JP5573993B1 - Obstacle avoidance leading robot - Google Patents
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Abstract
【課題】簡便な装置構成、簡便な制御、軽量化を図った障害物回避先導ロボットを提供する。
【解決手段】主脚2、主脚の下部に連結した自走式の前輪部3と、下部に後輪7が連結されて主脚の立ち上がりを補助する補助脚6を備え、使用者が主脚の上部に設けた把持部21を把持して押し力、引き力などの外力を作用することで、使用者の歩行補助を行いながら移動する障害物回避先導ロボット1である。前輪部3は、駆動部から正方向の回転力、或いは逆方向の回転力が伝達される2台の全方向移動車輪11A,11Bを備え、これら2台の全方向移動車輪は互いに近接した位置に配置されているとともに、前輪部が移動する際に、主脚を介して使用者から外力、或いはモーメントが伝達されることで移動するようにした。
【選択図】図1An obstacle avoidance leading robot is provided which has a simple device configuration, simple control, and light weight.
A main leg 2, a self-propelled front wheel part 3 connected to the lower part of the main leg, and an auxiliary leg 6 to which a rear wheel 7 is connected to the lower part to assist the rising of the main leg are provided. It is an obstacle avoidance leading robot 1 that moves while performing walking assistance of a user by gripping a gripping portion 21 provided on an upper portion of a leg and applying external force such as pushing force and pulling force. The front wheel unit 3 includes two omnidirectional moving wheels 11A and 11B to which a forward rotational force or a reverse rotational force is transmitted from the drive unit, and these two omnidirectional wheels are close to each other. In addition, when the front wheel portion is moved, it is moved by an external force or a moment transmitted from the user via the main leg.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、移動経路上の障害物を回避しながら使用者を先導することが可能な障害物回避先導ロボットに関する。 The present invention relates to an obstacle avoidance leading robot capable of leading a user while avoiding an obstacle on a moving path.
使用者の移動経路上に存在している障害物を検出する装置として、例えば特許文献1に示すように、歩行補助として使用する杖に、障害物を検出するセンサーを設けたものが知られている。
また、この特許文献1の杖の下端に、センサーの情報に基づいて障害物以外の方向に移動可能な全方向移動車輪を組み付けると、障害物を回避した移動経路に歩行者を先導することが可能な障害物回避先導ロボットとなる。
ここで、全方向移動車輪として、例えば特許文献2に示すように、4つの車輪が独立駆動することで全方向に移動可能な装置が知られている。
As an apparatus for detecting an obstacle present on a user's movement route, for example, as shown in Patent Document 1, a cane used as a walking aid is provided with a sensor for detecting an obstacle. Yes.
Moreover, if the omnidirectional moving wheel which can move to directions other than an obstruction based on the information of a sensor is assembled | attached to the lower end of the cane of this patent document 1, a pedestrian will be led to the movement path | route which avoided the obstruction. It becomes a possible obstacle avoidance leading robot.
Here, as an omnidirectional moving wheel, for example, as shown in
特許文献2で示した全方向移動車輪は、4つの車輪をそれぞれ独立して駆動する4つの駆動ユニットを必要とし、複雑な装置構成で、複雑な駆動ユニットの駆動制御となるおそれがある。
また、4つの車輪と駆動ユニットとを備えた特許文献2の全方向移動ロボットは重量物であり、障害物回避先導ロボットを、階段や段差などの使用不可能な場所から持ち運ぶのが困難である。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、簡便な装置構成、簡便な制御とすることでコストの低減化を図るとともに、軽量化を図ることで持ち運びが容易な障害物回避先導ロボットを提供することを目的としている。
The omnidirectional moving wheel shown in
Moreover, the omnidirectional mobile robot of
Therefore, the present invention has been made paying attention to the unsolved problems of the above-described conventional example, and by reducing the cost and reducing the weight by adopting a simple device configuration and simple control. The object is to provide an obstacle avoidance leading robot that is easy to carry.
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る障害物回避先導ロボットは、主脚と、この主脚の下部に連結した自走式の前輪部と、下部に後輪が連結されて前記主脚の立ち上がりを補助する補助脚と、を備え、使用者が前記主脚の上部に設けた把持部を把持して押し力、引き力などの外力を作用することで、前記使用者の歩行補助を行いながら移動する障害物回避先導ロボットであって、前記主脚に、ロボット全体を持ち上げる際に使用する把手を設け、前記前輪部は、前後方向に延在するロール回転軸を介して前記主脚の下部に連結されており、前記前輪部は、複数の樽形状の小径輪と、これら複数の小径輪を外周に回転自在に保持する車輪本体とを有し、前記車輪本体は、前記小径輪を当該車輪本体の軸方向である中心線に対して45度傾けて設置した2台の全方向移動車輪で構成し、これら2台の前記全方向移動車輪は、互いの軸を一致させた状態で近接した位置に配置されており、前記主脚を介して前記使用者から前記外力、或いはモーメントが伝達されることで前記前輪部が移動するようにし、階段や段差などの使用不可能な場所では、前記把手を使用してロボット全体を持ち運ぶようにしたことを特徴とする障害物回避先導ロボットである。 In order to achieve the above object, an obstacle avoidance leading robot according to an aspect of the present invention includes a main leg, a self-propelled front wheel connected to the lower part of the main leg, and a rear wheel connected to the lower part. An auxiliary leg that assists the rise of the main leg, and the user grips a grip portion provided on the upper part of the main leg and applies an external force such as a pushing force and a pulling force to An obstacle avoidance leading robot that moves while assisting walking, the main leg is provided with a handle that is used when lifting the entire robot, and the front wheel part is connected via a roll rotation shaft that extends in the front-rear direction. It is connected to the lower part of the main leg, and the front wheel portion has a plurality of barrel-shaped small-diameter wheels and a wheel body that rotatably holds the plurality of small-diameter wheels on the outer periphery, 4 with respect to the center line which is the axial direction of the said wheel main body. Composed of two omnidirectional wheels set up at an angle each time, these two said omnidirectional wheels is arranged at a position close in a state of being matched to the axis of each other, through the main leg The front wheel is moved by transmitting the external force or moment from the user, and the entire robot is carried using the handle in an unusable place such as a staircase or a step. It is an obstacle avoidance leading robot characterized by that.
また、本発明の一態様に係る障害物回避先導ロボットは、前記前輪部を構成する2台の全方向移動車輪は、2台の駆動部によりそれぞれ回転力が伝達され、前記把持部に、前記使用者から前後左右の力が加わると前記2台の駆動部に力信号を出力する力センサーを設け、前記使用者が前記力センサーに左右方向の力を加えると前記駆動部が2台の前記全方向移動車輪を互いに逆方向に回転させて前記前輪部が左右方向に移動し、前記使用者が前記力センサーに前後方向の力を加えると前記駆動部が2台の前記全方向移動車輪を互いに同一方向に回転させて前記前輪部を前後方向に移動するようにした。
さらに、本発明の一態様に係る障害物回避先導ロボットは、前記主脚側に沿う位置まで移動可能に連結されている。
Further, in the obstacle avoidance leading robot according to one aspect of the present invention , the two omnidirectional moving wheels constituting the front wheel portion are each transmitted with a rotational force by two driving portions, and the gripping portion When a front / rear / right / left force is applied from a user, a force sensor is provided for outputting a force signal to the two drive units, and when the user applies a left / right force to the force sensor, the drive unit includes the two drive units. When the omnidirectional wheel is rotated in the opposite direction to move the front wheel part in the left-right direction, and the user applies a force in the front-rear direction to the force sensor, the drive unit moves the two omnidirectionally-moving wheels. The front wheels are moved in the front-rear direction by rotating in the same direction.
Furthermore, the obstacle avoidance leading robot according to one aspect of the present invention is connected so as to be movable to a position along the main leg side.
本発明に係る障害物回避先導ロボットによれば、前輪部を構成する2台の全方向移動車輪が、互いが近接する位置に配置されているので、互いの地面に接地する地点が左右対称でなくても、前輪部の移動方向性に与える影響を少なくすることができる。
また、本発明は、2台の全方向移動車輪及びこれらを駆動する駆動部を備えた簡便な装置構成であり、軽量化及び簡便な駆動制御で前輪部を全方向に移動することができるので、コストの低減化を図ることができる。
さらに、2台の全方向移動車輪及びこれらを駆動する駆動部しか搭載しておらず軽量化を図っているので、障害物回避先導ロボット1の持ち運びを容易に行うことができる。
According to the obstacle avoidance leading robot according to the present invention, since the two omnidirectional moving wheels constituting the front wheel portion are arranged at positions close to each other, the points of contact with the ground of each other are symmetrical. Even if it is not, the influence on the moving directionality of the front wheel portion can be reduced.
In addition, the present invention is a simple device configuration including two omnidirectionally moving wheels and a drive unit for driving them, and the front wheel part can be moved in all directions with light weight and simple drive control. Cost reduction can be achieved.
Furthermore, since only two omnidirectional wheels and a driving unit for driving these wheels are mounted to reduce the weight, the obstacle avoidance leading robot 1 can be easily carried.
以下、本発明を実施するための形態(以下、実施形態という。)を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1から図3は、本発明に係る障害物回避先導ロボットの1実施形態を示すものであり、図1は障害物回避先導ロボットを示す正面図、図2は障害物回避先導ロボットを示す側面図、図3は障害物回避先導ロボットを示す平面図、図4は障害物回避先導ロボットを構成する前輪部の具体的な構成を示す斜視図、図5は障害物回避先導ロボットの制御回路図を示す図である。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described in detail with reference to the drawings.
1 to 3 show an embodiment of an obstacle avoidance leading robot according to the present invention, FIG. 1 is a front view showing the obstacle avoidance leading robot, and FIG. 2 is a side view showing the obstacle avoidance leading robot. FIG. 3, FIG. 3 is a plan view showing the obstacle avoidance leading robot, FIG. 4 is a perspective view showing a specific configuration of a front wheel portion constituting the obstacle avoidance leading robot, and FIG. 5 is a control circuit diagram of the obstacle avoidance leading robot. FIG.
本実施形態の障害物回避先導ロボット1は、図1から図3で示すように、上下方向に延在する主脚2と、主脚2の下部に連結している前輪部(全方向移動車輪)3と、主脚2の上端に設けた前輪操作部4と、主脚2の上下方向の略中間位置に関節部5を介して連結し、下方に延在している2本の補助脚6と、各補助脚6の下端に設けたキャスター7と、前輪操作部4の操作により前輪部3を所定方向に転動させるロボット制御部8と、を備えている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the obstacle avoidance leading robot 1 of the present embodiment includes a
前輪部3は、図1に示すように、2台の全方向移動車輪11A,11Bと、これら2台の全方向移動車輪11A,11Bを独自に正逆方向に回転させる駆動モーター(図5の符号12A,12B)を備えている。
全方向移動車輪11Aは、図4に示すように、複数の樽形状の小径輪13と、複数の小径輪13を外周に回転自在に保持する車輪本体14とを有し、車輪本体14は、小径輪13を車輪本体14の軸方向である中心線14aに対して45度傾けて設置した、メカナムホイール(登録商標)である。また、全方向移動車輪11Bも、全方向移動車輪11Aと同様の構造を有しており、小径輪13を中心線14aに対して135度傾けて設置したものである。
As shown in FIG. 1, the
As shown in FIG. 4, the omnidirectional moving
2台の全方向移動車輪11A,11Bは、互いに近接した位置に配置され、互いの軸一致させた状態(中心線14aを一致させた状態)で配置されている。
そして、前輪部3は、図6に示すように、軸心が障害物回避先導ロボット1の前後方向に延在するロール回転軸20を介して主脚2の下部に連結されている。
関節部5は、図1及び図2で示すように固定レバー5aを備えており、この固定レバー5aの固定操作を行うことで、主脚2に対して所定の角度で傾斜した状態で補助脚6を固定する。そして、固定レバー5aの回動操作を行うと、図7及び図8に示すように、主脚2に沿う位置まで2本の補助脚6を揺動させることができる。
The two omnidirectional moving
As shown in FIG. 6, the
The
そして、図2に示すように、関節部5近くの主脚2に、障害物回避先導ロボット1全体を持ち上げる際に使用する把手22が設けられている。
前輪操作部4は、図2に示すように、グリップ部21に装着された力センサー4aである。力センサー4aは、x,y,z方向の力、及び、x,y,z軸回りのモーメントを測定でき、使用者がグリップ部21に握り力を加えると力センサ4aに力がかかり、ロボット制御部8に力(3軸)、モーメント(3軸)に応じた力信号を出力する。
As shown in FIG. 2, the
As shown in FIG. 2, the front wheel operation unit 4 is a
ロボット制御部8は、図5に示すように、入力ポート15、主制御部(CPU)16及び出力ポート17を備えており、入力ポート15には、力センサー4aから力信号が入力する。
主制御部16は、力センサー4aから入力した力信号に基づき、駆動モーター12A,12Bに対する正転方向、或いは逆転方向の回転方向及び回転数を演算し、その演算信号を出力ポート17に出力する。そして、出力ポート17から駆動モーター12A,12Bに駆動制御信号が出力される。
As shown in FIG. 5, the
Based on the force signal input from the
前輪操作部4の力センサー4aから力信号が入力した際のロボット制御部8の具体的な制御動作を説明する。
グリップ部21を握り、右側に力を加えることにより力センサー4aに右側向きの力がかかると、力センサー4aからロボット制御部8に力信号が入力され、ロボット制御部8は、駆動モーター12Bが正転方向に所定の回転数で回転し、駆動モーター12Aが逆転方向に所定の回転数で回転する演算信号を演算し、駆動モーター12Bが正転回転し、駆動モーター12Aが逆転回転することで、前輪部3が右方向に移動するようになっている。
A specific control operation of the
When a force in the right direction is applied to the
また、グリップ部21を握り、前方に力を加えることにより力センサー4aに前向きの力がかかると、力センサー4aからロボット制御部8に力信号が入力され、ロボット制御部8は、駆動モーター12Aが正転方向に所定の回転数で回転し、駆動モーター12Bが正転方向に所定の回転数で回転する演算信号を演算し、駆動モーター12A及び12Bが同一回転数で正転回転することで、前輪部3が前方に移動するようになっている。
Further, when a forward force is applied to the
また、グリップ部21を握り、後方に力を加えることにより力センサー4aに後向きの力がかかると、力センサー4aからロボット制御部8に力信号が入力され、ロボット制御部8は、駆動モーター12Aが逆転方向に所定の回転数で回転し、駆動モーター12Bも逆転方向に所定の回転数で回転する演算信号を演算し、駆動モーター12A及び12Bが同一回転数で逆転回転することで、前輪部3が後方に移動するようになっている。
Further, when a rearward force is applied to the
さらに、グリップ部21を握り、左側に力を加えることにより力センサー4aに左側向きの力がかかると、力センサー4aからロボット制御部8に力信号が入力され、ロボット制御部8は、駆動モーター12Bが逆転方向に所定の回転数で回転し、駆動モーター12Aが正転方向に所定の回転数で回転する演算信号を演算し、駆動モーター12Bが逆転回転し、駆動モーター12Aが正転回転することで、前輪部3が左方向に移動するようになっている。
Further, when a leftward force is applied to the
次に、本実施形態の前輪部3の作用について図9(a),(b)を参照して説明する。
図9(a)に示すように、前輪部Zを2台の全方向移動車輪H1,H2で構成し、この前輪部Zに外力を加えずに2台の全方向移動車輪H1,H2を転動させると、前輪部Zは点A回りに回転してしまう。しかし、本実施形態は、2台の全方向移動車輪11A,11Bで構成した前輪部3に主脚3を介して使用者の力(押し力、引き力)、又はモーメントが加わるので前輪部3の全方向移動が可能となる。
Next, the operation of the
As shown in FIG. 9 (a), the front wheel portion Z is composed of two omnidirectional moving wheels H1 and H2, and the two omnidirectional moving wheels H1 and H2 are rotated without applying external force to the front wheel portion Z. When moved, the front wheel portion Z rotates around the point A. However, in the present embodiment, since the user's force (pushing force, pulling force) or moment is applied to the
また、前輪部3を構成する2台の全方向移動車輪11A,11Bは、図9(a)で示したように左右対称で接地する場合が少ない。図9(b)に示すように、全方向移動車輪11A,11Bの接地点が左右対称でない場合には、回転中心(図9(b)に示す点A´)が全方向移動車輪11A,11Bの一方に偏り、移動方向性が不確実になるおそれがある。
これに対して、本実施形態の前輪部3は、互いに近接した位置に2台の全方向移動車輪11A,11Bを配置しているため、図9(b)に示すように偏り量Q(点Aと点A´の差分)が小さくなり、全方向移動車輪11A,11Bが左右対称で接地していなくても、前輪部3の移動方向性に与える影響が少ない。
Further, the two omnidirectional moving
On the other hand, the
次に、本実施形態の障害物回避先導ロボット1の効果について説明する。
本実施形態の障害物回避先導ロボット1は、主脚2の下部に、2台の自走式の全方向移動車輪11A,11Bを備えた前輪部3を連結し、主脚2を介して使用者の力(押し力、引き力)、或いはモーメントを作用することで、前輪部3が全方向に移動する。
そして、本実施形態の全方向移動車輪11A,11Bは、互いが近接する位置に配置されているので、互いの地面に接地する地点が左右対称でなくても、前輪部3の移動方向性に与える影響を少なくすることができる。
Next, the effect of the obstacle avoidance leading robot 1 of this embodiment will be described.
The obstacle avoidance leading robot 1 of the present embodiment is used via the
And since the omnidirectional moving
そして、前輪部3は、軸心が障害物回避先導ロボット1の前後方向に延在するロール回転軸20を介して主脚2の下部に連結されており、常に全方向移動車輪11A,11Bが地面に接地しながら移動するので、全方向移動の確実性を向上させることができる。
また、本実施形態の障害物回避先導ロボット1は、2台の駆動モーター12A,12を備えた簡便な装置構成であり、全方向移動車輪11A,11Bを正転回転、或いは逆転回転させるという簡単な駆動制御で前輪部3を全方向に移動するようにしているので、装置コストの低減化を図ることができる。
And the
Further, the obstacle avoidance leading robot 1 of the present embodiment has a simple device configuration including two
また、重量物である全方向移動車輪11A,11B及び駆動モーター12A,12は2台しか搭載していないので、障害物回避先導ロボット1の軽量化を図って持ち運びを容易に行うことができる。
さらに、2本の補助脚6を主脚2に沿う位置まで移動すると、障害物回避先導ロボット1をコンパクトに畳むことができる。そして、把手22を使用して、軽量な障害物回避先導ロボット1を階段や段差などの使用不可能な場所から容易に持ち運ぶことができる。
In addition, since only two omnidirectional moving
Furthermore, when the two
なお、本実施形態の全方向移動車輪11A,11Bとして、メカナムホイール(登録商標)を使用したが、オムニホイール(登録商標)など、ホイール本体の外周に、回転軸が可撓性を有する回転体を、その両端がそれぞれ隣接する回転体支持部材に回転可能に支持されるよう配設してなる形式の車輪を用いてもよいことは言うまでもない。
また、全方向移動車輪11A,11Bは車幅方向(左右方向)に配置したが、本発明の要旨がこれに限定されるものではなく、前後方向に配置しても、斜め方向に配置してもよい。
In addition, although Mecanum wheel (registered trademark) was used as the omnidirectional moving
Moreover, although the omnidirectional moving
また、全方向移動車輪11A,11Bは同軸に配置したが、偏心していても、直交等角度を付けて配置してもよい。
さらに、本実施形態では、前輪部3がロール回転軸20を介して主脚2の下部に連結されていることで受動的に前輪部3の姿勢を制御する構造を示したが、前輪部3を回転させる駆動モーターや姿勢センサーなどを備えて能動的に前輪部3の姿勢を制御するようにしてもよい。
In addition, although the omnidirectional moving
Furthermore, in this embodiment, although the structure which passively controls the attitude | position of the front-
1…障害物回避先導ロボット、2…主脚、3…前輪部、4…前輪操作部、4a…力センサー、5…関節部、6…補助脚、7…キャスター、8…ロボット制御部、11A,11B…全方向移動車輪、12A,12B…駆動モーター(駆動部)、13…小径輪、14…車輪本体、14a…中心線、15…入力ポート、16…主制御部、17…出力ポート、20…ロール回転軸、21…グリップ部(把持部)、22…把手 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Obstacle avoidance leading robot, 2 ... Main leg, 3 ... Front wheel part, 4 ... Front wheel operation part, 4a ... Force sensor, 5 ... Joint part, 6 ... Auxiliary leg, 7 ... Caster, 8 ... Robot control part, 11A , 11B ... omnidirectional moving wheel, 12A, 12B ... drive motor (drive unit), 13 ... small diameter wheel, 14 ... wheel body, 14a ... center line, 15 ... input port, 16 ... main control unit, 17 ... output port, 20 ... roll rotation shaft, 21 ... grip part (gripping part), 22 ... grip
Claims (3)
前記主脚に、ロボット全体を持ち上げる際に使用する把手を設け、
前記前輪部は、前後方向に延在するロール回転軸を介して前記主脚の下部に連結されており、
前記前輪部は、複数の樽形状の小径輪と、これら複数の小径輪を外周に回転自在に保持する車輪本体とを有し、前記車輪本体は、前記小径輪を当該車輪本体の軸方向である中心線に対して45度傾けて設置した2台の全方向移動車輪で構成し、これら2台の前記全方向移動車輪は、互いの軸を一致させた状態で近接した位置に配置されており、
前記主脚を介して前記使用者から前記外力、或いはモーメントが伝達されることで前記前輪部が移動するようにし、
階段や段差などの使用不可能な場所では、前記把手を使用してロボット全体を持ち運ぶようにしたことを特徴とする障害物回避先導ロボット。 A main leg, a self-propelled front wheel connected to the lower part of the main leg, and an auxiliary leg to which a rear wheel is connected to the lower part to assist the rising of the main leg. An obstacle avoidance leading robot that moves while performing walking assistance of the user by gripping a grip portion provided at the top and applying external force such as pushing force and pulling force,
The main leg is provided with a handle used when lifting the entire robot,
The front wheel portion is connected to the lower portion of the main leg via a roll rotation shaft extending in the front-rear direction,
The front wheel portion includes a plurality of barrel-shaped small-diameter wheels and a wheel body that rotatably holds the plurality of small-diameter wheels on the outer periphery, and the wheel body includes the small-diameter wheel in an axial direction of the wheel body. It is composed of two omnidirectional wheels installed at an angle of 45 degrees with respect to a certain center line, and these two omnidirectional wheels are arranged close to each other with their axes aligned. And
The front wheel is moved by transmitting the external force or moment from the user via the main leg ,
The obstacle avoidance leading robot characterized in that the entire handle is carried by using the handle in places where stairs and steps cannot be used .
前記把持部に、前記使用者から前後左右の力が加わると前記2台の駆動部に力信号を出力する力センサーを設け、
前記使用者が前記力センサーに左右方向の力を加えると前記駆動部が2台の前記全方向移動車輪を互いに逆方向に回転させて前記前輪部が左右方向に移動し、前記使用者が前記力センサーに前後方向の力を加えると前記駆動部が2台の前記全方向移動車輪を互いに同一方向に回転させて前記前輪部を前後方向に移動するようにしたことを特徴とする請求項1記載の障害物回避先導ロボット。 The two omnidirectional moving wheels constituting the front wheel part are each transmitted with rotational force by the two driving parts,
A force sensor that outputs a force signal to the two drive units when a front / rear / right / left force is applied to the grip unit from the user,
When the user applies a lateral force to the force sensor, the drive unit rotates the two omnidirectional wheels in opposite directions to move the front wheel portion in the left-right direction, and the user 2. The front drive part is configured to move the front wheel part in the front-rear direction by rotating the two omnidirectionally moving wheels in the same direction when a force in the front-rear direction is applied to the force sensor. The obstacle avoidance leading robot described.
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