JP6517536B2 - クローラ走行装置 - Google Patents

Description

本発明は、火山等の軟弱地盤における斜面横断走行に適したクローラ走行装置に関する。

並行に対向配置された２つのクローラ走行体を駆動させることにより走行条件の悪い不整地や山岳地帯を安定して走行することができるクローラ走行装置が種々提案されている。
特許文献１（特開２００９−３５２３８公報）には、２つの磁気吸着型クローラのフレーム部分同志を、クローラと平行な軸回り、及び該軸と直交する他の軸回りの２自由度ヒンジで結合することにより、各クローラの接地面が平行でない場合、即ち走行面が平面でない場合であっても各接地面に各クローラを密着して走行可能とする配管内検査車が提案されている。
しかし、特許文献１に記載の配管内検査車は配管内を走行することを目的としたものであり、不整地や山岳地帯の斜面を横断走行（トラバース）するクローラ走行装置に転用することは不可能である。

特許文献２（特開２０１３−１１１６６８公報）には、箱状の本体の左右に設けられた走行用クローラと、各走行用クローラのプーリの軸部により回動自在に軸支された腕状のサブクローラとを備え、がれき等、足場の悪い環境下でも安定して走行することができる無人走行用移動体が開示されている。
しかし、特許文献２に記載された無人走行用移動体は不整地を走行することは可能であるが、左右のクローラの上下高さを変化させる上下差動が不可能であるため、火山などの軟弱地盤において斜面横断する場合に横滑りや進行方向の変動、更には横転が発生し易い。

非特許文献１（「クローラの接地荷重情報を利用した多自由度クローラ型移動ロボットの走行制御」／日本機械学会 ロボティクス・メカトロニクス講演会 ＲＯＢＯＭＥＣ２０１３）には、クローラの接地荷重情報を利用した多自由度クローラ型移動ロボットが開示されている。この多自由度クローラ型移動ロボットでは、対向配置された２つのクローラ走行体の昇降高さを上下差動させることにより、傾斜面を横断走行する際の安定性を図っている。
しかし、各クローラ走行体間の上下差動範囲が個々のクローラ走行体の上下寸法の範囲内に制限されているために横断可能な斜面の傾斜度に制限がある、という問題がある。

特開２００９−３５２３８公報 特開２０１３−１１１６６８公報

「クローラの接地荷重情報を利用した多自由度クローラ型移動ロボットの走行制御」／日本機械学会 ロボティクス・メカトロニクス講演会 ＲＯＢＯＭＥＣ２０１３

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、並行して対向配置された２つのクローラ走行体の上下位置を変化させる上下差動が可能なクローラ走行装置において、横断しようとする斜面の傾斜角度の大小に関係なく柔軟に対応して安定した斜面横断が可能な技術を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明のクローラ走行装置は、並行に配置された２つのクローラ走行体と、該２つのクローラ走行体により夫々上方に突出した状態で支持されて、該各クローラ走行体の進行方向と直交する単一の軸を中心として前記各クローラ走行体に対して夫々回動自在に連結された２つの昇降ガイドユニットと、該２つの昇降ガイドユニット間に配置されて該各昇降ガイドユニット上の高さ位置を個別に変更可能に構成された一つの可動連結部と、前記各昇降ガイドユニットを回動させる姿勢可変機構と、を備え、前記可動連結部が前記各昇降ガイドユニットに対する高さ位置を変化させることにより発生する前記２つのローラ走行体間の最大高低差が、個々のクローラ走行体の高さ寸法を越えているクローラ走行体であって、前記姿勢可変機構は、姿勢可変用モータと、該姿勢可変用モータによって駆動されることにより前記各昇降ガイドユニットを回動させてその姿勢を変化させる姿勢可変ギヤと、を備え、前記各クローラ走行体は、走行面の形状の変化に追従して前記各昇降ガイドユニットに対する各クローラ走行体の姿勢を変化させることができることを特徴とする。

本発明に係るクローラ走行装置によれば、並行して対向配置された２つのクローラ走行体の上下位置を変化させる上下差動が可能なクローラ走行装置において、構成を複雑化したり大型化させることなく個々のクローラ走行体の高さ寸法を超えて上下差動させることにより、横断しようとする斜面の傾斜角度の大小に関係なく柔軟に対応して安定した斜面横断が可能となる。

本発明の一実施形態に係るクローラ走行装置の非差動走行状態の外観構成を示す斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）はクローラ走行装置の一つの差動走行状態を示す正面側斜視図、背面側斜視図である。 （ａ）（ｂ）及び（ｃ）は図２の差動走行状態にあるクローラ走行装置の正面図、右側面図、及び平面図である。 （ａ）乃至（ｅ）は各クローラ走行体が平坦面を走行している状態（非差動状態）と傾斜面を走行している状態（差動状態）を示す側面図である。 （ａ）乃至（ｅ）は各クローラ走行体が平坦面を走行している状態（非差動状態）と傾斜面を走行している状態（差動状態）を示す正面図である。 クローラ走行体のうちの一方のクローラ走行体の正面側（内側面側）斜視図である。 （ａ）（ｂ）及び（ｃ）はクローラ走行体の正面図、右側面図、及び平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は昇降支持機構を含む他方のクローラ走行体の内側斜視図、及び外側斜視図である。 （ａ）（ｂ）及び（ｃ）は昇降支持機構を含む一方のクローラ走行体の正面図、右側面図、及び平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は昇降ガイドユニットの内側斜視図、及び外側斜視図である。 （ａ）乃至（ｄ）は昇降ガイドユニットの内側を示す正面図、右側面図、Ａ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は昇降用モータの正面図、及びＡ−Ａ断面図である。 （Ａ１）乃至（Ｈ１）は一方のクローラ走行体２の前方にある段差部上に乗り上げて前進する手順を示す平面図である。 （Ａ２）乃至（Ｈ２）は一方のクローラ走行体２の前方にある段差部上に乗り上げる手順を示す進行方向後方から見た説明図である。 本発明に係るクローラ走行装置の各種センサとコントロールユニットとを示すブロック図である。

以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。
＜全体構成、動作の概略的な説明＞
図１は本発明の一実施形態に係るクローラ走行装置の非差動走行状態の外観構成を示す斜視図であり、図２（ａ）及び（ｂ）はクローラ走行装置の一つの差動走行状態を示す正面側斜視図、及び背面側斜視図であり、図３（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は図２の差動走行状態にあるクローラ走行装置の正面図、右側面図、及び平面図である。なお、図３では可動連結部上に計測機器等３５０を搭載した状態を示している。
また、図４（ａ）乃至（ｅ）は各クローラ走行体２、３が平坦面を走行している状態（非差動状態）と傾斜面を走行している状態（差動状態）を示す側面図であり、図５（ａ）乃至（ｅ）は各クローラ走行体２、３が平坦面を走行している状態（非差動状態）と傾斜面を走行している状態（差動状態）を示す正面図である。

クローラ走行装置１は、並行に配置された少なくとも２つのクローラ走行体２、３と、２つのクローラ走行体を夫々個別に昇降自在に支持する昇降支持機構１００と、を概略備えている。
即ち、クローラ走行装置１は、並行に配置された２つのクローラ走行体２、３と、２つのクローラ走行体により夫々上方に突出した状態で支持されて、各クローラ走行体の進行方向と直交する軸１０５ａ（図６、図７）を中心として夫々下部適所を回動（揺動）自在に支持、連結された２つの昇降ガイドユニット１０２、１０３と、２つの昇降ガイドユニット間に配置されて該各昇降ガイドユニットに対する高さ位置（相対的位置関係）を個別に変更可能に構成された一つの可動連結部１１０と、を備え、可動連結部１１０が各昇降ガイドユニット１０２、１０３に対する高さ位置（単一の可動連結部に対する各昇降ガイドユニット夫々の位置関係）を変化させることにより発生する２つのローラ走行体間の高低差（最大高低差）は、個々のクローラ走行体の高さ寸法Ｈを越えることが可能である。つまり、前記高低差を種々調整可能であり、その高低差は個々のクローラ走行体の高さ寸法Ｈを越える値を含んでいる。

クローラ走行装置１の特徴的な構成は、昇降支持機構１００による各クローラ走行体２、３の昇降可能範囲が各クローラ走行体の昇降方向長（高さ寸法）Ｈを越えている点と、各クローラ走行体２、３が昇降支持機構１００に対して矢印Ｒで示す方向に回動（揺動）可能に連結されている点にある。各クローラ走行体に対する各昇降支持機構の姿勢（角度）を変化させて重量バランスを調整する手段として姿勢可変機構１５０が装備されている。
クローラ走行体２、３は左右対称に構成されている点を除けば同一構成であり、所定の間隔を隔てて対向配置された２つの側板（内側側板１０、外側側板１１）と、各側板を含むフレームＦ内に収容された後述する走行用駆動機構２０と、走行用駆動機構２０によってエンドレスに支持されて回転駆動されるクローラベルト（キャタピラー等々）５０と、を概略備えている。

昇降支持機構１００は、各クローラ走行体２、３の内側の側板１０から露出した駆動機構の一部に対して夫々回動自在、且つ上下位置固定で連結された昇降ガイドユニット１０２、１０３と、各昇降ガイドユニット間に配置されて各昇降ガイドユニットに沿って相対的に昇降移動自在に連結された可動連結部１１０と、を概略備えている。
このため、個々のクローラ走行体２、３は、可動連結部１１０に対して、各昇降ガイドユニット１０２、１０３と共に個別に昇降移動自在であり、且つ各昇降ガイドユニットに対して軸１０５ａを中心として回動することができる。また、可動連結部１１０は、２つの昇降ガイドユニット１０２、１０３に対して独立して（相対的に）移動可能となっている。
従って、各クローラ走行体２、３は、図１、図４（ａ）、図５（ａ）に示した平坦面を走行する非差動モードから、図４（ｂ）乃至（ｅ）、図５（ｂ）乃至（ｅ）に示した傾斜面を横断走行（トラバース）する際の差動モードに移行する過程で、自由に相互の高さ位置を変化させることができる。逆に、差動モードから非差動モードに移行する過程でも自由に相互の高さ位置を変化させることができる。高さ方向への移動に関しては、各クローラ走行体２、３は、夫々各昇降ガイドユニット１０２、１０３と一体的に移動する。

クローラ走行装置１の詳細な構成を説明する前に、図４、図５に基づいてクローラ走行装置の特徴的な差動動作原理について説明する。
クローラ走行体２、３は、どのような走行モードにおいても各昇降ガイドユニット１０２、１０３の最下端部に位置している。つまり、各昇降ガイドユニットに対する各クローラ走行体２、３の上下方向位置は変化しない。各昇降ガイドユニットに対する可動連結部１１０の上下方向位置、或いは可動連結部材に対する各昇降ガイドユニットの上下方向位置をシフトさせることによって各クローラ走行体間の相対的な上下位置を変化させる。

図４（ａ）、図５（ａ）では走行面２００が水平な平坦面であるため、各昇降ガイドユニット１０２、１０３は同じ高さ位置にあり、且つ各クローラ走行体２、３が各昇降ガイドユニット１０２、１０３の最下端部に位置していることにより、この状態で各クローラ走行体２、３のクローラベルト５０を駆動することにより前進、後退する。この時、可動連結部１１０は各昇降ガイドユニットの最上端部に位置している。なお、水平な平坦面を走行する際の可動連結部１１０の高さ位置は、最上部に限らず、可動連結部に搭載した計測機器等の重量によるバランスを考慮して低い位置に配置してもよい。

図４（ｂ）、図５（ｂ）（ｃ）では走行面２００が緩斜面となっているため、山側（高所側）に位置するクローラ走行体２の高さ位置を谷側（低所側）のクローラ走行体３よりも所要距離だけ高い位置にシフトさせるために可動連結部に対する山側の昇降ガイドユニット１０２の高さ位置を所要距離だけ上昇させている。
なお、図面中では傾斜面を平坦面として図示しており、各クローラベルトの山側のエッジ部だけが傾斜面と接しているように描いているが、この傾斜面が火山のように泥、砂、灰等の軟弱地盤から構成されている不整地である場合には各クローラベルトの山側のエッジ部以外の部分も泥等に埋まってこの斜面と接する筈であるが、理解を容易にするために単純化して図示した。
図４（ｂ）の傾斜した走行面２００を横断走行する場合には谷側のクローラ走行体３に対して山側のクローラ走行体２を上昇させる距離ｈ１（山側のクローラ走行体２に対して谷側のクローラ走行体３を下降させる距離ｈ１）は、クローラ走行体の昇降方向長（高さ寸法）Ｈを越えていない。

次に、図４（ｃ）は（ｂ）よりも傾斜角度が大きい走行面２００を横断走行する場合を示しており、この場合には谷側のクローラ走行体３に対してクローラ走行体２を上昇させる距離ｈ２は、クローラ走行体の昇降方向長（高さ寸法）Ｈと同等か、或いはこれを越える。
本発明では、可動連結部１１０に対する山側の昇降ガイドユニット１０２の高さ位置を距離ｈ２に見合う分だけ上昇させることにより、クローラ走行体３に対するクローラ走行体２の高さ位置を高くしている。このため、横断走行時の走行安定性を確保できる。

図４（ｄ）では、走行面２００は（ｃ）よりも急傾斜となっており、可動連結部１１０に対する山側の昇降ガイドユニット１０２の高さ位置を距離ｈ３に見合う分だけ上昇させることにより、クローラ走行体３に対するクローラ走行体２の高さ位置を最大限に高くしている。このため、横断走行時の走行安定性を確保できる。
図４（ｅ）では、走行面２００の傾斜は図４（ｄ）よりも緩やかになっているが、依然としてクローラ走行２を上昇させる距離ｈ４は、クローラ走行体の昇降方向長（高さ寸法）Ｈと同等か、或いはこれを越えている。この例では、図４（ｄ）の状態から（ｅ）の状態に移行するのに、可動連結部１１０に対する谷側の昇降ガイドユニット１０３の相対的な高さ位置を所要距離ｈ５だけ上昇させている。
図４（ａ）乃至（ｄ）では谷側の昇降ガイドユニット１０３に対する可動連結部１１０の位置は変わりなく、可動連結部は昇降ガイドユニット１０３の最上部に位置している。位置固定した可動連結部に対して山側の昇降ガイドユニット１０２の高さ位置を変化させることにより、急傾斜の走行面での横断走行を可能にしている。

一方、図４（ｅ）では谷側の昇降ガイドユニット１０３に対する可動連結部１１０の高さ位置を変化させることにより、両昇降ガイドユニット１０２、１０３間の高さ位置に差を設けている。
即ち、図４（ｄ）に示した急斜面から（ｃ）、又は（ｅ）に示した緩斜面に移行する場合には、（ｃ）のように可動連結部１１０に対して山側の昇降ガイドユニット１０２のみを下降させてもよいし、（ｅ）のように可動連結部に対して谷側の昇降ガイドユニット１０３のみを上昇させてもよい。或いは、可動連結部に対して山側の昇降ガイドユニット１０２を下降させると共に、谷側の昇降ガイドユニット１０３を上昇させてもよい。

次に、図５に基づいて各クローラ走行体に対して各昇降ガイドユニットの姿勢を変化させる手順について説明する。
傾斜した走行面を昇降する場合には、クローラ走行体に対する昇降ガイドユニットの角度、姿勢を変化させることによって重心が高くなることによる転倒を防止する必要がある。
まず、図５のように平坦な走行面２００上を走行する場合には、クローラ走行体の走行方向に対する各昇降ガイドユニット１０２、１０３の延びる方向（長手方向）は垂直となっている。走行中の重量バランス上、クローラ走行体に対する各昇降ガイドユニットの姿勢はこれがベストである。

次に図５（ｂ）（ｄ）のように走行面２００が傾斜しているのにも関わらず同図のようにクローラ走行体の移動方向（上昇方向、又は下降方向）に対して昇降ガイドユニットが直交する方向（水平面に対して下向きに傾斜した方向）へ姿勢を維持し続けていると、クローラ走行体の重心が常に谷側に偏位した状態となり、転倒する虞がある。
また、走行面２００を登る時に図５（ｂ）のままであると、重心が後方の従動プーリ側に偏位してしまい、クローラの後部が走行面に穴を掘る空転状態となり、且つ、前輪が浮き上がり登ることができない事態が発生する。
このような場合に対応するために、図５（ｃ）（ｅ）に示したようにクローラ走行体の姿勢（移動方向）と関係なく、各昇降ガイドユニット１０２、１０３の姿勢が常に垂直方向（或いは、それ以上に傾倒させてもよい）を向くように姿勢可変機構１５０を作動させる。

＜クローラ走行体＞
次に、図６、図７等に基づいてクローラ走行体の構成例について説明する。
図６はクローラ走行体２、３のうちの一方のクローラ走行体２からクローラベルト５０を取り外した状態の正面側（内側面側）斜視図であり、図７（ａ）（ｂ）及び（ｃ）はこのクローラ走行体の正面図、右側面図、及び平面図である。
なお、他方のクローラ走行体３は同じ構成を有しているため説明は省略する。

クローラ走行体２は、フレームＦと、フレームＦ内に収容された走行用駆動機構２０を含んでいる。更に、フレームＦは、昇降支持機構１００、及び姿勢可変機構１５０を収容、或いは支持している。
フレームＦは、内側側板１０、外側側板１１、及び両側板間を連結する複数の補強部材１３を備える。
走行用駆動機構２０は、前進方向前方寄りの両側板間に回転自在に軸支された駆動側ロータ２２と、駆動プーリを駆動する走行用モータ３０と、従動側ロータ４０と、を概略備えている。

駆動側ロータ２２は、両側板１０、１１に設けた図示しない軸受部により両端部を回転自在に軸支された駆動軸２３と、駆動軸中央部に軸心を固定されたギヤ付きプーリ２４と、駆動軸２３の両端部であって各側板の内側において軸心を固定された円盤状の走行フランジ２５と、駆動軸２３の内側端部に軸心を固定されて内側側板１０に設けた穴（軸受）の外側に配置された従動ギヤ２３ａと、を備えている。つまり、プーリ２４、走行フランジ２５、従動ギヤ２３ａは、駆動軸２３に対して一体化されている。
ギヤ付きプーリ２４は駆動軸２３の軸方向長よりも大幅に狭い幅を有していることにより、後述するクローラベルトの幅方向中心部のギヤ部とのみと噛合する。一方、２つの走行フランジ２５はクローラベルト５０の幅方向両端部を支持する。ギヤ付きプーリ２４と走行フランジ２５に巻掛けられたクローラベルトは幅方向中央部が外径方向へ膨出するクラウン状態となって支持される。このため、クローラベルト５０が幅方向に偏位することを防止することができる。

走行用モータ３０は、一つの補強部材１３を間に挟んで駆動側ロータ２２の後方直近位置に配置されており、その出力軸３０ａが内側側板１０に設けた穴を貫通して内側側板の外側に配置された駆動ギヤ３０ｂの軸心と結合している。
駆動ギヤ３０ｂと従動ギヤ２３ａとの間には無端状のタイミングベルト３５が張設されており、走行用モータからの正逆方向の駆動力をタイミングベルト３５を介して駆動側ロータ２２に伝達する。
駆動ギヤ３０ｂと従動ギヤ２３ａとタイミングベルト３５は、走行装置の実使用時にはカバー３７により覆われている。

従動側ロータ４０は、両側板１０、１１に設けた軸受部により両端部を回転自在に軸支された駆動軸４１と、駆動軸中央部に軸心を固定されたギヤ付きプーリ４２と、各側板の内側において駆動軸４１の両端部により軸心を固定された円盤状の走行フランジ４３と、を備えている。駆動側ロータの場合と同様に、ギヤ付きプーリ４２と走行フランジ４３に巻掛けられたクローラベルト５０は幅方向中央部が外径方向へ膨出したクラウン状態となって支持される。このため、クローラベルトが幅方向に偏位することを防止することができる。
走行用モータ３０を正逆駆動することにより、各クローラ走行体２、３は前進方向、及び後退方向へ移動することができる。

また、ギヤ付きプーリ２４及び４２は駆動軸２３の軸方向長よりも大幅に狭い幅となっていることで、ギヤ付きプーリ２４及び４２の外周に掛け回されたクローラベルト５０の内面に走行面から軟泥等が入り込んでもギヤ付きプーリ２４及び４２とクローラベルト５０との接触面に介在する軟泥等は各プーリに設けたギアの歯と平行な方向に排出され、クローラベルト５０のテンションはほぼ一定に維持される。
すなわち、クローラ走行体の幅方向に等しい幅を有するギヤ付きプーリを備えた従来のクローラ走行装置を火山などのように軟泥を含む地質の場所で走行させると、クローラベルトの内面に入り込んだ軟泥等がプーリとクローラベルトとの間に蓄積され、その結果、クローラベルト５０へのテンションが高くなり、所望の走行性能が得られないのに対し、本発明にかかるクローラ走行装置ではギヤ付きプーリ２４及び４２の表面に付着する軟泥等が排出されることでクローラベルト５０へのテンションを一定に維持し、火山等の軟泥・軟弱地盤を安定して走行することができる。

＜昇降支持機構＞
次に、図８、及び図９等に基づいて昇降支持機構１００について説明する。
図８（ａ）及び（ｂ）は昇降支持機構を含む他方のクローラ走行体３の内側斜視図、及び外側斜視図であり、図９（ａ）（ｂ）及び（ｃ）はこの昇降支持機構を含む一方のクローラ走行体３の正面図、右側面図、及び平面図である。また、図１０（ａ）及び（ｂ）は昇降ガイドユニットの内側斜視図、及び外側斜視図である。図１１（ａ）乃至（ｄ）は昇降ガイドユニットの内側を示す正面図、右側面図、Ａ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図である。図１２（ａ）及び（ｂ）は昇降用モータの正面図、及びＡ−Ａ断面図である。
なお、クローラ走行体２に設けた昇降支持機構はクローラ走行体３と同じ構成を有するため説明は省略する。

昇降支持機構１００は、各昇降ガイドユニット１０２、１０３によって可動連結部１１０を昇降自在（進退自在）に支持することによって、各クローラ走行体２、３の相対的な高さ位置を変化させるための手段である。
なお、各クローラ走行体２、３は、各昇降ガイドユニット１０２、１０３に対して走行用モータ３０の出力軸３０ａを中心として夫々１８０〜３６０度の範囲で相対回転可能に組み付けられているが、各昇降ガイドユニット１０２、１０３に対する上下位置関係は常に一定であり、各昇降ガイドユニット１０２、１０３の下部に対して回転自在に位置固定されている。一方、可動連結部１１０は、各昇降ガイドユニット１０２、１０３の長手方向に沿って個別に進退可能に支持されている。このため、各昇降ガイドユニット１０２、１０３に対する可動連結部１１０の位置を変化させることにより、各クローラ走行体２、３の高さ方向位置を変化させることができる。

昇降支持機構１００はフレームＦ内に収容された昇降用モータ１０５（図６、図７）と、昇降用モータ１０５の出力軸１０５ａにより軸心を固定され、且つ内側側板１０に設けた穴から該側板の外側に露出配置された昇降用プーリ１０６と、下部を内側側板１０に設けた軸受部により回動自在に支持された姿勢可変ギヤ１５３に一部が一体化されると共に上方に延びる昇降ガイドユニット１０３（１０２）と、を概略備えている。
昇降用プーリ１０６、姿勢可変ギヤ１５３等は、本クローラ走行装置の実使用時にはカバー１６０により塞がれている。

図１１に示すように昇降ガイドユニット１０３は、長尺板状体のベース部材１２０と、ベース部材１２０に設けられてスライダー１４０を昇降ガイドユニットの長手方向に沿って進退自在に支持すると共に、昇降用プーリ１０６からの駆動力を受けてスライダー１４０を昇降駆動する昇降駆動伝達機構１３０と、を備えている。ベース部材１２０の下部は、姿勢可変ギヤ１５３に固定されており、姿勢可変ギヤ１５３の回動動作により、ベース部材は回動する。

図１２（ｂ）に示すように昇降用モータ１０５は、側板１０に設けた穴１０ｂ内に嵌合固定されたモータブラケット１０７により固定的に支持されており、その出力軸１０５ａには昇降用プーリ１０６の軸心が固定されている。
モータブラケット１０７の外周であって側板１０の外側では、軸受１５２を介して姿勢可変機構１５０を構成する姿勢可変ギヤ１５３が回動自在に支持されている。姿勢可変ギヤ１５３にはベース部材１２０の下部が一体化されている。昇降用モータ１０５により回転駆動される昇降用プーリ１０６と、姿勢可変機構１５０を構成する姿勢可変用モータにより駆動される姿勢可変ギヤ１５３とは、互いに無関係に独立して駆動される。

昇降駆動伝達機構１３０は、昇降用プーリ１０６と、昇降用プーリの直上位置においてベース部材１２０により回転自在に軸支されたテンションプーリ１３２と、ベース部材１２０の上端部付近に配置された回転自在な反転用プーリ１３３と、昇降用プーリ１０６とテンションプーリ１３２と反転用プーリ１３３に巻掛けられたエンドレスな昇降ワイヤー１３４と、を備えている。
スライダー１４０は、一面に可動連結部１１０を固定するための固定面１４１を備え、他面には図８、図９に示すようにベース部材１２０に設けられたガイドレール１２２を挿通させる凹所を有した被ガイド部材１４２が設けられている。被ガイド部材の凹所内にガイドレール１２２を挿通した状態とすることにより、スライダー１４０はベース部材の長手方向に沿って進退することができる。図１１（ａ）中の符号１４３はベース部材に固定されてスライダーの下限位置を規制するストッパであり、１４４は上限位置を規制するストッパである。

一方、スライダー１４０は、図１１（ｄ）に示すように昇降ワイヤー１３４の一部に対して固定部材１４５によって固定されている。このため、昇降ワイヤー１３４の上下移動に伴ってスライダーは上下移動することができる。
可動連結部１１０は、昇降ガイドユニット１０２、１０３の各スライダーの固定面１４１に両端部を夫々固定される。可動連結部１１０を支持した各スライダー１４０が各ベース部材１２０に対して相対的に移動することにより、各昇降ガイドユニット１０２、１０３（各クローラ走行体２、３）同志の上下位置関係を変化させることができる。

＜姿勢可変機構＞
次に、図１２により、クローラ走行体に対する昇降支持機構の姿勢を変化させて重量バランスを調整する手段としての姿勢可変機構１５０について説明する。
図１２に示すように、昇降ガイドユニット１０２（１０３）のベース部材１２０の下部は姿勢可変機構を構成する姿勢可変ギヤ（従動ギヤ）１５３に一体化されており、姿勢可変ギヤ１５３が姿勢可変用モータ１５１によって回動駆動されることにより、昇降ガイドユニット１０２は姿勢可変ギヤ１５３の軸心部（出力軸１０５ａ）を中心として進行方向前後方向へ揺動することができる。

姿勢可変機構１５０は、昇降用モータ１０５の横方向に配置された姿勢可変用モータ１５１と、姿勢可変用モータの出力軸１５１ａに軸心を一体化された姿勢可変駆動ギヤ１５４と、姿勢可変駆動ギヤ１５４と噛合して駆動される従動側の姿勢可変ギヤ１５３と、を備えている。
姿勢可変用モータ１５１が正転、又は逆転することにより、クローラ走行体２、３に対して直交する垂直姿勢にあった昇降ガイドユニット１０２、１０３は、図５で説明したように左右に所定の角度回動してクローラ走行体に対して傾倒した姿勢に移行することができる。
姿勢可変機構１５０は、図４、図５に示した傾斜面の横断走行動作においては、クローラベルト底面を走行面に接地させた状態にあるクローラ走行体に対する昇降ガイドユニット１０２、１０３の姿勢を変化させるために使用しているが、後述する段差部に乗り上げて乗り越える操作においては、昇降ガイドユニット１０２、１０３の姿勢を変化させずに昇降ガイドユニットに対するクローラ走行体２、３の角度だけを変化させるために使用される。

＜片側のクローラ走行体による段差の乗り越え手順＞
図１３（Ａ１）乃至（Ｈ１）はクローラ走行装置１の一方のクローラ走行体２の前方にある凸状の段差部２０４上に乗り上げて前進する手順を示す平面図であり、図１４（Ａ２）乃至（Ｈ２）はクローラ走行装置の一方のクローラ走行体２の前方にある凸状の段差部上に乗り上げる手順を示す進行方向後方から見た説明図である。

本発明のクローラ走行体１によれば、進行方向前方の走行面２０２上に一方のクローラ走行体２の前進を阻害する障害物である凸状の段差部２０４が存在する場合に、他方のクローラ走行体３のクローラベルトの下面全体を走行面上に接地させた状態で一方のクローラ走行体２を所要に操作することにより、接地側のクローラ走行体３を低所である走行面に沿って前進させつつ段差部側のクローラ走行体２により段差部上に乗り上げつつ前進することが可能となる。この段差部２０４の高さは、クローラ走行体２の高さと同等か、それを越える高さを有しているため、クローラ走行体２をクローラ走行体３と同じ高さ位置、及び同じ水平姿勢でそのまま前進させた場合には段差部を乗り越えることが困難である。本発明のクローラ走行装置１の構成によれば、走行用駆動機構２０、昇降支持機構１００及び姿勢可変機構１５０を適宜のタイミング、手順で駆動してクローラ走行体２の姿勢（角度）、高さを種々制御することにより、クローラ走行体２の姿勢や高さ位置を順次変化させながら段差部上に乗り上げて前進させたり、段差部を乗り越えさせることができる。

まず、図１３（Ａ１）、図１４（Ａ２）は、クローラ走行装置１が段差部２０４の手前に達した状態を示している。この状態では両クローラ走行体２、３は水平な平坦面である走行面２０２に底面全体で接地しており、また左側のクローラ走行体２のクローラベルト５０の先端部が段差部２０４の手前側部位に接触している。なお、段差部を乗り越える操作の最初の手順として、必ずしも段差側のクローラ走行体の先端部を段差部に接触させる必要はないが、本例では接触させてからの手順を説明する。

図１３（Ｂ１）、図１４（Ｂ２）ではクローラ走行体２の前方に位置する段差部２０４の手前で右側のクローラ走行体３のクローラベルトの下面全体で走行面２０２に接地させて停止させつつ、左側のクローラ走行体２については、昇降用モータ１０５を駆動してクローラ走行体２を昇降ガイドユニット１０２に沿って上昇させつつ、姿勢可変用モータ１５１を駆動させることによりクローラ走行体２の先端部を持ち上げる（先端部を走行面から上昇させて離間させる）。図示の状態では、走行面に対するクローラ走行体２の傾斜角度は約３０度となっている。クローラ走行体２のクローラベルト５０が段差部２０４と接触している間はクローラベルト５０を前進方向とは逆方向へ回転させることにより、段差部と接触しながらスムーズにクローラ先端部を上昇させることができる。段差部との接触がなくなった時点以降はクローラ走行体２のクローラベルトを停止させてもよい。

図１３（Ｃ１）、図１４（Ｃ２）では、右側のクローラ走行体３は依然として停止させつつ、左側のクローラ走行体２については昇降用モータ１０５を駆動して昇降ガイドユニット１０２に沿って更に上昇させつつ、姿勢可変用モータ１５１を更に同方向へ駆動させることによりクローラ走行体２の先端部を更に持ち上げる。図示の状態では、走行面に対するクローラ走行体２の傾斜角度は約６０度となっている。クローラ走行体２のクローラベルト５０が段差部２０４と接触している間はクローラベルト５０を進行方向と逆方向へ走行させることにより、段差部との間での抵抗を減少させながらスムーズにクローラ先端部を上昇させることができる。クローラ走行体２のクローラベルトの後部は走行面に接地した状態となっている。

図１３（Ｄ１）、図１４（Ｄ２）では、右側のクローラ走行体３は引き続き停止させつつ、左側のクローラ走行体２については昇降用モータ１０５を駆動して昇降ガイドユニット１０２に沿って更に上昇させつつ、姿勢可変用モータ１５１を更に同方向へ駆動させることによりクローラ走行体２の先端部を更に持ち上げる。図示の状態では、走行面に対するクローラ走行体２の傾斜角度は約９０度（垂直）となっている。クローラ走行体２のクローラベルトの後部は走行面に接地した状態となっている。
次いで、図１３（Ｅ１）、図１４（Ｅ２）では、図１３（Ｄ１）、図１４（Ｄ２）のようにクローラ走行体２を垂直に保持した状態で、クローラ走行体３を前進させてクローラ走行装置１全体を前進させつつ、クローラ走行体２のクローラベルト５０の底面が段差部２０４の手前側部位と接するまで移動する。なお、本例では、クローラ走行体２を垂直な姿勢にしてからクローラ走行体３を前進開始させたが、段差部の高さや形状の条件の違いに応じてクローラ走行体２が９０度以下の角度、例えば８０度、７０度、６０度の状態にある時にクローラ走行体３を前進開始させるようにしてもよい。

次いで、図１３（Ｆ１）、（Ｇ１）、図１４（Ｆ２）、（Ｇ２）では夫々クローラ走行体３を所要の速度で前進させつつ姿勢可変用モータ１５１を作動させて段差側のクローラ走行体２を前記とは逆方向に回転させて（クローラ走行体２の先端部を下降させるように逆転させて）クローラ走行体２のクローラベルトの底面を段差部の上面（上部）に接近、接触させる。この間、両クローラ走行体２、３に装備した各昇降用モータ１０５を適宜作動させて各昇降ガイドユニット１０２、１０３に対する可動連結部１１０の高さ位置を調整しつつ段差部上への乗り上げのための操作を実施する。

図１３（Ｈ１）、図１４（Ｈ２）では、クローラ走行体２のクローラベルトの底面は段差部の水平な上面に対して全面で接地した状態となっている。
段差部上への乗り上げ手順の期間中、可動連結部１１０の長手方向が進行方向と直交する姿勢を維持できるように、言い換えれば両クローラ走行体２、３の姿勢が並行を維持しつつ進行方向を向くようにクローラ走行体３の走行速度を制御する。
クローラ走行体２が段差部の上面に乗り上げた後は、両クローラ走行体２、３のクローラベルトを前進方向へ駆動して前進を続けることができる。

上記説明では上面が水平、且つ平坦な段差部を例示したが、上面が水平、且つ平坦でない段差部上に乗り上げて移動する場合には、段差部の形状に合わせて、各昇降用モータ１０５によりクローラ走行体２の高さ位置を調整したり、昇降ガイドユニット１０２に対するクローラ走行体２の傾斜角度を調整しながら安定した走行を確保することができる。
クローラ走行体２が段差部上を移動した後で段差部の終端部から低所の平坦な走行面に移動する場合には、姿勢可変用モータ１５１を駆動してクローラ走行体２の先端部を下降させる方向に回転させつつ、昇降用モータ１０５を作動させて昇降ガイドユニット１０２に対するクローラ走行体２の高さ位置を下降させて行き、低所の平坦な走行面上に接地した時にはクローラ走行体２のクローラベルトの底面全体で走行面に接地するようにクローラ走行体２を水平な姿勢に戻す。

＜各種センサに基づいた駆動制御＞
図１５は本発明に係るクローラ走行装置の各種センサとコントロールユニットとを示すブロック図である。
３００はモータユニット、３１０はコントロールユニット、３２０は各種センサ、３０５はカメラモジュール、３０７は無線モジュール、３０９は初期設定部である。
コントロールユニット３１０、各種センサ３２０、カメラモジュール３０５（計測機器等３５０）は、例えば図３に一例を示したように可動連結部１１０に搭載する。
モータユニット３００はそれぞれ左右のクローラ走行体２、３に夫々配置されるクローラベルト回動用の左・右クローラ走行体走行用モータ３０Ｌ、３０Ｒ、左・右昇降用モータ１０５Ｌ、１０５Ｒ、左・右姿勢可変用モータ１５１Ｌ、１５１Ｒを含んでいる。

各種センサ３２０は、クローラ走行装置１の位置を把握するためのＧＰＳ（Global Positioning System）ユニット３２１、クローラ走行装置が受ける加速度を検知する加速度センサ３２３、クローラ走行装置のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の回転を検出するためのジャイロセンサ３２５、クローラ走行装置の前方の外部環境を把握するための測域センサ３２７を含んでいる。
コントロールユニット３１０は、各種センサ３２０から入力したデータに基づいてクローラ走行装置全体の姿勢を制御する全体姿勢制御部３１１と、全体姿勢制御部３１１からのデータや初期設定部３０９から設定される動作に関する各種設定、例えば、目的地の緯度、経度、高度等によりクローラ走行装置を駆動するための駆動制御部３１３と、モータユニット３００の各モータを駆動するモータドライバー３１５を有している。

このように構成したクローラ走行装置１において、初期設定部３０９でクローラ走行装置の目的地を入力し、入力された目的地の緯度・経度情報と、ＧＰＳにより検出した現在の緯度・経度情報との差から進行すべき方向や距離を求め、駆動制御部３１３により左・右クローラ走行体走行用モータ３０Ｌ、３０Ｒを制御することで、クローラ走行装置を駆動する。また、初期設定部３０９で設定した目的地情報を無線モジュール３０７を介して遠隔に設定したり、修正したりすることも可能である。また、クローラ走行装置に搭載されたカメラモジュール３０５によりクローラ走行装置の周囲環境を撮影し、撮影した画像や動画データを図示を省略した記録部に記録したり、無線モジュール３０７を介して外部（基地局等）に送信することも可能である。
なお、クローラ走行装置１が走行する際には、加速度センサ３２３やジャイロセンサ３２５から出力されたデータに基づいて装置自身の姿勢を把握し、把握した姿勢情報に基づいて左右の連結部昇降用モータや左右の昇降支持機構回動モータを制御することで、図４、図５に示したように斜面を登攀したり、斜面をトラバースしたりする際に、左右のクローラが的確に地面を捉えるように制御することができる。

さらに、クローラ走行装置１の前方に向けて測域センサ３２７を設けていることにより、測域センサ３２７から出力された赤外線レーザ光の反射光を検知し、走行方向前方の障害物等、外部環境を把握することも可能である。測域センサ３２７は前方の障害物の有無のみならず、その高さも把握することができるため、クローラ走行装置の前方に当該クローラ走行装置が走破不能な高さの障害物が存在すれば、それを回避しつつ目的地に到達するよう駆動制御が行われ、また走破可能な高さの障害物であれば、図１３、図１４に示したように段差を乗り越えるよう左・右クローラ走行体走行用モータ３０Ｌ、３０Ｒ、左・右昇降用モータ１０５Ｌ、１０５Ｒ、左・右姿勢可変用モータ１５１Ｌ、１５１Ｒが制御される。

具体的には例えばどの目的地へ向かって、どういう経路で、どのようにして走行させるのかを初期設定部３０９、無線モジュール３０７を用いてプログラミングする。目的地設定操作において初期設定部３０９によりＧＰＳの座標データを入力すると、当該目的地に向かって進行を開始する。予め把握されている障害物、或いは測域センサ３２７により新たに検知された障害物については、これを乗り越えられない場合には回避し、乗り越えられる場合には乗り越える。この際、予め障害物の高さ、形状等を検知して、乗り越えの可否を判断する。
なお、本実施例では加速度センサ３２３、ジャイロセンサ３２５、測域センサ３２７を用いた例を挙げて説明したが、本発明に係るクローラ走行装置が走破する環境に応じて必要なセンサ類を搭載すればよく、また、初期設定による目的地データを無線モジュール３０７を介して設定、修正するよう説明したが、無線モジュール３０７を備えることなく、初期設定部３０９のみを設けるか、或いは初期設定部３０９を省略し、無線モジュールにて必要な情報を設定するよう構成しても良い。
また、本実施例では可動連結部１１０上に搭載した計測機器等３５０は可動連結部１１０に対して固定した状態の例を挙げて説明したが、例えば、計測機器等３５０を可動連結部１１０に軸支した状態で取り付けることで、昇降ガイドユニット１０２、１０３の回動状態に関わらず計測機器等３５０の姿勢を所望の状態に維持することも可能である。

＜本発明の構成、作用、効果のまとめ＞
第１の本発明に係るクローラ走行装置１は、並行に配置された２つのクローラ走行体２、３と、該２つのクローラ走行体により夫々上方に突出した状態で支持されて、該各クローラ走行体の進行方向と直交（交差）する軸を中心として夫々回動自在に連結された２つの昇降ガイドユニット１０２、１０３と、該２つの昇降ガイドユニット間に配置されて該各昇降ガイドユニットに対する（該各昇降ガイドユニット上の）高さ位置を個別に変更可能に構成された一つの可動連結部１１０と、を備え、可動連結部が各昇降ガイドユニットに対する高さ位置を変化させることにより発生する２つのローラ走行体間の（最大）高低差は、個々のクローラ走行体の高さ寸法を越えていることを特徴とする。

高さ方向への移動に関しては、各クローラ走行体２、３は夫々各昇降ガイドユニット１０２、１０３と一体的に移動する。また、昇降ガイドユニット１０２、１０３は、各クローラ走行体２、３に対して回動可能に連結しており、且つ両ユニット間に配置された可動連結部１１０に対して夫々相対的に昇降自在に連結されている。
従って、各クローラ走行体２、３は、平坦面を走行する非差動モードと、傾斜面を横断走行する際の差動モードとの間で自由に相互の高さ位置（各昇降ガイドユニットとの関係における各クローラ走行体の高さ位置）を変化させることができる。

また、一方のクローラ走行体の移動方向前方に段差部がある場合にも、当該クローラ走行体の高さや角度を種々調整しながら前進することにより、段差部に乗り上げて移動し続けることができる。
なお、本明細書において、「差動」とはクローラ走行体２、３が高さ位置を異ならせることを指称する。

クローラベルトは、プーリ（ギヤ付きプーリ、スプロケット等）間にエンドレスに張設されて走行するのに適したベルトであれば、キャタピラー状であってもよいし、どのような形態であってもよい。
クローラ走行体は基本的に平行な姿勢を維持できるように各昇降ガイドユニットによって支持されておればよく、昇降ガイドユニットに対して進行方向左右への向きを舵取り（首振り）可能に構成してもよい。

実施形態では、各昇降ガイドユニットを各クローラ走行体の内側の側板に取り付ける構造としたが、外側の側板に取り付ける構造としてもよい。
可動連結部を２つの昇降ガイドユニットの対向面（内側面）に設けた昇降駆動伝達機構により昇降させるように構成したが、昇降駆動伝達機構は昇降ガイドユニットの外側面、側面等に設けても良い。

第２の本発明に係るクローラ走行装置１では、各クローラ走行体は、クローラベルト５０を駆動して走行させる走行用モータ３０と、各昇降ガイドユニットを回動させる姿勢可変用モータ１５１と、前記可動連結部を前記各昇降ガイドユニットに沿って昇降させる昇降用モータ１０５と、を搭載していることを特徴とする。
一つのクローラ走行体に、走行用モータ３０（走行用駆動機構２０）のみならず、姿勢可変用モータ１５１（１５０…姿勢可変機構１５０）、及び昇降用モータ１０５を搭載したので、全体的な構成をコンパクト化することができる。

また、２つの昇降ガイドユニットは各クローラ走行体から上方に突出しているため、２つのクローラ走行体の内側側板１０の間は空間となっており、可動連結部を上方に配置しておけば、クローラ走行体間に障害物が存在していたとしてもそのまま通過して進行することができる。
逆に言えばクローラ走行装置の進行中に、可動連結部を各昇降ガイドユニットの最上部に退避させておけば、走行面上の突出物と衝突して可動連結部上に搭載した測定機器等を損傷する虞もなくなる。

１…クローラ走行装置、２、３…クローラ走行体、１０…内側側板、１０ａ…軸受部、１０ｂ…穴、１１…外側側板、１３…補強部材、２０…走行用駆動機構、２２…駆動側ロータ、２３…駆動軸、２３ａ…従動ギヤ、２４…プーリ、２５…走行フランジ、３０…走行用モータ、３０ａ…出力軸、３０ｂ…駆動ギヤ、４０…従動側ロータ、４１…駆動軸、４２…プーリ、４３…走行フランジ、５０…クローラベルト、１００…昇降支持機構、１０２…昇降ガイドユニット、１０３…昇降ガイドユニット、１０５…昇降用モータ、１０５ａ…出力軸、１０６…昇降用プーリ、１０７…モータブラケット、１１０…可動連結部、１２０…ベース部材、１２２…ガイドレール、１３０…昇降駆動伝達機構、１３２…テンションプーリ、１３３…反転用プーリ、１３４…昇降ワイヤー、１４０…スライダー、１４１…固定面、１４２…被ガイド部材、１４３、１４４…ストッパ、１４５…固定部材、１５０…姿勢可変機構、１５１…姿勢可変用モータ、１５１ａ…出力軸、１５２…軸受、１５３…姿勢可変ギヤ、１５４…姿勢可変駆動ギヤ、２００…走行面、３００…モータユニット、３１０…コントロールユニット、３１３…駆動制御部、３２０…各種センサ、３０５…カメラモジュール、３０７…無線モジュール、３０９…初期設定部、３２１…ＧＰＳユニット、３２３…加速度センサ、３２３、３２５…ジャイロセンサ、３２７…測域センサ

Claims (2)

1. 並行に配置された２つのクローラ走行体と、該２つのクローラ走行体により夫々上方に突出した状態で支持されて、該各クローラ走行体の進行方向と直交する単一の軸を中心として前記各クローラ走行体に対して夫々回動自在に連結された２つの昇降ガイドユニットと、該２つの昇降ガイドユニット間に配置されて該各昇降ガイドユニットに対する高さ位置を個別に変更可能に構成された一つの可動連結部と、前記各昇降ガイドユニットを回動させる姿勢可変機構と、を備え、
   前記可動連結部が前記各昇降ガイドユニットに対する高さ位置を変化させることにより発生する前記２つのクローラ走行体間の最大高低差が、個々のクローラ走行体の高さ寸法を越えているクローラ走行体であって、
   前記姿勢可変機構は、姿勢可変用モータと、該姿勢可変用モータによって駆動されることにより前記各昇降ガイドユニットを回動させてその姿勢を変化させる姿勢可変ギヤと、を備え、
   前記各クローラ走行体は、走行面の形状の変化に追従して前記各昇降ガイドユニットに対する各クローラ走行体の姿勢を変化させることができることを特徴とするクローラ走行体。
2. 前記各クローラ走行体は、クローラベルトを駆動して走行させる走行用モータと、前記姿勢可変用モータと、前記可動連結部を前記各昇降ガイドユニットに沿って昇降させる昇降用モータと、を搭載していることを特徴とする請求項１に記載のクローラ走行装置。

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