本発明の実施形態について、図面を参照� ��て説明する。尚、以下に説明する実施形態� ��特許請求の範囲に係る発明を限定するもの� ��はなく、また実施形態の中で説明されてい� ��特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段� ��必須であるとは限らない。尚、以下の説明� ��の前後は移動方向、左右は移動方向に直交� ��る水平方向、上下は移動方向に直交する鉛� ��方向とする。

 図1は、本発明の一実施の形態に係る移動 補助アームを備えた移動装置を示す斜視図で ある。図1に示す移動装置1は、本体2の左右両 側に一対のクローラ3が平行に配置されてい� �と共に、一対のクローラ3間であって本体2の 一側端2aに移動補助アーム10が突出して配置� �れている。クローラ3は、前後に配置された� ��示しない一対のプーリの間にベルト4が掛け 渡され、プーリ間に図示しないモータとギア 機構等が配置されている。そして、クローラ 3は、モータの駆動力がギア機構等を介して� �ーリに伝達されることにより、ベルト4が図� ��矢印a方向に回転駆動されて前後移動及び旋 回する。

 移動補助アーム10は、テイル11とこのテイ ル11をピッチ軸周りに旋回させるテイル駆動� ��12を備えている。テイル11は、例えばウレタ ンゴム等の弾性体で棒状に形成されており、 一端が本体2の一側端2aに回転自在に取り付け られている。即ち、本体2の一側端2aには、本 体2の両側方向に所定間隔をあけて2つの軸受2 bが突設されており、これらの軸受2b間には、 回転軸2cが回転自在に軸支されている。そし� ��、テイル11の一端は、回転軸2cに固定されて 回転軸2cの回転に従って上下に旋回するよう� ��なっている。

 テイル駆動部12は、モータ13、ウォーム14� ��びピニオン15を備えている。モータ13は、モ ータ軸13aが本体2の一側端2aから突出するよう に本体2に内蔵されている。そして、ウォー� �14はモータ軸13aに嵌入され、ピニオン15はウ� ��ーム14と噛合うように回転軸2cに嵌入されて いる。テイル駆動部12は、テイル11を空中で� �下に振り回すことが可能な出力を有するが� �移動装置1自体を持ち上げるような強力な出� ��を有しない。

 このような構成の移動装置1によれば、テ イル11は、テイル駆動部12の駆動により環境� �応じてその角度を切り替えることができる� �また、テイル駆動部12はウォーム14及びピニ� ��ン15を用いているため、テイル11はバックド ライブができないので、階段などでテイル11� ��姿勢をエネルギを消費することなく保持で� ��るなどの特性を発揮できる。この移動装置1 は、クローラ3と移動補助アーム10を備えてい るので、傾斜面、凹凸面、段差等がある比較 的不整地な場所はもちろん、階段においても 容易に移動することができる。次に、この移 動装置1の階段における安定昇降について説� �する。

 図2は、移動装置1の階段Sの昇降における� ��デル図である。クローラ3のプーリ間長(以� �、クローラ3長という)をB、テイル11の軸長(� �下、テイル11長という)をt、移動装置1全体の 重心CGのクローラ3接地面からの高さ(以下、� �心CG高さという)をhとする。

 このような移動装置1が階段Sを安定に昇� �できるかどうかを、まず図3に示すテイル11� �無い移動装置1´で説明する。クローラ3が階� ��Sと接触する部分のうち、階段Sの一番下側� �接触するエッジ点Pよりも、移動装置1´全体� ��重心CG´が上側にあるか否かで決まる。図3� �位置にある移動装置1´がこの位置より階段S� ��少々下降すると、重心CG´がエッジ点Pより� �側になり、移動装置1´はエッジ点P回りに回� ��して階段Sの下側に転倒を始める。もちろん 転倒を始めても移動装置1´の下側が階段Sに� �触することで完全に転倒しない場合も考え� �れるが、少なくとも上述の条件が転倒運動� �始めるか否かの切り替え点となる。

 しかし、図4に示すように重心CG´がエッ� �点Pの上にあるとき、下側の階段Sのエッジ点 が移動装置1´の下側に接触するだけクローラ 3が長いと、移動装置1´が階段Sを昇降する間� ��つでも移動装置1´は安定している。そのた� ��、この姿勢を安定走行の限界姿勢と考え、� ��の限界安定姿勢よりも安定性を高めるため� ��は、次式(1)の条件が満たされる必要がある� ��

B・cos(α)/2-h・sin(α)≧a…(1)

 ただし、aは階段Sの踏み面寸法、bは階段S の蹴上げ寸法、αは階段Sの傾斜角、rはクロ� �ラ3のプーリ半径である。そして、この式(1)� ��ら次式(2)、(3)が誘導できる。

B>2√(a ² +b ² )+2bh/a…(2)
h<a(B/2-√(a ² +b ² ))/b…(3)

 これらの式(2)、(3)から、通常の階段Sでた とえばaが275mm、bが160mmであるとき、重心CG´� �さhと安定性を実現するためのクローラ3長B� �関係は表1のように算出できる。たとえば、� ��心CG´高さhが350mmのときは、クローラ3長Bは1 .044mなければならない。

 一方、図5(A)に示すテイル11が有る移動装� ��1では、テイル11がクローラ3長を延長する効 果を発揮し、またテイル11の質量は小さいの� ��、重心CGは階段Sの上方に保ったままに、階� ��Sの下方に等価的なクローラ3長を延長する� �同様の効果を発揮する。このようなテイル11 長と安定性の関係を以降求める。図5(B)に示� �ように、テイル11の先端が下側の階段Sのエ� �ジ部に乗っていれば、少なくとも図5(B)の姿� ��では安定である。

 しかし、移動装置1が少しでも上昇すると 不安定になる。そのため、テイル11長はより� ��いことが必要である。移動装置1が階段Sに� �してどのような位置にいても安定性を保持� �きるテイル11長がどのくらいかというと、図 5(B)で重心CGからの垂線がテイル11の先端から� ��段Sのエッジ点を結ぶ距離cの位置(図5(B)では エッジ点P)にあるという条件を満足する長さ� ��その限界長さとなる。この限界の条件は以� ��のように求まる。まずクローラ3接地面の中 心位置から重心CGの垂線がクローラ3接地面と 交差する位置までの長さdは、次式(4)、(5)で� �される。

tan(α)=b/a=d/h…(4)
d=bh/a…(5)

 そして、重心CGが階段Sのエッジ点Pの真上 にある場合は、次式(6)となる。

c=t+(B/2-d)…(6)

 そして、このときのテイル11長tは、次式( 7)となる。

t=c+(d-B/2)…(7)

 重心CGの位置がより高くてこの条件が満� �されない場合には、図6に示すようにテイル1 1長を長くして下側の階段Sのエッジ点Pより重 心が上側にあるという条件を満足するように すれば良い。

 図7(A)~(D)、(E)~(H)及び図8(A)~(C)、(D)~(F)は、� ��イル11が無い移動装置1´による階段の昇り� �作及び降り動作と、テイル11が有る移動装置 1による階段の昇り動作及び降り動作の比較� �である。テイル11が無い移動装置1´では、図 7(A)~(C)に示す階段Sの昇り準備動作においては 安定しているが、図7(D)に示すように階段Sの� ��り開始動作において転倒する。

 一方、テイル11が有る移動装置1では、図7 (E)~(H)に示す階段Sの昇り準備動作から昇り開� ��動作に至るまで安定している。また、テイ� ��が無い移動装置1´では、図8(A)~(B)に示す階� �の踊り場から階段Sの降り動作においては途� ��から急激に回転を始め、図7(C)に示すように 転倒する。一方、テイル11が有る移動装置1で は、図8(D)~(F)に示す階段Sの降り準備動作から 降り開始動作に至るまで安定している。尚、 テイル11をあらかじめ下向きにしておけば、� ��り場から階段Sに入るときに生ずる大きな転 倒動作が防ぐことができる。

 以上の考え方で、テイル11を有するクロ� �ラ3長B、重心CG高さh、そしてテイル11長tの関 係を表2及び図9に示す。テイル11が無い場合� �重心CG高さhが350mmだとクローラ3長Bは1.044m必� ��であった。しかしこの表2から、同じ条件で テイル11長tが324.3mmのテイル11を取り付ければ 、クローラ3長Bは1/3ぐらいの395mmの長さです� �ことが分かる。このように、軽量なテイル11 を取り付けるだけで、短い長さのクローラ3� �も高い安定性を発揮することが分かる。ま� �、テイル11は弾性的なものであるため、衝撃 吸収効果も生み出す。また、このようなテイ ル11を装備しても、そのサイズは非常に小さ� ��ので、障害物に当たって邪魔になるような� ��とは起き難い。

 図10は、本発明の別の実施の形態に係る� �動補助アームを備えた移動装置を示す斜視� �である。図10に示す移動装置21も、図1に示す 移動装置1と同様に、本体22の左右両側に一対 のクローラ23が平行に配置されている。クロ� ��ラ23は、前後に配置された図示しない一対� �プーリの間にベルト24が掛け渡され、プーリ 間に図示しないモータとギア機構等が配置さ れている。そして、クローラ23は、モータの� ��動力がギア機構等を介してプーリに伝達さ� ��ることにより、ベルト24が図示矢印a方向に� ��転駆動されて前後移動及び旋回する。ただ� ��、図1に示す移動装置1と異なり、一対のク� �ーラ23間であって本体22の一側端22aに2つの移 動補助アーム30が概略平行に突出して配置さ� ��ている。

 各移動補助アーム30は、テイル31とこのテ イル31をピッチ軸周りに旋回させる図1に示す 移動装置1と同様の構成の図略のテイル駆動� �を備えている。各テイル31は、例えばウレタ ンゴム等の弾性体で棒状に形成されており、 一端が本体22の一側端22aに回転自在に取り付� ��られ、テイル駆動部の駆動により環境に応� ��てその角度を切り替えることができる。そ� ��て、各テイル31は、テイル駆動部がウォー� �及びピニオンを用いているためバックドラ� �ブができないので、階段などでテイル31の姿 勢をエネルギを消費することなく保持できる などの特性を発揮できる。このような構成の 移動装置21によれば、2つの平行配置された移 動補助アーム30により本体22を支えることが� �きるので、傾斜面、凹凸面、段差等がある� �較的不整地な場所はもちろん、階段におい� �も図1に示す移動装置1よりも更に安定性を向 上させて容易に移動することができる。

 尚、上述した各実施形態では、テイル11,3 1は、テイル駆動部12により上下に駆動可能に 構成したが、テイル11,31のみを本体2,22の一側 端2a、22aから移動方向に突出するように固定� ��た構成としても良い。また、本体2,22aにテ� �ル11,31のスライド機構を内蔵させてテイル11, 31を本体2,22内に収納可能とした構成としても 良い。また、上下の駆動に左右の駆動も加え て360度旋回可能なテイル駆動部を備えた構成 としても良い。また、テイル11,31は弾性体の� ��わりに剛性体としても良い。また、テイル1 1,31は本体2,22の一側端2a,22aに1本取り付けたが 、2本以上でも良く、本体2,22の他側端にも同� ��に取り付けても良い。

 また、テイル11,31の先端に小型全方位カ� �ラを装備して監視作業も可能に構成しても� �い。また、テイル11,31の先端にグリッパを装 備してハンドリング作業も可能に構成しても 良い。そして、カメラやグリッパの操作用の 配線をテイル11,31内に通しても良く、その場� ��はテイル11,31が配線保護の役割を果す。ま� �、テイル11,31の先端にローラを取り付けても 良い。移動装置1,21はクローラ3,23により移動� ��るが、タイヤ列により移動するようにして� ��良い。