JP2021070414A - 履帯式走行装置 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元的に湾曲可能な２つの走行体を結合した履帯式走行装置を適切に走行可能とする。【解決手段】右走行体１Ｒおよび左走行体１Ｌの各々は、並んで配置された複数の基体と、隣り合う基体の一方が他方に対して相対移動できるように、隣り合う基体を連結する、連結体と、複数の基体および連結体に掛け回された履帯とを有している。結合部材は、右走行体１Ｒと左走行体１Ｌとを左右に間隔を空けて結合している。検出装置２１０は、右走行体１Ｒおよび左走行体１Ｌの状態を検出する。コントローラ２４０は、右走行体１Ｒおよび左走行体１Ｌの動作を制御する。コントローラ２４０は、右走行体１Ｒの状態の検出結果に基づいて左走行体１Ｌの動作を制御し、左走行体１Ｌの状態の検出結果に基づいて右走行体１Ｒの動作を制御する。【選択図】図９

Description

本開示は、履帯式走行装置に関する。

従来、無限軌道装置が、たとえば特許第５２５９９８４号（特許文献１）に開示されている。この文献では、連結体を介して複数の基体を前後に連結し、連結体を左右方向に曲げるとともに上下方向に曲げることによりクローラを適宜にねじらせて駆動させることができ、１つの無限軌道装置で前進・後進・旋回が可能と記載されている。

特許第５２５９９８４号

上記文献には、１つの無限軌道装置を走行駆動させることが記載されているが、複数の無限軌道装置を結合した場合の走行制御については考慮されていない。

本開示では、三次元的に湾曲可能な２つの走行体を結合した履帯式走行装置を適切に走行可能とする技術が提供される。

本発明者らは、上記文献に記載された無限軌道装置を左右に結合した走行装置の走行特性について検証した。その結果本発明者らは、走行装置が直進走行時に、履帯前方を外側に開いたり内側に閉じたりしながら前進する挙動を確認した。本発明者らはさらに検討を進め、三次元的に湾曲可能な２つの走行体を備える走行装置においては、２つの走行体を各々単独で制御するのではなく、２つの走行体を連動させて走行制御することで走行装置全体として適切に走行させることができることを見出し、以下のような履帯式走行装置を案出した。

すなわち、本開示に従った履帯式走行装置は、右走行体と、左走行体と、結合部材と、検出装置と、コントローラとを備えている。右走行体および左走行体の各々は、並んで配置された複数の基体と、隣り合う基体の一方が他方に対して相対移動できるように、隣り合う基体を連結する、連結体と、複数の基体および連結体に掛け回された履帯とを有している。結合部材は、右走行体と左走行体とを左右に間隔を空けて結合している。検出装置は、右走行体および左走行体の状態を検出する。コントローラは、右走行体および左走行体の動作を制御する。コントローラは、右走行体の状態の検出結果に基づいて左走行体の動作を制御し、左走行体の状態の検出結果に基づいて右走行体の動作を制御する。

本開示に従えば、三次元的に湾曲可能な２つの走行体を結合した履帯式走行装置を、適切に走行させることができる。

走行体の概略構成を示す斜視図である。 先端基体の内部構成を示す斜視図である。 後端基体の内部構成を示す斜視図である。 第１連結ベルトの構成を示す、走行体を側方視した模式図である。 第２連結ベルトの構成を示す、走行体を平面視した模式図である。 左右方向に湾曲した走行体を平面視した模式図である。 上下方向に湾曲した走行体を側方視した模式図である。 実施形態に係る履帯式走行装置の概略構成を示す斜視図である。 履帯式走行装置における制御ユニットの構成を説明するための機能ブロック図である。 履帯式走行装置が右旋回する動作を示す斜視図である。 右走行体の前端を持ち上げて走行する履帯式走行装置の動作を示す斜視図である。

以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の説明では、同一部品には、同一の符号を付している。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

［走行体１］
まず、実施形態の履帯式走行装置を構成する走行体１の構成について説明する。実施形態の履帯式走行装置を構成する右走行体と左走行体とは、基本的に同一の構成を備えており、その動作も同一であるため、以下では一方の走行体１についてのみ説明する。図１は、走行体１の概略構成を示す斜視図である。図１には、走行体１の胴体部１０から履帯８０が取り外された状態が図示されている。

胴体部１０は、複数のブロック状の基体と、これらの基体を前後方向に連結する連結体１１とを有している、連結体１１で連結されて長手状に並んだ基体は、最前端に位置した先端基体１２ｆと、最後端に位置した後端基体１２ｅと、先端基体１２ｆと後端基体１２ｅとの間に設けられた第１中間基体１２ｍ１、第２中間基体１２ｍ２、第３中間基体１２ｍ３および第４中間基体１２ｍ４と、を有している。第１中間基体１２ｍ１、第２中間基体１２ｍ２、第３中間基体１２ｍ３および第４中間基体１２ｍ４は、それぞれ同一形状とされている。中間基体１２ｍ１〜４は、４つに限定するものではなく、３つ以下であってもよいし、５つ以上であってもよく、必要に応じて適宜の数としてよい。

第１〜４中間基体１２ｍ１〜４は、実施形態では、それぞれ矩形板状とした前側板、後側板、左側板および右側板を矩形筒状に組み立てて形成した矩形筒状体２１と、矩形筒状体２１の上面に取り付けられた上部ガイド体２２と、矩形筒状体２１の下面に取り付けられた下部ガイド体２３とを有している。

上部ガイド体２２は、矩形筒状体２１の上部に装着して矩形筒状体２１の上部開口を閉塞する矩形状の天井板２２−１と、この天井板２２−１の上面の左右側縁に沿って上方に向けて突き出る上部突出片２２−２と、この上部突出片２２−２の上端において内側方向へ突き出る上部フランジ２２−３とを有している。上部フランジ２２−３は、天井板２２−１から所定間隔だけ離隔して、天井板２２−１と略平行とされている。上部ガイド体２２は、実施形態ではフッ素樹脂製としている。

下部ガイド体２３も上部ガイド体２２と同様に、矩形筒状体２１の下部に装着されて矩形筒状体２１の下部開口を閉塞する矩形状の底板２３−１と、この底板２３−１の下面の左右側縁に沿って下方に向けて突き出る下部突出片２３−２と、この下部突出片２３−２の下端において内側方向へ突き出る下部フランジ２３−３とを有している。下部フランジ２３−３は、底板２３−１から所定間隔だけ離隔して、底板２３−１と略平行とされている。下部ガイド体２３も、実施形態ではフッ素樹脂製としている。

本実施形態では、第１〜４中間基体１２ｍ１〜４を略矩形体状としているが、第１〜４中間基体１２ｍ１〜４は必ずしも略矩形体状である必要はなく、適宜の形状としてよい。

先端基体１２ｆは、対向させて平行に配置した先端左側板１２ｆ−１および先端右側板１２ｆ−２（図２）と、この先端左右側板１２ｆ−１，１２ｆ−２の上端間にかけ渡された先端上部ガイド体１２ｆ−３と、先端左右側板１２ｆ−１，１２ｆ−２の下端間にかけ渡された先端下部ガイド体１２ｆ−４とで矩形筒状体とし、この矩形筒状体の後端側の開口部に先端後側板１２ｆ−５（図５）を装着している。

先端上部ガイド体１２ｆ−３は、上部ガイド体２２と同様に、天井板２２−１と、上部突出片２２−２と、上部フランジ２２−３とを有している。先端下部ガイド体１２ｆ−４は、下部ガイド体２３と同様に、底板２３−１と、下部突出片２３−２と、下部フランジ２３−３とを有している。先端上部ガイド体１２ｆ−３および先端下部ガイド体１２ｆ−４は、それぞれフッ素樹脂製としている。

先端左側板１２ｆ−１および先端右側板１２ｆ−２には、それぞれ前方に延びる延伸片３１が設けられている。この延伸片３１間に枢軸３２が回転自在にかけ渡され、この枢軸３２に第１スプロケット３０が取り付けられている。

図２は、先端基体１２ｆの内部構成を示す斜視図である。図２に示すように、先端左側板１２ｆ−１と先端右側板１２ｆ−２との間の所定位置に、第１回転軸３３および第２回転軸３４が回転自在にかけ渡されている。第１回転軸３３および第２回転軸３４は、略水平に延びている。

第１回転軸３３は、先端右側板１２ｆ−２の左側面から突き出ており、図１に示すように、先端左側板１２ｆ−１の左側面から突き出る部分に第１歯車３５が装着されている。先端左側板１２ｆ−１の左側面に、第１駆動モータ３６が装着されている。第１駆動モータ３６出力軸に、第１ウォーム歯車３６ｗが装着されている。第１歯車３５に第１ウォーム歯車３６ｗが噛み合うことで、第１駆動モータ３６によって第１歯車３５が回転可能とされている。第１歯車３５の回転にともなって、第１回転軸３３が回転する。

図２に示すように、先端左側板１２ｆ−１と先端右側板１２ｆ−２の間に、第２歯車３７が配置されている。第１回転軸３３に第２歯車３７を装着し、第２回転軸３４に装着した第３歯車３８が第２歯車３７に噛み合うことで、第２歯車３７の回転にともなって第３歯車３８を介して第２回転軸３４が回転可能とされている。

第２回転軸３４には、後述する第１姿勢制御用歯車３９が装着されている。第２回転軸３４の回転にともなって、第１姿勢制御用歯車３９を回転操作可能とされている。第１駆動モータ３６によって、第１姿勢制御用歯車３９の駆動制御が行われている。

一方、後端基体１２ｅも、図１に示すように、対向させて平行に配置した後端左側板１２ｅ−１および後端右側板（図示せず）と、この後端左右側板１２ｅ−１の上端間にかけ渡された後端上部ガイド体１２ｅ−３と、後端左右側板１２ｅ−１の下端間にかけ渡された後端下部ガイド体１２ｅ−４とで矩形筒状体とし、この矩形筒状体の前端側の開口部に後端前側板１２ｅ−５を装着している。

後端上部ガイド体１２ｅ−３もまた、上部ガイド体２２と同様に、天井板２２−１と、上部突出片２２−２と、上部フランジ２２−３とを有している。後端下部ガイド体１２ｅ−４もまた、下部ガイド体２３と同様に、底板２３−１と、下部突出片２３−２と、下部フランジ２３−３とを有している。後端上部ガイド体１２ｅ−３および後端下部ガイド体１２ｅ−４は、それぞれフッ素樹脂製としている。

後端左側板１２ｅ−１および後端右側板には、それぞれ後方に延びる延伸片４１が設けられている。この延伸片４１間に駆動用回転軸４２が回転自在にかけ渡され、この駆動用回転軸４２に第２スプロケット４０が取り付けられている。

図３は、後端基体１２ｅの内部構成を示す斜視図である。駆動用回転軸４２は、後端右側板の左側面から突き出ており、図３に示すように、後端右側板の左側面から突き出る部分に第３スプロケット５１が装着されている。

後端左側板１２ｅ−１と後端右側板との間に、第２駆動モータ５２が配設されている。第２駆動モータ５２の出力軸に、第４スプロケット５３が装着されている。第３スプロケット５１は、第４スプロケット５３と連結ベルト５４を介して連結されている。第２駆動モータ５２によって第３スプロケット５１を回転させることにより、第２スプロケット４０が回転可能とされている。

図１に示すように、後端左側板１２ｅ−１の左側面に、第３駆動モータ４３が装着されている。図３に示すように、この第３駆動モータ４３の出力軸に、第２ウォーム歯車４３ｗが装着されている。第２ウォーム歯車４３ｗは、第４歯車４５に噛み合っている。後端上部ガイド体１２ｅ−３と後端下部ガイド体１２ｅ−４との間に第３回転軸４４が設けられており、第４歯車４５は第３回転軸４４に装着されている。図３に示されるカバー体４６は、第２ウォーム歯車４３ｗを被覆している。

第３回転軸４４にはまた、後述する第２姿勢制御用歯車４９が装着されている。第３回転軸４４の回転にともなって、第２姿勢制御用歯車４９が回転操作可能とされている。第３駆動モータ４３によって、第２姿勢制御用歯車４９の駆動制御が行われている。

連結体１１は、前後方向に所定の長さを有しており、前後に隣り合う基体を連結している。連結体１１は、隣り合う基体の一方が他方に対して相対移動できるように、２つの基体を連結している。胴体部１０は、複数の基体が湾曲または屈曲可能な連結体１１によって連結された、多リンク構造を有している。

連結体１１は弾性体であってもよく、この場合連結体１１は、先端基体１２ｆの先端後側板１２ｆ−５、後端基体１２ｅの後端前側板１２ｅ−５、中間基体１２ｍ１〜４の各前後側板に、接着剤などで貼り付けられてもよい。連結体は、円柱状のゴムブッシュであってもよい。

または連結体１１は、継手によって構成されてもよい。連結体１１は、ユニバーサルジョイントなどの、隣り合う基体の接合する角度が自由に変化する継手であってもよい。または、前後方向に並ぶ複数の連結体１１を、上下方向（ピッチ方向）に屈曲可能な継手と左右方向（ヨー方向）に屈曲可能な継手とを交互に並べたものとしてもよい。

連結体１１は、中空の筒状の形状を有し、筒の両端が隣り合う２つの基体の各々に向き合うように配置されてもよい。この場合、配線を連結体１１の中空部内に配設することができる。このようにすれば、配線の取り回しが容易になり、また配線が外部に露出しなくなるため配線の損傷を抑制できる。

各々の連結体１１には、隣り合う基体の一方が他方に対して傾く角度を検出する角度センサ（図１には図示せず）が設けられている。前後方向に並ぶ複数の連結体１１に、隣り合う基体の一方が他方に対して上下方向に傾く角度を検出する上下角度センサと、隣り合う基体の一方が他方に対して左右方向に傾く角度を検出する左右角度センサとが、交互に取り付けられてもよい。１つの連結体に、上下角度センサと左右角度センサとの両方が取り付けられてもよい。

先端基体１２ｆと、中間基体１２ｍ１〜４と、後端基体１２ｅとを前方から後方へ向かってこの順に並べ、それぞれの基体の間に連結体１１を配置し、隣り合う基体を連結体１１で連結することにより、一連の胴体部１０が形成されている。

先端基体１２ｆの先端後側板１２ｆ−５、後端基体１２ｅの後端前側板１２ｅ−５、中間基体１２ｍ１〜４の各前後側板には、開口ｈが形成されている。図１に示すように、連結体１１の上側と、下側と、左側と、右側とに、それぞれ矩形状の開口ｈが形成されている。

図４は、第１連結ベルト６０の構成を示す、走行体１を側方視した模式図である。第１連結ベルト６０の両端は、後端基体１２ｅの後端前側板１２ｅ−５に固定されている。第１連結ベルト６０の中途部は、先端基体１２ｆに設けられた第１姿勢制御用歯車３９に掛け回されている。第１連結ベルト６０は、上側牽引体６１と下側牽引体６２とを有している。上側牽引体６１、下側牽引体６２、および上側牽引体６１と下側牽引体６２とをつなぐ中途部は、１本のベルトによって構成されている。

上側牽引体６１は、連結体１１の上方に配置されている。下側牽引体６２は、連結体１１の下方に配置されている。基体の開口ｈは、上側牽引体６１および下側牽引体６２を挿通させる挿通口として設けられている。特に、中間基体１２ｍ１〜４の各前後側板に挿通口としての開口ｈを形成することによって、上側牽引体６１および下側牽引体６２は中間基体１２ｍ１〜４によってガイドされている。

図５は、第２連結ベルト７０の構成を示す、走行体１を平面視した模式図である。第２連結ベルト７０の両端は、先端基体１２ｆの先端後側板１２ｆ−５に固定されている。第２連結ベルト７０の中途部は、後端基体１２ｅに設けられた第２姿勢制御用歯車４９に掛け回されている。第２連結ベルト７０は、左側牽引体７１と右側牽引体７２とを有している。左側牽引体７１、右側牽引体７２、および左側牽引体７１と右側牽引体７２とをつなぐ中途部は、１本のベルトによって構成されている。

左側牽引体７１は、連結体１１の左方に配置されている。右側牽引体７２は、連結体１１の右方に配置されている。基体の開口ｈは、左側牽引体７１および右側牽引体７２を挿通させる挿通口として設けられている。特に、中間基体１２ｍ１〜４の各前後側板に挿通口としての開口ｈを形成することによって、左側牽引体７１および右側牽引体７２は中間基体１２ｍ１〜４によってガイドされている。

履帯８０は、先端基体１２ｆ、中間基体１２ｍ１〜４および後端基体１２ｅ、ならびに連結体１１に掛け回されている。履帯８０は、図１に示すように、複数の履板８１をループ状に連結して構成されている。履板８１は、突出部８２と凹状部８３とを有している。突出部８２は、履板８１の前側または後側の側縁のうちの一方の側縁の中央部から、履板８１の他方の側縁から離れる方向に突き出て形成されている。凹状部８３は、履板８１の後側または前側の側縁のうちの他方の側縁の中央部が、履板８１の一方の側縁に向かう方向に凹んで形成されている。履帯８０の回転方向に隣り合う２つの履板８１のうちの一方の履板８１の凹状部８３に、他方の履板８１の突出部８２が挿入されている。

各履板８１の内周面には、第１スプロケット３０および第２スプロケット４０と噛み合う歯合用突片８４が、履帯８０の内周側に向けて突き出るように設けられている。履板８１の内周面には、歯合用突片８４の両側に、履帯８０の内周側に向けて突き出る突出片８６が設けられている。突出片８６の先端に、履板８１の内周面と略平行に延びる摺動片８５が設けられている。

摺動片８５は、先端基体１２ｆ、後端基体１２ｅ、中間基体１２ｍ１〜４の上側にそれぞれ設けた上部ガイド体２２の天井板２２−１と上部フランジ２２−３との間、および、先端基体１２ｆ、後端基体１２ｅ、中間基体１２ｍ１〜４の下側にそれぞれ設けた下部ガイド体２３の底板２３−１と下部フランジ２３−３との間に挿入される。これにより履板８１は、上部ガイド体２２および下部ガイド体２３に規制されながら移動可能とされ、履板８１で構成された履帯８０が胴体部１０の周囲に沿って周回可能とされる。

各履板８１の外周面には、左右方向に延びる棒状接地体８７が装着されている。棒状接地体８７はゴムなどの弾性体製であってもよい。棒状接地体８７をさらに外周側から覆う外装板を複数有する外殻構造が設けられてもよい（図示せず）。この外装板は、履帯８０を片方または両方の側方からも覆う湾曲した形状であってもよい。棒状接地体８７を介さずに、外装板が履板８１の外周面に直接取り付けられる構成としてもよい。外装板は金属板であってもよい。

このように構成した走行体１は、第２駆動モータ５２で第２スプロケット４０を回転させて履帯８０を順回転させることにより前進可能、または、履帯８０を逆回転させることにより後退可能とされている。

また走行体１では、第３駆動モータ４３で第２姿勢制御用歯車４９を回転させて左側牽引体７１と右側牽引体７２とのいずれか一方を牽引して緊張させ、各連結体１１に圧縮応力を生じさせることにより、この圧縮応力によって各連結体１１を圧縮方向に曲げている。

図６は、左右方向に湾曲した走行体１を平面視した模式図である。図６に示すように、右側牽引体７２を緊張させた場合には、連結体１１が右側に曲がることによって、胴体部１０が全体として右側に湾曲（左側に凸に湾曲）する。この状態で履帯８０を前進方向（順方向）に回転させることにより、走行体１は右旋回する。一方、左側牽引体７１を緊張させた場合には、胴体部１０が全体として左側に湾曲（右側に凸に湾曲）する。この状態で履帯８０を前進方向（順方向）に回転させることにより、走行体１は左旋回する。

また走行体１では、第１駆動モータ３６で第１姿勢制御用歯車３９を回転させて上側牽引体６１と下側牽引体６２とのいずれか一方を牽引して緊張させ、各連結体１１に圧縮応力を生じさせることにより、この圧縮応力によって各連結体１１を圧縮方向に曲げている。

図７は、上下方向に湾曲した走行体１を側方視した模式図である。図７に示すように、上側牽引体６１を緊張させた場合には、連結体１１が上側に曲がることによって、胴体部１０が全体として上側に湾曲（下側に凸に湾曲）する。一方、下側牽引体６２を緊張させた場合には、連結体１１が下側に曲がることによって、胴体部１０が全体として下側に湾曲（上側に凸に湾曲）する。

図６に示される胴体部１０の左右方向の湾曲と、図７に示される胴体部１０の上下方向の湾曲とを複合させることにより、胴体部１０をねじらせることができ、走行体１をねじらせた状態で走行させることができる。

したがって、走行体１は、不整地においても安定して走行することができる。走行体１は旋回しながら上昇または下降する走行も可能であり、螺旋階段なども容易に走行することができる。

［履帯式走行装置１００の構成］
図８は、実施形態に係る履帯式走行装置１００の概略構成を示す斜視図である。図８に示すように、履帯式走行装置１００は、右走行体１Ｒと、左走行体１Ｌと、結合部材２とを備えている。右走行体１Ｒおよび左走行体１Ｌは、図１〜７を参照して説明した走行体１によって構成されている。なお図８および後続の図１０，１１においては、右走行体１Ｒおよび左走行体１Ｌを構成する走行体１は、その外形の概略形状のみが便宜的に示されている。

図８においては、前後方向を図中矢印Ｘ、左右方向を図中矢印Ｙ、上下方向を図中矢印Ｚで示している。

結合部材２は、右走行体１Ｒと左走行体１Ｌとを左右に間隔を空けて結合している。結合部材２の右端に、右走行体１Ｒが結合されている。結合部材２の左端に、左走行体１Ｌが結合されている。結合部材２の右端はたとえば、右走行体１Ｒを構成する走行体１のいずれかの中間基体の、矩形筒状体２１の左側面に結合されている。結合部材２の左端はたとえば、左走行体１Ｌを構成する走行体１のいずれかの中間基体の、矩形筒状体２１の右側面に結合されている。結合部材２は、金属製の管材を有していてもよい。結合部材２は、長手方向に伸縮するように構成されていてもよい。結合部材２が伸縮することで、右走行体１Ｒと左走行体１Ｌとの間隔を変化させることができる。

［制御ユニット２００］
図９は、履帯式走行装置１００における制御ユニット２００の構成を説明するための機能ブロック図である。図９に示されるように、制御ユニット２００は、右走行体１Ｒおよび左走行体１Ｌの現在の状態を検出する検出装置２１０と、操作装置３００からの指令に基づいて右走行体１Ｒおよび左走行体１Ｌの走行動作を制御するコントローラ２４０とを備えており、２つの走行体を連動させて制御する協調制御システムとして機能する。

検出装置２１０は、右走行体１Ｒの状況を検出する右検出装置２２０と、左走行体１Ｌの状況を検出する左検出装置２３０とを有している。

右検出装置２２０は、右側上下角度センサ２２２と、右側左右角度センサ２２４とを有している。右側上下角度センサ２２２は、右走行体１Ｒの胴体部１０を構成する複数の基体のうち隣り合う２つの基体の一方が他方に対して上下方向に傾く角度を検出する。右側左右角度センサ２２４は、右走行体１Ｒの胴体部１０を構成する複数の基体のうち隣り合う２つの基体の一方が他方に対して左右方向に傾く角度を検出する。右側上下角度センサ２２２および右側左右角度センサ２２４は、右走行体１Ｒの胴体部１０を構成する連結体１１のいずれかに取り付けられている。

右検出装置２２０は、右側回転角度センサ２２６と、右側移動速度センサ２２８とを有している。右側回転角度センサ２２６は、右走行体１Ｒの履帯８０の回転角度を検出する。右側移動速度センサ２２８は、右側回転角度センサ２２６とは異なり、右走行体１Ｒが実際に移動する速度を検出する。

左検出装置２３０は、左側上下角度センサ２３２と、左側左右角度センサ２３４とを有している。左側上下角度センサ２３２は、左走行体１Ｌの胴体部１０を構成する複数の基体のうち隣り合う２つの基体の一方が他方に対して上下方向に傾く角度を検出する。左側左右角度センサ２３４は、左走行体１Ｌの胴体部１０を構成する複数の基体のうち隣り合う２つの基体の一方が他方に対して左右方向に傾く角度を検出する。左側上下角度センサ２３２および左側左右角度センサ２３４は、左走行体１Ｌの胴体部１０を構成する連結体１１のいずれかに取り付けられている。

左検出装置２３０は、左側回転角度センサ２３６と、左側移動速度センサ２３８とを有している。左側回転角度センサ２３６は、左走行体１Ｌの履帯８０の回転角度を検出する。左側移動速度センサ２３８は、左側回転角度センサ２３６とは異なり、左走行体１Ｌが実際に移動する速度を検出する。

右側上下角度センサ２２２、右側左右角度センサ２２４、左側上下角度センサ２３２および左側左右角度センサ２３４は、たとえば、ポテンショメータ、または隣り合う２つの基体間の距離を計測可能な柔軟素材を用いた３つ以上の可変抵抗を用いて構成されていてもよい。

右側回転角度センサ２２６および左側回転角度センサ２３６は、たとえば、第２駆動モータ５２の出力軸または駆動用回転軸４２の回転の変位を検出するセンサであってもよく、ロータリーエンコーダ、レゾルバ等を用いて構成されていてもよい。

右側移動速度センサ２２８および左側移動速度センサ２３８は、たとえば、履帯式走行装置１００が走行する路面に対する履帯式走行装置１００の相対速度を検出してもよく、またはＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）を利用して履帯式走行装置１００の移動速度を検出してもよい。右走行体１Ｒと左走行体１Ｌとのいずれか一方または両方が、カメラに代表される撮像装置を有してもよく、この撮像装置の撮像画像から走行体の移動速度を検出してもよい。

右検出装置２２０によって検出された右走行体１Ｒの現在の状態を示す検出信号は、コントローラ２４０に入力される。左検出装置２３０によって検出された左走行体１Ｌの現在の状態を示す検出信号は、コントローラ２４０に入力される。

コントローラ２４０は、検出装置２１０および操作装置３００から伝送される電気的信号を受信する受信装置、受信した電気的信号に基づき各種の処理を行なうコンピュータ、および、当該コンピュータによる処理に基づき右走行体１Ｒおよび左走行体１Ｌを走行駆動させるための電気的信号を生成するドライバなどによって構成されている。

コントローラ２４０は、右制御部２４２と、左制御部２４３とを有している。右制御部２４２は、右走行体１Ｒの走行動作を制御する。右制御部２４２は、右走行体１Ｒを動作制御するための指令信号を生成し、その指令信号を右走行体１Ｒに出力する。指令信号に基づいて、右走行体１Ｒの第１駆動モータ３６、第３駆動モータ４３および第２駆動モータ５２が動作する。

右走行体１Ｒの第１駆動モータ３６は、右走行体１Ｒを上下方向に湾曲させる右側上下湾曲装置３６Ｒとしての機能を有している。右走行体１Ｒの第３駆動モータ４３は、右走行体１Ｒを左右方向に湾曲させる右側左右湾曲装置４３Ｒとしての機能を有している。右走行体１Ｒの第２駆動モータ５２は、右走行体１Ｒの履帯８０を回転させる駆動力を発生する右側回転駆動源５２Ｒとしての機能を有している。

左制御部２４３は、左走行体１Ｌの走行動作を制御する。左制御部２４３は、左走行体１Ｌを動作制御するための指令信号を生成し、その指令信号を左走行体１Ｌに出力する。指令信号に基づいて、左走行体１Ｌの第１駆動モータ３６、第３駆動モータ４３および第２駆動モータ５２が動作する。

左走行体１Ｌの第１駆動モータ３６は、左走行体１Ｌを上下方向に湾曲させる左側上下湾曲装置３６Ｌとしての機能を有している。左走行体１Ｌの第３駆動モータ４３は、左走行体１Ｌを左右方向に湾曲させる左側左右湾曲装置４３Ｌとしての機能を有している。左走行体１Ｌの第２駆動モータ５２は、左走行体１Ｌの履帯８０を回転させる駆動力を発生する左側回転駆動源５２Ｌとしての機能を有している。

コントローラ２４０は、右走行体１Ｒと左走行体１Ｌとを結合する結合部材２に搭載されていてもよい。またはコントローラ２４０は、走行体を構成する基体のいずれか１つに搭載されてもよい。走行体を構成する複数の基体に、コントローラ２４０の各機能を分散させて搭載してもよい。右走行体１Ｒと左走行体１Ｌとの両方に、コントローラ２４０の各機能が分散されて搭載されてもよい。

右走行体１Ｒおよび左走行体１Ｌの各駆動モータに供給される電力を蓄える蓄電装置、典型的にはバッテリ、もまた、結合部材２に搭載されていてもよい。

図９に示されるように、右検出装置２２０による検出結果を示す検出信号は、右制御部２４２と、左制御部２４３との両方に出力される。左検出装置２３０による検出結果を示す検出信号は、右制御部２４２と、左制御部２４３との両方に入力される。

右走行体１Ｒを制御する右制御部２４２は、右検出装置２２０から右走行体１Ｒの状態の検出結果を受け、かつ、左検出装置２３０から左走行体１Ｌの状態の検出結果を受ける。右制御部２４２は、操作装置３００から入力された操作指令に基づき、右走行体１Ｒの状態の検出結果と左走行体１Ｌの状態の検出結果との両方を考慮して、右走行体１Ｒの動作を制御する。

左走行体１Ｌを制御する左制御部２４３は、左検出装置２３０から左走行体１Ｌの状態の検出結果を受け、かつ、右検出装置２２０から右走行体１Ｒの状態の検出結果を受ける。左制御部２４３は、操作装置３００から入力された操作指令に基づき、左走行体１Ｌの状態の検出結果と右走行体１Ｒの状態の検出結果との両方を考慮して、左走行体１Ｌの動作を制御する。

［履帯式走行装置１００の走行動作］
以上の構成を備えている履帯式走行装置１００を走行動作させる際には、操作装置３００からコントローラ２４０に、履帯式走行装置１００をどのように走行させるかを指令する操作指令が入力される。たとえば、履帯式走行装置１００を前方または後方へ直進させる指令、右方または左方へ旋回させる指令、段差を乗り越える指令、溝を跨ぎ越える指令、登坂または降坂する指令、不整地における右走行体１Ｒまたは左走行体１Ｌのいずれか一方のみが凹凸地形を乗り越えるように走行する指令、などが入力される。

オペレータが、履帯式走行装置１００を目視しながら、操作装置３００を操作する構成であってもよい。または、履帯式走行装置１００から離れた遠隔地で、オペレータが操作装置３００を操作する構成であってもよい。コントローラ２４０は、操作装置３００から入力された指令信号に基づいて、右走行体１Ｒおよび左走行体１Ｌの動作制御を実行する。

図１０は、履帯式走行装置１００が右旋回する動作を示す斜視図である。履帯式走行装置１００を旋回させる場合、図１０に示されるように、右走行体１Ｒの曲率と左走行体１Ｌの曲率とを同一ではなく異なる曲率にすることができる。加えて、右走行体１Ｒの走行速度を、左走行体１Ｌの走行速度よりも小さく設定することができる。このように制御することで、履帯式走行装置１００は滑らかな曲線を描きながら右旋回することが可能である。

図１１は、右走行体１Ｒの前端を持ち上げて走行する履帯式走行装置１００の動作を示す斜視図である。履帯式走行装置１００が前進する場合において、左走行体１Ｌの前方の地形は平坦であるが右走行体１Ｒの前方に隆起した地形がある場合、図１１に示されるように、左走行体１Ｌは上下方向に湾曲させず、右走行体１Ｒのみを上側に湾曲させて、右走行体１Ｒの前端を持ち上げて走行することができる。このように制御することで、右走行体１Ｒが隆起した地形を容易に乗り越えることができ、履帯式走行装置１００の前進走行が隆起した地形によって妨げられることがなく、履帯式走行装置１００は前進走行を継続することが可能である。

各々が三次元的に湾曲可能な右走行体１Ｒおよび左走行体１Ｌのそれぞれを単独で制御するのではなく、右走行体１Ｒの状態の検出結果に基づいて左走行体１Ｌを制御し、左走行体１Ｌの状態の検出結果に基づいて右走行体１Ｒを制御し、右走行体１Ｒと左走行体１Ｌとを連動させて走行制御する。これにより、履帯式走行装置１００を全体として適切に走行させることが可能である。

たとえば、直進走行する履帯式走行装置１００の一方の走行体の前方が外側に開いたり内側に閉じたりするように左右に湾曲した場合に、その湾曲した走行体の動作を制御するとともに、湾曲した走行体の姿勢に基づいて他方の走行体の動作を制御することができる。これにより、２つの走行体の両方が前後方向に平行に延びる直進走行に適した姿勢に早期に戻すことができるので、履帯式走行装置１００を適切に直進走行させることができ、履帯式走行装置１００の走行抵抗の増大を抑制することができる。

右検出装置２２０が右側上下角度センサ２２２と右側左右角度センサ２２４とを有し、左検出装置２３０が左側上下角度センサ２３２と左側左右角度センサ２３４とを有していることで、右走行体１Ｒと左走行体１Ｌとの上下方向および左右方向への湾曲を精度よく検出することができる。この検出結果を用いて、右走行体１Ｒと左走行体１Ｌとの両方を協調させて適切に走行制御することができる。

右検出装置２２０が右側回転角度センサ２２６と右側移動速度センサ２２８とを有し、左検出装置２３０が左側回転角度センサ２３６と左側移動速度センサ２３８とを有していることで、右走行体１Ｒと左走行体１Ｌとの路面に対するすべり量を検出することができる。この検出結果を用いて、右走行体１Ｒと左走行体１Ｌとの両方を協調させて適切に走行制御することができる。たとえば、右走行体１Ｒと左走行体１Ｌとのすべり量差を算出し、すべり量が相対的に大きい走行体を、すべり量が相対的に小さい走行体の姿勢に基づいて制御することができる。

右検出装置２２０は、路面に接している右走行体１Ｒの履帯８０の圧力を検出するセンサを有していてもよく、左検出装置２３０は、路面に接している左走行体１Ｌの履帯８０の圧力を検出するセンサを有していてもよい。この検出結果を用いて、右走行体１Ｒと左走行体１Ｌとの走行制御を行なうことができる。

コントローラ２４０は、右側上下湾曲装置３６Ｒと、右側左右湾曲装置４３Ｒと、左側上下湾曲装置３６Ｌと、左側左右湾曲装置４３Ｌとを、それぞれ独立に制御することができる。右走行体１Ｒと左走行体１Ｌとの各々の上下方向および左右方向の湾曲を別個独立に制御可能である。そのため、履帯式走行装置１００の走行に合わせた最適な形状に、右走行体１Ｒおよび左走行体１Ｌを湾曲させることが可能である。

履帯式走行装置１００が停止するときに、右走行体１Ｒを右側に湾曲（左側に凸に湾曲）させ、左走行体１Ｌを左側に湾曲（右側に凸に湾曲）させるようにすれば、停止中の履帯式走行装置１００の姿勢をより安定させることができる。

障害物の乗り越え、溝の跨ぎ越え、階段の昇降などの場合には、右走行体１Ｒと左走行体１Ｌとを能動的に上下方向に湾曲させる制御をすることにより、履帯式走行装置１００は適切に走行を継続できる。凹凸の小さい路面を履帯式走行装置１００が走行する場合など、右走行体１Ｒと左走行体１Ｌとを能動的に上下方向に湾曲させる制御が必要でない場合には、右走行体１Ｒと左走行体１Ｌとを左右方向に湾曲させる制御のみを実行し、上下方向には各走行体が柔軟に湾曲できるようにしてもよい。各走行体が走行する路面の形状に追随して、走行体が受動的に上下方向に変形できるようにすることで、上下方向の湾曲を能動的に制御しなくても、履帯式走行装置１００は適切に走行を継続できる。

コントローラ２４０は、右側回転駆動源５２Ｒと、左側回転駆動源５２Ｌとを、それぞれ独立に制御することができる。右走行体１Ｒと左走行体１Ｌとの回転駆動を別個独立に制御可能である。履帯式走行装置１００が旋回走行するとき、または超信地旋回するときなどに、右走行体１Ｒと左走行体１Ｌとの走行速度および／または走行方向を、同一ではなく異ならせるように制御することができる。これにより、履帯式走行装置１００を適切に走行させることが可能である。

コントローラ２４０は、右側回転駆動源５２Ｒおよび左側回転駆動源５２Ｌとは独立して、右側上下湾曲装置３６Ｒ、右側左右湾曲装置４３Ｒ、左側上下湾曲装置３６Ｌおよび左側左右湾曲装置４３Ｌを制御することができる。履帯式走行装置１００の走行中、または停止中の両方において、右走行体１Ｒと左走行体１Ｌとのいずれか一方または両方を、上下方向に湾曲させたり、左右方向に湾曲させたり、上下方向の湾曲と左右方向の湾曲とを複合させたねじり動作をさせたりすることができる。

結合部材２を長手方向に伸縮可能とすることで、結合部材２を伸ばして右走行体１Ｒと左走行体１Ｌとの間隔を広げたり、結合部材２を縮めて右走行体１Ｒと左走行体１Ｌとの間隔を小さくすることができる。履帯式走行装置１００が超信地旋回するときに、結合部材２を伸ばすことで、右走行体１Ｒと左走行体１Ｌとを同心かつ同一曲率の円弧状に湾曲させることができる。路面に対する履帯８０のすべり量が小さくなることで、路面への負荷を低減することができる。履帯式走行装置１００が前後進走行するときに、結合部材２を縮めることで、車幅を低減できるので、履帯式走行装置１００は狭隘空間に容易に侵入することができる。

以上のように実施形態の説明を行なったが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 走行体、１Ｌ 左走行体、１Ｒ 右走行体、２ 結合部材、１０ 胴体部、１１ 連結体、１２ｆ 先端基体、１２ｅ 後端基体、１２ｍ１ 第１中間基体、１２ｍ２ 第２中間基体、１２ｍ３ 第３中間基体、１２ｍ４ 第４中間基体、３０ 第１スプロケット、３２ 枢軸、３６ 第１駆動モータ、３６Ｌ 左側上下湾曲装置、３６Ｒ 右側上下湾曲装置、３９ 第１姿勢制御用歯車、４０ 第２スプロケット、４２ 駆動用回転軸、４３ 第３駆動モータ、４３Ｌ 左側左右湾曲装置、４３Ｒ 右側左右湾曲装置、４９ 第２姿勢制御用歯車、５２ 第２駆動モータ、５２Ｌ 左側回転駆動源、５２Ｒ 右側回転駆動源、６０ 第１連結ベルト、６１ 上側牽引体、６２ 下側牽引体、７０ 第２連結ベルト、７１ 左側牽引体、７２ 右側牽引体、８０ 履帯、８１ 履板、１００ 履帯式走行装置、２００ 制御ユニット、２１０ 検出装置、２２０ 右検出装置、２２２ 右側上下角度センサ、２２４ 右側左右角度センサ、２２６ 右側回転角度センサ、２２８ 右側移動速度センサ、２３０ 左検出装置、２３２ 左側上下角度センサ、２３４ 左側左右角度センサ、２３６ 左側回転角度センサ、２３８ 左側移動速度センサ、２４０ コントローラ、２４２ 右制御部、２４３ 左制御部、３００ 操作装置。

Claims (6)

1. 右走行体と、
   左走行体とを備え、
   前記右走行体および前記左走行体の各々は、
   並んで配置された複数の基体と、
   隣り合う前記基体の一方が他方に対して相対移動できるように、隣り合う前記基体を連結する、連結体と、
   複数の前記基体および前記連結体に掛け回された履帯とを有し、
   前記右走行体と前記左走行体とを左右に間隔を空けて結合する結合部材と、
   前記右走行体および前記左走行体の状態を検出する検出装置と、
   前記右走行体および前記左走行体の動作を制御するコントローラとをさらに備え、
   前記コントローラは、前記右走行体の状態の検出結果に基づいて前記左走行体の動作を制御し、前記左走行体の状態の検出結果に基づいて前記右走行体の動作を制御する、履帯式走行装置。
2. 前記検出装置は、隣り合う前記基体の一方が他方に対して上下方向に傾く角度を検出する上下角度センサと、隣り合う前記基体の一方が他方に対して左右方向に傾く角度を検出する左右角度センサとを有する、請求項１に記載の履帯式走行装置。
3. 前記検出装置は、前記履帯の回転速度を検出する回転速度センサと、前記右走行体および前記左走行体の移動速度を検出する移動速度センサとを有する、請求項１または２に記載の履帯式走行装置。
4. 前記右走行体は、前記右走行体を上下方向に湾曲させる右側上下湾曲装置と、前記右走行体を左右方向に湾曲させる右側左右湾曲装置とを有し、
   前記左走行体は、前記左走行体を上下方向に湾曲させる左側上下湾曲装置と、前記左走行体を左右方向に湾曲させる左側左右湾曲装置とを有し、
   前記コントローラは、前記右側上下湾曲装置と、前記右側左右湾曲装置と、前記左側上下湾曲装置と、前記左側左右湾曲装置とを、独立に制御する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の履帯式走行装置。
5. 前記右走行体は、前記右走行体の前記履帯を回転させる駆動力を発生する右側回転駆動源を有し、
   前記左走行体は、前記左走行体の前記履帯を回転させる駆動力を発生する左側回転駆動源を有し、
   前記コントローラは、前記右側回転駆動源と前記左側回転駆動源とを独立に制御する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の履帯式走行装置。
6. 前記結合部材は、長手方向に伸縮可能である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の履帯式走行装置。

Images