JP2004042756A - Irregular ground traveling device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、手動式、電動式その他の台車、車椅子等の走行部、特に凹凸のある地面でも駆動輪が浮くことのない安定した走行が可能な不整地走行装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の電動運搬台車の多くはサスペンションを持たない4輪定着方式のものであるため、凹凸のある地面をスムーズに走行させることは困難である。電動車椅子やロボットの走行部などではバネを使用したサスペンションにより地面の凹凸を吸収して車輪の接地を確保しているが、バネが柔らかいと重心移動により傾斜や振動が生じるなど本体の安定性が悪くなり、バネが硬いとサスペンションストロークが短いために凹凸の吸収性能が低下するという相反する性質があって、様々な状況に対して十分に性能を発揮させることができない。
【0003】
このような問題を解決するため、先にバネを使わずに機械的連動で4輪を各個適宜に上下動させるようにした走行装置(特開2001―112821号公報)を開発した。この装置によれば、凹凸面でも車輪の接地はほぼ完全に確保できて安定かつスムーズな走行が可能になるが、この場合、複数の可動フレームをリンク的に結合して装備させる必要があり、多くのスペースを要し、可動部も多いことからコストアップとなる。
【0004】
他に、バネを用いたもので、車体の前端部と後端部の左右に各一対のキャスタを定着した搬送車において、車体の中央部の左右に一対の駆動輪を配して、各駆動輪を個別にバネで地面へ押し付けるようにした電動式搬送車(特開平9―169271号公報)が提案されている。しかし、凹凸のある地面では、バネの弾性が柔らかいと、車体に不安定な傾きや揺れが生じるために、あまり柔らかいバネを使用できず、凹凸への追従性が悪い。例えば、4輪のキャスタの内1輪が凸部に乗り上げた場合、このキャスタと対角線上のキャスタ及び2つの駆動輪の4輪で荷重を支え、他の2輪は浮き上がることになり、駆動輪を押し付けているバネが柔らかいと、重心位置の変化や外力により車体に不安定な傾きや揺れが生じ、バネが硬いと車体の傾きや揺れは生じにくくなるものの、地面の凹凸に対する柔軟な追従性が低下してしまい、具合が悪い。
【0005】
また、左右の動力輪の前後にそれぞれキャスタを2輪ずつ配置し、左右の動力輪が一体的に上下に動くようにした6輪車構造の車椅子(特開2000―102569号公報)も提案されている。しかし、この車椅子では、段差に左右の動力輪が同時に乗り上げるような場合には問題はないが、片方の動力輪が1輪のみ凸部に乗り上げるような場合には、その1輪の動力輪とともに反対側の動力輪も持ち上げられて地面から浮いてしまうために、走行困難になるという欠点がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、凹凸面でも駆動輪と従動輪の接地を確保できるようにして安定かつスムーズな走行を可能にするとともに、構造を簡潔にし、所要スペースを極力小さくし、可動部を少なくしてコストダウンを図り、かつ、柔らかいバネを使用しても安定性が失われず、凹凸の吸収能力も高い走行装置を可能にしようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
このような観点から、請求項1に係る不整地走行装置の発明は、車体1に装備させる4輪を、菱形乃至ほぼ菱形、方形等の四角形の各角部に相当する位置に配し、これらの車輪の内、その四角形における一方の対角線上の角部に相当する位置に配した2輪を駆動輪2,2とし、かつ、他方の対角線上の角部に相当する位置に配した2輪を従動輪3,3として、両駆動輪2,2と両従動輪3,3のいずれか一方の両輪を、両輪一体的に上下動させる両輪共通の可動機構4を介して車体1に上下可動に装着するとともに、該可動機構4に下方へと弾発する付勢手段5を講じ、また、他方の両輪を車体1に定着させたことを特徴とする。
【0008】
請求項2に係る不整地走行装置の発明は、上記付勢手段5として、バネ6を用いて成る。
【0009】
また、請求項3に係る不整地走行装置の発明は、上記付勢手段5として、油圧シリンダ7とアキュムレータ22を用いて成る。
【0010】
【発明の実施の形態】
その1.
図1乃至図5は、請求項1、請求項2に係る本発明の実施の形態を示しており、図示のものは、車体1に装備させる4輪を、菱形における各角部に相当する位置に配し、これらの車輪の内、その菱形における横方向の対角線上の角部に相当する位置に配した2輪、すなわち、車体1における前後方向の中間部にて左右に配した2輪を、共に駆動輪2,2として一体的に上下動させる共通の可動機構4を介して車体1に上下可動に装着し、かつ、該可動機構4に該可動機構4したがって上記両駆動輪2,2を下方へ弾発するバネ6から成る付勢手段5を講じ、また、上記菱形における前後方向の対角線上の角部に相当する位置に配した2輪、すなわち、車体1における前後方向の中心線上にて前後にそれぞれ配した2輪を、共に従動輪3,3として車体1に定着させている。
【0011】
車体1は、長方形の本体フレーム1aから成り、該本体フレーム1aには上述のように駆動輪2,2と従動輪3,3を装備させているが、結果として、駆動輪2,2は左右一対をなし、従動輪3,3は前後一対をなしており、左右一対の駆動輪2,2は上記の共通の可動機構4を介して本体フレーム1aに上下可動に装着し、前後一対の従動輪3,3はキャスタとして本体フレーム1aの前端部と後端部にそれぞれ直接的に定着させている。
【0012】
可動機構4は、上記本体フレーム1に適合させてほぼ半分の長さに形成した可動フレーム1bの前端部を、その本体フレーム1の前部から垂設した左右一対のブラケット8,8に上下揺動可能に枢着9,9し、そして、その可動フレーム1bの後端部に上記一対の駆動輪2,2を装着することにより、上記一対の駆動輪2,2を上下可動に装備させている。図中、10,10は各駆動輪2,2の電動モータである。
【0013】
バネ6から成る付勢手段5は、上記可動フレーム1bの後端部中央から後方へブラケット11を突設し、該ブラケット11に対応させて上記本体フレーム1に桟12を架設し、該桟12とそのブラケット11との間にバネ6を介在させて、車両全体としての質量のほぼ1/2の力で上記両駆動輪2,2を下方に押し付ける構造としている。バネ6としては、例えば、質量100kg程度の4輪走行装置の場合、従来技術として走行の安定性と凹凸への追従の双方を考慮し、バネ定数2.5kgf/mmの圧縮スプリングを4輪に用いているとすると、本発明の走行装置ではバネ定数約1/10の圧縮スプリング(0.25kgf/mm×2)を駆動輪2輪に対して用いることで、より大きなストロークで十分な車輪の接地荷重が得られ、同時に、従来技術では避けられなかった外力や重心位置の移動による車体の傾斜や揺れを防止することが可能となる。
【0014】
如上の構成であるから、上記両駆動輪2,2が負担する荷重は、バネ6の押し付け力で決まり、押し付けるバネ6のバネ定数が十分小さければストロークの範囲で駆動輪にかかる荷重はほぼ一定になる。凹凸により路面の平面が失われた場合でも、バネの伸縮と車体1の傾斜とにより4輪の接地が確保されるため、不整地でも走行可能である(図2)。
【0015】
次に、上述の走行装置の姿勢の安定性について説明する。
4輪を個別に上下動するようにして、それぞれにバネを使用した一般的なサスペンションの場合は、重心位置がセンターから少しでもずれればそれに相応した回転モーメントが生じて車体が傾斜するが、本発明に係る上述の走行装置では、左右一対の駆動輪2,2が一つの可動フレーム1bにより一体的に上下動するので、図3に示すように、回転モーメントがバネ6の強さより小さいうちは車体1が傾斜することはない。すなわち、バネ6には車両全体の質量のほぼ1/2を支える強さがあるため、重心がセンターといずれかの車輪との間のほぼ1/2以内にあれば車体が傾斜することなく安定である。なお、ほぼ1/2を超えると、左右方向ではバネ6が圧縮状態(図4)になり、また、前後方向ではバネ6が伸長状態(図示せず)となって、車体1が大きく傾斜することとなるので、超えない範囲内で使用する。
【0016】
バネ6には、図5に示す押し付け力調整手段13を講じるとよい。この押し付け力調整手段13は、上記バネ6の上端に対応させて上記本体フレーム1の桟12に押し付け力調整ネジ14を上方から貫通螺装させ、該押し付け力調整ネジ14の先端に装着した押圧板15でバネ6の上端を圧下して、その押し付け力調整ネジ14の螺動によりバネ6の押し付け力を任意に調整できるようにしている。図5中、16は調整後に締め付けて押し付け力調整ネジ14の動きを止めるロックナットである。
【0017】
この押し付け力調整手段13によれば、押し付け力調整ネジ14の螺動によりバネ6の縮み量を変えることができて、両駆動輪2,2に車体1への載荷荷重に相応する適切な押し付け力を与えることができ、駆動輪2,2と他の従動輪3,3との荷重分担を変えることができる。したがって、例えば、車輪が段差を乗り越える時にその車輪の負担荷重を小さくすることで、段差への乗り上げを容易にすることが可能となる。
【0018】
その2.
図6は、請求項1、請求項2に発明に係る他の実施の形態を示しており、図示のものは、菱形の各角部に相当する位置において車体1に装備させた4輪の内、その菱形における横方向の対角線上の角部に相当する位置に配した2輪、すなわち、車体1における前後方向の中間部にて左右に配した2輪を、共に駆動輪2,2として車体1に定着させ、かつ、上記菱形における前後方向の対角線上の角部に相当する位置に配した2輪、すなわち、車体1における前後方向の中心線上にて前後にそれぞれ配した2輪を、共に従動輪3,3として一体的に上下動させる共通の可動機構4を介して車体1に上下可動に装着するとともに、該可動機構4に該可動機構4したがって上記両駆動輪2,2を下方へ弾発するバネ6から成る付勢手段5を講じている。
【0019】
この場合、車体1の長方形の本体フレーム1aにおいて、前後方向の中間部から左右一対のブラケット17を垂設して、該ブラケット17に左右一対の駆動輪2,2を各々定着させ、また、本体フレーム1aの前後方向の中間部分に桟18を架設し、該桟18の中央部に上記可動機構4を介して前後方向に長い可動フレーム1bを水平昇降可能にその中点にて装備させ、該可動フレーム1bの前端と後端に上記両従動輪3,3を装着しており、この場合の可動機構4は、上記桟18の中央部に回転防止付きスライドガイド筒19を垂直に立設し、該回転防止付きスライドガイド筒19にスライドロッド20を下方から上下摺動自在に嵌挿するとともに、その桟18と可動フレーム1bとの間でスライドロッド20にバネ6を装着して、可動フレーム1bを圧下し、前後一対の従動輪3,3を下方へと押し付けるようにしている。なお、両従動輪3,3としてはキャスタを用いる。
この場合も上述の実施の形態その1.と実質的に同じ機能を発揮し、同様の作用効果を生じる。また、その実施の形態その1.と同様の押し付け力調整手段13を講じることで同様の作用効果を得ることができる。
【0020】
その3.
図7は、請求項1、請求項3の発明に係る実施の形態を示しており、図示のものは、上述の実施の形態その1.において、バネ6に代え油圧シリンダ7を用いている。
油圧シリンダ7は、図8に示すように、ストップバルブ21を介してアキュムレータ22へと連ねている。この場合、ストップバルブ21により固定状態にセットすることが可能である。
この場合もやはり上述の実施の形態その1.と同じような機能を発揮し、同じような作用効果を生じる。ただし、押し付け力調整手段13については、押し付け力調整用シリンダ23をモータや手動などで作動されるカム24等で動かすことによりシリンダ7の圧力を変化させることよって、より広範囲な調整が可能となる。
【0021】
以上に述べた実施の形態では、いずれも車体1に装備させる4輪を菱形における各角部に相当する位置に配して、これらの車輪の内、その四角形における一方の対角線上の角部に相当する位置に配した2輪を駆動輪2,2とし、かつ、他方の対角線上の角部に相当する位置に配した2輪を従動輪3,3としているが、上記4輪をほぼ菱形、方形等の四角形の各角部に相当する位置に配して、同様にして各2輪を駆動輪2,2、従動輪3,3としてもよい。
【0022】
【発明の効果】
本発明によれば、前述の構成とすることにより、凹凸面でも駆動輪と従動輪の接地を確保できて安定かつスムーズな走行が可能となり、構造を簡潔にでき、所要スペースを極力小さくでき、可動部を少なくしてコストダウンを図ることができる。また、柔らかいバネを使用しても、安定性が失われず、しかも、凹凸の吸収能力が高い走行装置を得ることができる。更に、付勢手段5に押し付け力調整手段13を付加することによって、駆動輪2,2と他の従動輪3,3との荷重分担を変えることができ、車輪の段差への乗り上げを容易にすることができる。
したがって、車椅子や移動ロボットに適用することにより、これまで走行が困難であった凹凸のある地面での走行が低コストで楽にでき、車椅子使用者の活動範囲を広げることができ、かつ、ロボットの建設現場等への適用が可能となる。
【0023】
そして、その付勢手段5をバネ6とすることにより、簡単な構造にでき、押し付け力調整手段13を付加するにせよ押し付け力調整ネジ14による簡単な構成とすることができる。
【0024】
加えて、その付勢手段5に油圧シリンダ7及びアキュムレータ22を用いることにより、押し付け力調整手段13として押し付け力調整用シリンダ23をカム24等で動かすようにしたものを使用できて、広範囲な調整を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1、請求項2の不整地走行装置の発明に係る実施の形態その1.を示す斜視図である。
【図2】図1の実施の形態その1.における段差対応状態を示す斜視図である。
【図3】図1の実施の形態その1.における安定範囲の説明図である。
【図4】図1の実施の形態その1.における車体傾斜時の説明図である。
【図5】図1の実施の形態その1.における応用例としての押し付け力調整手段を示す要部の拡大截断側面図である。
【図6】請求項1、請求項2の不整地走行装置の発明に係る実施の形態その2.を示す斜視図である。
【図7】請求項1、請求項3の不整地走行装置の発明に係る実施の形態その3.を示す截断側面図である。
【図8】図7の実施の形態その3.におけるエアシリンダの系統図である。
【符号の説明】
1…車体 1a…本体フレーム
1b…可動フレーム 2…駆動輪
3…従動輪 4…可動機構
5…付勢手段 6…バネ
7…油圧シリンダ 8…ブラケット
9…枢着 10…電動モータ
11…ブラケット 12…桟
13…押し付け力調整手段 14…押し付け力調整ネジ
15…押圧板 16…ロックナット
17…ブラケット 18…桟
19…スライドガイド筒 20…スライドロッド
21…ストップバルブ 22…アキュムレータ
23…押し付け力調整用シリンダ 24…カム[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a traveling unit such as a manual type, an electric type other cart, a wheelchair, and the like, and more particularly, to an uneven terrain traveling device capable of stable traveling without driving wheels floating even on uneven ground.
[0002]
[Prior art]
Many of the conventional electric transport carts are of a four-wheel fixing type that does not have a suspension, so that it is difficult to smoothly travel on uneven ground. In wheelchairs and robotic running parts, the suspension using springs absorbs the unevenness of the ground to ensure ground contact of the wheels. If the spring is hard and the suspension stroke is short, the absorption performance of the unevenness is reduced, so that the performance cannot be sufficiently exhibited in various situations.
[0003]
In order to solve such a problem, a traveling device (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-112821) has been developed in which the four wheels are appropriately moved up and down by mechanical interlocking without using a spring. According to this device, the grounding of the wheel can be almost completely secured even on the uneven surface, and stable and smooth driving is possible.In this case, it is necessary to equip a plurality of movable frames in a linked manner, It requires a lot of space and has many moving parts, which increases costs.
[0004]
In addition, in a transport vehicle that uses springs and has a pair of casters fixed to the left and right of the front end and rear end of the vehicle body, a pair of drive wheels are arranged on the left and right of the center of the vehicle body to drive each drive. There has been proposed an electric transport vehicle (Japanese Patent Laid-Open No. 9-169271) in which the wheels are individually pressed against the ground with a spring. However, on uneven ground, if the elasticity of the spring is soft, an unstable tilt or shake occurs in the vehicle body, so a soft spring cannot be used, and the followability to the unevenness is poor. For example, if one of the four casters rides on the convex part, the load is supported by the four casters, the diagonal casters and the two drive wheels, and the other two wheels are lifted. If the spring that presses is soft, the vehicle body will be unstablely tilted or shaken due to changes in the center of gravity or external force. Will fall and it will be bad.
[0005]
Also proposed is a six-wheeled wheelchair (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-10269) in which two casters are arranged before and after the left and right power wheels, respectively, so that the left and right power wheels move integrally up and down. ing. However, in this wheelchair, there is no problem when the left and right power wheels ride on the step at the same time, but when only one power wheel rides on the convex part, the power wheel together with the one power wheel Since the power wheel on the opposite side is also lifted and floats from the ground, there is a drawback that it becomes difficult to travel.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the present invention enables stable and smooth running by ensuring that the driving wheel and the driven wheel are in contact with each other even on an uneven surface, simplifying the structure, minimizing the required space, and reducing the number of moving parts. Thus, it is intended to reduce the cost and to enable a traveling device that does not lose stability even when a soft spring is used and has high ability to absorb irregularities.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
From such a point of view, the invention of the rough terrain vehicle according to
[0008]
The rough terrain traveling device according to
[0009]
According to a third aspect of the present invention, the rough terrain traveling apparatus includes the
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1.
FIGS. 1 to 5 show embodiments of the present invention according to
[0011]
The
[0012]
The
[0013]
The biasing means 5 comprising a
[0014]
Because of the above configuration, the load borne by the
[0015]
Next, the stability of the posture of the traveling device described above will be described.
In the case of a general suspension that uses four springs individually for each of the four wheels, and the center of gravity shifts slightly from the center, a corresponding rotational moment is generated and the vehicle body tilts. In the above-described traveling device according to the present invention, the pair of left and
[0016]
The
[0017]
According to the pressing force adjusting means 13, the amount of contraction of the
[0018]
No.2.
FIG. 6 shows another embodiment according to the first and second aspects of the invention, and the illustrated one is an example of four wheels mounted on the
[0019]
In this case, in the rectangular main body frame 1a of the
Also in this case, the above-described first embodiment. It exhibits substantially the same function as the above and produces the same effect. In addition, the
[0020]
3
FIG. 7 shows an embodiment according to the first and third aspects of the present invention. The
As shown in FIG. 8, the
In this case as well, the above-described first embodiment. Exhibits the same function and produces the same effect. However, the pressing force adjusting means 13 can be adjusted over a wider range by changing the pressure of the
[0021]
In the embodiment described above, the four wheels to be equipped on the
[0022]
【The invention's effect】
According to the present invention, by adopting the above-described configuration, the grounding of the driving wheel and the driven wheel can be secured even on the uneven surface, and stable and smooth running is possible, the structure can be simplified, and the required space can be reduced as much as possible. Costs can be reduced by reducing the number of movable parts. Moreover, even if a soft spring is used, a traveling device that does not lose stability and has high ability to absorb irregularities can be obtained. Further, by adding the pressing force adjusting means 13 to the urging means 5, the load sharing between the driving
Therefore, by applying it to wheelchairs and mobile robots, traveling on uneven ground, which has been difficult to travel, can be easily performed at low cost, and the range of activities for wheelchair users can be expanded. It can be applied to construction sites.
[0023]
Then, by using the
[0024]
In addition, by using the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an embodiment of the rough terrain traveling device according to the first and second aspects of the invention. FIG.
FIG. 2 shows the first embodiment of FIG. It is a perspective view which shows the level | step difference corresponding state in.
FIG. 3 shows the first embodiment of FIG. It is explanatory drawing of the stable range in.
FIG. 4 shows the first embodiment of FIG. It is explanatory drawing at the time of the vehicle body inclination in.
5 shows the first embodiment of FIG. It is an expanded cutaway side view of the principal part which shows the pressing force adjustment means as an example of application.
FIG. 6 shows an
FIG. 7 is a diagram showing an embodiment of the rough terrain travel device according to
FIG. 8 shows the third embodiment of FIG. It is a systematic diagram of the air cylinder in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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