特開 2022-142947 作業ロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022142947

(43)【公開日】2022-10-03

(54)【発明の名称】作業ロボット

(51)【国際特許分類】

   A01B 69/00 20060101AFI20220926BHJP

   A01D 34/64 20060101ALI20220926BHJP

   G05D 1/02 20200101ALI20220926BHJP

   G08G 1/00 20060101ALI20220926BHJP

【ＦＩ】

A01B69/00 303J

A01D34/64 M

A01B69/00 303M

A01B69/00 303C

G05D1/02 S

G05D1/02 H

G08G1/00 X

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021043235

(22)【出願日】2021-03-17

(71)【出願人】

【識別番号】509264132

【氏名又は名称】株式会社やまびこ

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100095898

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 満

(74)【代理人】

【識別番号】100098475

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 伊知郎

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100144451

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 博子

(74)【代理人】

【識別番号】100196221

【弁理士】

【氏名又は名称】上潟口 雅裕

(72)【発明者】

【氏名】石平 大祐

【テーマコード（参考）】

2B043

2B083

5H181

5H301

【Ｆターム（参考）】

2B043AA04

2B043AB15

2B043BA09

2B043BB11

2B043DC03

2B043EA37

2B043EB15

2B043EC16

2B043ED03

2B043ED12

2B083AA02

2B083BA18

5H181AA27

5H181BB08

5H181CC23

5H301BB11

5H301BB14

5H301CC03

5H301CC06

5H301CC10

5H301DD01

5H301DD06

5H301DD07

5H301DD15

5H301GG06

5H301LL01

5H301LL06

5H301LL11

(57)【要約】

【課題】障害物が存在する領域における作業効率の低下を抑制できる作業ロボットを提供する。
【解決手段】作業ロボット１は、走行装置３と、衝突センサ５、６と、制御装置７と、を備える。制御装置７は、第１衝突センサ５と第２衝突センサ６から受信する信号に基づいて、作業ロボット１が障害物９と衝突したか否かを判定するとともに、作業ロボット１が障害物９と作業ロボット１の中心部Ｃよりも左側で衝突した又は作業ロボット１が障害物９と作業ロボット１の中心部Ｃよりも右側で衝突したかの衝突の方向を判定し、走行装置３を制御する。制御装置７は、作業ロボット１が障害物９と衝突したと判定した場合に、衝突の方向と反対側に作業ロボット１の向きの変更を行い前進するように走行装置３を制御する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の領域を自律的に走行しながら所定の作業を行う作業ロボットであって、
前記作業ロボットの前進、後進、及び、向きの変更を行う走行装置と、
前記作業ロボットと障害物との衝突に関する信号を出力する衝突センサと、
前記衝突センサから受信する信号に基づいて、前記作業ロボットが障害物と衝突したか否かを判定するとともに、前記作業ロボットが該障害物と前記作業ロボットの中心部よりも左側で衝突した又は前記作業ロボットが該障害物と前記作業ロボットの中心部よりも右側で衝突したかの衝突の方向を判定し、前記走行装置を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記作業ロボットが障害物と衝突したと判定した場合に、前記衝突の方向と反対側に前記作業ロボットの向きの変更を行い前進するように前記走行装置を制御することを特徴とする、作業ロボット。

【請求項2】

前記制御装置は、前記衝突の方向と反対側であって、前記作業ロボットと障害物との衝突時の前記作業ロボットの進行方向に対して９０度未満の角度で前記作業ロボットの向きの変更を行うように前記走行装置を制御することを特徴とする、請求項１記載の作業ロボット。

【請求項3】

前記制御装置は、前記作業ロボットが前進中に障害物と衝突した場合に、前記作業ロボットを所定の距離だけ後進させ、前記衝突の方向と反対側であって、前記作業ロボットと障害物との衝突時の前記作業ロボットの進行方向に対して９０度未満の角度で前記作業ロボットの向きの変更を行うように前記走行装置を制御することを特徴とする、請求項２記載の作業ロボット。

【請求項4】

前記制御装置は、前記作業ロボットが前進中に障害物と衝突した場合に、前記作業ロボットを所定の距離だけ後進させ、前記衝突の方向と反対側であって、前記作業ロボットと障害物との衝突時の前記作業ロボットの進行方向に対して９０度未満の角度で前記作業ロボットの向きの変更を行い、第１方向へ前進後に、前記作業ロボットと障害物との衝突時の前記作業ロボットの進行方向に延びた経路に復帰するために前記作業ロボットの向きを変更するように前記走行装置を制御することを特徴とする、請求項３記載の作業ロボット。

【請求項5】

前記衝突センサは、磁石と、該磁石が発生させる磁界の強さを検知する検知部を有し該磁界の強さに対応する信号を出力するホールセンサと、を有し、
前記ホールセンサの前記検知部は、前記磁石のＮ極とＳ極とを通る直線に平行な方向において、Ｎ極側端部とＳ極側端部との間の位置に配置され、
前記磁石に対する前記ホールセンサの検知部の位置は、前記作業ロボットと障害物との衝突に基づいて前記平行な方向に変化可能であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の作業ロボット。

【請求項6】

２つの前記衝突センサを備え、
前記２つの前記衝突センサの一方である第１衝突センサの前記磁石は、そのＮ極とＳ極とを通る直線が、前記作業ロボットの中心部を通り且つ前記作業ロボットの前後方向に沿って延びる中心線と略平行になるように配置されており、
前記２つの前記衝突センサの他方である第２衝突センサの前記磁石は、そのＮ極とＳ極とを通る直線が前記中心線と略直交するように配置されていることを特徴とする、請求項５に記載の作業ロボット。

【請求項7】

前記第２衝突センサの前記磁石及び前記ホールセンサは、前記中心線上に配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の作業ロボット。

【請求項8】

前記走行装置及び前記制御装置が設けられる本体と、前記本体を覆うカバーと、を備え、
前記磁石は、前記カバーに設けられており、
前記ホールセンサは、前記本体に設けられていることを特徴とする、請求項５から７のいずれか一項に記載の作業ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、所定の領域を自律的に走行しながら所定の作業を行う作業ロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

自律的に走行しながら作業を行う作業ロボットが知られている。例えば、プログラムに基づいて所定の領域を走行しながら、芝刈を行うロボット芝刈機が普及している。また、走行しながら床面上のゴミを吸引して除去するロボット掃除機や、ゴルフ場の地面に散在している多数のゴルフボールを回収するボールピッカー等も知られている。

【0003】

このような作業ロボットは、領域内の障害物（例えば、木、柵、壁、家具等）と衝突した場合に、その障害物を迂回して走行及び作業を継続することが求められる。これに対し、特許文献１では、接触検知機構を備えた自走式作業機が提案されている。当該作業機は、接触検知機構が障害物への接触を検知した場合に、進行方向を変更して障害物を迂回するように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－１４９６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１記載の作業機は、障害物を迂回するために進行方向を変更した結果、領域内の既に作業を完了している部分を再び走行するおそれがある。作業の進行に寄与しないこのような走行は、領域全体に対する作業の完了に長時間を要する原因となり、従来の作業ロボットは、この点で改善の余地を残していた。

【0006】

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、障害物が存在する領域における作業効率の低下を抑制できる作業ロボットを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した目的を達成するために、本発明は、所定の領域を自律的に走行しながら所定の作業を行う作業ロボットであって、作業ロボットの前進、後進、及び、向きの変更を行う走行装置と、作業ロボットと障害物との衝突に関する信号を出力する衝突センサと、衝突センサから受信する信号に基づいて、作業ロボットが障害物と衝突したか否かを判定するとともに、作業ロボットが障害物と作業ロボットの中心部よりも左側で衝突した又は作業ロボットが障害物と作業ロボットの中心部よりも右側で衝突したかの衝突の方向を判定し、走行装置を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、作業ロボットが障害物と衝突したと判定した場合に、衝突の方向と反対側に作業ロボットの向きの変更を行い前進するように走行装置を制御する。

【0008】

このように構成された作業ロボットは、障害物と衝突した場合に、衝突の方向と反対側に向きの変更を行い前進する。ここで、「衝突の方向」とは、作業ロボットの前進方向に向かって作業ロボットの中心部よりも左側及び右側のいずれが障害物と衝突したかを示す。つまり、作業ロボットは、作業ロボットの中心部よりも左側が障害物と衝突した場合は、右側に向きの変更を行い、作業ロボットの中心部よりも右側が障害物と衝突した場合は、左側に向きの変更を行う。これにより、作業ロボットは、障害物を確実に迂回しつつ、所定の領域内の既に作業を完了している部分に進入し難いようにその迂回経路を設定し、作業効率の低下を抑制することが可能になる。

【0009】

以下の説明では、理解を容易にするため、障害物との衝突時の作業ロボットの進行方向を「衝突時進行方向」と称し、障害物よりも衝突時進行方向側を「奥側」、その反対側を「手前側」と称することがある。

【0010】

上記作業ロボットにおいて、制御装置は、衝突の方向と反対側であって、作業ロボットと障害物との衝突時の作業ロボットの進行方向に対して９０度未満の角度で作業ロボットの向きの変更を行うように走行装置を制御してもよい。

【0011】

このように構成された作業ロボットは、障害物と衝突した場合に、衝突時進行方向に対して９０度未満の角度で向きを変更する。これにより、作業ロボットは、障害物との衝突後、それまで位置していた手前側から奥側へと移動するため、所定の領域内の既に作業を完了している部分に進入する可能性が低くなる。この結果、所定の領域全体に対する作業を迅速に完了させることが可能になる。

【0012】

上記作業ロボットにおいて、制御装置は、作業ロボットが前進中に障害物と衝突した場合に、作業ロボットを所定の距離だけ後進させ、衝突の方向と反対側であって、作業ロボットと障害物との衝突時の作業ロボットの進行方向に対して９０度未満の角度で作業ロボットの向きの変更を行うように走行装置を制御してもよい。

【0013】

このように構成された作業ロボットは、障害物と衝突した場合に、所定の距離だけ後進するため、作業ロボットの進路を阻んでいる障害物から離間することができる。これにより、比較的小さな角度で向きを変更した場合でも障害物を迂回することが可能になり、この結果、迂回経路が無為に長くなることを抑制できる。

【0014】

上記作業ロボットにおいて、制御装置は、作業ロボットが前進中に障害物と衝突した場合に、作業ロボットを所定の距離だけ後進させ、衝突の方向と反対側であって、作業ロボットと障害物との衝突時の作業ロボットの進行方向に対して９０度未満の角度で作業ロボットの向きの変更を行い、第１方向へ前進後に、作業ロボットと障害物との衝突時の作業ロボットの進行方向に延びた経路に復帰するために作業ロボットの向きを変更するように走行装置を制御してもよい。

【0015】

このように構成された作業ロボットは、障害物を迂回しつつ、衝突時進行方向に延びる経路に復帰することにより、迂回経路が無為に長くなることを抑制できる。

【0016】

上記作業ロボットにおいて、衝突センサは、磁石と、磁石が発生させる磁界の強さを検知する検知部を有し磁界の強さに対応する信号を出力するホールセンサと、を有し、ホールセンサの検知部は、磁石のＮ極とＳ極とを通る直線に平行な方向において、Ｎ極側端部とＳ極側端部との間の位置に配置され、磁石に対するホールセンサの検知部の位置は、作業ロボットと障害物との衝突に基づいて平行な方向に変化可能であってもよい。

【0017】

このように構成された作業ロボットは、障害物と衝突した場合に、磁石に対するホールセンサの検知部の位置が変化する。検知部は、Ｎ極側端部とＳ極側端部との間の位置に配置されているため、検知部の位置がそこからＮ極側に変化した場合とＳ極側に変化した場合とでは、検知部が検知する磁界の強さの変化（上昇又は低下）が互いに逆になる。したがって、制御装置は、このときの信号の変化に基づいて、作業ロボットが障害物と衝突したと判定することが可能になる。

【0018】

上記作業ロボットは、２つの衝突センサを備え、２つの衝突センサの一方である第１衝突センサの磁石は、そのＮ極とＳ極とを通る直線が、作業ロボットの中心部を通り且つ作業ロボットの前後方向に沿って延びる中心線と略平行になるように配置されており、２つの衝突センサの他方である第２衝突センサの磁石は、そのＮ極とＳ極とを通る直線が中心線と略直交するように配置されていてもよい。

【0019】

このように構成された作業ロボットは、前後方向において障害物と衝突した場合は、第１衝突センサが出力する信号が変化し、左右方向において障害物と衝突した場合は、第２衝突センサが出力する信号が変化する。したがって、制御装置は、各信号に基づいて、前後方向及び左右方向のそれぞれにおいて作業ロボットが障害物と衝突したか否かを判定することが可能になる。

【0020】

上記作業ロボットにおいて、第２衝突センサの磁石及びホールセンサは、中心線上に配置されていてもよい。

【0021】

作業ロボットの構造にロール方向（つまり、中心線回りの方向）の歪が生じている場合であっても、作業ロボットの中心線上の部分は、作業ロボットの他の部分に比べてその歪量は小さい。上記作業ロボットは、この中心線上に第２衝突センサを配置することにより、作業ロボットの構造の歪が第２衝突センサに与える悪影響を抑制し、左右方向における作業ロボットと障害物との衝突の判定精度を向上させることが可能になる。

【0022】

上記作業ロボットは、走行装置及び制御装置が設けられる本体と、本体を覆うカバーと、を備え、磁石は、カバーに設けられており、ホールセンサは、本体に設けられていてもよい。

【0023】

このように構成された作業ロボットは、ホールセンサが設けられている本体から、カバーに設けられた磁石に延びる給電線や信号線を配設する必要が無い。このため、衝突センサ周辺の構成を簡易なものとし、その信頼性を向上させることが可能になる。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、障害物が存在する領域における作業効率の低下を抑制できる作業ロボットを提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】一実施形態に係る作業ロボットを示す概略図である。

【図2】第１ホールセンサ及び第２ホールセンサが出力する信号の特性を示すグラフである。

【図3】作業ロボットと障害物との衝突を平面視で示す説明図である。

【図4】作業ロボットの迂回経路の第１形態を平面視で示す説明図である。

【図5】作業ロボットの迂回経路の第２形態を平面視で示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

図１を参照しながら、一実施形態に係る作業ロボット１（以下「ロボット１」という。）の概略について説明する。図１は、ロボット１を示す概略図である。図１（ａ）は、ロボット１の平面図であり、後述するカバー８を破線で示している。図１（ｂ）は、ロボット１の側面図であり、カバー８は、後述する中心線ＣＬを通る平面における断面が示されている。

【0027】

＜ロボットの構成＞
ロボット１は、所定の領域で生育している芝を刈る芝刈機である。ロボット１は、本体２と、カバー８と、を備えている。本体２は、ケーシング２０と、走行装置３と、カッタ４と、第１ホールセンサ５１と、第２ホールセンサ６１と、制御装置７と、を有している。

【0028】

走行装置３は、ケーシング２０の外部に配置されている一対の前輪３１、一対の後輪３２や、ケーシング２０の内部に収容されている駆動部３３を有している。駆動部３３は、モータやギアボックス等から成り、不図示のバッテリから供給される電力によって駆動する。駆動部３３は、一対の後輪３２を同方向に回転駆動させることにより、ロボット１を前進又は後進させる。さらに、駆動部３３は、一方の後輪の回転を停止させ、他方の後輪の回転駆動させる又は一方の後輪の回転速度と他方の後輪の回転速度とを互いに異ならせる又は一対の後輪３２を互いに異なる方向に回転駆動させることで、ロボット１を左旋回又は右旋回させ、ロボット１の向きの変更を行う。

【0029】

尚、以下の説明では、ロボット１が前進する方向を「前」、ロボット１が後進する方向を「後」と称する。また、前を向いた場合の左方を「左」、前を向いた場合の右方を「右」と称する。

【0030】

カッタ４は、芝と対向するように、本体２の下部に配置されている。バッテリから供給される電力により不図示のモータが駆動するとカッタ４が回転し、カッタ４の下方の芝を所定の長さで切断する。鉛直方向におけるカッタ４の位置を調整することにより、切断される芝の長さを調整することができる。

【0031】

第１ホールセンサ５１及び第２ホールセンサ６１は、磁界の強さを検知し、それを信号に変換して出力するアナログ出力タイプの磁気センサである。第１ホールセンサ５１は、第１衝突センサ５の構成の一部であり、第２ホールセンサ６１は、第２衝突センサ６の構成の一部である。第１ホールセンサ５１、第２ホールセンサ６１は、それぞれ検知部５１ａ，６１ａを有しており、この検知部５１ａ，６１ａにおける磁界の強さに対応する信号を生成し、外部に出力する。図１（ａ）に示すように、検知部５１ａ，６１ａは、平面視で中心部Ｃを通り且つロボット１の前後方向に沿って延びる中心線ＣＬ上に配置されている。また、検知部５１ａは中心部Ｃよりも前方に配置され、検知部６１ａは中心部Ｃよりも後方に配置されている。第１ホールセンサ５１、第２ホールセンサ６１は、検知部５１ａ，６１ａを上方に向けるようにして、ケーシング２０の上部に配置されている。

【0032】

制御装置７は、走行装置３やカッタ４を制御する電子機器であり、不図示の演算部や記憶部を有している。演算部は、記憶部に予め記憶されているプログラムに従って演算を行い、制御信号を生成する。制御装置７は、この制御信号を走行装置３の駆動部３３やカッタ４に送信することにより、ロボット１の前進、後進、停止、向きの変更や、カッタ４のＯＮ／ＯＦＦを制御する。また、制御装置７は、第１ホールセンサ５１、第２ホールセンサ６１のそれぞれが出力する信号を受信し、これらの信号に基づいて後述する判定を行う。

【0033】

カバー８は、ロボット１の外装部材であり、衝撃に強い樹脂材料等を用いて形成されている。図１（ｂ）に示すように、カバー８は本体２を上方から覆うように配置されており、不図示の連結部材により、本体２に対して連結されている。連結部材はゴム等の弾性材料により形成されている。このため、カバー８に外力が作用すると、その外力の方向及び大きさに応じて連結部材が弾性変形し、その変形量だけ、カバー８が本体２に対して移動可能となる。例えば、カバー８は、前方、後方、左方、及び右方のそれぞれに２０ｍｍ程度移動可能となるように、本体２に対して連結されている。

【0034】

図１（ｂ）に示すように、カバー８の下部のうち、前端部寄りの部位に磁石固定部８１が設けられ、後端部寄りの部位に磁石固定部８２が設けられている。磁石固定部８１，８２は下方に突出しており、それぞれの下端部に第１磁石５２、第２磁石６２を固定している。第１磁石５２は第１衝突センサ５の構成の一部であり、第２磁石６２は第２衝突センサ６の構成の一部である。

【0035】

第１磁石５２は、そのＮ極とＳ極とを通る直線Ｍ１が、平面視で中心線ＣＬと略一致するとともに、略水平となるように固定されている。また、第２磁石６２は、そのＮ極とＳ極とを通る直線Ｍ２が、平面視で中心線ＣＬと略直交するとともに、略水平となるように固定されている。

【0036】

また、カバー８が本体２に対して連結されることにより、第１磁石５２は、第１ホールセンサ５１の検知部５１ａの近傍に配置され、第２磁石６２は、第２ホールセンサ６１の検知部６１ａの近傍に配置される。詳細には、カバー８に外力が作用していない場合に、第１ホールセンサ５１の検知部５１ａは、第１磁石５２の直線Ｍ１に平行な方向において、Ｎ極側端部５２ｎとＳ極側端部５２ｓとの間の中央部５２ｃと対向する位置に配置される。また、第２ホールセンサ６１の検知部６１ａは、第２磁石６２の直線Ｍ２に平行な方向において、Ｎ極側端部６２ｎとＳ極側端部６２ｓとの間の中央部６２ｃと対向する位置に配置される。つまり、第１ホールセンサ５１は、検知部５１ａの位置における、主に第１磁石５２が形成する磁界の強さに対応する信号を出力し、第２ホールセンサ６１は、検知部６１ａの位置における、主に第２磁石６２が形成する磁界の強さに対応する信号を出力する。

【0037】

上述したように、カバー８は連結部材の変形量だけ本体２に対して移動可能であり、カバー８が移動すると、第１磁石５２及び第２磁石６２も移動する。これにより、第１ホールセンサ５１の検知部５１ａと第１磁石５２との位置関係、及び、第２ホールセンサ６１の検知部６１ａと第２磁石６２との位置関係に、変化が生じる。換言すると、第１磁石５２、第２磁石６２に対する検知部５１ａ，６１ａの位置が変化する。

【0038】

図２は、第１磁石５２、第２磁石６２に対する検知部５１ａ，６１ａの位置に基づいて、第１ホールセンサ５１や第２ホールセンサ６１が出力する信号の特性を示すグラフである。当該グラフの横軸は、直線Ｍ１に沿う方向における、中央部５２ｃから検知部５１ａまでの距離（又は、直線Ｍ２に沿う方向における、中央部６２ｃから検知部６１ａまでの距離）Ｌを示している。ここでは、中央部５２ｃ（又は中央部６２ｃ）と対向する位置を原点（０）とし、そこからＮ極側の位置を正、Ｓ極側の位置を負として示している。

【0039】

第１ホールセンサ５１が出力する信号の電圧は、図２に示すように距離Ｌに応じて連続的に変化する。まず、第１ホールセンサ５１は、その検知部５１ａが中央部５２ｃと対向する位置にある場合（つまり、距離Ｌ＝０の場合）に、出力する信号の電圧が２．５［Ｖ］となるように設定されている。カバー８が本体２に対して移動し、これに伴って検知部５１ａが第１磁石５２のＮ極側に相対的に移動した場合（つまり、距離Ｌが正の値の場合）、第１ホールセンサ５１が出力する信号の電圧が低下する。一方、検知部５１ａが第１磁石５２のＳ極側に相対的に移動した場合（つまり、距離Ｌが負の値の場合）、第１ホールセンサ５１が出力する信号の電圧が上昇する。このような電圧の変化の傾向は、第２ホールセンサ６１が出力する信号についても同様であり、ここではその説明を省略する。

【0040】

＜制御装置による判定＞
次に、図３を参照しながら、制御装置７が行う判定について説明する。図３は、ロボット１と障害物９との衝突を平面視で示す説明図である。図３（ａ）は、前進中のロボット１と障害物９との衝突を示し、図３（ｂ）は、後進中のロボット１と障害物９との衝突を示している。

【0041】

制御装置７は、第１ホールセンサ５１や第２ホールセンサ６１から受信する信号に基づいて、「衝突判定」と「衝突方向判定」とを行うように構成されている。「衝突判定」は、ロボット１が、木や柵等の障害物と衝突したか否かを判定するために行われる。「衝突方向判定」は、ロボット１の中心部Ｃよりも左側及び右側のいずれが障害物と衝突したかを判定するために行われる。換言すると、「衝突方向判定」は、ロボット１と障害物との衝突が、ロボット１の中心線ＣＬよりも左側の部分が障害物と衝突した「左衝突判定」と、ロボット１の中心線ＣＬよりも右側の部分が障害物と衝突した「右衝突判定」と、のいずれであるかを判定するために行われる。「衝突方向判定」は、さらに、ロボット１と障害物との衝突が、ロボット１の中心部Ｃよりも前側の部分が障害物と衝突した「前衝突判定」と、ロボット１の中心部Ｃよりも後側の部分が障害物と衝突した「後衝突判定」と、のいずれであるかを判定するためにも行われる。

【0042】

図３（ａ）は、前進中に、左前部分８３において障害物９と衝突したロボット１を示している。左前部分８３は、カバー８のうち中心部Ｃよりも前側の一部であって、中心線ＣＬよりも左側に位置している。この衝突により、障害物９から左前部分８３に、右後方向への外力Ｆ１が作用する。二点鎖線８ａは、外力Ｆ１を受けて本体２に対して右後方向に移動したカバー８を示している。

【0043】

カバー８の移動に伴い、カバー８の磁石固定部８１，８２に固定されている第１磁石５２や第２磁石６２も、本体２に対して右後方向に移動する。この結果、第１ホールセンサ５１の検知部５１ａと第１磁石５２との位置関係、及び、第２ホールセンサ６１の検知部６１ａと第２磁石６２との位置関係に、変化が生じる。

【0044】

詳細には、上記衝突の前は第１磁石５２の中央部５２ｃと対向していた検知部５１ａは、上記衝突の後、中央部５２ｃよりもＮ極側に位置することになる。さらに、上記衝突の前は第２磁石６２の中央部６２ｃと対向していた検知部６１ａは、上記衝突の後、中央部６２ｃよりもＮ極側に位置することになる。換言すると、上記衝突後、検知部５１ａは中央部５２ｃよりもＮ極側に相対的に移動し、検知部６１ａは中央部６２ｃよりもＮ極側に相対的に移動する。この結果、第１ホールセンサ５１、第２ホールセンサ６１がそれぞれ出力する信号の電圧は、上記衝突の前に比べて低下する。

【0045】

制御装置７は、第１ホールセンサ５１が出力する信号の電圧が、予め定められた閾値よりも小さくなった場合に、ロボット１の中心部Ｃよりも前側が障害物と衝突したと判定する（前衝突判定）。さらに、制御装置７は、第２ホールセンサ６１が出力する信号の電圧が、予め定められた閾値よりも小さくなった場合に、ロボット１の中心部Ｃよりも左側が障害物と衝突したと判定する（左衝突判定）。

【0046】

図３（ｂ）は、後進中に、右後部分８４において障害物９と衝突したロボット１を示している。右後部分８４は、カバー８のうち中心部Ｃよりも後側の一部であって、中心線ＣＬよりも右側に位置している。この衝突により、障害物９から右後部分８４に、左前方向への外力Ｆ２が作用する。二点鎖線８ｂは、外力Ｆ２を受けて本体２に対して左前方向に移動したカバー８を示している。

【0047】

カバー８の移動に伴い、カバー８の磁石固定部８１，８２に固定されている第１磁石５２や第２磁石６２も、本体２に対して左前方向に移動する。この結果、第１ホールセンサ５１の検知部５１ａと第１磁石５２との位置関係、及び、第２ホールセンサ６１の検知部６１ａと第２磁石６２との位置関係に、変化が生じる。

【0048】

詳細には、上記衝突の前は第１磁石５２の中央部５２ｃと対向していた検知部５１ａは、上記衝突の後、中央部５２ｃよりもＳ極側に位置することになる。さらに、上記衝突の前は第２磁石６２の中央部６２ｃと対向していた検知部６１ａは、上記衝突の後、中央部６２ｃよりもＳ極側に位置することになる。換言すると、上記衝突後、検知部５１ａは中央部５２ｃよりもＳ極側に相対的に移動し、検知部６１ａは中央部６２ｃよりもＳ極側に相対的に移動する。この結果、第１ホールセンサ５１、第２ホールセンサ６１がそれぞれ出力する信号の電圧は、上記衝突の前に比べて上昇する。

【0049】

制御装置７は、第１ホールセンサ５１が出力する信号の電圧が、予め定められた閾値よりも大きくなった場合に、ロボット１の中心部Ｃよりも後側が障害物と衝突したと判定する（後衝突判定）。さらに、制御装置７は、第２ホールセンサ６１が出力する信号の電圧が、予め定められた閾値よりも大きくなった場合に、ロボット１の中心部Ｃよりも右側が障害物と衝突したと判定する（右衝突判定）。

【0050】

＜迂回経路の第１形態＞
次に、図４を参照しながら、障害物９と衝突したロボット１の迂回経路の一形態について説明する。図４は、ロボット１の迂回経路の第１形態を平面視で示す説明図であり、領域ＡＲにおいて芝を刈りながら前進しているロボットが点Ｐ１に到達したとき、その左前部分８３が障害物９と衝突した例を示している。

【0051】

尚、以下の説明では、障害物９との衝突時のロボット１の進行方向を「衝突時進行方向」と称するとともに、障害物９よりも衝突時進行方向側を「奥側」、その反対側を「手前側」と称する。

【0052】

ロボット１の左前部分８３が障害物９と衝突すると、上述したように、障害物９から左前部分８３に右後方向への外力が作用し、カバー８、第１磁石５２及び第２磁石６２が本体２に対して右後方向に移動する。この結果、第１ホールセンサ５１、第２ホールセンサ６１がそれぞれ出力する信号の電圧は、上記衝突の前に比べて低下する。制御装置７は、この電圧の変化に基づき、ロボット１の中心部Ｃよりも前側且つ左側が障害物と衝突したと判定する。

【0053】

次に、制御装置７は、ロボット１を点Ｐ１から点Ｐ２に移動させるように、走行装置３を制御する。詳細には、制御装置７は、矢印Ａ１で示すように、障害物９との衝突時のロボット１の中心線ＣＬ１に沿ってロボット１を所定距離だけ後進させる。符号ＣＬ２１は、点Ｐ２に到達したロボット１の中心線を示している。

【0054】

次に、制御装置７は、衝突の方向と反対側である右側にロボット１の向きを変更するように、走行装置３を制御する。詳細には、制御装置７は、一対の後輪３２を互いに異なる方向に回転駆動させるとともに、一対の前輪３１の舵角を適宜調整し、平面視で角度θ１だけロボット１を右旋回させる。角度θ１は、９０度未満であり、符号ＣＬ２２は、向きの変更を完了したロボット１の中心線を示している。向きの変更を完了したロボット１が向いている方向は、本発明の「第１方向」の一例である。

【0055】

次に、制御装置７は、ロボット１を点Ｐ２から点Ｐ３に移動させるように、走行装置３を制御する。詳細には、制御装置７は、矢印Ａ２で示すように、中心線ＣＬ２２に沿ってロボット１を所定距離だけ前進させる。点Ｐ３は、障害物９の側方であって障害物９との間にロボット１の外形寸法よりも大きい隙間を隔てた位置に設定される。これにより、ロボット１は、障害物９と再度衝突することなく、障害物９の側方に到達する。符号ＣＬ３１は、点Ｐ３に到達したロボット１の中心線を示している。

【0056】

次に、制御装置７は、ロボット１の向きを左側に変更するように、走行装置３を制御する。詳細には、制御装置７は、一方の後輪の回転を停止させ、他方の後輪の回転駆動させる又は一方の後輪の回転速度と他方の後輪の回転速度とを互いに異ならせる又は一対の後輪３２を互いに異なる方向に回転駆動させることで、平面視で角度θ２だけロボット１を左旋回させる。角度θ２は角度θ１よりも大きく、符号ＣＬ３２は、向きの変更を完了したロボット１の中心線を示している。

【0057】

次に、制御装置７は、ロボット１を点Ｐ３から点Ｐ４に移動させるように、走行装置３を制御する。詳細には、制御装置７は、矢印Ａ３で示すように、中心線ＣＬ３２に沿ってロボット１を所定距離だけ前進させる。点Ｐ４は、障害物９よりも奥側に位置しており、中心線ＣＬ１の延長線上に設定される。符号ＣＬ４１は、点Ｐ４に到達したロボット１の中心線を示している。

【0058】

次に、制御装置７は、ロボット１の向きを右側に変更するように、走行装置３を制御する。詳細には、制御装置７は、一対の後輪３２を互いに異なる方向に回転駆動させるとともに、一対の前輪３１の舵角を適宜調整し、平面視で角度θ３だけロボット１を右旋回させる。符号ＣＬ４２は、向きの変更を完了したロボット１の中心線を示している。中心線ＣＬ４２は、中心線ＣＬ１の延長線上に設定される。

【0059】

次に、制御装置７は、矢印Ａ４で示すように、ロボット１の中心線ＣＬ４２に沿ってロボット１を前進させる。これにより、ロボット１は、領域ＡＲ内の障害物９よりも奥側の部分において芝を刈るように動作する。

【0060】

＜作用効果＞
次に、ロボット１に基づく作用効果について説明する。

【0061】

このように構成されたロボット１は、障害物９と衝突した場合に、衝突の方向と反対側に向きの変更を行い前進する。つまり、ロボット１は、ロボット１の中心部Ｃよりも左側が障害物９と衝突した場合は、右側に向きの変更を行い、ロボット１の中心部Ｃよりも右側が障害物９と衝突した場合は、左側に向きの変更を行う。これにより、ロボット１は、障害物９を確実に迂回しつつ、領域ＡＲ内の既に作業を完了している部分に進入し難いようにその迂回経路を設定し、作業効率の低下を抑制することが可能になる。

【0062】

また、制御装置７は、衝突の方向と反対側であって、ロボット１と障害物９との衝突時のロボット１の進行方向に対して９０度未満の角度でロボット１の向きの変更を行うように走行装置３を制御する。

【0063】

このように構成されたロボット１は、障害物９と衝突した場合に、衝突時進行方向に対して９０度未満の角度θ１で向きを変更する。これにより、ロボット１は、障害物９との衝突後、それまで位置していた手前側から奥側へと移動するため、領域ＡＲ内の既に作業を完了している部分に進入する可能性が低くなる。この結果、領域ＡＲ全体に対する作業を迅速に完了させることが可能になる。

【0064】

また、制御装置７は、ロボット１が前進中に障害物９と衝突した場合に、ロボット１を所定の距離だけ後進させ、衝突の方向と反対側であって、ロボット１と障害物９との衝突時のロボット１の進行方向に対して９０度未満の角度でロボット１の向きの変更を行うように走行装置３を制御する。

【0065】

このように構成されたロボット１は、障害物９と衝突した場合に、所定の距離だけ後進するため、ロボット１の進路を阻んでいる障害物９から離間することができる。これにより、比較的小さな角度θ１で向きを変更した場合でも障害物９を迂回することが可能になり、この結果、迂回経路が無為に長くなることを抑制できる。

【0066】

また、制御装置７は、ロボット１が前進中に障害物９と衝突した場合に、ロボット１を所定の距離だけ後進させ、衝突の方向と反対側であって、ロボット１と障害物９との衝突時のロボット１の進行方向に対して９０度未満の角度でロボット１の向きの変更を行い、第１方向へ前進後に、ロボット１と障害物９との衝突時のロボット１の進行方向に延びた経路に復帰するためにロボット１の向きを変更するように走行装置３を制御する。

【0067】

このように構成されたロボット１は、障害物９を迂回しつつ、衝突時進行方向に延びる経路に復帰することにより、迂回経路が無為に長くなることを抑制できる。

【0068】

また、第１衝突センサ５、第２衝突センサ６は、それぞれ、第１磁石５２、第２磁石６２と、第１磁石５２、第２磁石６２が発生させる磁界を検知する検知部５１ａ，６１ａを有し磁界の強さに対応する信号を出力する第１ホールセンサ５１、第２ホールセンサ６１と、を有している。第１ホールセンサ５１、第２ホールセンサ６１の検知部５１ａ，６１ａは、第１磁石５２、第２磁石６２のＮ極とＳ極とを通る直線Ｍ１，Ｍ２に平行な方向において、Ｎ極側端部５２ｎ，６２ｎとＳ極側端部５２ｓ，６２ｓとの間の位置に配置される。第１磁石５２、第２磁石６２に対する第１ホールセンサ５１、第２ホールセンサ６１の検知部５１ａ，６１ａの位置は、ロボット１と障害物９との衝突に基づいて平行な方向に変化可能である。

【0069】

このように構成されたロボット１は、障害物９と衝突した場合に、第１磁石５２、第２磁石６２に対する第１ホールセンサ５１、第２ホールセンサ６１の検知部５１ａ，６１ａの位置が変化する。検知部５１ａ，６１ａは、Ｎ極側端部５２ｎ，６２ｎとＳ極側端部５２ｓ，６２ｓとの間の中央部５２ｃ，６２ｃと対向する位置に配置されているため、検知部５１ａ，６１ａの位置がそこからＮ極側に変化した場合とＳ極側に変化した場合とでは、検知部５１ａ，６１ａが検知する磁界の強さの変化（上昇又は低下）が互いに逆になる。したがって、制御装置７は、このときの信号の変化に基づいて、ロボット１が障害物と衝突したと判定することが可能になる。

【0070】

また、ロボット１は、２つの衝突センサ（第１衝突センサ５及び第２衝突センサ６）を備えている。第１衝突センサ５の第１磁石５２は、そのＮ極とＳ極とを通る直線Ｍ１が、ロボット１の中心部Ｃを通り且つロボット１の前後方向に沿って延びる中心線ＣＬと略平行になるように配置されている。第２衝突センサ６の第２磁石６２は、そのＮ極とＳ極とを通る直線Ｍ２が中心線ＣＬと略直交するように配置されている。

【0071】

このように構成されたロボット１は、前後方向において障害物９と衝突した場合は、第１衝突センサ５が出力する信号が変化し、左右方向において障害物９と衝突した場合は、第２衝突センサ６が出力する信号が変化する。したがって、制御装置７は、各信号に基づいて、前後方向及び左右方向のそれぞれにおいてロボット１が障害物９と衝突したか否かを判定することが可能になる。

【0072】

また、第２衝突センサ６の第２磁石６２及び第２ホールセンサ６１は、中心線ＣＬ上に配置されている。

【0073】

ロボット１の構造にロール方向（つまり、中心線ＣＬ回りの方向）の歪が生じている場合であっても、ロボット１の中心線ＣＬ上の部分は、ロボット１の他の部分に比べてその歪量は小さい。ロボット１は、この中心線ＣＬ上に第２衝突センサ６を配置することにより、ロボット１の構造の歪が第２衝突センサ６に与える悪影響を抑制し、左右方向におけるロボット１と障害物９との衝突の判定精度を向上させることが可能になる。

【0074】

また、ロボット１は、走行装置３及び制御装置７が設けられる本体２と、本体２を覆うカバー８と、を備えている。第１磁石５２及び第２磁石６２は、カバー８に設けられており、第１ホールセンサ５１及び第２ホールセンサ６１は、本体２に設けられている。

【0075】

このように構成されたロボット１は、第１ホールセンサ５１及び第２ホールセンサ６１が設けられている本体２から、カバー８に設けられた第１磁石５２や第２磁石６２に延びる給電線や信号線を配設する必要が無い。このため、第１ホールセンサ５１及び第２ホールセンサ６１周辺の構成を簡易なものとし、その信頼性を向上させることが可能になる。

【0076】

＜迂回経路の第２形態＞
次に、図５を参照しながら、障害物９と衝突したロボット１の迂回経路の別形態について説明する。図５は、ロボット１の迂回経路の第２形態を平面視で示す説明図であり、領域ＡＲにおいて芝を刈りながら前進しているロボットが点Ｐ１に到達したとき、その左前部分８３が障害物９と衝突した例を示している。

【0077】

この迂回経路の第２形態は、手前側から奥側へと移動する際の経路が、上述した第１形態のものと異なる。第２形態のうち第１形態と実質的に同一の要素については、説明を適宜省略する。

【0078】

ロボット１の中心部Ｃよりも前側且つ左側が障害物と衝突したと判定した制御装置７は、ロボット１を点Ｐ１から点Ｐ５に移動させるように、走行装置３を制御する。詳細には、制御装置７は、矢印Ａ５で示すように、障害物９との衝突時のロボット１の中心線ＣＬ１に沿ってロボット１を所定距離だけ後進させる。符号ＣＬ５１は、点Ｐ５に到達したロボット１の中心線を示している。

【0079】

次に、制御装置７は、衝突の方向と反対側である右側にロボット１の向きを変更するように、走行装置３を制御する。詳細には、制御装置７は、平面視で角度θ４だけロボット１を右旋回させる。角度θ４は、９０度未満であり、符号ＣＬ５２は、向きの変更を完了したロボット１の中心線を示している。向きの変更を完了したロボット１が向いている方向は、本発明の「第１方向」の一例である。

【0080】

次に、制御装置７は、ロボット１を点Ｐ５から点Ｐ６に移動させるように、走行装置３を制御する。詳細には、制御装置７は、矢印Ａ６で示すように、ロボット１を略円弧状の経路に沿って前進させる。当該経路は、障害物９との間にロボット１の外形寸法よりも大きい隙間を隔てた位置に設定される。また、点Ｐ６は、障害物９よりも奥側に位置しており、中心線ＣＬ１の延長線上に設定される。符号ＣＬ６１は、点Ｐ６に到達したロボット１の中心線を示している。

【0081】

次に、制御装置７は、平面視で角度θ５だけロボット１を右旋回させる。符号ＣＬ６２は、向きの変更を完了したロボット１の中心線を示している。中心線ＣＬ６２は、障害物９との衝突時のロボット１の中心線ＣＬ１の延長線上に設定される。

【0082】

次に、制御装置７は、ロボット１の中心線ＣＬ６２に沿って、矢印Ａ７で示すようにロボット１を前進させる。これにより、ロボット１は、領域ＡＲ内の障害物９よりも奥側の部分において芝を刈るように動作する。

【0083】

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。

【符号の説明】

【0084】

１ 作業ロボット
２ 本体
３ 走行装置
５ 第１衝突センサ
５１ 第１ホールセンサ
５１ａ 検知部
５２ 第１磁石
５２ｎ Ｎ極側端部
５２ｓ Ｓ極側端部
５２ｃ 中央部
６ 第２衝突センサ
６１ 第２ホールセンサ
６１ａ 検知部
６２ 第２磁石
６２ｎ Ｎ極側端部
６２ｓ Ｓ極側端部
６２ｃ 中央部
７ 制御装置
８ カバー
９ 障害物
ＡＲ 領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】