JP7141224B2 - 車輪モジュール、移動機構、および、車輪モジュールの制御方法 - Google Patents

車輪モジュール、移動機構、および、車輪モジュールの制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、車輪モジュール、移動機構、および、車輪モジュールの制御方法に関する。
従来、駆動モータの回転シャフトの回転を規制するブレーキ装置が種々提案されている。ブレーキ装置としては、例えば、バネを用いてアーマチュアを回転シャフトとともに回転する回転円板へ付勢することで回転シャフトの回転を規制する一方、電磁コイルに通電してアーマチュアを回転体から離間させることで制動を解除する電磁ブレーキ装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
また、従来技術にあっては、例えば電磁ブレーキ装置へ通電できないような故障やバッテリ切れ等が発生した場合、電磁ブレーキ装置が回転シャフトの回転を規制した状態で固定されるため、手動操作によって回転シャフトの回転の規制を解除できるように構成される。
特開平５－３９８１７号公報
しかしながら、従来技術においては、例えば、手動操作による回転規制の解除がなされた状態のまま、駆動モータを再度駆動させてしまうと、電磁ブレーキがかからないため、回転シャフトの回転が規制されず、停止できないおそれがあった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、手動操作によって回転シャフトの回転の規制が解除されたときの安全性を向上させることができる車輪モジュール、移動機構、および、車輪モジュールの制御方法を提供す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、本発明の一態様に係る車輪モジュールは、ブレーキ部と、規制解除部と、解除検出センサと、回転角センサと、を備える。ブレーキ部は、ホイールを回転させる駆動部の回転シャフトとともに回転する回転体と、前記回転体と摺接して前記回転シャフトの回転を規制する摩擦体と、前記摩擦体を前記回転体側へ付勢する付勢体と、通電によって前記付勢体の付勢力に抗して前記摩擦体を前記回転体から離間させて前記回転シャフトの回転の規制を解除する電磁コイルとを備える。規制解除部は、手動操作によって前記回転シャフトの回転の規制を解除する。解除検出センサは、前記規制解除部によって前記回転シャフトの回転の規制が解除されたことを検出する。前記回転角センサは、回転シャフトの回転角を検出する。前記解除検出センサ及び前記回転角センサは、同一の基板に設けられる。
本発明の一態様によれば、手動操作によって回転シャフトの回転の規制が解除されたときの安全性を向上させることができる。
図１は、第１の実施形態に係る車輪モジュールを備えた台車の外観を示す斜視図である。 図２は、車輪モジュールの外観を示す斜視図である。 図３は、図２のIII－III線断面図である。 図４は、図３に示すブレーキ部付近の拡大図である。 図５は、規制解除部およびブレーキ部を示す斜視図である。 図６は、規制解除部の拡大図である。 図７は、車輪モジュールの制御システムの機能的構成を示すブロック図である。 図８は、制御装置が実行する処理手順を示すフローチャートである。 図９は、第２の実施形態に係る車輪モジュールの操作部付近の斜視図である。 図１０は、図９のＸ－Ｘ線断面図である。 図１１は、第３の実施形態に係る車輪モジュールの操作部付近の斜視図である。 図１２は、図１１のXII－XII線断面図である。
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る車輪モジュール、移動機構、および、車輪モジュールの制御方法について図面を参照して説明する。なお、図面は模式的なものであり、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
＜車輪モジュールを備えた台車の構成＞
図１は、第１の実施形態に係る車輪モジュールを備えた台車の外観を示す斜視図である。図１に示すように、台車１００は、荷台１１０と、取っ手１２０と、車輪モジュール２００とを備える。荷台１１０は、機体を構成する。
荷台１１０は、厚板状に形成された部材であり、表面に荷物が載せられる。取っ手１２０は、利用者が台車１００を移動する際に把持するための湾曲した棒状の部材であり、荷台１１０の上面に取り付けられている。車輪モジュール２００は、図示していないバッテリなどの電源から供給される駆動電流によって回転する車輪であり、荷台１１０の裏面に取り付けられている。
車輪モジュール２００は、台車１００の移動機構として用いられる。例えば、車輪モジュール２００は、利用者が荷台１１０に荷物を載せて運搬する際の補助用に駆動されたり、台車１００が他の台車１００に追従して自走する機能を有する場合に、他の台車１００との間の距離に応じて駆動されたりする。なお、車輪モジュール２００は、台車１００に前輪として備えられてもよいし、中輪として備えられてもよいし、後輪として備えられてもよいし、前輪・中輪・後輪のいずれか２以上の組み合わせとして備えられてもよい。例えば、６輪の台車とした場合、旋回性能が高くなるが、４輪等、備えられる車輪の数は限定されない。
また、車輪モジュール２００は、例えば、運送・搬送用ロボットや、清掃用ロボット等の所謂サービスロボットの移動機構として用いることもできる。
図２は、車輪モジュール２００の外観を示す斜視図である。図２に示すように、車輪モジュール２００は、接続部材２１０と、車輪部２２０とを有する。なお、車輪モジュール２００は、車輪部２２０のみで構成されてもよい。
接続部材２１０は、台車１００と車輪部２２０とを接続する部材である。例えば、接続部材２１０は、固定部２１１と、第１保持部２１２と、第２保持部２１３とを備える。なお、固定部２１１と第１保持部２１２とは、別体に形成されてもよいし、一体に形成されてもよい。
固定部２１１は、厚板状に形成されるとともに、上面２１１ａが台車１００における荷台１１０（図１参照）の裏面に取り付けられて固定される。第１保持部２１２は、固定部２１１の端部から鉛直方向（下方）に延在する部材である。第２保持部２１３は、第１保持部２１２の下方に配置され、第１保持部２１２の下端との間に車輪部２２０の一部を挟んだ状態で、例えばネジなどにより、第１保持部２１２に取り付けられる。これにより、車輪部２２０は、第１保持部２１２および第２保持部２１３によって保持されつつ、固定部２１１を介して台車１００に接続される。
車輪部２２０は、タイヤ１０と、ホイール１１（後述する図３参照）と、駆動部１２と、ブレーキ部（制動部）２０と、規制解除部４０とを備える。
図３は、図２のIII－III線断面図であり、また、軸方向に沿った車輪モジュール２００の断面図である。図３に示すように、タイヤ１０は、ゴムなど弾力性を有する部材によって形成される。例えば、タイヤ１０は、円筒状の部材であり、直径は１００～３００ｍｍであるが、これに限られない。ホイール１１は、円筒状に形成され、外周側にタイヤ１０が取り付けられる。
＜駆動部の構成＞
駆動部１２は、ホイール１１の内側、具体的には、ホイール１１よりも径方向内側に配置され、回転軸Ａを中心にホイール１１を回転させる。例えば、駆動部１２は、ステータ１５と、ロータ１６と、回転シャフト１７と、筐体１８とを備える。
例えば、ステータ１５とロータ１６とはインナーロータ型のモータを構成しており、駆動電流が供給されることによって、回転軸Ａを中心にロータ１６が回転する。ロータ１６の回転によって発生した回転力は、回転シャフト１７および歯車機構（例えば遊星歯車機構。図示せず）を介してホイール１１に伝達される。これにより、ホイール１１とともにタイヤ１０が回転する。
ステータ１５は、駆動電流によって、回転軸Ａを中心にロータ１６を回転させる。具体的には、ステータ１５は、中空の円筒状に形成されたステータ基部の内周面に複数の突極が周方向に並べて配置された構成を有しており、各突極にコイルが巻回される。
ロータ１６は、ステータ１５よりも径方向内側に配置されており、ステータ１５に対して回転軸Ａを中心に回転することで、ホイール１１を回転させる。具体的には、ロータ１６は、円柱状に形成された基部の外周面に沿って複数の磁石が周方向に並べて配置された構成を有しており、各磁石が、ステータ１５の各コイルと対向するように配置される。これにより、ロータ１６は、ステータ１５のコイルに駆動電流が流れた際にコイルに発生する電磁力によって、回転軸Ａを中心に回転する。
回転シャフト１７は、軸心が回転軸Ａと一致するように配置され、ロータ１６の中心を貫通した状態で、ロータ１６に固定されている。ここで、回転シャフト１７は、ベアリング１９ａ，１９ｂを介して回転自在に筐体１８に支持される。これにより、回転シャフト１７は、ロータ１６の回転に応じて、回転軸Ａを中心に回転する。
筐体１８は、ホイール１１の内側に配置され、上記したステータ１５、ロータ１６、回転シャフト１７および図示しない歯車機構などを収容する。
＜ブレーキ部の構成＞
次に、ブレーキ部２０について説明する。ブレーキ部２０は、回転シャフト１７の回転を規制する装置であり、円筒状のケース部３０に収容される（図２参照）。ブレーキ部２０としては、例えば無励磁作動ブレーキ（負作動電磁ブレーキ）を用いることができる。かかるブレーキ部２０などについて図４以降を参照して詳しく説明する。
図４は、図３に示すブレーキ部２０付近の拡大図である。図４に示すように、ブレーキ部２０は、ブレーキディスク２１と、摩擦板２２と、固定部２３と、アーマチュア２４と、ばね部材２５と、電磁コイル２６とを備える。
ブレーキディスク２１は、例えば円板状に形成される部材である。ブレーキディスク２１は、回転シャフト１７に固定され、回転シャフト１７とともに回転する。なお、ブレーキディスク２１は、回転体の一例である。
摩擦板２２は、ブレーキディスク２１と摺接して回転シャフト１７の回転を規制する。具体的には、摩擦板２２は、第１摩擦板２２ａと、第２摩擦板２２ｂとを備える。第１、第２摩擦板２２ａ，２２ｂは、例えば環状に形成され、中央の孔には回転シャフト１７が貫通するように配置される。
また、第１摩擦板２２ａと第２摩擦板２２ｂとは、ブレーキディスク２１を間に挟むようにして回転軸Ａの方向に沿って配置される。上記のように構成された第１、第２摩擦板２２ａ，２２ｂは、後述するばね部材２５の付勢力によってブレーキディスク２１側へ付勢される。これにより、第１、第２摩擦板２２ａ，２２ｂは、ブレーキディスク２１に対して摺接して摩擦が生じ、ブレーキディスク２１に取り付けられた回転シャフト１７の回転を規制する。なお、第１、第２摩擦板２２ａ，２２ｂを含む摩擦板２２は、摩擦体の一例である。
固定部２３は、例えば環状に形成され、中央の孔には回転シャフト１７が貫通するように配置される。また、固定部２３は、第２摩擦板２２ｂに対して回転軸Ａの方向に沿って隣接するように配置される。詳しくは、固定部２３は、第２摩擦板２２ｂにおいてブレーキディスク２１やばね部材２５が配置される側の面とは反対側の面と対向するように配置されて、ケース部３０に固定される。
アーマチュア２４は、磁性を有し、例えば環状に形成される。また、アーマチュア２４の中央の孔には、回転シャフト１７が貫通するように配置される。アーマチュア２４は、上記した第１摩擦板２２ａをブレーキディスク２１との間に挟むようにして回転軸Ａの方向に沿って配置される。なお、アーマチュア２４は、第１摩擦板２２ａとは別体とされるが、一体に形成されてもよい。
ばね部材２５は、一端がアーマチュア２４と当接するように配置される。ばね部材２５としては、例えばコイルばねを用いることができる。また、ばね部材２５は、他端が後述するピン５３と当接するように配置される。ばね部材２５およびピン５３は、アーマチュア２４と隣接する電磁コイル２６に形成された孔２８内に配置される。
上記したピン５３は、規制解除部４０の構成要素である。図４は、規制解除部４０が作動する前の状態を示しており、かかる状態では、ばね部材２５は、ピン５３とアーマチュア２４との間に圧縮されて介装される。これにより、ばね部材２５は、矢印Ｆ１で示すように、アーマチュア２４および第１摩擦板２２ａをブレーキディスク２１側へ付勢することとなる。上記したように、かかる付勢により、第１、第２摩擦板２２ａ，２２ｂは、ブレーキディスク２１に対して摺接して摩擦が生じ、回転シャフト１７の回転が規制される。
なお、上記では、第１摩擦板２２ａをブレーキディスク２１側へ付勢する部材をばね部材２５としたが、これに限定されるものではなく、付勢できればその他の部材であってもよい。なお、ばね部材２５は付勢体の一例である。
電磁コイル２６は、ヨーク２６ａと、コイル２６ｂとを備える。ヨーク２６ａは、円筒状に形成され、中央の孔には、回転シャフト１７が貫通するように配置される。コイル２６ｂは、ヨーク２６ａの外周側に巻回される。なお、ヨーク２６ａには、上記したばね部材２５やピン５３が配置される孔２８が形成される。
そして、ブレーキ部２０において、回転シャフト１７の回転の規制の解除は、電磁コイル２６へ通電することで行われる。例えば、図示しないバッテリなどの電源からコイル２６ｂに駆動電流が供給されると、電磁力が発生し、アーマチュア２４は、ばね部材２５の付勢力に抗して電磁コイル２６側へ吸着される。これにより、第１摩擦板２２ａは回転シャフト１７から離間し、よって回転シャフト１７の回転の規制が解除される。
このように、電磁コイル２６は、通電によってばね部材２５の付勢力に抗して第１摩擦板２２ａをブレーキディスク２１から離間させて、回転シャフト１７の回転の規制を解除する。
ところで、例えば上記した電磁コイル２６へ通電できないような故障やバッテリ切れ等が発生した場合、電磁コイル２６では、回転シャフト１７の回転の規制を解除することができない。
そこで、本実施形態に係る車輪モジュール２００にあっては、手動操作によって回転シャフト１７の回転の規制を解除できる規制解除部４０を備えるようにした。また、本実施形態に係る車輪モジュール２００においては、規制解除部４０を用いた手動操作によって回転シャフト１７の回転の規制が解除されたことを検出できるようにした。
＜規制解除部の構成＞
先ず、規制解除部４０について説明する。図５は、規制解除部４０およびブレーキ部２０を示す斜視図である。なお、図５では、理解の便宜のため、ケース部３０から規制解除部４０やブレーキ部２０を部分的に取り出して示す図である。また、図５において、ケース部３０の一部を想像線で示している。
規制解除部４０は、操作部４１と、解放板５０と、上記したピン５３とを備える。操作部４１は、一部がケース部３０から露出するように配置され（図２参照）、図示しないユーザによって操作可能に構成される。
具体的には、操作部４１は、頭部４１ａと、ねじ部４１ｂとを備える。頭部４１ａは、略円筒状に形成され、ケース部３０の外部に露出するように配置される（図２参照）。操作部４１は、ユーザによって操作されるつまみとして機能する。
ねじ部４１ｂは、頭部４１ａから延在し、外周面には、例えば雄ねじが形成される。また、図４に示すように、ケース部３０には、ねじ部４１ｂに対応する雌ねじのねじ孔３１が回転軸Ａに沿って形成される。そして、ねじ部４１ｂは、後述する第１解放板５１に形成された挿通孔５１ａ１に挿通されつつ、ケース部３０のねじ孔３１と係合する。
このように、ねじ部４１ｂを備える操作部４１は、軸方向が回転軸Ａと同軸とされるとともに、第１解放板５１の挿通孔５１ａ１を通ってケース部３０のねじ孔３１に締結固定される。なお、ねじ部４１ｂは、ねじ機構の一例である。
解放板５０は、操作部４１に接続される。そして、解放板５０は、操作部４１に対する手動操作によってばね部材２５の第１摩擦板２２ａへの付勢力を解放することで、回転シャフト１７の回転の規制を解除することができる。
以下の解放板５０の説明では、先ず回転シャフト１７の回転を規制する状態の説明をした後、規制の解除について説明することとする。
図５に示すように、解放板５０は、第１解放板５１と、第２解放板５２とを備える。第１解放板５１は、平面視において略Ｕ字状に形成される部材である。具体的には、第１解放板５１は、基端部５１ａと、側壁部５１ｂとを備える。
基端部５１ａは、長尺状の薄板である。基端部５１ａにおいて、回転軸Ａに対応する部位には、上記した挿通孔５１ａ１が形成される。従って、基端部５１ａは、操作部４１のねじ部４１ｂが挿通孔５１ａ１に挿通されることで、操作部４１と接続される。
側壁部５１ｂは、長尺状の薄板であり、基端部５１ａの両端からブレーキ部２０側へ向けて、回転軸Ａと平行な方向に沿って延在される。
上記のように構成された第１解放板５１は、ケース部３０の外部に設けられる（図２参照）。詳しくは、第１解放板５１は、ケース部３０の外周面に倣うような形状（例えば略Ｕ字状）とされて、ケース部３０の外部に設けられる。これにより、本実施形態にあっては、ケース部３０内に第１解放板５１が設けられないことから、ケース部３０を小型化することができる。
第２解放板５２は、長尺状の薄板であり、受け部５２ａと、押圧部５２ｂとを備える。受け部５２ａは、第１解放板５１の先端部５１ｂ１、詳しくは側壁部５１ｂの先端部５１ｂ１と対向する位置に配置され、先端部５１ｂ１と当接する。
具体的には、操作部４１がケース部３０のねじ孔３１に締結固定された状態のとき、第１解放板５１の先端部５１ｂ１は受け部５２ａと当接するとともに、受け部５２ａをブレーキ部２０側へ押圧する。
なお、受け部５２ａを含む第２解放板５２は、第１解放板５１の先端部５１ｂ１と当接せず、押圧されないとき、回転軸Ａに沿って移動自在となるように、ケース部３０に取り付けられているものとする。
押圧部５２ｂは、長尺状の薄板であり、両端側で受け部５２ａと連続するように形成される。また、図４に示すように、押圧部５２ｂは、シャフト用挿通孔５５と、ピン用挿通孔５６とを備える。シャフト用挿通孔５５は、回転軸Ａに対応する部位に形成され、回転シャフト１７が回転可能に挿通される。
ピン用挿通孔５６は、電磁コイル２６に形成された、ピン５３用の孔２８と対応する部位に形成される。そして、ピン用挿通孔５６には、ピン５３の先端部５３ａが挿通される。かかる先端部５３ａには、例えば雄ねじが形成され、先端部５３ａに締結部材５７（例えばナット）が取り付けられることで、第２解放板５２の押圧部５２ｂとピン５３とが締結されて固定される。
上記のように構成された押圧部５２ｂは、第１解放板５１の先端部５１ｂ１が受け部５２ａと当接して受け部５２ａを押圧する状態のとき、ピン５３を介してばね部材２５を押圧する。これにより、第１摩擦板２２ａは、ばね部材２５の付勢力によってブレーキディスク２１側へ付勢され、ブレーキディスク２１に対して摺接して、ブレーキディスク２１に取り付けられた回転シャフト１７の回転を規制する。
続いて、回転シャフト１７の回転の規制の解除につい説明する。かかる解除は、ユーザの操作部４１への操作によって行われる。具体的には、操作部４１に対する手動操作に応じて、第１解放板５１は移動自在となる。すなわち、例えば手動操作によって操作部４１がねじ部４１ｂを緩める方向へ回転されるとする。このとき、第１解放板５１は、ケース部３０に固定されなくなり、また、ねじ部４１ｂは挿通孔５１ａ１に挿通されたままであることから、矢印Ｄ１（図５参照）で示すように、回転軸Ａの軸方向に沿って移動自在となる。
なお、基端部５１ａには、軸方向が回転軸Ａと平行なガイドピン５４が複数（例えば２本）取り付けられる。また、図示は省略するが、ケース部３０には、ガイドピン５４が挿通されるガイド孔が形成される。これにより、第１解放板５１は、ガイドピン５４にガイドされながら、回転軸Ａの軸方向に沿って移動することができる。
すなわち、第１解放板５１は、受け部５２ａから離間する方向へ移動することから、第１解放板５１の先端部５１ｂ１は受け部５２ａと当接せず（非当接となり）、よって先端部５１ｂ１は受け部５２ａを押圧しなくなる。
第２解放板５２は、上記したように、受け部５２ａが先端部５１ｂ１と当接せず、押圧されないとき、回転軸Ａに沿って移動自在となる。そのため、第２解放板５２は、ばね部材２５からピン５３を介して伝達される付勢力Ｆ２により、矢印Ｄ２（図５参照）で示すように、ばね部材２５を押圧する方向とは反対側の方向へ移動させられる。これにより、ばね部材２５の第１摩擦板２２ａへの付勢力は解放され、回転シャフト１７の回転の規制が解除される。
ここで、回転シャフト１７の回転の規制が解除された状態について図６を参照して説明する。図６は、規制解除部４０の拡大図である。
図６においては、図４との対比から分かるように、ユーザの操作部４１への操作によってねじ部４１ｂが緩められると、第１解放板５１は、ケース部３０から離間するように回転軸Ａの軸方向に沿って移動する（矢印Ｄ１参照）。これによって、第１解放板５１の先端部５１ｂ１は受け部５２ａを押圧しなくなるため、第２解放板５２は、ばね部材２５からの付勢力Ｆ２により、ばね部材２５を押圧する方向とは反対側の方向へ移動させられる（矢印Ｄ２参照）。これにより、ばね部材２５の第１摩擦板２２ａへの付勢力は解放され、回転シャフト１７の回転の規制が解除される。
このように、本実施形態にあっては、上記のように構成された操作部４１や解放板５０を備えた規制解除部４０を用いることで、簡易な構成で、回転シャフト１７の回転の規制を解除することができる。
また、第２解放板５２は、第１解放板５１の移動に応じて押圧部５２ｂがばね部材２５を押圧する方向とは反対側の方向へ移動させられることから、ばね部材２５の第１摩擦板２２ａへの付勢力を効果的に解放でき、回転シャフト１７の回転の規制を確実に解除することができる。
また、上記した規制解除部４０は、操作部４１などが回転シャフト１７の回転軸Ａ方向に沿って配置されることから、車輪モジュール２００の径方向に対する小型化を図ることが可能となる。
また、操作部４１は、ねじ部４１ｂを有るねじ機構を含むため、例えばねじ部４１ｂが緩む方向へ操作部４１を回転させるだけで規制解除部４０を操作でき、ユーザの操作を容易にすることが可能となる。
＜センサの構成＞
次に、車輪モジュール２００が備えるセンサについて図４を参照して説明する。車輪モジュール２００は、解除検出センサ６１と、回転角センサ７１とを備える。
解除検出センサ６１は、規制解除部４０によって回転シャフト１７の回転の規制が解除されたことを検出する。これにより、例えば、後述するように、手動操作によって回転シャフト１７の回転の規制が解除されたときに適した駆動部１２の制御などを行うことが可能となり、よって安全性を向上させることができる。
上記した解除検出センサ６１は、例えば、ホールＩＣなどを含み、検出用マグネット６２の移動（スラスト移動）に伴う磁束の変化を検出することで、検出用マグネット６２までの距離を検出する近接センサである。
詳しくは、本実施形態に係る規制解除部４０の操作部４１は、上記したように、軸方向が回転軸Ａと同軸とされる。そして、かかる操作部４１への操作によって、操作部４１が回転軸Ａに沿って移動し、それに伴う解放板５０の移動などによって回転シャフト１７の回転の規制が解除される。
そこで、本実施形態にあっては、操作部４１の端部、具体的にはねじ部４１ｂの端部に検出用マグネット６２が設けられ、かかる検出用マグネット６２と対向する位置に解除検出センサ６１が配置されるようにした。なお、解除検出センサ６１は、ケース部３０内に設けられた基板６０に搭載される。
これにより、解除検出センサ６１は、操作部４１が操作され、検出用マグネット６２ととともに操作部４１が離間する方向へ移動した場合に、規制解除部４０によって回転シャフト１７の回転の規制が解除されたことを検出することができる。具体的には、解除検出センサ６１は、操作部４１が離間する方向への移動を検出した場合に、規制解除部４０による回転シャフト１７の回転の規制の解除を示す解除信号を出力する。
また、解除検出センサ６１は、回転シャフト１７の回転軸Ａと同軸上に配置されるようにした。これにより、回転シャフト１７の回転軸Ａ上にあるスペースを有効に利用できるとともに、車輪モジュール２００の径方向に対する小型化を図ることが可能となる。
回転角センサ７１は、回転シャフト１７の回転角を検出する。例えば、回転角センサ７１は、ホールＩＣなどを含み、検出用マグネット７２の回転に伴う磁束の変化を検出することで、検出用マグネット７２の回転角を検出するエンコーダである。
詳しくは、回転シャフト１７において、第２解放板５２のシャフト用挿通孔５５に挿通された端部に検出用マグネット７２が設けられ、かかる検出用マグネット７２と対向する位置、言い換えれば、回転シャフト１７と同軸上に回転角センサ７１が配置されるようにした。
これにより、回転角センサ７１は、回転シャフト１７の回転角を検出することができ、検出された回転シャフト１７の回転角を示す回転角信号を出力する。
このように、回転角センサ７１は、回転シャフト１７の回転軸Ａと同軸上に配置されることから、回転シャフト１７の回転軸Ａ上にあるスペースを有効に利用できるとともに、車輪モジュール２００の径方向に対する小型化を図ることが可能となる。
また、回転角センサ７１は、基板６０に搭載される。すなわち、解除検出センサ６１および回転角センサ７１は、同一の基板６０に設けられる。詳しくは、基板６０は、回転シャフト１７と操作部４１との間に配置されるとともに、２つの主面６０ａ，６０ｂのうち、一方の主面６０ａに解除検出センサ６１が設けられ、一方の主面６０ａとは反対側の他方の主面６０ｃに回転角センサ７１が設けられる。
これにより、解除検出センサ６１と回転角センサ７１とで、基板６０を共有化できるとともに、共有化によって不要となる基板の分だけ、車輪モジュール２００を小型にすることができる。
また、解除検出センサ６１と回転角センサ７１とがともに、回転シャフト１７の回転軸Ａと同軸上に配置されることから、回転シャフト１７の回転軸Ａ上にあるスペースをより一層有効に利用できるとともに、車輪モジュール２００の径方向に対するさらなる小型化を図ることが可能となる。
なお、図示は省略するが、車輪モジュール２００は、解除検出センサ６１や回転角センサ７１以外の各種センサ８１（図７参照）を備えてもよい。各種センサ８１は、例えば車輪モジュール２００の駆動制御に用いられるセンサである。各種センサ８１としては、ユーザからの始動要求を検出するセンサや、台車１００が他の台車１００に追従して自走する機能を有する場合に他の台車１００との間の距離を検出するセンサなどを含むが、これらに限定されるものではない。各種センサ８１は、検出された情報を示す信号を出力する。
＜制御システムの構成＞
次いで、本実施形態に係る車輪モジュール２００の制御システムについて説明する。図７は、本実施形態に係る車輪モジュール２００の制御システムＳの機能的構成を示すブロック図である。
図７に示すように、制御システムＳは、制御装置８０と、駆動部１２と、ブレーキ部２０とを備える。制御装置８０は、解除検出センサ６１と、回転角センサ７１と、各種センサ８１と、制御部９０とを備える。
解除検出センサ６１は、規制解除部４０による回転シャフト１７の回転の規制の解除が検出された場合、解除信号を制御部９０へ出力する。回転角センサ７１は、回転シャフト１７の回転角が検出された場合、回転角信号を制御部９０へ出力する。各種センサ８１は、検出された情報を示す信号を制御部９０へ出力する。
制御部９０は、例えばＣＰＵなどを有するマイクロコンピュータである。制御部９０は、解除検出センサ６１などから出力された種々の信号に基づいて、駆動部１２やブレーキ部２０を制御する。
例えば、制御部９０は、回転角センサ７１からの回転角信号に基づいて、駆動部１２やブレーキ部２０へ駆動指令を出力する制御を行うことで、台車１００の速度や位置などを制御することができる。
ところで、上記した規制解除部４０は、例えば、ブレーキ部２０へ通電できないような故障やバッテリ切れ等が発生した場合、ブレーキ部２０が回転シャフト１７の回転を規制した状態で固定されるため、手動操作によって回転シャフト１７の回転の規制を解除する。そのため、例えば、手動操作による回転規制の解除がなされた状態のまま、駆動部１２を再度駆動させてしまうと、電磁ブレーキがかからないため、回転シャフト１７の回転が規制されず、停止できないおそれがあった。
そこで、本実施形態に係る制御部９０は、解除検出センサ６１から解除信号が出力されているか否かを判定し、判定結果に基づいて駆動部１２を制御するようにした。例えば、制御部９０は、解除検出センサ６１から解除信号が出力されていると判定された場合、駆動部１２の駆動を制限することができる。
なお、駆動部１２の駆動の制限には、例えば、台車１００の上限速度を下げる、最大旋回角度を狭くするなどの制限を設けることに限られるものではなく、駆動部１２での駆動の禁止が含まれてもよい。
このように、手動操作による回転規制の解除がなされた状態のままのときの、駆動部１２の駆動を制限することで、車輪モジュール２００を備えた台車１００の安全性を向上させることができる。
なお、制御部９０は、解除検出センサ６１から解除信号が出力されていると判定された場合、手動操作による回転規制の解除がなされていることをユーザに対して通知するようにしてもよい。
＜制御装置の制御処理＞
次に、制御装置における具体的な処理手順について図８を用いて説明する。図８は、制御装置８０が実行する処理手順を示すフローチャートである。
図８に示すように、制御装置８０の制御部９０は、回転角センサ７１の回転角度信号などに基づいて、駆動部１２などへの駆動指令が出力されたか否かを判定する（ステップＳ１０）。制御部９０は、駆動指令が出力されたと判定されない場合（ステップＳ１０，Ｎｏ）、以降の処理をスキップする。
制御部９０は、駆動指令が出力されたと判定された場合（ステップＳ１０，Ｙｅｓ）、解除検出センサ６１から解除信号があるか否かを判定する（ステップＳ１１）。制御部９０は、解除信号がないと判定された場合（ステップＳ１１，Ｎｏ）、駆動指令に応じて駆動部１２を制御する、言い換えると、通常制御（モータ駆動）を行う（ステップＳ１２）。他方、制御部９０は、解除信号があると判定された場合（ステップＳ１１，Ｙｅｓ）、駆動部１２の駆動の制限（モータ駆動制限）を行う（ステップＳ１３）。
上述したように、第１の実施形態に係る車輪モジュール２００は、ブレーキ部２０と、規制解除部４０と、解除検出センサ６１とを備える。ブレーキ部２０は、ホイール１１を回転させる駆動部１２の回転シャフト１７とともに回転するブレーキディスク（回転体）２１と、ブレーキディスク２１と摺接して回転シャフト１７の回転を規制する摩擦板（摩擦体）２２と、摩擦板２２をブレーキディスク２１側へ付勢するばね部材（付勢体）と、通電によってばね部材２５の付勢力に抗して摩擦板２２をブレーキディスク２１から離間させて回転シャフト１７の回転の規制を解除する電磁コイル２６とを備える。規制解除部４０は、手動操作によって回転シャフト１７の回転の規制を解除する。解除検出センサ６１は、規制解除部４０によって回転シャフト１７の回転の規制が解除されたことを検出する。これにより、手動操作によって回転シャフト１７の回転の規制が解除されたときに適した駆動部１２の制御などを行うことが可能となり、よって安全性を向上させることができる。
＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同様の部分については、既に説明した部分と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図９は、第２の実施形態に係る車輪モジュール２００の操作部４１付近の斜視図である。図１０は、図９のＸ－Ｘ線断面図であり、また、軸方向に沿った操作部４１の断面図である。
図９および図１０に示すように、第２の実施形態に係る操作部４１は、第１の実施形態のねじ機構に代えて、ワイヤ機構３００を含む。ワイヤ機構３００は、ワイヤ部３１０と、カバー３１１と、ワイヤ用ばね部材３１２とを備える。
図１０に示すように、ワイヤ部３１０は、アウターチューブ３１０ａと、アウターチューブ３１０ａの内部に挿設されたインナーワイヤ３１０ｂとを備える。インナーワイヤ３１０ｂの一端３１０ｂ１は、ねじ部３１４を介して操作部４１の頭部４１ａに接続される。
また、図示は省略するが、インナーワイヤ３１０ｂの他端は、例えば取っ手１２０付近などユーザの操作し易い位置まで延在してもよい。また、取っ手１２０付近にハンドルを設け、ハンドルがユーザによって握られることで、インナーワイヤ３１０ｂを引っ張ることができるようにしてもよい。
カバー３１１は、インナーワイヤ３１０ｂの一端３１０ｂ１およびワイヤ用ばね部材３１２を収容するとともに、ケース部３０に固定される。ワイヤ用ばね部材３１２は、カバー３１１内において、操作部４１をケース部３０側、言い換えると、第１解放板５１が第２解放板５２の受け部５２ａ（図９参照）を押圧する側へ付勢する。
そして、例えば、インナーワイヤ３１０ｂがユーザによって矢印Ｄ１１の方向に引っ張られると、操作部４１の頭部４１ａとともに第１解放板５１が、ワイヤ用ばね部材３１２の付勢力に抗する向き、すなわち、第２解放板５２の受け部５２ａを押圧しなくなる向きへ移動する。これにより、第２解放板５２が移動して、ばね部材２５の第１摩擦板２２ａへの付勢力は解放され、回転シャフト１７の回転の規制が解除されることは既に述べた通りである（図６参照）。
このように、第２の実施形態にあっては、操作部４１は、ワイヤ機構３００を含むようにした。これにより、例えばワイヤ部３１０のインナーワイヤ３１０ｂを引っ張るだけで、規制解除部４０を操作でき、ユーザの操作を容易にすることが可能となる。
また、インナーワイヤ３１０ｂの他端を、例えば台車１００の取っ手１２０付近に延在することも可能となり、操作性の向上を図ることも可能である。
＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態について説明する。図１１は、第３の実施形態に係る車輪モジュール２００の操作部４１付近の斜視図である。図１２は、図１１のXII－XII線断面図であり、また、軸方向に沿った操作部４１の断面図である。
図１１および図１２に示すように、第３の実施形態に係る操作部４１は、第１の実施形態のねじ機構に代えて、リンク機構４００を含む。リンク機構４００は、ワイヤ部４１０と、フランジ部４１１と、ばね部材４１２と、リンクとして機能する第１解放板５１と、軸部４１３とを備える。
図１１に示すように、ワイヤ部４１０は、第２の実施形態のワイヤ部３１０と同様、アウターチューブ４１０ａと、インナーワイヤ４１０ｂとを備える。インナーワイヤ４１０ｂの一端４１０ｂ１は、第１解放板５１の基端部５１ａに接続される。なお、インナーワイヤ４１０ｂの他端は、第２の実施形態と同様、例えば取っ手１２０付近などユーザの操作し易い位置まで延在してもよい。
フランジ部４１１は、ケース部３０内において、操作部４１の先端側に取り付けられる。ばね部材４１２は、フランジ部４１１とケース部３０との間に介挿され、操作部４１をケース部３０側、言い換えると、第１解放板５１が第２解放板５２の受け部５２ａ（図１１参照）を押圧する側へ付勢する。
図１１に示すように、第１解放板５１は、上記した基端部５１ａおよび側壁部５１ｂに加え、延在部５１ｃを備える。延在部５１ｃは、側壁部５１ｂの先端部５１ｂ１から第２解放板５２の受け部５２ａへ延在する。第３の実施形態に係る側壁部５１ｂの先端部５１ｂ１には、ケース部３０に設けられた軸部４１３が配置される。
かかる軸部４１３は、軸方向が回転軸Ａと直交するシャフト４１３ａを備える。そして、図１２に破線で示すように、側壁部５１ｂの先端部５１ｂ１と延在部５１ｃとが接続する部位には、シャフト４１３ａが挿通される長孔５１ｄが形成される。これにより、側壁部５１ｂおよび延在部５１ｃは、シャフト４１３ａが長孔５１ｄ内を移動することで、シャフト４１３ａに対して回転軸Ａに沿ってスライド可能とされる。なお、延在部５１ｃの端部５１ｃ１は、第２解放板５２の受け部５２ａと当接し、ばね部材４１２の付勢力によって第２解放板５２の受け部５２ａを押圧している。
そして、例えば、インナーワイヤ４１０ｂがユーザによって矢印Ｄ２１の方向に引っ張られると、第１解放板５１の基端部５１ａと操作部４１が、ばね部材４１２の付勢力に抗する向き、すなわち、第２解放板５２の受け部５２ａを押圧しなくなる向きへ移動する。
詳しくは、第１解放板５１の基端部５１ａの移動に伴い、側壁部５１ｂおよび延在部５１ｃもシャフト４１３ａに対して回転軸Ａと平行な方向に沿ってスライドする、具体的には図１２で左方へスライドする。
かかるスライドにより、延在部５１ｃは第２解放板５２の受け部５２ａを押圧しなくなる。これにより、第２解放板５２が移動して、ばね部材２５の第１摩擦板２２ａへの付勢力は解放され、回転シャフト１７の回転の規制が解除されることは既に述べた通りである（図６参照）。
このように、第３の実施形態にあっては、操作部４１は、リンク機構４００を含むようにしたので、操作部４１の操作によって第２解放板５２を確実に移動させることができ、よって回転シャフト１７の回転の規制の解除もより確実に行うことができる。なお、その他の効果は、従前の実施形態と同様であるため、記載を省略する。
なお、上記した各実施形態では、摩擦板２２は、ブレーキディスク２１を第１摩擦板２２ａと第２摩擦板２２ｂとで挟むように構成したが、これに限定されるものではなく、例えば、複数種類の形状に形成された摩擦体を積層させる多板式などその他の摩擦板であってもよい。
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
１１ ホイール、１２ 駆動部、１７ 回転シャフト、２０ ブレーキ部、２１ ブレーキディスク、２２ 摩擦板、２５ ばね部材、２６ 電磁コイル、４０ 規制解除部、６１ 解除検出センサ、２００ 車輪モジュール

Claims (13)

  1. ホイールを回転させる駆動部の回転シャフトとともに回転する回転体と、前記回転体と摺接して前記回転シャフトの回転を規制する摩擦体と、前記摩擦体を前記回転体側へ付勢する付勢体と、通電によって前記付勢体の付勢力に抗して前記摩擦体を前記回転体から離間させて前記回転シャフトの回転の規制を解除する電磁コイルとを備えるブレーキ部と、
    手動操作によって前記回転シャフトの回転の規制を解除する規制解除部と、
    前記規制解除部によって前記回転シャフトの回転の規制が解除されたことを検出する解除検出センサと、
    前記回転シャフトの回転角を検出する回転角センサと、
    を備え、
    前記解除検出センサ及び前記回転角センサは、同一の基板に設けられる、
    車輪モジュール。
  2. 前記回転角センサは、
    前記回転シャフトの回転軸と同軸上に配置される、請求項１に記載の車輪モジュール。
  3. ホイールを回転させる駆動部の回転シャフトとともに回転する回転体と、前記回転体と摺接して前記回転シャフトの回転を規制する摩擦体と、前記摩擦体を前記回転体側へ付勢する付勢体と、通電によって前記付勢体の付勢力に抗して前記摩擦体を前記回転体から離間させて前記回転シャフトの回転の規制を解除する電磁コイルとを備えるブレーキ部と、
    手動操作によって前記回転シャフトの回転の規制を解除する規制解除部と、
    前記規制解除部によって前記回転シャフトの回転の規制が解除されたことを検出する解除検出センサと、
    前記解除検出センサから、前記規制解除部による前記回転シャフトの回転の規制の解除を示す解除信号が出力されているか否かを判定し、判定結果に基づいて前記駆動部を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記解除検出センサから前記解除信号が出力されていると判定された場合、前記駆動部の駆動を制限する、
    車輪モジュール。
  4. ホイールを回転させる駆動部の回転シャフトとともに回転する回転体と、前記回転体と摺接して前記回転シャフトの回転を規制する摩擦体と、前記摩擦体を前記回転体側へ付勢する付勢体と、通電によって前記付勢体の付勢力に抗して前記摩擦体を前記回転体から離間させて前記回転シャフトの回転の規制を解除する電磁コイルとを備えるブレーキ部と、
    手動操作によって前記回転シャフトの回転の規制を解除する規制解除部と、
    前記規制解除部によって前記回転シャフトの回転の規制が解除されたことを検出する解除検出センサとを備え、
    前記規制解除部は、
    操作部と、
    前記操作部に接続されるとともに、前記操作部に対する手動操作によって前記付勢体の前記摩擦体への付勢力を解放することで、前記回転シャフトの回転の規制を解除する解放板と、
    を備える、車輪モジュール。
  5. 前記解放板は、
    基端部が前記操作部に接続され、前記操作部に対する手動操作に応じて移動自在な第１解放板と、
    前記第１解放板の先端部と当接する受け部と、前記受け部とともに前記第１解放板の移動方向に沿って移動自在であって、前記付勢体において前記摩擦体を付勢する方向とは反対側の方向に配置されて前記付勢体を押圧する押圧部とを含む第２解放板と
    を備え、
    前記第１解放板は、
    前記操作部に対する手動操作によって、前記基端部が前記第２解放板の前記受け部から離間する方向へ移動させられ、
    前記第２解放板は、
    前記第１解放板の移動に応じて前記押圧部が前記付勢体を押圧する方向とは反対側の方向へ移動させられることで、前記付勢体の前記摩擦体への付勢力を解放し、前記回転シャフトの回転の規制を解除する、請求項４に記載の車輪モジュール。
  6. 前記ブレーキ部を収容するケース部をさらに備え、
    前記第１解放板は、前記ケース部の外部に設けられる、
    請求項５に記載の車輪モジュール。
  7. 前記操作部は、ねじ機構を含む、請求項４乃至６のいずれか一つに記載の車輪モジュール。
  8. 前記操作部は、
    ワイヤ機構を含む、請求項４乃至６のいずれか一つに記載の車輪モジュール。
  9. 前記操作部は、
    リンク機構を含む、請求項４乃至６のいずれか一つに記載の車輪モジュール。
  10. 前記解除検出センサは、
    前記回転シャフトの回転軸と同軸上に配置される、請求項１乃至９のいずれか１つに記載の車輪モジュール。
  11. 請求項１乃至１０のいずれか一つに記載の車輪モジュールを備える、移動機構。
  12. 請求項１乃至１０のいずれか一つに記載の車輪モジュールの制御方法であって、
    前記解除検出センサから、前記規制解除部による前記回転シャフトの回転の規制の解除を示す解除信号が出力されているか否かを判定する判定工程と、
    前記判定工程における判定結果に基づいて前記駆動部を制御する制御工程と
    を含む、車輪モジュールの制御方法。
  13. 前記制御工程は、
    前記判定工程によって前記解除信号が出力されていると判定された場合、前記駆動部の駆動を制限する、請求項１２に記載の車輪モジュールの制御方法。
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