JP2018188064A - Omnidirectional mobile vehicle - Google Patents

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Hitoshi Kitano
斉 北野
飯村　彰浩
Akihiro Iimura
彰浩 飯村
隆 内藤
Takashi Naito
隆 内藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an omnidirectional mobile vehicle that reduces disturbance torque, acting on a steering shaft due to operation of a drive actuator, as much as possible and can precisely control a steering angle of the steering shaft.SOLUTION: Plural active casters 5 are mounted on a vehicle body. Each of the active casters includes: a steering shaft vertically arranged; an attachment portion holding the steering shaft on the vehicle body 2 so that the steering shaft is rotatable; a support member configured to apply a steering angle in accordance with the rotation of the steering shaft; a driving wheel 4 provided as a caster to the steering shaft and configured to travel on a floor surface; a steering actuator and a drive actuator fixed to the attachment portion; and transmission means configured to transmit rotation torque from the drive actuator to the driving wheel. The plural active casters include a first active caster 5A and a second active caster 5B that have a mirror symmetric structure with respect to a vertical axis.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、車両本体の方向を変えることなく、床面上を任意の方向へ移動することが可能であると共に、そのままの位置で旋回運動をすることが可能な全方向移動車両に関する。   The present invention relates to an omnidirectional vehicle capable of moving in an arbitrary direction on a floor surface without changing the direction of the vehicle body and capable of turning at the same position.

床面上を全方向に移動可能な全方向移動車両のうち、所謂ホロノミックである車両は、動作方向に制限がないため、車両の任意の姿勢、任意の位置から即座に全方向への移動、旋回が開始可能である。車両の進行方向への移動速度、横方向への移動速度、及び車両の鉛直軸周りの角速度の３自由度を同時に且つ独立に制御できることから、動作計画が柔軟で扱い易く、操縦が容易なインターフェースを提供できるといった利点がある。   Among the omnidirectional vehicles that can move in all directions on the floor, the so-called holonomic vehicle has no restriction on the direction of movement, so it can immediately move in any direction from any position, any position of the vehicle, The turn can be started. Since the three degrees of freedom of the moving speed in the traveling direction of the vehicle, the moving speed in the lateral direction, and the angular velocity around the vertical axis of the vehicle can be controlled simultaneously and independently, the operation plan is flexible, easy to handle, and easy to control There is an advantage that can be provided.

このホロノミックである全方向移動車両の一例としては、特許文献１に開示されるアクティブキャスタを備えた全方向移動車両が知られている。前記アクティブキャスタは、車両本体に対して鉛直軸周りに回転自在に保持された操舵軸と、この操舵軸に固定された支持部材に対して車軸が回転自在に保持された駆動輪とを有しており、前記操舵軸及び車軸の双方をアクチュエータにて独立に駆動することが可能である。また、前記車軸は前記操舵軸の回転軸心から前記駆動輪の転がり方向へ所定距離だけ離間した位置に配置されており、前記駆動輪は前記操舵軸に対して所謂キャスタの形態で配置されている。このようなアクティブキャスタを車両本体に対して２輪以上備えることで、前記３自由度を独立して制御可能な全方向移動車が実現される。   As an example of this holonomic omnidirectional vehicle, an omnidirectional vehicle including an active caster disclosed in Patent Document 1 is known. The active caster includes a steering shaft that is rotatably held around a vertical axis with respect to a vehicle body, and a drive wheel that has an axle rotatably held with respect to a support member fixed to the steering shaft. Thus, both the steering shaft and the axle can be independently driven by an actuator. Further, the axle is disposed at a position separated from the rotational axis of the steering shaft by a predetermined distance in the rolling direction of the drive wheel, and the drive wheel is disposed in a so-called caster form with respect to the steering shaft. Yes. By providing two or more such active casters with respect to the vehicle body, an omnidirectional vehicle capable of independently controlling the three degrees of freedom is realized.

前記アクティブキャスタにおいては、前記駆動輪を保持する支持部材が前記操舵軸を中心にして360度以上回転可能であることから、前記駆動輪に回転を与える駆動用アクチュエータを前記支持部材上に設けた場合、前記車両本体から駆動用アクチュエータに対する配線構造が複雑なものになってしまうといった不利益がある。このため、特許文献１に示されるアクティブキャスタでは、操舵用アクチュエータ及び駆動用アクチュエータの双方を車両本体上に設け、前記駆動用アクチュエータの回転運動は歯車などの伝達機構を介して前記駆動輪に伝達されている。具体的には、前記操舵軸を中心としてその周囲に回転自在に歯車を設け、この歯車を含む伝達機構を経由して、前記車両本体に設けられた駆動用アクチュエータから前記支持部材に保持された駆動輪に回転トルクを伝達している。   In the active caster, since the support member that holds the drive wheel can rotate 360 degrees or more around the steering shaft, a drive actuator that rotates the drive wheel is provided on the support member. In this case, there is a disadvantage that the wiring structure from the vehicle body to the driving actuator becomes complicated. For this reason, in the active caster disclosed in Patent Document 1, both a steering actuator and a driving actuator are provided on the vehicle body, and the rotational motion of the driving actuator is transmitted to the driving wheel via a transmission mechanism such as a gear. Has been. Specifically, a gear is provided rotatably around the steering shaft, and is held by the support member from a driving actuator provided in the vehicle body via a transmission mechanism including the gear. Rotational torque is transmitted to the drive wheels.

特開２００１−１９９３５６JP 2001-199356 A

しかし、前述した従来のアクティブキャスタでは、前記駆動用アクチュエータで発生した回転トルクが前記操舵軸の周囲に配置された歯車を介して前記駆動輪に伝達されていることから、前記駆動用アクチュエータを駆動して駆動輪を回転させると、前記操舵軸が回転しているか否かにかかわらず、前記操舵軸に対して前記駆動輪に伝達するトルクの大きさに対応するトルクが作用してしまう現象が生じる。特に、前記駆動輪の加減速時や段差昇降時などには前記操舵軸に対して急激なトルクが作用し易い。この駆動用アクチュエータからのトルク外乱によって前記操舵軸の回転角速度に誤差が生じた場合には、車両の走行軌道に誤差が生まれる結果となる。   However, in the above-described conventional active caster, the rotational torque generated by the drive actuator is transmitted to the drive wheel via a gear disposed around the steering shaft, so that the drive actuator is driven. Then, when the driving wheel is rotated, a phenomenon that a torque corresponding to the magnitude of the torque transmitted to the driving wheel acts on the steering shaft regardless of whether the steering shaft is rotating or not. Arise. In particular, a sudden torque is likely to act on the steering shaft when the drive wheel is accelerated or decelerated or when a step is raised or lowered. When an error occurs in the rotational angular velocity of the steering shaft due to torque disturbance from the driving actuator, an error is generated in the traveling track of the vehicle.

このような駆動用アクチュエータの発生トルクに起因する車両の走行軌道のずれを防止するためには、前記操舵用アクチュエータが前記駆動用アクチュエータの発生トルクに対応したカウンタトルクを発生し、前記操舵軸に対して所謂保持力を常に作用させていることが必要である。   In order to prevent the deviation of the vehicle traveling track due to the torque generated by the driving actuator, the steering actuator generates a counter torque corresponding to the torque generated by the driving actuator, and is applied to the steering shaft. On the other hand, it is necessary that a so-called holding force is always applied.

しかし、前記操舵軸が回転していない場合でも当該操舵軸に対して保持力を働かせるためには、高価なサーボモータを使用する必要があり、また、車両の段差踏破能力を高めるために前記駆動用アクチュエータの発生トルクを大きく設定すれば、その分だけ前記操舵用アクチュエータの発生トルクも高める必要があり、小型且つ安価なアクティブキャスタを実現することが難しかった。   However, even when the steering shaft is not rotating, it is necessary to use an expensive servo motor in order to exert a holding force on the steering shaft, and the driving to increase the stepping ability of the vehicle. If the torque generated by the actuator is set large, it is necessary to increase the torque generated by the steering actuator accordingly, and it is difficult to realize a small and inexpensive active caster.

本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、前記駆動用アクチュエータの動作に起因して前記操舵軸に作用する外乱トルクを可及的に小さくし、小型且つ安価な操舵用アクチュエータを使用しても前記操舵軸の操舵角を精度よく制御することが可能な全方向移動車両を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to reduce the disturbance torque that acts on the steering shaft due to the operation of the driving actuator as much as possible. An object of the present invention is to provide an omnidirectional vehicle capable of accurately controlling the steering angle of the steering shaft even when an inexpensive steering actuator is used.

すなわち、本発明は、車両本体に対して複数基のアクティブキャスタが装着され、床面上で前記車両本体を全方向へ移動可能な全方向移動車両に関するものであり、前記アクティブキャスタは、鉛直方向に沿って配置される操舵軸と、前記車両本体に固定されると共に前記操舵軸を回転自在に保持する取付け部と、前記操舵軸に固定されると共に当該操舵軸の回転に応じ操舵角が与えられる支持部材と、前記操舵軸の回転中心から水平方向へ所定距離だけ離間した位置で前記支持部材に保持される水平方向に沿った車軸を有して前記床面を走行する駆動輪と、前記取り付け部に固定されると共に前記操舵軸を回転駆動する操舵用アクチュエータと、前記取り付け部に固定されると共に前記駆動輪を回転駆動する駆動用アクチュエータと、前記操舵軸に対して回転自在に保持された少なくとも一つの回転伝達部材を含み、鉛直軸周りの回転を水平軸周りの回転に変換し、前記駆動用アクチュエータから前記駆動輪に対して回転トルクを伝達する伝達手段と、を備えている。そして、前記複数基のアクティブキャスタは、鉛直軸に対して互いに鏡面対称の構造を有する第一のアクティブキャスタ及び第二のアクティブキャスタを含んでいる。   That is, the present invention relates to an omnidirectional vehicle in which a plurality of active casters are attached to a vehicle main body and the vehicle main body can be moved in all directions on a floor surface. A steering shaft disposed along the vehicle body, a mounting portion fixed to the vehicle body and rotatably holding the steering shaft, and a steering angle fixed to the steering shaft and giving a steering angle according to the rotation of the steering shaft. And a drive wheel that travels on the floor surface with an axle along the horizontal direction that is held by the support member at a position spaced apart from the rotation center of the steering shaft by a predetermined distance in the horizontal direction, A steering actuator fixed to the mounting portion and rotationally driving the steering shaft; a driving actuator fixed to the mounting portion and rotationally driving the driving wheel; and It includes at least one rotation transmission member that is rotatably held with respect to the rudder shaft, converts rotation around the vertical axis into rotation around the horizontal axis, and transmits rotational torque from the drive actuator to the drive wheels Transmitting means. The plurality of active casters include a first active caster and a second active caster having a mirror symmetry structure with respect to the vertical axis.

本発明によれば、前記車両本体に対して複数基のアクティブキャスタが装着され、これらアクティブキャスタは鉛直軸に対して互いに鏡面対称の構造を有する第一のアクティブキャスタ及び第二のアクティブキャスタを含んでいるので、前記駆動用アクチュエータの発生トルクに起因して前記操舵軸に作用する外乱トルクは、前記第一のアクティブキャスタと前記第二のアクティブキャスタで互いに逆方向となる。このため、前記第一のアクティブキャスタの操舵軸と前記第二のアクティブキャスタの操舵軸に作用する外乱トルクを互いに相殺することで、前記駆動用アクチュエータの動作に起因して前記操舵軸に作用する外乱トルクを可及的に小さくし、小型且つ安価な操舵用アクチュエータを使用しても前記操舵軸の操舵角を精度よく制御することが可能となる。   According to the present invention, a plurality of active casters are mounted on the vehicle body, and the active casters include a first active caster and a second active caster having a mirror-symmetrical structure with respect to a vertical axis. Therefore, the disturbance torque that acts on the steering shaft due to the torque generated by the driving actuator is in the opposite direction between the first active caster and the second active caster. Therefore, the disturbance torque acting on the steering shaft of the first active caster and the steering shaft of the second active caster cancel each other, thereby acting on the steering shaft due to the operation of the driving actuator. Even if a disturbance torque is made as small as possible and a small and inexpensive steering actuator is used, the steering angle of the steering shaft can be accurately controlled.

本発明を適用可能な全方向移動車両の一例を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows an example of the omnidirectional vehicle which can apply this invention. 本発明を適用可能な全方向移動車両の一例を示す概略側面図である。It is a schematic side view which shows an example of the omnidirectional vehicle which can apply this invention. 本発明を適用可能なアクティブキャスタの一例を示す正面図である。It is a front view which shows an example of the active caster which can apply this invention. 操舵軸に固定された支持部材を示す側面図である。It is a side view which shows the supporting member fixed to the steering shaft. 車両本体に対する第一のアクティブキャスタ及び第二のアクティブキャスタの配置を示す正面図である。It is a front view which shows arrangement | positioning of the 1st active caster with respect to a vehicle main body, and a 2nd active caster. 第一のアクティブキャスタ及び第二のアクティブキャスタの操舵軸に作用する外乱トルクを示す平面図である。It is a top view which shows the disturbance torque which acts on the steering shaft of a 1st active caster and a 2nd active caster.

以下、添付図面を用いながら本発明の全方向移動車両を詳細に説明する。   Hereinafter, an omnidirectional vehicle according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図１及び図２は本発明を適用した全方向移動車両の一例を示す概略図である。この全方向移動車両１は車両本体２に対して４基のキャスタが設けられており、これら４基のキャスタで床面３に対する車両本体２の自在な移動が可能となっている。４基のキャスタのうち、２基は回転トルクが伝達される駆動輪４を備えたアクティブキャスタ５であり、残りの2基は前記車両本体２から引っ張られて回転する従動キャスタ６である。ここで、キャスタとは、鉛直方向に沿って配置された回転自在な操舵軸を有して、車両本体２に対して車輪の進行方向を３６０度変更することが可能であると共に、前記車輪の車軸が前記操舵軸から所定距離だけ離間した車輪の支持構造を言う。   1 and 2 are schematic views showing an example of an omnidirectional vehicle to which the present invention is applied. The omnidirectional vehicle 1 is provided with four casters with respect to the vehicle main body 2, and the four main casters can freely move the vehicle main body 2 with respect to the floor surface 3. Of the four casters, two are active casters 5 having drive wheels 4 to which rotational torque is transmitted, and the remaining two are driven casters 6 that are pulled from the vehicle body 2 and rotate. Here, the caster has a rotatable steering shaft arranged along the vertical direction, can change the traveling direction of the wheel 360 degrees with respect to the vehicle body 2, and A wheel support structure in which an axle is separated from the steering shaft by a predetermined distance.

２基のアクティブキャスタ５は前記車両本体２の側面の前方（図２の紙面左方向）寄りに設けられており、２基の従動キャスタ６は前記車両本体２の後方で当該車両本体２と前記床面３との間に設けられている。この実施形態では、前記２基のアクティブキャスタ５は、前記駆動輪４の進行方向が前方に合致した状態で、それぞれの駆動輪４の車軸が同一軸心を構成するように前記車両本体２に対して配置されている。   The two active casters 5 are provided in front of the side surface of the vehicle main body 2 (leftward in FIG. 2), and the two driven casters 6 are connected to the vehicle main body 2 and the rear of the vehicle main body 2. It is provided between the floor 3. In this embodiment, the two active casters 5 are attached to the vehicle main body 2 so that the axles of the drive wheels 4 constitute the same axial center in a state in which the traveling direction of the drive wheels 4 coincides with the front. It is arranged against.

図３は前記アクティブキャスタ５の一例を示す正面図である。   FIG. 3 is a front view showing an example of the active caster 5.

前記アクティブキャスタ５は、前記車両本体２に固定される取付け部５０と、鉛直方向に沿って配置されると共に前記取付け部５０に対して回転自在に保持された操舵軸７と、前記操舵軸７の下端に固定されると共に前記駆動輪４の車軸４０を保持する支持部材５１とを備えている。前記駆動輪４の車軸４０は水平方向に合致しており、前記操舵軸７を回転させると、これに伴って前記支持部材５１が回転し、前記駆動輪４の進行方向が変化する。前記支持部材５１は前記操舵軸７を中心として３６０度回転することが可能である。   The active caster 5 includes a mounting portion 50 fixed to the vehicle body 2, a steering shaft 7 disposed along the vertical direction and rotatably held with respect to the mounting portion 50, and the steering shaft 7 And a support member 51 that holds the axle 40 of the drive wheel 4. The axle 40 of the drive wheel 4 coincides with the horizontal direction. When the steering shaft 7 is rotated, the support member 51 is rotated accordingly, and the traveling direction of the drive wheel 4 is changed. The support member 51 can rotate 360 degrees about the steering shaft 7.

前記取付け部５０には操舵用アクチュエータ８が固定されている。この操舵用アクチュエータ８の回転出力は歯車８０，８１を介して前記操舵軸７に伝達されており、当該操舵用アクチュエータ８の回転量を制御することによって前記操舵軸７の回転角度、ひいては前記駆動輪４の進行方向が制御されている。また、前記操舵軸７の上端には当該操舵軸７の回転角度を検出するエンコーダ１０が装着されており、当該エンコーダ１０の出力を参照して前記操舵用アクチュエータ８の回転を制御することが可能となっている。   A steering actuator 8 is fixed to the mounting portion 50. The rotation output of the steering actuator 8 is transmitted to the steering shaft 7 via gears 80 and 81, and the rotation angle of the steering shaft 7 and thus the drive are controlled by controlling the amount of rotation of the steering actuator 8. The traveling direction of the wheel 4 is controlled. An encoder 10 for detecting the rotation angle of the steering shaft 7 is attached to the upper end of the steering shaft 7, and the rotation of the steering actuator 8 can be controlled with reference to the output of the encoder 10. It has become.

一方、前記取付け部５０には駆動用アクチュエータ９も固定されている。この駆動用アクチュエータ９の回転出力は複数の歯車を含む伝達手段１１によって前記支持部材５１に保持された前記駆動輪４に伝達される。前記駆動輪４を保持した前記支持部材５１は前記取付け部５０に対して３６０度回転することが可能なので、前記駆動用アクチュエータ９を前記支持部材５１ではなく、前記取付け部５０に固定することによって、当該駆動用アクチュエータ９に対する配線が容易なものとなっている。   On the other hand, the driving actuator 9 is also fixed to the mounting portion 50. The rotational output of the drive actuator 9 is transmitted to the drive wheel 4 held by the support member 51 by the transmission means 11 including a plurality of gears. Since the support member 51 holding the drive wheel 4 can be rotated 360 degrees with respect to the attachment portion 50, the drive actuator 9 is fixed to the attachment portion 50 instead of the support member 51. Wiring to the driving actuator 9 is easy.

前記駆動輪４は前記操舵軸７を回転軸とする支持部材５１に保持されており、当該駆動輪４の車軸４０はその軸方向が水平方向に合致している。前記駆動用アクチュエータ９の駆動軸は鉛直方向に合致しているので、前記伝達手段１１は鉛直軸周りの回転を水平軸周りの回転に変換して、前記駆動用アクチュエータ９から前記駆動輪４に回転トルクを伝達している。   The drive wheel 4 is held by a support member 51 having the steering shaft 7 as a rotation axis, and the axial direction of the axle 40 of the drive wheel 4 matches the horizontal direction. Since the drive shaft of the drive actuator 9 is aligned with the vertical direction, the transmission means 11 converts the rotation around the vertical axis into the rotation around the horizontal axis, so that the drive actuator 9 moves to the drive wheel 4. Rotating torque is transmitted.

前記伝達手段１１は前記操舵軸７を中心として当該操舵軸７に対して回転自在なセンター歯車１２を含み、前記駆動用アクチュエータ９の駆動軸に固定された出力歯車１３は前記センター歯車１２に噛み合っている。前記センター歯車１２は前記操舵軸７を中心として回転し、その回転は鉛直方向に沿って前記支持部材５１に保持された第二駆動軸１４へ伝達される。前記支持部材５１には前記駆動輪４の車軸４０と平行に第三駆動軸１５が設けられており、前記第二駆動軸１４の回転は傘歯車を介して前記第三駆動軸１５に伝達される。これにより、鉛直軸周りの回転が水平軸周りの回転に変換される。   The transmission means 11 includes a center gear 12 that is rotatable with respect to the steering shaft 7 around the steering shaft 7, and an output gear 13 fixed to the drive shaft of the driving actuator 9 meshes with the center gear 12. ing. The center gear 12 rotates about the steering shaft 7, and the rotation is transmitted to the second drive shaft 14 held by the support member 51 along the vertical direction. The support member 51 is provided with a third drive shaft 15 parallel to the axle 40 of the drive wheel 4, and the rotation of the second drive shaft 14 is transmitted to the third drive shaft 15 via a bevel gear. The Thereby, the rotation around the vertical axis is converted into the rotation around the horizontal axis.

前記第三駆動軸１５と前記車軸４０にはプーリ１６，１７を介してタイミングベルト１８が架け回されており、前記第三駆動軸１５の回転が前記車軸４０に伝達される。これにより、前記駆動用アクチュエータ９が回転すると、前記支持部材５１に保持された駆動輪４が回転する。   A timing belt 18 is wound around the third drive shaft 15 and the axle 40 via pulleys 16 and 17, and the rotation of the third drive shaft 15 is transmitted to the axle 40. As a result, when the driving actuator 9 rotates, the driving wheel 4 held by the support member 51 rotates.

図３を用いて説明したアクティブキャスタ５の実施形態では、前記センター歯車１２が本発明の回転伝達部材に相当する。前記回転伝達部材としては、前記操舵軸７に対して回転自在に保持されており、且つ、前記駆動用アクチュエータ９の発生する回転トルクを前記駆動輪４へ伝達する経路を構成するものであれば、歯車に限定されるものではない。例えば、前記操舵軸７を中心として回転自在に保持されたプーリを設け、このプーリにタイミングベルトを駆けまわして回転トルクの伝達を行ってもよい。また、磁気カップリングを用いて、二本の回転軸の間で回転トルクを伝達するように構成してもよい。   In the embodiment of the active caster 5 described with reference to FIG. 3, the center gear 12 corresponds to the rotation transmission member of the present invention. As the rotation transmitting member, the rotation transmitting member is rotatably held with respect to the steering shaft 7 and constitutes a path for transmitting the rotational torque generated by the driving actuator 9 to the driving wheel 4. It is not limited to gears. For example, a pulley that is rotatably held around the steering shaft 7 may be provided, and rotational torque may be transmitted by running a timing belt around the pulley. Moreover, you may comprise so that a rotational torque may be transmitted between two rotating shafts using a magnetic coupling.

図４に示すように、前記支持部材５１は、前記操舵軸７に固定された本体部材５１ａと、前記駆動輪４の車軸４０を保持すると共に前記本体部材５１ａに対して揺動自在な可動アーム部５１ｂと、から構成されている。前記可動アーム部５１ｂはピン５２によって前記本体部材５１ａと結合されており、当該ピン５２を中心として揺動自在に設けられている。また、前記本体部材５１ａと前記可動アーム部５１ｂの間には弾性部材５３が設けられており、当該弾性部材５３は前記可動アーム５１ｂに保持された前記駆動輪４を床面３に対して付勢している。すなわち、前記本体部材５１ａ、前記可動アーム部５１ｂ及び弾性部材５３は、前記駆動輪４のサスペンション機構を構成している。   As shown in FIG. 4, the support member 51 is a movable arm that holds a main body member 51a fixed to the steering shaft 7 and an axle 40 of the drive wheel 4 and is swingable with respect to the main body member 51a. Part 51b. The movable arm portion 51 b is coupled to the main body member 51 a by a pin 52 and is provided so as to be swingable about the pin 52. Further, an elastic member 53 is provided between the main body member 51a and the movable arm portion 51b, and the elastic member 53 attaches the driving wheel 4 held by the movable arm 51b to the floor surface 3. It is fast. That is, the main body member 51 a, the movable arm portion 51 b, and the elastic member 53 constitute a suspension mechanism of the drive wheel 4.

前記駆動輪４へ回転トルクを伝達する前記伝達手段１１のうち、前記第二駆動軸１４及び第三駆動軸１５は前記本体部材５１ａに設けられる一方、前記駆動輪４の車軸４０は前記可動アーム部５１ｂに設けられている。前記第三駆動軸１５から前記車軸４０への回転トルクの伝達は前述のようにタイミングベルト１８によって行われており、例えば床面３の段差を乗り越えるために前記可動アーム部５１ｂが前記本体部材５１ａに対して揺れ動いたとしても、車軸４０への回転トルクの伝達が確実に行われるようになっている。   Of the transmission means 11 that transmits rotational torque to the drive wheels 4, the second drive shaft 14 and the third drive shaft 15 are provided on the body member 51a, while the axle 40 of the drive wheels 4 is the movable arm. It is provided in the part 51b. Transmission of the rotational torque from the third drive shaft 15 to the axle 40 is performed by the timing belt 18 as described above. Even if it sways, the rotation torque is reliably transmitted to the axle 40.

また、図４から把握されるように、前記駆動輪４の車軸４０は前記操舵軸７の回転中心に対して水平方向へ距離ｄだけ離間した位置に配置されており、当該駆動輪４は前記操舵軸７に対して所謂キャスタの形態で設けられている。   Further, as can be seen from FIG. 4, the axle 40 of the drive wheel 4 is disposed at a position separated by a distance d in the horizontal direction with respect to the rotation center of the steering shaft 7, and the drive wheel 4 is The steering shaft 7 is provided in the form of a so-called caster.

前記車両本体２に装着された2基のアクティブキャスタ５は同一の構造を有するものではなく、図５に示すように、鉛直軸に対して互いに鏡面対称の構造を有している。すなわち、前記車両本体２の一方の側面に設けられた第一のアクティブキャスタ５Ａと他方の側面に設けられた第二のアクティブキャスタ５Ｂを比較した場合、前記操舵用アクチュエータ８の回転トルクを前記操舵軸７に伝達する歯車の配置、前記駆動用アクチュエータ９の回転トルクを前記駆動輪４に伝える伝達手段１１の歯車１２，１３の位置関係が、鉛直軸に対して互いに鏡面対称、より具体的には前記車両本体２を挟んで鏡面対称の構造を有している。従って、前記第一アクティブキャスタ５Ａ及び前記第二アクティブキャスタ５Ｂにおいて、これらの駆動輪４を同一方向へ進行させる場合、前記駆動用アクチュエータ９の回転方向は互いに逆向きとなり、前記伝達手段１１を構成する各歯車の回転方向は互いに逆向きとなる。   The two active casters 5 mounted on the vehicle main body 2 do not have the same structure, but have mirror-symmetrical structures with respect to the vertical axis as shown in FIG. That is, when the first active caster 5A provided on one side surface of the vehicle body 2 is compared with the second active caster 5B provided on the other side surface, the rotational torque of the steering actuator 8 is controlled by the steering. The arrangement of the gears that transmit to the shaft 7 and the positional relationship between the gears 12 and 13 of the transmission means 11 that transmits the rotational torque of the driving actuator 9 to the driving wheel 4 are mirror-symmetric with respect to the vertical axis, more specifically. Has a mirror-symmetric structure across the vehicle body 2. Accordingly, in the first active caster 5A and the second active caster 5B, when these drive wheels 4 are advanced in the same direction, the rotation directions of the drive actuator 9 are opposite to each other, and the transmission means 11 is configured. The rotation directions of the gears are opposite to each other.

このように構成された全方向移動車両１では、前記第一のアクティブキャスタ５Ａ及び第二のアクティブキャスタ５Ｂの操舵用アクチュエータ８及び駆動用アクチュエータ９を協調制御することにより、前記車両本体２を任意の方向へ任意に速度で移動させることが可能となる。   In the omnidirectional vehicle 1 configured as described above, the vehicle body 2 can be arbitrarily controlled by cooperatively controlling the steering actuator 8 and the drive actuator 9 of the first active caster 5A and the second active caster 5B. It is possible to move in any direction at any speed.

このとき、各アクティブキャスタ５Ａ，５Ｂでは、前記駆動用アクチュエータ９の駆動軸が回転して、当該駆動軸に固定された出力歯車１３が前記センター歯車１２に回転トルクを伝達すると、その反力が前記センター歯車１２の周方向に沿って前記出力歯車１３に作用する。すなわち、前記駆動用アクチュエータ９によって前記駆動輪４を回転駆動すると、前記駆動用アクチュエータ９を固定した取付け部５０と前記操舵軸７との間に回転トルクが作用し、前記操舵用アクチュエータ８の動作と関係なく前記操舵軸７に回転が生じてしまうことになる。すなわち、駆動輪４の回転に起因して各アクティブキャスタの操舵軸７に意図しない回転トルク（以下、「外乱トルク」という）が作用してしまう。この外乱トルクの大きさは前記駆動用アクチュエータ９が発生する回転トルクの大きさに相応する。   At this time, in each of the active casters 5A and 5B, when the drive shaft of the drive actuator 9 rotates and the output gear 13 fixed to the drive shaft transmits the rotational torque to the center gear 12, the reaction force is generated. It acts on the output gear 13 along the circumferential direction of the center gear 12. That is, when the driving wheel 4 is rotationally driven by the driving actuator 9, rotational torque acts between the steering shaft 7 and the mounting portion 50 to which the driving actuator 9 is fixed, and the operation of the steering actuator 8. Regardless of the rotation, the steering shaft 7 is rotated. That is, unintended rotational torque (hereinafter referred to as “disturbance torque”) acts on the steering shaft 7 of each active caster due to the rotation of the drive wheels 4. The magnitude of the disturbance torque corresponds to the magnitude of the rotational torque generated by the driving actuator 9.

しかし、本発明の全方向移動車両１では、前述のように、第一のアクティブキャスタ５Ａと第二のアクティブキャスタ５Ｂは鉛直軸に対して互いに鏡面対称の構造を有しているので、図６中に矢線で示すように、第一のアクティブキャスタ５Ａの操舵軸７に作用する外乱トルク（矢線Ｘ）と第二のアクティブキャスタ５Ｂの操舵軸７に作用する外乱トルク（矢線Ｙ）は互いに逆向きとなる。   However, in the omnidirectional vehicle 1 of the present invention, as described above, the first active caster 5A and the second active caster 5B have mirror-symmetric structures with respect to the vertical axis. As indicated by the arrow in the figure, the disturbance torque (arrow X) acting on the steering shaft 7 of the first active caster 5A and the disturbance torque (arrow Y) acting on the steering shaft 7 of the second active caster 5B. Are opposite to each other.

例えば、全方向移動車両１を一直線に移動させる場合を想定すると、第一のアクティブキャスタ５Ａの駆動輪４と第二のアクティブキャスタ５Ｂの駆動輪４の回転を同じように加減速するのであれば、第一のアクティブキャスタ５Ａの操舵軸７に作用する外乱トルクと第二のアクティブキャスタ５Ｂの操舵軸７に作用する外乱トルクは同程度の大きさで互いに逆向きに作用することになり、両者は互いに打ち消しあう結果となる。   For example, assuming that the omnidirectional vehicle 1 is moved in a straight line, if the rotation of the drive wheels 4 of the first active caster 5A and the drive wheels 4 of the second active caster 5B is accelerated and decelerated in the same way, The disturbance torque acting on the steering shaft 7 of the first active caster 5A and the disturbance torque acting on the steering shaft 7 of the second active caster 5B are of the same magnitude and act in opposite directions. Result in mutual cancellation.

また、全方向移動車両１に曲線運動を行わせる場合、第一のアクティブキャスタ５Ａの操舵軸７に作用する外乱トルクの大きさは第二のアクティブキャスタ５Ｂの操舵軸７に作用する外乱トルクの大きさと異なったものになるが、それであっても両者が互いに打ち消しあうことにより、操舵軸７に作用する外乱トルクを可及的に小さなものにすることが可能となる。   When the omnidirectional vehicle 1 is caused to perform a curved motion, the magnitude of the disturbance torque acting on the steering shaft 7 of the first active caster 5A is the magnitude of the disturbance torque acting on the steering shaft 7 of the second active caster 5B. Even if it is different, the disturbance torque acting on the steering shaft 7 can be made as small as possible by canceling each other out.

このため、本発明の全方向移動車両では、前記操舵用アクチュエータ８として大きな保持力を発揮可能な高価なサーボモータを使用する必要はなく、例えば、ブラシレスＤＣモータのような速度制御のみで回転駆動することが可能な安価なモータと電磁ブレーキを組み合わせて使用することが可能である。これにより、小型且つ安価な操舵用アクチュエータ８を使用しても前記操舵軸７の操舵角を精度よく制御することが可能となる。   For this reason, in the omnidirectional vehicle of the present invention, it is not necessary to use an expensive servo motor capable of exhibiting a large holding force as the steering actuator 8, and for example, it is rotationally driven only by speed control such as a brushless DC motor. It is possible to use an inexpensive motor and an electromagnetic brake in combination. As a result, even when a small and inexpensive steering actuator 8 is used, the steering angle of the steering shaft 7 can be accurately controlled.

尚、以上説明してきた実施形態では前記車両本体２に対して２基のアクティブキャスタ５を装着したが、これに限られるものではなく、３基以上のアクティブキャスタ５を前記車両本体２に装着してもよい。その場合、前記第一のアクティブキャスタ５Ａと前記第二のアクティブキャスタ５Ｂは同じ基数を装着するのが好ましい。   In the embodiment described above, two active casters 5 are mounted on the vehicle body 2. However, the present invention is not limited to this, and three or more active casters 5 are mounted on the vehicle body 2. May be. In that case, it is preferable that the first active caster 5A and the second active caster 5B have the same radix.

１…全方向移動車両、２…車両本体、４駆動輪、５…アクティブキャスタ、７…操舵軸、８…操舵用アクチュエータ、９…駆動用アクチュエータ、４０…車軸、５０…取付け部、５１…支持部材、５Ａ…第一のアクティブキャスタ、５Ｂ…第二のアクティブキャスタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Omni-directional moving vehicle, 2 ... Vehicle main body, 4 drive wheel, 5 ... Active caster, 7 ... Steering shaft, 8 ... Steering actuator, 9 ... Driving actuator, 40 ... Axle, 50 ... Mounting part, 51 ... Support Member, 5A ... first active caster, 5B ... second active caster

Claims (2)

車両本体に対して複数基のアクティブキャスタが装着され、床面上で前記車両本体を全方向へ移動可能な全方向移動車両であって、
前記アクティブキャスタは、
鉛直方向に沿って配置される操舵軸と、
前記車両本体に固定されると共に前記操舵軸を回転自在に保持する取付け部と、
前記操舵軸に固定されると共に当該操舵軸の回転に応じ操舵角が与えられる支持部材と、
前記操舵軸の回転中心から水平方向へ所定距離だけ離間した位置で前記支持部材に保持される水平方向に沿った車軸を有して前記床面を走行する駆動輪と、
前記取り付け部に固定されると共に前記操舵軸を回転駆動する操舵用アクチュエータと、
前記取り付け部に固定されると共に前記駆動輪を回転駆動する駆動用アクチュエータと、
前記操舵軸に対して回転自在に保持された少なくとも一つの回転伝達部材を含み、鉛直軸周りの回転を水平軸周りの回転に変換し、前記駆動用アクチュエータから前記駆動輪に対して回転トルクを伝達する伝達手段と、
を備え、
前記複数基のアクティブキャスタは、鉛直軸に対して互いに鏡面対称の構造を有する第一のアクティブキャスタ及び第二のアクティブキャスタを含むことを特徴とする全方向移動車両。 A plurality of active casters are mounted on the vehicle body, and the vehicle body can move in all directions on the floor surface.
The active caster is
A steering shaft arranged along the vertical direction;
An attachment portion fixed to the vehicle body and rotatably holding the steering shaft;
A support member fixed to the steering shaft and provided with a steering angle according to the rotation of the steering shaft;
A drive wheel that travels on the floor surface having an axle along the horizontal direction that is held by the support member at a position spaced apart from the rotation center of the steering shaft by a predetermined distance in the horizontal direction;
A steering actuator that is fixed to the mounting portion and rotationally drives the steering shaft;
A driving actuator that is fixed to the mounting portion and rotationally drives the driving wheel;
Including at least one rotation transmitting member rotatably held with respect to the steering shaft, converting rotation about a vertical axis into rotation about a horizontal axis, and generating rotational torque from the drive actuator to the drive wheel A transmission means for transmitting;
With
The omnidirectional mobile vehicle, wherein the plurality of active casters include a first active caster and a second active caster having mirror-symmetric structures with respect to a vertical axis. 前記第一のアクティブキャスタ及び前記第二のアクティブキャスタは、前記操舵軸を回転させた際に、前記駆動輪の回転軸心が互いに一致する位置で前記車両本体に配置されていることを特徴とする請求項１記載の全方向移動車両。
The first active caster and the second active caster are arranged in the vehicle main body at a position where rotation axes of the drive wheels coincide with each other when the steering shaft is rotated. The omnidirectional vehicle according to claim 1.
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