JP2007301654A - Mobile robot having a plurality of axes - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の車軸を有する移動ロボットに関し、特に、移動時には、複数の車軸を同一軸線上に配置して倒立振子モードで制御し、停止時には、車軸を、少なくとも2つの異なる軸線上に配置して安定静止する移動ロボットに関する。 The present invention relates to a mobile robot having a plurality of axles, and in particular, when moving, the plurality of axles are arranged on the same axis and controlled in an inverted pendulum mode, and when stopped, the axle is arranged on at least two different axes. The present invention relates to a mobile robot that is stable and stationary.
倒立振子ロボットは一般に1軸2輪であり、加速/減速時には上体を前後に傾けることにより、迅速な動作を可能とすると共に、狭い範囲で移動方向を変えられるという利点を持つ。また、加速/減速時に上体を前後に傾けるため、周囲の人間はロボットの動きを予測することが可能であり、安心感がある。 Inverted pendulum robots are generally 1-axis and 2-wheel, and have the advantage of allowing rapid movement and changing the direction of movement within a narrow range by tilting the upper body back and forth during acceleration / deceleration. In addition, since the upper body is tilted back and forth during acceleration / deceleration, surrounding humans can predict the movement of the robot and have a sense of security.
しかし1軸2輪のロボットは、停止時にも姿勢を安定させるために動的にバランスをとる必要があり、定常的にエネルギーを消費するという欠点を有する。 However, a one-axis two-wheel robot needs to balance dynamically in order to stabilize the posture even when stopped, and has a drawback that energy is constantly consumed.
従来、停止時に姿勢制御動作を停止しても、転倒を防止する技術が開示されている。(特許文献1参照)
特許文献1に記載のロボットは、図4に示す従来例1のごとく、補助輪を有する台車を備えるため、移動時にも、床面へのロボット投影面が所定の面積を占有し、移動方向を変えるために必要とする面積が増加してしまう。
Since the robot described in
本発明は、迅速な動作を可能とすると共に、狭い範囲で移動方向を変えられるという倒立振子ロボットの特徴を生かしつつ、停止時の制御エネルギーを消費することなく安全に静止するロボットを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a robot that can operate quickly and can safely stop without consuming control energy at the time of stopping while taking advantage of the feature of an inverted pendulum robot that can change the moving direction within a narrow range. With the goal.
第一の発明は、複数の車軸と該車軸に車輪を有する移動ロボットであって、前記複数の車軸は、異なる軸線上と同一軸線上との間を遷移することを特徴とする。 A first invention is a mobile robot having a plurality of axles and wheels on the axle, wherein the plurality of axles transition between different axes and the same axis.
第二の発明は、第一の発明に記載の移動ロボットであって、前記各車輪は回転制御可能な駆動輪であって、ロボットの停止時には、前記複数の車軸を異なる軸線上に並べ、ロボットの移動時には、前記複数の車軸を同一軸線上に並べて倒立振子モードの制御を行うことを特徴とする。 A second invention is the mobile robot according to the first invention, wherein each of the wheels is a drive wheel capable of rotation control, and when the robot is stopped, the plurality of axles are arranged on different axes, and the robot During the movement, the inverted pendulum mode is controlled by arranging the plurality of axles on the same axis.
第三の発明は、第二の発明に記載の移動ロボットであって、第一の車軸を、第一のアームの一方の端に組付け、第二の車軸を、前記第一のアームと長さが等しい第二のアームの一方の端に組付け、第三の車軸を、前記第一のアームと長さが等しい第三のアームの一方の端に組付け、前記第一のアームの他方の端と前記第二のアームの他方の端と前記第三のアームの他方の端とを、該移動ロボットの横方向に向いた軸に屈曲可能に連結されると共に、前記第一のアームと前記第三のアームとを該移動ロボットの後方に突き出し、前記第二のアームを該移動ロボットの前方に突き出し、前記アームの連結軸を、該移動ロボットの上部中央に設けられた垂直リンク溝内にスライド可能に組付け、第一の補助アームの一方の端を、前記第一のアーム上の連結点に屈曲可能に組付け、前記第一の補助アームと長さが等しい第二の補助アームの一方の端を、前記第二のアーム上の連結点に屈曲可能に組付け、前記第一の補助アームと長さが等しい第三の補助アームの一方の端を、前記第三のアーム上の連結点に屈曲可能に組付け、前記第一の補助アームの他方の端と前記第二の補助アームの他方の端と前記第三の補助アームの他方の端とを、該移動ロボット本体の下部中央の、横方向を向いた補助アーム連結軸線上に屈曲可能に組付けて、前記第一のアームと、前記第二のアームと、前記第三のアームと、前記第一の補助アームと、前記第二の補助アームと、前記第三の補助アームとでパンタグラフを構成し、ロボットの停止時には、前記第二の車軸を、前記第一の車軸、および前記第三の車軸とは異なる軸線上に並べ、ロボットの移動時には、前記第一の車軸と、前記第二の車軸と、前記第三の車軸とを同一軸線上に並べて倒立振子モードの制御を行うことを特徴とする。 A third invention is the mobile robot according to the second invention, wherein the first axle is assembled to one end of the first arm, and the second axle is elongated with the first arm. Assembling to one end of the second arm having the same length, and assembling the third axle to one end of the third arm having the same length as the first arm, and to the other end of the first arm And the other end of the second arm and the other end of the third arm are flexibly connected to a laterally-facing axis of the mobile robot, and the first arm The third arm protrudes rearward of the mobile robot, the second arm protrudes forward of the mobile robot, and the connecting shaft of the arm is placed in a vertical link groove provided at the upper center of the mobile robot. Slidably assembled to one end of the first auxiliary arm on the first arm. A second auxiliary arm having the same length as that of the first auxiliary arm is flexibly assembled to the connection point, and one end of the second auxiliary arm having the same length as the first auxiliary arm is flexibly assembled to the connection point on the second arm. One end of a third auxiliary arm having the same length as that of the auxiliary arm is flexibly assembled to a connection point on the third arm, and the other end of the first auxiliary arm and the second end The other end of the auxiliary arm and the other end of the third auxiliary arm are assembled so as to be bendable on the auxiliary arm connecting axis in the lateral center of the lower part of the mobile robot body. The arm, the second arm, the third arm, the first auxiliary arm, the second auxiliary arm, and the third auxiliary arm constitute a pantograph to stop the robot Sometimes the second axle, the first axle, and the third axle Are arranged on different axes, and when the robot moves, the first axle, the second axle, and the third axle are arranged on the same axis to control the inverted pendulum mode. .
第四の発明は、第三の発明に記載の移動ロボットであって、前記各駆動輪は、個別に回転制御可能であることを特徴とする。 A fourth invention is the mobile robot according to the third invention, wherein each of the driving wheels can be individually controlled for rotation.
第五の発明は、第三の発明に記載の移動ロボットであって、さらに、前記補助アーム連結軸線上に駆動輪を設けたことを特徴とする。 A fifth invention is the mobile robot according to the third invention, further comprising a drive wheel on the auxiliary arm connecting axis.
本発明により、迅速な動作を可能とすると共に、狭い範囲で移動方向を変えられるという倒立振子ロボットの特徴を生かしつつ、停止時に制御エネルギーを消費することなく安全に静止するロボットを提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a robot that can operate quickly and can safely stop without consuming control energy while stopping while taking advantage of the characteristics of an inverted pendulum robot that can change the moving direction within a narrow range. It becomes possible.
図1に、本発明の原理説明図を示す。本発明による移動ロボットは、移動可能な2個の車軸を備え、各車軸には回転制御可能な2個の車輪、すなわち駆動輪をそれぞれ有する。該移動ロボットは、移動時には各車軸、したがって、各車輪は同一軸線上に並び、倒立振子モードの制御を行い、自在に加速減速を可能とすると共に、狭い範囲での進行方向の変更を可能とし、停止時には、各車輪を前後に開き、無制御状態でも転倒を防止する。 FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the present invention. The mobile robot according to the present invention includes two axles that can move, and each axle has two wheels that can be rotationally controlled, that is, drive wheels. The mobile robot, when moving, has its axles, and therefore each wheel, aligned on the same axis, and controls the inverted pendulum mode so that it can freely accelerate and decelerate and change the direction of travel within a narrow range. When stopping, each wheel is opened back and forth to prevent falling even in an uncontrolled state.
図2を用いて、本発明による移動ロボット100の実施例1を説明する。図2に示す実施例1は、図1に示す本発明の原理説明図のうち、停止時の内部機構を示している。
A first embodiment of the
第一のアーム1の一方の端に第一の車軸13を組付け、前記第一のアーム1と長さが等しい第二のアーム2の一方の端に第二の車軸15を組付け、前記第一のアーム1と長さが等しい第三のアーム3の一方の端に第三の車軸17を組付け、前記第一のアーム1の他方の端と前記第二のアーム2の他方の端と前記第三のアーム3の他方の端とを、該移動ロボット100の横方向に向いた軸、すなわちアーム連結軸4に屈曲可能に連結されると共に、前記第一のアーム1と前記第三のアーム3とを該移動ロボット100の後方に突き出し、前記第二のアーム2を該移動ロボット100の前方に突き出し、前記アーム連結軸4を、該移動ロボット100の上部中央に設けられた垂直リンク溝5内にスライド可能に組付ける。
A
さらに、前記第一のアーム1よりも短い第一の補助アーム6の一方の端を、前記第一のアーム1上であって、第一の車軸13の組み付け位置から第一の補助アーム6の長さ以上に離れた連結点7に屈曲可能に組付け、長さが前記第一の補助アーム6に等しい第二の補助アーム8の一方の端を、前記第二のアーム2の、前記第一のアーム1上の連結点7に相当する連結点9に屈曲可能に組付け、長さが前記第一の補助アーム6に等しい第三の補助アーム10の一方の端を、前記第三のアーム3の、前記第一のアーム1上の連結点7に相当する連結点11に屈曲可能に組付ける。
Further, one end of the first
さらに、前記第一の補助アーム6の他方の端と前記第二の補助アーム8の他方の端と前記第三の補助アーム10の他方の端とを、該移動ロボット100本体の下部中央の、横方向を向いた補助アーム連結軸12上に屈曲可能に組付ける。
Further, the other end of the first
これにより、前記第一のアーム1と、前記第二のアーム2と、前記第三のアーム3と、前記第一の補助アーム6と、前記第二の補助アーム8と、前記第三の補助アーム10とでパンタグラフを構成する。
Thus, the
なお、第一の車軸13、第三の車軸17には、それぞれ車輪14、18が取り付けられ、第二の車軸15には、車輪16、16’が取り付けられ、それぞれ図示しない回転制御機構と連結し、倒立振子モードの制御を行う。なお、第二の車軸15に取り付けられる車輪は、(回転制御機構には連結していない)補助輪であってもよい。
It should be noted that
このような構成で移動ロボット100は、移動時には前記第一の車軸13、前記第二の車軸15、および前記第三の車軸17は、図示しない車軸移動機構により同一軸線上に並んで倒立振子モードの制御を行い、停止時には、前記第二の車軸15は、前記第一の車軸13、および前記第三の車軸17とは異なる軸線上に移動する、すなわち4輪ロボットとなり、転倒防止のための制御を不要とする。
In such a configuration, when the
なお、補助アーム連結軸12は、各補助アームの屈曲の回転中心を定めるものであり、1本のつながった軸である必要はなく、移動ロボット100が移動開始時、すなわち倒立振子モードに移行するために各アームを閉じる際、各アーム、および車輪の移動を妨げるものではない。
The auxiliary
また、第一の車軸13、第三の車軸17に取り付けられた左右の車輪14、18を独立に制御することにより、方向変更、あるいはその場での回転を可能とする。
Further, by independently controlling the left and
図3は、本発明の実施例2を示す。実施例2においては、実施例1と同一の構成要素については、同一記号で表す。 FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the same components as those of the first embodiment are represented by the same symbols.
第一のアーム1の一方の端に第一の車軸13を組付け、前記第一のアーム1と長さが等しい第二のアーム2の一方の端に第二の車軸15を組付け、前記第一のアーム1と長さが等しい第三のアーム3の一方の端に第三の車軸17を組付け、前記第一のアーム1の他方の端と前記第二のアーム2の他方の端と前記第三のアーム3の他方の端とを、該移動ロボット200の横方向に向いた軸、すなわちアーム連結軸4に屈曲可能に連結されると共に、前記第一のアーム1と前記第三のアーム3とを該移動ロボット200の後方に突き出し、前記第二のアーム2を該移動ロボット200の前方に突き出し、前記アーム連結軸4を、該移動ロボット200の上部中央に設けられた垂直リンク溝5内にスライド可能に組付ける。
A
さらに、前記第一のアーム1よりも短い第一の補助アーム6の一方の端を、前記第一のアーム1上であって、第一の車軸13の組み付け位置から第一の補助アーム6の長さ以上に離れた連結点7に屈曲可能に組付け、長さが前記第一の補助アーム6に等しい第二の補助アーム8の一方の端を、前記第二のアーム2の、前記第一のアーム1上の連結点7に相当する連結点9に屈曲可能に組付け、長さが前記第一の補助アーム6に等しい第三の補助アーム10の一方の端を、前記第三のアーム3の、前記第一のアーム1上の連結点7に相当する連結点11に屈曲可能に組付ける。
Further, one end of the first
さらに、前記第一の補助アーム6の他方の端と前記第二の補助アーム8の他方の端と前記第三の補助アーム10の他方の端とを、該移動ロボット200本体の下部中央の、横方向を向いた補助アーム連結軸19上に屈曲可能に組付ける。
Further, the other end of the first
これにより、前記第一のアーム1と、前記第二のアーム2と、前記第三のアーム3と、前記第一の補助アーム6と、前記第二の補助アーム8と、前記第三の補助アーム10とでパンタグラフを構成する。
Thus, the
なお、第一の車軸13、第二の車軸15、第三の車軸17には、それぞれ(回転制御機構には連結していない)車輪14、車輪16、16’、18が取り付けられ、補助アーム連結軸19には、図示しない回転制御機構に連結された車輪20、21が取り付けられている。
The
このような構成で移動ロボット200は、移動時には前記第一の車軸13、前記第二の車軸15、および前記第三の車軸17は、(図示しない)車軸移動機構により、補助アーム連結軸12と同一軸線上に並んで倒立振子モードの制御を行い、停止時には、前記第一の車軸13、前記第二の車軸15、および前記第三の車軸17は、補助アーム連結軸12と異なる軸線上に移動し、転倒防止のための制御を不要とする。
In such a configuration, the
この構成においては、(図示しない)回転制御機構を移動ロボット200に内蔵することが可能となる。
In this configuration, a rotation control mechanism (not shown) can be built in the
1、2、3 アーム
4 アーム連結軸
5 垂直リンク溝
6、8、10 補助アーム
7、9、11 連結点
12、19 補助アーム連結軸
13、15、17 車軸
14、16、16’、18、20、21 車輪
1, 2, 3
Claims (5)
前記複数の車軸は、異なる軸線上と同一軸線上との間を遷移することを特徴とする移動ロボット。 A mobile robot having a plurality of axles and wheels on the axles,
The mobile robot characterized in that the plurality of axles transition between different axes and the same axis.
前記各車輪は回転制御可能な駆動輪であって、
ロボットの停止時には、前記複数の車軸を異なる軸線上に並べ、
ロボットの移動時には、前記複数の車軸を同一軸線上に並べて倒立振子モードの制御を行うことを特徴とする移動ロボット。 The mobile robot according to claim 1,
Each wheel is a drive wheel capable of rotation control,
When the robot is stopped, the plurality of axles are arranged on different axes,
A mobile robot characterized by controlling the inverted pendulum mode by arranging the plurality of axles on the same axis when the robot moves.
第一の車軸を、第一のアームの一方の端に組付け、
第二の車軸を、前記第一のアームと長さが等しい第二のアームの一方の端に組付け、
第三の車軸を、前記第一のアームと長さが等しい第三のアームの一方の端に組付け、
前記第一のアームの他方の端と前記第二のアームの他方の端と前記第三のアームの他方の端とを、該移動ロボットの横方向に向いた軸に屈曲可能に連結されると共に、前記第一のアームと前記第三のアームとを該移動ロボットの後方に突き出し、前記第二のアームを該移動ロボットの前方に突き出し、前記アームの連結軸を、該移動ロボットの上部中央に設けられた垂直リンク溝内にスライド可能に組付け、
第一の補助アームの一方の端を、前記第一のアーム上の連結点に屈曲可能に組付け、
前記第一の補助アームと長さが等しい第二の補助アームの一方の端を、前記第二のアーム上の連結点に屈曲可能に組付け、
前記第一の補助アームと長さが等しい第三の補助アームの一方の端を、前記第三のアーム上の連結点に屈曲可能に組付け、
前記第一の補助アームの他方の端と前記第二の補助アームの他方の端と前記第三の補助アームの他方の端とを、該移動ロボット本体の下部中央の、横方向を向いた補助アーム連結軸線上に屈曲可能に組付けて、
前記第一のアームと、前記第二のアームと、前記第三のアームと、前記第一の補助アームと、前記第二の補助アームと、前記第三の補助アームとでパンタグラフを構成し、
ロボットの停止時には、前記第二の車軸を、前記第一の車軸、および前記第三の車軸とは異なる軸線上に並べ、
ロボットの移動時には、前記第一の車軸と、前記第二の車軸と、前記第三の車軸とを同一軸線上に並べて倒立振子モードの制御を行うことを特徴とする移動ロボット。 The mobile robot according to claim 2,
Assemble the first axle to one end of the first arm,
Assembling the second axle to one end of the second arm having the same length as the first arm,
Assembling the third axle to one end of the third arm having the same length as the first arm,
The other end of the first arm, the other end of the second arm, and the other end of the third arm are flexibly coupled to a laterally oriented axis of the mobile robot. The first arm and the third arm are protruded rearward of the mobile robot, the second arm is protruded forward of the mobile robot, and the connecting shaft of the arm is placed at the upper center of the mobile robot. Assembling so as to be slidable in the vertical link groove provided,
Assembling one end of the first auxiliary arm to a connecting point on the first arm so that it can be bent;
One end of a second auxiliary arm having the same length as that of the first auxiliary arm is assembled to a connecting point on the second arm so as to be bent.
One end of a third auxiliary arm having the same length as the first auxiliary arm is assembled to a connection point on the third arm so as to be bent,
The other end of the first auxiliary arm, the other end of the second auxiliary arm, and the other end of the third auxiliary arm are connected to the lower center of the mobile robot main body in the lateral direction. Assemble the arm connecting axis so that it can be bent,
The first arm, the second arm, the third arm, the first auxiliary arm, the second auxiliary arm, and the third auxiliary arm constitute a pantograph,
When the robot is stopped, the second axle is arranged on an axis different from the first axle and the third axle,
A mobile robot characterized in that when the robot moves, the inverted pendulum mode is controlled by arranging the first axle, the second axle, and the third axle on the same axis.
前記各駆動輪は、個別に回転制御可能であることを特徴とする移動ロボット。 The mobile robot according to claim 3,
Each of the driving wheels can be individually controlled for rotation.
さらに、前記補助アーム連結軸線上に駆動輪を設けたことを特徴とする移動ロボット。 The mobile robot according to claim 3,
Further, a mobile robot characterized in that a drive wheel is provided on the auxiliary arm connecting axis.
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