JP2010089665A - クローラ型の走行装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 乗り上げ状態を容易に解除できるクローラ型走行装置を提供する。
【解決手段】
小型走行装置１は、遠隔操作により走行制御されるものであり、ボデイ２と、このボデイの左右に設けられた一対の主クローラ１０とを備えている。ボデイ２の下には、一対の主クローラ１０間の定位置に補助クローラ２０が配置されている。補助クローラ２０は主クローラ１０のホイール１１の外周面に接するゴムローラ２６を介して、ホイール１１の回転トルクを受けるようになっている。補助クローラ２０の無端条体２３は、主クローラ１０の無端条体１２と平行をなすとともに、この無端条体１２の下部の接地面１２ｘより高い位置に配置されている。整地された平坦な地面Ｇを走行する際には、補助クローラ２０は地面Ｇから浮いている。不整地走行時に走行装置１が障害物に乗り上げて主クローラ１０が空転しても、補助クローラ２０が障害物に乗って回転駆動することにより、乗り上げ状態を解消できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、不整地を走行するのに適した遠隔制御式または自走式の小型走行装置に関する。

ボデイの左右にクローラを備えた走行装置は知られており、この種の走行装置は不整地走行するのに適しているので、人間が乗って操作する、建設用機械、産業用機械及び農業用機械などとして広く利用されている。
一方、特許文献１，２に示すように、ロボットの中で特殊環境用ロボットやサービスロボットの走行装置としてクローラを使用することも知られている。これら特許文献１，２のロボット用クローラ走行装置は先に説明した建設用機械等のクローラ走行装置に比べ著しく小型であり、人間が乗らずに遠隔操作で操縦したり、センサーとコンピュータを組み合わせて自動走行するようなものである。
特開２００５−１１１５９５号公報 特許３９８５８７０号公報

しかし、特許文献１，２に示すクローラを用いた小型走行装置では、遠隔操作による走行や自動走行であるために障害物の大きさや形状の判断が難しいこと、クローラ接地面からボデイ下面の距離が小さいことなどから、ボデイが障害物に乗り上げ左右のクローラが接地せずに空転して、走行制御不能に陥るという、上記建設用機械などでは起こりえない障害が発生する。

上記課題を解決するため、本発明は、ボデイと、このボデイの左右に設けられた一対の主クローラとを備えた遠隔制御式または自走式の小型走行装置において、上記ボデイの下には、上記一対の主クローラ間の定位置に補助クローラが配置され、上記補助クローラは駆動源に接続されてこの駆動源からの回転トルクを受けるようになっており、上記補助クローラの無端条体は、上記主クローラの無端条体と平行をなすとともに、主クローラの無端条体の下部の接地面より高い位置に配置されていることを特徴とする。
この構成によれば、走行装置が不整地を走行している時に障害物に乗り上げて主クローラが空転した場合でも、補助クローラが回転駆動することにより走行装置が障害物上を移動することができ、乗り上げ状態を解消することができる。

好ましくは、上記補助クローラの駆動源が上記主クローラである。
この構成によれば、主クローラの駆動源とは別の駆動源を必要とせず、構成を簡略化することができる。

好ましくは、上記補助クローラの駆動源が上記主クローラにおける前後のホイールのうちの少なくとも１つであり、さらに回転体を備え、この回転体は、上記駆動源としてのホイールと係合することによりホイールからの回転トルクを得、この回転トルクを上記補助クローラに伝達する。
この構成によれば、回転体を介して主クローラのホイールの回転トルクを確実に補助クローラに伝達することができる。

好ましくは、上記駆動源としての主クローラのホイールには、周方向に延びる環状の摩擦接触面が形成され、上記回転体が、上記ホイールの摩擦接触面に接する摩擦ローラからなる。
この構成によれば、摩擦ローラを用いることにより、ホイールからの回転トルクを得るための構成を簡略化することができる。

さらに好ましくは、上記摩擦接触面が上記ホイールの外周に形成され、上記摩擦ローラは、その回転軸線が上記ホイールの中心軸線と平行をなすようにして回転可能に支持されるとともに、上記主クローラの無端条体の上下部間に配置され、上記ホイールにおいて上記主クローラの無端条体の掛け渡し領域から外れた位置で、上記摩擦接触面に接する。
この構成によれば、摩擦ローラの配置スペースを容易に確保することができる。

好ましくは、上記ホイールの外周には、周方向に等間隔をおいて配置された係合凸部が設けられ、これら係合凸部の幅方向両側に上記摩擦接触面が形成され、上記主クローラの無端条体がこれら係合凸部に係合される係合凹部を有するベルトからなり、上記摩擦ローラには上記係合凸部を逃げるための環状の逃がし溝が形成されている。
この構成によれば、ホイールに係合凸部が形成されているにも拘わらず、摩擦ローラとホイールとの十分な接触面積を確保することができる。

好ましくは、上記駆動源としての主クローラのホイールには、周方向に延びる環状のギア部が形成され、上記回転体が、上記ホイールのギア部に噛み合う小歯車からなる。
これによれば、ホイールのギア部と小歯車との噛み合いにより、スリップせずに確実にホイールの回転トルクを補助クローラに伝達することができる。

好ましくは、上記ギア部が上記ホイールの外周に形成され、上記小歯車は、その回転軸線が上記ホイールの中心軸線と平行をなすようにして回転可能に支持されるとともに、上記主クローラの無端条体の上下部間に配置され、上記ホイールにおいて上記主クローラの無端条体の掛け渡し領域から外れた位置で、上記ギア部に噛み合う。
この構成によれば、小歯車の配置スペースを容易に確保することができる。

好ましくは、上記ホイールの外周には、周方向に等間隔をおいて配置された係合凸部が設けられ、これら係合凸部の幅方向両側に周方向に等間隔で噛合凹部を形成することにより上記ギア部が構成され、上記主クローラの無端条体がこれら係合凸部に係合される係合凹部を有するベルトからなり、上記小歯車の中央には上記係合凸部を逃げるための環状の逃がし溝が形成されるとともに、その両側には上記ホイールのギア部と噛み合うギア部が形成されている。
この構成によれば、ホイールに係合凸部が形成されているにも拘わらず、小歯車とホイールとの十分な噛み合い領域を確保することができる。

好ましくは、上記補助クローラが、前後に配置されたプーリと、このプーリに掛け渡された無端条体としてのベルトを有し、これらプーリを支持する前後のシャフトが、主クローラのホイールを支持する側板に支持され、前後のシャフトの一方が主クローラ内へと延長し、この延長部に上記回転体が回転トルク伝達可能に固定されている。
この構成によれば、補助クローラが主クローラの側板に支持されているので、補助クローラのための支持構造を簡略化することができる。また、回転体から補助クローラへ回転トルクを伝達するための構成も簡略化することができる。

本発明によれば、小型走行装置は、主クローラが空転するような乗り上げ状態になっても、補助クローラの回転駆動により乗り上げ状態から脱することができる。

以下、本発明の第１実施形態をなす走行装置について、図面を参照しながら説明する。最初に走行装置１の基本構造について図１、図２を参照しながら説明する。なお、図２において、Ｘ軸方向が走行装置１の左右方向（幅方向）であり、Ｙ軸方向が前後方向（長手方向）である。

本実施形態の走行装置１は、人手により持ち上げ可能な程度に軽量かつ小型であり、人間が乗ることを想定し得ないサイズに作られている。この走行装置１は、ボデイ２と、このボデイ２の左右に設けられた主クローラ１０とを備えている。主クローラ１０は前後方向に細長く延びている。

上記ボデイ２には、ビデオカメラ３が搭載されるとともに、送受信機（図示しない）が搭載され、リモートコントローラ（図示しない）の送受信機との間で送受信可能である。操作者は遠隔場所において、ビデオカメラ３で撮影されたモニターの映像を見ながら遠隔操作することにより、主クローラ１０の走行制御を行うことができる。
さらに上記ボデイ２には、必要に応じて種々の計測手段やロボットアーム等の作業手段が搭載されている。

上記走行装置１は、クローラロボットとも称される。なお、本願明細書において、作業手段を装備せずビデオカメラ３だけを搭載した遠隔操作式の走行装置１もクローラロボットと定義する。
本実施形態の走行装置１は、危険場所や床下等の特殊環境での点検、検査、作業等のためのサービスロボットとして用いられる。

上記主クローラ１０の各々は、前後に配置されたホイール１１と、これらホイール１１に掛け渡されたベルト１２（無端条体）とを有している。各主クローラ１０のいずれか一方のホイール、例えば後側のホイール１１が原動ホイールとして提供され、このホイール１１には図示しないモータが連結され、モータの回転トルクが供給されるようになっている。

左右一対の主クローラ１０は、互いに独立して駆動制御され、これにより走行装置１は前進したり、後退したり、前進または後退しながら左右に旋回したり、超信地旋回（その場で位置を変えずに旋回）できるようになっている。

各ホイール１１の円筒面をなす外周面には、周方向に等間隔をなして係合凸部１１ｃ（図４参照）が形成されている。本実施形態では、ホイール１１に埋め込まれたピン１１ａの先端部が係合凸部１１ｃとして提供される。
係合凸部１１ｃは一列または複数列をなすが、本実施形態のように一列の場合にはホイール１１の外周面の幅方向中央に設けられる。
ホイール１１の外周において、係合凸部１１ｃの幅方向両側は、後述の作用をなす円筒面形状の摩擦接触面１１ｘとして提供される。

図１〜図３に示すように、上記ベルト１２は、ベルト本体１２ａと、このベルト本体１２ａの外周に周方向に間隔をおいて形成された接地ラグ１２ｂとを有している。なお、図１ではこの接地ラグ１２ｂの天場を結んだ線を想像線で示す。
上記ベルト本体１２ａの内周には、上記係合凸部１１ｃに係合する係合凹部１２ｃ（図３参照）が形成されており、これによりホイール１１とベルト１２との間のトルク伝達が可能となっている。
上記ベルト１２は、上記ホイール１１の摩擦接触面１１ｘに接し、これを覆うようにしてホイール１１に掛け渡されている。

各主クローラ１０は、垂直をなして前後方向に延びる一対の側板１４，１５を有しており、これら側板１４，１５の前後端部間に上記ホイール１１が回転可能に支持されている。

図３に示すように、上記側板１４，１５は、剛性の側板本体１４ａ，１５ａと、この側板本体１４ａ，１５ａの周縁に取り付けられた薄肉の柔軟なシール材１４ｂ，１５ｂとを有しており、上記ベルト１２のベルト本体１２ａの両側縁がこのシール材１４ｂ，１５ｂに接することにより、ホイール１１が収容された内部空間がシールされるようになっている。なお、このシール構造は本発明において必須ではない。
上記接地ラグ１２ｂは、側板１４，１５の周縁（すなわちシール材１４ｂ，１５ｂの周縁）から突出している。

次に、本発明の特徴部について説明する。
図１〜図３に示すように、上記ボデイ２の下方には補助クローラ２０が配置されている。この補助クローラ２０は、左右の主クローラ１０間においてボデイ２の水平をなす下面に接近した定位置にある。

上記補助クローラ２０は例えばタイミングベルト装置からなり、前後に配置された断面歯車形状をなすプーリ２１，２２と、これらプーリ２１，２２に掛け渡されて噛み合う複数本例えば４本のベルト２３（無端条体）とを備えている。

上記補助クローラ２０のベルト２３は前後方向に延び、上記主クローラ１０のベルト１２と平行をなしている。
図１、図３に示すように、上記補助クローラ２０のベルト２３は、主クローラ１０のベルト１２の下側の部分における、接地ラグ１２ｂの先端（すなわち接地面１２ｘ）より高い位置に配置されている。

図２に示すように、上記補助クローラ２０の４本のベルト２３の配置領域はボデイ２の中心を含み、ボデイ２の左右方向の幅の過半を占め、ボデイ２の前後方向の長さの過半を占めている。

上記補助クローラ２０のプーリ２１，２２は、主クローラ１０に回転可能に支持されている。以下、この支持構造について詳述する。
本実施形態では前側のプーリ２１が従動プーリとなっており、図３（Ａ）に示すように、左右方向に延びるシャフト２４に回転可能に挿通支持されている。このシャフト２４の両端部は、左右の主クローラ１０の内側の側板１４に固定されている。

後側の原動プーリ２２は、図３（Ｂ）に示すように、走行装置１の左右方向に延びるシャフト２５に挿通固定されており、このシャフト２５は左右の主クローラ１０の内側の側板１４に回転可能に支持されている。

上記シャフト２５は一方側（図１において手前側）が延長されていて、一方の主クローラ１０の外側の側板１５に達し、この側板１５に回転可能に支持されている。
上記シャフト２５の延長部には、ゴムローラ２６（摩擦ローラ、回転体）が固定されている。ゴムローラ２６の回転軸線、すなわちシャフト２５の中心軸線は、ホイール１１の中心軸線と平行をなして離間している。

上記ゴムローラ２６およびシャフト２５の延長部は、上記主クローラ１０のベルト１２の上下部間に配置され、上記ホイール１１において上記ベルト１２の掛け渡し領域から外れた位置に配置されている。

図３（Ａ），図４に示すように、上記ゴムローラ２６はその中央に環状の逃がし溝２６ａを有しており、この逃がし溝２６ａにホイール１１の係合凸部１２ａを収容できるようになっており、この逃がし溝２６ａの両側の周面部が、上記ホイール１１（駆動源）の外周の摩擦接触面１１ｘに（駆動源）に弾性変形を伴って接している（係合している）。

上記構成をなす走行装置１が、図１、図３に示すように整地された平坦な地面Ｇを走行している場合の作用について説明する。この場合、主クローラ１０の駆動により走行装置１は、前述したように前進、後退、旋回等を行うことができる。補助クローラ２０は、ベルト１２の接地面１２ｘより高い位置にあるため、地面Ｇから浮いており地面Ｇに接することはない。

上記走行の際、ゴムローラ２６が主クローラ１０のホイール１１の摩擦接触面１１ｘに接し、両者の摩擦によりホイール１１の回転トルクがゴムローラ２６に伝達され、ひいては補助クローラ２０の駆動側プーリ２２に伝達されるため、ベルト２３が無負荷状態で回転している。

不整地を走行する場合、特に瓦礫が散乱していたりパイプが配置されているような不整地を走行する場合、走行装置１のボデイ２がこれら瓦礫やパイプ等の障害物に乗り上げることがある。この場合、主クローラ１０が空転する。しかし、本実施形態では、補助クローラ２０のベルト２３が上記障害物に乗った状態で回転駆動するため、この乗り上げ状態から容易に脱することができ、走行制御不能状態に陥ることはない。

次に、本発明の第２実施形態について、図５、図６を参照しながら説明する。本実施形態では、回転体として摩擦ローラ２６の代わりにホイール１１と噛み合う小歯車３０を用いる点が第１実施形態と異なるが、他の構成は第１実施形態と同様であり、同番号を付してその説明を省略する。

上記小歯車３０は第１実施形態の摩擦ローラ２６と同様にシャフト２５の延長部に固定され、主クローラ１０のベルト１２の上下部間に配置され、ホイール１１において上記ベルト１２の掛け渡し領域から外れた位置に配置されている。

小歯車３０の中央にはホイール１１の係合凸部１１ｃを逃がすための環状の逃がし溝３１が形成されている。この逃がし溝３１の両側には、鋼製ピンを等間隔で埋め込むことによりギア部３２が形成されている。

ホイール１１の外周には係合凸部１１ｃの両側の円筒面に周方向に等間隔で噛合凹部１１ｙを形成することにより、ギア部１１ｚが形成されている。ベルト１２は、ギア部１１ｚの円筒面に接しこれを覆うようにして、ホイール１１に掛け渡されている。

第２実施形態では、小歯車３０のギア部３２とホイール１１のギア部１１ｚの噛み合い（係合）により、ホイール１１の回転トルクがより一層確実に補助クローラ２０に伝達される。

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、第１実施形態において摩擦接触面をホイールの内周に形成してもよいし、第２実施形態においてギア部をホイールの内周に形成してもよい。

上記回転体としての摩擦ローラや歯車を補助クローラの駆動側シャフトに直接固定せずに、歯車列を介して連結してもよい。
上記回転体と補助クローラの駆動側シャフトとの間にクラッチを介在させて、整地走行中は補助クローラの回転を停止させてもよい。

上述した第１、第２実施形態において、補助クローラは、前後のシャフトに連結または固定された前後一対の回転体を介して一方の主クローラの前後のホイールから回転トルクを得てもよい。
また、補助クローラは、一方のシャフトに連結または固定された左右一対の回転体を介して左右の主クローラの前側ホイールから、または左右の主クローラの後側のホイールから回転トルクを得てもよい。この場合、補助クローラのシャフトをワンウエイクラッチを介して回転体に連結することにより、シャフトの両端から逆向きの回転トルクが付与されるのを回避する。

上記補助クローラを主クローラに支持する代わりに、ボデイの下面に支持してもよい。
補助クローラの駆動源は主クローラの従動側のホイールであってもよく、主クローラから独立して設けられていてもよい。
補助クローラは、タイミングベルトに限定されず、平ベルト、Ｖベルト、丸ベルトであってもよい。
駆動源は、主クローラとは別にボデイに設けてもよい。
本発明は、位置センサや距離センサ等のセンサとコンピュータを組み合わせ、人間が乗らずに自動走行する小型の走行装置にも適用可能である。

本発明の第１実施形態をなす走行装置の側面図である。 同走行装置の底面図である。 （Ａ）は同走行装置に装着された補助クローラの従動側を示すもので図１においてＡ−Ａ線に沿う断面図であり、（Ｂ）は同補助クローラの原動側を示すもので図１においてＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 同走行装置において、ゴムローラと主クローラのホイールとの接触状態を示すもので、図１におけるＣ−Ｃ線に沿う要部断面図である。 本発明の第２実施形態をなす走行装置の図３（Ｂ）相当図である。 同第２実施形態における小歯車とホイールの噛み合い状態を示す要部拡大側面図である。

符号の説明

１ 走行装置
２ ボデイ
１０ 主クローラ
１１ ホイール
１１ｃ 係合凸部
１１ｘ 摩擦接触面
１１ｚ ギア部
１２ ベルト（無端条体）
１２ｃ 係合凹部
１４、１５ 側板
２０ 補助クローラ
２１、２２ プーリ
２３ ベルト（無端条体）
２４、２５ シャフト
２６ ゴムローラ（摩擦ローラ、回転体）
２６ａ 逃がし溝
３０ 小歯車（回転体）
３１ 逃がし溝
３２ ギア部

Claims (10)

1. ボデイと、このボデイの左右に設けられた一対の主クローラとを備えた遠隔制御式または自走式の小型走行装置において、
   上記ボデイの下には、上記一対の主クローラ間の定位置に補助クローラが配置され、
   上記補助クローラは駆動源に接続されてこの駆動源からの回転トルクを受けるようになっており、
   上記補助クローラの無端条体は、上記主クローラの無端条体と平行をなすとともに、主クローラの無端条体の下部の接地面より高い位置に配置されていることを特徴とする小型走行装置。
2. 上記補助クローラの駆動源が上記主クローラであることを特徴とする請求項２に記載の小型走行装置。
3. 上記補助クローラの駆動源が上記主クローラにおける前後のホイールのうちの少なくとも１つであり、
   さらに回転体を備え、この回転体は、上記駆動源としてのホイールと係合することによりホイールからの回転トルクを得、この回転トルクを上記補助クローラに伝達することを特徴とする請求項２に記載の小型走行装置。
4. 上記駆動源としての主クローラのホイールには、周方向に延びる環状の摩擦接触面が形成され、
   上記回転体が、上記ホイールの摩擦接触面に接する摩擦ローラからなることを特徴とする請求項３に記載の小型走行装置。
5. 上記摩擦接触面が上記ホイールの外周に形成され、
   上記摩擦ローラは、その回転軸線が上記ホイールの中心軸線と平行をなすようにして回転可能に支持されるとともに、上記主クローラの無端条体の上下部間に配置され、上記ホイールにおいて上記主クローラの無端条体の掛け渡し領域から外れた位置で、上記摩擦接触面に接することを特徴とする請求項４に記載の小型走行装置。
6. 上記ホイールの外周には、周方向に等間隔をおいて配置された係合凸部が設けられ、これら係合凸部の幅方向両側に上記摩擦接触面が形成され、
   上記主クローラの無端条体がこれら係合凸部に係合される係合凹部を有するベルトからなり、
   上記摩擦ローラには上記係合凸部を逃げるための環状の逃がし溝が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の小型走行装置。
7. 上記駆動源としての主クローラのホイールには、周方向に延びる環状のギア部が形成され、
   上記回転体が、上記ホイールのギア部に噛み合う小歯車からなることを特徴とする請求項３に記載の小型走行装置。
8. 上記ギア部が上記ホイールの外周に形成され、
   上記小歯車は、その回転軸線が上記ホイールの中心軸線と平行をなすようにして回転可能に支持されるとともに、上記主クローラの無端条体の上下部間に配置され、上記ホイールにおいて上記主クローラの無端条体の掛け渡し領域から外れた位置で、上記ギア部に噛み合うことを特徴とする請求項７に記載の小型走行装置。
9. 上記ホイールの外周には、周方向に等間隔をおいて配置された係合凸部が設けられ、これら係合凸部の幅方向両側に周方向に等間隔で噛合凹部を形成することにより上記ギア部が構成され、
   上記主クローラの無端条体がこれら係合凸部に係合される係合凹部を有するベルトからなり、
   上記小歯車の中央には上記係合凸部を逃げるための環状の逃がし溝が形成されるとともに、その両側には上記ホイールのギア部と噛み合うギア部が形成されていることを特徴とする請求項８に記載の小型走行装置。
10. 上記補助クローラが、前後に配置されたプーリと、このプーリに掛け渡された無端条体としてのベルトを有し、これらプーリを支持する前後のシャフトが、主クローラのホイールを支持する側板に支持され、
    前後のシャフトの一方が主クローラ内へと延長し、この延長部に上記回転体が回転トルク伝達可能に固定されていることを特徴とする請求項３〜９に記載の小型走行装置。

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