特許 6976903 ハンドル操縦ロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6976903

(24)【登録日】2021年11月12日

(45)【発行日】2021年12月8日

(54)【発明の名称】ハンドル操縦ロボット

(51)【国際特許分類】

   B62D 5/04 20060101AFI20211125BHJP

   F16H 1/06 20060101ALI20211125BHJP

   B62D 6/00 20060101ALI20211125BHJP

   B60W 60/00 20200101ALI20211125BHJP

【ＦＩ】

   B62D5/04

   F16H1/06

   B62D6/00

   B60W60/00

【請求項の数】7

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2018-97067(P2018-97067)

(22)【出願日】2018年5月21日

(65)【公開番号】特開2019-202568(P2019-202568A)

(43)【公開日】2019年11月28日

【審査請求日】2020年9月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】306020818

【氏名又は名称】トヨタテクニカルディベロップメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002516

【氏名又は名称】特許業務法人白坂

(72)【発明者】

【氏名】市川 和洋

【審査官】 飯島 尚郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２０２１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１３７１１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５３２７６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０２０９３８１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６２Ｄ ５／０４

Ｆ１６Ｈ １／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両ハンドルに取り付けられ前記車両ハンドルを操縦するハンドル操縦ロボットであって、
前記ハンドル操縦ロボットは、
環状中空枠体部と、
前記環状中空枠体部内に収容され前記環状中空枠体部内において回転し、前記車両ハンドルの直径から所定範囲内の直径を有するホイールカムリングと、
前記車両ハンドルを、前記環状中空枠体部内において回転する前記ホイールカムリングに対して固定するハンドル固定部と、
前記環状中空枠体部の外縁部であるとともに前記車両ハンドルの直径よりも外側に配置され前記ホイールカムリングを駆動するモータ部と、
前記環状中空枠体部の外周部に接続され、車両に前記環状中空枠体部を固定する固定アーム部とを備え、
前記ホイールカムリングの外周にリングレールが備えられ、前記リングレールは前記環状中空枠体部に軸支されたカムフォロアにより支持されて、前記リングレールの条部が前記カムフォロアの溝部と噛み合わさって前記ホイールカムリングは前記環状中空枠体部内において回動可能に保持されている
ことを特徴とするハンドル操縦ロボット。

【請求項2】

前記モータ部にモータカムリングが備えられ、前記ホイールカムリングと歯合して前記モータ部の駆動が伝達される請求項１に記載のハンドル操縦ロボット。

【請求項3】

前記ホイールカムリングと前記モータカムリングとの間にピニオンが備えられる請求項２に記載のハンドル操縦ロボット。

【請求項4】

前記ホイールカムリングに、前記車両ハンドルの直径から所定範囲内の直径を有するベース部が接続される請求項１ないし３のいずれか１項に記載のハンドル操縦ロボット。

【請求項5】

前記ベース部が環状トルクセンサ部に交換される請求項４に記載のハンドル操縦ロボット。

【請求項6】

前記ホイールカムリングに補助ハンドルが接続される請求項１ないし５のいずれか１項に記載のハンドル操縦ロボット。

【請求項7】

前記モータ部がサーボモータであり、前記環状中空枠体部側から前記車両ハンドル側に向けて突設されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載のハンドル操縦ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ハンドル操縦ロボットに関し、特に乗用車等の車両のハンドルを操縦するためのロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

開発中の車両の試験走行において、例えば、遠隔操作によりハンドル操縦ロボットにハンドル操作をさせて無人の走行試験とすることもある。このようなハンドル操縦ロボットとして、車両のハンドルに直接取り付けるダイレクトドライブモータを備えたハンドル操縦ロボットが提案されている（特許文献１参照）。

【0003】

さらに、無人の走行試験とともに有人の走行試験も実施される。有人の走行試験の場合、ハンドル操縦ロボットの装着後、運転手が搭乗してハンドル操縦ロボットを介して運転手はハンドルを操作する。

【0004】

しかしながら、特許文献１のハンドル操縦ロボットによると、車両のハンドルに環状のダイレクトドライブモータの厚さが加わるため、ハンドルから運転席側への張り出し量が多く、運転手側への圧迫感が大きくなる。加えて、運転手の搭乗時に窮屈な姿勢が強いられ、また、運転席に搭乗した運転手の作業空間も少なくなる。特に、トルクセンサ等がハンドル操縦ロボットに追加される場合、その厚さも加わるため、運転手側への圧迫感の増加はより顕著となる。

【0005】

そこで、ハンドルに直接取り付けられるハンドル操縦ロボットの容積を減少させることにより運転手側への圧迫感を解消し、容易な搭乗、運転席における空間確保を実現する新たなハンドル操縦ロボットが切望されていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第５５２０３７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は前記の点に鑑みなされたものであり、ハンドルに直接取り付けられるハンドル操縦ロボットにおいて、同ロボット自体の容積を減少させることにより運転手側への圧迫感を解消するとともに、容易な搭乗を可能とし、運転席における空間確保を実現する新たなハンドル操縦ロボットを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

すなわち、本発明の第１の形態は、車両ハンドルに取り付けられ前記車両ハンドルを操縦するハンドル操縦ロボットであって、前記ハンドル操縦ロボットは、環状中空枠体部と、前記環状中空枠体部内に収容され前記環状中空枠体部内において回転し、前記車両ハンドルの直径から所定範囲内の直径を有するホイールカムリングと、前記車両ハンドルと前記環状中空枠体部を固定するハンドル固定部と、前記環状中空枠体部の外縁部であるとともに前記車両ハンドルの直径よりも外側に配置され前記ホイールカムリングを駆動するモータ部と、前記環状中空枠体部に接続され、車両に前記環状中空枠体部を固定する固定アーム部とを備えることを特徴とするハンドル操縦ロボットに係る。

【0009】

第２の形態は、前記ホイールカムリングの外周にリングレールが備えられ、前記リングレールは前記環状中空枠体部に軸支されたカムフォロアにより支持されて、前記ホイールカムリングは前記環状中空枠体部内において回動可能に保持される第１の態様に記載のハンドル操縦ロボットに係る。

【0010】

第３の形態は、前記モータ部にモータカムリングが備えられ、前記ホイールカムリングと歯合して前記モータ部の駆動が伝達される第１または２の態様に記載のハンドル操縦ロボットに係る。

【0011】

第４の形態は、前記ホイールカムリングと前記モータカムリングとの間にピニオンが備えられる第３の態様に記載のハンドル操縦ロボットに係る。

【0012】

第５の形態は、前記ホイールカムリングに、前記車両ハンドルの直径から所定範囲内の直径を有するベース部が接続される第１ないし４のいずれかの態様に記載のハンドル操縦ロボットに係る。

【0013】

第６の形態は、前記ベース部が環状トルクセンサ部に交換される第５の態様に記載のハンドル操縦ロボットに係る。

【0014】

第７の形態は、前記ホイールカムリングに補助ハンドルが接続される第１ないし６のいずれかの態様に記載のハンドル操縦ロボットに係る。

【0015】

第８の形態は、前記モータ部がサーボモータであり、前記環状中空枠体部側から前記車両ハンドル側に向けて突設されている第１ないし７のいずれかの態様に記載のハンドル操縦ロボットに係る。

【発明の効果】

【0016】

本発明のハンドル操縦ロボットによると、ハンドルに直接取り付けられるハンドル操縦ロボットにおいて、同ロボット自体の容積を減少させることにより運転手側への圧迫感を解消するとともに、容易な搭乗を可能とし、運転席における空間確保を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】ハンドル操縦ロボットの全体断面図である。

【図2】ハンドル操縦ロボットの正面側の全体斜視図である。

【図3】ホイールカムリングの部分拡大斜視図である。

【図4】リングレール及びカムフォロアの部分拡大斜視図である。

【図5】モータ部近傍の部分拡大斜視図である。

【図6】ピニオン近傍の部分拡大斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明のハンドル操縦ロボット１の構造について、図１の全体断面図及び図２の全体斜視図を用い説明する。ハンドル操縦ロボット１は、乗用車等の車両ハンドル５に直接取り付けられる。そして、車両ハンドル５は車外から遠隔操作等によりハンドル操縦ロボット１を通じて操縦される。図示の車両ハンドル５には握持部６（グリップ）が示される。ハンドル操縦ロボット１の全体は環状中空枠体部１０により構成される。

【0019】

環状中空枠体部１０の内部１１にはホイールカムリング２０が収容される。ホイールカムリング２０は環状中空枠体部１０の内部１１において回転可能である。ホイールカムリング２０は、車両ハンドル５の直径Ｄａから所定範囲内の直径Ｄｂとして形成される。図１からわかるように、車両ハンドル５の直径Ｄａとホイールカムリング２０の直径Ｄｂは、ほぼ同径に形成される。相互の直径の差異を所定範囲内としているため、ハンドル操縦ロボット１自体が過大にならなくなる。また、車両ハンドル５に対して過小であれば、次述のハンドル固定部８０による固定も不都合となりやすい。

【0020】

ホイールカムリング２０の駆動を車両ハンドル５へ伝達するため、ハンドル固定部８０が環状中空枠体部１０に備えられる。実施形態では、ハンドル固定部８０は後出のベース部５０に接続されている。ハンドル固定部８０は、固定クランプ８１と、固定クランプ８１と回動可能に軸支された可動クランプ８２から形成される。そこで、車両ハンドル５の握持部６は、固定クランプ８１と可動クランプ８２に挟まれ固定ボルト８３の締結によりホイールカムリング２０（ベース部５０）側に固定される。ハンドル固定部８０の設置数は１箇所以上の適宜である。実施形態のハンドル固定部８０は３箇所の設置である。

【0021】

環状中空枠体部１０の外縁部１２にはモータ部７０が配置される。ホイールカムリング２０はモータ部７０により回転駆動される。モータ部７０は、車両ハンドル５の直径Ｄａよりも外側の配置である。従って、モータ部７０と車両ハンドル５は接触することなく円滑な車両ハンドル５の操縦が可能となる。また、図２に開示の実施形態では、モータ部７０はハンドル操縦ロボット１の下部側に配置される。通常、運転席における車両ハンドル５の下方は搭乗に際して空間が広めに形成されている。従って、同位置にモータ部７０が配置されているとしても、運転手の搭乗等の障害は極めて少ない。外縁部１２におけるモータ部７０の配置位置は、図２の実施形態の位置に限られず、環状中空枠体部１０の外縁部１２の自由な位置に配置可能である。例えば、図示とは逆の上部側のインストルメンタルパネルに向けた位置への配置等である。モータ部７０の配置位置は次出の接続シャフト部９３の位置を変更することにより、自在に変更可能である。

【0022】

環状中空枠体部１０の外周部１３には固定アーム部９０が接続される。ハンドル操縦ロボット１は、固定アーム部９０の介在により車両（走行試験車両）のフロントガラスと固定される。実施形態のハンドル操縦ロボット１において、固定アーム部９０は環状中空枠体部１０の外周部１３の左右に一対接続される。固定アーム部９０の接続の位置は、外周部１３であれば特段限定されない。接続の位置は車種毎によるフロントガラスの位置等により可変される。図２のとおり、固定アーム部９０はフロントガラスと密着する吸盤部９１、伸縮シャフト部９２、接続シャフト部９３、ユニバーサルジョイント９４により形成される。

【0023】

リングレール３０は、ホイールカムリング２０の外周に備えられる。そして、リングレール３０はカムフォロア４０（ころ）により支持される。カムフォロア４０は環状中空枠体部１０に軸支される。このため、ホイールカムリング２０はリングレール３０の介在により環状中空枠体部１０の内部１１において回動可能に保持される。

【0024】

図１に図３及び図４の斜視図も加え、さらにホイールカムリング２０の近傍を説明する。両図では、環状中空枠体部１０のカバー部１４（図１参照）が取り外され台板部１５が露出した状態である。ホイールカムリング２０にはホイールカムリングギヤ部２１が形成される。このホイールカムリング２０の外周にリングレール３０が備えられる。リングレール３０の全周囲の外側に条部３１が備えられる。条部３１は断面視逆Ｖ字状である。図示の実施形態においては、リングレール３０はホイールカムリング２０の本体部分の外周に配置され、同本体部の外周にホイールカムリングギヤ部２１が形成される。そのため、ホイールカムリングギヤ部２１の長さ（歯車の山の高さ）いかんにより、リングレール３０の長さ（突出量）がホイールカムリングギヤ部２１よりも内側となっている。

【0025】

台板部１５（環状中空枠体部１０）に軸支されたカムフォロア４０には溝部４１が備えられる。そこで、リングレール３０の条部３１はカムフォロア４０の溝部４１と噛み合わせ状態となり、条部３１は溝部４１から脱離しなくなる。カムフォロア４０自体も回転するため、リングレール３０の動きも円滑となる。実施形態のカムフォロア４０は台板部１５（環状中空枠体部１０）に９個設置され、リングレール３０は安定して複数のカムフォロア４０により支持される。

【0026】

次に、図１に図５及び図６の斜視図も加え、モータ部７０の近傍を説明する。モータ部７０にはサーボモータ（回転型サーボモータ）が使用される。モータ部７０の回転軸（図示せず）にモータカムリング７１が装着される。このモータカムリング７１にはモータカムリングギヤ部７２が形成される。そして、モータカムリング７１側の回転力は、モータカムリングギヤ部７２、ホイールカムリングギヤ部２１の順にホイールカムリング２０に伝達される。いわゆる歯車同士の歯合であるため、モータ部７０の回転力は確実にホイールカムリング２０の回転として伝達される。

【0027】

実施形態にあっては、さらに、ホイールカムリング２０とモータカムリング７１との間にピニオン７３が備えられる。ピニオン７３には柱部７４が一定の間隔部７５を置いて同心円状に配置される。そこで、モータカムリング７１のモータカムリングギヤ部７２はピニオン７３の柱部７４及び間隔部７５と噛み合う。同様に、ホイールカムリング２０のホイールカムリングギヤ部２１もピニオン７３の柱部７４及び間隔部７５と噛み合う。結果、モータ７０の回転力はモータカムリング７１からピニオン７３を介しホイールカムリング２０に至る。図中、符号７６はギヤボックスである。

【0028】

ピニオン７３がモータカムリング７１とホイールカムリング２０の間に介在されることにより、歯車の位置ずれが抑制され、回転時のがたつき等が解消される。実施形態によると、モータカムリング７１：ピニオン７３：ホイールカムリング２０の間のギヤ比は、「２：１：１０」である。そこで、モータカムリング７１の回転速度はホイールカムリング２０の時点で１／５に減速される。なお、ハンドル５の操縦に際し、モータ部７０を交換することにより所望のトルクに応じた走行試験が可能となる。

【0029】

図１及び図５から理解されるように、モータ部７０は環状中空枠体部１０側から車両ハンドル５側に向けて突設されている。仮にモータ部の突設が図示と逆向きであればモータ部は運転手側に突出することになり、運転手に対する圧迫感が増し、搭乗時の障害となる。しかしながら、図示実施形態のモータ部７０の配置の採用により、運転席における車両ハンドル５の下方の空間が有効に活用される。結果、運転手への圧迫感は抑制され、また、搭乗時の障害も緩和される。図示実施形態のモータ部７０の配置の他に、モータ部７０は環状中空枠体部１０の外縁部１２の自由な位置に配置可能である。例えば、運転手から見て外縁部１２の左上、右上、真横等の位置である。車内の運転席周辺の形状に応じては下方以外が都合よい場合もある。その場合、運転手の搭乗の便宜からモータ部７０は図示の下方以外の位置にも配置可能である。

【0030】

図１の全体断面図に戻り、実施形態のホイールカムリング２０内の構造について説明する。ホイールカムリング２０の内側にベース部５０が接続される。ベース部５０は環状体であり、ベース部５０の直径Ｄｃは車両ハンドル５の直径Ｄａから所定範囲内である。実施形態にあっては、ベース部５０の直径Ｄｃは車両ハンドル５の直径Ｄａよりも小さく規定される。従って、車両ハンドル５に対するハンドル操縦ロボット１の大きさが過大にならない。

【0031】

ベース部５０はホイールカムリング２０に対して着脱自在である。そこでさらに、ベース部５０は環状トルクセンサ５５に交換される。図示上、ベース部５０と環状トルクセンサ５５は同形状である。図１は、ベース部５０が環状トルクセンサ５５に交換された後を示している。ベース部５０が環状トルクセンサ５５に置換可能であるため、環状トルクセンサ５５は環状中空枠体部１０の内部に収まる。そのため、環状トルクセンサ５５のハンドル操縦ロボット１の外部への張り出しは無く、ハンドル操縦ロボット全体の容積減少が可能である。

【0032】

さらに、ハンドル操縦ロボット１を車載する際、当該ハンドル操縦ロボット自体は分割されて順番に対象の車両ハンドル５に取り付けられる。このため、ハンドル操縦ロボットの車載時の負担も軽減される。このように、ハンドル操縦ロボット１は運転席内の空間確保と車載の都合が良いため、車両の試験走行等の遠隔操縦の用途に加え、車両の自動運転の用途にも展開可能である。

【0033】

また、図１に示すとおり、ホイールカムリング２０に補助ハンドル６０が接続される。補助ハンドル６０は、モータ部７０の停止時に運転手が手動で車両ハンドル５を操作する際に使用される。

【0034】

一連の図示及び説明から理解されるように、ハンドル操縦ロボット１においては、モータ部７０を除いて環状中空枠体部１０（図３，４の台板部１５）から補助ハンドル６０に至るまでの厚さは抑制されている。従って、既存のハンドル操縦ロボットと比較しても容積減少が実現される。また、モータ部７０からホイールカムリング２０へ回転力が伝達される機構であるため、ダイレクトドライブモータを使用せずに済む。結果的に車両ハンドル５から運転手が受ける圧迫感は低下する。さらに、ハンドル操縦ロボット１のモータ部７０の配置は運転席の構造上、影響の少ない位置に配置可能である。そのため、運転手の搭乗時の障害も少ない。

【産業上の利用可能性】

【0035】

本発明のハンドル操縦ロボットは、同ロボットの容積を減少させることにより運転手側への圧迫感の解消と容易な搭乗を可能とし、運転席における空間確保も実現しているため、既存のハンドル操縦ロボットの代替として有望である。

【符号の説明】

【0036】

１ ハンドル操縦ロボット
５ 車両ハンドル
６ 握持部
１０ 環状中空枠体部
１１ 環状中空枠体部の内部
１２ 環状中空枠体部の外縁部
１３ 環状中空枠体部の外周部
１４ カバー部
１５ 台板部
２０ ホイールカムリング
２１ ホイールカムリングギヤ部
３０ リングレール
３１ 条部
４０ カムフォロア
４１ 溝部
５０ ベース部
５５ 環状トルクセンサ
６０ 補助ハンドル
７０ モータ部
７１ モータカムリング
７２ モータカムリングギヤ部
７３ ピニオン
８０ ハンドル固定部
８１ 固定クランプ
８２ 可動クランプ
８３ 固定ボルト
９０ 固定アーム部
９１ 吸盤部
９２ 伸縮シャフト部
９３ 接続シャフト部
Ｄａ 車両ハンドルの直径
Ｄｂ ホイールカムリングの直径
Ｄｃ ベース部の直径

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】