JP2016055663A - クローラ式無人車とその動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車高が変更可能であり、自動でスタック状態を検知して脱出でき、もしくはそれを未然に回避でき、低重心による走行と車高を高くした走行とを切り替えられ、傾斜地や階段における高い走行性と柔らかい地面における高い走行性とを両立できるクローラ式無人車とその動作方法を提供する。
【解決手段】クローラ式無人車５０が前後方向に延びる車体５２と、車体の左右に位置し車体を支える左右一対の無端状の第１クローラ５４ｅを有する第１クローラ装置５４と、各第１クローラ装置の前後方向の一端部５４ａの横方向側面５４ｃから前後方向に車体から離れる方向に延びる無端状の第２クローラ５６ｄを有する第２クローラ装置５６とを備える。車体がスタック状態にあることを検知したときに第２クローラ装置の底面５６ａが車体の底面５２ｂより低くなるまで第２クローラ装置を第１クローラ装置の他端部５４ｂ側に旋回させ、その後第２クローラを回転させることにより進行する。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転可能なサブクローラを有するクローラ式無人車とその動作方法に関する。

段差乗り越え性能を高め、障害物の踏破を可能とするクローラ車両として、例えば特許文献１や非特許文献１に示すような、補助クローラ（以下、サブクローラ）を有するクローラ型無人車両がある。現在の小型のクローラ式無人車両は、車体の前後に２対の、計４つのサブクローラを有しているものが主流である。

一般にクローラ式無人車両が傾斜地や階段を上り下りするには、車体の重心が低い方が適している。またクローラ式無人車両が階段を上り下りするには、複数の階段のステップにクローラが跨るように、車体が前後に長い方が好ましい。そのため階段の上り下りや傾斜地の走行に対して高い走行性を有するクローラ車は、車高が低く前後に長くなるように設計されている。

それに対し雪や山間腐葉土、砂地等の柔らかい地面（以下、単に柔らかい地面）を走行するには、できるだけ車高が高い方が、車体底面が接地せずに済み、スタック状態（車体の底面が接地することにより車両が動けなくなる状態）に陥ることを回避することができる。

特許第５０２６０５９号公報

社団法人日本ロボット学会、新版 ロボット工学ハンドブック、新版第２刷、株式会社コロナ社、２００８年６月３０日、第４０３頁

傾斜地や階段の走行に適する車高と、柔らかい地面の走行に適する車高とが異なることから、階段の上り下りと柔らかい地面の走行を両立する機能をもつクローラ車が求められていた。

また従来のクローラ式無人車両は、スタック状態を自動で検知することができなかった。そのためクローラ式無人車両がスタック状態に陥っても、それに対処する術がなかった。

またサブクローラは、柔らかい地面でのクローラ式無人車両の走行性に対しては、その効果を発揮するのが難しい。
図１は、１対のサブクローラ１をもつ従来の小型のクローラ式無人車両１０のスタック状態の説明図である。（Ａ）は、スタック状態のクローラ式無人車両１０を正面から見たときの図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ矢視図である。また（Ｃ）はスタック状態からの脱出を試みているクローラ式無人車両１０の側面図である。

例えば、より小型軽量とするために、上述のクローラ式無人車両１０のサブクローラ１を１対にした場合、硬い地面Ｂでスタック状態に陥ったのであれば、クローラ式無人車両１０は、サブクローラ１を回転することでスタック状態から脱出することができる。

しかし従来のクローラ式無人車両１０が柔らかい地面Ｂでスタック状態となった場合には、図１（Ａ）のように車体２が地面Ｂに埋まり、車体底部２ａが接地した状態となるため、サブクローラ１を回転させても脱出できないおそれがあった。

すなわち車体底部２ａが接地することで、車体底部２ａと地面Ｂとの接地点で抵抗が高くなり、走行負荷が増す。また地面Ｂが柔らかいためメインクローラ３のグリップ力は低下している。このような状態でメインクローラ３やサブクローラ１の履帯１ａ，３ａを回転させても、履帯１ａ，３ａのラグ４で雪や土、砂を掘って掻き出すのみで、推進力とはならない。そのためクローラ式無人車両１０が脱出できないおそれがあった。また、たとえサブクローラ１を水平にして、メインクローラ３と同様に接地させて駆動したとしても、走行負荷が高ければ、クローラ式無人車両１０がスタック状態から脱出することができないおそれがあった。

また図１（Ｃ）に示すように、サブクローラ１の先端とメインクローラ３の後端のみを接地させて走行負荷の低減を図ることによりスタック状態から脱出を試みると、履帯１ａ，３ａの接地面圧は上がってしまう。その上推進力を得るためのラグ４の接地数が少なくなり、必要な推進力が得られないおそれがあった。すなわち、図１（Ｃ）の状況では、荷重が接地点に集中し、前後方向の駆動力よりも下方向への力が大きいため、柔らかい地面Ｂをその場で掘ってしまうおそれがあった。
そのため従来のクローラ式無人車両１０では、傾斜地や階段における高い走行性と柔らかい地面Ｂにおける高い走行性を両立することができなかった。

本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、車高を変化させることができ、自動でスタック状態を検知して脱出することができ、もしくはスタック状態を未然に回避でき、低重心による走行と車高を高くした走行とを切り替えることができ、傾斜地や階段における高い走行性と柔らかい地面における高い走行性とを両立することができるクローラ式無人車とその動作方法を提供することにある。

本発明によれば、前後方向に延びる車体と、
前記車体の左右に位置し該車体を支える左右一対の無端状の第１クローラを有する第１クローラ装置と、
各第１クローラ装置の前後方向の一端部の横方向側面から前後方向に前記車体から離れる方向に延びる無端状の第２クローラを有する第２クローラ装置と、
前記第１クローラまたは前記第２クローラの回転を制御し前記車体を進行させる進行制御装置と、
前記第１クローラ装置の前記一端部に設けられた左右に延びる旋回軸を中心として前記第２クローラ装置を旋回させる旋回モータと、
前記旋回モータの駆動を制御する旋回制御装置と、
前記第１クローラ装置に対して前記第２クローラ装置が旋回した角度を検出し角度データとして出力するエンコーダと、
前記車体がスタック状態にあることを検知しスタックデータとして出力するスタック検出装置と、を備え、
前記旋回制御装置は、前記スタックデータが入力されたときに、前記角度データに基づき前記旋回モータを駆動させ前記第２クローラ装置の底面が前記車体の底面より低くなるまで前記第２クローラ装置を前記第１クローラ装置の他端部側に旋回させ、
その後、前記進行制御装置が、前記第２クローラを回転させることにより前記車体を進行させる、ことを特徴とするクローラ式無人車が提供される。

また無端状の前記第２クローラのうち直線状に延びる部位を直線部としたときに、
前記第２クローラ装置は、一つの直線部と少なくとも１以上の他の直線部とを前記直線部として有し、
前記旋回軸から前記一つの直線部までの距離は、前記旋回軸から前記第１クローラ装置の底面までの距離よりも大きく、
前記旋回軸から前記他の直線部までの距離は、前記旋回軸から前記第１クローラ装置の底面までの距離と同じである。

また前記車体の前記進行についての指令信号を出力する指令出力装置を備え、
前記進行制御装置は、前記指令信号を入力し該指令信号に基づき前記第１クローラまたは前記第２クローラの回転を制御し前記車体を進行させ、
前記スタック検出装置は、前記第１クローラの回転数から前記車体の移動距離を算出し算出距離として出力する距離算出部と、
前記車体の移動距離を実測し実測距離として出力する距離実測部と、
前記スタックデータを出力するスタック判定出力装置と、を有し、
前記スタック判定出力装置は、前記指令信号が前後進指令もしくは緩旋回指令であり前記算出距離と前記実測距離との差が所定の値を超えたときに、前記スタックデータを出力する。

また前記車体の前記進行についての指令信号を出力する指令出力装置を備え、
前記進行制御装置は、前記指令信号を入力し該指令信号に基づき前記第１クローラまたは前記第２クローラの回転を制御し前記車体を進行させ、
前記スタック検出装置は、前記第１クローラの回転から前記車体の移動速度を算出し算出速度値として出力する速度算出部と、
前記車体の移動速度を実測し実測速度値として出力する速度実測部と、
前記スタックデータを出力するスタック判定出力装置と、を有し、
前記スタック判定出力装置は、前記指令信号が前後進指令もしくは緩旋回指令であり前記算出速度値と前記実測速度値との差が所定の値を超えたときに、前記スタックデータを出力する。

また前記車体の前記進行についての指令信号を出力する指令出力装置を備え、
前記進行制御装置は、前記指令信号を入力し該指令信号に基づき前記第１クローラまたは前記第２クローラの回転を制御し前記車体を進行させ、
前記スタック検出装置は、前記車体が向く方角の変化を検知し方位データとして出力する方位センサと、
前記スタックデータを出力するスタック判定出力装置と、を有し、
前記スタック判定出力装置は、前記指令信号が超信地旋回指令であり前記方位データが変化しないときに、前記スタックデータを出力する。

また本発明によれば、前後方向に延びる車体と、
前記車体の左右に位置し該車体を支える左右一対の無端状の第１クローラを有する第１クローラ装置と、
各第１クローラ装置の前後方向の一端部の横方向側面から前後方向に前記車体から離れる方向に延びる無端状の第２クローラを有する第２クローラ装置と、を備えるクローラ式無人車の動作方法において、
前記車体がスタック状態にあることを検知したときに前記第２クローラ装置の底面が前記車体の底面より低くなるまで前記第２クローラ装置を前記第１クローラ装置の他端部側に旋回させ、
その後、前記第２クローラを回転させることにより進行する、ことを特徴とするクローラ式無人車の動作方法が提供される。

上述した本発明のクローラ式無人車とその動作方法によれば、スタック検出装置が備えられているので、クローラ式無人車がスタック状態を自動的に検知することができる。

またクローラ式無人車は、スタックデータをスタック検出装置から入力したときに第２クローラ装置の底面が車体の底面より低くなるまで第２クローラ装置を旋回させる旋回制御装置を備えるので、スタック状態に陥ったときに自動で車高を高くすることができる。それにより車体の底面が地面に接しないため、車体の底面と地面との間で生じる走行負荷が低減され、スタック状態から脱出することができる。
このように本発明のクローラ式無人車は、スタック状態の検知とスタック状態からの脱出とを自動的に行うことができる。

もしくは本発明のクローラ式無人車は、柔らかい地面では、予め車高を高くして走行することにより、スタック状態を未然に回避することができる。

また本発明のクローラ式無人車は第２クローラ装置を１対のみ備えるので、前後に２対のサブクローラを有していた従来のクローラ式無人車両と比べてより軽量で小型に製造することができ、製造コストを抑えることができる。

またクローラ式無人車は車高を変化させることができるため、走行する環境に合わせて重心の位置や車高を変え、車体の姿勢を使い分けることができる。例えば低重心である方が有利な傾斜地や階段の走行では最低地上高を低くして走行することができる。一方、柔らかい地面でスタック状態になったときには、自動的にスタック状態を検知し、第２クローラ装置によって車体を持ち上げて適正な接地面圧を得た後に第２クローラで走行することにより、自動で速やかにスタック状態から脱出することができる。

このように本発明のクローラ式無人車は、自動でスタック状態を検知して脱出することができる。また本発明のクローラ式無人車は、車高を変化させることができ、低重心による走行と車高を高くした走行とを切り替えることができる。それにより本発明のクローラ式無人車は、傾斜地や階段での高い走行性と、雪や山間腐葉土、砂地等の柔らかい地面での高い走行性とを両立することができる。

１対のサブクローラをもつ従来のクローラ式無人車両のスタック状態の説明図である。 本発明の第１実施形態のクローラ式無人車の斜視図である。 本発明の第１実施形態のクローラ式無人車の上面図と左側面図である。 スタック状態になったときの本発明の第１実施形態のクローラ式無人車の動作説明図である。 クローラ式無人車の動作方法のフロー図である。 本発明の第２実施形態のクローラ式無人車の左側面図である。 本発明の第２実施形態のクローラ式無人車の平坦な地面を走行しているときの左側面図と、階段を走行しているときの左側面図である。 スタック状態になったときの本発明の第２実施形態のクローラ式無人車の動作説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図２は、本発明の第１実施形態のクローラ式無人車５０の斜視図である。
図３は、本発明の第１実施形態のクローラ式無人車５０の上面図と左側面図である。図３（Ａ）は上面図であり、図３（Ｂ）は左側面図である。なお図３（Ａ）では、車体５２の内部に配置される進行制御装置５８、旋回モータ６２、旋回制御装置６４、エンコーダ６６、スタック検出装置７０、指令出力装置６８、及びスタック判定出力装置７０ａを、説明のために実線で描いている。

本発明のクローラ式無人車５０は、自律走行または半自律走行するクローラ型の無人車両である。クローラ式無人車５０は、遠隔操縦により操作されるものが好ましい。しかしこれに限らず本発明のクローラ式無人車５０は、予め動作がプログラムされた制御装置により操作されるものであってもよい。

ここで半自律走行とは、通常時は人が直接、遠隔操縦を行っており、スタック状態となったときにクローラ式無人車５０が自動的にスタック状態を検知して動き、遠隔操縦のサポートを支援する走行のことをいう。

本発明のクローラ式無人車５０は、前後方向に延びる車体５２、第１クローラ装置５４、第２クローラ装置５６、進行制御装置５８、旋回モータ６２、旋回制御装置６４、エンコーダ６６、及びスタック検出装置７０を備える。また本発明のクローラ式無人車５０は、指令出力装置６８を備えていてもよい。

（第１実施形態）
車体５２は、前後方向に延びる無人の車両である。本発明の車体５２の重心５２ａもしくは車体５２と第１クローラ装置５４を合わせた車両の重心５２ａ（以下、単に車体５２の重心５２ａ）の位置は、後述する図４（Ｄ）のように第２クローラ装置５６で車体５２を持ち上げても転倒しない位置にある。すなわち車体５２の重心５２ａは、第２クローラ装置５６が第１クローラ装置５４の横に平行に揃えられた状態（すなわち後述する図４（Ｃ）の状態）のときに、第２クローラ装置５６の前後方向の両端の間に位置する。

第１クローラ装置５４は、車体５２の左右に位置し車体５２を支える回転可能な左右一対の無端状の第１クローラ５４ｅを有するクローラ装置である。第１クローラ装置５４には、第１クローラ５４ｅを駆動する駆動輪を左右独立して回転させる駆動モータ５７が設けられる。

第２クローラ装置５６は、各第１クローラ装置５４の前後方向の一端部５４ａの横方向側面５４ｃから前後方向に車体５２から離れる方向に延びる回転可能な無端状の第２クローラ５６ｄを有するサブクローラ装置である。図３では第２クローラ装置５６が第１クローラ装置５４の前端に設けられているが、これに限らず、後端に設けられていてもよい。

また本発明の第２クローラ装置５６の前後方向の長さは、第１クローラ装置５４の一端部５４ａから車体５２の重心５２ａまでの前後方向の距離より長い。また第２クローラ装置５６には、第２クローラ５６ｄを駆動する駆動輪を左右独立して回転させる駆動モータ５７が設けられる。
つまり第１クローラ５４ｅの駆動輪と第２クローラ５６ｄの駆動輪とを回転させる駆動モータ５７が、図３の実施例のように一つであってもよい。第１クローラ５４ｅの駆動輪と第２クローラ５６ｄの駆動輪を機械的に連結し、一つの共通の駆動モータ５７で第１クローラ５４ｅと第２クローラ５６ｄの両方を回転させてもよい。
しかし駆動モータ５７の構成はこれに限らず、第１クローラ５４ｅの駆動輪を回転させる駆動モータ（例えば第１駆動モータ）と第２クローラ５６ｄの駆動輪を回転させる駆動モータ（例えば第２駆動モータ）を別個に設けてもよい。

進行制御装置５８は、駆動モータ５７の回転を制御することにより、第１クローラ５４ｅまたは第２クローラ５６ｄの回転を制御し、車体５２を進行させる制御装置である。進行制御装置５８は、指令信号を入力し、指令信号に基づき第１クローラ５４ｅまたは第２クローラ５６ｄの回転を制御し、車体５２を進行させる。

旋回モータ６２は、第１クローラ装置５４の一端部５４ａに設けられた左右に延びる旋回軸６０を中心として第２クローラ装置５６を旋回させるモータである。

エンコーダ６６は、第１クローラ装置５４に対して第２クローラ装置５６が旋回した角度を検出し角度データとして出力する。例えば図３（Ａ）の例では、旋回軸６０の回転角度から第１クローラ装置５４に対する第２クローラ装置５６の旋回角度を検出する。

旋回制御装置６４は、旋回モータ６２の駆動を制御する制御装置である。
旋回制御装置６４は、スタックデータが入力されたときに、駆動モータ５７を停止した後、角度データに基づき旋回モータ６２を駆動させ、第２クローラ装置５６の底面５６ａが車体５２の底面５２ｂより低くなるまで第２クローラ装置５６を第１クローラ装置５４の他端部５４ｂ側（他端部側）に旋回させる。その後、進行制御装置５８が、駆動モータ５７を始動させ第２クローラ５６ｄを回転させることにより車体５２を進行させる。

このとき旋回制御装置６４は、エンコーダ６６が検出する角度データから、第２クローラ装置５６が第１クローラ装置５４と揃ったときに接地したとみなし、そこからの第２クローラ装置５６の旋回角度を測ることで、脱出時の姿勢になったことを確認する。

指令出力装置６８は、車体５２の進行についての指令信号を出力する。
指令出力装置６８は、車体５２から離れた位置にある操縦装置から送信された前後進指令、旋回指令、超信地旋回指令、又は停止指令を無線で受信する通信可能な通信装置、もしくは予め決められた車体５２の動作がプログラムされたコンピュータであることが好ましい。

スタック検出装置７０は、クローラ式無人車５０がスリップしたことを検知することでスタック状態を検知することができる。具体的には第１クローラ５４ｅが回転しているにもかかわらず、車体５２自体が動いていないことを検知することで車体５２がスタック状態にあることをスタック検出装置７０が検知し、スタックデータとして出力する。

以下に本発明のクローラ式無人車５０が備えるスタック検出装置７０の実施例を説明する。

（スタック検出装置７０の第１実施例）
まずスタック検出装置７０の第１実施例について説明する。
本実施例のスタック検出装置７０は、距離算出部７０ｂと距離実測部７０ｃとスタック判定出力装置７０ａと、を有する。

距離算出部７０ｂは、第１クローラ５４ｅの回転数から車体５２の移動距離を算出し算出距離として出力する。本発明の距離算出部７０ｂは、例えばオドメトリであるが、その他の距離算出装置であってもよい。

距離実測部７０ｃは、車体５２の移動距離を実測し実測距離として出力する。本発明の距離実測部７０ｃは、例えばＧＰＳ装置であることが好ましい。この場合距離実測部７０ｃは、ＧＰＳ衛星から受信した信号から現在位置を算出し、その現在位置の変化を車体５２の移動距離として算出するものであることが好ましい。しかしこれに限らず、本発明の距離実測部７０ｃはその他の位置特定装置であってもよい。

本実施形態のスタック判定出力装置７０ａは、指令出力装置６８の指令信号が前後進指令もしくは緩旋回指令であり算出距離と実測距離との差Ｐが所定の値（設定値Ｍ１）を超えたときに、スタックデータを出力する。

（スタック検出装置７０の第２実施例）
次に、スタック検出装置７０の第２実施例について説明する。
本実施例のスタック検出装置７０は速度算出部７０ｄと速度実測部７０ｅとスタック判定出力装置７０ａと、を有する。

速度算出部７０ｄは、第１クローラ５４ｅの回転から車体５２の移動速度を算出し算出速度値として出力する。本発明の速度算出部７０ｄは、例えばオドメトリであるが、その他の速度算出装置であってもよい。

速度実測部７０ｅは、車体５２の移動速度を実測し実測速度値として出力する。本発明の速度実測部７０ｅは、例えば、車体５２の移動速度を積分値により求める加速度センサやジャイロセンサであることが好ましい。もしくは速度実測部７０ｅは、ＧＰＳ衛星から受信した信号から現在位置を算出し、その現在位置の時間変化率を車体５２の移動速度として算出するＧＰＳ装置であってもよい。しかしこれらに限らず、本発明の速度実測部７０ｅはその他のセンサであってもよい。

本実施例のスタック判定出力装置７０ａは、指令出力装置６８の指令信号が前後進指令もしくは緩旋回指令であり算出速度値と実測速度値との差Ｑが所定の値（設定値Ｍ２）を超えたときに、スタックデータを出力する。

それによりクローラ式無人車５０はスリップしたことを検知し、スタック状態を検知することができる。つまりクローラ式無人車５０は、クローラ５４ｅ，５６ｄが回転していても、車体５２自体が動いていないこと、すなわち速度が生じていないことを検知することでスタック状態であることを判断する。

（スタック検出装置７０の第３実施例）
次に、スタック検出装置７０の第３実施例について説明する。
スタック検出装置７０は、方位センサ７０ｆとスタック判定出力装置７０ａと、を有する。

方位センサ７０ｆは、車体５２が向く方角の変化を検知し、方位データとして出力する。
本実施例のスタック判定出力装置７０ａは、指令出力装置６８の指令信号が超信地旋回指令又は緩旋回指令であり方位データが変化しないときに、スタックデータを出力する。

なおスタック検出装置７０は、上記の第１〜第３実施例のスタック判定出力装置７０ａを全て有していてもよく、またそれらのいずれかを有していてもよい。

またスタック検出装置７０は、車体５２の底面５２ｂに設けられた凹孔から下方に突出し接触により上方の凹孔内に押し戻される突起物であり、突起物が地面Ｂとの接触により凹孔内に押し戻されたときに、スタックデータを出力するスイッチであってもよい。

もしくはスタック検出装置７０は、無線で通信可能な通信装置であり、車体５２から離れた位置にある操縦装置から送信された旋回指令を受信したときに、接地データを出力してもよい。

次に本発明の第１実施形態のクローラ式無人車５０の動作方法について説明する。
図４は、スタック状態になったときの本発明の第１実施形態のクローラ式無人車５０の動作説明図である。図４（Ａ）は平坦な地面Ｂを走行しているときの側面図、図４（Ｂ）〜図４（Ｄ）はスタック状態を検知した後の動作説明図である。図４は、（Ａ）から（Ｄ）にかけて時間が経過する。
また図５は、クローラ式無人車の動作方法のフロー図である。

以下に、スタック状態の検知から脱出までの第１実施形態のクローラ式無人車５０の動作方法を、半自律走行を例にして説明する。

（１）本発明のクローラ式無人車５０は、平坦な地面Ｂを走行しているときには、例えば図４（Ａ）に示すように、第２クローラ装置５６の先端を少し持ち上げて前後進する。なお、平坦な地面Ｂを走行するときのクローラ式無人車５０の走行は、これに限らず、図３（Ｂ）に示したように第２クローラ装置５６を第１クローラ装置５４と平行に延ばし前後方向の長さを長くして走行してもよい。もしくは例えば図４（Ｃ）に示すように、第２クローラ装置５６を第１クローラ装置５４の横に平行にして走行してもよい。

（２）次にクローラ式無人車５０は、スタック状態を検知する。
（第１実施例のスタック検出装置７０を備える場合）
例えばクローラ式無人車５０が第１実施例のスタック検出装置７０を備える場合では、距離算出部７０ｂが、第１クローラ５４ｅの回転数から車体５２の移動距離として算出した算出距離を求め、距離実測部７０ｃが、実測により求めた車体５２の移動距離（すなわち実測距離）を求める。そしてスタック検出装置７０は、前後進指令もしくは緩旋回指令を受けている場合に算出距離と実測距離との差Ｐが予め定められた所定の値（設定値Ｍ１）を超えたときに、クローラ式無人車５０がスタック状態にあることを検知する。

（第２実施例のスタック検出装置７０を備える場合）
例えばクローラ式無人車５０が第２実施例のスタック検出装置７０を備える場合、速度算出部７０ｄが、第１クローラ５４ｅの回転から車体５２の移動速度（すなわち算出速度値）を算出し、速度実測部７０ｅが、実測により求めた車体５２の移動速度（すなわち実測速度値）を求める。そしてスタック検出装置７０は、前後進指令もしくは緩旋回指令を受けている場合に算出速度値と実測速度値との差Ｑが予め定められた所定の値（設定値Ｍ２）を超えたときに、クローラ式無人車５０がスタック状態にあることを検知する。

（第３実施例のスタック検出装置７０を備える場合）
例えばクローラ式無人車５０が第３実施例のスタック検出装置７０を備える場合、方位センサ７０ｆが、車体５２が向く方角の変化（すなわち方位データ）を検知する。スタック検出装置７０は、超信地旋回指令又は緩旋回指令を受けている場合に方位データに変化が生じないときに、クローラ式無人車５０がスタック状態にあることを検知する。

（３）その後、駆動モータ５７を止め、クローラ式無人車５０は一旦停止する。

なお、上述の（２）と（３）のうち第１クローラ５４ｅを回転させる駆動モータ５７に流す電流が予め定められた所定の値を超えて増加した場合には、クローラ式無人車５０が障害物と衝突したとスタック検出装置７０が判断し、本シーケンス（（２）と（３））から脱却する。

（４）次いで、エンコーダ６６が出力した角度データに基づき、旋回制御装置６４が旋回モータ６２を駆動させ、第２クローラ装置５６の底面５６ａが車体５２の底面５２ｂより低くなるまで、図４（Ｂ）から図４（Ｄ）に示すように第１クローラ装置５４の他端部５４ｂ側に第２クローラ装置５６を旋回させる。このとき、図４（Ａ）の第２クローラ装置５６の上方側の面が、第２クローラ装置５６の旋回によりに下方に位置し（図４（Ｄ））、第２クローラ装置５６の底面５６ａとなる。

これによりクローラ式無人車５０は、図４（Ｂ）から図４（Ｄ）のように第２クローラ装置５６を旋回させ、車体５２を持ち上げた姿勢をとる。

本発明のクローラ式無人車５０は、第２クローラ装置５６を上述のように旋回させることにより、車体５２を持ち上げることで第２クローラ装置５６に対する接地面圧を適正な大きさに回復させることができる。それにより前後進が可能となるため、スタック状態から脱出することができる。

なお、本発明のクローラ式無人車５０は、傾斜センサもしくは加速度センサを備え、それらのセンサにより転倒防止措置をとることが好ましい。この場合の加速度センサは、速度実測部７０ｅであってもよく、もしくは速度実測部７０ｅとは別に設けられた加速度センサであってもよい。

（５）指令出力装置６８が、車体５２の進行についての指令信号（これらの例では前後進指令、緩旋回指令、超信地旋回指令、又は停止指令）を再度出力する。その後進行制御装置５８が駆動モータ５７を始動させて第２クローラ５６ｄを回転させ、クローラ式無人車５０は車体５２を持ち上げた状態で前進し、スタック状態からの脱出を試みる。このスタック状態からの脱出についての判断は、スタック検出装置７０が行う。クローラ式無人車５０は、速度実測部７０ｅに設けられた加速度センサが一定値以上を示すときにスタック状態から脱出されたと判断することが好ましい。
なお予め設定された一定時間以上、スタック状態から脱出されたと判断されない場合には、スタック検出装置７０が通信装置を介して操縦装置に警告信号を送信することが好ましい。

（６）最後にクローラ式無人車５０の車体長（クローラ式無人車５０の前端から後端までの長さ）より長い距離を移動した後に、駆動モータ５７を止めてクローラ式無人車５０を一旦停止し、旋回制御装置６４が旋回モータ６２を駆動し第２クローラ装置５６を元の位置に戻す。以降、（１）に戻る。
その際、クローラ式無人車５０が現姿勢を継続した方が好ましいと人が状況判断を行った場合は、遠隔操作で（６）のシーケンスを行わないように操作できることが好ましい。

上述のように本発明のクローラ式無人車５０は、車体５２がスタック状態にあることを検知したときに指令出力装置６８の停止指令により第２クローラ５６ｄを一旦止め、第２クローラ装置５６の底面５６ａが車体５２の底面５２ｂより低くなるまで第２クローラ装置５６を第１クローラ装置５４の他端部５４ｂ側に旋回させ、その後、指令出力装置６８の進行についての指令信号により、第２クローラ５６ｄを回転させることにより進行する。

なお、本発明のクローラ式無人車５０は、予め車高を高くして柔らかい地面Ｂを走行することにより、スタック状態に陥ることを未然に回避することができる。

（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態のクローラ式無人車５０の左側面図である。

本発明の第２実施形態のクローラ式無人車５０は、無端状の第２クローラ５６ｄのうち直線状に延びる部位を直線部５６ｂ，５６ｃとしたときに、複数の直線部５６ｂ，５６ｃを有する無端状の第２クローラ装置５６を備える。本実施形態の第２クローラ装置５６は、一つの直線部５６ｂと少なくとも１以上の他の直線部５６ｃとを直線部として有する。このとき、旋回軸６０から一つの直線部５６ｂまでの距離ｈは、旋回軸６０から第１クローラ装置５４の底面５４ｄまでの距離ｉよりも大きい。また旋回軸６０から他の直線部５６ｃまでの距離ｊは、旋回軸６０から第１クローラ装置５４の底面５４ｄまでの距離ｉと同じである。

図６では、本実施形態の第２クローラ装置５６の側面が三角形状をしているが、本実施形態の第２クローラ装置５６の形状はこれに限らず、他の形状でもよい。

例えば本実施形態の第２クローラ装置５６の形状は、高さ方向の厚みが第１クローラ装置５４より高く、互いに平行の一つの直線部５６ｂ及び他の直線部５６ｃを有する形状（すなわち第１実施形態のクローラ式無人車５０の第２クローラ装置５６を高さ方向に伸ばした形状）であってもよい。その場合、旋回軸６０から一つの直線部５６ｂまでの距離ｈが旋回軸６０から第１クローラ装置５４の底面５４ｄまでの距離ｉよりも大きく、旋回軸６０から他の直線部５６ｃまでの距離ｊが旋回軸６０から第１クローラ装置５４の底面５４ｄまでの距離ｉと同じとなる位置に旋回軸６０が配置されていればよい。

その他の第２実施形態のクローラ式無人車５０の構成は、第１実施形態と同様である。

本実施形態のクローラ式無人車５０は、旋回軸６０から他の直線部５６ｃまでの距離ｊが旋回軸６０から第１クローラ装置５４の底面５４ｄまでの距離ｉと同じである。そのため後述する図７（Ｂ）に示すように他の直線部５６ｃが第１クローラ装置５４の底面５４ｄと平行になる位置で第２クローラ装置５６の旋回を止めると、他の直線部５６ｃが第１クローラ装置５４の底面５４ｄの延長上に位置する。それにより、クローラ式無人車５０のクローラ装置５４，５６の底面５４ｄ，５６ａの前後方向の長さを長くすることができるので、高い「段差乗り越え性能」を得ることができる。

また本実施形態のクローラ式無人車５０は旋回軸６０から一つの直線部５６ｂまでの距離ｈが旋回軸６０から第１クローラ装置５４の底面５４ｄまでの距離ｉよりも大きいので、車体５２を水平に維持した状態で容易に車高を高くすることができる。すなわち後述する図８（Ｄ）のように一つの直線部５６ｂを第２クローラ装置５６の底面５６ａとし、一つの直線部５６ｂが第１クローラ装置５４の底面５４ｄと平行になる位置、もしくは車体５２の底面５２ｂが水平になる位置で第２クローラ装置５６の旋回を止めることで、車体５２を水平に維持し、車高を高くすることができる。

次に本発明の第２実施形態のクローラ式無人車５０の動作方法について説明する。
図７は、本発明の第２実施形態のクローラ式無人車５０が平坦な地面Ｂを走行しているときの左側面図と、階段を走行しているときの左側面図である。図７（Ａ）は平坦な地面Ｂを走行しているときの左側面図、図７（Ｂ）は階段を走行しているときの左側面図である。

図８は、スタック状態になったときの本発明の第２実施形態のクローラ式無人車５０の動作説明図である。図８（Ａ）は平坦な地面Ｂを走行しているときの側面図、図８（Ｂ）〜図８（Ｄ）はスタック状態を検知した後の動作説明図である。図８は、（Ａ）から（Ｄ）にかけて時間が経過する。

（１）本実施形態のクローラ式無人車５０は、第１実施形態と同様、図７（Ａ）に示すように第２クローラ装置５６の先端を少し持ち上げて平坦な地面Ｂを走行する。
しかしこれに限らず、平坦な地面Ｂを走行するときのクローラ式無人車５０の走行は、図７（Ｂ）に示したように前端を前にし、第２クローラ装置５６の他の直線部５６ｃを第１クローラ装置５４の底面５４ｄと平行にして走行してもよい。

また本実施形態のクローラ式無人車５０は、傾斜地や階段を走行する際には、他の直線部５６ｃの第２クローラ装置５６の底面５６ａが第１クローラ装置５４の底面５４ｄの延長上になるように他の直線部５６ｃと第１クローラ装置５４の底面５４ｄとを平行にすることが好ましい。

これにより、階段の複数のステップにクローラ５４ｅ，５６ｄが接するようにクローラ装置５４，５６を前後に長くすることができ、かつ車体５２の重心５２ａを低くすることができるため、傾斜地や階段における走行性を高く保つことができる。

（２）クローラ式無人車５０がスタック状態になると、スタック検出装置７０がスタック状態を検知する。スタック検出装置７０がスタック状態を検知する方法は、第１実施形態と同様である。

（３）その後クローラ式無人車５０は一旦停止する。

（４）次いで、エンコーダ６６が出力した角度データに基づき、旋回制御装置６４が旋回モータ６２を駆動させ、第２クローラ装置５６の底面５６ａ（すなわち第２クローラ装置５６の一つの直線部５６ｂ）が車体５２の底面５２ｂより低くなるまで、第２クローラ装置５６を第１クローラ装置５４の他端部５４ｂ側に旋回させる（図８（Ｂ）〜（Ｄ））。このとき旋回制御装置６４は、車体５２の底面５２ｂが水平になった時点で第２クローラ装置５６の旋回を止めることが好ましい。すなわち旋回制御装置６４は、第１クローラ装置５４の底面５４ｄが一つの直線部５６ｂと平行になった時点で、第２クローラ装置５６の旋回を止めることが好ましい。これにより第２実施形態のクローラ式無人車５０は、車体５２を水平に維持したまま走行することができる。なお、旋回制御装置６４は、第１クローラ装置５４の底面５４ｄの全面が一の直線部５６ｂより高くになった時点で、第２クローラ装置５６の旋回を止めるようにしてもよい。

その後第１実施形態と同様に、指令出力装置６８が、車体５２の進行についての指令信号（これらの例では前後進指令、緩旋回指令もしくは超信地旋回指令）を再度出力し、進行制御装置５８が、第２クローラ５６ｄを回転させ車体５２を進行させる。

これにより第２実施形態のクローラ式無人車５０は、図８（Ｂ）から図８（Ｄ）のように第２クローラ装置５６を旋回させ、車体５２の姿勢を水平に保ったまま持ち上げることができる。
その他の第２実施形態のクローラ式無人車５０の動作方法は、第１実施形態と同様である。

上述した本発明のクローラ式無人車５０とその動作方法によれば、スタック検出装置７０が備えられているので、クローラ式無人車５０がスタック状態を自動的に検知することができる。

またクローラ式無人車５０は、スタックデータをスタック検出装置７０から入力したときに第２クローラ装置５６の底面５６ａが車体５２の底面５２ｂより低くなるまで第２クローラ装置５６を旋回させる旋回制御装置６４を備えるので、スタック状態に陥ったときに自動で車高を高くすることができる。それにより車体５２の底面５２ｂが地面Ｂに接しないため、車体５２の底面５２ｂと地面Ｂとの間で生じる走行負荷が低減され、スタック状態から脱出することができる。
このように本発明のクローラ式無人車５０は、スタック状態の検知とスタック状態からの脱出とを自動的に行うことができる。

また本発明のクローラ式無人車５０は第２クローラ装置５６を１対のみ備えるので、前後に２対のサブクローラ１を有していた従来のクローラ式無人車両１０と比べてより軽量で小型に製造することができ、製造コストを抑えることができる。

またクローラ式無人車５０は車高を変化させることができるため、走行する環境に合わせて重心の位置や車高を変え、車体５２の姿勢を使い分けることができる。例えば低重心である方が有利な傾斜地や階段の走行では最低地上高を低くして走行することができる。一方、柔らかい地面Ｂでスタック状態になったときには、自動的にスタック状態を検知し、第２クローラ装置５６によって車体５２を持ち上げて適正な接地面圧を得た後に第２クローラ５６ｄを回転させて走行することにより、自動で速やかにスタック状態から脱出することができる。

もしくは本発明のクローラ式無人車５０は、柔らかい地面Ｂでは、予め車高を高くして走行することにより、スタック状態を未然に回避することができる。

このように本発明のクローラ式無人車５０は、自動でスタック状態を検知して脱出することができる。また本発明のクローラ式無人車５０は、車高を変化させることができ、低重心による走行と車高を高くした走行とを切り替えることができる。それにより本発明のクローラ式無人車５０は、傾斜地や階段での高い走行性と、雪や山間腐葉土、砂地等の柔らかい地面Ｂでの高い走行性とを両立することができる。

なお本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。

１ サブクローラ、１ａ 履帯、２ 車体、２ａ 車体底部、
３ メインクローラ、３ａ 履帯、４ ラグ、
１０ クローラ式無人車両、
５０ クローラ式無人車、５２ 車体、５２ａ 車体の重心、５２ｂ 車体の底面、
５４ 第１クローラ装置、５４ａ 一端部、５４ｂ 他端部、５４ｃ 横方向側面、
５４ｄ 第１クローラ装置の底面、５４ｅ 第１クローラ、
５６ 第２クローラ装置、５６ａ 第２クローラ装置の底面、
５６ｂ 一つの直線部、５６ｃ 他の直線部、５６ｄ 第２クローラ、
５７ 駆動モータ、５８ 進行制御装置、
６０ 旋回軸、６２ 旋回モータ、６４ 旋回制御装置、
６６ エンコーダ、６８ 指令出力装置、
７０ スタック検出装置、７０ａ スタック判定出力装置、７０ｂ 距離算出部、
７０ｃ 距離実測部、７０ｄ 速度算出部、７０ｅ 速度実測部、７０ｆ 方位センサ、
Ｂ 地面、
ｈ 旋回軸から一つの直線部までの距離、
ｉ 旋回軸から第１クローラ装置の底面までの距離、
ｊ 旋回軸から他の直線部までの距離

Claims (6)

1. 前後方向に延びる車体と、
   前記車体の左右に位置し該車体を支える左右一対の無端状の第１クローラを有する第１クローラ装置と、
   各第１クローラ装置の前後方向の一端部の横方向側面から前後方向に前記車体から離れる方向に延びる無端状の第２クローラを有する第２クローラ装置と、
   前記第１クローラまたは前記第２クローラの回転を制御し前記車体を進行させる進行制御装置と、
   前記第１クローラ装置の前記一端部に設けられた左右に延びる旋回軸を中心として前記第２クローラ装置を旋回させる旋回モータと、
   前記旋回モータの駆動を制御する旋回制御装置と、
   前記第１クローラ装置に対して前記第２クローラ装置が旋回した角度を検出し角度データとして出力するエンコーダと、
   前記車体がスタック状態にあることを検知しスタックデータとして出力するスタック検出装置と、を備え、
   前記旋回制御装置は、前記スタックデータが入力されたときに、前記角度データに基づき前記旋回モータを駆動させ前記第２クローラ装置の底面が前記車体の底面より低くなるまで前記第２クローラ装置を前記第１クローラ装置の他端部側に旋回させ、
   その後、前記進行制御装置が、前記第２クローラを回転させることにより前記車体を進行させる、ことを特徴とするクローラ式無人車。
2. 無端状の前記第２クローラのうち直線状に延びる部位を直線部としたときに、
   前記第２クローラ装置は、一つの直線部と少なくとも１以上の他の直線部とを前記直線部として有し、
   前記旋回軸から前記一つの直線部までの距離は、前記旋回軸から前記第１クローラ装置の底面までの距離よりも大きく、
   前記旋回軸から前記他の直線部までの距離は、前記旋回軸から前記第１クローラ装置の底面までの距離と同じである、ことを特徴とする請求項１に記載のクローラ式無人車。
3. 前記車体の前記進行についての指令信号を出力する指令出力装置を備え、
   前記進行制御装置は、前記指令信号を入力し該指令信号に基づき前記第１クローラまたは前記第２クローラの回転を制御し前記車体を進行させ、
   前記スタック検出装置は、前記第１クローラの回転数から前記車体の移動距離を算出し算出距離として出力する距離算出部と、
   前記車体の移動距離を実測し実測距離として出力する距離実測部と、
   前記スタックデータを出力するスタック判定出力装置と、を有し、
   前記スタック判定出力装置は、前記指令信号が前後進指令もしくは緩旋回指令であり前記算出距離と前記実測距離との差が所定の値を超えたときに、前記スタックデータを出力する、ことを特徴とする請求項１に記載のクローラ式無人車。
4. 前記車体の前記進行についての指令信号を出力する指令出力装置を備え、
   前記進行制御装置は、前記指令信号を入力し該指令信号に基づき前記第１クローラまたは前記第２クローラの回転を制御し前記車体を進行させ、
   前記スタック検出装置は、前記第１クローラの回転から前記車体の移動速度を算出し算出速度値として出力する速度算出部と、
   前記車体の移動速度を実測し実測速度値として出力する速度実測部と、
   前記スタックデータを出力するスタック判定出力装置と、を有し、
   前記スタック判定出力装置は、前記指令信号が前後進指令もしくは緩旋回指令であり前記算出速度値と前記実測速度値との差が所定の値を超えたときに、前記スタックデータを出力する、ことを特徴とする請求項１に記載のクローラ式無人車。
5. 前記車体の前記進行についての指令信号を出力する指令出力装置を備え、
   前記進行制御装置は、前記指令信号を入力し該指令信号に基づき前記第１クローラまたは前記第２クローラの回転を制御し前記車体を進行させ、
   前記スタック検出装置は、前記車体が向く方角の変化を検知し方位データとして出力する方位センサと、
   前記スタックデータを出力するスタック判定出力装置と、を有し、
   前記スタック判定出力装置は、前記指令信号が超信地旋回指令であり前記方位データが変化しないときに、前記スタックデータを出力する、ことを特徴とする請求項１に記載のクローラ式無人車。
6. 前後方向に延びる車体と、
   前記車体の左右に位置し該車体を支える左右一対の無端状の第１クローラを有する第１クローラ装置と、
   各第１クローラ装置の前後方向の一端部の横方向側面から前後方向に前記車体から離れる方向に延びる無端状の第２クローラを有する第２クローラ装置と、を備えるクローラ式無人車の動作方法において、
   前記車体がスタック状態にあることを検知したときに前記第２クローラ装置の底面が前記車体の底面より低くなるまで前記第２クローラ装置を前記第１クローラ装置の他端部側に旋回させ、
   その後、前記第２クローラを回転させることにより進行する、ことを特徴とするクローラ式無人車の動作方法。

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