JP3566230B2 - 走行装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、重量運搬装置、介護支援機器、歩行支援機器、リハビリ機器、電動式車椅子、車輪移動式ロボットなどとして利用可能な移動装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、この種の走行装置として種々多様なものが開発されている。例えば、荷物を運搬する場合の走行装置としてフォークリフト、リフタ、手押車などが、また人を運送する場合の走行装置として車椅子などが、それぞれ周知のところである。
【0003】
ところで、走行路には階段や障害物などがあり、全て平坦な場所のみというわけではない。そして、このような場所を走行するとき、特に車輪の半径程度の大きな段差を乗り越えることは困難である。
【0004】
そこで、このような場所においても走行を可能とするために、多関節リンク等を組み込んで本体部を浮上させるようにした段差解消機構が開発されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多関節リンク機構は、部品点数が極めて多く、組み込みのために本体部が大型化することが避け難い。特に、小荷物を運搬するような二輪駆動タイプの走行装置においては、段差解消機構を本体部に極力コンパクトに組み込んでおくことが望まれる。
【0006】
本発明は、このような段差解消機構としての役割を果たし、他にも種々の用途に適合させることのできる機能を備えた走行装置を実現しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の走行装置は、本体部を移動可能に支持する車輪と、車輪の回転を妨げない位置に回転駆動可能に取り付けた支持部材と、この支持部材の軸心から偏位した部位に取り付けられ支持部材を足場に駆動されて先端部を軸心から遠ざける方向へ移動させることの可能なアームとを具備してなり、下段側の段床より上段側の段床へ昇る昇段時においてアームの先端部を下段側の段床に接地させることによって車輪とともに本体部を持ち上げることができるように構成したことを特徴とする。車輪の回転を妨げないような支持部材の取付位置としては、車輪と同軸上とすることが特に望ましい。
【0008】
このような構成のものであれば、取付位置を中心に回転させれば、支持部材によるアームの支持位置を可動範囲内において移動させることができる。そして、このようにして支持点の移動したアームを支持部材により駆動して、先端部を軸心から遠ざける方向へ移動させれば、各々の移動位置ごとにそれぞれ先端部を対応部位に接地させて反力により本体部を段差解消位置にまで持ち上げることができる。特に、支持部材が車軸と同軸上にある場合には、アームも車軸回りに回転するだけであるため、これら支持部材やアームと車軸との干渉を気にする必要がなく、この段差解消機構を車軸回りにコンパクトに組み込んで構成することが可能となる。勿論、機構部を車体の中央に寄せた構成では同軸から若干ずらして構成することも可能である。支持部材の駆動軸に対して、車輪を下にずらすと、支持部材を回転させた時に支持部材の先端と地面との間のマージンが大きく取れる。この分、支持部材(及びアーム)を長くすることができる。こうすると、アームの到達範囲が広がり、より高い段差をクリアできる。また、屋内専用等、車輪の径が小さくてもよい場合においても、クリアできる段差を屋外用と同じに大きくできる。
【0009】
この場合、支持部材を駆動する駆動系と、アームを駆動する駆動系とを、独立して作動するように構成しておくことが有効である。
【0010】
このように独立した駆動系とすることにより、支持部材とアームとを個別に操作することができ、段差の大小に応じて、車体の上下動が最小になるように最適な動作をさせることができる。よって、荷物や被介護者(車椅子の場合)に加わる揺れが小さくなり、同時にハンドルに加わる操作力も小さくなる。介護支援機器で採用した場合には、被介護者と介護者の両方の負担を軽減することができる。
【0011】
特に、アームの接地位置を車輪の接地位置近傍に設定すれば、車輪からアームへ荷重を移し変えるときの重心移動が少なくて済み、移動動作がスムーズに行えるとともに、重心移動の瞬間に走行装置全体に移動力が発生して不安定な状態に陥ることも有効に防止することができる。
【0012】
したがって、本発明の走行装置は、駆動輪として並行二輪を有し、段差において本体部がハンドル等を介して人為的に支えられながら走行する構成において操作者の負担を軽減する上で極めて好ましいものとなり得る。
【0013】
アームの具体的な構成としては、支持部材への支持位置が車軸上にあるときに鉛直姿勢をとって少なくとも先端部が車輪の径内に収まり、支持部材がその位置から回転してアームの支持位置が前記車軸上から外れるほど先端部を車輪の径から突出させる方向へ移動させるように構成されているものが挙げられる。
【0014】
走行時に車輪と供回りしても走行の妨げとならず、アームの支持位置を360°移動させることができるようにするためには、アーム及び支持部材を、車輪の径内に収まるような形状のものにしておくことが望ましい。
【0015】
勿論、上記のような基本的動作を利用して、段差解消以外の目的・用途に利用することも可能である。
【0016】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。
【0017】
図1に示す本実施例の走行装置は、一部にハンドル11を突設した本体部1が、一対の車輪2によって走行可能に支持されており、そのハンドル11を把持した状態で本体部1に荷物Wを積載して運搬することができるように構成されたものである。そして、段差解消が必要な位置に到来したときに、本体部1を車輪2と共に段差解消位置にまで持ち上げることができるように、段差解消機構3を組み込んでいる。
【0018】
段差解消機構3は、図2及び図3に示すように、支持部材たるクランク4と、このクランクに支持させたアーム5とを主たる構成要素としている。
【0019】
クランク4を取り付けるにあたり、車軸21にはその外周にパイプ部材22が相対回転可能に嵌合させてあり、車軸21及びパイプ部材22は、ギヤ21a、21bを介して、或いはギヤ22a、22bを介して、それぞれモータ21c、22cにより回転駆動可能とされている。符号22xで示すものはベアリングである。
【0020】
クランク4は、前記パイプ部材22の先端に一体回転可能に取り付けた円盤状のもので、中央に車軸21を貫通させる貫通孔41が設けてあり、この貫通孔41から車軸21の先端を突出させて、その突出端に第1ギヤ61を軸着している。また、本体部1の適宜位置には軸受42を介してドラム43が回転可能に設けてあり、このドラム43の外周に車輪2を構成するタイヤ20を取り付けるとともに、ドラム43にギヤ44a、44bを介してモータ44cを連結し、このモータ44cによってタイヤ20をドラム43と共に回転駆動できるようにしている。
【0021】
アーム5は、前記クランク4の軸心から偏位した部位に支軸51を介して基端5aの近傍を回転可能に取り付けられたもので、前記支軸51には第2ギヤ62が軸着してあり、この第2ギヤ62が前記第1ギヤ61に外接噛合している。そして、このアーム5の先端5b側に接地体50を取り付けている。この接地体50は、外周を車輪の径−αの円弧形状にした概略繭形をなすもので、本体部1の姿勢角度によらず、車輪2が接地してアーム5の支軸51が最上点にある時(図2参照)にアーム5の先端5b側に設けた接地体50を地面と接触することなく前後に揺動させることができるようにしている。
【0022】
次に、本走行装置の取扱い方法を説明する。通常の平坦路を走る場合は、アーム5を図2の状態に保持して車輪2の駆動により行う。このときは、クランク4の中心すなわち車軸21の中心を通過する線上にアーム5の中心線Lが合致する位置にアーム5が格納され、クランク4が車輪2と共に回転したとしても、アーム5が床面と接地することはない。
【0023】
段差がある場合には、図4(a)で示すようにその手前で止まり、モータ21cを駆動する。このとき、第1ギヤ61を介して第2ギヤ62が回転し、この第2ギヤ62に基端を取り付けられたアーム5が回転しながらその接地体50を車軸21から遠ざかる方向(図中左方)に迫り出させる。次に、モータ22cをも駆動してパイプ部材22に取り付けたクランク4を図中反時計回りに回転させる。このとき、第1ギヤ61は前記第2ギヤ62の回りで遊星運動を行いながら次第にその車軸21を前記第2ギヤ62の支軸51を中心とする円弧に沿って持ち上げる(図4(b))。操作者は、ハンドル11を担持しておくだけでよい。ある程度持ち上がった段階で、本体部1に設けたハンドル11を引いて車輪2を上段へ着地させる(図4(c))。その後、アーム5を引き上げる(図4(d))。アーム5の引き上げは、該アーム5の中心線Lが車軸21を通る線と合致する位置にくる図2の状態までモータ21cを駆動するとともにクランク4を回転させることによって実現する(図4(e))。連続段差においては上記動作を繰り返せばよいし、下り方向の段差に対しては段差解消機構3に上記と逆の動作を行わせることによってその補助を行うことが可能である。
【0024】
以上のようにして、本実施例の走行装置は、クランク4が車軸21と同軸上に取り付けてあるため、その車軸21を中心に回転させれば、クランク4によるアーム5の支持位置を車軸21回りに移動させることができる。そして、このようにして支持点(支軸51)の移動したアーム5をクランク4を足場に駆動して、先端に取り付けた接地体50を車軸21から遠ざける方向へ移動させれば、各々の移動位置ごとにそれぞれ接地体50を対応部位に接地させて反力により本体部1を段差に応じた解消位置にまで持ち上げることができる。このように、クランク4が車軸21と同軸上にあり、アーム5も車軸21回りに回転するだけであるため、これらクランク4やアーム5と車軸21との干渉を気にする必要がなく、アーム5の動作範囲も小さくすることができる。したがって、この段差解消機構3を車軸21回りにコンパクトに組み込んで構成しておくことができ、積載量を増やしたり、安全性を有効に高めること等が可能となる。
【0025】
特に、アーム5の接地位置を車輪2の接地位置近傍に設定すると、車輪2からアーム5へ荷重を移し変えるときの重心移動が少なくて済むため、移動動作がスムーズに行えるとともに、重心移動の瞬間に走行装置全体に移動力が発生して不安定な状態に陥ることも有効に防止することができる。特に、この実施例のものは、並行二輪で接地し、ハンドル11で一端を担持した状態で段差解消機構3を駆動するものであるため、支持力の変動を最小にすることができる。そして、この事は、操作者のハンドル操作の負担軽減に大きく寄与し得るものとなる。
【0026】
特に、アーム5の具体的な構成として、クランク4への支持位置が車軸21上にあるときに鉛直姿勢をとって少なくとも先端部が車輪2の径内に収まり、クランク4がその位置から回転してアーム5の支持位置が前記車軸21上から外れるほど接地体50を車輪2の径から突出させる方向へ移動させるように構成しているため、本体部1の姿勢(角度)に拘わらず、車軸21を中心にしてクランク4+アーム5の長さの範囲においてアーム5の接地体50を任意の接地点に移動させることができる。これにより、段差における本体部1の姿勢に拘わらずアーム5を最適個所に接地させることができ、多種多様な段差の状況において支持力の変動を低減し、滑らかで安定した昇降動作を実現することが可能になる。
【0027】
特に、アーム5及びクランク4を、車輪2の径内に収まる形態のものにしているため、走行時に車輪2と供回りしても走行の妨げとならず、アーム5の支持位置の360°に亘る全範囲での移動を有効に保障することができる。
【0028】
さらに、段差以外の所においては、アーム5を使って荷物の積み下ろしを始めとする多様なハンドリングが可能になる。
【0029】
なお、本発明における構成は、以上説明したものに限定されないのは勿論である。例えば、駆動輪の数は、並行2輪が基本になるが、1、3、4輪などでもよい。
【0030】
段差の有無と高さは、リミットスイッチや近接センサを、また角度や姿勢はロータリエンコーダやジャイロを用いて検知することにより段差解消機構を適宜に制御するようにしてもよい。
【0031】
また、各軸の間にクラッチやブレーキを設けて駆動部を共用するようにしてもよい。例えば、1つのモータで車輪とクランクの駆動を切り換えてもよい。或いは、並行二輪は自動車のように差動ギヤを介して駆動することもできる。
【0032】
アームの駆動力は、第1ギヤと第2ギヤの間で直接伝達する他に、アイドラギヤやチェンを介して動力伝達してもよい。また、アームの駆動部をクランクの中に構成することも可能である。
【0033】
ギヤはアームとは反対側のクランクの内面側に配置してもよい。この場合は、パイプ部材で第1ギヤを駆動し、車軸でクランクを駆動することとなる。
【0034】
或いは、図5に示すように、第2ギヤ62をラック形状とし、このラックをアーム105として用いることもできる。この場合、ラックを上方に長く確保してアーム105の可動範囲を広くすれば、より大きな段差をクリアすることが可能になる。105aはこのアーム105のリニア移動をガイドするガイドローラである。
【0035】
また、図6に示すように、車輪2の径に合わせて半円形に湾曲させたアーム205を用いてもよい。この場合、アーム205の対称性はなくなるが、アーム205の回転範囲が広くなり、段差のさらに手前から車輪2の回転に連続させてアーム205を回転させることができるため、斜面を登るように滑らかに車輪2を持ち上げることが可能となる。また、アーム205の凹部205aにより車軸2との干渉が回避できるため、アーム205を車輪の車軸21側に配置することも可能である。
【0036】
アームにシュー、補助輪、フォーク、フック、トー(第2アーム)、ハンド等のエンドエフェクタ(アダプタ)を取り付け、荷物の形態や運搬条件に合わせて選択するようにしてもよい。この交換作業を、アームの操作で自動化することもできる。
【0037】
或いは、図1に示すように、本体部の前方にキャスタ式の補助輪を取り付けてもよい。また、本体部1の前方下部に、ヒンジ式のストッパ10を設け、段差の昇降時において、本体部1の傾斜角が下方への転倒方向へ増加した場合に、ストッパ10が接地して車体の傾斜角を安全な範囲に制限するようにしておくことも有効である。
【0038】
段差においては、荷台を後方に倒して重心を下げるようにしてもよい。また、車体から少し離れて操作ができるように、ハンドルを若干延長するようにしてもよい。
【0039】
また、本体後方に、運転者が乗れるステップを設けてもよい。
【0040】
CCDカメラを用いて、画像処理により段差とその高さを手前で検知し、アームを駆動してもよい。この場合、接近中にアームの位相を最適な所にセットすることができ、動作を止めることなく段差をクリアすることができる。
【0041】
荷物が人の場合は、身体の肘や肩、腰等を支持するサポートジグを介して扱うようにしてもよい。
【0042】
また、シートを後方へ退避し、肘掛けを、ばねを介して上方に保持し、足を接地させて体重の一部を肘掛けで支持するようにすると、歩行支援機として使用することができる。このばねの保持をアームにより行ってもよい。
【0043】
このばねに作用する力を検知して支持力や移動方向を制御することも可能である。段差においては、シートと肘掛けを元に戻して着座し、前例のようにアームの操作によりクリアすればよい。
【0044】
その他、車椅子の代替、介護支援機器、着座や起立の補助、リハビリ機器等、本発明を広範囲に適用することができる。
【0045】
また、段差のクリアや、高い安全性が必要とされる多くの用途の移動式ロボットに適用することができる。特に、ロボットに適用する場合には、ロボットが転倒した場合に、アームを使って自力復帰が可能である。
【0046】
また、車輪の回転中にアームを若干車輪の径外に出すと1回転当たりのピッチを変更することもできる。アームを介して車輪を回転させることも可能である。段差においては、車輪を段差の側面に接触させて、アームにより車輪を段差の側面に押し付けつつ、本体の持ち上げと車輪の回転を行うようにしてもよい。また、アームの引き上げは、本体が回転しないようにアームを段差の側面に接触させながら引き上げたり、本体を前に倒して元に戻す時の反動を利用して引き上げることができる。
【0047】
勿論、上記のような基本的動作を利用して、段差解消以外の目的・用途に利用することも可能である。
【0048】
その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。例えば、機構部を車体の中央に寄せた構成では同軸から若干ずらして構成することも可能である。クランクの駆動軸に対して、車輪を下にずらすと、クランクを回転させた時にクランクの先端と地面との間のマージンが大きく取れる。この分、クランク(及びアーム)を長くすることができる。こうすると、アームの到達範囲が広がり、より高い段差をクリアできる。また、屋内専用等、車輪の径が小さくてもよい場合においても、クリアできる段差を屋外用と同じに大きくできる。
【0049】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載される効果を奏する。
【0050】
すなわち、本発明は、アームを支持する支持部材を車軸と同軸上に設ける等して車輪の回転を妨げないように回転可能に取り付けているため、支持部材やアームと車軸との相互干渉を有効に避けて、各機構部品を装置内にコンパクトに組み込んで構成することが可能となる。そして、このアーム及び支持部材による動作を通じて、段差解消機構としての機能を有効に営ませることができ、床近くや台上に置かれた荷物の積み下ろし、小さな段差をクリアする時の車体前部の持ち上げ、荷台やシートの角度調整、斜面における転倒防止用ガイドなど、広範囲な目的で利用することが可能となる。
【0051】
勿論、機構部を車体の中央に寄せた構成では同軸から若干ずらして構成することも可能である。支持部材の駆動軸に対して、車輪を下にずらすと、支持部材を回転させた時に支持部材の先端と地面との間のマージンが大きく取れる。この分、支持部材(及びアーム)を長くすることができる。こうすると、アームの到達範囲が広がり、より高い段差をクリアできる。また、屋内専用等、車輪の径が小さくてもよい場合においても、クリアできる段差を屋外用と同じに大きくできる。
【0052】
特に、支持部材を駆動する駆動系と、アームを駆動する駆動系とを、独立して作動するように構成しておくと、支持部材とアームとを個別に操作することができ、段差の大小に応じて、車体の上下動が最小になるように最適な動作をさせることができる。よって、荷物や被介護者(車椅子の場合)に加わる揺れが小さくなり、同時にハンドルに加わる操作力も小さくなる。介護支援機器で採用した場合には、被介護者と介護者の両方の負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を使用状態において示す模式的な図。
【図2】同実施例の要部を示す正面図。
【図3】図2の縦断面図。
【図4】同実施例の作用説明図。
【図5】本発明の変形例を示す図。
【図6】本発明の他の変形例を示す図。
【符号の説明】
1…本体部
2…車輪
4…支持部材(クランク)
5…アーム
Claims (2)
- 本体部を移動可能に支持する車輪と、車輪の回転を妨げない位置に回転駆動可能に取り付けた支持部材と、この支持部材の軸心から偏位した部位に取り付けられ支持部材を足場に駆動されて先端部を軸心から遠ざける方向へ移動させることの可能なアームとを具備してなり、
下段側の段床より上段側の段床へ昇る昇段時において、アームの先端部を下段側の段床に接地させることによって車輪とともに本体部を持ち上げることができるように構成したことを特徴とする走行装置。 - 本体部を移動可能に支持する車輪と、車輪の回転を妨げない位置に回転駆動可能に取り付けた支持部材と、この支持部材の軸心から偏位した部位に取り付けられ支持部材を足場に駆動されて先端部を軸心から遠ざける方向へ移動させることの可能なアームとを具備してなり、その移動時にアームの先端部を接地させることによって車輪とともに本体部を持ち上げることができるように構成し、かつ、支持部材を駆動する駆動系と、アームを駆動する駆動系とを、独立して作動するように構成している走行装置。
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