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階段昇降用展開構造車輪を用いた車輪型移動ロボット

日本大学 理工学部 精密機械工学科

准教授 入江 寿弘

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• 施設、建築物バリアフリー化–公共施設

• エレベータの設置• 既存の階段にリフトを設置

–一般の施設や建物• 様々な障害が存在

–歩道と車道の縁石などの段差–車イスは小さな段差でも通行が困難

• 老朽化により改修の計画が進まない施設–介助者なしでは通行や横断は困難

研究背景

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スロープによるバリアフリー化 入口の段差

段差の状況自習室前の階段

バリアフリー化の現状

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• 車輪を用いた移動方法–平面上の移動に適している–段差がある場所での移動に適さない

• 脚を用いた移動方法–段差がある場所での移動に優位–機構及び制御が複雑

• 両方の長所を併せ持つ移動方法

車輪を変形させ，平地と階段の両方に対応することができる移動ロボットの実現

研究目的

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• 従来の移動ロボット–段差乗り越え

• 脚–機構が複雑

• クローラー– ある程度実用化

• 車輪型–大きな段差乗り越えは不向き

• 平地での走行では車輪型の方が走行性能にすぐれている

ロボット技術を用いた取り組み

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脚機構ロボットである程度の歩行は可能だが実用化には様々な問題がある

脚機構ロボットの試作とシミュレーション・実機による動作検証

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• 段差乗り越え車輪による移動ロボット– 平地走行時

• 車輪の走行性能– 段差乗り越え時

• 車輪を変形させて対応• 車輪が変形する機構は若干複雑• 脚やクローラーに比べ十分実用的な移動方法

• 車輪の形状を変化させることは通常の車両ではありえない– 構造的に高速走行時の負荷に耐えられない

• 低速で走行する場合は実現の可能性がある• 同じ構造の方法は現在考案されていない• 実現の可能性の検討はまだ十分ではない

– 機構を考案しシミュレーション、実機で検証

提案のロボット

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発明の名称 出願人 発明者 国内出願番号 国内出願日• 車輪型ロボット 学校法人日本大学 入江寿弘 特願2008-242615 2008/9/22• 段差乗り越え車輪及び車輪型ロボット 学校法人日本大学 入江寿弘 特願2008-334566 2008/12/26

開発中の移動ロボット

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発明の名称 出願人 発明者 国内出願番号 国内出願日③ 段差乗越車輪及び車輪型ロボット 学校法人日本大学 入江寿弘 特願2009-181468 2009/8/4

開発中の車輪展開機構

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楕円状小車輪 勾玉型小車輪

車輪形状

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車輪の回転

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展開車輪による段差乗り越え

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試作中の段差乗り越え車輪

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平面移動時 階段移動時

車輪展開状況

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• 変形と駆動用に軸を2本使用• 歯車により、小車輪を変形．• デファレンシャルギヤにより、小車輪と十字フレームを同期

伝達機構全体図

車輪展開機構

16近楕円型小車輪による動作

① ②

③ ④

楕円状小車輪の段差シミュレーション

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勾玉型小車輪による動作

① ②

③ ④

勾玉状小車輪の段差シミュレーション

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楕円状小車輪の段差乗越え実験

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想定される業界

• 利用者・対象電動車イス、業務用掃除ロボット、警備ロボット

原子炉施設内移動ロボット、無人搬送者、移動ロボット研究用、林業・農業用ロボット、偵察ロボット、各種サービスロボット

●市場規模サービス、農林水産分野

など今後拡大の可能性が

ある。

http://robonable.typepad.jp/news/2010/04/23nedo.html

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実用化に向けた課題

• 現在、小型の試作機での動作実験を行っているが、実用機の実現に向けて機構の改良、軽量化などが必要

• 今後、実用化に向けての構造の最適化、動作シミュレーション、実機による動作検証を行う。

• 実用化に向けて、電動車イスや電動台車程度のペーロードと走行速度を目指す。

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企業への期待

• 未解決の軽量化については、複合材料や構造の最適化により克服できると考えている。

• 複合材料の製造技術を持つ、企業との共同研究を希望。

• また、移動ロボットや警備ロボットを開発中の企業、農業・林業分野への展開を考えている企業には、本技術の導入が有効と思われる。

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本技術に関する知的財産権• 発明の名称 ：車輪型ロボット• 出願番号 ：2009-212464• 発明者 ：入江 寿弘• 出願人 ：学校法人 日本大学

• 発明の名称 ：段差乗越車輪及び車輪型ロボット• 出願番号 ：2009-181468• 発明者 ：入江 寿弘，片山 大地，阿部 剛大，宮下 正好• 出願人 ：学校法人 日本大学

• 発明の名称 ：段差乗越車輪及び車輪型ロボット• 出願番号 ：2008-334566• 発明者 ：入江 寿弘• 出願人 ：学校法人 日本大学

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お問い合わせ先

日本大学産官学連携知財センター(NUBIC)

担当部署：研究推進部知財課

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