(57)【要約】      （修正有）【課題】アクチュエータの数をできるだけ少なく抑えた、複数のユニットを連結した移動体を提供する。【解決手段】複数の体節ユニットを所定の方向に沿って連結した移動体は、駆動源１８と、各体節ユニットに搭載され、該体節ユニットに隣接する体節ユニットの姿勢を変化させるための姿勢変化ユニット２６と、駆動源１８から動力を姿勢変化ユニット２６に伝達するための動力伝達機構とを備える。姿勢変化ユニット２６は、前記隣接ユニットに連結された直動部３４と、直動部３４とベルト機構の間に配置された個別の伝達部３２とを有し、個別伝達部３２はクラッチ４４を有する。各体節ユニットの姿勢変化ユニット２６は、ベルト３０を有するベルト機構を介して駆動源１８に駆動連結されており、クラッチ４４を適宜オン・オフすることで各姿勢変化ユニット２６への動力の供給・停止が行われる。【選択図】図７
2004167611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の体節ユニットを所定の方向に沿って連結した移動体において、
駆動源と、
各体節ユニットに搭載され、該体節ユニットに隣接する体節ユニットの姿勢を変化させるための姿勢変化ユニットと、
駆動源から動力を姿勢変化ユニットに伝達するための動力伝達機構とを備え、前記動力伝達機構は、駆動源と駆動連結し複数の体節ユニットに共通の伝達部を有し、
前記姿勢変化ユニットは、前記隣接する体節ユニットに連結された被駆動部と、該被駆動部と前記共通伝達部の間に配置された個別の伝達部とを有し、
前記個別伝達部がクラッチを有することを特徴とする移動体。
【請求項２】
前記共通伝達部は、複数の体節ユニットにわたって走行するベルトを有するベルト機構であることを特徴とする請求項１の移動体。
【請求項３】
前記個別伝達部は、前記クラッチの入力側に設けた軸が前記ベルトの走行により回転すること特徴とする請求項２の移動体。
【請求項４】
前記被駆動部は、前記出力軸の回転により前記所定の方向に沿って並進運動することを特徴とする請求項２または３に記載の移動体。
【請求項５】
前記被駆動部の並進中にベルトがたるむのを防止する機構をさらに備えることを特徴とする請求項４の移動体。
【請求項６】
前記駆動源が移動体のボトムユニットに内蔵されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の移動体。
【請求項７】
複数の体節ユニットを所定の方向に沿って連結した被駆動体を駆動するためのアクチュエータにおいて、
駆動源と、
各体節ユニットに搭載され、該体節ユニットに隣接する体節ユニットの姿勢を変化させるための姿勢変化ユニットと、
駆動源から動力を姿勢変化ユニットに伝達するための動力伝達機構とを備え、前記動力伝達機構は、駆動源と駆動連結し複数の体節ユニットに共通の伝達部を有し、
前記姿勢変化ユニットは、前記隣接する体節ユニットに連結された被駆動部と、該被駆動部と前記共通伝達部の間に配置された個別の伝達部とを有し、
前記個別伝達部がクラッチを有することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項８】
前記駆動源が被駆動体のボトムユニットに内蔵されることを特徴とする請求項７のアクチュエータ。
【請求項９】
前記被駆動体が移動体であることを特徴とする請求項７または８に記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば大地震等で倒壊した家屋内に進入し、瓦礫内で情報を収集して内部に閉じ込められた被災者を発見するレスキューロボット等に利用することのできる、複数のユニット（モジュール）を連結した移動体に関する。本発明はまた、複数のユニットを連結した被駆動体を駆動するためのアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、大地震等で倒壊した家屋内に進入し、瓦礫内を移動することのできる移動体として、車両型、歩行型、連結型などが考えられている。車両型移動体は、該移動体の構成が比較的簡易になるものの、不整地走破性が十分得られないことが多い。歩行型移動体は、不整地走破性が高いが、小型化が困難という問題がある。連結型移動体は、複数のユニットを関節部を介して互いに連結して多自由度の運動を行えるようにすることで、高い不整地走破性を実現するようになっている。
【０００３】
従来の連結型移動体として、駆動源を含めたアクチュエータを各ユニットに内蔵し、あるユニットのアクチュエータを駆動させることで前側のユニットが関節部を軸として複数の方向に回動（例えばヨーイング、ピッチング）するように構成したものがある（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００４】
別の連結型移動体として、各ユニットにベローズを設け、ベローズに空気を供給してベローズを変形させることでユニットが関節部を軸として複数の方向に回動するように構成したものがある（例えば、非特許文献２参照。）。
【０００５】
これらの連結型移動体は、複数のユニットを索状に連結しており横断面積が小さく、したがって狭い空間でも進入できるという特長を有する。
【０００６】
【非特許文献１】
広瀬茂男、他１名、瓦礫内螺旋推進ロボット「ＨＥＬＩＸ−Ｉ」の開発、「日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会’００講演論文集」、平成１２年５月８日、２Ｐ１−８４−１３１（１），（２）
【非特許文献２】
広瀬茂男、他１名、「空気圧駆動型索状能動体スリムスライムロボット」、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成１４年１０月３１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ  ：  ｈｔｔｐ：／／ｍｏｚｕ．ｍｅｓ．ｔｉｔｅｃｈ．ａｃ．ｊｐ／ｒｅｓｅａｒｃｈ／ｓｎａｋｅ／ｓｌｉｍｅ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ＞
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前者の構成では、各ユニット毎にアクチュエータを搭載しているが、移動体を構成するユニットの数の増加にともなってアクチュエータの数が増加し、その結果、制御パラメータが増加して制御が困難になるという問題がある。
【０００８】
後者の構成では、空気圧を駆動源として用いているため駆動源を移動体に搭載することは困難である。したがって、空気圧供給用のケーブルを牽引して瓦礫内を移動しなければならず、不整地走破性に悪影響を及ぼす可能性がある。また、ベローズが比較的高価であるという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、アクチュエータの数をできるだけ少なく抑えた、複数のユニットを連結した移動体を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明はまた、移動体に駆動源を搭載でき、したがって不整地走破性の高い移動体を実現することのできるアクチュエータを提供することを特徴とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明に係る移動体は、
複数の体節ユニットを所定の方向に沿って連結した移動体において、
駆動源と、
各体節ユニットに搭載され、該体節ユニットに隣接する体節ユニットの姿勢を変化させるための姿勢変化ユニットと、
駆動源から動力を姿勢変化ユニットに伝達するための動力伝達機構とを備え、
動力伝達機構は、駆動源と駆動連結し複数の体節ユニットに共通の伝達部を有し、
姿勢変化ユニットは、前記隣接する体節ユニットに連結された被駆動部と、該被駆動部と共通伝達部の間に配置された個別の伝達部とを有し、
個別伝達部がクラッチを有することを特徴とする移動体。
【００１２】
かかる移動体では、各体節ユニットの姿勢変化ユニットは、共通の伝達部を介して駆動源に駆動連結されているが、クラッチを適宜オン・オフすることで各姿勢変化ユニットへの動力の供給・停止が行われる。したがって、各体節ユニットに駆動源を設けることなく移動体の駆動を行うことができる。
【００１３】
一実施形態では、共通伝達部は、複数の体節ユニットにわたって走行するベルトを有するベルト機構である。この場合、個別伝達部は、クラッチの入力側に設けた軸がベルトの走行により回転するように構成される。また、被駆動部は、クラッチの出力側に設けた軸の回転により前記所定の方向に沿って並進運動するようにしてもよい。この場合、被駆動部の並進中にベルトがたるむのを防止する機構をさらに備えるのが好ましい。
【００１４】
本発明に係るアクチュエータは、
複数の体節ユニットを所定の方向に沿って連結した被駆動体を駆動するためのアクチュエータにおいて、
駆動源と、
各体節ユニットに搭載され、該体節ユニットに隣接する体節ユニットの姿勢を変化させるための姿勢変化ユニットと、
駆動源から動力を姿勢変化ユニットに伝達するための動力伝達機構とを備え、
動力伝達機構は、駆動源と駆動連結し複数の体節ユニットに共通の伝達部を有し、
姿勢変化ユニットは、前記隣接する体節ユニットに連結された被駆動部と、該被駆動部と共通伝達部の間に配置された個別の伝達部とを有し、
個別伝達部がクラッチを有することを特徴とする。
【００１５】
かかるアクチュエータでは、被駆動体が移動体であれば、移動体に駆動源を搭載でき、したがって移動体の不整地走破性の高めることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明に係る実施の形態を説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る移動体の一実施形態を示す外観図である。図２〜図４は、移動体の内部構成を詳細に示す図である。移動体２は、大地震等で倒壊した家屋内に進入し、瓦礫内を移動するためのもので、ヘッドユニット４、略同一の構成を有する細長い複数（図の例では６つ）のユニットまたはモジュール６（以下では、「体節ユニット」ともいう。）、およびボトムユニット８を索状に連結した移動体である。後述するように、各体節ユニット６またはヘッドユニット４はそれぞれ、後側に位置するユニット（体節ユニットまたはボトムユニット８）に対し、互いに垂直な２つの軸（ピッチ軸およびヨー軸）周りに回動したり、移動体長手方向に伸縮できるようになっている。
【００１８】
ヘッドユニット４は、図２に示すように、ＣＣＤセンサ１０やＣＯ２センサ１２など各種センサを内蔵し、複数の窓部１４，１５を介して前方の領域を撮像したり、外気を取り込んだりできるようになっている。
【００１９】
ボトムユニット８は、図３に示すように、複数のモータ（駆動源）１６，１８Ａ，１８Ｂおよび制御装置２２を内蔵する。図示は省略するが、制御装置２２は、ＣＰＵ（中央処理装置）、モータ１６，１８Ａ，１８Ｂに電力を供給するための電源、外部と信号の送受信を行うためのインターフェイス部などを備え、モータ１６，１８Ａ，１８Ｂの駆動など各種制御を行うようになっている。モータ１６は、移動体２に設けた複数の車輪２４を駆動する際の駆動源として機能する。これら車輪２４は、必要に応じて、例えば災害現場に迅速に到達する目的で、整地を移動するときに利用される。モータ１６と車輪２４を連結する機構は後述する。モータ１８Ａ，１８Ｂは、後述するように、体節ユニット６（またはヘッドユニット４）に３つの姿勢変化−ヨーイング、ピッチング、伸縮−を行わせる際の駆動源として機能する。
【００２０】
図４〜図６を特に参照して、体節ユニット６の構成を詳細に説明する。各体節ユニット６の長手方向（Ｚ方向）前側から見た図である図５に示すように、体節ユニット６の中心線周りに略９０°間隔で、４つの姿勢変化ユニット２６（２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ）が基台部２７上に配設してある。これらの姿勢変化ユニット２６は、該ユニットを搭載する体節ユニット（以下、適宜符号ＵＮを用いて説明する。）の前方のユニット（体節ユニットまたはヘッドユニット４を意味し、適宜符号ＵＮ＋１を用いて説明する。）の体節ユニットＵＮに相対的な姿勢を変化させるためのものである。基台部２７の内部には、車輪２４とモータ１６との連結機構の一部が内蔵されているが、その構成は後述する。姿勢変化ユニット２６Ａ，２６Ｃは、Ｚ方向に垂直なＹ方向に沿って中心線の両側に配置され、姿勢変化ユニット２６Ｂ，２６Ｄは、Ｘ方向に沿って中心線の両側に配置されている。なお、図２〜４では、図の見やすさのため、姿勢変化ユニット２６Ａ，２６Ｃのみ図示されている。
【００２１】
図３も参照して、姿勢変化ユニット２６Ａおよび隣接するユニット２６Ｄは、共通のベルト機構２８Ａを介して、正逆回転可能なモータ１８Ａに駆動連結されている。同様に、姿勢変化ユニット２６Ｃおよび隣接するユニット２６Ｂは、共通のベルト機構２８Ｂを介して、正逆回転可能なモータ１８Ｂに駆動連結されている。各モータ１８の回転軸には駆動プーリ２９が固定されている。各ベルト機構２８の無端ベルト３０（図の例では、丸ベルト）は、移動体２の長手方向に延伸して配置され、ボトムユニット８に設けた駆動プーリ２９、および、ヘッドユニット４に設けた従動プーリ（図示せず）に懸架されている。ベルト機構２８Ａは、モータ１８Ａがある方向に回転する際に、ボトムユニット８からヘッドユニット４に向けて走行するベルト部分を介して一方の姿勢変化ユニット２６Ａに動力を供給するとともに、ヘッドユニット４からボトムユニット８に向けて走行するベルト部分を介して他方の姿勢変化ユニット２６Ｄに動力を供給する。同様に、ベルト機構２８Ｂは、モータ１８Ｂがある方向に回転する際に、ボトムユニット８からヘッドユニット４に向けて走行するベルト部分を介して一方の姿勢変化ユニット２６Ｂに動力を供給するとともに、ヘッドユニット４からボトムユニット８に向けて走行するベルト部分を介して他方の姿勢変化ユニット２６Ｃに動力を供給する。
【００２２】
図６に最もよく示すように、各姿勢変化ユニット２６は、動力伝達部（個別伝達部）３２および直動部（被駆動部）３４を備える。動力伝達部３２は、ベルト機構２８の無端ベルト３０の運動を直動部３４に選択的に伝達するためのもので、直動部３４は、動力が伝達されると、Ｚ方向に沿った上下（並進）移動を行うようになっている。
【００２３】
動力伝達部３２は、プーリ３６を支持する入力軸３８と、ウォームギア４０を支持する出力軸４２と、入力軸３８と出力軸４２の間に設けられたクラッチ（例えば電磁クラッチなど）４４とを備える。プーリ３６にはベルト３０が支持され、ベルト３０の回転運動がプーリ３６に伝達されるようになっている。図の例では、ベルト３０がプーリ３６に１周分巻回され、これにより動力伝達が確実に行われるようにしてある。クラッチ４４は、制御装置２２（図３）からの制御信号を受けて、入力軸３８から出力軸４２への回転運動の伝達をオン・オフするようになっている。例えば、クラッチ４４の制御は例えばＰＷＭ（パルス幅変調）制御が用いられる。
【００２４】
ウォームギア４０にはウォームホイール４８が係合している。ウォームホイール４８は、Ｚ方向に伸びＺ軸周りに回転自在に支持されたホイール軸５０の上部に固定されている。ホイール軸５０の下部にはプーリ５２が固定されている。
【００２５】
プーリ５２の近傍にはプーリ５４が配置され、これらプーリ５２，５４はベルト５６を懸架している。プーリ５４は、Ｚ方向に伸びたボールねじ５８の下端近傍に固定されている。ボールねじ５８は、その上端および下端がそれぞれ、支柱６０（図の例では２つ）を介して基台部２７に固定された上部部材６２、および、基台部２７上に載置された下部部材６４により回転自在に支持されている。
【００２６】
上部部材６２には、図６中左右前後４本（図では２本のみ示されている。）の鉛直棒６６が摺動可能に貫通されている。鉛直棒６６の上端および下端にはそれぞれ上部および下部プラテン６７，６８が固定されている。上部プラテン６７は、直動部３４の最下位置で上部部材６２の上面により支持されるようになっている。下部プラテン６８は、直動部３４の最上位置で上部部材６２の下面に接触するようになっている。すなわち、上部部材６２は、直動部３４の規制手段として機能する。下部プラテン６８は、支柱６０用の貫通孔（図示しない）を備えるとともに、ボールねじ５８に螺合しており、ボールねじ５８の回転により支柱６０に沿って上下に移動できるようになっている。上部プラテン６７は、ユニバーサルジョイント６９を介して前方のユニットＵＮ＋１の基台部２７Ｎ＋１に接続されている。なお、図のみやすさのため、図５では直動部３４は図示が省略されている。
【００２７】
図７を参照して、前述の構成を有する姿勢変化ユニット２６において、クラッチ４４がオフの場合、モータ１８を駆動してベルト３０を回転させても、動力は直動部３４に伝達せず、したがって直動部３４は定位置を保つ。例えば、図（ａ）は、直動部３４が最下位置で移動しない状態を示している。クラッチ４４をオンにすると、ベルト３０の回転運動は、入力軸３８から出力軸４２に伝達する。その結果、出力軸４２に固定されたウォームギア４０が回転し、この回転力は、図５のウォームホイール４８、ベルト機構（プーリ５２，５４、ベルト５６）を介して、ボールねじ５８に伝達し、直動部３４は、上方向［図（ｂ）参照］または下方向［図（ｃ）参照］に運動する。なお、図では、ベルト３０が上方向に走行するのに連動して直動部３４が上方向に移動し、ベルト３０が下方向に走行するのに連動して直動部３４が下方向に移動する場合を示してある。
【００２８】
図８を参照して、体節ユニットＵＮに対するユニットＵＮ＋１の姿勢（基台部２７Ｎに対する基台部２７Ｎ＋１の姿勢）を変化させるための、体節ユニットＵＮの４つの姿勢変化ユニット２６の駆動方法を説明する。図（ａ）に示すように、Ｙ方向に沿って配置された姿勢ユニット２６Ａ，２６Ｃの直動部３４Ａ，３４Ｃの相対的な高さを調整することで、ユニットＵＮ＋１のＸ軸周りの回動を行うことができる。また、図（ｂ）に示すように、Ｘ方向に沿って配置された姿勢ユニット２６Ｂ，２６Ｄの直動部３４Ｂ，３４Ｄの相対的な高さを調整することで、ユニットＵＮ＋１のＹ軸周りの回動を行うことができる。さらに、図（ｃ）に示すように、全ての姿勢変化ユニット２６Ａ〜２６Ｄの直動部をそれらの高さが等しくなるよう移動させることで、体節ユニットＵＮに対するユニットＵＮ＋１の距離を変化、すなわち伸縮運動を行うことができる。
【００２９】
このように、本実施形態によれば、モータ１８により回転駆動される一つのベルト機構２８に複数の姿勢変化ユニット２６をクラッチ４４を介して接続することで、アクチュエータの数をできる限り抑えつつ多自由度の運動を行う移動体２を実現することができる。また、制御信号もクラッチ４４のオン・オフ信号など簡単な信号が必要になるだけで、したがって、移動体２の駆動制御を容易に行うことができる。
【００３０】
本実施形態において、体節ユニットＵＮには、体節ユニットＵＮに対するユニットＵＮ＋１の姿勢が変化してもベルト機構２８のベルト３０がたるむことなくベルト３０のテンションを一定に保つための機構が搭載されている。
【００３１】
具体的に、図９，１０を参照して、ベルトたるみ防止機構７０は、動力伝達部３２の入力軸３８の真上に設けた第１の回転部７２と、ユニットＵＮ＋１の基台部２７Ｎ＋１に取り付けた第２の回転部７４と、これら回転部７２，７４の間に設けたリンク機構７６とを備える。第１および第２の回転部７２，７４はそれぞれ、Ｚ軸周りに回転自在に支持されＺ方向に沿って中空部分（図示せず）を備えた回転部材７８，８０を有する。図の例では、回転部材７８，８０の回転軸は略同一線上に設定されている。リンク機構７６は、回転部材７８に支持された支持部材８２ａを有する。同様に、リンク機構７６は、回転部材８０に支持された第２の支持部材８２ｂを有する。リンク機構７６はまた、第１と第２の支持部材８２ａ，８２ｂの間に配置された第３の支持部材８２ｃを有する。第１〜第３の支持部材８２ａ，８２ｂ，８２ｃには一対のプーリ８３ａ，８３ｂ，８３ｃがそれぞれ配設されている。
【００３２】
各支持部材およびプーリ対の構成は略同一であり、したがって、図１０を参照して支持部材８２ｃおよびプーリ対８３ｃについてのみ説明する。支持部材８２ｃは、所定の間隔をあけて対向する一対のプレート８４Ａ，８４Ｂを備え、プーリ対８３ｃは、プレート８４Ａ，８４Ｂの内壁に回転自在に支持されたプーリ８６と８８から構成される。プーリ８６は周方向に沿って断面コ字状の溝９０が形成されるとともに、プーリ８８はローラ状に形成されてその一部が溝９０に収容されており、これにより、プーリ８６と８６の間にベルト３０が通過するための空間が形成されている。
【００３３】
第１と第３の支持部材８２ａ，８２ｃの間には、これら支持部材８２ａ，８２ｃに回転自在に支持された２つの平行なリンク９４ａ，９４ｂが配置されている。より詳しくは、一組の平行リンク９４ａ，９４ｂが支持部材８２ｃのプレート８４Ａの外壁および支持部材８２ａのプレートの外壁（図示せず）に回転自在に支持され、別の組の平行リンク９４ａ，９４ｂが支持部材８２ｃのプレート８４Ｂの外壁および支持部材８２ａのプレートの外壁（図示せず）に回転自在に支持されている。第２と第３の支持部材８２ｂ，８２ｃの間には、これら支持部材８２ｂ，８２ｃに回転自在に支持されたリンク９６が配置されている。より詳しくは、一つのリンク９６が支持部材８２ｃのプレート８４Ａの外壁および支持部材８２ｂのプレートの外壁（図示せず）に回転自在に支持され、別のリンク９６が支持部材８２ｃのプレート８４Ｂの外壁および支持部材８２ａのプレートの外壁（図示せず）に回転自在に支持されている。
【００３４】
ベルト機構２８のベルト３０は、体節ユニットＵＮにおいて、入力軸３８により支持されたプーリ３６を通過後、第１の回転部材７８の中空部分、プーリ対８３ａを通り、続いて、リンク９４ａ，９４ｂの長手方向に沿って伸び、さらにプーリ対８３ｃを順次通過し、さらにリンク９６の長手方向に沿って伸び、プーリ対８３ｂ、および第２の回転部材８０の中空部分を通過して、最終的にユニットＵＮ＋１に受け渡されている。
【００３５】
かかるベルトたるみ防止機構７０において、体節ユニットＵＮに対しユニットＵＮ＋１の姿勢が変化する際、第２の回転部７４が上下（矢印９７）に移動するが、体節ユニットＵＮ側に設けた第１の回転部７２とユニットＵＮ＋１側に設けた第２の回転部７４の距離が最小長から最大長まで変化しても、リンク機構７６のリンクの全長は常に一定であるから、リンクに沿って配置されたベルト３０はそのテンションが一定に保たれ、その結果たるみが防止される。
【００３６】
また、第１および第２の回転部７２，７４はＺ軸周りに回転できるため、リンク機構７６は、第１および第２の回転部７２，７４を中心として回転することができる。但し、リンク機構７６が他の構成要素と干渉しないようリンク機構７６の回転角を制限するためにストッパ（図示せず）が設けてある。したがって、ベルト３０が例えばねじり力を受けた場合であっても、リンク機構７６が回転することでベルト３０が受ける力を軽減でき、ベルト機構２８のベルト３０が外れて故障したりベルト３０が損傷したりするのを防ぐことができる。
【００３７】
なお、図９に示すように、Ｚ方向に関してプーリ３６の両側にもプーリ対８３と同様の構成を備えたプーリ対９８ａ，９８ｂを設け、ベルト３０がプーリ３６から外れないようにするのが好ましい。
【００３８】
本実施形態に係る移動体２は、伸縮、ヨーイング、およびピッチングの３自由度の運動を行うことのでき、したがって種々の運動形態（モード）をとることができる。
【００３９】
例えば、ヨーイングとピッチングの２自由度の姿勢変化を行わせることで、図１１に示すように、移動体２は捻転モードをとることができる。このモードにおいて移動体２はねじ込むように推進するため、瓦礫内など狭い空間に入り込むのに有用と考えられる。また、伸縮を行わせることで、地面を這って進むクロールモードをとることができる。さらに、図１２に示すように、体節ユニットの数を調整すれば、移動体２’に擬似車輪モードをとらせることも可能である。このモードは、坂道などを登る際に有用と考えられる。
【００４０】
次に、図４に戻って、モータ１６と車輪２４の連結機構について説明する。各体節ユニット６には、該ユニットの中心線周りに略９０°間隔で４つの車輪２４が配設されている（図では、見やすさのため、２つのみ図示されている。）。連結機構１００は、各体節ユニット６の中心線に沿ってスプライン１０１を備えている。各スプライン１０１の外筒部１０２の上端は、ユニバーサルジョイント１０４を介して、前方の体節ユニット６の基台部２７内に配置されギア１０６を支持するシャフト１０８に連結されている。各体節ユニット６のスプライン１０１のスプライン軸１１２下端は、ユニバーサルジョイント１１４を介して、該体節ユニット６の基台部２７内のシャフト１０８に連結されている。ユニバーサルジョイント１０４は、ユニバーサルジョイント６９と協働して、体節ユニット６のヨーイングおよびピッチングを可能にするためのものである。但し、ボトムユニット８に隣接する体節ユニット６では、図３に示すように、スプラインの代わりに、上端にユニバーサルジョイント１０４を取り付けたシャフト１１５が設けられ、このシャフト１１５は、（ユニバーサルジョイントを介さずに）モータ１６に連結されている。なお、本実施形態では、ボトムユニット８に対し上側の体節ユニット６は姿勢変化しないように構成されているが、隣接する体節ユニット６同士のように姿勢変化できるようにしてもよい。また、ヘッドユニット４は、下側の体節ユニット６に対し姿勢変化するように構成されているが、下側の体節ユニット６に固定されていてもよい。
【００４１】
基台部２７において、ギア１０６は該ギア１０６周りに略９０°間隔で配置された４つのギア１１６（２つのみ図示されている。）に係合している。各ギア１１６は、Ｚ方向に伸びＺ軸周りに回転自在に支持された軸１１８の一端に固定されている。軸１１８の他端にはウォームギア１２０が固定されている。ウォームギア１２０にはウォームホイール１２２が係合している。ウォームホイール１２２を支持するウォーム軸１２４にはギア１２６が固定されており、このギア１２６は、車輪２４とともに回転するギア１２８に係合している。
【００４２】
かかる構成を備えた連結機構１００において、モータ１６の回転力をスプライン１０１等を介して車輪２４に伝達することができる。したがって、移動体２が整地を走行する場合、体節ユニット６の中心線周りに略９０°離れた２つの車輪列を地面に接触させた状態でモータ１６を駆動させることで、移動体２は迅速に移動することが可能である。また、不整地を走行する場合、体節ユニットの姿勢が変化するが、スプライン１０１の外筒１０２の内部をスプライン軸１１２がスライドすることで伸縮運動が可能となる。また、ユニバーサルジョイント１０４により２自由度の運動が保証されており、ヨーイングおよびピッチングが可能である。なお、不整地を走行する場合に車輪２４を移動体２内部に収容する機構を設けてもよい。
【００４３】
以上の説明は本発明の一実施形態にかかるもので、本発明はこれに限らず種々改変可能である。例えば、前記実施形態では、モータ１８の回転力をベルト機構２８を用いて各体節ユニット６の姿勢変化ユニット２６に伝達させたが、動力を各体節ユニット６の姿勢変化ユニット２６まで共通して伝達する機構であれば、ベルト機構２８に限らず、例えば、チェーン機構、ギア列などを用いてもよい。
【００４４】
また、前記実施形態では、３自由度の運動を実現するために、各体節ユニット６内に４つの姿勢変化ユニット２６Ａ〜２６Ｄを体節ユニット６の中心線の周りに略９０°間隔で配置したが、代わりに、３つの姿勢変化ユニットを略１２０°間隔で配置してもよい。このように、３自由度の運動を行うためには、３つまたは４つの姿勢変化ユニットが必要となるが、各体節ユニットに姿勢変化ユニットを一つずつ設け、ベルト機構など共通の動力伝達機構からクラッチを介して各姿勢変化ユニットにさらに動力を伝達する構成も、自由度は少なくなるが、本発明の範囲内に含まれる。
【００４５】
駆動源から共通の動力伝達機構（例えばベルト機構）続いて個々のクラッチを介して、各体節ユニットに搭載した姿勢変化ユニットに動力を伝達する本発明に係るアクチュエータは、複数のユニットが連結された被駆動体であれば、前記実施形態に示すようなレスキューロボットとしての移動体に限らず、多種多様な被駆動体の駆動に適用することができる。例えば、一般にマニピュレータのアクチュエータは、手先のアクチュエータに比べて根本のアクチュエータに大きなものが使用されるが、本発明に係るアクチュエータは、駆動源のように重いものを根本に集約することができるので、マニピュレータの小型化・省電力化が可能である。したがって、工業分野では、多自由度が要求される細管検査用のマニピュレータや工業用マニピュレータなどの駆動、医療・福祉の分野では、腹腔内手術のための能動カテーテルの駆動や、介助用のマニピュレータの駆動に適用可能である。さらに、本発明に係るアクチュエータをマッサージ機器などの用途に用いることができると考えられる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、アクチュエータの数の少ない移動体を提供できる。また、根本に駆動源を集約でき、したがって被駆動体の小型化・省電力化が可能なアクチュエータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る移動体の一実施形態を示す外観図。
【図２】図１の移動体のヘッドユニットおよび隣接する体節ユニットの内部構成を示す拡大図。
【図３】図１の移動体のボトムユニットおよび隣接する体節ユニットの内部構成を示す拡大図。
【図４】図１の移動体の隣り合う体節ユニットの内部構成を示す拡大図。
【図５】各体節ユニットに内蔵された４つの姿勢変化ユニットを示す平面図。
【図６】図５の姿勢変化ユニットを詳細に示す拡大側面図。
【図７】姿勢変化ユニットの動作を示す図。
【図８】図５の４つの姿勢変化ユニットを用いた体節ユニットの姿勢変化の様子を示す図。
【図９】本発明に係るアクチュエータの共通動力伝達部の一実施形態であるベルト機構のベルトのたるみを防止するための機構を示す拡大側面図。
【図１０】図９の第３の支持部材およびプーリ対を上から見た図。
【図１１】移動体の運動モードの一例を示す図。
【図１２】移動体の運動モードの別の例を示す図。
【符号の説明】
２：移動体
４：ヘッドユニット
６：体節ユニット
８：ボトムユニット
１８Ａ，１８Ｂ：モータ
２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ：姿勢変化ユニット
２７：基台部
２８Ａ，２８Ｂ：ベルト機構（共通伝達部）
３０：ベルト
３２：動力伝達部（個別伝達部）
３４：直動部（被駆動部）
３６：プーリ
３８：入力軸
４０：ウォームギア
４４：クラッチ
４２：出力軸
４８：ウォームホイール
５８：ボールねじ
７０：ベルトたるみ防止機構
【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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