JP6953001B2 - 走行ロボット - Google Patents

Description

本開示は、走行ロボットに関する。

地震などの災害発生地での探索活動等の目的で用いられる走行ロボットが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−８１４４７号公報

このような走行ロボットは、できるだけ狭い空間に進入できるように、小型化が重要となる。また、がれき等の段差を乗り越える段差乗り越え性能も重要となる。

本発明の目的は、小型化及び／又は段差乗り越え性能の向上を実現可能な、走行ロボットを提供することにある。

本発明の一態様に係る走行ロボットは、流体の流出入による外径の変化によって、走行性能を変化させることが可能な径可変輪を備える。

本発明の１つの実施形態として、前記走行性能は、進行速度、進行方向、路面への追従性能、及び／又は段差乗り越え性能を含む。

本発明の１つの実施形態として、前記走行性能は、少なくとも進行速度を含む。

本発明の１つの実施形態として、前記走行性能は、少なくとも進行方向を含む。

本発明の１つの実施形態として、前記走行性能は、少なくとも段差乗り越え性能を含む。

本発明の１つの実施形態として、前記径可変輪は、前記流体の流出入を許容するチャンバと、前記チャンバの径方向外側に配置された弾性変形可能な外筒とを備える。

本発明の１つの実施形態として、前記外筒は、弾性を有する筒状の壁材と、前記壁材に埋設されるとともに前記壁材に沿った軸方向の伸長を抑制する補強材とを有する。

本発明の１つの実施形態として、
前記補強材は、長手方向の非伸長性を有する複数の線材からなり、
前記複数の線材は、それぞれ、前記壁材の軸方向に沿って延在するとともに、前記壁材の全周に亘って互いに間隔を空けて配置されている。

本発明の１つの実施形態として、
前記径可変輪は、
前記径可変輪の回転中心軸線に沿って延在するとともに中空部が設けられた輪軸と、
前記輪軸に一体に連結するとともに前記中空部と前記チャンバとを連通させる連通路が設けられた第１端部材と、
第１端部材と前記輪軸の軸方向に間隔を空けて対向する第２端部材と、
前記チャンバの径方向内側に配置されるとともに軸方向の伸縮性を有する内筒とを備え、
前記チャンバは、前記外筒、前記内筒、前記第１端部材及び前記第２端部材によって区画されている。

本発明の１つの実施形態として、前記第２端部材は、前記輪軸に軸方向へ摺動可能に連結している。

本発明の１つの実施形態として、前記走行ロボットは、
前記径可変輪を軸支するボディと、
前記ボディに搭載されるとともに前記径可変輪に前記流体を供給する流体供給源と、
前記ボディに搭載されるとともに前記径可変輪の内部における前記流体の圧力を調節する調圧部とを備える。

本発明の１つの実施形態として、前記径可変輪は、前記走行ロボットを駆動可能である。

本発明の１つの実施形態として、
前記走行ロボットは、複数の前記径可変輪を備え、
前記複数の径可変輪は、互いに独立して外径を変化させることが可能である。

本発明によれば、小型化及び／又は段差乗り越え性能の向上を実現可能な、走行ロボットを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る走行ロボットの上面図である。 図１に示す走行ロボットの斜視図である。 図１に示す径可変輪の断面図である。 図１に示す径可変輪の斜視断面図である。 第１実施形態に関し、一対の径可変輪の両方を縮径させた状態で走行している状態を示す、走行ロボットの側面図である。 図５Ａに示す状態から、一対の径可変輪の両方を漸次拡径させたときの状態を示す、走行ロボットの側面図である。 図５Ｂに示す状態から、段差に到達し、当該段差を乗り越えるときの状態を示す、走行ロボットの側面図である。 第１実施形態に関し、走行中に一対の径可変輪の一方のみを拡径させたときの状態を示す、走行ロボットの上面図である。 本発明の第２実施形態に係る走行ロボットの径可変輪の断面図である。 図６に示す径可変輪の斜視断面図である。 本発明の第３実施形態に係る走行ロボットの斜視図である。 第３実施形態に関し、一対の径可変輪を縮径させた状態で走行し、段差の前で停止したときの状態を示す、走行ロボットの側面図である。 図９Ａに示す状態から、一対の径可変輪を拡径させたときの状態を示す、走行ロボットの側面図である。 図９Ｂに示す状態から、走行を再開し、一対の径可変輪が段差に乗り上げたときの状態を示す、走行ロボットの側面図である。 図９Ｃに示す状態から、走行を継続し、一対のクローラが段差に乗り上げたときの状態を示す、走行ロボットの側面図である。 図９Ｄに示す状態から、走行を継続し、走行ロボットが段差を乗り越えたときの状態を示す、走行ロボットの側面図である。 図９Ｅに示す状態から、走行を停止し、一対の径可変輪を縮径させたときの状態を示す、走行ロボットの側面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る走行ロボットについて詳細に例示説明する。

まず、図１〜図５Ｄを参照して、第１実施形態に係る走行ロボット１について詳細に例示説明する。図１及び図２に示すように、本実施形態に係る走行ロボット１は、流体の流出入による外径の変化によって、走行性能を変化させることが可能な径可変輪２を備えている。より具体的には、走行ロボット１は、前方に配置された一対の径可変輪２と、後方に配置された１つの車輪３とを備えている。一対の径可変輪２は、走行ロボット１の左側部分に配置された左径可変輪２ａと、走行ロボット１の右側部分に配置された右径可変輪２ｂとからなっている。左径可変輪２ａと右径可変輪２ｂとは、互いに同一の構成を有している。また、左径可変輪２ａと右径可変輪２ｂとは、走行ロボット１の左右方向に整列している。本実施形態では、一対の径可変輪２は、走行ロボット１を駆動可能である。より具体的には、一対の径可変輪２は、いずれも駆動輪として構成されている。車輪３は、従動輪として構成されている。本実施形態では、一対の径可変輪２は、互いに独立して外径を変化させることが可能である。

前記流体は、本実施形態では、空気である。しかし、流体は、二酸化炭素などの、空気以外の気体であってもよい。また、流体は、気体に限られず、例えば、水又は油等の液体等であってもよい。

前記走行性能は、本実施形態では、進行速度、進行方向、路面への追従性能、及び段差乗り越え性能を含んでいる。しかし、走行ロボット１は、前記走行性能が、進行方向、進行速度、路面への追従性能、及び段差乗り越え性能のいずれか一つ又は２つ以上を含むように構成されてもよい。

本実施形態では、走行ロボット１は、径可変輪２を軸支するボディ４と、径可変輪２に流体を供給する流体供給源５と、径可変輪２の内部における流体の圧力を調節する調圧部６とを備えている。

流体供給源５は、ボディ４（より具体的には、ボディ４の上部）に搭載されている。流体供給源５は、圧縮された流体が充填された容器（より具体的には、缶）として構成されている。より具体的には、流体供給源５は、圧縮空気入りの容器、又は二酸化炭素などのエアゾール容器によって構成されている。しかし、流体供給源５は、このような容器に限られず、例えば、コンプレッサ（より具体的には、エアコンプレッサ）等であってもよい。また、流体供給源５は、化学反応によって生成した流体（例えば、重曹とクエン酸との化学反応によって生成した二酸化炭素）を供給するように構成された、流体生成供給装置であってもよい。

調圧部６は、ボディ４（より具体的には、流体供給源５の後方及び下方部分等）に搭載されている。調圧部６は、本実施形態では、第１配管７、レギュレータ８、第２配管９、分岐管１０、左第３配管１１ａ、右第３配管１１ｂ、左給排弁１２ａ、右給排弁１２ｂ、左第４配管１３ａ、右第４配管１３ｂ、左回転継手１４ａ、右回転継手１４ｂ、左弁コントローラ２４ａ及び右弁コントローラ２４ｂからなっている。しかし、調圧部６の構成は変更が可能である。

第１配管７は、流体供給源５とレギュレータ８とを接続している。レギュレータ８は、流体供給源５から供給される流体の圧力を調節するための摘み１５と、当該圧力のインジケータ１６とを有している。第２配管９は、レギュレータ８と分岐管１０とを接続している。分岐管１０は、第２配管９に接続する入口１７と、入口１７に連通する左出口１８ａと、入口１７に連通する右出口１８ｂとを有している。左第３配管１１ａは、分岐管１０の左出口１８ａと、左給排弁１２ａとを接続している。右第３配管１１ｂは、分岐管１０の右出口１８ｂと、右給排弁１２ｂとを接続している。

左給排弁１２ａは、左第３配管１１ａに接続する第１ポート１９ａと、左第４配管１３ａに接続する第２ポート２０ａと、排気ポート２１ａとを有している。左給排弁１２ａは、第１ポート１９ａ、第２ポート２０ａ及び排気ポート２１ａを有するハウジングと、ハウジングに対する移動によって第１ポート１９ａ、第２ポート２０ａ及び排気ポート２１ａの開閉状態を切替える作動部材２２ａとを備えている。作動部材２２ａは、ハウジングから突出する方向に、例えばばねによって、付勢されている。作動部材２２ａは、押し込み操作を受けていないとき（図２に示す状態のとき）は、ハウジングから最も突出する第１位置に位置する。作動部材２２ａは、付勢力に抗する押し込み操作を受けることによって、第１位置より突出の程度が小さい第２位置、及び第２位置より突出程度が小さい第３位置へ移動することができる。左給排弁１２ａは、作動部材２２ａが第１位置に位置するときは、第１ポート１９ａ、第２ポート２０ａ及び排気ポート２１ａがいずれも閉塞し、左径可変輪２ａの内部における流体の圧力を保持する圧力保持機能を発揮する。左給排弁１２ａは、作動部材２２ａが第２位置に位置するときは、第１ポート１９ａと第２ポート２０ａとが連通するとともに排気ポート２１ａが閉塞し、左径可変輪２ａの内部における流体の圧力を上昇させる圧力上昇機能を発揮する。左給排弁１２ａは、作動部材２２ａが第３位置に位置するときは、第１ポート１９ａが閉塞するとともに第２ポート２０ａと排気ポート２１ａとが連通し、左径可変輪２ａの内部における流体の圧力を、大気圧に向けて低下させる圧力低下機能を発揮する。作動部材２２ａが第１位置から第３位置のいずれに位置するときに左給排弁１２ａが圧力保持機能、圧力上昇機能及び圧力低下機能のいずれを発揮するように構成するかは、適宜変更が可能である。

左給排弁１２ａの作動部材２２ａの位置は、左弁コントローラ（より具体的には、サーボ）２４ａによって制御される。左弁コントローラ２４ａは、ボディ４に固定されたハウジングと、ハウジングに対する回転によって作動部材２２ａを押圧操作可能なホーン２５ａとを備えている。左弁コントローラ２４ａは、ボディ４に搭載された無線受信装置２６と有線接続（図示省略）されており、無線送信装置に有線接続された操作インターフェースを介することで、ユーザによる遠隔操作が可能である。

右給排弁１２ｂは、左給排弁１２ａと同様の構成となっている。すなわち、右給排弁１２ｂは、右第３配管１１ｂに接続する第１ポート１９ｂと、右第４配管１３ｂに接続する第２ポート２０ｂと、排気ポート２１ｂとを有している。右給排弁１２ｂは、第１ポート１９ｂ、第２ポート２０ｂ及び排気ポート２１ｂを有するハウジングと、ハウジングに対する移動によって第１ポート１９ｂ、第２ポート２０ｂ及び排気ポート２１ｂの開閉状態を切替える作動部材２２ｂとを備えている。作動部材２２ｂは、ハウジングから突出する方向に、例えばばねによって、付勢されている。右給排弁１２ｂは、作動部材２２ｂが第１位置に位置するときは圧力保持機能を発揮し、作動部材２２ｂが第２位置に位置するときは圧力上昇機能を発揮し、作動部材２２ｂが第３位置に位置するときは圧力低下機能を発揮する。作動部材２２ｂが第１位置から第３位置のいずれに位置するときに右給排弁１２ｂが圧力保持機能、圧力上昇機能及び圧力低下機能のいずれを発揮するように構成するかは、適宜変更が可能である。右給排弁１２ｂの作動部材２２ｂの位置は、右弁コントローラ（より具体的には、サーボ）２４ｂによって制御される。右弁コントローラ２４ｂは、左弁コントローラ２４ａと同様の構成となっている。すなわち、右弁コントローラ２４ｂは、ボディ４に固定されたハウジングと、ハウジングに対する回転によって作動部材２２ｂを押圧操作可能なホーン２５ｂとを備えている。右弁コントローラ２４ｂは、無線受信装置２６と有線接続（図示省略）されており、ユーザによる遠隔操作が可能である。

左第４配管１３ａは、左給排弁１２ａの第２ポート２０ａと、左回転継手１４ａとを接続している。右第４配管１３ｂは、右給排弁１２ｂの第２ポート２０ｂと、右回転継手１４ｂとを接続している。左回転継手１４ａは、左径可変輪２ａの輪軸２３である左輪軸２３ａを左第４配管１３ａに、左輪軸２３ａの周方向に回転可能に連結している。右回転継手１４ｂは、右径可変輪２ｂの輪軸２３である右輪軸２３ｂを右第４配管１３ｂに、右輪軸２３ｂの周方向に回転可能に連結している。

本実施形態では、走行ロボット１は、ボディ４に搭載された原動機（より具体的には、モータ）２７と、原動機２７の動力を径可変輪２に伝達する動力伝達装置２８とを備えている。動力伝達装置２８は、走行ロボット１の左右方向に延在するとともに原動機２７によって回転駆動される、共通車軸２９を備えている。また、動力伝達装置２８は、共通車軸２９の左端に一体に連結する左第１プーリ（より具体的には、歯付きプーリ）３０ａと、左径可変輪２ａの左輪軸２３ａに一体に連結する左第２プーリ（より具体的には、歯付きプーリ）３１ａと、左第１プーリ３０ａ及び左第２プーリ３１ａに巻き掛けられた左無端可撓部材（より具体的には、歯付きベルト）３２ａとを備えている。また、動力伝達装置２８は、共通車軸２９の右端に一体に連結する右第１プーリ（より具体的には、歯付きプーリ）３０ｂと、右径可変輪２ｂの右輪軸２３ｂに一体に連結する右第２プーリ（より具体的には、歯付きプーリ）３１ｂと、右第１プーリ３０ｂ及び右第２プーリ３１ｂに巻き掛けられた右無端可撓部材（より具体的には、歯付きベルト）３２ｂとを備えている。共通車軸２９、左輪軸２３ａ及び右輪軸２３ｂは、それぞれ、軸受（図示省略）を介してボディ４に軸支されている。

本実施形態では、走行ロボット１は、無線受信装置２６及び原動機２７にそれぞれ有線接続（図示省略）されるとともに無線受信装置２６からの信号に応じて原動機２７の動力（回転速度又は回転トルク）を調節する、動力調整装置３３を備えている。すなわち、原動機２７の動力は、無線受信装置２６及び動力調整装置３３を介することで、ユーザによる遠隔操作が可能である。動力調整装置３３は、本実施形態では、原動機２７の動力を適切な稼動範囲内で連続的に調節することができる。また、走行ロボット１は、無線受信装置２６、動力調整装置３３、原動機２７、左弁コントローラ２４ａ及び右弁コントローラ２４ｂに電力を供給する、電源（より具体的には、バッテリ）３４を備えている。なお、電力供給のための配線は、図示を省略している。走行ロボット１は、本実施形態では、地震などの災害発生地での探索活動等の目的で用いられる、撮像装置及び照明装置（いずれも図示省略）を備えている。走行ロボット１は、所望の作業に用いられる遠隔操作可能なマニュピレータを搭載していてもよい。

図３及び図４に示すように、本実施形態では、径可変輪２は、流体の流出入を許容するチャンバ３５と、チャンバ３５の径方向外側に配置された弾性変形可能な例えばゴム又はエラストマー製の、外筒３６とを備えている。より具体的には、径可変輪２は、径可変輪２の回転中心軸線Ｏに沿って延在するとともに中空部３７が設けられた、輪軸２３を備えている。また、径可変輪２は、輪軸２３に一体に連結する第１側壁部材３８と、第１側壁部材３８と輪軸２３の軸方向に間隔を空けて対向する第２側壁部材３９と、第１側壁部材３８と第２側壁部材３９とを一体に連結する複数（本実施形態では、４つ）の柱部材４０とを備えている。複数の柱部材４０は、回転中心軸線Ｏの周りに等間隔を空けて配置されている。第１側壁部材３８は、輪軸２３に直接固定された円盤状の第１基盤４１と、第１基盤４１に直接固定された円環状の第１環状体４２とを備えている。第１基盤４１と第１環状体４２との間には、外筒３６の軸方向の第１端が挟持されている。第２側壁部材３９は、複数の柱部材４０に直接固定された円盤状の第２基盤４３と、第２基盤４３に直接固定された円環状の第２環状体４４とを備えている。第２基盤４３と第２環状体４４との間には、外筒３６の軸方向の第２端が挟持されている。したがって、チャンバ３５は、外筒３６、第１側壁部材３８及び第２側壁部材３９によって区画されるとともに輪軸２３の中空部３７と連通している。しかし、径可変輪２の構成は変更が可能である。

したがって、流体供給源５から調圧部６を介して輪軸２３の中空部３７に流体が供給されると、当該流体は、中空部３７からチャンバ３５に導入される。そして、チャンバ３５の圧力上昇により、図３に二点鎖線で示すように、外筒３６が径方向外側へ膨張する。このとき、外筒３６の軸方向の長さは複数の柱部材４０によって一定に保たれる。このように、本実施形態では、チャンバ３５の圧力上昇により、外筒３６が、軸方向の長さを保ったままで径方向外側へ膨張する。

また、チャンバ３５から輪軸２３の中空部３７及び調圧部６を介して流体を排出することで、チャンバ３５の圧力下降により、外筒３６の収縮方向の弾性力によって、外筒３６が径方向内側へ収縮する。このとき、外筒３６の軸方向の長さは複数の柱部材４０によって一定に保たれる。このように、本実施形態では、チャンバ３５の圧力下降により、外筒３６が、軸方向の長さを保ったままで径方向内側へ収縮する。

図５Ａに示すように、走行ロボット１は、図１に示したような一対の径可変輪２の両方を縮径させた状態で、走行することができる。このとき、走行ロボット１は、ユーザーの遠隔操作による原動機２７の動力の調節により、走行速度を変化させることができる。また、走行ロボット１は、原動機２７の回転数が保持された状態であっても、ユーザーの遠隔操作により、一対の径可変輪２の両方を図５Ｂに示すように拡径させていくことで、走行ロボット１の進行速度を上昇させることができる。すなわち、走行ロボット１は、径可変輪２の外径の変化によって、進行速度を変化させることができる。したがって、走行ロボット１は、別途の変速装置を設けなくても、原動機２７の適切な稼動域内での動力調節によって実現できる進行速度の調節可能域を越えて、進行速度を調節することができる。したがって、本実施形態によれば、変速装置を不要化できるので、変速装置の省略（トランスミッションレス）によって走行ロボット１の小型化を実現することができる。

また、走行ロボット１は、一対の径可変輪２の拡径により、路面への追従性能を高めることができる。すなわち、走行ロボット１は、径可変輪２の外径の変化によって、路面への追従性能を変化させることができる。したがって、本実施形態によれば、サスペンションを不要化できるので、サスペンションの省略（サスペンションレス）によって走行ロボット１の小型化を実現することができる。

走行ロボット１は、段差に到達した際には、図５Ｃに示すように、拡径させた一対の径可変輪２によって容易に段差を乗り越えることができる。すなわち、走行ロボット１は、径可変輪２の外径の変化によって、段差乗り越え性能を変化させることができる。したがって、本実施形態によれば、走行ロボット１の段差乗り越え性能の向上を実現することができる。

走行ロボット１は、例えば、図５Ｄに示すように走行中に一対の径可変輪２の一方のみを拡径させることにより、進行方向を、一対の径可変輪２の他方側へ変化させることができる。すなわち、走行ロボット１は、左右に配置された一対の径可変輪２の外径を互いに相違させることにより、外径がより小さい径可変輪２の側へ進行方向を変化させることができる。このように、走行ロボット１は、径可変輪２の外径の変化によって、進行方向を変化させることができる。したがって、本実施形態によれば、ステアリングを不要化できるので、ステアリングの省略（ステアリングレス）によって走行ロボット１の小型化を実現することができる。

前述したように、本実施形態に係る走行ロボット１は、左右に配置された一対の径可変輪２を備えている。しかし、走行ロボット１に設ける径可変輪２の数及び配置は変更が可能である。例えば、車輪３を、駆動輪又は従動輪として構成された径可変輪２に変更してもよい。或いは、走行ロボット１の前方に設けた一対の径可変輪２に加え、走行ロボット１の後方にも、走行ロボット１の左右方向に整列するように配置された一対の径可変輪２を設け、これら４つの径可変輪２をいずれも駆動輪として構成してもよい。或いは、一対の径可変輪２の一方を、外径が不変の車輪に変更してもよい。この場合、径可変輪２の外径を、車輪より小さい外径と車輪より大きい外径との間で変化させることにより、進行方向を変化させることができる。或いは、一対の径可変輪２を、常に外径を互いに一致させたままで変化させるように構成してもよい。この場合、進行方向を変化させるために、ステアリングを設けてもよい。

本実施形態では、前述したように、一対の径可変輪２はボディ４の側方に配置されている。しかし、一対の径可変輪２は、ボディ４の下方に配置してもよい。この場合も、径可変輪２の数は増減が可能である。例えば、走行ロボット１は、唯一の接地部として、駆動輪として構成された１つの径可変輪２を備えていてもよい。この場合、ボディの転倒防止及び進行方向制御のための姿勢制御機構を適宜設けてもよい。

また、本実施形態では、前述したように、１つの径可変輪２に１つのチャンバ３５を有している。しかし、径可変輪２に設けるチャンバ３５の数は変更が可能である。例えば、走行ロボット１に２つのチャンバ３５を有する１つの径可変輪２を設け、当該径可変輪２を駆動輪として用いるようにしてもよい。この場合、２つのチャンバ３５の内部圧力を互いに独立して調整できるように調圧部６を構成することで、前述したステアリングレス効果を得ることが可能となる。

また、本実施形態では、前述したように、走行ロボット１は、原動機２７の動力を適切な稼動範囲内で連続的に調節可能に構成されている。しかし、走行ロボット１は、原動機２７の動力をＯＮ、ＯＦＦのいずれかに調節可能に構成されてもよい。

次に、図６及び図７を参照して、第２実施形態に係る走行ロボットについて詳細に例示説明する。本実施形態に係る走行ロボットは、径可変輪２’の構成が異なる他は、第１実施形態の場合と同一の構成を有している。図６及び図７には、一対の径可変輪２’のうち、走行ロボットの左側部分に配置された左径可変輪２ａ’が示されている。一対の径可変輪２’は、相互に同一の構成を有している。

図６及び図７に示すように、径可変輪２’は、流体の流出入を許容するチャンバ４５と、チャンバ４５の径方向外側に配置された弾性変形可能な外筒４６とを備えている。外筒４６は、弾性を有する筒状の壁材４７と、壁材４７に埋設されるとともに壁材４７に沿った軸方向の伸長を抑制する補強材４８とを有している。壁材４７は、例えばゴム又はエラストマー製であってよい。補強材４８は、長手方向の非伸長性を有する複数の線材４９からなっている。複数の線材４９は、それぞれ、壁材４７の軸方向に沿って延在するとともに、壁材４７の全周に亘って互いに間隔を空けて配置されている。より具体的には、複数の線材４９は、無数の繊維コード（例えば、カーボンロービング）からなっている。しかし、補強材４８は、前述したような複数の線材４９からなるものに限られない。例えば、補強材４８は、スリーブ状に編み込まれた繊維コードからなっていてもよい。

径可変輪２’は、径可変輪２’の回転中心軸線Ｏ’に沿って延在するとともに中空部５０が設けられた、輪軸５１を備えている。本実施形態では、輪軸５１は、中空部５０が設けられた第１軸部材５２と、第２軸部材５３とからなっている。

径可変輪２’は、輪軸５１（第１軸部材５２及び第２軸部材５３）に一体に連結するとともに中空部５０とチャンバ４５とを連通させる連通路５４が設けられた、第１端部材５５を備えている。本実施形態では、第１端部材５５には、周方向に等間隔を空けて配置された複数（より具体的には、３つ）の連通路５４が設けられている。第１端部材５５は、本実施形態では、第１軸部材５２に直接固定された円盤状の第１基盤５６と、第１基盤５６に直接固定された円板状の中間部材５７と、中間部材５７及び第２軸部材５３の両方に直接固定された先端部材５８とを備えている。先端部材５８は、中間部材５７に直接固定された円環状の鍔５９と、第２軸部材５３に直接固定された円筒状の筒６０とを有している。

径可変輪２’は、チャンバ４５の径方向内側に配置されるとともに軸方向の伸縮性を有する、内筒６１を備えている。内筒６１は、本実施形態では、コイルばね６２と、コイルばね６２の外周を被覆する円筒状の被覆材６３とからなっている。被覆材６３は、コイルばね６２の軸方向の伸縮を許容する可撓性を有している。しかし、内筒６１の構成は、変更が可能である。

径可変輪２’は、第１端部材５５と輪軸５１の軸方向に間隔を空けて対向する、第２端部材６４を備えている。本実施形態では、第２端部材６４は、円盤状の第２基盤６５と、第２基盤６５に直接固定された円筒状の筒部材６６と、筒部材６６を第２基盤６５に固定する一対の固定部材（より具体的には、スナップリング）６７とを備えている。第２基盤６５には、内筒６１の径方向内側に形成された空間と径可変輪２’の外部とを連通させる外部連通路６８が設けられている。チャンバ４５は、外筒４６、内筒６１、第１端部材５５及び第２端部材６４によって区画されている。

本実施形態では、第２端部材６４（より具体的には、筒部材６６）は、輪軸５１（より具体的には、第２軸部材５３）に軸方向へ摺動可能に連結している。

したがって、流体供給源５から調圧部６を介して第１軸部材５２の中空部５０に流体が供給されると、当該流体は、連通路５４を通ってチャンバ４５に導入される。そして、チャンバ４５の圧力上昇により、図６に二点鎖線で示すように、外筒４６が径方向外側へ膨張する。このとき、外筒４６の壁材４７は、周方向への伸長は許容されるものの、壁材４７に沿った軸方向への伸長は補強材４８によって抑制される。したがって、壁材４７は、壁材４７に沿った軸方向の長さを殆ど変えずに、径方向外側に凸となるように湾曲変形する。その結果、外筒４６は、径方向外側へ膨張する一方で、軸方向に収縮することになる（図６に二点鎖線で示す第２端部材６４の外側輪郭参照）。またこのとき、内筒６１は、コイルばね６２が圧縮されることで軸方向に収縮し、第２端部材６４（より具体的には、筒部材６６）は、輪軸５１（より具体的には、第２軸部材５３）上を第１端部材５５に向けて摺動し、内筒６１の内側の空気は、外部連通路６８を通って外部に排出される。このように、本実施形態では、チャンバ４５の圧力上昇により、外筒４６が径方向外側へ膨張するだけでなく軸方向に収縮する。

また、チャンバ４５から連通路５４、第１軸部材５２の中空部５０及び調圧部６を介して流体を排出することで、チャンバ４５の圧力下降により、外筒４６の壁材４７の収縮方向の弾性力及びコイルばね６２の伸長方向の弾性力によって、外筒４６が径方向内側へ収縮するだけでなく軸方向に伸長する。またこのとき、内筒６１は、コイルばね６２の弾性力によって軸方向に伸長し、第２端部材６４（より具体的には、筒部材６６）は、輪軸５１（より具体的には、第２軸部材５３）上を第１端部材５５から離れる方向に摺動し、外部から外部連通路６８を通って内筒６１の内側へ空気が導入される。このように、本実施形態では、チャンバ４５の圧力下降によって外筒４６が径方向内側へ収縮するだけでなく軸方向に伸長する。

したがって、本実施形態によれば、少ない量の流体の流出入によって効率的に径可変輪２’の外径を変化させることができる。また、径可変輪２’の外径の拡大に伴う径可変輪２’の軸方向の収縮により、走行ロボットの左右方向の幅を縮小して、より幅の狭い空間への進入を可能にすることができる。

前述したように、本実施形態に係る走行ロボット１は、１つの径可変輪２’に１つのチャンバ４５を有している。しかし、径可変輪２’に設けるチャンバ４５の数は変更が可能である。例えば、走行ロボット１に３つ以上のチャンバ３５を有する１つの径可変輪２を設け、当該径可変輪２を駆動輪として用いるようにしてもよい。この場合、当該３つ以上のチャンバ３５の内部圧力を互いに独立して調整できるように調圧部６を構成することで、前述したステアリングレス効果を得られるだけでなく、径可変輪２の軸方向への平行移動も可能にすることができる。すなわち、当該３つ以上のチャンバ３５に、径可変輪２がミミズや腸などの蠕動運動を模した動きをなすように、流体の流出入を、時差を設けて順次適用することで、走行ロボット１を径可変輪２の軸方向へ平行移動させることができる。

次に、図８〜図９Ｆを参照して、第３実施形態に係る走行ロボット７０について詳細に例示説明する。図８に示すように、本実施形態に係る走行ロボット７０は、走行ロボット７０を駆動可能な接地推進手段としての一対のクローラ（無限軌道）７１を有している。一対のクローラ７１は、走行ロボット７０の左右方向に整列するように配置されている。すなわち、一対のクローラ７１は、左側に配置された左クローラ７１ａと、右側に配置された右クローラ７１ｂとからなっている。各クローラ７１は、走行ロボット７０の後方側に配置された起動輪７２と、走行ロボット７０の前方側に配置された遊動輪７３と、起動輪７２及び遊動輪７３に巻き掛けられた例えばゴム製の、ベルト７４とを有している。

また、走行ロボット７０は、流体の流出入による外径の変化によって、走行性能（本実施形態では、段差乗り越え性能）を変化させることが可能な、一対の径可変輪７５を備えている。一対の径可変輪７５は、走行ロボット７０の左右方向に整列するように配置されている。すなわち、一対の径可変輪７５は、左側に配置された左径可変輪７５ａと、右側に配置された右径可変輪７５ｂとからなっている。左径可変輪７５ａは、左クローラ７１ａの遊動輪７３に、一体に回転可能に連結している。右径可変輪７５ｂは、右クローラ７１ｂの遊動輪７３に、一体に回転可能に連結している。各径可変輪７５は、前述した第２実施形態における径可変輪２’と同様の構成を有しており、その輪軸５１（第１軸部材５２）が遊動輪７３に、一体に回転可能に連結している。

走行ロボット７０は、径可変輪７５を軸支するボディ７６と、ボディ７６に搭載されるとともに径可変輪７５に流体を供給する、流体供給源（図示省略）と、ボディ７６に搭載されるとともに径可変輪７５の内部における流体の圧力を調節する、調圧部（図示省略）とを備えている。当該流体供給源及び調圧部は、前述した第１実施形態の場合と同様の構成を有している。輪軸７７の第１軸部材７８（図６に示す輪軸５１の第１軸部材５２に相当）は、走行ロボット７０の内側から外側に向けて遊動輪７３を貫通しており、左径可変輪７５ａの第１軸部材７８の先端部は、調圧部の左回転継手（図１に示す左回転継手１４ａに相当）に周方向に回転可能に連結している。調圧部は、ボディ７６に搭載された無線受信装置（図示省略）を介することで、ユーザによる遠隔操作が可能である。

走行ロボット７０は、ボディ７６に搭載された原動機（図示省略）と、原動機の動力を一対のクローラ７１に伝達する動力伝達装置（図示省略）とを備えている。原動機の動力は、前記の無線受信装置と、第１実施形態の動力調整装置３３と同様の構成を有する動力調整装置とを介したユーザによる遠隔操作によって調節可能である。各クローラ７１に対して原動機を１つずつ設け、これら一対の原動機を、互いに独立して動力を調節できるように構成してもよい。

走行ロボット７０は、図８に示したような一対の径可変輪７５の両方を縮径させた状態で、一対のクローラ７１によって走行することができる。このように、走行ロボット７０は、一対の径可変輪７５を接地させることなく走行することができる。走行ロボット７０は、段差に到達した場合、図９Ａに示すようにまず停止し、図９Ｂに示すように一対の径可変輪７５を拡径させることができる。そして、走行ロボット７０は、図９Ｃに示すように、拡径した一対の径可変輪７５によって段差に容易に乗り上げることができる。このとき、一対のクローラ７１のみならず一対の径可変輪７５も、走行ロボット７０を駆動する駆動力を発揮するため、一対のクローラ７１が段差に安定して乗り上げることができる。また、図９Ｄに示すように、一対のクローラ７１が段差に接触すると、走行ロボット７０は、一対のクローラ７１の駆動力によって段差を容易に乗り越えることができる。図９Ｅに示すように走行ロボット７０が段差を乗り越えると、走行ロボット７０は、図９Ｆに示すように、走行を停止し、一対の径可変輪７５を元通りに縮径させることができる。そして、走行ロボット７０は、走行を再開することができる。このように、走行ロボット７０は、径可変輪７５の外径の変化によって、段差乗り越え性能を変化させることができる。したがって、本実施形態によれば、走行ロボット７０の段差乗り越え性能の向上を実現することができる。

前述したように、本実施形態に係る走行ロボット７０は、左右に配置された一対の径可変輪７５を備えている。しかし、走行ロボット７０に設ける径可変輪７５の数及び配置は変更が可能である。また、本実施形態では、径可変輪７５は走行ロボット７０を駆動可能に構成されている。しかし、径可変輪７５は、拡径したときに従動輪として機能するように構成してもよい。この場合でも、拡径させた径可変輪７５を段差に一対のクローラ７１の駆動力によって押し付けることで、容易に段差に乗り上げることができる。また、本実施形態では、径可変輪７５は、第２実施形態の径可変輪２’と同様の構成を有していた。しかし、径可変輪７５の構成は変更が可能である。例えば、径可変輪７５は、第１実施形態の径可変輪２と同様の構成を有していてもよい。

前記の説明は、一実施形態を示したものにすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。前記の実施形態は、本開示の基礎的事項に基づいて、種々の変更が可能である。

１：走行ロボット、 ２、２’：径可変輪、
２ａ、２ａ’：左径可変輪、 ２ｂ：右径可変輪、
３：車輪、 ４：ボディ、 ５：流体供給源、 ６：調圧部、
７：第１配管、 ８：レギュレータ、 ９：第２配管、 １０：分岐管、
１１ａ：左第３配管、 １１ｂ：右第３配管、
１２ａ：左給排弁、 １２ｂ：右給排弁、
１３ａ：左第４配管、 １３ｂ：右第４配管、
１４ａ：左回転継手、 １４ｂ：右回転継手、
１５：摘み、 １６：インジケータ、 １７：入口、
１８ａ：左出口、 １８ｂ：右出口、
１９ａ、１９ｂ：第１ポート、 ２０ａ、２０ｂ：第２ポート、
２１ａ、２１ｂ：排気ポート、 ２２ａ、２２ｂ：作動部材、
２３：輪軸、 ２３ａ：左輪軸、 ２３ｂ：右輪軸、
２４ａ：左弁コントローラ、 ２４ｂ：右弁コントローラ、
２５ａ、２５ｂ：ホーン、 ２６：無線受信装置、 ２７：原動機、
２８：動力伝達装置、 ２９：共通車軸、
３０ａ：左第１プーリ、 ３０ｂ：右第１プーリ、
３１ａ：左第２プーリ、 ３１ｂ：右第２プーリ、
３２ａ：左無端可撓部材、 ３２ｂ：右無端可撓部材、
３３：動力調整装置、 ３４：電源、
３５：チャンバ、 ３６：外筒、 ３７：中空部、
３８：第１側壁部材、 ３９：第２側壁部材、 ４０：柱部材、
４１：第１基盤、 ４２：第１環状体、
４３：第２基盤、 ４４：第２環状体、
４５：チャンバ、 ４６：外筒、 ４７：壁材、 ４８：補強材、 ４９：線材、
５０：中空部、 ５１：輪軸、
５２：第１軸部材、 ５３：第２軸部材、 ５４：連通路、
５５：第１端部材、 ５６：第１基盤、 ５７：中間部材、 ５８：先端部材、
５９：鍔、 ６０：筒、 ６１：内筒、 ６２：コイルばね、 ６３：被覆材、
６４：第２端部材、 ６５：第２基盤、 ６６：筒部材、 ６７：固定部材、
６８：外部連通路、
７０：走行ロボット、 ７１：クローラ、
７１ａ：左クローラ、 ７１ｂ：右クローラ、
７２：起動輪、 ７３：遊動輪、 ７４：ベルト、 ７５：径可変輪、
７５ａ：左径可変輪、 ７５ｂ：右径可変輪、
７６：ボディ、 ７７：輪軸、 ７８：第１軸部材、
Ｏ、Ｏ’：回転中心軸線

Claims (5)

1. 流体の流出入による外径の変化によって、走行性能を変化させることが可能な径可変輪を備え、
   前記径可変輪は、
   前記流体の流出入を許容するチャンバと、
   前記チャンバの径方向外側に配置された弾性変形可能な外筒と、
   前記径可変輪の回転中心軸線に沿って延在するとともに中空部が設けられた輪軸と、
   前記輪軸に一体に連結するとともに前記中空部と前記チャンバとを連通させる連通路が設けられた第１端部材と、
   第１端部材と前記輪軸の軸方向に間隔を空けて対向する第２端部材と、
   前記チャンバの径方向内側に配置されるとともに軸方向の伸縮性を有する内筒とを備え、
   前記チャンバは、前記外筒、前記内筒、前記第１端部材及び前記第２端部材によって区画され、
   前記径可変輪は、前記チャンバの圧力上昇により、外径が拡大するとともに軸方向に収縮し、前記チャンバの圧力下降により、外径が縮小するとともに軸方向に伸長する、走行ロボット。
2. 前記第２端部材は、前記輪軸に軸方向へ摺動可能に連結している、請求項１に記載の走行ロボット。
3. 前記径可変輪を軸支するボディと、
   前記ボディに搭載されるとともに前記径可変輪に前記流体を供給する流体供給源と、
   前記ボディに搭載されるとともに前記径可変輪の内部における前記流体の圧力を調節する調圧部とを備える、請求項１又は２に記載の走行ロボット。
4. 前記径可変輪は、前記走行ロボットを駆動可能である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の走行ロボット。
5. 複数の前記径可変輪を備え、
   前記複数の径可変輪は、互いに独立して外径を変化させることが可能である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の走行ロボット。

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