JP2004009167A

JP2004009167A - Jumping/rotary mobile body

Info

Publication number: JP2004009167A
Application number: JP2002163055A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Tsukagoshi; 塚越　秀行; Chikara Kitagawa; 北川　能; Yotaro Mori; 森　庸太朗
Original assignee: Rikogaku Shinkokai
Current assignee: Rikogaku Shinkokai
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2022-06-04
Also published as: JP3982574B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a jumping/rotary mobile body having a mechanism for jumping over an irregular land with a high difference in elevation by jumping and landing any position without carrying out complicated positional control, and efficiently moving by rotational motion on a flat land. <P>SOLUTION: A capsule 2 constituted of a rotary structural body constituting an outer shell, a jumping means, and a rotating means installed in this capsule 2 are provided, the jumping means is constituted of a cylinder 3 provided free to rotate against the capsule 2, and the rotating means is constituted of an X-axis motor 21 and a Y-axis motor 20 to respectively rotate the cylinder 3 around an X-axis 6 and around Y axis 5 at a right angle against its axis. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、跳躍力及び回転力により移動するロボットを構成する跳躍・回転移動体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
テロや地震などの災害によって崩壊した建物の下敷きになった被災者を効率よく救助する手段の確立は急務を要する。このような災害現場における救助タスクを分類すると、被災者の探索・救出・運搬・治療のプロセスが存在するが、このうち最も労力と時間を要する作業は、被災者の探索である。そのため、瓦礫の散乱した極めて劣悪な不整地環境を移動でき、また被災者を発見し、さらに発見した被災者情報の伝達手段を具備したロボットを開発できれば、救助作業者たちの大きな手助けとなるとともに、生存者の救出率が飛躍的に高まるもとの期待できる。
【０００３】
従来、このような災害によって崩壊した建物等の不整地を移動して下敷きとなった被災者を見つけ出して救出するための移動手段として、クローラ型移動体が用いられていた。また、脚により移動体を蹴り出す跳躍移動も考えられていた。
【０００４】
一方、回転体とワンウェイクラッチ及び板バネを組合せて、モータにより回転移動するとともに、このモータの逆回転でバネを引付けてその弾性力により跳躍する跳躍・回転一体モータ型の移動体も考えられていた（Ｓｃｏｕｔ　Ｒｏｂｏｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｍｉｎｅｓｏｔａ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｒｏｂｏｔｉｃｓ　＆　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　Ｓｅｏｕｌ，Ｋｏｒｅａ　Ｍａｙ　２１−２６，２００１）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、クローラ型移動体では、移動体の重心高さより数倍高い不整地を乗り越えることは困難であった。また従来の脚方式による跳躍移動は、未知な不整地環境における着地点の地形の把握が困難であるため、着地時の安定な姿勢制御が困難であった。
【０００６】
また、従来考えられていた回転体と板バネとを組合せた跳躍・回転一体モータ型の移動体では、回転移動をしながら跳躍を行うことはできず、回転移動の運動エネルギーを有効に利用して飛距離を伸ばすことはできない。また、跳躍方向の調整が困難である。また跳躍力を大きくするために板バネを強くすると、高出力で大型のモータを用いなければならず、重量が大きくなって実用化は困難であった。
【０００７】
本発明は上記従来技術を考慮したものであって、簡単な構造で、高い高低差のある不整地を跳躍によって飛び越えることができ、また複雑な姿勢制御を行うことなくどのような姿勢からも着地できる機構を有し、且つ平坦地を回転運動によって効率的に移動可能な跳躍・回転移動体の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明では、外殻を構成する回転構造体からなるカプセルと、このカプセル内に装着された跳躍手段及び回転手段とを備え、前記跳躍手段は、前記カプセルに対し回転可能に設けたシリンダからなり、前記回転手段は、前記シリンダをその軸に対し直角なＸ軸廻り及びＹ軸廻りにそれぞれ回転させるＸ軸モータ及びＹ軸モータからなることを特徴とする跳躍・回転移動体を提供する。
【０００９】
この構成によれば、不整地を転がる構造的強度を有する回転構造体により外殻を構成し、その内部のシリンダがＸ軸及びＹ軸廻りに回転してＺ軸方向の跳躍方向を任意に設定してロッドを蹴り出すことにより、任意の方向に跳躍できる。外殻が回転構造体であるため、あらゆる方向に対し安定して着地できる。また、蹴り出し力を小さくすれば、跳躍することなく路面上を転がって移動できる。
【００１０】
跳躍・回転移動体では、跳躍の蹴り出し動作、跳躍の蹴り出し方向を設定するためのＸ方向及びＹ方向の動作、転がって前進回転する動作、及び前進方向を変える旋回動作の５つの動作が必要になる。本発明では、この５つの動作を１つのシリンダ及び２つのモータの計３つのアクチュエータ（駆動原）により実施している。このように１つの動作に１つの専用アクチュエータを用いることなく、モータの正転・反転を利用する等により、２つの動作を行う共通のアクチュエータを用いてアクチュエータ数を減らすことにより、構造を簡単にして軽量化及び動作の信頼性を図ることができる。本構成では、跳躍動作と前進回転動作を同一の直動型シリンダで行い、旋回及び２つの蹴り方向Ｘ，Ｙの動作を２つのモータで行っている。
【００１１】
好ましい構成例では、前記カプセルは、間隔を隔てて対向配置した２つの半球体からなることを特徴としている。
【００１２】
この構成によれば、対向配置した両半球体の軸を前進回転軸として、一定の方向に回転移動が可能になるとともに、跳躍して着地したときに、単なる球体に比べ、着地後に回転軸を路面に平行にした一定の姿勢で停止できる。
【００１３】
さらに好ましい構成例では、前記半球体の頂部に突起を設けたことを特徴としている。
【００１４】
この構成によれば、カプセルが着地したときに、半球体頂部の突起により、回転軸が地面と垂直になった状態で停止することがなく、必ず斜めに倒れて水平又は斜め状態で停止する。従ってカプセル内のシリンダが空を蹴ることなく地面を蹴って移動動作を続行できる。
【００１５】
本発明ではさらに、平行配置した２つの車輪と、両車輪間の中央部で車軸方向に対し直角方向に車輪より前後に突出する補助輪と、両車輪間に設けた跳躍手段及び回転手段とを備え、前記跳躍手段は、前記車輪に対し回転可能に設けたシリンダからなり、前記回転手段は、前記シリンダを前記車輪の車軸に対し直角なＸ軸廻り及びＹ軸廻りにそれぞれ回転させるＸ軸モータ及びＹ軸モータからなり、前記Ｘ軸モータは、前記車軸に連結されるとともに前記シリンダをＸ軸廻りに回転可能としたことを特徴とする跳躍・回転移動体を提供する。
【００１６】
この構成によれば、２つの車輪とその間の車軸に直角方向に突出する２つの補助輪により不整地路面上を移動するとともに、走行しながらシリンダのロッドを蹴り出して、走行速度に応じて跳躍移動することができる。また、両車輪間のシリンダをＸ軸及びＹ軸廻りに回転してＺ軸方向の跳躍方向を任意に設定してロッドを蹴り出すことにより、任意の方向に跳躍することもできる。
【００１７】
本構成においても、前述のように跳躍・回転移動体に必要となる、跳躍の蹴り出し動作、跳躍の蹴り出し方向を設定するためのＸ方向及びＹ方向の動作、転がって前進回転する動作、及び前進方向を変える旋回動作の５つの動作を、１つのシリンダ及び２つのモータの計３つのアクチュエータ（駆動原）により実施している。このように１つの動作に１つの専用アクチュエータを用いることなく、モータの正転・反転を利用する等により、２つの動作を行う共通のアクチュエータを用いてアクチュエータ数を減らすことにより、軽量化及び動作の信頼性を図ることができる。本構成では、跳躍動作のシリンダと前進回転動作のモータを別々に備え、他の１つのモータで旋回及び蹴り方向Ｘ，Ｙの動作を行わせている。
【００１８】
好ましい構成例では、前記補助輪は、前記車輪より前後の外側に突出した通常走行位置にスプリングにより保持されるとともに、このスプリングに抗して通常走行位置より内側に移動可能であることを特徴としている。
【００１９】
この構成によれば、跳躍して着地したときに、補助輪が上向きになった逆転状態で停止した場合に、補助輪を内側に引込めながら車輪を回転して起き上がることができる。起き上がった後は、補助輪がスプリングにより自動的の通常走行位置に戻る。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の跳躍・回転移動体の動作説明図である。
この跳躍・回転移動体１は、外殻を構成するカプセル２内に空圧駆動のシリンダ３とこれを後述のように回転駆動する２つのモータ（不図示）を備える。この跳躍・回転移動体１は、瓦礫上で、（ａ）のように回転移動し、（ｂ）のようにシリンダ３のロッド４を蹴り上げて跳躍移動し、（ｃ）のように着地してシリンダ３のロッド４を支えにして停止する。
【００２１】
図２は、本発明に係る跳躍・回転移動体の空圧シリンダの回転動作説明図である。（Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ方向矢視図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ方向矢視図である。
【００２２】
カプセル２は、一対の半球体２ａ，２ｂを適当な間隔を隔てて対向配置した構成である。両半球体２ａ，２ｂの間のカプセル２内にシリンダ３が装着される。シリンダ３は、その長軸方向（Ｚ軸）に垂直なＹ軸５廻りに矢印Ａのように、回転可能であり、かつＸ軸６廻りに矢印Ｂのように回転可能である。これにより、シリンダ３のロッド４の蹴り出し方向を任意の方向に向けることができる。
【００２３】
図３は、跳躍・回転移動体のカプセルの回転前進動作の説明図である。（Ａ）は球体カプセルの説明図、（Ｂ）は本発明のカプセルの説明図である。
（Ａ）のように、球体カプセル７の場合、途中の小さな障害物（不図示）等により進行方向が矢印Ｒのように曲る。これに対し、（Ｂ）のように、対向配置した半球体２ａ，２ｂからなるカプセル２の場合、半球体２ａ，２ｂ間に幅があるため、半球体の軸（Ｘ軸６）が常に路面に平行に保たれて、その軸廻りのカプセル２の姿勢が一定に保たれ、多少の障害物があってもカプセル２は矢印Ｓのように真直ぐに進む。
【００２４】
図４及び図５は、本発明に係る跳躍・回転移動体の構成図である。図４（Ａ）及び（Ｂ）はともにカプセルを同一方向から見た側面図であり、（Ａ）は（Ｂ）の一部（シリンダへのエア供給系及びモータ）を省略した図である。また、図５（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ図４（Ｂ）のＰ−Ｐ部及びＱ−Ｑ部の断面図である。
【００２５】
図４（Ａ）に示すように、シリンダ３は、リング状の第１ジンバル８に保持される。第１ジンバル８は、Ｙ軸５を介して連結枠１０に回転可能に支持される。この連結枠１０は、Ｘ軸６廻りのベアリング１１を介して第２ジンバル１３に回転可能に支持される。シリンダ３にはカメラ１２が備わる。両側の半球体２ａ，２ｂ同士は連結板９で連結される。
【００２６】
各半球体２ａ，２ｂの頂部には突起１４が形成される。この突起１４により、カプセルが着地したときに、回転軸（Ｘ軸６）が地面と垂直になった状態で停止することがなく、必ず斜めに倒れて水平又は斜め状態で停止する。従ってカプセル２内のシリンダ３が空を蹴ることなく地面を蹴って移動動作を続行できる。
【００２７】
図４（Ｂ）に示すように、第２ジンバル１３に高圧エアタンク１５が取付けられ、レギュレータ１６及びエアホース１７を介してサージタンク１８に接続される。サージタンク１８は、バルブ（不図示）を介して高圧エアをシリンダ３に供給する。
【００２８】
連結枠１０にＹ軸サーボモータ１９が取付けられる。Ｙ軸サーボモータ１９の出力軸１９ａに装着されたギヤ２０がＹ軸５を回転駆動する。連結枠１０にはさらにＸ軸サーボモータ２１が取付けられる。Ｘ軸サーボモータ２１は、ギヤボックス２２を介してＸ軸６を回転駆動する。このようなジンバル構造により、シリンダ３のロッド４の蹴り出し方向があらゆる方向に設定でき、カプセル２を任意の方向に跳躍させることができる。
【００２９】
図６は、カプセルの蹴り出し力の説明図である。
シリンダ３によりロッド４を介して地面を蹴る力の反力（蹴り出し力）Ｋにより、カプセル２が移動する。この蹴り出し力Ｋの垂直成分ＫＶがカプセル２の重量Ｗより大きいときに、カプセル２は跳躍して、水平成分ＫＨに対応した距離だけ移動する。
【００３０】
垂直成分ＫＶが重量Ｗより小さければ跳躍することなく水平成分ＫＨに対応して水平移動する。この場合、実際には、蹴り出し力Ｋがカプセル２の重心とずれた位置に作用してカプセル２を回転させ、この回転運動によりカプセル２が前進移動する。
【００３１】
図７は、カプセルの跳躍動作の説明図である。これは、前述の図６の蹴り出し力Ｋの垂直成分ＫＶが重量Ｗより大きい場合である。
図示したように、カプセル２内のシリンダ３のロッド４を地面に対し蹴り出すことにより、僅かに回転しながら跳躍し、ロッド４を引込めた状態で着地する。この後カプセル２は回転しながら移動する。回転動作はロッド４を突出させることにより停止する。
【００３２】
図８及び図９は、カプセルの回転動作の説明図である。これは、前述の図６の蹴り出し力Ｋの垂直成分ＫＶが重量Ｗより小さい場合である。
図示したように、カプセル２内のシリンダ３のロッド４を地面に対し蹴り出すことにより、カプセル２が回転して移動する。ロッド４は回転移動中引込めた状態である。ロッド４を突出させることにより、図９に示すように、回転移動は停止する。
【００３３】
図１０は、カプセルの着地動作の説明図である。
対向配置した２つの半球体２ａ，２ｂからなるカプセル２は、跳躍後不定の姿勢で（Ａ）のようにその軸（Ｘ軸６）が地面に対し傾斜した状態で一方の半球体２ｂが地面に当って着地する。カプセル端部が半球体であるため、（Ｂ）のようにカプセルの軸６が水平に向って倒れ、（Ｃ）のように、水平状態になって停止する。
【００３４】
次にシリンダによる跳躍動作について検討する。
図１１はシリンダの跳躍プロセスの説明図である。
ここでは、シリンダの運動を垂直方向に限定した上で、空圧エネルギーの注入から最高点に達するまでの状態を、図示したように、３つのプロセス（ｉ）（ｉｉ）（ｉｉｉ）に分け、それぞれの運動状態を明らかにする。以下の式に用いられる記号を次のようにする。
【００３５】
ｍ_１：カバー質量
ｍ_２：ピストンロッド質量
Ａ：ピストンの断面積
Ｐ（ｔ）：時刻ｔにおけるシリンダの内部の圧力
ｈ：ジャンプ最高時に飛んだ高さ
ｖ_１：ロッドとケースがぶつかる直前のカバーの絶対速度
ｖ_２：ロッドとケースの衝突直後のカバーとピストンロッドの絶対速度
Ｔ_１：加圧開始からロッドとケースが衝突するまでの時間
【００３６】
▲１▼プロセスｉ（シリンダ加圧開始時から、シリンダカバーがロッドと衝突する直前まで）：
このとき、シリンダカバーには加圧により加わる力と、重力による力が加えられ、ロッドとケースが衝突する直前までの力積が、以下の数式１のように、離陸時の運動量となる。
【００３７】
【数１】

【００３８】
▲２▼プロセスｉｉ（カバーとロッドが衝突し、一体となって運動し始める瞬間）：
このときカバーのもつ運動量がロッド、カバーが一体となったシリンダ全体に振り分けられる。このとき運動量保存則より以下の数式２が成り立つ。
【００３９】
【数２】

【００４０】
▲３▼プロセスｉｉｉ（カバーとシリンダが一体となってから、シリンダが最高点に達するまで）：
一体となって飛び始めたカバー及びロッドは、そのときの運動エネルギーによりエネルギー保存則から、ジャンプ高さが定まる。エネルギー保存則より以下の数式３が成り立ち、これによりジャンプ高さが定まる。
【００４１】
【数３】

【００４２】
以上の結果から、ジャンプ高さの向上及び調節には次のことを行えばよいことが分る。
ａ．シリンダへの加圧
ジャンプの際の高さは、離陸直前までにケースに加えられる力積によって定まる。そのためシリンダに加えられる力積を変えるためにはＰ（ｔ）及びＴ_１を変化させることが必要となる。
【００４３】
供給圧力を変化させればジャンプ高さを変えることは容易であるが、一定供給圧力のもと、Ｐ（ｔ）を変化させることは難しい。そこでＴ_１を変化させることにより高さを調節することとなる。Ｔ_１はシリンダの伸びるスピードにより決まり、伸びるスピードが速いほどジャンプ高さが高くなる。そのためシリンダへの流量が多いほどシリンダは速く伸び、少なければシリンダの伸びは遅くなる。したがって、流量を変化させることによりジャンプの高さを変化させればよいことが分る。
【００４４】
ｂ．構造によるジャンプ高さの向上
ジャンプ高さの向上のためのシリンダ構造として、ロッド部分の重量の軽減が挙げられる。また、シリンダストロークを伸ばすことにより、ケースに加える力積を増やすことができる。これにより、ジャンプ高さは向上する。また、シリンダへの空気の流入の際、空圧源の圧力が下がってしまうことが考えられる。この対策として、空圧源側の弁近くに、ある程度の容量をもつサージタンクを取付けることにより圧力低下を軽減することができる。
【００４５】
次に、ジャンプ高さを調整するための流量調整弁について検討する。
ジャンプの高さを調整するためには、細かく流量を調整できるバルブが必要である。また、最大流量が、より多いほど、ジャンプの最大高さを伸ばし、ロボットの踏破性を向上させることができる。
【００４６】
空圧システムの制御弁として広く用いられているものは、ソレノイドなどで駆動する電磁弁である。しかしながら、流量を増加させるためには、弁の開度を大きく変化させる必要があるため、それに応じてソレノイド部分が大きなものとなってしまう。そのため、大流量で制御性が高く、軽量なものは従来存在しない。
【００４７】
本発明では、小型、軽量で、制御性が高く、比較的流量の多いサーボ式ポペット弁を利用してシリンダの空圧システムを開発した。
【００４８】
図１２はこのような本発明の一例として用いるサーボ式ポペット弁を示す。
サーボモータ２３がギヤ機構２４を介して三方弁２５に連結される。サーボモータ２３の回転角に応じて、ロッド（バルブアクチュエータ）４７が三方弁２５を駆動し、シリンダ２６に高圧エアを供給あるいは排気する。図はシリンダ２６の排気状態を示す。サーボモータ２３を回転してロッド４７を引上げると、三方弁２５が切換り、サージタンク４８からシリンダ２６に高圧エアが供給される。
【００４９】
図１３は、本発明の一例として用いるポペット弁の内部構造を示す。
サーボモータ２３（図１２）の回転により、ギヤ機構２４（図１２）を介してロッド４７が上下に動き（矢印Ｄ）、ポペット弁２７を上下させる。このポペット弁２７の開閉動作により、シリンダ２６がサージタンク４８側又は大気と連通する。図は、ポペット弁２７が閉じた状態であり、シリンダは中空パイプからなるロッド４７の内部を通して大気と連通している（図１２と同じ状態）。ロッド４７が下がってポペット弁２７を押し開くと、ロッド４７の下端部がポペット弁により閉じられるとともに（大気遮断）、サージタンク４８側から矢印Ｅのように、高圧エアがシリンダ内に供給される。
【００５０】
図１４は、本発明の別の実施形態に係る跳躍・回転移動体の構成図である。
この移動体３４は、平行に対向して配置された一対の車輪２８，２８を有し、各車輪２８の車軸（Ｘ軸）２９が、ベアリング３０を介してフレーム３１に装着される。フレーム３１には前後方向（Ｙ方向）に２本の脚３２，３２が取付けられ、各脚３２の先端に補助輪３３が装着される。通常走行時には、両脚３２，３２は、（Ｂ）に示すように、ハ字状に開脚し、補助輪３３は車輪２８より前後外側に突出した状態でスプリング３５及び適当なストッパ（不図示）で保持されている。
【００５１】
フレーム３１に直流モータ３６が取付けられる。この直流モータ３６の出力軸はギヤ機構（不図示）を介して、（Ａ）に示すように、その上側で両車輪間にわたるシャフト３８に連結され、さらに減速ギヤ機構３９を介して各車軸２９に連結される。
【００５２】
この直流モータ３６は、通常走行時は、車輪２８を回転駆動して移動体３４を前進又は後進させる。このとき、シリンダ３７の姿勢は、常に地面に対し垂直方向であり、蹴り出し方向は垂直上向きになり、移動体３４の走行速度に応じた水平成分により移動方向に跳躍移動する。
【００５３】
車輪２８が停止した状態（例えば障害物等でロックされた状態）では、直流モータ３６の回転により、フレーム３１の中央部に支持されているシリンダ３７を車軸（Ｘ軸）２９廻りに回転させ、蹴り出し方向を前後方向に斜めにして停止状態から跳躍することができる。
【００５４】
フレーム３１にはサーボモータ４０が備わる。サーボモータ４０は、シリンダ３７をそのほぼ中央部でＹ軸４１廻りに回転させる。これにより、シリンダ３７による蹴り出し方向を前進方向に対し横方向に変えることができる。
【００５５】
車輪２８の旋回動作について説明すると、シリンダ３７の一端部と各車輪２８の車軸２９（又はこれに連結された各車輪に対応したシャフト３８の端部）とがワイヤ（不図示）で接続されている。サーボモータ４０により、シリンダ３７をＹ軸４１廻りに回転させると、シリンダ３７の一端部に連結されたワイヤ（不図示）が一方の側に引張られ、引張られた側の車輪２８を制動して両車輪２８による移動方向を変えて旋回動作を行う。
【００５６】
フレーム３１に高圧エアタンク４２及びレギュレータ４３が取付けられ、前述のカプセル型の実施例と同様に、エアホース（不図示）及びバルブ（不図示）を介してサージタンク４４に接続され、このサージタンク４４から一定圧の高圧エアがシリンダ３７に供給される。４５（Ｂ図）はバッテリである。
【００５７】
図１５は、図１４の移動体３４が、跳躍後、反転して着地した状態から復帰する動作の説明図である。
【００５８】
（Ａ）の反転状態から、前述の直流モータ３６（図１４）の回転により、車輪２８をその車軸（Ｘ軸）２９廻りに回転させて、（Ｂ）のように横向きにする。このとき脚３２は、内側に折れ曲った状態になる。さらに車輪２８を回転させ、（Ｃ）のように、脚３２をさらに内側に屈曲させながら移動体３４を起き上がらせる。車輪２８を回転し続けて、（Ｄ）のように、脚３２が元通り外側に突出した状態で通常の走行姿勢に復帰する。
【００５９】
図１６は、図１４の移動体が、跳躍後、横転して着地した状態から復帰する動作の説明図である。
（Ａ）の横転状態において、前述のサーボモータ４０（図１４）を駆動して、シリンダ３７をＹ軸４１廻りに回転させて、そのロッド４６が地面を蹴ることができる角度に傾斜させる。
【００６０】
この状態で、（Ｂ）のように、ロッド４６を蹴り出す。これにより、（Ｃ）のように、移動体３４が回転して起き上がる。（Ｄ）のように、移動体３４の両車輪２８が地面に接したら、サーボモータ４０（図１４）を駆動してシリンダ３７を垂直状態に戻す。この（Ｄ）に示す状態は、補助輪３３が上向きの反転状態である。この状態は前述の図１５（Ａ）の反転状態と同じであり、したがって、前述の通り図１５（Ａ）〜（Ｄ）の順番で移動体３４を通常の走行姿勢に復帰させることができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明（請求項１）では、不整地を転がる構造的強度を有する回転構造体により外殻を構成し、その内部のシリンダがＸ軸及びＹ軸廻りに回転してＺ軸方向の跳躍方向を任意に設定してロッドを蹴り出すことができる。これにより、任意の方向に跳躍できる。また、外殻が回転構造体であるため、あらゆる方向に対し安定して着地できる。また、蹴り出し力を小さくすれば、跳躍することなく路面上を転がって移動できる。
【００６２】
また、２つの車輪とその間の２つの補助輪により不整地路面上を移動する構成（請求項４）とすれば、走行しながらシリンダを垂直方向に蹴り出して走行速度に応じて跳躍移動できるとともに、両車輪間のシリンダをＸ軸及びＹ軸廻りに回転してＺ軸方向の跳躍方向を任意に設定してロッドを蹴り出すこともできる。
【００６３】
これにより、簡単な構造で、高い高低差のある不整地を安定した姿勢制御を行って飛び越えることができ且つ不整地を容易に回転移動可能な跳躍・回転移動体が得られる。
【００６４】
本発明の跳躍・回転移動体（ロボット）は、地震による建物崩壊等の被災地において、カメラ等を設けて被災者の発見や救助活動及び崩壊建物の内部状況のデータ収集等を行い、災害救助活動に大きく貢献できる。本発明のロボットはさらに、極限環境地域の調査や地雷探索あるいは他惑星の調査用ロボットとして効果的に利用できる。また、アミューズメント分野での趣味的あるいは娯楽的なロボットとして実用化すれば新たな需要を喚起して産業の発達に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の跳躍・回転移動体の動作説明図。
【図２】本発明に係る跳躍・回転移動体の空圧シリンダの回転動作説明図。
【図３】跳躍・回転移動体のカプセルの回転前進動作の説明図。
【図４】本発明に係る跳躍・回転移動体の構成図。
【図５】図４（Ｂ）のＰ−Ｐ部及びＱ−Ｑ部の断面図。
【図６】カプセルの蹴り出し力の説明図。
【図７】カプセルの跳躍動作の説明図。
【図８】カプセルの回転移動動作の説明図。
【図９】カプセルの回転移動及び停止動作の説明図。
【図１０】カプセルの着地動作の説明図。
【図１１】シリンダの跳躍プロセスの説明図。
【図１２】本発明のサーボ式ポペット弁の説明図。
【図１３】図１２のポペット弁の内部構造図。
【図１４】本発明の別の実施形態の構成説明図。
【図１５】図１４の実施形態の反転復帰動作の説明図。
【図１６】図１４の実施形態の横転復帰動作の説明図。
【符号の説明】
１：跳躍・回転移動体、２：カプセル、２ａ，２ｂ：半球体、３：シリンダ、
４：ロッド、５：Ｙ軸、６：Ｘ軸、７：球体カプセル、８：第１ジンバル、
９：連結板、１０：連結枠、１１：ベアリング、１２：カメラ、
１３：第２ジンバル、１４：突起、１５：高圧エアタンク、
１６：レギュレータ、１７：エアホース、１８：サージタンク、
１９：Ｙ軸サーボモータ、１９ａ：出力軸、２０：ギヤ、
２１：Ｘ軸サーボモータ、２２：ギヤボックス、２３：サーボモータ、
２４：ギヤ機構、２５：三方弁、２６：シリンダ、２７：ポペット弁、
２８：車輪、２９：車軸、３０：ベアリング、３１：フレーム、３２：脚、
３３：補助輪、３４：移動体、３５：スプリング、３６：直流モータ、
３７：シリンダ、３８：シャフト、３９：減速ギヤ機構、
４０：サーボモータ、４１：Ｙ軸、４２：高圧エアタンク、
４３：レギュレータ、４４：サージタンク、
４５：バッテリ、４６：シリンダのロッド、４７：バルブ駆動用のロッド、
４８：サージタンク。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a jumping / rotating moving body that constitutes a robot that moves by a jumping force and a rotating force.
[0002]
[Prior art]
There is an urgent need to establish a means for efficiently rescuing victims who have been laid beneath a building that has collapsed due to a disaster such as a terrorism or earthquake. When rescuing tasks at such a disaster site are classified, there are processes of searching for, rescuing, transporting, and treating victims. Among them, the most labor- and time-consuming work is searching for victims. Therefore, if it is possible to move in extremely badly terrain environments where rubble is scattered, and to discover a victim and develop a robot equipped with a means for transmitting the information of the victim, the rescue workers will be greatly assisted. It can be expected that the rescue rate of survivors will increase dramatically.
[0003]
Conventionally, a crawler-type moving body has been used as a moving means for finding and rescuing a victim who has been laid below by moving on irregular terrain such as a building collapsed by such a disaster. In addition, jumping movement in which the moving body was kicked out by the legs was also considered.
[0004]
On the other hand, a combined jumping / rotating motor type moving body that combines a rotating body, a one-way clutch, and a leaf spring, rotates and moves by a motor, pulls the spring by the reverse rotation of the motor, and jumps by its elastic force, is also conceivable. (Scoot Robot University of Minesota International Conference on Robotics & Automation Seoul, Korea May 21-26, 2001).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, it has been difficult for a crawler type moving body to get over an uneven ground several times higher than the height of the center of gravity of the moving body. Further, in the conventional jumping method using the leg system, it is difficult to grasp the topography of the landing point in an unknown rough terrain environment, and thus it is difficult to perform stable attitude control at the time of landing.
[0006]
In addition, a jump / rotation integrated motor type moving body combining a rotating body and a leaf spring, which has been conventionally considered, cannot perform jumping while rotating, and effectively utilizes the kinetic energy of the rotating movement. Can not extend the distance. Also, it is difficult to adjust the jump direction. Further, if the leaf spring is strengthened to increase the jumping force, a large-sized motor with a high output must be used, and the weight is increased, so that it has been difficult to put it to practical use.
[0007]
The present invention has been made in consideration of the above-mentioned prior art, and has a simple structure, can jump over irregular terrain having a high difference in height by jumping, and can land from any posture without performing complicated posture control. It is an object of the present invention to provide a jumping / rotating moving body that has a mechanism that can move efficiently on a flat ground by rotating motion.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a capsule including a rotating structure constituting an outer shell, and jumping means and rotating means mounted in the capsule, wherein the jumping means rotates with respect to the capsule. A rotating cylinder, wherein the rotating means comprises an X-axis motor and a Y-axis motor for rotating the cylinder around an X-axis and a Y-axis, respectively, at right angles to the axis thereof. Provide moving objects.
[0009]
According to this configuration, the outer shell is constituted by a rotating structure having a structural strength that rolls on uneven terrain, and a cylinder in the inside rotates around the X-axis and the Y-axis to arbitrarily set a jumping direction in the Z-axis direction. You can jump in any direction by kicking out the rod. Since the outer shell is a rotating structure, it can stably land in all directions. If the kicking force is reduced, the player can roll on the road without jumping.
[0010]
The jumping / rotating moving body includes five operations: a kicking operation of a jump, an X-direction and a Y-direction operation for setting a kicking-out direction of a jump, an operation of rolling forward and rotating, and a turning operation of changing the forward direction. Will be needed. In the present invention, these five operations are performed by a total of three actuators (drive sources) of one cylinder and two motors. Thus, the structure can be simplified by reducing the number of actuators by using a common actuator that performs two operations, for example, by utilizing the forward / reverse rotation of the motor without using one dedicated actuator for one operation. Thus, weight reduction and operation reliability can be achieved. In this configuration, the jumping operation and the forward rotation operation are performed by the same linear motion type cylinder, and the turning and the operations in the two kick directions X and Y are performed by two motors.
[0011]
In a preferred configuration example, the capsule is characterized by comprising two hemispheres that are opposed to each other at an interval.
[0012]
According to this configuration, the two hemispheres disposed opposite to each other can be rotationally moved in a fixed direction using the axes of the two hemispheres as the forward rotation axis, and when jumping and landing, the rotation axis after landing is smaller than that of a simple sphere. It can be stopped in a fixed position parallel to the road surface.
[0013]
In a further preferred configuration example, a projection is provided on the top of the hemisphere.
[0014]
According to this configuration, when the capsule lands, the projection at the top of the hemisphere does not stop when the rotation axis is perpendicular to the ground, but always falls down obliquely and stops in a horizontal or oblique state. Therefore, the movement operation can be continued by the cylinder in the capsule kicking the ground without kicking the sky.
[0015]
In the present invention, furthermore, two wheels arranged in parallel, an auxiliary wheel projecting forward and backward from the wheels in a direction perpendicular to the axle direction at the center between the two wheels, and jumping means and rotating means provided between the two wheels An X-axis motor for rotating the cylinder around an X axis and a Y axis perpendicular to the axle of the wheel. And a Y-axis motor, wherein the X-axis motor is connected to the axle and enables the cylinder to rotate around the X-axis.
[0016]
According to this configuration, the two wheels and the two auxiliary wheels projecting in a direction perpendicular to the axle therebetween move on the rough terrain, kick the rod of the cylinder while traveling, and jump according to the traveling speed. You can move. In addition, the cylinder between the wheels can be rotated about the X-axis and the Y-axis, the jumping direction in the Z-axis direction can be set arbitrarily, and the rod can be kicked out to jump in any direction.
[0017]
Also in this configuration, the kicking operation of the jump, the operation in the X and Y directions for setting the kicking direction of the jump, the operation of rolling forward and rotating, which are necessary for the jumping / rotating moving body as described above, And five turning operations for changing the forward direction are performed by a total of three actuators (drive sources) of one cylinder and two motors. As described above, the number of actuators is reduced by using a common actuator that performs two operations, for example, by using the forward / reverse rotation of the motor without using one dedicated actuator for one operation, thereby reducing the weight and the operation. Reliability can be achieved. In this configuration, a jumping cylinder and a forward rotating motor are separately provided, and the other motor performs the turning and kicking directions X and Y.
[0018]
In a preferred configuration example, the auxiliary wheel is held by a spring at a normal traveling position protruding outwardly in front of and behind the wheel, and is movable inward of the normal traveling position against the spring. I have.
[0019]
With this configuration, when jumping and landing, when the auxiliary wheels stop in a reverse rotation state in which the auxiliary wheels face upward, the wheels can be turned up while retracting the auxiliary wheels inward. After getting up, the auxiliary wheels return to the normal driving position automatically by the spring.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is an explanatory view of the operation of the jumping / rotating moving body of the present invention.
The jumping / rotating moving body 1 includes a pneumatically driven cylinder 3 and two motors (not shown) for rotating the cylinder 3 in a capsule 2 constituting an outer shell as described later. The jumping / rotating moving body 1 rotates and moves on the rubble as shown in (a), jumps up by kicking up the rod 4 of the cylinder 3 as shown in (b), and lands as shown in (c). And stop with the rod 4 of the cylinder 3 supported.
[0021]
FIG. 2 is an explanatory view of the rotation operation of the pneumatic cylinder of the jumping / rotating moving body according to the present invention. (A) is an AA direction arrow view of (B), (B) is a BB direction arrow view of (A).
[0022]
The capsule 2 has a configuration in which a pair of

hemispheres

2a and 2b are arranged facing each other at an appropriate interval. A cylinder 3 is mounted in the capsule 2 between the two

hemispheres

2a, 2b. The cylinder 3 is rotatable as shown by an arrow A around a Y-axis 5 perpendicular to its long axis direction (Z-axis), and is rotatable as shown by an arrow B around an X-axis 6. Thereby, the kick-out direction of the rod 4 of the cylinder 3 can be directed to an arbitrary direction.
[0023]
FIG. 3 is an explanatory diagram of a rotationally advancing operation of the capsule of the jumping / rotating moving body. (A) is an explanatory view of a spherical capsule, and (B) is an explanatory view of a capsule of the present invention.
As shown in (A), in the case of the spherical capsule 7, the traveling direction is bent as indicated by an arrow R due to a small obstacle (not shown) or the like in the middle. On the other hand, in the case of a capsule 2 composed of

hemispheres

2a and 2b opposed to each other as shown in (B), there is a width between the

hemispheres

2a and 2b. , The posture of the capsule 2 around its axis is kept constant, and the capsule 2 moves straight as indicated by the arrow S even if there are some obstacles.
[0024]
4 and 5 are configuration diagrams of the jumping / rotating moving body according to the present invention. 4 (A) and 4 (B) are side views of the capsule as viewed from the same direction, and FIG. 4 (A) is a view in which a part of (B) (an air supply system to a cylinder and a motor) is omitted. FIGS. 5A and 5B are cross-sectional views of a PP section and a QQ section of FIG. 4B, respectively.
[0025]
As shown in FIG. 4A, the cylinder 3 is held by a ring-shaped first gimbal 8. The first gimbal 8 is rotatably supported by the connection frame 10 via the Y axis 5. The connection frame 10 is rotatably supported by the second gimbal 13 via a bearing 11 around the X axis 6. The cylinder 3 is provided with a camera 12. The

hemispheres

2a and 2b on both sides are connected by a connection plate 9.
[0026]
A projection 14 is formed on the top of each

hemisphere

2a, 2b. Due to the projection 14, when the capsule lands, the capsule does not stop in a state where the rotation axis (X axis 6) is perpendicular to the ground, but always tilts obliquely and stops in a horizontal or oblique state. Therefore, the cylinder 3 in the capsule 2 kicks the ground without kicking the sky, and the moving operation can be continued.
[0027]
As shown in FIG. 4B, a high-pressure air tank 15 is attached to the second gimbal 13 and connected to a surge tank 18 via a regulator 16 and an air hose 17. The surge tank 18 supplies high-pressure air to the cylinder 3 via a valve (not shown).
[0028]
A Y-axis servomotor 19 is attached to the connection frame 10. The gear 20 mounted on the output shaft 19a of the Y-axis servo motor 19 drives the Y-axis 5 to rotate. An X-axis servomotor 21 is further attached to the connection frame 10. The X-axis servo motor 21 drives the X-axis 6 via a gear box 22. With such a gimbal structure, the kick-out direction of the rod 4 of the cylinder 3 can be set in any direction, and the capsule 2 can jump in any direction.
[0029]
FIG. 6 is an explanatory diagram of the kicking force of the capsule.
The capsule 2 is moved by a reaction force (a kicking force) K of a force for kicking the ground via the rod 4 by the cylinder 3. When the vertical component KV of the kicking force K is larger than the weight W of the capsule 2, the capsule 2 jumps and moves by a distance corresponding to the horizontal component KH.
[0030]
If the vertical component KV is smaller than the weight W, the robot moves horizontally in accordance with the horizontal component KH without jumping. In this case, in practice, the kicking force K acts on a position shifted from the center of gravity of the capsule 2 to rotate the capsule 2, and the rotational movement causes the capsule 2 to move forward.
[0031]
FIG. 7 is an explanatory diagram of the jumping operation of the capsule. This is the case where the vertical component KV of the kicking force K shown in FIG.
As shown in the drawing, the rod 4 of the cylinder 3 in the capsule 2 is kicked out with respect to the ground, so that it jumps while slightly rotating, and lands with the rod 4 retracted. Thereafter, the capsule 2 moves while rotating. The rotation operation is stopped by projecting the rod 4.
[0032]
8 and 9 are explanatory diagrams of the rotation operation of the capsule. This is the case where the vertical component KV of the kicking force K shown in FIG.
As shown, the rod 4 of the cylinder 3 in the capsule 2 is kicked out with respect to the ground, whereby the capsule 2 rotates and moves. The rod 4 is retracted during the rotational movement. By causing the rod 4 to protrude, the rotational movement stops, as shown in FIG.
[0033]
FIG. 10 is an explanatory diagram of the landing operation of the capsule.
The capsule 2 composed of the two

hemispheres

2a and 2b arranged opposite to each other has an indeterminate posture after jumping, and its axis (X axis 6) is inclined with respect to the ground as shown in FIG. And land. Since the end of the capsule is a hemisphere, the capsule shaft 6 falls down horizontally as shown in (B), and stops in a horizontal state as shown in (C).
[0034]
Next, the jumping operation by the cylinder will be discussed.
FIG. 11 is an explanatory diagram of the cylinder jumping process.
Here, after restricting the movement of the cylinder in the vertical direction, the state from the injection of the pneumatic energy to the highest point is divided into three processes (i), (ii) and (iii) as shown in FIG. Clarify each exercise state. The symbols used in the following equation are as follows.
[0035]
m ₁ : Cover mass
m ₂ ： Piston rod mass
A: Cross-sectional area of piston
P (t): pressure inside the cylinder at time t
h: The height at the time of the jump
v ₁ : Absolute velocity of the cover immediately before the rod and case collide
v ₂ : Absolute velocity of cover and piston rod immediately after rod-case collision
T ₁ : Time from the start of pressurization until the rod and case collide
[0036]
(1) Process i (from the start of cylinder pressurization to immediately before the cylinder cover collides with the rod):
At this time, a force applied by pressurization and a force due to gravity are applied to the cylinder cover, and the impulse immediately before the rod and the case collide is the momentum at the time of takeoff as in the following Expression 1.
[0037]
(Equation 1)

[0038]
(2) Process ii (the moment when the cover and the rod collide and start to move together):
At this time, the momentum of the cover is distributed to the entire cylinder in which the rod and the cover are integrated. At this time, the following equation 2 is established from the law of conservation of momentum.
[0039]
(Equation 2)

[0040]
(3) Process iii (from the time when the cover and the cylinder are integrated until the cylinder reaches the highest point):
The jump height of the cover and the rod that have started to fly together is determined by the kinetic energy at that time from the energy conservation law. The following equation 3 is established from the law of conservation of energy, whereby the jump height is determined.
[0041]
[Equation 3]

[0042]
From the above results, it can be seen that the following can be performed to improve and adjust the jump height.
a. Pressurizing cylinder
The height of the jump is determined by the impulse applied to the case immediately before takeoff. Therefore, to change the impulse applied to the cylinder, P (t) and T ₁ Needs to be changed.
[0043]
It is easy to change the jump height by changing the supply pressure, but it is difficult to change P (t) under a constant supply pressure. So T ₁ By changing the height, the height is adjusted. T ₁ Is determined by the speed at which the cylinder extends, and the higher the speed at which the cylinder extends, the higher the jump height. Therefore, the larger the flow rate to the cylinder, the faster the cylinder extends, and the smaller the flow rate, the slower the cylinder extends. Therefore, it is understood that the height of the jump may be changed by changing the flow rate.
[0044]
b. Improve jump height by structure
As a cylinder structure for improving the jump height, a reduction in the weight of the rod portion can be cited. Further, by increasing the cylinder stroke, the impulse applied to the case can be increased. Thereby, the jump height is improved. In addition, when the air flows into the cylinder, the pressure of the pneumatic source may decrease. As a countermeasure, the pressure drop can be reduced by installing a surge tank having a certain capacity near the valve on the side of the pneumatic pressure source.
[0045]
Next, a flow control valve for adjusting the jump height will be discussed.
In order to adjust the height of the jump, a valve capable of finely adjusting the flow rate is required. In addition, as the maximum flow rate increases, the maximum height of the jump can be increased, and the walking ability of the robot can be improved.
[0046]
A solenoid valve driven by a solenoid or the like is widely used as a control valve of a pneumatic system. However, in order to increase the flow rate, it is necessary to greatly change the opening degree of the valve, and accordingly, the solenoid part becomes large accordingly. For this reason, there is no conventional one that has high flow rate, high controllability, and light weight.
[0047]
In the present invention, a pneumatic system for a cylinder was developed using a servo-type poppet valve that is small, lightweight, highly controllable, and has a relatively large flow rate.
[0048]
FIG. 12 shows such a servo type poppet valve used as an example of the present invention.
A servomotor 23 is connected to a three-way valve 25 via a gear mechanism 24. A rod (valve actuator) 47 drives the three-way valve 25 to supply or exhaust high-pressure air to or from the cylinder 26 in accordance with the rotation angle of the servomotor 23. The figure shows the exhaust state of the cylinder 26. When the rod 47 is pulled up by rotating the servomotor 23, the three-way valve 25 is switched, and high-pressure air is supplied from the surge tank 48 to the cylinder 26.
[0049]
FIG. 13 shows the internal structure of a poppet valve used as an example of the present invention.
By the rotation of the servo motor 23 (FIG. 12), the rod 47 moves up and down (arrow D) via the gear mechanism 24 (FIG. 12), and moves the poppet valve 27 up and down. The opening / closing operation of the poppet valve 27 causes the cylinder 26 to communicate with the surge tank 48 or the atmosphere. The figure shows a state in which the poppet valve 27 is closed, and the cylinder communicates with the atmosphere through the inside of a rod 47 made of a hollow pipe (the same state as in FIG. 12). When the rod 47 is lowered and pushes the poppet valve 27 open, the lower end of the rod 47 is closed by the poppet valve (atmosphere shut off), and high-pressure air is supplied into the cylinder from the surge tank 48 side as indicated by an arrow E. .
[0050]
FIG. 14 is a configuration diagram of a jumping / rotating moving body according to another embodiment of the present invention.
The moving body 34 has a pair of

wheels

28, 28 arranged in parallel and opposed to each other, and an axle (X axis) 29 of each wheel 28 is mounted on a frame 31 via a bearing 30. Two

legs

32, 32 are attached to the frame 31 in the front-rear direction (Y direction), and an auxiliary wheel 33 is attached to the tip of each leg 32. At the time of normal running, the

legs

32, 32 are opened in a C-shape as shown in (B), and the auxiliary wheel 33 projects outward and forward and backward from the wheel 28 with a spring 35 and an appropriate stopper (not shown). Is held in.
[0051]
The DC motor 36 is mounted on the frame 31. The output shaft of the DC motor 36 is connected to a shaft 38 extending between both wheels on the upper side through a gear mechanism (not shown), as shown in FIG. Linked to
[0052]
The DC motor 36 drives the wheels 28 to rotate or move the moving body 34 forward or backward during normal running. At this time, the attitude of the cylinder 37 is always vertical to the ground, the kicking direction is vertically upward, and the cylinder 37 jumps in the moving direction by a horizontal component corresponding to the traveling speed of the moving body 34.
[0053]
In a state where the wheels 28 are stopped (for example, a state where the wheels 28 are locked by an obstacle or the like), the rotation of the DC motor 36 causes the cylinder 37 supported at the center of the frame 31 to rotate around the axle (X axis) 29. It is possible to jump from a stopped state by setting the kicking direction diagonally forward and backward.
[0054]
The frame 31 is provided with a servomotor 40. The servo motor 40 rotates the cylinder 37 around the Y axis 41 at a substantially central portion thereof. Thereby, the kicking-out direction by the cylinder 37 can be changed in the lateral direction with respect to the forward direction.
[0055]
The turning operation of the wheels 28 will be described. One end of the cylinder 37 and the axle 29 of each wheel 28 (or the end of the shaft 38 corresponding to each wheel connected thereto) are connected by a wire (not shown). I have. When the cylinder 37 is rotated around the Y axis 41 by the servomotor 40, a wire (not shown) connected to one end of the cylinder 37 is pulled to one side, and the wheel 28 on the pulled side is braked. The turning operation is performed by changing the moving direction of the two wheels 28.
[0056]
A high-pressure air tank 42 and a regulator 43 are attached to the frame 31 and connected to a surge tank 44 via an air hose (not shown) and a valve (not shown) as in the above-described capsule-type embodiment. High-pressure air of a constant pressure is supplied to the cylinder 37. 45 (FIG. B) is a battery.
[0057]
FIG. 15 is an explanatory diagram of an operation in which the moving body 34 in FIG. 14 returns from a state in which the mobile body 34 has reversed and landed after jumping.
[0058]
From the reverse state of (A), the wheel 28 is rotated around its axle (X-axis) 29 by the rotation of the above-described DC motor 36 (FIG. 14), and is turned sideways as shown in (B). At this time, the leg 32 is bent inward. Further, the wheels 28 are rotated, and the moving body 34 is raised while bending the legs 32 further inward as shown in FIG. By continuing to rotate the wheel 28, as shown in (D), the leg 32 returns to the normal running posture with the leg 32 projecting outward as before.
[0059]
FIG. 16 is an explanatory diagram of an operation in which the moving body in FIG. 14 returns from a state in which the mobile body rolls over and lands after jumping.
In the rollover state of (A), the above-described servo motor 40 (FIG. 14) is driven to rotate the cylinder 37 around the Y-axis 41 so that the rod 46 is tilted to an angle at which the rod 46 can kick the ground.
[0060]
In this state, the rod 46 is kicked out as shown in FIG. As a result, the moving body 34 rotates and rises as shown in FIG. As shown in (D), when both wheels 28 of the moving body 34 come into contact with the ground, the servomotor 40 (FIG. 14) is driven to return the cylinder 37 to the vertical state. The state shown in (D) is an inverted state in which the auxiliary wheel 33 is upward. This state is the same as the above-described inverted state in FIG. 15A, and therefore, the moving body 34 can be returned to the normal running posture in the order of FIGS. 15A to 15D as described above.
[0061]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention (claim 1), the outer shell is constituted by the rotating structure having the structural strength to roll on uneven terrain, and the cylinder inside the outer shell rotates around the X axis and the Y axis so that the Z axis is rotated. The rod can be kicked out by setting the axial jump direction arbitrarily. Thereby, it is possible to jump in any direction. Further, since the outer shell is a rotating structure, it can stably land in all directions. If the kicking force is reduced, the player can roll on the road without jumping.
[0062]
Further, if the vehicle is moved on an uneven road surface by two wheels and two auxiliary wheels between the two wheels (claim 4), the cylinder can be kicked in a vertical direction while traveling, and can jump in accordance with the traveling speed. Alternatively, the rod between the two wheels may be rotated about the X-axis and the Y-axis to set the jumping direction in the Z-axis direction arbitrarily and kick out the rod.
[0063]
This makes it possible to obtain a jumping / rotating movable body that can easily jump over uneven terrain having a high elevation difference with a simple structure by performing stable attitude control and can easily rotate and move on uneven terrain.
[0064]
The jumping / rotating moving object (robot) of the present invention is provided with a camera or the like in a disaster-stricken area such as a building collapse due to an earthquake, for detecting a victim and rescue activities, collecting data on the internal state of the collapsed building, etc. We can greatly contribute to activity. Further, the robot of the present invention can be effectively used as a robot for exploring extreme environment areas, searching for land mines, or exploring other planets. Further, if the robot is put into practical use as a hobby or recreational robot in the amusement field, it can stimulate new demand and contribute to industrial development.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating the operation of a jumping / rotating moving body according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view of a rotation operation of a pneumatic cylinder of the jumping / rotating moving body according to the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a rotationally advancing operation of a capsule of a jumping / rotating moving body.
FIG. 4 is a configuration diagram of a jumping / rotating moving body according to the present invention.
FIG. 5 is a sectional view of a PP section and a QQ section in FIG. 4 (B).
FIG. 6 is an explanatory diagram of a kicking force of a capsule.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a jumping operation of the capsule.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a rotational movement operation of the capsule.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a rotational movement and a stop operation of the capsule.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a landing operation of the capsule.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a cylinder jumping process.
FIG. 12 is an explanatory view of a servo poppet valve of the present invention.
FIG. 13 is an internal structural view of the poppet valve of FIG.
FIG. 14 is a configuration explanatory view of another embodiment of the present invention.
FIG. 15 is an explanatory diagram of the inversion return operation of the embodiment in FIG. 14;
FIG. 16 is an explanatory diagram of the rollover return operation of the embodiment in FIG. 14;
[Explanation of symbols]
1: Jumping / rotating moving body, 2: capsule, 2a, 2b: hemisphere, 3: cylinder,
4: rod, 5: Y axis, 6: X axis, 7: spherical capsule, 8: first gimbal,
9: connecting plate, 10: connecting frame, 11: bearing, 12: camera,
13: 2nd gimbal, 14: protrusion, 15: high pressure air tank,
16: Regulator, 17: Air hose, 18: Surge tank,
19: Y-axis servo motor, 19a: output shaft, 20: gear,
21: X-axis servo motor, 22: gear box, 23: servo motor,
24: gear mechanism, 25: three-way valve, 26: cylinder, 27: poppet valve,
28: wheel, 29: axle, 30: bearing, 31: frame, 32: leg,
33: auxiliary wheel, 34: moving body, 35: spring, 36: DC motor,
37: cylinder, 38: shaft, 39: reduction gear mechanism,
40: servo motor, 41: Y axis, 42: high pressure air tank,
43: Regulator, 44: Surge tank,
45: battery, 46: cylinder rod, 47: valve driving rod,
48: surge tank.

Claims

A capsule consisting of a rotating structure constituting an outer shell;
With jumping means and rotating means mounted in this capsule,
The jumping means comprises a cylinder rotatably provided with respect to the capsule,
The jumping / rotating moving body is characterized in that the rotating means comprises an X-axis motor and a Y-axis motor for rotating the cylinder about an X axis and a Y axis at right angles to the axis thereof.

The jumping / rotating moving body according to claim 1, wherein the capsule is formed of two hemispheres that are opposed to each other at an interval.

The jumping / rotating moving body according to claim 2, wherein a projection is provided on a top of the hemisphere.

Two wheels arranged in parallel,
An auxiliary wheel projecting forward and backward from the wheel in a direction perpendicular to the axle direction at the center between the two wheels,
With jumping means and rotating means provided between both wheels,
The jumping means comprises a cylinder rotatably provided with respect to the wheel,
The rotation means includes an X-axis motor and a Y-axis motor for rotating the cylinder around an X axis and a Y axis perpendicular to the axle of the wheel. The X axis motor is connected to the axle. A jumping / rotating moving body, wherein the cylinder is rotatable around the X axis.

The said auxiliary | assistant wheel is hold | maintained by the spring in the normal driving | running | working position which protruded to the front and back outside from the said wheel, and can move inside a normal driving | running | working position against this spring. The jumping / rotating moving body described.