JPS63203483A

JPS63203483A - 能動適応型クロ−ラ走行車

Info

Publication number: JPS63203483A
Application number: JP3338087A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Hirose; 茂男広瀬
Original assignee: Research Development Corp of Japan
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1987-02-18
Filing date: 1987-02-18
Publication date: 1988-08-23
Also published as: JPH023754B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、原子炉内、工場、工事現場、および化学プラ
ント内などの巡回検査、非常時作業のための遠隔操作マ
ニピュレータの搬送手段として、あるいは山間地での鉱
業用、海底作業用の車輌として用いられ、不整地におけ
る対地適応的移動を可能とした能動適応型クローラ走行
車に関する。

〔従来の技術〕

不整地での移動をより対地適応的にした搬送手段として
、車輪に代え、第１０図に示すように足同りとして無限
軌道を有する１対のクローラ（５２）を備えたクローラ
走行車（５１）がある。

しかし、このようなクローラ走行車（５１）は対地適応
性が十分ではなく、同図（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）の動作
で障碍物（０）を乗り越えようとするとき、障碍物（０
）に乗り上がった（Ｂ）の状態では姿勢が著しく不安定
であり、また、この状態から進行方向に重心が移って、
（Ｃ）のように衝撃的な着地をするなど、滑らかな移動
が不可能であるといった問題がある。

第１１図、第１３図および第１４図はいずれもこのよう
な問題に対処して提案されたものを示しており、このう
ち第１１図のクローラ走行車（５３）は、ボディ（５４
）にそれぞれ主軸（５５）を中心にして揺動自在に取着
された４つのクローラ（５Ｂ）（５Ｂ）・・・をイ１し
、第１２図（Ａ）ＣＢ）に例示したような姿勢のほか、
いろいろな姿勢をとることができ、対地適応性が箸しく
高いものとなっている。また第１３図のクローラ走行１
１Ｂ５７）は、４つのクローラ（６０）（ＢＯ）・・・
がそれぞれ可動脚（５９）を介してボディ（５８）に取
着された構造を有し、各クローラ（６０）の傾斜角度は
、接する路面の状態によって受動的に変化してゆくよう
になっている。さらに、第１４図のクローラ走行車（８
１）は、１対のクローラ（６３）（８３）を右し、各ク
ローラ（６３）は、ボディ（６２）に固定された−１（
輪（Ｅ１４）（８５）と、アーム（６７）によって変位
Ｏｆ能な遊星輪（６Ｂ）と、この３輪（６４）　（８５
）　（１３Ｂ　）に巻張された無限軌道（６８）からな
っており、遊星輪（６８）の変位によってクローラ（８
３）が変形し、第１５図に示すように（Ａ）→（Ｂ）の
動作シーケンスで障碍物（０）を乗り越えたり、第１８
図に示すように（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）あるいは（Ｃ）
→（Ｂ）→（Ａ）の動作シーケンスで坂や階段状の路面
を昇降できるものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

これらのように改良されたクローラ走行車は、」二足し
たように高い対地適応性を有しているが、それぞれ次の
ような問題がある。

まず第１１図のクローラ走行車（５３）は、各クローラ
（５６）を主軸（５５）を中心にして揺動させるための
専用の強力なアクチュエータを装備しなければならない
という第１の問題を有する。すなおちアクチュエータが
８台！Ａ備されているとしても、そのうちの４台は各ク
ローラ（５Ｂ）の推進用、他の４台は揺動用であり、不
整地でない比較的平坦な路面を走行する際にはクローラ
（５Ｂ）揺動用の７クチユエータは駆動せず単に荷重と
して作用するのみであるため、出力重量比において不経
済な設計であると言わざるを得ない、第２の問題は、動
作を停止させる際にはブレーキ装はを用いてこれを行な
うか、あるいはアクチュエータをサーボ的に強力なモー
メントを発生させながら停止のためのバランス力を得る
ものとする必要があるが、前者の場合は推進用のアクチ
ュエータに対するブレーキ装置のほかに、揺動用のアク
チュエータ専用の強力なブレーキ装置が必要であること
から大川量となり、後者の場合は停止時においても常時
大きなエネルギロスが生ずることになり、いずれも好ま
しくないことである。

第１３図のクローラ走行車（５７）についても、４つの
クローラ（８０）（ｆｉｏ）・・・の各々の推進用の７
クチユエータの他に、該各クローラ（６０）をＩＩｆ動
脚（５９）を介して自在に上下動させるための強力なア
クチュエータが必要であるため、上記第１１図の例と同
様に、その出力重量比は必ずしも好ましくない設計と考
えられる。また、クローラ（６０）の傾斜角度は接する
路面に対応して受動的に決まるようになっているが、溝
を横切って渡る際には、このクローラ（６０）の角度が
能動的にｒ／；ｌ定ｉ７（能なものでないと、溝幅がク
ローラ（６０）の長尺方向の長さの繕以−Ｌであるよう
な場合、踏破性に支障を来たすことが考えられる。

さらに、第１４図のクローラ走行・Ｉｔ（８１）は、比
較的小型にでき、機構的にも単純で、出力１許比も高い
ものであるが、第１５図や第１６図に例示したような障
碍物の乗り越えや坂１階段状の路面の昇降等を行なうに
はアーム（６７）を反転（遊星輪（６８）を変位）させ
ていちいちクローラ（６３）の形状を変え、迎え角や背
離角（θ）を設定するなどの予備動作が必要であるため
、移動速度を向上できない問題がある。

本発明は１以上のような問題に鑑み、対地適応性および
出力重量比の向上を目的としてなされたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち本発明に係るクローラ走行車は、ボディ下部に
２対、計４つのクローラをそれぞれの長さ方向中央部を
支点として回転揺動可能な状態で取り付け、該各クロー
ラの駆動系はその長さ方向中央に存する中央出力軸と、
該中央から一方に偏った位置に存する偏心出力軸と、ボ
ディ側に固定され中央出力軸を回転させるモータと、ク
ローラに固定され偏心出力軸を回転させる他のモータを
有し、これら複数のモータを互いに干渉させてなる構成
としたものである。

〔作　用〕

１；記駆動系は、互いに干渉し合う複数のモータによっ
て、クローラに、推進動作（クローラの無限軌道を回転
させる動作）と、長さ方向中央部を中心として回転揺動
させる動作の２つの自由度を実現するもので、４クロー
ラの各々の動作の組み合わせによって１本発明クローラ
走行車は能動的に対地適応的移動を行なうことができ、
また、推進連動にも回転揺動にも、４クローラのすべて
のモータを使用することができ、大出力が得られるもの
である。

〔実　施　例〕

以下に１本発明に係る能動適応型クローラ走行ｉ１（を
１図示の実施例に基いて説明する。

第１図において、符号（１）は図示しないＴＶ右カメラ
あるいはマニピュレータ等が搭載されるボディで、その
下部には該ボディ（１）を支持する固定脚（３）　（３
）がリンク機構（２）（２）を介して取着されている。

固定脚（３）　（３）はその長さ方向両端において支持
筒（４）（４）を介して結合され、互いに一体となって
いる。　（５）（５）・・・は走行装置としてのクロー
ラで、それぞれ固定脚（３）（３）の外側に突出した前
記支持筒（４）　（４）の両端部（すなわち４箇所）に
配設されている。

この各クローラ（５）は、第２図に示すように、その長
さ方向中央において、該クローラ（５）のフレーム（８
）がベアリング（７）を介して前記支持筒（４）の端部
に外挿され、該支持筒（４）の中心軸線を回転中心とし
て回転揺動可能となっている。該クローラ（５）の駆動
系において、（８）は前記中心軸線すなわちクローラ（
５）の長さ方向中央に存する中央出力軸、（８）は支持
筒（４）内に固定されて該中央出力軸（８）を回転させ
るモータ、（１ｏ）は前記長さ方向中央から一方に偏っ
た位置に存する偏心出力軸、　（１１）はクローラ（５
）のフレーム（６）に固定されて該偏心出力軸（ｌＯ）
を回転させるいまひとつのモータである０両出力軸（Ｉ
ｔ）（１０）のそれぞれに軸着された駆動歯車（１２）
（１３）は互いに咬合しており、このため両モータ（９
）（１１）は互いに干渉している。　（１４）（１５）
はフレーム（８）の長さ方向両端近傍に内挿された車輪
で、フレーム（８）にベアリング（１８ａ）（１８ｂ）
、　（＋９ａ）（１９ｂ）を介して回転自在に架設され
た支軸（１８）（１？）にそれぞれ軸着されており、該
両車幅（１４）（１５）には無限軌道（２ｏ）が巻架さ
れている。前記支軸（１６）（１７）には従動歯車（２
１）（２２）がそれぞれ軸着され、このうち従動ＷＩ車
（２１）は偏心出力軸（ｌＯ）の駆動歯車（１３）と、
また従動歯車（２２）は、偏心出力軸（１ｏ）の駆動歯
車（１３）と対称位置にあってベアリング（２５）によ
り回転自在になる支軸（２４）に軸着され一方において
中央出力軸（８）の駆動歯車（１２）と咬合する従動歯
車（２３）と咬合している。なお、各歯車のピッチは（
１２）と（１３）と（２３）が等しく、また（２１）と
（２２）が等しい。

上記駆動系は、両出力軸（８）（１０）の駆動歯車（＋
２）（１３）が咬合して両モータ（９）（１１）が互い
に干渉し合っているため、第３図に示すように、両モー
タ（９）（１１）は逆向きに回転させる。ここで、支持
筒（４）の中心軸線を回転中心とするクローラ（５）の
揺動動作の角速度筒を零にして、つまりクローラ（５）
の長さ方向を水平に保った姿勢で無限軌道（２０）を動
かす推進動作のみを行なう場合は、両モータ（９０１１
）は同速度で、すなわちモータ（θ）の角速度へをωと
すれば、いまひとつのモータ（１１）の角速度筒を一ω
とする。また、クローラ（５）の揺動動作の角速度筒を
Δωとして該クローラ（５）の姿勢を傾斜させる場合は
１両モータ（＋１）（１１）の角速度へ、均の和がΔω
となるようにする。そして一般に、無限軌道（２ｏ）を
速度Ｖ（モータ（１２）の角速度に換算するとＶ＝にω
）で動かし、揺動動作を角速度筒＝Δωで行なうには、
たとえばモータ（８）の角速度穐をω＋Δω、モータ（
１１）の角速度筒を−ωとする。このように、上記駆動
系によれば、通常の平坦地での走行時でも、モータ（３
）およびモータ（１１）の双方が駆動し、推進力を分担
して負荷しているため、ｌクローラに２つ、計８つのモ
ータ（８自由度）全てを移動に使用でき、出力ｒＲ量比
を向上する大きな利点を有する。

なお、第２図および第３図に示す本ＪａＷ１ではモータ
（８）といまひとつのモータ（１１）のみから構成され
ているが、従動歯＊　（２３）の軸（２４）にモータ（
１１）とまったく同じ働きをする第３のモータを取り付
けてもよい、干渉駆動すればやはり出方ｔｉ比は大きい
。

さて、このような駆動系を有する本発明クローラ走行車
の対地適応性について説明する。

既述したように、４つのクローラ（５）（５）・争・は
、それぞれその長さ方向中央において、固定脚（３）（
３）の外側に突出した支持筒（４）（４）の両端部に揺
動自在に取着されているものであるため、上記駆動系の
ｕｌ　１１を追従モードにしておけば、各クローラ（５
）は、多少の凹＾を有する程度の地面に対しては受動的
に適応し、従来例として示し゛た第＋３図のクローラ走
行車（５７）と同様の機能性を発揮する。このような機
能性は、たとえば同じ〈従来例として示した第１図のク
ローラ走行車（５３）のように、クローラの支持部が偏
ったタイプの走行車では実現が困難であり、走行しつつ
クローラを一定の角度に固定する静１Ｆトルクをず町す
るためのエネルギロスを常時生じていたり、あるいはク
ローラを揺動させるアクチュエータ専用のブレーキ装置
の導入による重量の増大を招く等の問題を有していたが
１本発明のクローラ走行車は、通常の走行時においては
上記したように受動的に対地適応するため、このような
問題は解消される。

また、前方に大きな障碍物があった場合は、第４図（Ａ
）→（Ｂ）→（Ｃ）−ＣＤ）→（Ｅ）のように各クロー
ラ（５）を動作させることによって、障碍物（０）を安
定して跨ぐことができ３段差部を昇降する場合は第５図
（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）または（Ｃ）→（Ｂ）→（Ａ）
のように各クローラを動作させることによって、クロー
ラ（５）の長さ　（見）の７０〜８０％程度の高さの段
差も容易に昇降することができる。

ここで、ボディ（１）と固定脚（３）を結合しているリ
ンク機構（２）について第１図に戻り説明すると、この
リンク機構（２）は、ボディ（１）の側面に固設した大
プーリ（２６）と、固定脚（３）の側面に固設した小プ
ーリ（２７）を有し、両プーリ（２Ｂ）（２７）の外周
にワイヤ、チェーン等を含む無端ベル）　（２８）を巻
架するとともに１両プーリ（１１）（１２）の中心をリ
ンクアーム（２９）で連結した構成を有している。

すなわちリンクアーム（２Ｂ）上端に取り付けられたピ
ン（３０）は大プーリ（２Ｂ）中心部においてボディ（
１）に回転自在に挿通されるとともに、下端に取り付け
られたピン（３１）は小プーリ（２７）中心部から固定
脚（３）へ挿通されて該固定脚（３）に固設されたモー
タ（３２）等の駆動手段からの出力を受け、リンクアー
ム（２３）を揺動させるようになっている。

このリンク機構（２）は、リンクアーム（２９）を（駆
動させた場合、プーリ（２Ｂ）（２７）の径の相異によ
り、プーリ（２７）とリンクアーム（２θ）の相対角変
位量よりもプーリ（２−８）とリンクアーム（２８）の
相対角変位量が小さくなり、これを利用して、クローラ
（５）（５）−―・および固定脚（３）　（３）のＭＭ
如何に拘らずボディ（１）を水平に保持し、かつ走行型
全体の重心を安定化できる点に最大の特徴がある。たと
えば、第６図のように坂や階段を昇る場合には、リンク
アーム（２９）を適宜前方へ倒すことによってボディ（
１）の水平を維持することができ、また、同時にボディ
（１）の重心が（Ｇｏ）から（Ｇ）へ移動してクローラ
（５）（５）の接地面の略中夫に位置するようになるも
のである。降板の場合も同様の姿勢をとればよい、前記
した第４図の障碍物乗り越えや第５図の段差部の昇降の
場合も、リンク機構（２）による重心の移動によって各
動作を安定化させる大きな有効性がある。なお、リンク
アーム（２θ）を揺動させるモータ（３２）の駆動は、
ボディ（１）に内蔵された図示しない姿勢センサ（重力
と振り子の関係を利用した傾斜角センサなど）による検
出角度を制御因子として自動制御されている。

さらに、リンク機構（２）は、大プーリ（２Ｂ）をボデ
ィ（１）に対して回転自在とし、ボディ（１）内の補助
モータによって駆動する補助プーリ（３３）　（第７図
および第９図参照）と回動連結して、能動的な姿勢制御
が可能な構成とすることができる。すなわち、この構成
によれば、リンクアーム（２９）の傾斜如何に拘らず、
ボディ（１）の角度をｒ１在に変えられる。たとえば、
ｔＰＪ７図（Ａ）→（Ｂ）または（Ｂ）→（”Ａ）の動
作のように１重心を移動させることによってこのクロー
ラ走行車は比較的幅の広い溝でも渡ることができるが、
このとき、大プーリ（２Ｂ）がボディ（１）に固定され
ている場合は、一点鎖線で示すように、ボディ（１）は
水平にはならないが、補助プーリ（３３）を設けた上記
のものではこれを水平に保持することができる。

走行車全体を旋回させる場合には第８図のように、クロ
ーラ（５）　（５）・・ｅを適度に傾斜させて前後方向
におけるその対向端部（５’）（５°）のみで接地する
ようにし、右側の２つのクローラと左側の２つのクロー
ラを逆向きに推進動作させれば、４つのクローラの下面
全体を接地させた場合のような大きなスリップを伴なわ
ずに旋回を行なうことができる。

その他、姿勢を高くする場合には全クローラ（５０５）
・・・を垂直に立てればよく、また、傾斜面や段差部を
横切る場合は第９図に示すように、右側および左側のク
ローラ（５）　（５）の角度を調整してボディ（１）が
水平になるようにすれば、安定した走行が可能になるも
のである。

なお、上記実施例においては、中央出力軸（８）の駆動
歯車（１２）と偏心出力軸（！Ｏ）の駆動歯車（Ｉ３）
が直接咬み合うことによってモータ（９）（１１）が尾
いに干渉している構造としたが、両歯車（１２）（１３
）間に１つないし複数の従動歯車を介在させてもよく、
またタイミングベルト等で干渉させてもよい、この場合
は両モータ（９）（１１）の回転方向を同方向とするこ
ともＩＴｆ能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係る能動適応型クローラ
走行車は、ボディ下部の４つのクローラがそれぞれその
長さ方向中央部を支点として揺動可能になり、該各クロ
ーラに複数個ずつ配されたモータが機構的に干渉し合う
ことにより、全てのモータを常時稼動状態に保つことを
可能にしているものであり、推進動作にもクローラの揺
動動作にも全てのモータの出力が用いられるため、駆動
系が推進用、揺動用に分離されて装備されていた従来の
クローラ走行車に比較して２倍以上の大出力を可能にす
るものである。また、各クローラがその長さ方向中央部
で支持されているため、クローラの姿勢を維持するため
の専用のブレーキ装置の導入による重織増大やエネルギ
ロスを解消することができ、あらゆる不整地に対して迅
速かつ能動的に適応し、安定的な走行が可能となるもの
で、きわめて優れた機能性を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明能動適応型クローラ走行車の実施例を示
す斜視図、第２図は同じ〈クローラの内部構造を示す断
面図、第３図は同じくクローラの内部動作説明図、第４
図は障碍物を越えるとき、第５図は段差部を昇降すると
き、第６図は坂の昇降のとき、第７図は溝を渡るとき、
第８図は旋回時、ｔｔＳ９図は傾斜面または段差部に沿
って走行する場合をそれぞれ示す姿勢説明図、第１Ｏ図
は従来のクローラ走行車の第１の例における障害物を乗
り越えるときの概略的な姿勢説明図、第１１図は従来の
クローラ走行車の第２の例を示す斜視図、第１２図は同
じく姿勢説明図、第１３図は従来のクローラ走行車の第
３の例を示す側面図、第１４図は従来のクローラ走行車
の第４の例を示す斜視図、第１５図および第１６図はそ
れぞれ同クローラ走行１１【の姿勢説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ボディ下部に２対、計４つのクローラをそれぞれ
の長さ方向中央部を支点として回転揺動可能な状態で取
り付け、該各クローラの駆動系はその長さ方向中央に存
する中央出力軸と、該中央から一方に偏った位置に存す
る偏心出力軸と、ボディ側に固定され中央出力軸を回転
させるモータと、クローラに固定され偏心出力軸を回転
させる他のモータを有し、これら複数のモータを互いに
干渉させてなることを特徴とする能動適応型クローラ走
行車。
（２）前記複数のモータの干渉が、前記両出力軸に軸着
された駆動歯車を直接あるいは間接的に咬合させること
によってなされることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の能動適応型クローラ走行車。