JP6587814B2 - Autonomous robot - Google Patents
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Description
本発明は、自律走行ロボットに関するものであり、移動を制御する際の慣性力又は外力による転倒を防止すると共に、***地形や陥没地形での安定走行を可能にする技術に関するものである。 The present invention relates to an autonomous traveling robot, and relates to a technique for preventing a fall due to inertial force or external force when controlling movement and enabling stable traveling on a raised terrain or a depressed terrain.
近年、人間と活動空間を共有するロボットが各種発表されている。また、人間と活動空間を共有するに際して、人間と同程度の高さを有するロボットが多数提案されている。このような人間と同程度の高さを有するロボットの場合、ロボットの重心が高い位置に設計されることが多い。この結果、ロボットには急加速や急停止等に際して慣性力が高い重心位置に働くことになるので、強い慣性モーメントを受け易い。そのため、転倒のリスクが高く、安定走行が困難である場合がある。 In recent years, various robots sharing an activity space with humans have been announced. In addition, many robots have been proposed that have the same height as humans when sharing an activity space with humans. In the case of such a robot having a height similar to that of a human, the robot is often designed to have a high center of gravity. As a result, the robot is likely to receive a strong moment of inertia because it acts on the center of gravity where the inertial force is high during sudden acceleration or sudden stop. Therefore, the risk of falling is high and stable running may be difficult.
そこで、位置制御に際して生じる慣性力を緩和する緩衝機構を設けて転倒リスクを低減しつつ安定走行するようなロボットが提案されている。具体的には、例えば特許文献1に開示された自律走行ロボットが挙げられる。 In view of this, there has been proposed a robot that is provided with a buffer mechanism that relaxes the inertial force that occurs during position control and that can stably run while reducing the risk of falling. Specifically, for example, an autonomous traveling robot disclosed in Patent Document 1 can be given.
特許文献1に開示された自律走行ロボット100では、図15に示すように、駆動部である移動機構部110の上面に設けられた平面からなる筐体ベース板111に対して、上部構造部である筐体部120が、リニアガイド101を介して平面移動可能に設けられている。そして、自律走行ロボット100が急発進又は急停止した場合に、その慣性力を緩衝部材121・121が吸収することによって、自律走行ロボット100が転倒することを防止する構成を採用している。
In the autonomous
しかしながら、上記従来の特許文献1に開示された自律走行ロボット100では、以下の問題点を有している。
However, the
すなわち、自律走行ロボット100の構成では、転倒制御のために、駆動部と上部構造とを分割した構成が必須である。このため、自律走行ロボットにおいては周囲の環境を認識するために多くのセンサが用いられるが、自律走行ロボット100の構成では、駆動部上下の分割によりセンシングした情報と自己位置情報との認識がずれる等の問題が生じる場合がある。
That is, in the configuration of the
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、上部構造と駆動部とを分割することなく、前後方向の少なくとも一方への転倒を防止し得る自律走行ロボットを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide an autonomous traveling robot that can prevent overturning in at least one of the front and rear directions without dividing the upper structure and the drive unit. It is to provide.
本発明の一態様における自律走行ロボットは、上記の課題を解決するために、基体と、上記基体の下側における前後方向の一方側では回転軸にて該基体に回転可能に軸支され、かつ上記基体の下側における前後方向の他方側では該基体に上下方向伸縮可能に支持された駆動部支持部材と、上記駆動部支持部材に装着された回転自在の駆動輪、及び該駆動部支持部材に装着されて上記駆動輪を駆動する動力源を含む駆動部と、上記駆動輪よりも少なくとも前後方向の他方側にて基体に支持された回転自在の他方側補助輪とを備え、上記駆動部と駆動部支持部材との合成重心は、上記駆動部支持部材の回転軸よりも低い位置に存在していることを特徴としている。 In order to solve the above problems, an autonomous mobile robot according to one aspect of the present invention is rotatably supported on the base by a rotary shaft on one side of the base and the front-rear direction on the lower side of the base, and On the other side in the front-rear direction on the lower side of the base body, a drive part support member supported by the base body so as to be vertically extendable, a rotatable drive wheel mounted on the drive part support member, and the drive part support member A drive unit including a power source that is mounted on the drive wheel and drives the drive wheel; and a rotatable other auxiliary wheel supported on a base body at least on the other side in the front-rear direction with respect to the drive wheel. The combined center of gravity of the drive unit support member is present at a position lower than the rotational axis of the drive unit support member.
本発明の一態様によれば、上部構造と駆動部とを分割することなく、前後方向の少なくとも一方への転倒を防止し得る自律走行ロボットを提供するという効果を奏する。 According to one aspect of the present invention, there is an effect of providing an autonomous traveling robot that can prevent a fall in at least one of the front and rear directions without dividing the superstructure and the drive unit.
〔実施の形態1〕
本発明の一実施形態について図1〜図9に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
[Embodiment 1]
One embodiment of the present invention is described below with reference to FIGS.
本実施の形態の自律走行ロボットの構成について、図1〜図3に基づいて説明する。図1は、本実施の形態の自律走行ロボット1の構成を示す側面図である。図2は、本実施の形態の自律走行ロボット1の構成を示す平面図である。図3は、本実施の形態の自律走行ロボット1の構成を示す底面図である。尚、図1〜図3においては、各図の右側を前方として説明する。 The configuration of the autonomous mobile robot according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a side view showing the configuration of the autonomous mobile robot 1 of the present embodiment. FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the autonomous mobile robot 1 of the present embodiment. FIG. 3 is a bottom view showing the configuration of the autonomous mobile robot 1 of the present embodiment. In FIGS. 1 to 3, the right side of each figure is described as the front.
本実施の形態の自律走行ロボット1は、図1〜図3に示すように、基体としての溶接されたフレーム10と、このフレーム10の前後方向の一方側としての前部から垂下するシャフトホルダ11に形成された回転軸としてのシャフト12に回転可能に設けられ、かつフレーム10の前後方向の他方側としての後部ではフレーム10に一端が固定された弾性部材としての圧縮バネ21の他端が取り付けられた一対の駆動部支持部材としてのトレーリングアーム20・20と、トレーリングアーム20・20にそれぞれ接続された駆動輪24・24と、フレーム10の前後において該フレーム10に接続された補助輪としての一対の前従動輪13及び一対の後従動輪14とを備えている。尚、本説明においては一対の構成物を、符号を用いて表す際に「・」を挟んで同じ符号を並べて記載する。上記の結果、本実施の形態の自律走行ロボット1は、合計6輪の車輪を有している。
As shown in FIGS. 1 to 3, the autonomous mobile robot 1 of the present embodiment includes a
すなわち、フレーム10の前部における裏面つまり下側面にはシャフトホルダ11が垂下して結合されている。シャフトホルダ11には、シャフトホルダ孔11aが穿設されている。そして、シャフトホルダ孔11aには、トレーリングアーム20・20の図示しないトレーリングアーム孔に貫通されるシャフト12が貫通して設けられている。このため、図示しないトレーリングアーム孔とシャフトホルダ孔11aとは、同軸上の位置に配置されている。また、これにより、シャフトホルダ11はシャフト12を保持し、シャフト12は図示しないトレーリングアーム孔を保持するようになっている。
That is, the
また、シャフト12は、自律走行ロボット1の進行方向と鉛直方向とがなす面に対して垂直になるように配置されている。そして、この構成によって、トレーリングアーム20・20が、シャフト12を回転軸として、該シャフト12の回りに回転可能となっている。
Further, the
上記トレーリングアーム20・20は、自律走行ロボット1の進行方向に対してシャフト12よりも後方に延設されている。
The trailing
そして、トレーリングアーム20・20の後方部は、フレーム10と結合されたロッド22に連結されている。このロッド22は、下端がトレーリングアーム20・20に穿設された長孔20aに遊嵌状態になるように結合されていると共に、上部では、フレーム10に穿設されたロッド用孔10aに遊嵌状態に貫通されている。ロッド22の上端部には留め金22aが固定されており、下端部においてもストッパ22bが固定されている。
The rear portions of the trailing
上記ロッド22におけるフレーム10とトレーリングアーム20との間には、圧縮バネ21が該ロッド22の外周を取り巻くように設けられている。この圧縮バネ21は、トレーリングアーム20の後端を鉛直下向きの方向に弾性力を付与する。この結果、左右のトレーリングアーム20・20は、シャフト12を回転軸とし、かつロッド22をガイドとして揺動回転するようになっている。
A
次に、トレーリングアーム20の中央部には、駆動輪取り付け部23が、該トレーリングアーム20に取り付けられており、この駆動輪取り付け部23に穿設された駆動輪取り付け部孔23aが穿設されている。そして、駆動輪取り付け部孔23aには、駆動輪24に固定された駆動輪軸24aが回転可能に遊嵌されている。駆動輪軸24aの長さは、シャフト12の長さと同じになっている。
Next, a driving
また、駆動輪取り付け部23の上側には、駆動輪24を回転駆動させる動力源としてのモーター25が搭載されている。このモーター25の駆動軸は、駆動輪軸24aに接続されている。
A
上記の構成によって、トレーリングアーム20はモーター25を支持しモーター25は駆動輪軸24aを支持するようになっている。
With the above configuration, the trailing
本実施の形態では、左右のトレーリングアーム20・20、駆動輪24及びモーター25の全体の合成重力Wの重心Gは、トレーリングアーム20・20の回転中心であるシャフト12の高さよりも低い位置に配置されるようになっている。
In the present embodiment, the center of gravity G of the combined gravity W of the left and right trailing
一方、駆動輪24の前方と後方とには、それぞれ一対の一方側補助輪としての前従動輪13・13及び他方側補助輪としての後従動輪14・14がフレーム10に支持された状態で設けられている。すなわち、前従動輪13及び後従動輪14は、水平面に対して平行な軸を中心に自在に回転するようになっており、自律走行ロボット1の移動に伴ってそれぞれ地面に接地して自在に動くようになっている。
On the other hand, the front driven
また、前従動輪13及び後従動輪14は、図3に示すように、トレーリングアーム20・20が基本姿勢を取るときに、水平方向の回転中心が、左右の駆動輪24・24の駆動輪軸24aの中点Pを中心とした円上に配置されている。そして、この構成により、***地形や陥没地形における安定走行が可能となっている。
Further, as shown in FIG. 3, the front driven
本実施の形態の自律走行ロボット1では、上記の構成を備えることによって簡単な構成にて転倒を抑制することができ、特に、自律走行ロボット1の発進時、加速時、及び進行方向に対して後ろ向きに外力が加えられたときに転倒を抑制することができるものとなっている。 In the autonomous traveling robot 1 of the present embodiment, it is possible to suppress the fall with a simple configuration by providing the above configuration, and in particular, when the autonomous traveling robot 1 is started, accelerated, and in the traveling direction. When an external force is applied backward, it is possible to suppress the fall.
上記構成の自律走行ロボット1の転倒抑制の原理について、図4に基づいて説明する。図4は、自律走行ロボット1の転倒抑制の原理を示す模式図である。 The principle of the overturning suppression of the autonomous traveling robot 1 having the above configuration will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing the principle of the overturning suppression of the autonomous mobile robot 1.
ここでは、図4に示すように、例えば、自律走行ロボット1が発進時において、駆動輪24の前進つまり図4において右方向に僅かに移動したときに、フレーム10の前側が持ち上がり、後従動輪14の地面への接地点14bを中心としてフレーム10が反時計回りに回転することを考える。すなわち、自律走行ロボット1の発進時には、駆動輪24が前進してもフレーム10は慣性の法則により止まろうとするので、後従動輪14の地面への接地点14bを中心として、フレーム10は反時計回りに回転する。
Here, as shown in FIG. 4, for example, when the autonomous mobile robot 1 starts, the front side of the
このとき、本実施の形態では、トレーリングアーム20は、フレーム10の回転に伴って後従動輪14の接地点14bを中心として、傾斜角η(°)だけ反時計回りに回転するとする。
At this time, in this embodiment, it is assumed that the trailing
また、本実施の形態では、この時の状態として、見かけ上、駆動輪24が水平距離ΔXuだけ前進するが、後従動輪14の接地点14bの位置は変わらないとして説明する。尚、この結果、駆動輪24の駆動輪軸24aと後従動輪14の後従動輪軸14aとの水平距離はΔXuだけ広がることになる。
Further, in this embodiment, as the state at this time, apparently, the
ここで、駆動輪24の半径をR(mm)とし、後従動輪14の車輪半径をr(mm)とし、トレーリングアーム20のシャフト12の高さをht(mm)とし、トレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12とフレーム10の前方との距離をLr(mm)とし、トレーリングアーム20のシャフト12と駆動輪軸24aとの水平距離をLc(mm)とし、フレーム10の前後方向の長さをLf(mm)とする。
Here, the radius of the
この場合、自律走行ロボット1を進行方向に対して右側面から見たとき、駆動輪24の接地点24bを原点とした直交座標(「直交座標A」とする)において、駆動輪軸24aの座標はa=(0,R)である。
In this case, when the autonomous traveling robot 1 is viewed from the right side with respect to the traveling direction, the coordinates of the
ここで、トレーリングアーム20は駆動輪軸24aを中心に回転する。駆動輪軸24aを原点とした直交座標上(「直交座標B」とする)においては、トレーリングアーム20が傾斜角η(°)回転するとき、トレーリングアーム20に固定して結合されている要素の回転後の座標は回転マトリクスRaを用いて、(式1)として表現することができる。
Here, the trailing
したがって、座標Bにおけるトレーリングアーム20のシャフト12の座標br=(xr,yr)=(Lc,ht−R)が傾斜角η(°)回転したときの座標br’は、
Accordingly, the coordinate b r = the
である。 It is.
また、トレーリングアーム20、モーター25及び駆動輪24の合成重力Wの重心Gの座標をbm=(xmb,ymb)とすると、座標Bにおける重心Gの座標bm=(xmb,ymb)が傾斜角η(°)回転したときの座標bm’は、
Further, if the coordinates of the center of gravity G of the combined gravity W of the trailing
となる。 It becomes.
次に、フレーム10の傾きに関して説明する。
Next, the inclination of the
トレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12を原点とする直交座標(「直交座標C」とする)においては、フレーム10に固定して結合された要素の回転後の座標は回転マトリクスRbを用いて、(式4)と表現することができる。
In the orthogonal coordinates (referred to as “orthogonal coordinates C”) having the
この結果、後従動輪軸14aの中心座標cu=(xu,yu)=(−Lf+Lr,r−ht)がζ(°)回転したときの座標cu’は、 As a result, the center coordinates c u of the rear driven wheel shaft 14a = (x u, y u ) = (- L f + L r, r-h t) is zeta (°) coordinates c u when the rotation 'is
となり、駆動輪24以外の重心座標cm=(xmc,ymc)が傾斜角ζ(°)回転したときの座標cm’は、
Thus, the coordinates c m ′ when the center-of-gravity coordinates c m = (x mc , y mc ) other than the
となる。 It becomes.
ここで、後従動輪14の接地点14bを原点とする直交座標(「直交座標D」とする)では、後従動輪14の後従動輪軸14aの座標は、d=(0,r)である。
Here, in the orthogonal coordinates (referred to as “orthogonal coordinates D”) with the
ところで、自律走行ロボット1の発進時において、トレーリングアーム20が揺動したときに、トレーリングアーム20の中心であるシャフト12の高さが基本姿勢のときに比べて上側に持ち上がる。また、フレーム10の後方に取り付けられた後従動輪14が駆動輪24の接地点24bを基準として相対的に後方にずれる。さらに、後従動輪14の接地点14bは水平な地面上では、高さが変わらない。
By the way, when the autonomous mobile robot 1 starts, when the trailing
これらのことから、フレーム10の傾斜角ζ(°)は、トレーリングアーム20の傾斜角η(°)に対して一様に決まることが分かる。
From these facts, it can be seen that the inclination angle ζ (°) of the
フレーム10の傾斜角ζ(°)とトレーリングアーム20の傾斜角η(°)との関係は、直交座標Aにおいて後従動輪14の接地点14bの高さが0であるということから求めることができる。
The relationship between the inclination angle ζ (°) of the
直交座標B上にある任意の座標を直交座標A上で表すには、直交座標Bの基準となる駆動輪24の駆動輪軸24aの座標がaであることを考慮すると、下記のようになる。
In order to represent an arbitrary coordinate on the orthogonal coordinate B on the orthogonal coordinate A, considering that the coordinate of the
まず、トレーリングアーム20の中心であるシャフト12の座標arは、
First, the coordinate a r of the
となり、駆動輪24等の合成重力Wの重心Gの座標amlは、
The coordinates a ml of the center of gravity G of the synthetic gravity W such as the
となる。 It becomes.
同様に、直交座標C上にある任意の座標を直交座標A上で表すには、直交座標Bの基準となる駆動輪24の駆動輪軸24aの座標がarであることを考慮すると、下記のようになる。
Similarly, in order to represent an arbitrary coordinate on the Cartesian coordinate C on the Cartesian coordinate A, considering that the coordinate of the
まず、後従動輪14の後従動輪軸14aの座標auは、
First, the coordinate a u of the rear driven
となり、駆動輪24以外の重心Gの座標am2は、
The coordinates a m2 of the center of gravity G other than the
となる。 It becomes.
また、後従動輪14の接地点14bは、直交座標Aにおいて下記座標au’のように表すことができる。
Further, the
これらの式を計算することによって、下記の関係が成り立つ。 By calculating these equations, the following relationship is established.
まず、X成分の計算から、 First, from the calculation of the X component,
Y成分の計算から、 From the calculation of the Y component,
となる。 It becomes.
また、回転マトリクスRcを用いた場合、回転前後で回転したフレーム10上の任意の座標と回転中心からの距離は変わらない。すなわち、
Further, when the rotation matrix R c is used, the arbitrary coordinates on the
であるから、 Because
となる。 It becomes.
すなわち、駆動輪24を基準として、後従動輪14は変位ΔXu分だけ後方にずれる。この結果、変位ΔXu’は、
That is, based on the
となる。 It becomes.
ここでは、駆動輪24を中心に考えたため、変位Δxuだけ自律走行ロボット1のフレーム10は後退するように見えるが、実際には加速時には自律走行ロボット1のフレーム10から変位Δxuだけ駆動輪24は前進している。
Here, since the
上記の駆動輪24の前進と合わせて、駆動輪軸24aに対して駆動輪24等の重心Gの移動量を考慮すると、自律走行ロボット1のフレーム10に対する駆動輪24等の合成重力Wの重心Gの移動量が分かる。
Considering the amount of movement of the center of gravity G of the
すなわち、駆動輪24等の合成重力Wの重心Gの座標bm=(xbm,ybm)が傾斜角η(°)回転したとき、回転後の座標bm’は、
That is, when the coordinate b m = (x bm , y bm ) of the center of gravity G of the synthetic gravity W of the
であるから、 Because
となる。ここで、前後方向への重心Gの移動の変位Δxbmは、 It becomes. Here, the displacement Δx bm of the movement of the center of gravity G in the front-rear direction is
である。 It is.
また、フレーム10に対する駆動輪24の重心Gの移動の変位ΔXは次式で表現できる。
Further, the displacement ΔX of the movement of the center of gravity G of the
本実施の形態における自律走行ロボット1においては、トレーリングアーム20とモーター25と駆動輪24の合成重力Wの重心Gの位置とが適切に設定されない場合に、効果的な重心移動が得られない場合がある。
In the autonomous mobile robot 1 according to the present embodiment, when the position of the center of gravity G of the combined gravity W of the trailing
すなわち、自律走行ロボット1の転倒抑制に有利な重心移動が起こるのは、変位ΔXが次式を満たす場合である。 That is, the movement of the center of gravity that is advantageous for suppressing the overturn of the autonomous mobile robot 1 occurs when the displacement ΔX satisfies the following equation.
このとき、 At this time,
である。 It is.
ここで、(式23)に示す変位ΔX>0を満たす駆動輪24の半径Rの条件について説明する。
Here, the condition of the radius R of the
駆動輪24の半径R(mm)が大きくなるに伴って、トレーリングアーム20が基本姿勢から傾斜角η(°)だけ傾いたときに、トレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12の座標brに影響を及ぼす。
As the radius R (mm) of the
そこで、駆動輪24の半径Ra>半径Rbの関係を満たす2つの自律走行ロボット1A・1Bを想定したとき、それぞれの座標をbra=(xr,yra),brb=(xr,yrb)とする。また、回転後の座標をbra’=(xr,yra’),brb’=(xr,yrb’)とする。
Therefore, assuming two autonomous traveling robots 1A and 1B satisfying the relationship of radius Ra> radius Rb of the
これら2つの自律走行ロボット1A・1Bのトレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12の座標bra’,brb’は、それぞれ、下記のように表すことができる。
The coordinates b ra ′ and b rb ′ of the
ここで、自律走行ロボット1Aと自律走行ロボット1Bとについて、傾斜角η(°)回転時のトレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12の座標を比較するとx,y座標と共に、移動量が少なくなる。
Here, regarding the autonomous traveling robot 1A and the autonomous traveling robot 1B, when the coordinates of the
まず、x座標に関しては、 First, regarding the x coordinate,
である。これより、座標xra’の方が座標xrb’よりも前方に位置していることが分かる。 It is. From this, it can be seen that the coordinate x ra ′ is positioned ahead of the coordinate x rb ′.
ここで、0≦η≦180°の範囲では、座標xr’は負側に移動するため、座標xra’の方が座標xrb’よりも前方に位置しているということは、座標xra’の方が座標xrb’よりも移動量が少ないということである。 Here, in the range of 0 ≦ η ≦ 180 °, the coordinate x r ′ moves to the negative side. Therefore, the coordinate x ra ′ is positioned ahead of the coordinate x rb ′. That is, ra ′ has a smaller moving amount than the coordinate x rb ′.
次に、y座標に関しては、 Next, regarding the y coordinate,
である。これより、yra’≦yrb’となり、座標yra’は座標yrb’よりも移動量が少ないことが分かる。 It is. From this, it can be seen that y ra '≦ y rb ′, and the coordinate y ra ′ has a smaller moving amount than the coordinate y rb ′.
トレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12の高さ方向の移動量はフレーム10の全体の高さ方向の移動量Δyrに等しくなる。したがって、移動量Δyrは、
Movement amount in the height direction of the
となる。 It becomes.
また、トレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12の座標が自律走行ロボット1Aと自律走行ロボット1Bとでは異なるので、後従動輪14の後従動輪軸14aの座標cua及び座標cubにも影響が出る。ここで、
cua=cub=(xu,yu)とし、回転角度ζa(°),回転角度ζb(°)とすると、回転後の座標cua’、座標cub’、及び変位Δyua’、Δyub’は下記のように表すことができる。
Further, since the coordinates of the
When c ua = c ub = (x u , y u ) and the rotation angle ζ a (°) and the rotation angle ζ b (°), the coordinates c ua ′, the coordinates c ub ′, and the displacement Δy ua after the rotation are obtained. ', Δy ub ' can be expressed as follows.
これらのことから、駆動輪24の半径Rは小さい方がトレーリングアーム20の傾斜時に駆動輪24と後従動輪14の間隔を広げるのに有利であることが分かる。
From these facts, it can be seen that a smaller radius R of the
実際に、駆動輪24の半径を50mm、75mm、100mm、125mm、150mmとして、模擬ロボットを試作して実験したところ、変位ΔXu(mm)は図5に示す結果が得られた。図5は、トレーリングアーム20の傾斜時(5°、10°)における、駆動輪24の半径Rと駆動輪24の変位ΔXu(mm)との関係を示すグラフである。
Actually, when the
しかし、実際の自律走行ロボット1の設計においては、駆動輪24は走行速度等を決定するのに重要な要素である。例えば、駆動輪24の半径Rが小さすぎると、狙いの速度が出せないことがある。このため、バランスを考慮する必要がある。
However, in the actual design of the autonomous traveling robot 1, the
そこで、変位ΔX>0を満たす後従動輪14の半径rの条件について、図6に基づいて説明する。図6は、トレーリングアーム20の傾斜時(5°、10°)における、後従動輪14の半径rと駆動輪24の変位ΔXuとの関係を示すグラフである。
Therefore, the condition of the radius r of the rear driven
すなわち、図6は、後従動輪14の半径rを25(mm)、50(mm)、75(mm)、100(mm)、125(mm)の模擬ロボットを試作して実験したものである。
That is, FIG. 6 is an experiment in which a simulated robot having a radius r of the rear driven
図6に示す結果から、後従動輪14の半径rは大きい方が、駆動輪24と後従動輪14とのの間隔を広げるのに有利であることが分かる。
From the results shown in FIG. 6, it can be seen that a larger radius r of the rear driven
次に、駆動輪24の変位ΔXu>0を満たすトレーリングアーム20の高さhtの条件について、図7に基づいて説明する。図7は、トレーリングアーム20の傾斜時(5°、10°)における、トレーリングアーム20の高さhtと駆動輪24の変位ΔXuとの関係を示すグラフである。
Next, the condition of the height h t of the trailing
すなわち、図7は、トレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12の高さhtを180(mm)、220(mm)、260(mm)、300(mm)、340(mm)の模擬ロボットを試作して実験したものである。
That is, FIG. 7 shows a simulation robot in which the height ht of the
図7に示す結果から、トレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12が高い方が、駆動輪24と後従動輪14との間隔を広げるのに有利であることが分かる。
From the results shown in FIG. 7, it can be seen that the
次に、変位ΔXu>0を満たすトレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12と駆動輪軸24aとの水平距離Lcの条件について、図8に基づいて説明する。図8は、トレーリングアーム20の傾斜時(5°、10°)における、トレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12と駆動輪軸24aとの水平距離Lcと駆動輪24の変位ΔXuとの関係を示すグラフである。
Next, the condition of the horizontal distance L c of the
すなわち、図8は、トレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12と駆動輪軸24aとの水平距離Lcを70(mm)、100(mm)、130(mm)、150(mm)、180(mm)の模擬ロボットを試作して実験したものである。
That is, FIG. 8 shows that the horizontal distance Lc between the
図8に示す結果から、トレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12と駆動輪軸24aとの水平距離が短い方がが、駆動輪24と後従動輪14との間隔を広げるのに有利であることが分かる。
From the results shown in FIG. 8, a shorter horizontal distance between the
次に、変位ΔXu>0を満たすフレーム10の前後方向長さLfの条件について、図9に基づいて説明する。図9は、トレーリングアーム20の傾斜時(5°、10°)における、フレーム10の前後方向長さLfと駆動輪24の変位ΔXuとの関係を示すグラフである。
Next, the condition of the longitudinal length L f of the
すなわち、図9では、フレーム10の前後方向長さLfを100(mm)、200(mm)、300(mm)、400(mm)、500(mm)の模擬ロボットを試作して実験したものである。
That is, in FIG. 9, an experiment was conducted by experimentally producing simulated robots having a longitudinal length L f of the
図9に示す結果から、フレーム10の前後方向長さLfが長い方が、駆動輪24と後従動輪14との間隔を広げるのに有利であることが分かる。
From the results shown in FIG. 9, it can be seen that a longer front-rear direction length L f of the
上述したように、自律走行ロボット1は、フレーム10、2つ以上のトレーリングアーム20、動力源としてのモーター25、4つ以上の車輪を有し、車輪のうち2つが駆動輪24として機能し、駆動輪24以外の車輪が従動輪である後従動輪14及び前従動輪13として機能する。
As described above, the autonomous mobile robot 1 has the
2つのトレーリングアーム20は自律走行ロボット1の進行方向に対して鉛直方向がなす面に対して垂直な軸であるシャフト12を回転中心として、トレーリングアーム20をシャフト12よりも自律走行ロボット1の進行方向に対して後方に配置し、それぞれのトレーリングアーム20上にシャフト12と駆動輪24の駆動輪軸24aの長さが同じになるように駆動輪24・24を1つずつ配置している。そして、それぞれのトレーリングアーム20・20に結合されたモーター25の回転軸が駆動輪24の回転軸と接合される構成である。
The two trailing
トレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12とは反対側の端部は、フレーム10と結合したロッド22と連結し、ロッド22をガイドとしてトレーリングアーム20が揺動するような構成としている。また、ロッド22の周囲には圧縮バネ21を配置し、駆動輪24に対して鉛直下向きの方向に弾性力を付与する構成となっている。
The end of the trailing
また、駆動輪24の前方と後方とにそれぞれ少なくとも1つ以上の前従動輪13及び後従動輪14を配置し、前従動輪13及び後従動輪14はそれぞれフレーム10に結合した構成である。各前従動輪13及び後従動輪14は水平面に対して垂直な前従動輪軸13a及び後従動輪軸14aを中心に回転する機構を有する。左右のトレーリングアーム20と駆動輪24とモーター25と駆動輪取り付け部23とを含む合成重力Wの重心Gは、それぞれトレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12の高さよりも低い位置に配置されている。
Further, at least one or more front driven
また、自律走行ロボット1は、駆動輪半径、従動輪半径、トレーリングアーム20の回転中心高さ、トレーリングアーム20の回転中心と駆動輪軸24aとの水平距離、フレーム10に前後方向長さから規定されるようになっている。
Further, the autonomous mobile robot 1 has a driving wheel radius, a driven wheel radius, a rotational center height of the trailing
このように、本実施の形態の自律走行ロボット1は、基体としてのフレーム10と、フレーム10の下側における前後方向の一方側である前側は回転軸としてのシャフト12にて該フレーム10に回転可能に軸支され、かつフレーム10の下側における前後方向の他方側である後側ではフレーム10に上下方向伸縮可能に支持された駆動部支持部材としてのトレーリングアーム20と、トレーリングアーム20に装着された回転自在の駆動輪24、及びトレーリングアーム20に装着されて駆動輪24を駆動する動力源としてのモーター25を含む駆動部DRと、駆動輪24よりも少なくとも前後方向の他方側にてフレーム10に支持された回転自在の他方側補助輪としての後従動輪14とを備え、駆動部DRとトレーリングアーム20との合成重力Wの合成重心としての重心Gは、トレーリングアーム20のシャフト12よりも低い位置に存在している。
As described above, the autonomous mobile robot 1 of the present embodiment rotates the
上記の構成によれば、例えば、自律走行ロボット1の発進時、加速時、又は進行方向に対して後ろ向きに外力が加えられたときには(以下、「発進時等」という。)、駆動輪24は前進して前側に進む。一方、フレーム10は、慣性の法則により止まっていようとするので、その結果、フレーム10は、前側が浮き上がり、後従動輪14の接地点14bを中心として回転しようとする力が働く。この結果、何も対策していなければ、自律走行ロボット1は後側に回転して転倒することになる。
According to the above configuration, for example, when the autonomous traveling robot 1 starts, accelerates, or when an external force is applied backward with respect to the traveling direction (hereinafter, referred to as “starting etc.”), the
ここで、本実施の形態では、駆動輪24、及び駆動輪24を駆動するモーター25は、フレーム10とは別体のトレーリングアーム20に装着されている。そして、トレーリングアーム20は、フレーム10の下側における前側ではシャフト12にてフレーム10に回転可能に軸支され、かつフレーム10の下側における後側ではフレーム10に上下方向伸縮可能に支持されている。
Here, in the present embodiment, the
この結果、自律走行ロボット1の発進時等において、フレーム10が後従動輪14の接地点14bを中心として回転しようとした場合、トレーリングアーム20は、前側のシャフト12がフレーム10に支持されているので、後側の上下方向伸縮部分を中心として一緒に回転しようとする。しかし、この回転モーメントに対して、後側の上下方向伸縮部分を中心として駆動輪24及びモーター25及びトレーリングアーム20の合成重力Wがこの回転モーメントとは反対方向に反回転モーメントが作用する。そして、この回転モーメント及び反回転モーメントの作用によって、回転を打ち消すべく、後側の上下方向伸縮部分が収縮する。
As a result, when the
この結果、フレーム10の回転モーメントが弱まることになるので、自律走行ロボット1が後側に回転して転倒すること防止することができる。
As a result, the rotational moment of the
ここで、本実施の形態では、駆動輪24及びモーター25及びトレーリングアーム20の合成重力Wの重心Gが、トレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12よりも低い位置に存在する。このため、自律走行ロボット1の発進時等には、瞬間的に、駆動輪24の駆動輪軸24aと後従動輪14の後従動輪軸14aとの間隔が広くなり、それに伴い、合成重力Wの重心Gが進行方向前方に移動する。
Here, in the present embodiment, the center of gravity G of the combined gravity W of the
この結果、駆動輪24及びモーター25及びトレーリングアーム20の合成重力Wの重心Gが、トレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12よりも高い位置に存在する場合に比べて、転倒し難くなる。
As a result, the gravity center G of the combined gravity W of the
ここで、本実施の形態では、転倒防止のために、駆動部DRと上部構造であるフレーム10とを分割していない。具体的には、フレーム10には、該フレーム10に支持された回転自在の後従動輪14が備えられ、駆動輪24もトレーリングアーム20のシャフト12を介してフレーム10に支持されている。
Here, in the present embodiment, the drive unit DR and the
したがって、上部構造であるフレーム10と駆動部DRとを分割することなく、前後方向の少なくとも一方への転倒を防止し得る自律走行ロボット1を提供することができる。
Accordingly, it is possible to provide the autonomous mobile robot 1 that can prevent the
尚、本実施の形態においては、フレーム10における前後方向の一方側を前側とし、前後方向の他方側を後側とすることにより、発進時等に際して、後方に回転転倒を防止できるものとなっている。しかし、逆に、フレーム10における前後方向の一方側を後側とし、前後方向の他方側を前側とすることにより、後ろ向きに急発進するときに、自律走行ロボット1が前向きに回転転倒することを防止できることになる。すなわち、本実施の形態では、前後方向の少なくとも一方への転倒を防止し得ることができる。
In the present embodiment, by setting one side of the
〔実施の形態2〕
本発明の他の実施の形態について図10に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態1と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態1の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIG. The configurations other than those described in the present embodiment are the same as those in the first embodiment. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in the drawings of the first embodiment are given the same reference numerals, and explanation thereof is omitted.
本実施の形態の自律走行ロボット2では、前記実施の形態1の自律走行ロボット1の構成に加えて、後従動輪14がフレーム10に圧縮バネ15により懸架されていると共に、前従動輪13がフレーム10に圧縮バネ16により懸架されている点が異なっている。
In the
本実施の形態の自律走行ロボット2の構成について、図10に基づいて説明する。図10は、本実施の形態の自律走行ロボット2の構成を示す側面図である。尚、図10の右側を自律走行ロボット2の前側とする。
The configuration of the autonomous
本実施の形態の自律走行ロボット2は、図10に示すように、後従動輪14は、フレーム10の下端に弾性体としての圧縮バネ15にて懸架されている。これにより、例えば、自律走行ロボット2の発進時、加速時、及び進行方向に対して後ろ向きに外力が加えられたときに、転倒を抑制するものとなっている。
In the
すなわち、自律走行ロボット2の発進時等には、慣性力により、後従動輪14の接地点14bに自律走行ロボット2の重力が作用し、フレーム10が後従動輪14の接地点14bの回りに反時計方向に回転する。このとき、本実施の形態では、後従動輪14はフレーム10の下端に圧縮バネ15にて懸架されているので、後従動輪14の接地点14bにかかる力が抑制され、回転力が弱まり、自律走行ロボット2が転倒するのを抑制することができる。
That is, when the
ここで、本実施の形態では、自律走行ロボット2の発進時、加速時、及び進行方向に対して後ろ向きに外力が加えられたときに、転倒を抑制するために、さらに、図10に示すように、ロッド22の下端部かつトレーリングアーム20の上側に例えば円筒部材にてなるストッパ22cを設けることが可能である。これにより、圧縮バネは、実施の形態1の圧縮バネ21よりも短い圧縮バネ21’となっている。
Here, in the present embodiment, as shown in FIG. 10, in order to suppress the fall when the
このストッパ22cが設けられている場合には、圧縮バネ21の長さが縮小される。この結果、自律走行ロボット2の発進時等においては、トレーリングアーム20の回転幅が抑制され、ストッパ22cによるトレーリングアーム20の規制領域の角度に達した自律走行ロボット2は、自律走行ロボット1とは異なり、駆動輪24の接地点24bではなく、後従動輪14の接地点14bに重量がかかるようになる。
When the
このとき、後従動輪14が圧縮バネ15に懸架されていることにより、転倒の原因となる力を圧縮バネ15が吸収して、フレーム10の回転力が弱まり、自律走行ロボット2が転倒するのを抑制することができる。
At this time, since the rear driven
上記の説明においては、自律走行ロボット2の発進時、加速時、及び進行方向に対して後ろ向きに外力が加えられた場合の自律走行ロボット2の転倒防止策について説明した。一方、急停止時の慣性力、急減速の慣性力、又は前向きの外力がかかる場合には、上記の構成では、転倒防止効果が得られない。
In the above description, the measures for preventing the
そこで、本実施の形態の自律走行ロボット2では、図10に示すように、前従動輪13についても弾性体としての圧縮バネ16にて懸架する構成を取ることが好ましい。これにより、自律走行ロボット2の急停止時の慣性力、急減速の慣性力、又は前向きの外力がかかる場合に、前従動輪13の接地点13bに自律走行ロボット2の重力が作用するが、この力を圧縮バネ16にて減ずることができる。
Therefore, in the
したがって、自律走行ロボット2の急停止時の慣性力、急減速の慣性力、又は前向きの外力がかかる場合においても、転倒の防止を図ることができる。
Therefore, even when the inertial force when the
尚、後従動輪14及び前従動輪13は、本実施の形態の自律走行ロボット2では、左右に一対ずつ設けられている。したがって、左右一対ずつの後従動輪14及び前従動輪13を圧縮バネ15・16にて懸架する構成を採用することによって、前後方向だけでなく左右方向への転倒に対しても強い構造になる。すなわち、左右方向への転倒に対しては、左右の後従動輪14・14同士、及び左右の前従動輪13・13同士で、各後従動輪14・14又は前従動輪13・13にかかる荷重を緩和できる。
Note that the rear driven
このように、本実施の形態における自律走行ロボット2は、駆動輪24よりも前後方向の一方側である前側には、フレーム10に支持された回転自在の一方側補助輪としての前従動輪13がさらに備えられている。また、後従動輪14及び前従動輪13は、フレーム10に弾性体としての圧縮バネ15・16にて懸架されている。
As described above, the autonomous
これにより、自律走行ロボット1の発進時等において、後従動輪14の接地点14bを中心として自律走行ロボット2が後方回転転倒する場合、又は自律走行ロボット2の急停止等において前従動輪13の接地点13bを中心として自律走行ロボット2が前方回転転倒する場合に、それぞれの接地点14b・13bにかかる荷重を各圧縮バネ15・16にて緩和する。
As a result, when the autonomous traveling robot 1 starts, etc., when the
この結果、自律走行ロボット2が後方回転転倒又は前方回転転倒することを防止することができる。
As a result, it is possible to prevent the autonomous
ここで、本実施の形態の自律走行ロボット2では、安定性に関して、急減速時にトレーリングアーム20が基本姿勢よりも上側に揺動する場合、駆動輪24と後従動輪14との間隔は狭まる。この場合、自律走行ロボット2にかかる慣性力は、前向きにかかると想定すると、この場合も駆動輪24と前従動輪13との間隔は広がる方向となるので、安定性に関しては問題ないと考えられる。ただし、トレーリングアーム20が基本姿勢よりも上側に揺動することによって、駆動輪24と前従動輪13との距離が広がることのできる範囲は、前従動輪13及び後従動輪14を懸架している弾性体である圧縮バネ15・16のストロークに規制される。これは、トレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12が自律走行ロボット2の前側に設けられていることに起因する。トレーリングアーム20が基本姿勢よりも上側に揺動しようとすれば、構造上、相対的にフレーム10には地面に押さえつけられる方向の力がかかる。このとき、前従動輪13及び後従動輪14が圧縮バネ15・16にて懸架されている場合は、圧縮バネ15・16のストロークの分だけフレーム10が沈み込むことができる。しかし、圧縮バネ15・16のストロークを超えた場合にはフレーム10が一番沈みきった姿勢での駆動輪24と前従動輪13及び後従動輪14との距離で固定されてしまうので、この距離の変化による安定性向上は限定的なものである。
Here, in the
本実施の形態の自律走行ロボット2では、圧縮バネ15・16によって、前方に倒れ難い構造となっているので、緊急停止時の転倒は起こり難くなっている。
In the autonomous
例えば、車輪が6輪の場合に関して、前従動輪13及び後従動輪14がフレーム10に固定されている構成であっても、駆動輪24の位置が可変であるので、6輪であっても同じような効果が得られる。ただし、前従動輪13及び後従動輪14が懸架されていない場合、又は前従動輪13及び後従動輪14が同じストロークの圧縮バネ15・16に懸架されているような場合には、加速時に、一番後側の後従動輪14・14と駆動輪24との3輪で荷重を支えるような形になってしまう可能性があるので、駆動輪24に近い後従動輪14・14と駆動輪24との間の距離を長く設定する等の工夫が必要になると考えられる。
For example, in the case of six wheels, even if the front driven
〔実施の形態3〕
本発明のさらに他の実施の形態について図11に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態1及び実施の形態2と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態1及び実施の形態2の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 3]
The following will describe still another embodiment of the present invention with reference to FIG. The configurations other than those described in the present embodiment are the same as those in the first embodiment and the second embodiment. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in the drawings of Embodiment 1 and
本実施の形態の自律走行ロボット3は、図11に示すように、前記実施の形態1の自律走行ロボット1及び実施の形態2の自律走行ロボット2の構成に比べて、モーター25の位置がフレーム10の前側に移動したモーター25’となっている点が異なっている。
As shown in FIG. 11, the autonomous traveling robot 3 of the present embodiment has a position of the
本実施の形態の自律走行ロボット3の構成について、図11に基づいて説明する。図11は、本実施の形態の自律走行ロボット3の構成を示す側面図である。尚、図11の右側を自律走行ロボット3の前側とする。 The configuration of the autonomous mobile robot 3 of the present embodiment will be described based on FIG. FIG. 11 is a side view showing the configuration of the autonomous mobile robot 3 of the present embodiment. The right side of FIG. 11 is the front side of the autonomous mobile robot 3.
本実施の形態の自律走行ロボット3は、図11に示すように、駆動輪取り付け部23に取り付けられているモーター25’は、前記前記実施の形態1の自律走行ロボット1及び実施の形態2の自律走行ロボット2におけるモーター25の位置がフレーム10の前側に移動した位置に取り付けられている。この結果、本実施の形態では、モーター25’の回転軸と駆動輪24の駆動輪軸24aとは同軸ではなく、モーター25’の回転軸は図示しない歯車を介して駆動輪24の駆動輪軸24aに接続されている。
As shown in FIG. 11, in the autonomous traveling robot 3 of the present embodiment, the
すなわち、前記実施の形態1の自律走行ロボット1及び実施の形態2の自律走行ロボット2では、トレーリングアーム20、モーター25及び駆動輪24の合成重力Wの重心Gの位置により、安定性が影響を受ける。例えば、トレーリングアーム20、モーター25、駆動輪24の合成重力Wの重心Gが駆動輪24の駆動輪軸24aよりも上側にある場合は、トレーリングアーム20が傾いたときに、駆動輪24の駆動輪軸24aと後従動輪14の後従動輪軸14aとの水平距離が広がるのに対して、合成重力Wの重心Gと後従動輪14の後従動輪軸14aとの水平距離は狭まる関係にある。
That is, in the autonomous traveling robot 1 of the first embodiment and the
したがって、本実施の形態において、自律走行ロボット3の発進時、加速時、及び進行方向に対して後ろ向きに外力が加えられた場合に、転倒防止効果が現れるのは、トレーリングアーム20の傾斜時に、駆動輪24の駆動輪軸24aと後従動輪14の後従動輪軸14aとの間の距離の広がりの方が合成重力Wの重心Gと後従動輪14の後従動輪軸14aとの間隔の狭まり方よりも大きい範囲になるように重心Gを設定したときのみであった。
Therefore, in the present embodiment, when the autonomous traveling robot 3 starts, accelerates, and when an external force is applied backward with respect to the traveling direction, the fall prevention effect appears when the trailing
しかし、本実施の形態においては、駆動輪24に接続されたモーター25’の重心を後従動輪14の後従動輪軸14aから遠ざかる方向に移動させたことにより、転倒防止効果をさらに高めることができるものとなっている。
However, in the present embodiment, the fall prevention effect can be further enhanced by moving the center of gravity of the
すなわち、本実施の形態では、自律走行ロボット3を平面上に設置し、水平方向の外力が加わらない状態におけるトレーリングアーム20の姿勢を、トレーリングアーム20の基本姿勢と定義したとき、トレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12とトレーリングアーム20が基本姿勢をとるときのモーター25’の重心の距離に対して、トレーリングアーム20が基本姿勢よりも下側に揺動したときのトレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12とモーター25’の中心との距離が小さくなるような構成である。
That is, in this embodiment, when the autonomous traveling robot 3 is installed on a plane and the posture of the trailing
このように、本実施の形態の自律走行ロボット3では、動力源としてのモーター25’は、該モーター25’の重心が駆動輪24の重心よりも前後方向の一方側である前側に位置するようにトレーリングアーム20に装着されている。
As described above, in the autonomous traveling robot 3 of the present embodiment, the
これにより、駆動輪24、モーター25’を含む駆動部DR、及びトレーリングアーム20の合成重力Wの重心Gの位置を少しでも前側に持ってくるようにすることができる。
Thereby, the position of the center of gravity G of the combined gravity W of the
この結果、自律走行ロボット2の発進時等において、フレーム10を後方回転させる回転モーメントに抗する駆動輪24、モーター25’を含む駆動部DR、及びトレーリングアーム20の合成重力Wによる反回転モーメントを大きくすることができる。
As a result, when the autonomous
したがって、自律走行ロボット2の発進時等において、自律走行ロボット2が後方回転転倒することを防止することができる。
Therefore, it is possible to prevent the
〔実施の形態4〕
本発明のさらに他の実施の形態について図12に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態1〜実施の形態3と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態1〜実施の形態3の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 4]
The following will describe still another embodiment of the present invention with reference to FIG. The configurations other than those described in the present embodiment are the same as those in the first to third embodiments. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in the drawings of Embodiments 1 to 3 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
前記実施の形態1の自律走行ロボット1〜実施の形態3の自律走行ロボット3では、トレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12はフレーム10に回転可能に固定されていた。これに対して、本実施の形態の自律走行ロボット4では、図12に示すように、トレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12がフレーム10に対して移動可能になっている点が異なっている。
In the autonomous traveling robot 1 of the first embodiment to the autonomous traveling robot 3 of the third embodiment, the
本実施の形態の自律走行ロボット4の構成について、図12に基づいて説明する。図12は、本実施の形態の自律走行ロボット4の構成を示す側面図である。尚、図12の右側を自律走行ロボット4の前側とする。
The configuration of the autonomous
前記実施の形態1の自律走行ロボット1〜実施の形態3の自律走行ロボット3では、トレーリングアーム20、モーター25及び駆動輪24の合成した重心Gの設定により、十分な効果が発揮できない場合があることは、実施の形態3にて説明した通りである。
In the autonomous traveling robot 1 of the first embodiment to the autonomous traveling robot 3 of the third embodiment, a sufficient effect may not be exhibited due to the setting of the center of gravity G synthesized by the trailing
そこで、本実施の形態においては、図12に示すように、トレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12がフレーム10に対して前後方向に移動可能な構成となっている。その結果、トレーリングアーム20が基本姿勢を取るときのフレーム10から垂下する前側フレーム10cとトレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12との距離Dに対して、トレーリングアーム20が基本姿勢よりも後方が下側に揺動したときの前側フレーム10cとトレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12との距離が短くなるような構成となっている。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 12, the
具体的には、図12に示すように、トレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12を保持するシャフトホルダ11’は、それぞれの駆動輪24・24毎に、前後方向に移動できるように自律走行ロボット4の前後方向に沿って設けられた直動シャフト17を保持する機構を有している。この機構により、トレーリングアーム20そのものが前後方向に移動できる構成となる。
Specifically, as shown in FIG. 12, the
また、トレーリングアーム20には、駆動輪24の駆動輪軸24aを回転中心とする収縮時移動部材としての板カム26を設置する。この板カム26は、フレーム10に固定して接合されたフレーム構造物10bに接触するように設置されている。そして、トレーリングアーム20が基本姿勢のときには、フレーム構造物10bと駆動輪軸24aとの距離が最小になり、トレーリングアーム20が基本姿勢から後方が下側に傾くに伴って、フレーム構造物10bと駆動輪軸24aとの距離が大きくなるような構造となっている。また、トレーリングアーム20は、前方から複数の圧縮バネ18により懸架されている。
Further, the trailing
この構造を有することによって、トレーリングアーム20が基本姿勢から後方が下方向に揺動するときに、板カム26によりトレーリングアーム20が前方に押し出されることになる。この結果、トレーリングアーム20、モーター25及び駆動輪24の合成重力Wの重心Gを効果的に前方に移動することができる。
With this structure, the trailing
すなわち、本実施の形態の自律走行ロボット4は、トレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12がフレーム10に対して移動可能な構成である。また、トレーリングアーム20が基本姿勢を取るときのフレーム10とトレーリングアーム20の距離に対して、トレーリングアーム20が基本姿勢よりも下側に揺動したときのフレーム10とトレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12との距離が短くなるような構成である。
That is, the autonomous
このように、本実施の形態の自律走行ロボット4では、駆動部支持部材としてのトレーリングアーム20は、前後方向に移動可能に基体としてのフレーム10に支持されていると共に、トレーリングアーム20における前後方向の他方側である後側のフレーム10への圧縮バネ18の収縮に伴い、トレーリングアーム20を前後方向の一方側である前側に移動させる収縮時移動部材としての板カム26が設けられている。
As described above, in the
これにより、自律走行ロボット4の発進時等においては、駆動輪24、モーター25を含む駆動部DRを装着したトレーリングアーム20が前側に移動する。この結果、駆動輪24、モーター25を含む駆動部DR、及びトレーリングアーム20の合成重力Wの重心Gの位置と、自律走行ロボット4が後方回転するときの支点となる他方側補助輪としての後従動輪14の接地点14bとの間の距離が大きくなる。
As a result, when the autonomous
この結果、自律走行ロボット4の発進時等において、フレーム10を後方回転させる回転モーメントに抗する駆動輪24、モーター25を含む駆動部DR、及びトレーリングアーム20の合成重力Wによる反回転モーメントを大きくすることができる。
As a result, when the autonomous
したがって、自律走行ロボット4の発進時等において、自律走行ロボット4が後方回転転倒することを防止することができる。
Therefore, the
〔実施の形態5〕
本発明のさらに他の実施の形態について図13及び図14に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態1〜実施の形態4と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態1〜実施の形態4の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 5]
The following will describe still another embodiment of the present invention with reference to FIGS. Configurations other than those described in the present embodiment are the same as those in the first to fourth embodiments. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in the drawings of Embodiments 1 to 4 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
前記実施の形態1の自律走行ロボット1〜実施の形態4の自律走行ロボット4では、転倒防止について説明した。
In the autonomous traveling robot 1 to the
本実施の形態の自律走行ロボット5では、実施の形態1の自律走行ロボット1〜実施の形態4の自律走行ロボット4の転倒防止の構造に加えて、陥没地形や***地形における走行安定性の向上を図るための構造について説明する。
In the
本実施の形態の自律走行ロボット5の構成は、前記実施の形態1における自律走行ロボット1の構成と同じであるので、その説明を省略する。
Since the configuration of the autonomous
前記実施の形態4の自律走行ロボット4は、トレーリングアーム20、モーター25及び駆動輪24の合成した重心Gの移動により、急発進時の慣性力、急加速時の慣性力、又は外力による後方転倒に強い構成となっていることは既に述べたとおりである。
The autonomous
本実施の形態の自律走行ロボット5では、それだけではなく、陥没地形や***地形における走行安定性の向上も可能となっている。
In the
結論的に言うと、本実施の形態の自律走行ロボット5は、自律走行ロボット5の総重量をM(kg)、重力加速度をg(ms−2)、自律走行ロボット5の登坂能力を角度θ(°)、摩擦係数をμk、トレーリングアーム20と駆動輪24とモーター25との合成自重をW(N)、トレーリングアーム20が基本姿勢であるときの圧縮バネ21の変位をΔyp、圧縮バネ21のバネ係数をk(N/mm)、トレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12から圧縮バネ21の作用点までの距離をdk(mm)としたとき、
Mgsinθ<μk(ΣWcosθ+Σk(Δyp+dkθ(π/180)))<Mgcosθ
の関係を満たすようになっている。
In conclusion, the
Mgsin θ <μ k (ΣW cos θ + Σ k (Δy p + d k θ (π / 180))) <Mg cos θ
To meet the relationship.
上記構成の自律走行ロボット5によって、陥没地形や***地形における走行安定性の向上を図るための原理について、図13に基づいて説明する。図13は、自律走行ロボット5の陥没地形における走行安定性の向上を図るための原理を示す側面図である。
The principle for improving the running stability in the depressed terrain and the raised terrain by the
まず、前従動輪13及び後従動輪14の半径をr(mm)とし、駆動輪24の半径をR(mm)としたとき、トレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12から、圧縮バネ21の中心までの水平距離をdk(mm)とする。
First, when the radius of the front driven
このとき、自律走行ロボット5が、前方及び後方の両方が、角度θc(°)(<0)の角度の窪みに落ち込んだ場合、フレーム10は水平姿勢を保ちつつトレーリングアーム20が水平面となす角度はθc(°)に略等しくなる。尚、厳密には、前従動輪13及び後従動輪14の撓み量の差分を考慮する必要があるが、誤差範囲である。
At this time, when the
バネの変位量Δyc(mm)は、幾何計算より、 The amount of spring displacement Δy c (mm) is
である。 It is.
自律走行車が水平姿勢のとき、前従動輪13の接地点13b及び後従動輪14の接地点14bと駆動輪24の接地点24bとの高さは等しいため、トレーリングアーム20は略水平に保たれているものとする。このとき、トレーリングアーム20の一本当たりの自重w(N)に加えて、圧縮バネ21からの力が地面に働き、この力に等しい垂直抗力nkに対して動摩擦係数μk’を乗じた摩擦力fkpが働く。
When the autonomous vehicle is in a horizontal posture, the
圧縮バネ21から地面Eに対して加えられる力は自然長y0(mm)の圧縮バネ21が水平時にはΔyp(mm)だけ撓んでいるものとする。バネ定数は一本の圧縮バネ21当たりk(N/mm)とすると、水平時に駆動輪24にかかる摩擦力fkpは下記の(式35)にて表現できる。
The force applied to the ground E from the
図13に示すように、自律走行ロボット5が角度θc(°)の窪みに落ち込んだ場合、後方の坂から駆動輪24が離れた瞬間に駆動輪24にかかる摩擦力fkpは次の(式36)にて表現できる。
As shown in FIG. 13, when the autonomous
また、自律走行ロボット5の自重をM(kg)、重力加速度g(mm/s2)としたとき、動摩擦力fkは斜面に平行な面に働く重力Mgsinθcよりも大きくなければ駆動輪24が滑り、前進することができない。このため、下記の不等式を満たさなければならない。
In addition, when the weight of the autonomous
次に、本実施の形態の自律走行ロボット5によって、***地形における走行安定性の向上を図るための原理について、図14に基づいて説明する。図14は、自律走行ロボット5の***地形における走行安定性の向上を図るための原理を示す模式図である。
Next, the principle for improving the running stability on the raised terrain by the
まず、自律走行ロボット5が前方後方とも角度θc(°)(θ>0)の角度である***地形を走行するとき、圧縮バネ21の変位量Δyc(mm)は(式34)と同様の計算から、
First, when the
である。 It is.
自律走行ロボット5が***地形上を走行するとき、トレーリングアーム20の圧縮バネ21は水平の状態よりもさらに圧縮されるため、駆動輪24から地面に及ぼす力はより大きくなる。しかし、自律走行ロボット5が地面Eに及ぼす力は重力と傾斜角度とによってMgcosθcとして一様に決まるため、駆動輪24から地面Eにかかる力が大きくなるに伴って前従動輪13及び後従動輪14から地面Eに及ぼす力も小さくなる。前従動輪13及び後従動輪14から地面Eに及ぼす力が0になると前従動輪13及び後従動輪14が宙に浮くことになるため、走行が不安定になる。この結果、下記の不等式を満たさなければならない。
When the
さらに、前従動輪13及び後従動輪14の及ぼす力が0以上である必要があるため、垂直抗力njf>0かつ垂直抗力njr>0も満たさなければならない。
Furthermore, since the force exerted by the front driven
(式39)と垂直抗力njf>0かつ垂直抗力njr>0とから、駆動輪24の動摩擦係数fkは下記の関係式を満たせばよい。
From (Equation 39) and the normal force n jf > 0 and the normal force n jr > 0, the dynamic friction coefficient f k of the
また、前従動輪13及び後従動輪14に関しては、前方に進行する場合に、前従動輪13の前従動輪軸13aと駆動輪24の駆動輪軸24aとの水平距離と駆動輪24の駆動輪軸24aと後従動輪14の後従動輪軸14aとの水平距離とをそれぞれL(mm)とする。
Further, regarding the front driven
このとき、前従動輪13及び後従動輪14が自在キャスタの場合、前従動輪13及び後従動輪14が進行方向に倣うためには、各々の前従動輪13の接地点13b及び後従動輪14の接地点14bは各々の水平回転中心である前従動輪軸13a及び後従動輪軸14aよりも進行方向に対して後方に変位q(mm)ずれている必要がある。
At this time, when the front driven
このため、前従動輪13の接地点13bと駆動輪24の接地点24bとの距離LP=L−q(mm)、駆動輪24の接地点24bと後従動輪14の接地点14bとの距離LB=L+q(mm)と表すことができる。
Therefore, the distance L P = L−q (mm) between the
また、自律走行ロボット5の重心が駆動輪24よりも距離s(mm)後方にある場合、前従動輪13と後従動輪14とにかかる力はモーメントの釣り合いより次式を満たす。
In addition, when the center of gravity of the
ここで、距離s≧0の場合、垂直抗力njf>0が満たされるとき、 Here, when the distance s ≧ 0, when the normal force n jf > 0 is satisfied,
一方、距離s<0の場合、垂直抗力njr>0が満たされるとき、 On the other hand, when the distance s <0, when the normal drag n jr > 0 is satisfied,
となり、***地形でも安定走行が可能となる。 Thus, stable running is possible even on raised terrain.
すなわち、重心Gが駆動輪24上又はそれよりも後ろ側に位置する場合には、垂直抗力njr>0を満たさなければならない。反対に、重心Gが駆動輪24よりも前側に位置する場合には垂直抗力njf>0を満たす必要がある。
That is, when the center of gravity G is located on the
このように、本実施の形態の自律走行ロボット5では、駆動部支持部材としてのトレーリングアーム20は、基体としてのフレーム10の下側における前後方向の他方側である後側はフレーム10に上下方向伸縮可能に弾性部材としての圧縮バネ21にて支持されていると共に、自律走行ロボット5の総重量をM(kg)、重力加速度をg(ms−2)、登坂能力をθ(°)、摩擦係数をμk、前記駆動部DRとトレーリングアーム20との合成重量をW(N)、トレーリングアーム20における基本姿勢での圧縮バネ21の変位をΔyp、上記圧縮バネ21のバネ係数をk(N/mm)とし、トレーリングアーム20の回転中心であるシャフト12から圧縮バネ21の作用点までの距離をdk(mm)としたとき、
Mgsinθ<μk(ΣWcosθ+Σk(Δyp+dkθ(π/180)))<Mgcosθ
の関係を満たす。
As described above, in the
Mgsin θ <μ k (ΣW cos θ + Σ k (Δy p + d k θ (π / 180))) <Mg cos θ
Satisfy the relationship.
尚、トレーリングアーム20における基本姿勢とは、平面上に設置された自律走行ロボット5における水平方向の外力が加わらない状態でのトレーリングアーム20の姿勢をいう。
Note that the basic posture of the trailing
これにより、自律走行ロボット5が***地形又は陥没地形に移動する場合において、回転転倒することを防止することができ、走行安定性を向上させることが可能となる。
As a result, when the
〔まとめ〕
本発明の態様1における自律走行ロボット1は、基体(フレーム10)と、上記基体(フレーム10)の下側における前後方向の一方側では回転軸(シャフト12)にて該基体(フレーム10)に回転可能に軸支され、かつ上記基体(フレーム10)の下側における前後方向の他方側では該基体(フレーム10)に上下方向伸縮可能に支持された駆動部支持部材(トレーリングアーム20)と、上記駆動部支持部材(トレーリングアーム20)に装着された回転自在の駆動輪24、及び該駆動部支持部材(トレーリングアーム20)に装着されて上記駆動輪24を駆動する動力源(モーター25)を含む駆動部DRと、上記駆動輪24よりも少なくとも前後方向の他方側にて基体(フレーム10)に支持された回転自在の他方側補助輪(後従動輪14)とを備え、上記駆動部DRと駆動部支持部材(トレーリングアーム20)との合成重心(重心G)は、上記駆動部支持部材(トレーリングアーム20)の回転軸(シャフト12)よりも低い位置に存在していることを特徴としている。
[Summary]
The autonomous mobile robot 1 according to the first aspect of the present invention has a base (frame 10) and a rotary shaft (shaft 12) on one side in the front-rear direction below the base (frame 10). A drive support member (trailing arm 20) that is rotatably supported and supported on the base body (frame 10) so as to be vertically extendable on the other side in the front-rear direction on the lower side of the base body (frame 10); , A
上記の発明によれば、例えば、自律走行ロボットの自律走行ロボットの発進時、加速時、又は進行方向に対して後ろ向きに外力が加えられたときには(以下、「発進時等」という。)、駆動輪は前進して前後方向の一方側に進む。一方、基体は、慣性の法則により、止まっていようとするので、その結果、基体は、前側が浮き上がり、後側の補助輪である他方側補助輪の接地点を中心として、回転しようとする力が働く。この結果、何も対策していなければ、自律走行ロボットは後側に回転して転倒することになる。 According to the above invention, for example, when the autonomous traveling robot starts, accelerates, or when an external force is applied backward with respect to the traveling direction (hereinafter referred to as “starting or the like”), the driving is performed. The wheel moves forward and proceeds to one side in the front-rear direction. On the other hand, the base body tends to stop according to the law of inertia. As a result, the base body is lifted on the front side, and the force to rotate around the grounding point of the other side auxiliary wheel that is the rear side auxiliary wheel. Work. As a result, if no countermeasures are taken, the autonomous mobile robot rotates to the rear side and falls.
ここで、本発明では、駆動輪、及び駆動輪を駆動する動力源は、基体とは別体の駆動部支持部材に装着されている。そして、駆動部支持部材は、基体の下側における前後方向の一方側では回転軸にて該基体に回転可能に軸支され、かつ基体の下側における前後方向の他方側では該基体に上下方向伸縮可能に支持されている。 Here, in the present invention, the driving wheel and the power source for driving the driving wheel are mounted on a driving unit support member separate from the base body. The drive unit support member is rotatably supported on the base by a rotating shaft on one side in the front-rear direction on the lower side of the base and on the other side in the front-back direction on the lower side of the base. It is supported to be stretchable.
この結果、自律走行ロボットの発進時等において、基体が後側の他方側補助輪の接地点を中心として回転しようとした場合、駆動輪支持部材は、前側の回転軸が基体に支持されているので、後側の上下方向伸縮部分を中心として一緒に回転しようとする。しかし、この回転モーメントに対して、後側の上下方向伸縮部分を中心として駆動輪及び駆動源及び駆動輪支持部材の合成重力がこの回転モーメントとは反対方向に反回転モーメントが作用する。そして、この回転モーメント及び反回転モーメントの作用によって、回転を打ち消すべく、後側の上下方向伸縮部分が収縮する。 As a result, when the base body tries to rotate around the grounding point of the other auxiliary wheel on the rear side, such as when the autonomous traveling robot starts, the driving wheel support member has the front rotation shaft supported by the base body. So, it tries to rotate together around the rear vertical stretchable part. However, with respect to this rotational moment, the combined gravity of the drive wheel, the drive source, and the drive wheel support member acts in the opposite direction to this rotational moment, centering on the rear vertical expansion / contraction portion. Then, due to the action of the rotational moment and the counter-rotational moment, the rear side vertical expansion / contraction portion contracts to cancel the rotation.
この結果、基体の回転モーメントが弱まることになるので、自律走行ロボットが後側に回転して転倒すること防止することができる。 As a result, since the rotational moment of the base body is weakened, it is possible to prevent the autonomous traveling robot from rotating and falling over.
特に、本発明では、駆動輪及び駆動源及び駆動輪支持部材の合成重力の重心が、駆動輪支持部材の回転中心である回転軸よりも低い位置に存在する。このため、自律走行ロボットの発進時等には、瞬間的に、駆動輪の車輪軸と他方側補助輪の車輪軸との間隔が広くなり、それに伴い、合成重力の重心が進行方向前方に移動する。 In particular, in the present invention, the center of gravity of the combined gravity of the drive wheel, the drive source, and the drive wheel support member exists at a position lower than the rotation axis that is the rotation center of the drive wheel support member. For this reason, when the autonomous mobile robot starts, the distance between the wheel axis of the driving wheel and the wheel axis of the other auxiliary wheel is instantaneously widened, and the gravity center of the combined gravity moves forward in the traveling direction accordingly. To do.
この結果、駆動輪及び駆動源及び駆動輪支持部材の合成重力の重心が、駆動輪支持部材の回転中心である回転軸よりも高い位置に存在する場合に比べて、転倒し難くなる。 As a result, the gravity center of the combined gravity of the drive wheel, the drive source, and the drive wheel support member is less likely to fall than when the center of gravity exists at a position higher than the rotation axis that is the rotation center of the drive wheel support member.
ここで、本発明では、転倒防止のために、駆動部と上部構造とを分割していない。具体的には、基体には、該基体に支持された回転自在の他方側補助輪が備えられ、駆動輪も駆動輪支持部材の回転軸を介して基体に支持されている。 Here, in the present invention, the drive unit and the upper structure are not divided in order to prevent overturning. Specifically, the base is provided with the other side auxiliary wheel that is rotatable and supported by the base, and the driving wheel is also supported by the base via the rotation shaft of the driving wheel support member.
尚、本発明においては、基体における前後方向の一方側を前側とし、前後方向の他方側を後側とすることにより、発進時等に際して、後方に回転転倒を防止できるものとなっている。しかし、逆に、基体における前後方向の一方側を後側とし、前後方向の他方側を前側とすることにより、後ろ向きに急発進するときに、自律走行ロボットが前向きに回転転倒することを防止できることになる。すなわち、本発明では、前後方向の少なくとも一方への転倒を防止し得ることができる。 In the present invention, by setting one side of the base in the front-rear direction as the front side and the other side of the front-rear direction as the rear side, it is possible to prevent the rotation from falling backward at the time of starting. However, conversely, by setting one side of the base in the front-rear direction as the rear side and the other side in the front-rear direction as the front side, it is possible to prevent the autonomous traveling robot from rotating and falling forward when suddenly starting backward. become. In other words, according to the present invention, it is possible to prevent a fall in at least one of the front and rear directions.
したがって、上部構造と駆動部とを分割することなく、前後方向の少なくとも一方への転倒を防止し得る自律走行ロボットを提供することができる。 Therefore, it is possible to provide an autonomous traveling robot that can prevent the vehicle from falling in at least one of the front and rear directions without dividing the upper structure and the drive unit.
本発明の態様2における自律走行ロボット2は、態様1における自律走行ロボットにおいて、前記駆動輪24よりも前後方向の一方側には、前記基体(フレーム10)に支持された回転自在の一方側補助輪(前従動輪13)がさらに備えられていると共に、前記他方側補助輪(後従動輪14)及び上記一方側補助輪(前従動輪13)は、前記基体(フレーム10)に弾性体(圧縮バネ15・16)にて懸架されていることが好ましい。
The
これにより、自律走行ロボットの発進時等において、他方側補助輪の接地点を中心として自律走行ロボットが後方回転転倒する場合、又は自律走行ロボットの急停止等において一方側補助輪の接地点を中心として自律走行ロボットが前方回転転倒する場合に、それぞれの接地点にかかる荷重を各弾性体にて緩和する。 As a result, when the autonomous traveling robot starts, etc., when the autonomous traveling robot falls backward and rotates around the grounding point of the other side auxiliary wheel, or when the autonomous traveling robot suddenly stops, the grounding point of the one side auxiliary wheel is centered. When the autonomous traveling robot falls forward and falls, the load applied to each contact point is alleviated by each elastic body.
この結果、自律走行ロボットが後方回転転倒又は前方回転転倒することを防止することができる。 As a result, it is possible to prevent the autonomous mobile robot from rotating backward and falling or rotating forward.
本発明の態様3における自律走行ロボット3は、態様1又は2における自律走行ロボットにおいて、前記動力源(モーター25’)は、該動力源(モーター25’)の重心が前記駆動輪24の重心よりも前後方向の一方側に位置するように前記駆動部支持部材(トレーリングアーム20)に装着されていることが好ましい。
The autonomous traveling robot 3 according to aspect 3 of the present invention is the autonomous traveling robot according to
これにより、駆動輪、動力源を含む駆動部、及び駆動輪支持部材の合成重力の重心の位置を少しでも前側に持ってくるようにすることができる。 Thereby, the position of the center of gravity of the combined gravity of the drive wheel, the drive unit including the power source, and the drive wheel support member can be brought to the front as much as possible.
この結果、自律走行ロボットの発進時等において、基体を後方回転させる回転モーメントに抗する駆動輪、動力源を含む駆動部、及び駆動輪支持部材の合成重力による反回転モーメントを大きくすることができる。 As a result, when the autonomous traveling robot is started, the counter-rotation moment due to the combined gravity of the drive wheel, the drive unit including the power source, and the drive wheel support member that resists the rotation moment that rotates the base body backward can be increased. .
したがって、自律走行ロボットの発進時等において、自律走行ロボットが後方回転転倒することを防止することができる。 Accordingly, it is possible to prevent the autonomous traveling robot from rotating backward and falling when the autonomous traveling robot starts.
本発明の態様4における自律走行ロボット4は、態様1、2又は3における自律走行ロボットにおいて、前記駆動部支持部材(トレーリングアーム20)は、前後方向に移動可能に基体(フレーム10)に支持されていると共に、上記駆動部支持部材(トレーリングアーム20)における前後方向の他方側での該基体(フレーム10)への収縮に伴い、上記駆動部支持部材(トレーリングアーム20)を前後方向の一方側に移動させる収縮時移動部材(板カム26)が設けられていることが好ましい。
The
これにより、自律走行ロボットの発進時等においては、駆動輪、動力源を含む駆動部を装着した駆動輪支持部材が前側に移動する。この結果、駆動輪、動力源を含む駆動部、及び駆動輪支持部材の合成重力の重心の位置と、自律走行ロボットが後方回転するときの支点となる他方側補助輪の接地点との間の距離が大きくなる。 Thereby, when the autonomous traveling robot starts, the driving wheel support member equipped with the driving unit including the driving wheel and the power source moves to the front side. As a result, between the position of the center of gravity of the combined gravity of the drive wheel, the drive unit including the power source, and the drive wheel support member, and the grounding point of the other auxiliary wheel that becomes a fulcrum when the autonomous traveling robot rotates backward The distance increases.
この結果、自律走行ロボットの発進時等において、基体を後方回転させる回転モーメントに抗する駆動輪、動力源を含む駆動部、及び駆動輪支持部材の合成重力による反回転モーメントを大きくすることができる。 As a result, when the autonomous traveling robot is started, the counter-rotation moment due to the combined gravity of the drive wheel, the drive unit including the power source, and the drive wheel support member that resists the rotation moment that rotates the base body backward can be increased. .
したがって、自律走行ロボットの発進時等において、自律走行ロボットが後方回転転倒することを防止することができる。 Accordingly, it is possible to prevent the autonomous traveling robot from rotating backward and falling when the autonomous traveling robot starts.
本発明の態様5における自律走行ロボット5は、態様1〜4のいずれか1に記載の自律走行ロボットにおいて、前記駆動部支持部材(トレーリングアーム20)は、前記基体(フレーム10)の下側における前後方向の他方側では該基体(フレーム10)に上下方向伸縮可能に弾性部材(圧縮バネ21)にて支持されていると共に、自律走行ロボットの総重量をM(kg)、重力加速度をg(ms−2)、登坂能力をθ(°)、摩擦係数をμk、前記駆動部DRと駆動部支持部材(トレーリングアーム20)との合成重量をW(N)、上記駆動部支持部材(トレーリングアーム20)における基本姿勢での上記弾性部材(圧縮バネ21)の変位をΔyp、上記弾性部材の弾性係数をk(N/mm)とし、上記駆動部支持部材(トレーリングアーム20)の回転中心である回転軸(シャフト12)から上記弾性部材(圧縮バネ21)の作用点までの距離をdk(mm)としたとき、
Mgsinθ<μk(ΣWcosθ+Σk(Δyp+dkθ(π/180)))<Mgcosθ
の関係を満たすことが好ましい。
The autonomous
Mgsin θ <μ k (ΣW cos θ + Σ k (Δy p + d k θ (π / 180))) <Mg cos θ
It is preferable to satisfy the relationship.
尚、駆動部支持部材における基本姿勢とは、平面上に設置された自律走行ロボットにおける水平方向の外力が加わらない状態での駆動部支持部材の姿勢をいう。 Note that the basic posture of the drive unit support member refers to the posture of the drive unit support member in a state where an external force in the horizontal direction is not applied to the autonomous traveling robot installed on the plane.
これにより、自律走行ロボットが***地形又は陥没地形に移動する場合において、回転転倒することを防止することができ、走行安定性を向上させることが可能となる。 As a result, when the autonomous traveling robot moves to a raised terrain or a depressed terrain, it can be prevented from rotating and overturning, and traveling stability can be improved.
尚、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the technical means disclosed in different embodiments can be appropriately combined. Such embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、移動を制御する際の慣性力又は外力による転倒を防止すると共に、***地形や陥没地形での安定走行を可能とする自律走行ロボットに適用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to an autonomous traveling robot that prevents a fall due to an inertial force or an external force when controlling movement and enables stable traveling on a raised terrain or a depressed terrain.
1 自律走行ロボット
2 自律走行ロボット
3 自律走行ロボット
4 自律走行ロボット
5 自律走行ロボット
10 フレーム(基体)
10a ロッド用孔
10b フレーム構造物
10c 前側フレーム
11 シャフトホルダ
11’ シャフトホルダ
11a シャフトホルダ孔
12 シャフト(回転軸)
13 前従動輪(一方側補助輪)
13a 前従動輪軸(車輪軸)
13b 接地点
14 後従動輪(他方側補助輪)
14a 後従動輪軸(車輪軸)
14b 接地点
15 圧縮バネ(弾性体)
16 圧縮バネ(弾性体)
17 直動シャフト
18 圧縮バネ
20 トレーリングアーム(駆動部支持部材)
20a 長孔
21 圧縮バネ(弾性部材)
21’ 圧縮バネ(弾性部材)
22 ロッド
22a 留め金
22b ストッパ
22c ストッパ
23 駆動輪取り付け部(駆動部)
23a 駆動輪取り付け部孔
24 駆動輪(駆動部)
24a 駆動輪軸(車輪軸)
24b 接地点
25 モーター(動力源、駆動部)
25’ モーター(動力源、駆動部)
26 板カム(収縮時移動部材)
DR 駆動部
G 重心(合成重心)
W 合成重力
1
13 Front driven wheel (one side auxiliary wheel)
13a Front driven axle (wheel axle)
14a Rear driven axle (wheel axle)
16 Compression spring (elastic body)
17
20a
21 'compression spring (elastic member)
22
23a Drive wheel mounting
24a Drive wheel axle (wheel axle)
25 'motor (power source, drive)
26 Plate cam (moving member when contracted)
DR drive unit G Center of gravity (combined center of gravity)
W Synthetic gravity
Claims (4)
上記基体の下側における前後方向の一方側では回転軸にて該基体に回転可能に軸支され、かつ上記基体の下側における前後方向の他方側では該基体に上下方向伸縮可能に支持された駆動部支持部材と、
上記駆動部支持部材に装着された回転自在の駆動輪、及び該駆動部支持部材に装着されて上記駆動輪を駆動する動力源を含む駆動部と、
上記駆動輪よりも少なくとも前後方向の他方側にて基体に支持された回転自在の他方側補助輪とを備え、
上記駆動部と駆動部支持部材との合成重心は、上記駆動部支持部材の回転軸よりも低い位置に存在しており、
上記駆動部支持部材は、前後方向に移動可能に基体に支持されていると共に、
上記駆動部支持部材における前後方向の他方側での該基体への収縮に伴い、上記駆動部支持部材を前後方向の一方側に移動させる収縮時移動部材が設けられていることを特徴とする自律走行ロボット。 A substrate;
On one side in the front-rear direction on the lower side of the base, it is pivotally supported on the base by a rotary shaft, and on the other side in the front-rear direction on the lower side of the base, it is supported by the base so as to be vertically extendable. A drive support member;
A drive unit including a rotatable drive wheel mounted on the drive unit support member, and a power source mounted on the drive unit support member to drive the drive wheel;
A rotatable auxiliary wheel supported by the base body at least on the other side in the front-rear direction than the driving wheel,
The combined center of gravity of the drive unit and the drive unit support member exists at a position lower than the rotation axis of the drive unit support member ,
The drive unit support member is supported by the base body so as to be movable in the front-rear direction,
An autonomy moving member is provided that moves the driving unit support member to one side in the front-rear direction in accordance with contraction of the driving unit support member on the other side in the front-rear direction. A traveling robot.
前記他方側補助輪及び上記一方側補助輪は、前記基体に弾性体にて懸架されていることを特徴とする請求項1記載の自律走行ロボット。 On the one side in the front-rear direction than the drive wheel is further provided with a rotatable one-side auxiliary wheel supported by the base body,
The autonomous traveling robot according to claim 1, wherein the other side auxiliary wheel and the one side auxiliary wheel are suspended from the base by an elastic body.
自律走行ロボットの総重量をM(kg)、重力加速度をg(ms−2)、登坂能力をθ(°)、摩擦係数をμk、前記駆動部と駆動部支持部材との合成重量をW(N)、上記駆動部支持部材における基本姿勢での上記弾性部材の変位をΔyp、上記弾性部材の弾性係数をk(N/mm)とし、上記駆動部支持部材の回転中心である回転軸から上記弾性部材の作用点までの距離をdk(mm)としたとき、
Mgsinθ<μk(ΣWcosθ+Σk(Δyp+dkθ(π/180)))<Mgcosθ
の関係を満たすことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の自律走行ロボット。
The drive unit support member is supported by an elastic member on the other side in the front-rear direction on the lower side of the base body so as to be vertically stretchable on the base body,
The total weight of the autonomous mobile robot is M (kg), the acceleration of gravity is g (ms-2), the climbing ability is θ (°), the friction coefficient is μk, and the combined weight of the drive unit and the drive unit support member is W ( N), where the displacement of the elastic member in the basic posture of the drive unit support member is Δyp, the elastic coefficient of the elastic member is k (N / mm), and the rotation axis that is the rotation center of the drive unit support member is When the distance to the action point of the elastic member is dk (mm),
Mgsinθ <μk (ΣWcosθ + Σk (Δyp + dkθ (π / 180))) <Mgcosθ
The autonomous mobile robot according to any one of claims 1 to 3, characterized in that satisfies the relationship.
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