(57)【要約】  階段移動装置が、ペイロードを移送するためのペイロード本体と、ステップフレームと、前記ステップフレームを前記ペイロード本体に対して循環経路に沿って移動させるための、前記ステップフレームと前記ペイロード本体との間の機構とを備えている。前記機構は、前記ペイロード本体及び前記ステップフレームの一方を、前記循環経路の第１のセグメントに沿って、引き込まれた状態から、引き出された状態へと移動させ、また、前記ペイロード本体及び前記ステップフレームの他方を、前記循環経路の第２のセグメントに沿って、前記引き込まれた状態へと戻すように移動させる。前記ペイロード本体及び前記ステップフレームは、前記ペイロード本体及び前記ステップフレームの他方が移動されているときに、階段上の適切な位置に固定的に留まるように構成されている。前記機構は、前記ペイロード本体と前記階段との間の相対的向きを維持するように構成されている。
2018535893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
階段移動装置であって、
ペイロードを移送するように構成されたペイロード本体と、
ステップフレームと、
前記ステップフレームと前記ペイロード本体との間の機構とを備え、
前記機構が、前記ステップフレームを前記ペイロード本体に対して循環経路に沿って、以下のステップ、すなわち、
前記ペイロード本体及び前記ステップフレームの一方の、前記ペイロード本体及び前記ステップフレームの他方に対する、前記循環経路の第１のセグメントに沿った移動、すなわち、前記ステップフレーム及び前記ペイロード本体が両方共第１の高さにある引き込まれた状態から、前記ステップフレームと前記ペイロード本体とが２つの異なる高さにある引き出された状態までの移動を生じさせるステップと、
前記ペイロード本体及び前記ステップフレームの前記他方の、前記循環経路の第２のセグメントに沿った移動、すなわち、前記ステップフレーム及び前記ペイロード本体が両方共第２の高さにある引き込まれた状態に戻す移動を生じさせるステップと、
により移動させるように構成されており、
前記ペイロード本体が前記第１高さと前記第２高さとの間で移動されているときに、前記ステップフレームが前記第１高さ又は前記第２の高さに留まるように構成されており、
前記機構が、前記ペイロード本体と前記ステップフレームとの相対的向きを維持するように構成されている、階段移動装置。
【請求項２】
前記ペイロード本体及び前記ステップフレームの他方が前記第１高さと前記第２高さとの間で移動されるときに、前記ペイロード本体及び前記ステップフレームが両方共、前記第１高さ又は前記第２高さの適切な位置に留まるように構成されている、請求項１に記載の階段移動装置。
【請求項３】
前記機構が、
前記ペイロード本体の両側に配置された２つのアームを含み、各アームが、前記ペイロード本体の駆動シャフトに動作可能に接続された第１の端部と、前記ステップフレームに枢動可能に取り付けられた第２の端部とを有し、前記アームが、前記駆動シャフトから半径方向に遠ざかる方向に、前記駆動シャフトを中心として回転するために延在し、
前記循環経路の前記第１セグメントが、前記アームの、前記駆動シャフトを中心とした所与の方向における部分的な回転により画成され、
前記循環経路の前記第２セグメントが、前記アームの、前記駆動シャフトを中心とした前記所与の方向における別の部分的な回転により画成され、
前記循環経路の前記第１セグメント及び前記循環経路の前記第２セグメントが、前記アームの、前記駆動シャフトを中心とした完全な回転を画成する、請求項１又は２に記載の階段移動装置。
【請求項４】
前記機構が、非回転キャリッジ組立体をさらに備え、前記ステップフレームの形状が、前記階段の段の形状に適応する、請求項３に記載の階段移動装置。
【請求項５】
前記非回転キャリッジ組立体が、前記機構本体と一体的に移動する鉛直レールと、前記ステップフレームと一体的に移動する水平レールと、前記鉛直レールと前記水平レールとの間に配置されたキャリッジとを備え、前記キャリッジが、前記鉛直レール及び前記水平レールとスライド可能に係合しており、これにより、前記ステップフレームが前記ペイロード本体に対して鉛直方向及び水平方向に移動することを可能にしている、請求項４に記載の階段移動装置。
【請求項６】
前記キャリッジが、前記鉛直レールに係合している鉛直ローラ、及び、前記水平レールに係合している水平ローラを枢動可能に受け入れる、請求項５に記載の階段移動装置。
【請求項７】
前記機構が、非回転ハブ組立体をさらに備え、前記ステップフレームの形状が、前記階段の段の形状に適応する、請求項３に記載の階段移動装置。
【請求項８】
前記非回転ハブ組立体が、前記ペイロード本体に堅固に連結され且つ各アームの前記第１端部に枢動可能に受け入れられた第１の回転装置と、前記ステップフレームに堅固に連結され且つ各アームの前記第２端部に枢動可能に受け入れられた第２の回転装置と、前記第１回転装置及び前記第２回転装置に係合している連結装置とを含み、当該連結装置が、前記第１回転装置と前記第２回転装置との連結を提供している、請求項７に記載の階段移動装置。
【請求項９】
前記第１回転装置及び前記第２回転装置がプーリであり、前記連結装置が、前記プーリの周囲に配置されたベルトである、請求項８に記載の階段移動装置。
【請求項１０】
前記第１回転装置及び前記第２回転装置がスプロケットであり、前記連結装置が、前記スプロケットの周囲に配置され且つ前記スプロケットの歯により係合されているチェーンである、請求項８に記載の階段移動装置。
【請求項１１】
前記第１回転装置及び前記第２回転装置が歯車であり、前記連結装置が前記歯車間に配置された奇数個の噛み合い歯車である、請求項８に記載の階段移動装置。
【請求項１２】
前記ステップフレームが、各アームの前記第２端部に配置されたピンを枢動可能に受け入れるボアを画成し、前記ピンが前記駆動シャフトに対して平行である、請求項３〜６のいずれか一項に記載の階段移動装置。
【請求項１３】
各アームの前記第１端部が、前記ペイロード本体に堅固に連結された非回転装置を受けいれ、各アームの前記第２端部が回転装置を枢動的に受け入れ、当該回転装置と前記非回転装置とが連結装置により連結されており、前記機構が、さらに第２のアームを備え、当該第２アームが、前記アームの第２の端部に、前記駆動シャフトに平行な軸を中心に回転するために受け入れられており、前記第２アームが、前記ステップフレーム内に画成されたボア内に枢動可能に受け入れられる前記第２アームの自由端に配置されたピンを画成し、前記ピンが前記駆動シャフトに平行であり、前記第２アームが前記回転装置と一体的に回転する、請求項４〜６のいずれか一項に記載の階段移動装置。
【請求項１４】
前記回転装置及び前記非回転装置がプーリであり、前記連結装置が、前記プーリの周囲に配置されたベルトである、請求項１３に記載の階段移動装置。
【請求項１５】
前記駆動シャフトが、前記ペイロード本体内に配置された電気モータに係合されている、請求項３〜１４のいずれか一項に記載の階段移動装置。
【請求項１６】
前記機構が、
前記ペイロード本体及び前記ステップフレームの一方に動作可能に連結された係合部と、
当該係合部により係合された受け入れ部であって、前記ペイロード本体及び前記ステップフレームの他方に動作可能に連結された受け入れ部と、を備え、
前記機構が前記係合部を、前記受け入れ部に対して前記循環経路の前記第１セグメントに沿って移動させ、前記第１セグメントにおいて、前記係合部が第１の位置から第２の位置に、第１の中間位置を通過することにより移動し、
前記機構が前記係合部を、前記受け入れ部に対して前記循環経路の前記第２セグメントに沿って移動させ、前記第２セグメントにおいて、前記係合部が前記第２位置から前記第１位置に、第２の中間位置を通過することにより戻り、
前記１中間位置が前記第２中間位置からずらされている、請求項１又は２に記載の階段移動装置。
【請求項１７】
前記機構が、非回転キャリッジ組立体をさらに備え、前記ステップフレームの形状が前記階段の段の形状に適応する、請求項１６に記載の階段移動装置。
【請求項１８】
前記非回転キャリッジ組立体が、前記ペイロード本体と一体的に移動する鉛直レールと、前記ステップフレームと一体的に移動する水平レールと、前記鉛直レールと前記水平レールとの間に配置されたキャリッジとを備え、前記キャリッジが、前記鉛直レール及び前記水平レールとスライド可能に係合しており、これにより、前記ステップフレームが前記ペイロード本体に対して鉛直方向及び水平方向に移動することを可能にしている、請求項１７に記載の階段移動装置。
【請求項１９】
前記キャリッジが、前記鉛直レールと係合している鉛直ローラ、及び、前記水平レールと係合している水平ローラを枢動可能に受け入れる、請求項１８に記載の階段移動装置。
【請求項２０】
前記機構が、前記ペイロード本体と共に移動するチェーンループを備え、当該チェーンループの各々が、前記機構に枢動可能に取り付けられた複数のスプロケットの周りに取り付けられ、前記複数のスプロケットの１つが、前記ペイロード本体から突出している駆動シャフトにより駆動可能に係合されており、前記係合部が、前記チェーンループに堅固に連結されたピンであり、当該ピンの周りを前記チェーンループが移動して前記環状経路を画成し、且つ、前記受け入れ部が、前記ピンを受け入れるために前記ステップフレーム内に画成されたボアである、請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の階段移動装置。
【請求項２１】
前記係合部が、前記ペイロード本体から突出している駆動シャフトに堅固に取り付けられた歯付きピニオン歯車であり、前記受け入れ部が、前記循環経路を画成している歯付きラックギヤであり、前記歯付きラックギヤが前記ステップフレームと一体的に移動し、且つ、前記歯付きピニオン歯車により係合されている、請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の階段移動装置。
【請求項２２】
前記駆動シャフトが、前記ペイロード本体内に配置された電気モータに係合されている、請求項２０又は２１に記載の階段移動装置。
【請求項２３】
前記機構が、非回転連結組立体をさらに備え、前記ステップフレームの形状が前記階段の段の形状に適応する、請求項１６に記載の階段移動装置。
【請求項２４】
前記非回転連結組立体が、レール内にスライド可能に受け入れられたキャリッジを備え、当該キャリッジが、前記ペイロード本体と一体的に移動し、当該キャリッジが、各々、前記レールに対して垂直の方向に沿って延在するガイドスロットを画成しており、前記ガイドスロットの各々が、前記ガイドスロットの形状に適合するラグを受け入れて、並進移動を可能にし且つ回転を阻止し、前記ラグと前記ステップフレームとが一体的に移動する、請求項２３に記載の階段移動装置。
【請求項２５】
前記機構が、前記ペイロード本体と共に移動するチェーンループを備え、当該チェーンループの各々が、前記機構に枢動可能に取り付けられた複数のスプロケットの周囲に取り付けられており、前記複数のスプロケットのうちの１つが、前記ペイロード本体から突出している駆動シャフトに駆動可能に係合されており、前記係合部が、前記チェーンループに堅固に連結されたピンであり、当該ピンの周りを前記チェーンループが移動して前記環状経路を画成し、前記受け入れ部が、前記ピンを枢動可能に受け入れるために前記ラグ内に画定されたアパーチャであり、前記ピンが前記ラグに対して前記駆動シャフトに平行な軸を中心に回転する、請求項２４に記載の階段移動装置。
【請求項２６】
前記ステップフレームの係合部が前記ラグに堅固に連結されている、請求項２５に記載の階段移動装置。
【請求項２７】
前記ステップフレームの係合ラグが正方形のラグであり、前記ステップフレームが正方形のボアを画成し、当該ボアの各々が、回転を阻止するための、前記正方形ラグの形状に適合する形状を有する、請求項２６に記載の階段移動装置。
【請求項２８】
前記駆動シャフトが、前記ペイロード本体内に配置された電気モータに係合されている、請求項２５〜２７のいずれか一項に記載の階段移動装置。
【請求項２９】
前記機構が、
前記ペイロード本体及び前記ステップフレームのうちの一方を、前記ペイロード本体及び前記ステップフレームの他方に対して第１の方向に沿って移動させる第１のアクチュエータと、
前記ペイロード本体及び前記ステップフレームのうちの一方を、前記ペイロード本体及び前記ステップフレームの他方に対して、前記第１方向に垂直の第２の方向に沿って移動させる第２のアクチュエータと、を備え、
前記循環経路の前記第１セグメントが、前記第１アクチュエータが前記装置を前記第１方向に沿って伸展させ、次いで、前記第２アクチュエータが前記装置を前記第２方向に沿って伸展させることに対応し、
前記循環経路の前記第２セグメントが、前記第１アクチュエータが前記装置を前記第１方向に沿って引き込み、次いで、前記第２アクチュエータが前記装置を前記第２方向に沿って引き込むことに対応している、請求項１又は２に記載の階段移動装置
【請求項３０】
前記第１アクチュエータがボールねじアクチュエータであり、前記第２アクチュエータがラックアンドピニオン型のアクチュエータである、請求項２９に記載の階段移動装置。
【請求項３１】
前記ボールねじアクチュエータ及び前記ラックアンドピニオン型アクチュエータが、各々、電気モータにより駆動される、請求項３０に記載の階段移動装置。
【請求項３２】
前記第１アクチュエータが前記ステップフレームを前記ペイロード本体に対して鉛直方向に沿って移動させ、前記第２アクチュエータが前記ステップフレームを水平方向に沿って移動させる、請求項２９〜３１のいずれか一項に記載の階段移動装置。
【請求項３３】
前記ステップフレームが、主要本体部と張り出し部とを含み、前記主要本体部と前記張り出し部とがＬ字状を形成している、請求項１〜３２のいずれか一項に記載の階段移動装置。
【請求項３４】
前記張り出し部が前記主要本体部に対して水平方向にスライド可能である、請求項３３に記載の階段移動装置。
【請求項３５】
前記ステップフレームが高さ検知機構を含む、請求項３３に記載の階段移動装置。
【請求項３６】
前記高さ検知機構が、前記主要本体部に対して鉛直方向に互いに反対にスライド可能な２つのフレームパネルを含む、請求項３５に記載の階段移動装置。
【請求項３７】
各フレームパネルが歯付きラックを備え、当該歯付きラックは互いに対向し、前記高さ検知機構が、さらに、前記主要本体部に枢動可能に取り付けられた歯車を含み、当該歯車が前記歯付きラックに係合している、請求項３６に記載の階段移動装置。
【請求項３８】
前記高さ検知機構が、前記主要本体部の第１の鉛直縁部に枢動可能に取り付けられたバーを含み、当該バーが、前記主要本体部の前記第１鉛直縁部から、前記主要本体部の、前記第１鉛直縁部に対向する第２の鉛直縁部まで水平方向に延在し、且つ、前記主要本体部の前記第１鉛直縁部を越えて延在して前記張り出し部を画成している、請求項３５に記載の階段移動装置。
【請求項３９】
前記高さ検知機構が、前記機構に取り付けられた支持本体部と、前記ステップフレームを枢動可能に受け入れる取り付け本体部とを含み、前記支持本体部が、前記取り付け本体部のピンを受け入れるためのスロットを画成しており、当該スロット間での前記ピンの鉛直方向移動が可能にされている、請求項３５に記載の階段移動装置。
【請求項４０】
前記ステップフレームが、前記支持本体部に係合するためのクランプ面を含む、請求項３９に記載の階段移動装置。
【請求項４１】
前記高さ検知機構が、前記主要本体部及び／又は前記張り出し部内にスライド可能に受け入れられる調整可能な脚部を含む、請求項３５に記載の階段移動装置。
【請求項４２】
階段移動装置を用いて階段を移動する方法であって、前記装置が、
ペイロードを移送するように構成されたペイロード本体と、
ステップフレームと、
前記ステップフレームと前記ペイロード本体との間の機構とを備え、前記方法が、前記機構を用いた以下のステップ、すなわち、
ａ）ペイロード本体及びステップフレームのうちの一方を、前記ペイロード本体及び前記ステップフレームの他方に対し、循環経路に沿って、前記ペイロード本体及び前記ステップフレームの両方が前記階段の第１の高さにある引き込まれた状態から、前記ペイロード本体と前記ステップフレームとが前記階段の２つの異なる高さにある引き出された状態に移動させるステップと、
ｂ）前記ペイロード本体及び前記ステップフレームの他方を、前記循環経路に沿って、前記ペイロード本体及び前記ステップフレームの両方が前記階段の第２の高さにある引き込まれた状態に戻すステップと、
ｃ）前記ペイロード本体と前記階段との相対的向きを、前記ステップａ）及びステップｂ）中に維持するステップとを含む、方法。
【請求項４３】
前記ペイロード本体及び前記機構に枢動可能に取り付けられた駆動シャフトを係合させるステップをさらに含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記ステップフレームを、前記階段の段の寸法に合うように、可変ジオメトリのステップフレームを用いて調整するステップをさらに含む、請求項４２又は４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記ペイロード本体が前記階段の段の前記縁部に接近しているときに、前記ペイロード本体が後方に回転移動することを、ブレーキ組立体を用いて排除するステップをさらに含む、請求項４２〜４４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４６】
前記ステップフレームが前記階段の所定の段に隣接するまで、前記ペイロード本体を地面に対して水平方向に移動させるステップをさらに含む、請求項４２〜４５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４７】
前記ペイロード本体を移動させる前に、前記ステップフレームを、前記循環経路の一部に沿って、前記階段又は前記地面に接触するまで移動させるステップをさらに含む、請求項４２〜４６のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、階段を移動（昇降）できる機械装置に関し、具体的には、階段の段の外形に適応するように部分的に形成されたステップフレーム組立体の反復循環運動を利用する階段移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業施設及び一般家庭の両方において、重い荷物を階段で上下に運ぶことは面倒であり、安全上の危険が生じる可能性もある。残念なことに、階段を昇降するための既存の解決方法には重大な欠点がある。
【０００３】
材料取り扱い装置、例えば、ハンドトラック（手押し車）、カート、ドリーなどは、階段での荷物の上げ下ろしの補助に頻繁に使用される。しかし、これらの装置は、質量中心のバランスをとるためにペイロードが傾けられることを必要とし、また、人間の操作者により安定化されなければならない。
【０００４】
同様に、高齢者、障害者又は虚弱者のための移動装置、例えば、車椅子及び電動スクータは、一般的に、水平面上で動作するように設計されている。階段を昇降するためには、これらの装置は、一般的に、傾斜台又は他人の援助を必要とする。
【０００５】
階段は、移動ロボット（特に、家庭内での使用のための）にとって重大な障壁である。例えば、掃除作業の自動化を目的とするルンバ(Roomba（登録商標）)掃除機は、階段を昇降する能力が欠けており、住居内の１つの高さから別の高さに、人の手で運ばれなければならない。その他のロボットは、ペイロードを傾けることを必要とするタンク状のトレッドに依存し、或いは、擬人化された（関節）脚を使用し、これは、非常に複雑で高価なソリューションを必要とする。
【０００６】
現在、高さ保持性能を有する階段移動装置の様々な設計が従来技術に示されている。それらの幾つかは、協調歩行要素又は一連の関節運動車輪セットの形態で実現され、また、フィードバック制御付きロボットの形態で実現されているものもある。
【０００７】
下記特許文献１は、運搬装置に関するこのような解決策の１つを開示しており、この装置は、荷物支持体、少なくとも１つの中央歩行要素、並びに、第１側部歩行要素及び第２側部歩行要素を含む。少なくとも１つの中央歩行要素は、２つの側部歩行要素の間に配置されている。歩行要素は、荷物支持体に、荷物支持体に対して上下運動できるように配置されている。側部歩行要素は、鉛直アクチュエータを用いて、中央歩行要素とは独立に上下移動できる。また、歩行要素は荷物支持体に、荷物支持体に対して水平方向に前後移動できるように配置されている。歩行要素は、水平アクチュエータを用いて、中央歩行要素とは独立に前後移動できる。
【０００８】
下記特許文献２は、車輪付き移動ロボットの形態である別の解決策を開示している。具体的には、下記特許文献２は、平面上での迅速な移動性能、及び、アンチタンブリング機能を有する、フットプリントが狭い移動ロボットを開示している。このロボットは、その車輪の配置を用いて、段差を有する面上での移動に対処できる。主要駆動車輪（各々が倒立振子制御装置を介して制御される）の前後に、支持脚（その先端が上下に昇降可能）が配置されており、支持脚の先端は、２車輪逆走行時の移動面間の所定距離を維持するように配置されている。そして、前記支持脚は、固定されているか、或いは、下降方向にある一方の支持脚が下降方向に押し出されることにより、落下が防止される。さらに、前記支持脚の先端に設けられている床面距離センサ及び側面距離センサの検知情報に基づいて、前記ロボットが、高さの差異及び／又は斜面を検出し、前記支持脚が高さの差異及び／又は斜面を回避できるようにして、ロボットの重心位置を安定的に維持する。一方、支持脚の他方は、地面及び前記主要駆動車輪に着地されており、これにより、高さの差異及び／又は斜面を移動することを可能にしている。
【０００９】
さらに別の階段上昇装置が、下記特許文献３に開示されている。この特許は、荷物支持プラットフォームの下に延在する一連の関節式車輪セットを有する階段上昇装置を開示している。車輪セットの全てが、階段及び類似の高さ変化を首尾よく乗り越えるために、鉛直方向に調節可能である。先輪のセットがプラットフォームに対して長手方向に固定され、一方、従動輪のセットは、様々な階段のピッチ又は傾斜に対応できるように、長手方向に調整可能である。この装置は、センサ（例えば、機械的な、赤外線、超音波など）を使用して、段差の存在及びそれらの高さを検知し、組立体の制御が、機械上の制御回路により行われる。車輪セットは、プラットフォームと車輪セットとの間に延在するパンタグラフ機構により、互いに独立して上昇及び下降される。水平方向に調整可能な車輪セットが、プラットフォーム上に長手方向に配置されたラックにより配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４／０３２６５２１号明細書
【特許文献２】米国特許第７，６７７，３４５号明細書
【特許文献３】米国特許第８，７７６，９１７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したような先行技術に開示されている装置は、複数のアクチュエータにより駆動される得る複数の移動部品のいずれかに依存する。また、従来技術の装置は、水平を維持しながら階段を移動するために、複雑な制御論理を含む能動制御を必要とするであろう。これらの特徴により、装置は、一般に、同期制御下で動作する複数の移動部品を必要とする、大きくて複雑な電気機械装置になる。複雑性が増すと、概して、エラー及び故障の可能性が高まり、一般的に、製造コスト及び維持費が高くなる、従って、能動的電子制御を必要とせずに安定性及び水平を維持する、より小さく、より簡単で、単純に機械的な階段移動装置が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
公知の装置の前述の欠点を少なくとも部分的に解決するために、本発明は、一実施形態において、独特の形状のステップフレームの循環運動に依存した、安定的な公称水平方向にて荷物を運ぶことができるペイロード本体を備えた装置を提供する。前記循環運動は、階段での移動中に、１以上のアクチュエータにより容易にされ、これにより、安定的な水平の向きを、積極的な能動的な制御を必要とせずに維持できる。
【００１３】
具体的には、前記階段移動装置は、公称水平面上を移動する性能を有するペイロード本体を備える。このような性能は、車輪、トラック、足部を有する脚、又はその他の任意の適切な移動手段により提供され得る。前記ペイロード本体は、アクチュエータ、制御論理、電源などを収容し得る主要本体を含む。前記アクチュエータは、電動式でも人力式でもよい。また、前記ペイロード本体は、公称水平に荷物が積載され得る荷物担持面も含む。
【００１４】
前記階段移動装置は、ステップフレームをさらに含み、当該ステップフレームは、単一の本体、構造物により連結された複数の本体、又は、同期的に移動する別々の複数の本体から成り得る。当該ステップフレームは、主要本体部及び張り出し部により特徴付けられ、これらの部品は、少なくとも一実施形態において、階段の段の外形に適応するように、本質的に直角を形成する。前記張り出し部は、前記フレームの前記主要本体部の、前記階段に面した側から延在し、且つ、階段の次の１段又は複数の段を少なくともクリアできる高さにある。
【００１５】
前記ステップフレームは、前記ペイロード本体に、非回転連結部を備えた機構を介して取り付けられている。前記非回転連結部は、前記ステップフレームの、水平軸及び鉛直軸のいずれか又は両方における線状並進移動を可能にし、尚且つ、前記ペイロード本体に対するいかなる回転運動も防止する。また、前記機構は、循環運動機構も含む。当該循環運動機構は、前記ステップフレームに接続されており、前記フレームを、前記ペイロード本体に対し、循環経路に沿って移動させる。前記非回転連結部は、前記フレームが前記循環経路を移動しているときに回転することを防止する。前記非回転連結部と前記循環運動機構とは、前記機構の別々の特徴であっても、或いは、組み合わされて同一特徴物にされてもよい。前記フレームの、この閉鎖経路に沿った並進移動は、階段の各段に対して循環的に繰り返される。前記循環運動機構は、１以上のアクチュエータ入力（電動式又は手動式アクチュエータの形態）により駆動され得る。前記循環経路での移動は、前記階段の移動方向が上昇から下降に変更されたときに逆向きにされる。
【００１６】
階段移動方法
階段を上るように循環運動を実行するために、前記階段移動装置は、第１の段に接近して接触する。その間ずっと、前記移動装置の重量は、完全に前記ペイロード本体により支持されている。
【００１７】
次いで、前記ステップフレームが下降するとき、この最初の引き込まれた状態から、前記循環運動が開始され、これにより、前記フレームの底部が床に接触し、そして、前記ステップフレームの別の部分（好ましくは、前記張り出し部）が、クリアされることを意図されている段に接触する。
【００１８】
次いで、前記装置の重量は、前記クリアされることを意図されている段の高さよりも少なくとも高い高さに前記ペイロード本体が上昇するときに、前記ペイロード本体から、前記ステップフレームに移動される。
【００１９】
次いで、前記ペイロード本体は、前記ペイロード本体全体が、前記クリアされるべき段のトレッドよりも上になるまで、主に水平方向に前進する。次いで、前記ペイロード本体は、前記底部が前記段のトレッドに接触するまで下降する。前記装置は、完全に引き出された状態になっている。
【００２０】
前記重量が、前記ステップフレームから前記ペイロード本体に戻され、この時点で前記ペイロード本体は、クリアされるべき段の上部に位置する。
【００２１】
次いで、前記ペイロード本体が載せられる１以上の段をクリアするために、前記ステップフレームが持ち上げられる。前記１以上の段の高さをクリアした後、前記ステップステップフレームは、再び、前記装置がその引き込まれた状態に戻るまで、主に水平方向に移動し、こうして、前記循環運動を完成させる。このプロセス全体が、次の段に対しても繰り返される。
【００２２】
上述の循環運動中、前記装置が、ペイロードの有無に関係なく、前記登り（上昇）シーケンス全体にわたって静的に安定した状態を維持することに留意されたい。具体的には、前記装置の重量が前記ステップフレームにより支持されているとき、前記装置は、重心の水平移動の全体にわたり、前記フレームが前記段に接触することにより安定状態を維持する。前記重量が次の段の上部に移動して前記ペイロード本体上に戻ったならば、前記重心は、前記ペイロード本体の支持ベース内に再び完全に存在するように移動する。好ましくは、前記フレームは前記ペイロード本体と比較して相対的に軽量であり、従って、水平位置の変化がシステム全体の重心位置に与える影響は比較的小さい。
【００２３】
一連の階段を降りるためには、上述の登りシーケンスが基本的に逆の順序で実行される。具体的には、前記ペイロード本体に重量が載っている間に上段の第１の縁部が検出されたとき、前記ステップフレームは、前記ステップフレームの前記底部が、クリアされるべき１以上の段の長さよりも大きい十分な距離を移動するまで、主に水平方向に並進移動する。次いで、前記ステップフレームは、前記フレームが１つの段に接触するまで降下される。次いで、前記ペイロード本体が主に水平方向に並進移動するにつれて、前記重量が前記ペイロード本体から前記フレームに移動される。次いで、前記ペイロード本体は、前記ステップフレームがその上に載置されている段に接触するまで下降する。前記装置の重量が前記ペイロード本体に戻され、そして、前記ステップフレームがさらに並進移動して、前記ペイロード本体に対する前記ステップフレームの初期位置に戻る。
【００２４】
ペイロード本体
従って、一実施形態において、本発明は、前記循環運動機構を動作させる駆動シャフトを回転させるための機構を収容しているペイロード本体を備えている。前記ペイロード本体は、公称平坦面上を移動するための移動支持機構をさらに含む。
【００２５】
別の実施形態において、前記ペイロード本体は、センサ、制御論理、電源を収容している移動ロボットであり得る。
【００２６】
別の実施形態において、前記ペイロード本体は、操作者により遠隔操作され得る。
【００２７】
別の実施形態において、前記ペイロード本体は、人間の操作者により手動で操作されるハンドトラックであり得る。
【００２８】
別の実施形態において、ペイロード本体は車椅子であり得る。
【００２９】
機構
ガイドスロット内の非回転コネクタ
一実施形態において、前記機構は、前記ペイロード本体の側部に固定的に取り付けられる。前記非回転連結部は、正方形のラグ（耳状突起）を含み得る。当該ラグは、キャリッジ内の矩形のガイドスロットの平行な水平方向側部にスライド可能に係合し、これにより、前記ラグが前記ガイドスロットに沿って移動するときに前記ラグが回転することを防止する。そして、前記キャリッジは、前記機構の前記主要本体内の平行な鉛直レールにスライド可能に係合している。前記循環運動機構が、チェーンループにより連結された４つのスプロケットを用いて実現されることができ、前記駆動シャフトが前記スプロケットのうちの１つを駆動させ、前記ラグが、前記チェーンリンクの１つに回転可能に取り付けられている。循環運動が行われるとき、前記非回転連結部が、前記チェーンループの形状に対応する矩形の循環経路を成立させる。
【００３０】
非回転キャリッジ組立体
別の実施形態において、前記非回転連結部は、１つ又は２つの鉛直レールに１組のローラを介してスライド可能に係合されたキャリッジから構成され得る。前記鉛直レールは前記機構の前記主要本体に固定されている。同時に、ローラの別の組が、水平レールが前記キャリッジに対して水平にスライドすることを可能にしている。前記水平レールは、少なくとも２つの取り付け点を含むことができ、この取り付け点に前記ステップフレームが固定的に取り付けられる。
【００３１】
チェーンループ機構
前記機構の別の実施形態において、非回転連結部を非回転キャリッジ組立体として実現して、前記循環運動機構は、チェーンループにより連結された４つのスプロケットを用いて実現することが可能であり、前記駆動シャフトが前記スプロケットのうちの１つを駆動させる。
【００３２】
別の実施形態において、前記循環運動機構は、２組のチェーン−スプロケットループ組立体（鉛直方向運動及び水平方向運動の各々に１組ずつ）により実現され得る。このような実施形態においては、チェーン−スプロケットループ組立体を駆動させるために、１以上のアクチュエータが必要であり得る。
【００３３】
ループ状のラック機構
別の実施形態において、前記循環運動機構は、閉じた平面ループを形成する歯付きラックを横切るように構成された被駆動歯付き歯車を含み得る。当該歯車は、前記歯付きラックに、様々な手段により拘束され得る。前記ステップフレームは前記ラックに連結され得る。前記歯車が前記歯付きラックの周囲を移動すると、前記ステップフレームは、非回転キャリッジ組立体の形態の非回転連結部により拘束されることができ、前記フレームを、前記歯付きラックにより形成された前記ループの形状に一致する循環経路にて並進移動させ得る。
【００３４】
別の実施形態において、前記歯車は、歯付きラックに対して、ベースプレート上の複数のピンを含む拘束機構により拘束され得る。前記ピンの少なくとも１つが前記歯付きラックの内面（歯付き面の反対側）に接触し、尚且つ前記ピンの少なくとも１つが前記歯付きラックの外面に接触している。こうして、内側ピンと外側ピンとが、共に、前記ベースプレートに接続された前記歯車を前記歯付きラックに拘束する。
【００３５】
回転クランク機構
別の実施形態において、前記循環運動機構は、回転クランクアームから構成され得る。前記クランクの一端が駆動シャフトにより回転され、他端は、ピンにより前記ステップフレームに連結され得る。前記フレームは、非回転キャリッジ組立体により回転を抑制され得る。結果として生じる循環運動は、円形である。
【００３６】
非回転ハブ機構
別の実施形態において、前記循環運動機構と前記非回転連結部とを組み合わせて、回転クランクアーム機構を形成し得る。第１のハブ（前記クランクアームの前記駆動シャフトと同心）が前記ペイロード本体に、回転不能に固定されている。第２のハブが前記クランクアームの端部に、ベアリング及び短い軸により、回転可能に接続されている。前記第２ハブは、前記ステップフレームに回転不能に固定されている。第１の回転装置、すなわち第１のスプロケットが、前記第１ハブと同心で、且つ、前記第１ハブに固定的に取り付けられている。一方、第２の回転装置、すなわち第２のスプロケットは、前記第２ハブの軸と同心で、且つ、前記第２ハブの軸に固定的に取り付けられている。連結装置、例えば、チェーンループが、前記第１スプロケットと第２スプロケットとを連結している。前記クランクアームが駆動シャフトを用いて回転されると、前記第２ハブは環状経路で移動するが、前記第１ハブに対して回転することは防止され、これにより、前記ステップフレームに対する非回転連結を提供する。
【００３７】
別の実施形態において、上述したスプロケット及びチェーンループを、それぞれ、プーリ及びベルトに置き換え得る。
【００３８】
別の実施形態において、上述のスプロケット及びチェーンループを、奇数個の噛み合い歯車に置き換え得る。
【００３９】
ダブルクランクアーム機構
別の実施形態において、前記循環運動機構は、ダブルクランクアーム機構を用いて実現され得る。前記駆動シャフトが、主要クランクアームを回転させる。主要な非回転装置、すなわちプーリ（前記主要クランクアームの駆動シャフトと同心）が前記機構の主要本体に、回転不能に固定される。二次回転装置、すなわちプーリが前記主要プーリに、連結装置又はベルトを介して連結される。第２のクランクアームが前記第２プーリに連結されており、前記ステップフレームに連結するために用いられる。前記プーリの直径と前記クランクアームの長さとの比は、生成される循環経路がハイポトロコイド経路であるように構成される。
【００４０】
ステップフレーム
各機構はステップフレームに連結されている。当該ステップフレームは、単一の本体、剛性構造物により連結された複数の類似の本体、又は、相互連結された機構を介して同期的に移動する複数の類似の本体から構成され得る。
【００４１】
固定ジオメトリ
一実施形態において、固定ジオメトリを有するステップフレームが、単一の段の高さよりも少なくとも高い高さから延在する張り出し部を有する主要本体を含む。前記ステップフレームの前記張り出し部及び前記主要本体部は、階段の段の形状に適応するために、本質的に直角を形成する。前記主要本体部及びオーバーハンド(overhanding)部は、各段との荷重支持接触をするように、支持脚又は摩擦パッドなどの特徴部を具備し得る。
【００４２】
別の実施形態において、前記ステップフレームの主要本体は、階段の段の高さよりも少なくとも高い高さから延在する張り出し部を有して、基本的に「Ｌ」字形状であり得る。
【００４３】
可変ジオメトリ
前記ステップフレームは、可変ジオメトリを有し得る。一実施形態において、前記ステップフレームは、階段を上昇又は下降する前に展開される折り畳み可能な張り出し部を含み得る。
【００４４】
別の実施形態において、前記ステップフレームは、スライドレールにより接続された上部と下部とを有し得る。当該スライドレールは、前記下部が水平方向にスライドすることを可能にし、そして、これにより、前記ステップフレームが「上昇」(climbing)構成から「下降」(descending)構成に、方向変更を必要とせずに転換されることを可能にしている。
【００４５】
高さの検知
前記ステップフレームは、高さ検知性能を有し得る。一実施形態において、当該高さ検知性能は、２つの鉛直レールが取り付けられた主要本体から成るステップフレームとして実現され得る。２つのフレームパネルが２つの鉛直レールにスライド可能に係合している。前記パネルの面（互いに向かい合っている）の各々が、歯付きラックを含み得、これにより、前記２つのパネルが、バックフレーム上に固定された歯付きピニオン歯車により接続され得る。前記主要本体が降下されるときに、一方のパネル又は他方のパネルが、上側の段又は下段のいずれかに最初に接触する。次いで、前記２つのパネルは互いに反対の鉛直方向に、前記パネルの一方が降下され且つ前記他方のパネルが上昇されるように移動し得る。この移動は、両方のパネルが両方の段に接触するまで続けられる。
【００４６】
別の実施形態において、高さ検知性能は、４バー機構により実現され得る。この４バー機構においては、２つの水平バーが、足部を支持するために両端にて回転不能に連結され得る。４バー機構は、ペイロード本体に接続された前記機構の前記主要本体に、好ましくは水平バーの中央付近にて連結され得る。前記水平バーは、本体への連結点を中心に回転して、前側支持足を次の段に接触するまで上下させ得る。
【００４７】
別の実施形態において、前記高さ検知性能は、歯付き回転ピボットを用いて実現され得る。前記ステップフレームが１つの段上に降下するとき、回転ピボットの回転自由度により、前脚及び下脚が、それぞれ、次の高さの面及び現在の高さの面の両方に同時に接触することが可能である。前記主要本体がさらに下降すると、歯付きウェッジがピボット上にクランプして、それ以上のいかなる回転も阻止する。
【００４８】
その他の実施形態において、前記高さ検知性能は、前記主要フレーム本体に対して鉛直方向に自由に移動する前脚により達成される。この移動は、ロッキングピンが前記前脚上の歯付き面に係合するまで、鉛直チャネルを介して行われる。前記ロッキングピンは、ピボットにより下脚に機械的に連結されている。前記主要フレーム本体が下降すると、前記前脚が次の高さに最初に接触し、そして、前記下脚が最終的に現在の高さに接触すると、前記ロックピンが前記歯付き面に係合及び接触して、前記前脚を適切な位置にロックする。
【００４９】
上述のロッキングピン構造のその他の実施形態は、電気機械的スイッチ及びアクチュエータを用いて、全ての脚部がそれぞれの高さに接触したときにロッキングピンをトリガするように実現され得る。
【００５０】
複数の段
別の実施形態において、前記ステップフレームは、１つの循環運動中に複数の階段を移動し得る。これは、前記ステップフレームの前記主要本体から延在する張り出し部の高さを、階段の複数の段の高さよりも少なくとも高くすることによる。
【００５１】
代替的な実施形態
前記ステップフレーム及び前記機構に対する前記ペイロード本体の構成は変更が可能である。一実施形態において、前記階段移動装置は、前記ペイロード本体の両側に配置された２つの対称体から成るステップフレームを用いる。
【００５２】
別の実施形態において、前記階段移動装置は、１つの中央本体のみから成るステップフレームを用いることができ、この場合、前記ペイロード本体は、ペイロード本体の２つの鉛直内面に取り付けられた機構を有する三面フレームであり得る。装置の重量、及び、いかなる可能な荷重も支持するのに十分な幅を有するステップフレームが、前記機構の側部の両方に、前記循環運動の最高位置にて前記ステップフレームが前記ペイロード本体の上部により妨げられることがないように取り付けられている。
【００５３】
別の実施形態において、本発明は、前記ステップフレームの平面運動及び循環運動のいずれか又は両方を、人力で行うことが可能である。
【００５４】
別の実施形態において、前記ペイロード本体の前記移動支持機構は、段部の縁部への接近を検出したときに、前記ペイロード本体が前記縁部に向かってさらに進むことを防止又は阻止するブレーキ（制動）特徴物を有し得る。これらのブレーキ特徴物は、基本的に、機械的、或いは、電気機械的であり得る。
【００５５】
別の実施形態において、前記ペイロード本体は、同一の段又は異なる段の特徴物に対し、バランスを維持するために反応する補助安定アームを含み得る。
【００５６】
本発明のさらなる態様及び利点は、添付図面と共に以下の説明から明らかになるであろう。図１〜図６ｂは装置の部品、図７ａ〜図９ｅは階段移動方法、図１０ａ〜図２５は機構の実施形態、図２６ａ〜図３４ｂはステップフレームの実施形態、図３５ａ〜図３７ｃはペイロード本体の実施形態、図３８〜図４１は装置の好ましい実施形態及び代替実施形態に関する。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態による階段移動装置の斜視図である。
【図２】図１に示した階段移動装置の分解斜視図である。
【図３ａ】ペイロード本体の一実施形態の、正面図、側面図、及び斜視図である。
【図３ｂ】図３ａのペイロード本体の、荷物を運んでいる状態の斜視図である。
【図３ｃ】ペイロード本体が階段上で荷物を運んでいる状態の側面図である。
【図３ｄ】階段の特徴部に反応する補助安定化手段を有するペイロード本体の側面図である。
【図４】ステップフレームの一実施形態の斜視図及び側面図である。
【図５ａ】図４に示したステップフレームの実施形態の側面図であり、荷重位置範囲にわたりフレーム組立体に作用している力を示す。
【図５ｂ】図４に示したステップフレームの実施形態の側面図であり、フレーム組立体が段部に片持ち支持されているときに荷重位置範囲にわたりフレーム組立体に作用している力を示す。
【図６ａ】機構の一実施形態の斜視図及び側面図である。
【図６ｂ】図６ａに示した機構の分解斜視図である。
【図７ａ】図６に示した機構の、循環運動経路の２つのセグメントを実行している一連の斜視図である。
【図７ｂ】図７ａに示した機構がペイロード本体及びステップフレームに取り付けられる様子を示す部分分解図である。
【図７ｃ】機構に取り付けられたステップフレームが循環運動経路の２つのセグメントを移動している様子を示す一連の斜視図である。
【図７ｄ】図７ａ及び図７ｃに示した循環運動を用いて段を登っているスター(star)移動装置の側面図である。
【図８ａ】図１に示した階段移動装置が段を移動する様子を、循環上昇運動中のペイロード本体とステップフレームとの連続的な位置により示した側面図である。
【図８ｂ】図１に示した階段移動装置が段を移動する様子を、循環上昇運動中のペイロード本体とステップフレームとの連続的な位置により示した側面図である。
【図８ｃ】図１に示した階段移動装置が段を移動する様子を、循環上昇運動中のペイロード本体とステップフレームとの連続的な位置により示した側面図である。
【図８ｄ】図１に示した階段移動装置が段を移動する様子を、循環上昇運動中のペイロード本体とステップフレームとの連続的な位置により示した側面図である。
【図８ｅ】図１に示した階段移動装置が段を移動する様子を、循環上昇運動中のペイロード本体とステップフレームとの連続的な位置により示した側面図である。
【図８ｆ】図１に示した階段移動装置が段を移動する様子を、循環上昇運動中のペイロード本体とステップフレームとの連続的な位置により示した側面図である。
【図８ｇ】図１に示した階段移動装置が段を移動する様子を、循環上昇運動中のペイロード本体とステップフレームとの連続的な位置により示した側面図である。
【図８ｈ】図１に示した階段移動装置が段を移動する様子を、循環上昇運動中のペイロード本体とステップフレームとの連続的な位置により示した側面図である。
【図８ｉ】図１に示した階段移動装置が段を移動する様子を、循環上昇運動中のペイロード本体とステップフレームとの連続的な位置により示した側面図である。
【図８ｊ】図１に示した階段移動装置が段を移動する様子を、循環上昇運動中のペイロード本体とステップフレームとの連続的な位置により示した側面図である。
【図９ａ】図１に示した階段移動装置の実施形態の、循環上昇運動中の階段移動装置の重心の移動を示す側面図である。
【図９ｂ】図１に示した階段移動装置の実施形態の、循環上昇運動中の階段移動装置の重心の移動を示す側面図である。
【図９ｃ】図１に示した階段移動装置の実施形態の、循環上昇運動中の階段移動装置の重心の移動を示す側面図である。
【図９ｄ】図１に示した階段移動装置の実施形態の、循環上昇運動中の階段移動装置の重心の移動を示す側面図である。
【図９ｅ】図１に示した階段移動装置の実施形態の、循環上昇運動中の階段移動装置の重心の移動を示す側面図である。
【図１０ａ】非回転キャリッジ組立体としての非回転連結部の好ましい実施形態の斜視図である。
【図１０ｂ】図１０ａに示した非回転キャリッジ組立体の、鉛直運動及び水平運動により移動しているときの側面図である。
【図１１ａ】チェーンループ及び４つのスプロケットを用いた機構の好ましい実施形態の斜視図である。
【図１１ｂ】図１１ａに示した機構の、ペイロード本体及びステップフレームに関連している分解図である。
【図１２ａ】図１１に示した機構を有する階段移動装置の、この機構を用いて達成される循環経路運動を示す部分透視側面図である。
【図１２ｂ】図１１に示した機構を有する階段移動装置の、この機構を用いて達成される循環経路運動を示す部分透視側面図である。
【図１２ｃ】図１１に示した機構を有する階段移動装置の、この機構を用いて達成される循環経路運動を示す部分透視側面図である。
【図１２ｄ】図１１に示した機構を有する階段移動装置の、この機構を用いて達成される循環経路運動を示す部分透視側面図である。
【図１３】台形の循環運動経路を生成するチェーン及び４つのスプロケットを使用した、機構の別の実施形態の斜視図及び側面図である。
【図１４ａ】ループ状のラックアンドピニオン機構の好ましい実施形態の斜視図及び側面図、並びに、ループ状ラックに係合しているピニオンの詳細図である。
【図１４ｂ】図１４ａに示した機構の、ペイロード本体及びステップフレームに関連している分解図である。
【図１５ａ】図１４に示したループ状ラックアンドピニオン機構を組み込んだ階段移動装置の、その循環運動を利用して階段を登るときの部分透視側面図である。
【図１５ｂ】図１４に示したループ状ラックアンドピニオン機構を組み込んだ階段移動装置の、その循環運動を利用して階段を登るときの部分透視側面図である。
【図１５ｃ】図１４に示したループ状ラックアンドピニオン機構を組み込んだ階段移動装置の、その循環運動を利用して階段を登るときの部分透視側面図である。
【図１５ｄ】図１４に示したループ状ラックアンドピニオン機構を組み込んだ階段移動装置の、その循環運動を利用して階段を登るときの部分透視側面図である。
【図１６】ループ状ラックアンドピニオン機構の、ピンを用いた拘束機構を有する代替実施形態の斜視図である。
【図１７】図１４及び図１６に示したループラックのその他の可能な構成の側面図である。
【図１８ａ】機構の、クランクアームを用いる別の実施形態の斜視図及び側面図である。
【図１８ｂ】図１８ａに示したクランクアーム機構の、ペイロード本体及びステップフレームに関連している分解図である。
【図１９ａ】図１８に示した機構を有する階段移動装置の、機構を介して達成される循環的な上昇運動を示す、部分透視側面図である。
【図１９ｂ】図１８に示した機構を有する階段移動装置の、機構を介して達成される循環的な上昇運動を示す、部分透視側面図である。
【図１９ｃ】図１８に示した機構を有する階段移動装置の、機構を介して達成される循環的な上昇運動を示す、部分透視側面図である。
【図１９ｄ】図１８に示した機構を有する階段移動装置の、機構を介して達成される循環的な上昇運動を示す、部分透視側面図である。
【図２０ａ】ダブルクランクアームの循環経路機構の斜視図及び側面図である。
【図２０ｂ】図２０ａに示したダブルクランクアームの循環経路機構により達成されるハイポトロコイド循環経路の側面図である。
【図２１ａ】一組の非回転ハブに基づいた複合機構の好ましい実施形態の斜視図である。
【図２１ｂ】図２１ａに示した機構の分解斜視図である。
【図２１ｃ】図２１ａに示した複合機構による、円形循環運動の実行における一連の運動の側面図である。
【図２２ａ】図２１に示した複合機構の、ペイロード本体及びステップフレームに関連している斜視図である。
【図２２ｂ】図２２ａに示した機構を用いる階段移動装置により実行される循環運動の側面図である。
【図２２ｃ】図２２ａに示した機構を用いる階段移動装置により実行される循環運動の側面図である。
【図２２ｄ】図２２ａに示した機構を用いる階段移動装置により実行される循環運動の側面図である。
【図２２ｅ】図２２ａに示した機構を用いる階段移動装置により実行される循環運動の側面図である。
【図２２ｆ】図２２ａに示した機構を用いる階段移動装置により実行される循環運動の側面図である。
【図２２ｇ】図２２ａに示した機構を用いる階段移動装置により実行される循環運動の側面図である。
【図２２ｈ】図２２ａに示した機構を用いる階段移動装置により実行される循環運動の側面図である。
【図２２ｉ】図２２ａに示した機構を用いる階段移動装置により実行される循環運動の側面図である。
【図２２ｊ】図２２ａに示した機構を用いる階段移動装置により実行される循環運動の側面図である。
【図２３ａ】チェーンループの代わりに歯車を用いた非回転ハブ機構の一実施形態の斜視である。
【図２３ｂ】図２３ａに示した機構の分解斜視図である。
【図２３ｃ】図２３ａに示した機構の、ペイロード本体及びステップフレームに関連している斜視図である。
【図２４】循環運動経路を生成する機構の、チェーンループにより駆動される４バーリンケージを用いる別の実施形態を示す。
【図２５】階段移動装置の好ましい実施形態の、装置の循環運動における４つの点における斜視図であり、この４点にて、機構が２つの別々の段階（一方が鉛直方向、他方が水平方向）に分割され、各々が各自のアクチュエータにより駆動されている様子を示す。
【図２６ａ】ステップフレームの、同期的に移動する複数の固定ジオメトリ本体から成る好ましい実施形態を示す。
【図２６ｂ】軽量フレームから成る固定ジオメトリを有するマルチボディステップフレームである、ステップフレームの別の好ましい実施形態を示す。
【図２６ｃ】図２６ｂに示したステップフレーム本体の、可変ジオメトリを有する一実施形態を示し、スライド式張り出し部の、引き出された状態及び格納された状態の両方が示されている図である。
【図２６ｄ】ステップフレームの実施形態が、構造物により連結された複数の本体からどのように構成され得るかを示す。
【図２６ｅ】ステップフレームの実施形態が、単一の中央本体からどのように構成され得るかを示す。
【図２７ａ】ステップフレームの別の可変ジオメトリの実施形態の斜視図及び側面図であり、このステップフレームは、レール上で上部にスライド可能に係合している下部を有して、ステップフレームが上昇又は下降のいずれのためにも構成されることを可能にしている。
【図２７ｂ】ステップフレームの別の可変ジオメトリの実施形態の斜視図及び側面図であり、このステップフレームは、レール上で上部にスライド可能に係合している下部を有して、ステップフレームが上昇又は下降のいずれのためにも構成されることを可能にしている。
【図２７ｃ】ステップフレームの別の可変ジオメトリの実施形態の斜視図及び側面図であり、このステップフレームは、レール上で上部にスライド可能に係合している下部を有して、ステップフレームが上昇又は下降のいずれのためにも構成されることを可能にしている。
【図２７ｄ】ステップフレームの別の可変ジオメトリの実施形態の斜視図及び側面図であり、このステップフレームは、レール上で上部にスライド可能に係合している下部を有して、ステップフレームが上昇又は下降のいずれのためにも構成されることを可能にしている。
【図２８ａ】対向してスライドする２つのパネルの使用により高さ検知性能を有する、ステップフレームの一実施形態の斜視図及び側面図である。
【図２８ｂ】図２８ａに示した高さ検知ステップフレームが、より高い高さの段に対応している様子を示す。
【図２８ｃ】図２８ａに示した高さ検知ステップフレームが、より低い高さの段に対応している様子を示す。
【図２９ａ】４バー機構の使用により高さ検知性能を有する、ステップフレームの別の実施形態の斜視図及び側面図である。
【図２９ｂ】図２９ａに示した高さ検知ステップフレームが、任意の高さを有する段に対応している様子を示す。
【図３０ａ】歯付きピボットの使用により高さ検知性能を有する、ステップフレームの別の実施形態の斜視図及び側面図である。
【図３０ｂ】図３０ａに示した高さ検知ステップフレームが、任意の高さを有する段に適応している様子を示す。
【図３１ａ】ロック可能な前脚の使用により高さ検知性能を有する、ステップフレームの別の実施形態の斜視図及び側面図である。
【図３１ｂ】図３１ａに示した高さ検知ステップフレームが、任意の高さを有する段に対応している様子を示す。
【図３２ａ】回転及びロックする張り出し部の使用により高さ検知性能を有する、ステップフレームの別の実施形態の斜視図及び側面図である。
【図３２ｂ】図３２ａに示した高さ検知ステップフレームが、任意の高さを有する段に対応している様子を示す。
【図３３ａ】可変リンケージからなる前脚の使用により高さ検知性能を有する、ステップフレームの別の実施形態の斜視図及び側面図である。
【図３３ｂ】図３３ｂに示した高さ検知ステップフレームが、任意の高さを有する段に対応している様子を示す。
【図３４ａ】複数の段を移動できる階段移動装置の一実施形態の斜視図である。
【図３４ｂ】図３４ａに示した階段移動装置が、階段の２つの段を移動横断するために循環運動を実行している様子を示す側面図である。
【図３５ａ】電動ロボットとしてのペイロード本体の好ましい実施形態の斜視図及び側面図である。
【図３５ｂ】遠隔操作車両としてのペイロード本体の一実施形態の斜視図及び側面図である。
【図３５ｃ】手操作式ハンドカートとしてのペイロード本体の一実施形態の斜視図及び側面図である。
【図３５ｄ】車椅子としてのペイロード本体の一実施形態の斜視図及び側面図である。
【図３６ａ】図３５ａに示したペイロード本体の側面図及び斜視図であり、車輪構成が、類似の寸法の固定車輪及びキャスターの組合せから成る様子を示す。
【図３６ｂ】図３５ｃに示したペイロード本体の側面図及び斜視図であり、車輪構成が、異なる寸法の固定車輪及びキャスターの組合せから成る様子を示す。
【図３６ｃ】ペイロード本体の側面図及び斜視図であり、縁部検出ブレーキングシステムの一部としても用いられ得る補助安定化車輪を有する車輪構成を示す。
【図３６ｄ】図３６ｃに示したペイロード本体が床上にあるとき及び段上にあるときのペイロード本体の側面図である。
【図３７ａ】縁部検出ブレーキング特徴物の斜視図である。
【図３７ｂ】図３７ａに示したブレーキング特徴物の、段の縁部の検出時の非係合形態及び係合形態の両方における側面図である。
【図３７ｃ】図３５ｃに示したブレーキング特徴物の、段の縁部の検出時の非係合形態及び係合形態の両方における側面図である。
【図３８】サービスロボットの形態の階段移動装置の好ましい実施形態の斜視図及び分解斜視図である。
【図３９】ハンドカートの形態の手動操作式階段移動装置の好ましい実施形態の斜視図及び分解図である。
【図４０】図３９に示したハンドカートの手動バージョンの斜視図である。
【図４１】階段移動装置の、単一の中央本体から成るクライミングフレーム組立体を利用した一実施形態の斜視図及び分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
以下の説明において、類似の番号は類似の構成要素を示す。
【００５９】
装置の部品
装置全体
図１に示されているように、階段移動装置１０は、本発明の一実施形態によるものである。階段移動装置１０は、本質的に水平な方向に荷物を運ぶことができるペイロード本体１２を含む。独特の形状のステップフレーム１４が、この実施形態において、２つの例の類似の共動体１４ａ及び１４ｂから成り、これらは各々、機構１６を介してペイロード本体１２の２つの対向側面に接続されている。
【００６０】
図２は、図１に示した階段移動装置１０の実施形態の分解図を示す。機構１６を駆動させるアクチュエータ２１が、好ましくは、ペイロード本体１２内に収容されている。
【００６１】
ペイロード本体
図３ａは、ペイロード本体１２の一実施形態を示す。図示されている実施形態において、ペイロード本体１２は、車輪の形態の移動支持部２０を有する剛性のケーシング１８を含む。その他のタイプの可能な移動支持部は、トラック、トレッド、脚、足、又は、水平移動を容易にするその他の任意の適切な手段である。ペイロード本体１２は、さらに、駆動シャフト２２を含む。この実施形態において、駆動シャフト２２は、ケーシング１８内部に配置された電動アクチュエータ２１により駆動される。その他の実施形態において、駆動シャフト２２は、外部クランクを介して手動で駆動され得る。以下に詳細に説明するように、駆動シャフト２２は、ステップフレーム１４のペイロード本体１２に対する運動を容易にするように機構を駆動させる。必要な全ての制御論理回路又は電源がケーシング１８内に収容され得る。
【００６２】
図３ｂに示されているように、ケーシング１８は、さらに、荷物担持面２６を含む。
【００６３】
図３ｃは、ペイロード本体１２上の移動支持部２０が、階段の段８０又は床９０のいずれにおいても公称高さ方向にて荷物２８を運ぶことを可能にするために、どのように配置されるかを示す。
【００６４】
図３ｄは、ペイロード本体１２が荷物２８を担持していても、階段の段８０上でどのようにして高さ及び安定性を維持し得るかを示す。これは、移動支持部２０（車輪として示されている）と補助安定化アーム１１４，１１６との組合せが、それぞれ、同一段上又は異なる段上の特徴に対応することによる。
【００６５】
ステップフレーム
図４を参照すると、ステップフレーム１４のこの実施形態は、主要本体部５４と、張り出し(overhang)部５６（仮想点線により分離して示す）とを含む。本質的に水平である張り出し部５６は、主要本体５４の底部より上方の高さ５８の位置にある。高さ５８は、階段の１段の高さよりも少なくとも大きい。より高い位置にある張り出し部５６が、ステップフレームを階段の段の形状に本質的に適応させる。主要本体部５４は、支持特徴物６６，６８を含む底面６４を有する。この実施形態において、主要本体部５４は、本質的に鉛直の面６５も有する。追加の支持特徴物７０が面６０上に配置されている。面６０，６４，６５及び支持特徴物６６，６８，７０は、階段移動装置１０が階段の昇降中に静的な平衡状態を維持することを保証するように、階段の１以上の面又は特徴物に接触して対応するように設計されている。
【００６６】
図５ａ及び５ｂは、ステップフレーム１４が、静的平衡を維持した状態で、主に下向きの鉛直荷重２８を、水平範囲７２にわたる様々な位置でどのように支持できるかを示している。
【００６７】
図５ａにおいて、支持特徴物６６，６８，７０は、それぞれ、鉛直方向の反作用力７４，７６，７８を段８０の面８１及び面８２に対して加え、それにより、荷重２８の重量を、全運動範囲７２にわたってバランスさせる。
【００６８】
図５ｂにおいては、ステップフレーム１４の上側セクションが、段８０上で片持ち支持されている（支持特徴物７０は除去されている）。この状態において、荷重２８が、面８１に対する鉛直方向反力７４，７６と、面６５上での、トレッド８４のノーズにおける水平方向反応８６と、最前側の支特徴物７４における水平摩擦成分８７とによりバランスされている。
【００６９】
機構
図６は、主要本体部１６０１を含む機構１６の一実施形態を示しており、主要本体部１６０１は、この実施形態において、ペイロード本体１２に堅固に取り付けられている。その他の可能な実施形態において、主要本体部１６０１はステップフレームに堅固に取り付けられ得る。主要本体部１６０１は、鉛直方向のレール１６１０を有する。キャリッジ１６２０が鉛直レール１６１０にスライド可能に係合している。この実施形態において、非回転連結部が、正方形のラグ（耳状突起）１６０２から成り、ラグ１６０２は、キャリッジ１６２０内の矩形のガイドスロット１６０３の平行な側部にスライド可能に係合して、ラグ１６０２がガイドスロット１６０３に沿って移動するときに、及び、キャリッジ１６２０がレール１６１０に沿って移動するときに、ラグ１６０２が回転することを防止する。循環運動機構が、３つのアイドルスプロケット１１６４と、チェーンループ１６２により接続された１つの被駆動スプロケット１６４とにより実現されている。アクチュエータ２１により駆動されるクライミング駆動シャフト２２がスプロケット１６４と係合し、チェーンループを移動させる。ラグ１６０２は、チェーンループ１６２における１つのリンクに、ラグがチェーンループと共に移動するように、ピン１６６を用いて回転可能に取り付けられている。ラグは、ステップフレーム１４内の対応する特徴物１７００に取り付けられている。
【００７０】
階段移動方法
図７は、機構１６により生成される循環運動が、当該機構がステップフレーム１４に取り付けられたときに、どのように階段移動運動を生じるかを示す。
【００７１】
図７ａは、機構１６を一連の状態にて示す。最初に、非回転連結部１６０２は、その初期位置にある。次いで、アクチュエータ２１が作動されると、駆動シャフト２２が方向２３に回転し、接続部１６０２を、矩形の循環経路４８（図６Ｂに示したチェーンループ１６２の形状に対応している）の第１セグメント４８１に沿って移動させる。最後に、接続部１６０２は、循環経路の第２セグメント４８２に沿って移動して、接続部１６０２の初期位置に戻る。
【００７２】
図示されているように、反時計回り方向２３に駆動される場合、経路の第１セグメント４８１は、下向きの鉛直ストロークと後方への水平ストロークとから成り、一方、経路の第２セグメント４８２は、上向きの鉛直ストロークと前方への水平ストロークとから成る。これらのシーケンスは、方向２３を反時計回り方向から時計回り方向に変更すると、逆にされ得る。
【００７３】
図７ｂは、機構１６がペイロード本体１２及びステップフレーム１４に取り付けられている様子を示す部分分解図である。ステップフレーム１４は、非回転連結部１６０２に、対応する特徴物１７００を用いて取り付けられている。従って、ステップフレーム１４は、非回転連結部１６０２と共に移動する。
【００７４】
図７ｃは、図７ａに示したシーケンスと同一のシーケンスを示すが、図７ｃにおいては、完全に組み立てられた階段移動装置１０にて示されている。機構１６がステップフレーム１４を、ペイロード本体１２に対して循環経路４８に沿って移動させる。ステップフレーム１２は、ペイロード本体１２に対して引き込まれた状態から引き出された状態に、循環経路４８の第１セグメント４８１に沿って移動し、次いで、引き出された状態から引き込まれた状態に、第２セグメント４８２に沿って戻される。
【００７５】
図７ｄは、図７ｃのシーケンスと同一のシーケンスを示し、図７ｄにおいては、階段移動装置１０が段８０の第１の高さ８１に配置された状態にある。引き込まれた状態において、ペイロード本体１２とステップフレーム１４との両方が、第１高さ８１にある。フレームが循環経路の第１セグメント４８１に沿って駆動されると、装置１０は、引き出された状態になり、ペイロード本体１２とフレーム１４とは、それぞれ異なる高さ８１と高さ８２になる。最後に、フレームは、循環経路の第２セグメント４８２に沿って駆動されて、装置１０をその引き込み状態に戻し、この状態において、ペイロード本体１２とフレーム１４とが同じ高さ８２になる。
【００７６】
図７に示したシーケンスは、上昇運動に対応している。方向２３を逆にすることにより、同等の下降運動が行われ得る。
【００７７】
図８は、図１に示した階段移動装置１０の実施形態が、図７に示したように階段を登るために、ステップフレーム１４の循環運動をどのように用いるかを、より詳細に示す。
【００７８】
図８ａは、階段移動装置１０が段８０に接近している様子を示す。装置及びそのペイロードの重量は、ペイロード本体の移動特徴物２０により完全に支持されている。
【００７９】
図８ｂにおいて、階段移動装置１０は、第１の段８０にて最初の引き込まれた状態にある。ペイロード本体とステップフレーム１４との両方が高さ８１にある。
【００８０】
図８ｃにおいて、循環運動が既に開始されている。装置１０の重量は、ペイロード本体（隠れている）からステップフレーム１４に移動されている。好ましくは、支持特徴物６６，６８が、下方高さ８１に接触し、支持特徴物７０が階段の面８２に接触している。機構１６（隠れているペイロード本体１２を有する）は上昇している。
【００８１】
図８ｄにおいて、循環運動機構の下向きの鉛直ストロークにより、ペイロード本体１２（隠れている）が、段８２の高さを越える高さまで上昇できる。
【００８２】
図８ｅにおいて、循環運動機構の後方への水平ストロークが、ペイロード本体（隠れている）及び機構１６を水平方向に前進させる。
【００８３】
図８ｆにおいて、循環経路の第１セグメント４８１が完了している。この時点で、装置１０は引き出された状態にあり、ステップフレームは高さ８１にあり、且つ、ペイロード本体は高さ８２にある。
【００８４】
図８ｇにおいて、重量は、ステップフレーム１４からペイロード本体の移動特徴物２０に戻されており、この時点で、装置１０は面８２上に支持されている。ここでステップフレーム１４が持ち上げられると、循環運動が継続する。
【００８５】
図８ｈにおいて、上向き鉛直ストロークの頂点にて、ステップフレーム１４は、第１の段８２をクリアするのに十分な高さにある。
【００８６】
図８ｉにおいて、循環経路の前方への水平ストロークが、ステップフレーム１４をその元の状態に向かって、ペイロード本体１２に対して移動させる。
【００８７】
最後に、図８ｊにおいて、循環経路の第２のセグメント４８２がこの時点で完了し、階段移動装置１０は、面８２上にて、引き込まれた状態に戻っている。
【００８８】
図９は、上述の循環運動中の、階段移動装置１０及びペイロード（隠れている）の重心９２の移動を示す。装置１０が、ペイロードの有無に関係なく、階段昇降シーケンス全体にわたり静的に安定した状態を維持することに留意されたい。
【００８９】
図９ａにおいて、重心９２はペイロード本体と共に地面の上にあり、位置９４の全範囲にわたり良好に支持される。
【００９０】
図９ｂ及び図９ｃに示されているように、重心９２の支持は、ペイロード本体（荷物の有無に関係なく）が第１の段８２の高さをクリアするまで上昇すると、ステップフレーム１４に移動する。上述したように、好ましくは、支持特徴物６６，６８，７０が面８１及び面８２に、荷物の有無に関係なくペイロード本体１２が位置９４の全範囲にわたり完全に支持されるように接触する。
【００９１】
図９ｄ及び図９ｅにおいて、装置１０の重量がペイロード本体１２上に戻されると、重心９２は、ペイロード本体１２内に再び完全に存在するように移動する。ステップフレーム１４はペイロード本体１２と比較して軽量であるため、ステップフレーム１４の水平位置の変化が質量中心９２の位置に与える影響は、位置９４の範囲にわたり、比較的小さい。
【００９２】
機構の実施形態
非回転キャリッジ組立体
図１０は、機構１６内の非回転連結部の好ましい実施形態を示し、これは、非回転キャリッジ組立体３１の形態である。
【００９３】
図１０ａにおいて、非回転キャリッジ組立体３１は、バックパネル１１９０を含む。バックパネル１１９０は、ペイロード本体１２と一体的に移動するように、ペイロード本体１２の両側に堅固に取り付けられている。２つの鉛直レール１１９４が、バックパネル１１９０に、バックパネル１１９０の２つの外側の鉛直縁付近にて取り付けられている。キャリッジ１１９１が、第１の面に、鉛直レールのレール１１９４の面上で自由に回転できる２組の鉛直ローラ１１９３を含む。第１面に対向する第２の面上に、２組の水平ローラ１１９２が、水平レール１１９５の面上で自由に回転するように配置されている。図示されているように、２つの取り付け点４４の各々が、水平レール１１９５の遠位端及び近位端のそれぞれの付近に、フレーム組立体１４（図示せず）への取り付けのために配置されている。これにより、水平レールはステップフレームと一体的に移動する。別の実施形態において、水平レールは、ステップフレームと一体的に形成され得る。
【００９４】
図１０ｂは、非回転キャリッジ組立体３１が、水平レール１１９５の並進移動を水平方向１１９７及び鉛直方向１１９８の両方においてどのように可能にするかを示す。取り付け点４４を用いてステップフレーム１４（図示せず）に接続されると、機構１６に対する（及び、従ってペイロード本体１２（図示せず）に対する）同一の２次元移動自由度が、ステップフレームに取り込まれる。同時に、非回転キャリッジ組立体は、フレーム１４がペイロード本体１２に対して回転することを防止する。
【００９５】
チェーンループ機構
チェーンループを使用して直線的な循環経路を達成する機構１６０の好ましい実施形態を、図１１に示す。
【００９６】
この実施形態において、機構１６０は、図４ａに示したものと類似の非回転キャリッジ組立体３１の形態の非回転連結部を含む。循環運動機構は、ペイロード本体１２から出ている駆動シャフト２２により作動されるチェーンループ１６２として具体化される。上述したように、駆動シャフト２２は、電動式でも人力式でもよい。駆動シャフト２２は、４つのスプロケット１６４のうちの１つを回転させ、これにより、チェーンループ１６２を、図示されているように４つのスプロケット１６４の周囲で前進させる。ステップフレーム１４が機構１６０に、取り付け点４４により取り付けられる。チェーンループ１６２内の特殊リンク（図示せず）に取り付けられた連結ピン１６６が、ステップフレーム１４上の対応するボア１７０に取り付けられる。当業者には、上記の実施形態において、スプロケット１６４及びチェーンループ１６２を、類似の又は同等の手段（例えば、タイミングベルト、ベルトループ、ラックアンドピニオン、リードスクリュー、及びプーリ）に置き換えても同等の結果が得られることが理解されよう。
【００９７】
上記の実施形態に対応する階段移動シーケンスを、図１２ａ〜図１２ｄに示す。駆動シャフト２２がスプロケット１６４の１つを回転させると、チェーンループ１６２がその他のスプロケットの周りを回転する。次いで、連結ピン１６６がステップフレーム１４を、チェーンループ１６２に沿って直線的循環経路で移動させる。これにより、ステップフレームは、上述のものと類似の循環的な上昇運動を実行できる。
【００９８】
当業者には理解されるように、図１１に示した上記の実施形態は、単一のアクチュエータにより駆動されるチェーンループ１６２を示している。
【００９９】
図１３は、チェーンループ機構の別の実施形態であるチェーンループ機構１６００を示す。チェーンループ機構１６００においては、チェーンループ１６２が台形状に配置される。台形チェーンループ１６２を、適切な形状のステップフレームと組み合わせると、このようなステップフレームは、サイクル時間を最小にするように、階段の段を主に斜めに移動して通過する。
【０１００】
ループ状のラック機構
別の好ましい実施形態において、機構１６は、平坦な直線的循環経路を形成する歯付きラックギヤを横切るように構成された駆動歯付きピニオン歯車を有する循環運動機構を含み得る。
【０１０１】
図１４ａに示されているように、この機構のこの実施形態は、非回転キャリッジ組立体３１の形態の非回転連結部と、内側トラック５０及び外側トラック５２から成る循環運動機構５３とを備えている。内側トラック５０は、外側トラック２の中空中心に嵌め込まれている。組み立てられたとき、内側トラック５０と外側トラック５２とは、トラック間の間隙が固定状態を維持するように剛性構造を形成する。内側トラック５０の外周に歯付きラックギヤ４９が並んで、閉鎖された直線ループを形成している。
【０１０２】
歯付きラックギヤ４９に対応している歯付きピニオン歯車２４が駆動シャフト２２に固定されており、駆動シャフト２２は、ペイロード本体１２内のアクチュエータにより駆動される。アクチュエータは電動式でも人力式でもよい。当業者には理解されるように、この実施形態が駆動ドラフト２２を駆動させるために必要とするのは１つのアクチュエータのみである。
【０１０３】
図に詳細に示されているように、歯付きピニオン歯車２４は、ループ全体にわたり歯付きラックギヤ４９に従動して係合した状態を維持するように拘束されている。この実施形態において、この拘束は、外側トラック５２により、歯付きピニオン歯車２４が常にトラック５０とトラック５２との間の間隙内に維持されるように提供される。ピニオン２４の中心は、トラック５０とトラック５２との間の中心線４８により画定される軌跡をたどる。
【０１０４】
内側トラック５０、歯付きラックギヤ４９、外側トラック５２、及び歯付きピニオン歯車２４を含む組立体が、循環運動機構５３を形成する。
【０１０５】
ピニオン歯車２４を回転させると、循環運動機構５３が、中心線４８に対応する経路形状を有する機構１６に対して直線的に移動される。ピニオン歯車２４の回転を逆転させると、循環運動機構５３の運動が、同一の中心線４８に沿って逆向きに行われる。
【０１０６】
図１４ｂの分解図に示されているように、循環運動機構５３がフレーム組立体１４に、取り付け点１５３により固定的に取り付けられる。フレーム組立体１４もまた、非回転キャリッジ組立体３１上の取り付け点４４に固定的に取り付けられているため、フレーム組立体１４及び循環運動機構５３の両方が、ペイロード本体１２に対する回転を防止され、また、循環運動機構５３の直線運動（ピニオン歯車２４により前進されるときの）によってのみ移動されることが許容される。結果として生じる循環経路の形状は、中心線４８の形状に対応する。
【０１０７】
上記実施形態に対応する上昇又は下降のシーケンスが、図１５ａ〜図１５ｄに示されている。ピニオン歯車２４が回転すると、循環運動機構５３は、機構１６に対する直線的循環経路を成立させる。するとこれにより、ステップフレームは、上述したものと類似の循環上昇運動を実行できる。
【０１０８】
図１６に、循環運動機構の別の実施形態である機構５３０が示されている。この実施形態は、ピニオン歯車２４を歯付きラックギヤ４９に拘束するために使用される代替的な機構を示す。
【０１０９】
詳細には、図１６に示されているように、ピニオン歯車２４は歯付きラック４９に、拘束機構５３１により拘束される。拘束機構は、第１のピン５３４を有するベースプレート５３２を含み、第１のピン５３４はラックフレーム５３３の内側に配置されている。さらなる２つのピン５３６，５３８が、ラックフレーム５３３の、第１のピンとは別の側に配置されている。これにより、ベースプレート５３２の相対中心に位置するピニオン歯車２４は、ラックフレーム５３３の外周上で歯付きラックギヤ４９に対して付勢されている。駆動シャフト２２は、ベースプレート５３２を通ってピニオン歯車２４に接続されている。当業者には理解されるであろうが、類似の又は同等の拘束機構を用いることも可能である。
【０１１０】
ループラックが直線状である必要はなく、任意の適切な形状に構成され得ることに留意されたい。可能なループラックの形状の幾つかの非網羅的な例が図１７に示されており、これらは、３つ以上の異なる側部（辺）を有するスタジアム形状及び多角形形状を含む。
【０１１１】
回転クランク機構
図１８ａは、機構の別の実施形態である機構３６０を示す。機構３６０は、クランクアーム３６２を利用して、円形の循環運動を発生させる。
【０１１２】
この実施形態において、機構３６０は、図１０に示したものと類似の非回転キャリッジ組立体３１と、ペイロード本体１２から出ている駆動シャフト２２により作動されるクランクアーム３６２とを含む。この実施形態においても、駆動シャフト２２は電動式でも人力式でもよい。駆動シャフト２２は、機構３６０の主要本体３６５内の開口３６３を通って延在している。開口３６３を通って延在する駆動シャフト２２の長さが、非回転キャリッジ組立体３１の鉛直レール４２の幅よりも、少なくともクランクアーム３６２が鉛直レール４２により妨害されずに回転し得るように大きいことが理解されよう。
【０１１３】
図１８ｂの分解図に示されているように、ステップフレーム１４が機構３６０に、取り付け点４４により取り付けられる。回転クランクアーム３６２の端部のピン３６４が、ステップフレーム１４上の対応するボア３６６に取り付けられる。
【０１１４】
図１９ａ〜図１９ｄに示されているシーケンスに示されているように、クランクアーム機構により生成される循環経路３６８は、円形である。
【０１１５】
ダブルクランクアーム機構
図２０ａは、クランクアーム循環機構の別の実施形態を示す。具体的には、主要アーム４６２及び二次アーム４６４から成るダブルクランクアーム機構４６０である。フレーム組立体１４（図示せず）に連結されたピン４６６が、二次アーム４６４の端部に取り付けられており、この端部は、主要アーム４６２及び二次アーム４６４が回転可能に接続されている端部の対向側にある。
【０１１６】
この実施形態において、主要アーム４６２は、駆動シャフト２２（電動式又は人力式であり得る）により、非回転の主要装置、すなわちプーリ４６３を介して作動され得る。主要プーリ４６３はペイロード本体１２に対して回転しない。二次アーム４６４は、主要クランクアーム４６２の他端にて、二次装置、すなわちプーリ４６８により接続されている。２つのプーリは、連結装置、すなわちベルト４７０により連結されている。当業者には、ベルト４７０を、同等の手段、例えば、チェーン又は一連の歯車によっても実現でき、その場合、同一の機能を得るために、対応する変更を２つのプーリに加え得ることを理解するであろう。主要アーム４６２が駆動シャフト２２により回転されると、二次アーム４６４が主要アーム４６２に対して回転する。
【０１１７】
図２０ｂに示されているシーケンスに示されているように、上述のダブルクランクアーム機構４６０により生成される循環経路４７２は、概してサイクロイドである。図示されている特定の実施形態において、ギヤ比及びアーム長さが、ピン４６６に、ハイポトロコイド経路（丸みを帯びた角部を有する正方形に類似）を実行させるように選択されている。
【０１１８】
非回転ハブ機構
機構内の非回転連結部と循環運動機構とが、必ずしも別々の特徴物である必要がないことに留意されたい。これらの２つの特徴物を組み合わせて単一の機構にすることが可能である。
【０１１９】
図２１ａ（斜視図）及び図２１ｂ（分解図）は、第１の非回転ハブ５６２が回転クランクアーム５６４の端部に組み込まれた複合機構５６０の実施形態を示す。非回転ハブ５６２は、ステップフレーム１４（図示せず）に堅固に連結されている。第１非回転ハブ５６２は、第１の装置、すなわち、スプロケット５６５に、シャフト５６３を介して堅固に連結されている。クランクアーム５６４の他端は、ペイロード本体１２（図示せず）から出ている駆動シャフト２２に接続されている。駆動シャフト２２は、ペイロード本体１２（図示せず）に堅固に連結された第２の非回転ハブ５６６を貫通している。また、駆動シャフト２２は、第２の装置、すなわちスプロケット５６７を、ベアリング５６９を介して通過して、クランクアーム５６４を回転させる。スプロケット５６７は、非回転ハブ５６６に堅固に固定されている。２つのスプロケット（５６５，５６７）は同一の直径を有し、連結装置、すなわちチェーンループ５７０により連結されている。クランクアーム５６４が回転すると、第１スプロケット５６５は、同一の角速度で逆回転し、これにより、第１非回転ハブ５６２は、非回転ハブ５６６及びペイロード本体１２に対して正味ゼロ回転をする。このように、このタイプの機構は、非回転特徴物と循環運動特徴物とを単一の機構に組み込んでいる。
【０１２０】
図２１ｃにおいて、円形の循環経路５７４が、図２１ａ及び図２１ｂに示されている複合機構５６０により形成されている。
【０１２１】
図２２ａに示されているように、第１非回転ハブ５６２は、フレーム組立体１４上の対応する連結部５６８に連結され、第２非回転ハブ５６６は、ペイロード本体１２の主構造に固定される。
【０１２２】
図２２ｂ〜図２２ｊは、図２１ａと図２１ｂに示したクランクアーム機構５６０を用いて、円形循環運動がどのように実行され得るかを示す。具体的には、図２２ｂ〜図２２ｊは、図２１ａと図２１ｂに示した複合機構５６０の１つの完全な回転中における、ペイロード本体１２及びステップフレーム１４の、階段に対する相対位置を示す。この例においても、階段を下降するためには、運動が逆向きに実行され得る。
【０１２３】
図２２ｂ−階段移動装置は、第１の階段高さにおいて、引き込まれた状態にある。
【０１２４】
図２２ｃ−ペイロード本体１２が持ち上げられると、装置の重量がステップフレーム１４上で移動される。
【０１２５】
図２２ｄ及び図２２ｅ‐ペイロード本体１２が円形状に回転されている様子を示す。
【０１２６】
図２２ｆ‐装置は引き出された状態にあり、ペイロード本体１２が次の階段高さに接触している。
【０１２７】
図２２ｇ−ステップフレーム１４が第１の高さに持ち上げられると、装置の重量はペイロード本体１２へと移動する。
【０１２８】
図２２ｈ及び図２２ｉ−ステップフレーム１４が円形状に回転されている様子を示す。
【０１２９】
図２２ｊは、円形循環経路が完了し、装置は引き込まれた状態に戻っており、この時点で、第２の高さにある。
【０１３０】
代替的な非回転ハブ機構
図２３ａ〜図２３ｃは、図２１に示した実施形態５６０と同等の複合機構５９０の実施形態を示しているが、第１及び第２回転装置と連結装置（スプロケットとチェーンループ）が、一連の歯車に置き換えられていることが異なる。
【０１３１】
機構５９０は、第１の非回転ハブ５６２を、回転クランクアーム５６４の端部に組み込んでいる。非回転ハブ５６２は、フレーム組立体１４（図示せず）に堅固に連結されている。第１非回転ハブ５６２は、シャフト５６３を介して、第１の主要歯車５８５に堅固に連結されている。クランクアーム５６４の他端は、ペイロード本体１２（図示せず）から出ている駆動シャフト２２に接続されている。駆動シャフト２２は、ペイロード本体１２（図示せず）に堅固に連結された第２の非回転ハブ５６６を貫通している。また、駆動シャフト２２は、ベアリング５６９を介して第２の主要歯車５８７も貫通しており、クランクアーム５６４を回転させる。歯車５８７は、非回転ハブ５６６に堅固に固定されている。２つの主要歯車（５８５，５８７）は同一の直径を有し、一連の歯車５８０（これらも同一の直径を有する）により連結されている。クランクアーム５６４が回転すると、第１ギヤ５８５は同一の角速度で逆回転し、これにより、第１非回転ハブ５６２は、非回転ハブ５６６及びペイロード本体１２に対し、正味ゼロ回転をする。
【０１３２】
また、当業者であれば、スプロケット及びチェーンを、同等の結果をもたらすタイミングベルト及びプーリに置き換え得ることを理解するであろう。
【０１３３】
図２４は、複合機構の別の実施形態である、４バーリンクを組み込んだ複合機構６９０を示す。駆動シャフト２２が、主要本体６８０内の第１のベアリング（図示せず）を貫通して、第１のスプロケット６６５に堅固に固定されている。第２のスプロケット６６７が、シャフト６６１により、本体６８０内の第２のベアリング（図示せず）に接続されている。スプロケット６６５，６６７はチェーンループ６７０により接続される。第１のクランクアーム６６４が、第１のスプロケット６６５に堅固に連結され、一方、第２のクランクアーム６７４（アーム６６４と長さが等しい）が、第２のスプロケット６６７に、両方のクランクアームが一緒に回転して平行状態を維持するように堅固に連結されている。リンク６７５は、ピン６７６によりアーム６６４に連結され、また、ピン６７７によりアーム６７４に連結されている。ピン６７６，６６７の中心は、スプロケット６６５，６６７と同一距離だけ離れている。リンク６７５は、ステップフレーム（図示せず）に堅固に連結されている。シャフト２２が回転すると、リンク６６５（従って、取り付けられたステップフレームも）が、全体にわたり同一の向きを維持しながら円形循環経路を成立させる。
【０１３４】
２アクチュエータ機構
図２５は、階段移動装置の別の好ましい実施形態である、２つのアクチュエータを使用することにより循環運動を達成する階段移動装置３０００を示す。装置３０００は、ペイロード本体１２と、ステップフレーム１４と、２アクチュエータ機構３１００とを備え、２アクチュエータ機構３１００は、鉛直運動アクチュエータ３２００（ボールねじタイプのアクチュエータとして示されている）と、水平運動アクチュエータ３３００（ラックアンドピニオン型アクチュエータとして示されている）とを含む。図２５は、機構３１００を、直線的循環経路の４つの段階にて示す。２つのアクチュエータ３２００，３３００が、それらの動作を電子制御システムにより同期させ得るため、機構３１００が、任意の形状の循環経路を成立させ得る。これらのアクチュエータは別々であるため、それらのそれぞれの出力を独立にスケーリングでき、従って、より重い物の持ち上げのために、水平アクチュエータ３２００が、より高い出力を有し得る。当業者には理解されるように、アクチュエータ３２００及び３３００を、チェーンループ、ベルト又はその他の装置を用いるその他の機構と置き換えてもよく、同等の結果を達成し得る。
【０１３５】
ステップフレームの実施形態
図２６ａ及び図２６ｂ（及び図４）に示されているように、ステップフレーム１４は、概して、階段の段間の異なる高さに適応する形状につくられて、１以上の段との、水平で静的に安定した接触を提供できる。ステップフレーム組立体は、概して、主要本体部５４と張り出し部５６とを有し、張り出し部５６は主要本体に、階段の１段の高さよりも少なくとも高い高さ５８にて取り付けられている。
【０１３６】
図２６ａ及び図２６ｂに示されているように、ステップフレーム１４は、優先的には、同時に動く別々の複数の本体から成る。或いは、ステップフレーム１４は、構造物により連結された複数の本体から成り（図２６ｄ）、又は、単一の本体から成る（図２６ｅ）。
【０１３７】
固定ジオメトリ
概して、ステップフレーム１４は、固定ジオメトリ（固定された形状寸法）又は可変ジオメトリ（可変の形状寸法）を有し得る。図４及び図２６ａ、図２６ｂ、図２６ｄ、図２６ｅは、固定ジオメトリの実施形態を示す。ステップフレームは、中実体（図２６ａ）又は軽量構造（図２６ｂ）から構成され得る。
【０１３８】
可変ジオメトリ
図２６ｃは、フレーム組立体の別の実施形態であるフレーム組立体６４０を示す。この組立体６４０は、スライド移動可能な張り出し部６４２を有する。張り出し部６４２は、利便性又は収納のために引き込まれることができ、また、階段を上昇又は下降する直前に引き出され得る。
【０１３９】
図２７は、可変ジオメトリのフレーム組立体７４０を示す。組立体７４０においては、下部７４２をスライド７４４（上部７４１の底縁に沿って堅固に取り付けられている）上で前方又は後方に構成変更でき、従って、可変ジオメトリのフレーム組立体７４０は、上昇形態７４６又は下降形態７４８のいずれにも、運動方向７５０に対するペイロード本体１２（図示せず）の向きを変えずに成り得る。その他のステップフレーム設計と同様に、組立体７４０は、機構（図示せず）に、ボア７４９を介して取り付けられる。
【０１４０】
高さの検知
階段移動装置１０、特にステップフレーム１４は、高さ検知(level finding)性能を有し得る。
【０１４１】
図２８ａは、高さを検知する可変ジオメトリ式ステップフレーム１４０の一実施形態を示す。ステップフレーム１４０において、主要本体部１４１が、２つのスライド１４２，１４３を含む。第１のフレームパネル１４４がスライド１４２上で、第２のフレームパネル１４５がスライド１４３上で、それぞれ自由にスライドするようになっている。フレームパネル１４４及び１４５の各々が、２つのパネルの側面上に、互いに対向する歯付きラック１４６，１４７を有する。さらに、第１フレームパネル１４４と第２フレームパネル１４５とは、ピニオン歯車１４８により接続されている。ピニオン歯車１４８は、これらのフレームに対応して歯付きラック１４６及び１４７と係合している。従って、前記２つの部品（パネル）は、接続されたときに、互いに反対の鉛直方向に移動する。
【０１４２】
主要本体部１４１が降下されると、一方又は他方のパネル（１４４又は１４５）が、上側の段又は下側の段のいずれかに最初に接触する。次いで、２つのパネルは互いに反対の鉛直方向に、一方のパネルが降下され、他方のパネルが上昇されるように移動し得る。この移動は、両方のパネルが両方の段に接触するまで続けられる。
【０１４３】
例えば、図２８ｂは、ステップフレーム１４０が比較的高い段８０１の上に降下している様子を示す。主要本体部１４１が第１の段に向かって下降するとき、後方パネル１４４が、下方高さ８１に最初に接触する。ラックアンドピニオン（１４６，１４８）が、両方のパネル（１４４，１４５）をそれぞれ反対方向に、これらのパネルがそれぞれの高さに接触するまで移動させる。この状態において、ステップフレーム１３０は静的平衡状態にある。
【０１４４】
図２８ｃは、ステップフレーム１４０が比較的低い段上に降下している様子を示す。この図において、パネル１４４，１４５の最終的な状態が図２８ｂの状態とは異なることに留意されたい。これは、段８０１の高さと段８０２の高さとの相違による。
【０１４５】
図２９ａは、高さ検知機能を有するフレーム組立体の別の実施形態、具体的には、４バー機構２４２に基づいた高さ検知フレーム組立体２４０を示す。主要本体部２４１が、機構（図示せず）に取り付けられる。
【０１４６】
図２９ｂにおいて、高さ検知フレーム組立体２４０が１組の段の上に降下している。最初に、後方支持足（２４７，２４８）が下方高さ８１に接触する。主要本体部２４１は、前方支持足２４６が上方高さ８２に接触するまで鉛直方向に下降し続ける。全ての支持足（２４６，２４７，２４８）がそれぞれの高さに接触したとき、ステップフレーム２４０は静的平衡状態にある。
【０１４７】
図３０ａは、高さ検知フレーム組立体の別の実施形態である、高さ検知フレーム組立体３４０を示す。高さ検知フレーム組立体３２０は、支持本体部３４１、取り付け本体部３４２、及び、回転本体部３４４から成る。回転本体部３４４が主要本体部及び張り出し部を画成している。主要本体部３４１は、機構（図示せず）に取り付けられており、取り付け本体部３４２に対して、スロット特徴物３４３を用いて鉛直方向にスライドする。回転本体部３４４は、ピボット特徴物３４５により取り付け本体部３４２に取り付けられる。また、回転本体部は、本体部３４１に係合されたときに回転本体部３４４が回転することを防止するクランプ面３４７を有する。回転本体部は、前方支持部３４６、及び、後方支持部３４８（この例においては車輪として示されている）を有する。
【０１４８】
図３０ｂにおいて、高さ検知フレーム組立体３４０が、１組の段の上に降下している。最初に、後方支持部３４８が下方高さ８１に接触する。主要本体部３４１が鉛直方向に下降し続けると、回転本体部３４４は、前方支持脚３４６が上方高さ８２に接触するまで回転する。両方の支持部（３４６，３４８）が、それぞれ接触すべき高さに接触すると、主要本体部３４１がスライド下降し、回転本体部３４４上にクランプして、回転本体部３４４がそれ以上回転しないようにする。この時点で、ステップフレーム３４０は静的平衡状態にある。
【０１４９】
図３１ａは、高さ検知フレーム組立体の別の実施形態である、高さ検知フレーム組立体４４０を示す。組立体４４０において、前脚４４６が、主要部４４１に対して鉛直方向に、ロッキングボルト４４４が前方にスライドして前脚ステム４４２に係合するまで自由に移動できる。ロッキングボルト４４４は、ピンインスロット特徴物４４９により、下側移動脚４４７（主要本体部４４１に対して鉛直方向に自由に移動できる）に機械的に連結されている。負荷がかかっていないとき、移動脚４４７は、ばね４４５により伸展されたままである。下側移動脚４４７が上方にスライドすると、ピンインスロット４４９がロッキングボルト４４４を前方に、前脚ステム４４２に係合するまでスライドさせて、前脚４４６がそれ以上移動できないようにする。
【０１５０】
図３１ｂにおいて、高さ検知フレーム組立体４４０が、１組の段の上に降下している。主要部４４１が下降すると、最初に、前脚４４６が高さ８２に接触する。下側脚４４７が最終的に高さ８１に接触すると、ロッキングボルト４４４が係合して、前脚４４６を適切な位置にロックする。この時点で、ステップフレーム４４０は静的平衡状態にある。
【０１５１】
図３２ａは、高さ検知フレーム組立体の別の実施形態である、高さ検知フレーム組立体５４０を示す。この組立体５４０は、主要本体部５４１と、回転張り出し部５４２とから成る。回転張り出し部５４２は、主要本体部５４１に対し、ピボット特徴物５４３を用いて回転する。回転張り出し部５４２は、ロッキングボルト５４４が上方にスライドしてクランプ面５５２に係合するまで自由に回転できる。下側移動脚５４７が、主要本体部５４１に対して鉛直方向に自由に移動できる。負荷がかかっていないとき、移動脚５４７は、ばね５４５により伸展されたままである。下側移動脚５４７は、ロッキングボルト５４４に、端部ストッパ５５４を貫通しているステム５５３により堅固に連結されている。移動脚５４７及び回転張り出し部５４２の両方の最下位置が、エンドストップ５５４により制限される。
【０１５２】
図３２ｂにおいて、高さ検知フレーム組立体５４０が、１組の段の上に降下している。主要部５４１が下降すると、最初に、回転張り出し部５４２が高さ８２に接触する。下側脚５４７が最終的に高さ８１に接触すると、ロッキングボルト５４４が係合して、回転張り出し部５４２を適切な位置にロックする。この時点で、ステップフレーム５４０は静的平衡状態にある。
【０１５３】
図３３ａは、高さ検知フレーム組立体の別の実施形態である、高さ検知フレーム組立体９４０を示す。組立体９４０は、主要本体部９４１と、関節前脚９４２とから成り、前脚９４２は２体リンケージから構成されている。関節前脚９４２の前側リンクが主要本体部９４１に、第１のピン９５５により取り付けられ、一方、後側リンクは、主要本体部９４１に対して水平方向にスライドするロッキングバー９４４に取り付けられている。関節前脚９４２は、ステム９５３の頂点９５４がロッキングバー９４２のクランプ面９５２に係合するまで自由に移動できる。ステム９５３は、下側移動脚９４７（主要本体部９４１に対して鉛直方向に自由に移動できる）に堅固に取り付けられている。負荷がかかっていないとき、移動脚９４７は、ばね９４５により伸展されたままである。
【０１５４】
図３３ｂにおいて、高さ検知フレーム組立体９４０が１組の段の上に降下している。主要部９４１が下降すると、最初に、関節前脚部９４２が高さ８２に接触する。下側脚９４７が最終的に高さ８１に接触すると、ステム９５３がロッキングボルト９４４に係合して、関節前脚９４２を所定位置に係合し且つロックする。この時点で、ステップフレーム９４０は静的平衡状態にある。
【０１５５】
上述の高さ検出の実施形態が、機械的リンケージであることが理解されよう。同等の概念は、電気機械スイッチ及びアクチュエータを用いて、フレームが段差高さに接触したときにロッキング機構を作動させることによっても実現し得る。
【０１５６】
複数の段
ステップフレームの設計が、一度に１つの段を上昇又は下降することに限定されることはない。図３４ａに示されている実施形態において、フレーム組立体８４０の実施形態が示されており、組立体８４０は、図３４ｂに示されているように、単一のサイクルにおいて複数の段を昇降するように構成され得る。具体的には、主要本体部８４２は、階段の２つ以上の段の高さよりも少なくとも高い高さに延在する張り出しアーム８４４を有する。
【０１５７】
ペイロード本体の実施形態
ペイロード本体の構造
上述のペイロード本体１２の実施形態に加え、図３５ａ〜図３５ｄが、ペイロード本体１２のさらなる代替実施形態を示す。
【０１５８】
図３５ａは、半自律型の移動ロボットを示す。このロボットにおいて、ペイロード本体１２が、電動アクチュエータと、車輪２０の運動を制御する制御論理とを含む。
【０１５９】
図３５ｂは、遠隔操作のトレッド付き車両を示しており、移動支持体２０の、軌道の形態の運動が、操作者により遠隔制御される。
【０１６０】
図３５ｃは、手動操舵式ハンドカートを示す。このカートは、電動機構、又は、ハンドクランクにより駆動される手動操作機構のいずれにも取り付けられ得る。
【０１６１】
図３５ｄは、車椅子を示す。
【０１６２】
車輪の構成
図３６ａ〜図３６ｄは、ペイロード本体１２の様々な実施形態のための代替的な移動支持構成２０を示す。
【０１６３】
図３６ａは、１対（各対が同等の直径を有する）の固定方向車輪２０１０及び旋回キャスター２０２０から成る車輪構成２０を示す。
【０１６４】
図３６ｂに示されている車輪構成は、直径が異なる車輪の対を含む。これらの対は、１対の全方向ローラキャスタ２０３０と、１対の大きい車輪２０４０と、１対の小さいパイロット車輪２０５０とを含む。小さいパイロット車輪２０５０は、縁部検出システム（以下に説明する）の一部である。
【０１６５】
図３６ｃは、主要支持車輪及びキャスターに加え、１対の補助安定化車輪２０６０も含む構成を示す。補助安定化車輪２０６０は、キャスターが内側に向けられたときにペイロード本体１２が前方にピッチングすることを防止する、また、この構成には、アウトリガー車輪２０７０も含まれている。
【０１６６】
図３６ｄは、ペイロード本体１２が床９０を移動しているときに、アウトリガー車輪２０７０がさらなる安定性をどのようにもたらすか、及び、段８０上にあるときに、縁部検出ブレーキングシステムにおいてアウトリガー車輪２０７０がパイロット車輪としても機能し得る様子（以下に説明する）を示す。
【０１６７】
縁部検出ブレーキ
本発明は、車輪の望ましくない運動（特には、車輪が階段の段の縁部に接近しているときの）を防止するためのブレーキ特徴物を含み得る。
【０１６８】
図３７ａは、先導車輪（リーディングホイール）１０１に取り付けられたブレーキ組立体１００の好ましい実施形態を示す。この実施形態において、ブレーキ組立体の本体１０２が、ペイロード本体１２に堅固に取り付けられて、車軸１０３のための取り付け点を提供している。第１のブレーキパッド１０４が、車輪１０１の回転を全体的に防止するために、手動で、又は電気機械的に作動される。第２のブレーキパッド１０５は、車輪１０１が段８０の縁部８４に接近するときに作動するように構成されている。第２ブレーキパッド１０５は、ピン１０７を中心に枢動するピボットアーム１０６の一端に取り付けられている。パイロット車輪１０８が、ピボットアーム１０６の他端に取り付けられている。ばね（隠れている）が、ピボットアームを付勢して時計回り方向に回転させて、パイロット車輪を、ペイロード本体１２が載っている面８２に押し付ける。
【０１６９】
図３７ｂは、ブレーキ組立体１００が装備されたペイロード本体１２が縁部８４に接近している様子を示す。第１ブレーキパッド１０４は係合されていないままであり、ペイロード本体１２が面８２上で自由に回転することを可能にしている。先導車輪１０１が、縁部８４から十分に離れているならば、第２ブレーキパッド１０５は係合されていないままである。しかし、車輪１０１が、パイロット車輪１０８が縁部８４を越えて移動できるほど十分に縁部８４に接近したならば、第２ブレーキパッド１０５が車輪１０１に係合して、ペイロード本体１２のさらなる移動を防止する。
【０１７０】
図３７ｃは、縁部検出ブレーキの代替実施形態を示す。この実施形態において、第２ブレーキパッド１０５はピボットアームに組み込まれており、パイロット車輪１０８の寸法は、先導車輪１０１の寸法と同等である。パイロット車輪１０８が階段の縁部を越えて移動すると、ブレーキパッド１０５は車輪１０１に、トレッド又は別の特徴物（例えば車軸）と接触して係合し、それにより、さらなる移動を防止する。
【０１７１】
ブレーキ特徴物１００のその他の実施形態も可能であり、例えば、縁部プロービングアーム１０２が摩擦パッドを段部の面に係合させ、さらなる動きを防止する。その他の可能な実施形態には、電気機械的ブレーキ特徴物も含まれ、これらは、同一の効果をもたらすために、縁部検出センサ、アクチュエータ、及び制御論理の組合せを用いる。
【０１７２】
装置の好ましい実施形態及び代替的な実施形態
当業者には理解されるように、構成サブアセンブリ及び属性の様々な代替実施形態を組み合わせることにより、本発明の範囲に矛盾しない階段移動装置を組み立てることが可能である。具体的には、様々なペイロード本体（例えば、ロボット、車両、ハンドトラック、車椅子）を、様々なステップフレーム組立体（例えば、単一本体対複数本体（マルチボディ）、固定ジオメトリ、可変ジオメトリ、折り畳み式など）及び様々な機構（例えば、クランクアーム、非回転ハブ、チェーンループ、ラックアンドピニオンなど）と組み合わせ得る。
【０１７３】
図３８は、階段移動装置１０の好ましい一実施形態を示す。この装置は、サービスロボットの形態であり、図３５ａに示したものと類似のペイロード本体１２と、図２６ａに示したものと類似のステップフレーム１４と、図１４に示したものと類似の機構１６とを含む。
【０１７４】
図３９は、階段移動装置１０の好ましい別の実施形態を示す。この装置は、手操作式ハンドカートの形態であり、図３５ｃに示したものと類似のペイロード本体１２と、図２６ａに示したものと類似のステップフレーム１４と、図２１に示したものと類似の非回転ハブ型機構１４とを備えている。この実施形態は、人間の操作者により、適切な場所に移動される。
【０１７５】
図４０に、階段移動装置の別の実施形態であるハンドカート型装置５００が示されておる。この装置は、図３９に示したものと類似であり、手動駆動のクランク５０４を用いるものであって、モータによりシャフト５０２を回転させて機構１６を駆動させるものではない。
【０１７６】
代替的な実施形態において、ステップフレーム及び機構に対するペイロード本体の構成を変化させ得る。上述の設計に示された実施形態において、階段移動装置は、ペイロード本体の両側の２つの対称体から成るステップフレームを使用している。
【０１７７】
しかし、図４１に示されているように、本発明を、上述の２つの対称体を有する設計の代わりに、単一の中央本体から成るステップフレームを用いて実現することも可能である。階段移動装置３００は、中空の中心を有する三辺矩形のフレームであるペイロード本体３０２を備えている。機構１４が、ペイロード本体３０２の２つの鉛直側部３０４及び３０６の内面に堅固に連結されている。単一の中央本体３０８から成るフレーム組立体が両側部にて２つの機構１４に、両側部上の２つのボア３１０を通して取り付けられている。単一中央本体３０８は、より広幅であり得、複数の支持脚部３０９が、張り出し部３１２及びフレーム組立体の底部に取り付けられ得る。また、単一中央本体３０８の高さは、循環運動中に単一中央本体３０８がその最高位置に上昇されたときにペイロード本体３０２の上部に接触しないように、ペイロード本体３０２の内部高さよりも低くされるべきである。
【０１７８】
階段を登る方法
また、本明細書に記載の階段移動装置（ペイロードを移送するためのペイロード本体、ステップフレーム、及び、ステップフレームとペイロード本体との間の機構を備えている）を用いて階段を移動する方法も開示する。この方法は、前記機構を用いて、ペイロード本体及びステップフレームのうちの一方を、ペイロード本体及びステップフレームの他方に対し、循環経路に沿って、引き込まれた状態（ペイロード本体及びステップフレームの両方が階段の第１の高さにある）から、引き出された状態（ペイロード本体とステップフレームとが階段の２つの異なる高さにある）に移動させるステップを含む。
【０１７９】
この方法は、さらに、ペイロード本体及びステップフレームの他方を、循環経路に沿って、引き込まれた状態（ペイロード本体及びステップフレームの両方が前記階段の第２の高さにある）に戻すステップを含む。
【０１８０】
この方法は、いかなる上昇又は下降運動中でもペイロード本体と階段との相対的向きを同時に維持するステップを含む。従って、ペイロードは、階段の全体において、ペイロード本体上で安定した状態を維持する。このステップは、非回転キャリッジ組立体、非回転ハブ組立体、又は、非回転連結組立体を用いて実行され得る。
【０１８１】
複数の段の寸法に適合させるために、この方法は、ステップフレームを、前記段の寸法に適応するように、可変ジオメトリのステップフレームを用いて調整するステップを含み得る。
【０１８２】
この方法は、ペイロード本体及び機構に枢動可能に取り付けられた駆動シャフトを係合させるステップを、さらに含み得る。上述したように、駆動シャフトは、電動アクチュエータ（限定はしないが、電気モータなど）と連動され得る。駆動シャフトは、専用の機構を介して人間の力と連動されてもよい。
【０１８３】
状況によっては、ペイロード本体が階段に隣接しているときに、ペイロード本体の後方移動を、事故を回避するためにブレーキング(breaking)組立体を用いて排除する必要があろう。ブレーキング組立体の実施形態は、本明細書にて上述されている。
【０１８４】
本発明の範囲は、実施例に記載された好ましい実施形態によって限定されるべきではなく、説明全体と矛盾しない最も広い解釈が与えられるべきである。
【図１】
2018535893.tif 000003
【図２】
2018535893.tif 000004
【図３Ａ】
2018535893.tif 000005
【図３Ｂ】
2018535893.tif 000006
【図３Ｃ】
2018535893.tif 000007
【図３Ｄ】
2018535893.tif 000008
【図４】
2018535893.tif 000009
【図５Ａ】
2018535893.tif 000010
【図５Ｂ】
2018535893.tif 000011
【図６Ａ】
2018535893.tif 000012
【図６Ｂ】
2018535893.tif 000013
【図７Ａ】
2018535893.tif 000014
【図７Ｂ】
2018535893.tif 000015
【図７Ｃ】
2018535893.tif 000016
【図７Ｄ】
2018535893.tif 000017
【図８Ａ】
2018535893.tif 000018
【図８Ｂ】
2018535893.tif 000019
【図８Ｃ】
2018535893.tif 000020
【図８Ｄ】
2018535893.tif 000021
【図８Ｅ】
2018535893.tif 000022
【図８Ｆ】
2018535893.tif 000023
【図８Ｇ】
2018535893.tif 000024
【図８Ｈ】
2018535893.tif 000025
【図８Ｉ】
2018535893.tif 000026
【図８Ｊ】
2018535893.tif 000027
【図９Ａ】
2018535893.tif 000028
【図９Ｂ】
2018535893.tif 000029
【図９Ｃ】
2018535893.tif 000030
【図９Ｄ】
2018535893.tif 000031
【図９Ｅ】
2018535893.tif 000032
【図１０Ａ】
2018535893.tif 000033
【図１０Ｂ】
2018535893.tif 000034
【図１１Ａ】
2018535893.tif 000035
【図１１Ｂ】
2018535893.tif 000036
【図１２Ａ】
2018535893.tif 000037
【図１２Ｂ】
2018535893.tif 000038
【図１２Ｃ】
2018535893.tif 000039
【図１２Ｄ】
2018535893.tif 000040
【図１３】
2018535893.tif 000041
【図１４Ａ】
2018535893.tif 000042
【図１４Ｂ】
2018535893.tif 000043
【図１５Ａ】
2018535893.tif 000044
【図１５Ｂ】
2018535893.tif 000045
【図１５Ｃ】
2018535893.tif 000046
【図１５Ｄ】
2018535893.tif 000047
【図１６】
2018535893.tif 000048
【図１７】
2018535893.tif 000049
【図１８Ａ】
2018535893.tif 000050
【図１８Ｂ】
2018535893.tif 000051
【図１９Ａ】
2018535893.tif 000052
【図１９Ｂ】
2018535893.tif 000053
【図１９Ｃ】
2018535893.tif 000054
【図１９Ｄ】
2018535893.tif 000055
【図２０Ａ】
2018535893.tif 000056
【図２０Ｂ】
2018535893.tif 000057
【図２１Ａ】
2018535893.tif 000058
【図２１Ｂ】
2018535893.tif 000059
【図２１Ｃ】
2018535893.tif 000060
【図２２Ａ】
2018535893.tif 000061
【図２２Ｂ】
2018535893.tif 000062
【図２２Ｃ】
2018535893.tif 000063
【図２２Ｄ】
2018535893.tif 000064
【図２２Ｅ】
2018535893.tif 000065
【図２２Ｆ】
2018535893.tif 000066
【図２２Ｇ】
2018535893.tif 000067
【図２２Ｈ】
2018535893.tif 000068
【図２２Ｉ】
2018535893.tif 000069
【図２２Ｊ】
2018535893.tif 000070
【図２３Ａ】
2018535893.tif 000071
【図２３Ｂ】
2018535893.tif 000072
【図２３Ｃ】
2018535893.tif 000073
【図２４】
2018535893.tif 000074
【図２５】
2018535893.tif 000075
【図２６Ａ】
2018535893.tif 000076
【図２６Ｂ】
2018535893.tif 000077
【図２６Ｃ】
2018535893.tif 000078
【図２６Ｄ】
2018535893.tif 000079
【図２６Ｅ】
2018535893.tif 000080
【図２７Ａ】
2018535893.tif 000081
【図２７Ｂ】
2018535893.tif 000082
【図２７Ｃ】
2018535893.tif 000083
【図２７Ｄ】
2018535893.tif 000084
【図２８Ａ】
2018535893.tif 000085
【図２８Ｂ】
2018535893.tif 000086
【図２８Ｃ】
2018535893.tif 000087
【図２９Ａ】
2018535893.tif 000088
【図２９Ｂ】
2018535893.tif 000089
【図３０Ａ】
2018535893.tif 000090
【図３０Ｂ】
2018535893.tif 000091
【図３１Ａ】
2018535893.tif 000092
【図３１Ｂ】
2018535893.tif 000093
【図３２Ａ】
2018535893.tif 000094
【図３２Ｂ】
2018535893.tif 000095
【図３３Ａ】
2018535893.tif 000096
【図３３Ｂ】
2018535893.tif 000097
【図３４Ａ】
2018535893.tif 000098
【図３４Ｂ】
2018535893.tif 000099
【図３５Ａ】
2018535893.tif 000100
【図３５Ｂ】
2018535893.tif 000101
【図３５Ｃ】
2018535893.tif 000102
【図３５Ｄ】
2018535893.tif 000103
【図３６Ａ】
2018535893.tif 000104
【図３６Ｂ】
2018535893.tif 000105
【図３６Ｃ】
2018535893.tif 000106
【図３６Ｄ】
2018535893.tif 000107
【図３７Ａ】
2018535893.tif 000108
【図３７Ｂ】
2018535893.tif 000109
【図３７Ｃ】
2018535893.tif 000110
【図３８】
2018535893.tif 000111
【図３９】
2018535893.tif 000112
【図４０】
2018535893.tif 000113
【図４１】
2018535893.tif 000114
【国際調査報告】
2018535893.tif 000115
2018535893.tif 000116