JP3679917B2

JP3679917B2 - ロボット装置

Info

Publication number: JP3679917B2
Application number: JP08226398A
Authority: JP
Inventors: 修宮澤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2018-03-27
Also published as: JPH11276721A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、玩具に用いて好適なロボット装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
約１ｃｍ立方程度の寸法を有し、光や磁気等に反応して走行可能であり、かつ、所定のシーケンスに基づく走行も可能であるマイクロロボットが本出願人により提案されている（特開平６−１７０７７０号公報、特開平７−１６８６６２号公報、特開平８−３００２８１号公報等）。特に特開平６−１７０７７０号公報においては、マイクロロボットに障害物センサを設け、障害物が検出されるとマイクロロボットがこれを自動的に回避する技術が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、マイクロロボットに障害物センサを設けることは構造が複雑になり、コストアップにつながるという問題がある。また、マイクロロボットは机の上等において使用されることが多いため、時に机の端から転落することがある。これを自動的に回避するためには、走行面の端を検出する必要があるため、構造が一層複雑になるという問題を生ずる。
【０００４】
ところで、マイクロロボットは小型で駆動力も小さいため、障害物に衝突したりモータに過負荷が加わったとしても、破壊や発熱の可能性はきわめて小さい。従って、一般的な産業用ロボットのように障害物に衝突するような事態を必ずしも未然に防止する必要は無く、衝突した後に結果的に障害物を回避して走行できれば充分であると考えられる。
【０００５】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構造でありながら各種の障害を回避できるロボット装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１記載の構成にあっては、匡体と、前記匡体に収納され前記匡体を走行させるとともに、走行抵抗が大となると空転または停止する走行手段と、所定のシーケンスに従って、前記走行手段の駆動方向を制御する制御手段とを具備し、前記制御手段におけるシーケンスは、前記走行手段に対して前進を指示する期間と、後退を指示する期間と、方向転換を指示する期間とを含み、前記制御手段は前記走行手段が空転または停止しているときにも前記シーケンスの実行位置を進め、これによって障害物を回避して走行することを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２記載の構成にあっては、匡体と、前記匡体に設けられ第１の領域における物理量を検出する第１のセンサと、前記匡体に設けられ前記第１の領域に対して一部重複する第２の領域における物理量を検出する第２のセンサと前記匡体に収納され前記匡体を走行させるとともに、走行抵抗が大となると空転または停止する走行手段と、所定のシーケンスに従って前記走行手段の駆動方向を制御する制御手段とを具備し、前記制御手段におけるシーケンスは、前記走行手段に対して前進を指示する期間と、後退を指示する期間と、前記第１および第２のセンサの検出結果に基づいて前記走行手段の駆動方向を制御するセンサ追従期間とを含み、前記制御手段は、該センサ追従期間においては、前記第１のセンサのみにおいて所定の検出結果が得られた場合は前記第２のセンサから前記第１のセンサに向かう方向に前記匡体を駆動するように指示し、前記第２のセンサのみにおいて前記所定の検出結果が得られた場合は、前記第１のセンサから前記第２のセンサに向かう方向に前記匡体を駆動するように指示し、前記第１のセンサおよび前記第２のセンサにおいて共に前記所定の検出結果が得られた場合は直進する方向に前記匡体を駆動するように指示し、前記走行手段が空転または停止しているときにも前記シーケンスの実行位置を進め、これによって障害物を回避して走行することを特徴とする。
【０００８】
さらに、請求項３記載の構成にあっては、請求項２記載のロボット装置において、前記前進を指示する期間の積算時間は前記後退を指示する期間の積算時間よりも長いことを特徴とする。
【０００９】
さらに、請求項４記載の構成にあっては、請求２記載のロボット装置において、前記制御手段におけるシーケンスは前記走行手段に対して方向転換を指示する期間を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５記載の構成にあっては、請求１または４記載のロボット装置において、前記走行手段は複数の駆動部から構成され、前記制御手段は、前記方向転換を指示する期間において前記複数の駆動部のうち一部のみを駆動しまたは逆転させることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
１．実施形態の構成
以下、本発明のロボット装置の実施形態のマイクロロボットの構成を説明する。
【００１４】
図１，図２において３００はマイクロロボットの匡体であり、略半球状に形成されている。１０１，１０２は光センサであり、マイクロロボットの前面の左右に設けられ、可視光のレベルを検出する。これら光センサ１０１，１０２によって検出可能な可視光の範囲を、図１おいて各々範囲A1およびA2で示す。図示のように範囲A1およびA2は、範囲A3の部分が重複する。
【００１５】
３０１，３０２は支持材であり、匡体３００の前面から斜め下方に突出し、走行面に摺動しつつ匡体３００を支持する。１０９は匡体３００を駆動する左車輪であり、この対称位置に右車輪１１０が設けられている。。また、１１３は左逆走車輪であり、左車輪１０９の斜め上方に設けられている。また、この対称位置に右逆走車輪１１４が設けられている。
【００１６】
これら逆走車輪１１３，１１４は、匡体３００を逆方向（図上で右方向）に駆動するように回転するが、支持材３０１，３０２によって匡体３００の前部が支持されているため、マイクロロボットの走行面が平面である限り、逆走車輪１１３，１１４は走行面には接触しない。
【００１７】
一方、図３に示すようにマイクロロボットが机の端に達した場合等においては、支持材３０１，３０２による支持が外れ、匡体３００が前方に傾くため、逆走車輪１１３，１１４が走行面に接触する。ここで、マイクロロボットは、その重心が車輪１０９，１１０よりも逆走車輪１１３，１１４に近い位置になるように構成されているため、逆走車輪１１３，１１４の駆動力は車輪１０９，１１０の駆動力よりも高くなり、マイクロロボットはそれ以上前方に進行しなくなる。
【００１８】
次に、本マイクロロボットの電気的構成を図４を参照し説明する。
【００１９】
図において１０４はメモリであり、マイクロロボットを駆動する制御プログラムと、この制御プログラムにおいて参照されるシーケンスデータとが格納される。１０３は制御部であり、この制御プログラムとシーケンスデータとに基づいて、各部を制御する。
【００２０】
１０５は発信回路であり、制御部１０３の動作のための基準クロックを出力する。また、上記光センサ１０１，１０２の出力信号は制御部１０３に供給される。また、上記車輪１０９，１１０，１１３，１１４には、各々モータ１０６，１０７，１１１，１１２が結合され、これらモータの回転方向は制御部１０３によって制御される。
【００２１】
次に、シーケンスデータの構成を図５を参照し説明する。図示の各行はシーケンスデータの各ステップを示しており、１ステップのシーケンスデータは、モードデータと、左駆動データと、右駆動データとから構成される。ここで、モードデータは、「指定モード」、「追従モード」または「待機モード」の何れかの動作モードを指定するデータである。
【００２２】
ここで、「指定モード」とは、左駆動データおよび右駆動データの内容に基づいてモータ１０６，１０７を制御する動作モードである。また、「追従モード」とは、光センサ１０１，１０２の検出結果に応じて、光源の方向に向かうようにモータ１０６，１０７を制御する動作モードである。また、「待機モード」とは、所定の操作がなされるまで、モータ１０６，１０７，１１１，１１２を停止させる動作モードである。
【００２３】
次に、左駆動データおよび右駆動データは、車輪１０９，１１０に対応して「「＋１」、「０」、または「−１」の何れかの値を示すデータである。ここで、「＋１」は前進、「０」は停止、「−１」は後退を示す。なお、図上「×」印は、左右の駆動データは考慮されないこと（指定モード以外の動作モードであること）を示す。このシーケンスデータにおいては、前進を指示する期間の積算時間は後退を指示する期間の積算時間よりも長くなっている。
【００２４】
２．実施形態の動作
次に、本実施形態の動作を説明する。マイクロロボットの電源が投入されると、図６に示す制御プログラムが実行される。
【００２５】
図において処理がステップＳＰ１に進むと、シーケンスデータ（図５）の内容が１ステップだけ読み込まれる。次に、処理がステップＳＰ２に進むと、モードデータが「待機モード」を示すか否かが判定される。また、ステップＳＰ３においては、既に読み込まれたシーケンスデータのステップ数が所定の最大値に達したか否かが判定される。
【００２６】
ステップＳＰ２，３の何れかにおいて「ＹＥＳ」と判定されると、処理はステップＳＰ５に進み、各モータ１０６，１０７，１１１，１１２が停止される。一方、両者で「ＮＯ」と判定されると、処理はステップＳＰ４に進む。ここでは、先に読出されたシーケンスデータの内容に基づいてモータ１０６，１０７，１１１，１１２が駆動される。
【００２７】
その後、処理はステップＳＰ１に戻り、次のステップのシーケンスデータが読出され、同様の処理が繰返される。ここで、ステップＳＰ４におけるモータ制御内容は動作モードに応じて異なるため、場合を分けて説明する。
【００２８】
（１）「指定モード」の場合
上述したように、モードデータが「指定モード」である場合は、左右の駆動データに応じてモータ１０６，１０７が駆動される。すなわち、左右の駆動データが共に「＋１」であるときは、マイクロロボットが前進するようにモータ１０６，１０７が駆動される。また、左右の駆動データが共に「−１」であるときは、マイクロロボットが後退するようにモータ１０６，１０７が駆動される。
【００２９】
また、一方の駆動データが「０」であって他方の駆動データが「＋１」である場合は、「０」に対応する車輪を軸としながら他方の車輪が円を描くような軌道でマイクロロボットが駆動されることになる。そして、一方の駆動データが「−１」であって他方の駆動データが「＋１」である場合は、マイクロロボットは（（位置を変えずに）その場で回転することになる。
【００３０】
（２）「追従モード」の場合
「追従モード」において光センサ１０１，１０２の検出レベルが共に所定の閾値を超えている場合は、マイクロロボットが前進するようにモータ１０６，１０７が駆動される。また、光センサ１０１のレベルが閾値を超え、光センサ１０２のレベルが閾値を超えない場合、左車輪１０９は後退方向に、右駆動車輪１１０は前進方向に駆動される。これにより、図１において反時計周りにマイクロロボットが回転することになる。
【００３１】
また、光センサ１０２のレベルが閾値を超え、光センサ１０１のレベルが閾値を超えない場合は、左車輪１０９は前進方向に、右駆動車輪１１０は後退方向に駆動される。これにより、図１において時計周りにマイクロロボットが回転することになる。これにより、「追従モード」においては、マイクロロボットは光源に向かって走行することになる。
【００３２】
ここで、マイクロロボットが何等かの障害物に衝突すると、車輪１０９，１１０が空転し、あるいは停止する。しかし、かかる場合においても、本実施形態においては、障害物を回避することが可能である。すなわち、シーケンスデータ内に「追従モード」が含まれているため、この期間においては光に向かう方向にマイクロロボットが駆動されるため、障害物の方向と光の方向が異なる場合には障害物を回避することができる。
【００３３】
さらに、「指定モード」内においては後退ステップが含まれている。この後退ステップにおいては、障害物から離れる方向にマイクロロボットが駆動される。このように、「追従モード」および「指定モード」の何れによっても、マイクロロボットは、障害物を回避しつつ走行を続けることが可能である。
【００３４】
また、「追従モード」の期間が「指定モード」の期間よりも比較的長く設定されている場合は、マイクロロボットは全体として光に向かう方向に移動しつつ、時々それとは異なる方向に駆動される。これにより、光に向かう方向に障害物が存在したとしても、これを回避して所望の（光に向かう）方向にマイクロロボットを駆動させることが可能である。
【００３５】
３．変形例
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように種々の変形が可能である。
【００３６】
(１)上記実施形態においては、予めメモリ１０４に格納したシーケンスデータに基づいてモータ１０６，１０７を駆動したが、シーケンスデータをランダムに発生させてモータ１０６，１０７を駆動してもよい。
【００３７】
(２)また、上記実施形態における光センサ１０１，１０２に代えて、音や磁気等の物理量に反応するセンサを用い、これらの物理量に追従するようにマイクロロボットを制御してもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、所定のまたはランダムなシーケンスに従って前記走行手段の駆動方向を制御し、第１および第２のセンサの検出結果に基づいて駆動方向を制御し、または逆走手段によって転落を防止できるから、簡単な構造でありながら各種の障害を回避することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態のマイクロロボットの平面図である。
【図２】上記マイクロロボットの側面図である。
【図３】上記マイクロロボットの動作説明図である。
【図４】上記マイクロロボットのブロック図である。
【図５】上記マイクロロボットのシーケンスデータの構成を示す図である。
【図６】上記マイクロロボットの制御プログラムのフローチャートである。
【符号の説明】
１０１，１０２光センサ
１０３制御部
１０４メモリ
１０５発信回路
１０６，１０７，１１１，１１２モータ
１０９左車輪
１１０右車輪
１１３左逆走車輪
１１４右逆走車輪
３００匡体
３０１，３０２支持材

Claims

匡体と、
前記匡体に収納され前記匡体を走行させるとともに、走行抵抗が大となると空転または停止する走行手段と、
所定のシーケンスに従って、前記走行手段の駆動方向を制御する制御手段と
を具備し、
前記制御手段におけるシーケンスは、前記走行手段に対して前進を指示する期間と、後退を指示する期間と、方向転換を指示する期間とを含み、前記制御手段は前記走行手段が空転または停止しているときにも前記シーケンスの実行位置を進め、これによって障害物を回避して走行することを特徴とするロボット装置。
匡体と、
前記匡体に設けられ第１の領域における物理量を検出する第１のセンサと、
前記匡体に設けられ前記第１の領域に対して一部重複する第２の領域における物理量を検出する第２のセンサと
前記匡体に収納され前記匡体を走行させるとともに、走行抵抗が大となると空転または停止する走行手段と、
所定のシーケンスに従って前記走行手段の駆動方向を制御する制御手段とを具備し、
前記制御手段におけるシーケンスは、前記走行手段に対して前進を指示する期間と、後退を指示する期間と、前記第１および第２のセンサの検出結果に基づいて前記走行手段の駆動方向を制御するセンサ追従期間とを含み、前記制御手段は、該センサ追従期間においては、前記第１のセンサのみにおいて所定の検出結果が得られた場合は前記第２のセンサから前記第１のセンサに向かう方向に前記匡体を駆動するように指示し、前記第２のセンサのみにおいて前記所定の検出結果が得られた場合は、前記第１のセンサから前記第２のセンサに向かう方向に前記匡体を駆動するように指示し、前記第１のセンサおよび前記第２のセンサにおいて共に前記所定の検出結果が得られた場合は直進する方向に前記匡体を駆動するように指示し、前記走行手段が空転または停止しているときにも前記シーケンスの実行位置を進め、これによって障害物を回避して走行することを特徴とするロボット装置。
前記前進を指示する期間の積算時間は前記後退を指示する期間の積算時間よりも長いことを特徴とする請求項２記載のロボット装置。
前記制御手段におけるシーケンスは前記走行手段に対して方向転換を指示する期間を含むことを特徴とする請求項２記載のロボット装置。
前記走行手段は複数の駆動部から構成され、前記制御手段は、前記方向転換を指示する期間において前記複数の駆動部のうち一部のみを駆動しまたは逆転させることを特徴とする請求項１または４記載のロボット装置。