JP2005313720A - 車輪型走行車両 - Google Patents

Abstract

【課題】車輪型走行装置に関し、スタック状態と急斜面登坂による転倒を効率的に防止することを目的とする。
【解決手段】駆動車輪１と補助車輪２とを前後方向に配置した第１車輪支持部３と、
前記駆動車輪１と補助車輪２との中間位置で垂直回転自在に連結され、駆動車輪１より後方に１個又は横方向一直線上に配置された複数の補助車輪２を支持した第２車輪支持部４と、
車輪支持部の連結部に配置される角度センサ５とを有し、
角度センサ５からの出力により路面の傾斜を判断可能に構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車輪型走行車両に関するものである。

一般に遠隔操作、あるいは自走式等、無人運転を前提とする車両には、障害物走行時に駆動車輪１が浮き上がってしまい、移動不能となるスタック状態と、転倒を有効に防止する必要がある。

そして、スタック状態の回避に有効な車輪型走行車両としては特許文献１記載のものが知られている。この従来例において、車両は、基板の一端に配置された２個一対の車輪と、基板の他端に垂直回転自在に連結される支持部材の前後に配置された各一対の車輪とを有する。

支持部材が基板に対して垂直回転自在であるために、支持部材の前輪が障害物に乗り上げた場合であっても、他の車輪の走行路への着地が保障されるために、走行を続けることができる。

しかし、この従来例は、有人操作を前提とするもので、転倒等に対する対策を含むものではない。そして、無人運転時の転倒、とりわけ急傾斜の登坂による転倒を未然に防止するためには、一般に斜面の角度等を光学または超音波等の距離センサを多数使用して認識する必要があり、コストが高くつくという問題がある。
特開平３-６１１６８号公報

本発明は、以上の欠点を解消すべくなされたものであって、スタック状態と急斜面登坂による転倒を効率的に防止可能な車輪型走行装置の提供を目的とする。

本発明において、車輪型走行装置は、駆動車輪１と補助車輪２の双方を支持する第１車輪支持部３と、補助車輪２のみが支持される第２車輪支持部４とを垂直回転自在に連結して形成され、各車輪１、２は、全体として装置が自立可能な位置に配置される。第２車輪支持部４上には、１個、あるいは横方向に並んだ複数の補助車輪２のみが配置されて、単独では自立不能であり、かつ、第１車輪支持部３と第２車輪支持部４との連結部が、駆動車輪１と第１車輪支持部３上の補助車輪２との中間位置に設定されるために、第１、第２のいずれの車輪支持部３、４上に荷重（Ｌ）が付加されても、第１車輪支持部３の駆動車輪１と補助車輪２の双方に走行路への押圧力が負荷される。この結果、図２（ａ）に示すように、傾斜面（Ｓ）の屈曲部で第１車輪支持部３の前後いずれに配置されても、駆動車輪１が、走行路面に所定圧力で接地することが保証されるために、図２（ｂ）に示すようなスタック状態が発生することはない。

また、第１、第２車輪支持部３、４の連結部に配置される角度センサ５は、第１車輪支持部３の車輪１、２が傾斜面（Ｓ）に乗り上げた際の現実の傾きを路面状態に関係なく正確に検出する。一方、傾斜面（Ｓ）の傾斜角度と転倒発生との関係は予め知ることが可能であるために、例えば、角度センサ５からの出力が所定の閾値を超えた場合には、後退、あるいは信地旋回して傾斜面（Ｓ）、あるいは障害物を迂回することが可能になり、複雑な多数のセンサ類を使用することなく効果的に転倒防止の制御が可能になる。

本発明によれば、スタック状態と急斜面登坂による転倒を効率的に防止することができる。

図１に示すように車輪型走行装置は、第１、第２車輪支持部３、４に駆動車輪１と補助車輪２とを支持して形成される。第１、第２車輪支持部３、４は、回転ヒンジ６を介して垂直回転自在に連結され、連結状態において平面視において円形状をなす。なお、図１（ｂ）においては、理解を容易にするように、第１車輪支持部３は、第２車輪支持部４より下方に位置するように示されているが、同一面に配置されるものであってもよい。

上記第１車輪支持部３には、２個の駆動車輪１、１と、１個の補助車輪２とが支持される。駆動車輪１は、互いに逆方向に回転駆動可能であり、円形形状の中心線上で、円周に接近した位置に配置される。また、補助車輪２は、上記２個の駆動車輪１間を結ぶ線分を底辺とする二等辺三角形の頂点位置に配置され、結果、第１車輪支持部３上の車輪は、円周上において９０°ピッチで３箇所を占有する。

一方、第２車輪支持部４には、１個の補助車輪２が支持される。第２車輪支持部４上の補助車輪２は、駆動車輪１、１間を結ぶ線分を挟んで第１車輪支持部３上の補助車輪２と反対位置に配置され、これら２個の補助車輪２と、２個の駆動車輪１とは、ほぼ菱形の頂点に位置する。第１、第２車輪支持部３、４上の補助車輪２は、旋回（水平回転）自在に車輪支持部３、４に連結される。

以上のように形成される第１、第２車輪支持部３、４を連結する回転ヒンジ６は、駆動車輪１、１間を結ぶ線分に平行で、かつ、該線分より前方、すなわち、第１車輪支持部３上の補助車輪２側に寄った位置に配置される。第１、第２車輪支持部３、４が相互に干渉することなく回転ヒンジ６周りに相対回転可能とするように、第１車輪支持部３には、第２車輪支持部４に形成した突部４ａが嵌合する切欠部３ａが形成され、回転ヒンジ６は、突部４ａと切欠部３ａとの突き当て部に配置される。

したがってこの実施の形態において、第１、第２車輪支持部３、４上に荷物（Ｌ）を載置した状態で、図２（ａ）に示すように、傾斜面（Ｓ）にさしかかると、第１車輪支持部３に対する負荷により補助車輪２と駆動車輪１とが傾斜面（Ｓ）に接地するように、第１車輪支持部３が回転ヒンジ６周りに垂直回転し、例えば、図２（ｂ）に示すように、駆動車輪１が宙に浮いたスタック状態を引き起こすことがない。

また、平地において、図４（ａ）に示すように、駆動車輪１を互いに反対方向に回転させると、装置全体には図４（ａ）において黒点で示す円形状の中心周りに偶力が発生する。この状態で補助車輪２は旋回自在であるために横方向を向いて偶力の方向に追随し、結果、円形状の中心周りに正確な信地旋回が行われる。なお、図において、各車輪１、２の回転中心を一点鎖線で示す。

さらに、これら各車輪１、２は連結状態で円形状をなす第１、第２車輪支持部３、４に配置されているために、袋小路に前方の補助車輪２だけがはまり込んで、旋回不能に陥る等の不具合が完全に防止される。

また、上記第１、第２車輪支持部３、４の連結部には、角度センサ５が取り付けられる。角度センサ５は、第１車輪支持部３と第２車輪支持部４との相対角度変化を検出することができ、ポテンショメータ、あるいはパルスエンコーダ等が使用可能であり、角度センサ５からの出力は制御装置７に送られ、種々の制御が行われる。

制御装置７において、角度センサ５からの出力は例えばＡＤ変換等された後、走行制御アルゴリズムが記述されたコンピュータプログラムにより動作する制御部７ａに入力される。制御部７ａは、角度センサ５による角度検出結果に基づいてモータ制御ドライバを制御し、駆動車輪１への動力伝達を調整する。

図３に制御部７ａにおける制御の一例を示す。まず、制御部７ａは所定の目的に向けて移動するように駆動車輪１を制御し、装置を前進移動させる（ステップＳ１）。制御部７ａが角度センサ５からの出力を受けると（ステップＳ２）、角度データから登坂が可能か否かを判定し（ステップＳ３）、可能であるときには、地図データベース８を検索し、当該傾斜角度がデータベース８上に登録されているものかどうかを判定する（ステップＳ４）。

ステップＳ４により床面の傾斜角度が登録値と一致する場合には、そのまま走行を継続させる（ステップＳ５）。これに対し、ステップＳ３で登坂不能と判定され、あるいはステップＳ４で傾斜面（Ｓ）の傾斜角度が登録値と相違する場合には、走行を停止させた後、信地旋回させて後退させ（ステップＳ６）、さらに現在位置を同定して（ステップＳ７）経路を再計算し（ステップＳ８）、ステップＳ１に復帰する。

なお、以上において、第２車輪支持部４には１個の補助車輪２を配置する場合を示したが、図４（ｂ）に示すように、駆動車輪１の回転軸に平行に並ぶことを条件に複数個（図４（ｂ）においては２個）配置すると、安定性が向上し、横転しにくくなる。

図５に本発明の第２の実施の形態を示す。なお、本実施の形態の説明において、上述した実施の形態と実質的に同一の構成要素は図中に同一符号を付して説明を省略する。
この実施の形態において、第１車輪支持部３には１個の駆動車輪１と２個の補助車輪２が配置される。補助車輪２と駆動車輪１とは、上述した実施の形態における駆動車輪１と補助車輪２とを入れ替えた位置に配置され、補助車輪２は、回転ヒンジ６と平行で、円形形状の直径方向に、駆動車輪１は補助車輪２を結ぶ線分の垂直二等分線上に配置される。

また、この実施の形態において駆動車輪１は水平回転操作、すなわち操舵操作が可能であり、さらに、台１車輪支持部２上の補助車輪２は、旋回不能とされる。
したがってこの実施の形態において、図５（ａ）に示すように、駆動車輪１を９０°水平回転させて横方向に操舵した後、駆動車輪１を駆動すると、円形形状の中心周りに信地旋回を行うことができる。

本発明を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 装置の走行状態を示す側面図で、（ａ）は図１の装置、（ｂ）は回転ヒンジを有しない装置を示す図である。 制御部のフローチャートである。 装置の動作を示す図で、（ａ）は信地旋回状態を示す図、（ｂ）は（ａ）の変形例を示す平面図である。 本発明の他の実施の形態を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の信地旋回状態を示す図である。

符号の説明

１ 駆動車輪
２ 補助車輪
３ 第１車輪支持部
４ 第２車輪支持部
５ 角度センサ

Claims (4)

1. 駆動車輪と補助車輪とを前後方向に配置した第１車輪支持部と、
   前記駆動車輪と補助車輪との中間位置で垂直回転自在に連結され、駆動車輪より後方に１個又は横方向に配置された複数の補助車輪を支持した第２車輪支持部と、
   車輪支持部の連結部に配置される角度センサとを有し、
   角度センサからの出力により路面の傾斜を判断可能な車輪型走行装置。
2. 前記第１車輪支持部には、相互に逆回転駆動可能な駆動車輪が左右に一対配置されるとともに、補助車輪はその前方で、幅方向中心位置に配置され、
   かつ、全ての補助車輪は車輪支持部に対して旋回方向に空転自在に装着される請求項１記載の車輪型走行装置。
3. 請求項２記載の車輪型走行装置において、
   前記第１車輪支持部上の補助車輪に代えて、操舵可能な１個の駆動車輪が配置されるとともに、
   駆動車輪に代えて、旋回動不能な補助車輪が配置される車輪型走行装置。
4. 前記第１、第２の車輪支持部は、相互に補完して平面視において駆動車輪間の中心を中心とする円形形状をなし、
   かつ、補助車輪と駆動車輪の双方が前記円形形状内に配置される請求項１、２または３記載の車輪型走行装置。