JP5110583B2 - 走行ロボット - Google Patents

Description

本発明は、不整地や障害物の多い場所で走行して、探索、監視及び危険物処理等の各種作業を行うのに用いられる走行ロボットに関するものである。

従来において、走行ロボットとしては、不整地や障害物の多い場所での走行性能を高めるために、個別に駆動可能な複数の車輪を備えたものが周知である（特許文献１）。さらに、車体に回動可能な複数の支持脚を備え、各支持脚に個別に駆動可能な車輪を設けることにより、大きな段差等の障害を走破できるようにした救助用の走行ロボットが提案されている。
特開平７−１５６８９８号公報

ここで、上記したような支持脚を備えた走行ロボットは、支持脚の回動により車輪の接地荷重を調整することによっても、走行性能を高めることができる。この場合には、例えば、支持脚を上部脚と下部脚で構成して、上部脚と下部脚の間に荷重センサを設け、荷重センサの検出信号に基づいて支持脚のアクチュエータを制御する。

しかしながら、上記の走行ロボットは、大きな段差を越える場合には、先ず支持脚を前方に回動させて車輪（前輪）を段差上に上げ、その後、全車輪を駆動して車体を段差上に移動させるのであるが、この際、段差上に上げた支持脚に曲げ応力が生じて、上部脚と下部脚との連結部や荷重センサの装着部を破損するという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。

本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、車体に複数の支持脚を備えると共に、各支持脚に個別に駆動する車輪を備えた走行ロボットであって、支持脚の運動機能と接地荷重の検出機能の両立を実現することができる走行ロボットを提供することを目的としている。

本発明の走行ロボットは、車体に複数の支持脚を備えると共に、各支持脚に個別に駆動する車輪を備えたものである。そして、走行ロボットは、少なくとも前輪の保持機構として、車体前後方向に回動可能な支持脚と、支持脚の下端部に回動自在に連結したアームと、アームに連結した車輪駆動用のモータを備えており、支持脚とモータとの間に、車輪の接地荷重を検出するための荷重検出手段を介装し、前記荷重検出手段が、一端部を支持脚側に連結し且つ他端部をモータ側に連結した支柱と、支柱の軸線方向の荷重を検出する荷重センサである構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。

本発明の走行ロボットは、車体に複数の支持脚を備えると共に、各支持脚に個別に駆動する車輪を備えた走行ロボットにおいて、支持脚の良好な運動機能を確保しつつ、接地荷重の検出を精度良く行うことができ、走行性能のさらなる向上に貢献することができる。また、上記ロボットは、荷重検出手段として支柱と荷重センサを採用したことにより、比較的簡単な構造で充分な機械的強度と高い検出精度を得ることができる。

図１〜図４は、本発明の走行ロボットの一実施形態を説明する図である。
図１及び図２に示す走行ロボットＲは、車体Ｂの左右に、前部支持脚Ｌ１、中間支持脚Ｌ２及び後部支持脚Ｌ３を夫々備えると共に、各支持脚Ｌ１〜Ｌ３に、個別に駆動する車輪である左右の前輪Ｗ１、中間輪Ｗ２及び後輪Ｗ３を備えた六輪車である。

走行ロボットＲは、車体Ｂの前部左右に回動式のアクチュエータ１を備えると共に、アクチュエータ１によって車体前後方向（車体左右方向に沿う軸の軸回り方向）に回動可能な連結杆２を備え、連結杆２の前端部と後端部に、前部支持脚Ｌ１と中間支持脚Ｌ２が連結してある。したがって、走行ロボットＲは、アクチュエータ１及び連結杆２により、前部支持脚Ｌ１及び中間支持脚Ｌ２が一体的に回動する。

また、走行ロボットＲは、車体Ｂの後部左右に連結部３を備え、この連結部３に屈曲した後部支持脚Ｌ３が連結してある。なお、連結部３に代えて前部と同様のアクチュエータを設け、後部支持脚Ｌ３を車体前後方向に回動可能にしても良い。

さらに、走行ロボットＲは、図３に示すように、前輪Ｗ１の保持機構として、上述の如く車体前後方向に回動可能な前部支持脚Ｌ１と、前部支持脚Ｌ１の下端部に軸受４を介して回動自在に連結した左右一対のアーム５と、アーム５に連結した車輪駆動用のモータ６を備えている。そして、走行ロボットＲは、モータ６の出力軸７に前輪Ｗ１が装着してあり、前部支持脚Ｌ１とモータＭとの間に、車輪の接地荷重を検出するための荷重検出手段１０を備えている。なお、アーム５は、軸受４により車体前後方向に回動自在であるが、車体後方に向けて略水平状態となって前輪Ｗ１を保持している。

当該走行ロボットＲは、中間輪Ｗ２についても、同様の保持機構、すなわち中間支持脚Ｌ２、アーム５、モータ６及び荷重検出手段１０を備えている。

この実施形態における荷重検出手段１０は、一端部を支持脚Ｌ１，Ｌ２側に連結し且つ他端部をモータＭ側に連結した支柱１１と、支柱１１の軸線方向の荷重を検出する荷重センサを備え、この実施形態では荷重センサとしてロードセル１２を用いている。図示例の場合は、支持脚Ｌ１，Ｌ２の中間部に、支持杆１３を水平に固定し、この支持杆１３とモータＭとの間に、中間にロードセル１２を介装した支柱１１が連結してある。

上記構成を備えた走行ロボットＲは、各車輪Ｗ１〜Ｗ３を駆動して前後進すると共に、左右の車輪Ｗ１〜Ｗ３の回転速度を調整することで旋回することができる。また、走行ロボットＲは、とくに、前輪Ｗ１及び中間輪Ｗ２において、荷重検出手段１０により夫々の接地荷重を検出し、その検出信号に基づいてアクチュエータ１を制御する。

つまり、当該走行ロボットＲは、例えば、前輪Ｗ１又は中間輪Ｗ２が接地していなくても走行可能であるが、この場合、接地している車輪や回動部位全体に余計な負荷が生じたり走行性能が低下したりすることがある。そこで、上記の如く接地荷重を検出し、アクチュエータ１により各支持脚Ｌ１，Ｌ２を回動させて前輪Ｗ１及び中間輪Ｗ２の両方を接地させる。これにより、車体Ｂの重量を各車輪で均等に支えて安定した走行を実現する。

この際、走行ロボットＲは、支持脚Ｌ１，Ｌ２に対してアーム５及びモータ６を回動自在に設けたうえで、支持脚Ｌ１，Ｌ２とモータ６との間に荷重検出手段１０を設けているので、車体Ｂの重量が支持脚Ｌ１，Ｌ２から荷重検出手段１０を介して車輪Ｗ１，Ｗ２に加わる。これにより、荷重検出手段１０において、支柱１１の軸線方向の荷重を検出するロードセル１２によって車輪Ｗ１，Ｗ２の接地荷重を検出することができる。

また、走行ロボットＲは、例えば大きな段差を越える場合には、図４に示すように、アクチュエータ１により、前部及び中間の支持脚Ｌ１，Ｌ２を回動させて、前輪Ｗ１を段差上に上げ、全車輪を駆動して車体Ｂを段差上に移動させる。このとき、走行ロボットＲでは、段差上に上げた前部支持脚Ｌ１に曲げ応力が生じる。

これに対して、当該走行ロボットＲは、支持脚Ｌ１，Ｌ２に対してアーム５及びモータ６を回動自在に設けると共に、支持脚Ｌ１，Ｌ２とモータ６との間に荷重検出手段１０を設けているので、前部支持脚Ｌ１のみが曲げ応力に充分対応し、荷重検出手段１０には曲げ応力が働かないので、荷重検出手段１０を破損するような心配は全く無い。

このように、上記実施形態の走行ロボットＲは、支持脚Ｌ１〜Ｌ３の良好な運動機能を確保しつつ、荷重検出手段１０により接地荷重の検出を精度良く行うことができ、接地荷重の検出信号を用いた制御を含む走行性能のさらなる向上に貢献することができる。

また、上記実施形態の走行ロボットＲは、荷重検出手段１０として、一端部を支持脚Ｌ１，Ｌ２側に連結し且つ他端部をモータ６側に連結した支柱１１と、支柱１１の軸線方向の荷重を検出する荷重センサ（ロードセル１２）を採用したことにより、比較的簡単な構造で充分な機械的強度と高い検出精度を得ることができる。

さらに、上記実施形態の走行ロボットＲのように、車体Ｂにアクチュエータ１を介して連結杆２を回動可能に備えた場合には、連結杆２の前半部を前部支持脚Ｌ１の一部とし、同連結杆２の後半部を中間支持脚Ｌ２の一部とすることができる。よって、このような構成の場合には、支持脚の一部である連結杆２の部分とモータ６との間に荷重検出手段１０介装しても良く、これにより上記実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。

図５は、本発明の走行ロボットの他の実施形態を説明する図であり、とくに、荷重検出手段を含む保持機構の他の実施形態を示す図である。なお、先の実施形態と同様の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図示の荷重検出手段２０は、先の実施形態と同様に、支柱２１と、支柱２１の軸線方向の荷重を検出するロードセル１２を備えており、支柱２１が、上部支柱２１Ａと、これよりも断面積が小さい下部支柱２１Ｂを備えている。

支柱２１は、上部支柱２１Ａの下部内側に下部支柱２１Ｂの上端部を挿入すると共に、上部支柱２１Ａと下部支柱２１Ｂとの間にスラストベアリング２２を介装し、上部支柱２１Ａ内に設けた固定部２３と下部支柱２１Ｂの上端部との間に、ロードセル１２が介装してある。そして、支柱２１は、支持脚Ｌ１の中間部に、ヒンジ２４を介して上部支柱２１Ａの上端部を連結し、下部支柱２１Ｂの下端部をモータ６側に連結している。

上記の荷重検出手段２０を含む保持機構を備えた走行ロボットにおいても、先の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。

本発明の走行ロボットは、その構成が上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を適宜変更することが可能である。また、上記の実施形態では、荷重検出手段をモータに連結した構成としたが、モータを含む車軸部分やアームの先端部に連結することも可能である。ただし、荷重検出手段は車輪の接地荷重を検出するものであるから、なるべくモータを含む車軸部分に連結する方が高精度の検出が可能となる。さらに、荷重検出手段の荷重センサには、ロードセル以外の各種センサを用いることができる。

また、上記実施形態では、六輪の走行ロボットにおいて、前輪及び中間輪に荷重検出手段を含む保持機構を備えた場合を例示したが、六輪以外にも当然適用可能であると共に、全ての車輪に前記保持機構を備えた構成にすることも可能である。なお、本発明の走行ロボットにおける保持機構は、段差を越えるような動作をする際に非常に有効であるから、少なくとも前輪に設けることとなる。

本発明の走行ロボットの一実施形態を説明する側面図である。 図１に示す走行ロボットの正面図である。 前輪及び中間輪の保持機構を説明する正面断面図（ａ）、側面図（ｂ）及び水平断面図（ｃ）である。 図１に示す走行ロボットが段差を越える状態を説明する側面図である。 本発明の走行ロボットの他の実施形態における保持機構を説明する側面図である。

符号の説明

Ｌ１ 前部支持脚（保持機構）
Ｌ２ 中間支持脚（保持機構）
Ｌ３ 後部支持脚
Ｒ 走行ロボット
Ｗ１ 前輪
Ｗ２ 中間輪
Ｗ３ 後輪
１ アクチュエータ
２ 連結杆
５ アーム
６ モータ
１０ ２０ 荷重検出手段（保持機構）
１１ ２１ 支柱（荷重検出手段）
１２ ロードセル（センサ）

Claims (1)

1. 車体に複数の支持脚を備えると共に、各支持脚に個別に駆動する車輪を備えた走行ロボットであって、
   少なくとも前輪の保持機構として、車体前後方向に回動可能な支持脚と、支持脚の下端部に回動自在に連結したアームと、アームに連結した車輪駆動用のモータを備えると共に、支持脚とモータとの間に、車輪の接地荷重を検出するための荷重検出手段を介装し、
   前記荷重検出手段が、一端部を支持脚側に連結し且つ他端部をモータ側に連結した支柱と、支柱の軸線方向の荷重を検出する荷重センサであることを特徴とする走行ロボット。

Images