(57)【要約】【課題】移動体が路面状態などにより衝撃を受けても、球体車輪と駆動部とが離間することなく、駆動部の駆動力を球体車輪に伝達できる移動体を提供すること。【解決手段】移動体１０は、自立走行型のロボットである。移動体１０は、球体車輪２１と、球体車輪２１に接触し、球体車輪２１に対し回転駆動力を与える駆動部２２と、駆動部２２を支持する支持体３１と、前記支持体に懸架されるとともに、球体車輪２１に当接し球体車輪２１を支持体３１の方向に付勢する付勢機構４１と、を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
球体車輪と、
前記球体車輪に接触し、前記球体車輪に対し回転駆動力を与える駆動部と、
前記駆動部を支持する支持体と、
前記支持体に懸架されるとともに、前記球体車輪に当接し前記球体車輪を前記支持体の方向に付勢する付勢機構と、
を備えていることを特徴とする移動体。
【請求項２】
請求項１に記載の移動体であって、
前記付勢機構は、前記球体車輪の全周又は一部を囲う円環状の包囲部材と、前記包囲部材に前記包囲部材の中心軸に対して回転対称に配置されるとともに前記球体車輪に当接する複数の当接部と、前記包囲部材を前記支持体側に付勢する付勢部材と、を備え、
前記付勢機構は、前記支持体に前記包囲部材を接続する接続部材によって懸架されていることを特徴とする移動体。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の移動体であって、
前記接続部材は、前記支持体に揺動可能に接続されたリンク部材と、前記リンク部材に揺動可能に接続されたフレーム部材と、を備え、
前記付勢機構は、前記フレーム部材に設けられ、前記フレーム部材を介して前記支持体に懸架されていることを特徴とする移動体。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の移動体であって、
前記付勢機構は、直動ガイドを介して前記支持体に懸架されていることを特徴とする移動体。
【請求項５】
請求項３に記載の移動体であって、
前記付勢機構は、直動ガイドを介して前記フレーム部材に懸架されていることを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動部で球体車輪を回動させることで移動する移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自律的に移動して様々な作業を行う移動ロボット等の移動体の開発が進められている。例えば、特許文献１には、円筒形の胴部とその下部に１つの球体車輪を備え、球体輪を回転させることで走行する移動体が記載されている。移動体は、一つの球体車輪の上に胴体が載置され、胴体の下部であって球体車輪の上部に配置される複数のオムニホイールによる駆動力を球体車輪に与えることで静止・移動を行うようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３４２８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の移動体の下部に設けられた移動装置は、オムニホイールの駆動部材が球体車輪に接触することにより駆動力が球体車輪に伝達される。また、球体車輪が胴部から抜け落ちないようにするための抜け防止用スペーサが、球体車輪の上下方向中心より下側に配置されている。
【０００５】
しかし、移動体が移動中に路面の凹凸などによる衝撃を受けると、一時的に球体車輪と駆動部材とが離間し、球体車輪と駆動部材とが離間することで適切な駆動力を球体車輪に伝達することができず、移動体の移動を正しく制御することが難しくなる。
【０００６】
本発明は、以上の点に鑑み、移動体が路面状態などにより衝撃を受けても、球体車輪と駆動部とが離間することなく、駆動部の駆動力を球体車輪に伝達できる移動体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］上記目的を達成するため、本発明は、
球体車輪と、
前記球体車輪に接触し、前記球体車輪に対し回転駆動力を与える駆動部と、
前記駆動部を支持する支持体と、
前記支持体に懸架されるとともに、前記球体車輪に当接し前記球体車輪を前記支持体の方向に付勢する付勢機構と、
を備えていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、付勢機構により球体車輪を支持体の方向に付勢しているので、駆動部と支持体とを含めた機体の重量以上の力で、駆動部を球体車輪に押し付けることができ、移動体が路面状態などにより衝撃を受けても、球体車輪と駆動部とが離間することなく、駆動部の駆動力を球体車輪に伝達できる。
【０００９】
［２］また、本発明においては、前記付勢機構は、前記球体車輪の全周又は一部を囲う円環状の包囲部材と、前記包囲部材に前記包囲部材の中心軸に対して回転対称に配置されるとともに前記球体車輪に当接する複数の当接部と、前記包囲部材を前記支持体側に付勢する付勢部材と、を備え、
前記付勢機構は、前記支持体に前記包囲部材を接続する接続部材によって懸架されていることが好ましい。
【００１０】
かかる構成によれば、包囲部材に包囲部材の中心軸に対して回転対称に配置されるとともに球体車輪に当接する複数の当接部を備えるので、球体車輪への付勢による反力の水平方向成分を打ち消し合うことができ、反力に対抗するために球体車輪や駆動部の強度を大きくする必要がなく、移動体の軽量化を図ることができる。
【００１１】
［３］また、本発明においては、前記接続部材は、前記支持体に揺動可能に接続されたリンク部材と、前記リンク部材に揺動可能に接続されたフレーム部材と、を備え、
前記付勢機構は、前記フレーム部材に設けられ、前記フレーム部材を介して前記支持体に懸架されていることが好ましい。
【００１２】
かかる構成によれば、リンク部材が支持体とフレーム部材とに揺動可能に接続されることで、フレーム部材に設けられる付勢機構が支持体に対して移動可能に懸架されるため、フレーム部材に設けられた付勢機構の当接部は、球体車輪の微細な位置の変化に対して追従することができる。このため、移動体はいわゆる調心機能を有し、球体車輪の位置が変化しても各位置で均等な力で球体車輪を付勢することができる。さらに球体車輪が移動しても付勢部材が追従して球体車輪を付勢するので、球体車輪が駆動部から離間することを防止できる。
【００１３】
［４］また、本発明においては、前記付勢機構は、直動ガイドを介して前記支持体に懸架されていることが好ましい。
【００１４】
かかる構成によれば、付勢部材が支持体に対して進退する方向に移動するとき、直動ガイドによって傾くことなく平行に移動するので、付勢機構が球体車輪に傾いて当接することを防止できる。
【００１５】
［５］また、本発明においては、前記付勢機構は、直動ガイドを介して前記フレーム部材に懸架されていることが好ましい。
【００１６】
かかる構成によれば、付勢部材が支持体に対して進退する方向に移動するとき、直動ガイドによって傾くことなく平行に移動するので、付勢機構が球体車輪に傾いて当接することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態の移動体を示す斜視図。
【図２】本発明の第１実施形態の移動体の要部を示す斜視図。
【図３】図２の移動体の要部を示す別角度からの斜視図。
【図４】図２のフレーム部材及び球体車輪の平面図。
【図５】図２の移動体の要部を示す断面図。
【図６】図２の支持体の平面図。
【図７】図７Ａは本発明の第１実施形態の作用図。図７Ｂは本発明の第２実施形態の作用図。図７Ｃは本発明の第３実施形態の作用図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［第１実施形態］
図を参照して、本発明の実施形態の移動体１０を説明する。図１及び図２に示すように、本発明の実施形態の移動体１０は、胴体部１１と、胴体部１１の下部に配置された走行機構２０とを備えている。走行機構２０は１つの球体車輪２１を回転させることで前後左右の全方向に移動可能に構成されている。
【００１９】
移動体１０には、胴体部１１の上端部外周に環境センサとしてのカメラ１２が設けられている。カメラ１２は胴体部１１から突出している。カメラ１２は保護部材で囲われていてもよい。
【００２０】
図２から図５に示すように、移動体１０の下部に配置された走行機構２０は、球体車輪２１と、球体車輪２１に接触し、球体車輪２１に対し回転駆動力を与える駆動部２２と、駆動部２２を支持する支持体３１と、支持体３１に懸架されるとともに、球体車輪２１に当接し球体車輪２１を支持体３１の方向に付勢する付勢機構４１と、を備えている。
【００２１】
付勢機構４１は、球体車輪２１の全周を囲う円環状の包囲部材４２と、包囲部材４２に包囲部材４２の中心軸Ｃに対して回転対称に配置されるとともに球体車輪２１に当接する複数の当接部４３と、包囲部材４２を支持体３１側に付勢する付勢部材４４と、を備えている。付勢機構４１は、支持体３１に包囲部材４２を接続する接続部材５１によって懸架されている。
【００２２】
包囲部材４２は、球体車輪２１の全周を囲う円環状を有し、球体車輪２１と包囲部材４２との間には隙間４５が形成されている。すなわち、球体車輪２１は円環形状を有する包囲部材４２の内周部から突出している。そして、包囲部材４２の内周部は、包囲部材４２を含む平面が球体車輪２１と交わる円（交円）の全周又は一部を囲む円形状を有している。また、当該包囲部材４２の内周部と球体車輪２１との間には隙間４５が設けられている。
【００２３】
当接部４３は、ケース４６と、ケース４６に回転可能に支持されたボール４７と、から構成されている所謂ボールキャスターであり、包囲部材４２に６カ所均等に配置されている。
【００２４】
接続部材５１は、支持体３１に揺動可能に接続されたリンク部材５２と、リンク部材５２に揺動可能に接続された円環状のフレーム部材５３と、を備えている。
【００２５】
フレーム部材５３は、球体車輪２１の全周を囲う円環状を有し、球体車輪２１とフレーム部材５３との間には隙間４５が形成されている。また、フレーム部材５３は、球体車輪２１の全周を囲う円環状としたが、これに限定されず、フレーム部材５３は、一部切れ目があるC字状のものや、複数に分かれたものを接続して円環状にしたものでもよい。なお、フレーム部材５３は、包囲部材４２の形状に合わせた形状を有するとともに包囲部材４２に対向する位置に形成されていることが好ましい。
【００２６】
また、付勢機構４１は、フレーム部材５３に設けられ、フレーム部材５３を介して支持体３１に懸架されている。さらに、付勢機構４１は、直動ガイド６１を介してフレーム部材５３に懸架されている。
【００２７】
フレーム部材５３には、挿通ロッド４９が貫通する貫通孔（不図示）が設けられており、挿通ロッド４９には付勢部材（圧縮ばね）４４が挿入されている。貫通孔は、フレーム部材５３の中心軸Ｃに対して回転対称となる位置でフレーム部材に複数形成されている。
【００２８】
付勢機構４１の付勢部材４４は、圧縮ばねであるとともにその直径がフレーム部材５３に形成された貫通孔の直径よりも大きく形成され、その下端部が貫通孔を囲うようにフレーム部材５３上に配置されている。付勢部材４４の上端部に付勢部材４４の直径よりも大きい直径のエンドプレート４８が設けられている。エンドプレート４８に付勢部材４４（圧縮ばね）の内側とフレーム部材５３の貫通孔とに挿通される挿通ロッド４９の一端部が接続されている。挿通ロッド４９は、貫通孔を通過した他端部に包囲部材４２が接続されている。付勢部材４４、エンドプレート４８及び挿通ロッド４９等は、当接部４３の近傍に６カ所配置されている。
【００２９】
リンク部材５２は、フレーム部材５３に均等に３カ所配置されている。リンク部材５２の上端部は、支持体３１に第１のボールジョイント５４により接続され、リンク部材５２の下端部は、フレーム部材５３に第２のボールジョイント５５により接続されている。支持体３１とフレーム部材５３とをリンク部材５２で接続することで、所謂リンク機構が形成され、フレーム部材５３は支持体３１に対して平行に保たれる。
【００３０】
また、付勢機構４１の包囲部材４２を、フレーム部材５３に直動ガイド６１を介して懸架することで、フレーム部材５３に対して包囲部材４２を平行に保った状態で、離間させたり、近づけたりすることができる。このため、包囲部材４２が支持体３１に対して傾くことを防止できる。
【００３１】
図５及び図６に示すように、支持体３１は、板状の部材であり、駆動部２２を配置するための開口部３２が、支持体３１の中心軸Ｃ１に対して回転対称になるよう支持体３１に３カ所形成されている。
【００３２】
駆動部２２は、駆動源となるモータ部２３と、このモータ部２３の回転軸に設けられたオムニホイール２４とを備えている。モータ部２３の回転軸が支持体３１に対して傾斜するとともに、オムニホイール２４とモータ部２３の一部とが開口部３２内に位置するように、モータ部２３が支持体３１に固定されている。
【００３３】
駆動部２２は、支持体３１に３つ設けられており、３つの駆動部２２のオムニホイール２４のそれぞれは、球体車輪２１に当接している。駆動部２２からの駆動力は、オムニホイール２４を介して球体車輪２１に伝達され、球体車輪２１が回転される。
【００３４】
次に以上に述べた移動体１０の作用を説明する。なお、以降の作用図は、移動体１０の構成を概念的に示している。
【００３５】
図７Ａに示すように、移動体１０は、支持体３１に接続部材５１を構成するリンク部材５２の一端部が揺動可能に接続され、リンク部材５２の他端部がフレーム部材５３に接続されている。移動体１０は、フレーム部材５３に付勢機構４１を構成する付勢部材４４及び直動ガイド６１の一端部が接続され、付勢部材４４及び直動ガイド６１の他端部が包囲部材４２に接続されている。包囲部材４２に設けられた当接部４３は、球体車輪２１に当接している。支持体３１に設けられた駆動部２２のオムニホイール２４が球体車輪２１に当接している。
【００３６】
このため、第１に、付勢機構４１によって、球体車輪２１が支持体３１の方向に付勢される。この結果、移動体１０が路面状況により振動しても駆動部２２に球体車輪２１を当接させることができ、正確な移動体１０の走行が可能となる。
【００３７】
第２に、直動ガイド６１によって、包囲部材４２がフレーム部材５３に対して平行に移動される。この結果、包囲部材４２の傾きが防止される。
【００３８】
第３に、支持体３１、リンク部材５２及びフレーム部材５３からなるリンク機構によって、複数の駆動部２２の中心軸の位置に球体車輪２１の中心を位置させたうえで、付勢機構４１の複数の当接部４３の中心軸を複数の駆動部２２の中心軸に合わせる調心機能が発揮される。この結果、製造時の誤差に起因する複数の駆動部２２の中心と球体車輪２１の中心とのずれや、移動時の揺れ、移動時に受ける衝撃等による複数の駆動部２２の中心と球体車輪２１との中心のずれがあったとしても、リンク機構の調心作用により複数の駆動部２２の中心と球体車輪２１との中心とを一致させ、駆動部２２の駆動力を球体車輪２１に伝達することができる。
【００３９】
［第２実施形態］
次に第２実施形態について説明する。なお、構成など第１実施形態と共通する部分は説明を省略する。図７Ｂに示すように、移動体１０は、支持体３１に付勢機構４１を構成する付勢部材４４及び直動ガイド６１の一端部が接続され、付勢部材４４及び直動ガイド６１の他端部が包囲部材４２に接続され、包囲部材４２に設けられた当接部４３が球体車輪２１に当接している。また、支持体３１に設けられた駆動部２２のオムニホイール２４が球体車輪２１に当接している。
【００４０】
第１に、付勢機構４１によって、球体車輪２１が支持体３１の方向に付勢される。この結果、移動体１０が路面状況により振動しても駆動部２２に球体車輪２１を当接させることができ、正確な移動体１０の走行が可能となる。
【００４１】
第２に、直動ガイド６１によって、包囲部材４２が支持体３１に対して平行に移動される。この結果、包囲部材４２の傾きが防止される。
【００４２】
［第３実施形態］
次に第３実施形態について説明する。なお、構成など第１実施形態と共通する部分は説明を省略する。図７Ｃに示すように、移動体１０は、支持体３１に付勢機構４１を構成する付勢部材４４の一端部が接続され、付勢部材４４の他端部が包囲部材４２に接続され、包囲部材４２に設けられた当接部４３が球体車輪２１に当接している。また、支持体３１に設けられた駆動部２２のオムニホイール２４が球体車輪２１に当接している。
【００４３】
この構成より、付勢機構４１によって、球体車輪２１が支持体３１の方向に付勢される。この結果、移動体１０が路面状況により振動しても駆動部２２に球体車輪２１を当接させることができ、駆動部２２の回転を球体車輪２１に伝達することができ、移動体１０の移動において正確に距離を移動させることができる。
【００４４】
次に以上に述べた移動体１０の効果を説明する。
【００４５】
付勢機構４１により球体車輪２１を支持体の方向に付勢しているので、駆動部２２と支持体３１とを含めた機体の重量以上の力で、駆動部２２を球体車輪２１に押し付けることができ、移動体１０が路面状態などにより衝撃を受けても、球体車輪２１と駆動部２２とが離間することなく、駆動部２２の駆動力を球体車輪２１に伝達できる。
【００４６】
また、包囲部材４２に包囲部材４２の中心軸Ｃに対して回転対称に配置されるとともに球体車輪２１に当接する複数の当接部４３を備えるので、球体車輪２１への付勢による反力の水平方向成分を打ち消し合うことができ、反力に対抗するために球体車輪２１や駆動部２２の強度を大きくする必要がなく、移動体１０の軽量化を図ることができる。
【００４７】
また、リンク部材５２が支持体３１とフレーム部材５３とに揺動可能に接続されることで、フレーム部材５３に設けられる付勢機構４１が支持体３１に対して移動可能に懸架される。従って、フレーム部材５３に設けられた付勢機構４１の当接部４３は、球体車輪２１の微細な位置の変化に対して追従することができる。このため、移動体１０はいわゆる調心機能を有し、球体車輪２１の位置が変化しても各位置で均等な力で球体車輪２１を付勢することができる。さらに球体車輪２１が移動しても付勢機構４１が追従して球体車輪２１を付勢するので、球体車輪２１が駆動部２２から離間することを防止できる。
【００４８】
また、付勢機構４１は、直動ガイド６１を介して支持体３１に懸架されている。このため、付勢機構４１が支持体３１に対して進退する方向に移動するとき、直動ガイド６１によって傾くことなく平行に移動するので、付勢機構４１が球体車輪２１に傾いて当接することを防止できる。
【００４９】
また、付勢機構４１は、直動ガイド６１を介してフレーム部材５３に懸架されているので、付勢部材４４が支持体に対して進退する方向に移動するとき、直動ガイド６１によって傾くことなく平行に移動するので、付勢機構４１が球体車輪２１に傾いて当接することを防止できる。
【００５０】
なお、実施形態では、当接部４３を包囲部材４２に６カ所配置したが、これに限定されず、３カ所、４カ所、５カ所、７カ所以上などでもよく、球体車輪２１を包囲部材４２の中心軸Ｃ側に留まるように移動を規制できれば当接部の配置数は問わない。また、当接部４３を、ケース４６とボール４７から構成されるボールキャスターとしたが、これに限定されず、回転する球体車輪２１に当接するとともに滑る滑りパッドとしてもよい。
【００５１】
なお、付勢機構４１の構成は、上記構成に限定されず、付勢部材４４、エンドプレート４８及び挿通ロッド４９等の配置数を、３カ所、４カ所、７カ所以上してもよい。また、付勢部材４４を圧縮ばねではなく、引張ばねとしてフレーム部材５３の上記実施形態とは逆側に設け、包囲部材４２に直接接続して包囲部材を引っ張る構成としてよい。また、付勢機構４１は、付勢部材４４が板バネやゴムでもよく、さらには球体車輪２１を囲う一つの筒状のゴムから構成してもよく、球体車輪２１を支持体３１側に付勢することができれば構成は問わない。
【００５２】
なお、実施形態では、支持体３１及びフレーム部材５３へのリンク部材５２の接続にボールジョイント５４、５５を採用したが、これに限定されない。支持体３１及びフレーム部材５３に対してリンク部材５２が揺動可能に接続されていればよい。例えば、支持体３１及びフレーム部材５３に軸を設け、この軸に対してリンク部材５２を揺動可能に接続するなど、リンク部材５２を揺動可能にする構成であればよい。リンク部材５２をフレーム部材５３に３カ所配置したが、これに限定されず、リンク部材５２は４カ所、５カ所、６カ所以上でもよく、フレーム部材５３の中心軸と球体車輪２１の中心とが一致するように、支持体３１、リンク部材５２、フレーム部材５３を含む構成が調心機能を有すればよい。
【００５３】
なお、実施形態では、支持体３１に３つの開口部３２を形成し、３つの駆動部２２を設けたが、これに限定されず、開口部３２及び駆動部２２を１つ、２つ、４つ以上としてもよく、駆動部２２の駆動力を球体車輪２１に伝達できれば、開口部３２及び駆動部２２の数は問わない。
【００５４】
また、モータ部２３の回転軸が支持体３１に対して傾斜するように駆動部２２を設けたが、球体車輪２１に駆動部２２の駆動力を伝達できれば傾斜角度はいずれであってもよい。
【００５５】
また、実施形態では、支持体３１を板状の部材としたが、支持体３１はブロック状の部材や、棒状の部材を複数合わせた部材としてもよく、駆動部２２や接続部材５１を接続できれば形状は問わない。
【００５６】
なお、実施形態では、移動体１０は球体車輪２１を１個備えたものとしたが、これに限定されず、移動体１０は球体車輪２１を２個、３個、それ以上備えたものとしてもよい。
【００５７】
また、実施形態では、移動体１０を起立状態とし、球体車輪２１を移動体１０の下部に設け、球体車輪２１が路面（床）に接するようにしたが、これに限定されず、移動体１０の水平方向の側部や斜め横方向の側部に球体車輪２１を設けて、球体車輪２１が壁に接するようにしてもよく、さらには移動体１０の上部に上方に露出するように球体車輪２１を設けて、球体車輪２１が天井に接するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１０  移動体
２１  球体車輪
２２  駆動部
３１  支持体
４１  付勢機構
４２  包囲部材
４３  当接部（ボールキャスター）
４４  付勢部材
５１  接続部材
５２  リンク部材
５３  フレーム部材
６１  直動ガイド
【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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