JP5635809B2 - ロボティクス型新交通システム - Google Patents

Description

本発明は、ロボティクス型新交通システムに関する。

ロボットが歩行したり楽器を演奏したりとロボット技術が普及し、また、交通システムとしてハイブリッド自動車、リニア鉄道、ジャイロ機能を持った自立型ニ輪車輌など新しい乗り物が提案されている。
特願２０００−５０３３３５

道路や鉄道網の建設は、用地買収から始りその建設には多額の費用と期間が必要であるばかりか、そのための自然破壊も発生し、さらには未だに多くの人命を失うなど交通事故を回避する為の手段も限界に来ている。

上記問題を解決するため、
該発明のロボティクス型新交通システムは、支柱の上にある三角形をした軌道上を走行する高架形式で軽量輸送を目的とした交通システムである。

該発明における請求項１に係る発明は、
基礎構造物に設置した支柱があって、
支柱の上部から張り出した軌道用ハンガーと、
軌道用ハンガーの下部に乗降用軌道と、
軌道用ハンガーの先端にキャビンが走行する高架軌道とが取り付けられ、
人員が乗車するキャビンがあって、
キャビンの本体に取り付けられ乗降用軌道を保持して地上へ着地するための乗降用アームと、
設置位置がキャビン本体にあり、進行方向直角の外周上に移動を許す多関節型で隣りの軌道に届く長さを持つロボットアームが一対又は複数あって、
それぞれのロボットアームの先端には、軸動により高架軌道を包み込む構造で保持して走行する動力を持った軌道走行用動力装置とが取り付けられ、
運行の管理システムには本部があって、本部は、個々のキャビンと逐次交信して移動や停止中全てのキャビンの状態の把握と、走行の許可と、走行の制御などを自動化して行い、個々のキャビンには、アーム類の自動制御と連動した管理システムがあって、管理システムは、本部との連携を実施すると共に、ロボットアームを駆動して、隣の軌道への乗り換え、あるいは、同一軌道上で他車両をまたぐことを実施する事を特徴としたロボティクス型新交通システムである。

これによると、キャビンには先端に軌道走行用動力装置を取り付けたロボットアームを複数もっているので、走行中であっても隣の軌道への乗り換え走行が可能となる。このため、該発明のロボティクス型新交通システムは、目的地の違う軌道を一定区間並行に設置するだけで車輌自身が乗り換えてしまうから従来の軌道システムに必要な分岐構造の設備が一切不要になった。
このことは、同一軌道に故障車があっても走行中の軌道変更で解決し、あるいは、路線末端にある単線軌道上で他のキャビンが到来しても一台が軌道の下に退避し、片方が相手の軌道走行用動力装置をロボットアーム操作でまたぐ事によって同一軌道上でのすれ違いも可能となった。
また、軌道下部には乗降用軌道があり、キャビンに取り付けた乗降用アームによって自動車の様に任意の場所での乗降が可能になるので、鉄道の様な駅は不要になり、本部の管理システムは、軌道上にある全てのキャビンの状態を把握しているから、安全な自動走行を可能とした事を特徴とするロボティクス型新交通システムである。

該発明における請求項２に係る発明は、
請求項１における軌道において、
軌道の断面形状は頂点を上にした三角形の三角軌道であって、三角形の下部が軌道用ハンガーによって保持され、
三角形の辺にはリニア走行する場合では辺の一部にリニア駆動装置が取り付けられてあって、
走行するキャビン側から伸びるロボットアームの先端に取り付けられた軌道走行用動力装置は、
三角軌道を一回り大きくし三角軌道を包み込む形の断面をしたケーシングからなる軌道走行用動力装置があって、
三角軌道の角に接する上部頂点には主車輪と、
下部左右の角には脱落防止車輪とが三角軌道に接する方法で取り付けられ、
従来型のモータ駆動の場合には主車輪にモータが装備され、
リニア走行をする場合は三角軌道のリニア駆動装置と対をなしたリニア駆動装置が軌道走行用動力装置のケーシングに取り付けられ、
軌道走行用動力装置のケーシングと三角軌道との着脱では、
軌道走行用動力装置のケーシングの上部にシリンダ装置などで駆動し軌道に並行した軸心の軸芯を持ち、その軸動でケーシングが口を開く様に開閉する事で三角軌道を包み込んで保持したりあるいは開いて開放したりする軌道着脱装置を持つ軌道走行用動力装置である事を特徴とするロボティクス型新交通システムである。

これによると、軌道が三角形なので、軌道走行用動力装置のケーシングによる保持性能は、ロボットアームによるキャビンの自由な移動操作にって発生する強い回転モーメントであっても十分に支えると共に、軌道からの脱落を防ぐ構造になっている。
また、走行するための駆動装置は、従来のモーター駆動でもリニア駆動でも、あるいは同時に両方の駆動方法を採用できる柔軟性をそなえた事を特徴としたロボティクス型新交通システムである。

該発明における請求項３に係る発明は、
請求項２における三角軌道において、
軌道の自重と走行するキャビンの重量や衝撃荷重を十分に支えるメインケーブルが軌道上にあって、
メインケーブルと並行しメインケーブルの下部左右にガイドケーブルを持つ事で三角軌道と同一の外形をなし、
三角軌道を三本のワイヤーケーブルで構成する内部には適当な間隔をもって取り付けられた板状のスペーサープレートにより三角軌道の形状を延長方向に維持し、
スペーサープレート間の中間には、三角軌道のねじれを防止する中間補強材によって各ワイヤーケーブル同士を固定した事からなる
ワイヤーケーブル軌道である事を特徴としたロボティクス型新交通システムである。

これによると、
支柱の軌道用ハンガーに取り付けられ金属あるいは樹脂などで作られた三角軌道は、その軌道延長上に深い渓谷や広大な河川などがあった場合、
橋梁の様な構造物が必要になっても、ケーブルカーと同様にワイヤーケーブルの張力によって維持した軌道走行が可能になるので、軌道建設に大きな負担となる橋梁建設が不要となった。
また、従来のケーブルカーなどの欠点である風による危険発生の部分では、ワイヤーケーブル軌道による三角軌道を包み込む構造の軌道走行用動力装置のケーシングであるから脱落の危険性を無くし、
ワイヤーケーブル軌道の直下に懸垂する形でぶら下がるロボットアーム操作での走行によってワイヤーケーブル軌道に生じる捩れを防止し、
風や走行キャビンの衝撃によってワイヤーケーブル軌道が弾力的に揺れ続ける現象をロボットアームの操作によって吸収するから従来のケーブルカーの欠点を解消して、
従来の軌道システムでは考えられない軌道建設の自由度と容易性とコスト低減をあわせ持つ事を特徴としたたロボティクス型新交通システムである。

該発明における請求項４に係る発明は、
請求項１における支柱を支える基礎構造物において、
支柱直下に配置し下面に突起物をもつ板状の基礎プレートがあって、
プレート上に固定されプレートの縁に沿って四方あるいは三方に配置した重心移動レールが設置され、
重心移動レール上には支柱自立装置があって、
重心移動レール上には一セットあるいは複数セットの車輪に動力を持ち高速移動の制御を可能としたブレーキ付移動車輪と、
ブレーキ付移動車輪からは自在な軸動を介して伸びるロボットアームのロッドと、
ロボットアームのロッドは多関節の軸動を制御する移動制御装置と、
ロボットアームのロッドの長さを自動調節する脚長調整装置とを持ち、
支柱自立装置の上端部には軌道を保持する支柱が取り付けられ、
支柱にかかる風圧や走行するキャビンの加重や衝撃に起因し転倒の要素となる横方向の力と微妙な傾きを感知するセンサー類を利用し支柱の転倒に抵抗する位置にブレーキ付移動車輪を高速で移動すると同時に、
ブレーキ付移動車輪の移動によって支柱にはほとんど変位が発生しない様に移動制御装置と脚長調整装置が連携した自動制御する事で、
支柱自立装置の上部に設置された支柱に対して軌道走行に問題を生ずる変位を発生させず、かつ転倒を持続的に防止する機能をもった
事を特徴としたロボティクス型新交通システムである。

この原理は強風にあおられて抵抗する人間の前傾姿勢と同じで、自重だけでは風圧に耐えられないから風圧を相殺する転倒時の力を生み出す事と同じ効果を利用している。
これにより該発明は、電源等の関係で長期の永続的な利用は困難としても、地上の構造物においてその自重によって沈下をひき起こさない程度の面積を持つ基礎プレートさえあれば地中の基礎構造物が不要となるので、従来の軌道建設工事では自然破壊が禁止された場所への軌道敷設が可能となったり、季節的な混雑でも臨時の軌道敷設を可能とし、土砂災害などで道路が遮断されても応急的な交通網の敷設が可能である事を特徴とするロボティクス型新交通システムである。

以上の構成によれば、軌道システムをロボティクス化する事で従来の軌道システムの概念を変え、
軌道建設の軽量化と、迅速化と、低コスト化と、環境への配慮と、軌道の分岐施設を不要にした簡素化したシステムによって、多くの利益を生み出しだした。
また、コンピュータとロボット技術を使い、従来の鉄道の様な高速で安全な乗り物を確保し、かつ何処でも乗り降り出来る自動車の利便性をあわせ持つロボティクス型新交通システムである。

この発明にかかるロボティクス型新交通システムの全体説明図である。 この発明にかかるロボティクス型新交通システムの支柱にある軌道とキャビンの関係の説明図である。 この発明にかかるロボティクス型新交通システムの三角軌道と軌道走行用動力装置の断面図である。 この発明にかかるロボティクス型新交通システムのワイヤーケーブルを使った三角軌道の説明図である。 この発明にかかるロボティクス型新交通システムの支柱自立装置の説明図である。

以下、実施の形態について図面を参照して実施形態を説明する。

図１による全体説明図によれば、
該発明のロボティクス型新交通システムは、高架方式の軽量輸送システムに属し、
キャビン３に取り付けられ別々に作動する複数のロボットアーム４とその先端にある軌道走行用動力装置６によって走行中の軌道を乗り移る軌道変更を容易にし、かつ駅舎の無い自動車の様な任意で自由な乗降を許した利便性を持つ軌道車輌である。

図２は、該発明のロボティクス型新交通システムにおける支柱と軌道とキャビンの関係の説明図である。
軌道に関しては、
基礎構造物２４に設置した支柱１と、
支柱１の上端で進行方向両側あるいは片側に張り出した軌道用ハンガー２と、
軌道用ハンガー２の中間付近の下部に隣接する支柱１間に掛け渡した乗降用軌道８と、
軌道用ハンガー２の端には隣接する支柱１間に掛け渡した軌道のレールに相当する三角軌道７が取り付けてある。

移動体で人が乗降するキャビン３には複数の多関節型のロボットアーム４があり、
キャビン進行方向に垂直で外周の周囲を自由に回転移動するロボットアーム４の取り付け軸があり、
ロボットアーム４は隣接して並行する軌道に十分到達する長さを持ち、
それぞれのロボットアーム４の先端には走行用の駆動装置が内臓した軌道走行用動力装置６がある。

軌道走行用動力装置６は三角軌道７に対して着脱装置があって走行時は三角軌道７を確実に保持する。
ロボットアーム４は、走行、停止に関わらず軌道情報と運行管理システムと現状を判断した自動制御によって作動し、
通常の走行時では、キャビン３を三角軌道７の上部に移動させ安定した位置で走行する。
この時、複数あるロボットアーム４それぞれに取り付けた軌道走行用動力装置６は、同一軌道の前後に装着する
ので、安定した高速移動か利用出来る。

走行中において、同一軌道の前方に低速なキャビン３がある場合の隣軌道への転換による追い抜き行為、
あるいは目的地の違う並行して設置された軌道の分岐区間での軌道転換は、ロボットアーム４の一つが走行中の軌道から軌道走行用動力装置６を切り離し
移動先の軌道にある三角軌道７へ装着を試み、安全確認がとれた段階でキャビン３と残りのロボットアーム４が移動先の三角軌道７へ移動し軌道転換を完了する。この時の操作は人間の介在をさせない自動制御操作により実施され、転換後の結果は、運行管理本部システムへネットワークを使って逐次自動送信される。

乗降する目的地に近付くと減速し、キャビン３の位置はロボットアーム４により図２の様に三角軌道の下側まで降ろされる。
停止に近付くと、キャビン３の前後に装着した乗降用アーム９が伸びて、三角軌道に並行して設置した乗降用軌道８を自動保持する。
乗降用軌道８の自動保持が完了すると、ロボットアーム４の全てを三角軌道７から外し、アームを折り畳んで着地に備える。
その後乗降用アーム９は腕をゆっくりと伸ばして着地し、人の乗降を許可して扉を開放する。

空車になったキャビン３は、近隣の公共駐機施設あるいは個人管理の施設に自動移動し乗降場所の障害を排除する。
キャビン３に乗車する場合は、携帯電話などで信号を送る事で運行管理本部システムを経由した指令で駐機施設から自動で配車されて乗降場所に着地する。
キャビン３に乗車後は、乗車後に目的地が決定するまではそのまま待機し、目的が決まると運行管理本部システムと自動更新し運行予定を決定する。
この後は、停車した時の逆の順番で、走行用の三角軌道７へ位置を移動して走行を開始する。

キャビン３は、動力を持って走るから、電源バッテリーを所持しているが、この充電あるいは収電は、三角軌道付近による接触式あるいは非接触式による充電であっても良い。また、運行中に逐次情報交換するネットワークは、軌道付近からの無線ＬＡＮでなどの方法によっても良い。

以上の構成によるロボティクス型新交通システムは、
軽量輸送システムに属するから、建設規模が小さいので既設道路の歩道側や中央分離帯への建設が容易であって、軌道建設の宿命であった分岐構造の問題は前記の通り分岐施設が全く不要になり、市街地の既設道路沿いに高架形式の軌道建設をおこなった例では道路の交差点で任意の方向へ曲がる事も可能とし、そして自由な乗降を許す従来に無い軌道システムであり、
乗客においては運行計画によって組まれた自動運転によるから、希望する目的地を指示するだけで、軌道変更に伴うロボットアーム４の操作に誤作動が発生せず、最適な軌道路線の選択と、運行管理本部システムに制御された安全運行管理と、前記運行管理本部システムにより全てのキャビン３と軌道を管理するから軌道における上り下りの区別が無く移動量によって最適処理で決定される事を特徴としている。

図３は、ロボティクス型新交通システムの三角軌道７と軌道走行用動力装置６の関係を説明した実施例の断面図である。
これによると、
軌道走行用動力装置６のケーシングは、上部が駆動装置による開閉式になって三角軌道７の着脱が容易になり、三角軌道７の装着後は三角軌道７のコーナー下部で脱落防止車輪１１がしっかり保持されるから容易に脱落しない構造で安全であり、走行中におけるロボットアーム４のキャビン３の位置移動で生ずる荷重を吸収する。
走行の為の動力において、主車輪１０に回転モータなどの動力装置があっても、あるいは、図３に図示したリニア駆動装置１２があっても良い。
リニア駆動装置１２の場合で軌道と非接触での走行する場合は、図３の様に主車輪１０が上部へ移動して接触車輪を排除する。しかし走行中にロボットアーム４の操作が介在する時は、非接触状態を維持する事が困難になる場合もあるからこの時は主車輪１０を三角軌道７に接触固定してロボットアーム４による負荷を分散しても良い。
また走行中におけるロボットアーム４による軌道走行用動力装置６と三角軌道７の着脱過程では、正確な位置決めが不可能になるから軌道走行用動力装置６のケーシングが三角軌道７の一部と接触し破損する事が想定される。この場合の為に軌道走行用動力装置６のケーシング内には、接触防止用の車輪を必要な箇所に装着しても良い。

図４は、ロボティクス型新交通システムのワイヤーケーブルを使った三角軌道の実施例である。
前記の実施例で説明した三角軌道７は、金属か強度のある樹脂製を想定しているが、この実施例のワイヤーケーブル軌道１２は、三角軌道７の途中に介在させても、キャビン３が連続して走行を可能としたワイヤーケーブル式の軌道である。
断面構造は、上部にケーブル自身の重量と通過するキャビン３の重量と衝撃を吸収する太めのメインケーブル１３と、その下部左右にガイドケーブル１４の合計三本のワイヤーを三角軌道７と同一の外形寸法に配置し、それを支柱間に架け渡す事で、三角軌道７と同等の軌道として利用するワイヤーケーブル軌道１２である。
図によれば三本組みのケーブル内部には、軌道の形状を維持させるためのスペーサープレート１５がケーブルの延長線上適当な間隔をもって取り付けてあり、スペーサープレート間の中間には、ケーブルによる軌道のねじれを防止する中間補強材１７によって各ワイヤー同士を固定してある。
また、スペーサープレート１５の中央には、電源ケーブルや信号線等を貫通させる電源・通信ケーブルホール１６がある。
このワイヤーケーブル軌道１２の主たる目的は、深い渓谷を横断する、広大な河口を横断するなど中間地点に支柱１の建設が困難で支柱間での長いスパンを持つ場合に利用する。
このワイヤーケーブル軌道１２をキャビン３が利用して通過する場合には、ワイヤーケーブル軌道１２は安易に回転しやすいので、ケーブルカーの様な懸垂した姿勢で通過する事と、高速状態であれば減速して通過する事になるが、軌道の建設計画に渓谷や河川があった場合でも、従来の橋梁建設に比べ、ワイヤーケーブル軌道１２を敷設するだけで早期に完了し、非常に容易であるからこれを利用出来るメリットは非常に大きい。

図５は、支柱１の下部において基礎構造物を使わない実施例である。
通常ある程度の支柱などの建造物を地上に構築するには、それなりの地下構造物を作る必要がある。
該発明による軽量輸送を目的にしたロボティクス型新交通システムであっても、軌道をしっかり支持する支柱１が必要になる。
この実施例は、支柱１を支える基礎構造物２４において、ロボットの自立能力を利用し、地中における基礎構造物２４を不要した例である。
図によれば、スパイクの様な突起物を下面に持つ基礎プレート１８を支柱１の設置する場所に敷設し、
基礎プレート１８上に固定されプレートの縁に沿って四方あるいは三方に配置した重心移動レール２０が設置され、
重心移動レール２０の上を車輪の動力によって自由に高速で移動するブレーキ付移動車輪２２と、
ブレーキ付移動車輪２２には関節構造で接続したロボットアームがあり、
ロボットアームの先には支柱１の姿勢自動制御を可能とした関節構造の移動制御装置２３と脚長調整装置２１を持つことからなる支柱自立装置１９
となっていて、この支柱自立装置１９を架台として支柱１が設置された構造である。
これによると、支柱が風圧など外的要因による力が働いた場合、支柱下にある支柱自立装置１９のセンサー類が迅速に作動し、支柱１にほとんど変位を与えずに支柱自立装置１９の下部にある基礎プレート１８との接点であるブレーキ付移動車輪２２が風に抵抗する位置へ移動して、その力を相殺してしまう構造である。
これによると、支柱１とジャイロなどを使用して自動制御する支柱自立装置１９による重量に耐える基礎プレート１８の面積があれば良いので、基礎構造物２４が不要となって、迅速な軌道建設が可能になった。
この支柱自立装置１９を利用する事で、仮設として利用する軌道建設や、災害時の臨時交通機関としての価値は十分に存在するロボティクス型新交通システムにおける支柱自立装置である。

１ 支柱
２ 軌道用ハンガー
３ キャビン
４ ロボットアーム
５ 可動式キャビン支持装置
６ 軌道走行用動力装置
７ 三角軌道
８ 乗降用軌道
９ 乗降用アーム
１０ 主車輪
１１ 脱落防止車輪
１２ リニア駆動装置
１３ メインケーブル
１４ ガイドケーブル
１５ スペーサーブレート
１６ 電源・通信ケーブルホール
１７ 中間補強材
１８ 基礎プレート
１９ 支柱自立装置
２０ 重心移動レール
２１ 脚長調整装置
２２ ブレーキ付移動車輪
２３ 移動制御装置
２４ 基礎構造物

Claims (4)

1. 基礎構造物に設置した支柱があって、
   支柱の上部から張り出した軌道用ハンガーと、
   軌道用ハンガーの下部に乗降用軌道と、
   軌道用ハンガーの先端にキャビンが走行する高架軌道とが取り付けられ、
   人員が乗車するキャビンがあって、
   キャビンの本体に取り付けられ乗降用軌道を保持して地上へ着地するための乗降用アームと、
   設置位置がキャビン本体にあり、進行方向直角の外周上に移動を許す多関節型で隣りの軌道に届く長さを持つロボットアームが一対又は複数あって、
   それぞれのロボットアームの先端には、軸動により高架軌道を包み込む構造で保持して走行する動力を持った軌道走行用動力装置とが取り付けられ、
   運行の管理システムには本部があって、本部は、個々のキャビンと逐次交信して移動や停止中全てのキャビンの状態の把握と、走行の許可と、走行の制御などを自動化して行い、個々のキャビンには、アーム類の自動制御と連動した管理システムがあって、管理システムは、本部との連携を実施すると共に、ロボットアームを駆動して、隣の軌道への乗り換え、あるいは、同一軌道上で他車両をまたぐことを実施する事を特徴としたロボティクス型新交通システム。
2. 請求項１における軌道において、
   軌道の断面形状は頂点を上にした三角形の三角軌道であって、三角形の下部が軌道用ハンガーによって保持され、
   三角形の辺にはリニア走行する場合では辺の一部にリニア駆動装置が取り付けられてあって、
   走行するキャビン側から伸びるロボットアームの先端に取り付けられた軌道走行用動力装置は、
   三角軌道を一回り大きくし三角軌道を包み込む形の断面をしたケーシングからなる軌道走行用動力装置があって、
   三角軌道の角に接する上部頂点には主車輪と、
   下部左右の角には脱落防止車輪とが三角軌道に接する方法で取り付けられ、
   従来型のモータ駆動の場合には主車輪にモータが装備され、
   リニア走行をする場合は三角軌道のリニア駆動装置と対をなしたリニア駆動装置が軌道走行用動力装置のケーシングに取り付けられ、
   軌道走行用動力装置のケーシングと三角軌道との着脱では、
   軌道走行用動力装置のケーシングの上部にシリンダ装置などで駆動し軌道に並行した軸心の軸芯を持ち、その軸動でケーシングが口を開く様に開閉する事で三角軌道を包み込んで保持したりあるいは開いて開放したりする軌道着脱装置を持つ軌道走行用動力装置である事を特徴とするロボティクス型新交通システム。
3. 請求項２における三角軌道において、
   軌道の自重と走行するキャビンの重量や衝撃荷重を十分に支えるメインケーブルが軌道上にあって、
   メインケーブルと並行しメインケーブルの下部左右にガイドケーブルを持つ事で三角軌道と同一の外形をなし、
   三角軌道を三本のワイヤーケーブルで構成する内部には適当な間隔をもって取り付けられた板状のスペーサープレートにより三角軌道の形状を延長方向に維持し、
   スペーサープレート間の中間には、三角軌道のねじれを防止する中間補強材によって各ワイヤーケーブル同士を固定した事からなる
   ワイヤーケーブル軌道である事を特徴としたロボティクス型新交通システム。
4. 請求項１における支柱を支える基礎構造物において、
   支柱直下に配置し下面に突起物をもつ板状の基礎プレートがあって、
   プレート上に固定されたプレートの縁に沿って四方あるいは三方に配置した重心移動レールが設置され、
   重心移動レール上には支柱自立装置があって、
   重心移動レール上には一セットあるいは複数セットの車輪に動力を持ち高速移動の制御を可能としたブレーキ付移動車輪と、
   ブレーキ付移動車輪からは自在な軸動を介して伸びるロボットアームのロッドと、
   ロボットアームのロッドは多関節の軸動を制御する移動制御装置と、
   ロボットアームのロッドの長さを自動調節する脚長調整装置とを持ち、
   支柱自立装置の上端部には軌道を保持する支柱が取り付けられ、
   支柱にかかる風圧や走行するキャビンの加重や衝撃に起因し転倒の要素となる横方向の力と微妙な傾きを感知するセンサー類を利用し支柱の転倒に抵抗する位置にブレーキ付移動車輪を高速で移動すると同時に、
   ブレーキ付移動車輪の移動によって支柱にはほとんど変位が発生しない様に移動制御装置と脚長調整装置が連携した自動制御する事で、
   支柱自立装置の上部に設置された支柱に対して軌道走行に問題を生ずる変位を発生させず、かつ転倒を持続的に防止する機能をもった
   事を特徴としたロボティクス型新交通システム。

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