JP2014168971A - 車輪型移動車 - Google Patents

Abstract

【課題】進行方向に関して左右にそれぞれ複数輪ずつ配置された車輪が所定のサスペンションを介して連結されて成る車輪型移動車において、６輪で前進・後進動作の対称性を実現することにより、前進・後進動作を対称とする６輪の車輪型移動車を提供する。
【解決手段】左右の３輪のうち、前方配置の前輪１と前後方向の中間に配置された中輪２とが、一つのリンク部材である第１リンク部材４によって各車輪１、２を回転自在に連結し、後方配置の後輪３と前記中輪２とが、第１リンク部材４とは別のリンク部材である第２リンク部材５によって各車輪３、２を回転自在に連結し、第１及び第２リンク部材４、５の各中間部を、互いに回転自在に連結された第３及び第４リンク部材６、７によって回転自在に連結してパンタグラフ形状のサスペンション１０を構成し、左右それぞれの第３及び第４リンク部材６、７の連結部同士を連結部材によって連結して成る。
【選択図】図４

Description

本発明は、惑星探査など凹凸のある不整地で使用される車輪型移動車に関する。

惑星表面のような不整地を走行する車両として６輪のロッカーボギーサスペンションを備えた惑星探査ローバがＮＡＳＡによって実用化されている（下記非特許文献１参照）。この車両は、６輪のうちの前輪と中輪がボギーリンクによって連結され、その上から後輪を含むロッカーリンクが乗りかかるように連結されている。
しかし、このローバは進行方向が一方向に決められた構造であるため、進行方向にある大きな障害物を回避するため、一旦後進するとき、前進時に乗り越えた小さな障害物を後進では乗り越えることができず、その小さな障害物を回避する走行をしなければならない。そのため、目的地へ到達するまでの所要時間が長くなる。
そこで、本発明者らは、前進・後進動作を対称とする８輪のロッカーボギーサスペンションを備えたローバを開発した。このローバは、前方の２輪と後方の２輪がそれぞれボギーリンクによって連結され、その上からロッカーリンクが乗りかかるように連結されている。

ウィキペディア フリー百科事典の「マーズ・エクスプロレーション・ローバー」、最終更新：２０１３年１月２４日（木）１１：４６

しかし、この８輪のロッカーボギーサスペンションを備えたローバは車輪の数が多いため、車両重量が重くなる問題がある。
このような問題に鑑み本発明の課題は、６輪で前進・後進動作の対称性を実現することにより、前進・後進動作を対称とする６輪の車輪型移動車を提供することにある。

本発明の第１発明は、進行方向に関して左右にそれぞれ３輪ずつ配置された車輪が所定のサスペンションを介して連結されて成る車輪型移動車において、前記左右の３輪のうち、進行方向に関して前方配置の前輪と前後方向の中間に配置された中輪とが、一つのリンク部材である第１リンク部材によって各車輪を回転自在に連結し、進行方向に関して後方配置の後輪と前記中輪とが、前記第１リンク部材とは別のリンク部材である第２リンク部材によって各車輪を回転自在に連結し、前記第１及び第２リンク部材の各中間部を、互いに回転自在に連結された第３及び第４リンク部材によって回転自在に連結してパンタグラフ形状のサスペンションを構成し、進行方向に関して左右それぞれの前記第３及び第４リンク部材の連結部同士を連結部材によって連結したことを特徴とする。
第１発明によれば、進行方向に関して左右の３輪のうち、前後方向の中間に配置された中輪には、第１リンクと第２リンクの両方を連結して、前進・後進動作の対称性を実現している。そのため、前進・後進動作を対称とする６輪の車輪型移動車を提供することができ、８輪の場合に比べて車体を軽量化することができる。

本発明の第２発明は、上記第１発明において、前記連結部材は、逆転機構を挟んで左右の連結部材によって構成され、逆転機構によって左右のサスペンションの一方に対して他方が捩じれるように回転され、前記左右の各連結部材は、その軸心回りの回転角度が、第３及び第４リンク部材が成す相対角度の中間角度となるように作動させる等分機構を備えることを特徴とする。
第２発明によれば、進行方向に関して左右のサスペンションは、逆転機構を介して連結されているので、左右のいずれか一方のサスペンションが傾斜したとき、他方のサスペンションがつられて傾斜せず、反対方向に回転される。そのため、他方のサスペンションに連結された車輪が地面から浮き上ってしまうことを抑制することができる。
例えば、連結部材の軸心回りの回転を、第３リンク部材又は第４リンク部材のいずれかによって直接行う場合には、いずれかのリンク部材の動きのみで左右のサスペンションの傾斜が決定されてしまう。これに対し、第２発明によれば、逆転機構を挟んだ両側の連結部材は、その軸心回りの回転角度が、等分機構によって、サスペンションの傾斜に応じた適切な角度とされる。従って、一方のサスペンションの傾斜に応じて他方のサスペンションの傾斜角度を適切に変化させることができる。

本発明の第１実施形態の部分断面平面図（図２のＩ−Ｉ線断面図）である。 上記実施形態の側面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面拡大図である。 上記実施形態の動作を説明するための説明図である。 本発明の第２実施形態の逆転機構の正面図である。 上記第２実施形態の等分機構を説明するための説明図である。

<第１実施形態>
図１〜４は、本発明の第１実施形態を示す。第１実施形態は、月表面の不整地探査に適した月面探査ローバに本発明を適用したものである。図１〜４において、矢印で示す各方向の表示は、前進方向に向けて地上に置かれたローバを基準として、上下、前後、左右の各方向を示している。以下の説明における各方向の表示についても同様である。
図１、２は、６輪の車輪型移動車であるローバの全体構造を示し、進行方向に関して左右の３輪のうち、進行方向に関して前方配置の前輪１と前後方向の中間に配置された中輪２とが、一つのリンク部材である第１リンク部材４によって各車輪１、２を回転自在に連結している。また、進行方向に関して後方配置の後輪３と上記中輪２とが、第１リンク部材４とは別のリンク部材である第２リンク部材５によって各車輪２、３を回転自在に連結している。ここで、第１及び第２リンク部材４、５は、製造上の都合により、それぞれ二つのリンク要素４１、４２及び５１、５２を一体に結合して構成されている。
第１及び第２リンク部材４、５の各中間部は、ヒンジ軸６１、７１によって第３及び第４リンク部材６、７の一端に回転自在に連結され、第３及び第４リンク部材６、７の各他端は、ヒンジ軸（本発明の連結部材に相当）６２によって互いに回転自在に連結されている。このように連結された第１〜４リンク部材４〜７によってパンタグラフ形状のサスペンション１０が構成されている。そして、進行方向に関して左右それぞれの第３及び第４リンク部材６、７の連結部同士を、逆転機構８を介して上記ヒンジ軸６２によって連結している。

前輪１、後輪３は、インホイールモータ１１、３１によって回転駆動されるように構成されており、各インホイールモータ１１、３１のケーシングは、結合リンク１２、３２及び操舵機構１３、３３を介して第１リンク部材４のリンク要素４１の端部及び第２リンク部材５のリンク要素５１の端部にそれぞれ結合されている。結合リンク１２、３２は、前輪１、後輪３の側部に配置されたインホイールモータ１１、３１のケーシングと、前輪１、後輪３の上部に配置された操舵機構１３、３３とを結合する際に、前輪１、後輪３に干渉しないように湾曲形状とされている。
操舵機構１３、３３には、操舵動作を行うためのモータ１４、３４が操舵機構１３、３３の上部に設けられ、モータ１４、３４によって操舵機構１３、３３が作動され、前輪１、後輪３が地面に垂直な軸回りに回転されるように構成されている。
中輪２は、インホイールモータ２１によって回転駆動されるように構成されており、インホイールモータ２１のケーシングは、第１リンク部材４のリンク要素４２の端部及び第２リンク部材５のリンク要素５２の端部に一つのヒンジ軸２２によって回転自在に結合されている。

図３にも示されるように、逆転機構８は、進行方向に関して左右のサスペンション１０、１０の間に配置された箱形の車体１１０内に収納され、上述の左右の各ヒンジ軸６２が、それぞれ揺動ロッド８４、連結ロッド８３を介して揺動リンク８１の両端に回転自在に結合されて構成されている。車体１１０は、左右の各ヒンジ軸６２によって軸受（不図示）を介して支持されている。
揺動リンク８１の中央部は、車体１１０の中央部で左右の内壁間に渡されたブラケット１１２に別のブラケット８２を介して揺動自在に結合されている。ブラケット８２と揺動リンク８１との間には、両者の摺動抵抗を小さくするようにブッシュ８６が介挿されている。また、揺動リンク８１の両端部には、それぞれ揺動ピン８７が固定され、各揺動ピン８７に対して連結ロッド８３の一端が回転自在に結合されている。各連結ロッド８３の他端は、揺動ロッド８４の下端に回転自在に結合され、各揺動ロッド８４の下端には、結合された連結ロッド８３が外れないように板８５が固定されている。各揺動ロッド８４の上端は、ヒンジ軸６２の下部に溶接固定され、各揺動ロッド８４の下端は、図３に矢印で示すようにヒンジ軸６２の回転と共に揺動可能とされている。
ここでは、本発明と直接関係がないため、インホイールモータ１１、３１や、操舵用のモータ１４、３４を制御するための電気回路や電気配線についての図示や説明は省略した。

上記第１実施形態のローバの動作を説明する。
ローバは、各車輪１〜３が、それぞれ対応するインホイールモータ１１、２１、３１によって回転駆動されて前進又は後進することができ、前輪１及び後輪３の操舵機構１３及び３３によって前輪１及び後輪３の向きを変えることにより、ローバの進行方向を自由に変更することができる。
図４（Ｂ）に示すように、前進方向に関して左側（以下、左側と略記する）の後輪３が障害物Ｐに乗り上げたときのサスペンション１０及び逆転機構８の作用を説明する。なお、図４（Ａ）は、ローバが平坦路上にある状態を示す。
左側の後輪３が持ち上げられると、左側の第２リンク部材５の後端及び第４リンク部材７の後下端が持ち上げられ、サスペンション１０を成す各リンク部材４〜７の菱形が縦長形状となると共に、左側のヒンジ軸６２が図２にて反時計方向に回転される。そのため、左側の揺動ロッド８４の下端は後輪３側に揺動し、左側の連結ロッド８３を介して揺動リンク８１を図１にて反時計方向に揺動し、前進方向に関して右側（以下、右側と略記する）の連結ロッド８３を介して右側の揺動ロッド８４の下端を前輪１側へ揺動して、右側のヒンジ軸６２を左側のヒンジ軸６２とは反対方向に回転する。この結果、右側の後輪３は浮き上ることなく接地された状態を維持される。
同様に、左側の前輪１が持ち上げられたときも、逆転機構８が機能して揺動リンク８１が図１にて時計方向に揺動し、右側の前輪１は浮き上ることなく接地された状態を維持される。
左右いずれか一方の前輪１、後輪３が窪みに落ちた場合は、前輪１、後輪３が持ち上げられた場合とは逆の動きで、左右のヒンジ軸６２を反対方向に回転して、窪みに落ちた前輪１、後輪３に対して対角線上に位置する他方の前輪１、後輪３が地面から浮き上ることを抑制することができる。

図４（Ｃ）に示すように、左右いずれか一方の中輪２が障害物Ｐに乗り上げたときのサスペンション１０及び逆転機構８の作用を説明する。
中輪２が持ち上げられると、第１リンク部材４の後端及び第２リンク部材５の前端が持ち上げられ、それに伴って第３リンク部材６の前下端及び第４リンク部材７の後下端が持ち上げられ、サスペンション１０を成す各リンク部材４〜７の菱形が横長形状となる。このとき、ヒンジ軸６２はどちらにも回転しないため、逆転機構８も作用しない。
このように左右いずれか一方の中輪２が障害物Ｐに乗り上げたとき、サスペンション１０を成す各リンク部材４〜７の菱形が横長形状となって、ヒンジ軸６２の高さが高くなるのを抑制する。その結果、他方のヒンジ軸６２との高さの差が大きくなることを抑制して、ローバが左右方向に傾くのを抑制することができる。

以上のように第１実施形態によれば、前進・後進動作の対称性を実現して、前進・後進動作を対称とする６輪のローバを提供することができる。従って、８輪のローバに比べて軽量化を図ることができる。

<第２実施形態>
図５、６は、本発明の第２実施形態の逆転機構８Ａ、等分機構９をそれぞれ示す。第２実施形態が上述の第１実施形態に比べて特徴とする点は、第１実施形態における逆転機構８を逆転機構８Ａに変更した点と、第１実施形態にはない等分機構９を追加した点である。その他は第２実施形態においても第１実施形態と同一であるため、同一部分については図示及び説明を省略する。図６において、矢印で示す各方向の表示は、前進方向に向けて地上に置かれたローバを基準として、上下、左右の各方向を示している。以下の説明における各方向の表示についても同様である。
第２実施形態では、左右のヒンジ軸６２の代わりにそれぞれ回転軸（本発明の連結部材に相当）１１１が、左右の第３リンク部材６と第４リンク部材７のヒンジ軸として設けられ（図２参照）、この左右の回転軸１１１の間に逆転機構８Ａが設けられている。また、左右の回転軸１１１のサスペンション１０と逆転機構８Ａとの間には、下方に垂れ下がるように揺動ロッド９４がそれぞれ溶接固定されている。
左右の回転軸１１１には、軸受（不図示）を介して筐体１１５が支持され、この筐体１１５の内部に逆転機構８Ａが設けられている。逆転機構８Ａは３つの傘歯車８１Ａ、８２Ａ、８３Ａを組み合わせて成り、右側の回転軸１１１に傘歯車８１Ａが結合され、左側の回転軸１１１に傘歯車８２Ａが結合され、両傘歯車８１Ａ、８２Ａに傘歯車８３Ａが噛合うように配置されている。傘歯車８１Ａの背面側は、ブッシュ８５Ａを介してブラケット１１４に支持され、傘歯車８２Ａの背面側は、ブッシュ８６Ａを介してブラケット１１３に支持され、傘歯車８３Ａの背面側は、ブッシュ８７Ａを介して筐体１１５に支持されている。ブラケット１１４は、筐体１１５の内壁に上下方向に設けられ、右側の回転軸１１１を軸受（不図示）を介して貫通させている。また、ブラケット１１３は、筐体１１５の内壁に上下方向に設けられ、左側の回転軸１１１を軸受（不図示）を介して貫通させている。更に、傘歯車８３Ａの支持軸８４Ａは、上下方向に延びて設けられ、その上下端が軸受（不図示）を介して筐体１１５に支持されている。

図６に基づいて等分機構９を説明する。この等分機構９は、左右のサスペンション１０に対応してそれぞれ設けられている。
上述のように左右の第３リンク部材６と第４リンク部材７の回転軸１１１に一体に設けられた揺動ロッド９４には、筒状のスライダ９３が被せられ、スライダ９３は揺動ロッド９４に対して揺動ロッド９４の長手方向に摺動自在とされている。スライダ９３と第３リンク部材６との間は連結リンク９１によって回転自在に連結され、スライダ９３と第４リンク部材７との間は連結リンク９２によって回転自在に連結されている。両連結リンク９１、９２は互いに長さを等しく設定されている。
等分機構９は、第３リンク部材６と第４リンク部材７との成す角度の変化に対して、常時、その角度の中間位置に揺動ロッド９４が位置するように機能する。即ち、第３リンク部材６及び第４リンク部材７の位置が変化すると、連結リンク９１、９２を介してスライダ９３が揺動ロッド９４上を摺動し、そのとき両連結リンク９１、９２の長さが等しくされているため、揺動ロッド９４が第３リンク部材６と第４リンク部材７との成す角度の中間位置となる。図６では、第３リンク部材６と第４リンク部材７が実線の位置と破線の位置とに変化したとき、揺動ロッド９４が実線で示す位置と破線で示す位置とに変化して、第３リンク部材６と第４リンク部材７との成す角度の中間位置となることを示している。

左右いずれか一方の揺動ロッド９４が前後方向に揺動されると、逆転機構８Ａの働きによって、他方の揺動ロッド９４が一方の揺動ロッド９４に対して反対方向に揺動される。
図５において、右側の揺動ロッド９４の下端が前方（図５の紙面奥側）に揺動すると、回転軸１１１を介して傘歯車８１Ａも同方向に回転され、この回転が傘歯車８３Ａを介して傘歯車８２Ａに伝達されると、回転方向が逆転され、回転軸１１１を介して左側の揺動ロッド９４の下端が後方（図５の紙面手前側）に揺動される。
従って、上述の第１実施形態の場合と同様に、左右いずれか一方の前輪１又は後輪３が障害物Ｐに乗り上げて、第１リンク部材４の前端又は第２リンク部材５の後端が持ち上げられると、反対側で対応する第１リンク部材４の前端又は第２リンク部材５の後端は押し下げられて、他方の前輪１又は後輪３が引きずられて浮き上るのを抑制することができる。
左右いずれか一方の前輪１、後輪３が窪みに落ちた場合も、前輪１、後輪３が持ち上げられた場合とは逆の動きで、窪みに落ちた前輪１、後輪３に対して対角線上に位置する他方の前輪１、後輪３が地面から浮き上ることを抑制することができる。
このとき、左右両側の揺動ロッド９４とも、その揺動角度が等分機構９の機能によって第３リンク部材６と第４リンク部材７とが成す角度の中間位置とされる。従って、左右いずれか一方のサスペンション１０の傾斜に応じて他方のサスペンション１０の傾斜角度を適切に変化させることができる。

以上、特定の実施形態について説明したが、本発明は、それらの外観、構成に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、
１．上記実施形態では、車輪は６輪とも全て同じ大きさとしたが、各車輪の大きさを互いに変えても良い。例えば、中輪に比べて前輪と後輪は相対的に小さくしても良い。
２．等分機構９は、パンタグラフ形状のサスペンション１０の頂角をエンコーダで計測して、その角度を２等分する方向を求め、その方向にサーボモータで揺動ロッド９４を能動的に設定する方式としても良い。
３．上記実施形態では、月面探査ローバに本発明を適用したが、電線が床面に敷かれた工場内を走行する移動車、階段を上り下りする移動車、或いは災害復旧支援、地雷除去などで走行道路が整備されていない場合に障害物を乗り越え、且つ前進・後進を繰り返しながら進む移動車に適用しても良い。また、車椅子に適用しても良い。

１ 前輪
１１、２１、３１ インホイールモータ
１２、３２ 結合リンク
１３、３３ 操舵機構
１４、３４ モータ
２ 中輪
２２ ヒンジ軸
３ 後輪
４ 第１リンク部材
４１、４２、５１、５２ リンク要素
５ 第２リンク部材
６ 第３リンク部材
６１、７１ ヒンジ軸
６２ ヒンジ軸（連結部材）
７ 第４リンク部材
８、８Ａ 逆転機構
８１ 揺動リンク
８２ ブラケット
８３ 連結ロッド
８４ 揺動ロッド
８５ 板
８６ ブッシュ
８７ 揺動ピン
８１Ａ、８２Ａ、８３Ａ 傘歯車
８４Ａ 支持軸
８５Ａ、８６Ａ、８７Ａ ブッシュ
９ 等分機構
９１、９２ 連結リンク
９３ スライダ
９４ 揺動ロッド
１０ サスペンション
１１０ 車体
１１１ 回転軸（連結部材）
１１２、１１３、１１４ ブラケット
１１５ 筐体

Claims (2)

1. 進行方向に関して左右にそれぞれ３輪ずつ配置された車輪が所定のサスペンションを介して連結されて成る車輪型移動車において、
   前記左右の３輪のうち、進行方向に関して前方配置の前輪と前後方向の中間に配置された中輪とが、一つのリンク部材である第１リンク部材によって各車輪を回転自在に連結し、進行方向に関して後方配置の後輪と前記中輪とが、前記第１リンク部材とは別のリンク部材である第２リンク部材によって各車輪を回転自在に連結し、
   前記第１及び第２リンク部材の各中間部を、互いに回転自在に連結された第３及び第４リンク部材によって回転自在に連結してパンタグラフ形状のサスペンションを構成し、
   進行方向に関して左右それぞれの前記第３及び第４リンク部材の連結部同士を連結部材によって連結したことを特徴とする車輪型移動車。
2. 請求項１において、
   前記連結部材は、逆転機構を挟んで左右の連結部材によって構成され、逆転機構によって左右のサスペンションの一方に対して他方が捩じれるように回転され、
   前記左右の各連結部材は、その軸心回りの回転角度が、第３及び第４リンク部材が成す相対角度の中間角度となるように作動させる等分機構を備えることを特徴とする車輪型移動車。
   

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