JP2007186041A - クローラ装置およびその組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 クローラ装置において、無端状の抗張部材を含んだクローラベルトの緩みを簡単な構造で防止できるようにする。
【解決手段】 クローラ装置は、前後に延びる左右一対の側板１０を有している。側板１０は、前後に離れて配置された第１，第２板部１１，１２と、これら第１，第２板部を連結する連結部材１３とを備えている。左右の第１板部１１間に前側ホイールが組み込まれ、左右の第２板部１２間に後側ホイールが組み込まれている。ホイール間にはクローラベルトが掛け渡されている。このクローラベルトは弾性材料からなる無端状のベルト本体と無端状のスチールベルト（抗張部材）とを含んでいる。連結部材１３は楔部１３ａと鍔部１３ｂを有している。楔部１３ａが第１板部１１の後縁と第２板部１２の前縁との間に入り込み、楔部１３ａの両側の楔面１３ｘが、板部１１，１２の傾斜した受面１１ｘ，１２ｘに当たり、鍔部１３ｂが板部１１，１２の外面に当たっている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ロボット等の足回り部に用いられるクローラ装置及びクローラ装置の組立方法に関する。

小型軽量のロボット等に用いられるゴム製のクローラベルトが開発されている。しかし、このクローラベルトは、長期使用により伸びて弛みが生じ、ホイールから離脱する欠点がある。また、強度が低いため断裂することもある。この欠点を克服するために、特許文献１に記載するように、金属薄帯等からなる無端状の抗張部材をクローラベルトのゴム製ベルト本体に埋め込んで補強をする技術が開発されている。
国際公開ＷＯ２００５／０４９４１４号公報

特許文献１に開示されたクローラ装置では、クローラベルトが抗張部材を含んでいるので、微小量しか伸び縮みせず、そのためホイールを正確に位置決めしてクローラベルトの弛みを無くす必要がある。上記特許文献１には記述されていないが、通常はホイールを正確に位置決めできないので、前後のホイール間に配置されたテンショナー機構によりホイール間距離を広げるように付勢し、クローラベルトを緊張させる必要がある。しかし、このテンショナー機構は、クローラ装置の重量を増大させる欠点があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、（ア）前後に延びる一対の側板と、（イ）上記一対の側板の前端部間，後端部間にそれぞれ回転可能に支持された前後のホイールと、（ウ）弾性材料からなる無端状のベルト本体と無端状の抗張部材とを含み上記前後のホイール間に掛け渡されたクローラベルトと、を備えたクローラ装置において、上記一対の側板の各々が、前後に離れて配置された第１，第２板部と、これら第１，第２板部を連結する連結部材とを備え、上記連結部材が楔部を有し、この楔部が第１板部の後縁と第２板部の前縁との間に入り込んでいることを要旨とする。

上記構成によれば、前後のホイールがそれぞれ装着された第１，第２板部間に楔部を有する連結部材を介在させたので、クローラベルトが掛け渡された状態で前後のホイール間の距離を設定することができ、クローラベルトの弛みを排除することができる。しかもテンショナー機構が不要なので軽量化，構成の簡略化を図ることができる。また、側板が楔構造を持つので、クローラ装置の幅が広くても支障がない。

好ましくは、上記楔部の両側面は、クローラ装置の内部に向かうにしたがって互いの間隔が狭まるように傾斜した一対の楔面となり、上記側板の第１板部の後縁と第２板部の前縁が、上記楔面と等しい傾斜角度の受面を有し、これら第１，第２板部の受面に上記楔部の楔面が当接する。
この構成によれば、楔面と受面の面接触により、連結部材を第１，第２板部に押し込む際に楔部による楔作用を安定して行なうことができる。また、連結部材と第１，第２板部との連結強度を高めることができる。

好ましくは、上記連結部材が上記楔部の両側に一対の鍔部を有し、これら一対の鍔部が、上記第１板部と第２板部の外面に当接しかつ固定されている。
これにより、楔部の押し込み量を正確に決定でき、ひいては前後のホイール間の距離を高精度で設定することができ、クローラベルトの緩み防止をより一層確実に行うことができる。また、連結部材と第１，第２板部との連結強度を高めることができる。

好ましくは、上記第１板部の後縁，第２板部の前縁および上記連結部材が垂直に延び、 上記楔部が上記連結部材の上下端部を除く領域に形成され、連結部材はさらに、楔部の上方および下方に配置された一対の位置決め部を有し、この位置決め部が楔部の両側から張り出しており、上記第１板部の後縁と第２板部の前縁の上下端部には切欠が形成され、この切欠の平坦な底面が位置決め面として提供され、これら上下の位置決め面に上記連結部材の上下の位置決め部がそれぞれ当接する。
これによれば、位置決め部と位置決め面との当接により、連結部材を第１，第２板部に対して上下方向に位置決めできるので、連結部材の第１，第２板部に対する連結作業を円滑に行なうことができる。また、連結部材と第１，第２板部との連結強度を高めることができる。

クローラ装置を組み立てる場合、上記一対の側板の第１板部に前側ホイールを回転可能に組み込んで第１サブアッセンブリを得、上記一対の側板の第２板部に後側ホイールを回転可能に組み込んで第２サブアッセンブリを得、上記第１，第２のサブアッセンブリ間にクローラベルトを掛け渡した状態で、上記連結部材を第１板部の後縁と第２板部の前縁との間に押し込むことにより、上記楔部の一対の楔面を第１，第２板部の受面に当てるとともに、上記鍔部を第１，第２板部の外面に当て、上記鍔部を第１，第２板部に固定する。
この方法によれば、前後のホイールを正確に位置決めできるとともに、組み立て作業性を向上させることができる。

本発明によれば、クローラベルトの弛みを防止できる。しかもテンショナー機構が不要なので、クローラ装置の軽量化を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１〜３は、軽作業ロボット用の一対のクローラ装置の一方を示す。以下にクローラ装置の構成を説明するが、その説明において前後方向とはクローラ装置の前進，後退方向を意味し、左右方向とは前後方向と直交する方向を意味する。

一対のクローラ装置は基台（トラクション，図示しない）の左右に取り付けられ、ロボットの下半身すなわち足回り部となる。基台の上面にはロボットの上半身が取り付けられる。この上半身はロボットの役割に応じて構成が異なる。例えば地震等の災害発生時に瓦礫に閉じ込められた人の探索に用いられるロボットの場合、カメラ，探知センサおよび照明器具を備えており、必要に応じて軽量物の把持機構を備えている。

クローラ装置は、左右に離れて配置され前後方向に延びる一対の側板１０と、一対の側板１０の前端部間に配置され回動可能に支持された前側ホイール２０Ｆと、一対の側板１０の後端部間に配置され回動可能に支持された後側ホイール２０Ｒと、一対の側板１０の中央部間に配置され回動可能に支持された中間ホイール２０Ｍと、これらホイール２０Ｆ，２０Ｒ，２０Ｍに掛け渡された無端状のクローラベルト３０（図２参照）とを備えている。

本実施形態では、後側ホイール２０Ｒがアクチュエータ（図示しない）に接続されて駆動輪として働き、前側ホイール２０Ｆが従動輪として働く。
なお、本実施形態では、ホイール２０Ｆ，２０Ｒの軸間距離が約３８０ｍｍであり、クローラ装置の幅が約１４０ｍｍである。

各ホイール２０Ｆ，２０Ｒ，２０Ｍは樹脂等からなり、円筒面をなす外周面を有し、軽量化のために肉抜き用の穴２１を多数有している。

図４に示すように、前側ホイール２０Ｆと後側ホイール２０Ｒの外周面には、左右対をなす金属製の係合ピン２２が周方向に等ピッチで埋め込まれている。この係合ピン２２のヘッド部は半球状をなしてホイール２０Ｆ，２０Ｒの外周面から突出し、係合突起２２ａとして提供される。

図４に示すように、上記クローラベルト３０は、無端状のステンレススチールからなるスチールベルト３１（金属薄帯，抗張帯，抗張部材）と、このスチールベルト３１の外周の全域に加硫接着等により取り付けられたＳＢＲやウレタンゴム等のゴム（弾性材料）からなる無端状のベルト本体３２とを有している。

上記スチールベルト３１は、板厚０．０５〜１．０ｍｍ（本実施形態では０．２０ｍｍ）の細長い薄帯の両端を溶接することにより構成されており、上記ホイール２０Ｆ，２０Ｒ，２０Ｍとほぼ等しい幅を有している。このスチールベルト３１には、左右対をなす円形の係合穴３１ａが周方向に等ピッチ（ホイール２０Ｆ，２０Ｒの係合突起２２ａと等しいピッチ）で形成されている。この係合穴３１ａの径は上記係合突起２２ａの径と等しいか僅かに大きい。

本実施形態では、上記スチールベルト３１は後述するベース部３３に比べて極めて薄い。図４ではスチールベルト３１の厚みが誇張して示されている。

図１に示すように、上記ベルト本体３２は、上記スチールベルト３１と等しいか若干広い幅をなす無端状のベース部３３と、このベース部３３の幅方向両側に形成された一対の遮蔽鍔３４と、ベース部３３の外周に間隔をおいて形成された接地ラグ３５とを一体に有している。上記ベース部３３には、上記スチールベルト３１の係合穴３１ａに対応した位置に略半球状の逃がし凹部３３ａが形成されている。

上記クローラベルト３０は、前後のホイール２０Ｆ，２０Ｒに半周にわたって掛け渡されている。ホイール２０Ｆ，２０Ｒの半周分の領域において、図４に示すように、スチールベルト３１がホイール２０Ｆ，２０Ｒの外周面に直接接し、ホイール２０Ｆ，２０Ｒの係合突起２２ａがスチールベルト３１の係合穴３１ａに係合されるとともにベース部３３の逃がし凹部３３ａに入り込んでいる。

上記遮蔽鍔３４は、ベルト本体３２の全周にわたって連続して形成されており、ベース部３３の外周面より斜め方向に突出している。遮蔽鍔３４は断面形状が先細となっており、弾性変形が容易になっている。

次に、左右一対の側板１０の構成について詳述する。一対の側板１０は同一構造を有し、各側板１０は、前側に位置する第１板部１１と、後側に位置する第２板部１２と、第１，第２板部１１，１２を連結する連結部材１３とを備えている。

上記第１板部１１は第２板部１２に比べて前後方向に長く、一対の側板１０の第１板部１１間に、上述した前側ホイール２０Ｆと中間ホイール２０Ｍが支持されている。また、上記一対の側板１０の第２板部１２間には後側ホイール２０Ｒが支持されている。

次に、第１，第２板部１１，１２および連結部材１３について、特に図５〜図１０を参照しながら説明する。

上記第１板部１１は、前後方向に延びる上下縁と、半円弧形状の前縁と、上下方向に垂直に延びる後縁１１ａとを有している。後縁１１ａは上下端部を除いて、傾斜した受面１１ｘをなしている。後縁１１ａの上下端部は切り欠かれており、この切欠１１ｂの平坦かつ水平な底面が位置決め面１１ｙとして提供される。これら受面１１ｘ，位置決め面１１ｙの作用については後述する。

上記第１板部１１の上下縁および前縁は、第１板部１１の主要領域より薄肉となっており、この薄肉部１１ｃと主要領域との境に段差１１ｄが形成されている。

第２板部１２も第１板部１１と同様に前後方向に延びる上下縁と、半円弧形状の後縁と、上下方向に垂直に延びる前縁１２ａとを有している。

第２板部１２の前縁１２ａは、第１板部１１と同様に、上下端部を除いて傾斜した受面１２ｘを有し、上下端部に形成された切欠１２ｂの水平かつ平坦な底面が位置決め面１２ｙとして提供される。

上記第２板部１２の上下縁および後縁は、第２板部１２の主要領域より薄肉となっており、この薄肉部１２ｃと主要領域との境には段差１２ｄが形成されている。

上記第１板部１１の後縁１１ａと上記第２板部１２の前縁１２ａは離れており、両者の間に上記連結部材１３が介在されている。連結部材１３は第１板部１１の後縁１１ａと上記第２板部１２の前縁１２ａに沿って上下方向に垂直に延びている。

図６に最も良く示すように、上記連結部材１３は、その上下端部を除く領域にわたって上下方向に延びる楔部１３ａと、この楔部１３ａの両側に張り出した一対の鍔部１３ｂと、楔部１３ａの上下端に隣接する一対の位置決め部１３ｃと、位置決め部１３ｃに隣接する上下一対の補助凸部１３ｄとを有している。

上記楔部１３ａの横断面は先端（クローラ装置の内部）に向かって薄くなる台形をなしており、楔部１３ａの両側の傾斜した平坦面が、楔面１３ｘとして提供される。前述した第１，第２板部１１，１２の受面１１ｘ、１２ｘは、これら楔面１３ｘと等しい角度で傾斜している。

図８（Ｂ）に示すように、楔部１３ａは、第１板部１１の後縁１１ａと第２板部１２の前縁１２ａとの間に入り込んでおり、一対の楔面１３ｘは、第１板部１１の受面１１ｘと第２板部１２の前縁１２ｘにそれぞれ面接触している。

上記一対の鍔部１３ｂは細い平板形状をなし上記楔部１３ａに沿って延びており、図８（Ｂ）に示すように、第１，第２板部１１，１２の平坦な外面に面接触し、ネジ４０により第１，第２板部１１，１２に固定されている。すなわち、鍔部１３ｂにはそれぞれ複数の貫通穴１３ｅ（図６（Ａ）参照）が形成されており、これら貫通穴１３ｅを貫通したネジ４０が、各板部１１，１２のネジ穴にねじ込まれている。

上記位置決め部１３ｃは平面矩形をなしており、上記楔部１３ａの両側から水平に張り出している。上下の位置決め部１３ｃの間隔は、前述した第１板部１１における上下の位置決め面１１ｙ間の距離および第２板部１１における上下の位置決め面１２ｙ間の距離と等しい。

図９（Ｂ）に示すように、これら位置決め部１３ｃが位置決め面１１ｙ，１２ｙに当接することにより、連結部材１３の第１，第２板部１１，１２に対する上下方向の位置決めがなされる。

上記補助凸部１３ｄは、図１０（Ｂ）に示すように、第１，第２板部１１，１２の切欠部１１ｂ，１２ｂに入り込んでいる。上記補助凸部１３ｄの両側面は傾斜しており、後述する組立時に切欠部１１ｂ，１２ｂに入り込み易くなっている。

図７，図１０（Ｂ）に示すように、補助凸部１３ｄの内面は楔部１３ａ，位置決め部１３ｃの内面より後退しており、第１，第２板部１１，１２の薄肉部１１ｃ，１２ｃと同一平面上に位置している。図４に示すように、これら薄肉部１１ｃ，１２ｃおよび補助凸部１３ｄの内面に、クローラベルト３０の遮蔽鍔３４の先端が若干の弾性変形しながら当接し、これによりクローラベルト３０と一対の側板１０で囲われた内部空間がシールされ、水，砂，塵埃の侵入を回避できる。

次に、クローラ装置の組立方法について説明する。図１に示すように、一対の第１板部１１間に前側ホイール２０Ｆと、中間ホイール２０Ｍを組み込んで第１アッセンブリ１Ａを得る。同様に一対の第２板部１２間に後側ホイール２０Ｒを組み込んで第２アッセンブリ１Ｂを得る。

次に、第１アッセンブリ１Ａと第２アッセンブリ１Ｂを近づけた状態で、これらアッセンブリ１Ａ，１Ｂのホイール２０Ｆ，２０Ｍ，２０Ｒにクローラベルト３０を掛け渡す。

次に、図７，図８（Ａ），図９（Ａ），図１０（Ａ）に示すように、左右の連結部材１３を第１板部１１の後縁１１ａと第２板部１２の前縁１２ａとの間に対峙させ、この連結部材１３を縁１１ａ，１２ａ間に押し込んで図８（Ｂ），図９（Ｂ），図１０（Ｂ）に示すようにして連結する。以下詳述する。

図８（Ａ）に示すように、連結部材１３を第１，第２板部１１，１２に近づけると、連結部材１３の楔部１３ａが第１板部１１の後縁１１ａと第２板部１２の前縁１２ａとの間に入り込む。すると、連結部材１３の楔部１３ａの一対の楔面１３ｘが、板部１１，１２の受面１１ｘ，１２ｘに当たる。さらに連結部材１３を押し込むと、楔部１３ａの楔作用により第１，第２板部１１，１２が互いに遠ざかり、前側ホイール２０Ｆと後側ホイール２０Ｒの軸間距離も増大する。

クローラベルト３０に適度な張力が付与された時に、一対の鍔部１３ｂが板部１１，１２の外面に当たる。このようにして、板部１１，１２間の距離すなわちホイール２０Ｆ，２０Ｒの軸間距離が正確に決定され、クローラベルト３０に適度な張力を付与した状態を確保することができる。なお、本実施形態ではクローラベルト３０の張力は僅かであり、人手により連結部材１３を押し込むことにより容易に得られる。

上記のように連結部材１３の一対の鍔部１３ｂが板部１１，１２の外面に当たった状態で、鍔部１３ｂに形成された貫通穴１３ｅからネジ４０を板部１１，１２のネジ穴にねじ込んで連結部材１３の固定を完了する。

なお、各鍔部１３ｂの複数の貫通穴１３ｅの一部（本実施形態では４つのうち２つ）は前後方向に延びる長穴となっている。この長穴形状の貫通穴１３ｅに挿入したネジを板部１１，１２のネジ穴に浅くねじ込むことにより、左右一対の連結部材１３を板部１１，１２に仮止めすることができるので、連結部材１３の板部１１，１２への連結作業を円滑に行なうことができる。

上記楔部１３ａの押し込みに際して、連結部材１３の上下の位置決め部１３ｃが板部１１，１２の切欠部１１ｂ，１２ｂに入り込み、位置決め面１１ｙ，１２ｙにほぼ接するため、連結部材１３の板部１１，１２に対する上下方向の位置決めを行なうことができるので、連結作業を円滑に行なうことができる。また、この位置決め部１３ｃと位置決め面１１ｙ，１２ｙの当たりにより、連結部材１３と板部１１，１２の連結強度を高めることができる。

クローラベルト３０はゴム製のベルト本体３２を用いているが、スチールベルト３１で補強されているので、使用を続けても伸びることがなく、一旦適度な張力を付与した状態でクローラ装置が組み立てられると、緩むことがなくホイール２０Ｆ，２０Ｒから外れるのを防止できる。

本発明は上記実施形態に制約されず、種々の態様を採用可能である。例えば、側板の連結部材は上下一対あってもよい。この場合、上側の連結部材は下方に向かって幅が狭くなるような楔部を有し、下側の連結部材は上方に向かって幅が狭くなるような楔部を有するように構成し、上下方向から第１，第２板部の縁部間に押し込むようにすることもできる。これら板部の側縁部は、楔部の楔面に対応して、側面から見て傾斜した受面を有している。

クローラ装置は前輪駆動または両輪駆動であってもよい。中間ホイールはなくてもよい。
アクチュエータは、電気モータに限らず油圧モータやエンジンであってもよい。
また、本発明のクローラ装置は、人命救助ロボット以外に軽量の病院清掃用等のロボットや、ロボット以外の軽量建機に用いてもよい。

本発明の一実施形態をなすクローラ装置の組立途中の状態を、クローラベルトを省略して示す斜視図である。 同クローラ装置を、要部を断面にして示す平面図である。 同クローラ装置の側面図である。 同クローラ装置のクローラベルト，ホイールおよび側板を示す要部拡大縦断面図である。 同側板の第１板部の後縁と第２板部の前縁を示す側面図である。 同側板の連結部材を示すもので（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は側面図、（Ｄ）は（Ａ）におけるＤ−Ｄ矢視横断面図である。 同側板の第１板部と連結部材とを分解して示す側面図である。 同連結部材の楔部と第１，第２板部との関係を示す横断面図であり、（Ａ）は連結部材の装着前、（Ｂ）は連結部材の装着後をそれぞれ示す。 同連結部材の位置決め部と第１，第２板部との関係を示す横断面図であり、（Ａ）は連結部材の装着前、（Ｂ）は連結部材の装着後をそれぞれ示す。 同連結部材の補助凸部と第１，第２板部との関係を示す横断面図であり、（Ａ）は連結部材の装着前、（Ｂ）は連結部材の装着後をそれぞれ示す。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ サブアッセンブリ
１０ 側板
１１ 第１板部
１１ａ 後縁
１１ｂ 切欠
１１ｘ 受面
１１ｙ 位置決め面
１２ 第２板部
１２ａ 前縁
１２ｂ 切欠
１２ｘ 受面
１２ｙ 位置決め面
１３ 連結部材
１３ａ 楔部
１３ｂ 鍔部
１３ｃ 位置決め部
１３ｘ 楔面
２０Ｆ，２０Ｒ ホイール
３０ クローラベルト
３１ スチールベルト（抗張部材）

Claims (5)

1. （ア）前後に延びる一対の側板と、
   （イ）上記一対の側板の前端部間，後端部間にそれぞれ回転可能に支持された前後のホイールと、
   （ウ）弾性材料からなる無端状のベルト本体と無端状の抗張部材とを含み上記前後のホイール間に掛け渡されたクローラベルトと、
   を備えたクローラ装置において、
   上記一対の側板の各々が、前後に離れて配置された第１，第２板部と、これら第１，第２板部を連結する連結部材とを備え、上記連結部材が楔部を有し、この楔部が第１板部の後縁と第２板部の前縁との間に入り込んでいることを特徴とするクローラ装置。
2. 上記楔部の両側面は、クローラ装置の内部に向かうにしたがって互いの間隔が狭まるように傾斜した一対の楔面となり、
   上記側板の第１板部の後縁と第２板部の前縁が、上記楔面と等しい傾斜角度の受面を有し、これら第１，第２板部の受面に上記楔部の楔面が当接することを特徴とする請求項１に記載のクローラ装置。
3. 上記連結部材が上記楔部の両側に一対の鍔部を有し、これら一対の鍔部が、上記第１板部と第２板部の外面に当接しかつ固定されていることを特徴とする請求項２に記載のクローラ装置。
4. 上記第１板部の後縁，第２板部の前縁および上記連結部材が垂直に延び、
   上記楔部が上記連結部材の上下端部を除く領域に形成され、連結部材はさらに、楔部の上方および下方に配置された一対の位置決め部を有し、この位置決め部が楔部の両側から張り出しており、
   上記第１板部の後縁と第２板部の前縁の上下端部には切欠が形成され、この切欠の平坦な底面が位置決め面として提供され、これら上下の位置決め面に上記連結部材の上下の位置決め部がそれぞれ当接することを特徴とする請求項３に記載のクローラ装置。
5. 請求項３に記載のクローラ装置を組み立てる方法において、
   上記一対の側板の第１板部に前側ホイールを回転可能に組み込んで第１サブアッセンブリを得、
   上記一対の側板の第２板部に後側ホイールを回転可能に組み込んで第２サブアッセンブリを得、
   上記第１，第２のサブアッセンブリ間にクローラベルトを掛け渡した状態で、上記連結部材を第１板部の後縁と第２板部の前縁との間に押し込むことにより、上記楔部の一対の楔面を第１，第２板部の受面に当てるとともに、上記鍔部を第１，第２板部の外面に当て、上記鍔部を第１，第２板部に固定することを特徴とするクローラ装置の組立方法。

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