(57)【要約】【課題】不整地での走破性に優れ、より少ない駆動手段で制御性にも優れたクローラ式全方向駆動体を提供する。【解決手段】主クローラ１１が、複数の副クローラ３１を連結して成る無端ベルト２３を有し、平面状の接地面で接地して移動可能になっている。各副クローラ３１は、主クローラ１１の無端ベルト２３の幅方向に沿って回転するよう並べて連結されており、各副クローラ３１の無端ベルト３２は、その長さ方向に沿って外表面に交互に凹凸が形成されている。駆動用歯車１２が、主クローラ１１の無端ベルト２３の内側の所定の位置で、各副クローラ３１のうち、主クローラ１１の無端ベルト２３の回転により所定の位置に移動してきた副クローラ３１の無端ベルト３２の凹凸と噛み合うよう設けられている。第１駆動手段が、主クローラ１１の無端ベルト２３を、第２駆動手段が、駆動用歯車１２を回転駆動可能になっている。【選択図】図１
2017222213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の副クローラを連結して成る無端ベルトを有し、平面状の接地面で接地して移動可能な主クローラと、
前記主クローラの無端ベルトをその長さ方向に沿って回転駆動する第１駆動手段と、
前記主クローラの内側に配置された駆動用歯車と、
前記駆動用歯車を回転駆動する第２駆動手段とを有し、
各副クローラは、それぞれの無端ベルトが前記主クローラの無端ベルトの幅方向に沿って回転するよう並べて連結されており、各副クローラの無端ベルトは、その長さ方向に沿って外表面に交互に凹凸が形成されており、
前記駆動用歯車は、前記主クローラの無端ベルトの内側の所定の位置で、各副クローラのうち、前記主クローラの無端ベルトの回転により前記所定の位置に移動してきた副クローラの無端ベルトの凹凸と噛み合うよう設けられており、
前記駆動用歯車の回転により、前記接地面側の１または複数の副クローラの無端ベルトを回転駆動可能に構成されていること
特徴とするクローラ式全方向駆動体。
【請求項２】
前記駆動用歯車は、円盤状の歯車本体の周囲に、複数の歯が設けられた平歯車から成り、各歯は、前記主クローラの無端ベルトの回転方向の成分を有する回転をするよう、前記歯車本体に回転可能に設けられていることを特徴とする請求項１記載のクローラ式全方向駆動体。
【請求項３】
前記駆動用歯車の回転により、複数の副クローラの無端ベルトを回転可能に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のクローラ式全方向駆動体。
【請求項４】
各副クローラの無端ベルトは、少なくとも他の１つの副クローラの無端ベルトとともに回転するよう、その副クローラの無端ベルトと連結されていることを特徴とする請求項３記載のクローラ式全方向駆動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クローラ式全方向駆動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のクローラ式の全方向移動体として、基台の底面に、それぞれ接地面の直線移動方向を異ならせて少なくとも３組のクローラを設け、各クローラは、複数の円筒状のフリーローラを有し、各フリーローラの回転軸がクローラの接地面の直線移動方向と常に一致するよう構成されており、各クローラの移動量を制御することにより、基台の任意の方向への移動や任意の方位への回転を円滑に行うもの（例えば、特許文献１参照）や、間隔を開けて配置された２本の無端ベルトを駆動して移動するクローラの、各無端ベルトの間に、その長さ方向に沿って複数の球を並べて配置して成り、各球を回転させることにより、クローラが任意の方位に移動できるもの（例えば、非特許文献１参照）がある。
【０００３】
また、断面が円形を成し、長さ方向だけでなく、幅方向にも回転移動可能に設けられた円形断面クローラ機構が、本発明者等により開発されている（例えば、非特許文献２参照）。また、同様のクローラ機構を利用したものとして、クローラの無端ベルトが、その無端ベルトの幅方向に移動可能に設けられた複数の副無端ベルトを連結して成り、所望の方向に歩いたり走ったりすることができるトレッドミル（ルームランナー）がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
なお、本発明者等により、歯と歯の間をスライドする際の接触を転がり接触にするための歯車として、平歯車から成り、投影面がインボリュート曲面とした受動ローラから成る歯を有し、各歯は、歯車の回転軸から放射方向に沿った軸を中心として回転可能に設けられ、さらに歯車の回転軸方向に沿って複数個並べられたものが開発されている（例えば、非特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２６０４１１２号公報
【特許文献２】米国特許第６１５２８５４号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】M. West and H Asada, “Design of a Holonomic Omnidirectional Vehicle”, Robotics and Automation, 1992. Proceedings., 1992 IEEE International Conference, 1992, vol.1, p.97-103
【非特許文献２】Kenjiro Tadakuma, Riichiro Tadakuma, Keiji Nagatani, Kazuya Yoshida, Steven Peters, Martin Udengaard, Karl Iagnemma, “Crawler Vehicle with Circular Cross-Section Unit to Realize Sideways Motion”, IEEE/RSJ 2008 International Conference on Intelligent Robots and Systems, 2008, p.2422-2428
【非特許文献３】多田隈建二郎、多田隈理一郎、井岡恭平、妻木勇一、「全方向駆動歯車機構の研究  −各曲率の駆動ユニット構造と基本動作特性について−」、日本ロボット学会誌、2012、Vol.30、No.6、p.611-620
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の全方向移動体は、各クローラが複数のフリーローラで接地するため、接地面に対して直線接触であり、また、非特許文献１に記載の全方向移動体は、複数の球で接地するため、接地面に対して複数の点接触であり、また、非特許文献２に記載の円形断面クローラ機構は、接地面に対して直線接触である。これらはいずれも、一般的な面接触のクローラと比べて、災害現場などの不整地での走破性に難があるという課題があった。また、特許文献１に記載の全方向移動体は、３台以上のクローラを組み合わせるため、３つ以上の駆動手段が必要となり制御性に劣るという課題もあった。
【０００８】
なお、特許文献２に記載のトレッドミルは、床面に設置して使用されるものであり、複数の副無端ベルトを回転させるための機構がクローラの内側および下方に配置されているため、移動体としてそのまま利用できるものではない。
【０００９】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、不整地での走破性に優れ、より少ない駆動手段で制御性にも優れたクローラ式全方向駆動体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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係るクローラ式全方向駆動体は、複数の副クローラを連結して成る無端ベルトを有し、平面状の接地面で接地して移動可能な主クローラと、前記主クローラの無端ベルトをその長さ方向に沿って回転駆動する第１駆動手段と、前記主クローラの内側に配置された駆動用歯車と、前記駆動用歯車を回転駆動する第２駆動手段とを有し、各副クローラは、それぞれの無端ベルトが前記主クローラの無端ベルトの幅方向に沿って回転するよう並べて連結されており、各副クローラの無端ベルトは、その長さ方向に沿って外表面に交互に凹凸が形成されており、前記駆動用歯車は、前記主クローラの無端ベルトの内側の所定の位置で、各副クローラのうち、前記主クローラの無端ベルトの回転により前記所定の位置に移動してきた副クローラの無端ベルトの凹凸と噛み合うよう設けられており、前記駆動用歯車の回転により、前記接地面側の１または複数の副クローラの無端ベルトを回転駆動可能に構成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るクローラ式全方向駆動体は、第１駆動手段で主クローラの無端ベルトを回転駆動することにより、主クローラの無端ベルトの長さ方向に沿って進むことができる。また、第２駆動手段で駆動用歯車を回転駆動して、接地面側の１または複数の副クローラの無端ベルトを回転駆動することにより、主クローラの無端ベルトの幅方向に沿って進むことができる。さらに、これらの動きを組み合せることにより、任意の方向に移動することができる。
【００１２】
本発明に係るクローラ式全方向駆動体は、主クローラの無端ベルト、すなわち複数の副クローラの無端ベルトから成る平面状の接地面で接地するため、災害現場などの、瓦礫や砂の多い軟弱な不整地でも比較的安定して走行することができ、走破性に優れている。また、一定の姿勢のまま移動することができるため、狭隘路であってもスムーズに移動することができる。
【００１３】
本発明に係るクローラ式全方向駆動体は、第１駆動手段および第２駆動手段の２つの駆動手段で任意の方向に移動することができる。このため、従来の３つ以上の駆動手段を有するものや、各副クローラに駆動手段を設ける場合と比べ、より少ない駆動手段で駆動することができ、制御性がよい。また、構造も比較的簡素化することができ、故障率を低下させることもできる。また、配線を減らして絡まるのを防ぎ、全体の重量も軽減することができる。
【００１４】
本発明に係るクローラ式全方向駆動体で、前記駆動用歯車は、円盤状の歯車本体の周囲に、複数の歯が設けられた平歯車から成り、各歯は、前記主クローラの無端ベルトの回転方向の成分を有する回転をするよう、前記歯車本体に回転可能に設けられていることが好ましい。この場合、主クローラの無端ベルトの回転により、駆動用歯車に対して、各副クローラの無端ベルトの凹凸が噛み合いながらスライドして通過していくが、駆動用歯車の各歯の回転により、このときの駆動用歯車の歯と各副クローラの凹凸との間の引っ掛かりを防ぐことができる。また、駆動用歯車の歯と各副クローラの凹凸との間の接触を転がり接触にして摩擦を低減することができ、摩擦熱の発生や摩耗を抑えることができる。
【００１５】
本発明に係るクローラ式全方向駆動体は、前記駆動用歯車の回転により、複数の副クローラの無端ベルトを回転可能に設けられていることが好ましい。この場合、主クローラの無端ベルトの幅方向への駆動力を大きくすることができる。同時に複数の副クローラの無端ベルトを回転させることができれば、いかなる構成であってもよい。例えば、各副クローラの無端ベルトが、少なくとも他の１つの副クローラの無端ベルトとともに回転するよう、その副クローラの無端ベルトと自在継手などで連結されていてもよく、駆動用歯車が同時に複数の副クローラの凹凸と噛み合うよう構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、不整地での走破性に優れ、より少ない駆動手段で制御性にも優れたクローラ式全方向駆動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態のクローラ式全方向駆動体の、動力伝達の原理を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態のクローラ式全方向駆動体の、主クローラの一部を切り欠いた斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態のクローラ式全方向駆動体の、副クローラの（ａ）第１の変形例、（ｂ）第２の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図３は、本発明の実施の形態のクローラ式全方向駆動体を示している。
図１および図２に示すように、クローラ式全方向駆動体１０は、主クローラ１１と第１駆動手段（図示せず）と駆動用歯車１２と第２駆動手段（図示せず）とを有している。
【００１９】
主クローラ１１は、所定の間隔を開けて配置された１対の回転輪２１と、各回転輪２１の間に架け渡された１対の巻掛ベルト２２と、各巻掛ベルト２２に取り付けられた無端ベルト２３とを有している。各回転輪２１は、車軸２１ａの両端に取り付けられた１対の転輪２１ｂから成っている。各巻掛ベルト２２は、それぞれ各回転輪２１の一方側の転輪２１ｂ同士および他方側の転輪２１ｂ同士に巻掛けられている。各巻掛ベルト２２は、各回転輪２１の回転により、各回転輪２１の間を回転可能になっている。
【００２０】
無端ベルト２３は、各巻掛ベルト２２を覆うよう各巻掛ベルト２２に取り付けられ、各巻掛ベルト２２とともに回転可能に、各回転輪２１の間に巻掛けられている。無端ベルト２３は、所定の幅を有し、複数の副クローラ３１を連結して成っている。各副クローラ３１は、それぞれの無端ベルト３２が主クローラ１１の無端ベルト２３の幅方向に沿って回転するよう並べて連結されている。各副クローラ３１は、主クローラ１１の無端ベルト２３の幅方向の両端でテーパー状に形成された幅広状のクローラ３１ａと、そのテーパーがない直線状のクローラ３１ｂとを交互に配置して成っている。各副クローラ３１は、各幅広状のクローラ３１ａが同時に回転するよう、一つおきに隣り合う幅広状のクローラ３１ａ同士が自在継手（図示せず）で連結されている。また、各副クローラ３１は、各直線状のクローラ３１ｂが同時に回転するよう、一つおきに隣り合う直線状のクローラ３１ｂ同士が自在継手（図示せず）で連結されている。また、各副クローラ３１は、無端ベルト３２の長さ方向に沿って、無端ベルト２３の外表面に交互に凹凸が形成されている。各副クローラ３１は、その凸部がラックギアの歯になるよう形成されている。
【００２１】
第１駆動手段は、モータから成り、主クローラ１１の一方の回転輪２１を、その車軸２１ａを中心として回転するよう設けられている。これにより、第１駆動手段は、主クローラ１１の無端ベルト２３をその長さ方向に沿って回転駆動可能になっている。
【００２２】
駆動用歯車１２は、円盤状の歯車本体１２ａの周囲に、複数の歯が設けられた平歯車から成っている。駆動用歯車１２は、歯車本体１２ａより径が小さい複数の小円盤体１２ｂを有している。各小円盤体１２ｂは、円盤面が歯車本体１２ａの円盤面と直交し、一部の円弧のみが歯車本体１２ａの外周面から突出して各歯を構成するよう、歯車本体１２ａに取り付けられている。また、各小円盤体１２ｂは、歯車本体１２ａへのそれぞれの取付位置での歯車本体１２ａの外周の接線に沿った回転軸を中心として回転可能に、歯車本体１２ａに取り付けられている。
【００２３】
駆動用歯車１２は、主クローラ１１の無端ベルト２３の内側に配置されている。駆動用歯車１２は、主クローラ１１の無端ベルト２３の内側の所定の位置で、各副クローラ３１のうち、主クローラ１１の無端ベルト２３の回転により所定の位置に移動してきた副クローラ３１の無端ベルト３２の凹凸と噛み合うよう設けられている。これにより、駆動用歯車１２は、各歯を構成する各小円盤体１２ｂが、主クローラ１１の無端ベルト２３の回転方向に沿って回転するよう配置されて、主クローラ１１の無端ベルト２３の回転方向の成分を有する回転をするようになっている。なお、駆動用歯車１２は、各歯がインボリュート曲面を有する受動ローラから成る、非特許文献３に示す歯車から成っていてもよい。
【００２４】
第２駆動手段は、モータから成り、駆動用歯車１２を、その回転軸を中心として回転駆動するよう設けられている。これにより、第２駆動手段は、駆動用歯車１２を回転させて、各副クローラ３１のうち、接地面側のものを含む複数の副クローラ３１の無端ベルト３２を回転駆動可能になっている。
【００２５】
次に、作用について説明する。
クローラ式全方向駆動体１０は、第１駆動手段で主クローラ１１の無端ベルト２３を回転駆動することにより、主クローラ１１の無端ベルト２３の長さ方向に沿って進むことができる。また、第２駆動手段で駆動用歯車１２を回転駆動して、接地面側の複数の副クローラ３１の無端ベルト３２を回転駆動することにより、主クローラ１１の無端ベルト２３の幅方向に沿って進むことができる。さらに、これらの動きを組み合せることにより、任意の方向に移動することができる。
【００２６】
クローラ式全方向駆動体１０は、主クローラ１１の無端ベルト２３、すなわち複数の副クローラ３１の無端ベルト３２から成る平面状の接地面で接地して移動可能であるため、災害現場などの、瓦礫や砂の多い軟弱な不整地でも比較的安定して走行することができ、走破性に優れている。また、一定の姿勢のまま移動することができるため、狭隘路であってもスムーズに移動することができる。
【００２７】
クローラ式全方向駆動体１０は、第１駆動手段および第２駆動手段の２つの駆動手段で任意の方向に移動することができる。このため、従来の３つ以上の駆動手段を有するものや、各副クローラ３１に駆動手段を設ける場合と比べ、より少ない駆動手段で駆動することができ、制御性がよい。また、構造も比較的簡素化することができ、故障率を低下させることもできる。また、配線を減らして絡まるのを防ぎ、全体の重量も軽減することができる。
【００２８】
クローラ式全方向駆動体１０は、主クローラ１１の無端ベルト２３の回転により、駆動用歯車１２に対して、各副クローラ３１の無端ベルト３２の凹凸が噛み合いながらスライドして通過していくが、駆動用歯車１２の各歯を構成する各小円盤体１２ｂの回転により、このときの駆動用歯車１２の歯と各副クローラ３１の凹凸との間の引っ掛かりを防ぐことができる。また、駆動用歯車１２の歯と各副クローラ３１の凹凸との間の接触を転がり接触にして摩擦を低減することができ、摩擦熱の発生や摩耗を抑えることができる。
【００２９】
クローラ式全方向駆動体１０は、駆動用歯車１２の回転により、複数の副クローラ３１の無端ベルト３２を回転可能であるため、主クローラ１１の無端ベルト２３の幅方向への駆動力を大きくすることができる。また、副クローラ３１のうち幅広状のクローラ３１ａの両端がテーパー状に形成されているため、主クローラ１１の無端ベルト２３の幅方向へ移動するときも、段差等を容易に乗り越えることができ、走破性を高めることができる。また、各副クローラ３１が幅広状のクローラ３１ａと直線状のクローラ３１ｂとを交互に配置して成るため、主クローラ１１の無端ベルト２３が各回転輪２１の位置を回転するとき、幅広状のクローラ３１ａの両端部が接触するのを回避することができる。
【００３０】
なお、クローラ式全方向駆動体１０は、図３（ａ）に示すように、各副クローラ３１が、主クローラ１１の無端ベルト２３の幅方向の一端側のみでテーパー状に形成されたクローラ３１ｃと、他端側のみでテーパー状に形成されたクローラ３１ｄとを交互に配置して成っていてもよい。また、図３（ｂ）に示すように、各副クローラ３１が、主クローラ１１の長さ方向に沿って２列に並べて配置され、各列の各副クローラ３１が、主クローラ１１の無端ベルト２３の幅方向の端部側でテーパー状に形成された幅広状のクローラ３１ｅと、そのテーパーがない直線状のクローラ３１ｆとを交互に配置して成っていてもよい。
【００３１】
クローラ式全方向駆動体１０は、移動体として操縦席の他にも何を搭載してもよく、例えば、ロボットを搭載して、不整地等での全方向移動ロボットのベースとして利用することができる。また、移動体としてだけでなく、全方向ベルトコンベア搬送装置としても利用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１０  クローラ式全方向駆動体
１１  主クローラ
２１  回転輪
２１ａ  車軸
２１ｂ  転輪
２２  巻掛ベルト
２３  無端ベルト
３１  副クローラ
３１ａ  幅広状のクローラ
３１ｂ  直線状のクローラ
３２  無端ベルト
１２  駆動用歯車
１２ａ  歯車本体
１２ｂ  小円盤体
【図１】
2017222213.tif 000003
【図２】
2017222213.tif 000004
【図３】
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