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技術 全方向移動車用車輪

出願人 理化学研究所
発明者 淺間一嘉悦早人遠藤勲佐藤雅俊
出願日 2000年1月11日 (20年5ヶ月経過) 出願番号 2000-002907
公開日 2001年7月17日 (18年11ヶ月経過) 公開番号 2001-191704
状態 特許登録済
技術分野 車両ホイール
主要キーワード 外周縁部位 軸方向中央部位 車輪間距離 全方向移動車 フリーローラー 全方向移動 内径側部材 外径側部材
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2001年7月17日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

正確なオドメトリおよび安定した走行を実現する。

解決手段

平面上を全方向に移動する全方向移動車に用いる全方向移動車用車輪において、外形が円の曲率と一致させた曲率を備えて軸方向中央部位膨出した第1の樽型フリーローラーと、内径側の両端部の領域に空所を形成するとともに、外形が円の曲率と一致させた曲率を備えて軸方向中央部位が膨出した、第1の樽型フリーローラーよりも大径の第2の樽型フリーローラーとを有し、第1の樽型フリーローラーと第2の樽型フリーローラーとを、第2の樽型フリーローラーに形成された空所に第1の樽型フリーローラーの一部が位置するようにして、軸方向が駆動軸に対して直交するとともに外形が円周を形成するようにして互いに交互に配置した。

概要

背景

一般に、平面上を走行する移動ロボットには、走行安定性が要求されるとともに、狭い環境下での行動や他のロボット協調して作業を行う場合には、自らの姿勢と位置を全方向に自在に制御できることが望ましく、全方向移動を可能にしたロボットの研究が多く行われてきた。

すなわち、平面上を走行する全方向移動ロボットは、X軸方向の移動とY軸方向の移動とを行う並進の2自由度と、Z軸回りの回転を行う1自由度の合計3自由度の運動性能が可能でなければならない。

ところで、こうした全方向移動ロボットなどの全方向移動車車輪、即ち、全方向移動車用車輪としては、特定の方向については通常の車輪と同様に床面などの接地面との摩擦によって駆動力を発生させつつ、当該特定の方向と直交する方向については力を生じない(負荷解放する)ような車輪を用いることが多かった。

そして、これまでに、フリーローラー(なお、「フリーローラー」とは、軸周りキャスターのように受動的空回りするローラーである。)を用いて全方向移動車用車輪を構成する機構が種々提案されている。

即ち、フリーローラーを用いた全方向移動車用車輪としては、例えば、1種類のフリーローラーを複列にして構成したものや、軸方向に沿った中央部位膨出した樽型状を備えた樽型のフリーローラーと円筒型のフリーローラーとを組み合わせて構成したものなどが知られている。

しかしながら、1種類のフリーローラーを複列にして構成した全方向移動車用車輪においては、床面などの接地面における当該全方向移動車用車輪の接地点が、当該全方向移動車用車輪の回転とともに軸方向に変化するために、当該全方向移動車のトレッド車輪間距離)が変化してしまい、オドメトリ(移動した距離や方向の推定)が不正確になってしまうなどの問題点があった。

また、樽型のフリーローラーと円筒型のフリーローラーとを組み合わせて構成した全方向移動車用車輪においては、当該全方向移動車用車輪の外形が円と一致しない部分が存在するため、当該全方向移動車用車輪の軸周りに当該全方向移動車用車輪を回転させたときに、当該全方向移動車用車輪が接地する床面などの接地面と当該全方向移動車用車輪との距離が常に一定とはならず、安定した走行を行うことができないという問題点があった。

概要

正確なオドメトリおよび安定した走行を実現する。

平面上を全方向に移動する全方向移動車に用いる全方向移動車用車輪において、外形が円の曲率と一致させた曲率を備えて軸方向中央部位が膨出した第1の樽型フリーローラーと、内径側の両端部の領域に空所を形成するとともに、外形が円の曲率と一致させた曲率を備えて軸方向中央部位が膨出した、第1の樽型フリーローラーよりも大径の第2の樽型フリーローラーとを有し、第1の樽型フリーローラーと第2の樽型フリーローラーとを、第2の樽型フリーローラーに形成された空所に第1の樽型フリーローラーの一部が位置するようにして、軸方向が駆動軸に対して直交するとともに外形が円周を形成するようにして互いに交互に配置した。

目的

本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、床面などの接地面における全方向移動車用車輪の接地点が、当該全方向移動車用車輪の回転とともに軸方向に変化することがないようにして、当該全方向移動車のトレッドを一定に維持することを可能にし、正確なオドメトリを実現することができるようにした全方向移動車用車輪を提供しようとするものである。

また、本発明の目的とするところは、全方向移動車用車輪の外形を円に極めて近似させるようにして、当該全方向移動車用車輪の軸周りに当該全方向移動車用車輪を回転させたときに、当該全方向移動車用車輪が接地する床面などの接地面と当該全方向移動車用車輪との距離を常に一定に維持することを可能にし、安定した走行を実現することができるようにした全方向移動車用車輪を提供しようとするものである。

効果

実績

技術文献被引用数
3件
牽制数
3件

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請求項1

平面上を全方向に移動する全方向移動車に用いる全方向移動車用車輪において、外形が円の曲率と一致させた曲率を備えて軸方向中央部位膨出した第1の樽型フリーローラーと、内径側の両端部の領域に空所を形成するとともに、外形が前記円の曲率と一致させた曲率を備えて軸方向中央部位が膨出した、前記第1の樽型フリーローラーよりも大径の第2の樽型フリーローラーとを有し、前記第1の樽型フリーローラーと前記第2の樽型フリーローラーとを、前記第2の樽型フリーローラーに形成された前記空所に前記第1の樽型フリーローラーの一部が位置するようにして、軸方向が前記駆動軸に対して直交するとともに外形が円周を形成するようにして互いに交互に配置したものである全方向移動車用車輪。

請求項2

平面上を全方向に移動する全方向移動車に用いる全方向移動車用車輪において、中心部位に駆動軸が直交するように配置された板状部材と、前記板状部材の外径方向側に向かって開口するとともに開口方向が前記駆動軸に対して直交するコ字型状の腕部と該腕部の中央部に突出形成された取付部とを備えて前記板状部材の外周縁部位に該取付部を介して複数個配置された支持部材と、前記支持部材の前記腕部間に前記駆動軸に対して直交するように配置され第1の支軸と、前記第1の支軸に回転自在に支持されるとともに、外形が円の曲率と一致させた曲率を備えて軸方向中央部位が膨出した第1の樽型フリーローラーと、互いに隣り合う一方の前記支持部材の前記腕部と他方の前記支持部材の前記腕部との間に前記駆動軸に対して直交するように配置された第2の支軸と、前記第2の支軸に回転自在に支持されるとともに、内径側の両端部の領域に空所を形成され、外形が前記円の曲率と一致させた曲率を備えて軸方向中央部位が膨出した、前記第1の樽型フリーローラーよりも大径の第2の樽型フリーローラーとを有し、前記第1の樽型フリーローラーと前記第2の樽型フリーローラーとを、前記第2の樽型フリーローラーに形成された前記空所に前記第1の樽型フリーローラーの一部が位置するようにして、軸方向が前記駆動軸に対して直交するとともに外形が円周を形成するようにして互いに交互に配置したものである全方向移動車用車輪。

技術分野

0001

本発明は、全方向移動車用車輪に関し、さらに詳細には、平面上を全方向に移動するロボットAGV自動搬送車)、自動車あるいはその他の平地走行機構などの全方向移動車に用いて好適な全方向移動車用車輪に関する。

背景技術

0002

一般に、平面上を走行する移動ロボットには、走行安定性が要求されるとともに、狭い環境下での行動や他のロボットと協調して作業を行う場合には、自らの姿勢と位置を全方向に自在に制御できることが望ましく、全方向移動を可能にしたロボットの研究が多く行われてきた。

0003

すなわち、平面上を走行する全方向移動ロボットは、X軸方向の移動とY軸方向の移動とを行う並進の2自由度と、Z軸回りの回転を行う1自由度の合計3自由度の運動性能が可能でなければならない。

0004

ところで、こうした全方向移動ロボットなどの全方向移動車の車輪、即ち、全方向移動車用車輪としては、特定の方向については通常の車輪と同様に床面などの接地面との摩擦によって駆動力を発生させつつ、当該特定の方向と直交する方向については力を生じない(負荷解放する)ような車輪を用いることが多かった。

0005

そして、これまでに、フリーローラー(なお、「フリーローラー」とは、軸周りキャスターのように受動的空回りするローラーである。)を用いて全方向移動車用車輪を構成する機構が種々提案されている。

0006

即ち、フリーローラーを用いた全方向移動車用車輪としては、例えば、1種類のフリーローラーを複列にして構成したものや、軸方向に沿った中央部位膨出した樽型状を備えた樽型のフリーローラーと円筒型のフリーローラーとを組み合わせて構成したものなどが知られている。

0007

しかしながら、1種類のフリーローラーを複列にして構成した全方向移動車用車輪においては、床面などの接地面における当該全方向移動車用車輪の接地点が、当該全方向移動車用車輪の回転とともに軸方向に変化するために、当該全方向移動車のトレッド車輪間距離)が変化してしまい、オドメトリ(移動した距離や方向の推定)が不正確になってしまうなどの問題点があった。

0008

また、樽型のフリーローラーと円筒型のフリーローラーとを組み合わせて構成した全方向移動車用車輪においては、当該全方向移動車用車輪の外形が円と一致しない部分が存在するため、当該全方向移動車用車輪の軸周りに当該全方向移動車用車輪を回転させたときに、当該全方向移動車用車輪が接地する床面などの接地面と当該全方向移動車用車輪との距離が常に一定とはならず、安定した走行を行うことができないという問題点があった。

発明が解決しようとする課題

0009

本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、床面などの接地面における全方向移動車用車輪の接地点が、当該全方向移動車用車輪の回転とともに軸方向に変化することがないようにして、当該全方向移動車のトレッドを一定に維持することを可能にし、正確なオドメトリを実現することができるようにした全方向移動車用車輪を提供しようとするものである。

0010

また、本発明の目的とするところは、全方向移動車用車輪の外形を円に極めて近似させるようにして、当該全方向移動車用車輪の軸周りに当該全方向移動車用車輪を回転させたときに、当該全方向移動車用車輪が接地する床面などの接地面と当該全方向移動車用車輪との距離を常に一定に維持することを可能にし、安定した走行を実現することができるようにした全方向移動車用車輪を提供しようとするものである。

課題を解決するための手段

0011

上記目的を達成するために、本発明による全方向移動車用車輪は、直径の大きさが異なる、即ち、大径と小径との2種類の樽型フリーローラーを交互に配列することによって、大径の樽型フリーローラーの内部に当該大径の樽型フリーローラーの軸および軸受ならびに小径の樽型フリーローラーの一部が位置する空所を構成するようにするとともに、各樽型フリーローラーの曲率を円の曲率と一致するように設定することによって、外形が極めて円に近似した単列の樽型フリーローラーよりなる全方向移動車用車輪を構成するようにしたものである。

0012

従って、本発明による全方向移動車用車輪によれば、上記したように、単列の樽型フリーローラーにより全方向移動車用車輪を構成することができるので、床面などの接地面における全方向移動車用車輪の接地点は常に単列の樽型フリーローラーの外形上にあり、当該全方向移動車用車輪の回転とともに当該接地点が軸方向に変化することがないため、当該全方向移動車のトレッドを一定に維持することが可能となり、正確なオドメトリを得ることができるようになる。

0013

また、本発明による全方向移動車用車輪によれば、上記したように、その外形が極めて円に近似したものとなるので、当該全方向移動車用車輪の軸周りに当該全方向移動車用車輪を回転させたときに、当該全方向移動車用車輪が接地する床面などの接地面と当該全方向移動車用車輪との距離を常に一定に維持することが可能となり、安定した走行を行うことができるようになる。

0014

即ち、本発明のうち請求項1に記載の発明は、平面上を全方向に移動する全方向移動車に用いる全方向移動車用車輪において、外形が円の曲率と一致させた曲率を備えて軸方向中央部位が膨出した第1の樽型フリーローラーと、内径側の両端部の領域に空所を形成するとともに、外形が上記円の曲率と一致させた曲率を備えて軸方向中央部位が膨出した、上記第1の樽型フリーローラーよりも大径の第2の樽型フリーローラーとを有し、上記第1の樽型フリーローラーと上記第2の樽型フリーローラーとを、上記第2の樽型フリーローラーに形成された上記空所に上記第1の樽型フリーローラーの一部が位置するようにして、軸方向が上記駆動軸に対して直交するとともに外形が円周を形成するようにして互いに交互に配置したものである。

0015

また、本発明のうち請求項2に記載の発明は、平面上を全方向に移動する全方向移動車に用いる全方向移動車用車輪において、中心部位に駆動軸が直交するように配置された板状部材と、上記板状部材の外径方向側に向かって開口するとともに開口方向が上記駆動軸に対して直交するコ字型状の腕部と該腕部の中央部に突出形成された取付部とを備えて上記板状部材の外周縁部位に該取付部を介して複数個配置された支持部材と、上記支持部材の上記腕部間に上記駆動軸に対して直交するように配置され第1の支軸と、上記第1の支軸に回転自在に支持されるとともに、外形が円の曲率と一致させた曲率を備えて軸方向中央部位が膨出した第1の樽型フリーローラーと、互いに隣り合う一方の上記支持部材の上記腕部と他方の上記支持部材の上記腕部との間に上記駆動軸に対して直交するように配置された第2の支軸と、上記第2の支軸に回転自在に支持されるとともに、内径側の両端部の領域に空所を形成され、外形が上記円の曲率と一致させた曲率を備えて軸方向中央部位が膨出した、上記第1の樽型フリーローラーよりも大径の第2の樽型フリーローラーとを有し、上記第1の樽型フリーローラーと上記第2の樽型フリーローラーとを、上記第2の樽型フリーローラーに形成された上記空所に上記第1の樽型フリーローラーの一部が位置するようにして、軸方向が上記駆動軸に対して直交するとともに外形が円周を形成するようにして互いに交互に配置したものである。

発明を実施するための最良の形態

0016

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による全方向移動車用車輪の実施の形態の一例を詳細に説明する。

0017

図1には本発明による全方向移動車用車輪の実施の形態の一例の正面図が示されており、図2には図1の側面図が示されており、図3には図2におけるA部の拡大断面図が示されており、図4には図2の構成の一部をスケルトンで示した構成説明図が示されている。

0018

この全方向移動車用車輪10は、中心部位に駆動軸11が直交するように貫入されて固定的に配置された円形の板状部材12と、この板状部材12の外径方向側に向かって開口するとともに開口方向が駆動軸11に対して直交するコ字型状の腕部14aと当該腕部14aの中央部に突出形成された取付部14bとを備えて板状部材12の外周縁部位に当該取付部14bを介して等間隔で6個配置された支持部材14と、支持部材14のコ字型状の腕部14a間に駆動軸11に対して直交するように配置され第1支軸16と、第1支軸16にベアリング18を介して回転自在に支持された第1樽型フリーローラー20と、互いに隣り合う一方の腕部14aの肩部14cと他方の腕部14aの肩部14cとの間に駆動軸11に対して直交するように配置された第2支軸22と、第2支軸22にベアリング24を介して回転自在に支持された第2樽型フリーローラー26とを有して構成されている。

0019

従って、第1樽型フリーローラー20と第2樽型フリーローラー26とは、軸方向が駆動軸11に対して直交するように配置されるものである。

0020

また、第1樽型フリーローラー20と第2樽型フリーローラー26とは、外形が円の曲率と一致させた曲率を備えて軸方向中央部位が膨出した樽型状に形成されていて、円周を形成するようにして互いに交互に配置されるものである。

0021

ここで、第1樽型フリーローラー20は内径側に位置する金属よりなる内径側部材20aと外径側位置するゴムよりなる外径側部材20bとより構成されており、第2樽型フリーローラー26は内径側に位置する金属よりなる内径側部材26aと外径側位置するゴムよりなる外径側部材26bとより構成されている。

0022

また、第1樽型フリーローラー20と第2樽型フリーローラー26とは、第1樽型フリーローラー20の方が第2樽型フリーローラー26よりも軸方向に長くなるように形成されており、一方、第2樽型フリーローラー26の方が第1樽型フリーローラー20よりも径方向に大径になるように形成されている。

0023

即ち、第1樽型フリーローラー20の軸方向長さを「L1」とし、第1樽型フリーローラー20の半径方向長さを「R1」とするとともに、第2樽型フリーローラー26の軸方向長さを「L2」とし、第2樽型フリーローラー26の半径方向長さを「R2」とすると、
L1>L2 かつ R1<R2
成立するように設定されている。

0024

また、第2樽型フリーローラー26は、内径側部材26aの軸方向に沿った中央部位においてベアリング24を係止して、当該ベアリング24を介して第2支軸22に軸支されており、このベアリング24が係止された中央部位を除いた両端部の領域は中空状態の空所26cとされている。即ち、第2樽型フリーローラー26の内径側の両端部の領域には、空所26cが形成されている。

0025

そして、上記したように、第1樽型フリーローラー20と第2樽型フリーローラー26とは「R1<R2」が成立するように径方向の長さが設定されているので、第2樽型フリーローラー26の空所26c内に、支持部材14、第1支軸16、ベアリング18ならびに第1樽型フリーローラー20の各種部材のうちの支持部材14の肩部14c近傍に位置する部位を収容することができるものである。

0026

さらに、第1樽型フリーローラー20の曲率と第2樽型フリーローラー26の曲率とは、図1図2ならびに図4に示すように全方向移動車用車輪10として第1樽型フリーローラー20および第2樽型フリーローラー26を組み立てた際の最外径側の軌跡、即ち、外形が円と一致する曲率とされている。

0027

なお、L1、L2、R1ならびにR2などの各寸法は、全方向移動車用車輪10の直径Dを200mmとすると、例えば、「L1=59mm」、「R1=30mm」、「L2=40mm」、「R2=45mm」と設定することができるが、これら各部材の寸法は、全方向移動車用車輪10の直径Dの大きさに応じて適宜に変更して設定されるものであることは勿論である。

0028

以上の構成において、この全方向移動車用車輪10を組み立てるには、予め図2において2点鎖線で示す分割線O−Oにより分割される部分毎に、支持部材14と、第1支軸16と、ベアリング18と、第1樽型フリーローラー20と、第2支軸22と、ベアリング24と第2樽型フリーローラー26とを組み付けた2組のユニットを形成する。

0029

こうして各部材を組み付けられた3個の支持部材14をそれぞれ有する2組のユニットを、各支持部材14の取付部14bを板状部材12の外周縁部位に固定しながら一体的に組み付けるものである。

0030

上記のようにして組み立てられた全方向移動車用車輪10は、その外形が極めて円に近似したものとなるので、全方向移動車用車輪10の駆動軸11の軸周りに全方向移動車用車輪10を回転させたときに、全方向移動車用車輪10が接地する床面などの接地面と全方向移動車用車輪10との距離を常に一定に維持することが可能となり、安定した走行を行うことができるようになる。

0031

また、この全方向移動車用車輪10は、駆動軸11の軸方向対して第1樽型フリーローラー20および第2樽型フリーローラー26を組み合わせて単列に配置して構成しているので、床面などの接地面における全方向移動車用車輪10の接地点は常に全方向移動車用車輪10の外形の円周上となり、全方向移動車用車輪10の回転とともに当該接地点が軸方向に変化することがないため、全方向移動車用車輪10を取り付けた全方向移動車のトレッドを一定に維持することが可能となり、正確なオドメトリを得ることができるようになる。

0032

なお、上記した実施の形態は、以下の(1)乃至(5)に示すように適宜に変形してもよい。

0033

(1)上記した実施の形態においては、第1樽型フリーローラー20と第2樽型フリーローラー26との材質については、内径側部材20a、26aを金属により形成し、外径側部材20b、26bをゴムにより形成するようにしたが、これに限られるものではなく、用途に応じてゴム、プラスチックあるいは金属などの各種の材料を適宜に選択して用いることができることは勿論である。

0034

(2)上記した実施の形態においては、第1樽型フリーローラー20あるいは第2樽型フリーローラー26を構成する際に、内径側部材20a(26a)と外径側部材20b(26b)とに分割して構成するのではなく、一体的に構成してもよいことは勿論である。

0035

(3)上記した実施の形態においては、第1樽型フリーローラー20の方が第2樽型フリーローラー26よりも軸方向に長くなるように形成したが、これに限られるものではなく、第1樽型フリーローラー20と第2樽型フリーローラー26との軸方向長さを一致させるように形成してもよいし、また、第2樽型フリーローラー26の方が第1樽型フリーローラー20よりも軸方向に長くなるように形成してもよい。

0036

(4)上記した実施の形態においては、第1樽型フリーローラー20と第2樽型フリーローラー26とをそれぞれ6個ずつ配置するようにしたが、これに限られるものではなく、第1樽型フリーローラー20と第2樽型フリーローラー26とはそれぞれ任意の個数(複数個)を配置するようにしてもよい。なお、全方向移動車用車輪10の直径Dが大きくなるほど、全方向移動車用車輪10を構成する第1樽型フリーローラー20と第2樽型フリーローラー26との個数を増加させることが好ましい。

0037

(5)上記した実施の形態ならびに上記した(1)乃至(4)の変形例を適宜に組み合わせてもよい。

発明の効果

0038

本発明は、以上説明したように構成されているので、床面などの接地面における全方向移動車用車輪の接地点が、当該全方向移動車用車輪の回転とともに軸方向に変化することがなく、当該全方向移動車のトレッドを一定に維持することが可能になり、正確なオドメトリを実現することができるようになるという優れた効果を奏する。

0039

また、本発明は、以上説明したように構成されているので、全方向移動車用車輪の外形が円に極めて近似したものとなって、当該全方向移動車用車輪の軸周りに当該全方向移動車用車輪を回転させたときに、当該全方向移動車用車輪が接地する床面などの接地面と当該全方向移動車用車輪との距離が常に一定に維持することが可能になり、安定した走行を実現することができるようになるという優れた効果を奏する。

図面の簡単な説明

0040

図1本発明による全方向移動車用車輪の実施の形態の一例の正面図である。
図2図1の側面図である。
図3図2におけるA部の拡大断面図である。
図4図2の構成の一部をスケルトンで示した構成説明図である。

--

0041

10全方向移動車用車輪
11駆動軸
12板状部材
14支持部材
14a 腕部
14b取付部
14c肩部
16 第1支軸
18ベアリング
20 第1樽型フリーローラー
20a,26a内径側部材
20b、26b外径側部材
22 第2支軸
24 ベアリング
26 第2樽型フリーローラー
26c 空所

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