JP2017121822A

JP2017121822A - 走行機構

Info

Publication number: JP2017121822A
Application number: JP2016000369A
Authority: JP
Inventors: 梓網野; Azusa Amino; 亮介中村; Ryosuke Nakamura; 山本　晃弘; Akihiro Yamamoto; 晃弘山本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2016-01-05
Filing date: 2016-01-05
Publication date: 2017-07-13

Abstract

【課題】スタックのリスクを低減することができる走行機構を提供する。【解決手段】車体の側面下部の左右の第１の軸に、モータと、第１のスイングアームの一方端と、第２のスイングアームの一方端と、ホイールとを同軸上にそれぞれ配置し、第１のスイングアームの他方端と、第２のスイングアームの他方端にそれぞれ車輪を配置し、モータによりホイールと車輪を駆動することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、不整地等の悪路を走破することを目的とした走行機構に関する。

不整地を走破するための技術としては、クローラ、４輪駆動での移動が挙げられる。クローラ移動は接地圧が低いために崩れやすい路面に対し有効である反面、比較的硬い路面に対し接地性が悪く、速度を大きくしづらい。４輪駆動での移動は、柔軟なサスペンションにより路面の凹凸を吸収し、速度が大きくできる半面、駆動輪以外の箇所で接地すると駆動力を失う恐れがある。

これらの課題を解決するため、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１は、「前後左右４つのクローラを備え、前後のクローラはフリージョイントを介してロッカーで結合されると共に、左右のロッカーは車両本体を介してそれぞれ回転自在に接続されるロッカーボギーサスペンションとしたロッカークローラを付加した走行機構」である。

特開２００８−３０２８３０号公報

特許文献１の走行機構では、高い不整地走破性能を備えるものの、高速走行を行った場合にサスペンションの性能が不足し車体の姿勢が不安定になる恐れがある。また車体前後のクローラ部の中間地点での車体が障害物に乗り上げた場合、前後のクローラの駆動力が路面に伝わらずスタックしてしまう恐れがある。

以上のことから本発明においては、スタックのリスクを低減することができる走行機構を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の移動機構は、車体の側面下部の左右の第１の軸に、モータと、第１のスイングアームの一方端と、第２のスイングアームの一方端と、ホイールとを同軸上にそれぞれ配置し、第１のスイングアームの他方端と、第２のスイングアームの他方端にそれぞれ車輪を配置し、モータによりホイールと車輪を駆動することを特徴とする。

本発明によれば、スイングアームによるサスペンションで路面形状に柔軟に追従可能であるため、高速での移動が可能で、最もスタックしやすいスイングアーム軸根元部において、スイングアームと同軸にホイールを備えるため、スタックのリスクも低減できる。

本発明の実施例に係る走行機構の全体斜視図。走行機構１の主要部の斜視組立図。動力の伝達手段も含めた組み立て後の構成を示す上面図。動力の伝達手段も含めた組み立て後の構成を示す側面図。本発明の走行機構１が段差を乗り越えるときの様子を示す模式図。

以下図面を用いて本発明の実施例について説明する。

図１は本発明の実施例に係る走行機構の全体斜視図である。なお、説明の便宜上図１左下に示す向きをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と定義する。また、Ｘ軸周りをロール方向、Ｙ軸周りをピッチ方向、Ｚ軸周りをヨー方向と定義する。

図１に示す走行機構１は、車体２と、車体２の進行方向（この図ではＸ方向）に対し中央部左右に、ピッチ方向（この図ではＹ方向）に遥動可能に２つずつ備えられ、車体２との接続との逆端には車輪２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄを備えたスイングアーム１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ（なおスイングアーム１０Ｄは図１の斜視図上では表れていない）と、車体２とスイングアーム１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄとの間に備えられるサスペンション１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄと、スイングアーム１０Ａ、１０Ｂの遥動軸と回転軸を同じくするホイール３Ａと、スイングアーム１０Ｃ、１０Ｄの遥動軸と回転軸を同じくするホイール３Ｂと、車体２の側板２A、２B（なお側板２Bは図１の斜視図上では表れていない）と、車輪２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ及びホイール３Ａ、３Ｂを駆動するモータ３１Ａ、３１Ｂ（なおモータ３１Ａは図１の斜視図上では表れていない）で構成されている。なお、図１に示す走行機構１は左右対称に構成されている。

図２は、走行機構１の主要部の斜視組立図である。主要部として、ホイール３Ｂ側の回転軸の組み立て構成を取り上げているが、これは反対側のホイール３Ａ側の回転軸の組み立て構成についてもまったく同じであるので、図示並びに説明を省略する。

図２の組立図では、Ｙ方向の３つの軸Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３上に各種機構が配列されている。主軸であるＹ１上には、モータ３１Ｂ、モータ３１Ｂの回転軸を回転可能に支える車体２の側板２Aの支持孔Ｈ１、スイングアーム１０Ｄの一方端１０Ｄ１に形成されモータ３１Ｂの回転軸を回転可能に支える支持孔Ｈ２、スイングアーム１０Ｃの一方端１０Ｃ１に形成されモータ３１Ｂの回転軸を回転可能に支える支持孔Ｈ４、モータ３１Ｂの回転軸に結合されたホイール３Ｂが順次配列されている。これにより、スイングアーム１０Ｃ、１０ＤはＷ方向への回動が可能であり、スイングアーム１０Ｃ、１０Ｄの遥動軸を形成している。

またスイングアーム１０Ｄの他方端１０Ｄ２に支持孔Ｈ３を用いて形成された軸Ｙ２には車輪２４Ｄが回転可能に取り付けられ、スイングアーム１０Ｃの他方端１０Ｃ２に支持孔Ｈ５を用いて形成された軸Ｙ３には車輪２４Ｃが回転可能に取り付けられている。概略上記の構成を通じて、モータ３１Ｂの回転駆動力がホイール３Ｂ、車輪２４Ｃ、車輪２４Ｄに伝達されている。

動力の伝達手段も含めた組み立て後の構成が図３ａ、図３ｂに示されている。図３ａは上面図、図３ｂは側面図である。なお、スイングアーム１０Ａ、１０Ｂおよびホイール３Ａは、スイングアーム１０Ｃ、１０Ｄおよびホイール３Ｂと左右対称であるため説明を省略する。

図３ａに示すように、モータ３１Ｂの回転軸３２上には、車体２の側板２A、駆動プーリ２０Ｄ、スイングアーム１０Ｄ、駆動プーリ２０Ｃ、スイングアーム１０Ｃ、ホイール３Ｂが順次配列されている。ここで図３ｂに特徴が表れているように、駆動プーリ２０Ｄの回転はベルト２２Ｄを介して軸Ｙ２側の従動プーリ２３Ｄに伝達され、駆動プーリ２０Ｃの回転はベルト２２Ｃを介して軸Ｙ３側の従動プーリ２３Ｃに伝達されている。

このように図３ａ、図３ｂに示すように、スイングアーム１０Ｃは、車輪２４Ｃと、車輪２４Ｃと一体となって回転する従動プーリ２３Ｃと、車輪２４Ｃと従動プーリ２３Ｃを回転自在に取り付け、長手方向逆端に駆動プーリ２０Ｃを回転自在に備えるフレーム２１Ｃと、駆動プーリ２０Ｃからのトルクを従動プーリ２３Ｃに伝達するためのベルト２２Ｃとで構成される。また同様にしてスイングアーム１０Ｄは、車輪２４Ｄと、車輪２４Ｄと一体となって回転する従動プーリ２３Ｄと、車輪２４Ｄと従動プーリ２３Ｄを回転自在に取り付け、長手方向逆端に駆動プーリ２０Ｄを回転自在に備えるフレーム２１Ｄと、駆動プーリ２０Ｄからのトルクを従動プーリ２３Ｄに伝達するためのベルト２２Ｄとで構成される。

また、スイングアーム１０Ｃと等しい構成のスイングアーム１０Ｄと、ホイール３Ａと、駆動用モータ３１Ｂを備え、これらはすべて軸Ｙ１に同軸に取り付けられている。具体的には、駆動用モータ３１Ｂの駆動力を伝える駆動軸３２まわりに遥動可能にスイングアーム１０Ｃとスイングアーム１０Ｄが取り付けられ、スイングアーム１０Ｃに備えられた駆動プーリ２０Ｃと、スイングアーム１０Ｄに備えられた駆動プーリ２０Ｄと、ホイール３Ａは駆動軸３２と一体となって駆動される。

駆動用モータ３１Ｂは側板２Aにより車体２に固定される。駆動モータ３１Ｂは、たとえば電動モータ（ステッピングモータやブラシレスモータ、超音波モータ等）のような動力源と、減速機と角度検出器（ロータリエンコーダやポテンショメータ等）を内蔵しており、上位のコントローラからの指令によって制御される。

このような構成であるため、スイングアーム１０Ｃとスイングアーム１０Ｄは車体２に対し遥動可能であり、車輪２４Ｃと車輪２４Ｄにプーリ及びベルトを介して駆動モータ３１Ｂからの駆動力を伝達できる。走行機構１は、スイングアーム１０Ｃとスイングアーム１０Ｄと等しい構成のスイングアーム１０Ａとスイングアーム１０Ｂを備えている。すなわち、走行機構１は２つのモータにより４本の独立したスイングアームの先端に備える車輪を駆動できるため、車輪の路面への追従性に優れ、悪路における走破性が高い。

図４は本発明の走行機構１が段差１００を乗り越えるときの様子を示す模式図である。Ｆ１は、段差１００が存在する路面を走行機構１が紙面右から左へ向かって走行している様子である。Ｆ２は、段差１００に走行機構１の前輪２４Ａが乗り上げた状態である。Ｆ３も走行機構１が段差１００に乗り上げた状態であるがまだ降臨２４Ｂが接地している。この状態では、前輪２４Ａが接地していないために駆動力が不足するが、段差１００に接しているホイール３Ａあるいは後輪２４Ｂの駆動力により前進することが可能である。Ｆ４は、走行機構１が段差１００に乗り上げた状態であり前後輪２４Ａ、２４ｂともに接地していない。この状態では、前後輪２４Ａ、２４ｂともに接地していないが、段差１００に接しているホイール３Ａの駆動力により前進することが可能である。Ｆ５は、走行機構１が段差１００に乗り上げた状態であり前輪２４Ａが接地しているので、そのまま前進可能である。Ｆ６は走行機構１が段差１００を殆ど乗り越えた状態である。

このように、通常の４輪駆動車であると、駆動輪以外の部分が段差等の障害物に接触し、駆動力不足により移動不能となる、いわゆるスタックという状態に陥る状況であっても、スイングアーム根元に備えたホイールによりスタックすることがなく、高い悪路走破性を備えている。また、この構成をモータ２つで実現しているため、低コストにて移動機構を提供可能である。

なお本発明の走行機構は、不整地での作業を行う場合に提供して好適であるが、具体的には例えば川の土手などにおける草刈り作業を自動的に行う草刈り機構を搭載した清掃ロボット用の走行機構などに適用が可能である。あるいは原子力発電所など、環境的に作業員の立ち入りが困難な場所、あるいは足場がわるいとか、足場がどうなっているかわからないなどの困難環境下での作業用ロボットの走行機構に適用することができる。なお、本発明は走行機構であるので、車体上に搭載する機能としては、これを限定するものではない。

１：走行機構
２：車体
３Ａ、３Ｂ：ホイール
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ：スイングアーム
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ：サスペンション
２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ：車輪

Claims

車体の側面下部の左右の第１の軸に、モータと、第１のスイングアームの一方端と、第２のスイングアームの一方端と、ホイールとを同軸上にそれぞれ配置し、前記第１のスイングアームの他方端と、前記第２のスイングアームの他方端にそれぞれ車輪を配置し、前記モータにより前記ホイールと前記車輪を駆動することを特徴とする移動機構。
請求項１に記載の移動機構であって、
前記第１のスイングアームの一方端と、前記第２のスイングアームの一方端は、前記第１の軸に回転可能に取り付けられた揺動軸とされていることを特徴とする移動機構。
請求項１または請求項２に記載の移動機構であって、
前記第１のスイングアームの他方端と、前記第２のスイングアームの他方端にそれぞれ備えられた２つの車輪は、前記車体の前後方向に配列されていることを特徴とする移動機構。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の移動機構であって、
前記第１のスイングアームと第２のスイングアームの他方端の前記車輪は、前記第１の軸と同軸に備えられたプーリとベルトにより駆動されていることを特徴とする移動機構。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の移動機構であって、
前記第１のスイングアームの一方端と他方端の間の中間点と前記車体の間、及び前記第２のスイングアームの一方端と他方端の間の中間点と前記車体の間に、それぞれサスペンションを配置したことを特徴とする移動機構。