(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部を移動可能に支持する車輪と、車輪の回転を妨げない位置に回転駆動可能に取り付けた支持部材と、この支持部材の軸心から偏位した部位に取り付けられ支持部材を足場に駆動されて先端部を軸心から遠ざける方向へ移動させることの可能なアームとを具備してなり、
下段側の段床より上段側の段床へ昇る昇段時において、アームの先端部を下段側の段床に接地させることによって車輪とともに本体部を持ち上げることができるように構成したことを特徴とする走行装置。
【請求項２】
本体部を移動可能に支持する車輪と、車輪の回転を妨げない位置に回転駆動可能に取り付けた支持部材と、この支持部材の軸心から偏位した部位に取り付けられ支持部材を足場に駆動されて先端部を軸心から遠ざける方向へ移動させることの可能なアームとを具備してなり、その移動時にアームの先端部を接地させることによって車輪とともに本体部を持ち上げることができるように構成し、かつ、支持部材を駆動する駆動系と、アームを駆動する駆動系とを、独立して作動するように構成している走行装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重量運搬装置、介護支援機器、歩行支援機器、リハビリ機器、電動式車椅子、車輪移動式ロボットなどとして利用可能な移動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の走行装置として種々多様なものが開発されている。例えば、荷物を運搬する場合の走行装置としてフォークリフト、リフタ、手押車などが、また人を運送する場合の走行装置として車椅子などが、それぞれ周知のところである。
【０００３】
ところで、走行路には階段や障害物などがあり、全て平坦な場所のみというわけではない。そして、このような場所を走行するとき、特に車輪の半径程度の大きな段差を乗り越えることは困難である。
【０００４】
そこで、このような場所においても走行を可能とするために、多関節リンク等を組み込んで本体部を浮上させるようにした段差解消機構が開発されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多関節リンク機構は、部品点数が極めて多く、組み込みのために本体部が大型化することが避け難い。特に、小荷物を運搬するような二輪駆動タイプの走行装置においては、段差解消機構を本体部に極力コンパクトに組み込んでおくことが望まれる。
【０００６】
本発明は、このような段差解消機構としての役割を果たし、他にも種々の用途に適合させることのできる機能を備えた走行装置を実現しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の走行装置は、本体部を移動可能に支持する車輪と、車輪の回転を妨げない位置に回転駆動可能に取り付けた支持部材と、この支持部材の軸心から偏位した部位に取り付けられ支持部材を足場に駆動されて先端部を軸心から遠ざける方向へ移動させることの可能なアームとを具備してなり、下段側の段床より上段側の段床へ昇る昇段時においてアームの先端部を下段側の段床に接地させることによって車輪とともに本体部を持ち上げることができるように構成したことを特徴とする。車輪の回転を妨げないような支持部材の取付位置としては、車輪と同軸上とすることが特に望ましい。
【０００８】
このような構成のものであれば、取付位置を中心に回転させれば、支持部材によるアームの支持位置を可動範囲内において移動させることができる。そして、このようにして支持点の移動したアームを支持部材により駆動して、先端部を軸心から遠ざける方向へ移動させれば、各々の移動位置ごとにそれぞれ先端部を対応部位に接地させて反力により本体部を段差解消位置にまで持ち上げることができる。特に、支持部材が車軸と同軸上にある場合には、アームも車軸回りに回転するだけであるため、これら支持部材やアームと車軸との干渉を気にする必要がなく、この段差解消機構を車軸回りにコンパクトに組み込んで構成することが可能となる。勿論、機構部を車体の中央に寄せた構成では同軸から若干ずらして構成することも可能である。支持部材の駆動軸に対して、車輪を下にずらすと、支持部材を回転させた時に支持部材の先端と地面との間のマージンが大きく取れる。この分、支持部材（及びアーム）を長くすることができる。こうすると、アームの到達範囲が広がり、より高い段差をクリアできる。また、屋内専用等、車輪の径が小さくてもよい場合においても、クリアできる段差を屋外用と同じに大きくできる。
【０００９】
この場合、支持部材を駆動する駆動系と、アームを駆動する駆動系とを、独立して作動するように構成しておくことが有効である。
【００１０】
このように独立した駆動系とすることにより、支持部材とアームとを個別に操作することができ、段差の大小に応じて、車体の上下動が最小になるように最適な動作をさせることができる。よって、荷物や被介護者（車椅子の場合）に加わる揺れが小さくなり、同時にハンドルに加わる操作力も小さくなる。介護支援機器で採用した場合には、被介護者と介護者の両方の負担を軽減することができる。
【００１１】
特に、アームの接地位置を車輪の接地位置近傍に設定すれば、車輪からアームへ荷重を移し変えるときの重心移動が少なくて済み、移動動作がスムーズに行えるとともに、重心移動の瞬間に走行装置全体に移動力が発生して不安定な状態に陥ることも有効に防止することができる。
【００１２】
したがって、本発明の走行装置は、駆動輪として並行二輪を有し、段差において本体部がハンドル等を介して人為的に支えられながら走行する構成において操作者の負担を軽減する上で極めて好ましいものとなり得る。
【００１３】
アームの具体的な構成としては、支持部材への支持位置が車軸上にあるときに鉛直姿勢をとって少なくとも先端部が車輪の径内に収まり、支持部材がその位置から回転してアームの支持位置が前記車軸上から外れるほど先端部を車輪の径から突出させる方向へ移動させるように構成されているものが挙げられる。
【００１４】
走行時に車輪と供回りしても走行の妨げとならず、アームの支持位置を３６０°移動させることができるようにするためには、アーム及び支持部材を、車輪の径内に収まるような形状のものにしておくことが望ましい。
【００１５】
勿論、上記のような基本的動作を利用して、段差解消以外の目的・用途に利用することも可能である。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１に示す本実施例の走行装置は、一部にハンドル１１を突設した本体部１が、一対の車輪２によって走行可能に支持されており、そのハンドル１１を把持した状態で本体部１に荷物Ｗを積載して運搬することができるように構成されたものである。そして、段差解消が必要な位置に到来したときに、本体部１を車輪２と共に段差解消位置にまで持ち上げることができるように、段差解消機構３を組み込んでいる。
【００１８】
段差解消機構３は、図２及び図３に示すように、支持部材たるクランク４と、このクランクに支持させたアーム５とを主たる構成要素としている。
【００１９】
クランク４を取り付けるにあたり、車軸２１にはその外周にパイプ部材２２が相対回転可能に嵌合させてあり、車軸２１及びパイプ部材２２は、ギヤ２１ａ、２１ｂを介して、或いはギヤ２２ａ、２２ｂを介して、それぞれモータ２１ｃ、２２ｃにより回転駆動可能とされている。符号２２ｘで示すものはベアリングである。
【００２０】
クランク４は、前記パイプ部材２２の先端に一体回転可能に取り付けた円盤状のもので、中央に車軸２１を貫通させる貫通孔４１が設けてあり、この貫通孔４１から車軸２１の先端を突出させて、その突出端に第１ギヤ６１を軸着している。また、本体部１の適宜位置には軸受４２を介してドラム４３が回転可能に設けてあり、このドラム４３の外周に車輪２を構成するタイヤ２０を取り付けるとともに、ドラム４３にギヤ４４ａ、４４ｂを介してモータ４４ｃを連結し、このモータ４４ｃによってタイヤ２０をドラム４３と共に回転駆動できるようにしている。
【００２１】
アーム５は、前記クランク４の軸心から偏位した部位に支軸５１を介して基端５ａの近傍を回転可能に取り付けられたもので、前記支軸５１には第２ギヤ６２が軸着してあり、この第２ギヤ６２が前記第１ギヤ６１に外接噛合している。そして、このアーム５の先端５ｂ側に接地体５０を取り付けている。この接地体５０は、外周を車輪の径−αの円弧形状にした概略繭形をなすもので、本体部１の姿勢角度によらず、車輪２が接地してアーム５の支軸５１が最上点にある時（図２参照）にアーム５の先端５ｂ側に設けた接地体５０を地面と接触することなく前後に揺動させることができるようにしている。
【００２２】
次に、本走行装置の取扱い方法を説明する。通常の平坦路を走る場合は、アーム５を図２の状態に保持して車輪２の駆動により行う。このときは、クランク４の中心すなわち車軸２１の中心を通過する線上にアーム５の中心線Ｌが合致する位置にアーム５が格納され、クランク４が車輪２と共に回転したとしても、アーム５が床面と接地することはない。
【００２３】
段差がある場合には、図４（ａ）で示すようにその手前で止まり、モータ２１ｃを駆動する。このとき、第１ギヤ６１を介して第２ギヤ６２が回転し、この第２ギヤ６２に基端を取り付けられたアーム５が回転しながらその接地体５０を車軸２１から遠ざかる方向（図中左方）に迫り出させる。次に、モータ２２ｃをも駆動してパイプ部材２２に取り付けたクランク４を図中反時計回りに回転させる。このとき、第１ギヤ６１は前記第２ギヤ６２の回りで遊星運動を行いながら次第にその車軸２１を前記第２ギヤ６２の支軸５１を中心とする円弧に沿って持ち上げる（図４（ｂ））。操作者は、ハンドル１１を担持しておくだけでよい。ある程度持ち上がった段階で、本体部１に設けたハンドル１１を引いて車輪２を上段へ着地させる（図４（ｃ））。その後、アーム５を引き上げる（図４（ｄ））。アーム５の引き上げは、該アーム５の中心線Ｌが車軸２１を通る線と合致する位置にくる図２の状態までモータ２１ｃを駆動するとともにクランク４を回転させることによって実現する（図４（ｅ））。連続段差においては上記動作を繰り返せばよいし、下り方向の段差に対しては段差解消機構３に上記と逆の動作を行わせることによってその補助を行うことが可能である。
【００２４】
以上のようにして、本実施例の走行装置は、クランク４が車軸２１と同軸上に取り付けてあるため、その車軸２１を中心に回転させれば、クランク４によるアーム５の支持位置を車軸２１回りに移動させることができる。そして、このようにして支持点（支軸５１）の移動したアーム５をクランク４を足場に駆動して、先端に取り付けた接地体５０を車軸２１から遠ざける方向へ移動させれば、各々の移動位置ごとにそれぞれ接地体５０を対応部位に接地させて反力により本体部１を段差に応じた解消位置にまで持ち上げることができる。このように、クランク４が車軸２１と同軸上にあり、アーム５も車軸２１回りに回転するだけであるため、これらクランク４やアーム５と車軸２１との干渉を気にする必要がなく、アーム５の動作範囲も小さくすることができる。したがって、この段差解消機構３を車軸２１回りにコンパクトに組み込んで構成しておくことができ、積載量を増やしたり、安全性を有効に高めること等が可能となる。
【００２５】
特に、アーム５の接地位置を車輪２の接地位置近傍に設定すると、車輪２からアーム５へ荷重を移し変えるときの重心移動が少なくて済むため、移動動作がスムーズに行えるとともに、重心移動の瞬間に走行装置全体に移動力が発生して不安定な状態に陥ることも有効に防止することができる。特に、この実施例のものは、並行二輪で接地し、ハンドル１１で一端を担持した状態で段差解消機構３を駆動するものであるため、支持力の変動を最小にすることができる。そして、この事は、操作者のハンドル操作の負担軽減に大きく寄与し得るものとなる。
【００２６】
特に、アーム５の具体的な構成として、クランク４への支持位置が車軸２１上にあるときに鉛直姿勢をとって少なくとも先端部が車輪２の径内に収まり、クランク４がその位置から回転してアーム５の支持位置が前記車軸２１上から外れるほど接地体５０を車輪２の径から突出させる方向へ移動させるように構成しているため、本体部１の姿勢（角度）に拘わらず、車軸２１を中心にしてクランク４＋アーム５の長さの範囲においてアーム５の接地体５０を任意の接地点に移動させることができる。これにより、段差における本体部１の姿勢に拘わらずアーム５を最適個所に接地させることができ、多種多様な段差の状況において支持力の変動を低減し、滑らかで安定した昇降動作を実現することが可能になる。
【００２７】
特に、アーム５及びクランク４を、車輪２の径内に収まる形態のものにしているため、走行時に車輪２と供回りしても走行の妨げとならず、アーム５の支持位置の３６０°に亘る全範囲での移動を有効に保障することができる。
【００２８】
さらに、段差以外の所においては、アーム５を使って荷物の積み下ろしを始めとする多様なハンドリングが可能になる。
【００２９】
なお、本発明における構成は、以上説明したものに限定されないのは勿論である。例えば、駆動輪の数は、並行２輪が基本になるが、１、３、４輪などでもよい。
【００３０】
段差の有無と高さは、リミットスイッチや近接センサを、また角度や姿勢はロータリエンコーダやジャイロを用いて検知することにより段差解消機構を適宜に制御するようにしてもよい。
【００３１】
また、各軸の間にクラッチやブレーキを設けて駆動部を共用するようにしてもよい。例えば、１つのモータで車輪とクランクの駆動を切り換えてもよい。或いは、並行二輪は自動車のように差動ギヤを介して駆動することもできる。
【００３２】
アームの駆動力は、第１ギヤと第２ギヤの間で直接伝達する他に、アイドラギヤやチェンを介して動力伝達してもよい。また、アームの駆動部をクランクの中に構成することも可能である。
【００３３】
ギヤはアームとは反対側のクランクの内面側に配置してもよい。この場合は、パイプ部材で第１ギヤを駆動し、車軸でクランクを駆動することとなる。
【００３４】
或いは、図５に示すように、第２ギヤ６２をラック形状とし、このラックをアーム１０５として用いることもできる。この場合、ラックを上方に長く確保してアーム１０５の可動範囲を広くすれば、より大きな段差をクリアすることが可能になる。１０５ａはこのアーム１０５のリニア移動をガイドするガイドローラである。
【００３５】
また、図６に示すように、車輪２の径に合わせて半円形に湾曲させたアーム２０５を用いてもよい。この場合、アーム２０５の対称性はなくなるが、アーム２０５の回転範囲が広くなり、段差のさらに手前から車輪２の回転に連続させてアーム２０５を回転させることができるため、斜面を登るように滑らかに車輪２を持ち上げることが可能となる。また、アーム２０５の凹部２０５ａにより車軸２との干渉が回避できるため、アーム２０５を車輪の車軸２１側に配置することも可能である。
【００３６】
アームにシュー、補助輪、フォーク、フック、トー（第２アーム）、ハンド等のエンドエフェクタ（アダプタ）を取り付け、荷物の形態や運搬条件に合わせて選択するようにしてもよい。この交換作業を、アームの操作で自動化することもできる。
【００３７】
或いは、図１に示すように、本体部の前方にキャスタ式の補助輪を取り付けてもよい。また、本体部１の前方下部に、ヒンジ式のストッパ１０を設け、段差の昇降時において、本体部１の傾斜角が下方への転倒方向へ増加した場合に、ストッパ１０が接地して車体の傾斜角を安全な範囲に制限するようにしておくことも有効である。
【００３８】
段差においては、荷台を後方に倒して重心を下げるようにしてもよい。また、車体から少し離れて操作ができるように、ハンドルを若干延長するようにしてもよい。
【００３９】
また、本体後方に、運転者が乗れるステップを設けてもよい。
【００４０】
ＣＣＤカメラを用いて、画像処理により段差とその高さを手前で検知し、アームを駆動してもよい。この場合、接近中にアームの位相を最適な所にセットすることができ、動作を止めることなく段差をクリアすることができる。
【００４１】
荷物が人の場合は、身体の肘や肩、腰等を支持するサポートジグを介して扱うようにしてもよい。
【００４２】
また、シートを後方へ退避し、肘掛けを、ばねを介して上方に保持し、足を接地させて体重の一部を肘掛けで支持するようにすると、歩行支援機として使用することができる。このばねの保持をアームにより行ってもよい。
【００４３】
このばねに作用する力を検知して支持力や移動方向を制御することも可能である。段差においては、シートと肘掛けを元に戻して着座し、前例のようにアームの操作によりクリアすればよい。
【００４４】
その他、車椅子の代替、介護支援機器、着座や起立の補助、リハビリ機器等、本発明を広範囲に適用することができる。
【００４５】
また、段差のクリアや、高い安全性が必要とされる多くの用途の移動式ロボットに適用することができる。特に、ロボットに適用する場合には、ロボットが転倒した場合に、アームを使って自力復帰が可能である。
【００４６】
また、車輪の回転中にアームを若干車輪の径外に出すと１回転当たりのピッチを変更することもできる。アームを介して車輪を回転させることも可能である。段差においては、車輪を段差の側面に接触させて、アームにより車輪を段差の側面に押し付けつつ、本体の持ち上げと車輪の回転を行うようにしてもよい。また、アームの引き上げは、本体が回転しないようにアームを段差の側面に接触させながら引き上げたり、本体を前に倒して元に戻す時の反動を利用して引き上げることができる。
【００４７】
勿論、上記のような基本的動作を利用して、段差解消以外の目的・用途に利用することも可能である。
【００４８】
その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。例えば、機構部を車体の中央に寄せた構成では同軸から若干ずらして構成することも可能である。クランクの駆動軸に対して、車輪を下にずらすと、クランクを回転させた時にクランクの先端と地面との間のマージンが大きく取れる。この分、クランク（及びアーム）を長くすることができる。こうすると、アームの到達範囲が広がり、より高い段差をクリアできる。また、屋内専用等、車輪の径が小さくてもよい場合においても、クリアできる段差を屋外用と同じに大きくできる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載される効果を奏する。
【００５０】
すなわち、本発明は、アームを支持する支持部材を車軸と同軸上に設ける等して車輪の回転を妨げないように回転可能に取り付けているため、支持部材やアームと車軸との相互干渉を有効に避けて、各機構部品を装置内にコンパクトに組み込んで構成することが可能となる。そして、このアーム及び支持部材による動作を通じて、段差解消機構としての機能を有効に営ませることができ、床近くや台上に置かれた荷物の積み下ろし、小さな段差をクリアする時の車体前部の持ち上げ、荷台やシートの角度調整、斜面における転倒防止用ガイドなど、広範囲な目的で利用することが可能となる。
【００５１】
勿論、機構部を車体の中央に寄せた構成では同軸から若干ずらして構成することも可能である。支持部材の駆動軸に対して、車輪を下にずらすと、支持部材を回転させた時に支持部材の先端と地面との間のマージンが大きく取れる。この分、支持部材（及びアーム）を長くすることができる。こうすると、アームの到達範囲が広がり、より高い段差をクリアできる。また、屋内専用等、車輪の径が小さくてもよい場合においても、クリアできる段差を屋外用と同じに大きくできる。
【００５２】
特に、支持部材を駆動する駆動系と、アームを駆動する駆動系とを、独立して作動するように構成しておくと、支持部材とアームとを個別に操作することができ、段差の大小に応じて、車体の上下動が最小になるように最適な動作をさせることができる。よって、荷物や被介護者（車椅子の場合）に加わる揺れが小さくなり、同時にハンドルに加わる操作力も小さくなる。介護支援機器で採用した場合には、被介護者と介護者の両方の負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を使用状態において示す模式的な図。
【図２】同実施例の要部を示す正面図。
【図３】図２の縦断面図。
【図４】同実施例の作用説明図。
【図５】本発明の変形例を示す図。
【図６】本発明の他の変形例を示す図。
【符号の説明】
１…本体部
２…車輪
４…支持部材（クランク）
５…アーム
【図１】
0003566230.tif 000002
【図２】
0003566230.tif 000003
【図３】
0003566230.tif 000004
【図４】
0003566230.tif 000005
【図５】
0003566230.tif 000006
【図６】
0003566230.tif 000007