移动体的制作方法

本发明涉及移动体，特别是涉及能够在行驶中不改变朝向而变更移动方向的移动体。

背景技术：

在专利文献1中，公开了一种无人行驶车，其具有旋转台11和以该旋转台11的轴部17为旋转轴且旋转自如地载置于旋转台11上的车体10。驱动轮21、22设置于旋转台11，作为从动轮的小脚轮14a～14d设置于车体10。无人行驶车通过驱动旋转台11的驱动轮21、22来行驶。

在旋转台11，以轴部17为中心等间隔地贯穿设置有8个凹孔23，在车体10的下表面突出地设置有一个突起15。通过该突起15与8个凹孔23中的任意一个嵌合，从而车体10与旋转台11的相对位置被固定(锁定)。

这里，在欲不改变车体10的朝向而变更车体10的移动方向的情况下，需要变更车体10与旋转台11的相对位置。在上述的情况下，在使无人行驶车停止的状态下，使设置于车体10的4根外伸支架13a～13d伸长，来解除突起15与凹孔23的嵌合。在该状态下，在使旋转台11向所希望的方向旋转后，使处于伸长状态的外伸支架13a～13d退缩，来使突起15与任意一个凹孔23嵌合。由此，车体10与旋转台11在变更了相对位置的状态下被锁定。即，能够不改变车体10的朝向而变更车体10的移动方向。

专利文献1：日本特开昭60－148774号公报

然而，在上述无人行驶车中，在行驶中不改变车体10的朝向而变更车体10的移动方向较困难。在上述无人行驶车中，即使删除了突起15与凹孔23的锁定机构，车体10的质量中心与旋转轴(轴部17)也未必一致，因此若在行驶中变更旋转台11的移动方向，则因由加减速产生的力矩而导致车体10旋转。另外，4个从动轮(小脚轮14a～14d)的旋转阻力未必是均匀的，因此若在行驶中变更旋转台11的移动方向，则因由旋转阻力较大的从动轮产生的力矩而导致车体10旋转。因此，在无人行驶车的行驶中，不改变车体10的朝向而变更车体10的移动方向较困难。

因此，在上述无人行驶车中，在停止状态下，利用外伸支架13a～13d将车体10固定于地面，接下来变更旋转台11的方向，然后使突起15与凹孔23嵌合来锁定，由此不改变车体10的朝向而变更车体10的移动方向。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述的问题点而完成的，其目的在于提供一种能够在行驶中不改变朝向而变更移动方向的移动体。

为了实现该目的，本发明的移动体具备：下车辆，具有驱动轮和下侧旋转轴；以及上车辆，具有上侧旋转轴，经由该上侧旋转轴与上述下车辆连接，上述上车辆和上述下车辆被构成为经由上述上侧旋转轴和上述下侧旋转轴而能够相对旋转，并且上述上车辆相对于上述上侧旋转轴的旋转阻力以即使上述下车辆旋转上述上车辆也不旋转的程度具有充分大的惯性矩，上述上车辆的质量中心被构成为位于上述下侧旋转轴的轴上。

根据技术方案1的移动体，若驱动下车辆的驱动轮，则上车辆与下车辆一同行驶。即，移动体行驶(移动)。上车辆被构成为经由上侧旋转轴和下侧旋转轴相对于下车辆能够相对旋转，上车辆相对于上侧旋转轴的旋转阻力以即使下车辆旋转上车辆也不旋转的程度具有充分大的惯性矩，上车辆的质量中心位于下车辆的下侧旋转轴的轴上。因此，即使在下车辆的行驶中下车辆变更移动方向，也能够抑制产生作用于上车辆的力矩。因此，在移动体(下车辆)的行驶中，能够不改变移动体(上车辆)的朝向而变更移动体(下车辆)的移动方向。

根据技术方案2的移动体，除了技术方案1所起到的效果之外，在下车辆的前后动作时，控制单元通过由驱动轮实现的倒立摆控制支承上车辆，因此即使在上车辆不设置从动轮等，也能够利用下车辆支承上车辆，能够将上车辆构成为不接地。因此，能够防止产生在上车辆设置了从动轮等的情况下的作用于上车辆的力矩。

根据技术方案3的移动体，除了技术方案1或者2所起到的效果之外，在下车辆的左右动作时，控制单元对使上车辆的质量中心向左右方向移动的重量移动单元进行控制，来支承上车辆。因此，在下车辆的左右动作时，即使在上车辆不设置从动轮等，也能够利用下车辆支承上车辆，能够将上车辆构成为不接地。

根据技术方案4的移动体，除了技术方案3所起到的效果之外，重量移动单元被构成为具有滑动机构，该滑动机构设置于下车辆的下侧旋转轴，能够使驱动轮侧的下侧旋转轴与上车辆侧的下侧旋转轴的相对位置在左右方向上位移。因此，在下车辆的左右动作时，即使在上车辆不设置从动轮等，也能够利用下车辆支承上车辆，能够将上车辆构成为不接地。

根据技术方案5的移动体，除了技术方案3或者4所起到的效果之外，重量移动单元被构成为具有倾斜机构，该倾斜机构设置于下车辆的下侧旋转轴，能够使该下侧旋转轴在左右方向上倾斜。因此，在下车辆的左右动作时，即使在上车辆不设置从动轮等，也能够利用下车辆支承上车辆，能够将上车辆构成为不接地。此外，也可以将作为重量移动单元的倾斜机构与技术方案4的滑动机构一同搭载于移动体。

根据技术方案6的移动体，除了技术方案1所起到的效果之外，在下车辆设置有从动轮，因此，即使在上车辆不设置从动轮等，也能够利用下车辆支承上车辆，能够将上车辆构成为不接地。因此，能够防止产生在上车辆设置了从动轮等的情况下的作用于上车辆的力矩。

根据技术方案7的移动体，除了技术方案1～6中任意一项所起到的效果之外，还起到接下来的效果。在下车辆的下侧旋转轴设置有滑动机构，该滑动机构能够使驱动轮侧的下侧旋转轴与上车辆侧的下侧旋转轴的相对位置在前后左右方向上位移。例如，这里，当在上车辆装载货物等而使上车辆的质量中心移动了的情况下，通过滑动控制单元控制滑动机构，使上车辆的质量中心返回到下侧旋转轴的轴上。因此，在所涉及状态下移动体行驶，即使在该行驶中下车辆变更移动方向，也能够抑制产生作用于上车辆的力矩。因此，在移动体(下车辆)的行驶中，能够不改变移动体(上车辆)的朝向而变更移动体(下车辆)的移动方向。

附图说明

图1的(a)是移动体的外观图，图1的(b)是剖切移动体的外部封装的一部分来表示的局部剖视图。

图2是表示移动体的电结构的框图。

图3是转向操纵处理的流程图。

图4的(a)是剖切第2实施方式的移动体的外部封装的一部分来表示的局部剖视图，图4的(b)是在第2实施方式中，左右重量移动装置正动作的情况下的移动体的局部剖视图。

图5是表示第2实施方式中的移动体的电结构的框图。

图6是第2实施方式中的转向操纵处理的流程图。

图7是剖切变形例的移动体的外部封装的一部分来表示的局部剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的优选的实施方式进行说明。首先，参照图1，对本实施方式的移动体1的结构进行说明。图1的(a)是移动体1的外观图，图1的(b)是剖切移动体1的外部封装2的一部分来表示的局部剖视图。移动体1作为在用户h的前方周围，相对于用户h移动到适当的位置，从而能够追随用户h的装置发挥功能。

如图1所示，移动体1具有大致圆柱状的外部封装2、驱动部3和旋转轴4。在外部封装2设置有用于将用户h的指示输入至移动体1，向用户h输出移动体1等的信息的hmi部11。此外，外部封装2的形状不限定于大致圆柱状，能够采用长方体状等各种形状。

驱动部3是用于使移动体1进行行驶动作的装置，具有车轴5和驱动轮6。驱动轮6分别设置于车轴5的左右两端，在车轴5的内部分别设置有用于使左右的驱动轮6进行旋转动作的驱动轮电机7。驱动轮电机7基于来自后述的cpu21(参照图2)的控制信号，使驱动轮6旋转。通过使左右的驱动轮电机7以相同的输出进行正转以及反转，来进行移动体1的前方移动以及后方移动，另外，通过使驱动轮电机7进行差动，来进行移动体1的移动方向的变更。另外，从驱动轮电机7向cpu21(参照图2)输出电机的输出电流值等，通过cpu21进行驱动轮电机7的转矩控制。

旋转轴4是用于将外部封装2和驱动部3支承为能够相对旋转的部件，具有上支轴8、由球轴承构成的轴承9和下支轴10。上支轴8的一端侧与外部封装2连接，另一端侧与轴承9的上部连接。下支轴10的一端侧与驱动部3的车轴5连接，另一端侧与轴承9的下部连接。另外，上支轴8与外部封装2在外部封装2的重心位于旋转轴4的下支轴10的轴上的位置处连接。外部封装2的重量为以即使驱动部3旋转外部封装2也不旋转的程度，相对于轴承9的旋转阻力，具有充分大的惯性矩的程度，作为一个例子，相对于旋转阻力为0.001n·m的轴承9，使用重量为10.0kg以上的外部封装2。

本实施方式的移动体1通过倒立摆控制，边取得前后的平衡边进行行驶动作。由此，即使驱动轮6为左右2个，也能够通过驱动部3支承外部封装2，能够将外部封装2形成为不接地，因此无需在外部封装2设置从动轮等。因此，能够防止产生在外部封装2设置了从动轮等的情况下的作用于外部封装2的力矩。

接下来，参照图2，对移动体1的电结构进行说明。图2是表示移动体1的电结构的框图。移动体1具有用于控制移动体1的各部的控制部20。控制部20具有cpu21、rom22和ram23，这些经由总线24分别连接于输入输出端口25。另外，在输入输出端口25分别连接有驱动轮电机7、hmi部11、检测移动体1的行驶速度(单位为km/h)的速度传感器26、和检测外部封装2与驱动部3的相对角(单位为rad)的相对角传感器27。

cpu21是控制被总线24连接的各部的运算装置。rom22是储存有由cpu21执行的控制程序、固定值数据等的无法改写的非易失性存储器，存储有控制程序22a。若通过cpu21执行控制程序22a，则执行图3的转向操纵处理。

ram22是用于在cpu21执行控制程序22a时能够改写地存储各种工件数据、标志等的存储器，设置有存储由相对角传感器27检测出的外部封装2与驱动部3的相对角的相对角存储器23a、和存储外部封装2与驱动部3的目标相对角(单位为rad)的目标相对角存储器23b。

接下来，参照图3，对由cpu21执行的转向操纵处理进行说明。图3是转向操纵处理的流程图。转向操纵处理是用于变更移动体1的移动方向的处理。在经由hmi部11从用户h直接输入了移动方向的情况、或在移动体1追随用户h而行驶时决定了用于维持移动体1与用户h之间的适当的位置的移动方向的情况下，执行转向操纵处理。

在转向操纵处理中，首先，根据所输入或者所决定的移动方向和由速度传感器26检测出的行驶速度，计算外部封装2与驱动部3的目标相对角，并存储于目标相对角存储器23b(s1)。在s1的处理之后，通过相对角传感器27检测相对角，并存储于相对角存储器23a(s2)。

在s2的处理之后，确认相对角存储器23a的值是否为目标相对角存储器23b的值以上(s3)。在相对角存储器23a的值为目标相对角存储器23b的值以上的情况下(s3：是)，转向操纵处理结束。另一方面，在相对角存储器23a的值小于目标相对角存储器23b的值的情况下(s3：否)，使驱动轮电机7差动，以便驱动部3朝向目标相对角存储器23b的值的方向(s4)。在s4的处理之后，反复进行s2及其以下的处理。

如以上说明的那样，根据本实施方式的移动体1，通过旋转轴4，外部封装2和驱动部3被支承为能够相对旋转。另外，旋转轴4的上支轴8与外部封装2在外部封装2的重心位于旋转轴4的下支轴10的轴上的位置处连接。外部封装2的重量是以即使驱动部3旋转外部封装2也不旋转的程度相对于轴承9的旋转阻力具有充分大的惯性矩的程度。

这里，在移动体1的行驶中变更移动方向的情况下，根据该变更的移动方向和速度传感器26检测出的行驶速度，计算外部封装2与驱动部3的目标相对角，并存储于目标相对角存储器23b。然后，使左右的驱动轮电机7差动，以便由相对角传感器27检测出的相对角与目标相对角存储器23b的值一致。即便在该情况下，外部封装2的重心也保持在下支轴10的轴上不变，因此能够抑制产生作用于外部封装2的力矩。因此，驱动部3以旋转轴的轴承9为中心进行旋转，因此即便在移动体1的行驶中变更了移动方向的情况下，也能够不改变外部封装2的朝向而变更驱动部3的移动方向。

例如，在移动体1在hmi部11与用户h正对的状态下行驶的情况下，即使变更移动方向，也能够维持hmi部11与用户h正对的状态。因此，能够将来自hmi部11的信息适当地向用户h提供，另外，能够维持用户h容易操作hmi部11的位置。

接下来，参照图4～图6，对本发明的第2实施方式进行说明。在上述的第1实施方式中，通过旋转轴4连接外部封装2与驱动部3，使驱动部3的驱动轮电机7差动，由此不改变外部封装2的朝向，而进行驱动部3的移动方向的变更。在第2实施方式中，相对于移动体50，在旋转轴4设置有左右重量移动装置51，该左右重量移动装置51使驱动部3以及下支轴10的一部分的位置在左右方向上水平移动。在第2实施方式中，对与上述的第1实施方式相同的部分标注相同的附图标记，并省略其说明。

图4的(a)是剖切第2实施方式的移动体50的外部封装的一部分来表示的局部剖视图，图4的(b)是在第2实施方式中，左右重量移动装置正动作的情况下的移动体50的局部剖视图。在移动体50中，针对旋转轴4的下支轴10设置有用于使驱动部3以及下支轴10的一部分的位置在左右方向上水平移动的左右重量移动装置51。

左右重量移动装置51由上下相互重叠的2个板状的部件中的作为上侧的板状的部件的上板51a、作为下侧的板状的部件的下板51b、以及用于使上板51a和下板51b在左右方向上移动的左右重量移动电机52构成。使左右重量移动电机52驱动，使下板51b在左右方向上移动，由此能够使上板51a和下板51b在左右方向上位移(以下，称为“左右位移”)(图2的(b))。由此，驱动部3以及下支轴10的一部分(即，下板51b以下的下支轴10)在左右方向上移动，外部封装2的重心也在左右方向上移动。此外，该上板51a和下板51b的向左右方向的移动量设在上板51a和下板51b在行驶中不与外部封装2碰撞的范围。

另外，从左右重量移动电机52向cpu21输出电机的输出电流、输出值，进行由cpu21实现的左右重量移动电机52的转矩控制。此外，作为左右重量移动电机52，例示感应电机、无刷电机等。

接下来，参照图5，对第2实施方式中的移动体50的电结构进行说明。图5是表示第2实施方式中的移动体50的电结构的框图。本实施方式的移动体50在输入输出端口25连接有左右重量移动电机52和检测左右重量移动装置51中的左右位移(单位为m)的左右位移检测传感器53。另外，在ram23设置有存储由左右位移检测传感器53检测出的左右位移的左右位移存储器23c、和存储左右重量移动装置51中的左右位移的目标值(单位为m)的目标左右位移存储器23d。

接下来，参照图6，对第2实施方式的转向操纵处理进行说明。图6是第2实施方式中的转向操纵处理的流程图。在s1的处理之后，根据由用户h输入的移动方向或者为了维持与用户h的适当的位置而决定的移动方向和由速度传感器26检测出的行驶速度，计算左右重量移动装置51中的目标左右位移，并存储于目标左右位移存储器23d(s10)。具体而言，针对由伴随着行驶中的移动体50的移动方向的变更而产生的相对于移动体50的离心力等假定的、外部封装2的重心的左右方向的偏移即从旋转轴4的下支轴10的轴上向左右方向的偏移，来计算用于修正该偏移的左右重量移动装置51中的左右位移的方向以及大小。

在s10的处理之后，并列地执行s2～s4的处理和后述的s11～s13的处理。在s10的处理之后，与上述的s2～s4的处理并列地，利用左右位移检测传感器53检测左右重量移动装置51中的左右位移，并存储于左右位移存储器23c(s11)。在s11的处理之后，确认左右位移存储器23c的值是否为目标左右位移存储器23d的值以上(s12)。在左右位移存储器23c的值小于目标左右位移存储器23d的值的情况下(s12：否)，使左右重量移动电机52相对于目标左右位移存储器23d的值的方向进行动作(s13)。在s13的处理之后，反复进行s11及其以下的处理。另一方面，在s12的处理中，在左右位移存储器23c的值为目标左右位移存储器23d的值以上的情况下(s12：是)，跳过s13的处理。

在s2～s4的处理以及s11～s13的处理结束的情况下，具体而言，在s3的处理中相对角存储器23a的值为目标相对角存储器23b的值以上，并且左右位移存储器23c的值为目标左右位移存储器23d的值以上的情况下，转向操纵处理结束。此外，虽形成为使s2～s4的处理与s11～s13的处理并列地进行处理的结构，但也可以形成为先进行s2～s4的处理，之后进行s11～s13的处理的结构，也可以形成为先进行s11～s13的处理，之后进行s2～s4的处理的结构。

如以上说明的那样，根据第2实施方式的移动体50，在下支轴10设置有使驱动部3以及下支轴10的一部分的位置在左右方向上水平移动的左右重量移动装置51。这里，在移动体50的行驶中变更移动方向的情况下，根据该变更的移动方向和速度传感器26检测出的行驶速度，计算左右重量移动装置51中的目标左右位移，并存储于目标左右位移存储器23d。然后，使左右重量移动电机52动作，以便由左右位移检测传感器53检测出的左右重量移动装置51的左右位移与目标左右位移存储器23d的值一致，从而使外部封装2的重心在左右方向上水平移动。即，将因通过移动体50的移动方向的变更产生的离心力等而从旋转轴4的下支轴10的轴上偏移了的外部封装2的重心的位置修正到旋转轴4的下支轴10的轴上。因此，移动体50的行驶稳定，相对于外部封装2，即使不设置从动轮等，也能够利用驱动部3支承外部封装2，因此能够在保持外部封装2不接地的状态下行驶。

以上，基于实施方式对本发明进行了说明，但本发明丝毫不限定于上述的实施方式，能够容易推想到能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种改进变更。

在上述实施方式中，轴承9由球轴承构成。但是，不一定限定于此，也可以由油轴承、空气轴承、磁轴承等各种轴承构成轴承9。

在上述实施方式中，旋转轴4形成为连接于外部封装2的上支轴8与连接于驱动部3的下支轴10连接于轴承9的结构。但是，不一定限定于此，另外，也可以为设置使上支轴8与下支轴10相对旋转的电机(以下，称为“轴用电机”)的结构。使该轴用电机旋转，由此上支轴8与下支轴10旋转，从而能够使外部封装2朝向任意的方向。

另外，在移动体1、50的行驶中且未执行图3、图6的转向操纵处理的情况下，在由相对角传感器27检测出外部封装2与驱动部3的相对角的变化的情况下，使轴用电机向与该相对角的变化相反方向旋转，由此能够将外部封装2的朝向保持为恒定。此外，作为轴用电机，优选使用在不驱动电机的情况下电机的旋转阻力较小的感应电机、无刷电机，以不妨碍轴承9的旋转。

在上述实施方式中，移动体1、50通过倒立摆控制相对于行进方向边取得前后的平衡边进行行驶动作。但是，不一定限定于此，也可以形成为在驱动部3设置从动轮71从而省略倒立摆控制的结构。使用图7，对变形例中的移动体70进行说明。

图7是剖切移动体70的外部封装的一部分来表示的局部剖视图。此外，对与上述的第1实施方式、第2实施方式相同的部分标注相同的附图标记，并省略其说明。变形例中的移动体70具有由自如转动的小脚轮构成的从动轮71，从动轮71垂直地连接于车轴5的长边方向的中央部。从动轮71与驱动轮6一同被设置为与移动体70行驶的路面始终接触。因此，移动体70在左右的驱动轮6和从动轮71这3点被支承，因此即使不进行倒立摆控制，其姿势也稳定。另外，在驱动部3设置有从动轮71，因此即使不在外部封装2设置从动轮，也能够利用驱动部3支承外部封装2，能够将外部封装2构成为不接地。因此，能够防止产生在外部封装2设置从动轮的情况下的作用于外部封装2的力矩。

在上述第2实施方式中，形成为根据移动方向和左右重量移动装置51的左右位移来使左右重量移动电机52动作的结构。但是，不一定限定于此，也可以形成为如下结构：代替左右位移检测传感器53，而设置检测移动体50的左右方向的重量的传感器，相对于移动方向，计算左右方向的重量的差或者比等目标值，使左右重量移动电机52进行动作，以便该目标值与由检测左右方向的重量的传感器检测的左右方向的重量的差或者比等之间的差消失。

在上述第2实施方式中，构成为通过左右重量移动装置51使驱动部3以及下支轴10的一部分的位置在左右方向上水平移动。但是，不一定限定于此，也可以构成为在左右重量移动装置51设置倾斜机构，通过倾斜机构使驱动部3以及下支轴10的一部分的位置在左右方向上倾斜。在该情况下，左右方向的最大倾斜角设为外部封装2不与移动体50行驶的路面接触的程度。根据移动体50的移动方向，通过左右重量移动装置51，使驱动部3以及下支轴10的一部分在左右方向上倾斜，由此移动体50的外部封装2的重心在左右方向上移动。

因此，能够将因通过移动体50的移动方向的变更产生的离心力等而从旋转轴4的下支轴10的轴上偏移了的外部封装2的重心的位置修正到旋转轴4的下支轴10的轴上。另外，针对外部封装2，即使不设置从动轮等，也能够利用驱动部3支承外部封装2，因此能够保持外部封装2不接地的状态来进行行驶。此外，也可以将左右重量移动装置51构成为一起设置有使该驱动部3以及下支轴10的一部分的位置在左右方向上倾斜的结构、和第2实施方式中的使驱动部3以及下支轴10的一部分的位置在左右方向上水平移动的结构。

在上述第2实施方式中，形成为设置有使驱动部3以及下支轴10的一部分的位置在左右方向上水平移动的左右重量移动装置51的结构。但是，不一定限定于此，也可以形成为代替左右重量移动装置51，而设置具有能够使驱动部3以及下支轴10的一部分的位置在前后左右方向上位移的滑动机构的重量移动装置的结构。通过滑动机构，控制成外部封装2的重心位于下支轴10的轴上。例如，在外部封装2载置有货物等而外部封装2的重心移动了的情况下，通过滑动机构，使外部封装2的重心返回到下支轴10的轴上。

因此，在所涉及状态下移动体50行驶，即使在该行驶中，驱动部3变更移动方向，也能够抑制产生作用于外部封装2的力矩。因此，在移动体50的行驶中，能够不改变外部封装2的朝向，而变更驱动部3的移动方向。

附图标记说明：1、50、70…移动体；2…外部封装(上车辆的一部分)；3…驱动部(下车辆的一部分)；6…驱动轮；8…上支轴(上侧旋转轴、上车辆的一部分)；10…下支轴(下侧旋转轴、下车辆的一部分)；51…左右重量移动装置(重量移动单元、滑动机构)；71…从动轮；s2～s4、s11～s12…控制单元。