JPWO2020129844A1 - Traveling device - Google Patents
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Abstract
走行デバイスの走行方向の制御の高精度化を可能とする。走行デバイス(20)は、平行に配置された車輪(41a)、車輪(41b)、車輪(41a)を駆動するモータ(25a)、車輪(41b)を駆動するモータ(25b)、モータ(25a)の駆動力を車輪(41a)へ伝達する動力伝達機構(初段ギヤ(44a)、第1減速ギヤ(45a)、第2減速ギヤ(46a)、第3減速ギヤ(47a))及びモータ(25b)の駆動力を車輪(41b)へ伝達する動力伝達機構(初段ギヤ(44b)、第1減速ギヤ(45b)、第2減速ギヤ(46b)、第3減速ギヤ(47b))を有する。さらに、走行デバイス(20)は、2つの車輪(41a,41b)が共通に取り付けられ各車輪(41)を当該軸に対して回転可能に支持する支軸(42)を備える。It enables highly accurate control of the traveling direction of the traveling device. The traveling device (20) includes wheels (41a) arranged in parallel, wheels (41b), a motor (25a) for driving the wheels (41a), a motor (25b) for driving the wheels (41b), and a motor (25a). Power transmission mechanism (first stage gear (44a), first reduction gear (45a), second reduction gear (46a), third reduction gear (47a)) and motor (25b) that transmit the driving force of It has a power transmission mechanism (first stage gear (44b), first reduction gear (45b), second reduction gear (46b), third reduction gear (47b)) for transmitting the driving force of the above to the wheels (41b). Further, the traveling device (20) includes a support shaft (42) to which two wheels (41a, 41b) are commonly attached and rotatably supports each wheel (41) with respect to the shaft.
Description
本発明は平行に配置された2つの車輪を有する走行デバイスに関する。 The present invention relates to a traveling device having two wheels arranged in parallel.
平行に配置された2つの車輪を備えた平行二輪機構を用いた走行デバイスにおいて、両車輪を別々のモータで駆動する構造が知られている。当該走行装置は両車輪を同じ速度で回転させることにより、直進走行が可能であり、また、両車輪を異なる速度で回転させることにより旋回走行が可能である。 In a traveling device using a parallel two-wheel mechanism including two wheels arranged in parallel, a structure in which both wheels are driven by separate motors is known. The traveling device can travel straight by rotating both wheels at the same speed, and can rotate around by rotating both wheels at different speeds.
従来の走行玩具には、車輪ごとに当該車輪、モータ及び歯車機構を一体のモジュールに組み立て、2つの当該モジュールを並置して平行二輪の走行デバイスを構成したものがあった。 In the conventional traveling toy, the wheel, the motor, and the gear mechanism are assembled into an integrated module for each wheel, and the two modules are arranged side by side to form a parallel two-wheel traveling device.
2つの車輪に関し別々のモジュールとする従来の構成は、両車輪の回転中心軸を揃えにくい、つまり両車輪の車軸の同軸度が低くなり得るという問題があった。この同軸度の低下は例えば、2つのモジュールの配置精度の影響で生じ得る。また板金にピンを立てて車輪の軸とする場合、ピンを板金に垂直にすることは必ずしも容易ではなく、これによっても同軸度が低下し得る。そして、同軸度の低下は例えば、直進精度の低下などを生じ玩具の意図通りの制御を難しくするといった問題を生じる。 The conventional configuration in which the two wheels are made into separate modules has a problem that it is difficult to align the rotation center axes of both wheels, that is, the coaxiality of the axles of both wheels may be low. This decrease in coaxiality can occur, for example, due to the placement accuracy of the two modules. Further, when a pin is erected on a sheet metal to serve as a wheel shaft, it is not always easy to make the pin perpendicular to the sheet metal, and this may also reduce the coaxiality. Then, the decrease in the coaxiality causes, for example, a decrease in the straight-ahead accuracy and causes a problem that it is difficult to control the toy as intended.
本発明は上記課題を鑑みてみてなされたものであり、その目的は、走行デバイスの走行方向の制御の高精度化を可能とし、特に直進精度の向上を可能とする技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of improving the accuracy of controlling the traveling direction of a traveling device, and particularly improving the straight-ahead accuracy.
本発明に係る走行デバイスは、平行に配置された第1の車輪及び第2の車輪を有する走行デバイスであって、前記第1の車輪を駆動する第1のモータと、前記第2の車輪を駆動する第2のモータと、前記第1のモータの駆動力を前記第1の車輪へ伝達する第1の動力伝達機構と、前記第2のモータの駆動力を前記第2の車輪へ伝達する第2の動力伝達機構と、前記第1の車輪及び前記第2の車輪が共通に取り付けられ当該各車輪を当該軸に対して回転可能に支持する支軸と、を備える。 The traveling device according to the present invention is a traveling device having a first wheel and a second wheel arranged in parallel, and has a first motor for driving the first wheel and the second wheel. A second motor to be driven, a first power transmission mechanism for transmitting the driving force of the first motor to the first wheel, and a driving force of the second motor to be transmitted to the second wheel. A second power transmission mechanism and a support shaft to which the first wheel and the second wheel are commonly attached and rotatably support each wheel with respect to the shaft are provided.
本発明の一態様では、前記第1のモータ及び前記第2のモータは、前記第1の車輪と前記第2の車輪との間に、当該2つの車輪が並ぶ方向とは直交する方向に並んで配置され、前記支軸は、前記第1のモータと前記第2のモータとの間隙に配置され、前記第1のモータ及び前記第1の動力伝達機構と前記第2のモータ及び前記第2の動力伝達機構とは回転対称の構造である。 In one aspect of the present invention, the first motor and the second motor are arranged between the first wheel and the second wheel in a direction orthogonal to the direction in which the two wheels are arranged. The support shaft is arranged in the gap between the first motor and the second motor, and the first motor, the first power transmission mechanism, the second motor, and the second motor are arranged. The power transmission mechanism of is a rotationally symmetric structure.
また、本発明の一態様では、さらに、前記第1のモータ及び前記第2のモータが固定されるマウント部と前記支軸の軸受け部とが一体をなすシャーシを備える。 Further, in one aspect of the present invention, the chassis further includes a chassis in which the mounting portion to which the first motor and the second motor are fixed and the bearing portion of the support shaft are integrated.
この態様において、前記シャーシは、前記車輪の回転面に平行で前記第1のモータ及び前記第2のモータを挟んで対向配置された一対の壁面部を有し、前記各壁面部には、前記軸受け部として前記支軸を通す孔が設けられる構成とすることができる。 In this embodiment, the chassis has a pair of wall surface portions that are parallel to the rotating surface of the wheel and are arranged so as to face each other with the first motor and the second motor interposed therebetween. The bearing portion may be configured to be provided with a hole through which the support shaft is passed.
本発明のさらなる一態様では、さらに、前記第1の車輪に対応して設けられた第1のロータリエンコーダと、前記第2の車輪に対応して設けられた第2のロータリエンコーダと、前記第1のロータリエンコーダ及び第2のロータリエンコーダの出力に基づいて前記第1のモータ及び前記第2のモータをそれぞれフィードバック制御する制御回路と、を備える。 In a further aspect of the present invention, a first rotary encoder provided corresponding to the first wheel, a second rotary encoder provided corresponding to the second wheel, and the first rotary encoder are further provided. A control circuit for feedback-controlling the first motor and the second motor based on the outputs of the rotary encoder 1 and the second rotary encoder is provided.
この態様において、前記動力伝達機構は、前記モータの出力軸に取り付けられた初段ギヤを含む歯車機構であり、前記初段ギヤは、前記ロータリエンコーダの格子円盤と一体である構成とすることができる。 In this aspect, the power transmission mechanism is a gear mechanism including a first-stage gear attached to the output shaft of the motor, and the first-stage gear may be integrated with a grid disk of the rotary encoder.
本発明の他の一態様では、前記動力伝達機構は、前記モータの出力軸に取り付けられた初段ギヤと当該初段ギヤの回転を順次伝達する複数の変速ギヤとからなる歯車機構であり、前記複数の変速ギヤは、大径のギヤ部と小径のギヤ部とを有するダブルギヤであって互いに同一である。 In another aspect of the present invention, the power transmission mechanism is a gear mechanism including a first stage gear attached to an output shaft of the motor and a plurality of transmission gears for sequentially transmitting the rotation of the first stage gear, and the plurality of gears. The transmission gear is a double gear having a large-diameter gear portion and a small-diameter gear portion, and is the same as each other.
この態様において、前記歯車機構は、回転を順次伝達する第1乃至第3の前記変速ギヤを含み、前記第1及び第3の変速ギヤは、前記支軸に回転可能に取り付けられ、当該支軸を回転中心軸として共用する構成することができる。 In this embodiment, the gear mechanism includes first to third transmission gears that sequentially transmit rotation, and the first and third transmission gears are rotatably attached to the support shaft, and the support shaft is rotatably attached to the support shaft. Can be shared as the central axis of rotation.
また、最終段の前記変速ギヤは、前記支軸に回転可能に取り付けられ、前記車輪は、最終段の前記変速ギヤの出力側の前記ギヤ部と嵌め合う歯状の溝を有する構成とすることができる。 Further, the transmission gear of the final stage is rotatably attached to the support shaft, and the wheel has a tooth-shaped groove that fits with the gear portion on the output side of the transmission gear of the final stage. Can be done.
以下、本発明の実施の形態(以下、実施形態という)について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の実施形態にかかる玩具システム2の一例を示す斜視図であり、当該玩具システムは本発明に係る走行デバイスを構成要素として含む。本発明にかかる玩具システムは、デバイス制御装置10と、走行デバイス20a,20bと、コントローラ17と、カートリッジ18とを含む。走行デバイス20(20a,20b)は、2つの車輪が別々のモータで駆動される平行二輪機構を備え、直進走行や旋回走行を行う。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a toy system 2 according to an embodiment of the present invention, and the toy system includes a traveling device according to the present invention as a component. The toy system according to the present invention includes a
デバイス制御装置10は無線を介して走行デバイス20を制御する。コントローラ17はユーザによる操作を取得する入力装置であり、ケーブルによりデバイス制御装置10に接続されている。
The
図2は玩具システム2の主として制御系の概略の構成を示すブロック図である。デバイス制御装置10は、プロセッサ11、記憶部12、通信部13及び入出力部14を含む。走行デバイス20は、プロセッサ21、記憶部22、通信部23、カメラ24、モータ25及びロータリエンコーダ26を含む。なお、デバイス制御装置10は制御のための専用の装置であってもよいし、汎用的なコンピュータ(スマートフォンやタブレット端末を含む。)であってもよい。
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a control system mainly of the toy system 2. The
プロセッサ11は、記憶部12に格納されているプログラムに従って動作し、通信部13、入出力部14などを制御する。プロセッサ21は、記憶部22に格納されているプログラムに従って動作し、カメラ24、ロータリエンコーダ26などから入力される情報を演算処理したり、通信部23、カメラ24、モータ25などを制御したりする。上記プログラムは、図1に示すカートリッジ18内のフラッシュメモリ等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に格納されて提供されるが、インターネット等のネットワークを介して提供されてもよい。
The processor 11 operates according to the program stored in the
記憶部12は、デバイス制御装置10に内蔵されるDRAM(Dynamic Random Access Memory)及びフラッシュメモリと、カートリッジ18内のフラッシュメモリ等によって構成されている。記憶部22はDRAM及びフラッシュメモリ等によって構成されている。記憶部12,22は上記プログラムを格納する。また、記憶部12,22はプロセッサ11,21や通信部13,23等から入力される情報や演算結果を格納する。
The
通信部13,23は他の機器と通信するための集積回路やアンテナなどにより構成されている。通信部13,23は、例えばBluetooth(登録商標)プロトコルに従って互いに通信する機能を有する。通信部13,23は、プロセッサ11,21の制御に基づいて、他の装置から受信した情報をプロセッサ11,21や記憶部12,22に入力し、他の装置に情報を送信する。なお、通信部13はLAN(Local Area Network)などのネットワークを介して他の装置と通信する機能を有してもよい。
The
入出力部14は、コントローラ17などの入力デバイスからの情報を取得する回路と、音声出力デバイスや画像表示デバイスなどの出力デバイスを制御する回路とを含む。入出力部14は、入力デバイスから入力信号を取得し、その入力信号が変換された情報をプロセッサ11や記憶部12に入力する。また入出力部14は、プロセッサ11などの制御に基づいて、音声をスピーカに出力させ、画像を表示デバイスに出力させる。
The input /
モータ25は、プロセッサ21により回転方向、回転量及び回転速度が制御される、いわゆるサーボモータである。モータ25は車輪ごとに設けられる。つまり、走行デバイス20は2つのモータ25を備え、既に述べたように、平行二輪機構を構成する2つの車輪は別々のモータ25で駆動される。
The
カメラ24は、走行デバイス20の下方を撮影するように配置され、走行デバイス20が置かれているシートなどに印刷されたパターンを撮影する。本実施形態では、そのシートなどには赤外線の波長領域で認識されるパターンが印刷されている。具体的には、シートなどの上には、所定の大きさ(例えば0.2mm角)の単位パターンがマトリクス状に並んでおり、単位パターンのそれぞれには、そのパターンが配置される位置の座標が符号化されている。走行デバイス20及びデバイス制御装置10は、カメラ24により撮影された画像に含まれるパターンを復号し、走行デバイス20の位置や向きを取得する。
The
ロータリエンコーダ26はモータ25の回転角度・回転量を測定するために設けられており、本実施形態では光学式であり、測定対象軸に取り付けられた格子円盤と、光を出射し格子円盤のスリットを通過する光を検知する送受光素子とを含む。モータ25が車輪ごとに設けられることに対応して、ロータリエンコーダ26も車輪ごとに設けられる。なお、本実施形態では、走行デバイス20の小型化を図るため、ロータリエンコーダ26は回転方向を検出する機能を省略した構造としているが、当該機能を有するものを用いてもよい。また、ロータリエンコーダ26は磁気式など他の方式のものであってもよく、また、ロータリエンコーダ26に代えて、他の回転角センサを用いることもできる。走行デバイス20及びデバイス制御装置10は、2つのロータリエンコーダ26の出力に基づいて、2つのモータ25をそれぞれフィードバック制御する。例えば、プロセッサ11,21が当該制御を行う制御回路として機能する。
The
図3は走行デバイス20の模式的な垂直断面図であり、平行配置された2つの車輪の中心を通る平面での断面を示している。走行デバイス20は、カバー30内に動力部32、回路基板34、バッテリ36などを収納している。動力部32はカバー30内の下部空間に収納され、例えば、カバー30にネジ止めなどにより固定される。また、回路基板34は動力部32の上に配置され、バッテリ36はカバー30の上部空間に収納される。なお、カバー30の下部空間には動力部32及び回路基板34の他に、カメラ24などの部品も収納されるが図3には現れていない。
FIG. 3 is a schematic vertical cross-sectional view of the traveling
回路基板34は例えば、リジッドプリント基板及びそれに取り付けられた電子部品などからなり、図2に示すプロセッサ21、記憶部22、通信部23などが回路基板34に設けられる。
The
バッテリ36は回路基板34やモータ25等に電力を供給する。
The
動力部32は、モータ25により駆動される平行二輪機構を含み、走行デバイス20が置かれたシートなどの面上にて走行デバイス20を移動させる駆動力を発生する。図4は動力部32の模式的な斜視図である。動力部32はホルダ40と組み合わせて構成されており、図4では動力部32を、モータ25やシャーシ43を含む主要部と、ホルダ40とに分解して図示している。図5は動力部32の主要部からシャーシ43を取り除いた模式的な斜視図であり、図6はシャーシ43を取り除いた状態にて主要部を下から見た模式的な平面図である。また、図7は動力部32の主要部の概略の分解斜視図である。
The
動力部32の主要部は、モータ25(25a,25b)、車輪41(41a,41b)、支軸42、シャーシ43、初段ギヤ44(44a,44b)、第1減速ギヤ45(45a,45b)、第2減速ギヤ46(46a,46b)、第3減速ギヤ47(47a,47b)を含む。
The main parts of the
ここで、車輪41は平行二輪機構を構成する2つの車輪41a,41bからなり、それらは、2つのモータ25が搭載されたシャーシ43を間に挟んで配置される。便宜的に車輪41aが配置される側を動力部32(又は走行デバイス20)の右側、車輪41bが配置される側を左側とすると、左右一対に設けられる構成要素について互いの区別を明確にする場合には、右側に位置するものに“a”を付し、左側に位置するものに“b”を付す。
Here, the wheels 41 are composed of two
また、以下の説明では走行デバイス20の水平方向及び垂直方向を、走行デバイス20が水平面の上を走行する際の姿勢において定義する。
Further, in the following description, the horizontal direction and the vertical direction of the traveling
2つのモータ25はそれぞれ片軸モータであり、モータ25aは出力軸25sを右側に向けてシャーシ43に固定され、車輪41aを駆動し、一方、モータ25bは出力軸25sを左側に向けてシャーシ43に固定され、車輪41bを駆動する。
The two
動力部32は、車輪41ごとに設けられモータ25の駆動力を当該車輪へ伝達する動力伝達機構を有する。本実施形態では動力伝達機構として歯車機構を有し、車輪41aに対応する歯車機構は、初段ギヤ44a、第1減速ギヤ45a、第2減速ギヤ46a、第3減速ギヤ47aを含んで構成され、同様に、車輪41bに対応する歯車機構は、初段ギヤ44b、第1減速ギヤ45b、第2減速ギヤ46b、第3減速ギヤ47bを含んで構成される。なお、初段ギヤ44はロータリエンコーダ26の格子円盤44eと一体に形成されている。
The
車輪41の回転軸は水平である。つまり、車輪41は縦に回転する。ちなみに、車輪41の周の一部はカバー30の下面に設けられたスロットからカバー30の外に突き出しており、これにより車輪41は走行面に接することができ、走行デバイス20を移動させる。
The axis of rotation of the wheel 41 is horizontal. That is, the wheel 41 rotates vertically. Incidentally, a part of the circumference of the wheel 41 protrudes out of the
車輪41は支軸42に取り付けられる。支軸42は2つの車輪が共通に取り付けられた軸であって、各車輪41を当該軸に対して回転可能に支持する。つまり、車輪41と支軸42との間は固定されておらず、支軸42は車輪41に動力を伝達する機能は有していない。ちなみに、モータ25から車輪41への動力伝達は上述のように歯車機構を介して行われる。
The wheel 41 is attached to the
支軸42は車輪41の中心に設けられた孔に挿入され車輪41を支持する。支軸42は剛性が高い直線の棒であり、2つの車輪41の回転軸を共通にする機能を有する。つまり、支軸42により車輪41aの回転軸と車輪41bの回転軸とが一直線となる。これにより、走行デバイス20の走行方向の制御の高精度化が可能となり、特に直進精度が向上する。支軸42は例えば、鋼材などのヤング率が高い金属で作られる。
The
モータ25a,25bは2つの車輪41の間に、当該2つの車輪41が並ぶ方向とは直交する方向に並んで配置される。例えば、本実施形態では、車輪41が並ぶ方向を走行デバイス20の左右方向とすると、モータ25は前後方向に並ぶ。そして、支軸42はモータ25aとモータ25bとの間隙に配置される。つまり、支軸42は2つのモータ25の間を通って、右側の車輪41aと左側の車輪41bとの間に架け渡される。
The
このモータ25の配置では、モータ25の出力軸25sは車輪41の回転軸からずれて位置し、この出力軸25sと車輪41の回転軸との間の動力伝達は歯車機構により行われる。本実施形態では、図6に示されるように、車輪41aに対応するモータ25a及び動力伝達機構と、車輪41bに対応するモータ25b及び動力伝達機構とは回転対称の構造である。具体的には、支軸42の中心軸上の或る一点を中心とした水平面内での180°の回転に対して対称性を有する。
In this arrangement of the
当該対称構造において、動力伝達機構である歯車機構も対称の構造であり、例えば、左右の初段ギヤ44a,44bは同じ構造であり、同様に第1減速ギヤ45、第2減速ギヤ46、第3減速ギヤ47の構造も左右で同じである。そして、各ギヤ44〜47の配置も左右で対称であり、初段ギヤ44、第1減速ギヤ45、第2減速ギヤ46、第3減速ギヤ47の順に回転が伝達される。 In the symmetrical structure, the gear mechanism, which is a power transmission mechanism, also has a symmetrical structure. For example, the left and right first stage gears 44a and 44b have the same structure, and similarly, the first reduction gear 45, the second reduction gear 46, and the third reduction gear 46. The structure of the reduction gear 47 is the same on the left and right. The arrangement of the gears 44 to 47 is also symmetrical on the left and right, and the rotation is transmitted in the order of the first stage gear 44, the first reduction gear 45, the second reduction gear 46, and the third reduction gear 47.
ここで、歯車機構の具体的な構造について説明する。第1減速ギヤ45、第2減速ギヤ46、第3減速ギヤ47はそれぞれ、大径のギヤ部と小径のギヤ部とを有するダブルギヤである。本実施形態ではモータ25から車輪41へ順次、回転速度を下げる変速を行うので、各ダブルギヤにて大径のギヤ部が入力側のギヤとなり、小径のギヤ部が出力側のギヤとなる。
Here, a specific structure of the gear mechanism will be described. The first reduction gear 45, the second reduction gear 46, and the third reduction gear 47 are double gears each having a large diameter gear portion and a small diameter gear portion. In the present embodiment, since the speed is sequentially reduced from the
例えば、右側の歯車機構において、初段ギヤ44aはモータ25の出力軸25sに取り付けられ、第1減速ギヤ45a及び第3減速ギヤ47aは支軸42に回転可能に取り付けられ、第2減速ギヤ46はシャーシ43に固定されたピン64に回転可能に取り付けられる。そして、初段ギヤ44aは第1減速ギヤ45aの大径のギヤ部と噛み合い、第1減速ギヤ45aの小径のギヤ部は第2減速ギヤ46aの大径のギヤ部と噛み合い、第2減速ギヤ46aの小径のギヤ部は第3減速ギヤ47aの大径のギヤ部と噛み合う。
For example, in the gear mechanism on the right side, the
車輪41aは第3減速ギヤ47aと一体に回転する。具体的には、車輪41aはギヤソケット部41gを有する。ギヤソケット部41gは車輪41の中心に設けられた孔であり図7にて車輪41bに表されている。ギヤソケット部41gの側面には第3減速ギヤ47の歯と嵌め合う構造の溝が設けられている。車輪41aのギヤソケット部41gに最終段の変速ギヤである第3減速ギヤ47aの出力側のギヤ部が嵌ることで、車輪41aは第3減速ギヤ47aと一体に回転する。
The
以上、右側の車輪41aに対応する歯車機構の構造を説明したが、左側の車輪41bに対応する初段ギヤ44b、第1減速ギヤ45b、第2減速ギヤ46b、第3減速ギヤ47bを含んで構成される歯車機構の構造も同一で、右側と回転対称に構成される。このように左右の歯車機構を対称な構成とすることで、歯車機構の部品を左右共通に製造することができ、左右の歯車機構の挙動を揃えやすい。つまり、左右の歯車機構の動作精度の共通化が図られ、これにより、走行デバイス20の走行方向の制御の一層の高精度化が可能となる。
The structure of the gear mechanism corresponding to the
また、ギヤを取り付ける軸の位置精度は歯車機構の動作精度に影響し得るが、本実施形態では、第1減速ギヤ45a,45bと第2減速ギヤ46a,46bとが支軸42に共通に取り付けられることで、当該影響による動作精度の低下を減らすことができる。
Further, the position accuracy of the shaft to which the gear is attached may affect the operation accuracy of the gear mechanism, but in the present embodiment, the
また、最終段の減速ギヤと車輪41とを一体に回転させるという点だけからは最終段のギヤをダブルギヤとする必要はない。しかし、上述のように最終段の第3減速ギヤ47をダブルギヤとして、その出力側のギヤ部を車輪41に嵌め込んで車輪41との回転止めとして用いる構造では、第1減速ギヤ45及び第2減速ギヤ46だけでなく、第3減速ギヤ47もダブルギヤとすることができる。その結果、第1減速ギヤ45、第2減速ギヤ46、第3減速ギヤ47を互いに同じギヤとすることが可能となる。つまり、左右の歯車機構を対称とする場合、全ての減速ギヤを共通の部品として製造することができ、例えば、ギヤを製造する金型が減ることなどによりギヤの製造コストを低減できる。 Further, it is not necessary to use the final stage gear as a double gear only from the point of integrally rotating the final stage reduction gear and the wheel 41. However, as described above, in the structure in which the third reduction gear 47 in the final stage is used as a double gear and the gear portion on the output side thereof is fitted into the wheel 41 to stop the rotation with the wheel 41, the first reduction gear 45 and the second reduction gear 45 and the second reduction gear 47 are used. Not only the reduction gear 46 but also the third reduction gear 47 can be a double gear. As a result, the first reduction gear 45, the second reduction gear 46, and the third reduction gear 47 can be set to the same gear. That is, when the left and right gear mechanisms are symmetrical, all the reduction gears can be manufactured as common parts, and for example, the gear manufacturing cost can be reduced by reducing the number of molds for manufacturing the gears.
シャーシ43は2つのモータ25が固定されるマウント部と支軸42の軸受け部とを一体に構成する。例えば、シャーシ43は一枚の板金から形成することができ、当該板金を折り曲げ、また孔開けをして作ることができる。車輪41a,41bを駆動するモータ25a,25bを別々に走行デバイス20に取り付けると、それらの相対的な位置関係の精度確保が難しくなり、ひいては左右両輪の回転の仕方にも影響し得る。この点、剛性を有する1つのシャーシ43によって、2つのモータ25の位置関係を定め、さらに支軸42の向きとモータ25との位置関係を定めることで、複数の走行デバイス20間での組み立てのばらつきを抑制でき、走行方向の制御の高精度化に資する。
The
本実施形態におけるシャーシ43の構造を説明する。シャーシ43は、車輪41の回転面に平行で2つのモータ25を挟んで対向配置された一対の壁面部と、モータ25の下に位置し両壁面部の間をつなぐ水平な底面部と、各壁面部の上端から外側、つまり車輪41側に向けて水平に延在された上面部とを有する。
The structure of the
シャーシ43の各壁面部には図7に示すように、軸受け部として軸受け孔61が設けられる。支軸42は、車輪41a側の壁面部に設けられた軸受け孔61aと車輪41b側の壁面部に設けられた軸受け孔61bとに通される。なお、支軸42はその軸周りに回転する必要はなく、基本的には軸受け孔61は支軸42を通しさえすればよいので、軸受け孔61と支軸42との間の隙間は小さくすることができる。これにより、支軸42の向きの変動幅を小さくすることができる。また、支軸42の向きが変動しても、当該支軸42に共通に取り付けられた車輪41a,41bの回転軸の向きは共通に変化すること、及び歯車機構を回転対称に構成していることから、車輪41の回転の仕方に対する影響は車輪41aと車輪41bとで基本的に同じとなる。これらの点も直進精度の向上に寄与する。
As shown in FIG. 7, each wall surface portion of the
シャーシ43の壁面部に設けられたモータ孔62はモータ25の出力軸25s側の面が嵌る形状を有し、モータ25は出力軸25sをモータ孔62から突き出してシャーシ43に固定される。つまり、モータ25aの出力軸25sはモータ孔62aから右側に突き出し、これに初段ギヤ44aが取り付けられる。また、モータ25bの出力軸25sはモータ孔62bから左側に突き出し、これに初段ギヤ44bが取り付けられる。なお、壁面部に設けられた孔63はモータ25を取り付けるためのネジ穴である。
The motor hole 62 provided on the wall surface of the
また、壁面部にはピン64が当該壁面部に対して垂直に立設される。例えば、ピン64は、その根本を壁面部に設けた孔に挿入し、反対側に突き出た端部をかしめて固定される。図7にはこのようにして形成されたピン固定端64hが示されている。
Further, a
また図7に表されている係止孔65、挿入孔66は、シャーシ43にホルダ40を組み付けるために設けられている。図示を省略しているが、シャーシ43に取り付けられたモータ25の上にはフレキシブルプリント基板(Flexible Printed Circuits:FPC)が配置される。当該FPCにはモータ25に電力を供給する配線などが形成され、また、ロータリエンコーダ26の送受光素子70が取り付けられる。なお、FPCは回路基板34に接続される。ホルダ40は当該FPCを上から押さえて、その動きを制限する機能を有する。
Further, the locking
図4にはホルダ40の斜視図が示されている。ホルダ40はシャーシ43の上面部に載置される水平部と当該水平部から下に突き出した2つのアーム52とを有し、また水平部には開口部50,51などが設けられている。
FIG. 4 shows a perspective view of the
アーム52はホルダ40をシャーシ43に係止する機能と、第1減速ギヤ45とシャーシ43との間のスラスト軸受けとしての機能を有し、前者の係止機能のために係止爪53、また後者の軸受け機能のために孔54を具えている。また、これらの機能を果たすために、ホルダ40をシャーシ43に装着した状態での水平面内における位置に関して、2つのアーム52は支軸42の軸線上に並び、かつアーム52aがシャーシ43の右側の壁面部の外側面に近接し、アーム52bが左側の壁面部の外側面に近接する位置に設けられる。
The arm 52 has a function of locking the
上述したシャーシ43の挿入孔66a,66bはそれぞれアーム52a,52bを挿入するための孔であり、その位置、形状は水平面でのアーム52の位置、形状に対応して設計される。
The insertion holes 66a and 66b of the
図3にはホルダ40をシャーシ43に装着した状態でのアーム52を含む断面が表されている。シャーシ43の係止孔65は係止爪53に対応して設けられており、ホルダ40をシャーシ43に装着すると、シャーシ43の壁面部の外側面に沿ってアーム52が挿入され、壁面部に対向して設けられた係止爪53が係止孔65に嵌る。これによりホルダ40がシャーシ43に係止される。
FIG. 3 shows a cross section including the arm 52 with the
孔54は、ホルダ40をシャーシ43に装着した状態にて、支軸42の位置に来るように形成されている。つまり、アーム52a,52bの孔54はそれぞれシャーシ43の軸受け孔61a,61bに対向する。なお、支軸42は、ホルダ40をシャーシ43に取り付けた後に、孔54及び軸受け孔61に通される。そして、この支軸42に第1減速ギヤ45が取り付けられる。アーム52はシャーシ43と第1減速ギヤ45との間に位置する。孔54の第1減速ギヤ45側の縁は第1減速ギヤ45に向けて凸であり、この凸部でシャーシ43側に接近する第1減速ギヤ45を受け止めることで、第1減速ギヤ45との接触面積を少なくして摩擦を減らし、かつ第1減速ギヤ45の軸方向の動きを制限し、これにより第1減速ギヤ45の円滑な回転を確保する。
The
なお、図3に示すように、本実施形態では車輪41の中心軸に設けられる孔は貫通孔であり、支軸42は両車輪41を貫く。例えば、支軸42は、その両端がカバー30の側壁内面に達する長さとされ、カバー30により軸方向の動きを制限される。また、例えば、カバー30の内壁面にて支軸42の両端に対応する位置に軸受け孔72となる凹部を設け、支軸42を当該凹部に嵌る長さとすることができる。これにより、支軸42は車輪41及び当該車輪41に対応する歯車機構の両側を、シャーシ43の軸受け孔61とカバー30の軸受け孔72とで支えられ、支軸42の撓みや振動が抑制され、ひいては車輪41や歯車機構が一定の位置に保たれ、走行制御が安定する。
As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the hole provided in the central shaft of the wheel 41 is a through hole, and the
図4から理解されるように、ホルダ40の開口部50は、ホルダ40をシャーシ43に装着した状態にてシャーシ43の開口部60と重なる位置に設けられている。開口部60は格子円盤44eの上に設けられており、開口部50と開口部60とからなる孔に送受光素子70が配置される。具体的には、送受光素子70が取り付けられたFPCの端部を、開口部51を通してホルダ40の下側から上側に引き出し、開口部50の上から送受光素子70を挿入する。図5には、取り付けられた送受光素子70が示されており、開口部50a,60aに挿入された送受光素子70aは、その送光部と受光部との間を初段ギヤ44aの格子円盤44eのスリットが通過するように配置される。同様に、開口部50b,60bに挿入された送受光素子70bの送光部と受光部との間を初段ギヤ44bの格子円盤44eのスリットが通過する。上述したように格子円盤44eは初段ギヤ44と一体であり、モータ25に取り付けられた初段ギヤ44が回転すると格子円盤44eも回転する。ロータリエンコーダ26は、格子円盤44eの回転に応じて送受光素子70から周期信号を出力し、当該信号に基づいてモータ25の回転速度を検出することができる。
As can be understood from FIG. 4, the opening 50 of the
既に述べたように、左右のロータリエンコーダ26の出力信号はプロセッサ11又はプロセッサ21に入力され、プロセッサ11又はプロセッサ21は、2つのロータリエンコーダの出力に基づいて2つのモータ25a,25bそれぞれの回転をフィードバック制御する。これにより、走行デバイス20の走行方向の制御の高精度化が可能となり、特に直進精度が向上する。
As described above, the output signals of the left and right
なお、本実施形態ではロータリエンコーダ26の測定対象軸をモータ25の出力軸25sとして、これに取り付けられる初段ギヤ44に格子円盤44eを一体形成した構成を説明したが、減速ギヤや車輪の回転を測定する構成としてもよい。
In the present embodiment, the measurement target shaft of the
また、支軸42は車輪41、第1減速ギヤ45、第3減速ギヤ47を回転可能に支持するために、それらを支持する部分は少なくとも断面が円形とされる。よって、本実施形態では、支軸42は全体が均一の直径の円柱形状の棒としている。しかし、車輪41等を支持する部分とそれ以外とで断面形状は異ならせることができる。
Further, since the
上述の実施形態では、走行デバイス20が、それとは別体に設けられたデバイス制御装置10から制御信号を受信して動作する例を示したが、走行デバイス20の動作制御は他の形態であってもよい。例えば、上述の実施形態におけるデバイス制御装置10の機能を走行デバイス20が担ってもよい。この場合、例えば、走行デバイス20にケーブルでコントローラ17が接続され、ユーザがコントローラ17を操作し、当該操作に応じてプロセッサ21がモータ25の動作等を制御する。また、走行デバイス20はユーザの操作を受けずに、プロセッサ21で実行されるプログラムによって自律的に動作するものであってもよい。そのプログラムは走行デバイス20に搭載したセンサの出力に応じて走行デバイス20の動作を制御するものであってよく、そのために走行デバイス20は上述したカメラ24やロータリエンコーダ26以外のセンサを搭載してもよい。
In the above-described embodiment, the traveling
Claims (9)
前記第1の車輪を駆動する第1のモータと、
前記第2の車輪を駆動する第2のモータと、
前記第1のモータの駆動力を前記第1の車輪へ伝達する第1の動力伝達機構と、
前記第2のモータの駆動力を前記第2の車輪へ伝達する第2の動力伝達機構と、
前記第1の車輪及び前記第2の車輪が共通に取り付けられ当該各車輪を当該軸に対して回転可能に支持する支軸と、
を備えたことを特徴とする走行デバイス。A traveling device having a first wheel and a second wheel arranged in parallel.
The first motor that drives the first wheel and
The second motor that drives the second wheel and
A first power transmission mechanism that transmits the driving force of the first motor to the first wheel, and
A second power transmission mechanism that transmits the driving force of the second motor to the second wheel, and
A support shaft to which the first wheel and the second wheel are commonly attached and rotatably support each wheel with respect to the shaft,
A traveling device characterized by being equipped with.
前記第1のモータ及び前記第2のモータは、前記第1の車輪と前記第2の車輪との間に、当該2つの車輪が並ぶ方向とは直交する方向に並んで配置され、
前記支軸は、前記第1のモータと前記第2のモータとの間隙に配置され、
前記第1のモータ及び前記第1の動力伝達機構と前記第2のモータ及び前記第2の動力伝達機構とは回転対称の構造であること、
を特徴とする走行デバイス。In the traveling device according to claim 1,
The first motor and the second motor are arranged between the first wheel and the second wheel in a direction orthogonal to the direction in which the two wheels are lined up.
The support shaft is arranged in the gap between the first motor and the second motor.
The first motor and the first power transmission mechanism and the second motor and the second power transmission mechanism have a rotationally symmetric structure.
A traveling device characterized by.
前記第1のモータ及び前記第2のモータが固定されるマウント部と前記支軸の軸受け部とが一体をなすシャーシを備えたこと、を特徴とする走行デバイス。In the traveling device according to claim 1 or 2, further
A traveling device comprising a chassis in which a mount portion to which the first motor and the second motor are fixed and a bearing portion of the support shaft are integrated.
前記シャーシは、前記車輪の回転面に平行で前記第1のモータ及び前記第2のモータを挟んで対向配置された一対の壁面部を有し、
前記各壁面部には、前記軸受け部として前記支軸を通す孔が設けられること、
を特徴とする走行デバイス。In the traveling device according to claim 3,
The chassis has a pair of wall surface portions that are parallel to the rotating surface of the wheel and are arranged so as to face each other with the first motor and the second motor interposed therebetween.
Each wall surface portion is provided with a hole through which the support shaft is passed as the bearing portion.
A traveling device characterized by.
前記第1の車輪に対応して設けられた第1のロータリエンコーダと、
前記第2の車輪に対応して設けられた第2のロータリエンコーダと、
前記第1のロータリエンコーダ及び第2のロータリエンコーダの出力に基づいて前記第1のモータ及び前記第2のモータをそれぞれフィードバック制御する制御回路と、
を備えたことを特徴とする走行デバイス。In the traveling device according to any one of claims 1 to 4, further
A first rotary encoder provided corresponding to the first wheel,
A second rotary encoder provided corresponding to the second wheel,
A control circuit that feedback-controls the first motor and the second motor based on the outputs of the first rotary encoder and the second rotary encoder, respectively.
A traveling device characterized by being equipped with.
前記動力伝達機構は、前記モータの出力軸に取り付けられた初段ギヤを含む歯車機構であり、
前記初段ギヤは、前記ロータリエンコーダの格子円盤と一体であること、
を特徴とする走行デバイス。In the traveling device according to claim 5,
The power transmission mechanism is a gear mechanism including a first stage gear attached to the output shaft of the motor.
The first stage gear is integrated with the grid disk of the rotary encoder.
A traveling device characterized by.
前記動力伝達機構は、前記モータの出力軸に取り付けられた初段ギヤと当該初段ギヤの回転を順次伝達する複数の変速ギヤとからなる歯車機構であり、
前記複数の変速ギヤは、大径のギヤ部と小径のギヤ部とを有するダブルギヤであって互いに同一であること、
を特徴とする走行デバイス。The traveling device according to any one of claims 1 to 6.
The power transmission mechanism is a gear mechanism including a first stage gear attached to an output shaft of the motor and a plurality of transmission gears that sequentially transmit the rotation of the first stage gear.
The plurality of transmission gears are double gears having a large diameter gear portion and a small diameter gear portion and are the same as each other.
A traveling device characterized by.
前記歯車機構は、回転を順次伝達する第1乃至第3の前記変速ギヤを含み、
前記第1及び第3の変速ギヤは、前記支軸に回転可能に取り付けられ、当該支軸を回転中心軸として共用すること、
を特徴とする走行デバイス。In the traveling device according to claim 7,
The gear mechanism includes first to third gears that sequentially transmit rotation.
The first and third transmission gears are rotatably attached to the support shaft, and the support shaft is shared as a rotation center shaft.
A traveling device characterized by.
最終段の前記変速ギヤは、前記支軸に回転可能に取り付けられ、
前記車輪は、最終段の前記変速ギヤの出力側の前記ギヤ部と嵌め合う歯状の溝を有すること、
を特徴とする走行デバイス。In the traveling device according to claim 7 or 8.
The transmission gear of the final stage is rotatably attached to the support shaft and is attached to the support shaft.
The wheel has a tooth-shaped groove that fits with the gear portion on the output side of the transmission gear in the final stage.
A traveling device characterized by.
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