JP2023061284A - 移動体 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型化に適した移動機構の構成を提供する。【解決手段】移動体1は、基体2と、基体2に取り付けられる3つの車輪30と、各車輪30を駆動するアクチュエータ32とを備え、全方向移動を可能とする。3つの車輪30のうち、1つ又は2つの車輪30は第1形態ホイールであり、残りの車輪30は第2形態ホイールである。1つの車輪30の向きは、他の2つの車輪30の向きに対して、平行または直交する関係にある。【選択図】図3
Description
本発明は、複数の車輪を備えて、全方向移動を可能とする移動体に関する。
オムニホイールおよびメカナムホイールは、前後方向、左右方向の移動を可能とする全方向移動機構を実現するための車輪として知られている。
図1(a)および図1(b)は、オムニホイール10の構成を示す。オムニホイール10は、ホイール本体11と、樽形状の複数のローラ12を備える。複数のローラ12は、車軸に対して直交する支持軸を挿通されて、ホイール本体11の外周に回転可能に取り付けられる。オムニホイール10は、ホイール本体11と周方向に複数連なったローラ12とを有して、ホイール本体11が回転せずに車軸方向への移動自由度を有する。3つ以上のオムニホイール10を備える移動機構は、旋回移動および全方向移動を可能とする。
図2(a)は、左メカナムホイール20aの構成を示し、図2(b)は、右メカナムホイール20bの構成を示す。以下、左メカナムホイール20aと右メカナムホイール20bとを特に区別しないときは、単に「メカナムホイール20」と呼ぶ。メカナムホイール20は、ホイール本体21と、樽形状の複数のローラ22を備える。メカナムホイール20は、ホイール本体21と周方向に複数連なったローラ22とを有して、ホイール本体21が回転せずに車軸に対して斜め方向への移動自由度を有する。
図2(a)に示されるように、左メカナムホイール20aにおいては、複数のローラ22が、車軸に対して左斜め上45度傾いた支持軸を挿通されて、ホイール本体21の外周に回転可能に取り付けられる。また図2(b)に示されるように、右メカナムホイール20bにおいては、複数のローラ22が、車軸に対して右斜め上45度傾いた支持軸を挿通されて、ホイール本体21の外周に回転可能に取り付けられる。2つの左メカナムホイール20aと2つの右メカナムホイール20bを備える移動機構は、旋回移動および全方向移動を可能とする。
オムニホイール10においては、ローラ12の支持軸が車軸に直交しているため、3つ以上のオムニホイール10を用いて全方向移動機構を実現するためには、1つのオムニホイールの向きが、他のオムニホイールの向きに対して斜め(平行でも直角でもない角度)になるように、各オムニホイールが配置される必要がある。移動機構の基体として、以前から矩形箱形状の基体が利用されることが多いが、3つのオムニホイールを矩形箱形状の基体に取り付ける場合、オムニホイールは周方向に120度ずつ離れた位置に配置されるため、デッドスペースが多く、移動機構を小型化することが困難となっている。
一方、4つのメカナムホイール20で構成される移動機構においては、車輪向きが同じになるように、4つのメカナムホイール20を矩形箱形状の基体に取り付けることができるため、デッドスペースを少なくできる。一方、4輪構成を採用すると、各車輪の駆動力を確実に地面に伝達させるために、各車輪にサスペンション装置を設けて接地を確保する必要があり、各車輪に設けられるサスペンション装置は、移動機構の小型化の障害となる。
そこで本発明は、小型化に適した移動機構の構成を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の移動体は、全方向移動を可能とする移動体であって、基体と、基体に取り付けられる3つの車輪と、各車輪を駆動するアクチュエータと、を備える。3つの車輪のうち、1つ又は2つの車輪は第1形態ホイールであり、残りの車輪は第2形態ホイールである。第1形態ホイールはメカナムホイールであってよく、第2形態ホイールはオムニホイールであってよい。
図3は、実施例の移動体1の構成を示す。移動体1は矩形箱形状の基体2を備え、3つの車輪30が、回転可能に基体2に取り付けられる。基体2には、各車輪30を駆動するアクチュエータ32が設けられ、制御部40が、3つのアクチュエータ32を独立して制御する。制御部40は各種データや命令を処理して出力するメインプロセッサであって、移動体1を所望の方向に移動させるように、各車輪30に連結されるアクチュエータ32を制御する。3つの車輪30、および各車輪30を駆動するアクチュエータ32は、移動体1における移動機構を構成する。アクチュエータ32はモータであってよい。
センサ42は、3軸の加速度センサ、ジャイロセンサ、測位センサなどを含んでよく、検出したセンサデータを制御部40に供給する。カメラ44は周囲を撮影して、撮影画像を制御部40に供給する。複数のカメラ44が基体2の全方位を撮影できるように配置されて、制御部40が、基体2の全周囲の撮影画像を取得できるようにしてもよい。
たとえば制御部40は、センサ42から供給されるセンサデータおよびカメラ44から供給される撮影画像にもとづいてアクチュエータ32を制御して、移動体1を自律走行させてよい。また制御部40は、通信部46が受信するユーザからの操縦指示にもとづいてアクチュエータ32を制御して、移動体1を走行させてもよい。
実施例の移動体1の移動機構は3つの車輪30によって構成されて、全方向移動を可能とし、4つ以上の車輪30を有しない。基体2に取り付けられる3つの車輪30のうち、1つ又は2つの車輪30は第1形態ホイールであり、残りの車輪30は、第1形態ホイールとは異なる種類の第2形態ホイールである。なお実施例で第1形態ホイールはメカナムホイール20であってよく、第2形態ホイールはオムニホイール10であってよい。
オムニホイール10は、ホイール本体11と、車軸に対して直交する支持軸を挿通されて、ホイール本体11の外周に回転可能に取り付けられる複数のローラ12とを備える車輪であってよい。またメカナムホイール20は、ホイール本体21と、車軸に対して斜めに傾いた支持軸を挿通されて、ホイール本体21の外周に回転可能に取り付けられる複数のローラ22とを備える車輪であってよい。なお複数の支持軸の傾斜角はすべて等しくてよい。移動体1は3輪構成をとることで、安定した接地を確保できるため、サスペンション装置を有しなくてよい。
移動体1において、各車輪30は、矩形箱形状の基体2の取付面に平行となるように取り付けられ、そのため1つの車輪30の向きは、他の車輪30の向きに対して、平行または直交する関係となる。3つの車輪30が基体2の取付面に平行となるように取り付けられることで、取付面に斜めとなるように取り付けられる場合と比較すると、基体2内においてアクチュエータ32をスペース効率よく配置でき、基体空間を有効利用できる。
以下、3つの車輪30の構成例について説明する。なお以下の図4~図9は、基体2に対する車輪30およびアクチュエータ32の位置を示し、制御部40、センサ42、カメラ44および通信部46の図示は省略している。
図4は、移動体の車輪構成の一例を示す。移動体1は、基体2の前面に一対の右メカナムホイール20b、左メカナムホイール20aを備え、基体2の後面にオムニホイール10を備える。右メカナムホイール20bはアクチュエータ32aに、左メカナムホイール20aはアクチュエータ32bに、オムニホイール10はアクチュエータ32cに、それぞれ連結される。一対の右メカナムホイール20bおよび左メカナムホイール20aは、同じ方向を向くように配置される。右メカナムホイール20b、左メカナムホイール20a、オムニホイール10の車輪径は同じであってよい。図4に示す車輪構成例では、アクチュエータ32a、32b、32cの向きを揃えることができるため、基体2の空間を有効に利用できる。なお移動体1は、基体2の後面に一対の右メカナムホイール20b、左メカナムホイール20aを備え、基体2の前面にオムニホイール10を備えてもよい。
図5は、移動体の車輪構成の別の例を示す。移動体1は、基体2の左側面に左メカナムホイール20a、基体2の右側面に右メカナムホイール20b、基体2の後面にオムニホイール10を備える。左メカナムホイール20aはアクチュエータ32aに、右メカナムホイール20bはアクチュエータ32bに、オムニホイール10はアクチュエータ32cに、それぞれ連結される。左メカナムホイール20aおよび右メカナムホイール20bは、同じ方向を向くように配置される。左メカナムホイール20a、右メカナムホイール20b、オムニホイール10の車輪径は同じであってよい。図5に示す車輪構成例では、基体2の両側面に一対の左メカナムホイール20a、右メカナムホイール20bが取り付けられるため、ユーザは感覚的に移動体1の前後方向を認識できる。なお左メカナムホイール20aおよび右メカナムホイール20bの位置は、互いに入れ替えられてもよい。
図6は、移動体の車輪構成の別の例を示す。移動体1は、基体2の左側面に左メカナムホイール20a、基体2の右側面に右メカナムホイール20b、基体2の後面にオムニホイール10を備える。図6に示す車輪配置は、図5に示す車輪配置と同じであってよい。
図6に示す車輪構成において、左メカナムホイール20aと右メカナムホイール20bの車輪径は同じであるが、左メカナムホイール20aおよび右メカナムホイール20bの車輪径と、オムニホイール10の車輪径は異なっている。図示されるように、オムニホイール10の車輪径は、メカナムホイール20の車輪径より大きい。図6に示す車輪構成によると、前後方向の移動時に乗り越えられる段差は、オムニホイール10におけるローラ12の径に依存する。そこで図6に示すように、オムニホイール10の車輪径を大きくして、ローラ12の径を大型化することで、移動体1の前後方向のギャップ走破性を高めることができる。
図7は、移動体の車輪構成の別の例を示す。移動体1は、基体2の左側面に左メカナムホイール20a、基体2の右側面に右メカナムホイール20b、基体2の後面にオムニホイール10を備える。図7に示す車輪配置は、図5に示す車輪配置と同じであってよい。
図7に示す車輪構成において、左メカナムホイール20aと右メカナムホイール20bの車輪径は同じであるが、左メカナムホイール20aおよび右メカナムホイール20bの車輪径と、オムニホイール10の車輪径は異なっている。図示されるように、オムニホイール10の車輪径は、メカナムホイール20の車輪径より小さい。図7に示す車輪構成によると、オムニホイール10の車輪径が小さいことで左右方向の運動特性は低下するが、アクチュエータ32cを小型化できることで、移動体1の全体の小型化に寄与する。
図8は、移動体の車輪構成の別の例を示す。移動体1は、基体2の左側面に左メカナムホイール20a、基体2の前面に左メカナムホイール20a、基体2の後面にオムニホイール10を備える。左側面側の左メカナムホイール20aはアクチュエータ32aに、前面側の左メカナムホイール20aはアクチュエータ32bに、オムニホイール10はアクチュエータ32cに、それぞれ連結される。2つの左メカナムホイール20aは、直交する方向を向くように配置される。なお2つの左メカナムホイール20aの代わりに、2つの右メカナムホイール20bが用いられてもよい。
図9は、移動体の車輪構成の別の例を示す。移動体1は、基体2の左側面に左メカナムホイール20a、基体2の右側面にオムニホイール10、基体2の後面にオムニホイール10を備える。左メカナムホイール20aはアクチュエータ32aに、右側面側のオムニホイール10はアクチュエータ32bに、後面側のオムニホイール10はアクチュエータ32cに、それぞれ連結される。
図4~図8に示す車輪構成例では、3つの車輪30のうち、2つがメカナムホイール20、1つがオムニホイール10であったが、図9に示す車輪構成例では、1つがメカナムホイール20、2つがオムニホイール10である。図9に示すように、3つの車輪30のうち、1つがメカナムホイール20、2つがオムニホイール10であっても、全方向移動を実現することが可能である。
以上、本発明を実施例をもとに説明した。上記実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
1・・・移動体、2・・・基体、10・・・オムニホイール、11・・・ホイール本体、12・・・ローラ、20・・・メカナムホイール、20a・・・左メカナムホイール、20b・・・右メカナムホイール、21・・・ホイール本体、22・・・ローラ、30・・・車輪、32,32a,32b,32c・・・アクチュエータ、40・・・制御部、42・・・センサ、44・・・カメラ、46・・・通信部。
Claims (8)
- 全方向移動を可能とする移動体であって、
基体と、
基体に取り付けられる3つの車輪と、
各車輪を駆動するアクチュエータと、を備え、
3つの車輪のうち、1つ又は2つの車輪は第1形態ホイールであり、残りの車輪は第2形態ホイールである、
ことを特徴とする移動体。 - 前記第1形態ホイールはメカナムホイールであり、前記第2形態ホイールはオムニホイールである、
ことを特徴とする請求項1に記載の移動体。 - 前記第1形態ホイールは、ホイール本体と、車軸に対して斜めに傾いた支持軸を挿通されてホイール本体の外周に回転可能に取り付けられる複数のローラとを備える車輪であり、
前記第2形態ホイールは、ホイール本体と、車軸に対して直交する支持軸を挿通されてホイール本体の外周に回転可能に取り付けられる複数のローラとを備える車輪である、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の移動体。 - 1つの車輪の向きは、他の2つの車輪の向きに対して、平行または直交する、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の移動体。 - 2つの車輪がメカナムホイールであり、1つの車輪がオムニホイールである、
ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の移動体。 - 1つのオムニホイールは、前記移動体の前面または後面に取り付けられている、
ことを特徴とする請求項5に記載の移動体。 - 2つのメカナムホイールの車輪径は同じである、
ことを特徴とする請求項5または6に記載の移動体。 - 前記第1形態ホイールの車輪径と、前記第2形態ホイールの車輪径は異なる、
ことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の移動体。
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2021
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