JP2006151060A

JP2006151060A - 走行ロボット

Info

Publication number: JP2006151060A
Application number: JP2004341421A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Yamamoto; 圭一山本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】起伏のある地面を走行しても、駆動輪が接地した状態を維持可能な走行ロボットを実現する。
【解決手段】走行ロボットは、駆動輪３８と、駆動輪３８の前方と後方のそれぞれに配置されている従動輪５６と、従動輪５６を上下方向に移動可能に支持する機構５０と、従動輪５６を地面に向けて付勢する手段７０を備えている。そして走行ロボットは、起伏のある地面を走行して駆動輪３８と従動輪５６が高さの異なる地面上を通過するときに、支持機構５０と付勢手段７０が動作して従動輪５６が移動することによって、駆動輪３８を接地した状態に維持する。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動輪と従動輪を用いて走行するロボットに関するものである。

特許文献１に、駆動輪の前方と後方のそれぞれに従動輪を備える走行ロボットが記載されている。

特開２００３−２９１０８７号公報

上述した走行ロボットが起伏のある地面を走行して、従動輪が地面の凸部に乗り上げたり、駆動輪が地面の凹部上を通過すると、駆動輪が地面から離れてしまう。駆動輪が地面から離れてしまうと、駆動力を地面に伝達することができない。
本発明は、その問題を解決するためになされたものであり、起伏のある地面を走行しても、駆動輪が接地した状態を維持可能な走行ロボットを実現する。

本発明の走行ロボットは、駆動輪と、駆動輪の前方と後方のそれぞれに配置されている従動輪と、従動輪を上下方向に移動可能に支持する機構と、従動輪を地面に向けて付勢する手段を備えている。そして走行ロボットは、起伏のある地面を走行して駆動輪と従動輪が高さの異なる地面上を通過するときに、支持機構と付勢手段が動作して従動輪が移動することによって、駆動輪を接地した状態に維持する。
本発明の走行ロボットは、起伏のある地面を走行した場合に、支持機構と付勢手段が動作して従動輪を移動することによって、駆動輪を接地した状態に維持する。

上記の走行ロボットが従動輪の上下方向の動きをダンピングする手段を備えていることが好ましい。
ダンピング手段を備えていると、従動輪が地面の起伏を乗り越えたりしたときに、従動輪の上下方向の動きが早く減衰し、走行姿勢が安定する。

後述する実施例の主要な特徴を記載する。
（１）ロボットは、走行部と、走行部に取り付けられたロボット本体を備えている。走行部は、シャーシと、一対の駆動部と、駆動部の前方に配置された一対の前方従動部と、駆動部の後方に配置された一対の後方従動部から構成されている。
（２）駆動部は、モータ部と、駆動輪を有している。駆動輪は、モータ部に駆動されて回転する。
（３）前方従動部は、サポート、揺動部、付勢部を備えている。サポートは、シャーシの下面に取り付けられている。揺動部は、アーム部、キャスター部を有している。アーム部の一端は、サポートに回動可能に接続されている。キャスター部は、アーム部の他端に取り付けられている。キャスター部は、第１ベアリング部、第２ベアリング部を介して、従動輪を垂直軸周りに回転可能に支持している。ロボットが接地した状態で、付勢部は従動輪を下方向きに付勢する。また、付勢部は、ダンピング作用を奏する。
（４）後方従動部も、前方従動部と同様の構成を有している。

本発明のロボットに係る一実施例について、図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、ロボット１０は、走行部１４と、走行部１４に装着されたロボット本体１６を備えている。走行部１４が動作することによって、ロボット１０は地面１５上を走行する。
図２、図３、図４に示すように、走行部１４は、シャーシ３０、一対の駆動部３２、コントローラ３５、一対の前方従動部３３、一対の後方従動部３４から構成されている。
シャーシ３０は、平板状に形成されている。シャーシ３０に、ロボット本体１６が固定されている。
駆動部３２は、モータ部３６と、駆動輪３８を有している。モータ部３６は、シャーシ３０の下面に取り付けられている。モータ部３６は、電動モータと、電動モータの回転数を減速してシャフト３７に出力する減速機を内蔵している。モータ部３６には、バッテリー（図示省略）から電力が供給される。
駆動輪３８は、ホイール４０と、ゴム製のタイヤ４１を備えている。ホイール４０は、シャフト３７に固定されている。タイヤ４１の外周部には、周方向に延びる溝状のトレッドパターン３９が形成されている。
コントローラ３５は、シャーシ３０の下面に取り付けられており、バッテリーから供給される電力によって動作する。コントローラ３５は、内蔵するＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を用いて、一方の駆動部３２と他方の駆動部３２を別々に制御する。

前方従動部３３は、サポート４３、揺動部５０、付勢部７０を備えている。なお、後方従動部３４も前方従動部３３と同様の構成を有している。従って、以下においては、後方従動部３４に係る説明は省略する。また、後方従動部３４を構成する部材には、前方従動部３３と同じ符号を付す。
図５に示すように、サポート４３は、略Ｌ字状に形成されており、シャーシ３０の下面に取り付けられている。サポート４３は、柱状部材４４と、平板部材４５と、直角三角形状の補強板４６から構成されている。補強板４６は、一辺が柱状部材４４に固定されており、他辺が平板部材４５に固定されている。補強板４６が設けられていることにより、サポート４３の強度と剛性が向上している。平板部材４５の先端部は、その他の部分よりも薄く形成されている。
図６に示すように、サポート４３の柱状部材４４の下端部には、ラグ４７と、当接面６４が形成されている。ラグ４７には、貫通孔４９が形成されている。

図５に示すように、揺動部５０は、アーム部５１、キャスター部４２を有している。アーム部５１には、平板部材５８と、平板部材５８の一端に配置されているフォーク５７が形成されている。図６に良く示すように、フォーク５７には、貫通孔６１、６１が形成されている。また、図５に良く示すように、フォーク５７には、第１傾斜面６２と、第２傾斜面６３が形成されている。第１傾斜面６２の垂直面に対する傾斜角度の方が、第２傾斜面６３のそれよりも大きい。フォーク５７にラグ４７が入り込み、その状態でフォーク５７の貫通孔６１、６１とラグ４７の貫通孔４９にシャフト６０が挿通されることによって、アーム部５１はサポート４３に回動可能に装着される。その場合に、アーム部５１の回動角度は、フォーク５７の第１傾斜面６２と柱状部材４４の当接面６４が当接することと、第２傾斜面６３と当接面６４が当接することによって規制される。
キャスター部４２は、第１ベアリング５２部、円板５３、第２ベアリング部５４、従動輪５６を備えている。第１ベアリング５２部は、アーム部５１の平板部材５８の他端下面に取り付けられており、内蔵するベアリングによって、シャフト６５を回転可能に支持している。円板５３は、シャフト６５に取り付けられている。第２ベアリング部５４は、円板５３下面のシャフト６５から偏心した位置に取り付けられており、ブラケット５５を回転可能に支持している。従動輪５６は、ブラケット５５に回転可能に装着されている。

付勢部７０は、スペーサ７１、上部フォーク７２、ダンパ７３、下部フォーク９２を備えている。スペーサ７１は、平板部材４５の先端部下面に取り付けられている。図７に示すように、上部フォーク７２は、スペーサ７１の下面に取り付けられている。上部フォーク７２には、貫通孔９０、９０が形成されている。
図８に示すように、ダンパ７３は、シリンダ７４、ピストン部７５、ダストカバー７６を備えている。シリンダ７４内には、オイルが高圧な状態で封入されている。シリンダ７４の一端（図８において下方側）には、シリンダフォーク８４が形成されている。シリンダフォーク８４には、貫通孔８５、８５が形成されている。
ピストン部７５は、ピストン７８と、ピストン７８と一体に形成されているロッド８１と、ロッド８１と一体に形成されているピストンフォーク８０から構成されている。ピストン７８は、シリンダ７４内に配置されている。ピストン７８には、小孔７７が形成されている。シリンダ７４の他端には、貫通孔８３が形成されており、その部分をロッド８１が移動可能に通過している。貫通孔８３の内周部には、シール（図示省略）が装着されており、それによってシリンダ７４内のオイルが外部に漏洩するのが防止されている。ピストンフォーク８０には、貫通孔８２、８２が形成されている。
ダストカバー７６は円筒状に形成されており、ピストン部７５に取り付けられた状態で、シリンダ７４の上部外周面８６をカバーしている。

シリンダ７４にオイルが高圧な状態で封入されており、ピストン７８の一方面８７の面積がピストン７８の他方面８８の面積よりも小さいことによって、ピストン部７５は、シリンダ７４から伸長する方向に付勢される。シリンダ７４に対してピストン７５が伸縮すると（ダンパ７３が伸縮すると）、ピストン７８の小孔７７をオイルが通過する。小孔７７をオイルが通過することによって生じる通過抵抗によって、ダンパ７３はダンピング機能を奏することができる。
図７に示すように、上部フォーク７２の貫通孔９０、９０と、ピストンフォーク８０の貫通孔８２、８２を貫いてシャフト９１が装着されることによって、付勢部７０は、上部フォーク７２に回動可能に取り付けられる。
図５に示すように、下部フォーク９２が平板部材５８の上面に取り付けられている。下部フォーク９２には、ダンパ７３のシリンダフォーク８４がシャフト９３を介して装着されている。

ロボット１０が地面１５上に置かれた状態では、図２に示すように、駆動輪３８と、前方従動部３３の従動輪５６と、後方従動部３４の従動輪５６が接地する。その状態では、前方従動部３３と後方従動部３４にロボット１０の重量が作用することによって、ダンパ７３は中間位置（最伸展位置と、最収縮位置との中間の位置）で収縮している。その状態で、ダンパ７３は、従動輪５６を地面１５側に付勢している。スペーサ７１の厚さを変化させることによって、ダンパ７３の付勢力を調整することができる。
駆動輪３８がコントローラ３５に制御されて回転すると、ロボット１０は走行する。一方の駆動輪３８と他方の駆動輪３８が同じ回転数で回転すると、ロボット１０は直進走行する。一方の駆動輪３８と他方の駆動輪３８が異なる回転数で回転すると、ロボット１０は曲がりながら走行する。駆動輪３８の回転方向を変化させると、ロボット１０は前進したり後進したりする。一方の駆動輪３８と他方の駆動輪３８を逆方向に回転することで、ロボット１０を前後進させずに、体の向きのみを変化させることもできる。
ロボット１０が走行してから停止し、その後に駆動輪３８の回転方向を変化させることによって、それまでとは逆方向に走行する場合、キャスター部４２の従動輪５６は、垂直軸周りに回転して回転面が走行方向と平行になる。２つのベアリング部（第１ベアリング部５２、第２ベアリング部５４）が設けられていることによって、従動輪５６が垂直軸周りに回転するときの走行方向の変化が抑制されている。

図９に示すように、ロボット１０が走行すると、地面１５の凸部９５に従動輪５６が乗り上げることがある。ダンパ７３の付勢力は、従動輪５６が凸部９５に乗り上げたときに、ダンパ７３が収縮することによって、駆動輪３８が地面１５から離れないように（浮かないように）、その大きさが調整されている。地面１５に凹部があり、その凹部に駆動輪３８が落ち込んだ場合にも、ダンパ７３が収縮して駆動輪３８が地面１５から離れるのを防止する。地面１５が水平から上り坂に移行する部分を走行する場合、あるいは地面１５が下り坂から水平に移行する部分を走行する場合にも、ダンパ７３が収縮して駆動輪３８が地面１５から離れるのを防止する。従って、駆動輪３８は、駆動力を地面１５に確実に伝達することができる。
一時的であっても駆動輪３８が地面１５から離れると、駆動輪３８は空回り（遊転）する。駆動輪３８が空回りすると、その後のロボット１０の走行制御が不正確になってしまう。駆動輪３８が地面から離れるのが防止されていることによって、ロボット１０の走行制御を正確に行うことができる。
駆動輪３８が凸部９５に乗り上げた場合には、ダンパ７３が伸展することによって、従動輪５６が地面１５から離れるのが防止される。よって、ロボット１０の走行姿勢が安定する。ダンパ７３が設けられていることによって、従動輪５６が地面１５の凹凸を乗り越えたりしたときに、ショックを低減されるとともに、従動輪５６の動きも速やかに減衰される。

付勢部７０にダンピング機能を持たせずに、付勢力のみを発生するようにしてもよい。例えば、付勢部７０にスプリングを用いることもできる。
従動輪５６に加える接地力を、従動輪５６ごとに独立にアクティブに制御することも可能である。このことによって、ロボット本体１６の傾動を調整しながら、駆動輪３８が遊転するのを防止できる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

ロボットの側面図。走行部の側面図。図２のIII−III線矢視図。図２のIV−IV線矢視図。前方従動部の詳細図。サポートとフォークが分離した状態を示す斜視図。図５のVII−VII線矢視図。ダンパの縦断面図。走行部の側面図（従動輪が地面の凸部に乗り上げた状態）。

符号の説明

１０：ロボット
１４：走行部
１６：ロボット本体
３０：シャーシ
３２：駆動部
３３：前方従動部
３４：後方従動部
３５：コントローラ
３６：モータ部
３７：シャフト
３８：駆動輪
３９：トレッドパターン
４０：ホイール
４１：タイヤ
４２：キャスター部
４３：サポート
４４：柱状部材
４５：平板部材
４６：補強板
４７：ラグ
４９：貫通孔
５０：揺動部
５１：アーム部
５２：第１ベアリング部
５３：円板
５４：第２ベアリング部
５５：ブラケット
５６：従動輪
５７：フォーク
５８：平板部材
６０：シャフト
６１：貫通孔
６２：第１傾斜面
６３：第２傾斜面
６４：当接面
６５：シャフト
７０：付勢部
７１：スペーサ
７２：上部フォーク
７３：ダンパ
７４：シリンダ
７５：ピストン部
７６：ダストカバー
７７：小孔
７８：ピストン
８０：ピストンフォーク
８１：ロッド
８２、８３：貫通孔
８４：シリンダフォーク
８５：貫通孔
８６：上部外周面
８７：一方面
８８：他方面
９０：貫通孔
９１：シャフト
９２：下部フォーク
９３：シャフト
９５：凸部

Claims

駆動輪と、
駆動輪の前方と後方のそれぞれに配置されている従動輪と、
従動輪を上下方向に移動可能に支持する機構と、
従動輪を地面に向けて付勢する手段を備えている走行ロボットであり、
起伏のある地面を走行して駆動輪と従動輪が高さの異なる地面上を通過するときに、支持機構と付勢手段が動作して従動輪が移動することによって、駆動輪を接地した状態に維持することを特徴とする走行ロボット。
従動輪の上下方向の動きをダンピングする手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の走行ロボット。