(57)【要約】【課題】 障害物の走破保証を行った走行体を提供することを課題とする。【解決手段】ブラケットには、下記のように高さ方向、進行方向にずらして配置されたｎ個の車輪が回転可能に設けられている。車輪の高さ方向の配置  T/R × (ri-hi) × li / (√(ri2-( ri-hi)2)) > MgL車輪の進行方向の配置  di  - √( ri2 - (ri-hi)2)  <  DT:駆動車輪のトルク、R:駆動車輪の半径、i:整数で、0,1,…,n-1、ri:各車輪の半径、hi:キャスタに設けられる各車輪の下端と、隣り合う前方の車輪の下端との高さ方向のずらし量、H:キャスタが乗り越える障害物の高さ(H=h0+h1+…+hn-1)、D:キャスタが乗り越える障害物の進行方向の長さ、li:駆動車輪の接地点と、各車輪が障害物に当たる点との間の進行方向の距離、M:走行体の質量、g:重力加速度、L:駆動車輪の接地点と、走行体重心との間の進行方向の距離、di:車輪の回転中心と、隣り合う前方の車輪の回転中心との進行方向の距離【選択図】          図１
2006076495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体の進行方向の後部に設けられた駆動車輪と、
前記車体の進行方向の前部に設けられ、車体に対して回転可能に設けられたブラケット、該ブラケットに設けられた車輪からなり、前記ブラケットの回転軸の地面との交点と前記車輪の接地点との間に間隔があるキャスタと、
を有した走行体において、
前記ブラケットに下記のように高さ方向、進行方向にずらして配置されたｎ個の車輪が回転可能に設けられていることを特徴とする走行体。
車輪の高さ方向の配置
T/R × (ri-hi) × li / (√(ri2-( ri-hi)2)) > MgL
車輪の進行方向の配置
di  - √( ri2 - (ri-hi)2)  <  D
T:駆動車輪のトルク
R:駆動車輪の半径
i:整数で、0,1,…,n-1
ri:キャスタに設けられる各車輪の半径で、進行方向に沿ってr0,r1,…,rn-1
hi:キャスタに設けられる各車輪の下端と、隣り合う前方の車輪の下端との高さ方向のずらし量で、進行方向に沿ってh0,h1,…,hn-1
H:キャスタが乗り越える障害物の高さ(H=h0+h1+…+hn-1)
D:キャスタが乗り越える障害物の進行方向の長さ
li:駆動車輪の接地点と、各車輪が障害物に当たる点との間の進行方向の距離で、進行方向に沿ってl0,l1,…，ln-1
M:走行体の質量
g:重力加速度
L:駆動車輪の接地点と、走行体重心との間の進行方向の距離
di:車輪の回転中心と、隣り合う前方の車輪の回転中心との進行方向の距離で、進行方向に沿ってd1,…,dn-1
【請求項２】
前記ブラケットには、高さ方向、進行方向にずらして配置された３以上の車輪が回転可能に設けられ、
進行方向において両端以外の車輪が接地するようにしたことを特徴とする請求項１記載の走行体。
【請求項３】
前記複数の車輪のうち、進行方向において最前位置にある車輪の径を他の車輪の径より大きく設定したことを特徴とする請求項１又は２記載の走行体。
【請求項４】
前記複数の車輪のうち、進行方向において最前位置にある車輪の硬さを他の車輪の硬さより柔らかく設定したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の走行体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車体の進行方向の後部に設けられた駆動車輪と、前記車体の進行方向の前部に設けられ、車体に対して回転可能に設けられたブラケット、該ブラケットに設けられた車輪からなり、前記ブラケットの回転軸の地面との交点と前記車輪の接地点との間に間隔があるキャスタと、を有した走行体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、走行体に設けられるキャスタにおいて、障害物を容易に乗り越えられるようにしたキャスタとしては、図８に示す構成がある。図において走行体１の車体３の後部には後輪キャスタ５が、前部には前輪キャスタ７が設けられている。前輪キャスタ７は、車体３に回転軸９を用いて回転可能に設けられたブラケット１１に、高さ方向、進行方向にずらして配置された複数の車輪１３が回転可能に取り付けられている。具体的には、進行方向にずらして配置された車輪１３の下端と地面との間隔が、前方へ行くほどその間隔が大きくなるように設定されている。
【０００３】
このような構成によれば、大径の車輪を用いることなく、障害物を乗り越えることができる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】実用新案登録第３０８３４１７号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、図８に示す構成のキャスタでは、どの程度の障害物を乗り越えられるか不明である。走行体が人によって押される台車等であれば、乗り越えられない障害物に遭遇した場合、人が後輪を支点として走行体の前部を持ち上げることにより、障害物を乗り越えることができる。
【０００５】
しかし、エンジンやモータ等の力で走行し、人の支援を受けられない走行体を作る場合には、どの程度の障害物を乗り越えることができるかを前もって保証する必要がある。
本発明は、上記問題点に鑑みて、障害物の走破保証を行った走行体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
図１は請求項１に係る発明を説明する原理図である。
図において、走行体５１の車体５３の進行方向の後部には駆動車輪５５が設けられている。車体５３の前部には、キャスタ６７が設けられている。このキャスタ６７は、車体５３の進行方向の前部に設けられ、車体に対して回転可能に設けられたブラケット５７と、ブラケット５７に設けられた複数の車輪（本例では車輪６１、６３、６５）からなり、ブラケット５７の回転軸５９の地面との交点と車輪６５の接地点との間に間隔があるようになっている。
【０００７】
そして、ブラケット５７に設けられる複数の車輪６１、６３、６５は、下記のように高さ方向、進行方向にずらして配置されている。
車輪の高さ方向の配置
T/R × (ri-hi) × li / (√(ri2-( ri-hi)2)) > MgL
車輪の進行方向の配置
di  - √( ri2 - (ri-hi)2)  <  D
T:駆動車輪のトルク
R:駆動車輪の半径
i:整数で、0,1,…,n-1
ri:キャスタに設けられる各車輪の半径で、進行方向に沿ってr0,r1,…,rn-1
hi:キャスタに設けられる各車輪の下端と、隣り合う前方の車輪の下端との高さ方向のずらし量で、進行方向に沿ってh0,h1,…,hn-1
H:キャスタが乗り越える障害物の高さ(H=h0+h1+…+hn-1)
D:キャスタが乗り越える障害物の進行方向の長さ
li:駆動車輪の接地点と、各車輪が障害物に当たる点との間の進行方向の距離で、進行方向に沿ってl0,l1,…，ln-1
M:走行体の質量
g:重力加速度
L:駆動車輪の接地点と、走行体重心との間の進行方向の距離
di:車輪の回転中心と、隣り合う前方の車輪の回転中心との進行方向の距離で、進行方向に沿ってd1,…,dn-1
請求項２に係る発明は、ブラケットには、高さ方向、進行方向にずらして配置された３以上の車輪が回転可能に設けられ、進行方向において両端以外の車輪が接地するようにしたことを特徴とする請求項１記載の走行体である。
【０００８】
請求項３に係る発明は、前記複数の車輪のうち、進行方向において最前位置にある車輪の径を他の車輪の径より大きく設定したことを特徴とする請求項１又は２記載の走行体である。
【０００９】
請求項４に係る発明は、前記複数の車輪のうち、進行方向において最前位置にある車輪の硬さを他の車輪の硬さより柔らかく設定したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の走行体である。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明によれば、(1)式、(2)式のように複数の車輪を配置することにより、障害物の走破保証を行った走行体が得られる。
請求項２に係る発明によれば、走行体の後退する際に、キャスタが旋回できない場合でも障害物を走破できる。障害物を降りる際にも、後方の車輪があることで、衝撃が緩和される。
【００１１】
請求項３に係る発明によれば、前記複数の車輪のうち、進行方向において最前位置にある車輪の径を他の車輪の径より大きく設定したことにより、障害物の走破性が向上する。
請求項４に係る発明によれば、前記複数の車輪のうち、進行方向において最前位置にある車輪の硬さを他の車輪の硬さより柔らかく設定したことにより、最前位置にある車輪のグリップ力が向上し、障害物の走破性が向上する。更に、キャスタが障害物に当接した際の衝撃力を緩和することできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
(1)第１の形態例
最初に、図２を用いて第１の形態例の走行体の全体構成を説明する。（ａ）図は上面図、（ｂ）図は（ａ）図の正面図、（ｃ）図は（ｂ）図の下面図である。これらの図において、走行体１５１の車体１５３の進行方向の後部には２つの駆動車輪１５５が設けられている。車体１５３の前部には、キャスタ１６７が設けられている。このキャスタ１６７は、車体１５３の進行方向の前部に設けられ、車体に対して回転可能に設けられたブラケット１５７と、ブラケット１５７に設けられた複数の車輪からなり、（ｂ）図に示すように、ブラケット１５７の回転軸１５９の地面Ｊとの交点Ｋとキャスタ１６７の車輪の接地点Ｓとの間に間隔Δがあるようになっている。
【００１３】
次に、図３を用いて図２のキャスタ１６７の説明を行う。（ａ）図は正面図、（ｂ）図は（ａ）図の右側面図、（ｃ）図は（ｂ）図の下面図である。
ブラケット１５７には、以下の(1)式、(2)式のように配置される４つの車輪１６１、１６３、１６３‘、１６５が回転可能に設けられている。具体的には、進行方向にずらして配置された車輪１６１、１６３、１６３‘、１６５の下端と地面との間隔が、前方へ行くほどその間隔が大きくなるように設定されている。
車輪の高さ方向の配置
T/R × (ri-hi) × li / (√(ri2-( ri-hi)2)) > MgL…(1)
車輪の進行方向の配置
di  - √( ri2 - (ri-hi)2)  <  D…(2)
T:駆動車輪のトルク
R:駆動車輪の半径
i:整数で、0,1,…,n-1
ri:キャスタに設けられる各車輪の半径で、進行方向に沿ってr0,r1,…,rn-1
hi:キャスタに設けられる各車輪の下端と、隣り合う前方の車輪の下端との高さ方向のずらし量で、進行方向に沿ってh0,h1,…,hn-1
H:キャスタが乗り越える障害物の高さ(H=h0+h1+…+hn-1)
D:キャスタが乗り越える障害物の進行方向の長さ
li:駆動車輪の接地点と、各車輪が障害物に当たる点との間の進行方向の距離で、進行方向に沿ってl0,l1,…，ln-1
M:走行体の質量
g:重力加速度
L:駆動車輪の接地点と、走行体重心との間の進行方向の距離
di:車輪の回転中心と、隣り合う前方の車輪の回転中心との進行方向の距離で、進行方向に沿ってd1,…,dn-1
上記(1)式、(2)式は、以下のようにして求めた。
【００１４】
図４に示すように、駆動輪は床面に対して滑らないとする。駆動車輪１５５のトルクTによる走行体の推進力をFとすると
F=T/R
車輪0(６１)が最初に障害物に接触する。接触位置は、車輪0（６１）の最低位置からh0の高さの位置、障害物から受ける抗力N0は下記のように表すことができる。
【００１５】
N0 cosθ0 = F 
N0=F/cosθ0
また、cosθ0、sinθ0、は幾何学的な関係から下記のように表すことができる。
【００１６】
cosθ0 = (√(r02-( r0-h0)2)) / r0
sinθ0 = (r0-h0)/r0
tanθ0 = (r0-h0)  / (√(r02-( r0-h0) 2))
車輪0（６１）が床面に対して持ち上がるためには、駆動輪の床面との接地位置周りに回転する必要があり、これは、床面からの抗力N0の重力に対抗する成分であるN0 sinθ0によるモーメントが、走行体の重量Mgによるモーメントよりも大きいときに成り立つ。走行体の重心位置は図でGと表している。
【００１７】
N0 sinθ0 × l0 > MgL
よって、
(T/R) ×(sinθ0/cosθ0) × l0 > MgL
(T/R) ×(tanθ0 × l0) > MgL
(T/R) × (r0-h0) × l0 / (√(r02-( r0-h0) 2)) > MgL
である必要がある。これを満たすことにより、車輪0は段差を上ることができる。
【００１８】
車輪0（６１）が上ったことにより、車輪1（６３）が乗り上げなくてはならない段差高さはh1である。車輪0（６１）の場合と同様の考えで、
T/R × (r1-h1) × l1 / (√(r12-( r1-h1) 2)) > MgL
となる。
【００１９】
車輪2（６５）以降も同様となり、一般式は以下のようになる。
T/R × (ri-hi) × li / (√(ri2-( ri-hi)2)) > MgL
又、車輪0（６１）障害物に乗り上げた後、走行体が進行し、それにより車輪1（６３）が障害物に接地する前に、車輪0（６１）が障害物の終端から落ちてしまうと、車輪１（６３）が乗り越えなくてはならない障害物高さが高くなるので、下記を満たす必要がある。
【００２０】
d1  - √( r12 - (r1-h1) 2)  <  D
車輪２（６５）以降も同様となり、一般式は以下のようになる。
di  - √( ri2 - (ri-hi)2)  <  D
ここで、計算例を示す。図４のように３つの車輪によってキャスタを構成した場合で計算を行う。障害物高さに対して、車輪0（６１）、車輪1（６３）の設置位置および、車輪0（６１）の半径を求める例とする。
［条件］
障害物高さH = 25mm
障害物幅D  = 10mm
駆動車輪（１５５）トルクT  = 12Nm
駆動車輪半径R = 75mm
キャスタ車輪1（６３）半径 r1 = 25mm
キャスタ車輪2（６５）半径 r2 = 25mm
キャスタ車輪0（６１）接地位置l0 = 310mm
キャスタ車輪1（６３）接地位置l1 = 280mm
キャスタ車輪2（６５）接地位置l2 = 250mm
走行体質量 M = 60kg
走行体重心位置L = 100mm
以上から
T/R × (r2-h2) × l2 / (√(r22-( r2-h2) 2)) > MgL
を満たすｈ2の最大値は約4.3mm
これにより、車輪１（６３）の高さ方向のずらし量は決定する。
T/R × (r１-h１) × l１ / (√(r１2-( r１-h１) 2)) > MgL
を満たすh1の最大値は約5.1mm
これにより、車輪0（６１）の高さ方向のずらし量は決定する。
車輪0（６１）が障害物高さHを乗り越えるのに必要な車輪0（６１）の半径ｒ0を求める。
h0 = H-h1-h2 = 25 - 4.3 - 5.1 = 15.6mm
であり、
T/R × (r0-h0) × l0 / (√(r02-( r0-h0)2)) > MgL
を満たすr0の最小値は約67mm
となる。
また、進行方向の配置は、下記のように決定する。
d2-√(r22-(r2-h2) 2) < D
を満たすd2の最大値は約25mm
d1-√(r12-(r1-h1) 2) < D
を満たすd1の最大値は約26mm
このような構成の走行体の作動を図５にて説明する。走行体１５１が進行し（ａ）、障害物があると、最初に、キャスタ１６７の一番前の車輪１６１が障害物に乗り上げ（ｂ）、次に、車輪１６３が障害物に乗り上げ（ｃ）（ｄ）、最後に車輪１６５が障害物に乗り上げる（ｅ）。
【００２１】
このような構成によれば、(1)式、(2)式のように複数の車輪を配置することにより、障害物の走破保証を行った走行体が得られる。
さらに、上記計算例でキャスタの複数の車輪のうち、進行方向において最前位置にある車輪の半径(r0)が67mmで他の車輪の半径(r1、r2)25mmより大きくなっていることにより、障害物の走破性が向上する。
【００２２】
また、本発明は上記形態例に限定するものではない。キャスタに設けられる複数の車輪のうち、進行方向において最前位置にある車輪の硬さを他の車輪の硬さより柔らかく設定してもよい。このようにすれば、最前位置にある車輪のグリップ力が向上し、障害物の走破性が向上する。更に、キャスタが障害物に当接した際の衝撃力を緩和することできる。
【００２３】
(2)第２の形態例
図６を用いて説明する。なお、本形態例と第１の形態例との相違点は、キャスタであり、他の部分は同一なので、キャスタのみを説明する。キャスタ２６７のブラケット２５７には、３以上の車輪、本形態例では５つの車輪２６１、２６３、２６５，２６７，２６９が回転可能に設けられている。そして、進行方向において両端以外の車輪、本形態例では車輪２６５が接地するようにした
具体的には、進行方向にずらして配置された車輪２６１、２６３、２６５の下端と地面との間隔が、前方へ行くほどその間隔が大きくなるように設定されている。また、進行方向にずらして配置された車輪２６５，２６７，２６９の下端と地面との間隔が後方に行くほどその間隔が大きくなるように設定されている。
【００２４】
なお、車輪２６１、２６３、２６５の配置は、前述した(1)式、(2)式のように配置される。更に車輪２６５，２６７，２６９の配置も、前述した(1)式、(2)式のように配置される。
【００２５】
このような構成の効果を図７を参照して説明する。（ａ）図に示すように、第１の形態例のキャスタ１６７を用いて障害物を乗り越えた直後に走行体が後退する際、キャスタ１６７が旋回するのに十分な距離を確保できないような場合がある。しかし、本形態例のキャスタ２６７であれば、キャスタ２６７が旋回せずに、車輪２６５，２６７，２６９を用いて障害物を乗り越えることができる。
【００２６】
また、障害物を降りる際にも、後方車輪である車輪２６５，２６７，２６９が階段状になっていることで、衝撃が緩和される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】請求項１に係る発明の原理図である。
【図２】第１の形態例の走行体の全体構成図である。
【図３】図２のキャスタを説明する図である。
【図４】(1)式、（2）式の説明図である。
【図５】図２の走行体の作動を説明する図である。
【図６】第２の形態例のキャスタを説明する図である。
【図７】第２の形態例の効果を説明する図である。
【図８】従来のキャスタを説明する図である。
【符号の説明】
【００２８】
５１  走行体
５３  車体
５５  駆動車輪
５７  ブラケット
５９  回転軸
６１，６３，６５  車輪
６７  キャスタ
【図１】
2006076495.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006076495.tif 000007
【図６】
2006076495.tif 000008
【図７】
2006076495.tif 000009
【図８】
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