(57)【要約】【課題】  小型軽量で人力により運搬可能であり、かつ、凹凸等がある不整地路面や狭隘な場所でも常に４輪が接地した状態で安定して走行可能な小型走行台車及びこの小型走行台車を用いた小型走行ロボットを提供する。【解決手段】  車体を左右のフレーム部１２、１３と中央フレーム部１１の３つの部分に分割し、分割された左右のフレーム部１２、１３のそれぞれは前輪１及び後輪２並びに走行装置３を備え、さらに各フレーム部１１〜１３を互いに傾動可能に後端部を結合するヒンジ結合手段１５と、前端部を結合する天秤状の連結手段１４とを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体を左右のフレーム部と中央フレーム部の３つの部分に分割し、分割された左右のフレーム部のそれぞれは前輪及び後輪並びに走行装置を備え、さらに各フレーム部を互いに傾動可能に後端部を結合するヒンジ結合手段と、前端部を結合する天秤状の連結手段とを備えたことを特徴とする小型走行台車。
【請求項２】
車体を左右のフレーム部と中央フレーム部の３つの部分に分割し、分割された左右のフレーム部のそれぞれは前輪及び後輪並びに走行装置を備え、さらに各フレーム部を互いに傾動可能に後輪の軸心位置で結合する軸結合手段と、前端部を結合する天秤状の連結手段とを備えたことを特徴とする小型走行台車。
【請求項３】
前記中央フレーム部に監視カメラを装備したことを特徴とする請求項１または２記載の小型走行台車。
【請求項４】
前記中央フレーム部を荷台とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の小型走行台車。
【請求項５】
車輪に代えてクローラを用いたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の小型走行台車。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の小型走行台車と、前記中央フーレム部に搭載した作業装置とを備え、遠隔操縦式または自律走行式としたことを特徴とする小型走行ロボット。
【請求項７】
前記作業装置は、消火装置または投射物投射装置であることを特徴とする請求項６記載の小型走行ロボット。
【請求項８】
前記投射物投射装置は、投射物を入れる内筒を設け、投射物の投射時に前記内筒が投射方向と反対方向に移動し、地面に衝突することによって前記中央フレーム部に作用する反力を軽減する機構を備えたことを特徴とする請求項７記載の小型走行ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凹凸路面等でも常に４輪が接地した状態で走行可能な小型走行台車及びこの小型走行台車を用いた小型走行ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の走行台車は、例えば車輪式であれば台車フレームに車輪が４個取り付けられ、それぞれが走行駆動されて走行するようになっている。そのため、路面が平坦でない場合や１輪が障害物に乗り上げると３輪が接地して１輪が浮いている状態になる。また、段差部を斜めに乗り越えようとすると、最初の１輪が段差部に乗り上げた状態で３輪支持となる。このように３輪支持になった場合、台車の重心位置によって台車の安定を著しく損なうことになる。
【０００３】
したがって、４輪とも常に接地状態とするには、通常、ばねを用いた独立懸架方式がとられている。しかしながら、独立懸架方式はコストアップの要因となるうえに、大きさの制限、特に高さ制限があるような場合には独立懸架方式の採用はきわめて困難となる。
一方、独立懸架方式を用いることなく偏心シャフトに従動輪を取り付けて常に４輪を接地させるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３３８１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示されるような台車構造では、４輪駆動とすることは不可能であり、したがって狭い場所で小回りができるようなものではない。
消火活動や地震災害活動等に使用される小型走行台車にあっては、凹凸等がある狭い場所を自由自在にかつ安定に動き回れることが必要である。また、その場所の近くに人力で運搬可能なことも迅速性の点から重要である。
【０００６】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたもので、小型軽量で人力により運搬可能であり、かつ、凹凸等がある不整地路面や狭隘な場所でも常に４輪が接地した状態で安定して走行可能な小型走行台車及びこの小型走行台車を用いた小型走行ロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明に係る小型走行台車は、車体を左右のフレーム部と中央フレーム部の３つの部分に分割し、分割された左右のフレーム部のそれぞれは前輪及び後輪並びに走行装置を備え、さらに各フレーム部を互いに傾動可能に後端部を結合するヒンジ結合手段と、前端部を結合する天秤状の連結手段とを備えたものである。
【０００８】
また、本発明に係る小型走行台車は、車体を左右のフレーム部と中央フレーム部の３つの部分に分割し、分割された左右のフレーム部のそれぞれは前輪及び後輪並びに走行装置を備え、さらに各フレーム部を互いに傾動可能に後輪の軸心位置で結合する軸結合手段と、前端部を結合する天秤状の連結手段とを備えたものである。
【０００９】
また、本発明の小型走行台車では、前記中央フレーム部に監視カメラを装備すること、前記中央フレーム部を荷台とすること、車輪に代えてクローラを用いたことを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の小型走行ロボットは、請求項１乃至５のいずれかに記載の小型走行台車と、前記中央フーレム部に搭載した作業装置とを備え、遠隔操縦式または自律走行式としたものであり、前記作業装置は、消火装置または投射物投射装置である。
また、前記投射物投射装置は、投射物を入れる内筒を設け、投射物の投射時に前記内筒が投射方向と反対方向に移動し、地面に衝突することによって前記中央フレーム部に作用する反力を軽減する機構を備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、車体を左右のフレーム部と中央フレーム部に３分割し、各フレーム部が互いに傾動するように、後端部にヒンジ結合手段を設け、前端部に天秤状の連結手段を設けたものであるので、凹凸等の路面や段差部、あるいは狭隘な場所でも常に４輪が接地した状態で走行することができる。また、小型軽量化が可能なため現場に人力で手軽に運搬可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１を図１から図７に示す。図１は実施の形態１における小型走行台車を備えた小型走行ロボットの平面図、図２は図１の小型走行台車の正面図、図３は図１のＡ−Ａ断面図、図４は小型走行台車の片側の前輪が障害物に乗り上げたときの正面図、図５は小型走行台車の片側の後輪が障害物に乗り上げたときの正面図である。また、図６はリモート制御部の外観図、図７は単眼モニターの説明図である。
この小型走行ロボットは、小型走行台車１０上に、作業装置として、例えば、消火装置３１を搭載したものであり、リモートコントローラ３２によって遠隔操縦されるようになっている。また、小型走行台車１０の前部には監視カメラ９が装備されている。３３は制御ケーブル、３４は消火装置３１のノズル、３５は消火剤タンク、３６は電磁弁である。
【００１４】
小型走行台車１０は、前輪１及び後輪２の４輪を備え、かつ、車体が幅方向に３つの部分に分割されている。この分割された中央部分に当たる中央フレーム部１１は消火装置３１等の作業装置を搭載する荷台に当たる部分であり、左右のフレーム部１２、１３のそれぞれには前輪１及び後輪２並びに走行装置３が取り付けられている。そして、これらのフレーム部１１〜１３の前端部は、図２に示すように、天秤状の連結手段１４により連結され、後端部は図３に示すように、ヒンジ結合手段１５により連結されている。
【００１５】
天秤状の連結手段１４は、中央フレーム部１１の前端部に軸１６により回動自在に枢着された天秤腕１７と、天秤腕１７の両端部に設けられた長穴１８に嵌合し、左右のフレーム部１２、１３のそれぞれの前端部に設けられたピン１９とから構成されている。なお、２０は天秤腕１７の動きを制限するストッパである。
このような天秤状の連結手段１４によって、中央フレーム部１１は常に左右のフレーム部１２、１３の平均高さに保持されるようになっている。
【００１６】
ヒンジ結合手段１５は、中央フレーム部１１の後端部に台車進行方向に直角に取り付けられた連結ロッド２１と、この連結ロッド２１を滑り軸受２２を介して左右のフレーム部１２、１３の後端部で保持する軸受ホルダ２３とから構成されている。
したがって、各フレーム部１１〜１３は連結ロッド２１を中心にそれぞれ独立に上下方向に回動（すなわち傾動）することができる。
【００１７】
次に、左右のフレーム部１２、１３に取り付けられる車輪１、２の走行装置３の構成について、図１により説明する。
この例では、走行装置３は、各車輪が独立に駆動できるように同一の構成となっており、また各走行装置３は台車中心線に対称であるので、代表して右フレーム部１３でその構成を述べる。
前輪１及び後輪２にはそれぞれに、例えば大ベルトプーリが取り付けられており、その車軸はフレーム部に軸受で支持されている。電動モータ４により駆動される減速機５の出力軸には小ベルトプーリが取り付けられており、大ベルトプーリとベルト６で連結することにより電動モータ４の回転を減速して車輪１、２にそれぞれ独立に伝動する。
７はアンプで、電動モータ４に供給する電力を制御し、さらにアンプ７はリモートコントローラ３２により制御される。なお、ここではアンプ７をリモートケーブル３４により接続したが、無線によるラジコンであってもよい。８はバッテリーである。
【００１８】
図６において、３７ａ、３７ｂは走行レバーで、左走行レバー３７ａは左走行装置を、右走行レバー３７ｂは右走行装置を制御する。３８はコントローラ保持ハンドル３９に設けられた消火剤散布起動スイッチである。
また、図１に示す監視カメラ９は、前方用、左用、右用の３台を備えており、これらのカメラ９で３方向を撮影し、その映像を図７に示すように操作者の単眼モニター４０に写すようになっている。この映像を見ながら小型走行台車１０を操作し、もっとも有効と思われる位置を見定めて消火剤散布起動スイッチ３８を押して消火作業を行う。なお、監視カメラ９は１台でもよく、これを上下左右方向に首振り可能に構成してもよい。
【００１９】
次に、小型走行台車１０を備えた小型走行ロボットの動作及び運転操作を説明する。
前述の走行レバー３７ａ、３７ｂのいずれかを前に倒せば前進方向に車輪１、２が回転し、後ろに倒せば後進方向に車輪１、２が回転する。また、中立位置では車輪１、２は停止状態となる。したがって、両レバー３７ａ、３７ｂを同量前傾または後傾して台車１０を前後進させ、両レバーの傾度を変え、例えば左走行レバー３７ａを右走行レバー３７ｂより多く倒すと、右の電動モータ４の回転速度が左よりも減少し台車１０は右に旋回する。同様に、右走行レバー３７ｂを左走行レバー３７ａより多く倒すと、左の電動モータ４の回転速度が右よりも減少し台車１０は左に旋回する。
また、右走行レバー３７ｂを後ろに、左走行レバー３７ａを前に互いに逆方向に倒すと、右側車輪は後進方向に、左側車輪は前進方向に回転し、台車１０はその場で右旋回（超信地旋回）する。またその逆に倒すとその場で左旋回する。
【００２０】
以上のような操作・操行方法で走行し、図４に示すように、例えば左前輪１が障害物１００に乗り上げた場合、左フレーム部１２が後端部に設けられたヒンジ手段１５の連結ロッド２１を中心に上方へ回動するので、左フレーム部１２は進行方向に対して傾斜する。同時に車体フレームの前端部に設けられた天秤状の連結手段１４では、左フレーム部１２の前端部のピン１９が天秤腕１７を軸１６を中心に回動させつつ持ち上げ、中央フレーム部１１をちょうど右フレーム部１３との平均高さまで引き上げて安定を保つ。前輪１が障害物１００を乗り越して後、続いて図５に示すように同障害物１００に後輪２が乗り上げると今度は台車全体が傾くが、天秤腕１７の作用により４輪は接地したまま安定状態を保って障害物１００を乗り越すことができる。
【００２１】
したがって、本実施の形態１による小型走行台車１０は、凹凸のある不整地路面や段差等のある所でも、常に４輪が接地した状態で走行することができ、優れた走行安定性を有する。しかも、小型軽量で高さも低くできるため、使用場所の近くに人力で運搬可能であり、かつ、人が入れない狭隘な場所等に容易に進入させることが可能である。
また、監視カメラ９で前方を探知しつつ遠隔操縦することにより、見通しのきかない所にも容易に進入させることができる。
さらに、この小型走行台車１０を利用し、中央フレーム部１１上に消火装置３１やマニプレータ等の作業装置を搭載することにより、消火作業や地震災害の救援活動などに効果を発揮する。
【００２２】
実施の形態２．
図８は本発明の実施の形態２を示すもので、小型走行ロボットの平面図、図９は図８の小型走行台車の正面図である。
本実施の形態２では、各フレーム部１１〜１３が互いに傾動するように後輪２の軸心位置で結合する軸結合手段２４ａ、２４ｂを設けたものである。これらの軸結合手段２４ａ、２４ｂは、中央フレーム部１１と左フレーム部１２の側面同士を、並びに、中央フレーム部１１と右フレーム部１３の側面同士を、後輪２の軸心と同心上の位置において、それぞれ軸により回動可能に結合する構成となっている。また、各フレーム部１１〜１３の前端部は実施の形態１と同様の構成による天秤状の連結手段１４により結合する（図９参照）。その他の構成は実施の形態１と同じである。
【００２３】
図１０は実施の形態１と実施の形態２による小型走行台車１０の前輪１の片側が障害物１００を乗り越える際の車体の傾斜を比較して示すものである。但し、各小型走行台車は、ホイルベース３６０ｍｍ、車輪外径２８０ｍｍ、障害物高さ１００ｍｍの場合である。図１０において上段の図が実施の形態１の場合、下段の図が実施の形態２の場合であり、また（ａ）は小型走行台車の正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は後面図である。
【００２４】
実施の形態１の場合は、各フレーム部１１〜１３の後端部にヒンジ結合手段１５を設けたので、車体は若干傾斜するが、４輪とも接地し、かつ、車体フレームの組立・分解が容易であるというメリットがある。
一方、実施の形態２の場合は、後輪２の軸心位置で各フレーム部１１〜１３を結合する軸結合手段２４ａ、２４ｂを設けたので、車体フレームの組立・分解は実施の形態１のものに比べて容易ではないものの、４輪とも接地し、かつ、車体は傾斜しないというメリットがある。
【００２５】
実施の形態３．
図１１は本発明の実施の形態３を示す小型走行ロボットの斜視図である。図１２は図１１の小型走行台車の平面図、図１３は正面図、図１４は側面図、図１５は図１２のＢ−Ｂ断面図で、（ａ）は消火弾装着時（投射前）、（ｂ）は消火弾投射時の状態を示すものである。
本実施の形態３は、前述した小型走行台車１０を利用し、投射物として、例えば消火弾４２を投射する消火弾投射装置４１を装備したものである。消火弾投射装置４１は中央フレーム部１１に装備される。ここでは、４個の消火弾４２を個々に格納する格納容器４３が中央フレーム部１１に設けられた凹部４４内に収容されるようになっている。なお、本実施の形態３の小型走行台車１０の構成は前述の実施の形態１のものと同一であり、同様の作用、効果を有する。
【００２６】
消火弾４２の内部は図示しない消火剤が充填され、その下部に発射薬（図示せず）が充填されている。４５は発射薬の起爆電線接続端子で、格納容器４３の起爆端子４６と電線４７で接続するようになっている。
４８は消火弾４２を入れる内筒で、内筒４８は上方へ付勢するばね４９を介して格納容器４３内に装填されている。また、内筒４８内にはいろいろな高さ寸法の消火弾４２に対応できるように下方に調節部材５０が設けられ、さらにその下側に底部５１が設けられている。すなわち、内筒４８は有底筒体に形成されている。
格納容器４３の底部には内筒４８が貫通する穴を設け、内筒４８を上方へ付勢するばね４９は格納容器４３の底部と内筒４８の上端部の鍔との間に介在させている。
５２はゴム板で、その開口部の内径は消火弾４２の外径と同等か若干小さく設計され、格納容器４３の運搬中や小型走行台車の悪路走行によって消火弾４２が格納容器４３から飛び出さないようにするものである。
したがって、このゴム板５２の開口部内径は、消火弾４２を内筒４８に挿入するときには多少抵抗があるが、消火弾４２の投射時にはあまり影響を与えない内径寸法としている。なお、このゴム板の代わりに、格納容器４３の運搬中や小型走行台車１０の走行中には消火弾等の投射物の投射を抑え、また投射の直前に解放する機構としてもよい。
５３はゴム板５２の押さえ部材で、内筒４８の上限のストッパを兼ねている。
【００２７】
この消火弾投射装置４１は、図１１及び図１５に示すように、格納容器４３に消火弾４２を４個、ゴム板５２の開口部から挿入し、次に起爆電線接続端子４５と格納容器４３の起爆端子４６を電線４７で接続する。小型走行台車１０を現場付近に設置し、前述の消火弾内蔵の格納容器４３を小型走行台車１０の中央フレーム部１１に積載したのち、格納容器４３に設けられたコネクタ５４ａに、リモートコントローラ３２の制御ケーブル３３の起爆用ケーブル側のコネクタ５４ｂを接続する。
小型走行台車１０を走行させ目的地に到着したらリモートコントローラ３２の投射ボタン３８を押して、消火弾４２を投射する。
【００２８】
図１５に示すように、投射ボタン３８を押すことによって消火弾４２の底部の発射薬（図示せず）が点火し、その発生ガスの圧力により、消火弾４２は起爆電線４７を引きちぎりながら上方に投射され、一方、内筒４８はばね４９に抗して下降し、内筒４８の底部５１が地面に接地する。
このように、消火弾投射時の反力のほとんどが、内筒４８が消火弾投射方向と反対方向に移動することによるエネルギー、及び内筒４８が、例えば、地面などの障害物に衝突し、変形することなどにより変形エネルギーとなって消散するため、格納容器４３及び格納容器４３を搭載する中央フレーム部１１には、消火弾投射時の反力はほとんど作用しないこととなる。
なお、消火弾投射時の反力は、一部がばね４９を介して格納容器４３に作用するが、このばね４９は、小型走行台車の走行中に消火弾を支える程度の弱いばねであり、このばね４９を介して、内筒４８が地面に接触するまで格納容器４３に作用する力は、発生ガスの圧力と比較して微小なものである。
【００２９】
したがって、中央フレーム部１１は、格納容器４３及び消火弾４２の質量による荷重が負荷できるように製作すればよく、投射時の反力のように大きな荷重を考慮する必要がないので、車体全体構造の軽量化・小型化を図ることができる。
【００３０】
以上のように、本実施の形態３によれば、格納容器の中に投射物を入れる内筒を設け、その内筒の底面を通常時には格納容器の底面とほぼ同一面とし、投射物投射時に内筒に反力が加わると投射物投射方向と反対方向に内筒が移動し、内筒を移動させることによるエネルギー及び内筒４８、例えば地面などの障害物に衝突し、変形する変形エネルギーなどによってその反力を消散させ、その反力がなくなると、ばね力等によって内筒が元の状態に復帰するようにしたので、投射物を投射する際の反力は、ほとんど格納容器に作用しないため、格納容器自体及び荷台とその車体（フレーム）との取付構造の設計強度を低く抑えることができ、車体の全体構造の軽量化・小型化を図ることができる。また、小型走行台車としての効果は実施の形態１と同様である。
【００３１】
実施の形態４．
図１６は本発明の実施の形態４を示す小型走行ロボットの斜視図である。本実施の形態４による小型走行ロボットは、実施の形態２に示した小型走行台車１０に、実施の形態３に示した消火弾投射装置４１を装備したものである。すなわち、この小型走行台車１０は、各フレーム部１１〜１３が互いに傾動するように後輪２の軸心位置で結合する軸結合手段２４ａ、２４ｂ（但し、左フレーム部１２側の軸結合手段２４ｂは図示していない）を設けたものである。
【００３２】
実施の形態５．
図１７は本発明の実施の形態５を示す小型走行台車の斜視図である。同図の（ａ）は実施の形態１〜４に示した車輪式の小型走行台車であり、（ｂ）はクローラ式の小型走行台車である。図１７において、６０はクローラである。車輪１、２にはクローラ６０にも兼用できるようにクローラ歯の係合する歯付き溝が設けられている。
車体の構造（３分割構造等）は前述したとおりであり、本発明は車輪式に限らず、クローラ式にも適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１による小型走行台車を備えた小型走行ロボットの平面図。
【図２】図１の小型走行台車の正面図。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図。
【図４】小型走行台車の一方の前輪が障害物に乗り上げたときの正面図。
【図５】小型走行台車の一方の後輪が障害物に乗り上げたときの正面図。
【図６】リモート制御部の外観図。
【図７】単眼モニターの説明図。
【図８】本発明の実施の形態２による小型走行台車を備えた小型走行ロボットの平面図。
【図９】図２の小型走行台車の正面図。
【図１０】実施の形態１と２の小型走行台車の前輪の片側が障害物を乗り越える際の車体の傾斜の比較図。
【図１１】本発明の実施の形態３を示す小型走行ロボットの斜視図。
【図１２】図１１の小型走行台車の平面図。
【図１３】図１１の小型走行台車の正面図。
【図１４】図１１の小型走行台車の側面図。
【図１５】図１２のＢ−Ｂ断面図。
【図１６】本発明の実施の形態４を示す小型走行ロボットの斜視図。
【図１７】本発明の実施の形態５を示す小型走行台車の斜視図。
【符号の説明】
【００３４】
１  前輪、２  後輪、３  走行装置、４  電動モータ、５  減速機、６  ベルト、７  アンプ、８  バッテリー、９  監視カメラ、１０  小型走行台車、１１  中央フレーム部、１２  左フレーム部、１３  右フレーム部、１４  天秤状の連結手段、１５  ヒンジ結合手段、１６  軸、１７  天秤腕、１８  長穴、１９  ピン、２０  ストッパ、２１  連結ロッド、２２  滑り軸受、２３  軸受ホルダ、２４ａ、２４ｂ  軸結合手段、３１  消火装置、３２  リモートコントローラ、３３  制御ケーブル、３４  ノズル、３５  消火剤タンク、３６  電磁弁、３７ａ、３７ｂ  走行レバー、３８  消火剤散布起動スイッチ（投射ボタン）、３９  コントローラ保持ハンドル、４０  単眼モニター、４１  消火弾投射装置、４２  消火弾、４３  格納容器、４４  凹部、４５  起爆電線接続端子、４６  起爆端子、４７  電線、４８  内筒、４９  ばね、５０  調節部材、５１  底部、５２  ゴム板、５３  押さえ部材、５４ａ、５４ｂ  コネクタ、６０  クローラ、１００  障害物。
【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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【図１７】
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