(57)【要約】【課題】  高い障害物や段差を超えることができるクローラロボットを提供する。【解決手段】    クローラロボットは、ボデイ１０と、このボデイ１０の左右に設けられた一対のクローラ２０を備えている。このボデイ１０の後端部にはブラケット３２を介して弾性体３１の一端部が固定されている。この弾性体３１は平板形状をなしボデイの後方へ水平に延びており、上下方向に弾性変形可能である。クローラロボットが障害物や段差を上る際に傾くと、弾性体３１が地面Ｇに当たって弾性変形する。【選択図】  図２
2012232631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボデイと、ボデイの左右に設けられたクローラとを備えたクローラロボットにおいて、
さらに弾性体を備え、この弾性体は、一端部が上記ボデイの後端部に固定されて、ボデイの後方へ延び、上下方向に弾性変形可能であることを特徴とするクローラロボット。
【請求項２】
上記弾性体が平板形状をなし、その厚み方向が上下を向くことを特徴とする請求項１に記載のクローラロボット。
【請求項３】
上記弾性体が、上記クローラの下面の延長面と平行に延びるとともに当該延長面から上方に離間し、上記クローラの高さ方向の中心より下方に位置していることを特徴とする請求項２に記載のクローラロボット。
【請求項４】
上記弾性体とこの弾性体を上記ボデイの後端部に固定する取付手段により、弾性体アッセンブリが構成され、この弾性体アッセンブリの最下位点が、上記ボデイの下面と同一高さか、これより高いことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のクローラロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、障害物や段差を乗り越えるのに適したクローラロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なクローラロボットは、ボデイの左右に一対のクローラを設けることにより構成されており、整地のみならず不整地での走行にも適し、さらに障害物や段差を乗り越えることもできる。
【０００３】
しかし障害物や段差が高い場合には、クローラロボットがこれを乗り越えるのが困難になる。理論的にはクローラロボットが障害物や段差を乗り越えるにはクローラロボットの重心が段鼻を乗り越える必要があるため、クローラの推進力が不足したり、クローラと障害物や段差との摩擦が不充分な場合はクローラが段鼻まで達しないため当然に乗り越えられない。
また、これらが充分でクローラの前端部が起立面を上り切って障害物や段差の段鼻に達したとしても、クローラの後端部が障害物や段差に近づくようにクローラロボットを更に前進させて、クローラロボットの重心に段鼻を乗り越えさせなければクローラロボットが乗り越えることはない。単純化してクローラロボットの重心がクローラ長さの中心、かつ、接地面上であるとすれば、傾斜が４５°以下であれば段差の２√２倍以上のクローラ長さのクローラロボットは乗り越え可能である。しかし、実際には重心はクローラロボット高さの１／３程度にあるのが普通であるから、クローラ長さ／クローラロボット高さの比率の小さいクローラロボットでは段差を上るクローラの傾斜があまり大きくなくても、クローラロボットの重心がクローラの後端部（接地点）より後方となるため、クローラロボットは後へ倒れてしまう。
【０００４】
したがって、高い障害物や段差を乗り越えるには、（１）クローラを高くする、（２）クローラのラグのグリップ力を向上させる、（３）クローラを長くする、（４）重心を下げる等の対策を必要とする。しかし、このような対策ではクローラロボットが長大化し重くなってしまうし、ロボットとして実際に働く上部構造が制約されてしまう。
例えば、床下空間等の点検への使用のように空間高さに制約がある場合には、クローラ長さを長くでないし、点検用ビデオカメラの高さを下げて重心を下げることはできないため、乗り越え高さを向上させるにはクローラの高さだけを変えることになるが、そうすると、ビデオカメラが左右を向いた時にクローラがビデオカメラの視界を遮ってしまう。
【０００５】
そこで、特許文献１、２に開示されているように、ボデイの前端部または後端部にフリッパを回動可能に設けたクローラロボットが開発されている。この回動可能なフリッパは障害物や段差の乗り越え性能を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−６３１１０号公報
【特許文献２】ＷＯ２００８／９０９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１，２に開示されたクローラロボットでは、フリッパを回動制御する機構を必要とし、製造コストの上昇を招く。また、フリッパとしてクローラ構造を用いる場合には重量の増大をも招く。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ボデイと、ボデイの左右に設けられたクローラとを備えたクローラロボットにおいて、さらに弾性体を備え、この弾性体は、一端部が上記ボデイの後端部に固定されて、ボデイの後方へ延び、上下方向に弾性変形可能であることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、クローラの前端部が障害物や段差の起立面を上り始めると、クローラが傾き、クローラの後端部に取り付けられた弾性体が地面に押し付けられて弾性変形する。この弾性体の弾性力により、クローラの前端部と上記起立面との摩擦を増大させることができるため、クローラの前端部が起立面を上ることができる。
また、この弾性体の長さ分だけクローラ長さが伸びる効果があり、かつ、弾性体の質量は小さいのでクローラロボットの重心位置の比率をより前端側にする効果がある。その結果、クローラロボットの荷重に起因した、前倒し方向のモーメントがクローラロボットに働くため、弾性体の弾性力による同方向のモーメントと協働して、クローラロボットが段差を乗り越すのをより一層確実にできる。
また、上記弾性体の弾性力により、クローラの前端部を障害物や段差の段鼻（またはそれに対応する部位）に押し付けるので、このクローラはこの部位に良好に掛かり、さらにクローラ後端部が浮いて（後端部の駆動力がなくても）弾性体で着地している状態でクローラロボットを前進させ重心を段鼻より前に進めることができるため段差を乗り越えることができる。
また、上記弾性体の弾性力はクローラロボットに前倒れ方向のモーメントを付与するので、クローラロボットが後へ倒れるのを防止することができる。
しかも、上記のような乗り越え性能の向上、倒れ防止の役割を担う弾性体は、回動制御を必要とせず、クローラロボットの製造コスト増大を回避でき、また重量の増大も回避できる。
【００１０】
好ましくは、上記弾性体が平板形状をなし、その厚み方向が上下を向く。
この構成によれば、弾性体の弾性変形を良好に行うことができる。
【００１１】
好ましくは、上記弾性体が、上記クローラの下面の延長面と平行に延びるとともに当該延長面から上方に離間し、上記クローラの高さ方向の中心より下方に位置している。
この構成によれば、弾性体がクローラの下面の延長面から上方に離間しているのでクローラロボットの走行の支障にならず、しかも、弾性体がクローラの高さ方向の中心より下方に位置しているので、クローラの後端からの弾性体の突出長さが比較的短くても、クローラが障害物や段差を上り始めてから小さな傾斜で弾性体が地面に当たり弾性変形することができる。
【００１２】
好ましくは、上記弾性体とこの弾性体を上記ボデイの後端部に固定する取付手段により、弾性体アッセンブリが構成され、この弾性体アッセンブリの最下位点が、上記ボデイの下面と同一高さか、これより高い。
この構成によれば、クローラロボットの走行中、ボデイの下を通過する小さな障害物が弾性体アッセンブリに当たることがなく、より一層円滑な走行を行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のクローラロボットによれば、コストを掛けずに障害物や段差の乗り越え性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係わるクローラロボットの平面図である。
【図２】図１中II-II線に沿うクローラロボットの縦断面図である。
【図３】同クローラロボットが障害物を乗り越える工程を、順を追って説明する概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施例に係わる軽量小型のクローラロボット１について、図面を参照しながら説明する。このクローラロボット１は、建物の床下点検等に用いられる。
最初にクローラロボット１の基本構成を図１，図２を参照しながら説明する。図１には理解を容易にするために、前後左右を矢印で示す。このクローラロボット１は、前後方向に細長いボデイ１０と、このボデイ１０の左右に設けられた一対のクローラ２０とを備えている。
【００１６】
上記ボデイ１０の前部上面には、水平回動可能なビデオカメラ１１が搭載されている。ボデイ１０の後端にはＵ字形のグリップ１２が固定されており、このグリップ１２を掴んでクローラロボット１を持ち運びできるようになっている。
【００１７】
上記ボデイ１０にはさらに送受信機（図示しない）が搭載され、リモートコントローラ（図示しない）の送受信機との間で通信可能である。操作者は離れた場所で、ビデオカメラ１１で撮影された映像を見ながらリモートコントローラの操作によりクローラロボット１の走行制御を行う。
【００１８】
上記ボデイ１０には、クローラロボット１の求められる役割に応じて、ロボットアーム等の種々の付属器具やセンサーを搭載してもよい。
本実施形態では、ボデイ１０の前部にバッテリが内蔵されており、そのためクローラロボット１の重心は、クローラ２０の前後方向中央より前に位置している。
【００１９】
上記クローラ２０の各々は、左右一対の垂直をなす側板２１と、これら側板２１の前後端部間に回転可能に支持されたスプロケット（図示しない）と、これらスプロケット間に掛け渡されたゴム（弾性材料）製の無端状ベルト２２とを有している。
前後いずれかのスプロケットはボデイ１０に内蔵されたモータ（図示しない）により正逆方向に駆動されるようになっている。
上記ベルト２２は、図では簡略化して示すが、スプロケットと噛み合う無端状のベルト本体と、その外周に間隔をおいて形成された多数の接地ラグとを有している。
【００２０】
図２は、クローラロボット１を地面Ｇに載せた状態で示す。クローラ２０の下面（より具体的にはクローラ２０の下側部の接地ラグの外接面）およびその延長面は、この地面Ｇ上に位置している。なお、本明細書で「地面Ｇ」とは広義に解釈するものとし、クローラロボット１を床下点検に用いる場合には、床下のコンクリート面が地面Ｇとなる。
【００２１】
次に、本発明の特徴部について説明する。上記ボデイ１０の後端部には、弾性体３１がブラケット３２を介して固定されている。
【００２２】
上記ブラケット３２は断面Ｌ字形をなし、垂直の第１取付片３２ａと水平の第２取付片３２ｂとを有しており、ボデイ１０の後端面に着脱可能に固定されている。具体的には、上記グリップ１２の一対の脚部から同軸をなす小径の雄ねじ部１２ａが突出し、この雄ねじ１２ａがブラケット３２の第１取付片３２ａとボデイ１０の後壁を貫通しており、この雄ねじ１２ａにナット３３を螺合して締め付けることにより、ブラケット３２がボデイ１０に固定されている。
【００２３】
上記ブラケット３２の第２取付片３２ｂはボデイ１０から後方に水平に延びている。
上記弾性体３１は自然状態で矩形の平板からなり、その一辺をなす端部が上記ブラケット３２の第２取付片３２ｂの上面にねじ３４により着脱可能に固定されている。これにより、弾性体３１は、上記ボデイ１０に片持ち状態で支持され、ボデイ１０から後方に水平に、すなわち地面Ｇと平行に延びている。
【００２４】
上記ブラケット３２とナット３３ねじ３３により、弾性体３１をボデイ１０に着脱可能に固定するための取付手段が構成されている。そして、この取付手段と弾性体３１により、弾性体アッセンブリ３０が構成されている。
【００２５】
上記弾性体３１は上記地面Ｇから離れており、その高さＨ１（厚み方向中心の高さ）は、クローラ２０の高さ方向の中心の高さＨ１より低い。
上記ブラケット３２の取付片３２ｂの下面（上記弾性体アッセンブリ３０の最下位点）の高さＨ３は、ボデイ１０の下面の高さＨ４と等しい。なお、Ｈ３＞Ｈ４でもよい。
【００２６】
上記弾性体３１は、例えばウレタンゴム（ＪＩＳ規格Ｋ６３９７  Ｕグループ）であり、望ましい硬度は、８０〜１００（Ａ８０〜Ａ１００：ＪＩＳ  Ｋ６２５３による）である。本実施形態では、硬度９０のものを用いている。
【００２７】
本実施形態をより具体的に説明する。クローラロボット１は、前述したように小型であり、前後方向の長さを６００ｍｍ以下、左右方向の幅を６００ｍｍ以下、高さを４００ｍｍ以下とし、クローラ２０の高さを２００ｍｍ以下とするのが望ましい。
本実施形態では、クローラロボット１の前後方向の長さを４０３ｍｍ、左右方向の幅を２３０ｍｍ、高さを２３０ｍｍとし、クローラ２０の高さを１３０ｍｍとする。
【００２８】
また、弾性体３１の左右方向の幅をボデイ１０の幅の１０〜１００％、厚みを５〜２０ｍｍ、クローラ２０の後端からの突出長さを３０〜２００ｍｍ、弾性体２０の下面の地面Ｇから高さＨ１を１００ｍｍ以下とするのが望ましい。
本実施形態では、弾性体３１の幅をボデイ１０の幅とほぼ等しい１３０ｍｍ、厚みを１０ｍｍ、前後方向の寸法を１２０ｍｍ、クローラ２０の後端からの突出長さを１００ｍｍとし、弾性体３１の高さＨ１を３０ｍｍとする。
【００２９】
上記構成をなすクローラロボット１の作用を説明する。クローラロボット１を床下のコンクリート面からなる地面Ｇにおき、遠隔操作により走行させ、ビデオカメラ１１を用いて床下の点検を行う。
【００３０】
クローラロボット１の走行中、比較的小さな障害物は、ボデイ１０の下をくぐり抜ける。この際、弾性体アッセンブリ３０の最下位点であるブラケット３２の第２取付片３２ｂの下面がボデイ１０の下面と同一高さであるので、この弾性体アッセンブリ３０が小さな障害物に当たることはなく、円滑な走行が行える。
【００３１】
クローラロボット１は、床下において基礎、配管、梁等の高い障害物や段差を乗り越える必要がある。以下、断面矩形の障害物１００を例にとって、クローラロボット１の乗り越え作用を説明する。図３（Ａ）はクローラロボット１が障害物１００に向かって前進している状態を示す。
【００３２】
図３（Ｂ）に示すようにクローラ２０の前端部が障害物１００の起立面１０１に当たると（当接点を符号Ｐ１で示す）、クローラ２０は起立面１０１を上り始める。この際、クローラ２０の後端部が地面Ｇに接し（当接点を符号Ｐ２で示す）、クローラ２０の前進力によりクローラ２０の前端部がクローラ２０の起立面１０１に強く当たるため、大きな摩擦が生じており、これによりクローラ２０が起立面１０１を上ることができる。
【００３３】
さらにクローラロボット１のクローラ２０の前端部が起立面１０１を上ると、図３（Ｃ）に示すように、弾性体３１が地面Ｇに当たり（当接点を符号Ｐ３で示す）、上下方向に弾性変形する。
なお、上記弾性体３１はクローラ２０の高さ方向の中心より下方に位置しているので、比較的早い時期に、すなわちクローラ２０の傾斜が比較的小さい時期に、地面Ｇに当たって弾性変形することができる。
【００３４】
弾性体３１が地面Ｇに当たり弾性変形すると、地面Ｇからの反力により、当接点Ｐ２を支点として図中時計回り方向（クローラロボット１を前倒しする方向）のモーメントＭが、クローラロボット１に付与される。また、クローラロボット１の重心Ｃがクローラ２０の前後方向の中心より前にあるので、クローラロボット１の荷重に起因した同方向のモーメントも加わる。これらモーメントより、クローラロボット１が後方へ倒れるのを防止することができる。
【００３５】
上記弾性体３１の弾性変形に伴うモーメントＭは、図３（Ｃ）に示すように、クローラロボット１の傾斜が増大するにつれて増大するため、クローラ２０の前端部は当接点Ｐ１で起立面１０１に強く当たることができ、両者の間の摩擦によりクローラ２０は起立面１０１を上ることができる。
【００３６】
さらにクローラロボット１が上ると、図３（Ｄ）に示すように、クローラ２０は障害物１００の段鼻１０２に乗り始める。クローラ２０の前進力はクローラ２０の段鼻１０２に対する引っ掛かりに寄与しないが、上述したように弾性体３１の弾性変形に伴う大きなモーメントＭが作用し続けるため、クローラ２０は段鼻１０２に強く押されて引っ掛かり、前進することができる。この際、上記モーメントＭがクローラロボット１の後方への倒れ防止の役割をも担い続けていることは勿論である。
【００３７】
さらにクローラロボット１が前進すると、図３（Ｅ）に示すように、段鼻１０２でのクローラロボット１の荷重負担が増大し、相対的にクローラ２０の後端での荷重負担が軽くなるので、クローラ２０の後端部は地面Ｇから浮き上がり、弾性変形量が減少した弾性体３１だけでクローラロボット１の後側の荷重を負担する。この状態では、クローラロボット１の傾斜が緩くなるため、後方への倒れを防止できる。なお、クローラロボット１の重心Ｃは、前後方向中心より前にあるので、段鼻１０２に達してから比較的早い段階で図３（Ｅ）の姿勢にすることができる。
【００３８】
さらにクローラロボット１が前進すると、図３（Ｆ）に示すように、クローラロボット１の重心Ｃが段鼻１０２の真上に達し、この段鼻１０２でクローラロボット１の全荷重を担う。この時には弾性体３１は平板形状に戻る。
【００３９】
さらにクローラロボット１が前進すると、図３（Ｇ）に示すように、クローラロボット１は障害物１００を乗り越えることができる。
【００４０】
前述した寸法を有するクローラロボット１では、弾性体３１を取り付けない場合に最大８５ｍｍの高さの障害物しか乗り越えられなかったが、弾性体３１を取り付けた場合には最大１５０ｍｍの高さの障害物を乗り越えることができた。
【００４１】
本発明は、上記実施例に制約されず、種々の態様を採用することができる。例えば、弾性体を後方に向かって徐々に低くなるように傾斜してボデイに固定してもよい。
弾性体をロッド形状にしてボデイの左右方向に間隔をおいて複数並べてもよい。
弾性体が水平に配置される場合に地面とほぼ接するように低く配置してもよい。
弾性体が傾斜している場合、その後端を地面にほぼ接するように低く配置してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、障害物や段差を乗り越えて走行するクローラロボットに適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０  ボデイ
２０  クローラ
３０  弾性体アッセンブリ
３１  弾性体
３２  ブラケット（取付手段）
１００  障害物
【図１】
2012232631.tif 000003
【図２】
2012232631.tif 000004
【図３】
2012232631.tif 000005