JP6755044B2 - 車輪構造体及び車両 - Google Patents

Description

本発明は、車輪構造体及び車両に関する。

車輪を有したロボット等の左右独立駆動型の移動機構に要求される事項は、踏破性、機敏性及び安定性である。踏破性とは、あらゆる形状の路面に対して、車輪が接地している状態で、ロボット本体の重量バランスを安定に保ちながら、転倒もしくは移動途中で動作不能状態にならず、移動する能力である。また、機敏性とは、方向転換、姿勢の保持したままの移動、運動の軽快具合といった、ロボットの作業を空間的、時間的な効率化、多様化を実現するための能力である。これら各々の性能をバランスよく確保しつつ、かつ現実的なコストで運用を可能とするよう、最適な構造を有する移動機構を設計することが望まれる。

上述のような移動機構を有するロボットは、荷物を運搬できるように荷台を有することがある。荷台を有するロボットの移動機構としては、例えば４輪や６輪の移動機構が挙げられる。
４輪の移動機構としては、１つの同一の直線状に別々に駆動する２つの駆動輪が中央に配置され、その前後に対称的に水平面において自由な方向に回転できる２つのキャスター車輪が配置される、いわゆる対向２輪構造機構がある。
また、６輪の移動機構としては非特許文献１に開示されるような、ロッカーリンクとボギーリンクを兼ね備えたロッカーボギー機構がある。ロッカーボギー機構では、後輪を支持する支持部材が、前輪及び中輪を支持する支持部材に対して、回転機構を介して回動可能に構成されている。

Richard Volpe, "Navigation Results from Desert Field Tests of the Rocky 7 Mars Rover Prototype" The International Journal of Robotics Research Vol. 18, No. 7, July 1999, pp. 669-683

荷台を有するロボットの移動機構として、４輪の対向２輪構造機構を用いる場合、各車輪及びその支持部材が剛体で繋がれているため段差を乗り越える際に、最初に前輪一輪のみが段差に乗り上げる。そのため、ロボット全体が傾き、ロボット全体と荷台とが不安定になるおそれがある。また、各車輪及びその支持部材が剛体で繋がれているため、ロボットが水平面から登り斜面への進入した場合、中央の２つの駆動輪が浮き、前進できなくなるおそれがある。

また、荷台を有するロボットの移動機構として、６輪のロッカーボギー構造を用いる場合、段差を乗り越える際や斜面を走行する際にも各車輪は路面に接地し良好な駆動性能を得る。従って、段差を乗り越えたり斜面を上り下りしたりする際の踏破性を向上することができる。
一方、ロッカーボギー構造は前後方向における対称性がないため、前進時と後進時とでは踏破性能が異なり、特に荷台に重い荷物を搭載した場合、後進時に不安定になるおそれがある。また、ロッカーボギー構造は、前輪から回転機構の回転軸までと回転機構の回転軸から駐輪までとのリンクの比を同じにした場合、中輪から重心までと重心から後輪までとのリンク比が異なる。そのため特に荷台に重い荷物を搭載した場合、段差を乗越える際に不安定になるおそれがある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、前進時及び後進時の両方において、荷台を安定させながら段差や斜面、凸凹道などの不整地の踏破性を向上させる車輪構造体及び車両を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１態様に係る車輪構造体は、第１方向に延在するベース部材と、前記第１方向に並ぶ第１受動輪及び第２受動輪と、前記第１受動輪と前記第２受動輪との間に配置されかつ独立して駆動可能な駆動輪と、前記ベース部材に固定され、前記ベース部材から前記第１方向に垂直な第２方向に向かって延出する第１及び第２の延出基部と、前記第１の延出基部に対して前記第1受動輪が回動するように、前記第１の延出基部の延出端部と前記第１受動輪とを連結する第１受動輪支持部と、前記第２の延出基部に対して前記第２受動輪が回動するように、前記第２の延出基部の延出端部と前記第２受動輪とを連結する第２受動輪支持部と、前記第２方向に延在し、前記駆動輪が前記ベース部材に対して前記第２方向に相対移動可能に前記ベース部材と前記駆動輪とを連結する駆動輪支持部と、前記駆動輪に固定される駆動輪基部と、前記駆動輪基部に対して第１の回転機構を介して回転可能に第一端が支持される第１のリンク部材と、前記駆動輪基部に対して第２の回転機構を介して回転可能に第一端が支持される第２のリンク部材と、 前記第１の延出基部に交差するように延在しかつ前記第１の延出基部に対して回転可能に第３の回転機構を介して支持され、前記第１受動輪支持部に接続される第一部分と、前記第１のリンク部材の第二端に接続されかつ前記第３の回転機構を挟んで前記第一部分に対向する第二部分とを有する第１のてこ部材と、前記第２の延出基部に交差するように延在しかつ前記第２の延出基部に対して第４の回転機構を介して回転可能に支持され、前記第２受動輪支持部に接続される第一部分と、前記第２のリンク部材の第二端に接続されかつ前記第４の回転機構を挟んで前記第一部分に対向する第二部分とを有する第２のてこ部材と、を備え、前記駆動輪が前記ベース部材に対して前記第２方向に相対移動した際に、前記第１のてこ部材及び第２のてこ部材を介して、前記第１受動輪及び前記第２受動輪が前記第２方向にそれぞれ連動して相対移動するように構成される。

前記第１方向において、前記第１受動輪の支持軸から前記第３の回転機構の回転軸までの距離と、前記第２受動輪の支持軸から前記第４の回転機構の回転軸までの距離とが１対１の割合であってもよい。

前記第１のリンク部材と前記第１のてこ部材とが第５の回転機構で接続され、前記第２のリンク部材と前記第２のてこ部材とが第６の回転機構で接続され、前記第１受動輪、前記第２受動輪、及び前記駆動輪が水平面に接地した状態において、前記第１の回転機構の回転軸から前記第５の回転機構の回転軸までの距離と前記第２の回転機構の回転軸から前記第６の回転機構の回転軸までの距離とが１対１の割合であり、前記第５の回転機構の回転軸から重心までの距離と、前記第６の回転機構の回転軸から重心までの距離とが１対１の割合であってもよい。

前記駆動輪の車軸から前記第２方向への仮想延長線上に前記車輪構造体の重心があってもよい。

前記第１方向において、前記第１の回転機構の方が前記第２の回転機構よりも前記第２受動輪に近い位置に配置されてもよい。

前記第１のリンク部材と前記第１のてこ部材とが前記第１のてこ部材の延在する方向に位置を調整可能な第５の回転機構で接続され、前記第２のリンク部材と前記第２のてこ部材とが前記第２のてこ部材の延在する方向に位置を調整可能な第６の回転機構で接続されてもよい。

前記第１受動輪支持部が前記第１受動輪から掛かる衝撃を緩和可能な第１の懸架部を含み、前記第１の懸架部と前記第１のてこ部材とが接続されており、前記第２受動輪支持部が前記第２受動輪から掛かる衝撃を緩和可能な第２の懸架部を含み、前記第２の懸架部と前記第２のてこ部材とが接続されていてもよい。

本発明の第２態様に係る車両であって、上記第1態様に係る車輪構造体を２つ備え、前記２つの車輪構造体が前記第１方向及び前記第２方向の両方に垂直な第３方向に連結されている。

上記第２態様に係る車両は、前記２つの車輪構造体の前記ベース部材で構成される荷台をさらに備えてもよい。

上記第２態様に係る車両は、前記荷台上に設置されるロードセルをさらに備えてもよい。

本発明の上記態様に係る車輪構造体及び車両によれば、荷台を安定させながら段差や斜面、凸凹道の不整地の踏破性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る車両を示す上面斜視図である。 本発明の実施形態に係る車両及び車輪構造体を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る車両及び車輪構造体を示す上面図である。 本発明の実施形態に係る車両及び車輪構造体を示す正面図である。 本発明の実施形態に係る車両が段差に登る際の車輪の接地状態を示す。 本発明の実施形態に係る車両が斜面を登りはじめる際の車輪の接地状態を示す。 本発明の実施形態に係る車両が斜面を下りはじめる際の車輪の接地状態を示す。

以下、好適な実施形態に基づいて、本発明を説明する。なお、本実施形態では、車輪の直径の１／３程度の高さの段差、１０度程度の斜面の踏破する際に荷台を安定させることを想定している。

［車両１及び車輪構造体１０の構成］
本発明の一実施形態に係る車両１及び車輪構造体１０を図１〜４に示す。図１は車両１の上面斜視図である。図２は車両１及び車輪構造体１０の側面図である。図３は車両１及び車輪構造体１０の上面図である。図４は車両１及び車輪構造体１０の正面図である。なお、図２〜４においては車輪構造体１０の構造の見易さの観点から荷台及びロードセルが取り外された状態を示している。また、図１〜４を用いた説明では全車輪が水平面上に接地している状態を前提としており、段差や斜面などを乗り越える際は各構成要素の状態が変化する場合もある。

なお、図面においてＸは車両１の前後方向（第１方向）であり、Ｚは車両１の上下方向（第２方向）であり、Ｙは車両１の左右方向（第３方向）である。なお、以下の説明では便宜上図２における右側を車両１（車輪構造体１０）の前側とし、接地面が設けられる側を下側とする。

図１〜４に示すように、本実施形態に係る車両１は２つの車輪構造体１０で構成される六輪移動架台である。本実施形態において同一の構成部分には同一の符号を付している。
２つの車輪構造体１０は左右方向Ｙに各車輪の内側が互いに対向するように配置され、車輪構造体１０の上部に設けられるベース部材２０同士が連結部材１３で連結されている。これにより、車両１は６つの車輪が接地した状態で支持されており、駆動していない状態でも安定して自立することができる。
また、２つの車輪構造体１０の上部には荷台１１が設けられ、車両１は荷台１１の上に荷物を搭載して運搬することができる。
また、荷台１１上には重量を測定可能なセンサであるロードセル１２が間隔を空けて４つ配置されている。これにより、ロードセル１２を介して荷台１１上に搭載される荷物の重量を監視することができる。

続いて車輪構造体１０の構成について説明する。
本実施形態係る車輪構造体１０は、ベース部材２０、受動輪（第１受動輪、第２受動輪）２１、２２、及び駆動輪２３を有する。また、車輪構造体１０は各車輪２１〜２３をベース部材２０に接続するための構成として、延出基部（第１の延出基部、第２の延出基部）２４、２５、受動輪支持部（第１の受動輪支持部、第２の受動輪支持部）２６、２７、駆動輪支持部２８を有する。さらに車輪構造体１０は各車輪２１〜２３を連動させるための構成として、駆動輪基部２９、リンク部材（第１のリンク部材、第２のリンク部材）３０、３１、てこ部材（第１のてこ部材、第２のてこ部材）３２、３３を有する。

ベース部材２０は車輪構造体１０の上部に配置され、前後方向Ｘに延在している。またベース部材２０は平面視が矩形の枠形状を有しており、連結部材１３で連結された２つのベース部材２０の上に荷台１１を安定して固定することができる。

受動輪２１、２２は前後方向Ｘに間隔を空けて並列されている。受動輪２１、２２は、駆動機構を有さず、水平面上を自由な方向に向くように回転するように構成される。受動輪２１、２２としては、例えばキャスターやボールキャスター、全方向車輪であるオムニホイール（登録商標）を用いることが挙げられる。この中でもキャスターを用いることが特に好ましく、キャスターを用いれば安価で、走行性能の高い構成を実現できる。また、キャスターは耐荷重特性に優れることから、車両に重い荷物を搭載した際も受動輪２１、２２が破損して走行不能となりづらい。

駆動輪２３は、受動輪２１、２２の間に配置される。駆動輪２３はモータ３４によって独立して駆動可能である。車両１を前進させる際は２つの駆動輪２３をそれぞれ同じ速度で正回転させ、車両１を後退させる際は２つの駆動輪２３をそれぞれ同じ速度で逆回転させる。また、２つの駆動輪２３を互いに逆方向に回転させることで、車両１を水平方向に回転させることができる。
本実施形態では受動輪２１、２２の間に配置される駆動輪２３の径が受動輪２１、２２の径よりも大きい。これにより、前後方向Ｘにおける車両１の安定性をより高めることができる。

延出基部２４、２５は、それぞれ一端がベース部材２０に固定され、ベース部材２０から下方向に向かって延出する直線形状を有する。
延出基部２４は、ベース部材２０の前側の端部から下方向に向かって延出し、その延出端部２４ａには回転機構５６を介して受動輪支持部２６が接続される。また延出基部２４にはてこ部材３２を回転可能に支持するための回転機構（第３の回転機構）５２が設けられる。同様に延出基部２５は、ベース部材２０の後ろ側の端部から下方向に向かって延出し、その延出端部２５ａには回転機構５７を介して受動輪支持部２７が接続される。延出基部２５にはてこ部材３３を回転可能に支持するための回転機構（第４の回転機構）５３が設けられる。

受動輪支持部２６、２７は延出端部２４ａ、２５ａにそれぞれ接続され、延出基部２４、２５と受動輪２１、２２とをそれぞれ連結する。
受動輪支持部２６は受動輪基部３５と懸架部３６とで構成される。
受動輪基部３５は、延出端部２４ａから前方斜め下方向に延出する部分３５ａとそこから下方向に延びて受動輪２１を支持する部分３５ｂとで構成されるＶ字形状を有する。受動輪支持部２６は延出端部２４ａに設けられる回転機構５６を回転軸として回転可能である。つまり、受動輪支持部２６は、受動輪２１が段差や斜面等を乗り越える際に、ベース部材２０に対して上下方向Ｚに受動輪２１が相対移動されるように構成されている。
また懸架部３６は、上下方向Ｚに延在し、第一端３６ａが受動輪基部３５の前方向に延出する部分３５ａのおおよそ中央部に回転可能に装着され、第一端とは反対の第二端がてこ部材３２の第一端３２ａに回転可能に装着される。これにより、ベース部材２０に対して上下方向Ｚに受動輪２１が相対移動した場合に、懸架部３６はてこ部材３２の第一端３２ａを押し上げたり、引っ張り下げたりすることができる。懸架部３６としては、例えばコイルスプリングやダンパーなどの衝撃緩衝機構を含む部材や棒部材などを用いることができる。懸架部３６としてコイルスプリングなどの衝撃緩衝部材を用いれば、受動輪２１が段差や障害物を乗り越える際に受動輪２１から車両１に掛かる衝撃を懸架部３６によって緩和することができるため好ましい。
同様に受動輪支持部２７は受動輪基部３７と懸架部３８とで構成される。
受動輪基部３７は、延出端部２５ａから後方斜め下方向に延出する部分３７ａとそこから下方向に延びて受動輪２２を支持する部分３７ｂとで構成されるＶ字形状を有する。受動輪支持部２７は延出端部２５ａに設けられる回転機構５７を回転軸として回転可能である。つまり、受動輪支持部２７は、受動輪２２が段差や斜面等を乗り越える際に、ベース部材２０に対して上下方向Ｚに受動輪２２が相対移動されるように構成されている。
また懸架部３８は、上下方向Ｚに延在し、第一端３８ａが受動輪基部３７の前方向に延出する部分３７ａのおおよそ中央部に回転可能に装着され、第二端３８ｂがてこ部材３３の第一端３３ａに回転可能に装着される。これにより、ベース部材２０に対して上下方向Ｚに受動輪２２が相対移動した場合に、懸架部３８はてこ部材３３の第一端３３ａを押し上げたり、引っ張り下げたりすることができる。その他の懸架部３８の構成は懸架部３６と同様である。

駆動輪支持部２８は、ベース部材２０の前後方向Ｘのおおよそ中央部から下方向に延在しており、ベース部材２０と駆動輪２３とを連結している。駆動輪支持部２８はスライド式又は伸縮式の棒状部材で形成され、上下方向Ｚの長さが可変である。つまり、駆動輪２３は駆動輪支持部２８を介してベース部材２０に対して上下方向Ｚに対してのみ相対移動するように構成される。
これにより、例えば駆動輪２３が凹部を通過する際には、重力の作用によって駆動輪支持部２８が伸びることで駆動輪２３が接地する状態を保つことができる。従って、駆動輪２３が浮いて、前進又は後進不可能になることを回避することができる。さらに、例えば駆動輪２３が凸部を通過する際には、駆動輪支持部２８が縮むことで受動輪２１、２２を含む全車輪が接地する状態を保つことができる。従って、受動輪２１、２２が浮いて、車両１が不安定な状態になることを回避することができる。
また、駆動輪支持部２８がベース部材２０と駆動輪２３とを連結することによって、駆動輪２３はベース部材２０及び荷台１１に対して前後方向Ｘには相対移動しない。従って、段差や斜面を走行する際にも荷台１１の状態を安定させることができる。
また、駆動輪支持部２８は、伸縮方向（上下方向Ｚ）に駆動輪支持部２８を付勢可能なコイルスプリング（不図示）をその内部に有してもよい。特に受動輪２１、２２、及び駆動輪２３が水平面に接地した状態において、駆動輪支持部２８が伸びる方向に付勢されるようにコイルスプリングが設置されることが好ましい。これにより、駆動輪２３が段差や障害物を乗り越える際に駆動輪２３から車両１に掛かる衝撃を緩和することができるとともに、水平面走行時には駆動輪２３を地面に押し付けることができる。

駆動輪基部２９は、駆動輪２３に固定される。駆動輪基部２９は側面視が例えば略逆三角形状の板材である。駆動輪支持部２８が上下方向Ｚに伸縮する際には、駆動輪基部２９は駆動輪２３と連動してベース部材２０に対して上下方向Ｚに相対移動する。駆動輪基部２９には前後方向Ｘに間隔を空けて２つの回転機構（第１の回転機構、第２の回転機構）５０、５１が設けられている。駆動輪基部２９は回転機構５０を介してリンク部材３０と、回転機構５１を介してリンク部材３１と接続される。

リンク部材３０は一端が回転機構５０を介して駆動輪基部２９に対して回転可能に支持されている。リンク部材３０の他端は、てこ部材３２の第二端３２ｂに近い位置に回転機構（第５の回転機構）５４を介して、回転可能に支持される。
同様に、リンク部材３１は一端が回転機構５１を介して駆動輪基部２９に対して回転可能に支持されている。リンク部材３１の他端は、てこ部材３３の第二端３３ｂに近い位置に回転機構（第６の回転機構）５５を介して、回転可能に支持される。

てこ部材３２は延出基部２４に交差するように前後方向Ｘに延在する棒状の部材である。各車輪が水平面に接地した状態では、てこ部材３２は前方に向かってやや上方に傾いている。てこ部材３２は、延出基部２４との交差点において、回転機構５２を介して延出基部２４に回転可能に支持されている。ここで、てこ部材３２の第一端（第一部分）３２ａは受動輪支持部２６の懸架部３６の第二端３６ｂに回転可能に支持される。また、てこ部材３２の第二端３２ｂに近い位置（第二部分）には回転機構５４が配置され、回転機構５４を介してリンク部材３０の端部に回転可能に支持される。つまり、てこ部材３２は回転機構５２を支点とするてこ構造になっている。なお、回転機構５４は回転機構５２を挟んで第一端３３ａと対向するように設けられていればよい。
従って、受動輪２１がベース部材２０に対して上方向に移動すると、受動輪支持部２６、てこ部材３２、リンク部材３０、駆動輪基部２９が連動して、駆動輪２３はベース部材２０に対して下方向に移動する。従って、受動輪２１が段差や登り坂を乗り越える際に、駆動輪２３が浮くことなく、全車輪が接地する状態を安定して保つことができる。
また受動輪２１がベース部材２０に対して下方向に移動すると、受動輪支持部２６、てこ部材３２、リンク部材３０、駆動輪基部２９が連動して、駆動輪２３はベース部材２０に対して上方向に移動する。例えば、受動輪２１が凹部や下り坂を乗り越える際、受動輪２１が下方向に移動すると駆動輪２３が上方向に移動し、これにより駆動輪２３が接地している限りは、受動輪２１は接地面に向かう方向にさらに移動する。従って、受動輪２１が凹部や下り坂を乗り越える際に、受動輪２１が浮くことなく、全車輪が接地する状態を安定して保つことができる。

本実施形態では回転機構５２からてこ部材３２の第一端３２ａまでの距離よりも、回転機構５２から回転軸５４までの距離の方が長く設定されている。従って、受動輪２１が段差や上り坂を乗り越える際に受動輪２１がベース部材２０に対して少しでも上方向に移動すると、受動輪支持部２６、てこ部材３２、リンク部材３０、駆動輪基部２９が連動して、駆動輪２３はベース部材２０に対して下方向に移動する作用が強く働く。従って、受動輪２１が段差や登り坂を乗り越える際に駆動輪２３が接地する状態をより安定して保つことができる。

また同様に、てこ部材３３は延出基部２５に交差するように前後方向Ｘに延在する棒状の部材である。各車輪が水平面に接地した状態では、てこ部材３３は後方に向かってやや上方に傾いている。てこ部材３３は、延出基部２５との交差点において、回転機構５３を介して延出基部２５に回転可能に支持されている。ここで、てこ部材３３の第一端（第一部分）３３ａは受動輪支持部２７の懸架部３８の第二端３８ｂに回転可能に支持される。てこ部材３３の第二端３３ｂに近い位置（第二部分）には回転機構５５が配置され、回転機構５５を介してリンク部材３１の端部に回転可能に支持される。つまり、てこ部材３３は回転機構５３を支点とするてこ構造になっている。なお、回転機構５５は回転機構５３を挟んで第一端３３ａと対向するように設けられていればよい。
受動輪２２がベース部材２０に対して上方向に移動すると、受動輪支持部２７、てこ部材３３、リンク部材３１、駆動輪基部２９が連動して、駆動輪２３はベース部材２０に対して下方向に移動する。従って、受動輪２２が段差や登り坂を乗り越える際にも、駆動輪２３が浮くことなく、全車輪が接地する状態を安定して保つことができる。
また受動輪２２がベース部材２０に対して下方向に移動すると、受動輪支持部２７、てこ部材３３、リンク部材３１、駆動輪基部２９が連動して、駆動輪２３はベース部材２０に対して上方向に移動する。例えば、受動輪２２が凹部や下り坂を乗り越える際、受動輪２１が下方向に移動すると駆動輪２３が上方向に移動し、これにより駆動輪２３が接地している限りは、受動輪２２は接地面に向かう方向にさらに移動する。従って、受動輪２２が凹部や下り坂を乗り越える際にも、受動輪２２が浮くことなく、全車輪が接地する状態を安定して保つことができる。

本実施形態では回転機構５２からてこ部材３２の第一端３２ａまでの距離よりも、回転機構５２から回転軸５４までの距離の方が長く設定されている。従って、受動輪２１が段差や上り坂を乗り越える際に受動輪２１がベース部材２０に対して少しでも上方向に移動すると、受動輪支持部２６、てこ部材３２、リンク部材３０、駆動輪基部２９が連動して、駆動輪２３はベース部材２０に対して下方向に移動する作用が強く働く。従って、受動輪２１が段差や登り坂を乗り越える際に駆動輪２３が接地する状態をより安定して保つことができる。

つまり、本実施形態では、車両１の前進時だけでなく後進時にも、段差や斜面を乗り越える際に全車輪が接地する状態を安定して保つことができる。

また上述のてこ構造の作用の反対の作用として、駆動輪２３がベース部材２０に対して上方向に移動すると、駆動輪基部２９、リンク部材３０、てこ部材３２、受動輪支持部２６が連動して、受動輪２１はベース部材２０に対して下方向に移動する。さらに駆動輪基部２９、リンク部材３１、てこ部材３３、受動輪支持部２７が連動して、受動輪２２はベース部材２０に対して下方向に移動する。従って、駆動輪２３が障害物などを乗り越える際に、受動輪２１、２２が浮くことなく、全車輪が接地する状態を安定して保つことができる。
また、駆動輪２３がベース部材２０に対して下方向に移動すると、駆動輪基部２９、リンク部材３０、てこ部材３２、受動輪支持部２６が連動して、受動輪２１はベース部材２０に対して上方向に移動する。さらに、駆動輪基部２９、リンク部材３１、てこ部材３３、受動輪支持部２７が連動して、受動輪２２はベース部材２０に対して上方向に移動する。例えば、駆動輪２３が凹部を乗り越える際、駆動輪２３が下方向に移動すると受動輪２１、２２が上方向に移動し、これにより受動輪２１、２２が接地している限りは、駆動輪２３は接地面に向かう方向にさらに移動する。従って、駆動輪２３が凹部を乗り越える際に、駆動輪２３が浮くことなく、全車輪が接地する状態を安定して保つことができる。

また、てこ部材３２、３３は、てこ部材３２、３３が延在する方向に平行な方向に長辺を有する長孔３２ｃ、３３ｃをそれぞれ有している。そしててこ部材３２における回転機構５４の位置を長孔３２ｃの長さ分だけ調整することができる。さらにてこ部材３３における回転機構５５の位置を長孔３３ｃの長さ分だけ調整することができる。これにより想定される段差や障害物などの大きさ、形状に合せて最適な位置に回転機構５４、５５を配置させてから車両１を走行させることができる。例えば、てこ部材の３２、３３の第二端３２ｂ、３３ｂにより近い位置に回転機構５４、５５をそれぞれ配置すれば、上下方向Ｚにおいて、受動輪２１または２２が駆動輪２３に対して離れた距離まで相対移動できる。従って、車両１が大きな段差を乗り越える場合でも各車輪２１、２２，２３の全車輪が接地する状態を安定して保つことができる。

さらに、本実施形態では、前後方向Ｘにおいて回転機構５０の方が回転機構５１よりも受動輪２２に近い位置に配置され、これにより、前後方向Ｘにおいて回転機構５４の方が回転機構５５よりも受動輪２２に近い位置に配置される。このように回転機構５０、５１、５４、５５を配置することによって、てこ部材３２、３３の長さをより長く構成することができる。これにより、受動輪２１、２２の上下方向Ｚへの可動域を広げることでき、より大きな段差や急こう配の斜面であっても全車輪が接地する状態を保つことができる。

また、本実施形態では、前後方向Ｘにおいて、受動輪２１の接地位置から回転機構５２の回転軸までの距離と、受動輪２２の接地位置から回転機構５３の回転軸までの距離とが１対１の割合であることが好ましい。これにより、前進時と後進時とでの踏破性能の差を抑制することができる。
ただし、受動輪２１、２２としてキャスターを用いる場合、ヨーイングによって回転機構５２、５３に対する受動輪２１、２２の接地点の相対位置が走行方向によって変化する。従って、受動輪２１、２２の支持軸Ｌ１、Ｌ２との位置関係に基づいて設計してもよい。その場合、受動輪２１の支持軸Ｌ１から回転機構５２の回転軸までの距離と、受動輪２２の支持軸Ｌ２から回転機構５３の回転軸までの距離とが１対１の割合であることが好ましい。
なお、上述の割合について厳密に１対１である必要はなく、前進時と後進時とでの踏破性能の差を十分に抑制することができれば、多少の誤差は許容される。

また、本実施形態では、受動輪２１、２２、及び駆動輪２３が水平面に接地した状態において、回転機構５０の回転軸から回転機構５４の回転軸までの距離と回転機構５１の回転軸から回転機構５５の回転軸までの距離とが１対１の割合であり、回転機構５４の回転軸から重心Ｇまでの距離と、回転機構５５の回転軸から重心Ｇまでの距離とが１対１の割合となるように車輪構造体１０が構成されていることが好ましい。このように車輪構造体１０を構成することで、前進時と後進時とでの踏破性能の差をさらに抑制することができる。
なお、上述の割合についても厳密に１対１である必要はなく、前進時と後進時とでの踏破性能の差を十分に抑制することができれば、多少の誤差は許容される。

また、本実施形態では、駆動輪２３の車軸から上下方向Ｚへの仮想延長線上に重心Ｇがあるように車輪構造体１０が構成されていることが好ましい。このように車輪構造体１０を構成することで走行時の車両１の安定性を高めることができる。

また、車両１を構成する各要素の材料としては、金属、木、樹脂材料、セラミクスなどを用いればよく、用途に適した特性を有していれば限定されない。

本実施形態に係る車両１によれば、各車輪の上下動に応じて他の車輪が連動することで、各車輪に荷重を分散させることができ、それにより走行をなめらかにすることができる。従って、本実施形態に係る車両１によって、荷台を安定させながら、段差や傾斜、凸凹道の不整地踏破性を向上させることが可能となる。

［車両１が段差及び斜面を踏破する際の各車輪の接地状態］
図５〜７に車両１が段差及び斜面を踏破する際の各車輪の接地状態を模式的に示す。図５は車両１が段差に登る際、図６は車両が斜面を登りはじめる際、図７は車両１が斜面を下りはじめる際の車輪の接地状態を示す。

図５に示すように本実施形態に係る車両１によれば、受動輪２１が段差Ｐに登った直後にも各車輪２１〜２３が連動して上下動することで駆動輪２３に十分な接地力を持ったまま、空転することなく踏破することが可能となる。また、駆動輪２３が段差Ｐに乗り上げた直後であっても各車輪２１〜２３が連動して上下動することで後輪である受動輪２２は接地状態を保つことができる。従って、すべての車輪が接地した状態で、安定して段差Ｐを踏破することが可能となる。

また、図６に示すように、本実施形態に係る車両１によれば、受動輪２１が水平面から登り斜面に進入した直後にも各車輪２１〜２３が連動して上下動することで駆動輪２３に十分な接地力を持ったまま、空転することなく踏破することが可能となる。また、その後も全車輪が登り斜面に完全に進入するまで接地状態を保つことができる。従って、すべての車輪が接地した状態で、安定して登り斜面を踏破することが可能となる。

さらに、図７に示すように、本実施形態に係る車両１によれば、受動輪２１が水平面から下り斜面に進入した直後にも各車輪２１〜２３が連動して上下動することで受動輪２１に十分な接地力を持ったまま、受動輪２１が浮いて不安定な状態となることなく踏破することが可能となる。また、その後も全車輪が下り斜面に完全に進入するまで接地状態を保つことができる。従って、すべての車輪が接地した状態で、安定して下り斜面を踏破することが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。

１…車両、１０…車輪構造体、１１…荷台、１２…ロードセル、２０…ベース部材、２１、２２…受動輪（第１受動輪、第２受動輪）、２４、２５…延出基部（第１の延出基部、第２の延出基部）、２４ａ、２５ａ…延出端部、２６、２７…受動輪支持部（第１の受動輪支持部、第２の受動輪支持部）、２８…駆動輪支持部、２９…駆動輪基部、３０、３１…リンク部材（第１のリンク部材、第２のリンク部材）、３２、３３…てこ部材（第１のてこ部材、第２のてこ部材）、５０〜５５…回転機構（第１〜６の回転機構）、Ｇ…重心

Claims (10)

1. 車輪構造体であって、
   第１方向に延在するベース部材と、
   前記第１方向に並ぶ第１受動輪及び第２受動輪と、前記第１受動輪と前記第２受動輪との間に配置されかつ独立して駆動可能な駆動輪と、
   前記ベース部材に固定され、前記ベース部材から前記第１方向に垂直な第２方向に向かって延出する第１及び第２の延出基部と、
   前記第１の延出基部に対して前記第1受動輪が回動するように、前記第１の延出基部の延出端部と前記第１受動輪とを連結する第１受動輪支持部と、
   前記第２の延出基部に対して前記第２受動輪が回動するように、前記第２の延出基部の延出端部と前記第２受動輪とを連結する第２受動輪支持部と、
   前記第２方向に延在し、前記駆動輪が前記ベース部材に対して前記第２方向に相対移動可能に前記ベース部材と前記駆動輪とを連結する駆動輪支持部と、
   前記駆動輪に固定される駆動輪基部と、
   前記駆動輪基部に対して第１の回転機構を介して回転可能に第一端が支持される第１のリンク部材と、
   前記駆動輪基部に対して第２の回転機構を介して回転可能に第一端が支持される第２のリンク部材と、
   前記第１の延出基部に交差するように延在しかつ前記第１の延出基部に対して回転可能に第３の回転機構を介して支持され、前記第１受動輪支持部に接続される第一部分と、前記第１のリンク部材の第二端に接続されかつ前記第３の回転機構を挟んで前記第一部分に対向する第二部分とを有する第１のてこ部材と、
   前記第２の延出基部に交差するように延在しかつ前記第２の延出基部に対して第４の回転機構を介して回転可能に支持され、前記第２受動輪支持部に接続される第一部分と、前記第２のリンク部材の第二端に接続されかつ前記第４の回転機構を挟んで前記第一部分に対向する第二部分とを有する第２のてこ部材と、を備え、
   前記駆動輪が前記ベース部材に対して前記第２方向に相対移動した際に、前記第１のてこ部材及び第２のてこ部材を介して、前記第１受動輪及び前記第２受動輪が前記第２方向にそれぞれ連動して相対移動するように構成される車輪構造体。
2. 前記第１方向において、前記第１受動輪の支持軸から前記第３の回転機構の回転軸までの距離と、前記第２受動輪の支持軸から前記第４の回転機構の回転軸までの距離とが１対１の割合である請求項１に記載の車輪構造体。
3. 前記第１のリンク部材と前記第１のてこ部材とが第５の回転機構で接続され、前記第２のリンク部材と前記第２のてこ部材とが第６の回転機構で接続され、
   前記第１受動輪、前記第２受動輪、及び前記駆動輪が水平面に接地した状態において、前記第１の回転機構の回転軸から前記第５の回転機構の回転軸までの距離と前記第２の回転機構の回転軸から前記第６の回転機構の回転軸までの距離とが１対１の割合であり、前記第５の回転機構の回転軸から重心までの距離と、前記第６の回転機構の回転軸から重心までの距離とが１対１の割合である請求項１又は２に記載の車輪構造体。
4. 前記駆動輪の車軸から前記第２方向への仮想延長線上に重心がある請求項１〜３のいずれか一項に記載の車輪構造体。
5. 前記第１方向において、前記第１の回転機構の方が前記第２の回転機構よりも前記第２受動輪に近い位置に配置される請求項１〜４のいずれか一項に記載の車輪構造体。
6. 前記第１のリンク部材と前記第１のてこ部材とが前記第１のてこ部材の延在する方向に位置を調整可能な第５の回転機構で接続され、前記第２のリンク部材と前記第２のてこ部材とが前記第２のてこ部材の延在する方向に位置を調整可能な第６の回転機構で接続される請求項１〜５のいずれか一項に記載の車輪構造体。
7. 前記第１受動輪支持部が前記第１受動輪から掛かる衝撃を緩和可能な第１の懸架部を含み、前記第１の懸架部と前記第１のてこ部材とが接続されており、
   前記第２受動輪支持部が前記第２受動輪から掛かる衝撃を緩和可能な第２の懸架部を含み、前記第２の懸架部と前記第２のてこ部材とが接続されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の車輪構造体。
8. 車両であって、
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の車輪構造体を２つ備え、
   前記２つの車輪構造体が前記第１方向及び前記第２方向の両方に垂直な第３方向に連結されている車両。
9. 前記２つの車輪構造体の前記ベース部材上に設けられる荷台をさらに備える請求項８に記載の車両。
10. 前記荷台に設置されるロードセルをさらに備える請求項９に記載の車両。

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