JP6890763B1 - 移動体 - Google Patents
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Abstract
【課題】無限軌道を備える移動体において、段差を上り切った後の着地時の衝撃をシンプルな構成で効果的に低減できる構成を提供すること。【解決手段】ロボット1(移動体)は、本体12と、本体12に配置されるクローラ16(無限軌道)と、クローラ16の走行方向の一側の端部を本体12から離間できる昇降機構17と、昇降機構17のクローラ16の走行方向の一側の端部を本体12から離間させる動作に連動するリンク機構190に連結され、リンク機構190の動作に連動して本体12側から地面G側にスタビライザ用車輪181(先端)が移動する軸状のスタビライザ18と、スタビライザ18の基端側が連結され、当該スタビライザ18の基端側を移動させることでスタビライザ18のスタビライザ用車輪181の位置を調整する調整機構19と、検知される段差に基づいて昇降機構17及び調整機構19を制御する制御部35と、を備える。【選択図】図13
Description
本発明は、無限軌道を備える移動体に関する。
従来、クローラ等の無限軌道を備える移動体において、段差を乗り越えるために本体に対する無限軌道の姿勢を変更する機能を備えるものが知られている。この種の技術について記載されているものとして非特許文献1がある。非特許文献1には、「The smart way to overcome obstacles」等において、無限軌道を本体に対して傾けた状態で段差を上り、当該段差の最上段に到達するタイミングで補助車輪を展開する車椅子が示されている。
Scalevo Wheelchair,[令和2年2月5日検索],インターネット<URL:https://scewo.ch/en/bro/>
非特許文献1に開示される技術のように、補助車輪を展開すれば段差を上り切った後の着地時の衝撃を効果的に緩和できる。しかしながら、補助車輪の展開のためには、無限軌道の姿勢を変更するための機構とは別に、補助車輪を待機位置から展開位置に移動させるための機構が必要となり、構造が複雑化する。また、補助車輪を移動させるための駆動部も移動体の重量を支持する必要があり、大容量のアクチュエータが必要となってしまう。
本発明は、無限軌道を備える移動体において、段差を上り切った後の着地時の衝撃をシンプルな構成で効果的に低減できる構成を提供することを目的とする。
本発明の一態様の移動体は、本体と、前記本体に配置される無限軌道と、前記無限軌道の走行方向の一側の端部を前記本体から離間できる昇降機構と、前記昇降機構の前記無限軌道の走行方向の一側の端部を前記本体から離間させる動作に連動するリンク機構に連結され、前記動作に連動して前記本体側から地面側に先端が移動する軸状のスタビライザと、前記スタビライザの基端側が連結され、当該スタビライザの基端側を移動させることで前記スタビライザの先端の位置を調整する調整機構と、検知される段差に基づいて前記昇降機構及び前記調整機構を制御する制御部と、を備える。
本発明の一態様の無限軌道を備える移動体によれば、段差を上り切った後の着地時の衝撃をシンプルな構成で効果的に低減できる。
以下、本発明の限定的ではない例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明をする。図1は、本発明の一実施形態に係るロボット1の側面図である。図1には、通常走行時のロボット1が示されている。図2は、本発明の一実施形態に係るロボット1のクローラ16が接地している状態の側面図である。
まず、ロボット1の全体的な構成について説明する。図1から図3に示すように、本実施形態のロボット1は、本体12と、車輪13と、モータ14と、クローラ16と、昇降機構17と、スタビライザ18と、調整機構19と、制御装置30と、カメラ31と、レーダ32と、を含んで構成される。
本体12は、車輪13、モータ14と、クローラ16、昇降機構17、スタビライザ18及び調整機構19等を支持する。本実態形態の本体12は、枠組み状に構成される。
車輪13は、前後左右の合計4個配置される第1の走行部である。本実施形態では、前後左右の4個の車輪のうち、後側の車輪13bと前側の車輪13aでは異なる種類のものを用いている。後側の車輪13bは、本体130の主動回転と本体外円上に配置されたローラ131の受動回転により、多方向への移動を可能とする、いわゆるオムニホイールである。これに対して前側の車輪13aは、ローラを有しておらず、前後方向にのみ回転する。
モータ14は、左右一対の合計2個配置される駆動部である。モータ14は、制御装置30によって制御される。モータ14の駆動力は、車輪13に伝達される。
クローラ16は、左右一対の合計2個配置される第2の走行部である。クローラ16は、階段等の段差を昇降するときに用いられる無限軌道である。本実施形態では、左右一対のクローラ16は、昇降機構17によって本体12に対する姿勢(角度)を変更できる。
次に、モータ14からクローラ16への駆動力の伝達について説明する。図3は、本発明の一実施形態に係るロボット1の底面図である。図4は、本発明の一実施形態に係るロボット1の断面図であり、図3のA−A線断面図である。図4には、クローラ16が展開された図2に示す状態に対応するロボット1の内部の様子が示されている。図5は、本発明の一実施形態に係るロボット1の斜視図である。なお、図5には、モータ14等の一部の構成の図示が省略されている。
クローラ16は、クラッチ15を介してモータ14からの駆動力を伝達される。クラッチ15は、モータ14の駆動力をクローラ16に伝達する状態と、伝達しない状態と、を切り替える。本実施形態では、チェーン151を介してクローラ16に駆動力を伝達する。
クローラ16は、クローラフレーム160と、起動輪161と、複数の誘導輪162,163と、無端ベルト164と、を備える。クローラフレーム160は、起動輪161及び複数の誘導輪162,163を回転可能に支持する。起動輪161には、クラッチ15が入っている状態では、チェーン151を介してモータ14の駆動力が伝達される。無端ベルト164は、起動輪161及び複数の誘導輪162,163に掛け回される。
次に、クローラ16の位置を変更する昇降機構17について説明する。昇降機構17は、本体12の左右方向の中央に配置されるリニアアクチュエータである。昇降機構17は、リンク機構190を介してクローラ16に連結される。昇降機構17の作用部175の進退動作に伴ってリンク機構190を介してクローラ16が連動する。従って、昇降機構17の進退の程度(ストローク)によってクローラ16の本体12に対する角度(姿勢)が決まることになる。以下の説明において昇降機構17の進退は、作用部175の直線的な動作における進退のことを意味するものとする。
スタビライザ18は、左右一対の合計2個配置される。スタビライザ18は、軸状部180と、軸状部180の先端に配置されるスタビライザ用車輪181と、スタビライザ用車輪181が受ける荷重を検出するフォースセンサ182と、を備える。スタビライザ18の軸状部170は、昇降機構17の動作に連動するリンク機構190に連結されている。昇降機構17によるクローラ16の角度変更動作に連動してスタビライザ18の位置も変更される。
調整機構19は、スタビライザ18用のリニアアクチュエータである。調整機構19は、左右一対の合計2個配置される。左側の調整機構19は、左側のスタビライザ18に連結される。右側の調整機構19は、右側のスタビライザ18に連結される。
本実施形態の調整機構19は、スタビライザ18の基端を回転可能に支持する連結部191を備える。連結部191は調整機構19の動作に伴って移動する。スタビライザ18は、連結部191の移動によってリンク機構190と連動しながらその位置を変える。このように、調整機構19の作用部195の進退によっても、スタビライザ18の位置が変更される。なお、左右一対の調整機構19は、進退の程度(ストローク)を独立して調整可能となっている。即ち、左側の調整機構19と右側の調整機構19で異なるストロークを設定することができる。なお、以下の説明において調整機構19の進退は、作用部195の直線的な動作における進退のことを意味するものとする。
スタビライザ18の位置は、昇降機構17と調整機構19によって決定される。ここで、図6〜図9を参照してクローラ16とスタビライザ18の位置調整について説明する。なお、以下の説明において、ロボット1の前進方向を基準としてクローラ16の前後を説明する。
図6は、本発明の一実施形態に係るロボット1の調整機構19のストロークが0mmに設定されている状態をクローラ16の状態ごとに分けて示す側面図である。図6中の(a)は、昇降機構17のストロークが0mmの状態であり、クローラ16が通常走行の位置にある状態のロボット1を示している。この状態では、クローラ16は地面Gに設置していない。同(b)は、昇降機構17のストロークが30mmの状態であり、クローラ16が相対的に少し展開している状態のロボット1を示している。この状態では、クローラ16の後端下部のみが地面Gに設置している状態である。このとき、スタビライザ18の先端下部は、地面Gに接触していない。同(c)は、昇降機構17のストロークが60mmの状態であり、クローラ16が相対的に大きく展開している状態のロボット1を示している。この状態では、クローラ16下部の略全面が地面Gに接地している状態である。なお、調整機構19のストロークが0mmの場合は、クローラ16が大きく展開していたとしても、スタビライザ18の先端であるスタビライザ用車輪181は地面Gに接触していない、又は接触していても僅かに接触しているだけの状態となる。
図7は、本発明の一実施形態に係るロボット1の調整機構19のストロークが60mmに設定されている状態をクローラ16の状態ごとに分けて示す側面図である。図7中の(a)は、昇降機構17のストロークが0mmの状態であり、クローラ16が通常走行の位置にある状態のロボット1を示している。この状態では、スタビライザ18のストロークが延びても、地面Gに近づくことはない。同(b)は、昇降機構17のストロークが30mmの状態であり、クローラ16が相対的に少し展開している状態のロボット1を示している。この状態でも、クローラ16の後端下部のみが地面Gに設置している状態である。このとき、スタビライザ18の先端は、地面Gに接触していないが、図6(b)に示す状態よりも地面Gに近づいている。同(c)は、昇降機構17のストロークが60mmの状態であり、クローラ16が相対的に大きく展開している状態のロボット1を示している。調整機構19のストロークが60mmの場合は、スタビライザ18のスタビライザ用車輪181が地面Gに接触する状態となる。なお、図7(c)に示す状態では、クローラ16後端下部よりも前側が、地面Gから離間している状態となっている。
図8は、本発明の一実施形態に係るロボット1の調整機構19のストロークが120mmに設定されている状態をクローラ16の状態ごとに分けて示す側面図である。図8中の(a)は、昇降機構17のストロークが0mmの状態であり、クローラ16が通常走行の位置にある状態のロボット1を示している。この状態では、スタビライザ18のストロークが延びても、地面Gに近づくことはない。同(b)は、昇降機構17のストロークが30mmの状態であり、クローラ16が相対的に少し展開している状態のロボット1を示している。この状態では、クローラ16の後端下部のみが地面Gに設置するとともにスタビライザ18の先端に位置するスタビライザ用車輪181が地面Gに接触している。スタビライザ18が地面Gに接触していることにより、クローラ16の前側が、図6(b)に示す状態よりも地面Gから離間している。同(c)は、昇降機構17のストロークが60mmの状態であり、クローラ16が相対的に大きく展開している状態のロボット1を示している。このように、調整機構19のストロークが120mmの場合は、図7(c)に示す状態よりも、クローラ16の前側下部が地面Gから大きく離間することになる。
図9は、本発明の一実施形態に係るロボット1の調整機構19のストロークが180mmに設定されている状態をクローラ16の状態ごとに分けて示す側面図である。図9中の(a)は、昇降機構17のストロークが0mmの状態であり、クローラ16が通常走行の位置にある状態のロボット1を示している。この状態では、スタビライザ18のストロークが延びても、地面Gに近づくことはない。同(b)は、昇降機構17のストロークが30mmの状態であり、クローラ16が相対的に少し展開している状態のロボット1を示している。この状態では、クローラ16の前側下部が、図8(b)や図8(c)に示す状態よりも地面Gから離間している。同(c)は、昇降機構17のストロークが60mmの状態であり、クローラ16が相対的に大きく展開している状態のロボット1を示している。調整機構19のストロークが180mmの場合は、図9(b)に示す状態よりも図9(c)に示す状態の方が、クローラ16の前側と地面Gの間隔が小さくなる。これは、昇降機構17のストロークが大きくなることで本体12が前側に傾いているためである。
以上、昇降機構17のストロークと調整機構19のストロークの関係について説明した。本実施形態では、段差を上り切った状態でスタビライザ18を展開することで、ロボット1が段差を上り切った状態で受ける衝撃を緩和することができる。スタビライザ18を用いた衝撃の緩和について図10の例と図11の例を比較して説明する。
図10は、本発明の一実施形態に係るロボット1が段差を上り切った状態でスタビライザ18を展開しない例を示す図である。図10(a)では、昇降機構17のストロークを60mmとし、調整機構19のストロークを0mmで維持したまま段差GTを上っている状態が示される。図10(b)には、図10(a)の状態を保持したまま段差GTを上り切った状態が示される。図10(b)に示す状態では、スタビライザ18の先端がクローラ16の下面よりも奥側に位置する。このため、図10(b)に示す状態の後、ロボット1がスタビライザ18によって衝撃が吸収されることなく、クローラ16の前側が地面Gに接触することになってしまう。
これに対して、図11は、本発明の一実施形態に係るロボット1が段差GTを上り切った状態でスタビライザ18を展開する例を示す図である。図11(a)は、図10(a)に示す状態と同じである。一方、図11(b)は、調整機構19のストロークを例えば120mmに設定しており、スタビライザ18の先端に位置するスタビライザ用車輪181がクローラ16の下面よりも下側に位置する。これによって、図11(b)に示す状態の後でもスタビライザ18に支えられながらロボット1が段差GTを上り切ることになる。
次に、図12を参照して本実施形態のロボット1の電気的な構成の一例を説明する。図12は、本発明の一実施形態に係るロボット1の機能ブロック図である。ロボット1が備える電気的構成の一部が示される。
図12に示すように、制御装置30には、各種のセンサ類と各種の駆動手段が電気的に接続される。各種のセンサ類は、例えば、カメラ31、レーダ32及びフォースセンサ182等である。カメラ31は、画像又は動画等を取得する。レーダ32は、対象物までの距離を測定する。各種の駆動手段は、例えば、モータ14、昇降機構17及び調整機構19等である。
制御装置30は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、記憶装置、入出力インターフェース、外部記憶装置等を備えるコンピュータである。入出力インターフェースは、液晶ディスプレイ等のタッチパネルや操作ボタン等の入力部やスピーカ等の各種ハードウェアで構成され、各種情報を出力する出力部である。なお、制御装置30は、図12に図示した以外にも、バッテリ、ジャイロセンサ、GPS、等の各種の電子部品を備える構成であってもよい。
制御装置30は、機能ブロックとして、各種の制御を実行する制御部35と、各種の情報を記憶する記憶部36と、外部機器との通信を行う通信部37と、を備える。これらの機能ブロックは、上述のCPU、ROM、RAM、記憶装置、入出力インターフェース、外部記憶装置等のハードウェアによって実現される。例えば、ROMに記録されているプログラム、又は、記憶部からRAMにロードされたプログラムに従ってロボット1を制御するための各種の処理を実行するCPUによって制御部35が構成される。記憶部36は、ハードディスクやDRAM(Dynamic Random Access Memory)等で構成され、各種情報を記憶する。通信部37は、インターネットを含むネットワークを介してユーザ端末等の他の装との間で行う通信を制御する制御機器によって構成される。なお、上述の制御装置30の構成は一例であり、特に当該構成に限定されるわけではない。
制御部35は、ロボット1の走行制御を実行する。前述のように、後側の車輪13bは、多方向への移動が可能なオムニホイールなので、回転差によって旋回移動等の多方向への移動が可能となっている。制御部35が、左右のモータ14の回転数を調整することにより、左右の車輪13の回転差を生じさせて旋回等の方向を変える移動が可能となっている。即ち、本実施形態のロボット1は、車輪13の向きを変更するためのステアリング機構を備えることなく、所望の方向への移動が可能となっている。
また、制御部35は、地図情報に基づいてロボット1を所定の目的地まで移動させる制御を実行する。地図情報は、記憶部36に記憶されていてもよいし、通信部37を介して外部から取得してもよい。本実施形態の地図情報は、高低差を示す情報を含む三次元地図情報である。これによってロボット1は、地図情報に基づいて段差や階段等の始まりと終わりを認識することが可能となっている。
制御部35は、段差GT(階段GS)の開始位置及び終了位置、段差GTを上っている及び段差GTを降りている等のロボット1の状況等を、記憶部36に記憶される地図情報やカメラ31、レーダ32の外部情報等に基づいて検知できるように構成される。そして、制御部35は、地図情報等に基づいて段差を上る必要がある場所に到達すると段差GTを上るための上昇制御を行う。また、制御部35は、地図情報等に基づいて段差GTを降りる必要がある場所に到達すると段差GTを降りるための下降制御を行う。上昇制御及び下降制御では、昇降機構17及び調整機構19のそれぞれのストロークを変更する処理が行われる。
次に、図13を参照してロボット1の上昇制御の一例を説明する。図13は、本発明の一実施形態に係るロボット1の階段GSを上る動作を段階的に示す図である。
図13中の(a)は、平坦な地面Gを走行する通常走行モードのロボット1が示されている。この状態では、モータ14の駆動力が車輪13のみに伝達されるようにクラッチ15が制御部35によって制御されている。従って、クローラ16は駆動されていない状態である。また、この状態では、昇降機構17のストロークは0mmであり、調整機構19のストロークも0mmである。なお、調整機構19のストロークについては、60mm、120mm、180mmに設定していたとしても、上述の通り、地面Gに設置するわけではない。
図13中の(b)は、階段GSを上り始めた初期上昇モードのロボット1が示されている。この状態では、モータ14の駆動力がクローラ16に伝達されるように、クラッチ15が切り替えられる。また、この状態では、昇降機構17によってクローラ16が展開するとともに、調整機構19によってスタビライザ18も展開する。例えば、通信部37は、昇降機構17のストロークを30mmにし、調整機構19のストロークを120mmにする処理を実行する。
本実施形態では、通常走行モードから初期上昇モードに遷移するタイミングは、カメラ31、レーダ32、記憶部36に記憶される地図情報及び外部からの階段GSがあることを示す段差情報の取得等に基づいて制御部35が決定する。制御部35は、段差が無いと判定されている間は段差情報を監視し続ける。
段差情報を取得する例について説明する。制御部35は、記憶部36に記憶される地図情報と、ロボット1の位置を示す位置情報と、に基づいて段差情報を取得してもよい。例えば、制御部35は、ロボット1が地図上で段差が有ることを示す位置に到達したときに段差があると判定する。
図13中の(c)は、階段GSを上っている途中の階段上昇モードのロボット1が示されている。この状態では、昇降機構17によってクローラ16が更に展開するとともに、調整機構19によってスタビライザ18が元の位置に戻される。例えば、制御部35は、昇降機構17のストロークを60mmにし、調整機構19のストロークを0mmにする処理を実行する。調整機構19によってスタビライザ18が待機位置に戻されることにより、スタビライザ18の段差への干渉を回避できる。
本実施形態では、初期上昇モードから階段上昇モードに遷移するタイミングは、カメラ31、レーダ32、記憶部36に記憶される地図情報及び外部からの階段GSがあることを示す情報の取得等に基づいて制御部35が決定する。
図13中の(d)は、階段GSを上り切った上昇完了モードのロボット1が示されている。この状態では、昇降機構17によってクローラ16の展開状態が維持された状態で、調整機構19によってスタビライザ18が再び展開される。例えば、通信部37は、昇降機構17のストロークを60mmで維持しつつ、調整機構19のストロークを60mmにする処理を実行する。この処理により、スタビライザ18が展開した状態となるため、図13中の(d)に示す状態の後、ロボット1が前側に倒れ込んでもスタビライザ18によってロボット1全体が受ける衝撃が効果的に緩和される。
本実施形態では、階段上昇モード(図13中の(C)に示した状態)から上昇完了モード(図13中の(d)にした状態)への遷移は、ロボット1が階段を上り切る直前に行われる。例えば、ロボット1の重心が階段の最上段に到達する前に階段上昇モードからから上昇完了モードになるように、制御部35が昇降機構17及び調整機構19を制御する。
なお、クローラ16の前側下部が地面Gに接地するまで、フォースセンサ182によってスタビライザ18の先端であるスタビライザ用車輪181の地面Gへの接地が維持されることが好ましい。
以上、階段GSを上るときのロボット1の動作について説明した。次に、ロボット1が階段GSを降りるときの制御について説明する。ロボット1が階段GSを下りるときは、制御部35は、昇降機構17によってクローラ16を段差に沿うように傾ける制御を実行する。また、制御部35は、フォースセンサ182の検知情報に基づいて調整機構19のストロークを制御する。
本実施形態では、ロボット1の重心が段差よりも進行方向側に進んだと判定された場合に、調整機構19のストロークを0mmに設定し、スタビライザ18を本体12側に沿わせる状態とする。例えば、フォースセンサ182の検知情報に基づいてスタビライザ18が地面Gに接触しなくなったことを検知すると、制御部35がロボット1の重心が段差に入ったと判定する。これによって、段差を降りる途中でスタビライザ18が当該段差に接触する事態の発生を回避できる。
調整機構19のストロークは0mmに設定された状態で昇降機構17によってクローラ16を展開した状態で行われる。本実施形態では、ロボット1が階段を降り切ったことは、高低差の情報を含む三次元地図情報によって検知される。
次に、図14を参照して左右一対のスタビライザ18の制御の一例について説明する。図14は、本発明の一実施形態に係るロボット1の左右のスタビライザ18を独立して制御する例を示す図である。
図14中の(a)は、左右のスタビライザ18を同期して制御するロボット1の例が示されている。図14中の(a)に示すように、左右のスタビライザ18の制御が同期している場合、地面Gに凸部GAがあると、紙面右側のスタビライザ18が凸部GAの上面に接触した状態し、紙面左側のスタビライザ18が地面Gに接触しない状態となる。
これに対して、図14中の(b)は、左右のスタビライザ18を独立して制御するロボット1の例が示されている。図14中の(b)に示すように、左右のスタビライザ18の制御が独立している場合、地面Gに凸部GAがあっても、紙面右側のスタビライザ18が凸部GAの上面に接触しつつ、紙面左側のスタビライザ18が地面Gに接触する状態とすることができる。即ち、この制御では、地面Gの形状に追従するように、左右の調整機構19のストロークが調整されることになる。
本実施形態では、スタビライザ18に配置されるフォースセンサ182が検知する値に基づいてスタビライザ18の展開状態(調整機構19のストローク)が調整されることになる。
次に、昇降機構17及び調整機構19をリフト機能として使用する場合について説明する。平らな地面Gにおいて、昇降機構17のストロークを調整するとともに調整機構19のストロークを調整することにより、本体12の位置を上昇させることができる。例えば、図9(c)に示すような状態にすることで、本体12を通常走行よりも上方の位置に移動させることができる。本体12に搬送物を保持させ、所定の位置で本体12を上方位置に移動させることで、当該搬送物の受け渡しを容易に行うことができる。
以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態は、以下の各構成により、有利な効果を奏する。
本発明の実施形態に係るロボット1(移動体)は、本体12と、本体12に配置されるクローラ16(無限軌道)と、クローラ16の走行方向の一側の端部を本体12から離間できる昇降機構17と、昇降機構17のクローラ16の走行方向の一側の端部を本体12から離間させる動作に連動するリンク機構190に連結され、リンク機構190の動作に連動して本体12側から地面G側にスタビライザ用車輪181(先端)が移動する軸状のスタビライザ18と、スタビライザ18の基端側が連結され、当該スタビライザ18の基端側を移動させることでスタビライザ18のスタビライザ用車輪181の位置を調整する調整機構19と、検知される段差に基づいて昇降機構17及び調整機構19を制御する制御部35と、を備える。
これにより、スタビライザ18が昇降機構17の動作に連動するので、昇降機構17の駆動力を利用してスタビライザ18を待機位置から展開位置に移動させることができる。スタビライザ18のためだけに大きなアクチュエータを複数備える必要がなくなり、クローラ16及びスタビライザ18を移動させるための機構の部品点数を低減できる。即ち、従来技術の構成に比べ、必要な部品や重量を減らしつつ、移動体が段差を上り切った後の着地の安定性を高めることができる。更に、昇降機構17及び調整機構19によって本体12を上方にリフトすることもでき、搬送物の運搬等、種々の用途に適用できるロボット1をシンプルな構成で実現できる。
また、本実施形態の制御部35は、段差を上り切ったことを検知すると、調整機構19によってスタビライザ18のスタビライザ用車輪181(先端)を地面G側に移動させる制御を行う。
これにより、段差を上り切った後の着地時の衝撃をスタビライザ18によって確実に吸収することができる。
また、本実施形態の制御部35は、段差を降りることを検知すると、調整機構19によってスタビライザ18を本体12側に移動させる制御を行う。
これにより、段差を降りているときにスタビライザ18が地面Gに接触する事態の発生を確実に防止することができる。
また、本実施形態の制御部35は、高低差を含む地図情報を取得し、当該地図情報に基づいて段差を検知して昇降機構17及び調整機構19を制御する。
これにより、地図情報に基づいて段差を確実に検知し、人の操作等がなくても段差の昇降を自律的に行うことができる。
また、本実施形態のスタビライザ18は、左右方向で間隔をあけて2個配置されており、調整機構19は、スタビライザ18の数に対応して2個配置されており、制御部35は、左右の調整機構19のそれぞれを独立して制御可能である。
これにより、凹凸があるような段差を昇降する場合でも、調整機構19によって左右のスタビライザ18の位置を独立して調整でき、スタビライザ18の先端位置を路面の形状に追従するように制御できる。従って、段差を降りるときや段差を上り切った後のロボット1の走行をより安定化させることができる。
また、本実施形態のスタビライザ18は、地面Gとの接触を検知するフォースセンサ182を有する。
これにより、スタビライザ18の地面Gの接触状況に基づいて調整機構を調整することができ、実際の状況に応じたスムーズな昇降動作が可能となる。
また、本実施形態のロボット1は、本体12に配置される車輪13と、車輪13に駆動力を伝達するモータ14(駆動部)と、モータ14からの駆動力をクローラ16に伝達する状態と伝達しない状態を切り替えるクラッチ15と、を備え、制御部35は、段差を検知していない場合は、クラッチ15によってクローラ16に駆動力を伝達しない状態で車輪13によって走行し、段差を検知した場合は、クラッチ15によってクローラ16に駆動力を伝達し、クローラ16によって段差を昇降する。
これにより、平らな道では車輪13によって走行し、階段GS等の段差GTがある場合はクローラ16を利用して当該段差GTを昇降することができる。状況に応じて走行手段を切り替えることができるとともに着地時の衝撃を吸収することができるロボット1をシンプルな構成で実現できる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
上記実施形態では、昇降機構17及び調整機構19のストロークを変更する構成を例として説明したが、昇降機構17及び調整機構19の構成が限定されるわけではない。例えば、昇降機構17及び調整機構19のストロークは上記の固定値だけではなく、状況に応じて長さを変更する構成としてもよい。
上記実施形態では、車輪13bは、オムニホイールであるが、メカナムホイールであってもよい。また、オムニホイールやメカナムホイールに替えて車輪の向きを変更するステアリング機構を備えてもよい。
上記実施形態では、制御部35が三次元地図情報に基づいて段差の開始及び段差の終了を判定する構成を例として説明したが、この構成に限定されない。例えば、カメラ31が取得した画像又は当該画像を加工した画像情報やレーダ32が取得した情報等に基づいて段差の有無を制御部35によって判定してもよい。この場合、段差が有ると判断するための基準高さを予め設定し、取得した画像と当該基準高さを比較して段差の有無を判定してもよい。より具体的には、車輪13の半径の70%を超えるものを基準高さとして設定してもよい。あるいは、モータ14の電流値又はトルクを監視し、予め設定される異常パターンと合致した場合に段差が有ると制御部35が判定する構成としてもよい。例えば、車輪13が段差に接触した状態では車輪13を駆動するモータ14の電流値が通常とは異なるパターンを示すように変化する。そこで、電流値が所定の閾値を超えた場合は、段差が有ると制御部35が判断するように構成してもよい。あるいは、電流値と同様に車輪13が段差に接触している状態では、トルクも通常とは異なるパターンを示すので、トルクセンサを配置し、制御部35がトルクセンサのトルクを監視する構成としてもよい。この場合、制御部35は、トルクセンサのトルクが予め設定されている閾値に入った場合に段差が有ると判定されることになる。
上記実施形態では、四輪走行するロボット1を移動体の例として説明したが、本発明の移動体はロボットに限定されるわけではない。人が搭乗する車両や車椅子に本発明を適用することができる。例えば、人が搭乗する車両や車椅子の場合は、段差情報を送信できる操作部を配置し、該操作部によって段差情報が制御部に送信される構成としてもよい。
1 ロボット(移動体)
12 本体
16 クローラ(無限軌道)
17 昇降機構
18 スタビライザ
19 調整機構
35 制御部
182 フォースセンサ(センサ)
12 本体
16 クローラ(無限軌道)
17 昇降機構
18 スタビライザ
19 調整機構
35 制御部
182 フォースセンサ(センサ)
Claims (7)
- 本体と、
前記本体に配置される無限軌道と、
前記無限軌道の走行方向の一側の端部を前記本体から離間できる昇降機構と、
前記昇降機構の前記無限軌道の走行方向の一側の端部を前記本体から離間させる動作に連動するリンク機構に連結され、前記動作に連動して前記本体側から地面側に先端が移動する軸状のスタビライザと、
前記スタビライザの基端側が連結され、当該スタビライザの基端側を移動させることで前記スタビライザの先端の位置を調整する調整機構と、
検知される段差に基づいて前記昇降機構及び前記調整機構を制御する制御部と、
を備える移動体。 - 前記制御部は、前記段差を上り切ったことを検知すると、前記調整機構によって前記スタビライザの先端を地面側に移動させる制御を行う請求項1に記載の移動体。
- 前記制御部は、前記段差を降りることを検知すると、前記調整機構によって前記スタビライザを前記本体側に移動させる制御を行う請求項1又は2に記載の移動体。
- 前記制御部は、高低差を含む地図情報を取得し、当該地図情報に基づいて段差を検知して前記昇降機構及び前記調整機構を制御する請求項1から3の何れかに記載の移動体。
- 前記スタビライザは、左右方向で間隔をあけて2個配置されており、
前記調整機構は、前記スタビライザの数に対応して2個配置されており、
前記制御部は、左右の前記調整機構のそれぞれを独立して制御可能な請求項1から4の何れかに記載の移動体。 - 前記スタビライザは、地面との接触を検知するセンサを有する請求項1から5の何れかに記載の移動体。
- 前記本体に配置される車輪と、
前記車輪に駆動力を伝達する駆動部と、
前記駆動部からの駆動力を前記無限軌道に伝達する状態と伝達しない状態を切り替えるクラッチと、
を備え、
前記制御部は、
段差を検知していない場合は、前記クラッチによって前記無限軌道に駆動力を伝達しない状態で前記車輪によって走行し、
段差を検知した場合は、前記クラッチによって前記無限軌道に駆動力を伝達し、前記無限軌道によって段差を昇降する請求項1から6の何れかに記載の移動体。
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-
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