無人走行用移動体
【課題】被災地の調査に適した無人走行用の移動体を開発する。
【解決手段】機体２と該機体２を覆う走行用クローラ５から構成される無人走行用の移動体であって、機体２は、内部に移動体制御用の中央収納部２１を有し、機体２の下面はクローラベルト５３の摺接面を形成し、機体２の前後にはプーリ７が設けられており、走行用クローラ５は、機体２の前後に設けたプーリ７間にクローラベルト５３が掛け回され、電動モータ９を駆動源とする無人走行用の移動体。
【解決手段】機体２と該機体２を覆う走行用クローラ５から構成される無人走行用の移動体であって、機体２は、内部に移動体制御用の中央収納部２１を有し、機体２の下面はクローラベルト５３の摺接面を形成し、機体２の前後にはプーリ７が設けられており、走行用クローラ５は、機体２の前後に設けたプーリ７間にクローラベルト５３が掛け回され、電動モータ９を駆動源とする無人走行用の移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、災害地などの障害物の多い不整地を走行することに適したクローラ式走行用移動体に関する。特に、震災などの災害地、倒壊したビルや土砂崩壊地において、調査や探索活動を行う無人走行用移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
被災直後の不安定で予測不能な状態の被災地の調査や探索を行う装置として、クローラ式走行装置が着目されている。クローラ式走行装置は、土木や建築用作業機械に用いられている。砂泥地や凸凹の多い土地の走行に伴い砂泥詰まり対策や走破性を改善した装置の開発が進められている。
【０００３】
例えば、特許文献１（特開平１１−３０１５３４号公報）には、クローラを左右に配置し、クローラ走行装置の上部に本体部分を搭載し、傾斜地センサーを備えた傾斜地走行安定化装置（特許文献１の図１等参照）が開示されている。
特許文献２には、（特開２００８−１４３３５４号公報）には、本体部分をクローラ走行装置の上部に搭載し、前後に延出された段差越え用の揺動できるフリッパーを設けたクローラ式走行車が開示（特許文献２の図１等参照）されている。
【０００４】
特許文献３（特開２００７−２３７９９１号公報）には、従動クローラと三角フレームを備えたクローラを屈曲自由に連結し、三角形のクローラによって障害物を乗り越えることができる装置が開示されている。
特許文献４（特開２００４−７４９８０号公報）には、本体の下方であって前後に設けられた揺動可能なクローラを用いて段差のある起伏を走行できるクローラ式走行装置が開示されている。
特許文献５（特開２００９−２４１２４６号公報）には、主推進力発生部、可動腕部、測距装置を有するクローラ型走行装置であって、測距装置を用いることで、地形に応じて可動腕を動かし、なお且つ転倒安定性を考慮に入れながら、移動体が半自律的に移動することにより、操縦者は移動体の移動方向を指示するのみで、移動体がその方向の不整地に応じた不整地移動機構の安全な動作を自律的に生成することができるクローラ型走行装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３０１５３４号公報
【特許文献２】特開２００８−１４３３５４号公報
【特許文献３】特開２００７−２３７９９１号公報
【特許文献４】特開２００４−０７４９８０号公報
【特許文献５】特開２００９−２４１２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者は、不安定で予測困難な被災地の走行に適したクローラ式走行装置の研究開発を継続して行っている。被災地の探索や調査においては、瓦礫や砂泥などによる障害や起伏の多い状態の表面であることに加え、放射能汚染、火災や都市ガスや火山性ガスなどの危険性があるので無人走行が求められる。このような被災地の環境下では、走行装置の故障や本体機器が損傷したときに、人が接近して修理することが困難であるので、故障や停止することなく走行できることが重要である。本発明は、被災地の調査に適した無人走行用の移動体を開発することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、走行用移動体の制御機器やセンサーの機器類を収納した部分をクローラベルトで覆い、機器類への衝撃損傷を回避して、安全な走行用移動体構成としたことに基づく発明である。
【０００８】
本発明は、次の構成を要旨とするものである。
１．機体（Ａ）と該機体を覆う走行用クローラから構成される無人走行用の移動体であって、
機体は、内部に移動体制御用の中央収納部を有し、
機体上面は、上面板により中央収納部が気密に密閉されるように構成され、
機体前後には、センターフレームを備えており、
機体の前後にはプーリが設けられており、
走行用クローラは、機体の前後に設けた前記プーリ間にクローラベルトが掛け回され、モータを駆動源とし、
クローラベルトは、２枚がセンターフレームの左右に配置され、センターフレームの幅を除き機体の全幅を覆う幅であることを特徴とする無人走行用移動体。
２．中央収納部を形成する筐体の表面には放熱機能を設けたことを特徴とする１．記載の無人走行用移動体。
３．クローラ駆動用モータは外周にプーリが設けられたホイールに内蔵されたホイールインモータであることを特徴とする２．記載の無人走行用移動体。
４．機体の左右側部には、側面板で中央収納部と隔離されたサイド収納部を有することを特徴とする２．又は３．に記載の無人走行用移動体。
５．サイド収納部に移動体駆動用電池を搭載したことを特徴とする４．に記載の無人走行用移動体。
６．サイド収納部の上部に、放熱機能を有する側部上面板を設けたことを特徴とする４．又は５．に記載の無人走行用移動体。
７．サイド収納部の左右外方に、側面カバー板を設けたことを特徴とする１．〜６．のいずれかに記載の無人走行用移動体。
８．被災地あるいは自然災害地の調査用移動体であることを特徴とする１．〜７．のいずれかに記載の無人走行用移動体。
９．調査移動速度が人間の歩行速度に設定されていることを特徴とする８．に記載の無人走行用移動体。
１０．原子力発電所施設用であることを特徴とする１．〜９．のいずれかに記載の無人走行用移動体。
【発明の効果】
【０００９】
１．本発明の無人走行用移動体は、機器類を収納した機体の上下面及び前後がクローラベルトで覆われているので、機体や収納した機器類が直接的な損傷から保護される。センターフレームが中央部に設けられているので観測や通信用等の外部に取り付ける機器類の付設に利用でき、付設される外部機器が中央部から上部に位置して瓦礫との接触が抑制される。機体内部の中央収納部に制御用等の機器類が収納され、全体として低重心であって、安定しているとともに、上面板により中央収納部が気密に密閉されるため、物理的な接触のみならず水や腐食性ガス等の液体や気体の悪影響からも保護される。クローラベルトの幅が広いので、クローラベルトの脱輪が抑制される。モータ駆動であるので、不燃ガスや可燃ガス、水溜まりのある環境であっても、走行することができる。また、モータは静かであるので、音による調査にも適している。
２．ホイールインモータを採用することにより、機体内部の中央収納部を大きく確保することができる。
３．サイド収納部が、側部がクローラベルトに覆われない位置に設けられるので、サイド収納部に収納された機器類の点検や交換を、クローラベルトを外すことなく容易に行うことが可能となる。
４．電源となる電池を機体のサイド収納部に収納したので、クローラを外すことなく充電や交換を行うことが可能となるとともに、中央収納部を電池からの熱や電源からの電磁波に対して隔離することができる。
５．サイド収納部に収納した電池等の機器類からの熱を放熱することが容易となる。
６．サイド収納部に収納した電池等の機器類に対しても、直接的な損傷から保護される
７．人が立ち入ることが困難な被災地、倒壊建造物内部や火山などの調査、観測用の無人走行用の移動体として適している。
８．本移動体は、全体として機器の損傷を抑制でき、安定に無人で被災地を走行できる移動体である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の無人走行用移動体の例を示す図。
【図２】本発明の無人走行用移動体のクローラベルト及びサブクローラユニットを外した状態を示す図。
【図３】機体の底面及び側面の説明図。
【図４】クローラベルトの説明図。
【図５】駆動側機構の概略を示す図。
【図６】駆動側機構のサブクローラを取り付けた状態の断面図。
【図７】従動側機構のサブクローラを取り付けた状態の断面図。
【図８】支持軸とホイールの取付部の説明図。
【図９】サブクローラユニットの説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、基本的には車両全体がクローラベルトに覆われた無人走行用移動体である。制御機器、駆動源や調査用機器などが装備された制御機器類等がクローラベルトで覆われていて、外部に直接露出しない構成である。
特に、市街地や山間部などで発生する地震などの大規模な被災地の屋外や損壊した建物内部など被災直後の不安定な足場と危険な環境下での探査や調査に用いられる無人操作に適した走行用移動体である。本発明は、走行用移動体全体がクローラに覆われて、制御機器等が外部に露出する部分が殆ど無く、保護されていて、低重心である。このため、制御機器類の安全性は高く、転倒し難い構造であり、転倒した場合でも、クローラは接地状態を維持して、移動可能である。
左右に設けられたクローラは、幅が広いので、クローラが脱輪する危険性は小さい。揺動可能に設けられたサブクローラユニットは、段差昇降に有効に機能するので、被災地の階段や瓦礫、段差の昇降が容易である。そして、走行用移動体が横転した場合でも、サブクローラユニットを個別に揺動制御することにより、正常姿勢に復帰することができる。
本発明の走行用移動体は、電動モータ駆動であるので静かである。このため、音を調査対象とすることができる。モータ用電源を機体の側部に設け、電源から容易に放熱でき、制御機器と分離収納しているので、収納機器を高温障害から防御している。モータ駆動は、可燃ガスや不燃ガスの影響を受けることなく活動することができる。
外部に露出する必要がある、集音マイクや、カメラのレンズ部、送受信用アンテナ等の調査機器のセンサー感知部等は中央部に設けた機器付設用のセンターフレームに取り付けることができる。感知部等はセンター部分に付設されるので、衝突などの障害リスクが小さい。
【００１２】
図面を参照して、本走行移動体の例を説明する。
（１）全体構造
図１に示すように、走行用移動体１は、機体２と機体２の前後に設けられたプーリ７にクローラベルト５３が掛け回され左右に配置された走行用クローラ５を備えている。左側のクローラＬ５１と右側のクローラＲ５２は、センターフレーム４１によって、左右に分割されている。
図３に示すように機体２の下面側にはクローラベルト５３の摺動面である摺接部材６が設けられている。一般のクローラ走行装置に用いられている中間アイドラーであるプーリは、あっても良いが本走行用移動体では用いない方が好ましい。可動部分を設けると、故障の要素となるので、少なくする。
本走行用移動体１には、前後左右の４隅にサブクローラユニット８を備えている。図示は、左側の前後に設けられているサブクローラユニット８ａ、８ｂのみを概略で表し、右側は省略している。
走行用移動体１は、従動プーリ７２側を先頭側とし、駆動プーリ７１を後ろ側として基本的には走行するが、被災地では障害物が多いので、前進、後進は自由に行える。左右の走行用クローラ５１、５２は別々に制動できる。また、４つのサブクローラユニット８は、サブクローラベルト８３が回転でき、また全体が腕状に旋回揺動可能であり、かつ、個別に制動できるように構成されている。機体２の側部はサイド空間３２が設けられており、電源となる電池などを収納する空間とする。サイドに配置することにより、放熱が容易であり、かつ、電池の保護と交換の利便性を確保する構成としている。
図１に開示された走行用移動体１は、主となる２つの走行用クローラ５１、５２と４つのサブクローラユニット８とからなる６つのクローラを個別に制御することにより、被災地の走行、昇降を行うことができる。
左右のクローラベルト５３は、センターフレーム４１の幅を除き機体２の全幅を覆い、機体２への外部からの干渉を抑制するとともに、センターフレーム４１がクローラベルト５３よりも一段低い位置に設けられることにより、センターフレーム４１に直接あるいは間接的に取り付けられたセンサー等の感知部の防御性能を向上させることができる。
また、左右のクローラベルト５３、５３は、センターフレーム４１の幅を除き機体２の全幅を覆う幅の広いベルトである。クローラベルト５３の幅が広いので、幅方向に傾斜した地形や、うねった地形を走行しても、横ズレに対する抵抗が大きくなって、クローラベルト５３がプーリ７から外れてしまう脱輪を防止する効果が大きい。
【００１３】
（２）機体構造
クローラベルト５３およびサブクローラユニット８を取り外した主要構成を図２に示す。
機体２の前後には、中央に設けられたセンターフレーム４１と両側部に設けられたサイドフレーム４２の間に回転可能にプーリ７が取り付けられ、機体２の側面には外方に開放されているサイド収納部３を設けている。機体２は、４周の側面板２４、前後面板２５，２６と底面板２３、上面側は開閉可能かつ密封可能な上面板２２によって、内側の中央収納部２１が形成される。中央収納部２１には、走行用移動体１の制御機器や調査用のセンサー機器などが収納される。中央収納部２１は、閉鎖空間であり、前後にプーリ７が配置され、更に側面を除く周面がクローラベルト５３によって覆われているので、外部からの衝撃から保護される構成である。中央収納部は、上面板を開閉して、電子機器などを配置するが、密閉性を確保するために、上面板と中央収納部２１は、側面板２４、前面板２５、後面板２６の端部に図２（ｅ）（ｆ）に示すような凹凸を設けて密着性を高めている。
前後に設けたセンターフレーム４１にはセンターツールバーを設ける。センターツールバーはセンサーなどの機器を装着する基台となる。センターツールバーの例は、図２（ｃ）（ｇ）に示される。図２（ｃ）の例は、前後に装着部２７ａ、２７ａを設けた棒状体のセンターツールバー２７である。図２（ｇ）の例は、センターフレームに取り付ける装着脚部２９ａ、２９ｂを設け、その上にバー２８を掛け渡す構造である。脚部を設けることにより、上面板２２の開閉を自由に行うことができる。
機体２の内部は、さらに壁を設けて区分することもできる。壁による区分によって、強度の向上、あるいは、収納機器の防御性をコントロールできる。
前後のプーリ７は、機体２前面板２５あるいは後面板２６に設けたセンターフレーム４１と機体の側部から延出してサイドフレーム４２の間に設けた軸７３に、後述するホイール７４を介して装着される。
機体２の側面には、外面に開放可能なサイド収納部３を形成して、電池などの収納部とする。サイド収納部３は、側部上面板３３、側部底面板３４、側部前面板３５、側部後面板３６によって形成されている。側部上面板３３は、メッシュや複数の孔、あるいは放熱フィン等を設けたサイド上面パネル３１を設けて、放熱量を確保することが好ましい。移動体の作業環境条件により、側部外面に保護板やガード等を設けて内部を保護したり、側面カバー板を設けてサイド収納部３を閉鎖空間とし密閉性を高めてもよい。
本発明では、密閉された中央収納部に配置された電子機器の高温化対策を施している。中央収納部２１には、制御やセンサーなどの電子機器が収納されており、水や汚染物質が侵入しないように密閉構造となっている。本願発明では、中央収納部を形成する筐体に放熱フィンなどの放熱機構を設ける。上面板２２、底面板２３、側面板２４、前面板２５、後面板２６の各構成板に図２（ｄ）に示す凹凸フィンを設けることができる。中央収納部の上下を移動するクローラベルトおよび前後で回転するプーリの動きによって、放射された熱は滞留すること無く排出されるので、密閉された中央収納部の高温化を効率的に抑制できる。さらに、サイド収納部の上面も放熱機能を持たせることにより、より放熱を向上させることができる。
【００１４】
（３）センターフレーム
センターフレーム４１は図１、図２に示されるように機体２の前面板２５および後面板２６の幅方向中央部に配置され、プーリ７の支持部材として形成されるとともに、その上面が任意の機材を直接あるいは間接的に固定可能な取付基部として形成されている。該取付基部は、平坦面からなり複数の固定用ボルト穴を有しており、その左右にクローラベルト５３が配置されているので、障害物に直接接触し難い。また、センターフレーム４１の上面の取付基部は、クローラベルト５３の表面と同程度の高さ、あるいは高低いずれも設定することができる。また、一部を低く、その他をやや高く設定することも可能である。低くした場合には、クローラベルト５３による保護機能が高まる。
【００１５】
（４）走行用クローラ
本発明に用いられるクローラ式走行装置の基本構造は、機体２の前後に設けたプーリ７、７にクローラベルト５３、５３を掛け回して、駆動プーリ７１を駆動することにより、クローラベルト５３、５３を回動させて走行する構造である。クローラベルト５３、５３は機体の左右に設ける。
図３に示すように、機体下部にクローラベルト５３を受ける機構として、摺接部材６を設ける。摺接部材６は、クローラベルト５３が直接滑り接触する摺接板６１と、転がり接触する摺接ローラ６２から構成されている。
摺接板６１を抵抗が小さく強度の高い炭素繊維強化材料で形成することで、凹凸な接地面から受ける不規則な接地抵抗が発生してもクローラベルト５３との摩擦力の変動が小さく、走破性が向上する。また、摺接板６１は可動部がなく、従来の中間プーリを設けたものに比べて、故障の原因が少なくなるので好ましい。また、低重心にすることができ、車体を安定させる上でも有利である。車体機枠となる機体２はアルミ合金やカーボンファイバー強化プラスチックなど軽量素材を用いる。走行スピードは人間の歩行程度である。
また、摺接部材６を、クローラベルト５３の摺動方向の中央でクローラベルト５３側に凸となるように形成することで、左右のクローラベルト５３を異なる速度、あるいは、異なる回転方向で駆動して、無人走行用移動体１の旋回やその場での回転動作を行う際の走行抵抗が減少し、運動性が向上する。
さらに、幅方向の両側部に、複数のローラを前後方向に中央が凸となるように配した摺接ローラ６２を設けることで、クローラベルト５３との摩擦係数を小さくすることができ運動性がさらに向上する。
【００１６】
クローラベルト５３は、ゴム製あるいは金属製が用いられるが、ゴム製ベルトが好ましい。ゴム製ベルトはプーリ７へのダメージを小さくできるので適している。また、機体２の下面に設けられた摺接部材６に対する摺擦摩耗を抑えることができる。クローラベルト５３の幅は広い方が適している。凸凹が激しい被災地では、クローラベルト５３の部分的な接地によって機体２を支持できるようにするために幅広が適している。また、接地圧を小さくすることができ、鋭利なコンクリート破片などに接触して、アルミ合金製機体が損傷しないような機体保護機能も果たす。
また、幅の広さはクローラベルト５３の脱輪防止にも有効であるとともに、図４に示すように、クローラベルト５３の外周側には走行時のスリップを防止するための走行面凸条５５が設けられ、内周側にはプーリ７とのスリップを防止するための内周面凸条５６が設けられている。そして、クローラベルト５３の内周に、摺接ローラ６２が接する幅で内周面凸状５６を一部省略して構成する溝部５４を設けることで、摺接ローラ６２がクローラベルト５３の幅方向のガイドとしても機能し、より有効である。
さらに、クローラベルト５３の溝部５４、は摺接ローラ６２の前後において溝部５４に嵌合する幅の帯状部５７を備えて摺接させることで、摺接面積を大きくして接地圧を小さくすることができるとともに、クローラベルト５３のガイド機能がより強化される。
以上述べた左右に設けられる走行用クローラ５１、５２の他に、段差乗り越え用にサブクローラユニット８を設ける。このサブクローラユニット８に対して前記の車体機枠の前後に設けられたプーリ７に掛け回された走行用クローラ５を主クローラユニットと称する場合がある。
【００１７】
（５）走行用クローラ用プーリ
クローラベルト５３を巻き掛けるプーリ７は、センターフレーム４１とサイドフレーム４２間に回転可能に装着される。本発明ではホイール７４を介在させて、このホイール７４にプーリ７を装着することが好ましい。
プーリ７は、金属製、ゴム製、これらを組み合わせた小巾プーリを用いることができる。軸着されるプーリ７は、１〜複数個である。複数個用いる場合は、金属製プーリを混用することができる。
本実施例では、図２、図３に示すように、プーリ７は、３つの小巾プーリ７７ａ、７７ｂ、７７ｃによって、構成されている。それぞれのプーリ７７ａ、７７ｂ、７７ｃはホイール７４に装着されている。小巾プーリ７７ａ、７７ｂはゴム製プーリである。ゴム製プーリの表面には、多数の溝が形成されている。
センターフレーム４１側に配置されたプーリ７７ｃは金属製のプーリであり、センターフレーム４１側にクローラベルト５３をガイドするためのフランジが形成されている。金属製プーリ７７ｃは、前後のプーリの間隔を一定に保ちクローラベルト５３に適度の緊張が維持でき、クローラベルト５３に駆動力を確実に伝達する機能を主に分担する。ゴム製プーリ７７ａ、７７ｂは、表面に多数の溝が形成されており、クローラベルト５３の内面との係合及び緩衝性能の向上や、クローラベルト５３とプーリ７の間に噛み込まれた砂泥の排出の機能を果たしている。小巾にすることにより、噛み込まれた砂泥の排出をスムーズに行うことができる。また、軽量化にも寄与する。
ゴム製プーリ７７ａ、７７ｂは、金属製ホイール７４にゴム体を外挿して形成することが好ましい。金属製ホイール７４でゴムを支持することができるので、ゴム体を安定させることが容易となる。また、支持軸７３に装着する金属製ホイール７４を太くすることによって、電動モータ９を内装するスペースを確保できる。
ゴム製プーリ７７ａ、７７ｂの表面には、異物除去用の溝の外、クローラベルト５３の係合およびすべり防止のための凹凸を形成することができる。ゴム製プーリ７７ａ、７７ｂはコンクリート塊などに衝突した場合の衝撃緩和機能も果たす。段差の昇降や滑落などの衝撃などによって、機体２や電動モータ９などの機器、あるいは搭載される様々な計測機器、制御機器等が損傷することを抑制することができる。
【００１８】
図５、図６に示すように、駆動側のホイール７４の内部にはモータ保持ケース９３に収納された電動モータ９を内装し、いわゆるホイールインモータの構造が採用される。モータ保持ケース９３は、センターフレーム４１の左右に固定され、それぞれホイール７４に内挿されて電動モータ９によりホイール７４を駆動する。モータ保持ケース９３の外周部には放熱フィン９４が設けられ、電動モータ９の発熱を放熱する。
電動モータ９の出力軸９１には衝撃吸収部材７６を介して支持軸７３が取り付けられてカップリング９２を構成し、該支持軸７３の外周に設けられた軸取付部７５でホイール７４を嵌合支持するとともに、軸取付部７５の内周がモータ保持ケース９３の外周部にサイド軸受７８を介して回転可能に支持されている。
ホイール７４のセンターフレーム４１側の端部は金属製プーリ７７ｃに固定され、該金属製プーリ７７ｃの内周部がモータ保持ケース９３の外周部に設けられたセンター側軸受７９により回転可能に支持されている。
なお、電動モータ９の出力軸９１が延長されて支持軸７３を兼ねるものであっても良い。
従動側のホイール７４は、図７に示すように、サイドフレーム４２側は、サイドフレーム４２にサイドフレーム軸受７８ｂを介して回転可能に支持された支持軸７３に、軸取付部材７５を介して固定されるとともに、センターフレーム４１側は金属製プーリ７７ｃに固定されている。金属製プーリ７７ｃは、センターフレーム４１に固定されたセンター側支持軸７９ｂにセンター側軸受７９を介して回転可能に支持される。
駆動は一般に後方プーリが分担するが、前方プーリにも駆動機構を持たせて、駆動出力を大きくすること、あるいは前進後退によって使い分けることも可能である。
【００１９】
衝撃吸収部材７６の構造を、図８に示す。衝撃吸収部材７６は支持軸７３に固定される（支持軸７３自体であっても良い）外周部材７６ａと電動モータ９の出力軸９１が内挿される内周部材７６ｃと、緩衝部材７６ｂとからなる。内周部材７６ｃの外周および外周部材７６ａの内周は、ともに矩形で、外周部材７６ａの内周の矩形の１辺の長さが内周部材７６ｃの外周の矩形の対角線の長さより短くなるように形成されている。そして、内周が内周部材７６ｃの外周に密に嵌合する矩形で、外周が外周部材７６ａの内周に密に嵌合する矩形に形成された矩形リング状の緩衝部材７６ｂを介在させて、外周部材７６ａと内周部材７６ｃが嵌合されている。
このことで、電動モータ９の出力軸９１が内挿される内周部材７６ｃに伝わる衝撃を吸収することができるとともに、路面状況が悪くクローラベルト５３の駆動力に大きな変動が発生した場合でもその回転方向の衝撃を吸収することができ、スリップや電動モータ９の加熱等を抑制することができる。
【００２０】
（６）サブクローラユニット
サブクローラユニット８は、図１、図９（ａ）乃至（ｅ）に示すように、揺動軸側に配置される基端プーリ８２と、揺動端側に配置される先端プーリ８１と、両プーリ８１、８２を回転可能に支持する揺動腕８６と、両プーリ８１、８２に掛け回されるサブクローラベルト８３とを有しており、走行車体本体の側方に腕状に設けられる。左右前後の位置に１〜４つ設けることが可能である。サブクローラユニット８は、目的とする使用場所の起伏や段差に応じて着脱自在とする。
基端プーリ８２は、図６，図７、図９に示すように、走行用クローラ５の支持軸７３に取り付けられて回転するため、走行用クローラ５のプーリ７と同一の外径を有する。また、先端プーリ８１の径は、基端プーリ８２の径より大きく設定することによって段差等の走破性が向上する。先端側プーリの径を大きくすることにより、階段状の段差面ののぼりの際に掛かりを良くすることができる。また、下り方向についても、大きな径のプーリは着地を早くすることができ、落下ショックを小さくすることができる。先端側プーリに錘を追加するなどして重量を増加することにより、さらに階段などの斜面に対して摩擦力を高めて、斜面操行性能を高めることができる。緩傾斜地では、先端プーリ８１と基端プーリ８２は同径とすることができることは言うまでもない。
サブクローラユニット８は、走行用クローラ５の支持軸７３を中心として揺動腕８６が揺動可能に構成されており、段差の高さに応じて、揺動可能とする。揺動範囲は、３６０°回転可能として、車体本体側部に沿わせて、車体から前後に飛び出さない待機姿勢や、下方に傾斜させて接地した４つのサブクローラユニット８を使用して走行をすることも可能である。また、４つの揺動腕８６は、前後転方向に回転自由であって、軟弱地面や急傾斜面では、クロール泳ぎのようにして走行することが可能である。また、凹地から脱出するときにも、ランダムに回動・揺動することにより、手がかりを探る手段として有効である。
図１には左側の前後に配置された、サブクローラ８ａ、８ｂを示している。右側にも同様に配置されている。図１、図３、図６、図７に示すように、サイドフレーム４２に設けられた揺動駆動プーリ８４と走行用クローラ５の支持軸７３に揺動プーリ軸受８９を介して回転可能に支持された揺動プーリ８７間に揺動駆動ベルト８５が掛け回され、揺動プーリ８７に揺動腕８６が固定されることによって、サブクローラ８が揺動駆動されるように構成されている。揺動駆動プーリ８４は、サイドフレーム４２に設けられた揺動モータ（図示せず）によって駆動される。
したがって、本例では、メインの駆動用に２つの電動モータ９と、サブクローラ揺動用に４つの揺動モータの６個のモータが少なくとも駆動源として配置されている。
先端プーリ８１の内周部には、姿勢安定用重錘８１ｂが設けられており、サブクローラユニット８を前後方向に伸ばすことで、全体の重心を下げることが可能となり、不整地走行や段差昇降移動の際の安定性が向上する。また、機体２の重量を増加させることなく重心を下げることができるため、機体２下面とクローラベルト５３との摺動抵抗の増加を抑制することができる。姿勢安定用重錘８１ｂは先端プーリ８１と一体に構成されていても良い。
また、図９に示すように、内側カバー８６ｂおよび外側カバー８６ｃを設けることで、基端プーリ８２および先端プーリ８１とサブクローラベルト８３の間に異物等が噛み込むことが防止される。さらに、内側カバー８６ｂと外側カバー８６ｃの間にサブクローラベルト８３の内周面に摺接するベルトガイド８３ｂを設けることで、サブクローラベルト８３のたるみが防止され、走破性が向上する。
なお、基端プーリ８２と走行用クローラ５の支持軸７３の接続部を、前述した支持軸７３と電動モータ９の出力軸９１の構造と同様にして衝撃吸収部材７６を介して取り付けても良い。
【００２１】
（７）駆動源について
本発明の駆動源は、全て電動モータにより駆動するのが適している。可燃性ガスが流出している可能性があったり、酸欠の可能性がある状態の空間では内燃機関を使用することはできない。モータは、ホイールインモータの構造を採用することができる。水溜まりも想定されるので、ホイールインモータ構造は水密状態でも駆動できるので適している。
また、調査対象として音やガスの種類や濃度が用いられる場合は、内燃機関等が発生する騒音と排気ガスは測定の弊害となるので、不適切である。
駆動用のモータは、前述のように主クローラユニットの駆動用とサブクローラ用のものが配置され、６個以上設けられる。
【００２２】
（８）操縦性能
本発明のクローラ式走行装置は、被災地の探査や調査用の無人走行を想定している。操縦は、無人で遠隔操縦する。不安定な地上面走行は、一部分でもクローラが接地した状態で駆動させて、姿勢を変化させて操作・操縦して、脱出と移動を行いつつ、探査や調査を行う。
移動スピードは、人間の歩行スピードである０．５〜１．７ｍ／秒程度に設計する。遠隔操縦によって、人間が目視しあるいはディスプレイを見て、操縦することが多くなる被災現場では、人間の歩行速度である１．２ｍ／秒以内（時速４Ｋｍ程度）で十分である。
本発明のクローラ式走行装置は、土木・建設機械などと比べて低速で使用されることを想定しているので、ゴム製プーリが衝突などの押圧を受けて、変形しても、十分な駆動推進力を得ることができる。また、低速に加えて幅広のクローラベルトを採用することにより、脱輪などの障害を回避することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明の無人走行用移動体は、震災、洪水、地滑り、火山などの被災地や倒壊した建物内部などの調査や探査用の走行用移動体として利用できる。低重心で、クローラベルトで全体が覆われているので、障害に強く、瓦礫や段差の多い地形において、移動性に優れている。また、センサーなどの機能をセンターに集中し、外面に飛び出さないように、安定して取り付けることが可能である。
【符号の説明】
【００２４】
１・・・走行用移動体
２・・・機体
２１・・・中央収納部
２２・・・上面板
２３・・・底面板
２４・・・側面板
２５・・・前面板
２６・・・後面板
２７・・・センターツールバー
２７ａ・・・装着部
２８・・・バー
２９ａ、２９ｂ・・・装着用脚部
３・・・サイド収納部
３１・・・サイド上面パネル
３２・・・サイド空間
３３・・・側部上面板
３４・・・側部底面板
３５・・・側部前面板
３６・・・側部後面板
４１・・・センターフレーム
４２・・・サイドフレーム
４３ａ・・・下面前方摺擦部材
４３ｂ・・・下面後方摺擦部材
４４・・・下面中央摺擦部材
４５・・・機材取付ベース部材
４６・・・機材載置部
５・・・走行用クローラ
５１・・・走行用クローラＬ
５２・・・走行用クローラＲ
５３・・・クローラベルト
５４・・・溝部
５５・・・走行面凸条
５６・・・内周面凸条
５７・・・帯状部
６・・・摺接部材
６１・・・摺接板
６２・・・摺接ローラ
６３・・・帯状部
７・・・プーリ
７１・・・駆動プーリ
７２・・・従動プーリ
７３・・・支持軸
７４・・・ホイール
７５・・・軸取付部
７６・・・衝撃吸収部材
７６ａ・・・外周部材
７６ｂ・・・緩衝部材
７６ｃ・・・内周部材
７７・・・小巾プーリ
７７ａ・・・小巾ゴム製プーリ
７７ｂ・・・小巾ゴム製プーリ
７７ｃ・・・小巾金属製プーリ
７８・・・サイド側軸受
７８ｂ・・・サイドフレーム軸受
７９・・・センター側軸受
７９ｂ・・・センター側支持軸
８・・・サブクローラユニット
８ａ・・・サブクローラＬｆ
８ｂ・・・サブクローラＬｂ
８１・・・先端プーリ
８１ｂ・・・重錘
８２・・・基端プーリ
８２ｂ・・・基端プーリ軸受
８３・・・サブクローラベルト
８３ｂ・・・ベルトガイド
８４・・・揺動駆動プーリ
８５・・・揺動駆動ベルト
８６・・・揺動腕
８６ｂ・・・内側カバー
８６ｃ・・・外側カバー
８７・・・揺動プーリ
８７ｂ・・・揺動プーリ軸
８９・・・揺動プーリ軸受
９・・・電動モータ
９１・・・出力軸
９２・・・カップリング
９３・・・モータ保持ケース
９４・・・放熱フィン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、災害地などの障害物の多い不整地を走行することに適したクローラ式走行用移動体に関する。特に、震災などの災害地、倒壊したビルや土砂崩壊地において、調査や探索活動を行う無人走行用移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
被災直後の不安定で予測不能な状態の被災地の調査や探索を行う装置として、クローラ式走行装置が着目されている。クローラ式走行装置は、土木や建築用作業機械に用いられている。砂泥地や凸凹の多い土地の走行に伴い砂泥詰まり対策や走破性を改善した装置の開発が進められている。
【０００３】
例えば、特許文献１（特開平１１−３０１５３４号公報）には、クローラを左右に配置し、クローラ走行装置の上部に本体部分を搭載し、傾斜地センサーを備えた傾斜地走行安定化装置（特許文献１の図１等参照）が開示されている。
特許文献２には、（特開２００８−１４３３５４号公報）には、本体部分をクローラ走行装置の上部に搭載し、前後に延出された段差越え用の揺動できるフリッパーを設けたクローラ式走行車が開示（特許文献２の図１等参照）されている。
【０００４】
特許文献３（特開２００７−２３７９９１号公報）には、従動クローラと三角フレームを備えたクローラを屈曲自由に連結し、三角形のクローラによって障害物を乗り越えることができる装置が開示されている。
特許文献４（特開２００４−７４９８０号公報）には、本体の下方であって前後に設けられた揺動可能なクローラを用いて段差のある起伏を走行できるクローラ式走行装置が開示されている。
特許文献５（特開２００９−２４１２４６号公報）には、主推進力発生部、可動腕部、測距装置を有するクローラ型走行装置であって、測距装置を用いることで、地形に応じて可動腕を動かし、なお且つ転倒安定性を考慮に入れながら、移動体が半自律的に移動することにより、操縦者は移動体の移動方向を指示するのみで、移動体がその方向の不整地に応じた不整地移動機構の安全な動作を自律的に生成することができるクローラ型走行装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３０１５３４号公報
【特許文献２】特開２００８−１４３３５４号公報
【特許文献３】特開２００７−２３７９９１号公報
【特許文献４】特開２００４−０７４９８０号公報
【特許文献５】特開２００９−２４１２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者は、不安定で予測困難な被災地の走行に適したクローラ式走行装置の研究開発を継続して行っている。被災地の探索や調査においては、瓦礫や砂泥などによる障害や起伏の多い状態の表面であることに加え、放射能汚染、火災や都市ガスや火山性ガスなどの危険性があるので無人走行が求められる。このような被災地の環境下では、走行装置の故障や本体機器が損傷したときに、人が接近して修理することが困難であるので、故障や停止することなく走行できることが重要である。本発明は、被災地の調査に適した無人走行用の移動体を開発することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、走行用移動体の制御機器やセンサーの機器類を収納した部分をクローラベルトで覆い、機器類への衝撃損傷を回避して、安全な走行用移動体構成としたことに基づく発明である。
【０００８】
本発明は、次の構成を要旨とするものである。
１．機体（Ａ）と該機体を覆う走行用クローラから構成される無人走行用の移動体であって、
機体は、内部に移動体制御用の中央収納部を有し、
機体上面は、上面板により中央収納部が気密に密閉されるように構成され、
機体前後には、センターフレームを備えており、
機体の前後にはプーリが設けられており、
走行用クローラは、機体の前後に設けた前記プーリ間にクローラベルトが掛け回され、モータを駆動源とし、
クローラベルトは、２枚がセンターフレームの左右に配置され、センターフレームの幅を除き機体の全幅を覆う幅であることを特徴とする無人走行用移動体。
２．中央収納部を形成する筐体の表面には放熱機能を設けたことを特徴とする１．記載の無人走行用移動体。
３．クローラ駆動用モータは外周にプーリが設けられたホイールに内蔵されたホイールインモータであることを特徴とする２．記載の無人走行用移動体。
４．機体の左右側部には、側面板で中央収納部と隔離されたサイド収納部を有することを特徴とする２．又は３．に記載の無人走行用移動体。
５．サイド収納部に移動体駆動用電池を搭載したことを特徴とする４．に記載の無人走行用移動体。
６．サイド収納部の上部に、放熱機能を有する側部上面板を設けたことを特徴とする４．又は５．に記載の無人走行用移動体。
７．サイド収納部の左右外方に、側面カバー板を設けたことを特徴とする１．〜６．のいずれかに記載の無人走行用移動体。
８．被災地あるいは自然災害地の調査用移動体であることを特徴とする１．〜７．のいずれかに記載の無人走行用移動体。
９．調査移動速度が人間の歩行速度に設定されていることを特徴とする８．に記載の無人走行用移動体。
１０．原子力発電所施設用であることを特徴とする１．〜９．のいずれかに記載の無人走行用移動体。
【発明の効果】
【０００９】
１．本発明の無人走行用移動体は、機器類を収納した機体の上下面及び前後がクローラベルトで覆われているので、機体や収納した機器類が直接的な損傷から保護される。センターフレームが中央部に設けられているので観測や通信用等の外部に取り付ける機器類の付設に利用でき、付設される外部機器が中央部から上部に位置して瓦礫との接触が抑制される。機体内部の中央収納部に制御用等の機器類が収納され、全体として低重心であって、安定しているとともに、上面板により中央収納部が気密に密閉されるため、物理的な接触のみならず水や腐食性ガス等の液体や気体の悪影響からも保護される。クローラベルトの幅が広いので、クローラベルトの脱輪が抑制される。モータ駆動であるので、不燃ガスや可燃ガス、水溜まりのある環境であっても、走行することができる。また、モータは静かであるので、音による調査にも適している。
２．ホイールインモータを採用することにより、機体内部の中央収納部を大きく確保することができる。
３．サイド収納部が、側部がクローラベルトに覆われない位置に設けられるので、サイド収納部に収納された機器類の点検や交換を、クローラベルトを外すことなく容易に行うことが可能となる。
４．電源となる電池を機体のサイド収納部に収納したので、クローラを外すことなく充電や交換を行うことが可能となるとともに、中央収納部を電池からの熱や電源からの電磁波に対して隔離することができる。
５．サイド収納部に収納した電池等の機器類からの熱を放熱することが容易となる。
６．サイド収納部に収納した電池等の機器類に対しても、直接的な損傷から保護される
７．人が立ち入ることが困難な被災地、倒壊建造物内部や火山などの調査、観測用の無人走行用の移動体として適している。
８．本移動体は、全体として機器の損傷を抑制でき、安定に無人で被災地を走行できる移動体である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の無人走行用移動体の例を示す図。
【図２】本発明の無人走行用移動体のクローラベルト及びサブクローラユニットを外した状態を示す図。
【図３】機体の底面及び側面の説明図。
【図４】クローラベルトの説明図。
【図５】駆動側機構の概略を示す図。
【図６】駆動側機構のサブクローラを取り付けた状態の断面図。
【図７】従動側機構のサブクローラを取り付けた状態の断面図。
【図８】支持軸とホイールの取付部の説明図。
【図９】サブクローラユニットの説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、基本的には車両全体がクローラベルトに覆われた無人走行用移動体である。制御機器、駆動源や調査用機器などが装備された制御機器類等がクローラベルトで覆われていて、外部に直接露出しない構成である。
特に、市街地や山間部などで発生する地震などの大規模な被災地の屋外や損壊した建物内部など被災直後の不安定な足場と危険な環境下での探査や調査に用いられる無人操作に適した走行用移動体である。本発明は、走行用移動体全体がクローラに覆われて、制御機器等が外部に露出する部分が殆ど無く、保護されていて、低重心である。このため、制御機器類の安全性は高く、転倒し難い構造であり、転倒した場合でも、クローラは接地状態を維持して、移動可能である。
左右に設けられたクローラは、幅が広いので、クローラが脱輪する危険性は小さい。揺動可能に設けられたサブクローラユニットは、段差昇降に有効に機能するので、被災地の階段や瓦礫、段差の昇降が容易である。そして、走行用移動体が横転した場合でも、サブクローラユニットを個別に揺動制御することにより、正常姿勢に復帰することができる。
本発明の走行用移動体は、電動モータ駆動であるので静かである。このため、音を調査対象とすることができる。モータ用電源を機体の側部に設け、電源から容易に放熱でき、制御機器と分離収納しているので、収納機器を高温障害から防御している。モータ駆動は、可燃ガスや不燃ガスの影響を受けることなく活動することができる。
外部に露出する必要がある、集音マイクや、カメラのレンズ部、送受信用アンテナ等の調査機器のセンサー感知部等は中央部に設けた機器付設用のセンターフレームに取り付けることができる。感知部等はセンター部分に付設されるので、衝突などの障害リスクが小さい。
【００１２】
図面を参照して、本走行移動体の例を説明する。
（１）全体構造
図１に示すように、走行用移動体１は、機体２と機体２の前後に設けられたプーリ７にクローラベルト５３が掛け回され左右に配置された走行用クローラ５を備えている。左側のクローラＬ５１と右側のクローラＲ５２は、センターフレーム４１によって、左右に分割されている。
図３に示すように機体２の下面側にはクローラベルト５３の摺動面である摺接部材６が設けられている。一般のクローラ走行装置に用いられている中間アイドラーであるプーリは、あっても良いが本走行用移動体では用いない方が好ましい。可動部分を設けると、故障の要素となるので、少なくする。
本走行用移動体１には、前後左右の４隅にサブクローラユニット８を備えている。図示は、左側の前後に設けられているサブクローラユニット８ａ、８ｂのみを概略で表し、右側は省略している。
走行用移動体１は、従動プーリ７２側を先頭側とし、駆動プーリ７１を後ろ側として基本的には走行するが、被災地では障害物が多いので、前進、後進は自由に行える。左右の走行用クローラ５１、５２は別々に制動できる。また、４つのサブクローラユニット８は、サブクローラベルト８３が回転でき、また全体が腕状に旋回揺動可能であり、かつ、個別に制動できるように構成されている。機体２の側部はサイド空間３２が設けられており、電源となる電池などを収納する空間とする。サイドに配置することにより、放熱が容易であり、かつ、電池の保護と交換の利便性を確保する構成としている。
図１に開示された走行用移動体１は、主となる２つの走行用クローラ５１、５２と４つのサブクローラユニット８とからなる６つのクローラを個別に制御することにより、被災地の走行、昇降を行うことができる。
左右のクローラベルト５３は、センターフレーム４１の幅を除き機体２の全幅を覆い、機体２への外部からの干渉を抑制するとともに、センターフレーム４１がクローラベルト５３よりも一段低い位置に設けられることにより、センターフレーム４１に直接あるいは間接的に取り付けられたセンサー等の感知部の防御性能を向上させることができる。
また、左右のクローラベルト５３、５３は、センターフレーム４１の幅を除き機体２の全幅を覆う幅の広いベルトである。クローラベルト５３の幅が広いので、幅方向に傾斜した地形や、うねった地形を走行しても、横ズレに対する抵抗が大きくなって、クローラベルト５３がプーリ７から外れてしまう脱輪を防止する効果が大きい。
【００１３】
（２）機体構造
クローラベルト５３およびサブクローラユニット８を取り外した主要構成を図２に示す。
機体２の前後には、中央に設けられたセンターフレーム４１と両側部に設けられたサイドフレーム４２の間に回転可能にプーリ７が取り付けられ、機体２の側面には外方に開放されているサイド収納部３を設けている。機体２は、４周の側面板２４、前後面板２５，２６と底面板２３、上面側は開閉可能かつ密封可能な上面板２２によって、内側の中央収納部２１が形成される。中央収納部２１には、走行用移動体１の制御機器や調査用のセンサー機器などが収納される。中央収納部２１は、閉鎖空間であり、前後にプーリ７が配置され、更に側面を除く周面がクローラベルト５３によって覆われているので、外部からの衝撃から保護される構成である。中央収納部は、上面板を開閉して、電子機器などを配置するが、密閉性を確保するために、上面板と中央収納部２１は、側面板２４、前面板２５、後面板２６の端部に図２（ｅ）（ｆ）に示すような凹凸を設けて密着性を高めている。
前後に設けたセンターフレーム４１にはセンターツールバーを設ける。センターツールバーはセンサーなどの機器を装着する基台となる。センターツールバーの例は、図２（ｃ）（ｇ）に示される。図２（ｃ）の例は、前後に装着部２７ａ、２７ａを設けた棒状体のセンターツールバー２７である。図２（ｇ）の例は、センターフレームに取り付ける装着脚部２９ａ、２９ｂを設け、その上にバー２８を掛け渡す構造である。脚部を設けることにより、上面板２２の開閉を自由に行うことができる。
機体２の内部は、さらに壁を設けて区分することもできる。壁による区分によって、強度の向上、あるいは、収納機器の防御性をコントロールできる。
前後のプーリ７は、機体２前面板２５あるいは後面板２６に設けたセンターフレーム４１と機体の側部から延出してサイドフレーム４２の間に設けた軸７３に、後述するホイール７４を介して装着される。
機体２の側面には、外面に開放可能なサイド収納部３を形成して、電池などの収納部とする。サイド収納部３は、側部上面板３３、側部底面板３４、側部前面板３５、側部後面板３６によって形成されている。側部上面板３３は、メッシュや複数の孔、あるいは放熱フィン等を設けたサイド上面パネル３１を設けて、放熱量を確保することが好ましい。移動体の作業環境条件により、側部外面に保護板やガード等を設けて内部を保護したり、側面カバー板を設けてサイド収納部３を閉鎖空間とし密閉性を高めてもよい。
本発明では、密閉された中央収納部に配置された電子機器の高温化対策を施している。中央収納部２１には、制御やセンサーなどの電子機器が収納されており、水や汚染物質が侵入しないように密閉構造となっている。本願発明では、中央収納部を形成する筐体に放熱フィンなどの放熱機構を設ける。上面板２２、底面板２３、側面板２４、前面板２５、後面板２６の各構成板に図２（ｄ）に示す凹凸フィンを設けることができる。中央収納部の上下を移動するクローラベルトおよび前後で回転するプーリの動きによって、放射された熱は滞留すること無く排出されるので、密閉された中央収納部の高温化を効率的に抑制できる。さらに、サイド収納部の上面も放熱機能を持たせることにより、より放熱を向上させることができる。
【００１４】
（３）センターフレーム
センターフレーム４１は図１、図２に示されるように機体２の前面板２５および後面板２６の幅方向中央部に配置され、プーリ７の支持部材として形成されるとともに、その上面が任意の機材を直接あるいは間接的に固定可能な取付基部として形成されている。該取付基部は、平坦面からなり複数の固定用ボルト穴を有しており、その左右にクローラベルト５３が配置されているので、障害物に直接接触し難い。また、センターフレーム４１の上面の取付基部は、クローラベルト５３の表面と同程度の高さ、あるいは高低いずれも設定することができる。また、一部を低く、その他をやや高く設定することも可能である。低くした場合には、クローラベルト５３による保護機能が高まる。
【００１５】
（４）走行用クローラ
本発明に用いられるクローラ式走行装置の基本構造は、機体２の前後に設けたプーリ７、７にクローラベルト５３、５３を掛け回して、駆動プーリ７１を駆動することにより、クローラベルト５３、５３を回動させて走行する構造である。クローラベルト５３、５３は機体の左右に設ける。
図３に示すように、機体下部にクローラベルト５３を受ける機構として、摺接部材６を設ける。摺接部材６は、クローラベルト５３が直接滑り接触する摺接板６１と、転がり接触する摺接ローラ６２から構成されている。
摺接板６１を抵抗が小さく強度の高い炭素繊維強化材料で形成することで、凹凸な接地面から受ける不規則な接地抵抗が発生してもクローラベルト５３との摩擦力の変動が小さく、走破性が向上する。また、摺接板６１は可動部がなく、従来の中間プーリを設けたものに比べて、故障の原因が少なくなるので好ましい。また、低重心にすることができ、車体を安定させる上でも有利である。車体機枠となる機体２はアルミ合金やカーボンファイバー強化プラスチックなど軽量素材を用いる。走行スピードは人間の歩行程度である。
また、摺接部材６を、クローラベルト５３の摺動方向の中央でクローラベルト５３側に凸となるように形成することで、左右のクローラベルト５３を異なる速度、あるいは、異なる回転方向で駆動して、無人走行用移動体１の旋回やその場での回転動作を行う際の走行抵抗が減少し、運動性が向上する。
さらに、幅方向の両側部に、複数のローラを前後方向に中央が凸となるように配した摺接ローラ６２を設けることで、クローラベルト５３との摩擦係数を小さくすることができ運動性がさらに向上する。
【００１６】
クローラベルト５３は、ゴム製あるいは金属製が用いられるが、ゴム製ベルトが好ましい。ゴム製ベルトはプーリ７へのダメージを小さくできるので適している。また、機体２の下面に設けられた摺接部材６に対する摺擦摩耗を抑えることができる。クローラベルト５３の幅は広い方が適している。凸凹が激しい被災地では、クローラベルト５３の部分的な接地によって機体２を支持できるようにするために幅広が適している。また、接地圧を小さくすることができ、鋭利なコンクリート破片などに接触して、アルミ合金製機体が損傷しないような機体保護機能も果たす。
また、幅の広さはクローラベルト５３の脱輪防止にも有効であるとともに、図４に示すように、クローラベルト５３の外周側には走行時のスリップを防止するための走行面凸条５５が設けられ、内周側にはプーリ７とのスリップを防止するための内周面凸条５６が設けられている。そして、クローラベルト５３の内周に、摺接ローラ６２が接する幅で内周面凸状５６を一部省略して構成する溝部５４を設けることで、摺接ローラ６２がクローラベルト５３の幅方向のガイドとしても機能し、より有効である。
さらに、クローラベルト５３の溝部５４、は摺接ローラ６２の前後において溝部５４に嵌合する幅の帯状部５７を備えて摺接させることで、摺接面積を大きくして接地圧を小さくすることができるとともに、クローラベルト５３のガイド機能がより強化される。
以上述べた左右に設けられる走行用クローラ５１、５２の他に、段差乗り越え用にサブクローラユニット８を設ける。このサブクローラユニット８に対して前記の車体機枠の前後に設けられたプーリ７に掛け回された走行用クローラ５を主クローラユニットと称する場合がある。
【００１７】
（５）走行用クローラ用プーリ
クローラベルト５３を巻き掛けるプーリ７は、センターフレーム４１とサイドフレーム４２間に回転可能に装着される。本発明ではホイール７４を介在させて、このホイール７４にプーリ７を装着することが好ましい。
プーリ７は、金属製、ゴム製、これらを組み合わせた小巾プーリを用いることができる。軸着されるプーリ７は、１〜複数個である。複数個用いる場合は、金属製プーリを混用することができる。
本実施例では、図２、図３に示すように、プーリ７は、３つの小巾プーリ７７ａ、７７ｂ、７７ｃによって、構成されている。それぞれのプーリ７７ａ、７７ｂ、７７ｃはホイール７４に装着されている。小巾プーリ７７ａ、７７ｂはゴム製プーリである。ゴム製プーリの表面には、多数の溝が形成されている。
センターフレーム４１側に配置されたプーリ７７ｃは金属製のプーリであり、センターフレーム４１側にクローラベルト５３をガイドするためのフランジが形成されている。金属製プーリ７７ｃは、前後のプーリの間隔を一定に保ちクローラベルト５３に適度の緊張が維持でき、クローラベルト５３に駆動力を確実に伝達する機能を主に分担する。ゴム製プーリ７７ａ、７７ｂは、表面に多数の溝が形成されており、クローラベルト５３の内面との係合及び緩衝性能の向上や、クローラベルト５３とプーリ７の間に噛み込まれた砂泥の排出の機能を果たしている。小巾にすることにより、噛み込まれた砂泥の排出をスムーズに行うことができる。また、軽量化にも寄与する。
ゴム製プーリ７７ａ、７７ｂは、金属製ホイール７４にゴム体を外挿して形成することが好ましい。金属製ホイール７４でゴムを支持することができるので、ゴム体を安定させることが容易となる。また、支持軸７３に装着する金属製ホイール７４を太くすることによって、電動モータ９を内装するスペースを確保できる。
ゴム製プーリ７７ａ、７７ｂの表面には、異物除去用の溝の外、クローラベルト５３の係合およびすべり防止のための凹凸を形成することができる。ゴム製プーリ７７ａ、７７ｂはコンクリート塊などに衝突した場合の衝撃緩和機能も果たす。段差の昇降や滑落などの衝撃などによって、機体２や電動モータ９などの機器、あるいは搭載される様々な計測機器、制御機器等が損傷することを抑制することができる。
【００１８】
図５、図６に示すように、駆動側のホイール７４の内部にはモータ保持ケース９３に収納された電動モータ９を内装し、いわゆるホイールインモータの構造が採用される。モータ保持ケース９３は、センターフレーム４１の左右に固定され、それぞれホイール７４に内挿されて電動モータ９によりホイール７４を駆動する。モータ保持ケース９３の外周部には放熱フィン９４が設けられ、電動モータ９の発熱を放熱する。
電動モータ９の出力軸９１には衝撃吸収部材７６を介して支持軸７３が取り付けられてカップリング９２を構成し、該支持軸７３の外周に設けられた軸取付部７５でホイール７４を嵌合支持するとともに、軸取付部７５の内周がモータ保持ケース９３の外周部にサイド軸受７８を介して回転可能に支持されている。
ホイール７４のセンターフレーム４１側の端部は金属製プーリ７７ｃに固定され、該金属製プーリ７７ｃの内周部がモータ保持ケース９３の外周部に設けられたセンター側軸受７９により回転可能に支持されている。
なお、電動モータ９の出力軸９１が延長されて支持軸７３を兼ねるものであっても良い。
従動側のホイール７４は、図７に示すように、サイドフレーム４２側は、サイドフレーム４２にサイドフレーム軸受７８ｂを介して回転可能に支持された支持軸７３に、軸取付部材７５を介して固定されるとともに、センターフレーム４１側は金属製プーリ７７ｃに固定されている。金属製プーリ７７ｃは、センターフレーム４１に固定されたセンター側支持軸７９ｂにセンター側軸受７９を介して回転可能に支持される。
駆動は一般に後方プーリが分担するが、前方プーリにも駆動機構を持たせて、駆動出力を大きくすること、あるいは前進後退によって使い分けることも可能である。
【００１９】
衝撃吸収部材７６の構造を、図８に示す。衝撃吸収部材７６は支持軸７３に固定される（支持軸７３自体であっても良い）外周部材７６ａと電動モータ９の出力軸９１が内挿される内周部材７６ｃと、緩衝部材７６ｂとからなる。内周部材７６ｃの外周および外周部材７６ａの内周は、ともに矩形で、外周部材７６ａの内周の矩形の１辺の長さが内周部材７６ｃの外周の矩形の対角線の長さより短くなるように形成されている。そして、内周が内周部材７６ｃの外周に密に嵌合する矩形で、外周が外周部材７６ａの内周に密に嵌合する矩形に形成された矩形リング状の緩衝部材７６ｂを介在させて、外周部材７６ａと内周部材７６ｃが嵌合されている。
このことで、電動モータ９の出力軸９１が内挿される内周部材７６ｃに伝わる衝撃を吸収することができるとともに、路面状況が悪くクローラベルト５３の駆動力に大きな変動が発生した場合でもその回転方向の衝撃を吸収することができ、スリップや電動モータ９の加熱等を抑制することができる。
【００２０】
（６）サブクローラユニット
サブクローラユニット８は、図１、図９（ａ）乃至（ｅ）に示すように、揺動軸側に配置される基端プーリ８２と、揺動端側に配置される先端プーリ８１と、両プーリ８１、８２を回転可能に支持する揺動腕８６と、両プーリ８１、８２に掛け回されるサブクローラベルト８３とを有しており、走行車体本体の側方に腕状に設けられる。左右前後の位置に１〜４つ設けることが可能である。サブクローラユニット８は、目的とする使用場所の起伏や段差に応じて着脱自在とする。
基端プーリ８２は、図６，図７、図９に示すように、走行用クローラ５の支持軸７３に取り付けられて回転するため、走行用クローラ５のプーリ７と同一の外径を有する。また、先端プーリ８１の径は、基端プーリ８２の径より大きく設定することによって段差等の走破性が向上する。先端側プーリの径を大きくすることにより、階段状の段差面ののぼりの際に掛かりを良くすることができる。また、下り方向についても、大きな径のプーリは着地を早くすることができ、落下ショックを小さくすることができる。先端側プーリに錘を追加するなどして重量を増加することにより、さらに階段などの斜面に対して摩擦力を高めて、斜面操行性能を高めることができる。緩傾斜地では、先端プーリ８１と基端プーリ８２は同径とすることができることは言うまでもない。
サブクローラユニット８は、走行用クローラ５の支持軸７３を中心として揺動腕８６が揺動可能に構成されており、段差の高さに応じて、揺動可能とする。揺動範囲は、３６０°回転可能として、車体本体側部に沿わせて、車体から前後に飛び出さない待機姿勢や、下方に傾斜させて接地した４つのサブクローラユニット８を使用して走行をすることも可能である。また、４つの揺動腕８６は、前後転方向に回転自由であって、軟弱地面や急傾斜面では、クロール泳ぎのようにして走行することが可能である。また、凹地から脱出するときにも、ランダムに回動・揺動することにより、手がかりを探る手段として有効である。
図１には左側の前後に配置された、サブクローラ８ａ、８ｂを示している。右側にも同様に配置されている。図１、図３、図６、図７に示すように、サイドフレーム４２に設けられた揺動駆動プーリ８４と走行用クローラ５の支持軸７３に揺動プーリ軸受８９を介して回転可能に支持された揺動プーリ８７間に揺動駆動ベルト８５が掛け回され、揺動プーリ８７に揺動腕８６が固定されることによって、サブクローラ８が揺動駆動されるように構成されている。揺動駆動プーリ８４は、サイドフレーム４２に設けられた揺動モータ（図示せず）によって駆動される。
したがって、本例では、メインの駆動用に２つの電動モータ９と、サブクローラ揺動用に４つの揺動モータの６個のモータが少なくとも駆動源として配置されている。
先端プーリ８１の内周部には、姿勢安定用重錘８１ｂが設けられており、サブクローラユニット８を前後方向に伸ばすことで、全体の重心を下げることが可能となり、不整地走行や段差昇降移動の際の安定性が向上する。また、機体２の重量を増加させることなく重心を下げることができるため、機体２下面とクローラベルト５３との摺動抵抗の増加を抑制することができる。姿勢安定用重錘８１ｂは先端プーリ８１と一体に構成されていても良い。
また、図９に示すように、内側カバー８６ｂおよび外側カバー８６ｃを設けることで、基端プーリ８２および先端プーリ８１とサブクローラベルト８３の間に異物等が噛み込むことが防止される。さらに、内側カバー８６ｂと外側カバー８６ｃの間にサブクローラベルト８３の内周面に摺接するベルトガイド８３ｂを設けることで、サブクローラベルト８３のたるみが防止され、走破性が向上する。
なお、基端プーリ８２と走行用クローラ５の支持軸７３の接続部を、前述した支持軸７３と電動モータ９の出力軸９１の構造と同様にして衝撃吸収部材７６を介して取り付けても良い。
【００２１】
（７）駆動源について
本発明の駆動源は、全て電動モータにより駆動するのが適している。可燃性ガスが流出している可能性があったり、酸欠の可能性がある状態の空間では内燃機関を使用することはできない。モータは、ホイールインモータの構造を採用することができる。水溜まりも想定されるので、ホイールインモータ構造は水密状態でも駆動できるので適している。
また、調査対象として音やガスの種類や濃度が用いられる場合は、内燃機関等が発生する騒音と排気ガスは測定の弊害となるので、不適切である。
駆動用のモータは、前述のように主クローラユニットの駆動用とサブクローラ用のものが配置され、６個以上設けられる。
【００２２】
（８）操縦性能
本発明のクローラ式走行装置は、被災地の探査や調査用の無人走行を想定している。操縦は、無人で遠隔操縦する。不安定な地上面走行は、一部分でもクローラが接地した状態で駆動させて、姿勢を変化させて操作・操縦して、脱出と移動を行いつつ、探査や調査を行う。
移動スピードは、人間の歩行スピードである０．５〜１．７ｍ／秒程度に設計する。遠隔操縦によって、人間が目視しあるいはディスプレイを見て、操縦することが多くなる被災現場では、人間の歩行速度である１．２ｍ／秒以内（時速４Ｋｍ程度）で十分である。
本発明のクローラ式走行装置は、土木・建設機械などと比べて低速で使用されることを想定しているので、ゴム製プーリが衝突などの押圧を受けて、変形しても、十分な駆動推進力を得ることができる。また、低速に加えて幅広のクローラベルトを採用することにより、脱輪などの障害を回避することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明の無人走行用移動体は、震災、洪水、地滑り、火山などの被災地や倒壊した建物内部などの調査や探査用の走行用移動体として利用できる。低重心で、クローラベルトで全体が覆われているので、障害に強く、瓦礫や段差の多い地形において、移動性に優れている。また、センサーなどの機能をセンターに集中し、外面に飛び出さないように、安定して取り付けることが可能である。
【符号の説明】
【００２４】
１・・・走行用移動体
２・・・機体
２１・・・中央収納部
２２・・・上面板
２３・・・底面板
２４・・・側面板
２５・・・前面板
２６・・・後面板
２７・・・センターツールバー
２７ａ・・・装着部
２８・・・バー
２９ａ、２９ｂ・・・装着用脚部
３・・・サイド収納部
３１・・・サイド上面パネル
３２・・・サイド空間
３３・・・側部上面板
３４・・・側部底面板
３５・・・側部前面板
３６・・・側部後面板
４１・・・センターフレーム
４２・・・サイドフレーム
４３ａ・・・下面前方摺擦部材
４３ｂ・・・下面後方摺擦部材
４４・・・下面中央摺擦部材
４５・・・機材取付ベース部材
４６・・・機材載置部
５・・・走行用クローラ
５１・・・走行用クローラＬ
５２・・・走行用クローラＲ
５３・・・クローラベルト
５４・・・溝部
５５・・・走行面凸条
５６・・・内周面凸条
５７・・・帯状部
６・・・摺接部材
６１・・・摺接板
６２・・・摺接ローラ
６３・・・帯状部
７・・・プーリ
７１・・・駆動プーリ
７２・・・従動プーリ
７３・・・支持軸
７４・・・ホイール
７５・・・軸取付部
７６・・・衝撃吸収部材
７６ａ・・・外周部材
７６ｂ・・・緩衝部材
７６ｃ・・・内周部材
７７・・・小巾プーリ
７７ａ・・・小巾ゴム製プーリ
７７ｂ・・・小巾ゴム製プーリ
７７ｃ・・・小巾金属製プーリ
７８・・・サイド側軸受
７８ｂ・・・サイドフレーム軸受
７９・・・センター側軸受
７９ｂ・・・センター側支持軸
８・・・サブクローラユニット
８ａ・・・サブクローラＬｆ
８ｂ・・・サブクローラＬｂ
８１・・・先端プーリ
８１ｂ・・・重錘
８２・・・基端プーリ
８２ｂ・・・基端プーリ軸受
８３・・・サブクローラベルト
８３ｂ・・・ベルトガイド
８４・・・揺動駆動プーリ
８５・・・揺動駆動ベルト
８６・・・揺動腕
８６ｂ・・・内側カバー
８６ｃ・・・外側カバー
８７・・・揺動プーリ
８７ｂ・・・揺動プーリ軸
８９・・・揺動プーリ軸受
９・・・電動モータ
９１・・・出力軸
９２・・・カップリング
９３・・・モータ保持ケース
９４・・・放熱フィン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機体と該機体を覆う走行用クローラから構成される無人走行用の移動体であって、
機体は、内部に移動体制御用の中央収納部を有し、
機体上面は、上面板により中央収納部が気密に密閉されるように構成され、
機体前後には、センターフレームを備えており、
機体の前後にはプーリが設けられており、
走行用クローラは、機体の前後に設けた前記プーリ間にクローラベルトが掛け回され、モータを駆動源とし、
クローラベルトは、２枚がセンターフレームの左右に配置され、センターフレームの幅を除き機体の全幅を覆うことを特徴とする無人走行用移動体。
【請求項２】
中央収納部を形成する筐体の表面には放熱機能を設けたことを特徴とする請求項１記載の無人走行用移動体。
【請求項３】
クローラ駆動用モータは、外周にプーリが設けられたホイールに内蔵されたホイールインモータであることを特徴とする請求項１又は２に記載の無人走行用移動体。
【請求項４】
機体の左右側部には、側面板で中央収納部と隔離されたサイド収納部を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の無人走行用移動体。
【請求項５】
サイド収納部に移動体駆動用電池を搭載したことを特徴とする請求項４に記載の無人走行用移動体。
【請求項６】
サイド収納部の上部に、放熱機能を有する側部上面板を設けたことを特徴とする請求項４又は５に記載の無人走行用移動体。
【請求項７】
サイド収納部の左右外方に、側面カバー板を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の無人走行用移動体。
【請求項８】
被災地あるいは自然災害地の調査用移動体であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の無人走行用移動体。
【請求項９】
調査移動速度が人間の歩行速度に設定されていることを特徴とする請求項８に記載の無人走行用移動体。
【請求項１０】
原子力発電所施設用であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の無人走行用移動体。
【請求項１】
機体と該機体を覆う走行用クローラから構成される無人走行用の移動体であって、
機体は、内部に移動体制御用の中央収納部を有し、
機体上面は、上面板により中央収納部が気密に密閉されるように構成され、
機体前後には、センターフレームを備えており、
機体の前後にはプーリが設けられており、
走行用クローラは、機体の前後に設けた前記プーリ間にクローラベルトが掛け回され、モータを駆動源とし、
クローラベルトは、２枚がセンターフレームの左右に配置され、センターフレームの幅を除き機体の全幅を覆うことを特徴とする無人走行用移動体。
【請求項２】
中央収納部を形成する筐体の表面には放熱機能を設けたことを特徴とする請求項１記載の無人走行用移動体。
【請求項３】
クローラ駆動用モータは、外周にプーリが設けられたホイールに内蔵されたホイールインモータであることを特徴とする請求項１又は２に記載の無人走行用移動体。
【請求項４】
機体の左右側部には、側面板で中央収納部と隔離されたサイド収納部を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の無人走行用移動体。
【請求項５】
サイド収納部に移動体駆動用電池を搭載したことを特徴とする請求項４に記載の無人走行用移動体。
【請求項６】
サイド収納部の上部に、放熱機能を有する側部上面板を設けたことを特徴とする請求項４又は５に記載の無人走行用移動体。
【請求項７】
サイド収納部の左右外方に、側面カバー板を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の無人走行用移動体。
【請求項８】
被災地あるいは自然災害地の調査用移動体であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の無人走行用移動体。
【請求項９】
調査移動速度が人間の歩行速度に設定されていることを特徴とする請求項８に記載の無人走行用移動体。
【請求項１０】
原子力発電所施設用であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の無人走行用移動体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１１２０２１（Ｐ２０１３−１１２０２１Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５７３１５（Ｐ２０１１−２５７３１５）
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（５９８１６３０６４）学校法人千葉工業大学 (101)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（５９８１６３０６４）学校法人千葉工業大学 (101)
【Ｆターム（参考）】
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