JP2010195160A - Self-traveling carriage - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、低出力のアクチュエータが駆動力源であっても大きな段差を乗り越えることが可能な自走台車に関する。 The present invention relates to a self-propelled cart that can overcome a large step even if a low-power actuator is a driving force source.
車輪によって移動する移動ロボット等では、走行路に存在する段差等を乗り越える技術が求められている。
従来の段差乗り越え車輪装置は、車輪に動力を伝達せずに手押し車のように外部から押される力を利用して段差を乗り越える従動車輪装置として、平面な床面を移動するために用いられる移動用車輪とは別に車体の前進方向に床面から離隔するように回転案内輪と滑輪、可撓性履帯による傾斜環状履帯案内部を車輪支持ホルダー部の内外に分離近接状に配置し、車輪の前進時に仰角浮状とした回転履帯部を段差に接地させ、外部からの前進力によって段差を乗り越える従動車輪装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
In mobile robots that move by means of wheels, there is a demand for a technology that can overcome a step or the like that exists on a travel path.
The conventional step-over wheel device is used to move on a flat floor surface as a driven wheel device that uses a force pushed from the outside like a wheelbarrow without transmitting power to the wheel and moves over a step. Separately from the wheel for use, a rotating guide wheel and a sliding wheel, and an inclined annular crawler guide portion with a flexible crawler track are arranged in the inner and outer sides of the wheel support holder so as to be separated from the floor surface in the forward direction of the vehicle body. There has been proposed a driven wheel device in which a rotating crawler belt portion that is floated at an elevation during forward movement is grounded to a step and the step is overcome by an external advance force (see, for example, Patent Document 1).
また、動力を伝達して段差を乗り越える車輪駆動装置として、車体フレームと、車体フレームに回転自在に設けた駆動輪アームと、同アームの先端に回転自在に設けた車輪と、前記車輪の車輪軸に設けた車輪軸歯車と、この車輪軸歯車にかみ合い前記駆動アームに軸支されている遊星歯車と、前記遊星歯車にかみ合い、かつ、前記駆動アームとは独立して駆動輪アームと同心軸で回転可能とに配置した太陽歯車と、太陽歯車にかみ合う駆動車輪とを備え、前記駆動歯車を回転させ、太陽歯車、遊星歯車、車輪歯車を介して車輪を回転させて走行するとともに、段差によって車輪の回転が妨げられると自律的に駆動輪アームの回転に切り替えて段差を乗り越えることができるようにしたものもある(例えば、特許文献2参照)。 Further, as a wheel drive device for transmitting power and overcoming a step, a vehicle body frame, a drive wheel arm rotatably provided on the vehicle body frame, a wheel rotatably provided at the tip of the arm, and a wheel shaft of the wheel A wheel shaft gear, a planetary gear meshed with the wheel shaft gear and supported by the drive arm, meshed with the planet gear, and concentric with the drive wheel arm independently of the drive arm. A sun gear arranged to be rotatable and a driving wheel meshing with the sun gear, the driving gear is rotated, the wheel is rotated via the sun gear, the planetary gear, and the wheel gear, and the wheel is driven by a step. In some cases, the rotation of the driving wheel arm can be switched autonomously to overcome the step when the rotation of the motor is prevented (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1のものは何れの車輪にも駆動力を発生するアクチュエータを有していない。また、移動用車輪と回転案内輪または滑輪がそれぞれ伝達機構によって連結されておらず、それぞれが独立に回転自在になっているため特許文献1で示す車輪装置以外の外部動力源から進行方向へ加えられる外力の作用がなければ段差を乗り越えられない。さらに段差を乗り越えるための機構が進行方向前方に設けられているだけなので段差を降りる場合に搭載している機材や人に衝撃を与える等の課題があった。 However, the thing of patent document 1 does not have an actuator which generate | occur | produces a driving force in any wheel. In addition, since the moving wheel and the rotation guide wheel or the pulley are not connected by the transmission mechanism and are independently rotatable, the moving wheel is added in the traveling direction from an external power source other than the wheel device shown in Patent Document 1. Without the action of the external force that can be done, you can not get over the step. Furthermore, since a mechanism for overcoming the level difference is only provided in front of the traveling direction, there are problems such as shocking equipment and people installed when going down the level difference.
また、特許文献2の技術では、段差乗り越え時に車軸を中心に駆動アームが回転し、駆動アームに大きなモーメントが加わるため、進行するためにはこのモーメントよりも大きいトルクを車軸回りに発生させる必要がある。
このため、特許文献2の技術では段差を乗り越えるために十分な駆動力を発生するために主駆動モータにトルクを発生し得る高出力モータをしなければならず、小型・軽量化が難しいことや、段差以外の平面を移動する場合にも過度のエネルギを消費するといった課題もあった。
Moreover, in the technique of Patent Document 2, the drive arm rotates around the axle when stepping over a step, and a large moment is applied to the drive arm. Therefore, in order to proceed, it is necessary to generate a torque larger than this moment around the axle. is there.
For this reason, in the technology of Patent Document 2, a high output motor that can generate torque is generated in the main drive motor in order to generate a sufficient driving force to overcome the step, and it is difficult to reduce the size and weight. There is also a problem that excessive energy is consumed even when moving on a plane other than the step.
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、低出力のアクチュエータであっても相対的に大きな段差を乗り越えることができるようにした、自走台車を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a self-propelled carriage that can overcome a relatively large step even with a low-power actuator.
上記課題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項1に記載の発明は、自走台車本体と、前記自走台車本体に設けられ回転動力を発生するアクチュエータと、前記アクチュエータと動力伝達可能に設けられるとともに前記自走台車本体を支持する主駆動輪と、前記主駆動輪と互いの軸方向が平行となるとともに、前記主駆動輪よりも接地部が上方に位置するように配設された補助駆動輪と、前記主駆動輪と前記補助駆動輪とを動力伝達可能に連結する伝達機構と、を有していることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
The invention according to claim 1 is a self-propelled carriage main body, an actuator provided in the self-propelled carriage main body for generating rotational power, a main body that is provided to transmit power to the actuator and supports the self-propelled carriage main body. A drive wheel, an auxiliary drive wheel arranged such that the axial directions of the main drive wheel and the main drive wheel are parallel to each other, and a grounding portion located above the main drive wheel, the main drive wheel and the auxiliary drive wheel And a transmission mechanism that couples the drive wheels so as to be able to transmit power.
前記補助駆動輪は前記主駆動輪よりも直径が小さく設定されていることが好ましい(請求項2)。
また、前記補助駆動輪は、前記主駆動輪に隣接する第1の補助駆動輪と、前記第1の補助駆動輪に隣接する第2の補助駆動輪と、前記第2の補助駆動輪に隣接する第3の補助駆動輪と、を有していることが好ましい(請求項3)。
また、前記第2の補助駆動輪は前記第1の補助駆動輪よりも接地部が上方に位置するように配設され、前記第3の補助駆動輪は前記第2の補助駆動輪よりも接地部が上方に位置するように配設されていることが好ましい(請求項4)。
また、前記主駆動輪は、前記アクチュエータの出力軸の先端に取り付けられ前記補助駆動輪の軸部は前記自走台車本体に枢支され、前記伝達機構は、前記アクチュエータの出力軸と前記補助駆動輪の軸部とを動力伝達可能なベルト部材を有していることが好ましい(請求項5)。
The auxiliary driving wheel is preferably set to have a smaller diameter than the main driving wheel.
The auxiliary driving wheel is adjacent to the first auxiliary driving wheel adjacent to the main driving wheel, the second auxiliary driving wheel adjacent to the first auxiliary driving wheel, and the second auxiliary driving wheel. It is preferable to have a third auxiliary drive wheel.
The second auxiliary driving wheel is disposed such that a grounding portion is positioned above the first auxiliary driving wheel, and the third auxiliary driving wheel is grounded more than the second auxiliary driving wheel. It is preferable that the portion is disposed so as to be positioned above (Claim 4).
The main drive wheel is attached to the tip of the output shaft of the actuator, the shaft portion of the auxiliary drive wheel is pivotally supported by the self-propelled carriage body, and the transmission mechanism is connected to the output shaft of the actuator and the auxiliary drive. It is preferable to have a belt member capable of transmitting power to the shaft portion of the wheel.
また、前記アクチュエータの出力軸に設けられたプーリーと、前記第1の補助駆動輪の軸部に設けられたプーリーと、前記第3の補助駆動輪の軸部に設けられたプーリーと、前記自走台車本体に枢支された第1歯車と、前記歯車の軸部に設けられたプーリーと、前記第2の補助駆動輪の軸部に設けられ、前記第1歯車と噛合う第2歯車と、前記第1の補助駆動輪と前記第3の補助駆動輪との軸部に設けられたプーリーと、を有し、前記伝達機構の前記ベルトは上記の各プーリーに巻回されていることが好ましい(請求項6)。
また、前記伝達機構の前記ベルトが両面歯付加工され、上記の各プーリーは前記ベルトの前記歯付加工部に噛合うように形成されていることが好ましい(請求項7)。
A pulley provided on an output shaft of the actuator; a pulley provided on a shaft portion of the first auxiliary drive wheel; a pulley provided on a shaft portion of the third auxiliary drive wheel; A first gear pivotally supported on the carriage main body, a pulley provided on a shaft portion of the gear, a second gear provided on a shaft portion of the second auxiliary drive wheel and meshing with the first gear; A pulley provided on a shaft portion of the first auxiliary driving wheel and the third auxiliary driving wheel, and the belt of the transmission mechanism is wound around each of the pulleys. Preferred (claim 6).
Preferably, the belt of the transmission mechanism is toothed on both sides, and each pulley is formed so as to mesh with the toothed portion of the belt.
また、前記第2の補助駆動輪は軸方向に対向する一対の車輪を有し、前記一対の車輪の間隙部に前記第1の補助駆動輪及び前記第3の補助駆動輪の辺部が位置するように配設されていることが好ましい(請求項8)。
また、前記補助駆動輪及び前記伝達機構は、前記主駆動輪の前方向側及び後方側にそれぞれ設けられていることが好ましい(請求項9)。
また、前記伝達機構は、前記主駆動輪の前方向側及び後方側それぞれの前記補助駆動輪に対して共通の前記ベルトを有していることが好ましい(請求項10)。
また、前記補助駆動輪は前記主駆動輪よりも表面が柔軟性の高い素材によって形成されていることが好ましい(請求項11)。
また、前記補助駆動輪は前記主駆動輪よりも重量密度が小さい素材によって形成されていることが好ましい(請求項12)。
The second auxiliary driving wheel has a pair of axially opposed wheels, and the side portions of the first auxiliary driving wheel and the third auxiliary driving wheel are positioned in a gap between the pair of wheels. It is preferable that they are arranged in such a manner (claim 8).
In addition, it is preferable that the auxiliary driving wheel and the transmission mechanism are provided on the front direction side and the rear side of the main driving wheel, respectively.
Further, it is preferable that the transmission mechanism has the belt common to the auxiliary drive wheels on the front side and the rear side of the main drive wheels.
In addition, it is preferable that the auxiliary driving wheel is formed of a material having a higher surface than the main driving wheel.
Further, it is preferable that the auxiliary driving wheel is made of a material having a weight density smaller than that of the main driving wheel.
本発明にかかる自走台車によれば、アクチュエータの回転動力を主駆動輪と複数の補助駆動輪に伝達機構を介して伝達することができるので、アクチュエータが回転すると駆動輪と補助駆動輪も回転することができる(請求項1)。
また、補助駆動輪の直径を駆動輪の直径よりも小さく設定しているので、アクチュエータの回転動力が駆動輪の円周接線方向に作用する力よりも補助駆動輪の円周接線方向に作用する力の方が大きくなり、補助駆動輪に段差が接触した場合、段差に対して大きな力を作用することができる。
According to the self-propelled carriage according to the present invention, the rotational power of the actuator can be transmitted to the main drive wheel and the plurality of auxiliary drive wheels via the transmission mechanism, so that the drive wheel and the auxiliary drive wheel rotate when the actuator rotates. (Claim 1).
Further, since the diameter of the auxiliary driving wheel is set smaller than the diameter of the driving wheel, the rotational power of the actuator acts in the circumferential tangent direction of the auxiliary driving wheel rather than the force acting in the circumferential tangential direction of the driving wheel. When the force becomes larger and the step comes into contact with the auxiliary drive wheel, a large force can be applied to the step.
さらに、平坦面を通常走行する際にも接地しない補助駆動輪の回転慣性力が低減されるので補助駆動輪による余分なエネルギー消費を抑制することができる。(請求項2)。
また、補助駆動輪を駆動輪の中心から遠ざかるにつれて床面から離隔するように配置しているので、段差が補助駆動輪に差し掛かると、段差と補助駆動輪が常に接触状態を保ち、アクチュエータの駆動力を確実に段差との接触部に作用することができる(請求項3,4)。
また、両面歯付ベルトとプーリーと歯車を組合わせることで、各補助駆動輪の回転方向を駆動輪の回転方向と一致させることができ、段差乗り越え時も同方向へ連続的に移動することができる(請求項5〜8)。
Furthermore, since the rotational inertia force of the auxiliary drive wheel that does not come into contact with the flat surface during normal travel is reduced, it is possible to suppress excessive energy consumption by the auxiliary drive wheel. (Claim 2).
In addition, since the auxiliary drive wheel is arranged so as to be separated from the floor surface as it moves away from the center of the drive wheel, when the step reaches the auxiliary drive wheel, the step and the auxiliary drive wheel are always kept in contact with each other. The driving force can surely act on the contact portion with the step (claims 3 and 4).
In addition, by combining the double-sided toothed belt, pulley, and gear, the rotation direction of each auxiliary drive wheel can be made to coincide with the rotation direction of the drive wheel, and it can move continuously in the same direction even over the step. (Claims 5 to 8).
また、主駆動輪の前後にそれぞれ補助駆動輪を設けることにより段差の乗り上げ時のみならず段差を下る際の自走台車にかかる衝撃を著しく低減することができる(請求項9,10)。
また、段差昇降用の補助駆動輪を柔軟な材質で覆うことで段差との接触部が変形しやすくなるため、大きな摩擦力が得られ、滑りを防止することができるとともに、段差との接触時に衝撃を緩和する効果も得ることができる(請求項11)。
さらに、補助駆動輪の重量密度が主駆動輪よりも小さい(即ち、軽い)ので、補助駆動輪の回転慣性力が低減されるので補助駆動輪による余分なエネルギー消費を抑制することができる(請求項12)。
In addition, by providing auxiliary drive wheels before and after the main drive wheels, the impact on the self-propelled carriage not only when climbing the step but also when descending the step can be significantly reduced (claims 9 and 10).
Also, covering the auxiliary drive wheels for raising and lowering the step with a flexible material makes it easy to deform the contact portion with the step, so that a large frictional force can be obtained and slipping can be prevented, and at the time of contact with the step An effect of reducing the impact can also be obtained (claim 11).
Furthermore, since the weight density of the auxiliary driving wheel is smaller (that is, lighter) than that of the main driving wheel, the rotational inertia force of the auxiliary driving wheel is reduced, so that excessive energy consumption by the auxiliary driving wheel can be suppressed (claim). Item 12).
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の第1の実施例による車輪駆動装置の側面図、図2は上面図である。
以下、図1および図2を用いて各部を説明する。
図において、101は回転動力を発生するアクチュエータであり、モータと減速機で構成され自走台車本体150(図3参照)に搭載されている。アクチュエータ101と駆動シャフト(アクチュエータの出力軸)102は、図示しないカップリングまたはフランジで動力伝達可能に固定されている。
FIG. 1 is a side view of a wheel drive device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a top view.
Hereafter, each part is demonstrated using FIG. 1 and FIG.
In the figure,
更に、駆動シャフト(出力軸)102の先端には駆動輪(主駆動輪)103が取り付けられており、また、プーリー104は、図示しないフランジまたはキーで固定されているので、アクチュエータ101で発生した回転動力は、駆動シャフト102を介して駆動輪103に伝達され、平面な床面Fを移動することができる。即ち、駆動輪103な平らな床面に接地して自走台車本体を支持している。
Further, a driving wheel (main driving wheel) 103 is attached to the tip of the driving shaft (output shaft) 102, and the
104はアクチュエータ101と駆動輪103の間のシャフト102にキーで固定されたプーリーである。105,108,111は、駆動シャフト102と平行に配置された第2駆動シャフト(補助駆動輪の軸部)であり、それぞれの第2駆動シャフトの先端部にはそれぞれ補助駆動輪としての第1の補助駆動輪112,第2の補助駆動輪109,第3の補助駆動輪106が固定配置されている。
即ち、補助駆動輪112は主駆動輪103に対して自走台車の進退方向側(ここでは前方)に隣接しており、補助駆動輪112の接地部(床面と接触する箇所)が駆動輪103よりも上方に位置している。
補助駆動輪109は補助駆動輪112よりもさらに前方側に補助駆動輪112に隣接しており、補助駆動輪109の接地部(床面と接触する箇所)は補助駆動輪112の接地部よりも上方に位置している。
さらに補助駆動輪106は補助駆動輪109よりもさらに前方側に補助駆動輪109に隣接しており、補助駆動輪106の接地部(床面と接触する箇所)は補助駆動輪109の接地部よりも上方に位置している。
A
That is, the
The
Further, the
114は駆動シャフト102と平行に配置された補助シャフトであり、プーリー115と歯車116がキーで固定配置されている。107,113,115はプーリーであり、第2駆動シャフト105,111、補助シャフト114にキーで固定され、プーリー104と同一平面となるように配置されている。
110は第2駆動シャフト108にキーで固定された歯車であり、歯車116とかみ合っているので、歯車116の回転運動は歯車110および第2駆動シャフト108を介して第2の補助駆動輪に伝達するようになっている。
110 is a gear fixed to the
プーリー104,107,113,115には、両面歯付ベルト118が図1に図示(太線)したようにかけられているため、アクチュエータ101により発生された回転動力は、ベルト118を介してプーリー104,107,113,115に伝達することができる。
Since the double-sided
第1の補助駆動輪112及び第3の補助駆動輪106は、ベルト118およびプーリー107,113を介することで駆動輪103と同じ方向に回転することができる。第2の補助駆動輪は、ベルト118から伝達される回転動力をプーリー115で受け、歯車110および歯車116で回転方向を反転させることで、駆動輪103と同じ方向に回転するようにしている。それぞれのシャフト102,105,108,111,114は、ベアリング117の内輪側を通り、ベアリング117の外輪側をハウジング119,120に固定しているので、ベルト118を介して伝達される回転動力によって補助駆動輪106,109,112が自在に回転することができるようになっている。
The first
ハウジング119,120は、外部から塵や埃が伝達機構に進入しないように、ベルト118、プーリー104,107,113,115、歯車110、116を覆っており、ハウジング119およびアクチュエータ101は、自走台車本体150に固定されている。
The
このように、アクチュエータの回転動力を両面歯付ベルトとプーリーと歯車を利用して3つの補助駆動輪が主駆動輪103と同一方向に回転できるようにし、段差の高さに応じて補助駆動輪を床面Fに対して傾斜配置している。
また、補助駆動輪106,109,112は、駆動輪103よりも小径にすることで、補助駆動輪が円周接線方向に発生する力を、駆動輪103が円周接線方向に発生する力よりも大きくすることができる。
In this way, the rotational power of the actuator can be rotated in the same direction as the
Further, the
次に、図3を用いて本発明の車輪駆動装置を適用した自走台車の段差乗り越え動作を説明する。
本発明の車輪装置を適用した自走台車本体150は、自走台車本体150の進行方向や移動距離、移動速度・加速度など移動動作に必要な動作命令を生成する制御ユニット151と、前記制御ユニット151が生成した動作命令に従って前記アクチュエータを駆動制御するドライブユニット152と、自走台車本体150に対して移動地点の指定を行う上位装置の指示を受信し、自走台車本体150の状態を前記上位装置へ通知するための通信ユニット153、アクチュエータの動力を床面Fに伝えて、自走台車本体150を動作させる駆動輪および補助駆動輪112,109,106、自走台車本体150が転倒しないように床面Fに支持する従動輪154で構成されている。
Next, the step-over operation of the self-propelled carriage to which the wheel drive device of the present invention is applied will be described with reference to FIG.
A self-propelled carriage
駆動輪103および補助駆動輪112,109,106は、進行方向に対して左右対称に配置されており、従動輪154は左右対称に配置された駆動輪間の中心後方部に1つ配置されている。この従動輪154は図の矢印のように自走台車本体150の移動により、旋回部155によって旋回可能となっており、旋回時に床面Fから自走台車本体150に発生する反力が小さくなるように従動輪154の旋回軸と車輪軸が1点で交わらず距離をつけたものとなっている。
The
上位装置が発行した移動地点などの指示は、通信ユニット153を介して制御ユニット151に伝達される。制御ユニット151は、上位装置からの指示に基づいて自走台車の進行方向や移動距離、移動速度・加速度を求め、求めた結果から更に左右2対の駆動輪の回転速度・加速度、回転角度などに変換する。制御ユニット151で決定した左右2対の駆動輪の回転速度・加速度、回転角度などはドライブユニット152に指令され、アクチュエータをフィードバック制御によって駆動制御するため、上位装置から伝達された目的地へ移動できるようになっている。
An instruction such as a moving point issued by the host device is transmitted to the
自走台車本体150は、駆動輪の回転によって進行方向(矢印の方向)に床面Fを移動する。床面Fを移動しているときにも、伝達機構によって補助駆動輪112,109,106も駆動輪と同じ方向に回転している。自走台車本体150が移動して、図4(A)に図示するように補助駆動輪106が段差に接触すると、補助駆動輪106の回転力によって、自走台車本体150には段差を乗り上げる上方への力が作用するため、図4(B)から図4(C)のように補助駆動輪106が段差に乗り上げるとともに駆動輪も床面Fから浮き上がる。
The self-propelled carriage
次に、補助駆動輪112,109,106は駆動輪とともに伝達機構を介して回転しているので、補助駆動輪106が段差に乗り上げた後、補助駆動輪109が段差に接触し、補助駆動輪109の回転力の作用によって、補助駆動輪106と同様に図4(D)から図4(E)のように補助駆動輪109が段差に乗り上げることができる。補助駆動輪112についても同様に、段差が補助駆動輪112に接触すると、駆動輪から伝達機構を介して伝達される回転力によって補助駆動輪112に段差を乗り上げる力が作用し、図4(F)から図4(G)のように補助駆動輪112が段差を乗り越える。補助駆動輪112が段差を乗り越えると、段差は駆動輪に接触し、今度は駆動輪自体の回転力によって駆動輪が段差を乗り越えることで、自走台車本体150も段差乗り越えができるのである。
Next, since the
ここで、各補助駆動輪は段差と接触するときの衝撃を緩和するためと、段差との摩擦力を大きくするため、柔軟な材質(例えば、ウレタンゴムや空気圧の低いタイヤ)で覆われている。また、補助駆動輪を覆う材質の表面に溝を刻むことで摩擦力を更に大きくする効果を向上できる。
本発明の第1実施例にかかる自走台車によれば、ベルトとプーリーと歯車を利用して、アクチュエータが発生する回転動力を複数の補助駆動輪に伝達した点と、駆動輪よりも径の小さい補助駆動輪を用いて段差を乗り越えるため、小径車輪による減速(増力)効果によって、低出力のアクチュエータでも大きな段差を乗り越えることができる。
Here, each auxiliary drive wheel is covered with a flexible material (for example, urethane rubber or a tire with low air pressure) in order to reduce the impact when contacting the step and increase the frictional force with the step. . Further, the effect of further increasing the frictional force can be improved by carving a groove on the surface of the material covering the auxiliary driving wheel.
According to the self-propelled carriage according to the first embodiment of the present invention, the rotational power generated by the actuator is transmitted to the plurality of auxiliary driving wheels using the belt, the pulley, and the gear, and the diameter of the driving wheel is larger than that of the driving wheel. Since the small auxiliary drive wheel is used to overcome the step, the large step can be overcome even with a low-power actuator due to the deceleration (intensification) effect of the small-diameter wheel.
図5は本発明の第2の実施例による車輪駆動装置の側面図、図6は上面図である。
以下、図5および図6を用いて各部を説明する。
図において、図番に添え字aを付加した番号は、駆動輪203よりも進行方向前方に配置した補助駆動輪を駆動するための機構を示し、図番に添え字bを付加した番号は、駆動輪203よりも進行方向後方に配置した補助駆動輪を駆動するための機構を示している。
201は回転動力を発生するアクチュエータであり、モータと減速機で構成されている。アクチュエータ201と駆動シャフト(アクチュエータの出力軸)202は、図示しないカップリングまたはフランジで固定されている。更に、駆動シャフト202と、駆動輪203およびプーリー204は、図示しないフランジまたはキーで固定されているので、アクチュエータ201で発生した回転動力は、駆動シャフト202を介して駆動輪203に伝達され、平面な床面Fを移動することができる。204はアクチュエータ201と駆動輪203の間のシャフト202にキーで固定されたプーリーである。
FIG. 5 is a side view of a wheel driving device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a top view.
Hereinafter, each part is demonstrated using FIG. 5 and FIG.
In the figure, the number with the subscript a added to the figure number indicates a mechanism for driving the auxiliary driving wheel arranged in front of the
205a,208a,211aは、駆動シャフト202と平行に配置された第2駆動シャフト(補助駆動輪の軸部)205b,208b,211bは、駆動シャフト202と平行に配置された第3駆動シャフト(補助駆動輪の軸部)である。それぞれの第2駆動シャフトおよび第3駆動シャフトの先端部にはそれぞれ補助駆動輪206a,209a,212aおよび補助駆動輪206b,209b,212bが固定配置されている。
ここでは、補助駆動輪206a,209a,212aおよび補助駆動輪206b,209b,212bがそれぞれ一対の補助駆動輪をなし、補助駆動輪212a,212bが第1の補助駆動輪、補助駆動輪209a,209bが第2の補助駆動輪、補助駆動輪206a,206bが第3の補助駆動輪にそれぞれ相当する。
214aおよび214bは駆動シャフト202と平行に配置された補助シャフトであり、それぞれの補助シャフトにはプーリー215aと歯車216aおよびプーリー215bと歯車216bがキーで固定配置されている。
205a, 208a, 211a are second drive shafts (axis portions of auxiliary drive wheels) arranged in parallel to the
Here, the
214a and 214b are auxiliary shafts arranged in parallel with the
207a,213a,215aおよび207b,213b,215bはプーリーであり、図のように第2駆動シャフト205a,211aおよび第3駆動シャフト205b,211b、補助シャフト214aおよび214bに、プーリー204と同一平面に配置されるようにキーで固定されている。210aは第2駆動シャフト208aにキーで固定された歯車であり、歯車216aとかみ合っているので、歯車216aの回転運動は歯車210aおよび第2駆動シャフト208aを介して補助駆動輪209aに伝達するようになっている。同様に210bは第3駆動シャフト208bにキーで固定された歯車であり、歯車216bとかみ合うことで、歯車216bの回転運動は歯車210bおよび第2駆動シャフト208bを介して補助駆動輪209bに伝達するようになっている。
207a, 213a, 215a and 207b, 213b, 215b are pulleys, and are arranged on the same plane as the
プーリー204,207a,213a,215a,207b,213b,215bには、両面歯付ベルト218が図5に図示(太線)したようにかけられているため、アクチュエータ201が発生した回転動力は、ベルト218を介してプーリー204,207a,213a,215a,207b,213b,215bに伝達することができる。補助駆動輪206a、212a,206b、212bは、ベルト218およびプーリー207a,213a,207b,213bを介することで駆動輪3と同じ方向に回転することができる。
Since the double-side
補助駆動輪209aは、ベルト218から伝達される回転動力をプーリー215aで受け、歯車210aおよび歯車216aで回転方向を反転させることで、駆動輪3と同じ方向に回転するようにしている。同様に補助駆動輪209bは、ベルト218から伝達される回転動力をプーリー215bで受け、歯車210bおよび歯車216bで回転方向を反転させることで、駆動輪203と同じ方向に回転するようにしている。シャフト202,205a,208a,211a,214aおよび205b,208b,211b,214bは、それぞれ2つずつ配置したベアリング217の内輪側を通り、ベアリング217の外輪側をハウジング219または220aまたは220bに固定しているので、ベルト218を介して伝達される回転動力によって補助駆動輪206a,209a,212aおよび補助駆動輪206b,209b,212bが自在に回転することができるようになっている。
The
ハウジング219,220は、外部から塵や埃が伝達機構に進入しないように、ベルト218、プーリー204,207a,213a,215a,27b,213b,215b、歯車210a,216a,210b,216bを覆っている。なお、ハウジング219およびアクチュエータ201は、図示しない自走台車本体250に固定されている。
このように、アクチュエータの回転動力を補助駆動輪を206a,209a,212a,206b,209b,212bに共有する両面歯付ベルト218とプーリーと歯車を利用して6つの補助駆動輪がそれぞれ駆動輪203と同一方向に回転できるようにし、段差の高さに応じて補助駆動輪を206a,209a,212a,206b,209b,212b床面Fに対して傾斜配置している。
The
In this way, the six auxiliary drive wheels are each driven
また、補助駆動輪206a,209a,212a,206b,209b,212bを駆動輪203よりも小径にすることで、補助駆動輪が円周接線方向に発生する力は、駆動輪3が円周接線方向に発生する力よりも大きくなる。
次に、図7,図8を用いて本発明の車輪駆動装置を適用した自走台車の段差乗り上がり時の動作を説明する。
Further, by making the
Next, the operation | movement at the time of climbing on the level | step difference of the self-propelled carriage which applied the wheel drive device of this invention using FIG.7, FIG.8 is demonstrated.
本発明の車輪装置を適用した自走台車本体250は、自走台車本体250の進行方向や移動距離、移動速度・加速度など移動動作に必要な動作命令を生成する制御ユニット251と、前記制御ユニット251が生成した動作命令に従って前記アクチュエータを駆動制御するドライブユニット252と、自走台車本体250に対して移動地点の指定を行う上位装置の指示を受信し、自走台車本体250の状態を前記上位装置へ通知するための通信ユニット253、アクチュエータの動力を床面Fに伝えて、自走台車本体250を動作させる駆動輪および補助駆動輪212a,209a,206a,212b,209b,206b、自走台車本体250が転倒しないように床面Fに支持する従動輪254で構成されている。
A self-propelled
駆動輪203および補助駆動輪212a,209a,206a,212b,209b,206bは、進行方向に対して左右対称に配置されており、従動輪254は左右対称に配置された駆動輪間の中心後方部に1つ配置されている。この従動輪254は図の矢印のように自走台車本体250の移動により、旋回と車輪軸周りの回転する旋回部255が設けられており、旋回時に床面Fから自走台車本体250に発生する反力が小さくなるように従動輪254の旋回軸と車輪軸が1点で交わらず距離をつけたものとなっている。
The
上位装置が発行した移動地点などの指示は、通信ユニット253を介して制御ユニット251に伝達される。制御ユニット251は、上位装置からの指示に基づいて自走台車の進行方向や移動距離、移動速度・加速度を求め、求めた結果から更に左右2対の駆動輪の回転速度・加速度、回転角度などに変換する。制御ユニット251で決定した左右2対の駆動輪の回転速度・加速度、回転角度などはドライブユニット252に指令され、アクチュエータをフィードバック制御によって駆動制御するため、上位装置から伝達された目的地へ移動できるようになっている。
An instruction such as a moving point issued by the host device is transmitted to the
本発明の車輪装置を適用した自走台車本体250は、駆動輪の回転によって進行方向(矢印の方向)に床面Fを移動する。床面Fを移動しているときにも、伝達機構によって補助駆動輪212a,209a,206aは駆動輪と同じ方向に回転している。
自走台車本体250が移動して、図8(A)に図示するように補助駆動輪206aが段差に接触すると、補助駆動輪206aの回転力によって、自走台車本体250には段差を乗り上げる上方への力が作用するため、図8(A)から図8(B)のように補助駆動輪206aが段差に乗り上げるとともに駆動輪も床面Fから浮き上がる。
The self-propelled
When the self-propelled carriage
次に、補助駆動輪212a,209a,206aは駆動輪とともに伝達機構を介して回転しているので、補助駆動輪206aが段差に乗り上げた後、補助駆動輪209aが段差に接触し、補助駆動輪209aの回転力の作用によって、補助駆動輪206aと同様に図8(B)から図8(C)のように補助駆動輪209aが段差に乗り上げることができる。補助駆動輪212aについても同様に、段差が補助駆動輪212aに接触すると、駆動輪から伝達機構を介して伝達される回転力によって補助駆動輪212aに段差を乗り上げる力が作用し、図8(C)から図8(D)のように補助駆動輪212aが段差を乗り上がる。補助駆動輪212aが段差を乗り上がると、段差は駆動輪203に接触し、今度は駆動輪自体の回転力によって駆動輪203が段差に乗り上げることで、図8(D)から図8(E)のように自走台車本体250も段差乗り上がりができるのである。
Next, since the
ここで、各補助駆動輪は段差と接触するときの衝撃を緩和するためと、段差との摩擦力を大きくするため、柔軟な材質(例えば、ウレタンゴムや空気圧の低いタイヤ)で覆われている。また、補助駆動輪を覆う材質の表面に溝を刻むことで摩擦力を更に大きくする効果を向上できる。 Here, each auxiliary drive wheel is covered with a flexible material (for example, urethane rubber or a tire with low air pressure) in order to reduce the impact when contacting the step and to increase the frictional force with the step. . Further, the effect of further increasing the frictional force can be improved by carving a groove on the surface of the material covering the auxiliary driving wheel.
また、図9を用いて本発明の車輪駆動装置を用いた場合に段差を降りる時の動作を説明する。
本発明の車輪装置を適用した自走台車本体250は、駆動輪の回転によって矢印の方向に段差上を移動する。段差上を移動しているときにも、伝達機構によって補助駆動輪212b,209b,206bは駆動輪と同じ方向に回転している。自走台車本体250の移動にともない、図9(A)から図9(C)のように段差の上端部が「駆動輪」との接地→「補助駆動輪212b」との接地→「補助駆動輪209b」との接地と順に接地する車輪が隣り合う車輪に移り、最後は図9(D)のように駆動輪が床面Fに接地して、段差降り動作が完了する。このように駆動輪の進行方向後方に駆動輪の回転中心から遠ざかるにつれて複数の各補助駆動輪を床面Fから離隔するように配置しているため、駆動輪だけで段差を降りる場合と比べて衝撃を著しく低減することができる。更に、各補助駆動輪212b,209b,206bを柔軟な材質(例えば、ウレタンゴムや空気圧の低いタイヤ)で覆えば、段差を降りる際に自走台車本体250に伝わる衝撃は更に小さくなるという効果が得られる。
Moreover, the operation | movement when descending a level | step difference is demonstrated using the wheel drive device of this invention using FIG.
The self-propelled
本発明が従来技術と異なる部分は、ベルトとプーリーと歯車を利用して、アクチュエータが発生する回転動力を駆動輪の前後に配置した複数の補助駆動輪に伝達した点と、駆動輪よりも径の小さい補助駆動輪を用いて段差を乗り越えるため、小径車輪による減速(増力)効果によって、低出力のアクチュエータでも大きな段差を乗り越えることができ、更に段差を降りる際の衝撃を著しく低減した点である。 The present invention is different from the prior art in that the rotational power generated by the actuator is transmitted to a plurality of auxiliary drive wheels arranged before and after the drive wheel by using a belt, a pulley, and a gear, and the diameter is larger than that of the drive wheel. Because it uses a small auxiliary drive wheel to get over the step, the low-speed actuator can get over the big step due to the deceleration (intensification) effect of the small-diameter wheel, and the impact when going down the step is further reduced. .
101 アクチュエータ
102 駆動シャフト
103 駆動輪(主駆動輪)
104、107、113、115、 プーリー
105、108、111 第2駆動シャフト(軸部)
106、109、112 補助駆動輪(第1〜第3の補助駆動輪)
110、116 歯車
114 補助シャフト
117 ベアリング
118 両面歯付ベルト
119、120 ハウジング
104, 107, 113, 115,
106, 109, 112 Auxiliary drive wheels (first to third auxiliary drive wheels)
110, 116
Claims (12)
前記自走台車本体に設けられ回転動力を発生するアクチュエータと、
前記アクチュエータと動力伝達可能に設けられるとともに前記自走台車本体を支持する主駆動輪と、
前記主駆動輪と互いの軸方向が平行となるとともに、前記主駆動輪よりも接地部が上方に位置するように配設された補助駆動輪と、
前記主駆動輪と前記補助駆動輪とを動力伝達可能に連結する伝達機構と、を有している
ことを特徴とする、自走台車。 The self-propelled cart body,
An actuator that is provided in the self-propelled cart body and generates rotational power;
A main drive wheel provided so as to be capable of transmitting power to the actuator and supporting the self-propelled cart body;
Auxiliary drive wheels disposed so that the axial direction of the main drive wheels and the axial directions of the main drive wheels are parallel to each other, and a grounding portion is positioned above the main drive wheels,
A self-propelled carriage comprising: a transmission mechanism that connects the main drive wheel and the auxiliary drive wheel so that power can be transmitted.
ことを特徴とする、請求項1記載の自走台車。 The self-propelled carriage according to claim 1, wherein the auxiliary driving wheel is set to have a diameter smaller than that of the main driving wheel.
前記主駆動輪に隣接する第1の補助駆動輪と、
前記第1の補助駆動輪に隣接する第2の補助駆動輪と、
前記第2の補助駆動輪に隣接する第3の補助駆動輪と、を有している
ことを特徴とする、請求項1又は2記載の自走台車。 The auxiliary drive wheel is
A first auxiliary drive wheel adjacent to the main drive wheel;
A second auxiliary drive wheel adjacent to the first auxiliary drive wheel;
The self-propelled carriage according to claim 1 or 2, further comprising a third auxiliary drive wheel adjacent to the second auxiliary drive wheel.
前記第3の補助駆動輪は前記第2の補助駆動輪よりも接地部が上方に位置するように配設されている
ことを特徴とする、請求項3記載の自走台車。 The second auxiliary driving wheel is disposed such that a grounding portion is positioned above the first auxiliary driving wheel,
The self-propelled carriage according to claim 3, wherein the third auxiliary driving wheel is disposed such that a grounding portion is positioned above the second auxiliary driving wheel.
前記補助駆動輪の軸部は前記自走台車本体に枢支され、
前記伝達機構は、
前記アクチュエータの出力軸と前記補助駆動輪の軸部とを動力伝達可能なベルト部材を有している
ことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の自走台車。 The main drive wheel is attached to the tip of the output shaft of the actuator, and the shaft portion of the auxiliary drive wheel is pivotally supported by the self-propelled cart body,
The transmission mechanism is
The self-propelled carriage according to any one of claims 1 to 4, further comprising a belt member capable of transmitting power between the output shaft of the actuator and the shaft portion of the auxiliary drive wheel.
前記第1の補助駆動輪の軸部に設けられたプーリーと、
前記第3の補助駆動輪の軸部に設けられたプーリーと、
前記自走台車本体に枢支された第1歯車と、
前記歯車の軸部に設けられたプーリーと、
前記第2の補助駆動輪の軸部に設けられ、前記第1歯車と噛合う第2歯車と、
前記第1の補助駆動輪と前記第3の補助駆動輪との軸部に設けられたプーリーと、を有し、
前記伝達機構の前記ベルトは上記の各プーリーに巻回されている
ことを特徴とする、請求項5記載の自走台車。 A pulley provided on the output shaft of the actuator;
A pulley provided on a shaft portion of the first auxiliary drive wheel;
A pulley provided on a shaft portion of the third auxiliary drive wheel;
A first gear pivotally supported on the self-propelled carriage body;
A pulley provided on a shaft portion of the gear;
A second gear provided on a shaft portion of the second auxiliary drive wheel and meshing with the first gear;
A pulley provided on a shaft portion of the first auxiliary driving wheel and the third auxiliary driving wheel;
The self-propelled carriage according to claim 5, wherein the belt of the transmission mechanism is wound around each pulley.
ことを特徴とする、請求項6記載の自走台車。 The self-propelled carriage according to claim 6, wherein the belt of the transmission mechanism is toothed on both sides, and each pulley is formed so as to mesh with the toothed portion of the belt.
前記一対の車輪の間隙部に前記第1の補助駆動輪及び前記第3の補助駆動輪の辺部が位置するように配設されている
ことを特徴とする、請求項3〜7のいずれか1項に記載の自走台車。 The second auxiliary drive wheel has a pair of wheels opposed in the axial direction,
8. The device according to claim 3, wherein the first auxiliary drive wheel and the third auxiliary drive wheel are arranged so that sides of the pair of wheels are positioned in a gap portion between the pair of wheels. 9. The self-propelled cart according to item 1.
ことを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載の自走台車。 The self-propelled carriage according to any one of claims 1 to 8, wherein the auxiliary driving wheel and the transmission mechanism are provided on a front side and a rear side of the main driving wheel, respectively.
ことを特徴とする、請求項5〜7のいずれか1項に記載の自走台車。 The said transmission mechanism has the said belt common with respect to each said auxiliary drive wheel of the front direction side and the back side of the said main drive wheel, The any one of Claims 5-7 characterized by the above-mentioned. The self-propelled cart described in 1.
ことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の自走台車。 The self-propelled carriage according to any one of claims 1 to 10, wherein the auxiliary drive wheel has a surface made of a material having higher flexibility than the main drive wheel.
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