CN110294039A - 移动体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种移动体。即使在移动体因路面状态等而受到冲击，也能够使球体车轮与驱动部不分离地将驱动部的驱动力传递给球体车轮。移动体(10)是自主行驶型的机器人。移动体(10)具备：球体车轮(21)；驱动部(22)，其与球体车轮(21)接触，对球体车轮(21)施加旋转驱动力；支承体(31)，其对驱动部(22)进行支承；施力机构(41)，其悬挂于支承体，同时与球体车轮(21)抵接并向支承体(31)的方向对球体车轮(21)施力。

Description

移动体
技术领域
本发明涉及通过利用驱动部使球体车轮转动而移动的移动体。
背景技术
近年来，自主移动而进行各种作业的移动机器人等移动体不断得到开发。例如，在专利文献1中记载了具备圆筒形的主体部以及其下部的一个球体车轮并通过使球体车轮旋转而行驶的移动体。在一个球体车轮上载置主体，并在主体的下部且是球体车轮上部配置多个全向轮，通过将全向轮的驱动力施加到球体车轮来使移动体静止/移动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-342818号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1的移动体的下部设置的移动装置通过让全向轮的驱动部件与球体车轮接触，将驱动力传递到球体车轮上。另外，用于不让球体车轮从主体部脱落的脱落防止间隔件配置在比球体车轮的上下方向的中心靠下侧的位置。
然而，当移动体在移动中受到因路面凹凸等引起的冲击时，球体车轮临时性地与驱动部件分离，因球体车轮与驱动部件分离，而无法将适当的驱动力传递给球体车轮，导致难以正确地控制移动体的移动。
本发明鉴于上述问题而提供一种即使移动体受到路面状态等的冲击也能够使球体车轮与驱动部不分离地将驱动部的驱动力传递到球体车轮的移动体。
用于解决课题的手段
[1]为了实现上述目的，本发明的移动体的特征在于，具备：球体车轮；驱动部，其与所述球体车轮接触，对所述球体车轮施加旋转驱动力；支承体，其对所述驱动部进行支承；以及施力机构，其悬挂于支承体，同时与所述球体车轮抵接并向所述支承体的方向对所述球体车轮施力。
根据本发明，由于利用施力机构将球体车轮向支承体的方向施力，因此能够以包括驱动部和支承体的机体的重量以上的力将驱动部按压于球体车轮，即使移动体受到路面状态等的冲击，也能够使球体车轮和驱动部不分离地将驱动部的驱动力传递到球体车轮上。
[2]另外，在本发明中，优选的是，所述施力机构具备：圆环状的包围部件，其包围所述球体车轮的整周或整周的一部分；多个抵接部，其相对于所述包围部件的中心轴旋转对称地被配置在所述包围部件上的同时与所述球体车轮抵接；以及施力部件，其向所述支承体一侧对所述包围部件进行施力，所述施力机构利用将所述包围部件连接到所述支承体上的连接部件而悬挂于所述支承体。
根据该结构，由于具备相对于包围部件的中心轴C旋转对称地被配置在包围部件上且与球体车轮抵接的多个抵接部，因此，能够相互抵消由对球体车轮的施力而产生的反作用力的水平方向成分,不需要为了对抗反作用力而增大球体车轮、驱动部的强度，能够实现移动体的轻量化。
[3]另外，在本发明中，优选的是，所述连接部件具备可摆动地与所述支承体连接的连杆部件以及可摆动地与所述连杆部件连接的框架部件，所述框架部件设置于所述连杆部件，并经由所述框架部件而悬挂于所述支承体。
根据该结构，通过连杆部件以可摆动的方式与支承体和框架部件连接，设置于框架部件的施力机构被悬挂为能够相对于支承体移动。因此，设置在框架部件上的施力机构的抵接部能够追随球体车轮的细微的位置的变化。因此，移动体具有所谓的调心功能，即使球体车轮的位置发生变化，也能够在各位置上以均等的力对球体车轮进行施力。而且，由于即使球体车轮移动，施力机构也会追随从而对球体车轮进行施力，因此能够防止球体车轮从驱动部上分离。
[4]另外，在本发明中，优选的是，所述施力机构经由线性引导件而悬挂于所述支承体。
根据该结构，在施力部件向相对于支承体是进退的方向上移动时，能够通过线性引导件不倾斜地平行移动，因此，能够防止施力机构向球体车轮倾斜而与球体车轮抵接的情况。
[5]另外，在本发明中，优选的是，所述施力机构经由线性引导件而悬挂于所述框架部。
根据该结构，在施力部件相对于支承体是进退的方向上移动时，能够通过线性引导件不倾斜地平行移动，因此，能够防止施力机构向球体车轮倾斜而与球体车轮抵接的情况。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的移动体的立体图。
图2是表示本发明的第1实施方式的移动体的主要部分的立体图。
图3是表示从其他角度看图2的移动体的主要部分的立体图。
图4是图2的框架部件及球体车轮的俯视图。
图5是表示图2的移动体的主要部分的剖视图。
图6是图2的支承体的俯视图。
图7A是本发明的第1实施方式的作用图。
图7B是本发明的第2实施方式作用图。
图7C是本发明的第3实施方式的作用图。
符号说明
10 移动体
21 球体车轮
22 驱动部
31 支承体
41 施力机构
42 包围部件
43 抵接部(球轮)
44 施力部件
51 连接部件
52 连杆部件
53 框架部件
61 线性引导件
具体实施方式
[第1实施方式]
参照附图，对本发明的实施方式的移动体10进行说明。如图1及图2所示，本发明的实施方式的移动体10具有主体部11和配置于主体部11的下部的行驶机构20。行驶机构20构成为通过使一个球体车轮21旋转而能够在前后左右的全向上移动。
在移动体10上，在主体部11的上端部外周设置有作为环境传感器的摄像机12。摄像机12从主体部11突出。摄像机12也可以受保护部件包围。
如图2至图5所示，配置于移动体10的下部的行驶机构20具备：球体车轮21；驱动部22，其与球体车轮21接触，对球体车轮21施加旋转驱动力；支承体31，其对驱动部22进行支承；施力机构41，其悬挂于支承体31，同时与球体车轮21抵接并向支承体31的方向对球体车轮21施力。
施力机构41具备：圆环状的包围部件42，其包围球体车轮21的整周；多个抵接部43，相对于包围部件42的中心轴旋转对称地被配置在包围部件42上的同时与球体车轮21抵接；施力部件44，向支承体31一侧对包围部件42进行施力。施力机构41利用将包围部件42连接到支承体31上的连接部件51而被悬挂在支承体31上。
包围部件42具有包围球体车轮21的整周的圆环状，在球体车轮21和包围部件4之间形成有间隙45。即，球体车轮21从具有圆环形状的包围壁件42的内周部突出。并且，包围部件42的内周部具有圆形形状，该圆形形状包围下述相交圆的整周或整周的一部分：包括包围部件42的平面与球体车轮21相交的圆(相交圆)。在该包围部件42的内周部与球体车轮21之间设置有间隙45。
抵接部43是由壳体46和可旋转地受壳体46支承的滚珠47构成的所谓的球轮(Ballcaster)，均等地配置在包围部件42的6个位置上。
连接部件51具有可摆动地与支承体31连接的连杆部件52和可摆动地与连杆部件52连接的的圆环状的框架部件53。
框架部件53具有包围球体车轮21的整周的圆环形状，且在球体车轮21和框架部件53之间形成有间隙45。另外，框架部件53虽然设置成包围球体车轮21的整周的圆环形状，但并不限定于此，框架部件53也可以是在整周的一部分上具有切缝的C字型的部件、或将被分成多个的部件连接而形成为圆环状的部件。需要说明的是，优选的是，框架部件53具有与包围部件42的形状匹配的形状且形成于与包围部件42对置的位置上。
另外，施力机构41设置于框架部件53，经由框架部件53悬挂于支承体31。而且，施力机构41经由线性引导件61而悬挂于框架部件53上。
在框架部件53上设置有供插通杆49贯通的贯通孔(未图示)，插通杆49插入到施力部件(压缩弹簧)44中。贯通孔在相对于框架部件53的中心轴C旋转对称的位置上，在框架部件上形成有多个。
施力机构41的施力部件44是压缩弹簧，并且其直径形成得比框架部件53上形成的贯通孔的直径大，其下端部以包围贯通孔的方式配置在框架部件53之上。在施力部件44的上端部设置有直径比施力部件44的直径大的端片48。插通于施力部件44(压缩弹簧)的内侧和框架部件53的贯通孔的插通杆49的一端部与端片48连接。插通杆49在通过了贯通孔的另一端部连接有包围部件42。在抵接部43的近旁配置有6处施力部件44、端片48及插通杆49等。
在框架部件53上，均等地配置有3处连杆部件52。连杆部件52的上端部通过第1球窝接头(Ball joint)54与支承体31连接，连杆部件52的下端部通过第2球窝接头55与框架部件53连接。利用连杆部件52连接支承体31和框架部件53，形成所谓的连杆机构，框架部件53被保持成相对于支承体31平行。
另外，通过经由线性引导件61将施力机构41的包围部件42悬挂于框架部件53上，能够在将包围部件42保持成相对于框架部件53平行的状态下，使包围部件42离开或接近框架部件53。因此，能够防止包围部件42相对于支承体31倾斜。
如图5及图6所示，支承体31是板状的部件，用于配置驱动部22的开口部32以相对于支承体31的中心轴C旋转对称的方式在支承体31上形成有3处。
驱动部22具备构成驱动源的马达部23和设置在该马达部23的旋转轴上的全向轮24。马达部23通过下述方式被固定在支承体31上：马达部23的旋转轴相对于支承体31倾斜，且全向轮24与马达部23的一部分位于开口部32内。
驱动部22在支承体31上设置有3处，3个驱动部22的全向轮24分别与球体车轮21抵接。来自驱动部22的驱动力经由全向轮24传递至球体车轮21，从而使球体车轮21旋转。
接着，对以上所述的移动体10的作用进行说明。需要说明的是，以后的作用图概念性地来表示移动体10的结构。
如图7A所示，在移动体10中，构成连接部件51的连杆部件52的一端部可摆动地与支承体31连接，连杆部件52的另一端部与框架部件53连接。在移动体10中，构成施力机构41的施力部件44以及线性引导件61的一端部与框架部件53连接，施力部件44以及线性引导件61的另一端部与包围部件42连接。设置在包围部件42上的抵接部43与球体车轮21抵接。设置在支承体31的驱动部22的全向轮24与球体车轮21抵接。
因此，第一，球体车轮21被施力机构41向支承体31的方向施力。其结果，即使移动体10因路面状况而产生振动，也能够使球体车轮21与驱动部22抵接，从而能够使移动体10进行准确的行驶。
第二，包围部件42利用线性引导件61相对于框架部件53平行地移动。其结果是，能够防止包围部件42的倾斜。
第三，利用由支承体31、连杆部件52以及框架部件53构成的连杆机构，发挥下述调心功能：在使球体车轮21的中心位于多个驱动部22的中心轴的位置的基础上，使施力机构41的多个抵接部43的中心轴对准多个驱动部22的中心轴。其结果，即使存在由制造时的误差引起的多个驱动部22的中心与球体车轮21的中心的偏离、因移动时的摇摆、移动时受到的冲击等而引起的多个驱动部22的中心与球体车轮21的中心产生偏移，也能够通过连杆机构的调心作用而使多个驱动部22的中心与球体车轮21的中心一致，并将驱动部22的驱动力传递到球体车轮21上。
[第2实施方式]
接着，对第2实施方式进行说明。需要说明的是，针对结构等与第1实施方式共通的部分，省略其说明。如图7B所示，在移动体10中，构成施力机构41的施力部件44以及线性引导件61的一端部与支承体31连接，施力部件44以及线性引导件61的另一端部与包围部件42连接，设置于包围部件42的抵接部43与球体车轮21抵接。另外，设置在支承体31上的驱动部22的全向轮24与球体车轮21抵接。
第一，球体车轮21被施力机构41向支承体31的方向施力。其结果，即使移动体10因路面状况而振动，也能够使球体车轮21与驱动部22抵接，从而能够使移动体10进行准确的行驶。
第二，包围部件42利用线性引导件61而相对于支承体31平行地移动。其结果，能够防止包围部件42的倾斜。
[第3实施方式]
接着，对第3实施方式进行说明。需要说明的是，对结构等与第1实施方式共通的部分，省略其说明。如图7C所示，在移动体10中，构成施力机构41的施力部件44的一端部与支承体31连接，施力部件44的另一端部与包围部件42连接，设置在包围部件42上的抵接部43与球体车轮21抵接。另外，设置在支承体31上的驱动部22的全向轮24与球体车轮21抵接。
根据该结构，球体车轮21被施力机构41向支承体31的方向施力。其结果，即使移动体10因路面状况而振动，也能够使球体车轮21与驱动部22抵接，能够将驱动部22的旋转传递到球体车轮21上，能够使移动体10在移动中准确地移动距离。
接着，说明以上所述的移动体10的效果。
由于球体车轮21被施力机构41向支承体的方向施力，能够以包括驱动部22和支承体31的机体的重量以上的力将驱动部22按压于球体车轮21，即使移动体10受到路面状态等的冲击，也能够使球体车轮21和驱动部22不分离地将驱动部22的驱动力传递到球体车轮21上。
另外，由于具备相对于包围部件42的中心轴C旋转对称地被配置在包围部件42上且与球体车轮21抵接的多个抵接部43，因此，能够相互抵消由对球体车轮21的施力而产生的反作用力的水平方向成分,不需要为了对抗反作用力而增大球体车轮21、驱动部22的强度，能够实现移动体10的轻量化。
另外，通过连杆部件52以可摆动的方式与支承体31和框架部件53连接，设置于框架部件53的施力机构41被悬挂为能够相对于支承体31移动。因此，设置在框架部件53上的施力机构41的抵接部43能够追随球体车轮21的细微的位置的变化。因此，移动体10具有所谓的调心功能，即使球体车轮21的位置发生变化，也能够在各位置上以均等的力对球体车轮21进行施力。而且，由于即使球体车轮21移动，施力机构41也会追随从而对球体车轮21施力，因此能够防止球体车轮21从驱动部22分离。
另外，施力机构41经由线性引导件61而悬挂于支承体31。因此，在施力机构41向相对于支承体31为进退的方向上移动时，由于通过直动引导件61而不倾斜地平行地移动，因此能够防止施力机构41向球体车轮21倾斜而与其发生抵接。
此外，由于施力机构41经由线性引导件61而悬挂于框架部件53，因此在施力部件44向相对于支承体为进退的方向上移动时，由于通过线性引导件61而不倾斜地平行移动，因此能够防止施力机构41向球体车轮21倾斜而与其发生抵接。
另外，在实施方式中，在包围部件42上配置了6处抵接部43，但并不限定于此，只要能够限制球体车轮21移动而使其停留在包围部件42的中心轴C侧即可，也可以是3处、4处、5处、7处以上等，并不对抵接部的配置数进行限定。另外，将抵接部43设置成由壳体46和滚珠47构成的球轮，但并不限定于此，也可以是与旋转的球体车轮21抵接并在球体车轮21上滑动的滑动垫。
需要说明的是，施力机构41的结构并不限定于上述结构，施力部件44、端片48以及插通杆49等的配置数也可以是3处、4处、7处以上。另外，也可以采用下述结构：使用拉伸弹簧而非压缩弹簧作为施力部件44，并将其设置在框架部件53的与上述实施方式成相反的一侧，并将该拉伸弹簧直接连接到包围部件42上，从而拉伸包围部件。另外，在施力机构41中，施力部件44可以是板簧或橡胶，进一步也可以是由包围球体车轮21的一个筒状的橡胶部件构成，只要能够将球体车轮21向支承体31侧施力，并不限定结构。
需要说明的是，在实施方式中，采用了球窝接头54、55将连杆部件52连接到支承体31以及框架部件53上，但并不限定于此。只要连杆部件52以可摆动的方式与支承体31及框架部件53连接即可。例如，在支承体31以及框架部件53上设置轴，并将连杆部件52以可摆动的方式与该轴连接等、只要是能够使连杆部件52形成为可摆动等的结构即可。在框架部件53上配置了3处连杆部件52，但并不限定于此，连杆部件52也可以设置4处、5处、6处以上，只要是包括支承体31、连杆部件52、框架部件53的结构具有调心功能，从而可使框架部件53的中心轴与球体车轮21的中心达成一致即可。
需要说明的是，在实施方式中，在支承体31上形成3个开口部32，并设置了3个驱动部22。但是，并不限定于此，也可以将开口部32及驱动部22设置成1个、2个、4个以上，只要能够将驱动部22的驱动力传递到球体车轮21上即可，并不对开口部32和驱动部22的数量进行限定。
另外，以马达部23的旋转轴相对于支承体31倾斜的方式设置了驱动部22，但是只要能够将驱动部22的驱动力传递至球体车轮21上，倾斜角度可以是任意角度。
另外，在实施方式中，将支承体31设置成了板状的部件，但支承体31也可以是块状的部件、将多根棒状的部件合在一起的部件，只要是能够连接驱动部22和连接部件51，并不对其形状进行限定。
另外，在实施方式中，移动体10设置成具备1个球体车轮21，但是并不限定于此，移动体10也可以设置成具备2个、3个、大于3个的个数的球体车轮21。
另外，在实施方式中，将移动体10设置成立起状态，将球体车轮21设置在移动体10的下部并使球体车轮21与路面(地面)接触的方式，但并不限定于此。也可以是在移动体10在水平方向的侧部或斜横向的侧部设置球体车轮21，并使球体车轮21与壁接触，进一步地，也可以将球体车轮21设置成从移动体10的上部向上方露出，并使球体车轮21与天花板接触。

Claims (5)

1.一种移动体，其特征在于，具备：
球体车轮；
驱动部，其与所述球体车轮接触，对所述球体车轮施加旋转驱动力；
支承体，其对所述驱动部进行支承；以及
施力机构，其悬挂于所述支承体，同时与所述球体车轮抵接并向所述支承体的方向对所述球体车轮施力。
2.根据权利要求1所述的移动体，其特征在于，
所述施力机构具备：
圆环状的包围部件，其包围所述球体车轮的整周或整周的一部分；
多个抵接部，其相对于所述包围部件的中心轴旋转对称地被配置在所述包围部件上的同时与所述球体车轮抵接；以及
施力部件，其向所述支承体一侧对所述包围部件进行施力，
所述施力机构利用将所述包围部件连接到所述支承体上的连接部件而悬挂于所述支承体。
3.根据权利要求1或2所述的移动体，其特征在于，
所述连接部件具备可摆动地与所述支承体连接的连杆部件以及可摆动地与所述连杆部件连接的框架部件，
所述框架部件设置于所述连杆部件，并经由所述框架部件而悬挂于所述支承体。
4.根据权利要求1或2所述的移动体，其特征在于，
所述施力机构经由线性引导件而悬挂于所述支承体。
5.根据权利要求3所述的移动体，其特征在于，
所述施力机构经由线性引导件而悬挂于所述框架部。
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