自走台車
【課題】低出力のアクチュエータであっても相対的に大きな段差を乗り越えることができるようにした、自走台車を提供する。
【解決手段】自走台車本体と、自走台車本体に設けられ回転動力を発生するアクチュエータと、アクチュエータと動力伝達可能に設けられるとともに自走台車本体を支持する主駆動輪と、主駆動輪と互いの軸方向が平行となるとともに、主駆動輪よりも接地部が上方に位置するように配設された補助駆動輪と、主駆動輪と補助駆動輪とを動力伝達可能に連結する伝達機構と、をそなえて構成する。
【解決手段】自走台車本体と、自走台車本体に設けられ回転動力を発生するアクチュエータと、アクチュエータと動力伝達可能に設けられるとともに自走台車本体を支持する主駆動輪と、主駆動輪と互いの軸方向が平行となるとともに、主駆動輪よりも接地部が上方に位置するように配設された補助駆動輪と、主駆動輪と補助駆動輪とを動力伝達可能に連結する伝達機構と、をそなえて構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低出力のアクチュエータが駆動力源であっても大きな段差を乗り越えることが可能な自走台車に関する。
【背景技術】
【０００２】
車輪によって移動する移動ロボット等では、走行路に存在する段差等を乗り越える技術が求められている。
従来の段差乗り越え車輪装置は、車輪に動力を伝達せずに手押し車のように外部から押される力を利用して段差を乗り越える従動車輪装置として、平面な床面を移動するために用いられる移動用車輪とは別に車体の前進方向に床面から離隔するように回転案内輪と滑輪、可撓性履帯による傾斜環状履帯案内部を車輪支持ホルダー部の内外に分離近接状に配置し、車輪の前進時に仰角浮状とした回転履帯部を段差に接地させ、外部からの前進力によって段差を乗り越える従動車輪装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、動力を伝達して段差を乗り越える車輪駆動装置として、車体フレームと、車体フレームに回転自在に設けた駆動輪アームと、同アームの先端に回転自在に設けた車輪と、前記車輪の車輪軸に設けた車輪軸歯車と、この車輪軸歯車にかみ合い前記駆動アームに軸支されている遊星歯車と、前記遊星歯車にかみ合い、かつ、前記駆動アームとは独立して駆動輪アームと同心軸で回転可能とに配置した太陽歯車と、太陽歯車にかみ合う駆動車輪とを備え、前記駆動歯車を回転させ、太陽歯車、遊星歯車、車輪歯車を介して車輪を回転させて走行するとともに、段差によって車輪の回転が妨げられると自律的に駆動輪アームの回転に切り替えて段差を乗り越えることができるようにしたものもある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１９６２８号公報（第４頁、図１）
【特許文献２】特開２００２−２６４８５６号公報（第６頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のものは何れの車輪にも駆動力を発生するアクチュエータを有していない。また、移動用車輪と回転案内輪または滑輪がそれぞれ伝達機構によって連結されておらず、それぞれが独立に回転自在になっているため特許文献１で示す車輪装置以外の外部動力源から進行方向へ加えられる外力の作用がなければ段差を乗り越えられない。さらに段差を乗り越えるための機構が進行方向前方に設けられているだけなので段差を降りる場合に搭載している機材や人に衝撃を与える等の課題があった。
【０００６】
また、特許文献２の技術では、段差乗り越え時に車軸を中心に駆動アームが回転し、駆動アームに大きなモーメントが加わるため、進行するためにはこのモーメントよりも大きいトルクを車軸回りに発生させる必要がある。
このため、特許文献２の技術では段差を乗り越えるために十分な駆動力を発生するために主駆動モータにトルクを発生し得る高出力モータをしなければならず、小型・軽量化が難しいことや、段差以外の平面を移動する場合にも過度のエネルギを消費するといった課題もあった。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、低出力のアクチュエータであっても相対的に大きな段差を乗り越えることができるようにした、自走台車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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、自走台車本体と、前記自走台車本体に設けられ回転動力を発生するアクチュエータと、前記アクチュエータと動力伝達可能に設けられるとともに前記自走台車本体を支持する主駆動輪と、前記主駆動輪と互いの軸方向が平行となるとともに、前記主駆動輪よりも接地部が上方に位置するように配設された補助駆動輪と、前記主駆動輪と前記補助駆動輪とを動力伝達可能に連結する伝達機構と、を有していることを特徴としている。
【０００９】
前記補助駆動輪は前記主駆動輪よりも直径が小さく設定されていることが好ましい（請求項２）。
また、前記補助駆動輪は、前記主駆動輪に隣接する第１の補助駆動輪と、前記第１の補助駆動輪に隣接する第２の補助駆動輪と、前記第２の補助駆動輪に隣接する第３の補助駆動輪と、を有していることが好ましい（請求項３）。
また、前記第２の補助駆動輪は前記第１の補助駆動輪よりも接地部が上方に位置するように配設され、前記第３の補助駆動輪は前記第２の補助駆動輪よりも接地部が上方に位置するように配設されていることが好ましい（請求項４）。
また、前記主駆動輪は、前記アクチュエータの出力軸の先端に取り付けられ前記補助駆動輪の軸部は前記自走台車本体に枢支され、前記伝達機構は、前記アクチュエータの出力軸と前記補助駆動輪の軸部とを動力伝達可能なベルト部材を有していることが好ましい（請求項５）。
【００１０】
また、前記アクチュエータの出力軸に設けられたプーリーと、前記第１の補助駆動輪の軸部に設けられたプーリーと、前記第３の補助駆動輪の軸部に設けられたプーリーと、前記自走台車本体に枢支された第１歯車と、前記歯車の軸部に設けられたプーリーと、前記第２の補助駆動輪の軸部に設けられ、前記第１歯車と噛合う第２歯車と、前記第１の補助駆動輪と前記第３の補助駆動輪との軸部に設けられたプーリーと、を有し、前記伝達機構の前記ベルトは上記の各プーリーに巻回されていることが好ましい（請求項６）。
また、前記伝達機構の前記ベルトが両面歯付加工され、上記の各プーリーは前記ベルトの前記歯付加工部に噛合うように形成されていることが好ましい（請求項７）。
【００１１】
また、前記第２の補助駆動輪は軸方向に対向する一対の車輪を有し、前記一対の車輪の間隙部に前記第１の補助駆動輪及び前記第３の補助駆動輪の辺部が位置するように配設されていることが好ましい（請求項８）。
また、前記補助駆動輪及び前記伝達機構は、前記主駆動輪の前方向側及び後方側にそれぞれ設けられていることが好ましい（請求項９）。
また、前記伝達機構は、前記主駆動輪の前方向側及び後方側それぞれの前記補助駆動輪に対して共通の前記ベルトを有していることが好ましい（請求項１０）。
また、前記補助駆動輪は前記主駆動輪よりも表面が柔軟性の高い素材によって形成されていることが好ましい（請求項１１）。
また、前記補助駆動輪は前記主駆動輪よりも重量密度が小さい素材によって形成されていることが好ましい（請求項１２）。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかる自走台車によれば、アクチュエータの回転動力を主駆動輪と複数の補助駆動輪に伝達機構を介して伝達することができるので、アクチュエータが回転すると駆動輪と補助駆動輪も回転することができる（請求項１）。
また、補助駆動輪の直径を駆動輪の直径よりも小さく設定しているので、アクチュエータの回転動力が駆動輪の円周接線方向に作用する力よりも補助駆動輪の円周接線方向に作用する力の方が大きくなり、補助駆動輪に段差が接触した場合、段差に対して大きな力を作用することができる。
【００１３】
さらに、平坦面を通常走行する際にも接地しない補助駆動輪の回転慣性力が低減されるので補助駆動輪による余分なエネルギー消費を抑制することができる。（請求項２）。
また、補助駆動輪を駆動輪の中心から遠ざかるにつれて床面から離隔するように配置しているので、段差が補助駆動輪に差し掛かると、段差と補助駆動輪が常に接触状態を保ち、アクチュエータの駆動力を確実に段差との接触部に作用することができる（請求項３，４）。
また、両面歯付ベルトとプーリーと歯車を組合わせることで、各補助駆動輪の回転方向を駆動輪の回転方向と一致させることができ、段差乗り越え時も同方向へ連続的に移動することができる（請求項５〜８）。
【００１４】
また、主駆動輪の前後にそれぞれ補助駆動輪を設けることにより段差の乗り上げ時のみならず段差を下る際の自走台車にかかる衝撃を著しく低減することができる（請求項９，１０）。
また、段差昇降用の補助駆動輪を柔軟な材質で覆うことで段差との接触部が変形しやすくなるため、大きな摩擦力が得られ、滑りを防止することができるとともに、段差との接触時に衝撃を緩和する効果も得ることができる（請求項１１）。
さらに、補助駆動輪の重量密度が主駆動輪よりも小さい（即ち、軽い）ので、補助駆動輪の回転慣性力が低減されるので補助駆動輪による余分なエネルギー消費を抑制することができる（請求項１２）。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施例の駆動機構を示す車輪駆動装置の側面図
【図２】本発明の第１実施例の駆動機構を示す車輪駆動装置の上面図
【図３】本発明の第１実施例の自走台車の構成を示す模式的な図
【図４】（Ａ）〜（Ｈ）のいずれも本発明の第１実施例の車輪駆動装置の段差乗り越え動作図
【図５】本発明の第２実施例の駆動機構を示す車輪駆動装置の側面図
【図６】本発明の第２実施例の駆動機構を示す車輪駆動装置の上面図
【図７】本発明の第２実施例の自走台車の構成を示す模式的な図
【図８】（Ａ）〜（Ｅ）のいずれも本発明の第２実施例の車輪駆動装置の段差乗り上がり動作図
【図９】（Ａ）〜（Ｄ）のいずれも本発明の第２実施例の車輪駆動装置の段差降り動作図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は本発明の第１の実施例による車輪駆動装置の側面図、図２は上面図である。
以下、図１および図２を用いて各部を説明する。
図において、１０１は回転動力を発生するアクチュエータであり、モータと減速機で構成され自走台車本体１５０（図３参照）に搭載されている。アクチュエータ１０１と駆動シャフト（アクチュエータの出力軸）１０２は、図示しないカップリングまたはフランジで動力伝達可能に固定されている。
【００１８】
更に、駆動シャフト（出力軸）１０２の先端には駆動輪（主駆動輪）１０３が取り付けられており、また、プーリー１０４は、図示しないフランジまたはキーで固定されているので、アクチュエータ１０１で発生した回転動力は、駆動シャフト１０２を介して駆動輪１０３に伝達され、平面な床面Ｆを移動することができる。即ち、駆動輪１０３な平らな床面に接地して自走台車本体を支持している。
【００１９】
１０４はアクチュエータ１０１と駆動輪１０３の間のシャフト１０２にキーで固定されたプーリーである。１０５，１０８，１１１は、駆動シャフト１０２と平行に配置された第２駆動シャフト（補助駆動輪の軸部）であり、それぞれの第２駆動シャフトの先端部にはそれぞれ補助駆動輪としての第１の補助駆動輪１１２，第２の補助駆動輪１０９，第３の補助駆動輪１０６が固定配置されている。
即ち、補助駆動輪１１２は主駆動輪１０３に対して自走台車の進退方向側（ここでは前方）に隣接しており、補助駆動輪１１２の接地部（床面と接触する箇所）が駆動輪１０３よりも上方に位置している。
補助駆動輪１０９は補助駆動輪１１２よりもさらに前方側に補助駆動輪１１２に隣接しており、補助駆動輪１０９の接地部（床面と接触する箇所）は補助駆動輪１１２の接地部よりも上方に位置している。
さらに補助駆動輪１０６は補助駆動輪１０９よりもさらに前方側に補助駆動輪１０９に隣接しており、補助駆動輪１０６の接地部（床面と接触する箇所）は補助駆動輪１０９の接地部よりも上方に位置している。
【００２０】
１１４は駆動シャフト１０２と平行に配置された補助シャフトであり、プーリー１１５と歯車１１６がキーで固定配置されている。１０７，１１３，１１５はプーリーであり、第２駆動シャフト１０５，１１１、補助シャフト１１４にキーで固定され、プーリー１０４と同一平面となるように配置されている。
１１０は第２駆動シャフト１０８にキーで固定された歯車であり、歯車１１６とかみ合っているので、歯車１１６の回転運動は歯車１１０および第２駆動シャフト１０８を介して第２の補助駆動輪に伝達するようになっている。
【００２１】
プーリー１０４，１０７，１１３，１１５には、両面歯付ベルト１１８が図１に図示（太線）したようにかけられているため、アクチュエータ１０１により発生された回転動力は、ベルト１１８を介してプーリー１０４，１０７，１１３，１１５に伝達することができる。
【００２２】
第１の補助駆動輪１１２及び第３の補助駆動輪１０６は、ベルト１１８およびプーリー１０７，１１３を介することで駆動輪１０３と同じ方向に回転することができる。第２の補助駆動輪は、ベルト１１８から伝達される回転動力をプーリー１１５で受け、歯車１１０および歯車１１６で回転方向を反転させることで、駆動輪１０３と同じ方向に回転するようにしている。それぞれのシャフト１０２，１０５，１０８，１１１，１１４は、ベアリング１１７の内輪側を通り、ベアリング１１７の外輪側をハウジング１１９，１２０に固定しているので、ベルト１１８を介して伝達される回転動力によって補助駆動輪１０６，１０９，１１２が自在に回転することができるようになっている。
【００２３】
ハウジング１１９，１２０は、外部から塵や埃が伝達機構に進入しないように、ベルト１１８、プーリー１０４，１０７，１１３，１１５、歯車１１０、１１６を覆っており、ハウジング１１９およびアクチュエータ１０１は、自走台車本体１５０に固定されている。
【００２４】
このように、アクチュエータの回転動力を両面歯付ベルトとプーリーと歯車を利用して３つの補助駆動輪が主駆動輪１０３と同一方向に回転できるようにし、段差の高さに応じて補助駆動輪を床面Ｆに対して傾斜配置している。
また、補助駆動輪１０６，１０９，１１２は、駆動輪１０３よりも小径にすることで、補助駆動輪が円周接線方向に発生する力を、駆動輪１０３が円周接線方向に発生する力よりも大きくすることができる。
【００２５】
次に、図３を用いて本発明の車輪駆動装置を適用した自走台車の段差乗り越え動作を説明する。
本発明の車輪装置を適用した自走台車本体１５０は、自走台車本体１５０の進行方向や移動距離、移動速度・加速度など移動動作に必要な動作命令を生成する制御ユニット１５１と、前記制御ユニット１５１が生成した動作命令に従って前記アクチュエータを駆動制御するドライブユニット１５２と、自走台車本体１５０に対して移動地点の指定を行う上位装置の指示を受信し、自走台車本体１５０の状態を前記上位装置へ通知するための通信ユニット１５３、アクチュエータの動力を床面Ｆに伝えて、自走台車本体１５０を動作させる駆動輪および補助駆動輪１１２，１０９，１０６、自走台車本体１５０が転倒しないように床面Ｆに支持する従動輪１５４で構成されている。
【００２６】
駆動輪１０３および補助駆動輪１１２，１０９，１０６は、進行方向に対して左右対称に配置されており、従動輪１５４は左右対称に配置された駆動輪間の中心後方部に１つ配置されている。この従動輪１５４は図の矢印のように自走台車本体１５０の移動により、旋回部１５５によって旋回可能となっており、旋回時に床面Ｆから自走台車本体１５０に発生する反力が小さくなるように従動輪１５４の旋回軸と車輪軸が１点で交わらず距離をつけたものとなっている。
【００２７】
上位装置が発行した移動地点などの指示は、通信ユニット１５３を介して制御ユニット１５１に伝達される。制御ユニット１５１は、上位装置からの指示に基づいて自走台車の進行方向や移動距離、移動速度・加速度を求め、求めた結果から更に左右２対の駆動輪の回転速度・加速度、回転角度などに変換する。制御ユニット１５１で決定した左右２対の駆動輪の回転速度・加速度、回転角度などはドライブユニット１５２に指令され、アクチュエータをフィードバック制御によって駆動制御するため、上位装置から伝達された目的地へ移動できるようになっている。
【００２８】
自走台車本体１５０は、駆動輪の回転によって進行方向（矢印の方向）に床面Ｆを移動する。床面Ｆを移動しているときにも、伝達機構によって補助駆動輪１１２，１０９，１０６も駆動輪と同じ方向に回転している。自走台車本体１５０が移動して、図４（Ａ）に図示するように補助駆動輪１０６が段差に接触すると、補助駆動輪１０６の回転力によって、自走台車本体１５０には段差を乗り上げる上方への力が作用するため、図４（Ｂ）から図４（Ｃ）のように補助駆動輪１０６が段差に乗り上げるとともに駆動輪も床面Ｆから浮き上がる。
【００２９】
次に、補助駆動輪１１２，１０９，１０６は駆動輪とともに伝達機構を介して回転しているので、補助駆動輪１０６が段差に乗り上げた後、補助駆動輪１０９が段差に接触し、補助駆動輪１０９の回転力の作用によって、補助駆動輪１０６と同様に図４（Ｄ）から図４（Ｅ）のように補助駆動輪１０９が段差に乗り上げることができる。補助駆動輪１１２についても同様に、段差が補助駆動輪１１２に接触すると、駆動輪から伝達機構を介して伝達される回転力によって補助駆動輪１１２に段差を乗り上げる力が作用し、図４（Ｆ）から図４（Ｇ）のように補助駆動輪１１２が段差を乗り越える。補助駆動輪１１２が段差を乗り越えると、段差は駆動輪に接触し、今度は駆動輪自体の回転力によって駆動輪が段差を乗り越えることで、自走台車本体１５０も段差乗り越えができるのである。
【００３０】
ここで、各補助駆動輪は段差と接触するときの衝撃を緩和するためと、段差との摩擦力を大きくするため、柔軟な材質（例えば、ウレタンゴムや空気圧の低いタイヤ）で覆われている。また、補助駆動輪を覆う材質の表面に溝を刻むことで摩擦力を更に大きくする効果を向上できる。
本発明の第１実施例にかかる自走台車によれば、ベルトとプーリーと歯車を利用して、アクチュエータが発生する回転動力を複数の補助駆動輪に伝達した点と、駆動輪よりも径の小さい補助駆動輪を用いて段差を乗り越えるため、小径車輪による減速（増力）効果によって、低出力のアクチュエータでも大きな段差を乗り越えることができる。
【実施例２】
【００３１】
図５は本発明の第２の実施例による車輪駆動装置の側面図、図６は上面図である。
以下、図５および図６を用いて各部を説明する。
図において、図番に添え字aを付加した番号は、駆動輪２０３よりも進行方向前方に配置した補助駆動輪を駆動するための機構を示し、図番に添え字ｂを付加した番号は、駆動輪２０３よりも進行方向後方に配置した補助駆動輪を駆動するための機構を示している。
２０１は回転動力を発生するアクチュエータであり、モータと減速機で構成されている。アクチュエータ２０１と駆動シャフト（アクチュエータの出力軸）２０２は、図示しないカップリングまたはフランジで固定されている。更に、駆動シャフト２０２と、駆動輪２０３およびプーリー２０４は、図示しないフランジまたはキーで固定されているので、アクチュエータ２０１で発生した回転動力は、駆動シャフト２０２を介して駆動輪２０３に伝達され、平面な床面Ｆを移動することができる。２０４はアクチュエータ２０１と駆動輪２０３の間のシャフト２０２にキーで固定されたプーリーである。
【００３２】
２０５ａ，２０８ａ，２１１ａは、駆動シャフト２０２と平行に配置された第２駆動シャフト（補助駆動輪の軸部）２０５ｂ，２０８ｂ，２１１ｂは、駆動シャフト２０２と平行に配置された第３駆動シャフト（補助駆動輪の軸部）である。それぞれの第２駆動シャフトおよび第３駆動シャフトの先端部にはそれぞれ補助駆動輪２０６ａ，２０９ａ，２１２ａおよび補助駆動輪２０６ｂ，２０９ｂ，２１２ｂが固定配置されている。
ここでは、補助駆動輪２０６ａ，２０９ａ，２１２ａおよび補助駆動輪２０６ｂ，２０９ｂ，２１２ｂがそれぞれ一対の補助駆動輪をなし、補助駆動輪２１２ａ，２１２ｂが第１の補助駆動輪、補助駆動輪２０９ａ，２０９ｂが第２の補助駆動輪、補助駆動輪２０６ａ，２０６ｂが第３の補助駆動輪にそれぞれ相当する。
２１４ａおよび２１４ｂは駆動シャフト２０２と平行に配置された補助シャフトであり、それぞれの補助シャフトにはプーリー２１５ａと歯車２１６ａおよびプーリー２１５ｂと歯車２１６ｂがキーで固定配置されている。
【００３３】
２０７ａ，２１３ａ，２１５ａおよび２０７ｂ，２１３ｂ，２１５ｂはプーリーであり、図のように第２駆動シャフト２０５ａ，２１１ａおよび第３駆動シャフト２０５ｂ，２１１ｂ、補助シャフト２１４ａおよび２１４ｂに、プーリー２０４と同一平面に配置されるようにキーで固定されている。２１０ａは第２駆動シャフト２０８ａにキーで固定された歯車であり、歯車２１６ａとかみ合っているので、歯車２１６ａの回転運動は歯車２１０ａおよび第２駆動シャフト２０８ａを介して補助駆動輪２０９ａに伝達するようになっている。同様に２１０ｂは第３駆動シャフト２０８ｂにキーで固定された歯車であり、歯車２１６ｂとかみ合うことで、歯車２１６ｂの回転運動は歯車２１０ｂおよび第２駆動シャフト２０８ｂを介して補助駆動輪２０９ｂに伝達するようになっている。
【００３４】
プーリー２０４，２０７ａ，２１３ａ，２１５ａ，２０７ｂ，２１３ｂ，２１５ｂには、両面歯付ベルト２１８が図５に図示（太線）したようにかけられているため、アクチュエータ２０１が発生した回転動力は、ベルト２１８を介してプーリー２０４，２０７ａ，２１３ａ，２１５ａ，２０７ｂ，２１３ｂ，２１５ｂに伝達することができる。補助駆動輪２０６ａ、２１２ａ，２０６ｂ、２１２ｂは、ベルト２１８およびプーリー２０７ａ，２１３ａ，２０７ｂ，２１３ｂを介することで駆動輪３と同じ方向に回転することができる。
【００３５】
補助駆動輪２０９ａは、ベルト２１８から伝達される回転動力をプーリー２１５ａで受け、歯車２１０ａおよび歯車２１６ａで回転方向を反転させることで、駆動輪３と同じ方向に回転するようにしている。同様に補助駆動輪２０９ｂは、ベルト２１８から伝達される回転動力をプーリー２１５ｂで受け、歯車２１０ｂおよび歯車２１６ｂで回転方向を反転させることで、駆動輪２０３と同じ方向に回転するようにしている。シャフト２０２，２０５ａ，２０８ａ，２１１ａ，２１４ａおよび２０５ｂ，２０８ｂ，２１１ｂ，２１４ｂは、それぞれ２つずつ配置したベアリング２１７の内輪側を通り、ベアリング２１７の外輪側をハウジング２１９または２２０ａまたは２２０ｂに固定しているので、ベルト２１８を介して伝達される回転動力によって補助駆動輪２０６ａ，２０９ａ，２１２ａおよび補助駆動輪２０６ｂ，２０９ｂ，２１２ｂが自在に回転することができるようになっている。
【００３６】
ハウジング２１９，２２０は、外部から塵や埃が伝達機構に進入しないように、ベルト２１８、プーリー２０４，２０７ａ，２１３ａ，２１５ａ，２７ｂ，２１３ｂ，２１５ｂ、歯車２１０ａ，２１６ａ，２１０ｂ，２１６ｂを覆っている。なお、ハウジング２１９およびアクチュエータ２０１は、図示しない自走台車本体２５０に固定されている。
このように、アクチュエータの回転動力を補助駆動輪を２０６ａ，２０９ａ，２１２ａ，２０６ｂ，２０９ｂ，２１２ｂに共有する両面歯付ベルト２１８とプーリーと歯車を利用して６つの補助駆動輪がそれぞれ駆動輪２０３と同一方向に回転できるようにし、段差の高さに応じて補助駆動輪を２０６ａ，２０９ａ，２１２ａ，２０６ｂ，２０９ｂ，２１２ｂ床面Ｆに対して傾斜配置している。
【００３７】
また、補助駆動輪２０６ａ，２０９ａ，２１２ａ，２０６ｂ，２０９ｂ，２１２ｂを駆動輪２０３よりも小径にすることで、補助駆動輪が円周接線方向に発生する力は、駆動輪３が円周接線方向に発生する力よりも大きくなる。
次に、図７，図８を用いて本発明の車輪駆動装置を適用した自走台車の段差乗り上がり時の動作を説明する。
【００３８】
本発明の車輪装置を適用した自走台車本体２５０は、自走台車本体２５０の進行方向や移動距離、移動速度・加速度など移動動作に必要な動作命令を生成する制御ユニット２５１と、前記制御ユニット２５１が生成した動作命令に従って前記アクチュエータを駆動制御するドライブユニット２５２と、自走台車本体２５０に対して移動地点の指定を行う上位装置の指示を受信し、自走台車本体２５０の状態を前記上位装置へ通知するための通信ユニット２５３、アクチュエータの動力を床面Ｆに伝えて、自走台車本体２５０を動作させる駆動輪および補助駆動輪２１２ａ，２０９ａ，２０６ａ，２１２ｂ，２０９ｂ，２０６ｂ、自走台車本体２５０が転倒しないように床面Ｆに支持する従動輪２５４で構成されている。
【００３９】
駆動輪２０３および補助駆動輪２１２ａ，２０９ａ，２０６ａ，２１２ｂ，２０９ｂ，２０６ｂは、進行方向に対して左右対称に配置されており、従動輪２５４は左右対称に配置された駆動輪間の中心後方部に１つ配置されている。この従動輪２５４は図の矢印のように自走台車本体２５０の移動により、旋回と車輪軸周りの回転する旋回部２５５が設けられており、旋回時に床面Ｆから自走台車本体２５０に発生する反力が小さくなるように従動輪２５４の旋回軸と車輪軸が１点で交わらず距離をつけたものとなっている。
【００４０】
上位装置が発行した移動地点などの指示は、通信ユニット２５３を介して制御ユニット２５１に伝達される。制御ユニット２５１は、上位装置からの指示に基づいて自走台車の進行方向や移動距離、移動速度・加速度を求め、求めた結果から更に左右２対の駆動輪の回転速度・加速度、回転角度などに変換する。制御ユニット２５１で決定した左右２対の駆動輪の回転速度・加速度、回転角度などはドライブユニット２５２に指令され、アクチュエータをフィードバック制御によって駆動制御するため、上位装置から伝達された目的地へ移動できるようになっている。
【００４１】
本発明の車輪装置を適用した自走台車本体２５０は、駆動輪の回転によって進行方向（矢印の方向）に床面Ｆを移動する。床面Ｆを移動しているときにも、伝達機構によって補助駆動輪２１２ａ，２０９ａ，２０６ａは駆動輪と同じ方向に回転している。
自走台車本体２５０が移動して、図８（Ａ）に図示するように補助駆動輪２０６ａが段差に接触すると、補助駆動輪２０６ａの回転力によって、自走台車本体２５０には段差を乗り上げる上方への力が作用するため、図８（Ａ）から図８（Ｂ）のように補助駆動輪２０６ａが段差に乗り上げるとともに駆動輪も床面Ｆから浮き上がる。
【００４２】
次に、補助駆動輪２１２ａ，２０９ａ，２０６ａは駆動輪とともに伝達機構を介して回転しているので、補助駆動輪２０６ａが段差に乗り上げた後、補助駆動輪２０９ａが段差に接触し、補助駆動輪２０９ａの回転力の作用によって、補助駆動輪２０６ａと同様に図８（Ｂ）から図８（Ｃ）のように補助駆動輪２０９ａが段差に乗り上げることができる。補助駆動輪２１２ａについても同様に、段差が補助駆動輪２１２ａに接触すると、駆動輪から伝達機構を介して伝達される回転力によって補助駆動輪２１２ａに段差を乗り上げる力が作用し、図８（Ｃ）から図８（Ｄ）のように補助駆動輪２１２ａが段差を乗り上がる。補助駆動輪２１２ａが段差を乗り上がると、段差は駆動輪２０３に接触し、今度は駆動輪自体の回転力によって駆動輪２０３が段差に乗り上げることで、図８（Ｄ）から図８（Ｅ）のように自走台車本体２５０も段差乗り上がりができるのである。
【００４３】
ここで、各補助駆動輪は段差と接触するときの衝撃を緩和するためと、段差との摩擦力を大きくするため、柔軟な材質（例えば、ウレタンゴムや空気圧の低いタイヤ）で覆われている。また、補助駆動輪を覆う材質の表面に溝を刻むことで摩擦力を更に大きくする効果を向上できる。
【００４４】
また、図９を用いて本発明の車輪駆動装置を用いた場合に段差を降りる時の動作を説明する。
本発明の車輪装置を適用した自走台車本体２５０は、駆動輪の回転によって矢印の方向に段差上を移動する。段差上を移動しているときにも、伝達機構によって補助駆動輪２１２ｂ，２０９ｂ，２０６ｂは駆動輪と同じ方向に回転している。自走台車本体２５０の移動にともない、図９（Ａ）から図９（Ｃ）のように段差の上端部が「駆動輪」との接地→「補助駆動輪２１２ｂ」との接地→「補助駆動輪２０９ｂ」との接地と順に接地する車輪が隣り合う車輪に移り、最後は図９（Ｄ）のように駆動輪が床面Ｆに接地して、段差降り動作が完了する。このように駆動輪の進行方向後方に駆動輪の回転中心から遠ざかるにつれて複数の各補助駆動輪を床面Ｆから離隔するように配置しているため、駆動輪だけで段差を降りる場合と比べて衝撃を著しく低減することができる。更に、各補助駆動輪２１２ｂ，２０９ｂ，２０６ｂを柔軟な材質（例えば、ウレタンゴムや空気圧の低いタイヤ）で覆えば、段差を降りる際に自走台車本体２５０に伝わる衝撃は更に小さくなるという効果が得られる。
【００４５】
本発明が従来技術と異なる部分は、ベルトとプーリーと歯車を利用して、アクチュエータが発生する回転動力を駆動輪の前後に配置した複数の補助駆動輪に伝達した点と、駆動輪よりも径の小さい補助駆動輪を用いて段差を乗り越えるため、小径車輪による減速（増力）効果によって、低出力のアクチュエータでも大きな段差を乗り越えることができ、更に段差を降りる際の衝撃を著しく低減した点である。
【符号の説明】
【００４６】
１０１ アクチュエータ
１０２ 駆動シャフト
１０３ 駆動輪（主駆動輪）
１０４、１０７、１１３、１１５、 プーリー
１０５、１０８、１１１ 第２駆動シャフト（軸部）
１０６、１０９、１１２ 補助駆動輪（第１〜第３の補助駆動輪）
１１０、１１６ 歯車
１１４ 補助シャフト
１１７ ベアリング
１１８ 両面歯付ベルト
１１９、１２０ ハウジング
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低出力のアクチュエータが駆動力源であっても大きな段差を乗り越えることが可能な自走台車に関する。
【背景技術】
【０００２】
車輪によって移動する移動ロボット等では、走行路に存在する段差等を乗り越える技術が求められている。
従来の段差乗り越え車輪装置は、車輪に動力を伝達せずに手押し車のように外部から押される力を利用して段差を乗り越える従動車輪装置として、平面な床面を移動するために用いられる移動用車輪とは別に車体の前進方向に床面から離隔するように回転案内輪と滑輪、可撓性履帯による傾斜環状履帯案内部を車輪支持ホルダー部の内外に分離近接状に配置し、車輪の前進時に仰角浮状とした回転履帯部を段差に接地させ、外部からの前進力によって段差を乗り越える従動車輪装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、動力を伝達して段差を乗り越える車輪駆動装置として、車体フレームと、車体フレームに回転自在に設けた駆動輪アームと、同アームの先端に回転自在に設けた車輪と、前記車輪の車輪軸に設けた車輪軸歯車と、この車輪軸歯車にかみ合い前記駆動アームに軸支されている遊星歯車と、前記遊星歯車にかみ合い、かつ、前記駆動アームとは独立して駆動輪アームと同心軸で回転可能とに配置した太陽歯車と、太陽歯車にかみ合う駆動車輪とを備え、前記駆動歯車を回転させ、太陽歯車、遊星歯車、車輪歯車を介して車輪を回転させて走行するとともに、段差によって車輪の回転が妨げられると自律的に駆動輪アームの回転に切り替えて段差を乗り越えることができるようにしたものもある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１９６２８号公報（第４頁、図１）
【特許文献２】特開２００２−２６４８５６号公報（第６頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のものは何れの車輪にも駆動力を発生するアクチュエータを有していない。また、移動用車輪と回転案内輪または滑輪がそれぞれ伝達機構によって連結されておらず、それぞれが独立に回転自在になっているため特許文献１で示す車輪装置以外の外部動力源から進行方向へ加えられる外力の作用がなければ段差を乗り越えられない。さらに段差を乗り越えるための機構が進行方向前方に設けられているだけなので段差を降りる場合に搭載している機材や人に衝撃を与える等の課題があった。
【０００６】
また、特許文献２の技術では、段差乗り越え時に車軸を中心に駆動アームが回転し、駆動アームに大きなモーメントが加わるため、進行するためにはこのモーメントよりも大きいトルクを車軸回りに発生させる必要がある。
このため、特許文献２の技術では段差を乗り越えるために十分な駆動力を発生するために主駆動モータにトルクを発生し得る高出力モータをしなければならず、小型・軽量化が難しいことや、段差以外の平面を移動する場合にも過度のエネルギを消費するといった課題もあった。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、低出力のアクチュエータであっても相対的に大きな段差を乗り越えることができるようにした、自走台車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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、自走台車本体と、前記自走台車本体に設けられ回転動力を発生するアクチュエータと、前記アクチュエータと動力伝達可能に設けられるとともに前記自走台車本体を支持する主駆動輪と、前記主駆動輪と互いの軸方向が平行となるとともに、前記主駆動輪よりも接地部が上方に位置するように配設された補助駆動輪と、前記主駆動輪と前記補助駆動輪とを動力伝達可能に連結する伝達機構と、を有していることを特徴としている。
【０００９】
前記補助駆動輪は前記主駆動輪よりも直径が小さく設定されていることが好ましい（請求項２）。
また、前記補助駆動輪は、前記主駆動輪に隣接する第１の補助駆動輪と、前記第１の補助駆動輪に隣接する第２の補助駆動輪と、前記第２の補助駆動輪に隣接する第３の補助駆動輪と、を有していることが好ましい（請求項３）。
また、前記第２の補助駆動輪は前記第１の補助駆動輪よりも接地部が上方に位置するように配設され、前記第３の補助駆動輪は前記第２の補助駆動輪よりも接地部が上方に位置するように配設されていることが好ましい（請求項４）。
また、前記主駆動輪は、前記アクチュエータの出力軸の先端に取り付けられ前記補助駆動輪の軸部は前記自走台車本体に枢支され、前記伝達機構は、前記アクチュエータの出力軸と前記補助駆動輪の軸部とを動力伝達可能なベルト部材を有していることが好ましい（請求項５）。
【００１０】
また、前記アクチュエータの出力軸に設けられたプーリーと、前記第１の補助駆動輪の軸部に設けられたプーリーと、前記第３の補助駆動輪の軸部に設けられたプーリーと、前記自走台車本体に枢支された第１歯車と、前記歯車の軸部に設けられたプーリーと、前記第２の補助駆動輪の軸部に設けられ、前記第１歯車と噛合う第２歯車と、前記第１の補助駆動輪と前記第３の補助駆動輪との軸部に設けられたプーリーと、を有し、前記伝達機構の前記ベルトは上記の各プーリーに巻回されていることが好ましい（請求項６）。
また、前記伝達機構の前記ベルトが両面歯付加工され、上記の各プーリーは前記ベルトの前記歯付加工部に噛合うように形成されていることが好ましい（請求項７）。
【００１１】
また、前記第２の補助駆動輪は軸方向に対向する一対の車輪を有し、前記一対の車輪の間隙部に前記第１の補助駆動輪及び前記第３の補助駆動輪の辺部が位置するように配設されていることが好ましい（請求項８）。
また、前記補助駆動輪及び前記伝達機構は、前記主駆動輪の前方向側及び後方側にそれぞれ設けられていることが好ましい（請求項９）。
また、前記伝達機構は、前記主駆動輪の前方向側及び後方側それぞれの前記補助駆動輪に対して共通の前記ベルトを有していることが好ましい（請求項１０）。
また、前記補助駆動輪は前記主駆動輪よりも表面が柔軟性の高い素材によって形成されていることが好ましい（請求項１１）。
また、前記補助駆動輪は前記主駆動輪よりも重量密度が小さい素材によって形成されていることが好ましい（請求項１２）。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかる自走台車によれば、アクチュエータの回転動力を主駆動輪と複数の補助駆動輪に伝達機構を介して伝達することができるので、アクチュエータが回転すると駆動輪と補助駆動輪も回転することができる（請求項１）。
また、補助駆動輪の直径を駆動輪の直径よりも小さく設定しているので、アクチュエータの回転動力が駆動輪の円周接線方向に作用する力よりも補助駆動輪の円周接線方向に作用する力の方が大きくなり、補助駆動輪に段差が接触した場合、段差に対して大きな力を作用することができる。
【００１３】
さらに、平坦面を通常走行する際にも接地しない補助駆動輪の回転慣性力が低減されるので補助駆動輪による余分なエネルギー消費を抑制することができる。（請求項２）。
また、補助駆動輪を駆動輪の中心から遠ざかるにつれて床面から離隔するように配置しているので、段差が補助駆動輪に差し掛かると、段差と補助駆動輪が常に接触状態を保ち、アクチュエータの駆動力を確実に段差との接触部に作用することができる（請求項３，４）。
また、両面歯付ベルトとプーリーと歯車を組合わせることで、各補助駆動輪の回転方向を駆動輪の回転方向と一致させることができ、段差乗り越え時も同方向へ連続的に移動することができる（請求項５〜８）。
【００１４】
また、主駆動輪の前後にそれぞれ補助駆動輪を設けることにより段差の乗り上げ時のみならず段差を下る際の自走台車にかかる衝撃を著しく低減することができる（請求項９，１０）。
また、段差昇降用の補助駆動輪を柔軟な材質で覆うことで段差との接触部が変形しやすくなるため、大きな摩擦力が得られ、滑りを防止することができるとともに、段差との接触時に衝撃を緩和する効果も得ることができる（請求項１１）。
さらに、補助駆動輪の重量密度が主駆動輪よりも小さい（即ち、軽い）ので、補助駆動輪の回転慣性力が低減されるので補助駆動輪による余分なエネルギー消費を抑制することができる（請求項１２）。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施例の駆動機構を示す車輪駆動装置の側面図
【図２】本発明の第１実施例の駆動機構を示す車輪駆動装置の上面図
【図３】本発明の第１実施例の自走台車の構成を示す模式的な図
【図４】（Ａ）〜（Ｈ）のいずれも本発明の第１実施例の車輪駆動装置の段差乗り越え動作図
【図５】本発明の第２実施例の駆動機構を示す車輪駆動装置の側面図
【図６】本発明の第２実施例の駆動機構を示す車輪駆動装置の上面図
【図７】本発明の第２実施例の自走台車の構成を示す模式的な図
【図８】（Ａ）〜（Ｅ）のいずれも本発明の第２実施例の車輪駆動装置の段差乗り上がり動作図
【図９】（Ａ）〜（Ｄ）のいずれも本発明の第２実施例の車輪駆動装置の段差降り動作図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は本発明の第１の実施例による車輪駆動装置の側面図、図２は上面図である。
以下、図１および図２を用いて各部を説明する。
図において、１０１は回転動力を発生するアクチュエータであり、モータと減速機で構成され自走台車本体１５０（図３参照）に搭載されている。アクチュエータ１０１と駆動シャフト（アクチュエータの出力軸）１０２は、図示しないカップリングまたはフランジで動力伝達可能に固定されている。
【００１８】
更に、駆動シャフト（出力軸）１０２の先端には駆動輪（主駆動輪）１０３が取り付けられており、また、プーリー１０４は、図示しないフランジまたはキーで固定されているので、アクチュエータ１０１で発生した回転動力は、駆動シャフト１０２を介して駆動輪１０３に伝達され、平面な床面Ｆを移動することができる。即ち、駆動輪１０３な平らな床面に接地して自走台車本体を支持している。
【００１９】
１０４はアクチュエータ１０１と駆動輪１０３の間のシャフト１０２にキーで固定されたプーリーである。１０５，１０８，１１１は、駆動シャフト１０２と平行に配置された第２駆動シャフト（補助駆動輪の軸部）であり、それぞれの第２駆動シャフトの先端部にはそれぞれ補助駆動輪としての第１の補助駆動輪１１２，第２の補助駆動輪１０９，第３の補助駆動輪１０６が固定配置されている。
即ち、補助駆動輪１１２は主駆動輪１０３に対して自走台車の進退方向側（ここでは前方）に隣接しており、補助駆動輪１１２の接地部（床面と接触する箇所）が駆動輪１０３よりも上方に位置している。
補助駆動輪１０９は補助駆動輪１１２よりもさらに前方側に補助駆動輪１１２に隣接しており、補助駆動輪１０９の接地部（床面と接触する箇所）は補助駆動輪１１２の接地部よりも上方に位置している。
さらに補助駆動輪１０６は補助駆動輪１０９よりもさらに前方側に補助駆動輪１０９に隣接しており、補助駆動輪１０６の接地部（床面と接触する箇所）は補助駆動輪１０９の接地部よりも上方に位置している。
【００２０】
１１４は駆動シャフト１０２と平行に配置された補助シャフトであり、プーリー１１５と歯車１１６がキーで固定配置されている。１０７，１１３，１１５はプーリーであり、第２駆動シャフト１０５，１１１、補助シャフト１１４にキーで固定され、プーリー１０４と同一平面となるように配置されている。
１１０は第２駆動シャフト１０８にキーで固定された歯車であり、歯車１１６とかみ合っているので、歯車１１６の回転運動は歯車１１０および第２駆動シャフト１０８を介して第２の補助駆動輪に伝達するようになっている。
【００２１】
プーリー１０４，１０７，１１３，１１５には、両面歯付ベルト１１８が図１に図示（太線）したようにかけられているため、アクチュエータ１０１により発生された回転動力は、ベルト１１８を介してプーリー１０４，１０７，１１３，１１５に伝達することができる。
【００２２】
第１の補助駆動輪１１２及び第３の補助駆動輪１０６は、ベルト１１８およびプーリー１０７，１１３を介することで駆動輪１０３と同じ方向に回転することができる。第２の補助駆動輪は、ベルト１１８から伝達される回転動力をプーリー１１５で受け、歯車１１０および歯車１１６で回転方向を反転させることで、駆動輪１０３と同じ方向に回転するようにしている。それぞれのシャフト１０２，１０５，１０８，１１１，１１４は、ベアリング１１７の内輪側を通り、ベアリング１１７の外輪側をハウジング１１９，１２０に固定しているので、ベルト１１８を介して伝達される回転動力によって補助駆動輪１０６，１０９，１１２が自在に回転することができるようになっている。
【００２３】
ハウジング１１９，１２０は、外部から塵や埃が伝達機構に進入しないように、ベルト１１８、プーリー１０４，１０７，１１３，１１５、歯車１１０、１１６を覆っており、ハウジング１１９およびアクチュエータ１０１は、自走台車本体１５０に固定されている。
【００２４】
このように、アクチュエータの回転動力を両面歯付ベルトとプーリーと歯車を利用して３つの補助駆動輪が主駆動輪１０３と同一方向に回転できるようにし、段差の高さに応じて補助駆動輪を床面Ｆに対して傾斜配置している。
また、補助駆動輪１０６，１０９，１１２は、駆動輪１０３よりも小径にすることで、補助駆動輪が円周接線方向に発生する力を、駆動輪１０３が円周接線方向に発生する力よりも大きくすることができる。
【００２５】
次に、図３を用いて本発明の車輪駆動装置を適用した自走台車の段差乗り越え動作を説明する。
本発明の車輪装置を適用した自走台車本体１５０は、自走台車本体１５０の進行方向や移動距離、移動速度・加速度など移動動作に必要な動作命令を生成する制御ユニット１５１と、前記制御ユニット１５１が生成した動作命令に従って前記アクチュエータを駆動制御するドライブユニット１５２と、自走台車本体１５０に対して移動地点の指定を行う上位装置の指示を受信し、自走台車本体１５０の状態を前記上位装置へ通知するための通信ユニット１５３、アクチュエータの動力を床面Ｆに伝えて、自走台車本体１５０を動作させる駆動輪および補助駆動輪１１２，１０９，１０６、自走台車本体１５０が転倒しないように床面Ｆに支持する従動輪１５４で構成されている。
【００２６】
駆動輪１０３および補助駆動輪１１２，１０９，１０６は、進行方向に対して左右対称に配置されており、従動輪１５４は左右対称に配置された駆動輪間の中心後方部に１つ配置されている。この従動輪１５４は図の矢印のように自走台車本体１５０の移動により、旋回部１５５によって旋回可能となっており、旋回時に床面Ｆから自走台車本体１５０に発生する反力が小さくなるように従動輪１５４の旋回軸と車輪軸が１点で交わらず距離をつけたものとなっている。
【００２７】
上位装置が発行した移動地点などの指示は、通信ユニット１５３を介して制御ユニット１５１に伝達される。制御ユニット１５１は、上位装置からの指示に基づいて自走台車の進行方向や移動距離、移動速度・加速度を求め、求めた結果から更に左右２対の駆動輪の回転速度・加速度、回転角度などに変換する。制御ユニット１５１で決定した左右２対の駆動輪の回転速度・加速度、回転角度などはドライブユニット１５２に指令され、アクチュエータをフィードバック制御によって駆動制御するため、上位装置から伝達された目的地へ移動できるようになっている。
【００２８】
自走台車本体１５０は、駆動輪の回転によって進行方向（矢印の方向）に床面Ｆを移動する。床面Ｆを移動しているときにも、伝達機構によって補助駆動輪１１２，１０９，１０６も駆動輪と同じ方向に回転している。自走台車本体１５０が移動して、図４（Ａ）に図示するように補助駆動輪１０６が段差に接触すると、補助駆動輪１０６の回転力によって、自走台車本体１５０には段差を乗り上げる上方への力が作用するため、図４（Ｂ）から図４（Ｃ）のように補助駆動輪１０６が段差に乗り上げるとともに駆動輪も床面Ｆから浮き上がる。
【００２９】
次に、補助駆動輪１１２，１０９，１０６は駆動輪とともに伝達機構を介して回転しているので、補助駆動輪１０６が段差に乗り上げた後、補助駆動輪１０９が段差に接触し、補助駆動輪１０９の回転力の作用によって、補助駆動輪１０６と同様に図４（Ｄ）から図４（Ｅ）のように補助駆動輪１０９が段差に乗り上げることができる。補助駆動輪１１２についても同様に、段差が補助駆動輪１１２に接触すると、駆動輪から伝達機構を介して伝達される回転力によって補助駆動輪１１２に段差を乗り上げる力が作用し、図４（Ｆ）から図４（Ｇ）のように補助駆動輪１１２が段差を乗り越える。補助駆動輪１１２が段差を乗り越えると、段差は駆動輪に接触し、今度は駆動輪自体の回転力によって駆動輪が段差を乗り越えることで、自走台車本体１５０も段差乗り越えができるのである。
【００３０】
ここで、各補助駆動輪は段差と接触するときの衝撃を緩和するためと、段差との摩擦力を大きくするため、柔軟な材質（例えば、ウレタンゴムや空気圧の低いタイヤ）で覆われている。また、補助駆動輪を覆う材質の表面に溝を刻むことで摩擦力を更に大きくする効果を向上できる。
本発明の第１実施例にかかる自走台車によれば、ベルトとプーリーと歯車を利用して、アクチュエータが発生する回転動力を複数の補助駆動輪に伝達した点と、駆動輪よりも径の小さい補助駆動輪を用いて段差を乗り越えるため、小径車輪による減速（増力）効果によって、低出力のアクチュエータでも大きな段差を乗り越えることができる。
【実施例２】
【００３１】
図５は本発明の第２の実施例による車輪駆動装置の側面図、図６は上面図である。
以下、図５および図６を用いて各部を説明する。
図において、図番に添え字aを付加した番号は、駆動輪２０３よりも進行方向前方に配置した補助駆動輪を駆動するための機構を示し、図番に添え字ｂを付加した番号は、駆動輪２０３よりも進行方向後方に配置した補助駆動輪を駆動するための機構を示している。
２０１は回転動力を発生するアクチュエータであり、モータと減速機で構成されている。アクチュエータ２０１と駆動シャフト（アクチュエータの出力軸）２０２は、図示しないカップリングまたはフランジで固定されている。更に、駆動シャフト２０２と、駆動輪２０３およびプーリー２０４は、図示しないフランジまたはキーで固定されているので、アクチュエータ２０１で発生した回転動力は、駆動シャフト２０２を介して駆動輪２０３に伝達され、平面な床面Ｆを移動することができる。２０４はアクチュエータ２０１と駆動輪２０３の間のシャフト２０２にキーで固定されたプーリーである。
【００３２】
２０５ａ，２０８ａ，２１１ａは、駆動シャフト２０２と平行に配置された第２駆動シャフト（補助駆動輪の軸部）２０５ｂ，２０８ｂ，２１１ｂは、駆動シャフト２０２と平行に配置された第３駆動シャフト（補助駆動輪の軸部）である。それぞれの第２駆動シャフトおよび第３駆動シャフトの先端部にはそれぞれ補助駆動輪２０６ａ，２０９ａ，２１２ａおよび補助駆動輪２０６ｂ，２０９ｂ，２１２ｂが固定配置されている。
ここでは、補助駆動輪２０６ａ，２０９ａ，２１２ａおよび補助駆動輪２０６ｂ，２０９ｂ，２１２ｂがそれぞれ一対の補助駆動輪をなし、補助駆動輪２１２ａ，２１２ｂが第１の補助駆動輪、補助駆動輪２０９ａ，２０９ｂが第２の補助駆動輪、補助駆動輪２０６ａ，２０６ｂが第３の補助駆動輪にそれぞれ相当する。
２１４ａおよび２１４ｂは駆動シャフト２０２と平行に配置された補助シャフトであり、それぞれの補助シャフトにはプーリー２１５ａと歯車２１６ａおよびプーリー２１５ｂと歯車２１６ｂがキーで固定配置されている。
【００３３】
２０７ａ，２１３ａ，２１５ａおよび２０７ｂ，２１３ｂ，２１５ｂはプーリーであり、図のように第２駆動シャフト２０５ａ，２１１ａおよび第３駆動シャフト２０５ｂ，２１１ｂ、補助シャフト２１４ａおよび２１４ｂに、プーリー２０４と同一平面に配置されるようにキーで固定されている。２１０ａは第２駆動シャフト２０８ａにキーで固定された歯車であり、歯車２１６ａとかみ合っているので、歯車２１６ａの回転運動は歯車２１０ａおよび第２駆動シャフト２０８ａを介して補助駆動輪２０９ａに伝達するようになっている。同様に２１０ｂは第３駆動シャフト２０８ｂにキーで固定された歯車であり、歯車２１６ｂとかみ合うことで、歯車２１６ｂの回転運動は歯車２１０ｂおよび第２駆動シャフト２０８ｂを介して補助駆動輪２０９ｂに伝達するようになっている。
【００３４】
プーリー２０４，２０７ａ，２１３ａ，２１５ａ，２０７ｂ，２１３ｂ，２１５ｂには、両面歯付ベルト２１８が図５に図示（太線）したようにかけられているため、アクチュエータ２０１が発生した回転動力は、ベルト２１８を介してプーリー２０４，２０７ａ，２１３ａ，２１５ａ，２０７ｂ，２１３ｂ，２１５ｂに伝達することができる。補助駆動輪２０６ａ、２１２ａ，２０６ｂ、２１２ｂは、ベルト２１８およびプーリー２０７ａ，２１３ａ，２０７ｂ，２１３ｂを介することで駆動輪３と同じ方向に回転することができる。
【００３５】
補助駆動輪２０９ａは、ベルト２１８から伝達される回転動力をプーリー２１５ａで受け、歯車２１０ａおよび歯車２１６ａで回転方向を反転させることで、駆動輪３と同じ方向に回転するようにしている。同様に補助駆動輪２０９ｂは、ベルト２１８から伝達される回転動力をプーリー２１５ｂで受け、歯車２１０ｂおよび歯車２１６ｂで回転方向を反転させることで、駆動輪２０３と同じ方向に回転するようにしている。シャフト２０２，２０５ａ，２０８ａ，２１１ａ，２１４ａおよび２０５ｂ，２０８ｂ，２１１ｂ，２１４ｂは、それぞれ２つずつ配置したベアリング２１７の内輪側を通り、ベアリング２１７の外輪側をハウジング２１９または２２０ａまたは２２０ｂに固定しているので、ベルト２１８を介して伝達される回転動力によって補助駆動輪２０６ａ，２０９ａ，２１２ａおよび補助駆動輪２０６ｂ，２０９ｂ，２１２ｂが自在に回転することができるようになっている。
【００３６】
ハウジング２１９，２２０は、外部から塵や埃が伝達機構に進入しないように、ベルト２１８、プーリー２０４，２０７ａ，２１３ａ，２１５ａ，２７ｂ，２１３ｂ，２１５ｂ、歯車２１０ａ，２１６ａ，２１０ｂ，２１６ｂを覆っている。なお、ハウジング２１９およびアクチュエータ２０１は、図示しない自走台車本体２５０に固定されている。
このように、アクチュエータの回転動力を補助駆動輪を２０６ａ，２０９ａ，２１２ａ，２０６ｂ，２０９ｂ，２１２ｂに共有する両面歯付ベルト２１８とプーリーと歯車を利用して６つの補助駆動輪がそれぞれ駆動輪２０３と同一方向に回転できるようにし、段差の高さに応じて補助駆動輪を２０６ａ，２０９ａ，２１２ａ，２０６ｂ，２０９ｂ，２１２ｂ床面Ｆに対して傾斜配置している。
【００３７】
また、補助駆動輪２０６ａ，２０９ａ，２１２ａ，２０６ｂ，２０９ｂ，２１２ｂを駆動輪２０３よりも小径にすることで、補助駆動輪が円周接線方向に発生する力は、駆動輪３が円周接線方向に発生する力よりも大きくなる。
次に、図７，図８を用いて本発明の車輪駆動装置を適用した自走台車の段差乗り上がり時の動作を説明する。
【００３８】
本発明の車輪装置を適用した自走台車本体２５０は、自走台車本体２５０の進行方向や移動距離、移動速度・加速度など移動動作に必要な動作命令を生成する制御ユニット２５１と、前記制御ユニット２５１が生成した動作命令に従って前記アクチュエータを駆動制御するドライブユニット２５２と、自走台車本体２５０に対して移動地点の指定を行う上位装置の指示を受信し、自走台車本体２５０の状態を前記上位装置へ通知するための通信ユニット２５３、アクチュエータの動力を床面Ｆに伝えて、自走台車本体２５０を動作させる駆動輪および補助駆動輪２１２ａ，２０９ａ，２０６ａ，２１２ｂ，２０９ｂ，２０６ｂ、自走台車本体２５０が転倒しないように床面Ｆに支持する従動輪２５４で構成されている。
【００３９】
駆動輪２０３および補助駆動輪２１２ａ，２０９ａ，２０６ａ，２１２ｂ，２０９ｂ，２０６ｂは、進行方向に対して左右対称に配置されており、従動輪２５４は左右対称に配置された駆動輪間の中心後方部に１つ配置されている。この従動輪２５４は図の矢印のように自走台車本体２５０の移動により、旋回と車輪軸周りの回転する旋回部２５５が設けられており、旋回時に床面Ｆから自走台車本体２５０に発生する反力が小さくなるように従動輪２５４の旋回軸と車輪軸が１点で交わらず距離をつけたものとなっている。
【００４０】
上位装置が発行した移動地点などの指示は、通信ユニット２５３を介して制御ユニット２５１に伝達される。制御ユニット２５１は、上位装置からの指示に基づいて自走台車の進行方向や移動距離、移動速度・加速度を求め、求めた結果から更に左右２対の駆動輪の回転速度・加速度、回転角度などに変換する。制御ユニット２５１で決定した左右２対の駆動輪の回転速度・加速度、回転角度などはドライブユニット２５２に指令され、アクチュエータをフィードバック制御によって駆動制御するため、上位装置から伝達された目的地へ移動できるようになっている。
【００４１】
本発明の車輪装置を適用した自走台車本体２５０は、駆動輪の回転によって進行方向（矢印の方向）に床面Ｆを移動する。床面Ｆを移動しているときにも、伝達機構によって補助駆動輪２１２ａ，２０９ａ，２０６ａは駆動輪と同じ方向に回転している。
自走台車本体２５０が移動して、図８（Ａ）に図示するように補助駆動輪２０６ａが段差に接触すると、補助駆動輪２０６ａの回転力によって、自走台車本体２５０には段差を乗り上げる上方への力が作用するため、図８（Ａ）から図８（Ｂ）のように補助駆動輪２０６ａが段差に乗り上げるとともに駆動輪も床面Ｆから浮き上がる。
【００４２】
次に、補助駆動輪２１２ａ，２０９ａ，２０６ａは駆動輪とともに伝達機構を介して回転しているので、補助駆動輪２０６ａが段差に乗り上げた後、補助駆動輪２０９ａが段差に接触し、補助駆動輪２０９ａの回転力の作用によって、補助駆動輪２０６ａと同様に図８（Ｂ）から図８（Ｃ）のように補助駆動輪２０９ａが段差に乗り上げることができる。補助駆動輪２１２ａについても同様に、段差が補助駆動輪２１２ａに接触すると、駆動輪から伝達機構を介して伝達される回転力によって補助駆動輪２１２ａに段差を乗り上げる力が作用し、図８（Ｃ）から図８（Ｄ）のように補助駆動輪２１２ａが段差を乗り上がる。補助駆動輪２１２ａが段差を乗り上がると、段差は駆動輪２０３に接触し、今度は駆動輪自体の回転力によって駆動輪２０３が段差に乗り上げることで、図８（Ｄ）から図８（Ｅ）のように自走台車本体２５０も段差乗り上がりができるのである。
【００４３】
ここで、各補助駆動輪は段差と接触するときの衝撃を緩和するためと、段差との摩擦力を大きくするため、柔軟な材質（例えば、ウレタンゴムや空気圧の低いタイヤ）で覆われている。また、補助駆動輪を覆う材質の表面に溝を刻むことで摩擦力を更に大きくする効果を向上できる。
【００４４】
また、図９を用いて本発明の車輪駆動装置を用いた場合に段差を降りる時の動作を説明する。
本発明の車輪装置を適用した自走台車本体２５０は、駆動輪の回転によって矢印の方向に段差上を移動する。段差上を移動しているときにも、伝達機構によって補助駆動輪２１２ｂ，２０９ｂ，２０６ｂは駆動輪と同じ方向に回転している。自走台車本体２５０の移動にともない、図９（Ａ）から図９（Ｃ）のように段差の上端部が「駆動輪」との接地→「補助駆動輪２１２ｂ」との接地→「補助駆動輪２０９ｂ」との接地と順に接地する車輪が隣り合う車輪に移り、最後は図９（Ｄ）のように駆動輪が床面Ｆに接地して、段差降り動作が完了する。このように駆動輪の進行方向後方に駆動輪の回転中心から遠ざかるにつれて複数の各補助駆動輪を床面Ｆから離隔するように配置しているため、駆動輪だけで段差を降りる場合と比べて衝撃を著しく低減することができる。更に、各補助駆動輪２１２ｂ，２０９ｂ，２０６ｂを柔軟な材質（例えば、ウレタンゴムや空気圧の低いタイヤ）で覆えば、段差を降りる際に自走台車本体２５０に伝わる衝撃は更に小さくなるという効果が得られる。
【００４５】
本発明が従来技術と異なる部分は、ベルトとプーリーと歯車を利用して、アクチュエータが発生する回転動力を駆動輪の前後に配置した複数の補助駆動輪に伝達した点と、駆動輪よりも径の小さい補助駆動輪を用いて段差を乗り越えるため、小径車輪による減速（増力）効果によって、低出力のアクチュエータでも大きな段差を乗り越えることができ、更に段差を降りる際の衝撃を著しく低減した点である。
【符号の説明】
【００４６】
１０１ アクチュエータ
１０２ 駆動シャフト
１０３ 駆動輪（主駆動輪）
１０４、１０７、１１３、１１５、 プーリー
１０５、１０８、１１１ 第２駆動シャフト（軸部）
１０６、１０９、１１２ 補助駆動輪（第１〜第３の補助駆動輪）
１１０、１１６ 歯車
１１４ 補助シャフト
１１７ ベアリング
１１８ 両面歯付ベルト
１１９、１２０ ハウジング
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自走台車本体と、
前記自走台車本体に設けられ回転動力を発生するアクチュエータと、
前記アクチュエータと動力伝達可能に設けられるとともに前記自走台車本体を支持する主駆動輪と、
前記主駆動輪と互いの軸方向が平行となるとともに、前記主駆動輪よりも接地部が上方に位置するように配設された補助駆動輪と、
前記主駆動輪と前記補助駆動輪とを動力伝達可能に連結する伝達機構と、を有している
ことを特徴とする、自走台車。
【請求項２】
前記補助駆動輪は前記主駆動輪よりも直径が小さく設定されている
ことを特徴とする、請求項１記載の自走台車。
【請求項３】
前記補助駆動輪は、
前記主駆動輪に隣接する第１の補助駆動輪と、
前記第１の補助駆動輪に隣接する第２の補助駆動輪と、
前記第２の補助駆動輪に隣接する第３の補助駆動輪と、を有している
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の自走台車。
【請求項４】
前記第２の補助駆動輪は前記第１の補助駆動輪よりも接地部が上方に位置するように配設され、
前記第３の補助駆動輪は前記第２の補助駆動輪よりも接地部が上方に位置するように配設されている
ことを特徴とする、請求項３記載の自走台車。
【請求項５】
前記主駆動輪は、前記アクチュエータの出力軸の先端に取り付けられ
前記補助駆動輪の軸部は前記自走台車本体に枢支され、
前記伝達機構は、
前記アクチュエータの出力軸と前記補助駆動輪の軸部とを動力伝達可能なベルト部材を有している
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の自走台車。
【請求項６】
前記アクチュエータの出力軸に設けられたプーリーと、
前記第１の補助駆動輪の軸部に設けられたプーリーと、
前記第３の補助駆動輪の軸部に設けられたプーリーと、
前記自走台車本体に枢支された第１歯車と、
前記歯車の軸部に設けられたプーリーと、
前記第２の補助駆動輪の軸部に設けられ、前記第１歯車と噛合う第２歯車と、
前記第１の補助駆動輪と前記第３の補助駆動輪との軸部に設けられたプーリーと、を有し、
前記伝達機構の前記ベルトは上記の各プーリーに巻回されている
ことを特徴とする、請求項５記載の自走台車。
【請求項７】
前記伝達機構の前記ベルトが両面歯付加工され、上記の各プーリーは前記ベルトの前記歯付加工部に噛合うように形成されている
ことを特徴とする、請求項６記載の自走台車。
【請求項８】
前記第２の補助駆動輪は軸方向に対向する一対の車輪を有し、
前記一対の車輪の間隙部に前記第１の補助駆動輪及び前記第３の補助駆動輪の辺部が位置するように配設されている
ことを特徴とする、請求項３〜７のいずれか１項に記載の自走台車。
【請求項９】
前記補助駆動輪及び前記伝達機構は、前記主駆動輪の前方向側及び後方側にそれぞれ設けられている
ことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の自走台車。
【請求項１０】
前記伝達機構は、前記主駆動輪の前方向側及び後方側それぞれの前記補助駆動輪に対して共通の前記ベルトを有している
ことを特徴とする、請求項５〜７のいずれか１項に記載の自走台車。
【請求項１１】
前記補助駆動輪は前記主駆動輪よりも表面が柔軟性の高い素材によって形成されている
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の自走台車。
【請求項１２】
前記補助駆動輪は前記主駆動輪よりも重量密度が小さい素材によって形成されている
【請求項１】
自走台車本体と、
前記自走台車本体に設けられ回転動力を発生するアクチュエータと、
前記アクチュエータと動力伝達可能に設けられるとともに前記自走台車本体を支持する主駆動輪と、
前記主駆動輪と互いの軸方向が平行となるとともに、前記主駆動輪よりも接地部が上方に位置するように配設された補助駆動輪と、
前記主駆動輪と前記補助駆動輪とを動力伝達可能に連結する伝達機構と、を有している
ことを特徴とする、自走台車。
【請求項２】
前記補助駆動輪は前記主駆動輪よりも直径が小さく設定されている
ことを特徴とする、請求項１記載の自走台車。
【請求項３】
前記補助駆動輪は、
前記主駆動輪に隣接する第１の補助駆動輪と、
前記第１の補助駆動輪に隣接する第２の補助駆動輪と、
前記第２の補助駆動輪に隣接する第３の補助駆動輪と、を有している
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の自走台車。
【請求項４】
前記第２の補助駆動輪は前記第１の補助駆動輪よりも接地部が上方に位置するように配設され、
前記第３の補助駆動輪は前記第２の補助駆動輪よりも接地部が上方に位置するように配設されている
ことを特徴とする、請求項３記載の自走台車。
【請求項５】
前記主駆動輪は、前記アクチュエータの出力軸の先端に取り付けられ
前記補助駆動輪の軸部は前記自走台車本体に枢支され、
前記伝達機構は、
前記アクチュエータの出力軸と前記補助駆動輪の軸部とを動力伝達可能なベルト部材を有している
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の自走台車。
【請求項６】
前記アクチュエータの出力軸に設けられたプーリーと、
前記第１の補助駆動輪の軸部に設けられたプーリーと、
前記第３の補助駆動輪の軸部に設けられたプーリーと、
前記自走台車本体に枢支された第１歯車と、
前記歯車の軸部に設けられたプーリーと、
前記第２の補助駆動輪の軸部に設けられ、前記第１歯車と噛合う第２歯車と、
前記第１の補助駆動輪と前記第３の補助駆動輪との軸部に設けられたプーリーと、を有し、
前記伝達機構の前記ベルトは上記の各プーリーに巻回されている
ことを特徴とする、請求項５記載の自走台車。
【請求項７】
前記伝達機構の前記ベルトが両面歯付加工され、上記の各プーリーは前記ベルトの前記歯付加工部に噛合うように形成されている
ことを特徴とする、請求項６記載の自走台車。
【請求項８】
前記第２の補助駆動輪は軸方向に対向する一対の車輪を有し、
前記一対の車輪の間隙部に前記第１の補助駆動輪及び前記第３の補助駆動輪の辺部が位置するように配設されている
ことを特徴とする、請求項３〜７のいずれか１項に記載の自走台車。
【請求項９】
前記補助駆動輪及び前記伝達機構は、前記主駆動輪の前方向側及び後方側にそれぞれ設けられている
ことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の自走台車。
【請求項１０】
前記伝達機構は、前記主駆動輪の前方向側及び後方側それぞれの前記補助駆動輪に対して共通の前記ベルトを有している
ことを特徴とする、請求項５〜７のいずれか１項に記載の自走台車。
【請求項１１】
前記補助駆動輪は前記主駆動輪よりも表面が柔軟性の高い素材によって形成されている
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の自走台車。
【請求項１２】
前記補助駆動輪は前記主駆動輪よりも重量密度が小さい素材によって形成されている
【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２０１０−１９５１６０（Ｐ２０１０−１９５１６０Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４１３５１（Ｐ２００９−４１３５１）
【出願日】平成２１年２月２４日（２００９．２．２４）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２４日（２００９．２．２４）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
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