JPH04160507A - 壁沿い移動装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、無人搬送車や自動床面掃除機等の移動体の壁
沿い走行を行なう壁沿い移動装置に関するものである。

従来の技術 従来の無人搬送車や自動床面掃除機等の移動体の壁沿い
移動装置としては、例えば、移動領域に存在する壁面を
超音波センサや光センサ等からなる測距センサて検知し
て壁沿い移動を行ない、これをカイトに走行経路を決定
するものがある。そして、−船釣には超音波センサや光
センサ等からなる測距センサを用いた壁沿い移動装置で
は、壁面が交差するコーナ一部では前後左右各方向の測
距データの処理が複雑になるため、壁面に近づいて壁面
形状に忠実に壁沿い移動を行なうことが難しかった。し
かし、この種の移動体のなかで、特に自動床面掃除機に
おいては、こうした壁沿い移動は単なる走行経路の決定
だけでなく、壁際清掃を行なう必要があるから、壁面の
形状により忠実に壁沿い移動することが非常に重要にな
っていた。

そこで、本発明者等はすてに本体の左右に設けた駆動輪
と、左右の駆動輪をそれぞれ独立に駆動する駆動モータ
と、本体の壁沿い側の側部または前部にある障害物まで
の距離を少な（とも大中小３ゾーンに検出する障害物検
知手段と、障害物検知手段の検知ゾーンに対応して駆動
モータを制御する移動制御手段とを有し、移動制御手段
の単純な判断制御のみてコーナ一部での壁沿い移動がで
きる壁沿い移動装置を提案している。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記の壁沿い移動装置は壁面が交差する
コーナ一部において、複雑なデータ処理を伴わずに壁面
形状に忠実に壁沿い移動ができるものであるが、平面で
広い壁面に平行に壁沿い移動する場合においても、壁面
に凹凸がある場合や壁面に対して測距センサがななめに
なった場合と同様の動作を行なうため、移動動作に無駄
がありスムーズな移動ができながった。もちろん、従来
の超音波センサや光センサ等からなる測距セン゛す“を
用いた壁沿い移動装置とを組合せれば改良できるか、シ
ステム全体が複雑化すると七もに複雑なデータ処理を伴
なうことは避けられないものであった。

そこで本発明は、複雑なデータ処理を伴うことなく、壁
面が交差するコーナ一部においては壁面形状に忠実に壁
沿い移動ができ、平面で広い壁面に平行に壁沿い移動す
る場合においては無駄な動作をすることなくスムーズに
走行する壁沿い移動装置を提供することを第１の目的と
している。

また、移動体の本体形状が大きい場合や複雑な場合等に
おいて、障害物の回避能力を向」ニさせるために複数個
の測距手段を用いたり、あるいは測距手段と障害物検知
手段との両方を用いた移動体であっても、複雑なデータ
処理を伴うことなく、壁面が交差するコーナ一部におい
ては壁面形状に忠実に壁沿い移動ができ、平面で広い壁
面に平行に壁沿い移動する場合においては無駄な動作を
することなくスムーズに走行する壁沿い移動装置を提供
することを第２の目的としている、課題を解決するため
の手段 ト記第１の目的を達成するための第１の発明は、本体の
左右に設けた駆動輪と、左右の駆動輪をそれぞれ独立に
駆動する駆動モータと、本体の壁沿い側の側部または前
部にある障害物までの距離を測定する測距手段と、測距
手段の測距データに対応して左右の駆動モータの回転速
度を制御する移動制御手段とを有し、この移動制御手段
は、測距データの大きさによって３つの制御モードを有
し、障害物までの距離が小のときには壁沿い側屈動輪を
停止、反対側駆動輪を後退させ、中のときには壁沿い側
屈動輪を前進、反対側駆動輪を停止させ、障害物までの
距離が大のときには壁沿い側屈動輪と反対側駆動輪の前
進速度を測距データの大きさに応じて連続的に変化させ
る壁沿い移動装置とするものである。

また、第２の目的を達成するだめの第２の発明は、本体
の左右に設けた駆動輪と、左右の駆動輪をそれぞれ独立
に駆動する駆動モータと、本体の壁沿い側の側部または
前部にある障害物までの距離を測定する複数個の測距手
段または障害物検知手段と、測距手段の測距データまた
は障害物検知手段の検知出力に対応して左右の駆動モー
タの回転速度を制御する移動制御手段と、上記測距手段
の測距データまたは障害物検知手段の検知出力から障害
物までの最小測距データを出力するデータ比較手段とを
有し、上記移動制御手段は、最小測距データの大きさに
よって３つの制御モードを有し、障害物までの距離が小
のときには壁沿い側駆動輪を停止、反対側駆動輪を後退
させ、中のときには壁沿い側駆動輪を前進、反対側駆動
輪を停止させ、障害物までの距離が大のときには壁沿い
側駆動輪と反対側駆動輪の前進速度を測距データの大き
さに応じて連続的に変化させる壁沿い移動装置するもの
である。

作用 第１の発明によれば、障害物までの距離が大のときには
測距データの大きさに応じて駆動輪の回転速度を連続的
に変化させると同時に測距データの大きさによって左右
の駆動輪の回転速度を一義的に決定しているので、複雑
なデータ処理を伴うことなく、平面で広い壁面に平行に
壁沿い移動する場合においてはスムーズに走行でき、し
かも壁面が交差するコーナ一部においては壁面形状に忠
実に壁沿い移動ができる壁沿い移動装置が実現できるも
のである。

また、第２の発明によれば、測距手段の測距データまた
は障害物検知手段の検知出力から障害物までの最小測距
データを出力するデータ比較手段により複数個の出力デ
ータを１個の代表値として扱うため、移動体の本体形状
が大きい場合や複雑な場合等において、障害物の回避能
力を向上させるために複数個の測距手段を用いたり、あ
るいは測距手段と障害物検知手段との両方を用いた移動
体であっても、複雑なデータ処理を伴うことなく、壁面
が交差するコーナ一部においては壁面形状に忠実に壁沿
い移動ができ、平面で広い壁面に平行に壁沿い移動する
場合においてはスムーズに走行する壁沿い移動装置を得
ることができる。

実施例 以下、第１の発明の壁沿い移動装置の実施例を添付図面
に基づいて説明する。第１図において、１は移動装置の
本体、２Ｌ、２Ｒはそれぞれ本体１の左右後方に設けた
駆動輪で、駆動モータ３Ｌ、３Ｒでそれぞれ左右独立に
駆動される。４は本体１の前方に回転自在に取り付けら
れた従軸である。５Ｌ、５Ｒはそれぞれ本体１の左右に
設けた測距手段で、１８０°以上の視角を有する広角型
ホーンを備えた超音波センサ等からなり、本体１の側方
または前方にある障害物までの距離を測定する。６は測
距手段５の測距データに対応して左右の駆動モータ３の
回転速度を制御する移動制御手段である。７は全体に電
力を供給する蓄電池等からなる電源である。

第２図において、８Ｌ、８Ｒは駆動モータ３Ｌ、３Ｒの
速度をそれぞれ制御する速度制御手段、９は入力手段１
０を介して入力した測距手段５Ｌ、５Ｒからの測距デー
タに応して速度制御手段３Ｌ、３Ｒに対して速度指令を
出す判断処理手段で、壁沿い側の測距データの大きさに
よって３つの制御モードを有し、障害物までの距離が小
のときには壁沿い側駆動輪２を停止、反対側駆動輪２を
後退させ、中のときには壁沿い側駆動輪２を前進、反対
側駆動輪２を停止させ、障害物までの距離が大のときに
は壁沿い側駆動輪２と反対側駆動輪２の前進速度を測距
データの大きさに応じて連続的に変化させる。以上、速
度制御手段３Ｌ。

３Ｒ１判断処理手段９で移動制御手段らを構成している
。

以上のように構成した壁沿い移動装置について、測距手
段５Ｌを用いて左側の壁沿いを行なう場合を例にとって
、以下、その動作を説明する。

第３図は壁沿い側の測距手段５Ｌの測距データと駆動輪
２Ｌ、２Ｒの回転速度との関係を表わすグラフで、横軸
が測距手段５Ｌの測距データの大きさ、縦軸が駆動輪２
の回転速度を示し、実線が左駆動輪２Ｌの回転速度を、
破線が右駆動輪２Ｒの回転速度を表わし、測距データの
大きさ大、中、小により３つの制御モードを有する。す
なわち、判断処理手段９は測距手段５Ｌからの測距デー
タに応じて常にこの関係で速度制御手段３Ｌ、３Ｒに対
して速度指令を出している。そして、この実施例では、
測距データが５ｃｍ以下ならば距離小、５〜１０ｃｍな
らば距離中、１０ｃｍ以上なら距離大とし、左右の駆動
輪２Ｌ、２Ｒの回転速度かともに最高速度Ｖになる測距
データｄを１５ｃｍに設定している。

第４図は本実施例の壁沿い移動装置を壁Ｗに沿わせて移
動さぜた場合の動作図である。図中（１）のように壁が
平面て広く本体１と壁Ｗとの距離がほぼｄで平行になっ
た場合は、左右の駆動輪２Ｌ、２Ｒの回転速度はともに
速度Ｖ近辺で距離ｄを維持するように制御されるので、
本体１は壁Ｗとほぼ平行に距離ｄを保ちながら直進移動
する。

例えば、図中（２）のように壁Ｗが左側へ開き本体１と
壁Ｗとの距離が徐々に大きくなり測距データがｄより大
きくなると、右駆動輪２Ｌの速度はＶより小さくなるか
ら本体１は測距データがｄになるまて左へゆっくり曲が
りながら前進することになる。そして、逆に測距データ
がｄより小さくなった場合は、右駆動輪２Ｒの速度がＶ
より小さくなるから本体１は測距データがｄになるまで
右へゆっくり曲がりながら前進する。また、前方に壁が
ある場合も同様で、例えば図中　〈３）のように、前方
に壁が現れその距離がｄより小さくなると、右駆動輪２
Ｒの速度がＶより小さくなり本体１は右へ曲がり始め、
測距データが中の領域まで壁に近づくと右駆動輪２Ｒは
停止し、左駆動輪２Ｌのみが前進し本体１は前進しなが
ら右へターンする。そして、さらに壁に近づき測距デー
タが小の領域になると、左駆動輪２Ｌを停止し、右駆動
輪２Ｒを後退させ、本体１が前進しないように右ヘター
ンして壁Ｗとの衝突を回避する。そして、再び測距デー
タが大の領域に入ると、］−記同図中１）、（２）の場
合と同様の動作を行なって壁沿い移動をする。また、図
中（４）のように壁Ｗの左コーナ一部にさしかかり、測
距データが急激に太き（なる七、左駆動輪２Ｌは停ｆト
し、右駆動輪２Ｒのみが前進して本体１は左ヘターンし
て壁Ｗに近づき、再び上記のような動作を繰り返しなが
ら図中（５〉のように壁Ｗと平行に壁沿い移動を行なう
こととなる。

このように、測距手段５　Ｌの測距データが大の領域に
おいて左駆動輪２Ｌと右駆動輪２Ｒの前進速度を測距デ
ータの大きさに応して連続的に変化させることにより、
平面で広い壁面に平行に壁沿いする場合ては測距データ
が比較的正確に入力されるから、は古んと壁面と平行に
直線的に壁沿い移動できる。

なお、以上では左側の壁沿い移動についてのみ説明した
が、右側の壁沿い移動についても、本体１右側の障害物
検知装Ｗ　５　Ｒを用い、第３図の関係図の駆動輪２の
対応を左右逆にすることにより全く同様にできるこ七は
いうまでもない。

次に、第５図〜第８図により第２の発明の壁沿い移動装
置における自動床面掃除機の一実施例について説明する
。第５図、第６図は本実施例の自動床面掃除機の全体構
成を示す。図において、１１は自動床面掃除機の本体を
構成する移動体本体、１２は本体１１の左右後方に設け
た駆動輪て、駆動モータ１３て左右独立に駆動される。

１４は本体１１の前方に回転自在に取り付けられた従軸
である。１５は本体１１の（１１１１部から前部にかけ
て本体１１より突出する左右２つの可動体で、周囲には
弾性材からなる緩衝体１６が取り（＝ｆ　ｉ、ｌられて
いる。この可動体１５は、本体１１に保持部１７を介し
て取り付けられ、回動自在に支持され左右対称な２つの
障害物検知手段を構成している。１８は本体１１の後部
に取り付けられた緩衝体である。１９は回転板２０の周
囲に植毛されたブラシで、可動体１５に設けたモータ２
１によって床面Ａと平行に本体１１の内側方向に回転駆
動され、床面Ａ　ｊ二のごみを掃くようになっている。

以」二、ブラシ１９、回転板２０、モータ２１てＴシデ
ータを構成している。２２は電動送風機、２３は集塵室
、２４−１２５はその内部に設けたフィルターである。

２６は本体１１の底部中央に設けた床ノズルで、接続パ
イプ２７を介して集塵室２３と接続している。以」−１
２２〜２７て吸塵手段を構成している。２８は操作部２
９に設けられた操作ボタン、３０は自動床面掃除機の全
体の制御を行なう制御部で、移動制御手段およびデータ
比較手段を有している。３１は本体１１の周囲に設けら
れた超音波センサや光センサ等からなる測距手段で、移
動時の障害物までの距離を測定する。

３２は全体に電力を供給する蓄電池等からなる電源であ
る。

次に、第７図を用いて本実施例の障害物検知手段につい
てを説明する。例えば本体１１の移動時に緩衝体１６に
障害物が接触すると、可動体１５は支持軸３７を支点と
して矢印ａの方向にスプリング３８に抗して回動し、ま
ず作動子４４がリミットスイッチ４２に当接してこのリ
ミットスイッチ４２が作動するので接触の有無が検知で
きる。そして接触が大きい場合には可動板１５はさらに
回動角度が大きくなり次に作動子４５がリミットスイッ
チ４３に当接して同様にリミットスイッチ４３が作動す
るので接触が大きいことが検知できる。このとき、可動
体１５は支持軸３７で支持され、しかも保持部１７．１
７’によって摩擦が少なく保持されているので、緩衝体
１６のどの部分に障害物が接触しても必ず可動体１５は
矢印ａの方向に回動することになる。したがって、可動
体１５に関わるすべての接触の有無及びその強さが可動
体の回動角度で判断できるから、本体１１の側方または
前方の障害物が緩衝体１６に接触すればその接触が大き
いか小さいかの判別までできるものである。

第８図の制御ブロックにおいて、３１Ｌ、３１Ｒはそれ
ぞれ本体１１の左側と右側に設けた複数個の測距手段、
５０Ｒ，５０Ｌはそれぞれ本体１１左右に設けた上記障
害物検知手段である（添字のり、Ｒはそれぞれ本体１１
の左側、右側に設けたことを示す）。１３Ｌ、１３Ｒは
駆動輪１２Ｌ、１２Ｒをそれぞれ独立に駆動する駆動モ
ータ、５１Ｌ、５］、Ｒは駆動モータ１３Ｌ、１３Ｒの
速度をそれぞれ制御する速度制御手段である。

５２は入力手段５３を介して入力した測距手段３ＩＬ、
３１Ｒの測距データまたは障害物検知手段５０Ｒ，５０
Ｌの検知出力から本体１１左右にある障害物までの最小
測距データをそれぞれ出力するデータ比較手段、５４は
データ比較手段５２からの壁沿い側の最小測距データの
大きさに応じて速度制御手段５１Ｌ、５１Ｒに対して速
度指令を出す判断処理手段で、壁沿い側の最小測距デー
タの大きさによって３つの制御モードを有し、障害物ま
での距離が小のときには壁沿い側屈動輪１２を停止Ｆ、
反対側駆動輪１２を後退させ、中のときには壁沿い側屈
動輪１２を前進、反対側駆動輪１２を停止させ、障害物
までの距離が大のときには壁沿い側屈動輪１２と反対側
駆動輪１２の前進速度を最小測求Ｍｆ−夕の大きさに応
じて連続的に変化させる。以上、速度制御手段５１Ｌ、
５１．Ｒ１判断処理手段５４で移動制御手段５５を構成
し、すてに説明した第１の発明による壁沿い移動装置の
実施例と同じものを用いている。

以上のように構成した壁沿い移動装置について、左側の
壁沿いを行なう場合を例にとって、その動作を説明する
。データ比較手段５２は、上述したとおり本体１１の左
右にある障害物までの最小測距データをそれぞれ出力す
るものであるが、例えば左側の壁沿いを行なう場合は、
第９図に示すようになる。まず左側の障害物検知手段５
０Ｌを見て、距離小（リミットスイッチ４４ＬがＯＮ）
であればこれを出力（例えば測距データＯｃｍ）して終
了するが、そうでなければ距離中かとうかを調べる、距
離中（リミットスイッチ４５ＬがＯＮ）であれば同様に
これを出力（例えば測距データ５ｃｍ）して終了するが
、そうでなければ次に左側の測距手段３１Ｌを見る。そ
して、本体１１の左側の前方および側方の複数個の測距
手段３１Ｌのすへての測距データを比較しその最小のも
のを出力する。このデータ比較手段５２から出力される
最小測距データは移動制御手段５５に入力され、第１０
図に示すように第１の発明による壁沿い移動装置の実施
例と同じ処理を行なうことにより、前実施例と同様に壁
沿い動作を行なうこととなる。

ただし、本実施例では複数個の測距手段３１Ｌからの測
距データを用いているので、測距手段が１つの場合と比
較して障害物をより早くより確実に検知でき、また障害
物検知手段５０Ｌも併用しているので、測距手段３１Ｌ
では検知できない障書物を検知でき、障害物回避能力が
向」ニする。さらに、複数個の測距手段３１■、と障害
物検知手段５０Ｌにはその測距データの扱いに個々の特
殊性がないため、万一測距手段３１Ｌまたは障害物検知
手段５０Ｌの一部が故障しても不十分ながらも残りの部
分がこれを補い壁沿い動作を続行できるというロバスト
性を有する。

このように、データ比較手段５２を介することにより障
害物検知手段５０■、および測距手段３１Ｌからの複数
個の測距データは１つの最小測距データとなるため、測
距データの数がいかに多数であろうと移動制御手段５５
のデータ処理は測距データ１つの場合と変わらない。ま
たデータ比較手段５２のデータ処理も、測距データの数
が多くとも入力されたデータの最小値を求めるという論
理的に単純な処理を行なうだけだからデータ処理が特に
複雑化することがなく、コンビ、−夕のプログロムによ
らず論理回路によっても実現が容易である。

なお、本実施例においても左側の壁沿い移動についての
み説明したが、右側の壁沿い移動についても、前実施例
同様に可能であることはいうまてもない。

発明の効果 以上のように第１の発明によれば、障害物までの距離が
大のときには測距データの大きさに応じて駆動輪の回転
速度を連続的に変化させると同時に測距データの大きさ
によって左右の駆動輪の回転速度を一義的に決定すると
いう単純なアルゴリズムで、複雑なデータ処理を伴うこ
とな（、壁面が交差するコーナ一部においては壁面形状
に忠実に壁沿い移動ができ、平面で広い壁面に平行に壁
沿い移動する場合においては無駄な動作をすることなく
スムーズに走行する壁沿い移動装置を提供することがで
きるものである。

また、第２の発明によれば、障害物の回避能力を向上さ
せるために複数個の測距手段を用いたり、あるいは測距
手段と障害物検知手段との両方を用いた移動体であって
も、複雑なデータ処理を伴うことなく、壁面が交差する
コーナ一部においては壁面形状に忠実に壁沿い移動かで
き、平面で広い壁面に平行に壁沿い移動する場合におい
ては無駄な動作をすることなくスムーズに走行し、しか
も測距手段や障害物検知手段の故障に対するロバスト性
にすぐれた壁沿い移動装置を提供することができるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明による壁沿い移動装置の実施例の平
断面図、第２図は同実施例の制御ブロック図、第３図は
同実施例の測距データと駆動輪の回転速度との関係を示
す関係図、第４図は同実施例の動作を示す動作説明図、
第５図は第２の発明による壁沿い移動装置の実施例の自
動床面掃除機の縦断面図、第６図は同実施例の底面図、
第７図は同実施例の障害物検知手段の動作を示す動作説
明図、第８図は同実施例の制御ブロック図、第９図は同
実施例のデータ比較手段の動作を示すフローヂャ−１・
、第１０図は同実施例の測距データと駆動輪の回転速度
との関係を示す関係図である。 １．１１・・・壁沿い移動装置の本体、２，１２・・・
駆動輪、３．］３・・・駆動モータ、５，３１・・・測
距手段、６，５５・・・移動制御手段、５０・・・障害
物検知手段、５２・・・データ比較手段。 代理人の氏名　弁理士　小鍜治明　ほか２名笛　　ＱＦ
Ｚ Ｃ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）本体の左右に設けた駆動輪と、左右の駆動輪をそ
   れぞれ独立に駆動する駆動モータと、本体の壁沿い側の
   側部または前部にある障害物までの距離を測定する測距
   手段と、測距手段の測距データに対応して左右の駆動モ
   ータの回転速度を制御する移動制御手段とを有し、この
   移動制御手段は、測距データの大きさによって３つの制
   御モードを有し、障害物までの距離が小のときには壁沿
   い側駆動輪を停止、反対側駆動輪を後退させ、中のとき
   には壁沿い側駆動輪を前進、反対側駆動輪を停止させ、
   障害物までの距離が大のときには壁沿い側駆動輪と反対
   側駆動輪の前進速度を測距データの大きさに応じて連続
   的に変化させる壁沿い移動装置。
2. （２）本体の左右に設けた駆動輪と、左右の駆動輪をそ
   れぞれ独立に駆動する駆動モータと、本体の壁沿い側の
   側部または前部にある障害物までの距離を測定する複数
   個の測距手段または障害物検知手段と、測距手段の測距
   データまたは障害物検知手段の検知出力に対応して左右
   の駆動モータの回転速度を制御する移動制御手段と、上
   記測距手段の測距データまたは障害物検知手段の検知出
   力から障害物までの最小測距データを出力するデータ比
   較手段とを有し、上記移動制御手段は、最小測距データ
   の大きさによって３つの制御モードを有し、障害物まで
   の距離が小のときには壁沿い側駆動輪を停止、反対側駆
   動輪を後退させ、中のときには壁沿い側駆動輪を前進、
   反対側駆動輪を停止させ、障害物までの距離が大のとき
   には壁沿い側駆動輪と反対側駆動輪の前進速度を測距デ
   ータの大きさに応じて連続的に変化させる壁沿い移動装
   置。