JP2009234534A - Locomotive robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、不整地や災害現場などの走行の妨げになる要素が多い地帯において、運搬作業や牽引作業に用いたり、救助活動や情報収集活動を行う際に用いたりするのに好適な移動ロボットに関するものである。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is a mobile robot that is suitable for use in transportation work, towing work, rescue work, and information gathering activities in areas with many elements that hinder traveling such as rough terrain and disaster sites. It is about.
上記した移動ロボットには、走行の妨げになる要素、すなわち、障害物を走破可能であることが求められるが、従来において、このような機能を有するものとして、例えば、脚車輪型の移動ロボットと呼ばれるものがある(例えば、特許文献1参照)。
この脚車輪型の移動ロボットは、特許文献1の図13に記載されているように、ロボット本体の前後左右に少なくとも四本以上の脚を配置して成り、脚は、大腿と、膝と、この膝の先端に配置した車輪とを具備していて、車輪の半径以下の障害物が存在する程度の平坦地帯では車輪のみで走行し、車輪の半径を越える障害物が存在する地帯では脚を上げて移動するようになっている。
As shown in FIG. 13 of
ところが、上記した脚車輪型の移動ロボットにおいて、車輪及び脚自体を駆使して姿勢を変えて重心位置を移動させれば、高さのある段差や傾斜のきつい斜面でも踏破し得る可能性があるが、段差の上面や斜面の摩擦係数が低い場合には、いずれにおいても車輪がスリップしてしまい、踏破性が著しく低下してしまうという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっていた。 However, in the above-described leg-wheel type mobile robot, if the posture is changed using the wheels and legs themselves to move the position of the center of gravity, there is a possibility that even a step with a height or a tight slope may be traversed. However, when the friction coefficient of the upper surface of the step or the slope is low, there is a problem that the wheel slips in any case, and the traversability is remarkably lowered, and it is a conventional problem to solve this problem It was.
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、高さのある段差や傾斜のきつい斜面などの走行阻害要素を踏破することができるのは勿論のこと、この走行阻害要素、例えば、段差の上面や斜面の摩擦係数が低い場合であったとしても、踏破して移動することが可能であり、加えて、車輪走行及び脚歩行だけでは走行不可能な走行阻害要素に対する踏破性能の向上をも実現することができる移動ロボットを提供することを目的としている。 The present invention has been made paying attention to the above-described conventional problems, and of course, it is possible to overcome the travel-inhibiting elements such as a step having a height and a hard slope, such as this travel-inhibiting element, For example, even if the friction coefficient of the upper surface of the step or the slope is low, it is possible to traverse and move, and in addition, the traverse performance against a travel impediment element that cannot be traveled only by wheel running and leg walking It is an object of the present invention to provide a mobile robot that can also improve the performance.
本発明の請求項1に係る移動ロボットは、車体と、この車体の少なくとも前後左右の四箇所に配置されて、基端部分が前記車体に対して水平方向で且つ適宜位置で固定可能に回動する第一関節駆動軸を介して支持された回動脚部と、この回動脚部を介して前記車体に支持されて適宜位置で固定可能に正逆回転する駆動輪を具備した脚車輪を備え、前記車体の前部及び後部のうちの少なくともいずれか一方に配置した脚車輪を、前記駆動輪が配置されると共に前記回動脚部の先端部分に対して水平方向で且つ適宜位置で固定可能に回動する第二関節駆動軸を介して支持されて、前記回動脚部の回動により前記第一関節駆動軸回りに旋回する旋回脚部を具備した多関節脚車輪とし、この多関節脚車輪には、前記旋回脚部を走行面に沿わせるべく寝かせる段階で該走行面と対向する前記旋回脚部の一方の面及び/又は走行面に対して直立させる段階で該走行面側に位置する一方の端部分に位置して、前記走行面に引っ掛かるないし食い込む突起を設けた構成としたことを特徴としており、この構成の移動ロボットを前述の従来の課題を解決するための手段としている。 A mobile robot according to a first aspect of the present invention is disposed at a vehicle body and at least four positions, front, rear, left, and right of the vehicle body, and a base end portion is pivotable so as to be fixed at an appropriate position in a horizontal direction with respect to the vehicle body. A leg wheel having a rotating leg supported via a first joint driving shaft and a driving wheel supported by the vehicle body via the rotating leg and rotating forward and backward so as to be fixed at an appropriate position. A leg wheel disposed on at least one of the front part and the rear part of the vehicle body is fixed in a horizontal direction and at an appropriate position with respect to a distal end portion of the rotating leg part while the driving wheel is disposed. An articulated leg wheel having a swivel leg supported by a second joint drive shaft that can be pivoted and swiveling around the first joint drive shaft by the rotation of the pivot leg. On the articulated leg wheels, the swivel leg should be laid on the running surface. At one stage of the swiveling leg that faces the running surface and / or at one end portion located on the running surface side at the step of standing on the running surface, the hook is caught on the running surface. The mobile robot having this configuration is provided with a projecting protrusion, and the mobile robot having this configuration is used as a means for solving the above-described conventional problems.
本発明の請求項2に係る移動ロボットにおいて、前記多関節脚車輪の旋回脚部は、両端部分に前記駆動輪が配置され且つ中央部分が前記回動脚部の先端部分に対して水平方向で且つ適宜位置で固定可能に回動する第二関節駆動軸を介して支持されている構成としている。
本発明の請求項3に係る移動ロボットにおいて、前記多関節脚車輪の旋回脚部は、先端部分に前記駆動輪が配置され且つ基端部分が前記回動脚部の先端部分に対して水平方向で且つ適宜位置で固定可能に回動する第二関節駆動軸を介して支持されている構成としている。
In the mobile robot according to a second aspect of the present invention, the swivel leg of the articulated leg wheel has the driving wheel disposed at both end portions and the center portion in a horizontal direction with respect to the tip end portion of the rotating leg portion. And it is set as the structure supported via the 2nd joint drive shaft which rotates so that it can fix in an appropriate position.
In the mobile robot according to
本発明の請求項4に係る移動ロボットにおいて、前記突起は楔形状を成している構成として、本発明の請求項5に係る移動ロボットにおいて、前記突起は鉤爪形状を成している構成としている。
本発明に係る移動ロボットにおいて、その目的に応じて車体の搭載物が決定され、搭載物としては、例えば各種センサやカメラやが挙げられ、必要に応じて牽引用の部品や荷台が装備される。
In the mobile robot according to
In the mobile robot according to the present invention, a vehicle body mounted object is determined according to the purpose, and examples of the mounted object include various sensors and cameras, and traction parts and a loading platform are provided as necessary. .
また、本発明は、完全に自律移動するロボットに適用することができるほか、無線(あるいは有線)によって半自律的に移動するロボットや完全にリモートコントロールされるロボットにも適用することができる。
本発明に係る移動ロボットでは、例えば、高い段差を越えて移動する場合、多関節脚車輪の回動脚部及び旋回脚部を直立させた状態で、左右の多関節脚車輪の回動脚部を第一関節駆動軸とともに交互に回動させて、左右の旋回脚部を段差上の走行面に沿うように寝かせるべく第一関節駆動軸回りに交互に旋回させ、これにより、走行面と対向する両旋回脚部の一方の面に設置した各突起を走行面にそれぞれ引っ掛かるないし食い込ませると、走行面上で車輪を固定しただけでは得られなかった高い摩擦力が得られることとなる。
The present invention can be applied to a robot that moves completely autonomously, and can also be applied to a robot that moves semi-autonomously by radio (or wired) or a robot that is completely remotely controlled.
In the mobile robot according to the present invention, for example, when moving over a high step, the rotating leg portions of the left and right articulated leg wheels in the state where the rotating leg portions and the turning leg portions of the articulated leg wheels are upright. Are alternately rotated together with the first joint drive shaft, and the left and right swivel legs are alternately turned around the first joint drive shaft to lie along the running surface on the step, thereby facing the running surface. If each protrusion installed on one surface of both swivel legs engages or bites into the running surface, a high frictional force that cannot be obtained simply by fixing the wheel on the running surface is obtained.
この際、走行面が、例えばコンクリートから成っていて突起が引っ掛かり難い場合には、多関節脚車輪の回動脚部の回動動作を複数回行わせて、突起を走行面に打ち付けて取っ掛かりを形成するように成せば、突起を引っ掛け得ることとなる。
そして、高い摩擦力を得て多関節脚車輪を走行面に固定することができれば、多関節脚車輪の回動脚部及び旋回脚部を駆使して車体を引き上げることも可能となり、したがって、車輪走行及び脚歩行だけでは走行不可能な走行阻害要素に対する踏破性能の向上が図られることとなる。
At this time, if the running surface is made of concrete, for example, and the protrusion is difficult to catch, the rotating leg portion of the articulated leg wheel is rotated a plurality of times, and the protrusion is struck against the running surface to be engaged. If it forms so that protrusion may be hooked.
If the articulated leg wheel can be fixed to the running surface by obtaining a high frictional force, the vehicle body can be pulled up by making full use of the rotating leg part and the turning leg part of the articulated leg wheel. Improvement of the traverse performance against a travel impediment factor that cannot be traveled only by travel and leg walking will be achieved.
本発明の請求項1に係る移動ロボットによれば、上記した構成としているので、高さのある段差や傾斜のきつい斜面などの走行阻害要素を踏破することができるのは言うまでもなく、この走行阻害要素、例えば、段差の上面や斜面の摩擦係数が低い場合であったとしても、踏破して移動することが可能であるうえ、例えば災害現場において、障害物になった自動車に突起を突き立てたり、金網フェンスを突起により切断したりすれば、車輪走行及び脚歩行だけでは走行不可能な走行阻害要素に対する踏破性能の向上をも実現することができるという非常に優れた効果がもたらされる。 According to the mobile robot of the first aspect of the present invention, since it has the above-described configuration, it is needless to say that the travel hindrance elements such as a step having a height and a hard slope can be overcome. Even if the friction coefficient of the elements, for example, the upper surface of the step or the slope, is low, it can be traversed and moved, for example, at the disaster site, projecting a protrusion on the car that became an obstacle If the wire fence is cut by a protrusion, an excellent effect is achieved that it is possible to improve the traverse performance with respect to a travel-inhibiting element that cannot be traveled only by wheel travel and leg walking.
本発明の請求項2に係る移動ロボットでは、旋回脚部の両端部分に駆動輪を配置しているので、これらの駆動輪を状況に応じて適宜選択すれば、踏破性能のより一層の向上を実現することが可能である。
本発明の請求項3に係る移動ロボットでは、旋回脚部の先端部分に駆動輪を配置しているので、旋回脚部の機敏な動作を実現することができる。
In the mobile robot according to the second aspect of the present invention, the drive wheels are arranged at both end portions of the swivel leg portion. Therefore, if these drive wheels are appropriately selected according to the situation, further improvement in the traverse performance is achieved. It is possible to realize.
In the mobile robot according to the third aspect of the present invention, since the driving wheel is arranged at the tip portion of the swing leg portion, it is possible to realize an agile operation of the swing leg portion.
本発明の請求項4に係る移動ロボットでは、上記した構成としたから、例えば走行面がコンクリートから成っている場合であったとしても、走行面に容易に突起を突き立てることができ、本発明の請求項5に係る移動ロボットでは、上記した構成としているので、走行面に取っ掛かりがある場合に、簡単に突起を引っ掛けることができる。
Since the mobile robot according to
以下、本発明に係る移動ロボットを図面に基づいて説明する。
図1〜図4は、本発明に係る移動ロボットの一実施形態を示している。
図1に示すように、この移動ロボット1は、バッテリーや制御コンピュータなどを搭載した車体2と、この車体2の前後左右の四箇所に配置した多関節脚車輪10を備えている。
Hereinafter, a mobile robot according to the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 4 show an embodiment of a mobile robot according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the
多関節脚車輪10は、基端部分11aが車体2に対して水平方向で且つ適宜位置で固定可能に回動する第一関節駆動軸12を介して支持された回動脚部11と、車輪本体13a及びこの車輪本体13aを適宜ポジションで固定可能に正逆回転させる駆動モータ13bを一体で有する駆動輪13が両端部分20a,20aに配置され且つ中央部分20bが回動脚部11の先端部分11bに対して水平方向で且つ適宜位置で固定可能に回動する第二関節駆動軸15を介して支持されて、回動脚部11の回動により第一関節駆動軸12回りに旋回する旋回脚部20を具備している。
The articulated
この多関節脚車輪10の第一関節駆動軸12は、車体2内に配置した減速機付モータ3の出力により回動するようになっており、一方、多関節脚車輪10の第二関節駆動軸15は、回動脚部11内に配置した減速機付モータ4の出力により回動するようになっている。
また、この多関節脚車輪10の旋回脚部20には、二個の突起21,21が設けてある。これらの突起21,21は、旋回脚部20の両端部分20a,20aにおいて、互いに同じ方向を向くようにして一方の面(図1上面)20cに配置してあり、多関節脚車輪10では、図2にも示すように、走行面Aに沿うようにして旋回脚部20を寝かせる段階で、一方の面20cを走行面Aと対向させて、突起21,21を走行面Aに引っ掛けたり、食い込ませたりするようになっている。
The first
In addition, two
このような移動ロボット1において、例えば、高い段差を越えて移動する場合、図3(a)に示す段差Dに接近した状態から、図3(b)に示すように、前部の多関節脚車輪10の回動脚部11及び旋回脚部20をそれぞれ回動させて直立させると共に、後部の多関節脚車輪10の旋回脚部20を回動させて直立させる。
この状態で、図3(c),(d)に示すように、前部左右の多関節脚車輪10の回動脚部11を第一関節駆動軸12とともに順次回動させて、左右の旋回脚部20の各上面20cがいずれも上方を向くようにして旋回脚部20を順次旋回させ、これにより、左右の多関節脚車輪10の各先頭側に位置する駆動輪13を段差Dの走行面Aに接地させ、続いて、図3(e)に示すように、前部の多関節脚車輪10の回動脚部11及び旋回脚部20をそれぞれ適宜回動させて、車体2が段差Dの縁に衝突するのを避けつつ、前後の多関節脚車輪10における各駆動輪13を動作させて、車体2の底部が段差Dに接地するまで前進する。
In such a
In this state, as shown in FIGS. 3C and 3D, the turning
次に、図3(f)に示すように、前部左右の多関節脚車輪10の回動脚部11及び旋回脚部20をそれぞれ回動させ、旋回脚部20が走行面Aに沿うようにして旋回脚部20を寝かせる段階で、旋回脚部20の一方の面20cを走行面Aと対向させて、突起21,21を走行面Aに引っ掛けたり、食い込ませたりする。ここで、車体2の底部が安定した状態で接地できれば、前部左右の多関節脚車輪10における回動脚部11及び旋回脚部20を同時に回動させることが可能であり、その結果、図3(f)に示す動作の時間短縮が図られることとなる。
Next, as shown in FIG. 3 (f), the turning
このとき、走行面Aが、例えばコンクリートから成っていて突起21,21が引っ掛かり難い場合には、多関節脚車輪10の回動脚部11の回動動作を複数回行わせて、突起21,21を走行面Aに打ち付けて取っ掛かりを形成するように成せば、突起21,21を引っ掛け得ることとなる。
次いで、図3(g)〜(i)に示すように、後部左右の多関節脚車輪10の各駆動輪13を動作させつつ、前部左右の多関節脚車輪10の回動脚部11及び旋回脚部20をそれぞれ回動させて、移動ロボット1の重心が段差D上に位置するまで引き上げ、図3(j)に示すように、前部左右の多関節脚車輪10の各回動脚部11を走行面Aに沿うようにして寝かせて、車体2を段差Dの走行面Aに腹ばい状態で接地させる。
At this time, when the running surface A is made of, for example, concrete and the
Next, as shown in FIGS. 3G to 3I, while the
そして、図3(k)に示すように、前後左右の多関節脚車輪10の回動脚部11及び旋回脚部20をそれぞれ回動させ、旋回脚部20の一方の面20cが上方を向くようにして走行面Aから突起21,21を離間させたのち、図3(l)に示すように、前後左右の多関節脚車輪10の回動脚部11及び旋回脚部20をそれぞれ回動させ、車体2を段差Dの走行面Aから離すべく持ち上げて、前後の多関節脚車輪10における各駆動輪13を動作させて前進する。
And as shown in FIG.3 (k), the
このように、上記した移動ロボット1では、多関節脚車輪10の走行面Aと対向する両旋回脚部20,20の一方の面20c,20cに設置した各突起21,21を走行面Aにそれぞれ引っ掛けたり、食い込ませたりすると、走行面A上で車輪を固定しただけでは得られなかった高い摩擦力が得られることとなり、この際、段差D上の走行面Aの摩擦係数が低い場合であったとしても、踏破して移動し得ることとなる。
Thus, in the
また、上記した移動ロボット1において、例えば、急斜面を登坂する場合、図4(a)に示す前後左右の多関節脚車輪10の突起21,21を急斜面Sに引っ掛けたり食い込ませたりした状態から、図4(b)に示すように、前後左右の多関節脚車輪10の各回動脚部11を急斜面Sに沿うようにして寝かせて、車体2を急斜面Sに腹ばい状態で接地させる。この腹ばい状態になるということは、安定した姿勢のまま左右の多関節脚車輪10を同時に地面から離して動作させることを可能にするので、移動ロボット1は、姿勢を安定に保つ制御を特に必要とせず、一脚ずつ動作させるよりも迅速且つ確実に進行することとなる。
Further, in the
次いで、図4(c),(d)に示すように、前後の多関節脚車輪10の回動脚部11を第一関節駆動軸12とともに交互に回動させて、前後の旋回脚部20の各上面20cがいずれも急斜面S側を向くようにして旋回脚部20を交互に旋回させる。
つまり、前後の多関節脚車輪10の突起21,21のうちの一方の突起21,21を、常に急斜面Sに引っ掛けたり食い込ませたりしながら、図4(b)〜(d)の動作を繰り返すことで、急斜面Sを登坂する。
Next, as shown in FIGS. 4C and 4D, the
That is, the operations shown in FIGS. 4B to 4D are repeated while one of the
この場合も、上記した移動ロボット1では、多関節脚車輪10の急斜面Sと対向する両旋回脚部20,20の一方の面20c,20cに設置した各突起21,21を急斜面Sにそれぞれ引っ掛けたり、食い込ませたりすると、急斜面S上で車輪を固定しただけでは得られなかった高い摩擦力が得られることとなり、この際、急斜面Sの摩擦係数が低い場合であったとしても、踏破して移動し得ることとなる。
Also in this case, in the above-described
上記した実施形態の移動ロボット1では、多関節脚車輪10に設けた突起21,21が、旋回脚部20の両端部分20a,20aにおいて、互いに同じ方向を向くようにして一方の面20cに配置した場合を示しているが、これに限定されるものではなく、他の構成として、例えば、図5に示すように、上記突起21,21に加えて、旋回脚部20を走行面Aに対して直立させる段階で該走行面A側に位置する一方の端部分20aに、上記突起21と略直交する方向の突起22を設けたり、図6に示すように、上記突起21,21に替えて、旋回脚部20を走行面Aに対して直立させる段階で該走行面A側に位置する一方の端部分20aのみに、上記突起21と略直交する方向の突起22を設けたりしてもよい。
In the
また、多関節脚車輪10の突起21,22には、図7に示すように、楔形状を成している突起21,22を採用することができるほか、図8に示すように、鉤爪形状を成している突起21,22を採用することができる。
さらに、上記した実施形態による移動ロボット1では、車体2の前後左右の四箇所のすべてに多関節脚車輪10を配置するようにしているが、これに限定されるものではなく、図9に示すように、車体2の前部の左右二箇所に多関節脚車輪10を配置すると共に、車体2の後部の左右二箇所に回動脚部11及び駆動輪13を具備した脚車輪10Aを配置するようにしてもよい。
In addition, as shown in FIG. 7, the
Furthermore, in the
さらにまた、上記した実施形態では、多関節脚車輪10の旋回脚部20の両端部分20a,20aに駆動輪13を配置するようにしているが、これに限定されるものではなく、図10に示すように、多関節脚車輪10旋回脚部20の先端部分20aにのみ駆動輪13を配置するようにしてもよく、この場合にも、旋回脚部20の両端部分20a,20aに突起22を設けることができる。
Furthermore, in the above-described embodiment, the
1 移動ロボット
2 車体
10 多関節脚車輪
11 回動脚部
12 第一関節駆動軸
13 駆動輪
15 第二関節駆動軸
20 旋回脚部
20a 旋回脚部の両端部分
20b 旋回脚部の中央部分
20c 旋回脚部の一方の面
21,22 突起
A 走行面
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (5)
この車体の少なくとも前後左右の四箇所に配置されて、基端部分が前記車体に対して水平方向で且つ適宜位置で固定可能に回動する第一関節駆動軸を介して支持された回動脚部と、この回動脚部を介して前記車体に支持されて適宜位置で固定可能に正逆回転する駆動輪を具備した脚車輪を備え、
前記車体の前部及び後部のうちの少なくともいずれか一方に配置した脚車輪を、前記駆動輪が配置されると共に前記回動脚部の先端部分に対して水平方向で且つ適宜位置で固定可能に回動する第二関節駆動軸を介して支持されて、前記回動脚部の回動により前記第一関節駆動軸回りに旋回する旋回脚部を具備した多関節脚車輪とし、
この多関節脚車輪には、前記旋回脚部を走行面に沿わせるべく寝かせる段階で該走行面と対向する前記旋回脚部の一方の面及び/又は走行面に対して直立させる段階で該走行面側に位置する一方の端部分に位置して、前記走行面に引っ掛かるないし食い込む突起を設けたことを特徴とする移動ロボット。 The car body,
Rotating legs disposed at least at four locations on the front, rear, left and right sides of the vehicle body and supported by first joint drive shafts whose base end portions rotate in a horizontal direction and fixed at appropriate positions with respect to the vehicle body. And a leg wheel including a drive wheel that is supported by the vehicle body via the rotating leg portion and rotates forward and backward so that it can be fixed at an appropriate position.
A leg wheel arranged at at least one of the front part and the rear part of the vehicle body can be fixed at an appropriate position in a horizontal direction with respect to a tip part of the rotating leg part while the driving wheel is arranged. A multi-joint leg wheel having a swivel leg supported by a rotating second joint drive shaft and swiveling around the first joint drive shaft by the rotation of the swivel leg,
The articulated leg wheel is configured such that when the swivel leg is laid down so as to be along the traveling surface, the traveling leg is allowed to stand upright with respect to one surface and / or the traveling surface of the swivel leg facing the traveling surface. A mobile robot characterized in that a protrusion is provided on one of the end portions located on the surface side to catch or bite into the travel surface.
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