JP2010064501A - 車輪走行体 - Google Patents

Abstract

【課題】段差を効率よく乗り上がることのできる車輪走行体を提供する。
【解決手段】走行体１００は、前後輪を有する車体１０と、車体下面に取り付けられているアーム２０を備えている。アーム２０は、先端を地面に接地させることできる。走行体１００は、現在の接地面よりも高い段差が前方に存在するときに、以下のシーケンスで段差を乗り上がる。（１）アーム先端を前輪接地点と車体重心の間で段差手前に接地する。（２）アームで前輪を持ち上げながら前輪が段差上面に位置するまで前進する。（３）アーム先端を後輪接地点と車体重心の間で段差上面に接地する。（４）アームで後輪を持ち上げながら後輪が段差上面へ位置するまで前進する。走行体１００は、車体下面に装備されたアーム２０を上記動作シーケンスに沿って動作させることによって段差を効率よく乗り上がることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車輪で走行する車輪走行体に関する。特に、現在の接地面よりも高い段差の上面へ効率よく乗り上がることのできる車輪走行体に関する。

車輪走行体は、一定以上の高さの段差を乗り越えることが困難である。特に、車輪の半径よりも高い段差は、車輪だけでは乗り上がることはできない。車輪走行体にアームを装備し、そのアームを利用して段差を乗り上がることができる技術が例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された車輪走行体は、車体側面にアームを備えている。車輪走行体は、そのアーム先端を接地しながら車体を持ち上げて段差を乗り上がる（例えば、特許文献１の段落００３０、及び図１、図７を参照）。

特開２００７−６１９６４号公報

特許文献１に開示されている車輪走行体が備えるアームは、物品を把持することも可能であり多目的な用途を意図している。そのため、段差を乗り上がるために最適な形状とは言い難い。例えば、特許文献１の車輪走行体は、車体の一方の側面に回転と伸縮が可能なアームを備えており、アームによって車体の一方の側面だけを持ち上げて段差を乗り上がる。従ってその車輪走行体は、余り高い段差を乗り上がることはできない。また、特許文献１では、段差を乗り上がる際のアームの動作シーケンスが熟慮されていない。
本発明は上記の課題に鑑みて創作された。本発明の目的は、段差を効率良く乗り上がることのできる車輪走行体を提供することにある。

本発明に係る車輪走行体は、前後輪を有する車体と、車体下面に取り付けられているアームを備えている。アームは、先端を地面に接地させることができる。この車輪走行体は、現在の接地面よりも高い段差が前方に存在するときに、以下のシーケンスで段差を乗り上がる。
（１）車体重心を通る鉛直線が後輪接地点とアーム先端接地点の間に存するようにアーム先端を接地する。
（２）後輪及びアームで車体を支えながら前輪を段差上面へ移動させる。
（３）車体重心を通る鉛直線が前輪接地点とアーム先端接地点の間に存するようにアーム先端を段差上面に接地する。
（４）前輪及びアームで車体を支えながら後輪を段差上面へ移動させる。
なお、前輪と後輪の表現は、段差と車体との関係を明確にするための便宜上の区別であることに留意されたい。走行体が後進しながら後方の段差に乗り上がる場合は、上記シーケンスにおいて「前輪」と「後輪」を入れ替えればよい。

本発明の車輪走行体は、車体下面にアームを装備している。従って、アーム先端を車体下面の下方で地面に接地することができる。車体を安定して持ち上げることができる。また、アーム先端を車体重心の前後に移動することができるので、まず前輪を持ち上げ、前輪が段差上面に接地した後に、後輪を持ち上げることができる。特に、前輪が段差上面に接地した後に、アーム先端を車体重心よりも後方で段差上面に接地することにより、後輪を効率よく段差上面へ移動させることができる。また、車体下面にアームを装備しているので、アームを使用しない場合、アームが邪魔になることがない。

アームは、その先端を車体重心の前後で接地することができる構造を備えていればよい。例えば、アームは、２つの回転関節を有する２リンク機構を備えていればよい。

上記の（１）から（４）の動作シーケンスは、以下のとおり別言してもよい。
（１）アーム先端を前輪接地点と車体重心の間で段差手前に接地する。
（２）アームで前輪を持ち上げながら前輪が段差上面に位置するまで前進する。
（３）アーム先端を後輪接地点と車体重心の間で段差上面に接地する。
（４）アームで後輪を持ち上げながら後輪が段差上面へ位置するまで前進する。

本発明の車輪走行体は、現在の接地面よりも高い段差を効率よく乗り上がることができる。

実施例の車輪走行体の特徴を以下に列挙する。
（１）前輪と後輪の双方が駆動輪である。前輪を段差上面へ乗り上げる際は、少なくとも後輪を駆動し、前輪を段差壁面に押し付けながら前進する。後輪を段差上面へ乗り上げる際は、少なくとも前輪を駆動し、後輪を段差壁面に押し付けながら前進する。そのような動作シーケンスを採用することによって、車輪走行体は、前輪と後輪が常に接地しながら段差に乗り上がる。この車輪走行体は、段差を乗り上がるために駆動輪の動力も利用するので、アームが車体を持ち上げるために大きなパワーを必要としない。

図１に、車輪走行体１００の模式図を示す。以下では、車輪走行体１００を単に走行体１００と称する。図１（Ａ）は、走行体１００の側面図を示しており、図１（Ｂ）は、走行体１００の正面図を示している。走行体１００は、車体１０の下部に前輪１２と後輪１４を備えている。即ち図１（Ａ）において右側が走行体１００の前方に相当する。図１（Ｂ）に示すように、走行体１００は、２つの前輪１２ａ、１２ｂを備えている。図示を省略しているが走行体１００は、２つの後輪を備えている。即ち、走行体１００は、前後にそれぞれ２個の車輪を備えている。走行体１００は、前輪１２と後輪１４のそれぞれを駆動することができる。

走行体１００は、車体１０の下面にアーム２０を装備している。アーム２０は、第１関節２２によって、車体１０の下面に固定されている。第１関節２２は回転関節であり、第１リンク２６を回転させる。第１リンク２６の先端に第２関節２４を介して第１リンク２６が連結されている。第２関節２４も回転関節である。第２リンク２８の先端には、補助輪３０が取り付けられている。補助輪３０はアーム２０の先端に相当する。以下では、補助輪３０をアーム先端３０と称する場合がある。アーム２０は、第１関節２２と第２関節２４によって、アーム先端３０を移動させることができる。アーム２０は、前輪１２の接地点と後輪１４の接地点の間でその先端３０を接地することができる全長を有している。図１（Ａ）、（Ｂ）は、アーム２０を収納した状態を示している。

図１における符号Ｇは、車体１０の重心を示している。走行体１００は、前後、左右に対象である。従って、重心Ｇは、車体１０の前後方向の中央であり、左右方向の中央に位置している。アーム２０は、重心Ｇの直下、即ち、車体１０の前後方向の中央であり、左右方向の中央で車体１０の下面に取り付けられている。図１の符号Ｆは地面を示している。

図示を省略しているが、走行体１００は、車輪１２、１４、及び、アーム２０を制御するコントローラと、周囲の段差を検知するセンサを備えている。

図２から図９を参照して、走行体１００が前方の段差に乗り上がる動作シーケンスを説明する。図２から図９において、符号Ｓは段差を示しており、符号Ｆ１は段差手前の地面を示しており、符号Ｆ２は、段差上面を示している。以下の説明では、符号Ｓを、段差壁面を示す記号として用いる場合がある。本実施例では、走行体１００が、現在位置における地面Ｆ１よりも高い段差Ｓの上面Ｆ２に乗り上がる場合を説明する。図２から図９に向かって、時間の経過とともに変化する走行体１００の状態を示している。図２は、段差Ｓに乗り上がる前の状態を示している。図３は、前輪１２が段差Ｓに乗り上がる途中を示している。図４は、前輪１２が段差Ｓを乗り上げ終えたときの状態を示している。図５は、後輪１２を段差直前まで前進させた状態を示している。図６は、アーム２０を段差上面Ｆ２に接地したときの状態を示している。図７は、後輪１４が段差Ｓを乗り上がる途中の状態を示している。図８は、後輪１４が段差Ｓを乗り上げ終えたときの状態を示している。図９は、アーム３０を収容した状態を示している。

（１）第１シーケンス（図２参照）
前輪１２が段差Ｓの直前に位置したときに、走行体１００は、アーム２０を駆動し、アーム先端３０を接地させる。このときのアーム先端３０の接地点Ｐ２は、車体１０の重心Ｇを通る鉛直線Ｌ１が後輪１４の接地点Ｐ４とアーム先端３０の接地点Ｐ２の間に存するように決められる。別言すれば、走行体１００は、前輪１２の接地点Ｐ１と重心Ｇ（厳密には重心Ｇを通る鉛直線Ｌ１と地面Ｆ１との交点Ｐ３）との間の点Ｐ２にアーム先端３０を接地する。

（２）第２シーケンス（図３、図４参照）
次に走行体１００は、前輪１２と後輪１４を駆動して前進する。前輪１２が段差Ｓ（段差Ｓの壁面）に接したのちに、アーム先端３０を下方へ向けて駆動する。走行体１００は、アーム２０と後輪１４によって車体１０を支えながら前輪１２を段差Ｓの壁面に沿って持ち上げ、前輪１２を段差上面Ｆ２へ移動させる。即ち、走行体１００は、アーム２０で前輪１２を持ち上げながら前輪１２が段差上面Ｆ２に位置するまで前進する。前輪１２が段差Ｓを乗り上がる間も前輪１２と後輪１４を駆動し続ける。このとき、前輪１２と壁面との摩擦によって、前輪１２と後輪１４の駆動力も前輪１２を持ち上げることに寄与する。即ち、車体１０は、アーム２０の駆動力のみで持ち上がるのではなく、アーム２０の駆動力に、前輪１２と後輪１４の機動力が寄与して持ち上がる。そのため、走行体１００のアーム２０は、単独で車体１０を持ち上げるほどの大駆動力を必要としない。

（３）第３シーケンス（図５、図６参照）
次に走行体１００は、アーム先端３０を地面Ｆ１から離し（図５）、後輪１４が段差Ｓの直前に位置するまで前進する（図６）。そして走行体１００は、アーム２０を駆動し、アーム先端３０を段差上面Ｆ２に接地させる（図６）。このときのアーム先端３０の接地点Ｐ７は、車体１０の重心Ｇを通る鉛直線Ｌ２が前輪１２の接地点Ｐ５とアーム先端３０の接地点Ｐ７の間に存するように決められる。別言すれば、走行体１００は、後輪１４の接地点Ｐ８と重心Ｇ（厳密には重心Ｇを通る鉛直線Ｌ１と段差上面Ｆ２との交点Ｐ６）との間で段差上面Ｆ２の点Ｐ７にアーム先端３０を接地する。なお、このとき、後輪１４の接地点Ｐ８は段差手前の地面Ｆ１上に位置している。

（４）第４シーケンス（図７、図８参照）
アーム先端３０を段差上面Ｆ２に接地させたまま、走行体１００は、前輪１２と後輪１４を駆動して前進する。後輪１４が段差Ｓの壁面に接した後、アーム２０と前輪１２によって車体１０を支えながら後輪１４を段差Ｓの壁面に沿って持ち上げ、後輪１４を段差上面Ｆ２へ移動させる。即ち、走行体１００は、アーム２０で後輪１４を持ち上げて後輪１４が段差上面Ｆ２に位置するまで前進する。このとき、前輪１２と後輪１４を駆動し続けているので、後輪１４と壁面との摩擦によって、前輪１２と後輪１４の駆動力も後輪１４を持ち上げることに寄与する。即ち、第２シーケンスと同様に、アーム２０は単独で後輪１４を持ち上げるのではなく、アーム２０の動作と前後輪１２、１４の駆動が協働して、後輪１４を持ち上げる。

（５）第５シーケンス（図９参照）
前輪１２と後輪１４が段差上面Ｆ２に乗り上げた後に、走行体１００は、アーム２０を元の位置に収容する。こうして、走行体１００は段差上面Ｆ２に乗り上がる。

以上説明したように、走行体１００は、車体下面に装備したアーム２０と前後輪１２、１４を上記動作シーケンスに沿って駆動することによって、段差Ｓを効率よく乗り上がることができる。特に、走行体１００は、車体下面にアームを装備しているので、車体の下側にアーム先端を接地することができる。アームを車体の外側の領域で接地する場合に比べて、車体を持ち上げる際にアームに作用するモーメントを小さくすることができる。これに加えて走行体１００は、アーム２０の駆動力に加えて車輪の駆動力も使って車体を持ち上げる。この走行体１００は、効率よく車体を持ち上げて段差を乗り上がることができる。

上記説明した走行体１００の他の技術的特徴と好適な変形例を説明する。走行体１００は、３個以上の車輪によって安定に接地している。別言すれば、前輪と後輪の一方は少なくとも２つの車輪を有している。そして、走行体１００は、車輪の接地点が形成する領域内にアーム先端３０を接地する。そのようにアーム先端３０を接地することで、アーム２０は車体１０を安定に持ち上げることができる。

上記のアーム２０は、２つの回転関節２２、２４と２つのリンク２６、２８を有した。アームの機構は、先端を車体重心Ｇの前後で接地することができれば他の機構を採用してもよい。例えば、アームは、直動型の関節を備えていてもよい。また、アーム２０の先端は、補助輪３０に限られない。アーム２０の先端は、球状であってもよい。また、アーム２０の先端に、ヒンジ付きの足型形状の部材が取り付けられていてもよい。

走行体１００は、前後輪がともに駆動輪である必要はない。走行体１００は、前輪と後輪の一方が駆動輪であってもよい。ただし、前後輪の一方のみが駆動輪である場合、駆動輪でない車輪が段差壁面に沿って持ち上がる際には車輪の駆動力が段差乗り上げに寄与しない。従ってこの場合、前後輪が駆動する場合に比べて、アームに大きな駆動力を要する。

アームの取り付け位置は、車体１０の下面で重心Ｇの直下であることが好ましいが、これに限られるものではない。また、アームの全長は、少なくとも車輪の接地点が形成する領域内にアーム先端を接地することができる長さを有していれば良い。

走行体１００は、上記のアーム２０を用いて、走行体１００が位置する地面よりも下がっている段差を降りることもできる。段差を降りる場合は、上記した動作シーケンスを逆順で実行すればよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

車輪走行体の側面図（Ａ）と正面図（Ｂ）を示す。 アームを段差手前に接地したときの車輪走行体を示す。 前輪が段差を乗り上がる途中の車輪走行体を示す。 前輪が段差を乗り上がり終えたときの車輪走行体を示す。 後輪が段差直前まで前進したときの車輪走行体を示す。 アームを段差上面に接地したときの車輪走行体を示す。 後輪が段差を乗り上がる途中の車輪走行体を示す。 後輪が段差を乗り上がり終えたときの車輪走行体を示す。 アームを収容した車輪走行体を示す。

符号の説明

１０：車体
１２：前輪
１４：後輪
２０：アーム
２２：第１関節
２４：第２関節
２６：第１リンク
２８：第２リンク
３０：補助輪（アーム先端）
１００：車輪走行体

Claims (1)

1. 前後輪を有する車体と、
   車体下面に取り付けられているアームと、を備えており、
   前方に存在する段差に乗り上がる際に、
   車体重心を通る鉛直線が後輪接地点とアーム先端接地点の間に存するようにアーム先端を接地し、後輪及びアームで車体を支えながら前輪を段差上面へ移動させ、続いて車体重心を通る鉛直線が前輪接地点とアーム先端接地点の間に存するようにアーム先端を段差上面に接地し、前輪及びアームで車体を支えながら後輪を段差上面へ移動させることを特徴とする車輪走行体。

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