JPH10218043A

JPH10218043A - 階段昇降可能な走行装置

Info

Publication number: JPH10218043A
Application number: JP9031494A
Authority: JP
Inventors: Norio Yamamura; 則夫山村; Ryoji Yamashiro; 亮治山城; Keizo Abe; 桂三阿部; Akitetsu Takahashi; 昭哲高橋
Original assignee: Hitachi Cable Ltd; Nikon Corp
Current assignee: Hitachi Cable Ltd; Nikon Corp
Priority date: 1997-01-31
Filing date: 1997-01-31
Publication date: 1998-08-18

Abstract

(57)【要約】【課題】積載物の量が様々に変化しても、転倒の危険
なく運搬できる階段昇降可能な走行装置を提供するこ
と。【解決手段】荷物積載部を有する階段昇降可能な走行
装置は、平地走行状態において重量を測定し、積載部の
平面重心位置を検出する重心検出手段と、少なくとも積
載部を傾斜させる傾斜手段と、傾斜手段により、少なく
とも積載部を傾斜させることにより、重心位置の移動量
を測定して、積載部の重心高さを演算する重心高さ演算
手段とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は階段を昇降可能な走
行装置に関する。本発明は特に、階段昇降時の転倒を防
止するための制御装置を備えた階段昇降可能な走行装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より階段を介して重い荷を運ぶこと
は重労働であり、そのため階段を昇降できる機械装置が
多数提案されている。一般的には、走行装置において階
段を昇降するための機構としてクロ−ラと呼ばれる無限
軌道が多く使用される。このクロ−ラは金属やゴムなど
からなるベルト状のもので、階段だけではなく車輪では
走行不可能ないわゆる不整地などの走行にも使用されて
いる。

【０００３】さて、このような従来の走行装置では、階
段を昇降する際に走行装置全体が階段のなす角度に傾斜
するため、その際に走行装置の重心位置が階段と接する
支点部分より、階段の下方側に来ると、装置が転倒する
危険のあることが知られている。つまり、走行装置が水
平状態にあるときには重心（Ｇ）が装置の前後方向に対
してほぼ中央にあっても、図８に示すように、階段昇降
時に傾斜した状態になると重力方向に働く力（実線矢
印）が装置の階段下側に振れるため転倒しやすくなる。
その結果、重心位置が支点となっている点Ｃよりも下側
になると、回転運動のモーメントが働き転倒する。この
ため、走行装置と積載物を合計した全体の重心位置が常
に安全な位置にあるよう管理されなければならない。

【０００４】そのため、従来のこの種の走行装置では、
階段を走行する際の装置の傾斜方向を固定し、常に階段
上側にあたる方に予め重心が偏るように装置を設計をし
ているものがある。また走行装置の一部（主に積載部）
を前後に移動できるようにし、階段昇降に合わせて積み
荷ごと移動し、全体の合成重心の位置を階段上側に偏ら
せる方式も提案されている（実用新案公報昭５７−４
８６６２）。

【０００５】しかしながら、実際の荷積み作業において
は積載物の総重量は測れても、その重心位置を容易に知
る手段はなく、装置全体の合成重心位置が安全な範囲に
あるか否かを判別することは困難であった。

【０００６】そこで、本発明者らは以前に、積載荷台の
底部に重量センサを複数個配置し、それらの重量分布か
ら積載底部の平面位置における重心位置を計算により求
める方法および装置を提案した。その結果、積載底部の
平面内ではあるが重心位置を積み荷状態で検出すること
ができ、極端に偏った積み方をした場合など、危険が予
想される場合にはそれを事前に知ることができ、作業者
に警報などで注意を喚起するなどの対策を施すことがで
きた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、積載物
を大量に運ぶことを目的とし、そのため積載物の高さが
高くなるような場合には、前述した重心位置の検出手段
は必ずしも有効ではなかった。

【０００８】つまり、本発明者らの前記提案にかかる例
では図４に示すように走行装置の前端および後端にかか
る重量Ｗ１、Ｗ２の重量配分から前後端を結ぶ線分中の
点Ｇｓ上（実際には積載底部の平面内）での重心位置が
特定されるが、その鉛直上に存在する重心（Ｇ）の高さ
位置までを知ることはできなかった。

【０００９】しかるに、実際には走行装置の転倒に関し
ては、重心の平面位置だけではなく、高さ位置も重要な
要因となっている。図９に示すように、積み荷の位置が
高くなるにつれて重心位置も高くなるが、それと同時に
重心位置は走行装置が傾斜するにつれ階段下側に移動す
ることになり、結果的に支点Ｃを越えたところで転倒す
ることになる。

【００１０】装置が傾斜した状態でも平面内の重心位置
を測定して、転倒の危険を事前に判断することもできる
が、それは階段を平地から上り始めるときにだけ有効で
ある。反対に、装置が平地から下り階段に進入する場合
には、下り階段に進入し装置が傾斜して重心位置が振れ
だし、適正範囲を逸脱したことを検出した時点では、も
はや装置の転倒を止める手段は無く、そのため重心の高
さ位置を階段に進入する以前に知っておかなければなら
ない。

【００１１】本発明は積載物の量が様々に変化しても、
転倒の危険なく運搬できる階段昇降可能な走行装置を提
供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による階段昇降可
能な走行装置では、装置の積載部に複数の重量検出器を
備え、前記複数箇所での重量測定結果から積載部の底面
内における重心位置を計算により算出する平面重心位置
検出手段を有し、且つ、走行装置の少なくとも積載部を
傾斜させる傾斜手段を有し、積載部傾斜時の、重心位置
の積載部底面内での移動量を測定して、重心の高さ位置
を演算する構成とする。

【００１３】さらには、安全か否かを自動的に判定する
手段を設けると良い。さらに、重心高さの位置が適正範
囲外と判断された場合には自動的に走行装置を停止すべ
く制御装置を作動するよう構成すると好都合である。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明による装置の側面図
である。図中１は車体フレーム、２は階段を昇降する際
に使用されるクローラ走行機構、３、４は平地走行に使
用される前側および後側車輪機構でありこれら前側車輪
機構３および後側車輪機構４はそれぞれ左右に車輪を有
しており、これら前側および後側車輪機構３と４は、そ
れぞれ必要に応じて昇降機構１３，１４により同時に又
は別々に昇降される。

【００１５】すなわち平地走行に際しては図示なき油圧
制御機構等を介して昇降機構１３，１４が図１に示す如
く上下に伸びて車輪機構の車輪が接地し、クローラ走行
機構は浮いた状態になる。また、階段や段差を走行する
際には昇降機構１３，１４を図２に示す如く上下に縮め
て、クローラ走行機構のクローラを接地させて、車輪は
車体内に引き込まれることができ、後述の如く、一方の
車輪のみを接地解除することもできる。

【００１６】この昇降機構、前側および後側車輪機構お
よびクローラ走行機構自体およびその制御については従
来周知のもので良いので、これ以上の説明を省略する。
さらに、図中５は積み荷を乗せる積載部、６は制御装
置、７は積載底部と車体フレーム部の間に据え付けられ
た重量センサである。

【００１７】次に、本発明に関わる重心位置の検出方法
について説明する。重心位置は荷重の分布から求められ
るが、荷重は重力方向に働くため、水平状態での荷重分
布からは重心の高さ位置を求めることができない。そこ
で、あらかじめ走行装置が平地走行状態すなわち水平状
態にあるときの積載底部内での重心位置を求めておき、
次に走行装置が傾斜したときに積載底部内での重心位置
の移動量を測定して、そのときの傾き角から計算で重心
位置の高さを求めることができる。

【００１８】図３は走行装置の積載底部の上面図を表し
ており、重量センサ７ａ〜７ｄの配置の代表的な例とし
て、積載部外側の前後左右端の四隅にあたる部位に合計
４個の重量検出器７ａ〜７ｄが配置されている様子を表
している。重量検出器としては、一般に実用に供されて
いる、通称ロードセルなどが利用できる。その測定原理
は、荷重を受ける検出部位の僅かな歪みを内蔵された歪
みゲージの電気的抵抗変化の出力として増幅し、外部に
取り出すものである。

【００１９】次に、重心位置の平面内での測定方法につ
いて述べる。積載部５は、その底部の四隅の重量検出器
７ａ〜７ｄを介して車体フレーム部１に固定されてお
り、当該重量検出器により積載部の重量分布が測定でき
る。

【００２０】図３に示すように、各検出器で検出される
重量を区別するため、走行装置前方左側の検出器７ａに
より検出される重量をＷ１１、前方右側の検出器７ｂに
より検出される重量をＷ１２、後方左側の検出器７Ｃに
よる重量をＷ２１、後方右側の検出器７ｄによる重量を
Ｗ２２とする。

【００２１】さらに、積載部底面において、各重量検出
器の配置距離につき、前後方向の長さをＬとし、左右方
向の長さをＤとする。いま、走行装置の積載部に積まれ
た荷重の総重量をＷとし、その重心位置Ｇが前方検出器
からＬ１の距離で、また左側検出器からＤ１の距離にあ
るものとする。

【００２２】以下重心位置を求める手順を説明する。事
前に判明しているのは、前述した重量検出器の配置距離
ＬとＤ、及び各重量検出器からの測定結果Ｗ１１、Ｗ１
２、Ｗ２１、Ｗ２２である。

【００２３】先ず、総重量Ｗは総和として以下の式で求
められる。Ｗ＝Ｗ１１＋Ｗ１２＋Ｗ２１＋Ｗ２２装置の前後方向においての釣り合いの関係からＬ１ｘ（Ｗ１１＋Ｗ１２）＝（Ｌ−Ｌ１）ｘ（Ｗ２１＋
Ｗ２２）また、左右方向においての釣り合いの関係からＤ１ｘ（Ｗ１１＋Ｗ２１）＝（Ｄ−Ｄ１）ｘ（Ｗ１２＋
Ｗ２２）

【００２４】従って、重心の位置を示す座標Ｌ１、Ｄ１
は重量センサ７ａの位置を原点とすると、以下の式で求
められる。Ｌ１＝Ｌｘ（Ｗ２１＋Ｗ２２）／ＷＤ１＝Ｄｘ（Ｗ１２＋Ｗ２２）／Ｗこうして、積載部底部に配置した４個の重量検出器７ａ
ー７ｄの測定結果から積載部の重量の重心位置が積載部
底面のどこにあるかが計算で求められることになる。

【００２５】次に、重心の高さ位置を求めるための具体
的な方法について説明する。原理的には、上記方法で求
められる積載部底部における重心位置について、走行装
置が傾斜したときの傾斜角度と重心位置の移動量を測定
することにより、重心高さが求められる。但し、走行装
置がまだ階段に進入する以前に平地の状態で求める必要
があるため、本実施の形態においては走行装置を故意に
傾斜させる手段を設けてこれを行う。そこで、本発明
による走行装置では、平地走行用の車輪の昇降機構を利
用して、平地において車体フレーム１及びそれに一体的
に固設された部材（以下、単に「走行装置」と記す）を
傾斜させる。実際の動きを図５、図６で説明する。図５
では、前後の車輪が接地しており平地上にある場合であ
る。このときに積載底部における重心位置を前述した方
法で求めておく。

【００２６】次に階段を走行するため、昇降機構１３，
１４を作動させて車輪機構３，４を引き込みクローラ走
行機構２を接地させるが、このとき前後の車輪機構３，
４の引き込みを同時に行わず、先ず図中左側の前車輪機
構３のみを引き込んだ状態で一旦停止させる。このと
き、走行装置は図６に示すように前後方向に傾斜する。
さらに同図で示すように積載底部における重心位置が、
この傾斜で移動することが分かる。このときの重心位置
を上記方法で再度求め、同時に走行装置本体に取り付け
られている図示なき傾斜角度センサで傾斜角度を求め
る。以上で、後述の方法により重心高さ位置を求めるに
必要な各状態検出が終了したことになる。この時点で、
走行装置の後車輪を引き込み、クローラを接地させて図
２の状態とし、階段を走行させる。

【００２７】次に図７をもって、重心高さ位置を計算で
求める方法を説明する。

【００２８】簡単のために、一軸方向の釣り合い状態で
説明する。先ず、水平状態において長さＬの両端で、そ
れぞれＷ１、Ｗ２の荷重が測定されているとする。この
とき、重心位置Ｇの位置は前方からＬ１にあり、前述し
た釣り合いの関係からＬ１は以下の式で求められる。Ｌ１＝ＬｘＷ２／（Ｗ１＋Ｗ２）次に走行装置全体が傾斜し傾斜角度θになった場合に
は、重心位置はＧ’となり、両端の重量検出器による重
量測定値はそれぞれＷ１’、Ｗ２’になったとする。傾
斜した状態での釣り合いを考えると、Ｇ’の重力方向が
積載底部と交叉する釣り合い支点の位置をＬ１’とすれ
ばＷ１’ｘＬ１’ｘｃｏｓθ＝Ｗ２’ｘ（Ｌ−Ｌ１’）ｘ
ｃｏｓθ となり、これよりＬ１’＝ＬｘＷ２’／（Ｗ１’＋Ｗ２’）従って走行装置が傾斜することによる重心位置の移動量
は以下の式となる。（Ｌ１−Ｌ１’）＝ＬｘＷ２／（Ｗ１＋Ｗ２）−ＬｘＷ
２’／（Ｗ１’＋Ｗ２’）

【００２９】また、積載底部からの重心高さをｈとする
と、ｈは図７から明らかなように以下の式で求められ
る。ｈ＝（Ｌ１−Ｌ１’）／ｔａｎθ 以上の例では、簡単のために走行装置の一軸方向につい
て重心高さを求める方法を説明した。

【００３０】実際の走行装置の走行では、階段に対し直
角に走行するため、傾斜方向は走行装置の前後方向に関
して注目すればよい。そのため、重量センサは走行装置
の前後の荷重分布を測定し、階段傾斜時には前後方向の
傾斜角度から重心高さを求めれば良いことになる。

【００３１】また、重量センサが図３に示すように積載
部底部の四隅に配置されている場合には、上記計算式は
以下のように書き直される。（Ｌ１−Ｌ１’）＝Ｌｘ（Ｗ２１＋Ｗ２２）／Ｗ−Ｌｘ
（Ｗ２１’＋Ｗ２２’）／Ｗ’ ｈ＝（Ｌ１−Ｌ１’）／ｔａｎθ ここでＷ＝Ｗ１１＋Ｗ１２＋Ｗ２１＋Ｗ２２Ｗ’＝Ｗ１１’＋Ｗ１２’＋Ｗ２１’＋Ｗ２２’

【００３２】以上は、走行装置前後の傾斜による重心高
さの求め方について説明したが、走行装置の左右方向の
傾斜に対する求め方も同様である。

【００３３】なお、走行装置を傾斜させる度に傾斜角度
センサで傾斜角度を検出しても良いが、重心高さを求め
るために走行装置を傾斜させる際の傾斜角度は一定にな
るような構造としておけば、傾斜角度センサは必ずしも
必要ない。

【００３４】図１０に、本発明の実施の形態の制御を説
明するためのブロック図を示す。基本的には、「重心高
さ測定自動シーケンス」、「センサと演算処理部」、
「走行部の制御系」の３つの要素からなるが、それぞれ
の構成の仕方は自由である。

【００３５】「重心高さ測定自動シーケンス」は、測定
モードの起動により、測定のフローを自動的に進行させ
る機能を持ち、測定の動作条件となる装置の前後傾斜の
ための車輪昇降機構の制御を含む。

【００３６】「センサと演算処理部」は、上記自動シー
ケンスの指令により一連の動作を行うが、重量センサを
構成する４個の重量検出器７ａ〜７ｄの値を読み込み、
重心位置の演算を行う平面重心演算部、走行装置の傾斜
角度を読み込んで重心高さを算出する重心高さ演算部、
そし重心高さの適正を判断する重心高さ位置適正判定部
からなる。

【００３７】更に「走行部制御系」では、前記判定結果
に従い、不適当な場合には警報器の作動や走行モータの
コントローラの機能停止、さらにはブレーキの作動など
の制御を行う。

【００３８】図１１は本実施の形態による一連の動作フ
ローを説明するものである。上記ブロック構成の一例と
して、階段走行のためにクローラ走行機構に切り替えた
ところで、自動的に重心高さの測定動作を行わせる例で
ある。

【００３９】走行装置が平地を車輪走行で走行してお
り、階段にさしかかったところで、操作者は「クローラ
切り替えスイッチ」を作動させる。このとき、傾斜角度
センサの値を読みに行き、走行装置が水平状態にあるか
否かを知る。もし、前後の車輪機構の昇降状態が同一で
なく走行装置が傾いている場合には、前後の車輪機構双
方とも下降指示を出す。

【００４０】次に、その状態で重心位置の自動測定を行
う。実際には４個の重量検出器の値を読み込み、既述し
た演算式により重心位置を計算する。その後、前側車
輪機構３を上昇させ走行装置を傾斜させて、傾斜角度セ
ンサの値を読みとる。この状態のままで再度重心位置の
自動測定を行う（４個の重量検出器の値を読み、前述の
如く計算する）。以上の結果を比較し、重心高さの演算
処理を行った後、予め設定されている適正な重心高さ位
置との比較を行う。その結果、適正範囲に有れば、車輪
昇降機構により後車輪を上昇させクローラ走行モードと
する。以後、クローラ走行可能となり操作者の操作によ
り階段の昇降が可能となる。

【００４１】重心高さの結果判定が不適であった場合に
は、車輪昇降機構で前後の車輪機構とも下降（この場合
は後車輪のみ動作する）させ、車輪走行状態に戻す。次
に、クローラ走行機構用のモータのコントローラに走行
停止指令を出すとともに、ブレーキシステムを作動させ
クローラ走行機構による走行を禁止した状態とする。さ
らに、警報器等を作動させ重心位置が不適切である旨を
操作者に知らせる。

【００４２】

【発明の効果】以上のような本発明によれば、積載物の
量が様々に変化した場合でも、重心の高さ位置を階段に
進入する前に知ることができるため、安全にしかも最大
積載量を効率的に運搬することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す装置の車輪走行状
態の側面図である。

【図２】本発明の上記実施の形態を示す装置のクローラ
走行状態の側面図である。

【図３】同実施の形態の積載部の重心位置を測定する手
段を説明する図である。

【図４】走行装置積載部の重心位置を測定する従来例を
説明する図である。

【図５】本発明の上記実施の形態において平地走行状態
における積載部の重心位置を測定する手段を説明する図
である。

【図６】同実施の形態において重心高さを測定するため
走行装置傾斜状態とした場合を説明する図である。

【図７】同実施の形態において重心高さ位置の演算方法
を説明するための図である。

【図８】階段途中における走行装置の重心位置を示す図
である。

【図９】階段途中における走行装置の重心高さ位置を示
す図である。

【図１０】本発明の構成を説明するブロック図である。

【図１１】本発明による一実施の形態の動作フローを説
明する図である。

【符号の説明】

１車体フレーム２クローラ走行機構３前側車輪機構４後側車輪機構５積載部６制御部７ａ〜７ｄ重量検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者阿部桂三茨城県日立市日高町５丁目１番１号日立電線株式会社日高工場内 (72)発明者高橋昭哲茨城県日立市日高町５丁目１番１号日立電線株式会社日高工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】荷物積載部を有する階段昇降可能な走行
装置において、平地走行状態において重量を測定し、前
記積載部の平面重心位置を検出する重心位置検出手段
と、少なくとも前記積載部を前記重心位置検出手段と共
に傾斜させる傾斜手段と、該傾斜手段により少なくとも
前記積載部を傾斜させたときの重心位置の移動に基づい
て、前記積載部の重心高さを演算する重心高さ演算手段
とを備えてなる階段昇降可能な走行装置。
【請求項２】前記重心高さ演算手段は、前記傾斜手段
により傾斜された前記積載部の傾斜角度を検出する傾斜
角度検出センサを有している請求項１に記載の階段昇降
可能な走行装置。
【請求項３】前記階段昇降可能な走行装置は、平地走
行用の車輪機構と、階段等昇降用のクローラ走行機構
と、平地走行時には車輪を接地し、階段等昇降時には、
車輪機構を接地から外してクローラ走行機構を接地させ
るための昇降機構とを含み、前記昇降機構は前後車輪機構を別々に昇降させうるよう
に構成されており、一方のみを昇又は降させることによ
り前記積載部及び前記重心位置検出手段を傾斜させる前
記傾斜手段を形成していることを特徴とする請求項１又
は２に記載の階段昇降可能な走行装置。
【請求項４】さらに、判定手段を有し、該判定手段は
重心高さ位置が適正範囲内にあるか否かを判定する請求
項１〜３のいずれかに記載の階段昇降可能な走行装置。
【請求項５】前記判定手段により重心高さ位置が適正
範囲外と判断された時には警告を表わすか、もしくは走
行装置の走行を禁止する手段をさらに有する請求項４に
記載の階段昇降可能な走行装置。