(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向所定間隔で備えられ径方向へ突出した複数の爪支持部を有した回転支持体と、
前記各爪支持部の先端部にそれぞれ回転可能に支持され周方向への閉じ回転位置でそれぞれが周方向に連携して転動周面を形成し前記爪支持部に対する径方向への展開回転位置で端部が転動周面外へ突出する転動爪体と、
前記各転動爪体の展開回転位置を調整駆動する展開駆動部とを備え、
前記展開駆動部は、前記回転支持体の回転中心部に相対回転自在に結合され展開アクチュエータにより回転駆動される展開駆動軸と、この展開駆動軸及び前記転動爪体とを回転連動させる歯車機構とを備え、
前記歯車機構は、前記展開駆動軸に一体回転可能に固定された第１の歯車と、前記各爪支持部の先端部で前記各転動爪体に一体回転可能に固定された第２の歯車と、前記両歯車を連動連結する第３の歯車とを備えて前記爪支持部に沿った前記回転支持体の径方向に配列され、
前記爪支持部の周方向での幅と前記第１、第２、第３の歯車の各直径とは、前記転動爪体が前記爪支持部に沿った径方向に展開した位置で該転動爪体の回転中心を通る周方0向の幅よりも小さく、
前記転動爪体が、径方向に対し傾斜した半展開と径方向に沿った位置で該各転動爪体間が前記転動周面よりも内径側にまで開く全展開となり得る、
ことを特徴とする段差乗越車輪。
【請求項２】
請求項１記載の段差乗越車輪であって、
前記転動爪体は、前記転動周面の一部を構成する第１円弧部及び該第１円弧部と対称の第２円弧部を有する対称形状に形成され、
前記転動爪体の中央が前記爪支持部の先端部に支持された、
ことを特徴とする段差乗越車輪。
【請求項３】
請求項１記載の段差乗越車輪であって、
前記転動爪体は、前記転動周面の一部を構成する第１円弧部及び該第１円弧部と同方向へ湾曲した第２円弧部を有して基端円形部から先端部へ漸次細くなる形状に形成され、
前記転動爪体の基端円形部が前記爪支持部の先端部に支持された、
ことを特徴とする段差乗越車輪。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の段差乗越車輪であって、
前記回転支持体を、車軸に結合し、
前記車軸を回転駆動する走行駆動部を設けた、
ことを特徴とする車輪型ロボット。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の段差乗越車輪であって、
前記回転支持体は、前記展開駆動軸に外装されて車台フレームに回転自在に支持され走行アクチュエータにより回転駆動される中空車軸に結合され、
前記展開アクチュエータ及び展開駆動軸間に差動機構を介設してそれぞれを差動機構の入出力ギヤに連動結合し、
前記中空車軸と前記差動機構の遊星ギヤを支持するキャリヤとの間に、回転数を１／２にして伝達する歯車機構を介設した、
ことを特徴とする車輪型ロボット。
【請求項６】
請求項５記載の車輪型ロボットであって、
前記展開アクチュエータと前記差動機構の入力ギヤとの間に、ウォーム・ギヤ機構を介設した、
ことを特徴とする車輪型ロボット。
【請求項７】
請求項１〜４の何れか１項に記載の段差乗越車輪であって、
前記回転支持体は、前記展開駆動軸に外装されて車台フレームに回転自在に支持され走行アクチュエータにより回転駆動される中空車軸に結合され、
前記展開駆動軸に、前記車台フレーム側に支持された展開アクチュエータを直結した、
ことを特徴とする車輪型ロボット。
【請求項８】
請求項４〜７の何れか１項に記載の車輪型ロボットであって、
走行前後方向に延設され走行方向前後の前輪車台部及び後輪車台部からなる車台フレームと、
前記前後輪車台部のそれぞれに設けられ回転軸心が走行前後方向の軸受部に回転自在に支持され前記車台フレームに前後に渡って延設され前後部に連動ベベル・ギヤを備えた操向連動軸と、
前記前後輪車台部に各別に設けられ回転軸心が上下方向の軸受部に回転自在に支持され下部に前後横フレームを各別に固定支持し前記前後部の連動ベベル・ギヤに各別に噛み合う操向ベベル・ギヤを各別に固定した前後輪操向軸と、
前記前後横フレームの左右側にそれぞれ回転自在に支持された左右の前後輪と、
前記前後輪の少なくとも一方を回転駆動する駆動部と、
を備え前記前後輪が前記段差乗越車輪である、
ことを特徴とする車輪型ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凸状段差を乗り越え可能な段差乗越車輪及び車輪型ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の段差乗越車輪としては、例えば非特許文献１，２に記載された図１０、図１１に示すようなものがある。
【０００３】
図１０に示す段差乗越車輪３０１は、車輪支持体３０３に、４個の小さな小車輪３０５を支持させたものである。この段差乗越車輪３０１では、小車輪３０５の回転及び車輪支持体３０３の回転により階段Ｓを昇ることができる。
【０００４】
しかし、小さな段差があると小車輪３０５の径が小さいことから抵抗が大きくなり、走行が困難になる恐れがある。また、車輪支持体３０３の回転半径方向において小車輪３０５間の距離は、階段Ｓを円滑に昇ることができるように少なくとも段差の倍程度は必要となる。このため、全体的に大型化するという問題があった。
【０００５】
図１１に示す段差乗越車輪４０１は、走行輪４０３に伸縮可能な突起４０５を設けたものである。この段差乗越車輪４０１は、階段Ｓの段差部分で突起４０５を伸ばし、段差を乗り越える。
【０００６】
しかし、段差を円滑に乗り越えるために、走行輪４０３の大きさは、段差の倍程度必要となる。
【０００７】
しかも、車輪支持体３０３、走行輪４０３の大きさは何れも固定であり、段差の高さ幅に応じて調整することが困難である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】http://www.webshiro.com/syouhinsetumei/m207dka.htm
【非特許文献２】http://www.crc.uec.ac.jp/japanese/taguchiHP/hoshi-sotsu.pdf
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
解決しようとする問題点は、車輪全体が大きくなり、且つ段差の高さに応じた調整が困難であった点である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、車輪全体を小型化することができ、段差の高さに応じた調整ができるようにするため、周方向所定間隔で備えられ径方向へ突出した複数の爪支持部を有した回転支持体と、前記各爪支持部の先端部にそれぞれ回転可能に支持され周方向への閉じ回転位置でそれぞれが周方向に連携して転動周面を形成し前記爪支持部に対する径方向への展開回転位置で端部が転動周面外へ突出する転動爪体と、前記各転動爪体の展開回転位置を調整駆動する展開駆動部とを備え、前記展開駆動部は、前記回転支持体の回転中心部に相対回転自在に結合され展開アクチュエータにより回転駆動される展開駆動軸と、この展開駆動軸及び前記転動爪体とを回転連動させる歯車機構とを備え、前記歯車機構は、前記展開駆動軸に一体回転可能に固定された第１の歯車と、前記各爪支持部の先端部で前記各転動爪体に一体回転可能に固定された第２の歯車と、前記両歯車を連動連結する第３の歯車とを備えて前記爪支持部に沿った前記回転支持体の径方向に配列され、前記爪支持部の周方向での幅と前記第１、第２、第３の歯車の各直径とは、前記転動爪体が前記爪支持部に沿った径方向に展開した位置で該転動爪体の回転中心を通る周方向の幅よりも小さく、前記転動爪体が、径方向に対し傾斜した半展開と径方向に沿った位置で該各転動爪体間が前記転動周面よりも内径側にまで開く全展開となり得ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の段差乗越車輪は、周方向所定間隔で備えられ径方向へ突出した複数の爪支持部を有した回転支持体と、前記各爪支持部の先端部にそれぞれ回転可能に支持され周方向への閉じ回転位置でそれぞれが周方向に連携して転動周面を形成し前記爪支持部に対する径方向への展開回転位置で端部が転動周面外へ突出する転動爪体と、前記各転動爪体の展開回転位置を調整駆動する展開駆動部とを備え、前記展開駆動部は、前記回転支持体の回転中心部に相対回転自在に結合され展開アクチュエータにより回転駆動される展開駆動軸と、この展開駆動軸及び前記転動爪体とを回転連動させる歯車機構とを備え、前記歯車機構は、前記展開駆動軸に一体回転可能に固定された第１の歯車と、前記各爪支持部の先端部で前記各転動爪体に一体回転可能に固定された第２の歯車と、前記両歯車を連動連結する第３の歯車とを備えて前記爪支持部に沿った前記回転支持体の径方向に配列され、前記爪支持部の周方向での幅と前記第１、第２、第３の歯車の各直径とは、前記転動爪体が前記爪支持部に沿った径方向に展開した位置で該転動爪体の回転中心を通る周方向の幅よりも小さく、前記転動爪体が、径方向に対し傾斜した半展開と径方向に沿った位置で該各転動爪体間が前記転動周面よりも内径側にまで開く全展開となり得る。
【００１２】
このため、転動爪体を閉回転位置として転動周面を形成するから、転動半径を小型化することができる。
【００１３】
各転動爪体の展開回転位置を展開駆動部により調整駆動するから、段差の高さに応じた調整ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】段差乗越車輪を備えた車輪型ロボットの要部平断面図である。（実施例１）
【図２】段差乗越車輪の閉状態の側面図である。（実施例１）
【図３】段差乗越車輪の全展開状態の側面図である。（実施例１）
【図４】段差乗越車輪の半展開状態の側面図であるである。（実施例１）
【図５】車輪型ロボットの車軸との関係を示す断面図である。（実施例１）
【図６】車輪型ロボットの全体側面図である。（実施例１）
【図７】車輪型ロボットの全体側面図である。（実施例１）
【図８】段差乗越車輪の側面図である。（実施例２）
【図９】段差乗越車輪を備えた車輪型ロボットの要部平断面図である。（実施例３）
【図１０】段差乗越車輪の段差乗り越え状態を示す側面図である。（従来例）
【図１１】段差乗越車輪の段差乗り越え状態を示す側面図である。（従来例）
【発明を実施するための形態】
【００１５】
車輪全体を小型化することができ、段差の高さに応じた調整ができるようにするという目的を、転動爪体と展開駆動部とにより実現した。
【実施例１】
【００１６】
［車輪型ロボットの要部及び段差乗越車輪］
図１は、本発明の実施例１に係る段差乗越車輪を備えた車輪型ロボットの要部平断面図、図２は、段差乗越車輪の閉状態の側面図、図３は、段差乗越車輪の全展開状態の側面図、図４は、段差乗越車輪の半展開状態の側面図である。
【００１７】
図１は、車輪型ロボットの例えば前輪側を示すが、後輪側も同一構成とすることができる。但し、走行アクチュエータは、前後輪何れか一方にのみ設ける構成にすることができる。
【００１８】
図１のように、車輪型ロボット１は、段差乗越車輪３，５を備えている。なお、段差乗越車輪３，５は、車輪型ロボット１の他に、例えば、台車、車椅子等の走行機械器具の車輪として広く用いることができる。
【００１９】
前記段差乗越車輪３，５は、図１、図２のように、回転支持体７と転動爪体９と展開駆動部１１とを備えている。
【００２０】
前記回転支持体７は、回転軸方向一対の十字板部１３で形成されている。十字板部１３は、回転中心部側の各環状部１５から径方向へ突出した複数、例えば各４本の爪支持部１７，１９，２１，２３が回転軸方向に対向して備えられている。この爪支持部１７，１９，２１，２３は、周方向所定間隔、例えば９０°間隔で配置されている。
【００２１】
前記各転動爪体９は、例えばスポンジ状のゴム等で成形され、断面コ状に形成されている。これらの転動爪体９は、転動周面Ｐの一部を構成する第１円弧壁部３３及び該第１円弧壁部３３と対称な第２円弧縁部３５を有して対称形状に形成されている。
【００２２】
この転動爪体９は、その中央が前記各爪支持部１７，１９，２１，２３の先端部にそれぞれピン２５，２７，２９，３１により回転可能に支持されている。各転動爪体９は、図２の周方向への閉回転位置でそれぞれが周方向に連携して転動周面Ｐを形成し前記爪支持部１７，１９，２１，２３に対する図３，図４の径方向への展開回転位置で端部が転動周面Ｐ外へ突出する。
【００２３】
前記展開駆動部１１は、各転動爪体９の展開回転位置を調整駆動するものであり、展開アクチュエータである展開電動モータ３７により回転駆動される展開駆動軸３９，４１と、この展開駆動軸３９，４１及び前記各転動爪体９とを回転連動させる歯車機構４３，４５とを備えている。
【００２４】
前記展開電動モータ３７は、例えば図示しないコントローラにより制御されるものであり、車台フレーム４７の枠組みされた中央フレーム部４９に取り付けられている。中央フレーム部４９の両側に車幅方向に延設された前後２部材からなるサイド・フレーム部５１，５３が取り付けられ、サイド・フレーム部５１，５３の中間に軸受部５５，５７が取り付けられている。サイド・フレーム部５１，５３の外端部には、サイド・ブラケット５９，６１が取り付けられている。
【００２５】
展開電動モータ３７のモータ出力軸６３は、中央フレーム部４９にボール・ベアリングを介して回転自在に支持され、ウォーム６５を備えている。
【００２６】
このモータ出力軸６３に対して展開中間軸６７が直交配置され、中央フレーム部４９にボール・ベアリングを介して回転自在に支持されている。この展開中間軸６７には、前記ウォーム６５に噛み合うウォーム・ホイール６９が備えられ、ウォーム６５及びウォーム・ホイール６９によりウォーム・ギヤ機構７１を構成している。展開中間軸６７の両端には、差動機構７３，７５の入力ギヤである入力ベベル・ギヤ７７，７９が設けられている。
【００２７】
したがって、前記展開アクチュエータである展開電動モータ３７及び前記差動機構７３，７５の入力ギヤである入力ベベル・ギヤ７７，７９間に、ウォーム・ギヤ機構７１を介設した構成となっている。
【００２８】
前記展開駆動軸３９，４１は、車軸軸心部に配置され、軸方向外端が回転支持体７の環状部１５中心部にボール・ベアリングを介して結合され、軸方向内端に差動機構７３，７５の出力ギヤである出力ベベル・ギヤ８１，８３が設けられている。
【００２９】
したがって、展開アクチュエータである展開電動モータ３７及び展開駆動軸３９，４１間に差動機構７３，７５を介設してそれぞれを差動機構７３，７５の入出力ギヤである入出力ベベル・ギヤ７７，８１、７９，８３に結合した構成となっている。
【００３０】
入出力ベベル・ギヤ７７，７９，８１，８３は、遊星ベベル・ギヤ８５，８７に噛み合い、遊星ベベル・ギヤ８５，８７は、ピニオン・シャフト８９により回転自在に支持されている。ピニオン・シャフト８９は、キャリヤ９１，９３に支持され、キャリヤ９１，９３は、展開駆動軸３９，４１の内端側にボール・ベアリングを介して相対回転可能に支持され、平歯車９５，９７に一体的に結合されている。
【００３１】
平歯車９５，９７は、車軸である中空車軸９９，１０１の内端部に相対回転可能に嵌合している。中空車軸９９，１０１は、ボール・ベアリングを介して軸受部５５，５７及びサイド・ブラケット５９，６１に回転自在に支持されている。
【００３２】
平歯車９５，９７には、歯数が１／２の平歯車１０３，１０５が噛み合い、平歯車１０３，１０５は、軸１０７，１０９の一端に取り付けられている。この軸１０７，１０９は、ボール・ベアリングを介して軸受部５５，５７に回転自在に支持されている。
【００３３】
軸１０７，１０９の他端には、平歯車１１１，１１３が取り付けられ、この平歯車１１１，１１３に同歯数の平歯車１１５，１１７が噛み合っている。平歯車１１５，１１７は、中空車軸９９，１０１に固定され、回転入力を受けるようになっている。
【００３４】
したがって、平歯車１１５，１１１，軸１０７、平歯車１０３，平歯車９５を介して遊星ベベル・ギヤ８５を支持するキャリヤ９１に、中空車軸９９の回転数を１／２にして伝達することができる。平歯車１１７，１１３，軸１０９、平歯車１０５，平歯車９７を介して遊星ベベル・ギヤ８７を支持するキャリヤ９１に、中空車軸１０１の回転数を１／２にして伝達することができる。
【００３５】
すなわち、前記中空車軸９９，１０１及び前記差動機構７３，７５の遊星ベベル・ギヤ８５，８７を支持するキャリヤ９１間に、回転数を１／２にして伝達する歯車機構を介設した構成となっている。
【００３６】
前記中空車軸９９、１０１の軸方向外端は、ハブ１１９，１２１を介して回転支持体７の環状部１５に結合されている。
【００３７】
前記展開駆動軸３９，４１には、十字板部１３間において平歯車１２３が固定され、外周側の４個の平歯車１２５に噛み合っている。平歯車１２５は、環状部１５にボール・ベアリングを介して支持されたピン１２７に取り付けられている。
【００３８】
各平歯車１２５は、ピン２５，２７，２９，３１にそれぞれ固定された４個の平歯車１２９に噛み合っている。
【００３９】
したがって、展開駆動軸３９，４１の回転は、平歯車１２３，１２５，１２９を介して各転動爪体９に伝達することができ、展開駆動軸３９，４１及び前記各転動爪体９とを回転連動させる前記歯車機構４３，４５とを備えた構成となっている。
【００４０】
前記サイド・ブラケット５９，６１には、走行アクチュエータである走行電動モータ１１３１，１３３が取り付けられている。走行電動モータ１３１，１３３の出力軸と前記中空車軸９９，１０１とには、タイミング・プーリ１３５，１３７が取り付けられ、タイミング・プーリ１３５，１３７間にタイミング・ベルト１３９が掛け回されている。
【００４１】
したがって、走行電動モータ１３１，１３３の駆動によりタイミング・プーリ１３５、タイミング・ベルト１３９、タイミング・プーリ１３７、中空車軸９９，１０１、ハブ１１９，１２１を介して回転支持体７が回転駆動され、段差乗越車輪３，５を走行駆動することができる。
【００４２】
すなわち、前記回転支持体７は、前記展開駆動軸３９，４１に外装されて車台フレーム４７に回転自在に支持され走行アクチュエータである走行電動モータ１３１，１３３により回転駆動される中空車軸９９，１０１に結合された構成となっている。また、車軸である中空車軸９９，１０１を回転駆動する走行駆動部を設けた構成となっている。
［段差乗越車輪の展開動作］
展開電動モータ３７を駆動させると、ウォーム・ギヤ６５，ウォーム・ホイール６９を介して展開中間軸６７が回転し、差動機構７３，７５の入力ベベル・ギヤ７７，７９が回転する。この入力ベベル・ギヤ７７，７９の回転は、遊星ベベル・ギヤ８５，８７の自転を介して出力ベベル・ギヤ８１，８３に伝達され、展開駆動軸３９，４１が回転する。
【００４３】
展開駆動軸３９，４１の回転により平歯車１２３，１２５，１２９、ピン２５，２７，２９，３１を介して転動爪体９が回転し、転動爪体９が径方向に沿った全展開（図３）、転動爪体９が径方向に対し傾斜した半展開（図４）等の展開回転位置を調整駆動することができる。
【００４４】
転動爪体９の展開状態での閉じ方向の力は、ピン２５，２７，２９，３１、平歯車１２９，１２５，１２３、展開駆動軸３９，４１、出力ベベル・ギヤ８１，８３、遊星ベベル・ギヤ８５，８７、入力ベベル・ギヤ７７，７９を介し展開中間軸６７へと伝達される。
【００４５】
展開中間軸６７へのこの逆転力は、ウォーム・ギヤ機構７１の逆方向への伝達効率の低さによりモータ出力軸６３へ伝達されず、段差乗り越え時等に転動爪体９に閉じ力が働いてもその展開状態を維持させることができる。
【００４６】
転動爪体９の閉回転位置では、隣接する転動爪体９の先端部間が当接し、転動周面Ｐを確実に形成することができる。
［段差乗越車輪の展開動作と走行動作との関係］
走行電動モータ１３１，１３３を回転駆動すると、前記のように段差乗越車輪３，５が走行駆動される。
【００４７】
同時に中空車軸９９，１０１を介して平歯車１１５，１１７が回転する。
【００４８】
平歯車１１５，１１７の回転は、平歯車１１１，１０３と平歯車１１３，１０５とを介し平歯車９５，９７へ回転数１／２で同方向への回転として伝達される。
【００４９】
平歯車９５，９７の回転は、差動機構７３，７５のキャリヤ９１を一体に回転させる。
【００５０】
キャリヤ９１の回転は、ピニオン・シャフト８９を介して遊星べベル・ギヤ８５，８７を公転させる。
【００５１】
このとき、既に転動爪体９の展開動作が完了し展開電動モータ３７が停止していると、入力べベル・ギヤ７７，７９は静止しているため出力べベル・ギヤ８１，８３は、キャリヤ９１の２倍の回転数でキャリヤ９１と同方向へ回転する。
【００５２】
各キャリヤ９１の回転は、前記平歯車９５，９７と一体に中空車軸９９，１０１の１／２の回転数で中空車軸９９，１０１と同方向へ回転しているので、出力べベル・ギヤ８１，８３は、中空車軸９９，１０１と同方向へ同回転数で回転する。
【００５３】
このため、展開駆動軸３９，４１は、中空車軸９９，１０１と同方向へ一体に回転し、転動爪体９の展開回転位置はそのまま維持される。
［車輪型ロボット］
図５は、車輪型ロボットの車軸との関係を示す断面図、図６，図７は、車輪型ロボットの全体側面図を示し、図６は、大きな段差を上る状態を示し、図７は、小さな段差を上る状態を示す。
【００５４】
図５〜図７の車輪型ロボット１は、車台フレーム４７に対し、連動ベベル・ギヤ２０３，２０５を備えた操向連動軸２０７と操向ベベル・ギヤ２０９，２１１を備えた前後輪操向軸２１３，２１５と上記段差乗越車輪３,５である前後輪２１７，２１９，２２１，２２３とを有している。したがって、前後輪２１７，２１９，２２１，２２３の展開構造、駆動構造は、図１の構造である。
【００５５】
本実施例では、走行駆動部を構成する走行電動モータ１３１，１３３は、前輪２１７，２１９側にのみ設けている。走行電動モータ１３１，１３３を、後輪２２１，２２３側にのみ、或いは前後輪２１７，２１９，２２１，２２３双方に設けることもできる。前後輪２１７，２１９，２２１，２２３は、少なくとも駆動輪のみを段差乗越車輪３，５の構造としても良い。
【００５６】
そして、前輪２１７，２１９側において、前記中央フレーム部４９及びサイド・フレーム部５１，５３は、前横フレームを構成し、後輪２２１，２２３側において、前記中央フレーム部４９及びサイド・フレーム部５１，５３は、後横フレームを構成する。
【００５７】
前記車台フレーム４７は、走行前後方向に延設され走行方向前後の前輪車台部２２９及び後輪車台部２３１を備えている。前輪車台部２２９及び後輪車台部２３１は、金属又は樹脂などの矩形板材により形成されている。
【００５８】
前輪車台部２２９上には、回転軸心が走行前後方向の軸受部としてベアリングを内蔵したベアリング・ケース２３３と軸受メタルなどで形成された軸支持金具２３５，２３７とが設けられている。前輪車台部２２９の前端下部には、回転軸心が上下方向の軸受部としてベアリングを内蔵したベアリング・ケース２３９が設けられている。
【００５９】
後輪車台部２３１上には、回転軸心が走行前後方向の軸受部としてベアリングを内蔵したベアリング・ケース２４１，２４３が設けられている。後輪車台部２３１の後端下部には、回転軸心が上下方向の軸受部としてベアリングを内蔵したベアリング・ケース２４５が設けられている。
【００６０】
前記操向連動軸２０７は、金属製などによる回転軸であり、前記ベアリング・ケース２３３、軸支持金具２３５，２３７により前輪車台部２２９上に回転自在に支持され、前記ベアリング・ケース２４１，２４３により後輪車台部２３１上に回転自在に支持されている。
【００６１】
この操向連動軸２０７は、車台フレーム４７に前後に渡って延設され前後部に前記連動ベベル・ギヤ２０３，２０５を備えている。
【００６２】
前記前後輪操向軸２１３，２１５は、ベアリング・ケース２３９，２４５にそれぞれ回転自在に支持されている。この前後輪操向軸２１３，２１５の上端には、前記操向ベベル・ギヤ２０９，２１１が同心状に各別に固定支持されている。操向ベベル・ギヤ２０９，２１１は、前記連動ベベル・ギヤ２０３，２０５にそれぞれ噛み合っている。前後輪操向軸２１３，２１５の下端は、前記中央フレーム部４９側の部材４９ａに一体的に取り付けられている。
［車輪型ロボットの動作］
本発明実施例の車輪型ロボット１の動作は、遠隔操作による展開電動モータ３７、走行電動モータ１３１，１３３の制御、各種センサ及びコントローラを備えることによる展開電動モータ３７、走行電動モータ１３１，１３３の制御の何れによるものでもよい。
【００６３】
（段差乗り越え）
展開電動モータ３７の駆動により前輪２１７，２１９側の転動爪体９を図３のように全展開すると、転動爪体９が径方向に沿って突出し、回転半径が大きくなる。このため、図６のように大きな段差の階段Ｓ１等を上るのに適する。
【００６４】
展開電動モータ３７の駆動により前輪２１７，２１９側の転動爪体９を図４のように半展開すると、転動爪体９が径方向に突出すると共に周方向へ傾斜する。このため、図７のように比較的小さな段差の階段Ｓ２等を上るのに適する。
【００６５】
図６，図７では、後輪２２１，２２３側をも同様に展開状態にすることができ、後輪２２１，２２３側をも同様に展開状態にすると、車台フレーム４７の前後傾斜を小さくすることができる。
【００６６】
前後輪２１７，２１９，２２１，２２３を展開させるとき、展開度合いを変えることもできる。
【００６７】
車輪型ロボット１が後進する場合には、後輪２２１，２２３側を同様に展開させて階段等を後進で昇らせることもできる。
【００６８】
（直進走行）
平地走行において、走行電動モータ１３１，１３３の双方を同回転速度で駆動すると、タイミング・プーリ１３５、タイミング・ベルト１３９、タイミング・プーリ１３７、中空車軸９９，１０１、ハブ１１９，１２１を介して回転支持体７が回転駆動され、段差乗越車輪３，５を同速度で走行駆動することができる。
【００６９】
したがって、車輪型ロボット１を、直進走行させることができる。
【００７０】
（旋回走行）
走行電動モータ１３１，１３３の一方、例えば右の走行電動モータ１３３を左の走行電動モータ１３１よりも早く回転駆動し、或いは右の走行電動モータ１３３のみを回転駆動すると、右の前輪２１９が左の前輪２１７に対して先行回転する。
【００７１】
この右の前輪２１９の先行回転により、中央フレーム部４９及びサイド・フレーム部５１，５３を含めた前横フレームが前輪操向軸２１３を介し前輪車台部２２９側のベアリング・ケース２３９に対して操向回転する。
【００７２】
この前輪操向軸２１３の回転により操向ベベル・ギヤ２０９が軸心回りに回転し、この回転が連動ベベル・ギヤ２０３、操向連動軸２０７、連動ベベル・ギヤ２０５、操向ベベル・ギヤ２１１を介して後輪操向軸２１５に伝達される。
【００７３】
この回転伝達により後輪操向軸２１５がベアリング・ケース２４５に対して操向回転し、後輪側の中央フレーム部４９及びサイド・フレーム部５１，５３を含めた後横フレームが前横フレームに対し逆方向へ旋回する。
【００７４】
これら前後横フレームの操向回転により車輪型ロボット１の旋回中心を前後車軸間中央を横切る直線上に採ることができ、内輪差を無くして前後輪２１７，２１９，２２１，２２３を同一軌道上で旋回走行させることができて無駄のない動きを行わせることができる。
［実施例１の効果］
本発明実施例１では、周方向所定間隔で備えられ径方向へ突出した複数の爪支持部１７，１９，２１，２３を有した回転支持体７と、前記各爪支持部１７，１９，２１，２３の先端部にそれぞれ回転可能に支持され径方向への閉じ回転位置でそれぞれが周方向に連携して転動周面Ｐを形成し前記爪支持部１７，１９，２１，２３に対する径方向への展開回転位置で端部が転動周面Ｐ外へ突出する転動爪体９と、前記各転動爪体９の展開回転位置を調整駆動する展開駆動部１１とを備えた。
【００７５】
このため、転動爪体９を閉回転位置として転動周面Ｐを形成するから、転動半径を小型化することができる。また、小さな段差は、転動周面Ｐにより容易に乗り越えることができる。
【００７６】
各転動爪体９の展開回転位置を展開駆動部１１により調整駆動するから、階段Ｓ１，Ｓ２の段差の高さに応じた調整ができる。
【００７７】
前記転動爪体９は、前記転動周面Ｐの一部を構成する第１円弧部３３及び該第１円弧部３３と対称の第２円弧部３５を有する対称形状に形成され、前記転動爪体Ｐの中央が前記爪支持部１７，１９，２１，２３の先端部に支持された。
【００７８】
このため、段差乗越車輪３，５の前進、後進の何れの場合でも各転動爪体９を適した方向へ転回調整し、段差を昇らせることができる。
【００７９】
前記展開駆動部１１は、前記回転支持体７の回転中心部に相対回転自在に結合され展開電動モータ３７により回転駆動される展開駆動軸３９，４１と、この展開駆動軸３９，４１及び前記各転動爪体９とを回転連動させる歯車機構としての平歯車１２３，１２５，１２９とを備えた。
【００８０】
このため、展開電動モータ３７の駆動により展開駆動軸３９，４１及び平歯車１２３，１２５，１２９を介して転動爪体９を確実に展開調整することができる。
【００８１】
前記回転支持体７を、車軸である中空車軸９９，１０１に結合し、前記中空車軸９９，１０１を回転駆動する走行駆動部として走行電動モータ１３１，１３３を設けた。
【００８２】
このため、走行電動モータ１３１，１３３の駆動により中空車軸９９，１０１を介し、回転支持体７を回転させ、段差乗越車輪３，５を走行駆動させることができる。
【００８３】
前記回転支持体７は、前記展開駆動軸３９，４１に外装されて車台フレーム４７に回転自在に支持され走行電動モータ１３１、１３３により回転駆動される中空車軸９９，１０１に結合され、前記展開電動モータ３７及び展開駆動軸３９，４１間に差動機構７３，７５を介設してそれぞれを差動機構７３，７５の入出力ベベル・ギヤ７７，７９、８１，８３に連動結合し、前記中空車軸９９，１０１と前記差動機構７３，７５の遊星ベベル・ギヤ８５，８７を支持するキャリヤ９１との間に、回転数を１／２にして伝達する歯車機構として平歯車１１５，１１７、１１１，１１３、１０３，１０５、９５，９７を介設した。
【００８４】
このため、展開駆動軸３９，４１は、中空車軸９９，１０１と同方向へ一体に回転し、転動爪体９の展開回転位置はそのまま維持され、単一の展開電動モータ３７により左右の段差乗越車輪３，５の展開駆動を行わせることができる。
【００８５】
前記展開電動モータ３７と前記差動機構７３，７５の入力ベベル・ギヤ７７，７９との間に、ウォーム・ギヤ機構７１を介設した。
【００８６】
このため、転動爪体９が閉回転位置へ閉じようとするとき、展開駆動軸３９，４１等を介した展開中間軸６７への逆転力は、ウォーム・ギヤ機構７１の逆方向への伝達効率の低さによりモータ出力軸６３へ伝達されず、段差乗り越え時等に転動爪体９に閉じ力が働いてもその展開状態は維持される。
【００８７】
走行前後方向に延設され走行方向前後の前輪車台部２２９及び後輪車台部２３１からなる車台フレーム４７と、前記前後輪車台部２２９，２３１のそれぞれに設けられ回転軸心が走行前後方向のベアリング・ケース２３３，２４１，２４３、軸支持金具２３５，２３７に回転自在に支持され前記車台フレーム４７に前後に渡って延設され前後部に連動ベベル・ギヤ２０３，２０５を備えた操向連動軸２０７と、前記前後輪車台部２２９，２３１に各別に設けられ回転軸心が上下方向のベアリング・ケース２３９，２４５に回転自在に支持され下部に前後横フレームである各中央フレーム部４９及びサイド・フレーム部５１，５３を各別に固定支持し前記前後部の連動ベベル・ギヤ２０３，２０５に各別に噛み合う操向ベベル・ギヤ２０９，２１１を各別に固定した前後輪操向軸２１３，２１５と、前記前後の各中央フレーム部４９及びサイド・フレーム部５１，５３の左右側にそれぞれ回転自在に支持された左右の前後輪２１７，２１９，２２１，２２３と、前記前輪２１７，２１９を回転駆動する走行電動モータ１３１，１３３とを備え前記前後輪２１７，２１９，２２１，２２３が前記段差乗越車輪３，５である。
【００８８】
このため、左右前後輪２１７，２１９，２２１，２２３の何れか、例えば前輪２１７が障害物を乗り越えるとき、乗り上げ車輪２１７側の前横フレーム（中央フレーム部４９及びサイド・フレーム部５１，５３）が右下降傾斜し、この傾斜は前後輪車台部２２９，２３１が操向連動軸２０７を中心に相対回転することで許容される。
【００８９】
この前横フレーム（中央フレーム部４９及びサイド・フレーム部５１，５３）の傾斜が許容されることで障害物乗り越え時に４輪２１７，２１９，２２１，２２３を接地させ、安定した走行を行わせることができる。
【００９０】
同時に、操向ベベル・ギヤ２０９及び連動ベベル・ギヤ２０３を介して後横フレーム（中央フレーム部４９及びサイド・フレーム部５１，５３）が直進性を修正維持する方向へ連動して姿勢修正され、車輪型ロボット１の直進性を向上させることができる。
【００９１】
平地操向での前横フレームの操向により操向ベベル・ギヤ２０９，２１１及び連動ベベル・ギヤ２０３，２０５を介して後横フレームが逆方向へ連動して操向されるから、旋回中心を、前後車軸間中央を横切る直線上に採ることができ、内輪差を無くして前後輪２１７，２１９，２２１，２２３を同一軌道上で旋回走行させることができ、無駄のない動きを行わせることができる。
【００９２】
しかも、前輪２１７，２１９の一方が障害物を乗り越えるとき、前横フレームの傾斜により車台フレーム４７が平面から見て直進方向に対し傾斜することになるが、操向ベベル・ギヤ２０９，２１１及び連動ベベル・ギヤ２０３，２０５を介して後横フレームが直進性を修正する方向へ連動して姿勢修正されるから後横フレームの直進方向に対する姿勢を概ね維持させ、車輪型ロボット１の直進性を向上させることができる。
【実施例２】
【００９３】
図８は、本発明の実施例２に係り、段差乗越車輪の側面図である。
【００９４】
なお、基本的な構成は実施例１と同様であり、同一又は対応する構成部分には同符号又は同符号にＡを添えて付し、重複した説明は省略する。
【００９５】
本実施例の段差乗越車輪３Ａ，５Ａでは、転動爪体９Ａの形状を変更した。
【００９６】
前記転動爪体９Ａは、前記転動周面Ｐの一部を構成する第１円弧部２５３及び該第１円弧部２５３と同方向へ湾曲した第２円弧部２５５を有して基端円形部２５７から先端部２５９へ漸次細くなる形状に形成されている。
【００９７】
この転動爪体９Ａは、その基端円形部２５７の中心部が前記図２で示す爪支持部１７，１９，２１，２３の先端部に支持されたものである。
【００９８】
したがって、転動爪体９Ａは、実線図示の閉じ回転位置と二点鎖線図示の展開回転位置との間で任意に展開回転位置を調整駆動することができる。
［実施例２の効果］
前記転動爪体９Ａは、前記転動周面Ｐの一部を構成する第１円弧部２５３及び該第１円弧部２５３と同方向へ湾曲した第２円弧部２５５を有して基端円形部２５７から先端部２５９へ漸次細くなる形状に形成され、前記転動爪体９Ａの基端円形部２５７が前記爪支持部１７，１９，２１，２３の先端部に支持された。
【００９９】
このため、爪支持部１７，１９，２１，２３先端から転動爪体９Ａをより大きく突出させることができ、より大きい段差にも対応することができる。また、段差乗越車輪３Ａ，５Ａの転動周面Ｐを小さくしながら、段差に対応することができる。
【０１００】
転動爪体９Ａの閉回転位置では、転動爪体９Ａの先端部が隣接する転動爪体９Ａの基端円形部２５７に当接し、転動周面Ｐを確実に形成することができる。
【実施例３】
【０１０１】
図９は、本発明の実施例３に係る段差乗越車輪を備えた車輪型ロボットの要部平断面図である。なお、基本的な構成は実施例１と同様であり、同一又は対応する構成部分には同符号又は同符号にＢを添えて付し、重複した説明は省略する。
【０１０２】
本実施例の段差乗越車輪３，５（３Ａ，５Ａ）を備えた車輪型ロボット１Ｂでは、実施例１の差動機構７３，７５等を省き、左右の段差乗越車輪３，５（３Ａ，５Ａ）毎に展開電動モータ３７Ｂａ，３７Ｂｂを設けた。
【０１０３】
展開電動モータ３７Ｂａ，３７Ｂｂは、サイド・フレーム部５１，５３に沿って左右両側に配置され、サイド・フレーム部５１，５３に設けられた支持ブラケット２６１，２６３に取り付けられている。
【０１０４】
車軸である中空車軸９９Ｂ，１０１Ｂは、サイド・ブラケット５９，６１及びこのサイド・ブラケット５９，６１に併設された軸受けブラケット２６５，２６７にボール・ベアリングを介して回転自在に支持されている。
【０１０５】
中空車軸９９Ｂ，１０１Ｂを貫通する展開駆動軸３９Ｂ，４１Ｂは、軸受けブラケット２６５，２６７及び支持ブラケット２６１，２６３間でカップリング２６９，２７１によりモータ出力軸６３Ｂａ，６３Ｂｂに着脱自在に連動結合されている。
【０１０６】
展開電動モータ３７Ｂａ，３７Ｂｂを駆動させると展開駆動軸３９Ｂ，４１Ｂが回転する。
【０１０７】
展開駆動軸３９Ｂ，４１Ｂの回転により、実施例１同様に、平歯車１２３，１２５，１２９、ピン２５，２７，２９，３１を介して転動爪体９が回転し、転動爪体９が径方向に沿った全展開（図３）、転動爪体９が径方向に対し傾斜した半展開（図４）等の展開回転位置を調整駆動することができる。
【０１０８】
転動爪体９の展開状態での閉じ方向の力は、ピン２５，２７，２９，３１、平歯車１２９，１２５，１２３、展開駆動軸３９Ｂ，４１Ｂへと伝達される。
【０１０９】
展開駆動軸３９Ｂ，４１Ｂへのこの逆転力は、展開電動モータ３７Ｂａ，３７Ｂｂの駆動制御により受けさせ、展開状態を維持させることができる。
【０１１０】
展開駆動軸３９Ｂ，４１Ｂへの逆転力を適宜のブレーキ装置を設けるなどして支持ブラケット２６１，２６３等へ受けさせ、展開状態を維持させることもできる。
【０１１１】
逆転力を受けるための展開電動モータ３７Ｂａ，３７Ｂｂの駆動制御、或いはブレーキ装置の動作のＯＮ，０ＦＦは、例えば展開駆動軸３９Ｂ，４１Ｂへの逆転力をセンサにより検出し、この検出に基づき行わせることができる。
【０１１２】
段差乗越車輪３，５（３Ａ，５Ａ）の展開動作は、展開電動モータ３７Ｂａ，３７Ｂｂのそれぞれの制御により展開状態を個別に設定することができ、接地環境に応じて左右展開状態を異ならせることができる。
【０１１３】
図９の構造は、本発明実施例の車輪型ロボット１として前後輪に適用することができ、４輪の展開状態を同時に又は各別に制御することができる。
［その他］
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。従って、本発明は、実施例に対して構成の要素の付随した各種の変更が可能である。
【０１１４】
例えば、展開アクチュエータは、電動モータに限らず、回転支持体と転動爪体との間に結合する油圧又は空気圧シリンダ等で構成することも可能である。
【０１１５】
また、アクチュエータを省略して転動爪体を手動により展開させても良い。この場合は、転動爪体の展開状態を維持可能な係止手段を設けるのが好ましい。
【０１１６】
転動爪体を展開させる場合は、各転動爪体をリンクで結合し、全てを一括で展開させ、閉じるようにし、閉じ方向、或いは展開方向へ付勢するスプリング等の付勢部材を設けても良い。
【０１１７】
閉じ方向へ付勢する場合は、ハンドル操作などによりこの付勢力に抗し転動爪体をリンク結合により全てを一括で展開させ、展開状態でストッパなどにより展開状態を維持させる。ストッパを外すと付勢力により転動爪体が一括で閉じ状態となる。転動爪体を半展開状態とするには、例えばハンドルを半操作位置で係止させる。
【０１１８】
展開方向へ付勢する場合は、ハンドル操作などによりこの付勢力に抗し転動爪体をリンク結合により全てを一括で閉じ状態とし、この閉じ状態をストッパなどにより維持させる。ストッパを外すと付勢力により転動爪体が一括で展開状態となる。転動爪体を半展開状態とするには、例えばハンドルを半操作位置で係止させる。
【０１１９】
上記実施例では駆動源を有する走行機械器具に適用したが、例えば、人力によって走行する走行機械器具に適用することも可能である。
【０１２０】
走行駆動部は、ギヤ伝動などにより構成することもできる。
【０１２１】
上記実施例では、段差乗り越えようの車輪として説明したが、段差のみならず、スリップし易い泥地等において車輪を展開させ走行するようにしてスリップを防止することも可能である。
【符号の説明】
【０１２２】
１  車輪型ロボット
３，３Ａ，５，５Ａ  段差乗越車輪
７  回転支持体
９，９Ａ  転動爪体
１１  展開駆動部
１７，１９，２１，２３  爪支持部
３７，３７Ｂａ，３７Ｂｂ  展開電動モータ
３９，３９Ｂ，４１，４１Ｂ  展開駆動軸
４３，４５  歯車機構
４７  車台フレーム
４９，４９Ｂ  中央フレーム部（前後横フレーム）
５１，５３  サイド・フレーム部（前後横フレーム）
７１  ウォーム・ギヤ機構
７３，７５  差動機構
７７，７９  入力ベベル・ギヤ（入力ギヤ）
８１，８３  出力ベベル・ギヤ（出力ギヤ）
９５，９７，１０３，１０５，１１１，１１３，１１５，１１７  平歯車（歯車機構）
９９，９９ｂ，１０１，１０１Ｂ  中空車軸（車軸）
１３１，１３３  走行電動モータ（走行アクチュエータ）
２０３，２０５  連動ベベル・ギヤ
２０７  操向連動軸
２１７，２１９  前輪（段差乗越車輪）
２２１，２２３  後輪（段差乗越車輪）
２２９  前輪車台部
２３１  後輪車台部
２３３，２３９，２４１，２４３，２４５  ベアリング・ケース（軸受部）
２３５，２３７  軸支持金具
２４１，２４３  ベアリング・ケース（軸受部）
Ｐ  転動周面
Ｓ１，Ｓ２  階段
【図１】
0005467423.tif 000002
【図２】
0005467423.tif 000003
【図３】
0005467423.tif 000004
【図４】
0005467423.tif 000005
【図５】
0005467423.tif 000006
【図６】
0005467423.tif 000007
【図７】
0005467423.tif 000008
【図８】
0005467423.tif 000009
【図９】
0005467423.tif 000010
【図１０】
0005467423.tif 000011
【図１１】
0005467423.tif 000012