JP2023044065A - 移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の段差を乗り越え可能な移動体は、多方向に移動可能ではなかった。
【解決手段】シャシ２と、水平な第一方向が長手方向となるように配置されており、アーム回転軸７０を中心に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２つのアーム１０と、それぞれ操舵軸６４周りに回転可能な２つの第一車輪５１と、操舵軸６４周りに回転可能に各アーム１０に支持されている２つの第二車輪５２と、各アーム１０に支持されている２つの第三車輪５３と、アーム１０をシャシ２に対して回転させるアーム回転部７１と、第一車輪５１及び第二車輪５２のそれぞれを車軸周りに回転させる駆動アクチュエータ６１と、第一車輪５１及び第二車輪５２のそれぞれを操舵軸６４周りに回転させる操舵アクチュエータ６３とを備える、移動体１は、多方向に移動可能であって段差を乗り越え可能である。
【選択図】図１

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。

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も移動体の構成が利用される場合がある。このような移動体が不整地を走行するためには、段差などの障害物を乗り越える機構が必要である。

段差を乗り越える機構の代表例としては、無限軌道が挙げられる（例えば、下記特許文献１参照）。

また、車輪を上下に変位させたり、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たりすることで段差を乗り越えるように構成された移動体の構成も知られている（例えば、下記特許文献２又は特許文献３参照）。

下記特許文献４には、車体に対して回転可能な脚部に車輪が設けられている移動ロボットの構成が記載されている。

下記特許文献５には、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移動体の構成が記載されている。

特開２０２０－２０３６８０号公報 米国特許第１０８００２２１号明細書 特許第６７５５０４４号公報 特開２０１９－１２０１０１号公報 特開２０１８－１８８０１３号公報

ところで、上記のような移動体については、移動体自体が精密な位置決めを行えることや、小回りが利くことが要求される場合がある。このようなニーズに応えるために、移動体が、段差を乗り越え可能であるとともに、多方向に移動可能であることが望ましい。

従来知られている構造についてこの点を見ると、例えば特許文献１に記載されているような無限軌道を利用した移動体は、一般に、無限軌道の回転方向に対応する所定の方向にしか移動できない。

また、例えば特許文献２、特許文献３、及び特許文献４に記載されているような車輪を利用した移動体は、車体に対する所定の方向において移動したり段差を乗り越えることができるように構成されている。

なお、例えば特許文献５に記載されているような移動体は、全方位に移動可能であって、全方位で障害物の乗り越えが可能である。しかしながら、この移動体は、６つ以上の往復運動可能な可動部を有するものであり、全体として構造が複雑である。

この発明は、多方向に移動可能であって段差を乗り越え可能な移動体を提供することを目的としている。

本第一の発明の移動体は、シャシと、水平な第一方向が長手方向となるように、第一方向に対して垂直であって水平な第二方向に沿って並ぶようにシャシの両側にそれぞれ配置されており、アーム回転軸を中心に回転可能となるようにシャシに対して支持されている２つのアームと、第二方向に沿って並ぶようにシャシの両側にそれぞれ配置されており、それぞれ操舵軸周りに回転可能な２つの第一車輪と、各アームのうち第一方向においてアーム回転軸よりも第一車輪から離れた箇所に、それぞれ操舵軸周りに回転可能に支持されている２つの第二車輪と、各アームのうち第一方向においてアーム回転軸よりも第一車輪に近い箇所に支持された２つの第三車輪と、アームのそれぞれに対応するように設けられており、対応するアームをシャシに対して回転させるアーム回転部と、第一車輪及び第二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駆動アクチュエータと、第一車輪及び第二車輪のそれぞれに対応するように設けられており、対応する車輪を操舵軸周りに回転させる操舵アクチュエータとを備える、移動体である。

かかる構成により、多方向に移動可能であって段差を乗り越え可能にすることができる。

また、本第二の発明の移動体は、第一の発明に対して、アームのアーム回転軸は、第二方向に略平行であり、第三車輪は、車軸が第二方向に略平行となるようにしてアームに保持されている、移動体である。

かかる構成により、第一方向に向けて安定して移動したり段差を乗り越えたりすることができる。

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、さらに第三車輪のそれぞれに対応するように駆動アクチュエータが設けられている、移動体である。

かかる構成により、段差乗り越え時等においてもより大きな駆動力を得ることができる。

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、第一方向が長手方向となるように、第二方向に沿って並ぶようにシャシの両側にそれぞれ配置されており、シャシに対して回転可能となるようにシャシに対して支持されている２つの副アームをさらに備え、副アームに第一車輪が支持されている、移動体である。

かかる構成により、多様な方法により段差を乗り越えることができる。

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、アームのアーム回転軸に対して平行な回転軸を中心に回転可能となるようにシャシに対して支持されている副リンクと、アームの一部と副リンクとの一部とに接続されており、第二車輪を支持する支持部とをさらに備え、アームと、アームに対応する副リンク及び支持部とが、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。

かかる構成により、アームの回転角にかかわらず、第二車輪の操舵軸を所定の姿勢に維持することができる。

本発明によれば、移動体を、多方向に移動可能であって段差を乗り越え可能にすることができる。

本実施の形態の一例に係る移動体の構成を示す斜視図 同移動体の左右方向への移動時の状態の一例を示す斜視図 同移動体の左右方向への移動時の状態の一例を示す側面図 同移動体の移動態様について説明する平面図 同移動体の段差乗り越え動作の一例を示す図 本実施の形態の変形例１に係る移動体の構成を示す斜視図 本実施の形態の変形例２に係る移動体の構成を示す斜視図

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。

なお、以下の説明において、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。図面において示される座標は、各図同士で共通している。座標のＺ方向は、水平面に対して垂直な方向である。Ｘ方向は、Ｚ方向に対して垂直な方向、すなわち水平方向の一方向である。Ｙ方向は、Ｚ方向に垂直な方向であって、Ｘ方向に垂直な方向である。すなわち、Ｙ方向は、Ｘ方向に対して垂直な、水平方向の一方向である。なお、Ｚ方向を上下方向ということがあり、Ｘ方向を前後方向（後述の移動体において第二車輪がある方向が前；第一方向の一例）ということがあり、Ｙ方向を左右方向（第二方向の一例）ということがある。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や姿勢等、及び各構成要素の向きや姿勢等を限定するものではない。

（実施の形態）

本実施の形態において、移動体は、第二車輪と第一車輪と第三車輪とを有するものであり、前後方向が長手方向となるように配置されたシャシに対して回転可能なアームに第二車輪と第三車輪が支持されている構成を有している。第二車輪及び第一車輪は、駆動輪であって、操舵可能に構成されている。第三車輪は操舵可能ではなく、駆動輪である。なお、第三車輪は、操舵可能であってもよいし、従動輪であってもよい。第一車輪も、回転可能な他のアームにより支持されていてもよい。アームは、平行リンクを構成するものであってもよい。以下、このように構成された移動体１について説明する。

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。

移動体１は、シャシ２と、２つのアーム１０と、２つの第一車輪５１と、２つの第二車輪５２と、２つの第三車輪５３とを備えている。以下において、第一車輪５１と、第二車輪５２と、第三車輪５３とを区別せずにそれぞれを車輪５０と総称することがある。また、第一車輪５１を後輪５１といい、第二車輪５２を前輪５２ということがある。この場合における「前」、「後」は、単に各構成を識別するための語に過ぎず、移動体１の移動方向等を限定するものではない。また、移動体１は、各部を動作させる部位として、アーム回転部７１と、駆動アクチュエータ６１と、操舵アクチュエータ６３とを備えている。

移動体１において、シャシ２を中心として略左右対称に、アーム１０と、後輪５１と、前輪５２と、第三車輪５３とが配置されている。ここで左右対称であるとは、シャシ２の中央部を通りＹ方向に対して垂直な面に対して対称であることをいう。

移動体１は、通常、略平坦な路面Ｒ（図３に示す）の上に配置され、路面Ｒ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Ｒ上を多方向に自律的に移動可能に構成されている。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Ｒ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Ｒ上を移動可能であってもよい。

シャシ２は、移動体１の本体であるといってもよいし、移動体１のフレームであるといってもよい。本実施の形態において、シャシ２は、例えば、平面視で長方形形状に構成されている。より具体的には、シャシ２は、全体として直方体形状の外形形状を有している。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。また、シャシ２は、平面視で多角形形状を有していてもよい。本実施の形態において、シャシ２は、大まかに左右対称である形状を有しているが、これに限られない。

アーム１０は、例えば、平面視において直線状であって、側面視において湾曲した部位を有する、梁状の部材である。２つのアーム１０は、それぞれ、前後方向が長手方向となるように、シャシ２の前方側部に配置されている。２つのアーム１０は、左右方向に沿って並ぶように、シャシ２の両側にそれぞれ配置されている。すなわち、左右方向において、右側のアーム１０と、シャシ２と、左側のアーム１０とがこの順に並ぶように配置されている。２つのアーム１０は、例えば互いに左右対称となる形状を有し、左右対称となるように配置されている。

なお、アーム１０の形状は、側面視においても直線状であったり、平面視において部分的に湾曲していたり、全体として湾曲していたりしてもよい。

各アーム１０は、アーム回転軸（本実施の形態において、後述のアーム回転部７１の回転軸）７０を中心に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。本実施の形態において、アーム回転軸７０が各アーム１０の長手方向中央部を通るようになっている。アーム回転軸７０は、略水平に配された軸である。すなわち、アーム回転軸７０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。本実施の形態において、アーム回転軸７０は、左右方向に略平行な軸である。アーム１０は、長手方向が略水平な状態からアーム回転軸７０を中心にシャシ２に対して回転可能である。すなわち、アーム１０は、アーム回転軸７０を中心にして、アーム１０の前後両側部が上下に変位するように、シャシ２に対してシーソーのようにスイング可能である。

本実施の形態においては、アーム１０は、左右対象となるように、シャシ２に対して支持されている。すなわち、２つのアーム１０のアーム回転軸７０が互いに重なっている（同軸となっている）。

アーム回転部７１は、２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、対応するアーム１０を、アーム回転軸７０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がアーム回転軸７０を中心に回転する。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。

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、アーム回転軸７０としてアーム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。

後輪５１は、それぞれ、シャシ２の後方側部に配置されている。２つの後輪５１は、左右方向に沿って並ぶように、シャシ２の両側にそれぞれ配置されている。すなわち、左右方向において、右側の後輪５１と、シャシ２と、左側の後輪５１とがこの順に並ぶように配置されている。２つの後輪５１は、左右対称となる位置に配置されている。

後輪５１は、シャシ２に対して固定された支持部１５により支持されている。後輪５１を支持する支持部１５は、例えば金具等であるが、これに限られない。後輪５１は、略垂直な操舵軸６４周りに支持部１５に対して回転可能になるように設けられている。すなわち、後輪５１は、操舵可能な操舵輪である。

前輪５２は、それぞれ、シャシ２の前方側部に配置されている。２つのアーム１０が左右対称の姿勢である状態において、２つの前輪５２は、左右方向に沿って並ぶように、シャシ２の両側にそれぞれ配置されている。すなわち、左右方向において、右側の前輪５２と、シャシ２と、左側の前輪５２とがこの順に並ぶように配置されている。２つの前輪５２は、２つのアーム１０が左右対称の姿勢である状態において左右対称となるように配置されている。

前輪５２は、アーム１０により支持されている。本実施の形態において、前輪５２は、アーム１０に設けられた支持部１５を介してアーム１０に支持されている。前輪５２を支持する支持部１５は、例えばアーム１０に対して固定されている金具等であるが、これに限られない。前輪５２は、操舵軸６４周りに支持部１５に対して回転可能になるように設けられている。すなわち、前輪５２は、操舵可能な操舵輪である。なお、前輪５２の操舵軸６４は、アーム１０が通常の姿勢を有している状態において、略垂直な姿勢となるように構成されている。ここでアーム１０が通常の姿勢であるとは、例えば、移動体１が水平な路面Ｒ上にある場合において、前輪５２と第三車輪５３とが共に接地するような姿勢であることをいう。

本実施の形態において、前輪５２は、アーム１０の前端部に支持されている。すなわち、前輪５２は、アーム１０のうち前後方向においてアーム回転軸７０よりも後輪５１から離れた箇所に支持されている。

第三車輪５３は、それぞれ、シャシ２の中央部側方に配置されている。２つのアーム１０が左右対称の姿勢である状態において、２つの第三車輪５３は、左右方向に沿って並ぶように、シャシ２の両側にそれぞれ配置されている。すなわち、左右方向において、右側の第三車輪５３と、シャシ２と、左側の第三車輪５３とがこの順に並ぶように配置されている。２つの第三車輪５３は、２つのアーム１０が左右対称の姿勢である状態において左右対称となるように配置されている。

第三車輪５３は、アーム１０により支持されている。本実施の形態において、第三車輪５３は、車軸が左右方向に略平行となるようにしてアーム１０に保持されている。すなわち、本実施の形態において、第三車輪５３は非操舵輪であり、第三車輪５３の中心面は、左右方向に対して略垂直となっている。

本実施の形態において、第三車輪５３は、アーム１０の後端部に支持されている。すなわち、第三車輪５３は、アーム１０のうち前後方向においてアーム回転軸７０よりも後輪５１に近い箇所に支持されている。

本実施の形態において、各車輪５０は、互いに略同じ直径を有するものである。なお、前輪５２、後輪５１、及び第三車輪５３は、互いに異なる直径を有するものであってもよいし、これらのうち一種の車輪が他の車輪とは異なる直径を有するものであってもよい。各車輪５０は、通常時において路面Ｒに接地しうる位置に配置されている。すなわち、６つの車輪５０の上下方向の位置は、通常時において略等しくなっている。

本実施の形態において、６つの車輪５０は、それぞれ、車軸を中心に回転可能な駆動輪である。すなわち、後輪５１、前輪５２、及び第三車輪５３のそれぞれに対応するように、駆動アクチュエータ６１が設けられている。

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る。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。

このように、本実施の形態において、６つの車輪５０がそれぞれ駆動輪となっていることにより、移動体１が高い駆動力を有している。すなわち、移動体１は、最大で６つの車輪５０を同時に接地させて駆動させることにより、高い駆動力を発揮可能である。この場合、後輪５１及び前輪５２のそれぞれの車軸が、第三車輪５３の車軸と同様に左右方向に平行となるように、各車輪５０の操舵角が設定されていることが望ましい。

なお、各車輪５０は、独立して駆動アクチュエータ６１により回転するように構成されていなくてもよい。例えば歯車等の動力伝達機構によって同一のアーム１０により支持されている前輪５２及び第三車輪５３が単一の駆動アクチュエータ６１により共に動作するように構成されていてもよい。

また、本実施の形態において、操舵輪である後輪５１及び前輪５２のそれぞれは、操舵アクチュエータ６３により操舵軸６４を中心に操舵されるように構成されている。

操舵アクチュエータ６３は、対応する車輪５０を、操舵軸６４周りに回転させて操舵する。操舵アクチュエータ６３は、回転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６３は、例えば、サーボモータやステッピングモータであり、例えば対応する車輪５０と共に、支持部１５により保持されている。なお、操舵アクチュエータ６３は、これに限られず、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、車輪５０が操舵軸６４周りに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。

本実施の形態においては、後輪５１及び前輪５２が、駆動アクチュエータ６１により回転可能であって、かつ、操舵アクチュエータ６３により操舵可能である。駆動アクチュエータ６１や操舵アクチュエータ６３により各車輪５０の車軸周りや操舵軸６４周りの駆動状態が変化することに応じて、移動体１は、多方向に移動可能である。

なお、第三車輪５３は操舵輪ではないので、移動体１が前後方向とは異なる方向に移動する際には、第三車輪５３が接地していない状態（浮いている状態）にすることが好ましい。本実施の形態においては、第三車輪５３が接地している状態から、前輪５２がシャシ２に対して下方に変位するようにアーム１０を回転させることにより、第三車輪５３が浮いている状態にすることができる。

図２は、同移動体１の左右方向への移動時の状態の一例を示す斜視図である。図３は、同移動体１の左右方向への移動時の状態の一例を示す側面図である。

例えば左右方向へ移動体１が移動する場合は、図２に示されるように、アーム１０の回転と、後輪５１及び前輪５２の操舵とが行われる。すなわち、アーム１０は、若干前方に傾くように回転する。また、後輪５１及び前輪５２は、車軸が前後方向に略平行となるように、それぞれ操舵される。このようにアーム１０の回転と操舵とが行われることにより、駆動輪である後輪５１及び前輪５２のそれぞれが、中心面が左右方向と平行になる姿勢で駆動可能となる。また、移動方向とは異なる方向を向いている第三車輪５３は路面Ｒから浮いた状態となるので、第三車輪５３が路面Ｒに接触して移動体１の移動の妨げとなることが防止される。したがって、効率良く移動体１を左右方向に移動させることができる。

なお、このほかにも、第三車輪５３を浮かせた状態として、操舵輪である後輪５１及び前輪５２をそれぞれ操舵することにより、様々な態様で移動体１が移動可能となる。

図４は、同移動体１の移動態様について説明する平面図である。

図４においては、その場旋回（Ｓ１１）、操舵（Ｓ１２）、及び平行移動（Ｓ１３）のそれぞれの移動態様の一例が示されている。移動体１の後輪５１及び前輪５２の操舵角をそれぞれ以下のようにし、また、回転方向を図４において矢印で簡略化して示すようにすることにより、移動体１を各移動態様で移動させることができる。

すなわち、その場旋回の場合は、例えば以下のようである。この場合、各車輪５０の操舵角は、その中心面が、平面視において各車輪５０を通る円弧Ｔに接するような角度に設定される。そして、各車輪５０は、移動体１を径方向から見て所定の回転方向に駆動される。なお、ここでその場旋回とは、路面Ｒ上における移動体１の位置はそのままに、その向きを変更するように旋回する移動態様をいう。

また、操舵移動を行う場合は、例えば以下のようである。この場合、前輪５２同士の中心面が互いに略平行になり、後輪５１同士の中心面が互いに略平行になり、前輪５２の中心面と後輪５１の中心面とは平行にならないように操舵角が設定される。そして、各車輪５０は、前輪５２同士と、後輪５１同士とが、それぞれ同方向に路面Ｒ上で推進するような向きに駆動される。例えば、前輪５２が、左向きに推進するように操舵及び駆動され、後輪５１が、右向きに推進するように操舵及び駆動される。これにより、移動体１は、シャシ２の向きが平面視において反時計回りに回転するようにしながら、左前方に移動するという移動態様が実現される。

また、平行移動を行う場合は、例えば以下のようである。この場合、前輪５２及び後輪５１のすべての中心面が互いに略平行になるように操舵角が設定される。そして、各車輪５０が、それぞれ同方向に路面Ｒ上で推進するような向きに駆動される。例えば、各車輪５０が、右向きに推進するように操舵及び駆動される。そうすると、移動体１は、全体として、シャシ２の向きが変化しないようにしながら、右前方に移動するという平行移動を行う。

なお、後輪５１及び前輪５２の操舵角や回転速度等は、所望の移動態様に応じて適宜設定されればよい。

本実施の形態に係る移動体１においては、前輪５２が先端部に取り付けられているアーム１０がシャシ２に対して回転可能であるので、前方又は後方にある段差を乗り越えられる。また、後輪５１を路面Ｒに接地させた状態で、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。

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。

図５は、同移動体１の段差乗り越え動作の一例を示す図である。

図５においては、路面Ｒ上の移動体１が路面Ｒ上にある段部Ｂを乗り越える場面が側方から示されている。

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、前輪５２及び第三車輪５３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。すなわち、移動体１は、少なくとも１つのアーム１０を回転させることにより、シャシ２の路面Ｒに対する姿勢を変化させることができるように構成されている。例えば前輪５２がシャシ２に対して上に変位するようにアーム１０を回転させると、移動体１の重心の場所次第で、少なくとも、当該前輪５２か後輪５１のいずれかが、路面Ｒから上方に離れる（浮く）ことになる。各前輪５２がシャシ２に対して上に変位するように両アーム１０を共に回転させる場合には、２つの前輪５２か、２つの後輪５１が浮いている状態にすることができる。本実施の形態においては、浮いた車輪５０が路面Ｒと段部Ｂとの間の段差に最も近づくような方向に移動体１が移動するようにする。すなわち、まず、浮いた車輪５０が段部Ｂの上に乗るようにすることで、移動体１が段差を乗り越えるようにすることができる。段差の位置に応じて、段差の位置に対する移動体１の向きを所定の向きに設定することにより、段差に向けて移動体１を前後いずれかの向きに移動させてその段差を乗り越え可能にすることができる。

移動体１が段部Ｂに向けて移動する場合を想定する。なお、この場合の段部Ｂは、移動体１が設置している路面Ｒから高い位置に上面があるものである。路面Ｒと段部Ｂとの段差は、左右方向に略平行な、十分に幅のあるものである。

まず、移動体１の重心が、例えば後輪５１寄りの位置にある場合を想定する。この場合、例えば、図５において示されるステップＳ１からステップＳ７まで順にたどるように、移動体１が動作する。

まず、移動体１が段部Ｂの手前まで前に移動する（Ｓ１）。そして、アーム１０がシャシ２に対して回転する。この場合、第三車輪５３がシャシ２から下方に離れる向きにアーム１０が変位する。換言すると、車輪５０がいずれも路面Ｒに略接触している状態から、２つのアーム１０が、前輪５２が上方に変位するように回転する。そうすると、各車輪５２が路面Ｒから上方に離れ、第三車輪５３と後輪５１とが主に路面Ｒ上に接地する状態となる。

次に、移動体１を前に移動させ、浮いた前輪５２が段部Ｂの上に来るようにする（Ｓ２）。そうすると、アーム１０を上述とは逆方向に回転させるとともに、移動体１をさらに前に移動させる（Ｓ３）。さらに移動体１が前に移動すると、後輪５１が段部Ｂ上に引き上げられ、すべての車輪５０が段部Ｂの上面に接地した状態になる（Ｓ４）。

段部Ｂの前端部から路面Ｒへの下りの段差に差し掛かると、前輪５２が段部Ｂから路面Ｒの上方に突き出た状態で、アーム１０がシャシ２に対して回転する。この場合の回転方向は、前輪５２がシャシ２に対して下方に変位する方向である。これにより、前輪５２が路面Ｒに接地した状態となる（Ｓ５）。

その後、移動体１を前に進めて第三車輪５３が段部Ｂから離れると、前輪５２を路面Ｒに、後輪５１を段部Ｂに接地させた状態でアーム１０がシャシ２に対して回転する。これにより、第三車輪５３が路面Ｒに接地する（Ｓ６）。さらに移動体１を前に進め、後輪５１が段差を通過するのに伴ってアーム１０が通常の状態に戻ることで、段部Ｂを乗り越えてすべての車輪５０が接地している状態にすることができる（Ｓ７）。

次に、移動体１の重心が前方にある場合を想定する。段差に対する移動体１の向きは、上述において示される向きとは逆方向であるものとする。すなわち、段差が後に位置するような移動体１の向きで、移動体１を後に移動させることで、段差が乗り越えられる。

この場合、例えば、図５において示されるステップＳ１からステップＳ７とは逆の順にたどるように、移動体１が動作するようにすればよい。

すなわち、まず、移動体１が後ろ向きに移動し、段部Ｂの手前に位置する（Ｓ７）。そして、アーム１０がシャシ２に対して回転する。この場合、アーム１０が第三車輪５３がシャシ２から下方に離れる向きに変位する。そうすると、シャシ２が路面Ｒに対して傾き、後輪５１が路面Ｒから上方に離れる。アーム１０に支持されている前輪５２と第三車輪５３とが主に路面Ｒ上に接地する状態となる。

次に、移動体１が後に移動し、浮いた後輪５１が段部Ｂの上に来るようにする（Ｓ６）。そうすると、第三車輪５３が浮いた状態になるようにアーム１０がそれぞれ上述とは逆方向に回転し、移動体１がさらに後に移動する。これにより、第三車輪５３が段部Ｂの上に来るようになる（Ｓ５）。さらに移動体１が後に移動すると、後輪５１が段差を通過するのに伴ってアーム１０が通常の状態に戻ることで、すべての車輪５０が段部Ｂの上面に接地した状態になる（Ｓ４）。

その後、下りの段差に差し掛かると、後輪５１が段部Ｂから路面Ｒの上方に突き出た状態で、前輪５２がシャシ２に対して下方に変位する方向に、アーム１０が回転する。また、移動体１が後に適宜移動する。そうすることで、後輪５１が路面Ｒに接地した状態となる（Ｓ３）。

その後、移動体１が移動方向に進んで第三車輪５３が段部Ｂから離れると、前輪５２を段部Ｂに、後輪５１を路面Ｒに接地させた状態で、アーム１０がシャシ２に対して回転する。これにより、第三車輪５３が路面Ｒに接地する（Ｓ２）。さらに移動体１が移動方向に進み、アーム１０が略水平に戻ることで、段部Ｂを乗り越えてすべての車輪５０が接地している状態にすることができる（Ｓ１）。

以上説明したように、本実施の形態においては、移動体１は、前輪５２及び後輪５１を操舵及び駆動して、多方向において移動可能である。また、多様な移動態様で移動可能である。また、前後方向に移動する際には、アーム１０により前輪５２及び後輪５１に加えて第三車輪５３を接地させることで、より安定して移動可能である。前輪５２及び後輪５１それぞれを操舵可能であるので、高荷重時に大きなトルクを要するなどの欠点がある差動旋回を行う必要がなく、効率的に移動体１を多方向に移動させることができる。

また、移動体１は、アーム１０を回転させることで、主に前後方向において、段差を乗り越えることができる。使用するアクチュエータの数を抑えた比較的簡素な構成により、移動体１を、多方向に移動可能であって、段差乗り越え可能にすることができる。

なお、移動体の構成は、上述の実施の形態のものに限られない。以下、本実施の形態の変形例について説明する。

変形例１は、次のようである。すなわち、前輪及び第三車輪を支持するアームに加えて、後輪を支持するアームが、シャシに対して回転可能に設けられていてもよい。

図６は、本実施の形態の変形例１に係る移動体４０１の構成を示す斜視図である。

変形例１に係る移動体４０１において、前輪５２及び第三車輪５３のアーム１０による懸架機構は上述の実施の形態に係る移動体１のものと同じである。移動体４０１においては、後輪５１を支持する２つの副アーム４１６が設けられている。

副アーム４１６は、例えば、平面視において直線状の梁状の部材である。２つの副アーム４１６は、それぞれ、前後方向が長手方向となるように、シャシ２の後方側部に配置されている。２つの副アーム４１６は、左右方向に沿って並ぶように、シャシ２の両側にそれぞれ配置されている。すなわち、左右方向において、右側の副アーム４１６と、シャシ２と、左側の副アーム４１６とがこの順に並ぶように配置されている。２つの副アーム４１６は、例えば互いに左右対称となる形状を有し、左右対称となるように配置されている。

各副アーム４１６は、それに対応して設けられたアーム回転部７１により、アーム回転軸７０を中心に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。副アーム４１６のアーム回転軸７０は、左右方向に略平行な軸である。副アーム４１６は、アーム回転軸７０から後方に伸びるような長手方向が略水平な状態から、アーム回転軸７０を中心にシャシ２に対して回転可能である。本実施の形態においては、２つの副アーム４１６のアーム回転軸７０が互いに重なっている。

変形例１において、後輪５１を支持する支持部１５は、副アーム４１６の後端部に固定されている。すなわち、後輪５１は、副アーム４１６の回転に伴って、上下に変位可能である。

移動体４０１においても、上述の実施の形態と基本的には同様の構成が設けられているので、上述と同様の効果を得ることができる。また、本変形例においては、前輪５２に加えて、後輪５１も、それぞれ副アーム４１６の回転に伴って上下に変位可能である。段差の位置に応じて２つのアーム１０及び２つの副アーム４１６のそれぞれのシャシ２に対する回転角を調整することにより、登りの段差に近い車輪５０を路面から浮かせて段差を越えられるようにしたり、下りの段差に近い車輪５０を路面に接地させてスムーズに段差を越えられるようにしたりすることができる。

変形例２は、次のようである。すなわち、前輪が、平行リンク機構により上下に変位可能に構成されていてもよい。

図７は、本実施の形態の変形例２に係る移動体５０１の構成を示す斜視図である。

変形例２において、移動体５０１は、上述の変形例１に係る移動体４０１と基本的には同様の構成を有している。移動体５０１は、移動体４０１とは異なる前輪５２及び後輪５１の懸架方法が用いられているものである。

すなわち、左右のアーム１０の上方に、梁状の副リンク５１０が設けられている。副リンク５１０は、アーム回転軸７０に対して平行な回転軸を中心に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。また、本変形例において、前輪５２を支持する支持部１５は、アーム１０の前端部と、副リンク５１０の前端部とに接続されている。支持部１５とアーム１０とはアーム回転軸７０に対して平行な回転軸を中心に互いに回転可能であり、支持部１５と副リンク５１０とはアーム回転軸７０に対して平行な回転軸を中心に互いに回転可能である。シャシ２と支持部１５との間を結ぶアーム１０のリンクの長さと、副リンク５１０のリンクの長さとは、互いに等しくなっている。すなわち、移動体５０１において、アーム１０と、副リンク５１０と、支持部１５とが、平行リンクを構成するように接続されている。

また、左右の副アーム４１６の上方に、梁状の副リンク５１６が設けられている。副リンク５１６は、副アーム４１６のアーム回転軸７０に対して平行な回転軸を中心に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。また、後輪５１を支持する支持部１５は、副アーム４１６の後端部と、副リンク５１６の後端部とに接続されている。このような後輪５１の支持構造においても、上述のような前輪５２の支持構造と同様に、副アーム４１６と、副リンク５１６と、支持部１５とが、平行リンクを構成するように接続されている。

このように、変形例２においては、後輪５１及び前輪５２が共に平行リンクをなす支持構造により支持されている。したがって、アーム１０や副アーム４１６が回転した場合においても、各車輪５０の操舵軸６４の姿勢は変化しない。したがって、アーム１０の回転角が大きくなっても、操舵軸６４や操舵アクチュエータ６３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。また、アーム１０等の回転角や、各車輪５０の操舵角が変化しても、各車輪５０の中心面と路面Ｒとがなす角は略垂直のまま変動しない。したがって、常に各車輪５０の路面Ｒに対する接地状態を一定に維持することができる。

なお、変形例２において、後輪５１と前輪５２とのいずれか一方のみが平行リンクをなす支持構造により支持され、他方は上述の実施の形態と同様の支持構造により支持されるようにしてもよい。

（その他）

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。

例えば、アーム回転部は、１つのアクチュエータを用いて左右のアームを連動して回転させるものであってもよい。この場合、クラッチや減速機構等を用いて、左右のアームのそれぞれを連動させずに回転させることができるように構成されていてもよい。

第三車輪は、操舵可能であってもよい。また、第三車輪は、駆動アクチュエータにより駆動されない車輪（従動輪）であってもよい。この場合、第三車輪は、例えば自在キャスターのように、外力に応じて車軸とは異なる軸周りに回転可能に支持されていてもよい。

移動体は、例えば、斜め方向に移動する場合においても、段差の乗り越えが行われるようにしてもよい。例えば、登る段差に最も接近している車輪が浮くように、アームのシャシに対する回転角を左右において異なるようにして、当該車輪が段の上に載るようにしてもよい。

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。

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。

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。

１，４０１，５０１ 移動体、２ シャシ、１０ アーム、１５ 支持部、５１ 後輪（第一車輪）、５２ 前輪（第二車輪）、５３ 第三車輪、６１ 駆動アクチュエータ、６３ 操舵アクチュエータ、６４ 操舵軸、７０ アーム回転軸、７１ アーム回転部、４１６ 副アーム、５１０ 副リンク

Claims (5)

1. シャシと、
   水平な第一方向が長手方向となるように、前記第一方向に対して垂直であって水平な第二方向に沿って並ぶように前記シャシの両側にそれぞれ配置されており、アーム回転軸を中心に回転可能となるように前記シャシに対して支持されている２つのアームと、
   前記第二方向に沿って並ぶように前記シャシの両側にそれぞれ配置されており、それぞれ操舵軸周りに回転可能な２つの第一車輪と、
   前記各アームのうち前記第一方向において前記アーム回転軸よりも前記第一車輪から離れた箇所に、それぞれ操舵軸周りに回転可能に支持されている２つの第二車輪と、
   前記各アームのうち前記第一方向において前記アーム回転軸よりも前記第一車輪に近い箇所に支持された２つの第三車輪と、
   前記アームを前記シャシに対して回転させるアーム回転部と、
   前記第一車輪及び前記第二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駆動アクチュエータと、
   前記第一車輪及び前記第二車輪のそれぞれに対応するように設けられており、対応する車輪を前記操舵軸周りに回転させる操舵アクチュエータとを備える、移動体。
2. 前記アームのアーム回転軸は、前記第二方向に略平行であり、
   前記第三車輪は、車軸が前記第二方向に略平行となるようにして前記アームに保持されている、請求項１に記載の移動体。
3. さらに前記第三車輪のそれぞれに対応するように前記駆動アクチュエータが設けられている、請求項１又は２に記載の移動体。
4. 前記第一方向が長手方向となるように、前記第二方向に沿って並ぶように前記シャシの両側にそれぞれ配置されており、前記シャシに対して回転可能となるように前記シャシに対して支持されている２つの副アームをさらに備え、
   前記副アームに前記第一車輪が支持されている、請求項１から３のいずれかに記載の移動体。
5. 前記アームのアーム回転軸に対して平行な回転軸を中心に回転可能となるように前記シャシに対して支持されている副リンクと、
   前記アームの一部と前記副リンクとの一部とに接続されており、前記第二車輪を支持する支持部とをさらに備え、
   前記アームと、当該アームに対応する前記副リンク及び前記支持部とが、平行リンクを構成するように接続されている、請求項１から４のいずれかに記載の移動体。

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