JP2010120642A - クローラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 内部空間を遮蔽できるクローラ装置を提供する。
【解決手段】 クローラ装置は、前後方向に離れて配置された複数のホイール（１０）と、これらホイールに掛け渡されたクローラベルト（２０）と、前後方向に延びて上記複数のホイール（１０）の両側面を覆う一対の側板（３０）を備えている。クローラベルト（２０）は、弾性材料からなる無端状のベルト本体（２２）を備え、このベルト本体は、無端状のベース部（２３）と、このベース部の両側にベース部の全長にわたって連続して形成された遮蔽鍔（２４；２４’）とを有している。これら遮蔽鍔の先端縁部が上記側板の周縁部に接しており、これによりクローラベルと側板で囲われた空間が外部に対して遮蔽される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、軽量なロボット等の足回り部に用いられるクローラ装置に関する。

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を有するクローラ装置が開発されている。

上記クローラ装置において、クローラベルトとホイールとの間に砂や塵埃が噛み込むのを防止するために、クローラベルトで囲われた空間を外部から遮断する構造が求められていた。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、前後方向に離れて配置された複数のホイール（１０）と、これらホイールに掛け渡されたクローラベルト（２０）と、前後方向に延びて上記複数のホイール（１０）の両側面を覆う一対の側板（３０）を備えたクローラ装置において、上記クローラベルト（２０）は、弾性材料からなる無端状のベルト本体（２２）を備え、このベルト本体は、無端状のベース部（２３）と、このベース部の両側にベース部の全長にわたって連続して形成された遮蔽鍔（２４；２４’）とを有し、 これら遮蔽鍔が、先細の断面形状をなしており、この遮蔽鍔の先端縁部が弾性変形した状態で上記側板の周縁部の内面と外面のうちのいずれか一方にのみ接していることを特徴とする。

上記構成により、側板間の内部空間を遮蔽することができ、クローラベルトとホイールとの間に砂や塵埃が噛み込むのを防止できる。また、上記断面形状が先細をなす遮蔽鍔の先端縁部が弾性変形した状態で側板に接するので、良好な遮蔽を行うことができる。

好ましくは、上記遮蔽鍔が、上記ベース部からベース部の厚み方向に突出している。これにより、遮蔽鍔の先端縁部の弾性変形を伴う側板への接触を安定させることができる。
この場合、クローラベルトにおいてホイールに掛け渡された領域では、遮蔽鍔の先端縁部を波状にする力が作用するが、遮蔽鍔の先端縁部が弾性変形して側板に接しているため、波を打たずに確実に側板に接することができる。

好ましくは、上記側板の周縁部の外面が傾斜しており、この傾斜面に上記遮蔽鍔が接している。

本発明によれば、クローラベルトにより囲われた側板間の内部空間を遮蔽することができ、クローラベルトとホイールとの間に砂や塵埃が噛み込むのを防止できる。

本発明の第１実施形態をなす左右一対のクローラ装置を備えた、ロボットの足回り部の斜視図である。 同クローラ装置の側面図である。 同クローラ装置に用いられるクローラベルトを、スチールベルトの厚みを誇張して示す縦断面図である。 同クローラベルトをホイールに掛け渡した状態で示す縦断面図である。 同クローラベルトの側面図である。 同クローラベルトの平面図である。 同クローラベルトの接地ラグが瓦礫をグリップする状態を示す概略図である。 同クローラベルトの製造に使用される装置を示す斜視図である。 同装置の要部の拡大縦断面図であり、クローラベルトのベルト本体が成形された状態を示す。 同装置の要部の拡大縦断面図であり、成形されたベルト本体の一部分とスチールベルトを下型から離す状態を示す。 同装置の要部の拡大縦断面図であり、成形されたベルト本体の一部分とスチールベルトから成形ピンを離した状態を示す。 本発明の第２実施形態を示すクローラ装置の縦断面図である。 本発明の第３実施形態を示すクローラ装置の縦断面図である。 本発明の第４実施形態を示すクローラベルトの拡大縦断面図である。 同第４実施形態におけるクローラベルトと側板の端縁部との間のシール構造を示す縦断面図である。 同第４実施形態におけるクローラベルトと側板の中間部との間のシール構造を示す縦断面図である。 同第４実施形態のクローラベルトの製造に使用される装置を示す斜視図である。

以下、本発明の第１実施形態について図１〜図１１を参照しながら説明する。図１は軽作業用ロボットの下半身である足回り部Ａを示す。この足回り部Ａは、基台１の左右部に一対のクローラ装置２を取り付けることにより構成されている。この基台１に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。

図１，図２に示すように、上記クローラ装置２の各々は、前側と後側のホイール１０と、これらホイール１０間に掛け渡された無端状のクローラベルト２０と、前後のホイール１０を回転可能に支持する一対の側板３０とを備えている。一対のクローラ装置２の内側の側板３０の中央部が上記基台１に取り付けられている。

左右のクローラ装置２は実質的に同じ構造である。各クローラ装置２において、前後いずれか一方のホイール１０が内側の側板３０に設けられた電気モータ等のアクチュエータ（図示せず）に接続されて駆動輪として働き、他方が従動輪として働く。

図２，図４に示すように、各ホイール１０の外周面は円筒面をなしている。ホイール１０の外周面の幅方向中央には周方向に等ピッチで半球状の係合突起１２ａが形成されている。本実施形態では、ホイール１０の幅３０ｍｍに対して係合突起１２ａの径は３ｍｍ程度である。

図２，図４に示すように、一対の側板３０は、一対のホイール１０の左右に配置されている。各側板３０は、前後方向に細長い長円板状をなし、その前後端部が一対のホイール１０の両側面を覆うようになっている。側板３０の前後の端縁部はホイール１０の周縁に沿って半円形状をなしている。

図４に示すように、上記側板３０の周縁部は全周にわたって先細の断面を有し、その外面は傾斜面３０ｃとなっている。

図３に示すように、上記クローラベルト２０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２１（金属薄帯，抗張帯）と、このスチールベルト２１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２２とを有している。

上記スチールベルト２１は、板厚０．０５〜１．０ｍｍ（本実施形態では０．１５ｍｍ）の細長い薄帯の両端を溶接することにより構成されている。スチールベルト２１は、上記ホイール１０とほぼ等しい幅を有しており、その幅方向中央には周方向に等ピッチ（ホイール１０の係合突起１２ａと等しいピッチ）で、円形の係合穴２１ａが形成されている。係合穴２１ａの径は係合突起１２ａ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２１は後述するベース部２３（厚さ３ｍｍ）に比べて極めて薄い。図ではスチールベルト２１の厚みが誇張して示されている。

図１，図３に示すように、上記ベルト本体２２は、上記スチールベルト２１より幅広をなす無端状のベース部２３と、このベース部２３の幅方向両側に形成された遮蔽鍔２４と、ベース部２３の外周に間隔をおいて形成された接地ラグ２６とを一体に有している。上記ベース部２３の幅方向中央には、上記スチールベルト２１の係合穴２１ａに対応した位置に係合穴２１ａと連通する略半球状の逃がし凹部２３ａが形成されている。

上記クローラベルト２０は、前後のホイール１０に半周にわたって掛け渡されている。図４に示すように、ホイール１０の半周分の領域において、スチールベルト２１がホイール１０の外周面に直接接し、ホイール１０の係合突起１２ａがスチールベルト２１の係合穴２１ａに係合されるとともにベース部２３の逃がし凹部２３ａに入り込んでいる。

上記遮蔽鍔２４は、ベルト本体２２の全周にわたって連続して形成されており、ベース部２３の内周面より径方向，内方向に延び、その内周縁の外面が傾斜面となっている。これにより、遮蔽鍔２４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。

上記接地ラグ２６は、クローラベルト２０の幅方向に延び、縦断面形状が台形をなしている。本実施形態では接地ラグ２６の断面形状の底辺厚さが５ｍｍで、頂辺厚さが３ｍｍ，高さが１５ｍｍとなっている。接地ラグ２６は、その厚さが高さに比べて遥かに小さいため、曲げ剛性が小さく、それ故、接地ラグ２６に幅方向と直交する方向の力を加えると折れ曲がり易い。接地ラグ２６の高さは、その厚さ（平均厚さまたは高さ方向の中央部の厚さ）に比べて３倍以上，７倍以下が好ましく、より好ましくは３．５倍以上，５倍以下である。接地ラグ２６の高さが厚さの３倍未満であると、接地ラグ２６の曲げ剛性を十分に小さくできず、７倍を超えると接地ラグ２６の高さ方向の強度が不足する。なお、接地ラグ２６の平面形状は図１に示すように中央で折れた形状をなしている。これは、高さ方向の荷重すなわちロボットの自重に対する強度を高める。本実施形態では、図６に示すように、複数の接地ラグ２６毎に向きが異なる。

上記構成のロボットにおいて、左右のクローラ装置２のアクチュエータが駆動すると、アクチュエータに接続されたホイール１０が回転することにより、クローラベルト２０が回る。その結果、ロボットが走行する。

クローラベルト２０はゴム製のベルト本体２２を用いているが、スチールベルト２１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、ホイール１０から外れるのを防止できる。また、クローラベルト２０の著しい軽量化を図ることができる。その第１の理由は、上記クローラベルト２０を肉厚を増大させずに薄いスチールベルト２１で補強しているからであり、第２の理由は、スチールベルト２１によりホイール１０との係合を行ない、ベルト本体２２にホイール１０と係合するための突起（前述した先行技術参照）を形成せずに済むからである。

上記スチールベルト２１の係合穴２１ａにホイール１０の突起１２ａが嵌り込むので、クローラベルト２０が左右方向に外れるのを確実に防止できる。

本実施形態では、折れ曲がり易い接地ラグ２６を有しているので、図７のような平坦面を有する比較的低い瓦礫Ｓ’を容易に乗り越えられる。その理由は、接地ラグ２６が弾性変形して瓦礫Ｓ’との接触面積を多くすることができるので、瓦礫Ｓ’に対して滑らずに良好にグリップすることができ、クローラベルト２０の空転を回避できるからである。この機能は、特に瓦礫Ｓ’が濡れていたり砂が付着している場合に有効に働く。なお、隣接する接地ラグ２６の間隔を狭くすれば、図７のように隣接する２つの接地ラグ２６で瓦礫Ｓ’をより一層良好にグリップすることができる。

接地ラグ２６は、折れ曲がり易いが高さ方向の荷重すなわちロボットの自重に対しては十分な強度を有し、大きく変形せず円滑な走行を確保できる。接地ラグ２６は平面形状が折れ曲がった形状をなしているので、高さ方向の強度が高いからである。

上記ベルト本体２２の遮蔽鍔２４は、弾性変形した状態で側板３０の周縁部の傾斜面３０ｃに接している。これにより、クローラベルト２０と一対の側板３０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。

なお、クローラベルト２０がホイール１０の半周にわたって掛け渡された領域では、遮蔽鍔２４は先端縁部が波打つような力を受ける。しかし、遮蔽鍔２４は弾性変形して側板３０の周縁部に接しているため、先端縁部が波打つことなく側板３０の周縁部に接することができる。

次に、上記クローラベルト２０の製造装置および製造方法について説明する。図８に示すように、製造装置は、下型７０（第１型）と、この下型７０に対して昇降する上型８０（第２型）とを備えている。

下型７０は、ベース部７１と断面が逆Ｕ字形をなす成形部７２とを有しており、両者は分離可能となっており、全体形状は両端が開口した中空の直方体形状をなしている。図９に示すように、上記成形部７２の上面には、長手方向に等ピッチで収容穴７２ａが形成されており、この収容穴７２ａには成形ピン７４が挿脱可能に収容されている。この成形ピン７４のヘッド部は略半球形状をなし、成形突起７４ａとして提供されている。
下型７０には、上記遮蔽鍔２４を成形するための一対の直線状の補助成形溝７３が、上記成形突起７４ａの列を挟んで形成されている。

上記上型８０は長方形の板形状をなしており、その下面には長手方向に延びる浅くて広い成形溝８１が形成され、さらに上下方向に貫通する６つのラグ成形穴８６が形成されている。ラグ成形穴８６は接地ラグ２６に対応した形状をなしている。

中空の下型７０に上記スチールベルト２１が通され、その一部が下型７０の上面に載せられる。この際、スチールベルト２１の係合穴２１ａが下型７０の成形突起７４ａに嵌ってスチールベルト２１の位置決めがなされる。

上記のようなスチールベルト２１の位置決め状態で、加硫剤を含む所定長さの生ゴムシート（弾性材料，図示しない）を下型７０の成形部７２の上面に載せる。

次に、上型８０を降下させて生ゴムシートを加圧するとともに、型７０，８０を加熱することにより、図９に示すように、ベルト本体２２の一部分２２’（無端状となるべきベース本体２２の周方向に分かたれた一部分）がスチールベルト２１の外周に加硫接着（加硫成形）される。なお、予めスチールベルト２１の外周面にプライマ（接着剤）を塗布しておき、ベルト本体２２の一部分２２’とスチールベルト２１の固着強度を高めるのが好ましい。

上記成形時に、成形溝８１によりベース部２３の一部分が成形され、補助成形溝７３により遮蔽鍔２４の一部分が成形され、成形突起７４ａがゴム材料に入り込むことにより逃がし凹部２３ａが成形され、さらにラグ成形穴８６にゴム材料が入り込むことにより接地ラグ２６が成形される。なお、ラグ成形穴８６の上端開口からはみ出たゴム材料は、へら等によりそがれる。

上記成形後に上型８０を上昇させる。次に、図１０に示すように、スチールベルト２１を下型７０から剥がす。上記ゴムの成形は収縮を伴うため、成形突起７４ａとゴムの付着が強く、成形ピン７４も上記スチールベルト２１およびベルト本体２２の一部分２２’とともに下型７０から離れる。

次に、図１１に示すように、成形ピン７４をスチールベルト２１およびベルト本体２２の一部分２２’から取り外す。成形ピン７４が下型７０から外れた状態では成形ピン７４は上記一部分２２’の逃げ凹部２３ａから容易に離脱させることができ、成形突起を一体に有する下型を用いた場合に比べて、生産性を向上させることができる。

次にスチールベルト２１を周方向に移動させることにより、上記ベース本体２２の一部分２２’が加硫接着された領域と隣接した領域を、新たに下型７０に載せるように位置決めし、それから上記と同様にしてベース本体２２の一部分２２’を成形する。これを繰り返すことにより、スチールベルト２１の全周にわたってベース本体２２を装着することができる。なお、隣接するベース本体２２の部分２２’同士は、後に成形される部分２２’が前に成形された部分２２’にくっつくことにより、実質的に一体となる。この方法によれば、割型を用いずに簡単な構造の下型７０と上型８０を用いて、上記遮蔽鍔２４および接地ラグ２６を有するクローラベルト２０を、低コストで製造することができる。

次に、本発明の他の実施形態について、図１２〜図１７を参照しながら説明する。これら実施形態において第１実施形態に対応する構成部には同番号を付してその詳細な説明を省略する。

図１２に示す第２実施形態では、ホイール１０の外周面は略円筒面形状であるが、その断面形状は大きな曲率半径の円弧を描き、中央が膨らんだクラウン形状をなしている。すなわち、ホイール１０の外径は中央から幅方向両端に向かうにしたがって漸次径が小さくなっている。図では誇張されているが、上記中央と両端との径の差は実際には僅かであり、本実施形態では、ホイール１０の幅が３０ｍｍ、中央の径が１００ｍｍであるのに対し、幅方向の両端の径は中央より０．３ｍｍ小さい。

図１３に示す第３実施形態は第２実施形態と同様であるが、次の点だけが異なる。スチールベルト２１がベルト本体２２のベース部２３に埋め込まれており、スチールベルト２１の内周側には、薄いゴム層２９が形成されている。このゴム層２９はホイール１０の外周面に合致した内周面を有している。ホイール１０が金属の場合には、このゴム層２９により、スチールベルト２１とホイール１０の金属同士の接触による摩耗を防止できる。

図１４〜図１６に示す第４実施形態では、ホイール１０は樹脂等からなり円筒面をなす外周面の幅方向中央には、周方向に等ピッチで金属製の係合ピン１２が埋め込まれている。この係合ピン１２のヘッド部は半球状をなしてホイール１０の外周面から突出し、係合突起１２ａとして提供される。

遮蔽鍔２４’は、ベルト本体２２の全周にわたって連続して形成されており、ベース部２３の外周面より斜め方向に突出している。遮蔽鍔２４’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。

図１６に示すように、側板３０は、金属板３１と一対のシール部材３２とからなる。図１５に示すように、この金属板３１は、前後のホイール１０の周縁にそれぞれ沿う半円形状の前後の端縁部３１ａを有している。これら前後の端縁部３１ａは、図１５に示すように内側が削られて薄肉になっている。

図１６に示すように、金属板３１の端縁部３１ａに連なる上下の直線状の縁部には、上記シール部材３２が着脱可能に取りつけられている。詳述すると、このシール部材３２は、後述するクローラベルト２０のベルト本体２２よりも弾性係数の小さいゴム材料からなり、断面Ｌ字形の直線状をなすブラケット３３に加硫接着等の手段で取り付けられており、このブラケット３３が側板３０の上下の縁部にネジ３４により着脱可能に固定されている。上記シール部材３２は、薄肉をなす起立壁３２ａを有している。

クローラベルト２０において前後のホイール１０に掛かっている領域では、遮蔽鍔２４’の先端縁部が側板３０の前後の端縁部３１ａに接しており、前後のホイール１０間の領域では、遮蔽鍔２４’の先端縁部がシール部材３２の起立壁３２ａに接している。これにより、クローラベルト２０と一対の側板３０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。

クローラベルト２０がホイール１０に半周にわたって掛け渡された領域では曲げられるため、遮蔽鍔２４’は先端縁部が側板３０の端縁部３１ａから離れる方向に反る。しかし、上記のように遮蔽鍔２４’の先端縁部は弾性変形して側板３０の端縁部３１ａに接しているので、上記反りがあるにも拘わらず端縁部３１ａに確実に接することができる。また、クローラベルト２０の遮蔽鍔２４’は側板３０の上下縁部においてシール部材３２に接するが、シール部材３２が遮蔽鍔２４’より弾性係数が小さくしかも薄肉であるので、遮蔽鍔２４’に比べて大きく変形する。そのため、クローラベルト２０がホイール１０により拘束されない部位で揺れても、シール部材３２がこの揺れに追随して変形するため、シール部材３２と遮蔽鍔２４’の接触を確保することができる。なお、シール部材３２にはテフロン（登録商標）のコーティング等が施されているので、遮蔽鍔２４’との摩擦を少なくすることができる。

上記第４実施形態のクローラベルト２０を成形するために、図１７の下型７０と上型８０が用いられる。この実施形態では、上型８０の成形溝８１の両側に直線状をなす一対の補助成形溝８２が形成されている。この補助成形溝８２は、上記遮蔽鍔２４’に対応した形状を有している。これら型７０，８０の使用方法は前述の第１実施形態と同様である。

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、一対のクローラ装置は、両輪駆動であってもよい。
前側，後側ホイールの間に中間のホイールが配置されていてもよい。
従動のホイールは、クローラベルトと噛み合わず、クローラベルトの幅方向移動を規制するだけでもよい。

接地ラグ２６の平面形状は、複数箇所で折れて波形にしてもよい。
第１，第２実施形態における接地ラグ２６は縦断面台形状ではなく、均一厚さに形成してもよい。
また、ホイール１０に２列の向きの異なる短い螺旋状の係合突起（ダブルヘリカル）を形成し、抗張帯にもこれに合致した係合穴を形成することにより、クローラベルトの蛇行を確実に防止するようにしてもよい。

ベルト本体はインサート射出成形等により全周を一度に成形してもよい。
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。

２ クローラ装置
１０ ホイール
２０ クローラベルト
２２ ベルト本体
２３ ベース部
２４，２４’ 遮蔽鍔
３０ 側板

Claims (3)

1. 前後方向に離れて配置された複数のホイール（１０）と、これらホイールに掛け渡されたクローラベルト（２０）と、前後方向に延びて上記複数のホイール（１０）の両側面を覆う一対の側板（３０）を備えたクローラ装置において、
   上記クローラベルト（２０）は、弾性材料からなる無端状のベルト本体（２２）を備え、このベルト本体は、無端状のベース部（２３）と、このベース部の両側にベース部の全長にわたって連続して形成された遮蔽鍔（２４；２４’）とを有し、
   これら遮蔽鍔が、先細の断面形状をなしており、この遮蔽鍔の先端縁部が弾性変形した状態で上記側板の周縁部の内面と外面のうちのいずれか一方にのみ接していることを特徴とするクローラ装置。
2. 上記遮蔽鍔が、上記ベース部からベース部の厚み方向に突出していることを特徴とする請求項１に記載のクローラ装置。
3. 上記側板の周縁部の外面が傾斜しており、この傾斜面に上記遮蔽鍔が接し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。