JP2009090795A - Multi-leg type traveling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、歩行移動と段差の乗り越えができる多脚型走行装置に関する。 The present invention relates to a multi-leg traveling device capable of walking and overcoming a step.
脚の下端に車輪を有する「脚車輪型」、又は4脚以上の脚を有する「多脚型」の走行装置として、特許文献1〜3が既に開示されている。
特許文献1の「走行車」は、平地だけでなく障害物や階段を移動することができ、構造が簡単かつ軽量で、制御性が良く、適用範囲が広いことを目的とする。
そのため、この走行車は、図6に示すように、下面に階段等と係合する係止段差52の形成された車体51と、この車体の前後に取り付けられ進行方向に直交する1対の水平軸55,56と、各水平軸の両端に取り付けられ水平軸の周りに回転可能な脚53,54と、各脚の先端部に取り付けられた車輪57,58とを有し、各車輪は独立的に駆動されるように構成されているものである。
The “traveling vehicle” of
Therefore, as shown in FIG. 6, the traveling vehicle includes a
特許文献2の「階段キャリヤー」は、キャリヤーで荷物を運搬する時、階段でも軽々と運搬できることを目的とする。
そのため、この階段キャリヤーは、図7に示すように、荷台の下に、60〜70cm長のキャタピラ61を取り付け、キャタピラを駆動する歯車62にはラチェットがついていて、階段を上がる方向しか回転しないものである。
The “stair carrier” disclosed in
Therefore, as shown in FIG. 7, this stair carrier is provided with a
特許文献3の「走行装置」は、走行面に段差がある場合、その段差を検知し、段差を昇降することができることを目的とする。
そのため、この走行装置は、図8に示すように、センサ70を有する本体71と、前記本体71の側面からアーム72を介して取り付けた車輪73,74と、前記車輪を駆動する車輪駆動モータと、前記アームを駆動するアーム駆動モータと、前記本体71の下部に配置した補助輪75と、前記センサ70の出力信号によって自動走行を制御する制御部76とを有する。そして、前記アーム駆動モータによって前記アーム72を開閉させ、前記前輪73と前記後輪74を用いた走行から、前記前輪73と前記補助輪75を用いた走行、または前記後輪74と前記補助輪75を用いた走行に切り替えて段差の昇降を行うものである。
The “traveling device” of
Therefore, as shown in FIG. 8, the traveling device includes a
図1は、従来の脚車輪型走行装置による段差移動の模式図であり、(A)は脚が短く段差の低い場合、(B)は脚が長く段差も高い場合を示している。この図において、1は車体、2は脚、3は車輪、4は路面、5は段差である。
脚2は、4脚以上であり、それぞれ上端が車体1に揺動可能に取り付けられ、かつ1以上の関節を有し、脚を交互に揺動又は屈曲させて歩行移動ができるようになっている。また、各脚2の下端に車輪3が取り付けられ、その回転により、車体1を走行移動できるようになっている。
1A and 1B are schematic diagrams of step movement by a conventional leg-wheel type traveling device. FIG. 1A shows a case where the legs are short and the steps are low, and FIG. 1B shows a case where the legs are long and the steps are high. In this figure, 1 is a vehicle body, 2 is a leg, 3 is a wheel, 4 is a road surface, and 5 is a step.
The
図1の走行装置において、(A)a1〜a7に示すように、脚長に比べ段差5が低い場合には、前側の脚2及び車輪3を段差5の上に載せ(a2)、その状態で車輪3で前進し(a3,a4)、次いで後側の脚2及び車輪3を段差5の上に載せる(a5,a6)ことにより、段差5を乗り越えて移動することができる。
このように1本1本脚を動作させて段差5を乗り越える動作を、以下「静歩行」と呼ぶ。
また、段差5が高い場合、すなわち路面4からの車体底部までの高さとほぼ同等、もしくはそれ以上の段差を移動する場合には、(B)のように脚長を長くすることで、同様に静歩行により段差5を乗り越えて移動することができる。
In the traveling device of FIG. 1, as shown in (A) a1 to a7, when the
The operation of moving one leg and moving over the
When the
しかし、上述した従来の走行装置には、以下の問題点があった。
(1) 段差の乗り越え能力を上げるため、脚長を延長した場合、延長前と同様の制御性を得るには、関節部や脚部の強度と剛性を高める必要があり、装置重量が増大する。
また、長い脚によって発生する大きなモーメント荷重に耐えるため、アクチュエータ容量も大きくしなければならず、総重量が増大し、製作コストも増大する。
(2) 長い脚は大きな段差、不整地走行には有効だが、通常の移動時には必ずしも必要ではなく、狭い場所の通過においては、脚部が邪魔になる場合もある。
However, the conventional traveling device described above has the following problems.
(1) When the leg length is extended in order to increase the step-over capability, in order to obtain the same controllability as before the extension, it is necessary to increase the strength and rigidity of the joint part and the leg part, which increases the weight of the apparatus.
Further, in order to withstand a large moment load generated by a long leg, the actuator capacity must be increased, the total weight increases, and the manufacturing cost also increases.
(2) Long legs are effective for large steps and rough terrain, but they are not always necessary during normal movement, and the legs may be an obstacle when passing through narrow places.
(3) 図2は、車体が段差に接触する場合の従来の脚車輪型走行装置による段差移動の模式図である。
従来の脚車輪型走行装置で高い段差を移動する場合、前脚2を段差上部に載せたあとに、車体1の底部が段差5に接触(接地)する場合がある。この時、図2(5)のように接地点より前方に重心6があれば、底部を接地し、車体を倒すことで進行が可能である(図2(6)〜(8))。しかし、重心6が接地点より後方にある場合はそれ以上進むことができない(図2(5−2))。
また、重心6が接地点より前にあっても必ずしも進行可能ではない。車体1の地面に対しての傾斜角度が大きく、接地点で静止摩擦力が十分に得られない場合は、車体1が前方に傾く途中で滑り落ちてしまうからである(図2(5−3〜5−4))。
(4) 動作速度について、上述した静歩行では1本1本脚を動作させるため時間がかかってしまう。
(5) 姿勢の安定性について、脚が5脚以上であれば、1脚が浮いても安定した姿勢を取り易いが、4脚の場合は不安定になり易い。
(3) FIG. 2 is a schematic diagram of the step movement by the conventional leg-wheel type traveling device when the vehicle body contacts the step.
When a high step is moved with a conventional leg-wheel type traveling device, the bottom of the
Further, even if the center of
(4) Regarding the movement speed, the above-described static walking takes time because each leg is operated.
(5) Regarding the stability of the posture, if there are five or more legs, it is easy to take a stable posture even if one leg floats, but if it is four legs, it tends to be unstable.
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、歩行移動ができ、かつ前方に車体底部高さに匹敵する高い段差がある場合でも、従来の静歩行よりもスムーズに、かつ段差から滑り落ちることなく、その段差を乗り越えることができる多脚型走行装置を提供することにある。 The present invention has been developed to solve the above-described problems. That is, the object of the present invention is to overcome the step even if the vehicle can move while walking and has a high step comparable to the height of the bottom of the vehicle body, more smoothly than a conventional static walk and without slipping off the step. An object of the present invention is to provide a multi-leg traveling device that can perform the above-described operation.
本発明によれば、フラットな底面を有する車体と、
該車体を支持し前後に揺動又は屈曲させて車体を歩行移動する4以上の脚とを備え、
前記各脚は、一端が移動方向に直交する水平軸を中心に車体に揺動可能に取り付けられ、中間部に関節を有し、他端に路面と接する足部を有し、
さらに前記車体の底面より下方に位置し、路面と接触する際に車体の後方への移動を防止する後退防止機構を備える、ことを特徴とする多脚型走行装置が提供される。
According to the present invention, a vehicle body having a flat bottom surface;
Comprising four or more legs that support the vehicle body and swing or bend back and forth to move the vehicle.
Each of the legs is attached to the vehicle body so that one end thereof is swingable about a horizontal axis orthogonal to the moving direction, has a joint in the middle, and has a foot in contact with the road surface at the other end,
Furthermore, a multi-leg type traveling device is provided, which is provided below the bottom surface of the vehicle body and includes a reverse prevention mechanism that prevents the vehicle body from moving backward when contacting the road surface.
本発明の好ましい実施形態によれば、前記後退防止機構は、車体の底面に沿って移動方向に延びるクローラであり、該クローラは、ワンウェイクラッチにより一方向のみに回転可能であり、路面と接触して、車体の前進時に空転し、後進時に回転せずに後方移動に抵抗する。 According to a preferred embodiment of the present invention, the reverse movement prevention mechanism is a crawler extending in the moving direction along the bottom surface of the vehicle body, and the crawler can be rotated only in one direction by a one-way clutch and is in contact with the road surface. Thus, the vehicle rotates idly when moving forward and resists backward movement without rotating when moving backward.
また、本発明の好ましい別の実施形態によれば、前記後退防止機構は、車体の底面に沿って配置された複数の回転ローラであり、回転ローラは、ワンウェイクラッチにより一方向のみに回転可能であり、路面と接触して、車体の前進時に空転し、後進時に回転せずに後方移動に抵抗する。 According to another preferred embodiment of the present invention, the reverse prevention mechanism is a plurality of rotating rollers arranged along the bottom surface of the vehicle body, and the rotating roller can be rotated only in one direction by a one-way clutch. Yes, in contact with the road surface, the vehicle rotates idly when moving forward, and resists backward movement without rotating when moving backward.
前記足部は、回転駆動可能な車輪である、ことが好ましい。 It is preferable that the foot is a wheel that can be rotationally driven.
上記本発明の構成によれば、車体と4以上の脚を備えているので、4以上の脚で車体を支持し前後に揺動又は屈曲させて車体を歩行移動(足部15が車輪ならば、車輪走行)できる。
また、車体の底面より下方に位置する後退防止機構を備えるので、路面前方に路面が高くなる段差があり、この段差が車体底部に接触する場合に、後退防止機構が段差に接触して車体の後方への移動を防止するので、前側の2以上の脚と足部を同時に段差の上に載せ、その状態で脚を揺動又は屈曲させて(足部15が車輪ならば、車輪走行によって)前進することができる。
従って、従来の静歩行よりもスムーズに、かつ段差から滑り落ちることなく、その段差を乗り越えることができる。
According to the configuration of the present invention, since the vehicle body and four or more legs are provided, the vehicle body is supported by the four or more legs, and swings or bends back and forth to move the vehicle (if the
In addition, since a reverse prevention mechanism is provided below the bottom surface of the vehicle body, there is a step that increases the road surface in front of the road surface, and when this step contacts the bottom of the vehicle body, the reverse prevention mechanism contacts the step and To prevent backward movement, place two or more legs and feet on the front side on the step at the same time, and swing or bend the legs in that state (if the
Therefore, the step can be overcome more smoothly than the conventional static walking and without slipping off the step.
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図3は、本発明の多脚型走行装置の第1実施形態図である。この図において、本発明の多脚型走行装置10は、車体12、4以上の脚14、および後退防止機構16を備える。
FIG. 3 is a diagram showing a first embodiment of the multi-leg traveling device of the present invention. In this figure, a
車体12は、フラット(平ら)な底面12aを有する。
4以上の脚14は、車体12の移動方向(図で右方向)に直交する水平軸(紙面に垂直軸)を中心に一端14aが揺動可能に取り付けられ、中間部に関節14bを有し、他端に路面4と接する足部15が取り付けられている。
足部15は、この例では回転駆動可能な車輪である。なお、本発明はこれに限定されず、路面4との摩擦係数が路面4に対して滑らないように十分大きいかぎり、単なる高摩擦部材(例えばゴム部材)であってもよい。
脚14と関節14bは、それぞれ図示しない駆動装置により、前後に揺動又は屈曲できるようになっており、この揺動又は屈曲により車体12を支持しながら移動方向に歩行移動するようになっている。
The
The four or
The
The
後退防止機構16は、車体12の底面12aより下方に位置し、路面と接触する際に車体12の後方への移動を防止する機能を有する。
後退防止機構16は、この例では、車体12の底面12aに沿って移動方向に延びるクローラである。このクローラはワンウェイクラッチを内蔵し、ワンウェイクラッチにより一方向のみに回転可能であり、路面と接触して、車体の前進時に空転し、後進時に回転せずに後方移動に抵抗するようになっている。
The
In this example, the
上述した本発明の多脚型走行装置10が、歩行移動又は車輪走行により、路面が高くなる段差5の位置まで移動すると、この段差5が移動中の路面4と車体底部12aの高さよりは低い限り、図3Aに示すように、車体底部12aの前縁部が段差5の前縁部に接触する状態となる。なお、この接触時には、車体後部を下げ前部を上向きにするのがよい。
When the above-described multi-leg
図3Aの状態から、後側の脚14を伸ばして車体12を水平に近づけ、前側の脚14を縮めると、車体前部が段差5の前縁部に載る(図3B)。その状態で前側の2以上の脚14と足部15を同時又は順に段差5の上に載せ(図3C)、その状態で、脚14を揺動又は屈曲させて前進し、後退防止機構16(クローラ)を段差5に接触させることができる(図3D)。
この状態において、後退防止機構16が段差5に接触して車体12の後方への移動を防止するので、重心6が段差5より後方にある場合でも、脚14と足部15を揺動又は屈曲させて(足部15が車輪ならば、車輪走行によって)前進し、重心6を段差5より前方まで移動させることができる(図3E)。
この状態でさらに前進し、後側の脚14を段差5の上に移動させれば(図3F)、段差5の乗り越えが完了する。
従って、従来の静歩行よりもスムーズに、かつ段差5から滑り落ちることなく、その段差を乗り越えることができる。
When the
In this state, the backward
If the vehicle further moves forward in this state and the
Therefore, the step can be overcome more smoothly than the conventional static walking and without slipping off the
図4は、本発明の多脚型走行装置の第2実施形態図である。
この図において、後退防止機構16は、車体12の底面に沿って配置された複数(この図で5つ)の回転ローラである。各回転ローラは、ワンウェイクラッチにより一方向のみに回転可能であり、路面と接触して、車体の前進時に空転し、後進時に回転せずに後方移動に抵抗するようになっている。
その他の構成は、第1実施形態と同様である。
FIG. 4 is a diagram of a second embodiment of the multi-leg traveling device of the present invention.
In this figure, the
Other configurations are the same as those of the first embodiment.
上述した本発明の多脚型走行装置10が、歩行移動又は車輪走行により、路面が高くなる段差5の位置まで移動すると、この段差5が移動中の路面4と車体底部12aの高さよりは低い限り、図4Aに示すように、車体底部12aの前縁部が段差5の前縁部に接触する状態となる。なお、この接触時には、車体後部を下げ前部を上向きにするのがよい。
When the above-described multi-leg
図4Aの状態から、後側の脚14を伸ばして車体12を水平に近づけ、前側の脚14を縮めると、車体前部が段差5の前縁部に載る(図4B)。その状態で前側の2以上の脚14と足部15を同時又は順に段差5の上に載せ(図4C)、その状態で、脚14を揺動又は屈曲させて(足部15が車輪ならば、車輪走行によって)前進し、後退防止機構16(回転ローラ)を段差5に接触させることができる(図4D)。
この状態において、後退防止機構16が段差5に接触して車体12の後方への移動を防止するので、重心6が段差5より後方にある場合でも、脚14と足部15を揺動又は屈曲させて(足部15が車輪ならば、車輪走行によって)前進し、重心6を段差5より前方に移動させることができる(図4E)。
この状態でさらに前進し、後側の脚14を段差5の上に移動させれば(図4F)、段差の乗り越えが完了する。
従って、従来の静歩行よりもスムーズに、かつ段差5から滑り落ちることなく、その段差を乗り越えることができる。
From the state of FIG. 4A, when the
In this state, the backward
If the vehicle further moves forward in this state and the
Therefore, the step can be overcome more smoothly than the conventional static walking and without slipping off the
図5は、本発明の多脚型走行装置の第3実施形態図である。
この例において、車体12の進行方向前面に、その上部が前方に延びた接地補助部材18を備える。その他の構成は、第1実施形態と同様である。
FIG. 5 is a diagram of a third embodiment of the multi-leg traveling device of the present invention.
In this example, a grounding
この構成により、段差5が移動中の路面4と車体底部12aの高さより高い場合でも、接地補助部材18の接地面と路面4との高さより低い限り、図5A〜Cに示すように、第1実施形態と同様にその段差を乗り越えることができる。 With this configuration, as shown in FIGS. Similar to the first embodiment, the step can be overcome.
上述したように、本発明では、脚長の延長はデメリットが多いため、脚長は伸ばさず、積極的に車体底部を利用して移動する。すなわち、車体底部に設けた後退防止機構16(クローラ、回転ローラ)を接地に利用することで、特に脚数が4脚の場合において、姿勢が安定し、2脚同時に動作が可能となるため、動作速度が向上するメリットが得られる。なお、車体底部は接地可能な状態に補強する。 As described above, in the present invention, the extension of the leg length has many disadvantages. Therefore, the leg length does not increase, and the vehicle moves actively using the bottom of the vehicle body. That is, by using the reverse movement prevention mechanism 16 (crawler, rotating roller) provided at the bottom of the vehicle body for grounding, the posture is stabilized especially when the number of legs is 4, and the two legs can be operated simultaneously. The advantage of improved operating speed can be obtained. The bottom of the vehicle body is reinforced so that it can be grounded.
車体の重心6の位置を接地点(段差5の前縁部)より前方に位置する状態(図3E,図4E)となるまで、車体底部の後退防止機構16(クローラ、回転ローラ)が段差5の前縁部に接地したまま前進する状態がある。
この場合、段差5が高くなるほど、車体12を傾斜させることとなり、接地点で滑りやすくなる。
本発明では、重心6の位置が十分に接地点より前方に位置するまでは、後退防止機構16(クローラ、回転ローラ)が滑らかに滑り、車体を傾斜させる場合は十分な静止摩擦力が得られる機構を有する。
上述したワンウェイクラッチを利用したクローラ及び回転ローラは、この2点を満足する。ワンウェイクラッチにより、前進時にクローラ及び回転ローラが接地している場合は空転し、滑り落ちる方向には回転しない。
Until the position of the center of
In this case, the higher the
In the present invention, until the position of the center of
The above-described crawler and rotating roller using the one-way clutch satisfy these two points. With the one-way clutch, when the crawler and the rotating roller are in contact with the ground at the time of forward movement, the crawler and the rotating roller are idle and do not rotate in the sliding-down direction.
従って、本発明では、脚長を伸ばさないので、脚を延長する場合と比較して、脚部重量が軽量となる。また回転部にかかるモーメントが減少するため、脚部にかかる負荷も軽減される。さらに、駆動用アクチュエータの小容量化が可能となる。
また車体全体の大きさが、脚長が短い分コンパクトになり、より狭い場所での移動が可能となる。
Therefore, in the present invention, since the leg length is not extended, the weight of the leg portion is lighter than that when the leg is extended. Further, since the moment applied to the rotating part is reduced, the load applied to the leg part is also reduced. Furthermore, the capacity of the driving actuator can be reduced.
In addition, the size of the entire vehicle becomes compact as the leg length is short, and it is possible to move in a narrower place.
また、本発明では、車体底部の後退防止機構16(クローラ、回転ローラ)を接地させるので、脚数が4脚の場合においても、姿勢が安定し、2脚同時に動作が可能となるため、移動速度が向上する。 Further, in the present invention, since the reverse prevention mechanism 16 (crawler, rotation roller) at the bottom of the vehicle body is grounded, even when the number of legs is four, the posture is stable and the two legs can be operated simultaneously. Increases speed.
ワンウェイクラッチの特徴は、電源不要で制御する必要がなく、小型軽量かつトルク容量は大きいことである。この機構の代わりに、ブレーキを使って同じ機能を実現することは可能だが、同じトルクを得られるブレーキに代替すると、機構の大型化と重量増、電源も別途必要となる。アクチュエータでの代替は能動的にクローラ又は回転ローラを駆動するメリットが得られるが、ブレーキと同様のデメリットもある。
以上をまとめると、車体底部と、ワンウェイクラッチを利用したクローラ又は回転ローラを積極的に接地させる移動手段をとることで、コンパクトな車体でより高い段差を、短時間で走行することが可能となる。
また特に脚数が4本のとき、姿勢の安定化が得られ、移動速度が大きく向上する。
The one-way clutch is characterized in that it does not need a power source and does not need to be controlled, and is small and light and has a large torque capacity. Instead of this mechanism, it is possible to achieve the same function by using a brake, but if it is replaced with a brake that can obtain the same torque, an increase in the size and weight of the mechanism and a separate power source are required. The replacement with the actuator has the advantage of actively driving the crawler or the rotating roller, but has the same disadvantage as the brake.
To summarize the above, it is possible to travel on a higher step in a short time with a compact vehicle body by adopting a moving means that positively contacts the bottom of the vehicle body and the crawler or rotating roller using a one-way clutch. .
In particular, when the number of legs is four, the posture is stabilized and the moving speed is greatly improved.
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary of this invention.
1 車体、2 脚、3 車輪、4 路面、5 段差、6 重心、
10 多脚型走行装置、12 車体、12a 底面、
14 脚、14a 一端、14b 関節、
15 足部(車輪)、
16 後退防止機構(クローラ、回転ローラ)、
18 接地補助部材
1 body, 2 legs, 3 wheels, 4 road surface, 5 steps, 6 center of gravity,
10 multi-leg type traveling device, 12 vehicle body, 12a bottom surface,
14 legs, 14a one end, 14b joint,
15 feet (wheels),
16 Retraction prevention mechanism (crawler, rotating roller),
18 Grounding auxiliary member
Claims (4)
該車体を支持し前後に揺動又は屈曲させて車体を歩行移動する4以上の脚とを備え、
前記各脚は、一端が移動方向に直交する水平軸を中心に車体に揺動可能に取り付けられ、中間部に関節を有し、他端に路面と接する足部を有し、
さらに前記車体の底面より下方に位置し、路面と接触する際に車体の後方への移動を防止する後退防止機構を備える、ことを特徴とする多脚型走行装置。 A car body having a flat bottom;
Comprising four or more legs that support the vehicle body and swing or bend back and forth to move the vehicle.
Each of the legs is attached to the vehicle body so that one end thereof is swingable about a horizontal axis orthogonal to the moving direction, has a joint in the middle, and has a foot in contact with the road surface at the other end,
Furthermore, the multi-leg type traveling device is provided with a reverse prevention mechanism that is positioned below the bottom surface of the vehicle body and prevents the vehicle body from moving backward when contacting the road surface.
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