JP6455828B2

JP6455828B2 - 走行機構

Info

Publication number: JP6455828B2
Application number: JP2013106536A
Authority: JP
Inventors: 廣瀬　茂男; 茂男廣瀬; 博隆古村; 茂登浅野; 大介小溝
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2019-01-23
Anticipated expiration: 2033-05-20
Also published as: JP2014226983A

Description

本発明は、走行機構に関する。

様々な環境や路面状況において移動可能な移動装置が数多く提供されている。例えば、特許文献１には、簡単な構造で、曲がり管、分岐管等にて、所望の方向に移動させることができる配管検査装置が開示されている。

特開２０１２−７６４７５号公報

ところで、障害物等の段差のある路面や不整地を走行する移動車両において、路面に接する車輪等の走行機構に大きなトラクション、すなわち駆動力を路面に伝える能力を得るために様々な工夫がなされている。

例えば、図８に示されるように、車輪１１０と、車輪１１０表面に取り付けられたグローサと呼ばれる突起である複数の係止部１２０とを有する走行機構１００がある。図８に示された走行機構１００の係止部１２０は、車輪１１０表面から外方に向かって放射状に突出し、固定されている。走行機構１００では、係止部１２０が路面に対して係止することによって、トラクションを得ることができる。

しかしながら、走行機構１００は、例えば、段差の高さが車輪１１０の半径よりも高い場合には、乗り越えることが困難である。また、隣接する係止部１２０の間隔をより大きくしたり、係止部１２０の突起をより大きくしたりすることで、路面と係止し易くなり、より大きなトラクションを得ることができる。しかしその結果、係止部１２０の各々の先端を結んだ形状がより非円形な形状となることから、走行時において振動や移動効率の低下といった問題が生じる。

本発明は、段差のある路面や不整地を走行する際に、大きなトラクションを得ることができる走行機構を提供する。

請求項１に記載の発明によれば、車輪と、複数の係止部材とを具備し、前記係止部材の各々が、前記車輪の周方向に沿った前後方向に揺動可能に該車輪の外周部に取り付けられ、且つ、前記車輪の周方向に沿った前後の端部に係止部を有し、弾性部材をさらに具備し、前記弾性部材が、揺動した前記係止部材を復元する方向に付勢するように、前記係止部材の各々の前後において、前記車輪又は前記係止部材に取り付けられていることを特徴とする走行機構が提供される。

また、請求項２に記載の発明によれば請求項１に記載の発明において、前記係止部材が、前記車輪の回転軸線と平行な軸線回りに揺動することを特徴とする走行機構が提供される。

また、請求項３に記載の発明によれば請求項１又は２に記載の発明において、前記係止部材の各々が、走行時に路面と接する凸曲面状の走行面を有することを特徴とする走行機構が提供される。

また、請求項４に記載の発明によれば請求項１から３のいずれか１つに記載の発明において、前記係止部材の各々が、扇形の縦断面形状を有することを特徴とする走行機構が提供される。

また、請求項５に記載の発明によれば請求項４に記載の発明において、前記扇形の円弧の曲率半径が、前記車輪の半径よりも大きいことを特徴とする走行機構が提供される。

また、請求項６に記載の発明によれば請求項１から５のいずれか１つに記載の発明において、前記係止部材が、前記車輪の周方向に沿って等間隔に配置されていることを特徴とする走行機構が提供される。

各請求項に記載の発明によれば、段差のある路面や不整地を走行する際に、大きなトラクションを得ることができるという共通の効果を奏する。

本発明の一態様による走行機構の斜視図である。図１の走行機構の正面図である。図１の走行機構の車輪の斜視図である。図１の走行機構の係止部材の斜視図である。図１の走行機構の弾性部材の斜視図である。図１の走行機構の走行の状態を示す図である。図１の走行機構とは異なる弾性部材の実施例を示す図である。従来の走行機構を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。

図１は、本発明の一態様による走行機構１の斜視図であり、図２は、図１の走行機構１の正面図である。走行機構１は、１つの車輪１０と、６つの係止部材２０と、１つの弾性部材３０とを有している。また、図３は、図１の走行機構１の車輪１０の斜視図であり、図４は、図１の走行機構１の係止部材２０の斜視図であり、図５は、図１の走行機構１の弾性部材３０の斜視図である。

なお、以下の説明において、車輪１０の周方向に沿って前後方向を規定し、車輪１０が回転する際に向かう方向を「前」とし、その反対側を「後」と規定する。添付した図面、例えば図２では、車輪１０が時計回りに回転すると仮定する。車輪１０が反時計回りに回転すると前後は逆転するが、構成及び効果において相違はない。

図３を参照すると、車輪１０は、円筒状の車輪本体１１と、車輪本体１１の両端に配置され且つ車輪本体１１より大径の環状プレート１２とを有するボビン状の部材である。環状プレート１２の各々には、車輪１０の中心軸線回りの周方向に等間隔に、６つの取付孔１３が形成されている。また、取付孔１３は、対向する環状プレート１２間で対向する位置に配置されている。車輪本体１１の挿入孔１４には、移動装置の駆動シャフト等が挿入可能である。車輪１０は、剛体の部材である。

図４を参照すると、係止部材２０は、揺動軸２１と、走行機構１の走行時に路面と接する走行面２２と、対向する略扇形の端面２３と、係止部材２０の前面及び後面である係止面２４とを有している。係止部材２０の各々は、揺動軸２１の両端を車輪１０の両端の環状プレート１２の取付孔１３に嵌合させることによって、車輪１０の周方向に沿った前後方向に揺動可能に車輪１０の外周部に取り付けられる（図１及び図２）。走行機構１では、車輪１０の回転軸線と係止部材２０の各々の揺動軸線とは平行であり、従って、係止部材２０は、車輪１０の回転軸線と平行な軸線回りに揺動する。

走行面２２は、揺動軸２１の軸線方向に延びる円筒面の一部からなる凸曲面状に形成されている。また、２つの係止面２４は、対向する端面２３の略扇形の直線の半径部分間を延びる矩形の平面である。従って、係止部材２０の揺動軸２１の軸線に対して垂直な縦断面形状は、略扇形となる。端面２３の扇形の中心角、すなわち、２つの係止面２４の成す角をαとする（図２）。係止面２４の径方向外側の部分、すなわち走行面２２近傍の部分又は端部は、後述する係止部２５を構成する。係止部材２０は、剛体の部材である。

図５を参照すると、弾性部材３０には、車輪１０の車輪本体１１が挿入される円筒状の内面形状を有するように、貫通孔３１が形成されている。すなわち、弾性部材３０の貫通孔３１の内径と、車輪１０の車輪本体１１の外径とは略等しい。また、弾性部材３０には、貫通孔３１の中心軸線回りの周方向に等間隔に、略円形断面の６つの溝部３２が軸線方向に形成されている。弾性部材３０の貫通孔３１の中心軸線から溝部３２までの距離は、車輪１０の中心軸線から取付孔１３までの距離と等しい。従って、弾性部材３０を車輪１０に対して取り付けると、弾性部材３０の６つの溝部３２の各々を、車輪１０の６つの取付孔１３の各々と整列させることができる。

また、弾性部材３０の隣接する溝部３２間には、径方向外方へ突出し且つ軸方向へ延びる６つの隆起部３３が形成されている。各隆起部３３の先端には、弾性部材３０の貫通孔３１の中心軸線方向に延びる円筒面の一部からなる凸曲面状に形成された外周面３４が形成されている。弾性部材３０の貫通孔３１の中心軸線から、隆起部３３の外周面３４までの距離は、車輪１０の環状プレート１２の外径より大きく、車輪１０に取り付けられた係止部材２０の走行面２２までの距離よりは小さい。

さらに、隆起部３３の各々は、前面及び後面である矩形の当接面３５を有している。隣接する隆起部３３間の隣接する当接面３５の成す角は、上述した端面２３の扇形の中心角、すなわち２つの係止面２４の成す角αと略同一である。従って、走行機構１は、車輪１０の車輪本体１１を弾性部材３０の貫通孔３１に挿入した状態で、係止部材２０の揺動軸２１を車輪１０の環状プレート１２に取り付けると、係止部材２０の揺動軸２１が弾性部材３０の溝部３２内に収容され、係止部材２０の係止面２４が弾性部材３０の当接面３５と当接又は近接して配置される。

弾性部材３０は、エラストマー等のゴム弾性を有する材料や、スポンジ等の多孔性材料から形成することができる。弾性部材３０は、軽量化のためスポンジから形成されている。特に、多孔性材料として、各気泡が独立して密閉されている独立気泡スポンジを採用すると、液体を吸引することがないことから、液体で濡れた路面でも走行可能であり、且つ、水中で浮力が得られるため好ましい。

係止部材２０の各々が、弾性部材３０の隣接する隆起部３３間に配置されることによって、揺動した係止部材２０を元の位置に戻す方向、すなわち復元する方向に、弾性部材３０の弾性に起因する付勢力が生じる。言い換えると、係止部材２０が揺動することによって、係止部材２０の係止面２４が、対向する弾性部材３０の当接面３５に当接して押圧する。その結果、弾性部材３０、特に隆起部３３が弾性変形し、変形を元に戻そうとする力が係止部材２０を復元する付勢力となる。

走行機構１は、平坦な路面を走行する場合には、係止部材２０の凸曲面状に形成された走行面２２によって、通常の円形断面の車輪のように走行することができる。すなわち、走行機構１は、車輪１０の回転に応じて、６つの係止部材２０のうちの１つの走行面２２において、前端２２ａから接地が開始され、接地点が徐々に後方へ移行し、後端２２ｂの接地へと続く。

ここで、係止部材２０の走行面２２の接地している部分は、路面から抗力（垂直抗力）を受ける。この抗力の方向が、係止部材２０の揺動軸２１からオフセットしている場合には、モーメントが作用し、係止部材２０は揺動軸２１回りに揺動する。従って、走行面２２の前端２２ａ又は後端２２ｂが接地しているときが、モーメントが最も大きく、係止部材２０の揺動角も最も大きい。

上述したように、車輪１０の回転によって、路面との接地点が係止部材２０の走行面２２の後端２２ｂに達した後、隣接する後方の係止部材２０の走行面２２の前端２２ａへの接地が行われる。言い換えると、こうした隣接する係止部材２０の走行面２２間の接地点の移行がスムーズに行われるように、走行面２２の形状や係止部材２０の間隔、さらには弾性部材３０の材質等が決定される。例えば、走行面２２の縦断面形状の曲率半径は、車輪１０の半径、すなわち車輪本体１１又は環状プレート１２の半径よりも大きいことが好ましい。当然のことながら、隣接する係止部材２０は互いに干渉しないように離間して配置される。

他方、走行機構１が、段差を乗り越える場合について、図６を参照しながら説明する。図６は、図１の走行機構１の走行の状態を示す図である。平坦な路面を走行した状態から、段差Ｓのある路面へ走行する状況を示している。なお、図６において、弾性部材３０は省略して描かれている。

図６において左から右に向かって走行した走行機構１が段差Ｓに到達すると、第１係止部材２０ａの走行面２２の後部が対向する壁面Ｗに当接し、抗力を受ける。従って、第１係止部材２０ａは、走行面２２の後端２２ｂ側に揺動する。その結果、隣接する後方の第２係止部材２０ｂの係止面２４の係止部２５が露出することから、段差Ｓの上面Ｔに係止する。次いで、この係止部２５を支点にして走行機構１は、段差Ｓを乗り越えることができる。言い換えると、係止部２５は、段差を乗り越えようとする場合に、その上部又は上面と係止することができるように、係止部材２０の前後の端部に形成されている。

以上より、走行機構１によれば、車輪１０の回転に応じて係止部材２０が抗力を受けることによって受動的に揺動し、段差を乗り越えることが可能である。従って、走行機構１によれば、段差のある路面や不整地を走行する際に、単純且つ軽量な機構で大きなトラクションを得ることができる。

上述した本発明の一態様による走行機構１では、係止部材２０が略扇形の縦断面形状を有していた。しかしながら、平坦な路面において安定した走行ができ、且つ、段差を乗り越える場合に係止部が機能する限りにおいて、任意の形状を採用し得る。例えば、係止部材２０の走行面２２の縦断面形状が、連続的に異なる曲率半径を有するようにしてもよい。また、走行機構が有する係止部材の数は、６つに限らず、５つ以下又は７つ以上であってもよい。

上述した本発明の一態様による走行機構１では、スポンジ製の弾性部材３０を用いたが、その他の一般的な弾性部材、例えばコイルばね、トーションばね、板ばねを用いて同様の効果を奏するようにしてもよい。

これに関し、図７は、図１の走行機構１とは異なる弾性部材５０の実施例を示す図である。図７では、弾性部材５０として、コイルばねが用いられている。弾性部材５０は、一端が係止部材２０の係止面２４に取り付けられ、他端が車輪１０、例えば車輪本体１１に取り付けられている。すなわち、本実施例では、弾性部材５０の両端が固定端である。従って、本実施例では、係止部材２０の揺動によって、前面及び後面の係止面２４に取り付けられた弾性部材５０の一方が圧縮され、他方が伸長する。よって、前後２つの弾性部材５０の付勢力を利用することによって、係止部材２０は復元する。

なお、図１の走行機構１のスポンジ製の弾性部材３０を、図７に示されるように、コイルばねを用いて模式的に示すと、弾性部材３０の一端が係止部材２０に取り付けられていない自由端の場合と等しいと言える。他方、図７において、弾性部材が係止部材２０の係止面２４に取り付けられて固定端を形成し、車輪１０の外周部側を自由端としてもよい。

上述した本発明の一態様による走行機構１は、２輪車両や４輪車両等の様々な車両の車輪と置換可能である。また、本発明の一態様による走行機構１は、車両に限らず、様々な移動装置に適用可能である。例えば、３つ以上の走行機構１を縦一列に連続して配置することによって、蛇型ロボットの走行機構に適用してもよい。また、走行機構１の車輪１０の代わりに、無限軌道におけるクローラベルトを用いてもよい。すなわち、クローラベルトの路面に接地する外表面に、揺動可能な複数の係止部材を配置し、且つ、係止部材間に弾性部材を配置するようにしてもよい。その他、そりのような平坦な走行面を有する走行機構に対して、本発明を適用してもよい。

１走行機構
１０車輪
２０係止部材
２５係止部
３０弾性部材

Claims

車輪と、複数の係止部材とを具備し、
前記係止部材の各々が、前記車輪の周方向に沿った前後方向に揺動可能に該車輪の外周部に取り付けられ、且つ、前記車輪の周方向に沿った前後の端部に係止部を有し、
弾性部材をさらに具備し、前記弾性部材が、揺動した前記係止部材を復元する方向に付勢するように、前記係止部材の各々の前後において、前記車輪又は前記係止部材に取り付けられていることを特徴とする走行機構。
前記係止部材が、前記車輪の回転軸線と平行な軸線回りに揺動することを特徴とする請求項１に記載の走行機構。
前記係止部材の各々が、走行時に路面と接する凸曲面状の走行面を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の走行機構。
前記係止部材の各々が、扇形の縦断面形状を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の走行機構。
前記扇形の円弧の曲率半径が、前記車輪の半径よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の走行機構。
前記複数の係止部材が、前記車輪の周方向に沿って等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の走行機構。