JP6910547B2 - 移動台車 - Google Patents

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Description

本発明は、転倒防止機構を有する移動台車に関する。
転倒防止機構を備えた移動体においては、従来、重心位置または加速度に基づいて移動体にかかる慣性力を推定して転倒防止制御を行っている。
特許文献1には、移動ロボットの走行速度が遅い場合にはホイールベースが狭くなり、走行速度が速い場合にホイールベースが広くなるように、ホイールベースの長さを制御することで、移動ロボットの走行時の転倒に対する安定性を高めることが示されている。
特開2009−090404号公報
特許文献1では、移動ロボットの転倒を防止するために、移動体の速度などの状態を計測し、計測結果に応じて転倒防止機構を能動的に動作させる動力源を備える必要がある。このため、センサ、モータないしはアクチュエータ等の搭載が必須で、装置が大型化、重量化する。また、特許文献1では、移動ロボットの重量及び加速度から移動ロボットにかかる慣性力が推定されるため、これらの状態値が既知であることが必須である。このため、荷物を搭載する移動台車への適用を試みた場合、荷物によって重心位置及び慣性力が変化するため、ロバスト性が低く、前記変化に対応できる高度なロバスト制御が必要となる。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、加速度変化および重量変化に対して受動的に動作する転倒防止機構を有する移動台車を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、走行部と、前記走行部に設けられ前記走行部を走行させる車輪と、前記走行部の走行方向に移動自在に前記走行部に支持される荷台と、前記走行部に対する前記荷台の変位に従って前記車輪を前記走行部に対して変位する変位変換機構と、前記走行部に対して移動した前記荷台を、移動前の初期位置に復帰させる力を付与する弾性体とを備える。前記変位変換機構は、前記荷台に働く慣性力と同じ方向に、前記車輪を前記走行部に対して変位させる。
本発明によれば、センサおよびアクチュエータを用いることなく、移動台車の転倒防止を実現できる。
実施の形態1の移動台車の外部構成を示す概念図 実施の形態1の移動台車の内部構成を示す概念図 実施の形態1の移動台車の転倒防止機構の概念的構成を示す模式図 実施の形態1の移動台車の転倒防止機構の動作を示す概念図 実施の形態1の転倒防止機構を有する場合の、積載重量と、転倒抑制方向モーメントと転倒方向モーメントとの差分との関係と、転倒防止機構を有さない場合の前記関係を示す図 実施の形態2の移動台車の内部構成を示す概念図 実施の形態2の移動台車の走行駆動装置の概念的構成を示す斜視図 実施の形態3の移動台車の加速無しの状態での内部構成を示す概念図 実施の形態3の移動台車の加速有りの状態での内部構成を示す概念図 実施の形態4の移動台車の内部構成を示す概念図 実施の形態5の移動台車の加速無しの状態での内部構成を示す概念図 実施の形態5の移動台車の加速有りの状態での内部構成を示す概念図 実施の形態6の移動台車の外部構成を示す概念図 実施の形態6の移動台車の内部構成を示す概念図 実施の形態7の移動台車の外部構成を示す概念図 実施の形態7の移動台車の内部構成を示す概念図 実施の形態7の移動台車の転倒防止機構の動作を示す概念図 実施の形態7の移動台車の転倒防止機構の概念的構成を示す模式図 実施の形態8の移動台車の加速無しの状態での内部構成を示す概念図 実施の形態8の移動台車の加速有りの状態での内部構成を示す概念図 実施の形態8の移動台車の走行駆動装置の概念的構成を示す斜視図 実施の形態8の移動台車の走行駆動装置の内部構成を示す概念図 実施の形態9の移動台車の外部構成を示す平面図 実施の形態9の移動台車の内部構成を示す概念図 実施の形態9の移動台車の荷台ガイドの一例を示す斜視図 実施の形態9の移動台車の荷台ガイドの他の例を示す斜視図 実施の形態9の移動台車にオムニホイールを適用した場合の構成例を示す平面図 実施の形態9の移動台車にメカナムホイールを適用した場合の構成例を示す平面図
以下に、本発明の実施の形態にかかる移動台車を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1および図2は、実施の形態1の移動台車100の構成を示す概念図であり、図1は外部構成を示す図であり、図2は内部構成を示す図である。図3は、実施の形態1の移動台車100の転倒防止機構を示す模式図である。図3の実線は、移動台車100が加速する前の状態を示し、破線は加速後の状態を示している。この移動台車100は、前部(図中左側)の構造と後部(図中右側)の構造とが中心線を境にして対称に形成されており、形状的および構造的に前後方向の区別はない。説明の便宜上、左方向への移動を前進とし、右方向への移動を後退とし、左側の車輪27を前輪とし、右側の車輪17を後輪とする。前方向は、移動台車100がまっすぐ前進する方向である。前方向は、図1の左方向である。後方向は、移動台車100がまっすぐ後退する方向である。後方向は、図1の右方向である。移動台車100は、3個以上の車輪を有する。図1では、2個の前輪27と、2個の後輪17とを有するものとする。
移動台車100は、走行部10と、荷台11と、変位変換部12,22と、弾性体16,26と、車輪17,27とを備える。移動台車100は、車輪支持部14,24を備えることができる。変位変換部12は、リンク13と、ワイヤ19とを備える。変位変換部12は、ワイヤガイド18を備えることができる。変位変換部22は、図3に示すように、リンク23と、ワイヤ29とを備える。変位変換部22は、ワイヤガイド28を備えることができる。変位変換部は、変位変換機構とも呼ばれる。
走行部10は、箱形状を呈している。走行部10は、荷台11を搭載する。走行部10の両側部には、ガイド孔32が形成されている。ガイド孔32は、凹部または孔である。ガイド孔32は、走行部10の走行方向に延びている。荷台11の両側部には、ガイド突起31が形成されている。ガイド突起31はガイド孔32にガイドされて前後方向に移動自在である。したがって、荷台11は、走行部10に対して走行方向(移動台車100の前後方向)に移動するように、ガイド突起31およびガイド孔32によって支持されている。しかし、荷台11は、その他の方向の運動は拘束されている。ここで、側部は、水平方向において前後方向に直角な方向に位置する部分である。荷台11の側部は、水平方向において荷台11の前後方向に直角な方向に位置する部分である。図1において、側部は、図面の手前側と奥側の部分である。
走行部10は、車輪17,27を備える。走行部10は、車輪17,27によって走行する。走行部10は、車輪ガイド15,25を備える。車輪ガイド15,25は、走行部10の走行方向に延びる凹部または孔部である。車輪ガイド15,25は、車輪支持部14,24の移動をガイドする。車輪支持部14の先端は、後輪17が回転するように一対の後輪17を支持している。車輪支持部14の基端は、リンク13に連結されている。車輪支持部24の先端は、前輪27が回転するように一対の前輪27を支持している。車輪支持部24の基端は、リンク23に連結されている。後輪17および前輪27は、向きが固定または変化するように車輪支持部14,24によって支持されている。このように、車輪支持部14,24は、走行部10に対して走行部10の走行方向(移動台車100の前後方向)に移動するように車輪ガイド15,25によって支持されている。車輪支持部14,24は、その他の方向の運動は拘束されている。
変位変換部12を構成するリンク13は、軸13aを中心に回動するように走行部10に取付けられている。「回動」とは、正方向及び逆方向のいずれかに円運動することである。ワイヤ19の一端は、荷台11に固定されている。ワイヤ19の他端は、リンク13の上端に固定されている。ワイヤ19は、ワイヤガイド18によって移動がガイドされている。ワイヤガイド18は、走行部10の前部に取付けられている。弾性体16は、リンク13の上端と走行部10の後部の間に取り付けられている。リンク13の下端には、車輪支持部14の基端がスライドするように連結されている。すなわち、リンク13の下端には、長孔13bが形成されている。そして、長孔13bに車輪支持部14の基端が係合されている。「係合」とは、係り合うことである。つまり、係合は要素と要素を互いに繋ぎ合わせることである。弾性体16は、引っ張りばねである。弾性体16は、常にワイヤ19が張られる方向に力を発生させるように取り付けられている。弾性体16は、ワイヤ19に張力を与える。
変位変換部12は、走行部10に対する荷台11の変位を、走行部10に対する車輪17の変位に変換する。荷台11の移動量に対して、車輪17の移動量が同じかもしくは大きくなるように変位変換部12の機構が構成されている。つまり、車輪17の移動量は荷台11の移動量以上である。
変位変換部22を構成するリンク23は、図3に示すように、軸23aを中心に回動するように走行部10に取付けられている。ワイヤ29の一端は、荷台11に固定されている。ワイヤ29の他端は、リンク23の上端に固定されている。ワイヤ29の移動は、ワイヤガイド28によってガイドされている。ワイヤガイド28は、走行部10の後部に取付けられている。弾性体26は、リンク23の上端と走行部10の前部との間に取り付けられている。リンク23の下端には、車輪支持部24の基端がスライドするように連結されている。弾性体26は、引っ張りばねである。弾性体26は、常にワイヤ29が張られる方向に力を発生させるように取り付けられている。弾性体26は、ワイヤ29に張力を与える。
変位変換部22は、走行部10に対する荷台11の移動による変位を、走行部10に対する車輪27の移動による変位に変換する。荷台11の移動量に対して、車輪27の移動量が同じかもしくは大きくなるように変位変換部22の機構が構成されている。つまり、車輪27の移動量は荷台11の移動量以上である。
弾性体16,26は、引張ばねである。弾性体16,26は、それぞれ逆方向の力を発生させる。そのため、弾性体16,26は、荷台11を常に中央に戻すように力を発生させる。別言すれば、弾性体16,26は、走行部10に対して移動した荷台11を、移動前の初期位置に復帰させる力を発生させる。弾性体16,26の剛性は出来るだけ低い方が望ましい。しかし、弾性体16,26が伸びきるもしくは縮みきるとばね効果が得られない。そのため、走行部10に働きうる最大の慣性力が働いた際に、ばねが伸びきらないもしくは縮みきらないように設定することが望ましい。最大の慣性力の発生としては、急な加速、急な減速及び荷物の最大積載などが想定される。
図4は、実施の形態1の転倒防止機構の機能時の動作を説明するための概念図である。図4(A)は停止時あるいは加速無しの状態を示す。図4(B)は加速ありの状態を示している。移動台車100は、図4中の左方向に走行する。移動台車100および走行部10が加速すると、搭載された荷物Gを含む荷台11が加速方向Jと逆の方向Iに慣性力を受ける。そして、荷台11は走行部10に対し、慣性力を受けた方向Iに移動変位する。これにより、リンク13は、図4中で、反時計回りに回動される。リンク13は、ワイヤ19を介して荷台11に接続されている。そして、車輪支持部14及び後輪17は加速方向Jと逆の方向Iに移動する。加速方向Jと逆の方向Iは、慣性力と同じ方向である。図4では、車輪支持部14及び後輪17の移動量はΔdである。同様に、リンク23は、図4中で、反時計回りに回動される。リンク23は、ワイヤ29を介して荷台11に接続されている。これにより、車輪支持部24及び前輪27が加速方向Jと逆の方向Iに移動する。車輪17がΔdだけ後方に移動すると、転倒支点O1が加速方向Jと逆の方向Iに移動する。そのため、転倒方向のモーメントMaは変化しないが、転倒抑制方向のモーメントMbを増加させることができる。「転倒支点」とは、加速方向Jまたは減速方向に対して逆方向の車輪の接地点である。前進状態で加速している場合は、後輪17の接地点が転倒支点O1に対応する。前進状態で減速している場合は、前輪27の接地点が転倒支点O1に対応する。Wは、荷物Gが搭載された状態の移動台車100の重心である。転倒方向のモーメントMaは、転倒支点O1から重心Wまでの高さと慣性力とに基づいて求められる。転倒抑制方向のモーメントMbは、転倒支点O1から重心Wまでの長さと移動台車100の重量とに基づいて求められる。
荷台11の移動量に対して、変位変換部12,22による車輪17,27の移動量を大きくするほど、転倒抑制方向のモーメントMbの増加を大きくすることができる。このため、変位変換部12,22は、走行部10に対する荷台11の移動による変位を、走行部10に対する車輪17,27の移動による変位に拡大して変換するほうが好ましい。
図5は、積載重量Waと、転倒抑制方向モーメントMbと転倒方向モーメントMaとの差分Mb−Maとの関係を示す図である。横軸は、積載重量Waを示している。縦軸は、転倒抑制方向モーメントMbと転倒方向モーメントMaとの差分Mb−Maを示している。実線は、実施の形態1の転倒防止機構を有する場合を示している。破線は、転倒防止機構を有さない場合を示している。転倒を防止する方向のモーメントを正としている。
転倒防止機構を有さない台車の場合、破線で示されるように、積載重量Waの増加に伴い、より転倒しやすくなる。そして、積載重量Waがある一定の重量を超えた段階で、転倒方向のモーメントMaが転倒抑制方向のモーメントMbよりも大きくなり、移動台車が転倒する。一方、実施の形態1による転倒防止機構を備えた移動台車の場合は、実線で示されるように、荷物G及び荷台11に働く慣性力に合わせて、車輪17,27の移動量が変化する。そのため、積載重量Waが増加しても、転倒方向のモーメントMaと転倒抑止方向のモーメントMbとが同時に増加する。これによって、走行時の加減速に対して、移動台車100を常に安定化することが可能となる。
なお、弾性体16,26は、荷台11が中央に戻るように力を発生させ、且つワイヤ19,29を張っていればよい。このため、弾性体16,26として圧縮ばねを用いても良い。また、使用するばねは、たわみ量の増加に対してばね剛性が変化する非線形ばねを使用してもよい。例えば、非線形ばねは、たわみ量の増加に対してばね剛性が高まる。この非線形ばねの最大たわみ量及び弾性力を線形ばねと同等とすると、線形ばねを使用した場合と比べて、中程度の慣性力が働いた場合の車輪の移動量は大きくなる。また、例えば、非線形ばねは、たわみ量の増加に対してばね剛性が下がる。この非線形ばねは、慣性力が小さい間(低加減速度の間)では、荷台及び車輪の移動機能を抑えることができる。転倒防止機能が真に必要な中、高加速及び高減速の条件下において、この非線形ばねは、転倒防止効果を発揮できる。また、この弾性体16,26に並行に、減衰器を搭載してもよい。つまり、減衰器は弾性体16,26に並列に接続されている。減衰器が搭載されない場合と比較し、転倒防止機能が働いた際に発生する振動を抑制しやすくなる。そして、通常状態に戻るまでの時間を短縮し、振動を抑制できる。
このように実施の形態1によれば、変位変換部12,22によって、走行部10に対する荷台11の相対変位を、この相対変位と同じ方向の成分を有する車輪の移動による変位に変換する。これによって、荷台に搭載された荷物の重量の変化および移動台車100の走行加速度に応じて受動的に車輪の移動量が変化する。このため、センサ及びアクチュエータを用いることなく、走行加速度の変化および荷物の重量変化に対してロバストな転倒防止を実現できる。ここで、「受動的に」とは、センサおよびアクチュエータを用いずに車輪の移動量を変化させることである。
実施の形態2.
図6は、実施の形態2の移動台車110を示す概念図である。実施の形態2の移動台車110においては、実施の形態1の移動台車100に、走行駆動装置35を追加している。実施の形態2の移動台車110のその他の構成は、実施の形態1の移動台車100と同じであり、重複する説明は省略する。
図7は、走行駆動装置35の概念的構成を示す斜視図である。走行駆動装置35は、走行駆動用モータ36及び一対の走行駆動車輪37を備えている。走行駆動装置35は、バッテリ38を備えることができる。走行駆動装置35は、走行部10に取り付けられている。走行駆動用モータ36は、バッテリ38の電力を使って、走行駆動車輪37を回転させる。
実施の形態2によれば、走行駆動装置35を走行部10に取り付けているので、実施の形態1に示した転倒防止機能を持つ自走式の移動台車を得ることができる。
実施の形態3.
図8および図9は、実施の形態3の移動台車120の構成を示す概念図であり、図8は加速無しの状態を示し、図9は加速有りの状態を示している。図1および図2に示した構成要素と同一機能を達成可能な構成要素については同一符号を付しており、それらについては重複する説明を省略する。
実施の形態3においては、変位変換部40は、2つのスライドリンク40a,40bを備えている。変位変換部45は、2つのスライドリンク45a,45bを備えている。スライドリンク40bの上端は、軸42にスライドするように連結されている。軸42は荷台11に固定されている。スライドリンク40bの下端は、軸43にスライドするように連結されている。軸43は走行部10に固定されている。スライドリンク40aの上端は、軸43にスライドするように連結されている。スライドリンク40aの下端は、車輪支持部14の基端にスライドするように連結されている。スライドリンク45bの上端は、軸47にスライドするように連結されている。軸47は荷台11に固定されている。スライドリンク45bの下端は、軸48にスライドするように連結されている。軸48は走行部10に固定されている。スライドリンク45aの上端は、軸48にスライドするように連結されている。スライドリンク45aの下端は、車輪支持部24の基端にスライドするように連結されている。弾性体41は、荷台11の後部と、走行部10の後部との間に設置されている。弾性体46は、荷台11の前部と、走行部10の前部との間に設置されている。弾性体41,46は、一端が荷台11に接続されている。弾性体41,46は、他端が走行部10に接続されている。スライドリンク40b,45bは第1のリンクである。スライドリンク40a,45aは第2のリンクである。
図9に示すように、移動台車120が左方向に加速されると、荷台11が加速方向Jと逆方向に慣性力を受ける。すると、荷台11が走行部10に対し後方に移動する。これによって、スライドリンク40b,45bは軸43,48を支点にして時計方向に回動する。スライドリンク40a,45aは軸43,48を支点にして反時計方向に回動する。そして、前輪27および後輪17は加速前の位置よりも後方に移動する。したがって、実施の形態1と同様に、転倒支点は後方に移動する。そして、転倒方向のモーメントは変化しないが、転倒抑制方向のモーメントは増加する。
実施の形態3によれば、荷台11と変位変換部40,45との接続のための構成が、実施の形態1に比べより単純な構成で実現でき、装置構造を小型化できる。
実施の形態4.
図10は、実施の形態4の移動台車130の構成を示す概念図である。図1および図2に示した構成要素と同一機能を達成可能な構成要素については同一符号を付しており、それらについては重複する説明を省略する。
実施の形態1と同様に、荷台11は、走行部10に対して走行方向(移動台車130の前後方向)に移動可能である。前輪27および後輪17は、車輪支持部56に接続されている。車輪支持部56は、例えば、1つである。前輪27、後輪17および車輪支持部56は、一体的に構成されている。なお、前輪27および後輪17は、車輪支持部56に対して回転できる。車輪支持部56は、変位変換部50に連結されている。変位変換部50は、リンク51と、ワイヤ57,58とを備える。変位変換部50は、ワイヤガイド53,55を備えることができる。弾性体52は、走行部10の後部と荷台11の後部との間に設置されている。弾性体54は、走行部10の前部と荷台11の後部との間に設置されている。
リンク51の下端は、車輪支持部56に連結されている。リンク51は、車輪支持部56に対してスライドするように車輪支持部56に連結されている。リンク51は、軸59を中心に回動する。軸59は走行部10に固定されている。ワイヤ58の一端は、荷台11の後部に接続されている。ワイヤ58の他端は、ワイヤガイド53を介してリンク51の上端に接続されている。ワイヤ57の一端は、荷台11の前部に接続されている。ワイヤ57の他端は、ワイヤガイド55を介してリンク51の上端に接続されている。
図10において、移動台車130が左方向に加速すると、荷台11が右方向に慣性力を受ける。そして、荷台11は走行部10に対して右方向に移動する。これによって、図10において、リンク51は軸59を中心にして反時計回りに回動する。リンク51はワイヤ58を介して荷台11に接続されている。そして、車輪支持部56および車輪17,27は右方向に移動する。したがって、実施の形態1と同様に、転倒支点が後方に移動する。そして、転倒方向のモーメントは変化しないが、転倒抑制方向のモーメントを増加させることができる。
実施の形態4によれば、車輪支持部および変位変換部を1つに集約できる。このため、移動台車130は、より単純な構成で実現される。そして、移動台車130の構造を小型化できる。
実施の形態5.
図11および図12は、実施の形態5の移動台車140の構成を示す概念図であり、図11は、停止時あるいは加速無しの状態を示し、図12は加速ありの状態を示している。図1および図2に示した構成要素と同一機能を達成可能な構成要素については同一符号を付しており、それらについては重複する説明を省略する。実施の形態5の移動台車140と実施の形態1の移動台車100との違いは、走行部10に対する荷台11のガイド機構のみである。なお、変位変換部12,22から荷台11まで接続される構成は、図4、図8または図10などの構成を採用できる。そのため、図11、12ではその構成を省略する。
荷台11の両側部には、2つのガイド突起60,60が夫々形成されている。2つのガイド突起60,60は、離れて配置されている。走行部10の両側部には、下側に凸となる円弧状のガイド孔61が形成されている。別言すれば、走行部10の両側部には、鉛直上方向に曲率中心を持つ円弧状のガイド孔61が形成されている。下側は、移動台車140に対して車輪17,27側である。また、上側は、下側の反対側である。ガイド孔61を、溝形状としてもよい。このようなガイド機構によれば、荷台11が中央位置に位置しているとき、荷台11が最も安定する。また、荷物及び荷台11に慣性力が働いた際に、走行部10の加速方向または減速方向に対して、荷物が倒れ込むような姿勢となる。このため、荷台11が平行移動した場合と比較して、荷物が飛び出す方向に対向するように荷台が傾く。このため、積載された荷物の滑落をより防止することができる。
実施の形態5によれば、下側に凸となる円弧状のガイド孔61に沿って、荷台11は走行部10に対し移動する。そのため、積載された荷物の滑落をより防止することができる。
実施の形態6.
図13および図14は、実施の形態6の移動台車150の構成を示す概念図であり、図13は外部構成を示す図であり、図14は内部構成を示す図である。図1および図2に示した構成要素と同一機能を達成可能な構成要素については同一符号を付しており、それらについては重複する説明を省略する。実施の形態6の移動台車150と実施の形態1の移動台車100との違いは、走行部10の構造と、走行部10に対する荷台11の移動機構のみである。なお、変位変換部12,22から荷台11まで接続される構成は、図4、図8または図10などの構成を採用できる。そのため、図13、14ではその構成を省略する。
走行部10は、基礎部10aとガイド部10bとに分かれている。ガイド部10bは、上下ガイド10cによって基礎部10aに対して上下方向に移動するように拘束されている。ガイド部10bの底側の面10bsと基礎部10aの上側の面10asとの間に弾性体65が設けられている。面10asは面10bsと対向している。ガイド部10bは、弾性体65を介して基礎部10aに搭載されている。
上下ガイド10cは、一例として、ガイド部10bと基礎部10aのガイド部分10agの間に配置されたコロとして記載されている。基礎部10aはガイド部分10agを含んでいる。「コロ」とは、球体または円柱体などの形状で、すべり摩擦をころがり摩擦に変換する部品である。図13では、ガイド部分10agは、基礎部10aの前側の端部と後側の端部とから上方向に延びて形成されている。ガイド部10bは、2つのガイド部分10agの間に配置されている。ガイド部10bは、上下ガイド10cを介してガイド部分10agにガイドされる。
弾性体16,26は、荷台11を加速前の初期位置に戻るように力を発生させる。移動台車150は、図1に示した弾性体16,26の他に、弾性体41a,41b,46a,46bを備えている。弾性体41aは、基礎部10aの後部と荷台11の後部との間に取り付けられている。弾性体41aは、例えば、車両の走行方向に平行(例えば、水平)に取り付けられている。弾性体41bは、基礎部10aの後部と荷台11の後部との間に取り付けられている。弾性体41bは、例えば、車両の走行方向に対して傾斜して取り付けられている。荷台11との接続点は、基礎部10aとの接続点よりも上側に配置されている。弾性体46aは、基礎部10aの前部と荷台11の前部との間に取り付けられている。弾性体46aは、例えば、車両の走行方向に平行(例えば、水平)に取り付けられている。弾性体46bは、基礎部10aの前部と荷台11の前部との間に取り付けられている。弾性体46bは、例えば、車両の走行方向に対して傾斜して取り付けられている。荷台11との接続点は、基礎部10aとの接続点よりも上側に配置されている。弾性体41a,41b,46a,46bは、基礎部10aとの接続点および荷台11との接続点において、回動するように接続されている。弾性体41aのばね剛性と弾性体41bのばね剛性とは、同じであっても異なっていてもよい。移動台車150の場合には、弾性体41a,41bのばね剛性は同じとする。
この構成では、荷台11に搭載する荷物の重量変化に対して、荷台11及びガイド部10bの沈下量が変化する。「沈下」とは、重みで沈み下がることである。弾性体41a,46aは傾斜なく(例えば、水平に)取り付けられている。そのため、荷台11及びガイド部10bが沈下することで、弾性体41a,46aは傾斜する。そして、積載重量が重くなって荷台11及びガイド部10bの沈下量が大きくなるに伴い、ばね効果が低下する。一方、弾性体41b,46bは傾斜されて取り付けられている。そのため、荷台11及びガイド部10bが沈下することで、弾性体41b,46bは水平になる。そして、積載重量が重くなって荷台11及びガイド部10bの沈下量が大きくなるに伴い、ばね効果が上昇する。したがって、積載重量が軽い場合は、荷台11を支える合成ばね剛性に対して弾性体41a,46aが支配的になる。そして、積載重量が重い場合は、荷台11を支える合成ばね剛性に対して弾性体41b,46bが支配的になる。
このように実施の形態6では、荷台11の上下方向の位置に応じて走行部10の走行方向に対するばね剛性が異なるように複数の弾性体を配置している。そのため、積載重量に合わせてばね剛性を変化させることが可能となる。そして、荷台11および弾性体41a,41b,46a,46bを含む系が弾性振動モードに入ることを抑制することが出来る。また、積載重量に合わせてばね剛性を変化させることが可能となる。そのため、前述したように、弾性体16,26に非線形ばねを用いた場合と同様の効果を得ることが可能となる。よって、低加速度域では、荷台11、車輪17,27の移動を小さくし、中高速域では、荷台11、車輪17,27の移動を大きくすることも可能である。
弾性体は上下方向の位置の一箇所に設けるようにしてもよい。また、さらに多数の弾性体を用いるようにしてもよい。また、実施の形態6を、先の実施の形態2〜4に適用してもよい。
実施の形態7.
図15および図16は、実施の形態7の移動台車160の構成例を示す概念図であり、図15は外部構成を示す図であり、図16は内部構成を示す図である。移動台車160は、走行部10と、荷台11と、変位変換部70,75と、車輪支持部71,76と、弾性体73,78と、車輪17,27とを備える。変位変換部70は、軸72と、荷台接触部74とを備える。変位変換部75は、軸77と、荷台接触部79とを備える。
荷台11は、実施の形態1と同様、走行部10に対して走行方向(前後方向)に移動するように支持されている。荷台11は、ガイド突起31およびガイド孔32によって支持されている。そして、荷台11のその他の方向の運動は拘束されている。
走行部10は、車輪ガイド4,5を備える。車輪ガイド4,5は、車輪支持部71,76の移動をガイドする。車輪ガイド4は、走行部10の中央から後方に向かってホイールベースが広がるように重力方向(下方向)に対して傾斜している。車輪支持部71は、車輪ガイド4の傾斜方向に沿って移動する。車輪ガイド5は、走行部10の中央から前方に向かってホイールベースが広がるように重力方向に対して傾斜している。車輪支持部76は、車輪ガイド5の傾斜方向に沿って移動する。ホイールベースは、車を真横から見たときの、前側のタイヤの中心から後側のタイヤの中心までの長さを指す。車輪支持部71,76は、車輪ガイド4,5に沿った方向に移動可能である。そして、車輪支持部71,76のその他の方向の運動は拘束されている。車輪支持部71は第1の車輪支持部である。車輪支持部76は第2の車輪支持部である。車輪支持部71は、後輪17が傾斜面11cに垂直な方向に移動するように案内する。車輪支持部76は、前輪27が傾斜面11dに垂直な方向に移動するように案内する。
車輪支持部71の先端は、後輪17が回転するように後輪17を支持している。車輪支持部76の先端は、前輪27が回転するように前輪27を支持している。後輪17および前輪27は、向きが固定または変化するように車輪支持部71,76によって支持されている。
変位変換部70の軸72は、車輪支持部71と荷台接触部74とを接続する。軸72は第1の軸である。弾性体73は、軸72と平行に設けられている。または、弾性体73は、軸72を囲むように設けられている。弾性体73は第1の弾性体である。荷台11の底面側には、傾斜面11cと、傾斜面11dとが形成されている。傾斜面11cは、例えば、第1の傾斜面である。傾斜面11dは、例えば、第2の傾斜面である。傾斜面11cは、中央から後方に向かって荷台11の底面の位置が高くなるように傾斜している。傾斜面11dは、中央から前方に向かって荷台11の底面の位置が高くなるように傾斜している。荷台接触部74は、荷台11の傾斜面11cに対して法線方向の運動は拘束される。そして、荷台接触部74は、傾斜面11cに沿って傾斜面11cに対し自由に移動する。荷台接触部74としては、例えば、回転可能な玉が接触面に埋め込まれる構造が採用可能である。荷台接触部74は、弾性体73によって荷台11の傾斜面11cに押し付けられている。荷台11は、ガイド突起31およびガイド孔32によって走行部10に対し走行方向に移動する。そして、荷台接触部74は、走行部10に対する荷台11の移動によって、傾斜面11cに沿って前後方向に移動する。荷台接触部74は第1の荷台接触部である。
変位変換部75の軸77は、車輪支持部76と荷台接触部79とを接続する。軸77は第2の軸である。弾性体78は、軸77と平行に設けられている。または、弾性体78は、軸77を囲むように設けられている。弾性体78は第2の弾性体である。荷台接触部79は、荷台11の傾斜面11dに対して法線方向の運動は拘束される。そして、荷台接触部79は、傾斜面11dに沿って傾斜面11dに対し自由に移動する。荷台接触部79としては、例えば、回転可能な玉が接触面に埋め込まれる構造を採用する。荷台接触部79は、弾性体78によって荷台11の傾斜面11dに押し付けられている。荷台11は、ガイド突起31およびガイド孔32によって走行部10に対し走行方向に移動する。そして、荷台接触部79は、走行部10に対する荷台11の移動によって、傾斜面11dに沿って前後方向に移動する。荷台接触部79は第2の荷台接触部である。
ここで、軸72および車輪支持部71は、走行部10に対する荷台11の変位を拡大して車輪17の移動による変位に変換する。そのために、走行部10に対する荷台11の移動に伴い、伸縮するように構成されてもよい。軸72および車輪支持部71のうちの一方が伸縮するように構成されてもよい。また、軸72および車輪支持部71の両方が伸縮するように構成されてもよい。同様に、軸77および車輪支持部76は、走行部10に対する荷台11の変位を拡大して車輪27の移動による変位に変換する。そのために、走行部10に対する荷台11の移動に伴い、伸縮するように構成されてもよい。以下では、軸72,77と車輪支持部71,76との両方が伸縮するものとして説明する。
弾性体73,78は、荷台接触部74,79を介して前後方向から荷台11を押し付ける。これによって、通常時、荷台11は初期位置に位置するように力を受ける。初期位置は、例えば、移動台車160の前後方向の中央である。弾性体73,78の剛性はできるだけ低い方が望ましい。しかし、弾性体73,78が伸びきるもしくは縮みきると、ばね効果は得られない。このため、弾性体73,78の剛性は、走行部10に働きうる最大の慣性力が働いた際に、ばねが伸びきらないもしくは縮みきらないように設定されることが望ましい。ここで、働きうる最大の慣性力が走行部10に働く場合は、急加速の際の加速度、急減速の際の加速度及び荷物の最大積載量を想定している。
図17は、実施の形態7の転倒防止機構の機能時の動作を説明するための概念図である。図17(A)は停止時あるいは加速無しの状態を示している。図17(B)は加速ありの状態を示している。図18は、実施の形態7の移動台車160の転倒防止機構を示す模式図である。移動台車160は、図中左方向(前方)に走行するとする。移動台車160が走行すると、走行部10は加速する。これによって、荷物が搭載された荷台11は加速方向Jと逆の方向Iに慣性力を受ける。そして、荷台11は、走行部10に対し後方へ移動する。すると、図18(A)の破線で示すように、荷台接触部79は傾斜面11dに沿って上方へ移動する。そして、荷台接触部74は傾斜面11cに沿って下方へ移動する。また、軸77および車輪支持部76は、全体として短くなる。そして、前輪27は走行部10に対して引っ込む。また、前輪27は後方へ変位する。一方、軸72および車輪支持部71は、全体として伸びる。そして、後輪17は走行部10に対して押し出される。また、後輪17は後方へ変位する。後輪17の変位量はΔdである。これによって、図17(B)および図18(B)に示すように、移動台車160の全体は、前部が後部より下がるように傾く。
後輪17の後方への変位によって、転倒方向のモーメントMaはわずかに増減する。これに対し、転倒抑制方向のモーメントMbは大きく増加する。これによって、合計のモーメントとしてみれば、転倒を防ぐ方向のモーメントMbを、後輪17の変位Δd分だけ増加させることができる。なお、転倒方向のモーメントMaは、車輪支持部71,76の角度又は移動台車160の重心設計などの影響によってわずかに増減する。
例えば、車輪支持部71,76の角度又は傾斜面11c,11dの角度を重心方向に対して45度以上傾斜させた場合、搭載する荷物の質量または高さに依存せず、転倒防止できる設計が得やすい。搭載を想定する荷物の質量及び高さに依存せずに、転倒抑制方向のモーメントMbの増加量が転倒方向のモーメントMaの増加量以上となるように設計する。車輪支持部71,76の角度又は傾斜面11c,11dの角度を、重力方向に対して45度以上傾斜させる。これによって、転倒抑制方向のモーメントMbの増加量が転倒方向のモーメントMaの増加量以上となりやすい。そして、転倒防止の効果を得やすい。実施の形態7の構成では、移動台車160の加速方向J又は減速方向に対して、荷物が倒れ込むような姿勢となる。このため、平行移動した場合と比較して、荷物が飛び出す方向に対向するように荷台11が傾く。それによって、積載荷物の滑落を防止しやすくなる。また、荷台11に働く力の向きに対向するように荷台11が傾斜する。このことから、移動台車160が傾斜面を走行する際、重力方向の変化に対しても、前述した車輪の変位および荷台の傾斜が機能する。そのため、移動台車160では、荷台の水平を自動的に保つ効果も得ることができる。
なお、弾性体73,78は、通常、圧縮ばねを使用する。しかし、弾性体73,78として引っ張りばねを使用してもよい。また、弾性体73,78として前述した非線形ばねを使用しても良い。また、弾性体73,78として弾性体と並列に減衰器を搭載してもよい。
実施の形態8.
図19および図20は、実施の形態8の移動台車170の構成例を示す概念図であり、図19は停止時あるいは加速無しの状態を示し、図20は加速ありの状態を示している。実施の形態8の移動台車170においては、実施の形態7の移動台車160に、走行駆動装置80を追加している。実施の形態8の移動台車170のその他の構成は、実施の形態7の移動台車160と同じであり、重複する説明は省略する。
図21は、走行駆動装置80の概念的構成を示す斜視図である。図22は、走行駆動装置80の概念的構成を示す側面図である。走行駆動装置80は、走行部10に取り付けられている。走行駆動装置80は、走行駆動車輪81及び走行駆動用モータ82を備える。実施の形態8では、走行駆動車輪81は一対で構成されている。走行駆動装置80は、バッテリ83、弾性体84及びモータガイド85を備えることができる。走行駆動用モータ82及び走行駆動車輪81は、モータガイド85によって、走行部10に対して、走行駆動車輪81の上下方向に移動可能である。走行駆動車輪81の上下方向は、図20に示す矢印Kの方向である。矢印Kの方向は、移動台車170が傾斜していない場合の移動台車170の上下方向と一致している。走行駆動用モータ82及び走行駆動車輪81は、その他の方向の運動を拘束するようにガイドされている。その他の方向は、矢印Kの方向以外の方向である。弾性体84は、走行駆動車輪81を走行面に押し付けるためのものである。そのため、走行部10の姿勢に関わらず、走行駆動装置80は動力を走行面に伝えられる。
実施の形態8によれば、走行駆動装置80を走行部10に取り付けているので、実施の形態7に示した転倒防止機能を持つ自走式の移動台車を得ることができる。
実施の形態9.
図23および図24は、実施の形態9の移動台車180の構成例を示す概念図であり、図23は平面図を示し、図24は内部構成を示す図である。実施の形態9の移動台車180は、全方向に移動可能である。
移動台車180は、走行部10と、荷台11と、複数の車輪200と、複数の車輪支持部201と、複数の変位変換部210と、複数の弾性体220とを備える。実施の形態9では、車輪200、車輪支持部201、変位変換部210及び弾性体220は、各々4つ備えられている。移動台車180は、荷台ガイド230を備えることができる。荷台ガイド230は、走行部10に取り付けられている。荷台ガイド230は、走行部10に対する荷台11の移動をガイドする。荷台ガイド230は、荷台11を面内方向に自由に移動可能である。ここで、面は荷物が搭載される荷台11の面である。
図25に荷台ガイド230の第1の例を示し、図26に荷台ガイド230の第2の例を示している。第1の例では、荷台ガイド230は、荷台ガイド基盤231及び複数のボールキャスタ232を備えている。キャスタは、家具の足又はかばんなどにつける小さな車輪である。ボールキャスタは、重量物の搬送を360度の方向に自在に行うキャスタである。ボールキャスタは、面内方向に移動自由度を持つ。ここで、「面」とは例えば床面である。ボールキャスタ232としては、荷台11を面内方向にガイドできるものであれば良い。ボールキャスタ232は、例えば、全方向移動型車輪、エアベアリング又は潤滑面などで代替が可能である。全方向移動型車輪は、例えば、オムニホイール又はメカナムホイールなどである。潤滑面は、摩擦が極めて小さな面である。第2の例では、荷台ガイド230は、互いに直角な方向に荷台11をガイドする2つの直動ガイド233,234を備えている。
図23に示すように、4つの車輪支持部201は、走行部10に設けられている。4つの車輪支持部201は、走行部10から4つの方向に放射状に延在している。車輪200は、車輪支持部201の先端に取り付けられている。車輪200としては、全方向移動型の車輪が用いられる。車輪200として、ボールキャスタ、オムニホイールまたはメカナムホイールなどが用いられる。
図27は、車輪200として、オムニホイール240を用いたときの構成例を示す図である。オムニホイールは、シャフトを中心とした本体(ホイル)の回転による前後方向の動きと、本体(ホイル)の円周上に配置された樽型ローラ(バレル)の回転による左右方向の動きとによって多方向への動きが得られる機能を有する。モータ202を備えたオムニホイール240は、車輪(ホイル)と、複数の受動輪(バレル)とを備える。複数の受動輪は、車輪の円周方向に沿って配設されている。複数の受動輪は、車輪の径方向に垂直な方向に回転軸を有する。オムニホイール240は、車輪の軸を動かすことなく全方向へ移動可能である。オムニホイール240を用いる場合には、4つの車輪支持部201は台車の中央から放射状に配置され、90度ずつの等間隔に設置される。車輪支持部201とオムニホイール240の車輪の回転軸とを合わせることで、オムニホイール240が移動する方向にオムニホイール240の受動輪の回転方向を合わせることが出来る。
図28は、車輪200として、メカナムホイール250を用いたときの構成例を示す図である。メカナムホイールは、車輪の表面(円周上)が車軸に対して45度の傾斜を持つ樽型ローラ(バレル)によって覆われている。メカナムホイールは、従来の車輪と同じ動きをすることに加え、樽型ローラがフリーになっているため、45度の方向に移動できる。モータ202を備えた4つのメカナムホイールは、4つのモータ202の回転方向と速度制御を調整することで、車輪の回転と樽型ローラによる動きとで全方向移動を実現する。メカナムホイール250は、車輪の円周上に複数の受動輪(バレル)が45度の角度で取り付けられている。メカナムホイール250は、車輪の軸を動かすことなく全方向へ移動可能である。メカナムホイール250を用いる場合にも、4つの車輪支持部201は台車の中央から放射状に配置され、90度ずつの等間隔に設置される。また、メカナムホイール250の車輪の回転軸を車輪支持部201に対して45度傾けることによって、メカナムホイール250が移動する方向にメカナムホイール250の受動輪の回転方向を合わせることが出来る。
移動台車180には、4つの車輪支持部201が放射状に配設されている。各々の車輪支持部201に対し、変位変換部210および弾性体220を接続する。各々の変位変換部210は、リンク211とワイヤ213とを備える。各々の変位変換部210は、ワイヤガイド214,215を備えることができる。変位変換部210は、実施の形態1の変位変換部12と同様の機能を達成する。各々の弾性体220は、リンク211の上端部と走行部10との間に設けられている。各々の弾性体220は、実施の形態1の弾性体16と同様の機能を達成する。変位変換部210および弾性体220は、各々の車輪支持部201の配置方向に対応するように、リンク211の回動軸の方向、弾性体220の配置方向及びワイヤ213のガイド方向などを決定する。
実施の形態9によれば、任意の方向に加速又は減速した場合に働く任意の方向の慣性力に対して、任意の方向に荷台11及び車輪200を移動させることが可能となる。このため、全方向の加速又は減速による移動に対して転倒防止が実現可能である。
なお、車輪200に方向性を持たない車輪を用いる場合には、車輪支持部201の配置には制限は無い。方向性を持たない車輪は、例えば、ボールキャスタなどである。このため、転倒を防止したい方向に応じて車輪支持部201及び転倒防止機構部分の配置を変更、追加する。これによって、全方向の転倒防止を実現しながら、転倒を防止したい方向に対して転倒防止効果を重み付けることが可能である。
また、実施の形態9の移動台車180にも、実施の形態2の走行駆動装置35または実施の形態8の走行駆動装置80を取り付けて、自走式の移動台車としてもよい。特に、図27に示したオムニホイール240または図28に示したメカナムホイール250を用いた構成では、転倒防止の動作時の車輪支持部201及び車輪の移動による動作方向が、受動輪の回転方向と一致している。このことから、オムニホイール240又はメカナムホイール250に駆動用モータ202を直接搭載し、自走式にすることもできる。この構成により、別途駆動輪の設置を必要とせず、最小限の構成で転倒防止機構と自走式の移動台車を同時に実現することが可能となる。
なお、図24の説明では、図1に示した実施の形態1の変位変換機構を用いる場合について説明した。しかし、全方向移動型の車輪を用いる場合に、図8に示した実施の形態3の変位変換部又は図16に示した実施の形態7の変位変換部を適用しても良い。また、図12に示した円弧状のガイド60,61を、図15に示した実施の形態7の移動台車160、図19に示した実施の形態8の移動台車170又は図24に示した実施の形態9の移動台車180に適用しても良い。また、図13に示した実施の形態6の構成を、図15に示した実施の形態7の移動台車160又は図19に示した実施の形態8の移動台車170に適用しても良い。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略又は変更することも可能である。
10 走行部、10a 基礎部、10b ガイド部、10c 上下ガイド、11 荷台、11c,11d 傾斜面、12,22 変位変換部、13,23 リンク、14,24 車輪支持部、16,26 弾性体、17 車輪(後輪)、18,28 ワイヤガイド、19,29 ワイヤ、27 車輪(前輪)、31 ガイド突起、32 ガイド孔、35 走行駆動装置、40,45,50 変位変換部、41,46 弾性体、41a,41b,46a,46b 弾性体、56 車輪支持部、60 ガイド突起、61 ガイド孔、70,75 変位変換部、71,76 車輪支持部、72,77 軸、73,78 弾性体、74,79 荷台接触部、80 走行駆動装置、100,110,120,130,140,150,160,170,180 移動台車、200 車輪、201 車輪支持部、210 変位変換部、220 弾性体、230 荷台ガイド、240 オムニホイール、250 メカナムホイール。

Claims (15)

  1. 走行部と、
    前記走行部に設けられ前記走行部を走行させる車輪と、
    前記走行部の走行方向に移動自在に前記走行部に支持される荷台と、
    前記走行部に対する前記荷台の変位に従って前記車輪を前記走行部に対して変位する変位変換機構と、
    前記走行部に対して移動した前記荷台を、移動前の初期位置に復帰させる力を付与する弾性体と、
    を備え、
    前記変位変換機構は、前記荷台に働く慣性力と同じ方向に、前記車輪を前記走行部に対して変位させることを特徴とする移動台車。
  2. 前記変位変換機構は、前記走行部に対する前記荷台の変位を、前記走行部に対する前記車輪の変位に拡大変換することを特徴とする請求項1に記載の移動台車。
  3. 前記車輪を前記走行部の走行方向に移動自在に支持する車輪支持部を更に備え、
    前記変位変換機構は、前記走行部に回転自在に取り付けられ、一端が前記車輪支持部に連結されるリンクと、前記リンクの他端と前記荷台とを接続するワイヤとを備える
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の移動台車。
  4. 前記車輪は、前輪及び後輪を含み、
    前記車輪支持部は、前記前輪および後輪を前記走行部の走行方向に移動自在に支持する
    ことを特徴とする請求項3に記載の移動台車。
  5. 前記弾性体は、一端が前記走行部に接続され、前記ワイヤに張力を与える
    ことを特徴とする請求項3または4に記載の移動台車。
  6. 前記車輪を前記走行部の走行方向に移動自在に支持する車輪支持部を更に備え、
    前記変位変換機構は、一端が前記荷台に回転自在に取り付けられる第1のリンクと、一端が前記第1のリンクの他端および前記走行部に連結され、他端が前記車輪支持部に連結される第2のリンクとを備える
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の移動台車。
  7. 前記弾性体は、一端が前記荷台に接続され、他端が前記走行部に接続されている
    ことを特徴とする請求項6に記載の移動台車。
  8. 前記車輪は、前輪及び後輪を含み、
    前記荷台は、後部から中央部に向かって下がる第1の傾斜面と、前部から中央部に向かって下がる第2の傾斜面を含み、
    前記後輪を前記第1の傾斜面に垂直な方向に移動するように案内する第1の車輪支持部と、前記前輪を前記第2の傾斜面に垂直な方向に移動するように案内する第2の車輪支持部とを更に備え、
    前記変位変換機構は、前記第1の傾斜面に沿って移動自在な第1の荷台接触部と、前記第2の傾斜面に沿って移動自在な第2の荷台接触部と、前記第1の荷台接触部と前記第1の車輪支持部とを接続する第1の軸と、前記第2の荷台接触部と前記第2の車輪支持部とを接続する第2の軸とを有し、
    前記弾性体は、前記第1の荷台接触部を前記第1の傾斜面に押しつける第1の弾性体と、前記第2の荷台接触部を前記第2の傾斜面に押しつける第2の弾性体とを備えることを特徴とする請求項1または2に記載の移動台車。
  9. 前記第1の軸および前記第1の車輪支持部のうちの少なくとも一方は、前記走行部に対する前記荷台の移動に伴い伸縮可能であり、
    前記第2の軸および前記第2の車輪支持部のうちの少なくとも一方は、前記走行部に対する前記荷台の移動に伴い伸縮可能である
    ことを特徴とする請求項8に記載の移動台車。
  10. 前記走行部は、前記荷台を搭載するガイド部と、前記ガイド部が上下方向に移動するように支持する基礎部とを備え、
    前記荷台は、前記走行部の走行方向に移動自在に前記ガイド部に支持され、
    前記荷台と前記基礎部との間に配設され、前記ガイド部に対して移動した前記荷台を、移動前の初期位置に復帰させる力を付与する第3の弾性体を備える
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の移動台車。
  11. 前記第3の弾性体は、前記荷台の上下方向の位置に応じて前記走行部の走行方向に対するばね剛性が異なるように複数配設される
    ことを特徴とする請求項10に記載の移動台車。
  12. 前記荷台は、前記走行部に対して、下側に凸である円弧状にガイドされることを特徴とする請求項1から11の何れか一つに記載の移動台車。
  13. 第1のモータと、前記第1のモータによって回転駆動される駆動車輪とを有する走行駆動装置をさらに備えることを特徴とする請求項1から12の何れか一つに記載の移動台車。
  14. 前記車輪は、全方向移動型の複数の車輪を含み、
    前記複数の車輪を前記走行部に対し、複数の異なる方向に移動可能に支持する複数の車輪支持部を更に備え、
    前記変位変換機構および前記弾性体は、前記複数の車輪支持部に対応して複数個設けられることを特徴とする請求項1または2に記載の移動台車。
  15. 前記全方向移動型の複数の車輪は、オムニホイールまたはメカナムホイールであり、
    前記全方向移動型の複数の車輪を回転駆動する複数の第2のモータをさらに備えることを特徴とする請求項14に記載の移動台車。
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