特開 2023-12260 自走式ロボット

(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】P2023012260

(43)【公開日】2023-01-25

(54)【発明の名称】自走式ロボット

(51)【国際特許分類】

   G05D 1/02 20200101AFI20230118BHJP

【ＦＩ】

G05D1/02 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021115794

(22)【出願日】2021-07-13

(71)【出願人】

【識別番号】000191353

【氏名又は名称】新明工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000394

【氏名又は名称】弁理士法人岡田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】落合 浩之

【テーマコード（参考）】

5H301

【Ｆターム（参考）】

5H301BB14

5H301CC03

5H301CC06

5H301GG05

5H301LL01

5H301LL06

5H301LL11

5H301LL14

5H301LL17

(57)【要約】

【課題】回転体が落輪することによるトラブルの発生が抑えられた自走式ロボットの提供。
【解決手段】自走式ロボット１０の回転体（駆動輪２１、２２およびキャスター２３）は、進行面９０の上で回転して本体１１を進行させ、かつ本体１１の底面１１Ａを進行面９０に対して所定のロードクリアランス９０Ａで離間させる。自走式ロボット１０の測離センサー１２Ａは、回転体に対し本体１１の外周側から隣り合い、底面１１Ａから進行面９０までの距離を測定する。自走式ロボット１０のコントローラー１２は、測離センサー１２Ａの測定距離９１がロードクリアランス９０Ａよりも大きいときに、回転体を、この回転体が本体１１の外周側から内周側に向かって移動するように回転させる。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

進行面の上で回転することで本体の進行を実現させ、かつ、本体の底面よりも下方に突出することで当該底面を前記進行面に対して所定のロードクリアランスで離間させる、少なくとも１つの回転体を備えた自走式ロボットであって、
前記回転体に対し前記本体の外周側から隣り合い、前記底面から前記進行面までの距離を測定する測離センサーと、
前記測離センサーの測定距離が前記ロードクリアランスよりも大きいときに、前記回転体を、当該回転体が前記本体の外周側から内周側に向かって移動するように回転させるコントローラーと、
を備えている、自走式ロボット。

【請求項2】

請求項１に記載された自走式ロボットであって、
３つの前記回転体および３つの前記測離センサーを備え、
３つの前記回転体は、それぞれ、当該回転体から前記進行面に向けて重力による力を及ぼす力点を有し、かつ、３つがアレー配置されることで、３つの前記力点が前記進行面の上にて三角形を構成することを実現させ、
３つの前記測離センサーは、前記進行面の上にて三角形を構成するようにアレー配置され、
前記進行面の上にて３つの前記力点が構成する三角形は、底面視で、前記進行面の上にて３つの前記測離センサーが構成する三角形に完全包含されている、
自走式ロボット。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載された自走式ロボットであって、
３つの前記回転体と、
前記底面に対し、前記ロードクリアランスよりも小さい突出量で下方に突出する支持部材である本体受けと、を備え、
３つの前記回転体は、それぞれ、当該回転体から前記進行面に向けて重力による力を及ぼす力点を有し、かつ、３つがアレー配置されることで、３つの前記力点が前記進行面の上にて三角形を構成することを実現させ、
前記本体受けは、底面視で、前記進行面の上にて３つの前記力点が構成する三角形の内側に位置されている、
自走式ロボット。

【請求項4】

請求項３に記載された自走式ロボットであって、
前記本体受けは、自走式ロボットの質量中心の真下となる点を包む（include）ように位置されている、
自走式ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、進行面の上で回転することで本体を進行させる回転体を備えた自走式ロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、車輪などの回転体を進行面の上で回転させることで、この進行面上を自ら進行する自走式ロボットが公知である（例えば下記の特許文献１を参照）。ここで、特許文献１には、進行面の凹凸による本体の上下動をばねで吸収することで、回転体たる駆動輪の浮き上がりを抑え、もって自走式ロボットの進行をよりスムーズなものとする従来技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実願昭６３－０３８２７０号（実開平０１－１４３３６８号）のマイクロフィルム

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記特許文献１に開示された従来技術の自走式ロボットは、その回転体が進行面上に存在する凹部にはまり込む落輪が発生する場合に、この落輪からの復帰が困難なものである。このため、上記従来技術に対しては、自走式ロボットの回転体が落輪することによるトラブルの発生を抑えたいというニーズがあった。

【0005】

本開示は、自走式ロボットにおいて、その回転体が落輪することによるトラブルの発生を抑えることを可能とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示における１つの特徴によると、少なくとも１つの回転体を備えた自走式ロボットが提供される。ここで、回転体は、進行面の上で回転することで本体の進行を実現させるものである。また、回転体は、本体の底面よりも下方に突出することでこの底面を進行面に対して所定のロードクリアランスで離間させるものである。また、自走式ロボットは、回転体に対し本体の外周側から隣り合い、底面から進行面までの距離を測定する測離センサーを備えている。また、自走式ロボットは、測離センサーの測定距離がロードクリアランスよりも大きいときに、回転体を、この回転体が本体の外周側から内周側に向かって移動するように回転させるコントローラーを備えている。

【0007】

ここで、「ロードクリアランス」とは、本体の底面において最も進行面に近い部分からこの進行面までの垂直距離のことをいう。

【0008】

上記の自走式ロボットによれば、その進行に際して回転体に近づく進行面上の凹部を測離センサーにより感知して、回転体を凹部から離れる側である内周側に向かって移動させることができる。これにより、上記の自走式ロボットは、その回転体が進行面上の凹部にはまり込む落輪の発生を事前に抑え、もってこの落輪によるトラブルの発生を抑えることができる。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、自走式ロボットにおいて、その回転体が落輪することによるトラブルの発生を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本開示の一実施形態にかかる自走式ロボット１０を表した正面図である。

【図2】図１の自走式ロボット１０を表した右側面図である。

【図3】図１の自走式ロボット１０を表した底面図である。

【図4】図２のＩＶ部拡大図である。

【図5】図４と同様の拡大図であり、駆動輪２１、２２が凹部９０Ｂにはまり込んで落輪した状態を表す。

【発明を実施するための形態】

【0011】

上記の自走式ロボットは、３つの回転体および３つの測離センサーを備えるものであってもよい。ここで、３つの回転体は、それぞれ、この回転体から進行面に向けて重力による力を及ぼす力点を有する。また、回転体は、３つがアレー配置されることで、３つの力点が進行面の上にて三角形を構成することを実現させる。また、３つの測離センサーは、進行面の上にて三角形を構成するようにアレー配置される。また、進行面の上にて３つの力点が構成する三角形は、底面視で、進行面の上にて３つの測離センサーが構成する三角形に完全包含されている。

【0012】

上記の自走式ロボットによれば、アレー配置される測離センサー間の間隔よりも大きな任意のサイズの凹部について、この凹部が進行面上のいずれの方向から回転体に近づく場合であっても、これを３つの測離センサーのうちのいずれかによって感知することができる。これにより、その進行に際していずれの方向から近づく進行面上の凹部に対しても、この凹部に回転体がはまり込む落輪の発生を事前に抑えることが可能な自走式ロボットを提供することができる。

【0013】

また、上記の自走式ロボットは、３つの回転体と、本体受けと、を備えるものであってもよい。ここで、本体受けは、上記底面に対し、上記ロードクリアランスよりも小さい突出量で下方に突出する支持部材である。また、３つの回転体は、それぞれ、この回転体から進行面に向けて重力による力を及ぼす力点を有する。また、回転体は、３つがアレー配置されることで、３つの力点が進行面の上にて三角形を構成することを実現させる。また、本体受けは、底面視で、進行面の上にて３つの力点が構成する三角形の内側に位置されている。

【0014】

上記の自走式ロボットによれば、本体受けは、３つの回転体のいずれが落輪した場合であっても、自走式ロボットの荷重の一部または全部を支持することができる。これにより、自走式ロボットの回転体が落輪した場合に、この自走式ロボットの底面へのダメージを抑えることができる。

【0015】

上記の場合において、本体受けは、自走式ロボットの質量中心の真下となる点を包む（include）ように位置されているものであってもよい。

【0016】

上記の自走式ロボットによれば、本体受けは、単体で自走式ロボットをつり合い状態に支持することができる。

【0017】

続いて、本開示の一実施形態にかかる自走式ロボット１０の構成について、図１ないし図５を用いて説明する。この自走式ロボット１０は、図１に示すように、２つ１組の駆動輪２１、２２と、１つのキャスター２３とを同じ側に備え、これらによって進行面９０の上を自走する自走式ロボットである。本実施形態において、自走式ロボット１０は、その本体１１の内部にバッテリー（図示省略）を備えて、このバッテリーの電気エネルギーにより、自走式ロボット１０が備える各構成を動作させるように構成されている。また、進行面９０は、その上に種々の大きさおよび深さを有する凹部９０Ｂが存在する可能性のあるものである。

【0018】

なお、以下においては、便宜的に、自走式ロボット１０において駆動輪２１、２２およびキャスター２３が設けられる側（図１では下側）を「下」とし、その反対側（図１では上側）を「上」とする。また、以下においては、便宜的に、駆動輪２１、２２の組から見てキャスター２３が位置される側（図２では右側）を「後」とし、その反対側（図２では左側）を「前」とする。また、以下においては、便宜的に、駆動輪２１、２２の組において駆動輪２２が位置される側（図３では右側）を「左」とし、同じく駆動輪２１が位置される側（図３では左側）を「右」とする。

【0019】

駆動輪２１、２２およびキャスター２３は、図２に示すように、自走式ロボット１０が進行面９０の上を自走することを実現させる走行システム２０の構成要素である。この走行システム２０は、駆動輪２１、２２およびキャスター２３と、駆動輪２１、２２のそれぞれに１つずつ付設されたモーター２１Ｂ、２２Ｂと、を備えている。

【0020】

また、本実施形態の自走式ロボット１０において、本体１１の底面１１Ａは、その内周側の部分が上に向かってへこんだアゲゾコ１１Ｂ（図３参照）とされている。このアゲゾコ１１Ｂによって底面１１Ａの下方（図３では紙面手前側）にできるスペース１１Ｃには、走行システム２０の各構成が収納されている。

【0021】

ここで、駆動輪２１、２２およびキャスター２３は、図２および図４に示すように、それぞれ、スペース１１Ｃに収納されている状態において、その一部を本体１１の底面１１Ａに対しより下方に突出させる。これにより、駆動輪２１、２２およびキャスター２３は、本体１１の底面１１Ａを進行面９０に対して所定のロードクリアランス９０Ａで離間させる。

【0022】

また、走行システム２０は、２つの駆動輪２１、２２をそれぞれモーター２１Ｂ、２２Ｂにより回転させることで、自走式ロボット１０を前後方向（図２で見て左右方向）に進退させようとする推力を発生させる。この際、キャスター２３は、２つの駆動輪２１、２２の回転に追従して回転することで、上記推力に対する抵抗力をより小さなものとする非駆動輪として機能する。これにより、駆動輪２１、２２およびキャスター２３は、本開示における「回転体」として機能し、これら回転体のみによる自走式ロボット１０の本体１１の進行を実現させる。

【0023】

ここで、上記３つの回転体（すなわち駆動輪２１、２２およびキャスター２３）は、図３および図１に示すように、それぞれ、この回転体から進行面９０（図１参照）に向けて重力による力を及ぼす力点２１Ａ、２２Ａ、２３Ａを有する。本実施形態においては、上記３つの回転体は、その３つの力点２１Ａ、２２Ａ、２３Ａが進行面９０の上にて二等辺三角形２０Ａ（図３参照）を構成するようにアレー配置されている。

【0024】

また、自走式ロボット１０は、図２に示すように、走行システム２０による自走式ロボット１０の自走を制御するコンピューターであるコントローラー１２を備えている。このコントローラー１２には、３つの測離センサー１２Ａ（図３参照）が付設されている。

【0025】

３つの測離センサー１２Ａは、図２および図３に示すように、それぞれ、上記３つの回転体（すなわち駆動輪２１、２２およびキャスター２３）に対し本体１１の外周側から隣り合っている。本実施形態においては、３つの測離センサー１２Ａのうち、駆動輪２１、２２に隣り合う測離センサー１２Ａは、それぞれ、モーター２１Ｂ、２２Ｂから延びだされた状態に取り付けられるステー金具１２Ｃの先端に取り付けられている。これらステー金具１２Ｃは、モーター２１Ｂ、２２Ｂにおいて本体１１の内周側に位置される表面から、モーター２１Ｂまたはモーター２２Ｂを迂回し、その先端をモーター２１Ｂ、２２Ｂに対し本体１１の外周側から隣り合う位置に位置させている。

【0026】

また、３つの測離センサー１２Ａは、進行面９０（図２参照）の上にて二等辺三角形１２Ｂ（図３参照）を構成するようにアレー配置されている。この二等辺三角形１２Ｂは、図３に示すように、底面視で、上記３つの回転体における力点２１Ａ、２２Ａ、２３Ａが構成する二等辺三角形２０Ａを完全包含している。

【0027】

また、３つの測離センサー１２Ａは、図４に示すように、その下面１２Ｄから真下にある界面（具体的には例えば進行面９０）までの距離９１Ａを測定するように構成されている。ここで、３つの測離センサー１２Ａにおける下面１２Ｄは、本体１１の底面１１Ａに対し所定距離９１Ｂだけ上方となる位置に位置されている。また、各測離センサー１２Ａは、距離９１Ａの測定値から所定距離９１Ｂを差し引いた距離を出力するように較正および調整がなされている。これにより、各測離センサー１２Ａにおいては、本体１１の底面１１Ａから進行面９０までの距離を測定し、その測定距離９１を出力することが実現されている。

【0028】

コントローラー１２（図２参照）は、記憶媒体であるストレージ（図示省略）を備え、このストレージにロードクリアランス９０Ａのデータをコンピュータ読み取り可能に記憶している。また、コントローラー１２は、３つの測離センサー１２Ａがそれぞれ出力する測定距離９１（図４参照）を取得して、これら測定距離９１がロードクリアランス９０Ａよりも大きいか否かを判定する。

【0029】

また、コントローラー１２は、駆動輪２１、２２に隣り合う測離センサー１２Ａにおいて、その測定距離９１がロードクリアランス９０Ａよりも大きいものが存在する場合に、この測離センサー１２Ａが隣り合う回転体（すなわち駆動輪２１または駆動輪２２）を、この回転体が本体１１の外周側から内周側に向かって移動するように回転させる（図４の仮想線を参照）。また、コントローラー１２は、キャスター２３に隣り合う測離センサー１２Ａにおける測定距離９１がロードクリアランス９０Ａよりも大きい場合に、駆動輪２１、２２を前方に移動させるように回転させ、もってキャスター２３を本体１１の外周側から内周側に向かって移動するように回転させる。

【0030】

また、自走式ロボット１０は、図４に示すように、底面１１Ａのアゲゾコ１１Ｂから下方に延びだされた本体受け１３を備えている。この本体受け１３は、その一部を本体１１の底面１１Ａに対し、ロードクリアランス９０Ａよりも少ない突出量９０Ｃで下方に突出させている。これにより、本体受け１３は、上記３つの回転体（すなわち駆動輪２１、２２およびキャスター２３）のいずれかにおいて落輪が発生したとき（例えば図５に示す、駆動輪２１、２２が落輪した状態を参照）に、本体１１の底面１１Ａよりも先に進行面９０に接触してこの本体１１を支持する支持部材として機能する。

【0031】

本実施形態においては、本体受け１３は、図３に示すように、底面視で、上記３つの回転体における力点２１Ａ、２２Ａ、２３Ａが構成する二等辺三角形２０Ａの内側に位置されている。また、本体受け１３は、図２に示すように、自走式ロボット１０の質量中心１０Ａの真下となる点１３Ａを包む（include）ように位置されている。

【0032】

上述した自走式ロボット１０によれば、その進行に際して上記３つの回転体（すなわち駆動輪２１、２２およびキャスター２３）に近づく進行面９０上の凹部９０Ｂを測離センサー１２Ａにより感知して、回転体を凹部９０Ｂから離れる側である内周側に向かって移動させることができる。これにより、の自走式ロボット１０は、その駆動輪２１、２２またはキャスター２３が進行面９０上の凹部９０Ｂにはまり込む落輪の発生（図５参照）を事前に抑え、もってこの落輪によるトラブルの発生を抑えることができる。

【0033】

また、上述した自走式ロボット１０によれば、アレー配置される測離センサー１２Ａ間の間隔よりも大きな任意のサイズの凹部９０Ｂについて、この凹部９０Ｂが進行面９０上のいずれの方向から上記３つの回転体（すなわち駆動輪２１、２２およびキャスター２３）に近づく場合であっても、これを３つの測離センサー１２Ａのうちのいずれかによって感知することができる。これにより、その進行に際していずれの方向から近づく進行面９０上の凹部９０Ｂに対しても、この凹部９０Ｂに駆動輪２１、２２またはキャスター２３がはまり込む落輪の発生を事前に抑えることが可能な自走式ロボット１０を提供することができる。

【0034】

また、上述した自走式ロボット１０によれば、本体受け１３は、上記３つの回転体（すなわち駆動輪２１、２２およびキャスター２３）のいずれが落輪した場合であっても、自走式ロボット１０の荷重の一部または全部を支持することができる。これにより、自走式ロボット１０の駆動輪２１、２２またはキャスター２３が落輪した場合に、この自走式ロボット１０の底面１１Ａへのダメージを抑えることができる。

【0035】

また、上述した自走式ロボット１０によれば、本体受け１３は、単体で自走式ロボット１０をつり合い状態（図示せず）に支持することができる。

【0036】

本開示は、上述した一実施形態で説明した外観、構成に限定されず、本開示の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、以下のような各種の形態を実施することができる。

【0037】

（１）本開示にかかる自走式ロボットは、その本体の進行を実現させる回転体として２つの駆動輪および１つのキャスターを有するものに限定されない。すなわち、本開示にかかる自走式ロボットは、例えば摩擦駆動球や無限軌道の転輪など、適宜選択した種類の回転体によって本体の進行を実現させるものとすることができる。

【0038】

（２）本開示にかかる自走式ロボットは、その本体の進行を回転体の回転のみによって実現させるものに限定されない。すなわち、本開示にかかる自走式ロボットは、例えば可動脚やプロペラなどの推力を発生させる構成を回転体とは別に備えて、これらの協働により本体の進行を実現させるものであってもよい。また、本開示にかかる自走式ロボットは、例えば進行面に対する滑走を実現させるスキッドなど、推力に対する抵抗力をより小さくする構成を回転体とは別に備えて、これらの協働により本体の進行を実現させるものであってもよい。

【符号の説明】

【0039】

１０ 自走式ロボット
１０Ａ 質量中心
１１ 本体
１１Ａ 底面
１１Ｂ アゲゾコ
１１Ｃ スペース
１２ コントローラー
１２Ａ 測離センサー
１２Ｂ 二等辺三角形
１２Ｃ ステー金具
１２Ｄ 下面
１３ 本体受け
１３Ａ 点
２０ 走行システム
２０Ａ 二等辺三角形
２１ 駆動輪（回転体）
２１Ａ 力点
２１Ｂ モーター
２２ 駆動輪（回転体）
２２Ａ 力点
２２Ｂ モーター
２３ キャスター（回転体）
２３Ａ 力点
９０ 進行面
９０Ａ ロードクリアランス
９０Ｂ 凹部
９０Ｃ 突出量
９１ 測定距離
９１Ａ 距離
９１Ｂ 所定距離

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】