JP2005053467A - 移動ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】 別途のセンサー部、制御部なしに底面にある障害物を容易に通り越すように、障害物によって押し上げられてもホイールが地面に対して一定の接地力を維持する移動ロボットを提供する。
【解決手段】 本発明による移動ロボットは、本体と、前記本体に対して第１及び第２方向に移動可能に連結されるホイールと、前記本体にその一端部が連結され、前記ホイールの軸にその他端部が連結され、前記本体と地面が接触しない場合は収縮状態を維持し、前記本体と地面が接触する場合は前記ホイールと地面が接触を維持するように伸長されるホイール乗降案内手段とを含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は移動ロボットに係り、特に、地面から突出した障害物を容易に通り越すようにした移動ロボットに関する。

従来の移動ロボットのうち、転輪を有する車輪型の移動機具は高速、高効率の長所はあるが、大部分の敷居や階段などのような障害物のない平坦な地面のみで走行が可能である。

日本公開特許公報昭６０−１７６８７１号に開示されたような移動ロボットは無限軌道車輪のような特殊な構造により敷居や階段の通過が可能である。しかし、このような移動ロボットはロボットの内部にセンサー及び制御部などを装着するか、障害物を通り越すための別途のホイールと駆動部を備えてロボットの内部に移動以外の機能実行のための空間に制限があり、コスト高をもたらし、大きな騒音も発生するという問題点があった。

したがって、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、障害物により移動ロボットが押し上げられてもホイールが地面に対して一定の接地力を維持するようにして障害物を容易に通り越す移動ロボットを提供することにある。

さらに、本発明の他の目的は、ロボットの内部にセンサー及び制御部などを装着するか、障害物を通り越すための別途のホイール及びその駆動部を備えず、比較的簡単かつ嵩の小さい構造の駆動部を備えることにより、生産性を高め、コストを節減してロボット内部空間の確保を容易にした移動ロボットを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る移動ロボットは、本体と、前記本体に対して第１及び第２方向に移動可能に連結されるホイールと、前記本体にその一端部が連結され、前記ホイールの軸にその他端部が連結され、前記本体と地面が接触しない場合は収縮状態を維持し、前記本体と地面が接触する場合は前記ホイールと地面が接触を維持するように伸長されるホイール乗降案内手段とを含むことを特徴とする。

前記移動ロボットは前記本体に連結される駆動モーターと、前記駆動モーターから前記ホイールへ動力を伝える動力伝送装置とをさらに含むことを特徴とする。

前記駆動モーターの軸を中心にして回転し、前記ホイールと連結される補助案内手段をさらに含むことを特徴とする。

前記本体は前記ホイール乗降案内手段の動きを案内する案内溝を含み、前記ホイール乗降案内手段は前記本体の前記案内溝に挿入される挿入部を含むことを特徴とする。

さらに、前記目的を達成するために、本発明による移動ロボットは、本体と、前記本体に対して第１及び第２方向に移動可能に連結されるホイールと、前記本体に連結されるパワースプリングと、前記パワースプリングにその一端部が連結され、前記ホイールの軸にその他端部が連結され、前記本体と地面が接触しない場合は収縮状態を維持し、前記本体と地面が接触する場合は前記ホイールと地面が接触を維持するように回転されるホイール乗降案内手段とを含むことを特徴とする。

本発明による移動ロボットは、障害物により移動ロボットが押し上げられても、ホイールが地面に対して一定な接地力を維持するようにして障害物を容易に通り越すことができる。

さらに、本発明による移動ロボットは、ロボットの内部にセンサー及び制御部などを装着するか、障害物を通り越すための別途のホイール及びその駆動部を備えず、比較的簡単かつ嵩の小さい構造の駆動部を備えることにより、生産性を高め、コストを節減してロボット内部の空間確保が容易になる。

以下、本発明の好ましい実施例を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

本発明による移動ロボットの駆動部は、図１に示したように、支持ブラケット２０、駆動モーター１０、ホイール乗降案内手段３０、補助案内手段３５、動力伝送装置４０及びホイール５０とを含む。

支持ブラケット２０は移動ロボットの本体の一部を構成し、その表面には結合孔２１、アーク状の案内溝２２及び結合部２６が形成されている。結合部２６には駆動モーター１０のモーター軸１１を受容するためのモーター軸貫通孔２５が形成されている。

駆動モーター１０は交流モーター、ステップモーターなどの一般的な電動モーターを使用し、モーター軸１１が支持ブラケット２０に形成されたモーター軸貫通孔２５の中央を貫通する状態で支持ブラケット２０に固定される。

ホイール乗降案内手段３０はスプリングガイド３１とそのスプリングガイド３１に設けられるスプリング３３とを含む。スプリングガイド３１は上部のシリンダー３２と下部のピストン３３に分けられる。シリンダー３２の上部には支持ブラケット２０とシリンダー３２を回転可能に連結する円筒状の結合部３２ａが形成される。ピストン３３の下部には支持ブラケット２０の方向に挿入部３３ａが形成される。ピストン３３の下部の支持ブラケット２０の反対方向には補助案内手段との結合のための結合部３３ｃが形成される。シリンダー３２の上部とピストン３３の下部にはそれぞれスプリング固定片３２ｂ，３３ｂが形成される。

補助案内手段３５の一端には支持ブラケット２０に設けられた結合部２６の外周面と面接触して回転されるように結合リング３５ａが形成され、その他端にはホイール乗降案内手段３０の方へホイール乗降案内手段との結合のための結合部３５ｃが形成され、そのホイール乗降案内手段の反対方向にはギヤ結合部３５ｂが形成されている。本発明による移動ロボットは補助案内手段３５なしにホイール乗降案内手段３０のみでもホイールの乗降案内が可能であるが、補助案内手段３５が支持ブラケット２０と堅く結合されることにより、動力伝送装置４０とホイール乗降案内手段３０に加えられる力を分散させ、反復使用に対する耐久性を向上させうる。さらに、補助案内手段３５にパワースプリングを連結すると、ホイール乗降案内手段３０なしに補助案内手段３５のみでもホイールの乗降案内が可能である。

動力伝送装置４０は駆動ギヤ４１と従動ギヤ４２からなる。駆動ギヤ４１にはモーター軸１１と連結されるようにその中央にモーター軸結合孔４１ａが形成され、従動ギヤ４２にはギヤ結合部３５ｂと結合されるように結合孔４２ｂの形成された結合突起４２ａが形成される。

ホイール５０の中央には従動ギヤ４２に形成された結合突起４２ａと結合されるようにギヤ結合部５０ａが形成される。

次に、本発明による移動ロボットの好ましい組立例を詳細に説明する。

支持ブラケット２０にはモーター軸貫通孔２５の中央とモーター軸１１とが同一線上に位置するように駆動モーター１０が固定される。シリンダー３２の外周面にスプリング３４が固定され、ピストン３３がシリンダー３２の内に挿入される。このように結合されたホイール乗降案内手段３０の本体結合部３２ａは支持ブラケット２０に形成された結合孔２１に挿入され、ピストン３３に形成された挿入部３３ａは支持ブラケット２０に形成された案内溝２２に挿入される。補助案内手段３５の結合リング３５ａは支持ブラケット２０に形成された結合部２６に固定され、ホイール乗降案内手段との結合のための結合部３５ｃはピストン３３に形成された結合部３３ｃと結合される。駆動ギヤ４１はモーター軸１１にモーター軸結合孔４１ａを通じて固定され、従動ギヤ４２の結合孔４２ｂと補助案内手段３５のギヤ結合部３５ｂが結合される。その後、従動ギヤ４２に形成された結合突起４２ａとホイール５０に形成されたギヤ結合部５０ａとが結合される。

次に、本発明による移動ロボットが障害物を通り越す動作を図２及び図３（Ａ）〜（Ｅ）に参照して詳細に説明する。

図２に示したように、本発明による移動ロボットは正常運転時にはホイール乗降案内手段３０のスプリング３４が移動ロボットの荷重により圧縮状態を維持するが、移動ロボットの下面と障害物が接触してホイール５０にかかる荷重が除去される場合、スプリング３４が伸長される。スプリング３４の伸長に応じてピストン３３の挿入部３３ａ(図１を参照)は案内溝２２に沿ってモーター軸１１を中心にして円軌跡を描き、これに連結された補助案内手段３５のギヤ結合部３５ｂ、従動ギヤ４２の中心及びホイール５０の中心もともにモーター軸１１を中心にして円軌跡を描く。これにより、ホイール５０は地面を向いてホイール５０と地面が一定な接地力を維持するように降下する。

図３（Ａ）に示したように、本発明による移動ロボットは、障害物のない道路を移動する正常運転時には移動ロボットの荷重によりホイール５０が移動ロボットの本体に対して一定な位置で維持される。図３（Ｂ）に示したように、移動ロボットが障害物と接触する場合、移動ロボットの前方が障害物によって押し上げられ、ホイール５０にかかる荷重が除去される。ホイール５０の荷重が除去されると、ホイール５０が降下する。これにより、地面とホイール５０が一定な接地力を維持するようになる。すなわち、移動ロボットは停止せず、続けて前方へ移動して図３（Ｃ）のようにホイール５０が障害物を乗り越すようになる。移動ロボットが障害物を乗り越す場合、ホイール５０は再び初期の位置に戻り、図３（Ｄ）及び図３（Ｅ）に示したように、障害物と移動ロボットが接触する度ごとにホイール５０が降下して障害物を通り越すようになる。

本発明の他の実施例として上述した一般的なコイルスプリング３４の弾性力を使用することでないパワースプリングを使用することもできる。

パワースプリングは一端部で支持ブラケット２０に固定され、他端部でシリンダー３２に形成された本体結合部３２ａ又は補助案内手段３５に連結される。移動ロボットの正常運転時には移動ロボットの荷重によってパワースプリングは巻線状態を維持するが、移動ロボットが障害物と接触して移動ロボットにかかる荷重が除去される場合、パワースプリングが緩むことにより、ホイール乗降案内手段３０と補助案内手段３５が地面に向いて回転される。

本発明による移動ロボットの分解斜視図である。 本発明による移動ロボットの動作状態を示した正面図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は本発明による移動ロボットが障害物を通り越す状態を示した正面図である。

Claims (18)

1. 本体と、
   前記本体に対して第１及び第２方向に移動可能に連結されるホイールと、
   前記本体にその一端部が連結され、前記ホイールの軸にその他端部が連結され、前記本体と地面が接触しない場合は収縮状態を維持し、前記本体と地面が接触する場合は前記ホイールと地面が接触を維持するように伸長されるホイール乗降案内手段とを含むことを特徴とする移動ロボット。
2. 前記本体に連結される駆動モーターと、
   前記駆動モーターから前記ホイールへ動力を伝える動力伝送装置とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の移動ロボット。
3. 前記駆動モーターの軸を中心にして回転し、前記ホイールと連結される補助案内手段をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の移動ロボット。
4. 前記本体は前記ホイール乗降案内手段の動きを案内する案内溝を含み、
   前記ホイール乗降案内手段は前記本体の前記案内溝に挿入される挿入部を含むことを特徴とする請求項１に記載の移動ロボット。
5. 本体と、
   前記本体に対して第１及び第２方向に移動可能に連結されるホイールと、
   前記本体に連結されるパワースプリングと、
   前記パワースプリングにその一端部が連結され、前記ホイールの軸にその他端部が連結され、前記本体と地面が接触しない場合は収縮状態を維持し、前記本体と地面が接触する場合は前記ホイールと地面が接触を維持するように回転されるホイール乗降案内手段とを含むことを特徴とする移動ロボット。
6. 一端部と前記一端部近傍の第１下部面とを含み、前記第１下部面がその最低部の水平面から傾斜した本体と、
   前記本体に対して第１及び第２方向に移動可能に連結されるホイールと、
   前記本体にその一端部が連結され、前記ホイールの軸にその他端部が連結され、前記本体と地面が接触しない場合は収縮状態を維持し、前記本体と地面が接触する場合は前記ホイールと地面が接触状態を維持するように伸長されるホイール乗降案内手段とを含むことを特徴とする移動ロボット。
7. 前記本体は第１結合孔、アーク状の案内溝及び結合部を備えた支持ブラケットを含むことを特徴とする請求項６に記載の移動ロボット。
8. 前記結合部はモーター貫通孔を備え、前記駆動モーターは前記モーター貫通孔を貫通するモーター軸を備えることを特徴とする請求項７に記載の移動ロボット。
9. 前記ホイール乗降案内手段はスプリングガイドと前記スプリングガイドに備えられたコイルスプリングとを含むことを特徴とする請求項７に記載の移動ロボット。
10. 円筒状の結合部をさらに含み、
    前記スプリングガイドはシリンダーとピストンを備え、前記円筒状の結合部は前記シリンダーの上端部に配置されて前記シリンダーを前記第１結合孔に結合させ、前記シリンダーは前記第１結合孔を中心にして回転が可能であることを特徴とする請求項９に記載の移動ロボット。
11. 前記ホイールに結合される補助案内手段と、
    前記結合部に備えられる結合リングとをさらに含み、
    前記結合リングは前記結合部の外部面と接触することを特徴とする請求項７に記載の移動ロボット。
12. 前記補助案内手段は第２結合孔とギヤ結合部を備え、
    前記第２結合孔は前記ホイール乗降案内手段を向いて開放され、前記ギヤ結合部は前記ホイール乗降案内手段の反対方向に伸長されることを特徴とする請求項１１に記載の移動ロボット。
13. 前記補助案内手段は前記支持ブラケットに連結され、前記補助案内手段は前記動力伝送装置と前記ホイール乗降案内手段に加えられる力を分散させることを特徴とする請求項１１に記載の移動ロボット。
14. 前記動力伝送装置は駆動ギヤと従動ギヤとを含み、前記従動ギヤには前記ホイールが固定連結され、前記駆動ギヤには前記駆動モーターが連結され、前記駆動ギヤと前記従動ギヤはかみ合い接触され、前記ピストンの一部分は前記スプリングが伸長される場合、前記アーク状の案内溝に沿って下方へ移動し、前記従動ギヤの中央と前記ホイールの中央は前記スプリングが伸長される場合、前記アーク状の案内溝に沿って前記ピストンの前記一部分とともに移動して前記地面に対する前記ホイールの接地力を維持することを特徴とする請求項９に記載の移動ロボット。
15. 前記ホイールは前記移動ロボットが移動する場合と前記地面が平らな場合に特定の高さで維持され、前記本体の前記第１下部面は前記第１下部面が前記地面上の障害物と接触して前記ホイールから前記移動ロボットにかかる荷重が除去される場合に前記本体を上げ、前記ホイールは前記障害物を通り越すために前記地面と接触状態を維持することを特徴とする請求項６に記載の移動ロボット。
16. 前記ホイールは前記本体を向いて移動し、前記本体の正常位置は前記移動ロボットが前記突出障害物を通り越した後に回復されることを特徴とする請求項１５に記載の移動ロボット。
17. 前記ホイールは前記表面の高度変化に応じて前記本体に対する第１距離から前記本体に対する第２距離へ移動することを特徴とする請求項６に記載の移動ロボット。
18. 前記ホイールは前記地面を向いて前記本体から伸長され、前記ホイールが前記地面上の障害物と接触する場合、前記ホイールが前記地面と接触して移動するように前記ホイールから前記本体の荷重が除去され、前記コイルスプリングが緩むことを特徴とする請求項９に記載の移動ロボット。

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