JP3498044B2 - Control device for omnidirectional mobile device - Google Patents

Control device for omnidirectional mobile device

Info

Publication number
JP3498044B2
JP3498044B2 JP2000178562A JP2000178562A JP3498044B2 JP 3498044 B2 JP3498044 B2 JP 3498044B2 JP 2000178562 A JP2000178562 A JP 2000178562A JP 2000178562 A JP2000178562 A JP 2000178562A JP 3498044 B2 JP3498044 B2 JP 3498044B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
drive wheel
spherical
drive
center
speed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2000178562A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001354155A (en
Inventor
栄一 八木
哲也 久保田
利尚 土井
繁一 志子田
隆也 三隅
勝己 中嶋
敬史 桂川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
New Industry Research Organization NIRO
Kawasaki Motors Ltd
Original Assignee
New Industry Research Organization NIRO
Kawasaki Jukogyo KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by New Industry Research Organization NIRO, Kawasaki Jukogyo KK filed Critical New Industry Research Organization NIRO
Priority to JP2000178562A priority Critical patent/JP3498044B2/en
Publication of JP2001354155A publication Critical patent/JP2001354155A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3498044B2 publication Critical patent/JP3498044B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば電動車椅
子の駆動輪などとして好適に実施することができる全方
向移動装置の制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for an omnidirectional moving device which can be suitably implemented as a driving wheel for an electric wheelchair.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電動車椅子の駆動輪などとして各
種の機構が開発されており、特に前後方向、左右方向、
斜め方向および左右旋回の任意の方向に移動することが
できるホロノミック移動機構とも呼ばれる全方向移動装
置として着目されており、このような全方向移動装置を
電動車椅子として実施することによって、屋内での狭い
スペースで任意の方向に、車体の向きを変えずに自在に
移動することが可能である。
2. Description of the Related Art In recent years, various mechanisms have been developed as drive wheels for electric wheelchairs.
It is attracting attention as an omnidirectional moving device that is also called a holonomic moving mechanism that can move in any direction such as diagonal direction and left and right turning.By implementing such an omnidirectional moving device as an electric wheelchair, it can be narrowed indoors. It is possible to move freely in any direction in space without changing the direction of the vehicle body.

【0003】典型的な従来の技術では、2つ以上の駆動
輪と所要数のキャスタとを有し、各駆動輪の方向を各駆
動輪毎に設けられる旋回装置によって傾動させて、希望
する方向へ移動することができる電動車椅子が周知であ
る。この電動車椅子は、旋回装置によってジョイスティ
ックの入力操作に対応する向きに各駆動輪の方向を変え
てから走行を開始するように構成されている。そのため
ジョイスティックの入力操作から動き出すまでに時間が
かかるという問題がある。この問題を解決するために、
他の従来の技術では車椅子の移動方向を瞬時に直角方向
に変えられるオムニ車輪を用いた全方向移動車椅子が知
られている。
[0003] In a typical prior art, there are two or more drive wheels and a required number of casters, and the direction of each drive wheel is tilted by a turning device provided for each drive wheel to obtain a desired direction. Electric wheelchairs that can be moved to are well known. This electric wheelchair is configured to start traveling after changing the direction of each drive wheel to a direction corresponding to an input operation of a joystick by a turning device. Therefore, there is a problem that it takes time from the input operation of the joystick to the start of movement. to solve this problem,
In other prior art, there is known an omnidirectional mobile wheelchair using omni wheels that can instantly change the moving direction of the wheelchair to a right angle direction.

【0004】図11は、他の従来の技術の全方向移動車
椅子に用いられる駆動輪組立体1を簡略化して示す図で
あり、図11(1)は駆動輪組立体1の側面図であり、
図11(2)は駆動輪組立体1の正面図である。この駆
動輪組立体1は、メカナムホイールとも呼ばれ、回転軸
2に固定されるホイールベース3の外周部に、一半径線
4に垂直な第1の仮想一平面5上で、回転軸2の回転軸
線6と前記一半径線4とを含む第2の仮想一平面7が前
記第1の仮想一平面5と交差する交線8に対して角度θ
1を成す回転軸線9まわりに回転自在に複数のローラ1
0が周方向に等間隔をあけて設けられる。前記角度θ1
は、45度に選ばれている。
FIG. 11 is a simplified view of a drive wheel assembly 1 used in another conventional omnidirectional mobile wheelchair, and FIG. 11 (1) is a side view of the drive wheel assembly 1. ,
FIG. 11 (2) is a front view of the drive wheel assembly 1. This drive wheel assembly 1 is also called a mecanum wheel, and is arranged on the outer peripheral portion of the wheel base 3 fixed to the rotating shaft 2 on a first virtual plane 5 perpendicular to the one radial line 4. Angle θ with respect to an intersection line 8 at which a second virtual one plane 7 including the rotation axis 6 and the one radial line 4 intersects the first virtual one plane 5.
A plurality of rollers 1 rotatable about a rotation axis 9 forming one
Zeros are provided at equal intervals in the circumferential direction. The angle θ1
Is chosen at 45 degrees.

【0005】このような駆動輪組立体1は、車体に4輪
を設けられ、それぞれの駆動輪組立体1は操舵されず
に、個別にモータによって回転軸線9まわりに回転駆動
され、車体に設けられる前後、左右、回転の3軸のジョ
イスティックの操作によって速度および進行方向を制御
して、任意の方向にその場で移動することができ、この
ような駆動輪組立体1を用いた全方向移動車両が既に提
案されている。
Such a drive wheel assembly 1 is provided with four wheels on the vehicle body, and each drive wheel assembly 1 is individually driven to rotate around a rotation axis 9 by a motor without being steered, and provided on the vehicle body. It is possible to move on the spot in any direction by controlling the speed and traveling direction by operating a three-axis joystick including front, rear, left and right, and rotation, and omnidirectional movement using such a drive wheel assembly 1 is performed. Vehicles have already been proposed.

【0006】図12は、さらに他の従来の技術の全方向
移動車椅子に用いられる駆動輪組立体11を簡略化して
示す図であり、図12(1)は駆動輪組立体11の側面
図であり、図12(2)は駆動輪組立体11の正面図で
ある。この駆動輪組立体11は、球状駆動輪12と、球
状駆動輪12の上部に上方から弾発的に当接して支持す
る駆動ローラ13と、一対の支持ローラ14a,14b
とを有する。前記駆動ローラ13は、ユニバーサルホイ
ールとも呼ばれ、回転軸線15まわりに回転駆動され、
周方向に等間隔に配置される複数の従動ローラ16を有
する。各従動ローラ16は、球状駆動輪12の中心17
を含む鉛直な第1の仮想一平面18に対して角度θ2を
成しかつ前記中心17を含む第2の仮想一平面19上
で、この第2の仮想一平面19に垂直な駆動ローラ13
の回転軸線15を中心とする仮想円に対する接線20を
回転軸線21とし、この回転軸線21まわりに回転自在
である。
FIG. 12 is a simplified view of a drive wheel assembly 11 used in another conventional omnidirectional mobile wheelchair. FIG. 12 (1) is a side view of the drive wheel assembly 11. Yes, FIG. 12 (2) is a front view of the drive wheel assembly 11. The drive wheel assembly 11 includes a spherical drive wheel 12, a drive roller 13 elastically abuttingly supporting the upper part of the spherical drive wheel 12 from above, and a pair of support rollers 14a and 14b.
Have and. The drive roller 13 is also called a universal wheel and is driven to rotate about a rotation axis 15.
It has a plurality of driven rollers 16 arranged at equal intervals in the circumferential direction. Each driven roller 16 has a center 17 of the spherical drive wheel 12.
Drive roller 13 which is perpendicular to the second virtual one plane 19 at an angle θ2 with respect to the vertical first virtual one plane 18 and which includes the center 17.
A tangent line 20 to a virtual circle centered on the rotation axis 15 is defined as a rotation axis 21 and is rotatable around the rotation axis 21.

【0007】これらの従動ローラ16は、前記回転軸線
まわりに回転駆動される回転軸22に、周方向に等間隔
をあけて前記回転軸線21まわりに回転自在に保持され
る。回転軸22は、ばね23によって球状駆動輪12の
中心17に近接する方向に弾発的に押圧され、球状駆動
輪12の走行時の振動を吸収し、かつ駆動ローラ13の
回転力を球状駆動輪12に確実に伝達することができる
ように構成されている。
These driven rollers 16 are rotatably held around the rotation axis 21 at equal intervals in the circumferential direction on a rotation shaft 22 which is driven to rotate about the rotation axis. The rotating shaft 22 is elastically pressed by the spring 23 in a direction approaching the center 17 of the spherical drive wheel 12, absorbs vibration of the spherical drive wheel 12 during traveling, and drives the rotational force of the drive roller 13 into a spherical drive. It is configured so that it can be reliably transmitted to the wheel 12.

【0008】また各支持ローラ14a,14bは、球状
であって、前記第1の仮想一平面18に関して前記第2
の仮想一平面19とは反対側に角度θ3を成す第3の仮
想一平面24上で、第1の仮想一平面24に垂直でかつ
中心17を含む第4の仮想一平面25に関して両側に角
度θ4,θ5を成す第5および第6の仮想一平面26,
27と、前記第3の仮想一平面24との各交線28,2
9上に回転中心を有し、前記駆動ローラ13と共働し
て、いわば3点支持によって球状駆動輪12を全方向に
回転自在に支持している。前記角度θ2〜θ5は、それ
ぞれ45°である。
Further, each of the support rollers 14a and 14b has a spherical shape, and the second support roller 14a, 14b is provided with respect to the first imaginary plane 18.
On a third imaginary plane 24 forming an angle θ3 on the side opposite to the imaginary plane 19 of FIG. 1 and an angle on both sides with respect to a fourth imaginary plane 25 perpendicular to the first imaginary plane 24 and including the center 17. fifth and sixth virtual planes 26 forming θ4 and θ5,
27 and each of the intersecting lines 28 and 2 of the third virtual plane 24
9 has a center of rotation, and cooperates with the drive roller 13 to support the spherical drive wheel 12 rotatably in all directions by so-called three-point support. The angles θ2 to θ5 are each 45 °.

【0009】このような駆動輪組立体11は、各駆動ロ
ーラ13の回転軸線15が接地面から上方になるにつれ
て相互に近接する方向に傾斜するようにして車体に設け
られ、各駆動ローラ13の速度を制御することによっ
て、たとえばジョイスティックなどの操作による速度お
よび方向の入力指令に応じて希望する方向に移動するこ
とができる全方向移動車両を構成している。
The drive wheel assembly 11 is mounted on the vehicle body so that the rotation axis 15 of each drive roller 13 inclines in a direction in which they approach each other as it goes upward from the ground contact surface. By controlling the speed, for example, an omnidirectional vehicle that can move in a desired direction in response to an input command of the speed and direction by operating a joystick or the like is configured.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上記の図11および図
12に示される従来の技術では、入力手段である前記ジ
ョイスティックの操作に対応して、前後方向、左右方
向、斜め方向および旋回方向に、接地した各駆動輪が直
接制御されるものではなく、図11の従来の技術では前
記複数のローラ10が、また図12の従来の技術では前
記駆動ローラ13の回転が選択的に制御され、各駆動輪
の接地面に対する駆動力のベクトル和が全体の駆動力と
され、このベクトル和の方向に車両を移動させるだけで
あるので、前記ジョイスティックの操作指令に応じて各
駆動輪を制御して、忠実に車両を動作させることができ
ず、指令に対して進行方向のずれおよび速度の違いが生
じてしまう問題がある。あるいは、その場旋回させたと
きの中心が車体の中心にないため旋回スペースが大きく
なるという問題がある。
In the prior art shown in FIGS. 11 and 12, the operation of the joystick, which is the input means, corresponds to the front-rear direction, the left-right direction, the oblique direction, and the turning direction. Each of the grounded drive wheels is not directly controlled, but the rotation of the plurality of rollers 10 in the conventional technique of FIG. 11 and the rotation of the drive roller 13 in the conventional technique of FIG. 12 are selectively controlled. The vector sum of the driving forces of the driving wheels with respect to the ground plane is the entire driving force, and the vehicle is only moved in the direction of the vector sum.Therefore, each driving wheel is controlled according to the operation command of the joystick, There is a problem that the vehicle cannot be operated faithfully, and a deviation in the traveling direction and a difference in speed occur with respect to the command. Alternatively, there is a problem that the turning space becomes large because the center of turning on the spot is not at the center of the vehicle body.

【0011】本発明の目的は、移動方向および速度を指
令に対して忠実に動作させることができる応答性の向上
された全方向移動装置の制御装置を提供することであ
る。
It is an object of the present invention to provide a control device for an omnidirectional moving device having an improved responsiveness, which allows the moving direction and speed to be operated faithfully in response to a command.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の本発明
は、基台と、基台に走行面の法線に対して所定の角度で
相互に異なる方向に傾斜して設けられる3以上の駆動輪
と、各駆動輪毎に設けられ、各駆動輪を個別に回転駆動
する回転駆動源とを備え、各駆動輪が走行面に対して発
生する各駆動力のベクトル和の方向に進行する全方向移
動装置の制御装置において、左右方向の指令速度X’、
前後方向の指令速度Y’および左右の旋回方向の指令速
度φ’を入力する入力手段と、前記予め定める回転中心
に対するX軸方向の偏心量aおよびY軸方向の偏心量b
を入力して、新たな回転中心を設定するための設定手段
を有し、この設定手段によって設定されたX軸方向の偏
心量aおよびY軸方向の偏心量bから定まる新たな回転
中心に関して、前記入力手段からの各指令速度X’,
Y’,φ’に応答して各回転駆動源を個別に制御し、各
駆動輪を前記指令速度X’,Y’,φ’に対応する回転
速度で回転駆動させる制御手段とを含むことを特徴とす
る全方向移動装置の制御装置である。
According to a first aspect of the present invention, there are provided three or more bases, and the bases are inclined in different directions at a predetermined angle with respect to a normal line of a traveling surface. A drive wheel and a rotary drive source that is provided for each drive wheel and that rotationally drives each drive wheel individually are provided, and each drive wheel travels in the direction of the vector sum of the drive forces generated on the traveling surface. In the controller of the omnidirectional moving device, the command speed X ′ in the left and right directions
Input means for inputting a command speed Y ′ in the front-rear direction and a command speed φ ′ in the left and right turning directions, an eccentric amount a in the X-axis direction and an eccentric amount b in the Y-axis direction with respect to the predetermined rotation center.
Has a setting means for setting a new rotation center, and with respect to the new rotation center determined by the eccentricity amount a in the X-axis direction and the eccentricity amount b in the Y-axis direction set by this setting means, Each command speed X'from the input means,
Control means for individually controlling each rotary drive source in response to Y ′, φ ′ and rotationally driving each drive wheel at a rotational speed corresponding to the command speeds X ′, Y ′, φ ′. It is a control device of a characteristic omnidirectional moving device.

【0013】 本発明に従えば、基台には3以上の駆動
輪が設けられ、各駆動輪は回転駆動源によって個別に回
転駆動される。入力手段によって、進行方向前方に向か
って左右方向の指令速度X′、前後方向の指令速度Y′
および左右の旋回方向の指令速度φ′が制御手段に入力
されると、制御手段は、各回転駆動源を制御して、各駆
動輪を各指令速度X′、Y′、φ′に対応する回転速度
で個別に回転駆動させ、全方向移動装置は、各駆動輪が
走行面に対して発生する各駆動力のベクトル和の方向に
進行する。また前記制御手段は、設定手段によって非走
行時の回転中心に対するX軸方向の偏心量aおよびY軸
方向の偏心量bを設定することができるので、全方向移
動装置の走行時における重心位置の移動に対して、走行
前に予想される各偏心量a、bを入力して走行中の回転
中心を、走行時の重心位置またはその近傍に設定し、こ
の新たに設定した回転中心に関して上記の演算を行い、
各球状駆動輪の回転速度v1〜viを求め、全方向移動
装置を入力した各指令速度X′、Y′、φ′で走行させ
ることができる。これによってその場旋回における旋回
中心を、車体の中心にすることで、旋回スペースを最小
にするとともに、全方向移動装置の走行時における重心
位置に応じた実走行を達成することが可能となり、曲線
走行または旋回走行などの車体中心に対して重心の移動
が大きくなるような走行において、転倒および横滑りな
どが生じにくくなり、走行安定性が向上されるととも
に、最小半径で旋回することができ、狭い領域であって
も容易に旋回することが可能となる。
According to the invention, the base is provided with three or more drive wheels, and each drive wheel is individually driven to rotate by the rotary drive source. By the input means, the command speed X'in the left-right direction and the command speed Y'in the front-back direction toward the front in the traveling direction.
When the command speed φ'in the left and right turning directions is input to the control means, the control means controls each rotary drive source so that each drive wheel corresponds to each command speed X ', Y', φ '. The omnidirectional moving device is driven to rotate individually at a rotational speed, and the omnidirectional moving device advances in the direction of the vector sum of the driving forces generated by the driving wheels with respect to the traveling surface. Further, the control means can set the eccentricity amount a in the X-axis direction and the eccentricity amount b in the Y-axis direction with respect to the rotation center when the vehicle is not traveling, by the setting means. With respect to the movement, by inputting the respective eccentricity amounts a and b expected before traveling, the center of rotation during traveling is set at or near the position of the center of gravity during traveling, and the above-mentioned newly set center of rotation is described above. Calculate
The rotational speeds v1 to vi of the respective spherical driving wheels can be obtained, and the omnidirectional moving device can be caused to travel at the respective commanded speeds X ', Y', and φ '. This makes it possible to minimize the turning space and achieve actual running according to the position of the center of gravity of the omnidirectional moving device by making the turning center in the spot turning the center of the vehicle body. In traveling such as traveling or turning traveling in which the movement of the center of gravity is large with respect to the center of the vehicle body, falling and sideslip are less likely to occur, traveling stability is improved, and turning with a minimum radius is possible. It is possible to easily turn even in a region.

【0014】このように制御手段は、各駆動輪に走行面
に対してそれぞれ発生する各駆動力のベクトル和が、前
記入力手段によって入力された各指令速度X′、Y′、
φ′となるように、各駆動輪ごとに設けられる回転駆動
源を制御するので、前後方向、斜め方向、左右の旋回方
向の全方向に対して、全ての駆動輪を用いて走行し、入
力手段によって指令された方向および速度で全方向移動
装置を走行させることができ、前記従来の技術に関連し
て述べたように、指令に対して進行方向のずれおよび応
答遅れが生じてしまうという不具合が防がれ、応答性が
向上される。
In this way, the control means calculates the vector sum of the respective driving forces generated on the driving surfaces of the respective driving wheels by the respective command speeds X ', Y', inputted by the input means.
Since the rotary drive source provided for each drive wheel is controlled so as to be φ ′, all the drive wheels are used in all the front-rear direction, diagonal direction, and left-right turning direction, and input is performed. The omnidirectional moving device can be caused to travel in the direction and speed instructed by the means, and as described above in relation to the conventional technique, a deviation in the traveling direction and a response delay occur with respect to the command. Is prevented and the responsiveness is improved.

【0015】請求項2記載の本発明は、前記各駆動輪
は、球状であり、この球状駆動輪の頂部を、球状駆動輪
の一半径線に直交する第1の回転軸線まわりに回転自在
に設けられる頂部支持ローラによって支持し、この球状
駆動輪の外周部を球状駆動輪の中心を通りかつ前記一半
径線に垂直な第2の仮想一平面上で外周円に対する接線
に平行な第2の回転軸線まわりに回転自在な3以上の外
周部支持ローラによって支持し、各外周部支持ローラ
を、環状のローラ保持体によって保持し、このローラ保
持体を、回転駆動源によって回転駆動することによっ
て、前記球状駆動輪を回転させる球状駆動輪組立体を構
成し、駆動輪組立体は、基台に、車体中心OBから予め
定める距離L1,L2,…,Li−1,Li(iは正の
整数)をあけてそれぞれ設けられ、前記制御手段は、一
平面上に想定したXY基準座標系のX軸に対して、各球
状駆動輪の接地点と前記回転中心とを結ぶ各直線が成す
角度を、φ1,φ2,…,φi−1,φiとし、各線分
に対して各球状駆動輪の能動的回転の速度成分の方向が
成す角度をψ1,ψ2,…,ψi−1,ψiとしたと
き、前記入力手段によって入力された左右方向の指令速
度X′、前後方向の指令速度Y′および左右の旋回方向
の指令速度φ′をパラメータとして各球状駆動輪W1,
W2,…,Wi−1,Wiの回転速度v1,v2,…v
i−1,viを、
According to a second aspect of the present invention, each of the drive wheels is spherical, and the top of the spherical drive wheel is rotatable about a first axis of rotation orthogonal to a radius line of the spherical drive wheel. A second support parallel to the tangent to the outer circle is supported by a top support roller provided and the outer peripheral portion of the spherical drive wheel passes through the center of the spherical drive wheel and on a second virtual one plane perpendicular to the one radius line. By being supported by three or more outer peripheral support rollers rotatable about the rotation axis, each outer peripheral support roller is held by an annular roller holder, and this roller holder is rotationally driven by a rotary drive source, configure the spherical drive wheel assembly to rotate the spherical drive wheel, the drive wheel assembly, the base, the distance L1, L2 of predetermined from the body center O B, ..., Li-1 , Li (i is a positive Each integer The control means determines the angles formed by the straight lines connecting the ground contact point of each spherical drive wheel and the rotation center with respect to the X axis of the XY reference coordinate system assumed on one plane as φ1, φ2, , .Phi.i-1, .phi.i, and the angles formed by the directions of the speed components of the active rotations of the spherical drive wheels with respect to the respective line segments are .psi.1, .psi.2, ..., .psi.i-1, .psi. Each of the spherical driving wheels W1, with the input command speed X ′ in the left-right direction, command speed Y ′ in the front-rear direction and command speed φ ′ in the left-right turning direction as parameters.
Rotation speeds v1, v2, ... V of W2, ..., Wi-1, Wi
i-1, vi,

【0016】[0016]

【数2】 [Equation 2]

【0017】によって求め、これらの回転速度v1,v
2,…,vi−1,viに基づいて各回転駆動源を制御
することを特徴とする。
These rotational speeds v1, v
It is characterized in that each rotary drive source is controlled based on 2, ..., Vi-1, vi.

【0018】本発明に従えば、各駆動輪として、球状駆
動輪が用いられ、各球状駆動輪の頂部は頂部支持ローラ
によって支持され、各球状駆動輪の外周部は、ローラ保
持体に設けられる3以上の外周部支持ローラによって支
持される。制御手段は、入力手段によって入力された各
指令速度X′、Y′、φ′をパラメータとして入力し、
上記の演算式によって各球状駆動輪の速度v1〜viを
求めて、各回転駆動源を制御する。
According to the present invention, spherical driving wheels are used as the driving wheels, the tops of the spherical driving wheels are supported by the top supporting rollers, and the outer peripheral portions of the spherical driving wheels are provided on the roller holder. It is supported by three or more outer peripheral support rollers. The control means inputs the command speeds X ′, Y ′, φ ′ inputted by the input means as parameters,
The rotational driving sources are controlled by obtaining the velocities v1 to vi of the spherical driving wheels by the above-mentioned arithmetic expression.

【0019】したがって入力手段から入力される各指令
速度X′、Y′、φ′が、全方向移動装置の使用者の入
力操作によって変化しても、常に入力された各指令速度
X′、Y′、φ′に対応する方向および速度に全方向移
動装置を走行させることができ、入力指令に対して高い
応答性を達成することができる。
Therefore, even if the command speeds X ', Y', φ'input from the input means are changed by the input operation of the user of the omnidirectional moving device, the command speeds X ', Y are always input. It is possible to drive the omnidirectional moving device in the directions and speeds corresponding to ′ and φ ′, and it is possible to achieve high responsiveness to the input command.

【0020】[0020]

【0021】[0021]

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の一形態の
全方向移動装置31に用いられる駆動輪組立体Wを側方
から見た断面図であり、図2は駆動輪組立体Wを図1の
切断面線II−IIから見た断面図であり、図3は駆動
輪組立体Wを図1の下側から見た底面図である。本実施
の形態の全方向移動装置31は、後述の図6に示される
ように、身体障害者および高齢者などによって用いられ
る電動車椅子であって、基台32と、この基台32に設
けられる4つの駆動輪組立体W1〜W4(総称する場合
には駆動輪組立体Wと略記する)が設けられる。
1 is a sectional view of a drive wheel assembly W used in an omnidirectional moving device 31 according to an embodiment of the present invention as seen from the side, and FIG. 2 is a drive wheel assembly. FIG. 3 is a cross-sectional view of W taken along the section line II-II of FIG. 1, and FIG. 3 is a bottom view of the drive wheel assembly W seen from the lower side of FIG. 1. The omnidirectional moving device 31 of the present embodiment is an electric wheelchair used by a physically handicapped person, an elderly person, and the like, as shown in FIG. 6 described later, and is provided on a base 32 and the base 32. Four drive wheel assemblies W1 to W4 (generally abbreviated as drive wheel assembly W) are provided.

【0023】駆動輪組立体Wは、球状駆動輪33と、球
状駆動輪33の外周部34を支持し、周方向に間隔をあ
けて複数(本実施の形態では6)設けられる外周部支持
ローラ35と、球状駆動輪33の頂部36を支持する頂
部支持ローラ37と、各外周部支持ローラ35を周方向
に前記間隔をあけて保持する環状のローラ保持体38
と、ローラ保持体38を回転駆動する回転駆動源39
と、球状駆動輪33の前記頂部36を含む略上半部を覆
う上カバー体41と、球状駆動輪33の略下半部が着脱
可能に嵌まり込み、上カバー体41の開口周縁部42に
固定される下カバー体43と、ローラ保持体38を回転
自在に支持し、上カバー体41の開口周縁部42と下カ
バー体43とによって挟持される軸受44と、上カバー
体41と基台32との間に介在される弾性支持手段45
とを含む。
The drive wheel assembly W supports the spherical drive wheel 33 and the outer peripheral portion 34 of the spherical drive wheel 33, and is provided with a plurality (6 in the present embodiment) of outer peripheral portion support rollers spaced at intervals in the circumferential direction. 35, a top support roller 37 that supports the top 36 of the spherical drive wheel 33, and an annular roller holder 38 that holds the outer peripheral support rollers 35 at the circumferentially spaced intervals.
And a rotation drive source 39 for rotating the roller holder 38.
And an upper cover body 41 that covers an approximately upper half portion of the spherical drive wheel 33 including the top portion 36, and a substantially lower half portion of the spherical drive wheel 33 are detachably fitted, and an opening peripheral edge portion 42 of the upper cover body 41. A lower cover body 43 fixed to the upper cover body 43, a roller holding body 38 rotatably supported, and a bearing 44 sandwiched between the opening peripheral edge portion 42 of the upper cover body 41 and the lower cover body 43; Elastic support means 45 interposed between the base 32 and
Including and

【0024】各外周部支持ローラ35は、球状駆動輪3
3の中心OWを含む第1の仮想一平面46上で外周円4
7(図3参照)に対する接線48に平行な第1の回転軸
線49まわりに回転自在に支持される各一対のローラ5
0a,50bと、各ローラ50a,50bを前記第1の
回転軸線49まわりに回転自在に支持するローラ軸51
と、ローラ軸51をその長手方向両端部付近で前記第1
の回転軸線49まわりに回転自在に支持し、前記ローラ
保持体38の一表面上に周方向に前記間隔をあけて固定
されるブラケット52とを有する。
Each of the outer peripheral support rollers 35 has a spherical driving wheel 3.
The outer circle 4 on the first virtual plane 46 including the center O W of 3
7 (see FIG. 3), each pair of rollers 5 rotatably supported about a first rotation axis 49 parallel to the tangent line 48 to 7 (see FIG. 3).
0a, 50b and a roller shaft 51 for rotatably supporting the rollers 50a, 50b around the first rotation axis 49.
And the roller shaft 51 near the both ends in the longitudinal direction of the roller shaft 51.
And a bracket 52 that is rotatably supported around the rotation axis 49 and is fixed on one surface of the roller holding body 38 at the aforementioned intervals in the circumferential direction.

【0025】このような各外周部支持ローラ35の前記
ローラ保持体38への取付間隔は、前記第1の仮想一平
面(図3参照)上において、ローラ中心OWに関して周
方向に角度βを成して設けられ、この角度βは、本実施
の形態において60°に選ばれる。このような外周部支
持ローラ35は、少なくとも周方向に間隔をあけて3以
上必要であり、本実施の形態では球状駆動輪33に外周
部支持ローラ35から局部的に大きな外力が作用するこ
とを避けて、その外力を分散し、円滑に球状駆動輪33
の回転を許容した状態で支持するために周方向に等間隔
をあけて6つの外周部支持ローラ35が設けられてい
る。
The mounting interval of each outer peripheral portion supporting roller 35 to the roller holding body 38 is an angle β in the circumferential direction with respect to the roller center O W on the first virtual plane (see FIG. 3). The angle β is set to 60 ° in the present embodiment. It is necessary to provide at least three peripheral support rollers 35 at least in the circumferential direction, and in the present embodiment, a large external force locally acts on the spherical drive wheels 33 from the peripheral support rollers 35. Avoid it, disperse the external force, and smoothly drive the spherical drive wheel 33.
6 are provided at equal intervals in the circumferential direction so as to be supported in a state in which the rotation is allowed.

【0026】前記頂部支持ローラ37は、球状駆動輪3
3の中心OWを含みかつ第1の仮想一平面46に垂直な
第2の仮想一平面53上で、前記球状駆動輪33の中心
Wを通りかつ第1および第2の仮想一平面46,53
の交線に平行な第2の回転軸線55まわりに回転自在に
設けられる金属製の一対のローラ56a,56bと、各
ローラ56a,56bを前記第2の回転軸線55まわり
に回転自在に支持するローラ軸57と、ローラ軸57を
支持するブラケット58と、各ローラ56a,56bを
ローラ軸57に対して第2の回転軸線55まわりに回転
自在に軸支するローラ軸受59a,59bと、各ローラ
軸受59a,59bの各内輪60a,60b間に前記ロ
ーラ軸57に装着された状態で介在され、各ローラ56
a,56bおよび各ローラ軸受59a,59bの変位を
阻止する直円筒状のスペーサ61とを有する。
The top support roller 37 is a spherical drive wheel 3.
On a second virtual plane 53 which includes the center O W of three and is perpendicular to the first virtual plane 46, passes through the center O W of the spherical drive wheel 33 and the first and second virtual plane 46. , 53
A pair of metallic rollers 56a, 56b rotatably provided around a second rotation axis 55 parallel to the intersection line and the rollers 56a, 56b are rotatably supported about the second rotation axis 55. A roller shaft 57, a bracket 58 that supports the roller shaft 57, roller bearings 59a and 59b that rotatably support the rollers 56a and 56b around the second rotation axis 55 with respect to the roller shaft 57, and the rollers. The bearings 59a, 59b are interposed between the inner rings 60a, 60b while being mounted on the roller shaft 57, and the rollers 56
a, 56b and a right cylindrical spacer 61 for preventing displacement of the roller bearings 59a, 59b.

【0027】各ローラ56a,56bの外周面63a,
63bは、相互に近接する方向に小径となる円錐台状に
形成され、各ローラ56a,56bが球状駆動輪33に
接触した位置で、球状駆動輪33の外周面の曲率に比例
した傾斜角で傾斜する円錐台面を成し、わずかな接触面
積で接触して各球状駆動輪33の各駆動力の方向とは接
地面89上で直交する非駆動方向への自由回転を許容
し、球状駆動輪33の回転に安定して従動回転すること
ができるように構成されている。このことは前述の外周
部支持ローラ35の各ローラ50a,50bに対しても
同様であり、これらのローラ50a,50bの外周面6
4a,64bもまた、球状駆動輪33の外周面の曲率に
沿った傾斜を成す円錐台状のテーパ面とされる。
The outer peripheral surface 63a of each roller 56a, 56b,
63b is formed in a truncated cone shape having a small diameter in a direction in which the rollers 56a and 56b are in contact with the spherical drive wheel 33, and has an inclination angle proportional to the curvature of the outer peripheral surface of the spherical drive wheel 33. It forms an inclined truncated cone surface, contacts with a small contact area, and allows free rotation in a non-driving direction orthogonal to the direction of each driving force of each spherical driving wheel 33 on the ground contact surface 89, thus allowing the spherical driving wheel to rotate. It is constructed so that it can be stably driven by the rotation of 33. This also applies to the rollers 50a and 50b of the outer peripheral portion support roller 35 described above, and the outer peripheral surface 6 of these rollers 50a and 50b is the same.
4a and 64b are also truncated cone-shaped tapered surfaces that are inclined along the curvature of the outer peripheral surface of the spherical drive wheel 33.

【0028】前記ローラ保持体38は、前記軸受44に
よって球状駆動輪33の中心OWを含む第3の回転軸線
68まわりに矢符A1,A2方向に回転自在に保持され
る。この第3の回転軸線68は、頂部支持ローラ37の
第2の回転軸線55に前記第2の仮想一平面53上で直
交する一直線上に存在している。ローラ保持体38は、
前記各外周部支持ローラ35のブラケット52が固定さ
れる円環状の取付リング69と、この取付リング69に
同軸に積重された状態でボルト70によって固定される
円環状のラック71とを有する。
The roller holder 38 is held by the bearing 44 so as to be rotatable in the directions of arrows A1 and A2 around the third rotation axis 68 including the center O W of the spherical drive wheel 33. The third rotation axis 68 exists on a straight line orthogonal to the second rotation axis 55 of the top support roller 37 on the second virtual one plane 53. The roller holder 38 is
It has an annular mounting ring 69 to which the bracket 52 of each outer peripheral support roller 35 is fixed, and an annular rack 71 fixed to the mounting ring 69 by bolts 70 while being coaxially stacked.

【0029】このようなローラ保持体38を保持する前
記軸受44は、取付リング69の外周に嵌まり込む内輪
72と、上カバー体41の開口周縁部42と下カバー体
43の開口周縁部73とによって挟持される外輪74
と、内輪72および外輪74間に介在される複数の球状
の転動体75とを有する。
The bearing 44 for holding the roller holding body 38 as described above has an inner ring 72 fitted on the outer periphery of the mounting ring 69, an opening peripheral edge portion 42 of the upper cover body 41 and an opening peripheral edge portion 73 of the lower cover body 43. Outer ring 74 clamped by
And a plurality of spherical rolling elements 75 interposed between the inner ring 72 and the outer ring 74.

【0030】カバー体41の開口周縁部42と下カバー
体43の開口周縁部73とは、ボルト76によって着脱
可能に連結される。下カバー体43の最も球状駆動輪3
3に近接した内周部77には、半径方向内方に部分的に
突出する環状のフェルトからなるシール材78が嵌着さ
れ、球状駆動輪33の外周面に接触している。このシー
ル材78によって、球状駆動輪33の表面に付着したご
みおよび水などが掻き落とされ、外周部支持ローラ35
および頂部支持ローラ37への異物の係着、ならびに各
軸受44;59a,59bへの異物の噛込みが防がれ、
球状駆動輪33の円滑な回転が維持される。
The opening peripheral edge 42 of the cover body 41 and the opening peripheral edge 73 of the lower cover body 43 are detachably connected by a bolt 76. The most spherical drive wheel 3 of the lower cover body 43
A seal member 78 made of an annular felt partially protruding inward in the radial direction is fitted to the inner peripheral portion 77 close to 3 and is in contact with the outer peripheral surface of the spherical drive wheel 33. The sealing material 78 scrapes off dust, water, and the like adhering to the surface of the spherical drive wheel 33, and the outer peripheral support roller 35.
It is possible to prevent foreign matter from being attached to the top support roller 37, and to prevent foreign matter from being caught in the bearings 44; 59a and 59b.
The smooth rotation of the spherical drive wheel 33 is maintained.

【0031】このようなローラ保持体38は、各外周部
支持ローラ35を、前記第1の仮想一平面46上の第2
の回転軸線55まわりに回転自在に保持し、前記球状駆
動輪33の中心Owを通りかつ第1の仮想一平面46に
垂直な第3の回転軸線68まわりに矢符A1,A2方向
に回転駆動源39によって選択的に回転駆動される。こ
の回転駆動源39は、サーボモータ81と、サーボモー
タ81の出力軸82に固定されるピニオン83とを有す
る。ピニオン83は、ローラ保持体38のラック71に
噛合し、サーボモータ81からの回転力が伝達される。
In such a roller holder 38, each outer peripheral portion supporting roller 35 is arranged on the first imaginary plane 46 in a second position.
Is rotatably held around the rotation axis 55 of the spherical drive wheel 33 and is driven to rotate in the directions of arrows A1 and A2 around a third rotation axis 68 passing through the center Ow of the spherical drive wheel 33 and perpendicular to the first virtual one plane 46. It is selectively rotationally driven by a source 39. The rotary drive source 39 has a servo motor 81 and a pinion 83 fixed to an output shaft 82 of the servo motor 81. The pinion 83 meshes with the rack 71 of the roller holding body 38, and the rotational force from the servo motor 81 is transmitted.

【0032】球状駆動輪33は、金属製の球体87と、
この球体87の表面上に可撓性および弾発性を有する材
料であるたとえばごむから成る表層88とを有する。球
体87は、中空であり、前記外周部支持ローラ35およ
び頂部支持ローラ37からの局部的に大きな押圧力に対
して充分な強度を有する。また表層88は、上記のよう
に可撓性および弾発性を有するので、車体の振動および
走行面89の凹凸による衝撃を吸収し、基台32への振
動および衝撃が緩和される。また前記可撓性および弾発
性を有する材料として、ごむを用いることによって、走
行面89に対して大きな摩擦力を発生させることがで
き、これによって球状駆動輪33の不所望な滑りを防止
して、走行面89に対する滑りを防ぎ、所定の進行方向
へ向かって確実に走行し、進路を変更し、加減速するこ
とができる。
The spherical drive wheel 33 includes a metallic sphere 87,
The surface of the sphere 87 has a surface layer 88 made of, for example, dust, which is a flexible and elastic material. The sphere 87 is hollow and has sufficient strength against a locally large pressing force from the outer peripheral portion support roller 35 and the top portion support roller 37. Further, since the surface layer 88 is flexible and elastic as described above, it absorbs the vibration of the vehicle body and the impact due to the unevenness of the running surface 89, and the vibration and the impact on the base 32 are mitigated. Further, by using dust as the flexible and elastic material, a large frictional force can be generated on the running surface 89, thereby preventing undesired sliding of the spherical drive wheel 33. Thus, it is possible to prevent slipping on the traveling surface 89, reliably travel in the predetermined traveling direction, change the course, and accelerate / decelerate.

【0033】前記上カバー体41は、球状駆動輪33の
略上半部を覆う中空の略半球状のカバー部90と、カバ
ー部90に一体的に連なり、前記サーボモータ81が取
付けられるモータ取付部91と、このモータ取付部91
からさらに突出して連なる連結部92とを有し、この連
結部92は連結ピン93によって基台32の連結突部9
4に水平な軸線95まわりに矢符B1,B2方向に角変
位自在に連結される。
The upper cover body 41 is a hollow substantially hemispherical cover portion 90 that covers substantially the upper half portion of the spherical drive wheel 33, and a motor mount to which the servo motor 81 is attached, integrally connected to the cover portion 90. Part 91 and this motor mounting part 91
And a connecting portion 92 that further extends from the connecting portion 92, and the connecting portion 92 is connected by the connecting pin 93 to the connecting protrusion 9 of the base 32.
4 is connected so as to be angularly displaceable in the directions of arrows B1 and B2 around an axis 95 that is horizontal to 4.

【0034】基台32の前記連結突部94の上方には、
ブラケット97が固定される。このブラケット97と前
記上カバー体41のカバー部90との間には、前記弾性
支持手段45が介在される。この弾性支持手段45は、
2本のばねダンバ101a,101bと、1本の油圧ダ
ンパ102とから成る。各ばねダンバ101a,101
bは、案内軸103と、案内軸103の軸線方向一端部
寄りに形成される、ねじ部104に螺着されるばね力調
整ナット105と、案内軸103に装着され、ばね力調
整ナット105上に支持される円環状のばね受け片10
6と、案内軸103に装着され、一端部が前記ばね受け
片106上に支持される圧縮コイルばね107と、各案
内軸103に装着され、圧縮コイルばね107の他端部
を支持するばね受け片108と、各案内軸103が挿通
し、ばね受け片108を長手方向(図2の左右方向)両
端部で支持する連結部材109と、この連結部材109
から上方に突出した各案内軸103の突出部分に装着さ
れる押えばね110と、各押えばね110を抜止めする
抜止め片111と、抜止め片111を案内軸103に抜
止めする抜止めピン112とを有する。
Above the connecting projection 94 of the base 32,
The bracket 97 is fixed. The elastic support means 45 is interposed between the bracket 97 and the cover portion 90 of the upper cover body 41. This elastic support means 45 is
It is composed of two spring dampers 101a and 101b and one hydraulic damper 102. Each spring damper 101a, 101
Reference numeral b denotes a guide shaft 103, a spring force adjusting nut 105 formed near the one axial end of the guide shaft 103 and screwed to a screw portion 104, and mounted on the guide shaft 103. An annular spring receiving piece 10 supported by
6, a compression coil spring 107 mounted on the guide shaft 103 and having one end supported on the spring receiving piece 106, and a spring receiver mounted on each guide shaft 103 and supporting the other end of the compression coil spring 107. A piece 108, a connecting member 109 through which the respective guide shafts 103 are inserted and which supports the spring receiving piece 108 at both ends in the longitudinal direction (the left-right direction in FIG. 2), and the connecting member 109.
Of the guide shafts 103 protruding upward from the pressing springs 110, retaining pieces 111 for retaining the retaining springs 110, and retaining pins for retaining the retaining pieces 111 on the guide shaft 103. And 112.

【0035】前記連結部材109は、前記基台32に設
けられるブラケット97の先端部付近が嵌まり込む嵌合
凹所113が形成され、この嵌合凹所113の両側で対
向する一対の凸部114には、連結ピン115の軸線方
向両端部が挿通して支持される。連結ピン115は、前
記基台32のブラケット97の先端部に軸線まわりに回
動自在に挿入され、抜止めピン116によって抜止めさ
れた状態で、ブラケット97に連結部109が相対的に
角変位自在に連結される。
The connecting member 109 is formed with a fitting recess 113 into which the vicinity of the front end of the bracket 97 provided on the base 32 is fitted, and a pair of convex portions facing each other on both sides of the fitting recess 113. Both ends of the connecting pin 115 in the axial direction are inserted into and supported by 114. The connecting pin 115 is inserted into the tip of the bracket 97 of the base 32 so as to be rotatable about the axis, and the connecting portion 109 is relatively angularly displaced to the bracket 97 in a state where the connecting pin 115 is retained by the retaining pin 116. Can be freely connected.

【0036】前記油圧ダンパ102は、軸線方向一端部
がピン121によって上カバー体41のカバー部90に
回動自在に連結されるシリンダチューブ122と、シリ
ンダチューブ122内で軸線方向に移動自在に収容され
るピストン123と、ピストン123に軸線方向一端部
が固定され、軸線方向他端部がピン124によって回動
自在にブラケット97に連結されるピストンロッド12
5とを有する。ピストン123には、シリンダチューブ
122内の圧力室126a,126bを連通する細い通
路がオフィスとして設けられ、各圧力室126a,12
6b間で空気が相互に熱化して、その時間的遅れによる
ダンピング効果によって緩衝することができるように構
成されている。
The hydraulic damper 102 has a cylinder tube 122 whose one end in the axial direction is rotatably connected to the cover portion 90 of the upper cover body 41 by a pin 121, and an axially movable housing in the cylinder tube 122. And the piston rod 12 having one axial end fixed to the piston 123 and the other axial end rotatably connected to the bracket 97 by a pin 124.
5 and. The piston 123 is provided with a thin passage as an office that communicates with the pressure chambers 126a and 126b in the cylinder tube 122.
The air is mutually heated between 6b, and it can be buffered by the damping effect due to the time delay.

【0037】このような弾性支持手段45によって、走
行時に接地面89の起伏および段差を吸収し、常に全て
の球状駆動輪33を接地面89に接地させた状態とし
て、各球状駆動輪33の接地面89に対する各駆動力の
ベクトル和の方向を進行方向として、全方向移動装置3
1を後述の入力手段138のジョイスティック137の
入力操作指令に対応する方向および速度に正確に動作さ
せることができ、少なくとも1つの球状駆動輪33の浮
上がりによって、全ての球状駆動輪33の各駆動力のベ
クトル和が崩れ、進行方向および速度が前記ジョイステ
ィック137の入力操作指令に対してずれてしまうとい
う不具合の発生が防がれる。
The elastic support means 45 absorbs the undulations and steps of the ground contact surface 89 during traveling, and keeps all the spherical drive wheels 33 in contact with the ground contact surface 89 at all times. The omnidirectional moving device 3 uses the vector sum direction of each driving force with respect to the ground 89 as the traveling direction.
1 can be accurately operated in the direction and speed corresponding to the input operation command of the joystick 137 of the input means 138, which will be described later, and the lifting of at least one spherical drive wheel 33 drives each spherical drive wheel 33. It is possible to prevent the problem that the vector sum of forces collapses and the traveling direction and the speed deviate from the input operation command of the joystick 137.

【0038】図4は、駆動輪組立体Wの外観および基台
32への取付状態を示す側方から見た断面図であり、図
5は駆動輪組立体Wを図4の上方から見た平面図であ
り、図6は各駆動輪組立体W1〜W4を備える全方向移
動装置31の外観を示す斜視図である。全方向移動装置
31は、前述したように電動車椅子であって、基台32
には使用者が着座する座板シート131と、背板シート
132と、左右一対の肘掛け133a,133bとが設
けられる。
FIG. 4 is a side sectional view showing the appearance of the drive wheel assembly W and the state of attachment to the base 32, and FIG. 5 is a view of the drive wheel assembly W seen from above in FIG. FIG. 6 is a plan view, and FIG. 6 is a perspective view showing an external appearance of the omnidirectional moving device 31 including the drive wheel assemblies W1 to W4. The omnidirectional moving device 31 is an electric wheelchair as described above, and includes a base 32.
A seat plate sheet 131 on which a user sits, a back plate sheet 132, and a pair of left and right armrests 133a and 133b are provided.

【0039】基台32の前部には、左右一対の足置き部
134a,134bが前後方向に沿う軸線まわりに矢符
C1,C2;D1,D2方向に角変位可能には設けられ
る。各足置き部134a,134bは図6に示される使
用状態ではほぼ水平に配置され、未使用時には矢符C
1,D1方向に角変位させてほぼ垂直に立上げておくこ
とができる。一方の肘掛け部133aの前部には、ジョ
イスティック137の操作によって走行制御するための
入力手段138が設けられる。このジョイスティック1
37を把持して前後方向、左右方向、斜め方向左右旋回
方向に操作することによって、その操作方向に応じた方
向および速度で全方向移動装置31を走行させることが
できる。
A pair of left and right footrests 134a, 134b are provided on the front part of the base 32 so as to be angularly displaceable in the directions of arrows C1, C2; D1, D2 around the axis line along the front-rear direction. The foot rests 134a and 134b are arranged substantially horizontally in the use state shown in FIG.
It is possible to make angular displacements in the D1 and D1 directions and to start up almost vertically. An input unit 138 for controlling traveling by operating the joystick 137 is provided at the front of the one armrest 133a. This joystick 1
By gripping 37 and operating it in the front-back direction, the left-right direction, and the diagonal left-right turning direction, the omnidirectional moving device 31 can be driven at a speed and a direction according to the operating direction.

【0040】前記基台32は、フレーム本体141と、
フレーム本体141に、その平面視において対角線方向
に固定され、前記連結突部94を有する4つの取付体1
42a〜124d(総称する場合は取付体142と記
す)と、各取付体142に固定される前記ブラケット9
7とを含む。
The base 32 includes a frame body 141,
Four mounting bodies 1 fixed to the frame body 141 in a diagonal direction in a plan view and having the connecting protrusions 94.
42a to 124d (collectively referred to as mounting bodies 142), and the bracket 9 fixed to each mounting body 142
Including 7 and.

【0041】図7は、基台32の具体的構成を示す平面
図であり、図8は図7の切断面線VIII−VIIIか
ら見た断面図であり、図9は取付体142の表面図であ
る。なお、図7においては、図解を容易にするため、上
方のブラケット97は省略されている。フレーム本体1
41は、図7に示される平面形状が大略的に四角形の外
枠フレーム143と、外枠フレーム143から上方に突
出して連なり、前記座板シート131から乗載される上
フレーム144と、外枠フレーム143から下方に連な
り、各取付体142a〜142dが固定される下フレー
ム145とを有する。
FIG. 7 is a plan view showing a specific structure of the base 32, FIG. 8 is a sectional view taken along the section line VIII-VIII of FIG. 7, and FIG. 9 is a surface view of the mounting body 142. Is. Note that the upper bracket 97 is omitted in FIG. 7 for ease of illustration. Frame body 1
Reference numeral 41 denotes an outer frame 143 whose plane shape is substantially quadrangular as shown in FIG. 7, an upper frame 144 which is continuous from the outer frame 143 and projects upward from the outer seat frame 143, and an outer frame 144 which is mounted from the seat sheet 131, It has a lower frame 145 that is connected downward from the frame 143 and to which each of the mounting bodies 142a to 142d is fixed.

【0042】各取付体142a,142bは左右両側に
車体中心OBを含む一鉛直面に関して45°の角1度で
対象に一体的に形成される。また後方に設けられる取付
体142c,142dは、前記鉛直面に関して左右両側
にそれぞれ角度45°を成して対称に一体的に形成さ
れ、前部および後部で取付体ユニット146a,146
bをそれぞれ構成している。
[0042] Each mounting member 142a, 142b are integrally formed on the target by 45 ° of angular 1 degrees with respect to one vertical plane containing the vehicle body center O B on the left and right sides. Further, the mounting bodies 142c and 142d provided on the rear side are symmetrically integrally formed on the left and right sides at an angle of 45 ° with respect to the vertical plane, and the mounting body units 146a and 146 are formed at the front and rear portions.
b respectively.

【0043】図10は、本発明の実施の一形態の全方向
移動装置31の制御装置161の電気的構成を示すブロ
ック図である。前述した前後方向移動装置31には、走
行方向および走行速度を制御するために、制御装置16
1が備えられる。この制御装置161は、進行方向に向
かって左右方向の指令速度X′、前後方向の指令速度
Y′および左右の旋回方向の指令速度φ′を入力する前
記入力手段138と、入力手段138からの各指令速度
X′,Y′,ψ′に応答して各回転駆動源39のサーボ
モータ81を個別に制御し、各球状駆動輪33を前記各
指令速度X′,Y′,φ′に対応する回転速度で回転駆
動する回転速度指令信号v1,v2,v3,v4をそれ
ぞれ出力する制御手段162と、制御手段162から出
力される各回転速度指令信号v1〜v4に応答して、各
増幅回路164a〜164dによって増幅し、各回転駆
動源39のサーボモータ81a〜81dに各回転速度指
令信号v1〜v4に対応する駆動電流を供給して、各球
状駆動輪33の回転速度を個別に制御し、入力手段13
8のジョイスティック137の操作方向および各変位量
に対応する各速度X′,Y′,φ′で全方向移動装置3
1を走行制御することができる。
FIG. 10 is a block diagram showing an electrical configuration of the control device 161 of the omnidirectional movement device 31 according to the embodiment of the present invention. The front-rear direction moving device 31 includes a control device 16 for controlling the traveling direction and traveling speed.
1 is provided. The control device 161 receives the command speed X ′ in the left-right direction, the command speed Y ′ in the front-rear direction, and the command speed φ ′ in the left-right turning direction from the input means 138 and the input means 138. In response to each command speed X ′, Y ′, ψ ′, the servo motor 81 of each rotary drive source 39 is individually controlled, and each spherical drive wheel 33 corresponds to each command speed X ′, Y ′, φ ′. Control means 162 for respectively outputting rotation speed command signals v1, v2, v3, v4 which are rotationally driven at the rotation speeds, and each amplifier circuit in response to each rotation speed command signal v1 to v4 outputted from the control means 162. 164a to 164d are amplified and the drive current corresponding to each rotation speed command signal v1 to v4 is supplied to the servo motors 81a to 81d of each rotation drive source 39 to individually control the rotation speed of each spherical drive wheel 33. Input means 13
Omnidirectional moving device 3 at each speed X ', Y', φ'corresponding to the operating direction of joystick 137 of No. 8 and each displacement amount.
1 can be travel-controlled.

【0044】このような制御手段161は、全方向移動
装置31の走行によって非走行時における車体の回転中
心OBが図11に関連して述べたように、X軸方向に偏
心量a(右方を正とする)だけ偏心し、Y軸方向に偏心
量b(前方を正とする)だけ偏心した位置に新たな回転
中心OB1を設定するための設定手段163を含む。こ
の設定手段163は、たとえば全方向移動装置31の姿
勢などによって重心が車体中心OBから常にずれている
ような場合に旋回すると、転倒する恐れがあるため、予
め姿勢を容易に変更できないような使用者に対しては、
回転中心を予め車体中心OBからずらせておくことによ
って、旋回時などに車体中心OBに対する重心位置の偏
心量が少なくててすみ、転倒する危険性を予め少なく設
定するために用いられる。
[0044] Such control means 161, so that the rotational center O B of the car body in the non-traveling described in connection with FIG. 11 by the running of the omnidirectional device 31, the eccentric amount a (right X-axis direction A setting means 163 is provided for setting a new rotation center O B 1 at a position eccentric by (a positive direction is positive) and eccentric by an eccentric amount b (positive is positive) in the Y-axis direction. The setting means 163, for example, when the center of gravity such as by the attitude of the omnidirectional device 31 is pivoted to the case, as always offset from the body center O B, there is a risk of falling, that can not be easily changed in advance posture For the user,
By keeping shifted from previously body center O B of the center of rotation, the corner, such as during turning have small amount of eccentricity of the gravity center position relative to the vehicle body center O B, used to preset reduce the risk of falling.

【0045】このような設定手段163によって前記制
御手段162は、新たな回転中心O B1から各球状駆動
輪33の設置点までの距離L1〜L4を用いて下記の式
1によって演算し、回転速度指令信号v1〜v4を出力
し、各サーボモータ81の回転数を変化させ、旋回走行
時に全方向移動装置31およびその使用者に過大な遠心
力が作用することが防がれ、転倒を防止することができ
る。
The above-mentioned control is performed by the setting means 163.
The control means 162 has a new rotation center O. BEach spherical drive from 1
Using the distances L1 to L4 to the installation point of the wheel 33, the following formula
1 and outputs rotation speed command signals v1 to v4
Then, the number of revolutions of each servo motor 81 is changed, and the vehicle is turned.
Sometimes the omnidirectional moving device 31 and its user have excessive centrifugal force
You can prevent force from acting and you can prevent falling.
It

【0046】x軸を右進方向、y軸を前進方向とし、回
転角φは反時計まわりを正とする。また駆動輪組立体を
W1を右前、W2を左前、W3を左後、W4を右後と
し、さらにまた、走行時の回転中心(移動前、すなわち
対角線の交点)OBと各駆動輪組立体W1〜W4の接地
点との長さをL1〜L4とする。このとき、車体中心O
Bの速度X′,Y′,φ′と各駆動輪組立体W1〜W4
の速度xi′,yi′(i=1,2,3,4)との関係
は、次のようになる。
Turning the x-axis to the right and the y-axis to the forward,
The turning angle φ is positive in the counterclockwise direction. Also, the drive wheel assembly
W1 is front right, W2 is front left, W3 is rear left, W4 is rear right.
In addition, the center of rotation during traveling (before moving, that is,
Diagonal intersection) OBAnd grounding of each drive wheel assembly W1-W4
The lengths of the points are L1 to L4. At this time, the body center O
BSpeeds X ', Y', φ'and the drive wheel assemblies W1 to W4
With speeds xi ', yi' (i = 1, 2, 3, 4) of
Is as follows:

【0047】[0047]

【数3】 [Equation 3]

【0048】本実施の形態によれば、基台32に設けら
れる各球状駆動輪33は回転駆動源39によって個別に
回転駆動し、入力手段138によって、進行方向前方に
向かって左右方向の指令速度X′、前後方向の指令速度
Y′および左右の旋回方向の指令速度φ′が制御手段1
62に入力されると、制御手段162は、各回転駆動源
39を制御して、各球状駆動輪33を各指令速度X′、
Y′、φ′に対応する回転速度で個別に回転駆動させ、
全方向移動装置31は、各球状駆動輪33が接地面に対
して発生する各駆動力のベクトル和の方向に進行させる
ことができる。
According to the present embodiment, each spherical drive wheel 33 provided on the base 32 is individually driven to rotate by the rotary drive source 39, and the command speed in the left and right directions toward the front in the traveling direction is input by the input means 138. X ′, the command speed Y ′ in the front-rear direction and the command speed φ ′ in the left and right turning directions are control means 1.
When it is input to 62, the control means 162 controls each rotary drive source 39 to move each spherical drive wheel 33 to each command speed X ′,
Rotate individually at rotational speeds corresponding to Y'and φ ',
The omnidirectional moving device 31 can move the spherical driving wheels 33 in the direction of the vector sum of the driving forces generated on the ground contact surface.

【0049】このように制御手段162は、各球状駆動
輪33に接地面に対してそれぞれ発生する各駆動力のベ
クトル和が、前記入力手段138によって入力された各
指令速度X′、Y′、φ′となるように、式1によって
各球状駆動輪33ごとに設けられる回転駆動源39を制
御するので、前後方向、斜め方向、左右の旋回方向の全
方向に対して、全ての駆動輪を用いて走行し、入力手段
138によって指令された方向および速度で全方向移動
装置を走行させることができ、指令に対して進行方向の
ずれおよび応答遅れが生じてしまうという不具合が防が
れ、応答性が向上される。
In this way, the control means 162 controls the command speeds X ', Y', and the vector sums of the driving forces generated by the spherical driving wheels 33 with respect to the ground contact surface, which are input by the inputting means 138. Since the rotary drive source 39 provided for each spherical drive wheel 33 is controlled by Expression 1 so as to be φ ′, all the drive wheels are controlled in all directions of the front-rear direction, the diagonal direction, and the left and right turning directions. The omnidirectional moving device can be driven to travel in the direction and speed instructed by the input means 138, and the problem that the deviation in the traveling direction and the response delay occur with respect to the command is prevented, and the response The property is improved.

【0050】このように制御手段162は、入力手段1
38によって入力された各指令速度X′、Y′、φ′を
パラメータとして入力し、上記の演算式によって各球状
駆動輪33の速度v1〜viを求めて、各回転駆動源3
9を制御する。したがって入力手段138から入力され
る各指令速度X′、Y′、φ′が、全方向移動装置の使
用者の入力操作によって変化しても、常に入力された各
指令速度X′、Y′、φ′に対応する方向および速度に
全方向移動装置を走行させることができ、入力指令に対
して高い応答性を達成することができる。
As described above, the control means 162 has the input means 1
The respective command speeds X ′, Y ′, φ ′ input by the control unit 38 are input as parameters, and the speeds v1 to vi of the respective spherical drive wheels 33 are obtained by the above-mentioned arithmetic expression, and the respective rotary drive sources 3
Control 9 Therefore, even if the command speeds X ′, Y ′, φ ′ inputted from the input means 138 are changed by the input operation of the user of the omnidirectional moving device, the command speeds X ′, Y ′, The omnidirectional moving device can be caused to travel in the direction and speed corresponding to φ ′, and high responsiveness to an input command can be achieved.

【0051】さらに、前記制御手段162には、設定手
段163によって非走行時の回転中心OBに対するX軸
方向の偏心量aおよびY軸方向の偏心量bを設定するこ
とができるので、全方向移動装置の走行時における重心
位置の移動に対して、走行前に予想される各偏心量a、
bを入力して走行中の回転中心を、走行時の重心位置ま
たはその近傍に設定し、この新たに設定した回転中心に
関して上記の演算を行い、各球状駆動輪の回転速度v1
〜viを求め、全方向移動装置を入力した各指令速度
X′、Y′、φ′で走行させることができる。これによ
ってその場で旋回するときの旋回中心を、車体の中心と
し、旋回スペースを最小にすることができるとともに、
全方向移動装置の走行時における重心位置に応じた実走
行を達成することが可能となり、曲線走行または旋回走
行などの車体中心に対して重心の移動が大きくなるよう
な走行において、転倒および横滑りなどが生じにくくな
り、走行安定性が向上されるとともに、最小半径で旋回
することができ、狭い領域であっても容易に旋回するこ
とが可能となる。
[0051] Furthermore, the the control unit 162, it is possible to set the eccentricity b of eccentricity a and Y-axis direction of the X-axis direction with respect to the rotational center O B of the time of non-driving by setting means 163, all directions With respect to the movement of the center of gravity during traveling of the moving device, each eccentricity amount a expected before traveling,
By inputting b, the center of rotation during traveling is set at or near the position of the center of gravity during traveling, and the above calculation is performed with respect to this newly set center of rotation, and the rotational speed v1 of each spherical drive wheel is set.
~ Vi can be obtained, and the omnidirectional moving device can be driven at each commanded speed X ', Y', φ '. This makes it possible to minimize the turning space by making the turning center when turning on the spot the center of the vehicle body,
It is possible to achieve actual traveling according to the position of the center of gravity of the omnidirectional moving device when traveling, and when traveling such as curving or turning, where the movement of the center of gravity becomes large with respect to the center of the vehicle body, such as falling and skidding. Is less likely to occur, traveling stability is improved, and turning can be performed with a minimum radius, so that it is possible to easily turn even in a narrow area.

【0052】上記の実施の形態では、基台32に4つの
駆動輪組立体W1〜W4を備える。全方向移動装置31
について述べたけれども、本発明の実施の他の形態とし
て3つの駆動輪組立体を備える全方向移動装置において
も、入力手段138へのジョイスティック137の操作
方向および各変位量に応じて任意の方向に高い走行安定
性で走行することが可能であり、さらに本発明の他の実
施の形態では、5以上のi個の駆動輪組立体を用いた全
方向移動装置であっても、当業者にとって容易に想定す
ることが可能である。この場合、前記制御手段162に
は、式2に示す演算式が設定されている。
In the above embodiment, the base 32 is provided with four drive wheel assemblies W1 to W4. Omni-directional moving device 31
However, also in the omnidirectional moving device including the three drive wheel assemblies as another embodiment of the present invention, the joystick 137 can be operated in any direction depending on the operating direction of the joystick 137 with respect to the input means 138 and each displacement amount. It is possible to drive with high running stability, and in another embodiment of the present invention, even an omnidirectional moving device using i or more drive wheel assemblies of 5 or more is easy for those skilled in the art. It is possible to assume. In this case, the control means 162 is set with the arithmetic expression shown in Expression 2.

【0053】[0053]

【数4】 [Equation 4]

【0054】さらに本発明の実施の他の形態では、上か
バー体と下カバー体とによって軸受が挟持され、この軸
受によって前記ローラ保持体が第3の回転軸線まわりに
回転自在に支持される。上カバー体にはまた、頂部支持
ローラが第2の回転軸線まわりに回転自在に支持され、
このようにして上部支持ローラとローラ保持輪とが位置
決めされた状態で安定に球状駆動輪を支持し、下半部を
下カバー体から下方に突出させた状態で外囲している。
このような上カバー体および下カバー体によって外部か
ら球状駆動輪に使用者の足またはその他の物品が直接接
触することが防がれ、こうして球状駆動輪の回転に対す
る外乱が作用することが防がれ、したがって進行方向が
外乱によって不所望に変化してしまうことが防がれる。
Further, in another embodiment of the present invention, the bearing is sandwiched between the upper cover body and the lower cover body, and the roller holding body is rotatably supported by the bearing about the third rotation axis. . The top cover roller also has a top support roller rotatably supported about the second rotation axis.
In this manner, the spherical drive wheel is stably supported in a state where the upper support roller and the roller holding wheel are positioned, and the lower half portion is surrounded by the lower cover body so as to project downward.
The upper cover body and the lower cover body prevent external contact of the user's foot or other articles with the spherical drive wheel from the outside, and thus prevent disturbance of rotation of the spherical drive wheel from acting. Therefore, it is possible to prevent the traveling direction from being changed undesirably by the disturbance.

【0055】また上記の実施の各形態では、全方向移動
装置として電動車椅子について述べたけれども、本発明
はこれに限るものではなく、3以上の駆動輪組立体によ
って各種の移動装置、たとえば無人搬送台車(略称AG
V)、移動ロボット、作業用台車などへの実施が可能で
ある。
In each of the above embodiments, an electric wheelchair is described as an omnidirectional moving device, but the present invention is not limited to this, and various moving devices such as an unmanned conveyor are provided by three or more drive wheel assemblies. Dolly (abbreviated as AG
V), mobile robots, work carts, etc.

【0056】さらに本発明の実施の他の形態では、各球
状駆動輪33を金属製または硬質合成樹脂製とし、頂部
支持ローラ37によって弾発的に支持するように構成さ
れていもよい。頂部支持ローラ37によって前記金属製
または硬質合成樹脂製の各球状駆動輪33を支持するこ
とによって、接地面に対してほぼ点接触し、室内の床な
どのように大きなトルクを必要としない場合に好適に用
いることができ、接地面との摩擦による無駄な動力が削
減される。このような球状駆動輪は頂部支持ローラによ
って弾発的に支持され、走行時に接地面の微小な起伏に
よる振動が吸収され、この起伏による振動および走行音
の発生が防がれる。
Further, in another embodiment of the present invention, each spherical driving wheel 33 may be made of metal or hard synthetic resin and elastically supported by the top support roller 37. By supporting each of the spherical drive wheels 33 made of metal or hard synthetic resin by the top support roller 37, it is possible to make a point contact with the ground contact surface, and when a large torque is not required like the floor in the room. It can be preferably used and wasteful power due to friction with the ground contact surface is reduced. Such a spherical drive wheel is elastically supported by the top support roller, absorbs vibrations due to minute undulations of the ground contact surface during traveling, and prevents vibrations and running noises due to the undulations.

【0057】このような頂部支持ローラ37は、各ロー
ラ56a,56bがゴムなどの可撓性および弾発性を有
する材料によって形成されてもよく、あるいは各ローラ
56a,56bの軸受59a,59bとローラ軸57と
の間に弾性部材を介在させてもよい。
In the top support roller 37, the rollers 56a and 56b may be formed of a flexible and elastic material such as rubber, or the bearings 59a and 59b of the rollers 56a and 56b may be formed. An elastic member may be interposed between the roller shaft 57 and the roller shaft 57.

【0058】本発明の実施のさらに他の形態では、3以
上の駆動輪組立体を用いて、球状駆動輪を上方にして所
定の間隔で配置し、製造ラインなどにおける製品の搬送
用コンベアとして実施することもまた、可能である。
In still another embodiment of the present invention, three or more drive wheel assemblies are used, spherical drive wheels are arranged upward with a predetermined interval, and the present invention is carried out as a conveyor for conveying a product in a production line or the like. It is also possible to do so.

【0059】[0059]

【発明の効果】請求項1記載の本発明によれば、制御手
段は、各駆動輪に走行面に対してそれぞれ発生する各駆
動力のベクトル和が、前記入力手段によって入力された
各指令速度X′、Y′、φ′となるように、各駆動輪ご
とに設けられる回転駆動源を制御するので、前後方向、
斜め方向、左右の旋回方向の全方向に対して、全ての駆
動輪を用いて走行し、入力手段によって指令された方向
および速度で全方向移動装置を走行させることができ、
前記従来の技術に関連して述べたように、指令に対して
進行方向のずれおよび応答遅れが生じるという不具合が
防がれ、高精度で応答性を向上することができる。ま
た、設定手段によって全方向移動装置の走行時における
重心位置の移動に対して、走行前に予想される各偏心量
a、bを入力して走行中の回転中心を、走行時の重心位
置またはその近傍に設定し、この新たに設定した回転中
心に関して各球状駆動輪の回転速度v1〜viを求め、
全方向移動装置を入力した各指令速度X′、Y′、φ′
で走行させることができる。これによって全方向移動装
置の走行時における重心位置に応じた実走行を達成する
ことが可能となり、曲線走行または旋回走行などの車体
中心に対して重心の移動が大きくなるような走行におい
て、転倒および横滑りなどが生じにくくなり、走行安定
性が向上され、最小の旋回半径で旋回することが可能と
なる。
According to the present invention as set forth in claim 1, the control means is arranged such that the vector sum of the respective driving forces generated on the driving surfaces of the respective driving wheels is inputted to the respective command speeds by the input means. Since the rotary drive source provided for each drive wheel is controlled so that X ′, Y ′ and φ ′ are obtained,
It is possible to travel using all the drive wheels in all directions of the diagonal direction and the left and right turning directions, and to drive the omnidirectional moving device at the direction and speed instructed by the input means.
As described in connection with the above-mentioned conventional technique, it is possible to prevent the problem that the deviation in the traveling direction and the response delay occur with respect to the command, and it is possible to improve the responsiveness with high accuracy. Further, with respect to the movement of the center of gravity position of the omnidirectional moving device during traveling by the setting means, the respective eccentricity amounts a and b expected before traveling are input to determine the center of rotation during traveling as the center of gravity position during traveling or The rotation speeds v1 to vi of the respective spherical drive wheels are determined with respect to this newly set rotation center by setting the rotation center in the vicinity thereof,
Command speeds X ', Y', φ'input to the omnidirectional moving device
It can be run with. As a result, it is possible to achieve actual traveling according to the position of the center of gravity of the omnidirectional moving device during traveling, and to prevent a fall or fall during traveling such as curved traveling or turning traveling in which the movement of the center of gravity becomes large with respect to the center of the vehicle body. Side slippage is less likely to occur, traveling stability is improved, and it is possible to turn with a minimum turning radius.

【0060】請求項2記載の本発明によれば、入力手段
から入力される各指令速度X′、Y′、φ′が、全方向
移動装置の使用者の入力操作によって変化しても、常に
入力された各指令速度X′、Y′、φ′に対応する方向
および速度で全方向移動装置を走行させることができる
ので、入力指令に対して高い応答性を達成することがで
きる。
According to the second aspect of the present invention, even if the command speeds X ', Y', and φ'input from the input means are changed by the input operation by the user of the omnidirectional moving device, the command speeds are always changed. Since the omnidirectional moving device can travel in the directions and speeds corresponding to the respective command speeds X ', Y', and φ'input, high responsiveness to the input command can be achieved.

【0061】[0061]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の一形態の全方向移動装置31に
用いられる駆動輪組立体Wを側方から見た断面図であ
る。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a drive wheel assembly W used in an omnidirectional movement device 31 according to an embodiment of the present invention, as viewed from the side.

【図2】駆動輪組立体Wを図1の切断面線II−IIか
ら見た断面図である。
2 is a cross-sectional view of the drive wheel assembly W as seen from a section line II-II in FIG.

【図3】駆動輪組立体Wを図1の下側から見た断面図で
ある。
3 is a sectional view of the drive wheel assembly W as seen from the lower side of FIG. 1. FIG.

【図4】駆動輪組立体Wの外観および基台32の取付状
態を示す側方から見た断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the appearance of the drive wheel assembly W and the mounting state of the base 32 as seen from the side.

【図5】駆動輪組立体Wを図4の上側からみた平面図で
ある。
5 is a plan view of the drive wheel assembly W as seen from above in FIG. 4. FIG.

【図6】各駆動輪組立体W1〜W4を備える全方向移動
装置31の外観を示す斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view showing an external appearance of an omnidirectional moving device 31 including drive wheel assemblies W1 to W4.

【図7】基台32の具体的構成を示す平面図である。FIG. 7 is a plan view showing a specific configuration of a base 32.

【図8】図7の切断面線VIII−VIIIから見た断
面図である。
8 is a cross-sectional view taken along the section line VIII-VIII in FIG. 7.

【図9】取付体142に正面図である。9 is a front view of the mounting body 142. FIG.

【図10】本発明の実施の一形態の全方向移動装置31
の制御装置161の電気的構成を示すブロック図であ
る。
FIG. 10 is an omnidirectional moving device 31 according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram showing an electrical configuration of the control device 161 of FIG.

【図11】従来の技術の駆動輪組立体1を簡略化して示
す図であり、図11(1)は駆動輪組立体1の側面図で
あり、図11(2)は駆動輪組立体1の正面図である。
11 is a simplified view of a conventional drive wheel assembly 1, FIG. 11 (1) is a side view of the drive wheel assembly 1, and FIG. 11 (2) is a drive wheel assembly 1. FIG.

【図12】他の従来の技術の駆動輪組立体11を簡略化
して示す図であり、図12(1)は駆動輪組立体11の
側面図であり、図12(2)は駆動輪組立体11の正面
図である。
FIG. 12 is a simplified view of another conventional drive wheel assembly 11, FIG. 12 (1) is a side view of the drive wheel assembly 11, and FIG. 12 (2) is a drive wheel assembly. It is a front view of the solid 11.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

31 全方向移動装置 32 基台 33 球状駆動輪 34 外周部 35 外周部支持ローラ 36 頂部 37 頂部支持ローラ 38 ローラ保持体 39 回転駆動源 41 上カバー体 42 上カバー41の開講周縁部 43 下カバー体 44 軸受 45 緩衝手段 46 第1の仮想一平面 47 外周円 48 接線 49 第1の回転軸線 50a,50b;56a,56b ローラ 53 第2の仮想一平面 55 第2の回転軸線 63a,63b 頂部支持ローラ37の外周面 64a,64b 外周部支持ローラ35の外周面 68 第3の回転軸線 69 取付リング 71 ラック 73 下カバー体43の開口周縁部 81 サーボモータ 87 球体 88 表層 89 走行面 101a,101b ばねダンパ 102 油圧ダンパ 137 ジョイスティック 138 入力手段 161 制御装置 162 制御手段 163 設定手段 31 Omnidirectional moving device 32 bases 33 Spherical drive wheel 34 Outer periphery 35 Outer peripheral support roller 36 top 37 Top Support Roller 38 Roller holder 39 rotary drive source 41 Top cover body 42 Edge of the upper cover 41 43 Lower cover body 44 bearing 45 buffer means 46 First virtual plane 47 outer circle 48 tangent 49 First axis of rotation 50a, 50b; 56a, 56b roller 53 Second virtual plane 55 Second axis of rotation 63a, 63b Outer peripheral surface of top support roller 37 64a, 64b Outer peripheral surface of outer peripheral support roller 35 68 Third axis of rotation 69 mounting ring 71 racks 73 Edge of Opening of Lower Cover Body 43 81 Servo motor 87 spheres 88 surface 89 Running surface 101a, 101b Spring damper 102 hydraulic damper 137 Joystick 138 Input means 161 control device 162 control means 163 setting means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保田 哲也 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工 業株式会社 明石工場内 (72)発明者 土井 利尚 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工 業株式会社 明石工場内 (72)発明者 志子田 繁一 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工 業株式会社 明石工場内 (72)発明者 三隅 隆也 兵庫県神戸市中央区港島南町1丁目5番 2号 財団法人新産業創造研究機構内 (72)発明者 中嶋 勝己 兵庫県神戸市中央区港島南町1丁目5番 2号 財団法人新産業創造研究機構内 (72)発明者 桂川 敬史 兵庫県神戸市中央区港島南町1丁目5番 2号 財団法人新産業創造研究機構内 (56)参考文献 特開2000−126241(JP,A) 特開2001−55156(JP,A) 特開2000−355223(JP,A) 特開 昭50−82736(JP,A) 特開 平7−257422(JP,A) 特開 平8−67268(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B62D 15/00 A61G 5/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tetsuya Kubota 1-1 Kawasaki-cho, Akashi-shi, Hyogo Kawasaki Heavy Industries, Ltd. Akashi Plant (72) Toshihisa Doi 1-1 Kawasaki-cho, Akashi-shi, Hyogo Kawasaki Heavy Industries Co., Ltd., Akashi Plant (72) Inventor Shigekazu Shikoda 1-1 Kawasaki-cho, Akashi-shi, Hyogo Prefecture Kawasaki Heavy Industries Ltd., Akashi Factory (72) Inventor Takaya Misumi 1-chome Minami-cho, Minato-cho, Chuo-ku, Hyogo Prefecture 5-2 No. 2 within the New Industry Creation Research Institute (72) Inventor Katsumi Nakajima 1-5-2 Minatojima Minami-cho, Chuo-ku, Kobe-shi, Hyogo Prefecture Within the New Industry Creation Research Institute (72) Inventor Keishi Katsurakawa Hyogo Prefecture 1-5-2 Minami-cho Minami-cho, Chuo-ku, Kobe Within the New Industry Creation Research Institute (56) References JP-A-2000-126241 (JP, A) JP-A-2001-5515 6 (JP, A) JP 2000-355223 (JP, A) JP 50-82736 (JP, A) JP 7-257422 (JP, A) JP 8-67268 (JP, A) (JP 58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B62D 15/00 A61G 5/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基台と、 基台に走行面の法線に対して所定の角度で相互に異なる
方向に傾斜して設けられる3以上の駆動輪と、 各駆動輪毎に設けられ、各駆動輪を個別に回転駆動する
回転駆動源とを備え、各駆動輪が走行面に対して発生す
る各駆動力のベクトル和の方向に進行する全方向移動装
置の制御装置において、 左右方向の指令速度X’、前後方向の指令速度Y’およ
び左右の旋回方向の指令速度φ’を入力する入力手段
と、 前記予め定める回転中心に対するX軸方向の偏心量aお
よびY軸方向の偏心量bを入力して、新たな回転中心を
設定するための設定手段を有し、この設定手段によって
設定されたX軸方向の偏心量aおよびY軸方向の偏心量
bから定まる新たな回転中心に関して、前記入力手段か
らの各指令速度X’,Y’,φ’に応答して各回転駆動
源を個別に制御し、各駆動輪を前記指令速度X’,
Y’,φ’に対応する回転速度で回転駆動させる制御手
段とを含むことを特徴とする全方向移動装置の制御装
置。
1. A base, three or more drive wheels provided on the base inclining in different directions with respect to a normal line of a traveling surface at predetermined angles, and each drive wheel is provided with each drive wheel. In the controller of the omnidirectional moving device, which has a rotary drive source for individually rotating the drive wheels and advances in the direction of the vector sum of the drive forces generated by the drive wheels on the traveling surface, Input means for inputting a speed X ′, a command speed Y ′ in the front-rear direction and a command speed φ ′ in the left and right turning directions, and an eccentric amount a in the X-axis direction and an eccentric amount b in the Y-axis direction with respect to the predetermined rotation center. There is a setting means for inputting and setting a new rotation center, and regarding the new rotation center determined from the eccentricity amount a in the X-axis direction and the eccentricity amount b in the Y-axis direction set by the setting means, Responds to each command speed X ', Y', φ'from the input means Each rotary drive source individually controlled, the command speed X 'of the drive wheels Te,
A control device for an omnidirectional moving device, comprising: a control means for rotationally driving at a rotational speed corresponding to Y ′, φ ′.
【請求項2】 前記各駆動輪は、球状であり、この球状
駆動輪の頂部を、球状駆動輪の一半径線に直交する第2
の回転軸線まわりの回転自在に設けられる頂部支持ロー
ラによって支持し、 この球状駆動輪の外周部を球状駆動輪の中心を通りかつ
前記一半径線の垂直な第1の仮想一平面上で外周円に対
する接線に平行な第1の回転軸線まわりに回転自在な3
以上の外周部支持ローラによって支持し、 各外周部支持ローラを、環状のローラ保持体によって保
持し、 このローラ保持体を、回転駆動源によって回転駆動する
ことによって、前記球状駆動輪を回転させる駆動輪組立
体を構成し、 前記駆動輪組立体は、基台に、車体中心Oから予め定
める距離L1,L2,…,Li−1,Li(iは正の整
数)をあけてそれぞれ設けられ、 前記制御手段は、一平面上の想定したXY基準座標系の
X軸に対して、各球状駆動輪の接地点と前記設定手段に
よって設定された新たな回転中心と結ぶ各直線が成す角
度を、φ1,φ2,…,φi−1,φiとし、前記各直
線に対して各球状駆動輪の能動的回転の速度成分の方向
が成す角度を、ψ1,ψ2,…,ψi−1,ψiとした
とき、前記入力手段によって入力された左右方向の指令
速度X’、前後方向の指令速度Y’および左右の旋回方
向の指令速度φ’をパラメータとして各球状駆動輪W
1,W2,…,Wi−1,Wiの回転速度v1,v2,
…,vi−1,viを、 【数1】 によって求め、これらの回転速度v1,v2,…,vi
−1,viに基づいて各回転駆動源を制御することを特
徴とする請求項1記載の全方向移動装置の制御装置。
2. Each of the drive wheels has a spherical shape, and a top portion of the spherical drive wheel is a second drive wheel which is orthogonal to a radius line of the spherical drive wheel.
Is supported by a top support roller that is rotatably provided around the rotation axis of the spherical drive wheel, and the outer peripheral portion of the spherical drive wheel passes through the center of the spherical drive wheel and is a peripheral circle on a first virtual one plane perpendicular to the radius line. 3 rotatable about the first axis of rotation parallel to the tangent to
A drive for rotating the spherical drive wheels by being supported by the above outer peripheral support rollers, holding each outer peripheral support roller by an annular roller holder, and rotating the roller holder by a rotary drive source. configure the wheel assembly, the drive wheel assembly, the base, the distance L1, L2 of predetermined from the body center O B, ..., Li-1 , Li (i is a positive integer) respectively provided at a The control means determines an angle formed by each straight line connecting the ground contact point of each spherical drive wheel and the new rotation center set by the setting means with respect to the X axis of the assumed XY reference coordinate system on one plane. , Φ1, φ2, ..., φi−1, φi, and the angles formed by the directions of the speed components of the active rotations of the spherical drive wheels with respect to the respective straight lines are ψ1, ψ2, ..., ψi-1, ψi. Input by the input means And command speed X in the horizontal direction each spherical drive wheel W as a parameter, the command speed phi 'and of the right and left turning direction', the command speed Y in the longitudinal direction '
1, W2, ..., Wi-1, Wi rotation speeds v1, v2
..., vi-1, vi are expressed as follows: And these rotational speeds v1, v2, ..., Vi
The control device for an omnidirectional moving device according to claim 1, wherein each rotary drive source is controlled based on -1, vi.
JP2000178562A 2000-06-14 2000-06-14 Control device for omnidirectional mobile device Expired - Fee Related JP3498044B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000178562A JP3498044B2 (en) 2000-06-14 2000-06-14 Control device for omnidirectional mobile device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000178562A JP3498044B2 (en) 2000-06-14 2000-06-14 Control device for omnidirectional mobile device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001354155A JP2001354155A (en) 2001-12-25
JP3498044B2 true JP3498044B2 (en) 2004-02-16

Family

ID=18679971

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000178562A Expired - Fee Related JP3498044B2 (en) 2000-06-14 2000-06-14 Control device for omnidirectional mobile device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3498044B2 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5305285B2 (en) * 2008-07-25 2013-10-02 国立大学法人九州工業大学 Sphere drive omnidirectional movement device
JP5305290B2 (en) * 2009-01-30 2013-10-02 国立大学法人九州工業大学 Sphere drive omnidirectional movement device
JP5828097B2 (en) 2011-08-08 2015-12-02 パナソニックIpマネジメント株式会社 Electric vehicle and control method thereof
WO2015087922A1 (en) * 2013-12-11 2015-06-18 リーフ株式会社 Self-propelled carriage using spherical drive module
JP6318081B2 (en) * 2014-12-09 2018-04-25 リーフ株式会社 Sphere drive module and self-propelled carriage using the same
JP6693444B2 (en) * 2017-03-07 2020-05-13 株式会社豊田自動織機 vehicle
JP6791014B2 (en) 2017-05-29 2020-11-25 トヨタ自動車株式会社 Electric wheelchair operating device and its vehicle operating method
US20230174176A1 (en) * 2020-05-26 2023-06-08 Kyushu Institute Of Technology Mobile device with spherical drive system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001354155A (en) 2001-12-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3498043B2 (en) Omnidirectional moving device using spherical drive wheels
US7789175B2 (en) Modular dual wheel drive assembly, wheeled devices that include modular dual wheel drive assemblies and methods for moving and/or maneuvering wheeled devices using modular dual wheel drive assemblies
JP5292286B2 (en) Vehicles that can move in all directions
JP4724845B2 (en) Leg wheel separation type robot
JP6400568B2 (en) Spherical wheel and vehicle equipped with this wheel
US20120006602A1 (en) Spherical mobility mechanism
JP2006282160A (en) Omnidirectional mobile robot and omnidirectional motion driving mechanism therefor
WO2010052890A1 (en) Friction-type drive device and omnidirectional movable body using same
Damoto et al. Holonomic omnidirectional vehicle with new omni-wheel mechanism
JP3498044B2 (en) Control device for omnidirectional mobile device
WO1998038958A1 (en) A reconfigurable footprint mechanism for omnidirectional vehicles
US20080257617A1 (en) Traveling device
JP5305290B2 (en) Sphere drive omnidirectional movement device
JP7229537B2 (en) Omnidirectional mobile device and its attitude control method
Byun et al. Design and construction of continuous alternate wheels for an omnidirectional mobile robot
JP5305285B2 (en) Sphere drive omnidirectional movement device
JP2006055972A (en) Foot traveling mechanism and bipedal walking robot with the same
CN115697823A (en) Wall climbing vehicle with self-adaptive magnetic wheels
JP6328077B2 (en) wheelchair
JP3826687B2 (en) Omni-directional cart
JP5846832B2 (en) wheelchair
JP3741432B2 (en) Omni-directional wheels and moving vehicles
JP3453590B2 (en) Omni-directional wheels and moving wheels
Wada Omnidirectional control of a four-wheel drive mobile base for wheelchairs
JP2006151060A (en) Traveling robot

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 3498044

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081128

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081128

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091128

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101128

Year of fee payment: 7

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111128

Year of fee payment: 8

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111128

Year of fee payment: 8

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111128

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121128

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121128

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131128

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131128

Year of fee payment: 10

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees