JP6003935B2

JP6003935B2 - 走行体

Info

Publication number: JP6003935B2
Application number: JP2014060399A
Authority: JP
Inventors: 武典松江; 川崎　宏治; 宏治川崎
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2014-03-24
Filing date: 2014-03-24
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2034-03-24
Also published as: JP2015182588A; US20150266528A1

Description

本発明は走行体に関する。

特許文献１には、台車本体と、台車本体に関節軸を介して枢着されて、台車本体を床面に対して任意の高さに保持する４個の脚部と、床面と接触する脚部の端部に設けた車輪部と、を備える走行体が開示されている。さらに走行体は、脚部の関節軸を回転駆動して脚部と床面との角度を変化させる脚関節軸アクチュエータと、車輪部の周囲に回転可能に設けられた複数のオムニホイールとを備える。脚部の関節軸周りの回転ベクトルは、床面に接地しているオムニホイールの回転ベクトルとほぼ平行になるように設けられている。

特開２０１０−７６６３０号公報

特許文献１によれば、当該文献の図１に図示するとおり、横から見て脚部を大きく広げるように脚部の関節軸を回転駆動して脚部の角度を制御することにより、重心位置が低く、安定性の高い走行を実施できる。

一方、走行体が狭い通路等を走行するためには、床面と各車輪部との接地点を結んで形成されるフットプリントエリアを小さくする必要がある。このため、特許文献１の走行体では、脚部を床面に対して垂直に近づくように脚関節軸周りに回転させることになる。この姿勢によれば、床面からの台車本体の位置が高くなるため、重心位置が高くなる。したがって、走行安定性が阻害されることになり、また、頭上に障害物があるような低いエリアを走行することができない。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、体高を抑えた安定した走行姿勢が得られ、かつ狭い通路等でも走行可能な走行体を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、開示する走行体に係る発明のひとつは、それぞれ、関節軸（３０ａ）を有し、関節軸を中心として角変位する複数の脚部（３０）と、複数の脚部が下方に延びるように固定される台部（２）と、複数の脚部のそれぞれの端部に設けられる車輪（３２）と、車輪において床面と接地する部分を構成し、車輪の外周に回転可能に設けられる複数の小回転体（３２０）と、関節軸を回転駆動して脚部と台部との角度を変化させる回転駆動装置（３４）と、を備え、
小回転体は、回転軸周りの回転ベクトル（３２０ａｖ）が車輪の回転軸周りの回転ベクトル（３２ａｖ）と関節軸周りの回転ベクトル（３０ａｖ）の両方に対して直交するように設けられ、
関節軸周りの回転ベクトルと小回転体の回転ベクトルは、台部の中心から径外方向に延びる半径ベクトル（２ｖ）に対して、平行ではなく交差するように設定されていることを特徴とする。

この発明によれば、小回転体の回転ベクトルは車輪の回転ベクトルと関節軸周りの回転ベクトルの両方に対して交差するように設定される。この構成により、関節軸を回転駆動した場合に、脚部が角変位する際の車輪の移動軌跡が台部の中心から延ばした径外方向に対して、平行でなく交差するようになる。すなわち、脚部が角変位する際に、台部と脚部とがなす角度が大きな鈍角にならないようにし、かつ安定した走行姿勢を実現できる。したがって、この構成によれば、車輪が台部の中心から径外方向に大きく広がらないように、脚部を角変位させることができるので、床面と各車輪との接地点を結んで形成されるフットプリントエリアを小さくする走行が実現できる。さらにこの構成によれば、脚部と台部とがなす角度が９０度にならないようにしても、フットプリントエリアを小さくして走行可能であるため、床面からの台部の高さを抑えた姿勢で走行することができる。

以上より、本発明は、体高を抑えた安定した走行姿勢が得られ、かつ狭い通路等でも走行可能な走行体を提供することができる。

また、特許請求の範囲及び上記各手段に記載の括弧内の符号ないし説明は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を分かり易く示す一例にすぎず、発明の範囲を限定するものではない。

本発明を適用する第１実施形態の走行体の構成を説明するための正面図である。第１実施形態の走行体の構成を説明するための下面図である。第１実施形態の走行体における脚部モジュールの構成を説明するための正面図である。脚部モジュールの構成を説明するための下面図である。本発明を適用する走行体の制御に関する構成図である。走行体における車輪の移動及び回転速度を説明するための図である。本発明を適用する第２実施形態の走行体の構成を説明するための正面図である。第２実施形態の走行体の構成を説明するための下面図である。本発明を適用する第３実施形態の走行体においてフットプリントエリアを小さくした状態を示す正面図である。図９と同じ状態を示した上面図である。第３実施形態の走行体においてフットプリントエリアを大きくした状態を示す正面図である。図１１と同じ状態を示した上面図である。第３実施形態の走行体について右回り旋回時の変化を説明するための図である。第３実施形態の走行体について左回り旋回時の変化を説明するための図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。

（第１実施形態）
本発明の一実施形態である第１実施形態に係る走行体１について図１〜図６を参照しながら説明する。走行体１は、例えば、コントローラ６０等から送られる各種の指令信号と各種センサにより取得された情報とを用いて所定の演算を行い、その演算結果に基づいた制御信号にしたがって、各駆動部の作動が制御されて適切な走行を可能とする。走行体１は、特に狭い通路、頭上高さが低い場所を走行可能とするために、特有の構成を備えている。走行体１は、例えば、遠隔操作可能な玩具、農耕機、探索用ロボット、荷物搬送用ロボット、人搬送ロボット等に適用することができる。

走行体１は、コントローラ６０等の送信機からの電波を受信する受信機と、制御信号を生成する制御装置５０と、車輪用モータ３５、脚部関節用のアクチュエータ３４等の駆動機器、受信機及び制御装置５０を駆動するための電池と、を備える。走行体１は、複数の脚部３０と、複数の脚部３０が下方に延びるように固定される台部２と、複数の脚部３０のそれぞれの端部に設けられる車輪３２と、を備える。また、走行体１が備える電池は、例えばニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池である。例えば、電池は、外部から供給される電力を充電可能で、蓄電した電力を放電可能とする。

アクチュエータ３４は、脚部３０の関節軸３０ａを回転駆動して、脚部３０と台部２とがなす角度を変化させる回転駆動装置であり、例えばサーボモータによって構成される。車輪用モータ３５は、車輪３２の回転軸３２ａを回転駆動する回転駆動装置である。走行体１は、受信機を制御装置５０に含む構成でもよいし、受信機を制御装置５０に対して信号を入力する機器として備える構成でもよい。

図５に図示するように、受信機は、コントローラ６０の操作によって発生する運転指令に基づいて生成された各種信号、例えば目標速度信号６１、目標旋回速度信号６２、目標姿勢角度信号６３を受信する。受信機は、速度推定部８０、旋回速度推定部８１、姿勢推定部８２において推定された各推定値を受信する。各推定値は、各部において、後述する状態検出手段７０によって取得された位置情報等に関する各種データを用いた所定のプログラムによる演算を経て、生成される。

状態検出手段７０は、走行体１の状態を検出する手段であり、走行体１に設けられる、ジャイロセンサ７１、加速度センサ７２、磁気センサ７３、画像センサ７４等を含んで構成される。状態検出手段７０は、少なくとも、ジャイロセンサ７１、加速度センサ７２を含んで構成される。

ジャイロセンサ７１は、例えば基準軸に対して走行体１が１秒間に何度の回転運動をしているかを検出する。加速度センサ７２は、センサ自体の加速度、例えば１秒当たりの速度の変化を検出する。また、加速度センサ７２は、走行体１に関する重力方向の加速度、すなわち重力加速度を検出することで、走行体１の動きや走行体１の振動を検出することもできる。また、加速度センサ７２が３軸加速度センサであれば、走行体１の水平状態も検出することができる。磁気センサ７３は、走行体１の絶対方位を検出する。画像センサ７４は、カメラで撮影した床面等を含む周囲画像を解析することで、例えば、走行体１の移動可能方向、移動可能量を検出することができる。

速度推定部８０は、加速度センサ７２からの検出値を用いた所定の演算を行うことで、走行体１の速度を推定する。旋回速度推定部８１は、ジャイロセンサ７１、加速度センサ７２からの検出値を用いた所定の演算を行うことで、台部２の旋回速度を推定する。姿勢推定部８２は、ジャイロセンサ７１、加速度センサ７２からの検出値、例えば、走行体１の姿勢を、Ｘ軸周りの回転角ロール、Ｙ軸周りの回転角ピッチ、Ｚ軸周りの回転角ヨーを用いた所定の演算を行うことで、走行体１の姿勢を推定する。

制御装置５０は、接地力推定部５１、目標角度計算部５２、目標回転数計算部５３、車輪位置推定部５４、関節制御部５５、モータ制御部５６を備える。制御装置５０は、入力される速度推定値、旋回速度推定値、姿勢推定値等を用いた所定の演算により、脚部３０の目標角度、車輪３２の目標回転数を算出する。目標角度計算部５２は、目標旋回速度及び目標姿勢角度を達成するために必要な脚部３０の目標角度を生成する。目標回転数計算部５３は、目標旋回速度及び目標速度を達成するために必要な車輪３２の目標回転数を生成する。

関節制御部５５は、生成された目標角度にしたがった制御駆動信号により、脚部関節用のアクチュエータ３４の回転位置を制御する。モータ制御部５６は、生成された目標回転数にしたがった制御駆動信号により、車輪用モータ３５の回転数を制御する。アクチュエータ３４は、関節制御部５５からの制御駆動信号に対応する目標角度に脚部３０の関節軸３０ａを制御する。車輪用モータ３５は、モータ制御部５６からの制御駆動信号に対応する目標回転数に車輪３２の回転軸３２ａを制御する。

関節制御部５５は、アクチュエータ３４を制御するための情報を、接地力推定部５１と車輪位置推定部５４に送信する。接地力推定部５１は、車輪３２に設けられるオムニホイール３２０のそれぞれが床面から受ける接地力を推定する。車輪位置推定部５４は、車輪３２の位置、並進移動量を推定する。

接地力推定部５１は、関節制御部５５から入力される、アクチュエータ３４の一例であるサーボモータに流れる電流値から、トルクを算出する。接地力推定部５１は、このトルクの算出値から各脚部３０の角度を求め、この角度から現在の各車輪の接地力を推定する。目標角度計算部５２は、接地力推定部５１によって推定された床面からの抗力値に基づき、各脚部３０の目標角度（目標角速度ともいう）を計算する。例えば、目標角度計算部５２は、推定された接地力推定値が小さいと判定した場合には、走行体１を安定した状態にするための目標角度を計算して調整する。このように目標角度は、関節制御部５５から得られるデータを用いて設定し直され、各脚部３０の角度はフィードバック制御される。

車輪位置推定部５４は、サーボモータの電流値からトルクを算出して、このトルクの算出値から各脚部３０の角度を求め、この角度から現在の各車輪の位置と目標速度方向とを推定する。目標回転数計算部５３は、現在の各車輪の推定位置と推定目標速度方向に基づき、各車輪３２の目標回転数を計算する。このように目標回転数は、モータ制御部５６から得られるデータを用いて設定し直され、各車輪３２の回転数はフィードバック制御される。

また、目標速度信号６１、目標旋回速度信号６２、目標姿勢角度信号６３は、コントローラ６０から入力された運転指令に基づいて、制御装置５０において生成するように構成してもよい。また、速度推定部８０、旋回速度推定部８１、姿勢推定部８２は、制御装置５０に含むように構成してもよい。

図２に図示するように、走行体１は、台部２の下面に固定される６個の脚部モジュール３を備える。６個の脚部モジュール３は、台部２の下面に環状に並ぶように設置されている。各脚部モジュール３は、車輪用モータ３５を台部２の中央寄りに、車輪３２を台部２の外周縁寄りに配する姿勢で、台部２に固定されている。各脚部モジュール３は、本体固定部３１及びスプリング部材３３の一端側固定部３３０が台部２に固定されることにより、台部２の下面から下方に延びるように設置されている。

脚部３０は、関節軸３０ａを有し、関節軸３０ａを中心として角変位する。脚部３０のそれぞれには、先端に車輪３２が設けられている。車輪３２は、車輪３２において床面と接地する部分を構成し、車輪３２の外周に回転可能に設けられる複数の小回転体であるオムニホイール３２０を有する。

図２〜図４に図示するように、脚部モジュール３は、２枚の板部材からなる脚部３０、車輪３２、アクチュエータ３４、車輪用モータ３５、ギヤボックス３６、及びスプリング部材３３を備える。車輪３２は、台部２の中心寄りに位置する内側車輪と外側車輪とで構成されている。内側車輪、外側車輪のそれぞれには、３個のオムニホイール３２０が環状に並ぶように設けられる。したがって、内側車輪、外側車輪のそれぞれは、支持体と、３個のオムニホイール３２０と、１本の回転軸３２ａとから構成されている。３個のオムニホイール３２０と、隣接するオムニホイール３２０の間でオムニホイール３２０の回転軸３２０ａを回転可能に支持する支持体とは、一体になってタイヤの形状を形成し、内側車輪、外側車輪のそれぞれを構成する。

この支持体は、回転軸３２０ａを回転可能に両端で支持する軸受部を構成する。この支持体の中央には、貫通孔が形成され、この貫通孔に回転軸３２ａ貫通し固着されている。３個のオムニホイール３２０と支持体は、一体になって、車輪用モータ３５の駆動力によって複数段の減速用歯車を介して、車輪３２の回転軸３２ａを中心に回転駆動される。したがって、内側車輪と外側車輪とは、同軸の回転軸３２ａを中心に回転駆動される。また、内側車輪と外側車輪の回転方向は、車輪用モータ３５の回転方向を変えることにより、変化させることが可能である。

このように構成した車輪３２にあっては、回転力が作用すると、車輪３２はオムニホイール３２０と接地面との摩擦力によって回転方向に移動可能な状態となる。一方、回転軸３２ａと平行な方向に移動力が作用すると、各オムニホイール３２０は空回りの状態となって回転軸３２ａに沿う方向に対してはスムーズな移動が可能となる。

図３に示すように、スプリング部材３３は、一端側固定部３３０が台部２に固定され、他端側固定部３３１が脚部３０に固定されて、脚部３０を支持している。スプリング部材３３は、そのばね付勢力によって、脚部３０を台部２に対して平行に支持する。スプリング部材３３の機能により、台部２に重量物を載せた場合でも、駆動装置の駆動力を押さえることができる。図３に図示するこの状態は、台部２と脚部３０のなす角度がゼロまたはゼロに近く、脚部モジュール３の姿勢が最も低い状態であり、走行体１の高さが最も低い状態である。

脚部３０は、関節軸３０ａで走行体１に軸支されて、アクチュエータ３４の回転駆動力により関節軸３０ａを中心として下向きに回転する。したがって、脚部３０は、スプリング部材３３のばね付勢力とアクチュエータ３４のトルクとが釣り合うときに静止して、台部２との角度を変化させることができる可動部である。

図２及び図４に図示するように、脚部３０は、一端側が関節軸３０ａを中心に回転可能に支持され、他端側で車輪３２の回転軸３２ａを回転可能に支持している。脚部３０の他端側は、回転軸３２ａを回転可能に軸支する軸受け部を構成する。さらに２枚の板部材である脚部３０は、車輪３２の両側から回転軸３２ａを支持するように設けられている。

アクチュエータ３４は、関節軸３０ａ側で車輪３２に隣接して設けられている。アクチュエータ３４は、走行体１に固定されるホルダ３４０によって支持されている。ギヤボックス３６は、複数段の減速用歯車を内蔵し、車輪３２よりも台部２の中心寄りの位置で、ホルダ３６０によって支持されている。車輪用モータ３５は、車輪３２やギヤボックス３６よりも台部２の中心寄りの位置で、ホルダ３５０によって支持されている。少なくともアクチュエータ３４、車輪用モータ３５は、走行体１において可動しない静止機器である。

走行体１は、以下に示す特有の構成を有する。走行体１に設けられる複数個の脚部モジュール３は、図２に図示するように、台部２の外周縁よりも内側に収まるように設置されている。さらに脚部モジュール３は、走行条件に応じて、脚部３０と台部２の角度が図３に示す状態から変化して大きくなった場合でも、脚部３０及び車輪３２が台部２の外周縁から外側にはみ出さないように、台部２の下面側に設置されている。

また、複数の脚部モジュール３は、台部２の下面側に環状に並ぶように設置されている。図２に示すように、台部２に環状に配された複数の脚部モジュール３は、台部２の下面側の中心周りに所定のスペースを形成する。この所定のスペースには、電池、モータ等を設置することができる。

各オムニホイール３２０は、オムニホイール３２０の回転軸３２０ａ周りの回転ベクトル３２０ａｖが車輪３２の回転軸３２ａ周りの回転ベクトル３２ａｖと脚部３０の関節軸３０ａ周りの回転ベクトル３０ａｖの両方に対して交差するように設けられている。ここで、回転ベクトル３２０ａｖは、オムニホイール３２０が回転運動する際の中心軸線（回転軸３２０ａに相当）に沿う向きのベクトルである。また、回転ベクトル３２ａｖは、車輪３２が回転運動する際の中心軸線（回転軸３２ａに相当）に沿う向きのベクトルである。また、回転ベクトル３０ａｖは、脚部３０が回転運動する際の中心軸線（関節軸３０ａに相当）に沿う向きのベクトルである。

好ましくは、オムニホイール３２０は、回転ベクトル３２０ａｖが回転ベクトル３０ａｖに対して直交するように、走行体１に設けられている。さらに、脚部３０は、回転ベクトル３０ａｖが回転ベクトル３２ａｖに沿う向きとなるように設けられている。すなわち、回転ベクトル３０ａｖと回転ベクトル３２ａｖは、平行、またはほぼ平行に延びる向きに設定されている。

また、図２及び図４に図示するように、車輪用モータ３５の軸に沿って延びる軸ベクトル３５ｖは、回転ベクトル３０ａｖと回転ベクトル３２ａｖの両方に沿う向きである。軸ベクトル３５ｖは、車輪用モータ３５の回転軸に沿う向きを持つベクトルである。この構成により、車輪３２よりも台部２の中心寄りに位置する車輪用モータ３５は、軸ベクトル３５ｖと関節軸３０ａとがほぼ同軸上となるように、脚部モジュール３において設けられている。また、脚部モジュール３には、軸ベクトル３５ｖと関節軸３０ａとが直交するように車輪用モータ３５が設けられている。

さらに、走行体１において、回転ベクトル３０ａｖと回転ベクトル３２ａｖは、台部２の中心から径外方向に延びる半径ベクトル２ｖに対して、平行ではなく交差するように設定されている。すなわち、脚部モジュール３は、半径ベクトル２ｖに対して傾いた姿勢となるように台部２に固定されている。換言すれば、車輪用モータ３５の軸ベクトル３５ｖは、半径ベクトル２ｖと交差する関係にある。

次に、図６を参照して、移動及び旋回に必要な車輪３２の回転速度（目標回転数）を求める方法について説明する。状態検出手段７０の検出値等を用いて、図６に示す、台部２の目標速度ベクトルｖと、台部２の中心からの、車輪ｉ（ｉは１〜６）の位置ベクトルｘ_ｉと、位置ベクトルｘ_ｉに直交する単位ベクトルａ_ｉと、車輪ｉの駆動方向の単位ベクトルｕ_ｉと、を求める。単位ベクトルａ_ｉは、旋回による車輪接地点の移動速度のベクトルと同じ向きである。単位ベクトルｕ_ｉは、旋回するために必要な車輪の速度のベクトルと同じ向きである。車輪の半径は、固定値ｒである。ωは、目標旋回速度である。車輪ｉの回転速度（目標回転数）ω_ｉは、これらのデータを用いて、次の（式１）によって算出することができる。

（式１） ω_ｉ＝ｕ_ｉ・（｜ｘ_ｉ｜・ω・ａ_ｉ＋ｖ）／ｒ
例えば、目標回転数計算部５３は、必要な車輪３２の目標回転数ω_ｉを（式１）に基づく演算により生成する。

次に、走行体１がもたらす作用効果について説明する。走行体１は、それぞれ、関節軸３０ａを中心に角変位する複数の脚部３０と、複数の脚部３０が固定される台部２と、各脚部３０の端部に設けられる車輪３２と、関節軸３０ａを回転駆動して脚部３０と台部２との角度を変化させるアクチュエータ３４と、を備える。車輪３２は、車輪３２において床面と接地する部分を構成し、車輪３２の外周に回転可能に設けられる複数のオムニホイール３２０を備える。各オムニホイール３２０は、オムニホイール３２０の回転軸３２０ａ周りの回転ベクトル３２０ａｖが車輪３２の回転軸３２ａ周りの回転ベクトル３２ａｖと脚部３０の関節軸３０ａ周りの回転ベクトル３０ａｖの両方に対して交差するように設けられる。

この構成によれば、オムニホイール３２０の回転ベクトル３２０ａｖは車輪３２の回転ベクトル３２ａｖと関節軸３０ａ周りの回転ベクトル３０ａｖの両方に対して交差するように設定される。この構成によると、関節軸３０ａを回転駆動した場合に、脚部３０が角変位する際の車輪３２の移動軌跡が台部２の中心から延ばした径外方向に対して、平行でなく交差するようになる。換言すれば、走行体１は、脚部３０が角変位する際に、台部２と脚部３０とがなす角度が大きな鈍角にならないように制御しても、安定した走行姿勢を実現できる。

したがって、この構成によれば、車輪３２が台部２の中心から径外方向に大きく広がらないように、脚部３０を角変位させることができる。このため、走行体１は、床面と各車輪３２との接地点を結んで形成されるフットプリントエリアを小さくする走行が実現できる。さらにこの構成によれば、脚部３０と台部２とがなす角度が９０度にならないようにしても、フットプリントエリアを小さくして走行可能であるため、床面からの台部２の高さを抑えた姿勢で走行することができる。以上より、走行体１は、体高を抑えた安定した走行姿勢を実現し、かつ狭い通路等での走行を可能とする。

さらに、オムニホイール３２０の回転ベクトル３２０ａｖは、関節軸３０ａ周りの回転ベクトル３０ａｖに対して直交することが好ましい。この構成によれば、関節軸３０ａを回転駆動した場合に、脚部３０が角変位する際の車輪３２の移動軌跡が台部２の中心から延ばした径外方向に対して、直交するようになる。したがって、この構成によれば、車輪３２が、台部２の外周縁から突出する方向に広がらないように、脚部３０を角変位させることができる。このため、走行体１は、床面と各車輪３２との接地点を結んで形成されるフットプリントエリアを一層小さくする走行が実現できる。

さらに関節軸３０ａ周りの回転ベクトル３０ａｖは、車輪３２の回転軸３２ａ周りの回転ベクトル３２ａｖに沿う向きである。この構成によれば、脚部３０を角変位させた場合に、車輪３２を安定的に接地させることと、フットプリントエリアのサイズを抑えることとの両立が図れる走行体１を提供できる。

走行体１は、脚部３０、車輪３２、アクチュエータ３４、及び車輪用モータ３５を少なくとも備えて構成される脚部モジュール３を有する。脚部モジュール３には、脚部３０と車輪用モータ３５の回転軸とが直交するように車輪用モータ３５が設けられている。

この構成によれば、脚部３０及び車輪３２と車輪用モータ３５とが並ぶ配置である脚部モジュール３について、可動しない車輪用モータ３５を台部２の中心側に位置させ、可動する脚部３０及び車輪３２を台部２の外周縁側に位置させることができる。これにより、台部２の下面側のスペースを有効に活用して複数の脚部モジュール３を搭載する走行体１を提供できる。

さらに車輪用モータ３５は、車輪３２よりも台部２の中心寄りに位置する。車輪用モータ３５の回転軸と関節軸３０ａは、ほぼ同軸上となるように設定されている。この構成によれば、脚部３０を角変位させた場合でも、脚部３０や車輪３２を、車輪用モータ３５の位置に影響を受けることなく、変位させることができる。また、この構成によれば、イナーシャの大きいモータを脚部３０の根本近くに設置することで、負荷を軽減することもできる。

また、関節軸３０ａ周りの回転ベクトル３０ａｖとオムニホイール３２０の回転ベクトル３２０ａｖは、台部２の中心から径外方向に延びる半径ベクトル２ｖに対して、平行ではなく交差するように設定されている。この構成によれば、台部２の下面側のスペースを有効活用した脚部モジュール３の設置が可能であり、かつ台部２の外径寸法の小さくすることができる。

また、脚部モジュール３は、脚部３０と台部２との角度が変化しても、脚部３０及び車輪３２が台部２の外周縁から外側にはみ出さないように、台部２に設けられている。この構成によれば、どのような走行状態であっても、走行体１において、脚部３０及び車輪３２は台部２の外周縁から外側にはみ出さない。これにより、脚部３０の回転角度に関係なく、台部２が通過可能な走行路であれば走行できる走行体１を提供できる。

また、複数の脚部モジュール３は、脚部３０、車輪３２、及び関節軸３０ａが台部２の外周縁に沿うように、台部２に設置されている。この構成の走行体１によれば、フットプリントエリアのサイズを大きくでき、より安定した走行姿勢を提供できる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、第１実施形態の走行体１の他の形態である走行体１０１について図７及び図８を参照して説明する。図７、図８において、第１実施形態と同様の構成であるものは同一の符号を付し、同様の作用、効果を奏するものである。第２実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。以下、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。また、第２実施形態において第１実施形態と同様の構成を有するものは、第１実施形態で説明した同様の作用、効果を奏するものとする。

図示するように、走行体１０１において、回転ベクトル３０ａｖと回転ベクトル３２ａｖは、半径ベクトル２ｖに対して、平行ではなく交差するように設定されている。すなわち、各脚部モジュール３は、半径ベクトル２ｖに対して傾いた姿勢となるように台部２に固定されている。さらに走行体１０１は、各脚部モジュール３における台部２の中心側の部分、例えば、車輪用モータ３５が、走行体１に比べて、台部２の中心に近い位置となるように設定されている。

第２実施形態の走行体１０１によれば、複数の脚部モジュール３が設置される台部２のサイズを小さくすることができる。したがって、走行体１０１の小型化が図れ、一層、狭い通路等でも走行可能な走行体１０１を提供できる。

（第３実施形態）
第３実施形態では、第１実施形態の走行体１の他の形態である走行体２０１について図９〜図１４を参照して説明する。図９〜図１４において、第１実施形態と同様の構成であるものは同一の符号を付し、同様の作用、効果を奏するものである。第３実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。以下、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。また、第３実施形態において第１実施形態と同様の構成を有するものは、第１実施形態で説明した同様の作用、効果を奏するものとする。

図示するように、走行体２０１は、４個の脚部モジュール２０３を備える。各脚部モジュール２０３は、四角形状の板状部材である台部２０２に対して、脚部３０が台部２０２の側面に沿うように設けられている。さらに、各脚部モジュール２０３の先端に設けられる車輪２３２も、台部２０２の側面に沿うように設けられている。車輪２３２は、車輪２３２において床面と接地する部分を構成し、車輪２３２の外周に回転可能に設けられる複数の小回転体であるオムニホイール３２０を有する。

脚部３０は、関節軸３０ａが接続されたアクチュエータ３４を介して台部２０２に取り付けられている。アクチュエータ３４は台部２０２の下面において四隅に固定されている。関節軸３０ａは、アクチュエータ３４から側方に突出するように延びている。台部２０２の中央部の下面側には、電池４と制御装置５０が設置されている。

走行体２０１は、各アクチュエータ３４の下部に下方に向かって突出する着地用脚部３７を備える。したがって、４個の着地用脚部３７は、台部２０２の四隅の裏側から下方に向かって突出する。例えば、走行体２０１は、着地用脚部３７を床面に着地させ、車輪２３２を床面から離すように脚部３０の角度を制御することができる。これによれば、車輪２３２のタイヤ等の摩耗を抑制したり、脱力姿勢をとることにより姿勢保持のための電力消費を抑制したりすることができる。また、走行体２０１は、着地用脚部３７を床面に着地させた状態で、前述の各種センサのキャリブレーションを実施することができる。さらに、走行体２０１は、着地用脚部３７の下面に荷重センサを設けることにより、台部２０２に搭載した荷物の重さ、重心を計測可能であり、搬送する荷物の管理等を実施できる。

なお、図示する各回転ベクトルは、第１実施形態において同一の符号を付した回転ベクトルと同様の構成、関係及び効果を満たしている。

図９及び図１０は、脚部３０を折りたたんで脚部３０と台部２０２とがなす角度を小さくし（例えば９０度未満の鋭角）、走行体２０１のフットプリントエリアを小さくした状態を示している。図１１及び図１２は、脚部３０を外側に広げて脚部３０と台部２０２とがなす角度を大きくし（例えば９０度を超える鈍角）、走行体２０１のフットプリントエリアを大きく状態を示している。走行体２０１は、走行通路が狭い条件では、図９及び図１０に示す姿勢で走行し、走行通路が広く、安定性を求める条件では、脚部３０の向きを変えて図１１及び図１２に示す姿勢で走行するように制御される。

図９及び図１０の状態と図１１及び図１２の状態は、フットプリントエリアのサイズが大きく変化しているが、台部２０２の高さ、つまり走行体２０１の体高についてはあまり変わりがない。したがって、走行体２０１は、フットプリントエリアが大きい状態と小さい状態とで走行可能な通路上の高さ制限の点で違いはない。

また、走行体２０１においては、４個の脚部モジュール２０３のうち、任意の脚部３０を持ち上げるように回転して、段差等に脚部３０や車輪２３２をかけて段差等を乗り越えることが可能である。

図１３は、走行体２０１が、傾斜した床面を右回りに旋回移動するときの変化を説明するための図である。図１４は、走行体２０１が、傾斜した床面を左回りに旋回移動するときの変化を説明するための図である。各図においては、矢印の向きに左から右に台部２０２が９０度ずつ回転しながら旋回する。すなわち、図１３においては、左の状態から右の状態に移ることで、各脚部３０は右回りに９０度ずつ角変位する位置に移動する。図１４においては、左の状態から右の状態に移ることで、各脚部３０は左回りに９０度ずつ角変位する位置に移動する。

走行体２０１は、右回り旋回、左回り旋回のいずれの場合も、その場で台部２０２を中心に回転するように旋回する。したがって、走行体２０１は、４個の脚部３０のそれぞれの角度を図示のように変化させることで、台部２０２の高さ、すなわち体高をあまり変化させることなく、二点鎖線で図示するフットプリントエリアを大きくも小さくもできる。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

前述の実施形態において、制御装置５０は走行体１に搭載される構成であるが、本発明を適用可能な走行体はその構成に限定されない。例えば、制御装置５０は、走行体１と通信可能な外部に設置する制御機器、携帯端末機、コントローラ６０に搭載される形態でもよい。この場合、コントローラ６０等から脚部関節用のアクチュエータ３４や車輪用モータ３５に制御信号を送信して走行体１の動きを制御するようにしてもよい。

前述の実施形態において、オムニホイール３２０、車輪３２、脚部３０は、それぞれ、回転軸３２０ａ、回転軸３２ａ、関節軸３０ａを物体として備えているが、これらの軸は仮想の軸であってもよい。すなわち、オムニホイール３２０、車輪３２、脚部３０は、実際のシャフトを有しない構成で回転し、その回転運動の中心となる軸線が存在するものであってもよい。

前述の走行体１、１０１は、６個の脚部モジュール３を備えているが、本発明に係る走行体は、脚部モジュール３を複数個備えるものであればよく、この個数に限定されない。

１、１０１、２０１…走行体
２、２０２…台部
３０…脚部
３０ａ…関節軸
３０ａｖ…脚部の回転ベクトル
３２、２３２…車輪
３２ａｖ…車輪の回転ベクトル
３４…アクチュエータ（回転駆動装置）
３２０…オムニホイール（小回転体）
３２０ａｖ…オムニホールの回転ベクトル

Claims

それぞれ、関節軸（３０ａ）を有し、前記関節軸を中心として角変位する複数の脚部（３０）と、
前記複数の脚部が下方に延びるように固定される台部（２；２０２）と、
前記複数の脚部のそれぞれの端部に設けられる車輪（３２；２３２）と、
前記車輪において床面と接地する部分を構成し、前記車輪の外周に回転可能に設けられる複数の小回転体（３２０）と、
前記関節軸を回転駆動して前記脚部と前記台部とがなす角度を変化させる回転駆動装置（３４）と、
を備え、
前記小回転体は、当該小回転体の回転軸周りの回転ベクトル（３２０ａｖ）が前記車輪の回転軸周りの回転ベクトル（３２ａｖ）と前記関節軸周りの回転ベクトル（３０ａｖ）の両方に対して直交するように設けられ、
前記関節軸周りの前記回転ベクトルと前記小回転体の前記回転ベクトルは、前記台部の中心から径外方向に延びる半径ベクトル（２ｖ）に対して、平行ではなく交差するように設定されていることを特徴とする走行体。
さらに前記関節軸周りの前記回転ベクトルは、前記車輪の前記回転ベクトルに沿う向きであることを特徴とする請求項１に記載の走行体。
前記脚部、前記車輪、前記回転駆動装置、及び前記車輪を回転駆動する車輪用モータ（３５）を少なくとも備えて構成される脚部モジュール（３）を有し、
前記脚部モジュールには、前記脚部と前記車輪用モータの回転軸とが直交するように前記車輪用モータが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の走行体。
前記車輪用モータは、前記車輪よりも前記台部の中心寄りに位置し、
前記車輪用モータの回転軸と前記関節軸は、ほぼ同軸上となるように設定されていることを特徴とする請求項３に記載の走行体。
前記脚部モジュールは、前記脚部と前記台部との角度が変化しても、前記脚部及び前記車輪が前記台部の外周縁から外側にはみ出さないように、前記台部に設けられていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の走行体。