JP2004131017A

JP2004131017A - Omnidirectional moving vehicle

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Publication number: JP2004131017A
Application number: JP2002299530A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Hirose; 廣瀬　茂男; Kenjiro Tadakuma; 多田隈　建二郎
Original assignee: Rikogaku Shinkokai
Current assignee: Rikogaku Shinkokai
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2004-04-30
Anticipated expiration: 2022-10-11
Also published as: JP4127321B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an omnidirectional moving vehicle excellent in an overriding performance of a step. <P>SOLUTION: This omnidirectional moving vehicle has a base 2; a plurality of parallel link mechanisms 4; a supporting member 16 fixed to a central shaft 9 and connected with the base 2 via a link 15; a first actuator 17 fixed to the base 2 and the supporting member 16; and a second actuator 18 placed on a side opposite to the first actuator 17 via a rotation shaft 16a and fixed to the base 2 and the supporting member 16. The supporting member 16 is rotatably supported around the rotation shaft 16a parallel to a plane of the base 2. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全方向移動車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ホロノミック（ｈｏｌｏｎｏｍｉｃ）全方向移動車両が注目されている。従来の車両において、単純に車輪を操舵して移動する場合では、前に進んでいた状態から左右に移動しようとすると、車輪を９０度回転しなければならないため、車輪の方向を変える時間が必要であり運動性能が制約されていた。ホロノミック全方向移動車両はそれに対し，平面上で前後左右方向そして回転方向とすべての方向に瞬時に移動できる特性を有し、狭いところで機敏な全方向移動を可能とするものである。
【０００３】
図９は、従来のホロノミック全方向移動車両（以下、単に「全方向移動車両」という）の例を示すものである（例えば、特許文献１、非特許文献１、非特許文献２参照。）。全方向移動車両１は、基板２と、この基板２に取り付けられた４つの駆動部３と、この駆動部３をコントロールする制御系からなっている。駆動部３は、４つに限定されない。３つ以上であればよい。
【０００４】
図１０は、全方向移動車両の駆動部３を示す裏面図と側面図である。駆動部３は、平行リンク機構４と、小車輪６と、動力部５からなっている。平行リンク機構４は、回転フレーム８が回転してもそれに備え付けられた複数の小車輪６が常に平行を保つ機構である。小車輪６は、平均リンク機構４に取り付けられ、荷重を支えるものである。小車輪６の接地の機構については、後に詳しく述べる。動力部５は、回転フレーム７を回転されるための動力を発生させるものである。回転フレーム７を回転させる機構については、後に詳しく述べる。
【０００５】
図１１は、平行リンク機構４を模式的に示したものである。平行リンク機構４は、中央軸、回転フレーム７，８、および複数の小車輪支持体１１からなるものである。
【０００６】
中央軸（図示していない）は、回転軸９ａと回転軸９ｂを有している。回転軸９ａと回転軸９ｂは、それぞれの軸方向において、離れた位置にある。回転軸９ａと回転軸９ｂは、それぞれの軸に垂直な方向において、所定の距離Ｘだけ離れている。
【０００７】
回転フレーム７は、円盤からなる。回転フレーム７は、その中心が回転軸９ａに取り付けられている。回転フレーム７は、回転軸９ａのまわりに回転自在の状態にある。
【０００８】
回転フレーム８は、円盤からなる。回転フレーム８は、回転フレーム７に対して、手前側（図面上）にずれて存在する。回転フレーム８は、その中心が回転軸９ｂに取り付けられている。回転フレーム８は、回転軸９ｂのまわりに回転自在の状態にある。回転軸９ａと回転軸９ｂが距離Ｘだけ離れているので、回転フレーム７と回転フレーム８は、同じく距離Ｘだけ離れている。
【０００９】
小車輪支持体１１の左端（図面上）には支持軸１１ａが固定されている。回転フレーム７には、回転軸９ａを中心とする円周上の一定間隔毎に複数の支持軸１１ａが回転自在に支持されている。
【００１０】
小車輪支持体１１の右端（図面上において小車輪６の裏側）には支持軸１１ｂが固定されている。回転フレーム８には、回転軸９ｂを中心とする円周上の一定間隔毎に複数の支持軸１１ｂが回転自在に支持されている。
【００１１】
回転フレーム７上の円周の直径と回転フレーム８上の円周の直径は同じである。小車輪支持体１１の支持軸１１ａと支持軸１１ｂは、所定の距離Ｘだけ離れている。回転軸９ａと回転軸９ｂの中心を通る直線と、小車輪支持体１１の支持軸１１ａと支持軸１１ｂの中心を通る直線は平行になる。
【００１２】
複数の小車輪支持体１１の支持軸１１ｂには小車輪６が支持されている。各小車輪６の回転面は、支持軸１１ａと支持軸１１ｂの中心を通る直線と平行になる。
【００１３】
回転フレーム７を時計回りまたは反時計回りに回すと、小車輪支持体１１の作用により、回転フレーム８が回転フレーム７と同じ方向に回転する。このとき、各小車輪支持体１１の支持軸１１ａと支持軸１１ｂの中心を通る直線は、全て同じ方向を向き互いに平行になる。このため、各小車輪６の回転面は互いに平行になる。立体的な平行リンク機構を構成することで常に小車輪６の向きを一定に保っている。
【００１４】
図１２は、全方向移動車両の平行リンク機構を示し、小車輪の接地状態を示す側面図である。
【００１５】
中央軸９は、回転軸９ａと回転軸９ｂを有している。回転軸９ａと回転軸９ｂは、それぞれの軸に垂直な方向において、所定の距離Ｘだけ離れている。
【００１６】
回転フレーム７は、回転軸９ａのまわりに回転自在の状態にある。回転フレーム８は、回転フレーム７に対して、下側（図面上）にずれて存在する。回転フレーム８は、回転軸９ｂのまわりに回転自在の状態にある。回転フレーム７と回転フレーム８は、所定の距離Ｘだけ離れている。
【００１７】
小車輪支持体１１の左端（図面上）には支持軸１１ａが固定されている。回転フレーム７には、複数の支持軸１１ａが回転自在に支持されている。
【００１８】
小車輪支持体１１の右端（図面上）には支持軸１１ｂが固定されている。回転フレーム８には、複数の支持軸１１ｂが回転自在に支持されている。小車輪支持体１１の支持軸１１ａと支持軸１１ｂは、所定の距離Ｘだけ離れている。小車輪支持体１１の支持軸１１ｂには小車輪６が支持されている。
【００１９】
各小車輪６の回転面は互いに平行になる。立体的な平行リンク機構を構成することで常に小車輪６の向きを一定に保っている。
【００２０】
支持体１２は、その右端（図面上）が中央軸９に固定されている。これにより平行リンク機構４および小車輪６は支持体１２に支持される。支持体１２の左端（図面上）は基板２（図示していない）に連結している。
【００２１】
動力部５は、駆動部３の動力源となるものであり、回転フレーム７を回転させている。
【００２２】
平行リンク機構４を支持する支持体１２は、基板２（図示していない）に対して傾けて支持されている。そのため、複数の小車輪６がなす平面は走行面１３に対して傾いている。その結果、平行リンク機構４の先端にある１組または２組の小車輪６のみが同時に接地するようになっている。
【００２３】
駆動部３の動きについて説明する。図１３は、駆動部３を示す平面図、正面図、側面図、裏面図、および斜視図である。
【００２４】
動力部５は、電気モータ、減速ギア、および歯車からなる。電気モータはバッテリーまたは電源からの通電により回転動力を発生させる。減速ギアは、電気モータからの回転動力の回転数を小さくし、回転動力を歯車に伝える。
【００２５】
回転フレーム７の外周面には平歯が設けられ、歯車７ａを形成している。動力部５の歯車は歯車７ａを駆動する。回転フレーム７が回転することにより、回転フレーム８が回転する。
【００２６】
回転フレーム８が回転することにより、複数の小車輪６が回転する。複数の小車輪６のうち先端（回転フレーム８の中心に対して動力部５と反対側）の１組または２組の小車輪６が走行面（図示していない）に接している。図１３（ｄ）に示すように、先端の小車輪６は走行面に対してＡ方向の駆動力を発生させる。
【００２７】
図１４は、駆動部３を示す側面図および斜視図である。動力部５の歯車５ａは、回転フレーム７の歯車７ａを駆動する。
【００２８】
図９に示すように、駆動部３を４つ基板２に固定することにより、全方向移動車両１は、前後、左右、および斜め方向の直進運動、ならびに時計回り反時計回りの回転運動を滑らかにかつ瞬時に行うことができる。
【００２９】
【特許文献１】
特開２００２−１２７９３１号公報
【非特許文献１】
駄本理一郎，Ｗｅｎｄｙ　Ｃｈｅｎｇ　廣瀬茂男：Ｖｕｔｏｎ−ＩＩ：
Ｏｍｎｉ−Ｄｉｓｋを用いた全方向走行車の開発，第６回ロボティクス
シンポジア，ｐｐ．２５５−２６０（２００１）
【非特許文献２】
Ｒｉｉｃｈｉｒｏ　Ｄａｍｏｔｏ　ａｎｄ　Ｓｈｉｇｅｏ　Ｈｉｒｏｓｅ：
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｈｏｌｏｎｏｍｉｃ　Ｏｍｎｉ−
ｄｉｒｅｃｔｉｎａｌ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　“Ｖｕｔｏｎ−ＩＩ”　ｗｉｔｈ
Ｏｍｎｉ−Ｄｉｓｃｓ，　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｒｏｂｏｔｉｃｓ
ａｎｄ　Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ（２００２．４）　Ｖｏｌ．１４，
Ｎｏ．２，　ｐｐ．１８６−１９２
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の全方向移動車両では、駆動部３の傾き角が固定されているために、段差の乗り越え性能がよくなく、小さな段差でも乗り越えることができないという問題がある。
【００３１】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、段差の乗り越え性能に優れた全方向移動車両を提供することを目的とする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
本発明の全方向移動車両は、以下のものを有する。（イ−１）基板。（イ−２）以下のものを有する複数の平行リンク機構。（イ−２−１）所定距離だけ離れた第１の回転軸と第２の回転軸を有する中央軸、（イ−２−２）上記第１の回転軸のまわりに回転自在に取り付けられた第１の回転フレーム、（イ−２−３）上記第２の回転軸のまわりに回転自在に取り付けられた第２の回転フレーム、（イ−２−４）上記所定距離だけ離れた第１の支持軸と第２の支持軸を有し、小車輪を支持する複数の小車輪支持体であって、上記第１の支持軸は上記第１の回転フレームに回転自在に支持され、上記第２の支持軸は上記第２の回転フレームに回転自在に支持されるもの。（イ−３）上記中央軸に固定され、上記基板に連結する第１の支持体。この全方向移動車両は、以下のことを特徴とする。（ロ−１）上記第１の支持体は、上記基板の平面に平行な第３の回転軸まわりに回転自在に支持される。本発明により、平行リンク機構を自由に傾けることができる。
【００３３】
上述の全方向移動車両は、以下のものを有することが好ましい。（イ）第３の回転軸まわりに第１の支持体を回転させるアクチュエータ。本発明により、アクチュエータで平行リンク機構を傾けることができる。
【００３４】
上述の全方向移動車両は、以下のものを有することが好ましい。（イ）第３の回転軸を介して第１の支持体と連結し、基板の平面に垂直な回転軸まわりに回転自在に基板に支持される第２の支持体、（ロ）上記第１の支持体と上記第２の支持体の間にあるアクチュエータ。本発明により、１つのアクチュエータにより平行リンク機構を傾けることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
まず、全方向移動車両にかかる第１の発明の実施の形態について説明する。
図１は、第１の発明の実施の形態にかかる全方向移動車両を示す平面図および側面図である。
【００３６】
基板２は、全方向移動車両１の上部にあり、荷物や人などを載せる板である。
【００３７】
基板２には、リンク支持部１４が固定されている。リンク支持部１４は、１つの駆動部３に対して、２つ設けられている。それぞれのリンク支持部１４には、回転軸１４ａが固定されている。
【００３８】
リンク１５は、細長い板状の形状を有している。リンク１５は、１つの駆動部３に対して、２つ設けられている。リンク１５の右端（図面上）と左端（図面上）にはそれぞれ孔が設けられている。リンク１５の左端の孔には、回転軸１４ａがはめ込んである。リンク１５は、回転軸１４ａのまわりに自由に回転できる。
【００３９】
支持体１６は、円盤形状をしており、その大きさは回転フレーム７と同程度である。支持体１６の上側（図面上）には、回転軸１６ａが固定されている。回転軸１６ａの両端には、リンク１５の右端（図面上）の孔がはまり込んでいる。支持体１６は、回転軸１６ａを中心として自由に回転することができる。２つのリンク支持部１４と２つのリンク１５を回転軸１４ａを介して連結し、この２つのリンク１５を回転軸１６ａと連結することにより、回転軸１６ａは基板２の平面に対してほぼ平行を保つことができる。また、これらの連結によりリンク１５とアクチュエータ１７がぶつかるのを防止できる。支持体１６は、リンク１５を介して基板２に連結している。
【００４０】
支持体１６の下側（図面上）には、中央軸９が固定されている。これにより、平行リンク機構４は、回転軸１６ａを中心として自由に回転することができる。
【００４１】
アクチュエータ１７は、伸縮型空気圧アクチュエータである。アクチュエータ１７の上側（図面上）は基板２に固定されている。アクチュエータ１７の下側（図面上）は、ピンを介して支持体１６に固定されている。
【００４２】
アクチュエータ１８は、伸縮型空気圧アクチュエータである。アクチュエータ１８は、回転軸１６ａを介してアクチュエータ１７の反対側に配置されている。
アクチュエータ１８の上側（図面上）は基板２に固定されている。アクチュエータ１８の下側（図面上）は、ピンを介して支持体１６に固定されている。
【００４３】
アクチュエータ１７，１８は、空気を供給すると縦方向（図面上）に伸びる。
排気弁（図示していない）を開くと、縦方向に収縮する。アクチュエータ１７とアクチュエータ１８を協調して伸縮させることによって、平行リンク機構４の傾き角を変化させることができる。また、このアクチュエータ１７とアクチュエータ１８は、ダンパーとして走行時に発生する振動やショックを吸収する効果がある。
【００４４】
アクチュエータ１７，１８への空気の供給は、エアポンプ、アキュムレータ、切り替え弁からなる空気供給システムを用いることができる。この空気供給システムは、全方向移動車両１から独立させても良いし、バッテリーを用いて全方向移動車両１に搭載しても良い。
【００４５】
アクチュエータ１７，１８は、ベローズからなる伸縮型空気圧アクチュエータに限定されない。このほか、空気圧シリンダ、膨張・収縮型空気圧アクチュエータ、ベローズからなる伸縮型油圧・水圧アクチュエータ、油圧・水圧シリンダ、膨張・収縮型油圧・水圧アクチュエータ、電磁力を利用する電磁ソレノイド、電動モータ、超音波モータ、静電アクチュエータ、および形状記憶合金などを採用することができる。
【００４６】
平行リンク機構４と小車輪６は、従来の技術で述べたと同様であるので説明を省略する。
【００４７】
動力部５（図示していない）は、支持体１６に固定されている。動力部５は回転フレーム７を駆動する。
【００４８】
つぎに、全方向移動車両１の段差乗り越えの動きについて説明する。図２は、全方向移動車両１が段差１９を乗り越えるときの動きを時系列的に示した側面図である。図の順番に沿って説明する。
【００４９】
図２（ａ）では、まず段差１９の高さを検出する。段差１９の高さの検出は、人間の目測によるか、全方向移動車両１の先頭側（段差側）に設けられた距離センサ（図示していない）により計測しても良い。アクチュエータ１８，２１から空気を排出して、アクチュエータ１８，２１を縮める。アクチュエータ１７，２０には空気を供給し、アクチュエータ１７，２０を伸ばす。これにより前後の駆動部３，３を同じ角度に傾ける。この結果、基板２は水平を保つことができる。
このとき、段差１９に一番近い小車輪６が段差１９よりも高くなるようにする。
駆動部３，３を駆動させることにより、全方向移動車両１を段差１９に向かって前進させる。
【００５０】
図２（ｂ）では、前側の駆動部３の先頭の小車輪６が、段差１９の角を通過したときに、アクチュエータ２０を縮めると同時にアクチュエータ２１を若干伸ばす。これにより駆動部３の傾きの角度は小さくなる。前側の駆動部３の小車輪６は順次段差１９の上の走行面１３の上に乗る。後ろ側の駆動部３を駆動させることにより、全方向移動車両１の前進を続ける。
【００５１】
図２（ｃ）では、前側の駆動部３の先頭の小車輪６が走行面１３に接するまで、駆動部３を若干傾ける。後ろ側の駆動部３の先頭の小車輪６が段差１９の角を通過したときは、図２（ｂ）における前側の駆動部３と同じ動作をする。後ろ側の駆動部３の全ての小車輪６が段差１９の上の走行面１３に乗ったときは、最後尾の小車輪６が走行面１３に接するように駆動部３を若干傾ける。
【００５２】
以上のように、駆動部３の傾き角を可変にするメカニズムとすることで、従来の乗り越え可能な段差高さがせいぜい２ｃｍであるに比べて、５〜７ｃｍ程度の段差は難なく乗り越えられるようになる。これは日本の家屋の中で要求される段差乗り越え高さ３ｃｍを十分クリアできる能力である。段差を乗り越えるときには、全方向移動車両１を水平に保ったままのスムーズな乗り越えが可能である。
これらの機能を持った車両は数々の段差が存在する実環境において従来よりもより適応的に移動・静止することが可能である。
【００５３】
上述のアクチュエータの動作は、手動によってもできるし、制御系により自動によってもできる。
【００５４】
図３は、静止時と走行時における、小車輪の接地状態を示す側面図である。
段差乗り越え以外でも図３（ａ）のように静止時には駆動部３の傾きを０度にし、走行面１３と水平に全ての小車輪６を接地させることによって自重を分散させ、車両全体の安定性を図ることができる。
【００５５】
走行時には図３（ｂ）のように駆動部３を従来のように外側の小車輪６のみ接地するようにわずかに傾けた姿勢をとる。
【００５６】
以上のことから、本実施の形態によれば、第１の支持体は、基板の平面に平行な第３の回転軸まわりに回転自在に支持される。第１のアクチュエータは、基板と第１の支持体に固定される。第２のアクチュエータは、第３の回転軸を介して第１のアクチュエータの反対側にあり、基板と第１の支持体に固定される。本発明により、平行リンク機構を自由に傾けることができる。また、２つのアクチュエータで平行リンク機構を傾けることができる。この結果、全方向移動車両の段差の乗り越え性能が向上する。
【００５７】
なお、本発明は上述の実施の形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００５８】
つぎに、全方向移動車両にかかる第２の発明の実施の形態について説明する。
図４は、第２の発明の実施の形態にかかる全方向移動車両を示す平面図および側面図である。
【００５９】
基板２は、全方向移動車両１の上部にあり、荷物や人などを載せる板である。
【００６０】
回転軸２２は、基板２の平面に対して垂直な方向を向いている。回転軸２２は、基板２を貫通している。回転軸２２は、矢印で示すように、時計回り・反時計回りと自由に回転できる。
【００６１】
ブレーキ２３は、基板２に固定されている。ブレーキ２３は、回転軸２２の回転を固定したり、開放する。ブレーキ２３による回転軸２２の固定・開放の二状態を切り替えることによって、開放時に小車輪６を回転させると駆動部３全体が回転軸２２まわりに回転する。小車輪６の回転により車両が推進するときにはブレーキ２３を効かせて駆動部３の向きを固定する。
【００６２】
支持体２４は、矩形の板状の形状を有している。支持体２４は回転軸２２の下側（図面上）に固定されている。支持体２４は、回転軸２２まわりに自由に回転できる。
【００６３】
支持体１６は、支持体２４の下側（図面上）に位置している。支持体１６の下側（図面上）には中央軸９が固定されている。支持体１６の右端（図面上）には回転軸１６ａが設けられている。この回転軸１６ａには支持体２４の右端（図面上）の孔がはまり込んでいる。支持体１６は回転軸１６ａを介して、支持体２４と連結している。構成としては、駆動部３が取り付けられた支持体１６に回転軸１６ａが備え付けられた構造で、この回転軸１６ａを中心に駆動部３の傾き角を変化させることができる。
【００６４】
アクチュエータ２５は、支持体２４と支持体１６の間に配置されている。図４に示すように、駆動部３の傾き角を変化させるために用いるアクチュエータ２５としてボールのような膨張・収縮型の空気圧アクチュエータを備えている。
【００６５】
アクチュエータ２５に空気を供給する空気供給システムとしては、第１の実施の形態で説明した空気供給システムを用いることができる。
【００６６】
アクチュエータ２５は、膨張・収縮型の空気圧アクチュエータに限定されるものではない。このほか、第１の発明の実施の形態で説明したものを用いることができる。
【００６７】
平行リンク機構４と小車輪６は、従来の技術で述べたと同様であるので説明を省略する。
【００６８】
動力部５（図示していない）は、支持体１６に固定されている。動力部５は回転フレーム７を駆動する。
【００６９】
図５は、回転軸のブレーキの一例を示した側面図である。図５（ａ）は、ブレーキが開放されている場合である。ブレーキはゴムチューブ２６を輪の状態にしたものである。このゴムチューブ２６からなるブレーキは基板２の下側（図面上）に固定されている。ゴムチューブ２６には、空気を入れていない。
【００７０】
図５（ｂ）は、ブレーキをかけた場合である。ゴムチューブ２６からなるブレーキに空気を注入する。ゴムチューブ２６は膨らんで、その下側（図面上）は支持体２４と強く接する。ゴムチューブ２６と支持体２４の摩擦力により、回転軸２２の回転が阻止される。
【００７１】
ブレーキは、ゴムチューブ２６からなるブレーキに限定されない。このほか、電磁ブレーキ、並びに、電動モータ、超音波モータ、静電アクチュエータ、および形状記憶合金を用いるブレーキなどを採用することができる。
【００７２】
つぎに、全方向移動車両１の段差乗り越えの動きについて説明する。図６，７は、全方向移動車両１が段差１９を乗り越えるときの動きを時系列的に示した側面図である。図の順番に沿って説明する。
【００７３】
図６（ａ）では、段差１９を検知して前方（段差側）のブレーキ２３により、回転軸２２の回転を開放し、前方の駆動部３を回転軸２２まわりに回転させる。
段差１９の検知は、人間の目によるか、全方向移動車両１の先頭側（段差側）に設けられたセンサ（図示していない）により行っても良い。
【００７４】
図６（ｂ）では、前後の駆動部３，３において小車輪６，６の開いている方向を段差１９のある方向にそろえる。前方のブレーキ２３により、駆動部３の回転軸２２まわりの回転を固定する。前後の駆動部３，３を駆動することにより、全方向移動車両１を段差１９の方向へ前進させる。
【００７５】
図６（ｃ）では、まず段差１９の高さを検出する。段差１９の高さの検出は、人間の目測によるか、全方向移動車両１の先頭側（段差側）に設けられた距離センサ（図示していない）により計測しても良い。アクチュエータ２５，２７に空気を供給し、アクチュエータ２５，２７を膨張させる。これにより前後の駆動部３，３を同じ大きな角度に傾ける。この結果、基板２は水平を保つことができる。このとき、段差１９に一番近い小車輪６が段差１９よりも高くなるようにする。駆動部３，３を駆動させることにより、全方向移動車両１を段差１９に向かって前進させる。
【００７６】
図７（ｄ）では、前側の駆動部３の先頭の小車輪６が、段差１９の角を通過したときに、アクチュエータ２７を収縮させる。これにより前側の駆動部３の傾きの角度は小さくなる。また、同時にブレーキ２３を開放し、駆動部３を回転軸２２まわりに回転させる。これらを同時に行うことで、よりスムーズな段差乗り越えが可能になる。前側の駆動部３の小車輪６は順次段差１９の上の走行面１３の上に乗る。後ろ側の駆動部３を駆動させることにより、全方向移動車両１の前進を続ける。
【００７７】
図７（ｅ）では、前側の駆動部３の先頭の小車輪６が走行面１３に接するまで、駆動部３を若干傾ける。後ろ側の駆動部３の先頭の小車輪６が段差１９の角を通過したときに、アクチュエータ２５を収縮させる。これにより駆動部３の傾きの角度は小さくなる。後ろ側の駆動部３の小車輪６は順次段差１９の上の走行面１３の上に乗る。後ろ側の駆動部３の全ての小車輪６が段差１９の上の走行面１３に乗ったときは、最後尾の小車輪６が走行面１３に接するように駆動部３を若干傾ける。段差１９を乗り越えた前後の駆動部３，３は通常走行時と同じ向き、同じ傾き角に設定される。
【００７８】
以上のように、駆動部３の傾き角を可変にするメカニズムとすることで、従来の乗り越え可能な段差高さがせいぜい２ｃｍであるに比べて、５〜７ｃｍ程度の段差は難なく乗り越えられるようになる。これは日本の家屋の中で要求される段差乗り越え高さ３ｃｍを十分クリアできる能力である。段差を乗り越えるときには、全方向移動車両１を水平に保ったままのスムーズな乗り越えが可能である。
これらの機能を持った車両は数々の段差が存在する実環境において従来よりもより適応的に移動・静止することが可能である。また、アクチュエータ２５，２７をダンパーとしても併用することができる。
【００７９】
上述のアクチュエータの動作と駆動部３の駆動は、手動によってもできるし、制御系により自動によってもできる。
【００８０】
上述の例において駆動部３の向きを変えるときは、ブレーキ２３を開放し駆動部３を駆動させて、回転軸２２まわりに駆動部３を回転させている。駆動部３の向きを変える方法はこれに限定されない。このほか、回転軸２２にモータなどの動力を取り付けることにより、ブレーキ２３を開放した後に動力により回転軸２２を回転させて駆動部３の向きを変えても良い。
【００８１】
図８は、静止時と走行時における、小車輪の接地状態を示す側面図である。段差乗り越え以外でも図８（ａ）のように静止時には駆動部３の傾きを０度にし、走行面１３と水平に全ての小車輪６を接地させることによって自重を分散させ、車両全体の安定性を図ることができる。
【００８２】
走行時には図８（ｂ）のように駆動部３を従来のように外側の小車輪６のみ接地するようにわずかに傾けた姿勢をとる。
【００８３】
以上のことから、本実施の形態によれば、第１の支持体は、基板の平面に平行な第３の回転軸まわりに回転自在に支持される。第２の支持体は、第３の回転軸を介して第１の支持体と連結し、基板の平面に垂直な回転軸まわりに回転自在に基板に支持される。アクチュエータは、第１の支持体と第２の支持体の間にある。本発明により、平行リンク機構を自由に傾けることができる。また、１つのアクチュエータにより平行リンク機構を傾けることができる。この結果、全方向移動車両の段差の乗り越え性能が向上する。
【００８４】
なお、本発明は上述の実施の形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００８５】
【発明の効果】
本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。
全方向移動車両が、基板と、複数の平行リンク機構と、平行リンク機構の中央軸に固定され基板に連結する支持体からなり、支持体が、基板の平面に平行な回転軸まわりに回転自在に支持されるので、全方向移動車両の段差の乗り越え性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の発明の実施の形態にかかる全方向移動車両を示す平面図および側面図である。
【図２】全方向移動車両が段差を乗り越えるときの動きを時系列的に示した側面図である。
【図３】静止時と走行時における、小車輪の接地状態を示す側面図である。
【図４】第２の発明の実施の形態にかかる全方向移動車両を示す平面図および側面図である。
【図５】回転軸のブレーキの一例を示した側面図である。
【図６】全方向移動車両が段差を乗り越えるときの動きを時系列的に示した側面図である（その１）。
【図７】全方向移動車両が段差を乗り越えるときの動きを時系列的に示した側面図である（その２）。
【図８】静止時と走行時における、小車輪の接地状態を示す側面図である。
【図９】従来の全方向移動車両の例を示す裏面図である。
【図１０】全方向移動車両の駆動部を示す裏面図と側面図である。
【図１１】平行リンク機構を模式的に示した図である。
【図１２】全方向移動車両の平行リンク機構を示し、小車輪の接地状態を示す側面図である。
【図１３】駆動部を示す平面図、正面図、側面図、裏面図、および斜視図である。
【図１４】駆動部を示す側面図および斜視図である。
【符号の説明】
１‥‥全方向移動車両、２‥‥基板、３‥‥駆動部、４‥‥平行リンク機構、５‥‥動力部、５ａ‥‥歯車、６‥‥小車輪、７‥‥回転フレーム，７ａ‥‥歯車、８‥‥回転フレーム、９‥‥中央軸、９ａ，９ｂ‥‥回転軸、１１‥‥小車輪支持体、１１ａ，１１ｂ‥‥支持軸、１２‥‥支持体、１３‥‥走行面、１４‥‥リンク支持部、１４ａ‥‥回転軸、１５‥‥リンク、１６‥‥支持体、１６ａ‥‥回転軸、１７，１８‥‥アクチュエータ、１９‥‥段差、２０，２１‥‥アクチュエータ、２２‥‥回転軸、２３‥‥ブレーキ、２４‥‥支持体、２５‥‥アクチュエータ、２６‥‥ゴムチューブ、２７‥‥アクチュエータ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an omnidirectional vehicle.
[0002]
[Prior art]
In recent years, holonomic omnidirectional vehicles have attracted attention. In a conventional vehicle, when simply moving the wheels by steering, moving the wheels forward and left or right requires turning the wheels by 90 degrees, which requires time to change the direction of the wheels. And the exercise performance was restricted. On the other hand, a holonomic omnidirectional vehicle has the property of being able to move instantaneously in all directions: front and rear, right and left, and rotational directions on a plane, and enables agile omnidirectional movement in a narrow space.
[0003]
FIG. 9 shows an example of a conventional holonomic omnidirectional vehicle (hereinafter simply referred to as “omnidirectional vehicle”) (for example, see Patent Document 1, Non-Patent Document 1, and Non-Patent Document 2). The omnidirectional vehicle 1 includes a board 2, four drive units 3 attached to the board 2, and a control system that controls the drive unit 3. The number of the driving units 3 is not limited to four. Three or more may be sufficient.
[0004]
FIG. 10 is a back view and a side view showing the drive unit 3 of the omnidirectional vehicle. The drive unit 3 includes a parallel link mechanism 4, small wheels 6, and a power unit 5. The parallel link mechanism 4 is a mechanism in which a plurality of small wheels 6 provided on the rotating frame 8 always keep parallel even when the rotating frame 8 rotates. The small wheel 6 is attached to the average link mechanism 4 and supports a load. The mechanism for grounding the small wheel 6 will be described later in detail. The power unit 5 generates power for rotating the rotating frame 7. The mechanism for rotating the rotating frame 7 will be described later in detail.
[0005]
FIG. 11 schematically shows the parallel link mechanism 4. The parallel link mechanism 4 includes a central shaft, rotating frames 7 and 8, and a plurality of small wheel supports 11.
[0006]
The central shaft (not shown) has a rotating shaft 9a and a rotating shaft 9b. The rotation shaft 9a and the rotation shaft 9b are located apart from each other in the respective axial directions. The rotating shaft 9a and the rotating shaft 9b are separated by a predetermined distance X in a direction perpendicular to each axis.
[0007]
The rotating frame 7 is formed of a disk. The center of the rotating frame 7 is attached to the rotating shaft 9a. The rotating frame 7 is rotatable around the rotating shaft 9a.
[0008]
The rotating frame 8 is formed of a disk. The rotating frame 8 is shifted toward the near side (on the drawing) with respect to the rotating frame 7. The center of the rotating frame 8 is attached to the rotating shaft 9b. The rotating frame 8 is freely rotatable around the rotating shaft 9b. Since the rotating shaft 9a and the rotating shaft 9b are separated by the distance X, the rotating frame 7 and the rotating frame 8 are also separated by the distance X.
[0009]
A support shaft 11a is fixed to the left end (on the drawing) of the small wheel support 11. A plurality of support shafts 11a are rotatably supported by the rotating frame 7 at regular intervals on a circumference around the rotation shaft 9a.
[0010]
A support shaft 11b is fixed to the right end of the small wheel support 11 (the back side of the small wheel 6 in the drawing). The rotating frame 8 rotatably supports a plurality of support shafts 11b at regular intervals on a circumference around the rotation shaft 9b.
[0011]
The diameter of the circumference on the rotating frame 7 and the diameter of the circumference on the rotating frame 8 are the same. The support shaft 11a and the support shaft 11b of the small wheel support 11 are separated by a predetermined distance X. A straight line passing through the centers of the rotating shafts 9a and 9b is parallel to a straight line passing through the centers of the supporting shafts 11a and 11b of the small wheel support 11.
[0012]
The small wheel 6 is supported on the support shaft 11b of the plurality of small wheel supports 11. The rotation surface of each small wheel 6 is parallel to a straight line passing through the centers of the support shafts 11a and 11b.
[0013]
When the rotating frame 7 is rotated clockwise or counterclockwise, the rotating frame 8 rotates in the same direction as the rotating frame 7 by the action of the small wheel support 11. At this time, straight lines passing through the centers of the support shaft 11a and the support shaft 11b of each small wheel support 11 all face the same direction and are parallel to each other. Therefore, the rotation surfaces of the small wheels 6 are parallel to each other. By configuring a three-dimensional parallel link mechanism, the direction of the small wheel 6 is always kept constant.
[0014]
FIG. 12 is a side view showing the parallel link mechanism of the omnidirectional vehicle and showing the small wheels in contact with the ground.
[0015]
The central shaft 9 has a rotating shaft 9a and a rotating shaft 9b. The rotating shaft 9a and the rotating shaft 9b are separated by a predetermined distance X in a direction perpendicular to each axis.
[0016]
The rotating frame 7 is rotatable around the rotating shaft 9a. The rotating frame 8 is shifted downward (on the drawing) with respect to the rotating frame 7. The rotating frame 8 is freely rotatable around the rotating shaft 9b. The rotating frame 7 and the rotating frame 8 are separated by a predetermined distance X.
[0017]
A support shaft 11a is fixed to the left end (on the drawing) of the small wheel support 11. A plurality of support shafts 11a are rotatably supported by the rotating frame 7.
[0018]
A support shaft 11b is fixed to the right end (on the drawing) of the small wheel support 11. A plurality of support shafts 11b are rotatably supported by the rotating frame 8. The support shaft 11a and the support shaft 11b of the small wheel support 11 are separated by a predetermined distance X. The small wheel 6 is supported on the support shaft 11b of the small wheel support 11.
[0019]
The rotation surfaces of the small wheels 6 are parallel to each other. By configuring a three-dimensional parallel link mechanism, the direction of the small wheel 6 is always kept constant.
[0020]
The right end (on the drawing) of the support 12 is fixed to the central shaft 9. Thus, the parallel link mechanism 4 and the small wheels 6 are supported by the support 12. The left end (on the drawing) of the support 12 is connected to the substrate 2 (not shown).
[0021]
The power unit 5 serves as a power source of the drive unit 3 and rotates the rotating frame 7.
[0022]
The support 12 that supports the parallel link mechanism 4 is supported at an angle to the substrate 2 (not shown). Therefore, the plane formed by the plurality of small wheels 6 is inclined with respect to the running surface 13. As a result, only one or two sets of small wheels 6 at the tip of the parallel link mechanism 4 are simultaneously grounded.
[0023]
The operation of the drive unit 3 will be described. FIG. 13 is a plan view, a front view, a side view, a back view, and a perspective view showing the driving unit 3.
[0024]
The power unit 5 includes an electric motor, a reduction gear, and a gear. The electric motor generates rotational power by being energized from a battery or a power source. The reduction gear reduces the rotational speed of the rotational power from the electric motor and transmits the rotational power to the gear.
[0025]
Spur teeth are provided on the outer peripheral surface of the rotating frame 7 to form a gear 7a. The gear of the power unit 5 drives the gear 7a. When the rotating frame 7 rotates, the rotating frame 8 rotates.
[0026]
When the rotating frame 8 rotates, the plurality of small wheels 6 rotate. One or two sets of small wheels 6 at the tip (opposite to the power unit 5 with respect to the center of the rotating frame 8) of the plurality of small wheels 6 are in contact with a running surface (not shown). As shown in FIG. 13D, the small wheel 6 at the tip generates a driving force in the direction A on the running surface.
[0027]
FIG. 14 is a side view and a perspective view showing the driving unit 3. The gear 5 a of the power unit 5 drives the gear 7 a of the rotating frame 7.
[0028]
As shown in FIG. 9, by fixing the four driving units 3 to the substrate 2, the omnidirectional vehicle 1 smoothly performs the forward / backward, left / right, and diagonal linear motions, and the clockwise / counterclockwise rotational motion. And can be done instantly.
[0029]
[Patent Document 1]
JP 2002-127931 A
[Non-patent document 1]
Riichiro Dagamoto, Wendy Cheng Shigeo Hirose: Vuton-II:
Development of Omni-Driving Vehicle Using Omni-Disk, 6th Robotics
Symposia, pp. 255-260 (2001)
[Non-patent document 2]
Riichiro Damoto and Shigeo Hirose:
Development of Holonomic Omni-
direct Vehicle "Vuton-II" with
Omni-Discs, Journal of Robotics
and Mechatronics (2002.4) Vol. 14,
No. 2, pp. 186-192
[0030]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional omnidirectional vehicle, since the inclination angle of the drive unit 3 is fixed, there is a problem that the ability to get over a step is not good, and it is impossible to get over a small step.
[0031]
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide an omnidirectional vehicle that is excellent in performance over a step.
[0032]
[Means for Solving the Problems]
The omnidirectional vehicle according to the present invention has the following. (A-1) Substrate. (B-2) A plurality of parallel link mechanisms having the following. (A-2-1) a central axis having a first rotation axis and a second rotation axis separated by a predetermined distance, (A-2-2) rotatably mounted around the first rotation axis. A first rotating frame, (a-2-3) a second rotating frame rotatably mounted around the second rotating shaft, and (a-2-4) a first rotating frame separated by the predetermined distance. A plurality of small wheel supports having a support shaft and a second support shaft and supporting a small wheel, wherein the first support shaft is rotatably supported by the first rotating frame, Is rotatably supported by the second rotating frame. (A-3) A first support fixed to the central shaft and connected to the substrate. The omnidirectional vehicle is characterized as follows. (B-1) The first support is rotatably supported around a third rotation axis parallel to the plane of the substrate. According to the present invention, the parallel link mechanism can be freely tilted.
[0033]
The above-described omnidirectional vehicle preferably has the following. (A) an actuator for rotating the first support around a third rotation axis. According to the present invention, the parallel link mechanism can be tilted by the actuator.
[0034]
The above-described omnidirectional vehicle preferably has the following. (A) a second support connected to the first support via a third rotation axis and supported by the substrate so as to be rotatable about a rotation axis perpendicular to the plane of the substrate; An actuator between the second support and the second support. According to the present invention, the parallel link mechanism can be tilted by one actuator.
[0035]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
First, an embodiment of the first invention relating to an omnidirectional vehicle will be described.
FIG. 1 is a plan view and a side view showing an omnidirectional vehicle according to an embodiment of the first invention.
[0036]
The substrate 2 is a plate on the upper part of the omnidirectional vehicle 1 on which luggage, people, and the like are placed.
[0037]
The link support 14 is fixed to the substrate 2. Two link supports 14 are provided for one drive unit 3. A rotation shaft 14a is fixed to each link support portion 14.
[0038]
The link 15 has an elongated plate shape. Two links 15 are provided for one drive unit 3. The right end (on the drawing) and the left end (on the drawing) of the link 15 are respectively provided with holes. The rotary shaft 14a is fitted in the hole at the left end of the link 15. The link 15 can freely rotate around the rotation axis 14a.
[0039]
The support 16 has a disk shape, and the size thereof is approximately the same as that of the rotating frame 7. A rotating shaft 16a is fixed above the support 16 (on the drawing). At both ends of the rotating shaft 16a, holes at the right end (on the drawing) of the link 15 are fitted. The support 16 can freely rotate around the rotation shaft 16a. By connecting the two link supports 14 and the two links 15 via the rotation shaft 14a and connecting the two links 15 to the rotation shaft 16a, the rotation shaft 16a is substantially parallel to the plane of the substrate 2. Can be kept. In addition, these connections can prevent the link 15 and the actuator 17 from hitting each other. The support 16 is connected to the substrate 2 via a link 15.
[0040]
The center shaft 9 is fixed to the lower side of the support 16 (on the drawing). Thereby, the parallel link mechanism 4 can freely rotate around the rotation shaft 16a.
[0041]
The actuator 17 is a telescopic pneumatic actuator. The upper side (on the drawing) of the actuator 17 is fixed to the substrate 2. The lower side (on the drawing) of the actuator 17 is fixed to the support 16 via a pin.
[0042]
The actuator 18 is a telescopic pneumatic actuator. The actuator 18 is arranged on the opposite side of the actuator 17 via the rotation shaft 16a.
The upper side (on the drawing) of the actuator 18 is fixed to the substrate 2. The lower side (on the drawing) of the actuator 18 is fixed to the support 16 via a pin.
[0043]
The actuators 17, 18 extend in the vertical direction (on the drawing) when air is supplied.
When the exhaust valve (not shown) is opened, it contracts in the vertical direction. The tilt angle of the parallel link mechanism 4 can be changed by extending and contracting the actuator 17 and the actuator 18 in cooperation. Further, the actuator 17 and the actuator 18 have an effect of absorbing vibration and shock generated during traveling as a damper.
[0044]
An air supply system including an air pump, an accumulator, and a switching valve can be used to supply air to the actuators 17 and 18. This air supply system may be independent from the omnidirectional vehicle 1 or may be mounted on the omnidirectional vehicle 1 using a battery.
[0045]
The actuators 17 and 18 are not limited to telescopic pneumatic actuators made of bellows. In addition, pneumatic cylinders, expansion / contraction type pneumatic actuators, telescopic hydraulic / hydraulic actuators consisting of bellows, hydraulic / hydraulic cylinders, expansion / contraction type hydraulic / hydraulic actuators, electromagnetic solenoids using electromagnetic force, electric motors, ultrasonic A motor, an electrostatic actuator, a shape memory alloy, or the like can be employed.
[0046]
Since the parallel link mechanism 4 and the small wheels 6 are the same as those described in the related art, the description will be omitted.
[0047]
The power unit 5 (not shown) is fixed to the support 16. The power unit 5 drives the rotating frame 7.
[0048]
Next, the movement of the omnidirectional vehicle 1 over the step will be described. FIG. 2 is a side view showing, in chronological order, the movement when the omnidirectional vehicle 1 gets over the step 19. The description will be made in the order of the figures.
[0049]
In FIG. 2A, first, the height of the step 19 is detected. The height of the step 19 may be detected by human eye measurement or by a distance sensor (not shown) provided on the head side (step side) of the omnidirectional vehicle 1. Air is discharged from the actuators 18 and 21 to contract the actuators 18 and 21. Air is supplied to the actuators 17 and 20, and the actuators 17 and 20 are extended. As a result, the front and rear drive units 3, 3 are inclined at the same angle. As a result, the substrate 2 can be kept horizontal.
At this time, the small wheel 6 closest to the step 19 is set higher than the step 19.
By driving the driving units 3, the omnidirectional vehicle 1 is advanced toward the step 19.
[0050]
In FIG. 2B, when the leading small wheel 6 of the front drive unit 3 passes through the corner of the step 19, the actuator 20 is contracted and the actuator 21 is slightly extended at the same time. Thereby, the inclination angle of the drive unit 3 becomes small. The small wheels 6 of the front drive unit 3 sequentially ride on the running surface 13 above the step 19. By driving the drive unit 3 on the rear side, the omnidirectional vehicle 1 continues to move forward.
[0051]
In FIG. 2C, the drive unit 3 is slightly tilted until the leading small wheel 6 of the front drive unit 3 contacts the running surface 13. When the leading small wheel 6 of the rear drive unit 3 has passed the corner of the step 19, the same operation as that of the front drive unit 3 in FIG. 2B is performed. When all the small wheels 6 of the rear drive unit 3 ride on the running surface 13 above the step 19, the drive unit 3 is slightly tilted so that the rearmost small wheel 6 contacts the running surface 13.
[0052]
As described above, the mechanism that makes the inclination angle of the driving unit 3 variable allows the step height of about 5 to 7 cm to be easily overcome, compared to the conventional step height of 2 cm at best. Become. This is the ability to clear the required height of 3 cm over a step required in a Japanese house. When climbing over a step, it is possible to smoothly climb while keeping the omnidirectional vehicle 1 horizontal.
A vehicle having these functions can move and stop more adaptively in a real environment where many steps exist than before.
[0053]
The operation of the above-described actuator can be performed manually or automatically by a control system.
[0054]
FIG. 3 is a side view showing the grounding state of the small wheel when the vehicle is stationary and when the vehicle is running.
Even when the vehicle is not over a step, the inclination of the drive unit 3 is set to 0 degree when the vehicle is stationary as shown in FIG. Can be achieved.
[0055]
During traveling, as shown in FIG. 3B, the drive unit 3 is slightly inclined so that only the outer small wheels 6 are in contact with the ground, as in the prior art.
[0056]
As described above, according to the present embodiment, the first support is rotatably supported around the third rotation axis parallel to the plane of the substrate. The first actuator is fixed to the substrate and the first support. The second actuator is on the opposite side of the first actuator via the third axis of rotation and is fixed to the substrate and the first support. According to the present invention, the parallel link mechanism can be freely tilted. Further, the parallel link mechanism can be tilted by the two actuators. As a result, the ability of the omnidirectional vehicle to get over the bump is improved.
[0057]
It is to be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can adopt various other configurations without departing from the gist of the present invention.
[0058]
Next, an embodiment of the second invention relating to an omnidirectional vehicle will be described.
FIG. 4 is a plan view and a side view showing an omnidirectional vehicle according to the second embodiment of the present invention.
[0059]
The substrate 2 is a plate on the upper part of the omnidirectional vehicle 1 on which luggage, people, and the like are placed.
[0060]
The rotation shaft 22 faces in a direction perpendicular to the plane of the substrate 2. The rotation shaft 22 passes through the substrate 2. The rotation shaft 22 can freely rotate clockwise and counterclockwise as indicated by arrows.
[0061]
The brake 23 is fixed to the board 2. The brake 23 fixes or releases the rotation of the rotating shaft 22. When the small wheel 6 is rotated at the time of release by switching between two states of fixing and release of the rotation shaft 22 by the brake 23, the entire drive unit 3 rotates around the rotation shaft 22. When the vehicle is propelled by the rotation of the small wheel 6, the brake 23 is operated to fix the direction of the drive unit 3.
[0062]
The support 24 has a rectangular plate shape. The support 24 is fixed below the rotating shaft 22 (on the drawing). The support 24 can freely rotate around the rotation axis 22.
[0063]
The support 16 is located below the support 24 (on the drawing). The central shaft 9 is fixed to the lower side (on the drawing) of the support 16. At the right end (on the drawing) of the support 16, a rotation shaft 16a is provided. A hole at the right end (on the drawing) of the support 24 fits into the rotating shaft 16a. The support 16 is connected to the support 24 via a rotation shaft 16a. The configuration is such that a rotation shaft 16a is provided on a support 16 to which the drive unit 3 is attached, and the inclination angle of the drive unit 3 can be changed about the rotation shaft 16a.
[0064]
The actuator 25 is arranged between the support 24 and the support 16. As shown in FIG. 4, an expansion / contraction type pneumatic actuator such as a ball is provided as an actuator 25 used to change the inclination angle of the drive unit 3.
[0065]
As the air supply system that supplies air to the actuator 25, the air supply system described in the first embodiment can be used.
[0066]
The actuator 25 is not limited to an expansion / contraction type pneumatic actuator. In addition, those described in the embodiment of the first invention can be used.
[0067]
Since the parallel link mechanism 4 and the small wheels 6 are the same as those described in the related art, the description will be omitted.
[0068]
The power unit 5 (not shown) is fixed to the support 16. The power unit 5 drives the rotating frame 7.
[0069]
FIG. 5 is a side view showing an example of the brake of the rotating shaft. FIG. 5A shows a case where the brake is released. The brake is obtained by making the rubber tube 26 into a loop. The brake composed of the rubber tube 26 is fixed to the lower side (on the drawing) of the substrate 2. The rubber tube 26 does not contain air.
[0070]
FIG. 5B shows a case where the brake is applied. Air is injected into the brake made of the rubber tube 26. The rubber tube 26 expands, and its lower side (on the drawing) is in strong contact with the support 24. The rotation of the rotating shaft 22 is prevented by the frictional force between the rubber tube 26 and the support 24.
[0071]
The brake is not limited to the brake made of the rubber tube 26. In addition, an electromagnetic brake, an electric motor, an ultrasonic motor, an electrostatic actuator, and a brake using a shape memory alloy can be used.
[0072]
Next, the movement of the omnidirectional vehicle 1 over the step will be described. FIGS. 6 and 7 are side views showing, in chronological order, the movement when the omnidirectional vehicle 1 gets over the step 19. The description will be made in the order of the figures.
[0073]
In FIG. 6A, the step 19 is detected, and the rotation of the rotation shaft 22 is released by the brake 23 on the front side (step side), and the front drive unit 3 is rotated around the rotation shaft 22.
The detection of the step 19 may be performed by human eyes or by a sensor (not shown) provided on the head side (step side) of the omnidirectional vehicle 1.
[0074]
In FIG. 6B, the directions in which the small wheels 6, 6 are open in the front and rear driving units 3, 3 are aligned with the direction with the step 19. The rotation of the drive unit 3 around the rotation shaft 22 is fixed by the front brake 23. By driving the front and rear driving units 3, 3, the omnidirectional vehicle 1 is advanced in the direction of the step 19.
[0075]
In FIG. 6C, first, the height of the step 19 is detected. The height of the step 19 may be detected by human eye measurement or by a distance sensor (not shown) provided on the head side (step side) of the omnidirectional vehicle 1. Air is supplied to the actuators 25 and 27 to expand the actuators 25 and 27. As a result, the front and rear driving units 3 and 3 are inclined at the same large angle. As a result, the substrate 2 can be kept horizontal. At this time, the small wheel 6 closest to the step 19 is set higher than the step 19. By driving the driving units 3, the omnidirectional vehicle 1 is advanced toward the step 19.
[0076]
In FIG. 7D, when the leading small wheel 6 of the front drive unit 3 has passed the corner of the step 19, the actuator 27 is contracted. Thereby, the inclination angle of the front drive unit 3 becomes small. At the same time, the brake 23 is released, and the driving unit 3 is rotated around the rotation shaft 22. By performing these operations at the same time, it is possible to get over the bump more smoothly. The small wheels 6 of the front drive unit 3 sequentially ride on the running surface 13 above the step 19. By driving the drive unit 3 on the rear side, the omnidirectional vehicle 1 continues to move forward.
[0077]
In FIG. 7E, the drive unit 3 is slightly tilted until the leading small wheel 6 of the front drive unit 3 contacts the running surface 13. When the leading small wheel 6 of the rear drive unit 3 has passed the corner of the step 19, the actuator 25 is contracted. Thereby, the inclination angle of the drive unit 3 becomes small. The small wheels 6 of the rear drive unit 3 ride on the running surface 13 on the step 19 in order. When all the small wheels 6 of the rear drive unit 3 ride on the running surface 13 above the step 19, the drive unit 3 is slightly tilted so that the rearmost small wheel 6 contacts the running surface 13. The drive units 3 and 3 before and after having climbed over the step 19 are set to have the same direction and the same inclination angle as during normal running.
[0078]
As described above, the mechanism that makes the inclination angle of the driving unit 3 variable allows the step height of about 5 to 7 cm to be easily overcome, compared to the conventional step height of 2 cm at best. Become. This is the ability to clear the required height of 3 cm over a step required in a Japanese house. When climbing over a step, it is possible to smoothly climb while keeping the omnidirectional vehicle 1 horizontal.
A vehicle having these functions can move and stop more adaptively in a real environment where many steps exist than before. Further, the actuators 25 and 27 can be used together as a damper.
[0079]
The operation of the actuator and the driving of the drive unit 3 can be performed manually or automatically by a control system.
[0080]
When changing the direction of the drive unit 3 in the above-described example, the brake 23 is released and the drive unit 3 is driven to rotate the drive unit 3 around the rotation shaft 22. The method of changing the direction of the drive unit 3 is not limited to this. Alternatively, by attaching a power such as a motor to the rotating shaft 22, the direction of the drive unit 3 may be changed by rotating the rotating shaft 22 with the power after releasing the brake 23.
[0081]
FIG. 8 is a side view showing the contact state of the small wheels at the time of stopping and at the time of running. 8A, the inclination of the drive unit 3 is set to 0 ° when the vehicle is stationary, and all the small wheels 6 are grounded horizontally with the running surface 13 to disperse the self-weight, thereby stabilizing the entire vehicle. Can be achieved.
[0082]
When the vehicle travels, as shown in FIG. 8B, the driving unit 3 is slightly inclined so that only the outer small wheels 6 are in contact with the ground, as in the related art.
[0083]
As described above, according to the present embodiment, the first support is rotatably supported around the third rotation axis parallel to the plane of the substrate. The second support is connected to the first support via a third rotation axis, and is rotatably supported by the substrate about a rotation axis perpendicular to the plane of the substrate. The actuator is between the first support and the second support. According to the present invention, the parallel link mechanism can be freely tilted. Further, the parallel link mechanism can be tilted by one actuator. As a result, the ability of the omnidirectional vehicle to get over the bump is improved.
[0084]
It is to be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can adopt various other configurations without departing from the gist of the present invention.
[0085]
【The invention's effect】
The present invention has the following effects.
An omnidirectional vehicle comprises a board, a plurality of parallel link mechanisms, and a support fixed to a central axis of the parallel link mechanism and connected to the board, and the support is rotatable about a rotation axis parallel to a plane of the board. , The performance of overcoming steps of an omnidirectional vehicle is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view and a side view showing an omnidirectional vehicle according to an embodiment of the first invention.
FIG. 2 is a side view showing, in chronological order, the movement of an omnidirectional vehicle over a step.
FIG. 3 is a side view showing a state where the small wheels are in contact with the ground when the vehicle is stationary and when traveling.
FIG. 4 is a plan view and a side view showing an omnidirectional vehicle according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a side view showing an example of a brake of a rotating shaft.
FIG. 6 is a side view showing, in chronological order, the movement of an omnidirectional vehicle over a step (part 1).
FIG. 7 is a side view showing in chronological order the movement of the omnidirectional vehicle over the step (part 2).
FIG. 8 is a side view showing a contact state of a small wheel when the vehicle is stationary and when traveling.
FIG. 9 is a rear view showing an example of a conventional omnidirectional vehicle.
FIG. 10 is a rear view and a side view showing a driving unit of the omnidirectional vehicle.
FIG. 11 is a view schematically showing a parallel link mechanism.
FIG. 12 is a side view showing the parallel link mechanism of the omnidirectional vehicle and showing the small wheels in contact with the ground;
FIG. 13 is a plan view, a front view, a side view, a back view, and a perspective view showing a driving unit.
FIG. 14 is a side view and a perspective view showing a driving unit.
[Explanation of symbols]
1 ‥‥ omnidirectional vehicle, 2 ‥‥ board, 3 ‥‥ drive unit, 4 部 parallel link mechanism, 5 ‥‥ power unit, 5a ‥‥ gear, 6 ‥‥ small wheel, 7 ‥‥ rotating frame, 7a {Gear, 8} rotating frame, 9} central shaft, 9a, 9b} rotating shaft, 11} small wheel support, 11a, 11b {support shaft, 12} support, 13} running Surface, 14 ° link support, 14a rotary axis, 15 ° link, 16 ° support, 16a rotary axis, 17, 18 ° actuator, 19 ° step, 20, 21 ° actuator , 22 ‥‥ rotary shaft, 23 ‥‥ brake, 24 ‥‥ support, 25 ‥‥ actuator, 26 ‥‥ rubber tube, 27 ‥‥ actuator

Claims

(A) In an omnidirectional vehicle having:
(A-1) Substrate (A-2) A plurality of parallel link mechanisms having the following components (A-2-1) A central axis (A) having a first rotation axis and a second rotation axis separated by a predetermined distance. -2-2) A first rotating frame rotatably mounted around the first rotating shaft (a-2-3) A second rotating frame rotatably mounted around the second rotating shaft A rotating frame (a-2-4) a plurality of small wheel supports having a first support shaft and a second support shaft separated by the predetermined distance and supporting small wheels, wherein the first support A shaft rotatably supported by the first rotating frame, and a second supporting shaft rotatably supported by the second rotating frame. (A-3) fixed to the central shaft and the substrate An omnidirectional vehicle, comprising: a first support (b) connected to a vehicle;
(B-1) The first support is rotatably supported around a third rotation axis parallel to the plane of the substrate.

The omnidirectional vehicle according to claim 1, comprising:
(A) an actuator for rotating the first support around a third rotation axis

The omnidirectional vehicle according to claim 1, comprising:
(A) a second support connected to the first support via a third rotation shaft and supported by the substrate so as to be rotatable about a rotation axis perpendicular to the plane of the substrate; Actuator between support and said second support