JP2016034809A - Traveling carriage - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上り段差を乗り越える機能を有する走行台車に関する。 The present invention relates to a traveling carriage having a function of overcoming an ascending step.
従来、操作者が押すことで走行する走行台車で上り段差を乗り越える技術として、例えば、特許文献１に記載の技術がある。この技術は、前車軸に略Ｔ字状のリンクアームを回動可能に設けると共に、このリンクアームの略直角に交わる２本のアーム部の一方の端部及び他方の端部に、前主車輪と補佐輪とを、前主車輪の前方に補佐輪が位置する位置関係となるように回転自在に支持している。更に、リンクアームの残りのアーム部の端部に補助ハンドルを連結している。そして、前主車輪が上り段差に当接したときに、補助ハンドルを前方に押し上げることでリンクアーム部が回動し、補助ハンドルの力の入力点を力点とし、補佐輪の段差上面との接地点を支点としたてこの原理によって、前主車輪を持ち上げる力を作用させて、段差の乗り越えを容易とするものである。
Conventionally, for example, a technique described in
しかしながら、上記特許文献１の従来技術は、通常走行時に操作する操行把手フレームとは異なる補助ハンドルを押し上げる必要があるため、操作者が意図して作動させなければ段差を乗り越えることができないという問題がある。また、このときに操行把手フレームから補助ハンドルに持ち替えるという煩わしい作業も必要となる。また、補助ハンドルを別途設ける必要があるため重量やコストが増加するという問題もある。
However, since the prior art of
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、通常の前方走行時の操作状態のままで容易に上り段差を乗り越えることが可能な走行台車を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention has been made paying attention to such an unsolved problem of the conventional technology, and can easily climb over an ascending step in the normal operation state during forward traveling. The purpose is to provide a traveling cart.
〔形態１〕 上記目的を達成するために、形態１の走行台車は、基体と、基体の下部に回転自在に支持された走行輪と、基体の走行輪よりも前方側に回転自在に支持され、かつ、走行輪によって平坦路を走行時に非接地となる高さ位置に設けられた補助輪と、基体の上部に設けられ、操作者が基体を走行輪によって走行させる力を入力可能な操作部と、を備え、操作部の力の入力点を力点とし、かつ補助輪の上り段差の上面との接地点を支点としたてこの原理によって、基体を前進走行させる力を力点に入力したときに、走行輪を上り段差を乗り越え可能な高さ位置まで持ち上げる力が作用するように、走行輪の半径、補助輪の半径、補助輪と走行輪との中心間距離及び走行輪に対する補助輪の取付角度が構成されている。
[Embodiment 1] In order to achieve the above object, a traveling carriage of
このような構成であれば、基体を前進走行中に前方に上り段差がある場合に、前輪よりも先に補助輪が段差上面に接地し、補助輪の接地点を支点、操作部の力の入力点を力点としたてこの原理によって、前輪を段差上へと容易に持ち上げることが可能となる。
これによって、操作者が、特別な操作をすることなく、通常通りに基体を前進走行させる方向の力を加えることで、てこの原理を利用して、上り段差を容易に乗り越えさせることができるという効果が得られる。
With such a configuration, when there is a step up in front of the base while traveling forward, the auxiliary wheel contacts the upper surface of the step before the front wheel, and the grounding point of the auxiliary wheel serves as a fulcrum and the force of the operation unit With this principle of using the input point as a power point, it is possible to easily lift the front wheel onto the step.
As a result, the operator can easily overcome the ascending step using the lever principle by applying a force in the direction in which the base moves forward as usual without performing a special operation. An effect is obtained.
〔形態２〕 更に、形態２の走行台車は、形態１の構成に対して、走行輪は、基体の前方側に設けられた前輪と、基体の後方側に設けられた後輪とを含み、前輪の半径をＲ、補助輪の半径をｒ、中心間距離をＬ、取付角度をψ、前輪の接地点と補助輪の接地点との間の距離をＬ’、基体の質量と重力とによって前輪にかかる力をｍｇ、力点に入力される基体を前進走行させる水平方向の力をＦｘ、上り段差の高さをＨ、走行輪の接地面から力点までの高さをｈ、基体の重心と後輪とにかかる力によるモーメントの和をＭ0として、下式（１）〜（３）を満たす寸法及び角度に、走行輪の半径、補助輪の半径、中心間距離及び取付角度が構成されている。
Ｌ’・ｍｇ・ｃｏｓψ＜Ｆｘ・ｈ−Ｍ0 …（１）
Ｌ’＝（（Ｌｃｏｓψ）2＋Ｈ2）1/2 …（２）
ｒ＝Ｌ・ｓｉｎψ＋Ｒ−Ｈ …（３）
[Embodiment 2] Further, in the traveling carriage of the
L ′ · mg · cos ψ <Fx · h−M 0 (1)
L ′ = ((L cos ψ) 2 + H 2 ) 1/2 (2)
r = L · sinψ + R−H (3)
このような構成であれば、基体を前進走行中に前方に補助輪の下端に接触する程度の高さの上り段差がある場合に、前輪よりも先に補助輪が段差上面に接地し、補助輪の接地点を支点、操作部の力の入力点を力点としたてこの原理によって、前輪を段差上へと容易に持ち上げることが可能となる。
これによって、操作者が、特別な操作をすることなく、通常通りに基体を前進走行させる方向の力を加えることで、てこの原理を利用して、補助輪の下端位置よりも低い高さの上り段差を容易に乗り越えさせることができるという効果が得られる。
With such a configuration, when there is an ascending step that is high enough to come into contact with the lower end of the auxiliary wheel while the vehicle is traveling forward, the auxiliary wheel contacts the upper surface of the step before the front wheel, and the auxiliary By using this principle with the contact point of the wheel as a fulcrum and the input point of the force of the operation unit as the force point, the front wheel can be easily lifted onto the step.
This allows the operator to apply a force in the direction to advance the base body as usual without performing any special operation, and by utilizing the principle of the lever, the height lower than the lower end position of the auxiliary wheel. The effect that it is possible to easily get over the ascending step is obtained.
〔形態３〕 更に、形態３の走行台車は、形態２の構成に対して、前輪の半径Ｒを補助輪の半径ｒ以上の大きさの寸法に構成し、中心間距離Ｌ及び取付角度ψを、下式（４）を満たす寸法及び角度に構成した。
０＜Ｌ＜Ｈ／ｓｉｎψ …（４）
このような構成であれば、平坦路走行時に非接地となる補助輪の半径が、前輪の半径よりも小さくなり、車輪の配置バランスや、重量バランス等のバランスのとりやすい構成とすることができるという効果が得られる。
[Form 3] Furthermore, the traveling carriage of
0 <L <H / sinψ (4)
With such a configuration, the radius of the auxiliary wheel that is not grounded when traveling on a flat road is smaller than the radius of the front wheel, and it is possible to provide a configuration that is easy to balance, such as wheel arrangement balance and weight balance. The effect is obtained.
〔形態４〕 更に、形態４の走行台車は、形態３の構成に対して、力ｍｇが補助輪にかかるとして、下式（５）及び（６）を満たす寸法及び角度に、走行輪の半径、補助輪の半径、中心間距離及び取付角度が構成されている。
（ｒ2−（Ｌ・ｓｉｎψ＋Ｒ−Ｈ）2）1/2・ｍｇ＜（ｈ−Ｌ・ｓｉｎψ−Ｒ）・Ｆｘ−Ｍ0 …（５）
Ｈ＜Ｌ・ｓｉｎψ＋Ｒ …（６）
[Form 4] Further, the traveling carriage of
(R 2 − (L · sin ψ + R−H) 2 ) 1/2 · mg <(h−L · sin ψ−R) · Fx−M 0 (5)
H <L · sinψ + R (6)
このような構成であれば、補助輪の下端位置よりも高くかつ補助輪の中心位置よりも低い高さの上り段差に対して、補助輪を段差上に乗り上げることが可能となり、補助輪の接地点を支点、操作部の力の入力点を力点としたてこの原理によって、前輪を段差上へと容易に持ち上げることが可能となる。
これによって、操作者が、特別な操作をすることなく、通常通りに基体を前進走行させる方向の力を加えることで、てこの原理を利用して、補助輪の下端位置よりも高くかつ補助輪の中心位置よりも低い高さの上り段差を容易に乗り越えさせることができるという効果が得られる。
With such a configuration, it is possible to ride the auxiliary wheel on the step with respect to the upward step which is higher than the lower end position of the auxiliary wheel and lower than the center position of the auxiliary wheel. By using this principle with the point as a fulcrum and the force input point of the operation unit as the force point, it is possible to easily lift the front wheel onto the step.
This allows the operator to apply a force in the direction in which the base body moves forward as usual without performing any special operation. An effect is obtained in that it is possible to easily get over an ascending step having a height lower than that of the center position.
〔形態５〕 更に、形態５の走行台車は、形態２乃至４のいずれか１の構成に対して、前輪をアクチュエータによって回転駆動する回転駆動機構を備える。
このような構成であれば、回転駆動機構によって、前輪を回転駆動することが可能となる。
これによって、例えば、回転駆動機構によって、走行方向への走行に必要な前輪の回転力をアシストすることで、操作者が操作部に入力する力を小さくすることが可能となり、操作者の負担を軽減することができるという効果が得られる。
[Embodiment 5] Furthermore, the traveling carriage of
With such a configuration, the front wheels can be rotationally driven by the rotational drive mechanism.
As a result, for example, the rotational driving mechanism assists the rotational force of the front wheels required for traveling in the traveling direction, thereby reducing the force input to the operation unit by the operator and reducing the burden on the operator. The effect that it can be reduced is obtained.
（構成）
本実施形態に係る走行台車１は、図１に示すように、上方に凸の円弧形状の基体１０と、基体１０に設けられた操作部１１と、基体１０の下方の前方寄りに設けられた旋回機構１２と、旋回機構１２に連結する前輪支持部１３と、前輪支持部１３に回転自在に支持された走行輪としての前輪１４と、を備えている。更に、走行台車１は、基体１０の前端部に設けられた補助輪支持部１５と、補助輪支持部１５に回転自在に支持された補助輪１６と、基体１０の後端部に設けられた後輪支持部１７と、後輪支持部１７に回転自在に支持された走行輪としての後輪１８とを備えている。
(Constitution)
As shown in FIG. 1, the traveling
操作部１１は、把持部１１ａと、ポール部１１ｂとから構成され、ポール部１１ｂの長手方向の上端は把持部１１ａに連結し、長手方向の下端部は基体１０の上面に固定支持されている。また、操作部１１は、基体１０の上面から斜め後方に向かって所定角度だけ傾いて支持されている。
旋回機構１２は、鉛直方向下方に延びる旋回軸を備え、この旋回軸の上端は、基体１０の下面に軸受を介して回転自在に支持されている。
The
The
前輪支持部１３は、上端側が旋回機構１２の旋回軸に固定支持され、下端側に旋回軸の軸方向及び基体１０の前後方向と直交する軸方向の前輪車軸１３ａを備えており、この前輪車軸１３ａを介して前輪１４が回転自在に支持されている。かかる構成によって、前輪車軸１３ａは前輪１４と共に旋回軸回りに回動し、前輪１４は前輪車軸１３ａ回りに回動する。
The front
更に、前輪支持部１３は、前輪車軸１３ａを回転駆動する回転駆動機構１９を備えている。この回転駆動機構１９は、操作部１１を介して入力される力を検出する力センサと、前輪車軸に回転力を付与するモータと、力センサの検出値に基づきモータを駆動制御するモータ制御回路とを備えている。本実施形態では、例えば、プーリ及びベルト等を介してモータの回転力を前輪車軸１３ａに伝達すると共に、操作部１１を介した基体１０を前進方向へと押す力の入力を力センサで検出し、基体１０が前進する方向に前輪車軸（即ち前輪１４）を回転させるアシスト回転力を付与する。
Further, the front
補助輪支持部１５は、前輪支持部１３よりも前方側の基体１０の前端部から下方に向かって延びるアーム部を備え、アーム部の上端部が基体１０に固定支持されている。更に、アーム部の下端部に前輪車軸１３ａと同じ軸方向の補助輪車軸を備えている。そして、補助輪車軸を介して前輪１４の半径よりも小さい半径の補助輪１６が補助輪車軸回りに回転自在に支持されている。なお、補助輪支持部１５及びそのアーム部は、基体１０が平坦路を走行するときに、補助輪１６が接地しない高さ位置となるように配設位置や長さが構成されている。
The auxiliary
後輪支持部１７は、基体１０の後端部から円弧形状に沿って延びるアーム部を備え、アーム部の上端部が基体１０の後端部に固定支持されている。更に、アーム部の下端部に前輪車軸と同じ軸方向の後輪車軸を備えている。そして、後輪車軸を介して前輪１４よりも小さい半径の後輪１８が後輪車軸回りに回転自在に支持されている。
The rear
（車輪の構成について）
次に、図２に基づき、走行台車１の車輪の構成について説明する。
本実施形態の走行台車１は、図２（ａ）に示す車輪構成となっている。即ち、図２（ａ）に示すように、前輪車軸１３ａの一端側に前輪１４ａが、他端側に前輪１４ｂが固定支持されており、補助輪１６は、前輪車軸１３ａの中央位置に合わせて前方に１輪が設けられている。また、後輪１８は、前輪車軸１３ａの中央位置に合わせて後方に１輪が設けられている。
(About wheel configuration)
Next, the configuration of the wheels of the traveling
The traveling
なお、走行台車１の車輪構成は、図２（ａ）の構成に限らず、例えば、図２（ｂ）に示すように、同軸２輪の前輪ユニット１４Ｌ及び１４Ｒを基体１０の前方側の左右位置に配置し、これに合わせて、補助輪２輪、後輪２輪とした車輪構成としてもよい。
また、例えば、図２（ｃ）に示すように、図２（ａ）の前輪の構成において、後輪１８を後輪１８Ｌ及び１８Ｒの２輪とした構成としてもよい。また、図２（ａ）において、前輪１４を同軸２輪の構成とすることに限らず、例えば、図２（ｄ）に示すように、前輪１４を１輪とする構成としてもよい。また、前輪１４を１輪とする構成は、図２（ｂ）〜（ｃ）にも適用可能である。また、前輪を同軸２輪とした構成において、補助輪１６も２輪とする構成としてもよい。
Note that the wheel configuration of the traveling
Further, for example, as shown in FIG. 2 (c), in the configuration of the front wheel in FIG. 2 (a), the
また、前輪車軸１３ａを回転駆動する回転駆動機構１９を設ける構成としたが、この構成に限らず、回転駆動機構１９に加えて、旋回軸を回転駆動するための駆動源（モータ等）を有する回転駆動機構を設ける構成としてもよい。また、車輪構成を、例えば、図２（ｂ）に示す構成とした場合、前輪車軸１３Ｌａ及び１３Ｒａを回転駆動する回転駆動機構を別々に設けて独立して前輪ユニットを回転駆動し、前輪ユニット１４Ｒ及び１４Ｌの間の距離が十分にある場合に限っては、旋回軸を受動軸とする構成としてもよい。
In addition, the
また、前輪１４を同軸２輪とする構成を例に挙げたが、この構成に限らず、同軸３輪以上とする構成としてもよい。また、後輪１８についても同軸２輪以上とする構成としてもよい。また、前輪１４を２輪又は２ユニット設ける構成を例に挙げたが、この構成に限らず、３輪又は３ユニット以上を設ける構成としてもよい。また、後輪１８を２輪設ける構成を例に挙げて説明したが、この構成に限らず、後輪１８についても、３輪又は３ユニット以上を設ける構成としてもよい。
In addition, the configuration in which the
（段差踏破のための構成）
本実施形態では、操作者による操作部１１の把持部１１ａへの力の入力点を力点、補助輪１６の上り段差との接触点を支点としたてこの原理によって、前輪１４を持ち上げる力の作用点に対して、前輪１４を上り段差を乗り越える高さ位置へと持ち上げる力が作用するように走行台車１を構成している。
具体的には、力点に基体１０を前方へと向かって走行させる力が加わったときに、てこの原理によって、作用点に前輪１４を段差を乗り越える高さ位置まで持ち上げる力を作用させる構成としている。
以下、走行台車１を、上記てこの原理が有効に作用する構成とするための設計例を説明する。
(Configuration for stepping over steps)
In this embodiment, the action of the force that lifts the
Specifically, when a force that causes the
Hereinafter, a design example for making the traveling
まず、図３〜図４に基づき、乗り越える上り段差の高さが補助輪１６の下にちょうど収まる高さ（補助輪１６の下端が段上にちょうど接触する高さ）の場合について説明する。
図３に示すように、補助輪１６の半径である補助輪径をｒ、前輪１４の半径である前輪径をＲ、補助輪１６と前輪１４との中心間距離をＬ、前輪１４に対する補助輪１６の取付角度をψとする。また、走行台車１の質量をｍ、基体１０を前方へと向かって走行させる水平方向の力（基体１０を前方へと押す水平方向の力）をＦｘ、上り段差３０の高さをＨ、力Ｆｘの入力点となる把持部１１ａまでの地面からの高さをｈとする。また、走行台車１の質量ｍが前輪１４にかかっているとし、地面及び段差３０と前輪１４との摩擦係数は十分高いこととする。
First, based on FIGS. 3 to 4, a description will be given of a case where the height of the climbing step over the height is just below the auxiliary wheel 16 (the height at which the lower end of the
As shown in FIG. 3, the auxiliary wheel diameter which is the radius of the
ここでは、段差３０を乗り越える（以下、「踏破する」という場合がある）のに必要な条件を提示し、この条件を満たすＲとｒ及びＬとψを決定する方法を説明する。
ここで、補助輪１６が段差３０上に接地する点を支点、操作者が基体１０を押す力Ｆｘが加わる点を力点としたてこの原理を考えると、下式（７）及び（８）の関係が成り立つときに前輪１４は地面から離れて浮き上がる。なお、Ｌ’は、図３に示すように、補助輪１６の接地点と前輪１４の接地点との間の距離である。また、ｍｇは、走行台車１の質量ｍによって前輪１４にかかる力である。即ち、質量ｍに重力加速度ｇを乗算した値である。また、実際には走行台車１の重心と後輪１８にかかる力によるモーメントについて考慮する必要があり、ここでは、そのモーメントの和をＭ0とする。
Here, a condition necessary for getting over the step 30 (hereinafter sometimes referred to as “breaching”) is presented, and a method for determining R, r, L, and ψ satisfying this condition will be described.
Here, considering this principle with the point where the
Ｌ’・ｍｇ・ｃｏｓψ＜Ｆｘ・ｈ−Ｍ0 …（７）
Ｌ’＝（（Ｌｃｏｓψ）2＋Ｈ2）1/2 …（８）
更に、走行台車１のバランス等を考慮すると「ｒ≦Ｒ」であることが望ましい。ｒは、幾何学的に下式（９）のように示される。
ｒ＝Ｌ・ｓｉｎψ＋Ｒ−Ｈ …（９）
上式（９）と、「ｒ≦Ｒ」及び「Ｈ＞０」とから、下式（１０）に示す新たな条件を提示できる。
L ′ · mg · cos ψ <Fx · h−M 0 (7)
L ′ = ((L cos ψ) 2 + H 2 ) 1/2 (8)
Furthermore, it is desirable that “r ≦ R” in consideration of the balance of the traveling
r = L · sinψ + R−H (9)
From the above equation (9) and “r ≦ R” and “H> 0”, a new condition represented by the following equation (10) can be presented.
０＜Ｌ＜Ｈ／ｓｉｎψ …（１０）
以下、具体的な数値例を挙げて、上式（７）〜（１０）の条件を満たす設計値の範囲を決めていく。
走行台車１の質量を１０［ｋｇ］とし、バリアフリー法で定める許容段差が２０［ｍｍ］であることから、段差３０の高さＨを２０［ｍｍ］とする。また、「独立行政法人 製品評価技術基盤機構」が提供する人間特性データベースから、高齢者の押す力は平均で６０［Ｎ］程度であることを考慮して、ここではこの半分の値である３０［Ｎ］をＦｘの値とする。
0 <L <H / sinψ (10)
Hereinafter, specific numerical examples will be given to determine the range of design values that satisfy the conditions of the above equations (7) to (10).
Since the mass of the traveling
また、政府統計の総合窓口（ｅ−Ｓｔａｔ）の提供する身長の性別及び年齢別の平均値の情報から、高齢者（７０歳以上）の女性の平均身長が１５０［ｃｍ］であることを考慮して、把持部１１ａまでの地面からの高さｈを１０００［ｍｍ］とする。即ち、高さｈが１０００［ｍｍ］となるようにポール部１１ｂの長さや配設角度を構成する。
ここで、平均身長として女性のデータを使用した理由は、ある施設での調査でシルバーカーを使用する高齢者のうち９７［％］が女性であるという報告があるためである（投稿論文「歩行補助車を使用している高齢者の外出状況と交通上の課題」安心院朗子 筑波大学人間総合科学研究所 LATSS Review Vol.35 No.02参照）。
In addition, based on the information on average values by sex and age of height provided by the government statistics general window (e-Stat), it is considered that the average height of elderly women (over 70 years old) is 150 [cm] Then, the height h from the ground up to the
Here, the reason why women's data was used as the average height is that 97% of the elderly people who use silver cars in a survey at a facility reported that they were women (contributed paper “Walking” “The outing situation and traffic issues of elderly people using auxiliary vehicles” Ako Ajimu, Institute of Comprehensive Human Sciences, University of Tsukuba LATSS Review Vol.35 No.02).
なお、ここでは、モーメントの和Ｍ0を考慮しないこととする。
上式（７）〜（８）の条件を満たす中心間距離Ｌと取付角度ψとの関係は、図４中の曲線ＬＡとなる。
また、上式（１０）の条件を満たす中心間距離Ｌと取付角度ψとの関係は、図４中の曲線ＬＢとなる。
Here, the sum of moments M 0 is not considered.
The relationship between the center-to-center distance L that satisfies the conditions of the above equations (7) to (8) and the mounting angle ψ is a curve LA in FIG.
Further, the relationship between the center distance L that satisfies the condition of the above expression (10) and the mounting angle ψ is a curve LB in FIG.
なお、モーメントの和Ｍ0を考慮した場合、曲線ＬＡ及びＬＢは上に変位する。
また、走行台車１の全長は使いやすさの点から最大でも６００［ｍｍ］程度であり、走行台車１の安定性を考慮すると中心間距離Ｌはこれより長くなることはない。そのため、図４には、「Ｌ≦６００［ｍｍ］（Ｌ＝６００［ｍｍ］のとき、ψ＝４５［ｄｅｇ］）の範囲のみ表示した。また、上式（１０）の条件から「ψ＞０［ｄｅｇ］」であるため、図４には、「０［ｄｅｇ］＜ψ＜４５［ｄｅｇ］」の範囲のみ表示した。また、ＳＧ規格によってシルバーカーの前輪径は１００［ｍｍ］以上と規定されていることから、実際には「Ｌ≧５０［ｍｍ］」となる。
When the sum of moments M 0 is taken into account, the curves LA and LB are displaced upward.
Further, the total length of the traveling
図４中の曲線ＬＡに示すように、補助輪径ｒと前輪径Ｒとの大小関係を規定しない場合に、高さ２０［ｍｍ］の上り段差を乗り越える場合、補助輪１６と前輪１４との中心間距離Ｌが長くなるほど取付角度ψが大きくなる。
また、図４中の曲線ＬＢに示すように、補助輪径ｒと前輪径Ｒとの大小関係を「ｒ≦Ｒ」と規定した場合に、高さ２０［ｍｍ］の上り段差を乗り越える場合、中心間距離Ｌが１２００［ｍｍ］の近傍から３００［ｍｍ］の近傍までは、取付角度ψが５［ｄｅｇ］以下と小さな変化となっており、３００［ｍｍ］から先は中心間距離Ｌが短くなるほど取付角度ψが急激に大きくなる。
As shown by the curve LA in FIG. 4, when the magnitude relationship between the auxiliary wheel diameter r and the front wheel diameter R is not defined, when the climbing step of 20 [mm] is overcome, the
In addition, as shown by a curve LB in FIG. 4, when the magnitude relationship between the auxiliary wheel diameter r and the front wheel diameter R is defined as “r ≦ R”, overcoming an ascending step of 20 [mm] in height, From the vicinity of the center distance L of 1200 [mm] to the vicinity of 300 [mm], the mounting angle ψ is a small change of 5 [deg] or less. The shorter the mounting angle ψ, the larger the mounting angle ψ.
曲線ＬＡとＬＢとの関係から、補助輪径ｒと前輪径Ｒとの大小関係を「ｒ≦Ｒ」と規定した場合に、中心間距離Ｌと取付角度ψとを、図４中の斜線部に示すように、曲線ＬＡと曲線ＬＢとに囲まれた領域Ａｇｏ内におけるＬとψとの組合せとなるように構成することで、高さ２０［ｍｍ］の上り段差の踏破が可能となる。
次に、図５に基づき、上り段差の高さＨが補助輪１６の下端に届かない高さの場合について説明する。
When the magnitude relationship between the auxiliary wheel diameter r and the front wheel diameter R is defined as “r ≦ R” from the relationship between the curves LA and LB, the distance L between the centers and the mounting angle ψ are indicated by the hatched portion in FIG. As shown in FIG. 5, by configuring the combination of L and ψ in the region Ago surrounded by the curve LA and the curve LB, it is possible to traverse an ascending step having a height of 20 [mm].
Next, based on FIG. 5, the case where the height H of the ascending step is not high enough to reach the lower end of the
例えば、図５（ａ）に示すように、段差の高さＨが、補助輪１６を接地することが困難な程に低い段差４０の場合、補助輪１６を使用せずに段差４０を踏破することが可能である。その一方で、例えば、図５（ｂ）に示すように、段差の高さＨが、補助輪１６の下端位置にわずかに届かない程度の高さの段差４５の場合、本実施形態の走行台車１のように操作部１１を介して走行台車１を前方に押すことで走行させる構成では、前方に押されれば押される程、前輪１４を段差４５に押しつける力が働き、段差踏破を妨げる場合がある。このような場合でも、上式（７）〜（１０）の条件を満たす構成とすることで、前方に押される力によって走行台車１がわずかに前方に傾くことで、補助輪１６が段上に接地する。これにより、てこの原理によって、前輪１４を容易に段上に持ち上げることが可能である。
For example, as shown in FIG. 5A, when the height H of the step is so low that it is difficult to ground the
次に、図６〜図７に基づき、上り段差の高さが補助輪１６の下端よりも高い場合について説明する。
ここでは、図６に示すように、段差の高さＨが補助輪１６の下端位置よりも高くかつ中心位置よりも低い上り段差５０について考える。なお、補助輪１６の中心位置よりも高い段差については踏破の対象としないこととする。また、補助輪１６に走行台車１の全質量がかかっていることとする。このような場合、下式（１１）〜（１２）の条件を満たすとき、補助輪１６を段上に押し上げることが可能である。
Next, a case where the height of the ascending step is higher than the lower end of the
Here, as shown in FIG. 6, an ascending
（ｒ2−（Ｌ・ｓｉｎψ＋Ｒ−Ｈ）2）1/2・ｍｇ＜（ｈ−Ｌ・ｓｉｎψ−Ｒ）・Ｆｘ−Ｍ0 …（１１）
ここで、補助輪１６の中心位置よりも段差の高さＨは低いため下式（１２）の条件を提示できる。
(R 2 − (L · sin ψ + R−H) 2 ) 1/2 · mg <(h−L · sin ψ−R) · Fx−M 0 (11)
Here, since the height H of the step is lower than the center position of the
Ｈ＜Ｌ・ｓｉｎψ＋Ｒ …（１２）
ここでは、図４に示す曲線ＬＡ及びＬＢに囲まれた斜線領域Ａｇｏから決まるパラメータを用いて、力Ｆｘと高さＨとの関係を図７の曲線ＬＣに示した。
具体的に、前輪径Ｒを５０［ｍｍ］と決め、中心間距離Ｌを２００［ｍｍ］、取付角度ψを５［ｄｅｇ］とする。また、これらのパラメータ値を用いて、段差５０の高さＨを２０［ｍｍ］として、上式（９）より、計算によって補助輪径ｒを４７［ｍｍ］と決める。
H <L · sinψ + R (12)
Here, the relationship between the force Fx and the height H is shown by a curve LC in FIG. 7 using parameters determined from the hatched area Ago surrounded by the curves LA and LB shown in FIG.
Specifically, the front wheel diameter R is determined to be 50 [mm], the center distance L is set to 200 [mm], and the mounting angle ψ is set to 5 [deg]. Further, using these parameter values, the height H of the
また、走行台車１の質量ｍが１０［ｋｇ］、重力加速度ｇが９．８［ｍ／ｓ2］から、補助輪１６にかかる力ｍｇが約１００［Ｎ］となる。また、把持部１１ａまでの地面からの高さｈは１０００［ｍｍ］とする。
なお、ここでの段差５０の高さＨは、２０［ｍｍ］よりも高いものを考える。上式（１２）の条件から、例えば、「２０［ｍｍ］＜Ｈ＜６７［ｍｍ］」の範囲とする。また、ここでも、モーメントの和Ｍ0は考慮しないこととする。なお、モーメントの和Ｍ0を考慮した場合、図７に示す曲線ＬＣは上に移動する。
Further, since the mass m of the traveling
Here, the height H of the
図７の曲線ＬＣに示すように、６７［ｍｍ］の段差５０を踏破する場合でも力Ｆｘが約５［Ｎ］となり、比較的小さな力Ｆｘで補助輪１６を段差５０の段上に上げることが可能であることが解る。そして、補助輪１６を段上に上げることができれば、てこの原理によって、前輪１４が持ち上がり、段差５０を容易に踏破することが可能となる。
以上のことから、上式（７）〜（１２）に示す条件を満たす、補助輪径ｒ、前輪径Ｒ、中心間距離Ｌ及び取付角度ψとなるように走行台車１を構成する。これによって、走行台車１を、地面から補助輪１６の中心位置までの高さよりも低い段差高さの上り段差に対して、操作部１１の力の入力点を力点、補助輪１６の段上との接地点を支点としたてこの原理によって作用する力で前輪１４を持ち上げて段差を踏破可能な構成とすることが可能となる。
As shown by the curve LC in FIG. 7, even when the
From the above, the traveling
（動作）
次に、図８〜図９に基づき、本実施形態の走行台車１の動作例を説明する。
平坦路において、操作者が操作部１１の把持部１１ａを把持した状態で、把持部１１ａに走行台車１を前方に押す力を加えることで、走行台車１が前方に向かって走行する。
このとき、回転駆動機構１９の力センサによって、前方に押す力が検出され、この検出値に基づきモータが駆動制御される。そして、前輪車軸１３ａを介して前輪１４に走行台車１が前進する回転方向の補助トルクが付与される。これによって、操作者は、モータによるアシストの無い場合と比較して小さな力で走行台車１を走行させることが可能となる。
(Operation)
Next, based on FIGS. 8-9, the operation example of the traveling trolley |
On a flat road, the traveling
At this time, a force pushed forward is detected by the force sensor of the
引き続き、走行台車１が前進走行を続け、図８（ａ）に示すように、上り段差３０に到達したとする。上り段差３０は、段差の高さＨが、補助輪１６の下端と段差上面とがちょうど接触する高さとなっているため、図８（ａ）に示すように、まず、補助輪１６が段差３０の段上に接地することになる。引き続き、走行台車１が前進することで、図８（ｂ）に示すように、前輪１４が段差３０に接触する。ここでは、補助輪１６及び前輪１４と地面との摩擦係数が十分に高いとする。図８（ｂ）に示す状態で、引き続き操作者が把持部１１ａに走行台車１を前方に押す力を加えることで、図８（ｃ）に示すように、てこの原理によって、補助輪１６の段上との接地点を支点として前輪１４が地面から持ち上がり、段差３０を乗り越える。段差３０を乗り越えると、図８（ｄ）に示すように、補助輪１６が非接地の状態へと戻ると共に後輪１８が接地の状態へと戻って安定した状態で走行台車１が前進する。
Next, it is assumed that the traveling
続いて、走行台車１が、平坦路を前進走行して、図９（ａ）に示すように、上り段差５０に到達したとする。上り段差５０は、段差の高さＨが、補助輪１６の下端位置よりも高く中心位置よりも低い高さとなっているため、図９（ａ）に示すように、まず、補助輪１６の中心位置よりも低い部分が段差５０の段部に接触することになる。引き続き操作者が把持部１１ａに走行台車１を前方に押す力を加えることで、図９（ｂ）に示すように、補助輪１６が段上に乗り上げる。そして、補助輪１６が段上を前進し、前輪１４が段差５０に接触する。この状態で、引き続き、操作者が把持部１１ａに走行台車１を前方に押す力を加えることで、図９（ｃ）に示すように、てこの原理によって、補助輪１６の段上との接地点を支点として前輪１４が持ち上がり、段差５０を乗り越える。段差５０を乗り越えると、図９（ｄ）に示すように、補助輪１６が非接地の状態へと戻ると共に後輪１８が接地の状態へと戻って安定した状態で走行台車１が前進する。
Subsequently, it is assumed that the traveling
以上、本実施形態の走行台車１は、前輪径Ｒ、補助輪径ｒ、前輪１４と補助輪１６との中心間距離Ｌ及び前輪１４に対する補助輪１６の取付角度ψを、上式（７）〜（１２）にて提示される条件を満たす設計値（寸法及び角度）となるように構成した。
これにより、把持部１１ａへの走行台車１を前方へ押す力の入力点を力点、補助輪１６の上り段差との接触点を支点としたてこの原理によって、前輪１４を持ち上げる力の作用点に対して、前輪１４を上り段差を乗り越える高さ位置へと持ち上げる力を作用させることが可能となる。
As described above, the traveling
As a result, the action point of the force that lifts the
その結果、補助輪１６の中心位置よりも低い上り段差について、操作者が、特段大きな力を加えることなくかつ段差を意識することなく、通常通りに走行台車１を前進走行させるための力を把持部１１ａに加えることで、走行台車１に、容易に段差を乗り越えさせることが可能となる。
As a result, the operator grasps the force required for the traveling
（実施例）
次に、上記実施形態の式（７）〜（１２）を満たす設計値で設計された走行台車１（試験機）を用いた実施例について説明する。
試験機の各パラメータは、補助輪径ｒが４７［ｍｍ］、前輪径Ｒが５０［ｍｍ］、中心間距離Ｌが２００［ｍｍ］、取付角度ψが５［ｄｅｇ］となっている。また、踏破対象の上り段差の高さＨは２０［ｍｍ］で、補助輪１６の下端にちょうど接触する高さとした。
把持部１１ａにばね測りをひっかけて、前方から引き、段差踏破したときの力Ｆｘを計測したところ、「Ｆｘ＝１８．５［Ｎ］」となった。図７に示す曲線ＬＣの値と比較して大きな値となったが、これは、モーメントの和Ｍ0を考慮していないためと考える。しかし、上記実施形態で述べたように、高齢者の押す力は平均６０［Ｎ］程度であることから、十分小さな値であるといえる。
(Example)
Next, examples using the traveling carriage 1 (test machine) designed with design values satisfying the expressions (7) to (12) of the above embodiment will be described.
The parameters of the test machine are: auxiliary wheel diameter r is 47 [mm], front wheel diameter R is 50 [mm], center-to-center distance L is 200 [mm], and mounting angle ψ is 5 [deg]. Further, the height H of the ascending step to be traversed was 20 [mm], and the height just touched the lower end of the
When the force Fx when the
一方、補助輪１６を設けていない構成の試験機で同様の測定を行ったところ、力Ｆｘが２１［Ｎ］を超えても段差踏破ができなかった。なお、これ以上力を加えると、本体が傾き、姿勢が崩れ、転倒の危険があったため計測を終了した。
以上のことから、上記実施形態の式（７）〜（１２）を満たす設計値で走行台車１を構成することで、段差踏破を容易にすることを確認した。
On the other hand, when the same measurement was performed with a testing machine having a configuration in which the
From the above, it was confirmed that stepping over the steps was facilitated by configuring the traveling
（変形例）
（１）上記実施形態では、上式（７）〜（１２）の条件を全て満たす構成としたが、この構成に限らない。例えば、上式（７）〜（８）の条件を満たす構成、上式（７）〜（９）の条件を満たす構成など他の構成としてもよい。
（２）上記実施形態では、前輪１４の回転力をアシストする回転駆動機構１９を備える構成としたが、この構成に限らず、回転駆動機構１９を備えない構成としてもよい。
(Modification)
(1) In the above embodiment, the configuration satisfies all the conditions of the above formulas (7) to (12). However, the configuration is not limited to this. For example, other configurations such as a configuration satisfying the above formulas (7) to (8) and a configuration satisfying the above formulas (7) to (9) may be adopted.
(2) In the above embodiment, the
（３）上記実施形態では、高齢者の歩行補助を行うことを考慮した構成（シルバーカー）を例に挙げて説明したが、この構成に限らず、ベビーカーや荷物運搬用の台車など、他の用途への適用も可能である。
また、上記実施形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、上記の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。また、上記の説明で用いる図面は、図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺は実際のものとは異なる模式図である。
また、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
(3) In the above embodiment, the configuration (silver car) that considers elderly people walking assistance has been described as an example. However, the present invention is not limited to this configuration, and other configurations such as a stroller and a cart for carrying luggage are used. Application to usage is also possible.
The above embodiments are preferable specific examples of the present invention, and various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention is described in particular in the above description to limit the present invention. As long as there is no, it is not restricted to these forms. In the drawings used in the above description, for convenience of illustration, the vertical and horizontal scales of members or parts are schematic views different from actual ones.
Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
１…走行台車、１０…基体、１１…操作部、１１ａ…把持部、１１ｂ…ポール部、１２…旋回機構、１３…前輪支持部、１３ａ…前輪車軸、１４…前輪、１５…補助輪支持部、１６…補助輪、１７…後輪支持部、１８…後輪、１９…回転駆動機構、３０，４０，４５，５０…上り段差、ｒ…補助輪径、Ｒ…前輪径、Ｌ…中心間距離、ψ…取付角度
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記基体の下部に回転自在に支持された走行輪と、
前記基体の前記走行輪よりも前方側に回転自在に支持され、かつ、前記走行輪によって平坦路を走行時に非接地となる高さ位置に設けられた補助輪と、
前記基体の上部に設けられ、操作者が前記基体を前記走行輪によって走行させる力を入力可能な操作部と、を備え、
前記操作部の前記力の入力点を力点とし、かつ前記補助輪の上り段差の上面との接地点を支点としたてこの原理によって、前記基体を前進走行させる力を前記力点に入力したときに、前記走行輪を前記上り段差を乗り越え可能な高さ位置まで持ち上げる力が作用するように、前記走行輪の半径、前記補助輪の半径、前記補助輪と前記走行輪との中心間距離及び前記走行輪に対する前記補助輪の取付角度が構成されていることを特徴とする走行台車。 A substrate;
A traveling wheel rotatably supported at a lower portion of the base body;
An auxiliary wheel that is rotatably supported on the front side of the traveling wheel of the base body and provided at a height position that is ungrounded when traveling on a flat road by the traveling wheel;
An operation unit provided on an upper part of the base body and capable of inputting a force by which an operator travels the base body with the traveling wheels;
When the force input point of the operation portion is used as a power point and the ground contact point with the upper surface of the ascending step of the auxiliary wheel is used as a fulcrum, when a force that causes the base to travel forward is input to the force point. A radius of the traveling wheel, a radius of the auxiliary wheel, a distance between centers of the auxiliary wheel and the traveling wheel, and a force that lifts the traveling wheel up to a height position where the traveling wheel can be overcome A traveling cart characterized in that an angle of attachment of the auxiliary wheel to a traveling wheel is configured.
前記前輪の半径をＲ、前記補助輪の半径をｒ、前記中心間距離をＬ、前記取付角度をψ、前記前輪の接地点と前記補助輪の接地点との間の距離をＬ’、前記基体の質量と重力とによって前記前輪にかかる力をｍｇ、前記力点に入力される前記基体を前進走行させる水平方向の力をＦｘ、前記上り段差の高さをＨ、前記走行輪の接地面から前記力点までの高さをｈ、前記基体の重心と前記後輪とにかかる力によるモーメントの和をＭ0として、
下式（１）〜（３）を満たす寸法及び角度に、前記走行輪の半径、前記補助輪の半径、前記中心間距離及び前記取付角度が構成されていることを特徴とする請求項１に記載の走行台車。
Ｌ’・ｍｇ・ｃｏｓψ＜Ｆｘ・ｈ−Ｍ0 …（１）
Ｌ’＝（（Ｌｃｏｓψ）2＋Ｈ2）1/2 …（２）
ｒ＝Ｌ・ｓｉｎψ＋Ｒ−Ｈ …（３） The traveling wheel includes a front wheel provided on the front side of the base body and a rear wheel provided on the rear side of the base body,
The radius of the front wheel is R, the radius of the auxiliary wheel is r, the center-to-center distance is L, the mounting angle is ψ, the distance between the front wheel ground point and the auxiliary wheel ground point is L ′, The force applied to the front wheel due to the mass and gravity of the base body is mg, the horizontal force that moves forward the base body that is input to the power point is Fx, the height of the ascending step is H, and the ground contact surface of the traveling wheel is The height to the force point is h, and the sum of moments due to the force applied to the center of gravity of the base and the rear wheel is M 0 .
The radius and the radius of the traveling wheel, the radius of the auxiliary wheel, the center-to-center distance, and the mounting angle are configured so as to satisfy the following formulas (1) to (3). The traveling cart described.
L ′ · mg · cos ψ <Fx · h−M 0 (1)
L ′ = ((L cos ψ) 2 + H 2 ) 1/2 (2)
r = L · sinψ + R−H (3)
０＜Ｌ＜Ｈ／ｓｉｎψ …（４） The radius R of the front wheel is configured to have a size larger than the radius r of the auxiliary wheel, and the center-to-center distance L and the mounting angle ψ are configured to have a size and an angle satisfying the following expression (4). The traveling vehicle according to claim 2.
0 <L <H / sinψ (4)
（ｒ2−（Ｌ・ｓｉｎψ＋Ｒ−Ｈ）2）1/2・ｍｇ＜（ｈ−Ｌ・ｓｉｎψ−Ｒ）・Ｆｘ−Ｍ0 …（５）
Ｈ＜Ｌ・ｓｉｎψ＋Ｒ …（６） Assuming that the force mg is applied to the auxiliary wheel, the radius of the traveling wheel, the radius of the auxiliary wheel, the distance between the centers, and the mounting angle are configured to satisfy the following expressions (5) and (6). The traveling vehicle according to claim 3, wherein
(R 2 − (L · sin ψ + R−H) 2 ) 1/2 · mg <(h−L · sin ψ−R) · Fx−M 0 (5)
H <L · sinψ + R (6)
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