(57)【要約】【課題】  段差登りに適した構成の車輪型走行装置を提供する。【解決手段】車輪型走行装置の本体部に前可動脚と後可動脚が回動自在に取り付けられている。各可動脚の先端部分に脚車輪が取り付けられ、前脚車輪と後脚車輪は本体部を走行駆動する。また、本体部に取り付けられた前中間車輪と後中間車輪は、本体部を走行駆動する。駆動制御部は、脚車輪と中間車輪を駆動制御する車輪駆動部と、可動脚を駆動制御する脚駆動部と、進行方向の登り段差を検出するためのデータを得る段差検出部と、を含んでいる。駆動制御部は、段差検出部のデータに基づいて検出された段差を可動脚によって登る時に、脚駆動部により前可動脚と後可動脚を同期して徐々におろし動作させて本体部を前脚車輪と後脚車輪によって支持する姿勢に変化させると同時に、後可動脚または前可動脚のおろし動作に応じて車輪駆動部により後脚車輪の走行を加速させる。【選択図】  図１４
2009298208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷物または人を搭載可能な本体部と、
前記本体部の前側に取り付けられた前可動脚と、前記本体部の後側に取り付けられた後可動脚と、
それぞれの前記前可動脚に取り付けられて前記本体部を走行駆動可能な前脚車輪と、
それぞれの前記後可動脚に取り付けられて前記本体部を走行駆動可能な後脚車輪と、
前記前脚車輪と前記後脚車輪の間に位置して前記本体部を走行駆動可能な前中間車輪と、
前記前脚車輪と前記後脚車輪の間に位置して前記本体部を走行駆動可能な後中間車輪と、
前記前脚車輪と前記後脚車輪と前記前中間車輪と前記後中間車輪を駆動制御する車輪駆動部と、前記前可動脚と前記後可動脚を駆動制御する脚駆動部と、進行方向の登り段差を検出するためのデータを得る段差検出部と、を含む駆動制御部と、
を具備し、
前記駆動制御部は、前記段差検出部の出力に基づいて検出された段差を前記前可動脚によって登る時に、前記脚駆動部により前記前可動脚と前記後可動脚を同期して徐々におろし動作させて前記本体部を前記前脚車輪と前記後脚車輪によって支持する姿勢に変化させると同時に、前記後可動脚または前記前可動脚のおろし動作に応じて前記車輪駆動部により前記後脚車輪の走行を加速させること、を特徴とする車輪型走行装置。
【請求項２】
前記駆動制御部は、前記後可動脚の回動角度に応じた非線形ゲインを前記後可動脚の回
動角速度に掛けて加速補正値を得て、前記加速補正値に応じて前記後脚車輪の走行を加速することを特徴とする請求項１に記載の車輪型走行装置。
【請求項３】
前記駆動制御部は、前記非線形ゲインを前記後可動脚の回動角度の正弦波に応じて変化
させたことを特徴とする請求項２に記載の車輪型走行装置。
【請求項４】
前記駆動制御部は、前記段差検出部の出力に基づいて検出された段差を前記前可動脚に
よって登る時に、段差上端部に位置する前記前脚車輪を有する前記前可動脚を前記脚駆動部により回動制御して前記本体部の前側を徐々に持上げる動作に同期して前記後可動脚を前記脚駆動部により回動制御して前記本体部の後側を徐々に持上げることにより、前記本体部の基準面を水平に維持しながら前記本体部が段差の高さ相当分だけ徐々に上昇させて、前記前脚車輪と前記後脚車輪によって前記本体部を駆動走行させる姿勢に
変化させることを特徴とする請求項１に記載の車輪型走行装置。
【請求項５】
前記駆動制御部は、前記段差検出部の出力に基づいて進行方向の段差を検出した場合に、
(1)まず、段差への所要距離以上離れた位置において段差の高さを計測し、
(2)次に、前記脚駆動部により前記前可動脚を回動動作させて前記前脚車輪を段差の高さに応じた高さ位置にし、前記後可動脚を水平位置またはほぼ水平位置にして前記後脚車輪を前記後中間車輪とほぼ同じ高さ位置にし、
(3)次に、前記段差検出部の出力に基づいて前記前脚車輪が段差上に移動してきた時点を検知し、段差上端部に位置する前記前脚車輪を有する前記前可動脚を前記脚駆動部により回動制御して前記本体部の前側を徐々に持上げる動作に同期して前記後可動脚を前記脚駆動部により回動制御して前記本体部の後側を徐々に持上げることにより、前記本体部の基準面を水平に維持しながら前記本体部が前記段差の高さ相当分だけ徐々に上昇させて、前記前脚車輪と前記後脚車輪によって前記本体部を駆動走行させる姿勢に変化させ、
(4)次に、前記段差検出部の出力に基づいて前記後中間車輪が段差上に移動してきた時点を検知し、前記脚駆動部により前記後可動脚を回動制御して前記後脚車輪を前記後中間
車輪の高さ位置とほぼ同じまたはそれ以上にあげること、
を特徴とする請求項１に記載の車輪型走行装置。
【請求項６】
前記段差検出部は、回転距離センサを含んで構成され、前記回転距離センサの出力から
本体部の前方路面の高低を表す２次元断面データを計測して出力し、
前記駆動制御部は、前記２次元断面データに基づいて登り段差までの距離と段差の高さを得ること、を特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の車輪型走行装置。
【請求項７】
前記段差検出部は、前記前可動脚の先端部分に取り付けられた前脚路面センサを含み、
前記前脚路面センサの出力により前記前脚車輪から路面までの距離に相当する値を計測して出力し、
前記駆動制御部は、前記前可動脚の回動角度と前記前脚路面センサの出力に基づいて前記前可動脚が段差上に到達したか否かを判断すること、を特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の車輪型走行装置。
【請求項８】
前記段差検出部は、前記本体部に取り付けられた後中間路面センサを含み、前記後中間
路面センサの出力により前記後中間車輪から路面までの距離に相当する値を計測して出力し、
前記駆動制御部は、前記後可動脚の回動角度と前記後中間路面センサの出力に基づいて前記後中間車輪が段差上に到達したか否かを判断すること、を特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の車輪型走行装置。
【請求項９】
荷物または人を搭載可能な本体部と、
前記本体部の前側に取り付けられた前可動脚と、前記本体部の後側に取り付けられた後可動脚と、
それぞれの前記前可動脚に取り付けられて前記本体部を走行駆動可能な前脚車輪と、
それぞれの前記後可動脚に取り付けられて前記本体部を走行駆動可能な後脚車輪と、
前記前脚車輪と前記後脚車輪の間に位置して前記本体部を走行駆動可能な前中間車輪と、
前記前脚車輪と前記後脚車輪の間に位置して前記本体部を走行駆動可能な後中間車輪と、
前記前脚車輪と前記後脚車輪と前記前中間車輪と前記後中間車輪を駆動制御する車輪駆動部と、前記前可動脚と前記後可動脚を駆動制御する脚駆動部と、進行方向の登り段差を検出するためのデータを得る段差検出部と、を含む駆動制御部と、
を具備し、
前記駆動制御部は、前記段差検出部の出力に基づいて検出された段差を前記前可動脚によって登る時に、段差上端部に位置する前記前脚車輪を有する前記前可動脚を前記脚駆動部により回動制御して前記本体部の前側を徐々に持上げる動作に同期して前記後可動脚を前記脚駆動部により回動制御して前記本体部の後側を徐々に持上げることにより、前記本体部の基準面を水平に維持しながら前記本体部が段差の高さ相当分だけ徐々に上昇させて、前記前脚車輪と前記後脚車輪によって前記本体部を駆動走行させる姿勢に変化させることを特徴とする車輪型走行装置。
【請求項１０】
前記駆動制御部は、前記脚駆動部により前記前可動脚を回動制御して前記本体部の前側を徐々に持上げる動作に同期して前記後可動脚を回動制御して前記本体部の後側を徐々に持上げ、同時に、前記後可動脚または前記前可動脚の回動動作に応じて前記車輪駆動部により前記後脚車輪の走行を加速させること、を特徴とする請求項９に記載の車輪型走行装置。
【請求項１１】
前記駆動制御部は、前記後可動脚の回動角度に応じた非線形ゲインを前記後可動脚の回
動角速度に掛けて加速補正値を得て、前記加速補正値に応じて前記後脚車輪の走行を加速することを特徴とする請求項１０に記載の車輪型走行装置。
【請求項１２】
前記駆動制御部は、前記非線形ゲインを前記後可動脚の回動角度の正弦波に応じて変化
させたこと、を特徴とする請求項１１に記載の車輪型走行装置。
【請求項１３】
前記駆動制御部は、前記段差検出部の出力に基づいて進行方向の段差を検出した場合に、(1)まず、段差への所要距離以上離れた位置において段差の高さを計測し、
(2)次に、前記脚駆動部により前記前可動脚を回動動作させて前記前脚車輪を段差の高さ
に応じた高さ位置にし、前記後可動脚を水平位置またはほぼ水平位置にして前記後脚車輪を前記後中間車輪とほぼ同じ高さ位置にし、
(3)次に、前記段差検出部の出力に基づいて前記前脚車輪が段差上に移動してきた時点を
検知し、段差上端部に位置する前記前脚車輪を有する前記前可動脚を前記脚駆動部により回動制御して前記本体部の前側を徐々に持上げる動作に同期して前記後可動脚を前記脚駆動部により回動制御して前記本体部の後側を徐々に持上げることにより、前記本体部の基準面を水平に維持しながら前記本体部が前記段差の高さ相当分だけ徐々に上昇させて、前記前脚車輪と前記後脚車輪によって前記本体部を駆動走行させる姿勢に変化させ、
(4)次に、前記段差検出部の出力に基づいて前記後中間車輪が段差上に移動してきた時点
を検知し、前記脚駆動部により前記後可動脚を回動制御して前記後脚車輪を前記後中間車輪の高さ位置とほぼ同じまたはそれ以上にあげること、
を特徴とする請求項９に記載の車輪型走行装置。
【請求項１４】
荷物または人を搭載可能な本体部と、
前記本体部の前側に取り付けられた前可動脚と、前記本体部の後側に取り付けられた後可動脚と、
それぞれの前記前可動脚に取り付けられて前記本体部を走行駆動可能な前脚車輪と、
それぞれの前記後可動脚に取り付けられて前記本体部を走行駆動可能な後脚車輪と、
前記前脚車輪と前記後脚車輪の間に位置して前記本体部を走行駆動可能な前中間車輪と、
前記前脚車輪と前記後脚車輪の間に位置して前記本体部を走行駆動可能な後中間車輪と、
前記前脚車輪と前記後脚車輪と前記前中間車輪と前記後中間車輪を駆動制御する車輪駆動部と、前記前可動脚と前記後可動脚を駆動制御する脚駆動部と、進行方向の登り段差を検出するためのデータを得る段差検出部と、を含む駆動制御部と、
を具備し、
前記駆動制御部は、前記段差検出部の出力に基づいて進行方向の段差を検出した場合に、
(1)まず、段差への所要距離以上離れた位置において段差の高さを計測し、
(2)次に、前記脚駆動部により前記前可動脚を回動動作させて前記前脚車輪を段差の高さに応じた高さ位置にし、前記後可動脚を水平位置またはほぼ水平位置にして前記後脚車輪を前記後中間車輪とほぼ同じ高さ位置にし、
(3)次に、前記段差検出部の出力に基づいて前記前脚車輪が段差上に移動してきた時点を検知し、段差上端部に位置する前記前脚車輪を有する前記前可動脚を前記脚駆動部により回動制御して前記本体部の前側を徐々に持上げる動作に同期して前記後可動脚を前記脚駆動部により回動制御して前記本体部の後側を徐々に持上げることにより、前記本体部の基準面を水平に維持しながら前記本体部が前記段差の高さ相当分だけ徐々に上昇させて、前記前脚車輪と前記後脚車輪によって前記本体部を駆動走行させる姿勢に変化させ、
(4)次に、前記段差検出部の出力に基づいて前記後中間車輪が段差上に移動してきた時点を検知し、前記脚駆動部により前記後可動脚を回動制御して前記後脚車輪を前記後中間車輪の高さ位置とほぼ同じまたはそれ以上にあげることを特徴とする車輪型走行装置。
【請求項１５】
前記駆動制御部は、前記脚駆動部により前記前可動脚を回動制御して前記本体部の前側
を徐々に持上げる動作に同期して前記後可動脚を回動制御して前記本体部の後側を徐々に持上げ、同時に、前記後可動脚または前記前可動脚の回動動作に応じて前記車輪駆動部により前記後脚車輪の走行を加速させるこを特徴とする請求項１４に記載の車輪型走行
装置。
【請求項１６】
前記駆動制御部は、前記後可動脚の回動角度に応じた非線形ゲインを前記後可動脚の回
動角速度に掛けて加速補正値を得て、前記加速補正値に応じて前記後脚車輪の走行を加速することを特徴とする請求項１５に記載の車輪型走行装置。
【請求項１７】
前記駆動制御部は、前記非線形ゲインを前記後可動脚の回動角度の正弦波に応じて変化
させたことを特徴とする請求項１６に記載の車輪型走行装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、段差登り動作が可能な車輪型走行装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車輪を用いた走行装置は、平坦路での車輪走行が滑らかで移動速度が高くできる利点がある。なかでも、本体の４隅に４個の車輪を有する走行装置は、構造が簡単なことから、広く使用されている。しかし、４個の車輪による走行装置は、段差への登りにおいて車輪が段差に衝突し、段差に登れないことがしばしば生じる。走行装置の車輪径を大きくすれば登ることが可能な段差高さを大きくできるが、車輪径に比例して本体の外形寸法が大きくなる。また、段差登り時に車輪の段差への衝突は避けられないため、走行装置に搭載された荷物や人に大きな衝撃が加わる。また、前側の車輪が段差に乗り上げた状態において、走行装置の車体が傾き、荷物や人の移動や落下が生じやすい。
【０００３】
段差登りを容易にするために、アームを設けた走行装置が知られている。たとえば、参考文献１に、４個の起倒アームに補助車輪を設けた走行装置が記載されている。参考文献１の明細書第６頁第１４行目〜第７頁第４行目および第５図（イ）〜（ハ）には、起倒アームを用いて段差に登る方法について説明されている。移動台車が障害物Ｇに近づいたら、まず障害物側の起倒アーム１８を右方(前方)に倒してその補助車輪１９を障害物に接触させ（第５図（イ））、そのまま起倒アーム１８の倒伏を継続するとともに、左方(後方)の起倒アーム１８を第５図（ロ）のように後方に倒してその補助車輪１９を接地させる。前後の起倒アーム１８の下への回動をさらに続行してフレーム１を上昇させ、障害物上に移動台車をのり上げさせている。
【特許文献１】実開昭６０−１１７２８４号公報（実願昭５８-２２４２９７号のマイクロフィルム）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、アームを設けた走行装置では、段差の登り時にアームによって車輪をあげるようにしているため、段差登りが容易になる。しかし、先行する車輪を安定に段差登りさせるためには、格別な注意が必要である。特に、アーム動作によって車体を持上げる時に、アーム動作に影響されて車体が後方に移動する場合があり、先端車輪が段差からずり落ちる危険性がある。また、先行車輪がアームによって段差に登る時に車体に傾きが生じ、走行装置に搭載された荷物や人が移動や落下する危険性がある。また、段差手前で走行装置を停止させ、体勢を整えてから段差登りを行うので、段差登り動作に時間がかかる。
【０００５】
本発明は上記課題を解決する。本発明は、段差登りに適した構成の車輪型走行装置を提供する。 
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１の車輪型走行装置では、
荷物または人を搭載可能な本体部と、
前記本体部の前側に取り付けられた前可動脚と、前記本体部の後側に取り付けられた後可動脚と、
それぞれの前記前可動脚に取り付けられて前記本体部を走行駆動可能な前脚車輪と、
それぞれの前記後可動脚に取り付けられて前記本体部を走行駆動可能な後脚車輪と、
前記前脚車輪と前記後脚車輪の間に位置して前記本体部を走行駆動可能な前中間車輪と
、
前記前脚車輪と前記後脚車輪の間に位置して前記本体部を走行駆動可能な後中間車輪と、
前記前脚車輪と前記後脚車輪と前記前中間車輪と前記後中間車輪を駆動制御する車輪駆動部と、前記前可動脚と前記後可動脚を駆動制御する脚駆動部と、進行方向の登り段差を検出するためのデータを得る段差検出部と、を含む駆動制御部と、
を具備し、
前記駆動制御部は、前記段差検出部の出力に基づいて検出された段差を前記前可動脚によって登る時に、前記脚駆動部により前記前可動脚と前記後可動脚を同期して徐々におろし動作させて前記本体部を前記前脚車輪と前記後脚車輪によって支持する姿勢に変化させると同時に、前記後可動脚または前記前可動脚のおろし動作に応じて前記車輪駆動部により前記後脚車輪の走行を加速させること、を特徴とする構成にしている。
【０００７】
このような構成であれば、後可動脚のおろし動作による本体部の後方移動を後脚車輪の加速動作によって防止できるので、前可動脚の前脚車輪が段差上端部から落ちることを防止できる。これにより、段差登りを安定確実に行わせることができる。
【０００８】
本発明の請求項２に記載された車輪型走行装置の前記駆動制御部は、前記後可動脚の回動角度に応じた非線形ゲインを前記後可動脚の回動角速度に掛けて加速補正値を得て、前記加速補正値に応じて前記後脚車輪の走行を加速する。
【０００９】
本発明の請求項３に記載された車輪型走行装置の前記駆動制御部は、前記非線形ゲインを前記後可動脚の回動角度の正弦波に応じて変化させる。
【００１０】
このような構成であれば、後可動脚の動きに対応して適切な加速を後脚車輪に行わせることができ、本体部の後方移動を確実に防止できる。
【００１１】
本発明の請求項４に記載された車輪型走行装置の前記駆動制御部は、前記段差検出部の出力に基づいて検出された段差を前記前可動脚によって登る時に、段差上端部に位置する前記前脚車輪を有する前記前可動脚を前記脚駆動部により回動制御して前記本体部の前側を徐々に持上げる動作に同期して前記後可動脚を前記脚駆動部により回動制御して前記本体部の後側を徐々に持上げることにより、前記本体部の基準面を水平に維持しながら前記本体部が段差の高さ相当分だけ徐々に上昇させて、前記前脚車輪と前記後脚車輪によって前記本体部を駆動走行させる姿勢に変化させる。
【００１２】
このような構成であれば、本体部を水平に維持しながら段差への登り動作を行うことができ、本体部に搭載された荷物や人のバランスを崩すことがなくなる。
【００１３】
本発明の請求項５に記載された車輪型走行装置の前記駆動制御部は、前記駆動制御部は、前記段差検出部の出力に基づいて進行方向の段差を検出した場合に、
(1)まず、段差への所要距離以上離れた位置において段差の高さを計測し、
(2)次に、前記脚駆動部により前記前可動脚を回動動作させて前記前脚車輪を段差の高さに応じた高さ位置にし、前記後可動脚を水平位置またはほぼ水平位置にして前記後脚車輪を前記後中間車輪とほぼ同じ高さ位置にし、
(3)次に、前記段差検出部の出力に基づいて前記前脚車輪が段差上に移動してきた時点を検知し、段差上端部に位置する前記前脚車輪を有する前記前可動脚を前記脚駆動部により回動制御して前記本体部の前側を徐々に持上げる動作に同期して前記後可動脚を前記脚駆動部により回動制御して前記本体部の後側を徐々に持上げることにより、前記本体部の基準面を水平に維持しながら前記本体部が前記段差の高さ相当分だけ徐々に上昇させて、前記前脚車輪と前記後脚車輪によって前記本体部を駆動走行させる姿勢に変化させ、
(4)次に、前記段差検出部の出力に基づいて前記後中間車輪が段差上に移動してきた時点を検知し、前記脚駆動部により前記後可動脚を回動制御して前記後脚車輪を前記後中間車輪の高さ位置とほぼ同じまたはそれ以上にあげる。
【００１４】
このような構成であれば、車輪型走行装置の走行を継続しながら円滑に姿勢を変化でき、本体部を水平に維持しながら円滑に短時間に段差登りを行うことができる。
【００１５】
本発明の請求項６に記載された車輪型走行装置の前記段差検出部は、回転距離センサを含んで構成され、前記回転距離センサの出力から本体部の前方路面の高低を表す２次元断面データを計測して出力し、
前記駆動制御部は、前記２次元断面データに基づいて登り段差までの距離と段差の高さを得る。
【００１６】
このような構成であれば、離れている段差を確実に検出でき、その段差高さも計測することができる。これにより、段差に到達するまでの間に、本体部が走行しながら段差登りのための準備姿勢に変化することが可能になる。
【００１７】
本発明の請求項７に記載された車輪型走行装置の前記段差検出部は、前記前可動脚の先端部分に取り付けられた前脚路面センサを含み、前記前脚路面センサの出力により前記前脚車輪から路面までの距離に相当する値を計測して出力し、
前記駆動制御部は、前記前可動脚の回動角度と前記前脚路面センサの出力に基づいて前記前可動脚が段差上に到達したか否かを判断する。
【００１８】
このような構成であれば、前可動脚の姿勢に基づいて前脚路面センサからの計測値を判断することにより、段差上への到達を確実に検知することができる。
【００１９】
本発明の請求項８に記載された車輪型走行装置の前記段差検出部は、前記本体部に取り付けられた後中間路面センサを含み、前記後中間路面センサの出力により前記後中間車輪から路面までの距離に相当する値を計測して出力し、
前記駆動制御部は、前記後可動脚の回動角度と前記後中間路面センサの出力に基づいて前記後中間車輪が段差上に到達したか否かを判断する。
【００２０】
このような構成では、後可動脚の姿勢に基づいて後中間路面センサからの計測値を判断することにより、段差上への到達を確実に検知することができる。
【００２１】
本発明の請求項９の車輪型走行装置では、
荷物または人を搭載可能な本体部と、
前記本体部の前側に取り付けられた前可動脚と、前記本体部の後側に取り付けられた後可動脚と、
それぞれの前記前可動脚に取り付けられて前記本体部を走行駆動可能な前脚車輪と、
それぞれの前記後可動脚に取り付けられて前記本体部を走行駆動可能な後脚車輪と、
前記前脚車輪と前記後脚車輪の間に位置して前記本体部を走行駆動可能な前中間車輪と、
前記前脚車輪と前記後脚車輪の間に位置して前記本体部を走行駆動可能な後中間車輪と、
前記前脚車輪と前記後脚車輪と前記前中間車輪と前記後中間車輪を駆動制御する車輪駆動部と、前記前可動脚と前記後可動脚を駆動制御する脚駆動部と、進行方向の登り段差を検出するためのデータを得る段差検出部と、を含む駆動制御部と、
を具備し、
前記駆動制御部は、前記段差検出部の出力に基づいて検出された段差を前記前可動脚に
よって登る時に、段差上端部に位置する前記前脚車輪を有する前記前可動脚を前記脚駆動部により回動制御して前記本体部の前側を徐々に持上げる動作に同期して前記後可動脚を前記脚駆動部により回動制御して前記本体部の後側を徐々に持上げることにより、前記本体部の基準面を水平に維持しながら前記本体部が段差の高さ相当分だけ徐々に上昇させて、前記前脚車輪と前記後脚車輪によって前記本体部を駆動走行させる姿勢に変化させること、を特徴とする構成にしている。
【００２２】
このような構成であれば、本体部を水平に維持しながら段差への登り動作を行うことができ、本体部に搭載された荷物や人のバランスを崩すことがなくなる。
【００２３】
本発明の請求項１０に記載された車輪型走行装置の前記駆動制御部は、前記脚駆動部により前記前可動脚を回動制御して前記本体部の前側を徐々に持上げる動作に同期して前記後可動脚を回動制御して前記本体部の後側を徐々に持上げ、同時に、前記後可動脚または前記前可動脚の回動動作に応じて前記車輪駆動部により前記後脚車輪の走行を加速させる。
【００２４】
このような構成であれば、後可動脚による本体部の持上げ動作による本体部の後方移動を後脚車輪の加速動作によって防止できるので、前可動脚の前脚車輪が段差上端部から落ちることを防止できる。これにより、段差登りを安定確実に行わせることができる。
【００２５】
本発明の請求項１１に記載された車輪型走行装置の前記駆動制御部は、前記後可動脚の回動角度に応じた非線形ゲインを前記後可動脚の回動角速度に掛けて加速補正値を得て、前記加速補正値に応じて前記後脚車輪の走行を加速する。
【００２６】
本発明の請求項１２に記載された車輪型走行装置の前記駆動制御部は、前記非線形ゲインを前記後可動脚の回動角度の正弦波に応じて変化させる。
【００２７】
このような構成であれば、後可動脚の動きに対応して適切な加速を後脚車輪に行わせることができ、本体部の後方移動を確実に防止できる。
【００２８】
本発明の請求項１３に記載された車輪型走行装置の前記駆動制御部は、前記段差検出部の出力に基づいて進行方向の段差を検出した場合に、
(1)まず、段差への所要距離以上離れた位置において段差の高さを計測し、
(2)次に、前記脚駆動部により前記前可動脚を回動動作させて前記前脚車輪を段差の高さに応じた高さ位置にし、前記後可動脚を水平位置またはほぼ水平位置にして前記後脚車輪を前記後中間車輪とほぼ同じ高さ位置にし、
(3)次に、前記段差検出部の出力に基づいて前記前脚車輪が段差上に移動してきた時点を検知し、段差上端部に位置する前記前脚車輪を有する前記前可動脚を前記脚駆動部により回動制御して前記本体部の前側を徐々に持上げる動作に同期して前記後可動脚を前記脚駆動部により回動制御して前記本体部の後側を徐々に持上げることにより、前記本体部の基準面を水平に維持しながら前記本体部が前記段差の高さ相当分だけ徐々に上昇させて、前記前脚車輪と前記後脚車輪によって前記本体部を駆動走行させる姿勢に変化させ、
(4)次に、前記段差検出部の出力に基づいて前記後中間車輪が段差上に移動してきた時点を検知し、前記脚駆動部により前記後可動脚を回動制御して前記後脚車輪を前記後中間車輪の高さ位置とほぼ同じまたはそれ以上にあげる。
【００２９】
このような構成であれば、車輪型走行装置の走行を継続しながら円滑に姿勢を変化でき、本体部を水平に維持しながら円滑に短時間に段差登りを行うことができる。
【００３０】
本発明の請求項１４の車輪型走行装置では、
荷物または人を搭載可能な本体部と、
前記本体部の前側に取り付けられた前可動脚と、前記本体部の後側に取り付けられた後可動脚と、
それぞれの前記前可動脚に取り付けられて前記本体部を走行駆動可能な前脚車輪と、
それぞれの前記後可動脚に取り付けられて前記本体部を走行駆動可能な後脚車輪と、
前記前脚車輪と前記後脚車輪の間に位置して前記本体部を走行駆動可能な前中間車輪と、
前記前脚車輪と前記後脚車輪の間に位置して前記本体部を走行駆動可能な後中間車輪と、
前記前脚車輪と前記後脚車輪と前記前中間車輪と前記後中間車輪を駆動制御する車輪駆動部と、前記前可動脚と前記後可動脚を駆動制御する脚駆動部と、進行方向の登り段差を検出するためのデータを得る段差検出部と、を含む駆動制御部と、
を具備し、
前記駆動制御部は、前記段差検出部の出力に基づいて進行方向の段差を検出した場合に、
(1)まず、段差への所要距離以上離れた位置において段差の高さを計測し、
(2)次に、前記脚駆動部により前記前可動脚を回動動作させて前記前脚車輪を段差の高さに応じた高さ位置にし、前記後可動脚を水平位置またはほぼ水平位置にして前記後脚車輪を前記後中間車輪とほぼ同じ高さ位置にし、
(3)次に、前記段差検出部の出力に基づいて前記前脚車輪が段差上に移動してきた時点を検知し、段差上端部に位置する前記前脚車輪を有する前記前可動脚を前記脚駆動部により回動制御して前記本体部の前側を徐々に持上げる動作に同期して前記後可動脚を前記脚駆動部により回動制御して前記本体部の後側を徐々に持上げることにより、前記本体部の基準面を水平に維持しながら前記本体部が前記段差の高さ相当分だけ徐々に上昇させて、前記前脚車輪と前記後脚車輪によって前記本体部を駆動走行させる姿勢に変化させ、
(4)次に、前記段差検出部の出力に基づいて前記後中間車輪が段差上に移動してきた時点を検知し、前記脚駆動部により前記後可動脚を回動制御して前記後脚車輪を前記後中間車輪の高さ位置とほぼ同じまたはそれ以上にあげる。
【００３１】
このような構成であれば、車輪型走行装置の走行を継続しながら円滑に姿勢を変化でき、本体部を水平に維持しながら円滑に短時間に段差登りを行うことができる。
【００３２】
本発明の請求項１５に記載された車輪型走行装置の前記駆動制御部は、前記脚駆動部により前記前可動脚を回動制御して前記本体部の前側を徐々に持上げる動作に同期して前記後可動脚を回動制御して前記本体部の後側を徐々に持上げ、同時に、前記後可動脚または前記前可動脚の回動動作に応じて前記車輪駆動部により前記後脚車輪の走行を加速させる。
【００３３】
このような構成であれば、後可動脚による本体部の持上げ動作による本体部の後方移動を後脚車輪の加速動作によって防止できるので、前可動脚の前脚車輪が段差上端部から落ちることを防止できる。これにより、段差登りを安定確実に行わせることができる。
【００３４】
本発明の請求項１６に記載された車輪型走行装置の前記駆動制御部は、前記後可動脚の回動角度に応じた非線形ゲインを前記後可動脚の回動角速度に掛けて加速補正値を得て、前記加速補正値に応じて前記後脚車輪の走行を加速する。
【００３５】
本発明の請求項１７に記載された車輪型走行装置の前記駆動制御部は、前記非線形ゲインを前記後可動脚の回動角度の正弦波に応じて変化させる。
【００３６】
このような構成であれば、後可動脚の動きに対応して適切な加速を後脚車輪に行わせる
ことができ、本体部の後方移動を確実に防止できる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の技術を用いることによって、車輪型走行装置の本体部を安定に段差登りさせることができる。特に、後可動脚の回動動作に応じて後脚車輪の走行を加速し、本体部の後方移動を防止した。これにより、段差の上端部に接地した前脚車輪が後方に移動することがなくなり、前脚車輪が段差の上端部からずり落ちることは無くなる。
【００３８】
また、車輪型走行装置は、前可動脚により本体部の前側を徐々に持上げる動作に同期して後可動脚により本体部の後側を徐々に持上げて、本体部の基準面を水平に維持しながら前脚車輪と後脚車輪の回動動作によって本体部を段差の高さ相当分だけ徐々に上昇させた。そして、前脚車輪と脚車輪によって本体部を駆動走行させる姿勢に変化させた。その結果、車輪型走行装置の本体部の荷台面に積載された荷物や人が移動や落下することがなくなる。
【００３９】
また、車輪型走行装置は、離れた位置から段差を検知し、走行しながら事前に段差登りの準備姿勢になる。前脚車輪の段差到達を検知した後に、走行しながら本体部の基準面の水平を維持した状態で前脚車輪と後脚車輪で走行駆動する姿勢に変化する。次に、後中間車輪の段差到達を検知した後に、走行しながら後脚車輪の位置を上に上げる。これにより、車輪型走行装置の姿勢を変えながら段差登りを円滑に行うことができ、中間車輪と脚車輪により本体部を継続的に走行駆動できる。その結果、車輪型走行装置は走行を継続しながら短時間に基準面の水平を維持した状態で段差登りを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下に説明する実施の形態の主要な特徴を列記する。 
（形態１）
駆動制御部は、段差検出部の出力に基づいて検出された段差を前可動脚によって登る時に、脚駆動部により前可動脚と後可動脚を同期して徐々におろし動作させて本体部を２個の前脚車輪と２個の後脚車輪によって支持する姿勢に変化させると同時に、後可動脚または前可動脚のおろし動作に応じて車輪駆動部により後脚車輪の走行を加速させる。
（形態２）  駆動制御部は、段差検出部の出力に基づいて検出された段差を前可動脚によって登る時に、段差上端部に位置する前脚車輪を有する前可動脚を脚駆動部により回動制御して本体部の前側を徐々に持上げる動作に同期して後可動脚を脚駆動部により回動制御して本体部の後側を徐々に持上げることにより、本体部の基準面を水平に維持しながら本体部が段差の高さ相当分だけ徐々に上昇させて、２個の前脚車輪と２個の後脚車輪によって本体部を駆動走行させる姿勢に変化させる。
（形態３）  駆動制御部は、段差検出部の出力に基づいて進行方向の段差を検出した場合に、
(1)まず、段差への所要距離以上離れた位置において段差の高さを計測し、
(2)次に、脚駆動部により前可動脚を回動動作させて前脚車輪を段差の高さに応じた高さ位置にし、後可動脚を水平位置またはほぼ水平位置にして後脚車輪を後中間車輪とほぼ同じ高さ位置にし、
(3)次に、段差検出部の出力に基づいて前記前脚車輪が段差上に移動してきた時点を検知し、段差上端部に位置する前脚車輪を有する前可動脚を脚駆動部により回動制御して本体部の前側を徐々に持上げる動作に同期して後可動脚を脚駆動部により回動制御して前記本体部の後側を徐々に持上げることにより、本体部の基準面を水平に維持しながら本体部が段差の高さ相当分だけ徐々に上昇させて、２個の前脚車輪と２個の後脚車輪によって本体部を駆動走行させる姿勢に変化させ、
(4)次に、段差検出部の出力に基づいて後中間車輪が段差上に移動してきた時点を検知
し、脚駆動部により後可動脚を回動制御して後脚車輪を後中間車輪の高さ位置とほぼ同じまたはそれ以上にあげる。
（実施の形態１）
図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る車輪型走行装置について説明する。
【００４１】
図１から図１４に本発明の車輪型走行装置の一実施形態の構成を示す。図１は本実施形態の車輪型走行装置を上側からみた外観を示す図であり、図２は本実施形態の車輪型走行装置を横側からみた外観を示す図である。車輪型走行装置の進行方向は図示の左側としている。２個の前可動脚２１，２２は本体部１１の前側の左隅と右隅に回動自在に取り付けられ、２個の後可動脚２３，２４は本体部１１の後側の左隅と右隅に回動自在に取り付けられている。左前脚車輪３１は左前可動脚２１の先端部分に回転自在に取り付けられ、右前脚車輪３２は右前可動脚２２の先端部分に回転自在に取り付けられている。左後脚車輪３３は左後可動脚２３の先端部分に回転自在に取り付けられ、右後脚車輪３４は右後可動脚２４の先端部分に回転自在に取り付けられている。左前脚車輪３１と左後脚車輪３３の間に、左前中間車輪４１と左後中間車輪４３が本体部１１に回転自在に取り付けられている。右前脚車輪３２と右後脚車輪３４の間に、右前中間車輪４２と右後中間車輪４４が本体部１１に回転自在に取り付けられている。２個の前中間車輪４１、４２と２個の後中間車輪４３，４４と２個の前脚車輪３１，３２と２個の後脚車輪３３，３４は、それぞれに本体部１１を走行駆動可能にされている。なお、回転伝達機５１，５２，５３，５４はそれぞれに脚車輪３１，３２，３３，３４を回転駆動する回転力を伝達している。また、本体部１１の上面は平坦な荷台面にされ、荷物または人を搭載可能にしている。また、本体部１１の荷台面を基準面とする。
【００４２】
図３に右前可動脚２２と右前脚車輪３２と右前中間車輪４２を回転駆動する機構を示す。駆動モータ６１は減速機６２を介してギア６５を回転駆動する。ギア６６はギア６５と連結して回転し、右前中間車輪４２の回転軸６７を回転させる。回転検出器６３はギア６５の回転を検出する。すなわち、駆動モータ６１は中間車輪４２を回転駆動し、回転検出器６３は中間車輪４２の回転を検出する。駆動モータ７１は減速機７２を介してギア７５を回転駆動する。ギア７６はギア７５と連結して回転し、回転軸７７を回転させる。回転伝達機５２は回転軸７７の回転をベルトまたはチェーンを使って伝達し、右前脚車輪３２の回転軸７８を回転させる。回転検出器７３はギア７５の回転を検出する。すなわち、駆動モータ７１は脚車輪３２を回転駆動し、回転検出器７３は脚車輪３２の回転を検出する。駆動モータ８１は減速機８２を介して駆動軸８４を回転駆動する。回転軸８４は右前可動脚２２に固定され、右前可動脚２２は駆動軸８４と一体になって回転動作をする。回転検出器８３は駆動軸８４の回転を検出する。すなわち、駆動モータ８１は右前可動脚２２を回転駆動し、回転検出器８３は右前可動脚２２の回転を検出する。ここでは右前ブロックの可動脚２２と脚車輪３２と中間車輪４２を動作させる駆動伝達機構を示したが、左前ブロックの可動脚２１と脚車輪３１と中間車輪４１や右後ブロックの可動脚２４と脚車輪３４と中間車輪４４や左後ブロックの可動脚２３と脚車輪３３と中間車輪４３についても同様な構造にしている。
【００４３】
図４に段差検出用のセンサの配置を示す。レーザー式の回転距離センサ１０１は、本体部１１の前面の支持棒に取り付けられ、本体部１１の前進方向の路面状況を計測している。左前脚路面センサ１３１は左前脚車輪３１の回転中心近傍に回転しないように固定して設置され、下方向の路面までの距離を計測している。左前中間路面センサ１４１は左前中間車輪４１の回転中心近傍に回転しないように固定して設置され、下方向の路面までの距離を計測している。左後中間路面センサ１４３は左後中間車輪４３の回転中心近傍に回転しないように固定して設置され、下方向の路面までの距離を計測している。左後脚路面センサ１３３は左後脚車輪３３の回転中心近傍に回転しないように固定して設置され、下方向の路面までの距離を計測している。同様に、右前脚路面センサ１３２は右前脚車輪３２
の回転中心近傍に回転しないように固定して設置され、右前中間路面センサ１４２は右前中間車輪４２の回転中心近傍に回転しないように固定して設置され、右後中間路面センサ１４４は右後中間車輪４４の回転中心近傍に回転しないように固定して設置され、右後脚路面センサ１３４は右後脚車輪３４の回転中心近傍に回転しないように固定して設置されている。路面センサ１３２，１３４，１４２，１４４はそれぞれ路面までの下方向の距離を計測している。
【００４４】
図５に車輪型走行装置の駆動制御部２００の構成を示す。駆動制御部２００は、段差検出部２０１と判断指令部２０２と脚駆動部２０３と車輪駆動部２０４を含んで構成されている。段差検出部２０１は、回転距離センサ１０１を含む距離検出ブロック２２０と、路面センサ１３１，１３２，１３３，１３４，１４１，１３２，１４３，１４４をそれぞれ含む路面検出ブロック２３１，２３２，２３３，２３４，２４１，２４２，２４３，２４４により構成されている。
【００４５】
脚駆動部２０３は、判断指令部２０２の角度指令に応じて左前可動脚２１を駆動制御する左前脚駆動ブロック２５１と、判断指令部２０２の角度指令に応じて右前可動脚２２を駆動制御する右前脚駆動ブロック２５２と、判断指令部２０２の角度指令に応じて左後可動脚２３を駆動制御する左後脚駆動ブロック２５３と、判断指令部２０２の角度指令に応じて右後可動脚２４を駆動制御する右後脚駆動ブロック２５４により構成されている。車輪駆動部２０４は、判断指令部２０２の速度指令に応じて左前脚車輪３１を駆動制御する左前脚車輪駆動ブロック２６１と、判断指令部２０２の速度指令に応じて右前脚車輪３２を駆動制御する右前脚車輪駆動ブロック２６２と、判断指令部２０２の速度指令に応じて左後脚車輪３３を駆動制御する左後脚車輪駆動ブロック２６３と、判断指令部２０２の速度指令に応じて右後脚車輪３４を駆動制御する右後脚車輪駆動ブロック２６４と、判断指令部２０２の速度指令に応じて左前中間車輪４１を駆動制御する左前中間車輪駆動ブロック２７１と、判断指令部２０２の速度指令に応じて右前中間車輪４２を駆動制御する右前中間車輪駆動ブロック２７２と、判断指令部２０２の速度指令に応じて左後中間車輪４３を駆動制御する左後中間車輪駆動ブロック２７３と、判断指令部２０２の速度指令に応じて右後中間車輪４４を駆動制御する右後中間車輪駆動ブロック２７４により構成されている。
【００４６】
段差検出部２０１は路面情報を計測して、計測データを判断指令部２０２に出力する。判断指令部２０２は段差検出部２０１の路面情報に基づいて脚駆動部２０３に各可動脚の回動角度指令を出力する。脚駆動部２０３は判断指令部２０２の角度指令に応じて各可動脚の回動角度を駆動制御する。脚駆動部２０３は各可動脚の回動角度を検出し、検出角度を判断指令部２０２に出力する。判断指令部２０２は車輪駆動部２０４に各脚車輪の回転速度指令と各中間車輪の回転速度指令を出力する。車輪駆動部２０４は、判断指令部２０２の速度指令に応じて各脚車輪の回転速度を駆動制御し、判断指令部２０２の速度指令に応じて各中間車輪の回転速度を駆動制御する。車輪駆動部２０４は各脚車輪の回転速度と各中間車輪の回転速度を検出し、検出回転速度を判断指令部２０２に出力する。
【００４７】
脚駆動部２０３の右前脚駆動ブロック２５２は、図３の駆動モータ８１と減速機８２と回転検出器８３を含んで構成されている。右前脚駆動ブロック２５２は、回転検出器８３によって右前可動脚２２の回動角度を検出し、判断指令部２０２の右前可動脚２２の回動角度指令と回転検出器８３の検出回動角度を比較し、比較結果に応じて駆動モータ８１を駆動制御する。これにより、右前脚駆動ブロック２５２は右前可動脚２２の回動角度が回動角度指令と同じ値になるように右前可動脚２２を回転制御する。左前脚駆動ブロック２５１や左後脚駆動ブロック２５３や右後脚駆動ブロック２５４の構成も、同様である。
【００４８】
車輪駆動部２０４の右前脚車輪駆動ブロック２６２は、図３の駆動モータ７１と減速機
７２と回転検出器７３を含んで構成されている。右前脚車輪駆動ブロック２６２は、回転検出器７３によって右前脚車輪３２の回転速度を検出し、判断指令部２０２の右前脚車輪３２の回転速度指令と回転検出器７３の回転速度を比較し、比較結果に応じて駆動モータ７１を駆動制御する。これにより、右前脚車輪駆動ブロック２６２は右前脚車輪３２の回転速度が回転速度指令と同じ値になるように右前脚車輪３２を回転制御する。左前脚車輪駆動ブロック２６１や左後脚車輪駆動ブロック２６３や右後脚車輪駆動ブロック２６４の構成も、同様である。
【００４９】
車輪駆動部２０４の右前中間車輪駆動ブロック２７２は、図３の駆動モータ６１と減速機６２と回転検出器６３を含んで構成されている。右前中間車輪駆動ブロック２７２は、回転検出器６３によって右前脚車輪４２の回転速度を検出し、判断指令部２０２の右前中間車輪４２の回転速度指令と回転検出器６３の回転速度を比較し、比較結果に応じて駆動モータ６１を駆動制御する。これにより、右前中間車輪駆動ブロック２７２は右前中間車輪４２の回転速度が回転速度指令と同じ値になるように右前中間車輪４２を回転制御する。左前中間車輪駆動ブロック２７１や左後中間車輪駆動ブロック２７３や右後中間車輪駆動ブロック２７４の構成も、同様である。
【００５０】
段差検出部２０１の距離検出ブロック２２０は回転距離センサ１０１の出力から路面の高低を表す２次元断面を計測する。図１５は回転距離センサ１０１による路面計測の説明図である。回転距離センサ１０１はレーザー光１７１を照射して、その反射時間から反射物までの距離を測定する。回転距離センサ１０１はレーザー光１７１の発射角度を回転させているので、回転角度に応じたセンサからの距離を得ることができる。距離検出ブロック２２０は、回転距離センサ１０１により得られるレーザー光１７１の発射角度とセンサからの距離情報に基づいて、本体部１１の前進方向の路面（前方路面）１８０の高低を表す２次元断面データを出力する。判断指令部２０２は、段差検出部２０１の距離検出ブロック２２０の出力する前方路面の２次元断面データに基づいて、段差１８１の存在を検知し、本体部１１からみた段差１８１までの距離と段差１８１の高さを計測する。
【００５１】
段差検出部２０１の路面検出ブロック２３１，２３２，２３３，２３４，２４１，２４２，２４３，２４４は、それぞれに路面センサ１３１，１３２，１３３，１３４，１４１，１３２，１４３，１４４の計測結果を出力する。例えば、路面検出ブロック２３１は、左前脚車輪３１の回転中心近傍に固定して設置された路面センサ１３１の下方向の路面までの距離を表す距離計測情報を出力する。図１６は路面センサによる路面計測の説明図である。路面センサが段差手前の１９１の位置にあるときには路面検出ブロックの距離計測値は大きくなる。路面センサが平行移動して段差上の１９２の位置に到達すると、路面検出ブロックの距離計測値は小さくなる。
【００５２】
図６から図１３に段差登り動作に係わる判断指令部２０２の処理の流れを説明するフローチャートを示す。なお、判断指令部２０２はマルチタスク処理により各車輪駆動ブロックに対して所要の速度指令を出力しており、各車輪は所要の回転速度で回転制御される。これにより、車輪型走行装置の本体部１１は中間車輪４１，４２，４３，４４や脚車輪３１，３２，３３，３４によって走行駆動され、所要速度にて走行している。
【００５３】
図６は段差登り動作時の判断指令部２０２の処理概要を示すフローチャートである。
［３１１］
進行方向前方の段差の検知を行い、段差までの距離と段差の高さを計測する。図７に説明用のフローチャートを示す。
（３３１）段差検出部２０１の距離検出ブロック２２０から前方路面の２次元断面データを入力する。
（３３２）２次元断面データに基づいて、路面高さが所定値以上になっている段差部分の
有無をチェックする。段差が無ければ処理３３１にもどり、段差があれば処理３３３に移行する。
（３３３）前方路面の２次元断面データに基づいて、段差までの距離Ｄｓと段差の高さＨｂを計測する。
［３１２］
段差の検知結果に基づいて、車輪型走行装置の姿勢を段差登りの準備姿勢に変化させる。すなわち、前可動脚を段差高さ相当分だけ持上げ、後可動脚を水平にし、前中間車輪と後中間車輪と後脚車輪によって本体部を駆動走行する姿勢にする。また、車輪型走行装置の走行速度を段差までの距離に応じた値にする。図８に説明用のフローチャートを示す。（３４１）前可動脚２１，２２の角度指令Ａｌを段差高さＨｂに応じた回動角度値にし、脚駆動部２０２の前脚駆動ブロック２５１，２５２に出力する。これにより、前脚車輪３１，３２を前中間車輪４１，４２よりも段差高さ相当分だけ上にあげる。
（３４２）後可動脚２３，２４の角度指令Ｂｌを水平状態になる回動角度値にし、脚駆動部２０２の後脚駆動ブロック２５３，２５４に出力する。これにより、後脚車輪３３，３４を後中間車輪４３，４４とほぼ同じ高さにする。
（２４３）脚車輪３１，３２，３３，３４の速度指令Ｖｌを段差までの距離Ｄｓに応じた値に設定し、車輪駆動部２０４の脚車輪駆動ブロック２６１，２６２，２６３，２６４に出力する。中間車輪４１，４２，４３，４４の速度指令Ｖｍを段差までの距離Ｄｓに応じた値に設定し、車輪駆動部２０４の中間車輪駆動ブロック２７１，２７２，２７３，２７４に出力する。これにより、段差までの距離に応じた走行速度にて本体部１１を走行駆動する。
［３１３］
前脚車輪の段差上への到達を検知する。図９に説明用のフローチャートを示す。
（３５１）前脚車輪３１，３２の回転中心部分近傍に固定して設置された前脚路面センサ１３１，１３２の下方向の路面までの距離を表す路面距離計測情報Ｊｓを、段差検出部２０１の路面検出ブロック２３１，２３２から入力する。
（３５２）前可動脚２１，２２の回動角度Ａｌｄを、脚駆動部２０３の前脚駆動ブロック２５１，２５２から入力する。
（２５３）路面距離Ｊｓは回動角度Ａｌｄに対応した所定値と比較され、Ｊｓが所定値よりも大きければ処理３５１にもどり、Ｊｓが所定値よりも小さければ次の処理に移行する。これにより、前脚車輪２１，２２の段差上への到達時点を確実に検知している。
［３１４］
前可動脚による本体部の前部を徐々に持上げる動作に同期して後可動脚による本体部の後部を徐々に持上げる動作を行い、本体部の基準面を水平に維持しながら本体部の基準面を段差高さ相当分だけ徐々に上昇させて、前脚車輪と後脚車輪によって本体部を駆動走行する姿勢に変化させる。すなわち、前可動脚と後可動脚の同期したおろし動作により本体部の水平を維持しながら本体部を徐々に持上げる。同時に、後可動脚または前可動脚のおろし動作に応じて後脚車輪の走行を加速する。ここでは、本体部の基準面は荷物や人を載せるために水平を維持したい荷物面としている。図１０に説明用のフローチャートを示す。
（３６１）前可動脚２１，２２の回動角度Ａｌｄを脚駆動部２０３の前脚駆動ブロック２５１，２５２から入力する。後可動脚２３，２４の回動角度Ｂｌｄを脚駆動部２０３の後脚駆動ブロック２５３，２５４から入力する。すなわち、姿勢変化前の可動脚の回動角度を検出する。また、角度指令の初期値設定として、Ａｌ＝Ａｌｄ、Ｂｌ＝Ｂｌｄにする。（３６２）段差高さＨｂに応じた目標姿勢に相当する前可動脚２１，２２の角度指令Ａｌｒと後可動脚２３，２４の角度指令Ｂｌｒを設定する。
（３６３）角度指令のステップ変化分ｄｌａとｄｌｂを計算する。ここでは、１００分割で姿勢変化を行うものとして、ｄｌａ＝（Ａｌｒ−Ａｌｄ）／１００、ｄｌｂ＝（Ｂｌｒ−Ｂｌｄ）／１００にした。
（３６４）前可動脚２１，２２の新しい角度指令Ａｌと後可動脚２３，２４の新しい角度
指令Ｂｌを計算する。すなわち、Ａｌ＝Ａｌ＋ｄｌａ、Ｂｌ＝Ｂｌ＋ｄｌｂ。
（３６５）前可動脚２１，２２の角度指令Ａｌを脚駆動部２０２の前脚駆動ブロック２５１，２５２に出力し、後可動脚２３，２４の角度指令Ｂｌを脚駆動部２０２の後脚駆動ブロック２５３，２５４に出力する。これにより、前可動脚と後可動脚は同期してステップ分だけ回動動作し、本体部１１の基準面を水平に維持しながらステップ分だけ本体部１１が上に持ち上がる。
（３６６）後可動脚２３，２４の角度指令Ｂｌまたは前可動脚２１，２２の角度指令Ａｌに応じて後脚車輪３３，３４の走行速度を加速させる。もしくは、後可動脚２３，２４の角度Ｂｌｄまたは前可動脚２１，２２の角度Ａｌｄに応じて後脚車輪３３，３４の走行速度を加速させる。すなわち、後可動脚または前可動脚のおろし動作に応じて後脚車輪の走行速度を加速させる。これにより、段差登り動作を安定にしている。図１１に説明用のフローチャートを示す。ここでは、後可動脚の角度指令に応じて後脚車輪の走行を加速する。
−４１１：後可動脚２３，２４の角度指令Ｂｌを微分して、角速度Ｄｌを得る。
−４１２：後可動脚２３，２４の角度指令Ｂｌに応じた非線形ゲインＧｌを計算する。非線形ゲインＧｌは、角度指令Ｂｌに対して正弦波状に変化させている。すなわち、Ｇｌ＝Ｌ＊sin（Ｂｌ）。ここに、Ｌは後可動脚の回動長さに相当する比例定数である。
−４１３：角速度Ｄｌに非線形ゲインＧｌを掛けて、加速補正値Ｆｌを得る。すなわち、Ｆｌ＝Ｇｌ＊Ｄｌ。
−４１４：後脚車輪３３，３４の基本速度指令Ｖｒｌを入力する。
−４１５：基本速度指令Ｖｒｌに加速補正値Ｆｌを加算合成し、修正速度指令Ｖｒｌｍを得る。すなわち、Ｖｒｌｍ＝Ｖｒｌ＋Ｆｌ。
−４１６：修正速度指令Ｖｒｌｍを車輪駆動部２０４の後脚車輪駆動ブロック２６３，２６４に出力し、後脚車輪３３，３４の走行速度を加速補正値Ｆｌ分だけ加速する。
図１１のフローチャート処理に相当するシグナルフローを図１４に示す。後可動脚の角度指令信号Ｂｌは微分ブロック５０１に入力され、角速度信号Ｄｌを得ている。非線形ゲインブロック５０２は、角度指令信号Ｂｌに応じて正弦波状に変化する非線形ゲインＧｌ＝Ｌ・ｓｉｎ（Ｂｌ）を計算し、角速度信号Ｄｌに非線形ゲインＧｌを掛けて加速補正信号Ｆｌを得る。すなわち、Ｆｌ＝Ｇｌ＊Ｄｌ。加算ブロック５０３は、脚車輪の基本速度指令信号Ｖｒｌと加速補正信号Ｆｌを加算合成し、修正速度指令信号Ｖｒｌｍを得る。修正速度信号Ｖｒｌｍは後脚車輪３３，３４の速度指令として車輪駆動部２０４の後脚車輪駆動ブロックに出力され、後脚車輪３３，３４の走行を加速補正分Ｆｌだけ加速する。
なお、図１１では後可動脚の角度指令に応じて後脚車輪の走行を加速したが、後可動脚の検出角度Ｂｌｄに応じて後脚車輪の走行を加速することもできる。また、後可動脚とステップ毎に同期して動作する前可動脚の角度指令または検出角度に応じて後脚車輪の走行を加速することもできる。
（３６７）所定時間待って、次の処理に移る。
（３６８）角度指令ＡｌとＢｌを目標姿勢に対応した角度指令ＡｌｒとＢｌｒと比較し、目標姿勢に至ってなければ処理３６４にもどり、目標姿勢に至っていれば次の処理に移行する。
［３１５］
後中間車輪の段差上への到達を検知する。図１２に説明用のフローチャートを示す。
（３８１）後中間車輪４３，４４の回転中心部分近傍に固定して設置された後中間路面センサ１４３，１４４の下方向の路面までの距離を表す路面距離計測情報Ｊｓを、段差検出部２０１の路面検出ブロック２４３，２４４から入力する。
（３８２）後可動脚２３，２４の回動角度Ｂｌｄを、脚駆動部２０３の後脚駆動ブロック２５３，２５４から入力する。
（２８３）路面距離Ｊｓは回動角度Ｂｌｄに対応した所定値と比較され、Ｊｓが所定値よりも大きければ処理３８１にもどり、Ｊｓが所定値よりも小さければ次の処理に移行する。これにより、後中間車輪４３，４４の段差への到達時点を確実に検知している。
［３１６］
後可動脚を持上げ、後脚車輪を後中間車輪とほぼ同じ高さにする、もしくは、それよりも上の高さにする。図１３に説明用のフローチャートを示す。
（３９１）後可動脚２３，２４の角度指令Ｂｌを水平位置に対応した値に設定し、脚駆動部２０３の後脚駆動ブロック２５３，２５４に出力する。これにより、後脚車輪３３，３４を後中間車輪４３，４４とほぼ同じ高さに持上げ、後脚車輪３３，３４が段差に衝突することを防止する。なお、角度指令Ｂｌを水平位置よりも高めに対応した値にしても良い。
【００５４】
本実施形態の車輪型走行装置による段差登り時における姿勢変化の様子を図１８（ａ）〜（ｆ）に示す。図１８(a)に平坦路を走行中の車輪型走行装置の姿勢を示す。可動脚２１，２２，２３，２４は水平位置になされ、本体部１１は脚車輪３１，３２，３３，３４と中間車輪４１，４２，４３，４４によって走行駆動され、所要の速度にて進行方向に走行している。これは、図６に示した判断指令部２０２の処理３１１において段差が検知されていない場合に相当する。処理３１１において段差が検知されると、車輪型走行装置は図１８（ｂ）に示した段差登りの準備姿勢に変化する。これは、図６に示した判断指令部２０２の処理３１２に相当し、前可動脚２１，２２は段差高さに応じた回動角度に持上げられ、後可動脚２３，２４は水平位置にされる。本体部１１は前中間車輪４１，４２と後中間車輪４３，４４と後脚車輪３３，３４によって所要の速度で走行駆動される。車輪型走行装置は進行方向に走行を継続しているので、図１８（ｃ）に示したように前脚車輪３１，３２が段差上に到達する。これは、図６に示した判断指令部２０２の処理３１３において前脚車輪３１，３２の段差到達を検知した場合に相当する。前脚車輪３１，３２の段差到達を検知した後に、図６の処理３１４では、前可動脚２１，２２と後可動脚２３，２４が同期して同時に所要ステップ角ずつ回動され、本体部１１を徐々に持上げる。これにより、本体部１１の基準面を水平を維持しながら本体部１１は徐々に上昇し、図１８（ｄ）に示すように本体部１１を前脚車輪３１，３２と後脚車輪３３，３４により走行駆動する姿勢に変化する。本体部１１は前脚車輪３１，３２と後脚車輪３３，３４によって走行駆動されるので、図１８（ｅ）に示したように後中間車輪４３，４４が段差上に到達する。これは、図６に示した判断指令部２０２の処理３１５において後中間車輪４３，４４の段差到達を検知した場合に相当する。後中間車輪４３，４４の段差到達を検知した後に、図６の処理３１６では、後可動脚２３，２４を水平位置またはそれより上になる角度になし、後脚車輪３３，３４を段差より上に持上げる。これにより、図１８（ｆ）に示したように本体部１１は脚車輪３１，３２，３３，３４と中間車輪４１，４２，４３，４４によって走行駆動される。このようにして、車輪型走行装置の本体部１１は所要の走行速度で走行を継続しながら、本体部１１の基準面を水平に維持して安定に段差登りの動作を行う。
【００５５】
本実施形態では、前可動脚と後可動脚を同期して同時に徐々におろし動作させると同時に、後可動脚または前可動脚のおろし動作に応じて後脚車輪を加速した。このような構成にすることにより、段差登りの失敗を防止することができる。これについて説明する。
【００５６】
図１７に後可動脚２３，２４による本体部１１の後部の持上げ動作を示す。図１７（ａ）では、後可動脚２３，２４は水平状態にされ、本体部１１の後部は後中間車輪４３，４４と後脚車輪３３，３４によって走行駆動されている。理解しやすくするために、本体部１１の走行速度は零もしくは非常に低い速度とする。
【００５７】
まず、加速補正信号Ｆｌが無い場合（Ｆｌ＝０に固定した場合）を説明する。角度指令Ｂｌの増加に応じて後可動脚２３，２４は徐々に回動し、本体部１１の後部を徐々に持上
げていく。後可動脚２３，２４が角度指令Ｂｌによって回動し、本体部１１の後部を段差高さ相当分だけ持上げた目標姿勢を図１７（ｂ）に示す。本体部１１の速度が零または非常に小さな場合には、脚車輪３３，３４の路面接地点はほとんど変化しない。そのため、図１７（ｂ）のように後可動脚２３，２４によって本体部１１の後部を持上げた場合には、本体部１１の後端部は長さＷだけ後方に移動する現象が起きる。本体部１１の後方移動が生じると、本体部１１の前側にある前脚車輪３１，３２や前中間車輪４１，４２を後方にさげてしまう。そのため、段差上の端部に位置する前脚車輪３１，３２が後方に移動し、前脚車輪３１，３２が段差上端部からずり落ちてしまう。その結果、段差登りに失敗し、本体部１１の姿勢も大きく崩れる。
【００５８】
これに対して、本実施形態では、後可動脚２３，２４のおろし動作に応じて加速補正信号Ｆｌを作り出し、加速補正信号Ｆｌにより後脚車輪３３，３４の走行を加速している。これにより、本体部１１の後部の後方への移動を無くすことが可能になり、前脚車輪３１，３２が後方へ移動することがないので前脚車輪３１，３２が段差上の端部から落ちることはなくなる。その結果、本体部１１の水平姿勢を維持しながら安定に段差登りを行うことができる。特に、図１４に示したシグナルフロー図や図１１に示したフローチャートの構成では、後可動脚２３，２４の角度（回動角度指令または検出角度）に応じて非線形ゲインＧｌを正弦波状に変化させているので、後可動脚２３，２４のおろし動作に応じた最適な加速補正信号Ｆｌを作り出し、後脚車輪３３，３４の走行を加速できる。なお、左後可動脚２３の角度と右後可動脚２４の角度が異なる場合には、それぞれの後可動脚のおろし動作に応じてそれぞれの後可動脚の脚車輪の走行を加速するのが好ましい。しかし、どちらか一方の後可動脚のおろし動作に応じて両方の後可動脚の脚車輪の走行を加速しても良い。
【００５９】
本実施形態では、前可動脚による本体部の前側の持上げ動作に同期して徐々に後可動脚による本体部の後側の持上げ動作を徐々に行わせているので、本体部の基準面を水平に維持しながら段差のぼりが可能になる。その結果、本体部の荷台面を揺らすことが少なくなるので、荷物や人を搭載しながら安定に段差登りを行うことができる。
【００６０】
また、本実施形態では、段差検出部の出力に基づいて進行方向の段差を検出した場合に、
(1)まず、段差への所要距離以上離れた位置において段差の高さを計測し、
(2)次に、脚駆動部により前可動脚を回動動作させて前脚車輪を段差の高さに応じた高さ位置にし、後可動脚を水平位置またはほぼ水平位置にして後脚車輪を後中間車輪とほぼ同じ高さ位置にし、
(3)次に、段差検出部の出力に基づいて前脚車輪が段差上に移動してきた時点を検知し、段差上端部に位置する前脚車輪を有する前可動脚を脚駆動部により回動制御して本体部の前側を徐々に持上げる動作に同期して後可動脚を脚駆動部により回動制御して本体部の後側を徐々に持上げることにより、本体部の基準面を水平に維持しながら本体部が段差の高さ相当分だけ徐々に上昇させて、２個の前脚車輪と２個の後脚車輪によって本体部を駆動走行させる姿勢に変化させ、
(4)次に、段差検出部の出力に基づいて後中間車輪が段差上に移動してきた時点を検知し、脚駆動部により後可動脚を回動制御して後脚車輪を後中間車輪の高さ位置とほぼ同じまたはそれ以上にあげている。
【００６１】
これにより、車輪型走行装置の走行を継続しながら円滑に姿勢を変化でき、本体部を水平に維持しながら円滑に短時間に段差登りを行うことができる。
【００６２】
本実施形態に示したように、前可動脚の角度指令と後可動脚の角度指令をステップ変化分ずつ増加または減少させるならば、前可動脚による本体部の前側の持上げ動作と後可動
脚による本体部の後側の持上げ動作を容易に同期させることができる。また、ステップ変化分の値によって持上げの速度も簡単に変えることができる。なお、ステップ毎に変化分を変えることも可能であり、本発明に含まれる。
【００６３】
なお、段差検出部は、１個の回転距離センサにより路面の２次元断面データを得るようにしたが、２個またはそれ以上の回転距離センサを用いて詳細な路面データを得るようにしてよい。回転距離センサに限らず、視覚センサなど他のセンサを用いても良い。また、本体部の基準面の姿勢を加速度センサやジャイロセンサによって検出し、これらのセンサの出力に応じて段差登り時の前可動脚や後可動脚の動作を補正するようにしても良い。また、脚車輪の車輪径と中間車輪の車輪径は等しいほうが好ましいが、異なっていても良い。
【００６４】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００６５】
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の車輪型走行装置を上側から見た外観図
【図２】本発明の車輪型走行装置を横側から見た外観図
【図３】本発明の車輪型走行装置の可動脚や脚車輪や中間車輪の駆動伝達を示す図
【図４】本発明の車輪型走行装置の段差検出用のセンサの配置を示す図
【図５】本発明の車輪型走行装置の駆動制御部の構成を示す図
【図６】本発明の車輪型走行装置の駆動制御部２００の判断指令部２０２の段差登り動作の処理を説明するためのフローチャート
【図７】判断指令部２０２の処理３１１を説明するためのフローチャート
【図８】判断指令部２０２の処理３１２を説明するためのフローチャート
【図９】判断指令部２０２の処理３１３を説明するためのフローチャート
【図１０】判断指令部２０２の処理３１４を説明するためのフローチャート
【図１１】判断指令部２０２の処理３６６を説明するためのフローチャート
【図１２】判断指令部２０２の処理３１５を説明するためのフローチャート
【図１３】判断指令部２０２の処理３１６を説明するためのフローチャート
【図１４】判断指令部２０２の処理３６６を説明するためのシグナルフロー図
【図１５】回転距離センサによる路面計測方法を説明するための図
【図１６】路面センサによる路面計測方法を説明するための図
【図１７】後可動脚による本体部１１の後部の持ち上げ姿勢を説明するための図
【図１８】本発明の車輪型走行装置の段差登り時の動作姿勢を説明するための図
【符号の説明】
【００６７】
１１  本体部 
２１、２２  前可動脚 
２３、２４  後可動脚 
３１、３２  前脚車輪 
３３、３４  後脚車輪 
４１、４２  前中間車輪 
４３、４４  後中間車輪 
６１、７１、８１  駆動モータ 
６２、７２、８２  減速機 
６３、７３、８３  回転検出器 
１０１  回転距離センサ 
１３１、１３２、１３３、１３４、１４１、１４２、１４３  路面センサ 
２００  駆動制御部
２０１  段差検出部
２０２  判断指令部
２０３  脚駆動部
２０４  車輪駆動部
２２０  距離検出ブロック
２３１、２３２、２３３、２３４，２４１，２４２，２４３，２４４  路面検出ブロック
２５１，２５２，２５３，２５４  脚駆動ブロック
２６１，２６２，２６３，２６４  脚車輪駆動ブロック
２７１，２７２，２７３，２７４  中間車輪駆動ブロック
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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