JPH10309901A

JPH10309901A - 不整地の移動機構及びその設計方法

Info

Publication number: JPH10309901A
Application number: JP9120589A
Authority: JP
Inventors: Tomotaka Marui; 丸井智敬; Tamotsu Tomikawa; 保富川; Isao Endo; 勲遠藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-05-12
Filing date: 1997-05-12
Publication date: 1998-11-24

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のバルーンタイヤ、羽根ラグ付きタイ
ヤ、キャタピラーなどで自由な走行が困難だった軟弱な
状態の不整地、たとえば砂地での移動を可能にする機構
を提供する。その設計方法を提供する。【解決手段】駆動のための摩擦力を発生させるボー
ド、ないしはプッシュ力を得るパドル状ボードをつけた
放射状スポークもった駆動ギアを回転させる機構で軟弱
不整地の移動を可能にした。さらにこれらボードの回転
半径に一定のクリアランスを加えた大きな回転半径の整
地走行用動輪を同一回転軸に設け、整地と不整地をノン
ストップで走行することを可能にした。放射状スポーク
と整地走行用動輪とは、移動対象の不整地の状況で決定
されるクリアランスで軸方向に離隔されている。その離
隔によって不整地スタック状態となって走行不能になる
ことを防止している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】沙漠、農地、泥地、積雪地、
岩場などの不整地を走行する移動装置に関する。特に、
不整地と整地（舗装路）をノンストップで共通走行する
装置、およびその装置を不整地と整地の走行面状況など
に応じて設計する設計方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】不整地とは沙漠、農地、泥地、積雪地、
岩場といった自然状態の大地である。これら不整地のう
ち、沙漠とは降水量がきわめて少ない地域であり、構成
要素（不整地要素）が砂以外にも岩、砂利などがあるた
め「沙」の字があてられる。ちなみに、「沙」は中国語
の語源字で、「砂漠」は和製の当て字である。

【０００３】不整地走行については、四輪駆動車、無限
軌道車（キャタピラ、クローラ）などが公知である。無
限軌道車の改良については特許２５８５９０３、特開平
８−１０４２６１、特開平８−２３９０６６がある。ま
た、低圧のバルーンタイヤの応用として、特許２５２２
９１５、特許２５７６８１６があり、羽根ラグ付きタイ
ヤの応用として特開平８−３３２８０２がある。（第４
図参照）

【０００４】これらの公知技術の問題をのちに考察す
る。問題の焦点は、さまざまな不整地のうち、移動走行
が難しいのはさらさらした「砂地」ないしは、ごろごろ
の「岩場」である。その他の農地、泥地、積雪地では、
おおむね移動性能の良好な移動機械が公知で、前記の特
許群もそれに属する。

【０００５】公知技術の問題点について考察する前に、
整地・不整地走行に関し、その一般的な技術について説
明しておこう。

【０００６】アスファルトなどの整地路面にて移動する
際には、車輪を用いるのが一般的である。駆動用車輪と
いう意味でこれを「動輪」と称することにする。動輪に
おいては図３０にあるように、路面の接触部における摩
擦力１０１の反作用力１０２が走行方向の駆動力であ
る。したがって、摩擦力を効率よく得ることが動輪の機
能の必要条件となる。

【０００７】アスファルト路面は、前記動輪機能を援助
すべく考案された人工物である。ここで、アスファルト
路面を含む人工的に平坦化した路面平面を「整地」と称
することにする。整地に対し不整地は、そういった好条
件のない自然の大地であって、多くの悪条件がある。こ
こでは特に沙漠の砂地など自然の軟弱地面での移動を考
える。

【０００８】走行面が砂や泥などで軟弱であり、動輪が
埋没した状態が図３１である。動輪１００の外縁部が砂
や泥などに接触している。ここで砂や泥など不整地を構
成する要素を「不整地要素」と称することにする。

【０００９】不整地要素は、動輪１００の回転よって接
触している外縁部の回転運動に引きずられるように変形
していく。これは、大気や水といった流体の構成要素か
らなる流体塊が、その運動に伴って起こる変形と類似の
現象である。あとで詳述する図１４にこの変形に関係す
る模式図がある。

【００１０】図３１で、Ｃでは走行方向の反作用力が発
生するが、その前後では走行方向以外の反作用力になっ
てしまう。これが問題である。すなわち、Ａ→Ｂでは、
動輪を上昇さす方向の反作用力、Ｃ→Ｄでは、動輪を下
降埋没させる方向の反作用力となる。特に後者のため、
砂地で動輪が埋没した状態で走行不能になることが多
い。この状態を「スタック状態」と呼称することにす
る。

【００１１】図３１中のＡＢＣＤＥの５つの位置の不整
地要素に注目する。動輪回転中の外縁部の回転周速をＶ
０、ＡＢＣＤＥ各点の不整地要素の速度をＶｓとする。
ＡＢＣＤＥを含む円周状の位置を横軸として、Ｖｓを縦
軸とする速度の位置分布のグラフは図３２（ａ）のよう
になる。速度Ｖｓの測定は、ファイバースコープで撮影
した走行中の動輪周辺の動画像を画像解析することで可
能である。ここでは測定方法の詳細は割愛する。

【００１２】さて、不整地と動輪の摩擦力ｆ（１０１）
は不整地要素速度Ｖｓと動輪速度Ｖ０との速度差が大き
いほど大きくなる。ｆをグラフで表したものが、図３２
（ｂ）である。

【００１３】図３２（ｂ）から、動輪の反作用力は主に
Ｂ点、Ｄ点で大きくなるのがわかる。これを図３３に示
す。この２点の反作用力が典型的なもので、それぞれ
「動輪を不整地に埋める力」と「動輪を不整地から脱出
させる力」である。後者が図３３中の１０４、前者が１
０３である。

【００１４】１０３と１０４は、軟弱不整地の動輪の状
態に大きな影響を及ぼす。すなわち図３４に示すよう
に、摩擦力で走行中の状態（ａ）から（ｂ）の状態で、
１０４＞１０３であれば、動輪を不整地から脱出させる
状態（ｆ）になり（ａ’）を経て（ａ）にもどる。

【００１５】一方、（ｂ）で１０４＜１０３であると
（ｃ）→（ｄ）→（ｅ）と動輪は不整地に埋まりスタッ
ク状態になる。

【００１６】図３２は、１０４と１０３がほぼバランス
した状況でのＶｓとｆであった。これに対し、図３５の
実線が「スタック」する１０４＜１０３のケース、点線
が不整地から脱出する１０４＞１０３のケースのＶｓと
ｆ分布である。

【００１７】以上のような「動輪」の問題を改善すべく
「バルーンタイヤ」が考案された。これは内圧を低くし
たタイヤで、不整地との設置面積を増すことで走行方向
の摩擦力を増加しようというものである。これは図３８
に示すように、内部が低圧であるのでタイヤが扁平に変
形し、走行面の接触面積を大きくしている。それで進行
方向の摩擦力が増すので、進行方向反作用力が大きくな
り走行する。

【００１８】しかしバルーンタイヤは、路面にある程度
の「硬さ」を要する。さらさらの砂状の埋没しやすい軟
弱走行面では走行困難である。すなわち、図３９に示す
ように軟弱走行面では「動輪」と同様の状況となり、埋
没しスタックしてしまう。

【００１９】また、図３６、図３７はキャタピラー、ク
ローラと呼ばれる無限軌道１０８を用いた走行機構に
て、砂状の不整地走行する際の問題を示す図である。す
なわち、図３６のごとく無限軌道の上に砂が入り込む。
そして、図３７の「脱輪」「咬み込み」のトラブルを引
き起こし走行不能になる。湾岸戦争にても多くの戦車が
沙漠で同様のトラブルを起こし走行不能となり放置され
た。

【００２０】図４０が羽根ラグ１０６を付けた動輪１０
７である。このように動輪の側面に不整地要素をプッシ
ュするパドルをつけたものは、耕運機やトラクターとい
った農業機械に多くの実用化例がある。それらは田畑の
泥地ではおおむね良好な走行性能を有する。

【００２１】しかし、砂状不整地では前記の動輪側面に
パドルを付けたものはスタックしやすい。その理由は、
図４１に示すように動輪の存在のために側面の砂が排除
され、パドルに砂がひっかからなくなる。結局、図４１
（ｃ）ないしは（ｄ）のように動輪側面にほぼ安息角の
砂の傾斜ができ、スタックしてしまう。

【００２２】根本的には走行面と駆動機構の接触面との
摩擦力をコントロールする、ということが移動機構の本
質である。だから、摩擦力の自在コントロールができれ
ば理想的である。特開平５−２２９４６１「路面・タイ
ヤ摩擦係数制御手段を有した自動車」のような手法を実
施すれば、任意の不整地での移動走行が可能であろう。

【００２３】しかしながら、上記公知技術はアスファル
トのような人工的な舗装路面を対象としたもので、沙漠
のような吸湿性の走行面では特許に開示された液体散布
による摩擦力制御は不可能である。

【００２４】さらに、特開平８−７１９６１「不整地移
動ロボット」では無限軌道に伸縮自在の脚機構を取り付
けた機構を提案しているが、これは大規模で複雑な機構
であるため、製造および設計のコストの問題がある。ま
た、コストの問題もさることながら、砂状不整地では複
雑な機構への砂の混入によって走行不能になりかねない
という問題もある。

【００２５】以上説明した従来技術群のサマリーを図４
中に示す。本案はこれらの問題を解決すべく発明された
もので、不整地での移動走行、ならびに不整地と整地間
のノンストップ走行を実現するシンプルな機構を提案す
る。それとともに、その設計方法を提供するものであ
る。

【００２６】

【課題を解決するための手段】不整地に対して不連続に
接触する「面摩擦発生ボード」と「パドル状プッシュボ
ード」を回転軸のまわりに回転するスポークの先端にと
りつけた機構が本案の不整地駆動の基本である。

【００２７】図２、図３が前記の機構の例であって、回
転軸１に点対称放射状に４本のスポーク４を設置し、そ
の先端にパドル状プッシュボード２、あるいは面摩擦発
生ボード３をとりつけてある。

【００２８】このように本案は、回転軸１に垂直に取り
付けられた一本以上のスポーク４の先端に、回転最下点
ないしは回転最上点で概ね水平である面摩擦発生ボード
３、あるいは概ね鉛直であるパドル状プッシュボード２
を具備している。面摩擦発生ボード３が不整地と接する
際に生じる摩擦力の反作用力、あるいはパドル状プッシ
ュボード２が不整地構成要素を押す力の反作用力で移動
するものである。（請求項１）

【００２９】このような機構であると、動輪のように移
動走行面に連続的に接触することがなくなり、「不連
続」に接触する。この不連続接触によって、図３３ない
しは図３４に示した１０３や１０４といった移動走行に
とってロスで、かつスタックの原因になる力の発生が回
避される。

【００３０】不連続接触が不整地移動走行に効果的であ
ることの理論的説明は、現状ではむずかしい。しかし、
不連続接触によって面摩擦発生ボードは動輪よりも不整
地要素との間でより大きな摩擦力を発生できる。その理
由は、連続接触よりも不連続接触の方が接触する両者の
相対速度が大きいと考えられるからである。

【００３１】また、パドル状プッシュボードはさらさら
した流体状の不整地要素に対して効果的にプッシュ（押
す）することができる。これは水上のボートの櫂（パド
ル）の機能と同様、プッシュ力の反作用で移動走行す
る。これは流体での移動と同じ理屈である。

【００３２】本案は、回転軸方向の異なる位置のそれぞ
れに点対称放射状に伸びた複数のスポークを設けてもよ
い。具体的には、後述する図２４の構造が実施例であ
る。図２４では同一ボードが同一数取り付けられている
が、異なったボード種、異なったボード形状、異なった
スポーク数など如何なる組み合わせも可能である。（請
求項２）

【００３３】さらに、図１は不整地でも整地でも共通に
移動でき、両者間をノンストップで走行できる機構の基
本例である。これは４本スポークで、先端は面摩擦発生
とパドル状プッシュを兼ねたボードがついている。その
回転軸に整地走行用動輪５を２つ有している。この機構
の機能は後述する。

【００３４】本案の基本機構と従来技術との比較サマリ
ーが図４である。従来技術では困難であった砂地など軟
弱不整地での移動走行を可能ならしめたのが本案の新規
な特徴である。

【００３５】図５が整地と不整地の共通移動可能な機構
の他の実施例の斜視図で、これは図１とおなじ「面摩擦
発生兼パドル状プッシュボード」と、面摩擦発生ボード
３が交互に８本スポーク４に設置されている。

【００３６】図６は、回転軸の駆動装置や載荷と搭乗者
の搭載部分を有する移動体本体６と本案機構の組み合わ
せの説明斜視図である。図６ａは、移動体本体６と整地
走行用動輪５の中間にて、２本スポークに面摩擦発生兼
パドル状プッシュボードが取り付けられた例である。ま
た、図６ｂは、同じボード付きスポークが移動体本体６
と動輪５の外側に取り付けられた例である。

【００３７】このように本案では「面摩擦発生ボード」
「パドル状プッシュボード」の組み合わせ選択、回転軸
の取り付け位置の選択が自由にできるので、不整地の構
成要素の種類など移動走行面の状況、安全性、コストな
どを考慮してさまざまな組み合わせで構成することが可
能である。

【００３８】図７が、本案による整地と不整地のノンス
トップ移動走行の説明模式図である。すなわち、アスフ
ァルトなどの整地では整地走行用動輪５によって移動走
行する。そのまま軟弱不整地に突入すると、５は軟弱不
整地要素に埋まるため、車体はやや下降に沈降する。そ
の状態で、面摩擦発生ボードないしはパドル状プッシュ
ボードが、摩擦力ないしはプッシュ力を発生するので連
続して移動走行が可能である。

【００３９】図８にて、本案による不整地と整地の連続
移動走行を可能ならしめる機構の基本設計値を説明す
る。簡単のため回転軸を座標中心軸とした円柱座標
（ｒ、θ、ｚ）を考える。図８の上の図が円柱座標の説
明用円柱である。

【００４０】基本設計値は、ｒ方向、θ方向、ｚ方向の
クリアランス（隙）の値である。まず、ｒ方向（回転半
径方向）クリアランス：Ｃ（ｒ）は、主として整地路面
の障害物サイズで決定されるものである。図１３が、Ｃ
（ｒ）の決定に関する説明図である。

【００４１】図１３中に示すように、整地走行面上にあ
ると予想される障害物の最大サイズｄｍａｘよりもおお
きなクリアランスＣ（ｒ）をとれば、障害物とボードと
の接触、衝突を回避でき安全である。

【００４２】すなわち、回転軸１のスポーク４がない位
置に、面摩擦発生ボード３ないしはパドル状プッシュボ
ード２の回転半径Ｒに対し、整地走行面の障害物に応じ
た回転半径方向クリアランス：Ｃ（ｒ）を加えた半径
［Ｒ＋Ｃ（ｒ）］の整地走行用動輪５を設ければよい。
（請求項３、１６）

【００４３】次に、ｚ方向（回転軸方向）クリアラン
ス：Ｃ（ｚ）は、移動走行中の不整地要素の状態を観察
して実験的に決定される。図９がそれを模式的に説明し
た図である。図９にて（一）→（二）→（三）が、整地
から不整地に移動走行する走行面変化を示す。そして、
ａ）ｂ）ｃ）がそれぞれ、Ｃ（ｚ）をほぼゼロ、不整地
動輪幅ｗ程度、ｗの２倍程度、と設定した場合である。

【００４４】図９のａ）のように、Ｃ（ｚ）をほぼゼロ
としてしまうと、従来の羽根ラグ付きタイヤと同様に不
整地要素が動輪５で排除され、パドルが空回りしてしま
う。これは図４１と同様のスタックに至るプロセスであ
る。

【００４５】それに対して、Ｃ（ｚ）を大きくとればい
いかというとそうではない。そもそもＣ（ｚ）を大きく
すると、車軸延長分だけ慣性モーメントが増え必要駆動
力が増えるし、回転部分の幅、ボリュームが増大するの
でステアリング（舵取り）しにくくなる。さらに図９
ｃ）のように、スポーク部分まで不整地要素に埋没して
しまうので、回転の抵抗が増え問題である。

【００４６】図９ｂ）の状態のような最適なＣ（ｚ）を
実験的にもとめればよい。例えば、図１０のように不整
地走行用動輪を実験的に走行させ、その走行後の状態８
を観察し、不整地要素の安息角に近いものを読み取る。
これを参考にして、パドルなどが空回りせず、かつスポ
ークが埋没しないクリアランスＣ（ｚ）の適当な値を推
定して決める。

【００４７】このように、面摩擦発生ボード３ないしは
パドル状プッシュボード２に対し、整地走行用動輪５
が、走行中の不整地変化に応じて実験的に決めた回転軸
方向クリアランス：Ｃ（ｚ）の離隔距離で回転軸方向に
離隔されていることでスタックが防止され、不整地での
移動走行がより確実なものになる。（請求項４、１７）

【００４８】また、図１１のように不整地のシミュレー
ション容器９を作成し、図１０同様の観察を行ってもよ
い。ここで、荷重も変化させうる回転駆動装置７を用い
れば、さまざまな荷重状態をシミュレーションできるの
で好適である。

【００４９】最後にθ方向クリアランス：Ｃ（θ）であ
るが、これは複数スポークの間隔である。簡単には、
「何本スポークにするか」の決定である。これについて
は、積載貨物や搭乗者などの「重量負荷にみあう駆動力
がでるかどうか」、で実験的に決定する。たとえば、駆
動力を牽引力として測定する測定装置１０を取り付け
て、シミュレーション容器９で実験すればよい。

【００５０】このようにＣ（θ）すなわち、点対称放射
状に伸びた複数のスポーク４の本数が、回転軸１の回転
中における面摩擦発生ボード３あるいはパドル状プッシ
ュボード２と不整地の構成要素間で発生する反作用力、
ないしはボードと不整地構成要素との相対速度の測定値
から決定される。（請求項５）

【００５１】ただし、Ｃ（θ）だけを変えて最適設計の
ための設計変更の試行をするのではなく、たとえば図１
３に示すボード幅、長さＰａ、Ｐｂ、Ｆａ、Ｆｂを変え
てもよい。また、整地走行用動輪の材質や厚み（幅
ｗ）、動輪の数、回転軸上のスポーク群の位置やスポー
ク数も可変である。

【００５２】整地走行用動輪数については図１５中に、
単一タイプ（ｓｉｎｇｌｅ）、二重タイプ（ｄｏｕｂｌ
ｅ）、三重タイプ（ｔｒｉｐｌｅ）の模式図を示した。

【００５３】以上クリアランスの値の決定方法を説明し
た。クリアランス決定作業を含む本案機構の設計フロー
チャートを図１５に示す。

【００５４】特に摩擦力発生ボードについてのＣ（θ）
の決定を、より理論的に行うには不整地要素とボードと
の相対速度を評価すればよい。この理由を以下に説明す
る。

【００５５】摩擦力は接触する物体分子間の「分子間引
力（ファン・デル・ワールス力）を”引き剥がす力”」
である。相対速度が小さいということは、この引き剥が
しがなされていないことになるので、摩擦力は小さい。
スリップ状態は接触界面の物体分子同士が相対速度ゼロ
に近い状態であるため、摩擦力もごくわずかである。

【００５６】図３１のＣ点近傍は、動輪外縁分子と不整
地要素分子が相対速度ゼロでスリップ状態であり、摩擦
力もゼロである。

【００５７】逆に相対速度が大きいほど、不整地要素と
ボード間でより多くの「引き剥がし」が行われている、
と考えられるので摩擦力は大きくなる。

【００５８】相対速度は図１４に示すように、回転体基
準点１１を決め、回転接触部近傍の不整値要素群１２を
マークし、回転中の不整地要素の動きをファイバスコー
プなどで撮影し、それを画像解析して測定すればよい。
図１４左図の動輪では、不整地要素が引きずられるよう
に変形している。この状態は相対速度が比較的小さく、
大きな摩擦力が得られていない状況である。

【００５９】図１４中央図、右図にて、８本スポーク
（中央図）よりも４本スポーク（右図）が不整地要素の
変形が小さく、接触界面にて比較的多くの「引き剥が
し」が発生している。よって、この場合には４本スポー
クの方が大きな摩擦力が発生し駆動力も図１４の三者の
なかでは最大であると考えられる。

【００６０】さらに、３本スポーク、２本スポークと測
定をおこなって「一回転あたり」の駆動力を評価すれば
よい。すなわち、たとえば相対速度測定値にスポーク数
を乗じた値の大小で評価すればよい。またスポーク数で
なくともスポーク間隔を一回転あたりの駆動力評価に用
いてもよい。その場合には、測定値を間隔値で除するな
どすればよい。（請求項１８）

【００６１】ボードの改良改善について説明する。図１
６、図１７は、パドル状プッシュボードに折り畳み機構
を追加したものである。パドルのプッシュ力は摩擦と同
様、移動方向のみに作用した方がよい。その他の方向に
プッシュすると移動力にならないばかりか、移動体を上
下動させスタックの原因にもなる。

【００６２】そこで、図１７のようにプッシュ面の面積
を不整地に接触していないときはできるだけ小さく畳
み、プッシュ直後から徐々に面積増加させ、プッシュボ
ードが最下方に移動した際に最大面積になるようにする
と効果的である。

【００６３】すなわち面摩擦発生ボード３あるいはパド
ル状プッシュボード２の面積を、不整地との接触に応じ
て通常状態より小さくするボード畳み手段を有すること
で、効果的な摩擦力、プッシュ力をうる。（請求項６）

【００６４】図２０、図２１が丸めることで畳む方式の
パドル状プッシュボードの実施例である。これはシート
状素材を、通常はコイル状に丸めて畳まれている「く
せ」をつけたパドル状プッシュボードである。その「く
せ」は、不整地要素に侵入した際に、展開してもとのサ
イズに戻る程度の強度のものであれば効果的なプッシュ
が行われる。（請求項７）

【００６５】図２１がこのコイル状丸め畳み式シートの
プッシュ動作の模式図である。最下位置で、最も移動方
向へのプッシュ力が出るときに最大面積になるような材
質と「くせ」で製作されている。シート裏面などに、逆
方向に屈曲しない逆屈曲防止リブなどを付けるとさらに
効果的であろう。

【００６６】図１８は、面摩擦発生ボードに動物の前脚
の動作に類似した屈曲機構を付加したものである。回転
動作時にこの屈曲機構がないと、図１９右図のように不
整地要素を「引っ掻く」ような作用をなし、好ましくな
い。図１９左図のように屈曲機構があればこの引っ掻き
作用が減るように改善され、ソフトに不整地要素に接触
するようになり、引っ掻きのための無駄なエネルギーロ
スがなくなる。

【００６７】このように面摩擦発生ボード３の表面ある
いはパドル状プッシュボード２の表面とスポーク４のな
す角度を変化させるボード角度変化手段を有すること
で、摩擦力あるいはプッシュ力のロスを減らすことがで
きる。

【００６８】すなわち図１９左図では、面摩擦発生ボー
ド３が不整地に接する直前にては、面摩擦発生面と不整
地面とのなす角を４５度未満の「引っ掻き」のない小さ
な角度として、不整地と接する。その後、回転最下点に
いたるまではボード面とスポーク４のなす角度をなめら
かに９０度へ変化させる。（請求項９）

【００６９】また、面摩擦発生ボード３あるいはパドル
状プッシュボード２の形状が、回転方向について非対称
で、前進する際に大きな駆動力を発生する形状があった
とする。そして、後退するときは逆に小さな駆動力しか
でなかったとする。そこで、たとえばある回転軸位置の
スポーク群でこれらを混在させれば、前進後退ともに可
能になる。（請求項１０）

【００７０】特に、ボード形状がＶ型、あるいは逆Ｖ型
の折り曲げた屈曲ボード状であると簡素な形状でありな
がら、前進あるいは後退の際に大きな駆動力を発生す
る。したがって、Ｖ型ボードと逆Ｖ型ボードを混在すれ
ば、前進後退が効率よくなされるようになる。（請求項
１１）

【００７１】図２２は、移動体の底面接触の問題の説明
図である。図２２（ａ）のようにアスファルトなどの整
地では、移動体の底面は整地走行面とは接触せず、ある
程度の間隙ができる。しかし不整地では、移動体が不整
地要素中に沈下するので、図２２（ｂ）のごとく底面と
不整地面との間隙がなくなり、底面が不整地要素に接触
する。

【００７２】従来動輪も本案の整地走行動輪も、同様に
不整地に沈降するため接触が起こる。この底面接触が起
こると移動とは逆方向の摩擦抵抗力が発生し好ましくな
い。

【００７３】この底面接触問題の解決方法を図２３〜２
５で説明する。まず、移動体の底面を上方に置くという
対策がある。そのため回転軸も上方から回転駆動しなけ
ればならない。

【００７４】図２３は、４輪自動車のディファレンシャ
ルギアを含む回転伝達機構を利用することで回転軸を上
方から駆動する解決策の実施例である。移動体本体内に
設置された回転駆動源１１から、ギア、ユニバーサルジ
ョイント、ディファレンシャルギア等を内蔵した回転伝
達機構１３で回転軸を上方より駆動する。図２３から明
らかに底面の接触問題はある程度改善される。

【００７５】図２４は、回転軸を上方から駆動すること
の別の実施例である。ここでは回転伝達機構は側面に配
備されている。

【００７６】図２５は、移動体（車体）前部に張り出し
た第２の回転軸で車体の回転軸方向中央部にパドル状プ
ッシュボード付きのスポーク群が回転している。こうす
れば、回転軸中央部の不整地要素が、進行方向先方でパ
ドルにてかき落とされるので、底面接触はある程度緩和
される。

【００７７】また同じく図２５にて、車体中央部に第３
の回転軸を設け、同様に車体の回転軸方向中央部にパド
ル状プッシュボード付きスポーク群が回転している。こ
れも前記の前部張り出し回転軸での効果と同様の底面接
触緩和効果がある。

【００７８】このように、車体前部や中央部に第２第３
のスポークを設け、回転軸方向に「千鳥状に」スポーク
配置すれば、移動体の回転軸方向の特定の位置で底面が
不整地要素と接触して抵抗になることが防止される。

【００７９】すなわち、回転軸が平行に複数配備され、
スポークないしは整地走行用動輪が回転軸の軸方向に千
鳥状に配置されていることで移動体底部の抵抗を減らす
ことができる。（請求項１２）

【００８０】

【発明の実施の形態】本案は、従来の自動車、バイクの
足回りを改造することでも実現できる。すなわち、回転
軸１が車軸であり、回転軸の駆動機構を有する車体が自
動車ないしはモータバイクとして実現すればよい。バイ
ク改造の例を図２６に示す。（請求項１３）

【００８１】さらに、岩石などが散在している不整地で
は、岩石にボードが接触する際の振動緩衝のためにスポ
ークの長さを伸縮するスポーク伸縮手段を有すると効果
的である。伸縮機構の動作例を図２７に示す。（請求項
１４）

【００８２】伸縮機構は、特開平８−７１９６１「不整
地移動ロボット」などで公知の伸縮自在の脚機構技術を
踏襲すればよい。

【００８３】さらにまた、伸縮機構を制御して移動体本
体の傾斜を極力おさえることが可能である。それは、回
転軸の水平度をレベルセンサーで検知し、水平を制御目
標としてコントロールすればよい。水平制御がなされな
い状態を図２８、水平制御状態を図２９に示す。（請求
項１５）

【００８４】

【実施例】本案機構によって実験的にスタックの発生確
率がゼロ、ないしは低くなる効果が確認された。たとえ
ば、千葉県九十九里浜の乾燥した砂場で実験したとこ
ろ、従来の動輪、バルーンタイヤ、羽根ラグ付きタイ
ヤ、無限軌道機構でほぼ１００％でスタックその他の走
行不能をおこす場合と同条件にて、本案の機構では実用
的な移動走行が可能であった。

【００８５】

【発明の効果】沙漠、農地、泥地、積雪地、岩場などの
不整地を走行する移動装置が提供できた。特に、不整地
と整地（舗装路）をノンストップで共通走行する装置が
実現された。さらにその装置を不整地と整地の走行面状
況などに応じて設計する設計方法が提供され、さまざま
な不整地に対応する移動機構の設計方法論が確立でき
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本案請求項３の舗装路と不整地の兼用移動機構

【図２】本案請求項２のパドル状プッシュボードを有す
る移動機構

【図３】本案請求項１の面摩擦発生ボードを有する移動
機構

【図４】従来技術（特許）と本案の比較表

【図５】本案請求項１と２のボードが混在した請求項３
の実施例の斜視図

【図６】車体と動輪の間にボードを配備した本案の実施
例

【図７】動輪の外側にボードを配備した本案の実施例

【図８】本案請求項３による整地・不整地ノンストップ
移動の説明図

【図９】クリアランスＣ（ｚ）の決定方法説明図

【図１０】動輪走行後の走行面の観察

【図１１】不整地シミュレーション装置による走行面状
態の観察

【図１２】不整地からの反作用力の測定

【図１３】ボードの幅、長さおよびクリアランスＣ
（ｒ）

【図１４】動輪と本案との不整地要素の状態（位置）変
化

【図１５】本案請求項１４の設計方法のフローチャート

【図１６】本案請求項６のボードの畳み機構の例

【図１７】畳み機構の動作説明図

【図１８】本案請求項８の角度変化機構の例

【図１９】角度変化機構の動作説明図

【図２０】本案請求項７のシート状ボード材

【図２１】シート状ボード材の面積変化の説明図

【図２２】車体下部が不整地に接してスタックする現象
の説明図

【図２３】四輪自動車のデファレンシャルギアを改造し
た実施例

【図２４】車体下部全体にわたって駆動機構を配備させ
た実施例

【図２５】本案請求項１２の千鳥配列実施例

【図２６】本案請求項１３のモータバイク

【図２７】スポーク伸縮機構の動作説明図

【図２８】回転軸水平化制御なしの例

【図２９】回転軸水平化制御の動作の例

【図３０】整地（舗装路）での動輪の駆動力

【図３１】不整地での動輪まわりの不整地要素の速度

【図３２】不整地要素の速度と摩擦力

【図３３】不整地での動輪に加わる力

【図３４】不整地から脱出する場合とスタックする場合
のフロー図

【図３５】脱出する場合とスタックする場合の不整地要
素速度と摩擦力

【図３６】キャタピラ・クローラの無限軌道へ砂が侵入
する様子の説明図

【図３７】無限軌道からの脱輪と砂かみ込みトラブルの
説明図

【図３８】硬い不整地でのバルーン（低圧力）タイヤ

【図３９】軟弱不整地でのバルーンタイヤ

【図４０】羽根ラグ（パドル）付きタイヤ

【図４１】羽根ラグ付きタイヤが軟弱不整地でスタック
する様子

【符号の説明】Ｃ（ｒ）：径方向クリアランスＣ（ｚ）：回転軸方向クリアランスＣ（θ）：回転方向クリアランス（スポーク間隔）ｄｍａｘ：整地走行面の障害物の最大サイズｆ：摩擦力Ｆａ：面摩擦発生ボードの幅Ｆｂ：面摩擦発生ボードの長さＰａ：パドル状プッシュボードの幅Ｐｂ：パドル状プッシュボードの長さ（ｒ、θ、ｚ）：円柱座標系Ｖｓ：不整地要素の速度Ｖ０：動輪の周速１回転軸２パドル状プッシュボード３面摩擦発生ボード４スポーク５整地走行用動輪６回転軸回転駆動手段を有する移動体本体７整地（舗装道路）８不整地９不整地走行のシミュレーション容器１０牽引力の計測装置１１回転駆動源（モータ）１２回転伝達機構１３ディファレンシャルギアを含む回転伝達機構１００動輪１０１動輪接触面と走行面の摩擦力１０２摩擦力の反作用力１０３動輪を不整地に埋める反作用力１０４動輪を不整地から脱出させる反作用力１０５バルーン（低圧力）タイヤ１０６羽根ラグ（パドル）１０７羽根ラグ付き動輪１０８無限軌道（キャタピラー）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸に垂直に取り付けられた一本以上
のスポークの先端に、回転最下点ないしは回転最上点で
概ね水平である面摩擦発生ボード、あるいは概ね鉛直で
あるパドル状プッシュボードを具備し、面摩擦発生ボー
ドが不整地と接する際に生じる摩擦力の反作用力、ある
いはパドル状プッシュボードが不整地構成要素を押す力
の反作用力で移動することを特徴とする不整地の移動機
構。
【請求項２】回転軸方向のひとつ以上の異なる位置の
それぞれに点対称放射状に伸びた複数のスポークを有す
る請求項１の不整地の移動機構。
【請求項３】回転軸に、面摩擦発生ボードないしはパ
ドル状プッシュボードの最大回転半径Ｒと、整地走行面
の障害物に応じた回転半径方向クリアランス：Ｃ（ｒ）
とを加えた半径［Ｒ＋Ｃ（ｒ）］の整地走行用動輪を有
する請求項１あるいは請求項の不整地の移動機構。
【請求項４】整地走行用動輪が、面摩擦発生ボードな
いしはパドル状プッシュボードに対して、走行中の不整
地変化に応じた回転軸方向クリアランス：Ｃ（ｚ）の離
隔距離で回転軸方向に離隔されている請求項３の不整地
の移動機構。
【請求項５】点対称放射状に伸びた複数のスポークの
本数が、回転軸の回転中における面摩擦発生ボードない
しはパドル状プッシュボードと不整地の構成要素間で発
生する反作用力、あるいは前記ボードと不整地構成要素
との相対速度から決定されている請求項２の不整地の移
動機構。
【請求項６】面摩擦発生ボードあるいはパドル状プッ
シュボードの面積を、不整地との接触に応じて通常状態
より小さくするボード畳み手段を有する請求項１あるい
は請求項２の不整地の移動機構。
【請求項７】ボード畳み手段がシート状のボード材を
コイル状に巻き取るものである請求項６の不整地の移動
機構。
【請求項８】面摩擦発生ボード面あるいはパドル状プッ
シュボード面とスポークのなす角度を変化させるボード
角度変化手段を有する請求項１あるいは請求項２の不整
地の移動機構。
【請求項９】ボード角度変化手段における面摩擦発生
ボード面とスポークのなす角度が、ボードが不整地に接
する直前にては、面摩擦発生面と不整地面とのなす角を
４５度未満となすべく変化し、不整地と接してから回転
最下点にいたるまでは、ボード面とスポークのなす角度
をなめらかに９０度へ変化させるものである請求項８の
不整地の移動機構。
【請求項１０】面摩擦発生ボードあるいはパドル状プ
ッシュボードの形状が、回転方向について非対称で、前
進する際に大きな反作用力を発生する形状と、後退する
際に大きな反作用力を発生する形とが混在する請求項１
あるいは請求項２の不整地の移動機構。
【請求項１１】前進あるいは後退の際に大きな反作用
力を発生するボード形状が、Ｖ型あるいは逆Ｖ型の折り
曲げた屈曲ボード状である請求項１０の不整地の移動機
構。
【請求項１２】回転軸が平行に複数配備され、スポー
クが回転軸の軸方向に千鳥状に配置されている請求項１
あるいは請求項２の不整地の移動機構。
【請求項１３】回転軸が車軸であり、回転軸の駆動機
構を有する車体が自動車ないしはモータバイクである請
求項３の不整地の移動機構。
【請求項１４】スポークにて、振動緩衝のためにその
長さを伸縮するスポーク伸縮手段を有する請求項１ある
いは請求項２の不整地の移動機構。
【請求項１５】スポーク伸縮手段が、回転軸水平維持
手段によって回転軸を概水平に保つよう制御されている
請求項１４の不整地の移動機構。
【請求項１６】不整地では、不整地面と回転体の不連
続接触における摩擦力の反作用、ないしは回転体が不整
地要素を不連続にプッシュする力の反作用で移動し、整
地では、前記回転体と同一回転軸にある整地移動用の動
輪の連続接触による摩擦力の反作用で移動する機構を設
計するに際し、整地走行用の動輪半径を不整地走行用の
回転体最大回転半径Ｒよりも、整地面の障害物に応じた
回転半径方向クリアランス：Ｃ（ｒ）だけ大きく設定す
ることを特徴とする不整地の移動機構の設計方法。
【請求項１７】不整地では、不整地面と回転体の不連
続接触における摩擦力の反作用、ないしは回転体が不整
地要素を不連続にプッシュする力の反作用で移動し、整
地では、前記回転体と同一回転軸にある整地移動用の動
輪の連続接触による摩擦力の反作用で移動する機構を設
計するに際し、整地走行用の動輪と不整地走行用の回転
体との間に不整地の状況に応じた回転軸方向クリアラン
ス：Ｃ（ｚ）の離隔距離を回転軸方向に設定することを
特徴とする不整地の移動機構の設計方法。
【請求項１８】不整地面と回転体の不連続接触におけ
る摩擦力の反作用で移動する機構を設計するに際し、回
転中における回転体と不整地要素との接触界面近傍の相
対速度を測定し、その測定値と不整地要素と不連続接触
する回転体の部分数あるいは不連続の距離などから一回
転あたりの駆動力の大小を推定し、それによって回転方
向クリアランス：Ｃ（θ）を決定することを特徴とする
不整地の移動機構の設計方法。