JP4078393B2

JP4078393B2 - 脚車輪移動装置

Info

Publication number: JP4078393B2
Application number: JP2001347716A
Authority: JP
Inventors: 茂男廣瀬; 洋介小沼
Original assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2001-11-13
Filing date: 2001-11-13
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2021-11-13
Also published as: JP2003146218A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、階段昇降可能な脚車輪移動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
脚車輪移動装置として、階段昇降可能な脚車輪式の車椅子が精密工学会誌vol.64.No.3,1998、403〜407頁に開示されている。この脚車輪車椅子は、４組８脚の車輪を１つのモータで昇降駆動させて前後の車輪を順番に昇降動作させて階段を昇り降りするするものである。
【０００３】
一方、車輪走行と歩行移動の特徴を合せもった多足走行機構として５足走行機構が知能移動ロボットシンポジウム講演論文集（1982-7-1,2、東京）、107〜112頁に開示されている。この５足走行機構は、５足の各足を縦軸廻りに回転可能としてそれぞれモータを取付けて狭所での方向転換を可能にしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公知の脚車輪車椅子では、２脚で一対のスライド式の脚を用いるため、階段昇降時には段差の３倍の長さの脚が必要であり、昇降動作時の高さが増大して実用的な構造が得られない。また、左右の脚が同じ動作であるため、階段の段差に対し垂直に進入しなければならず旋回操作が面倒になる。またこの場合、前後左右４組の駆動車輪を全て接地させて走行しているため、方向転換のときの抵抗が大きくなり、小回りの旋回ができない。
【０００５】
一方、上記公知の５足走行機構のように、個々の車輪の方向をモータで変えることにより各足を縦軸廻りに回転可能とすれば小回りの旋回が可能になる。しかしながら、この公知技術では、車輪の方向を変えるためのモータが個々の車輪ごとに必要となって各足にモータを取付けるため、構造が複雑になるとともに制御も面倒になり、またその形状から人や大型荷物の運搬には適さない。
【０００６】
本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、人や荷物の運搬に適し、実用的でコンパクトな構造で、且つ小回りの方向転換を可能とする高い旋回性を備え、階段等の段差やスロープあるいは不整地等を円滑に昇降あるいは乗り越えて走行可能な脚車輪移動装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、搬送物を載せる移動ベースと、この移動ベースに取付けた複数の脚車輪部とを備え、これら脚車輪部はそれぞれ一対の駆動車輪及び従動車輪を有し、各脚車輪部の駆動車輪及び従動車輪にそれぞれ、これら駆動車輪及び従動車輪を互いにかつ他の脚車輪部の駆動車輪及び従動車輪からそれぞれ独立して前記移動ベースに対し昇降させる昇降機構を設け、各従動車輪を自在キャスターから構成したことを特徴とする脚車輪移動装置を提供する。
【０００８】
この構成によれば、荷物等を載せる移動ベースに一対の駆動車輪及び従動車輪からなる脚車輪部を複数ヵ所に設けて、各駆動車輪と従動車輪が独立して昇降動作可能としているため、複数の脚車輪部全てに駆動車輪が備わり、強い推進力が得られるとともに、階段等に対し前後方向の駆動車輪及び従動車輪を順番に昇降動作させることにより、移動ベースを水平に保ったまま、円滑に安定して階段等の昇降が可能になる。
【０００９】
また、複数の脚車輪部を適宜選択して駆動車輪で走行させるとともに他の脚車輪部をキャスター等の従動車輪のみで移動ベースを支持することにより、車輪による接地抵抗が減って小回りの旋回が可能になる。
【００１０】
好ましい構成例では、前記脚車輪部は、前記移動ベースに対し三角形を形成する３ヵ所の位置又は四角形を形成する４ヵ所の位置に設けられることを特徴としている。
【００１１】
この構成によれば、３ヵ所又は４ヵ所の脚車輪部でそれぞれ一対の駆動車輪及び従動車輪で移動ベースを支持することにより、移動ベースが安定して支持され円滑な荷物運搬ができる。
【００１２】
さらに好ましい構成例では、前記駆動車輪及び従動車輪は、それぞれ脚材の下端部に備わり、この脚材を上下方向にガイドするガイド部材を前記移動ベースの側面に固定し、前記昇降機構は、前記脚材を昇降動作させる昇降手段を備えたことを特徴としている。
【００１３】
この構成によれば、移動ベース側面に固定されたガイド部材に沿って、縦方向に長い脚材が昇降手段によりスライドし、移動ベースを昇降動作させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る階段昇降可能な脚車輪移動装置の一実施形態の概略斜視図、図２はその階段昇降動作の説明図である。
【００１５】
図１及び図２において、２は移動ベースを示している。移動ベース２の側面の４ヵ所には、ガイド３と脚材４及び各脚材４の下端部に備わる車輪５からなる脚ユニット１がそれぞれ２本ずつ取付けられ、４つの脚車輪部１５を形成する。各脚車輪部１５は、それぞれ２本の脚ユニット１（２本のガイド３及び２本の脚材４）を一対の脚ユニット１として有する。後述のように、一対の脚ユニット１の２本の脚材４のうち一方の車輪５はモータ内蔵の駆動車輪であり、他方は自在キャスター等の従動車輪である。
【００１６】
脚材４はガイド３に沿ってスライドする。ガイド３は、中空パイプからなり脚材４のカバーとしても機能している。移動ベース２の形状としては、円柱形や多角柱形があるが、軸廻りの回転を防止するため及び荷積みのしやすさなどから図のような四角柱形が好ましい。また、二等辺三角柱形として各頂点３ヵ所に脚車輪部１５を設けても、少ない本数の脚ユニットで移動ベースを安定して支持できる。
【００１７】
各脚ユニット１は、移動ベース２の下面に設けることも可能であるが、移動ベース２の重心を低くして安定走行をさせるために側面に設けることが好ましい。この場合、四角柱形状の移動ベースであれば、相対向する２側面の端部近傍の対向位置に設けることが望ましい。なお、脚ユニット１は、一般には６本以上あればよい。脚ユニット１の数が少ない方が軽量であり、脚ユニット１の数が多い方が安定性が高い。図のように、四角柱形状の移動ベース２の場合、軽量化と安定性の点から合計８個の脚ユニット１を備えることが望ましい。また、安定性のために前後左右にそれぞれ２本ずつ設けることが望ましい。
【００１８】
移動ベース２の材質としては、鋼、ステンレス、アルミニウム合金、マグネシウム合金などの金属材料や、ＦＲＰなどの複合材料や、プラスチック材料などを用いることができるが、このうち軽量、安価で加工が容易である点からアルミニウム合金を用いることが好ましい。
【００１９】
ガイド３及び脚材４の材質としては、移動ベース２と同様に、金属材料、複合材料、プラスチック材料を用いることができるが、このうち軽量、安価で加工が容易である点からアルミニウム合金を用いることが好ましい。
【００２０】
脚材４の形状としては、軽量化を図ることができる点から中空パイプであることが好ましい。また、ガイド３及び脚材４は、ガイド３に対する脚材４の縦軸廻りの回転を容易に拘束できる点から角パイプであることが好ましい。
【００２１】
脚材４をガイド３に沿って直動スライドさせるための機構としては、ボールねじ、チェーン、ベルト、ワイヤなどを用いることができる。このうち、軽量で占有体積が小さく、かつ強い駆動力を確実に伝達できる点からチェーンを用いることが好ましい。
【００２２】
図３は、脚材４を直動させるための昇降機構を内蔵した脚ユニット１の一部破断構成図である。
【００２３】
図示したように、この昇降機構は、四角パイプのガイド３と、ガイド３の内部に上下にスライド可能に収納された脚材４と、ガイド３の下部の内側の４面に取付けられ脚材４の動きを直動のみに拘束しているスペーサ６と、ガイド３の上部の内側の４面に取付けられ脚材４の動きを直動のみに拘束しているスペーサ７と、脚材４の上部に取付けられたチェーン止め８と、両端がチェーン止め８に固定されたチェーン９と、ガイド３の内部の下方に配置されチェーン９を駆動するスプロケット１０と、ガイド３の内部の上方に配置され回転自在のアイドルスプロケット１１と、アイドルスプロケット１１を支持している支持軸１２と、スプロケット１０を駆動する減速機１３と、減速機１３を駆動するモータ１４とから構成されている。
【００２４】
スペーサ６及びスペーサ７の材質はプラスチックであるが、このなかでも滑りがよいフッ素樹脂を用いることが好ましい。また、さらに滑らかに脚材４を直動させるために、スペーサ６，７に代えてベアリングを用いてもよい。
【００２５】
チェーン止め８の材質としては、鋼、ステンレス、アルミニウム合金などの金属材料を用いることができるが、なかでも高強度である点から鋼又はステンレスを用いることが好ましい。また、鋼を用いる場合は表面に錆止めを施すことが望ましい。スプロケット１０、アイドルスプロケット１１及び支持軸１２の材質としても、鋼、ステンレス、アルミニウム合金などの金属材料を用いることができるが、前記チェーン止め８と同様の理由から錆止めを施した鋼やステンレスを用いることが望ましい。
【００２６】
モータ１４の回転は減速機１３を介してスプロケット１０に伝達される。スプロケット１０の回転運動は、チェーン９によりチェーン止め８の直動運動へと変換される。チェーン止め８の運動は、脚材４へ伝達される。これにより、脚材４の上下直線状の昇降スライド運動を生成している。
【００２７】
図４は、本発明に係る階段昇降可能な脚車輪移動装置の１実施形態の下面図である。
図４において、２は移動ベースを示している。５ａ〜５ｈは、車輪を示している。一般に車輪には、駆動力を持つ能動車輪（駆動車輪）と、駆動力を持たない受動車輪（従動車輪）の２つのタイプがある。図の５ａから５ｈまでの車輪に対してどちらのタイプの車輪を用いるかについては、複数の組合せが存在するが、それぞれ５ａと５ｂは同じタイプ、５ｃと５ｄは同じタイプ、５ｅと５ｆは同じタイプ、５ｇと５ｈは同じタイプの車輪を用いることが好ましい。能動車輪の数が多いほど強い推力を生成することができ、能動車輪の数が少ないほど軽量であり、旋回時の車輪の滑り（摩擦抵抗となる走行面に対する擦れ）も少ない。推力と重量及び階段昇降時の遊脚などを考慮すると、能動車輪は４個とすることが好ましい。さらに旋回性能などを考慮すると、車輪５ｃと５ｄ及び車輪５ｇと５ｈを能動車輪とすることが好ましい。受動車輪には旋回性能を高めるために、自在キャスターを用いることが好ましい。
【００２８】
図５は、前述のように、車輪５ｃ，５ｄ，５ｇ，５ｈを能動車輪とし、車輪５ａ，５ｂ，５ｅ，５ｆを受動車輪とした実施例の斜視図である。
図６（ａ）〜（ｄ）は、図５の脚車輪移動装置による階段昇降動作の一例を順番に示す説明図である。
【００２９】
各ペアの脚ユニット１間の間隔や前後の脚車輪部１５間の間隔及び階段の寸法等により、移動動作させる脚ユニット１の順番は異なる。図６においては、まず（ａ）で先頭の自在キャスター５ａの脚ユニット１を上げて少し前進する。続いて（ｂ）では、この先頭の自在キャスター５ａを接地させて前進し、この先頭の自在キャスターとペアの先頭の能動車輪５ｃの脚ユニット１を上げる。続いて（ｃ）では、能動車輪５ｃを接地させて前進し、後部側の受動車輪５ｅを上げる。続いて（ｄ）では、受動車輪５ｅを接地させて前進するとともに最後尾の能動車輪５ｇを上げる。このような（ａ）〜（ｄ）の動作の繰返しによって階段を昇っていく。階段を降りるときには、脚ユニット１を上げる代わりに下げることによって、ほぼ同様の動作で階段を降りることができる。
【００３０】
図７は本発明の適用例を示し、車椅子を搭載した本発明に係る脚車輪移動装置の斜視図である。
図８は本発明の別の適用例を示し、大型荷物（例えば冷蔵庫）を搭載した本発明に係る脚車輪移動装置の斜視図である。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、荷物等を載せる移動ベースに一対の駆動車輪及び従動車輪からなる脚車輪部を複数対設けて、各駆動車輪と従動車輪が独立して昇降動作可能としているため、複数の脚車輪部全てに駆動車輪が備わり、強い推進力が得られるとともに、階段等に対し前後方向の駆動車輪及び従動車輪を順番に昇降動作させることにより、移動ベースを水平に保った状態で、円滑に安定して階段等の昇降が可能になる。
【００３２】
また、複数の脚車輪部を適宜選択して駆動車輪で走行させるとともに他の脚車輪部をキャスター等の従動車輪のみで移動ベースを支持することにより、車輪による接地抵抗が減って小回りの旋回が可能になる。
【００３３】
また、伸長式の脚材を用いることにより、階段昇降時に脚部分が邪魔にならず実用的である。また、それぞれの脚ユニットが独立して動くため、階段に対し斜めに昇降することもできる。
【００３４】
なお、本発明の脚車輪移動装置は、階段昇降のみでなく、スロープや段差あるいは不整地等の凹凸のある路面を安定して移動可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の基本構成を示す斜視図。
【図２】図１の装置の動作説明図。
【図３】本発明の脚ユニットの構成図。
【図４】本発明の実施形態の車輪配置説明図。
【図５】図４の実施形態の斜視図。
【図６】図５の実施形態の動作説明図。
【図７】本発明の適用例の斜視図。
【図８】本発明の別の適用例の斜視図。
【符号の説明】
１：脚ユニット、２：移動ベース、３：ガイド、４：脚材、５：車輪、
５ａ，５ｂ，５ｅ，５ｆ：従動車輪（受動車輪）
５ｃ，５ｄ，５ｇ，５ｈ：駆動車輪（能動車輪）、６，７：スペーサ、
８：チェーン止め、９：チェーン、１０：スプロケット、
１１：アイドルスプロケット、１２：支持軸、１３：減速機、１４：モータ、
１５：脚車輪部。

Claims

搬送物を載せる移動ベースと、
この移動ベースに取付けた複数の脚車輪部とを備え、
これら脚車輪部はそれぞれ一対の駆動車輪及び従動車輪を有し、
各脚車輪部の駆動車輪及び従動車輪にそれぞれ、これら駆動車輪及び従動車輪を互いにかつ他の脚車輪部の駆動車輪及び従動車輪からそれぞれ独立して前記移動ベースに対し昇降させる昇降機構を設け、
各従動車輪を自在キャスターから構成したことを特徴とする脚車輪移動装置。
前記脚車輪部は、前記移動ベースに対し三角形を形成する３ヵ所の位置又は四角形を形成する４ヵ所の位置に設けられることを特徴とする請求項１に記載の脚車輪移動装置。
前記駆動車輪及び従動車輪は、それぞれ脚材の下端部に備わり、この脚材を上下方向にガイドするガイド部材を前記移動ベースの側面に固定し、前記昇降機構は、前記脚材を昇降動作させる昇降手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の脚車輪移動装置。
前記複数の脚車輪部の各駆動車輪及び従動車輪を選択的に昇降動作させることにより、前記移動ベースを常に水平に保って移動するように構成したことを特徴とする請求項１，２または３に記載の脚車輪移動装置。