(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、該ベースの左右両側にそれぞれ設けたクローラと、前記ベース上に設けたアームからなるクローラ型走行ロボットにおいて、
前記クローラは、それぞれ、前後方向の一方の端部に設けられた駆動ホイルと、該駆動ホイルを駆動する走行モータと、前後方向の他方の端部に設けられた遊転ホイルと、前記駆動ホイル及び遊転ホイルに係合して両ホイル間に巻き渡されたエンドレストラックと、クローラ中央部に固定された中央モータからなり、
前記中央モータの回転軸は、それぞれ、前記ベースの左右に固定された連結片に固定され、
前記ベースは、その左右両側のクローラに対し左右方向の水平な軸廻りに、前記中央モータによって揺動回転可能に連結され、該揺動回転により、ベース上に設けたアームがベースとともに前後方向に揺動して重心を前後に移動することを特徴とするクローラ型走行ロボット。
【請求項２】
前記左右のクローラの中央モータの回転軸は同軸上に配置されるとともに、該左右のクローラは、前記ベースに対し相互に独立して正逆方向に揺動回転可能に連結されたことを特徴とする請求項１に記載のクローラ型走行ロボット。
【請求項３】
前記アームは、前記ベースに結合された第１アームと、該第１アームに関節結合された第２アームと、該第２アームの端部に設けた機能部を有し、
前記第１アームを、前記ベースに対し該第１アームの長軸廻りに回転駆動する第１アーム回転モータと、前記第２アームを前記第１アームに対し関節動作させる関節モータを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のクローラ型走行ロボット。
【請求項４】
前記第１アームと第２アーム間の関節部及び第２アームの端部に遊転タイヤを備えたことを特徴とする請求項３に記載のクローラ型走行ロボット。
【請求項５】
前記クローラ中央部で前記エンドレストラックに係合して遊転する中央ホイルを備え、
前記クローラの駆動ホイル及び遊転ホイルの径はほぼ等しく、且つ前記中央ホイルの径よりも小さいことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のクローラ型走行ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行装置としてエンドレストラックからなるクローラを備えたクローラ型走行ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
震災地などの被災地で、瓦礫に埋もれた被災者を発見し救出するために、あるいは爆発物や有毒ガスなどによる被害のおそれがある危険地域における探索活動等のために、カメラやセンサあるいは作業用ハンドやグリッパなどの各種機能装置を有するアームを搭載した無人走行ロボットの開発が要請されている。
【０００３】
一方、走行装置として車体の左右両側にエンドレストラックからなるクローラを備えたクローラ型走行装置が知られている（例えば特許文献１参照）。このクローラ型走行装置は、凹凸が激しい荒地や、岩場や湿地等の不整地を走行可能である。したがって、このようなクローラ型走行装置を、被災地での救援活動用の無人ロボットとして利用することが考えられる。
【０００４】
しかしながら、従来のクローラ走行装置は、車体に対し左右のクローラフレームが平行に固定され、トラック下面全体が接地しながら走行するため、方向変更時の抵抗が大きくなって旋回性が悪くなり、また大きな段差や高さ方向あるいは幅方向が狭い狭小空間での走行ができず、また傾斜地を走行する場合の重心のバランスが適性にならずに車体が転倒しやすくなり、さらに転倒した場合に自力での起き上がり動作ができない。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１５０９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記従来技術を考慮したものであって、旋回性に優れ、大きな段差を乗越えることができ、高さ方向あるいは幅方向が狭い狭小空間への進入が可能で、且つ重心のバランスを常に最適に維持して走行性を高めたクローラ型走行ロボットの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、請求項１の発明では、ベースと、該ベースの左右両側にそれぞれ設けたクローラと、前記ベース上に設けたアームからなるクローラ型走行ロボットにおいて、前記各クローラは、前後方向の一方の端部に設けられた駆動ホイルと、該駆動ホイルを駆動する走行モータと、前後方向の他方の端部に設けられた遊転ホイルと、前記駆動ホイル及び遊転ホイルに係合して両ホイル間に巻き渡されたエンドレストラックと、クローラ中央部に固定された中央モータからなり、中央モータの回転軸は、それぞれ、ベースの左右に固定された連結片に固定され、前記ベースは、その左右両側のクローラに対し左右方向の水平な軸廻りに、中央モータによって揺動回転可能に連結され、この揺動回転により、ベース上に設けたアームがベースとともに前後方向に揺動して重心を前後に移動することを特徴とするクローラ型走行ロボットを提供する。
【０００８】
請求項２の発明では、前記左右のクローラの中央モータの回転軸は同軸上に配置されるとともに、該左右のクローラは、前記ベースに対し相互に独立して正逆方向に揺動回転可能に連結されたことを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明では、前記アームは、前記ベースに結合された第１アームと、該第１アームに関節結合された第２アームと、該第２アームの端部に設けた機能部を有し、前記第１アームを、前記ベースに対し該第１アームの長軸廻りに回転駆動する第１アーム回転モータと、前記第２アームを前記第１アームに対し関節動作させる関節モータを有することを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明では、前記第１アームと第２アーム間の関節部及び第２アームの端部に遊転タイヤを備えたことを特徴としている。
【００１１】
請求項５の発明では、クローラ中央部でエンドレストラックに係合して遊転する中央ホイルを備え、前記クローラの駆動ホイル及び遊転ホイルの径はほぼ等しく、且つ前記中央ホイルの径よりも小さいことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明では、ベースがその左右両側のクローラに対し左右方向の水平な軸廻りに回転するため、ベース上に設けたアームが前後方向に揺動して重心を前後に移動することができる。これにより、階段等を登り降りする場合や段差を乗り越える場合等に重心を最適な位置に移動させて転倒を防止し安定して移動することができる。
【００１３】
請求項２の発明では、左右のクローラがその中央モータの軸を介してベースに対し相互に独立して正逆回転可能に装着されるため、
【００１４】
１）中央モータを相互に逆回転させることにより、ベースに対しクローラが相互に逆方向に回転し、側面視で左右のクローラを交差した状態にすることができる。これにより、ベースの位置を高くすることができ、ベース上のアームの位置を高くして高い位置で各種の操作や作業を行うことができる。
【００１５】
２）左右の中央モータを同じ方向に回転させることにより、クローラがベースに対し同じ方向に回転し、クローラに対しベースが傾斜する。これにより、ベース上のアームを前傾又は後傾させることができ、重心の位置を前後方向に変えることができる。したがって、階段等の傾斜路を上昇又は下降する場合に、アームを傾斜の高い方向側に傾斜させて重心の位置を高い方向の側に移動させ、安定した重量バランスを保ちながら上昇又は下降動作することができる。
【００１６】
３）左右の中央モータを同じ方向に回転させてベース上のアームを前方又は後方にほぼ水平まで倒し、これとともにアームを関節動作させてアームを折り畳むことにより、アームを左右両方のクローラの間に引込ませることができる。これにより、ロボット全体の高さを低くして天井面が低い空間を走行できる。
【００１７】
４）両側を壁体に挟まれた狭い通路を通過するときに、上記３）のアームを折り畳んだ状態でロボットを左右方向に傾斜させることにより、すなわち左右の中央ホイルの軸を傾斜させて傾いた姿勢で走行することにより、幅の狭い通路を走行することができる。
【００１８】
５）傾斜面の等高ラインに沿って走行する場合、上側のクローラを水平にして、下側のクローラをほぼ垂直、又は傾斜させるとともにアームを屈曲させてアーム先端のタイヤを接地させることにより、安定した状態で左右に転倒することなく斜面を水平方向に走行できる。
【００１９】
６）ロボットが転倒して上下が反転した状態になったとき、第１アーム及び第２アームの回転動作により、正常な姿勢に容易に復帰できる。
【００２０】
７）高い段差を登る場合、アーム先端をクローラ後方に接地させクローラを後方側から支持した状態でクローラ前端を段差の垂直壁面に押し当てながら登らせ、クローラ前端が段差上面に達したらアームでクローラを押し上げて段差上に乗り上げさせることができる。
【００２１】
請求項３の発明によれば、ベースに対し第１アームがその長軸廻りに回転し、この第１アームに対し第２アームが関節動作するため、第２アーム先端をあらゆる方向に移動させて、先端のハンドやカメラあるいは各種センサ等の機能手段により、各種作業を実施することができる。
【００２２】
請求項４の発明によれば、アームの間接部及び先端部に自由回転可能な遊転タイヤが備わるため、必要に応じてアームの関節部又は先端部を接地させてタイヤを補助輪として用いることができ、走行安定性を高めることができる。
【００２３】
請求項５の発明によれば、クローラの中央ホイルの径が両端のホイルの径より大きいため、エンドレストラックが中央部でのみ、又は前半側あるいは後半側の半分でのみ接地して走行することができ、接地抵抗が減少して特に方向変更等の旋回時に小さな負荷抵抗で軽く旋回することができ、いわゆる小回りがきいて操縦性が向上し、走行性が高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、本発明の実施形態に係るクローラ型走行ロボットの斜視図である。また、図２（Ａ）（Ｂ）は、図１のロボットの正面図及び側面図である。
ロボット１は、ベース２と、ベース２の左右両側に備わるクローラ３と、ベース２上に立設されたアーム４とにより構成される。左右の各クローラ３は、前後方向（進行方向）の一方の端部に設けた駆動ホイル５と、他方の端部に設けた遊転ホイル６と、中央部に設けた中央ホイル７とを備える。これらの駆動ホイル５、遊転ホイル６及び中央ホイル７に係合してエンドレストラック８が装着される。
【００２５】
駆動ホイル５は、不図示のクラッチや減速ギヤ等を介して正逆回転可能な走行モータ９に連結され、トラック８を前進又は後進方向に駆動する。クローラ３は、正逆回転可能な中央モータ１０に連結される。この例では、中央ホイル７と中央モータ１０の軸心１１は同軸である。左右のクローラ３の中央ホイル７の軸心１１は同軸上に配置され、各中央モータ１０の回転軸（不図示）がベース２の左右の連結片１２に装着される。したがって、ベース２は左右のクローラ３に対し左右方向に水平な軸心１１廻りに回転可能である。
【００２６】
左右の中央モータ１０は、相互に独立して正逆回転可能である。連結片１２を設けることにより、図２（Ａ）に示すように、ベース２を高い位置に配置することができ、ベース２の下面側に広い空間１３が形成される。これにより、走行路上に障害物があった場合に、ベース２が走行路上の障害物に当たることなくその上を通過して走行することができる。
【００２７】
左右の中央モータ１０を相互に逆回転させることにより、後述の図３に示すように、ベース２に対し左右のクローラ３が相互に逆方向に傾斜する。一方、左右の中央モータ１０を同じ方向に回転させると、ベース２が軸心１１廻りに前方又は後方に回転し、アーム４が前方又は後方に傾斜する。
【００２８】
アーム４は、ベース２上に立設された第１アーム１４と、この第１アーム１４の上端に関節部１９を介して連結された第２アーム１５と、この第２アームの端部に設けられたハンド１６とにより構成される。
【００２９】
第１アーム１４は、その上部（又は根元部）に第１アーム回転モータ１７を備え、矢印Ａのように、長軸１８廻りに回転可能である。この第１アーム１４の上端の関節部１９に関節モータ２０が備わり、矢印Ｂのように、第２アーム１５を第１アーム１４に対し関節動作させる。この関節部１９に、タイヤ２１が備わる。
【００３０】
第２アーム１５は、第２アーム回転モータ２２を備え、矢印Cのように、長軸２３廻りに回転可能である。この第２アーム１５の先端に備わるハンド１６は、２つのフィンガー２４からなり、各フィンガー２４は、フィンガーモータ（不図示）により矢印Ｄのように開閉可能である。このハンド１６全体は、ハンドモータ（不図示）により矢印Ｅのように回転可能である。このハンド１６はさらにタイヤ２５を備えている。なお、ハンド１６やフィンガー２４の構成は図の例に限定されない。また、ハンド１６に代えてカメラや各種センサ等の各種機能手段を設けてもよい。
【００３１】
図３は、本発明の実施形態の使用状態の例を示す側面図である。
この状態は、ベース２の左右両側のクローラ３の中央モータ１０を相互に逆方向に駆動して左右のクローラ３を軸心１１廻りに相互に逆方向に回転させ、側面から見て交差した状態にしたものである。これにより、ベース２の位置が高くなり、アーム４を高い位置で操作することができる。
【００３２】
図４は、本発明の実施形態の別の使用状態を示す正面図である。
この状態は、傾斜面２６上を水平に（等高位置で）走行する状態である。左右のクローラ３の中央モータ１０を相互に逆回転させ、一方のクローラ３を水平に、他方のクローラ３を垂直にする。これにより、ベース２をほぼ水平な姿勢に保ったまま傾斜面を走行可能になる。なお、傾斜角度に応じて、前記垂直にしたクローラ３を垂直ではなく傾斜状態にして、アーム４のタイヤ２１又は２５を補助輪として傾斜面２６に接地させて走行してもよい。
【００３３】
図５は、本発明の実施形態のさらに別の使用状態を示す側面図である。
この状態は、階段２７を登り降りする状態である。前述のように、左右のクローラ３の各中央モータ１０を同じ方向に回転させてアーム４をほぼ水平に階段の高い方の側に倒した状態にする。これにより、登り降り方向（矢印Ｆ）のいずれの場合にも、重心Ｇの位置が高い方の側になって、安定した状態で移動できる。この場合、クローラ３のエンドレストラック８とともにアーム４のタイヤ２１又はタイヤ２５を補助輪として用いて昇降することにより、さらに安定して移動可能になる。
【００３４】
図６は、本発明の実施形態のさらに別の使用状態を示す側面図である。
この状態は、障害物２８の下面側の狭い空間２９内を通過する状態である。前述のように、左右のクローラ３の各中央モータ１０を同じ方向に回転させて第１アーム１４をほぼ水平まで倒すとともに、第２アーム１５を関節部１９で折り返して折り畳み、アーム４全体を左右のクローラ３の間に収めてロボット１の高さを低くする。これにより、高さ方向に狭い空間２９を走行可能になる。
【００３５】
図７は、本発明の実施形態のさらに別の使用状態を示す正面図である。
この状態は、左右の幅方向に狭い空間３０を通過する状態である。図６の場合と同様に、左右のクローラ３の各中央モータ１０を同じ方向に回転させて第１アーム１４をほぼ水平まで倒すとともに、第２アーム１５を関節部で折り返して折り畳み、アーム４全体を左右のクローラ３の間に収めてロボット１の高さを低くする。この状態でロボット１を左右方向に傾斜させて幅の狭い空間３０を走行する。なお、ロボット１を傾斜させるには、例えば、第１アーム１４と第２アーム１５をＬ字状に屈曲させるとともにほぼ水平な状態とし、第１アーム１４の回転により第２アームの先端を接地させてさらに回転させることにより、後述の図８に示すように、第２アームにより車体が押し上げられて回転しながら持ち上げられて傾斜した姿勢になる。この状態で狭い空間３０を通過してもよいし、空間３０内にクローラ３の前端部が進入したところでアーム４を折り畳んでもよい。
【００３６】
図８は、本発明の実施形態のさらに別の使用状態を示す正面図である。
この状態は、ロボット１を傾斜させる動作又は転倒したときに起き上がる動作の途中の状態である。前述のように、左右各クローラ３の中央モータ１０を同じ方向に回転させて第１アーム１４をほぼ水平に倒すとともに第２アーム１５を９０°屈曲した水平位置とし、この状態で第１アーム１４のモータ１７を回転させて第２アーム１５の先端のタイヤ２５を接地させる。さらにモータ１７を矢印Ｈのいずれか一方に回転させることにより、一方のクローラ３が持ち上げられ、図示したように傾斜した状態になる。さらにモータ１７を回転させれば反転する。
【００３７】
図９（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、本発明の実施形態のさらに別の使用状態を順番に示す側面図である。
この例は、高い段差３１を乗り越える状態を示す。まず、（Ａ）に示すように、クローラ３の遊転ホイル６を前端側にして段差３１に当接させ、アーム４を後方側に倒す。これにより、重心が後方に移動し、前端側が持ち上がりやすくなる。
【００３８】
この状態から（Ｂ）に示すように、駆動ホイル５を駆動して前進動作させ前端の遊転ホイル６を段差３１の壁面に沿って登らせる。このとき、アーム４を屈曲させて先端のタイヤ２５を補助輪として使用してもよい。
【００３９】
前端の遊転ホイル６が段差３１の上面に乗ったところで、（Ｃ）に示すように、アーム４を伸ばすことにより、クローラ３を段差３１上に押し上げる。このとき、タイヤ２５は、転動しないようにロックしておくことが好ましい。このようにして、高い段差３１を乗り越えることが可能になる。
【００４０】
図１０は、本発明の実施形態のさらに別の使用状態の側面図である。
この例は、２台のロボット１を一方のアーム４を介して連結したものである。この場合、ベース２には、アーム４を連結するためのコネクタ（不図示）が備わる。このように複数のロボット１を連結することにより、地表面の形状に対する追従性が向上し、不整地での安定した走行が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、被災地における救済活動用の無人ロボット、人間が入れない危険地域における探索ロボット、未開地あるいは宇宙空間や惑星などでの調査や探索用のロボットとして利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態の斜視図。
【図２】（Ａ）（Ｂ）はそれぞれ、本発明の実施形態の正面図及び側面図。
【図３】本発明の実施形態の使用状態の側面図。
【図４】本発明の実施形態の別の使用状態の正面図。
【図５】本発明の実施形態のさらに別の使用状態の側面図。
【図６】本発明の実施形態のさらに別の使用状態の側面図。
【図７】本発明の実施形態のさらに別の使用状態の側面図。
【図８】本発明の実施形態のさらに別の使用状態の側面図。
【図９】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、本発明の実施形態のさらに別の使用状態を順番に示す側面図。
【図１０】本発明の実施形態のさらに別の使用状態の側面図。
【符号の説明】
【００４３】
１：ロボット、２：ベース、３：クローラ、４：アーム、５：駆動ホイル、
６：遊転ホイル、７：中央ホイル、８：エンドレストラック、９：走行モータ、
１０：中央モータ、１１：軸心、１２：連結片、１３：空間、１４：第１アーム、
１５：第２アーム、１６：ハンド、１７：第１アーム回転モータ、１８：長軸、
１９：関節部、２０：関節モータ、２１：タイヤ、２２：第２アーム回転モータ、
２３：長軸、２４：フィンガー、２５：タイヤ、２６：傾斜面、２７：階段、
２８：障害物、２９：空間、３０：空間、３１：段差。
【図１】
0004607442.tif 000002
【図２】
0004607442.tif 000003
【図３】
0004607442.tif 000004
【図４】
0004607442.tif 000005
【図５】
0004607442.tif 000006
【図６】
0004607442.tif 000007
【図７】
0004607442.tif 000008
【図８】
0004607442.tif 000009
【図９】
0004607442.tif 000010
【図１０】
0004607442.tif 000011