(57)【要約】  走行デバイスの走行方向の制御の高精度化を可能とする。走行デバイス（２０）は、平行に配置された車輪（４１ａ）、車輪（４１ｂ）、車輪（４１ａ）を駆動するモータ（２５ａ）、車輪（４１ｂ）を駆動するモータ（２５ｂ）、モータ（２５ａ）の駆動力を車輪（４１ａ）へ伝達する動力伝達機構（初段ギヤ（４４ａ）、第１減速ギヤ（４５ａ）、第２減速ギヤ（４６ａ）、第３減速ギヤ（４７ａ））及びモータ（２５ｂ）の駆動力を車輪（４１ｂ）へ伝達する動力伝達機構（初段ギヤ（４４ｂ）、第１減速ギヤ（４５ｂ）、第２減速ギヤ（４６ｂ）、第３減速ギヤ（４７ｂ））を有する。さらに、走行デバイス（２０）は、２つの車輪（４１ａ，４１ｂ）が共通に取り付けられ各車輪（４１）を当該軸に対して回転可能に支持する支軸（４２）を備える。
2020129844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に配置された第１の車輪及び第２の車輪を有する走行デバイスであって、
前記第１の車輪を駆動する第１のモータと、
前記第２の車輪を駆動する第２のモータと、
前記第１のモータの駆動力を前記第１の車輪へ伝達する第１の動力伝達機構と、
前記第２のモータの駆動力を前記第２の車輪へ伝達する第２の動力伝達機構と、
前記第１の車輪及び前記第２の車輪が共通に取り付けられ当該各車輪を当該軸に対して回転可能に支持する支軸と、
を備えたことを特徴とする走行デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の走行デバイスにおいて、
前記第１のモータ及び前記第２のモータは、前記第１の車輪と前記第２の車輪との間に、当該２つの車輪が並ぶ方向とは直交する方向に並んで配置され、
前記支軸は、前記第１のモータと前記第２のモータとの間隙に配置され、
前記第１のモータ及び前記第１の動力伝達機構と前記第２のモータ及び前記第２の動力伝達機構とは回転対称の構造であること、
を特徴とする走行デバイス。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の走行デバイスにおいて、さらに、
前記第１のモータ及び前記第２のモータが固定されるマウント部と前記支軸の軸受け部とが一体をなすシャーシを備えたこと、を特徴とする走行デバイス。
【請求項４】
請求項３に記載の走行デバイスにおいて、
前記シャーシは、前記車輪の回転面に平行で前記第１のモータ及び前記第２のモータを挟んで対向配置された一対の壁面部を有し、
前記各壁面部には、前記軸受け部として前記支軸を通す孔が設けられること、
を特徴とする走行デバイス。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の走行デバイスにおいて、さらに、
前記第１の車輪に対応して設けられた第１のロータリエンコーダと、
前記第２の車輪に対応して設けられた第２のロータリエンコーダと、
前記第１のロータリエンコーダ及び第２のロータリエンコーダの出力に基づいて前記第１のモータ及び前記第２のモータをそれぞれフィードバック制御する制御回路と、
を備えたことを特徴とする走行デバイス。
【請求項６】
請求項５に記載の走行デバイスにおいて、
前記動力伝達機構は、前記モータの出力軸に取り付けられた初段ギヤを含む歯車機構であり、
前記初段ギヤは、前記ロータリエンコーダの格子円盤と一体であること、
を特徴とする走行デバイス。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の走行デバイスにおいて、
前記動力伝達機構は、前記モータの出力軸に取り付けられた初段ギヤと当該初段ギヤの回転を順次伝達する複数の変速ギヤとからなる歯車機構であり、
前記複数の変速ギヤは、大径のギヤ部と小径のギヤ部とを有するダブルギヤであって互いに同一であること、
を特徴とする走行デバイス。
【請求項８】
請求項７に記載の走行デバイスにおいて、
前記歯車機構は、回転を順次伝達する第１乃至第３の前記変速ギヤを含み、
前記第１及び第３の変速ギヤは、前記支軸に回転可能に取り付けられ、当該支軸を回転中心軸として共用すること、
を特徴とする走行デバイス。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載の走行デバイスにおいて、
最終段の前記変速ギヤは、前記支軸に回転可能に取り付けられ、
前記車輪は、最終段の前記変速ギヤの出力側の前記ギヤ部と嵌め合う歯状の溝を有すること、
を特徴とする走行デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は平行に配置された２つの車輪を有する走行デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
平行に配置された２つの車輪を備えた平行二輪機構を用いた走行デバイスにおいて、両車輪を別々のモータで駆動する構造が知られている。当該走行装置は両車輪を同じ速度で回転させることにより、直進走行が可能であり、また、両車輪を異なる速度で回転させることにより旋回走行が可能である。【０００３】
従来の走行玩具には、車輪ごとに当該車輪、モータ及び歯車機構を一体のモジュールに組み立て、２つの当該モジュールを並置して平行二輪の走行デバイスを構成したものがあった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
２つの車輪に関し別々のモジュールとする従来の構成は、両車輪の回転中心軸を揃えにくい、つまり両車輪の車軸の同軸度が低くなり得るという問題があった。この同軸度の低下は例えば、２つのモジュールの配置精度の影響で生じ得る。また板金にピンを立てて車輪の軸とする場合、ピンを板金に垂直にすることは必ずしも容易ではなく、これによっても同軸度が低下し得る。そして、同軸度の低下は例えば、直進精度の低下などを生じ玩具の意図通りの制御を難しくするといった問題を生じる。【０００５】
本発明は上記課題を鑑みてみてなされたものであり、その目的は、走行デバイスの走行方向の制御の高精度化を可能とし、特に直進精度の向上を可能とする技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る走行デバイスは、平行に配置された第１の車輪及び第２の車輪を有する走行デバイスであって、前記第１の車輪を駆動する第１のモータと、前記第２の車輪を駆動する第２のモータと、前記第１のモータの駆動力を前記第１の車輪へ伝達する第１の動力伝達機構と、前記第２のモータの駆動力を前記第２の車輪へ伝達する第２の動力伝達機構と、前記第１の車輪及び前記第２の車輪が共通に取り付けられ当該各車輪を当該軸に対して回転可能に支持する支軸と、を備える。【０００７】
本発明の一態様では、前記第１のモータ及び前記第２のモータは、前記第１の車輪と前記第２の車輪との間に、当該２つの車輪が並ぶ方向とは直交する方向に並んで配置され、前記支軸は、前記第１のモータと前記第２のモータとの間隙に配置され、前記第１のモータ及び前記第１の動力伝達機構と前記第２のモータ及び前記第２の動力伝達機構とは回転対称の構造である。【０００８】
また、本発明の一態様では、さらに、前記第１のモータ及び前記第２のモータが固定されるマウント部と前記支軸の軸受け部とが一体をなすシャーシを備える。【０００９】
この態様において、前記シャーシは、前記車輪の回転面に平行で前記第１のモータ及び前記第２のモータを挟んで対向配置された一対の壁面部を有し、前記各壁面部には、前記軸受け部として前記支軸を通す孔が設けられる構成とすることができる。【００１０】
本発明のさらなる一態様では、さらに、前記第１の車輪に対応して設けられた第１のロータリエンコーダと、前記第２の車輪に対応して設けられた第２のロータリエンコーダと、前記第１のロータリエンコーダ及び第２のロータリエンコーダの出力に基づいて前記第１のモータ及び前記第２のモータをそれぞれフィードバック制御する制御回路と、を備える。【００１１】
この態様において、前記動力伝達機構は、前記モータの出力軸に取り付けられた初段ギヤを含む歯車機構であり、前記初段ギヤは、前記ロータリエンコーダの格子円盤と一体である構成とすることができる。【００１２】
本発明の他の一態様では、前記動力伝達機構は、前記モータの出力軸に取り付けられた初段ギヤと当該初段ギヤの回転を順次伝達する複数の変速ギヤとからなる歯車機構であり、前記複数の変速ギヤは、大径のギヤ部と小径のギヤ部とを有するダブルギヤであって互いに同一である。【００１３】
この態様において、前記歯車機構は、回転を順次伝達する第１乃至第３の前記変速ギヤを含み、前記第１及び第３の変速ギヤは、前記支軸に回転可能に取り付けられ、当該支軸を回転中心軸として共用する構成することができる。【００１４】
また、最終段の前記変速ギヤは、前記支軸に回転可能に取り付けられ、前記車輪は、最終段の前記変速ギヤの出力側の前記ギヤ部と嵌め合う歯状の溝を有する構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態にかかる玩具システムの一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる玩具システムの主として制御系の概略の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる走行デバイスの模式的な垂直断面図である。
【図４】本発明の実施形態にかかる走行デバイスに設けられる動力部の模式的な斜視図である。
【図５】動力部の主要部からシャーシを取り除いた模式的な斜視図である。
【図６】シャーシを取り除いた状態にて動力部の主要部を下から見た模式的な平面図である。
【図７】動力部の主要部の概略の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態（以下、実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施形態にかかる玩具システム２の一例を示す斜視図であり、当該玩具システムは本発明に係る走行デバイスを構成要素として含む。本発明にかかる玩具システムは、デバイス制御装置１０と、走行デバイス２０ａ，２０ｂと、コントローラ１７と、カートリッジ１８とを含む。走行デバイス２０（２０ａ，２０ｂ）は、２つの車輪が別々のモータで駆動される平行二輪機構を備え、直進走行や旋回走行を行う。
【００１８】
デバイス制御装置１０は無線を介して走行デバイス２０を制御する。コントローラ１７はユーザによる操作を取得する入力装置であり、ケーブルによりデバイス制御装置１０に接続されている。
【００１９】
図２は玩具システム２の主として制御系の概略の構成を示すブロック図である。デバイス制御装置１０は、プロセッサ１１、記憶部１２、通信部１３及び入出力部１４を含む。走行デバイス２０は、プロセッサ２１、記憶部２２、通信部２３、カメラ２４、モータ２５及びロータリエンコーダ２６を含む。なお、デバイス制御装置１０は制御のための専用の装置であってもよいし、汎用的なコンピュータ（スマートフォンやタブレット端末を含む。）であってもよい。
【００２０】
プロセッサ１１は、記憶部１２に格納されているプログラムに従って動作し、通信部１３、入出力部１４などを制御する。プロセッサ２１は、記憶部２２に格納されているプログラムに従って動作し、カメラ２４、ロータリエンコーダ２６などから入力される情報を演算処理したり、通信部２３、カメラ２４、モータ２５などを制御したりする。上記プログラムは、図１に示すカートリッジ１８内のフラッシュメモリ等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に格納されて提供されるが、インターネット等のネットワークを介して提供されてもよい。
【００２１】
記憶部１２は、デバイス制御装置１０に内蔵されるＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）及びフラッシュメモリと、カートリッジ１８内のフラッシュメモリ等によって構成されている。記憶部２２はＤＲＡＭ及びフラッシュメモリ等によって構成されている。記憶部１２，２２は上記プログラムを格納する。また、記憶部１２，２２はプロセッサ１１，２１や通信部１３，２３等から入力される情報や演算結果を格納する。
【００２２】
通信部１３，２３は他の機器と通信するための集積回路やアンテナなどにより構成されている。通信部１３，２３は、例えばBluetooth(登録商標)プロトコルに従って互いに通信する機能を有する。通信部１３，２３は、プロセッサ１１，２１の制御に基づいて、他の装置から受信した情報をプロセッサ１１，２１や記憶部１２，２２に入力し、他の装置に情報を送信する。なお、通信部１３はＬＡＮ（Local Area Network）などのネットワークを介して他の装置と通信する機能を有してもよい。
【００２３】
入出力部１４は、コントローラ１７などの入力デバイスからの情報を取得する回路と、音声出力デバイスや画像表示デバイスなどの出力デバイスを制御する回路とを含む。入出力部１４は、入力デバイスから入力信号を取得し、その入力信号が変換された情報をプロセッサ１１や記憶部１２に入力する。また入出力部１４は、プロセッサ１１などの制御に基づいて、音声をスピーカに出力させ、画像を表示デバイスに出力させる。
【００２４】
モータ２５は、プロセッサ２１により回転方向、回転量及び回転速度が制御される、いわゆるサーボモータである。モータ２５は車輪ごとに設けられる。つまり、走行デバイス２０は２つのモータ２５を備え、既に述べたように、平行二輪機構を構成する２つの車輪は別々のモータ２５で駆動される。
【００２５】
カメラ２４は、走行デバイス２０の下方を撮影するように配置され、走行デバイス２０が置かれているシートなどに印刷されたパターンを撮影する。本実施形態では、そのシートなどには赤外線の波長領域で認識されるパターンが印刷されている。具体的には、シートなどの上には、所定の大きさ（例えば０．２ｍｍ角）の単位パターンがマトリクス状に並んでおり、単位パターンのそれぞれには、そのパターンが配置される位置の座標が符号化されている。走行デバイス２０及びデバイス制御装置１０は、カメラ２４により撮影された画像に含まれるパターンを復号し、走行デバイス２０の位置や向きを取得する。
【００２６】
ロータリエンコーダ２６はモータ２５の回転角度・回転量を測定するために設けられており、本実施形態では光学式であり、測定対象軸に取り付けられた格子円盤と、光を出射し格子円盤のスリットを通過する光を検知する送受光素子とを含む。モータ２５が車輪ごとに設けられることに対応して、ロータリエンコーダ２６も車輪ごとに設けられる。なお、本実施形態では、走行デバイス２０の小型化を図るため、ロータリエンコーダ２６は回転方向を検出する機能を省略した構造としているが、当該機能を有するものを用いてもよい。また、ロータリエンコーダ２６は磁気式など他の方式のものであってもよく、また、ロータリエンコーダ２６に代えて、他の回転角センサを用いることもできる。走行デバイス２０及びデバイス制御装置１０は、２つのロータリエンコーダ２６の出力に基づいて、２つのモータ２５をそれぞれフィードバック制御する。例えば、プロセッサ１１，２１が当該制御を行う制御回路として機能する。
【００２７】
図３は走行デバイス２０の模式的な垂直断面図であり、平行配置された２つの車輪の中心を通る平面での断面を示している。走行デバイス２０は、カバー３０内に動力部３２、回路基板３４、バッテリ３６などを収納している。動力部３２はカバー３０内の下部空間に収納され、例えば、カバー３０にネジ止めなどにより固定される。また、回路基板３４は動力部３２の上に配置され、バッテリ３６はカバー３０の上部空間に収納される。なお、カバー３０の下部空間には動力部３２及び回路基板３４の他に、カメラ２４などの部品も収納されるが図３には現れていない。
【００２８】
回路基板３４は例えば、リジッドプリント基板及びそれに取り付けられた電子部品などからなり、図２に示すプロセッサ２１、記憶部２２、通信部２３などが回路基板３４に設けられる。
【００２９】
バッテリ３６は回路基板３４やモータ２５等に電力を供給する。
【００３０】
動力部３２は、モータ２５により駆動される平行二輪機構を含み、走行デバイス２０が置かれたシートなどの面上にて走行デバイス２０を移動させる駆動力を発生する。図４は動力部３２の模式的な斜視図である。動力部３２はホルダ４０と組み合わせて構成されており、図４では動力部３２を、モータ２５やシャーシ４３を含む主要部と、ホルダ４０とに分解して図示している。図５は動力部３２の主要部からシャーシ４３を取り除いた模式的な斜視図であり、図６はシャーシ４３を取り除いた状態にて主要部を下から見た模式的な平面図である。また、図７は動力部３２の主要部の概略の分解斜視図である。
【００３１】
動力部３２の主要部は、モータ２５（２５ａ，２５ｂ）、車輪４１（４１ａ，４１ｂ）、支軸４２、シャーシ４３、初段ギヤ４４（４４ａ，４４ｂ）、第１減速ギヤ４５（４５ａ，４５ｂ）、第２減速ギヤ４６（４６ａ，４６ｂ）、第３減速ギヤ４７（４７ａ，４７ｂ）を含む。
【００３２】
ここで、車輪４１は平行二輪機構を構成する２つの車輪４１ａ，４１ｂからなり、それらは、２つのモータ２５が搭載されたシャーシ４３を間に挟んで配置される。便宜的に車輪４１ａが配置される側を動力部３２（又は走行デバイス２０）の右側、車輪４１ｂが配置される側を左側とすると、左右一対に設けられる構成要素について互いの区別を明確にする場合には、右側に位置するものに“ａ”を付し、左側に位置するものに“ｂ”を付す。
【００３３】
また、以下の説明では走行デバイス２０の水平方向及び垂直方向を、走行デバイス２０が水平面の上を走行する際の姿勢において定義する。
【００３４】
２つのモータ２５はそれぞれ片軸モータであり、モータ２５ａは出力軸２５ｓを右側に向けてシャーシ４３に固定され、車輪４１ａを駆動し、一方、モータ２５ｂは出力軸２５ｓを左側に向けてシャーシ４３に固定され、車輪４１ｂを駆動する。
【００３５】
動力部３２は、車輪４１ごとに設けられモータ２５の駆動力を当該車輪へ伝達する動力伝達機構を有する。本実施形態では動力伝達機構として歯車機構を有し、車輪４１ａに対応する歯車機構は、初段ギヤ４４ａ、第１減速ギヤ４５ａ、第２減速ギヤ４６ａ、第３減速ギヤ４７ａを含んで構成され、同様に、車輪４１ｂに対応する歯車機構は、初段ギヤ４４ｂ、第１減速ギヤ４５ｂ、第２減速ギヤ４６ｂ、第３減速ギヤ４７ｂを含んで構成される。なお、初段ギヤ４４はロータリエンコーダ２６の格子円盤４４ｅと一体に形成されている。
【００３６】
車輪４１の回転軸は水平である。つまり、車輪４１は縦に回転する。ちなみに、車輪４１の周の一部はカバー３０の下面に設けられたスロットからカバー３０の外に突き出しており、これにより車輪４１は走行面に接することができ、走行デバイス２０を移動させる。
【００３７】
車輪４１は支軸４２に取り付けられる。支軸４２は２つの車輪が共通に取り付けられた軸であって、各車輪４１を当該軸に対して回転可能に支持する。つまり、車輪４１と支軸４２との間は固定されておらず、支軸４２は車輪４１に動力を伝達する機能は有していない。ちなみに、モータ２５から車輪４１への動力伝達は上述のように歯車機構を介して行われる。
【００３８】
支軸４２は車輪４１の中心に設けられた孔に挿入され車輪４１を支持する。支軸４２は剛性が高い直線の棒であり、２つの車輪４１の回転軸を共通にする機能を有する。つまり、支軸４２により車輪４１ａの回転軸と車輪４１ｂの回転軸とが一直線となる。これにより、走行デバイス２０の走行方向の制御の高精度化が可能となり、特に直進精度が向上する。支軸４２は例えば、鋼材などのヤング率が高い金属で作られる。
【００３９】
モータ２５ａ，２５ｂは２つの車輪４１の間に、当該２つの車輪４１が並ぶ方向とは直交する方向に並んで配置される。例えば、本実施形態では、車輪４１が並ぶ方向を走行デバイス２０の左右方向とすると、モータ２５は前後方向に並ぶ。そして、支軸４２はモータ２５ａとモータ２５ｂとの間隙に配置される。つまり、支軸４２は２つのモータ２５の間を通って、右側の車輪４１ａと左側の車輪４１ｂとの間に架け渡される。
【００４０】
このモータ２５の配置では、モータ２５の出力軸２５ｓは車輪４１の回転軸からずれて位置し、この出力軸２５ｓと車輪４１の回転軸との間の動力伝達は歯車機構により行われる。本実施形態では、図６に示されるように、車輪４１ａに対応するモータ２５ａ及び動力伝達機構と、車輪４１ｂに対応するモータ２５ｂ及び動力伝達機構とは回転対称の構造である。具体的には、支軸４２の中心軸上の或る一点を中心とした水平面内での１８０°の回転に対して対称性を有する。
【００４１】
当該対称構造において、動力伝達機構である歯車機構も対称の構造であり、例えば、左右の初段ギヤ４４ａ，４４ｂは同じ構造であり、同様に第１減速ギヤ４５、第２減速ギヤ４６、第３減速ギヤ４７の構造も左右で同じである。そして、各ギヤ４４〜４７の配置も左右で対称であり、初段ギヤ４４、第１減速ギヤ４５、第２減速ギヤ４６、第３減速ギヤ４７の順に回転が伝達される。
【００４２】
ここで、歯車機構の具体的な構造について説明する。第１減速ギヤ４５、第２減速ギヤ４６、第３減速ギヤ４７はそれぞれ、大径のギヤ部と小径のギヤ部とを有するダブルギヤである。本実施形態ではモータ２５から車輪４１へ順次、回転速度を下げる変速を行うので、各ダブルギヤにて大径のギヤ部が入力側のギヤとなり、小径のギヤ部が出力側のギヤとなる。
【００４３】
例えば、右側の歯車機構において、初段ギヤ４４ａはモータ２５の出力軸２５ｓに取り付けられ、第１減速ギヤ４５ａ及び第３減速ギヤ４７ａは支軸４２に回転可能に取り付けられ、第２減速ギヤ４６はシャーシ４３に固定されたピン６４に回転可能に取り付けられる。そして、初段ギヤ４４ａは第１減速ギヤ４５ａの大径のギヤ部と噛み合い、第１減速ギヤ４５ａの小径のギヤ部は第２減速ギヤ４６ａの大径のギヤ部と噛み合い、第２減速ギヤ４６ａの小径のギヤ部は第３減速ギヤ４７ａの大径のギヤ部と噛み合う。
【００４４】
車輪４１ａは第３減速ギヤ４７ａと一体に回転する。具体的には、車輪４１ａはギヤソケット部４１ｇを有する。ギヤソケット部４１ｇは車輪４１の中心に設けられた孔であり図７にて車輪４１ｂに表されている。ギヤソケット部４１ｇの側面には第３減速ギヤ４７の歯と嵌め合う構造の溝が設けられている。車輪４１ａのギヤソケット部４１ｇに最終段の変速ギヤである第３減速ギヤ４７ａの出力側のギヤ部が嵌ることで、車輪４１ａは第３減速ギヤ４７ａと一体に回転する。
【００４５】
以上、右側の車輪４１ａに対応する歯車機構の構造を説明したが、左側の車輪４１ｂに対応する初段ギヤ４４ｂ、第１減速ギヤ４５ｂ、第２減速ギヤ４６ｂ、第３減速ギヤ４７ｂを含んで構成される歯車機構の構造も同一で、右側と回転対称に構成される。このように左右の歯車機構を対称な構成とすることで、歯車機構の部品を左右共通に製造することができ、左右の歯車機構の挙動を揃えやすい。つまり、左右の歯車機構の動作精度の共通化が図られ、これにより、走行デバイス２０の走行方向の制御の一層の高精度化が可能となる。
【００４６】
また、ギヤを取り付ける軸の位置精度は歯車機構の動作精度に影響し得るが、本実施形態では、第１減速ギヤ４５ａ，４５ｂと第２減速ギヤ４６ａ，４６ｂとが支軸４２に共通に取り付けられることで、当該影響による動作精度の低下を減らすことができる。
【００４７】
また、最終段の減速ギヤと車輪４１とを一体に回転させるという点だけからは最終段のギヤをダブルギヤとする必要はない。しかし、上述のように最終段の第３減速ギヤ４７をダブルギヤとして、その出力側のギヤ部を車輪４１に嵌め込んで車輪４１との回転止めとして用いる構造では、第１減速ギヤ４５及び第２減速ギヤ４６だけでなく、第３減速ギヤ４７もダブルギヤとすることができる。その結果、第１減速ギヤ４５、第２減速ギヤ４６、第３減速ギヤ４７を互いに同じギヤとすることが可能となる。つまり、左右の歯車機構を対称とする場合、全ての減速ギヤを共通の部品として製造することができ、例えば、ギヤを製造する金型が減ることなどによりギヤの製造コストを低減できる。
【００４８】
シャーシ４３は２つのモータ２５が固定されるマウント部と支軸４２の軸受け部とを一体に構成する。例えば、シャーシ４３は一枚の板金から形成することができ、当該板金を折り曲げ、また孔開けをして作ることができる。車輪４１ａ，４１ｂを駆動するモータ２５ａ，２５ｂを別々に走行デバイス２０に取り付けると、それらの相対的な位置関係の精度確保が難しくなり、ひいては左右両輪の回転の仕方にも影響し得る。この点、剛性を有する１つのシャーシ４３によって、２つのモータ２５の位置関係を定め、さらに支軸４２の向きとモータ２５との位置関係を定めることで、複数の走行デバイス２０間での組み立てのばらつきを抑制でき、走行方向の制御の高精度化に資する。
【００４９】
本実施形態におけるシャーシ４３の構造を説明する。シャーシ４３は、車輪４１の回転面に平行で２つのモータ２５を挟んで対向配置された一対の壁面部と、モータ２５の下に位置し両壁面部の間をつなぐ水平な底面部と、各壁面部の上端から外側、つまり車輪４１側に向けて水平に延在された上面部とを有する。
【００５０】
シャーシ４３の各壁面部には図７に示すように、軸受け部として軸受け孔６１が設けられる。支軸４２は、車輪４１ａ側の壁面部に設けられた軸受け孔６１ａと車輪４１ｂ側の壁面部に設けられた軸受け孔６１ｂとに通される。なお、支軸４２はその軸周りに回転する必要はなく、基本的には軸受け孔６１は支軸４２を通しさえすればよいので、軸受け孔６１と支軸４２との間の隙間は小さくすることができる。これにより、支軸４２の向きの変動幅を小さくすることができる。また、支軸４２の向きが変動しても、当該支軸４２に共通に取り付けられた車輪４１ａ，４１ｂの回転軸の向きは共通に変化すること、及び歯車機構を回転対称に構成していることから、車輪４１の回転の仕方に対する影響は車輪４１ａと車輪４１ｂとで基本的に同じとなる。これらの点も直進精度の向上に寄与する。
【００５１】
シャーシ４３の壁面部に設けられたモータ孔６２はモータ２５の出力軸２５ｓ側の面が嵌る形状を有し、モータ２５は出力軸２５ｓをモータ孔６２から突き出してシャーシ４３に固定される。つまり、モータ２５ａの出力軸２５ｓはモータ孔６２ａから右側に突き出し、これに初段ギヤ４４ａが取り付けられる。また、モータ２５ｂの出力軸２５ｓはモータ孔６２ｂから左側に突き出し、これに初段ギヤ４４ｂが取り付けられる。なお、壁面部に設けられた孔６３はモータ２５を取り付けるためのネジ穴である。
【００５２】
また、壁面部にはピン６４が当該壁面部に対して垂直に立設される。例えば、ピン６４は、その根本を壁面部に設けた孔に挿入し、反対側に突き出た端部をかしめて固定される。図７にはこのようにして形成されたピン固定端６４ｈが示されている。
【００５３】
また図７に表されている係止孔６５、挿入孔６６は、シャーシ４３にホルダ４０を組み付けるために設けられている。図示を省略しているが、シャーシ４３に取り付けられたモータ２５の上にはフレキシブルプリント基板（Flexible Printed Circuits：ＦＰＣ）が配置される。当該ＦＰＣにはモータ２５に電力を供給する配線などが形成され、また、ロータリエンコーダ２６の送受光素子７０が取り付けられる。なお、ＦＰＣは回路基板３４に接続される。ホルダ４０は当該ＦＰＣを上から押さえて、その動きを制限する機能を有する。
【００５４】
図４にはホルダ４０の斜視図が示されている。ホルダ４０はシャーシ４３の上面部に載置される水平部と当該水平部から下に突き出した２つのアーム５２とを有し、また水平部には開口部５０，５１などが設けられている。
【００５５】
アーム５２はホルダ４０をシャーシ４３に係止する機能と、第１減速ギヤ４５とシャーシ４３との間のスラスト軸受けとしての機能を有し、前者の係止機能のために係止爪５３、また後者の軸受け機能のために孔５４を具えている。また、これらの機能を果たすために、ホルダ４０をシャーシ４３に装着した状態での水平面内における位置に関して、２つのアーム５２は支軸４２の軸線上に並び、かつアーム５２ａがシャーシ４３の右側の壁面部の外側面に近接し、アーム５２ｂが左側の壁面部の外側面に近接する位置に設けられる。
【００５６】
上述したシャーシ４３の挿入孔６６ａ，６６ｂはそれぞれアーム５２ａ，５２ｂを挿入するための孔であり、その位置、形状は水平面でのアーム５２の位置、形状に対応して設計される。
【００５７】
図３にはホルダ４０をシャーシ４３に装着した状態でのアーム５２を含む断面が表されている。シャーシ４３の係止孔６５は係止爪５３に対応して設けられており、ホルダ４０をシャーシ４３に装着すると、シャーシ４３の壁面部の外側面に沿ってアーム５２が挿入され、壁面部に対向して設けられた係止爪５３が係止孔６５に嵌る。これによりホルダ４０がシャーシ４３に係止される。
【００５８】
孔５４は、ホルダ４０をシャーシ４３に装着した状態にて、支軸４２の位置に来るように形成されている。つまり、アーム５２ａ，５２ｂの孔５４はそれぞれシャーシ４３の軸受け孔６１ａ，６１ｂに対向する。なお、支軸４２は、ホルダ４０をシャーシ４３に取り付けた後に、孔５４及び軸受け孔６１に通される。そして、この支軸４２に第１減速ギヤ４５が取り付けられる。アーム５２はシャーシ４３と第１減速ギヤ４５との間に位置する。孔５４の第１減速ギヤ４５側の縁は第１減速ギヤ４５に向けて凸であり、この凸部でシャーシ４３側に接近する第１減速ギヤ４５を受け止めることで、第１減速ギヤ４５との接触面積を少なくして摩擦を減らし、かつ第１減速ギヤ４５の軸方向の動きを制限し、これにより第１減速ギヤ４５の円滑な回転を確保する。
【００５９】
なお、図３に示すように、本実施形態では車輪４１の中心軸に設けられる孔は貫通孔であり、支軸４２は両車輪４１を貫く。例えば、支軸４２は、その両端がカバー３０の側壁内面に達する長さとされ、カバー３０により軸方向の動きを制限される。また、例えば、カバー３０の内壁面にて支軸４２の両端に対応する位置に軸受け孔７２となる凹部を設け、支軸４２を当該凹部に嵌る長さとすることができる。これにより、支軸４２は車輪４１及び当該車輪４１に対応する歯車機構の両側を、シャーシ４３の軸受け孔６１とカバー３０の軸受け孔７２とで支えられ、支軸４２の撓みや振動が抑制され、ひいては車輪４１や歯車機構が一定の位置に保たれ、走行制御が安定する。
【００６０】
図４から理解されるように、ホルダ４０の開口部５０は、ホルダ４０をシャーシ４３に装着した状態にてシャーシ４３の開口部６０と重なる位置に設けられている。開口部６０は格子円盤４４ｅの上に設けられており、開口部５０と開口部６０とからなる孔に送受光素子７０が配置される。具体的には、送受光素子７０が取り付けられたＦＰＣの端部を、開口部５１を通してホルダ４０の下側から上側に引き出し、開口部５０の上から送受光素子７０を挿入する。図５には、取り付けられた送受光素子７０が示されており、開口部５０ａ，６０ａに挿入された送受光素子７０ａは、その送光部と受光部との間を初段ギヤ４４ａの格子円盤４４ｅのスリットが通過するように配置される。同様に、開口部５０ｂ，６０ｂに挿入された送受光素子７０ｂの送光部と受光部との間を初段ギヤ４４ｂの格子円盤４４ｅのスリットが通過する。上述したように格子円盤４４ｅは初段ギヤ４４と一体であり、モータ２５に取り付けられた初段ギヤ４４が回転すると格子円盤４４ｅも回転する。ロータリエンコーダ２６は、格子円盤４４ｅの回転に応じて送受光素子７０から周期信号を出力し、当該信号に基づいてモータ２５の回転速度を検出することができる。
【００６１】
既に述べたように、左右のロータリエンコーダ２６の出力信号はプロセッサ１１又はプロセッサ２１に入力され、プロセッサ１１又はプロセッサ２１は、２つのロータリエンコーダの出力に基づいて２つのモータ２５ａ，２５ｂそれぞれの回転をフィードバック制御する。これにより、走行デバイス２０の走行方向の制御の高精度化が可能となり、特に直進精度が向上する。
【００６２】
なお、本実施形態ではロータリエンコーダ２６の測定対象軸をモータ２５の出力軸２５ｓとして、これに取り付けられる初段ギヤ４４に格子円盤４４ｅを一体形成した構成を説明したが、減速ギヤや車輪の回転を測定する構成としてもよい。
【００６３】
また、支軸４２は車輪４１、第１減速ギヤ４５、第３減速ギヤ４７を回転可能に支持するために、それらを支持する部分は少なくとも断面が円形とされる。よって、本実施形態では、支軸４２は全体が均一の直径の円柱形状の棒としている。しかし、車輪４１等を支持する部分とそれ以外とで断面形状は異ならせることができる。
【００６４】
上述の実施形態では、走行デバイス２０が、それとは別体に設けられたデバイス制御装置１０から制御信号を受信して動作する例を示したが、走行デバイス２０の動作制御は他の形態であってもよい。例えば、上述の実施形態におけるデバイス制御装置１０の機能を走行デバイス２０が担ってもよい。この場合、例えば、走行デバイス２０にケーブルでコントローラ１７が接続され、ユーザがコントローラ１７を操作し、当該操作に応じてプロセッサ２１がモータ２５の動作等を制御する。また、走行デバイス２０はユーザの操作を受けずに、プロセッサ２１で実行されるプログラムによって自律的に動作するものであってもよい。そのプログラムは走行デバイス２０に搭載したセンサの出力に応じて走行デバイス２０の動作を制御するものであってよく、そのために走行デバイス２０は上述したカメラ２４やロータリエンコーダ２６以外のセンサを搭載してもよい。
【図１】
2020129844.tif 000003
【図２】
2020129844.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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【手続補正書】
【提出日】令和3年3月8日(2021.3.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に配置された第１の車輪及び第２の車輪を有する走行デバイスであって、
前記第１の車輪を駆動する第１のモータと、
前記第２の車輪を駆動する第２のモータと、
前記第１のモータの駆動力を前記第１の車輪へ伝達する第１の動力伝達機構と、
前記第２のモータの駆動力を前記第２の車輪へ伝達する第２の動力伝達機構と、
前記第１の車輪及び前記第２の車輪が共通に取り付けられ当該各車輪を当該軸に対して回転可能に支持する支軸と、
前記第１のモータ及び前記第２のモータが固定されるマウント部と前記支軸の軸受け部とが一体をなすシャーシと、を備え、
前記シャーシは、前記車輪の回転面に平行で前記第１のモータ及び前記第２のモータを挟んで対向配置された一対の壁面部を有し、
前記車輪は、前記壁面部に対して前記モータとは反対側となる前記シャーシの外側に配置され、
前記モータの出力軸は前記シャーシの外側に突き出し、
前記動力伝達機構は、前記モータの出力軸に取り付けられた初段ギヤを含む歯車機構であり、前記シャーシの外側に配置されること、
を特徴とする走行デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の走行デバイスにおいて、
前記各壁面部には、前記軸受け部として前記支軸のみを通す孔が設けられること、
を特徴とする走行デバイス。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の走行デバイスにおいて、
前記動力伝達機構は、前記初段ギヤと前記初段ギヤの回転を順次伝達する第１乃至第３の変速ギヤとからなる歯車機構であり、
前記第１及び第３の変速ギヤは、前記支軸に回転可能に取り付けられ、当該支軸を回転中心軸として共用し、
前記壁面部には、前記第２の変速ギヤが回転可能に取り付けられるピンが立設されていること、
を特徴とする走行デバイス。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の走行デバイスにおいて、
前記カバーの内壁面には、前記シャーシの外側に突き出た前記支軸の両端に対応する位置に軸受け孔となる凹部が設けられ、
前記支軸の両端は前記凹部に嵌まり、前記カバーにより軸方向の動きを制限されること、
を特徴とする走行デバイス。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の走行デバイスにおいて、
前記第１のモータ及び前記第２のモータは、前記第１の車輪と前記第２の車輪との間に、当該２つの車輪が並ぶ方向とは直交する方向に並んで配置され、
前記支軸は、前記第１のモータと前記第２のモータとの間隙に配置され、
前記第１のモータ及び前記第１の動力伝達機構と前記第２のモータ及び前記第２の動力伝達機構とは回転対称の構造であること、
を特徴とする走行デバイス。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の走行デバイスにおいて、さらに、
前記第１の車輪に対応して設けられた第１のロータリエンコーダと、
前記第２の車輪に対応して設けられた第２のロータリエンコーダと、
前記第１のロータリエンコーダ及び第２のロータリエンコーダの出力に基づいて前記第１のモータ及び前記第２のモータをそれぞれフィードバック制御する制御回路と、
を備えたことを特徴とする走行デバイス。
【請求項７】
請求項６に記載の走行デバイスにおいて、
前記動力伝達機構は、前記モータの出力軸に取り付けられた初段ギヤを含む歯車機構で
あり、
前記初段ギヤは、前記ロータリエンコーダの格子円盤と一体であること、
を特徴とする走行デバイス。
【請求項８】
請求項３に記載の走行デバイスにおいて、
前記第１乃至第３の変速ギヤは、大径のギヤ部と小径のギヤ部とを有するダブルギヤであって互いに同一であること、
を特徴とする走行デバイス。
【請求項９】
請求項８に記載の走行デバイスにおいて、
前記車輪は、前記第３の変速ギヤの出力側の前記ギヤ部と嵌め合う歯状の溝を有すること、
を特徴とする走行デバイス。
【請求項１０】
平行に配置された第１の車輪及び第２の車輪を有する走行デバイスであって、
前記第１の車輪を駆動する第１のモータと、
前記第２の車輪を駆動する第２のモータと、
前記第１のモータの駆動力を前記第１の車輪へ伝達する第１の動力伝達機構と、
前記第２のモータの駆動力を前記第２の車輪へ伝達する第２の動力伝達機構と、
前記第１の車輪及び前記第２の車輪が共通に取り付けられ当該各車輪を当該軸に対して回転可能に支持する支軸と、
前記第１のモータ及び前記第２のモータが固定されるマウント部と前記支軸の軸受け部とが一体をなすシャーシと、を備え、
前記シャーシは、前記車輪の回転面に平行で前記第１のモータ及び前記第２のモータを挟んで対向配置された一対の壁面部を有し、
前記各壁面部には、前記軸受け部として前記支軸のみを通す孔が設けられること、
を特徴とする走行デバイス。
【請求項１１】
平行に配置された第１の車輪及び第２の車輪を有する走行デバイスであって、
前記第１の車輪を駆動する第１のモータと、
前記第２の車輪を駆動する第２のモータと、
前記第１のモータの駆動力を前記第１の車輪へ伝達する第１の動力伝達機構と、
前記第２のモータの駆動力を前記第２の車輪へ伝達する第２の動力伝達機構と、
前記第１の車輪及び前記第２の車輪が共通に取り付けられ当該各車輪を当該軸に対して回転可能に支持する支軸と、
前記第１のモータ及び前記第２のモータが固定されるマウント部と前記支軸の軸受け部とが一体をなすシャーシと、を備え、
前記動力伝達機構は、前記モータの出力軸に取り付けられた初段ギヤと当該初段ギヤの回転を順次伝達する第１乃至第３の変速ギヤとからなる歯車機構であり、
前記第１及び第３の変速ギヤは、前記支軸に回転可能に取り付けられ、当該支軸を回転中心軸として共用し、
前記シャーシは、前記車輪の回転面に平行で前記第１のモータ及び前記第２のモータを挟んで対向配置された一対の壁面部を有し、
前記壁面部には、前記第２の変速ギヤが回転可能に取り付けられるピンが立設されていること、
を特徴とする走行デバイス。
【請求項１２】
平行に配置された第１の車輪及び第２の車輪を有する走行デバイスであって、カバー内に、
前記第１の車輪を駆動する第１のモータと、
前記第２の車輪を駆動する第２のモータと、
前記第１のモータの駆動力を前記第１の車輪へ伝達する第１の動力伝達機構と、
前記第２のモータの駆動力を前記第２の車輪へ伝達する第２の動力伝達機構と、
前記第１の車輪及び前記第２の車輪が共通に取り付けられ当該各車輪を当該軸に対して回転可能に支持する支軸と、
前記第１のモータ及び前記第２のモータが固定されるマウント部と前記支軸の軸受け部とが一体をなすシャーシと、を備え、
前記カバーの内壁面には、前記シャーシの外側に突き出た前記支軸の両端に対応する位置に軸受け孔となる凹部が設けられ、
前記支軸の両端は前記凹部に嵌まり、前記カバーにより軸方向の動きを制限されること、
を特徴とする走行デバイス。
【国際調査報告】
2020129844.tif 000010
2020129844.tif 000011
2020129844.tif 000012
2020129844.tif 000013