JP5429954B2 - 車輪移動装置とその進行方向制御方法 - Google Patents
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Description
スキッドステア方式では、左側の車輪の回転速度と右側の車輪の回転速度とに差をつけることで、進行方向を左側または右側に変更する(例えば、特許文献1)。
ステアリング方式では、車輪を鉛直軸の周りに回転させて車輪の向き左側または右側に変更することで、進行方向を左側または右側に変更する。
一方、ステアリング方式の場合には、車輪の向き左側または右側に変更するためのステアリング装置が必要となるため、その分、重量が増し構成が複雑になり故障する確率が高くなる。
前記車輪の回転軸の向きが前記本体に対して固定された状態で、前記本体の前方部の鉛直方向位置を前記本体の後方部の鉛直方向位置に対して変化させるとともに、前記本体の左側部の鉛直方向位置を前記本体の右側部の鉛直方向位置に対して変化させることで、前記車輪移動装置の進行方向を左側または右側に変更する、ことを特徴とする車輪移動装置の進行方向制御方法が提供される。
従って、スキッドステア方式のように左右の車輪の回転速度に差をつけることなく、車輪と走行面との接地状態を変化させることで進行方向を変更できる。よって、スキッドステア方式のように車輪の走行面に対する滑りが大きくなることを防止し、高速走行時においても安定して進行方向を変更できる。
また、前記本体の水平面に対する姿勢を変化させることで進行方向を変更するので、車輪の向きを左側または右側に変更するためのステアリング装置を省略でき、その分、軽量化できるとともに構成を簡単にして故障の確率を低下させることができる。
前記各脚は本体との連結部を有し、
前記車輪の回転軸の向きが前記本体に対して固定された状態で、前記連結部の走行面からの高さを変化させることで、前記本体の前方部の鉛直方向位置を前記本体の後方部の鉛直方向位置に対して変化させるとともに、前記本体の左側部の鉛直方向位置を前記本体の右側部の鉛直方向位置に対して変化させる。
進行方向指令信号に基づいて、前記車輪の回転軸の向きが前記本体に対して固定された状態で、前記本体の前方部の鉛直方向位置を前記本体の後方部の鉛直方向位置に対して変化させるとともに、前記本体の左側部の鉛直方向位置を前記本体の右側部の鉛直方向位置に対して変化させることで、前記車輪移動装置の進行方向を左側または右側に変更する姿勢制御装置を備える、ことを特徴とする車輪移動装置が提供される。
また、前記本体の前記姿勢を変化させることで進行方向を変更するので、車輪の向きを左側または右側に変更するためのステアリング装置を省略でき、その分、軽量化できるとともに構成を簡単にして故障の確率を低下させることができる。
前記複数の車輪の少なくとも2つは、前記本体の左右方向位置が異なっているとともに、脚を介して前記本体に連結されており、前記各脚は本体との連結部を有し、
前記各連結部の走行面からの高さを変化させる高さ調節装置を備え、
前記姿勢制御装置は、前記高さ調節装置を制御することで、前記連結部の走行面からの高さを変化させて、前記本体の前方部の鉛直方向位置を前記本体の後方部の鉛直方向位置に対して変化させるとともに、前記本体の左側部の鉛直方向位置を前記本体の右側部の鉛直方向位置に対して変化させる。
また、本実施形態によると、複数の車輪5a〜5dの少なくとも2つは、本体3の左右方向位置が異なっている。図1の例では、車輪5aと車輪5bとは左右方向位置が異なっており、車輪5cと車輪5dとは左右方向位置が異なっている。また、各車輪5a,5b,5c,5dは、脚7を介して本体3に連結されている。この連結のため、各脚7の上端部は本体3との連結部7aを有する。この連結部7aは、脚7と一体となっている部分であり、後述の揺動駆動装置11により本体3に対して脚7と一体的に揺動(即ち、回転)駆動される。そのため、揺動軸9が前記揺動の中心軸aと同心に本体3に揺動可能に取り付けられ、この揺動軸9と連結部7aとが一体的に結合されている。揺動の中心軸aは、本体3の左右方向を向く軸(図1(B)では、紙面と垂直な方向を向く軸)である。揺動軸9が、揺動駆動装置11により揺動駆動され、これにより、揺動軸9と連結部7aと脚7とが一体的に揺動駆動される。図1の例では、揺動駆動装置11は、本体3に固定され揺動軸9を出力軸とする揺動駆動モータであるが、他の構成の揺動駆動装置11を用いてもよい。
図2〜図4は、本実施形態による車輪移動装置10の進行方向制御方法を説明するための図である。図2〜図4の各図において、(A)は平面図(B)は(A)のB−B線矢視図(側面図)である。なお、図2〜図4では、簡単のため、回転駆動モータ15、揺動駆動モータ11を省略している。
(図2から図3への姿勢変更)
図2から図4への姿勢変更は、簡単に言うと、本体3の後方部を前方部よりも高くする。図2の状態では、車輪移動装置10の進行方向は、この図の方向D1である。即ち、本体3(即ち、本体3の前後方向軸)も車輪5a〜5d(即ち、車輪の回転軸と垂直であって、前方側を向く水平方向)も方向D1を向いている。また、本体3は、図2において水平姿勢となっている。この図2の状態から図3の状態に、水平面に対する本体3の姿勢を変更する。即ち、図2の状態から、本体3の左右方向における各位置にて、本体3の前方部の鉛直方向位置(この例では、走行平面1からの高さ)を本体3の後方部の鉛直方向位置に対して相対的に変化させる。具体的には、後方側の左右の脚7を揺動駆動装置11により揺動させて、本体3の左右方向における各位置にて、本体3における後方部の鉛直方向位置が本体3における前方部の鉛直方向位置よりも高くなるようにする。例えば、前方側の車輪5a,5bの脚7も揺動させずに、後方側の車輪5c,5dの脚7を揺動させて、本体3の後方部を高くする。図3では、前方側車輪5a、5bの脚7の連結部7aは、鉛直方向位置が同じとなっており、後方側車輪5c、5dの脚7の連結部7aも、鉛直方向位置が同じとなっている。なお、図3の状態でも、車輪移動装置10の進行方向は、前記方向D1である。
(図3から図4への姿勢変更)
図3から図4への姿勢変更は次の通りである。図3の状態から、本体3の前後方向の各位置にて本体3における左側部の鉛直方向位置を本体3における右側部の鉛直方向位置に対して相対的に変化させて、図4の状態する。図3の状態から図4の状態にするために、例えば、左側の車輪5a,5cの脚7は揺動させずに、右側の車輪5b,5dの脚7を揺動させて、本体3の前後方向の各位置にて本体3における右側部の高さを本体3における左側部の高さよりも低くする。図4の状態では、車輪5a〜5dに取り付けられた脚7の連結部7aのうち、車輪5cに取り付けられた脚7の連結部7aが最も高く、次に車輪5dに取り付けられた脚7の連結部7aが高く、次に車輪5aに取り付けられた脚7の連結部7aが高く、車輪5bに取り付けられた脚7の連結部7aが最も低くなっている。
図5(A)に示す車輪5a,5bを、図5(B)に示すバイク前輪のモデルで単純化する。図5(A)において、本体3の回転軸C1は、水平面に対しθだけ傾いており、図5(B)において、回転シャフト2の回転軸C2は、水平面に対しγだけ傾いている。図5(A)の回転軸C1は、バイク前輪4と共に(即ち、バイク前輪4と一体的に)回転する回転シャフト2の回転軸C2に対応する。
図3の状態から図4の状態に変化することは、図5(A)において本体3が回転軸C1の回りに回転することと実質的に等しく、図5(B)において回転シャフト2が回転軸C2の回りに回転することとも実質的に等しい。図5(B)では、回転シャフト2が回転軸C2の回りに回転すると、回転シャフト2と共に(即ち、回転シャフト2と一体的に)バイク車輪4も回転し、バイクの進行方向が変更される。図5(B)と同様に考えると、図5(A)でも、本体3が回転軸C1の回りに回転すると、本体3と共に(即ち、本体3と一体的に)車輪5a,5bも回転し、車輪移動装置10の進行方向が変更される。
ただし、図5(A)で、θ=0°となると、図5(B)で,γ=0°と同じことになり、図5(B)で言うならば、いくら回転シャフト2を回転させても旋回(進行方向を変更)することができない(図6(A)を参照)。
また、γ>0°、即ち、θ>0°である場合、仮に回転シャフト2(本体3)を回転軸C1(C2)の回りに極端に90°だけ回転させたとすると(図5(B)の状態から図6(B)の状態への回転)、進行方向を90度変更して真横に進むことができる。
また、同様に、図3の状態において、本体3を前記回転軸C1の回りに回転させるように、本体3の前後方向の各位置にて本体3における左側部の鉛直方向位置を本体3における右側部の鉛直方向位置に対して低くすることで、車輪移動装置10の進行方向が左側に変更される。
この場合、図7に示す構成を採用してよい。図7は車輪移動装置10に搭載される各部の構成を示すブロック図である。図7において、自律制御部21は、進行方向側の障害物などを検出するセンサ23からの信号に基づいて、進行方向指令信号を出力してよい。一方、姿勢制御装置19は、進行方向指令信号が示す進行方向の変更方向(右側または左側)に基づいて、各モータドライバ25を制御することで駆動用電源27から各揺動駆動モータ11への供給電力を制御し、これにより、例えば図2の状態から図4の状態になるように各脚7を揺動させる。なお、各脚7の揺動量は、(例えば図1の状態からの)進行方向の各変更方向(右側または左側)に対応させて、当該各変更方向毎に予め姿勢制御装置19の記憶部に記憶されていてもよい。また、進行方向指令信号が(例えば図1の状態からの)進行方向変更量も示す場合には、当該各進行方向変更量毎に、各脚7の揺動量が予め姿勢制御装置19の記憶部に記憶されていてもよい。姿勢制御装置19は、前記記憶部に記憶された前記揺動量と、進行方向指令信号とに基づいて、上述のように各脚7を揺動させる制御を行う。
なお、進行方向指令信号は、車輪移動装置10の外部に設けられた指令発信部(図示せず)から送信されてもよい。このように送信された進行方向指令信号が自律制御部21を介さずに姿勢制御装置19に入力されてもよい。
また、本体3の水平面に対する姿勢を変化させることで進行方向を変更するので、車輪の向きを左側または右側に変更するためのステアリング装置を省略でき、その分、軽量化できるとともに構成を簡単にして故障の確率を低下させることができる。
なお、本体3の前方部に設けられた車輪5a,5bを、1つの車輪にしてもよい。即ち、車輪5a,5bを、回転軸13の向きが本体3に対し本体3の左右方向に固定された1つの車輪とすることも可能である。また、この1つの車輪は脚7を介さずに本体3に回転可能に取り付けられてもよい。
例えば、揺動可能な上述の脚7の代わりに、伸縮可能な脚7を用いて高さ調節装置17を構成してもよい。即ち、高さ調節装置17は、各車輪5a,5b,5c,5d毎に設けられ下端部に当該車輪が回転可能に取り付けられ上端部が本体3に取り付けられた脚7と、これらの脚7をそれぞれ伸縮する伸縮装置(例えば、油圧または空圧シリンダ)とから構成されてよい。このような構成において、姿勢制御装置19は、伸縮装置を制御することで、脚7の伸縮量を変化させ、上述のように本体3の姿勢を変更する。この場合、車輪移動装置10の他の構成、動作は、上述の実施形態と同じであってよい。
また、揺動可能な上述の脚7の代わりに、折り曲げ可能な脚7を用いて高さ調節装置17を構成してもよい。即ち、高さ調節装置17は、各車輪5a,5b,5c,5d毎に設けられ下端部に当該車輪が回転可能に取り付けられ上端部が本体3に取り付けられ中間部が折り曲げ可能な脚7と、これらの脚7の前記中間部をそれぞれ折り曲げる折り曲げ装置(例えば、油圧または空圧シリンダ)とから構成されてよい。このような構成において、姿勢制御装置19は、折り曲げ装置を制御することで、脚7の折り曲げ量を変化させ、上述のように本体3の姿勢を変更する。この場合、車輪移動装置10の他の構成、動作は、上述の実施形態と同じであってよい。
Claims (4)
- 本体と、該本体の重量を走行面に伝達するように走行面と接する複数の車輪とを備え、前記車輪の転動により移動する車輪移動装置の進行方向制御方法であって、
前記車輪移動装置の進行方向が前記車輪移動装置の前方側を向いている時に、車輪移動装置の進行方向を右側に変更する場合には、前記本体の前方部の鉛直方向位置が前記本体の後方部の鉛直方向位置よりも低く、かつ、前記本体の右側部の鉛直方向位置が前記本体の左側部の鉛直方向位置よりも低い状態にすることにより、前記複数の車輪の各々を、前記車輪の向きに平行であって前記走行面に垂直な面から右側に傾け、これにより、車輪移動装置の進行方向を右側に変更し、
前記車輪移動装置の進行方向が前記車輪移動装置の前方側を向いている時に、車輪移動装置の進行方向を左側に変更する場合には、前記本体の前方部の鉛直方向位置が前記本体の後方部の鉛直方向位置よりも低く、かつ、前記本体の左側部の鉛直方向位置が前記本体の右側部の鉛直方向位置よりも低い状態にすることにより、前記複数の車輪の各々を、前記車輪の向きに平行であって前記走行面に垂直な面から左側に傾け、これにより、車輪移動装置の進行方向を左側に変更する、ことを特徴とする車輪移動装置の進行方向制御方法。 - 前記複数の車輪の少なくとも2つは、前記本体の左右方向位置が異なっているとともに、脚を介して前記本体に連結されており、
前記各脚は本体との連結部を有し、
前記車輪の回転軸の向きが前記本体に対して固定された状態で、前記連結部の走行面からの高さを変化させることで、前記本体の前方部の鉛直方向位置を前記本体の後方部の鉛直方向位置に対して変化させるとともに、前記本体の左側部の鉛直方向位置を前記本体の右側部の鉛直方向位置に対して変化させる、ことを特徴とすることを特徴とする請求項1に記載の車輪移動装置の進行方向制御方法。 - 本体と、該本体の重量を走行面に伝達するように走行面と接する複数の車輪とを備え、前記車輪の転動により移動する車輪移動装置であって、
姿勢制御装置を備え、
この姿勢制御装置は、前記車輪移動装置の進行方向が前記車輪移動装置の前方側を向いている時に、進行方向指令信号を受けた場合に、
この進行方向指令信号が示す進行方向の変更方向が右側であるときには、前記本体の前方部の鉛直方向位置が前記本体の後方部の鉛直方向位置よりも低く、かつ、前記本体の右側部の鉛直方向位置が前記本体の左側部の鉛直方向位置よりも低い状態にすることにより、前記複数の車輪の各々を、前記車輪の向きに平行であって前記走行面に垂直な面から右側に傾け、これにより、車輪移動装置の進行方向を右側に変更し、
この進行方向指令信号が示す進行方向の変更方向が左側であるときには、前記本体の前方部の鉛直方向位置が前記本体の後方部の鉛直方向位置よりも低く、かつ、前記本体の左側部の鉛直方向位置が前記本体の右側部の鉛直方向位置よりも低い状態にすることにより、前記複数の車輪の各々を、前記車輪の向きに平行であって前記走行面に垂直な面から左側に傾け、これにより、車輪移動装置の進行方向を左側に変更する、ことを特徴とする車輪移動装置。 - 前記車輪の回転軸の向きは前記本体に対して固定されており、
前記複数の車輪の少なくとも2つは、前記本体の左右方向位置が異なっているとともに、脚を介して前記本体に連結されており、前記各脚は本体との連結部を有し、
前記各連結部の走行面からの高さを変化させる高さ調節装置を備え、
前記姿勢制御装置は、前記高さ調節装置を制御することで、前記連結部の走行面からの高さを変化させて、前記本体の前方部の鉛直方向位置を前記本体の後方部の鉛直方向位置に対して変化させるとともに、前記本体の左側部の鉛直方向位置を前記本体の右側部の鉛直方向位置に対して変化させる、ことを特徴とする請求項3に記載の車輪移動装置。
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