特開 2024-17335 走行体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024017335

(43)【公開日】2024-02-08

(54)【発明の名称】走行体

(51)【国際特許分類】

   B60B 19/00 20060101AFI20240201BHJP

   B25J 5/00 20060101ALI20240201BHJP

   A63B 59/40 20150101ALN20240201BHJP

【ＦＩ】

B60B19/00 H

B25J5/00 A

A63B59/40

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022119896

(22)【出願日】2022-07-27

(71)【出願人】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森 翔太郎

(72)【発明者】

【氏名】田中 一敏

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707AS34

3C707AS36

3C707BS10

3C707CS08

3C707WA16

3C707WA28

3C707WM12

(57)【要約】

【課題】オムニホイールを用いた走行体の大型化を抑制しながら、台部の中心部に付属部品を配置できるようにする。
【解決手段】卓球ロボット１０（走行体）は、台部１２と、それぞれモータ３０により駆動されるオムニホイール３２を有し、台部１２に搭載される少なくとも３つの駆動モジュール１４と、台部１２の中心部に設けられ、付属機器を搭載可能な搭載スペース１６と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

台部と、
それぞれモータにより駆動されるオムニホイールを有し、前記台部に搭載される少なくとも３つの駆動モジュールと、
前記台部の中心部かつ前記駆動モジュールと同じ面に設けられ、付属機器を搭載可能な搭載スペースと、
を有する走行体。

【請求項2】

前記搭載スペースに、前記付属機器として、回転軸が互いに直交するように配置された２つの従動輪と、前記従動輪の回転をそれぞれ検出する２つのロータリーエンコーダとが設けられた請求項１に記載の走行体。

【請求項3】

前記台部の上部に、水平方向を中心に回転する可動軸が設けられ、
前記可動軸にエンドエフェクタが装着された請求項１に記載の走行体。

【請求項4】

前記駆動モジュールにおいて、前記オムニホイールの軸と前記モータの軸とは互いに平行に配置され、
前記駆動モジュールは、前記モータと、前記オムニホイールの軸に設けられた第１プーリと、前記モータの軸に設けられた第２プーリと、前記第１プーリと前記第２プーリとの間で回転を伝達する伝動体を有する請求項１に記載の走行体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、走行体に関する。

【背景技術】

【0002】

複数のオムニホイール（車輪）と、車輪用モータとが台部の周方向の６箇所に配置された走行体が開示されている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－１８２５８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記した従来例では、車輪用モータに囲まれたスペースが走行体の中心部に存在する。しかしながら、このスペースに対応する台部の中心部には穴が形成されており、このスペースに何らかの付属機器を搭載することは考慮されていない。また、このようなスペースを単に設けたのでは、そのスペースの分、駆動機構が大型化すると考えられる。

【0005】

本発明は、オムニホイールを用いた走行体の大型化を抑制しながら、台部の中心部に付属部品を配置できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１の態様に係る走行体は、台部と、それぞれモータにより駆動されるオムニホイールを有し、前記台部に搭載される少なくとも３つの駆動モジュールと、前記台部の中心部かつ前記駆動モジュールと同じ面に設けられ、付属機器を搭載可能な搭載スペースと、を有する。

【0007】

この走行体は、台部に搭載された３つの駆動モジュールにより走行可能である。また、台部の中心部かつ駆動モジュールと同じ面に付属機器を搭載可能な搭載スペースが設けられているので、別途搭載スペースを確保することなく、台部の中心部に付属部品を配置できる。これにより、走行体の大型化を抑制できる。付属部品は、例えば従動輪およびロータリーエンコーダ、バッテリ、マイクロコンピュータ、回路、アクチュエータの駆動機構であってもよい。

【0008】

第２の態様は、第１の態様に係る走行体において、前記搭載スペースに、前記付属機器として、回転軸が互いに直交するように配置された２つの従動輪と、前記従動輪の回転をそれぞれ検出する２つのロータリーエンコーダとが設けられている。

【0009】

オムニホイールはスリップし易いため、モータの回転から推定される走行体の動きと、走行体の実際の動きに誤差が生じることがある。この走行体では、台部の中心部の搭載スペースに、付属機器としての従動輪及びロータリーエンコーダが設けられているので、走行体の実際の動きを検知してフィードバックすることにより、走行体の動きをより正確に制御することができる。

【0010】

第３の態様は、第１の態様に係る走行体において、前記台部の上部に、水平方向を中心に回転する可動軸が設けられ、前記可動軸にエンドエフェクタが装着されている。

【0011】

この走行体では、走行と、エンドエフェクタによる何らかの作業を行うことができる。エンドエフェクタには様々な役割を与えることができる。

【0012】

第４の態様は、第１の態様に係る走行体において、前記駆動モジュールにおいて、前記オムニホイールの軸と前記モータの軸とは互いに平行に配置され、前記駆動モジュールは、前記モータと、前記オムニホイールの軸に設けられた第１プーリと、前記モータの軸に設けられた第２プーリと、前記第１プーリと前記第２プーリとの間で回転を伝達する伝動体を有する。

【0013】

この走行体では、モータの回転を、第１プーリ、第２プーリ及び伝動体によりオムニホイールに伝達する構造となっているので、モータをオムニホイールの軸上に直接的に配置する場合と比較して、台部の中心部に搭載スペースを確保し易い。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、オムニホイールを用いた走行体の大型化を抑制しながら、台部の中心部に付属部品を配置できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本実施形態に係る卓球ロボットにおいて、ラケットが台部の中心部側に倒れた状態を示す斜視図である。

【図2】本実施形態に係る卓球ロボットにおいて、ラケットが起き上がった状態を示す斜視図である。

【図3】本実施形態に係る卓球ロボットにおいて、ラケットが起き上がった状態を模式的に示す平面図である。

【図4】本実施形態に係る卓球ロボットにおいて、駆動モジュール、従動輪及びロータリーエンコーダの配置を示す平面図である。

【図5】本実施形態に係る卓球ロボットを示す底面図である。

【図6】本実施形態に係る卓球ロボットのシステム構成を示すブロック図である。

【図7】変形例１に係るエレベータ操作ロボットを模式的に示す斜視図である。

【図8】変形例２に係る掃除ロボットを模式的に示す斜視図である。

【図9】変形例３に係る荷物吊下げロボットを模式的に示す斜視図である。

【図10】変形例４に係るドア開閉ロボットを模式的に示す斜視図である。

【図11】変形例５に係る高所撮影ロボットを模式的に示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づき説明する。各図面において同一の符号を用いて示される構成要素は、同一又は同様の構成要素であることを意味する。なお、以下に説明する実施形態において重複する説明及び符号については、省略する場合がある。また、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。

【0017】

図１から図５において、本実施形態に係る走行体は、例えば自走式の卓球ロボット１０である。この卓球ロボット１０は、台部１２と、例えば３つの駆動モジュール１４と、搭載スペース１６と、を有している。

【0018】

台部１２は、卓球ロボット１０の各種部品が取り付けられるベース部材である。この台部１２は、各種部品の搭載に適した形状に形成された、例えば板状部材である。台部１２の形状は、円板又は円板に近い形状であってもよく、また多角形であってもよい。更に、台部１２の形状は、円弧と直線が組み合わされた形状であってもよい。図５に示されるように、台部１２の底面は、例えば卓球ロボット１０の底面を構成している。台部１２の中心部には、例えば２つの矩形の開口部１２Ａが形成されている。

【0019】

台部１２には、後述する各種部品の他に、例えば、卓球の球（図示せず）を検知するためのステレオカメラ１８と、２つのＤＣモータコントローラ２０，２１と、マイクロコンピュータ（マイコン）２２、ＣＡＮ通信基板２４、バッテリーケース２６と、緊急停止スイッチ２８とを有している。ステレオカメラ１８は、例えばジャイロセンサも有している。

【0020】

駆動モジュール１４は、台部１２に少なくとも３つ搭載されている。駆動モジュール１４は、それぞれモータ３０により駆動されるオムニホイール３２を有している。モータ３０は例えばＤＣモータであり、マイクロコンピュータ（マイコン）２２及びＤＣモータコントローラ２０，２１により制御される。モータ３０には、ロータリーエンコーダ３１が設けられている。オムニホイール３２は、車輪３４の外周に、該車輪３４の周方向に対する接線方向を中心として回転するローラ３６が、周方向に複数設けられたものである。オムニホイール３２は、モータ３０により駆動されると回転する。一方、オムニホイール３２に横力が作用した際には接地したローラ３６が従動回転することで、卓球ロボット１０が横力の方向に動くことを許容する。

【0021】

１つの駆動モジュール１４には、例えば２つのオムニホイール３２が軸方向に重ねて配置されている。２つのオムニホイール３２において、ローラ３６は、２つの車輪３４の周方向において、互い違い（千鳥状）に設けられている。この２つのオムニホイール３２は、軸受部３８により回転支持され、モータ３０により駆動されて一定的に回転するようになっている。オムニホイール３２は、台部１２の外周より外側、かつ台部１２の底面より下方へ張り出した状態で設けられている。これにより、オムニホイール３２と台部１２との干渉が防止されるようになっている。また、台部１２が、卓球ロボット１０が走行する床面（図示せず）から離れた状態とされ、台部１２と床面の干渉が防止されるようになっている。

【0022】

図４に示されるように、駆動モジュール１４において、オムニホイール３２の軸とモータ３０の軸とは互いに平行に配置されている。駆動モジュール１４は、例えばモータ３０と、オムニホイール３２の軸に設けられた第１プーリ４１と、モータ３０の軸に設けられた第２プーリ４２と、第１プーリ４１と第２プーリ４２との間で回転を伝達する伝動体の一例としてのベルト４０を有している。ベルト４０は、第１プーリ４１と第２プーリ４２とに巻きかけられている。これにより、例えばモータ３０と軸受部３８が並んだ状態とされている。

【0023】

搭載スペース１６は、台部１２の中心部かつ駆動モジュール１４と同じ面に設けられ、付属機器を搭載可能とされている。本実施形態では、搭載スペース１６に、付属機器として、回転軸が互いに直交するように配置された２つの従動輪４４，４５と、従動輪４４，４５の回転をそれぞれ検出する２つのロータリーエンコーダ５４，５５とが設けられている。従動輪４４，４５は、車輪４６にローラ４８を有するオムニホイールとして構成されている。従動輪４４，４５及びロータリーエンコーダ５４，５５は、例えばブラケット５０により台部１２に取り付けられている。従動輪４４，４５は、台部１２の２つの開口部１２Ａから台部１２の下方に張り出している（図５）。台部１２の開口部１２Ａから下方への従動輪４４，４５の張出量は、例えば台部１２からのオムニホイール３２の張出量と同等である。これにより、オムニホイール３２と従動輪４４，４５が同時に床面に接触し、卓球ロボット１０の走行時に従動輪４４，４５が床面との摩擦により従動回転するようになっている。

【0024】

図１、図２において、台部１２の上部には、水平方向を中心に回転する可動軸５６が設けられている。可動軸５６には、エンドエフェクタの一例としてのラケット５８が装着されている。具体的には、台部１２の上には、例えば一対の脚部６０が立設されている。可動軸５６の両端は、例えば一対の脚部６０の上端部に水平方向を回転軸として回動自在に支持されている。可動軸５６にはプーリ６２が設けられている。一対の脚部６０の間における可動軸５６の下方には、大プーリ６４Ａと小プーリ６４Ｂが一体化されたプーリ６４が設けられている。小プーリ６４Ｂは、可動軸５６のプーリ６２より小径である。プーリ６２と小プーリ６４Ｂには、伝導体としてのベルト６６が巻き掛けられている。一対の脚部６０の間におけるプーリ６４の下方には、プーリ６４より小径のプーリ６８が設けられている。プーリ６４，６８には、伝導体としてのベルト７０が巻き掛けられている。

【0025】

プーリ６８は、モータ７２の回転軸に取り付けられている。モータ７２は、例えば脚部６０に取り付けられている。モータ７２には、ロータリーエンコーダ７３が設けられている。モータ７２の回転を、プーリ６８と大プーリ６４Ａで減速し、更に小プーリ６４Ｂと可動軸５６のプーリ６２とで更に減速することで、ラケット５８を揺動させるようになっている。モータ７２は、例えばマイコン２２及びＤＣモータコントローラ２１により制御される。

【0026】

図６には、卓球ロボット１０のシステム構成の一例が示されている。マイコン２２には、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）を介してステレオカメラ１８からの映像が入力される。また、マイコン２２には、ＳＰＩインターフェースを介してロータリーエンコーダ５４，５５からの信号が入力される。

【0027】

また、マイコン２２とＤＣモータコントローラ２０，２１におけるモータドライバとの間でも、ＵＳＢを介して信号がやり取りされる。

【0028】

モータドライバからモータ３０，７２には駆動電流が供給され、モータ３０，７２からモータドライバへはホールセンサ信号が入力される。またロータリーエンコーダ３１，７３からＳＳＩ（Synchronized Serial Interface）を介して、又はＡ相Ｂ相信号が入力される。各モータに対応するモータドライバ同士は、ＣＡＮ（Controller Area Network）でデイジーチェーン接続されている。電源としては、例えば１４．８Ｖ×２のバッテリ７４からモータドライバに２４Ｖの電力が供給される。また、この２４Ｖの電力は、ＤＣＤＣコンバータ７６により５Ｖに変換され、マイコン２２に供給される。

【0029】

（作用）
本実施形態は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。図４において、本実施形態に係る卓球ロボット１０では、台部１２に搭載された３つの駆動モジュール１４により走行可能である。

【0030】

また、台部１２の中心部に付属機器を搭載可能な搭載スペース１６が設けられているので、別途搭載スペース１６を確保することなく、台部１２の中心部に付属部品を配置できる。これにより、卓球ロボット１０の大型化を抑制できる。駆動モジュール１４では、モータ３０の回転を、第１プーリ４１、４２及びベルト４０によりオムニホイール３２に伝達する構造となっているので、モータ３０をオムニホイール３２の軸上に直接的に配置する場合と比較して、台部１２の中心部に搭載スペース１６を確保し易い。したがって、オムニホイール３２を用いた卓球ロボット１０の大型化を抑制しながら、台部１２の中心部に付属部品の一例としての従動輪４４，４５及びロータリーエンコーダ５４，５５を配置できる。

【0031】

オムニホイール３２はスリップし易いため、各々のモータ３０の回転から推定される卓球ロボット１０の動きと、卓球ロボット１０の実際の動きに誤差が生じることがある。本実施形態では、台部１２の中心部の搭載スペース１６に、付属機器としての従動輪４４，４５及びロータリーエンコーダ５４，５５が設けられている。従動輪４４，４５の軸は互いに直交しているので、卓球ロボット１０の例えばＸ方向とＹ方向（図示せず）の実際の動きをそれぞれ検出できる。この実際の動きを検知してマイコン２２にフィードバックすることにより、卓球ロボット１０の動きをより正確に制御することができる。

【0032】

また、本実施形態では、このような走行に加えて、エンドエフェクタとしてのラケット５８により、卓上で卓球の球を打ち返すことができる。具体的には、マイコン２２は、ステレオカメラ１８により検出された球の位置や飛来方向から打ち返す方向を演算し、卓球ロボット１０の位置及び向きを制御し、更にラケット５８の動きを制御する。これにより、例えば人間と卓球のラリーを行うことができる。

【0033】

具体的には、図６において、マイコン２２は、ＤＣモータコントローラ２０，２１に信号を送出し、オムニホイール３２を駆動し、またラケット５８にスイング指令を与える。この際、マイコン２２は、各モータの回転数、回転速度、電流値を取得する。また、マイコン２２は、ステレオカメラ１８からの信号により自己位置を推定したり、移動指令位置から卓球ロボット１０の移動速度を計算したり、この移動速度からオムニホイール３２の回転速度を計算したりする。更に、マイコン２２は、ロータリーエンコーダ５４，５５から従動輪４４，４５（図３から図５）の回転数や回転速度を取得し、卓球ロボット１０の実際の位置を推定する。これにより、卓球ロボット１０の動きをより正確に制御することができる。

【0034】

（変形例）
エンドエフェクタには、卓球の他にも様々な役割を与えることができる。図７に示される走行体８１は、エレベータ操作ロボットである。この走行体８１は、エンドエフェクタの一例として、水平方向を中心に揺動するアーム９０を有し、アーム９０の先端にエレベータ８６のボタン８８の大きさに対応した突起部９０Ａが設けられている。このアーム９０は、伸縮式であってもよい。この走行体８１は、走行とアーム９０の揺動の組合せにより、突起部９０Ａでエレベータ８６の任意のボタン８８を押して、エレベータ８６を操作することができる。

【0035】

図８に示される走行体８２は、窓拭きロボットである。この走行体８２は、エンドエフェクタとして、水平方向を中心に揺動するアーム９２を有し、アーム９２の先端に窓９４を拭くための払拭部９２Ａが設けられている。このアーム９２は、伸縮式であってもよい。払拭部９２Ａは、例えば自在継手９６を介してアーム９２に取り付けられている。この走行体８２は、走行とアーム９２の揺動を組み合わせることで、窓９４を拭くことができる。

【0036】

図９に示される走行体８３は、吊下げロボットである。この走行体８３は、エンドエフェクタとして、水平方向を中心に揺動するアーム９８を有し、アーム９８の先端部１０２に荷物（図示せず）を吊下げるためのフック１００を有している。このアーム９８は、伸縮式であってもよい。この走行体８３は、走行とアーム９８の揺動を組み合わせることで、フック１００で荷物を吊り下げて任意の方向へ移動させることができる。

【0037】

図１０に示される走行体８４は、ドア開閉ロボットである。この走行体８４は、エンドエフェクタとして、水平方向を中心に揺動するアーム１０４を有し、アーム１０４の先端部１０６にドア１１０の開閉レバー１１２に上から係合可能なフック１０８を有している。このアーム１０４は、伸縮式であってもよい。この走行体８４は、走行とアーム１０４の揺動を組み合わせることで、フック１０８でドア１１０の開閉レバー１１２を操作して、ドア１１０を開閉させることができる。

【0038】

図１１に示される走行体８５は、撮影ロボットである。この走行体８５は、エンドエフェクタとして、水平方向を中心に揺動するアーム１１４を有し、アーム１１４の先端部１１６にカメラ１１８を有している。このアーム１１４は、伸縮式であってもよい。この走行体８５は、走行とアーム１１４の揺動を組み合わせることで、カメラ１１８により例えばテーブル１２０の上側を任意の方向から撮影することができる。

【0039】

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態の一例について説明したが、本発明の実施形態は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

【0040】

台部１２の搭載スペース１６に設けられる付属機器として、従動輪４４，４５及びロータリーエンコーダ５４，５５を挙げたが、付属機器はこれに限られず、例えば各種センサ、モータ３０、計算機等であってもよい。

【0041】

卓球ロボット１０、走行体８１，８２，８３，８４，８５が、それぞれエンドエフェクタを有するものとしたが、エンドエフェクタの種類はこれらのものに限られない。また、エンドエフェクタを有しない構成であってもよい。

【0042】

駆動モジュール１４が、モータ３０と、第１プーリ４１と、第２プーリ４２と、ベルト４０を有するものとしたが、駆動モジュールの構成はこれに限られず、オムニホイール３２を駆動でき、かつ台部１２の中心部に搭載スペース１６が確保できる構成であればよい。また、伝動体の一例としてベルト４０を挙げたが、伝動体はチェーン、ローラ等であってもよい。

【0043】

卓球の球を検知するためにステレオカメラ１８を用いるものとしたが、これに限られず、例えば色距離センサを用いてもよい。

【0044】

（付記）
以下、本開示の態様について付記する。
（付記１）
台部と、
それぞれモータにより駆動されるオムニホイールを有し、前記台部に搭載される少なくとも３つの駆動モジュールと、
前記台部の中心部かつ前記駆動モジュールと同じ面に設けられ、付属機器を搭載可能な搭載スペースと、
を有する走行体。

【0045】

（付記２）
前記搭載スペースに、前記付属機器として、回転軸が互いに直交するように配置された２つの従動輪と、前記従動輪の回転をそれぞれ検出する２つのロータリーエンコーダとが設けられた付記１に記載の走行体。

【0046】

（付記３）
前記台部の上部に、水平方向を中心に回転する可動軸が設けられ、
前記可動軸にエンドエフェクタが装着された付記１又は２に記載の走行体。

【0047】

（付記４）
前記駆動モジュールにおいて、前記オムニホイールの軸と前記モータの軸とは互いに平行に配置され、
前記駆動モジュールは、前記モータと、前記オムニホイールの軸に設けられた第１プーリと、前記モータの軸に設けられた第２プーリと、前記第１プーリと前記第２プーリとの間で回転を伝達する伝動体を有する付記１～３の何れかに記載の走行体。

【符号の説明】

【0048】

１０ 卓球ロボット（走行体）
１２ 台部
１２Ａ 開口部
１４ 駆動モジュール
１６ 搭載スペース
３０ モータ
３２ オムニホイール
４０ ベルト（伝動体）
４１ 第１プーリ
４２ 第２プーリ
４４ 従動輪
４５ 従動輪
５４ ロータリーエンコーダ
５５ ロータリーエンコーダ
５６ 可動軸
５８ ラケット（エンドエフェクタ）
８１ 走行体
８２ 走行体
８３ 走行体
８４ 走行体
８５ 走行体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】