(57)【要約】【課題】接地点からの床反力を検出する構造を、キャスタ装置に適用する。【解決手段】支持枠２２と基体１０との間に介挿され、車輪２１が受ける床反力を検出する感圧センサ３１と、基体１０に向けて支持枠２２を付勢する付勢構造３２と、備える。この付勢構造３２は、上板２２ｃの四隅に設けられており、夫々、上板２２ｃに形成された貫通穴３３と、この貫通穴３３に挿通した状態で上端が基体１０の下面に螺合され下端に拡径した頭部３４ａが形成されたストリッパボルト３４と、このストリッパボルト３４に挿通され頭部３４ａと上板２２ｃとの間で弾発力を発生するコイルばね３５と、このコイルばね３５と上板２２ｃとの間に介在するようにストリッパボルト３４に外嵌されたリニアブッシュ３６と、で構成される。【選択図】図４
2010006157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪と、該車輪を回転可能に支持する支持部材とを備え、
前記支持部材が所定の被取付部材に固定されるキャスタ装置であって、
前記支持部材と前記被取付部材との間に介挿され、前記車輪が受ける床反力を検出する検出手段と、前記被取付部材に向けて前記支持部材を付勢する付勢構造と、を備えることを特徴とするキャスタ装置。
【請求項２】
前記付勢構造は、前記支持部材に形成される貫通穴と、該貫通穴に挿通した状態で一端が前記被取付部材に固定され他端側に拡径部が形成された軸部材と、該軸部材に挿通され前記拡径部と前記支持部材との間で弾発力を発生する弾性部材と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のキャスタ装置。
【請求項３】
前記付勢構造は、前記支持部材と前記弾性部材との間に介在するように前記軸部材に外嵌されたリニアブッシュを備えることを特徴とする請求項２に記載のキャスタ装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載のキャスタ装置を備えることを特徴とする車輪式ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャスタ装置、及びこれを備えた車輪式ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒューマノイド型の脚式移動ロボットとして、上体と、この上体に第１の関節を介して連結される複数本の脚部と、この脚部の先端に第２の関節を介して連結される足部と、第２の関節と足部の接地端との間に配設された弾性体の内部及び弾性体の付近の少なくとも何れかに設けられ、第２の関節に対する足部の接地端の変位を検出する変位センサと、この変位センサの出力に基づいて足部に作用する床反力を算出する床反力算出部と、を備えたものがある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３７２６０５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の特許文献１に記載された従来技術は、接地点からの床反力を検出する構造が、脚式移動ロボットに限定されているため、キャスタによって移動する車輪式ロボットへの適用が難しい。
本発明の課題は、接地点からの床反力を検出する構造を、キャスタ装置に適用することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
〔発明１〕  この発明１に係るキャスタ装置は、車輪と、該車輪を回転可能に支持する支持部材とを備え、前記支持部材が所定の被取付部材に固定されるキャスタ装置であって、前記支持部材と前記被取付部材との間に介挿され、前記車輪が受ける床反力を検出する検出手段と、前記被取付部材に向けて前記支持部材を付勢する付勢構造と、を備える。
このような構成であれば、車輪が接地点から受ける床反力が支持部材を介して検出手段に伝達されるので確実に検出される。また、車輪が非接地状態にあるとしても、被取付部材に対する支持部材のガタつきが抑制され、検出手段に所定の予圧が与えられるので、検出誤差が抑制される。
なおここで、キャスタ装置とは、自由に方向が変わる車輪だけではなく、方向が固定された車輪をも含むものである。
【０００５】
〔発明２〕  この発明２に係るキャスタ装置は、発明１において、前記付勢構造は、前記支持部材に形成される貫通穴と、該貫通穴に挿通した状態で一端が前記被取付部材に固定され他端側に拡径部が形成された軸部材と、該軸部材に挿通され前記拡径部と前記支持部材との間で弾発力を発生する弾性部材と、を備える。
このような構成であれば、被取付部材に対する支持部材のガタつきが確実に抑制される。また、弾性部材の種類や数量の選定次第で、検出手段に対して任意の予圧を与えることが可能となる。
【０００６】
〔発明３〕  この発明３に係るキャスタ装置は、発明２において、前記付勢構造は、前記支持部材と前記弾性部材との間に介在するように前記軸部材に外嵌されたリニアブッシュを備える。
このような構成であれば、軸部材の傾き、及び軸部材に対する支持部材のガタつきが抑制されるので、車輪の安定した支持が可能となる。
【０００７】
〔発明４〕  この発明４に係る車輪式ロボットは、発明１〜３の何れか一つに記載のキャスタ装置を備える。
【発明の効果】
【０００８】
発明１に係るキャスタ装置によれば、車輪が接地点から受ける床反力が支持部材を介して検出手段に伝達されるので確実に検出することができる。また、車輪が非接地状態にあるとしても、被取付部材に対する支持部材のガタつきが抑制され、検出手段に所定の予圧が与えられるので、検出誤差を抑制することができる。
【０００９】
発明２に係るキャスタ装置によれば、被取付部材に対する支持部材のガタつきを確実に抑制することができる。また、弾性部材の種類や数量の選定次第で、検出手段に対して任意の予圧を与えることができる。
【００１０】
発明３に係るキャスタ装置によれば、軸部材の傾き、及び軸部材に対する支持部材のガタつきを抑制することができるので、車輪を安定して支持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔一実施形態〕
先ず、本実施形態の構成について説明する。
図１は、車輪式ロボットの正面図であり、図２は、その側面図である。
車輪式ロボット１００は、略直方体の基体１０と、この基体１０の下面に回転可能な状態で設けられた駆動キャスタ２０及び従動キャスタ４０と、基体１０の背面上部に設けられたハンドル６０と、を備えている。駆動キャスタ２０は、前後方向の略中央で、左右の両端側に配設され、従動キャスタ４０は、左右方向の略中央で、前後の両端側に配設されており、車輪式ロボット１００は、計４輪で接地している。
【００１２】
図３は、駆動キャスタ２０の正面図である。
駆動キャスタ２０は、車輪２１と、この車輪２１を回転可能に支持する支持枠２２と、を備えており、この支持枠２２が基体１０の下面に固定されている。
支持枠２２は、車輪２１を挟んで対向する略垂直な一対の側板２２ａ、２２ｂと、これら一対の側板２２ａ、２２ｂの上端同士を連結した略水平な上板２２ｃと、で構成されている。一対の側板２２ａ、２２ｂには、車輪２１と共に回転する車軸２３が軸支されており、この車軸２３には、基体内側の側板２２ｂと車輪２３との間に、従動プーリ２４が固定されている。一方、基体内側の側板２２ｂには、車軸２３と略平行な回転軸２５ａを有する電動モータ２５が固定されており、その回転軸２５ａには、従動プーリ２４と周方向に対向する駆動プーリ２６が固定されている。これら従動プーリ２４と駆動プーリ２６とに、図示しないタイミングベルトやＶベルトを掛けることで、電動モータ２５の動力を車輪２１に伝達する。なお、動力伝達は、歯車やチェーンであってもよい。
【００１３】
図４は、駆動キャスタ２０の床反力検出構造を示す概略図である。
図５は、上板２２ｃの平面図である。
支持枠２２の上板２２ｃと基体１０との間には、車輪２１が受ける床反力を検出する感圧センサ３１が介挿されている。例えば、圧力の増加に伴って、電気的抵抗値が減少する高分子厚膜フィルム（ＰＴＦ：Polymer Thick Film）などである。
【００１４】
駆動キャスタ２０は、感圧センサ３１に対して予圧を与えるために、基体１０に向けて支持枠２２を付勢する付勢構造３２を備えている。
付勢構造３２は、上板２２ｃの四隅に設けられており（図５参照）、夫々、上板２２ｃに形成された貫通穴３３と、この貫通穴３３に挿通した状態で上端が基体１０の下面に螺合され下端に拡径した頭部３４ａが形成されたストリッパボルト３４と、このストリッパボルト３４に挿通され頭部３４ａと上板２２ｃとの間で弾発力を発生するコイルばね３５と、このコイルばね３５と上板２２ｃとの間に介在するようにストリッパボルト３４に外嵌されたリニアブッシュ３６と、で構成される。すなわち、支持枠２２は、上板２２ｃがリニアブッシュ３６及びワッシャ３８を介してコイルばね３５の上端に支持され、コイルばね３５は、下端がストリッパボルト３４の頭部３４ａに支持され、ストリッパボルト３４は、上端が基体１０に支持されている。リニアブッシュ３６は、フランジを介して上板２２ｃに固定されており、ストリッパボルト３４を軸方向に摺動自在の状態で保持している。
【００１５】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
車輪式ロボット１００は、電動モータ２５が駆動されると、その動力が駆動キャスタ２０に伝達され、車輪２１の回転に応じて走行することができる。ところで、スロープや小さな段差のある環境で走行するには、車輪２１が受ける床反力を検出し、車輪式ロボット１００の重心を特定する必要がある。
【００１６】
本実施形態では、支持枠２２と基体１０との間に、感圧センサ３１が介挿されているので、車輪２１が接地点から受ける床反力が支持枠２２を介して感圧センサ３１に伝達されるので確実に検出することができる。
また、付勢構造３２によって基体１０に対して支持枠２２を付勢しているので、車輪２１が非接触状態にあるとしても、基体１０に対する支持枠２２のガタつきが抑制され、感圧センサ３１に所定の予圧が与えられるので、検出誤差を抑制することができる。
【００１７】
また、付勢構造３２は、上板２２ｃに形成された貫通穴３３と、この貫通穴３３に挿通した状態で上端が基体１０の下面に螺合され下端に拡径した頭部３４ａが形成されたストリッパボルト３４と、このストリッパボルト３４に挿通され頭部３４ａと上板２２ｃとの間で弾発力を発生するコイルばね３５と、で構成されている。これにより、コイルばね３５の弾発力に応じて、基体１０に対する支持枠２２のガタつきを確実に抑制することができる。また、コイルばね３５の弾発力次第で、感圧センサ３１に対して任意の予圧を与えることができる。
【００１８】
また、コイルばね３５と上板２２ｃとの間に介在するようにストリッパボルト３４に外嵌されたリニアブッシュ３６を備えたことで、ストリッパボルト３４の傾き、及びストリッパボルト３４に対する支持枠２２のガタつきを抑制することができるので、車輪を安定して支持することができる。
以上より、支持枠２２が「支持部材」に対応し、基体１０が「被取付部材」に対応し、感圧センサ３１が「検出手段」に対応し、ストリッパボルト３４が「軸部材」に対応し、頭部３４ａが「拡径部」に対応し、コイルばね３５が「弾性部材」に対応している。
【００１９】
〔他の変形例〕
なお、本実施形態では、リニアブッシュ３６を備えているが、これに限定されるものではなく、コイルばね３５の上端を支持枠２２の上板２２ｃに当接させれば、リニアブッシュ３６を省略してもよい。
また、本実施形態では、駆動キャスタ２０を基体１０に固定しているが、これに限定されるものではなく、基体１０に支持された脚部があれば、この脚部に固定してもよい。すなわち、駆動キャスタ２０は、基体１０の本体であれ肢体であれ、被取付部材に固定されるものであれば、如何なる構造にも適用することができる。
【００２０】
また、本実施形態では、感圧センサ３１で床反力を検出しているが、これに限定されるものではなく、ロードセルや歪ゲージなど、任意の検出手段を採用してもよい。
また、本実施形態では、コイルばね３５によって支持枠２２を付勢しているが、これに限定されるものではなく、皿ばねによって支持枠２２を付勢してもよい。これによれば、皿ばねの枚数や重ね方向によって、弾発力の調整を容易に行うことができる。さらに、ウレタンスプリングのような、ある程度のばね性を有する弾性体によって、支持枠２２を付勢してもよい。
【００２１】
また、支持枠２２やストリッパボルト３４についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、他の形状に変更してもよい。
また、本実施形態では、接地点から受ける床反力を、駆動キャスタ２０だけで検出しているが、これに限定されるものではなく、勿論、従動キャスタ４０で検出してもよい。
また、本実施形態では、駆動キャスタ２０を備えた車輪式ロボット１００について説明したが、これに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、如何なる構造にも適用することができる。例えば、台車、荷台、椅子、自転車、車椅子などのキャスタとして適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】車輪式ロボットの正面図である。
【図２】車輪式ロボットの側面図である。
【図３】駆動キャスタの正面図である。
【図４】駆動キャスタの床反力検出構造を示す概略図である。
【図５】上板の平面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１００      車輪式ロボット
１０        基体
２０        駆動キャスタ
２１        車輪
２２        支持枠
２２ａ      上板
２３        車軸
２４        従動プーリ
２５        電動モータ
２６        駆動プーリ
３１        感圧センサ
３２        付勢構造
３３        貫通穴
３４        ストリッパボルト
３５        コイルばね
３６        リニアブッシュ
３８        ワッシャ
【図１】
2010006157.tif 000003
【図２】
2010006157.tif 000004
【図３】
2010006157.tif 000005
【図４】
2010006157.tif 000006
【図５】
2010006157.tif 000007