JP2008179187A - 全方向移動台車およびその走行制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
移動台車にコンパクト化の障害となるような大掛かりな段差乗り越え機構を搭載することなく、スリムな外形のまま、小回りが利き、尚且つ段差乗り越えに有利な全方向移動台車を提供する。
【解決手段】
移動台車本体１と、前記移動台車本体を移動させるための第１、第２および第３のオムニホイル３ａ、３ｂ、３ｃと、前記第１、第２および第３のオムニホイル３ａ、３ｂ、３ｃの回転をそれぞれ独立に駆動する駆動部２ａ、２ｂ、２ｃと、を備えた全方向移動台車において、前記第１のオムニホイルを垂直軸周りに旋回させる第１の旋回駆動部４を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、空港、家庭、医療福祉施設などにおいて、荷物の搬送、施設の案内、警備、清掃などをする全方向移動台車およびその走行制御方法に関する。

近年、家庭用ロボットや警備ロボットなどで、その小回りのよさから駆動用の車輪としてオムニホイルを使用した移動台車が数多く採用されるようになってきた。図７に示すように、オムニホイルは、ホイルフレーム６の外周に、ホイルの軸方向に回転自由なバレル５を３個以上配置したものであり、上記オムニホイルを移動台車本体に同円周上に３つ以上等配置することにより、あらゆる方向への移動を可能にするものである。
例えば、図６において、同図に示す進行方向に直進する場合は、２個のオムニホイル３ｂ、３ｃのみを駆動部２ｂ、２ｃによって回転方向に駆動し、残り１個のオムニホイル３ａはバレル５がフリーなキャスターの役割をする。移動台車が旋回する場合は、３個のオムニホイル３ａ、３ｂ、３ｃを駆動部２ａ、２ｂ、２ｃによって同方向に回転させることで、その場で旋回することができる。また、上記直進動作と旋回動作を組み合わせることによって、旋回しながらの移動も可能である。このように、オムニホイルを用いた全方向移動台車は、２輪タイプの移動台車に比べ小回りが利き、狭いエリアでの移動に有効である。

近年、高齢化が進むとともに建物のバリアフリー化が進んできたが、家庭や屋外においてはまだまだ段差が多い。幅広い場面で活躍できる移動台車を提供するには、それらの段差に対応できることが必要である。従来の、オムニホイルを用いた全方向移動台車は、前述のように狭いエリアでの移動は有利であるが、段差乗り越えという点では、２輪タイプの移動台車に比べて不利であった。例えば図６において、同図に示す進行方向に直進する場合、駆動用の役割をしないオムニホイル３ａは、オムニホイルのバレル５がフリーなキャスターの役割をするため、その回転半径はオムニホイルの径に比べて小さく、大きな段差を乗り越えることは難しかった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、移動台車にコンパクト化の障害となるような大掛かりな段差乗り越え機構を搭載することなく、スリムな外形のまま、小回りが利き、尚且つ段差乗り越えに有利な全方向移動台車を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、移動台車本体と、前記移動台車本体を移動させるための第１、第２および第３のオムニホイルと、前記第１、第２および第３のオムニホイルの回転をそれぞれ独立に駆動する駆動部と、を備えた全方向移動台車において、前記第１のオムニホイルを垂直軸周りに旋回させる第１の旋回駆動部を備えたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、前記第２および第３のオムニホイルをそれぞれ垂直軸周りに旋回させる第２および第３の旋回駆動部を備えたことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記第１、第２および第３のオムニホイルは、手動で旋回させることが可能なことを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、前記第１、第２および第３のオムニホイルがすべて進行方向に対して平行となるように、前記旋回駆動部に指令を与える制御部を備えたことを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、床面の段差を検出する段差検出手段と、前記段差検出手段からの検出信号に基づいて、前記第１のオムニホイルを前記段差の垂直面に対して直角となる方向に旋回するよう前記旋回駆動部に指令を与える制御部と、を備えたことを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、移動台車本体と、前記移動台車本体を移動させるための第１、第２および第３のオムニホイルと、前記第１、第２および第３のオムニホイルの回転をそれぞれ独立に駆動する駆動部と、前記第１の前記オムニホイルを垂直軸周りに旋回させる旋回駆動部と、を備えた全方向移動台車において、前記第１のオムニホイルを床面の段差の垂直面に対して直角となるように旋回させることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、移動台車本体と、前記移動台車本体を移動させるための第１、第２および第３のオムニホイルと、前記第１、第２および第３のオムニホイルの回転をそれぞれ独立に駆動する駆動部と、前記第１、第２および第３の前記オムニホイルをそれぞれ垂直軸周りに旋回させる旋回駆動部と、を備えた全方向移動台車において、前記第１のオムニホイルを床面の段差の垂直面に対して直角となるように旋回させ、前記第２および第３のオムニホイルを前記第１のオムニホイルに対してそれぞれ平行に旋回させることを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、移動台車本体と、前記移動台車本体を移動させるための第１、第２および第３のオムニホイルと、前記第１、第２および第３のオムニホイルの回転をそれぞれ独立に駆動する駆動部と、前記第１、第２および第３のオムニホイルをそれぞれ垂直軸周りに旋回させる旋回駆動部と、を備えた全方向移動台車において、前記第１、第２および第３のオムニホイルをすべて進行方向に対して平行となるように旋回させて、最大の推進力で走行させることを特徴とするものである。
請求項９に記載の発明は、移動台車本体と、前記移動台車本体を移動させるための第１、第２および第３のオムニホイルと、前記第１、第２および第３のオムニホイルの回転をそれぞれ独立に駆動する駆動部と、前記第１のオムニホイルを垂直軸周りに旋回させる旋回駆動部と、床面の段差を検出する段差検出手段と、を備えた全方向移動台車において、前記段差検出手段からの段差検出信号に基づいて、前記第１のオムニホイルを前記段差の垂直面に対して直角となる方向に旋回させることを特徴とするものである。
請求項１０に記載の発明は、移動台車本体と、前記移動台車本体を移動させるための第１、第２および第３のオムニホイルと、前記第１、第２および第３のオムニホイルの回転をそれぞれ独立に駆動する駆動部と、前記第１、第２および第３の前記オムニホイルをそれぞれ垂直軸周りに旋回させる旋回駆動部と、床面の段差を検出する段差検出手段と、を備えた全方向移動台車において、前記段差検出手段からの段差検出信号に基づいて、前記第１のオムニホイルを床面の段差の垂直面に対して直角となるように旋回させ、前記第２および第３のオムニホイルを前記第１のオムニホイルに対してそれぞれ平行に旋回させることを特徴とするものである。

請求項１、６に記載の発明によると、移動台車の直進時、回転自由なキャスターの役割をしているオムニホイルを９０度旋回させることにより、進行方向に対する当該オムニホイルの転がり半径が大きくなるため、バレルの転がり半径では越えられなかった段差も越えられるようになる。また、当該オムニホイルも駆動輪として移動台車に推進力を与えることになるので、全体としての推進力が上がり、より段差を越えやすくなる。
請求項２に記載の発明によると、すべてのオムニホイルに垂直軸周りの自由度を与えることにより、すべてのオムニホイルを進行方向に平行に配置することができるため、進行方向と垂直な方向がフリーとなり、ガイドに沿って直進するなどのならい動作が可能となる。また、車輪の傾きによる駆動トルクのロス分がなくなるため、直進時の推進力を上げることができる。
請求項３に記載の発明によると、すべてのオムニホイルを手動で旋回できるようにしておくことによって、駆動用モータの減速機などの故障により出力側から車輪を回転できなくなったときでも、手動にて任意のオムニホイルを旋回させ、特定の方向が回転自由となる配置にすることにより、特定の方向への手動による移動を簡単に行なうことができる。また、減速機の減速比が大きいなど仕様上の都合により出力側から車輪を回転させることが難しい場合や、移動台車の搬出入時に手動でスロープを転がすような場合も、同様な手段をとることにより、特定の方向への手動による移動を簡単に行なうことができる。
請求項７、１０に記載の発明によると、ロスなく移動台車に推進力を与えることができるので、より段差を越えやすくなる。
請求項４、８に記載の発明によると、通常のオムニホイルの取付方向で出しうる推進力以上に推進力を出すことが必要な場合、上位の制御部からオムニホイルの旋回用モータに自動で指令を与え、直進時の推進力が最大となるような方向にオムニホイルを旋回させることができる。
請求項５、９、１０に記載の発明によると、使用者が移動台車に都度命令を与えなくても、移動台車が自身に搭載されたセンサーにより自ら段差を検出し、段差を乗り越えやすい方向に自動でオムニホイルを旋回し、段差を乗り越えることができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の第1実施例である。図１において１は移動台車本体、３ａ、３ｂ、３ｃは前記移動台車本体１に同円周上に１２０度ピッチで配置されたオムニホイルである。
また、２ａ、２ｂ、２ｃは前記オムニホイル３ａ、３ｂ、３ｃの回転を個別に駆動する駆動用モータ（駆動部）である。４は３つのオムニホイルのうち少なくとも１つに連結され、当該オムニホイルを垂直軸周りの任意の方向に旋回させる旋回用モータ（旋回駆動部）である。なお、駆動用モータおよび旋回用モータの出力軸には、必要に応じて、減速機を設けてもよく、駆動部および旋回駆動部には、モータ単体のみならず、減速機も含まれる（以下実施例についても同様）。
本発明が従来技術と異なる部分は、オムニホイルを垂直軸周りの任意の方向に旋回させることができる旋回用モータを備えた部分である。

本発明の移動台車が、例えば図２に示す進行方向に進みながら段差を乗り越えようとするとき、オムニホイル３ａを図２に示すように図１の状態から９０度旋回させる（段差の垂直面に対して直角となる方向に旋回させる）ことにより、進行方向に対するオムニホイル３ａの転がり半径が大きくなるため、バレル５の転がり半径では越えられなかった段差も越えられるようになる。また、オムニホイル３ａも駆動輪として移動台車に推進力を与えることになるので、全体としての推進力が上がり、より段差を越えやすくなる。段差乗り越え後は、オムニホイル３ａを旋回させ元の状態に戻す。

図３は、本発明の第２実施例である。図３において４ａ、４ｂ、４ｃはそれぞれ、オムニホイル３ａ、３ｂ、３ｃを垂直軸周りの任意の方向に旋回させることができる旋回用モータである。

本発明の移動台車が、図４ａまたは図４ｂに示す進行方向に進むとき、全てのオムニホイルを同図に示すように進行方向に平行に配置することにより、進行方向と垂直な方向がフリーとなるため、ガイドに沿って直進するなどのならい動作が可能となる。また、図４ａ、４ｂのようにオムニホイルを配置することにより、車輪の傾きによる駆動トルクのロス分がなくなるため、図６に示す従来の構成に比べ、直進時の推進力を上げることができる。

また、図３において、旋回用モータ４ａ、４ｂ、４ｃを自動で制御する図示しない制御部を設け、図３に示すオムニホイルの取付方向で出しうる推進力以上に推進力を出すことが必要な走行条件の場合、それを自動で判断し、図４ａ、図４ｂに示すような直進時の推進力が最大となるような方向に自動でオムニホイルを旋回させる。

また、オムニホイル３ａ、３ｂ、３ｃは、手動で容易に旋回可能である。
これにより、駆動用モータの減速機などの故障により出力側から車輪を回転できなくなったとき、オムニホイル３ａ、３ｂ、３ｃを手動で旋回させ、図４ａ、図４ｂのような配置にすることによって、特定の方向を回転自由にし、図４ａ、図４ｂに示すフリーな方向への移動を手動で簡単に行なうことができる。また、減速機の減速比が大きいなど、仕様上の都合により出力側から車輪を回転させることが難しい場合も、同様な手段をとることにより、手動で簡単に移動台車を移動させることができる。さらに、移動台車の搬出入時に、手動でスロープを転がすような場合にも、同様な手段をとることにより、より軽い力で移動台車を移動させることができる。

なお、実施例１において、本実施例のように、段差を最初に乗り越えるオムニホイル３ａとそれ以外のオムニホイル３ｂ、３ｃをすべて平行に配置すると、上述の理由によりロスなく移動台車に推進力を与えることができるので、より段差を越えやすくなる。

図５は、本発明の第３実施例である。図５において、７は床面の段差を自動検出するセンサー（段差検出手段）である。８はセンサー７からの検出信号に基づいて、段差を乗り越えやすい方向、すなわち、段差の垂直面に対して直角となる方向にオムニホイル３を旋回するよう前記旋回用モータ４に指令を与える制御部である。
本実施例によれば、センサー７と制御部８を設けることによって、使用者が都度命令を与えなくても、移動台車がセンサー７により自ら段差を検出し、自動で段差を乗り越えやすい方向にオムニホイルを旋回して段差を乗り越えることができる。
なお、段差を乗り越える際、段差を最初に乗り越えるオムニホイル３ａとそれ以外のオムニホイル３ｂ、３ｃをすべて平行に配置すると、実施例２で述べた理由によりロスなく移動台車に推進力を与えることができるので、より段差を越えやすくなる。

本発明の第１実施例を示す移動台車の構成図 本発明の第１実施例の効果を示す図 本発明の第２実施例を示す移動台車の構成図 本発明の第２実施例の効果を示す図 本発明の第３実施例を示す移動台車の構成図 従来の全方向移動台車の構成図 オムニホイルの構造図

符号の説明

１ 移動台車本体
２ａ、２ｂ、２ｃ 駆動用モータ（駆動部）
３ａ、３ｂ、３ｃ オムニホイル
４ 旋回用モータ（旋回駆動部）
４ａ、４ｂ、４ｃ 旋回用モータ（旋回駆動部）
５ バレル
６ ホイルフレーム
７ センサー（段差検出手段）
８ 制御部

Claims (10)

1. 移動台車本体と、前記移動台車本体を移動させるための第１、第２および第３のオムニホイルと、前記第１、第２および第３のオムニホイルの回転をそれぞれ独立に駆動する駆動部と、を備えた全方向移動台車において、
   前記第１のオムニホイルを垂直軸周りに旋回させる第１の旋回駆動部を備えたことを特徴とする全方向移動台車。
2. 前記第２および第３のオムニホイルをそれぞれ垂直軸周りに旋回させる第２および第３の旋回駆動部を備えたことを特徴とする請求項１記載の全方向移動台車。
3. 前記第１、第２および第３のオムニホイルは、手動で旋回させることが可能なことを特徴とする請求項２に記載の全方向移動台車。
4. 前記第１、第２および第３のオムニホイルがすべて進行方向に対して平行となるように、前記旋回駆動部に指令を与える制御部を備えたことを特徴とする請求項２に記載の全方向移動台車。
5. 床面の段差を検出する段差検出手段と、
   前記段差検出手段からの検出信号に基づいて、前記第１のオムニホイルを前記段差の垂直面に対して直角となる方向に旋回するよう前記旋回駆動部に指令を与える制御部と、を備えたことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の全方向移動台車。
6. 移動台車本体と、前記移動台車本体を移動させるための第１、第２および第３のオムニホイルと、前記第１、第２および第３のオムニホイルの回転をそれぞれ独立に駆動する駆動部と、前記第１の前記オムニホイルを垂直軸周りに旋回させる旋回駆動部と、を備えた全方向移動台車において、
   前記第１のオムニホイルを床面の段差の垂直面に対して直角となるように旋回させることを特徴とする全方向移動台車の走行制御方法。
7. 移動台車本体と、前記移動台車本体を移動させるための第１、第２および第３のオムニホイルと、前記第１、第２および第３のオムニホイルの回転をそれぞれ独立に駆動する駆動部と、前記第１、第２および第３の前記オムニホイルをそれぞれ垂直軸周りに旋回させる旋回駆動部と、を備えた全方向移動台車において、
   前記第１のオムニホイルを床面の段差の垂直面に対して直角となるように旋回させ、
   前記第２および第３のオムニホイルを前記第１のオムニホイルに対してそれぞれ平行に旋回させることを特徴とする全方向移動台車の走行制御方法。
8. 移動台車本体と、前記移動台車本体を移動させるための第１、第２および第３のオムニホイルと、前記第１、第２および第３のオムニホイルの回転をそれぞれ独立に駆動する駆動部と、前記第１、第２および第３のオムニホイルをそれぞれ垂直軸周りに旋回させる旋回駆動部と、を備えた全方向移動台車において、
   前記第１、第２および第３のオムニホイルをすべて進行方向に対して平行となるように旋回させて、最大の推進力で走行させることを特徴とする全方向移動台車の走行制御方法。
9. 移動台車本体と、前記移動台車本体を移動させるための第１、第２および第３のオムニホイルと、前記第１、第２および第３のオムニホイルの回転をそれぞれ独立に駆動する駆動部と、前記第１のオムニホイルを垂直軸周りに旋回させる旋回駆動部と、床面の段差を検出する段差検出手段と、を備えた全方向移動台車において、
   前記段差検出手段からの段差検出信号に基づいて、前記第１のオムニホイルを前記段差の垂直面に対して直角となる方向に旋回させることを特徴とする全方向移動台車の走行制御方法。
10. 移動台車本体と、前記移動台車本体を移動させるための第１、第２および第３のオムニホイルと、前記第１、第２および第３のオムニホイルの回転をそれぞれ独立に駆動する駆動部と、前記第１、第２および第３の前記オムニホイルをそれぞれ垂直軸周りに旋回させる旋回駆動部と、床面の段差を検出する段差検出手段と、を備えた全方向移動台車において、
    前記段差検出手段からの段差検出信号に基づいて、前記第１のオムニホイルを床面の段差の垂直面に対して直角となるように旋回させ、
    前記第２および第３のオムニホイルを前記第１のオムニホイルに対してそれぞれ平行に旋回させることを特徴とする全方向移動台車の走行制御方法。

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