(57)【要約】【課題】  移動ロボットのボディが物体に接触した場合を直ちに検知できるとともに、物体と移動ロボットとの接触で作用する力を緩衝することができる移動ロボットを得る。【解決手段】  移動ロボット本体部の少なくとも下部の周囲を覆うカバーと、カバーの上部を移動ロボット本体部のフレームに、該カバーの面方向において可動に取り付けるカバー上部支持部と、前記カバーの下部を移動ロボット本体部のフレームに、弾性支持するカバー下部支持部と、前記カバーの変位を検出することで、移動ロボットが物体へ接触したことを検知する検知部とを有する。【選択図】  図４
2011060085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動ロボット本体部の少なくとも下部の周囲を覆うカバーと、
前記カバーの上部を移動ロボット本体部のフレームに、該カバーの面方向において可動に取り付けるカバー上部支持部と、
前記カバーの下部を移動ロボット本体部のフレームに、弾性支持するカバー下部支持部と、
前記カバーの変位を検出することで、移動ロボットが物体へ接触したことを検知する検知部と、
を有する移動ロボット。
【請求項２】
前記カバー上部支持部は、ヒンジ又はフックにより支持され、前記検知部は、ポテンショメータ又はエンコーダである請求項１に記載の移動ロボット。
【請求項３】
前記カバー下部支持部は、バネにより支持され、前記検知部は、前記カバーが前記バネの弾性力に抗して変位して当接したことを検知するセンサである請求項１または請求項２に記載の移動ロボット。
【請求項４】
前記カバーは弾性を有する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の移動ロボット。
【請求項５】
前記カバーは、移動ロボットの周囲を囲繞するように複数設けられている請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の移動ロボット。
【請求項６】
移動ロボットの物体への当接が検知された場合、当接したカバーの位置に基づいて、移動ロボットの移動を制御するコントローラを有する請求項５に記載の移動ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書に開示される技術は、移動ロボットの走行中に物体等に接触したことを検知する接触検知装置を備えた移動ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、不特定、多数の人が往来する環境でタスクを実行する、自律移動機能を持つ移動ロボットの走行技術が知られる。
【０００３】
このような移動ロボットが物体に接触したとき、可能な限り円滑に次の動作をとれるようにする技術は重要である。物体との接触の有無を検知する従来技術として、特許文献１に示されるようなバンパスイッチ、特許文献２に示されるようなテープスイッチ、特許文献３に示されるような導電シートを用いた接触センサなど、様々なタイプの接触検知センサを使う方法が知られている。
【０００４】
これらの接触検知センサで物体との接触を検知し、減速したり、停止したりするなどの動作を行う別の方法として、特許文献４では、移動ロボット中央に３軸力センサを配置し、力センサを中心に放射状に４方向に伸びた部材を介してロボットボディの周囲にボディから突出するように設置した環状のリング部材と接続する構成としている。そして、物体がリング部材に接触した場合、中央の力センサが物体から加えられた力の大きさと向きを検出し、検出した力のベクトル量に応じて移動ロボットを制御している。
【０００５】
特許文献５は移動ロボットのマニピュレータに関するものであるが、触覚センサを移動ロボット表面に多数配置し、物体との接触を検知している。同様の方法は移動ロボットにも適用できる。
【０００６】
移動ロボットの安全走行を実現するには、万一移動ロボットが物体と接触した場合でも、接触の検知に加え、接触時の衝撃を緩和して、物体、移動ロボット双方へのダメージを低減することが重要である。
【０００７】
特許文献１に示される技術では、接触を検知するスイッチ部と、物体との接触部位の間に衝撃を吸収するための緩衝材を挟む構造を持つバンパースイッチにより、衝撃の吸収と接触の検知を実現している。また、特許文献６に示される技術では、中空構造を有する管状の衝撃吸収機を移動体（移動ロボット）の前部、後部に設置し、衝撃吸収機と移動体の間にロードセルを配置して、衝撃吸収機に物体が接触して圧力が加わったことをロードセルで検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１３７７０２号公報
【特許文献２】特開２００９−１５５２８号公報
【特許文献３】特開２００７−１０２７１９号公報
【特許文献４】特開２００９−２５９８９号公報
【特許文献５】特開２００３−８９０９１号公報
【特許文献６】特開２００９−１２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
不特定多数の人が往来する環境、例えばショッピングセンタのような場所でサービスを提供する移動ロボットの場合、段差を踏破したり、平らな床からスロープを登ったりするような状況に対応するため、裾部のカバーと床との間にはある程度の隙間を空ける場合が殆どである。特許文献１〜４、６のような接触検知技術では、センサの配置によっては、カバー下に潜った物体や、オーバーハングとの接触を検知できない。
【００１０】
また、ショッピングセンタのような場所でサービスを提供する移動ロボットの場合、移動ロボットのボディに突起部があると、この突起部に力が作用した場合は移動ロボットの姿勢が不安定になり転倒する恐れがある。例えば、突起部に子供が足を掛けてロボットに登ろうとした場合、転倒する危険性がある。
【００１１】
そのため、特許文献１、特許文献２、特許文献６のようなロボットボディから突起する接触検知構造や緩衝器付接触検知センサはサービス用の移動ロボットには適さない。
【００１２】
また、デジタル制御する移動ロボットの場合、あるサンプリング間隔でセンサ情報を取得し、センサの反応に応じて動作を決定し、アクチュエータを制御して動作するため、物体との接触を検知してから対応動作を開始するまでにタイムラグが本質的に生じる。このタイムラグにより、移動ロボット本体や接触した対象物が大きなダメージを受ける恐れがある。
【００１３】
一般に、移動ロボットには超音波センサ、光学式測距センサなどのセンサが搭載されており、それらで移動ロボット外界の環境を計測し、移動ロボットと環境中にある物体までの距離を測って物体と衝突しないように制御される。しかし、例えばセンサの死角方向から急に物体等が走行方向を遮ったようなケースでは、環境計測センサに反応して減速、停止または回避動作をしたとしても、十分な減速や回避を行えずに物体と移動ロボットとの接触が起こり得る。
【００１４】
例えば、10ms（0.01s）毎にモータに対して制御指令を送信して走行を制御しているような移動ロボットを考える。環境計測センサが反応して減速したとしても停止しきれず、0.1m/sの速度で物体と接触したとする。もし接触を検知したタイミングがモータに制御指令を送信した直後の場合、次にモータに制御指令が送信されるのは10ms後である。この間に移動ロボットは0.01[s]×0.1[m/s]=0.001[m]=1[mm]移動する。この間に移動用のアクチュエータが減速や停止するために制御されることはないので、移動ロボットは0.1m/sの移動速度の運動量を持ったまま、移動ロボット、物体が双方に力を加え合う。
【００１５】
10ms後にモータが制御され始めたとしても、完全に停止するまでにある程度の時間を要する。この間に、物体が移動ロボットにめり込んで移動ロボットが損傷する恐れもある。従って、接触が発生した場合には直ちにそれを検知できると共に、衝突時に物体と移動ロボット双方に及ぼしあう力を消散するような緩衝器としての機能を同時に成立させる仕組みが必要である。特許文献１や特許文献６の方法では、物体との接触部位と、接触を検知するセンサ部の間に緩衝器が挟まれているため、センサの即応性が良くない。
【００１６】
物体との接触が生じた場合、接触部位に応じて移動ロボットの制御を変えたい場合がある。例えば、移動ロボットの進行方向前方で接触が発生した場合は停止して、その後は少し行進して接触した物体から離れる、また移動ロボットが進行方向とは反対側で接触を検知した場合、「追突された」という状態を検知して後方に警告音を出す、という具合である。移動ロボットの周囲全方位に渡って接触が検知できると、接触部位に応じて移動ロボットを適切に制御することができる。
【００１７】
課題を以下にまとめると、次のようになる。
（１）移動ロボットが走行中に物体と接触した場合、その接触を確実に検知する。検知範囲は可能な限り広いほうが良い。
（２）接触を検知した場合、直ちに減速して停止するための制御が行える。減速開始と同時に、接触した物体や移動ロボット本体へのダメージができるだけ低減するよう、緩衝機能により衝突力を消散する。
（３）上記（１）（２）を、移動ロボットに突起の無い形状で実現する。また、移動ロボット周囲全方位に渡って接触が検知できる。
【００１８】
この明細書に開示された技術は、ロボットボディ表面上の広い範囲で物体との接触を検知することができるとともに、接触が発生したら直ちにそれを検知できることができ、かつ物体と移動ロボットとの接触で互いに及ぼしあう力を消散する緩衝器としての機能を有する技術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】
【００１９】
上述した課題を解決するため、移動ロボット装置は、移動ロボット本体の少なくとも下部の周囲を覆うカバーと、前記カバーの上部を移動ロボット本体のフレームに、該カバーの面方向において可動に取り付けるカバー上部支持部と、前記カバーの下部を移動ロボットの本体のフレームに弾性支持するカバー下部支持部と、前記カバーの変位を検出することで、移動ロボットが物体へ接触したことを検知する検知部とを有する。
【発明の効果】
【００２０】
本明細書に開示された移動ロボットによれば、ロボットボディ表面上の広い範囲で物体との接触を検知することができるとともに、接触が発生したら直ちにそれを検知できることができ、かつ物体と移動ロボットとの接触で互いに及ぼしあう力を消散する緩衝器としての機能を有する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態の移動ロボットの外観斜視図である。
【図２】図１に示された移動ロボットを図１とは反対側から見た外観斜視図である。
【図３】移動ロボットの外装カバーを取外した移動ロボット本体部を示す斜視図である。
【図４】下部カバーと移動ロボット本体部の取り付け構造を示す側面図である。
【図５】移動ロボットの構成を示すブロック図である。
【図６】ロボットコントローラの一動作を示すフローチャートである。
【図７】移動ロボットのカバー片が物体（障害物）に接触した場合の動作を説明する図である。
【図８】移動ロボットの下部である駆動部を覆うカバーの下端部に物体が当接した場合を示す図である。
【図９】移動ロボットの下部である駆動部を覆うカバーの上端部に物体が当接した場合を示す図である。
【図１０】移動ロボットの下部である駆動部を覆うカバーの中央部に物体が当接した場合を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、実施の形態を図を用いて説明する。図１は実施の形態の移動ロボットの外観斜視図、図２は図１に示された移動ロボットを図１とは反対側から見た外観斜視図、図３は移動ロボットの外装カバーを取外した移動ロボット本体部を示す斜視図、図４は下部カバーと移動ロボット本体部の取り付け構造を示す側面図である。
【００２３】
この移動ロボット１の外装カバーは、図１、図２、図３から明らかなように、上部に設けられた上部カバー部１０と、下部あるいは裾部に設けられた下部カバー部２０を有し、図３に示された移動ロボット本体部３０を覆っている。図１、図２に示される移動ロボットの外観視において、移動ロボット１は、顕著な突起を有さないほぼ円柱状の概観形状をなし、その角部が滑らかな湾曲形状を有している。
【００２４】
下部カバー部２０は、略円筒形状をなしており、その周方向に分割された複数のカバー片２０１を有している。複数のカバー片２０１は後述するように移動ロボット本体部３０の下部フレーム４０の周方向の適所に並べて取り付けられ、スカート状に移動ロボット本体部３０の下部（裾部）を覆っている。
【００２５】
移動ロボット本体部３０は、図３に示されるように、下部に設けられた駆動部５０と、上部に設けられ、上部カバー部１０と協働して移動ロボット１が行うサービス提供に応じた形態を有するサービス提供部６０を有する。駆動部５０は、移動ロボット本体部３０の下部フレーム４０の適所に走行用モータ等の駆動装置５１、走行輪５２、補助輪５３、これらの支持機構５４、および動力伝達機構付モータ５５等が取り付けられている。
【００２６】
そして、上述した複数のカバー片２０１は、移動ロボット本体部３０の下部（裾部）である駆動部５０が設けられた部分を囲繞するように取り付けられている。複数のカバー片２０１のそれぞれは円筒形状を縦方向に、それらが略同一形状となるよう複数に分割した形状を有している。図４は一つのカバー片２０１がロボット本体部３０のフレーム（下部フレーム４０）の適所に取り付ける取付け構造を示している。複数のカバー片２０１のそれぞれは、図４に示される取付け構造において、ロボット本体部３０のフレームに取り付けられ、移動ロボット本体部３０の駆動部５０を外装している。
【００２７】
図４に示されるカバー片の取付け構造は、カバー片２０１の上端部２０１ａを、移動ロボット本体部３０の駆動部５０が取り付けられたフレーム上端部４０ａに、該カバーの面方向において可動に取り付けるカバー上部支持部１００と、カバー片２０１の下端部２０１ｂを移動ロボット本体部３０の駆動部５０が取り付けられたフレーム下端部４０ｂに、弾性支持するカバー下部支持部２００と、カバー片２０１の変位を検出することで、移動ロボットが物体へ接触したことを検知する検知部３００とを有する。
【００２８】
なお、この取付構造は、図７より明らかなように、各カバー片２０１の上端部及び下端部のそれぞれにおいて、幅方向の各端部、すなわち幅方向の両サイドの２箇所に設けられている。かかる構成において、一つのカバー片２０１が物体に接触した場合、そのカバー片２０１の中心に対する接触位置の場所を把握することができる。
【００２９】
ここで、カバー上部支持部１００は、ヒンジ又はフック１００ａにより支持される構造を有している。
【００３０】
また、カバー下部支持部２００は、カバー片２０１の突起２０１ｂに挿通したバネ２０１ｃの先端をフレーム４０ｂに取り付け、このフレーム４０ｂとカバー片２０１の突起２０１ｂの間に、バネ２０１ｃの伸縮によりカバー片２０１が物体に当接したことを検知する接触検知センサ３００を設けている。そして、接触検知センサ３００は、カバー２０１がバネ２０１ｃの弾性力に抗して変位して検知センサ３００に当接したことを検知することで、移動ロボット１のカバー（カバー片２０１）が物体に接触したことを検知する。この接触検知センサ３００には、例えばスイッチや感圧センサなどが適用される。もしくは、カバー上部支持部１００のヒンジ又はフック１００ａの回転軸に対してポテンショメータ又はエンコーダなどの変位センサ４００などを取り付け、これにより接触検知を行ってもよい。
【００３１】
なお、カバーを構成する各カバー片２０１は例えばプラスチックなどの弾性を有する板状に形成されている。
【００３２】
図５は、移動ロボットの構成を示すブロック図である。移動ロボットは、ロボットコントローラ７１によりモータ駆動回路５１を介して、走行用（駆動用）モータ５５が制御される。また、ロボットコントローラ７１は、接触検知センサ３００又は変位センサ４００からの検知信号をＩ／Ｏインタフェース回路７４を介して受け取った場合は、その検知信号に基づいて走行用モータを制御する。
【００３３】
図６は、ロボットコントローラの一動作を示すフローチャートである。図６によれば、例えば走行中において（Ｓ１）、接触検知センサ３００又は変位センサ４００が接触を感知した場合は（Ｓ２，Ｙ）、図７に示すように、反応した接触検知センサ３００又は変位センサ４００からどのカバー片２０１が物体（障害物）８００に接触したかを判断し、接触を検知した接触検知センサ３００又は変位センサ４００の位置を調べ、その位置に応じた所定の動作を行う。この動作としては、例えば、走行方向（元のロボット進行方向）に対して、その接触をしたカバー片と対称的な方向、またはその角度（走行方向と接触したカバー片とのなす角度）の１／２〜１／３程度の角度で進行方向を走行方向に対して接触したカバー片との反対側に進路を変更するようにする。一方、進行方向正面において接触した場合は走行を停止するようにすることもできる。
【００３４】
本実施の形態によれば、図８に示されるように、移動ロボットの下部である駆動部を覆うカバーの下部に物体が当接した場合、図９に示されるように、移動ロボットの下部である駆動部を覆うカバーの上部に物体が当接した場合、図１０に示されるように、移動ロボットの下部である駆動部を覆うカバーの中央部に物体が当接した場合のいずれにおいても、迅速にかつ緩衝的に物体との接触を検知することができる。
【００３５】
以上、本実施の形態をまとめると以下のようになる。
カバー上部（カバー片の上端部）に、カバーが可動できる構造（ヒンジ、フック）を持っている。そして、カバー下部（カバー片の下端部）がバネにより弾性支持され、このカバー下端部とロボット本体部フレームとの間に接触検知センサが設けられている。もしくはカバー上部（カバー片の上端部）のヒンジ部にはポテンショメータやエンコーダなどが設置され、カバーが押されたことによる変位量を検知することで接触を検知することもできる。以上の構成により、カバー全体の動きを検知できるため、カバーのどの部分が押されても物体との接触があった場合にその接触を検知できる（接触を検知できる範囲が広い）。
【００３６】
また、カバーに接触があった場合、直ちにそれを検知できると共に、接触している間に、ヒンジとバネによるダンパー効果と、カバーの変形による衝撃吸収効果により、緩衝器としての機能を持たせることができる。さらに、本実施の形態によれば、外装カバーそのものを緩衝器および物体との接触検知センサとして利用することもできる。また、物体と接触した場合、直ちにロボットを適切に制御することができる（例えば最大加速度で減速して停止するなど）。同時に、減速している間に、緩衝器の機能（ヒンジとバネ機構、またカバーの（弾性）変形）により、接触している物体との衝突力を緩和することができる。そして、外装カバーを緩衝器および物体との接触検知センサとして利用するため、ロボット外形に突起を有しない構造とすることができ、安全性に優れたものとなる。更にまた、外装カバーを緩衝器および物体との接触検知センサとして利用するため、円筒形、箱型などのロボットにも適用することが可能となる。
【００３７】
また、本実施の形態では、複数のカバー片により物体の接触を検知するようにしたため、接触部位を検出することができる。一方、実施の形態では、複数のカバー片により物体の接触を検知するようにしたが、カバー片は複数に限らず一つであってもよい。なお、実施の形態で示したように、分割したカバーでロボット周囲を囲むようなボディとすることで、ロボット周囲の全方向にわたって物体との接触を検知することができる。かかる構成とすることにより、移動ロボットの周囲全方向について物体との接触を検知し、接触部位に応じてロボットの動作を制御できる。尚、ロボットの形状は、実施形態に示したような円筒形以外にも、矩形であってもよい。
【００３８】
以上のように、実施の形態に開示された技術によれば、ロボットボディ表面上の広い範囲で物体との接触を検知することができ、接触が発生したら直ちにそれを検知できることができ、かつ物体と移動ロボットとの接触で互いに及ぼしあう力を消散する緩衝器としての機能を有する機構と、それを用いて移動ロボットを安全に制御する制御装置を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００３９】
１  移動ロボット、１０  上部カバー部、２０  下部カバー部、３０  移動ロボット本体部、４０  下部フレーム、２０１  カバー片、２０１ｂ  突起、２０１ｃ  バネ、４０ｂ  フレーム、１００  カバー上部支持部、１００ａ  ヒンジ又はフック、２００  カバー下部支持部、３００  検知部、４００  変位センサ。
【図１】
2011060085.tif 000003
【図２】
2011060085.tif 000004
【図３】
2011060085.tif 000005
【図４】
2011060085.tif 000006
【図５】
2011060085.tif 000007
【図６】
2011060085.tif 000008
【図７】
2011060085.tif 000009
【図８】
2011060085.tif 000010
【図９】
2011060085.tif 000011
【図１０】
2011060085.tif 000012