走行体

本発明は走行体に関する。

特許文献1には、台車本体と、台車本体に関節軸を介して枢着されて、台車本体を床面に対して任意の高さに保持する4個の脚部と、床面と接触する脚部の端部に設けた車輪部と、を備える走行体が開示されている。さらに走行体は、脚部の関節軸を回転駆動して脚部と床面との角度を変化させる脚関節軸アクチュエータと、車輪部の周囲に回転可能に設けられた複数のオムニホイールとを備える。脚部の関節軸周りの回転ベクトルは、床面に接地しているオムニホイールの回転ベクトルとほぼ平行になるように設けられている。

特開2010−76630号公報

特許文献1によれば、当該文献の図1に図示するとおり、横から見て脚部を大きく広げるように脚部の関節軸を回転駆動して脚部の角度を制御することにより、重心位置が低く、安定性の高い走行を実施できる。

一方、走行体が狭い通路等を走行するためには、床面と各車輪部との接地点を結んで形成されるフットプリントエリアを小さくする必要がある。このため、特許文献1の走行体では、脚部を床面に対して垂直に近づくように脚関節軸周りに回転させることになる。この姿勢によれば、床面からの台車本体の位置が高くなるため、重心位置が高くなる。したがって、走行安定性が阻害されることになり、また、頭上に障害物があるような低いエリアを走行することができない。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、体高を抑えた安定した走行姿勢が得られ、かつ狭い通路等でも走行可能な走行体を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、開示する走行体に係る発明のひとつは、それぞれ、関節軸(30a)を有し、関節軸を中心として角変位する複数の脚部(30)と、複数の脚部が下方に延びるように固定される台部(2)と、複数の脚部のそれぞれの端部に設けられる車輪(32)と、車輪において床面と接地する部分を構成し、車輪の外周に回転可能に設けられる複数の小回転体(320)と、関節軸を回転駆動して脚部と台部との角度を変化させる回転駆動装置(34)と、を備え、 小回転体は、回転軸周りの回転ベクトル(320av)が車輪の回転軸周りの回転ベクトル(32av)と関節軸周りの回転ベクトル(30av)の両方に対して直交するように設けられ、 関節軸周りの回転ベクトルと小回転体の回転ベクトルは、台部の中心から径外方向に延びる半径ベクトル(2v)に対して、平行ではなく交差するように設定されていることを特徴とする。

この発明によれば、小回転体の回転ベクトルは車輪の回転ベクトルと関節軸周りの回転ベクトルの両方に対して交差するように設定される。この構成により、関節軸を回転駆動した場合に、脚部が角変位する際の車輪の移動軌跡が台部の中心から延ばした径外方向に対して、平行でなく交差するようになる。すなわち、脚部が角変位する際に、台部と脚部とがなす角度が大きな鈍角にならないようにし、かつ安定した走行姿勢を実現できる。したがって、この構成によれば、車輪が台部の中心から径外方向に大きく広がらないように、脚部を角変位させることができるので、床面と各車輪との接地点を結んで形成されるフットプリントエリアを小さくする走行が実現できる。さらにこの構成によれば、脚部と台部とがなす角度が90度にならないようにしても、フットプリントエリアを小さくして走行可能であるため、床面からの台部の高さを抑えた姿勢で走行することができる。

以上より、本発明は、体高を抑えた安定した走行姿勢が得られ、かつ狭い通路等でも走行可能な走行体を提供することができる。

また、特許請求の範囲及び上記各手段に記載の括弧内の符号ないし説明は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を分かり易く示す一例にすぎず、発明の範囲を限定するものではない。

本発明を適用する第1実施形態の走行体の構成を説明するための正面図である。

第1実施形態の走行体の構成を説明するための下面図である。

第1実施形態の走行体における脚部モジュールの構成を説明するための正面図である。

脚部モジュールの構成を説明するための下面図である。

本発明を適用する走行体の制御に関する構成図である。

走行体における車輪の移動及び回転速度を説明するための図である。

本発明を適用する第2実施形態の走行体の構成を説明するための正面図である。

第2実施形態の走行体の構成を説明するための下面図である。

本発明を適用する第3実施形態の走行体においてフットプリントエリアを小さくした状態を示す正面図である。

図9と同じ状態を示した上面図である。

第3実施形態の走行体においてフットプリントエリアを大きくした状態を示す正面図である。

図11と同じ状態を示した上面図である。

第3実施形態の走行体について右回り旋回時の変化を説明するための図である。

第3実施形態の走行体について左回り旋回時の変化を説明するための図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。

(第1実施形態) 本発明の一実施形態である第1実施形態に係る走行体1について図1〜図6を参照しながら説明する。走行体1は、例えば、コントローラ60等から送られる各種の指令信号と各種センサにより取得された情報とを用いて所定の演算を行い、その演算結果に基づいた制御信号にしたがって、各駆動部の作動が制御されて適切な走行を可能とする。走行体1は、特に狭い通路、頭上高さが低い場所を走行可能とするために、特有の構成を備えている。走行体1は、例えば、遠隔操作可能な玩具、農耕機、探索用ロボット、荷物搬送用ロボット、人搬送ロボット等に適用することができる。

走行体1は、コントローラ60等の送信機からの電波を受信する受信機と、制御信号を生成する制御装置50と、車輪用モータ35、脚部関節用のアクチュエータ34等の駆動機器、受信機及び制御装置50を駆動するための電池と、を備える。走行体1は、複数の脚部30と、複数の脚部30が下方に延びるように固定される台部2と、複数の脚部30のそれぞれの端部に設けられる車輪32と、を備える。また、走行体1が備える電池は、例えばニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池である。例えば、電池は、外部から供給される電力を充電可能で、蓄電した電力を放電可能とする。

アクチュエータ34は、脚部30の関節軸30aを回転駆動して、脚部30と台部2とがなす角度を変化させる回転駆動装置であり、例えばサーボモータによって構成される。車輪用モータ35は、車輪32の回転軸32aを回転駆動する回転駆動装置である。走行体1は、受信機を制御装置50に含む構成でもよいし、受信機を制御装置50に対して信号を入力する機器として備える構成でもよい。

図5に図示するように、受信機は、コントローラ60の操作によって発生する運転指令に基づいて生成された各種信号、例えば目標速度信号61、目標旋回速度信号62、目標姿勢角度信号63を受信する。受信機は、速度推定部80、旋回速度推定部81、姿勢推定部82において推定された各推定値を受信する。各推定値は、各部において、後述する状態検出手段70によって取得された位置情報等に関する各種データを用いた所定のプログラムによる演算を経て、生成される。

状態検出手段70は、走行体1の状態を検出する手段であり、走行体1に設けられる、ジャイロセンサ71、加速度センサ72、磁気センサ73、画像センサ74等を含んで構成される。状態検出手段70は、少なくとも、ジャイロセンサ71、加速度センサ72を含んで構成される。

ジャイロセンサ71は、例えば基準軸に対して走行体1が1秒間に何度の回転運動をしているかを検出する。加速度センサ72は、センサ自体の加速度、例えば1秒当たりの速度の変化を検出する。また、加速度センサ72は、走行体1に関する重力方向の加速度、すなわち重力加速度を検出することで、走行体1の動きや走行体1の振動を検出することもできる。また、加速度センサ72が3軸加速度センサであれば、走行体1の水平状態も検出することができる。磁気センサ73は、走行体1の絶対方位を検出する。画像センサ74は、カメラで撮影した床面等を含む周囲画像を解析することで、例えば、走行体1の移動可能方向、移動可能量を検出することができる。

速度推定部80は、加速度センサ72からの検出値を用いた所定の演算を行うことで、走行体1の速度を推定する。旋回速度推定部81は、ジャイロセンサ71、加速度センサ72からの検出値を用いた所定の演算を行うことで、台部2の旋回速度を推定する。姿勢推定部82は、ジャイロセンサ71、加速度センサ72からの検出値、例えば、走行体1の姿勢を、X軸周りの回転角ロール、Y軸周りの回転角ピッチ、Z軸周りの回転角ヨーを用いた所定の演算を行うことで、走行体1の姿勢を推定する。

制御装置50は、接地力推定部51、目標角度計算部52、目標回転数計算部53、車輪位置推定部54、関節制御部55、モータ制御部56を備える。制御装置50は、入力される速度推定値、旋回速度推定値、姿勢推定値等を用いた所定の演算により、脚部30の目標角度、車輪32の目標回転数を算出する。目標角度計算部52は、目標旋回速度及び目標姿勢角度を達成するために必要な脚部30の目標角度を生成する。目標回転数計算部53は、目標旋回速度及び目標速度を達成するために必要な車輪32の目標回転数を生成する。

関節制御部55は、生成された目標角度にしたがった制御駆動信号により、脚部関節用のアクチュエータ34の回転位置を制御する。モータ制御部56は、生成された目標回転数にしたがった制御駆動信号により、車輪用モータ35の回転数を制御する。アクチュエータ34は、関節制御部55からの制御駆動信号に対応する目標角度に脚部30の関節軸30aを制御する。車輪用モータ35は、モータ制御部56からの制御駆動信号に対応する目標回転数に車輪32の回転軸32aを制御する。

関節制御部55は、アクチュエータ34を制御するための情報を、接地力推定部51と車輪位置推定部54に送信する。接地力推定部51は、車輪32に設けられるオムニホイール320のそれぞれが床面から受ける接地力を推定する。車輪位置推定部54は、車輪32の位置、並進移動量を推定する。

接地力推定部51は、関節制御部55から入力される、アクチュエータ34の一例であるサーボモータに流れる電流値から、トルクを算出する。接地力推定部51は、このトルクの算出値から各脚部30の角度を求め、この角度から現在の各車輪の接地力を推定する。目標角度計算部52は、接地力推定部51によって推定された床面からの抗力値に基づき、各脚部30の目標角度(目標角速度ともいう)を計算する。例えば、目標角度計算部52は、推定された接地力推定値が小さいと判定した場合には、走行体1を安定した状態にするための目標角度を計算して調整する。このように目標角度は、関節制御部55から得られるデータを用いて設定し直され、各脚部30の角度はフィードバック制御される。

車輪位置推定部54は、サーボモータの電流値からトルクを算出して、このトルクの算出値から各脚部30の角度を求め、この角度から現在の各車輪の位置と目標速度方向とを推定する。目標回転数計算部53は、現在の各車輪の推定位置と推定目標速度方向に基づき、各車輪32の目標回転数を計算する。このように目標回転数は、モータ制御部56から得られるデータを用いて設定し直され、各車輪32の回転数はフィードバック制御される。

また、目標速度信号61、目標旋回速度信号62、目標姿勢角度信号63は、コントローラ60から入力された運転指令に基づいて、制御装置50において生成するように構成してもよい。また、速度推定部80、旋回速度推定部81、姿勢推定部82は、制御装置50に含むように構成してもよい。

図2に図示するように、走行体1は、台部2の下面に固定される6個の脚部モジュール3を備える。6個の脚部モジュール3は、台部2の下面に環状に並ぶように設置されている。各脚部モジュール3は、車輪用モータ35を台部2の中央寄りに、車輪32を台部2の外周縁寄りに配する姿勢で、台部2に固定されている。各脚部モジュール3は、本体固定部31及びスプリング部材33の一端側固定部330が台部2に固定されることにより、台部2の下面から下方に延びるように設置されている。

脚部30は、関節軸30aを有し、関節軸30aを中心として角変位する。脚部30のそれぞれには、先端に車輪32が設けられている。車輪32は、車輪32において床面と接地する部分を構成し、車輪32の外周に回転可能に設けられる複数の小回転体であるオムニホイール320を有する。

図2〜図4に図示するように、脚部モジュール3は、2枚の板部材からなる脚部30、車輪32、アクチュエータ34、車輪用モータ35、ギヤボックス36、及びスプリング部材33を備える。車輪32は、台部2の中心寄りに位置する内側車輪と外側車輪とで構成されている。内側車輪、外側車輪のそれぞれには、3個のオムニホイール320が環状に並ぶように設けられる。したがって、内側車輪、外側車輪のそれぞれは、支持体と、3個のオムニホイール320と、1本の回転軸32aとから構成されている。3個のオムニホイール320と、隣接するオムニホイール320の間でオムニホイール320の回転軸320aを回転可能に支持する支持体とは、一体になってタイヤの形状を形成し、内側車輪、外側車輪のそれぞれを構成する。

この支持体は、回転軸320aを回転可能に両端で支持する軸受部を構成する。この支持体の中央には、貫通孔が形成され、この貫通孔に回転軸32a貫通し固着されている。3個のオムニホイール320と支持体は、一体になって、車輪用モータ35の駆動力によって複数段の減速用歯車を介して、車輪32の回転軸32aを中心に回転駆動される。したがって、内側車輪と外側車輪とは、同軸の回転軸32aを中心に回転駆動される。また、内側車輪と外側車輪の回転方向は、車輪用モータ35の回転方向を変えることにより、変化させることが可能である。

このように構成した車輪32にあっては、回転力が作用すると、車輪32はオムニホイール320と接地面との摩擦力によって回転方向に移動可能な状態となる。一方、回転軸32aと平行な方向に移動力が作用すると、各オムニホイール320は空回りの状態となって回転軸32aに沿う方向に対してはスムーズな移動が可能となる。

図3に示すように、スプリング部材33は、一端側固定部330が台部2に固定され、他端側固定部331が脚部30に固定されて、脚部30を支持している。スプリング部材33は、そのばね付勢力によって、脚部30を台部2に対して平行に支持する。スプリング部材33の機能により、台部2に重量物を載せた場合でも、駆動装置の駆動力を押さえることができる。図3に図示するこの状態は、台部2と脚部30のなす角度がゼロまたはゼロに近く、脚部モジュール3の姿勢が最も低い状態であり、走行体1の高さが最も低い状態である。

脚部30は、関節軸30aで走行体1に軸支されて、アクチュエータ34の回転駆動力により関節軸30aを中心として下向きに回転する。したがって、脚部30は、スプリング部材33のばね付勢力とアクチュエータ34のトルクとが釣り合うときに静止して、台部2との角度を変化させることができる可動部である。

図2及び図4に図示するように、脚部30は、一端側が関節軸30aを中心に回転可能に支持され、他端側で車輪32の回転軸32aを回転可能に支持している。脚部30の他端側は、回転軸32aを回転可能に軸支する軸受け部を構成する。さらに2枚の板部材である脚部30は、車輪32の両側から回転軸32aを支持するように設けられている。

アクチュエータ34は、関節軸30a側で車輪32に隣接して設けられている。アクチュエータ34は、走行体1に固定されるホルダ340によって支持されている。ギヤボックス36は、複数段の減速用歯車を内蔵し、車輪32よりも台部2の中心寄りの位置で、ホルダ360によって支持されている。車輪用モータ35は、車輪32やギヤボックス36よりも台部2の中心寄りの位置で、ホルダ350によって支持されている。少なくともアクチュエータ34、車輪用モータ35は、走行体1において可動しない静止機器である。

走行体1は、以下に示す特有の構成を有する。走行体1に設けられる複数個の脚部モジュール3は、図2に図示するように、台部2の外周縁よりも内側に収まるように設置されている。さらに脚部モジュール3は、走行条件に応じて、脚部30と台部2の角度が図3に示す状態から変化して大きくなった場合でも、脚部30及び車輪32が台部2の外周縁から外側にはみ出さないように、台部2の下面側に設置されている。

また、複数の脚部モジュール3は、台部2の下面側に環状に並ぶように設置されている。図2に示すように、台部2に環状に配された複数の脚部モジュール3は、台部2の下面側の中心周りに所定のスペースを形成する。この所定のスペースには、電池、モータ等を設置することができる。

各オムニホイール320は、オムニホイール320の回転軸320a周りの回転ベクトル320avが車輪32の回転軸32a周りの回転ベクトル32avと脚部30の関節軸30a周りの回転ベクトル30avの両方に対して交差するように設けられている。ここで、回転ベクトル320avは、オムニホイール320が回転運動する際の中心軸線(回転軸320aに相当)に沿う向きのベクトルである。また、回転ベクトル32avは、車輪32が回転運動する際の中心軸線(回転軸32aに相当)に沿う向きのベクトルである。また、回転ベクトル30avは、脚部30が回転運動する際の中心軸線(関節軸30aに相当)に沿う向きのベクトルである。

好ましくは、オムニホイール320は、回転ベクトル320avが回転ベクトル30avに対して直交するように、走行体1に設けられている。さらに、脚部30は、回転ベクトル30avが回転ベクトル32avに沿う向きとなるように設けられている。すなわち、回転ベクトル30avと回転ベクトル32avは、平行、またはほぼ平行に延びる向きに設定されている。

また、図2及び図4に図示するように、車輪用モータ35の軸に沿って延びる軸ベクトル35vは、回転ベクトル30avと回転ベクトル32avの両方に沿う向きである。軸ベクトル35vは、車輪用モータ35の回転軸に沿う向きを持つベクトルである。この構成により、車輪32よりも台部2の中心寄りに位置する車輪用モータ35は、軸ベクトル35vと関節軸30aとがほぼ同軸上となるように、脚部モジュール3において設けられている。また、脚部モジュール3には、軸ベクトル35vと関節軸30aとが直交するように車輪用モータ35が設けられている。

さらに、走行体1において、回転ベクトル30avと回転ベクトル32avは、台部2の中心から径外方向に延びる半径ベクトル2vに対して、平行ではなく交差するように設定されている。すなわち、脚部モジュール3は、半径ベクトル2vに対して傾いた姿勢となるように台部2に固定されている。換言すれば、車輪用モータ35の軸ベクトル35vは、半径ベクトル2vと交差する関係にある。

次に、図6を参照して、移動及び旋回に必要な車輪32の回転速度(目標回転数)を求める方法について説明する。状態検出手段70の検出値等を用いて、図6に示す、台部2の目標速度ベクトルvと、台部2の中心からの、車輪i(iは1〜6)の位置ベクトルx_iと、位置ベクトルx_iに直交する単位ベクトルa_iと、車輪iの駆動方向の単位ベクトルu_iと、を求める。単位ベクトルa_iは、旋回による車輪接地点の移動速度のベクトルと同じ向きである。単位ベクトルu_iは、旋回するために必要な車輪の速度のベクトルと同じ向きである。車輪の半径は、固定値rである。ωは、目標旋回速度である。車輪iの回転速度(目標回転数)ω_iは、これらのデータを用いて、次の(式1)によって算出することができる。

(式1) ω_i=u_i・(|x_i|・ω・a_i+v)/r 例えば、目標回転数計算部53は、必要な車輪32の目標回転数ω_iを(式1)に基づく演算により生成する。

次に、走行体1がもたらす作用効果について説明する。走行体1は、それぞれ、関節軸30aを中心に角変位する複数の脚部30と、複数の脚部30が固定される台部2と、各脚部30の端部に設けられる車輪32と、関節軸30aを回転駆動して脚部30と台部2との角度を変化させるアクチュエータ34と、を備える。車輪32は、車輪32において床面と接地する部分を構成し、車輪32の外周に回転可能に設けられる複数のオムニホイール320を備える。各オムニホイール320は、オムニホイール320の回転軸320a周りの回転ベクトル320avが車輪32の回転軸32a周りの回転ベクトル32avと脚部30の関節軸30a周りの回転ベクトル30avの両方に対して交差するように設けられる。

この構成によれば、オムニホイール320の回転ベクトル320avは車輪32の回転ベクトル32avと関節軸30a周りの回転ベクトル30avの両方に対して交差するように設定される。この構成によると、関節軸30aを回転駆動した場合に、脚部30が角変位する際の車輪32の移動軌跡が台部2の中心から延ばした径外方向に対して、平行でなく交差するようになる。換言すれば、走行体1は、脚部30が角変位する際に、台部2と脚部30とがなす角度が大きな鈍角にならないように制御しても、安定した走行姿勢を実現できる。

したがって、この構成によれば、車輪32が台部2の中心から径外方向に大きく広がらないように、脚部30を角変位させることができる。このため、走行体1は、床面と各車輪32との接地点を結んで形成されるフットプリントエリアを小さくする走行が実現できる。さらにこの構成によれば、脚部30と台部2とがなす角度が90度にならないようにしても、フットプリントエリアを小さくして走行可能であるため、床面からの台部2の高さを抑えた姿勢で走行することができる。以上より、走行体1は、体高を抑えた安定した走行姿勢を実現し、かつ狭い通路等での走行を可能とする。

さらに、オムニホイール320の回転ベクトル320avは、関節軸30a周りの回転ベクトル30avに対して直交することが好ましい。この構成によれば、関節軸30aを回転駆動した場合に、脚部30が角変位する際の車輪32の移動軌跡が台部2の中心から延ばした径外方向に対して、直交するようになる。したがって、この構成によれば、車輪32が、台部2の外周縁から突出する方向に広がらないように、脚部30を角変位させることができる。このため、走行体1は、床面と各車輪32との接地点を結んで形成されるフットプリントエリアを一層小さくする走行が実現できる。

さらに関節軸30a周りの回転ベクトル30avは、車輪32の回転軸32a周りの回転ベクトル32avに沿う向きである。この構成によれば、脚部30を角変位させた場合に、車輪32を安定的に接地させることと、フットプリントエリアのサイズを抑えることとの両立が図れる走行体1を提供できる。

走行体1は、脚部30、車輪32、アクチュエータ34、及び車輪用モータ35を少なくとも備えて構成される脚部モジュール3を有する。脚部モジュール3には、脚部30と車輪用モータ35の回転軸とが直交するように車輪用モータ35が設けられている。

この構成によれば、脚部30及び車輪32と車輪用モータ35とが並ぶ配置である脚部モジュール3について、可動しない車輪用モータ35を台部2の中心側に位置させ、可動する脚部30及び車輪32を台部2の外周縁側に位置させることができる。これにより、台部2の下面側のスペースを有効に活用して複数の脚部モジュール3を搭載する走行体1を提供できる。

さらに車輪用モータ35は、車輪32よりも台部2の中心寄りに位置する。車輪用モータ35の回転軸と関節軸30aは、ほぼ同軸上となるように設定されている。この構成によれば、脚部30を角変位させた場合でも、脚部30や車輪32を、車輪用モータ35の位置に影響を受けることなく、変位させることができる。また、この構成によれば、イナーシャの大きいモータを脚部30の根本近くに設置することで、負荷を軽減することもできる。

また、関節軸30a周りの回転ベクトル30avとオムニホイール320の回転ベクトル320avは、台部2の中心から径外方向に延びる半径ベクトル2vに対して、平行ではなく交差するように設定されている。この構成によれば、台部2の下面側のスペースを有効活用した脚部モジュール3の設置が可能であり、かつ台部2の外径寸法の小さくすることができる。

また、脚部モジュール3は、脚部30と台部2との角度が変化しても、脚部30及び車輪32が台部2の外周縁から外側にはみ出さないように、台部2に設けられている。この構成によれば、どのような走行状態であっても、走行体1において、脚部30及び車輪32は台部2の外周縁から外側にはみ出さない。これにより、脚部30の回転角度に関係なく、台部2が通過可能な走行路であれば走行できる走行体1を提供できる。

また、複数の脚部モジュール3は、脚部30、車輪32、及び関節軸30aが台部2の外周縁に沿うように、台部2に設置されている。この構成の走行体1によれば、フットプリントエリアのサイズを大きくでき、より安定した走行姿勢を提供できる。

(第2実施形態) 第2実施形態では、第1実施形態の走行体1の他の形態である走行体101について図7及び図8を参照して説明する。図7、図8において、第1実施形態と同様の構成であるものは同一の符号を付し、同様の作用、効果を奏するものである。第2実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、第1実施形態と同様である。以下、第1実施形態と異なる点についてのみ説明する。また、第2実施形態において第1実施形態と同様の構成を有するものは、第1実施形態で説明した同様の作用、効果を奏するものとする。

図示するように、走行体101において、回転ベクトル30avと回転ベクトル32avは、半径ベクトル2vに対して、平行ではなく交差するように設定されている。すなわち、各脚部モジュール3は、半径ベクトル2vに対して傾いた姿勢となるように台部2に固定されている。さらに走行体101は、各脚部モジュール3における台部2の中心側の部分、例えば、車輪用モータ35が、走行体1に比べて、台部2の中心に近い位置となるように設定されている。

第2実施形態の走行体101によれば、複数の脚部モジュール3が設置される台部2のサイズを小さくすることができる。したがって、走行体101の小型化が図れ、一層、狭い通路等でも走行可能な走行体101を提供できる。

(第3実施形態) 第3実施形態では、第1実施形態の走行体1の他の形態である走行体201について図9〜図14を参照して説明する。図9〜図14において、第1実施形態と同様の構成であるものは同一の符号を付し、同様の作用、効果を奏するものである。第3実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、第1実施形態と同様である。以下、第1実施形態と異なる点についてのみ説明する。また、第3実施形態において第1実施形態と同様の構成を有するものは、第1実施形態で説明した同様の作用、効果を奏するものとする。

図示するように、走行体201は、4個の脚部モジュール203を備える。各脚部モジュール203は、四角形状の板状部材である台部202に対して、脚部30が台部202の側面に沿うように設けられている。さらに、各脚部モジュール203の先端に設けられる車輪232も、台部202の側面に沿うように設けられている。車輪232は、車輪232において床面と接地する部分を構成し、車輪232の外周に回転可能に設けられる複数の小回転体であるオムニホイール320を有する。

脚部30は、関節軸30aが接続されたアクチュエータ34を介して台部202に取り付けられている。アクチュエータ34は台部202の下面において四隅に固定されている。関節軸30aは、アクチュエータ34から側方に突出するように延びている。台部202の中央部の下面側には、電池4と制御装置50が設置されている。

走行体201は、各アクチュエータ34の下部に下方に向かって突出する着地用脚部37を備える。したがって、4個の着地用脚部37は、台部202の四隅の裏側から下方に向かって突出する。例えば、走行体201は、着地用脚部37を床面に着地させ、車輪232を床面から離すように脚部30の角度を制御することができる。これによれば、車輪232のタイヤ等の摩耗を抑制したり、脱力姿勢をとることにより姿勢保持のための電力消費を抑制したりすることができる。また、走行体201は、着地用脚部37を床面に着地させた状態で、前述の各種センサのキャリブレーションを実施することができる。さらに、走行体201は、着地用脚部37の下面に荷重センサを設けることにより、台部202に搭載した荷物の重さ、重心を計測可能であり、搬送する荷物の管理等を実施できる。

なお、図示する各回転ベクトルは、第1実施形態において同一の符号を付した回転ベクトルと同様の構成、関係及び効果を満たしている。

図9及び図10は、脚部30を折りたたんで脚部30と台部202とがなす角度を小さくし(例えば90度未満の鋭角)、走行体201のフットプリントエリアを小さくした状態を示している。図11及び図12は、脚部30を外側に広げて脚部30と台部202とがなす角度を大きくし(例えば90度を超える鈍角)、走行体201のフットプリントエリアを大きく状態を示している。走行体201は、走行通路が狭い条件では、図9及び図10に示す姿勢で走行し、走行通路が広く、安定性を求める条件では、脚部30の向きを変えて図11及び図12に示す姿勢で走行するように制御される。

図9及び図10の状態と図11及び図12の状態は、フットプリントエリアのサイズが大きく変化しているが、台部202の高さ、つまり走行体201の体高についてはあまり変わりがない。したがって、走行体201は、フットプリントエリアが大きい状態と小さい状態とで走行可能な通路上の高さ制限の点で違いはない。

また、走行体201においては、4個の脚部モジュール203のうち、任意の脚部30を持ち上げるように回転して、段差等に脚部30や車輪232をかけて段差等を乗り越えることが可能である。

図13は、走行体201が、傾斜した床面を右回りに旋回移動するときの変化を説明するための図である。図14は、走行体201が、傾斜した床面を左回りに旋回移動するときの変化を説明するための図である。各図においては、矢印の向きに左から右に台部202が90度ずつ回転しながら旋回する。すなわち、図13においては、左の状態から右の状態に移ることで、各脚部30は右回りに90度ずつ角変位する位置に移動する。図14においては、左の状態から右の状態に移ることで、各脚部30は左回りに90度ずつ角変位する位置に移動する。

走行体201は、右回り旋回、左回り旋回のいずれの場合も、その場で台部202を中心に回転するように旋回する。したがって、走行体201は、4個の脚部30のそれぞれの角度を図示のように変化させることで、台部202の高さ、すなわち体高をあまり変化させることなく、二点鎖線で図示するフットプリントエリアを大きくも小さくもできる。

(他の実施形態) 上述の実施形態では、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

前述の実施形態において、制御装置50は走行体1に搭載される構成であるが、本発明を適用可能な走行体はその構成に限定されない。例えば、制御装置50は、走行体1と通信可能な外部に設置する制御機器、携帯端末機、コントローラ60に搭載される形態でもよい。この場合、コントローラ60等から脚部関節用のアクチュエータ34や車輪用モータ35に制御信号を送信して走行体1の動きを制御するようにしてもよい。

前述の実施形態において、オムニホイール320、車輪32、脚部30は、それぞれ、回転軸320a、回転軸32a、関節軸30aを物体として備えているが、これらの軸は仮想の軸であってもよい。すなわち、オムニホイール320、車輪32、脚部30は、実際のシャフトを有しない構成で回転し、その回転運動の中心となる軸線が存在するものであってもよい。

前述の走行体1、101は、6個の脚部モジュール3を備えているが、本発明に係る走行体は、脚部モジュール3を複数個備えるものであればよく、この個数に限定されない。

1、101、201…走行体 2、202…台部 30…脚部 30a…関節軸 30av…脚部の回転ベクトル 32、232…車輪 32av…車輪の回転ベクトル 34…アクチュエータ(回転駆動装置) 320…オムニホイール(小回転体) 320av…オムニホールの回転ベクトル