JP6902728B2 - 移動体 - Google Patents

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Description

本発明は、車輪を有する移動体に関するものである。
従来、走行路面に凹凸のある不整地を走行する場合でも、載置台を水平に保つことによって安定して積載物を搬送することができる移動体が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に開示された移動体は、図４に示すように、４つの車輪を有する。左右一対の前輪と左右一対の後輪は、長尺体の車輪支持アーム２１０で連結されている。また、前輪を支持する車輪支持アーム２１０と後輪を支持する車輪支持アーム２１０はそれぞれ、ケーシング２１１の前端側と後端側に配置される。また、ケーシング２１１には、台支持アーム２１３を介して載置台２１２が取り付けられている。
左右一対の車輪を連結する車輪支持アーム２１０は、ロール軸（移動体の進行方向と平行な軸）周りに回動可能にケーシング２１１に取り付けられている。
また、載置台２１２を支持する台支持アーム２１３は、ピッチ軸（ロール軸に直角に交わる左右方向の軸）周りに回動可能にケーシング２１１に取り付けられている。
このような構成を備える移動体は、段差などの不整地を通過する際に、ロール軸回りの車輪支持アーム２１０の角度とピッチ軸回りの台支持アーム２１３の角度を制御することで載置台２１２を水平に保ったまま移動することができる。
特許５１０５５２８号公報
しかしながら、特許文献１に開示されている移動体では、段差などの不整地を走行する際の載置台２１２の姿勢を維持することは考慮されているものの、載置台２１２の上下方向の位置の変動については考慮されていなかった。そのため、載置台２１２に液体など収容して移動体が走行するときには、載置台２１２の上下方向の変動により液体がこぼれてしまうという問題があった。
また、移動体が段差を乗り越える際は、瞬間的に車輪に大きな駆動力を与える必要がある。このような場合、車輪は勢いよく上昇し始めるが、特許文献１に開示された移動体の載置台２１２は、ケーシング２１１に対して上下方向の位置が固定されているため、載置台２１２も勢いよく上昇する。したがって、載置台２１２に搬送物が載置されている場合、載置台２１２に対する搬送物の位置ずれなどが発生しやすく、搬送物を安定的に搬送できないという懸念があった。
本発明は、凹凸があるような不整地を走行する場合であっても、安定して走行することが可能であり、さらには搬送物の高さ方向の位置の変動を抑制して、安定的に搬送物を搬送することができる移動体を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明における移動体は、躯体と、躯体を支持する左右一対の第１の車輪と、第１の車輪よりも進行方向後側にある左右一対の第２の車輪と、第１の車輪と第２の車輪とを連結する左右一対の第一平行リンクと、左右一対の第一平行リンクそれぞれがピッチ軸周りに相対回動するように、左右一対の第一平行リンクを連結する第二平行リンクと、第二平行リンクと躯体とをロール軸周りに相対回動させるように連結するとともに、第二平行リンクに対する躯体の高さ方向の位置を変化させる高さ変更部と、路面からの高さに関する躯体の情報を検知する状態検知部と、状態検知部が検知した状態に基づいて路面からの躯体の高さを維持するように高さ変更部を制御する制御部と、を備える。
本発明の移動体によれば、凹凸があるような不整地を走行する場合であっても、安定して走行することが可能であり、さらには搬送物の高さ方向の位置の変動を抑制することで、安定的に搬送物を搬送することができる。
本発明の実施の形態に係る移動体の概要を示す側面図 図１のＡ−Ａ断面を示す断面図 制御部の入出力に係る各部の機能を示すブロック図 特許文献１に記載された移動体を説明する図
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ構成要素には同じ符号を付している。また、図面は、理解しやすくするためにそれぞれの構成要素を模式的に示している。
図１は、本発明の実施の形態に係る移動体１００の概要を示す側面図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
本発明の実施の形態の移動体１００は、図１または図２に示すように、躯体１１０と、躯体１１０を支持する左右一対の駆動輪１１１と、躯体１１０の前方に設けられた左右一対の前側補助輪１１２ａと、躯体１１０の後方に設けられた左右一対の後側補助輪１１２ｂと、前側補助輪１１２ａと後側補助輪１１２ｂを連結する左右一対の第一平行リンク１１３（図１の１１３ａ，１１３ｂ及び１１３ｃに相当。）と、左右一対の第一平行リンク１１３を連結する第二平行リンク１１４と、第二平行リンク１１４を保持する第二平行リンク保持部材１３２と、第二平行リンク保持部材１３２と躯体１１０とを連結するとともに、躯体１１０対する第二平行リンク保持部材１３２の高さを変化させる高さ変更部１１５と、躯体１１０の状態を検知する状態検知部１２４と、制御部１１７と、を備える。
躯体１１０は、その上部に、制御部１１７を配置する箱形の筐体である。躯体１１０は、内部または上部に搬送物を載置する載置部を備える。
左右一対の駆動輪１１１は、躯体１１０を支持するとともに、回転駆動することにより躯体１１０を移動させる部材である。駆動輪１１１は、躯体１１０に収容された駆動部（図示せず）の動力が伝達されることで回転する。
左右一対の駆動輪１１１は、躯体１１０に連結された駆動輪保持部材１２５に回転自在に保持される。駆動輪保持部材１２５は、一端部が躯体１１０の側面に回動自在に保持され、他端部が弾性部材１２０に連結される部材である。
弾性部材１２０は、その一端部が躯体１１０の側面に連結され、他端部が駆動輪保持部材１２５に接続される。弾性部材１２０は、例えば、ガススプリングである。
弾性部材１２０には、移動体１００の自重により圧縮方向に力が作用する。換言すれば、弾性部材１２０は、躯体１１０を押し上げる方向に力を作用させ、躯体１１０を支持する部材である。
左右一対の前側補助輪１１２ａは、上述したように躯体１１０の前方に設けられた補助輪である。前側補助輪１１２ａは、いわゆる自在式のキャスターであり、第一平行リンク１１３に対して鉛直軸周りに回転自在に設けられる。
左右一対の後側補助輪１１２ｂは、上述したように躯体１１０の後方に設けられる補助輪である。後側補助輪１１２ｂは、いわゆる自在式のキャスターであり、後側補助輪１１２ｂは、第一平行リンク１１３に対して鉛直軸周りに回転自在に設けられる。
前側補助輪１１２ａと後側補助輪１１２ｂは、鉛直軸回りに回転自在に設けられているため、左右一対の駆動輪１１１を互いに逆方向に回転させた場合、移動体１００は、超信地旋回する。
第一平行リンク１１３は、前側補助輪１１２ａと後側補助輪１１２ｂとを連結する部材である。また、第１平行リンク１１３には、上下一対の平行リンク１１３ａと、前側補助輪１１２ａに支持されるＬ字型の前側補助輪支持部材１１３ｂと、後側補助輪１１２ｂに支持されるＬ字型の後側補助輪支持部材１１３ｃが含まれる。
平行リンク１１３ａの前端部および前側補助輪支持部材１１３ｂには貫通孔が設けられ、これらの貫通孔に連結具１１９が挿通されることにより、平行リンク１１３ａと前側補助輪支持部材１１３ｂとが連結される。
また、平行リンク１１３ａの後端部および後側補助輪支持部材１１３ｃには貫通孔が設けられ、これらの貫通孔に連結具１１９が挿通されることにより、平行リンク１１３ａと後側補助輪支持部材１１３ｃとが連結される。また、上下一対の平行リンク１１３ａの略中央部分が支持軸１２１により、第二平行リンク１１４に連結される。
第一平行リンク１１３は、水平面に対して移動体１００の進行方向前側が上向きになるように配置される。このため、第一平行リンク１１３が水平に配置される場合と比較して、前側補助輪１１２ａは、段差に接触して上昇し始める際、スムーズに上方に変位する。
第一平行リンク１１３と水平面とのなす角度θは、５度以上２０度以下であることが望ましい。θを５度より小さい値に設定すると、１０ｍｍ程度の段差を乗り越える場合にも、前側補助輪１１２ａがスムーズに上昇せず、駆動部に大きな駆動力を発生させる必要がある。このため、駆動部（電動モータなど）を大型化せざるを得なくなってしまう。
一方、θを２０度より大きい値に設定すると、θを小さい値に設定した場合と比較して、前側補助輪１１２ａと後側補助輪１１２ｂとの距離が短くなり、移動体１００の安定性が悪くなる。
また、第一平行リンク１１３の進行方向のリンク長は、前側補助輪１１２ａと後側補助輪１１２ｂとの間の距離よりも短く設定すること、すなわち、第一平行リンク１１３の進行方向のリンク長よりも、前側補助輪１１２ａと後側補助輪１１２ｂとの間の距離を長くすることが望ましい。この場合、第一平行リンク１１３の進行方向のリンク長と、前側補助輪１１２ａと後側補助輪１１２ｂとの間の距離を同じ距離にした場合よりも、補助輪１１２ａ、１１２ｂ間の距離が長くなり、移動体１００がより安定して段差などの凸部を乗り越えることが可能となる。
第二平行リンク１１４は、左右一対の第一平行リンク１１３を連結する部材である。第二平行リンク１１４は、平行リンク機構を構成する。第二平行リンク１１４は、略中央部分において、支持軸１３１によって第二平行リンク保持部材１３２に軸支される。
高さ変更部１１５は、躯体１１０と第二平行リンク保持部材１３２を連結し、躯体１１０に対する第二平行リンク保持部材１３２の高さ方向の位置を変更する部材である。高さ変更部１１５は、例えば、ラックアンドピニオンなどの直動機構やパンタグラフなどのリンク機構によって形成される。
図２に示すように、高さ変更部１１５がパンタグラフによって形成される場合、パンタグラフの下側のジョイント部は躯体１１０に連結され、上側のジョイント部は支持軸１３１によって、第二平行リンク１１４とともに第二平行リンク保持部材１３２に連結される。
また、躯体１１０には、下側のジョイント部を支点としてリンクを回転させるための高さ駆動部（図示せず）が設けられる。高さ駆動部は、例えば、サーボモータなどの電動モータである。
高さ駆動部を、正逆の何れか一方に回転させると、パンタグラフを構成するリンクが縦方向に伸びるように変形する。このとき、躯体１１０に対して、第二平行リンク保持部材１３２は、上方に押し上げられる。すなわち、第二平行リンク保持部材１３２に対する躯体１１０の相対位置が下方に変位する。
一方、高さ駆動部を他方に回転させると、リンクが横方向に伸びるように変形する。このとき、第二平行リンク保持部材１３２は、躯体１１０に対して下方に押し下げられる。すなわち、第二平行リンク保持部材１３２に対する躯体１１０の相対位置が上方に変位する。
制御部１１７は、移動体１００の各部を制御するプロセッサなどの制御装置である。制御部１１７は、上述したように、躯体１１０の上部に配置される。ただし、制御部１１７の配置は、これに限られず、躯体１１０の内部に収容してもよい。制御部１１７の機能については、図３を用いて後に詳しく説明する。
次に、制御部１１７の入出力に係る各部の機能について説明する。図３は、制御部１１７の入出力に係る各部の機能を示すブロック図である。制御部１１７は、状態検知部１２４および障害物検知部１１６が出力した出力信号を受信する。また、制御部１１７は、状態検知部１２４および障害物検知部１１６が出力した出力信号などに基づいて、駆動部１２２と、高さ駆動部１２３を駆動制御する。
状態検知部１２４は、路面から躯体１１０までの高さを一定に保つために、移動体１００の状態を検知する検知部である。状態検知部１２４は、例えば、路面から躯体１１０までの高さを計測する光センサである。または、状態検知部１２４は、例えば、躯体１１０の高さ方向の加速度を検知する加速度センサである。状態検知部１２４は、検知した値を示す検知信号を制御部１１７に出力する。
障害物検知部１１６は、移動体１００の周辺に存在する物体を検知する検知部である。障害物検知部１１６は、例えば、赤外線レーザセンサである。障害物検知部１１６は、物体が存在する方向および障害物検知部１１６から物体までの距離を検知し、検知した情報を示す検知信号を制御部１１７に出力する。
制御部１１７は、移動体１００の走行制御を行う制御装置である。制御部１１７は、駆動制御部１１７ａと、高さ制御部１１７ｂを備える。
駆動制御部１１７ａは、駆動部１２２に制御信号を出力して駆動部１２２を制御する制御装置である。駆動制御部１１７ａは、例えば、操作部からの入力された操作入力情報に基づいて制御信号を生成する。また、駆動制御部１１７ａは、例えば、記憶部に記憶されたコンピュータプログラムに基づいて制御信号を生成してもよい。
また、駆動制御部１１７ａは、障害物検知部１１６から出力された検知信号に基づいて障害物の位置を判定し、検知された障害物を移動体１００が回避して走行するように駆動部１２２を制御する。
高さ制御部１１７ｂは、高さ駆動部１２３を制御する制御装置である。高さ制御部１１７ｂは、高さ駆動部１２３に制御信号を出力して高さ駆動部１２３を制御する。
駆動部１２２は、上述したように、駆動輪１１１を駆動させる駆動装置である。駆動部１２２は、例えば、サーボモータ、ステッピングモータなどの電動モータである。駆動部１２２は、駆動制御部１１７ａから出力された制御信号に基づいて駆動される。
高さ駆動部１２３は、上述したように、高さ変更部１１５を駆動する駆動装置である。高さ駆動部１２３は、例えば、サーボモータ、ステッピングモータなどの電動モータである。また、高さ駆動部１２３は、高さ制御部１１７ｂから出力された制御信号に基づいて駆動される。
次に、移動体１００が走行経路上の凸部を通過する場合の、移動体１００各部の挙動について説明する。
左右一対の前側補助輪１１２ａの何れか一方または両方が凸部に当接すると、前側補助輪１１２ａは、凸部を乗り越えるように上昇を開始する。このとき、第一平行リンク１１３は、前側補助輪１１２ａから力を受けて、支持軸１２１を支点として前方が上昇するように回動する。
上述したように、第一平行リンク１１３は前側が水平面に対して上向きになるように配置されているため、前側補助輪１１２ａはスムーズに上昇して凸部の上部まで到達することができる。
このとき、移動体１００は、ピッチ軸回りの力を受けるものの、第一平行リンク１１３は、支持軸１２１を支点として回動するため、躯体１１０は水平な姿勢を保つことができる。
また、左右一対の前側補助輪１１２ａのうちの一方の前側補助輪１１２ａのみが凸部を乗り越える場合、移動体１００は、さらに、ロール軸回りの力を受ける。このとき、第一平行リンク１１３が連結されている第二平行リンク１１４は、支持軸１３１を支点として回動するため、躯体１１０は、水平な姿勢を保つことができる。
また、高さ制御部１１７ｂは、移動体１００が凸部を通過する際に、高さ駆動部１２３を駆動させて、路面から躯体１１０までの高さを一定に保つように制御する。
例えば、状態検知部１２４が路面から躯体１１０までの高さを検知する光センサである場合、前側補助輪１１２ａが凸部に沿って上昇を開始すると、状態検知部１２４によって、路面から躯体１１０まで高さが高くなったことが検知される。
路面からの躯体１１０の高さが高くなったことが検知されると、高さ制御部１１７ｂは、高さ駆動部１２３を駆動する。高さ駆動部１２３は、所定の方向に回転し、第二平行リンク保持部材１３２に対する躯体１１０の相対位置を下方に変位させるように高さ変更部１１５を作動させる。
これにより、高さ制御部１１７ｂは、前側補助輪１１２ａの上昇に合わせて第二平行リンク保持部材１３２に対する躯体１１０の位置を変位させ、路面から躯体１１０までの高さを一定に保つことができる。
これにより、前側補助輪１１２ａが凸部に乗り上げたことに伴う躯体１１０の高さの急激な変化を防止することができる。
また、状態検知部１２４が加速度センサである場合、前側補助輪１１２ａが凸部に沿って上昇を開始すると、躯体１１０の高さ方向の加速度が検知される。状態検知部１２４によって、躯体１１０の加速度が検知されると、高さ制御部１１７ｂは、躯体１１０の加速度がゼロになるように、高さ駆動部１２３を駆動させ、第二平行リンク１１４に対する躯体１１０の相対位置を下方に変位させる。
これにより、高さ制御部１１７ｂは、前側補助輪１１２ａの上昇に合わせて第二平行リンク保持部材１３２に対する躯体１１０の位置を変位させ、路面から躯体１１０までの高さを一定に保つことができる
また、前側補助輪１１２ａが、乗り上げた凸部から下降を開始すると、状態検知部１２４によって、路面から躯体１１０まで高さが低くなったことが検知される。路面からの躯体１１０までの高さが低くなったことが検知されると、高さ制御部１１７ｂは、高さ駆動部１２３を駆動する。高さ駆動部１２３は、所定の方向とは逆方向に回転し、第二平行リンク保持部材１３２に対する躯体１１０の相対位置を上方に変位させるように高さ変更部１１５を作動させる。
これにより、高さ制御部１１７ｂは、前側補助輪１１２ａの下降に合わせて第二平行リンク保持部材１３２に対する躯体１１０の相対位置を変化させ、路面から躯体１１０までの高さを一定に保つことができる。
なお、上述した実施の形態では、前側補助輪１１２ａが凸部を乗り越える際に、第一平行リンク１１３が受動的に支持軸１２１回りを回動し、第二平行リンク１１４が受動的に支持軸１３１回りを回動する態様を示したがこれに限られるものではない。
例えば、第一平行リンク１１３と第二平行リンク１１４の何れかまたは一方を揺動させるモータを設け、段差形状に合わせて能動的に第一平行リンク１１３と第二平行リンク１１４の何れかまたは一方を回動させるようにしてもよい。
この場合、上述した障害物検知部１１６によって、移動体１００の進行方向に存在する障害物の高さが検知される。障害物検知部１１６によって検知された障害物の高さに合わせて前側補助輪１１２ａが上昇するように第一平行リンク１１３と第二平行リンク１１４の何れかまたは一方の角度を制御する。
また、左側の前側補助輪１１２ａの走行経路と右側の前側補助輪１１２ａの走行経路のそれぞれに高さの異なる障害物が存在する場合は、それらの障害物の高さの差に応じて第二平行リンク１１４を回動させる。この場合、障害物検知部１１６によって、それらの障害物の高さの差が検知される。
このように、障害物に合わせて能動的に第一平行リンク１１３と第二平行リンク１１４の何れかまたは一方を回動させることにより、移動体１００は、凸部などの段差をよりスムーズに乗り越えることができる。
また、上記実施の形態では、高さ変更部１１５が、第二平行リンク１１４とともに第二平行リンク保持部材１３２に連結される態様を示した。しかしながら、このような態様に限定されるものではない。例えば、高さ変更部１１５が、ラックアンドピニオンで構成される場合は、高さ変更部１１５を第二平行リンク保持部材１３２に連結し、第二平行リンク保持部材１３２を第二平行リンク１１４に連結するようにしてもよい。
また、上記実施の形態では、躯体１１０の前後方向略中央部に駆動輪１１１を設け、駆動輪１１１の前方と後方に補助輪を設ける構成としたが、このような構成に限られない。
例えば、上記実施の形態における駆動輪１１１を設けずに、後側補助輪１１２ｂを駆動させるようにしてもよい。この場合、後側補助輪１１２ｂは、前後方向に向きを固定して後側補助輪支持部材１１３ｃに取り付けられる。
また、移動体１００が他の移動体１００に牽引される場合は、駆動部１２２を設けなくてもよい。
これにより、より簡易な構成で、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
本発明は自律移動ロボットや、自動運転の分野において広く利用可能である。
１００ 移動体
１１０ 躯体
１１１ 駆動輪
１１２ａ 前側補助輪
１１２ｂ 後側補助輪
１１３ 第一平行リンク
１１３ａ 平行リンク
１１３ｂ 前側補助輪支持部材
１１３ｃ 後側補助輪支持部材
１１４ 第二平行リンク
１１５ 高さ変更部
１１６ 障害物検知部
１１７ 制御部
１１７ａ 駆動制御部
１１７ｂ 高さ制御部
１１９ 連結具
１２０ 弾性部材
１２１ 支持軸
１２２ 駆動部
１２３ 高さ駆動部
１２４ 状態検知部
１２５ 駆動輪保持部材
１３１ 支持軸
１３２ 第二平行リンク保持部材
２１０ 車輪支持アーム
２１１ ケーシング
２１２ 載置台
２１３ 台支持アーム

Claims (8)

  1. 躯体と、
    前記躯体を支持する左右一対の第１の車輪と、
    前記第１の車輪よりも進行方向後側にある左右一対の第２の車輪と、
    前記第１の車輪と前記第２の車輪とを連結する左右一対の第一平行リンクと、
    左右一対の前記第一平行リンクそれぞれがピッチ軸周りに相対回動するように、左右一対の前記第一平行リンクを連結する第二平行リンクと、
    前記第二平行リンクと前記躯体とをロール軸周りに相対回動させるように連結するとともに、前記第二平行リンクに対する前記躯体の高さ方向の位置を変化させる高さ変更部と、
    路面からの高さに関する前記躯体の情報を検知する状態検知部と、
    前記状態検知部が検知した状態に基づいて前記路面からの前記躯体の高さを維持するように前記高さ変更部を制御する制御部と、
    を備える移動体。
  2. 前記第一平行リンクは、進行方向に対して前側が上向きになっていること
    を特徴とする請求項１に記載の移動体。
  3. 前記第一平行リンクと水平面との間の角度は、５度以上２０度以下であること
    を特徴とする請求項２に記載の移動体。
  4. 進行方向に存在する障害物の高さを検知する障害物検知部を備え、
    前記障害物検知部で検知された前記障害物の高さに応じて、前記第一平行リンクは回動すること
    を特徴とする請求項１から３の何れかに記載の移動体。
  5. 前記障害物検知部は、左右それぞれの前記第１の車輪の進行方向前方に存在する障害物の高さを検知し、
    前記障害物検知部で検知された前記障害物の高さの差に応じて、前記第二平行リンクは回動すること
    を特徴とする請求項４に記載の移動体。
  6. 前記第一平行リンクの進行方向のリンク長は、前記第１の車輪と前記第２の車輪との間の距離よりも短いこと
    を特徴とする請求項１から５の何れかに記載の移動体。
  7. 前記状態検知部は、前記路面からの前記躯体の高さを検知するセンサであること
    を特徴とする請求項１から６の何れかに記載の移動体。
  8. 前記状態検知部は、前記躯体の加速度を検知するセンサであること
    を特徴とする請求項１から６の何れかに記載の移動体。
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