JPH09142347A - 不整地移動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】月面等の凹凸の厳しい不整地環境を走破する高
い不整地走破能力を有し、かつ転覆，横転時に接地面の
形状や転倒状態によらず自力復帰，走行継続を可能とす
る。 【解決手段】本体部６に設置した中央輪４ａの径Ｄ３を
前記本体部６の上下方向厚さＨ２より大きくし、その他
の車輪４を上リンク５ａ，下リンク５ｂ，及び関節７，
８からなる多関節リンク機構を介して設置したことによ
り不整地走破能力を向上させ、前記中央輪４ａを本体部
６の上下方向中心線１１に合わせて設置し上下対称とし
たことにより、転覆時に背面状態でも走行可能とし、
又、本体部６に多関節マニピュレータを設置したことに
より、転倒時の自力復帰を可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は月面探査用ローバー
や災害地探査用移動ロボット等に適用される不整地移動
ローバーの車両機構構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】転倒した際に復帰する機構的工夫がなさ
れた車両は、従来より玩具にいくつか見られる。まず実
公平６−１７５００号について図１０を用いて説明す
る。これは、無線操縦によって前進方向及び後退方向に
操舵走行される無線操縦走行玩具であるが、その無線操
縦に際して玩具車が障害物に当たる等して横転した場合
には、立起アーム５１，５２を開き回転させ、その接床
蹴り上げ作用により自動的に立ち起される。

【０００３】次に実公昭５９−１７３５４号について図
１１，１２を用いて説明する。これは図１１に示すよう
に、玩具車が壁等の障害物に当たった際にそのまま前輪
が壁をかけ昇り、車体が略鉛直に傾いたところで後転す
る。この際、車両が後転した状態で制止しないよう車両
上面に膨出部６１等の転がり易い工夫がなされており、
又、車両上面より上まで突設した支杆６２が設置されて
いるため、これにより車両は図１２に示すように横転
し、車輪自体その外側が転がり易い構造となっているた
め、横転後正常の姿勢まで転がり復帰することができ
る。

【０００４】最後に、車輪とリンクを組み合わせたこと
により不整地走破能力を持たせた従来技術例を図１３に
示す。これは、中央車輪７１，前車輪７２，後車輪７３
をもち、前車輪７２及び後車輪７３はリンク機構７４，
７５により支持されている。この構造により、進行方向
に段差があった場合には、尺取虫のように、リンクによ
りまず前車輪を段差の上に持ち上げ、段差上の前車輪と
下の後車輪で支えながら車両本体を段差上に持ち上げ、
最後に後車輪を持ち上げることにより段差を乗り越える
ことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記の実施例は、平地
もしくは平面では有効な手段ではあるが、凸凹のある不
整地面ではその機能を発揮することができない。まず第
１の従来例である実公平６−１７５００号については、
立起アームをついたところが穴のように窪んでいる場
合、立起アームが地面に届かないことや、アームが届い
たとしても姿勢を復帰させるにはストロークが不十分と
なることが考えられる。又、平地であれば必ずタイヤ５
３が支点となるが、このタイヤ５３が凹部に落ち込み支
点となりえない場合には本体が十分に起き上がれない可
能性がある。

【０００６】次に、実公昭５９−１７３５４号について
は、支杆６２が凹部に引っかかってしまった場合や、後
転後の横転する方向に段差等があり、横転するスペース
が確保できない場合には姿勢を復帰することができない
可能性がある。

【０００７】最後に車輪とリンクを組み合わせた従来例
では、車輪がリンク機構を介して設置しているため段差
の乗り越しには有効であるものの、車輪径が小さく凸凹
の不整地面での走破性や、転倒復帰は難があった。

【０００８】以上の点に鑑み、本発明では月面等の凸凹
の厳しい不整地環境を走破する高い不整地走破能力を有
し、かつ転覆，横転時に設置面の形状，転倒状態がどん
な状態であっても自力復帰し、走行を継続できる機構を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、前後の車輪を多関節リンク機構を介して
本体部に設置すると共に、中央輪の径を本体部上下方向
厚さより大きい大径の車輪とすることにより不整地面で
の走破性能を向上させ、尺取虫の様な段差の乗り越えを
可能としたたことを特徴とする。

【００１０】又、前記大径の中央輪の中心を本体部上下
方向中心線にあわせ、上下対象となるよう設置したこと
により、前記多関節リンク機構を操作し多関節リンク機
構に設置された車輪の位置を変えれば、転覆時上下が逆
になった状態でも走行可能としたことを特徴とする。

【００１１】そして、前記本体部に多関節のマニピュレ
ータを設置することにより、転倒もしくは転覆時の姿勢
復帰を容易としたことを特徴とし、その多関節マニピュ
レータを７自由度のマニピュレータとしたことにより、
あらゆる不整地面での復帰を可能としたことを特徴とす
る。

【００１２】さらに、前記多関節マニピュレータを前記
中央輪同様本体部上下方向中心線にあわせ、上下対象と
なるよう設置したことにより、転覆時上下が逆になった
状態での走行に支障を来さないようにしたことを特徴と
する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明について、図面に示
す実施の形態を参照して詳細に説明する。本発明の一実
施の形態に係る不整地移動装置の構成を図１に示す。中
央輪４ａ及び車輪４の径Ｄ３は本体部６の厚さＨ２より
大きく、又、各車輪の中心は本体部６の上下方向中心線
１１上にあり、上下対象な構造となっている。

【００１４】車輪４は、２つの関節７，８を持つリンク
機構により支持されている。このリンク機構は、図２及
び図３に示すとおり、モータ１７のスプロケット１９が
ポテンショメータ用ギア２０を介して被駆動ギア２１を
回転させ、下リンク５ｂの姿勢を変化させる。ブレーキ
１８は、ギア２１とつながっており、下リンク５ｂの姿
勢を保持する。上リンク５ａの場合も同様に、モータス
プロケット２２が被駆動ギア２３を回転させ、上リンク
５ａの姿勢を変化させる。

【００１５】車輪４の構造は図４に示すとおり、駆動輪
４３，駆動モータ４４，タコジェネレータ４５，ポテン
ショメータ４６，減速器４７，ブレーキ４８により構成
される。前記４３〜４８は、各々の軸がギアによって噛
み合っており、駆動モータ４４が回転すれば、従属して
駆動輪４３，タコジェネレータ４５，ポテンショメータ
４６，減速器４７，ブレーキ４８の軸が回転する。

【００１６】駆動輪４３は地面と接しており、本体部６
を前進又は後退させ、駆動モータ４４はその駆動輪４３
を回転させるパワーを供給し、減速器４７によりトルク
を増幅させて駆動輪４３を回転させる。タコジェネレー
タ４５は車輪の回転速度を、ポテンショメータ４６は車
輪の回転角度をそれぞれ検出し、制御用信号とする。ブ
レーキ４８は必要に応じて車輪の回転を止める。

【００１７】本体部６には、多関節マニピュレータ１が
取付けられる。これは図１及び５に示すとおり、本体部
６の前面又は後面に、本体部６の上下方向中心線１１上
に取付けられ、装置全体が、前記中心線１１に対して上
下に姿勢を変化できるようになっている。

【００１８】通常面走行姿勢１３より、多関節マニピュ
レータ１又は壁等の障害物により立ち上がり、立位姿勢
１５を過ぎると後転、背面走行姿勢１４となるが、この
状態においても走行可能となっている。

【００１９】多関節マニピュレータ１は図６に示すよう
に構成されており、図中Ｒ２４はロール軸を、Ｐ２５は
ピッチ軸を表現する。通常３次元での位置決めは６自由
度で可能ではあるが、任意の姿勢制御を行うため、この
多関節マニピュレータ１には冗長自由度２６としてロー
ル軸２４を付加し７自由度としている。

【００２０】これは人間の手の動きをモデルとしてお
り、手の場合、肩，肘，手首の３つの関節にそれぞれピ
ッチ軸及びヨー軸の２自由度の計６自由度を持つととも
に、肘には冗長自由度としてロール軸の自由度が付加さ
れ全体で７自由度の構成となっている。本多関節マニピ
ュレータは、人間の手がピッチ軸及びヨー軸を基本と
し、ロール軸を加えているのに対し、ロール軸及びピッ
チ軸により実現しているが、自由度の範囲を広げれば、
人間の手以上の動きが可能である。

【００２１】この多関節マニピュレータを具体化したも
のを図７及び図８に示す。第１軸２７から第７軸３３ま
での計７個の関節により構成され、第１軸２７〜第７軸
３３の各関節は、モータ３４，減速器３５，ブレーキ３
６から構成されている。

【００２２】ロール軸２４の場合、上記モータ３４，減
速器３５，ブレーキ３６をアクチュエータユニット３７
にまとめ、これを関節ケース３８に収めた関節モジュー
ル（ＴＹＰＥ Ａ）３９が適用される。

【００２３】又、ピッチ軸２５の場合は、アクチュエー
タユニット４０にまとめ、これを関節ケース４１に収納
した関節モジュール（ＴＹＰＥ Ａ）４２が適用され
る。

【００２４】本不整地移動装置が転覆もしくは転倒した
時の対処の概念を図９の（ａ），（ｂ），（ｃ），
（ｄ），（ｅ）に示す。この場合、中央輪４ａ及び多関
節マニピュレータ１の中心は本体部６の上下方向の中心
線１１に合わせるが、多関節リンク機構およびそれに設
置される車輪４は必ずしも本体部の上下方向の中心線に
合わせる必要は無く、又、車輪の径も、中央輪４ａの径
は本体部の厚さより大きいことが必要であるが、その他
の車輪４の径は必ずしも本体部の厚さより大きくする必
要は無い。

【００２５】通常は（ａ）の姿勢で走行する。これが、
（ｂ）の様に急な崖などを登攀すると、場合によっては
（ｃ）の様に転倒することが考えられる。この時、図１
中の脚のリンク機構５ａ，５ｂと多関節マニピュレータ
１を操作することにより（ｄ）の状態（背面状態）に移
行、この（ｄ）の状態で再び走行を続行することが可能
となる。

【００２６】次に、本体部６が横転した場合であるが、
（ｅ）に示す様に、搭載していたマニピュレータ１を地
表面１２につき本体部６を起き上がらせる。この後、起
き上がった状態により、脚のリンク機構５ａ，５ｂを操
作し、通常姿勢の（ａ）もしくは背面姿勢の（ｄ）の状
態へと移行し、走行復帰する。

【００２７】この時、マニピュレータ１をつく位置が凹
部で、起き上がるためのストロークが十分に取れない場
合やついた場所が平面では無い場合は、マニピュレータ
１の自由度を生かし、別な場所についたり、マニピュレ
ータ１先端の角度を地表面の角度に合わせて調整したり
すれば復帰できる。

【００２８】

【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明は、その中央輪の径を本体部の上下厚
さより大きくし、その他の車輪が多関節リンクを介して
設置されてことにより不整地面での走破性能の向上と段
差の乗り越えを可能とし、前記中央輪の中心を本体部の
上下中心線に合わせたことにより、転覆時には上下逆転
した状態での走行も可能とした。

【００２９】又、多関節マニピュレータを搭載している
ため、横転時にも走行復帰が可能で、その多関節マニピ
ュレータを７自由度としたことにより、復帰動作に適切
な位置を選択してマニピュレータを接地できるだけでな
く、地表の角度に合わせたマニピュレータの調整も可能
となっている。

【００３０】さらに、多関節マニピュレータを、前記中
央輪と同様本体部の上下中心線に合わせたことにより、
転覆時の上下逆転した状態での走行に支障を来さない様
になっている。以上の様に、本発明によりあらゆる凸凹
面で走行不能や復帰不能に陥ることが無い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の不整地移動装置の構成図である。

【図２】本発明の多関節リンクの関節部の駆動機構図で
ある。

【図３】本発明の多関節リンクの関節部の駆動機構切欠
図である。

【図４】本発明の車輪の機構図である。

【図５】本発明の不整地移動装置が上下対称であること
を示す図である。

【図６】本発明の多関節マニピュレータの軸構成を示す
図である。

【図７】本発明の多関節マニピュレータの概観を示す図
である。

【図８】本発明の関節ユニットの組立ての概要を示す図
である。

【図９】本発明の横転，転覆時の対処の概念を示す図で
ある。

【図１０】従来の無線走行操縦玩具の横転立て起し装置
の動作を説明する図である。

【図１１】従来の走行玩具の後転状態を示す図である。

【図１２】従来の走行玩具の横転状態を示す図である。

【図１３】従来の移動台車の車両機構の構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 多関節マニピュレータ ２ 本体部厚さＨ ３ 車輪径Ｄ ４ 車輪 ４ａ 中央輪 ５ 多関節リンク ５ａ 上リンク ５ｂ 下リンク ６ 本体部 ７ 車輪支持リンク第１関節 ８ 車輪支持リンク第２関節 ９ 関節７を中心にリンクを上に上げた時の車輪 １０ 関節７を中心にリンクを下に下げた時の車輪 １１ 本体部６の中心線 １２ 地表面 １３ 不整地移動装置の通常走行姿勢 １４ 不整地移動装置の立位姿勢 １５ 不整地移動装置の背面走行姿勢 １７ 下リンク５ｂを変位させるモータ １８ 下リンク５ｂのブレーキ １９ 下リンク５ｂの駆動用スプロケット ２０ 下リンク５ｂのポテンショメータ軸用ギア ２１ 下リンク５ｂの被駆動ギア ２２ 上リンク５ａの駆動用スプロケット ２３ 上リンク５ａの被駆動ギア ２４ 多関節マニピュレータのロール軸 ２５ 多関節マニピュレータのピッチ軸 ２６ 多関節マニピュレータの冗長自由度 ２７ 多関節マニピュレータの第１軸 ２８ 多関節マニピュレータの第２軸 ２９ 多関節マニピュレータの第３軸 ３０ 多関節マニピュレータの第４軸 ３１ 多関節マニピュレータの第５軸 ３２ 多関節マニピュレータの第６軸 ３３ 多関節マニピュレータの第７軸 ３４ 関節駆動用モータ ３５ 関節駆動用減速器 ３６ 関節用ブレーキ ３７ 関節用アクチュエータユニット（ロール軸用） ３８ 関節ケース（ロール軸用） ３９ 関節モジュール（ＴＹＰＥ Ａ），ロール軸用 ４０ 関節用アクチュエータユニット（ピッチ軸用） ４１ 関節ケース（ピッチ軸用） ４２ 関節モジュール（ＴＹＰＥ Ｂ），ピッチ軸用 ４３ 駆動輪 ４４ 駆動モータ ４５ タコジェネレータ ４６ ポテンショメータ ４７ 減速器 ４８ ブレーキ ５１，５２ 立起アーム ５３ タイヤ ６１ 車両上面の膨出部 ６２ 支杆 ７１ 中央車輪 ７２ 前車輪 ７３ 後車輪 ７４，７５ リンク機構

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】本体部に設置された本体部上下方向厚さよ
   り大きい径を持つ中央輪と、本体部に設置された複数の
   多関節リンク機構と、各多関節リンク機構に設置された
   車輪とからなる不整地移動装置。
2. 【請求項２】中央輪の中心を本体部の上下方向の中心線
   に合わせて設置することにより、上下対象としたことを
   特徴とする請求項１の不整地移動装置。
3. 【請求項３】本体部に、転倒時の復帰動作を補助する多
   関節マニピュレータを設置したことを特徴とする請求項
   １又は２の不整地移動装置。
4. 【請求項４】多関節マニピュレータを３次元空間での位
   置決めに最低限必要な６自由度に冗長自由度を加えた７
   自由度のマニピュレータとしたことを特徴とする、請求
   項３の不整地移動装置。
5. 【請求項５】多関節マニピュレータを、本体部全面もし
   くは後面の本体部の上下方向真中に設置したことにより
   上下対象としたことを特徴とする、請求項２及び３の不
   整地移動装置。