(57)【要約】【課題】不整地において、移動装置の外観形状を変化させ、移動範囲が制限されることの少ない移動装置を提供することを課題とする。【解決手段】移動装置１は、六つの面プラットフォーム４ａ等、及び互いに隣接する面プラットフォーム４ａ等を連結し、回動自在とした回動連結部、及び面プラットフォーム４ａ等の間の面角度を所定範囲内に制御して保持することが可能な面角度制御部を有し、それぞれの面角度を９０度に保持制御することにより、略立方体形状を成す多面体構成状態Ａの態様を採ることができる装置本体３と、面プラットフォーム４ａ等のそれぞれの外面８の略中心に結合機構Ｇを介して取付けられ、悪路等の不整地を安定して走行及び踏破可能なクローラ機構部１８を有する移動ユニット２とから主に構成されている。【選択図】        図１
2004224146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の面プラットフォームと、互いに隣接する前記面プラットフォーム同士を回動自在に連結する連結手段及び前記連結手段によって連結された前記面プラットフォームの間の面角度を所定範囲で変位自在に制御する面角度制御手段を有する形状変化機構とを備え、前記面プラットフォーム及び前記形状変化機構によって多面体構成状態を採ることが可能な装置本体と、
前記装置本体の前記面プラットフォームの外面に配設され、前記装置本体を移動可能な走行機構を有する移動手段と
を具備することを特徴とする形状変化機構を有する多面体移動装置。
【請求項２】
前記移動手段は、
前記走行機構としてクローラ型及び車輪型のいずれか一方が採用された移動ユニットを有し、
前記装置本体は、
前記面プラットフォームに配設された前記移動ユニットを回転変位自在に制御可能なユニット回転制御手段をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の形状変化機構を有する多面体移動装置。
【請求項３】
前記移動手段、前記面角度制御手段、及び前記形状変化手段の少なくともいずれか二つを連動して制御する連動制御手段をさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の形状変化機構を有する多面体移動装置。
【請求項４】
前記連動制御手段は、
前記ユニット回転制御手段をさらに連動して制御することを特徴とする請求項３に記載の形状変化機構を有する多面体移動装置。
【請求項５】
前記装置本体の前記面プラットフォームは、
所定の曲率に従って湾曲して形成され、
前記装置本体は、
略球形状を成した前記多面体構成状態を採ることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の形状変化機構を有する多面体移動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、形状変化機構を有する多面体移動装置に関するものであり、特に、震災直後の構造物の倒壊現場、災害及び事故発生地域、山間部の未開地域、及びプラント等の保守点検地域などの所謂不整地、或いは複雑な形状を呈する隙間、狭小空間などにおいて、優れた走行安定性及び踏破性を発揮可能な形状変化機構を有する多面体移動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、自立して歩行可能な二足歩行機構或いは四足歩行機構を有するロボットや、車輪（タイヤ）等の走行機構を有して種々の場所に移動可能な移動装置が数多く開発されている。係る移動装置等は、実際に人間が乗込んで操縦する有人タイプや、無線通信などによる遠隔制御若しくはプログラム制御などによる無人タイプのものが知られている。
【０００３】
特に、無人タイプのものは、人間が直接進入することに困難性や危険性を伴う場所に投入され、移動装置等に搭載された種々のセンサ等によって周囲の状況を認識及びデータ収集等を行い、離隔した場所にいるコントローラ（操作者）に対し、情報を送信することなどができる。また、自然災害や事故などの現場においては、人命救助を補助する役割を担うこともある。
【０００４】
このとき、移動装置をある地点から別の地点まで移動させる手段が、移動装置の走行性、悪路等の踏破性に大きく依存している。すなわち、道路などの比較的平坦な路面や工場の床面などの平地を主として移動する場合、比較的小さな段差やギャップなどを乗越えることができる程度の走行性能を有するものであればよく、その結果として移動手段に自動車等で主に用いられるタイヤ（車輪）を利用し、モータなどの駆動力によって係るタイヤを回転駆動することができる走行機構を採用することが現在では行われている。
【０００５】
しかしながら、所謂「不整地」と呼ばれる災害や事故の現場、或いは起伏の激しい山間部などを移動することを想定した移動装置の場合、前述のタイヤ等の走行機構ではタイヤがギャップの間に挟まったり、或いは大きな段差に乗上げることなどにより、エンジンやモータなどの駆動力をタイヤから路面に確実に伝達することが困難となる。そのため、不整地等の走行性を確保した移動手段（走行機構）及びそれらの制御技術の開発が不可欠となっている。
【０００６】
ここで、ロボットを含む移動装置の移動手段の一例を挙げると、クローラ型、ぜん動型、繊毛型、多足歩行（二足歩行を含む）型などが現在において知られており、一部は種々の産業分野における産業用ロボット、或いは娯楽用のロボットの移動手段として、さらに災害救助用の車輌の走行機構として採用されていることがある。
【０００７】
ここで、ぜん動型及び繊毛型は、ミミズなどの自然界に存在する昆虫等の生物の動きを模擬化して考案されたものであり、一般にロボット（移動装置）全体が、長手形状に形成されている。これにより、ロボットの全高及び全幅の少なくとも一方のサイズを小さくすることが可能であり、周囲に障害物等が存在する狭小空間などへ係るロボットを進入させ、種々の活動を制限なく行わせることができる利点を備えている。しかしながら、ぜん動型及び繊毛型のロボットの移動速度は、現在の開発技術においては著しく遅いため、人命救助や事故防止などの緊急性を要する作業や活動についての使用は適していなかった。
【０００８】
さらに、人間等の二足歩行型動物及び犬や馬などの四足歩行型動物の歩行動作を模擬したものは、優れた移動性及び不整地における踏破性を有するものの、移動時におけるロボットの重心移動を安定させる制御技術（制御則）等の確立が困難であり、現在の係る分野における技術レベルでは、災害救助用などに向けた実用化までには数多くの課題や問題点等を解決する必要があり、まだ多くの時間を要する技術である。
【０００９】
一方、上述したタイヤ等の複数の車輪に、鎖状につないだベルトを掛け、車輪の回転を通じて係るベルトを回転させながら走行可能とするクローラ型移動装置が採用されることがある。係るクローラ型移動装置は、戦車、ブルドーザー、トラクター、及び雪上車など、既に現在実用化されているものが数多く有り、凹凸の激しい路面状況に対して優れた走行安定性を有することが知られている。そして、係るクローラ型の走行機構を採用し、不整地等の移動を可能にしたロボット（移動装置）が既に開発され、提案されている（例えば、特許文献１など参照）。
【００１０】
ここで、クローラ型の走行機構を有する移動装置１００を例示すると、図１５（ａ）の上面図及び図１５（ｂ）の側面図に示すように、略長方形状のプラットフォーム１０１の側面の四カ所に車輪１０２にベルト１０３を掛けて形成されたクローラ機構部１０５がそれぞれ配設されている。これにより、クローラ機構部１０５のベルト１０３によって車輪１０２の回転駆動が接地面に確実に伝達されるため、劣悪な路面状況においても安定した走行性及び踏破性を保持して走行することができるようになる。さらに、クローラ機構部１０５を段差に応じて回転（図１５における矢印参照）させることにより、移動装置１００の全高よりも大きな段差を乗越えることができる。なお、図１５に示した移動装置１００は、走行時にプラットフォーム１０１の上面１０６及び下面１０７が反転するように転倒した場合でも、各々のクローラ機構部１０５がプラットフォーム１０１に対して回転自在に配設されているため、係るクローラ機構部を順次回転及び駆動することにより、通常の走行状態に容易に復帰させることができる機能を備えている（詳細については省略する）。
【００１１】
さらに、従来のクローラ型の走行機構を備える移動装置１１０の別形態について、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に基づいて説明すると、長方形状を成すプラットフォーム１１１のそれぞれの側面に一対の主クローラ機構部１１２が配設され、さらに該主クローラ機構部１１２の側面で、移動装置１１０の進行方向側に、主クローラ機構部１１２よりも長さの短い一対の副クローラ機構部１１３が取付けられているものである。ここで、副クローラ機構部１１３は主クローラ機構部１１２に対して取付けられた取付軸部（図示しない）を軸として回動変位自在になるように形成されている。
【００１２】
以上の構成により、例えば、主クローラ機構部１１２よりも大きな段差を乗越える場合、副クローラ機構部１１３の先端部１１３を段差面よりも高い位置に跳ね上げ（図１５（ｂ）における矢印方向）、始めに副クローラ機構部１１３の回転駆動によって移動装置１１０を段差に乗上げさせ、さらに主クローラ機構部１１２が段差に接地した段階で主クローラ機構部１１２の駆動力を利用して段差を乗越えることができる。また、係る移動装置１１０は、前述した移動装置１００と同様に、走行中にプラットフォーム１１１の上面１１５及び下面が反転した状態になったときでも、副クローラ機構部１１３の主クローラ機構部１１２に対する回転運動を利用して、反転状態から通常の状態に復帰させることが可能である（詳細については省略する）。
【００１３】
【特許文献１】
特開平０４−９２７８４号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した二つの移動装置１００，１１０の形態は、いずれも反転した状態からの復帰を行うために、その周囲（上下・前後・左右）に多くのスペースが必要であった。そのため、狭小空間に移動装置１００，１１０が進入した場合は通常状態への復帰動作が困難であった。さらに、クローラ機構部１０５を下に向けた状態で横転した場合には、通常の走行状態に復帰することが困難であった。
【００１５】
加えて、乗越え可能な段差は、クローラ機構部１０５，１１２，１１３の大きさに基本的に依存するため、大きな段差を乗越えることを想定して作成された移動装置は、全体のボディサイズが必然的に大きくなる傾向が強かった。その結果、災害や事故現場などの狭小空間での活動が制限され、クローラ型の走行機構が備える優れた走行安定性や踏破性を充分に活かすことができないことがあった。
【００１６】
さらに、上述の移動装置１００，１１０は、プラットフォーム１０１，１１１の側面部にのみクローラ機構部１０５等がそれぞれ配設されているため、プラットフォーム１０１，１１１が路面に接地し、さらにクローラ機構部１０５等が浮いた状態に陥ったときは、クローラ機構部１０５による駆動が空転し駆動力が路面に伝達されないため、係る状況から抜け出す（脱出）することが困難であった。
【００１７】
そこで、本発明は上記実情に鑑み、災害現場等の凹凸の激しい路面状況の不整地において、移動装置の外観形状を路面状況及び周囲の状況に応じて変化させ、狭小空間の作業性を損なうことのない形態変化機構を有する多面体移動装置の提供を課題とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる発明の形態変化機構を有する多面体移動装置は、複数の面プラットフォームと、互いに隣接する前記面プラットフォーム同士を回動自在に連結する連結手段及び前記連結手段によって連結された前記面プラットフォームの間の面角度を所定範囲で変位自在に制御する面角度制御手段を有する形状変化機構とを備え、前記面プラットフォーム及び前記形状変化機構によって多面体構成状態を採ることが可能な装置本体と、前記装置本体の前記面プラットフォームの外面に配設され、前記装置本体を移動可能な走行機構を有する移動手段とを具備するものである。
【００１９】
ここで、多面体構成状態とは、例えば、正方形の面プラットフォームを六つ組み合わせることによって形成される正六面体形状（立方体形状）や正三角形を八つ組み合わせて形成される正八面体形状の構成のものが挙げられる。さらに、上述した正多面体形状を呈する構成以外にも、例えば、複数の五角形状及び六角形状の面プラットフォームを組み合わせることにより、略サッカーボール形状を成して構成するもの、或いは六角柱や八角柱などの柱形状にしたものなどが含まれる。さらに、各面プラットフォームは平板状に形成されるものに限定されず、例えば、所定の曲率で湾曲した湾曲面であっても構わない。
【００２０】
さらに、連結手段とは、面プラットフォーム同士を連結し、回動自在にするものであり、従来から周知技術となっているヒンジ機構などを適用することが可能である。また、面角度制御手段とは、上述のヒンジ機構を介して面プラットフォームの回動動作が行われる際に、所定の面角度で回動動作を停止し、係る状態を保持するように制御するものである。そして、これらの二つの手段によって形状変化機構が形成され、前述した多面体構成状態以外に、種々の形状に装置本体を変化させられる（形態変化状態）。加えて、例えば立方体形状の場合は、各面を一平面に沿って並設し、立方体形状を展開状態にすることも可能となる。
【００２１】
また、移動手段とは、装置本体を一点から別の点まで移動させることが可能なものであり、従来から周知の技術である車輪（タイヤ）とモータなどの動力発生手段とからなる走行機構などが含まれる。
【００２２】
したがって、請求項１の発明の形態変化機構を有する多面体移動装置によれば、装置本体は、複数の面プラットフォームを組合わせて形成された多面体構成状態を成して形成可能である。さらに、装置本体は連結手段及び面角度制御手段からなる形状変化機構によって、装置本体の外観形状を変化させられる。これにより、面プラットフォームに配設された移動手段を利用して、装置本体を移動させる場合、互いに隣接する面プラットフォーム同士の間に形成される面角度を所望の値に変更することにより、移動する移動面（走行面）の路面状況に合わせることが行える。その結果、移動手段と路面との接地状態が安定し、走行機構から発生される駆動力を確実に路面へ伝達することが行える。これにより、凹凸や段差の激しい劣悪な路面状況の場合、所謂「不整地」においても、優れた走行安定性を発揮することが可能となる。
【００２３】
請求項２にかかる発明の形態変化機構を有する多面体移動装置は、請求項１に記載の形態変化機構を有する多面体移動装置において、前記移動手段は、前記走行機構としてクローラ型及び車輪型のいずれか一方が採用された移動ユニットを有し、前記装置本体は、前記面プラットフォームに配設された前記移動ユニットを回転変位自在に制御可能なユニット回転制御手段をさらに具備するものである。
【００２４】
したがって、請求項２の発明の形態変化機構を有する多面体移動装置によれば、請求項１の発明の形態変化機構を有する多面体移動装置の作用に加え、面プラットフォームの外面に移動手段であるクローラ型若しくは車輌型の移動ユニットが配設されている。また、ユニット回転制御手段によって多面体移動装置の装置本体と、移動ユニットとの間の相対角を任意の値に変更することも可能である。
【００２５】
そのため、狭小空間において転回動作を行う可能性が低くなり、走行性の向上及び移動時間の短縮を図ることが可能となる。なお、前述のような路面状況が特に劣悪な状態にある場合には、車輌型よりもクローラ型の走行機構を選択するものが、走行安定性及び踏破性をそれほど損なわないため、特に好適と考えられる。
【００２６】
請求項３にかかる発明の形態変化機構を有する多面体移動装置は、請求項１または請求項２に記載の形態変化機構を有する多面体移動装置において、前記移動手段、前記面角度制御手段、及び前記形状変化手段の少なくともいずれか二つを連動して制御する連動制御手段をさらに有するものである。
【００２７】
したがって、請求項３の発明の形態変化機構を有する多面体移動装置によれば、請求項１または請求項２の発明の形態変化機構を有する多面体移動装置の作用に加え、装置本体の形状変化機構の制御動作及び移動手段の制御動作が連動して制御される。これにより、路面状況や周囲環境に合わせて装置本体の形状変化が滑らかにおこなわれ、さらに移動手段の走行機構を移動する路面（接地面）に適切に接した状態に保持させることが可能となる。これにより、さらに走行安定性が向上するようになり、多面体移動装置による移動が容易となる。
【００２８】
請求項４にかかる発明の形態変化機構を有する多面体移動装置は、請求項３に記載の形態変化機構を有する多面体移動装置において、前記連動制御手段は、前記ユニット回転制御手段をさらに連動して制御するものである。
【００２９】
したがって、請求項４の発明の形態変化機構を有する多面体移動装置によれば、請求項３の発明の形態変化機構を有する多面体移動装置の作用に加え、ユニット回転制御手段の制御動作をさらに連動して制御が行われる。これにより、走行安定性がさらに向上する。
【００３０】
請求項５にかかる発明の形態変化機構を有する多面体移動装置は、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の形態変化機構を有する多面体移動装置において、前記装置本体の前記面プラットフォームは、所定の曲率に従って湾曲して形成され、前記装置本体は、略球形状を成した前記多面体構成状態を採るものである。
【００３１】
したがって、請求項５の発明の形態変化機構を有する多面体移動装置によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか一つの発明の形態変化機構を有する多面体移動装置の作用に加え、多面体構成状態を採る装置本体の外観形状が複数の湾曲した面プラットフォームによって、略球形状に形成される。これにより、装置本体全体を、丸みを帯びた形状にすることができ、多面体移動装置の装置本体から角部がほとんど取り除かれる。さらに、障害物が装置本体に接触した場合でも、装置本体全体が丸みを帯びて形成されているため障害物が引っかかる可能性が低くなり、多面体移動装置の移動が阻害されることが少なくなる。なお、一般に多面体とは平面状の部材が複数組合わせて構成された立体形状を言うことが多いが、本明細書中においては、係る湾曲した面プラットフォームなどの複数の面から立体的形状を採ったものも多面体構成状態に含むものと定義する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態である形状変化機構を有する多面体移動装置１（以下、単に「移動装置１」と称す）について、図１乃至図１３に基づいて説明する。ここで、図１は移動装置１における多面体構成状態Ａを示す説明図であり、図２は移動装置１の形態変化状態Ｂの一例を示す説明図であり、図３は移動装置１の展開状態Ｃを模式的に示す説明図であり、図４は移動装置１の各構成要素の配置を示す説明図であり、図５は移動ユニット２の概略構成を示す説明図であり、図６は移動ユニット２の機能的構成を示すブロック図であり、図７は装置本体３及び移動ユニット２の結合機構Ｇを説明する説明図であり、図８は面プラットフォーム４ａ等の回動動作を模式的に示す説明図であり、図９乃至図１２は移動装置１による段差Ｈの移動例等を示す説明図であり、図１３は窪地Ｕからの移動装置１の脱出例を示す説明図である。
【００３３】
本実施形態の移動装置１は、図１乃至図５に示すように、六つの正方形状をなす平板状の面プラットフォーム４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ（以下、特にことわりのない限り「面プラットフォーム４ａ等」と称する）、及び互いに隣接する面プラットフォーム４ａ等のフォーム辺５同士を連結し、かつ回動自在とした回動連結部６及び回動連結部６によって連結されたそれぞれの面プラットフォーム４ａ等の間に形成される面角度θを所定範囲内に制御して保持することが可能な面角度制御部７を有し、それぞれの面角度θを９０度に保持した状態に制御することにより、略立方体形状を成す多面体構成状態Ａ（図１参照）の態様を採ることが可能な装置本体３と、面プラットフォーム４ａ等のそれぞれの外面８の略中心に結合機構Ｇを介して取付けられ、かつ面プラットホーム４に対して軸回転し、所望の相対角τを維持することができる六つの移動ユニット２とから主に構成されている。
【００３４】
ここで、装置本体３について、さらに詳しく説明すると、図３及び図４に示すように、装置本体３は、回動連結部６及び面角度制御部７によって面プラットフォーム４ａ等の面角度θを変位自在に制御することができ、全ての面プラットフォーム４ａ等を略平面上に並べることができる展開状態Ｃの態様を採ることができる。ここで、展開状態Ｃにあるときの、面プラットフォーム４ａ等の間に形成される面角度θを０度として本明細書においては定義する。
【００３５】
そして、各面プラットフォーム４ａ等の外面８に相対する内面９には、移動装置１の各種制御を行うための電力を供給するバッテリ１０、面プラットフォーム４ａ等に対して移動ユニット２を所定の回転方向（図３の矢印方向に相当）に自由度１で回転させるための回転用モータ１１を有するユニット回転制御部１２、各面プラットフォーム４ａ等の面角度θを所定角度に保持し、装置本体３を多面体構成状態Ａから展開状態Ｃまで変化させ、装置本体３の外観の形状変化をさせるための前出の面角度制御部７、及び装置本体３の姿勢を検知する姿勢検知センサ１４などが主に配置されている。また、少なくとも一つの面プラットフォーム４ａ等（ここでは、面プラットフォーム４ｃに相当）の内面９には、移動装置１の各構成要素及び機構（面角度制御部７等）と電気的に接続し、互いの動きを連動して制御可能な動作制御コントローラ１５が設けられている。
【００３６】
加えて、装置本体３には移動ユニット２を配設するための結合機構Ｇ（詳細は後述する）が設けられている。ここで、回動連結部６が本発明における連結手段に相当し、面角度制御部７が本発明における面角度制御手段に相当し、ユニット回転制御部１２が本発明におけるユニット回転制御手段に相当し、動作制御コントローラ１５が本発明における連動制御手段に相当し、回動連結部６及び面角度制御部７が形状変化機構に相当する。
【００３７】
また、移動ユニット２は、図５に示すように、直方体形状を成すユニット本体１６と、該ユニット本体１６の両側面１７にそれぞれ配設された一対のクローラ機構部１８と、装置本体３の面プラットフォーム４ａ等との機械的及び電気的に接続可能な略円柱状を呈する結合軸１９とを有し、係る結合軸１９は移動ユニット２の上面２０から上方に向かって突設されている。ここで、クローラ機構部１８は、ユニット本体１６の側面１７から略水平方向に突設した少なくとも二つ以上の駆動ホイール２１ａ及びアイドラーホイール２１ｂと、駆動ホイール２１ａに架渡されたクローラベルト２２と、クローラベルト２２にテンションを掛けるためのテンションバー２３とから主に構成されている。
【００３８】
さらに、ユニット本体１６の内部には、その機能的構成として、図６に示すように、駆動ホイール２１ａを回転駆動させるためのクローラモータ２４、クローラモータ２４に対して速度及び信地旋回を制御するためのエンコーダ２６、及びモータコントローラ２５ａが収容されている。
【００３９】
そして、装置本体３の動作制御コントローラ１５と係るモータコントローラ２５ａが電気的に接続されることにより、クローラ機構部１８を可動させることができる。なお、移動ユニット２の結合軸１９の少なくとも一部には、装置本体３の動作制御コントローラ１５と電気的に接続可能な端子部（図示しない）が設けられ、動作制御コントローラ１５の指令に基づいてモータコントローラ２５ａ等を信号制御することができるようになっている。これにより、クローラ機構部１８を可動させて移動装置１を走行可能な状態にできる。移動装置１の進行方向の変更は、接地した一対のクローラ機構部１８のそれぞれの回転駆動速度を調整することにより可能となる。さらに、後述するユニット回転制御部１２を利用して、移動ユニット２を面プラットフォーム４ａ等に対して回転させることによっても行える。
【００４０】
また、装置本体３の面プラットフォーム４ａ等には、移動ユニット２の結合軸１９とユニット回転制御部１２等とを接続するために貫通孔（図示しない）が設けられ、結合軸１９が貫通孔に挿入されることによって装置本体３と移動ユニット２とが一体化される。ここで、装置本体３及び移動ユニット２との結合機構Ｇ及びユニット回転制御部１２は、図７（ａ），図７（ｂ）に示すように、移動ユニット２のクローラ機構部１８による進行方向と、面プラットフォーム４ａ等との相対する角度（以下、「相対角τ」とする）を検出するためのポテンショメータ２７、及び結合軸１２をブレーキシュー２８によって両側から挟込んで相対角τを維持する弓状に形成された一対のアーム２９、及びアーム２９の一端とそれぞれ接続し、アーム２９の開閉動作を行う開閉カム３０を有するブレーキ機構部３１を有している。
【００４１】
ユニット回転制御部１２を利用して、移動ユニット２の面プラットフォーム４ａに対する相対角τを変更することにより、移動装置１の進行方向を変えることができる。ここで、相対角τは移動装置１の進行方向等を基準とした場合の偏移を示すものである。また、ブレーキ機構部３１は、モータコントローラ２５ｂと接続した一つのアーム駆動モータ３２によってアーム２９の開閉動作を行うことができる。そして、モータコントローラ２５ｂは結合軸１９の外径に略一致する内径を有するプーリ３３に架け渡されたタイミングベルト３４に回転力を伝達可能な回転用モータ１１と接続している。これにより、モータコントローラ２５ｂによって装置本体３に対する移動ユニット２の相対的な相対角τを自由に変更することができる。
【００４２】
なお、電気配線などが移動ユニット２の回転により絡まるトラブルの発生を回避するために、係る相対角τはプラスマイナス１８０度の範囲で設定されることが好ましい。さらに、ポテンショメータ２７側のプーリ３６は、相対角τの変位を検出するためにベルト３７によって結合軸１９側のプーリ３３と接続している。これにより、回転用モータ１１の回転が結合軸１９及びポテンショメータ２７に確実に伝達されるため、相対角τが安定して検出されることになる。
【００４３】
ここで、装置本体３に対して移動ユニット２を回転させるためには、始めにモータコントローラ２５ｂによってアーム駆動モータ３２を駆動制御し、開閉カム３０を回転させてブレーキシュー２８による結合軸１９の挟持を解除し（図７（ｂ）参照）、その後、モータコントローラ２５ｂによって回転用モータ１１を動かすことにより、タイミングベルト３４により結合軸１９を回転軸として装置本体３に対して移動ユニット２を回転させられる。そして、所定の相対角τまで回転した後に再びモータコントローラ２５ｂによってアーム駆動モータ３２を駆動制御して開閉カム３０を回転させアーム２９を閉じる（図７（ａ）参照）。これにより、ブレーキシュー２８によって再び結合軸１９が挟まれた状態となり、変更後の相対角τを維持することができる。
【００４４】
また、移動装置１は互いに隣接する面プラットフォーム４ａ等を連結し、さらに回動自在とする回動連結部６及び所定の面角度θを保持するように制御可能な面角度制御部７を有している。そして、図８（ａ），図８（ｂ）に模式的に示すように、互いを回動自在に連結するヒンジ４０と、面プラットフォーム４ａ等を多面体構成状態Ａ及び展開状態Ｃにするリンク部３８と、リンク部３８に回動力を与える回動用モータ３９と、回動用モータ３９を駆動制御するモータコントローラ（図示しない）とから主に構成されている。ここで、互いの面プラットフォーム４ａ等の間に形成される面角度θは、前述したように同一平面に並んだ状態を面角度θ＝０度とすると、多面体構成状態Ａの時は面角度θ＝９０度となる。さらに、回動連結部６は、面角度制御部７によって、ここでは面角度θが−４５度から＋９０度の任意の範囲で変化させることができる（図示は省略する）。
【００４５】
そして、動作制御コントローラ１５によって上述した複数の基本構成、すなわち、移動ユニット２による移動動作、ユニット回転制御部１２による移動ユニット２の回転動作、回動連結部６及び面角度制御部７による開閉動作を互いに連動させながら制御することができ、移動装置１に各動作を連係させることができる。そのため、滑らかな動作を移動装置１に発現させることが可能となり、後述の移動例に示すような不整地等の劣悪な路面状況においても優れた走行安定性を保持することができる。
【００４６】
次に、本実施形態の移動装置１における段差Ｈ等を有する不整地の移動（走行例）について、図９乃至図１３に基づいてそれぞれ例示する。ここで、移動装置１は通常の走行時には、図９（ａ）に示されるように、各面プラットフォーム４ａ等の面角度θをいずれも９０度になるように制御し、装置本体３が立方体形状を成す多面体構成状態Ａの態様を採る。
【００４７】
ここで、装置本体３の各面プラットフォーム４ａ等の外面８には、それぞれ優れた走行安定性を備えるクローラ機構部１８を有する移動ユニット２が取付けられているため、仮に図９（ｂ）に示すような段差Ｈを有する路面Ｒを走行中に、段差Ｈによって転倒若しくは横転した場合でも、各面プラットフォーム４ａに取付けられたいずれか一つの移動ユニット２が路面Ｒと接地した状態となるため、可動させるクローラ機構部１８を切替えることにより、転倒前の通常の走行状態に容易に復帰させることができる。
【００４８】
これにより、転倒状態からの復帰に対し、従来のクローラ型の走行機構を有する移動装置と異なり、周囲に広範な空間を要しないため、狭小空間における作業性及び活動性などを損なうことがない。したがって、移動装置１の行動範囲を拡大させることができる。
【００４９】
さらに、図１０（ａ）に示すような、連続した段差Ｈ’を有する階段状の路面Ｒ’を移動装置１が走行する場合について説明する。段差Ｈ’の近傍に到達した移動装置１は、始めに回動連結部６及び面角度制御部７からなる形状変化機構を利用して装置本体３の上面及び進行方向に正対する面（前面）に位置するそれぞれの面プラットフォーム４ａ，４ｂの面角度θを９０度から０度に近づけるように制御する。
【００５０】
これにより、面プラットフォーム４ａ，４ｂに取付けられた移動ユニット２のクローラ機構部１８のクローラベルト２２を階段状の段差Ｈ’の少なくとも一部に接触するように展開される（図１０（ｂ）参照）。そして、移動ユニット２のクローラ機構部１８が段差Ｈ’に接触した状態（形態変化状態Ｂ’）で、係るクローラ機構部１８を駆動制御することにより、移動装置１は段差Ｈ’を容易に乗越えることができる（図１０（ｃ）における形態変化状態Ｂ’’）。
【００５１】
この場合、移動装置１の移動（登坂）に伴って、適宜面プラットフォーム４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの互いの相対する面角度θを変更させ、各々のクローラ機構部１８が適切に路面Ｒに接地するように制御される。なお、図１０（ａ）等において、進行方向に対して並設した四つの面プラットフォーム４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを制御して、段差Ｈ’及び路面Ｒ’を乗越え、走行するものを示したが、例えば、進行方向に対して左右方向に位置する面プラットフォーム４ｅ，４ｆ（なお、面プラットフォーム４ｆは、面プラットフォーム４ｅの奥に位置するため図１０において確認することはできない）の面角度θを変位制御し、段差Ｈ’に移動ユニット２のクローラ機構部１８が合うようにするものであっても構わない。これにより、移動装置１の重心が低くなり、かつ左右方向のぶれが安定するため、さらに走行安定性を向上させることができる。また、移動装置１の高さが低くなるため、段差Ｈ’の上方に障害物等が存在している場合でも、容易に走行することができる。
【００５２】
さらに、上述の例では四つの面プラットフォーム４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを展開し、その並設した方向に向かって進行するものを示したが、係る段差Ｈ’の乗越えを回避するように制御することも可能である。この場合（例えば、移動装置１の後方に障害物等が存在し、面プラットフォーム４ｄの展開が困難な場合など）、移動装置１の当初の進行方向（図１０（ａ）等における紙面左右方向に相当）から紙面に対して直交する紙面表裏方向に変更することが一般に行われる。このとき、移動装置１は、回転等を行う必要がなく、面プラットフォーム４ｅ，４ｆを適宜展開することにより、段差Ｈ’を回避することができる。また、面プラットフォーム４ｅ，４ｆの展開方向に段差（図示しない）があった場合でも、段差に応じて移動ユニット２のクローラ機構部１８を接地させることにより、上述の状況から抜け出すことができる。
【００５３】
次に、多面体構成状態Ａに有る移動装置１の全長よりも広幅のギャップＷを有する谷などを踏破する場合には、図１１に示すように進行方向に沿って四つの面プラットフォーム４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを面角度θを０度に設定して縦列に展開する。これにより、多面体構成状態Ａにおける移動装置１の全長に対し、展開状態の全長は約４倍となる。そのため、広幅のギャップＷが進路に存在していたとしても、上述した全長を伸長する制御を行うことにより、移動装置１は容易に踏破することができる。この結果、移動装置１の活動範囲がさらに制限されることがなく、移動可能範囲がより広がる。
【００５４】
また、本実施形態の移動装置１は、図１２に示すように、多面体構成状態Ａにおける移動装置１の全高に対し、進入口Ｅの高さが低い空間（図１２（ａ）参照）においても進入することができる。すなわち、図１２（ｂ）に示すように、係る進入口Ｅの口形状に合わせて各面プラットフォーム４ａ等の相対する面角度θを変化させることにより移動装置１の形状を変化させ（形態変化状態Ｂ’’’に相当）、移動装置１の多面体構成状態Ａの全高より狭い（低い）空間に進入することができるようになる。これにより、移動装置１の活動範囲がさらに制限されることがない。
【００５５】
さらに、本実施形態の移動装置１は、例えば、移動中に崖などから落下し、窪地Ｕに挟まれた状況に陥った場合でも、各面プラットフォーム４ａ等の面角度θを適宜変化させ、さらに必要に応じて移動ユニット２を装置本体３に設けられたユニット回転制御部１２を利用して面プラットフォーム４ａ等に対して回転させることにより容易に窪地Ｕから脱出することができる。
【００５６】
係る脱出について、図１３（ａ）乃至図１３（ｄ）に基づいてさらに詳述すると、まず、窪地Ｕに挟まれた状態に陥った移動装置１は、多面体構成状態Ａから、左右方向（図１３（ａ）における左右方向に相当）の面プラットフォーム４ｂ，４ｄを窪地Ｕを形成するがれきＳにそれぞれの移動ユニット２のクローラ機構部１８が接するように展開する（図１３（ｂ）参照）。このとき、面プラットフォーム４ｂに連結された面プラットフォーム４ａは、面プラットフォーム４ｂの展開に連動して、移動装置１の上面から稍傾斜した状態になる。
【００５７】
このとき、必要に応じてクローラ機構部１８の面プラットフォーム４ｂ，４ｄに対する相対角τを回転変位させ、クローラ機構部１８の可動方向をがれきＳからの脱出に適切な略上方にする。そして、面プラットフォーム４ｂ，４ｄと、面プラットフォーム４ｃとの間に形成される面角度θを面角度制御部７等の形状変化機構を利用して、面角度θ＝０度になるように展開する（図１３（ｃ）参照）。なお、必要に応じて、面プラットフォーム４ｂ，４ｄに配設された移動ユニット２のクローラ機構部１８を可動させる。さらに、同時に面プラットフォーム４ｂに連結された面プラットフォーム４ａを面角度θ＝０度になるように展開する。これにより、面角度制御部７にかかるトルクを軽減した状態で面プラットフォーム４ｂ，４ｄの展開が行われ、最終的には、図１３（ｄ）に示すように、がれきＳの間に移動装置１が架渡された状態（図１１におけるギャップＷの走行状態と略一致）にすることができる。これにより、移動装置１は窪地Ｕから容易に脱出を図ることができ、再び不整地を移動することができるようになる。なお、この場合（図１３（ｄ））、形態変化状態Ｂ’’にある移動装置１の重心の関係から、紙面右方向に進行することが望ましい。
【００５８】
以上述べたように、本実施形態の移動装置１は、従来の車輌（ロボット等）を含む移動装置で困難であった災害や事故の現場などのあらゆる劣悪な路面状況にある不整地においても、優れた走行安定性を発揮し、移動することができる。さらに、路面Ｒの凹凸等によって移動装置１が横転若しくは転倒した場合でも、移動装置１の周囲に広範な空間を要することなく容易に移動状態に復帰することができる。
【００５９】
加えて、各面プラットフォーム４ａ等の面角度θを適宜制御することにより、装置本体３の外観を種々の形状に変化させることができる（例えば、形態変化状態Ｂ，Ｂ’，Ｂ’’，Ｂ’’’など）。このため、複雑な地形や狭小空間を移動する場合でも周囲の環境に合わせながら移動することができ、移動装置１の移動（活動）範囲が制限されることがなく、劣悪な路面条件下においても走行機能等が制限されることが少ない。さらに、面プラットフォーム４ａ等の回動により移動装置１のサイズを変更することが可能であるため、多面体構成状態Ａの態様のときには比較的コンパクトなサイズに構成することができる。
【００６０】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。
【００６１】
すなわち、多面体構成状態Ａとして、六つの面プラットフォーム４ａ等からなる正六面体形状を成すものを示したがこれに限定されるものではなく、正四面体形状、正八面体形状、正十二面体形状、及び正二十面体形状の正多面体で構成するものであってもよい。また、正多面体に限定されるものではなく種々の形状（三角形、円形、楕円形など）を組み合わせて多面体を構成してもよい。さらに、面プラットフォーム４ａ等として略平板状のものを示したが、係る面プラットフォーム４ａ等は所定の曲率で湾曲して形成されたものであってもよい。
【００６２】
例えば、図１４に示すように、移動装置５０の装置本体５１を多面体構成状態Ａのときに、球形状を成すように構成したものであってもよい。これにより、多面体構成状態Ａにある装置本体５１を、丸みを帯びた形状とすることができ、例えば、進路中に障害物が存在し、装置本体５１の表面に当たった場合でも、各湾曲プラットフォーム５２の外面上で滑動可能となるために、障害物に引っ掛かって、移動装置５０の走行が阻害される可能性が低い。また、移動装置５０に衝撃等が加わった場合でも球形により衝撃力が分散し、装置本体５１が破損する可能性が低くなる。なお、図１４においては、略真球状の多面体構成状態Ａを採るものを示したが、これに限定されるものではなく、例えば、卵形状や回転楕円体形状などを、所定の曲率に従って湾曲した複数の面を組合わせることによって構成するものであっても特に構わない。
【００６３】
さらに、本実施形態の移動装置１において、各々の面プラットフォーム４ａ等の間に形成される面角度θを”ー４５度から＋９０度”の範囲で変化させるものを示したが、面角度θの回動範囲はこれらに限定して規制されるものではなく、回動連結部の連結機構に応じて任意に設定することができる。さらに、係る面角度θの回動範囲は、形成可能な多面体構成状態によっても適宜変更される。
【００６４】
また、移動ユニット２としてクローラ機構部１８を有するクローラ型のものを示したが、移動手段としてその他の走行機構を備えるもの、例えば、通常のタイヤ等を備えるものを路面Ｒの状況に応じて利用してもよい。これにより、移動装置の製造コストを低く抑えることができる利点がある。なお、この場合でも、上述したように各面プラットフォーム４ａ等の面角度θの制御及び各面プラットフォーム４ａ等の外面８にそれぞれ配設された移動ユニットにより、従来の四輪の走行機構に比べて、不整地における走行安定性が優れることはいうまでもない。
【００６５】
しかしながら、タイヤ等の走行機構よりも本実施形態で示したクローラ型の走行機構の方が、クローラベルト２２等によって、確実に回転駆動を路面Ｒ，Ｒ’に伝達することが可能であり、劣悪な路面状態でも安定して走行を維持できるため、係るクローラ型の走行機構を採用するものが本発明において特に好適であると想定される。
【００６６】
また、本実施形態の移動装置１において示した回動連結部６は、各々の面プラットフォーム４ａ等をそれぞれ切り離すことの可能な分離機能を備え、かつ各々の面プラットフォーム４ａ等のみ（移動ユニット２は含む）で単独で走行することができる構成を備えていてもよい。これにより、例えば、図１２において示したように、移動装置１の形状を変化させた場合でも侵入することの困難な狭小空間に対しても、例えば、一つの面プラットフォーム４ａ等が占める空間さえ、確保することができれば侵入することができる。すなわち、前述したように、複数のクローラ機構部１８を連ねることにより獲得される優れた走行性及び踏破性を犠牲にするものの、移動装置（分離後）の行動範囲をより拡げることができるようになる。
【００６７】
さらに、例えば、面プラットフォーム４ａのみが狭小空間に挟まれ、脱出不可能な状況に陥った場合でも、上述の分離機能を作用させることにより、挟まれた面プラットフォーム４ａを切り離し、残りの五つの走行に支障のない状態にある面プラットフォーム４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆを係る状況から救出することができる。
【００６８】
加えて、本実施形態の移動装置１において示した移動ユニット２は、各面プラットフォーム４ａ等に対し、着脱自在に形成されていてもよい。換言すると、図７において示した結合機構Ｇは着脱機能を有しても構わない。これにより、例えば、移動装置１の外観形状を小さくすることが可能となり、狭小空間における走行性を損なう可能性がさらに低くなる。
【００６９】
さらに、面プラットフォーム４ａ等から離脱された（すなわち、図５において示した状態）の移動ユニット２は、図４の配置構成において示した動作制御コントローラ１５などの制御機構を、ユニット本体１６の内部に保有させることによって、単独で行動することも可能である。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明の形状変化機構を有する多面体移動装置は、互いに隣接した面プラットフォームを回動自在に連結し、かつ該面プラットフォームの間の面角度を制御することにより、多面体移動装置の外観形状を変化させ、多面体構成状態、形態変化状態、及び展開状態などの種々の態様を採ることができる。これにより、移動する路面状況及び周囲の状況に合わせて形状変化をすることにより、移動手段と路面との接地状態が確実となり、悪路などでも走行機構による駆動が確実に接地箇所に伝達され、安定した走行性能を発揮することができる。さらに、それぞれの面プラットフォームに対して移動手段が取付けられているため、横転や反転した状態からの復帰も狭小空間で行うことができる。そのため、多面体移動装置の行動範囲が制限されることが少ない。
【００７１】
請求項２の発明の形状変化機構を有する多面体移動装置は、請求項１の発明の形状変化機構を有する多面体移動装置の効果に加え、移動手段の走行機構としてクローラ型または車輌型のいずれか一方を用いることができる。特に、クローラ型を適用した場合は、劣悪な路面状況においてさらに優れた走行安定性を有することができる。
【００７２】
請求項３及び請求項４の発明の形状変化機構を有する多面体移動装置は、請求項１または請求項２の発明の形状変化機構を有する多面体移動装置の効果に加え、移動手段等の種々の動作を連動して制御することができる。これにより、各動作が滑らかに行われ、移動手段と路面との接地状態がより確実となるため、走行安定性を向上させることができる。
【００７３】
請求項５の発明の形状変化機構を有する多面体移動装置は、請求項１乃至請求項４のいずれか一つの発明の形状変化機構を有する多面体移動装置の効果に加え、装置本体の多面体形状を略球形にして形成することにより、多面体移動装置を角部のない形状にすることができ、障害物等による影響を受けず、さらに衝撃が加わった場合なども衝撃力を分散し、移動装置が破損する可能性が低くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の移動装置における多面体構成状態を示す説明図である。
【図２】移動装置の形態変化状態の一例を示す説明図である。
【図３】移動装置の展開状態を模式的に示す説明図である。
【図４】移動装置の各構成要素の配置を示す説明図である。
【図５】移動ユニットの概略構成を示す説明図である。
【図６】移動ユニットの機能的構成を示すブロック図である。
【図７】装置本体及び移動ユニットの結合機構を説明する説明図である。
【図８】面プラットフォームの回動動作を模式的に示す説明図である。
【図９】移動装置による転倒・横転からの復帰を示す説明図である。
【図１０】移動装置による階段状の路面の走行例を示す説明図である。
【図１１】移動装置による広幅のギャップの踏破を示す説明図である。
【図１２】移動装置による狭小空間への進入を示す説明図である。
【図１３】移動装置による窪みからの脱出例を示す説明図である。
【図１４】本発明の移動装置の別形態を示す説明図である。
【図１５】従来の移動装置の構成の一例を示す説明図である。
【図１６】従来の移動装置の構成の別例を示す説明図である。
【符号の説明】
１  移動装置（多面体移動装置）
２  移動ユニット（移動手段）
３  装置本体
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ  面プラットフォーム
６  回動連結部（連結手段、形状変化機構）
７  面角度制御部（面角度制御手段、形状変化機構）
１２  ユニット回転制御部（ユニット回転制御手段）
１５  動作制御コントローラ（連動制御手段）
１８  クローラ機構部（走行機構）
Ａ  多面体構成状態
Ｂ  形態変化状態
Ｃ  展開状態
Ｇ  結合機構
θ  面角度
τ  相対角
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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