JP5413771B2

JP5413771B2 - 段差乗越車輪及び車輪型ロボット

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Publication number: JP5413771B2
Application number: JP2008334566A
Authority: JP
Inventors: 寿弘入江
Original assignee: Nihon University
Current assignee: Nihon University
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: JP2010155520A

Description

本発明は、凸状段差を乗越可能な段差乗越車輪及び車輪型ロボットに関する。

従来の段差乗越車輪としては、例えば特許文献１に示すようなものがある。この段差乗越車輪は、転動走行可能とする走行輪を備え、該走行輪に対して放射方向に出没可能に支持された係合アームが取り付けられている。

かかる段差乗越車輪は、係合アームが没入して、平坦面等を転動走行することができる。そして、転動走行時に階段等の凸状段差に当接すると、強制的に転動走行が停止され、係合アームが走行輪に対して突出する。突出した係合アームは、凸状段差に対して係合し段差乗越車輪の乗越え動作を行わせることができる。

しかしながら、従来の構成では、段差乗越用の構造が複雑化し、部品点数も多くなるという問題があった。

特開２００８−１３２９０８号公報

解決しようとする問題点は、段差乗越用の構造が複雑化し、部品点数が多くなる点にある。

本発明は、段差乗越用の構造を簡素化するため、周回状の走行面を有し転動走行可能とする走行輪を備え、該走行輪を、周方向複数の分割部に分割し、該分割部を、前記走行輪の放射方向に出退開閉可能に支持した段差乗越車輪であって、前記走行輪の駆動を行う駆動軸側から放射方向に延設され相互間が放射方向に開放された複数のアーム部を備え、前記各分割部は、前記アーム部の先端側に渡る円弧部及び前記走行輪の転動走行方向で前記円弧部の後端側に支持部を備え、前記各支持部が前記各アーム部先端に回転自在に支持され、前記各分割部は、前記各支持部を中心に回動変位し放射方向に対し出退開閉して前記各アーム部間を開閉可能としたことを最も主要な特徴とする。

本発明の段差乗越車輪によれば、周回状の走行面を有し転動走行可能とする走行輪を備え、該走行輪を、周方向複数の分割部に分割し、該分割部を、前記走行輪の放射方向に出退開閉可能に支持した段差乗越車輪であって、前記走行輪の駆動を行う駆動軸側から放射方向に延設され相互間が放射方向に開放された複数のアーム部を備え、前記各分割部は、前記アーム部の先端側に渡る円弧部及び前記走行輪の転動走行方向で前記円弧部の後端側に支持部を備え、前記各支持部が前記各アーム部先端に回転自在に支持され、前記各分割部は、前記各支持部を中心に回動変位し放射方向に対し出退開閉して前記各アーム部間を開閉可能としたため、走行輪自体の一部を利用することで、段差乗越用の構造を簡素化することができる。

段差乗越用の構造を簡素化するという目的を、平坦地での転動走行性能を損なうことなく実現した。

［段差乗越車輪の構成］
図１は、本発明の実施例１に係る段差乗越車輪を示している。

図１の段差乗越車輪１は、例えば、台車、車椅子、或いは移動ロボット等の走行機械器具の車輪として用いられるものである。この段差乗越車輪１は、支持フレーム部３と、走行輪５とを備えている。

前記支持フレーム部３は、筒状の軸支持部７を備えている。軸支持部７は、その軸心部に貫通形成された支持孔９によって転動軸１１を支持している。転動軸１１は、例えば走行機械器具の駆動源（図示せず）に接続されて軸周り回転駆動されるようになっている。

軸支持部７の外周面には、複数、例えば４本のアーム部１３が放射方向に延設されている。前記アーム部１３は、軸支持部７の周方向に所定角度（ピッチ）毎、例えば約９０°毎に配置されている。ただし、アーム部１３の本数及び角度は任意であり、例えば３本のアーム部１３を約１２０°毎に配置することも可能である。前記のような支持フレーム部３には、環状の走行輪５が支持されている。

走行輪５は、外周に周回状の走行面１５が形成され、段差乗越車輪１の転動走行を可能としている。この走行輪５は、周方向複数、例えば４つの分割部１７に等分割されている。ただし、分割部１７の分割数は任意であり、例えば３つの分割部に等分割することも可能である。また、分割部の分割は、等分割でなくても良い。

各分割部１７は、前記支持フレーム部３の隣接するアーム部１３，１３間に配置されている。分割部１７は、扇形フレーム部１９を備えている。

扇形フレーム部１９は、例えば中心角が約９０°に形成されている。扇形フレーム部１９は、前記アーム部１３，１３の先端間にわたる約１／４円弧状の円弧部２１を備えている。円弧部２１の外周面には、例えばゴムなどからなる帯状の弾性部材２３が取り付けられている。弾性部材２３の外周面は、分割走行面２５となっており、他の分割部１７の分割走行面２５と共に周回状の走行面１５を構成する。前記円弧部２１の内周面には、リブ２７が設けられて補強が行われている。円弧部２１の周方向両端からは、放射方向に延設された半径部２９，３１を備えている。

半径部２９，３１は、それぞれ前記アーム部１３，１３に沿って形成されている。一方の半径部２９と円弧部２１との間には、支持部３３が設けられている。支持部３３は、転動走行方向（矢印ａ方向）の後端側に配置されたアーム部１３先端に、支持ピン３５を介して回転自在に支持されている。

従って、分割部１７は、支持部３３を中心に転動走行方向の前端側が回動変位して、走行輪５の放射方向に出退開閉できるようになっている。なお、分割部１７は、後述するアクチュエータ３７によって約９０°の範囲で回動変位する。

他方の半径部３１と円弧部２１との間には、湾曲部３９が設けられている。湾曲部３９は、隣接した分割部１７の支持部３３に沿って湾曲形成されている。従って、湾曲部３９は、図１（ａ）のように、分割部１７の閉じ状態で前記隣接した分割部１７の支持部３３に係合する。前記半径部２９，３１の中心部側は、中心湾曲部４１を介して結合されている。

中心湾曲部４１は、支持フレーム部３の軸支持部７に沿って湾曲形成されている。従って、中心湾曲部４１は、分割部１７の閉じ状態で軸支持部７に係合する。

前記分割部１７の扇形フレーム部１９は、中心湾曲部４１と他方の半径部３１との間に、エッジ状の係合爪４３が形成されている。係合爪４３は、図１（ｂ）のように、分割部１７の開状態（突出展開状態）で転動走行方向の前端に配置されるようになっている。この係合爪４３は、後述するように、凸状段差としての階段４７の踏み板４９に引っ掛かり係合するようになっている。

また、分割部１７の扇形フレーム部１９は、他方の半径部３１に係合面４５が設けられている。係合面４５は、図１（ａ）のように、分割部１７の開状態で係合爪４３に対する転動走行方向の後端側に配置される。この係合面４５は、後述するように、階段４７の踏み板４９に面係合するようになっている。また、係合面４５は、分割部１７の閉じ状態で、隣接した分割部１７の一方の半径部２９裏面に当接するようになっている。

前記分割部１７は、アクチュエータ３７によって出退開閉駆動されるようになっている。アクチュエータ３７は、例えば、油圧或いは空気圧シリンダーからなり、支持フレーム部３と分割部１７との間に設けられている。

前記アクチュエータ３７は、転動走行方向後端側のアーム部１３に寄せて配置されている。そして、アクチュエータ３７の一端部５１は、支持フレーム部３の軸支持部７外周に、隣接するアーム部１３，１３間の周方向中間部でヒンジ結合されている。アクチュエータ３７の他端部５３は、分割部１７の扇形フレーム部１９のリブ２７に、転動走行方向の後端側でヒンジ結合されている。

前記アクチュエータ３７は、走行機械器具の操縦者の操作等によって伸縮制御されるようになっている。かかる伸縮により、アクチュエータ３７は分割部１７を出退開閉させる。アクチュエータ３７の伸縮時は、両端部５１，５３のヒンジ結合によって全体として傾動し、円滑動作を行わせることができる。
［段差乗越車輪の作用］
本実施例の段差乗越車輪１では、図１のように、全分割部１７を閉じ状態として、平坦地である走行路５５の転動走行を行うことができる。すなわち、転動走行時は、全分割部１７の分割走行面２５によって通常の車輪と同様の周回状走行面１５を構成することができる。従って、段差乗越車輪１は、転動走行性能を損なうことなく、平坦地を円滑に転動走行することができる。

また、分割部１７の閉じ状態では、各分割部１７の係合面４５が、隣接した分割部１７の一方の半径部２９裏面に当接している。このため、各分割部１７は、相互支持状態となり、走行面１５を安定形成することができる。この結果、段差乗越車輪１は、より円滑に平坦地の転動走行を行うことができる。

さらに、各分割部１７は、その湾曲部３９が隣接する分割部１７の支持部３３に係合すると共に中心湾曲部４１が支持フレーム部３の軸支持部７に係合する。従って、段差乗越車輪１は、走行面１５を、より安定形成することができる。

かかる段差乗越車輪１は、図２及び図３のように、分割部１７を選択的に突出展開させて、凸状段差である階段４７の乗り越えを行わせることができる。

図２及び図３は図１の段差乗越車輪の階段昇り動作の説明図であり、図２は一段目の昇り動作時、図３は二段目の昇り動作時を示している。

まず、階段４７の一段目５７を乗り越える場合について、図２を参照して説明する。

一段目５７の乗越の際には、図２（ａ）のように、一分割部１７を選択的に突出展開させた開状態とする。分割部１７の突出展開は、アクチュエータ３７を伸延駆動し、分割部１７の転動走行方向前端側を突出回動変位させることで行われる。従って、段差乗越車輪１では、突出展開動作を円滑に行わせることができる。

前記突出展開させる分割部１７は、一段目５７のけこみ板５９に対する走行面１５の当接時或いは当接直前に、支持部３３が上部側に配置されるものを選択する。これにより、突出展開した分割部１７の軌跡上に一段目５７の踏み板４９を配置させることができる。

次いで、段差乗越車輪１を転動走行駆動する。これにより、段差乗越車輪１は、一段目５７のけこみ板５９に当接しながら転動する。この結果、図２（ｂ）のように、開状態の分割部１７は、転動走行方向の前方側に移動し、係合爪４３を一段目５７の踏み板４９に引っ掛かり係合させることができる。

係合爪４３が引っ掛かり係合すると、段差乗越車輪１は係合爪４３を中心に一段目５７に対する全体的な乗越回転を行う。この乗越回転により、段差乗越車輪１が走行路５５から浮き上がる。なお、乗越回転は、下部側に支持部３３が配置された分割部１７を突出展開させて、アシストすることも可能である。
前記乗越回転の進行に応じて、開状態の分割部１７が段差乗越車輪１と共に全体として回転する。この結果、図２（ｃ）のように、係合面４５が一段目５７の踏み板４９に面係合する。この状態では、前記転動走行駆動に応じて、係合面４５が一段目５７の踏み板４９を蹴り込み、さらに乗越回転を進行させる。

これにより、開状態の分割部１７は、図２（ｄ）のように、段差乗越車輪１と共に全体として回転し、分割走行面２５端部が一段目５７の踏み板４９に引っ掛かり係合する。なお、係合面４５から分割走行面２５端部への係合の遷移は、湾曲部３９の傾斜によって円滑に行わせることができる。

こうして段差乗越車輪１は、一段目５７上に移動し、一段目５７を乗り越えて昇ることができる。

次に、続けて階段４７の二段目を乗り越える場合について図３を参照して説明する。

二段目６１の乗越の際には、図３（ａ）のように、他の分割部１７を選択的に突出展開させる。突出展開させる分割部１７は、乗越回転による軌跡上に二段目６１の踏み板４９が配置されるものを選択する。本実施例では、既開状態の分割部１７（先の分割部１７）に転動走行方向後端側で隣接した分割部１７（後の分割部）を選択している。

次いで、図３（ｂ）のように、段差乗越車輪１を転動走行駆動し、先の分割部１７を中心とした乗越回転を行わせる。かかる乗越回転により、後の分割部１７の係合爪４３を二段目６１の踏み板４９に引っ掛かり係合させることができる。

この結果、段差乗越車輪１は、後の分割部１７の係合爪４３を中心にして二段目６１に対する全体的な乗越回転を行い、図３（ｃ）のように、後の分割部１７の係合面４５を二段目６１の踏み板４９に面係合させることができる。このとき、先の分割部１７は、退避させて閉じ状態としておく。

その後、段差乗越車輪１は、一段目５７と同様にして、二段目６１を乗り越えて昇ることができる。なお、三段目以降も、二段目６１と同様に乗越を行わせることができる。

また、段差乗越車輪１は、昇る場合と同様に、降下回転による軌跡上に下段側の踏み板が配置される分割部１７を選択的に突出展開させて、階段４７を安定して降りることができる。従って、段差乗越車輪１では、階段４７の昇降を行わせることができる。
［実施例１の効果］
本発明の実施例１に係る段差乗越車輪１は、周回状の走行面１５を有し転動走行可能とする走行輪５を備え、走行輪５を周方向複数の分割部１７に分割し、分割部１７を、走行輪５の放射方向に出退開閉可能に支持している。そして、段差乗越車輪１は、分割部１７を突出展開して凸状段差としての階段４７に係合させ階段４７に対する乗越回転を行う。

従って、段差乗越車輪１は、走行輪５自体の一部を利用して階段４７を容易且つ確実に乗り越えることができ、段差乗越用の構造を簡素化することができる。しかも、段差乗越車輪１は、前記のように走行輪５自体の一部を利用しているため、用途に応じた小型化も容易に行うことができる。

また、分割部１７の閉じ状態では、全分割部１７の分割走行面２５によって通常の車輪と同様の周回状走行面１５を構成することができ、転動走行性能を損なうことなく、平坦地を円滑に転動走行することができる。

また、分割部１７の閉じ状態では、各分割部１７が相互支持状態であるため、走行面１５を安定形成することができ、より円滑に平坦地の転動走行を行わせることができる。

さらに、分割部１７の閉じ状態では、各分割部１７が、扇形フレーム部１９の湾曲部３９が隣接する分割部１７の支持部３３に係合すると共に中心湾曲部４１が支持フレーム部３の軸支持部７に係合するため、より安定して走行面１５を形成することができる。

前記分割部１７は、転動走行方向の前端側が出退回動変位するため、出退開閉動作を円滑に行わせることができる。

また、分割部１７は、突出展開時の転動走行方向の前端側に、階段４７に引っ掛かり係合する係合爪４３を備えたため、階段４７に対する係合動作を確実に行わせることができる。

分割部１７は、走行輪５を周方向に等分割されてなるため、容易且つ確実に階段４７に対する係合を行わせることができる。

また、本実施例では、分割部１７を出退開閉駆動するアクチュエータ３７を備えたため、出退開閉動作を迅速且つ円滑に行わせることができる。

本発明の実施例２は、実施例１の段差乗越車輪を走行機械器具としての車輪型ロボットに適用したものである。
［車輪型ロボットの構造］
図４〜図６は、本発明の実施例２の車輪型ロボットに係り、図４は、平面図、図５は、断面図、図６は、正面図である。

図４〜図６のように、車輪型ロボットは、車台フレーム１００に対し、連動ベベル・ギヤ１０３，１０５を備えた操向連動軸１０７と操向ベベル・ギヤ１０９，１１１を備えた前後輪操向軸１１３，１１５と上記実施例１の段差乗越車輪１を適用した前後輪１１７，１１９，１２１，１２３と駆動源としての駆動部１２５，１２７とを有している。なお、前後輪１１７，１１９，１２１，１２３は、少なくとも駆動輪のみを段差乗越車輪１としても良い。

前記車台フレーム１００は、走行前後方向に延設され走行方向前後の前輪車台部１２９及び後輪車台部１３１からなっている。前輪車台部１２９及び後輪車台部１３１は、金属又は樹脂などの矩形板材により形成されている。

前輪車台部１２９上には、回転軸心が走行前後方向の軸受部としてベアリングを内蔵したベアリング・ケース１３３と軸受メタルなどで形成された軸支持金具１３５，１３７とが設けられている。前輪車台部１２９の前端下部には、回転軸心が上下方向の軸受部としてベアリングを内蔵したベアリング・ケース１３９が設けられている。

後輪車台部１３１上には、回転軸心が走行前後方向の軸受部としてベアリングを内蔵したベアリング・ケース１４１，１４３が設けられている。後輪車台部１３１の後端下部には、回転軸心が上下方向の軸受部としてベアリングを内蔵したベアリング・ケース１４５が設けられている。

前記操向連動軸１０７は、金属製などによる回転軸であり、前記ベアリング・ケース１３３、軸支持金具１３５，１３７により前輪車台部１２９上に回転自在に支持され、前記ベアリング・ケース１４１，１４３により後輪車台部１３１上に回転自在に支持されている。

この操向連動軸１０７は、車台フレーム１００に前後に渡って延設され前後部に前記連動ベベル・ギヤ１０３，１０５を備えている。

前記前後輪操向軸１１３，１１５は、ベアリング・ケース１３９，１４５にそれぞれ回転自在に支持されている。この前後輪操向軸１１３，１１５の上端には、前記操向ベベル・ギヤ１０９，１１１が同心状に各別に固定支持されている。操向ベベル・ギヤ１０９，１１１は、前記連動ベベル・ギヤ１０３，１０５にそれぞれ噛み合っている。前後輪操向軸１１３，１１５の下端部には、結合部材１４７，１４８を介して前後横フレーム１４９，１５１の左右中央部が固定支持されている。

この前後横フレーム１４９，１５１は、前記前後輪１１７，１１９，１２１，１２３の転動軸である車軸１５３，１５５，１５７，１５９と同高さで左右に延設配置されている。すなわち、前後横フレーム１４９，１５１の左右両端には、前記前後輪１１７，１１９，１２１，１２３の前後車軸１５３，１５５，１５７，１５９が図示しない懸架装置を介してそれぞれ回転自在に支持され、それぞれ独立回転可能となっている。

前記駆動部１２５，１２７は、前後輪の少なくとも一方、本実施例では左右前輪１１７，１１９を各別に回転駆動するものとして設けられている。

この駆動部１２５，１２７は、電動モータ１６１，１６３及び駆動伝達部１６５，１６７とからなっている。電動モータ１６１，１６３は、前横フレーム１４９上左右両側にブラケット１６９，１７１により固定支持されている。駆動伝達部１６５，１６７は、ギヤ伝動であり、電動モータ１６１，１６３の駆動軸１６１ａ，１６３ａに固定された駆動ギヤ１６５ａ，１６７ａと車軸１５３，１５５側に固定された従動ギヤ１６５ｂ，１６７ｂとからなっている。
［車輪型ロボットの動作］
本発明実施例の車輪型ロボットの動作は、遠隔操作による電動モータ１６１，１６３の制御、各種センサ及びコントローラを備えることによる電動モータ１６１，１６３の制御の何れによるものでもよい。

（直進走行）
平地走行において、電動モータ１６１，１６３の双方を同回転速度で駆動すると、駆動ギヤ１６５ａ，１６７ａ及び従動ギヤ１６５ｂ，１６７ｂを介して車軸１５３，１５５が同回転速度で駆動され、前輪１１７，１１９が同回転速度で走行回転する。

したがって、車輪型ロボットは、直進走行することができる。

（旋回走行）
電動モータ１６１，１６３の一方、例えば右の電動モータ１６３を左の電動モータ１６１よりも早く回転駆動し、或いは右の電動モータ１６３のみを回転駆動すると、右の前輪１１９が左の前輪１１７に対して先行回転する。

この右の前輪１１９の先行回転により、図４の破線図示のように前横フレーム１４９が前輪操向軸１１３を介し前輪車台部１２９側のベアリング・ケース１３９に対して操向回転する。

この前輪操向軸１１３の回転により操向ベベル・ギヤ１０９が軸心回りに回転し、この回転が連動ベベル・ギヤ１０３、操向連動軸１０７、連動ベベル・ギヤ１０５、操向ベベル・ギヤ１１１を介して後輪操向軸１１５に伝達される。

この回転伝達により後輪操向軸１１５がベアリング・ケース１４５に対して操向回転し、後横フレーム１５１が前横フレーム１４９に対し図４のように逆方向へ回転する。

これら前後横フレーム１４９，１５１の操向回転により車輪型ロボットの旋回中心を前後車軸１５３，１５５，１５７，１５９間中央を横切る直線上に採ることができ、内輪差を無くして前後輪１１７，１１９，１２１，１２３を同一軌道上で旋回走行させることができて無駄のない動きを行わせることができる。

（段差の片輪乗り越え）
本実施例の車輪型ロボットは、上記実施例１同様、前後輪１１７，１１９，１２１，１２３の分割部１７を選択的に突出展開させて、凸状段差である障害物ＯＢ１に乗り越えを行わせることができる。

図７は、前輪の一方が障害物を乗り上げている状況を示す平面図、図８は、同正面図である。

図７においては、前後輪１１７，１１９，１２１，１２３間がリンク１７５により機構的に連結された比較例を破線で同時に示している。

この比較例によると、例えば左前輪が障害物ＯＢ１に乗り上げると前後輪間にねじれを生じ、このねじれがリンクを介して後輪側に伝達され、後輪側が破線図示のように直進方向からずれるように操向され、直進性が損なわれることになる。

これに対し、本実施例２の車輪型ロボットでは、例えば左前輪１５５が障害物ＯＢに乗り上げると前横フレーム１４９の左右傾斜により車台フレーム１００が平面から見て直進方向に対し傾斜することになるが、後横フレーム１５１の直進方向に対する姿勢を概ね維持させることができる。

すなわち、前輪１１７が障害物ＯＢ１を乗り越えるとき、後横フレーム１５１が何らの姿勢修正も受けなければ、平面から見て操向方向に対し傾斜した車台フレーム１００に直交する後横フレーム１５１は、操向方向に対して比較例と同様に向きがずれ、直進性が損なわれることになる。

しかし、操向ベベル・ギヤ１０９及び連動ベベル・ギヤ１０３を介して後横フレーム１５１が直進性を維持する方向へ連動して姿勢修正され、車輪型ロボットの直進性を向上させることができる。

また、乗り上げ車輪側の前横フレーム１４９が左右に傾斜し、この傾斜は前輪車台部１２９が後輪車台部１３１に対して操向連動軸１０７を中心に相対回転することで許容される。

この前横フレーム１４９，１５１の傾斜が許容されることで障害物乗り越え時に４輪を接地させ、安定した走行を行わせることができる。

このような動作は、前輪１１９、後輪１２１，１２３の何れかが障害物に乗り上げるときも同様である。

（障害物の両輪乗り越え）
図９は、前輪の双方が障害物を乗り上げる状況を示す平面図である。

図９では、破線図示のように直進走行してきた車輪型ロボットの前輪１１７，１１９を、障害物ＯＢ２に実線図示のように平行に対向させるため、一方の前輪１１７が最下段に当接したときからその前輪１１７の回転を停止させ、他方の前輪１１９を回転駆動し、前記同様の旋回走行動作を行わせる。

この旋回走行動作により、前輪１１７，１１９の双方を、障害物ＯＢ２に当接させることができる。

この位置から、外輪となる前輪１１９をさらに回転駆動すると前輪１１９のみが、障害物ＯＢ２に乗り上げ動作する。このとき、前輪１１９は、上記実施例１と同様にして分割部１７を選択的に突出展開させる。

次に、前輪１１９を停止して前輪１１７を回転駆動すると既に乗り上げた前輪１１９に対して前輪１１７のみが乗り上げ動作する。このとき、前輪１１７は、上記実施例１と同様にして分割部１７を選択的に突出展開させる。

このような前輪１１７，１１９の交互の乗り上げ動作は、前輪車台部１２９が後輪車台部１３１に対して操向連動軸１０７を中心に相対回転することで許容される。

この交互の乗り上げ動作により、階段も１段づつ登らせることができる。

図９の実線図示状態で、双方の前輪１１７，１１９をと共に駆動することで障害物ＯＢ２に乗り上げさせることもできる。

乗り上げ後は、分割部１７を突出展開させつつ前輪１１７，１１９の交互の降下動作を行うことができる。
［実施例２の効果］
本発明実施例２の車輪型ロボットは、走行前後方向に延設され走行方向前後の前輪車台
部１２９及び後輪車台部１３１からなる車台フレーム１００と、前記前後輪車台部１２９，１３１のそれぞれに設けられ回転軸心が走行前後方向のベアリング・ケース１３３、軸受金具１３５，１３７、ベアリング・ケース１４１，１５１に回転自在に支持され前記車台フレーム１００に前後に渡って延設され前後部に連動ベベル・ギヤ１０３，１０５を備えた操向連動軸１０７と、前記前後輪車台部１２９，１３１に各別に設けられ回転軸心が上下方向のベアリング・ケース１３９，１４５に回転自在に支持され下部に前後横フレーム１４９，１５１を各別に固定支持し前記前後部の連動ベベル・ギヤ１０３，１０５に各別に噛み合う操向ベベル・ギヤ１０９，１１１を各別に固定した前後輪操向軸１１３，１１５と、前記前後横フレーム１４９，１５１の左右側にそれぞれ回転自在に支持された左右の前後輪１１７，１１９，１２１，１２３と、前記前輪１１７，１１９を回転駆動する駆動部１２５，１２７とを備えた。

このため、左右前後輪１１７，１１９，１２１，１２３の何れか、例えば前輪１１７が障害物を乗り越えるとき、乗り上げ車輪１１７側の前横フレーム１４９が左右に右下降傾斜し、この傾斜は前後輪車台部１２９，１３１が操向連動軸１０７を中心に相対回転することで許容される。

この前横フレーム１４９の傾斜が許容されることで障害物乗り越え時に４輪１１７，１１９，１２１，１２３を接地させ、安定した走行を行わせることができる。特に、本実施例では、分割部１７によって傾斜が大きくなりやすいため、有効である。

同時に、操向ベベル・ギヤ１０９及び連動ベベル・ギヤ１０３を介して後横フレーム１５１が直進性を修正維持する方向へ連動して姿勢修正され、車輪型ロボットの直進性を向上させることができる。

平地操向での前横フレーム１４９の操向により操向ベベル・ギヤ１０９，１１１及び連動ベベル・ギヤ１０３，１０５を介して後横フレーム５１が逆方向へ連動して操向されるから、旋回中心を、前後車軸間中央を横切る直線上に採ることができ、内輪差を無くして前後輪１１７，１１９，１２１，１２３を同一軌道上で旋回走行させることができ、無駄のない動きを行わせることができる。

しかも、前輪１１７，１１９の一方が障害物を乗り越えるとき、前横フレーム１４９の傾斜により車台フレーム１００が平面から見て直進方向に対し傾斜することになるが、操向ベベル・ギヤ１０９，１１１及び連動ベベル・ギヤ１０３，１０５を介して後横フレーム１５１が直進性を修正する方向へ連動して姿勢修正されるから後横フレーム１５１の直進方向に対する姿勢を概ね維持させ、車輪型ロボットの直進性を向上させることができる。特に、本実施例では、分割部１７によって傾斜が大きくなりやすいため、有効である。

前記駆動部１２５，１２７は、前記前横フレーム１４９に支持された左右の電動モータ１６１，１６３と、前記電動モータ１６１，１６３の回転を前記前輪１１７，１１９に伝達するギヤ伝動の駆動伝達部１６５，１６７とからなる。

このため、車輪型ロボットを前輪駆動により走行させることができる。また、電動モータ１６１，１６３の回転速度を調節することで、前記操向を行わせることができる。

前記前後横フレーム１４９，１５１は、前記前後輪１１７，１１９，１２１，１２３の車軸１５３，１５５，１５７，１５９と同高さで左右に延設配置された。

このため、重心の低い車輪型ロボットを得ることができる。

図１０，図１１は、本発明の実施例３に係り、図１０は、障害物との関係で示す車輪型ロボットの斜視図、図１１は、障害物上を通過走行する車輪型ロボットの斜視図である。なお、基本的な構成は、実施例２と同様であり、同一又は対応する構成部分には同符号又は同符号にＡを付し、重複した説明は省略する。

本実施例の車輪型ロボットは、前後横フレーム１４９Ａ，１５１Ａの構成を変更したものである。

すなわち、本実施例の前後横フレーム１４９Ａ，１５１Ａは、横架設フレーム１４９Ａａ，１５１Ａａと脚フレーム１４９Ａｂａ，１４９Ａｂｂ，１５１Ａｂａ，１５１Ａｂｂとからなっている。

横架設フレーム１４９Ａａ，１５１Ａａは、金属パネルや樹脂パネルで形成され、ベアリング・ケース１３９Ａの下端に固定され、前記前後輪１１７，１１９，１２１，１２３の車軸１５３，１５５，１５７，１５９よりも高位に配置されている。

脚フレーム１４９Ａｂａ，１４９Ａｂｂ，１５１Ａｂａ，１５１Ａｂｂは、横架設フレーム１４９Ａａ，１５１Ａａの各両端にそれぞれ支持され各下端部側に前記前後輪１１７，１１９，１２１，１２３が回転自在に支持されている。

本実施例において、脚フレーム１４９Ａｂａ，１４９Ａｂｂ，１５１Ａｂａ，１５１Ａｂｂは、ピストン・シリンダ装置で構成され、伸縮駆動により横架設フレーム１４９Ａａ，１５１Ａａの高さ調整を行わせることができる。

この構成により、前記脚フレーム１４９Ａｂａ，１４９Ａｂｂ，１５１Ａｂａ，１５１Ａｂｂは、ピストン・シリンダ装置を備えた構成となっている。

なお、脚フレーム１４９Ａｂａ，１４９Ａｂｂ，１５１Ａｂａ，１５１Ａｂｂ全体をピストン・シリンダ装置で構成するものに限らず、脚フレーム１４９Ａｂａ，１４９Ａｂｂ，１５１Ａｂａ，１５１Ａｂｂの一部をピストン・シリンダ装置で形成する構成とすることもできる。

また、本実施例では、左右のブラケット（図面では、一方のブラケット１７１Ａのみ示す）が後方側へ延設され、この左右のブラケットの後端に電動モータ（図面では、一方の電動モータ１６３のみ示す）が支持されている。左右の電動モータと前輪１１７，１１９との間には、それぞれ実施例２の駆動伝達部６５，６７と同様に駆動伝達部が設けられている。

操向連動軸１０７は、前輪車台部１２９のベアリング・ケース１３３Ａと後輪車台部１３１の軸受金具１３５Ａ，１３７Ａ、ベアリング・ケース１４３により支持されている。

そして、本実施例の車輪型ロボットでは、障害物ＯＢ１があるとき、図１０のように前後輪１１７，１１９，１２１，１２３の左右間でその上を通過走行することができる。

障害物ＯＢ１の高さが高いときは、脚フレーム１４９Ａｂａ，１４９Ａｂｂ，１５１Ａｂａ，１５１Ａｂｂのピストン・シリンダ装置を図８のように伸張させることで横架設フレーム１４９Ａａ，１５１Ａａの高さを高く調節する。

この高さ調節により、障害物ＯＢ１に対し前後輪１１７，１１９，１２１，１２３の左右間でその上を通過走行することができる。

また、片輪乗り上げ、例えば前輪１１７の乗り上げの際は、障害物ＯＢ１の高さに加えて分割部１７の高さによって車輪ロボット自体が大きく傾斜するが、前輪１１９側のピストン・シリンダ装置を伸張させることで、前記傾斜を抑制或いは除去することができる。従って、本実施例では、車輪ロボットを安定させることができる。

図１２は、本発明の実施例４に係り、障害物との関係で示す車輪型ロボットの斜視図である。なお、基本的な構成は、実施例２と同様であり、同一又は対応する構成部分には同符号又は同符号にＢを付し、重複した説明は省略する。

本実施例の車輪型ロボットは、左右への重心を移動させる重心移動機構１８９を備えた。

重心移動機構１８９は、旋回アーム１９１と重錘１９３とからなっている。旋回アーム１９１は、後輪車台部１３１のベアリング・ケース１４１Ｂ上に一端が回転可能に取り付けられたもので、伸縮調整可能な構造となっている。重錘１９３は、旋回アーム１９１の他端に支持されている。

したがって、図１２のように前輪１１９が障害物ＯＢ１を乗りこえるとき、旋回アーム１９１を左側へ回転させて前輪１１９側の重量を軽減させると、障害物ＯＢ１を容易に乗りこえさせることができる。
［その他］
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。従って、本発明は、実施例に対して構成の要素の付随した各種の変更が可能である。

例えば、上記実施例では分割部１７を出退回動変位するように構成していたが、分割部は全体として出退移動するように構成することもできる。

上記実施例では分割部１７を出退開閉駆動するアクチュエータ３７が油圧又は空気圧シリンダーであったが、例えば、アクチュエータを電動モータ等にすることも可能である。

また、アクチュエータを省略して手動により分割部を出退開閉させても良い。この場合は、分割部１７の開閉状態を維持可能な係止手段を設けるのが好ましい。手動で分割部を出退開閉させる場合は、アクチュエータに代えて分割部の突出展開を行わせるスプリング等の付勢部材を設けても良い。

上記実施例では駆動源を有する走行機械器具に適用したが、例えば、人力によって走行する走行機械器具に適用することも可能である。

また、実施例２〜４では、前後輪１１７，１１９，１２１，１２３の４輪、又は後輪１２１，１２３の２輪を電動モータにより駆動する構造にすることもできる。

駆動部１２５，１２７は、ベルト伝動などにより構成することもできる。

段差乗越車輪を示す側面図であり、（ａ）は閉じ状態、（ｂ）は開状態を示している（実施例１）。（ａ）〜（ｄ）は、図１の段差乗越車輪の階段昇り動作の説明図である（実施例１）。（ａ）〜（ｃ）は、図１の段差乗越車輪の階段昇り動作の説明図である（実施例１）。車輪型ロボットの平面図である（実施例２）。車輪型ロボットの断面図である（実施例２）。車輪型ロボットの正面図である（実施例２）。前輪の一方が障害物を乗り上げている状況を示す車輪型ロボットの平面図である（実施例２）。前輪の一方が障害物を乗り上げている状況を示す正面図である（実施例２）。前輪の双方が障害物を乗り上げる状況を示す車輪型ロボットの平面図である（実施例２）。障害物との関係で示す車輪型ロボットの斜視図である（実施例３）。障害物上を通過走行する車輪型ロボットの斜視図である（実施例３）。障害物との関係で示す車輪型ロボットの斜視図である（実施例４）。

符号の説明

１段差乗越車輪
５支持フレーム部
１５走行面
１７分割部

Claims

周回状の走行面を有し転動走行可能とする走行輪を備え、
該走行輪を、周方向複数の分割部に分割し、
該分割部を、前記走行輪の放射方向に出退開閉可能に支持した段差乗越車輪であって、
前記走行輪の駆動を行う駆動軸側から放射方向に延設され相互間が放射方向に開放された複数のアーム部を備え、
前記各分割部は、前記アーム部の先端側に渡る円弧部及び前記走行輪の転動走行方向で前記円弧部の後端側に支持部を備え、
前記各支持部が前記各アーム部先端に回転自在に支持され、
前記各分割部は、前記各支持部を中心に回動変位し放射方向に対し出退開閉して前記各アーム部間を開閉可能とした、
ことを特徴とする段差乗越車輪。
請求項１記載の段差乗越車輪であって、
前記分割部は、選択的に突出展開して凸状段差に係合する、
ことを特徴とする段差乗越車輪。
請求項２記載の段差乗越車輪であって、
前記分割部は、前記突出展開時の前記転動走行方向の前端側に、前記凸状段差に引っ掛かり係合する係合爪を備えた、
ことを特徴とする段差乗越車輪。
請求項１〜３の何れかに記載の段差乗越車輪であって、
前記分割部は、前記転動走行方向の前端側が出退回動変位する、
ことを特徴とする段差乗越車輪。
請求項１〜４の何れかに記載の段差乗越車輪であって、
前記分割部は、前記走行輪を周方向に等分割されてなる、
ことを特徴とする段差乗越車輪。
請求項１〜５の何れかに記載の段差乗越車輪であって、
前記分割部を出退開閉駆動するアクチュエータを備えた、
ことを特徴とする段差乗越車輪。
請求項１〜６の何れかに記載の段差乗越車輪であって、
走行前後方向に延設され走行方向前後の前輪車台部及び後輪車台部からなる車台フレームと、
前記前後輪車台部のそれぞれに設けられ回転軸心が走行前後方向の軸受部に回転自在に支持され前記車台フレームに前後に渡って延設され前後部に連動ベベル・ギヤを備えた操向連動軸と、
前記前後輪車台部に各別に設けられ回転軸心が上下方向の軸受部に回転自在に支持され下部に前後横フレームを各別に固定支持し前記前後部の連動ベベル・ギヤに各別に噛み合う操向ベベル・ギヤを各別に固定した前後輪操向軸と、
前記前後横フレームの左右側にそれぞれ回転自在に支持された左右の前後輪と、
前記前後輪の少なくとも一方を回転駆動する駆動部と、
を備え前記前後輪を前記段差乗越車輪で構成した、
ことを特徴とする車輪型ロボット。