計測自動制御学会東北支部 第 346 回研究集会 (2023.12.20)
資料番号 346-5

遊星歯車型差動駆動操舵機構を用いた全方向移動車の開発
Development of Omnidirectional Vehicle Using
Planetary-Gear-Type Diﬀerential Drive Steering Mechanism〇中田竜輔 ∗ ，熊谷正朗 ∗∗〇 Ryusuke Nakata∗ , Masaaki Kumagai∗∗*東北学院大学 大学院, **東北学院大学*Graduate School of Tohoku Gakuin University, **Tohoku Gakuin University
キーワード : 遊星歯車 (planetary gear), アクティブキャスタ (active caster),
全方向移動 (omnidirectional movement), 差動駆動操舵機構 (diﬀerential drive steering mechanism)

連絡先 : 〒 984–0075 仙台市若林区清水小路 3-1 東北学院大学 工学部 ロボット開発工学研究室
熊谷正朗，Tel.: 022–354–8716 E-mail: kumagai @ mail.tohoku-gakuin.ac.jp

1.

はじめに

1.1

研究の背景

1.2

本研究では, 建設現場で建材をほぼ自律して現在，人の代わりにロボットが荷物を運搬することが多くなってきており，様々な分野での運搬ロボットの活用が見られるようになってきている．一方で，建築現場へのロボット導入の様々な試みもあることに比べ，資材の運搬分野では依然として例は少ない．建築のような日常的に重量物を運んでいる現場では体に負担がかかる場面が多く，その自動化は大きな効果がある．また，近年少子高齢化が進む社会ではどうしても人手不足や労働者の高齢化が解決すべき大きな問題になる．
そこでこのような人の負担を減らし，人手不足の解消につながるようなロボットを開発した
いと考え，本研究を行おうと考えた．

研究の目的

搬送できるロボットの開発を最終的な目標とした．路面としては土や草地などの不整地ではなく，コンクリート打ちなどある程度の固い乾燥面を想定するが，完全な整地でもなく，砂粒・小かけら・塵埃などはあるものとする．搬送対象としては重量のあるものを想定し，長尺物などは複数台での搬送も視野にいれた．また，比較的頻繁に環境が変わること，および現場での運用のわかりやすさから，移動については (a) 人間の作業従事者の移動に追従しての搬送，(b) 経路を示すような目標ポストを立て，それをたどるようなナビゲーションを行うことを検討する．
本稿ではこのうち，移動車輌としてハードウエアの開発について報告する．この想定条件か
ら，移動車には全方位への並進・旋回を可能とする全方向移動車であることが求められ，以下に示すような検討によってアクティブキャスタ–1–

形式を用いた四輪ステアリングロボットとする

路面以外には適さない．たとえば，メカナムホことした．

イールは４輪セットで用いるが１輪でも浮くと(接地荷重が大きく低下すると) 想定した挙動が1.3

アクティブキャスタ式を選定した理由得られなくなる．また，これらは車輪外周に小径のローラを複数配置することで他の車輪の能アクティブキャスタは車輪移動ロボットの一形態であり，モータ等の駆動により能動的に回転する車輪に，能動的に操作できる操舵機構を加えたものである 1) ．それゆえ一つの車輪ユニッ
トは能動的な２自由度を持つ．一般に操舵方向には角度制限がなく，また車輌の移動にともなって操舵軸の回転が続くことも想定される．それ

動駆動の妨害をしない構造であるが，そのローラの転動方向には対路面の半径がローラの半径となるため車輪そのものの見た目の半径に対してかなり小さくなり，路面の凹凸の影響を受けやすくなる．加えて，隙間も多いため塵埃などが入りやすく，本研究で想定した環境には適さない．

ゆえ，アクティブキャスタの機構については複数の方式が提案されているが，多くは車輪走行駆動用のモータを車輪に直接とりつけることはなく，操舵機構よりも上流側 (車体側) に置いたモータの動力を，何らかの機構によって操舵機構を通して，車輪へと伝える．駆動用のモータを車輪に直接取り付けた場合は，配線が巻き付かないように工夫して電力を伝える必要がある
が，それによる操舵の制限が生じる形態のほか，大出力化を想定するとスリップリングや非接触給電を使いにくいことから，機械式となっている．１ユニットで２自由度であるため，平面移アクティブキャスタには複数の方法があるが，上記の通り，動作の制限を避けるため，２個のモータから機構を通して操舵と車輪駆動を行う方式とすることにした．また，車輌の安定性を考えて４輪式とし，すべてをアクティブキャスタとした．最低数は２個であるが，４輪以上の車輌では路面の凹凸で一部の車輪が浮き上がる，または接地荷重が減少することから，駆動輪の浮きや駆動に必要な摩擦力の低下が想定される．
以上により，システムのコストの上昇や質量の増加はあるものの，全車輪を能動とすることとした．

動の３自由度を得るには，アクティブキャスタを 2 台と，動力を持たない従動式のキャスタに2.

よる構成が最小となる．
本研究ではアクティブキャスタ式の車輪ユニッ原理と操舵機構の設計

トを 4 台用いた四輪ロボットとした．まず，ア

本研究では参考文献に示す全方向移動車のための差動駆動操舵機構の研究 3) で提案されていクティブキャスタを採用した理由は，想定環境た遊星歯車型差動駆動操舵機構の原理を用いた，による．アクティブキャスタは車輪そのものはモータ 2 個で駆動・操舵の 2 出力を得る遊星歯通常の (円盤形) 車輪であるため，床面に応じて車機構を採用した．本節でその原理を説明する．

適したタイヤ等を選択することができ，強度を高めた機械設計もしやすい．また，常に車輪の移動方向にその円周を向けることから，路面凹

2.1

遊星歯車型差動駆動操舵機構の原理凸への耐性も得やすい．移動ロボットの分野でこの操舵機構の基本構造を Fig. 1 に示す．一は，全方向移動性のある車輌として，メカナム般的な遊星歯車機構同様に，太陽歯車 A，内歯ホイールやユニバーサルホイール（通称オムニ車 B，遊星歯車 C の 3 個の歯車で構成されておホイール）を車輪に用いる構成がしばしば用いられる 2) ．しかし，これらの車輪は平面・平滑なり，モータから太陽歯車と内歯車それぞれに動力を与え回転させる．内歯車の回転軸を支持す–2–

(m ZB /2)ωB =キャリアＤ

ωA内ＢωD ωC(2)であり，ωB

ZA ωA = −ZC ωCZB ωB =

太陽Ａ(m ZC /2)ωC

遊星Ｃ

Z C ωC(3)を得る．なお，負号は図の角速度の正方向の規定による．
これらは単純に加算することができるため，

Fig. 1 遊星歯車型差動駆動操舵機構の原理図．
一般的な遊星歯車機構を２入力２出力の干渉駆動に用いている．入力は太陽歯車 A と内歯車 Bであり，出力は遊星歯車 C の移動 (キャリア D)とその回転である．

ωA = ωD − (ZC /ZA )ωCωB = ωD + (ZC /ZB )ωC(4)を得る．
参考文献 3) によると，本手法はるキャリアにあたる D の回転と，その上での遊δ=星歯車 C の回転が出力となり，本機構では D を各モータの動作時の平均出力の総和(5)各モータの定格出力の総和操舵として用い，C を車輪に導いて走行動力とで規定されるモータの運用率が，他の手法に比する．

べて高めであるとされている．また，機構的なA, B, C, D のそれぞれの角速度を ωA , ωB , ωC ,特徴として，全体の機構の高さを抑えやすいこωD とし，図中の矢印の向きを正とする．また，とがあげられ，本研究ではこの方式を使用する各歯車の歯数を ZA , ZB , ZC とする．

こととした．

操舵と車輪駆動のそれぞれについて，望ましい出力を得るための入力の回転 (逆運動学) を考

2.2

える．まず，操舵については，太陽歯車 A と内歯車 B が同期して回転すれば，遊星歯車 C を挟んだまま回転し，そのキャリアである D も回転するので，ギアボックスの設計

上記の原理はそのまま実装するには，太陽 Aと内歯車 B が同軸であって，モータ配置に難があることから，歯車列を追加した．Fig. 2 にその構造を示す．本研究で実装した車輪駆動機構の上部構造である．Fig. 2(a) は設計したギアボッ

ωA = ωDωB = ωD(1)

クスの側面の断面図であり，(b) は歯車列の関係を平面図で示した．

である．

2 個のモータのうち，モータ 1 は１段の平歯車つぎに，車輪駆動を得るための入力は，太陽対を介して太陽歯車を駆動し，モータ 2 はそのA と遊星 C が接するところ (図中紫点) でピッチ円で周速度が一致し，遊星 C と内歯車 B の接す軸に取り付けた平歯車によって，内歯車を駆動している．参考とした先行研究 3) では，モータるところでも同様である．歯車のピッチ円半径からベルト伝導で力を伝えていたが，そのためはその歯数 Z とモジュール m に対して，m Z/2機構部が大きくなっていたことに対して，本設で与えられるため，計では機構の上に外見的には対象位置にモータ(m ZA /2)ωA = −(m ZC /2)ωCを並べ，小型化した．また，式 (4) において，走–3–行のための出力 ωC を出力するために，(ZC /ZA )および (ZC /ZB ) の係数があるため，太陽歯車と内歯車の歯数比だけそれぞれの要求角速度が異なるが，本設計ではそのバランスも取りやすくなる．
このギアボックスにおいて，モータ 2 から内歯車を駆動する歯車を M2(ωM 2 , ZM 2 ) とし，モータ１から太陽歯車を駆動する歯車列を M1(ωM 1 ,ZM 1 ) および A2(ωA2 , ZA2 ) とする (A2 と A は直結しており同じ角速度 ωA )．

(a) 設計した機構の横断面
ωB = (ZM 2 /ZB )ωM 2

ωM1

モータＭ１

ωA ωM2

ωA = −(ZM 1 /ZA2 )ωM 1

ωB

なお，内歯車はモータ 2 の駆動歯車と回転方向は同一，太陽歯車はモータ 1 に対して逆回転とＡ２なる．

モータＭ２

ωC(6)

これを式 (4) と組み合わせると，ωD(ωM 1 =(b) 歯車列の模式平面図

ωM 2 =Fig. 2 ギアボックスの機構設計．遊星歯車を中心として，太陽歯車及び内歯車をモータで駆動する歯車および回転と駆動系を支持する３要素大径ベアリングからなる．

)

ZA2
ZC
ωD −
ωC
ZM 1ZA()ZB
ZC
ωD +ωCZM 2ZB(7)となる．
実際の設計では，ZA = ZC = 30, ZB = 90,

ZM 1 = 40, ZA2 = 20, ZM 2 = 30 としたため，
ωM 1 = (1/2)(ωD − ωC )
ωM 2 = 3ωD + ωC(8)となった．この式を ωC , ωD について解くと，ωC= (1/4)(−6ωM 1 + ωM 2 )ωD = (1/4)(2ωM 1 + ωM 2 )

(9)

を得る．
なお，前式の係数 (1/2) は太陽歯車を駆動す

Fig. 3 ベアリング部の構造．内歯車は支持のベアリングのインナーレースと一体化してある．ボールリテーナを溝にはめた上で模型用のϕ6mm の硬質樹脂球 (BB 弾) を並べ，上下構造のアウタレースで挟む．

る M1, A2 が 2:1(増速) となっていることに起因
し，モータの動力的には本来望ましくない (1:1でよい)．これはギアボックスの設計において，歯車の空間干渉を避けるなどの理由によることであって，今後の改良課題である．

–4–

本設計でもう一つ特徴的な工夫は可動部を支持するベアリング構造である．本機構では操舵軸周りに相対運動する要素が，車体に固定される部分，操舵機構以降の車輪駆動部分 (キャリア)，それに加えて一般的な遊星歯車減速機では固定される内歯車の三つである．車体−車輪駆動部間は，重量 (車輪からの支持) を支え，駆動力 (操舵軸をせん断・曲げる方向) に耐える必要があって，スラスト＋アンギュラ軸受けの特性が要求され，内歯車については歯車としての伝達力に耐える主に水平面内の支持が必要である．
これを実現するために当初は大口径の市販ベア

Fig. 4 開発した全方向移動ロボットの機械部
分．ロボットの構造は正方形で，操舵機構の 4ユニットを対称に配置してある．

リングの採用を検討したが，直径が大きい一方で幅や (外径 − 内径) の小さな，細いリング状品や金属加工部品への置き換えを想定している．のベアリングは標準品に乏しく，妥当なものを内歯車の厚さが他の歯車に対して薄く，十分に選定できなかった．このことから Fig. 2(a) に黄かみ合っていない点も，市販品の寸法を基準と色で示した部分に，内歯車と一体化した大径のしたことによる．

ベアリング構造を開発した．また，一体化することで，構造が薄型化して，全体で機構がコンパクトとなる利点もある．

3.

以上の差動操舵機構を搭載した全方向移動ロベアリング部分と内歯車のみの構造を Fig. 3に示す．内歯車の外周にはインナーレースとな全方向移動ロボットボットを試作した．

る溝があり，ボールリテーナをはめた上で硬質樹脂性の ϕ6 [mm] の球 (BB 弾) を並べ，上下に3.1分割したアウタレースで挟み込む構造である．
車体側および車輪駆動部側に取り付けられる上下のアウタレース間は，深溝のスラストベアリングとなっており，鉛直方向の荷重に耐えるほか，水平方向の荷重にも十分に耐える．前述のインナレースと一体の内歯車については主に水平方向のラジアル軸受となる構造とした．この構造ではギアボックス自体が上下方向に分離してしまうが，ケースによって制限をしている (接地時はその荷重でベアリング支持となって，ケースと回転構造は接触しない)．

Fig. 2 には構造の相対位置を規定するリング状の部材などもあり，歯車の位置調整をしている．現在の試作では多くの部品を３次元プリンタで ABS 樹脂によって成形しているが，市販部移動ロボットの構成

本ロボットはアクティブキャスタ型の四輪車で, 車輪ユニット 4 台をアルミフレームで組み立てた車体に固定してある．車体寸法は□ 360 [mm]の正方形であり，□ 160 [mm] の操舵機構および車輪駆動系を４台対称に配置した．後述のように車輪の接地点は操舵機構中央の操舵軸直下にあり，それゆえ接地点は 160 [mm] 間隔である．
正方形とした理由は移動の対称性を考慮してであり，寸法については試作した機構の寸法および，本ロボットが人と同じ作業空間で追従できるという目的からある程度の小型化を意図したためである．ロボットそのものはあまり大きくせず，長尺物，大判の板材などは複数台で搬送できれば良いとした．ロボット上部のフレームは上に搬送物を載せるため，下部のフレームは，–5–構造を示す．図 (a) は遊星歯車以下の車輪までの動力伝達機構の CAD 設計であり，(b) はその機構である．傘歯車で向きを変えた後，平歯車で車輪を駆動している．傘歯車はバックラッシが大きくなりやすいが，本機構全体で歯車列が複雑であり，使用環境を考慮しても上位層でのフィードバックは必須であることから，許容している．Fig. 5(b) に示す歯車列に対して，歯数は 24:48, 42:70 であり，(3/10) の減速比とした．
これらの歯数はキャスタ部の幾何学的構造など(a) 車輪駆動部の設計モデルも考慮して決定した．車輪は O リングをタイヤとする車輪であり，設計値は ϕ90 [mm] である．
アクティブキャスタには制御にも関わる設計パラメータとして，旋回軸と車輪軸の距離であるオフセット値がある．オフセットがゼロの場
合は，旋回軸の直下 (旋回軸と路面の交点，水平路面に対しては鉛直直下) でタイヤが路面と接するため，車体を移動せずにその場で車輪の向きを変えること (据え切り) が原理的には可能である (実際にはある程度の面接触であり接触部や機構の負担にはなる)．
一方，手押し台車や車輪付き椅子に用いられ(b) 歯車の伝達機構

る通常の受動のキャスタは，オフセットがある．

Fig. 5 車輪駆動部の機構．遊星歯車による操舵機構からは，その操舵旋回軸からオフセットした位置に車輪を回転させる軸 (遊星歯車の回転軸) が得られるため，歯車列によって車輪軸に導いた．

これら受動のキャスタでは，外力で押した場合に移動方向後方にキャスタが自然に操舵され，車輪が移動を妨げず，移動方向に対して転動するようになるが，オフセットは車輪に働く力を操舵のトルクに変えるアームの役割をする．そ本機構そのものは障害物等への直接的接触に弱いことに対応する防護用のスカートとするためれゆえ，ゼロであればこの受動的な操舵はなされず，車輪移動ができないため，ある程度の大きさが必須である．大きいほど操舵されやすくに設けた．

なるが，接地点が滑らないことを前提とすると，

3.2

接地点を中心に操舵軸がオフセットの半径で円車輪駆動部分とキャスタ設計運動することなるため，進行方向に対して車体前述のとおり，遊星歯車による操舵機構からが左右に動く原因となる (台車，椅子を前後には操舵の結果として回転する基盤 (キャリアにあ動かした際に生じる)．なお，キャスタが進行方たる) と，その中央からオフセットした位置に車向前方を向いている場合は，死点 (不安定平衡輪を回転させる軸 (遊星歯車の回転軸) が得られ，点) となり，ある程度は移動するが何かのきっかここに車輪駆動部分を接続する．Fig. 5 にそのけで急に操舵されて車体が揺動するが，その性–6–

質にもオフセットは影響する．

4.1

アクティブキャスタでは能動的に操舵するため，受動キャスタのようにオフセットは必須ではない．死点の課題も死点の方向への操舵を維持することも可能である (むしろ，車輪が能動的に駆動されるなら，受動キャスタの不安定死アクティブキャスタの制御

アクティブキャスタの制御は，操作量がモータの速度，出力が (車体を基準とした) キャスタの操舵角 ϕ と車輪の回転速度 v である．これには式 (8) と，車輪の機構から，点方向は「引く」には妥当な車輪位置となる)．
過去の事例 1) でもオフセットがゼロである機構

ωD = ϕ̇v = rW (3/10)ωCもある一方で，オフセットが存在する事例もある 3, 4, 5) ．制御上はオフセットがあっても移動ωC= (10/3)rW v(10)ωM 1 = (1/2)(ωD − ωC ) = fM 1 (v, ϕ̇)

計画ができる方法が示されている．

ωM 2 = 3ωD + ωC = fM 2 (v, ϕ̇)

これらのことから，オフセットの決定方法を(11)探したが，調査した範囲では有用な根拠は確認となる．ここで rW は車輪半径である．ただし，できなかった．機構が十分なバックドライバビ

これは速度の逆運動学であり，操舵角は角速度

リティを持つ場合は，電源断や駆動を超える外ではなく角度そのものが必須であるため，上式力が作用した場合に，オフセットがあれば受動とは別に角度原点と ϕ の管理が必要となる．

キャスタと同様の挙動で逃げることにより機構の損傷や接地点の損耗を低減できる可能性があ

4.2

る (外力の方向が車輪の転動方向と直交する場

車両全体では，ワールド座標系を基準として，合はその外力が直接的に機構全体に作用し続ける)．以上のことから，まずは，制御の容易なオフセットをゼロとする機構で設計したが，構造的に車軸位置の設定や最終段の平歯車の歯数等

車両の制御

車体の運動を位置 (x, y) と姿勢角 θ および，その速度 (ẋ, ẏ, θ̇) が関心を持つ状態量となる．上位層の制御によるが，主に関心があるのは，並進速度と機体の姿勢の組み合わせ (ẋ, ẏ, θ) であで容易に調整できる．
以上の検討の結果から設計したものが Fig. 5(a)に示す構造である．一見すると通常の受動キャスタと似た形状で，オフセットがあるように見られるが，車輪への動力入力となる遊星歯車の軸がそもそも操舵軸とずれており (太陽歯車半径 (mZA /2) と内歯車半径 (mZB /2) の平均)，そこから車軸を操舵軸直下とするためにこのようる．これは追従などの用途を考えるとターゲッ
トとの距離の管理，およびその進行にあわせた移動では速度が指令として必要である一方，車体からはみ出すことになるであろう積載物を衝突させないこと，あるいは複数台で協調運搬するときに各機の相対関係を維持するためにはその姿勢角が重要となるためである．この θ については，その目標値 θr と現在値に対する誤差にな形状となっている．

応じて θ̇ を指令するような単純なフィードバッ
ク制御で実現できる．なお，この現在値 (x, y, θ)

4.

制御方法

については事前の計画に基づく動作であれば絶本ロボットの制御は，キャスタの制御，車体対量が必要であるが，利用者に対する追従，利の制御およびその上位の制御によって構成する．

用者の操作による方向調整，複数台の協調などの場合には，現状を基準とした補正さえあれば良いので，(ある時刻の位置姿勢を基準とした)相対量でもよい．

–7–

ワールド座標系もしくはロボット座標系におワールド座標系，車両座標系ともに旋回中心はいて，キャスタ i(本機体では i = 1, 2, 3, 4) の操移動しないことに対して，後者はワールド座標

舵軸の位置を pi , 車両運動の旋回中心 (瞬間中系では車両と一定の距離を保ちつつ旋回中心も心) を pc とする．全方向性のない車両では，車同速度で移動，車両座標系では旋回中心が車両体に対する旋回中心の位置は，一部の固定されの周りを一定の距離を保ちつつ θ̇ で回転するとた車軸の軸上に拘束されるが，全方向性がある想定される．連続時間式ではそれぞれ解析しう

車両では任意の位置に設定でき，旋回半径 (旋ると予想できるが，実ロボットの制御では制御回中心までの距離) を ∞ とした場合には直進運

周期 ∆T の間には一定の動作をする，すなわち動を行い，旋回中心までの方向に直交する方向円弧運動をせざるを得ないため，後者の「回転がその並進速度となる．

しながら直線運動」では何らかの補正が必要な

各キャスタにおいて，車輪移動の原理から，ことを示唆している．ただし，制御周期が十分(a) 操舵角 ϕ は車軸が旋回中心の方向を向く必に短ければ，おそらくより上位のフィードバッ要があり，(pi − pc ) に対して直交する，(2) 速度ク制御で容易に対応可能な程度であり，もとよv は車体の望ましい速度を基準として，|pi − pc |り操舵式では車輪の運動の積算による自己位置に比例する，必要がある．後者については，角推定も誤差が大きいため，重要性は低いと考え速度はどの位置でも等しいことから，旋回中心ている．

周りの角速度と車体の角速度 θ̇ は一致しており，以上の計算によって各モータの回転速度は得

これに |pi − pc | を乗じれば良い．なお，車輪のられるが，たとえば対向２輪駆動に比べて，各対称性から，ϕ の方位は 180 [deg] 異なる二つの種動作に要求されるモータ速度の見積もりは複候補があり，それに応じて v は正負となる．直雑である．そこで，予めモータの速度上限を超

近の ϕ と連続性を考慮して決定する必要がある

えないように (保守的に) 運動計画するかわりに，(たとえば，前進後退だけを切り替えたときに，ある程度の見込みでモータの速度を決定し，そ操舵を 180 [deg] 回す必要は無い)．のなかで各モータの上限を超えるものがあれば，ただ，ここで全方向であるがゆえの疑問が一全モータの速度指令値に低減係数を乗じて，上つ生じる．対向２輪駆動 (独立２輪駆動) や全方限内に納めることとした．状況によっては期待向性を持たない操舵輪つき車両 (自動車，三輪車する速度より低下するが，車両速度とモータ速類) では，ある動作状態で (検討する時間で) 一度には比例関係があるため，アクティブキャス

定の角速度 θ̇ と並進速度

タの操舵角などの満たすべき幾何学条件を損な

両は旋回半径√√ẋ2 + ẏ 2 により，車ẋ2 + ẏ 2 /θ̇ の円運動を行う．一わずに動作を継続することはできる．

方，全方向性を持つ場合は，この動作に加えて，「一定の並進速度 (ẋ, ẏ) で直線移動しつつ連続して姿勢角を θ を変えていく」(非ゼロの θ̇，スピ5.

実装と動作実験ンしながら直線運動する) が可能なはずである．

以上をもとにロボットの機体を実装した．一

かつ，これは直線経路に沿って移動しながら (外部の歯車を除くと機構部品は３次元プリントに的指令，周囲との干渉回避，協調運搬の他者とよる ABS 樹脂製とした．モータはオリエンタルの方位を維持などのために) 姿勢を変えるためモーター社製 (PKP266D28B2, 200 [step], 最大に必須である．これらは瞬間では同じ (ẋ, ẏ, θ̇)

トルク 1.4 [Nm]) を用い，東芝製 TB6560AHQであり，なにがその動作の違いを決定づけるかステッピングモータ駆動 IC によってマイクロは関心事である．時刻の経過とともに，前者はステップ駆動をし，1600 [step/rev] 相当とした–8–(主には振動低減のため)．電源は日立マクセル2) 日本ロボット学会編: 第 4 章 移動機構–

社 (古河電池社に継承) 製リチウムイオン電池

4.1.2 車輪移動機構の構成要素–合成型全方

パック 7LPL0678G8C1-1P01(25.2 [V] 5.3 [Ah])向車輪, ロボット工学ハンドブック第 2 版,を搭載する．機体制御は Microchip Technology

379/380(2005)

社製 dsPIC33EP256MU806 マイコンを用い，４台のアクティブキャスタの計 8 個のモータの指令パルスをソフトウエアによって生成している．
全キャスタの特性式に対応した動作 (v, ϕ̇ の指令による機構の動作) を確認しており，車両とし

3) 北川秀夫, 大野貴, 三好孝典, 寺嶋一彦: 全
方向移動ロボットのための差動駆動操舵機構の開発, 日本ロボット学会誌, 27–3,343/349(2009)4) 本郷圭一, 和田正義: サスペンション付ての制御の実装を進めている．

き差動駆動型アクティブキャスタの開発,

6.

第 41 回 日本ロボット学会学術講演会,おわりにRSJ2023AC1D1-02(2023)
本稿では，開発中の全方向移動車の開発につ

5) NSK: 滑らかな全方向移動を実現する「アクいて述べた．
本移動車はある程度の整地の建築現場等でのティブキャスタ」を開発 (プレスリリース),資材の運搬を目的として開発したものであり，

https://www.nsk.com/jp/company/news/

最終的な目標はユーザへの追従や設置したガイ

2022/0225b.html, (2023/12 閲覧)

ドポストを参照しての半自律移動である．この目的から，移動手段としてはアクティブキャスタ方式とし，そのなかでも遊星歯車型差動駆動操舵機構に着目し，その実用面を考慮した実装を行った．本手法は走行時にモータの利用効率が高いほか，走行と同じモータで操舵も行うた
めに操舵速度も速く，操舵型の全方向移動機構の弱点となり得る，移動方向の短時間の変更に対する操舵の制約ともなりにくい．また，２重のシャフト構造なども不要で製作もしやすい．
現時点で車両の基本的な実装は終え，制御面の検討，実装を進めている．また，別途開発している，広視野角の赤外線マーカ方位計測システムの利用を想定し，追従や経路誘導を実装していく予定である．

参考文献
1) 日本ロボット学会編: 第 4 章 移動機構–
4.1.2 車輪移動機構の構成要素–アクティブ
キャスタ, ロボット工学ハンドブック第 2版, 381/381(2005)–9–