JP2016222217A - 車台走行装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で駆動力ロスを軽減させることができ、しかも、走行装置の操作性を高めることができるダブルタイヤからなる車輪ユニットを備えた車台走行装置を提供する。
【解決手段】 車台走行装置は、車台に、各々が独立して駆動される複数個の車輪ユニット１〜６が設けられる。車輪ユニット１〜６は、一対のダブルタイヤ１０の間に組込まれて動力伝達を差動配分するデファレンシャル機構１１と、デファレンシャル機構１１に回転力を与える走行駆動機構１２と、ダブルタイヤ１０の走行方向を変える方向変動機構１５とを備え、複数個の車輪ユニット１〜６の走行駆動機構１２及び方向変動機構１５を制御手段７によって個々に制御して車台を任意の方向及び速度で走行させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、本発明は、車台からの加重を受けて走行するダブルタイヤからなる車輪ユニットを備えた車台走行装置に関する。

一般に荷物搬送用車両、特に重量物を運搬する無軌道車両であるダンプカーや、フォークリフト、貨物トラック、トレーラ等では、重量物を支えるためにダブルタイヤ仕様駆動車輪が用いられる場合が多い。ダブルタイヤ方式の無軌道車両は、例えば特公昭５０−３９２８８号公報（特許文献１）や実公平１−４４３８０号公報（特許文献２）などに開示されている。

一方、ビルの壁や高速道路・橋梁の橋脚等、大型構造物の垂直面を検査・保守するための壁面吸着式移動装置や自走式ロボットが開発されているが、これら移動装置として、例えば特許文献１には、永久磁石による吸着機構と車輪による走行機構とを備えた壁面吸着式移動装置が開示されている。また、特開平６−６４５７０号公報（特許文献３）には、バキュームパッドを備え、回動自在の２個の駆動車輪と２個の遊動車輪を有する自走ロボットが開示されている。これらの吸着式移動装置や自走式ロボットは、壁面に吸着させながら走行するために、車輪に大きな加重を与えることから、各車輪をダブルタイヤ仕様にすることが検討されている。

前述した典型的なダブルタイヤ仕様の無軌道車両においては、駆動軸であるリジッドアクスルの中央にデファレンシャル機構を組込み、車体を支えるリジッドアクスルの軸線方向両端には、内側駆動輪および外側駆動輪がそれぞれ左右で対を成すように装着されている。内側駆動輪および外側駆動輪は、同様に回転駆動され、左右のダブルタイヤ間では、旋回時の内外輪差に起因する回転数差をデファレンシャル機構によって吸収するようにしている。一方、壁面吸着式移動装置や自走式ロボットは未だ開発途上であり、旋回時の内外輪差に起因する回転数差を吸収することは考慮されていない。

特公昭５０−３９２８８号公報 実公平１−４４３８０号公報 特開平６−６４５７０号公報

しかしながら、従来一般のリジッドアクスルは、内側駆動輪および外側駆動輪を同時に駆動するので、左右の駆動輪間の旋回時の内外輪差による駆動力ロスを軽減することはできるけれども、各端部の内側駆動輪と外側駆動輪との間での内外輪差についてのロスは残されたままである。特に、車輪に大きな加重を与えながら走行させた場合には、内外輪差によるロスが大幅に大きくなり、しかも、このロスによって燃料消費量或いは電力消費量が大きくなる課題がある。

本発明の課題は、簡単な構成で駆動力ロスを軽減させることができ、しかも、走行装置の操作性を高めることができるダブルタイヤからなる車輪ユニットを備えた車台走行装置を提供することである。

本発明による車台走行装置は、車台に、各々が独立して駆動される複数個の車輪ユニットが設けられ、前記車輪ユニットは、一対のダブルタイヤの間に組込まれて動力伝達を差動配分するデファレンシャル機構と、前記デファレンシャル機構に回転力を与える走行駆動機構と、前記ダブルタイヤの走行方向を変える方向変動機構とを備え、複数個の前記車輪ユニットの走行駆動機構及び方向変動機構を制御手段によって個々に制御して前記車台を任意の方向及び速度で走行させることを要旨としている。

また、走行駆動機構及び方向変動機構は、制御手段によって制御されるサーボモータによって構成することが望ましい。

さらに、車台には、減圧室と、この減圧室内を減圧保持にするための減圧発生装置を備えた吸着機構が設けられ、前記吸着機構によって車台を壁面等に吸引押圧させたとき、複数個の車輪ユニットに加重を印加させながら走行させても良い。

本発明による車台走行装置によれば、車台に設けられた複数個の車輪ユニットに、ダブルタイヤの間に組込まれて動力伝達を差動配分するデファレンシャル機構が設けられているので、車台に重量がかかっているときに、ダブルタイヤの方向を変える場合、内外輪差によるロスが大幅に軽減されるので、燃料消費量或いは電力消費量を軽減することが可能となり、しかも、タイヤ面の損傷を軽減することができる。また、車台に各々が独立して駆動される複数個の車輪ユニットを設けていることから、各々の車輪ユニットを制御手段によって走行方向を制御することにより、車台を前後左右或いは定位置での回転等の任意の方向に変えて走行させることが可能となり、しかも、走行速度を任意に変えることができる。

また、走行駆動機構及び方向変動機構にサーボモータを使用すると、制御手段によってサーボモータが高精度に制御されるので、車台を前後左右或いは定位置での回転等の任意の動作を高精度に行うことが可能となる。

さらに、車台に吸着機構を設けて車台を壁面等に吸引押圧させるように構成すると、壁面吸着式走行装置として機能させることができる。この壁面吸着式走行装置は、吸着機構によって車台及び吸着機構等の重量を支えるための大きな吸引力を複数個の車輪ユニットに印加させながら走行するので、必然的にダブルタイヤが必要になるが、このように、高加重のダブルタイヤであっても、間に動力伝達を差動配分するデファレンシャル機構が組込まれているので、外輪差によるロスを大幅に軽減することが可能となる。しかも、壁面吸着式走行装置の車台に複数個の車輪ユニットが設けられ、これらの車輪ユニットを制御手段によって制御することによって、前後左右或いは定位置での回転等の任意の方向に走行できるので、ビルの壁や高速道路・橋梁の橋脚等、大型構造物の垂直面を検査・保守等の作業を容易に行うことが可能となる。

本発明の車台走行装置に車輪ユニットを配置した状態を示す斜視図である。 車輪ユニットを示す斜視図である。 車輪ユニットを示す平面図である。 車輪ユニットを示す正面図である。 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、車輪ユニットの動作を示す説明図である。 壁面吸着式走行装置を示す側面図である。 図７に示す壁面吸着式走行装置の正面図である。 図７に示す壁面吸着式走行装置の断面図である。 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、車台走行装置の走行方向を示す説明図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施例について説明する。本発明による複数個の車輪ユニットは、例えば図１に示すように、６個の車輪ユニット１〜６が、後述する車台走行装置としての壁面吸着式走行装置の台車に配設されている。これら６個の車輪ユニット１〜６は、制御手段であるコントローラ７によって、各々の車輪ユニット１〜６が個別に走行方向及び速度が制御される。

次に車輪ユニット１〜６の構成について説明するが、車輪ユニット１〜６は同じ構成としているので、１個の車輪ユニット１を図２〜図４によって説明する。車輪ユニット１は、一対のダブルタイヤ１０が所定の間隔に離間して設けられ、このダブルタイヤ１０の間には、デファレンシャル機構１１が組込まれている。デファレンシャル機構１１としては、周知の構成であり、詳細な説明は省略するが、デファレンシャル機構１１の両側に車輪が設けられ、この車軸にダブルタイヤ１０が各々配設されている。これらのダブルタイヤ１０には、デファレンシャル機構１１によって差動配分された動力が伝達される。

デファレンシャル機構１１には、走行駆動機構１２からベルト１３を介して回転力が与えられる。走行駆動機構１２は、電力によって駆動されるサーボモータが好適である。さらに、デファレンシャル機構１１には、垂直方向にシャフト１４が取り付けられ、シャフト１４には、方向変動機構１５からベルト１６を介して回転力が与えられ、ダブルタイヤ１０の走行方向が変えられる。方向変動機構１５としては、電力によって駆動されるサーボモータが好適である。なお、デファレンシャル機構１１に回転伝達するベルト１３、及び、シャフト１４を回転させるベルト１６は、ギアによる伝達手段に変更しても良い。

このように構成された車輪ユニット１は、方向変動機構１５を駆動することにより、ベルト１６を介してシャフト１４が回転し、図５（Ａ）に示す走行方向から、図５（Ａ）に示すように、ダブルタイヤ１０の走行方向を変化させる。この他、方向変動機構１５を駆動することにより、３６０度の方向に変化させることが可能である。車輪ユニット１は、図１に示すように、壁面吸着式走行装置の台車に配設され、コントローラ７によって６個の車輪ユニット１〜６の走行駆動機構１２及び方向変動機構１５が個々に制御され、車輪ユニット１〜６の方向及び速度を変えることにより、車台を任意の方向及び速度で走行させるようにしている。

図６〜図８は、車輪ユニット１〜６を壁面吸着式走行装置に適用した例を示す。壁面吸着式走行装置は、枠状の基体２０の下部に減圧室壁２１が設けられ、さらにその下面に例えば市販の半独立半連続気泡による帯状の低応力圧縮スポンジからなる柔軟性部材２２が配置されている。この実施例においては、幅と高さが２０ｍｍ乃至４０ｍｍ程度のスポンジを使用した。減圧室壁２１の上部には減圧発生装置としての電動ファン２３が配置されている。この壁面吸着走行装置の場合、減圧により壁面に吸着しながら上下左右に走行する必要があるため、柔軟性部材２２の機密性があまり高いと走行のために大きな駆動力が必要となり実用的でない。また、ビルの壁などでは凹凸も想定されるため、そのような場合にも吸着力を維持することが必須である。そこで、この壁面吸着走行装置では、真空ポンプではなく電気掃除機用の電動ファン２３が使用されている。電動ファン２３は、空気流量が多くかつ吸引力が強いため、この用途に適している。できれば、吸入空気の排出口とモーター駆動用の排気口が別に接地されているものが好適である。基体２０にはまた、複数の車輪ステー２６が接続されており、その下部には、図１に示したように、車輪ユニット１〜６が片側３個づつ連結されている。

車輪ユニット１〜６は、前述したように構成され、各車輪ユニット１〜６のダブルタイヤ１０はその場で回動できるよう、走行装置本体から所定距離離れて配置されている。また、各ダブルタイヤ１０の下面は柔軟性部材２２の下面と略同一平面になるよう構成されている。

図８に示すように、減圧室壁２１内部には空洞が形成され減圧室２４を構成している。減圧室２４上部には減圧室壁２１を貫通する吸入口２５が設けられ、電動ファン２３に連絡されている。図には示してないが、この走行装置本体の内部には、電動ファン２３と各車輪ユニット１〜６を制御する制御手段を配置する。この制御に無線通信を利用することもできるが、制御ケーブルで接続して有線制御とすることも可能である。また、電動ファン２３と各車輪ユニット１〜６の電源としては、電池を積載することも可能であるが、走行装置の重量が大きくなりそのために電動ファン２３や各車輪ユニット１〜６の容量を大きくしなければならなくなるため、現実的ではない。電源ケーブルを外部に延出して外部より電源を供給するほうがコストを抑制することができる。その場合、少なくとも電源ケーブルは、走行装置が突発的な事態により壁面より離脱した際に落下防止ロープの役割を果たすようにしても良い。

次に、上記実施例の動作について説明する。まず、実際に作業する壁面に接触させ電動ファン２３を作動させる。これにより減圧室２４内に負圧が発生し、柔軟性部材２２を押圧しつつ走行装置を壁に吸着させる。この状態で、各ダブルタイヤ１０も壁面に押圧されるため、壁面との密着性が高まり回転時の摩擦係数が大きくなる。次に、各車輪ユニット１〜６を操作して各ダブルタイヤ１０を走行したい方向に向け回転させる。これにより、走行装置は壁面に吸着した状態で壁面に沿って移動することになる。すなわち、図９（Ａ）に示すように、各車輪ユニット１〜６を操作して各ダブルタイヤ１０を全て横方向に揃えると、図９（Ａ）に示すように、台車は矢示のように横方向に走行する。また、各ダブルタイヤ１０を全て縦方向に揃えると、図９（Ｂ）に示すように、台車は矢示のように縦横方向に走行する。さらに、ダブルタイヤ１０の向きを図９（Ｃ）に示すような円周状に回転すると、矢示のように、台車の中心点を中心として回転運動を行う。その他、ダブルタイヤ１０の向きを所定の角度に回転すると、所定の角度の方法に走行方向を変えることができる。

ダブルタイヤ１０の向きを所定の角度に回転させて、走行方向を変更しようとすると、ダブルタイヤ１０には、内外輪差によって内側と外側のタイヤの回転数が異なるが、ダブルタイヤ１０の間には、デファレンシャル機構１１が組込まれていることから、回転角度に応じた回転数にすることができるので、内外輪差にロスが大幅に軽減する。

特に、前述した壁面吸着式走行装置に適用した場合には、減圧室２４内に負圧を発生させ、柔軟性部材２２を押圧しつつ走行装置を壁に吸着させることから、各ダブルタイヤ１０も壁面に押圧されるため、内外輪差によるロスが大幅に大きくなる。しかし、ダブルタイヤ１０の間にデファレンシャル機構１１を組込むことによって内外輪差によるロスが解消されるので、ダブルタイヤ１０の摩耗を軽減することができ、しかも、壁面吸着式走行装置を任意の方向に円滑に走行させることが可能となる。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。好適な適用例として、壁面吸着式走行装置について説明したが、一般の重量物を運搬する荷物搬送用車両に適用しても良い。また、走行駆動機構や方向変動機構として電動式のサーボを例示したが、そのうち走行駆動機構は、一般車両と同様に、内燃機関による動力を使用しても良い。

１〜６ 車輪ユニット
７ コントローラ（制御手段）
１０ ダブルタイヤ
１１ デファレンシャル機構
１２ 走行駆動機構
１５ 方向変動機構
２１ 減圧室壁
２３ 電動ファン（減圧発生装置）

Claims (3)

1. 車台には、各々が独立して駆動される複数個の車輪ユニットが設けられ、
   前記車輪ユニットは、一対のダブルタイヤの間に組込まれて動力伝達を差動配分するデファレンシャル機構と、前記デファレンシャル機構に回転力を与える走行駆動機構と、前記ダブルタイヤの走行方向を変える方向変動機構とを備え、
   複数個の前記車輪ユニットの走行駆動機構及び方向変動機構を制御手段によって個々に制御して前記車台を任意の方向及び速度で走行させることを特徴とする車台走行装置。
2. 走行駆動機構及び方向変動機構は、制御手段によって制御されるサーボモータによって構成した請求項１に記載の車台走行装置。
3. 車台には、減圧室と、この減圧室内を減圧保持にするための減圧発生装置を備えた吸着機構が設けられ、前記吸着機構によって車台を壁面等に吸引押圧させたとき、複数個の車輪ユニットに加重を印加させながら走行させる請求項１に記載の車台走行装置。