JP2011084261A

JP2011084261A - 車輪型走行ユニット及びこれを用いた車輪型走行機構

Info

Publication number: JP2011084261A
Application number: JP2009255483A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Nakada; 宜志中田
Original assignee: NAKATA TEKUSUTA KK
Current assignee: NAKATA TEKUSUTA KK
Priority date: 2009-10-16
Filing date: 2009-10-16
Publication date: 2011-04-28

Abstract

【課題】
本発明の車輪型走行ユニットは、別途アクチュエータを有した走行補助機器等を用いずに大きな障害物を乗り越える。通常の車輪型走行機構では、その直径の１／３の高さの障害物までしか乗り越えることができないが、本発明では直径とほぼ同じ、もしくはそれ以上の障害物をも乗り越えることが可能である。
【解決手段】本発明の車輪型走行ユニット１は、第１駆動輪１０と第２駆動輪１１、それらを駆動する電動モータ１３とからなり、この電動モータの出力軸に設けられたモータ歯車２２が第１駆動輪１０と第２駆動輪１１の第１と第２歯車と回転自在に歯合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば危険な作業現場や作業者の作業困難な場所での作業を行う作業用ロボットの車輪型走行機構に関し、特に床下や災害現場におけるガレキ上を走行する事を目的としたロボットの、車輪型走行ユニット及びこれを用いた車輪型走行機構に関するものである。

危険な作業現場、例えば地震等の災害時に人命の救助のためにレスキューロボットが開発されている。（特開２００４−３５０８８９号公報）さらに最近、それらの技術を民生転用し、一般建物の床下等の定期点検や、シロアリや腐朽等の被害状況を調査、それらの防除を行うための作業用ロボットが開発されている。

従来のレスキューロボットは、対象物を認識するＣＣＤカメラや周辺の環境を測定する各種センサ類に照明装置等を装備し、例えばクローラ式の走行機構だけではなく、ロボットの前方や後方に、アームのように動かせるクローラ等のアクチュエータを有した走行補助機構を複数備えることにより、不整地を走行する能力を向上させている。
特開２００４−３５０８８９号公報特開２００８−１４３３５４号公報

走行補助機構を備えた作業用ロボットやレスキューロボットの問題点として、ロボット本体が複雑化した走行および走行補助機構により高コスト化、操作・制御難度の上昇、故障の際の修理が難しいものになっていることが挙げられる。

また安全と言う観点から見た場合、アクチュエータを有する走行補助機構は、その使用用途から、大きな駆動力を発するものであり、また動作範囲も大きいため挟みこみ等に対する安全への対策が困難となっている。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、走行補助機構を用いないことによる構造および操作の単純化や、挟み込み等に対する安全を考慮した作業用ロボット向けの車輪型走行ユニット及びこれを用いた走行機構を提供することを目的とするものである。

本発明の車輪型走行ユニットは、第１駆動輪と、前記第１駆動輪と所定の間隔を開けて配置された第２駆動輪と、前記第１と第２駆動輪を駆動するモータと、前記モータの出力軸に設けられ、第１と第２駆動輪の第１と第２歯車に歯合するモータ歯車と、前記モータの出力軸に対して回転自在で、前記第１と第２駆動輪が回転自在に設けられたフレームと、から構成されている。
また、本発明の車輪型走行機構は、基礎フレームに、前記記載の車輪型走行ユニットを複数台配置したことを特徴とする。

本発明の車輪型走行ユニットは、駆動源となる電動モータの出力軸回転方向が駆動輪とは同回転となっており、駆動輪に負荷が掛かった場合、車輪型走行ユニットの進行方向前方側駆動輪を上に持ち上げる方向に回転させるため、行補助機構を使わずに障害物を乗り越えることができる。

本発明の車輪型走行機構は、別途アクチュエータを有した走行補助機器等を用いずに障害物を乗り越えることができる。

以下に図面を用いて本件の実施の形態を説明する。
図１は本発明の車輪型走行ユニットの平面図（半断面図）、図２は車輪型走行ユニットの側面図、図３は車輪型走行ユニットの正面図、図４は車輪型走行機構を有する作業用ロボットの平面図、図５は車輪型走行ユニットを有する作業用ロボットの側面図である。

本実施の形態の車輪型走行ユニット１は、第１駆動輪１０と第２駆動輪１１とから構成されている。これらの駆動輪１０，１１はゴム製であってもよいし、用途に応じてその他の材料、例えば合成樹脂や金属で制作されたものであってもよく、その材料は問わない。また、駆動輪１０，１１の表面にはトレッドを形成してもよい。

前記駆動輪１０，１１の背面には、第１歯車２０、第２歯車２１がそれぞれ固定され、これらの第１歯車２０と第２歯車２１間にモータ歯車２２が歯合する。モータ歯車２２の中心部には電動モータ１２の出力軸が挿入され、モータ歯車２２を介して第１歯車２０と第２歯車２１を回転する。

駆動輪１０，１１の中心部には、第１車軸２３、第２車軸２４が挿通され、これらの第１車軸２３、第２車軸２４がフレーム１３に軸支されている。このフレーム１３は、略楕円形状の２枚の板体が駆動輪１０，１１を両側から挟み込むように配置されたものであって、このフレーム１３の内側の板体の中央部に電動モータ１２を固定するための接続部品１４が固定されている。接続部品１４については図８にその一例を示す。接続部品１４は、電動モータ１２の一端部に嵌まり込む蓋状の基礎フレーム側固定部品３０と、この基礎フレーム側固定部品３０にベアリング３２を介して回転自在に取り付けられたフレーム側固定部品３１とからなり、前記フレーム１３の内側の板体の中央部に穿たれた円孔に、前記フレーム側固定部品３１の端部が嵌め込まれて固定されている。前記フレーム１３の内側の板体の円孔から電動モータ１３の出力軸が外側に突出し、この出力軸に前記モータ歯車２２が外側から嵌め込まれている。図８において、符号の３３はベアリング内輪押さえ金具、３４はベアリング外輪押さえ金具を示しており、ベアリング３２を基礎フレーム側固定部品３０やフレーム側固定部品３１に固定するための介在部品を示している。

本発明の車輪型走行ユニットの動作に関しては、図６、図７を用いて説明する。
まず図６は動作説明に必要な最低限の要素のみを書き出したものである。
中央のモータ歯車２２を固定した出力軸の中心を通る直線上に、第１車軸２３と、第２車軸２４の中心が位置するように配置されている。フレーム１３は接続部品１４を介して電動モータ１２に回転自在に軸支すると共に、フレーム１３は電動モータの出力軸に対しても回転自在である。第１車軸２３、第２車軸２４はフレーム１３の両端部に固定されている。

駆動輪１０，１１が接地していない状態で電動モータ１２を動作させた場合、出力軸を中心としてフレーム１３は出力軸と同じ方向に回転しようとする。進行方向を図６の左とし、電動モータ１２の出力軸が時計回りに回転した場合、フレーム１３も時計回りの回転運動をする。つまり進行方向前方側の第１駆動輪１０が持ち上げられる方向に回転しようとする力が働くこととなる。

作業用ロボット２の車輪型走行機構は、図４に示すように基礎フレーム３の左右に前記の車輪型走行ユニット１を２ユニットずつ、前後に配置した物を基本形とする。図７は作業用ロボット２を走行させた場合の車輪型駆動機構の動きの流れを側面から見たものを順に示したものである。

本発明の車輪型走行機構は、その動力伝達方法の影響で各車輪型走行ユニット１の進行方向の前側を上に持ち上げる方向に回転しようとするが、基礎フレーム３の重量等の影響により、図７の１に示すようにほぼ全駆動輪が接地した状態で走行する。

通常の車輪型走行機構であれば図７の２の状態になれば動けなくなるが、本発明のものでは、進行方向前方側を持ち上げようとする力が常に発生しているために、図７の３に示すように車輪型走行ユニット１の前方側駆動輪は障害物表面にならって登り始め、４に示すように後ろ側の車輪型走行ユニット１の推力も用いて乗り上げ、５に示すように前後車輪型走行ユニット１ともに障害物に乗り上げたあと、そのまま乗り越えて走行を続けることができる。

上記実施の形態においては、通常の車輪型走行機構では、その直径の１／３の高さの障害物までしか乗り越えることができないが、本発明の車輪型走行ユニットは直径とほぼ同じ、もしくはそれ以上の障害物をも乗り越えることが可能であった。

また、本発明の車輪型走行機構を用いた作業用ロボットは、走行補助機構を使用することなく、瓦礫や床下配管類、段差等を乗り越えることが可能な走行機構を備えたロボットとなる。また、走行補助機構を使用したロボットと比べアクチュエータ数を減らすことができ、結果として生産コストを押さえることも可能となった。

なお、車輪型走行機構は、車輪型走行ユニット１の数を前記のように基礎フレーム３の左右に２ユニット配置したものに限定されず、それ以上の数を配置してもよいことは言うまでもない。

本発明は、通常の車輪型では不可能な、大きな障害物を乗り越えることができる作業用ロボットを提供することができる

本発明の車輪型走行ユニットの平面図（半断面図）である。同車輪型走行ユニットの側面図である。同車輪型走行ユニットの正面図である。車輪型走行機構を有する作業用ロボットの平面図である。車輪型走行機構を有する作業用ロボットの側面図である。車輪型走行ユニットの構造概略図である。車輪型走行機構の動作の流れの説明図である。接続部品１４の構造の一例を示す断面図である。

１車輪型走行ユニット
２作業用ロボット
３基礎フレーム
１０第１駆動輪
１１第２駆動輪
１２電動モータ
１３フレーム
１４接続部品
２０第１歯車
２１第２歯車
２２モータ歯車
２３第１車軸
２４第２車軸
３０基礎フレーム側固定部品
３１フレーム側固定部品
３２ベアリング
３３ベアリング内輪押さえ金具
３４ベアリング外輪押さえ金具

Claims

第１駆動輪と、
前記第１駆動輪と所定の間隔を開けて配置された第２駆動輪と、
前記第１と第２駆動輪を駆動するモータと、
前記モータの出力軸に設けられ、第１と第２駆動輪の第１と第２歯車に歯合するモータ歯車と、
前記モータの出力軸に対して回転自在で、前記第１と第２駆動輪が回転自在に設けられたフレームと、
から構成されていることを特徴とする車輪型走行ユニット。
第１と第２の駆動輪の第１と第２車軸がモータ歯車の中心を通る一直線上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の車輪型走行ユニット。
基礎フレームに、前記請求項１に記載の車輪型走行ユニットを複数台配置したことを特徴とする車輪型走行機構。