JP2016130095A - Drive mechanism of traveling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、4輪駆動における走行装置の駆動機構に関するものである。 The present invention relates to a drive mechanism of a traveling device in four-wheel drive.
同一の場所で旋回可能な操舵方法として左右の車輪の回転差で操舵を行うスキッドステア方式が知られている。特に電動モータを動力源とする自律走行装置は、左右の駆動を別々の電動モータを用いることでモータの回転制御のみで操舵が可能となる。自律走行装置は安定性を得るために車高が低い方が好ましい。一方車高を低くすると車輪が小さくなり、地面と車体底部のクリアランスである地上最低高が小さくなり障害物が乗り越えられなくなる。 As a steering method capable of turning at the same place, a skid steer method is known in which steering is performed by a difference in rotation between left and right wheels. In particular, an autonomous traveling device using an electric motor as a power source can be steered only by rotational control of the motor by using separate electric motors for left and right driving. The autonomous traveling device preferably has a low vehicle height in order to obtain stability. On the other hand, if the vehicle height is lowered, the wheels become smaller, the minimum ground height, which is the clearance between the ground and the bottom of the vehicle body, becomes smaller, and obstacles cannot be overcome.
そこで、例えば特開2008−285087号公報では、前輪と後輪に更にクローラを備え、車輪に駆動力を伝達するとともに、車輪が埋没するような悪路であっても、クローラが機能して走行可能とする車椅子が提案されている。 Therefore, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-285087, the front wheels and the rear wheels are further provided with crawlers, and the driving force is transmitted to the wheels, and the crawlers function and travel even on rough roads where the wheels are buried. A possible wheelchair has been proposed.
このような走行装置では、クローラを車輪径に近い大きさで懸架する必要がある。クローラが車輪外縁より離れた位置にあれば、車輪が柔らかい地面に埋没したり、障害物を乗り越えられないなどして動かなくなっても、クローラが地面や接触物に当接せず、機能しない場合があるからである。しかし、クローラの位置を車輪外縁に近いところにすると、路面の凹凸や石などがクローラに接触して耐久性を損ない、また騒音を招来するという問題がある。 In such a traveling device, it is necessary to suspend the crawler with a size close to the wheel diameter. If the crawler is located far from the outer edge of the wheel, the crawler will not touch the ground or contact and will not function even if the wheel is buried in soft ground or cannot move over obstacles. Because there is. However, when the position of the crawler is close to the outer edge of the wheel, there is a problem that road surface irregularities, stones, and the like come into contact with the crawler to impair durability and cause noise.
本発明は、前記課題を解決するもので、前輪と後輪とを連結して駆動する無端状部材を、必要なときにのみ走行補助として用いることができる走行装置の駆動機構を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems, and provides a drive mechanism for a travel device that can use an endless member that connects and drives a front wheel and a rear wheel as a travel aid only when necessary. Objective.
本発明は、車台の前後に取付けられた左右一対の車輪と、前記車輪に一体的に設けられ、前記車輪より径が小さいスプロケットと、前後スプロケットに懸架された無端状部材と、前記無端状部材の内周面に当接して前記無端状部材の位置を変えることができるプーリと、前記プーリを移動する移動手段と、を備え、
前記移動手段は、前記プーリを下方に移動して前記無端状部材の下辺に内接させることにより、前記無端状部材を、前記前後のスプロケットの下端を結ぶ第1の位置から、更に下方の第2の位置に移動させ、前記無端状部材を無限軌道として機能させることを特徴とする。
車輪走行で走行障害を起こした場合に、無端状部材を無限軌道として機能させて、走行を継続するものである。
The present invention includes a pair of left and right wheels attached to the front and rear of a chassis, a sprocket integrally provided on the wheels and having a smaller diameter than the wheels, an endless member suspended on the front and rear sprockets, and the endless member A pulley capable of changing the position of the endless member by abutting on the inner peripheral surface, and a moving means for moving the pulley,
The moving means moves the pulley downward so as to be inscribed in a lower side of the endless member, thereby moving the endless member from a first position connecting the lower ends of the front and rear sprockets. 2 to move the endless member to function as an endless track.
When a travel failure occurs during wheel travel, the endless member functions as an endless track, and travel continues.
本発明によれば、走行障害を起こした場合に、無端状部材を無限軌道として機能させ、それ以外は車輪を用いて走行させることができるので、無端状部材を傷めることを抑え、騒音も抑えることができ、走行寿命を延ばすことができる。 According to the present invention, when a running failure occurs, the endless member can function as an endless track, and other than that, the endless member can be driven using wheels, so that the endless member is prevented from being damaged and noise is also suppressed. Can extend the service life.
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
〔第1実施形態〕
図1は第1実施形態における走行装置を示す側面図であり、図2は第1実施形態における走行装置を示す平面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a side view showing a traveling device in the first embodiment, and FIG. 2 is a plan view showing the traveling device in the first embodiment.
図に示されるように、走行装置10は、車台11と4つの車輪12を具備している。本実施形態では、4つの車輪12のうちの、左右一対の前輪12−1と、左右一対の後輪12−2とを備える。車台11の内部には図示しないが、バッテリが収容されている。
As shown in the figure, the
左右の前輪用軸15−1は、それぞれ、その一端が左右の前輪12−1に接続され、その他端が駆動輪である左右の前輪用スプロケット16−1とトランスミッション14に接続されている。前輪12−1と前輪用軸15−1と前輪用スプロケット16−1は一体的に構成されて動作する。左右のトランスミッション14は、それぞれ、左右の電動モータ13に接続されている。左右の電動モータ13は、後述の走行制御部31(図4を参照)により制御される。
Each of the left and right front wheel shafts 15-1 has one end connected to the left and right front wheels 12-1, and the other end connected to the left and right front wheel sprockets 16-1 and the
左右の後輪用軸15−2は、それぞれ、その一端が左右の後輪12−2に接続され、その他端が遊動輪である左右の後輪用スプロケット16−2と軸受18に接続されている。後輪12−2と後輪用軸15−2と後輪用スプロケット16−2は一体的に構成されて動作する。
Each of the left and right rear wheel shafts 15-2 has one end connected to the left and right rear wheels 12-2 and the other end connected to the left and right rear wheel sprockets 16-2 and the
前輪用スプロケット16−1と後輪用スプロケット16−2との外周には、無端状部材であるベルト17が懸架され、前輪12−1と後輪12−2とはベルト17により連結されている。ベルト17は、スプロケット16に接する内面に一定間隔で突起部が形成され、スプロケット16と歯合する構造である。
A
前輪12−1は、電動モータ13の動力をトランスミッション14を介して受けて、その動力に基づいて、前輪用軸15−1及び前輪用スプロケット16−1と共に回転する。後輪12−2は、前輪12−1の回転運動をベルト17により受けて、その回転運動に基づいて、後輪用軸15−2及び左側の後輪用スプロケット16−2と共に回転する。
The front wheel 12-1 receives the power of the
トランスミッション14は、例えば、クラッチ、ギアボックスを含んでいる。ギアボックスは、その一端が電動モータ13に接続された軸と、その軸の外周に設けられた歯車(図示しない)などからなり、動力源(電動モータ13)の動力をトルクや回転数、回転方向を変えて伝達する。そのため、トランスミッション14と前輪用軸15−1と後輪用軸15−2と前輪用スプロケット16−1と後輪用スプロケット16−2とベルト17とは、動力伝達部材として構成される。
The
左右の電動モータ13は、それぞれ左右の動力伝達部材に動力を伝達することにより、4つの車輪12を駆動させて車台11の走行や停止を行う。
The left and right
ここで、動力伝達部材として、トランスミッション14を含まなくてもよい。この場合、電動モータ13と左右の前輪用軸15−1とを歯車(固定比)で結合し、電動モータ13の回転数と回転方向を制御する。
Here, the
左右のプーリ21−1は、前輪12−1の近傍に配置され、プーリ21−1を上下に移動する左右のアクチュエータ22−1に接続されている。左右のプーリ21−2は、後輪12−2の近傍に配置され、プーリ21−2を上下に移動する左右のアクチュエータ(移動手段)22−2にそれぞれ接続されている。アクチュエータ22−1,22−2は、油圧や電気的な駆動でプーリ21を移動させる。プーリ21−1,21−2は、ベルト17の上辺と下辺に内接し、ベルト17の位置を変えることができる。
The left and right pulleys 21-1 are arranged in the vicinity of the front wheel 12-1 and are connected to left and right actuators 22-1 that move the pulley 21-1 up and down. The left and right pulleys 21-2 are disposed in the vicinity of the rear wheel 12-2, and are connected to left and right actuators (moving means) 22-2 that move the pulley 21-2 up and down. The actuators 22-1 and 22-2 move the
ベルト17の位置は、ベルト17の下辺の位置とする。
図1に示すように、ベルト17の第1の位置26は、前後両方のスプロケット16−1とスプロケット16−2の下端を結ぶ位置であり、車台11の底面よりも上方にあって、ベルト17が車台11内に収容される。このときプーリ21−1,21−2は、アクチュエータ22−1,22−2によりベルト17の上辺に内接する位置に移動して、懸架されているベルト17の上辺を鉛直上方に押し上げ、ベルト17の下辺を第1の位置26に保持する。
The position of the
As shown in FIG. 1, the
ベルト17の第2の位置27は、図3に示すように、第1の位置26よりも下方で、さらに車台11の底面より下方にあって、ベルト17の一部が車台11より下方に突出する。このときプーリ21−1,21−2は、アクチュエータ22−1,22−2によりベルト17の下辺に内接する位置に移動して、ベルト17の下辺を鉛直下方に押し下げる。
As shown in FIG. 3, the
こうして、ベルト17が第1の位置26にあるときには、ベルト17は車台11内に収容され、第2の位置27にあるときには、ベルト17が車台底面の下方に押し出される。第1の位置26にあるときは、ベルト17が車台11内に収容されることから、走行装置10は車輪12で駆動されてベルト17は走行に関わらないので、ベルト17の汚れが防止でき、人や物が巻き込まれるのを防止でき、安全性が確保できる。第2の位置27にあるときは、ベルト17が地面や障害物に当接した場合において走行を補助することができる。たとえば車輪12が埋まった場合や、前後の車輪12間に突起部があって4輪すべてが宙に浮いた場合であっても地面に当接するベルト17の駆動によって車台11をその突起部から開放することができる。
Thus, when the
図4は、走行装置10を示すブロック図であり、巡回走行に必要な機能ブロックを記載している。
図4に示されるように、走行装置10の機能ブロックは、走行制御部31、記憶部32、電動モータ13、アクチュエータ22、GPS受信部35、センサ部36、である。
FIG. 4 is a block diagram showing the traveling
As illustrated in FIG. 4, the functional blocks of the traveling
走行制御部31は、CPU(Central Processing Unit)からなり、走行動作を行うため各部を制御する。特に、電動モータ13を制御することで走行を制御し、アクチュエータ22を制御することで、プーリ21の移動を制御し、ベルト17の位置を変更して無限軌道として機能させることを可能とする。
The traveling
記憶部32は、RAMやROMなどのメモリやHDDなどの大容量記憶装置からなるものであり、コンピュータプログラムや各種データが格納されている。走行制御部31であるCPUは、このコンピュータプログラムを記憶部32より読み込み、実行することにより、走行制御に関わる処理機能を実現することができる。処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリなどがある。また、プログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、そのプログラムを、サーバコンピュータからネットワークを介して他のコンピュータに転送することもできる。
The
GPS受信部35は、GPSより電波を受信して走行装置10の位置情報を取得する。
センサ部36は、走行装置10の走行状態や障害物などを検出するためのもので、様々のセンサを備える。たとえば、バンパ、傾斜センサ、加速度センサ、方位センサ、距離センサなどである。バンパは、前方に生じた外力を検出するためのセンサで、たとえば振動センサや加速度センサ等の衝撃センサを適用することができる。傾斜センサは、走行装置10の傾斜角度を検出する。方位センサは、たとえば地磁気を利用した地磁気センサなどであり、走行方向の方位を検出する。距離センサは、周知の光を利用したものや超音波を利用したもの等であり、対象物までの距離を測定する。
The
The
図5は、第1実施形態における走行装置が自律走行を行う場合のベルト位置切替処理を示すフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart illustrating a belt position switching process when the traveling device according to the first embodiment performs autonomous traveling.
走行装置10の走行制御部31は、ベルト17を第1の位置26にする(ステップS11)。アクチュエータ22により、プーリ21をベルト17の上辺に内接して押し上げさせ、ベルト17を第1の位置に保持する。図1に示すように、ベルト17は車台11の中に収容される。
The traveling
走行制御部31は、電動モータ13を駆動して四輪12により走行を行いながら(ステップS12)、センサ部36やGPS受信部35の検出結果により走行状態を判定する(ステップS13)。走行障害が起こっていると判定した場合、ベルト17を第2の位置に移動する(ステップS14)。アクチュエータ22により、プーリ21をベルト17の下辺に内接して押し下げさせ、ベルト17を第2の位置に保持する。
The traveling
走行制御部31は、ベルト17を第2の位置に保持しながら、電動モータ13を駆動して走行装置10を走行させる(ステップS15)。このとき、図3に示すように、ベルト17の一部は、車台11の底部から飛び出して、無限軌道として機能するようになっている。従って、ベルト17に障害物や地面などが当接すれば、ベルト17により走行装置10が走行する。
The
走行制御部31は、ベルト17が第2の位置になってから所定時間が経過したかを確認する(ステップS16)。所定時間内では、ベルト17を第2の位置で駆動する。所定時間を過ぎれば、走行制御部31は、走行障害を起こしていないかを確認する(ステップS17)。走行障害を起こしていなければ、ステップS11に戻り、ベルト17を第1の位置に戻して再び走行を行う。走行障害を起こしていれば、ベルト17を第2の位置に保持しても、走行できないので、走行装置を停止させる(ステップS18)。
このように、走行障害を起こして停止しない限り、予め設定したルートを走行し続ける。
The traveling
In this way, the vehicle continues to travel on a preset route unless it stops due to a travel failure.
こうして走行障害を起こした場合に、ベルト17を無限軌道として機能させ、それ以外は車輪を用いて走行させることができるので、ベルト17を傷めることを抑え、騒音も抑えることができ、必要な時だけベルト17を無限軌道として機能させることが出来て、走行寿命を延ばすことができる。
In this way, when a running failure occurs, the
なお、上記の処理は自律走行型の走行装置についてのものだったが、たとえばユーザのリモコン操作によって、ベルト17の位置を切替可能としてもよい。この場合は、走行制御部31がリモコンの指示信号を受けて、ベルト17の位置を変える動作を行う。
In addition, although said process was about the autonomous traveling type traveling apparatus, the position of the
〔第2実施形態〕
第2実施形態は、プーリの第2の位置を変更可能としたものである。
図6は、第2の実施形態における走行装置を示す側面図である。
[Second Embodiment]
In the second embodiment, the second position of the pulley can be changed.
FIG. 6 is a side view showing a traveling device according to the second embodiment.
たとえば、地面がアイスバーンのように車輪12の摩擦係数が小さく走行できない場合、第1実施形態のように、ベルト17の第2の位置27が、車輪12の下端に届かないと、走行障害は解消できない。そこで、図6に示すように、第2の位置27−2が車輪12下端と同一の高さとすると、車輪の摩擦係数が小さく走行できない場合であってもベルト17が地面に当接することで走行が可能となる。
For example, if the friction coefficient of the wheel 12 is small and the vehicle cannot travel because the ground surface is an ice burn, unless the
走行制御部31は、センサ部36による検出により、地面の状態や車輪の回転と移動状況を判定して、アクチュエータ22により駆動力が得られるまでプーリ21を押し下げる。なお、このときプーリ21の移動限界は設けておき、ベルト17の第2の位置に限界を設けておく。
The traveling
図7は、第2実施形態における走行装置が自律走行を行う場合のベルト位置切替処理を示すフローチャートである。 FIG. 7 is a flowchart illustrating a belt position switching process when the traveling device according to the second embodiment performs autonomous traveling.
走行装置10の走行制御部31は、ベルト17を第1の位置26にする(ステップS21)。アクチュエータ22により、プーリ21をベルト17の上辺に内接して押し上げさせ、ベルト17を第1の位置に保持し、図1に示すように、車台11の中にベルト17は収容される。
The traveling
走行制御部31は、電動モータ13を駆動して四輪12により走行を行いながら(ステップS22)、センサ部36やGPS受信部35の検出結果により走行状態を判定する(ステップS23)。走行障害が起こっていると判定した場合、ベルト17を第2の位置に移動する(ステップS24)。アクチュエータ22により、プーリ21をベルト17の下辺に内接して押し下げさせ、ベルト17を第2の位置27−1に保持する。
The traveling
走行制御部31は、ベルト17を第2の位置27−1に保持しながら、電動モータ13を駆動して走行装置10を走行させる(ステップS25)。このとき、図3に示すように、ベルト17の一部は、車台11の底面から飛び出す。
The
走行制御部31は、第2の位置27−1になってから所定時間が経過したかを確認する(ステップS26)。所定時間内では、ベルト17を第2の位置27−1で駆動する。所定時間を過ぎれば、走行制御部31は、走行障害を起こしていないかを確認する(ステップS27)。走行障害を起こしていなければ、ステップS21に戻り、ベルト17を第1の位置26に戻して再び走行を行う。走行障害を起こしていれば、現在のベルト17の位置が限界値であるかを確認する(ステップS28)。
The traveling
限界値でなければ、走行制御部31は、さらにベルト17を下降させてベルト17の第2の位置を変更する(ステップS29)。たとえば、図6に示すように、第2の位置27−2に変更する。図6では2段階に設定してあるが、多段階に設定して構わない。限界値であれば、走行装置10を停止させる(ステップS30)。
If it is not the limit value, the traveling
このようにして、走行状態に応じて第2の位置27を変更することで、ベルト17がグリップ力を補完して走行可能とすることができる。
In this way, by changing the
なお、上記の処理は自律走行型の走行装置についてのものだったが、たとえばユーザのリモコン操作等によって、ベルトの位置を様々に変更可能としてもよい。この場合は、走行制御部31がリモコンの指示信号を受けて、ベルト17の位置を所望の位置に変える動作を行う。
In addition, although said process was about the autonomous traveling type traveling apparatus, it is good also as changing the position of a belt variously, for example by a user's remote control operation etc. In this case, the traveling
〔第3実施形態〕
第3の実施形態は、車台11の進行方向前方にローラを取付け、その回転により障害物を検出して、ベルトを第1の位置から第2の位置を変更する。
図8は第3実施形態における走行装置を示す側面図であり、図9は第3実施形態における走行装置を示す平面図である。
[Third Embodiment]
In the third embodiment, a roller is attached to the front of the
FIG. 8 is a side view showing the traveling device in the third embodiment, and FIG. 9 is a plan view showing the traveling device in the third embodiment.
車台11前方には車台匡体より突出して直径15cmの回転自在な円柱状のローラ51が設けられる。車台底面より高い障害物53があった場合、最初にローラ51が障害物53に当接して、車台11の駆動力により回転する。この回転をセンサ部36において検出することで、走行制御部31は、前方に障害物53があることを判定できる。
A rotatable
さらに走行装置10が前方に進んで、障害物53を乗り越えて車台部底面が障害物53に当接する。このとき、GPS受信部35とセンサ部36の検出結果から、走行障害が起こっていることが判定できるので、無端状部材であるベルト17を第2の位置になるように、アクチュエータ22によりプーリ21をベルト17の下辺に内接させて押し上げる。ここで車台11の底面よりベルト17面が突出することから、障害物53によって4輪がすべて浮き上がってもベルト17の駆動によって車台11を押し出すことができる。なお、ベルト17の位置はローラ51の回転をエンコーダー等で読み取り、アクチュエータ22でプーリ21の位置を変えることで実現できる。
Further, the traveling
第3実施形態ではローラが前方方向に設けられていたが、後方に設けられていてもよい。進行方向が前方とは限らず、バックする場合も考えられるからである。 In 3rd Embodiment, although the roller was provided in the front direction, you may provide in back. This is because the traveling direction is not limited to the forward direction, and it may be possible to go back.
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等された発明も含まれる。 As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to these embodiments, and the invention may be changed in design without departing from the gist of the present invention. Is also included.
10 :走行装置
11 :車台
12 :車輪
12−1 :前輪
12−2 :後輪
13 :電動モータ
14 :トランスミッション
16 :スプロケット
16−1 :前輪用スプロケット
16−2 :後輪用スプロケット
17 :ベルト(無端状部材)
21 :プーリ
22 :アクチュエータ(移動手段)
26 :第1の位置
27 :第2の位置
27−1 :第2の位置
27−2 :第2の位置
31 :走行制御部
51 :ローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Traveling apparatus 11: Chassis 12: Wheel 12-1: Front wheel 12-2: Rear wheel 13: Electric motor 14: Transmission 16: Sprocket 16-1: Front wheel sprocket 16-2: Rear wheel sprocket 17: Belt ( Endless member)
21: Pulley 22: Actuator (moving means)
26: 1st position 27: 2nd position 27-1: 2nd position 27-2: 2nd position 31: Traveling control part 51: Roller
Claims (5)
前記車輪に一体的に設けられ、前記車輪より径が小さいスプロケットと、
前後の前記スプロケットに懸架された無端状部材と、
前記無端状部材の内周面に当接して前記無端状部材の位置を変えることができるプーリと、
前記プーリを移動する移動手段と、
を備え、
前記移動手段は、前記プーリを下方に移動して前記無端状部材の下辺に内接させることにより、前記無端状部材を、前後の前記スプロケットの下端を結ぶ第1の位置から、更に下方の第2の位置に移動させ、前記無端状部材を無限軌道として機能させることを特徴とする走行装置の駆動機構。 A pair of left and right wheels attached to the front and rear of the chassis,
A sprocket provided integrally with the wheel and having a smaller diameter than the wheel;
Endless members suspended on the front and rear sprockets;
A pulley capable of changing the position of the endless member in contact with the inner peripheral surface of the endless member;
Moving means for moving the pulley;
With
The moving means moves the pulley downward so as to be inscribed in the lower side of the endless member, thereby moving the endless member from a first position connecting the lower ends of the front and rear sprockets. 2. A drive mechanism for a traveling apparatus, wherein the drive mechanism is moved to a position of 2 so that the endless member functions as an endless track.
前記第2の位置は、前記車台の底面より下にあることを特徴とする請求項1に記載の走行装置の駆動機構。 The first position is above a bottom surface of the chassis;
The drive mechanism for a travel device according to claim 1, wherein the second position is below a bottom surface of the chassis.
前記ローラが回転した場合、前記移動手段が、前記プーリを移動させて前記無端状部材を前記第2の位置に移動することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の走行装置の駆動機構。 Protruding rollers that can rotate in the traveling direction of the chassis,
5. The travel according to claim 1, wherein, when the roller rotates, the moving means moves the pulley to move the endless member to the second position. 6. The drive mechanism of the device.
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