JP2014226983A - Travelling mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、走行機構に関する。 The present invention relates to a traveling mechanism.
様々な環境や路面状況において移動可能な移動装置が数多く提供されている。例えば、特許文献1には、簡単な構造で、曲がり管、分岐管等にて、所望の方向に移動させることができる配管検査装置が開示されている。 There are many mobile devices that can be moved in various environments and road conditions. For example, Patent Document 1 discloses a pipe inspection apparatus that has a simple structure and can be moved in a desired direction by a bent pipe, a branch pipe, or the like.
ところで、障害物等の段差のある路面や不整地を走行する移動車両において、路面に接する車輪等の走行機構に大きなトラクション、すなわち駆動力を路面に伝える能力を得るために様々な工夫がなされている。 By the way, in a mobile vehicle that travels on a stepped road surface such as an obstacle or rough terrain, various contrivances have been made to obtain a large traction, that is, an ability to transmit driving force to the road surface, such as wheels that contact the road surface. Yes.
例えば、図8に示されるように、車輪110と、車輪110表面に取り付けられたグローサと呼ばれる突起である複数の係止部120とを有する走行機構100がある。図8に示された走行機構100の係止部120は、車輪110表面から外方に向かって放射状に突出し、固定されている。走行機構100では、係止部120が路面に対して係止することによって、トラクションを得ることができる。
For example, as shown in FIG. 8, there is a
しかしながら、走行機構100は、例えば、段差の高さが車輪110の半径よりも高い場合には、乗り越えることが困難である。また、隣接する係止部120の間隔をより大きくしたり、係止部120の突起をより大きくしたりすることで、路面と係止し易くなり、より大きなトラクションを得ることができる。しかしその結果、係止部120の各々の先端を結んだ形状がより非円形な形状となることから、走行時において振動や移動効率の低下といった問題が生じる。
However, the
本発明は、段差のある路面や不整地を走行する際に、大きなトラクションを得ることができる走行機構を提供する。 The present invention provides a traveling mechanism capable of obtaining a large traction when traveling on a road surface having a step or rough terrain.
請求項1に記載の発明によれば、車輪と、複数の係止部材とを具備し、前記係止部材の各々が、前記車輪の周方向に沿った前後方向に揺動可能に該車輪の外周部に取り付けられ、且つ、前記車輪の周方向に沿った前後の端部に係止部を有することを特徴とする走行機構が提供される。 According to the first aspect of the present invention, a wheel and a plurality of locking members are provided, and each of the locking members is swingable in the front-rear direction along the circumferential direction of the wheel. A traveling mechanism is provided that is attached to an outer peripheral portion and has a locking portion at front and rear ends along the circumferential direction of the wheel.
また、請求項2に記載の発明によれば請求項1に記載の発明において、弾性部材をさらに具備し、前記弾性部材が、揺動した前記係止部材を復元する方向に付勢するように前記車輪又は前記係止部材に取り付けられていることを特徴とする走行機構が提供される。
According to the invention of
また、請求項3に記載の発明によれば請求項1又は2に記載の発明において、前記係止部材が、前記車輪の回転軸線と平行な軸線回りに揺動することを特徴とする走行機構が提供される。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the locking member swings about an axis parallel to the rotation axis of the wheel. Is provided.
また、請求項4に記載の発明によれば請求項1から3のいずれか1つに記載の発明において、前記係止部材の各々が、走行時に路面と接する凸曲面状の走行面を有することを特徴とする走行機構が提供される。 According to the invention described in claim 4, in the invention described in any one of claims 1 to 3, each of the locking members has a convex curved traveling surface that contacts the road surface during traveling. A travel mechanism is provided.
また、請求項5に記載の発明によれば請求項1から4のいずれか1つに記載の発明において、前記係止部材の各々が、扇形の縦断面形状を有することを特徴とする走行機構が提供される。 According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, each of the locking members has a fan-shaped longitudinal cross-sectional shape. Is provided.
また、請求項6に記載の発明によれば請求項5に記載の発明において、前記扇形の円弧の曲率半径が、前記車輪の半径よりも大きいことを特徴とする走行機構が提供される。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the traveling mechanism according to the fifth aspect, wherein the radius of curvature of the fan-shaped arc is larger than the radius of the wheel.
また、請求項7に記載の発明によれば請求項1から6のいずれか1つに記載の発明において、前記係止部材が、前記車輪の周方向に沿って等間隔に配置されていることを特徴とする走行機構が提供される。 Further, according to the invention described in claim 7, in the invention described in any one of claims 1 to 6, the locking members are arranged at equal intervals along the circumferential direction of the wheel. A travel mechanism is provided.
各請求項に記載の発明によれば、段差のある路面や不整地を走行する際に、大きなトラクションを得ることができるという共通の効果を奏する。 According to the invention described in each claim, there is a common effect that a large traction can be obtained when the vehicle travels on a stepped road surface or rough terrain.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Corresponding components are denoted by common reference symbols throughout the drawings.
図1は、本発明の一態様による走行機構1の斜視図であり、図2は、図1の走行機構1の正面図である。走行機構1は、1つの車輪10と、6つの係止部材20と、1つの弾性部材30とを有している。また、図3は、図1の走行機構1の車輪10の斜視図であり、図4は、図1の走行機構1の係止部材20の斜視図であり、図5は、図1の走行機構1の弾性部材30の斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of a traveling mechanism 1 according to an aspect of the present invention, and FIG. 2 is a front view of the traveling mechanism 1 of FIG. The travel mechanism 1 has one
なお、以下の説明において、車輪10の周方向に沿って前後方向を規定し、車輪10が回転する際に向かう方向を「前」とし、その反対側を「後」と規定する。添付した図面、例えば図2では、車輪10が時計回りに回転すると仮定する。車輪10が反時計回りに回転すると前後は逆転するが、構成及び効果において相違はない。
In the following description, the front-rear direction is defined along the circumferential direction of the
図3を参照すると、車輪10は、円筒状の車輪本体11と、車輪本体11の両端に配置され且つ車輪本体11より大径の環状プレート12とを有するボビン状の部材である。環状プレート12の各々には、車輪10の中心軸線回りの周方向に等間隔に、6つの取付孔13が形成されている。また、取付孔13は、対向する環状プレート12間で対向する位置に配置されている。車輪本体11の挿入孔14には、移動装置の駆動シャフト等が挿入可能である。車輪10は、剛体の部材である。
Referring to FIG. 3, the
図4を参照すると、係止部材20は、揺動軸21と、走行機構1の走行時に路面と接する走行面22と、対向する略扇形の端面23と、係止部材20の前面及び後面である係止面24とを有している。係止部材20の各々は、揺動軸21の両端を車輪10の両端の環状プレート12の取付孔13に嵌合させることによって、車輪10の周方向に沿った前後方向に揺動可能に車輪10の外周部に取り付けられる(図1及び図2)。走行機構1では、車輪10の回転軸線と係止部材20の各々の揺動軸線とは平行であり、従って、係止部材20は、車輪10の回転軸線と平行な軸線回りに揺動する。
Referring to FIG. 4, the
走行面22は、揺動軸21の軸線方向に延びる円筒面の一部からなる凸曲面状に形成されている。また、2つの係止面24は、対向する端面23の略扇形の直線の半径部分間を延びる矩形の平面である。従って、係止部材20の揺動軸21の軸線に対して垂直な縦断面形状は、略扇形となる。端面23の扇形の中心角、すなわち、2つの係止面24の成す角をαとする(図2)。係止面24の径方向外側の部分、すなわち走行面22近傍の部分又は端部は、後述する係止部25を構成する。係止部材20は、剛体の部材である。
The
図5を参照すると、弾性部材30には、車輪10の車輪本体11が挿入される円筒状の内面形状を有するように、貫通孔31が形成されている。すなわち、弾性部材30の貫通孔31の内径と、車輪10の車輪本体11の外径とは略等しい。また、弾性部材30には、貫通孔31の中心軸線回りの周方向に等間隔に、略円形断面の6つの溝部32が軸線方向に形成されている。弾性部材30の貫通孔31の中心軸線から溝部32までの距離は、車輪10の中心軸線から取付孔13までの距離と等しい。従って、弾性部材30を車輪10に対して取り付けると、弾性部材30の6つの溝部32の各々を、車輪10の6つの取付孔13の各々と整列させることができる。
Referring to FIG. 5, a
また、弾性部材30の隣接する溝部32間には、径方向外方へ突出し且つ軸方向へ延びる6つの隆起部33が形成されている。各隆起部33の先端には、弾性部材30の貫通孔31の中心軸線方向に延びる円筒面の一部からなる凸曲面状に形成された外周面34が形成されている。弾性部材30の貫通孔31の中心軸線から、隆起部33の外周面34までの距離は、車輪10の環状プレート12の外径より大きく、車輪10に取り付けられた係止部材20の走行面22までの距離よりは小さい。
Further, between the
さらに、隆起部33の各々は、前面及び後面である矩形の当接面35を有している。隣接する隆起部33間の隣接する当接面35の成す角は、上述した端面23の扇形の中心角、すなわち2つの係止面24の成す角αと略同一である。従って、走行機構1は、車輪10の車輪本体11を弾性部材30の貫通孔31に挿入した状態で、係止部材20の揺動軸21を車輪10の環状プレート12に取り付けると、係止部材20の揺動軸21が弾性部材30の溝部32内に収容され、係止部材20の係止面24が弾性部材30の当接面35と当接又は近接して配置される。
Further, each of the raised
弾性部材30は、エラストマー等のゴム弾性を有する材料や、スポンジ等の多孔性材料から形成することができる。弾性部材30は、軽量化のためスポンジから形成されている。特に、多孔性材料として、各気泡が独立して密閉されている独立気泡スポンジを採用すると、液体を吸引することがないことから、液体で濡れた路面でも走行可能であり、且つ、水中で浮力が得られるため好ましい。
The
係止部材20の各々が、弾性部材30の隣接する隆起部33間に配置されることによって、揺動した係止部材20を元の位置に戻す方向、すなわち復元する方向に、弾性部材30の弾性に起因する付勢力が生じる。言い換えると、係止部材20が揺動することによって、係止部材20の係止面24が、対向する弾性部材30の当接面35に当接して押圧する。その結果、弾性部材30、特に隆起部33が弾性変形し、変形を元に戻そうとする力が係止部材20を復元する付勢力となる。
Since each of the locking
走行機構1は、平坦な路面を走行する場合には、係止部材20の凸曲面状に形成された走行面22によって、通常の円形断面の車輪のように走行することができる。すなわち、走行機構1は、車輪10の回転に応じて、6つの係止部材20のうちの1つの走行面22において、前端22aから接地が開始され、接地点が徐々に後方へ移行し、後端22bの接地へと続く。
When traveling on a flat road surface, the traveling mechanism 1 can travel like a wheel with a normal circular cross section by the traveling
ここで、係止部材20の走行面22の接地している部分は、路面から抗力(垂直抗力)を受ける。この抗力の方向が、係止部材20の揺動軸21からオフセットしている場合には、モーメントが作用し、係止部材20は揺動軸21回りに揺動する。従って、走行面22の前端22a又は後端22bが接地しているときが、モーメントが最も大きく、係止部材20の揺動角も最も大きい。
Here, the grounded portion of the running
上述したように、車輪10の回転によって、路面との接地点が係止部材20の走行面22の後端22bに達した後、隣接する後方の係止部材20の走行面22の前端22aへの接地が行われる。言い換えると、こうした隣接する係止部材20の走行面22間の接地点の移行がスムーズに行われるように、走行面22の形状や係止部材20の間隔、さらには弾性部材30の材質等が決定される。例えば、走行面22の縦断面形状の曲率半径は、車輪10の半径、すなわち車輪本体11又は環状プレート12の半径よりも大きいことが好ましい。当然のことながら、隣接する係止部材20は互いに干渉しないように離間して配置される。
As described above, after the
他方、走行機構1が、段差を乗り越える場合について、図6を参照しながら説明する。図6は、図1の走行機構1の走行の状態を示す図である。平坦な路面を走行した状態から、段差Sのある路面へ走行する状況を示している。なお、図6において、弾性部材30は省略して描かれている。
On the other hand, the case where the traveling mechanism 1 gets over the step will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram showing a traveling state of the traveling mechanism 1 of FIG. A situation in which the vehicle travels from a flat road surface to a road surface having a step S is shown. In FIG. 6, the
図6において左から右に向かって走行した走行機構1が段差Sに到達すると、第1係止部材20aの走行面22の後部が対向する壁面Wに当接し、抗力を受ける。従って、第1係止部材20aは、走行面22の後端22b側に揺動する。その結果、隣接する後方の第2係止部材20bの係止面24の係止部25が露出することから、段差Sの上面Tに係止する。次いで、この係止部25を支点にして走行機構1は、段差Sを乗り越えることができる。言い換えると、係止部25は、段差を乗り越えようとする場合に、その上部又は上面と係止することができるように、係止部材20の前後の端部に形成されている。
In FIG. 6, when the traveling mechanism 1 traveling from the left to the right reaches the step S, the rear portion of the traveling
以上より、走行機構1によれば、車輪10の回転に応じて係止部材20が抗力を受けることによって受動的に揺動し、段差を乗り越えることが可能である。従って、走行機構1によれば、段差のある路面や不整地を走行する際に、単純且つ軽量な機構で大きなトラクションを得ることができる。
As described above, according to the traveling mechanism 1, the locking
上述した本発明の一態様による走行機構1では、係止部材20が略扇形の縦断面形状を有していた。しかしながら、平坦な路面において安定した走行ができ、且つ、段差を乗り越える場合に係止部が機能する限りにおいて、任意の形状を採用し得る。例えば、係止部材20の走行面22の縦断面形状が、連続的に異なる曲率半径を有するようにしてもよい。また、走行機構が有する係止部材の数は、6つに限らず、5つ以下又は7つ以上であってもよい。
In the traveling mechanism 1 according to one aspect of the present invention described above, the locking
上述した本発明の一態様による走行機構1では、スポンジ製の弾性部材30を用いたが、その他の一般的な弾性部材、例えばコイルばね、トーションばね、板ばねを用いて同様の効果を奏するようにしてもよい。
In the traveling mechanism 1 according to one aspect of the present invention described above, the sponge
これに関し、図7は、図1の走行機構1とは異なる弾性部材50の実施例を示す図である。図7では、弾性部材50として、コイルばねが用いられている。弾性部材50は、一端が係止部材20の係止面24に取り付けられ、他端が車輪10、例えば車輪本体11に取り付けられている。すなわち、本実施例では、弾性部材50の両端が固定端である。従って、本実施例では、係止部材20の揺動によって、前面及び後面の係止面24に取り付けられた弾性部材50の一方が圧縮され、他方が伸長する。よって、前後2つの弾性部材50の付勢力を利用することによって、係止部材20は復元する。
In this regard, FIG. 7 is a view showing an embodiment of an
なお、図1の走行機構1のスポンジ製の弾性部材30を、図7に示されるように、コイルばねを用いて模式的に示すと、弾性部材30の一端が係止部材20に取り付けられていない自由端の場合と等しいと言える。他方、図7において、弾性部材が係止部材20の係止面24に取り付けられて固定端を形成し、車輪10の外周部側を自由端としてもよい。
When the sponge
上述した本発明の一態様による走行機構1は、2輪車両や4輪車両等の様々な車両の車輪と置換可能である。また、本発明の一態様による走行機構1は、車両に限らず、様々な移動装置に適用可能である。例えば、3つ以上の走行機構1を縦一列に連続して配置することによって、蛇型ロボットの走行機構に適用してもよい。また、走行機構1の車輪10の代わりに、無限軌道におけるクローラベルトを用いてもよい。すなわち、クローラベルトの路面に接地する外表面に、揺動可能な複数の係止部材を配置し、且つ、係止部材間に弾性部材を配置するようにしてもよい。その他、そりのような平坦な走行面を有する走行機構に対して、本発明を適用してもよい。
The traveling mechanism 1 according to one aspect of the present invention described above can be replaced with wheels of various vehicles such as a two-wheel vehicle and a four-wheel vehicle. The traveling mechanism 1 according to one aspect of the present invention is not limited to a vehicle, and can be applied to various moving devices. For example, you may apply to the traveling mechanism of a snake-shaped robot by arrange | positioning three or more traveling mechanisms 1 continuously in a line. Further, a crawler belt in an endless track may be used instead of the
1 走行機構
10 車輪
20 係止部材
25 係止部
30 弾性部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
前記係止部材の各々が、前記車輪の周方向に沿った前後方向に揺動可能に該車輪の外周部に取り付けられ、且つ、前記車輪の周方向に沿った前後の端部に係止部を有することを特徴とする走行機構。 Comprising a wheel and a plurality of locking members;
Each of the locking members is attached to the outer peripheral portion of the wheel so as to be swingable in the front-rear direction along the circumferential direction of the wheel, and the locking portion is provided at the front and rear end portions along the circumferential direction of the wheel. A traveling mechanism characterized by comprising:
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