(57)【要約】本体部（１１）に対してベアリング機構（３９）を介して回転可能な回転枠（２２）と、一端が回転枠（２２）に回動可能に取り付けられる第１の脚アーム（２６）と、一端が第１の脚アーム（２６）に回動可能に取り付けられる第２の脚アーム（２７）とを有し、回転枠（２２）に等間隔に複数設けられた展開脚車輪（２５）と、周囲にねじ部（３５，３６）が形成され、回転されることでランナ（３７，３８）を移動するスクリュー（３２）と、第１及び第２の脚アーム（２６，２７）とランナ（３７，３８）との間を連結し、ランナ（３７，３８）の移動に従って第１の脚アーム（２６）と第２の脚アーム（２７）を回動する操作機構（４１）とを備える。スクリュー（３２）が回転しランナ（３７，３８）が移動することで、展開脚車輪（２５）を開閉し、回転枠（２２）が回転することで、展開脚車輪（２５）が回転する。小型で携行性に優れるとともに、不整地走破性にも優れる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒形状をなす本体部と、
上記本体部の周囲にベアリングを介して回転自在に取り付けられる回転枠と、
上記本体部の相対する各側面部に設けられる走行部とを備え、
上記走行部は、
上記本体部にベアリングを介して取り付けられた回転枠を回転する駆動部と、
一端が上記回転枠に回動可能に取り付けられる第１の脚アームと上記一端が上記第１の脚アームに回動可能に取り付けられる第２の脚アームとを有する展開脚が、上記回転枠に等間隔に複数設けられた展開脚車輪と、
周囲にねじ部が形成され、駆動源によって回転するスクリューと、
上記スクリューのねじ部に係合されて、上記スクリューの軸線方向に移動するランナと、
上記第１及び第２の脚アームと上記ランナとの間を連結し、上記ランナの移動に従って上記第１の脚アームと上記第２の脚アームを回動する操作機構とを有し、
上記スクリューが回転し、上記ランナが上記軸線方向に移動することで、上記操作機構は、上記第１の脚アームと第２の脚アームとをそれぞれ回動して上記展開脚車輪を開閉し、
上記駆動部によって、上記回転枠が回転することで、上記回転枠に取り付けられている上記展開脚車輪が回転し、走行する走行ロボット。
【請求項２】
上記操作機構は、一端部が上記ランナに回動可能に取り付けられ、他端部が上記第１の脚アームに回動可能に取り付けられた第１の操作アームと、一端部が上記第１の操作アームに回動可能に取り付けられ、他端部が上記第２の脚アームに回動可能に取り付けられた第２の操作アームとを有する請求項１記載の走行ロボット。
【請求項３】
上記操作機構は、上記ランナと一体の環状のベアリング機構と接続されている請求項１記載の走行ロボット。
【請求項４】
上記駆動源は、一の駆動モータであり、
上記スクリューは、一方の側に、第１のねじ部が形成され、他方の側に第２のねじ部が形成され、
上記第１のねじ部と第２のねじ部は、互いに逆向きであり、
上記スクリューは、上記一の駆動モータによって回転され、
上記第１のねじ部と上記第２のねじ部のそれぞれに上記ランナが係合され、上記スクリューが回転したとき、それぞれのランナが互いに近接離間する方向に移動することで、上記操作機構は、それぞれの上記走行部の展開脚車輪を同期して開閉する請求項１記載の走行ロボット。
【請求項５】
上記駆動源は、一の駆動モータであり、
上記スクリューは、一方の側に、第１のねじ部が形成され、他方の側に第２のねじ部が形成され、
上記第１のねじ部と第２のねじ部は、互いに同じ向きであり、
上記スクリューは、上記一の駆動モータによって回転され、
上記第１のねじ部と上記第２のねじ部のそれぞれに上記ランナが係合され、上記スクリューが回転したとき、それぞれのランナが上記スクリューの軸線方向を同方向に移動することで、上記操作機構は、それぞれの上記走行部の展開脚車輪を開閉方向が互いに逆向きとなるように開閉し、該走行ロボットが曲がることできるようにした請求項１記載の走行ロボット。
【請求項６】
上記スクリューの先端部は、上記本体部の側面部に回転自在に支持されている
請求項１記載の走行ロボット。
【請求項７】
上記スクリューは、複数であり、上記一の駆動源によって同期して回転され、
それぞれのスクリューの第１のねじ部と第２のねじ部のそれぞれに上記ランナが係合され、
それぞれの上記ランナと上記第１及び第２の脚アームとの間に、上記ランナの移動に従って上記第１の脚アームと上記第２の脚アームを回動する操作機構が設けられ、
上記スクリューが回転したとき、上記スクリューの軸線方向に移動することで、上記操作機構は、それぞれの上記走行部の展開脚車輪を開閉する請求項４又は請求項５記載の走行ロボット。
【請求項８】
上記駆動部は、上記本体部の各側面部に設けられた走行部のそれぞれに対して、駆動モータを有するスキッドステア方式である
請求項１記載の走行ロボット。
【請求項９】
該走行ロボットは、連結機構によって、複数台連結され、
先行する走行ロボットが段差を上がったとき、該先行する走行ロボットは、上記展開脚車輪を閉じるように小径化し、上記段差下の走行ロボットは、上記展開脚車輪を開くように大径化する請求項１記載の走行ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不整地走破性に優れる展開脚車輪方式の走行ロボットに関する。
本出願は、日本国において２０１０年２月２２日に出願された日本特許出願番号特願２０１０−０３６５４８を基礎として優先権を主張するものであり、この出願を参照することにより、本出願に援用される。
【背景技術】
【０００２】
大規模地震等の大規模災害が発生した現場では、二次災害の防止のため、救急隊も直ちに突入することができないことがある。そこで、災害現場では、被害者や救助隊の安全確保のためにも、事前に、安全な経路の探索、危険物や被害者の捜索等の情報収集が重要である。これらが生起する環境は、市街地や建物内の比較的平坦な場所ばかりではなく、砂地や草地等の自然環境、地下鉄構内や地下道等人工的な凹凸の多い場所も想定される。人に代わって危険な情報収集を行うロボットとして、小型・軽量で携行性も良く、どのような環境でも安定的に走行できる対地適応性の高い走行ロボットが望まれる。【０００３】
これまで様々な情報収集ロボットの開発がされてきたが、近年の傾向としては、装備として隊員の負担にならない程度の小型・軽量のものが増えつつある。【０００４】
例えば、三菱電機特機システム株式会社と総務省消防庁は、クローラー型の移動ロボットとしてFRIGO−Mを共同開発した（下記非特許文献１参照）。この移動ロボットは、全長０．４３７［ｍ］、全幅０．３５０［ｍ］、全高０．１５２［ｍ］、質量約１２［ｋｇ］であり、走行速度は約１．１［ｍ／ｓ］と速く、不整地走破性も高い。【０００５】
しかしながら、携行に人員一名を要するため携行性が良いとは言い難い。【０００６】
また、RECON ROBOTICS社（米国）は、小型・軽量で実用的なRECON SCOUT THROWBOTを開発し、警察等で実用試験を行っている（下記非特許文献２参照）。車輪径０．０７６［ｍ］、全幅０．１８７［ｍ］、バランサ（尻尾）長０．１０２［ｍ］、質量約０．６［ｋｇ］であり、走行速度は約０．３［ｍ／ｓ］である。非常に小型・軽量で構造も簡素であるが、二輪型であるため、建物内にあるケーブル等の小さな凹凸も乗り越えることが難しく、不整地走破性が低い。また、後部についているバランサ（尻尾）は、動力を持たないため走行中は抵抗であり、バランサ（尻尾）を破損してしまった場合には、走行不可能となってしまう。構造的にも、走行中の様々な衝撃をモータに直接に伝えてしまい、動力伝達部の故障を引き起こしやすい。【０００７】
更に、また、DRAPER研究所（米国）が開発した可変型のSPINY BALLは、ソフトボール程度の大きさで携行し、使用時に車輪から刺を広げ不整地走破性を向上させるものだが、車輪径を無段階に変更できないため、環境の狭隘状況に細かく対応できない（下記非特許文献３参照）。【０００８】
なお、これら２つのロボットは、災害、犯罪現場のほか、車下、床下、天井裏等狭隘な空間での情報収集を目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２３７９９１号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】小型クローラー移動ロボット（FRIGO-M）を紹介したホームページ、インターネット〈URL：http://www.melos.co.jp/jigyou/product/index13.html(2010年2月検索)〉
【非特許文献２】RECON SCOUT THROWBOTを紹介したホームページ、インターネット〈URL：http://www.recon-scout.com/products/photos.cfm(2010年2月検索)〉
【非特許文献３】M.Barnes,H.R.Everett,and P.Rudakevych. "ThrowBot: Design Considerations for a Man-Portable Throwable Robot", In Proceedings of SPIE vol. 5804, March 2005.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明は、不整地走破性にも優れた走行ロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決するために、本発明に係る走行ロボットは、略円筒形状をなす本体部と、上記本体部の周囲にベアリングを介して回転自在に取り付けられる回転枠と、上記本体部の相対する各側面部に設けられる走行部とを備える。【００１３】
上記走行部は、上記本体部にベアリングを介して取り付けられた回転枠を回転する駆動部と、一端が上記回転枠に回動可能に取り付けられる第１の脚アームと上記一端が上記第１の脚アームに回動可能に取り付けられる第２の脚アームとを有する展開脚が、上記回転枠に等間隔に複数設けられた展開脚車輪と、周囲にねじ部が形成され、駆動源によって回転するスクリューと、上記スクリューのねじ部に係合されて、上記スクリューの軸線方向に移動するランナと、上記第１及び第２の脚アームと上記ランナとの間を連結し、上記ランナの移動に従って上記第１の脚アームと上記第２の脚アームを回動する操作機構とを有する。【００１４】
上記スクリューが回転し、上記ランナが上記軸線方向に移動することで、上記操作機構は、上記第１の脚アームと第２の脚アームとをそれぞれ回動して上記展開脚車輪を開閉し、上記駆動部によって、上記回転枠が回転することで、上記回転枠に取り付けられている上記展開脚車輪が回転し、走行する。【００１５】
上記操作機構は、例えば、一端部が上記ランナに回動可能に取り付けられ、他端部が上記第１の脚アームに回動可能に取り付けられた第１の操作アームと、一端部が上記第１の操作アームに回動可能に取り付けられ、他端部が上記第２の脚アームに回動可能に取り付けられた第２の操作アームとを有する。【００１６】
また、上記操作機構は、上記ランナと一体の環状のベアリング機構と接続され、展開脚車輪とともに回転するようになっている。【００１７】
上記スクリューの駆動源は、一の駆動モータであり、上記スクリューは、一方の側に、第１のねじ部が形成され、他方の側に第２のねじ部が形成され、上記第１のねじ部と第２のねじ部は、互いに逆向きに形成されている。上記スクリューは、上記一の駆動モータによって回転され、上記第１のねじ部と上記第２のねじ部のそれぞれに上記ランナが係合され、上記スクリューが回転したとき、それぞれのランナが互いに近接離間する方向に移動する。これにより、上記操作機構は、それぞれの上記走行部の展開脚車輪を同期して開閉する。【００１８】
また、上記第１のねじ部と第２のねじ部は、互いに同じ向きに形成されている。上記スクリューは、上記一の駆動モータによって回転され、上記第１のねじ部と上記第２のねじ部のそれぞれに上記ランナが係合され、上記スクリューが回転したとき、それぞれのランナが上記スクリューの軸線方向を同方向に移動する。これにより、上記操作機構は、それぞれの上記走行部の展開脚車輪を開閉方向が互いに逆向きとなるように開閉し、該走行ロボットが曲がることできるようにする。これは、回転枠を回転する駆動部が一つの駆動モータで構成されるときに、特に有効である。
また、上記スクリューは、上記展開脚車輪の回転軸の軸線と同方向に配置されており、上記スクリューの先端部は、上記本体部の側面部に回転自在に支持されていても良い。
また、上記スクリューは、複数であり、上記一の駆動源によって同期して回転され、それぞれのスクリューの第１のねじ部と第２のねじ部のそれぞれに上記ランナが係合され、それぞれの上記ランナと上記第１及び第２の脚アームとの間に、上記ランナの移動に従って上記第１の脚アームと上記第２の脚アームを回動する操作機構が設けられ、上記スクリューが回転したとき、上記スクリューの軸線方向に移動することで、上記操作機構が、それぞれの上記走行部の展開脚車輪を開閉するようにしても良い。この場合の各スクリューの第1のねじ部と第2のねじ部の向きは、逆向きでも、同じ向きであっても良い。
更に、上記駆動部は、上記本体部の各側面部に設けられた走行部のそれぞれに対して、駆動モータを有するスキッドステア方式とし、超信地旋回を可能としても良い。【００１９】
また、該走行ロボットは、連結機構によって、複数台連結され、先行する走行ロボットが段差を上がったとき、該先行する走行ロボットは、上記展開脚車輪を閉じるように小径化し、上記段差下の走行ロボットは、上記展開脚車輪を開くように大径化する。これにより、本体部の上下変動を小さくすることができる。【００２０】
本発明によれば、本体部に対してベアリング機構を介して回転可能な回転枠が取り付けられた展開脚車輪が開閉して直径が変化することから、乗り越えられる凹凸の大きさや走行速度を早くできる等、路面の状況に応じた効率のよい走行を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明が適用された走行ロボットの一部切り欠き斜視図である。
【図２】図２は、本発明が適用された走行ロボットの展開脚車輪方式の原理を示す断面図である。
【図３】図３は、展開脚車輪が最も閉じた状態を示す側面図である。
【図４】図４は、展開脚車輪が最も閉じた状態を示す側面図である。
【図５】図５は、連結された走行ロボットが段差を乗り上げる状態を示す側面図である。
【図６】図６は、本発明が適用された走行ロボットの変形例であり、ランナが互いに同方向に移動する走行ロボットの断面図である。
【図７】図７は、図２の変形例を示す断面図であり、２本のスクリューの第1のねじ部と第2のねじの向きが逆向きの例を示す。
【図８】図８は、図６の変形例を示す断面図であり、２本のスクリューの第１のねじ部と第2のねじの向きが同じの例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明が適用された走行ロボットについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．走行ロボットの概要
２．走行ロボットの構成
２−１  全体構成
２−２  展開脚車輪方式
３．変形例
３−１  変形例１
３−２  変形例２
３−３  変形例３
３−４  変形例４
３−５  変形例５
【００２３】
１．走行ロボットの概要
発明者らが、ここで提案する走行ロボットは次の通りである。
【００２４】
（１）  小型：爆発物等の不審物は、車下に設置されることも多く、この様な狭隘な場所の捜索を可能とするため、ロボットの全高は、一般的な自動車の最低地上高を考慮した０．１２［ｍ］以下とする。
【００２５】
（２）  軽量：救助隊員は、約２６〜２７［ｋｇ］にもなる様々な救助器材を携行しなければならない。隊員一人が携行できる限界質量は約３０［ｋｇ］と言われている。すなわち、新たな装備となるロボットに許される質量は、数ｋｇ程度と考えられる。そこで、隊員の負担を極力軽減させるために、ロボットの質量は、１．５［ｋｇ］以下とする。
【００２６】
（３）  機動性：協働する隊員の歩行速度と操縦性を考慮し、走行速度は０．３〜１．１［ｍ／ｓ］程度とする。また、建物内にあるケーブルや段差等の小さな凹凸、屋外にある砂地、草地、水溜り等の不整地を安定的に走破できるように、路面の状況に応じて車輪径を２倍まで任意に変更可能とする。そして、狭隘な空間で超信地旋回を可能とする２輪独立駆動のスキッドステア方式とする。
【００２７】
２．走行ロボットの構成
（２−１）  全体構成
図１に示すように、本発明が適用された走行ロボット１は、略円筒形状をなす本体部１１を有する。この本体部１１は、内部に、走行箇所を撮像する撮像部１２、電源となるバッテリ１３、複数の駆動モータ、駆動モータを駆動制御するモータドライバ１４等が設けられている。
【００２８】
撮像部１２は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサを撮像素子に用いた小型カメラであって、撮像レンズを、本体部１１より外部に臨ませるように取り付けられている。
【００２９】
バッテリ１３は、例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等である。なお、バッテリ１３は、一次電池であっても良い。
【００３０】
以上のように構成された本体部１１内には、図示しないが、撮像データや制御データの送受信を行う無線ユニット、全体の動作を制御するコントローラ等が内蔵されている。無線ユニットは、遠隔操作装置と無線でデータをやりとりするものであり、走行ロボット１を走行、停止等させるための制御データを送受信するとともに、撮像部１２で撮像した動画像データを、遠隔操作装置に送信する。また、コントローラは、例えば、無線ユニットで、駆動モータの制御データを受信すると、受信した制御データをモータドライバ１４に出力し、モータドライバ１４によって駆動モータを駆動制御する。また、コントローラは、撮像部１２で撮像した動画像データ等の撮像データを、無線ユニットを介して遠隔操作装置等に送信する。
【００３１】
なお、走行ロボット１には、以上説明したユニットの他に、又は選択的に、ＧＰＳ（Galileo positioning system，Global Positioning System)ユニットやマイクユニットやライト等の他のユニットを設けるようにしても良い。また、遠隔操作装置との通信は、有線や赤外線通信であっても良い。また、送受信データは、暗号化されていても良い。この場合、送信機に暗号化処理部を設け、受信機に復号処理部を設けるようにする。
【００３２】
（２−２）  展開脚車輪方式
図１及び図２に示すように、この走行ロボット１では、略円筒状をなす本体部１１の相対する側面部に走行部２１，２１が設けられ、それぞれの走行部２１に、展開脚車輪方式が採用されている。なお、走行部２１，２１のそれぞれは、同じ構成を備えているため、以下の説明では、一方の走行部２１を例に取り説明する。
【００３３】
略円筒形状をなす本体部１１には、周囲に、回転枠２２が回転自在に取り付けられている。この回転枠２２は、ベアリング機構２３，２３を介して取り付けられている。ベアリング機構２３，２３は、外輪２３ａと内輪２３ｂとでボール２３ｃを挟み込んで構成されており、ここでは、外輪２３ａが回転枠２２に取り付けられ、内輪２３ｂが本体部１１の本体枠１５に取り付けられている。
【００３４】
この回転枠２２は、側面部２２ａにおいて、本体部１１の内部に設けられた走行用駆動モータ２４の駆動軸２４ａに取り付けられている。具体的に、本体部１１内の走行用駆動モータ２４の駆動軸２４ａは、本体枠１５の側面部１５ａの貫通孔１５ｂを貫通して、回転枠２２の側面部２２ａの中心に固定される。したがって、回転枠２２は、走行用駆動モータ２４を駆動源として、本体部１１の本体枠１５の周囲を、ベアリング機構２３を介して回転する。走行用駆動モータ２４は、本体部１１の相対する側面部にある展開脚車輪に応じてそれぞれ設けられており、独立制御される。したがって、この走行ロボット１では、超信地旋回が可能となっている。
【００３５】
この回転枠２２には、展開脚車輪２５が設けられている。この展開脚車輪２５は、第１の脚アーム２６と第２の脚アーム２７とで構成される展開脚２８を複数有する。そして、この展開脚２８は、回転枠２２の外周部に、等間隔に複数、ここでは８つ設けられている。各展開脚２８を構成する第１の脚アーム２６は、直線状の棒状部材であり、一端部が回転枠２２の外周部に、回動軸２６ａを中心に回動可能に取り付けられている。また、第１の脚アーム２６の他端部側には、第２の脚アーム２７の一端部が回動軸２７ａを中心に回動可能に取り付けられている。この第２の脚アーム２７も、直線状の棒状部材であり、他端部が、地面への接地端部となる。この接地端部は、走行ロボット１が安定した姿勢を維持できるように、例えば先端部を折り曲げて地面と略平行となるようにしても良い。また、接地端部には、弾性体等を取り付けても良い。
【００３６】
以上のような展開脚２８を複数備えた展開脚車輪２５は、第１の脚アーム２６が回動軸２６ａを中心に回動するとともに第２の脚アーム２７が回動軸２７ａを中心に回動することで、開閉し、車輪の直径を可変することができる。
【００３７】
本体部１１内には、この回転脚を開閉操作するための駆動源として、展開脚用駆動モータ３１が設けられ、この展開脚用駆動モータ３１によって、スクリュー３２が回転されるようになっている。この展開脚用駆動モータ３１の駆動軸３１ａには、第１のギヤ３３が取り付けられ、第１のギヤ３３は、スクリュー３２の長手方向略中央に固定された第２のギヤ３４と噛合されている。
【００３８】
スクリュー３２は、本体部１１の長手方向に亘って配設されるものであり、略中央より一方の側に、本体部１１の一方の側面部２２ａ側に設けられた走行部２１の展開脚車輪２５を開閉するための第１のねじ部３５が設けられ、略中央より他方の側に、本体部１１の他方の側面部２２ａ側に設けられた走行部２１の展開脚車輪２５を開閉するための第２のねじ部３６が設けられている。第１のねじ部３５と第２のねじ部３６とは、互いに逆向きのねじ溝が形成されている。
【００３９】
第１のねじ部３５と第２のねじ部３６とには、それぞれ第１のランナ３７と第２のランナ３８が取り付けられている。
【００４０】
第１及び第２のランナ３７，３８は、それぞれ貫通孔の内周面に、ナット部が形成されており、ナット部が第１及び第２のねじ部３５，３６と係合されている。したがって、第１のランナ３７と第２のランナ３８は、スクリュー３２が回転されると、互いに近接離間する方向に移動する。
【００４１】
第１のランナ３７と第２のランナ３８のそれぞれには、環状のベアリング機構３９が取り付けられている。ベアリング機構３９は、例えばドライベアリングであって、内輪３９ａが第１のランナ３７と第２のランナ３８のそれぞれに取り付けられている。また、外輪３９ｂは、展開脚２８の数に対応して、展開脚２８と同数の操作機構の第１の操作アーム４２の一端部が回動軸４２ａを中心に回動可能に取り付けられている。したがって、このベアリング機構３９は、第１及び第２のランナ３７，３８と一体的にスクリュー３２の軸線方向に移動し、更に、外輪３９ｂが回転枠２２とともに本体部１１に対して回転することになる。
【００４２】
このベアリング機構３９の外輪３９ｂには、第１及び第２の脚アーム２６，２７と連結し、それぞれのアーム２６，２７を回動操作する操作機構４１が設けられている。操作機構４１は、第１の操作アーム４２によって、ベアリング機構３９の外輪３９ｂと第１の脚アーム２６とを接続し、第２の操作アーム４３によって、第１の操作アーム４２と第２の脚アーム２７とを接続する。
【００４３】
具体的に、第１の操作アーム４２は、直線状の棒状部材であり、一端部が第１及び第２のランナ３７，３８と一体的なベアリング機構３９の外輪３９ｂに回動軸４２ａを中心に回動可能に取り付けられている。また、他端部が第１の脚アーム２６の中程に、回動軸４２ｂを中心に回動可能に取り付けられている。第２の操作アーム４３は、一端部が第１の操作アーム４２の中程に回動軸４３ａを中心に回動可能に取り付けられ、他端部が第２の脚アーム２７一端部に回動軸４３ｂを中心に回動可能に取り付けられている。
【００４４】
以上のように構成される展開脚車輪２５は、車輪径を、例えば０．１２〜０．２４［ｍ］の範囲で任意に変更できる。
【００４５】
ところで、本体部１１の本体枠１５や回転枠２２には、ベアリング機構３９や操作機構４１を外部に臨ませる開口部４４及び／又は開口部４５が第１及び第２のランナ３７，３８の移動範囲に亘って形成されている。そして、開口部４４及び／又は開口部４５の第１及び第２のランナ３７，３８の移動方向の両端部は、第１及び第２のランナ３７，３８の移動範囲を規制するメカ端となっている。
【００４６】
なお、本体部１１には、図１に示すように、進行方向上流側に尻尾となるバランサ２９が設けられ、二輪で、走行ロボット１が走行できるようになっている。
【００４７】
以上のように構成された展開脚車輪方式では、図２に示すように、展開脚用駆動モータ３１が駆動されて、スクリュー３２が図２中矢印Ａ方向に回転すると、第１及び第２のランナ３７，３８は互いに離間する図２中矢印Ｃ方向に移動する。すると、回転枠２２に回動可能に取り付けられている第１の脚アーム２６と第２の脚アーム２７は、ともに、開く方向に回動する。これにより、展開脚車輪２５は、図２中矢印Ｅ方向に開く、すなわち直径が大きくなり、図３に示す状態となる。
【００４８】
一方、スクリュー３２が図２中矢印Ｂ方向に回転すると、第１及び第２のランナ３７，３８は互いに近接する図２中矢印Ｄ方向に移動する。すると、回転枠２２に回動可能に取り付けられている第１の脚アーム２６と第２の脚アーム２７は、ともに、閉じる方向に回動する。これにより、展開脚車輪２５は、図２中矢印Ｆ方向に閉じる、すなわち直径が小さくなり、図４に示す状態となる。
【００４９】
以上のように、展開脚車輪２５が開閉する展開脚車輪方式において、走行用駆動モータ２４が正転又は逆転駆動することによって、回転枠２２は、回転する。これにより、回転枠２２に取り付けられている展開脚車輪２５，２５は、回転枠２２の回転方向と同方向に回転することになる。この際、固定側の本体部１１内部の第１及び第２のランナ３７，３８と第１及び第２の脚アーム２６，２７とを接続する操作機構４１の第１の操作アーム４２と第２の操作アーム４３は、ベアリング機構３９外輪３９ｂに取り付けられているので、展開脚車輪２５と同じように回転する。
【００５０】
以上のような展開脚車輪方式では、平地や不整地など路面の状況に応じて車輪径を変更できる。したがって、車下等の狭隘な空間には車輪径を縮小することで侵入でき、また、砂地、草地、水溜りなど凹凸のある不整地では、車輪径を拡大することで効率的に走行でき、高い対地適応性を有することになる。また、この走行ロボット１では、車輪径も本設計では約２倍まで拡大できるため、乗り越えられる凹凸の大きさや走行速度を２倍程度まで速くできる等、路面の状況に応じた効率のよい走行を行うことができる。また、これを、以下に説明するように、４輪車や６輪車等に応用することで、不整地の走破性を更に向上させることもできる。
【００５１】
なお、直線走行する場合、コントローラは、モータドライバ１４によって、走行部２１，２１のそれぞれの走行用駆動モータ２４を同方向に同速度して駆動し、進行方向を曲げる場合には、左右の展開脚車輪２５，２５の回転速度を変える。具体的に、走行ロボット１は、展開脚車輪２５の速度を遅くした方に曲がることになる。また、超信地旋回をする場合、コントローラは、モータドライバ１４によって、走行部２１，２１の走行用駆動モータ２４を同速度で互いに反対に回転させることになる。
【００５２】
なお、発明者らは、具体的に表１に示す走行ロボット１を試作した。
【００５３】
【表１】
2011102528.tif 000003
【００５４】
以上のように、本発明が適用された走行ロボット１では、救助隊員が携行する際の負担を軽減できる全長０．２６４［ｍ］、全幅０．２３４［ｍ］、全高０．１２０［ｍ］と小型化、質量１．４６［ｋｇ］と小型化、軽量化が図れ、優れた高い対地適応性を有することになる。
【００５５】
３．変形例
（３−１）  変形例１
なお、ここでは、１本のスクリュー３２に第１及び第２のねじ部３５，３６を設け、展開脚用駆動モータ３１を１つとした例を説明したが、第１及び第２のねじ部３５，３６に応じて、スクリュー３２を２本設け、展開脚用駆動モータ３１を２本のスクリュー３２に応じて２つ設けるようにしても良い。この場合には、左右で展開脚車輪２５の直径を個別に変えることができ、これにより、走行用駆動モータ２４の回転速度が同じであっても、走行ロボット１の進行方向を曲げることができる。
（３−２）  変形例２
以上のように構成された走行ロボット１は、更に複数台を連結することで、単体では走破できない大きな障害を走破できるようになる。
【００５６】
すなわち、図５に示すように、本発明が適用された走行ロボット１ａ，１ａは、リンク機構４６，４６に連結されている。各走行ロボット１ａ，１ａは、上記図１−図４を用いた走行ロボット１の本体部１１に、多自由度リンク機構４６ａ，４６ａが設けられ、多自由度リンク機構４６ａ，４６ａは、例えば柔軟性を有する連結部材４７，４７によって連結されている。
【００５７】
また、段差５０を乗り越える場合、段差５０を乗り越えた先行する先頭の走行ロボット１ａは、展開脚車輪２５を小径にし、段差５０を乗り越えていない走行ロボット１ａの展開脚車輪２５を大径にする。これにより、段差５０を乗り越えた走行ロボット１ａと段差５０を乗り越えていない走行ロボット１ａの本体部１１の高さの変化量を小さくすることができる。例えば、走行ロボット１ａが撮像部１２を有する場合には、本体部１１の高さの変化量を小さくすることで、撮像データの高さ方向の像ぶれを小さくすることができる。
【００５８】
なお、以上のように、走行ロボット１ａを連結した場合には、４輪以上となることから、尻尾となるバランサ２９は不要となる。
【００５９】
（３−３）  変形例３
図６に示すように、スクリュー３２は、第１及び第２のねじ部５１，５２を同じ向きのねじ溝で形成するようにしても良い。この場合には、スクリュー３２が一方向に回転すると、第１のランナ３７と第２のランナ３８とはスクリュー３２の軸線方向に同じ向きに移動することになる。すなわち、スクリュー３２が図６中矢印Ａ方向に回転したとき、第１及び第２のランナ３７，３８は、ともに、図６中矢印Ｃ方向に移動し、第１のランナ３７側の展開脚車輪２５は、図６中矢印Ｅ方向に開く、すなわち直径が大きくなり、第２のランナ３８側の展開脚車輪２５は、図６中矢印Ｆ方向に閉じる、すなわち直径が小さくなる。
【００６０】
これとは逆に、スクリュー３２が図６中矢印Ｂ方向に回転したとき、第１及び第２のランナ３７，３８は、ともに、図６中矢印Ｄ方向に移動し、第１のランナ３７側の展開脚車輪２５は、図６中矢印Ｆ方向に閉じる、すなわち直径が小さくなり、第２のランナ３８側の展開脚車輪２５は、図６中矢印Ｅ方向に開き、すなわち直径が大きくなる。
【００６１】
以上のように、左右の展開脚車輪２５，２５は、大きさが異なることになり、走行用駆動モータ２４の回転数が同じであっても、走行ロボット１の進行方向を曲げることができる。図６の例のように、第１及び第２のねじ部５１，５２を同じ向きのねじ溝で形成し第１のランナ３７と第２のランナ３８とが同じ方向に移動するようにした場合、回転枠２２を回転する走行用駆動モータ２４を１つにし、この１つの駆動モータ２４で左右の展開脚車輪を駆動するようにしたときに、特に有効である。
【００６２】
なお、図６に示す走行ロボット１についても、図５に示すように、リンク機構４６で複数台を連結するようにしても良い。
（３−４）  変形例４
また、上述した図２及び図６では、１本のスクリュー３２を回転させることによって、操作機構４１を介して両側の展開脚車輪２５，２５を開閉させる例を説明したが、図７に示すように、スクリュー３２を複数本用いるようにし、展開脚車輪２５，２５を円滑に開閉できるようにしても良い。
ここで、図７は、図２に示した展開脚車輪方式のスクリュー３２を２本にした例を示している。図７の例では、互いに平行な２本のスクリュー３２，３２のそれぞれに第２のギヤ３４，３４が設けられており、第２のギヤ３４，３４は、展開脚用駆動モータ３１の第１のギヤ３３と噛合されている。これにより、２本のスクリュー３２，３２は、同方向に同期して回転する。
各スクリュー３２，３２の各先端部は、本体部１１を構成する本体枠１５の側面部１５ａに回転自在に支持されている。具体的に、各スクリュー３２，３２の先端部は、ドライベアリングやボールベアリグといったベアリング３２ａ，３２ａに取り付けられている。これにより、各スクリュー３２，３２は、長尺でありながら、本体枠１５内に、展開脚車輪２５，２５と回転軸線と平行に、回転自在に安定した状態で取り付けられる。なお、上記図２の例においても、スクリュー３２の各先端部を、本体部１１を構成する本体枠１５の側面部１５ａに回転自在に支持するようにしても良い。
図７の例では、各スクリュー３２，３２の第１のねじ部３５と第２のねじ部３６とは、図２の場合と同様に、互いに逆向きのねじ溝が形成されている。そして、それぞれのスクリュー３２，３２の第１のねじ部３５と第２のねじ部３６には、それぞれ第１のランナ３７と第２のランナ３８が取り付けられている。第１のランナ３７と第２のランナ３８は、スクリュー３２，３２が回転されると、互いに近接離間する方向に移動する。
第１のランナ３７と第２のランナ３８のそれぞれには、環状のベアリング機構３９が取り付けられている。ベアリング機構３９は、内輪３９ａが第１のランナ３７と第２のランナ３８のそれぞれに取り付けられている。また、外輪３９ｂは、展開脚２８の数に対応して、展開脚２８と同数の操作機構の第１の操作アーム４２の一端部が回動軸４２ａを中心に回動可能に取り付けられている。したがって、このベアリング機構３９は、第１及び第２のランナ３７，３８と一体的にスクリュー３２，３２の軸線方向に移動し、更に、外輪３９ｂが回転枠２２とともに本体部１１に対して回転することになる。
そして、このベアリング機構３９の外輪３９ｂには、第１及び第２の脚アーム２６，２７と連結し、それぞれのアーム２６，２７を回動操作する操作機構４１が設けられている。操作機構４１は、第１の操作アーム４２によって、ベアリング機構３９の外輪３９ｂと第１の脚アーム２６とを接続し、第２の操作アーム４３によって、第１の操作アーム４２と第２の脚アーム２７とを接続する。第１の操作アーム４２は、一端部が第１及び第２のランナ３７，３８と一体的なベアリング機構３９の外輪３９ｂに回動軸４２ａを中心に回動可能に取り付けられている。また、他端部が第１の脚アーム２６の中程に、回動軸４２ｂを中心に回動可能に取り付けられている。第２の操作アーム４３は、一端部が第１の操作アーム４２の中程に回動軸４３ａを中心に回動可能に取り付けられ、他端部が第２の脚アーム２７一端部に回動軸４３ｂを中心に回動可能に取り付けられている。
以上のように構成された展開脚車輪方式では、スクリュー３２，３２が図７中矢印Ａ方向に回転すると、スクリュー３２，３２のそれぞれの第１及び第２のランナ３７，３８は互いに離間する図７中矢印Ｃ方向に移動する。すると、回転枠２２に回動可能に取り付けられている第１の脚アーム２６と第２の脚アーム２７は、ともに、開く方向に回動する。これにより、展開脚車輪２５は、図２中矢印Ｅ方向に開く、すなわち直径が大きくなり、図３に示す状態となる。一方、スクリュー３２が図７中矢印Ｂ方向に回転すると、スクリュー３２，３２のそれぞれの第１及び第２のランナ３７，３８は互いに近接する図７中矢印Ｄ方向に移動する。すると、回転枠２２に回動可能に取り付けられている第１の脚アーム２６と第２の脚アーム２７は、ともに、閉じる方向に回動する。これにより、展開脚車輪２５は、図７中矢印Ｆ方向に閉じる、すなわち直径が小さくなり、図４に示す状態となる。
以上のような図７の展開脚車輪方式は、図２の例と同様な効果を有することに加え、展開脚車輪２５，２５の開閉を、複数のスクリュー３２，３２のそれぞれに設けられている第１及び第２のランナ３７，３８で行うようにしている。このため、図７の展開脚車輪方式は、図２の１本のスクリュー３２の第１及び第２のランナ３７，３８で展開脚車輪２５，２５の開閉を行うより、展開脚車輪２５，２５の開閉を安定して円滑に行うことができる。
（３−５）  変形例５
図８は、図６及び図７の変形例であり、スクリュー３２を複数本用いるようにし、展開脚車輪２５，２５を円滑に開閉できるようにしながら、各スクリュー３２の第１及び第２のねじ部５１，５２を同じ向きのねじ溝で形成し第１のランナ３７と第２のランナ３８とが同じ方向に移動するようにしたものである。
図８の例でも、互いに平行な２本のスクリュー３２，３２のそれぞれに第２のギヤ３４，３４が設けられており、第２のギヤ３４，３４は、展開脚用駆動モータ３１の第１のギヤ３３と噛合されている。これにより、２本のスクリュー３２，３２は、同方向に同期して回転する。また、各スクリュー３２，３２は、各先端部が本体部１１を構成する本体枠１５の側面部１５ａに回転自在に支持され、本体枠１５内に、展開脚車輪２５，２５と回転軸線と平行に、回転自在に安定した状態で取り付けられる。なお、上記図６の例においても、スクリュー３２の各先端部を、本体部１１を構成する本体枠１５の側面部１５ａに回転自在に支持するようにしても良い。
この場合、スクリュー３２が一方向に回転すると、第１のランナ３７と第２のランナ３８とはスクリュー３２の軸線方向に同じ向きに移動する。すなわち、スクリュー３２，３２が図８中矢印Ａ方向に回転したとき、第１及び第２のランナ３７，３８は、ともに、図８中矢印Ｃ方向に移動し、第１のランナ３７側の展開脚車輪２５は、図８中矢印Ｅ方向に開く、すなわち直径が大きくなり、第２のランナ３８側の展開脚車輪２５は、図８中矢印Ｆ方向に閉じる、すなわち直径が小さくなる。
これとは逆に、スクリュー３２，３２が図８中矢印Ｂ方向に回転したとき、第１及び第２のランナ３７，３８は、ともに、図８中矢印Ｄ方向に移動し、第１のランナ３７側の展開脚車輪２５は、図８中矢印Ｆ方向に閉じる、すなわち直径が小さくなり、第２のランナ３８側の展開脚車輪２５は、図８中矢印Ｅ方向に開き、すなわち直径が大きくなる。
以上のような図８の展開脚車輪方式は、図６の例と同様な効果を有することに加え、展開脚車輪２５，２５の開閉を、複数のスクリュー３２，３２のそれぞれに設けられている第１及び第２のランナ３７，３８で行うようにしている。このため、図８の展開脚車輪方式は、図６の１本のスクリュー３２の第１及び第２のランナ３７，３８で展開脚車輪２５，２５の開閉を行うより、展開脚車輪２５，２５の開閉を安定して円滑に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、平地のみならず不整地においても、走破性に優れ、また、耐衝撃性にも優れる。また、小型で軽量である。したがって、災害現場や、天井裏や車下等の狭隘な場所での各種作業を支援する情報収集ロボットや作業ロボットに適用することができる。また、ホビー玩具等の娯楽用途の走行ロボットとしても適用可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１  走行ロボット、１ａ  走行ロボット、１１  本体部、１２  撮像部、１３  バッテリ、１４  モータドライバ、１５  本体枠、１５ａ  側面部、２１  走行部、２２  回転枠、２２ａ  側面部、２３  ベアリング機構、２３ａ  外輪、２３ｂ  内輪、２３ｃ  ボール、２４  走行用駆動モータ、２４ａ  駆動軸、２５  展開脚車輪、２６  第１の脚アーム、２６ａ  回動軸、２７  第２の脚アーム、２７ａ  回動軸、２８  展開脚、２９  バランサ、３１  展開脚用駆動モータ、３１ａ  駆動軸、３２  スクリュー、３２ａ  ベアリング、３３  第１のギヤ、３４  第２のギヤ、３５  第１のねじ部、３６  第２のねじ部、３７  第１のランナ、３８  第２のランナ、３９  ベアリング機構、３９ａ  内輪、３９ｂ  外輪、４１  操作機構、４２  第１の操作アーム、４２ａ  回動軸、４２ｂ  回動軸、４３  第２の操作アーム、４３ａ  回動軸、４３ｂ  回動軸、４４，４５  開口部、４６，４６  リンク機構、４６ａ，４６ａ  多自由度リンク機構、４７，４７  連結部材、５０  段差、５１  第１のねじ部、５２  第２のねじ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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