2の後端が横壁 52に接触するまで後退する。その後、作業ァセンブリ 2の右端部 21が前壁 51に接触するまで、作業アセンブリ 2が走行アセンブリ 1に対して右方向に移動する。その後、図 21 (f)に示すように、作業ロボット 100 は作業を行いながら前進する。この走行中、作業アセンブリ 2は前壁 51に沿って徐々に左方向に移動するように制御される。作業ロボット 100は、再度前壁 51を検出するまで走行する。

[0142] 前壁 51を検出し停止した状態から、図 21 (g)に示すように、作業アセンブリ 2が走行アセンブリ 1に対して左端まで移動した後、作業ロボット 100は時計回りに 90度回転する。この状態から、図 21 (h)に示すように、走行アセンブリ 1が反時計回りに 90 度回転したと仮定して、作業アセンブリ 2が走行アセンブリ 1に対して右端まで移動した場合に、前壁 51に作業アセンブリ 2の右端部 21が接する位置を計算し、当該算出した位置まで後退する。その後、図 21 (i)に示すように、走行アセンブリ 1が反時計回りに 90度回転して、作業アセンブリ 2の右端部 21eが前壁 51に接触するまで作業ァセンプリ 2を走行アセンブリ 1に対して右方向に移動させる。

[0143] その後、図 21 (j)に示すように、作業ロボット 100は作業を行いながら前進し、前壁 51を検出した時点で停止する。この走行中、作業アセンブリ 2は前壁 51に沿って徐々に左方向に移動するように制御される。

[0144] つぎに、図 21 (k)に示すように、走行アセンブリ 1は時計回りに回転しながら、前方の左右のセンサ 3c, 3dにより前壁 51までの距離を繰り返し測定し、センサ 3c、 3dの測定距離 Mc、Mdの値の差の絶対値が傾き判別基準値 SHa以下になった時点で回転を停止する。続いて、図 21 (1)に示すように、走行アセンブリ 1が反時計回りに 9 0度回転して前方向の斜め壁 51に作業アセンブリ 2が接触した後、図 21 (m)に示すように、作業アセンブリ 2の後端が横壁 52に接触するまで後退する。そして、図 21 (n )に示すように、作業ロボット 100は斜め壁 51に沿って、作業をしながら所定距離前進する。これにより、前方の斜め壁 51沿いのスペースの一部の作業が完了する。以後の動作は、前述した図 20 (f)—図 20 (j)と同様の動作を行って作業ロボット 100は次のレーンに移る。

[0145] ところで、図 22 (a)に示すように、実際にはロボットが斜め壁 51に正対する向きにあつても、右側の超音波センサ 3dが誤って横壁 52を検出し、そのため、左右のセンサ 3c, 3dの測定距離 Mc, Mdが近い値にならなかったり、あるいは、超音波センサ 3d から出射された超音波の反射波が帰ってこず、距離が測定できないという場合が生ずる。この場合、図 22 (a)の状態では、走行アセンブリ 1が回転を停止せず、図 22 (b )に示すように、右側の超音波センサ 3dの測定距離 Mdと、左側の超音波距離センサ 3cの測定距離 Mcと力ほぼ等しい値になった時に回転を停止し、その時の回転角度 Θを、斜め壁 51の傾き角度であると誤って認識する。この認識は、以後の動作の誤りを招く。

[0146] そこで、こういった不具合を解消するため、走行アセンブリ 1が横壁 52に沿って走行している場合は、斜め壁 51の傾き角度を計測する前に、前記回転動作の回転中心 Oを横壁 52から離れる方向に所定距離移動させるように制御する。すなわち、図 22 ( c)に示すように、回転中心 Oを点 Jの位置から、横壁 52から離れた F点の位置に移動させることによって、図 22 (d)に示すように、右側の超音波センサ 3dが横壁 52までの距離を測定することなぐ斜め壁 51と正対した状態で、角度 Θを正確に測定することが可能になる。

[0147] 力かる動作の具体例を、図 23 (a)一 (k)を参照して説明する。

図 23 (a)—図 23 (b)の動作にっ、ては、前述した図 18 (a)—図 18 (b)の動作と同様であるので説明を省略する。図 23 (c)に示すように、走行アセンブリ 1が時計回りに 90度回転する。続いて、図 23 (d)に示すように、走行アセンブリ 1が

横壁 52から離れる方向に所定距離後退すると共に、この時の移動距離 D4が記憶される。この後退後、図 23 (e)に示すように、走行アセンブリ 1が反時計回りに 90度回転する。そして、図 23 (f)に示すように、作業ロボット 100は作業を行いながら前進し、前方に障害物を検出した時点で走行を停止する。

[0148] つぎに、図 23 (g)に示すように、走行アセンブリ 1が時計回りに回転して、前方の斜め壁の傾き角度 Θが記憶される。図 23 (h)に示すように、走行アセンブリ 1が反時計回りに前記角度 Θだけ回転して前記図 23 (f)の進行方向 Yと同じ方向に戻る。図 23 (i)では CPUが、後述する（5)式および (6)式から、点 B (図 17 (d) )の座標を計算し、回転中心 Oの Y座標が点 Bの Y座標 Ybに一致するまでロボットが後退する。そして、図 23 (j)に示すように、走行アセンブリ 1は反時計回りに 90度回転した後、図 23 (k )に示すように、回転中心 Oの X座標が点 Bの X座標 Xbに一致するまで後退する。この後退中に、作業アセンブリ 2の後端が横壁 52に接触し、この接触したときに後退を停止する。これにより、作業アセンブリ 2の右側の端部 21eを前記点 Cに接する位置に移動させることができる。以後、前記図 18 (g)—図 18 (s)に示す動作と同様にして、作業ロボット 100は次のレーンに移る。

[0149] 前記点 Bの座標は、たとえば、下記の演算式から算出される。図 22 (c)および図 22

(d)において、

点 Cの座標を (Xc, Yc)、点 Dの座標を (Xd, Yd)、点 Fの座標を (Xf, Yf)とする。点、 Cの X座標は、 Xc=Xa + Dl =Xf+D4 + Dl

点 Dの Y座標は、 Yd=Yf+D2Zcos Θ 点 Cの Y座標は、 Yc=Yd— (D1 + D4) X tan θ

=Yf+D2/cos 0 -(Dl + D4) X tan Θ

[0150] 上記の如ぐ点 Cの座標（Xc, Yc)は、点 Fの座標（Xf, Yf)と、 Dl、 D2、 D4、 Θを用いて下記のように表せる。

Xc=Xf + D4 + Dl

Yc=Yf+D2/cos 0— (D1 + D4) X tan θ

[0151] 従って図 17 (d)の点 Βの座標（Xb, Yb)は、回転中心 Oから作業アセンブリ 2の後端までの距離 D3と、作業アセンブリ 2の幅 Wを用いて下記のように表せる。

Xb=Xc-D3=Xf+D4 + Dl-D3 · '· (5)

Yb=Yc-W/2

=Yf+D2/cos 0 -(Dl + D4) X tan Θ ~W/2 · ,· (6)

[0152] なお、前記複数の超音波センサ 3a— 3eは、超音波の干渉を避けるため、一つずつ所定の時間間隔を空けて、所定の順序で測定されるのが好ま、。

[0153] ところで、超音波センサは、超音波を発射してから障害物で反射された反射波が戻つてくるまでの時間を計測することにより障害物までの距離を測定するものである。したがって、障害物の傾斜が大きくなると、超音波センサに反射波が戻ってこず、測定ができない場合がある。そのため、超音波センサだけでは、傾斜の小さい障害物しか検出することができない。

[0154] そこで、本発明では、超音波センサ 3a— 3eにカ卩え、光学式センサ 17a— 17eを設けている（図 24 (a)参照)。光学式センサは、一般に測定対象の面が鏡面でなく拡散面であれば、散乱反射された光の一部を検出することができ、したがって、傾斜の大き、障害物であっても距離を測定することができる。

[0155] これにより、たとえば、図 24 (a)に示すように、障害物 51が作業ロボット 100の進行方向 Yに対して大きく傾斜している場合でも、光学式センサ 17a— 17eの検出により測定することができるから、障害物の検出精度を向上させることができる。

したがって、例えば、右側の超音波センサ 3dが障害物 51を検出せず、かつ、右側の光学センサ 17eが障害物 51を検出している場合は、ロボットの右側に斜め壁 51が存在すると判断することも可能である。 [0156] また、真正面の前方を測定する光学式センサと所定の角度傾けた光学式センサとの測定値を比較することにより、壁の傾きの大きさを、ある程度認識することができる。そのため壁が非常に大きく傾いている場合は、その壁を横壁と見なす等の、より高度な処理を行うことができる（図 24 (a)と図 24 (b)の差が分かる)。

[0157] また、図 24 (b)のように、壁 51 , 52の傾斜が小さい場合には、前記超音波式センサ 3c— 3eが障害物 51, 52を検出し、かつ、前記光学式センサ 17b, 17dが障害物 51 を検出する。この場合、当該障害物 51 , 52の前記走行アセンブリの進行方向に対する傾きが所定の傾き角度よりも小さいと判断される。一方、図 24 (a)のように、壁 51, 52の傾斜が大きい場合には、前記超音波式センサ 3c— 3eが障害物 51, 52を検出せず、かつ、前記光学式センサ 17dが障害物 51, 52を検出する。この場合は、当該障害物 51 , 52の前記走行アセンブリの進行方向に対する傾きが所定の傾き角度よりも大きいと判断される。

[0158] さらに、ロボットの左右のそれぞれに超音波センサおよび Zまたは光学センサの双方を有することにより、ロボットが隅部に向力つて走行している力否かについても検出することが可能である。ロボットが隅部に向力て走行していることが検出された場合は、ロボットが!/、ずれか一方の壁に沿うようにロボットの姿勢を変更してもよ！/、。

[0159] ところで、前記実施例では、側方距離測定手段によって測定された複数の測定値力もなる履歴に基づいて、走行アセンブリが横壁に沿って走行している力否かについて判別した。しかし、この判別のための測定値は、測定手段を複数ないし多数設けて得るようにしてちょい。

また、測定距離の差が傾き判別基準値 SHaよりも大きいか否かにより、前方の障害物の傾きを判別した。しかし、この判別は図 17 (b) , (c)の測定距離 Mc, Mdの比率 ( McZMdまたは MdZMc)で行うことが可能である。前記判別が前記比率で行われるロボットにおいては、図 17 (c)のように、当該比率が 1. 0に近い値の場合は、つまり、前記比率が所定範囲内である場合は、障害物 51の傾きが小さいと判断され、一方、図 17 (b)のように、当該比率が 1. 0に近くない場合は、つまり、前記比率が所定範囲外である場合は障害物 51の傾きが大きいと判断される。すなわち、この判別は測定距離の比が所定範囲内であるカゝ否かにより行われてもよい。 [0160] ところで、前方距離測定手段および Zまたは側方距離測定手段の各センサの個数および配置は前記実施例に限定されず、適宜設定されることができる。また、隅部での動作制御で用いる演算式は、前記のものに限られず、他の制御方法であってもよい。

[0161] 以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施例を説明したが、当業者であれば、本明細書を見て、自明な範囲で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。たとえば、車輪の構造には自在キャスタを採用してもよい。ロボットは液剤の塗布などを行うものでもよヽ。

したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲力定まる本発明の範囲内のものと解釈される。

産業上の利用可能性

[0162] 本発明のロボットは、自走しながら種々の作業を行うロボットに利用できる。

Claims

請求の範囲

[1] 前方の障害物までの距離を測定する第 1距離センサと、斜め前方の障害物までの距離を測定する第 2距離センサとを備えた自走式の作業ロボットにおいて、

前記第 1距離センサにより測定した障害物までの第 1測定距離と、所定の第 1閾値 SHcとを比較して障害物の接近を判別する第 1判別手段と、

前記第 2距離センサにより測定した障害物までの第 2測定距離と、所定の第 2閾値 SHrとを比較して障害物の接近を判別する第 2判別手段と、

前記第 1および第 2測定距離から得られる前記障害物の傾斜角に関する情報に基づ、て、前記第 1もしくは第 2閾値を変更する変更手段とを備えた自走式作業ロボット

[2] 請求項 1において、前記傾斜角の大小にかかわらず前記第 1判別手段による前記障害物が接近したか否かの判別結果と、前記第 2判別手段による前記障害物が接近した力否かの判別結果とを得て、前記 2つの判別結果のうち、いずれか一方が接近したと判別した時に、前記ロボットが前記障害物に接近したと断定する自走式作業ロボッ卜。

[3] 請求項 1において、前記傾斜角が大きくなる程、前記第 1もしくは第 2閾値 SHc, S Hrが大きくなるように前記第 1もしくは第 2閾値 SHc, SHrを前記変更手段が設定する自走式作業ロボット。

[4] 請求項 1にお!、て、前記第 1および第 2距離センサが互ヽに近接して配置されて!ヽる自走式作業ロボット。

[5] 請求項 1ないし 3のいずれか 1項において、前記第 1および第 2距離センサの配置と、前記第 1および第 2距離センサからの光の放射方向と、前記第 1および第 2測定距離とに基づ!/、て、前記傾斜角に関する情報を得るようにした自走式作業ロボット。

[6] 請求項 1において、前記第 1および第 2距離センサは光学式の距離センサ力なり前記第 1距離センサは前記ロボットの左右の中央の先頭部分に設けられ、前記第 2距離センサは第 1距離センサの両側に近接して一対設けられ、前記光学式の第 1および第 2距離センサの他に、前記ロボットの前端の両側部に前方の障害物までの距離を測定する超音波式の距離センサが設けられている自走式作業ロボット。

[7] 請求項 1において、前記第 1および第 2距離センサは光学式の距離センサ力なり前記第 1距離センサはロボットの左右の中央の先頭部分に設けられ、

前記第 2距離センサは第 1距離センサの両側に近接して一対設けられ、前記ロボットの先頭部分には保護カバーが設けられ、該保護カバーは前記 3つのセンサが近接対向する 3つの側面および天井面を持つ凹部を有し、

前記天井面に対向する内側の位置に前方の斜め下方までの距離を測定する第 3 の距離センサが配置されて、る自走式作業ロボット。

[8] 請求項 1において、床面を自走するための車輪を有する走行アセンブリと、

前記走行アセンブリに対し左右に移動可能に取り付けられ、前記床に対する作業を行う作業アセンブリと、

前記走行アセンブリと前記作業アセンブリとの位置関係を変更すベぐ前記作業ァセンプリを前記走行アセンブリに対して移動させる移動機構と、

前記作業アセンブリに設けられ、前記作業アセンブリの前面に障害物が接触したのを検知する第 1の接触センサと、

前記作業アセンブリに設けられ、前記作業アセンブリの側面に障害物が接触したのを検知する第 2の接触センサと、

前記走行アセンブリの走行を制御すると共に、前記第 1の接触センサの検知信号に基づいて、第 1の退避速度で前記作業アセンブリを左右に移動させるよう前記移動機構を制御し、前記第 2の接触センサの検知信号に基づいて第 1の退避速度よりも低速の第 2の退避速度で前記作業アセンブリを左右に移動させるよう前記移動機構を制御する制御手段とを更に備えた自走式作業ロボット。

[9] 請求項 8において、さらに、

前記制御手段は、第 1の接触センサによる接触検知の時間が所定の時間 Hよりも長！ヽ場合は、走行を停止させる機能を有する自走式作業ロボット。

[10] 請求項 9において、さらに、前記所定の時間 Hは、走行速度が速い時には小さい値に設定され、走行速度が遅

V、場合には大き!/、値に設定される自走式作業ロボット。

請求項 1にお、て、床面に対して鉛直線のまわりに回転可能な走行アセンブリと、前記走行アセンブリの前方または後方に取り付けられ、床面に対して作業を行う作業アセンブリと、

前記鉛直線のまわりの前記走行アセンブリの回転角度を測定する回転角度測定手段と、

前記回転角度を記憶する記憶手段と、

前記走行アセンブリの幅方向に互いに離間して設けられ、前記走行アセンブリの進行方向にある障害物までの距離を測定する複数の前方距離測定手段と、

前記走行アセンブリの進行方向に対して側方にある障害物までの距離を測定する側方距離測定手段と、

前記側方距離測定手段によって測定された複数の測定値に基づ！/ヽて、前記走行アセンブリが横壁に沿って走行しているか否かを判別する判別手段と、

前記走行アセンブリの走行動作を制御する制御手段とを更に備え、

前記制御手段は、前記複数の前方距離測定手段の少なくとも一つの測定値が、所定の走行停止限界距離 SHd以下となった場合に、走行アセンブリが前方の障害物に近接してヽると判断して前記走行アセンブリの走行を停止させると共に、前記複数の前方距離測定手段の測定値を比較して、当該障害物の面までの測定距離の差もしくは比が所定範囲内か否かを判別し、前記測定距離の差もしくは比が前記所定範囲外であると判別した場合には、前記測定距離の差もしくは比が前記所定範囲内になるまで前記走行アセンブリを前記鉛直線のまわりに回転動作させると共に、前記所定範囲内となった時点の走行アセンブリの回転角度を前記記憶手段に記憶させ、前記判別手段により、前記回転動作を行うまでの前記走行アセンブリの走行が横壁に沿った走行であつたと判別された場合には、前記横壁と前方の障害物とによつて形成される隅部に対して作業を行った後、前記記憶手段に記憶されてヽる前記回転角度に基づいて前方の障害物に沿って走行するように前記制御手段が前記走行アセンブリの走行動作を制御する自走式作業ロボット。