JP5666166B2

JP5666166B2 - 走行ロボット

Info

Publication number: JP5666166B2
Application number: JP2010107132A
Authority: JP
Inventors: 忠司足立
Original assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Current assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Priority date: 2010-05-07
Filing date: 2010-05-07
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2030-05-07
Also published as: JP2011235692A

Description

本発明は、不整地のような走行の妨げになる要素が多い地帯での観測活動や監視活動等に用いられる走行ロボットに関し、とくに、月や惑星での探査活動に好適である走行ロボットに関するものである。

従来の走行ロボットとしては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載の走行ロボットは、車体の前部及び後部に左右の回動脚を夫々設け、前部の各回動脚に、旋回脚を介して、二つの駆動輪を夫々設けると共に、後部の両回動脚に駆動輪を夫々設けた構造を有する六輪車である。

上記の走行ロボットは、個々の駆動輪がモータを備えていると共に、車体と回動脚との関節部及び回動脚と旋回脚との関節部に、モータ又は回転駆動手段が設けてあり、各駆動輪や各関節部を個別に制御可能にして、走行性能及び衝撃吸収性能の向上や、不整地における脚先の位置決め精度の向上などを実現したものである。

特開２００９−１２０１０１号公報

ところで、この種の走行ロボットのうちの、とくに月や惑星での探査活動に用いるものでは、打ち上げロケットに搭載する都合上、小型軽量であることが望ましいうえに、遠隔地での運用であるから、走行性や動作の信頼性が高いことが非常に重要である。

ところが、上記したような従来の走行ロボットにあっては、各駆動輪や各関節部にモータや回転駆動手段を設けて、これらを個別に制御する構造であるため、その分重量が増すと共に、制御も複雑になり易く、とくに月や惑星での探査活動に適用するものでは、小型軽量化や走行性及び信頼性のさらなる向上が要望されていた。

本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、小型軽量化を図ることができると共に、走行性や信頼性のさらなる向上を実現することができ、月や惑星での探査活動に好適な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、車体の前部に、車体に対してロール軸回りに回動自在に連結され且つ車体左右方向に延出するサスペンションアームと、サスペンションアームの両端部に対してピッチ軸回りに回転駆動可能に設けた左右の第１支持脚と、第１支持脚をピッチ軸回りに回転駆動する前部モータとを備えると共に、各第１支持脚に、少なくとも一つの第１駆動輪と、第１駆動輪を回転駆動するドライブ用モータとを夫々備えている。

そして、走行ロボットは、車体の後部に、車体に対してピッチ軸回りに回転駆動可能に設けた左右の第２支持脚と、第２支持脚をピッチ軸回りに回転駆動する後部モータと、各第２支持脚に対してピッチ軸回りに回動自在に連結した旋回脚を備えると共に、各旋回脚の両端部に第２駆動輪を夫々備え、旋回脚が、別のドライブ用モータと、そのドライブ用モータの出力を両第２駆動輪に伝達する動力伝達機構を備えている構成としており、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によれば、サスペンションアーム及び旋回脚の回動部がフリー（回動自在）であるから、その分モータ類を削減して小型軽量化や制御の簡素化を実現することができ、制御の簡素化により動作の信頼性も高めることができる。また、上記のサスペンションアーム及び旋回脚の採用により、関節部を制御しなくても常に全ての駆動輪を接地させることができ、これに加えて他の関節部を制御すれば重心移動や様々な走行形態が得られ、三点支持の要領で斜面を這い上がるように移動することができるので、月面のレゴリスで覆われた斜面であっても、スリップやスタックを起こすことなく登ることができる。これにより、走行性能のさらなる向上を実現することができ、月や惑星での探査活動に非常に好適なものとなる。さらに、走行ロボットは、旋回脚における二個の第２駆動輪を共通のドライブ用モータ及び動力伝達機構で回転駆動することにより、モータ類を削減してさらなる小型軽量化や制御の簡素化を実現する。

本発明の走行ロボットの一実施形態を説明する斜視図である。図１に示す走行ロボットの車体及び走行系を説明する側面図である。図１に示す走行ロボットの車体及び走行系を説明する正面図である。図１に示す走行ロボットの車体及び走行系を説明する平面図である。走行形態の一例を説明する各々平面図（Ａ）〜（Ｆ）である。走行形態の他の例を説明する各々側面図（Ａ）〜（Ｃ）である。走行ロボットのロケット搭載時の状態を説明する斜視図である。

図１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。図示の走行ロボットＲは、車体Ｂの前部に、左右一つずつの第１駆動輪Ｗｆを備えると共に、車体Ｂの後部に、左右二個ずつの第２駆動輪Ｗｒを備えた六輪車である。なお、この走行ロボットＲは、前後どちらの方向にも自由に走行することが可能であるが、便宜上、左右一つずつの第１駆動輪Ｗｆがある方を車体前部として説明する。

走行ロボットＲの車体Ｂは、その上部を開閉する回動扉５１，５１を備えると共に、その内部に、マニピュレータ５２、レーザレンジファインダ５３及び照明付カメラ５４を設けたセンサアーム機構５５、各種アンテナ５６，５７を備えている。マニピュレータ５２やセンサアーム機構５５等は、折り畳んだ状態で車体Ｂに収容してあり、回動扉５１，５１の開放後に、図示の如く外部に展開させる。また、回動扉５１，５１の裏面には、当該回動扉５１の開放により展開される太陽電池パネル５８やアンテナ５９が設けてある。さらに、車体Ｂには、各機能部の制御機器、バッテリー及び放熱機構等が搭載してある。

走行ロボットＲは、車体Ｂの前部に、車体Ｂに対してロール軸回りに回動自在に連結され且つ車体左右方向に延出するサスペンションアーム１と、サスペンションアーム１の両端部に対してピッチ軸回りに回転駆動可能に設けた左右の第１支持脚としての前部支持脚２，２を備えると共に、各前部支持脚２に第１駆動輪Ｗｆを夫々備えている。ロール軸は、車体前後方向に沿う水平軸であり、ピッチ軸は、車体左右方向に沿う水平軸である。

また、走行ロボットＲは、車体Ｂの後部に、車体Ｂに対してピッチ軸回りに回転駆動可能に設けた左右の第２支持脚としての後部支持脚３，３と、各後部支持脚３に対してピッチ軸回りに回動自在に連結した旋回脚４を備えると共に、各旋回脚４の両端部に第２駆動輪Ｗｒ，Ｗｒを夫々備えている。旋回脚４における二つの第２駆動輪Ｗｒ，Ｗｒは、車体前後方向の配置である。

図２〜図４にも示すように、車体Ｂの前部において、その下面中央にはロール軸の軸受部５が設けてあり、この軸受部５に、サスペンションアーム１の中央が回動自在に連結してある。左右の前部支持脚２は、図示例ではＬ字形状を成していて、サスペンションアーム１の端部に設けた前部モータ６の出力軸に一端部が連結してあり、前部モータ６によりピッチ軸回りに回転駆動される。

また、前部支持脚２は、他端部側にブラケット７が設けてあり、このブラケット７に、垂直軸を介して第１駆動輪Ｗｆが設けてあると共に、第１駆動輪Ｗｆを垂直軸回りに回転駆動するステアリング用モータ８が設けてある。前部の各第１駆動輪Ｗｆは、ドライブ用モータ９が夫々設けてあり、個別に回転駆動することができる。

車体Ｂの後部において、その下面左右両側には、後部モータ１０が夫々設けてあり、各後部モータ１０の出力軸に後部支持脚３の一端部が連結してある。後部支持脚３は、後部モータ１０によりピッチ軸回りに回転駆動される。また、各後部支持脚３の他端部には、旋回脚４の中央が回動自在に連結してある。

さらに、各旋回脚４には、両端部に設けた第２駆動輪Ｗｒに対して、ドライブ用モータ１１と、ドライブ用モータ１１の出力を両第２駆動輪Ｗｒに伝達する動力伝達機構１２を備えている。後部の各第２駆動輪Ｗｒは、前部の駆動輪Ｗｆのように個別のドライブ用モータを有するものではなく、各旋回脚４において、共通のドライブ用モータ１１及び動力伝達機構１２により回転駆動される。

そして、走行ロボットＲは、とくに図４に示す平面視において、サスペンションアーム１、左右の前部支持脚２，２、各第１駆動輪Ｗｆ、左右の後部支持脚３，３、旋回脚４，４及び各第２駆動輪Ｗｒが、車体Ｂの前後左右に延出する配置にしてある。

上記構成を備えた走行ロボットＲは、従来のように全ての関節部にモータや回転駆動手段を備えているのではなく、サスペンションアーム１及び旋回脚４の回動部がフリー（回動自在）であるから、その分モータ類を削減して小型軽量化を実現することができる。また、モータ類の削減により、制御の簡素化を実現して動作の信頼性もより高めることができる。

さらに、走行ロボットＲは、旋回脚４における二個の第２駆動輪Ｗｒ，Ｗｒを共通のドライブ用モータ１１及び動力伝達機構１２で回転駆動することによっても、モータ類を削減してさらなる小型軽量化や制御の簡素化を実現している。さらに、走行ロボットＲは、第２駆動輪Ｗｆ，Ｗｒの一つが動作不良になった場合でも、ドライブ用モータをフリーにすることで動作可能な方式を採用することができる。

さらに、走行ロボットＲは、回動自在な上記のサスペンションアーム１及び旋回脚４の採用により、関節部を制御しなくても常に全ての駆動輪Ｗｆ，Ｗｒを接地させることができる。また、他の関節部すなわち前部モータ６及び後部モータ１０を制御して前部支持脚２や後部支持脚３を適宜の方向に回動させれば、後記するように、重心移動や様々な走行形態が得られる。これにより、走行性能のさらなる向上を実現することができ、月や惑星での探査活動に非常に好適なものとなる。

ここで、従来の走行ロボットは、各駆動輪がドライブ用モータを備え、左右の駆動輪の回転方向を逆向きにして方向転換を行っていた。この場合には、各駆動輪に捩れ方向の力が働くので、高トルクのドライブ用モータが必要であり、その分重量の増大や大型化を招く虞があった。

これに対して、本発明の走行ロボットＲは、左右の前部支持脚２，２に、垂直軸を介して各第１駆動輪Ｗｆを設けると共に、ステアリング用モータ８を夫々設けており、ステアリング用モータ８により前部の第１駆動輪Ｗｆを垂直軸回りに回動させて方向転換を行う。このため、走行ロボットＲは、六輪車でありながら優れた旋回性能を得ることができるうえに、小型のステアリング用モータでも円滑な旋回動作が可能であり、さらなる小型軽量化や走行性能の向上を実現することができる。

走行ロボットＲは、先にも述べたように月の探査活動にも好適である。月面は微細な粒子から成るレゴリスで覆われているので、走行ロボットは常にスタックの危険にさらされている。本発明の走行ロボットＲは、フリーのサスペンションアーム１及び旋回脚４を採用しているので、常に六輪を接地させることが可能であって、機動性に優れている。しかも、走行ロボットＲは、前後の各支持脚２，３を回動させることで、車高の増減や重心移動等を行って、地形に応じた様々な姿勢をとることが可能であるうえに、ウォーキングが可能であり、スタックからの脱出や障害物の回避を行うことができる。

図５は走行形態の一例を説明する図であり、斜面を登る場合を例示している。図示例の場合は、図（Ａ）に示す初期状態から、図（Ｂ）に示すように前部の一方の第１駆動輪Ｗｆを前進させ、次に、図（Ｃ）に示すように前部の他方の第１駆動輪Ｗｆを前進させる。この際、第１駆動輪Ｗｆの前進とともに前部支持脚２を前方に回動させる。これにより、重心が後方へ移動するので、その車体Ｂを後部の四つの第２駆動輪Ｗｒで保持する。その後、前部モータ６及び後部モータ１０の駆動より、図（Ｄ）に示すように車体Ｂを前方に移動させる。そして、図（Ｅ）に示すように後部の一方の第２駆動輪Ｗｒを前進させ、次に、図（Ｆ）に示すように後部の他方の第２駆動輪Ｗｒを前進させる。この際、第２駆動輪Ｗｒの前進とともに後部支持脚３を前方に回動させる。

このように、走行ロボットＲは、三点支持の要領で斜面を這い上がるように移動することができ、月面のレゴリスで覆われた斜面であっても、スリップやスタックを起すことなく登ることができる。

図６は走行形態の他の例を説明する図であり、障害物Ｑの回避を例示している。この場合には、後部支持脚３側を前部として走行する。

この際、走行ロボットＲでは、後部支持脚３に対して旋回脚４をピッチ軸回りに回動自在にしたので、図（Ａ）に示すように、二つの第２駆動輪Ｗｒ，Ｗｒが、これらに外接する直径を有する一つの駆動輪と同等のものとなる。これにより、走行ロボットＲは、第２駆動輪Ｗｒの直径ほどの高さの障害物Ｑであっても、図（Ｂ）に示すように、旋回脚４及び二つの第２駆動輪Ｗｒが一体的に回動して、障害物Ｑを乗り越えることができる。

また、走行ロボットＲは、車体Ｂに対してサスペンションアーム１をロール軸回りに回動自在にしたので、車体Ｂの移動に伴って、図（Ｃ）に示すように、サスペンションアーム１及び前部支持脚２が一体的に回動して、障害物Ｑを乗り越えることができる。

ここで、走行ロボットＲは、旋回脚４の回動、及びサスペンションアーム１の回動だけでも、障害物Ｑを乗り越えることが可能であるが、左右一方の駆動輪Ｗｆ，Ｗｒで障害物Ｑを乗り越える場合、車体Ｂが横に大きく傾くことになる。そこで、走行ロボットＲは、左右の後部支持脚３，３においては、障害物Ｑを乗り越える第２駆動輪Ｗｒの後部支持脚３を回動させることで、図６（Ｂ）に示す如く車体Ｂをほぼ水平に維持することができる。

他方、左右の前部支持脚２，２においては、障害物Ｑを乗り越えない第１駆動輪Ｗｆすなわちサスペンションアーム１の回動時に下位側となる第１駆動輪Ｗｆの前部支持脚２を回動させることで、図６（Ｃ）に示す如く車体Ｂをほぼ水平に維持することができる。このように、走行ロボットＲは、安定した姿勢で障害物Ｑを回避することができる。

さらに、走行ロボットＲは、平面視において、サスペンションアーム１、左右の前部支持脚２，２、各第１駆動輪Ｗｆ、左右の後部支持脚３，３、旋回脚４，４及び各第２駆動輪Ｗｒが、車体Ｂの前後左右に延出する配置にしてあることから、図３中の仮想線で示すように、車体Ｂの側部に第１駆動輪Ｗｆが沿うように前部支持脚２を回動させ、さらに、第２駆動輪Ｗｒが車体Ｂに近づくように後部支持脚３を回動させることで、図７に示すように、コンパクトな折り畳み姿勢にすることができ、打ち上げロケットに搭載する際の収容効率を高めることができる。

なお、上記実施形態の走行ロボットＲは、便宜上、前部及び後部を区別して説明したが、どちらの方向にも自由に走行することが可能であり、斜面の走行や障害物の回避の際にあっても上記実施形態と逆向きに走行することも可能である。

本発明の走行ロボットは、その構成が上記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。例えば、前部支持脚に二つの駆動輪を設けた構成にしたり、左右の前部支持脚２，２及び左右の後部支持脚３，３のうちの少なくとも一方を左右同時に回動する構成にしたりすることができる。

左右の支持脚２，３を連動させる構成とした場合には、モータ類をさらに削減して、さらなる小型軽量化や制御の簡素化を図ることができ、さらに、前部支持脚２，２の回動及び第１駆動輪Ｗｆの前進と、後部支持脚３，３の回動及び第２駆動輪Ｗｒの前進とを交互に繰り返すような走行形態も可能である。

Ｂ車体
Ｒ走行ロボット
Ｗｆ前部の第１駆動輪
Ｗｒ後部の第２駆動輪
１サスペンションアーム
２前部支持脚（第１支持脚）
３後部支持脚（第２支持脚）
４旋回脚
６前部モータ
８ステアリング用モータ
９ドライブ用モータ
１０後部モータ
１２動力伝達機構
１１ドライブ用モータ

Claims

車体の前部に、車体に対してロール軸回りに回動自在に連結され且つ車体左右方向に延出するサスペンションアームと、サスペンションアームの両端部に対してピッチ軸回りに回転駆動可能に設けた左右の第１支持脚と、第１支持脚をピッチ軸回りに回転駆動する前部モータとを備えると共に、各第１支持脚に、少なくとも一つの第１駆動輪と、第１駆動輪を回転駆動するドライブ用モータとを夫々備え、
車体の後部に、車体に対してピッチ軸回りに回転駆動可能に設けた左右の第２支持脚と、第２支持脚をピッチ軸回りに回転駆動する後部モータと、各第２支持脚に対してピッチ軸回りに回動自在に連結した旋回脚を備えると共に、各旋回脚の両端部に第２駆動輪を夫々備え、
旋回脚が、別のドライブ用モータと、そのドライブ用モータの出力を両第２駆動輪に伝達する動力伝達機構を備えていることを特徴とする走行ロボット。
平面視において、各第１及び第２の支持脚、旋回脚、並びに第１及び第２の駆動輪が、車体の左右に延出して配置してあることを特徴とする請求項１に記載の走行ロボット。