CN102245397B - 摩擦式驱动装置及使用该摩擦式驱动装置的全方向移动体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及摩擦式驱动装置及使用该摩擦式驱动装置的全方向移动体，以扭转的关系配置的第一自由辊(25)和第二自由辊(3R、3L)的外周面彼此接触，从第二自由辊通过摩擦向第一自由辊传递动力，其中，极力减少第一自由辊和第二自由辊之间的打滑，实现动力损失的减少，第一自由辊随着控制目标准确地运动。构成第一自由辊(25)的外周面的外周部分和构成第二自由辊(3R、3L)的外周面的外周部分的刚性互不相同。

Description

摩擦式驱动装置及使用该摩擦式驱动装置的全方向移动体
技术领域
本发明涉及摩擦式驱动装置及使用该摩擦式驱动装置的全方向移动体，更详细地涉及以下这种摩擦式驱动装置及使用该摩擦式驱动装置的全方向移动体，该摩擦式驱动装置从第二自由辊通过摩擦向第一自由辊传递动力，其中，第一自由辊和第二自由辊的各自的旋转轴线相互不平行且外周面彼此接触。
背景技术
作为用于在地面上自由滚动的全方向移动体的行驶驱动装置，公知一种摩擦式驱动装置，其具有：由圆环部件和分别能够旋转地被安装在该圆环部件的外周上的多个从动辊构成的主轮；和具有外周面且与所述从动辊的外周面接触地配置的驱动辊，通过摩擦将所述驱动辊的旋转向所述从动辊传递(例如，日本国专利第3820239号公报)。
另外，作为用于全方向移动体的行驶驱动装置，通过与本申请人相同的申请提出了一种摩擦式驱动装置，其具有：基体；分别能够移动地支承在所述基体上的第一可动部件及第二可动部件；分别移动驱动所述第一可动部件及所述第二可动部件的第一驱动单元及第二驱动单元；在所述第一可动部件上沿该第一可动部件的移动方向配置多个、且分别能够围绕自身的中心轴线旋转的第一自由辊；在所述第二可动部件上沿该第二可动部件的移动方向配置多个、且分别能够围绕自身的中心轴线旋转的第二自由辊，随着所述第一可动部件和所述第二可动部件中的至少一方的移动，所述第一自由辊在与所述第二自由辊对应的部分处，各自的旋转轴线相互不平行且外周面彼此接触，从所述第二自由辊通过摩擦向所述第一自由辊传递动力，所述第一自由辊与驱动对象接触(国际公开2008/132778号小册子)。
另外，作为用于全方向移动体的行驶驱动装置，通过与本申请人相同的申请提出了一种摩擦式驱动装置，其具有：主轮(第一可动部件)，包含环状体和在所述环状体的环方向上配置多个且分别能够围绕自身的配置位置中的所述环状体的切线方向的轴线旋转的从动辊(第一自由辊)；左右的旋转部件(第二可动部件)，分别能够围绕自身的中心轴线旋转地配置在所述主轮的轴线方向的左右两侧；多个驱动辊(第二自由辊)，分别能够围绕相对于该旋转部件的中心轴线成扭转关系的轴线旋转地配置在所述左右的旋转部件上、具有外周面并与所述从动辊的外周面接触，通过所述驱动辊的外周面与所述从动辊的外周面之间的摩擦将所述旋转部件的旋转向所述主轮传递(国际公开2008/132779号小册子)。
在上述摩擦式驱动装置中，在第一自由辊(从动辊)和第二自由辊(驱动辊)的外周面彼此的摩擦实施的动力传递中，在第一自由辊与第二自由辊的接触面发生打滑时，动力损失增加，动力传递效率降低。另外，在第一自由辊与第二自由辊之间发生打滑时，第二自由辊的运动不能准确地向第一自由辊传递，第一自由辊不能随着控制目标运动。由此，在全方向移动体中，全方向移动体的移动不能随着控制目标实施，成为行驶性能降低的原因。
由此，在上述摩擦式驱动装置中，为谋求动力损失的减少，并为了得到第一自由辊随着控制目标的准确的运动，在第一自由辊和第二自由辊的外周面彼此的摩擦实施的动力传递中，必须极力减少两者间的打滑。
发明内容
本发明要解决的课题是极力减少摩擦式驱动装置中的第一自由辊和第二自由辊之间的打滑，谋求动力损失的减少，第一自由辊随着控制目标准确地运动。
本发明的摩擦式驱动装置具有：基体；在所述基体上分别能够移动地支承的第一可动部件及第二可动部件；在所述第一可动部件上沿该第一可动部件的移动方向配置多个、分别围绕自身的中心轴线自由旋转的第一自由辊；在所述第二可动部件上沿该第二可动部件的移动方向配置多个、分别围绕自身的中心轴线自由旋转的第二自由辊，随着所述第一可动部件和所述第二可动部件的至少一方的移动，所述第一自由辊在与所述第二自由辊对应的部分处，各自旋转轴线相互不平行地外周面彼此接触，通过摩擦从所述第二自由辊向所述第一自由辊传递动力，所述第一自由辊与驱动对象接触，其特征在于，构成所述第一自由辊的所述外周面的外周部分、和构成所述第二自由辊的所述外周面的外周部分的刚性互不相同。
根据该摩擦式驱动装置，在第一自由辊和第二自由辊的外周面彼此的接触部，通过刚性强的一侧的自由辊使刚性弱的一侧的自由辊外周部分弹性变形，第一自由辊和第二自由辊的外周面彼此的接触面积增大。通过该接触面积增大，第一自由辊和第二自由辊之间的打滑减少。
第一自由辊的外周部分和第二自由辊的外周部分的刚性的不同，是通过构成驱动辊的外周部分的材料和从动辊的所述外周部分的材料的杨氏模量或硬度、或驱动辊的外周部分与从动辊的外周部分的构造中的至少一个不同而得到的。
本发明的摩擦式驱动装置优选的是，在所述第一自由辊和所述第二自由辊中，在外周部分的刚性高的一侧的自由辊的外周面上形成有凹凸。
根据该摩擦式驱动装置，在刚性高的一侧的自由辊的外周面形成的凹凸中，咬入有对象侧(刚性低的一侧)的自由辊的外周面，第一自由辊和第二自由辊之间的打滑进一步减少。
本发明的摩擦式驱动装置优选的是，在所述第一自由辊和所述第二自由辊中，外周部分的刚性低的一侧的自由辊的外周部分由橡胶状弹性体构成。
根据该摩擦式驱动装置，在第一自由辊和第二自由辊的外周面彼此的接触部，刚性弱的一侧的外周部分的变形通过橡胶状弹性变形适度地进行，并且根据橡胶状弹性体的材质，接触部处的摩擦阻力也增加，第一自由辊和第二自由辊之间的打滑进一步减少。
本发明的摩擦式驱动装置优选的是，所述第一自由辊的旋转轴线相对于与其接触的所述第二自由辊的旋转轴线成扭转的位置关系。
本发明的摩擦式驱动装置，作为优选的一个实施方式，所述第一可动部件由包含能够围绕自身的中心轴线旋转的圆环部件在内的主轮构成，所述第二可动部件由能够围绕自身的中心轴线旋转驱动的旋转部件构成，所述第一自由辊分别能够自转地安装在所述圆环部件的外周，所述第二自由辊围绕所述旋转部件的中心轴线配置。
本发明的摩擦式驱动装置，作为优选的另一个实施方式，所述第一可动部件和所述第二可动部件分别包括缠绕在一对辊上且相互成某角度的第一无限轨道带和第二无限轨道带，所述第一自由辊配置在所述第一无限轨道带上，所述第二自由辊配置在所述第二无限轨道带上。
本发明的摩擦式驱动装置，作为优选的又一个实施方式，所述第一可动部件和所述第二可动部件包含具有相互同轴的旋转轴线的第一圆环体和第二圆环体，所述第一自由辊围绕所述第一圆环体的中心轴线配置，所述第二自由辊围绕所述第二圆环体的中心轴线配置。
本发明的全方向移动体包含上述发明的摩擦式驱动装置，所述第一自由辊与路面或地面接触地行驶，或者，作为所述第一自由辊的驱动对象包含能够自由滚动的球体，所述球体与路面或地面接触地行驶。
发明的效果
根据本发明的摩擦式驱动装置，在第一自由辊和第二自由辊的外周面彼此的接触部，通过刚性强的一侧的自由辊使刚性弱的一侧的自由辊的外周部分弹性变形，第一自由辊和第二自由辊的外周面彼此的接触面积增大。由此，摩擦产生的推进力的传递效率提高，驱动辊和从动辊之间的打滑减少。
附图说明
图1是表示本发明的摩擦式驱动装置及使用该摩擦式驱动装置的全方向移动体的实施方式1的立体图。
图2是表示实施方式1的摩擦式驱动装置及使用该摩擦式驱动装置的全方向移动体的主要部分的放大主视图。
图3是表示实施方式1的摩擦式驱动装置所使用的主轮的放大剖视图。
图4是表示实施方式1的摩擦式驱动装置所使用的驱动辊的一个实施方式的立体图。
图5是表示实施方式1的摩擦式驱动装置所使用的驱动辊的其他实施方式的立体图。
图6是表示本发明的摩擦式驱动装置及使用该摩擦式驱动装置的全方向移动体的实施方式2的主要部分的放大主视图。
图7是表示本发明的摩擦式驱动装置及使用该摩擦式驱动装置的全方向移动体的实施方式3的主要部分的放大主视图。
图8是表示本发明的摩擦式驱动装置及使用该摩擦式驱动装置的全方向移动体的实施方式3的主要部分的放大侧视图。
图9是表示本发明的摩擦式驱动装置及使用该摩擦式驱动装置的全方向移动体的实施方式4的主要部分的主视图。
图10是表示本发明的摩擦式驱动装置及使用该摩擦式驱动装置的全方向移动体的实施方式5的主视图。
图11是表示本发明的摩擦式驱动装置及使用该摩擦式驱动装置的全方向移动体的实施方式5的主要部分的放大主视图。
图12是表示本发明的摩擦式驱动装置及使用该摩擦式驱动装置的全方向移动体的实施方式5的主要部分的放大俯视图。
图13是本发明的摩擦式驱动装置及使用该摩擦式驱动装置的全方向移动体的实施方式5的主要部分的立体图。
具体实施方式
以下，参照图1～图3说明本发明的摩擦式驱动装置及使用该摩擦式驱动装置的全方向移动体的实施方式1。
本实施方式的全方向移动体1具有轭状的下部车身7，下部车身7间接地能够旋转地支承成为第一可动部件的主轮(行驶轮)2。
下部车身7具有通过铰链轴11相互铰链连接的左右一对的右侧腿部件7R、左侧腿部件7L。在右侧腿部件7R和左侧腿部件7L上分别大致水平地安装有右侧踏板32R和左侧踏板32L。在下部车身7的右侧腿部件7R上固定有杆33的下端部。杆33从下部车身7向上方垂直地立起，在杆33的上端部安装有沿水平方向延伸的把手杆34。在下部车身7的右侧腿部件7R和左侧腿部件7L之间设置有压缩盘簧8。压缩盘簧8对成为下部车身7的腿部的右侧腿部件7R和左侧腿部件7L向相互接近的方向进行弹压。
下部车身7、左右的踏板32R、32L、杆33、把手杆34为相互一体的构造，在本实施方式中，下部车身7、左右的踏板32R、32L、杆33、把手杆34整体可以说是全方向移动体1的基体。
在下部车身7上通过臂36安装有辅助轮35。臂36的上端被枢轴支承在下部车身7的后面(背面)，臂36能够翻动。辅助轮35能够围绕水平轴线旋转地被安装在臂36的前端部(下端)，并位于主轮2的前后方向后方。在把手杆34上设置有握杆37。握杆37通过公知的钢闸绳(未图示)与臂36连结，通过手握紧，由此进行臂36的翻动。
右侧腿部件7R通过支承轴6R能够旋转地支承右侧的旋转部件(第二可动部件)4R。左侧腿部件(第二可动部件)7L通过支承轴6L能够旋转地支承左侧的旋转部件4L。由此，成为第二可动部件的可动部件的左右的旋转部件4R、4L隔开规定的轴线方向间隔(左右方向间隔)，能够分别围绕相互相同的中心轴线(A)旋转地被安装在下部车身7上。
在旋转部件4R、4L上，带轮9R、9L(或链轮)一体地形成在同心位置。在右侧腿部件7R和左侧腿部件7L上分别安装有电动马达5R、5L。电动马达5R通过环状带10R(或平环链)与带轮9R驱动连结，围绕支承轴6R的中心轴线(A)旋转驱动旋转部件4R。电动马达5L通过环状带10L(或平环链)与带轮9L驱动连结，围绕支承轴6L的中心轴线(A)旋转驱动旋转部件4L。由此，左右的旋转部件4R、4L分别通过电动马达5R、5L被独立驱动。
此外，在下部车身7、杆33上，虽然未图示，但作为电动马达5R、5L的电源，搭载有可充电的电池电源、控制装置。
旋转部件4R、4L在相互相对的一侧呈具有锥形外周面12R、12L的切头圆锥形。在旋转部件4R的锥形外周面12R上，第二自由辊即多个右侧驱动辊3R分别沿旋转部件4R的移动方向即圆周方向隔开等间隔地能够自由旋转(自转)地通过支承轴14R安装在托架13R上。在旋转部件4L的锥形外周面12L上，同样地第二自由辊即多个左侧驱动辊3L分别沿旋转部件4L的移动方向即圆周方向隔开等间隔地能够自由旋转(自转)地通过支承轴14R安装在托架13L上。
主轮2被配置在左右的旋转部件4R、4L之间，从该主轮2的中心轴线(对称轴)的两侧(左右两侧)被左右的旋转部件4R、4L的右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L挟持，并能够围绕与左右的旋转部件4R、4L的中心轴线(A)同样的中心轴线(B)(对称轴)旋转地被支承。
右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L，其包含构成外周面3RA、3LA的外周部分在内的整体是由铝、不锈钢或硬质塑料等与橡胶状弹性体相比杨氏模量高、硬度高、刚性高的材料构成的。
主轮2由圆环部件22、和在圆环部件22的外周能够分别围绕配置位置中的圆环部件22的切线方向轴线自由旋转(自转)地安装的多个从动辊25构成。从动辊25沿主轮2(圆环部件22)的移动方向即围绕中心轴线的旋转方向配置多个，成为第一自由辊。
更详细地，如图3所示，圆环部件22由金属制的环状轴体构成。在圆环部件22上，在圆环部件22上沿该圆环部件22的圆周方向等间隔地安装有多个内套筒23。内套筒23分别具有以与圆环部件22的曲率相同的曲率弯曲的安装孔23A，且凭借该安装孔23A沿圆周方向不能移动且不能旋转地嵌装在内套筒23的外周。内套筒23的外周面23B成为圆筒面。此外，圆环部件22也可以是多边形或组合圆环单元的结构。
多个从动辊25分别由圆筒状的金属制套筒25A、和与金属制套筒25A的外周接合且构成从动辊25的外周面25C的圆筒状的外周部件25B构成，并分别通过滚针轴承26能够旋转地安装在内套筒23的外周面23B上。
从动辊25的外周部件25B由聚氨酯橡胶等的橡胶状弹性体或其他弹性体材料等与金属或硬质塑料等相比杨氏模量低、硬度低、刚性低的材料构成。
由此，在构成右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L的外周面3RA、3LA的外周部分、和构成从动辊25的外周面25C的外周部分25B，刚性互不相同。在本实施方式中，构成右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L的外周面3RA、3LA的外周部分的刚性比构成从动辊25的外周面25C的外周部分25B的刚性高。
右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L被前述的压缩盘簧8的弹力朝向从动辊25的外周面25C被弹压并凭借外周面3RA、3LA而与从动辊25的外周面25C接触，通过摩擦将动力向从动辊25传递。也就是说，右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L的外周面3RA、3LA与从动辊25的外周面25C以通过摩擦力将旋转部件4R、4L的旋转向主轮2传递的转矩传递关系进行接触。
从动辊25是与驱动力所作用的对象物接触的自由辊，并以串珠相连状安装在圆环部件22上，分别能够围绕圆环轴体46的切线方向轴线，也就是说，与围绕截面中心线(C)同等的轴线旋转，换言之，能够围绕各从动辊25自身的中心轴线旋转。该情况下，从动辊25与右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L之间的关系(个数)被设定为，接地的从动辊25必须与至少一组的右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L接触，总是从右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L向处于接地状态的从动辊25提供动力。
右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L围绕沿相对于围绕主轮2的中心轴线(B)(与围绕旋转部件4R、4L的中心轴线(A)相同)的旋转方向(更准确地，围绕接触位置中的中心轴线(B)的圆周的切线方向)既不正交及也不平行的方向延伸的中心轴线(D)自由旋转地配置。也就是说，右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L具有相对于围绕主轮2的中心轴线(B)的旋转方向倾斜、并且相对于旋转部件4R、4L的旋转轴线(中心轴线(A))成扭转关系的旋转轴线(中心轴线(D))。由此，右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L的旋转轴线相对于接触的从动辊25的旋转轴线成扭转关系。
也就是说，右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L的中心轴线是在朝向各辊的配置部位中的中心轴线(A)方向的投影平面上观察时，相对于从动辊25的中心轴线以规定倾斜角倾斜。右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L的中心轴线相对于与从动辊25的中心轴相当的圆环轴体22的半径线以某角度倾斜的同时，相对于圆环轴体22的中心线接触的假想平面以某角度倾斜。该三维轴线的倾斜可以比作置于某角度的圆锥面上的“斜齿锥齿轮”的齿的倾斜。
通过该几何学的配置，右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L通过与从动辊25的外周面彼此的接触产生的摩擦将旋转部件4R、4L的旋转作为横力向从动辊25传递。
由此，通过左右的电动马达5R、5L使左右的旋转部件4R、4L以同旋转方向同旋转速度旋转时，右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L不分别自转地随着旋转部件4R、4L的旋转而公转，右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L的公转产生的横力作为旋转轴线方向(母线方向)的分力作用在主轮2的从动辊25上。由此，从动辊25不自转，而主轮2公转(围绕中心轴线(B)的旋转)。
而通过左右的电动马达5R、5L使左右的旋转部件4R、4L的旋转方向或(及)旋转速度相互不同时，右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L分别自转的同时公转，右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L的自转产生的横力作为圆周方向(围绕旋转轴线)的分力作用在主轮2的从动辊25上。由此，从动辊25自转(围绕截面中心线(C)的旋转)。
该从动辊25的围绕截面中心线(C)的旋转由旋转部件4R、4L彼此的旋转速度差决定。例如，使旋转部件4R、4L相互以同一速度反向旋转时，主轮2不围绕中心轴线(B)(对称轴线)旋转(公转)，只有从动辊25围绕截面中心线(C)旋转。由此，在主轮2上，施加有主轮2的中心轴线(B)的延伸方向即左右方向的驱动力，全方向移动体1进行左右方向移动。
这样，通过电动马达5R、5L独立地控制旋转部件4R、4L的旋转速度及旋转方向，全方向移动体1能够在路面上向全方向移动。
另外，在使辅助轮35接地的状态下，通过电动马达5R、5L使主轮2的从动辊25围绕截面中心线(C)旋转时，通过辅助轮35的接地产生的左右方向(主轮2的中心轴线(B)的方向)的横力，限制进行方向，因此，能够在主轮2上作用围绕偏转轴(垂直方向)的力矩，全方向移动体1能够回转。也就是说，使用辅助轮35，在不与连结主轮2的接地点和辅助轮35的接地点而成的直线一致的方向上产生摩擦力，由此，能够作用有偏转轴方向的力矩。由此，全方向移动体1能够以较小的回转半径进行方向转换。
在上述全方向移动体1中，为得到操纵全方向移动体1移动的主轮2随着目标的准确运动、和减少动力损失，在右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L与主轮2的从动辊25的外周面彼此的接触中，要求极力减少两者间的打滑。
而在本实施方式中，构成右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L的外周面3RA、3LA的外周部分的整体是金属或硬质塑料制，而构成从动辊25的外周面25C的外周部分25B由聚氨酯橡胶等的橡胶状弹性体或其他的弹性体材料构成，构成右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L的外周面3RA、3LA的外周部分的刚性比构成从动辊25的外周面25C的外周部分25B的刚性高，因此，在右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L与从动辊25的外周面彼此的接触部，通过刚性强的一侧的右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L使刚性弱的一侧的从动辊25的外周部分弹性变形，右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L与从动辊25的外周面彼此的接触面积增大。
由此，摩擦产生的旋转力的传递效率提高，右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L与从动辊25之间的打滑减少，能够得到主轮2随着目标的准确运动，并实现动力损失的减少，能够经济性好地使全方向移动体1向控制目标的移动方向移动。
另外，右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L的刚性比构成从动辊25的外周面25C的外周部分的刚性高，也就是说，右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L由金属或硬质塑料构成，由此，旋转力传递的主部件即右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L的弹性变形比橡胶状弹性体或弹性体制的从动辊25少，能够实质上确保右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L的弹性变形为零，从而推进力传递的变动不会变大。
此外，也可以是与右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L的刚性比构成从动辊25的外周面25C的外周部分的刚性高的情况相反，构成为从动辊25的外周面25C的外周部分的刚性比右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L的刚性高，右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L的刚性和构成从动辊25的外周面25C的外周部分的刚性不同即可。
另外，外周部分的刚性高的一侧的自由辊，在本实施方式中，如图4所示，在右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L的外周面，如齿轮那样地沿母线方向延伸的多个槽15反复形成在圆周方向上，右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L的外周面也可以是在圆周方向上反复的凹凸形状。
该情况下，刚性低的一侧的从动辊25的外周面25C通过弹性变形咬入右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L的外周面的槽55中，通过该咬入卡合，右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L与从动辊25之间的打滑进一步减少。
该咬入是专门地通过相邻的槽15间形成的部分(凸部)的角部16来实施的，槽15的槽横截面形状优选为角部16接近直角的角度的矩形。由于其最佳设定受构成从动辊25的外周面25C的外周部分的刚性影响，所以槽15的槽横截面形状不必须是矩形，右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L的外周面也可以是花键形状、细齿形状等。另外，槽15也可以以四边形网格状、金刚石晶格状、其他适当的图案设置在右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L的外周面。
另外，右侧驱动辊3R、左侧驱动辊3L的外周面也可以是凹坑、半球状、圆柱、棱柱这样的突起通过网格配置、交错配置或不规则配置而设置多个而成的凹凸形状。图5示出了多个圆柱突起17以网格配置的实施方式。
以下，参照图6说明本发明的摩擦式驱动装置及使用该摩擦式驱动装置的全方向移动体的实施方式2。此外，在图6中，与图2对应的部分标注与图2中的附图标记相同的附图标记，并省略其说明。
在本实施方式中，在下部车身7的左侧部件7L和右侧部件7上，切头圆锥形的旋转部件51、52分别通过支承轴53、54相互同心地能够自由旋转地安装在中心轴线(A)上。
在下部车身7的左侧部件7L上安装有电动马达55。在旋转部件51上同心地一体形成有带轮(或链轮)56。电动马达55通过环状带(或平环链)57与带轮56驱动连结，围绕支承轴53的中心轴线(A)旋转驱动旋转部件51。
在下部车身7的右侧部件7R上安装有另一个电动马达58。在旋转部件(第二可动部件)52上同心地一体形成有带轮(或链轮)59。电动马达58通过环状带(或平环链)60与带轮59驱动连结，围绕支承轴54的中心轴线(A)旋转驱动旋转部件52。
旋转部件51具有从其锥形外周面61向另一侧的旋转部件52侧(图6中的右侧)延伸的多个臂62，通过臂62对与前述实施方式1的主轮2同等的由圆环部件22和从动辊25构成的主轮2的圆环部件22进行固定支承。由此，主轮2与旋转部件51一起由下部车身7支承为围绕中心轴线(A)旋转。换言之，下部车身7通过旋转部件51主轮2围绕中心轴线(A)自由旋转地进行支承。
旋转部件52成为第二可动部件，在旋转部件52的锥形外周面61上，第二自由辊即多个驱动辊63分别通过支承轴65沿旋转部件52的移动方向即圆周方向隔开等间隔地能够自由旋转(自转)地安装在托架64上。
在压缩盘簧8的弹力作用下，左侧部件7L和右侧部件7向相互接近的方向被弹压，由此，驱动辊63以转矩传递关系与从动辊25的外周面接触，并围绕沿相对于对方侧的从动辊25的中心轴线(C)处于扭转关系的方向延伸的中心轴线(D)能够旋转地被安装。由此，驱动辊63的旋转轴线相对于接触的从动辊25的旋转轴线成扭转关系。
也就是说，驱动辊63的中心轴线在朝向各辊的配置部位中的中心轴线(A)方向的投影平面上观察时，相对于从动辊25的中心轴线以规定倾斜角倾斜。驱动辊63的中心轴线相对于与从动辊25的中心轴相当的圆环轴体22的半径线以某角度倾斜的同时，相对于圆环轴体22的中心线接触的假想平面以某角度倾斜。该三维轴线的倾斜可以比作置于某角度的圆锥面上的“斜齿锥齿轮”的齿的倾斜。
通过该几何学的配置，使旋转部件51和52相对旋转时，在从动辊25与驱动辊63的接触点上，在围绕从动辊25的旋转轴线时，作用有旋转轴线方向(母线方向)的摩擦力(横力)。
由此，通过电动马达55、58使旋转部件51、52向同旋转方向以同旋转速度旋转时，驱动辊63不自转而随着旋转部件51、52的旋转公转，驱动辊63的公转产生的横力作为旋转轴线方向的分力作用在主轮2的从动辊25上。由此，从动辊25不自转，而主轮2也通过旋转部件51被旋转驱动并公转(围绕中心轴线(B)的旋转)。
而通过电动马达55、58使左右的旋转部件51、52的旋转方向或(及)旋转速度相互不同时，驱动辊63自转的同时公转，驱动辊63的自转产生的横力作为圆周方向的分力作用在主轮2的从动辊25上。由此，从动辊25自转(围绕截面中心线(C)的旋转)。
这样，通过电动马达55、58独立地控制旋转部件51、52的旋转速度及旋转方向，由此，全方向移动体1能够在路面上向全方向移动。
此外，在该实施方式中，从动辊25和驱动辊63的关系(个数)被设定为，接地的从动辊25必须与至少1个驱动辊63接触，总是从驱动辊63向处于接地状态的从动辊25提供动力。
在该实施方式中，驱动辊63是金属或硬质塑料制，而构成从动辊25的外周面的外周部分由聚氨酯橡胶等的橡胶状弹性体或其他的弹性体材料构成的，驱动辊63的刚性比构成从动辊25的外周面的外周部分的刚性高。
由此，在驱动辊63和从动辊25的外周面彼此的接触部中，通过刚性强的驱动辊63使刚性弱的从动辊25的外周部分弹性变形，驱动辊63和从动辊25的外周面彼此的接触面积增大。
由此，在该实施方式中，摩擦产生的旋转力的传递效率也提高，驱动辊63和从动辊25之间的打滑减少，能够得到主轮2随着目标的准确运动，并实现动力损失的减少，能够经济性好地使全方向移动体1向控制目标的移动方向移动。
以下，参照图7、图8说明本发明的摩擦式驱动装置及使用该摩擦式驱动装置的全方向移动体的实施方式3。此外，在图7、图8中，与图1、图2对应的部分标注与图1、图2中的附图标记相同的附图标记，并省略其说明。
在本实施方式中，成为第一可动部件的外轮部件71和成为第二可动部件的内轮部件72分别通过支承轴73、74在中心轴线(A)上相互同心地能够自由旋转地安装在下部车身7的左侧部件7L和右侧部件7R上。
在下部车身7的左侧部件7L上安装有电动马达75。在外轮部件71上同心地一体形成有带轮(或链轮)76。电动马达75通过环状带(或平环链)77与带轮76驱动连结，围绕支承轴73的中心轴线(A)旋转驱动外轮部件71。
在下部车身7的右侧部件7R上安装有另一个电动马达78。在内轮部件72上同心地一体形成有带轮(或链轮)79。电动马达78通过环状带(或平环链)80与带轮79驱动连结，围绕支承轴74的中心轴线(A)旋转驱动内轮部件72。
外轮部件71是切头圆锥形状，在外轮部件71的圆锥外周壁(锥形圆周面)，樽形的多个第一自由辊81沿外轮部件71的圆周方向(移动方向)等间隔地分别能够旋转地安装。第一自由辊81是与驱动力所作用的对象物接触的自由辊，分别能够围绕沿相对于外轮部件71的中心线既不平行也不正交的方向延伸的中心轴线旋转地安装。在本实施方式中，第一自由辊81的中心轴线在各自由辊的配置部位中的相对于外轮部件71的圆周面的切线面中，相对于外轮部件71的旋转方向以45度的倾斜角倾斜。
内轮部件72与外轮部件71同样地是切头圆锥形状，在内轮部件72的圆锥外周壁(锥形圆周面)，樽形的多个第二自由辊82沿内轮部件72的圆周方向等间隔地分别能够旋转地安装。第二自由辊82与第一自由辊81接触，并能够围绕沿相对于接触对象的第一自由辊81的中心轴线处于扭转的位置关系的方向延伸的中心轴线旋转地安装。
也就是说，第二自由辊82的中心轴线，在各自由辊的配置部位中的相对于外轮部件71及内轮部件72的圆周面的切线面(投影平面)观察时，相对于第一自由辊81的中心轴线以90度的倾斜角倾斜。
在本实施方式中，通过压缩盘簧8的弹力朝向使左侧部件7L和右侧部件7相互接近的方向弹压，由此，成对的第一自由辊81和第二自由辊82的接触变得紧密。由此，第二自由辊82相对于第一自由辊81以转矩传递关系接触。
在本实施方式中，通过电动马达75、76使外轮部件71、内轮部件72向同一方向以同一速度旋转时，由于在外轮部件71和内轮部件72之间不发生相对变位(旋转方向的相对变位)，因此，第一自由辊81、第二自由辊82都不自转，而外轮部件71、内轮部件72一体地公转。
使外轮部件71的旋转停止而只使内轮部件72旋转时，第二自由辊82自转，与第二自由辊82接触的第一自由辊81也自转。
这样，通过电动马达75、76独立地控制外轮部件71、内轮部件72的旋转速度及旋转方向，由此，全方向移动体1能够在路面上向全方向移动。
在该实施方式中，第二自由辊82是金属或硬质塑料制，而构成第一自由辊81的外周面的外周部分由聚氨酯橡胶等的橡胶状弹性体或其他的弹性体材料构成，第二自由辊82的刚性比构成第一自由辊81的外周面的外周部分的刚性高。
由此，在第一自由辊81和第二自由辊82的外周面彼此的接触部中，通过刚性强的第二自由辊82使刚性弱的第一自由辊81的外周部分弹性变形，第一自由辊81和第二自由辊82的外周面彼此的接触面积增大。
由此，在该实施方式中，摩擦产生的旋转力的传递效率也提高，第一自由辊81和第二自由辊82之间的打滑减少，能够得到主轮2随着目标的准确运动，并实现动力损失的减少，能够经济性好地使全方向移动体1向控制目标的移动方向移动。
以下，参照图9说明本发明的摩擦式驱动装置及使用该摩擦式驱动装置的全方向移动体的实施方式4。此外，在图9中，与图7、图8对应的部分标注与图7、图8中的附图标记相同的附图标记，并省略其说明。
本实施方式的全方向移动体100具有：下方开口的箱状的车身101；在车身101内能向全方向滚动地设置的行驶用球体102；摩擦式驱动装置110。行驶用球体102的下部区域从车身101的下方开口部103向下方露出，能够滚动地与地面、路面接触。行驶用球体102通过与能够滚动地设置在车身101的下方开口部103的周缘部上的支承滚珠104的卡合，能够不从车身101向下方脱落。
摩擦式驱动装置110由实施方式3的外轮部件71、内轮部件72、第一自由辊81和第二自由辊82等构成。第一自由辊81与行驶用球体102的球面以转矩传递关系接触。
由此，行驶用球体102通过摩擦式驱动装置110向全方向滚动驱动，车身101向全方向移动。
以下，参照图10～图13说明本发明的摩擦式驱动装置及使用该摩擦式驱动装置的全方向移动体的实施方式5。
本实施方式的全方向移动体100具有：下方开口的箱状的车身101；在车身101内能够向全方向滚动地设置的行驶用球体102；摩擦式驱动装置120。
在车身101内，以位于行驶用球体102的上方部的形态配置有摩擦式驱动装置120。摩擦式驱动装置120具有第一基体121和第二基体122，将第二基体122固定在车身101的上部部件105上，并从上部部件105悬垂地固定。
在第一基体121上安装有第一履带驱动体130，在第二基体122上安装有第二履带驱动体140。
第一履带驱动体130具有：沿与图10～图12的纸面正交的方向(X轴方向)分离且分别能够旋转地配置在第一基体121上的驱动轮131、从动轮132；缠绕在驱动轮131和从动轮132之间的第一无限轨道带(第一可动部件)即第一履带133。第一履带133是将多个板条构件138以环带状铰链连结而成的。
驱动轮131、从动轮132分别通过支承轴135、136能够旋转地支承在安装于第一基体121上的托架133、134上。在托架133上安装有对驱动轮131进行旋转驱动的电动马达137。
第二履带驱动体140具有：沿图10～图12中的左右方向(Y轴方向)分离且分别能够旋转地配置在第二基体121上的驱动轮141、从动轮142；缠绕在驱动轮141和从动轮142之间的第二无限轨道带(第二可动部件)即第二履带143。第二履带143是将多个板条构件148以环带状铰链连结而成的。
驱动轮141、从动轮142分别通过支承轴145、146能够旋转地支承在安装于第二基体122上的托架143、144上。在托架143上安装有对驱动轮141进行旋转驱动的电动马达147。
第一履带133和第二履带143俯视沿相互正交的方向延伸，相互的轮间通路上下交叉。
在第一履带133的各个板条构件138上，圆柱状的第一自由辊139分别能够旋转地两个并列地安装。第一自由辊139是与通过外周面使驱动力作用的对象物即行驶用球体102的球面接触的自由辊，能够围绕沿相对于第一履带10的行驶方向(X方向)非正交方向延伸的中心轴线旋转。
这里所谓的非正交方向是指，第一自由辊139的中心轴线沿相对于第一履带10的行驶方向正交的方向以外的方向，也就是说，相对于第一履带10的行驶方向倾斜或与行驶方向为相同的方向。在本实施方式中，第一自由辊139的中心轴线在XY假想平面上，相对于第一履带10的行驶方向以45度的倾斜角倾斜。
在第二履带143的各个板条构件148上，分别能够旋转地安装有圆柱状的第二自由辊149。第二自由辊149在与第一履带133的轮间通路中的交叉部处，以转矩传递关系与第一自由辊139的滚动面(外周面)接触，围绕沿相对于接触对象的第一自由辊139的中心轴线处于扭转的位置关系的方向延伸的中心轴线能够旋转地安装。扭转的位置关系是指，空间内的2根直线(轴线)不平行且不相互相交，也就是异面的位置关系。
也就是说，第二自由辊149的中心轴线在XY投影平面上观察时相对于第一自由辊139的中心轴线以45度的倾斜角倾斜。而且，换言之，只要第二自由辊149的中心轴线与第一自由辊139的中心轴线非平行(扭转)、且不与第一履带133的移动方向(Y方向)正交即可。
基台121和基台122沿第一履带133和第二自由辊143的轮配置方向正交地配置，通过连结棒123能够沿上下方向相对变位地连结。
在连结棒123上装入压缩盘簧124。压缩盘簧124使基台121相对于基台122向下地弹压。由此，在第一履带133和第二履带143的相互的轮间通路交叉部，第二自由辊149的外周面总是以规定值以上的推压力即通过摩擦力传递(转矩传递)运动所必须的推压力与第一自由辊139的外周面接触。
在这样构成的全方向移动体100中，例如，使第一履带133的行驶停止并通过电动马达147只驱动第二履带143时，设置在其上的第二自由辊149与第二履带143一起向同方向移动。
于是，在相对于第二自由辊149以45度倾斜并交叉的状态(扭转关系)下，在外周面彼此接触的第一自由辊139上，通过随着第二履带143的行驶移动而沿第二自由辊149的轴线方向作用的轴向力的分力，施加旋转力。
由此，第一自由辊139自转，行驶用球体102向第一自由辊139的自转方向滚动。
除此以外，通过电动马达137驱动第一履带133时，随着第一履带133的行驶移动，第一自由辊139移动，行驶用球体102向第一自由辊139的自转和移动所合成的方向滚动。
由此，通过控制第一履带133和第二履带143的进行方向及各自的圆周速度(比率)，能够使行驶用球体102向全方向滚动，由此，全方向移动体100能够向全方向行驶。
在该实施方式中，第二自由辊149是金属或硬质塑料制，而构成第一自由辊139的外周面的外周部分由聚氨酯橡胶等的橡胶状弹性体或其他的弹性体材料构成，第二自由辊149的刚性比构成第一自由辊139的外周面的外周部分的刚性高。
由此，在第一自由辊139和第二自由辊149的外周面彼此的接触部，通过刚性强的第二自由辊149使刚性弱的第一自由辊139的外周部分弹性变形，第一自由辊139和第二自由辊149的外周面彼此的接触面积增大。
由此，在该实施方式中，摩擦产生的旋转力的传递效率提高，第一自由辊139和第二自由辊149之间的打滑减少，能够得到随着目标的准确运动，实现动力损失的减少，能够经济性好地使全方向移动体1向控制目标的移动方向移动。
此外，相互接触的两个辊刚性的不同，除了构成辊的外周部分的材料的材料杨氏模量或硬度不同以外，也能够通过辊的外周部分的截面形状、支承构造等、辊的外周部分的构造的不同来赋予。
以上，通过特定的实施例说明了本发明，但为使本领域技术人员能够容易理解，能够在不脱离本发明的发明概念的前提下进行各种变形、变更，本发明的发明概念通过附带的权利要求书的内容明确。另外，作为基于巴黎公约的主张优先权的基础的日本国申请，其所提及的内容也为本申请的一部分。
附图标记的说明
1全方向移动体
2主轮
3R右侧驱动辊
3L左侧驱动辊
4R、4L旋转部件
7下部车身
15槽
17圆柱突起
22圆环部件
25从动辊
51、52旋转部件
63驱动辊
71外轮部件
72内轮部件
81第一自由辊
82第二自由辊
102行驶用球体
130第一履带驱动体
133第一履带
139第一自由辊
140第二履带驱动体
143第二履带
149第二自由辊

Claims (9)

1.一种摩擦式驱动装置，具有： 
基体； 
在所述基体上分别能够移动地支承的第一可动部件及第二可动部件； 
在所述第一可动部件上沿该第一可动部件的移动方向配置多个、分别围绕与自身的中心轴线相同的旋转轴线自由旋转的第一自由辊； 
在所述第二可动部件上沿该第二可动部件的移动方向配置多个、分别围绕与自身的中心轴线相同的旋转轴线自由旋转的第二自由辊， 
随着所述第一可动部件和所述第二可动部件的至少一方的移动，所述第一自由辊在与所述第二自由辊对应的部分处，各自旋转轴线相互不平行地外周面彼此接触，通过摩擦从所述第二自由辊向所述第一自由辊传递动力，所述第一自由辊与驱动对象接触， 
其特征在于， 
构成所述第一自由辊的所述外周面的外周部分、和构成所述第二自由辊的所述外周面的外周部分的刚性互不相同。 
2.如权利要求1所述的摩擦式驱动装置，其特征在于，在所述第一自由辊和所述第二自由辊中，在外周部分的刚性高的一侧的自由辊的外周面上形成有凹凸。 
3.如权利要求1所述的摩擦式驱动装置，其特征在于，在所述第一自由辊和所述第二自由辊中，外周部分的刚性低的一侧的自由辊的外周部分由橡胶状弹性体构成。 
4.如权利要求1所述的摩擦式驱动装置，其特征在于，所述第一自由辊的旋转轴线相对于与其接触的所述第二自由辊的旋转轴线成扭转的位置关系。 
5.如权利要求1所述的摩擦式驱动装置，其特征在于，所述第一可动部件由包含能够围绕自身的中心轴线旋转的圆环部件在内的主轮构成，所述第二可动部件由能够围绕自身的中心轴线旋转驱动的旋转部件构成，所述第一自由辊分别能够自转地安装在所述圆环部件的外周，所述第二自由辊围绕所述旋转部件的中心轴线配置。 
6.如权利要求1所述的摩擦式驱动装置，其特征在于，所述第一可动部件和所述第二可动部件分别包括缠绕在一对辊上且相互成某角度的第一无限轨道带和第二无限轨道带，所述第一自由辊配置在所述第一无限轨道带上，所述第二自由辊配置在所述第二无限轨道带上。 
7.如权利要求1所述的摩擦式驱动装置，其特征在于，所述第一可动部件和所述第二可动部件包含具有相互同轴的旋转轴线的第一圆环体和第二圆环体，所述第一自由辊围绕所述第一圆环体的中心轴线配置，所述第二自由辊围绕所述第二圆环体的中心轴线配置。 
8.一种全方向移动体，包含权利要求1～7中任一项记载的摩擦式驱动装置，所述第一自由辊与路面或地面接触地行驶。 
9.一种全方向移动体，包含权利要求1～7中任一项记载的摩擦式驱动装置，作为所述第一自由辊的驱动对象包含自由滚动的球体，所述球体与路面或地面接触地行驶。 
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