CN107614366A - 摇臂式转向架 - Google Patents

Abstract

摇臂式转向架包括：第1基座，其具有分别能接地于第1平面的第1车轮、第2车轮、及第3车轮；第2基座，其具有能接地于上述第1平面的第4车轮；以及旋转轴，其将上述第1基座和上述第2基座连接，使得上述第2基座相对于上述第1基座旋转自如。上述旋转轴与将上述第1车轮的旋转中心和上述第2车轮的旋转中心连接的第1直线平行，且被配置在上述第3车轮的旋转中心与上述第1直线之间，上述第4车轮隔着上述第1直线而被配置在与上述第3车轮相反侧。

Description

摇臂式转向架

技术领域

本发明涉及摇臂式转向架(rocker bogie)。

本申请基于2015年3月24日向美国临时申请的美国申请号为62/137，249的申请而主张优先权，并将其内容援引于此。

背景技术

具有车轮的机器人等的移动机构中所要求的事项是通过性、敏捷性、及稳定性。所谓具有车轮的机器人的通过性，是指对于所有的形状的路面，在车轮接地的状态下，在稳定地保持机器人主体的重量平衡的同时，进行移动而不会翻倒或者在移动途中变成不能动作状态的能力。此外，所谓具有车轮的机器人的敏捷性，是指方向转换、保持着姿势的状态下的移动、运动的轻快状况这样的、用于实现机器人的作业在空间上、时间上的效率化、多样化的能力。为了平衡地确保这些各种性能、且能够以现实的成本进行运用，希望设计最合适的构造。

在图16所示的以往的四轮构造机构100中，在前方呈同一直线状地配置有分别进行驱动的2个驱动轮101，在其后方配置有能够在水平面中自由转向的脚轮车轮102。在采用以往构造的情况下，在具有各种各样的凹凸的路面上，能够至少使四轮中的三轮接地地行驶，具有一定程度的通过性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利5，240，683号

专利文献2：日本专利3，559，826号

发明内容

发明要解决的课题

但是，在以往的四轮构造机构100的情况下，在开始攀登坡道或者障碍物时，重心G向四轮构造机构100的车身后方移动。如上所述，在以往的四轮构造机构100中，由于2个驱动轮101处于前方，所以，该2个驱动轮101与路面的接地力较弱，有的情况下，无法得到用于攀登坡道的充分的驱动力。并且，在凹凸较多的路面上行驶时，有可能由于坡道的顶端或者障碍物的顶点与车身接触而使得车身被撑起、驱动轮101空转，四轮构造机构100陷于不能动作状态。

此外，在以往的四轮构造机构100中，为了确保稳定性，重心G被配置在由4个车轮的接地点形成的四边形的大致中心。有时为了使该四轮构造机构100在水平面上原地旋转，使被配置在前方的2个驱动轮101彼此向反方向旋转。此时，四轮构造机构100的旋转中心在将前方的2个驱动轮101的中心连接的线段的中点附近，该旋转中心与四轮构造机构100的重心G不一致。因此，若使四轮构造机构100原地旋转，则由于产生较大的惯性力矩，会妨碍四轮构造机构100的机敏的动作。此外，四轮构造机构100的旋转轨道成为至少通过被配置在前方和后方的4个车轮的接地点的圆，与后述的具有相对2轮构造的摇臂式转向架200相比，旋转半径增大。

也就是说，现有方式的四轮构造机构100尽管具有一定的通过性，有时却无法应对起伏剧烈的凹凸路面。此外，由于旋转中心远离重心G，所以惯性力矩较大，且旋转轨道较大，因此，存在敏捷性较低这样的问题。

此外，作为其它的具有4个车轮的构造的驱动机构，如图17所示，存在所谓的相对2轮构造机构200，该相对2轮构造机构200在中央处于同一直线地配置有分别进行驱动的2个驱动轮201，并在其前后对称地配置有能够在水平面上自由转向的2个脚轮车轮202。在相对2轮构造的情况下，与以往的四轮构造机构相比，由于旋转中心与重心G一致，所以惯性力矩变得最小，并且，在原地水平方向旋转时，能够以最小的旋转半径进行旋转。因而，能够期待胜任拐小弯的、机敏且轻快的移动。

但是，以往的相对2轮构造机构200中，由于所有的车轮由同一构造体支承，所以，在开始攀登凹形状的路面的坡道或者台阶时，其构造有可能导致驱动轮悬空或者接地载荷下降，结果驱动轮201空转、陷入不能动作状态。此外，在驱动轮通过凸形状的路面的坡的顶端或者障碍物时，车身整体变得不稳定，悬起的行进方向的脚轮车轮202在下一瞬间会突然接地，主体向行进方向急剧旋转，会对车体整体施加较强的冲击。由此，存在在最坏的情况下会翻倒这样的问题。因而，相对2轮构造机构200尽管具有原地旋转等敏捷性，但反过来也存在针对凹凸和激烈的起伏的通过性较低这样的问题。

此外，作为具有6个车轮的构造的机构，可举出摇臂式转向架机构。存在如下构造：在图18所示的摇臂式转向架300的车身的前方部和后方部分别具有2轮的脚轮车轮302、303，在车身的中央具有相对2轮的驱动轮304。在该构造中，对后方部的脚轮车轮303进行支承的支承构件被构成为能够借助旋转机构305相对于支承前方部的脚轮车轮302及中央的驱动轮304的支承构件进行旋转。因此，在开始攀登作为凹形状的路面的坡道或者障碍物时，或者在驱动轮304来到作为凸形状的路面的坡道的顶端时等，车轮会平顺地接地，并进行重心G的转移，各车轮以贴路面的方式接地，并能够得到良好的驱动性能。因而，车身的重心平衡稳定，在通行凸形状路面时，翻倒的危险性也被充分降低。此外，在原地水平方向旋转时，能够将重心G配置在相对的驱动轮394的中央，能够使重心G与旋转中心一致。

但是，为了构成摇臂式转向架300的构造，需要6个车轮，并且，需要对后方部的脚轮车轮分别配备独立的连杆机构。因此，与四轮的构成相比，构造变得复杂，所需的零件个数增加，成本升高。此外，原地水平方向旋转时的旋转半径也与仅用4个车轮构成的相对2轮构造相比变大。并且，六轮构成的摇臂式转向架构造中，由于重心向车轮的配置方向移动的情况(例如在坡道上下降的情况、在行驶中进行制动的情况等)下的重心的前方移动极限角度比通常的构造窄，所以，在重心位于比旋转机构305靠前方的位置的情况下，会向前方向翻倒。

本发明是鉴于该情况而完成的，目的在于得到一种四轮构造的摇臂式转向架，其实现机敏的动作和低成本，且还具有以贴地方式通过障碍物的功能。

用于解决课题的手段

为了解决上述问题，本发明的第1方式的摇臂式转向架包括：第1基座，其具有分别能接地于第1平面的第1车轮、第2车轮、及第3车轮；第2基座，其具有能接地于上述第1平面的第4车轮；以及旋转轴，其将上述第1基座和上述第2基座连接，使得上述第2基座相对于上述第1基座旋转自如。并且，上述旋转轴与将上述第1车轮的旋转中心和上述第2车轮的旋转中心连接的第1直线平行，且被配置在上述第3车轮的旋转中心与上述第1直线之间，上述第4车轮隔着上述第1直线而配置在与上述第3车轮相反侧。

也可以是，上述摇臂式转向架还包括被载置在上述第2基座上的构造物，上述构造物的重心在俯视时处于上述第3车轮的旋转中心与上述第1直线之间。

也可以是，上述第1车轮及上述第2车轮是能分别地驱动的驱动轮，上述第3车轮及上述第4车轮是脚轮。

也可以是，在从左右方向外侧观察的情况下，从上述第3车轮的接地位置到上述旋转轴的距离与从上述第1直线到上述旋转轴的距离的比例为2：1。

也可以是，在从左右方向外侧观察的情况下，从上述第4车轮的接地位置到上述第1直线的距离与从上述旋转轴到该第1直线的距离的比例为3：1。

也可以是，在从左右方向外侧观察的情况下，从上述第3车轮的支承轴到上述旋转轴的距离与从上述第1直线到上述旋转轴的距离的比例为2：1。

也可以是，在从左右方向外侧观察的情况下，从上述第4车轮的支承轴到上述第1直线的距离与从上述旋转轴到该第1直线的距离为3：1。

也可以是，上述摇臂式转向架还包括旋转制动机构，上述旋转制动机构在上述第4车轮从接地面离开时，限制旋转轴在上述第4车轮从接地面离开的方向上的旋转。

也可以是，在被放置在水平面上的状态下，上述旋转轴在铅直方向上的位置被配置为与上述第一直线的位置相同或比其靠铅直下侧。

发明效果

根据本发明的上述方式的摇臂式转向架，不会增多零件个数，就能够廉价地实现较高的敏捷性和在不规则地面上的较高的通过性。

此外，如果设置旋转制动机构，则还能够针对摇臂式转向架构造的缺点、即向前方向的翻倒极限角进行改善，能够维持与通常的相对2轮构造的四轮车同等的翻倒极限角度，确保安全的行驶。

附图说明

图1A是表示本发明的实施方式的摇臂式转向架的俯视立体图。

图1B是表示本发明的实施方式的摇臂式转向架的俯视图。

图1C是表示本发明的实施方式的摇臂式转向架的主视图。

图1D是表示本发明的实施方式的摇臂式转向架的侧视图。

图2A表示摇臂式转向架1通过凸形状的路面时的状态。

图2B表示摇臂式转向架1通过凹形状的路面时的状态。

图3是用于说明本发明的实施方式的摇臂式转向架的旋转机构的图。

图4A表示摇臂式转向架1开始攀登斜面时的车轮的接地状态。

图4B表示摇臂式转向架1完成攀登斜面时的车轮的接地状态。

图4C表示摇臂式转向架1开始在斜面上下降时的车轮的接地状态。

图4D表示摇臂式转向架1完成在斜面上下降时的车轮的接地状态。

图4E表示摇臂式转向架1攀登台阶时的车轮的接地状态。

图4F表示摇臂式转向架1从台阶下降时的车轮的接地状态。

图4G表示摇臂式转向架1越过障碍物时的车轮的接地状态。

图5是用于说明摇臂式转向架1的原地旋转的图。

图6表示摇臂式转向架1急停时的举动。

图7表示具有旋转制动机构20的摇臂式转向架1A。

图8表示具有旋转制动机构30的摇臂式转向架1B。

图9表示摇臂式转向架1B的旋转制动机构30的细节。

图10表示摇臂式转向架1B的旋转制动机构30的锁定前的状态。

图11表示摇臂式转向架1B的旋转制动机构30因急停而被锁定的状态。

图12表示摇臂式转向架1B的旋转制动机构30因车轮5陷入洼坑而被锁定的状态。

图13A表示设置2个旋转制动机构30的情况的构成例。

图13B表示设置3个旋转制动机构30的情况的构成例。

图13C表示设置4个旋转制动机构30的情况的构成例。

图14表示摇臂式转向架1急起步时的举动。

图15A是表示摇臂式转向架1C的俯视立体图。

图15B是表示摇臂式转向架1C的主视图。

图15C是表示摇臂式转向架1C的侧视图。

图16表示以往的4轮构造机构100。

图17表示以往的相对2轮构造机构200。

图18表示以往的具有6个车轮的构造的摇臂式转向架300。

具体实施方式

以下基于优选的实施方式说明本发明。

[四轮摇臂式转向架构造及其动作原理]

在图1A～1D中表示本发明的一实施方式的摇臂式转向架1。图1A是摇臂式转向架1的俯视立体图，图1B是摇臂式转向架1的俯视图，图1C是摇臂式转向架1的主视图，图1D是摇臂式转向架1的侧视图。

如图1A～1D所示，作为相对的2轮的驱动轮的车轮(第1车轮)2、车轮(第2车轮)3及在其前方配置的车轮(第3车轮)4被载置于构造物(第1基座)6上，在后方配置的车轮(第4车轮)5被载置在构造物(第2基座)7上。并且，构造物7借助具有旋转轴的旋转机构8而与构造物6连接。

此外，作为主体的构造物9被载置在构造物7上。

在中央配置的2轮的驱动轮2、3能够分别独立地驱动。在前进时，使驱动轮2、3以相同速度正旋转，在后退时，使驱动轮2、3以相同速度逆旋转。此外，在使摇臂式转向架1在水平方向旋转时，使驱动轮2、3彼此向反方向旋转。

车轮4、5是脚轮，能够在水平面上旋转而朝向自由的方向。需要说明的是，在本实施方式中，车轮4、5不具有驱动机构。

需要说明的是，车轮4、5不限定于脚轮，也可以适当采用球轮(ball caster)或作为全方向车轮的全向轮(omni wheel)(注册商标)。

作为车轮4、5，如果使用脚轮，则能够实现廉价且行驶性能较高的摇臂式转向架。

另一方面，作为车轮4、5，如果使用球轮或全向轮，则俯视时的分别连结构造物6及7和车轮4及5的支承轴4a、5a的位置、与车轮4、5的接地点始终处于相同位置。因此，能够实现行驶时的稳定性更高的摇臂式转向架。此外，如果是球轮或全向轮，则不需要如脚轮那样设置用于进行绕支承轴4a、5b的旋转(摇摆(yawing))的空间。

构造物6及构造物7是板状，在本实施方式中，分别在俯视时具有三角形状。作为构造物6及构造物7的材料，使用金属、木、树脂材料、陶瓷等即可，只要具有适合于用途的特性就没有限定。

在本实施方式中，如图5所示，由于能够使重心G处于驱动轮2、3的中点，所以，在使摇臂式转向架1在水平方向旋转时，旋转中心C与重心G一致。因而，不会因重心G而产生惯性力矩。此外，在本实施方式中，车轮是4个，在原地水平方向旋转时，由于以4个车轮2～5的中心为轴进行旋转，所以，如图5的箭头所示，能够以更小的旋转半径旋转。因而，能够进行利于拐小弯的、机敏且轻快的移动。

在此，在本实施方式中，将与驱动轮2、3的车轴平行的方向称为左右方向，将在水平方向中与驱动轮2、3的车轴垂直的方向称为前后方向，将设置车轮4的这一侧作为前侧，将设置车轮5的这一侧作为后侧。此外，将摇臂式转向架1放置在水平面上时的铅直方向称为上下方向，将铅直方向上侧作为上侧，将铅直方向下侧作为下侧。

如图3所示，旋转机构8包括：固定构件11，其是被固定在构造物6上的部分；固定构件12a和固定构件12b，其被固定在构造物7上；以及旋转轴13。固定构件12a和固定构件12b被夹着固定构件11地配置。固定构件11、12a、12b被配置在旋转轴13上，结果，构造物7相对于构造物6以旋转轴13为中心进行旋转。

如图1B所示，旋转轴13被配置为与相对的驱动轮2、3的车轴(第1直线)A平行，且旋转轴13的垂直投影线被投影到由车轮2、3及4形成的接地三角形内的方式。

在导入了这样的旋转机构8时，从侧面观察构造物的绕旋转轴的动作时，成为图2那样。图2A是通过凸形状的路面时的状态，图2B是通过凹形状的路面时的状态。

此外，图4A～4G表示具有旋转机构8的摇臂式转向架1实际通过斜面等时的各车轮的接地状态。图4A表示摇臂式转向架1开始攀登斜面时的车轮的接地状态，图4B表示摇臂式转向架1完成攀登斜面时的车轮的接地状态，图4C表示摇臂式转向架1开始从斜面上下降时的车轮的接地状态，图4D表示摇臂式转向架1在斜面上完成下降时的车轮的接地状态，图4E表示摇臂式转向架1爬升台阶时的车轮的接地状态，图4F标示摇臂式转向架1从台阶下降时的车轮的接地状态，图4G表示越过障碍物时的车轮的接地状态。

摇臂式转向架1由于具有旋转机构8，从而在各种各样的形状的路面上，能够如图4所示这样，在驱动轮中维持充分的接地力的状态下通过而不会空转，此外，能够在所有的车轮接地的状态下通过。并且，摇臂式转向架1由于具有旋转机构8，从而能够在抑制了急剧地向行进方向的旋转的状态下，最终使车身整体的平衡稳定地进行移动。

通常，在将摇臂式转向架1放置在水平面上的情况下，在想要使得对四轮稳定地均等地施加载荷时，包含构造物9的整体的重心被调整为位于相对2轮(车轮2、3)的车轴A的中央的正上方。

此外，在想要如图1D那样在车轮2、3、4均等地施加载荷时，从左右方向外侧观察时的连接构造物6和构造物7的旋转轴13至连接车轮2、3的接地点的直线的距离a、与旋转轴13至车轮4的接地点的距离b1的比率为a：b1＝1：2。此外，为了使得车轮5和其它车轮的载荷均等，从左右方向外侧观察时的从重心G向水平面的投影点至旋转轴13向水平面的投影线的距离c、与从车轮5的接地点至重心G向水平面的投影点的距离d1的比率为c：d1＝1：3的比例。

此外，在使用脚轮作为车轮4和5的情况下，由于摇摆，车轮3、4的接地点相对于旋转轴13或重心G的相对位置会根据行驶方向而变化。

图1D中的距离b1及d1设想了向前方向行驶的摇臂式转向架1的脚轮的状态。

另一方面，也可以考虑向后方向的行驶或旋转而基于车轮4及5与支承轴4a、5b的位置关系来进行设计。

在此情况下，使从左右方向外侧观察时的连接构造物6和构造物7的旋转轴13至连接车轮2、3的接地点的直线的距离a、与旋转轴13至车轮4的支承轴4a的距离b2的比率为a：b2＝1：2即可。此外，使从左右方向外侧观察时的从重心G向水平面的投影点至旋转轴13向水平面的投影线的距离c、与从车轮5的支承轴5a至重心G向水平面的投影点的距离d2的比率为c：d2＝1：3即可。

本实施方式的摇臂式转向架1的由构造物6及车轮2～4构成的构造是3轮的车轮构造，因此，只要路面未接触车体，在任何形状的路面上都能够良好地接地。

此外，在本实施方式的摇臂式转向架1中，构造物6、7由具有与连接车轮2、3的接地点的直线平行的旋转轴13的旋转机构8连接，具有绕该旋转轴13旋转的自由度。也就是说，由车轮5和构造物7构成的构造不会妨碍由车轮2～4和构造物6构成的3轮构造的接地状况。因而，只要路面不接触由车轮5和构造物7构成的构造，就能够使其与各种各样的形状的路面良好地接地。

此外，通过在构造物7上载置作为主体的构造物9，从而如果路面不接触构造物6、7，则各车轮可以沿着多样的路面的形状各自独立地产生良好的接地状况。

需要说明的是，在本实施方式中，设想了得到针对车轮直径1/4左右的高度的台阶、10～20度左右的斜面的通过性能。

[关于旋转制动机构]

此外，在作为主体的构造物9的高度尺寸较高的情况下，在急停时等，摇臂式转向架有可能向前方翻倒。其原因在于，由于急停导致在车轮5抬起的方向上产生力矩，且构造物9经由旋转轴而旋转。关于向前方的翻倒性能，若重心的垂直投影线位于比旋转轴靠前方的位置则会翻倒，这与在通常的相对2轮的情况下如果重心的垂直投影线未位于比车轮4的接地点靠前的位置就不会翻倒的情况相比，在距中心的距离这方面，富余量恶化到1/3左右。

该恶化的原因在于，通过采用本实施方式这样的摇臂式转向架构造，从而向前方的翻倒会以旋转轴13为中心来发生。因此，通过在如图6A的右图的箭头所示那样要向前方倒的情况下对以旋转轴13为中心的向前方(车轮5从接地面离开的方向)的旋转进行制动，从而能够避免翻倒。

此外，为了改善向前方的翻倒性能，也可以在旋转轴13上安装旋转制动机构。旋转制动机构具有如下结构：若车轮5的接地力变成大致零，则制止旋转轴13向车轮5从接地面离开的方向的旋转。

[前方翻倒极限性能的提高策略及其动作1]

使用图7表示利用车轮5的接地载荷因重心向前方移动而减少的现象，实现使上述的旋转制动机构20工作的例子。

在图7中表示具有旋转制动机构20的摇臂式转向架1A。需要说明的是，对于与摇臂式转向架1相同的构成要素标注相同的附图标记，并省略说明。

旋转制动机构20包括伸长弹簧21、棘轮22、卡合构件23、棘爪24、以及上下移动杆25。

在摇臂式转向架1A中，在上下移动杆25的下端设置车轮5。上下移动杆25的上端位于比构造物7靠上的位置，并可旋转地与卡合构件23连接。

伸长弹簧21能够借助上下移动杆25使车轮5在上下方向移动。伸长弹簧21的一端被安装在构造物7上，伸长弹簧21的另一端被安装在上下移动杆25上。此处，伸长弹簧21被设定为，若车轮5的接地载荷减少则伸长，若车轮5接地则收缩。若伸长弹簧21伸长，则上下移动杆25及车轮5向下方向移动。

卡合构件23被从上下移动杆25的上端向棘轮22(旋转轴13)呈直线状地设置。卡合构件23的一端经由旋转轴连接在上下移动杆25的上端。在卡合构件23的另一端设置有以与棘轮22啮合的方式加工的棘爪24。此外，卡合构件23的任意的中间点与构造物7经由旋转轴而连接。

棘轮22被镶嵌在旋转轴13上，并被固定于构造物6。需要说明的是，虽未图示，但是，在车轮5接地而伸长弹簧21未伸长的状态下，卡合构件23(棘爪24)不与棘轮22卡合，在如图7所示那样利用伸长弹簧21使上下移动杆25向下方向移动时，卡合构件23的棘爪24与棘轮22啮合。

以下，详细说明到旋转制动机构20避免摇臂式转向架1A向前方翻倒为止的动作。

若因急停等而对摇臂式转向架1A作用前方向的力、车轮5的接地载荷减少，则如图7所示，被安装在车轮5上的弹簧21会伸长。由此，车轮5的上下移动杆25向下方向(使车轮5远离构造体7的方向)移动。其结果是，被连接在上下移动杆25上的旋转制动机构20的卡合构件23的另一端向下方下降。由此，卡合构件23以卡合构件23与构造物7的旋转轴为中心进行旋转，从而被形成在卡合构件23的一端的棘爪24以向上方上升的方式移动。结果，棘爪24与棘轮22啮合，利用旋转制动机构20限制构造物7向使车轮5远离构造体7的方向旋转。因此，在该状态下，构造物6与构造物7之间被绑定而避免向前方的翻倒动作。结果，即使重心的垂直投影点位于比旋转轴13靠前方的位置，只要不超过车轮4的接地点地位于前方，就能够实现不会翻倒的构造。

此外，若重心向后方下降，变成对车轮5施加适度的重量的状态，则棘爪24从棘轮22分离，构造物7变得能够以旋转轴13为中心相对于构造物6自由旋转。

[前方翻倒极限性能的提高策略及其动作2]

在图8中表示具有旋转制动机构30的摇臂式转向架1B。对于与摇臂式转向架1相同的构成要素标注相同的附图标记，并省略说明。

作为又一个防止向前方翻倒的方法，存在将构造物7一分为二的方法。在图8所示的摇臂式转向架1B中，上述的摇臂式转向架1的构造物7包括：构造物7a，其具有后方的车轮；以及构造物7b，其被叠置在构造物7a之上，并对作为主体的构造物9进行支撑。

在构造物6上设置有具有旋转轴13的旋转机构8。此外，构造物7a和构造物7b被安装为以旋转轴13为中心进行旋转的方式。作为主体的构造物9被设置在构造物7b上。

通常，构造物6介由3个车轮2～4而与地面接地，构造物7a被构造物6支承，且介由车轮5而与地面接地。构造物7b被构造物6支承，且也被构造物7a支承。在这样的构造中，若因紧急制动等而急停，则构造物7a和构造物7b以旋转轴13为中心向前方旋转。需要说明的是，构造物6在构造上重心较低，在急停时极端地旋转的可能性较低。

在摇臂式转向架1B中，利用构造物7a及构造物7b相对于构造物6的旋转，构成旋转制动机构30。旋转制动机构30包括工作杆31、棘轮32、棘爪33、及伸长弹簧34。

如图9所示，旋转制动机构30被设置在具有旋转轴13的旋转机构8的左右方向的外侧。工作杆31在作为构造物7a的后方的端部的、旋转机构8的左右方向的两侧分别安装有1个，并支承下述的棘爪33。棘轮32被设置在工作杆31的下方，并被固定在构造物6上，不旋转。棘爪33及伸长弹簧34被配置在工作杆31及棘轮32的上方，并被安装在构造物7b上。如图10所示，棘爪33的顶端部被构成为能够利用伸长弹簧34而从上方向下方移动。伸长弹簧34在工作杆31支承着棘爪33的状态下被压缩。也就是说，若构造物7b相对于构造物7a相对旋转，则解除工作杆31对棘爪33的支承，基于伸长弹簧34的复原力，棘爪33的顶端被向下方向下压，棘爪33与棘轮32啮合。需要说明的是，在图10～13中为了容易观察旋转制动机构30的构成，适当省略了旋转机构8等的记载。

说明棘爪33与棘轮32啮合的情况的细节。在构造物7b未相对于构造物7a相对旋转的状态下，棘爪33不会与棘轮32接触，而是在即将接触之前的位置，棘爪33被工作杆31制止。因此，在通常的状态下，构造物7a及构造物7b相对于构造物6自由旋转。即，只要构造物7a和构造物7b是一体，棘爪33就不会向下方移动。

另一方面，在构造物7a和构造物7b变得不是一体时，即构造物7b从构造物7a离开时，如图11所示，棘爪33从工作杆31离开。由此，被工作杆31支承着的棘爪33的顶端在伸长弹簧34的复原力的作用下向下方向移动。通过该移动，棘爪33与棘轮32啮合。其结果，构造物7a与构造物7b之间的旋转被旋转制动机构30制止，能够防止摇臂式转向架1B翻倒。

需要说明的是，如图12所示，即使在行驶中成为车轮5突然陷入凹坑R的状态，旋转制动机构30也会工作，并对构造物7a及构造物7b相对于构造物6的旋转施加锁定。但是，在此情况下，由于构造物7a及构造物7b会向被锁定的方向的反方向旋转，故旋转未被制止。

此外，在图13A～13C中分别表示设置2个、3个、4个旋转制动机构30的情况下的构成例。如果旋转制动机构30的数量被设置得较多，则紧急制动时的力被分散，能够防止旋转制动机构30的破损，因此优选。需要说明的是，在设置多个旋转制动机构30的情况下，也可以对构造物7b及构造物7a进行构件的追加等，以便能够适当设置工作杆、棘爪、伸长弹簧。

此外，在上述说明中，示出了作为旋转制动机构而使用了棘轮的结构。但是，本发明只要是避免摇臂式转向架向前方翻倒的机构，就不限定于此。例如，也可以搭载用于控制构造体彼此的相对旋转的电路并进行电控制，也可以用绳或伸长弹簧等将构造物6的上表面和构造物7的下表面连接，简易地限制旋转角度。

[起步时的稳定性提高策略]

另外，在作为主体的构造物9的高度尺寸较高的情况下，如图14所示，有可能在急起步时摇臂式转向架的前轮抬起而摇臂式转向架变得不稳定。其原因在于，由于旋转轴13处于比作为驱动轮的相对2轮2、3的车轴高的位置，从而会产生将作为前轮的车轮4抬起的方向的力矩。

在图15A～15C中表示具有旋转制动机构30的摇臂式转向架1C。对于与摇臂式转向架1相同的构成要素标注相同的附图标记，并省略说明。

图15A是摇臂式转向架1C的俯视立体图，图15B是摇臂式转向架1C的主视图，图15C是摇臂式转向架1C的侧视图。

如图15A～15C所示，摇臂式转向架1C与摇臂式转向架1的结构上的不同点在于，在其被放置于水平面的状态下，旋转轴13A的铅直方向的位置被配置为与作为驱动轮的相对2轮2、3的车轴A的位置相同或者比其靠铅直下侧。

具体来说，如图15C所示，在摇臂式转向架1C中，构造物6由倾斜部6A和水平部6B构成。倾斜部6A向前上方倾斜，并与车轮4连接。水平部6B与相对2轮2、3连接，并在前后方向上水平地延伸。倾斜部6A和水平部6B被连接固定在前后方向上的车轮4与相对2轮2、3之间。在摇臂式转向架1C中，通过设置倾斜部6A，从而能够降低旋转轴13A的位置，并且，还能够确保作为脚轮车轮的车轮4和构造物6的连接所需的高度。

此外，构造物7包括倾斜部7A和弯曲部7B。倾斜部7A向后上方倾斜，并与车轮5连接。弯曲部7B以将相对2轮2、3的车轴A从上侧围绕的方式弯曲，并被配置在构造物6的水平部6B的上侧。倾斜部7A和弯曲部7B被连接固定在前后方向上的车轮5与相对2轮2、3之间。在摇臂式转向架1C中，通过设置倾斜部7A，从而能够降低旋转轴13A的位置，并且，还能够确保作为脚轮车轮的车轮5和构造物7的连接所需的高度。

构造物6的水平部6B和构造物7的弯曲部7B经由在车轮4与相对2轮2、3之间形成的旋转机构8A而被连接为能够以旋转轴13A为中心进行旋转。此处，旋转轴13A的铅直方向上的位置被配置在与作为驱动轮的相对2轮2、3的车轴A的位置相同的位置或者比其靠铅直下侧。

由此，即使在作为主体的构造物9的高度尺寸较高的情况下，由于旋转轴13A处于足够低的位置，故能够抑制在急起步时向使作为前轮的车轮4抬起的方向作用的力矩。

因此，如果使用该结构，则能够抑制在急起步时摇臂式转向架的前轮抬起的情况。由此，即使在急起步时，也能够维持四轮都与地面接触的状态，能够使摇臂式转向架1C更稳定。

考虑到设计的自由度，严格来说，旋转轴13A也可以是略微高于作为驱动轮的相对2轮2、3的车轴A的位置。

例如如果将摇臂式转向架1C放置在水平面上时的铅直方向上的旋转轴13A的位置比相对2轮2、3的半径(车轴的高度)的1.1倍的位置低，则能够抑制在急起步时向使作为前轮的车轮4抬起的方向作用的力矩。

需要说明的是，特别优选将摇臂式转向架1C放置在水平面上时的铅直方向上的旋转轴13A的位置为相对2轮2、3的半径的0.8～1.0倍的位置。如果旋转轴13A的位置为相对2轮2、3的半径的1.0倍以下，则由于旋转轴13A比相对2轮2、3的车轴A低，所以，能够充分抑制在急起步时向抬起的方向作用的力矩。因此，防止摇臂式转向架1C的前轮4抬起。此外，如果旋转轴13A的位置为相对2轮2、3的半径的0.8倍以上，则能够在构造物6及7与接地面之间确保用于越过较小的障碍物的空间。

此外，也可以使用参照图7或图8说明的上述的旋转制动机构的原理，设置物理性地抑制急起步时前轮4抬起的机构。

此外，在摇臂式转向架1C中，也优选从左右方向外侧观察时的连接构造物6和构造物7的旋转轴13A至连接车轮2、3的接地点连接的直线的距离a、与旋转轴13A至车轮4的接地点的距离b1的比率为a：b1＝1：2。并且，优选从左右方向外侧观察时的从重心G向水平面的投影点至旋转轴13向水平面的投影线的距离c、与从车轮5的接地点至重心G向水平面的投影点的距离d1的比率为c：d1＝1：3的比例。

此外，与摇臂式转向架1同样，在摇臂式转向架1C中也可以考虑向后方向的行驶或旋转，而采用基于支承轴4a、5b的位置的距离b2及d2。在此情况下，设为a：b2＝1：2、c：d2＝1：3即可。

上文表示了几个用于提高前方翻倒极限性能的结构及用于提高起步时的稳定性的结构，这些结构可以单独使用，也可以根据需要而组合地使用。

此外，对于作为主体的构造物9，没有限定，但也可以是包含金属零件的重量较大的构造体或与摇臂式转向架的左右方向及前后方向的尺寸相比具有3倍以上的高度的构造体等。即使在设置有重量或高度较大的构造物9的情况下，如果使用本实施方式的摇臂式转向架的构成，也能够在使车身整体的平衡稳定的状态下移动。

此外，在本实施方式的摇臂式转向架中，也可以搭载能够检测前方的障碍物的传感器，在检测到预定的大小以上的障碍物的情况下，停止行驶。在该情况下，也可以在摇臂式转向架的预定的位置设置能够检测预定的高度以上的接触式传感器，也可以使用光学传感器或超声波传感器等非接触式传感器。由此，例如，对于作为主体的构造物9，即使在使用重量较大的构造体的情况下，也能够通过摇臂式转向架越过障碍物从而防止该障碍物的破损等。

需要说明的是，关于a：b1(b2)＝1：2及c：d1(d2)＝1：3，不需要严格地遵从上述的比率，只要对各车轮大致均等地施加载荷，就允许一定程度的误差。

以上，说明了本发明的优选的实施例，但是，本发明不限定于这些实施例。在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行构成的附加、省略、替换、以及其它变更。本发明不受上述的说明限定，仅由附件的权利要求书限定。

附图标记说明

1、1A、1B、1C…摇臂式转向架、2…车轮(第1车轮)、3…车轮(第2车轮)、4…车轮(第3车轮)、5…车轮(第4车轮)、6…构造物(第1基座)、7、7a、7b…构造物(第2基座)、9…构造物、13、13A…旋转轴、A…车轴(第1直线)、20、30……旋转制动机构。

Claims (9)

1.一种摇臂式转向架，其包括：

第1基座，其具有分别能接地于第1平面的第1车轮、第2车轮、及第3车轮，

第2基座，其具有能接地于上述第1平面的第4车轮，以及

旋转轴，其将上述第1基座和上述第2基座连接，使得上述第2基座能相对于上述第1基座自由旋转；

上述旋转轴与将上述第1车轮的旋转中心和上述第2车轮的旋转中心连接的第1直线平行，且被配置在上述第3车轮的旋转中心与上述第1直线之间；

上述第4车轮被隔着上述第1直线而配置在与上述第3车轮相反侧。

2.如权利要求1所述的摇臂式转向架，其中，

还包括被载置于上述第2基座的构造物；

上述构造物的重心在俯视时处于上述第3车轮的旋转中心与上述第1直线之间。

3.如权利要求1或2所述的摇臂式转向架，其中，

上述第1车轮及上述第2车轮是能分别进行驱动的驱动轮，上述第3车轮及上述第4车轮是脚轮。

4.如权利要求1～3的任何一项所述的摇臂式转向架，其中，

在从左右方向观察的情况下，从上述第3车轮的接地位置至上述旋转轴的距离与从上述第1直线至上述旋转轴的距离的比例为2：1。

5.如权利要求1～4的任何一项所述的摇臂式转向架，其中，

在从左右方向观察的情况下，从上述第4车轮的接地位置至上述第1直线的距离与从上述旋转轴至该第1直线的距离的比例为3：1。

6.如权利要求3所述的摇臂式转向架，其中，

在从左右方向观察的情况下，从上述第3车轮的支承轴至上述旋转轴的距离与从上述第1直线至上述旋转轴的距离的比例为2：1。

7.如权利要求3或6所述的摇臂式转向架，其中，

在从左右方向观察的情况下，从上述第4车轮的支承轴至上述第1直线的距离与从上述旋转轴至该第1直线的距离的比例为3：1。

8.如权利要求1～7的任何一项所述的摇臂式转向架，其中，

还包括旋转制动机构，该旋转制动机构在上述第4车轮从接地面离开时，限制上述旋转轴在上述第4车轮从接地面离开的方向上的旋转。

9.如权利要求1～8的任何一项所述的摇臂式转向架，其中，

在被放置于水平面的状态下，上述旋转轴在铅直方向上的位置被配置为与上述第一直线的位置相同或比其靠铅直下侧。