WO2021161591A1 - 車輪及び車両 - Google Patents

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WO2021161591A1
WO2021161591A1 PCT/JP2020/040750 JP2020040750W WO2021161591A1 WO 2021161591 A1 WO2021161591 A1 WO 2021161591A1 JP 2020040750 W JP2020040750 W JP 2020040750W WO 2021161591 A1 WO2021161591 A1 WO 2021161591A1
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WO
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arm
outer ring
wheel
drive gear
rotates
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PCT/JP2020/040750
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Inventor
紘 藤岡
Original Assignee
日本精工株式会社
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    • B60B15/06—Wheels with spade lugs with pivotally-mounted spade lugs
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
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    • F16H57/08—General details of gearing of gearings with members having orbital motion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60B2900/50—Improvement of
    • B60B2900/551—Handling of obstacles or difficult terrains
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60B2900/00—Purpose of invention
    • B60B2900/70—Adaptation for

Definitions

  • the present invention relates to wheels and vehicles.
  • the drive wheels mounted on self-propelled vehicles such as home delivery robots, automatic guided vehicles (AGVs), transport carts, electric wheelchairs, cleaning robots, partner robots, etc. have steps, irregularities, and slopes that exist on the road.
  • AGVs automatic guided vehicles
  • Patent Document 1 a plurality of divided portions divided in the circumferential direction of the traveling wheel and supported so as to be able to move in and out in the radial direction of the traveling wheel are selectively projected and expanded to engage with the step.
  • the structure of the wheel that overcomes the above is disclosed.
  • Patent Document 2 describes a wheel provided with a plurality of rolling claws provided at predetermined intervals in the circumferential direction, which form a rolling peripheral surface at a closed rotation position and project to the outside of the rolling peripheral surface at a deployed rotation position. The structure is disclosed.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a wheel and a vehicle having a simple structure and capable of overcoming a step while maintaining stability during running on level ground.
  • the wheels according to one aspect of the present invention include an outer ring that rotates around the wheel rotation axis, an arm drive gear that rotates around the wheel rotation axis independently of the outer ring, and an arm rotation axis that is fixed to the outer ring. It is rotatable, and when the arm drive gear rotates in one direction (for example, the normal rotation direction R1 in the embodiment) relative to the outer ring, a part of the arm drive gear protrudes radially outward from the outer peripheral surface of the outer ring. When the arm drive gear rotates in a direction opposite to the one direction (for example, the reverse rotation direction R2 in the embodiment) relative to the outer ring, the arm drive gear is accommodated inside the outer peripheral surface of the outer ring in the radial direction. It is equipped with an arm.
  • the outer ring of the wheel rolls by accommodating the arm radially inward from the outer peripheral surface of the outer ring when traveling on level ground.
  • the outer ring that does not deform when traveling on flat ground rolls, so that stability during traveling on flat ground can be maintained.
  • the arm can catch the step and run through by projecting the arm radially outward from the outer peripheral surface of the outer ring.
  • the arm can be deployed and accommodated with a simple structure in which the outer ring and the arm drive gear are relatively rotated.
  • the arm includes a tooth portion that meshes with the arm drive gear, and when the arm drive gear rotates in the one direction relative to the outer ring, the arm rotates in the other direction.
  • the arm drive gear rotates in the other direction relative to the outer ring, it rotates in the one direction.
  • the arm rotates in the other direction when the arm drive gear rotates in one direction relative to the outer ring. That is, the structure of the transmission path from the drive source of the arm to the arm can be simplified.
  • the arm drive gear when the arm drive gear does not rotate relative to the outer ring, the arm maintains a protruding state or a housed state. According to this, since the unintended deformation of the wheel can be suppressed, stable step running and flat ground running are possible.
  • the arm has a convex shape in which the center of curvature is the same as the outer ring and the radius of curvature is the same as the outer ring in a state where the arm is accommodated radially inward from the outer peripheral surface of the outer ring.
  • the first arc wall portion is included in a part of the outer peripheral surface. According to this, the torque generated by the drive source of the arm can be used even when traveling on level ground.
  • the arm has a concave shape in which a part of the arm protrudes radially outward from the outer peripheral surface of the outer ring, and a part of the arm protrudes radially outward from the outer peripheral surface of the outer ring.
  • the second arc wall portion is included in a part of the outer peripheral surface. According to this, the arm can be more preferably hooked on the step when traveling on the step.
  • the wheel according to one aspect of the present invention meshes with the arm actuator for driving the arm drive gear, the outer ring gear that rotates integrally with the outer ring around the wheel rotation axis, and the outer ring gear, and the wheel rotation shaft. It is provided with an outer ring drive gear that rotates around a rotation axis parallel to the above, and an outer ring actuator that is driven independently of the arm actuator and drives the outer ring drive gear. According to this, since the wheels travel by the combined torque of the arm actuator and the outer ring actuator during both traveling on a flat ground and traveling on a step, the torque of one actuator can be reduced.
  • the wheel according to one aspect of the present invention includes an arm actuator that drives the arm drive gear, a state in which the power of the arm actuator is transmitted to the outer ring, and a state in which the power of the arm actuator is not transmitted to the outer ring. It is equipped with an electromagnetic clutch that can be switched with or without energization. According to this, since the wheel includes only one actuator, it is not necessary to synchronize a plurality of actuators. That is, when the electromagnetic clutch is energized, the arm can be maintained in the deployed state or the contained state. Further, when the electromagnetic clutch is not energized, the arm can be deployed or accommodated depending on the rotation direction of the arm drive gear. Therefore, the wheels are easy to control.
  • the wheel according to one aspect of the present invention includes an actuator for an arm that drives the arm drive gear, a first stopper in one direction that limits the rotation range of the arm in one direction, and rotation of the arm in the other direction. It is provided with a second stopper in the other direction that limits the range. According to this, since the unintended deformation of the wheel can be suppressed, stable step running and flat ground running are possible. Further, when the arm drive gear rotates in the other direction, the arm is relatively fixed to the outer ring via the first stopper and the arm rotation shaft in a state where the rotation in one direction is restricted by the first stopper. NS.
  • the torque of the arm drive gear is transmitted to the outer ring in the state where the arm is closed and in the rotational position, so that the torque from the drive source of the arm can be used even when traveling on level ground.
  • the arm drive gear rotates in one direction, the arm is relatively fixed to the outer ring via the second stopper and the arm rotation shaft in a state where the rotation in the other direction is restricted by the second stopper.
  • the torque of the arm drive gear is transmitted to the outer ring while the arm is in the deployed rotation position, so that the torque from the drive source of the arm can be suitably used for step running.
  • the vehicle according to one aspect of the present invention includes the wheels and a vehicle body to which the wheel rotation shaft of the wheels is fixed.
  • the outer ring of the wheel rolls by accommodating the arm radially inward from the outer peripheral surface of the outer ring. Since the outer ring that does not deform when traveling on flat ground is provided with a wheel that rolls, the vehicle can maintain stability when traveling on flat ground.
  • the arm of the wheel when traveling on a step, protrudes radially outward from the outer peripheral surface of the outer ring, so that the arm can catch the step and run through.
  • the wheel arm can be deployed and accommodated with a simple structure in which the outer ring and the arm drive gear are relatively rotated.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of a wheel according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a side view schematically showing the configuration of the wheel of FIG.
  • FIG. 3 is a front view showing a state of the wheel of FIG. 1 when traveling on a flat ground.
  • FIG. 4 is a front view showing a state of the wheel of FIG. 1 when traveling on a step.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken through a wheel rotation axis showing a state of the wheel according to the second embodiment when traveling on a flat ground.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken through a wheel rotation axis showing a state of the wheel when traveling on a step according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of a wheel according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a side view schematically showing the configuration of the wheel of FIG.
  • FIG. 3 is a front view showing a state of the wheel of FIG. 1 when
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken through a wheel rotation axis showing a state of the wheel according to the third embodiment when traveling on a flat ground.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken through a wheel rotation axis showing a state of the wheel when traveling on a step according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a state of the wheels according to the fourth embodiment when traveling on a flat ground.
  • FIG. 10 is a side view of the wheel of FIG.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the wheel of FIG. 9 passing through the wheel rotation axis.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a state of the wheel according to the fourth embodiment when traveling on a step.
  • FIG. 13 is a side view of the wheel of FIG. FIG.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the wheel of FIG. 13 passing through the wheel rotation axis.
  • FIG. 15 is a perspective view schematically showing a configuration example of a vehicle as an application example in which the wheels according to the first embodiment are mounted.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram for explaining a step climbing operation by the vehicle shown in FIG.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the configuration of the wheel 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a side view schematically showing the configuration of the wheel 1 of FIG.
  • FIG. 3 is a front view showing a state of the wheel 1 of FIG. 1 when traveling on a flat ground.
  • FIG. 4 is a front view showing a state of the wheel 1 of FIG. 1 when traveling on a step.
  • the rotation direction in which the wheel 1 can run on the step is referred to as a forward rotation direction R1
  • the rotation direction opposite to the forward rotation direction R1 is referred to as a reverse rotation direction R2.
  • the wheel 1 of the first embodiment is a drive wheel mounted on a self-propelled vehicle such as a delivery robot, an automatic guided vehicle, a transport cart, an electric wheelchair, a cleaning robot, and a partner robot.
  • the self-propelled vehicle is assumed to be, for example, a four-wheeled vehicle in which the wheels 1 are arranged symmetrically (for example, see FIG. 15 described later), but the present invention is not limited to this.
  • the driving force for the wheel 1 to travel on a flat ground or on a step is supplied from an energy source such as a power source mounted on the vehicle body side of the self-propelled vehicle on which the wheel 1 is mounted.
  • the wheel 1 includes an outer ring 10, an arm 20, an arm drive gear 30, an outer ring drive gear 50, and a support portion 90.
  • the outer ring 10 is a circular plate shape with the central axis of wheel rotation axis A W of the wheel 1.
  • the outer ring 10 has a hole in the center through which the arm drive shaft 31, which will be described later, is inserted.
  • the outer peripheral surface 11 of the outer ring 10 constitutes the rolling peripheral surface of the wheel 1 over the entire circumference.
  • the outer ring 10 has a ring-shaped tire portion 12 attached along the circumferential direction of the outer peripheral surface 11.
  • the tire portion 12 is formed of, for example, rubber or the like, and absorbs the impact on the outer ring 10 received from the installation surface during traveling.
  • the outer surface 13 of the outer ring 10 is a side surface facing the outside of the vehicle body when the wheel 1 is mounted on the self-propelled vehicle.
  • the outer ring 10 has four arm support portion 14 for supporting rotatably the four arms 20, each of arm rotation axis A A around.
  • the arm rotation axis A A is parallel to the wheel rotation axis A W.
  • the distances between the wheel rotation axis A W and the respective arm rotation axes A A are all equal.
  • the arm rotation shafts A A are provided at equal intervals in the rotation direction with respect to the wheel rotation shaft A W.
  • the arm support portion 14 is a columnar shaft member that projects outward from the outer surface 13 of the outer ring 10.
  • the arm support portion 14 inserts the shaft hole 21 of the arm 20.
  • Four arm support 14 is provided at equal intervals in the rotational direction with respect to the wheel rotation axis A W.
  • the arm support portion 14 may be integrally formed with the outer ring 10, or may be provided separately and fixed to the outer ring 10. Arm support 14, as long as it supports the pivotable arm 20 to the arm rotation axis A A around may be any kind.
  • the outer ring gear 16 is arranged on the inner side surface 15 side, which is the side surface opposite to the outer side surface 13 of the outer ring 10 (see FIGS. 3 and 4).
  • the outer ring gear 16 is an outer gear arranged coaxially with the outer ring 10. That is, ring gear 16 has the same rotational axis and the wheel rotation axis A W of the wheel 1.
  • the outer ring gear 16 rotates integrally with the outer ring 10.
  • the outer ring gear 16 is fixed to the outer ring 10 or is provided integrally with the outer ring 10.
  • each of the arms 20, the arm support 14 to be inserted into the shaft hole 21, is rotatably supported by the arm rotation axis A A direction (see FIG. 2).
  • Arm 20 includes a closed rotation position indicated by the solid line in FIG. 2, with the deployment rotational position indicated by the two-dot chain line, is rotatable on the arm rotational axis A A around.
  • the arm 20 includes a base end circular portion 22 and a claw portion 23.
  • one arm 20 has an outer peripheral surface formed by a tooth portion 24, a first arc wall portion 25, a second arc wall portion 26, and a base end side wall portion 27.
  • the base end circular portion 22 has a cylindrical shape with the arm rotation axis AA as the central axis.
  • a shaft hole 21 is formed at the center of the base end circular portion 22.
  • the claw portion 23 is provided so as to project in the radial direction of the base end circular portion 22.
  • the claw portion 23 is accommodated inside the outer peripheral surface 11 of the outer ring 10 in the radial direction in the closed rotation position. At the unfolded rotation position, the tip portion 28 of the claw portion 23 projects radially outward from the outer peripheral surface 11 of the outer ring 10.
  • the tooth portion 24 is formed on a part of the circumferential surface of the base end circular portion 22.
  • the tooth portion 24 meshes with the arm drive gear 30 described later.
  • the first arc wall portion 25 is a part of the outer peripheral surface of the claw portion 23 and has a convex arc shape.
  • the first arc wall portion 25 has the same radius of curvature as the outer ring 10.
  • the center of curvature of the first arc wall portion 25 is the same as that of the outer ring 10 when the arm 20 is housed inside the outer peripheral surface 11 of the outer ring 10 in the radial direction and the arm 20 is in the closed rotation position.
  • the first arc wall portion 25 forms a part of the rolling peripheral surface of the wheel 1 when the arm 20 is in the closed rotation position.
  • the end portion of the first arc wall portion 25 on the forward rotation direction R1 side is the tip portion 28 of the claw portion 23.
  • the second arc wall portion 26 is a part of the outer peripheral surface of the claw portion 23 and has a concave arc shape.
  • One end of the second arc wall portion 26 is the tip portion 28 of the claw portion 23.
  • the second arc wall portion 26 is adjacent to the first arc wall portion 25 via the tip portion 28.
  • the other end of the second arc wall portion 26 is connected to the end portion of the tooth portion 24 of the base end circular portion 22 on the reverse rotation direction R2 side.
  • the second arc wall portion 26 is curved in the same direction as the first arc wall portion 25.
  • the base end side wall portion 27 is connected to the end portion of the base end circular portion 22 on the forward rotation direction R1 side of the tooth portion 24.
  • the other end of the base end side wall portion 27 is adjacent to the end portion of the first arc wall portion 25 on the reverse rotation direction R2 side via the stop portion 29.
  • the tip portion 28 is formed between the first arc wall portion 25 and the second arc wall portion 26.
  • the tip 28 has a rounded shape in the embodiment.
  • the arm 20 is formed in a shape that gradually narrows from the base end side wall portion 27 side including the base end circular portion 22 to the tip portion 28 of the claw portion 23.
  • the base end side wall portion 27 has a function of a stopper that prevents the arm 20 from rotating further by contacting the tip portion 28 of the arm 20 adjacent to the reverse rotation direction R2 side at the closed rotation position.
  • the stop portion 29 is a corner portion formed between the first arc wall portion 25 and the base end side wall portion 27.
  • the stop portion 29 has a function of a stopper that prevents the arm 20 from rotating further by coming into contact with the base end circular portion 22 of the arm 20 adjacent to the reverse rotation direction R2 side at the unfolded rotation position.
  • Arm drive gear 30 as shown in FIGS. 3 and 4, an outer gear having a wheel rotation axis A W coaxial with the axis of rotation of the wheel 1.
  • the arm drive gear 30 meshes with the tooth portions 24 of each of the four arms 20.
  • the arm drive gear 30 is provided at the outer end 32, which is one end of the arm drive shaft 31.
  • the outer end portion 32 is an end portion of the arm drive shaft 31 that is located outside the vehicle body when the wheel 1 is mounted on the self-propelled vehicle.
  • Arm drive shaft 31 is a shaft member having an axis of rotation of the wheel rotation axis A W coaxial with the wheel 1.
  • the arm drive gear 30 rotates integrally with the arm drive shaft 31.
  • the arm drive shaft 31 is inserted into a hole formed in the center of the outer ring 10.
  • the arm drive gear 30 and the arm drive shaft 31 rotate independently of the outer ring 10.
  • the inner end 33 which is the end opposite to the outer end 32 of the arm drive shaft 31, is fixed to the output shaft of the arm actuator 35.
  • the arm actuator 35 is a rotational drive source for the arm drive gear 30. The torque from the arm actuator 35 is transmitted to the arm 20 via the arm drive gear 30.
  • the arm actuator 35 is, for example, an inner rotor type motor.
  • the arm actuator 35 includes, for example, a stator, a rotor that rotates with respect to the stator by being supplied with electric power, and an output shaft that rotates with the rotor.
  • the output shaft of the arm actuator 35 is coaxial with the rotation axis of the wheel rotation axis A W and the arm drive shaft 31 of the wheel 1.
  • the arm actuator 35 is supplied with electric power from a power source (not shown) provided on the vehicle body side of the self-propelled vehicle on which the wheel 1 is mounted. Arm actuator 35, by which power is supplied, rotating the arm drive gear 30 to the wheel rotation axis A W around through the arm drive shaft 31. The rotation direction and rotation speed of the output shaft of the arm actuator 35 are controlled by, for example, a control device provided on the vehicle body side of the self-propelled vehicle on which the wheel 1 is mounted.
  • Outer drive gear 50 as shown in FIGS. 3 and 4, an outer gear to the rotation axis parallel outer ring drive-rotation shaft A D to the rotation axis of the wheel rotational axis A W and the ring gear 16 of the wheel 1.
  • the outer ring drive-rotation shaft A D may be a one coaxial arm rotation axis A A, may be a different axis with all of arm rotation axis A A.
  • the outer ring drive gear 50 is arranged on the inner side surface 15 side of the outer ring 10.
  • the outer ring drive gear 50 meshes with the outer ring gear 16.
  • the outer ring drive gear 50 rotates in a direction opposite to the rotation direction of the outer ring gear 16.
  • the outer ring drive gear 50 is provided at the outer end portion 52, which is one end of the outer ring drive shaft 51.
  • the outer end portion 52 is an end portion of the outer ring drive shaft 51 that is located outside the vehicle body when the wheel 1 is mounted on the self-propelled vehicle.
  • the outer ring drive shaft 51 is a shaft member having the outer ring drive rotation shaft AD as a rotation shaft.
  • the outer ring drive gear 50 rotates integrally with the outer ring drive shaft 51.
  • the inner end 53 which is the end opposite to the outer end 52 of the outer ring drive shaft 51, is fixed to the output shaft of the outer ring actuator 55.
  • the outer ring actuator 55 is a rotational drive source for the outer ring drive gear 50.
  • the torque from the outer ring actuator 55 is transmitted to the outer ring gear 16 and the outer ring 10 via the outer ring drive gear 50.
  • the outer ring actuator 55 is, for example, an inner rotor type motor.
  • the outer ring actuator 55 includes, for example, a stator, a rotor that rotates with respect to the stator by being supplied with electric power, and an output shaft that rotates with the rotor.
  • the output shaft of the outer ring actuator 55 is parallel to the rotation axis of the wheel rotation axis A W and the arm drive shaft 31 of the wheel 1, and a outer drive-rotation shaft A D coaxial with the outer ring drive gear 50 and the outer ring drive shaft 51.
  • the outer ring actuator 55 is supplied with electric power from a power source (not shown) provided on the vehicle body side of the self-propelled vehicle on which the wheel 1 is mounted.
  • the outer ring actuator 55 rotates the outer ring drive gear 50 via the outer ring drive shaft 51 when electric power is supplied. That is, the outer ring actuator 55, via the outer ring drive shaft 51 and the outer ring drive gear 50 to rotate the ring gear 16 and the outer ring 10 to the wheel rotation axis A W around.
  • the output shaft of the outer ring actuator 55, the outer ring drive shaft 51, and the outer ring drive gear 50 rotate in a direction opposite to the rotation direction of the outer ring gear 16 and the outer ring 10.
  • the rotation direction and rotation speed of the output shaft of the outer ring actuator 55 are controlled by, for example, a control device provided on the vehicle body side of the self-propelled vehicle on which the wheel 1 is mounted.
  • the support portion 90 supports the housing of the arm actuator 35 and the outer ring actuator 55.
  • the support portion 90 is fixed to the vehicle body 201 of the self-propelled vehicle on which the wheels 1 are mounted, for example, as shown in FIG. 15 described later.
  • By supporting portion 90 is fixed to the vehicle body 201 of the motor vehicle, with respect to the self-propelled vehicle of the vehicle body 201, the outer ring drive-rotation shaft A D of the wheel rotation axis A W and the outer ring drive gear 50 of the wheel 1 is fixed NS.
  • the wheel 1 of the first embodiment when the arm 20 is in the closed rotation position (see the position shown by the solid line in FIG. 2), the first arc wall portion 25 of the arm 20 constitutes the rolling peripheral surface of the wheel 1. In this case, the wheel 1 keeps a circular shape and can travel in the same manner as a normal wheel.
  • the wheel 1 When the arm 20 is in the unfolded rotation position (see the position indicated by the alternate long and short dash line in FIG. 2), the wheel 1 has the tip 28 of the claw portion 23 of the arm 20 projecting radially outward from the outer peripheral surface 11 of the outer ring 10. .. In this case, the wheel 1 can run through the step by hooking the claw portion 23 of the arm 20 on the step (see FIG. 16 described later).
  • Arm support 14 because it is fixed to the outer ring 10, rotates together with the outer ring 10 to the wheel rotation axis A W around.
  • the arm drive gear 30 rotates in the same rotation direction and at the same rotation speed as the outer ring 10 (does not rotate relative to each other)
  • the arm drive gear 30 does not rotate with respect to the tooth portion 24 of the arm 20, so that the arm 20 is in the closed rotation position. Do not expand from. That is, when traveling on flat ground, the rotation direction and rotation speed of the output shafts of the arm actuator 35 and the outer ring actuator 55 are controlled so that the arm drive gear 30 and the outer ring 10 are rotated in the same rotation direction and at the same rotation speed. As a result, the closed rotation position of the arm 20 is maintained.
  • the arm drive gear 30 rotates in the reverse rotation direction R2 relative to the tooth portion 24 of the arm 20, so that the arm 20 is rotated in the normal rotation direction R1 in the arm rotation axis a a around.
  • relatively arm drive gear 30 rotates by a predetermined angle in the opposite rotational direction R2 with respect to the outer ring 10
  • the arm 20 is rotated by a predetermined angle in the normal rotation direction R1 in the arm rotation axis A A around the rotational closed from the deployed rotating position Close to position.
  • the arm 20 When the arm drive gear 30 rotates in the same rotation direction and at the same rotation speed as the outer ring 10 (does not rotate relative to each other) while the arm 20 is deployed at the deployment rotation position, the arm 20 maintains the deployment rotation position. That is, when traveling on a step, the rotation of the output shaft of the outer ring actuator 55 is stopped and only the arm actuator 35 is driven to deploy the arm 20 to the unfolding rotation position and deform the wheel 1. After the arm 20 reaches an arbitrary amount of deformation, the arm 20 is controlled by controlling the arm actuator 35 and the outer ring actuator 55 so as to rotate the arm drive gear 30 and the outer ring 10 again in the same rotation direction and at the same rotation speed. Maintain the unfolding rotation position of.
  • the rotation of the arm actuator 35 is stopped, and only the outer ring actuator 55 continues to rotate in the forward direction.
  • the outer ring actuator 55 rotates in the forward direction while the rotation of the arm actuator 35 is stopped, the outer ring 10 rotates relative to the arm drive gear 30 in the forward rotation direction R1. That is, the arm drive gear 30 rotates relative to the outer ring 10 in the reverse rotation direction R2.
  • the arm 20 rotates in the forward rotation direction R1 with respect to the outer ring 10 and closes to the closed rotation position.
  • the arm actuator 35 and the outer ring actuator 55 are driven to run on a flat surface so that the arm drive gear 30 and the outer ring 10 rotate in the same rotation direction and at the same rotation speed. ..
  • the step in the traveling direction is detected by, for example, a detection device provided on the vehicle body side of the self-propelled vehicle on which the wheel 1 is mounted.
  • the detection device includes, for example, a sensor such as an infrared sensor that detects the distance to the step.
  • the detection device may include, for example, an imaging unit that captures a step, and may detect the step based on the captured image.
  • the wheel 1 of the first embodiment includes an outer ring 10, an arm drive gear 30, and an arm 20.
  • the outer ring 10 is rotated to the wheel rotation axis A W around.
  • Arm drive gear 30 rotates independently of the outer ring 10 to the wheel rotation axis A W around.
  • Arm 20 is rotatable arm rotation axis A A around which is fixed to the outer ring 10.
  • the outer ring 10 of the wheel 1 rolls by accommodating the arm 20 radially inside the outer peripheral surface 11 of the outer ring 10 when traveling on flat ground. Since the outer ring 10 that does not deform when traveling on flat ground rolls on the wheel 1, stability during traveling on flat ground can be maintained. Further, in the wheel 1, the arm 20 can catch the step and run through by projecting the arm 20 radially outward from the outer peripheral surface 11 of the outer ring 10 when traveling on a step.
  • the arm 20 has a simple structure in which the outer ring 10 and the arm drive gear 30 are relatively rotated, and can be deployed and accommodated.
  • the arm 20 includes a tooth portion 24 that meshes with the arm drive gear 30.
  • the arm drive gear 30 rotates in the forward rotation direction R1 relative to the outer ring 10
  • the arm 20 rotates in the reverse rotation direction R2
  • the arm drive gear 30 rotates in the reverse direction relative to the outer ring 10.
  • it rotates in the direction R2 it rotates in the forward rotation direction R1. That is, the structure of the transmission path from the drive source of the arm 20 to the arm 20 can be simplified.
  • the arm drive gear 30 when the arm drive gear 30 does not rotate relative to the outer ring 10, the arm 20 maintains a protruding state or a housed state. As a result, unintended deformation of the wheel 1 can be suppressed, so that stable step running and flat ground running are possible.
  • the arm 20 has a convex shape whose center of curvature is the same as that of the outer ring 10 and whose radius of curvature is the same as that of the outer ring 10 in a state where the arm 20 is accommodated inside the outer peripheral surface 11 of the outer ring 10 in the radial direction.
  • the first arc wall portion 25 having a shape is included in a part of the outer peripheral surface.
  • a part of the arm 20 protrudes radially outward from the outer peripheral surface 11 of the outer ring 10, and a part of the arm 20 protrudes radially outward from the outer peripheral surface 11 of the outer ring 10.
  • the concave second arc wall portion 26 is included in a part of the outer peripheral surface.
  • the wheel 1 of the first embodiment includes an arm actuator 35, an outer ring gear 16, an outer ring drive gear 50, and an outer ring actuator 55.
  • the arm actuator 35 drives the arm drive gear 30.
  • Ring gear 16 is rotated the outer ring 10 integrally with the wheel rotation axis A W around.
  • the outer ring drive gear 50 meshes with the outer ring gear 16 and rotates around an arm rotation shaft A A parallel to the wheel rotation shaft A W.
  • the outer ring actuator 55 is driven independently of the arm actuator 35 to drive the outer ring drive gear 50.
  • the wheel 1 travels by the combined torque of the arm actuator 35 and the outer ring actuator 55 during both traveling on flat ground and traveling on a step, so that the torque of one actuator can be reduced. ..
  • Figure 5 is a cross-sectional view through the wheel rotation axis A W showing a state during level ground traveling wheel 2 according to the second embodiment.
  • Figure 6 is a cross-sectional view through the wheel rotation axis A W showing the state when the step driving of the wheel 2 according to the second embodiment.
  • the same components as those of the wheel 1 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
  • the wheel 2 according to the second embodiment has an electromagnetic clutch 70 as a clutch instead of the outer ring gear 16, the outer ring drive gear 50, the outer ring drive shaft 51, and the outer ring actuator 55. It differs in that it has.
  • the electromagnetic clutch 70 is arranged on the inner side surface 15 side of the outer ring 10.
  • the electromagnetic clutch 70 includes a rotor 71, a stator 72, and an armature 73.
  • the rotor 71 is provided in a cylindrical shape.
  • the rotor 71 is arranged coaxially with the arm drive shaft 31.
  • the rotor 71 is fixed to the outer peripheral surface of the arm drive shaft 31.
  • the rotor 71 rotates integrally with the arm drive shaft 31.
  • the stator 72 is provided in a cylindrical shape coaxial with the rotor 71.
  • the stator 72 is provided on the outer side in the radial direction of the rotor 71.
  • the stator 72 is fixed to, for example, the support 90 (see FIG. 3).
  • the stator 72 has a coil.
  • the stator 72 is magnetically charged by energizing the coil.
  • the armature 73 is provided in a disk shape having a shaft hole in the center.
  • the armature 73 is fixed to the inner surface 15 of the outer ring 10.
  • the outer surface 74 of the rotor 71 faces the inner surface 75 of the armature 73.
  • the stator 72 When the coil of the stator 72 is not energized, the stator 72 does not have a magnetic force and does not attract the armature 73 via the rotor 71. As a result, the outer surface 74 of the rotor 71 and the inner surface 75 of the armature 73 are separated from each other, so that the torque of the arm drive shaft 31 is not transmitted to the outer ring 10.
  • the operation of the wheel 2 of the second embodiment will be described.
  • the wheel 2 of the second embodiment similarly to the wheel 1 of the first embodiment, when the arm 20 is in the closed rotation position, the first arc wall portion 25 of the arm 20 constitutes the rolling peripheral surface of the wheel 2. .. In this case, the wheel 2 keeps a circular shape and can run in the same manner as a normal wheel.
  • the tip 28 of the claw portion 23 of the arm 20 projects radially outward from the outer peripheral surface 11 of the outer ring 10. In this case, the wheel 2 can run through the step by hooking the claw portion 23 of the arm 20 on the step.
  • the arm drive gear 30 and the outer ring 10 rotate in the same rotation direction and at the same rotation speed. In this case, since the arm drive gear 30 does not rotate with respect to the tooth portion 24 of the arm 20, the arm 20 maintains the closed rotation position.
  • the torque of the arm drive shaft 31 is not transmitted to the outer ring 10. That is, when the arm drive shaft 31 is rotated in the forward rotation direction R1 while the coil of the stator 72 is not energized, the arm drive gear 30 is positive relative to the outer ring 10 and the tooth portion 24 of the arm 20. It rotates in the rotation direction R1. Thus, the arm 20 is rotated in the reverse rotation direction R2 in arm rotation axis A A around.
  • relatively arm drive gear 30 rotates by a predetermined angle in the normal rotation direction R1 with respect to the outer ring 10
  • the arm 20 is rotated by a predetermined angle in the reverse rotation direction R2 in arm rotation axis A A around deployment rotates from the closed rotational position Expand to position.
  • the arm drive gear 30 is relatively opposite to the outer ring 10 and the tooth portion 24 of the arm 20. It rotates in the rotation direction R2.
  • the arm 20 is rotated in the normal rotation direction R1 in the arm rotation axis A A around.
  • relatively arm drive gear 30 rotates by a predetermined angle in the opposite rotational direction R2 with respect to the outer ring 10
  • the arm 20 is rotated by a predetermined angle in the normal rotation direction R1 in the arm rotation axis A A around the rotational closed from the deployed rotating position Close to position.
  • the arm 20 When the arm drive gear 30 rotates in the same rotation direction and at the same rotation speed as the outer ring 10 in a state where the arm 20 is deployed at the deployment rotation position, the arm 20 maintains the deployment rotation position. That is, when traveling on a step, the current to the coil of the stator 72 of the electromagnetic clutch 70 is stopped, and the transmission of the torque of the arm drive shaft 31 to the outer ring 10 by the arm actuator 35 is stopped, so that the arm 20 is deployed and rotated. To deform the wheel 2. After the arm 20 reaches an arbitrary amount of deformation, the coil of the stator 72 of the electromagnetic clutch 70 is re-energized so that the arm drive gear 30 and the outer ring 10 are rotated in the same rotation direction and at the same rotation speed. The unfolded rotation position of the arm 20 is maintained.
  • the operation of the electromagnetic clutch 70 is not limited to the above.
  • the electromagnetic clutch 70 for example, when the coil of the stator 72 of the electromagnetic clutch 70 is energized, the torque of the arm drive shaft 31 is not transmitted to the outer ring 10, and when the coil of the stator 72 is not energized, the arm The torque of the drive shaft 31 may be transmitted to the outer ring 10.
  • the electromagnetic clutch 70 has any configuration as long as it can switch between a state in which the power of the arm actuator 35 is transmitted to the outer ring 10 and a state in which the power of the arm actuator 35 is not transmitted to the outer ring 10 depending on the presence or absence of energization. It doesn't matter.
  • the wheel 2 of the second embodiment transmits the power of the arm actuator 35 for driving the arm drive gear 30, the state of transmitting the power of the arm actuator 35 to the outer ring 10, and the power of the arm actuator 35. It is provided with an electromagnetic clutch 70 that can switch between a state in which it is not transmitted to the outer ring 10 and a state in which it is not transmitted to the outer ring 10.
  • the wheel 1 of the first embodiment it was necessary to synchronize the two actuators (the actuator 35 for the arm and the actuator 55 for the outer ring), but since the wheel 2 of the second embodiment includes only one actuator, There is no need to synchronize multiple actuators. That is, when the electromagnetic clutch 70 is energized, the arm 20 can maintain the deployed state or the contained state. Further, when the electromagnetic clutch 70 is not energized, the arm 20 can be deployed or accommodated depending on the rotation direction of the arm drive gear 30. Therefore, the wheel 2 can be easily controlled.
  • FIGS. 7 and 8 are cross-sectional views through the wheel rotation axis A W showing a state during level ground traveling wheels 3 according to the third embodiment.
  • Figure 8 is a cross-sectional view through the wheel rotation axis A W showing the state when the step driving of the wheel 3 according to the third embodiment.
  • the same components as those of the wheel 2 according to the second embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
  • the wheel 3 according to the third embodiment is different from the wheel 2 according to the second embodiment in that it does not include the electromagnetic clutch 70.
  • the wheel drive gear 30 rotates in the forward rotation direction R1
  • the arm 20 expands until the stop portion 29 comes into contact with the base end circular portion 22 of the arm 20 adjacent to the reverse rotation direction R2 side, and then the outer ring 10 is the arm drive gear. It rotates integrally with 30 in the forward rotation direction R1.
  • the stopper 29 functions as a stopper in the reverse rotation direction R2 that limits the rotation range of the arm 20 in the reverse rotation direction R2.
  • the outer ring 10 closes and accommodates the base end side wall portion 27 until the tip portion 28 of the arm 20 adjacent to the reverse rotation direction R2 side comes into contact with the arm 20. It rotates integrally with the drive gear 30 in the reverse rotation direction R2.
  • the base end side wall portion 27 functions as a stopper in the forward rotation direction R1 that limits the rotation range of the arm 20 in the forward rotation direction R1.
  • the operation of the wheel 3 of the third embodiment will be described.
  • the wheel 3 of the third embodiment similarly to the wheel 1 of the first embodiment and the wheel 2 of the second embodiment, when the arm 20 is in the closed rotation position, the first arc wall portion 25 of the arm 20 is the wheel 3. Consists of the rolling peripheral surface of. In this case, the wheel 3 keeps a circular shape and can travel in the same manner as a normal wheel.
  • the tip 28 of the claw portion 23 of the arm 20 projects radially outward from the outer peripheral surface 11 of the outer ring 10. In this case, the wheel 3 can run through the step by hooking the claw portion 23 of the arm 20 on the step.
  • the arm drive gear 30 rotates in the forward rotation direction R1 relative to the outer ring 10 and the tooth portion 24 of the arm 20, so that the arm 20 has an arm rotation shaft. rotates in the reverse rotation direction R2 to a a around.
  • relatively arm drive gear 30 rotates by a predetermined angle in the normal rotation direction R1 with respect to the outer ring 10
  • the arm 20 is rotated by a predetermined amount in the reverse rotation direction R2 in arm rotation axis A
  • a around deployment rotates from the closed rotational position Expand to position.
  • the traveling direction is the direction in which the arm drive shaft 31 rotates in the forward rotation direction R1.
  • the direction of the wheel 3 is turned 180 °. That is, the forward direction when traveling on a step is set to be the direction in which the wheel 3 travels when rotating in the reverse rotation direction R2.
  • the arm drive gear 30 rotates in the reverse rotation direction R2 relative to the outer ring 10 and the tooth portion 24 of the arm 20, so that the arm 20 rotates in the normal rotation direction R1 in the arm rotation axis a a around.
  • the shape of the wheel 3 of the third embodiment is deformed in the rotation direction of the arm actuator 35 so that the wheel 3 travels on a step when rotating in the forward rotation direction R1 and travels on a flat surface when rotating in the reverse rotation direction R2. .. Therefore, with a simpler structure, it is possible to run on flat ground and on steps. Since the wheels 3 of the third embodiment need to be aligned only in the forward direction or the reverse direction, it is preferably applied to a vehicle such as a dolly operated by a human.
  • the wheel 3 of the third embodiment includes an arm actuator 35 that drives the arm drive gear 30 and a first stopper in the forward rotation direction R1 that limits the rotation range of the arm 20 in the forward rotation direction R1. (Base end side wall portion 27) and a second stopper (stop portion 29) in the reverse rotation direction R2 that limits the rotation range of the arm in the reverse rotation direction R2.
  • the arm drive shaft 31 rotates in the reverse rotation direction R2
  • the first stopper (base end side wall portion 27) of the arm 20 is in contact with the tip portion 28 of the arm 20 adjacent to the reverse rotation direction R2 side. in the state, it is fixed relative to the outer ring 10 via the first stopper and the arm rotation shaft a a.
  • the torque of the arm drive shaft 31 is transmitted to the outer ring 10 in the state where the arm 20 is in the closed rotation position, so that the torque from the drive source of the arm 20 can be used even when traveling on flat ground.
  • the arm drive shaft 31 rotates in the forward rotation direction R1
  • the arm 20 is in contact with the base end circular portion 22 of the arm 20 whose second stopper (stop portion 29) is adjacent to the reverse rotation direction R2 side. in the state, it is fixed relative to the outer ring 10 via the second stopper and the arm rotation shaft a a.
  • the torque of the arm drive shaft 31 is transmitted to the outer ring 10 with the arm 20 in the deployed rotation position, so that the torque from the drive source of the arm 20 can be suitably used for step running.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a state of the wheel 4 according to the fourth embodiment when traveling on a flat ground.
  • FIG. 10 is a front view of the wheel 4 of FIG. Figure 11 is a cross-sectional view through the wheel rotation axis A W of the wheel 4 in Fig.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a state of the wheel 4 according to the fourth embodiment when traveling on a step.
  • FIG. 13 is a front view of the wheel 4 of FIG. Figure 14 is a cross-sectional view through the wheel rotation axis A W of the wheel 4 in FIG.
  • the cover 180 described later is omitted.
  • the wheel 4 includes an outer ring 110, an arm 120, an arm drive gear 130, an outer ring drive gear 150, a cover 180, and a support portion 190.
  • the outer ring 110 is a circular plate shape with the central axis of wheel rotation axis A W of the wheel 4.
  • the outer ring 110 has a hole in the center through which the arm drive shaft 131 described later is inserted.
  • the outer ring 110 has a ring-shaped tire portion 112 attached along the circumferential direction of the outer peripheral surface 111 over the wheel rotation axis AW direction of the outer peripheral surface 111.
  • the tire portion 112 constitutes the rolling peripheral surface of the wheel 4 over the entire circumference.
  • the tire portion 112 is made of, for example, rubber or the like, and absorbs the impact on the outer ring 110 received from the installation surface during traveling.
  • the outer surface 113 of the outer ring 110 is a side surface facing the outside of the vehicle body when the wheel 4 is mounted on the self-propelled vehicle.
  • the outer ring 110 has three arm support 114 rotatably supporting the three arms 120 to each arm rotation axis A A around.
  • the conditions of the positional relationship between the direction of the arm rotation axis A A and the wheel rotation axis A W are the same as those in the first embodiment. Since the arm support portion 114 has the same configuration as the arm support portion 14 of the first embodiment except that three are provided instead of four, the description thereof will be omitted.
  • a recess toward the outer surface 113 is provided on the inner surface 115 side, which is a side surface of the outer ring 110 opposite to the outer surface 113.
  • the recesses have the same rotation shaft and the wheel rotation axis A W of the wheel 4, the outer ring 110 and the outer gear 116 rotating integrally is arranged (see FIGS. 11 and 14).
  • a first stopper 117 and a second stopper 118 that limit the rotation range of the arm 120 are provided.
  • the first stopper 117 contacts the second arc wall portion 126 of the arm 120 at the closed rotation position.
  • the first stopper 117 limits the rotation range of the arm 120 in the forward rotation direction R1 so that the arm 120 does not rotate in the forward rotation direction R1 from the closed rotation position.
  • the second stopper 118 comes into contact with the straight wall portion 127 of the arm 120 at the unfolded rotation position.
  • the second stopper 118 limits the rotation range of the arm 120 in the reverse rotation direction R2 so that the arm 120 does not rotate in the reverse rotation direction R2 from the deployment rotation position.
  • the first stopper 117 and the second stopper 118 are shaft members provided so as to project from the outer surface 113 of the outer ring 110 in the fourth embodiment.
  • each of the arms 120, the arm support 114 to be inserted into the shaft hole 121, is rotatably supported by the arm rotation axis A A direction (see FIGS. 10 and 13).
  • Arm 120, FIG. 9, a closed rotation position shown in FIGS. 10 and 11, between a deployed rotational position shown in FIG. 12, 13 and 14 is rotatable on the arm rotation shaft A A around.
  • the arm 120 includes a base end portion 122 and a claw portion 123.
  • one arm 120, the wheel rotation axis A W direction viewed from a gear portion 124, a first arcuate wall 125, a second arcuate wall 126, a Chokukabe portion 127, the outer peripheral surface is formed by NS.
  • the base end portion 122 is a portion near the center of rotation of the arm 120 having the shaft hole 121.
  • the claw portion 123 is provided so as to project in the radial direction of the base end portion 122.
  • the claw portion 123 is accommodated inside the outer peripheral surface 111 of the outer ring 110 in the radial direction in the closed rotation position.
  • the tip portion 128 projects radially outward from the outer peripheral surface 111 of the outer ring 110.
  • the gear portion 124 is fixed to the outer surface side of the base end portion 122.
  • the gear portion 124 may be integrally formed with the base end portion 122.
  • the gear portion 124 has a tooth portion that meshes with the arm drive gear 130 described later on a part of the outer circumference.
  • the first arc wall portion 125 is a part of the outer peripheral surface of the claw portion 123 and has a convex arc shape.
  • the end of the first arc wall portion 125 on the forward rotation direction R1 side is the tip portion 128 of the claw portion 123.
  • the second arc wall portion 126 is a part of the outer peripheral surface of the claw portion 123 and has a concave arc shape.
  • One end of the second arc wall portion 126 is the tip portion 128 of the claw portion 123.
  • the second arc wall portion 126 is adjacent to the first arc wall portion 125 via the tip portion 128.
  • the other end of the second arc wall portion 126 is connected to the base end portion 122.
  • the second arc wall portion 126 is curved in the same direction as the first arc wall portion 125.
  • the second arc wall portion 126 comes into contact with the first stopper 117 at the closed rotation position.
  • the rotation range of the arm 120 in the forward rotation direction R1 is limited so that the second arc wall portion 126 does not rotate in the forward rotation direction R1 from the closed rotation position where the second arc wall portion 126 contacts the first stopper 117.
  • One end of the straight wall portion 127 is connected to the base end portion 122.
  • the other end of the straight wall portion 127 is adjacent to the end portion of the first arc wall portion 125 on the reverse rotation direction R2 side.
  • the straight wall portion 127 comes into contact with the second stopper 118 at the unfolded rotation position.
  • the rotation range of the arm 120 in the reverse rotation direction R2 is limited so that the straight wall portion 127 does not rotate in the reverse rotation direction R2 from the deployment rotation position where the straight wall portion 127 contacts the second stopper 118.
  • the tip portion 128 is formed between the first arc wall portion 125 and the second arc wall portion 126.
  • the arm 120 is formed in a shape that gradually narrows from the base end portion 122 side to the tip end portion 128 of the claw portion 123.
  • the tip 128, a wheel rotation axis A W and the arm rotation shaft A A and the small wheel 129 is rotatably supported on parallel rotary axis is mounted.
  • a part of the outer peripheral surface of the small wheel 129 is located radially outside the small wheel 129 from the outer peripheral surface of the claw portion 123.
  • Arm drive gear 130 as shown in FIGS. 11 and 14, an outer gear having an axis of rotation of the wheel rotation axis A W coaxial wheels 4.
  • the arm drive gear 130 meshes with the teeth of the gear portions 124 of each of the three arms 120.
  • the arm drive gear 130 rotates integrally with the arm drive shaft 131.
  • the arm drive gear 130 is provided integrally with the arm drive shaft 131, but may be provided separately from the arm drive shaft 131 and fixed to the arm drive shaft 131.
  • Arm drive shaft 131 is a shaft member having an axis of rotation of the wheel rotation axis A W coaxial wheels 4.
  • the arm drive shaft 131 is inserted into a hole formed in the center of the outer ring 110.
  • the arm drive gear 130 and the arm drive shaft 131 rotate independently of the outer ring 110.
  • the arm drive shaft 131 is connected to the output shaft of the arm actuator 135 via the arm speed reducer 134.
  • the arm speed reducer 134 reduces the rotation of the output shaft of the arm actuator 135, amplifies the torque, and transmits the torque to the arm drive shaft 131. Since the arm actuator 135 has the same configuration and function as the arm actuator 35 of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
  • Outer driving gear 150 as shown in FIGS. 11 and 14, an outer gear to the rotation axis parallel outer ring drive-rotation shaft A D to the rotation axis of the wheel rotational axis A W and the ring gear 116 of the wheel 4.
  • the outer ring drive-rotation shaft A D may be a one coaxial arm rotation axis A A, may be a different axis with all of arm rotation axis A A.
  • the outer ring drive gear 150 is arranged in a recess provided on the inner side surface 115 side of the outer ring 110.
  • the outer ring drive gear 150 meshes with the outer ring gear 116.
  • the outer ring drive gear 150 rotates in a direction opposite to the rotation direction of the outer ring gear 116.
  • the outer ring drive gear 150 rotates integrally with the outer ring drive shaft 151.
  • the outer ring drive gear 150 is provided integrally with the outer ring drive shaft 151, but may be provided separately from the outer ring drive shaft 151 and fixed to the outer ring drive shaft 151.
  • the outer ring drive shaft 151 is a shaft member having the outer ring drive rotation shaft AD as a rotation shaft.
  • the outer ring drive shaft 151 is connected to the output shaft of the outer ring actuator 155 via the outer ring speed reducer 154.
  • the outer ring speed reducer 154 reduces the rotation of the output shaft of the outer ring actuator 155, amplifies the torque, and transmits the torque to the outer ring drive shaft 151. Since the outer ring actuator 155 has the same configuration and function as the outer ring actuator 55 of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
  • the cover 180 is a lid member that covers the outer surface side of the wheel 4.
  • the cover 180 has an opening 181 on the outer periphery for the arm 120 to project to the unfolding rotation position. Since the support portion 190 has the same configuration and function as the support portion 90 of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
  • the operation of the wheel 4 of the fourth embodiment is different from the operation of the wheel 1 of the first embodiment, except that the arm 120 and the outer ring 110 are driven via the arm speed reducer 134 and the outer ring speed reducer 154. Is the same.
  • the tip 128 of the claw portion 123 of the arm 120 is the outer circumference of the outer ring 110. It is housed inside the surface 111 in the radial direction. In this case, the wheel 4 keeps a circular shape and can travel in the same manner as a normal wheel.
  • the wheel 4 has the tip 128 of the claw portion 123 of the arm 120 radially outward from the outer peripheral surface 111 of the outer ring 110. Protrude. In this case, the wheel 4 can run through the step by hooking the claw portion 123 of the arm 120 on the step (see FIG. 16 described later).
  • FIG. 15 is a perspective view schematically showing a configuration example of a vehicle 200 as an application example in which the wheel 1 according to the first embodiment is mounted.
  • the vehicle 200 of the application form is a dolly including the vehicle body 201 of the vehicle 200 and four wheels 1.
  • the vehicle body 201 controls, for example, a power source for power supplied to the arm actuator 35 and the outer ring actuator 55, a detection device for detecting a step in the traveling direction, a rotation direction and a rotation speed of the arm actuator 35 and the outer ring actuator 55.
  • a control device or the like (not shown) is installed.
  • the four wheels 1 are fixed to the vehicle body 201 via the support portion 90.
  • the four wheels 1 are arranged on the left, right, front and rear of the vehicle body 201.
  • the wheel rotation axis A W of the wheel 1 is fixed to the vehicle body 201.
  • the upper end portion of the support portion 90 is solidified on the lower surface of the vehicle body 201.
  • four wheels 1 are arranged on the left, right, front and rear in the application mode, but when the wheels 1 are applied to a self-propelled vehicle, three or more wheels 1 may be provided.
  • the rotation speed difference between the right wheel 1 and the left wheel 1 is used instead of using the steering device for steering.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram for explaining a step climbing operation by the vehicle 200 shown in FIG.
  • the vehicle 200 is moving in the direction in which the wheel 1 rotates in the forward rotation direction R1, and that there is a step in the traveling direction. Further, it is assumed that the one-step step is higher than the radius of the wheel 1 and lower than the diameter of the wheel 1.
  • the arm actuator 35 is such that the arm drive gear 30 and the outer ring 10 are rotated in the same rotation direction and at the same rotation speed while the vehicle 200 does not reach the step and is traveling on flat ground.
  • the closed rotation position of the arm 20 is maintained.
  • the wheel 1 maintains a circular shape, and the outer peripheral surface 11 of the outer ring 10 (see FIG. 1) and the first arc wall portion 25 of the arm 20 (see FIG. 1) form the rolling peripheral surface of the wheel 1. do.
  • step ST2 of FIG. 16 when the vehicle 200 approaches the step, or when the wheel 1 on the front wheel side reaches the step, the rotation of the output shaft of the actuator 55 for the outer ring of the wheel 1 on the front wheel side is stopped.
  • the arm 20 By driving only the arm actuator 35, the arm 20 is deployed to the deployment rotation position.
  • the wheel 1 on the front wheel side is deformed by the tip portion 28 (see FIG. 2) of the claw portion 23 of the arm 20 projecting radially outward from the outer peripheral surface 11 of the outer ring 10.
  • the arm actuator 35 and the outer ring actuator 55 are controlled so as to rotate the arm drive gear 30 and the outer ring 10 again in the same rotation direction and at the same rotation speed. By doing so, the unfolded rotation position of the arm 20 is maintained.
  • the wheel 1 on the front wheel side reaches the step, the wheel 1 on the front wheel side rides on the step by catching the claw portion 23 (see FIG. 2) of the arm 20 on the step.
  • step ST3 of FIG. 16 when the wheel 1 on the front wheel side rides on the step of the first step, the claw portion 23 of the arm 20 is caught on the step of the wheel 1 on the front wheel side in the same manner as in the step of the second step. By doing so, you can get on the steps. At this time, the wheel 1 on the rear wheel side is in a state in which the arm 20 is closed and the rotational position is maintained.
  • step ST4 of FIG. 16 when the wheel 1 on the rear wheel side approaches the step, the rotation of the output shaft of the actuator 55 for the outer ring of the wheel 1 on the rear wheel side is stopped, and only the actuator 35 for the arm is driven. As a result, the arm 20 is deployed to the deployment rotation position. As a result, the wheel 1 on the rear wheel side is deformed by the tip 28 of the claw portion 23 of the arm 20 projecting radially outward from the outer peripheral surface 11 of the outer ring 10.
  • the arm actuator 35 and the outer ring actuator 55 are rotated again so that the arm drive gear 30 and the outer ring 10 rotate in the same rotation direction and at the same rotation speed.
  • the unfolded rotation position of the arm 20 is maintained.
  • step ST5 of FIG. 16 when the wheel 1 on the rear wheel side reaches the step, the wheel 1 on the rear wheel side rides on the step by catching the claw portion 23 of the arm 20 on the step. At this time, the wheel 1 on the front wheel side rides on the step by hooking the claw portion 23 of the arm 20 on the step of the third step.
  • the vehicle 200 application forms includes a wheel 1, a vehicle body 201 that wheel rotation axis A W of the wheel 1 is fixed.
  • the outer ring 10 of the wheel 1 rolls by accommodating the arm 20 radially inside the outer peripheral surface 11 of the outer ring 10 when traveling on a flat ground. Since the outer ring 10 that does not deform when traveling on flat ground includes the wheel 1 that rolls, the vehicle 200 can maintain stability during traveling on flat ground. Further, in the vehicle 200, when traveling on a step, the arm 20 of the wheel 1 projects radially outward from the outer peripheral surface 11 of the outer ring 10, so that the arm 20 can catch the step and run through.
  • the arm 20 of the wheel 1 can be deployed and accommodated by a simple structure in which the outer ring 10 and the arm drive gear 30 are relatively rotated.
  • the wheels 1, 2, 3 and the vehicle 200 of the embodiment may be changed as appropriate.
  • the number and shape of the arms 20 and 120 are not limited to the embodiments.
  • the arm 20 is limited in the amount of rotation by the base end side wall portion 27 and the stop portion 29 (see FIG. 2), and the arm 120 has the first stopper 117 and the second stopper 118 (see FIGS. 10 and 13). ) Is set to limit the amount of rotation, but it may be due to a limiter component provided separately.
  • the protrusion amounts of the arms 20 and 120 may be adjusted by controlling the arm actuators 35 and 135 and the outer ring actuators 55 and 155. For example, by projecting the arms 20 and 120 so that the amount of protrusion is smaller than that in the case of traveling on a step, it is possible to cope with not only traveling on a step but also traveling on a rough road on a flat ground such as a snowy road.

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Abstract

単純な構造で、平地走行時の安定性を維持しつつ段差を乗り越えることができる車輪及び車両を提供する。車輪１は、車輪回転軸ＡＷ回りに回転する外輪１０と、外輪１０と独立して車輪回転軸ＡＷ回りに回転するアーム駆動歯車３０と、外輪１０に固定されるアーム回転軸ＡＡ回りに回動可能であって、外輪１０に対して相対的にアーム駆動歯車３０が一方向（正回転方向Ｒ１）に回転すると外輪１０の外周面１１より径方向外側に一部が突出し、外輪１０に対して相対的にアーム駆動歯車３０が一方向とは反対の他方向（逆回転方向Ｒ２）に回転すると外輪１０の外周面１１より径方向内側に収容されるアーム２０と、を備える。

Description

車輪及び車両
　本発明は、車輪及び車両に関する。
　宅配ロボット、無人搬送台車（ＡＧＶ；Auto　Guided　Vehicle）、搬送用カート、電動車いす、掃除ロボット、パートナーロボット等の自走車に搭載される駆動輪には、走行路に存在する段差、凹凸、傾斜部、階段等の障害物の乗り越え及び昇降を行う技術が求められている。特許文献１には、走行輪の周方向に分割され走行輪の放射方向に出退開閉可能に支持された複数の分割部を、選択的に突出展開して段差に係合させることで、段差を乗り越える車輪の構造が開示されている。また、特許文献２には、閉じ回転位置では転動周面を形成し、展開回転位置では転動周面外へ突出する、周方向所定間隔で設けられる複数の転動爪体を備える車輪の構造が開示されている。
特開２０１０－１５５５２０号公報 特開２０１１－０３１７９６号公報
　しかしながら、特許文献１の車輪は、車輪側にそれぞれの分割部に対する変形用のアクチュエータが配置されるため、駆動源から回転するアクチュエータへの伝達部の機構が複雑である。また、特許文献２の車輪は、車輪の外輪自体を変形させるため、外輪が完全な円にならず、走行時の安定性に問題がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、単純な構造で、平地走行時の安定性を維持しつつ段差を乗り越えることができる車輪及び車両を提供することを目的とする。
　本発明の一態様に係る車輪は、車輪回転軸回りに回転する外輪と、前記外輪と独立して前記車輪回転軸回りに回転するアーム駆動歯車と、前記外輪に固定されるアーム回転軸回りに回動可能であって、前記外輪に対して相対的に前記アーム駆動歯車が一方向（例えば、実施形態における正回転方向Ｒ１）に回転すると前記外輪の外周面より径方向外側に一部が突出し、前記外輪に対して相対的に前記アーム駆動歯車が前記一方向とは反対の他方向（例えば、実施形態における逆回転方向Ｒ２）に回転すると前記外輪の外周面より径方向内側に収容されるアームと、を備える。
　車輪は、平地走行時にはアームを外輪の外周面より径方向内側に収容することによって外輪が転動する。車輪は、平地走行時には変形しない外輪が転動するので、平地走行時の安定性を維持することができる。また、車輪は、段差走行時にはアームを外輪の外周面より径方向外側に突出することによってアームが段差を捕えて走破することができる。アームは、外輪とアーム駆動歯車とを相対回転させるという単純な構造で、展開及び収容することができる。
　本発明の一態様に係る車輪において、前記アームは、前記アーム駆動歯車と噛み合う歯部を含み、前記外輪に対して相対的に前記アーム駆動歯車が前記一方向に回転すると前記他方向に回転し、前記外輪に対して相対的に前記アーム駆動歯車が前記他方向に回転すると前記一方向に回転する。これにより、アームは、外輪に対して相対的にアーム駆動歯車が一方向に回転すると他方向に回転する。すなわち、アームの駆動源からアームまでの伝達経路の構造を簡素化できる。
　本発明の一態様に係る車輪において、前記外輪に対して相対的に前記アーム駆動歯車が回転しない場合、前記アームは、突出した状態又は収容される状態を維持する。これによれば、車輪の意図しない変形を抑制できるので、安定した段差走行及び平地走行が可能である。
　本発明の一態様に係る車輪において、前記アームは、前記外輪の外周面より径方向内側に収容される状態で曲率中心が前記外輪と同一、かつ曲率半径が前記外輪と同一である凸状の第１円弧壁部を外周面の一部に含む。これによれば、アームの駆動源によるトルクを、平地走行時にも使用することができる。
　本発明の一態様に係る車輪において、前記アームは、前記外輪の外周面より径方向外側に一部が突出している状態で、前記外輪の外周面より径方向外側に一部が突出する凹状の第２円弧壁部を外周面の一部に含む。これによれば、段差走行時に、より好適にアームを段差に引っ掛けることができる。
　本発明の一態様に係る車輪は、前記アーム駆動歯車を駆動するアーム用アクチュエータと、前記車輪回転軸回りに前記外輪と一体的に回転する外輪歯車と、前記外輪歯車と噛み合い、前記車輪回転軸と平行な回転軸回りに回転する外輪駆動歯車と、前記アーム用アクチュエータと独立して駆動し、前記外輪駆動歯車を駆動する外輪用アクチュエータと、を備える。これによれば、車輪は、平地走行時及び段差走行時の両方の走行時において、アーム用アクチュエータ及び外輪用アクチュエータの合成トルクによって走行するので、１台のアクチュエータのトルクを小さくすることができる。
　本発明の一態様に係る車輪は、前記アーム駆動歯車を駆動するアーム用アクチュエータと、前記アーム用アクチュエータの動力を前記外輪に伝達する状態と、前記アーム用アクチュエータの動力を前記外輪に伝達しない状態と、を通電の有無で切り替え可能な電磁クラッチと、を備える。これによれば、車輪は、アクチュエータを１台のみ備えるため、複数のアクチュエータを同期させる必要がない。すなわち、電磁クラッチに通電している状態では、アームが展開状態又は収容状態を維持できる。また、電磁クラッチに通電していない状態では、アーム駆動歯車の回転方向によって、アームの展開動作又は収容動作が可能である。したがって、車輪の制御が容易である。
　本発明の一態様に係る車輪は、前記アーム駆動歯車を駆動するアーム用アクチュエータと、前記アームの一方向への回転範囲を制限する一方向の第１ストッパと、前記アームの他方向への回転範囲を制限する他方向の第２ストッパと、を備える。これによれば、車輪の意図しない変形を抑制できるので、安定した段差走行及び平地走行が可能である。また、アーム駆動歯車が他方向に回転する場合、アームは、第１ストッパによって一方向への回転を制限されている状態では、第１ストッパ及びアーム回転軸を介して外輪に相対的に固定される。これにより、アームが閉じ回転位置の状態でアーム駆動歯車のトルクが外輪に伝達されるので、アームの駆動源によるトルクを、平地走行時にも使用することができる。また、アーム駆動歯車が一方向に回転する場合、アームは、第２ストッパによって他方向への回転を制限されている状態では、第２ストッパ及びアーム回転軸を介して外輪に相対的に固定される。これにより、アームが展開回転位置の状態でアーム駆動歯車のトルクが外輪に伝達されるので、アームの駆動源によるトルクを、好適に段差走行に使用することができる。
　本発明の一態様に係る車両は、前記車輪と、前記車輪の前記車輪回転軸が固定される車体と、を備える。車輪は、平地走行時にはアームを外輪の外周面より径方向内側に収容することによって外輪が転動する。平地走行時には変形しない外輪が転動する車輪を備えるので、車両は、平地走行時の安定性を維持することができる。また、車両は、段差走行時には車輪のアームを外輪の外周面より径方向外側に突出することによってアームが段差を捕えて走破することができる。車輪のアームは、外輪とアーム駆動歯車とを相対回転させるという単純な構造で、展開及び収容することができる。
　本発明によれば、単純な構造で、平地走行時の安定性を維持しつつ段差を乗り越えることができる車輪及び車両を提供することができる。
図１は、第１実施形態に係る車輪の構成を模式的に示す斜視図である。 図２は、図１の車輪の構成を模式的に示す側面図である。 図３は、図１の車輪の平地走行時の状態を示す正面図である。 図４は、図１の車輪の段差走行時の状態を示す正面図である。 図５は、第２実施形態に係る車輪の平地走行時の状態を示す車輪回転軸を通る断面図である。 図６は、第２実施形態に係る車輪の段差走行時の状態を示す車輪回転軸を通る断面図である。 図７は、第３実施形態に係る車輪の平地走行時の状態を示す車輪回転軸を通る断面図である。 図８は、第３実施形態に係る車輪の段差走行時の状態を示す車輪回転軸を通る断面図である。 図９は、第４実施形態に係る車輪の平地走行時の状態を示す斜視図である。 図１０は、図９の車輪の側面図である。 図１１は、図９の車輪の車輪回転軸を通る断面図である。 図１２は、第４実施形態に係る車輪の段差走行時の状態を示す斜視図である。 図１３は、図１２の車輪の側面図である。 図１４は、図１３の車輪の車輪回転軸を通る断面図である。 図１５は、第１実施形態に係る車輪を搭載する適用例としての車両の構成例を模式的に示す斜視図である。 図１６は、図１５に示す車両による段差乗り越え動作を説明するための説明図である。
　本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
［第１実施形態］
　まず、第１実施形態に係る車輪１の構成について、図１から図４までを参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る車輪１の構成を模式的に示す斜視図である。図２は、図１の車輪１の構成を模式的に示す側面図である。図３は、図１の車輪１の平地走行時の状態を示す正面図である。図４は、図１の車輪１の段差走行時の状態を示す正面図である。以下の説明において、車輪１が段差の走破が可能な方向への回転方向を正回転方向Ｒ１といい、正回転方向Ｒ１とは反対側の回転方向を逆回転方向Ｒ２という。
　第１実施形態の車輪１は、宅配ロボット、無人搬送台車、搬送用カート、電動車いす、掃除ロボット、パートナーロボット等の自走車に搭載される駆動輪である。自走車は、例えば、左右対称に車輪１が配置される四輪車両（例えば、後述の図１５参照）が想定されるが、本発明ではこれに限定されない。第１実施形態において、車輪１が平地走行及び段差走行するための駆動力は、車輪１が搭載される自走車の車体側に搭載される電源等のエネルギー源から供給される。車輪１は、外輪１０と、アーム２０と、アーム駆動歯車３０と、外輪駆動歯車５０と、支持部９０と、を備える。
　外輪１０は、車輪１の車輪回転軸ＡＷを中心軸とする円板形状である。外輪１０は、中心に後述のアーム駆動軸３１が挿通する孔を有する。外輪１０の外周面１１は、全周に亘って車輪１の転動周面を構成する。外輪１０は、外周面１１の周方向に沿って取り付けられる輪状のタイヤ部１２を有する。タイヤ部１２は、例えば、ゴム等で形成され、走行時における設置面から受ける外輪１０への衝撃を吸収する。
　外輪１０の外側面１３側には、４つのアーム２０が配置される。なお、外輪１０の外側面１３は、車輪１が自走車に搭載される際に車体の外側に面する側面である。外輪１０は、４つのアーム２０をそれぞれのアーム回転軸ＡＡ回りに回動可能に支持する４つのアーム支持部１４を有する。アーム回転軸ＡＡは、車輪回転軸ＡＷと平行である。車輪回転軸ＡＷとそれぞれのアーム回転軸ＡＡとの距離は、全て等しい。アーム回転軸ＡＡは、車輪回転軸ＡＷに対して回転方向に等間隔に設けられる。
　アーム支持部１４は、第１実施形態において、外輪１０の外側面１３から外側に突出する円柱状の軸部材である。アーム支持部１４は、アーム２０の軸孔２１を挿通する。４つのアーム支持部１４は、車輪回転軸ＡＷに対して回転方向に等間隔に設けられる。アーム支持部１４は、外輪１０と一体的に形成されてもよいし、別体に設けられて外輪１０に固定されてもよい。アーム支持部１４は、アーム２０をアーム回転軸ＡＡ回りに回動可能に支持するものであれば、どのようなものでもよい。
　外輪１０の外側面１３とは反対側の側面である内側面１５側には、外輪歯車１６が配置される（図３及び図４参照）。外輪歯車１６は、外輪１０と同軸に配置される外歯車である。すなわち、外輪歯車１６は、車輪１の車輪回転軸ＡＷと同一の回転軸を有する。外輪歯車１６は、外輪１０と一体的に回転する。外輪歯車１６は、外輪１０に固定されるか、又は外輪１０と一体的に設けられる。
　アーム２０は、第１実施形態において、１つの車輪１に対して４つ設けられる。それぞれのアーム２０は、軸孔２１に挿通されるアーム支持部１４によって、アーム回転軸ＡＡ回りに回動可能に支持される（図２参照）。アーム２０は、図２の実線で示す閉じ回転位置と、二点鎖線で示す展開回転位置との間で、アーム回転軸ＡＡ回りに回動可能である。アーム２０は、基端円形部２２と、爪部２３と、を含む。また、１つのアーム２０は、歯部２４と、第１円弧壁部２５と、第２円弧壁部２６と、基端側壁部２７と、によって外周面が形成される。
　基端円形部２２は、アーム回転軸ＡＡを中心軸とする円筒形状である。基端円形部２２の中心には、軸孔２１が形成される。爪部２３は、基端円形部２２の径方向に突出して設けられる。爪部２３は、閉じ回転位置では、外輪１０の外周面１１より径方向内側に収容される。爪部２３は、展開回転位置では、先端部２８が外輪１０の外周面１１より径方向外側に突出する。
　歯部２４は、基端円形部２２の円周面の一部に形成される。歯部２４は、後述のアーム駆動歯車３０と噛み合う。第１円弧壁部２５は、爪部２３の外周面の一部であって、凸状の円弧形状である。第１円弧壁部２５は、第１実施形態において、曲率半径が外輪１０と同一である。第１円弧壁部２５は、外輪１０の外周面１１より径方向内側に収容されてアーム２０が閉じ回転位置にある場合、曲率中心が外輪１０と同一である。すなわち、第１円弧壁部２５は、アーム２０が閉じ回転位置にある場合、車輪１の転動周面の一部を構成する。第１円弧壁部２５の正回転方向Ｒ１側の端部は、爪部２３の先端部２８である。第２円弧壁部２６は、爪部２３の外周面の一部であって、凹状の円弧形状である。第２円弧壁部２６の一端は、爪部２３の先端部２８である。第２円弧壁部２６は、先端部２８を介して第１円弧壁部２５に隣接する。第２円弧壁部２６の他端は、基端円形部２２の歯部２４の逆回転方向Ｒ２側の端部に接続する。第２円弧壁部２６は、第１円弧壁部２５と同方向に湾曲する。
　基端側壁部２７の一端は、基端円形部２２の歯部２４の正回転方向Ｒ１側の端部に接続する。基端側壁部２７の他端は、止め部２９を介して第１円弧壁部２５の逆回転方向Ｒ２側の端部に隣接する。先端部２８は、第１円弧壁部２５と第２円弧壁部２６との間に形成される。先端部２８は、実施形態において、丸みを有する。アーム２０は、基端円形部２２を含む基端側壁部２７側から爪部２３の先端部２８へ漸次細くなる形状に形成される。
　基端側壁部２７は、閉じ回転位置において、逆回転方向Ｒ２側に隣接するアーム２０の先端部２８が接触することによって、それ以上アーム２０が回転できないようにするストッパの役目を有する。止め部２９は、第１円弧壁部２５と基端側壁部２７との間に形成される角部である。止め部２９は、展開回転位置において、逆回転方向Ｒ２側に隣接するアーム２０の基端円形部２２に接触することによって、それ以上アーム２０が回転できないようにするストッパの役目を有する。
　アーム駆動歯車３０は、図３及び図４に示すように、車輪１の車輪回転軸ＡＷと同軸の回転軸を有する外歯車である。アーム駆動歯車３０は、４つのアーム２０のそれぞれの歯部２４に噛み合う。
　アーム駆動歯車３０は、アーム駆動軸３１の一方の端部である外端部３２に設けられる。外端部３２は、アーム駆動軸３１において、車輪１が自走車に搭載される際に車体の外側に位置する端部である。アーム駆動軸３１は、車輪１の車輪回転軸ＡＷと同軸の回転軸を有する軸部材である。アーム駆動歯車３０は、アーム駆動軸３１と一体的に回転する。アーム駆動軸３１は、外輪１０の中心に形成された孔に挿通される。アーム駆動歯車３０及びアーム駆動軸３１は、外輪１０と独立して回転する。
　アーム駆動軸３１の外端部３２とは反対側の端部である内端部３３は、アーム用アクチュエータ３５の出力軸に固定される。アーム用アクチュエータ３５は、アーム駆動歯車３０の回転駆動源である。アーム用アクチュエータ３５によるトルクは、アーム駆動歯車３０を介してアーム２０に伝達される。アーム用アクチュエータ３５は、例えば、インナーロータ式のモータである。アーム用アクチュエータ３５は、例えば、ステータと、電力が供給されることによってステータに対して回転するロータと、ロータと共に回転する出力軸と、を含む。アーム用アクチュエータ３５の出力軸は、車輪１の車輪回転軸ＡＷ及びアーム駆動軸３１の回転軸と同軸である。
　アーム用アクチュエータ３５は、車輪１が搭載される自走車の車体側に設けられた電源（不図示）から電力が供給される。アーム用アクチュエータ３５は、電力が供給されることによって、アーム駆動軸３１を介してアーム駆動歯車３０を車輪回転軸ＡＷ回りに回転させる。アーム用アクチュエータ３５の出力軸の回転方向及び回転速度は、例えば、車輪１が搭載される自走車の車体側に設けられた制御装置によって制御される。
　外輪駆動歯車５０は、図３及び図４に示すように、車輪１の車輪回転軸ＡＷ及び外輪歯車１６の回転軸と平行な外輪駆動回転軸ＡＤを回転軸とする外歯車である。外輪駆動回転軸ＡＤは、アーム回転軸ＡＡの１つと同軸であってもよいし、全てのアーム回転軸ＡＡと異なる軸であってもよい。外輪駆動歯車５０は、外輪１０の内側面１５側に配置される。外輪駆動歯車５０は、外輪歯車１６に噛み合う。外輪駆動歯車５０は、外輪歯車１６の回転方向と反対方向に回転する。
　外輪駆動歯車５０は、外輪駆動軸５１の一方の端部である外端部５２に設けられる。外端部５２は、外輪駆動軸５１において、車輪１が自走車に搭載される際に車体の外側に位置する端部である。外輪駆動軸５１は、外輪駆動回転軸ＡＤを回転軸とする軸部材である。外輪駆動歯車５０は、外輪駆動軸５１と一体的に回転する。
　外輪駆動軸５１の外端部５２とは反対側の端部である内端部５３は、外輪用アクチュエータ５５の出力軸に固定される。外輪用アクチュエータ５５は、外輪駆動歯車５０の回転駆動源である。外輪用アクチュエータ５５によるトルクは、外輪駆動歯車５０を介して外輪歯車１６及び外輪１０に伝達される。外輪用アクチュエータ５５は、例えば、インナーロータ式のモータである。外輪用アクチュエータ５５は、例えば、ステータと、電力が供給されることによってステータに対して回転するロータと、ロータと共に回転する出力軸と、を含む。外輪用アクチュエータ５５の出力軸は、車輪１の車輪回転軸ＡＷ及びアーム駆動軸３１の回転軸と平行、かつ外輪駆動歯車５０及び外輪駆動軸５１の外輪駆動回転軸ＡＤと同軸である。
　外輪用アクチュエータ５５は、車輪１が搭載される自走車の車体側に設けられた電源（不図示）から電力が供給される。外輪用アクチュエータ５５は、電力が供給されることによって、外輪駆動軸５１を介して外輪駆動歯車５０を回転させる。すなわち、外輪用アクチュエータ５５は、外輪駆動軸５１及び外輪駆動歯車５０を介して、外輪歯車１６及び外輪１０を車輪回転軸ＡＷ回りに回転させる。外輪用アクチュエータ５５の出力軸、外輪駆動軸５１及び外輪駆動歯車５０は、外輪歯車１６及び外輪１０の回転方向と反対方向に回転する。外輪用アクチュエータ５５の出力軸の回転方向及び回転速度は、例えば、車輪１が搭載される自走車の車体側に設けられた制御装置によって制御される。
　支持部９０は、アーム用アクチュエータ３５及び外輪用アクチュエータ５５の筐体を支持する。支持部９０は、例えば、後述する図１５に示すように、車輪１が搭載される自走車の車体２０１に固定される。支持部９０が自走車の車体２０１に固定されることによって、自走車の車体２０１に対して、車輪１の車輪回転軸ＡＷ及び外輪駆動歯車５０の外輪駆動回転軸ＡＤが固定される。
　次に、第１実施形態の車輪１の作動について説明する。第１実施形態の車輪１は、アーム２０が閉じ回転位置（図２の実線で示す位置参照）にある場合、アーム２０の第１円弧壁部２５が車輪１の転動周面を構成する。この場合、車輪１は、円形を保ち、通常の車輪と同様な走行が可能である。車輪１は、アーム２０が展開回転位置（図２の二点鎖線で示す位置参照）にある場合、アーム２０の爪部２３の先端部２８が外輪１０の外周面１１より径方向外側に突出する。この場合、車輪１は、アーム２０の爪部２３を段差（後述の図１６参照）に引っ掛けることによって、段差の走破が可能である。
　アーム支持部１４は、外輪１０に固定されているため、外輪１０と共に車輪回転軸ＡＷ回りに回転する。アーム駆動歯車３０が外輪１０と同回転方向かつ同回転速度で回転する（相対回転しない）場合、アーム２０の歯部２４に対してアーム駆動歯車３０が回転しないので、アーム２０は、閉じ回転位置から展開しない。すなわち、平地走行時においては、アーム駆動歯車３０と外輪１０とを同回転方向かつ同回転速度で回転させるよう、アーム用アクチュエータ３５及び外輪用アクチュエータ５５の出力軸の回転方向及び回転速度を制御することにより、アーム２０の閉じ回転位置を維持させる。
　アーム駆動歯車３０の正回転方向Ｒ１への回転速度が外輪１０の回転速度より速い場合、アーム２０の歯部２４に対して相対的にアーム駆動歯車３０が正回転方向Ｒ１に回転するので、アーム２０は、アーム回転軸ＡＡ回りに逆回転方向Ｒ２に回転する。外輪１０に対して相対的にアーム駆動歯車３０が正回転方向Ｒ１に所定角度回転すると、アーム２０は、アーム回転軸ＡＡ回りに逆回転方向Ｒ２に所定角度回転し、閉じ回転位置から展開回転位置に展開する。アーム駆動歯車３０の正回転方向Ｒ１への回転速度が外輪１０の回転速度より遅い場合、アーム２０の歯部２４に対して相対的にアーム駆動歯車３０が逆回転方向Ｒ２に回転するので、アーム２０は、アーム回転軸ＡＡ回りに正回転方向Ｒ１に回転する。外輪１０に対して相対的にアーム駆動歯車３０が逆回転方向Ｒ２に所定角度回転すると、アーム２０は、アーム回転軸ＡＡ回りに正回転方向Ｒ１に所定角度回転し、展開回転位置から閉じ回転位置に閉じる。
　アーム２０が展開回転位置に展開した状態で、アーム駆動歯車３０が外輪１０と同回転方向かつ同回転速度で回転する（相対回転しない）場合、アーム２０は、展開回転位置を維持する。すなわち、段差走行時には、外輪用アクチュエータ５５の出力軸の回転を停止させ、アーム用アクチュエータ３５のみを駆動させることによって、アーム２０を展開回転位置に展開させて車輪１を変形させる。アーム２０が任意の変形量まで達した後、再びアーム駆動歯車３０及び外輪１０を同回転方向かつ同回転速度で回転させるようにアーム用アクチュエータ３５及び外輪用アクチュエータ５５を制御することにより、アーム２０の展開回転位置を維持させる。
　段差走行を終えて平地走行に移行する時は、アーム用アクチュエータ３５の回転を停止させ、外輪用アクチュエータ５５のみ正回転を継続させる。アーム用アクチュエータ３５の回転を停止させた状態で外輪用アクチュエータ５５が正回転する場合、アーム駆動歯車３０に対して外輪１０が正回転方向Ｒ１に相対回転する。すなわち、アーム駆動歯車３０が外輪１０に対して逆回転方向Ｒ２に相対回転する。これにより、アーム２０は、外輪１０に対して正回転方向Ｒ１に回転し、閉じ回転位置に閉じる。アーム２０が閉じ回転位置に達した後は、アーム駆動歯車３０と外輪１０とを同回転方向かつ同回転速度で回転させるよう、アーム用アクチュエータ３５と外輪用アクチュエータ５５とを駆動させて平地走行させる。
　なお、進行方向の段差の検出は、例えば、車輪１が搭載される自走車の車体側に設けられた検出装置によって行う。検出装置は、例えば、段差までの距離を検出する赤外線センサ等のセンサを含む。検出装置は、例えば、段差を撮像する撮像部を含み、撮像画像に基づいて段差を検出してもよい。
　以上説明したように、第１実施形態の車輪１は、外輪１０と、アーム駆動歯車３０と、アーム２０と、を備える。外輪１０は、車輪回転軸ＡＷ回りに回転する。アーム駆動歯車３０は、外輪１０と独立して車輪回転軸ＡＷ回りに回転する。アーム２０は、外輪１０に固定されるアーム回転軸ＡＡ回りに回動可能である。アーム２０は、外輪１０に対して相対的にアーム駆動歯車３０が正回転方向Ｒ１に回転すると外輪１０の外周面１１より径方向外側に一部が突出する。アーム２０は、外輪１０に対して相対的にアーム駆動歯車３０が逆回転方向Ｒ２に回転すると外輪１０の外周面１１より径方向内側に収容される。
　車輪１は、平地走行時にはアーム２０を外輪１０の外周面１１より径方向内側に収容することによって外輪１０が転動する。車輪１は、平地走行時には変形しない外輪１０が転動するので、平地走行時の安定性を維持することができる。また、車輪１は、段差走行時にはアーム２０を外輪１０の外周面１１より径方向外側に突出することによってアーム２０が段差を捕えて走破することができる。アーム２０は、外輪１０とアーム駆動歯車３０とを相対回転させるという単純な構造で、展開及び収容することができる。
　また、第１実施形態の車輪１において、アーム２０は、アーム駆動歯車３０と噛み合う歯部２４を含む。これにより、アーム２０は、外輪１０に対して相対的にアーム駆動歯車３０が正回転方向Ｒ１に回転すると逆回転方向Ｒ２に回転し、外輪１０に対して相対的にアーム駆動歯車３０が逆回転方向Ｒ２に回転すると正回転方向Ｒ１に回転する。すなわち、アーム２０の駆動源からアーム２０までの伝達経路の構造を簡素化できる。
　また、第１実施形態の車輪１において、外輪１０に対して相対的にアーム駆動歯車３０が回転しない場合、アーム２０は、突出した状態又は収容される状態を維持する。これにより、車輪１の意図しない変形を抑制できるので、安定した段差走行及び平地走行が可能である。
　また、第１実施形態の車輪１において、アーム２０は、外輪１０の外周面１１より径方向内側に収容される状態で曲率中心が外輪１０と同一、かつ曲率半径が外輪１０と同一である凸状の第１円弧壁部２５を外周面の一部に含む。これにより、第１円弧壁部２５が車輪１の転動周面の一部を構成するため、アーム２０の駆動源によるトルクを、平地走行時にも使用することができる。
　また、第１実施形態の車輪１において、アーム２０は、外輪１０の外周面１１より径方向外側に一部が突出している状態で、外輪１０の外周面１１より径方向外側に一部が突出する凹状の第２円弧壁部２６を外周面の一部に含む。これにより、段差走行時に、より好適にアーム２０を段差に引っ掛けることができる。
　また、第１実施形態の車輪１は、アーム用アクチュエータ３５と、外輪歯車１６と、外輪駆動歯車５０と、外輪用アクチュエータ５５と、を備える。アーム用アクチュエータ３５は、アーム駆動歯車３０を駆動する。外輪歯車１６は、車輪回転軸ＡＷ回りに外輪１０と一体的に回転する。外輪駆動歯車５０は、外輪歯車１６と噛み合い、車輪回転軸ＡＷと平行なアーム回転軸ＡＡ回りに回転する。外輪用アクチュエータ５５は、アーム用アクチュエータ３５と独立して駆動し、外輪駆動歯車５０を駆動する。これにより、車輪１は、平地走行時及び段差走行時の両方の走行時において、アーム用アクチュエータ３５及び外輪用アクチュエータ５５の合成トルクによって走行するので、１台のアクチュエータのトルクを小さくすることができる。
［第２実施形態］
　次に、第２実施形態に係る車輪２の構成について、図５及び図６を参照して説明する。図５は、第２実施形態に係る車輪２の平地走行時の状態を示す車輪回転軸ＡＷを通る断面図である。図６は、第２実施形態に係る車輪２の段差走行時の状態を示す車輪回転軸ＡＷを通る断面図である。第２実施形態に係る車輪２について、第１実施形態に係る車輪１と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。第２実施形態に係る車輪２は、第１実施形態に係る車輪１と比較して、外輪歯車１６、外輪駆動歯車５０、外輪駆動軸５１及び外輪用アクチュエータ５５の代わりにクラッチとしての電磁クラッチ７０を備える点で相違する。
　電磁クラッチ７０は、外輪１０の内側面１５側に配置される。電磁クラッチ７０は、ロータ７１と、ステータ７２と、アーマチュア７３と、を含む。
　ロータ７１は、円筒状に設けられる。ロータ７１は、アーム駆動軸３１と同軸に配置される。ロータ７１は、アーム駆動軸３１の外周面に固定される。ロータ７１は、アーム駆動軸３１と一体的に回転する。
　ステータ７２は、ロータ７１と同軸の円筒状に設けられる。ステータ７２は、ロータ７１の径方向外側に設けられる。ステータ７２は、例えば、支持部９０（図３参照）に固定される。ステータ７２は、コイルを有する。ステータ７２は、コイルに通電することによって、磁力を帯びる。
　アーマチュア７３は、中心に軸孔を有する円板状に設けられる。アーマチュア７３は、外輪１０の内側面１５に固定される。ロータ７１の外側面７４は、アーマチュア７３の内側面７５と対向する。
　ステータ７２のコイルに通電している状態では、ステータ７２の磁力がロータ７１を介してアーマチュア７３を引きつける。これにより、ロータ７１の外側面７４とアーマチュア７３の内側面７５とが密着するので、アーム駆動軸３１のトルクは、ロータ７１及びアーマチュア７３を介して外輪１０に伝達される。
　ステータ７２のコイルに通電していない状態では、ステータ７２が磁力を帯びず、ロータ７１を介してアーマチュア７３を引きつけない。これにより、ロータ７１の外側面７４とアーマチュア７３の内側面７５とが離隔するので、アーム駆動軸３１のトルクは、外輪１０に伝達されない。
　次に、第２実施形態の車輪２の作動について説明する。第２実施形態の車輪２は、第１実施形態の車輪１と同様に、アーム２０が閉じ回転位置にある場合、アーム２０の第１円弧壁部２５が車輪２の転動周面を構成する。この場合、車輪２は、円形を保ち、通常の車輪と同様な走行が可能である。車輪２は、アーム２０が展開回転位置にある場合、アーム２０の爪部２３の先端部２８が外輪１０の外周面１１より径方向外側に突出する。この場合、車輪２は、アーム２０の爪部２３を段差に引っ掛けることによって、段差の走破が可能である。
　電磁クラッチ７０のステータ７２のコイルに通電している状態では、アーム駆動軸３１のトルクが外輪１０に伝達される。すなわち、アーム駆動歯車３０と外輪１０とは、同回転方向かつ同回転速度で回転する。この場合、アーム２０の歯部２４に対してアーム駆動歯車３０が回転しないので、アーム２０は、閉じ回転位置を維持する。
　ステータ７２のコイルに通電していない状態では、アーム駆動軸３１のトルクが外輪１０に伝達されない。すなわち、ステータ７２のコイルに通電していない状態でアーム駆動軸３１を正回転方向Ｒ１に回転させると、アーム駆動歯車３０は、外輪１０及びアーム２０の歯部２４に対して相対的に、正回転方向Ｒ１に回転する。これにより、アーム２０は、アーム回転軸ＡＡ回りに逆回転方向Ｒ２に回転する。外輪１０に対して相対的にアーム駆動歯車３０が正回転方向Ｒ１に所定角度回転すると、アーム２０は、アーム回転軸ＡＡ回りに逆回転方向Ｒ２に所定角度回転し、閉じ回転位置から展開回転位置に展開する。また、ステータ７２のコイルに通電していない状態でアーム駆動軸３１を逆回転方向Ｒ２に回転させると、アーム駆動歯車３０は、外輪１０及びアーム２０の歯部２４に対して相対的に、逆回転方向Ｒ２に回転する。これにより、アーム２０は、アーム回転軸ＡＡ回りに正回転方向Ｒ１に回転する。外輪１０に対して相対的にアーム駆動歯車３０が逆回転方向Ｒ２に所定角度回転すると、アーム２０は、アーム回転軸ＡＡ回りに正回転方向Ｒ１に所定角度回転し、展開回転位置から閉じ回転位置に閉じる。
　アーム２０が展開回転位置に展開した状態で、アーム駆動歯車３０が外輪１０と同回転方向かつ同回転速度で回転する場合、アーム２０は、展開回転位置を維持する。すなわち、段差走行時には、電磁クラッチ７０のステータ７２のコイルへの通電を停止させ、アーム用アクチュエータ３５によるアーム駆動軸３１のトルクの外輪１０への伝達を停止させることによって、アーム２０を展開回転位置に展開させて車輪２を変形させる。アーム２０が任意の変形量まで達した後、再びアーム駆動歯車３０及び外輪１０を同回転方向かつ同回転速度で回転させるように電磁クラッチ７０のステータ７２のコイルへの通電を再開することにより、アーム２０の展開回転位置を維持させる。
　段差走行を終えて平地走行に移行する時は、まず、電磁クラッチ７０のステータ７２のコイルへの通電を停止させ、ロータ７１とアーマチュア７３との連結を解除させて、アーム駆動軸３１のトルクの外輪１０への伝達を停止させる。次に、外輪１０へのトルクの伝達を停止させた状態で、アーム駆動歯車３０を逆回転方向Ｒ２に回転させる。すなわち、アーム駆動歯車３０が外輪１０に対して逆回転方向Ｒ２に相対回転する。これにより、アーム２０は、外輪１０に対して正回転方向Ｒ１に回転し、閉じ回転位置となる。アーム２０が閉じ回転位置に達した後は、アーム用アクチュエータ３５と外輪用アクチュエータ５５とを駆動させて平地走行させる。
　なお、電磁クラッチ７０の作動は、上記に限定されない。電磁クラッチ７０は、例えば、電磁クラッチ７０のステータ７２のコイルに通電している状態では、アーム駆動軸３１のトルクが外輪１０に伝達されず、ステータ７２のコイルに通電していない状態では、アーム駆動軸３１のトルクが外輪１０に伝達される構成であってもよい。電磁クラッチ７０は、アーム用アクチュエータ３５の動力を外輪１０に伝達する状態と、アーム用アクチュエータ３５の動力を外輪１０に伝達しない状態と、を通電の有無で切り替え可能であれば、どのような構成であっても構わない。
　以上説明したように、第２実施形態の車輪２は、アーム駆動歯車３０を駆動するアーム用アクチュエータ３５と、アーム用アクチュエータ３５の動力を外輪１０に伝達する状態と、アーム用アクチュエータ３５の動力を外輪１０に伝達しない状態と、を通電の有無で切り替え可能な電磁クラッチ７０と、を備える。
　第１実施形態の車輪１では、２台のアクチュエータ（アーム用アクチュエータ３５及び外輪用アクチュエータ５５）を同期させる必要があったが、第２実施形態の車輪２は、アクチュエータを１台のみ備えるため、複数のアクチュエータを同期させる必要がない。すなわち、電磁クラッチ７０に通電している状態では、アーム２０が展開状態又は収容状態を維持できる。また、電磁クラッチ７０に通電していない状態では、アーム駆動歯車３０の回転方向によって、アーム２０の展開動作又は収容動作が可能である。したがって、車輪２の制御が容易である。
［第３実施形態］
　次に、第３実施形態に係る車輪３の構成について、図７及び図８を参照して説明する。図７は、第３実施形態に係る車輪３の平地走行時の状態を示す車輪回転軸ＡＷを通る断面図である。図８は、第３実施形態に係る車輪３の段差走行時の状態を示す車輪回転軸ＡＷを通る断面図である。第３実施形態に係る車輪３について、第２実施形態に係る車輪２と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。第３実施形態に係る車輪３は、第２実施形態に係る車輪２と比較して、電磁クラッチ７０を備えない点で相違する。
　第１実施形態の車輪１では、２台のアクチュエータ（アーム用アクチュエータ３５及び外輪用アクチュエータ５５）を同期させる必要があったが、第３実施形態の車輪３は、アクチュエータを１台のみ備えるため、同期させる必要はない。アーム駆動歯車３０が正回転方向Ｒ１に回転すると、止め部２９が逆回転方向Ｒ２側に隣接するアーム２０の基端円形部２２に接触するまでアーム２０が展開した後、外輪１０がアーム駆動歯車３０と一体的に正回転方向Ｒ１に回転する。止め部２９は、アーム２０の逆回転方向Ｒ２への回転範囲を制限する逆回転方向Ｒ２のストッパとして機能する。アーム駆動歯車３０が逆回転方向Ｒ２に回転すると、基端側壁部２７が逆回転方向Ｒ２側に隣接するアーム２０の先端部２８が接触するまでアーム２０が閉じて収容した後、外輪１０がアーム駆動歯車３０と一体的に逆回転方向Ｒ２に回転する。基端側壁部２７は、アーム２０の正回転方向Ｒ１への回転範囲を制限する正回転方向Ｒ１のストッパとして機能する。
　次に、第３実施形態の車輪３の作動について説明する。第３実施形態の車輪３は、第１実施形態の車輪１及び第２実施形態の車輪２と同様に、アーム２０が閉じ回転位置にある場合、アーム２０の第１円弧壁部２５が車輪３の転動周面を構成する。この場合、車輪３は、円形を保ち、通常の車輪と同様な走行が可能である。車輪３は、アーム２０が展開回転位置にある場合、アーム２０の爪部２３の先端部２８が外輪１０の外周面１１より径方向外側に突出する。この場合、車輪３は、アーム２０の爪部２３を段差に引っ掛けることによって、段差の走破が可能である。
　アーム駆動軸３１を正回転方向Ｒ１に回転させると、外輪１０及びアーム２０の歯部２４に対して相対的にアーム駆動歯車３０が正回転方向Ｒ１に回転するので、アーム２０は、アーム回転軸ＡＡ回りに逆回転方向Ｒ２に回転する。外輪１０に対して相対的にアーム駆動歯車３０が正回転方向Ｒ１に所定角度回転すると、アーム２０は、アーム回転軸ＡＡ回りに逆回転方向Ｒ２に所定量回転し、閉じ回転位置から展開回転位置に展開する。アーム２０は、止め部２９が逆回転方向Ｒ２側に隣接するアーム２０の基端円形部２２に接触することによって、それ以上逆回転方向Ｒ２に回転できず、展開回転位置に維持される。車輪３は、展開回転位置に維持された状態で段差走行が可能となる。進行方向は、アーム駆動軸３１が正回転方向Ｒ１に回転する方向である。
　段差走行を終えて平地走行に移行するときは、まず、車輪３の向きを１８０°旋回させる。すなわち、段差走行時における前方方向が、車輪３が逆回転方向Ｒ２に回転する際に進行する方向となるようにする。この状態でアーム駆動軸３１を逆回転方向Ｒ２に回転させると、アーム駆動歯車３０は、外輪１０及びアーム２０の歯部２４に対して相対的に、逆回転方向Ｒ２に回転するので、アーム２０は、アーム回転軸ＡＡ回りに正回転方向Ｒ１に回転する。外輪１０に対して相対的にアーム駆動歯車３０が逆回転方向Ｒ２に所定角度回転すると、アーム２０は、アーム回転軸ＡＡ回りに正回転方向Ｒ１に回転し、展開回転位置から閉じ回転位置に閉じる。アーム２０は、基端側壁部２７が逆回転方向Ｒ２側に隣接するアーム２０の先端部２８が接触することによって、それ以上正回転方向Ｒ１に回転できず、閉じ回転位置に維持される。これにより、平地走行が可能となる。
　第３実施形態の車輪３は、正回転方向Ｒ１に回転する場合は段差走行を行い、逆回転方向Ｒ２に回転する場合は平地走行を行うよう、アーム用アクチュエータ３５の回転方向で形状が変形する。したがって、より単純な構造で、平地走行及び段差走行が可能である。第３実施形態の車輪３は、前進方向又は後進方向のみで位置合わせする必要があるため、人間が操縦する台車等の車両に適用することが好ましい。
　以上説明したように、第３実施形態の車輪３は、アーム駆動歯車３０を駆動するアーム用アクチュエータ３５と、アーム２０の正回転方向Ｒ１への回転範囲を制限する正回転方向Ｒ１の第１ストッパ（基端側壁部２７）と、前記アームの逆回転方向Ｒ２への回転範囲を制限する逆回転方向Ｒ２の第２ストッパ（止め部２９）と、を備える。
　これにより、車輪３の意図しない変形を抑制できるので、安定した段差走行及び平地走行が可能である。また、アーム駆動軸３１が逆回転方向Ｒ２に回転する場合、アーム２０は、第１ストッパ（基端側壁部２７）が逆回転方向Ｒ２側に隣接するアーム２０の先端部２８に接触している状態では、第１ストッパ及びアーム回転軸ＡＡを介して外輪１０に相対的に固定される。これにより、アーム２０が閉じ回転位置の状態でアーム駆動軸３１のトルクが外輪１０に伝達されるので、アーム２０の駆動源によるトルクを、平地走行時にも使用することができる。また、アーム駆動軸３１が正回転方向Ｒ１に回転する場合、アーム２０は、第２ストッパ（止め部２９）が逆回転方向Ｒ２側に隣接するアーム２０の基端円形部２２に接触している状態では、第２ストッパ及びアーム回転軸ＡＡを介して外輪１０に相対的に固定される。これにより、アーム２０が展開回転位置の状態でアーム駆動軸３１のトルクが外輪１０に伝達されるので、アーム２０の駆動源によるトルクを、好適に段差走行に使用することができる。
［第４実施形態］
　次に、第４実施形態に係る車輪４の構成について、図９から図１４までを参照して説明する。図９は、第４実施形態に係る車輪４の平地走行時の状態を示す斜視図である。図１０は、図９の車輪４の正面図である。図１１は、図９の車輪４の車輪回転軸ＡＷを通る断面図である。図１２は、第４実施形態に係る車輪４の段差走行時の状態を示す斜視図である。図１３は、図１２の車輪４の正面図である。図１４は、図１３の車輪４の車輪回転軸ＡＷを通る断面図である。なお、図１０、図１１、図１３及び図１４においては、後述のカバー１８０を省略している。
　第４実施形態の車輪４に係る以下の説明において、第１実施形態の車輪１と同様の機能を有する構成については適宜説明を省略する。車輪４は、外輪１１０と、アーム１２０と、アーム駆動歯車１３０と、外輪駆動歯車１５０と、カバー１８０と、支持部１９０と、を備える。
　外輪１１０は、車輪４の車輪回転軸ＡＷを中心軸とする円板形状である。外輪１１０は、中心に後述のアーム駆動軸１３１が挿通する孔を有する。外輪１１０は、外周面１１１の車輪回転軸ＡＷ方向に亘って、外周面１１１の周方向に沿って取り付けられる輪状のタイヤ部１１２を有する。タイヤ部１１２は、全周に亘って車輪４の転動周面を構成する。タイヤ部１１２は、例えば、ゴム等で形成され、走行時における設置面から受ける外輪１１０への衝撃を吸収する。
　外輪１１０の外側面１１３側には、３つのアーム１２０が配置される。なお、外輪１１０の外側面１１３は、車輪４が自走車に搭載される際に車体の外側に面する側面である。外輪１１０は、３つのアーム１２０をそれぞれのアーム回転軸ＡＡ回りに回動可能に支持する３つのアーム支持部１１４を有する。アーム回転軸ＡＡの方向及び車輪回転軸ＡＷとの位置関係の条件は、第１実施形態と同様である。アーム支持部１１４は、第１実施形態のアーム支持部１４と比較して、４つではなく３つ設けられる点を除いて構成が同様であるため、説明を省略する。
　外輪１１０の外側面１１３とは反対側の側面である内側面１１５側には、外側面１１３に向かう凹部が設けられる。凹部には、車輪４の車輪回転軸ＡＷと同一の回転軸を有し、外輪１１０と一体的に回転する外輪歯車１１６が配置される（図１１及び図１４参照）。
　また、外輪１１０の外側面１１３側には、後述のアーム１２０の回動範囲を制限する第１ストッパ１１７及び第２ストッパ１１８が設けられる。第１ストッパ１１７は、閉じ回転位置において、アーム１２０の第２円弧壁部１２６に接触する。第１ストッパ１１７は、アーム１２０が閉じ回転位置より正回転方向Ｒ１に回転しないようにアーム１２０の正回転方向Ｒ１の回転範囲を制限する。第２ストッパ１１８は、展開回転位置において、アーム１２０の直壁部１２７に接触する。第２ストッパ１１８は、アーム１２０が展開回転位置より逆回転方向Ｒ２に回転しないようにアーム１２０の逆回転方向Ｒ２の回転範囲を制限する。第１ストッパ１１７及び第２ストッパ１１８は、第４実施形態において、外輪１１０の外側面１１３から突出して設けられる軸部材である。
　アーム１２０は、第４実施形態において、１つの車輪４に対して３つ設けられる。それぞれのアーム１２０は、軸孔１２１に挿通されるアーム支持部１１４によって、アーム回転軸ＡＡ回りに回動可能に支持される（図１０及び図１３参照）。アーム１２０は、図９、図１０及び図１１に示す閉じ回転位置と、図１２、図１３及び図１４に示す展開回転位置との間で、アーム回転軸ＡＡ回りに回動可能である。アーム１２０は、基端部１２２と、爪部１２３と、を含む。また、１つのアーム１２０は、車輪回転軸ＡＷ方向視において、歯車部１２４と、第１円弧壁部１２５と、第２円弧壁部１２６と、直壁部１２７と、によって外周面が形成される。
　基端部１２２は、軸孔１２１を有するアーム１２０の回動の中心付近の部分である。爪部１２３は、基端部１２２の径方向に突出して設けられる。爪部１２３は、閉じ回転位置では、外輪１１０の外周面１１１より径方向内側に収容される。爪部１２３は、展開回転位置では、先端部１２８が外輪１１０の外周面１１１より径方向外側に突出する。歯車部１２４は、第４実施形態において、基端部１２２の外側面側に固定される。なお、歯車部１２４は、基端部１２２と一体的に形成されてもよい。歯車部１２４は、後述のアーム駆動歯車１３０と噛み合う歯部を外周の一部に有する。
　第１円弧壁部１２５は、爪部１２３の外周面の一部であって、凸状の円弧形状である。第１円弧壁部１２５の正回転方向Ｒ１側の端部は、爪部１２３の先端部１２８である。第２円弧壁部１２６は、爪部１２３の外周面の一部であって、凹状の円弧形状である。第２円弧壁部１２６の一端は、爪部１２３の先端部１２８である。第２円弧壁部１２６は、先端部１２８を介して第１円弧壁部１２５に隣接する。第２円弧壁部１２６の他端は、基端部１２２に接続する。第２円弧壁部１２６は、第１円弧壁部１２５と同方向に湾曲する。第２円弧壁部１２６は、閉じ回転位置において、第１ストッパ１１７に接触する。アーム１２０は、第２円弧壁部１２６が第１ストッパ１１７に接触する閉じ回転位置よりも正回転方向Ｒ１に回転しないように正回転方向Ｒ１の回転範囲が制限される。
　直壁部１２７の一端は、基端部１２２に接続する。直壁部１２７の他端は、第１円弧壁部１２５の逆回転方向Ｒ２側の端部に隣接する。直壁部１２７は、展開回転位置において、第２ストッパ１１８に接触する。アーム１２０は、直壁部１２７が第２ストッパ１１８に接触する展開回転位置よりも逆回転方向Ｒ２に回転しないように逆回転方向Ｒ２の回転範囲が制限される。
　先端部１２８は、第１円弧壁部１２５と第２円弧壁部１２６との間に形成される。アーム１２０は、基端部１２２側から爪部１２３の先端部１２８へ漸次細くなる形状に形成される。先端部１２８には、車輪回転軸ＡＷ及びアーム回転軸ＡＡと平行な回転軸回りに回動可能に支持される小車輪１２９が取り付けられている。小車輪１２９の外周面の一部は、爪部１２３の外周面より小車輪１２９の径方向外側に位置する。
　アーム駆動歯車１３０は、図１１及び図１４に示すように、車輪４の車輪回転軸ＡＷと同軸の回転軸を有する外歯車である。アーム駆動歯車１３０は、３つのアーム１２０のそれぞれの歯車部１２４の歯部に噛み合う。
　アーム駆動歯車１３０は、アーム駆動軸１３１と一体的に回転する。アーム駆動歯車１３０は、第４実施形態において、アーム駆動軸１３１と一体的に設けられるが、アーム駆動軸１３１と別体に設けられて、アーム駆動軸１３１に固定されてもよい。アーム駆動軸１３１は、車輪４の車輪回転軸ＡＷと同軸の回転軸を有する軸部材である。アーム駆動軸１３１は、外輪１１０の中心に形成された孔に挿通される。アーム駆動歯車１３０及びアーム駆動軸１３１は、外輪１１０と独立して回転する。アーム駆動軸１３１は、アーム用減速機１３４を介して、アーム用アクチュエータ１３５の出力軸に接続する。アーム用減速機１３４は、アーム用アクチュエータ１３５の出力軸の回転を減速し、かつトルクを増幅させて、アーム駆動軸１３１に伝達する。アーム用アクチュエータ１３５は、第１実施形態のアーム用アクチュエータ３５と同様の構成及び機能を有するため、説明を省略する。
　外輪駆動歯車１５０は、図１１及び図１４に示すように、車輪４の車輪回転軸ＡＷ及び外輪歯車１１６の回転軸と平行な外輪駆動回転軸ＡＤを回転軸とする外歯車である。外輪駆動回転軸ＡＤは、アーム回転軸ＡＡの１つと同軸であってもよいし、全てのアーム回転軸ＡＡと異なる軸であってもよい。外輪駆動歯車１５０は、外輪１１０の内側面１１５側に設けられた凹部に配置される。外輪駆動歯車１５０は、外輪歯車１１６に噛み合う。外輪駆動歯車１５０は、外輪歯車１１６の回転方向と反対方向に回転する。
　外輪駆動歯車１５０は、外輪駆動軸１５１と一体的に回転する。外輪駆動歯車１５０は、第４実施形態において、外輪駆動軸１５１と一体的に設けられるが、外輪駆動軸１５１と別体に設けられて、外輪駆動軸１５１に固定されてもよい。外輪駆動軸１５１は、外輪駆動回転軸ＡＤを回転軸とする軸部材である。外輪駆動軸１５１は、外輪用減速機１５４を介して、外輪用アクチュエータ１５５の出力軸に接続する。外輪用減速機１５４は、外輪用アクチュエータ１５５の出力軸の回転を減速し、かつトルクを増幅させて、外輪駆動軸１５１に伝達する。外輪用アクチュエータ１５５は、第１実施形態の外輪用アクチュエータ５５と同様の構成及び機能を有するため、説明を省略する。
　カバー１８０は、車輪４の外側面側を覆う蓋部材である。カバー１８０は、アーム１２０が展開回転位置に突出するための開口部１８１を外周に有する。支持部１９０は、第１実施形態の支持部９０と同様の構成及び機能を有するため、説明を省略する。
　次に、第４実施形態の車輪４の作動について説明する。第４実施形態の車輪４の作動は、第１実施形態の車輪１の作動と比較して、アーム１２０及び外輪１１０の駆動にアーム用減速機１３４及び外輪用減速機１５４を介す点を除いて同様である。
　すなわち、第４実施形態の車輪４は、アーム１２０が閉じ回転位置（図９、図１０及び図１１に示す位置参照）にある場合、アーム１２０の爪部１２３の先端部１２８が外輪１１０の外周面１１１より径方向内側に収容されている。この場合、車輪４は、円形を保ち、通常の車輪と同様の走行が可能である。車輪４は、アーム１２０が展開回転位置（図１２、図１３及び図１４に示す位置参照）にある場合、アーム１２０の爪部１２３の先端部１２８が外輪１１０の外周面１１１より径方向外側に突出する。この場合、車輪４は、アーム１２０の爪部１２３を段差（後述の図１６参照）に引っ掛けることによって、段差の走破が可能である。
［適用形態］
　次に、車輪１、２、３の適用例としての車両２００の構成について、図１５を参照して説明する。図１５は、第１実施形態に係る車輪１を搭載する適用例としての車両２００の構成例を模式的に示す斜視図である。
　適用形態の車両２００は、車両２００の車体２０１と、４つの車輪１と、を備える台車である。車体２０１には、例えば、アーム用アクチュエータ３５及び外輪用アクチュエータ５５に供給する電力の電源、進行方向の段差を検出する検出装置、アーム用アクチュエータ３５及び外輪用アクチュエータ５５の回転方向及び回転速度を制御する制御装置等（不図示）が搭載される。
　４つの車輪１は、支持部９０を介して車体２０１に固定される。４つの車輪１は、車体２０１の左右前後に配置される。これにより、車輪１の車輪回転軸ＡＷが車体２０１に固定される。車輪１は、適用形態において、支持部９０の上端部が、車体２０１の下面に固体される。車両２００は、適用形態において、４つの車輪１が左右前後に配置されるが、車輪１を自走車に適用する場合、３つ以上の車輪１を備えればよい。車両２００の左右方向への旋回は、操舵にステアリング装置を用いるのではなく、右側の車輪１と左側の車輪１との回転速度差を用いる。
　次に、車両２００の動作について、図１６を参照して説明する。図１６は、図１５に示す車両２００による段差乗り越え動作を説明するための説明図である。図１６に示すように、車両２００は、車輪１が正回転方向Ｒ１に回転する方向に移動しているものとし、進行方向に段差があるものとする。また、１段の段差は、車輪１の半径より高く車輪１の直径より低いものを想定する。
　図１６のステップＳＴ１に示すように、車両２００が段差に到達せず、平地走行中においては、アーム駆動歯車３０と外輪１０とを同回転方向かつ同回転速度で回転させるよう、アーム用アクチュエータ３５及び外輪用アクチュエータ５５の出力軸の回転方向及び回転速度を制御することにより、アーム２０の閉じ回転位置を維持させる。これにより、車輪１は、円形を維持し、外輪１０の外周面１１（図１参照）と、アーム２０の第１円弧壁部２５（図１参照）とが車輪１の転動周面を構成する。
　図１６のステップＳＴ２に示すように、車両２００が段差に接近した場合、又は前輪側の車輪１が段差に到達した場合、前輪側の車輪１の外輪用アクチュエータ５５の出力軸の回転を停止させ、アーム用アクチュエータ３５のみを駆動させることによって、アーム２０を展開回転位置に展開させる。これにより、前輪側の車輪１は、アーム２０の爪部２３の先端部２８（図２参照）が外輪１０の外周面１１より径方向外側に突出することによって変形する。
　前輪側の車輪１のアーム２０を展開回転位置まで展開させた後、再びアーム駆動歯車３０及び外輪１０を同回転方向かつ同回転速度で回転させるようにアーム用アクチュエータ３５及び外輪用アクチュエータ５５を制御することにより、アーム２０の展開回転位置を維持させる。前輪側の車輪１が段差に到達すると、前輪側の車輪１は、アーム２０の爪部２３（図２参照）が段差に引っ掛かることによって、段差に乗りあげる。
　図１６のステップＳＴ３示すように、前輪側の車輪１が１段目の段差に乗り上げると、前輪側の車輪１は、２段目の段差も同様に、アーム２０の爪部２３が段差に引っ掛かることによって、段差に乗りあげる。この際、後輪側の車輪１は、アーム２０が閉じ回転位置を維持した状態である。
　図１６のステップＳＴ４示すように、後輪側の車輪１が段差に接近した場合、後輪側の車輪１の外輪用アクチュエータ５５の出力軸の回転を停止させ、アーム用アクチュエータ３５のみを駆動させることによって、アーム２０を展開回転位置に展開させる。これにより、後輪側の車輪１は、アーム２０の爪部２３の先端部２８が外輪１０の外周面１１より径方向外側に突出することによって変形する。
　後輪側の車輪１のアーム２０を展開回転位置まで展開させた後、再びアーム駆動歯車３０及び外輪１０を同回転方向かつ同回転速度で回転させるようにアーム用アクチュエータ３５及び外輪用アクチュエータ５５を制御することにより、アーム２０の展開回転位置を維持させる。
　図１６のステップＳＴ５示すように、後輪側の車輪１が段差に到達すると、後輪側の車輪１は、アーム２０の爪部２３が段差に引っ掛かることによって、段差に乗りあげる。この際、前輪側の車輪１は、３段目の段差にアーム２０の爪部２３を引っ掛けることによって、段差に乗りあげる。
　段差を通過し、平地走行に移行する時は、前輪側の車輪１のアーム用アクチュエータ３５の出力軸の回転を停止させ、外輪用アクチュエータ５５のみを駆動させることによって、アーム２０を閉じ回転位置に閉じさせる。これにより、前輪側の車輪１は、アーム２０の爪部２３の先端部２８が外輪１０の外周面１１より径方向内側に収容される。
　以上説明したように、適用形態の車両２００は、車輪１と、車輪１の車輪回転軸ＡＷが固定される車体２０１と、を備える。車輪１は、平地走行時にはアーム２０を外輪１０の外周面１１より径方向内側に収容することによって外輪１０が転動する。平地走行時には変形しない外輪１０が転動する車輪１を備えるので、車両２００は、平地走行時の安定性を維持することができる。また、車両２００は、段差走行時には車輪１のアーム２０を外輪１０の外周面１１より径方向外側に突出することによってアーム２０が段差を捕えて走破することができる。車輪１のアーム２０は、外輪１０とアーム駆動歯車３０とを相対回転させるという単純な構造で、展開及び収容することができる。
　実施形態の車輪１、２、３及び車両２００は適宜変更してもよい。例えば、アーム２０、１２０の数及び形状は、実施形態に限定されない。また、アーム２０は、基端側壁部２７及び止め部２９（図２参照）によって回転量に制限を設けており、アーム１２０は、第１ストッパ１１７及び第２ストッパ１１８（図１０及び図１３参照）によって回転量に制限を設けているが、別途設けるリミッタ部品によるものでもよい。
　また、車輪１、２、３、４に各種センサを取り付け、車輪１、２、３、４の各種作動を制御できるように構成することが好ましい。また、アーム用アクチュエータ３５、１３５及び外輪用アクチュエータ５５、１５５の制御によって、アーム２０、１２０の突出量を調整可能なように構成してもよい。例えば、段差走行する場合よりも少ない突出量になるようにアーム２０、１２０を突出させることで、段差走行のみならず、雪道等の平地の悪路走行にも対応できる。
　１、２、３、４　車輪
　１０、１１０　外輪
　１１、１１１　外周面
　１２、１１２　タイヤ部
　１３、１１３　外側面
　１４、１１４　アーム支持部
　１５、１１５　内側面
　１６、１１６　外輪歯車
　１１７　第１ストッパ
　１１８　第２ストッパ
　２０、１２０　アーム
　２１、１２１　軸孔
　２２　基端円形部
　２３　爪部
　２４　歯部
　２５　第１円弧壁部
　２６　第２円弧壁部
　２７　基端側壁部（第１ストッパ）
　２８　先端部
　２９　止め部（第２ストッパ）
　１２２　基端部
　１２３　爪部
　１２４　歯車部
　１２５　第１円弧壁部
　１２６　第２円弧壁部
　１２７　直壁部
　１２８　先端部
　１２９　小車輪
　３０、１３０　アーム駆動歯車
　３１、１３１　アーム駆動軸
　３２　外端部
　３３　内端部
　１３４　アーム用減速機
　３５、１３５　アーム用アクチュエータ
　５０、１５０　外輪駆動歯車
　５１、１５１　外輪駆動軸
　５２　外端部
　５３　内端部
　１５４　外輪用減速機
　５５、１５５　外輪用アクチュエータ
　７０　電磁クラッチ
　７１　ロータ
　７２　ステータ
　７３　アーマチュア
　７４　外側面
　７５　内側面
　１８０　カバー
　１８１　開口部
　９０、１９０　支持部
　２００　車両
　２０１　車体
　ＡＷ　車輪回転軸
　ＡＡ　アーム回転軸
　ＡＤ　外輪駆動回転軸
　Ｒ１　正回転方向
　Ｒ２　逆回転方向
　ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３、ＳＴ４、ＳＴ５　ステップ

Claims (9)

  1. 　車輪回転軸回りに回転する外輪と、
    　前記外輪と独立して前記車輪回転軸回りに回転するアーム駆動歯車と、
    　前記外輪に固定されるアーム回転軸回りに回動可能であって、前記外輪に対して相対的に前記アーム駆動歯車が一方向に回転すると前記外輪の外周面より径方向外側に一部が突出し、前記外輪に対して相対的に前記アーム駆動歯車が前記一方向とは反対の他方向に回転すると前記外輪の外周面より径方向内側に収容されるアームと、
    　を備える車輪。
  2. 　前記アームは、前記アーム駆動歯車と噛み合う歯部を含み、前記外輪に対して相対的に前記アーム駆動歯車が前記一方向に向けて回転すると前記他方向に向けて回転し、前記外輪に対して相対的に前記アーム駆動歯車が前記他方向に回転すると前記一方向に回転する、
    　請求項１に記載の車輪。
  3. 　前記外輪に対して相対的に前記アーム駆動歯車が回転しない場合、前記アームは、突出した状態又は収容される状態を維持する、
    　請求項１又は２に記載の車輪。
  4. 　前記アームは、前記外輪の外周面より径方向内側に収容される状態で曲率中心が前記外輪と同一、かつ曲率半径が前記外輪と同一である凸状の第１円弧壁部を外周面の一部に含む、
    　請求項１から３のいずれか１項に記載の車輪。
  5. 　前記アームは、前記外輪の外周面より径方向外側に一部が突出している状態で、前記外輪の外周面より径方向外側に一部が突出する凹状の第２円弧壁部を外周面の一部に含む、
    　請求項１から４のいずれか１項に記載の車輪。
  6. 　前記アーム駆動歯車を駆動するアーム用アクチュエータと、
    　前記車輪回転軸回りに前記外輪と一体的に回転する外輪歯車と、
    　前記外輪歯車と噛み合い、前記車輪回転軸と平行な外輪駆動回転軸回りに回転する外輪駆動歯車と、
    　前記アーム用アクチュエータと独立して駆動し、前記外輪駆動歯車を駆動する外輪用アクチュエータと、
    　を備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の車輪。
  7. 　前記アーム駆動歯車を駆動するアーム用アクチュエータと、
    　前記アーム用アクチュエータの動力を前記外輪に伝達する状態と、前記アーム用アクチュエータの動力を前記外輪に伝達しない状態と、を通電の有無で切り替え可能な電磁クラッチと、
    　を備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の車輪。
  8. 　前記アーム駆動歯車を駆動するアーム用アクチュエータと、
    　前記アームの一方向への回転範囲を制限する一方向の第１ストッパと、
    　前記アームの他方向への回転範囲を制限する他方向の第２ストッパと、
    　を備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の車輪。
  9. 　請求項１から８のいずれか１項に記載の車輪と、
    　前記車輪の前記車輪回転軸が固定される車体と、
    　を備える車両。
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