JP6400174B1 - Traveling device - Google Patents
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Abstract
【課題】車輪の直径を超えるような段差を乗り越える際も含めて、スムーズに高速に走行可能な走行装置
【解決手段】前輪と後輪とを左右一対づつ持つ走行装置において、該走行装置の前側に、前輪と同じ方向に回転可能な左右一対の回転部を持ち、回転部は、回転軸から伸びる少なくとも２つのアームであり、該アームの端部には補助輪を持ち、走行面の段差を検出する段差検知部を持ち、該段差検知部の検知内容に応じて回転部を回転させるという構成を採用した。
【選択図】図１A traveling device capable of smoothly traveling at a high speed including overcoming a step that exceeds the diameter of a wheel. A traveling device having a pair of left and right front wheels and a rear wheel. In addition, it has a pair of left and right rotating parts that can rotate in the same direction as the front wheels, and the rotating parts are at least two arms extending from the rotating shaft. A configuration is adopted in which a step detection unit for detection is provided and the rotating unit is rotated in accordance with the detection content of the step detection unit.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、自走式走行装置に関し、詳しくは、高低差のある走路を走行する技術に関する。 The present invention relates to a self-propelled traveling device, and more particularly, to a technique for traveling on a traveling road having a difference in height.
通常、車両の走行において、車両の乗り上げ可能な走行面の段差は、車輪の大きさに比べて十分小さい段差に限られていた。例えば、車輪の半径以上の段差では、通常の車両では、乗り越え不可能である。
一般的な道路では、そのような段差はありえないが、災害時等に緊急に走行する必要がある場合に、大きな段差、言い換えれば、駆動車輪の直径を超えるような段差を乗り越えられる車両が必要である。
In general, when the vehicle is traveling, the level difference on the traveling surface on which the vehicle can ride is limited to a level that is sufficiently smaller than the size of the wheel. For example, at a level difference greater than the radius of the wheel, it is impossible to get over with a normal vehicle.
On general roads, there is no such step, but if you need to travel urgently in the event of a disaster, you need a vehicle that can get over a large step, in other words, a step that exceeds the diameter of the drive wheel. is there.
段差を乗り越える車両として、従来から様々な形態のものが作られていた。例えば、前後の駆動輪と車のボディーの高さを変化させる構造である。段差があると、段差の上面に車のボディーが乗るように、高さを調整する。しかしながら、この構造では、段差部分で一旦走行を中止し、車を上下方向にのみ移動させる作業が必要であり、大幅に走行速度を下げてしまう。このように、段差を乗り越える際に、多くの時間を費やすものも多かった。 Various forms of vehicles have been made to overcome the steps. For example, it is a structure that changes the height of the front and rear drive wheels and the body of the car. If there is a step, adjust the height so that the body of the car is on top of the step. However, with this structure, it is necessary to temporarily stop traveling at the step portion and move the vehicle only in the vertical direction, which greatly reduces the traveling speed. In this way, there are many things that spend a lot of time in overcoming the steps.
そこで、車輪の直径を超えるような段差を乗り越える際も含めて、スムーズに高速に走行可能な走行装置が求められていた。また、段差を乗り越える際も、通常の走行時と同様の速度を出すことが出来る走行装置が求められていた。 Therefore, there has been a demand for a travel device that can travel smoothly and at high speeds, including when climbing over steps that exceed the diameter of the wheels. In addition, there is a need for a traveling device that can produce the same speed as when traveling normally when climbing over a level difference.
このような問題に対して、従来からも様々な技術が提案されている。例えば、接触式の検出手段を用いることにより段差を検出する装置と、この段差検出装置を搭載して段差を乗り越える装置（特許文献１参照）が提案され、公知技術となっている。より詳しくは、段差検出装置として、駆動輪の回転軸に接する部位に取り付けられ、直角を成す２軸方向の加速度を検出するセンサを設け、走行路の段差と駆動輪が接触したときに、抗力方向角度と段差の高さを推定する。それに応じて駆動輪の高さを変えるものである。
即ち、車両において、段差を乗り越える技術が開示されている。しかしながら、この技術においては、段差検出後に、段差の高さに応じて、駆動輪の高さを変える作業が必要であり、高さを変えている間は、走行を停止しなければならない。そのため、段差を乗り越える際も含めて、スムーズに高速に走行可能とすることについての問題の解決には至っていない。
Various techniques have been proposed for such problems. For example, a device that detects a step by using a contact-type detection means and a device that mounts the step detection device and gets over the step (see Patent Document 1) have been proposed and are well known. More specifically, as a step detection device, a sensor is provided that is attached to a portion that is in contact with the rotation axis of the drive wheel and detects a biaxial acceleration that forms a right angle. Estimate the direction angle and step height. The height of the drive wheel is changed accordingly.
That is, a technique for overcoming a step in a vehicle is disclosed. However, in this technique, after detecting the level difference, it is necessary to change the height of the drive wheel in accordance with the level of the level difference, and the traveling must be stopped while the height is changed. Therefore, it has not yet solved the problem of enabling smooth and high-speed travel, including when overcoming a step.
また、車いすや荷台の車輪ユニットにおいて、段差のある路面の走行を容易にする技術（特許文献２参照）が提案され、公知技術となっている。より詳しくは、回転自在に指示された車輪本体の前部に下側搬送面が前方に向いた仰状なるように無端状ベルトを回動自在に張設したものである。
即ち、車両において、段差を乗り越える技術が開示されている。しかしながら、この技術においては、主の車輪に付随する回転部とベルトで段差を乗り越えることから、主の車輪と回転部との位置を極端に離すことは出来ない。そのため、車輪の直径を超えるような段差を乗り越えることは困難であり、前記問題の解決には至っていない。
Moreover, in a wheel unit of a wheelchair or a loading platform, a technique (see Patent Document 2) that facilitates traveling on a road surface with a step is proposed and is a publicly known technique. More specifically, an endless belt is rotatably stretched at the front part of the wheel main body that is instructed to be rotatable so that the lower conveying surface is in a supine shape facing forward.
That is, a technique for overcoming a step in a vehicle is disclosed. However, in this technique, the step between the rotating part and the belt associated with the main wheel is overcome, and therefore the position of the main wheel and the rotating part cannot be extremely separated. Therefore, it is difficult to get over a step that exceeds the diameter of the wheel, and the problem has not been solved.
本発明は、車輪の直径を超えるような段差を乗り越える際も含めて、スムーズに高速に走行することが困難という問題点に鑑み、通常の走行輪とは別に、回転アームを持つことによって課題を解決するものである。 In view of the problem that it is difficult to travel smoothly at high speed, including overcoming a step that exceeds the diameter of the wheel, the present invention has a problem by having a rotating arm separately from a normal traveling wheel. It is a solution.
上記課題を解決するため、本発明は、前輪と後輪とを左右一対づつ持つ走行装置において、該走行装置の前側に、前輪と同じ方向に回転可能な左右一対の回転部を持ち、回転部は、回転軸から伸びる少なくとも２つのアームを持ち、該アームの端部には補助輪を持ち、走行面の段差を検出する段差検知部を持ち、該段差検知部の検知内容に応じて回転部を回転させることを手段とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a traveling device having a pair of left and right front wheels and a rear wheel. Has at least two arms extending from the rotation axis, has an auxiliary wheel at the end of the arm, has a step detection unit for detecting a step on the running surface, and the rotation unit according to the detection contents of the step detection unit It is a means to rotate.
さらに、本発明は、隣接する各アーム間の間隔又はアームの長さを任意に変更可能であることを手段とする。 Furthermore, the present invention provides means that the interval between adjacent arms or the length of the arms can be arbitrarily changed.
またさらに、本発明は、段差検知部が、段差との距離、段差の高さを検知することを手段とする。 Still further, according to the present invention, the step detection unit detects the distance from the step and the height of the step.
さらにまた、本発明は、段差検知部が段差を検知した際、補助輪が段差の上面に接地するようにアームを回転させ、補助輪が段差の上面に接地後、補助輪、前輪、後輪を駆動しつつ、アームを徐々に回転させ、段差を登ることを手段とする。 Furthermore, the present invention provides an auxiliary wheel, front wheel, and rear wheel after the arm is rotated so that the auxiliary wheel contacts the upper surface of the step when the step detector detects the step, and the auxiliary wheel contacts the upper surface of the step. The means is to gradually rotate the arm while driving and climb the step.
そしてまた、本発明は、段差検知部が段差を検知した際、補助輪が段差の上面を強打するようにアームを回転させ、強打後、連続してアームを回転させることで、走行装置を跳躍させ、段差を登ることを手段とする。 In the present invention, when the step detector detects the step, the auxiliary wheel rotates the arm so that the upper surface of the step is struck, and after the smash, the arm is continuously rotated to jump the traveling device. And climbing the steps.
本発明に係る走行装置によれば、車輪の直径を超える段差を乗り越える際も含めて、スムーズに高速に走行可能であり、走行能力を向上させるものである。 According to the traveling device of the present invention, it is possible to smoothly travel at a high speed, including when climbing over a step exceeding the diameter of the wheel, and to improve traveling performance.
本発明に係る走行装置は、通常の走行輪とは別に、回転アームを持つことを最大の特徴とする。以下、本発明に係る走行装置の実施形態を、図面に基づき説明する。
なお、本実施例で示される走行装置の全体形状及び各部の形状は、下記に述べる実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内、即ち、同一の作用効果を発揮できる形状や寸法等の範囲内で、適宜変更することができるものである。
The traveling device according to the present invention is characterized by having a rotating arm separately from a normal traveling wheel. Hereinafter, an embodiment of a traveling device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
It should be noted that the overall shape of the traveling device and the shape of each part shown in this embodiment are not limited to the embodiments described below, and are within the scope of the technical idea of the present invention, that is, exhibit the same operational effects. It can be appropriately changed within the range of possible shapes and dimensions.
本発明の実施例を、図１から図４に沿って説明する。図１は、本発明の全体斜視図を示す。図２は同三面図を示す。図３（ａ）は、本発明の機能を説明するブロック図である。図３（ｂ）は、段差の計測を説明する図である。図４は段差を登る手順を説明する図である。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows an overall perspective view of the present invention. FIG. 2 shows the same three-side view. FIG. 3A is a block diagram illustrating the function of the present invention. FIG. 3B is a diagram for explaining the step measurement. FIG. 4 is a diagram illustrating a procedure for climbing a step.
走行装置１は、段差を登る機能に特化した車両で、車両の前面に大きなアームを持つことを特徴としている。走行装置１は、車体１００とシャーシ２００と回転部３００とから構成されている。 The traveling device 1 is a vehicle specialized in the function of climbing a step and has a large arm on the front surface of the vehicle. The traveling device 1 includes a vehicle body 100, a chassis 200, and a rotating unit 300.
（車体の構成について）
車体１００は、シャーシ２００の上部に設置され、外観と内装、電気部品等からなる。人が乗る場合は座席等も設置される。本発明の主要な構成は、制御部１１０と計測部１２０と段差検知部１３０とからなる。
制御部１１０は、走行装置１の全体の動きを制御する部分である。走行装置１の一般的な走行のために前輪２２０、後輪２３０の駆動、停止、駆動量の調整を行う。前輪２２０、後輪２３０とも左右とも独立して駆動量を調整出来る。左右で駆動量を変えることで、進行方向を変えることも出来る。段差を登る際は、登る段階に応じて、前輪２２０、後輪２３０の駆動量を調整する。段差を認識するために、計測部１２０から段差との距離、段差の高さの情報を得る。また、回転部３００から、アーム３１０の回転角度の情報を得る。車体１００に対する、アーム３１０の角度を把握するためである。また、計測部１２０から、車体１００の傾き角度の情報を得る。段差を登る過程において、車体１００の角度が重要であるからである。
回転部３００に対して、アーム３１０の回転の駆動、停止、駆動量の調整を指示する。補助輪３４０の駆動、停止、駆動量の調整を指示する。これらを総合的に行うことに段差の乗り越えを行う。
(About the structure of the car body)
The vehicle body 100 is installed in the upper part of the chassis 200, and consists of an external appearance, interior, an electrical component, etc. Seats are also installed for people to ride. The main configuration of the present invention includes a control unit 110, a measurement unit 120, and a step detection unit 130.
The control unit 110 is a part that controls the overall movement of the traveling device 1. For general travel of the travel device 1, the front wheels 220 and the rear wheels 230 are driven and stopped, and the drive amount is adjusted. Both the front wheel 220 and the rear wheel 230 can independently adjust the driving amount. The direction of travel can also be changed by changing the drive amount on the left and right. When climbing the step, the driving amounts of the front wheel 220 and the rear wheel 230 are adjusted according to the climbing step. In order to recognize the step, information on the distance to the step and the height of the step is obtained from the measurement unit 120. Further, information on the rotation angle of the arm 310 is obtained from the rotation unit 300. This is to grasp the angle of the arm 310 with respect to the vehicle body 100. In addition, information on the tilt angle of the vehicle body 100 is obtained from the measurement unit 120. This is because the angle of the vehicle body 100 is important in the process of climbing the step.
The rotating unit 300 is instructed to drive and stop the rotation of the arm 310 and adjust the driving amount. Commands the driving, stopping, and adjustment of the driving amount of the auxiliary wheel 340. Overcoming the steps to comprehensively do these.
計測部１２０は、段差との距離、段差の高さ、車体の傾き度等を計測する部分である。段差との距離は、段差を乗り越えるタイミングを計るために必要である。段差の高さは、乗り越えるための動作量等を決めるために必要である。車体の傾き度は、乗り越え動作中の車体のバランス等を知るために必要である。計測された各データは、制御部１１０に送られる。 The measurement unit 120 is a part that measures the distance to the step, the height of the step, the degree of inclination of the vehicle body, and the like. The distance from the step is necessary to measure the timing of overcoming the step. The height of the step is necessary to determine the amount of movement to get over. The inclination of the vehicle body is necessary in order to know the balance of the vehicle body during the ride-over operation. Each measured data is sent to the control unit 110.
段差検知部１３０は、計測部１２０に含まれる部分であり、段差との距離、段差の高さの計測する部分である。段差との距離は、例えば、超音波によるセンサで計測する。他にレーザ光線や複数のカメラによる計測等も可能である。段差の高さの計測は、例えば、複数の超音波センサを用いて行う。複数の超音波センサを所定の角度で配置し、対称物までの距離を計測し、計測値が極端に大きくなった場合は、その方向に障害物がないと判断し、角度から段差の高さを推定する（図３（ｂ））。他に、レーザ光線やカメラによる画像処理で段差の高さを推定することも可能である。 The level difference detection unit 130 is a part included in the measurement unit 120, and is a part that measures the distance from the level difference and the height of the level difference. The distance from the step is measured by, for example, an ultrasonic sensor. In addition, measurement with a laser beam or a plurality of cameras is also possible. The height of the step is measured using, for example, a plurality of ultrasonic sensors. Place multiple ultrasonic sensors at a predetermined angle, measure the distance to the symmetric object, and if the measured value becomes extremely large, determine that there is no obstacle in that direction, and determine the height of the step from the angle. Is estimated (FIG. 3B). In addition, the height of the step can be estimated by image processing using a laser beam or a camera.
（シャーシの構成について）
シャーシ２００は、車台とも言われ、車の主に駆動部分であり、比較的通常の車両の構成に近いものである。主に前後輪駆動部２１０と前輪２２０、後輪２３０から構成されている。
前後輪駆動部２１０は、前輪２２０、後輪２３０を回転駆動する。駆動源は、エンジンでもいいし、電気モーターでも良い。前輪２２０、後輪２３０とも前方向、後ろ方向に左右独立して駆動することが出来る。個別に制御可能とするのは、段差を乗り越える際に前後左右で駆動量を調整する必要があるからである。また、方向転換は、左右の駆動量を変えることで行う。
前輪２２０、後輪２３０は走行装置１を通常状態で支え、通常の走行時には、走行輪として機能する。そのため、高速性能や安定性も備えたほうが望ましい。また、段差を乗り越える際は、段差に対して、クリップ力が必要であるので、接地面の摩擦抵抗値の大きい形状が好適である。また、通常の走行と異なり、車体１００が大きく傾くこともあることから、１つの車輪で走行装置１全体を支えられる強度が必要である。
前輪２２０は、後輪２３０に対して、内側に配置されている。後輪２３０と補助輪３４０の位置を合わせるため、言い換えれば、後輪２３０と補助輪３４０の幅の中心線を合わせるためである。前輪２２０を後輪２３０と同じ位置に配置してしまうと、補助輪３４０と前輪２２０がぶつかってしまうからである。
(About chassis configuration)
The chassis 200 is also referred to as a chassis, and is mainly a driving part of the vehicle, and is relatively close to a normal vehicle configuration. It is mainly composed of a front and rear wheel drive unit 210, a front wheel 220, and a rear wheel 230.
The front and rear wheel drive unit 210 rotationally drives the front wheel 220 and the rear wheel 230. The drive source may be an engine or an electric motor. Both the front wheel 220 and the rear wheel 230 can be driven independently in the front and rear directions. The reason why it is possible to control individually is that it is necessary to adjust the driving amount in front, rear, left and right when overcoming the step. The direction change is performed by changing the left and right drive amounts.
The front wheel 220 and the rear wheel 230 support the traveling device 1 in a normal state, and function as traveling wheels during normal traveling. Therefore, it is desirable to have high-speed performance and stability. In addition, since a clipping force is required for the step when climbing over the step, a shape having a large frictional resistance value on the ground contact surface is preferable. In addition, unlike the normal traveling, the vehicle body 100 may be greatly tilted, so that it is necessary to have a strength capable of supporting the entire traveling device 1 with one wheel.
The front wheel 220 is disposed on the inner side with respect to the rear wheel 230. This is because the positions of the rear wheel 230 and the auxiliary wheel 340 are aligned, in other words, the center lines of the widths of the rear wheel 230 and the auxiliary wheel 340 are aligned. This is because if the front wheel 220 is disposed at the same position as the rear wheel 230, the auxiliary wheel 340 and the front wheel 220 collide with each other.
（回転部の構成について）
回転部３００は、本発明で最も重要な部分である。回転部３００を段差に応じて制御することで、通常乗り越え困難な段差を乗り越えることが出来る。回転部３００は、走行装置１の前部分、シャーシ２００の上面に配置されている。左右にそれぞれ２本のアーム３１０を持ち、アーム３１０の端部に補助輪３４０を持ち、補助輪３４０は前輪２２０、後輪２３０と同様に前後方向に回転する。段差の乗り越え動作は、大まかには、アーム３１０の端部の補助輪３４０を段差の上面ｇ２に接地させ、そこを起点として、アーム３１０を回転させ、走行装置１全体を引き上げる構成である。
アーム３１０を回転駆動するアーム駆動部３２０は、車体１００の前部分に配置されている。段差を乗り越える駆動を行う部分であるので、大出力の駆動を行う部分である。また、アーム駆動部３２０はアーム３１０の角度を制御部１１０に送信する。アーム駆動部３２０から左右方向に回転軸部３３０が伸び、その端部にアーム３１０が配置される。回転軸部３３０の回転を支持するために軸受３６０が左右に配置されている。
(About the configuration of the rotating part)
The rotating part 300 is the most important part in the present invention. By controlling the rotating unit 300 according to the level difference, it is possible to overcome the level difference that is usually difficult to overcome. The rotating unit 300 is disposed on the front portion of the traveling device 1 and on the upper surface of the chassis 200. Two arms 310 are provided on the left and right sides, respectively, and an auxiliary wheel 340 is provided at the end of the arm 310. The auxiliary wheel 340 rotates in the front-rear direction, like the front wheel 220 and the rear wheel 230. The step-over operation is roughly configured such that the auxiliary wheel 340 at the end of the arm 310 is brought into contact with the upper surface g2 of the step, the arm 310 is rotated from that point, and the entire traveling device 1 is pulled up.
An arm driving unit 320 that rotationally drives the arm 310 is disposed in the front portion of the vehicle body 100. Since this is the part that drives over the step, it is the part that drives high output. In addition, the arm driving unit 320 transmits the angle of the arm 310 to the control unit 110. A rotation shaft 330 extends from the arm driving unit 320 in the left-right direction, and the arm 310 is disposed at the end thereof. Bearings 360 are arranged on the left and right to support the rotation of the rotating shaft 330.
回転部３００は、左右に２本のアーム３１０を持つ。２本のアーム３１０は、回転軸部３３０を軸に対称の位置に配置されている。アーム３１０は、走行装置１に対して、３６０度回転可能である。アーム３１０は、段差乗り越え中は、走行装置１の重量を支えることもあるので、それに耐えうる強度が必要である。アーム３１０の長さは、段差を乗り越えるために重要である。短すぎると、アーム３１０としての機能が十分発揮出来ない。長すぎると返って、段差を乗り越える際の支障となってしまう。概ね、車体１００の前後方向の長さの半分程度が好適である。２つのアーム３１０が回転軸部３３０を軸として、対称位置に配置されていることで、段差の乗り超えを次々に行うことが出来る。
The rotating unit 300 has two arms 310 on the left and right. The two arms 310 are disposed at symmetrical positions about the rotation shaft 330. The arm 310 can rotate 360 degrees with respect to the traveling device 1. Since the arm 310 may support the weight of the traveling device 1 while climbing over a step, the arm 310 needs to be strong enough to withstand it. The length of the arm 310 is important for overcoming the step. If it is too short, the function as the arm 310 cannot be exhibited sufficiently. If it is too long, it will return and it will be a hindrance when you get over the steps. Generally, about half the length of the vehicle body 100 in the front-rear direction is preferable. The two arms 310 are rotating shaft 330 as an axis, that are arranged at symmetrical positions, can be performed one after the other beyond ride of the step.
補助輪３４０は、アーム３１０の端部に補助輪駆動部３５０を介して配置されている。補助輪３４０の大きさは、概ね前輪２２０、後輪２３０と同じ大きさである。補助輪３４０は、段差を乗り越える際に、段差の上面ｇ２に接地し、走行装置１引き上げの基準となる。走行装置１全体を引き上げる際、補助輪３４０は段差に対して、滑らないように、補助輪３４０の接地面に対する摩擦抵抗値は、大きくなっている。また、段差を乗り越える動作中に、補助輪３４０のみ走行装置１を支える場合もあるので、そのための強度も持つ。補助輪駆動部３５０は、補助輪３４０を回転駆動するための部分である。駆動源は、電気モータ等である。所謂、ホイールインモータが好適である。補助輪駆動部３５０は、段差を乗り越える際、補助輪３４０を強く制動したり、微妙な回転駆動を行う。前後輪駆動部２１０と異なり、高速走行に求められる高速駆動は必要としない。段差を乗り越える際、補助輪３４０を前進方向だけでなく後進方向にも駆動する場合がある。 The auxiliary wheel 340 is disposed at the end of the arm 310 via the auxiliary wheel driving unit 350. The size of the auxiliary wheel 340 is approximately the same size as the front wheel 220 and the rear wheel 230. When the auxiliary wheel 340 gets over the step, the auxiliary wheel 340 contacts the upper surface g2 of the step and serves as a reference for lifting the traveling device 1. When pulling up the entire traveling device 1, the frictional resistance value with respect to the ground contact surface of the auxiliary wheel 340 is large so that the auxiliary wheel 340 does not slip with respect to the step. In addition, since the traveling device 1 may be supported only by the auxiliary wheel 340 during the operation over the step, it has strength for that purpose. The auxiliary wheel drive unit 350 is a part for rotationally driving the auxiliary wheel 340. The drive source is an electric motor or the like. A so-called wheel-in motor is suitable. The auxiliary wheel drive unit 350 strongly brakes the auxiliary wheel 340 or performs delicate rotation driving when overcoming the step. Unlike the front and rear wheel drive unit 210, high speed driving required for high speed traveling is not required. When climbing over a step, the auxiliary wheel 340 may be driven not only in the forward direction but also in the reverse direction.
（ブロック図の説明）
次に、制御の流れを図３（ａ）のブロック図、図３（ｂ）の例に沿って、説明する。制御部１１０と計測部１２０とアーム駆動部３２０と補助輪駆動部３５０と前後輪駆動部２１０から構成される。段差検知部１３０の内部には計測部１２０を含む。
制御部１１０は、計測部１２０からの計測データから段差の状態を推定する。また、通常走行時には前後輪駆動部２１０に対して、走行のための駆動を指示する。段差を乗り越える際は、前後輪駆動部２１０に加えて、アーム駆動部３２０、補助輪駆動部３５０に対して、駆動タイミング、駆動方向、駆動量の指示を行う。また、アーム駆動部３２０からアーム３１０の角度情報を取得する。
(Explanation of block diagram)
Next, the control flow will be described with reference to the block diagram of FIG. 3A and the example of FIG. The control unit 110, the measurement unit 120, the arm drive unit 320, the auxiliary wheel drive unit 350, and the front and rear wheel drive unit 210 are configured. The level difference detection unit 130 includes a measurement unit 120.
The control unit 110 estimates the step state from the measurement data from the measurement unit 120. Further, during normal traveling, the front and rear wheel drive unit 210 is instructed to drive for traveling. In order to get over the step, in addition to the front and rear wheel drive unit 210, the arm drive unit 320 and the auxiliary wheel drive unit 350 are instructed about the drive timing, drive direction, and drive amount. Further, the angle information of the arm 310 is acquired from the arm driving unit 320.
段差検知部１３０は、走行装置１の正面方向に向けられたセンサであり、例えば、複数の仰角を変えた超音波センサである。反射波によって、障害物の有無、障害物までの距離がわかる。水平方向のセンサの出力をＳ１、５度の仰角をつけたセンサの出力をＳ２、１０度の仰角をつけたセンサの出力をＳ３とする。図３（ｂ）の場合では、Ｓ１、Ｓ２は、段差の側面ｇ２の反射波により、障害物あり、障害物までの距離Ｌと計測し、Ｓ３は障害物無しと計測する。 The level difference detection unit 130 is a sensor directed in the front direction of the traveling device 1, and is, for example, an ultrasonic sensor in which a plurality of elevation angles are changed. The reflected wave indicates the presence of an obstacle and the distance to the obstacle. The output of the sensor in the horizontal direction is S1, the output of the sensor with an elevation angle of 5 degrees is S2, and the output of the sensor with an elevation angle of 10 degrees is S3. In the case of FIG. 3B, S1 and S2 are measured as the distance L to the obstacle by the reflected wave of the side surface g2 of the step, and S3 is measured as no obstacle.
段差検知部１３０の計測結果は、計測部１２０を介して、制御部１１０に送られる。制御部１１０は、段差検知部１３０より送られた障害物までの距離、障害物ありとされる角度から障害物である段差の高さを推定する。段差の高さに応じて、アーム３１０の回転位置を変化させる。
段差を乗り越える際は、制御部１１０から、アーム駆動部３２０、補助輪駆動部３５０、前後輪駆動部２１０に対して、連携した制御指示がされる。また、計測部１２０から走行装置１の傾き値を取得する。段差を乗り越える動作は、アーム駆動部３２０、補助輪駆動部３５０、前後輪駆動部２１０の一連の連携した動作が必要であるし、その際、走行装置１の傾き値も把握する必要があるからである。
The measurement result of the level difference detection unit 130 is sent to the control unit 110 via the measurement unit 120. The controller 110 estimates the height of the step as an obstacle from the distance to the obstacle sent from the step detector 130 and the angle at which the obstacle is present. The rotational position of the arm 310 is changed according to the height of the step.
When climbing over the step, the control unit 110 gives a coordinated control instruction to the arm driving unit 320, the auxiliary wheel driving unit 350, and the front and rear wheel driving unit 210. In addition, the inclination value of the traveling device 1 is acquired from the measurement unit 120. In order to overcome the step, a series of coordinated operations of the arm driving unit 320, the auxiliary wheel driving unit 350, and the front and rear wheel driving unit 210 are necessary, and at that time, it is necessary to grasp the inclination value of the traveling device 1 as well. It is.
（低速乗り越え動作の説明）
低速での乗り越え動作について、図４に沿って説明する。段差検知部１３０の情報によって、段差の位置、高さを把握し、アーム３１０の端部が段差の上面ｇ２よりも高くなるように調整する。補助輪３４０を段差上面ｇ２に接近させる（図４（ａ））。
次に、アーム３１０を前方下げる方向に回転させ、補助輪３４０を段差上面ｇ２に接地させる。さらに、そのまま、アーム３１０を回転させ、走行装置１の前側を浮かせる（図４（ｂ））。アーム３１０の回転を続け、走行装置１の前側をさらに浮かせる。その際、後輪２３０をゆっくり駆動し、段差上面ｇ２と補助輪３４０との間に、ずれが生じないようにする（図４（ｃ）、図４（ｄ））。
さらに、アーム３１０を回転させる。後輪２３０は、段差側面ｇ１を登る駆動を行う。制御部１１０は、走行装置１の傾き値とアーム３１０の回転角から、後輪２３０の適正な駆動量を算出し、前後輪駆動部２１０に指示する（図４（ｅ）、図４（ｆ））。後輪２３０が段差上面ｇ２に達したと判断した時点で、アーム３１０を回転しつつ、補助輪３４０を前方向に駆動し、後輪２３０も駆動する。（図４（ｇ））。その後、アーム３１０位置を調整し、前輪２２０、後輪２３０のみで走行できるようにする。
(Explanation of low speed ride over operation)
The overcoming operation at low speed will be described with reference to FIG. Based on the information of the level difference detection unit 130, the position and height of the level difference are grasped, and the end of the arm 310 is adjusted to be higher than the upper surface g2 of the level difference. The auxiliary wheel 340 is moved closer to the step upper surface g2 (FIG. 4A).
Next, the arm 310 is rotated in the direction of lowering the front, and the auxiliary wheel 340 is grounded to the step upper surface g2. Further, the arm 310 is rotated as it is, and the front side of the traveling device 1 is floated (FIG. 4B). The rotation of the arm 310 is continued and the front side of the traveling device 1 is further floated. At that time, the rear wheel 230 is driven slowly so that no deviation occurs between the upper surface g2 of the step and the auxiliary wheel 340 (FIGS. 4C and 4D).
Further, the arm 310 is rotated. The rear wheel 230 drives to climb the step side surface g1. The control unit 110 calculates an appropriate driving amount of the rear wheel 230 from the inclination value of the traveling device 1 and the rotation angle of the arm 310, and instructs the front and rear wheel driving unit 210 (FIGS. 4E and 4F). )). When it is determined that the rear wheel 230 has reached the step upper surface g2, the auxiliary wheel 340 is driven forward while the arm 310 is rotated, and the rear wheel 230 is also driven. (FIG. 4 (g)). Thereafter, the position of the arm 310 is adjusted so that the vehicle can travel only with the front wheel 220 and the rear wheel 230.
このように、センサを含めた一連の制御によって、通常困難な段差の乗り越え動作をスムーズに行うことが出来る。さらに、乗り越え動作を行った後に、乗り越えで用いなかった方のアーム３１０、補助輪３４０が、次の段差の乗り越えに適した位置に自動的に配置されるため、連続する段差に対しても、スムーズに対応することが出来る。 In this way, a series of controls including the sensor can smoothly perform the step-over operation that is usually difficult. Furthermore, after performing the climbing operation, the arm 310 and the auxiliary wheel 340 which are not used for the climbing are automatically arranged at positions suitable for climbing over the next step, so even for successive steps, It can respond smoothly.
（高速乗り越え動作の説明）
高速での乗り越え動作について、図５に沿って説明する。段差検知部１３０の情報によって、段差の位置、高さを把握し、アーム３１０の端部が段差の上面ｇ２よりも高くなるように調整する。補助輪３４０を段差上面ｇ２に接近させる。その際、走行装置１は、ある程度の速度を維持したまま、接近する（図５（ａ））。
制御部１１０は、アーム３１０を高速に回転させ、補助輪３４０で段差上面ｇ２を強打する（図５（ｂ））。すると、その反動で、走行装置１全体が跳ねあげられる（図５（ｃ））。その状態を維持したまま、アーム３１０を回転させることで、一気に、走行装置１を段差上面ｇ２に引き上げる（図５（ｄ）、図５（ｅ）、図５（ｆ））。
(Explanation of high-speed jumping operation)
A high-speed overriding operation will be described with reference to FIG. Based on the information of the level difference detection unit 130, the position and height of the level difference are grasped, and the end of the arm 310 is adjusted to be higher than the upper surface g2 of the level difference. The auxiliary wheel 340 is brought close to the step upper surface g2. At that time, the traveling device 1 approaches while maintaining a certain speed (FIG. 5A).
The control unit 110 rotates the arm 310 at a high speed, and hits the step upper surface g2 with the auxiliary wheel 340 (FIG. 5B). Then, the entire traveling device 1 is bounced up by the reaction (FIG. 5C). By rotating the arm 310 while maintaining this state, the traveling device 1 is pulled up to the step upper surface g2 at once (FIGS. 5D, 5E, and 5F).
このように、センサを含めた一連の制御によって、通常困難な段差の乗り越え動作を高速に行うことが出来る。さらに、乗り越え動作を行った後に、乗り越えで用いなかった方のアーム３１０、補助輪３４０が、次の段差の乗り越えに適した位置に自動的に配置されるため、連続する段差に対しても、スムーズに対応することが出来る。そのため、階段状の段差についても、ジャンプを繰り返すことで、速度を落とすことなく、高速に走行することが出来る。 In this way, a series of controls including the sensor can perform a step-over operation, which is usually difficult, at high speed. Furthermore, after performing the climbing operation, the arm 310 and the auxiliary wheel 340 which are not used for the climbing are automatically arranged at positions suitable for climbing over the next step, so even for successive steps, It can respond smoothly. Therefore, it is possible to travel at a high speed without reducing the speed by repeating the jump even for the stepped step.
本発明より、車輪の直径を超えるような段差を乗り越える際も含めて、スムーズに高速に走行可能となる。また、段差を乗り越える際も、通常の走行時と同様の速度を出すことが可能となる。 According to the present invention, it is possible to smoothly travel at high speed, including when climbing over a step that exceeds the diameter of the wheel. In addition, it is possible to achieve the same speed as when traveling normally when climbing over a step.
実施例１で、スムーズに高速に走行可能な走行装置について説明したが、他の形態も可能であり、図６、図７に沿って説明する。
実施例１では、アーム３１０を回転軸部３３０に対して対称の位置に配置する例を説明したが、２つのアーム３１０が独立して回転する構造でも良い。制御は複雑になるが、２つのアーム３１０が協調して段差を乗り越えることも出来る。
Although the traveling device capable of smoothly traveling at high speed has been described in the first embodiment, other forms are possible and will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
In the first embodiment, an example in which the arm 310 is disposed at a symmetrical position with respect to the rotation shaft portion 330 has been described. However, a structure in which the two arms 310 rotate independently may be employed. Although the control is complicated, the two arms 310 can overcome the step in cooperation.
乗り越え動作の一例を図６に示す。段差検知部１３０の情報によって、段差の位置、高さを把握し、アーム３１０の端部が段差の上面ｇ２よりも高くなるように調整する。補助輪３４０を段差上面ｇ２に接近させる（図６（ａ））。
次に、一方のアーム３１０を前方向に回転させ、補助輪３４０を段差上面ｇ２に接地させる。さらに、そのまま、一方のアーム３１０を回転させ、走行装置１の前側を浮かせる（図６（ｂ））。アーム３１０の回転を続け、走行装置１の前側をさらに浮かせる。その際、後輪２３０をゆっくり駆動し、段差上面ｇ２と補助輪３４０との間に、ずれが生じないようにする（図４（ｃ））。
さらに、一方のアーム３１０を回転させる。他方のアーム３１０は、段差側面ｇ１を登る駆動を行う。制御部１１０は、走行装置１の傾き値とアーム３１０の回転角から、他方のアーム３１０の適正な回転角と適正な駆動量を算出し、他方の補助輪３４０に指示する（図６（ｄ））。他方の補助輪３４０が段差上面ｇ２に達したと判断した時点で、前後の補助輪３４０を駆動し前進する（図６（ｇ））。その後、アーム３１０位置を調整し、前輪２２０、後輪２３０のみで走行できるようにする。
An example of the climbing operation is shown in FIG. Based on the information of the level difference detection unit 130, the position and height of the level difference are grasped, and the end of the arm 310 is adjusted to be higher than the upper surface g2 of the level difference. The auxiliary wheel 340 is brought close to the step upper surface g2 (FIG. 6A).
Next, one arm 310 is rotated forward, and the auxiliary wheel 340 is grounded to the step upper surface g2. Furthermore, one arm 310 is rotated as it is, and the front side of the traveling device 1 is floated (FIG. 6B). The rotation of the arm 310 is continued and the front side of the traveling device 1 is further floated. At that time, the rear wheel 230 is driven slowly so that no deviation occurs between the upper surface g2 of the step and the auxiliary wheel 340 (FIG. 4C).
Further, one arm 310 is rotated. The other arm 310 drives to climb the step side surface g1. The control unit 110 calculates an appropriate rotation angle and an appropriate drive amount of the other arm 310 from the inclination value of the traveling device 1 and the rotation angle of the arm 310, and instructs the other auxiliary wheel 340 (FIG. 6D). )). When it is determined that the other auxiliary wheel 340 has reached the step upper surface g2, the front and rear auxiliary wheels 340 are driven to advance (FIG. 6G). Thereafter, the position of the arm 310 is adjusted so that the vehicle can travel only with the front wheel 220 and the rear wheel 230.
このように、アーム３１０を独立に回転可能とすることで、より柔軟に段差を乗り越えることが出来る。アーム３１０の長さを固定とした例で説明したが、アーム３１０の長さを伸縮自在に制御しても良い。そうすることで、より柔軟に動作できる。 In this way, by allowing the arm 310 to rotate independently, the step can be overcome more flexibly. Although the example in which the length of the arm 310 is fixed has been described, the length of the arm 310 may be controlled to be extendable. By doing so, it can operate more flexibly.
また、実施例１では、アーム３１０が左右２本である例を説明したいが、３つのアーム３１０が回転する構造でも良い。制御は複雑になるが、３つのアーム３１０が協調して段差を乗り越えることも出来る。 In the first embodiment, an example in which the arm 310 has two left and right arms is described. However, a structure in which the three arms 310 rotate may be used. Although the control is complicated, the three arms 310 can overcome the step in cooperation.
乗り越え動作の一例を図７示す。段差検知部１３０の情報によって、段差の位置、高さを把握し、アーム３１０の端部が段差側面ｇ１に接するように調整する。（図７ａ））。
次に、補助輪３４０が段差側面ｇ１に接した状態でアーム３１０を前方向に回転させる（図７（ｂ））。アーム３１０の回転を続け、走行装置１の前側を浮かせる。その際、後輪２３０をゆっくり駆動する（図７（ｃ））。
さらに、一方のアーム３１０を回転させる。もう一つのアーム３１０の補助輪３４０を段差上面ｇ２に接地させ、そこを基準として走行装置１を引き上げる（図７（ｄ）、図７（ｅ）、図７（ｆ））。その後、アーム３１０位置を調整し、前輪２２０、後輪２３０のみで走行できるようにする。
An example of the overcoming operation is shown in FIG. Based on the information of the level difference detection unit 130, the position and height of the level difference are grasped and adjusted so that the end of the arm 310 is in contact with the level difference side surface g1. (FIG. 7a)).
Next, the arm 310 is rotated in the forward direction with the auxiliary wheel 340 in contact with the step side surface g1 (FIG. 7B). The rotation of the arm 310 is continued and the front side of the traveling device 1 is floated. At that time, the rear wheel 230 is driven slowly (FIG. 7C).
Further, one arm 310 is rotated. The auxiliary wheel 340 of the other arm 310 is brought into contact with the upper surface g2 of the step, and the traveling device 1 is pulled up with reference to that surface (FIGS. 7D, 7E, and 7F). Thereafter, the position of the arm 310 is adjusted so that the vehicle can travel only with the front wheel 220 and the rear wheel 230.
このように、アーム３１０を３つとすることで、よりスムーズに段差を乗り越えることが出来る。 Thus, by using three arms 310, it is possible to get over the step more smoothly.
本発明に係る走行装置は、自走式走行装置の高低差のある走路を走行する技術についての産業上の利用可能性は大きいと解する。 It is understood that the traveling device according to the present invention has a great industrial applicability with respect to a technology for traveling on a traveling road with a difference in elevation of the self-propelled traveling device.
１ 走行装置
１００ 車体
１１０ 制御部
１２０ 計測部
１３０ 段差検知部
２００ シャーシ
２１０ 前後輪駆動部
２２０ 前輪
２３０ 後輪
３００ 回転部
３１０ アーム
３２０ アーム駆動部
３３０ 回転軸部
３４０ 補助輪
３５０ 補助輪駆動部
３６０ 軸受
ｇ１ 段差の側面
ｇ２ 段差の上面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Traveling apparatus 100 Car body 110 Control part 120 Measurement part 130 Level difference detection part 200 Chassis 210 Front and rear wheel drive part 220 Front wheel 230 Rear wheel 300 Rotation part 310 Arm 320 Arm drive part 330 Rotating shaft part 340 Auxiliary wheel 350 Auxiliary wheel drive part 360 Bearing g1 Side of step g2 Top of step
Claims (4)
該走行装置の前側に、該前輪と同じ方向に回転可能な左右一対の回転部を持ち、
該回転部は、回転軸から伸びる少なくとも２つのアームを持ち、該アームの端部には補助輪を持ち、隣接する各アーム間の間隔又はアームの長さは任意に変更可能となっており、
走行面の段差を検出する段差検知部を持ち、
該段差検知部の検知内容に応じて該回転部を回転させることを特徴とする走行装置。 In a traveling device having a pair of left and right front wheels and rear wheels,
On the front side of the traveling device has a pair of left and right rotating parts that can rotate in the same direction as the front wheels,
The rotating portion has at least two arms extending from the rotating shaft, and has an auxiliary wheel at the end of the arm, and the interval between adjacent arms or the length of the arms can be arbitrarily changed.
Has a step detector that detects the step on the running surface,
A traveling device that rotates the rotating unit according to the detection content of the step detection unit.
該走行装置の前側に、該前輪と同じ方向に回転可能な左右一対の回転部を持ち、
該回転部は、回転軸から伸びる少なくとも２つのアームを持ち、該アームの端部には補助輪を持ち、隣接する各アーム間の間隔又はアームの長さは任意に変更可能となっており、
走行面の段差を検出する段差検知部を持ち、
該段差検知部が段差を検知した際、該補助輪が段差の上面に接地するようにアームを回転させ、補助輪が段差の上面に接地後、該補助輪、該前輪、該後輪を駆動しつつ、該アームを徐々に回転させ、段差を登る走行方法。 In a traveling device having a pair of left and right front wheels and rear wheels,
On the front side of the traveling device has a pair of left and right rotating parts that can rotate in the same direction as the front wheels,
The rotating portion has at least two arms extending from the rotating shaft, and has an auxiliary wheel at the end of the arm, and the interval between adjacent arms or the length of the arms can be arbitrarily changed.
Has a step detector that detects the step on the running surface,
When the step detection unit detects a step, the arm is rotated so that the auxiliary wheel contacts the upper surface of the step, and after the auxiliary wheel contacts the upper surface of the step, the auxiliary wheel, the front wheel, and the rear wheel are driven. A traveling method in which the arm is gradually rotated to climb a step.
該走行装置の前側に、前輪と同じ方向に回転可能な左右一対の回転部を持ち、
該回転部は、回転軸から伸びる少なくとも２つのアームを持ち、該アームの端部には補助輪を持ち、隣接する各アーム間の間隔又はアームの長さは任意に変更可能となっており、
走行面の段差を検出する段差検知部を持ち、
該段差検知部が段差を検知した際、補助輪が段差の上面を強打するように該アームを回転させ、強打後、連続して該アームを回転させ、該走行装置を跳躍させ、段差を登る走行方法。 In a traveling device having a pair of left and right front wheels and rear wheels,
On the front side of the traveling device, there is a pair of left and right rotating parts that can rotate in the same direction as the front wheels,
The rotating portion has at least two arms extending from the rotating shaft, and has an auxiliary wheel at the end of the arm, and the interval between adjacent arms or the length of the arms can be arbitrarily changed.
Has a step detector that detects the step on the running surface,
When the step detection unit detects a step, the arm is rotated so that the auxiliary wheel hits the upper surface of the step, and after the hit, the arm is continuously rotated to jump the traveling device and climb the step. Traveling method.
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