JP6955836B1

JP6955836B1 - 階段昇降作業装置

Info

Publication number: JP6955836B1
Application number: JP2021102084A
Authority: JP
Inventors: 裕司志村
Original assignee: 裕司志村
Priority date: 2021-06-19
Filing date: 2021-06-19
Publication date: 2021-10-27
Anticipated expiration: 2041-06-19
Also published as: JP2023000959A

Abstract

【課題】屈伸式のアームを採用することで軽量かつ簡略な機構を実現し、昇降の動作を最適化することで動作工程数が少なく迅速に階段を昇降でき、さらに操舵装置と駆動装置を備えることで階段平面での作業が可能となる、階段昇降作業装置を提供する。【解決手段】本体下面にある複数の車輪と、本体の前面と後面にある屈伸する２本のアームと、アームの先端にある複数の車輪から構成され、本体部の車輪で水平方向に移動し、２本のアームを伸ばして車体部を上方に持ち上げ、アーム部車輪を駆動させ水平方向に移動し、移動終了後アームを曲げて本体部を降ろし、本体部車輪を水平面に接地させる。この動作を繰り返すことで、階段を昇ることが可能となり、この動作を応用することで階段を降りることも可能になる。また必要に応じ左方向への移動、または右方向への移動を行い、階段平面上での作業をさせることが可能となる。【選択図】図３

Description

本発明は、複数の車輪とアーム部の屈伸によって自立的に階段を昇降し、また階段平面上での作業を可能とする階段昇降装置に関する。

従来の階段昇降装置には、特開平10-236350に掲載された脚伸縮方式の機構によって自立的に階段を昇降する階段昇降装置や、特開2006-341709に掲載された車輪駆動機構と転動駆動機構を利用した階段昇降装置など、様々な装置が提案されている。

特開平10-236350号公報特開2006-341709号公報

特開平10-236350に掲載されたものは、小型の機械ではあるものの、脚の本数が６本と多く、階段を登る工程も10工程必要であるため、重量の重さと制御の複雑さが考えられる。特開2006-341709に掲載されたものは、車輪の直径が大きいため装置自体が比較的大きく、階段を登る工程も10工程必要であるため、重量の重さと制御の複雑さが考えられる。

そこで本発明は、階段の昇降を円滑に行うため、アームの本数を最小限にし、軽量で簡略な機構を実現し、昇降の動作を最適化することで、迅速に階段を昇降できる装置とし、また操舵と駆動が可能な車輪により、左または右方向への移動が可能な、階段昇降装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明によれば、２本のアームで階段を昇降させることができる分、従来のように６本の脚で昇降させる方式に比べて、装置構成を小型化でき、使用部品の削減、軽量化を図ることができる。

請求項２の発明によれば、本体下部の車輪と２本のアームとアーム先端の車輪を連携させることで、４つの工程で階段の一段を登ることができるため、従来のように１０の工程で階段の一段を登る方式に比べて、昇降動作が速くでき、時間の削減に効果が大きいと考えられる。

請求項３の発明によれば、階段を登ることあるいは降りることに加えて、階段の平面部分を左に移動または右に移動することが可能となるため、従来ではできなかった階段上での作業をすることが可能となる。

本発明の実施形態にかかる階段昇降装置の平面図。本発明の実施形態にかかる階段昇降装置の正面図。本発明の実施形態にかかる階段昇降装置の左側面図。本発明の実施形態にかかる階段昇降装置が、階段を昇るときの動作を示す概念図。本発明の実施形態にかかる階段昇降装置が、階段を降りるときの動作を示す概念図。本発明の実施形態にかかる階段昇降装置が、階段を昇った後に左または右に移動する時の動作を示す概念図。本発明の実施形態にかかる階段昇降装置が、階段を降りた後に左または右に移動する時の動作を示す概念図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は階段昇降装置の平面図で、図２は階段昇降装置の正面図、図３は階段昇降装置の左側面図である。図１、図２、図３において、本階段昇降装置は、本体１と、床平面や踊り場での走行時や階段平面部を直進移動、左右移動するための走行手段である４個の走行車輪2a , 2b , 2c , 2d と、本体の前面と後面に取り付けられ屈曲させることにより垂直方向に伸縮可能なアーム部としての２本のアーム3a , 3bと、アーム部の先端に取り付けられ、本体を持ち上げた時の走行手段である４個の走行車輪4a , 4b , 4c , 4d と、走行動作や昇降動作の際に終了点を発見するためのセンサ 5a , 5b , 5c , 5d , 5e と、から構成される。

図４は、階段１段目から階段２段目へ昇る動作を(A) , (B) , (C) , (D) の４工程で表した概念図であり、ここではその概略を説明する。図４(A) 階段昇降装置の本体1下部に取り付けた車輪2a , 2b , 2c , 2dを駆動し、水平方向に移動し、階段２段目の垂直面S2vをセンサ5aで検出し、適切な位置で車輪を停止させる。図４(B) 次に本体前面と後面に取り付けた２本のアーム3a , 3b を伸ばして、車体1を上方に持ち上げ、本体1下部の車輪2a , 2b , 2c , 2dが階段２段目の水平面S2hより高くなるようにする。

図４(C) 次にこの高さを維持したままアーム部車輪4a , 4b , 4c , 4dを駆動させ、水平方向に移動し、本体1下部の全ての車輪2a , 2b , 2c , 2dが階段２段目の水平面S2h上に来たことを示す階段２段目端部をセンサ5cで検出し、適切な位置で車輪を停止させる。このときアーム3b に接触しないように制御する。図４(D) 最後にアーム3a , 3bを曲げて本体1を下方に降ろし、本体下部車輪2a , 2b , 2c , 2dを階段２段目の水平面S2hに接地させる。このようにして階段を一段昇る動作が終了し、上記一連の動作を繰り返すことによって、本階段昇降装置が直線的に複数の階段を昇ることが可能になる。

図５は、階段２段目から階段１段目へ降りる動作を(A) , (B) , (C) , (D) の４工程で表した概念図であり、ここではその概略を説明する。図５(A) 階段昇降装置の本体1下部に取り付けた車輪2a , 2b , 2c , 2dを駆動し、水平方向に移動し、階段２段目の端部をセンサ5cで検出し、適切な位置で車輪を停止させる。図５(B) 次に本体側面に取り付けた複数のアーム3a , 3bを伸ばして、車体1を上方に持ち上げ、本体1下部の車輪2a , 2b , 2c , 2dが階段２段目の水平面S2hより浮くようにする。

図５(C) 次にこの高さを維持したままアーム部車輪4a , 4b , 4c , 4dを駆動させ、水平方向に移動し、本体1下部の全ての車輪2a , 2b , 2c , 2dが階段１段目の水平面S1h上に来たことを示す階段２段目端部をセンサ5bで検出し、適切な位置で車輪を停止させる。このときアーム部車輪 4bの脱輪に注意する。図５(D) 最後にアーム3a , 3bを曲げて本体1を下方に降ろし、本体下部車輪2a , 2b , 2c , 2dを階段１段目の水平面S1hに接地させる。このようにして階段を一段降りる動作が終了し、上記一連の動作を繰り返すことによって、本階段昇降装置が直線的に複数の階段を降りることが可能になる。

図６は、階段１段目から階段２段目へ昇り、その後左方向に移動する動作を(A) , (B) , (C) , (D) , (E) の5工程で表し、同様に右方向に移動する動作を(A) , (B) , (C) , (D) , (F) の5工程で表した概念図であり、ここではその概略を説明する。図６(A) 階段昇降装置の本体1下部に取り付けた車輪2a , 2b , 2c , 2dを駆動し、水平方向に移動し、階段２段目の垂直面S2vをセンサ5aで検出し、適切な位置で車輪を停止させる。図６(B) 次に本体前面と後面に取り付けた２本のアーム3a , 3bを伸ばして、車体1を上方に持ち上げ、本体1下部の車輪2a , 2b , 2c , 2dが階段２段目の水平面S2hより高くなるようにする。

図６(C) 次にこの高さを維持したままアーム部車輪4a , 4b , 4c , 4dを駆動させ、水平方向に移動し、本体1下部の全ての車輪2a , 2b , 2c , 2dが階段２段目の水平面S2h上に来たことを示す階段２段目端部をセンサ5cで検出し、適切な位置で車輪を停止させる。このときアーム3bに接触しないように制御する。図６(D) 次にアーム3a , 3bを曲げて本体1を下方に降ろし、本体下部車輪2a , 2b , 2c , 2dを階段２段目の水平面S2hに接地させる。

次に左方向に移動する場合、図６(E)本体1下部の車輪2a , 2b , 2c , 2dを左に90°旋回し、その後車輪を駆動し左方向に移動する。最後に階段の左端部垂直面Sw1をセンサ5eで検出し、適切な位置で車輪を停止させる。または右方向に移動する場合、図６(F)本体1下部の車輪2a , 2b , 2c , 2dを右に90°旋回し、その後車輪を駆動し右方向に移動する。最後に階段の右端部垂直面Sw2をセンサ5dで検出し、適切な位置で車輪を停止させる。このようにして階段を一段昇る動作の後、左方向または右方向への移動を組み合わせることで、階段を昇るだけでなく階段上での作業等への応用が可能になる。

図７は、階段２段目から階段１段目へ降り、その後左方向に移動する動作を(A) , (B) , (C) , (D) , (E) の5工程で表し、同様に右方向に移動する動作を(A) , (B) , (C) , (D) , (F) の5工程で表した概念図であり、ここではその概略を説明する。図７(A) 階段昇降装置の本体1下部に取り付けた車輪2a , 2b , 2c , 2dを駆動し、水平方向に移動し、階段２段目の端部をセンサ5cで検出し、適切な位置で車輪を停止させる。図７(B) 次に本体の前面と後面に取り付けた２本のアーム3a , 3bを伸ばして、車体1を上方に持ち上げ、本体1下部の車輪2a , 2b , 2c , 2dが階段２段目の水平面S2hより浮くようにする。

図７(C) 次にこの高さを維持したままアーム部車輪4a , 4b , 4c , 4dを駆動させ、水平方向に移動し、本体1下部の全ての車輪2a , 2b , 2c , 2dが階段１段目の水平面S1h上に来たことを示す階段２段目端部をセンサ5bで検出し、適切な位置で車輪を停止させる。このときアーム部車輪4a , 4bの脱輪に注意する。図７(D) 最後にアーム3a , 3bを曲げて本体1を下方に降ろし、本体下部車輪2a , 2b , 2c , 2dを階段１段目の水平面S1hに接地させる。

次に左方向に移動する場合、図７(E)本体1下部の車輪2a , 2b , 2c , 2dを左に90°旋回し、その後車輪を駆動し左方向に移動する。最後に階段の左端部垂直面Sw1をセンサ5eで検出し、適切な位置で車輪を停止させる。または右方向に移動する場合、図７(F)本体1下部の車輪2a , 2b , 2c , 2dを右に90°旋回し、その後車輪を駆動し右方向に移動する。最後に階段の右端部垂直面Sw2をセンサ5dで検出し、適切な位置で車輪を停止させる。このようにして階段を一段降りる動作の後、左方向または右方向への移動を組み合わせることで、階段を降りるだけでなく階段上での作業等への応用が可能になる。

この階段昇降装置の用途としては、ロボット個体の移動だけでなく、物の運搬や人の移動などが可能と考えられる。また階段上で左方向または右方向に移動できることから、階段平面の掃除、階段の点検や建物の保守・警備などが可能になると考えられる。

1 階段昇降装置本体
2a , 2b , 2c , 2d 本体部駆動車輪
3a , 3b アーム部
4a , 4b , 4c , 4d アーム部駆動車輪
5a , 5b , 5c , 5d , 5e センサ
S 階段
S1h , S2h 階段水平面
S2v , S3v 階段垂直面
Sw1 , Sw2 階段左右端部

Claims

本体部下面の前後に配置される複数の車輪、車輪駆動機構、車輪操舵機構と、
本体部の前面と後面に取り付けられ、屈伸することで垂直方向への伸縮が可能になる２本のアーム部と、
アーム部の先端に取り付けられ、水平方向への移動が可能となる複数の車輪、車輪駆動機構と、
を備えて構成されることを特徴とする階段昇降装置。
階段の上昇制御時には、(1)本体部に取り付けた車輪で水平方向に移動し、上階段の垂直面の手前で停止。(2)２本のアーム部を伸ばして車体部を上方に持ち上げる。(3)アーム部車輪を駆動させ水平方向に移動する。(4)本体部が上階段に移動した所で、アーム部を曲げて本体部を降ろし、本体部車輪を水平面に接地させる、という制御を繰り返し行い、
階段の下降制御時には、(1)本体部車輪で水平面を移動し、車輪が階段端部に来た時に停止させる、(2)次にアーム部を伸ばして本体部を上方に持ち上げ車輪を浮かす、(3)次にアーム部の車輪を駆動させ水平方向に移動する。(4)本体部が下階段に移動した所で、アーム部を曲げて本体部を降ろし、本体部車輪を水平面に接地させる。という制御を繰り返し行うことを特徴とする階段昇降装置。
階段の上昇と左移動または右移動制御時には、(1)本体部に取り付けた車輪で水平方向に移動し、上階段の垂直面の手前で停止。(2)複数のアーム部を伸ばして車体部を上方に持ち上げる。(3)アーム部車輪を駆動させ水平方向に移動する。(4)本体部が下階段に移動した所で、アーム部を曲げて本体部を降ろし、本体部車輪を水平面に接地させる。(5)左移動の際は、本体部車輪を左に90°旋回して階段の左に移動する。また右移動の際は、本体部車輪を右に90°旋回して階段の右に移動する。という制御を必要に応じて必要な回数行い、
階段の下降と左移動または右移動制御時には、(1)本体部車輪で水平面を移動し、車輪が階段端部に来た時に停止させる、(2)次にアーム部を伸ばして本体部を上方に持ち上げ車輪を浮かす、(3)次にアーム部の車輪を駆動させ水平方向に移動する。(4)本体部が上階段に移動した所で、アーム部を曲げて本体部を降ろし、本体部車輪を水平面に接地させる。(5)左移動の際は、本体部車輪を左に90°旋回して階段の左に移動する。また右移動の際は、本体部車輪を右に90°旋回して階段の右に移動する。という制御を必要に応じて必要な回数行うことを特徴とする階段昇降装置。