(57)【要約】【課題】段差の上面や斜面の摩擦係数が低い場合であったとしても、踏破して移動することが可能である移動ロボットを提供する。【解決手段】多関節脚車輪１０は、固定可能に回動する第一関節駆動軸１２を介して車体２に支持された回動脚部１１と、固定可能に回転する駆動輪１３が両端部分２０ａに配置され且つ中央部分２０ｂが回動脚部１１に固定可能に回動する第二関節駆動軸１５を介して支持される旋回脚部２０を備え、多関節脚車輪１０には、旋回脚部２０を走行面Ａに沿わせるべく寝かせる段階で該走行面Ａと対向する旋回脚部２０の一方の面２０ｃに位置して、走行面Ａに引っ掛かるないし食い込む突起２１を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体と、
この車体の少なくとも前後左右の四箇所に配置されて、基端部分が前記車体に対して水平方向で且つ適宜位置で固定可能に回動する第一関節駆動軸を介して支持された回動脚部と、この回動脚部を介して前記車体に支持されて適宜位置で固定可能に正逆回転する駆動輪を具備した脚車輪を備え、
前記車体の前部及び後部のうちの少なくともいずれか一方に配置した脚車輪を、前記駆動輪が配置されると共に前記回動脚部の先端部分に対して水平方向で且つ適宜位置で固定可能に回動する第二関節駆動軸を介して支持されて、前記回動脚部の回動により前記第一関節駆動軸回りに旋回する旋回脚部を具備した多関節脚車輪とし、
この多関節脚車輪には、前記旋回脚部を走行面に沿わせるべく寝かせる段階で該走行面と対向する前記旋回脚部の一方の面及び／又は走行面に対して直立させる段階で該走行面側に位置する一方の端部分に位置して、前記走行面に引っ掛かるないし食い込む突起を設けたことを特徴とする移動ロボット。
【請求項２】
前記多関節脚車輪の旋回脚部は、両端部分に前記駆動輪が配置され且つ中央部分が前記回動脚部の先端部分に対して水平方向で且つ適宜位置で固定可能に回動する第二関節駆動軸を介して支持されている請求項１に記載の移動ロボット。
【請求項３】
前記多関節脚車輪の旋回脚部は、先端部分に前記駆動輪が配置され且つ基端部分が前記回動脚部の先端部分に対して水平方向で且つ適宜位置で固定可能に回動する第二関節駆動軸を介して支持されている請求項１に記載の移動ロボット。
【請求項４】
前記突起は楔形状を成している請求項１〜３のいずれか一つの項に記載の移動ロボット。
【請求項５】
前記突起は鉤爪形状を成している請求項１〜３のいずれか一つの項に記載の移動ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不整地や災害現場などの走行の妨げになる要素が多い地帯において、運搬作業や牽引作業に用いたり、救助活動や情報収集活動を行う際に用いたりするのに好適な移動ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記した移動ロボットには、走行の妨げになる要素、すなわち、障害物を走破可能であることが求められるが、従来において、このような機能を有するものとして、例えば、脚車輪型の移動ロボットと呼ばれるものがある（例えば、特許文献１参照）。
この脚車輪型の移動ロボットは、特許文献１の図１３に記載されているように、ロボット本体の前後左右に少なくとも四本以上の脚を配置して成り、脚は、大腿と、膝と、この膝の先端に配置した車輪とを具備していて、車輪の半径以下の障害物が存在する程度の平坦地帯では車輪のみで走行し、車輪の半径を越える障害物が存在する地帯では脚を上げて移動するようになっている。
【特許文献１】特開平６−３２２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、上記した脚車輪型の移動ロボットにおいて、車輪及び脚自体を駆使して姿勢を変えて重心位置を移動させれば、高さのある段差や傾斜のきつい斜面でも踏破し得る可能性があるが、段差の上面や斜面の摩擦係数が低い場合には、いずれにおいても車輪がスリップしてしまい、踏破性が著しく低下してしまうという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００４】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、高さのある段差や傾斜のきつい斜面などの走行阻害要素を踏破することができるのは勿論のこと、この走行阻害要素、例えば、段差の上面や斜面の摩擦係数が低い場合であったとしても、踏破して移動することが可能であり、加えて、車輪走行及び脚歩行だけでは走行不可能な走行阻害要素に対する踏破性能の向上をも実現することができる移動ロボットを提供することを目的としている。  
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の請求項１に係る移動ロボットは、車体と、この車体の少なくとも前後左右の四箇所に配置されて、基端部分が前記車体に対して水平方向で且つ適宜位置で固定可能に回動する第一関節駆動軸を介して支持された回動脚部と、この回動脚部を介して前記車体に支持されて適宜位置で固定可能に正逆回転する駆動輪を具備した脚車輪を備え、前記車体の前部及び後部のうちの少なくともいずれか一方に配置した脚車輪を、前記駆動輪が配置されると共に前記回動脚部の先端部分に対して水平方向で且つ適宜位置で固定可能に回動する第二関節駆動軸を介して支持されて、前記回動脚部の回動により前記第一関節駆動軸回りに旋回する旋回脚部を具備した多関節脚車輪とし、この多関節脚車輪には、前記旋回脚部を走行面に沿わせるべく寝かせる段階で該走行面と対向する前記旋回脚部の一方の面及び／又は走行面に対して直立させる段階で該走行面側に位置する一方の端部分に位置して、前記走行面に引っ掛かるないし食い込む突起を設けた構成としたことを特徴としており、この構成の移動ロボットを前述の従来の課題を解決するための手段としている。
【０００６】
本発明の請求項２に係る移動ロボットにおいて、前記多関節脚車輪の旋回脚部は、両端部分に前記駆動輪が配置され且つ中央部分が前記回動脚部の先端部分に対して水平方向で且つ適宜位置で固定可能に回動する第二関節駆動軸を介して支持されている構成としている。
本発明の請求項３に係る移動ロボットにおいて、前記多関節脚車輪の旋回脚部は、先端部分に前記駆動輪が配置され且つ基端部分が前記回動脚部の先端部分に対して水平方向で且つ適宜位置で固定可能に回動する第二関節駆動軸を介して支持されている構成としている。
【０００７】
本発明の請求項４に係る移動ロボットにおいて、前記突起は楔形状を成している構成として、本発明の請求項５に係る移動ロボットにおいて、前記突起は鉤爪形状を成している構成としている。
本発明に係る移動ロボットにおいて、その目的に応じて車体の搭載物が決定され、搭載物としては、例えば各種センサやカメラやが挙げられ、必要に応じて牽引用の部品や荷台が装備される。
【０００８】
また、本発明は、完全に自律移動するロボットに適用することができるほか、無線（あるいは有線）によって半自律的に移動するロボットや完全にリモートコントロールされるロボットにも適用することができる。
本発明に係る移動ロボットでは、例えば、高い段差を越えて移動する場合、多関節脚車輪の回動脚部及び旋回脚部を直立させた状態で、左右の多関節脚車輪の回動脚部を第一関節駆動軸とともに交互に回動させて、左右の旋回脚部を段差上の走行面に沿うように寝かせるべく第一関節駆動軸回りに交互に旋回させ、これにより、走行面と対向する両旋回脚部の一方の面に設置した各突起を走行面にそれぞれ引っ掛かるないし食い込ませると、走行面上で車輪を固定しただけでは得られなかった高い摩擦力が得られることとなる。
【０００９】
この際、走行面が、例えばコンクリートから成っていて突起が引っ掛かり難い場合には、多関節脚車輪の回動脚部の回動動作を複数回行わせて、突起を走行面に打ち付けて取っ掛かりを形成するように成せば、突起を引っ掛け得ることとなる。
そして、高い摩擦力を得て多関節脚車輪を走行面に固定することができれば、多関節脚車輪の回動脚部及び旋回脚部を駆使して車体を引き上げることも可能となり、したがって、車輪走行及び脚歩行だけでは走行不可能な走行阻害要素に対する踏破性能の向上が図られることとなる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の請求項１に係る移動ロボットによれば、上記した構成としているので、高さのある段差や傾斜のきつい斜面などの走行阻害要素を踏破することができるのは言うまでもなく、この走行阻害要素、例えば、段差の上面や斜面の摩擦係数が低い場合であったとしても、踏破して移動することが可能であるうえ、例えば災害現場において、障害物になった自動車に突起を突き立てたり、金網フェンスを突起により切断したりすれば、車輪走行及び脚歩行だけでは走行不可能な走行阻害要素に対する踏破性能の向上をも実現することができるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００１１】
本発明の請求項２に係る移動ロボットでは、旋回脚部の両端部分に駆動輪を配置しているので、これらの駆動輪を状況に応じて適宜選択すれば、踏破性能のより一層の向上を実現することが可能である。
本発明の請求項３に係る移動ロボットでは、旋回脚部の先端部分に駆動輪を配置しているので、旋回脚部の機敏な動作を実現することができる。
【００１２】
本発明の請求項４に係る移動ロボットでは、上記した構成としたから、例えば走行面がコンクリートから成っている場合であったとしても、走行面に容易に突起を突き立てることができ、本発明の請求項５に係る移動ロボットでは、上記した構成としているので、走行面に取っ掛かりがある場合に、簡単に突起を引っ掛けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る移動ロボットを図面に基づいて説明する。
図１〜図４は、本発明に係る移動ロボットの一実施形態を示している。
図１に示すように、この移動ロボット１は、バッテリーや制御コンピュータなどを搭載した車体２と、この車体２の前後左右の四箇所に配置した多関節脚車輪１０を備えている。
【００１４】
多関節脚車輪１０は、基端部分１１ａが車体２に対して水平方向で且つ適宜位置で固定可能に回動する第一関節駆動軸１２を介して支持された回動脚部１１と、車輪本体１３ａ及びこの車輪本体１３ａを適宜ポジションで固定可能に正逆回転させる駆動モータ１３ｂを一体で有する駆動輪１３が両端部分２０ａ，２０ａに配置され且つ中央部分２０ｂが回動脚部１１の先端部分１１ｂに対して水平方向で且つ適宜位置で固定可能に回動する第二関節駆動軸１５を介して支持されて、回動脚部１１の回動により第一関節駆動軸１２回りに旋回する旋回脚部２０を具備している。
【００１５】
この多関節脚車輪１０の第一関節駆動軸１２は、車体２内に配置した減速機付モータ３の出力により回動するようになっており、一方、多関節脚車輪１０の第二関節駆動軸１５は、回動脚部１１内に配置した減速機付モータ４の出力により回動するようになっている。
また、この多関節脚車輪１０の旋回脚部２０には、二個の突起２１，２１が設けてある。これらの突起２１，２１は、旋回脚部２０の両端部分２０ａ，２０ａにおいて、互いに同じ方向を向くようにして一方の面（図１上面）２０ｃに配置してあり、多関節脚車輪１０では、図２にも示すように、走行面Ａに沿うようにして旋回脚部２０を寝かせる段階で、一方の面２０ｃを走行面Ａと対向させて、突起２１，２１を走行面Ａに引っ掛けたり、食い込ませたりするようになっている。
【００１６】
このような移動ロボット１において、例えば、高い段差を越えて移動する場合、図３（ａ）に示す段差Ｄに接近した状態から、図３（ｂ）に示すように、前部の多関節脚車輪１０の回動脚部１１及び旋回脚部２０をそれぞれ回動させて直立させると共に、後部の多関節脚車輪１０の旋回脚部２０を回動させて直立させる。
この状態で、図３（ｃ），（ｄ）に示すように、前部左右の多関節脚車輪１０の回動脚部１１を第一関節駆動軸１２とともに順次回動させて、左右の旋回脚部２０の各上面２０ｃがいずれも上方を向くようにして旋回脚部２０を順次旋回させ、これにより、左右の多関節脚車輪１０の各先頭側に位置する駆動輪１３を段差Ｄの走行面Ａに接地させ、続いて、図３（ｅ）に示すように、前部の多関節脚車輪１０の回動脚部１１及び旋回脚部２０をそれぞれ適宜回動させて、車体２が段差Ｄの縁に衝突するのを避けつつ、前後の多関節脚車輪１０における各駆動輪１３を動作させて、車体２の底部が段差Ｄに接地するまで前進する。
【００１７】
次に、図３（ｆ）に示すように、前部左右の多関節脚車輪１０の回動脚部１１及び旋回脚部２０をそれぞれ回動させ、旋回脚部２０が走行面Ａに沿うようにして旋回脚部２０を寝かせる段階で、旋回脚部２０の一方の面２０ｃを走行面Ａと対向させて、突起２１，２１を走行面Ａに引っ掛けたり、食い込ませたりする。ここで、車体２の底部が安定した状態で接地できれば、前部左右の多関節脚車輪１０における回動脚部１１及び旋回脚部２０を同時に回動させることが可能であり、その結果、図３（ｆ）に示す動作の時間短縮が図られることとなる。
【００１８】
このとき、走行面Ａが、例えばコンクリートから成っていて突起２１，２１が引っ掛かり難い場合には、多関節脚車輪１０の回動脚部１１の回動動作を複数回行わせて、突起２１，２１を走行面Ａに打ち付けて取っ掛かりを形成するように成せば、突起２１，２１を引っ掛け得ることとなる。
次いで、図３（ｇ）〜（ｉ）に示すように、後部左右の多関節脚車輪１０の各駆動輪１３を動作させつつ、前部左右の多関節脚車輪１０の回動脚部１１及び旋回脚部２０をそれぞれ回動させて、移動ロボット１の重心が段差Ｄ上に位置するまで引き上げ、図３（ｊ）に示すように、前部左右の多関節脚車輪１０の各回動脚部１１を走行面Ａに沿うようにして寝かせて、車体２を段差Ｄの走行面Ａに腹ばい状態で接地させる。
【００１９】
そして、図３（ｋ）に示すように、前後左右の多関節脚車輪１０の回動脚部１１及び旋回脚部２０をそれぞれ回動させ、旋回脚部２０の一方の面２０ｃが上方を向くようにして走行面Ａから突起２１，２１を離間させたのち、図３（ｌ）に示すように、前後左右の多関節脚車輪１０の回動脚部１１及び旋回脚部２０をそれぞれ回動させ、車体２を段差Ｄの走行面Ａから離すべく持ち上げて、前後の多関節脚車輪１０における各駆動輪１３を動作させて前進する。
【００２０】
このように、上記した移動ロボット１では、多関節脚車輪１０の走行面Ａと対向する両旋回脚部２０，２０の一方の面２０ｃ，２０ｃに設置した各突起２１，２１を走行面Ａにそれぞれ引っ掛けたり、食い込ませたりすると、走行面Ａ上で車輪を固定しただけでは得られなかった高い摩擦力が得られることとなり、この際、段差Ｄ上の走行面Ａの摩擦係数が低い場合であったとしても、踏破して移動し得ることとなる。
【００２１】
また、上記した移動ロボット１において、例えば、急斜面を登坂する場合、図４（ａ）に示す前後左右の多関節脚車輪１０の突起２１，２１を急斜面Ｓに引っ掛けたり食い込ませたりした状態から、図４（ｂ）に示すように、前後左右の多関節脚車輪１０の各回動脚部１１を急斜面Ｓに沿うようにして寝かせて、車体２を急斜面Ｓに腹ばい状態で接地させる。この腹ばい状態になるということは、安定した姿勢のまま左右の多関節脚車輪１０を同時に地面から離して動作させることを可能にするので、移動ロボット１は、姿勢を安定に保つ制御を特に必要とせず、一脚ずつ動作させるよりも迅速且つ確実に進行することとなる。
【００２２】
次いで、図４（ｃ），（ｄ）に示すように、前後の多関節脚車輪１０の回動脚部１１を第一関節駆動軸１２とともに交互に回動させて、前後の旋回脚部２０の各上面２０ｃがいずれも急斜面Ｓ側を向くようにして旋回脚部２０を交互に旋回させる。
つまり、前後の多関節脚車輪１０の突起２１，２１のうちの一方の突起２１，２１を、常に急斜面Ｓに引っ掛けたり食い込ませたりしながら、図４（ｂ）〜（ｄ）の動作を繰り返すことで、急斜面Ｓを登坂する。
【００２３】
この場合も、上記した移動ロボット１では、多関節脚車輪１０の急斜面Ｓと対向する両旋回脚部２０，２０の一方の面２０ｃ，２０ｃに設置した各突起２１，２１を急斜面Ｓにそれぞれ引っ掛けたり、食い込ませたりすると、急斜面Ｓ上で車輪を固定しただけでは得られなかった高い摩擦力が得られることとなり、この際、急斜面Ｓの摩擦係数が低い場合であったとしても、踏破して移動し得ることとなる。
【００２４】
上記した実施形態の移動ロボット１では、多関節脚車輪１０に設けた突起２１，２１が、旋回脚部２０の両端部分２０ａ，２０ａにおいて、互いに同じ方向を向くようにして一方の面２０ｃに配置した場合を示しているが、これに限定されるものではなく、他の構成として、例えば、図５に示すように、上記突起２１，２１に加えて、旋回脚部２０を走行面Ａに対して直立させる段階で該走行面Ａ側に位置する一方の端部分２０ａに、上記突起２１と略直交する方向の突起２２を設けたり、図６に示すように、上記突起２１，２１に替えて、旋回脚部２０を走行面Ａに対して直立させる段階で該走行面Ａ側に位置する一方の端部分２０ａのみに、上記突起２１と略直交する方向の突起２２を設けたりしてもよい。
【００２５】
また、多関節脚車輪１０の突起２１，２２には、図７に示すように、楔形状を成している突起２１，２２を採用することができるほか、図８に示すように、鉤爪形状を成している突起２１，２２を採用することができる。
さらに、上記した実施形態による移動ロボット１では、車体２の前後左右の四箇所のすべてに多関節脚車輪１０を配置するようにしているが、これに限定されるものではなく、図９に示すように、車体２の前部の左右二箇所に多関節脚車輪１０を配置すると共に、車体２の後部の左右二箇所に回動脚部１１及び駆動輪１３を具備した脚車輪１０Ａを配置するようにしてもよい。
【００２６】
さらにまた、上記した実施形態では、多関節脚車輪１０の旋回脚部２０の両端部分２０ａ，２０ａに駆動輪１３を配置するようにしているが、これに限定されるものではなく、図１０に示すように、多関節脚車輪１０旋回脚部２０の先端部分２０ａにのみ駆動輪１３を配置するようにしてもよく、この場合にも、旋回脚部２０の両端部分２０ａ，２０ａに突起２２を設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る移動ロボットの一実施形態を簡略的に示す多関節脚車輪における旋回脚部を寝かせた走行状態の側面説明図（ａ）及び正面説明図（ｂ）である。
【図２】図１における移動ロボットの突起を走行面に突き立てた状態の側面説明図（ａ）及び正面説明図（ｂ）である。
【図３】図１に示した移動ロボットが段差を踏破する状況の動作説明図（ａ）〜（ｌ）である。
【図４】図１に示した移動ロボットが急斜面を踏破する状況の動作説明図（ａ）〜（ｄ）である。
【図５】本発明に係る移動ロボットの他の実施形態を簡略的に示す多関節脚車輪における旋回脚部を直立させた状態で且つ突起を走行面に突き立てた状態の部分拡大側面説明図である。
【図６】本発明に係る移動ロボットのさらに他の実施形態を簡略的に示す多関節脚車輪における旋回脚部を直立させた状態で且つ突起を走行面に突き立てた状態の部分拡大側面説明図である。
【図７】本発明に係る移動ロボットにおける突起の形状の一例を示す斜視説明図である。
【図８】本発明に係る移動ロボットにおける突起の形状の他の例を示す斜視説明図である。
【図９】本発明に係る移動ロボットのさらに他の実施形態を簡略的に示す多関節脚車輪における旋回脚部を寝かせた走行状態の側面説明図である。
【図１０】本発明に係る移動ロボットのさらに他の実施形態を簡略的に示す多関節脚車輪における旋回脚部を立たせた状態の側面説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    移動ロボット
２    車体
１０  多関節脚車輪
１１  回動脚部
１２  第一関節駆動軸
１３  駆動輪
１５  第二関節駆動軸  
２０  旋回脚部
２０ａ  旋回脚部の両端部分
２０ｂ  旋回脚部の中央部分
２０ｃ  旋回脚部の一方の面
２１，２２  突起
Ａ  走行面
【図１】
2009234534.tif 000003
【図２】
2009234534.tif 000004
【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】
2009234534.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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