JP4264504B2

JP4264504B2 - Polyhedron moving device having shape change mechanism

Info

Publication number: JP4264504B2
Application number: JP2003013191A
Authority: JP
Inventors: 克彦田畑; 昭夫稲葉; 勤張; 久徳天野
Original assignee: 消防庁長官
Priority date: 2003-01-22
Filing date: 2003-01-22
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2023-01-22
Also published as: JP2004224146A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、形状変化機構を有する多面体移動装置に関するものであり、特に、震災直後の構造物の倒壊現場、災害及び事故発生地域、山間部の未開地域、及びプラント等の保守点検地域などの所謂不整地、或いは複雑な形状を呈する隙間、狭小空間などにおいて、優れた走行安定性及び踏破性を発揮可能な形状変化機構を有する多面体移動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、自立して歩行可能な二足歩行機構或いは四足歩行機構を有するロボットや、車輪（タイヤ）等の走行機構を有して種々の場所に移動可能な移動装置が数多く開発されている。係る移動装置等は、実際に人間が乗込んで操縦する有人タイプや、無線通信などによる遠隔制御若しくはプログラム制御などによる無人タイプのものが知られている。
【０００３】
特に、無人タイプのものは、人間が直接進入することに困難性や危険性を伴う場所に投入され、移動装置等に搭載された種々のセンサ等によって周囲の状況を認識及びデータ収集等を行い、離隔した場所にいるコントローラ（操作者）に対し、情報を送信することなどができる。また、自然災害や事故などの現場においては、人命救助を補助する役割を担うこともある。
【０００４】
このとき、移動装置をある地点から別の地点まで移動させる手段が、移動装置の走行性、悪路等の踏破性に大きく依存している。すなわち、道路などの比較的平坦な路面や工場の床面などの平地を主として移動する場合、比較的小さな段差やギャップなどを乗越えることができる程度の走行性能を有するものであればよく、その結果として移動手段に自動車等で主に用いられるタイヤ（車輪）を利用し、モータなどの駆動力によって係るタイヤを回転駆動することができる走行機構を採用することが現在では行われている。
【０００５】
しかしながら、所謂「不整地」と呼ばれる災害や事故の現場、或いは起伏の激しい山間部などを移動することを想定した移動装置の場合、前述のタイヤ等の走行機構ではタイヤがギャップの間に挟まったり、或いは大きな段差に乗上げることなどにより、エンジンやモータなどの駆動力をタイヤから路面に確実に伝達することが困難となる。そのため、不整地等の走行性を確保した移動手段（走行機構）及びそれらの制御技術の開発が不可欠となっている。
【０００６】
ここで、ロボットを含む移動装置の移動手段の一例を挙げると、クローラ型、ぜん動型、繊毛型、多足歩行（二足歩行を含む）型などが現在において知られており、一部は種々の産業分野における産業用ロボット、或いは娯楽用のロボットの移動手段として、さらに災害救助用の車輌の走行機構として採用されていることがある。
【０００７】
ここで、ぜん動型及び繊毛型は、ミミズなどの自然界に存在する昆虫等の生物の動きを模擬化して考案されたものであり、一般にロボット（移動装置）全体が、長手形状に形成されている。これにより、ロボットの全高及び全幅の少なくとも一方のサイズを小さくすることが可能であり、周囲に障害物等が存在する狭小空間などへ係るロボットを進入させ、種々の活動を制限なく行わせることができる利点を備えている。しかしながら、ぜん動型及び繊毛型のロボットの移動速度は、現在の開発技術においては著しく遅いため、人命救助や事故防止などの緊急性を要する作業や活動についての使用は適していなかった。
【０００８】
さらに、人間等の二足歩行型動物及び犬や馬などの四足歩行型動物の歩行動作を模擬したものは、優れた移動性及び不整地における踏破性を有するものの、移動時におけるロボットの重心移動を安定させる制御技術（制御則）等の確立が困難であり、現在の係る分野における技術レベルでは、災害救助用などに向けた実用化までには数多くの課題や問題点等を解決する必要があり、まだ多くの時間を要する技術である。
【０００９】
一方、上述したタイヤ等の複数の車輪に、鎖状につないだベルトを掛け、車輪の回転を通じて係るベルトを回転させながら走行可能とするクローラ型移動装置が採用されることがある。係るクローラ型移動装置は、戦車、ブルドーザー、トラクター、及び雪上車など、既に現在実用化されているものが数多く有り、凹凸の激しい路面状況に対して優れた走行安定性を有することが知られている。そして、係るクローラ型の走行機構を採用し、不整地等の移動を可能にしたロボット（移動装置）が既に開発され、提案されている（例えば、特許文献１など参照）。
【００１０】
ここで、クローラ型の走行機構を有する移動装置１００を例示すると、図１５（ａ）の上面図及び図１５（ｂ）の側面図に示すように、略長方形状のプラットフォーム１０１の側面の四カ所に車輪１０２にベルト１０３を掛けて形成されたクローラ機構部１０５がそれぞれ配設されている。これにより、クローラ機構部１０５のベルト１０３によって車輪１０２の回転駆動が接地面に確実に伝達されるため、劣悪な路面状況においても安定した走行性及び踏破性を保持して走行することができるようになる。さらに、クローラ機構部１０５を段差に応じて回転（図１５における矢印参照）させることにより、移動装置１００の全高よりも大きな段差を乗越えることができる。なお、図１５に示した移動装置１００は、走行時にプラットフォーム１０１の上面１０６及び下面１０７が反転するように転倒した場合でも、各々のクローラ機構部１０５がプラットフォーム１０１に対して回転自在に配設されているため、係るクローラ機構部を順次回転及び駆動することにより、通常の走行状態に容易に復帰させることができる機能を備えている（詳細については省略する）。
【００１１】
さらに、従来のクローラ型の走行機構を備える移動装置１１０の別形態について、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に基づいて説明すると、長方形状を成すプラットフォーム１１１のそれぞれの側面に一対の主クローラ機構部１１２が配設され、さらに該主クローラ機構部１１２の側面で、移動装置１１０の進行方向側に、主クローラ機構部１１２よりも長さの短い一対の副クローラ機構部１１３が取付けられているものである。ここで、副クローラ機構部１１３は主クローラ機構部１１２に対して取付けられた取付軸部（図示しない）を軸として回動変位自在になるように形成されている。
【００１２】
以上の構成により、例えば、主クローラ機構部１１２よりも大きな段差を乗越える場合、副クローラ機構部１１３の先端部１１３を段差面よりも高い位置に跳ね上げ（図１５（ｂ）における矢印方向）、始めに副クローラ機構部１１３の回転駆動によって移動装置１１０を段差に乗上げさせ、さらに主クローラ機構部１１２が段差に接地した段階で主クローラ機構部１１２の駆動力を利用して段差を乗越えることができる。また、係る移動装置１１０は、前述した移動装置１００と同様に、走行中にプラットフォーム１１１の上面１１５及び下面が反転した状態になったときでも、副クローラ機構部１１３の主クローラ機構部１１２に対する回転運動を利用して、反転状態から通常の状態に復帰させることが可能である（詳細については省略する）。
【００１３】
【特許文献１】
特開平０４−９２７８４号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した二つの移動装置１００，１１０の形態は、いずれも反転した状態からの復帰を行うために、その周囲（上下・前後・左右）に多くのスペースが必要であった。そのため、狭小空間に移動装置１００，１１０が進入した場合は通常状態への復帰動作が困難であった。さらに、クローラ機構部１０５を下に向けた状態で横転した場合には、通常の走行状態に復帰することが困難であった。
【００１５】
加えて、乗越え可能な段差は、クローラ機構部１０５，１１２，１１３の大きさに基本的に依存するため、大きな段差を乗越えることを想定して作成された移動装置は、全体のボディサイズが必然的に大きくなる傾向が強かった。その結果、災害や事故現場などの狭小空間での活動が制限され、クローラ型の走行機構が備える優れた走行安定性や踏破性を充分に活かすことができないことがあった。
【００１６】
さらに、上述の移動装置１００，１１０は、プラットフォーム１０１，１１１の側面部にのみクローラ機構部１０５等がそれぞれ配設されているため、プラットフォーム１０１，１１１が路面に接地し、さらにクローラ機構部１０５等が浮いた状態に陥ったときは、クローラ機構部１０５による駆動が空転し駆動力が路面に伝達されないため、係る状況から抜け出す（脱出）することが困難であった。
【００１７】
そこで、本発明は上記実情に鑑み、災害現場等の凹凸の激しい路面状況の不整地において、移動装置の外観形状を路面状況及び周囲の状況に応じて変化させ、狭小空間の作業性を損なうことのない形態変化機構を有する多面体移動装置の提供を課題とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる発明の形態変化機構を有する多面体移動装置は、複数の面プラットフォームと、互いに隣接する前記面プラットフォーム同士を回動自在に連結する連結手段及び前記連結手段によって連結された前記面プラットフォームの間の面角度を所定範囲で変位自在に制御する面角度制御手段を有する形状変化機構とを備え、前記面プラットフォーム及び前記形状変化機構によって多面体構成状態を採ることが可能な装置本体と、前記装置本体の前記面プラットフォームの外面に配設され、前記装置本体を移動可能な走行機構を有する移動手段とを具備するものである。
【００１９】
ここで、多面体構成状態とは、例えば、正方形の面プラットフォームを六つ組み合わせることによって形成される正六面体形状（立方体形状）や正三角形を八つ組み合わせて形成される正八面体形状の構成のものが挙げられる。さらに、上述した正多面体形状を呈する構成以外にも、例えば、複数の五角形状及び六角形状の面プラットフォームを組み合わせることにより、略サッカーボール形状を成して構成するもの、或いは六角柱や八角柱などの柱形状にしたものなどが含まれる。さらに、各面プラットフォームは平板状に形成されるものに限定されず、例えば、所定の曲率で湾曲した湾曲面であっても構わない。
【００２０】
さらに、連結手段とは、面プラットフォーム同士を連結し、回動自在にするものであり、従来から周知技術となっているヒンジ機構などを適用することが可能である。また、面角度制御手段とは、上述のヒンジ機構を介して面プラットフォームの回動動作が行われる際に、所定の面角度で回動動作を停止し、係る状態を保持するように制御するものである。そして、これらの二つの手段によって形状変化機構が形成され、前述した多面体構成状態以外に、種々の形状に装置本体を変化させられる（形態変化状態）。加えて、例えば立方体形状の場合は、各面を一平面に沿って並設し、立方体形状を展開状態にすることも可能となる。
【００２１】
また、移動手段とは、装置本体を一点から別の点まで移動させることが可能なものであり、従来から周知の技術である車輪（タイヤ）とモータなどの動力発生手段とからなる走行機構などが含まれる。
【００２２】
したがって、請求項１の発明の形態変化機構を有する多面体移動装置によれば、装置本体は、複数の面プラットフォームを組合わせて形成された多面体構成状態を成して形成可能である。さらに、装置本体は連結手段及び面角度制御手段からなる形状変化機構によって、装置本体の外観形状を変化させられる。これにより、面プラットフォームに配設された移動手段を利用して、装置本体を移動させる場合、互いに隣接する面プラットフォーム同士の間に形成される面角度を所望の値に変更することにより、移動する移動面（走行面）の路面状況に合わせることが行える。その結果、移動手段と路面との接地状態が安定し、走行機構から発生される駆動力を確実に路面へ伝達することが行える。これにより、凹凸や段差の激しい劣悪な路面状況の場合、所謂「不整地」においても、優れた走行安定性を発揮することが可能となる。
【００２３】
請求項２にかかる発明の形態変化機構を有する多面体移動装置は、請求項１に記載の形態変化機構を有する多面体移動装置において、前記移動手段は、前記走行機構としてクローラ型及び車輪型のいずれか一方が採用された移動ユニットを有し、前記装置本体は、前記面プラットフォームに配設された前記移動ユニットを回転変位自在に制御可能なユニット回転制御手段をさらに具備するものである。
【００２４】
したがって、請求項２の発明の形態変化機構を有する多面体移動装置によれば、請求項１の発明の形態変化機構を有する多面体移動装置の作用に加え、面プラットフォームの外面に移動手段であるクローラ型若しくは車輌型の移動ユニットが配設されている。また、ユニット回転制御手段によって多面体移動装置の装置本体と、移動ユニットとの間の相対角を任意の値に変更することも可能である。
【００２５】
そのため、狭小空間において転回動作を行う可能性が低くなり、走行性の向上及び移動時間の短縮を図ることが可能となる。なお、前述のような路面状況が特に劣悪な状態にある場合には、車輌型よりもクローラ型の走行機構を選択するものが、走行安定性及び踏破性をそれほど損なわないため、特に好適と考えられる。
【００２６】
請求項３にかかる発明の形態変化機構を有する多面体移動装置は、請求項１または請求項２に記載の形態変化機構を有する多面体移動装置において、前記移動手段、前記面角度制御手段、及び前記形状変化手段の少なくともいずれか二つを連動して制御する連動制御手段をさらに有するものである。
【００２７】
したがって、請求項３の発明の形態変化機構を有する多面体移動装置によれば、請求項１または請求項２の発明の形態変化機構を有する多面体移動装置の作用に加え、装置本体の形状変化機構の制御動作及び移動手段の制御動作が連動して制御される。これにより、路面状況や周囲環境に合わせて装置本体の形状変化が滑らかにおこなわれ、さらに移動手段の走行機構を移動する路面（接地面）に適切に接した状態に保持させることが可能となる。これにより、さらに走行安定性が向上するようになり、多面体移動装置による移動が容易となる。
【００２８】
請求項４にかかる発明の形態変化機構を有する多面体移動装置は、請求項３に記載の形態変化機構を有する多面体移動装置において、前記連動制御手段は、前記ユニット回転制御手段をさらに連動して制御するものである。
【００２９】
したがって、請求項４の発明の形態変化機構を有する多面体移動装置によれば、請求項３の発明の形態変化機構を有する多面体移動装置の作用に加え、ユニット回転制御手段の制御動作をさらに連動して制御が行われる。これにより、走行安定性がさらに向上する。
【００３０】
請求項５にかかる発明の形態変化機構を有する多面体移動装置は、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の形態変化機構を有する多面体移動装置において、前記装置本体の前記面プラットフォームは、所定の曲率に従って湾曲して形成され、前記装置本体は、略球形状を成した前記多面体構成状態を採るものである。
【００３１】
したがって、請求項５の発明の形態変化機構を有する多面体移動装置によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか一つの発明の形態変化機構を有する多面体移動装置の作用に加え、多面体構成状態を採る装置本体の外観形状が複数の湾曲した面プラットフォームによって、略球形状に形成される。これにより、装置本体全体を、丸みを帯びた形状にすることができ、多面体移動装置の装置本体から角部がほとんど取り除かれる。さらに、障害物が装置本体に接触した場合でも、装置本体全体が丸みを帯びて形成されているため障害物が引っかかる可能性が低くなり、多面体移動装置の移動が阻害されることが少なくなる。なお、一般に多面体とは平面状の部材が複数組合わせて構成された立体形状を言うことが多いが、本明細書中においては、係る湾曲した面プラットフォームなどの複数の面から立体的形状を採ったものも多面体構成状態に含むものと定義する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態である形状変化機構を有する多面体移動装置１（以下、単に「移動装置１」と称す）について、図１乃至図１３に基づいて説明する。ここで、図１は移動装置１における多面体構成状態Ａを示す説明図であり、図２は移動装置１の形態変化状態Ｂの一例を示す説明図であり、図３は移動装置１の展開状態Ｃを模式的に示す説明図であり、図４は移動装置１の各構成要素の配置を示す説明図であり、図５は移動ユニット２の概略構成を示す説明図であり、図６は移動ユニット２の機能的構成を示すブロック図であり、図７は装置本体３及び移動ユニット２の結合機構Ｇを説明する説明図であり、図８は面プラットフォーム４ａ等の回動動作を模式的に示す説明図であり、図９乃至図１２は移動装置１による段差Ｈの移動例等を示す説明図であり、図１３は窪地Ｕからの移動装置１の脱出例を示す説明図である。
【００３３】
本実施形態の移動装置１は、図１乃至図５に示すように、六つの正方形状をなす平板状の面プラットフォーム４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ（以下、特にことわりのない限り「面プラットフォーム４ａ等」と称する）、及び互いに隣接する面プラットフォーム４ａ等のフォーム辺５同士を連結し、かつ回動自在とした回動連結部６及び回動連結部６によって連結されたそれぞれの面プラットフォーム４ａ等の間に形成される面角度θを所定範囲内に制御して保持することが可能な面角度制御部７を有し、それぞれの面角度θを９０度に保持した状態に制御することにより、略立方体形状を成す多面体構成状態Ａ（図１参照）の態様を採ることが可能な装置本体３と、面プラットフォーム４ａ等のそれぞれの外面８の略中心に結合機構Ｇを介して取付けられ、かつ面プラットホーム４に対して軸回転し、所望の相対角τを維持することができる六つの移動ユニット２とから主に構成されている。
【００３４】
ここで、装置本体３について、さらに詳しく説明すると、図３及び図４に示すように、装置本体３は、回動連結部６及び面角度制御部７によって面プラットフォーム４ａ等の面角度θを変位自在に制御することができ、全ての面プラットフォーム４ａ等を略平面上に並べることができる展開状態Ｃの態様を採ることができる。ここで、展開状態Ｃにあるときの、面プラットフォーム４ａ等の間に形成される面角度θを０度として本明細書においては定義する。
【００３５】
そして、各面プラットフォーム４ａ等の外面８に相対する内面９には、移動装置１の各種制御を行うための電力を供給するバッテリ１０、面プラットフォーム４ａ等に対して移動ユニット２を所定の回転方向（図３の矢印方向に相当）に自由度１で回転させるための回転用モータ１１を有するユニット回転制御部１２、各面プラットフォーム４ａ等の面角度θを所定角度に保持し、装置本体３を多面体構成状態Ａから展開状態Ｃまで変化させ、装置本体３の外観の形状変化をさせるための前出の面角度制御部７、及び装置本体３の姿勢を検知する姿勢検知センサ１４などが主に配置されている。また、少なくとも一つの面プラットフォーム４ａ等（ここでは、面プラットフォーム４ｃに相当）の内面９には、移動装置１の各構成要素及び機構（面角度制御部７等）と電気的に接続し、互いの動きを連動して制御可能な動作制御コントローラ１５が設けられている。
【００３６】
加えて、装置本体３には移動ユニット２を配設するための結合機構Ｇ（詳細は後述する）が設けられている。ここで、回動連結部６が本発明における連結手段に相当し、面角度制御部７が本発明における面角度制御手段に相当し、ユニット回転制御部１２が本発明におけるユニット回転制御手段に相当し、動作制御コントローラ１５が本発明における連動制御手段に相当し、回動連結部６及び面角度制御部７が形状変化機構に相当する。
【００３７】
また、移動ユニット２は、図５に示すように、直方体形状を成すユニット本体１６と、該ユニット本体１６の両側面１７にそれぞれ配設された一対のクローラ機構部１８と、装置本体３の面プラットフォーム４ａ等との機械的及び電気的に接続可能な略円柱状を呈する結合軸１９とを有し、係る結合軸１９は移動ユニット２の上面２０から上方に向かって突設されている。ここで、クローラ機構部１８は、ユニット本体１６の側面１７から略水平方向に突設した少なくとも二つ以上の駆動ホイール２１ａ及びアイドラーホイール２１ｂと、駆動ホイール２１ａに架渡されたクローラベルト２２と、クローラベルト２２にテンションを掛けるためのテンションバー２３とから主に構成されている。
【００３８】
さらに、ユニット本体１６の内部には、その機能的構成として、図６に示すように、駆動ホイール２１ａを回転駆動させるためのクローラモータ２４、クローラモータ２４に対して速度及び信地旋回を制御するためのエンコーダ２６、及びモータコントローラ２５ａが収容されている。
【００３９】
そして、装置本体３の動作制御コントローラ１５と係るモータコントローラ２５ａが電気的に接続されることにより、クローラ機構部１８を可動させることができる。なお、移動ユニット２の結合軸１９の少なくとも一部には、装置本体３の動作制御コントローラ１５と電気的に接続可能な端子部（図示しない）が設けられ、動作制御コントローラ１５の指令に基づいてモータコントローラ２５ａ等を信号制御することができるようになっている。これにより、クローラ機構部１８を可動させて移動装置１を走行可能な状態にできる。移動装置１の進行方向の変更は、接地した一対のクローラ機構部１８のそれぞれの回転駆動速度を調整することにより可能となる。さらに、後述するユニット回転制御部１２を利用して、移動ユニット２を面プラットフォーム４ａ等に対して回転させることによっても行える。
【００４０】
また、装置本体３の面プラットフォーム４ａ等には、移動ユニット２の結合軸１９とユニット回転制御部１２等とを接続するために貫通孔（図示しない）が設けられ、結合軸１９が貫通孔に挿入されることによって装置本体３と移動ユニット２とが一体化される。ここで、装置本体３及び移動ユニット２との結合機構Ｇ及びユニット回転制御部１２は、図７（ａ），図７（ｂ）に示すように、移動ユニット２のクローラ機構部１８による進行方向と、面プラットフォーム４ａ等との相対する角度（以下、「相対角τ」とする）を検出するためのポテンショメータ２７、及び結合軸１２をブレーキシュー２８によって両側から挟込んで相対角τを維持する弓状に形成された一対のアーム２９、及びアーム２９の一端とそれぞれ接続し、アーム２９の開閉動作を行う開閉カム３０を有するブレーキ機構部３１を有している。
【００４１】
ユニット回転制御部１２を利用して、移動ユニット２の面プラットフォーム４ａに対する相対角τを変更することにより、移動装置１の進行方向を変えることができる。ここで、相対角τは移動装置１の進行方向等を基準とした場合の偏移を示すものである。また、ブレーキ機構部３１は、モータコントローラ２５ｂと接続した一つのアーム駆動モータ３２によってアーム２９の開閉動作を行うことができる。そして、モータコントローラ２５ｂは結合軸１９の外径に略一致する内径を有するプーリ３３に架け渡されたタイミングベルト３４に回転力を伝達可能な回転用モータ１１と接続している。これにより、モータコントローラ２５ｂによって装置本体３に対する移動ユニット２の相対的な相対角τを自由に変更することができる。
【００４２】
なお、電気配線などが移動ユニット２の回転により絡まるトラブルの発生を回避するために、係る相対角τはプラスマイナス１８０度の範囲で設定されることが好ましい。さらに、ポテンショメータ２７側のプーリ３６は、相対角τの変位を検出するためにベルト３７によって結合軸１９側のプーリ３３と接続している。これにより、回転用モータ１１の回転が結合軸１９及びポテンショメータ２７に確実に伝達されるため、相対角τが安定して検出されることになる。
【００４３】
ここで、装置本体３に対して移動ユニット２を回転させるためには、始めにモータコントローラ２５ｂによってアーム駆動モータ３２を駆動制御し、開閉カム３０を回転させてブレーキシュー２８による結合軸１９の挟持を解除し（図７（ｂ）参照）、その後、モータコントローラ２５ｂによって回転用モータ１１を動かすことにより、タイミングベルト３４により結合軸１９を回転軸として装置本体３に対して移動ユニット２を回転させられる。そして、所定の相対角τまで回転した後に再びモータコントローラ２５ｂによってアーム駆動モータ３２を駆動制御して開閉カム３０を回転させアーム２９を閉じる（図７（ａ）参照）。これにより、ブレーキシュー２８によって再び結合軸１９が挟まれた状態となり、変更後の相対角τを維持することができる。
【００４４】
また、移動装置１は互いに隣接する面プラットフォーム４ａ等を連結し、さらに回動自在とする回動連結部６及び所定の面角度θを保持するように制御可能な面角度制御部７を有している。そして、図８（ａ），図８（ｂ）に模式的に示すように、互いを回動自在に連結するヒンジ４０と、面プラットフォーム４ａ等を多面体構成状態Ａ及び展開状態Ｃにするリンク部３８と、リンク部３８に回動力を与える回動用モータ３９と、回動用モータ３９を駆動制御するモータコントローラ（図示しない）とから主に構成されている。ここで、互いの面プラットフォーム４ａ等の間に形成される面角度θは、前述したように同一平面に並んだ状態を面角度θ＝０度とすると、多面体構成状態Ａの時は面角度θ＝９０度となる。さらに、回動連結部６は、面角度制御部７によって、ここでは面角度θが−４５度から＋９０度の任意の範囲で変化させることができる（図示は省略する）。
【００４５】
そして、動作制御コントローラ１５によって上述した複数の基本構成、すなわち、移動ユニット２による移動動作、ユニット回転制御部１２による移動ユニット２の回転動作、回動連結部６及び面角度制御部７による開閉動作を互いに連動させながら制御することができ、移動装置１に各動作を連係させることができる。そのため、滑らかな動作を移動装置１に発現させることが可能となり、後述の移動例に示すような不整地等の劣悪な路面状況においても優れた走行安定性を保持することができる。
【００４６】
次に、本実施形態の移動装置１における段差Ｈ等を有する不整地の移動（走行例）について、図９乃至図１３に基づいてそれぞれ例示する。ここで、移動装置１は通常の走行時には、図９（ａ）に示されるように、各面プラットフォーム４ａ等の面角度θをいずれも９０度になるように制御し、装置本体３が立方体形状を成す多面体構成状態Ａの態様を採る。
【００４７】
ここで、装置本体３の各面プラットフォーム４ａ等の外面８には、それぞれ優れた走行安定性を備えるクローラ機構部１８を有する移動ユニット２が取付けられているため、仮に図９（ｂ）に示すような段差Ｈを有する路面Ｒを走行中に、段差Ｈによって転倒若しくは横転した場合でも、各面プラットフォーム４ａに取付けられたいずれか一つの移動ユニット２が路面Ｒと接地した状態となるため、可動させるクローラ機構部１８を切替えることにより、転倒前の通常の走行状態に容易に復帰させることができる。
【００４８】
これにより、転倒状態からの復帰に対し、従来のクローラ型の走行機構を有する移動装置と異なり、周囲に広範な空間を要しないため、狭小空間における作業性及び活動性などを損なうことがない。したがって、移動装置１の行動範囲を拡大させることができる。
【００４９】
さらに、図１０（ａ）に示すような、連続した段差Ｈ’を有する階段状の路面Ｒ’を移動装置１が走行する場合について説明する。段差Ｈ’の近傍に到達した移動装置１は、始めに回動連結部６及び面角度制御部７からなる形状変化機構を利用して装置本体３の上面及び進行方向に正対する面（前面）に位置するそれぞれの面プラットフォーム４ａ，４ｂの面角度θを９０度から０度に近づけるように制御する。
【００５０】
これにより、面プラットフォーム４ａ，４ｂに取付けられた移動ユニット２のクローラ機構部１８のクローラベルト２２を階段状の段差Ｈ’の少なくとも一部に接触するように展開される（図１０（ｂ）参照）。そして、移動ユニット２のクローラ機構部１８が段差Ｈ’に接触した状態（形態変化状態Ｂ’）で、係るクローラ機構部１８を駆動制御することにより、移動装置１は段差Ｈ’を容易に乗越えることができる（図１０（ｃ）における形態変化状態Ｂ’’）。
【００５１】
この場合、移動装置１の移動（登坂）に伴って、適宜面プラットフォーム４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの互いの相対する面角度θを変更させ、各々のクローラ機構部１８が適切に路面Ｒに接地するように制御される。なお、図１０（ａ）等において、進行方向に対して並設した四つの面プラットフォーム４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを制御して、段差Ｈ’及び路面Ｒ’を乗越え、走行するものを示したが、例えば、進行方向に対して左右方向に位置する面プラットフォーム４ｅ，４ｆ（なお、面プラットフォーム４ｆは、面プラットフォーム４ｅの奥に位置するため図１０において確認することはできない）の面角度θを変位制御し、段差Ｈ’に移動ユニット２のクローラ機構部１８が合うようにするものであっても構わない。これにより、移動装置１の重心が低くなり、かつ左右方向のぶれが安定するため、さらに走行安定性を向上させることができる。また、移動装置１の高さが低くなるため、段差Ｈ’の上方に障害物等が存在している場合でも、容易に走行することができる。
【００５２】
さらに、上述の例では四つの面プラットフォーム４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを展開し、その並設した方向に向かって進行するものを示したが、係る段差Ｈ’の乗越えを回避するように制御することも可能である。この場合（例えば、移動装置１の後方に障害物等が存在し、面プラットフォーム４ｄの展開が困難な場合など）、移動装置１の当初の進行方向（図１０（ａ）等における紙面左右方向に相当）から紙面に対して直交する紙面表裏方向に変更することが一般に行われる。このとき、移動装置１は、回転等を行う必要がなく、面プラットフォーム４ｅ，４ｆを適宜展開することにより、段差Ｈ’を回避することができる。また、面プラットフォーム４ｅ，４ｆの展開方向に段差（図示しない）があった場合でも、段差に応じて移動ユニット２のクローラ機構部１８を接地させることにより、上述の状況から抜け出すことができる。
【００５３】
次に、多面体構成状態Ａに有る移動装置１の全長よりも広幅のギャップＷを有する谷などを踏破する場合には、図１１に示すように進行方向に沿って四つの面プラットフォーム４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを面角度θを０度に設定して縦列に展開する。これにより、多面体構成状態Ａにおける移動装置１の全長に対し、展開状態の全長は約４倍となる。そのため、広幅のギャップＷが進路に存在していたとしても、上述した全長を伸長する制御を行うことにより、移動装置１は容易に踏破することができる。この結果、移動装置１の活動範囲がさらに制限されることがなく、移動可能範囲がより広がる。
【００５４】
また、本実施形態の移動装置１は、図１２に示すように、多面体構成状態Ａにおける移動装置１の全高に対し、進入口Ｅの高さが低い空間（図１２（ａ）参照）においても進入することができる。すなわち、図１２（ｂ）に示すように、係る進入口Ｅの口形状に合わせて各面プラットフォーム４ａ等の相対する面角度θを変化させることにより移動装置１の形状を変化させ（形態変化状態Ｂ’’’に相当）、移動装置１の多面体構成状態Ａの全高より狭い（低い）空間に進入することができるようになる。これにより、移動装置１の活動範囲がさらに制限されることがない。
【００５５】
さらに、本実施形態の移動装置１は、例えば、移動中に崖などから落下し、窪地Ｕに挟まれた状況に陥った場合でも、各面プラットフォーム４ａ等の面角度θを適宜変化させ、さらに必要に応じて移動ユニット２を装置本体３に設けられたユニット回転制御部１２を利用して面プラットフォーム４ａ等に対して回転させることにより容易に窪地Ｕから脱出することができる。
【００５６】
係る脱出について、図１３（ａ）乃至図１３（ｄ）に基づいてさらに詳述すると、まず、窪地Ｕに挟まれた状態に陥った移動装置１は、多面体構成状態Ａから、左右方向（図１３（ａ）における左右方向に相当）の面プラットフォーム４ｂ，４ｄを窪地Ｕを形成するがれきＳにそれぞれの移動ユニット２のクローラ機構部１８が接するように展開する（図１３（ｂ）参照）。このとき、面プラットフォーム４ｂに連結された面プラットフォーム４ａは、面プラットフォーム４ｂの展開に連動して、移動装置１の上面から稍傾斜した状態になる。
【００５７】
このとき、必要に応じてクローラ機構部１８の面プラットフォーム４ｂ，４ｄに対する相対角τを回転変位させ、クローラ機構部１８の可動方向をがれきＳからの脱出に適切な略上方にする。そして、面プラットフォーム４ｂ，４ｄと、面プラットフォーム４ｃとの間に形成される面角度θを面角度制御部７等の形状変化機構を利用して、面角度θ＝０度になるように展開する（図１３（ｃ）参照）。なお、必要に応じて、面プラットフォーム４ｂ，４ｄに配設された移動ユニット２のクローラ機構部１８を可動させる。さらに、同時に面プラットフォーム４ｂに連結された面プラットフォーム４ａを面角度θ＝０度になるように展開する。これにより、面角度制御部７にかかるトルクを軽減した状態で面プラットフォーム４ｂ，４ｄの展開が行われ、最終的には、図１３（ｄ）に示すように、がれきＳの間に移動装置１が架渡された状態（図１１におけるギャップＷの走行状態と略一致）にすることができる。これにより、移動装置１は窪地Ｕから容易に脱出を図ることができ、再び不整地を移動することができるようになる。なお、この場合（図１３（ｄ））、形態変化状態Ｂ’’にある移動装置１の重心の関係から、紙面右方向に進行することが望ましい。
【００５８】
以上述べたように、本実施形態の移動装置１は、従来の車輌（ロボット等）を含む移動装置で困難であった災害や事故の現場などのあらゆる劣悪な路面状況にある不整地においても、優れた走行安定性を発揮し、移動することができる。さらに、路面Ｒの凹凸等によって移動装置１が横転若しくは転倒した場合でも、移動装置１の周囲に広範な空間を要することなく容易に移動状態に復帰することができる。
【００５９】
加えて、各面プラットフォーム４ａ等の面角度θを適宜制御することにより、装置本体３の外観を種々の形状に変化させることができる（例えば、形態変化状態Ｂ，Ｂ’，Ｂ’’，Ｂ’’’など）。このため、複雑な地形や狭小空間を移動する場合でも周囲の環境に合わせながら移動することができ、移動装置１の移動（活動）範囲が制限されることがなく、劣悪な路面条件下においても走行機能等が制限されることが少ない。さらに、面プラットフォーム４ａ等の回動により移動装置１のサイズを変更することが可能であるため、多面体構成状態Ａの態様のときには比較的コンパクトなサイズに構成することができる。
【００６０】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。
【００６１】
すなわち、多面体構成状態Ａとして、六つの面プラットフォーム４ａ等からなる正六面体形状を成すものを示したがこれに限定されるものではなく、正四面体形状、正八面体形状、正十二面体形状、及び正二十面体形状の正多面体で構成するものであってもよい。また、正多面体に限定されるものではなく種々の形状（三角形、円形、楕円形など）を組み合わせて多面体を構成してもよい。さらに、面プラットフォーム４ａ等として略平板状のものを示したが、係る面プラットフォーム４ａ等は所定の曲率で湾曲して形成されたものであってもよい。
【００６２】
例えば、図１４に示すように、移動装置５０の装置本体５１を多面体構成状態Ａのときに、球形状を成すように構成したものであってもよい。これにより、多面体構成状態Ａにある装置本体５１を、丸みを帯びた形状とすることができ、例えば、進路中に障害物が存在し、装置本体５１の表面に当たった場合でも、各湾曲プラットフォーム５２の外面上で滑動可能となるために、障害物に引っ掛かって、移動装置５０の走行が阻害される可能性が低い。また、移動装置５０に衝撃等が加わった場合でも球形により衝撃力が分散し、装置本体５１が破損する可能性が低くなる。なお、図１４においては、略真球状の多面体構成状態Ａを採るものを示したが、これに限定されるものではなく、例えば、卵形状や回転楕円体形状などを、所定の曲率に従って湾曲した複数の面を組合わせることによって構成するものであっても特に構わない。
【００６３】
さらに、本実施形態の移動装置１において、各々の面プラットフォーム４ａ等の間に形成される面角度θを”ー４５度から＋９０度”の範囲で変化させるものを示したが、面角度θの回動範囲はこれらに限定して規制されるものではなく、回動連結部の連結機構に応じて任意に設定することができる。さらに、係る面角度θの回動範囲は、形成可能な多面体構成状態によっても適宜変更される。
【００６４】
また、移動ユニット２としてクローラ機構部１８を有するクローラ型のものを示したが、移動手段としてその他の走行機構を備えるもの、例えば、通常のタイヤ等を備えるものを路面Ｒの状況に応じて利用してもよい。これにより、移動装置の製造コストを低く抑えることができる利点がある。なお、この場合でも、上述したように各面プラットフォーム４ａ等の面角度θの制御及び各面プラットフォーム４ａ等の外面８にそれぞれ配設された移動ユニットにより、従来の四輪の走行機構に比べて、不整地における走行安定性が優れることはいうまでもない。
【００６５】
しかしながら、タイヤ等の走行機構よりも本実施形態で示したクローラ型の走行機構の方が、クローラベルト２２等によって、確実に回転駆動を路面Ｒ，Ｒ’に伝達することが可能であり、劣悪な路面状態でも安定して走行を維持できるため、係るクローラ型の走行機構を採用するものが本発明において特に好適であると想定される。
【００６６】
また、本実施形態の移動装置１において示した回動連結部６は、各々の面プラットフォーム４ａ等をそれぞれ切り離すことの可能な分離機能を備え、かつ各々の面プラットフォーム４ａ等のみ（移動ユニット２は含む）で単独で走行することができる構成を備えていてもよい。これにより、例えば、図１２において示したように、移動装置１の形状を変化させた場合でも侵入することの困難な狭小空間に対しても、例えば、一つの面プラットフォーム４ａ等が占める空間さえ、確保することができれば侵入することができる。すなわち、前述したように、複数のクローラ機構部１８を連ねることにより獲得される優れた走行性及び踏破性を犠牲にするものの、移動装置（分離後）の行動範囲をより拡げることができるようになる。
【００６７】
さらに、例えば、面プラットフォーム４ａのみが狭小空間に挟まれ、脱出不可能な状況に陥った場合でも、上述の分離機能を作用させることにより、挟まれた面プラットフォーム４ａを切り離し、残りの五つの走行に支障のない状態にある面プラットフォーム４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆを係る状況から救出することができる。
【００６８】
加えて、本実施形態の移動装置１において示した移動ユニット２は、各面プラットフォーム４ａ等に対し、着脱自在に形成されていてもよい。換言すると、図７において示した結合機構Ｇは着脱機能を有しても構わない。これにより、例えば、移動装置１の外観形状を小さくすることが可能となり、狭小空間における走行性を損なう可能性がさらに低くなる。
【００６９】
さらに、面プラットフォーム４ａ等から離脱された（すなわち、図５において示した状態）の移動ユニット２は、図４の配置構成において示した動作制御コントローラ１５などの制御機構を、ユニット本体１６の内部に保有させることによって、単独で行動することも可能である。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明の形状変化機構を有する多面体移動装置は、互いに隣接した面プラットフォームを回動自在に連結し、かつ該面プラットフォームの間の面角度を制御することにより、多面体移動装置の外観形状を変化させ、多面体構成状態、形態変化状態、及び展開状態などの種々の態様を採ることができる。これにより、移動する路面状況及び周囲の状況に合わせて形状変化をすることにより、移動手段と路面との接地状態が確実となり、悪路などでも走行機構による駆動が確実に接地箇所に伝達され、安定した走行性能を発揮することができる。さらに、それぞれの面プラットフォームに対して移動手段が取付けられているため、横転や反転した状態からの復帰も狭小空間で行うことができる。そのため、多面体移動装置の行動範囲が制限されることが少ない。
【００７１】
請求項２の発明の形状変化機構を有する多面体移動装置は、請求項１の発明の形状変化機構を有する多面体移動装置の効果に加え、移動手段の走行機構としてクローラ型または車輌型のいずれか一方を用いることができる。特に、クローラ型を適用した場合は、劣悪な路面状況においてさらに優れた走行安定性を有することができる。
【００７２】
請求項３及び請求項４の発明の形状変化機構を有する多面体移動装置は、請求項１または請求項２の発明の形状変化機構を有する多面体移動装置の効果に加え、移動手段等の種々の動作を連動して制御することができる。これにより、各動作が滑らかに行われ、移動手段と路面との接地状態がより確実となるため、走行安定性を向上させることができる。
【００７３】
請求項５の発明の形状変化機構を有する多面体移動装置は、請求項１乃至請求項４のいずれか一つの発明の形状変化機構を有する多面体移動装置の効果に加え、装置本体の多面体形状を略球形にして形成することにより、多面体移動装置を角部のない形状にすることができ、障害物等による影響を受けず、さらに衝撃が加わった場合なども衝撃力を分散し、移動装置が破損する可能性が低くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の移動装置における多面体構成状態を示す説明図である。
【図２】移動装置の形態変化状態の一例を示す説明図である。
【図３】移動装置の展開状態を模式的に示す説明図である。
【図４】移動装置の各構成要素の配置を示す説明図である。
【図５】移動ユニットの概略構成を示す説明図である。
【図６】移動ユニットの機能的構成を示すブロック図である。
【図７】装置本体及び移動ユニットの結合機構を説明する説明図である。
【図８】面プラットフォームの回動動作を模式的に示す説明図である。
【図９】移動装置による転倒・横転からの復帰を示す説明図である。
【図１０】移動装置による階段状の路面の走行例を示す説明図である。
【図１１】移動装置による広幅のギャップの踏破を示す説明図である。
【図１２】移動装置による狭小空間への進入を示す説明図である。
【図１３】移動装置による窪みからの脱出例を示す説明図である。
【図１４】本発明の移動装置の別形態を示す説明図である。
【図１５】従来の移動装置の構成の一例を示す説明図である。
【図１６】従来の移動装置の構成の別例を示す説明図である。
【符号の説明】
１移動装置（多面体移動装置）
２移動ユニット（移動手段）
３装置本体
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ面プラットフォーム
６回動連結部（連結手段、形状変化機構）
７面角度制御部（面角度制御手段、形状変化機構）
１２ユニット回転制御部（ユニット回転制御手段）
１５動作制御コントローラ（連動制御手段）
１８クローラ機構部（走行機構）
Ａ多面体構成状態
Ｂ形態変化状態
Ｃ展開状態
Ｇ結合機構
θ 面角度
τ 相対角[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polyhedral moving device having a shape change mechanism, and in particular, such as a collapse site of a structure immediately after an earthquake disaster, a disaster and accident occurrence area, an unopened area in a mountainous area, and a maintenance inspection area such as a plant. The present invention relates to a polyhedron moving apparatus having a shape changing mechanism capable of exhibiting excellent running stability and traversability in so-called rough terrain, a gap having a complicated shape, a narrow space, or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, many robots having a biped walking mechanism or a quadruped walking mechanism capable of walking independently and a moving device that has a traveling mechanism such as wheels (tires) and can move to various places have been developed. . As such mobile devices, there are known manned types that humans actually get on and maneuver, and those that are unmanned by remote control or program control by wireless communication or the like.
[0003]
In particular, unmanned types are thrown into places that are difficult or dangerous for humans to enter directly, and various sensors mounted on mobile devices etc. recognize surrounding conditions and collect data. Information can be transmitted to a controller (operator) at a remote location. Also, in the field of natural disasters and accidents, it may play a role in assisting lifesaving.
[0004]
At this time, the means for moving the moving device from one point to another greatly depends on the traveling property of the moving device, traversing ability such as a rough road. That is, when moving mainly on relatively flat road surfaces such as roads and flat surfaces such as factory floors, it is sufficient if it has traveling performance that can overcome relatively small steps or gaps. As a result, it is currently practiced to employ a traveling mechanism that uses tires (wheels) that are mainly used in automobiles or the like as the moving means and that can rotate the tires by a driving force such as a motor.
[0005]
However, in the case of a moving device that is supposed to move in a so-called “rough terrain” disaster or accident site, or in a mountainous area with high undulations, in the above-mentioned traveling mechanism such as a tire, the tire is sandwiched between gaps. Alternatively, it is difficult to reliably transmit the driving force of the engine, the motor, or the like from the tire to the road surface by riding on a large step. For this reason, it is indispensable to develop moving means (traveling mechanism) that secures traveling performance such as rough terrain and their control technology.
[0006]
Here, as an example of the moving means of the moving device including the robot, a crawler type, a peristaltic type, a cilia type, a multi-legged walking type (including bipedal walking type), etc. are currently known, and some of them are various. As a moving means for an industrial robot or an amusement robot in this industrial field, it may be used as a traveling mechanism for a disaster rescue vehicle.
[0007]
Here, the peristaltic type and the cilia type are devised by simulating the movements of organisms such as earthworms such as insects that exist in nature, and the entire robot (moving device) is generally formed in a longitudinal shape. . As a result, it is possible to reduce the size of at least one of the overall height and the overall width of the robot, and to allow the robot to enter a narrow space where obstacles and the like are present in the surroundings and perform various activities without restriction. Has the advantage of being able to. However, the movement speed of peristaltic and ciliated robots is remarkably slow in the current development technology, so that it is not suitable for use in urgent tasks and activities such as lifesaving and accident prevention.
[0008]
Furthermore, the simulation of the walking behavior of biped animals such as humans and quadruped animals such as dogs and horses has excellent mobility and traversability on rough terrain, but the center of gravity of the robot when moving It is difficult to establish a control technology (control law) that stabilizes movement, and at the current technical level in this field, it is necessary to solve many problems and problems before putting it into practical use for disaster relief. This is a technology that still takes a lot of time.
[0009]
On the other hand, a crawler type moving device is sometimes employed in which a plurality of wheels such as the above-described tires are hung from a chained belt, and the vehicle can travel while rotating the belt through rotation of the wheels. There are many such crawler type moving devices that are already in practical use, such as tanks, bulldozers, tractors, and snow vehicles, and it is known that they have excellent running stability against uneven road surfaces. Yes. A robot (moving device) that employs such a crawler-type traveling mechanism and enables movement on rough terrain has already been developed and proposed (see, for example, Patent Document 1).
[0010]
Here, as an example of the moving device 100 having a crawler type traveling mechanism, as shown in a top view of FIG. 15A and a side view of FIG. Further, crawler mechanism portions 105 formed by belts 103 and wheels 103 are respectively disposed. As a result, the rotational drive of the wheel 102 is reliably transmitted to the ground contact surface by the belt 103 of the crawler mechanism 105, so that the vehicle can travel while maintaining stable traveling performance and traverse performance even in poor road surface conditions. become. Further, by rotating the crawler mechanism 105 in accordance with the step (see the arrow in FIG. 15), it is possible to get over the step larger than the total height of the moving device 100. In the moving device 100 shown in FIG. 15, each crawler mechanism 105 is rotatably arranged with respect to the platform 101 even when the upper surface 106 and the lower surface 107 of the platform 101 are reversed so as to be reversed during traveling. Therefore, the crawler mechanism is provided with a function capable of easily returning to the normal running state by sequentially rotating and driving the crawler mechanism (details are omitted).
[0011]
Furthermore, another embodiment of the moving device 110 having a conventional crawler type traveling mechanism will be described with reference to FIGS. 16A and 16B. A pair of main devices is provided on each side surface of the platform 111 having a rectangular shape. A crawler mechanism portion 112 is disposed, and a pair of sub crawler mechanism portions 113 having a length shorter than that of the main crawler mechanism portion 112 is attached to the side of the main crawler mechanism portion 112 on the side of the moving direction of the moving device 110. It is what. Here, the sub crawler mechanism 113 is formed to be rotatable and displaceable about an attachment shaft (not shown) attached to the main crawler mechanism 112.
[0012]
With the above configuration, for example, when climbing over a step larger than that of the main crawler mechanism portion 112, the tip end portion 113 of the sub crawler mechanism portion 113 is flipped up to a position higher than the step surface (in the arrow direction in FIG. 15B). First, when the sub crawler mechanism unit 113 is rotationally driven, the moving device 110 is stepped on the step, and when the main crawler mechanism unit 112 contacts the step, the driving force of the main crawler mechanism unit 112 is used to ride the step. Can be exceeded. Further, like the above-described moving device 100, the moving device 110 rotates the sub crawler mechanism portion 113 relative to the main crawler mechanism portion 112 even when the upper surface 115 and the lower surface of the platform 111 are reversed during traveling. It is possible to return from the inverted state to the normal state by using motion (details are omitted).
[0013]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 04-92784
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, both of the above-described forms of the two moving devices 100 and 110 require a lot of space around them (up and down, front and rear, and left and right) in order to return from the inverted state. Therefore, when the moving devices 100 and 110 enter a narrow space, it is difficult to return to the normal state. Furthermore, it is difficult to return to the normal traveling state when the crawler mechanism portion 105 rolls over with the surface facing downward.
[0015]
In addition, since the step that can be overridden basically depends on the size of the crawler mechanism 105, 112, 113, the moving device created on the assumption of overcoming a large step has an overall body size. There was a strong tendency to inevitably grow. As a result, activities in narrow spaces such as disasters and accident sites are restricted, and the excellent running stability and traversability of the crawler type running mechanism may not be fully utilized.
[0016]
Furthermore, since the above-described moving devices 100 and 110 are provided with the crawler mechanism 105 and the like only on the side surfaces of the platforms 101 and 111, the platforms 101 and 111 are grounded to the road surface, and further the crawler mechanism 105 and the like. When the vehicle is in a floating state, the drive by the crawler mechanism 105 is idle and the driving force is not transmitted to the road surface, so it is difficult to escape (escape) from such a situation.
[0017]
Therefore, in view of the above circumstances, the present invention changes the external shape of the moving device according to the road surface condition and the surrounding conditions on rough terrain where the road surface is extremely uneven, such as a disaster site, and impairs the workability of the narrow space. It is an object of the present invention to provide a polyhedral moving device having a shape change mechanism without any problem.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
A polyhedral moving apparatus having a form change mechanism according to a first aspect of the present invention includes a plurality of surface platforms, a connection means for rotatably connecting the surface platforms adjacent to each other, and the surface platform connected by the connection means. And a shape change mechanism having a face angle control means for controlling the face angle between the face platform and the shape change mechanism so as to be freely displaceable within a predetermined range, and a device body capable of adopting a polyhedral configuration state by the face platform and the shape change mechanism, And a moving means disposed on an outer surface of the surface platform of the apparatus main body and having a traveling mechanism capable of moving the apparatus main body.
[0019]
Here, the polyhedron configuration state includes, for example, a regular hexahedron shape (cubic shape) formed by combining six square surface platforms or a regular octahedron shape formed by combining eight regular triangles. Can be mentioned. Furthermore, in addition to the configuration exhibiting the regular polyhedron shape described above, for example, a configuration in which a plurality of pentagonal and hexagonal surface platforms are combined to form a substantially soccer ball shape, or a hexagonal column, octagonal column, etc. This includes things that have a columnar shape. Further, each surface platform is not limited to a flat plate shape, and may be a curved surface curved with a predetermined curvature, for example.
[0020]
Further, the connecting means connects the surface platforms so as to be rotatable, and a hinge mechanism or the like that has been conventionally known can be applied. Further, the surface angle control means controls the surface platform to stop at a predetermined surface angle and maintain the state when the surface platform is rotated through the hinge mechanism. It is. Then, a shape change mechanism is formed by these two means, and the apparatus main body can be changed to various shapes in addition to the polyhedron configuration state described above (form change state). In addition, in the case of a cubic shape, for example, it is possible to arrange each surface along a single plane so that the cubic shape is in an expanded state.
[0021]
Further, the moving means is capable of moving the apparatus main body from one point to another point, and is a conventionally known technique such as a traveling mechanism composed of wheels (tires) and power generating means such as a motor. Is included.
[0022]
Therefore, according to the polyhedron moving apparatus having the form change mechanism of the first aspect of the invention, the apparatus main body can be formed in a polyhedron configuration state formed by combining a plurality of face platforms. Further, the external shape of the apparatus main body can be changed by a shape changing mechanism including the connecting means and the surface angle control means. Thus, when the apparatus main body is moved using the moving means arranged on the surface platform, the apparatus moves by changing the surface angle formed between the adjacent surface platforms to a desired value. It can be adapted to the road surface condition of the moving surface (traveling surface). As a result, the ground contact state between the moving means and the road surface is stabilized, and the driving force generated from the traveling mechanism can be reliably transmitted to the road surface. As a result, in the case of an inferior road surface with severe irregularities and steps, it is possible to exhibit excellent running stability even on so-called “rough ground”.
[0023]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a polyhedron moving apparatus having the form changing mechanism according to the first aspect, wherein the moving means is one of a crawler type and a wheel type as the traveling mechanism. One of the movable units is employed, and the apparatus main body further includes unit rotation control means capable of controlling the movable unit disposed on the surface platform so as to be freely rotatable and displaceable.
[0024]
Therefore, according to the polyhedron moving apparatus having the form changing mechanism of the invention of claim 2, in addition to the action of the polyhedron moving apparatus having the form changing mechanism of the invention of claim 1, a crawler type which is a moving means on the outer surface of the face platform. Alternatively, a vehicle-type moving unit is provided. It is also possible to change the relative angle between the main body of the polyhedron moving device and the moving unit to an arbitrary value by the unit rotation control means.
[0025]
Therefore, the possibility of performing a turning operation in a narrow space is reduced, and it becomes possible to improve traveling performance and shorten travel time. In addition, when the road surface condition as described above is particularly inferior, it is particularly preferable to select a crawler type traveling mechanism rather than a vehicle type because it does not impair the traveling stability and traversability so much. It is done.
[0026]
The polyhedron moving device having the form changing mechanism according to claim 3 is the polyhedron moving device having the form changing mechanism according to claim 1 or 2, wherein the moving means, the surface angle control means, and the shape are provided. It further has interlocking control means for controlling at least any two of the changing means in conjunction with each other.
[0027]
Therefore, according to the polyhedron moving apparatus having the form changing mechanism of the invention of claim 3, in addition to the action of the polyhedron moving apparatus having the form changing mechanism of the invention of claim 1 or 2, in addition to the action of the shape changing mechanism of the apparatus main body. The control operation and the control operation of the moving means are controlled in conjunction with each other. Thereby, the shape change of the apparatus main body is smoothly performed according to the road surface condition and the surrounding environment, and further, the traveling mechanism of the moving means can be held in a state of being appropriately in contact with the moving road surface (grounding surface). . As a result, the running stability is further improved, and the movement by the polyhedral moving device is facilitated.
[0028]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the polyhedron moving apparatus having the form changing mechanism according to the third aspect, wherein the interlock control means further controls the unit rotation control means in conjunction with the polyhedron moving apparatus. To do.
[0029]
Therefore, according to the polyhedron moving device having the form changing mechanism of the invention of claim 4, in addition to the action of the polyhedron moving device having the form changing mechanism of the invention of claim 3, the control operation of the unit rotation control means is further linked. Control. Thereby, running stability further improves.
[0030]
A polyhedron moving apparatus having a form change mechanism according to a fifth aspect of the present invention is the polyhedron moving apparatus having a form changing mechanism according to any one of claims 1 to 4, wherein the surface platform of the apparatus main body is The device body is formed in a curved shape in accordance with a predetermined curvature, and the apparatus main body adopts the polyhedral configuration state having a substantially spherical shape.
[0031]
Therefore, according to the polyhedron moving apparatus having the form changing mechanism of the invention of claim 5, in addition to the operation of the polyhedron moving apparatus having the form changing mechanism of any one of claims 1 to 4, the polyhedron configuration state The appearance of the apparatus main body adopting the above is formed into a substantially spherical shape by a plurality of curved surface platforms. Thereby, the whole apparatus main body can be made into the rounded shape, and a corner | angular part is almost removed from the apparatus main body of a polyhedral moving apparatus. Further, even when an obstacle comes into contact with the apparatus main body, since the entire apparatus main body is rounded, the possibility of the obstacle being caught is reduced, and the movement of the polyhedral moving apparatus is less likely to be hindered. In general, the polyhedron often refers to a three-dimensional shape formed by combining a plurality of planar members, but in this specification, a three-dimensional shape is taken from a plurality of surfaces such as a curved surface platform. Are also included in the polyhedron configuration state.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a polyhedral moving device 1 (hereinafter simply referred to as “moving device 1”) having a shape changing mechanism according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 1 is an explanatory view showing a polyhedron configuration state A in the moving device 1, FIG. 2 is an explanatory view showing an example of a form change state B of the moving device 1, and FIG. 4 is an explanatory view schematically showing C, FIG. 4 is an explanatory view showing the arrangement of each component of the moving device 1, FIG. 5 is an explanatory view showing a schematic configuration of the moving unit 2, and FIG. FIG. 7 is a block diagram illustrating a functional configuration of the unit 2. FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the coupling mechanism G of the apparatus main body 3 and the moving unit 2. FIG. 8 schematically illustrates the rotation operation of the surface platform 4a and the like. FIG. 9 to FIG. 12 are explanatory views showing an example of the movement of the step H by the moving device 1, and FIG. 13 is an explanatory view showing an escape example of the moving device 1 from the depression U.
[0033]
As shown in FIGS. 1 to 5, the moving device 1 of the present embodiment is a flat surface platform 4 a, 4 b, 4 c, 4 d, 4 e, 4 f (hereinafter, unless otherwise specified). Surface platform 4a, etc.), and the respective sides connected to each other by the turn connecting portion 6 and the turn connecting portion 6 which connect the foam sides 5 such as the adjacent surface platforms 4a to each other and are rotatable. A surface angle control unit 7 that can control and hold a surface angle θ formed between the platforms 4a and the like within a predetermined range, and controls each surface angle θ to be held at 90 degrees. Accordingly, the coupling mechanism G is provided at the approximate center of the outer surface 8 of each of the apparatus main body 3 and the surface platform 4a that can take the form of the polyhedral configuration state A (see FIG. 1) having a substantially cubic shape. It is mainly composed of six moving units 2 that can be attached to each other and rotate about the surface platform 4 to maintain a desired relative angle τ.
[0034]
Here, the apparatus main body 3 will be described in more detail. As shown in FIGS. 3 and 4, the apparatus main body 3 displaces the surface angle θ of the surface platform 4 a and the like by the rotation connecting unit 6 and the surface angle control unit 7. It is possible to control freely, and it is possible to adopt a state of the unfolded state C in which all the surface platforms 4a and the like can be arranged on a substantially plane. Here, the surface angle θ formed between the surface platforms 4a and the like when in the developed state C is defined as 0 degree in this specification.
[0035]
The inner surface 9 of each surface platform 4a and the like facing the outer surface 8 has a predetermined rotation direction with respect to the battery 10, the surface platform 4a and the like that supply power for performing various controls of the moving device 1. The surface angle θ of the unit rotation control unit 12 having the rotation motor 11 for rotating at a degree of freedom 1 (corresponding to the arrow direction in FIG. 3) and each surface platform 4a is held at a predetermined angle, and the apparatus body 3 is The above-described surface angle control unit 7 for changing the polyhedron configuration state A to the unfolded state C and changing the shape of the appearance of the apparatus main body 3, and the attitude detection sensor 14 for detecting the attitude of the apparatus main body 3 are mainly used. Is arranged. Further, the inner surface 9 of at least one surface platform 4a or the like (here, corresponding to the surface platform 4c) is electrically connected to each component and mechanism (surface angle control unit 7 or the like) of the moving device 1, and is mutually connected. There is provided an operation control controller 15 capable of controlling the movements of the two.
[0036]
In addition, the apparatus main body 3 is provided with a coupling mechanism G (details will be described later) for disposing the moving unit 2. Here, the rotation connecting portion 6 corresponds to the connecting means in the present invention, the surface angle control portion 7 corresponds to the surface angle control means in the present invention, and the unit rotation control portion 12 corresponds to the unit rotation control means in the present invention. The operation controller 15 corresponds to the interlock control means in the present invention, and the rotation connecting portion 6 and the surface angle control portion 7 correspond to the shape change mechanism.
[0037]
Further, as shown in FIG. 5, the moving unit 2 includes a unit main body 16 having a rectangular parallelepiped shape, a pair of crawler mechanism portions 18 respectively disposed on both side surfaces 17 of the unit main body 16, and a surface of the apparatus main body 3. The coupling shaft 19 has a substantially cylindrical shape that can be mechanically and electrically connected to the platform 4 a and the like, and the coupling shaft 19 protrudes upward from the upper surface 20 of the moving unit 2. Here, the crawler mechanism portion 18 includes at least two or more drive wheels 21a and idler wheels 21b that protrude in a substantially horizontal direction from the side surface 17 of the unit main body 16, a crawler belt 22 that spans the drive wheels 21a, It is mainly composed of a tension bar 23 for applying tension to the crawler belt 22.
[0038]
Furthermore, as shown in FIG. 6, the unit main body 16 has a functional configuration that controls the crawler motor 24 for rotating the drive wheel 21a and the crawler motor 24 for controlling the speed and pivoting of the ground. The encoder 26 and the motor controller 25a are accommodated.
[0039]
The crawler mechanism 18 can be moved by electrically connecting the operation controller 15 of the apparatus body 3 and the motor controller 25a. Note that at least a part of the coupling shaft 19 of the moving unit 2 is provided with a terminal portion (not shown) that can be electrically connected to the operation controller 15 of the apparatus body 3, and based on a command from the operation controller 15. The motor controller 25a and the like can be signal-controlled. Thereby, the crawler mechanism part 18 can be moved and the movement apparatus 1 can be made into the state which can drive | work. The moving direction of the moving device 1 can be changed by adjusting the rotational drive speeds of the pair of grounded crawler mechanism portions 18. Furthermore, it can also be performed by rotating the moving unit 2 with respect to the surface platform 4a or the like by using a unit rotation control unit 12 described later.
[0040]
The surface platform 4a of the apparatus main body 3 is provided with a through hole (not shown) for connecting the coupling shaft 19 of the moving unit 2 and the unit rotation control unit 12 and the like. By being inserted, the apparatus main body 3 and the moving unit 2 are integrated. Here, the coupling mechanism G and the unit rotation control unit 12 between the apparatus main body 3 and the moving unit 2 are traveled by the crawler mechanism unit 18 of the moving unit 2 as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b). And a potentiometer 27 for detecting an angle relative to the surface platform 4a and the like (hereinafter referred to as “relative angle τ”) and the coupling shaft 12 are sandwiched from both sides by a brake shoe 28 to maintain the relative angle τ. A pair of arms 29 formed in an arcuate shape and a brake mechanism portion 31 having an opening / closing cam 30 that connects to one end of the arm 29 and opens and closes the arm 29 are provided.
[0041]
By changing the relative angle τ of the moving unit 2 with respect to the surface platform 4a using the unit rotation control unit 12, the traveling direction of the moving device 1 can be changed. Here, the relative angle τ indicates a deviation when the traveling direction of the moving device 1 is used as a reference. The brake mechanism 31 can open and close the arm 29 by one arm drive motor 32 connected to the motor controller 25b. The motor controller 25 b is connected to the rotation motor 11 that can transmit the rotational force to the timing belt 34 that is stretched over the pulley 33 having an inner diameter that substantially matches the outer diameter of the coupling shaft 19. Thereby, the relative relative angle τ of the moving unit 2 with respect to the apparatus main body 3 can be freely changed by the motor controller 25b.
[0042]
Note that the relative angle τ is preferably set in a range of plus or minus 180 degrees in order to avoid the occurrence of troubles in which electrical wiring or the like is entangled by the rotation of the mobile unit 2. Further, the pulley 36 on the potentiometer 27 side is connected to the pulley 33 on the coupling shaft 19 side by a belt 37 in order to detect the displacement of the relative angle τ. Accordingly, the rotation of the rotation motor 11 is reliably transmitted to the coupling shaft 19 and the potentiometer 27, so that the relative angle τ is stably detected.
[0043]
Here, in order to rotate the moving unit 2 with respect to the apparatus main body 3, first, the arm controller motor 32 is driven and controlled by the motor controller 25b, and the open / close cam 30 is rotated so that the coupling shaft 19 is clamped by the brake shoe 28. (See FIG. 7B), and then the motor 11 for rotation is moved by the motor controller 25b, whereby the moving unit 2 is rotated with respect to the apparatus body 3 with the coupling shaft 19 as the rotation axis by the timing belt 34. It is done. Then, after rotating to a predetermined relative angle τ, the arm controller 32 is driven again by the motor controller 25b to rotate the open / close cam 30 and close the arm 29 (see FIG. 7A). As a result, the coupling shaft 19 is sandwiched again by the brake shoe 28, and the changed relative angle τ can be maintained.
[0044]
Further, the moving device 1 has a surface connecting part 6a and the like that are adjacent to each other, and further includes a rotation connecting part 6 that can be rotated and a surface angle control part 7 that can be controlled to maintain a predetermined surface angle θ. ing. Then, as schematically shown in FIGS. 8A and 8B, the hinge 40 that pivotably connects each other, and the link portion that brings the surface platform 4a and the like into the polyhedral configuration state A and the unfolded state C. 38, a rotation motor 39 that applies rotational force to the link portion 38, and a motor controller (not shown) that drives and controls the rotation motor 39. Here, the surface angle θ formed between the surface platforms 4a and the like is the surface angle θ in the polyhedron configuration state A, assuming that the surface angle θ = 0 degrees when aligned in the same plane as described above. = 90 degrees. Further, the rotation connecting portion 6 can be changed by the surface angle control unit 7 in the range where the surface angle θ is −45 degrees to +90 degrees (not shown).
[0045]
A plurality of basic configurations described above by the operation controller 15, that is, a moving operation by the moving unit 2, a rotating operation of the moving unit 2 by the unit rotation control unit 12, and an opening / closing operation by the rotation connecting unit 6 and the surface angle control unit 7. Can be controlled in conjunction with each other, and each operation can be linked to the mobile device 1. Therefore, it is possible to cause the moving device 1 to express a smooth operation, and it is possible to maintain excellent running stability even in poor road surface conditions such as rough terrain as shown in a moving example described later.
[0046]
Next, the movement (running example) of rough terrain having a level difference H or the like in the moving device 1 of the present embodiment will be illustrated based on FIGS. 9 to 13. Here, as shown in FIG. 9A, the moving device 1 controls the surface angles θ of the surface platforms 4a and the like so that they are all 90 degrees, and the device main body 3 has a cubic shape. The aspect of the polyhedron configuration state A is formed.
[0047]
Here, since the moving unit 2 having the crawler mechanism portion 18 having excellent running stability is attached to the outer surface 8 of each surface platform 4a and the like of the apparatus body 3 as shown in FIG. 9B. Even when the road surface R having such a level difference H falls over or rolls over due to the level difference H, any one of the mobile units 2 attached to each surface platform 4a is in contact with the road surface R so that it is movable. By switching the crawler mechanism section 18 to be made, it is possible to easily return to the normal traveling state before the fall.
[0048]
Thus, unlike a conventional mobile device having a crawler-type traveling mechanism, the return from the fall state does not require a wide space around, so that workability and activity in a narrow space are not impaired. Therefore, the action range of the mobile device 1 can be expanded.
[0049]
Furthermore, a case where the moving device 1 travels on a stepped road surface R ′ having a continuous step H ′ as shown in FIG. The moving device 1 that has reached the vicinity of the step H ′ first uses the shape change mechanism including the rotation connecting portion 6 and the surface angle control portion 7 to face the upper surface of the device main body 3 and the surface facing the traveling direction (front surface). Control is performed so that the surface angle θ of each of the surface platforms 4a and 4b located at a distance from 90 degrees approaches 0 degrees.
[0050]
As a result, the crawler belt 22 of the crawler mechanism 18 of the moving unit 2 attached to the surface platforms 4a and 4b is developed so as to contact at least a part of the stepped step H ′ (see FIG. 10B). ). Then, when the crawler mechanism portion 18 of the moving unit 2 is in contact with the step H ′ (form change state B ′), the moving device 1 can easily ride the step H ′ by driving and controlling the crawler mechanism portion 18. (Morphological change state B ″ in FIG. 10C).
[0051]
In this case, as the moving device 1 moves (uphill), the mutually opposing surface angles θ of the surface platforms 4a, 4b, 4c, and 4d are appropriately changed so that the respective crawler mechanism portions 18 are properly grounded on the road surface R. To be controlled. In FIG. 10A and the like, the four surface platforms 4a, 4b, 4c and 4d arranged side by side with respect to the traveling direction are controlled so as to get over the step H ′ and the road surface R ′. However, for example, the surface angle θ of the surface platforms 4e and 4f located in the left-right direction with respect to the traveling direction (note that the surface platform 4f cannot be confirmed in FIG. 10 because it is located in the back of the surface platform 4e). The displacement control may be performed so that the crawler mechanism portion 18 of the moving unit 2 is aligned with the step H ′. As a result, the center of gravity of the moving device 1 is lowered and the blur in the left-right direction is stabilized, so that traveling stability can be further improved. Moreover, since the height of the moving device 1 is reduced, it is possible to travel easily even when an obstacle or the like is present above the step H ′.
[0052]
Furthermore, in the above-described example, the four surface platforms 4a, 4b, 4c, and 4d are developed and proceed in the direction in which they are arranged side by side. However, control is performed so as to avoid overcoming such a step H ′. It is also possible. In this case (for example, when an obstacle or the like is present behind the mobile device 1 and it is difficult to deploy the surface platform 4d), the initial travel direction of the mobile device 1 (in the left-right direction in FIG. 10A). It is generally performed to change from the equivalent) to the front and back direction of the paper surface orthogonal to the paper surface. At this time, the moving device 1 does not need to rotate or the like, and the step H ′ can be avoided by appropriately expanding the surface platforms 4e and 4f. Even when there is a step (not shown) in the deployment direction of the surface platforms 4e and 4f, it is possible to escape from the above situation by grounding the crawler mechanism portion 18 of the moving unit 2 according to the step.
[0053]
Next, when traversing a valley having a gap W wider than the entire length of the moving device 1 in the polyhedral configuration state A, as shown in FIG. 11, four surface platforms 4a, 4b, 4c and 4d are developed in columns with the face angle θ set to 0 degree. Thereby, with respect to the full length of the moving device 1 in the polyhedron configuration state A, the total length in the deployed state is about four times. Therefore, even if the wide gap W exists in the course, the moving device 1 can be easily traversed by performing the above-described control for extending the entire length. As a result, the activity range of the mobile device 1 is not further limited, and the movable range is further expanded.
[0054]
Further, as shown in FIG. 12, the moving device 1 of the present embodiment is also in a space where the height of the entrance E is lower than the overall height of the moving device 1 in the polyhedron configuration state A (see FIG. 12A). You can enter. That is, as shown in FIG. 12B, the shape of the moving device 1 is changed by changing the facing surface angle θ of each surface platform 4a or the like in accordance with the mouth shape of the entrance E (form change state). B ′ ″), it becomes possible to enter a space that is narrower (lower) than the total height of the polyhedron configuration state A of the moving device 1. Thereby, the activity range of the mobile device 1 is not further limited.
[0055]
Furthermore, the moving device 1 of the present embodiment changes the surface angle θ of each surface platform 4a and the like as appropriate even when, for example, the mobile device 1 falls from a cliff during movement and falls into a situation where it is sandwiched between depressions U, If necessary, the moving unit 2 can be easily escaped from the depression U by rotating the moving unit 2 with respect to the surface platform 4a or the like using the unit rotation control unit 12 provided in the apparatus main body 3.
[0056]
The escape will be described in more detail with reference to FIGS. 13 (a) to 13 (d). First, the moving device 1 that has fallen into the state of being sandwiched by the depressions U is moved from the polyhedron configuration state A in the left-right direction (FIG. The surface platforms 4b and 4d (corresponding to the horizontal direction in FIG. 13 (a)) are developed so that the crawler mechanism 18 of each moving unit 2 is in contact with the debris S forming the depression U (see FIG. 13 (b)). At this time, the surface platform 4a connected to the surface platform 4b is tilted from the upper surface of the moving device 1 in conjunction with the development of the surface platform 4b.
[0057]
At this time, if necessary, the relative angle τ of the crawler mechanism portion 18 with respect to the surface platforms 4b and 4d is rotationally displaced so that the movable direction of the crawler mechanism portion 18 is substantially upward suitable for escape from the debris S. Then, the surface angle θ formed between the surface platforms 4b and 4d and the surface platform 4c is expanded using the shape change mechanism such as the surface angle control unit 7 so that the surface angle θ = 0 °. (See FIG. 13 (c)). In addition, the crawler mechanism part 18 of the movement unit 2 arrange | positioned at the surface platforms 4b and 4d is moved as needed. At the same time, the surface platform 4a connected to the surface platform 4b is developed so that the surface angle θ = 0 °. Thereby, the development of the surface platforms 4b and 4d is performed in a state in which the torque applied to the surface angle control unit 7 is reduced. Finally, as shown in FIG. Can be brought over (substantially coincident with the running state of the gap W in FIG. 11). Thereby, the moving device 1 can easily escape from the depression U, and can move on the rough terrain again. In this case (FIG. 13 (d)), it is desirable that the movement proceeds in the right direction on the paper surface due to the relationship of the center of gravity of the moving device 1 in the form change state B ″.
[0058]
As described above, the mobile device 1 of the present embodiment can be used even on rough terrain such as disasters and accident sites that have been difficult with mobile devices including conventional vehicles (such as robots). It exhibits excellent running stability and can move. Furthermore, even when the moving device 1 rolls over or falls due to unevenness on the road surface R, the moving device 1 can be easily returned to the moving state without requiring a wide space around the moving device 1.
[0059]
In addition, by appropriately controlling the surface angle θ of each surface platform 4a and the like, the appearance of the apparatus body 3 can be changed into various shapes (for example, the shape change states B, B ′, B ″, B '''Such). For this reason, even when moving in complicated terrain or a narrow space, it can move while adapting to the surrounding environment, the movement (activity) range of the moving device 1 is not limited, and even under poor road surface conditions Travel functions are rarely restricted. Furthermore, since it is possible to change the size of the moving device 1 by turning the surface platform 4a and the like, in the aspect of the polyhedron configuration state A, it can be configured in a relatively compact size.
[0060]
The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various improvements can be made without departing from the scope of the present invention as described below. And design changes are possible.
[0061]
That is, as the polyhedron configuration state A, a hexahedron shape composed of six surface platforms 4a and the like has been shown, but is not limited thereto, a regular tetrahedron shape, a regular octahedron shape, a regular dodecahedron shape, Further, it may be constituted by a regular polyhedron having a regular icosahedron shape. Moreover, it is not limited to a regular polyhedron, and a polyhedron may be configured by combining various shapes (triangle, circle, ellipse, etc.). Furthermore, although the substantially flat plate-like one is shown as the surface platform 4a and the like, the surface platform 4a and the like may be formed to be curved with a predetermined curvature.
[0062]
For example, as shown in FIG. 14, when the apparatus main body 51 of the moving apparatus 50 is in the polyhedron configuration state A, it may be configured to have a spherical shape. Thereby, the apparatus main body 51 in the polyhedron configuration state A can be formed into a rounded shape. For example, even when an obstacle exists in the path and hits the surface of the apparatus main body 51, each curved platform Since it becomes possible to slide on the outer surface of 52, it is unlikely that the moving device 50 is obstructed by being caught by an obstacle. Further, even when an impact or the like is applied to the moving device 50, the impact force is dispersed by the spherical shape, and the possibility that the device main body 51 is damaged is reduced. Note that FIG. 14 shows a substantially spherical polyhedron configuration state A, but is not limited to this. For example, an egg shape or a spheroid shape is curved according to a predetermined curvature. It may be particularly configured by combining a plurality of surfaces.
[0063]
Furthermore, in the moving device 1 of the present embodiment, the one that changes the surface angle θ formed between the surface platforms 4a and the like in the range of “−45 degrees to +90 degrees” is shown. The rotation range is not limited to these and can be arbitrarily set according to the connection mechanism of the rotation connection portion. Furthermore, the rotation range of the surface angle θ is appropriately changed depending on the formable polyhedron configuration state.
[0064]
Moreover, although the crawler type | mold thing which has the crawler mechanism part 18 as the movement unit 2 was shown, the thing provided with another traveling mechanism as a moving means, for example, the thing provided with a normal tire etc., is used according to the condition of the road surface R. May be. Thereby, there exists an advantage which can suppress the manufacturing cost of a moving apparatus low. Even in this case, as described above, the control of the surface angle θ of each surface platform 4a and the moving units respectively disposed on the outer surface 8 of each surface platform 4a and the like are compared with the conventional four-wheel traveling mechanism. Needless to say, the running stability on rough terrain is excellent.
[0065]
However, the crawler type traveling mechanism shown in the present embodiment can reliably transmit the rotational drive to the road surfaces R and R ′ by the crawler belt 22 or the like rather than the traveling mechanism such as a tire. Since it is possible to stably maintain traveling even in a rough road surface state, it is assumed that an apparatus using such a crawler type traveling mechanism is particularly suitable in the present invention.
[0066]
Further, the rotation connecting portion 6 shown in the moving device 1 of the present embodiment has a separating function capable of separating each of the surface platforms 4a and the like, and only each of the surface platforms 4a and the like (the moving unit 2 is A configuration capable of traveling independently. Thereby, for example, as shown in FIG. 12, even for a narrow space that is difficult to enter even when the shape of the mobile device 1 is changed, for example, even a space occupied by one surface platform 4a, etc. If it can be secured, it can enter. That is, as described above, the range of action of the moving device (after separation) can be further expanded while sacrificing excellent running performance and traversing ability acquired by connecting a plurality of crawler mechanism sections 18. Become.
[0067]
Further, for example, even when only the surface platform 4a is sandwiched between narrow spaces and cannot escape, the above-described separation function is applied to separate the sandwiched surface platform 4a, and the remaining five travels It is possible to rescue the surface platforms 4b, 4c, 4d, 4e, and 4f that are in a state without any trouble from the situation.
[0068]
In addition, the moving unit 2 shown in the moving device 1 of the present embodiment may be detachably formed on each surface platform 4a and the like. In other words, the coupling mechanism G shown in FIG. 7 may have an attaching / detaching function. Thereby, for example, the external shape of the mobile device 1 can be reduced, and the possibility of impairing traveling performance in a narrow space is further reduced.
[0069]
Further, the mobile unit 2 detached from the surface platform 4a or the like (that is, in the state shown in FIG. 5) has a control mechanism such as the operation control controller 15 shown in the arrangement configuration of FIG. By holding it, it is possible to act alone.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, the polyhedron moving device having the shape changing mechanism according to the first aspect of the present invention is a polyhedron by rotatably connecting adjacent surface platforms and controlling the surface angle between the surface platforms. Various forms such as a polyhedron configuration state, a shape change state, and a deployed state can be taken by changing the external shape of the moving device. Thereby, by changing the shape according to the moving road surface situation and the surrounding situation, the grounding state between the moving means and the road surface is ensured, and the driving by the traveling mechanism is reliably transmitted to the grounding location even on bad roads, Stable running performance can be demonstrated. Furthermore, since the moving means is attached to each surface platform, the rollover or return from the inverted state can be performed in a narrow space. Therefore, the action range of the polyhedral mobile device is rarely limited.
[0071]
The polyhedron moving device having the shape changing mechanism according to the second aspect of the invention has the effect of the polyhedron moving device having the shape changing mechanism according to the first aspect of the invention, in addition to the crawler type or the vehicle type as the traveling mechanism of the moving means. Can be used. In particular, when a crawler type is applied, it is possible to have even better running stability in poor road surface conditions.
[0072]
The polyhedral moving device having the shape changing mechanism according to the third and fourth aspects of the invention has various operations such as moving means in addition to the effects of the polyhedral moving device having the shape changing mechanism according to the first or second aspect of the invention. Can be controlled in conjunction with each other. As a result, each operation is performed smoothly, and the ground contact state between the moving means and the road surface becomes more reliable, so that traveling stability can be improved.
[0073]
The polyhedron moving device having the shape changing mechanism of the invention of claim 5 is substantially the same as the polyhedron shape of the device main body in addition to the effects of the polyhedron moving device having the shape changing mechanism of any one of the first to fourth inventions. By forming it into a spherical shape, the polyhedron moving device can be made into a shape without corners, it is not affected by obstacles etc., and even when an impact is applied, the impact force is dispersed and the moving device is damaged Less likely to do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a polyhedron configuration state in a mobile device according to the present embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an example of a form change state of a mobile device.
FIG. 3 is an explanatory view schematically showing a deployed state of the moving device.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an arrangement of each component of the moving device.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a moving unit.
FIG. 6 is a block diagram showing a functional configuration of a mobile unit.
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a coupling mechanism of the apparatus main body and the moving unit.
FIG. 8 is an explanatory view schematically showing the turning operation of the surface platform.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing return from overturning or overturning by the moving device;
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of traveling on a stepped road surface by a moving device.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing how a moving device breaks through a wide gap.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing entry into a narrow space by the moving device.
FIG. 13 is an explanatory view showing an example of escape from a depression by a moving device.
FIG. 14 is an explanatory view showing another embodiment of the moving device of the present invention.
FIG. 15 is an explanatory diagram showing an example of a configuration of a conventional mobile device.
FIG. 16 is an explanatory diagram showing another example of the configuration of a conventional mobile device.
[Explanation of symbols]
1 Moving device (polyhedral moving device)
2 Moving unit (moving means)
3 Device body
4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f plane platform
6 Rotating connecting part (connecting means, shape changing mechanism)
7 Surface angle control unit (surface angle control means, shape change mechanism)
12 Unit rotation control unit (unit rotation control means)
15 Operation controller (interlocking control means)
18 Crawler mechanism (traveling mechanism)
A polyhedron configuration state
B Shape change state
C Expanded state
G coupling mechanism
θ surface angle
τ Relative angle

Claims

Surface angle control for controlling the surface angle between a plurality of surface platforms and the surface platforms adjacent to each other so as to be rotatable, and the surface angle between the surface platforms connected by the connection means in a predetermined range. An apparatus main body capable of adopting a polyhedral configuration state by the surface platform and the shape change mechanism,
A polyhedron moving apparatus having a shape changing mechanism, comprising: a moving means disposed on an outer surface of the surface platform of the apparatus main body and having a traveling mechanism capable of moving the apparatus main body.

The moving means is
A traveling unit in which either one of a crawler type and a wheel type is adopted as the traveling mechanism,
The device body is
2. The polyhedron moving apparatus having a shape changing mechanism according to claim 1, further comprising unit rotation control means capable of controlling the moving unit disposed on the surface platform so as to be freely rotationally displaced.

The shape change according to claim 1, further comprising interlocking control means for controlling at least any two of the moving means, the surface angle control means, and the shape changing means in conjunction with each other. A polyhedral moving device having a mechanism.

The interlock control means includes
4. The polyhedron moving device having a shape changing mechanism according to claim 3, wherein the unit rotation control means is further controlled in conjunction.

The surface platform of the device body is
It is curved and formed according to a predetermined curvature,
The device body is
5. The polyhedron moving device having a shape changing mechanism according to claim 1, wherein the polyhedron configuration state having a substantially spherical shape is adopted.