(57)【要約】【課題】任意走路面を走行する連結車輌が走行障害を受けずにかつ安定姿勢を常時、維持して走行可能にする車間連結機構を構成すること。【解決手段】連結車輌１２、１４の車間の連結空間における走路面”Ｓ”から見て上方域に配設した俯仰動、左右揺動を起動、制御する二つの伸縮動作桿１６、１８の間に捻り支承桿２２の水平軸部２４を車輌１２から延在させて他方の車輌１４のねじり傾動軸心を形成するように配設し、その水平軸部２４の内端２４ａから垂下する縦軸部２６を、自在継手２０を介して車輌１４に結合することによって連結空間内部の下方域を開空間にし、かつ捻り支承軸２２の水平軸部２４に対して弾性手段３２、３２により、ねじり復帰回動用のバネ性を付与した構成として車輌重心”Ｇ２”より上方に傾斜動時のねじり傾動軸心を配する構成とした。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意走路面を自律走行する連結車輌の車間を連結するために設けられ、
連結される車輌の間の前記任意走路面から見て上方域に分離、並設されると共に両車輌に自在継手を介してそれぞれの両端を結合され、かつ該両端間の距離を作動源からの起動、制御に従って可変することにより前記両車輌の間で俯仰動と左右揺動とを相対発生する二つの伸縮動作桿と、
前記両車輌間の前記上方域における前記二つの伸縮動作桿の間に延設されて前記両車輌間の相対ねじり軸心を形成する水平軸部と該水平軸部から延長して前記両車輌間における前記任意走路面から見て下方域に伸びる縦軸部とを有してなり、前記水平軸部の端部を一方の前記車輌に係着し、前記縦軸部の端部に配設した自在継手を他方の車輌に結合してなる捻り支承桿と、
前記捻り支承桿に内在又は係合して設けられるねじり復帰用の弾性手段と、
を具備して構成されたことを特徴とする連結車輌の車間連結機構。
【請求項２】
前記ねじり支承桿の前記縦軸部の端部に設けた自在継手を中心に前記俯仰動および左右揺動が相対発生するように構成された請求項１に記載の連結車輌の車間連結機構。
【請求項３】
前記二つの伸縮動作桿と前記捻り支承桿の水平軸部とを前記上方域の一平面内に延在させた構成を有する請求項１又は２に記載の連結車輌の車間連結機構。
【請求項４】
中央車輌とその前後の車輌の３台のそれぞれの車輌間に請求項１から３の何れか１項に記載の連結車輌の車間連結機構を設けて成る連結車輌装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、２以上の車輌の車体間を互いに連結して任意の走路面を走破可能にする車間連結機構に関し、特に自立走行する連結車輌における先行車輌の俯仰動と左右揺動とを起動、制御しながら障害物等によって形成される堤状路や凹形の溝領域をも超えて走行可能にする車間連結機構に関する。また、本発明は、クローラー車輌から成る２ないし３台の車輌相互間を上述の車間連結機構を用いて連結して不整地、荒れ地等を自在に走行する連結車輌装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無限軌道を備えたクローラー車輌を３台、中央車輌とその前後の車輌とを連結機構で連結し、地震被災域の瓦礫内や不整地域内等に突入、自律走行して障害物や溝路を走破しながら例えば被災者を探査する無人連結移動体が既に提供されている。このような無人連結移動体の中央車輌と前方車両又は後方車両とを連結する連結機構としては、左右一対の伸縮棒と、その伸縮棒をそれぞれ伸縮制御する機構と、各伸縮棒の伸縮を起動、制御する二つの駆動源とを設けて中央車輌に対して前方車両又は後方車両の仰俯動作や左右揺動動作等の姿勢を制御し、また他の一つの駆動棒を中央車輌から自在継手を介して前方又は後方車両へ連結し、この駆動棒を中央車輌に搭載した駆動モータからの回転駆動力で回動させ、上記自在継手を介して前方又は後方車両へ伝達し、更にクローラーの駆動輪へと伝達して走行出力を得る構成を有することが特許文献１及び非特許文献１に開示されている。
【０００３】
図７は、上述した従来の連結移動体の車輌間に設けられる連結機構の略示図であり、同図の（イ）、（ロ）において中央車輌を模倣する三角板１と前方車両を模倣する三角板２との間を連結すべく両端に自在継手３、３を有した第一の伸縮棒４と第二の伸縮棒５とを該自在継手３等を両板１、２に取着した構造で配設し、それぞれの伸縮棒４、５には雌雄ねじ機構から成る伸縮メカニズム４ａ、５ａを具備せしめ、図示に無い駆動源からの回転駆動力で伸縮動作を起動、制御する構成で設けられている。この場合に、図７の（イ）に矢印で示す如く例えば伸縮棒４を伸長動作し、伸縮棒５を短縮動作させるか或いはその逆に伸縮棒４を短縮動作させ、伸縮棒５を伸長動作させれば、三角板２は最下部の自在継手３を中心にして矢印”Ｙ”で示す左右揺動を遂行し、図７の（ロ）に矢印で示す如く例えば伸縮棒４、５の両者を短縮動作させれば、三角板２は最下部の自在継手３を中心にして矢印”Ｐ”で示す俯仰動作を遂行するように姿勢を変更する制御が可能と成っている。
【０００４】
他方、三角板１から延設した駆動軸６の先端を、自在継手３を介して三角板２に結合し、三角板１が成す中央車輌の内部に設けた駆動モータから駆動軸６を介して駆動力を伝動し、その駆動力で三角板２が示す前方車輌２が有するクローラー機構を作動させて中央、前方の両車輌１、２を前進又は後進させる推進機構を構成しているものである。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２９９５０５５号公報。
【特許文献２】
日本機会学会「Ｎｏ．９８−４」ロボティクス・メカトロニクス講演会’９８講演論文集、ＩＣＩ４−１『瓦礫内推進連結クローラー走行車「蒼龍Ｉ号機」の開発』
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
然しながら、上述した構成を有する車輌間の連結機構では構造的改善を要することが分かった。つまり、伸縮動作を遂行して微妙な姿勢制御に関与する伸縮棒４、５は両車輌の間の連結空間における上方域に相互に充分離して設けると共に走行面から離間させ、障害物との接触を可及的に回避させる構造とし、推進力の原動回動を中央車輌から前方又は後方車両へ伝達する駆動軸６の一本は伸縮棒４、５と充分に隔てて設けると共にそれだけを両車輌の間の連結空間における下方域に設けた構造として最下部自在継手３を中心とする姿勢制御動作の動作力を充分確保しているが、図８に示すように、瓦礫内等の走路では、中央車輌１の前後の前方車両２、後方車両２ａからなる連結車輌列が瓦礫内を走行する過程で連結機構における駆動軸６が走行面”Ｓ”から比較的低い位置に配設されている関係で障害物Ｂと接触し走行に支障を来す場合が発生することが有る。
【０００８】
また、連結車輌列が走行する過程では、走路面で出会う堤形状部位や壕形状部等を超える所謂、超堤、超壕過程等で一方の車輌が傾いて車体両側のクローラー機構における片側が走行面から離れたとき復帰力を作用させることが必要となる。このようなことから、駆動軸６の軸端部分等にねじりバネ性を付与した構造にして連結されている例えば前方車両２と中央車輌１との両車輌が走行面”Ｓ”の壕部を超える過程で前者の超壕後に後者が一部接地状態になってねじれ回動した時に受動的に同後者の車体がねじりバネ特性を生かして復帰回動を行って車体両側のクローラー機構を走路面”Ｓ”に接地させ、水平姿勢に復帰する構成を採り入れることが構想されている。しかし、その時には図９に明示するように、車輌重心Ｇ１が通常は車体構造上から駆動軸６の上方領域に来ているため、ねじれ回動を発生した際には、復帰力が作用することなく、むしろ車輌重心Ｇ１に働く重力によるモーメント作用でねじれを増幅する傾向となり、結果的に車輌の安定姿勢を得ることが困難になる問題点がある。
【０００９】
加えて、機構の強度を確保すべく前述のように二本の伸縮棒４、５と駆動軸６との三者を相互に可及的に離反させて三角配置した構造としたとき、ねじり回動が車輌車体に印加されたとき、伸縮軸４、５は初期位置よりも車幅方向の外側へ振られクローラー機構と接触する危惧が有り、これを回避すべく両伸縮軸４、５の外方には余裕空間を介してクローラー機構を設ける構成とすると、車輌幅が過大になると共に両側クローラー間の最大幅を利用した伸縮軸４、５の配置による高強度の確保も困難になる。
【００１０】
依って、本発明の目的は、上述した従来の連結車輌間の連結機構に伴う問題点を改善し、走行面に横たわる障害物と車間連結機構との接触の発生を最大限防止し得るだけの空間を連結車輌の間の連結空間内に確保可能とし、かつ連結車輌の一つの車輌がねじれ傾きを発生した場合にも迅速にねじれ復帰を図って元の安定姿勢を回復して常時、安定に走行可能な連結車輌の車間連結機構の新規構成を提供せんとするものである。
本発明の他の目的は、かかる新規構成の車間連結機構を用いて連結された連結車輌装置を提供せんとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した発明の目的に鑑みて、本発明は任意走路面を自律走行する連結車輌の車間を連結するために設けられ、
連結される車輌の間の前記任意走路面から見て上方域に分離、並設されると共に両車輌に自在継手を介してそれぞれの両端を結合され、かつ該両端間の距離を作動源からの起動、制御に従って可変することにより前記両車輌の間で俯仰動と左右揺動とを相対発生する二つの伸縮動作桿と、
上記両車輌間の前記上方域における上記二つの伸縮動作桿の間に延設されて上記両車輌間の相対ねじり軸心を形成する水平軸部と該水平軸部から延長して上記両車輌間における上記任意走路面から見て下方域に伸びる縦軸部とを有してなり、上記水平軸部の端部を一方の前記車輌に係着し、上記縦軸部の端部に配設した自在継手を他方の車輌に結合してなる捻り支承桿と、
上記捻り支承桿に内在又は係合して設けられるねじり復帰用の弾性手段と、
を具備して構成された連結車輌の車間連結機構を提供するものである。
【００１２】
上述の構成を有したによれば、二つの伸縮動作桿及び捻り支承桿の水平軸部の三者は何れも連結される車輌の間の走路面から見て上方域に設けられる構成を採っている。従って連結された車輌の車間の連結空間における走路面から見て上方領域に充分な空間を確保することが可能である。
このことは、車間連結機構で連結された車輌が連結状態で不整地や瓦礫内等をも含む任意の走路面を走行し、走路面から突き出た障害物等の突出部位を通過する際にも車間連結機構が突出部位と接触する危惧を大幅に低減させ得る構造設計を用いることを可能にし、車輌の走行に支障を来す危惧を充分に低減することができる。
【００１３】
加えて、上述した二つの伸縮動作桿及び捻り支承桿の水平軸部の三者が何れも連結される車輌の間の走路面から見て上方域に設けられる構成は、それぞれの車輌の重心位置に対して捻り支承桿の水平部をより高い位置に延設することを可能にし、故に本車間連結機構で連結された車輌が連結状態で走路面の堤部を超えたり壕状部を超える等の超堤、超壕動作を遂行する過程などで、外力を受けて一方の車輌にねじれ作用が印加され、捻れ支承桿の水平軸部を軸心にして傾斜した姿勢へ変位し、車体が宙に浮いた状態へ移行しても車輌の重心が、傾動軸心の下方に位置するために直ちに車体は水平姿勢状態へ捻り復帰用の弾性手段によるバネ力で傾斜姿勢から復帰し、安定した水平姿勢を迅速に取り戻すことになる。依って、連結された車輌が、常に安定した水平な連結姿勢を保って任意の走行路面を走破することが可能になると言う効果をも奏し得るのである。
【００１４】
また、本発明は、好ましくは、上記ねじり支承桿の上記縦軸部の端部に設けた自在継手を中心に上記俯仰動および左右揺動が相対発生するように構成された連結車輌の車間連結機構とされる。
【００１５】
上述した構成とすれば、伸縮動作桿の伸縮作動を制御して発生する車輌の俯仰動および左右揺動は、常にねじり支承桿の縦軸部の端部に設けた自在継手を中心にした同一の一点を中心にする動作となし得るので、二つの伸縮動作桿の伸縮動作を制御して遂行する俯仰動および左右揺動の角度制御性を簡便化し得る効果を奏するのである。
【００１６】
また、本発明は、上記二つの伸縮動作桿と上記捻り支承桿の水平軸部とを上記上方域の一平面内に延在させた構成とした連結車輌の車間連結機構を構成することが好ましい。
【００１７】
かかる構成とすれば、連結される車輌間の連結空間において上記一平面の下方領域を充分に広く確保し、車輌の走行時の走行障害を最大限に低減させることが可能となる。
【００１８】
また、本発明は、中央車輌とその前後の車輌の３台のそれぞれの車輌間に上述した構成、作用効果を有する連結車輌の車間連結機構を設けて成る連結車輌装置を提供する。
【００１９】
このような連結車輌装置は、上記した諸効果を発揮して任意の走路面を安定に走行継続し得ると言う保証が得られる。
【００２０】
【発明の実施の態様】
以下、本発明を添付の図面に示す好ましい実施の形態を参照して更に詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る連結車輌の車間連結機構における基本構成を示す略示機構図である。
【００２１】
図１において、車間連結機構１０は、例示的に二つの車輌間を連結するために配設されている場合を表示しており、二つの車輌１２、１４は模式的にそれぞれ連結域に形成される三角板によって表示されている。そして、車間連結機構１０は、両車輌１２、１４の車体間の空間に配設されて両車輌１２、１４を連結し、かつ一方の車輌１２又は１４に対して他方の車輌１４又は１２の俯仰動と左右揺動とを起動、制御するために設けられ、このために二つの伸縮動作桿１６、１８を有し、両伸縮動作桿１６、１８はそれぞれの両端に自在継手２０を備え、これらの自在継手２０を介して二つの車輌１２、１４の走行面から見て上方域における各二位置に結合されており、この構造の点は、図７に示した従来の伸縮棒４、５と実質的に同じである。この場合に、両伸縮動作桿１６、１８は伸縮作動部１６ａ、１８ａを内包し、例えば、伸縮作動部１６ａにおいて伸縮作動すると、伸縮動作桿１６の両端の自在継手２０、２０の間の距離を所定長さに対して増減させることが可能に構成され、典型的にはネジ機構を用い、伸縮動作桿１６の回動に応じて伸縮作動部１６ａの内部螺動で該伸縮作動部１６ａの両側の動作桿長さが変化する構成が、簡易かつ高精度の伸縮動作発生構造として用いられる。勿論、その他、例えば、伸縮作動部１６ａ、１８ａをそれぞれ液圧ないし空気圧シリンダー等で構成するような実施形態とすることも可能である。
また、自在継手２０は、既述した特許文献１に開示されている２自由度のジョイントと同様なジョイントを採用して構成することができる。もちろん、それのみに限定されるものではなく、機能的に同一の他のジョイント手段を採用することもできる。
【００２２】
車間連結機構１０は、更に本発明による新規構成として、捻り支承桿２２を備えている。この捻り支承桿２２は、両車輌１２、１４が水平安定姿勢にある場合に、連結空間の上方域で一方の車輌１２から水平に延長する水平軸部２４と当該水平軸部２４の内端２４ａから下方域に垂下する実質的に縦向きに伸びる縦軸部２６とを具備した逆向きの”Ｌ”字形桿部材として形成され、縦軸部２６の終端２６ａは、自在継手２０を介して車輌１４の車体下方域の一点に結合されている。
【００２３】
上述した捻り支承桿２２の水平軸部２４は、両車輌１２、１４の何れか一方に外力が作用して車輌車体に矢印”Ｒ”で示すねじり回動モーメント（傾動モーメント）が作用したとき、そのねじり軸心を形成するように予め車輌１２との結合点には図２に一例を示す如く、軸受３０を介して回動可能に支持される。
【００２４】
更に、図２に明示するように、捻り支承桿２２は、水平軸部２４にねじり回動モーメントの作用時に、傾斜姿勢からの復帰用回動モーメントを作用させるバネ性を保持させる構成が予め具備される。このねじり復帰用のバネ性を保持せしめる弾性手段の構成例としては、水平軸部２４の軸受３０から車輌１２の車体側に突出した領域に圧縮バネ３２、３２を適宜のブラケット部材３４、３４で支持して設け、この圧縮バネ３２、３２のバネ力が捻り支承桿２２に復帰モーメントを及ぼすようにクロス桿３６を介して結合する構成とすれば良い。
【００２５】
なお、上述のバネ性付与の構成例では、圧縮バネ３２、３２を利用した構成としたが、言うまでもなく、他のバネ性付与手段を用いることも可能であり、例えば、捻り支承桿２２の水平軸部２４の一部に周知のトーションバーを配設してねじり復帰バネ作用を発揮せしめる構成とすることも可能である。また、トーションバーに変えてコイルバネを配設する構成も構想することは可能である。
【００２６】
本発明では、上述のように、捻り支承桿２２の連結空間上方域に配設した水平軸部２４にねじり軸心を形成させ、その水平軸部２４から垂下した縦軸部２６の終端２６ａを他の車輌１４の下方域における一点へ自在継手２０を介して結合した構成としたことから、車輌１２、１４の何れか一方、例えば、図３に示すように外力に起因したねじり回動回動モーメント”Ｒ”が車輌１４に作用すると、同車輌１４の重心Ｇ２に対してねじり回動モーメントの軸心は、充分に上方域に配置した構成を採ることが可能であることから、重心Ｇ２に作用する車体重量によるモーメント力が、ねじれ回動モーメント”Ｒ”を助長することなく、むしろ上述したバネ３２、３２を有するねじり復帰用弾性手段の復帰回動モーメントを助勢する復帰モーメントを車輌１４に付与するように作用することが可能となっている。かくして、車輌１４は傾斜姿勢から水平姿勢へ機敏に復帰する。
【００２７】
かかる構成は、連結された二つの車輌１２、１４が図４に示すように、走行路面”Ｓ”を走行中に壕状部”Ｍ”の超壕動作を遂行する等して車輌の一部が走行面から浮き上がる状態を発生した場合等に、迅速に水平な安定姿勢状態へ復帰することを可能とし、超壕動作も円滑かつ安定に遂行し得ると言う利点を得ることが可能となる。
【００２８】
そして、ねじり支承桿２２の水平軸部２４が車体連結空間において、上方域に延在していることは、走路面で障害物などの突出物に車輌１２、１４が遭遇した際にも従来のように、その突起物と接触する危惧のある部材を連結機構１０は具備しないことから、走行に支障を来すことも無く、円滑かつ安定した走行性能が保証されることとなる。
【００２９】
なお、図４に示す車輌１２、１４は、無限軌道を備えたクローラー車輌とした場合を例示しているが、本発明の実施形態に係る車間連結機構１０は、クローラー車輌のみならず、車輪走行の車輌間の連結にも適用可能なことは言うまでもない。
【００３０】
更に、図５、図６は図１に示した基本構成に係る連結車輌の車間連結機構１０における二つの伸縮動作桿１６、１８がそれぞれの伸縮作動部１６ａ、１８ａを介して伸縮動作することに依って、一方の車輌１４に俯仰動”Ｐ”と左右揺動”Ｙ”とを生起せしめる際の様子を図示している。この図５、図６からも明らかなように、俯仰動”Ｐ”と左右揺動”Ｙ”の両動作は、何れも捻れ支承桿２２における縦軸部２６の終端２６ａが自在継手２０で車輌１４に結合する一点を中心にして発生する構成にあり、これによって、二つの伸縮動作桿１６、１８の伸縮動作を制御することで、常に一貫した俯仰動”Ｐ”、左右揺動”Ｙ”の発生を保証することができるのである。
【００３１】
さらに、上述した新規な捻り支承桿２２を有した車間連結機構１０によれば、外力を受けた時等に生じるねじり回動モーメントによる傾斜動作（ローリング動作）は、二つの伸縮動作桿１６、１８の間で略同一水平面内に延在した水平軸部２４を中心にして発生するようにした構成は、ローリング動作自体が、水平軸部２４を軸心にして生起することから、両伸縮動作桿１６、１８が左右に大きく振られることがなく、両伸縮動作桿１６、１８の相互間隔を車輌１２、１４のクローラー機構または駆動輪機構の内側一杯の空間を利用する間隔配置で設け得ることから連結車輌間の空間内で車間連結機構１０自体の機械的剛性を充分に強化した構造となし得ると言う利点を享受することもできる。
【００３２】
【発明の効果】
以上の実施形態に基づく記載からも明らかなように、本発明は、連結車輌の車間連結機構の構成に当たり、連結空間内におき、二つの伸縮動作桿の間に在って走行路面から見て充分に上方の領域に捻り支承桿のねじり軸心を形成する水平軸部分を設け、その水平軸部分の端部から垂下する縦軸部の端部をねじり軸心から下方に充分離間させた位置で自在継手を介して一方の車輌車体における下方位置に結合した構成としたことから、車輌の連結空間の下方部位からは車間連結機構の構成部材が排除され、故に同連結空間において、連結車輌の走行中に走路面の障害物等の突起物と車間連結機構の構成部材が接触を引き起こす危惧を解消することができ、走行に支障を来すことが充分低減されて連結車輌は、常に円滑、安定した走行を継続し得ると言う効果を享受することができる。
また、ねじり支承桿は、車輌に外力が及んでねじり回動モーメントの作用で一方の車輌が他方の車輌に対して傾斜動作を発生したときに、そのねじり軸心を車輌重心位置より高い位置に配設した構成を採り得るので、車輌の重量によるねじり回動モーメントの助長作用が無く、故にねじり支承桿に保持させたバネ性に依って速やかに傾斜状態から元の水平姿勢へ復帰することができ、延いては連結された車輌が水平姿勢を常に維持して安定走行を継続できると言う効果を奏するのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る連結車輌の車間連結機構の基本構成を示す略示機構図。
【図２】同車間連結機構の捻り支承桿にバネ性を保持させる機構の例を示す機構図。
【図３】図１に示す連結車輌の車間連結機構により連結された車輌が傾きを生じた場合における捻り支承桿と車輌重心との関係及び傾斜復帰作用を説明する機構図。
【図４】本実施形態の車間連結機構を用いて連結された車輌の安定姿勢による走行姿勢を示すもので、走路面における連結車輌の水平姿勢を示した斜視図。
【図５】図１に示す連結車輌の車間連結機構における俯仰動を説明する機構図。
【図６】図１に示す連結車輌の車間連結機構における左右揺動を説明する機構図。
【図７】（イ）、（ロ）は、従来の連結車輌の車間連結機構の基本構成と、同機構による左右揺動と俯仰動との作用を解説する略示機構図。
【図８】従来の車間連結機構で連結された連結車輌が走路面で走行障害を受ける様子を解説する略示図。
【図９】従来の車間連結機構で連結された連結車輌が、ねじり回動モーメントを受けて車体を傾斜させる状況を説明する機構図。
【符号の説明】
１：車輌、２：車輌、３：自在継手、４、５：伸縮棒、
４ａ、５ａ：伸縮メカニズム、６：駆動棒、１０：車間連結機構、
１２、１４：車輌、１６、１８：伸縮動作桿、１６ａ、１８ａ：伸縮作動部、
２０：自在継手、２２：捻り支承桿、２４：水平軸部、２４ａ：内端、
２６：縦軸部、２６ａ：終端、３０：軸受、３２：圧縮バネ、
３４：ブラケット、３６：クロス桿、Ｂ：障害物、Ｓ：走路面、
Ｒ：傾斜モーメント、Ｐ：俯仰動、Ｙ：左右揺動。
【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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