JPH023754B2 - - Google Patents

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ユ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
回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を乗り超えようとするとき、障碍物０に
乗り上がつた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つ
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つた問題がある。

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、ボデイ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５６，５６
……を有し、第１２図Ａ，Ｂ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
地適応性が著しく高いものとなつている。また第
１３図のクローラ走行車５７は、４つのクローラ
６０，６０……がそれぞれ可動脚５９を介してボ
デイ５８に取着された構造を有し、各クローラ６
０の傾斜角度は、接する路面の状態によつて受動
的に変化してゆくようになつている。さらに、第
１４図のクローラ走行車６１は、１対のクローラ
６３，６３を有し、各クローラ６３は、ボデイ６
２に固定された車輪６４，６５と、アーム６７に
よつて変位可能な遊星輪６６と、この３輪６４，
６５，６６に巻張された無限軌道６８からなつて
おり、遊星輪６６の変位によつてクローラ６３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を乗り超えたり、第１６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、
上記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ユ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。すなわちア
クチユエータが８台装備されているとしても、そ
のうちの４台は各クローラ５６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５６揺動用のアクチ
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置を用いてこれを行
なうか、あるいはアクチユ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ユエータに対するブレーキ
装置のほかに、揺動用のアクチユエータ専用の強
力なブレーキ装置が必要であることから大重量と
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６０，６０……の各々の推進用のア
クチユエータの他に、該各クローラ０を可動脚５
９を介して自在に上下動させるための強力なアク
チユ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
になつているが、溝を横切つて渡る際には、この
クローラ６０の角度が能動的に固定可能なもので
ないと、溝幅がクローラ６０の長尺方向の長さの
１／２以上であるような場合、踏破性に支障を来た
すことが考えられる。

さらに、第１４図のクローラ走行車６１は、比
較的小型にでき、機構的にも単純で、出力重量比
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超えや坂、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
６６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、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
イ下部に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
つた位置に存する偏心出力軸と、ボデイ側に固定
された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〕

上記駆動系は、互いに干渉し合う複数のモータ
によつて、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
合わせによつて、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
進運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、本発明に係る能動適応型クローラ走行
車を、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カメ
ラ、あるいはマニピユレータ等が搭載されるボデ
イで、その下部には該ボデイ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を介して接合され、互いに一体となつ
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６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つている。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、９は
フレーム４内に固定されて該中央出力軸８を回転
させるモータ、１０は前記長さ方向中央から一方
に偏つ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１０
を回転させるいまひとつのモータである。両出力
軸８，１０のそれぞれに軸着された駆動歯車１
２，１３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６の長さ方向両端近傍に内挿された車輪
で、フレーム６にベアリング１８ａ，１８ｂ，１
９ａ，１９ｂを介して回転自在に架設された支軸
１６，１７にそれぞれ軸着されており、該両車輪
１４，１５には無限軌道２０が巻架されている。
前記支軸１６，１７には従動歯車２１，２２がそ
れぞれ軸着され、このうち従動歯車２１は偏心出
力軸１０の駆動歯車１３と、また従動歯車２２
は、偏心出力軸１０の駆動歯車１３と対称位置に
あつてベアリング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、各歯車のピツチは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１
２，１３が咬合して両モータ９，１１が互いに干
渉し合つているため、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ω₀を零にして、つまりクロー
ラ５の長さ方向を水平に保つた姿勢で無限軌道２
０を動かす推進動作のみを行なう場合は、両モー
タ９，１１は同速度で、すなわちモータ９の角速
度ω_Aをωとすれば、いまひとつのモータ１１の
角速度ω_Bを−ωとする。また、クローラ５の揺
動動作の角速度ω₀をΔωとして該クローラ５の姿
勢を傾斜させる場合は、両モータ９，１１の角速
度ω_A、ω_Bの和がΔωとなるようにする。そして一
般に、無限軌道２０を速度Ｖ（モータ１２の角速
度に換算するとＶ＝Kω）で動かし、揺動動作を
角速度ω₀＝Δωで行なうには、たとえばモータ９
の角速度ω_Aをω＋Δω、モータ１１の角速度ω_Bを
−ωとする。このように、上記駆動系によれば、
通常平坦地での走行時でも、モータ９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、１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、出力重量比
を向上する大きな利点を有する。

なお、第２図および第３図に示す本機構ではモ
ータ９といまひとつのモータ１１のみから構成さ
れているが、従動歯車２３の軸２４にモータ１１
とまつ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力重量比は
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……は
それぞれ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
の制御を追従モードにしておけば、各クローラ５
は、多少の凹凸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１３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、たとえば同じく従来例として
示した第１１図のクローラ走行車５３のように、
クローラの支持部が偏つ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
度に固定する静止トルクを得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
させるアクチユ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、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つた場合は、第
４図Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅのように各クローラ５を
動作させることによつて、障碍物０を安定して跨
ぐことができ、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つて、クローラ５の長さｌ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、ボデイ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、ボデイ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２６，２７の外周にワイ
ヤ、チエーン等を含む無端ベルト２８を巻架する
とともに、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２９上端に取り付けられたピン３０
は大プーリ２６中心部においてボデイ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２９を
揺動させるようになつている。

このリンク機構２は、リンクアーム２９を揺動
させた場合、プーリ２６，２７の径の相異によ
り、プーリ２７とリンクアーム２９の相対角変位
量よりもプーリ２６とリンクアーム２９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の傾斜如何に拘ら
ずボデイ１を水平に保持し、かつ走行車全体の重
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つてボ
デイ１の水平を維持することができ、また、同時
にボデイ１の重心がG′からＧへ移動してクロー
ラ５，５の接地面の略中央に位置するようになる
ものである。降坂の場合も同様の姿勢をとればよ
い。前記した第４図の障碍物乗り超えや第５図の
段差部の昇降の場合も、リンク機構２による重心
の移動によつ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２９を揺動させる
モータ３２の駆動は、ボデイ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２６をボデ
イ１に対して回転自在とし、ボデイ１内の補助モ
ータによつ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、ボデイ１の角度を自在に変えられ
る。たとえば、第７図Ａ→ＢまたはＢ→Ａの動作
のように、重心を移動させることによつてこのク
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２６がボデイ１に
固定されている場合は、一点鎖線で示すように、
ボデイ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……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
きなスリツ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
５，５……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
ボデイ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１０の駆動歯車１３が
直接咬み合うことによつてモータ９，１１が互い
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
方向とすることも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係る対地適応型
クローラ走行車は、ボデイ下部の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
の導入による重量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図は同じくクローラの内
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、第９図は傾斜面または段差部に沿つて走行す
る場合をそれぞれ示す姿勢説明図、第１０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
ローラ走行車の姿勢説明図である。 １……ボデイ、２……リンク機構、３……固定
脚、４……支持筒、５……クローラ、８……中央
出力軸、９……モータ、１０……偏心出力軸、１
１……いまひとつのモータ、１２，１３……駆動
歯車、１４，１５……車輪、２０……無限軌道。

【特許請求の範囲】

１ 走行機構側にプーリ、ギヤまたはこれらに類
する小さな帯巻込み体を設け、積載物資側に大き
な帯巻込み体を設け、該両帯巻込み体の間にベル
ト、ワイヤまたはチエーン等の連結帯を張設し、
該両帯巻込み体のそれぞれの中心をリンクによつ
て連結したリンク機構と、姿勢センサと、該姿勢
センサから得られる情報に基づいて前記リンクを
一端を中心に揺動させるモータ等の駆動手段を備
え、前記両帯巻込み体をそれぞれ走行機構側また
は積載物資側に固定した状態で前記リンクを揺動
して積載物資の重心位置を調整し安定的な姿勢を
保持することを特徴とする不整地移動車用姿勢保
持機構。