JP7437522B2 - ロボット車両 - Google Patents

Description

本発明は、車両に関し、特に、ロボット車両に関するが、ロボット車両に限定されるわけではない。本発明は、自律型ロボット、例えば家庭用自律型ロボットとして応用することができる。

ロボット掃除機等の一部の既存のロボット車両は、駆動することができる２つの標準的なホイールと、キャスターホイールとを有し、これらのホイールのすべてが一緒に動作することで、車両は、床等の表面を進行することが可能になる。直線上を前進するためには、標準的なホイールの両方を同時に駆動する。方向転換するためには、標準的なホイールのうちの１個を駆動してもよいし、又は、標準的なホイールのうちの１個を、他のホイールより速い速度で駆動し、これにより、ロボット車両を旋回させてもよい。これらのロボット車両においては、標準的なホイールを使用しているため、動き及び制御がある程度制限される可能性がある。例えば、このようなロボット車両のターニングサークル（ｔｕｒｎｉｎｇ ｃｉｒｃｌｅ）が大きくなる可能性があり、一般には、ロボットの前端が進行方向を向く必要がある。

対照的に、ホロノミックホイールは、車両自体が方向転換し、及び／又は別の方向を向かなくても、車両を任意の方向に移動させることが可能である。したがって、一部の既存のロボット車両は、ロボットの操縦性を改善するために、ホロノミックホイールを採用している。例えば、ホロノミックホイールを有するロボット車両であれば、ターニングサークルをより小さくすることが可能であり、ロボットのシャシー／ボディは、ロボットが進行方向を変えても特定の方向に向いたままの状態に留まることができる。

人を取り巻く環境下では、ロボット車両に特有の課題が発生することがある。家具及び他の障害物は移動、導入又は撤去されることもあり得るため、前述の環境は日ごとに変化し得るものであり、ロボット車両は、これらの変化に適応し、及び／又はこれらの変化を回避しながら進むことが可能である必要がある。ロボットが横断する表面は、元々平坦なものではないこともあり得るし、又は、通常ならば平坦である表面の上にある物体が、ロボットにとっての平坦でない表面を作り出すこともあり得る。このような平坦でない表面の上をロボットが移動すると、ロボットのシャシーが傾斜し、この結果、通常ならば水平であるシャシーの平面が、表面の通常時の平面又は「基準」平面に対して回転することができる。この回転は、ホイールのスリップ又はスピンの原因となることもある。前述のように回転するときには、サスペンションを使用して、表面との接触を増やすこともできる。

第１の態様によれば、本発明は、表面と接触することになるホイールを備える、車両を規定し、表面は、車両の動作中における基準表面平面（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｎｅ）を有する。車両は、シャシー（又はボディ）と、基準表面平面に対して直角の軸を有するアクスルハウジングと、ホイールをアクスルハウジングに連結して、アクスルハウジングに対するホイールの回転を支え、これによって、車両の動作中に表面を横切る車両の動きを支えるようにアスクルハウジングから延在する車軸とをさらに備える。車両は、ホイールをシャシーに連結しているサスペンションシステムをさらに備え、サスペンションシステムは、シャシーに旋回自在に連結された第１の端部及びアクスルハウジングに旋回自在に連結された第２の端部を有する、リンク機構を備える。リンク機構の第１の端部は、リンク機構の長手方向軸に沿ってリンク機構の第２の端部から横方向に間隔を空けて配置されている。サスペンションシステムは、シャシーと基準表面平面との間の角変位に応じて、アクスルハウジングの軸を、基準表面平面に対して直角の角度に維持するように構成される。

本発明のことを考える場合、通常の基準表面平面に対する車両のシャシーの何らかの傾斜又は回転があれば、ホイール（又は各ホイール）に伝達されることが可能になっており、この結果、通常は「直立」状態のホイールは、基準表面平面に対して相応に傾斜し、又は回転し得るのだと理解されている。このような伝達は、ホイールがサスペンション装置を介してシャシーに接続されているか否かにかかわらず、発生し得る。実際、特定のサスペンション装置は、ホイールに加えられる傾斜又は回転を悪化させることもある。さらには、ホイールがホロノミックホイールである場合、ホイールが傾斜又は回転して、基準表面平面に対して直立する又は直角になるホイールの向きからずれることにより、ホイールの方向転換が可能になるとも理解されている。これは、潜在的には、前述のような何らかの傾斜が、ホイールがどのように振る舞うかを決定する関連のホロノミック拘束（ｈｏｌｏｎｏｍｉｃ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ）又は条件から逸脱してホイールを移動させるためである。例えば、「直立」（すなわち、傾斜のない）状態のホロノミックホイールにより平坦な表面上で車両を前方に１メートル、次いで右に１メートル走行させる制御信号は、ホロノミック拘束又は条件がもはや当てはまらない場合、もはや適用されない可能性がある。実際、同じ制御信号は、ホイールが車両を予測不能に移動させることもあり得、例えば、危険な可能性がある意図せぬ方向に移動させることもあり得る。

したがって、第１の態様による車両は、アクスルハウジングを支持するサスペンションシステムを有し、サスペンションシステムは、車両が平坦でない表面を横断する際にシャシーの回転を減殺するように配置されている。このようにして、例えばホイールのうちの１つが物体に乗り上げ、又は凹みに落ち込むことによりシャシーが回転したとしても、サスペンションシステムは、相応の回転又は傾斜がアクスルハウジングに加えられることを低減又は回避し、したがって、各ホイールに加えられることも低減又は回避するように配置されている。したがって、シャシーの回転又は傾斜は各ホイールには加えられず、ホイールがホロノミックホイールである場合、ホロノミック拘束又は条件が維持される。このようにすれば、車両がある程度摂動し、及び／又は平坦でない表面の上を進行する場合であっても、予測可能なホイールの制御及び操作を持続することができる。

「表面」は、基準表面とも呼ばれ、基準表面平面を画定する。基準表面平面は、平坦な二次元平面である。したがって、シャシーの角変位は、この基準表面又は基準表面平面に対して規定することができる。代替的には、シャシーの角変位は、シャシーが変位／回転する前の車両の初期位置に対して規定することもできる。初期位置／構成においては、車両は、実質的に平坦な表面上に配置されていてもよく、シャシーが初期位置に対して角変位した回転後の位置／構成においては、平坦でない表面上に配置されていてもよい。

表面は、地表又は床であってもよい。

一部の例において、表面は、実質的に水平であってもよい。

一部の例において、車軸は、基準表面平面に対して平行に配置されており、したがって、車軸によって画定される軸も、基準表面平面に対して平行に配置されている。

車両のシャシーは、ボディと呼ばれることもある。

リンク機構の端部は、リンク機構の物理的な末端によって画定されていてもよい。代替的には、リンク機構の端部は、シャシー及びアクスルハウジングに連結された領域によって画定されていてもよい。この第２の例においては、このようなリンク機構が実質的に同じ様式で実質的に同じ結果を出力することができるため、リンク機構の末端が、シャシー及びアクスルハウジングに連結された位置より先まで延在し得ることは、理解されよう。

次の非限定的な例においては、本発明の特定の使用を確認することができる。車両は、前輪と、後輪とを備えることができる。第１の例においては、車両が表面を横切って移動すると、後輪が物体とぶつかる。後輪が物体を通過すると、車両のシャシーが回転し、基準表面平面上の初期位置に対して角変位する。例えば、シャシーの後端が垂直に移動し、シャシーの後端を表面から離れるように回転させることもできる。前輪は、車軸を介してアクスルハウジングに連結されており、アクスルハウジングは、上記サスペンションシステムを介してシャシー連結されている。上記のように、前輪及び前輪のアクスルハウジングがシャシーと同じ度合いで回転することは望ましくない場合もある。したがって、前輪のアクスルハウジングは、シャシーの回転によって加えられる回転を軽減又は低減するように構成された、サスペンションシステムによって支持されている。したがって、後輪が物体の上を走行しても、前輪には回転変位／角変位が実質的に発生しない。同様に、第２の例においては、前輪が物体とぶつかる。例においては、前輪のサスペンションシステムは、シャシーの回転によって伝えられる回転を軽減又は低減することもできる。

一部の例において、車両は、表面を横切る車両の動きに動力を与えるための、推進システムをさらに備える。例えば、推進システムは、車両のホイール又は別のホイールを駆動するように構成されてもよい。推進システムは、ホイールを駆動するための１個以上の複数のモータを備えることもできる。特定の一例において、アクスルハウジングは、ホイールを駆動するためのモータを備える。

特定の複数の例において、角変位は、（ｉ）ホイールと基準表面平面との間での垂直変位、（ｉｉ）車両の第２のホイールと基準表面平面との間での垂直変位及び（ｉｉｉ）ホイールと車両の第２のホイールとの間での垂直変位のうちの少なくとも１つによって加えられる。

サスペンションシステムは、アクスルハウジングとシャシーとの間での相対的垂直移動を可能にするように構成される。例えば、サスペンションシステムは、シャシーに対してアクスルハウジングが移動できるようにするための、ばね又は弾性部材等の付勢部材を備えることもできる。したがって、ホイールが物体とぶつかると、アクスルハウジングは、シャシーに対して上方に向かって垂直に移動することができる一方で、シャシーは、最初は慣性により静止状態のままに留まる。付勢部材は、アクスルハウジングとシャシーとの両方に旋回自在に連結されていてもよい。例えば、付勢部材の一方の端部が、アクスルハウジングに旋回自在に連結されていてもよく、付勢部材の別の端部が、シャシーに旋回自在に連結されていてもよい。これにより、シャシーが回転したときには、付勢部材がシャシー及びアクスルハウジングに対して回転することができるようになる。

特定の一例において、サスペンションシステムは、アクスルハウジングをシャシーに接続している付勢部材を備え、付勢部材は、アクスルハウジングとシャシーとの間での縮み及び伸びによる垂直変位を許すように構成される。付勢部材は、アクスルハウジングとシャシーとの間での相対的垂直移動を可能にする。車両が基準表面平面上に配置されている場合、付勢部材は、アクスルハウジングの軸に対して実質的に平行な向きにされていてもよい。一例において、付勢部材は、アクスルハウジングとシャシーとの両方に旋回自在に連結されている。一部の例において、付勢部材は、ばねを備える。

特定の一例において、サスペンションシステムは、ショックアブソーバを備え、ショックアブソーバは、付勢部材を備える。したがって、サスペンションシステムは、車両に伝達されたあらゆるエネルギーを吸収することができる。

特定の一構成において、リンク機構の第１の端部は、第１のジョイント及び第２のジョイントのところでシャシーに旋回自在に連結されており、第２のジョイントは、第１のジョイントから間隔を空けて配置されている。リンク機構の第２の端部は、第３のジョイント及び第４のジョイントのところでアクスルハウジングに旋回自在に連結されており、第４のジョイントは、第３のジョイントから間隔を空けて配置されている。したがって、リンク機構は、２つの場所でシャシーに連結されていてもよいし、２つの場所でアクスルハウジングに連結されていてもよい。シャシー、リンク機構及びアクスルハウジング間の回転、並びに、サスペンションシステムによって実現される相対的垂直変位／移動は、アクスルハウジングの軸を、基準平面に対して直角の角度に維持するための特に効果的なシステムを提供する。

特定の一配置様式において、第１のジョイントと第２のジョイントとの距離は、第３のジョイントと第４のジョイントとの距離より大きい。このようにジョイント間に特定の間隔が空いていることにより、リンク機構は、アクスルハウジングに加えられる回転を低減し、又はなくすことができる。

リンク機構は、第１のジョイントのところでシャシーに旋回自在に接続されており、第３のジョイントのところでアクスルハウジングに旋回自在に接続された、第１のサスペンションアームを備えることができる。リンク機構は、第２のジョイントのところでシャシーに旋回自在に接続されており、第４のジョイントのところでアクスルハウジングに旋回自在に接続された、第２のサスペンションアームをさらに備えることができる。したがって、リンク機構は、アクスルハウジングの軸を、基準平面に対して直角の角度に維持するという所望の効果を引き出すようにアクスルハウジング及びシャシーに対して旋回する、複数のサスペンションアームからなる仕掛けであってもよい。第１及び第２のサスペンションアームは、実質的に剛直なものであってもよい。リンク機構は、シャシーとアクスルハウジングとの間に連結された、ダンパーを備えることもできる。ダンパーは、ショックアブソーバとは別になっていてもよいし、又は、ショックアブソーバの一部を形成してもよい。

別の配置様式において、リンク機構は、第１のジョイントのところでシャシーに旋回自在に接続されたダンパーと、（ｉ）（別のジョイントのところで）ダンパーに接続されており、（ｉｉ）第３のジョイントのところでアクスルハウジングに接続された、第１のサスペンションアームとを備えることができる。リンク機構は、第２のジョイントのところでシャシーに旋回自在に接続されており、第４のジョイントのところでアクスルハウジングに旋回自在に接続された、第２のサスペンションアームをさらに備えることもできる。第１のサスペンションアームは、ダンパーに旋回自在に接続されていてもよい。ダンパーは、シャシーとアクスルハウジングとの間の振動を減衰させて、平坦でない表面上の車両の制御及び操縦性をさらに改善するように構成される。特定の一配置様式において、ダンパーは、ロータリーダンパーである。他の複数の例において、ダンパーは、リニアダンパーである。

第１のサスペンションアームは、第１の長さを有することができ、第２のサスペンションアームは、第２の長さを有することができ、第２の長さは、第１の長さより長い。これらの特定のジョイントの長さにより、リンク機構は、アクスルハウジングに加えられる回転を低減し、又はなくすことができる。

一例において、シャシーは、（ｉ）内側部分と、（ｉｉ）ホイールの第１の側に配置された第１の外側部分と、（ｉｉｉ）ホイールの第２の側に配置された第２の外側部分とを備える。アクスルハウジングは、第１の外側部分と第２の外側部分との間、且つ、内側部分とホイールとの間に位置する。したがって、シャシーの部分は、ホイール及びアクスルハウジングを少なくとも部分的に取り囲み、又はこれらの周りに延在することができる。例えば、シャシーは、ホイールを完全に又は部分的に受け入れるための切欠き／小空間（ａｌｃｏｖｅ）／凹みを備えることもできる。これにより、車両の全体的なフットプリントを小さくすることができる。さらに、アクスルハウジングは、シャシーの外周から離して配置されているため、露出が少なくなっており、この結果、車両の近くにある物体を損傷させることなく、シャシーに対して自由に移動することができる。

シャシーの内側部分は、第１及び第２の外側部分よりも車両の中心寄りに配置されている。

第１の外側部分及び第２の外側部分は、ホイールの両側に配置されていてもよい。

リンク機構の第１の端部は、ホイールの第１の側でシャシーの第１の外側部分に連結されていてもよく、リンク機構の長手方向軸は、シャシーの内側部分に向かって内側に延在し、リンク機構の第２の端部が、アクスルハウジングの第１の側に連結している。このような配置様式は、サスペンションシステムがホイールを取り囲んでいるため、スペース効率が改善されている。

付勢部材又はショックアブソーバを備える特定の一配置様式において、付勢部材又はショックアブソーバは、第１の外側部分と第２の外側部分との間に配置されることも可能であり、ホイールの第１の側で第１の外側部分に接続されていてもよく、アクスルハウジングの第１の側に接続されていてもよい。

一部の例示的な車両においては、サスペンションシステムは、シャシーに旋回自在に連結された第１の端部及びアクスルハウジングに旋回自在に連結された第２の端部を有する第２のリンク機構を備え、リンク機構の第１の端部が、リンク機構の長手方向軸に沿ってリンク機構の第２の端部から横方向に間隔を空けて配置されている。第２のリンク機構によっても、サスペンションシステムは、シャシーと基準表面平面との間の角変位に応じて、アクスルハウジングの軸を、基準表面平面に対して直角の角度に維持することが可能になる。第２のリンク機構は、第１のリンク機構との関連で上記に記載の特徴のいずれか又はすべてを備えることができる。第１のリンク機構と第２のリンク機構は、実質的に同じであってもよい。

第２のリンク機構は、アクスルハウジングをさらに支持している。２つのリンク機構を使用することにより、アクスルハウジングをより強固に支持することができる。ホロノミックホイールと組み合わせて２つのリンク機構を使用することは、車両の進行方向にかかわらず、サスペンションシステムが所望の様式で動作することさらに意味する。例えば、進行方向に対するリンク機構の動作によっては、リンク機構のうちの１つが、他のリンク機構に先行して最初に動作する。

特定の一配置様式において、第２のリンク機構は、シャシーの第２の外側部分に旋回自在に連結された第１の端部及びアクスルハウジングの第２の側に旋回自在に連結された第２の端部を有し、第２のリンク機構の第１の端部が、第２のリンク機構の長手方向軸に沿って第２のリンク機構の第２の端部から横方向に間隔を空けて配置されており、第２のリンク機構の長手方向軸が、シャシーの内側部分に向かって内側に延在し、第２のリンク機構の第２の端部が、アクスルハウジングの第２の側に連結している。

したがって、シャシーは、ホイールの一方の側にある（第１の）リンク機構に接続されているが、シャシーは、ホイールの他方の側にある第２のリンク機構に接続されていてもよい。したがって、ホイールの両側が、リンク機構によって支持されている。この配置様式は、ホイールをよりバランスよく支持することができる。

特定の複数の例において、ホイールは、ホロノミックホイールである。ホロノミックホイールにより、車両は、表面を横切って任意の方向に移動することができる。

上記で簡潔に述べたように、車両は、第２のホイールを備えることもできる。上記ホイールは、第１のホイールであってもよい。

特定の一例において、車両は、第２のホイール及び第３のホイールをさらに備え、第１、第２及び第３のホイールは、シャシーの中心にある垂直軸を中心にして等間隔で配置されている。特定の一例において、第１、第２及び第３のホイールは、三角形の配置であってもよい。車両は、３個以上のホイールを備えることもできる。

上記例においては、車両の摂動により、車両のシャシーが角変位すると仮定されている。しかしながら、すべての平坦でない表面が、このような角変位をシャシーに加えるとは限らないことは理解されよう。例えば、小さな段差ならば、シャシーを著しく回転させることなく、サスペンションシステムが吸収することができる。このような事例においては、サスペンションシステムは、リンク機構とシャシーとの間の角変位に応じてアクスルハウジングの軸を、基準表面平面に対して直角の角度に維持するように構成される。リンク機構とシャシーとの間の角変位は、ホイールと基準表面平面との間での垂直変位によって加えられるものであってもよい。この垂直変位により、アクスルハウジングは、シャシーに対して垂直に移動し、この結果、リンク機構が回転する。例えば、リンク機構の部材は、これらの部材のそれぞれがシャシー及びアクスルハウジングに接続されている部分を中心にして回転する。したがって、シャシー自体は回転しないが、サスペンションシステムは、アクスルハウジングの軸を、基準表面平面に対して直角の角度に保持したままである。したがって、サスペンションシステムは、ホイールと基準表面平面との間での垂直変位に応じてシャシーに対して回転させることによって、アクスルハウジングの軸を、基準表面平面に対して直角の角度に維持するように構成される。

本発明のさらなる特徴及び利点は、添付の図面を参照しながらなされる本発明の好ましい実施形態についての下記の記述から明らかになろうが、これらの実施形態は単に例として与えられたものにすぎない。

一例によるサスペンションシステムに連結されたホロノミックホイールの斜視図である。 図１のホロノミックホイール及びサスペンションシステムを備えるロボット車両の上面図の概略図である。 図２の側面図の概略図である。 ホイールが物体と最初に衝突する間際の状態の、図３のロボット車両の概略図である。 ホイールが物体の上に配置された状態の、ロボット車両の概略図である。 ホイール物体の上方に配置された状態の、ロボット車両の概略図である。

本発明の例は、自律型家庭用ロボット又はロボット車両に関する。このようなロボットは、床に掃除機をかけ、又は家の周りで他の清掃作業を実施するように構成されてもよい。言うまでもなく、同じ構成の車両は、商業用ロボット又は軍事用ロボット等、数多くの他の領域にも応用することができる。実際、本明細書に記載のサスペンションシステムと同じサスペンションシステムを、人間が運転する型の車両に応用することもできる。

図１は、車両のホイール１０２を支持するように配置されたサスペンションシステムの斜視図である。下記の例におけるホイールは、球形のホロノミックホイール１０２である。しかしながら、サスペンションシステムの原理が他の種類のホイール、特に、他の種類のホロノミックホイールにも適用可能であることは、理解されよう。

図２は、図１に図示のサスペンションシステムを備える一例による車両１００の上面図の概略図である。図３は、車両１００の側面図を示している。車両１００は、シャシー１０４と、先輪として動作する第１のホイール１０２と、第１の従輪として動作する第２のホイール１０６と、第２の従輪として動作する第３のホイール１０８とを有する。この例においては、第１、第２及び第３のホイール１０２、１０６、１０８のすべてがホロノミックであるため、いずれのホイールも、進行方向に応じて先輪又は従輪として機能することができる。第１、第２及び第３のホイール１０２、１０６、１０８を独立に制御することにより、車両１００は、シャシー１０４の向きを変え、回転させ、又は変化させることなく、表面を横切って任意の方向に進行することができる。この例においては、ホイールは、シャシー１０４の中心軸１６６を中心にして等間隔で配置されている（すなわち、第１、第２及び第３のホイール１０２、１０６、１０８は、１２０°の間隔で配置されている。）。

シャシー１０４は、この例においては、概ね六角形の形状であるが、任意の他の形状又は形態になることができる。

車両１００は、軸１１２を有するアクスルハウジング１１０を備え、軸１１２は、基準表面１１４（図２及び図３に図示）によって画定された基準表面平面に対して直角である。したがって、いかなる外力又はホイール下の物体も存在しない場合、基準表面１１４と軸１１２との角度１１６は、一般的に、９０°である。通常、基準表面１１４は、車両１００が乗り越えて進行していく地面又は床であり、異物又は障害物をすべて無視した場合、基準表面平面は床と一致する。基準表面１１４は平坦な表面であり、この例においては、水平に配置されている。車両１００が表面１１４上に位置する場合、シャシー１０４、又は、少なくともシャシー１０４を貫いて延びる平面は、基準表面平面に対して平行である。表面１１４は、第１の軸１１８及び第２の軸１２０に沿って２つの次元に延在し、第２の軸１２０は、第１の軸１１８に対して垂直である。

アクスルハウジング１１０は、ホイール１０２の車軸１２６に連結してこれを支持し、この結果、ホイール１０２が車軸１２６と一緒に回転し、又は車軸１２６を中心にして回転することができる。図１、図２及び図３に図示された特定の種類のホロノミックホイール１０２は、基準表面平面に対して平行な回転軸１２４を画定する、車軸１２６を有する。したがって、ホイール１０２は、図１に示された矢印１２２が示す方向（又は反対方向）に回転する。

本例によれば、アクスルハウジング１１０は、ホイール１０２を駆動するためのモータを支持しており、モータは、モータハウジング１３０内に収容されている。動作中、モータにより、ホイール１０２は、回転軸１２４を中心にして回転する。モータは、例えば、推進システムの一部であってもよい。推進システムは、表面を横切るシャシー１０４の動きに動力を与える。一部の例において、シャシー１０４は、推進システムの一部又はすべての部品を収容している。

サスペンションシステムは、シャシー１０４に旋回自在に連結された第１の端部及びアクスルハウジング１１０に旋回自在に連結された第２の端部を有する、リンク機構を備える。図１の特定の例において、リンク機構は、第１のサスペンションアーム１３２と、第２のサスペンションアーム１３４とを備える。第１のサスペンションアーム１３２は、サスペンションアーム１３２の一方の端部のところでロータリーダンパー１３６に接続されている。ロータリーダンパー１３６は、リンク機構の一部を形成し、第１のジョイント１３８のところでシャシーに旋回自在に連結されている。代替的な複数の例においては、ロータリーダンパー１３６が省略されており、第１のサスペンションアーム１３２は、第１のジョイント１３８のところでシャシー１０４に旋回自在に連結されている。実際、図２～図６においては、ロータリーダンパー１３６が省略されており、第１のサスペンションアーム１３２は、第１のジョイント１３８のところでシャシー１０４に直接連結されている。第２のサスペンションアーム１３４もまた、第２のジョイント１４０のところでシャシー１０４に旋回自在に連結されている。第１及び第２のジョイント１３８、１４０は、シャシー１０４上に間隔を空けて配置されている。したがって、第１及び第２のサスペンションアーム１３２、１３４は、これらのサスペンションアームのそれぞれがシャシー１０４に接続されている部分を中心にして、シャシー１０４に対して回転することができる。他の複数の例において、ロータリーダンパー１３６は、第２のサスペンションアーム１３４と第２のジョイント１４０との間に接続されている。

第１のサスペンションアーム１３２の他方の端部は、第３のジョイント１４２のところでアクスルハウジング１１０に旋回自在に連結されている。同様に、第２のサスペンションアーム１３４の他方の端部もまた、第４のジョイント１４４のところでアクスルハウジング１１０に旋回自在に連結されている。第３及び第４のジョイント１４２、１４４は、アクスルハウジング１１０上に間隔を空けて配置されている。したがって、第１及び第２のサスペンションアーム１３２、１３４もまた、アクスルハウジング１１０に対して回転することができる。

したがって、リンク機構の第１の端部は、シャシー１０４に旋回自在に連結されており、リンク機構の第２の端部は、アクスルハウジング１１０に旋回自在に連結されている。したがって、リンク機構は、第１の軸１１８及び車軸１２６の回転軸１２４に概ね沿って延在するが、必ずしも平行に延在するとは限らない、長手方向軸１６０（図２及び図３に図示）を有する。リンク機構の第１の端部は、リンク機構の長手方向軸１６０に沿ってリンク機構の第２の端部から横方向に間隔を空けて配置されている。

この例においては、リンク機構は、第１及び第２のサスペンションアーム１３２を有するが、他の例においては、リンク機構がより少ない又はより多い構成要素を備え得ることは、理解されよう。

本例においては、サスペンションシステムは、上記第１のリンク機構と実質的に同じ第２のリンク機構をさらに備える。図１及び図２は、ホイール１０２の反対側に配置された、第２のリンク機構を示している。したがって、第２のリンク機構もまた、シャシー１０４に旋回自在に連結された第１の端部と、アクスルハウジング１１０に旋回自在に連結された第２の端部とを有する。この特定の例においては、第２のリンク機構もまた、２つのサスペンションアーム１３２ａ、１３４ａを有する。第２のリンク機構は、この例においては、ロータリーダンパー１３６を有さないが、他の例においては、ロータリーダンパー１３６を有してもよい。したがって、２つのサスペンションアーム１３２ａ、１３４ａの端部は、シャシー１０４に直接連結されているが、サスペンションアーム１３２ａ、１３４ａの他方の端部は、アクスルハウジング１１０に連結されている。

本明細書においてより詳細に説明されることになるが、サスペンションシステムは、アクスルハウジング１１０と、シャシー１０４との間での相対的垂直移動を可能にするように構成される。垂直移動は、基準表面１１４から離れていく又は基準表面１１４に向かっていく、任意の動きである。したがって、垂直移動は、第３の軸１５２に沿った任意の動きであり、第３の軸１５２は、第１の軸１１８と第２の２１０軸との両方に対して垂直である。この相対的垂直移動を可能にするために、サスペンションシステムは、圧縮ばね等の付勢部材１４６を備える。付勢部材１４６は、アクスルハウジング１１０とシャシー１０４との両方に旋回自在に連結されている。例えば、付勢部材の一方の端部は、第５のジョイント１４８（第３のジョイント１４２と第４のジョイント１４４との中間点に位置する）のところでアクスルハウジング１１０に旋回自在に連結されており、付勢部材１４６の他方の端部は、第６のジョイント１５０のところでシャシー１０４に旋回自在に連結されている。この例の付勢部材１４６は、シャシー１０４及びアクスルハウジング１１０への付勢部材１４６の接続を可能にするための取付け箇所を提供する、端部を備える。付勢部材１４６は、アクスルハウジング１１０とシャシー１０４との間での垂直変位を可能にするように縮んだり、伸びたりすることができる。この変位により、リンク機構も回転する。

図１の例は、２つの付勢部材１４６、１４６ａを備えるため、サスペンションシステムは、各リンク機構と対応付けられた付勢部材を有する。他の複数の例においては、１個の付勢部材又は２個より多い付勢部材があってもよい。

本例においては、付勢部材１４６は、ショックアブソーバの一部を形成する。ショックアブソーバは、付勢部材１４６が縮んだときにエネルギーを吸収し、消散させるための、ダンパー（図示なし）をさらに備える。ショックアブソーバは、リニアダンパーを備えることも可能であり、ロータリーダンパー１３６と一緒に使用することもできるし、又は、ロータリーダンパー１３６の代わりに使用することできる。リニアダンパーは、第５のジョイント１４８と第６のジョイント１５０との間で、付勢部材１４６に対して平行に配置されていてもよい。他の複数の配置様式において、リニアダンパーは、付勢部材１４６とは別になっており、シャシー１０４とアクスルハウジング１１０との間にある様々な場所に接続されている。

上記のように、図２は、車両１００のシャシー１０４に接続された、サスペンションシステムを示している。この例においては、シャシー１０４は、内側部分１０４ａと、ホイール１０２の第１の側１０２ａに配置された第１の外側部分１０４ｂと、ホイール１０２の第２の側１０２ｂに配置された第２の外側部分１０４ｃとを備える。第１及び第２の外側部分１０４ｂ、１０４ｃは、シャシー１０４の中央にあるメインボディから外側に延在し、ホイール１０２を部分的に取り囲んでいる。したがって、アクスルハウジング１１０は、第１の外側部分１０４ｂと第２の外側部分１０４ｃとの間、且つ、内側部分１０４ａとホイール１０２との間に配置されている。この特定の例においては、第１及び第２の外側部分１０４ｂ、１０４ｃは、ホイール１０２の両側に配置されている。同様に、第２及び第３のホイール１０６、１０８は、シャシー１０４が中央部分と、３つのホイール支持部とを備えるように配置されており、各ホイール支持部は、内側部分と、第１及び第２の外側部分とを備える。

第１及び第２の外側部分は、リンク機構をシャシー１０４に接続することができる領域を形成する。例えば、第１のホイール１０２及び第１のリンク機構の場合、リンク機構の第１の端部は、ホイール１０２の第１の側１０２ａで第１の外側部分１０４ｂに連結されており、リンク機構の長手方向軸１６０は、シャシー１０４の内側部分１０４ａに向かって内側に延在するが、ここで、リンク機構の第２の端部は、アクスルハウジング１１０の第１の側に連結している。同様に、第２のリンク機構の第１の端部は、ホイール１０２の第２の側１０２ｂで第２の外側部分１０４ｃに連結されており、第２のリンク機構の長手方向軸１６０は、シャシー１０４の内側部分１０４ａに向かって内側に延在するが、ここで、第２のリンク機構の第２の端部は、アクスルハウジング１１０の第２の側に連結している。

ここで、図２～図６との関連で説明されるように、サスペンションシステムの構成要素は、シャシー１０４と基準表面平面との間の角変位に応じて、アクスルハウジング１１０の軸１１２を、基準表面平面に対して直角の角度１１６に維持するように協働する。これらの図面中では、単一のリンク機構の仕組みが記載されている。実質的に同じ仕組みが第２のリンク機構にも適用されることは、理解されよう。

図２及び図３は、床等の平坦な表面１１４を横切って第１の方向１５４に移動する、車両１００を図示している。この時点では、３個すべてのホイール１０２、１０６、１０８が表面１１４と接触しており、シャシー１０４は、表面１１４及び基準表面平面に対して平行な向きにされている。したがって、シャシー１０４の長手方向軸１５８は、基準表面平面に対して実質的に平行に配置されている。このとき、サスペンションシステムは、実質的に摂動していない。例えば、付勢部材１４６は、平衡位置に配置されている。この平衡位置においては、シャシー１０４の重量と、付勢部材１４６の反力とが等しくなる。図３においては、付勢部材１４６は、ばねの状態をより見やすくするために単純化したばねとして示されている。

図２及び図３に示されているように、車両１００は、第１の方向１５４に進行するにつれて、物体１５６に接近している。物体１５６は、車両１００が乗り越えて進行しなければならない、平坦でない表面を形成する。

簡単に述べたように、図３は、図１のロータリーダンパーが省略されたサスペンションシステムを図示している。したがって、第１のサスペンションアーム１３２は、第１のジョイント１３８のところでシャシー１０４に連結されている。第１のサスペンションアームは、付勢部材１４６の後ろに隠れている第３のジョイント１４２のところで、アクスルハウジング１１０にも連結されている。第２のサスペンションアーム１３４は、第２のジョイント１４０のところでシャシー１０４に連結されており、第４のジョイント１４４のところでアクスルハウジング１１０に連結されている。付勢部材１４６は、第５のジョイント１４８のところでアクスルハウジング１１０にも連結されており、第６のジョイント１５０のところでシャシー１０４にも連結されている。

図３は、リンク機構の長手方向軸１６０をさらに図示している。図示のように、リンク機構の第２の端部は、長手方向軸１６０に沿ってリンク機構の第１の端部から横方向に変位している。リンク機構の第２の端部は、アクスルハウジング１１０に連結されたサスペンションアーム１３２、１３４の端部を構成し、リンク機構の第１の端部は、シャシー１０４に連結されたサスペンションアーム１３２、１３４の端部を構成する。

図２及び図３に図示の位置から、車両１００は、ホイール１０２が物体１５６に衝突するまで、第１の方向１５４に移動し続ける。図４は、このようにホイール１０２が物体１５６と最初に衝突した直後の車両１００を図示している。図４において、ホイール１０２、車軸１２６及びアクスルハウジング１１０は、ホイール１０２にかかる衝撃力の垂直成分により、シャシー１０４に対して垂直に（すなわち、第３の軸１５２に沿った方向に）移動している。前述の最初に衝突したときの状態においては、シャシー１０４は、慣性により、図３の衝突前の位置に実質的に留まっている。ホイール１０２及びアクスルハウジング１１０に対する垂直移動の結果、付勢部材１４６が縮み、第１及び第２のサスペンションアーム１３２、１３４は、ジョイント１３８、１４０、１４２、１４４を中心にして旋回する。したがって、サスペンションシステムは、アクスルハウジング１１０とシャシー１０４との間での相対的垂直移動を可能にするものであり、ホイール１０２と基準表面平面との間での垂直変位に応じて、アクスルハウジング１１０の軸１１２を、基準表面平面に対して直角の角度１１６に維持する。

図４に図示の位置から、車両１００は、ホイール１０２が物体１５６の上の最も高い位置に来るまで、第１の方向１５４に移動し続ける。図５は、この時点における車両１００を図示している。図５において、上記の衝突及びホイール１０２及びアクスルハウジング１１０の垂直な動きにより、シャシー１０４の一方の端部が垂直変位している。したがって、シャシー１０４の前端は、シャシー１０４（又はシャシー１０４の長手方向軸１５８）と、基準表面平面との間に０ではない角変位１６２が存在するように回転して表面１１４から離れる。この回転の結果、付勢部材１４６が伸び、第１及び第２のサスペンションアーム１３２、１３４が、やはり、ジョイント１３８、１４０、１４２、１４４を中心にして旋回する。付勢部材１４６の弛緩及びリンク機構の回転は、シャシー１０４と基準表面平面との間の角変位１６２に応じて、アクスルハウジング１１０の軸１１２を、基準表面平面に対して直角の角度１１６に維持するように働く。

図５に図示の位置から、車両１００は、ホイール１０２が物体１５６を通過するまで、第１の方向１５４に移動し続ける。図６は、この時点における車両１００を図示している。図６において、ホイール１０２はもはや物体１５６と接触しておらず、表面１１４に向かって垂直に移動し始める。アクスルハウジング１１０もまた、表面１１４に向かって垂直に下方に移動する。慣性により、シャシー１０４は、回転後の構成のままであり、まだ表面１１４に向かって移動し始めてはいない。ホイール１０２及びアクスルハウジング１１０の垂直移動の結果、付勢部材１４６が伸び、第１及び第２のサスペンションアーム１３２、１３４がジョイント１３８、１４０、１４２、１４４を中心にして旋回する。したがって、サスペンションシステムは、アクスルハウジング１１０とシャシー１０４との間での相対的垂直移動を可能にするものであり、アクスルハウジング１１０の軸１１２を、基準表面平面に対して直角の角度１１６に維持する。

ホイール１０２が表面１１４と再び接触すると、シャシー１０４もまた、シャシー１０４と基準表面平面との間の角変位が存在しない位置に至るまで、表面１１４に向かって回転する。この回転は、図３に示された構成と、図４に示された構成との間に行われる回転とは反対方向である。したがって、サスペンションシステムも同じように振る舞い、シャシー１０４の角変位により、アクスルハウジング１１０の軸１１２を、基準表面平面に対して直角の角度１１６に維持する。

したがって、シャシー１０４に対して摂動している全期間を通して、サスペンションシステムは、アクスルハウジング１１０の軸１１２を、垂直に向いた状態に保持していた。上記のように、これにより、車両１００の制御が改善される。したがって、もしもシャシー１０４を回転後の構成にしたままの状態で車両１００が方向転換する必要がある場合、車両１００の方向転換は、ホイール１０２の向きが既知であるため、素早く正確に行うことができる。

上記のように、車両は、一方のリンク機構がホイールのいずれかの側にある状態にして、２つのリンク機構を備えることができる。２つのリンク機構の使用により、サスペンションシステムは、車両１００及びホイールの進行方向にかかわらず、アクスルハウジングの軸を、所望の向きに維持することができる。例えば、車両１００が図２に提示のような向きにされている場合において、第２及び第３のホイール１０６、１０８が物体１５６の上を進行するときには、リンク機構のうちの１つが、他のリンク機構より先に動作する。したがって、図３～図６の例とは異なり、第２及び第３のホイール１０６、１０８の回転軸は、進行方向に対して平行ではない。例えば、第３のホイール１６４の回転軸１６４は、進行方向１５４に対して平行ではない。したがって、第３のホイール１０８が物体１５６の上を移動するときには、最も前方にあるリンク機構（及び対応する付勢部材）が、追従するリンク機構より先に物体１５６に反応する。２つのリンク機構の使用により、アクスルハウジングの軸は、ホイールの向きにかかわらず、垂直に向いた状態に留まることが確実になる。

さらに、前輪１０２のサスペンションシステムもまた、車両１００の後輪１０６、１０８と基準表面平面との間での垂直変位があったとしても、アクスルハウジング１１０の軸１１２を、基準表面平面に対して直角の角度１１６に維持することに留意すべきである。したがって、第２及び第３のホイールが物体１５６の上を移動するときには、３つすべてのアクスルハウジングの軸は、垂直に向いた状態に留まる。

上記例は、例示用のものとして理解すべきである。さらなる例も想定されている。いずれか１つの例との関連で記載された何らかの特徴は、単独で用いられてもよいし、又は記載された他の特徴と組み合わせて用いられてもよく、さらには、任意の他の例の１種以上の特徴又は任意の他の例の任意の組合せと組み合わせて用いることも可能である。さらに、上記に記載されていない均等物及び修正形態もまた、添付の特許請求の範囲において規定されている本発明の範囲から逸脱することなく採用され得る。

Claims (12)

1. 車両であって、
   前記車両の動作中に基準表面平面を有する表面と接触することになるホイールと；
   シャシーと；
   前記基準表面平面に対して直角の軸を有するアクスルハウジングと；
   前記ホイールを前記アクスルハウジングに連結して、前記アクスルハウジングに対する前記ホイールの回転を支え、これによって、前記車両の動作中に前記表面を横切る前記車両の動きを支える、前記アクスルハウジングから延在する車軸と；
   前記ホイールを前記シャシーに連結しているサスペンションシステムと；
   を備え、
   前記サスペンションシステムは、前記シャシーに旋回自在に連結された第１の端部及び前記アクスルハウジングに旋回自在に連結された第２の端部を有する、リンク機構を備え、
   前記リンク機構の前記第１の端部が、前記リンク機構の長手方向軸に沿って前記リンク機構から間隔を空けて配置されており、
   前記サスペンションシステムが、前記アクスルハウジングと前記シャシーとの間での相対的垂直移動を可能にするように構成され、
   前記サスペンションシステムが、前記アクスルハウジングを前記シャシーに連結している付勢部材を備え、前記付勢部材が、前記アクスルハウジングと前記シャシーとの間での縮み及び伸びによる垂直変位を許すように構成され、
   前記付勢部材が、前記アクスルハウジングと前記シャシーとの両方に旋回自在に連結され、
   前記サスペンションシステムが、前記ホイールと前記基準表面平面との間での垂直変位に応じて、かつ前記シャシーと前記基準表面平面との間の角変位に応じて、前記付勢部材の前記縮み及び伸びによる垂直変位によって、前記アクスルハウジングの前記軸を、前記基準表面平面に対して直角の角度に維持するように構成される、
   車両。
2. 前記角変位が、
   前記ホイールと前記基準表面平面との間での垂直変位；
   前記車両の第２のホイールと前記基準表面平面との間での垂直変位；及び
   前記ホイールと前記車両の第２のホイールとの間での垂直変位
   のうちの少なくとも１つによって加えられる、請求項１に記載の車両。
3. 前記リンク機構の前記第１の端部が、第１のジョイント及び第２のジョイントのところで前記シャシーに旋回自在に連結されており、前記第２のジョイントが、前記第１のジョイントから間隔を空けて配置されており；
   前記リンク機構の前記第２の端部が、第３のジョイント及び第４のジョイントのところで前記アクスルハウジングに旋回自在に連結されており、前記第４のジョイントが、前記第３のジョイントから間隔を空けて配置されている、
   請求項１に記載の車両。
4. 前記リンク機構が、
   前記第１のジョイントのところで前記シャシーに旋回自在に接続されており、
   前記第３のジョイントのところで前記アクスルハウジングに旋回自在に接続された、
   第１のサスペンションアームと、
   前記第２のジョイントのところで前記シャシーに旋回自在に接続されており；
   前記第４のジョイントのところで前記アクスルハウジングに旋回自在に接続された、
   第２のサスペンションアームと
   を備える、請求項３に記載の車両。
5. 前記リンク機構が、
   前記第１のジョイントのところで前記シャシーに旋回自在に接続されたダンパーと；
   前記ダンパーに接続されており；
   前記第３のジョイントのところで前記アクスルハウジングに接続された、
   第１のサスペンションアームと、
   前記第２のジョイントのところで前記シャシーに旋回自在に接続されており；
   前記第４のジョイントのところで前記アクスルハウジングに旋回自在に接続された、
   第２のサスペンションアームと
   を備える、請求項３に記載の車両。
6. 前記ダンパーが、ロータリーダンパーである、請求項５に記載の車両。
7. 前記ダンパーが、リニアダンパーである、請求項５に記載の車両。
8. 前記シャシーが、
   内側部分と；
   前記ホイールの第１の側に配置された第１の外側部分と；
   前記ホイールの第２の側に配置された第２の外側部分と
   を備え、
   前記アクスルハウジングが、
   第１の外側部分と第２の外側部分との間；且つ、
   前記内側部分と前記ホイールとの間
   に位置する、
   請求項１から７のいずれかに記載の車両。
9. 前記リンク機構の前記第１の端部が、前記ホイールの前記第１の側で前記シャシーの前記第１の外側部分に連結されており、前記リンク機構の前記長手方向軸が、前記シャシーの前記内側部分に向かって内側に延在し、前記リンク機構の前記第２の端部が、前記アクスルハウジングの第１の側に連結している、請求項８に記載の車両。
10. 前記サスペンションシステムが、前記シャシーの前記第２の外側部分に旋回自在に連結された第１の端部及び前記アクスルハウジングの第２の側に旋回自在に連結された第２の端部を有する第２のリンク機構を備え、前記第２のリンク機構の前記第１の端部が、前記第２のリンク機構の長手方向軸に沿って前記第２のリンク機構前記第２の端部から横方向に間隔を空けて配置されており、前記第２のリンク機構の前記長手方向軸が、前記シャシーの前記内側部分の方に向かって内側に延在し、前記第２のリンク機構の前記第２の端部が、前記アクスルハウジングの前記第２の側に連結している、請求項９に記載の車両。
11. 前記ホイールが、ホロノミックホイールである、請求項１から１０のいずれかに記載の車両。
12. 前記車両が、第２のホイール及び第３のホイールをさらに備え、前記ホイール、前記第２のホイール及び前記第３のホイールが、前記シャシーの中心にある垂直軸を中心にして等間隔で配置されている、請求項１から１１のいずれかに記載の車両。

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