(57)【要約】【課題】比較的簡単な構造で、砂地や荒地等の軟弱地盤や高い段差が存在する不整地での移動を可能にすること。【解決手段】走行装置１０は、車体１１に回転可能に取り付けられ、一部分が展開可能な展開型車輪１３を備えている。展開型車輪１３は、走行面上を転動可能な車輪本体１７と、車輪本体１７の外周面の一部分に一端側が取り付けられた帯状の補助脚部１８とを備えている。補助脚部１８は、車輪本体１７の外周面に巻回された状態である巻回状態と、外周面への取付部位を除き外周面から離れた状態となる展開状態との間で変位可能に設けられるとともに、展開状態のときに、車輪本体１７の回転に伴う回転運動により、所定のタイミングで車輪本体１７の進行方向前方の走行面に接地する脚体として機能し、車輪本体１７を持ち上げながら車体１１を移動可能に設けられる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の走行装置に取り付けられ、当該走行装置の移動時に一部分を展開させながら走行面に沿って転動可能な展開型車輪であって、
前記走行装置の移動時に回転する車輪本体と、当該車輪本体の外周面の一部分に一端側が取り付けられた帯状の補助脚部とを備え、
前記補助脚部は、前記車輪本体の外周面に巻回された状態である巻回状態と、前記外周面への取付部位を除き前記外周面から離れた状態となる展開状態との間で変位可能に設けられるとともに、前記展開状態のときに、前記車輪本体の回転に伴う回転運動により、所定のタイミングで前記車輪本体の進行方向前方の前記走行面に接地する脚体として機能し、前記車輪本体を持ち上げながら前記走行装置を移動可能に設けられることを特徴とする展開型車輪。
【請求項２】
前記補助脚部は、前記走行面に面接触しながら前記車輪本体を持ち上げ可能に展開することを特徴とする請求項１記載の展開型車輪。
【請求項３】
前記補助脚部を前記巻回状態から前記展開状態に変位させる状態変化手段を更に備え、
前記状態変化手段は、前記補助脚部の先端側に設けられたフックと、前記巻回状態で前記フックに係合可能となるように前記車輪本体の外周面に突設された係合部材と、前記フックに繋がるワイヤと、当該ワイヤの巻き取りを行う巻き取り用モータとを備え、当該巻き取り用モータを駆動することで前記ワイヤが牽引され、前記フックと前記係合部材の係合を解除して前記補助脚部を展開させることを特徴とする請求項１記載の展開型車輪。
【請求項４】
前記補助脚部は、前記展開状態で前記走行装置を移動させる際の回転方向と逆方向に前記車輪本体を回転することで、前記巻回状態に変位するように構成され、
前記フックは、前記補助脚部が前記展開状態から前記巻回状態に変位したときに前記係合部材に係合可能に設けられていることを特徴とする請求項３記載の展開型車輪。
【請求項５】
車体と、当該車体に回転可能に取り付けられ、一部分が展開可能な展開型車輪と、当該展開型車輪を回転させる動力を付与する駆動手段とを備え、所定の走行面に沿って移動可能な走行装置であって、
前記展開型車輪は、前記駆動手段からの動力により前記走行面上を転動可能な車輪本体と、当該車輪本体の外周面の一部分に一端側が取り付けられた帯状の補助脚部とを備え、
前記補助脚部は、前記車輪本体の外周面に巻回された状態である巻回状態と、前記外周面への取付部位を除き前記外周面から離れた状態となる展開状態との間で変位可能にし、前記展開状態のときに、脚体として機能し、前記車輪本体の回転により、前記補助脚部を前記車輪本体の進行方向前方の前記走行面に接地させながら、前記車輪本体を持ち上げる脚走行フェーズと、前記補助脚部が前記走行面から離れて、前記車輪本体の外周面が前記走行面上を転動する車輪走行フェーズとを交互に繰り返しながら、前記車体を移動させることを特徴とする走行装置。
【請求項６】
前記巻回状態での走行と前記展開状態での走行とを選択可能に設けられたことを特徴とする請求項５記載の走行装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、展開型車輪及びこれを利用した走行装置に係り、更に詳しくは、砂地や荒地に代表される軟弱地盤や段差のある不整地等での走行に好適となる展開型車輪及びこれを利用した走行装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、遠隔操作により所定の走行面上を移動する車輪型の無人移動体が広く知られている。当該無人移動体は、走行面に段差が存在し、或いは、走行面が走行し難い地盤になっている等、走行面の状態によって所望の移動が阻害される場合がある。この場合、当該所望の移動を継続するためには、人手で無人移動体に直接アクセスせざるを得ないことも多いが、例えば、無人移動体が月面探査用のローバーであるような場合には、人手での直接アクセスが不可能である。従って、このような無人移動体には、走行面が無人走行を阻害するような走行面の状態であっても、当該走行面を走破する何等かの構造を設けることが必要になる。
【０００３】
ところで、特許文献１には、走行面上に段差が存在する場合に、当該段差の乗り越えを可能にする車輪構造が開示されている。この車輪構造は、周方向複数箇所で分割する分割部を備え、各分割部にそれぞれ繋がるアクチュエータの駆動により、進行方向前方の分割部を突出させ、当該分割部を段差に係合しながら当該段差の乗り越えを可能にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１５５５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１の構造では、通常の車輪同様、砂地や荒地に代表される軟弱地盤での走行が困難となる。すなわち、このような軟弱地盤に対しては、突出した分割部によって路面を掘ってしまうため、車輪の滑りやスタックからの脱出が不可能になる。また、乗り越え可能な段差の最大高さが、車輪の外径寸法の約１／２以下に制限される等の問題がある。更に、各分割部を動作させるためのアクチュエータをそれぞれ設ける必要があり、部品点数の増大による車輪の大型化や重量化を招来することになる。
【０００６】
本発明は、このような課題に着目して案出されたものであり、その目的は、比較的簡単な構造で、砂地や荒地等の軟弱地盤や高い段差が存在する不整地での移動を可能にする展開型車輪及びこれを利用した走行装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明は、主として、所定の走行装置に取り付けられ、当該走行装置の移動時に一部分を展開させながら走行面に沿って転動可能な展開型車輪であって、前記走行装置の移動時に回転する車輪本体と、当該車輪本体の外周面の一部分に一端側が取り付けられた帯状の補助脚部とを備え、前記補助脚部は、前記車輪本体の外周面に巻回された状態である巻回状態と、前記外周面への取付部位を除き前記外周面から離れた状態となる展開状態との間で変位可能に設けられるとともに、前記展開状態のときに、前記車輪本体の回転に伴う回転運動により、所定のタイミングで前記車輪本体の進行方向前方の前記走行面に接地する脚体として機能し、前記車輪本体を持ち上げながら前記走行装置を移動可能に設けられる、という構成を採っている。
【０００８】
また、本発明は、車体と、当該車体に回転可能に取り付けられ、一部分が展開可能な展開型車輪と、当該展開型車輪を回転させる動力を付与する駆動手段とを備え、所定の走行面に沿って移動可能な走行装置であって、前記展開型車輪は、前記駆動手段からの動力により前記走行面上を転動可能な車輪本体と、当該車輪本体の外周面の一部分に一端側が取り付けられた帯状の補助脚部とを備え、前記補助脚部は、前記車輪本体の外周面に巻回された状態である巻回状態と、前記外周面への取付部位を除き前記外周面から離れた状態となる展開状態との間で変位可能にし、前記展開状態のときに、脚体として機能し、前記車輪本体の回転により、前記補助脚部を前記車輪本体の進行方向前方の前記走行面に接地させながら、前記車輪本体を持ち上げる脚走行フェーズと、前記補助脚部が前記走行面から離れて、前記車輪本体の外周面が前記走行面上を転動する車輪走行フェーズとを交互に繰り返しながら、前記車体を移動させる、という構成を採っている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、走行面上を転動可能な車輪本体に、当該車輪本体から進行方向に展開可能な帯状の補助脚部が設けられており、補助脚部は、展開状態で、所定のタイミングで車輪本体の進行方向前方の走行面に接地する脚体として機能し、車輪本体を持ち上げながら前記走行装置を移動可能に動作する。このため、車輪本体が走行面を転動する際の走行サイクル中に、車輪の外径寸法とは直接関係のない補助脚部の長さに応じた高さで車輪本体を持ち上げ可能なフェーズが存在し、当該フェーズで走行面に存在する段差の乗り越えが可能となる。
【００１０】
また、帯状の補助脚部が車輪本体から展開する展開状態にあっては、補助脚部と走行面の間での接触面積を拡大することができ、当該接触面積の拡大により、車輪の滑りを一層防止してスタックからの脱出をより容易にできるとともに、砂地や荒地に代表される軟弱地盤での走行がよりスムーズになる。
【００１１】
平坦で硬い地盤のとき等、走行面の状態が良好なときには、補助脚部を巻回状態とし、通常の車輪での走行と同様、早い速度での走行が可能になる。
【００１２】
また、補助脚部を延出方向複数箇所で屈曲可能にし、状態変化手段をフック、係合部材、ワイヤ及び１つの巻き取り用モータで構成することで、展開型車輪を比較的簡単な構造にすることができ、展開型車輪の小型化や軽量化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る走行装置の概略斜視図である。
【図２】（Ａ）は、展開状態における展開型車輪の概略斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）と異なる角度からの概略斜視図である。
【図３】（Ａ）は、巻回状態における展開型車輪の概略斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）と異なる角度からの概略斜視図である。
【図４】巻回状態における展開型車輪の概略正面図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｄ）は、展開型車輪が巻回状態から展開状態に移行する動作を順に説明するための概略正面図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｅ）は、展開状態における展開型車輪の動作を順に説明するための概略図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｄ）は、図６（Ｅ）から後の展開型車輪の動作を順に説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１には、本実施形態に係る走行装置の概略斜視図が示されている。この図において、前記走行装置１０は、図示しない操縦装置による遠隔操作によって、所定の走行面上を移動可能な無人移動体として構成されており、平面視でほぼ方形状をなす車体１１と、当該車体１１の前部で回転可能に支持された左右一対の前輪１３と、車体１１の後部で回転可能に支持された左右一対の後輪１４と、車体１１に搭載され、前輪１３を回転させる動力を付与する駆動手段１５とを備えている。
【００１６】
前記車体１１は、駆動手段１５の他、センサやカメラ等の各種装置や機器類が搭載されるようになっているが、本発明の本質構造を端的に表すため、図１においては、駆動手段１５を除き車体１１に搭載される各種装置等についての記載を省略している。
【００１７】
前記前輪１３は、同一の構造及びサイズのものが車体１１の左右両側に取り付けられており、駆動手段１５からの動力により、車体１１を走行面に沿って移動可能に回動するとともに、図２及び図３に示されるように、その一部分を展開可能な展開型車輪として機能する構造に設けられている。
【００１８】
具体的に、各前輪１３は、図２〜図４に示されるように、駆動手段１５の駆動によって回転する車輪本体１７と、車輪本体１７に取り付けられた帯状の補助脚部１８と、前輪１３の外周に沿う複数箇所に突設されたラグ２０と、車輪本体１７に対する補助脚部１８の状態を変えるための状態変化手段２１とを備えている。
【００１９】
前記車輪本体１７は、特に限定されるものではないが、正６角柱状に形成されており、相対する正６角形状の側面１７Ａと、これら側面１７Ａの各周縁側に連なり、６つの方形状面を６箇所の角部で屈曲しながら相互に連ねてなる外周面１７Ｂとにより構成されている。
【００２０】
前記補助脚部１８は、その一端側が車輪本体１７の外周面１７Ｂの一部分に取り付けられており、他端側を自由端側として、延出方向の途中複数箇所で各図中上下に屈曲可能となっている。すなわち、補助脚部１８は、外周面１７Ｂの取付部位となる一端側の部分を除いて外周面１７Ｂから離れた状態となる図２の展開状態と、全体が外周面に巻回する図３及び図４の巻回状態との間で変位可能に形成されている。
【００２１】
この補助脚部１８は、外周面１７Ｂを構成する前記方形状面とほぼ同じ平面形状を有する３枚の第１〜第３のプレート２３〜２５と、これら第１〜第３のプレート２３〜２５同士を相互に屈曲可能に連結するとともに、基端側に位置する第１のプレート２３を外周面１７Ｂの１箇所の前記角部付近の取付部位に連結する連結手段２７とを備えている。
【００２２】
なお、本実施形態では、補助脚部１８を第１〜第３のプレート２３〜２５により構成したが、前記展開状態と前記巻回状態との間で変位し、後述の作用を奏する限りにおいて、構成するプレート数を増減することも可能である。
【００２３】
以上の補助脚部１８は、図４に示されるように、巻回状態で、車輪本体１７の外周面１７Ｂの半分となる３つの方形状面に第１〜第３のプレート２３〜２５が重なるように配置される。この外周面１７Ｂの半分の領域は、巻回状態で表出せずに展開状態のときのみ表出する一時表出領域であり、同図中斜め下側の残り半分の外周面１７Ｂの領域は、巻回状態でも第１〜第３のプレート２３〜２５が重ならずに常時表出する常時表出領域となる。
【００２４】
前記連結手段２７は、詳細な図示を省略しているが、連結される対象物間に跨るヒンジや板ばね等の部材により構成され、補助脚部１８が前記巻回状態と前記展開状態の間で姿勢変位可能となる角度範囲で屈曲可能に各部材を連結するようになっている。この連結手段２７は、車輪本体１７の外周面１７Ｂに対する第１のプレート２３の取付部位を支点として、第３のプレート２５の先端側を自由端側とし、前記巻回状態と前記展開状態との間で第１〜第３のプレート２３〜２５を相互に屈曲させながらの変位を可能にこれらプレート２３〜２５を連結する。ここで、連結手段２７は、第１〜第３のプレート２３〜２５が、巻回状態から展開して、車輪本体１７から走行装置１０の進行方向に延びる図１及び図２の展開姿勢を最大展開状態となる。また、第１〜第３のプレート２３〜２５は、それら外面の連結部分に設けられた回転規制ブロック２７Ａ（図２（Ｂ）等参照）によって、最大展開状態よりも更に外側（図２（Ａ）中下方）方向に相互に屈曲できないようになっている。
【００２５】
前記ラグ２０は、図４に示されるように、車輪本体１７の外周面１７Ｂのうち前記常時表出領域の各角部付近に設けられており、各角部付近から外側に突出するように配置される。
【００２６】
前記状態変化手段２１は、図２及び図３に示されるように、補助脚部１８の先端側すなわち第３のプレート２５の端部側に設けられたフック２９と、前記巻回状態でフック２９に係合可能となるように、車輪本体１７の外周面１７Ａの前記常時表出領域に突設された係合部材３０と、フック２９に繋がるワイヤ３１と、車輪本体１７の内部に設けられ、ワイヤ３１の巻き取りを行う巻き取り用モータ３２とを備えている。
【００２７】
前記フック２９は、第３のプレート２５の先端側で回転可能に支持され、補助脚部１８の巻回状態で係合部材３０に係合し、図示省略したばね等の付勢手段によって、当該係合状態を維持するようになっている。
【００２８】
前記ワイヤ３１は、第１〜第３のプレート２３〜２５の外面側に設けられた回転規制ブロック２７Ａに設けられた穴部を通って、各プレート２３〜２５の外面側に配置され、途中から車輪本体１７の内部に引き込まれて端部が巻き取りモータ３２に固定される。従って、巻き取り用モータ３２の駆動によってワイヤ３１が巻き取られると、ワイヤ３１が車輪本体１７の内部側に牽引され、係合部材３０に対してフック２９を回転させながらそれらの係合状態を解除した後に、図５の（Ａ）〜（Ｄ）の順で、第１〜第３のプレート２３〜２５を外側に徐々に屈曲させながら補助脚部１８が展開状態になる。
【００２９】
前記後輪は、図１に示されるように、同一の構造及びサイズのものが車体１１の左右両側に取り付けられており、特に限定されるものではないが、本実施形態では円柱状のものが用いられる。
【００３０】
前記駆動手段１５は、図１に示されるように、モータ等からなる駆動装置１５Ａと、駆動装置１５Ａの駆動力を車輪本体１７に伝達する回転軸やギヤ等からなる伝達機構１５Ｂとにより構成される。駆動装置１５Ａの駆動により、車輪本体１７は、走行装置１０を前進させる方向の正回転と、その逆の逆回転が可能になる。
【００３１】
次に、前記走行装置１０における前輪１３の動作について、図６及び図７を用いながら説明する。
【００３２】
先ず、図６（Ａ）に示されるように、補助脚部１８が車輪本体１７に巻回される巻回状態での走行装置１０の走行を通常走行とし、この場合、駆動手段１５による前輪１３への動力の付与により、走行装置１０が走行面Ｇに沿って進行方向前方（同図中右方）に移動する。この際、走行面Ｇが軟弱路面等の多少の悪路であっても、ラグ２０や、補助脚部１８の外側に突出した回転規制ブロック２７Ａによるスパイク効果により、走行面Ｇに沿ってより早く走行装置１０を前進させることができる。
【００３３】
一方、走行装置１０が緩い砂地や雪上等を走行する際に、前記スパイク効果があってもなお前輪１３が滑って走行し難い場合やスタック現象が発生した場合、補助脚部１８が車輪本体１７から展開した展開状態での走行がなされる。この際、先ず、前記巻回状態において、補助脚部１８が走行面Ｇよりも離れた図６（Ａ）の前輪１３の回転位置にする。この状態で、巻き取り用モータ３２を駆動し、前述したように、補助脚部１８を展開状態に移行して図６（Ｂ）に示される最大展開状態にする。そして、補助脚部１８を最大展開状態にしたまま、駆動手段１５により車輪本体１７を正回転（図６（Ｂ）中時計回り）させると、図６（Ｃ）〜（Ｅ）及び図７（Ａ）〜（Ｄ）に順に示されるように、補助脚部１８が脚体として機能し、補助脚部１８が走行面Ｇに接地しながら車輪本体１７を持ち上げる図６（Ｅ）から図７（Ｄ）までの脚走行フェーズと、補助脚部１７が走行面Ｇから離れて、車輪本体１７が走行面Ｇ上を回動する図６（Ｂ）〜（Ｄ）の車輪走行フェーズとが交互に繰り返され、車体１１が進行方向前方（各図中右方）に移動することになる。
【００３４】
ここで、前記脚走行フェーズでは、補助脚部１７の外面側の走行面Ｇに面接触させることができ、走行面Ｇに対する前輪１３の接触面積を確保しながら前進可能になる。
【００３５】
また、前記脚走行フェーズでは、補助脚部１８が車輪本体１７の進行方向前方の走行面Ｇに接地する脚体として機能し、車輪本体１７を持ち上げながら走行装置１０を移動させるため、走行面Ｇに段差が存在する場合、脚走行フェーズで当該段差を乗り越えて走行装置１０を前進させることが可能になる。しかも、当該段差の乗り越えには、帯状に展開した補助脚部１８が用いられるため、車輪本体１７の直径の１／２を超える段差であっても、当該段差の乗り越えが可能となる。
【００３６】
なお、補助脚部１８を展開状態から巻回状態に戻す場合には、図５（Ｄ）〜（Ａ）の順で行われる。すなわち、駆動手段１５の駆動により、車輪本体１７が、前述に対して図５中反時計回りとなる逆回転することで行われる。なお、この際、巻き取り用モータ３２は、ワイヤ３１の繰り出しを可能にするフリー状態とされる。すなわち、この場合、車輪本体１７の逆回転により、前述した補助脚部１８の屈曲特性から、その内面側が車輪本体１７の外周面１７Ｂに接近して補助脚部１８が車輪本体１７に巻回するように屈曲変位し、補助脚部１８の全体が外周面１７Ｂに当接したときに、補助脚部１８のフック２９が車輪本体２９の係合部材３０に係合し、補助脚部１８が巻回状態で維持される。
【００３７】
なお、前記実施形態では、車輪本体１７を六角柱状としたが、本発明はこれに限らず、前述と同様の作用を奏する限りにおいて、車輪本体１７を多角柱状、或いは円柱状にすることもできる。
【００３８】
その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、災害現場等の不整地を移動する災害用ロボットや、月面等の軟弱地盤での移動探査を行える宇宙探査ローバーや、海底を走行する無人探査機等の各種の移動体に利用できる。
【符号の説明】
【００４０】
１０  走行装置
１１  車体
１３  前輪（展開型車輪）
１５  駆動手段
１７  車輪本体
１７Ｂ  外周面
１８  補助脚部
２１  状態変化手段
２９  フック
３０  係合部材
３１  ワイヤ
３２  巻き取り用モータ
Ｇ  走行面
【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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