JPH0619545A

JPH0619545A - 自走機械の障害物検出装置

Info

Publication number: JPH0619545A
Application number: JP4173381A
Authority: JP
Inventors: Hideo Nagai; 井秀夫永; Hajime Aoyama; 山元青
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1992-06-30
Filing date: 1992-06-30
Publication date: 1994-01-28
Anticipated expiration: 2016-11-05
Also published as: JP3225092B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ボデーと障害物等との衝突を完全に防止する
と共に、狭隘路を走行する際等にはボデーに格納できる
障害物検出装置を提供する。【構成】格納式検出装置２１は、ブラケット２３，ブ
ラケット２３の側端に固定された超音波センサ２４、お
よびブラケット２３を覆うカバー２５から構成されてい
る。ブラケット２３の先端部はボデー１内のフレーム２
６にヒンジ２７を介して固定されており、格納式検出装
置２１が図中に矢印で示す方向に揺動して格納されるよ
うになっている。ブラケット２３の後端には、後方に係
止ピン２８を具えた固定装置２９が取り付けられてい
る。一方、フレーム２６には、格納式検出装置２１を、
張出状態で固定するストッパ３０と、格納状態で固定す
るストッパ３１とがとが取り付けられている。張出し位
置側のストッパ３０の近傍には、係止ピン２８の存在を
確認する近接スイッチ３２が取り付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自走機械に設けられる障
害物検出装置に係り、特に障害物検出性能の向上や狭隘
路における走行の容易化等を図る技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、省力化や労働衛生の見地から、自
律走行する床面清掃ロボットや無人搬送車等の自走機械
の開発が進められている。自走機械には一般に障害物検
出装置が設けられており、その検出結果に基づいて旋回
や後退，停止等を行い、構造物や作業員等との衝突を回
避するようになっている。

【０００３】図９には従来の床面清掃ロボットを平面視
により示してあるが、このロボットのボデー１前面の中
央と左右端とには、前方用の障害物検出装置（以下、検
出装置と略称する）２〜４が取り付けられている。ま
た、ボデー１側面の前後端には、左右一対の側方用の検
出装置５〜８が取り付けられている。各検出装置２〜８
は超音波等を用いた障害物センサにより障害物を検出し
て、その検出信号をボデー１内の図示しない駆動制御装
置に送り、駆動制御装置ではその検出信号に基づいて、
図示しない操舵輪や駆動輪の駆動制御を行う。図中９は
ボデー１の前端面に取り付けられたバンパーである。

【０００４】床面清掃ロボットにおいては、清掃能力す
なわち単位時間当りの清掃面積が清掃幅と走行速度とに
より決定される。したがって、清掃能力を高めるために
は、清掃幅を広くすることが有効となる。また、無人搬
送車においても、搬送能力の向上には、荷台の拡大が必
要となる。ところが、清掃幅や荷台の大きさは、当然の
ことながらボデー１（図示例ではバンパー９）の幅Ｗと
比例的な関係にあるため、自ずから寸法的な制限をうけ
る。例えば、ビル内を清掃する床面清掃ロボットにおい
ては、バンパー９は廊下等の狭い清掃対象場所での通
行、エレベータへの搭載、部屋の出入り口の通過等が行
える幅Ｗであることが絶対的な条件となる。

【０００５】一方、前方用の検出装置２〜４はロボット
が走行中において常時前方の障害物を検出している。上
述したように、駆動制御装置はその検出信号に基づき操
舵輪や駆動輪を駆動制御し、ボデー１の旋回や後退，停
止を行い、ボデー１やバンパー９と障害物との衝突を防
止する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の床面清
掃ロボットには次の不具合があった。すなわち、左右端
の検出装置３，４は走行エリア内にある柱等の障害物を
回避する上で、バンパー９の外側の走行軌道を検出する
べく、バンパー９の両側端部に設けることが理想的であ
る。しかし、検出装置３，４はボデー１に固定されてい
るため、その設置部位はバンパー９の最側端よりは内側
となり、超音波センサの検出幅との関係から、検出装置
３，４のごく近くに存在する障害物（図９中に二点鎖線
で示す）１０との衝突を確実に防止することはできなか
った。

【０００７】また、一般にボデー１の平面形状は矩形も
しくは小判形であることが多く、幅Ｗに対する旋回半径
Ｒが大きい。そのため、障害物の回避のための旋回を検
出地点で行っても、通路の壁面（図９中に二点鎖線で示
す）１１等と干渉する虞が高く、障害物を検出した時点
で一旦走行を停止し、斜め後方に移動してスペースを確
保した後に、あらためて旋回する等、複雑な動作を可能
とする制御プログラムが要求された。また、このような
動作を行うためには、上述した検出装置２〜８の他に、
更に斜め前方用や後方用の検出装置（図９中に破線で示
す）１２〜１５と、が必要となり、コストを上昇させる
要因となっていた。尚、図９中のＯはボデー１の旋回中
心である。

【０００８】そこで、本発明は、上記従来技術の有する
問題点を解消し、ボデーと障害物等との衝突を完全に防
止すると共に、狭隘路を走行する際等にはボデーに格納
できる障害物検出装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の自走機械の障害物検出装置は、自走機械に
設けられる障害物検出装置であって、上記自走機械のボ
デーの左右側面に前方の障害物の検出に供される障害物
センサを突出して設けると共に、これら障害物センサを
水平方向に回動させて上記ボデー内に格納するようにし
たことを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】本発明によれば、例えばボデーの旋回中心から
左右に引いた線と旋回半径との交点に上記障害物センサ
を設置した場合、壁面等と干渉させずに障害物の検出地
点でボデーを旋回させることが可能となる。また、上記
障害物センサを予め格納しておけば、自走機械全体の幅
が減少する。また、上記障害物センサが不意に出現した
障害物等に衝突した場合等には、障害物センサがボデー
内に引っ込む。

【００１１】

【実施例】以下、本発明による障害物検出装置の実施例
が装着された床面清掃ロボットについて添付の図面を参
照して説明する。尚、図１〜図６は第１実施例を示し、
図７，図８は第２実施例を示してある。

【００１２】図１〜図２に示したように、ロボットは直
立した略円筒形状のボデー１を有しており、その前面下
部には弾性材からなるバンパー９が装着されている。ボ
デー１の下面には、比較的大径の駆動輪１６が左右（図
には左側のみが示されている）に配設される一方、キャ
スター付きの従動輪１７が前後に配設されている。左右
の駆動輪１６は、図示しない駆動制御装置に駆動制御さ
れて正逆方向に独立して回転し、ボデー１の前進動およ
び後退動と旋回動とを行う。ボデー１の上面には一対の
可倒式のハンドル１８が設けられており、実線で示した
状態（通常時）では、制御プログラム等に基づいて駆動
制御装置が駆動輪１６を駆動制御する。また、二点鎖線
で示した状態（清掃前後における搬送時やエレベータへ
の搭載時等）では、駆動制御装置がキャンセルされ、作
業員が自由に操縦できるようになる。図中、１９はゴム
等の弾性部材からなる左右一対のスクイジであり、塵埃
および汚水を掻き集めた後に、これらをホース２０によ
り吸引して図示しないタンクに貯溜する。

【００１３】図３に示したように、バンパー９を含めた
ボデー１の平面形状は旋回中心Ｏを基点とする半径Ｒの
略真円であるが、左右の側面１ａ，１ｂのみは内側に入
り込んだ互いに平行な平面に形成されている。ボデー１
前面のバンパー９の直上部には、中央に前方用の検出装
置２が取り付けられ、左右に側方用の検出装置５，６が
取り付けられている。また、ボデー１後面の左右には、
検出装置５，６と対称な位置に、側方用の検出装置７，
８が取り付けられている。そして、左右の側面１ａ，１
ｂには、検出装置２，５〜８と同一の高さに、前方用の
格納式検出装置２１，２２が取り付けられている。尚、
これら格納式検出装置２１，２２も上述した半径Ｒの円
内に納まっている。

【００１４】図４（図３中のＡ部拡大断面図）に示すよ
うに、格納式検出装置２１は、鋼板溶接構造品のブラケ
ット２３，ブラケット２３の側端に固定された超音波セ
ンサ２４、およびブラケット２３を覆う合成樹脂製のカ
バー２５から構成されている。ブラケット２３の先端部
はボデー１内のフレーム２６にヒンジ２７を介して固定
されており、格納式検出装置２１が図中に矢印で示す方
向に揺動して格納されるようになっている。尚、本実施
例の場合、格納式検出装置２１の揺動角度は４５°であ
る。

【００１５】ブラケット２３の後端には、後方に係止ピ
ン２８を具えた固定装置２９が取り付けられている。係
止ピン２８は、その先端が半球状に形成されており、固
定装置２９内の図示しないスプリングのばね力により後
方に向けて比較的弱く付勢されている。一方、フレーム
２６には、格納式検出装置２１を、張出状態（実線で示
す）で固定するストッパ３０と、格納状態（二点鎖線で
示す）で固定するストッパ３１とが取り付けられてい
る。両ストッパ３０，３１は、固定装置２９の側面が当
接する略Ｌ字状に形成されると共に、係止ピン２８が嵌
合する係止孔３０ａ，３１ａが形成されている。また、
張出し位置側のストッパ３０の近傍には、係止ピン２８
の存在を確認する近接スイッチ３２が取り付けられてい
る。尚、以上の説明は左側の格納式検出装置２１につい
てのものであるが、右側の格納式検出装置２２はこれと
左右対称である。

【００１６】以下、本実施例の作用を述べる。本実施例
の床面清掃ロボットでは、図３に示すようにボデー１の
左右側面１ａ，１ｂから手動で格納式検出装置２１，２
２を張り出させる一方で、図１，図２に実線で示すよう
に左右のハンドル１８を倒した状態にする。すると、駆
動制御装置内では制御プログラムに基づく演算処理が行
われ、自動操縦による清掃作業が開始される。ボデー１
は左右の駆動輪１６が共に正転することにより前方（同
図中、左方）に向けて走行し、検出装置２，５〜８およ
び格納式検出装置２１，２２が壁面や障害物を検出した
時点で旋回動等を行い衝突を回避する。

【００１７】この際、本実施例ではバンパー９の幅Ｗよ
り両格納式検出装置２１，２２の取付幅の方が広いた
め、検出された障害物がボデー１やバンパー９等に衝突
することは起こり得ない。また、バンパー９を含んだボ
デー１の平面形状が真円であることも相俟って、障害物
を検出した地点で旋回を行っても、障害物がボデー１や
バンパー９等に衝突する虞はない。

【００１８】一方、ロボットの前進中、不意に障害物３
３（図４に二点鎖線で示す）が飛び出してきた場合、格
納式検出装置２１がこの障害物３３と衝突することがあ
る。ところが、この際に固定装置２９の係止ピン２８が
ストッパ３０の係止孔３０ａから容易に脱落するため、
格納式検出装置２１が矢印で示すようにボデー１側に揺
動し、障害物３３と格納式検出装置２１との双方の損傷
が防止されるのである。

【００１９】尚、本実施例のロボットには、格納式検出
装置の張出状態を常時監視し、障害物等との衝突時に走
行停止と警報とを行う停止警報システムが設けられてい
る。停止警報システムは、図５に示すように、左右の格
納式検出装置２１，２２に設けられた近接スイッチ３
２，３４からの信号が入力する停止警報ユニット３５，
停止警報ユニット３５からの停止指令をうけて左右の駆
動輪用モータ３６，３７の停止を行うモータドライバ３
８，停止警報ユニット３５からの警音指令をうけてスピ
ーカ３９を駆動する音声装置４０，停止警報ユニット３
５により点滅されるパイロットランプ４１とから構成さ
れている。

【００２０】この停止警報システムでは、図６の制御フ
ローチャートに示すように、先ず左右の近接スイッチ３
２，３４のデータが順次停止警報ユニット３５に入力さ
れる。次いで、停止警報ユニット３５内では２つのデー
タの論理和を算出する。論理和の値は、例えば、左右の
格納式検出装置２１，２２の少なくとも一方が張出状態
でない、すなわち障害物との衝突が生じている場合には
１となり、共に張出状態である場合には０となる。

【００２１】論理和を算出したら、停止警報ユニット３
５内では左右の格納式検出装置２１，２２が共に張出状
態であるか否かを判定する。そして、いずれか一方が張
出状態でない場合には、モータドライバ３８に停止指令
を発して左右の駆動輪用モータ３６，３７を停止させ、
同時に音声装置４０に警音指令を発してスピーカ３９を
吹鳴させると共にパイロットランプ４１も点滅させる。
作業者は、これにより格納式検出装置２１，２２と障害
物との衝突を認識し、障害物の除去やロボットの移動を
行う。尚、当然のことながら、停止警報ユニット３５が
左右の格納式検出装置２１，２２が共に張出状態である
と判定した場合には、以上の停止および警報作動は実行
されない。また、停止警報システムの制御はロボットの
運転中において所定のインターバルで繰り返し行われ
る。

【００２２】一方、廊下等の狭い清掃対象場所での通
行、エレベータへの搭載、部屋の出入り口の通過等に際
して、通路等の幅はバンパー９より広いが、張出状態の
格納式検出装置２１，２２が干渉する時がある。この場
合、本実施例では先ず、図３，図４に示すようにボデー
１の左右側面１ａ，１ｂに格納式検出装置２１，２２を
格納し、同時に図１，図２に破線で示すように左右のハ
ンドル１８を起こす。すると、ロボットの全幅が狭くな
り、通路等の通行を干渉せずに行えるようになる。尚、
この際には、前述した駆動制御装置と停止警報システム
とが共にキャンセルされ、ハンドル１８を作業員が適宜
操作することにより操縦が行われる。

【００２３】図７に示した第２実施例は、格納式検出装
置の駆動をアクチュエータにより行わせるものである
が、その他の構成は上述した第１実施例と略同一である
ため、重複する説明は省略する。

【００２４】同図中、４２はアクチュエータたるエアシ
リンダであり、シリンダボデー４３と圧縮空気により伸
縮するロッド４４とからなっている。シリンダボデー４
３の基端部４３ａは、ピン４５を介して、フレーム２６
と一体のシリンダブラケット４６に形成された長孔４７
に嵌合している。また、ロッド４４の先端部は、ピン４
８を介して、ブラケット２３に突出して形成されたステ
ー４９に揺動自在に固定されている。フレーム２６内面
のシリンダブラケット４６側方には、ストッパピン５０
と、このストッパピン５０を所定のばね力で付勢するコ
イルスプリング５１と具えたシリンダストッパ５２が配
設されている。そして、図７に示した状態では、ストッ
パピン５０の円錐台形状の先端５０ａがシリンダボデー
４３の基端部４３ａを後退位置（図７中の右方）に係止
し、ピン４５は長孔４７の最後端に位置している。

【００２５】本実施例において、自動操縦による清掃作
業を行う場合、第１実施例と同様に左右のハンドル１８
を倒した状態にする。すると、図示しない制御装置を介
して圧縮空気が供給されてエアシリンダ４２のロッド４
４が伸長し、ボデー１の左右側面１ａ，１ｂから格納式
検出装置２１，２２が張り出す。そして、駆動制御装置
内では制御プログラムに基づく演算処理が行われ、清掃
作業が開始されるのである。

【００２６】また、狭い廊下での通行やエレベータへの
搭載等を行う場合、第１実施例と同様に左右のハンドル
１８を起こした状態にする。すると、図示しない制御装
置を介して圧縮空気が排気され、エアシリンダ４２のロ
ッド４４が短縮する。その結果、格納式検出装置２１，
２２が矢印で示した方向に揺動し、図７に二点鎖線で示
すように、ボデー１内に格納される。すると、ロボット
の全幅が狭くなり、通路等の通行を干渉せずに行えるよ
うになる。尚、この際には、第１実施例と同様に駆動制
御装置がキャンセルされ、ハンドル１８を作業員が適宜
操作することにより操縦が行われる。尚、本実施例の場
合も、第１実施例と同様に、格納式検出装置２１の揺動
角度は４５°である。

【００２７】一方、本実施例では、ロボットの前進中に
不意に障害物３３が飛び出して格納式検出装置２１に衝
突した場合、図８に示すように、格納式検出装置２１が
ボデー１側に揺動する。ところが、エアシリンダ４２の
ロッド４４は短縮しないため、シリンダボデー４３には
前方への力が作用する。すると、基端部４３ａがストッ
パピン５０の先端部５０ａを押し込み、上述した係止が
解かれてシリンダボデー４３が図に矢印で示すように前
進する。シリンダボデー４３の前進は長孔４７の前端に
ピン４５が位置まで可能であり、この時点で格納式検出
装置２１はボデー１内に完全に格納される。尚、本実施
例においても、第１実施例と同様の停止警報システムを
設けることが可能である。

【００２８】以上で具体的実施例の説明を終えるが、本
発明の態様はこの実施例に限るものではない。例えば、
上記実施例では格納式検出装置を揺動によりボデー内に
格納させたが、ガイドレールや引張スプリング等を用
い、スライドにより格納させてもよい。また、障害物セ
ンサとしてレーザセンサ等を用いてもよいし、格納用の
アクチュエータとして、エアシリンダに代え、油圧シリ
ンダや電気モータ等を用いるようにしてもよい。更に、
上記実施例は本発明を床面清掃ロボットに適用したもの
であるが、自動搬送車や危険物回収車等、他の自走機械
に適用してもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ボデーの側面に障害物センサが突出して設け
たため、ボデーと障害物との衝突を完全に防止できる。
また、障害物センサをボデー内に格納することによって
自走機械全体の幅が減少するため、狭隘路での通行やエ
レベータへの搭載が容易に行える。また、不意に出現し
た障害物等が衝突した場合等には、障害物センサがボデ
ー内に引っ込み、互いの損傷が防止される等の効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による障害物検出装置が装着された床面
清掃ロボットを示した斜視図。

【図２】同側面図。

【図３】同平面図。

【図４】図３中のＡ部拡大断面図。

【図５】実施例における停止警報システムのブロック
図。

【図６】実施例における停止警報システムのフローチャ
ート。

【図７】本発明による障害物検出装置の第２実施例を示
した断面図。

【図８】本発明による障害物検出装置の第２実施例を示
した断面図。

【図９】従来の障害物検出装置が装着された床面清掃ロ
ボットを示した斜視図。

【符号の説明】

１ボデー２，５〜８障害物検出装置９バンパー１６駆動輪１７従動輪１８ハンドル２１，２２格納式障害物検出装置２３ブラケット２４超音波センサ２５カバー２６フレーム２７ヒンジ２９固定装置３０，３１ストッパ３２，３４近接スイッチ３３障害物３５停止警報ユニット３６，３７駆動車輪用モータ３８モータドライバ３９スピーカ４０音声装置４１パイロットランプ４２エアシリンダ４５ピン４６シリンダブラケット４７長孔４９ステー５２シリンダストッパ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】自走機械に設けられる障害物検出装置であ
って、上記自走機械のボデーの左右側面に前方の障害物
の検出に供される障害物センサを突出して設けると共
に、これら障害物センサを水平方向に回動させて上記ボ
デー内に格納するようにしたことを特徴とする自走機械
の障害物検出装置。