(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体の前部と後部にそれぞれ左右対称な配置に、水上又は泥濘地走行時に車体を水面又は泥濘地面に接しない高さに浮上させる浮力を有する浮力体兼用車輪を備え、該車輪を個別に正逆方向に回転駆動する駆動源を備えるとともに、該車輪の外周に水上又は泥濘地走行時に推進力を生じさせるフィンを備えた水陸泥濘地兼用走行装置において、
前記フィンは、各車輪の回転中心軸を中心にした螺旋状の傾斜フィンであり、該傾斜フィンの接地点における螺旋状の向きが、前部左右及び後部左右の４つの車輪の内の一方の対角にある車輪を結ぶ線と、他方の対角にある車輪を結ぶ線の交点方向に向く角度に向けられており、
該車輪を水面上又は泥濘地上にて、該各車輪を独立してその回転方向及び回転速度を調整することにより、前後移動、左右移動及び回頭の３つ動作の自由度全てを持たせたことを特徴としてなる水陸泥濘地兼用走行装置。
【請求項２】
車軸を車体に対して回転不能に固定し、各浮力体兼用車輪内に駆動源である電動モータを備え、該電動モータにより各浮力体兼用車輪を個別に回転させるようにしてなる請求項１に記載の水陸泥濘地兼用走行装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ポンプ浚渫船によって浚渫した超軟弱泥土を収容した流動性のある泥濘地や水上及び陸上を走行可能な水陸泥濘地兼用走行装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水陸兼用の走行装置には、車体に浮力を受け持たせ、スクリューの回転による推進力によって水上を移動できるようにするとともに、陸上の走行は車体に備えた車輪やクローラによって行わせるようにしたものが一般的であり、これらは車体に水上に浮かぶ船体の役目をもたせている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、陸上走行用の車輪の中心部分にスクリューを一体に組み込み、水上を推進する際には車輪を走行用の角度から水上推進用の角度に変化させて所望方向の推進力を得るようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
この他、クローラ自体に浮力を受け持たせ、水上ではクローラの浮力で浮上させるとともに、水陸ともクローラの回転によって移動できるようにしたものがある（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
更に、田植え機等のように、泥濘地にて作業を行う装置には、作業機を泥濘地上に浮かばせる艝状の浮力体と、棒材からなるリング状の金属車輪に泥掻き用の羽根を取り付け、金属車輪を回転させることにより泥濘地上に浮かべた艝を推進させるようにした装置がある。
【特許文献１】特開平５−２０８６０５号公報
【特許文献２】特開平９−１３６１５９号公報
【特許文献３】特開２００２−１９４３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のような従来の装置において、上記特許文献１及び２に示されている如き、車体を浮力体とし、スクリュー等の推進装置によって水上を移動する方式の装置は、浚渫土を収容した処理池のような泥濘地において、浮力体となる車体の底が泥濘地表面に接すると推進抵抗が大きくなり、スクリューの推進力では移動が困難であったり、スクリューが機能しなくなって操舵もできなくなるという問題がある。
【０００７】
また、特許文献３の如き、クローラによって浮力を受け持たせる形式の装置においては、水陸及び泥濘地においても走行が可能であるが、操舵を左右のクローラの回転速度及び方向の調節によって行うため、移動方向変換の許容範囲が狭く、移動の自由度が低いという問題がある。
【０００８】
更に、田植機等のように、浮力体となる艝と金属車輪を使用する装置では、陸上走行に適せず、また、水面上に完全に浮かぶ構造ではないため、軟弱度が高く深い泥濘地や水上の移動には適していない。
【０００９】
本発明は、上述のような従来の問題に鑑み、水面上及び流動性のある土砂からなる泥濘地上を走行可能にするとともに、前後移動、左右移動、回頭の３つの自由度全てを、同時且つ任意に制御することができ、且つ陸上走行も可能な水陸泥濘地兼用走行装置の提供を目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の如き従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための請求項１に記載の発明の特徴は、車体の前部と後部にそれぞれ左右対称な配置に、水上又は泥濘地走行時に車体を水面又は泥濘地面に接しない高さに浮上させる浮力を有する浮力体兼用車輪を備え、該車輪を個別に正逆方向に回転駆動する駆動源を備えるとともに、該車輪の外周に水上又は泥濘地走行時に推進力を生じさせるフィンを備えた水陸泥濘地兼用走行装置において、
前記フィンは、各車輪の回転中心軸を中心にした螺旋状の傾斜フィンであり、該傾斜フィンの接地点における螺旋状の向きが、前部左右及び後部左右の４つの車輪の内の一方の対角にある車輪を結ぶ線と、他方の対角にある車輪を結ぶ線の交点方向に向く角度に向けられており、
該車輪を水面上又は泥濘地上にて、該各車輪を独立してその回転方向及び回転速度を調整することにより、前後移動、左右移動及び回頭の３つ動作の自由度全てを持たせたことにある。
【００１１】
このように構成することにより、陸上においては全車輪の正逆転によって前後に移動し、左右の車輪の回転速度差によって旋回でき、更に水面上及び泥濘地上では、車輪を回転させることによって回転方向の力が傾斜フィンの傾斜によって、その表面に対して鉛直な方向の向きの力に変換され、回転速度に応じた大きさを持った一定方向の力（以下ベクトルと記す）が生じ、これが各車輪毎の個別推進力となる。この各個別推進力が合成された合成ベクトルが走行装置全体の動作力となる。
【００１２】
従って、各車輪の回転方向及び回転速度をコントロールすることによって、走行装置の前後移動、左右移動及び回頭の３つ動作の自由度全てを持たせることができる。また、これによって任意の方向からの風波や流れ等の外乱要素が存在する場合にあっても位置と姿勢を一定に保つ所謂ダイナミックポジショニングを行うこともできる。
【００１３】
また、傾斜フィンは、該車輪の回転中心軸を中心にした螺旋状であることにより、水面上又は泥濘地上では、水又は泥を掻くスクリューとして作用させる際に所望のベクトルを効果的に生じさせることができるとともに、陸上では連続した螺旋が接地面となるため、振動の少ないスムーズな走行が可能となる。
【００１４】
請求項２に記載の発明の特徴は、上記請求項１に記載の構成に加え、車軸を車体に対して回転不能に固定し、各浮力体兼用車輪内に駆動源である電動モータを備え、該電動モータにより各浮力体兼用車輪を個別に回転させるようにすることにある。
【００１５】
このように構成することにより、車体重量が大きければその分だけ容積を大きく要することとなる浮力兼用車輪内の空間を効果的に使用することができ、車体を軽く、且つ小型にすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
上述のように本発明は、体の前部と後部にそれぞれ左右対称な配置に、水上又は泥濘地走行時に車体を水面又は泥濘地面に接しない高さに浮上させる浮力を有する浮力体兼用車輪を備え、該車輪を個別に正逆方向に回転駆動する駆動源を備えるとともに、該車輪の外周に水上又は泥濘地走行時に推進力を生じさせるフィンを備えた水陸泥濘地兼用走行装置にあって、前記フィンは、各車輪の回転中心軸を中心にした螺旋状の傾斜フィンであり、該傾斜フィンの接地点における螺旋状の向きが、前部左右及び後部左右の４つの車輪の内の一方の対角にある車輪を結ぶ線と、他方の対角にある車輪を結ぶ線の交点方向に向く角度に向けられており、該車輪を水面上又は泥濘地上にて、該各車輪を独立してその回転方向及び回転速度を調整することにより、前後移動、左右移動及び回頭の３つ動作の自由度全てを持たせことにより、陸上においては全車輪の正逆転によって独立駆動する車輪を備えた走行装置と同様に走行ができ、且つ水上及び軟弱な泥濘地上では、車輪によって浮上し、各車輪の回転を調整することによって個別の車輪に生じるベクトルの作用を利用して前後、左右、回頭の３つの自由度全てを持たせ、外乱要素が存在する場合にあっても位置と姿勢を一定に保つ所謂ダイナミックポジショニングをも行うことができる等、従来困難であった泥濘地等の超軟弱な地盤上であっても自由度の高い動き及びポジショニングが可能になったものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に本発明の実施の形態を図面について説明する。
【００１８】
図において、符号１は車体である。この車体１は、シャーシ２と載荷台３とから構成されている。シャーシ２は前後に延びる水平部２ａとその前後両端から斜め下向きに延びる前後の傾斜部２ｂ，２ｃとから構成されており、その水平部２ａ上に、支柱４を介して載荷台３が固定されている。
【００１９】
載荷台３には、後述する各車輪を駆動させるためのバッテリー及びコントロール装置（図示せず）を搭載した制御部５と、必要な作業機器を搭載する荷台部６とを備えている。
【００２０】
シャーシの前後傾斜部２ｂ，２ｃの各先端には、左右に延びる前部車軸１０及び後部車軸１１が固定されている。各車軸１０，１１の両端に、浮力体兼用の前部左右車輪１２ａ，１２ｂ及び後部左右車輪１３ａ，１３ｂがそれぞれ支持されている。これらの前後部の左右車輪に、車体１の底部が水面上に接しないように浮上させる浮力を受け持たせている。
【００２１】
車体１の前部に片寄せた位置、即ちこの実施例ではシャーシ２の前傾斜部２ｂの根元部分に、走行補助車輪支持用のアーム２０が回動可能に取り付けられている。このアーム２０は、前後部車軸１０，１１と平行な枢軸２０ａを中心にして先端側を上下方向に回動自在に枢支されている。尚、このアーム２０は、車体１の後部に片寄せた位置に枢支させても良い。
【００２２】
アーム２０の先端に走行補助車軸２１が貫通して固定され、該車軸２１の両端に左右走行補助車輪２２ａ，２２ｂが支持されている。この左右走行補助車輪２２ａ，２２ｂは前後部車輪の中間に位置するように配置されている。この左右走行補助車輪２２ａ，２２ｂは自らが水面上に浮上するに必要な浮力を有している。
【００２３】
各車輪１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，２２ａ，２２ｂはアルミニュームに酸化皮膜を形成させる加工を施した強化アルミニューム材料によって形成され、等径円筒状をした胴部３０の両端側に短テーパー部３１及び長テーパー部３２が一体に形成された形状になっている。
【００２４】
また、これら各車輪１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，２２ａ，２２ｂは、図５に示すように、長テーパー部３２側の端部から内部に向けて軸受兼用の駆動源ユニット３３が挿入されている。この駆動源ユニット３３は、有底円筒状のケーシング３４を有し、該ケーシング３４はその中心に中空の中心支軸３５が挿入され、該中心支軸３５に対し、軸受３６，３６を介してケーシング３４が回動自在に支持されている。
【００２５】
中心支軸３５の中空内部には電動モータ３７が収容されており、該モータ３７の回転駆動軸３７ａがケーシング３４の端部内面の固定用金具３８内に回転不能に嵌合され、モータ３７の駆動によって中心支軸３５に対してケーシング３４が回転動作されるようになっている。
【００２６】
ケーシング３４は開口側端部外周のフランジ３４ａを車輪の端面壁に固定することにより車輪に対して固定させている。
【００２７】
この駆動源ユニット３３は、中心支軸３５の突出端部を車軸１０（１１，２１）に対し、カプラ―３９を介して固定している。尚図中４０はモータ固定金具、４１は補強筒、４２はシール材である。
【００２８】
このようにして各車輪がモータ３７によってそれぞれが個別に正逆方向に回転できるようになっており、また各左右の車輪はシャーシ２の前後方向に延びる中心線に対して左右対称な位置にあるように設置されている。
【００２９】
これら各車輪１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，２２ａ，２２ｂの胴部３０の外周には、後述する推進用のフィンが一体に突設されている。
【００３０】
左右走行補助車輪２２ａ，２２ｂの各同部３０には、その回転中心支軸と平行に延びる多数の直型フィン５０が放射状方向に突設されているとともに、前後部左右車輪１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂのそれぞれの胴部３０には回転方向に対して傾斜する方向に延びる傾斜フィン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄがそれぞれ多数均一な配置に突設されている。この実施例では螺旋状に連続した傾斜フィンが複数枚ずつ均等な配置に突設されている。
【００３１】
これらの各傾斜フィン１５ａ〜１５ｄは、本実施例では接地点において前後左右の４つの車輪１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂの内、一方の対角にある車輪１２ａと１３ｂを結ぶ線と、他方の対角にある車輪１２ｂと１３ａとを結ぶ線、即ち両対角線の交点に向けた直線と同方向に向く角度に向けられ、前又は後の左右車輪の相互間においては図３に示すように接地面における傾斜フィン１５ａと１５ｂ及び１５ｃと１５ｄの角度がそれぞれ左右対称となっているとともに、傾斜フィン１５ａと１５ｃ及び１５ｂと１５ｄの角度がそれぞれ前後対称となっている。
【００３２】
各車輪を駆動させるモータ３７は、載荷台３上に備えた制御部５によって制御されるようになっている。制御部５の操作は、オペレータが載荷台３上に乗り込んで行うようにしてもよく、また無線による遠隔操作によって行うようにしてもよい。また、各車輪の回転を制御するコントロール装置には、本走行装置が必要とする各種の動作が得られるように予めプログラミングされたコンピュータ装置を使用する。
【００３３】
次に、上述の如く構成された走行装置の走行動作について説明する。
【００３４】
まず、道路等の陸上の比較的固い地盤上の走行は、従来の自動車と同様、各車輪を前進方向又は後進方向の同方向に等速で回転させることによって、前後に直進する。また、左右車輪を互いに逆向きに等速で回転させることにより定位置で旋回（回頭）する。更に各車輪を同方向に回転させ左右の回転速度を違えることによって移動しながら旋回動作、即ち曲進する。左右車輪を互いに逆向きに回転させ、その速度を違えても曲進する。これらの動作は、左右に一対のクローラを設けた場合と同じである。
【００３５】
水上又は軟弱な泥濘地上では、車輪が浮力体となって浮上する。この浮上状態で左右走行補助車輪２２ａ，２２ｂを除く各車輪１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂには、これを回転させると外周に突設した傾斜フィン１５ａ〜１５ｄによって各車輪独自の個別ベクトルが発生する。即ち、車輪を回転させることにより、各傾斜フィンに対し、車輪回転方向側の面に対して直角方向の反力が作用し、これによって各車輪毎に図６中矢印で示す如き個別ベクトルＦ１〜Ｆ４が発生する。尚、図６は本装置の浮力体兼用車輪１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂとその接地面における傾斜フィン１５ａ〜１５ｄの向きを模式化して示しており、各傾斜フィンからの矢印Ｆ１〜Ｆ４は各車輪個々のベクトルの方向及び大きさを示しており、各車輪横の小矢印は各車輪の回転方向を示している。
【００３６】
本実施例において、便宜上先ず、左右走行補助車輪２２ａ，２２ｂが作用しない状態についての動作を模式化した図７〜図９について説明する。同図中の各矢印は図６と同じである。
【００３７】
各車輪１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂの傾斜フィン１５ａ〜１５ｄの角度は、前部左右車輪１２ａと１２ｂ及び後部左右車輪１３ａと１３ｂにおいてそれぞれ左右対称であり、前後部左車輪１２ａと１３ａ及び前後部右車輪１２ｂと１３ｂにおいて前後が対称となっているため、全ての車輪を同方向に同速度で回転させると、図７（ａ）に示すように左右の車輪間においてのベクトルの方向が逆の斜め向きで、力が等しいため、左右方向の力が打ち消され、前進又は後進する。この時回転速度を左右で違えると、図７（ｂ）に示すように回転数が高い方のベクトルが勝り、斜め前又は後方向に旋回（回頭）しつつ曲進する。
【００３８】
図８（ａ）に示すように、前又は後において左右の車輪の回転方向を逆向きに等速回転させ、且つ右又は左において前後の車輪を逆向きに等速回転させると、前後方向の力が打ち消され、右又は左方向に直進する。この時前後の車輪間において回転速度を違えると、図８（ｂ）に示すように斜め左又は右方向に回頭しつつ曲進する。
【００３９】
図９（ａ）に示すように、右及び左において前後の車輪を同方向に等速回転させ、且つ前及び後において左右の車輪を逆方向に等速回転させると、４輪とも同一円周における同一回転方向のベクトルが生じ、定位置で旋回（回頭）する。この時前後の両対角線間における車輪の回転速度を違えると図９（ｂ）のように左右斜め方向の内の一方のベクトルが勝り、回頭しつつ曲進する。
【００４０】
更に図９（ｃ）に示すように、一方の対角線方向にある２車輪を同方向に回転させ、他方の対角線方向の２車輪を停止させると、回頭せずに斜め方向に移動する。
【００４１】
この他各車輪の回転方向及びその回転速度を調整し、４車輪に生じるベクトルを総合した合成ベクトルを各種変化させることによって、前後左右斜め方向の各直進、定位置での旋回（回頭）、何れかの方向に移動しながらの旋回（曲進）等あらゆる旋回移動動作が可能となり、例えば、車体１に搭載した作業機を水面又は泥濘地上の定点に向けた状態でその周りを旋回させることや、水流や風などの外乱条件が存在する場所での静止作業や必要な移動・回頭作業ができるようにしている。
【００４２】
一方左右走行補助車輪２２ａ，２２ｂには回転軸方向の直型フィン５０が存在するため、水面や泥濘地上で両車輪を回転させると、前進又は後進方向のベクトルが生じ、前述した前後部左右車輪に生じる各種のベクトルを合成することにより、前後方向移動や曲進及び旋回動作を補助させる。
【００４３】
また、左右走行補助車輪２２ａ，２２ｂにはこの他に、陸上や比較的耐力がある泥濘地上において段差のある部分の乗り越えが容易となる特有の作用がある。尚、特に段差などの走行に対する障害物がない場所での使用には、この左右走行補助車輪は必ずしも必要としない。
【００４４】
更に、上述の実施例では、傾斜フィンを突設した車輪を前後部左右の四箇所に用いた場合を示しているが、搭載する作業機の条件などによって、大きな浮力が必要な場合には、必要に応じてその数を増加しても良い。
【００４５】
更に傾斜フィンの傾斜方向は、前述のように前及び後部の左右において対称、左及び右の前後部において対称の他、各種の組み合わせが可能であり、傾斜の方向と回転方向によって生じるベクトルを個別に発生させるようにし、各車輪の回転方向及び速度を個別に調整することにより、車体の各種動作に必要な合成ベクトルを生じさせるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る水陸泥濘地兼用走行装置の一実施例を示す側面図である。
【図２】同正面図である。
【図３】同底面図である。
【図４】図1に示す装置の浮力体兼用車輪を示す斜視図である。
【図５】図１に示す装置の駆動源ユニット部分を示す断面図である。
【図６】図１に示す装置の浮力体兼用車輪及びこれに生じるベクトルを模試的に示す平面図である。
【図７】（ａ）〜（ｂ）は同上の装置の各動作例を模式的に示す平面図である。
【図８】（ａ）〜（ｂ）は同上の他の動作例を模式的に示す平面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は同上の更に他の動作例を模式的に示す平面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｂ）は図１に示す装置の走行補助車輪の作用を説明する側面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 車体
２ シャーシ
２ａ 水平部
２ｂ，２ｃ 傾斜部
３ 載荷台
４ 支柱
５ 制御部
１０ 前部車軸
１１ 後部車軸
１２ａ 前部左車輪
１２ｂ 前部右車輪
１３ａ 後部左車輪
１３ｂ 後部右車輪
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ 傾斜フィン
２０ 走行補助車輪支持用のアーム
２０ａ 枢軸
２１ 走行補助車軸
２２ａ 左走行補助車輪
２２ｂ 右走行補助車輪
３０ 胴部
３１ 短テーパー部
３２ 長テーパー部
３３ 駆動源ユニット
３４ ケーシング
３４ａ フランジ
３５ 中心支軸
３６ 軸受
３７ 電動モータ
３７ａ 回転駆動軸
３８ 固定用金具
３９ カプラ―
４０ モータ固定金具
４１ 補強筒
４２ シール材
５０ 直型フィン
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４ ベクトル
Ａ 壁
Ｂ 上段
【図１】
0004392523.tif 000002
【図２】
0004392523.tif 000003
【図３】
0004392523.tif 000004
【図４】
0004392523.tif 000005
【図５】
0004392523.tif 000006
【図６】
0004392523.tif 000007
【図７】
0004392523.tif 000008
【図８】
0004392523.tif 000009
【図９】
0004392523.tif 000010
【図１０】
0004392523.tif 000011