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全方向移動装置及びその姿勢制御方法

国内特許コード P190016216
整理番号 (S2016-0856-N0)
掲載日 2019年7月26日
出願番号 特願2018-525231
出願日 平成29年6月28日(2017.6.28)
国際出願番号 JP2017023822
国際公開番号 WO2018003886
国際出願日 平成29年6月28日(2017.6.28)
国際公開日 平成30年1月4日(2018.1.4)
優先権データ
  • 特願2016-132090 (2016.7.1) JP
  • 特願2016-170938 (2016.9.1) JP
発明者
  • 星野 祐
出願人
  • 学校法人東京理科大学
発明の名称 全方向移動装置及びその姿勢制御方法
発明の概要 全方向移動装置は、球状の回転体(12)と、ホイールとしてのオムニホイール(401)~(404)とを備えている。ホイールは、回転体12を転動させて直進方向に移動させる回転軸120の軸周り121において回転体12の表面に接して複数配設され、円周方向に回転して回転体12に動力を伝達し、かつ、円周方向とは交差する方向に回転体12を転動可能とする。
従来技術、競合技術の概要

特許文献1には、搬送装置及び駆動機構が開示されている。この搬送装置は、1つの球状回転体と、3個のオムニホイールとを備えている。オムニホイールは、球状回転体に接して球状回転体を転動させ、更に球状回転体を転動する方向と異なる方向への移動を可能としている。3個のオムニホイールは、球状回転体の上半球において球状回転体の垂直軸(Z 軸)周りに等間隔で配置されている。オムニホイールのそれぞれにはホイール駆動部が接続されている。球状回転体上にはフレーム部を介して荷台が設けられ、ホイール駆動部はフレーム部に固定されている。

上記搬送装置では、荷台の姿勢を傾けて、傾けた方向へ前後左右に移動することができ、更に旋回することができる。すなわち、搬送装置は、全方向へ自由度の高い動きを可能としている。

産業上の利用分野

本発明は、全方向移動装置及びその姿勢制御方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
球状の回転体と、
前記回転体を転動させて直進方向に移動させる回転軸の軸周りにおいて前記回転体の表面に接して複数配設され、円周方向に回転して前記回転体に動力を伝達し、かつ、円周方向と交差する方向に前記回転体を転動可能とするホイールと、
を備えた全方向移動装置。

【請求項2】
球状の回転体と、
前記回転体を転動させて直進方向に移動させる回転軸の一端側の軸周りにおいて前記回転体の上半球の表面に接して複数配設され、円周方向に回転して前記回転体に動力を伝達し、かつ、円周方向と交差する方向に前記回転体を転動可能とする第1ホイールと、
前記回転軸の一端側の軸周りにおいて前記回転体の下半球の表面の特定位置に対する、前記回転体の中心対称位置の表面に接して配設され、円周方向に回転して前記回転体に動力を伝達し、かつ、円周方向と交差する方向に前記回転体を転動可能とする第2ホイールと、
を備えた全方向移動装置。

【請求項3】
球状の回転体と、
前記回転体を転動させて直進方向に移動させる回転軸の一端側の軸周りにおいて前記回転体の上半球の表面に接して複数配設され、円周方向に回転して前記回転体に動力を伝達し、かつ、円周方向と交差する方向に前記回転体を転動可能とする第1ホイールと、
前記回転軸の他端側の軸周りにおいて前記回転体の上半球の表面に接して配設され、円周方向に回転して前記回転体に動力を伝達し、かつ、円周方向と交差する方向に前記回転体を転動可能とする第2ホイールと、
を備えた全方向移動装置。

【請求項4】
前記第1ホイール及び前記第2ホイールは、オムニホイール又はメカナムホイールである請求項2又は請求項3に記載の全方向移動装置。

【請求項5】
前記第1ホイールは2個配設され、前記第2ホイールは1個又は2個配設されている請求項2又は請求項3に記載の全方向移動装置。

【請求項6】
前記第1ホイール及び前記第2ホイールは、前記回転体との接点の位置ベクトルと前記接点における接線ベクトルとで決まる動力伝達行列の行列要素のうち、前記回転軸の行列要素の列毎に絶対値が等しくなる位置に配設されている請求項2又は請求項3に記載の全方向移動装置。

【請求項7】
前記動力伝達行列は、角速度を表す伝達行列を含んでいる請求項6に記載の全方向移動装置。

【請求項8】
前記回転体の下半球の表面に接して又は近接させて、円周方向に回転し、かつ、円周方向とは交差する方向に前記回転体を転動可能とする補助輪を更に備えている請求項2又は請求項3に記載の全方向移動装置。

【請求項9】
前記回転体上に設けられた車体と、
前記車体に取り付けられ、かつ、前記第1ホイールを回転させる第1駆動装置と、
前記車体に取り付けられ、かつ、前記第2ホイールを回転させる第2駆動装置と、
前記車体に配設され、前記車体の姿勢を安定に維持する姿勢安定システムと、
を更に備えた請求項2又は請求項3に記載の全方向移動装置。

【請求項10】
前記姿勢安定システムは、
前記車体に装着され、前記車体の姿勢角度及び当該姿勢角度の変化に伴う第1角速度を検出する姿勢角度検出部と、
前記第1ホイール及び前記第2ホイールの回転数を検出する回転数検出部と、
前記回転数検出部による回転数の検出結果に基づいて、前記回転体が転動する第2角速度を検出する角速度検出部と、
前記姿勢角度検出部により検出される姿勢角度情報、第1角速度情報及び前記角速度検出部により検出される第2角速度情報に基づいて、前記車体の姿勢を維持する前記第1ホイール及び前記第2ホイールのホイール操作トルクを算出し、このホイール操作トルク情報に従って前記第1駆動装置及び前記第2駆動装置を作動させる演算処理部と、
を備えた請求項9に記載の全方向移動装置。

【請求項11】
前記演算処理部は、
前記姿勢角度情報、前記第1角速度情報及び前記第2角速度情報に基づいて、前記車体の姿勢を維持させる、前記回転体が転動する角加速度の目標値及び前記車体が旋回する角加速度の目標値を算出し、
前記目標値に一致させる前記回転体の第3角加速度を算出し、
当該第3角加速度に基づいて前記回転体を操作する回転体操作トルクを算出し、
前記回転体操作トルク情報に基づいて、前記第1ホイール及び前記第2ホイールを操作する前記ホイール操作トルクを算出する
請求項10に記載の全方向移動装置。

【請求項12】
前記請求項10に記載された全方向移動装置の姿勢安定システムが、
前記姿勢角度情報、前記第1角速度情報及び前記第2角速度情報を取得し、
前記姿勢角度情報、前記第1角速度情報及び前記第2角速度情報に基づいて、前記車体の姿勢を維持させる、前記回転体が転動する角加速度の目標値及び前記車体が旋回する角加速度の目標値を算出し、
前記目標値に一致させる前記回転体の第3角加速度を算出し、
当該第3角加速度に基づいて前記回転体を操作する回転体操作トルクを算出し、
前記回転体操作トルク情報に基づいて、前記第1ホイール及び前記第2ホイールを操作する前記ホイール操作トルクを算出する
全方向移動装置の姿勢制御方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2018525231thum.jpg
出願権利状態 公開
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