JP2023061284A - 移動体 - Google Patents

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。

（ａ）および（ｂ）は、オムニホイールの構成を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、メカナムホイールの構成を示す図である。 移動体の構成を示す図である。 移動体の車輪構成の一例を示す図である。 移動体の車輪構成の別の例を示す図である。 移動体の車輪構成の別の例を示す図である。 移動体の車輪構成の別の例を示す図である。 移動体の車輪構成の別の例を示す図である。 移動体の車輪構成の別の例を示す図である。

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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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