JP2717722B2 - 対地適応形クローラ走行車 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、原子炉内、工場、工事現場および化学プラ
ント内などの巡回検査、非常時作業のための遠隔操作マ
ニピュレータの搬送手段として、あるいは山間地での鉱
業用、海底作業用の車両として用いられ、不整地におけ
る対地適応的移動を可能とした対地適応形クローラ走行
車に関する。

「従来の技術」 不整地での移動をより対地適応的にした搬送手段とし
て車輪に代え、第７図に示すように足回りとして無限軌
道を有する１対のクローラ52を備えたクローラ走行車53
がある。

しかし、このようなクローラ走行車53は、対地適応性
が十分でなく、同図［Ａ］→［Ｂ］→［Ｃ］の動作で障
害物（０）を乗り越えようとするとき、障害物（０）に
乗り上がった［Ｂ］の状態では姿勢が著しく不安定であ
り、また、この状態から進行方向に重心が移って、
［Ｃ］のように衝撃的な着地をするなど、滑らかな移動
が不可能であるといった問題がある。

第４図、第８図、第10図および第11図はいずれもこの
ような問題に対処して提案されたものを示しており、こ
のうち第８図のクローラ走行車54は、ボディ55にそれぞ
れ主軸56を中心にして揺動自在に取り付けされた４つの
クローラ57,57,57,57を有し、第９図［Ａ］［Ｂ］に例
示したような姿勢のほか、いろいろな姿勢を取る事が出
来、対地適応性が著しく高いものとなっている。また第
10図のクローラ走行車58は、４つのクローラ61,61,61,6
1がそれぞれ可動脚60を介してボディ59に取り付けられ
た構造を有し、各クローラ61の傾斜角度は、接する路面
の状態によって受動的に変化してゆくようになってい
る。さらに、第11図のクローラ走行車62は、１対のクロ
ーラ64,64を有し、各クローラ64は、ボディ63に固定さ
れた車輪65,66と、アーム68によって変位可能な遊星輪6
7と、この３輪65,66,67に巻張された無限軌道69からな
っており、遊星輪67の変位によってクローラ64が変形
し、第12図に示すように［Ａ］→［Ｂ］の動作シーケン
スで障害物（０）を乗り越えたり、第13図に示すように
［Ａ］→［Ｂ］→［Ｃ］あるいは［Ｃ］→［Ｂ］→
［Ａ］の動作シーケンスで坂や階段状の路面を昇降でき
るものである。

また第４図の斜視図及び第５図の断面図に内部構造を
示すクローラ走行車は、各クローラに設けた走行系出力
軸70と揺動系出力軸71とに各モータ72,73を取り付け、
これら複数のモータ72,73を互いに干渉させたものであ
る。第４図に於て、ボディ74の下部には固定脚75,75が
リンク機構76,76を介して取り付けられている。

固定脚75,75は、その長さ方向両端において支持筒77,
77を介して結合され、互いに一体となっている。

78,78,78,78は走行装置としてのクローラで、それぞ
れ固定脚75,75の外側に突出した前記支持筒77,77の両端
部（即ち４箇所）に配設されている。

この各クローラ78は、第５図に示すように、その長さ
方向中央において、該クローラ78のフレーム79がベアリ
ング80を介して前記支持筒77の端部に外挿され、該支持
筒77の中心軸線を回転中心として回転揺動可能となって
いる。該クローラ78の駆動系において、70は前記中心軸
線すなわちクローラ78の長さ方向中央に存する走行系出
力軸、72は支持筒77内に固定されて該走行系出力軸70か
ら回転させるモータ、71は前記長さ方向中央から一方に
偏った位置に存する揺動系出力軸、73はクローラ78のフ
レーム79に固定されて該揺動系出力軸71を回転させるい
ま一つのモータである。両出力軸70,71のそれぞれに軸
着された駆動歯車81,82は互いに咬合しており、このた
め両モータ72,73は互いに干渉している。83,84はフレー
ム79の長さ方向両端近傍に内挿された車輪で、フレーム
79にベアリング85a,85b,86a,86bを介して回転自在に架
設された支軸87,88にそれぞれ軸着されており、該両車
輪83,84には無限軌道89が巻架されている。前記支軸87,
88には従動歯車90,91がそれぞれ軸着され、このうち従
動歯車90は揺動系出力軸71の駆動歯車82と、また従動歯
車91は、揺動系出力軸71の駆動歯車82と対称位置にあっ
てベアリング92により回転自在になる支軸93に軸着され
一方において走行系出力軸70の駆動歯車81と咬合する従
動歯車94と咬合している。上記駆動系は、両出力軸70,7
1の駆動歯車81,82が咬合しているため、第６図の内部動
作説明図に示すように、両モータ72,73は逆向きに回転
される。このような駆動系によって、通常の平坦地での
走行時でも、モータ72およびモータ73の双方が駆動し、
推進力を分担して負荷している為、１クローラに２つ、
計８つのモータ（８自由度）全てを移動に使用でき、出
力重量比を向上させている。

「発明が解決しようとする課題」 これらのように改良されたクローラ走行車は、上記し
たように、高い対地適応性を有しているが、それぞれ次
のような問題がある。

まず第８図のクローラ走行車54は、各クローラ57を主
軸56を中心にして揺動させるための専用の強力なアクチ
ュエータを装備しなければならないという第１の問題を
有する。すなわちアクチュエータが８台装備されている
としても、そのうちの４台は各クローラ57の推進用、他
の４台は揺動用であり、不整地でない比較的平坦な路面
を走行する際にはクローラ57揺動用のアクチュエータは
駆動せず単に荷重として作用するのみである為、出力重
量比において不経済な設計であると言わざるを得ない。
第２の問題は、動作を停止させる際にはブレーキ装置を
用いてこれを行うか、あるいはアクチュエータをサーボ
的に強力なモーメントを発生させながら停止のためのバ
ランス力を得るものとする必要があるが、前者の場合は
推進用のアクチュエータに対するブレーキ装置のほか
に、揺動用のアクチュエータ専用の強力なブレーキ装置
が必要であることから大重量となり、後者の場合は停止
時においても常時大きなエネルギロスが生ずることにな
り、いずれも好ましくないことである。

第10図のクローラ走行車58についても、４つのクロー
ラ61,61,61,61の各々の推進用のアクチュエータの他
に、該各クローラ61を可動脚60を介して自在に上下動さ
せるための強力なアクチュエータが必要であるため、上
記第８図の例と同様に、その出力重量比は必ずしも好ま
しくない設計と考えられる。

また、クローラ61の傾斜角度は接する路面に対応して
受動的に決まるようになっているが、溝を横切って渡る
際には、このクローラ61の角度が能動的に固定可能なも
のでないと、溝幅がクローラ61の長尺方向の長さの1/2
以上であるような場合、踏破性に支障を来すことが考え
られる。

さらに、第11図のクローラ走行車62は、比較的小型に
出来、機構的にも単純で、出力重量比の高いものである
が、第12図や第13図に例示したような障害物の乗り越え
や坂、階段状の路面の昇降等を行うにはアーム68を反転
（遊星輪67を変位）させていちいちクローラ64の形状を
変え、迎え角や背離角（θ）を設定するなどの予備動作
が必要であるため、移動速度を向上出来ない問題があ
る。

また、第４図のクローラ走行車においては、ギヤで噛
み合わせているので、走行速度と振り上げ速度を独立に
設定することができない。またモータが腕に付けられて
いるので、モータが本体に引掛かり腕の回転操作角度が
制限され、モータが可動部に付けられているため、荷重
が大きくなり応答速度が遅くなる、などの問題もある。

本発明は以上のような問題に鑑み、対地適応性および
出力重量比の向上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」 すなわち本発明に係わるクローラ走行車は、ボディ下
部の本体に２対、計４つのクローラをそれぞれの長さ方
向中央部を支点として回転揺動可能な状態で取り付け、
該各クローラの駆動系はその長さ方向中央にある走行系
出力軸と該中央から一方に片寄った位置にある揺動系出
力軸と、固定脚の内側に固定され前記走行系出力軸と前
記揺動系出力軸を回転させる複数のモータと、複数のモ
ータの回転を同時に前記走行系出力軸と前記揺動系出力
軸に分配伝達する干渉駆動部を有し、これにより複数の
モータの回転が互いに干渉させられて、複数の出力軸に
出力する構成としたものである。

また前記干渉駆動部による複数のモータの干渉が、前
記両出力軸に軸着された遊星歯車とプーリを直接あるい
は間接的に咬合させることによってなされる構造とした
ものである。

「作用」 上記駆動系は、互いに干渉し合う複数のモータによっ
て、クローラに、推進動作（クローラの無限軌道と回転
させる動作）と、長さ方向中央部を中心として回転揺動
させる動作の２つの自由度を実現するもので、４クロー
ラの各々の動作の組合せによって、本発明のクローラ走
行車は能動的に対地適応的移動を行うことが出来、ま
た、推進運動にも回転揺動にも、４クローラすべてのモ
ータを使用する事ができ、大出力が得られるものであ
る。

「実施例」 以下に、本発明に係わる対地適応形クローラ走行車
を、第１図〜第３図に示す実施例に基ずいて説明する。

第１図の斜視図において、ボディ１の上部には、図示
しないTVカメラあるいはマニピュレータ等が搭載される
とともに、その下部には該ボディ１を支持する固定脚３
がリンク機構2,2を介して取り付けられている。5,5,5,5
は走行装置としてのクローラで、それぞれ固定脚３の外
側に突出した支持筒4,4,4,4のまわりに回転可能に配設
されている。この各クローラ５は、第２図の断面図に内
部構造を示すように、その長さ方向の中央において該ク
ローラ５のフレーム６がベアリング7a,7bを介して前記
支持筒４に外挿され該支持筒４の中心軸線を回転中心と
して回転揺動可能となっている。

該クローラ５の駆動系において、８は走行系出力軸
で、該支持筒４の内側にベアリング9a,9b,を介して回転
可能に支持されている。該走行系出力軸８の該フレーム
６より外側に突き出した一端にはスプロケット10が軸着
されている。

11は該フレーム６の長さ方向の一端付近に内挿された
駆動輪で、該フレーム６にベアリング12a,12bを介して
回転可能に支持された支持軸13に軸着されている。

該支持軸13の該フレーム６より外側に突き出した一端
にはスプロケット14が軸着されており、該スプロケット
10,14にはチェーン15が輪架されており、前記走行系出
力軸８の回転を前記駆動輪11に伝達している。16は該フ
レーム６の長さ方向の該駆動輪11とは反対の端付近に内
挿された従動輪で、該フレーム６にベアリング17a,17b
を介して回転可能に支持された支持軸18に軸着されてい
る。

19は補助輪で、該フレーム６の長さ方向の中央に内挿
されかつ該支持筒４にベアリング20a,20bを介して回転
可能に支持されている。該駆動輪11、該従動輪16、該補
助輪19には無限軌道21が輪架されている。

22は揺動系出力軸で固定脚３にベアリング23を介して
回転可能に支持されている。該揺動系出力軸22の一端に
はスプロケット24が軸着されている。25は前記支持筒４
の中心軸線を回転中心として前記フレーム６と共に回転
揺動可能に該フレーム６の長さ方向の中央に接着された
スプロケットである。

該スプロケット24,25にはチェーン26が輪架されてお
り、該揺動系出力軸22が回転することにより該フレーム
６が回転揺動する。すなわち上記クローラ５は、該走行
系出力軸８の回転により走行動作を行い、該揺動出力軸
22の回転により揺動動作を行う。

固定脚３には前記クローラ５と反対側内部に干渉駆動
部27が取り付けてある。

第３図は干渉駆動部27の構成例を示す斜視図である。

次に本発明クローラ走行車の駆動系について、動作を
第３図の干渉駆動部27の構成例を示す斜視図を用いて説
明する。

第３図にて遊星歯車30ともう一つの遊星歯車31の各々
のリング歯車32,33とリング歯車駆動用モータ34の回転
軸に軸着されたプーリ35にはタイミングベルト36が輪架
されており、該リング歯車駆動用モータ34により該リン
グ歯車32,33を同方向に同回転速度で回転可能となって
いる。また、前記遊星歯車30及び遊星歯車31の各々太陽
歯車46,47には各々入力軸37,38の一端が軸着され他端に
は各プーリ39,40が軸着されている。該プーリ39,40と太
陽歯車駆動用モータ41の回転軸に軸着されたプーリ42に
はタイミングベルト43が、該プーリ39,40が逆方向に同
じ回転速度で回転するように輪架されている。ガイドプ
ーリ44,45は該タイミングベルト43が緩まないよう張力
を与えるものである。よって前記太陽歯車駆動用モータ
41により前記太陽刃歯車46,47は各々逆方向と同じ回転
速度で回転する。また遊星歯車30と遊星歯車31の各々の
惑星歯車48,49には各々出力軸50,51の一端が軸着されて
おり、該出力軸50,51の各他端は各々減速機28,29の入力
に各々軸着されている。該減速機29には揺動系出力軸22
が軸着され、該減速機28には走行系出力軸８が軸着され
ている。よって上記駆動系の２つのモータ即ち太陽歯車
駆動用モータ41とリング歯車駆動用モータ34は該遊星歯
車30,31を介して互いに干渉しあっている。

次に動作について説明する。まず、走行動作のみを考
える。即ち走行系出力軸８のみを回転させ揺動系出力軸
22の回転を静止させるためには、遊星歯車31の太陽歯車
47とリング歯車33を逆方向に同じ回転速度で回転するよ
うに、太陽歯車駆動用モータ41とリング歯車駆動用モー
タ34を逆方向に同じ回転速度で回転させれば、該揺動系
出力軸22は静止している。

一方このとき遊星歯車30の太陽歯車46とリング歯車32
は同じ方向に同じ回転速度で回転するので、出力軸50は
太陽歯車46と同じ方向に回転し、減速機28で減速され該
走行系出力軸８を回転させる。

これとは反対に揺動動作のみを考える。それには揺動
系出力軸22のみ回転させ走行系出力軸８の回転を静止さ
せるために、遊星歯車30の太陽歯車46とリング歯車32は
逆方向に同じ回転速度で回転するように、太陽歯車駆動
用モータ41とリング歯車駆動用モータ34を同じ方向に同
じ回転速度で回転させれば、該走行系出力軸８は静止し
ている。

一方このとき遊星歯車31の太陽歯車47とリング歯車33
は同じ方向に同じ回転速度で回転するので、出力軸51は
太陽歯車47と同じ方向に回転し、該減速機29で減速され
該揺動系出力軸22を回転させる。

また、太陽歯車駆動用モータ41とリング歯車駆動用モ
ータ34の回転速度を同速度にせず速度差を与えることに
より前記動作の中間的動作、即ち走行動作しながら揺動
動作を行うことも可能である。また減速機28,29により
走行速度と揺動速度の速度を任意に設定することが可能
である。

上記のような駆動系を構成すれば通常の平坦地の走行
時でも太陽歯車駆動用モータ41とリング歯車駆動用モー
タ34の双方が駆動し、推進力を分担して負荷しているた
め、１クローラに２つ、計８つのモータすべてを移動に
使用でき、出力重量比を向上させる大きな利点を持つ。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明に係わる対地適応形クロ
ーラ走行車は、ボディ下部の４つのクローラがそれぞれ
その長さ方向中央部を支点として揺動可能になり、該各
クローラに複数個ずつ配されたモータが機構的に干渉し
合うことにより、全てのモータを常時稼動状態に保つこ
とを可能にしているものであり、推進動作にもクローラ
の揺動動作にも全てのモータの出力が用いられるため、
駆動系が推進用、揺動用に分離されて装備されていた従
来のクローラ走行車に比較して２倍以上の大出力を可能
にするものである。

また、ギヤで噛み合わせていないので、走行速度と振
り上げ速度の速度を独立に設定できる。

また、クローラには側面にモータを付けていないので
突起部が無くなり、クローラの回転角度に制限を受け
ず、また、クローラも軽量となるので応答速度も早くな
る。従って、あらゆる不整地に対して迅速かつ能動的に
適応し、安定的な走行が可能となるもので、極めて優れ
た機能性を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の対地適応形クローラ走行車の実施例
を示す斜視図、 第２図は、同じくクローラの内部構造を示す断面図、 第３図は、同じく干渉駆動の構成例を示す斜視図、 第４図は、従来のクローラ走行車の第５の例を示す斜視
図、 第５図は、同じくクローラの内部構造を示す断面図、 第６図は、同じくクローラの内部動作説明図である。 第７図は、従来のクローラ走行車の第１の例における障
害物を乗り越えるときの概略的な姿勢説明図、 第８図は、従来のクローラ走行車の第２の例を示す斜視
図、 第９図は、同じく姿勢説明図、 第10図は、従来のクローラ走行車の第３の例を示す斜視
図、 第11図は、従来のクローラ走行車の第４の例を示す斜視
図、 第12図および第13図はそれぞれ同クローラ走行車の姿勢
説明図。 図において １はボディ ３は固定脚 ５はクローラ ８は走行系出力軸 22は揺動系出力軸 30,31は遊星歯車 34はリング歯車駆動用モータ 39,40はプーリ 41は太陽歯車駆動用モータである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−174367（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−17395（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−180753（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボディ下部の固定脚に２対、計４つのクロ
   ーラをそれぞれの長さ方向中央部を支点として回転揺動
   可能な状態で取り付け、該各クローラの駆動系はその長
   さ方向中央にある走行系出力軸と該中央から一方に片寄
   った位置にある揺動系出力軸と固定脚の内側に固定され
   前記走行系出力軸と前記揺動系出力軸を回転させる複数
   のモータと、複数のモータの回転を同時に前記走行系出
   力軸と前記揺動系出力軸に分配伝達する干渉駆動部を有
   し、これにより複数のモータの回転が互いに干渉させら
   れて、複数の出力軸に出力することを特徴とする対地適
   応形クローラ走行車。
2. 【請求項２】前記干渉駆動部による複数のモータの干渉
   が、前記両出力軸軸着された遊星歯車とプーリを直接あ
   るいは間接的に咬合させることによってなされることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の対地適応形クロ
   ーラ走行車。