JP7161754B2 - 移動走行装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動走行装置に関するものである。

近年、労働力不足を補うために、ロボットの活用が強く望まれている。これらのロボットの活動環境は、人間が居住する環境になる場合が多い。この環境のうち、いわゆるバリアフリーと称する室内であっても、車いすでの移動を前提としているため、１～２ｃｍの段差が移動経路上に存在するのは通常起こり得る状況と思われる。しかし、室内用のロボットの場合、駆動輪、受動輪とも、あるいはそれらのいずれかが１００ｍｍ程度の直径の車輪で移動するものが多く、結果として、これらの段差を踏破してサービスを提供できるものが意外と少ない。したがって現状では、段差のない領域に限定するとか、見張りの人間をつけるとか、運用上の制約を課して対応する場合が多い。また、サービスロボットでは、前進、後進、旋回に加え、その場での旋回動作がサービス提供のうえで要求される場合が多い、また、さらに横方向、斜め方向などの全方向への移動が可能であれば、様々な移動サービスを提供でき、ロボットが持つサービス機能の付加価値の向上になる。

従来から、メカナムホイールやオムニホイールを用いた四輪駆動の移動走行装置が知られている（下記特許文献１参照）。これら多くのものは、全方向への移動を主たる特徴として考えられている。しかし、実は機構的にこれらの移動走行装置は四輪駆動になり、段差の踏破においてもかなり有利になることが想像される。メカナムホイールやオムニホイールを用いた、移動走行装置では、各車輪の回転差により操舵するため、各車輪がスリップすることがないように適切な荷重が常に各車輪に与え続けられることが望まれる。それは段差を踏破する際も同様で、つまり、段差踏破時も含め、路面の凹凸をうまく吸収して各車輪に適性荷重をかけ、結果として各車輪の適正なグリップ力を得るような工夫が必要になる。

これらの要求は、通常はバネとダンパにより各車輪の上下移動を可能にして実現している。しかし、バネとダンパの役割としては路面からの振動を吸収し、その振動が搭載物に及ぼす影響を少なくするという役割もあり、適正な車輪のグリップを得るための段差を吸収するためのバネ、ダンパの係数と振動を吸収するための適正なバネ、ダンパ係数のトレードオフになる。一方、移動走行装置をロボットに活用する場合では、いわゆる自動車に比較し、重心の位置が比率として高くなり、バネを使うことで、発進停止、旋回、斜面等で発生する横からの力に対して十分な安定性能が得られなくなるという欠点があり、車に比較しこのトレードオフで最適化を図ることはなかなか達成し難い。

国際公開第２０１３／０３８９９８号

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、車輪の適正なグリップをバネ、ダンパを使うことなく簡単なリンク機構で達成することができる移動走行装置の提供を目的とする。

（１）本発明の一態様に係る移動走行装置は、所定の構造体と、前記構造体の重心周りに配置された４個以上の複数の車輪と、前記複数の車輪のうち、前記構造体の重心周りで隣り合う車輪同士を二つ一組として保持する車輪保持機構と、前記車輪保持機構及び前記構造体のいずれか一方に設けられ、他方に向かって水平に延びる一対の保持軸と、前記他方に設けられ、前記一対の保持軸が挿入されると共に、前記一対の保持軸のそれぞれの軸回りについて、前記車輪保持機構と前記構造体との相対的な傾動を可能とさせる一対の保持溝と、を有する。

（２）上記（１）に記載された移動走行装置であって、前記一対の保持軸は、第１の保持軸と、第２の保持軸と、を有し、前記一対の保持溝は、前記第１の保持軸が挿入される第１の保持溝と、前記第２の保持軸が挿入される第２の保持溝と、を有し、前記第１の保持溝は、前記第２の保持軸を中心とする円弧状に形成され、前記第２の保持溝は、前記第１の保持軸を中心とする円弧状に形成されていてもよい。
（３）上記（２）に記載された移動走行装置であって、前記一対の保持軸は、前記構造体に設けられ、前記一対の保持溝は、前記車輪保持機構に設けられ、前記第１の保持溝及び前記第２の保持溝は、それぞれの上端部に向かうに従って互いに近接する形状を有してもよい。
（４）上記（１）～（３）に記載された移動走行装置であって、前記車輪保持機構、前記一対の保持軸、及び前記一対の保持溝を含むツインリンク機構を、少なくとも一組有してもよい。
（５）上記（４）に記載された移動走行装置であって、前記一組のツインリンク機構は、前記構造体に対し、前記車輪の回転による進行方向の前後に配置されていてもよい。
（６）上記（５）に記載された移動走行装置であって、前記車輪保持機構に保持された一組の車輪の車軸は、同軸上に配置されていてもよい。
（７）上記（４）に記載された移動走行装置であって、前記一組のツインリンク機構は、前記構造体に対し、前記車輪の回転による進行方向の左右に配置されていてもよい。
（８）上記（７）に記載された移動走行装置であって、前記車輪保持機構に保持された一組の車輪の車軸は、前記一対の保持軸に平行で且つ前記一対の保持軸と同軸上に配置されていなくてもよい。
（９）上記（１）～（８）に記載された移動走行装置であって、前記車輪は、メカナムホイール、若しくは、オムニホイールを有してもよい。

上記本発明の態様によれば、車輪の適正なグリップをバネ、ダンパを使うことなく簡単なリンク機構で達成することができる移動走行装置を提供できる。

第１実施形態に係る移動走行装置１の正面図である。 図１に示す移動走行装置１の平面図である。 図１に示す移動走行装置１の要部拡大図である。 第１実施形態に係る移動走行装置１の車輪２０の一つが段差１００に乗り上げた様子を示す斜視図である。 図４に示す移動走行装置１の正面図である。 図４に示す移動走行装置１の背面図である。 図４に示す移動走行装置１の構造体１０の重心Ｇとツインリンク機構６０との関係を示す平面模式図である。 第２実施形態に係る移動走行装置１Ａの左側面図である。 図８に示す移動走行装置１Ａの平面図である。 第２実施形態に係る移動走行装置１Ａの車輪２０の一つが段差１００に乗り上げた様子を示す左側面図である。 図１０に示す移動走行装置１Ａの右側面図である。 第３実施形態に係る移動走行装置１Ｂの車輪２０の一つが段差１００に乗り上げた様子を示す平面図である。 図１２に示す移動走行装置１Ｂの左側面図である。 図１２に示す移動走行装置１Ｂの要部拡大図である。 第３実施形態の変形例に係る移動走行装置１Ｃの車輪２０の一つが段差１００に乗り上げた様子を示す平面図である。 図１５に示す移動走行装置１Ｃの左側面図である。 図１５に示す移動走行装置１Ｃの要部拡大図である。 本発明の適用対象の一つである移動走行装置１Ｄの構成を示す斜視図である。 図１８に示す移動走行装置１Ｄのブロック構成図である。 本発明の適用対象の一つである移動走行装置１Ｅの構成を示す斜視図である。 他の実施形態に係る移動走行装置１Ｆの構成を示す平面模式図である。

以下、本発明の一実施形態に係る移動走行装置を、図面を参照しながら説明する。図面において、説明の便宜上、いくつかの部分が拡大され又は省略されており、図面に表されている各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る移動走行装置１の正面図である。図２は、図１に示す移動走行装置１の平面図である。図３は、図１に示す移動走行装置１の要部拡大図である。
これらの図に示すように、移動走行装置１は、所定の構造体１０と、４個以上の複数の車輪２０と、車輪保持機構３０と、を備える。

なお、以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明することがある。車輪２０の回転による構造体１０の進行方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれと直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸方向のうち＋Ｘ側を「前」、－Ｘ側を「後」、Ｙ軸方向のうち＋Ｙ側を「左」、－Ｙ側を「右」、Ｚ軸方向のうち＋Ｚ側を「上」、－Ｚ側を「下」と称して説明することがある。

また、構造体１０は、重心Ｇを有する矩形のブロック体として説明する。車輪２０は、図２に示すように、構造体１０の重心Ｇ周りに複数（４つ）配置されている。複数の車輪２０は、それぞれ独立して正逆回転可能な駆動車輪であり、図示しない路面に接地するホイール２１と、ホイール２１を水平に支持するシャフト２２（車軸）と、シャフト２２を回転させる図示しないモータと、を有する。ホイール２１は、例えば、メカナムホイールから形成されている。

ホイール２１がメカナムホイールの場合、移動走行装置１は、各車輪２０の回転速度を適宜調整することで、前進後進、旋回移動に加え、その場での回転、全方向への移動が可能になる。なお、ホイール２１は、オムニホイールであってもよいが、以下の説明では、説明の簡単化のためメカナムホイールを用いた場合について説明する。ちなみに、メカナムホイール、オムニホイールの構成ならびに、全方向移動等の動作自体は周知であるため、その説明は割愛する。

車輪保持機構３０は、構造体１０の重心Ｇ周りで隣り合う車輪２０同士（第１実施形態では前輪同士、後輪同士）を二つ一組として保持している。車輪保持機構３０に保持された一組の車輪２０のシャフト２２は、同軸上（Ｙ軸上）に配置されている。車輪保持機構３０は、それに限定されるわけではないが、ここでは矩形の箱状に形成されており、その機構には、車輪２０の図示しないモータや、シャフト２２を支える図示しない軸受機能なども備えている。

構造体１０には、図２に示すように、車輪保持機構３０に向かって水平（Ｘ軸方向）に延びる一対の保持軸４０が設けられている。一方、車輪保持機構３０には、一対の保持軸４０が挿入される一対の保持溝５０が設けられている。一対の保持軸４０は、同一水平面上で互いに平行に延びる第１の保持軸４１と、第２の保持軸４２と、を有する。一対の保持溝５０は、第１の保持軸４１が挿入される第１の保持溝５１と、第２の保持軸４２が挿入される第２の保持溝５２と、を有する。なお、一対の保持溝５０は、Ｘ軸方向に貫通しているが、貫通していなくてもよい。

図３に示すように、第１の保持溝５１は、第２の保持軸４２を中心とする円弧状に形成されている。また、第２の保持溝５２は、第１の保持軸４１を中心とする円弧状に形成されている。つまり、第１の保持溝５１及び第２の保持溝５２は、互いに、相手側に挿入された保持軸４０を中心とする円弧状に形成されている。なお、以下の説明では、保持溝５０（第２の保持溝５２）の形状について詳述するが、第１の保持溝５１も同様の対称形状となっている。

保持溝５０（第２の保持溝５２）は、円弧状の内端縁５０ａと、円弧状の外端縁５０ｂと、を有する。内端縁５０ａ及び外端縁５０ｂの両端は、保持溝５０の上端部５０Ａ及び下端部５０Ｂにおいて接続されている。保持溝５０の上端部５０Ａ及び下端部５０Ｂは、円柱状の保持軸４０の外周面が当接可能な半円状に形成されている。なお、本実施形態では、一対の保持軸４０が構造体１０に設けられているため、一対の保持軸４０は、定常状態（重力）で、一対の保持溝５０の下端部５０Ｂに位置している。

第２の保持溝５２の内端縁５０ａは、第１の保持軸４１（換言すると第１の保持溝５１の下端部５０Ｂ）の中心から水平方向（Ｙ軸方向）に距離Ｄ１だけ離れて配置されている。一方、第２の保持溝５２の外端縁５０ｂは、第１の保持軸４１の中心から水平方向に距離Ｄ２だけ離れて配置されている。距離Ｄ２と距離Ｄ１との差分は、保持軸４０（第２の保持軸４２）の直径と略等しい。

そして、第２の保持溝５２の内端縁５０ａは、第１の保持軸４１を中心とする半径Ｒ１（＝Ｄ１）の円弧状に形成されている。また、第２の保持溝５２の外端縁５０ｂは、第１の保持軸４１を中心とする半径Ｒ２（＝Ｄ２）の円弧状に形成されている。内端縁５０ａ及び外端縁５０ｂは、第１の保持軸４１の中心を通る水平面から上側にそれぞれ角度θで形成されている。角度θは、０°より大きく４５°未満であればよい。なお、角度θは、３０°未満であることが好ましく、より好ましくは１５°未満である。

上記構成によれば、構造体１０は、第１の保持軸４１を中心として角度θの範囲で、車輪保持機構３０に対して図３に示す反時計回りに相対的に傾動することが可能となる。また、構造体１０は、第２の保持軸４２を中心として角度θの範囲で、車輪保持機構３０に対して図３に示す時計回りに相対的に傾動することが可能となる。このように、構造体１０及び車輪保持機構３０は、一対の保持軸４０のそれぞれの軸回りについて、相対的な傾動（回動）が可能な構成となっている。

なお、本実施形態では、構造体１０に一対の保持軸４０を設け、車輪保持機構３０に一対の保持溝５０を設けているが、構造体１０に一対の保持溝５０を設け、車輪保持機構３０に一対の保持軸４０を設けてもよい。この場合、図３に示す、上方に向かうに従って互いの上端部５０Ａが近接するように形成された一対の保持溝５０が、天地逆に形成されることとなる。つまり、一対の保持溝５０は、下方に向かうに従って互いの下端部５０Ｂが近接するように円弧状に形成され、一対の保持軸４０は、定常状態で、保持溝５０の上端部５０Ａに位置することとなる。

図２に戻り、移動走行装置１は、上述した車輪保持機構３０、一対の保持軸４０、及び一対の保持溝５０を含むツインリンク機構６０（傾動機構）を、少なくとも一組有している。本実施形態の一組のツインリンク機構６０は、構造体１０に対し、車輪２０の回転による進行方向（Ｘ軸方向）の前後に配置されている。
続いて、上記構成の移動走行装置１の動作について、図４～図７を参照して説明する。

図４は、第１実施形態に係る移動走行装置１の車輪２０の一つが段差１００に乗り上げた様子を示す斜視図である。図５は、図４に示す移動走行装置１の正面図である。図６は、図４に示す移動走行装置１の背面図である。図７は、図４に示す移動走行装置１の構造体１０の重心Ｇとツインリンク機構６０との関係を示す平面模式図である。
図４に示すように、移動走行装置１の車輪２０の一つ（この例では前輪の左側（＋Ｙ側）の車輪２０）が段差１００に乗り上げると、構造体１０の重心Ｇを通る中心軸Ｏ１が符号Ｏ２で示すように傾く。

このとき、移動走行装置１の前方では、図５に示すように、左側（＋Ｙ側）の車輪２０が段差１００に乗り上げており、右側（－Ｙ側）の車輪２０は、路面に接地している。この左右の車輪２０は、車輪保持機構３０に二つ一組で保持されており、この車輪保持機構３０に一対の保持軸４０を介して保持されている構造体１０は、車輪保持機構３０と共に、段差１００に乗り上げていない右側（－Ｙ側）に傾く。

一方、移動走行装置１の後方では、図６に示すように、構造体１０が右側（－Ｙ側）に傾いているものの、ツインリンク機構６０によって左右の車輪２０は路面に接地している。すなわち、車輪保持機構３０は、構造体１０に対し相対的な傾動を可能とする一対の保持溝５０を有するため、前輪と独立して、路面に接地するように後輪の姿勢を維持することができる。

具体的に、車輪保持機構３０は、第２の保持溝５２に挿入された第２の保持軸４２を中心として、図６に示す反時計回りに構造体１０に対して相対的に傾動する。その結果、左側（＋Ｙ側）の第１の保持軸４１は、第１の保持溝５１の下端部５０Ｂ（図３参照）から上方に離れた状態となるが、車輪保持機構３０に保持された左右の車輪２０は、路面に接地する。これにより、構造体１０を支持する４つ全ての車輪２０が、段差１００ないし路面に接地した状態となる。

このとき、構造体１０の荷重は、図７に示すように、前輪の段差１００に乗り上げた車輪２０側（＋Ｙ側）の保持軸４０と、それと対角の位置にある後輪の車輪２０側（－Ｙ側）の保持軸４０とにより、主に支えられる。そして、構造体１０は、その重心Ｇの位置により、これら保持軸４０同士を結ぶ対角線Ｌ１に対し、右側（－Ｙ側）に傾く姿勢と、左側（＋Ｙ側）に傾く姿勢の２種類の姿勢で安定することが可能である。

図７に示す例では、構造体１０の重心Ｇが、対角線Ｌ１に対し右側（－Ｙ側）に位置する。ここで、対角線Ｌ１は、前輪の左側（＋Ｙ側）の車輪２０から後輪の右側（－Ｙ側）の車輪２０に向かって傾いている。構造体１０の中心において対角線Ｌ１と直交する直交線Ｌ２に対し、構造体１０の重心Ｇは、後ろ側（－Ｘ側）に位置する。そうすると、構造体１０は、対角線Ｌ１に対し右側（－Ｙ側）且つ直交線Ｌ２に対し後ろ側（－Ｘ側）に傾く姿勢で安定する。

この際、前輪及び後輪の車輪保持機構３０は、それぞれ、一対の保持軸４０の少なくともいずれか一方を介して構造体１０を支持することとなる。仮に、一対の保持軸４０のうちの一本で、構造体１０を支えた場合であっても、その支えている荷重は、概略、その保持軸４０から車輪保持機構３０に保持された二つ一組の車輪２０（ホイール２１）のＹ軸方向の距離に反比例して、その両側の車輪２０に分配されることなる。

例えば、図６に示す例で、後輪の右側（－Ｙ側）の保持軸４０だけで、構造体１０の後方を支えた場合であっても、その荷重は、当該右側（－Ｙ側）の保持軸４０からＹ軸方向の距離に反比例し、後輪の左右の車輪２０に分配され、それぞれの車輪２０が受け持つこととなる。

そうすると、図４に示すように、移動走行装置１の車輪２０の一つが段差１００に乗り上げた場合でも、構造体１０の荷重は、前輪と後輪のそれぞれに分配されることになるため、例えば、車輪２０の一つに荷重が分配されずに、当該車輪２０が宙に浮いたりすることがなくなる。また、これは、段差１００に乗りあげた場合も、全ての車輪２０が浮くことがないだけでなく、ある一定の荷重がすべての車輪２０にかけられ、これにより、安定したグリップ力を全ての車輪２０が保持することが可能になるため、その状態での旋回動作や全方向への移動が可能となることを意味している。

このように、上述の本実施形態によれば、所定の構造体１０と、構造体１０の重心Ｇ周りに配置された４個以上の複数の車輪２０と、複数の車輪２０のうち、構造体１０の重心Ｇ周りで隣り合う車輪２０同士を二つ一組として保持する車輪保持機構３０と、車輪保持機構３０及び構造体１０のいずれか一方に設けられ、他方に向かって水平に延びる一対の保持軸４０と、他方に設けられ、一対の保持軸４０が挿入されると共に、一対の保持軸４０のそれぞれの軸回りについて、車輪保持機構３０と構造体１０との相対的な傾動を可能とさせる一対の保持溝５０と、を有する、という構成を採用することによって、車輪２０の適正なグリップをバネ、ダンパを使うことなく簡単なツインリンク機構６０で達成することができる移動走行装置１が得られる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図８は、第２実施形態に係る移動走行装置１Ａの左側面図である。図９は、図８に示す移動走行装置１Ａの平面図である。
これらの図に示すように、第２実施形態では、一組のツインリンク機構６０が、構造体１０に対し、車輪２０の回転による進行方向の左右に配置されている点で、上記実施形態と異なる。

第２実施形態の車輪保持機構３０は、図９に示すように、構造体１０の重心Ｇ周りで隣り合う車輪２０同士（左側の前輪、後輪同士と、右側の前輪、後輪同士）を二つ一組として保持している。構造体１０には、車輪保持機構３０に向かって水平（Ｙ軸方向）に延びる一対の保持軸４０が設けられている。車輪保持機構３０に保持された一組の車輪２０のシャフト２２は、一対の保持軸４０に平行であるが、一対の保持軸４０と同軸上に配置されていない。

車輪保持機構３０には、一対の保持軸４０が挿入される一対の保持溝５０が設けられている。一対の保持軸４０は、同一水平面上で互いに平行に延びる第１の保持軸４１と、第２の保持軸４２と、を有する。一対の保持溝５０は、第１の保持軸４１が挿入される第１の保持溝５１と、第２の保持軸４２が挿入される第２の保持溝５２と、を有する。

図８に示すように、第１の保持溝５１は、第２の保持軸４２を中心とする円弧状に形成されている。また、第２の保持溝５２は、第１の保持軸４１を中心とする円弧状に形成されている。上記構成によれば、構造体１０及び車輪保持機構３０は、一対の保持軸４０のそれぞれの軸回りについて、相対的な傾動（回動）が可能となる。

図１０は、第２実施形態に係る移動走行装置１Ａの車輪２０の一つが段差１００に乗り上げた様子を示す左側面図である。図１１は、図１０に示す移動走行装置１Ａの右側面図である。
図１０に示すように、移動走行装置１Ａの車輪２０の一つ（この例では前輪の左側（＋Ｙ側）の車輪２０）が段差１００に乗り上げると、左側の前後の車輪２０を二つ一組で保持している車輪保持機構３０が、構造体１０と共に後ろ側（－Ｘ側）に傾く。

一方、移動走行装置１Ａの右側では、図１１に示すように、構造体１０が後ろ側（－Ｘ側）に傾くものの、ツインリンク機構６０によって前後の車輪２０は路面に接地している。すなわち、車輪保持機構３０は、構造体１０に対し相対的な傾動を可能とする一対の保持溝５０を有するため、左側と独立して、前後の車輪２０が路面に接地するように右側の姿勢を維持することができる。

これにより、構造体１０を支持する４つ全ての車輪２０が、段差１００ないし路面に接地した状態となる。この際、右側の車輪保持機構３０は、一対の保持軸４０のうちの一本で構造体１０を支持することとなるが、その支えている荷重は、概略、その保持軸４０から車輪保持機構３０に保持された二つ一組の前後の車輪２０（ホイール２１）のＸ軸方向の距離に反比例して、その両側の車輪２０に分配されることなる。

これは、段差１００に乗りあげた場合も、全ての車輪２０が浮くことがないだけでなく、ある一定の荷重がすべての車輪２０にかけられ、これにより、安定したグリップ力を全ての車輪２０が保持することが可能になるため、その状態での旋回動作や全方向への移動が可能となることを意味している。
このように、上述の第２実施形態によれば、上記実施形態と同様に、車輪２０の適正なグリップをバネ、ダンパを使うことなく簡単なツインリンク機構６０で達成することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図１２は、第３実施形態に係る移動走行装置１Ｂの車輪２０の一つが段差１００に乗り上げた様子を示す平面図である。図１３は、図１２に示す移動走行装置１Ｂの左側面図である。図１４は、図１２に示す移動走行装置１Ｂの要部拡大図である。
これらの図に示すように、第３実施形態では、一組のツインリンク機構６０が構造体１０の前後に配置されている移動走行装置１Ｂにおいて、前後の車輪２０のシャフト２２同士が車軸係合機構７０によって係合している点で、上記実施形態と異なる。

構造体１０には、図１２に示すように、車軸係合機構７０に向かって水平（Ｙ軸方向）に延びる１本の保持軸４３が設けられている。一方、車軸係合機構７０には、１本の保持軸４３が挿入される一つの保持溝７１が設けられている。なお、本実施形態では、構造体１０に保持軸４３を設け、車軸係合機構７０に保持溝７１を設けているが、構造体１０に保持溝７１を設け、車軸係合機構７０に保持軸４３を設けてもよい。

図１４に示すように、車軸係合機構７０は、構造体１０の前後方向に延びる板状に形成されている。車軸係合機構７０には、その長手方向（Ｘ軸方向）の中央部に円形の保持溝７１が形成されている。保持溝７１には、円形の保持軸４３が挿入されている。また、車軸係合機構７０には、その長手方向の両端部に係合溝７２が形成されている。係合溝７２は、車軸係合機構７０の長手方向に延びる長孔であって、円形のシャフト２２が挿入されている。係合溝７２は、その長軸方向の長さが、例えば、シャフト２２の直径の倍以上あるとよい。

なお、図１４では、車軸係合機構７０は、構造体１０の前後方向に延びる板状に形成されているが、必ずしも板状に限定されるわけではなく、保持構７１と一対の保持構７２が十分な強度と剛性を持って形成される構造物ならば、他の形状でも構わない。また、係合溝７２は、前後一対のシャフト２２が互いに逆に上下に移動する際に、車軸係合機構７０が保持軸４３の周囲に回転運動をすることになるが、そのシャフト２２の鉛直方向の上下運動と、係合機構７０の回転運動を妨げないだけの長さがあればよい。

図１２に戻り、移動走行装置１Ｂは、上述した車軸係合機構７０、保持軸４３、及び保持溝７１を含むシングルリンク機構（第２の傾動機構）を、少なくとも一組有している。本実施形態の一組のシングルリンク機構は、構造体１０に対し、車輪２０の回転による進行方向の左右に配置されている。
続いて、上記構成の移動走行装置１Ｂの動作について説明する。

移動走行装置１Ｂは、前後の車輪２０のシャフト２２を車軸係合機構７０によって接続し、車軸係合機構７０の長手方向の中央部において保持軸４３を介して構造体１０と接続し、保持軸４３を中心に車軸係合機構７０が回転できるようになっている。図１３に示すように、車輪２０の一つが段差１００に乗り上げ、車軸係合機構７０が回転した場合、シャフト２２と係合する係合溝７２は、図１４に示すように車軸係合機構７０の長手方向に延びる長孔になっており、前後のシャフト２２間の距離の変動を許容できるため、車輪保持機構３０は、車軸係合機構７０に拘束されることなく、上述した回転運動（傾動）をなすことが可能になる。

この車軸係合機構７０によれば、図１２に示すように、構造体１０の荷重が、前輪の段差１００に乗り上げた車輪２０側（＋Ｙ側）の保持軸４２と、それと対角の位置にある後輪の車輪２０側（－Ｙ側）の保持軸４２とにより、主に支えられる状態のとき、これら保持軸４２同士を結ぶ対角線Ｌ１に対し、右側（－Ｙ側）に傾く姿勢と、左側（＋Ｙ側）に傾く姿勢の２種類の姿勢で、一意に構造体１０の傾きが決まらないことを解消することができる。すなわち、車輪２０のそれぞれの高低差に車輪保持機構３０の利点を損なうことなく車輪２０を上下させ、さらに構造体１０の傾きを一意に決めることが可能となる。

なお、第３実施形態では、以下のような変形例を採用することができる。

図１５は、第３実施形態の変形例に係る移動走行装置１Ｃの車輪２０の一つが段差１００に乗り上げた様子を示す平面図である。図１６は、図１５に示す移動走行装置１Ｃの左側面図である。図１７は、図１５に示す移動走行装置１Ｃの要部拡大図である。
これらの図に示すように、第３実施形態では、車軸係合機構７０が、車輪保持機構３０と同様のツインリンク機構（第２のツインリンク機構）を構成している点で、上記実施形態と異なる。

構造体１０には、図１５に示すように、車軸係合機構７０に向かって水平（Ｙ軸方向）に延びる一対の保持軸４３が設けられている。一方、車軸係合機構７０には、一対の保持軸４３が挿入される一対の保持溝７１が設けられている。一対の保持軸４３は、同一水平面上で互いに平行に延びる第１の保持軸４４と、第２の保持軸４５と、を有する。一対の保持溝７１は、第１の保持軸４４が挿入される第１の保持溝７３と、第２の保持軸４５が挿入される第２の保持溝７４と、を有する。

図１７に示すように、第１の保持溝７３は、第２の保持軸４５を中心とする円弧状に形成されている。また、第２の保持溝７４は、第１の保持軸４４を中心とする円弧状に形成されている。つまり、第１の保持溝７３及び第２の保持溝７４は、互いに、相手側に挿入された保持軸４３を中心とする円弧状に形成されている。なお、以下の説明では、保持溝７１（第２の保持溝７４）の形状について詳述するが、第１の保持溝７３も同様の対称形状となっている。

保持溝７１（第２の保持溝７４）は、円弧状の内端縁７１ａと、円弧状の外端縁７１ｂと、を有する。内端縁７１ａ及び外端縁７１ｂの両端は、保持溝７１の上端部７１Ａ及び下端部７１Ｂにおいて接続されている。保持溝７１の上端部７１Ａ及び下端部７１Ｂは、円柱状の保持軸４３の外周面が当接可能な半円状に形成されている。なお、本実施形態では、一対の保持軸４３が構造体１０に設けられているため、一対の保持軸４３は、定常状態（重力）で、一対の保持溝７１の下端部７１Ｂに位置している。

第２の保持溝７４の内端縁７１ａは、第１の保持軸４４（換言すると第１の保持溝７３の下端部７１Ｂ）の中心から水平方向（Ｘ軸方向）に距離ｄ１だけ離れて配置されている。一方、第２の保持溝７４の外端縁７１ｂは、第１の保持軸４４の中心から水平方向に距離ｄ２だけ離れて配置されている。距離ｄ２と距離ｄ１との差分は、保持軸４３（第２の保持軸４５）の直径と略等しい。

そして、第２の保持溝７４の内端縁７１ａは、第１の保持軸４４を中心とする半径ｒ１（＝ｄ１）の円弧状に形成されている。また、第２の保持溝７４の外端縁７１ｂは、第１の保持軸４４を中心とする半径ｒ２（＝ｄ２）の円弧状に形成されている。内端縁７１ａ及び外端縁７１ｂは、第１の保持軸４４の中心を通る水平面から上側にそれぞれ角度θ１で形成されている。角度θ１は、０°より大きく４５°未満であればよい。なお、角度θ１は、３０°未満であることが好ましく、より好ましくは１５°未満である。

上記構成によれば、車軸係合機構７０は、第１の保持軸４４を中心として角度θ１の範囲で構造体１０に対し、図１７に示す反時計回りに相対的に傾動することが可能となる。また、車軸係合機構７０は、第２の保持軸４５を中心として角度θ１の範囲で構造体１０に対し、図１７に示す時計回りに相対的に傾動することが可能となる。このように、車軸係合機構７０は、一対の保持軸４３のそれぞれの軸回りについて、相対的な傾動（回動）が可能な構成となっている。

なお、本実施形態では、構造体１０に一対の保持軸４３を設け、車軸係合機構７０に一対の保持溝７１を設けているが、構造体１０に一対の保持溝７１を設け、車軸係合機構７０に一対の保持軸４３を設けてもよい。この場合、図１７に示す、上方に向かうに従って互いの上端部７１Ａが近接するように形成された一対の保持溝７１が、天地逆に形成されることとなる。つまり、一対の保持溝７１は、下方に向かうに従って互いの下端部７１Ｂが近接するように円弧状に形成され、一対の保持軸４３は、定常状態で、保持溝７１の上端部７１Ａに位置することとなる。

図１５に戻り、移動走行装置１Ｃは、上述した車軸係合機構７０、一対の保持軸４３、及び一対の保持溝７１を含む第２のツインリンク機構（傾動機構）を、少なくとも一組有している。本実施形態の一組の第２のツインリンク機構は、構造体１０に対し、車輪２０の回転による進行方向の左右に配置されている。

上記構成の移動走行装置１Ｃにおいても、上述した移動走行装置１Ｂと同様に、一対の保持軸４３のいずれか一方を中心に車軸係合機構７０が回転できるようになっている。また、図１６に示すように、車輪２０の一つが段差１００に乗り上げ、車軸係合機構７０が回転した場合、シャフト２２と係合する係合溝７２は、図１７に示すように車軸係合機構７０の長手方向に延びる長孔になっており、前後のシャフト２２間の距離の変動を許容できるため、車輪保持機構３０は、車軸係合機構７０に拘束されることなく、上述した回転運動（傾動）をなすことが可能になる。

この車軸係合機構７０によっても、図１５に示すように、構造体１０の荷重が、前輪の段差１００に乗り上げた車輪２０側（＋Ｙ側）の保持軸４２と、それと対角の位置にある後輪の車輪２０側（－Ｙ側）の保持軸４２とにより、主に支えられる状態のとき、これら保持軸４２同士を結ぶ対角線Ｌ１に対し、右側（－Ｙ側）に傾く姿勢と、左側（＋Ｙ側）に傾く姿勢の２種類の姿勢で、一意に構造体１０の傾きが決まらないことを解消することができる。すなわち、車輪２０のそれぞれの高低差に車輪保持機構３０の利点を損なうことなく車輪２０を上下させ、さらに構造体１０の傾きを一意に決めることが可能となる。

なお、上述した車軸係合機構７０は、車輪保持機構３０を前後に配置した構造体１０に対し左右に追加したが、例えば、図８～図１１に示すように、車輪保持機構３０を左右に配置した構造体１０に対しては、その前後に車軸係合機構７０を追加することで同様の作用効果を奏することが可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。

例えば、図１８～図２０に示す移動走行装置１Ｄ，１Ｅに、上述したツインリンク機構６０を適用してもよい。

図１８は、本発明の適用対象の一つである移動走行装置１Ｄの構成を示す斜視図である。図１９は、図１８に示す移動走行装置１Ｄのブロック構成図である。
図１８に示す移動走行装置１Ｄは、４つの車輪２０を独立して駆動させる４つのモータ２３を有する。４つのモータ２３の駆動は、図１９に示すように、走行制御手段１１によって制御される。走行制御手段１１は、４つのモータ２３のそれぞれの回転角度を検知する回転角度検知手段１２、接触、障害物検知などの周囲環境センサ１３、構造体１０のフレーム方向検知手段１４の少なくともいずれか一つの検知結果に基づいて、４つのモータ２３の駆動を制御するようになっている。

すなわち、各車輪２０は、別々のモータ２３によって駆動し、それぞれのモータ２３は車輪２０の回転角度検知手段１２によりそれぞれ回転量が適宜検知される。また、フレーム方向検知手段１４により、移動走行装置１Ｄが向いている方位と、空間上の位置が検知され、これらモータ２３の回転角、移動走行装置１Ｄの向いている方位、移動走行装置１Ｄの存在位置などの状態と、これから向かいたい位置、向かいたい方向、得たい移動速度から走行制御手段１１により各モータ２３の回転速度が時々刻々決められ、各モータ２３の回転が制御される。これらの動作を継続的に繰り返すことで、移動走行装置１Ｄの移動が達成され、移動を伴うサービスが達成される。たとえば、構造体１０に搭載した図示しない荷物を運んだり、目的の人物を道案内したりなどのサービスがそれに当たる。
上記構成の移動走行装置１Ｄにおいて、例えば、図１８に示す前輪同士、後輪同士を車輪保持機構３０に保持させ、上述したツインリンク機構６０を適用することにより、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。

図２０は、本発明の適用対象の一つである移動走行装置１Ｅの構成を示す斜視図である。
図２０に示す移動走行装置１Ｅは、構造体１０の一部として人型のロボット１５を搭載している。このように、ロボット１５が人間に似せた腕、顔を持つことで、より親しみのあるサービスを提供することができる。
この移動走行装置１Ｅでも、４つの車輪２０を独立して駆動させる４つのモータ２３を有し、移動走行装置１Ｄと同様に、四輪駆動の制御が可能となっている。上記構成の移動走行装置１Ｅにおいても、例えば、図２０に示す前輪同士、後輪同士を車輪保持機構３０に保持させ、上述したツインリンク機構６０を適用することにより、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。

図２１は、他の実施形態に係る移動走行装置１Ｆの構成を示す平面模式図である。
図２１に示す移動走行装置１Ｆは、オムニホイールからなる複数の車輪２０を有している。これらの車輪２０は、オムニホイールでの全方向移動を達成するために、構造体１０の重心Ｇ周りに、例えば四個配置され、それぞれの車軸が進行方向に対して概略４５度の傾きを持っている。構造体１０の前後左右に一つずつ概略４５°の傾斜で、構造体１０の周囲を取り囲むように車輪２０を配置すれば、上述したメカナムホイールと同様に、その場での回転、全方向への移動が可能になる。なお、オムニホイールの構成ならびに、全方向移動等の動作自体は周知であるため、その説明は割愛する。

また、例えば、上記実施形態では、四輪駆動を前提として説明してきたが、例えば、二輪で駆動し、残りの二輪が受動輪の場合でも、最低限隣り合う二つの車輪２０に対してツインリンク機構６０を適用することで同様の作用効果が得られる。また、これは、四輪以上の例えば、六輪、八輪の構成でも同様な作用効果が得られる。

１ 移動走行装置
１Ａ 移動走行装置
１Ｂ 移動走行装置
１Ｃ 移動走行装置
１Ｄ 移動走行装置
１Ｅ 移動走行装置
１Ｆ 移動走行装置
１０ 構造体
１１ 走行制御手段
１２ 回転角度検知手段
１３ 周囲環境センサ
１４ フレーム方向検知手段
１５ ロボット
２０ 車輪
２１ ホイール
２２ シャフト（車軸）
２３ モータ
３０ 車輪保持機構
４０ 保持軸
４１ 第１の保持軸
４２ 第２の保持軸
５０ 保持溝
５０ａ 内端縁
５０Ａ 上端部
５０ｂ 外端縁
５０Ｂ 下端部
５１ 第１の保持溝
５２ 第２の保持溝
６０ ツインリンク機構
１００ 段差
Ｄ１ 距離
Ｄ２ 距離
Ｇ 重心
Ｌ１ 対角線
Ｌ２ 直交線
Ｏ１ 中心軸
Ｏ２ 符号
Ｒ１ 半径
Ｒ２ 半径
θ 角度

Claims (8)

1. 所定の構造体と、
   前記構造体の重心周りに配置された４個以上の複数の車輪と、
   前記複数の車輪のうち、前記構造体の重心周りで隣り合う車輪同士を二つ一組として保持する車輪保持機構と、
   前記車輪保持機構及び前記構造体のいずれか一方に設けられ、他方に向かって水平に延びる一対の保持軸と、
   前記他方に設けられ、前記一対の保持軸が挿入されると共に、前記一対の保持軸のそれぞれの軸回りについて、前記車輪保持機構と前記構造体との相対的な傾動を可能とさせる一対の保持溝と、を有し、
   前記一対の保持軸は、第１の保持軸と、第２の保持軸と、を有し、
   前記一対の保持溝は、前記第１の保持軸が挿入される第１の保持溝と、前記第２の保持軸が挿入される第２の保持溝と、を有し、
   前記第１の保持溝は、前記第２の保持軸を中心とする円弧状に形成され、
   前記第２の保持溝は、前記第１の保持軸を中心とする円弧状に形成されている、ことを特徴とする移動走行装置。
2. 前記一対の保持軸は、前記構造体に設けられ、
   前記一対の保持溝は、前記車輪保持機構に設けられ、
   前記第１の保持溝及び前記第２の保持溝は、それぞれの上端部に向かうに従って互いに近接する形状を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の移動走行装置。
3. 前記車輪保持機構、前記一対の保持軸、及び前記一対の保持溝を含むツインリンク機構を、少なくとも一組有する、ことを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の移動走行装置。
4. 前記一組のツインリンク機構は、前記構造体に対し、前記車輪の回転による進行方向の前後に配置されている、ことを特徴とする請求項３に記載の移動走行装置。
5. 前記車輪保持機構に保持された一組の車輪の車軸は、同軸上に配置されている、ことを特徴とする請求項４に記載の移動走行装置。
6. 前記一組のツインリンク機構は、前記構造体に対し、前記車輪の回転による進行方向の左右に配置されている、ことを特徴とする請求項３に記載の移動走行装置。
7. 前記車輪保持機構に保持された一組の車輪の車軸は、前記一対の保持軸に平行で且つ前記一対の保持軸と同軸上に配置されていない、ことを特徴とする請求項６に記載の移動走行装置。
8. 前記車輪は、メカナムホイール、若しくは、オムニホイールを有する、ことを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載の移動走行装置。

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