(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センターフレームと、前記センターフレームに対し対称に取り付けられた一対の走行部とを有し、
前記一対の走行部は、それぞれ、
前記センターフレームに軸支されたロッカーフレームと、
前記ロッカーフレームの第一端部に軸支されるボギーフレームと、
前記ロッカーフレームの第二端部及び前記ボギーフレームの２つの端部に、それぞれ、軸支される第一車輪、第二車輪及び第三車輪と、を備え、
前記一対の走行部の各ロッカーフレームは、それぞれ一対となる第一車輪、第二車輪及び第三車輪が水平面に接している状態において、水平面に概ね平行であって、且つ略水平面内で屈曲した形状を有し、各第一端部間及び各第二端部間が、それぞれ、前記センターフレームに軸支される位置に対し、水平方向に離間するように屈曲した２つのフレーム部を有し、
前記一対の走行部との間に、棒状部材からなるスタビライザーが備えられていることを特徴とするロッカーボギー機構。
【請求項２】
請求項１に記載のロッカーボギー機構であって、
前記センターフレームは、前記棒状部材を軸支する軸支部材を備え、
前記一対の走行部は、それぞれ、前記棒状部材を摺動自在に支持する支持部材を備えることを特徴とするロッカーボギー機構。
【請求項３】
請求項１に記載のロッカーボギー機構であって、
前記第二車輪は、走行方向における前記第一車輪及び第三車輪の間に位置し、
前記スタビライザーは、前記一対の走行部の、前記第二車輪を軸支する前記ボギーフレームのフレーム部間に設けられていることを特徴とするロッカーボギー機構。
【請求項４】
請求項１に記載のロッカーボギー機構であって、
前記一対の走行部の各第二車輪は、互いに独立した駆動輪であって、それぞれ、前記第一車輪と前記第三車輪との間に位置することを特徴とするロッカーボギー機構。
【請求項５】
請求項４に記載のロッカーボギー機構であって、
前記第一車輪及び前記第三車輪の少なくとも一方は、全方向に回転自在の従動輪であることを特徴とするロッカーボギー機構。
【請求項６】
本体と台車とを備えた走行装置であって、
前記台車として請求項１乃至５のいずれか一項に記載のロッカーボギー機構を備えたことを特徴とする走行装置。
【請求項７】
請求項６に記載の走行装置であって、
前記本体は、前記ロッカーボギー機構のセンターフレームに固定されていることを特徴とする走行装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロッカーボギー機構に関し、特に人を乗せる走行装置に好適なロッカーボギー機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在広く用いられている４輪の電動カートは、段差において４輪のいずれかが接地せず浮いてしまうため、移動できなくなったり転倒したり事故が多い。また、その場での旋回ができないため狭い道での進路変更などが困難である、等の問題がある。
【０００３】
一方、ロボットなどの自走車の分野では、凹凸のある不整地を走行する機構として、ロッカーボギー機構が採用されている（例えば、特許文献１）。ロッカーボギー機構は、２つのリンク（ロッカーとボギー）を互いに屈曲可能に連結し、それぞれのリンクの下端に車輪ユニットを連結した構造を有する。特許文献１には、ロッカーボギー機構を構成する２つのリンクをそれぞれ矩形とし、その対向する２辺に車輪ユニットを取り付け、合計６つの駆動輪で走行する全方向移動車が記載されている。
【０００４】
ロッカーボギー機構は、このような構造により、例えば、走行方向の前方に位置するボギーに連結した車輪が段差（凸部）に乗り上げた場合或いは段差（凹部）に落ちた場合にも、ロッカーとボギーとが屈曲することで、全ての車輪が接地した状態が保たれ、段差走行時の安定性を確保することができる。
【０００５】
また特許文献２には、駆動輪の前後にキャスターを設けた車いすにおいて、後キャスターを椅子部分に固定し、駆動輪と前キャスターを椅子部分に対し搖動可能にした構造が提案されている。この構造により、段差の乗り降りや駆動輪を中心とする旋回などを可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２５３３６４号公報
【特許文献２】特開２０００−２４０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されるような、従来のロッカーボギー機構を用いた走行車は、その左右方向の中心に位置するフレーム（リンク）自体が屈曲する構造を有している。このような構造は人を搭載しない走行車としては問題が少ないが、人を搭載するための座部等をフレームに固定した場合、座部の水平性を保つことができない。すなわち座部に載った人は段差を乗り越える際に前後に揺さぶられることになり、きわめて安定性が悪いことになる。
【０００８】
また特許文献２に記載されるような機構では、後キャスターは椅子部分に固定されているため、後キャスターが段差を乗り越えるとき或いは段差を降りるときに、その衝撃が直接椅子部分に伝わり、快適なすわり心地ではない。また座部の水平性を保つことが難しい。走行車（車いす）のすわり心地や水平性を保つために、緩衝装置を介在させることも考えられるが、その場合には、座面までの高さが高いものとなり、高さが制限される走行車には適用できない。また高さの増加は姿勢の安定性を損ねる。
【０００９】
本発明は、強度と段差に対する走破性を併せ持つ薄型ロッカーボギー機構を提供することを課題とする。またこのような薄型ロッカーボギー機構を適用することで、居住性と操作性を両立した新規な走行装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明のロッカーボギー機構は、センターフレ−ムを設け、独立して走行する一対のロッカーボギーをセンターフレームの両側に配置した構造を持つ。また各ロッカーボギーは、それを構成するロッカーフレームがセンターフレームに軸支され回動可能であるとともに、基本的に水平方向に延びた構造を持つ。
【００１１】
また本発明の走行車は、本体と台車とを備え、台車が上述のロッカーボギー機構を有する。本体はセンターフレームに固定される。
【発明の効果】
【００１２】
センターフレームに対し両側に一対のロッカーボギー機構を軸支した構造とすることで、一方のロッカーボギー機構が段差を乗り越え、乗り降りする際にも安定した姿勢を保って走行することが可能であり、またロッカーボギー機構による段差乗り越えや乗り降り時においてもセンターフレーム自体の水平性を保つことができる。さらにロッカーボギー機構を構成するロッカーフレームが延びる方向を水平方向とすることで、全体的な高さの増加を抑えることができる。これにより人が載る走行装置に適用したときに、安定した走行性を確保することができる。
【００１３】
本発明のロッカーボギー機構と走行車が備えるその他の特徴と効果は、以下の実施形態において説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第一実施形態のロッカーボギー機構の斜視図
【図２】図１のロッカーボギー機構の平面図
【図３】図１のロッカーボギー機構の側面図
【図４】車輪が固定されたロッカーフレームの斜視図
【図５】ボギーフレームの分解斜視図
【図６】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、車輪の変更例を示す図
【図７】図１の要部（スタビライザー部）を示す斜視図
【図８】（ａ−１）〜（ｇ−２）は、第一実施形態のロッカーボギー機構の動作を説明する図
【図９】（ａ）は、第二実施形態のロッカーボギー機構を示す図、（ｂ）は変更例を示す図
【図１０】（ａ）、（ｂ）は、第二実施形態のロッカーボギー機構の機能を説明する図
【図１１】第二実施形態のロッカーボギー機構の変更例を説明する図
【図１２】走行装置の実施形態を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
まず本発明のロッカーボギー機構の実施形態を説明する。
【００１６】
＜第一の実施形態＞
本実施形態のロッカーボギー機構は、センターフレームと、前記センターフレームに対し対称に取り付けられた一対の走行部とを有する。一対の走行部は、それぞれ、センターフレームに軸により支持されたロッカーフレームと、ロッカーフレームの一方の端部（第一端部）に軸支されるボギーフレームと、ロッカーフレームの他方の端部（第二端部）及びボギーフレームの２つの端部に、それぞれ、軸支される第一車輪、第二車輪及び第三車輪と、を備える。
【００１７】
一対の走行部の各ロッカーフレームは、水平方向に延びるフレーム部を有する。即ち、各ロッカーフレームは、センターフレームに軸支される位置に対し、各第一端部間及び各第二端部間が、それぞれ、水平方向に離間するように屈曲した２つのフレーム部を有する。
【００１８】
以下、図面を参照して本実施形態のロッカーボギー機構を具体的に説明する。なお以下の説明において、駆動輪の正回転によってロッカーボギー機構が移動する方向を走行方向或いは前後方向と言い、走行方向と直交する水平方向を左右方向と言う。また車輪が接地する側を下、その反対側を上とする。
【００１９】
図１及び図２に示すように、本実施形態のロッカーボギー機構１は、センターフレーム１００と、センターフレーム１０の左右両側に取り付けられた一対の走行部２００Ａ、２００Ｂとを有する。左右の走行部２００Ａ、２００Ｂの構造はセンターフレーム１に対し対称的であり、以下の説明において特に区別しない場合には、両者とそれを構成する各要素の符号に末尾のＡ、Ｂを省いた数字を用いる。
【００２０】
センターフレーム１００は、走行方向を長手方向とする部材からなり、本実施形態のロッカーボギー機構１の竜骨として機能する。センターフレーム１００の長手方向のほぼ中央には、センター軸受部１１５が形成されており、このセンター軸受部１１５に走行部２００Ａ、２００Ｂを取り付けるための主軸５００が固定される。
【００２１】
走行部２００Ａ、２００Ｂは、それ自体がロッカーボギー機構をなすものであり、それぞれ、主軸５００に軸支されるロッカーフレーム２１０と、ロッカーフレームの一方の端部（第一端部）２１１に軸支されるボギーフレーム２２０と、ロッカーフレーム２１０の他方の端部（第二端部）２１２及びボギーフレーム２２０の２つの端部２２１、２２２に、それぞれ、軸支される３つの車輪（第一車輪３１０、第二車輪３２０及び第三車輪３３０）と、を備える。すなわち本実施形態のロッカーボギー機構は、センターフレーム１００に対し、１対のロッカーボギー機構を面対称に配置した構造を持つ。走行部２００Ａ、２００Ｂは、各ロッカーフレーム２１０Ａ、２１０Ｂが、それぞれ、センターフレーム１００に対し軸支されているので、独立して回動可能である。これにより、走行部の片方だけが段差に乗り上げたり、段差を降りたりすることが可能になる。
【００２２】
またそれぞれ一対となる第一車輪３１０、第二車輪３２０および第三車輪３３０が平坦な面（水平面）に接した状態において、ロッカーフレーム２１０Ａ及び２１０Ｂは、水平面に対し概ね平行であり、略水平面内で屈曲した形状を有する。即ち、図３に示すように、ロッカーフレーム２１０Ａの第一端部２１１Ａと、第二端部２１２Ａと、センターフレーム１００に連結される部分（中間部という）２１３Ａとを結ぶ多角形およびロッカーフレーム２１０Ｂの第一端部２１１Ｂと、第二端部２１２Ｂと、中間部２１３Ｂとを結ぶ多角形は、平坦な接地面に略平行である。これにより、高さが低く安定性のあるロッカーボギー機構が実現される。
【００２３】
本実施形態のロッカーボギー機構１において、ボギーフレーム２２０の一端に軸支され、３つの車輪のうち中央に位置する第二車輪３２０が駆動輪であり、ボギーフレーム２２０に軸支された第三車輪３３０及びロッカーフレーム２１０に軸支された第一車輪３１０は従動輪であって、前者が前輪、後者が後輪である。このためボギーフレーム２２０には、駆動輪である第二車輪３２０の駆動源、例えばモーターを搭載するための駆動源取付け部が設けられている。
【００２４】
さらに本実施形態のロッカーボギー機構１は、走行部２００Ａと２００Ｂとの間に、１乃至複数のスタビライザー４００が設けられている。スタビライザー４００は、センターフレーム１００に対し独立して回動可能な走行部２００Ａと２００Ｂの動きを安定させる機能を持つ。
【００２５】
上述したボッカーボギー機構の概略を踏まえ、以下、本実施形態のロッカーボギー機構１を構成する各部の詳細を、図１〜図６を参照して説明する。
【００２６】
センターフレーム１００は、図１及び図２に示すように、走行方向を長手方向とする直方体状の部材である。部材の長手方向の長さは、限定されるものではないが、前輪と後輪との間隔にほぼ一致する。またセンターフレーム１００の長手方向のほぼ中央に、ロッカーフレーム２１０Ａ、２１０Ｂを軸支するための主軸５００の軸受けとなるセンター軸受部１１５が固定されている。またセンターフレーム１００の上面には、センター軸受部１１５と両端との間に２か所に、スタビライザー４００を支持するための支持部材４１０が固定されている。支持部材４１０の構造については後述する。
【００２７】
ロッカーフレーム２１０は、図４に示すように、主な構成部品として、ロッカー軸受部２１５と、ロッカー軸受部２１５の前後方向の両側（前側及び後ろ側）にそれぞれ固定されたフレーム部２１６、２１７と、を備える。また、前側のフレーム部２１６の端部（ロッカーフレーム２１０の第一端部２１１）には、後述するボギーフレーム側のボギー軸受部と組み合わされるロッカーフレーム側ボギー軸受部２１８が固定される。ここではロッカーフレーム側ボギー軸受部２１８を第一ボギー軸受部、ボギーフレーム側のボギー軸受部を第二ボギー軸受部という。さらに、後ろ側のフレーム部２１７の端部（ロッカーフレーム２１０の第二端部２１２）には第一車輪３１０を取り付けるための構造が設けられる。
【００２８】
走行部２００Ａ、２００Ｂの各ロッカーフレーム２１０Ａ、２１０Ｂは、ロッカー軸受部２１５Ａ、２１５Ｂでセンターフレーム１００のセンター軸受部１１５を挟むように、センターフレーム１００に対し配置され、主軸５００を各軸受部２１５Ａ、１１５、２１５Ｂに貫通させて固定することにより、センターフレーム１００に軸支される。
【００２９】
フレーム部２１６、２１７は円筒状の部材からなり、２か所で屈曲した構造を有する。フレーム部２１６は、円筒の軸が主軸５００と直交する方向になるようにロッカー軸受部２１５に固定され、その固定端部の近傍で前方斜めに屈曲し、さらにボギー軸受部２２５が固定される近傍で前方に（前後方向と平行な方向に）屈曲している。フレーム部２１７も、同様に、円筒の軸が主軸５００と直交する方向になるようにロッカー軸受部２１５に固定され、その固定端部の近傍で後方斜めに屈曲し、第一車輪３１０が取り付けられる端部近傍で後方に（前後方向と平行な方向に）屈曲している。フレーム部２１７は、ボギーフレーム２２０が取り付けられるフレーム部２１６より、前後方向の長さが長く、これによって、ボギーフレーム２２０の両端に固定される２つの車輪（前輪３３０、駆動輪３２０）とフレーム部２１７端部に取り付けられる第一車輪３１０の、それぞれの前後方向の間隔がほぼ均等になる。
【００３０】
このようなフレーム部２１６、２１７の形状により、ロッカーフレーム２１０はそれに連結される車輪３１０及びボギーフレーム２２０が、図２で示したように、高さを増加することなく互いに水平方向に離間した配置を取ることができる。
なおロッカー軸受部２１５とフレーム部２１６、２１７との固定及びフレーム部２１６とボギー軸受部２２５との固定には、螺合、ネジ（ボルト）、溶接等公知の手段を用いることができる。
【００３１】
フレーム部２１７の端部の、第一車輪３１０を取り付けるための構造は、従動輪である第一車輪３１０の種類によっても異なるが、図示する実施形態では、第一車輪３１０としてオムニホイールを採用した場合の構造を示している。即ちフレーム部２１７の端部は、オムニホイールの軸（オムニ軸３３５）を支持するオムニプレートを固定する板状部材２１９で構成されている。板状部材２１９は、フレーム部２１７を構成する円筒状部材と一体的に形成してもよいし、別部品である板状部材を円筒状部材に螺合、ねじ止め、溶接等の公知の手段で一体化してもよい。
【００３２】
ボギーフレーム２２０は、図５に示すように、主な構成部品として、ボギー軸受部２２５（第二ボギー軸受部）と、その前後方向の両側（前側及び後ろ側）にそれぞれ固定されるフレーム部２２６、２２７と、を備える。ボギーフレーム２２０は、第二ボギー軸受部２２５と第一ボギー軸受部２１５とを貫通する共通の軸５１０（図１、図２）によって、ロッカーフレーム２１０に対し回動可能に固定される。
【００３３】
前側のフレーム部２２６は、円筒状の部材で、その端部２２１には、第三車輪（前輪）３３０を取り付けるための構造が設けられる。この構造は、ロッカーフレーム２１０のフレーム部２１７端部の構造と同様であり、取り付ける車輪に応じて種々の構造を採ることができ、ここではオムニホイールを固定するための角状部材２２９で構成されている。また後ろ側のフレーム部２２７は、屈曲部が形成された円筒状の部材で、第二ボギー軸受部２２５に対し、軸５１０と直交する方向に延びる水平部２２７ａと上方に屈曲した屈曲部２２７ｂを有する。屈曲部２２７ｂには、駆動輪である第二車輪３２０とその駆動源６００を取り付ける取付け部６１０が設けられている。
【００３４】
駆動源６００は、例えばモーターであり、その回転子に直接或いは動力伝達機構を介して第二車輪３２０の回転軸が固定されている。取付け部６１０は、このように駆動源６００と一体的に構成された第二車輪３２０を支持するとともにフレーム部２２７に固定する構造であれば、特に限定されないが、ここではフレーム部２２７に固定された固定ブロック６１１と、固定ブロックに取り外し可能に固定されるカバーブロック６１２とでモーターの一部を挟んで固定する構造を採用している。なお駆動源６００がモーターである場合には、駆動源６００は、図示しない電源に接続されているとともに、モーターをオンオフするためのスイッチ等が備えられている。
【００３５】
本実施形態においては、第一車輪３１０及び第三車輪３３０は、駆動輪に従動する従動輪であり、且つ全方向に回転可能なオムニホイールを採用している。オムニホイールは、円盤状の車輪の円周に沿って、円周方向を軸として回転する複数の回転体を取り付けた構造を有し、円盤が一重のものや複数重ねたものなどが知られている。図示する例では、二重の円盤を、それぞれの円盤の円周上に配置した回転体が交互になるように重ねたオムニホイールを採用している。オムニホイールを用いることで、空間利用性及び直線安定性に優れた走行装置とすることができる。但し、従動輪はオムニホイールに限定されるものではなく、キャスターなどを用いることもできる。
【００３６】
さらに図示を省略しているが、円盤の回転を機械的に停止させるためのブレーキやストッパーなどを設けてもよい。
【００３７】
なおここでは、左右それぞれ３つの車輪のうち中央の車輪（第二車輪３２０）のみが駆動輪の場合を示したが、全車輪を駆動輪としてもよいし、中央の車輪と前輪或いは後輪のいずれかを駆動輪としてもよい。前輪が駆動輪でない場合には、段差が車輪の変形に近づくと乗り越えるのが難しいが、駆動輪とすることで、車輪の半径に近い段差でも容易に乗り越えることができる。前輪を動輪化する方法としては、動輪キャスターや図６（ａ）に示すようなインホイールモータなどを採用してもよい。また、前輪３３０はボギーフレーム２２０によって第二車輪（駆動輪）３２０と同一線上に配置されるので、図６（ｂ）に示すように、駆動輪のモーター６００からベルト６１０やチェーンで接続することで動輪化してもよい。
【００３８】
次にスタビライザー４００について、図７を参照して説明する。
スタビライザー４００は、それぞれ独立して動作可能な左右の走行部２００Ａ、２００Ｂの各フレームのねじれを防止し、動作の安定性を確保するための機構であり、図７に示すように、スタビライザー４００は、主として、二つの走行部２００Ａ、２００Ｂ間に架け渡された棒状部材４５０とそれを支持する機構からなる。図５に示す実施形態では、スタビライザー４００は、ロッカーフレーム２１０Ａ、２１０Ｂの第一端部２１１Ａ、２１１Ｂ間と、第二端部２１２Ａ、２１２Ｂ間との２か所に設けられているが、その基本的な構造は、同じであり、以下の説明は、特に断らない限り、両者に共通である。
【００３９】
棒状部材４５０は、鋼材などの金属製の棒で形成された部材（トーションバー）で、その径はロッカーボギー機構１或いは走行車の規模や重量によっても異なるが、左右の車輪の高低差に対応して撓むことが可能な剛性を有している。棒状部材４５０の長手方向中央部には、ブロック（搖動部材）４２０が固定されている。
【００４０】
棒状部材４５０の支持機構は、センターフレーム１００側の支持部材（軸支部材）４１０と、ロッカーフレーム２２０側の支持部材（４３０）とからなる。
【００４１】
センターフレーム１００側の支持部材４１０は、底面と上面とそれらをつなぐ垂直面とからなる断面コの字状の部材で、底面がセンターフレーム１００の上面にボルト等で固定されている。このような支持部材４１０の垂直面の内側に、棒状部材４５０の中央部に固定された搖動部材４２０が軸４４０により軸支されている。搖動部材４２０を軸支する軸４４０の方向は垂直面に対し直交しており、これにより搖動部材４２０は垂直面と平行な面内で回転可能となる。ここで搖動部材４２０の高さ（棒状部材４５０と直交する方向の寸法）を、支持部材４１０の上面と底面との間隔よりやや小さい高さに設計しておくことにより、搖動部材４２０の回動は所定の角度範囲、例えば±１５度に制限される。このように搖動部材４２０が制限された角度範囲で搖動することで、センターフレーム１００に影響を与えずに左右の車輪に高低差が生じた際の振動を吸収することができる。
【００４２】
一方、左右のロッカーフレーム２１０Ａ、２１０Ｂの第一端部２１１及び第二端部２１１には、図７に示すように、棒状部材４５０の支持部材として、棒状部材４５０を摺動自在に支持するホルダー４３０、４３０が固定されている。ホルダー４３０は、断面がＬ字型の部材を上下逆且つ反対向きに２つ組み合わせた形状を有し、上側の垂直面に貫通穴が形成されており、この穴に棒状部材４５０を貫通させて支持する。この支持構造により、左右の車輪の高低差が生じて棒状部材４５０が撓んでも、棒状部材４５０の端部が図中矢印で示す方向にずれることによって、左右の車輪間の幅を維持することができる。
【００４３】
本実施形態のロッカーボギー機構は、前述のとおり、センターフレーム１００を挟んで配置された一対の走行部２００Ａ、２００Ｂが互いに独立してセンターフレーム１００に対し回動可能に固定されている。このため、一方の走行部の一部（或いは全部）の車輪が段差に乗り上げたり降りたりした場合、フレームにねじれが生じ、また車輪の垂直性が保たれずに走行姿勢が不安定になる可能性がある。これに対し、上述した構造のスタビライザー４００を設けることで、独立して回動可能な一対の走行部２００Ａ、２００Ｂ（車輪）のねじれを防止し、走行時の安定性を維持することができる。またスタビライザー４００として、トーションバーを採用することで、ディファレンシャルギアのような重量のある機構を用いず簡素且つ軽量な構造でねじれ防止及び安定性維持の効果を得ることができる。
【００４４】
なお図７に示す実施形態では、スタビライザー４００をロッカーフレームの二つの端部間２か所に設けた例を示したが、スタビライザーを設ける位置やスタビライザーの数はこの実施形態に限定されない。
【００４５】
以上説明したロッカーボギー機構の構成を踏まえ、以下、本実施形態のロッカーボギー機構の動作を、図８を参照して説明する。
【００４６】
図８（ａ―１）から（ｇ−１）は、第三車輪３３０を前輪として走行するロッカーボギー機構１が段差Ｓを乗り降りする状態を、ロッカーボギー機構１の側面から見た図（側面図）である。図８の（ａ―２）から（ｇ−２）は、（ａ―１）から（ｇ−１）に対応する段差Ｓを、一対の走行部の一方のみが乗り降りする状態を、ロッカーボギー機構１の正面（前側）から見た図（正面図）である。
【００４７】
最初に、図８（ａ―１）から（ｃ−１）を用いて、ロッカーボギー機構１が走行中の走行面Ｇより高い段差Ｓ１に乗り上げる場合を説明する。
まず、駆動源４００より駆動輪３２０が駆動されることにより、ロッカーボギー機構１は図中矢印で示す前方へ走行する。ロッカーボギー機構１が平坦な面Ｇの上を走行している状態では（図８（ａ−１）、（ａ−２））、第三車輪（前輪）３３０、第二車輪（駆動輪）３２０、および第一車輪（前輪）３１０の各対は、平坦な面Ｇに接地している。この状態では、センターフレーム１００及びロッカーフレーム２１０は、水平に保たれている。
【００４８】
図８（ｂ−１）に示すように、走行中に前輪３３０が段差Ｓ１にぶつかると、駆動輪の推進力によって前輪３３０が段差Ｓ１に乗り上げる。このとき、ボギーフレーム２２０は、ボギー軸５１０を軸として、ロッカーフレーム２１０に対し時計回りに回動するため、前輪３３０が持ち上げられても、駆動輪３２０は平坦な面Ｇに接地された状態を維持することができる。またセンターフレーム１００からとらえた場合、前輪３３０と駆動輪３２０との高低差は、このボギーフレーム２２０の回動によって吸収されるので、センターフレーム１００の水平性が保たれる。
【００４９】
図８（ｃ−１）に示すように、ロッカーボギー機構１がさらに前方へ走行して、前輪３３０に続いて駆動輪３２０が段差Ｓ１に乗り上げると、ボギーフレーム２２０が反時計回りに回動し、これにより、前輪３３０および駆動輪３２０は段差Ｓ１に接地できる。このとき、ボギー軸５１０と後輪３１０の軸とに高低差を生じるが、ロッカーフレーム２１０が主軸４を軸としてセンターフレーム１００に対して時計回りに回動するため、駆動輪３２０が持ち上げられても、後輪３１０は平坦な面Ｇに接地された状態を維持することができる。またボギー軸５１０と後輪３１０の軸との高低差は、ロッカーフレーム２１０の回動によって吸収されるので、ここでもセンターフレーム１００の水平性が保たれる。
【００５０】
次に、図８（ｄ−１）を用いて、ロッカーボギー機構１が乗り越えるべき段差Ｓが凸状であって凸部の幅が、前輪３３０と駆動輪３２０との間の間隔に対して狭い場合を説明する。この場合には、図８（ｂ−１）で説明したように段差Ｓ１に乗り上げた前輪３３０は、駆動輪３２０が段差Ｓ１（凸部）に乗りあがった時に、凸部より低い位置の平坦な面Ｇに降りている。この時、反時計回りのボギーフレーム２２０の自在回動により、前輪３３０は駆動輪３２０の位置上昇の影響を受けずに平坦な面Ｇに設置することができる。また、駆動輪３２０が持ち上がっても、時計回りのロッカーフレーム２１０の自在回動により、後輪３１０は平坦な面Ｇに接地された状態を維持することができる。いずれの状態においても、それぞれで生じる車輪の高低差は、ボギーフレーム２２０とロッカーフレーム２１０の回動によって吸収され、センターフレーム１００の水平性が保たれる。
【００５１】
図８（ｅ−１）〜図８（ｇ−１）は、平坦な面Ｇを走行中のロッカーボギー機構１が平坦な面Ｇより高さが低い段差Ｓ２を降りる場合を示している。これらの場合にも、凸状の段差Ｓ２を走行する場合と同様に、センターフレーム１００の水平性を保った状態で段差を降りたり乗り越えたりすることができる。
【００５２】
すなわち、ロッカーボギー機構１が平坦な面Ｇ上を走行中に、前輪３３０が平坦な面Ｇから段差Ｓ２に差し掛かると、反時計回りのボギーフレーム２２０の自在回動により、前輪３３０は浮くことなく段差Ｓ２を降り、低い地面に接地することができる（図８（ｅ−１））。
【００５３】
次いで、ロッカーボギー機構１がさらに前方へ走行して、前輪３３０に続いて駆動輪３２０が段差Ｓ２を降りるときは、時計回りのボギーフレーム２２０の自在回転より、前輪３３０および駆動輪３２０は、地面から離れることなく段差Ｓ２を降りて接地することができる。このとき反時計回りのロッカーフレーム２１０の自在回動により、後輪３１０は地面Ｇに接地した状態を維持できる。（図８（ｆ−１））。
【００５４】
また図８（ｇ−１）に示すように、段差Ｓの間隔が車輪間の幅よりも狭い凹部を走行する場合にも、前輪３３０と駆動輪３２０とに生じる高低差とそれに対応したボギーフレーム２２０の回動、及び、駆動輪３２０と後輪３１０とに生じる高低差とそれに対応したロッカーフレーム２１０の回動は、それぞれ、図８（ｂ−１）及び図８（ｆ−１）で説明した場合と同様であり、いずれの車輪も地面から浮くことなく接地した状態を維持して走行することができる。これにより、駆動源４００からの動力が効率よくすべての車輪に伝わる。
【００５５】
以上の図８（ａ−１）〜（ｇ−１）を用いた説明では、走行部２００の両方の車輪が段差を乗り降りする動作を説明したが、本実施形態のロッカーボギー機構は左右の走行部２００Ａ、２００Ｂがセンターフレーム１００に対して基本的に独立しているので、一方の走行部２００の車輪だけが段差を乗り降りする場合も、ボギーフレーム２２０及びロッカーフレーム２１０の動作は上述した動作と同様である。但し、この場合、スタビライザー４００によって走行の安定性が保たれる。
【００５６】
以下、図８の右側の図面（ａ−２）〜（ｇ−２）を参照して、走行中のスタビライザー４００の動作を説明する。なお図中、右側を走行部２００Ａ、左側を走行部２００Ｂとして説明する。図８（ｂ−１）および（ｂ−２）に示すように、走行部２００Ａの前輪３３０Ａのみが段差Ｓに乗り上げたときには、走行部２００Ａ、２００Ｂがそれぞれ独立して動作するので、支障なく走行が可能になる。
【００５７】
次いで、図８（ｃ−１）および（ｃ−２）に示すように、駆動輪３２０Ａも段差Ｓに乗り上げると、ロッカーフレーム２１０Ａの第一端部２１１Ａに固定されているホルダー４３０Ａが左側の走行部２００Ｂに対し持ち上げられた状態となる。このホルダー４３０Ａの動きにより、棒状部材４５０の片方の端部が上方へ引っ張られ、これに伴い搖動部材４２０が振り子のようにある程度斜めに傾くとともに、棒状部材４５０が撓み、左右の高低差を吸収する。これによりセンターフレーム１００は、左右の高低差の影響を受けずに水平性を保つことができる。また棒状部材４５０は、その剛性によって駆動輪３２０Ａを接地面に押し付ける力を与えるため、駆動輪３２０Ａが持ち上げられた勢いによるロッカーフレーム２１０Ａの過剰の回転や左右の傾きにより姿勢が不安定化するのを防止することができる。
【００５８】
一方、図８（ｅ−１）および図８（ｆ−１）に示したように、凹部の段差Ｓに走行部２００Ａの前輪３３０及び駆動輪３２０が降りた場合にも、ロッカーフレーム２１０Ａの第一端部２１１Ａに固定されているホルダー４３０Ａの位置が左側の走行部２００Ｂのホルダー位置に対し相対的に下がった状態となり、棒状部材４５０を下方に引っ張る。これにより、搖動部材４２０が振り子のようにある程度斜めに傾くとともに、棒状部材４５０が下側に撓むことで、左右の高低差を吸収する。これによりセンターフレーム１００は、左右の高低差の影響を受けずに水平性を保つことができる。また棒状部材４５０により、ロッカーフレーム２１０Ａの過剰の回転や左右の傾きにより姿勢が不安定化するのを防止することができる。
【００５９】
以上、本実施形態のロッカーボギー機構を図面に基づき説明したが、本発明のロッカーボギー機構は、センターフレームの両側に、ロッカーボギー機構からなる走行部をロッカーフレームを軸支した構造が特徴であり、上記実施形態に限定されることなく、必須ではない要素の削除或いは追加、或いは構成する要素の変形など種々の変更が可能である。以下、いくつかの変形例を列挙する。
【００６０】
＜第二実施形態＞
本実施形態のロッカーボギー機構は、第一実施形態のロッカーボギー機構を基本として、さらに、荷重によりフレームにかかるねじれ応力の耐性を高めるための手段を設けたことが特徴である。その他の構成は第一実施形態と同様である。以下、図９及び図１０を用いて、本実施形態のロッカーボギー機構を説明する。図９は本実施形態のロッカーボギー機構の平面図、図１０はその作用を説明する図である。本実施形態で参照する図において、第一実施形態のロッカーボギー機構と同じ要素は同じ符号で示し、重複する説明は省略する。
【００６１】
本実施形態では、図９（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、モーターの取付け部であるボギーフレーム２２０のフレーム部２２７先端に、スタビライザー４８０を配置している。図示した例では、フレーム部２２７の先端は更に屈曲しており、この構造を利用して、スタビライザー４８０が取り付けられている。スタビライザー４８０としては、中央より前方及び後方に配置されるスタビライザー４００（４５０）と同様の棒状部材（テンションバー）を採用することができる。なお図ではスタビライザー４８０の支持部材は省略されているが、前後に配置したスタビライザー４００と同様の構造を採用することができる。
【００６２】
或いは、図９（ｂ）に示すように、モーター６００を支持するボギーフレーム２２０に補強板４９０を固定し、左右の補強板４９０で棒状部材であるスタビライザー４８０を支持してもよい。
【００６３】
第一実施形態のロッカーボギー機構は、センターフレームに対してロッカーフレーム及びボギーフレームが水平に配置されているため、図１０（ａ）に示すように、センターフレームにかかった荷重は最外側の車輪にかかる。特に中央に位置する第二車輪（駆動輪）にかかる荷重が最も起きくなるため、駆動輪とモーターが接続されたフレーム（ロッカーフレームのフレーム部２１６及びボギーフレームのフレーム部２２７）に、荷重によるねじれ応力がかかる。このためフレーム部２２７に取り付けたモーターの上部が内側に倒れて駆動輪３２０が八の字に開きやすくなる。
【００６４】
これに対し、本実施形態のように中央にスタビライザー４８０を配置した場合、図１０（ｂ）に示すように、センターフレーム１００に荷重がかかると、その変位に伴いスタビライザー４８０が下方に撓み、その両端を支持するボギーフレーム２２０（フレーム部２２７）先端に対し、外側に向かう力を与える。これによりモーターを内側に倒す力に抗し、車輪がハの字状に開くのを防止することができる。
【００６５】
なお、センターフレームにかかる荷重に起因するねじれ応力への耐性を高める機構として、スタビライザーに代えて、或いはスタビライザーとともに、フレーム自体の径を太くする、厚みを増す、支えを入れて補強するなどの手段を採用することができる。
【００６６】
例えば、図９（ｂ）に示す補強板４９０の他、図１１に示すように、センターフレーム１００に軸支される部分と、各端部２１１、２１２との間に、筋交いとなる補強フレーム或いは補強板２１９などを追加してもよい。この例では、補強板２１９は、ロッカーフレーム２１０のロッカー軸受部２１５と第一ボギー軸受部２１８とに固定され、ロッカーフレーム２１０において最も負荷がかかりやすい部分を補強している。さらに第二ボギー軸受部２２５とその両側に固定されるフレーム部２２６、２２７とを補強板で補強してもよい。
【００６７】
本実施形態によれば、ロッカーフレームとボギーロッカーフレームを、センターフレームに対し水平方向に取り付けたことにより生じうる構造の課題を解決し、構造的に堅固なロッカーボギー機構とすることができる。
【００６８】
＜変更例＞
以上、図面を参照して本発明のロッカーボギー機構の実施形態を説明したが、ロッカーボギー機構を構成する各フレームの形状は、上述した実施形態とは異なる形状にしてもよいし、適宜、強度を補強するための部材を追加することも可能である。例えば、ロッカーフレーム２１０は、斜め前方及び斜め後方に屈曲した部分を持つ２つのフレーム部２１６、２１７で構成した例を示したが、円弧状のフレームや、走行方向に対して垂直に屈曲したフレームなども採用することができる。
【００６９】
ボギーフレーム２２０についても、屈曲方向を適宜変更することで、前輪や駆動輪の間隔を変えることも可能である。
【００７０】
＜走行装置の実施形態＞
本発明のロッカーボギー機構は、人を搭載しない自走車（ロボット）や人を搭載する電動カート、車いすなど種々の走行装置に適用することができ、特にセンターフレームの水平性が保たれ、且つ低い安定した姿勢を保つ機構であるという特徴を生かして、人を乗せる走行装置に好適に適用することができる。
【００７１】
本実施形態では、走行装置の一例として、上述したロッカーボギー機構１に、人が座る椅子や操作用のハンドルを取り付けた電動カート（電動車いす）を取り上げ説明する。電動車いすには、ＪＩＳで定められた規格（全長：１２００ｍｍ、全幅：７００ｍｍ、全高：１０９０ｍｍ、乗り越え段差：４０ｍｍ）があり、ロッカーボギー機構１のサイズ及びそれに取り付けられる椅子のサイズもこれら規格内に入るサイズである。
【００７２】
構造上の強度や動作の円滑性の観点から、またロッカーボギー機構１の各フレーム（ロッカーフレーム２１０及びボギーフレーム２２０）は、その底面（下端）の位置が駆動輪３２０の軸（中心）の位置であることが好ましく、軸の位置からフレーム厚み程度までを許容範囲とする。フレームの下端が車輪の軸よりも低いと、車輪の半径より高い段差を乗り越えることが難しく、また下端が段差に接触しやすくなる。具体的には、標準的な歩道の高さは２００ｍｍで、車道から歩道へ乗り上げる際のスロープでの段差は５０ｍｍ程度、スロープの中心付近の高さは１００ｍｍ程度である。フレームの高さが１２０ｍｍ程度であることが好ましい。一方、フレーム下端の位置が車輪の軸よりも高いと、上からの荷重が駆動輪の上側にかかるためフレーム内側へのねじれ応力がかかる。またセンターフレーム上の積載物とロッカーフレーム２１０やボギーフレーム２２０とのクリアランスが狭くなり、段差乗り越え等でフレームが回転するときの許容度も狭くなる。
【００７３】
本実施形態の電動カートの一例を図１２に示す。図示するように、ロッカーボギー機構１のセンターフレーム１００の、センター軸受部よりやや後方に椅子（不図示）の支柱７００が固定され、支柱７００の上端に椅子を固定するための天板７１０が、支柱７００を軸として回転可能に固定されている。またセンターフレーム１００の前側の端部に、ハンドル７５０とその支柱７６０が固定されている。ハンドル７５０の近傍には、走行装置を操作するための操作ボタンを設けてもよい。操作ボタンとして、例えば、駆動源のオンオフボタン、駆動輪を逆回転させる後退ボタン、走行速度を可変にするボタン、旋回ボタン、また走行装置がライトを備える場合にはその点灯・消灯ボタン、などがあり得る。また椅子が固定される天板７１０には、その高さを可変にする上下移動機構を設けてもよく、その場合、操作ボタンには、天板７１０の上下移動機構の操作ボタンも含む。
【００７４】
この場合、駆動輪３２０を駆動する駆動源６００には制御装置が備えられ、これらボタン操作に対応して駆動輪３２０を制御する。例えば、後退ボタンが操作されると、制御装置は駆動輪を逆回転させる。これにより、走行装置は、走行方向の後方に向かって移動する。また旋回ボタンが操作されると、左右の駆動輪の一方を正回転させるとともに、他方を正回転と同じ回転量で逆回転させる。これにより、その場での旋回が可能になる。
【００７５】
またハンドル７５０の操作は、電気的な信号を介して、或いは機械的な伝達機構を介して、駆動輪３２０に伝達される。電気的な信号を用いる場合、ハンドル操作を検知するセンサの出力によって、左右の駆動輪３２０Ａ、３２０Ｂの回転量を変化させることで左方向或いは右方向への移動が可能となる。例えば、ハンドル７５０を左に回転させると、その回転量に相当する電気信号が駆動源６００の制御装置に送信され、右の駆動輪の回転量を相対的に増加させる。
【００７６】
本実施形態の走行装置は、センターフレームの両側に一対のロッカーボギー機構からなる走行部を軸支した構造を用いているので、段差の乗り越えや乗り降りが容易で且つ姿勢の安定性を保つことができる。また人が載る椅子が固定されたセンターフレームは水平性が保たれているので、揺れが少なく快適な乗り心地が得られる。
【００７７】
なお、人が載る座面はセンターフレームに固定することが好ましいが、センターフレームと座面との間に、公知のスプリング等の緩衝機構を設けること、座面を保護したり乗り心地や乗った時の安定性を確保するための背もたれ部やひじ置き、フットレストなどを備えてもよいことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明によれば、凹凸のある地面の走行において安定性と水平性を確保できる新規なロッカーボギー機構及び走行装置が提供される。
【符号の説明】
【００７９】
１・・・ロッカーボギー機構、１００・・・センターフレーム、１１５・・・センター軸受部、２００Ａ、２００Ｂ・・・走行部、２１０・・・ロッカーフレーム、２１１・・・第一端部、２１２・・・第二端部、２１５・・・第一ボギー軸受部、２１６・・・フレーム部、２１７・・・フレーム部、２１８・・・第一ボギー軸受部、２２０・・・ボギーフレーム、２２５・・・第二ボギー軸受部、２２６・・・フレーム部、２２７・・・フレーム部、３１０・・・第一車輪（後輪）、３２０・・・第二車輪（駆動輪）、３３０・・・第三車輪（前輪）、４００、４８０・・・スタビライザー、４１０・・・支持部材、４２０・・・搖動部材、４３０・・・ホルダー、４５０・・・棒状部材、５００・・・主軸、６００・・・駆動源（モーター）、７００・・・支柱、７５０・・・ハンドル。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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