JP2023038072A - Movable body - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、複数の車輪を有し多方位に移動可能な移動体に関する。 The present invention relates to a mobile body having a plurality of wheels and capable of moving in multiple directions.
従来、複数の車輪を有し、種々の目的に用いられる移動体の構成が提案されている。例えば、自律走行可能なロボットなどに、このような移動体の構成が利用される場合がある。 Conventionally, there have been proposed configurations of mobile bodies having a plurality of wheels and used for various purposes. For example, such a configuration of a moving body may be used for a robot that can travel autonomously.
全方向に移動可能となるように構成された移動体としては、例えば下記特許文献1に記載されているような、基台の下部に、支軸が往復運動可能に構成された移動部が複数設けられているものがある。
As the movable body configured to be movable in all directions, there are a plurality of moving parts in which a support shaft is configured to be able to reciprocate at the bottom of a base, as described in
下記特許文献2には、ディファレンシャルが必要ではなく車輪と運転室との同期ステアリングを直接的に実現できるようにすることを目的とした同期ステアリング車体の構成が記載されている。この同期ステアリング車体においては、歯車、又はチェーンとスプロケット等を用いて、複数の車輪と運転室とが連動するように構成されている。
なお、下記特許文献3には、車輪を支持するアームを用いて車輪の駆動機構を上下させて、段差を乗り越えるように構成された移動体の構成が記載されている。 Patent Document 3 below describes a moving body configured to climb over a step by vertically moving a wheel drive mechanism using an arm that supports the wheel.
特許文献1や特許文献2に記載されているような構造を有する移動体は、全方位に移動可能なものであるが、全体として構造が複雑なものとなっている。また、特許文献3に記載されているような車輪を利用した移動体は、車輪の向きに応じた所定の方向において移動可能なものであって、シャシの向きに対して多方向において移動可能なものではない。
A moving body having a structure as described in
この発明は、簡素な構成を用いて多方向において移動可能である移動体を提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a moving body that can move in multiple directions using a simple configuration.
本第一の発明の移動体は、シャシと、それぞれ、平面視においてシャシの周囲に周方向に並ぶようにして配置されており、支持部を介してシャシに対して支持されており、支持部に対して操舵軸周りに回転可能である、少なくとも3つの車輪と、車輪のそれぞれに対応するように設けられており、対応する車輪を車軸周りに回転させる少なくとも3つの駆動アクチュエータと、車輪を操舵するための操舵アクチュエータと、操舵アクチュエータの動作に応じて動く入力部材及び入力部材の動作に連動するように構成された出力部材を有する操舵機構と、車輪のそれぞれに対応して設けられており、対応する出力部材の動作に応じて対応する車輪を操舵軸周りに回転させる少なくとも3つの伝達機構とを備え、操舵アクチュエータの動作に応じて、各車輪が同期して操舵されるように構成されている、移動体である。 The moving body of the first aspect of the present invention is arranged along the chassis in a circumferential direction around the chassis in plan view, and is supported by the chassis via the support portion. at least three wheels rotatable about a steering axis relative to; at least three drive actuators associated with each of the wheels to rotate the corresponding wheels about their axles; a steering actuator for operating the steering mechanism; a steering mechanism having an input member that moves according to the operation of the steering actuator; and an output member configured to interlock with the operation of the input member; and at least three transmission mechanisms for rotating the corresponding wheels about the steering shaft according to the operation of the corresponding output members, and the wheels are synchronously steered according to the operations of the steering actuators. It is a moving object.
かかる構成により、簡素な構成により、多方向において移動可能にすることができる。 With such a configuration, it is possible to move in multiple directions with a simple configuration.
また、本第二の発明の移動体は、第一の発明に対して、平面視においてシャシの周囲に周方向に並ぶようにして配置されており、それぞれ、上下に回転可能であってシャシの外周面から外側に突出するようにシャシに対して支持されている、少なくとも3つのアームと、アームのそれぞれに対応するように設けられており、一のアームをシャシに対して回転させることが可能なアーム回転部とをさらに備え、支持部は、アームのそれぞれに設けられており、車輪は、シャシの外周面から外側に離れた位置において、アームによって支持されている、移動体である。 In contrast to the first invention, the moving bodies of the second invention are arranged in a circumferential direction around the chassis in a plan view, and are rotatable up and down, respectively. At least three arms supported on the chassis so as to protrude outward from the outer peripheral surface, and provided so as to correspond to each of the arms, and one arm can be rotated with respect to the chassis. and an arm rotating portion, the supporting portion is provided on each of the arms, and the wheel is a movable body supported by the arm at a position spaced outwardly from the outer peripheral surface of the chassis.
かかる構成により、多方向において段差を乗り越えて移動可能な移動体を簡素な構成により実現することができる。 With such a configuration, it is possible to realize a moving body that can move over steps in multiple directions with a simple configuration.
また、本第三の発明の移動体は、第一又は二の発明に対して、アームのそれぞれは、第一リンクと、第一リンクに略平行な第二リンクとを含み、支持部は、第一リンクと第二リンクとに、平行リンクを構成するように接続されている、移動体である。 In addition, in the moving body of the third invention, in contrast to the first or second invention, each of the arms includes a first link and a second link substantially parallel to the first link, and the support section comprises: A moving body connected to the first link and the second link so as to form a parallel link.
かかる構成により、多方向において段差を乗り越えて移動可能な移動体を簡素な構成により実現する With such a configuration, a mobile body that can move over steps in multiple directions is realized with a simple configuration.
また、本第四の発明の移動体は、第一から三のいずれかの発明に対して、操舵機構は、操舵アクチュエータの動作に応じて回転する入力軸と、入力軸の回転に応じて回転する車輪の数の出力軸とを有し、伝達機構のそれぞれは、対応する出力軸に応じて回転し、各出力軸のトルクを少なくとも3つの車輪のそれぞれを操舵軸周りに回転させるトルクとして伝達する、移動体である。 Further, in the moving body of the fourth invention, in contrast to any one of the first to third inventions, the steering mechanism comprises an input shaft that rotates according to the operation of the steering actuator and a rotation that rotates according to the rotation of the input shaft. each of the transmission mechanisms rotates according to the corresponding output shaft and transmits the torque of each output shaft as torque that rotates each of the at least three wheels about the steering axis. It is a mobile body that does.
かかる構成により、各車輪の操舵可能な範囲を広く確保することができる。 With such a configuration, it is possible to secure a wide steerable range for each wheel.
また、本第五の発明の移動体は、第一から四のいずれかの発明に対して、伝達機構は、等速ジョイントを有する、移動体である。 In addition, the moving body of the fifth invention is the moving body, in which the transmission mechanism has a constant velocity joint, in contrast to any one of the first to fourth inventions.
かかる構成により、各車輪の操舵をより確実に同期させて行うことができる。 With such a configuration, the steering of each wheel can be synchronously performed more reliably.
本発明によれば、移動体を、簡素な構成を用いて多方向において移動可能にすることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a mobile body can be made movable in multiple directions using a simple structure.
以下、移動体等の実施形態について図面を参照して説明する。なお、実施の形態において同じ符号を付した構成要素は同様の動作を行うので、再度の説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of a mobile body and the like will be described with reference to the drawings. It should be noted that, since components denoted by the same reference numerals in the embodiments perform similar operations, repetitive description may be omitted.
なお、以下において、移動体の構造についての説明の便宜上、移動体が水平面である路面に接地している状態を基準として方向を示す場合がある。すなわち、路面に垂直な方向を上下方向と称することがある。また、平面視において移動体の中央部(厳密に中央であることを意味しない)を通る方向を径方向と称することがある。移動体の中央部を中心とする円弧に沿う方向を周方向と称することがある。このように各方向を示すことは、あくまで説明の便宜のために行うものであって、本発明に係る移動体の使用時における向き、姿勢等を限定するものではない。 In the following description, for convenience of explanation of the structure of the moving body, directions may be indicated with reference to the state where the moving body is in contact with the road surface, which is a horizontal plane. That is, the direction perpendicular to the road surface is sometimes referred to as the vertical direction. Also, the direction passing through the center of the moving body (not strictly speaking the center) in plan view may be referred to as the radial direction. A direction along an arc centered at the center of the moving body is sometimes referred to as a circumferential direction. Indicating each direction in this way is only for the convenience of explanation, and does not limit the orientation, posture, etc., when using the moving body according to the present invention.
(実施の形態) (Embodiment)
本実施の形態において、移動体は、車輪が取り付けられている3組のアームがシャシの外周面から外側に突出するように設けられているものである。各車輪は、1つの操舵アクチュエータによって操舵機構が動作することにより、同期して操舵されるように構成されている。アームは、シャシに対して上下に回転可能に取り付けられており、また、平行リンクとなっているものであるが、これに限られない。以下、このように構成された移動体1について説明する。
In this embodiment, the moving body is provided so that three sets of arms to which wheels are attached protrude outward from the outer peripheral surface of the chassis. Each wheel is synchronously steered by the operation of a steering mechanism by one steering actuator. The arm is attached to the chassis so as to be rotatable up and down, and is a parallel link, but is not limited to this. The moving
図1は、本実施の形態の一例に係る移動体1の構成を示す斜視図である。図2は、同移動体1の平面図である。図3は、図2のA-A線断面図である。
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a moving
なお、以下の説明において、移動体1の細かな部分の構成の図示は省略されている。例えば、シャシ2のうち、車輪の懸架や操舵に係る部分以外の構造は、移動体1の用途などに応じて適宜設定されればよい。
In the following description, illustration of the detailed configuration of the moving
移動体1は、シャシ2と、3つのアーム11,21,31(以下、これらを区別せずにそれぞれをアーム10と総称することがある)と、3つの車輪51,52,53(以下、これらを区別せずにそれぞれを車輪50と総称することがある)と、3つの駆動アクチュエータ61と、アーム回転部71と、3つの補助輪81とを備える。また、移動体1は、1つの操舵アクチュエータ64と、操舵機構65と、伝達機構67とを備えている。
The moving
移動体1は、通常、略平坦な路面の上に配置され、路面上を移動可能である。移動体1は、例えば、シャシ2に搭載された、図示しない制御部(例えば、コンピュータや電気回路により構成されていればよい。)、周囲の状況を検知するセンサ部、及び各部の電源として用いられるバッテリー等を有している。移動体1は、例えば、所定のプログラムや、センサ部による検知結果や、外部から受信した指示等に基づいて行われる制御部の制御に基づいて、路面上を多方向に自律的に移動可能に構成されている。ここで、多方向に移動可能であるとは、シャシ2の向きを所定の方向に保ったままで前後左右、斜め方向など、様々な方向に移動可能であることをいう。なお、移動体1は自律移動可能なものに限られない。例えば予め設定されたプログラムやシーケンス等に基づいて種々のアクチュエータ等が機能するように構成されていることにより路面上を移動可能であってもよい。また、外部から各アクチュエータを動作させるための指示が送られることにより路面上を移動可能であってもよい。
The
シャシ2は、移動体1の本体であると言ってもよいし、移動体1のフレームであると言ってもよい。本実施の形態において、シャシ2は、言えば、平面視で多角形形状に構成されている。シャシ2は、平面視において、大まかに三角形といえる形状を有している。より具体的には、後述のように3つのアーム10が取り付けられる側面部同士が、大まかに60度の角度をなしている。なお、シャシ2は、部分的に又は全体的に丸みを帯びた形状を有していてもよい。
The
アーム10は、例えば、平面視において直線状をなすように配置されている構成要素である。アーム10は、通常時(例えば、水平面である路面上を移動する場合をいう)において略水平にシャシ2の径方向外側に伸びるようにして配置されている。平面視において、アーム11,21,31は、それぞれ、シャシ2の周囲に周方向に、時計回りの方向においてこの順に並ぶようにして、配置されている。本実施の形態において、3つのアーム10のそれぞれは、略同じ形状及び寸法を有するように構成されている。また、3つのアーム10のそれぞれは、平面視において他の2つのアーム10と略120度の角度をなすように配置されている。すなわち、平面視において、アーム11とアーム21とがなす角と、アーム21とアーム31とがなす角と、アーム31とアーム21とがなす角とは、いずれも略120度になるように構成されている。3つのアーム10は、上述のように平面視で大まかに三角形をなしているシャシ2の3つの側面部にそれぞれ配置されている。本実施の形態において、アーム10は、シャシ2の外周面から外側に突出するように、シャシ2に対して支持されている。すなわち、アーム10は、シャシ2の外周面から放射状に外側に向けて突出する方向すなわち径方向が長手方向となるように設けられている。なお、各アーム10の長さ、互いの位置関係、シャシ2から外側に向けて突出している方向などは、これに限られない。
The
ここで、本実施の形態において、アーム10は、第一リンク111と、第一リンク111の上に配置され、第一リンク111に略平行な第二リンク112と、車輪50を支持する支持部115とで構成されている。第一リンク111の先端部と第二リンク112の先端部は、支持部115に取り付けられており、等長な2つのリンク111,112を用いた平行リンク機構が構成されている。車輪50は、駆動アクチュエータ61と共に、支持部115を介してシャシ2に支持されているといえる。また、車輪50は、アーム10を介してシャシ2に支持されていると言ってもよい。車輪50は、略垂直な操舵軸63を中心に回転可能に、支持部115によって支持されている。なお、第一リンク111や第二リンク112のそれ自体をアームであると解釈することも可能である。
Here, in the present embodiment, the
また、本実施の形態において、各アーム10は、シャシ2に対して回転可能となるように、シャシ2に対して支持されている。ここでアーム10についてシャシ2に対して回転可能であるとは、2つのリンク111,112がそれぞれシャシ2についてアーム回転軸を中心に回転可能であることをいう。すなわち、第一リンク111は、アーム回転部71により、シャシ2に対してアーム回転軸を中心に回転可能になっている。また、第二リンク112は、シャシ2に対してアーム回転軸を中心に回転可能になっている。アーム回転部71の駆動力により、第一リンク111と第二リンク112とが共にそれぞれのアーム回転軸を中心にシャシ2に対して回転するように構成されている。
Moreover, in the present embodiment, each
本実施の形態において、各アーム回転軸は、平面視で各アーム10の径方向内側の端部近傍を通っている。各アーム回転軸は、略水平に配された軸である。各アームにおいて、2つのリンク111,112のそれぞれのアーム回転軸は、互いに平行である。2つのリンク111,112は、長手方向が略水平な状態からアーム回転軸を中心にシャシ2に対して上下に回転可能である。すなわち、アーム10は、各アーム回転軸から離れた部位が上下に変位するように、シャシ2に対して回転可能である。アーム10は揺動可能である、又はアーム10はスイング可能であると言ってもよい。
In the present embodiment, each arm rotation axis passes through the vicinity of the radially inner end of each
アーム10は平行リンクであるので、第一リンク111や第二リンク112がシャシ2に対して回転するのに伴って、支持部115が姿勢を保ったまま上限に変位するように構成されている。このようにアーム10が回転する前後で、車輪50の操舵軸63の角度は変化しない。したがって、仮にアーム10の回転角が通常時から大きくなっても、操舵軸63や操舵アクチュエータ64などに対する負荷が大きくなることを防止することができる。
Since the
ここで、本実施の形態においては、平面視において、3つのアーム10のそれぞれのアーム回転軸は、それぞれのアーム10の長手方向に対して略垂直である。それぞれのアーム回転軸は、平面視において他の2つのアーム10のアーム回転軸と略60度の角度をなすように配置されている。また、平面視において、3つのアーム10のそれぞれについてのアーム回転軸に対して垂直であって後述の車輪50を通る直線は、共通の一箇所を通過するように構成されている。なお、各アーム回転軸が共通の一箇所を通過するとは、大まかに解釈すればよく、2つのアーム10についての直線の交点同士が厳密には互いにずれているような状態を許容する表現である。3つのアーム10は、シャシ2の中央部分から見て放射状に、シャシ2から突出するようにして配置されている。
Here, in the present embodiment, the arm rotation axis of each of the three
なお、第一リンク111や第二リンク112は、湾曲していたり、平面視において板状やA字状に構成されているような部材であったりするなど、直線状ではない形状を有するものであってもよい。また、アーム10は、上述のような平行リンクを構成するものではなく、例えば梁状の部材であったり、湾曲していたり、平面視において板状やA字状に構成されているような部材であったりするような、大まかに一つの部材により構成されていてもよい。この場合、アーム10の先端部などにおいて支持部115が設けられており、支持部117により車輪50が、操舵軸63を中心に回転可能となるように支持されていればよい。
It should be noted that the
車輪50は、3つのアーム10のそれぞれにおいて、シャシ2の外周面から外側に離れた位置に設けられている。本実施の形態においては、3つのアーム10のそれぞれの径方向外側の端部(先端部)近傍に設けられている支持部115によって、車輪50が支持されている。
The
より具体的には、アーム11の先端部には車輪51が、アーム21の先端部には車輪52が、アーム31の先端部には車輪53が、それぞれ配置されている。移動体1の全体として、車輪51,52,53が、時計回りの方向においてこの順に並ぶように配置されている。各車輪50とシャシ2の中央部分との距離は、大まかに、略等しくなっている。換言すると、3つのアーム10のそれぞれにより支持されている車輪50は、平面視において、共通の一箇所を中心とする円周上にある。なお、車輪50の位置はこれに限られない。アーム10の長さやアーム10の数、シャシ2の形状に応じて変更されていてもよい。また、各アーム10について、1つの車輪50に加えて、それは異なる補助輪等の車輪が設けられていてもよい。
More specifically, a
駆動アクチュエータ61は、3つのアーム10のそれぞれの車輪50に対応するように設けられている。駆動アクチュエータ61は、対応する車輪50を、車軸を中心に回転させ、移動体1を移動させるように構成されている。例えば、制御部が各駆動アクチュエータ61の動作を制御することにより、移動体1が移動する。また、例えば、各駆動アクチュエータ61が、外部からの指示に応じて駆動することにより、移動体1が移動可能となっていてもよい。
The drive actuators 61 are provided so as to correspond to the
本実施の形態において、駆動アクチュエータ61は、例えば、種々のモータである。なお、駆動アクチュエータ61は、車輪50の回転数すなわち車軸の回転数を検知可能なエンコーダ等の検知手段を有しているものであってもよいし、ステッピングモータ等の回転角を制御可能なモータ等であってもよい。また、駆動アクチュエータ61は、駆動源となるモータと、モータのトルクを車軸に伝達する伝達機構(例えば、歯車等を用いたものなど)とを含んで構成されているものであってもよい。また、車輪50が自在回転可能となるようにクラッチを有するものであってもよい。
In this embodiment, the
アーム回転部71は、少なくとも3つのアーム10のそれぞれに対応するように設けられている。各アーム回転部71は、一のアーム10を、アーム回転部71を中心にシャシ2に対して回転させることができるように構成されている。例えば、制御部がアーム回転部71の動作を制御することにより、対応するアーム10が回転する。また、例えば、アーム回転部71が、外部からの指示に応じて駆動することにより、対応するアーム10が回転可能となっていてもよい。
The
なお、アーム回転部71は、回転角を制御可能なアクチュエータである。アーム回転部71は、例えば、サーボモータやステッピングモータであるが、これに限らない。例えば、アーム回転部71は、エンコーダ等を備えて回転角を制御可能に構成されたモータ等のアクチュエータであってもよい。また、アーム回転部71は、油圧アクチュエータを用いてアーム10を回転させるようなものであってもよい。また、アーム回転部71は、アーム10をシャシ2に対して回転可能に支持する支持軸と、アーム10の一部とシャシ2との間に配置されて両者の距離を変更する直動式のアクチュエータとを含んで構成されていてもよい。
Note that the
補助輪81は、シャシ2と路面との間に位置するように配置されている。本実施の形態においては、補助輪81は、シャシ2のうち路面に対抗する面に配置されている。補助輪81は、例えば、いわゆる自在キャスターのように移動体1の移動方向に応じて垂直軸周りに回転可能に構成されているものとすることができるが、これに限られない。本実施の形態においては、3つの補助輪81が設けられている。3つの補助輪81は、それぞれ、各アーム回転軸に対して垂直であってシャシ2の中央部分を通る直線上に配置されている。これにより、移動体1は、一以上の車輪50が路面等から離れている状態においても一以上の補助輪81によってシャシ2が安定的に支持されるように構成されている。なお、補助輪81の数や位置はこれに限られず、1つ又は2つであってもよいし、4つ以上であってもよい。
The
本実施の形態において、3つの車輪51,52,53は、1つの操舵アクチュエータ64の動作に応じて同期して、それぞれの操舵軸63周りに回転するように構成されている。操舵アクチュエータ64は、シャシ2に配置されている。操舵アクチュエータ64は、各車輪50を、操舵するためのアクチュエータである。例えば、制御部が操舵アクチュエータ64の動作を制御することにより、各車輪50が同期して操舵軸63周りに回転する。また、例えば、操舵アクチュエータ64が、外部からの指示に応じて駆動することにより、操舵が行われるようになっていてもよい。なお、1つの操舵アクチュエータ64を用いた3つの車輪50の操舵を実現する操舵システムの具体的な構成については、後述する。
In this embodiment, the three
なお、本実施の形態において、操舵アクチュエータ64は、各車輪50の操舵角を制御可能なアクチュエータである。操舵アクチュエータ64は、例えば、サーボモータやステッピングモータであるが、これに限らない。例えば、操舵アクチュエータ64は、エンコーダ等を備えてそれ自体の回転角を制御可能に構成されたモータ等のアクチュエータであってもよい。また、操舵アクチュエータ64は、少なくとも1つの車輪50に設けられたエンコーダを用いて検知した操舵角に応じて出力軸を制御可能に構成されたモータ等のアクチュエータであってもよい。また、操舵アクチュエータ64は、油圧アクチュエータを用いてその出力軸を回転させるようなものであってもよい。また、操舵アクチュエータ64は、直動式のアクチュエータを含んで構成されていてもよい。
Note that in the present embodiment, the steering
上述のように、移動体1において、車輪50が先端部に取り付けられておりシャシ2に対して上下に変位可能なアーム10がシャシ2から放射状に突出するように配置されている。また、各車輪50は、駆動アクチュエータ61により回転動作可能であって、1つの操舵アクチュエータ64により同期して操舵可能である。そのため、移動体1は、以下のような能力を有する。すなわち、移動体1は、多方向に移動可能である。また、移動体は、多方向に移動する際に、その方向にある段差を乗り越え可能である。加えて、移動体1は、車輪50を接地面に接地させた状態で、3つのアーム10をシャシ2に対して回転させることにより、シャシ2の姿勢を調整することができる。したがって、例えば姿勢を安定させて搬送させるニーズにも容易に応じることができる。
As described above, in the moving
なお、移動体1が移動方向にある段差を乗り越える場合には、例えば、以下のようにアーム10をシャシ2に対して回転させるようにすればよい。
When the moving
すなわち、本実施の形態において、移動体1は、アーム10をアーム回転部71によりシャシ2に対して回転させることにより、そのアーム10に支持されている車輪50を当該シャシ2に対して上下に変位させることができる。少なくとも1つのアーム10が上方に回転すると、当該アーム10に支持されている車輪50が、路面から上方に離れる(浮く)。また、1つ以上のアーム10が下方に回転すると、路面から上方にシャシ2が持ち上げられる。
That is, in the present embodiment, the moving
例えば、本実施の形態においては、移動体1は、アーム10が上方に回転することで浮いた車輪50が進行方向において高くなる段差に近づくように移動して車輪50を段上に乗せる。また、移動体1は、アーム10が下方に回転することで、進行方向において低くなる段差を越えたことにより浮いた車輪50が段の下に接地するようにする。これに合わせて、移動体1は、各アーム10が上下に回転することにより、シャシ2が上昇又は降下するようにする。移動体1の移動方向や段差の位置に応じて、回転させるアーム10やその回転方向の変更が適宜行われることで、その段差を乗り越える一連の動作が行われる。これにより、移動体1が、多方向に、段差を乗り越えて移動可能となる。
For example, in the present embodiment, moving
次に、本実施の形態に係る3つの車輪50の操舵を実現する操舵システムの構成について説明する。上述のように、移動体1においては、すべての車輪50が、駆動アクチュエータ61により回転可能であって、かつ、1つの操舵アクチュエータ64により同期して操舵可能である。これにより、各車輪50の駆動状態(車軸周りに回転させたり操舵軸63周りに回転させたりすること)に応じて、移動体1が多方向に移動可能になる。すなわち、本実施の形態においては、1つの操舵アクチュエータ64と、各車輪50の駆動アクチュエータ61とで、移動体1を移動させる移動機構が構成されていると言ってもよい。
Next, the configuration of a steering system that realizes steering of three
本実施の形態において、1つの操舵アクチュエータ64の動作は、操舵機構65及び伝達機構67を用いて、各車輪50の操舵に反映されるようになっている。操舵機構65は、例えば、シャシ2の中央部分すなわち移動体1の旋回中心に配置されている。伝達機構67は、車輪50のそれぞれに対応して設けられている。各伝達機構67は、操舵機構65と各車輪50とを結ぶように構成されている。
In this embodiment, the operation of one
本実施の形態において、操舵機構65は、1つの操舵アクチュエータ64の動作に応じて、各車輪50に対応する合計3つの出力部材166をそれぞれ同方向に回転させるように構成されている。各伝達機構67は、出力部材166のトルクを、対応する車輪50を操舵軸63周りに回転させるトルクとして伝達するように構成されている。
In this embodiment, the
図4は、操舵機構65の側面図である。図5は、図4のB-B線断面図である。図6は、図4のC-C線断面図である。
4 is a side view of the
本実施の形態において、操舵機構65は、複数の傘歯車を収容したギアボックスである。すなわち、操舵機構65は、入力部材161、出力部材166、第一傘歯車162、及び第二傘歯車163を有している。それぞれの構成要素は、ケーシング160に取り付けられている。操舵アクチュエータ64は、例えば、操舵機構65の上部に取り付けられる。
In this embodiment, the
入力部材161は、1つ設けられている。入力部材161は、シャシ2の中央部分に、上下方向に平行に配置されている回転軸である。入力部材161は、入力軸と言ってもよい。入力部材161は、ケーシング160に対して、軸受等を用いて回転可能に保持されている。入力部材161には、操舵アクチュエータ64の出力軸が結合されている。操舵アクチュエータ64の出力軸が入力部材161であってもよい。すなわち、入力部材161は、操舵アクチュエータ64の動作に応じて動くように構成されている。入力部材161は、操舵アクチュエータ64の動作に応じて回転すると言ってもよい。
One
出力部材166は、各車輪50に対応するように、すなわち各アーム10に対応するように、3つ設けられている。この数は車輪50の数よりも多くてもよい。出力部材166は、ケーシング160の側面を略水平な姿勢で貫通するように配置されている回転軸である。出力部材166は、出力軸と言ってもよい。出力部材166は、ケーシング160に対して、軸受等を用いて回転可能に保持されている。出力部材166には、伝達機構67が結合されている。出力部材166と伝達機構67との結合部分にはカップリング67b等が用いられるが、これに限られない。例えば直結されていてもよいし、出力部材166と伝達機構67との境界の区別がなくてもよい。
Three
第一傘歯車162は、1つ設けられている。第一傘歯車162は、ケーシング160の内部において入力部材161に固定されている。第一傘歯車162は、入力部材161と共に回転する。すなわち、第一傘歯車162は、入力軸に連動する。
One
第二傘歯車163は、各出力部材166に対応するように、すなわち各車輪50に対応するように、3つ設けられている。この数は車輪50の数よりも多くてもよい。各第二傘歯車163は、ケーシング160の内部において、対応する出力部材166に固定されている。すなわち、第二傘歯車163は、各出力軸と共に回転するように配置されている。それぞれの第二傘歯車163は、第一傘歯車162に噛み合うように設けられている。
Three
このように操舵機構65が構成されているので、入力部材161は、操舵アクチュエータ64の動作に応じて回転し、各出力部材166は、入力部材161の回転に応じて回転する。すなわち、本実施の形態において、出力部材166は、入力部材161の動作に連動するように構成されている。
Since the
図7は、同移動体1の側断面図である。
FIG. 7 is a side sectional view of the moving
図7において示される断面は、操舵機構65と、車輪51に対応するアーム11及び伝達機構67とを通る部分におけるものである。図7において上段は車輪51の接地部が補助輪81の接地部と同じ高さかわずかに下にある通常状態を示す。図7において下段は通常状態からアーム11が上方に回転して車輪51が上方に変位している状態を示す。
The cross-section shown in FIG. 7 is taken through the
伝達機構67は、操舵機構65から車輪51に至るまでのトルクの伝達経路をなす。本実施の形態において、伝達機構67は、シャシ2の外部に位置する外部伝達部68と、伝達経路の途中に配置されているカップリング67bとを有する。また、本実施の形態において、車輪50の操舵軸63の上部に、操舵部69が設けられている。操舵部69は、例えば、支持部115の内部に収容されている。操舵部69は、伝達機構67に含まれると解釈してもよいし、含まれないと解釈してもよい。
The
各伝達機構67は、対応する出力部材166の回転に応じて回転するように構成されている。伝達機構67は、シャシ2の内部から外部の外部伝達部68にトルクを伝達するシャフトを有している。外部伝達部68は、例えば、シャシ2の近傍と車輪50の近傍とにそれぞれ設けられた2つの等速ジョイントを有しており、操舵部69に接続されている。本実施の形態において、外部伝達部68は、各リンク111,112と略平行に配置されているが、これに限られない。外部伝達部68は、シャシ2の内側から伝達されたトルクを、操舵部69に伝達する。操舵部69は、例えば、外部伝達部68と共に回転する傘歯車と操舵軸63と共に回転する傘歯車とが互いに噛み合う構造を有している。外部伝達部68が回転することにより、操舵軸63がそれに応じて回転するように構成されている。
Each
このように、伝達機構67のそれぞれは、対応する出力部材166の動作に応じて対応する車輪50を操舵軸63周りに回転させる。これにより、移動体1においては、1つの操舵アクチュエータ64の動作に応じて、各車輪50が同期して操舵されるようなっている。
Thus, each
なお、第一歯車162の歯数や第二歯車163の歯数は、操舵アクチュエータ64の構成、伝達機構67の構成、車輪50の操舵に関する要件等に応じて、適宜設定される。各第二歯車163の歯数や、各操舵部68の傘歯車の歯数などは、互いに同様になるように構成されている。これにより、各車輪50を同期して回転させることができるようになっている。
Note that the number of teeth of the
ここで、伝達機構67は、等速ジョイントを用いて構成された外部伝達部68が設けられている。そのため、例えば図7の下段に示されるように、通常状態からアーム1が上下に変位した場合においても、操舵機構65から操舵部69へスムーズにトルクが伝達されるので、各車輪50が操作可能となる。したがって、移動体1を、各車輪50の操舵を行って多方向に移動させながら、アーム1を回転させて段差を乗り越えられるようにすることができる。
Here, the
以上説明したように、本実施の形態によれば、移動体1は1つの操舵アクチュエータ64で複数の車輪50を同期させて操舵することができる。移動体1の構成を簡略化することができ、各アクチュエータ等を制御する制御部の構成や制御内容も簡素化することができる。したがって、移動体1を、簡素な構成を用いて多方向において移動可能にすることができる。
As described above, according to the present embodiment, the moving
ここで、従来、不整地向けに設計された移動体は、車輪に昇降機能を有する機構を持つものが多い。このような機構を用いる場合、車輪の操舵をモータなどのアクチュエータを用いて各軸独立で行う必要がある。しかしながら、このような複雑な構成では、コストアップにつながる。 Here, many of conventional mobile bodies designed for rough terrain have a mechanism having a lifting function on the wheels. When using such a mechanism, it is necessary to steer the wheels independently for each axis using an actuator such as a motor. However, such a complicated configuration leads to an increase in cost.
これに対して、本実施の形態では、上述の通り、移動体1は、各車輪50の操舵を行って多方向に移動させながら、アーム1を回転させて段差を乗り越えられるように構成されている。したがって、多方面に移動可能であって段差を乗り越え可能である移動体1を簡素な構成とすることができる。
On the other hand, in the present embodiment, as described above, the moving
操舵機構65や伝達機構67は、傘歯車を用いて、伝達機構67が回転することにより車輪50を操舵可能に構成されている。したがって、各車輪50の操舵可能な範囲を大きく確保することができ、車輪50を車軸周りに回転させながらスムーズに多方向に移動させることができる。
The
操舵アクチュエータ64は、シャシ2の内側に配置することができる。したがって、比較的耐水性に課題のある操舵アクチュエータ64を用いる場合であっても、移動体1の耐水性を高く保つことができる。
The steering
(その他) (others)
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものである。 The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible and are also included within the scope of the present invention.
伝達機構は、例えば、トルクを伝達可能なワイヤ等の可撓性を有する部材を用いたものであってもよい。この場合においても、アームを上下に回転可能にしつつ、各車輪の操舵を可能にすることができる。 The transmission mechanism may use, for example, a flexible member such as a wire capable of transmitting torque. In this case also, each wheel can be steered while the arm is rotatable up and down.
また、各伝達機構において、トルクの伝達をオン、オフするクラッチを設けるようにしてもよい。この場合、各車輪に対応するクラッチの接続状態を変更しながら、操舵アクチュエータを駆動することにより、各車輪の操舵角を互いに異なる角度に操舵することが可能である。例えば、各車輪を、シャシの中央部分から見て径方向に対して略垂直な操舵角に設定することにより、移動体1をその場旋回させることができる。
Further, each transmission mechanism may be provided with a clutch for turning on/off transmission of torque. In this case, by driving the steering actuator while changing the connection state of the clutch corresponding to each wheel, it is possible to steer the steering angles of the wheels to different angles. For example, by setting each wheel at a steering angle substantially perpendicular to the radial direction when viewed from the central portion of the chassis, the moving
また、例えば、操舵機構や伝達機構は、リンク等を用いて構成されていてもよい。例えば、操舵部が、操舵軸に対して径方向に突出するように設けられたレバーを有するものであって、伝達機構が、出力部材の変位に応じて当該レバーの先端部をシャシに対して遠近させるように動作することにより、車輪の操舵が行われるように構成されていてもよい。このような構成は、例えば、サーボモータである操舵アクチュエータと、その出力軸(入力部材の一例)に連動するいわゆるサーボホーン(出力部材の一例)と、サーボホーンとレバーとを繋ぐリンク部材である伝達機構等により構成することができる。この場合、伝達機構としてレバーをシャシ側に引き寄せるワイヤ等を用いて、操舵部が、レバーがシャシから離れる方向に操舵軸を回転させるように付勢するばね等を用いて構成されていてもよい。 Further, for example, the steering mechanism and the transmission mechanism may be configured using links or the like. For example, the steering section has a lever that protrudes radially from the steering shaft, and the transmission mechanism moves the tip of the lever relative to the chassis according to the displacement of the output member. It may be configured such that steering of the wheels is performed by operating to move closer and closer. Such a configuration includes, for example, a steering actuator that is a servomotor, a so-called servo horn (an example of an output member) interlocked with its output shaft (an example of an input member), and a link member that connects the servo horn and the lever. It can be configured by a transmission mechanism or the like. In this case, a wire or the like that pulls the lever toward the chassis may be used as the transmission mechanism, and the steering portion may be configured using a spring or the like that biases the steering shaft so as to rotate the steering shaft in the direction in which the lever moves away from the chassis. .
例えば、補助輪は、必ずしも設けられていなくてもよい。例えば、上述の実施の形態において、シャシの路面に対抗する面に、1つ以上のアームが上方に回転した場合に車輪に代えて路面に接触するように構成された当接部が設けられていてもよい。この場合、当接部は、例えば回転可能にシャシに保持された球状部材を有するものであってもよいし、シャシに対して固定されており、路面に対して摺接するように設けられたものであってもよい。当接部は、路面との間の摩擦係数が小さくなるように構成されていることが好ましい。 For example, training wheels may not necessarily be provided. For example, in the embodiments described above, the surface of the chassis facing the road surface is provided with an abutment configured to contact the road surface instead of the wheels when one or more arms rotate upward. may In this case, the contact portion may have, for example, a spherical member rotatably held by the chassis, or may be fixed to the chassis and provided so as to be in sliding contact with the road surface. may be It is preferable that the contact portion is configured to have a small coefficient of friction with the road surface.
アームの数は3つに限られず、4つ以上のアームが設けられていてもよい。上述の実施の形態においては、3つのアームが平面視においてY型をなすように配置されているが、これに限られない。例えば、4つのアームが平面視においてX型をなすようにシャシの周囲に配置されていてもよい。アーム数を増加させることにより、走行時の安定性や、障害物を乗り越える際の安定性を向上させることができる。この場合、操舵機構の出力軸の数や伝達機構の数を4つにすることで、各アームの車輪が同期して操舵可能になる。 The number of arms is not limited to three, and four or more arms may be provided. In the above-described embodiment, the three arms are arranged to form a Y shape in plan view, but this is not the only option. For example, four arms may be arranged around the chassis to form an X shape in plan view. By increasing the number of arms, it is possible to improve the stability during running and the stability during overcoming obstacles. In this case, by setting the number of output shafts of the steering mechanism and the number of transmission mechanisms to four, the wheels of each arm can be steered synchronously.
上述の実施の形態等に係る各構成を適宜組み合わせた実施の形態を構成してもよい。例えば、上述の実施の形態等の構成そのものに限られず、上述の実施の形態等のそれぞれの構成要素について、適宜、他の実施の形態等の構成要素と置換したり組み合わせたりしてもよい。また、上述の実施の形態等について、一部の構成要素や機能が省略されていてもよい。 An embodiment may be configured by appropriately combining each configuration according to the above-described embodiments and the like. For example, it is not limited to the configurations of the above-described embodiments and the like, and each component of the above-described embodiments and the like may be appropriately replaced or combined with components of other embodiments and the like. Further, some components and functions may be omitted from the above-described embodiments and the like.
なお、上記のような移動体の構造は、例えば、屋外・屋内搬送ロボットや、ロボットアーム付き移動作業ロボットの足回り装置として、幅広く活用することが可能である。 It should be noted that the structure of the moving body as described above can be widely used, for example, as an outdoor/indoor carrier robot or a foot support device for a mobile work robot with a robot arm.
以上のように、本発明に係る移動体は、簡素な構造とすることができ、多方向において段差を乗り越えて移動可能であり、移動体等として有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the moving body according to the present invention can have a simple structure, can move over steps in multiple directions, and is useful as a moving body or the like.
1 移動体、2 シャシ、10,11,21,31 アーム、50,51,52,53 車輪、60 移動機構、61 駆動アクチュエータ、63 操舵軸、64 操舵アクチュエータ、65 操舵機構、67 伝達機構、71 アーム回転部、111 第一リンク、112 第二リンク、115 支持部
Claims (5)
それぞれ、平面視において前記シャシの周囲に周方向に並ぶようにして配置されており、支持部を介して前記シャシに対して支持されており、前記支持部に対して操舵軸周りに回転可能である、少なくとも3つの車輪と、
前記車輪のそれぞれに対応するように設けられており、対応する車輪を車軸周りに回転させる少なくとも3つの駆動アクチュエータと、
前記車輪を操舵するための操舵アクチュエータと、
前記操舵アクチュエータの動作に応じて動く入力部材及び前記入力部材の動作に連動するように構成された出力部材を有する操舵機構と、
前記車輪のそれぞれに対応して設けられており、対応する前記出力部材の動作に応じて対応する車輪を前記操舵軸周りに回転させる少なくとも3つの伝達機構とを備え、
前記操舵アクチュエータの動作に応じて、前記各車輪が同期して操舵されるように構成されている、移動体。 a chassis;
They are arranged circumferentially around the chassis in a plan view, are supported by the chassis via a support portion, and are rotatable about the steering shaft with respect to the support portion. there are at least three wheels and
at least three drive actuators associated with each of the wheels to rotate the corresponding wheel about its axle;
a steering actuator for steering the wheels;
a steering mechanism having an input member that moves in response to operation of the steering actuator and an output member configured to interlock with the operation of the input member;
at least three transmission mechanisms provided corresponding to each of the wheels and rotating the corresponding wheels about the steering shaft according to the operation of the corresponding output members;
A moving object, wherein the wheels are synchronously steered according to the operation of the steering actuator.
前記アームのそれぞれに対応するように設けられており、一の前記アームを前記シャシに対して回転させることが可能なアーム回転部とをさらに備え、
前記支持部は、前記アームのそれぞれに設けられており、
前記車輪は、前記シャシの外周面から外側に離れた位置において、前記アームによって支持されている、請求項1に記載の移動体。 They are arranged circumferentially around the chassis in a plan view, are rotatable up and down, and are supported with respect to the chassis so as to protrude outward from the outer peripheral surface of the chassis. , at least three arms, and
an arm rotation unit provided to correspond to each of the arms and capable of rotating one of the arms with respect to the chassis;
The support portion is provided on each of the arms,
2. The moving body according to claim 1, wherein said wheels are supported by said arms at positions spaced outward from the outer peripheral surface of said chassis.
前記支持部は、前記第一リンクと前記第二リンクとに、平行リンクを構成するように接続されている、請求項1又は2に記載の移動体。 each of the arms includes a first link and a second link substantially parallel to the first link;
3. The moving body according to claim 1, wherein said support section is connected to said first link and said second link so as to form a parallel link.
前記伝達機構のそれぞれは、対応する前記出力軸に応じて回転し、前記各出力軸のトルクを前記少なくとも3つの車輪のそれぞれを前記操舵軸周りに回転させるトルクとして伝達する、請求項1から3のいずれかに記載の移動体。 The steering mechanism has an input shaft that rotates according to the operation of the steering actuator, and an output shaft that rotates according to the rotation of the input shaft, and
4. Each of the transmission mechanisms rotates according to the corresponding output shaft, and transmits torque of each of the output shafts as torque for rotating each of the at least three wheels about the steering shaft. The mobile body according to any one of
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