JP5666119B2 - 走行ロボット - Google Patents

Description

本発明は、例えば、観測機器を搭載して走行する走行ロボットに係わり、段差や障害物が存在する不整地を走行するのに適した走行ロボットに関するものである。

従来、上記した走行ロボットとしては、例えば、車体と、この車体の両側に配置された主クローラと、車体の前部両側に配置された補助クローラを備えたものがある。
主クローラは、クローラベルトとスプロケットとから主として構成され、クローラベルトは、駆動スプロケット及びアイドラスプロケットの間に掛け渡されて、駆動スプロケットからの駆動力を受けて両スプロケット間を循環する。
補助クローラも主クローラとほぼ同一の構成を成していて、そのアイドラスプロケットの回転軸は主クローラのアイドラスプロケットの回転軸と共通の軸になっており、この共通の軸まわりに補助クローラ自体が回動可能になっている。

この走行ロボットにおいて、補助クローラを共通軸まわりに回動させて、迎え角を調整することで、段差乗り越え性能を高めたり、車体の姿勢を変化させたりすることができるようになっている（例えば、非特許文献１参照）。

新版ロボット工学ハンドブック 日本ロボット学会編 コロナ社 第４０１頁〜４０３頁

ところが、上記した走行ロボットにあっては、補助クローラを回動させて迎え角を調整することで、段差を乗り越えたり車体の姿勢を変化させたりすることができるものの、段差や障害物のない平坦地を走行する場合には、補助クローラを回動させて迎え角を調整する機会がなく、その結果、補助クローラ及びこれを回動させる機構が走行ロボットにとって単なる重量の負荷になっているという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、段差や障害物を乗り越えたり車体の姿勢を変化させたりすることができるのは勿論のこと、段差や障害物のない平坦地を走行する場合において、クローラによる走行時よりも高速で走行することが可能な走行ロボットを提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る発明は、車体と、この車体の左右両側に位置して該車体を支える一対の主クローラと、前記車体の前部の左右両側に配置される一対の補助クローラを備えた走行ロボットであって、前記主クローラ及び補助クローラは、いずれも駆動スプロケットと、アイドラスプロケットと、前記駆動スプロケット及びアイドラスプロケット間に掛け渡されて循環するクローラベルトと、このクローラベルトを正逆方向に循環させる駆動源を具備し、前記車体の左右の同じ側に配置される主クローラ及び補助クローラの各アイドラスプロケットは共通の回転軸で支持されて、この回転軸まわりに前記補助クローラを回動させることで該補助クローラの前記主クローラに対する角度が可変とされ、前記主クローラ及び補助クローラの各駆動スプロケットを支持する駆動軸には、該駆動スプロケットよりも径の大きい車輪がそれぞれ取り付けられ、前記駆動スプロケットには、減速機構が備えられ、前記主クローラ及び補助クローラには、該主クローラ及び補助クローラの各クローラベルトが接地する不整地走行状態で前記車輪を地面から離間させるアイドラーがそれぞれ備えられている構成としたことを特徴としており、この走行ロボットの構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

また、本発明の請求項２に係る走行ロボットは、前記減速機構が遊星歯車機構である構成としている。すなわち、前記減速機構が、前記車輪に対しては前記駆動源からの回転力を低トルクで且つ高速回転のまま伝え、一方、前記駆動スプロケットに対しては前記駆動源からの回転力を高トルクで且つ低速回転にして伝える遊星歯車機構である構成としている。

さらに、本発明の請求項３に係る走行ロボットは、前記補助クローラの前記主クローラに対する角度を保持する姿勢保持手段が備えられている構成としている。

本発明に係る走行ロボットにおいて、砂地や泥濘地などの不整地で走行する場合には、車輪を使用する機会がないので、このような場合に車輪を簡単に外せるようにするために、クローラの駆動軸に対する車輪の取り付けには、着脱自在式の構造を採用することが望ましい。

本発明に係る走行ロボットにおいて、砂地や泥濘地などの不整地で走行する場合には、主クローラ及び補助クローラの各クローラベルトを接地させて、両クローラの各駆動スプロケットの回転速度を等しくすれば、減速機構を介して伝えられる駆動源からの回転力により、低速ながら高トルクで走行し得ることとなる。

この際、補助クローラの駆動スプロケットの回転速度を主クローラの駆動スプロケットの回転速度よりも大きくすれば、両クローラの共通の回転軸まわりに回転する各アイドラスプロケット間には回転速度差が生じて、補助クローラが主クローラに対して回動して迎え角が大きくなるので、その分だけ障害物を乗り越え易くなる。

一方、本発明に係る走行ロボットにおいて、平坦地を走行する場合には、補助クローラの駆動スプロケットの回転速度を主クローラの駆動スプロケットの回転速度よりも小さくすれば、各アイドラスプロケット間に生じる回転速度差で補助クローラが主クローラに対して回動して、両クローラの各クローラベルトがいずれも地面から離間するので、駆動スプロケットよりも径の大きい車輪のみが接地することとなる。

そして、両クローラがいずれもほぼ水平になった時点で各駆動軸の回転速度を等しくすれば、両クローラの互いの姿勢が保たれた状態で、遊星歯車機構を介して伝えられる駆動源からの回転力により、車輪による高速走行を行い得ることとなる。

このように、本発明に係る走行ロボットでは、駆動スプロケットに減速機構を配置して、例えば、遊星歯車機構を採用して、駆動源の出力によりクローラの駆動スプロケットを高トルクで低速回転させつつ、車輪を低トルクで高速回転させるようにしたうえで、主クローラと補助クローラとの間に生じさせた速度差で補助クローラを動作させることによって、クローラによる走行と車輪による走行とを切り替えるようにしているので、構成を複雑化することなく、段差や障害物の乗り越え機能のみならず、平坦地における高速走行機能をも有したものとなる。

本発明の請求項１及び２に係る走行ロボットにおいて、上記した構成としているので、段差や障害物を乗り越えたり車体の姿勢を変化させたりすることができるのは言うまでもなく、段差や障害物のない平坦地を走行する場合には、クローラによる走行時よりも高速で走行することが可能になるという非常に優れた効果がもたらされる。加えて、主クローラ及び補助クローラの各クローラベルトの接地面積を大きくすることができ、不整地における走行性能の向上を実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

また、本発明の請求項３に係る走行ロボットでは、上記した構成としたから、とくに車輪を用いて走行する場合において、姿勢保持手段により補助クローラの主クローラに対する角度を保持するようになせば、安定して高速走行を行うことが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明の一参考例による走行ロボットを示す車輪走行モードにおける平面説明図（ａ）及び側面説明図（ｂ）である。 図１における走行ロボットの駆動系要部を示す拡大説明図である。 図１における走行ロボットの補助クローラの動作パターン説明図（ａ）〜（ｃ）である。 本発明の一実施例による走行ロボットのクローラ走行モードを示す概略側面説明図（ａ）及び車輪走行モードを示す概略側面説明図（ｂ）である。

以下、本発明の参考例及び実施例を図面に基づいて説明する。
図１〜図３は、本発明の一参考例による走行ロボットを示している。
図１に示すように、この走行ロボット１は、観測器材や爆発物処理器材などの器材を搭載して走行する走行ロボットであって、器材を搭載する車体２と、この車体２の左右両側に配置されて車体２を支える主クローラ１０と、車体２の前端部の左右両側に配置された補助クローラ２０を備えている。

主クローラ１０は、図２にも示すように、車体２の左右両側面に固定された主フレーム１１と、この主フレーム１１に固定された主クローラモータ１２と、主フレーム１１に軸受３を介して支持されて伝達歯車機構１３を通して伝えられる主クローラモータ１２からの出力により回転する駆動軸１４と、この駆動軸１４に支持される駆動スプロケット１５と、主フレーム１１に軸受４を介して支持される回転軸５まわりに回転するアイドラスプロケット１６と、駆動スプロケット１５及びアイドラスプロケット１６間に掛け渡されて駆動スプロケット１５からの駆動力を受けて両スプロケット間１５，１６を循環するクローラベルト１７と、駆動軸１４の先端に着脱可能に装着された車輪１８を具備しており、この車輪１８の径は駆動スプロケット１５よりも大きく設定されている。

一方、補助クローラ２０は、補助フレーム２１と、この補助フレーム２１に固定された補助クローラモータ２２と、補助フレーム２１に軸受３を介して支持されて伝達歯車機構２３を通して伝えられる補助クローラモータ２２からの出力により回転する駆動軸２４と、この駆動軸２４に支持される駆動スプロケット２５と、補助フレーム２１に軸受４を介して支持される回転軸５まわりに回転するアイドラスプロケット２６と、駆動スプロケット２５及びアイドラスプロケット２６間に掛け渡されて駆動スプロケット２５からの駆動力を受けて両スプロケット間２５，２６を循環するクローラベルト２７と、駆動軸２４の先端に着脱可能に装着された車輪２８を具備しており、この車輪２８の径も駆動スプロケット２５よりも大きく設定されている。

この場合、車体２の左右の同じ側に配置される主クローラ１０及び補助クローラ２０の各アイドラスプロケット１６，２６を支持する回転軸は共通の回転軸５としてあって、主クローラ１０及び補助クローラ２０の各クローラベルト１７，２７の循環速度に差を持たせることで、回転軸５まわりに補助クローラ２０を回動させて補助クローラ２０の主クローラ１０に対する角度を変えることができるようになっている。

また、車体２の左右の同じ側に配置される主クローラ１０及び補助クローラ２０の各フレーム１１，２１における回転軸５の近傍には、補助クローラ２０の主クローラ１０に対する角度を保持するブレーキ（姿勢保持手段）６を備えている。

この参考例において、主クローラ１０及び補助クローラ２０の各伝達歯車機構１３，２３は、主クローラモータ１２（補助クローラモータ２２）の出力軸１２ａ（２２ａ）に固定されたピニオン１３ａ（２３ａ）と、駆動軸１４（２４）の基端部に固定された平歯車１３ｂ（２３ｂ）から成っており、主クローラモータ１２（補助クローラモータ２２）の出力によって車輪１８（２８）を低トルクで且つ高速で回転させ得るようになっている。

また、主クローラ１０及び補助クローラ２０の各駆動軸１４，２４と駆動スプロケット１５，２５との間には、減速機構である遊星歯車機構１９，２９がそれぞれ介在させてある。この遊星歯車機構１９（２９）は、駆動軸１４（２４）の中間部に固定された太陽歯車１９ａ（２９ａ）と、駆動スプロケット１５（２５）に形成された歯車軸１５ａ（２５ａ）に支持されて太陽歯車１９ａ（２９ａ）と噛み合う複数の遊星歯車１９ｂ（２９ｂ）から成っており、主クローラモータ１２（補助クローラモータ２２）の出力によって駆動スプロケット１５（２５）を高トルクで且つ低速で回転させ得るようになっている。

つまり、駆動スプロケット１５（２５）及び車輪１８（２８）を一本の駆動軸１４（２４）で支持すると共に、駆動軸１４（２４）と駆動スプロケット１５（２５）との間に遊星歯車機構１９（２９）を配置することで、主クローラモータ１２（補助クローラモータ２２）の出力により駆動スプロケット１５（２５）及び車輪１８（２８）を同時に回転駆動する、すなわち、駆動スプロケット１５（２５）を高トルクで低速回転させつつ、車輪１８（２８）を低トルクで高速回転させることができるようになっている。

上記した本参考例による走行ロボット１において、砂地や泥濘地などの不整地で走行する場合には、図３（ａ）に示すように、主クローラ１０及び補助クローラ２０の各クローラベルト１７，２７を接地させて、両クローラ１０，２０の各駆動スプロケット１５，２５の回転速度ω１，ω２を等しくすれば、遊星歯車機構１９，２９を介して伝えられる主クローラモータ１２及び補助クローラモータ２２からの回転力により、低速ながら高トルクで走行し得ることとなる。

加えて、車体２の左右の一方側に位置する主クローラ１０及び補助クローラ２０と、他方側に位置する主クローラ１０及び補助クローラ２０とを互いに逆方向に作動させれば、すなわち、逆方向にクローラベルト１７，２７を循環させれば、通常のクローラと同様に、超信地旋回を容易に行い得ることとなる。
なお、クローラ１０，２０による走行時や超信地旋回時には、各車輪１８，２８も接地しているが、これらの車輪１８，２８は、いずれも低トルクで回転していて、砂地などの不整地では空回り状態となるので、クローラ１０，２０による走行に支障を来たすことはない。

このクローラ１０，２０による走行時において、主クローラモータ１２及び補助クローラモータ２２からの回転力を互いに変えて、両クローラ１０，２０の各駆動スプロケット１５，２５の回転速度ω１，ω２に差を生じさせてω１＜ω２とすれば、両クローラ１０，２０の共通の回転軸５まわりに回転する各アイドラスプロケット１６，２６間にはω１−ω２＝ω３の回転速度差（時計回り正）が生じる。このように、ω３の回転速度差が生じると、図３（ａ）に仮想線で示すように、補助クローラ２０が主クローラ１０に対して反時計回り方向に回動することから、迎え角が大きくなる分だけ段差や障害物を乗り越え易くなる。

一方、上記した走行ロボット１において、平坦地を走行する場合には、両クローラ１０，２０の各駆動スプロケット１５，２５の回転速度ω１，ω２をω１＞ω２とすれば、各アイドラスプロケット１６，２６間に生じる回転速度差ω３で補助クローラ２０が主クローラ１０に対して時計回り方向に回動するので、両クローラ１０，２０の各クローラベルト１７，２７がいずれも地面から離間して、駆動スプロケット１５，２５よりも径の大きい車輪１８，２８のみが接地することとなる。

そして、図３（ｂ）に示すように、両クローラ１０，２０がいずれもほぼ水平になった時点で各駆動スプロケット１５，２５の回転速度ω１，ω２（駆動軸の回転速度）を等しくすれば、両クローラ１０，２０の互いの姿勢が保たれた状態で、遊星歯車機構１９，２９を介して伝えられる主クローラモータ１２及び補助クローラモータ２２からの回転力により、車輪１８，２８による高速走行を行い得ることとなる。

この車輪１８，２８による高速走行時において、ブレーキ６により補助クローラ２０の主クローラ１０に対する姿勢を保持するようになせば、安定した高速走行を行い得ることとなる。

また、この車輪１８，２８による走行中において、主クローラ１０の駆動スプロケット１５の回転速度ω１と、補助クローラ２０の駆動スプロケット２５の回転速度ω２との回転速度差ω３をより大きくすれば、図３（ｃ）に示すように、補助クローラ２０が主クローラ１０に対してより大きく時計回り方向に回動して、車輪１８，２８の間隔が狭まることから、信地旋回を行い易くなる。

上記したように、本参考例に係る走行ロボット１では、駆動スプロケット１５，２５及び車輪１８，２８を一本の駆動軸１４，２４で支持し且つ駆動軸１４，２４と駆動スプロケット１５，２５との間に遊星歯車機構１９，２９を配置するようにしているので、コンパクトな構成ながら、クローラモータ１２，２２からの回転力により、クローラ１０，２０の駆動スプロケット１５，２５を高トルクで低速回転させるのと同時に、車輪１８，２８を低トルクで高速回転させることが可能である。

そのうえで、主クローラ１０と補助クローラ２０との間に回転速度差を生じさせ、この回転速度差で補助クローラ２０を主クローラ１０に対して回動させることによって、クローラ１０，２０による走行と車輪１８，２８による走行とを切り替えるようにしているので、段差や障害物の乗り越え機能に加えて、構成を複雑化することなく、平坦地における高速走行機能が得られることとなる。

図４は、本発明の一実施例による走行ロボットを示している。
図４（ａ）に示すように、この走行ロボット４１が、先の参考例に係る走行ロボット１と相違するところは、主クローラ５０及び補助クローラ６０の各クローラベルト５７，６７が接地している状態において、車輪５８，６８を地面から離間させるアイドラー５６Ａ，６６Ａを主クローラ５０及び補助クローラ６０の各駆動スプロケット５５，６５の近傍に配置した点にある。

この走行ロボット４１では、主クローラ５０及び補助クローラ６０の各クローラベルト５７，６７の接地面積を大きくすることができ、不整地における走行性能の向上を実現し得ることとなる。

この走行ロボット４１においても、平坦地を走行する場合には、主クローラ５０の駆動スプロケット５５の回転速度を補助クローラ６０の駆動スプロケットケット６５の回転速度よりも大きくすれば、この回転速度差で補助クローラ６０が主クローラ５０に対して時計回り方向に回動するので、図４（ｂ）に示すように、両クローラ５０，６０がいずれも地面から離間して、駆動スプロケット５５，６５よりも径の大きい車輪５８，６８のみが接地することとなり、車輪５８，６８による高速走行を行い得ることとなる。

上記した参考例及び実施例では、主クローラ１０，５０と補助クローラ２０，６０との間に回転速度差を生じさせることで、補助クローラ２０，６０の主クローラ１０，５０に対する角度を変化させるようにしているが、姿勢を変化させるためのモータを別途設置して補助クローラ２０，６０の角度を変えるようにしてもよい。

１，４１ 走行ロボット
２ 車体
５ 回転軸
６ ブレーキ（姿勢保持手段）
１０，５０ 主クローラ
１２ 主クローラモータ（駆動源）
１４，２４ 駆動軸
１５，２５，５５，６５ 駆動スプロケット
１６，２６，５６，６６ アイドラスプロケット
１７，２７，５７，６７ クローラベルト
１８，２８，５８，６８ 車輪
１９，２９ 遊星歯車機構（減速機構）
１９ａ，２９ａ 太陽歯車（遊星歯車機構）
１９ｂ，２９ｂ 遊星歯車（遊星歯車機構）
２０，６０ 補助クローラ
２２ 補助クローラモータ（駆動源）
５６Ａ，６６Ａ アイドラー

Claims (3)

1. 車体と、
   この車体の左右両側に位置して該車体を支える一対の主クローラと、
   前記車体の前部の左右両側に配置される一対の補助クローラを備えた走行ロボットであって、
   前記主クローラ及び補助クローラは、いずれも駆動スプロケットと、アイドラスプロケットと、前記駆動スプロケット及びアイドラスプロケット間に掛け渡されて循環するクローラベルトと、このクローラベルトを正逆方向に循環させる駆動源を具備し、
   前記車体の左右の同じ側に配置される主クローラ及び補助クローラの各アイドラスプロケットは共通の回転軸で支持されて、この回転軸まわりに前記補助クローラを回動させることで該補助クローラの前記主クローラに対する角度が可変とされ、
   前記主クローラ及び補助クローラの各駆動スプロケットを支持する駆動軸には、該駆動スプロケットよりも径の大きい車輪がそれぞれ取り付けられ、
   前記駆動スプロケットには、減速機構が備えられ、
   前記主クローラ及び補助クローラには、該主クローラ及び補助クローラの各クローラベルトが接地する不整地走行状態で前記車輪を地面から離間させるアイドラーがそれぞれ備えられている
   ことを特徴とする走行ロボット。
2. 前記減速機構が遊星歯車機構である請求項１に記載の走行ロボット。
3. 前記補助クローラの前記主クローラに対する角度を保持する姿勢保持手段が備えられている請求項１又は２に記載の走行ロボット。

Images