JP7162916B2 - ユニバーサルホイール、走行機構及び自律移動搬送ロボット - Google Patents

ユニバーサルホイール、走行機構及び自律移動搬送ロボット Download PDF

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Description

本開示は、ユニバーサルホイール技術分野に関し、具体的には、ユニバーサルホイール、走行機構及び自律移動搬送ロボット。
ユーザのニーズに応じてカーブするように、スーパーマーケットのカートには、通常、ユニバーサルホイールが装着されている。従来のユニバーサルホイールでは、そのローラは、水平回転軸線の周りに垂直に回転できるとともに、垂直回転軸線の周りに水平に回転できることで、360°回転できる。しかし、カートのカーブ方向が90°より大きい場合、従来のユニバーサルホイールには運動死点が存在するため、カートは、不必要に揺れてしまう。具体的には、図1に示すように、カートとユニバーサルホイールのヒンジ点(ユニバーサルホイールの垂直回転軸線(図1において、紙面に垂直である)がこのヒンジ点を通る)(「□」で示される)の初期位置がaとされ、ユニバーサルホイールの着地点が「○」として示され、カートの初期状態は、矢印Mで示される方向に沿って進行することであり、方向を変更する場合(90°以上)、矢印M1又はM2又はM3又はM4で示される方向に沿って進行しようとする。初期状態では、ユニバーサルホイールの水平回転軸線が矢印Mで示される方向に垂直であり、カートが転舵して進行しようとすれば、好ましい状態は、初期位置aから矢印M1又はM2又はM3又はM4で示される方向に沿って進行することであるが、ユニバーサルホイールはその水平回転軸線の方向を調整する必要があるので、摩擦力の作用で、ユニバーサルホイールがその着地点の周りに水平回転軸線と垂直回転軸線との間の距離を半径として回転してしまい、この場合、カートとユニバーサルホイールのヒンジ点の運動軌跡が制限され、すなわち、着地点の周りに回転するしかできず、対応する角度の円心角(a1又はa2又はa3又はa4位置に到達する)を超えるため、矢印M1又はM2又はM3又はM4で示される方向に沿って進行することができる。この回転は、上記「運動死点」であり、制御できないものであり、回転速度が比較的速く、従って、カートが不必要に揺れ、カートの走行が不安定になってしまう。
本開示は、走行機構の転舵進行中で、不必要に揺れることを回避し、進行安定性を確保することができる、ユニバーサルホイールを提供することを目的とする。
上記目的を実現するために、本開示は、ホルダと、輪軸を介して前記ホルダに装着されるローラとを備えるユニバーサルホイールであって、前記ユニバーサルホイールは、第1ヒンジ構造と第2ヒンジ構造とをさらに備え、前記第1ヒンジ構造が前記輪軸の軸線に垂直な第1回転軸線を定義し、前記第2ヒンジ構造が前記第1回転軸線に平行な第2回転軸線を定義し、前記ホルダが前記第1ヒンジ構造を介して前記第2ヒンジ構造に接続されることで、前記ホルダが前記ローラとともに、前記第1回転軸線の周りを回転することができ、また、前記ホルダが前記ローラ及び前記第1ヒンジ構造とともに、前記第2回転軸線の周りを回転することができ、前記ローラの中心点を通る基準回転軸線と、前記第1回転軸線と、前記第2回転軸線とは互いに平行であるが共線ではなく、前記基準回転軸線が前記ローラの着地点を通る、ユニバーサルホイールを提供する。
任意的には、前記基準回転軸線と前記第1回転軸線との間の間隔距離が前記第1回転軸線と前記第2回転軸線との間の間隔距離に等しい。
任意的には、前記基準回転軸線と前記第1回転軸線との間の間隔距離が第1間隔距離であり、この第1間隔距離の前記輪軸の軸線の方向における成分が前記基準回転軸線と前記第1回転軸線との間の偏心距離である。
任意的には、前記第1ヒンジ構造は、第1軸受として構成され、前記第2ヒンジ構造は、第2軸受として構成され、前記第1軸受は、第1内輪と第1外輪とを備え、前記第2軸受は、第2内輪と第2外輪とを備え、前記第1内輪及び前記第1外輪の一方が前記ホルダに固定して接続され、前記第1内輪及び前記第1外輪の他方が前記第2内輪及び前記第2外輪の一方に固定して接続される。
任意的には、前記第1外輪が前記ホルダに固定して接続され、前記第1内輪が前記第2外輪に固定して接続される。
任意的には、前記第1軸受と前記第2軸受との間に軸受台が設けられ、この軸受台が前記第1内輪に固定され、前記第2外輪が前記軸受台に固定される。
任意的には、前記ホルダは、互いに平行な第1接続板及び第2接続板と、前記第1接続板と第2接続板との間に接続される中間接続部とを備え、前記輪軸が前記第1接続板と前記第2接続板との間に固定され、前記輪軸の軸線が前記第1接続板と前記第2接続板に垂直である。
任意的には、前記中間接続部には、前記第1軸受の軸受室とされ、前記第1外輪が固定される溝が設けられる。
上記技術案に基づき、本開示は、台座を備える走行機構であって、前記走行機構は、複数上記のユニバーサルホイールをさらに備え、ユニバーサルホイールのそれぞれの前記第1ヒンジ構造が前記第2ヒンジ構造を介して前記台座に接続され、前記ホルダ、前記ローラ及び前記第1ヒンジ構造が一体として前記第2回転軸線の周りを前記台座に対して回転することができる、走行機構をさらに提供する。
また、本開示は、上記の走行機構を備える自律移動搬送ロボットをさらに提供する。
上記技術案にて、本開示に係るユニバーサルホイールは、2つの垂直回転軸線、すなわち、第1回転軸線と第2回転軸線とを有し、第1ヒンジ構造とユニバーサルホイールの第1ヒンジ点が第1回転軸線Bに位置し、第2ヒンジ構造と走行機構の第2ヒンジ点が第2回転軸線Cに位置し、基準回転軸線Aと、前記第1回転軸線Bと、前記第2回転軸線Cとが互いに平行であるが共線ではなく、従って、3つのうち2つの間に間隔距離があり、説明の便宜のために、基準回転軸線Aと第1回転軸線Bとの間の間隔距離をR、第1回転軸線Bと第2回転軸線Cとの間の間隔距離をrとして定義する。第1ヒンジ構造を設けることによって、基準回転軸線Aと第2回転軸線Cとの間の間隔距離が[|R-r|,(R+r)]区間の任意の値であってもよく、従って、第1ヒンジ点の存在により、第2ヒンジ点は、それ自体の水平面(ここでの「水平面」とは、第2回転軸線に垂直な平面である)内において、|R-r|を半径として、第1基準回転線Aの周りに画定される円と、(R+r)を半径として、第1基準回転線Aの周りに画定される円との間の領域内の任意の位置に到達することができる、つまり、第1ヒンジ点の存在により、第2ヒンジ点と基準回転軸線Aとの間の特定距離が解消され、第2ヒンジ点がユニバーサルホイールの着地点Gに対して複数の自由度を有する。走行機構の進行方向の変化が90°より大きい場合、ローラが着地点Gの周りに回転して、その水平回転軸線の方向を調整する過程に、第2ヒンジ点の運動軌跡が制限されなくなり、移動方向を直接切り替えることができ、運動死点が生じることなく、それにより、走行機構の転舵進行中で、不必要に揺れることを回避し、進行安定性を確保することができる。本開示に係る走行機構及び自律移動搬送ロボットは、上記ユニバーサルホイールを備え、従って、同様に上記利点を有し、繰り返しを回避するために、ここで詳しい説明が省略される。
以下の発明を実施するための形態部分で、本開示の他の特徴及び利点について詳細に説明する。
図面は、本開示に対する更なる理解を提供するために使用されており、明細書の一部をなし、以下の発明を実施するための形態は、本開示を解釈するためのものであるが、本開示に対する制限を構成しない。
従来技術において、ユニバーサルホイールが90°より大きい角度で転舵する場合で、ユニバーサルホイールと走行機構のヒンジ点の運動軌跡を示す上面模式図である。 本開示の実施形態に係る走行機構の立体の模式図である。 本開示の実施形態に係るユニバーサルホイールの立体の模式図である。 本開示の実施形態に係るユニバーサルホイールの側面模式図である。 本開示の実施形態に係るユニバーサルホイールの正面模式図である。 本開示の実施形態に係るユニバーサルホイールが90°より大きい角度で転舵する場合での第1ヒンジ点、第2ヒンジ点の運動軌跡を示す上面模式図である。
以下、図面を参照しながら本開示の具体的な実施形態について詳細に説明する。ここで説明される具体的な実施形態は、単に本開示を説明・解釈するためのものにすぎず、本開示を制限するためのものではない。
本開示では、使用される位置の単語、例えば、「内、外」とは、対応する部材の輪郭に対する内、外を意味する。なお、本開示では、使用される用語「第1」、「第2」、「第3」、「第4」などは、1つの要素を別の要素を区別するためのものにすぎず、順序性や重要性はない。
本開示の具体的な実施形態によれば、ユニバーサルホイール2が提供され、図3~図5には1つの実施形態が示される。図3~図5に示すように、ユニバーサルホイール2は、ホルダ21と、輪軸22を介して前記ホルダ21に装着されるローラ23とを備え、前記ユニバーサルホイール2は、第1ヒンジ構造と第2ヒンジ構造とをさらに備え、前記第1ヒンジ構造が前記輪軸22の軸線O(すなわちローラ23の水平回転軸線)に垂直な第1回転軸線Bを定義し、前記第2ヒンジ構造が前記第1回転軸線Bに平行な第2回転軸線Cを定義し、前記ホルダ21が前記第1ヒンジ構造を介して前記第2ヒンジ構造に接続されることで、前記ホルダ21が前記ローラ23とともに、前記第1回転軸線Bの周りを回転することができ、また、前記ホルダ21が前記ローラ23及び前記第1ヒンジ構造とともに、前記第2回転軸線Cの周りを回転することができ、前記ローラ23の中心点を通る基準回転軸線Aと、前記第1回転軸線Bと、前記第2回転軸線Cとは互いに平行であるが共線ではなく、前記基準回転軸線Aが前記ローラ23の着地点Gを通る。
本開示に係るユニバーサルホイール2は、任意の走行機構に応用することができ、ユニバーサルホイール2は、第2ヒンジ構造を介して走行機構に接続される。上記技術案にて、本開示に係るユニバーサルホイール2は、2つの垂直な回転軸線、すなわち第1回転軸線と第2回転軸線を有し、第1ヒンジ構造とユニバーサルホイールとの第1ヒンジ点が第1回転軸線Bに位置し、第2ヒンジ構造と走行機構との第2ヒンジ点が第2回転軸線Cに位置し、基準回転軸線Aと、前記第1回転軸線Bと、前記第2回転軸線Cとが互いに平行であるが共線ではないため、3つのうち2つずつの間に間隔距離があり、説明の便宜のために、基準回転軸線Aと第1回転軸線Bとの間の間隔距離をR、第1回転軸線Bと第2回転軸線Cとの間の間隔距離をrとして定義する。第1ヒンジ構造を設けることによって、基準回転軸線Aと第2回転軸線Cとの間の間隔距離が[|R-r|,(R+r)]区間の任意の値であってもよく、従って、第1ヒンジ点の存在により、第2ヒンジ点は、それ自体の水平面(ここでの「水平面」とは、第2回転軸線に垂直な平面である)内において、|R-r|を半径として、第1基準回転線Aの周りに画定される円と、(R+r)を半径として、第1基準回転線Aの周りに画定される円との間の領域内の任意の位置に到達することができ、つまり、第1ヒンジ点の存在により、第2ヒンジ点と基準回転軸線Aとの間の特定の距離が解消され、第2ヒンジ点がユニバーサルホイールの着地点Gに対して複数の自由度を有する。走行機構の進行方向の変化が90°より大きい場合、ローラ23が着地点Gの周りに回転して、その水平回転軸線の方向を調整する過程に、第2ヒンジ点の運動軌跡が制限されなくなり、移動方向を直接切り替えることができ、運動死点が生じることなく、それにより、走行機構の転舵進行中で、不必要に揺れることを回避し、進行安定性を確保することができる。
具体的には、図6に示すように、第2ヒンジ点(「□」で示される)が初期位置cにあるときの初期状態は、矢印Nで示される方向に進行することであり、このとき、第1ヒンジ点(「△」で示される)が初期位置bにあり、位置cと位置bと着地点G(「○」で示される)とが共線であり、この直線が矢印Nで示される方向と重なり、着地点Gと位置bとの間の間隔距離が基準回転軸線Aと第1回転軸線Bとの間の間隔距離Rであり、位置bと位置cとの間の間隔距離が第1回転軸線Bと第2回転軸線Cとの間の間隔距離rである。従って、上記の分析から分かるように、この図において、第2ヒンジ点が到達できる領域は、Gを円心、R+rを半径として画定される円(この図における外円に対応)と、Gを円心、|R-r|を半径として画定される円(この図において、R=rであるため、この円が示されない)との間の部分である。第2ヒンジ点が(90°より大きく)転舵して進行しようとすれば、初期位置cから、矢印N1(対応する転舵角度が120°)又はN2(対応する転舵角度が135°)又はN3(対応する転舵角度が150°)又はN4(対応する転舵角度が165°)で示される方向に沿って進行するように変われば、初期位置cを通って、矢印N1又はN2又はN3又はN4方向に伸びる直線の初期部(位置aと位置c1又は位置c2又は位置c3又は位置c4との間の直線距離)は、第2ヒンジ点が到達できる領域に含まれ、従って、第2ヒンジ点は、初期位置cから直接転舵して、矢印N1又はN2又はN3又はN4で示される方向に沿って直線進行することができ、位置cから位置c1又は位置c2又は位置c3又は位置c4まで移動する過程に、第1ヒンジ点は、その水平面(ここでの「水平面」とは、第1回転軸線に垂直な平面である)内において、基準回転軸線A(着地点Gを通る)の回りに、Rを半径として画定される円に移動する、すなわち、ローラ23は、その着地点Gの周りに回転する。第2ヒンジ点が位置c1又は位置c2又は位置c3又は位置c4まで到達するとき、基準回転軸線Aと、第1回転軸線Bと、第3回転軸線Cとが共面であり、このとき、この図から観察すると、第1ヒンジ点と第2ヒンジ点と着地点Gとが共線である。第2ヒンジ点が位置c1又は位置c2又は位置c3又は位置c4を超えるとき、ユニバーサルホイール2がそれ自体の水平回転軸線の方向を調整すると同時に、ローラ23が水平回転軸線の周りに回転し、走行機構とともに移動する。
前記基準回転軸線Aと前記第1回転軸線Bとの間の間隔距離R、及び前記第1回転軸線Bと前記第2回転軸線Cとの間の間隔距離rを設定することにより、必要な最大の転舵角度を取得することができ、すなわち、転舵角度がこの最大角度より小さい場合、運動死点が生じることない。任意的には、前記基準回転軸線Aと前記第1回転軸線Bとの間の間隔距離Rが前記第1回転軸線Bと前記第2回転軸線Cとの間の間隔距離rに等しくてもよく、この場合、第2ヒンジ点は、180°転舵する(矢印N5方向に沿う)とき、初期位置から、直接反対方向に直線進行することができ、図6に示すように、第2ヒンジ点は、初期位置cから矢印Nの方向に沿って進行する状態から、直接、矢印N5で示される方向に沿って直線進行するように変わることができる。それに応じて、R=rである場合、運動死点なしの180°転舵が可能となる。
なお、図5に示すように、前記基準回転軸線Aと前記第1回転軸線Bとの間の間隔距離Rが前記輪軸(22)の軸線(すなわち上記水平回転軸線)方向に成分を有し、この成分が前記基準回転軸線Aと前記第1回転軸線Bとの間の偏心距離Pである。この偏心距離Pの存在により、ローラ23が地面に対してローリングするとき、受けた摩擦力により、ローラ23が常に第1回転軸線Bの周りに回転する傾向、すなわち、ローラ23の進行方向を変える傾向がある。従って、ユニバーサルホイール23が直線進行する場合、カーブするとき、上記の傾向のため、ローラ23が直ちに進行方向を変えることができ、ロック現象が生じることない。
本開示に係る具体的な実施形態では、第1ヒンジ構造及び第2ヒンジ構造は、任意の適切な形態で構成されてもよい。任意的には、前記第1ヒンジ構造は、第1軸受24として構成され、前記第2ヒンジ構造は、第2軸受25として構成され、図3に示すように、前記第1軸受24は、第1内輪241と第1外輪242とを備え、前記第2軸受25は、第2内輪251と第2外輪252とを備え、前記第1内輪241及び前記第1外輪242の一方が前記ホルダ21に固定して接続され、前記第1内輪241及び前記第1外輪242の他方が前記第2内輪251及び前記第2外輪252の一方に固定して接続される。1つの選択としては、前記第1外輪242が前記ホルダ21に固定して接続され、前記第1内輪241が前記第2外輪252に固定して接続される。容易に設けるために、前記第1軸受24と前記第2軸受25との間に軸受台26が設けられ、この軸受台26が前記第1内輪241に固定され、前記第2外輪252がる前記軸受台26に固定される。
本開示に係る具体的な実施形態では、ユニバーサルホイールホルダ21は、任意の適切な形態で構成されてもよい。任意的には、図3と図5に示すように、前記ユニバーサルホイールホルダ21は、互いに平行な第1接続板211及び第2接続板212と、前記第1接続板211と第2接続板212との間に接続される中間接続部213とを備え、前記輪軸22が前記第1接続板211と前記第2接続板212との間に固定され、前記輪軸22の軸線Oが前記第1接続板211と前記第2接続板212に垂直である。第1軸受24を容易に設けるために、前記中間接続部213には、前記第1軸受24の軸受室とされ、前記第1外輪242が固定される溝が設けられる。
上記方案に基づき、本開示は、台座11を備える走行機構をさらに提供し、前記走行機構は、複数の上記のユニバーサルホイール2をさらに備え、ユニバーサルホイール2のそれぞれの前記第1ヒンジ構造が前記第2ヒンジ構造を介して前記台座11に接続され、前記ホルダ21、前記ローラ23及び前記第1ヒンジ構造が一体として、前記第2回転軸線Cの周りに前記台座11に対して回転することができる。上記具体的な実施形態では、第2軸受25の第2内輪251が台座11に固定される。
また、本開示は、上記の走行機構を備える自律移動搬送ロボットをさらに提供する。
以上、図面を参照して、本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示は、上記実施形態の具体的な詳細に限られず、本開示の技術発想の範囲内に、本開示の技術案に対して複数の簡単な変形を行うことができ、これらの簡単な変形がいずれも本開示の保護範囲に含まれる。
なお、上記具体的な実施形態で説明される各具体的な技術的特徴は、矛盾しない限り、任意の適切な形態で組合せることができる。必要がない繰り返しを回避するために、本開示は、様々な可能な組合せ形態について再び説明しない。
また、本開示の様々な異なる実施形態は、本開示の要旨に反しない限り、任意に組合せることができ、同様に本開示に開示されている内容とすべきである。
11 台座
2 ユニバーサルホイール
21 ホルダ
211 第1接続板
212 第2接続板
213 中間接続部
22 輪軸
23 ローラ
24 第1軸受
241 第1内輪
242 第1外輪
25 第2軸受
251 第2内輪
252 第2外輪
26 軸受台

Claims (9)

  1. ホルダ(21)と、輪軸(22)を介して前記ホルダ(21)に装着されるローラ(23)とを備えるユニバーサルホイールであって、
    前記ユニバーサルホイール(2)は、第1ヒンジ構造と第2ヒンジ構造とをさらに備え、前記第1ヒンジ構造が前記輪軸(22)の軸線(O)に垂直な第1回転軸線(B)を定義し、前記第2ヒンジ構造が前記第1回転軸線(B)に平行な第2回転軸線(C)を定義し、前記ホルダ(21)が前記第1ヒンジ構造を介して前記第2ヒンジ構造に接続されることで、前記ホルダ(21)が前記ローラ(23)とともに、前記第1回転軸線(B)の周りを回転することができ、また、前記ホルダ(21)が前記ローラ(23)及び前記第1ヒンジ構造とともに前記第2回転軸線(C)、の周りを回転することができ、前記ローラ(23)の中心点を通る基準回転軸線(A)と、前記第1回転軸線(B)と、前記第2回転軸線(C)とは互いに平行であるが共線ではなく、前記基準回転軸線(A)が前記ローラ(23)の着地点(G)を通
    前記基準回転軸線(A)と前記第1回転軸線(B)との間の間隔距離が第1間隔距離であり、この第1間隔距離の前記輪軸(22)の軸線の方向における成分が前記基準回転軸線(A)と前記第1回転軸線(B)との間の偏心距離(P)である、ことを特徴とするユニバーサルホイール。
  2. 前記基準回転軸線(A)と前記第1回転軸線(B)との間の間隔距離が前記第1回転軸線(B)と前記第2回転軸線(C)との間の間隔距離に等しい、ことを特徴とする請求項1に記載のユニバーサルホイール。
  3. 前記第1ヒンジ構造は、第1軸受(24)として構成され、前記第2ヒンジ構造は、第2軸受(25)として構成され、前記第1軸受(24)は、第1内輪(241)と第1外輪(242)とを備え、前記第2軸受(25)は、第2内輪(251)と第2外輪(252)とを備え、前記第1内輪(241)及び前記第1外輪(242)の一方が前記ホルダ(21)に固定して接続され、前記第1内輪(241)及び前記第1外輪(242)の他方が前記第2内輪(251)及び前記第2外輪(252)の一方に固定して接続される、ことを特徴とする請求項1に記載のユニバーサルホイール。
  4. 前記第1外輪(242)が前記ホルダ(21)に固定して接続され、前記第1内輪(241)が前記第2外輪(252)に固定して接続される、ことを特徴とする請求項に記載のユニバーサルホイール。
  5. 前記第1軸受(24)と前記第2軸受(25)との間に軸受台(26)が設けられ、この軸受台(26)が前記第1内輪(241)に固定され、前記第2外輪(252)が前記軸受台(26)に固定される、ことを特徴とする請求項に記載のユニバーサルホイール。
  6. 前記ホルダ(21)は、互いに平行な第1接続板(211)及び第2接続板(212)と、前記第1接続板(211)と第2接続板(212)との間に接続される中間接続部(213)とを備え、前記輪軸(22)が前記第1接続板(211)と前記第2接続板(212)との間に固定され、前記輪軸(22)の軸線(O)が前記第1接続板(211)と前記第2接続板(212)に垂直である、ことを特徴とする請求項に記載のユニバーサルホイール。
  7. 前記中間接続部(213)には、前記第1軸受(24)の軸受室とされ、前記第1外輪(242)が固定される溝が設けられる、ことを特徴とする請求項に記載のユニバーサルホイール。
  8. 台座(11)を備える走行機構であって、
    請求項1~のいずれか1項に記載の複数のユニバーサルホイール(2)をさらに備え、ユニバーサルホイール(2)のそれぞれの前記第1ヒンジ構造が前記第2ヒンジ構造を介して前記台座(11)に接続され、前記ホルダ(21)、前記ローラ(23)及び前記第1ヒンジの構造が一体として、前記第2回転軸線(C)の周りを前記台座(11)に対して回転することができる、ことを特徴とする走行機構。
  9. 請求項に記載の走行機構を備える、ことを特徴とする自律移動搬送ロボット。
JP2020554431A 2018-04-08 2019-04-04 ユニバーサルホイール、走行機構及び自律移動搬送ロボット Active JP7162916B2 (ja)

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