JP2013052779A - 展開車輪 - Google Patents

Abstract

【課題】転動爪体の展開駆動構造を簡単にすることを可能とする展開車輪を提供する。
【解決手段】周方向所定間隔で備えられた複数の爪支持部１１ｂを有した回転支持体と、各爪支持部１１ｂにそれぞれ回転可能に支持され周方向への閉回転位置でそれぞれが周方向に連携して転動周面を形成し爪支持部１１ｂに対する径方向への展開回転位置で端部が転動周面外へ突出する転動爪体５と、回転支持体に同軸に配置されて回転支持体に対する一体回転と相対回転とを選択可能な展開駆動体７と、展開駆動体７と各転動爪体５との間に結合された展開リンク９とを備え、展開駆動体７の回転支持体に対する相対回転により展開リンク９を介して転動爪体５を展開回転位置とすることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、段差の乗り越え走行等を可能にする展開車輪に関する。

従来の展開車輪としては、例えば非特許文献１、２に記載された図１１、図１２に示すようなものがある。図１１は、展開車輪の段差乗り越え状態を示す側面図、図１２は、展開車輪の段差乗り越え状態を示す側面図である。

図１１に示す展開車輪３０１は、車輪支持体３０３に、４個の小さな小車輪３０５を支持させたものである。この展開車輪３０１では、小車輪３０５の回転及び車輪支持体３０３の回転により階段Ｓを昇ることができる。

しかし、小さな段差があると小車輪３０５の径が小さいことから抵抗が大きくなり、走行が困難になる恐れがある。また、車輪支持体３０３の回転半径方向において小車輪３０５間の距離は、階段Ｓを円滑に昇ることができるように少なくとも段差の倍程度は必要となる。このため、全体的に大型化するという問題があった。

図１２に示す展開車輪４０１は、走行輪４０３に伸縮可能な突起４０５を設けたものである。この展開車輪４０１は、階段Ｓの段差部分で突起４０５を伸ばし、段差を乗り越える。

しかし、段差を円滑に乗り越えるために、走行輪４０３の大きさは、段差の倍程度必要となる。

しかも、車輪支持体３０３、走行輪４０３の大きさは何れも固定であり、段差の高さ幅に応じて調整することが困難である。

これに対し、本願出願人は、特許文献1のように、車輪全体を小型化することができる展開車輪を提案した。

しかし、転動爪体の展開駆動構造が複雑であるという問題があった。

特開２０１１−３１７９６号公報

http://www.webshiro.com/syouhinsetumei/m207dka.htm http://www.crc.uec.ac.jp/japanese/taguchiHP/hoshi-sotsu.pdf

解決しようとする問題点は、転動爪体の展開駆動構造が複雑であった点である。

本発明は、転動爪体の展開駆動構造を簡単にするため、周方向所定間隔で備えられた複数の爪支持部を有した回転支持体と、前記各爪支持部にそれぞれ回転可能に支持され周方向への閉回転位置でそれぞれが周方向に連携して転動周面を形成し前記爪支持部に対する径方向への展開回転位置で端部が転動周面外へ突出する転動爪体と、前記回転支持体に同軸に配置されて回転支持体に対する一体回転と相対回転とを選択可能な展開駆動体と、前記展開駆動体と前記各転動爪体との間に結合された展開リンクとを備え、前記展開駆動体の前記回転支持体に対する相対回転により前記展開リンクを介して前記転動爪体を展開回転位置とすることを特徴とする。

本発明の展開車輪は、周方向所定間隔で備えられた複数の爪支持部を有した回転支持体と、前記各爪支持部にそれぞれ回転可能に支持され周方向への閉回転位置でそれぞれが周方向に連携して転動周面を形成し前記爪支持部に対する径方向への展開回転位置で端部が転動周面外へ突出する転動爪体と、前記回転支持体に同軸に配置されて回転支持体に対する一体回転と相対回転とを選択可能な展開駆動体と、前記展開駆動体と前記各転動爪体との間に結合された展開リンクとを備え、前記展開駆動体の前記回転支持体に対する相対回転により前記展開リンクを介して前記転動爪体を展開回転位置とする。

このため、各転動爪体の展開を展開駆動体の回転支持体に対する相対回転により展開リンクを介して行わせるから、転動爪体の展開駆動構造を簡単にすることができる。

展開車輪の閉状態の側面図である。（実施例１） 展開車輪の展開途中の側面図である。（実施例１） 展開車輪の全展開状態の側面図である。（実施例１） （Ａ）は、展開車輪の全展開状態における展開駆動体の長穴位置を示す透視側面図、（Ｂ）は、展開駆動体の側面図である。（実施例１） 展開車輪の閉状態における展開駆動体の長穴位置を示す透視側面図である。（実施例１） 展開車輪の走行駆動可能状態での駆動側のみをハッチングして示す断面図である。（実施例１） クラッチ・ギヤの噛合いを示す側面図である。（実施例１） 展開車輪の走行駆動可能状態での静止側のみをハッチングして示す断面図である。（実施例１） 展開車輪の展開駆動可能状態での駆動側のみをハッチングして示す断面図である。（実施例１） 展開車輪の展開駆動可能状態での静止側のみをハッチングして示す断面図である。（実施例１） 展開車輪の段差乗り越え状態を示す側面図である。（従来例） 展開車輪の段差乗り越え状態を示す側面図である。（従来例）

転動爪体の展開駆動構造を簡単にするという目的を、展開駆動体と展開リンクとにより実現した。

［展開車輪］
図１は、展開車輪の閉状態の側面図、図２は、展開車輪の展開途中の側面図、図３は、展開車輪の全展開状態の側面図、図４は、展開車輪の全展開状態における展開駆動体の長穴位置を示す透視側面図、図５は、展開車輪の閉状態における展開駆動体の長穴位置を示す透視側面図、図６は、展開車輪の走行駆動可能状態での駆動側のみをハッチングして示す断面図、図７は、クラッチ・ギヤの噛合いを示す側面図、図８は、展開車輪の走行駆動可能状態での静止側のみをハッチングして示す断面図である。

図１〜図６のように、展開車輪１は、回転支持体３と転動爪体５と展開駆動体７と展開リンク９とを備えている。

回転支持体３は、対向配置された２枚の十字プレート１１、１３で形成されている。十字プレート１１、１３は、回転中心部側の基板部１１ａ、１３ａから径方向へ突出した複数、例えば周方向４本の爪支持部１１ｂ、１３ｂが備えられ、爪支持部１１ｂ、１３ｂは、回転軸方向に相互に対向している。この４本の爪支持部１１ｂ、１３ｂは、例えば９０°間隔で配置されている。したがって、回転支持体３は、周方向所定間隔で備えられ径方向へ突出した複数の爪支持部１１ｂ、１３ｂを有した構成となっている。

十字プレート１１、１３の基板部１１ａ、１３ａは、４本のピン１５によりフランジ部１７及び環状板部１９に一体回転可能に結合されている。フランジ部１７は、中空の走行駆動軸２１に一体に結合され、フランジ部１７及び環状板部１９は、展開駆動軸２３の端部側外周にボール・ベアリング２５、２７により相対回転自在に支持されている。展開駆動軸２３は、走行駆動軸２１の軸心部を貫通している。

十字プレート１１、１３の爪支持部１１ｂ、１３ｂには、支持軸２９が固定支持され、支持軸２９の両端部にボール・ベアリング３１、３３により転動爪体５が相対回転自在に支持されている。

転動爪体５は、例えばスポンジ状のゴム等で成形され、断面コ状に形成されている。但し、転動爪体５の材質は適宜選択することができる。これらの転動爪体５は、転動周面Ｐの一部を構成する第１円弧壁部３５を有する他、該第１円弧壁部３５の両側に係合爪部３７を有している。係合爪部３７の係合部３７ａは、直線的に形成されている。但し、係合部３７ａを凹湾曲状、鋸刃状、これらの組み合わせ形状等に形成することもできる。

各転動爪体５は、図１の周方向への閉回転位置でそれぞれが周方向に連携して転動周面Ｐを形成し前記爪支持部１１ｂ、１３ｂに対する図３の径方向への展開回転位置で先端部が転動周面Ｐ外へ突出する。

したがって、転動爪体５は、各爪支持部１１ｂ、１３ｂの先端にそれぞれ回転可能に支持され周方向への閉回転位置でそれぞれが周方向に連携して転動周面Ｐを形成し爪支持部１１ｂ、１３ｂに対する径方向への展開回転位置で端部が転動周面Ｐ外へ突出する構成となっている。

展開駆動体７は、円板状に形成され、十字プレート１１、１３間に配置されて展開駆動軸２３に一体回転可能に結合固定されている。展開駆動体７には、図４、図５のように、展開駆動体７の回転中心を中心とする円弧状の長穴３９が一対形成され、前記ピン１５を貫通させている。

したがって、展開駆動体７は、長穴３９の範囲で十字プレート１１、１３に対し相対回転可能となっている。

こうして、展開駆動体７は、回転支持体３に同軸に配置されて回転支持体３に対する一体回転と相対回転とを選択可能な構成となっている。

展開リンク９は、図１〜図５に図示し、図６には図示していない。この展開リンク９は、転動爪体５に対応して４本備えられ、各一端が、展開駆動体７に相対回転自在に結合され、各他端が、各転動爪体５にそれぞれ相対回転自在に結合されている。

したがって、図１〜図５で示す展開リンク９は、展開駆動体７と各転動爪体５との間に結合され、展開駆動体７の回転支持体３に対する相対回転により展開リンク９を介して転動爪体５を展開回転位置とする。

この展開リンク９は、展開駆動体７及び転動爪体５に対する結合点を結ぶ直線の延長線が転動爪体５の展開回転位置で展開駆動軸２３の軸芯よりも展開駆動体７の展開回転方向側を通るように設定されている（図３の配置）。但し、前記延長線が転動爪体５の展開回転位置で展開駆動軸２３の軸芯上を通るように設定することもできる。

図６〜図８のように、走行駆動軸２１は、車体側である静止側４１にボール・ベアリング４３、４５により回転自在に支持されている。

走行駆動軸２１と展開駆動軸２３との間には、切り替え機構部４６が備えられている。切り替え機構部４６は、走行駆動軸２１及び展開駆動軸２３を一体回転可能に結合する走行駆動可能状態と走行駆動軸２１を静止側４１に結合して展開駆動軸２３を走行駆動軸２１に対し相対回転可能な展開駆動可能状態とに切り替えるものである。

切り替え機構部４６は、走行駆動軸２１と展開駆動軸２３とに取り付けられた第１、第２のクラッチ・ギヤ４７，４９を備えている。静止側４１にも、第１、第２のクラッチ・ギヤ４７，４９に隣接して切り替え機構部４６の第３のクラッチ・ギヤ５１が設けられている。

静止側４１には、切り替え機構部４６のカウンタ・シャフト５３がボール・ベアリング５５、５７により回転自在に支持され、走行駆動軸２１及び展開駆動軸２３に平行に配置されている。このカウンタ・シャフト５３に切り替え機構部４６のアイドル・ギヤ５９がスライド可能に支持され、図６の位置では第１、第２のクラッチ・ギヤ４７，４９に噛み合っている。
［走行駆動］
図１、図５、図６、図８のように、各転動爪体５が閉回転位置であると、転動爪体５の連携によって各第１円弧壁部３５が円形の転動周面Ｐを形成する。

電動モータ等により展開駆動軸２３を回転駆動するとアイドル・ギヤ５９に共に噛み合っている第１、第２のクラッチ・ギヤ４７，４９により走行駆動軸２１に回転駆動力が伝達され、走行駆動軸２１の回転駆動によりフランジ部１７が回転駆動される。

フランジ部１７の回転駆動によりピン１５を介し環状板部１９が共に回転する。

この回転によりピン１５から回転支持体３に駆動力が伝達され、回転支持体３の回転により展開車輪１は、転動周面Ｐにより転動走行することができる。

走行駆動軸２１の逆転駆動により後退走行も可能である。
［展開駆動］
図９は、展開車輪の展開駆動可能状態での駆動側のみをハッチングして示す断面図、図１０は、展開車輪の展開駆動可能状態での静止側のみをハッチングして示す断面図である。

図９、図１０のように、切り替え機構部４６の切り替えにより、アイドル・ギヤ５９を第１のクラッチ・ギヤ４７及び第３のクラッチ・ギヤ５１に噛み合わせる。この噛み合わせにより走行駆動軸２１の回転が静止側４１にロックされる。このロックで、フランジ部１７及び環状板部１９、ピン１５が共に静止側４１にロックされる。

前記電動モータ等により展開駆動軸２３を回転駆動すると展開駆動体７がピン１５に対し長穴３９の範囲で相対的に動き、回転支持体３に対して相対回転する。この相対回転により展開リンク９の展開駆動体７側端部が旋回移動し、展開リンク９が図２、図３のように爪支持部１１ｂ、１３ｂに対して立ち上がる。

この展開リンク９の立ち上がりにより各転動爪体５が爪支持部１１ｂ、１３ｂに対して支持軸２９回りに回転し、図３の展開回転位置となる。

このとき展開リンク９は、展開駆動体７及び転動爪体５に対する結合点を結ぶ線の延長線が転動爪体５の展開回転位置で展開駆動軸２３の軸芯よりも展開駆動体７の展開回転方向側を通るため、図３のように、転動爪体５が反力ｆを受けると展開リンク９の一端（半径方向外端）が矢印Ａのように回転力を受け、同他端（半径方向内端）が矢印Ｂのように力を受けて展開駆動体７を展開駆動方向へ付勢する。

このため、展開リンク９が支えとなって各転動爪体５は、展開回転位置をそのまま無理なく自立させることができる。

この状態で、切り替え機構部４６の切り替え戻しにより、アイドル・ギヤ５９を第１、第２のクラッチ・ギヤ４７、４９に噛み合わせる。電動モータ等により展開駆動軸２３を回転駆動するとアイドル・ギヤ５９に共に噛み合っている第１、第２のクラッチ・ギヤ４７，４９により走行駆動軸２１に回転駆動力が伝達され、前記同様にして各転動爪体５の展開回転位置で走行駆動することができる。このため、大きな段差の上り下り、がれきの散乱する場所等を走行するのに適する。

切り替え機構部４６の切り替えにより、アイドル・ギヤ５９を第１のクラッチ・ギヤ４７及び第３のクラッチ・ギヤ５１に再度噛み合わせ、図３の展開状態で前記電動モータ等により展開駆動軸２３を逆回転駆動すると、逆の動作により各転動爪体５が閉回転位置へ動作する。

かかる展開車輪は、車輪型ロボット等に適用することで、災害救済ロボットなどとして威力を発揮させることができる。
［実施例１の効果］
本発明実施例１では、周方向所定間隔で備えられた複数の爪支持部１１ｂ、１３ｂを有した回転支持体３と、各爪支持部１１ｂ、１３ｂにそれぞれ回転可能に支持され周方向への閉回転位置でそれぞれが周方向に連携して転動周面を形成し爪支持部１１ｂ、１３ｂに対する径方向への展開回転位置で端部が転動周面外へ突出する転動爪体５と、回転支持体３に同軸に配置されて回転支持体３に対する一体回転と相対回転とを選択可能な展開駆動体７と、展開駆動体７と各転動爪体５との間に結合された展開リンク９とを備え、展開駆動体７の回転支持体３に対する相対回転により展開リンク９を介して転動爪体５を展開回転位置とする。

このため、各転動爪体５の展開を展開駆動体７の回転支持体３に対する相対回転により展開リンク８を介して行わせるから、転動爪体５の展開駆動構造を歯車等を使用せずに簡単にすることができる。

回転支持体３は、径方向へ突出した複数の爪支持部１１ｂ、１３ｂを備え、転動爪体５は、爪支持部１１ｂ、１３ｂの先端に支持された。

このため、転動爪体５の展開回転位置では、転動爪体５と爪支持部１１ｂ、１３ｂとで、十字プレート１１、１３の基板部１１ａ、１３ａから長く伸びた形態となり、より大きな段差等に対応させることができる。

展開リンク９は、展開駆動体７及び転動爪体５に対する結合点を結ぶ線の延長線が転動爪体５の展開回転位置で展開駆動軸２３の軸芯よりも展開駆動体７の展開回転方向側を通るように設定された．
このため、転動爪体５の展開回転位置では、展開リンク９により展開駆動体７に対して支持されることになり、展開状態を自立させることができる。

回転支持体３は、走行駆動軸２１に結合され、展開駆動体７は、走行駆動軸２１と同軸の展開駆動軸２３に結合され、走行駆動軸２１及び展開駆動軸２３を一体回転可能に結合する走行駆動可能状態と走行駆動軸２１を車体側である静止側４１に結合して展開駆動軸２３を走行駆動軸２１に対し相対回転可能な展開駆動可能状態とに切り替える切り替え機構部４６を備えた。

このため、単一の電動モータなどによって走行駆動と展開駆動とを行わせることができる。
［その他］
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。

例えば、展開アクチュエータは、電動モータに限らず、走行駆動軸２１とは別に展開駆動軸２３を駆動する油圧又は空気圧シリンダ等で構成することも可能である。

また、アクチュエータを省略して転動爪体を手動により展開させても良い。

各転動爪体５を、閉じ方向、或いは展開方向へ付勢するスプリング等の付勢部材を設けても良い。

１ 展開車輪
３ 回転支持体
５ 転動爪体
７ 展開駆動体
９ 展開リンク
１１ｂ、１３ｂ 爪支持部
２１ 走行駆動軸
２３ 展開駆動軸
４１ 静止側（車体側）
４６ 切り替え機構部

Claims (4)

1. 周方向所定間隔で備えられた複数の爪支持部を有した回転支持体と、
   前記各爪支持部にそれぞれ回転可能に支持され周方向への閉回転位置でそれぞれが周方向に連携して転動周面を形成し前記爪支持部に対する径方向への展開回転位置で端部が転動周面外へ突出する転動爪体と、
   前記回転支持体に同軸に配置されて回転支持体に対する一体回転と相対回転とを選択可能な展開駆動体と、
   前記展開駆動体と前記各転動爪体との間に結合された展開リンクとを備え、
   前記展開駆動体の前記回転支持体に対する相対回転により前記展開リンクを介して前記転動爪体を展開回転位置とする、
   ことを特徴とする展開車輪。
2. 請求項１記載の展開車輪であって、
   前記回転支持体は、径方向へ突出した複数の爪支持部を備え、
   前記転動爪体は、前記爪支持部の先端に支持された、
   ことを特徴とする展開車輪。
3. 請求項１又は２記載の展開車輪であって、
   前記展開リンクは、前記展開駆動体及び転動爪体に対する結合点を結ぶ線の延長線が前記転動爪体の展開回転位置で前記展開駆動軸の軸芯上又はこの軸芯よりも前記展開駆動体の展開回転方向側を通るように設定された、
   ことを特徴とする展開車輪。
4. 請求項１〜３の何れか１項記載の展開車輪であって、
   前記回転支持体は、走行駆動軸に結合され、
   前記展開駆動体は、前記走行駆動軸と同軸の展開駆動軸に結合され、
   前記走行駆動軸及び展開駆動軸を一体回転可能に結合する走行駆動可能状態と前記走行駆動軸を車体側に結合して前記展開駆動軸を前記走行駆動軸に対し相対回転可能な展開駆動可能状態とに切り替える切り替え機構部を備えた、
   ことを特徴とする展開車輪。

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