障碍物回避引导机器人的制作方法
【专利摘要】障碍物回避引导机器人（1）具备：主腿（2）；自走式的前轮部（3），其连结在主腿的下部；和辅助腿（6），其在下部连结有后轮（7），对主腿的站立进行辅助，使用者对在主腿的上部设置的把持部（21）进行把持并作用推力、拉力等外力，由此一边对使用者进行步行辅助一边移动。前轮部（3）具备2个万向移动车轮（11A）、（11B），正向的旋转力、或反向的旋转力被从驱动部传递至2个万向移动车轮（11A）、（11B），这2个万向移动车轮配置在互相接近的位置，并且，在前轮部移动时，外力或转矩从使用者经主腿传递至这2个万向移动车轮，由此前轮部移动。
【专利说明】障碍物回避引导机器人
【技术领域】
[0001] 本发明涉及能够一边避开移动路径上的障碍物一边引导使用者的障碍物回避引 导机器人。
【背景技术】
[0002] 作为用于检测在使用者的移动路径上存在的障碍物的装置，例如，如专利文献1 所示，已知在用于步行辅助的手杖上设置有检测障碍物的传感器的装置。
[0003] 另外，如果在该专利文献1的手杖的下端组装万向移动车轮，该万向移动车轮能 够基于传感器的信息向障碍物以外的方向移动，则成为能够将步行者向避开障碍物的移动 路径引导的障碍物回避引导机器人。
[0004] 在此，作为万向移动车轮，例如如专利文献2所示，已知通过独立驱动4个车轮而 能够万向移动的装置。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1 :日本特开2003-93454号公报
[0008] 专利文献2 :日本特开2005-47312号公报
【发明内容】
[0009] 发明要解决的课题
[0010] 对于专利文献2所示的万向移动车轮，需要分别独立地驱动4个车轮的4个驱动 单元，可能成为复杂的装置结构，并且成为复杂的驱动单元的驱动控制。
[0011] 另外，具备4个车轮和驱动单元的专利文献2的万向移动机器人是重物，难以将障 碍物回避引导机器人从台阶或阶梯等无法使用的场所搬运。
[0012] 因此，本发明着眼于上述以往的例子的未解决的课题而完成的，其目的在于提供 一种障碍物回避引导机器人，其通过形成为简单的装置结构和简单的控制来实现成本的降 低，并且通过实现轻量化而容易搬运。
[0013] 用于解决问题的手段
[0014] 为了实现上述目的，本发明的一个方式的障碍物回避引导机器人具备：主腿；自 走式的前轮部，其连结在该主腿的下部；和辅助腿，其在下部连结有后轮，对主腿的站立进 行辅助，使用者对在上述主腿的上部设置的把持部进行把持并作用推力、拉力等外力，由 此，所述障碍物回避引导机器人一边对上述使用者进行步行辅助一边移动，其中，上述前轮 部具备2个万向移动车轮，正向的旋转力、或反向的旋转力被从驱动部传递至这2个万向移 动车轮，该2个万向移动车轮配置在互相接近的位置，并且，外力或转矩从上述使用者经上 述主腿传递到该2个万向移动车轮，由此上述前轮部移动。
[0015] 另外，本发明的一个方式的障碍物回避引导机器人具备：主腿；自走式的前轮部， 其连结在该主腿的下部；和辅助腿，其在下部连结有后轮，对主腿的站立进行辅助，上述前 轮部具备2个万向移动车轮，正向的旋转力、或反向的旋转力被从驱动部传递至这2个万向 移动车轮，该2个万向移动车轮配置在互相接近的位置，使用者对在上述主腿的上部设置 的把持部进行把持并作用推力、拉力等外力或传递转矩，由此，上述前轮部一边对上述使用 者进行步行辅助一边移动。
[0016] 另外，对于本发明的一个方式的障碍物回避引导机器人，优选的是，上述前轮部经 由在前后方向上延伸的滚动旋转轴连结在主腿的下部。
[0017] 进而，对于本发明的一个方式的障碍物回避引导机器人，优选的是，上述辅助腿被 连结成，能够移动至沿着上述主腿侧的位置。
[0018] 发明效果
[0019] 根据本发明的障碍物回避引导机器人，由于构成前轮部的2个万向移动车轮配置 在互相接近的位置，因此，即使彼此与地面接触的地点不是左右对称，也能够减少对前轮部 的移动方向性带来的影响。
[0020] 另外，本发明是具备2个万向移动车轮和对它们进行驱动的驱动部的简单的装置 结构，能够通过轻量化和简单的驱动控制使前轮部万向移动，因此能够降低成本。
[0021] 进而，由于本发明仅搭载有2个万向移动车轮和驱动它们的驱动部，因而实现了 轻量化，因此，能够容易地进行障碍物回避引导机器人的搬运。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1是示出本发明的一个实施方式的障碍物回避引导机器人的主视图。
[0023] 图2是示出一个实施方式的障碍物回避引导机器人的侧视图。
[0024] 图3是示出一个实施方式的障碍物回避引导机器人的俯视图。
[0025] 图4是示出构成一个实施方式的障碍物回避引导机器人的万向移动车轮的图。
[0026] 图5是一个实施方式的障碍物回避引导机器人所具备的机器人控制部的电路图。
[0027] 图6是示出一个实施方式的障碍物回避引导机器人的前轮部所具备的被动的滚 轮机构的图。
[0028] 图7是将一个实施方式的障碍物回避引导机器人折叠起来时的主视图。
[0029] 图8是将一个实施方式的障碍物回避引导机器人折叠起来时的侧视图。
[0030] 图9是对一个实施方式的障碍物回避引导机器人的前轮部的作用进行说明的图。
【具体实施方式】
[0031] 以下，参照附图，对用于实施本发明的方式（以下，称作实施方式。）详细地进行说 明。
[0032] 图1至图3是示出本发明的障碍物回避引导机器人的一个实施方式的图，图1是 示出障碍物回避引导机器人的主视图，图2是示出障碍物回避引导机器人的侧视图，图3是 示出障碍物回避引导机器人的俯视图，图4是示出构成障碍物回避引导机器人的前轮部的 具体结构的立体图，图5是示出障碍物回避引导机器人的控制电路图的图。
[0033] 如图1至图3所示，本实施方式的障碍物回避引导机器人1具备：在上下方向上延 伸的主腿2 ;与主腿2的下部连结的前轮部(万向移动车轮）3 ;设在主腿2的上端的前轮操 作部4 ;经关节部5与主腿2的上下方向的大致中间位置连结、且向下方延伸的2个辅助腿 6 ;设在各辅助腿6的下端的脚轮7 ;和根据前轮操作部4的操作使前轮部3向规定的方向 滚动的机器人控制部8。
[0034] 如图1所示，前轮部3具备：2个万向移动车轮11A、11B ;和使这2个万向移动车轮 11A、11B独自地向正反方向旋转的驱动马达（图5中的标号12A、12B)。
[0035] 如图4所示，万向移动车轮11A具有多个木桶形状的小径轮13和将多个小径轮13 旋转自如地保持在外周的车轮主体14,车轮主体14是将小径轮13相对于车轮主体14的轴 向即中心线14a倾斜45度设置的万向轮（mecanum wheel)(注册商标)。另外，万向移动车 轮11B也具有与万向移动车轮11A相同的结构，是将小径轮13相对于中心线14a倾斜135 度设置而成的车轮。
[0036] 2个万向移动车轮11A、11B配置在互相接近的位置，它们被配置成彼此的轴一致 的状态(使中心线14a-致的状态)。
[0037] 并且，如图6所示，前轮部3经滚动旋转轴20与主腿2的下部连结，该滚动旋转轴 20的轴心在障碍物回避引导机器人1的前后方向上延伸。
[0038] 关节部5如图1和图2所示具备固定杆5a，通过进行该固定杆5a的固定操作，将 辅助腿6固定成相对于主腿2以规定的角度倾斜的状态。并且，如果进行固定杆5a的转动 操作，则能够如图7和图8所示那样使2个辅助腿6摆动至沿着主腿2的位置。
[0039] 并且，如图2所示，在关节部5附近的主腿2上设置有把手22,在上提整个障碍物 回避引导机器人1时使用该把手22。
[0040] 如图2所示，前轮操作部4是安装于手柄部21的力传感器4a。力传感器4a能够 测量X、y、Z方向的力、和绕X、y、z轴的转矩，当使用者对手柄部21施加握持力时，力作用 于力传感器4a，并向机器人控制部8输出与力（3轴)、转矩（3轴）对应的力信号。
[0041] 如图5所示，机器人控制部8具备输入端口 15、主控制部（CPU)16和输出端口 17， 力信号从力传感器4a输入到输入端口 15。
[0042] 主控制部16基于从力传感器4a输入的力信号运算对驱动马达12A、12B的正转方 向或反转方向的旋转方向和转速，并将该运算信号输出至输出端口 17。然后，驱动控制信号 被从输出端口 17输出至驱动马达12A、12B。
[0043] 对力信号从前轮操作部4的力传感器4a输入时的机器人控制部8的具体的控制 动作进行说明。
[0044] 当通过握持手柄部21并向右侧施力而使得朝向右侧的力作用于力传感器4a时， 力信号从力传感器4a输入机器人控制部8,机器人控制部8运算出使驱动马达12B向正转 方向以规定的转速旋转、且使驱动马达12A向反转方向以规定的转速旋转的运算信号，驱 动马达12B正转旋转，驱动马达12A反转旋转，由此，前轮部3向右方向移动。
[0045] 当通过握持手柄部21并向前方施力而使得向前的力作用于力传感器4a时，力信 号从力传感器4a输入机器人控制部8,机器人控制部8运算出使驱动马达12A向正转方向 以规定的转速旋转、且使驱动马达12B向正转方向以规定的转速旋转的运算信号，驱动马 达12A和12B以同一转速正转旋转，由此，前轮部3向前方移动。
[0046] 当通过握持手柄部21并向后方施力而使得向后的力作用于力传感器4a时，力信 号从力传感器4a输入机器人控制部8,机器人控制部8运算出使驱动马达12A向反转方向 以规定的转速旋转、且使驱动马达12B也向反转方向以规定的转速旋转的运算信号，驱动 马达12A和12B以同一转速反转旋转，由此，前轮部3向后方移动。
[0047] 进而，当通过握持手柄部21并向左侧施力而使得朝向左侧的力作用于力传感器 4a时，力信号从力传感器4a输入机器人控制部8,机器人控制部8运算出使驱动马达12B 向反转方向以规定的转速旋转、且使驱动马达12A向正转方向以规定的转速旋转的运算信 号，驱动马达12B反转旋转，驱动马达12A正转旋转，由此,前轮部3向左方向移动。
[0048] 接下来，参照图9的（a)、（b)，对本实施方式的前轮部3的作用进行说明。
[0049] 如图9 (a)所示，由2个万向移动车轮HI、H2构成前轮部Z，在没有对该前轮部Z 施加外力的情况下使2个万向移动车轮H1、H2滚动时，前轮部Z绕点A旋转。可是，在本实 施方式中，由于使用者的力（推力、拉力）或转矩经主腿3施加于由2个万向移动车轮11A、 11B构成的前轮部3,因此能够实现前轮部3的万向移动。
[0050] 另外，构成前轮部3的2个万向移动车轮11A、11B如图9 (a)所示这样左右对称 地接地的情况较少。如图9 (b)所示，在万向移动车轮11A、11B的接地点不是左右对称的 情况下，旋转中心（图9 (b)中所示的点A')偏向万向移动车轮11A、11B中的一方，存在移 动方向性变得不确定这样的担忧。
[0051] 对此，本实施方式的前轮部3将2个万向移动车轮11A、11B配置在互相接近的位 置，因此，如图9 (b)所示，偏移量Q (点A与点V之差）变小，即使万向移动车轮11A、11B 不是左右对称地接地，对前轮部3的移动方向性带来的影响也较小。
[0052] 接下来，对本实施方式的障碍物回避引导机器人1的效果进行说明。
[0053] 本实施方式的障碍物回避引导机器人1将具备2个自走式万向移动车轮11A、11B 的前轮部3连结在主腿2的下部，经主腿2使使用者的力(推力、拉力)或转矩起作用，由此， 前轮部3万向移动。
[0054] 并且，由于本实施方式的万向移动车轮11A、11B配置在互相接近的位置，因此，即 使彼此与地面接触的地点不是左右对称，也能够减少对前轮部3的移动方向性带来的影 响。
[0055] 并且，前轮部3经轴心在障碍物回避引导机器人1的前后方向上延伸的滚动旋转 轴20连结在主腿2的下部，万向移动车轮11A、11B始终一边与地面接触一边移动，因此能 够提高万向移动的可靠性。
[0056] 另外，本实施方式的障碍物回避引导机器人1是具备2个驱动马达12A、12的简单 的装置结构，并且通过使万向移动车轮11A、11B正转旋转或反转旋转这样的简单的驱动控 制，使前轮部3万向移动，因此能够降低装置成本。
[0057] 另外，作为重物的万向移动车轮11A、11B和驱动马达12A、12仅搭载有2个，因此 能够实现障碍物回避引导机器人1轻量化，从而能够容易地进行搬运。
[0058] 进而，当使2个辅助腿6移动至沿着主腿2的位置时，能够将障碍物回避引导机器 人1紧凑地折叠起来。进而，能够使用把手22将轻量的障碍物回避引导机器人1容易地从 台阶或阶梯等无法使用的场所进行搬运。
[0059] 并且，作为本实施方式的万向移动车轮11A、11B，使用了万向轮(注册商标)，但是， 当然也可以使用全向轮（omni wheel)(注册商标)等下述形式的车轮：旋转轴具有挠性的旋 转体以能够旋转地支承于其两端分别相邻的旋转体支承部件的方式配设于轮主体的外周。
[0060] 另外，万向移动车轮1 ΙΑ、11B沿车宽方向(左右方向)配置，但是本发明的主旨并不 限定于此，可以沿前后方向配置，也可以沿斜方向配置。
[0061] 另外，万向移动车轮11A、11B同轴配置，但是，可以偏心地配置，也可以带有垂直 等角度来配置。
[0062] 进而，在本实施方式中，示出了通过将前轮部3经滚动旋转轴20连结在主腿2的 下部来被动地控制前轮部3的姿势这样的结构，但是，也可以具备使前轮部3旋转的驱动马 达或姿势传感器等来主动地控制前轮部3的姿势。
[0063] 产业上的可利用性
[0064] 如上所述，本发明的障碍物回避引导机器人对于下述方面是有用的：通过形成为 简单的装置结构和简单的控制来实现成本的降低，并且通过实现轻量化来使搬运变得容 易。
[0065] 标号说明
[0066] 1 :障碍物回避引导机器人；2 :主腿；3 :前轮部；4 :前轮操作部；4a :力传感器；5 : 关节部；6 :辅助腿；7 :脚轮；8 :机器人控制部；11A、11B :万向移动车轮；12A、12B :驱动马 达(驱动部);13 :小径轮；14 :车轮本体；14a :中心线；15 :输入端口；16 :主控制部；17 :输出 立而口；20 :滚动旋转轴；21 :手柄部(把持部）；22 :把手。
【权利要求】
1. 一种障碍物回避引导机器人，所述障碍物回避引导机器人具备：主腿；自走式的前 轮部，其连结在该主腿的下部；和辅助腿，其在下部连结有后轮，对所述主腿的站立进行辅 助，使用者对在所述主腿的上部设置的把持部进行把持并作用推力、拉力等外力，由此，所 述障碍物回避引导机器人一边对所述使用者进行步行辅助一边移动， 所述障碍物回避引导机器人的特征在于， 所述前轮部具备2个万向移动车轮，正向的旋转力、或反向的旋转力被从驱动部传递 至这2个万向移动车轮，该2个万向移动车轮配置在互相接近的位置，并且，所述外力或转 矩从所述使用者经所述主腿传递到该2个万向移动车轮，从而所述前轮部移动。
2. 根据权利要求1所述的障碍物回避引导机器人，其特征在于， 所述前轮部经由在前后方向上延伸的滚动旋转轴连结在所述主腿的下部。
3. 根据权利要求1所述的障碍物回避引导机器人，其特征在于， 所述辅助腿被连结成能够移动至沿着所述主腿侧的位置。
【文档编号】B25J11/00GK104159553SQ201480000067
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年2月26日 优先权日:2013年3月11日
【发明者】嵯峨山功幸, 小川博教, 飞田和辉 申请人:日本精工株式会社