JPS5925712B2

JPS5925712B2 - 走行体

Info

Publication number: JPS5925712B2
Application number: JP55188905A
Authority: JP
Inventors: 政晴高野
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1980-12-26
Filing date: 1980-12-26
Publication date: 1984-06-20
Also published as: JPS57110569A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は階段の昇降、障害物の乗越等が可能な走行体に
関する。

最近、原子炉格納容器等大の立入が好ましくない環境で
機器の点検監視、保守、修理等の各種作業をなす場合に
は、作業者に代って遠隔操作によりこれら作業をなすこ
とのできるロボットを使用することが試みられている。

このようなロボットは一般に原子炉格納容器内を自由に
走行し得る走行体に点検監視等の各種作業をなす作業用
機器を搭載して構成される。

ところで原子炉格納容器内には狭い空間に多くの機器が
収容されており、このようなロボットが走行すべき路面
は複雑でありかつ途中に多くの階段や障害物がある。

このため、このようなロボットを実用化するには階段を
自由に昇降し、また障害物を自由に乗越える信頼性の高
い走行体が必要となる。

このような走行体としてはクローラ形走行機構を備えた
ものが考えられるが、クローラ形のものでは階段の昇降
や障害物の乗越等の能力に限界があった。

また、複数の脚を備えたいわゆる走行形の走行体も開発
されている。

このような走行形の走行体は階段の昇降や障害物の乗越
等の能力は犬であるが、脚の構造やその駆動機構が複雑
となり、また脚の作動制御に多くの情報を必要とし、脚
の制御機構もきわめて複雑になる等の不具合があった。

本発明は以上の事情にもとづいてなされたもので、その
目的とするところは階段の昇降、障害物の乗越等の能力
が犬であるとともに構造が簡単でかつ制御の容易な走行
体を得ることにある。

以下本発明を図面に示す一実施例に従って説明する。

この一実施例は原子炉格納容器内の機器を点検監視する
走行体である。

第１図の側面図第２図の平面図に示すように、車体１上
にはたとえばテレビカメラ２等の監視用機器が搭載され
ている。

この車体１の前端部および後端部にはそれぞれ左右一対
ずつ、合計４個の回転アーム体３・・・が取付けられて
いる。

これらの回転アーム体３・・・は回転軸４・・・によっ
て垂直面内で自由に回転できるように車体１に取付けら
れている。

これらの回転アーム体３・・・にはそれぞれ回転中心よ
り放射状に突設された３本のアーム部５・・・が設けら
れている。

これらのアーム部５・・・の先端部にはそれぞれ車輪６
・・・が車軸７・・・によって回転自在に取付けられて
いる。

上記車体１内には上記回転アーム体３・・・をそれぞれ
回転駆動し、また任意の位置に固定できる回転アーム体
駆動機構８・・・および上記車輪６・・・を回転アーム
体３・・・の回転とは独立して回転駆動する車輪駆動機
構９・・・が設けられている。

これら回転アーム体駆動機構８・・・および車輪駆動機
構９・・・は各回転アーム体３・・・についてそれぞれ
同様の構成のものが設けられている。

以下第３図を参照して１個の回転アーム体３についての
回転アーム体駆動機構８および車輪駆動機構９の実施例
の構成を説明する。

回転アーム体駆動機構８の駆動モータ１０の回転軸１１
に歯車１２が取付けられており、この歯車１２は回転ア
ーム体３の回転軸４に取付けられた歯車１３に噛合して
いる。

そしてこの駆動モータ１０は正転および逆転が可能であ
り、またブレーキ機構を内蔵しており、上記回転アーム
体３を正転および逆転するとともにこの回転アーム体３
の回転を任意の位置で固定できるように構成されている
。

また車輪駆動機構９の駆動モータ１４の回転軸１５には
歯車１６が取付けられており、この歯車１６は駆動軸１
７に取付けられた歯車１８に噛合している。

そしてこの駆動軸１７は前記回転アーム体３の回転軸４
内をこれと同心に回転自在に貫通している。

この駆動軸１７は回転アーム体３のアーム部５内に設け
られた歯車１９・・・を介して車輪６の車軸７に連結さ
れている。

駆動モータ１４は正転および逆転が可能なもので、車輪
６を正転および逆転することができるように構成されて
いる。

また、前記車体１内には走行制御機構２０（第１図に示
す。

）が設けられている。この走行制御機構２０はたとえば
車輪６・・・に作用する荷重の変化から車輪６・・・の
浮き上りを検出し、また車輪６・・・に作用する衝撃や
トルクの変化から車輪６・・・が階段や障害物の側面に
衝突したことを検出し、これらの情報をもとにして各回
転アーム体３・・・および車輪６・・・の回転を制御す
るように構成されている。

次に上記一実施例の作動を説明する。

平坦な床面２１を走行する場合には第４図に示す如く各
回転アーム体３・・・のうちの２個の車輪６・・・を接
地させ、各回転アーム体３・・・の回転は固定せず自由
に回転できるようにしておく。

そして車輪６・・・を回転させ、前進・後退をおこなう
。

この場合、各回転アーム体３・・・は自由に回転できる
ので路面に多少の凹凸があってもこれら回転アーム体３
・・・が回動することにより常に２個の車輪６・・・を
確実に接地させておくことができ、安定した走行ができ
る。

なお、上記回転アーム体駆動機構８の駆動モータ１０は
クラッチ機構付きのモータとしてもよい。

また、第５図に示す如く床面２１Ａが傾斜していても回
転アーム体３・・・が回動し、常に２個の車輪６・・・
を接地させておくことができる。

階段を昇降する場合や障害物を乗越える場合の作動を第
６図ないし第１０図を参照して説明する。

なお、上記第６図ないし第１０図では説明を容易にする
ため１個の回転アーム体３のみを模式的に示す。

４個の回転アーム体３・・・はいずれも同様に作動する
。

階段を昇る場合を第６図ａ”ｅを参照して説明する。

床面を走行していた走行体が階段２２の位置まで来ると
前方に位置する車輪６ａが第６図ａに示す如く第１段２
２ａの側面に衝突する。

この状態は車輪６ａに作用した衝撃、車輪６ａの停止や
トルク変化等により走行制御機構２０で検出する。

この検出によって走行制御機構２０は回転アーム体３を
正回転させる。

したがって回転アーム体３は上記車輪６ａを中心として
上方に回動し第６図すに示す如く次の車輪６ｂが第１段
２２ａの上面に当接する。

さらに回転アーム体３を回転させるとこの回転アーム体
３は第１段２２ａの上面に当接した車輪６ｂを中心とし
て上方に回動し、第６図Ｃに示す如く第１段２２ａの上
まで上昇する。

なお、上記の如く回転アーム体３を回転させる場合、車
輪６ａ、６ｂ、６ｃに大きな正回転トルクを与えておく
と回転アーム体３に太きな逆転方向の反動トルクが生じ
、また車輪６ａ。

６ｂ、６ｃを遊転状態としておくと車輪Ｓａ
ｔ６ｂが後方に転動してしまうため、各車輪６ａ、
６ｂ。

６ｃにはわずかの正回転トルクを与えておく。

次に回転アーム体３が１２０°回転したらその回転を停
止するとともにこれを回転不能に固定し、車輪６ａ
ｔ６ｂ、６ｃを正回転させ、第１段２２ａの上
面の上を走行させる。

第６図ｄに示す如く車輪６ｂが第２段２２ｂの側面に衝
突すると走行制御機構２０がこれを検出して前記と同様
にして回転アーム体３を回転させてこの第２段２２ｂの
上まで昇る。

以下同様にして一段ずつ階段２２を昇る。第６図ｅに示
す如く最上段２２ｎの上まで昇ると車輪６ａｔ６
ｂｔ６ｃを回転して走行しても前方の車輪６ａ
が次の段の側面に衝突しなくなる。

走行制御機構２０では回転アーム体３の回転を固定し、
車輪６ａｔ６ｂｔ６ｃを回転して走行さ
せたのち所定の距離だけ走行しても車輪６ａ、６ｂ
。

６ｃが衝突しない場合には階段を昇り切ったものと判定
し、回転アーム体３の固定を解除し、平坦路面の走行状
態（第４図に示される走行状態）とする。

また、階段２２Ａのピッチが小さな場合には第７図ａに
示す如く回転アーム体３を回転させた場合、次の車輪６
ｂが第１段２２Ａａの上面に当接せず、第２段２２ｂｂ
の側面に当接する場合がある。

この場合車輪６ａ、６ｂ、６ｃに与えられている回
転トルクは比較的小さいので、回転アーム体３の回転ト
ルクおよび車体１の重量が車輪６ａ、６ｂの正回
転トルクに打ち勝ち、回転アーム体３は回転を続け、車
輪６ａは逆回転または空転しながら後退し、また車輪６
ｂは第２段２２Ａｂの側面に沿って逆回転又は空転しな
がら下降し、第７図すに示す如く第１段２２Ａａの
上面に当接する。

したがってこのように階段２２Ａのピッチが小さな場合
であってもこれを昇ることができる。

次に階段を下降する場合の作動を第８図ａ ” ｅを参
照して説明する。

まず、第８図ａに示す如く走行体が階段２３の上まで来
ると前方の車輪６ａが浮き上る。

そして、この車輪６ａに作用する荷重の変化等により、
走行制御機構２０がこの車輪６ａが浮き上り空転したこ
とを検出し、回転アーム体３を制動しつつ正回転させ、
また後側の車輪６ｃが第１段２３ａから落ちないように
車輪６ａ。

６ｂｔ６ｃにわずかな逆回転トルクを与える。

したがって第８図すに示す如く車輪６ａは下降し、第２
段２３ｂの上面に接地する。

そしてこの車輪６ａが第２段２３ｂの上面に接地すると
この車輪６ａは逆回転トルクが与えられているので第８
図Ｃに示す如く第１段２３ａの側面に押し付けられてこ
の第２段２３ｂから落下することが防止される。

そして、第８図ｄに示す如く回転アーム体３が１２０°
回転した状態で走行制御機構２０により前方に位置した
車輪６ｂが接地したか否かが確認される。

そして、この車輪６ｂが接地していない場合には階段２
３が続いているものと判定して上記と同様の作動を続け
、一段ずつ階段２３を下降する。

、そして、第８図ｅに示す如く最下段２３ｎを降りると
回転アーム体３が１２０°回転した場合に前方の車輪６
ａが接地する。

したがって走行制御機構２０でこの状態を検出し、階段
２３を降りたものと判定して回転アーム体３の回転を自
由回転状態とし、また車輪６ａ、６ｂ、６ｃ
を正回転させて平坦路面の走行状態とする。

また、・階段２３Ａのピッチが小さい場合には第９図ａ
に示す如く回転アーム体３が正回転して前方の車輪６ａ
が下降してもこの車輪６ａが第２段２３Ａｂの上面に接
地せず第２段２３Ａｂの側面に当接する場合がある。

このような場合には車輪６ａ＋６ｂｔ６０の逆回転のト
ルクを走行体の重量によりこの車輪６ａに加わる正回転
トルクより小さくしておけばこの車輪６ａは第２段２３
Ａｂの側面に沿って正回転しながら下降し、第９図すに
示す如く第３段２３Ａｃの上面に接地するので前述と同
様にこの階段２３Ａを下降することができる。

次に障害物を乗越える場合を第１０図ａ”ｇを参照して
説明する。

まず前方の車輪６ａが第１０図ａに示す如く障害物２４
の側面に衝突すると前述の階段を昇る場合と同様に回転
アーム体３が正回転し、第１０図すに示す如く次の車輪
６ｂが障害物２４の上面に当接する。

そしてさらに回転アーム体３は正回転を続け、第１０図
Ｃに示す如く回転アーム体３が１２０°回転して障害物
２４の上に乗ったらこの回転アーム体３の回転を停止す
るとともにこの回転を固定し、車輪６ａｔ６ｂｔ６Ｃを
正回転させて回転アーム体３を前進させ、第１０図ｄに
示す如くこの回転アーム体３を障害物２４上に完全に乗
せる。

そしてさらに前進を続け、障害物２４の反対側まで来る
と前方に位置する車輪６ｂが第１０図ｅに示す如く浮き
上る。

そして、前述した階段を下降する場合と同様に走行制御
機構２０によってこの状態が検出され、車輪６ａ。

６ｂ、６ｃが逆回転されるとともに回転アーム体
３が制動されつつ正回転する。

したがって前方の車輪６ｂは下降して第１０図ｆに示す
如く接地する。

そしてさらに回転アーム体３が回転し、第１０図ｇに示
す如く１２０°回転した状態で前方に位置した車輪６ｃ
が接地すると走行制御機構２０がこの状態を検出し、障
害物２４を乗越したものと判定して回転アーム体３の回
転を停止して自由に回転し得るようにし、また車輪６ａ
、６ｂ、６ｃを正回転させて平坦路面の走行状態とする
。

したがってこの一実施例のものは平坦床面の走行はもと
より斜面および階段の昇降、障害物の乗越等をおこなう
ことができ、あらゆる状態の床面を走行することができ
る。

そして、この一実施例のものは乗越えられる段差の最高
の高さＨは回転アーム体３のアーム部５・・・の半径を
Ｒ１車輪６・・・の半径をｒとすると第１１図に示す如
くＨ＝ｒ十Ｒ＋ｘ・・・・・・・・・・・・・
・・・・・（１）となる。

そして、ｘ＝Ｒ３１ｎ３０°−ｒ −−（２）であるからとなる。

また、この走行体が階段等を昇降中に下方に転倒しない
ためには、第１２図に示す如く下方の回転アーム体３の
中心から重心Ｇまでの水平方向の距離をＬｘ、回転アー
ム体３の中心から重心Ｇまでの高さをＬｙ、重体の傾き
をθとすればＩ、＝Ｉ、ｘｃＯ３θ−Ｉ、ｙｓ１ｎθ〉
Ｒ・・・・・・・・・・・・（４）とすればよい。

したがって予想される最大の傾き角θに対して上記（４
）式を満足する範囲でアーム部５の半径Ｒを大きくすれ
ば乗越えられる段差の高さを大きくすることができ、階
段の昇降や障害物乗越の能力がきわめて犬となる。

また、この一実施例のものは回転アーム体３・・・のア
ーム部５・・・の先端に車輪６・・・を設けただけのも
ので構造が簡単であり、また回転アーム体３・・・と車
輪６・・・の回転を制御するだけであらゆる走行状態に
対応でき、制御も容易である。

また、この一実施例のものは車輪６・・・の衝突や浮き
上りによって走行路面の状態を検出するようにしたので
、走行路面の状態を検出する機構も簡単となるものであ
る。

また、走行制御機構は必ずしも車輪の衝突や浮き上りに
よって走行路面の状態を検出するものに限らず、その他
超音波や光学的な検出手段によって走行路面の状態を検
出するものであってもよい。

さらに回転アーム体駆動機構や車輪駆動機構等の構成も
必ずしも上記のものに限定されない。

さらに本発明は原子炉格納容器内の点検監視用の走行体
に限らず、その他無人工場内の機器の保守点検用の走行
体、さらには身体障害者用の車椅子などの走行体一般に
適用できるものである。

上述の如く本発明は３本の放射状に配置されたアーム部
を有する回転アーム体を車体に回転自在に取付け、また
これらアーム部の先端部にそれぞれ車輪を設け、この回
転アーム体と車輪とをそれぞれ独立して駆動する回転ア
ーム体駆動機構と車輪駆動機構を設け、走行制御機構に
よって走行路面の状態を検出し、これに対応して回転ア
ーム体と車輪の回転を制御し、階段の昇降や障害物の乗
越等をなすものである。

したがってこのものはアーム部の半径を大きくすれば乗
越えられる段差を大きくすることができ、階段の昇降や
障害物の乗越等の能力がきわめて大きく、また構造も簡
単で制御も容易でありその効果は犬である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は側面図、第２
図は平面図、第３図は第１図のＩ−Ｉ線に沿う断面図、
第４図は平坦路面を走行する状態を示す側面図、第５図
は傾斜した路面を走行する状態を示す側面図、第６図ａ
””−ｅは階段を登る状態を模式的に示す図、第７図
ａ、ｂはピッチの小さな階段を登る状態を模式的に示す
図、第８図ａ〜ｅは階段を下降する状態を模式的に示す
図、第９図ａ、ｂはピッチの小さな階段を下降する場合
を模式的に示す図、第１０図ａ＝ｇは障害物を乗越
す状態を模式的に示す図、第１１図はアーム部の半径と
登り得る段差の高さとの関係を説明する図、第１２図は
階段昇降中に転倒しないための重心とアーム部半径との
関係を示す図である。１・・・・・・車体、３・・・・・・回転アーム体、４
・・・・・・回転軸、５・・・・・・アーム部、６・・
・・・・車輪、７・・・・・・車軸、８・・・・・・回
転アーム体駆動機構、９・・・・・・車輪駆動機構、２
０・・・・・・走行制御機構。

Claims

【特許請求の範囲】

１車体と、この車体に取り付けられた走行制御機構と
、この走行制御機構により制御される第１の駆動機構と
第２の駆動機構と、この第２の駆動機構からの動力が階
段等を走行する場合に伝達され床面等を走行する場合に
は遊転状態である円筒状の第１の駆動軸と、この第１の
駆動軸の軸心を貫通して設けられ第１の駆動軸と軸心が
同一で上記第１の駆動機構から動力が伝達される第２の
駆動軸と、この第２の駆動軸に取り付けられた第１の歯
車と、この第１の歯車にほぼ１２０度の角度毎に噛合う
第１の歯車列と第２の歯車列と第３の歯車列と、これら
第１の歯車列と第２の歯車列と第３の歯車列の最終段の
歯車にそれぞれ取り付けられてなる第１の車軸と第２の
車軸と第３の車軸と、これら第１の車軸と第２の車軸と
第３の車軸のそれぞれに取り付けられ階段等を走行する
場合にも回転トルクを与えられる車輪と、上記第１の駆
動軸に取り付けられこの第１の駆動軸の軸心を中心にほ
ぼ１２０度の等角度で放射状に突設された３本のアーム
部を有しこのアーム部に上記第１の歯車列と第２の歯車
列と第３の歯車列と第１の車軸と第２の車軸と第３の車
軸が回転自在に取り付けられこのアーム部の先端部に上
記車輪が位置してなりしかもこのアーム部の半径Ｒが昇
降する階段の高さＨとＲ≧２ＸＨ／３の関係を有する回
転アーム体とを具備したことを特徴とする走行体。