JP2011218900A - 懸架型移動装置及び懸架型移動システム - Google Patents

Abstract

【課題】重量に逆らって保持される際に落下に対する安全性を大幅に高めることが可能な懸垂型移動装置及び懸垂型移動システムを提供する。
【解決手段】回動可能に設けられ、空間内に配置されたグリッドガイド１００と係合し、グリッドガイド１００に懸架される推進コイル２０２と、推進コイル２０２を回動させる駆動ドラム２０４と、推進コイル２０２を貫通し、推進コイルに懸架され、少なくとも駆動ドラム２０４を含む構成要素を支持するローラー２１８と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、懸架型移動装置及び懸架型移動システムに関する。

従来、例えば下記の特許文献１には、空間移動性、情報収集能力、群知能、環境適応能力に優れ、探索、巡回、情報収集に適応することを想定した自律小型ロボットが記載されている。

特開２００５−３４９５１７号公報

天井を移動するロボットなどの移動体で、天井から落下することなく位置を重力に逆らって保持する方法としては、従来、マグネット式、バキューム式、吸盤式、などが知られている。マグネット式は、磁力でロボットの自重を支えるものであり、例えば天井に沿って配置された樹脂製の板の上下を挟むように永久磁石を配置して上下の永久磁石を吸着させる方法がある。しかしながら、一対の永久磁石の相互にはたらく吸引力を大きくするためには、その間の樹脂板を薄くしなければならないため、樹脂板そのものの強度が不足しがちである。一方、樹脂板を厚くすれば磁力そのものが小さくなってしまうので、おのずから保持できる重量に制限が生じてしまう問題点がある。また、バキューム式と吸盤式では、いずれも地上などに配置される大型の吸引ポンプを必要とする問題点がある。

更に、マグネット式、バキューム式、吸盤式のいずれも、落下に対する安全性を高めるには限界がある。マグネット式では、何らかの原因による磁力が低下した場合は移動体が落下することが容易に想定される。バキューム式、吸盤式のいずれにおいても、吸引ポンプの不具合等によりエアが供給されなくなると、やはり移動体が落下する問題がある。これらの方式では、電磁石を作動させるための電力や、エアーポンプなどの動力を必要とするため、保持するだけのためにコストがかかるばかりか、停電などの不測の事態においては、保持していたものが落下する心配がある。上述した特許文献１に記載された自律小型ロボットにおいても同様に、落下に対する安全性を高めるには限界があり、落下の心配のない安全なシステムを構築することは困難である。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、重量に逆らって保持される際に落下に対する安全性を大幅に高めることが可能な、新規かつ改良された懸垂型移動装置及び懸垂型移動システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、回動可能に設けられ、空間内に配置された線状部材と係合し、前記線状部材に懸架されるコイル状推進部と、前記コイル状推進部を回動させる駆動部と、を備える、懸架型移動装置が提供される。

また、前記コイル状推進部を貫通し、前記コイル状推進部に懸架され、少なくとも前記駆動部を含む構成要素を支持するローラーを更に備えるものであってもよい。

また、前記駆動部による前記コイル状推進部の回動を制御する制御部を備えるものであってもよい。

また、前記線状部材は、第１の素線と前記第１の素線と交差する複数の第２の素線とからなるグリッド状に構成され、前記コイル状推進部は、前記第１の素線が貫通して前記第１の素線に懸架され、前記コイル状推進部の回転に伴って前記複数の第２の素線がコイルのピッチ間に順次に係合するものであってもよい。

また、前記ローラの長さは前記コイル状推進部の全長よりも長く、前記コイル状推進部の外に突出した前記ローラの端部に前記駆動部を含む構成要素が懸架されるものであってもよい。

また、前記ローラに懸架される前記駆動部を含む構成要素に対して、前記ローラが相対的に回動可能とされたものであってもよい。

また、前記駆動部は、前記コイル状推進部の外周に密着して前記コイル状推進部とともに回動する駆動ドラムと、前記駆動ドラムを回動させる駆動モータとを含むものであってもよい。

また、前記駆動ドラムは前記コイル状推進部のコイルを構成する線材を介して前記ローラと対向し、前記駆動ドラムと前記ローラとの間に前記コイル状推進部のコイルを構成する線材が挟持されているものであってもよい。

また、複数の前記ローラと、前記コイル状推進部のコイルを構成する線材を介して前記複数のローラのそれぞれと対向して前記線材を挟持する複数の前記駆動ドラムを備えるものであってもよい。

また、前記駆動ドラムには、前記コイル状推進部のコイルを構成する線材と密着して係合する螺旋状の凹部が形成され、前記コイルの螺旋の方向と前記凹部の螺旋の方向を反対方向とすることにより、コイル状推進部が前記駆動ドラムに対して回転軸方向に移動しないように構成されたものであってもよい。

また、前記コイル状推進部の外径をＤｃ、前記コイル状推進部のコイルのピッチをＰｃ、前記駆動ドラムの前記螺旋状の凹部の直径をＤｄ、前記螺旋状の凹部のピッチをＰｄ、としたとき、Ｐｃ／Ｄｃ＝Ｐｄ／Ｄｄの関係が成立するものであってもよい。

また、前記コイル状推進部のコイルを構成する線材と前記螺旋状の凹部のそれぞれには互いに係合する歯車が設けられ、当該歯車が互いに噛み合いながら前記コイル状推進部と前記駆動ドラムが共に回動するものであってもよい。

また、前記コイル状推進部と前記駆動ドラムが共に回転する際に、前記コイル状推進部の前記駆動ドラムに対する相対的な移動を抑えるストッパー機構を備えるものであってもよい。

また、前記コイル状推進部の両端部の前記駆動ドラムと接していない領域における前記コイルの直径は、前記駆動ドラムと接している領域における前記コイルの直径より大きいものであってもよい。

また、前記線状部材は、前記コイル状推進部と係合する溝又は突起を有するものであってもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、空間内に配置されたグリッド状の線状部材と、回動可能に設けられ、前記線状部材と係合し、前記線状部材に懸架されるコイル状推進部と、前記コイル状推進部を回動させる駆動部と、前記コイル状推進部を貫通し、前記コイル状推進部に懸架され、少なくとも前記駆動部を含む構成要素を支持するローラーと、を有する、懸架型移動装置と、を備える、懸架型移動システムが提供される。

本発明によれば、重量に逆らって保持される際に落下に対する安全性を大幅に高めることが可能な懸垂型移動装置及び懸垂型移動システムを提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るシステムの概略構成を示す模式図である。 推進ロボット部がグリッドガイドの素線に係合している様子を示す模式図である。 推進ロボット部がグリッドガイドの素線に係合している様子を示す模式図である。 図３の状態から素線を除いた、推進ロボット部の単体での状態を示す模式図である。 推進ロボット部の推進コイルを駆動する駆動部の詳細を示す模式図である。 推進コイルの推進コイル端部の円形状の直径を、他の部分より大きくした例を示す模式図である。 本実施形態の起想の原点を示す模式図である。 グリッドガイドを構成する素線に推進コイルが係合する溝を設けた例を示す模式図である。 図８の溝の代わりに突起を設けた例を示す模式図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．本実施形態の概要
２．本実施形態に係るシステムの構成例
３．推進ロボット部の構成
４．推進ロボット部の動作

［１．本実施形態の概要］
例えば、足腰の弱いユーザーに対して、そのユーザーがベッドから起きて立ち上がり、床面を歩くことを支援するようなサービスを想定する。この場合、まずユーザーの体を支えてベッド上で起き上がらせる（ベッド上でのサービス）、床の上で歩行する際のアシストを行なう（床上でのサービス）、という一連のサービスの流れが考えられる。この場合、ベッド上から床上へとサービスの現場が変化するため、それを提供するロボットもまたベッド上から床上へ移動することが望ましいが、一般的な床の上を移動するロボットでは、ベッドなど床上に設置されているものが邪魔をしてしまうため困難である。このとき、ロボットが天井からぶら下がる形態であれば、このような移動を円滑に行うことが可能である。本実施形態は、ロボットなど、ある程度重量のあるものが天井付近で移動することを可能にし、なおかつ落下の心配が無い安全なシステムを提供するものである。

このため、本実施形態のシステムでは、支援ロボットの様な、ユーザーに様々なサービスを提供する移動システムであって、回転可能なコイル状の推進体と、これと係合されるように設けられる面状のグリッドガイドを有する。コイル状推進体と面状のガイドとの係合によりコイル状推進体が面状ガイドから懸垂され、さらにコイル状推進体を回転させることで移動が可能な、懸架型移動システムを提供する。

［２．本実施形態に係るシステムの構成例］
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係るシステムの概略構成について説明する。図１に示すように、このシステムは屋内などに設けられ、天井等から、懸架される格子形状のグリッドガイド１００と、グリッドガイド１００を移動する推進ロボット２００とからなる。図１に示すように、棚３００、ＴＶセット４００、壁面５００、または天井を移動してユーザである人間にサービスを提供すべきアシストロボット本体部６００等は、推進ロボット部２００によってグリッドガイド１００に懸架される。グリッドガイド１００は、互いに直交する横方向の素線１０２、縦方向の素線１０４を備えている。素線１０２と素線１０４とが交わる点では、素線１０２と素線１０４を互いに結合することができる。

推進ロボット２００は、推進コイル２０２を備えている。推進コイル２０２は、グリッドガイド１００を構成する素線１０２の１本にぶら下がるように、素線１０２に対して係合している。また、推進コイル２０２は、素線１０２と直交する素線１０４の少なくとも１本と係合している。推進ロボット部２００は、推進コイル２０２の他に、駆動ドラム２０４、駆動モータ２０６、駆動モータ２０６の回転を制御する回転制御部２０８を更に有して構成される。

推進ロボット部２００の推進コイル２０２が回動すると、素線１０２と直交する複数の素線１０４に順次に係合し、推進コイル２０２が素線１０２の長手方向に沿って移動する。これにより、推進ロボット部２００が素線１０２の長手方向に沿って移動する。このため、素線１０４のピッチは、少なくとも推進コイル２０２の全長よりも短く構成されている。従って、ユーザの指示に応じて推進ロボット部２００を移動させることにより、推進ロボット部２００に所望の動作を行わせることができる。図１の例では、手前に位置する４つの推進ロボット部２００により棚３００が吊り下げられているので、４つの推進ロボット２００を移動することにより、棚３００の位置を変更することができる。同様にして、ＴＶセット４００、壁面５００、アシストロボット本体部６００も移動することができる。

［３．推進ロボット部の構成］
図２及び図３は、推進ロボット部２００がグリッドガイド１００の素線１０２及び素線１０４に係合している様子を示す模式図である。ここで、図２は、推進ロボット部２００を下から斜め方向に見た状態を示している。また、図３は、推進ロボット部２００を上から斜め方向に見た状態を示している。また、図４は、図３の状態から素線１０２及び素線１０４を除いた、推進ロボット部２００の単体での状態を示している。

以下、図２〜図４に基づいて推進ロボット部２００の構成を詳細に説明する。推進ロボット部２００は、基台となるベース部材２１０と側板２１２を備え、ベース部材２１０の両側に側板２１２が、固定され、全体としてコの字型を成すように構成されている。両側の側板２１２には、回転軸２１４とサスペンドバー２１６の軸受けが形成されている。回転軸２１４には駆動ドラム２０４が固定され、サスペンドバー２１６にはローラー２１８が回転可能に係合される。

駆動ドラム２０４とローラー２１８の間には、推進コイル２０２を構成する素線が位置している。この際、ローラー２１８が推進コイル２０２の中を貫通するように位置し、駆動ドラム２０４と推進コイル２０２を構成する素線は互いに密着し、また推進コイル２０２を構成する素線とローラー２１８も互いに密着している。

ベース２１０の下面には駆動モータ２０６が固定され、その出力はギアによる減速機構を介してプーリー２２０へと導かれる。また、駆動ドラム２０４が固定された回転軸２１４の端部にもプーリー２２２が設けられ、駆動ベルト２２４によって駆動モーター２０６の出力が駆動ドラム２０４に伝達される。

図３及び図４に示すように、サスペンドバー２１６及びローラー２１８は、軸方向と直交する方向に２つ並べて配置されている。また、回転軸２１４及び駆動ドラム２０４も軸方向と直交する方向に２つ配置されている。２つのサスペンドバー２１６及びローラー２１８は、推進コイル２０２の中を貫通している。そして、推進コイル２０２の素線は、図３及び図４において手前側に位置するローラー２１８と駆動ドラム２０４の組によって挟まれており、この部位においてローラー２１８と素線が密着し、駆動ドラム２０４と素線も密着している。同様に、推進コイル２０２の素線は、図３及び図４において奥側に位置するローラー２１８と駆動ドラム２０４の組によって挟まれており、この部位においてローラー２１８と素線が密着し、駆動ドラム２０４と素線も密着している。図３及び図４において奥側に位置する駆動ドラム２０４が固定された回転軸２１４の端部にもプーリー２２２が設けられ、駆動ベルト２２６によって奥側の回転軸２１４にも駆動モーター２０６の出力が伝達される。これにより、手前側の駆動ドラム２２４と奥側の駆動ドラム２２４の双方が同じ方向に回動する。

図５は、推進ロボット部２００の推進コイル２０２を駆動する駆動部の詳細を示す模式図である。駆動ドラム２０４にはネジ状（螺旋状）のガイド溝２０４ａが設けられ、推進コイル２０２の素線がガイド溝２０４ａにはまり込むように構成されている。推進コイル２０２の外径をＤｃ、推進コイル２０２のピッチをＰｃ、駆動ドラム２１４の、推進コイル２０２と接するネジ状のガイド溝２０４ａの直径をＤｄ、ピッチをＰｄ、としたとき、Ｐｃ／Ｄｃ＝Ｐｄ／Ｄｄの関係が成立するように各寸法が定められている。

回転軸２１４の軸受け部は、回転軸２１４を回動可能に保持するインナー軸受け２３０が側板２１２に設けられた長穴に入り込むようになっており、長穴２１３の長手方向に可動で切るように構成されている。プッシャ−２３２は、駆動ドラム２１４、推進コイル２０２、ローラー２１８が常に密着するように、インナー軸受け２３０に矢印Ａ方向の押圧力を与えている。

［４．推進ロボット部の動作］
次に、推進ロボット部２００の動作について説明する。図３に示すように、推進コイル部は、グリッドガイド１００の横素線１０２のうちの１本に懸架されている。この時、推進コイル２０２は少なくても１本のグリッドガイド１００の縦素線１０４と交差（係合）している。

回転制御部２０８の指令を受けて回転する駆動モータ−２０６の回転力は、ギア機構（不図示）によって減速されプーリー２２０、伝達ベルト２２４、プーリー２２２によって回転軸２１４に伝達される。回転軸２１４には駆動ドラム２０４が固定されているので、駆動ドラム２０４も駆動モーター２０６により回転される。この際、推進コイル２０２はプッシャー２３２により駆動ドラム２０４に密着しているので、摩擦力によって推進コイル２０２も回転する。推進コイル２０２が回転すると、その一部に交差しているグリッドガイド１００の縦素線１０４の、推進コイル２０２と交差する位置が順次移っていくので、結果として推進コイル２０２はグリッドガイド１００に対して横素線１０２に沿った方向にと相対的に動く。

ここで、推進コイル２０２と駆動ドラム２０４の係合部は、推進コイル２０２の外径をDc、コイルのピッチをＰｃ、駆動ドラム２０４の、推進コイル２０２と接するねじ状のガイド溝２０４ａの直径をＤｄ、ピッチをＰｄ、としたとき、Ｐｃ／Ｄｃ＝Ｐｄ／Ｄｄの関係となるように作られているので、駆動ドラム２０４と推進コイル２０２の、回転軸方向の位置関係は一定に保たれる。すなわち、駆動ドラム２０４に対して推進コイル２０２が軸方向に移動することはない。また、推進コイル２０２のコイルを構成する線材と螺旋状のガイド溝２０４ａのそれぞれには互いに係合する歯車が設けられ、この歯車が互いに噛み合いながら推進コイル２０２と駆動ドラム２０４が共に回動するように構成しても良い。

上述した例では、推進コイル２０２のそれぞれの円形状の直径は均一であったが、図６に示すように、推進コイル２０２の、駆動ドラム２０４の長手方向から突き出た外側の部分に相当する推進コイル端部２０２ａの円形状の直径を、他の部分より大きくしても良い。これにより、推進コイル２０２がグリッドガイド１００を進む際に、推進コイル端部２０２ａが、グリッドガイド１００の横素線１０２に触れることを抑止でき、スムースな運転が可能になる。

また、駆動ドラム２０４にガイド溝２０４ａを設けない構成としても良い。この際、運転時に推進コイル２０２がグリッドガイド１００から回転軸方向に外力を受けるため、駆動ドラム２０４との相対的な位置を保つために、側板２１２の内側に推進コイル２０２と接触するテーパー状のストッパーを設けてもよい。また、ウォームギア等から構成される送り（静止）機構などによるストッパー機構を設けても良い。または、推進コイル２０２の位置を検出するセンサーを設け、推進コイル２０２の軸方向の位置を変更する制御手段を設けることによって、推進コイル２０２と駆動ドラム２０４との相対的な位置を保つようにしても良い。

図８は、グリッドガイド１００を構成する素線１０２に推進コイル２０２が係合する溝１０２ａを設けた例を示す模式図である。溝１０２ａの間隔は、推進コイル２０２のピッチと同一でも、異なってもよい。素線１０２に溝１０２ａを設けることによって、推進コイル２０２のコイルを構成する線材が溝１０２ａに係合し、素線１０４を設けることなく推進力を得ることができる。また、図９は、図８の溝１０２ａの代わりに突起１０２ｂを設けた例を示す模式図である。突起１０２ｂを設けた場合、推進コイル２０２が突起１０２ｂに係合するため、溝１０２ａを設けた場合と同様に素線１０４を設けることなく推進力を得ることができる。この場合においても、突起１０２ｂの間隔は、推進コイル２０２のピッチと同一でも、異なってもよい。

図７は、本実施形態の起想の原点を示している。図７に示すように、ある程度重量のあるものを壁や天井等に吊るす方法として、頻繁にフック７００が使用される。これは非常に簡単な構造で、かつ、マグネットや吸盤などと比較して落下の心配がない信頼性の高いものである。本実施形態では、フック７００の形状をコイル状に変更し、コイルを回転させることで、自律的な移動を可能としたもので、フック７００が本来有するシンプルで信頼性が高いという性質を損なうことなく利便性を向上させている。従って、本実施形態によれば、重量物を保持するためにマグネットやエアーポンプ等によるエネルギーが不要であるとともに、落下の心配がないので、安価にして安全な、天井移動システムの提供が可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１００ グリッドガイド
２００ 推進ロボット部
２０２ 推進コイル
２０４ 駆動ドラム
２１８ ローラー

Claims (16)

1. 回動可能に設けられ、空間内に配置された線状部材と係合し、前記線状部材に懸架されるコイル状推進部と、
   前記コイル状推進部を回動させる駆動部と、
   を備える、懸架型移動装置。
2. 前記コイル状推進部を貫通し、前記コイル状推進部に懸架され、少なくとも前記駆動部を含む構成要素を支持するローラーを更に備える、請求項１に記載の懸架型移動装置。
3. 前記駆動部による前記コイル状推進部の回動を制御する制御部を備える、請求項１に記載の懸架型移動装置。
4. 前記線状部材は、第１の素線と前記第１の素線と交差する複数の第２の素線とからなるグリッド状に構成され、
   前記コイル状推進部は、前記第１の素線が貫通して前記第１の素線に懸架され、前記コイル状推進部の回転に伴って前記複数の第２の素線がコイルのピッチ間に順次に係合する、請求項１に記載の懸架型移動装置。
5. 前記ローラの長さは前記コイル状推進部の全長よりも長く、前記コイル状推進部の外に突出した前記ローラの端部に前記駆動部を含む構成要素が懸架される、請求項１に記載の懸架型移動装置。
6. 前記ローラに懸架される前記駆動部を含む構成要素に対して、前記ローラが相対的に回動可能とされた、請求項１に記載の懸架型移動装置。
7. 前記駆動部は、前記コイル状推進部の外周に密着して前記コイル状推進部とともに回動する駆動ドラムと、前記駆動ドラムを回動させる駆動モータとを含む、請求項１に記載の懸架型移動装置。
8. 前記駆動ドラムは前記コイル状推進部のコイルを構成する線材を介して前記ローラと対向し、前記駆動ドラムと前記ローラとの間に前記コイル状推進部のコイルを構成する線材が挟持されている、請求項７に記載の懸架型駆動装置。
9. 複数の前記ローラと、前記コイル状推進部のコイルを構成する線材を介して前記複数のローラのそれぞれと対向して前記線材を挟持する複数の前記駆動ドラムを備える、請求項８に記載の懸架型駆動装置。
10. 前記駆動ドラムには、前記コイル状推進部のコイルを構成する線材と密着して係合する螺旋状の凹部が形成され、前記コイルの螺旋の方向と前記凹部の螺旋の方向を反対方向とすることにより、コイル状推進部が前記駆動ドラムに対して回転軸方向に移動しないように構成された、請求項７に記載の懸架型移動装置。
11. 前記コイル状推進部の外径をＤｃ、前記コイル状推進部のコイルのピッチをＰｃ、前記駆動ドラムの前記螺旋状の凹部の直径をＤｄ、前記螺旋状の凹部のピッチをＰｄ、としたとき、Ｐｃ／Ｄｃ＝Ｐｄ／Ｄｄの関係が成立する、請求項１０に記載の懸架型移動装置。
12. 前記コイル状推進部のコイルを構成する線材と前記螺旋状の凹部のそれぞれには互いに係合する歯車が設けられ、当該歯車が互いに噛み合いながら前記コイル状推進部と前記駆動ドラムが共に回動する、請求項１０に記載の懸架型移動装置。
13. 前記コイル状推進部と前記駆動ドラムが共に回転する際に、前記コイル状推進部の前記駆動ドラムに対する相対的な移動を抑えるストッパー機構を備える、請求項７に記載の懸架型移動装置。
14. 前記コイル状推進部の両端部の前記駆動ドラムと接していない領域における前記コイルの直径は、前記駆動ドラムと接している領域における前記コイルの直径より大きい、請求項７に記載の懸架型移動装置。
15. 前記線状部材は、前記コイル状推進部と係合する溝又は突起を有する、請求項１に記載の懸架型移動装置。
16. 空間内に配置されたグリッド状の線状部材と、
    回動可能に設けられ、前記線状部材と係合し、前記線状部材に懸架されるコイル状推進部と、前記コイル状推進部を回動させる駆動部と、前記コイル状推進部を貫通し、前記コイル状推進部に懸架され、少なくとも前記駆動部を含む構成要素を支持するローラーと、を有する、懸架型移動装置と、
    を備える、懸架型移動システム。

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