JP6501528B2 - 走行装置の駆動機構 - Google Patents

Description

本発明は、４輪駆動における走行装置の駆動機構に関するものである。

同一の場所で旋回可能な操舵方法として左右の車輪の回転差で操舵を行うスキッドステア方式が知られている。特に電動モータを動力源とする自律走行装置は、左右の駆動を別々の電動モータを用いることでモータの回転制御のみで操舵が可能となる。自律走行装置は安定性を得るために車高が低い方が好ましい。一方車高を低くすると車輪が小さくなり、地面と車体底部のクリアランスである地上最低高が小さくなり障害物が乗り越えられなくなる。

そこで、例えば特開２００８−２８５０８７号公報では、前輪と後輪に更にクローラを備え、車輪に駆動力を伝達するとともに、車輪が埋没するような悪路であっても、クローラが機能して走行可能とする車椅子が提案されている。

特開２００８−２８５０８７号公報

このような走行装置では、クローラを車輪径に近い大きさで懸架する必要がある。クローラが車輪外縁より離れた位置にあれば、車輪が柔らかい地面に埋没したり、障害物を乗り越えられないなどして動かなくなっても、クローラが地面や接触物に当接せず、機能しない場合があるからである。しかし、クローラの位置を車輪外縁に近いところにすると、路面の凹凸や石などがクローラに接触して耐久性を損ない、また騒音を招来するという問題がある。

本発明は、前記課題を解決するもので、前輪と後輪とを連結して駆動する無端状部材を、必要なときにのみ走行補助として用いることができる走行装置の駆動機構を提供することを目的とする。

本発明は、車台の前後に取付けられた左右一対の車輪と、前記車輪に一体的に設けられ、前記車輪より径が小さいスプロケットと、前後スプロケットに懸架された無端状部材と、前記無端状部材の内周面に当接して前記無端状部材の位置を変えることができるプーリと、前記プーリを移動する移動手段と、を備え、
前記移動手段は、前記プーリを下方に移動して前記無端状部材の下辺に内接させることにより、前記無端状部材を、前記前後のスプロケットの下端を結ぶ第１の位置から、更に下方の第２の位置に移動させ、前記無端状部材を無限軌道として機能させることを特徴とする。
車輪走行で走行障害を起こした場合に、無端状部材を無限軌道として機能させて、走行を継続するものである。

本発明によれば、走行障害を起こした場合に、無端状部材を無限軌道として機能させ、それ以外は車輪を用いて走行させることができるので、無端状部材を傷めることを抑え、騒音も抑えることができ、走行寿命を延ばすことができる。

第１実施形態における走行装置を示す側面図である。 第１実施形態における走行装置を示す平面図である。 第１実施形態における走行装置のベルトを押し下げたことを示す側面図である。 走行装置を示すブロック図である。 第１実施形態における走行装置が自律走行を行う場合のベルト位置切替処理を示すフローチャートである。 第２の実施形態における走行装置を示す側面図である。 第２実施形態における走行装置が自律走行を行う場合のベルト位置切替処理を示すフローチャートである。 第３実施形態における走行装置を示す側面図である。 第３実施形態における走行装置を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

〔第１実施形態〕
図１は第１実施形態における走行装置を示す側面図であり、図２は第１実施形態における走行装置を示す平面図である。

図に示されるように、走行装置１０は、車台１１と４つの車輪１２を具備している。本実施形態では、４つの車輪１２のうちの、左右一対の前輪１２−１と、左右一対の後輪１２−２とを備える。車台１１の内部には図示しないが、バッテリが収容されている。

左右の前輪用軸１５−１は、それぞれ、その一端が左右の前輪１２−１に接続され、その他端が駆動輪である左右の前輪用スプロケット１６−１とトランスミッション１４に接続されている。前輪１２−１と前輪用軸１５−１と前輪用スプロケット１６−１は一体的に構成されて動作する。左右のトランスミッション１４は、それぞれ、左右の電動モータ１３に接続されている。左右の電動モータ１３は、後述の走行制御部３１（図４を参照）により制御される。

左右の後輪用軸１５−２は、それぞれ、その一端が左右の後輪１２−２に接続され、その他端が遊動輪である左右の後輪用スプロケット１６−２と軸受１８に接続されている。後輪１２−２と後輪用軸１５−２と後輪用スプロケット１６−２は一体的に構成されて動作する。

前輪用スプロケット１６−１と後輪用スプロケット１６−２との外周には、無端状部材であるベルト１７が懸架され、前輪１２−１と後輪１２−２とはベルト１７により連結されている。ベルト１７は、スプロケット１６に接する内面に一定間隔で突起部が形成され、スプロケット１６と歯合する構造である。

前輪１２−１は、電動モータ１３の動力をトランスミッション１４を介して受けて、その動力に基づいて、前輪用軸１５−１及び前輪用スプロケット１６−１と共に回転する。後輪１２−２は、前輪１２−１の回転運動をベルト１７により受けて、その回転運動に基づいて、後輪用軸１５−２及び左側の後輪用スプロケット１６−２と共に回転する。

トランスミッション１４は、例えば、クラッチ、ギアボックスを含んでいる。ギアボックスは、その一端が電動モータ１３に接続された軸と、その軸の外周に設けられた歯車（図示しない）などからなり、動力源（電動モータ１３）の動力をトルクや回転数、回転方向を変えて伝達する。そのため、トランスミッション１４と前輪用軸１５−１と後輪用軸１５−２と前輪用スプロケット１６−１と後輪用スプロケット１６−２とベルト１７とは、動力伝達部材として構成される。

左右の電動モータ１３は、それぞれ左右の動力伝達部材に動力を伝達することにより、４つの車輪１２を駆動させて車台１１の走行や停止を行う。

ここで、動力伝達部材として、トランスミッション１４を含まなくてもよい。この場合、電動モータ１３と左右の前輪用軸１５−１とを歯車（固定比）で結合し、電動モータ１３の回転数と回転方向を制御する。

左右のプーリ２１−１は、前輪１２−１の近傍に配置され、プーリ２１−１を上下に移動する左右のアクチュエータ２２−１に接続されている。左右のプーリ２１−２は、後輪１２−２の近傍に配置され、プーリ２１−２を上下に移動する左右のアクチュエータ（移動手段）２２−２にそれぞれ接続されている。アクチュエータ２２−１，２２−２は、油圧や電気的な駆動でプーリ２１を移動させる。プーリ２１−１，２１−２は、ベルト１７の上辺と下辺に内接し、ベルト１７の位置を変えることができる。

ベルト１７の位置は、ベルト１７の下辺の位置とする。
図１に示すように、ベルト１７の第１の位置２６は、前後両方のスプロケット１６−１とスプロケット１６−２の下端を結ぶ位置であり、車台１１の底面よりも上方にあって、ベルト１７が車台１１内に収容される。このときプーリ２１−１，２１−２は、アクチュエータ２２−１，２２−２によりベルト１７の上辺に内接する位置に移動して、懸架されているベルト１７の上辺を鉛直上方に押し上げ、ベルト１７の下辺を第１の位置２６に保持する。

ベルト１７の第２の位置２７は、図３に示すように、第１の位置２６よりも下方で、さらに車台１１の底面より下方にあって、ベルト１７の一部が車台１１より下方に突出する。このときプーリ２１−１，２１−２は、アクチュエータ２２−１，２２−２によりベルト１７の下辺に内接する位置に移動して、ベルト１７の下辺を鉛直下方に押し下げる。

こうして、ベルト１７が第１の位置２６にあるときには、ベルト１７は車台１１内に収容され、第２の位置２７にあるときには、ベルト１７が車台底面の下方に押し出される。第１の位置２６にあるときは、ベルト１７が車台１１内に収容されることから、走行装置１０は車輪１２で駆動されてベルト１７は走行に関わらないので、ベルト１７の汚れが防止でき、人や物が巻き込まれるのを防止でき、安全性が確保できる。第２の位置２７にあるときは、ベルト１７が地面や障害物に当接した場合において走行を補助することができる。たとえば車輪１２が埋まった場合や、前後の車輪１２間に突起部があって４輪すべてが宙に浮いた場合であっても地面に当接するベルト１７の駆動によって車台１１をその突起部から開放することができる。

図４は、走行装置１０を示すブロック図であり、巡回走行に必要な機能ブロックを記載している。
図４に示されるように、走行装置１０の機能ブロックは、走行制御部３１、記憶部３２、電動モータ１３、アクチュエータ２２、ＧＰＳ受信部３５、センサ部３６、である。

走行制御部３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）からなり、走行動作を行うため各部を制御する。特に、電動モータ１３を制御することで走行を制御し、アクチュエータ２２を制御することで、プーリ２１の移動を制御し、ベルト１７の位置を変更して無限軌道として機能させることを可能とする。

記憶部３２は、ＲＡＭやＲＯＭなどのメモリやＨＤＤなどの大容量記憶装置からなるものであり、コンピュータプログラムや各種データが格納されている。走行制御部３１であるＣＰＵは、このコンピュータプログラムを記憶部３２より読み込み、実行することにより、走行制御に関わる処理機能を実現することができる。処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリなどがある。また、プログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、そのプログラムを、サーバコンピュータからネットワークを介して他のコンピュータに転送することもできる。

ＧＰＳ受信部３５は、ＧＰＳより電波を受信して走行装置１０の位置情報を取得する。
センサ部３６は、走行装置１０の走行状態や障害物などを検出するためのもので、様々のセンサを備える。たとえば、バンパ、傾斜センサ、加速度センサ、方位センサ、距離センサなどである。バンパは、前方に生じた外力を検出するためのセンサで、たとえば振動センサや加速度センサ等の衝撃センサを適用することができる。傾斜センサは、走行装置１０の傾斜角度を検出する。方位センサは、たとえば地磁気を利用した地磁気センサなどであり、走行方向の方位を検出する。距離センサは、周知の光を利用したものや超音波を利用したもの等であり、対象物までの距離を測定する。

図５は、第１実施形態における走行装置が自律走行を行う場合のベルト位置切替処理を示すフローチャートである。

走行装置１０の走行制御部３１は、ベルト１７を第１の位置２６にする（ステップＳ１１）。アクチュエータ２２により、プーリ２１をベルト１７の上辺に内接して押し上げさせ、ベルト１７を第１の位置に保持する。図１に示すように、ベルト１７は車台１１の中に収容される。

走行制御部３１は、電動モータ１３を駆動して四輪１２により走行を行いながら（ステップＳ１２）、センサ部３６やＧＰＳ受信部３５の検出結果により走行状態を判定する（ステップＳ１３）。走行障害が起こっていると判定した場合、ベルト１７を第２の位置に移動する（ステップＳ１４）。アクチュエータ２２により、プーリ２１をベルト１７の下辺に内接して押し下げさせ、ベルト１７を第２の位置に保持する。

走行制御部３１は、ベルト１７を第２の位置に保持しながら、電動モータ１３を駆動して走行装置１０を走行させる（ステップＳ１５）。このとき、図３に示すように、ベルト１７の一部は、車台１１の底部から飛び出して、無限軌道として機能するようになっている。従って、ベルト１７に障害物や地面などが当接すれば、ベルト１７により走行装置１０が走行する。

走行制御部３１は、ベルト１７が第２の位置になってから所定時間が経過したかを確認する（ステップＳ１６）。所定時間内では、ベルト１７を第２の位置で駆動する。所定時間を過ぎれば、走行制御部３１は、走行障害を起こしていないかを確認する（ステップＳ１７）。走行障害を起こしていなければ、ステップＳ１１に戻り、ベルト１７を第１の位置に戻して再び走行を行う。走行障害を起こしていれば、ベルト１７を第２の位置に保持しても、走行できないので、走行装置を停止させる（ステップＳ１８）。
このように、走行障害を起こして停止しない限り、予め設定したルートを走行し続ける。

こうして走行障害を起こした場合に、ベルト１７を無限軌道として機能させ、それ以外は車輪を用いて走行させることができるので、ベルト１７を傷めることを抑え、騒音も抑えることができ、必要な時だけベルト１７を無限軌道として機能させることが出来て、走行寿命を延ばすことができる。

なお、上記の処理は自律走行型の走行装置についてのものだったが、たとえばユーザのリモコン操作によって、ベルト１７の位置を切替可能としてもよい。この場合は、走行制御部３１がリモコンの指示信号を受けて、ベルト１７の位置を変える動作を行う。

〔第２実施形態〕
第２実施形態は、プーリの第２の位置を変更可能としたものである。
図６は、第２の実施形態における走行装置を示す側面図である。

たとえば、地面がアイスバーンのように車輪１２の摩擦係数が小さく走行できない場合、第１実施形態のように、ベルト１７の第２の位置２７が、車輪１２の下端に届かないと、走行障害は解消できない。そこで、図６に示すように、第２の位置２７−２が車輪１２下端と同一の高さとすると、車輪の摩擦係数が小さく走行できない場合であってもベルト１７が地面に当接することで走行が可能となる。

走行制御部３１は、センサ部３６による検出により、地面の状態や車輪の回転と移動状況を判定して、アクチュエータ２２により駆動力が得られるまでプーリ２１を押し下げる。なお、このときプーリ２１の移動限界は設けておき、ベルト１７の第２の位置に限界を設けておく。

図７は、第２実施形態における走行装置が自律走行を行う場合のベルト位置切替処理を示すフローチャートである。

走行装置１０の走行制御部３１は、ベルト１７を第１の位置２６にする（ステップＳ２１）。アクチュエータ２２により、プーリ２１をベルト１７の上辺に内接して押し上げさせ、ベルト１７を第１の位置に保持し、図１に示すように、車台１１の中にベルト１７は収容される。

走行制御部３１は、電動モータ１３を駆動して四輪１２により走行を行いながら（ステップＳ２２）、センサ部３６やＧＰＳ受信部３５の検出結果により走行状態を判定する（ステップＳ２３）。走行障害が起こっていると判定した場合、ベルト１７を第２の位置に移動する（ステップＳ２４）。アクチュエータ２２により、プーリ２１をベルト１７の下辺に内接して押し下げさせ、ベルト１７を第２の位置２７−１に保持する。

走行制御部３１は、ベルト１７を第２の位置２７−１に保持しながら、電動モータ１３を駆動して走行装置１０を走行させる（ステップＳ２５）。このとき、図３に示すように、ベルト１７の一部は、車台１１の底面から飛び出す。

走行制御部３１は、第２の位置２７−１になってから所定時間が経過したかを確認する（ステップＳ２６）。所定時間内では、ベルト１７を第２の位置２７−１で駆動する。所定時間を過ぎれば、走行制御部３１は、走行障害を起こしていないかを確認する（ステップＳ２７）。走行障害を起こしていなければ、ステップＳ２１に戻り、ベルト１７を第１の位置２６に戻して再び走行を行う。走行障害を起こしていれば、現在のベルト１７の位置が限界値であるかを確認する（ステップＳ２８）。

限界値でなければ、走行制御部３１は、さらにベルト１７を下降させてベルト１７の第２の位置を変更する（ステップＳ２９）。たとえば、図６に示すように、第２の位置２７−２に変更する。図６では２段階に設定してあるが、多段階に設定して構わない。限界値であれば、走行装置１０を停止させる（ステップＳ３０）。

このようにして、走行状態に応じて第２の位置２７を変更することで、ベルト１７がグリップ力を補完して走行可能とすることができる。

なお、上記の処理は自律走行型の走行装置についてのものだったが、たとえばユーザのリモコン操作等によって、ベルトの位置を様々に変更可能としてもよい。この場合は、走行制御部３１がリモコンの指示信号を受けて、ベルト１７の位置を所望の位置に変える動作を行う。

〔第３実施形態〕
第３の実施形態は、車台１１の進行方向前方にローラを取付け、その回転により障害物を検出して、ベルトを第１の位置から第２の位置を変更する。
図８は第３実施形態における走行装置を示す側面図であり、図９は第３実施形態における走行装置を示す平面図である。

車台１１前方には車台匡体より突出して直径１５ｃｍの回転自在な円柱状のローラ５１が設けられる。車台底面より高い障害物５３があった場合、最初にローラ５１が障害物５３に当接して、車台１１の駆動力により回転する。この回転をセンサ部３６において検出することで、走行制御部３１は、前方に障害物５３があることを判定できる。

さらに走行装置１０が前方に進んで、障害物５３を乗り越えて車台部底面が障害物５３に当接する。このとき、ＧＰＳ受信部３５とセンサ部３６の検出結果から、走行障害が起こっていることが判定できるので、無端状部材であるベルト１７を第２の位置になるように、アクチュエータ２２によりプーリ２１をベルト１７の下辺に内接させて押し上げる。ここで車台１１の底面よりベルト１７面が突出することから、障害物５３によって４輪がすべて浮き上がってもベルト１７の駆動によって車台１１を押し出すことができる。なお、ベルト１７の位置はローラ５１の回転をエンコーダー等で読み取り、アクチュエータ２２でプーリ２１の位置を変えることで実現できる。

第３実施形態ではローラが前方方向に設けられていたが、後方に設けられていてもよい。進行方向が前方とは限らず、バックする場合も考えられるからである。

以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等された発明も含まれる。

１０ ：走行装置
１１ ：車台
１２ ：車輪
１２−１ ：前輪
１２−２ ：後輪
１３ ：電動モータ
１４ ：トランスミッション
１６ ：スプロケット
１６−１ ：前輪用スプロケット
１６−２ ：後輪用スプロケット
１７ ：ベルト（無端状部材）
２１ ：プーリ
２２ ：アクチュエータ（移動手段）
２６ ：第１の位置
２７ ：第２の位置
２７−１ ：第２の位置
２７−２ ：第２の位置
３１ ：走行制御部
５１ ：ローラ

Claims (4)

1. 車台の前後に取付けられた左右一対の車輪と、
   前記車輪に一体的に設けられ、前記車輪より径が小さいスプロケットと、
   前後の前記スプロケットに懸架された無端状部材と、
   前記無端状部材の内周面に当接して前記無端状部材の位置を変えることができるプーリと、
   前記プーリを移動する移動手段と、
   を備え、
   前記移動手段は、前記プーリを下方に移動して前記無端状部材の下辺に内接させることにより、前記無端状部材を、前後の前記スプロケットの下端を結ぶ第１の位置から、更に下方の第２の位置に移動させ、前記無端状部材を無限軌道として機能させるものであり、
   前記第１の位置は、前記車台の底面より上にあり、
   前記第２の位置は、前記車台の底面より下にあることを特徴とする走行装置の駆動機構。
2. 車台の前後に取付けられた左右一対の車輪と、
   前記車輪に一体的に設けられ、前記車輪より径が小さいスプロケットと、
   前後の前記スプロケットに懸架された無端状部材と、
   前記無端状部材の内周面に当接して前記無端状部材の位置を変えることができるプーリと、
   前記プーリを移動する移動手段と、
   を備え、
   前記移動手段は、前記プーリを下方に移動して前記無端状部材の下辺に内接させることにより、前記無端状部材を、前後の前記スプロケットの下端を結ぶ第１の位置から、更に下方の第２の位置に移動させ、前記無端状部材を無限軌道として機能させるものであり、
   前記車台の進行方向に回転可能なローラを突出させて設け、
   前記ローラが回転した場合、前記移動手段が、前記プーリを移動させて前記無端状部材を前記第２の位置に移動することを特徴とする走行装置の駆動機構。
3. 前記移動手段は、前記プーリを前記無端状部材の上辺に内接させることにより、前記無端状部材を第１の位置に保持することを特徴とする請求項１又は２に記載の走行装置の駆動機構。
4. 前記移動手段は、走行状態に応じて前記第２の位置を選択的に変更できることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の走行装置の駆動機構。

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