(57)【要約】【課題】ロボット本体に駆動輪および操舵輪を備え、この操舵輪をカム機構によって制御し、走行方向を自在に制御できる走行方向自在制御ロボットを提供する。【解決手段】ロボット本体１の第１の回転出力軸７に設けられた駆動輪１１と操舵輪１４と、ロボット本体１に設けられ、第２の回転出力軸８からの回転によって駆動するラック・ピニオン機構１２と、ラック・ピニオン機構１２によって直線移動するカムホルダー２８と、カムホルダー２８に設けられ、該カムホルダーの長手方向に亘って複数種類のカム形状を形成する１個もしくは複数個のカム駒３２と、カム駒３２のカム面に追従してカムホルダー２８の直線移動方向と直交する方向に直線移動するカムフォロア２６と、カムフォロア２６の直線移動を操舵輪１４に伝達し、カム駒３２のカム形状に応じて操舵輪１４を操舵してロボット本体１の走行方向を制御する操舵力伝達機構とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ぜんまい又は小型モータを駆動源とするギア機構を備え、少なくとも第１の回転出力軸および第２の回転出力軸を有するロボット本体と、
前記ロボット本体に設けられ、前記第１の回転出力軸からの回転によって駆動して該ロボット本体を走行させる駆動輪と、
前記ロボット本体に設けられ、該ロボット本体の走行方向を制御する操舵輪と、
前記ロボット本体に設けられ、前記第２の回転出力軸からの回転によって駆動するラック・ピニオン機構と、
前記ロボット本体に設けられ、前記ラック・ピニオン機構によって直線移動するカムホルダーと、
前記カムホルダーに着脱交換可能に設けられ、該カムホルダーの長手方向に亘って複数種類のカム形状を形成する１個もしくは複数個のカム駒と、
前記ロボット本体に設けられ、前記カム駒のカム面に追従して前記カムホルダーの直線移動方向と直交する方向に直線移動するカムフォロアと、
前記カムフォロアの直線移動を前記操舵輪に伝達し、前記カム駒のカム形状に応じて前記操舵輪を操舵して前記ロボット本体の走行方向を制御する操舵力伝達機構と、
を具備したことを特徴とする走行方向自在制御ロボット。
【請求項２】
前記カムホルダーは、長方形状のプレートであり、その長手方向に沿って前記ラック・ピニオン機構のラックおよび１個もしくは複数個のホルダー部を有し、このホルダー部には前記カム駒が個々に着脱可能であることを特徴とする請求項１記載の走行方向自在制御ロボット。
【請求項３】
前記カム駒は、シート状の基材の長手方向に沿う一側縁に複数のカム形状を一連的にカットしたオリジナルカムシートであり、前記カムホルダーに着脱可能であることを特徴とする請求項１記載の走行方向自在制御ロボット。
【請求項４】
前記カム駒は、前記カムホルダーに対して係合される基部と、前記カムフォロアに対して接触するカム面を有する先端部と、隣接するカム駒相互とラップするラップ接合部を有する両側部とからなることを特徴とする請求項１記載の走行方向自在制御ロボット。
【請求項５】
前記駆動輪を有する第１の回転出力軸には、該第１の回転出力軸に設けられたラチェットホイールと、このラチェットホイールの爪部と掛合する爪部を有するラチェットレバーと、このラチェットレバーに重力を付与し、前記ラチェットホイールおよび第１の回転出力軸を介して前記駆動輪に制動を与えて速度調整するウエイトとからなる調速機構をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の走行方向自在制御ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、小学生、中学生等の実習授業において教材として、あるいは玩具として用いられる走行方向自在制御ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
小学生高学年、中学生の実習授業においては、生徒全員が同一キットから同一のものを製作する方向から生徒一人一人の発想によって自由に製作し、生徒個人個人の発想力を高める方向に移りつつある。
【０００３】
例えば、ロボット等を製作する教材キットにおいては、ベース板、バッテリー、小型モータ及び減速ギアを内蔵したギアボックス、リンクやアームを構成するレバー、固定ねじ、ナット等がセットされている。生徒は、個人の発想によってベース板に対してギアボックスの取付け位置を設定し、固定ねじによってベース板にギアボックスを固定したり、ギアボックスから突出する出力軸にレバーを連結してクランク機構を構成して歩行ロボットの模型や自走車両模型を製作している。
【０００４】
しかし、小型モータ及び減速ギアを内蔵したギアボックス単体では、ロボットを製作するにしても、動作が限られるとともに、単純な動作しかできないという問題がある。そこで、本出願人は、複数個のギアボックスを縦横方向、直角方向等任意にしかも簡単に結合でき、さらに、ギアボックス相互の動力伝達ができるとともに、ナットを用いることなく、ベースに対してギアボックスを固定ねじだけで簡単に固定できる教材用ギアボックスキットを出願している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２５８１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の教材用ギアボックスキットは、ギアボックスから突出している出力軸の方向および回転比が決められているために、出力軸から動力を取出してリンクやアームを駆動する場合に、方向および回転比が限定されてしまう。
【０００７】
本発明は、前記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、ロボット本体に駆動輪および操舵輪を備え、この操舵輪をカム機構によって制御し、走行方向を自在に制御できる走行方向自在制御ロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前述した目的を達成するために、請求項１は、ぜんまい又は小型モータを駆動源とするギア機構を備え、少なくとも第１の回転出力軸および第２の回転出力軸を有するロボット本体と、前記ロボット本体に設けられ、前記第１の回転出力軸からの回転によって駆動して該ロボット本体を走行させる駆動輪と、前記ロボット本体に設けられ、該ロボット本体の走行方向を制御する操舵輪と、前記ロボット本体に設けられ、前記第２の回転出力軸からの回転によって駆動するラック・ピニオン機構と、前記ロボット本体に設けられ、前記ラック・ピニオン機構によって直線移動するカムホルダーと、前記カムホルダーに着脱交換可能に設けられ、該カムホルダーの長手方向に亘って複数種類のカム形状を形成する１個もしくは複数個のカム駒と、前記ロボット本体に設けられ、前記カム駒のカム面に追従して前記カムホルダーの直線移動方向と直交する方向に直線移動するカムフォロアと、前記カムフォロアの直線移動を前記操舵輪に伝達し、前記カム駒のカム形状に応じて前記操舵輪を操舵して前記ロボット本体の走行方向を制御する操舵力伝達機構と、を具備したことを特徴とする走行方向自在制御ロボットにある。
【０００９】
請求項２は、請求項１の前記カムホルダーは、長方形状のプレートであり、その長手方向に沿って前記ラック・ピニオン機構のラックおよび１個もしくは複数個のホルダー部を有し、このホルダー部には前記カム駒が個々に着脱可能であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３は、請求項１の前記カム駒は、シート状の基材の長手方向に沿う一側縁に複数のカム形状を一連的にカットしたオリジナルカムシートであり、前記カムホルダーに着脱可能であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４は、請求項１の前記カム駒は、前記カムホルダーに対して係合される基部と、前記カムフォロアに対して接触するカム面を有する先端部と、隣接するカム駒相互とラップするラップ接合部を有する両側部とからなることを特徴とする。
【００１２】
請求項５は、請求項１の前記駆動輪を有する第１の回転出力軸には、該第１の回転出力軸に設けられたラチェットホイールと、このラチェットホイールの爪部と掛合する爪部を有するラチェットレバーと、このラチェットレバーに重力を付与し、前記ラチェットホイールおよび第１の回転出力軸を介して前記駆動輪に制動を与えて速度調整するウエイトとからなる調速機構をさらに備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、生徒自身が自分の好みでカムホルダーに、例えば直進用、右旋回用、左旋回用等の複数種類のカム駒を選択的に係合するだけで、ロボット本体を自由自在に操舵させて走行させることができる。しかも、カム駒の形状によってロボット本体を制御できるため、カムのメカニズムを学習できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１の走行方向自在制御ロボットの斜視図。
【図２】図１のＡ方向から見た図。
【図３】図１のＢ方向から見た図。
【図４】図１のＣ方向から見た図。
【図５】図１のＤ方向から見た図。
【図６】同実施例１のカムホルダーの斜視図。
【図７】同実施例１のカム駒とカムフォロアとの関係を示す斜視図。
【図８】同実施例１のカム駒を示し、（ａ）（ｂ）（ｃ）は斜視図。
【図９】同実施例１の操舵軸とセンサーレバーとの関係を示す平面図。
【図１０】同実施例１の調速機構の側面図。
【図１１】本発明の実施例２のオリジナルカム駒を示し、（ａ）（ｂ）は平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は走行方向自在制御ロボットの斜視図であり、図２は図１のＡ方向から見た図、図３は図１のＢ方向から見た図、図４は図１のＣ方向から見た図、図５は図１のＤ方向から見た図である。
【００１７】
図１〜図５に示すように、ロボット本体１はＡＢＳ等の合成樹脂材料によって成形され、矩形状の一対の側壁２，３は複数本の連結ロッド４によって連結され、全体として矩形ボックス形状に構成されている。
【００１８】
ロボット本体１の側壁２と３との間には、基本的には特開２００４−２５８１３５号公報のギアボックスと同様に、大小異なる複数個のギアを噛合させて動力伝達させる減速ギア機構５が設けられている。この減速ギア機構５には両端部が側壁２と３に回転自在に支持された回転入力軸６と第１の回転出力軸７および第２の回転出力軸８が設けられている。回転入力軸６の一端部には駆動源を構成するぜんまい機構９が、他端部は側壁２の外部に突出しており、この突出部にはぜんまい機構９に駆動力を蓄積する操作つまみ１０が設けられている。
【００１９】
第１の回転出力軸７はロボット本体１の下部における後部隅部に設けられ、この両端部にはゴムタイヤ１１ａを有する駆動輪１１が設けられている。第２の回転出力軸８はロボット本体１の上部における後部隅部に設けられ、第２の回転出力軸８の軸部にはラック・ピニオン機構１２を構成するピニオン１３が設けられている。第１の回転出力軸７および第２の回転出力軸８はぜんまい機構９から減速ギア機構５を介して動力伝達され、一定の減速比で回転するようになっている。
【００２０】
さらに、ロボット本体１の下部における前部隅部における側壁２と３との間にはゴムタイヤ１４ａを有する１輪の操舵輪１４が設けられている。そして、ロボット本体１は操舵輪１４と２輪の駆動輪１１の３輪によって床上を走行でき、操舵輪１４の操舵によって走行方向が自在に変更できるようになっている。
【００２１】
ロボット本体１の上部には前後方向に沿って凹溝形状のガイドレール１５が設けられている。ガイドレール１５の底部にはスリット状の開口部（図示しない）が設けられ、前記ピニオン１３の円周の一部が開口部から上部に突出して設けられている。さらに、ロボット本体１の前部側に位置するガイドレール１５の底部には該ガイドレール１５の長手方向と直交する方向にセンサーガイド１７が設けられ、このセンサーガイド１７にはセンサーレバー１８がスライド自在に嵌合されている。すなわち、センサーレバー１８はセンサーガイド１７に案内されてロボット本体１の左右方向に直線往復運動自在である。
【００２２】
一方、ロボット本体１の下部における前部に設けられた操舵輪１４は、ロボット本体１の垂直方向に支持された操舵軸１９の下端部に車輪支持部材２０によって回転自在に支持されている。操舵軸１９はその軸心を中心として回動自在であり、図９に示すように、上端部には回動レバー２１が固定されている。したがって、回動レバー２１の回動によって操舵軸１９を介して操舵輪１４が操舵されるようになっている。回動レバー２１はロボット本体１の上部に設けられたガイド枠２２に回動自在に支持され、一端には連結ピン２３が、他端には切欠部２４が設けられている。
【００２３】
回動レバー２１はガイド枠２２に支持されて前記ガイドレール１５の下部で回動自在であり、連結ピン２３はセンサーレバー１８の係合部１８ａと係合している。回動レバー２１の切欠部２４にはコイルばね２５の一端部が連結され、このコイルばね２５の他端部はガイドレール１５の一部に連結されている。そして、コイルばね２５のばね力によって回動レバー２１を操舵軸１９を中心として一方向に付勢し、回動レバー２１を介してセンサーレバー１８を矢印ａ方向に付勢しており、操舵力伝達機構を構成している。
【００２４】
センサーレバー１８の長手方向の中間部には上方に突出するピンからなるカムフォロア２６が設けられている。このカムフォロア２６はガイドレール１５に設けられたスリット２７に沿って往復運動するようになっている。
【００２５】
ガイドレール１５の上面にはカムホルダー２８が直線移動自在に設けられている。カムホルダー２８は、図６に示すように、ＡＢＳ等の合成樹脂材料によって成形された長方形状のプレートであり、一端部には摘み部２９が設けられている。カムホルダー２８の下面にはその長手方向に亘ってラック・ピニオン機構１２を構成するラック３０が一体に設けられ、このラック３０はピニオン１３と噛合している。
【００２６】
カムホルダー２８の長手方向に沿う一側縁には同一形状の複数個のホルダー部３１が等間隔に設けられ、これらホルダー部３１には複数個のカム駒３２が個々に着脱可能に設けられている。なお、３１ａはカム駒３２をホルダー部３１に取付ける際の基準位置を示す指標である。
【００２７】
単一のホルダー部３１およびカム駒３２について説明すると、ホルダー部３１には中央部に係合溝３３を有し、この両側部には逃げ溝３４が設けられている。図８（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、カム駒３２は矩形状のプレートであり、基端部３２ａには係合溝３３に弾性的に係合する係合凸部３５が設けられている。カム駒３２の先端部３２ｂにはカム面３６が設けられている。さらに、カム駒３２の両側部３２ｃには隣接するカム駒３２とラップするラップ係合部３７が設けられている。
【００２８】
カム駒３２のカム面３６は、本実施例では直進用の平坦部３６ａと、右旋回用のＶ字状の凹部３６ｂと、左旋回用の逆Ｖ字状の凸部３６ｃの３種類であり、各カム駒３２の上面には直進矢印、右旋回矢印、左旋回矢印のマークが印されている。ラップ係合部３７は一側が凹面３７ａで、他側が凸面３７ｂであり、隣接するカム駒３２の両側部３２ｃは凹面３７ａと凸面３７ｂが係合して段差ができないように形成されている。なお、３８はホルダー部３１に沿って設けられた支持プレートであり、カム駒３２を水平状態に支持する役目をしている。
【００２９】
前記カムホルダー２８の複数個のホルダー部３１に生徒自身が自分の好みで直進用、右旋回用、左旋回用の３種類のカム駒３２を選択的に係合して連接すると、オリジナルカムユニット３９が形成される。このカムホルダー２８をガイドレール１５に載置すると、ラック３０はピニオン１３と噛合し、カム駒３２のカム面３６にはカムフォロア２６が接触する。カムフォロア２６はコイルばね２５のばね力によって一方向に付勢されているため、カム駒３２のカム面３６に弾性的に接触するようになっている。
【００３０】
ガイドレール１５の一側縁部にはレールカバー４１が回動自在に係合されている。レールカバー４１はガイドレール１５およびカムホルダー２８を覆うように矩形状に形成されている。したがって、カムホルダー２８はガイドレール１５とレールカバー４１とからなるトンネル状の空洞部を直線移動するようになっている。
【００３１】
さらに、図１０に示すように、前記駆動輪１１を有する第１の回転出力軸７の軸方向の中間部にはラチェットホイール４５が嵌着されている。このラチェットホイール４５の隣側には略水平方向にラチェットレバー４６が枢支軸４７を支点として回動自在に設けられている。ラチェットレバー４６は一端部に爪部４６ａを有し、この爪部４６ａはラチェットホイール４５の爪部４５ａと係脱自在である。ラチェットレバー４６の他端部にはその長手方向に等間隔に複数のウエイトホルダー４７ａは設けられている。
【００３２】
ウエイトホルダー４７ａにはビス孔４７ｂが設けられ、ビス孔４７ｂにはビスからなるウエイト４８が選択的にねじ込んで取り付けられている。ウエイト４８はラチェットレバー４６に爪部４６ａに加える重力を調整し、ラチェットホイール４５の回転（第１の回転出力軸７を介して駆動輪１１）に制動を与え、駆動輪１１の速度調整する調速機構４９を構成している。つまり、ラチェットレバー４６の枢支軸４７から最も近いウエイトホルダー４７ａにウエイト４８を取り付けると、軽い制動となり、枢支軸４７から最も遠いウエイトホルダー４７ａにウエイト４８を取り付けると、重い制動となる。
【００３３】
前述のように構成された走行方向自在制御ロボットは、操作つまみ１０を手指で摘んで回転させ、回転入力軸６を介してぜんまい機構９に回転駆動力を蓄積し、手指を操作つまみ１０から放すと、ぜんまい機構９に蓄積された回転駆動力が減速ギア機構５を介して第１の回転出力軸７と第２の回転出力軸８に伝達される。
【００３４】
第１の回転出力軸７の回転は駆動輪１１に伝達されてロボット本体１は走行し、第２の回転出力軸８の回転はラック・ピニオン機構１２のピニオン１３に伝達され、ピニオン１３の回転によってラック３０を介してカムホルダー２８が直線移動する。カムホルダー２８にはその長手方向に複数個のカム駒３２が連続的に配置されている。カム駒３２は直進用の平坦部３６ａと、右旋回用のＶ字状の凹部３６ｂと、左旋回用の逆Ｖ字状の凸部３６ｃの３種類であり、各カム駒３２の配置順は、ロボット本体１を自分の好みの走行計画に沿って決定する。
【００３５】
例えば、ロボット本体１を走行させる際に、最初は直進で、ある程度進行したら右旋回させ、次いで左旋回させる走行計画の場合、カムホルダー２８の先端部側からホルダー部３１には直進用の平坦部３６ａを有するカム駒３２を複数個配置し、次に右旋回用のＶ字状の凹部３６ｂを有するカム駒３２、次に左旋回用の逆Ｖ字状の凸部３６ｃを有するカム駒３２を配置する。
【００３６】
このようにカム駒３２が配置されたカムホルダー２８はラック・ピニオン機構１２によって一定の速度で直線移動する一方で、カム駒３２のカム面３６にはカムフォロア２６が接触しており、このカムフォロア２６はコイルばね２５のばね力によってカム駒３２のカム面３６に押し付けられている。したがって、直進用の平坦部３６ａを有するカム駒３２のカム面３６にカムフォロア２６が接触しているときにはカムフォロア２６は移動しないため回動レバー２１も静止しているが、カムホルダー２８の直線移動に伴ってカム駒３２のカム面３６がカムフォロア２６に対して相対的に移動すると、カムフォロア２６がカムホルダー２８の直線移動方向と直角方向に移動する。
【００３７】
回動レバー２１が静止しているときは操舵輪１４も操舵されずに直進走行するが、カムフォロア２６が移動すると、その運動は回動レバー２１を介して操舵軸１９に伝達され、操舵軸１９がその軸心を中心として回動すると、その回動角にしたがって操舵輪１４が操舵されてロボット本体１が右旋回したり、左旋回しながら走行することになる。
【００３８】
したがって、生徒自身が自分の好みでカムホルダー２８に直進用、右旋回用、左旋回用の３種類のカム駒３２を選択的に係合するだけで、ロボット本体１を自由自在に走行させることができる。
【実施例２】
【００３９】
実施例１においては、カムホルダーに複数のホルダー部が設けられ、これらホルダー部にカム面が異なる複数個のカム駒を選択的に配置したが、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、実施例２のカム駒５０は、厚紙、プレスチック等のシート状の基材５１の長手方向に沿う一側縁に複数のカム形状を一連的にカットして形成したオリジナルカムシート５２であり、前記カムホルダー２８に着脱可能にしたものである。
【００４０】
すなわち、基材５１は長方形状であり、長手方向に沿う一側縁には基部５３が設けられ、他側縁には縦罫線および横罫線が印刷されたカット部５４が設けられている。カット部５４は基準線５４ａを挟んで上限線５４ｂ、下限線５４ｃが印刷されている。したがって、カット部５４をカッター等を用いてカットすることにより、直進用の平坦部５５ａ、右旋回用のＶ字状の凹部５５ｂ、左旋回用の逆Ｖ字状の凸部５５ｃの３種類のカム駒５０を一体的に形成することができる。
【００４１】
なお、実施例１においては、駆動原としてぜんまい機構を用いたが、ロボット本体に小型モータとバッテリーを搭載してもよく、バッテリーに代ってソーラーパネルを搭載してもよい。
【００４２】
なお、本発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の走行方向自在制御ロボットは、例えば、小学生、中学生等の実習授業における教材として、あるいは玩具として用いられる。
【符号の説明】
【００４４】
１…ロボット本体、９…ぜんまい機構、１１…駆動輪、１２…ラック・ピニオン機構、１３…ピニオン、１４…操舵輪、２６…カムフォロア、２８…カムホルダー、３０…ラック、３２…カム駒、５２…オリジナルカムシート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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