CN112739606B - 球体驱动式移动装置 - Google Patents

Abstract

一种球体驱动式移动装置(10)，其在行驶面(G)上移动，并具有旋转体(14、15、16)，该旋转体(14、15、16)以从两个不同的方向与n个驱动球体(11、12、13)分别接触的状态进行旋转驱动而使驱动球体(11、12、13)旋转，其中，将行驶面(G)设为水平面，各驱动球体(11、12、13)的中心(P1、P2、P3)位于假想倒n棱锥(H)的各侧边(S1、S2、S3)上，该假想倒n棱锥(H)的底面(η)配置在比各驱动球体(11、12、13)的中心(P1、P2、P3)高的位置并且远离底面(η)的顶点(O)配置在比各驱动球体(11、12、13)的中心(P1、P2、P3)低的位置，各旋转体(14、15、16)在比所接触的驱动球体(11、12、13)的中心(P1、P2、P3)高的位置并且在假想倒n棱锥(H)的内侧或假想倒n棱锥(H)的侧面(α、β、γ)上与驱动球体(11、12、13)接触，并且以与假想倒n棱锥(H)的侧面(α、β、γ)垂直的旋转轴(19、21、23)为中心进行旋转驱动。

Description

球体驱动式移动装置

技术领域

本发明涉及使球体旋转驱动而能够全方位移动的球体驱动式移动装置。

背景技术

具有3个球体以及对球体赋予旋转力的3个驱动单元(驱动用马达)的移动装置(参照专利文献1)能够全方位移动，因此用于电动轮椅或自行式台车等是有效的。在专利文献1的移动装置中，分别通过驱动单元的驱动进行旋转驱动的2个旋转件从不同的方向与1个球体接触。在该移动装置中，旋转件和球体在与球体的中心相同的高度位置接触，设置有将球体按压于旋转件的惰轮(车轮型脚轮)。当旋转件空转时，移动装置无法向期望的方向前进，因此要想使移动装置稳定行驶，重要的是维持将旋转件按压于球体的状态。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-30360号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在专利文献1的移动装置中，偶尔存在旋转件与球体成为非接触状态的情况。在将移动装置用于电动轮椅等由使用者操纵移动装置的情况下，很容易由使用者自己进行移动方向的修正，但在将移动装置用于自行式台车的情况等，存在以下问题：在不存在移动装置的操纵者的系统中，无法修正移动装置的移动方向，移动装置无法按照预定行驶。

作为抑制旋转件空转的方法，考虑有将旋转件设为由弹性力不同的材料构成的多层构造，但在该情况下，会导致旋转件的耐久性降低从而旋转件的磨损变得显著这样的其他问题。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供能够抑制以与球体接触的状态进行旋转驱动的旋转体空转的球体驱动式移动装置。

用于解决课题的手段

按照上述目的的第1发明的球体驱动式移动装置在行驶面上移动，该球体驱动式移动装置具有：n个驱动球体，它们分别在所述行驶面上滚动；以及n个以上旋转体，它们以从两个不同的方向与各所述驱动球体接触的状态进行旋转驱动而使该驱动球体旋转，其中，将所述行驶面设为水平面，各所述驱动球体的中心位于假想倒n棱锥的各侧边上，该假想倒n棱锥的底面配置在比各该驱动球体的中心高的位置并且远离该底面的顶点配置在比各该驱动球体的中心低的位置，将以各所述旋转体所接触的所述驱动球体的中心所在的两条所述侧边作为外缘的一部分的所述假想倒n棱锥的侧面设为各该旋转体的对应侧面，各所述旋转体在比所接触的所述驱动球体的中心高的位置并且在所述假想倒n棱锥的内侧或所述对应侧面上与该驱动球体接触，并且以与该对应侧面垂直的旋转轴为中心进行旋转驱动，其中，n为3以上的整数。

按照上述目的的第2发明的球体驱动式移动装置在行驶面上移动，该球体驱动式移动装置具有：2个驱动球体，它们分别在所述行驶面上滚动；从动旋转物，其在所述行驶面上滚动；以及m个旋转体，它们以从两个不同的方向与各所述驱动球体接触的状态进行旋转驱动而使该驱动球体旋转，其中，各所述旋转体在比所接触的所述驱动球体的中心高的位置与该驱动球体接触，m个所述旋转体中的与2个所述驱动球体双方接触的该旋转体在以通过各所述驱动球体的中心的假想倾斜面为基准的所述从动旋转物侧或所述假想倾斜面上与该驱动球体接触，并且以与该假想倾斜面垂直的旋转轴为中心进行旋转驱动，其中，m为3以上的整数。

按照上述目的的第3发明的球体驱动式移动装置在行驶面上移动，该球体驱动式移动装置具有：2个驱动球体，它们分别在所述行驶面上滚动；从动旋转物，其在所述行驶面上滚动；以及r个旋转体，它们以从两个不同的方向与各所述驱动球体接触的状态进行旋转驱动而使该驱动球体旋转，其中，各所述旋转体在比所接触的所述驱动球体的中心高的位置与该驱动球体接触，r个所述旋转体中的被共同的马达赋予驱动旋转力的该旋转体在以通过各所述驱动球体的中心的假想倾斜面为基准的所述从动旋转物侧或所述假想倾斜面上与该驱动球体接触，并且以与该假想倾斜面垂直的旋转轴为中心进行旋转驱动，其中，r为3以上的整数。

发明效果

在第1发明的球体驱动式移动装置中，将n个驱动球体所滚动的行驶面作为水平面，各旋转体在比所接触的驱动球体的中心高的位置并且在假想倒n棱锥的内侧或对应侧面(以驱动球体的中心所在的两条侧边作为外缘的一部分的假想倒n棱锥的侧面)上与驱动球体接触，并且以与对应侧面垂直的旋转轴为中心进行旋转驱动。另外，第2发明的球体驱动式移动装置具有在行驶面上滚动的2个驱动球体和从动旋转物，分别在比所接触的驱动球体的中心高的位置与驱动球体接触的m个旋转体中的与2个驱动球体双方接触的旋转体在以通过各驱动球体中心的假想倾斜面为基准的从动旋转物侧或假想倾斜面上与驱动球体接触，并且以与假想倾斜面垂直的旋转轴为中心进行旋转驱动。而且，第3发明的球体驱动式移动装置具有在行驶面上滚动的2个驱动球体和从动旋转物，分别在比所接触的驱动球体的中心高的位置与驱动球体接触的r个旋转体中的被共同的马达赋予驱动旋转力的旋转体在以通过各驱动球体中心的假想倾斜面为基准的从动旋转物侧或假想倾斜面上与驱动球体接触，并且以与假想倾斜面垂直的旋转轴为中心进行旋转驱动。

因此，在第1、第2、第3发明的球体驱动式移动装置中，球体驱动式移动装置自身的载荷或载置于球体驱动式移动装置的物体的载荷部分地经由旋转体而施加于驱动球体，能够可靠地将旋转体按压于驱动球体，能够抑制以与驱动球体接触的状态进行旋转驱动的旋转体空转。

附图说明

图1是本发明的第1实施例的球体驱动式移动装置的说明图。

图2是示出该球体驱动式移动装置的驱动球体和旋转体的配置的俯视图。

图3是示出该球体驱动式移动装置的驱动球体和旋转体的配置的立体图。

图4是示出该球体驱动式移动装置的驱动球体的局部坐标系的说明图。

图5是示出该球体驱动式移动装置的驱动球体的坐标系的说明图。

图6是本发明的第2实施例的球体驱动式移动装置的说明图。

具体实施方式

接下来，参照附图对将本发明具体化的实施例进行说明，以便理解本发明。

如图1、图2、图3所示，本发明的第1实施例的球体驱动式移动装置10是在行驶面G上移动的装置，该球体驱动式移动装置10具有3个(n个的一例，n为3以上的整数)驱动球体11、12、13，它们分别在行驶面G上滚动；以及3个(n个以上的一例)旋转体14、15、16，它们以从两个不同的方向与各驱动球体11、12、13接触的状态进行旋转驱动而使驱动球体11、12、13旋转。以下，进行详细说明。

在本实施例中，如图1、图2、图3所示，驱动球体11、12、13是大小相同(直径相等)的圆球。在以行驶面G作为水平面而将驱动球体11、12、13置于行驶面G上的状态下，驱动球体11的中心P1、驱动球体12的中心P2、驱动球体13的中心P3位于相同的高度。以下，假设行驶面G为水平面，驱动球体11、12、13置于行驶面G上。

旋转体14、15、16是大小相同并且形状相同的圆锥台状的部件，配置在相同的高度位置。旋转体14的侧面28在相同高度与驱动球体11、12接触，旋转体15的侧面29在相同高度与驱动球体12、13接触，旋转体16的侧面30在相同高度与驱动球体11、13接触。如图2所示，在旋转体14的轴心连结有马达18的旋转轴19，在旋转体15的轴心连结有马达20的旋转轴21，在旋转体16的轴心连结有马达22的旋转轴23。旋转体14通过马达18的动作而以旋转轴19为中心进行旋转驱动，旋转体15通过马达20的动作而以旋转轴21为中心进行旋转驱动，旋转体16通过马达22的动作而以旋转轴23为中心进行旋转驱动。

旋转体14、15从不同的方向与驱动球体12接触，旋转体15、16从不同的方向与驱动球体13接触，旋转体14、16从不同的方向与驱动球体11接触。

如图1、图2所示，除了旋转体14、16之外，球式脚轮24也与驱动球体11接触，除了旋转体14、15之外，球式脚轮25也与驱动球体12接触，除了旋转体15、16之外，球式脚轮26也与驱动球体13接触。

在本实施例中，马达18、20、22固定于支承球式脚轮24、25、26的基座部件27(参照图1)，旋转体14、15、16旋转自如地安装于装配在基座部件27的轴承机构。在图1、图2中仅记载了球式脚轮24、25、26的球。另外，也可以采用分别与驱动球体11、12、13接触的惰轮来使驱动球体11、12、13不会脱落。

将驱动球体11与旋转体14的侧面28及旋转体16的侧面30接触的触点分别设为触点T14、T16，将驱动球体12与旋转体14的侧面28及旋转体15的侧面29接触的触点分别设为触点T24、T25，将驱动球体13与旋转体15的侧面29及旋转体16的侧面30接触的触点分别设为触点T35、T36，触点T14、T16、T24、T25、T35、T36在比驱动球体11的中心P1、驱动球体12的中心P2以及驱动球体13的中心P3高的位置配置于相同高度(由此，旋转体14的侧面28、旋转体15的侧面29以及旋转体16的侧面30在相同高度与驱动球体11、12、13接触)。

即，旋转体14在比驱动球体11的中心P1高的位置与驱动球体11接触，在比驱动球体12的中心P2高的位置与驱动球体12接触，旋转体15在比驱动球体12的中心P2高的位置与驱动球体12接触，在比驱动球体13的中心P3高的位置与驱动球体13接触，旋转体16在比驱动球体11的中心P1高的位置与驱动球体11接触，在比驱动球体13的中心P3高的位置与驱动球体13接触。

这里，如图1、图2、图3所示，将三角形(在本实施例中为作为等角多边形的一例的正三角形)的底面η配置在比驱动球体11的中心P1、驱动球体12的中心P2以及驱动球体13的中心P3高的位置并且远离底面η的顶点O配置在比驱动球体11的中心P1、驱动球体12的中心P2以及驱动球体13的中心P3低的位置的三棱锥(n棱锥的一例)设为假想倒三棱锥(假想倒n棱锥的一例)H，则在本实施例中，球体驱动式移动装置10设计为满足后述的条件1～6全部。

在假想倒三棱锥H中，将底面η的3个顶点分别设为顶点A、B、C，将以顶点O、A、B作为3个顶点的三角形的侧面设为侧面α，将以顶点O、B、C作为3个顶点的三角形的侧面设为侧面β，将以顶点O、A、C作为3个顶点的三角形的侧面设为侧面γ，将连接顶点O、A的直线状的边设为侧边S1，将连接顶点O、B的直线状的边设为侧边S2，将连接顶点O、C的直线状的边设为侧边S3。在本实施例中，底面η为正三角形(等角多边形的一例)，侧边S1、S2、S3为相同长度。另外，在图2中，描绘了俯视驱动球体11、12、13和旋转体14、15、16等的情形。另外，在图3中，省略了记载马达18、22等。

条件1：驱动球体11的中心P1、驱动球体12的中心P2以及驱动球体13的中心P3分别位于侧边S1、S2、S3上。

条件2：旋转体14在假想倒三棱锥H的内侧与驱动球体11、12接触(触点T14、T24位于假想倒三棱锥H内)，旋转体15在假想倒三棱锥H的内侧与驱动球体12、13接触(触点T25、T35位于假想倒三棱锥H内)，旋转体16在假想倒三棱锥H的内侧与驱动球体11、13接触(触点T16、T36位于假想倒三棱锥H内)。

条件3：旋转轴19与侧面α(旋转体14的对应侧面)垂直(旋转体14以与侧面α垂直的旋转轴19为中心进行旋转驱动，该侧面α将旋转体14所接触的驱动球体11、12的各中心P1、P2分别所在的侧边S1、S2作为外缘的一部分)，旋转轴21与侧面β(旋转体15的对应侧面)垂直(旋转体15以与侧面β垂直的旋转轴21为中心进行旋转驱动，该侧面β将旋转体15所接触的驱动球体12、13的各中心P2、P3分别所在的侧边S2、S3作为外缘的一部分)，旋转轴23与侧面γ(旋转体16的对应侧面)垂直(旋转体16以与侧面γ垂直的旋转轴23为中心进行旋转驱动，该侧面γ将旋转体16所接触的驱动球体11、13的各中心P1、P3分别所在的侧边S1、S3作为外缘的一部分)。

根据条件3，可以说，在本实施例中，与驱动球体11接触的旋转体14的旋转轴19和旋转体16的旋转轴23不平行，与驱动球体12接触的旋转体14的旋转轴19和旋转体15的旋转轴21不平行，与驱动球体13接触的旋转体15的旋转轴21和旋转体16的旋转轴23不平行。

在本实施例中，驱动球体11、12、13、旋转体14、15、16以及旋转轴19、21、23配置为满足条件1、2、3，通过调整旋转体14、15、16的角速度，能够在抑制了驱动球体11、12相对于旋转体14的横向滑动、驱动球体12、13相对于旋转体15的横向滑动以及驱动球体11、13相对于旋转体16的横向滑动的状态下，使球体驱动式移动装置10在行驶面G上向任何方向移动。另外，驱动球体11相对于旋转体14的横向滑动是指驱动球体11相对于旋转体14在触点T14处的相对运动进行以触点T14为中心的回转运动以外的运动，如果产生驱动球体11相对于旋转体14的横向滑动，则会助长旋转体14和驱动球体11的磨损。

而且，由于旋转体14在比驱动球体11的中心P1和驱动球体12的中心P2高的位置分别与驱动球体11、12接触，旋转体15在比驱动球体12的中心P2和驱动球体13的中心P3高的位置分别与驱动球体12、13接触，旋转体16在比驱动球体11的中心P1和驱动球体13的中心P3高的位置分别与驱动球体11、13接触，因此铅直分量的力通过旋转体14、16而作用于驱动球体11，铅直分量的力通过旋转体14、15而作用于驱动球体12，铅直分量的力通过旋转体15、16而作用于驱动球体13。因此，能够利用基座构件27或载置于基座构件27的重物等的自重而将旋转体14按压于驱动球体11、12，将旋转体15按压于驱动球体12、13，将旋转体16按压于驱动球体11、13，能够抑制旋转体14、15、16空转。

在触点T14存在于比驱动球体11的中心P1稍高的位置，并且触点T24存在于比驱动球体12的中心P2稍高的位置的情况下，即使旋转体14在假想倒n棱锥H的侧面α(对应侧面)上与驱动球体11、12接触，驱动球体11、12也不会实质上相对于旋转体14横向滑动，这在旋转体15与驱动球体12、13的关系以及旋转体16与驱动球体11、13的关系中也是同样的。

因此，也能够设计为满足以下的条件2'来代替条件2。

条件2'：旋转体14在假想倒三棱锥H的侧面α(旋转体14的对应侧面)上与驱动球体11、12接触，旋转体15在假想倒三棱锥H的侧面β(旋转体15的对应侧面)上与驱动球体12、13接触，旋转体16在假想倒三棱锥H的侧面γ(旋转体16的对应侧面)上与驱动球体11、13接触。

这里，从稳定地抑制产生转动体14相对于驱动球体11、12的空转、转动体15相对于驱动球体12、13的空转以及转动体16相对于驱动球体11、13的空转的观点来看，更优选为，除了满足条件1、2、3之外，还满足以下的条件4、5、6中的一个(更优选为满足两个，进一步优选为满足三个全部)。另外，确认了对于抑制旋转体14、15、16空转，满足条件1、2、3的条件比满足条件4、5、6的条件重要。

条件4：通过驱动球体11与转动体14的触点T14以及驱动球体11的中心P1的假想直线J14(假想直线J的一例)与驱动球体11的中心P1所在的侧边S1垂直(参照图1)，通过驱动球体11与旋转体16的触点T16以及驱动球体11的中心P1的假想直线J16(假想直线J的一例)与驱动球体11的中心P1所在的侧边S1垂直。通过驱动球体12与旋转体14的触点T24以及驱动球体12的中心P2的假想直线J24(假想直线J的一例)与驱动球体12的中心P2所在的侧边S2垂直(参照图1)，通过驱动球体12与旋转体15的触点T25以及驱动球体12的中心P2的假想直线J25(假想直线J的一例)与驱动球体12的中心P2所在的侧边S2垂直。通过驱动球体13与旋转体15的触点T35以及驱动球体13的中心P3的假想直线J35(假想直线J的一例)与驱动球体13的中心P3所在的侧边S3垂直，通过驱动球体13与旋转体16的触点T36以及驱动球体13的中心P3的假想直线J36(假想直线J的一例)与驱动球体13的中心P3所在的侧边S3垂直。

条件5：通过驱动球体11与旋转体14的触点T14以及驱动球体11的中心P1的假想直线J14与旋转体14的侧面28垂直相交，通过驱动球体12与旋转体14的触点T24以及驱动球体12的中心P2的假想直线J24与旋转体14的侧面28垂直相交。通过驱动球体12与旋转体15的触点T25以及驱动球体12的中心P2的假想直线J25与旋转体15的侧面29垂直相交，通过驱动球体13与旋转体15的触点T35以及驱动球体13的中心P3的假想直线J35与旋转体15的侧面29垂直相交。通过驱动球体11与旋转体16的触点T16以及驱动球体11的中心P1的假想直线J16与旋转体16的侧面30垂直相交，通过驱动球体13与旋转体16的触点T36以及驱动球体13的中心P3的假想直线J36与旋转体16的侧面30垂直相交。

条件6：假想倒三棱锥H的侧面α与通过触点T14和触点T24的假想直线K12(假想直线K的一例)平行，该触点T14是位于中心P1、P2分别配置在构成该侧面α的外缘的一部分的两条侧边S1、S2上的两个驱动球体11、12之间的旋转体14与一方驱动球体11的触点，该触点T24是该旋转体14与另一方驱动球体12的触点，假想倒三棱锥H的侧面β与通过触点T25和触点T35的假想直线K23(假想直线K的一例)平行，该触点T25是位于中心P2、P3分别配置在构成该侧面β的外缘的一部分的两条侧边S2、S3上的两个驱动球体12、13之间的旋转体15与一方驱动球体12的触点，该触点T35是该旋转体15与另一方驱动球体13的触点，假想倒三棱锥H的侧面γ与通过触点T16和触点T36的假想直线K13(假想直线K的一例)平行，该触点T16是位于中心P1、P3分别配置在构成该侧面γ的外缘的一部分的两条侧边S1、S3上的两个驱动球体11、13之间的旋转体16与一方驱动球体11的触点，该触点T36是该旋转体16与另一方驱动球体13的触点T36。

基于这些，使用数学式来研究球体驱动式移动装置10的运动。

将侧边S1相对于行驶面G(水平面)的角度设为θ，如图4所示，将从驱动球体11的中心P1朝向触点T14的单位位置矢量设为I₁，将从驱动球体11的中心P1朝向触点T16的单位位置矢量设为I₂，将I₁和I₂所成的角度设为

在本实施例中，I₁与以顶点O为起点并以顶点A为终点的矢量垂直，因此以下的式(1)成立。

[数学式1]

并且，以下的式(2)成立。

[数学式2]

|I₁|²＝|I₂|²＝a²+b²+c²

＝a²+c²(tan²θ+1)＝1  (2)

并且，若将I₁、I₂表示为以下的式(3)，则以下的式(4)成立。

[数学式3]

I₁＝(a，b，c)^T，I₂=(-a，b，c)^T  (3)

根据式(2)、式(4)，以下的式(5)、式(6)成立。

[数学式4]

1-cosφ＝2a²  (6)

由此，根据式(1)、式(5)、式(6)，a、b、c能够分别表示为以下的式(7)、式(8)、式(9)。

[数学式5]

根据式(7)、式(8)、式(9)，I₁和I₂能够分别表示为以下的式(10)、式(11)。

[数学式6]

此外，由于I_x和I_y存在以下的式(12)的关系，因此以下的式(13)成立。

[数学式7]

由于

能够用以下的式(14)表示，因此I_x和I_y能够分别用以下的式(15)和式(16)来表示。

[数学式8]

这里，如图5所示，将与行驶面G平行的两条垂直的假想轴设为x轴、y轴，将从以驱动球体11的中心P1、驱动球体12的中心P2、驱动球体13的中心P3作为顶点的正三角形的中心分别到驱动球体11的中心P1、驱动球体12的中心P2、驱动球体13的中心P3的距离设为l，将从触点T14(触点T24)到旋转体14的轴心的距离、从触点T25(触点T35)到旋转体15的轴心的距离、从旋转体16的触点T16(触点T36)到旋转体16的轴心的距离分别设为r(参照图4)，将球体驱动式移动装置10的速度矢量设为V，将从旋转体14、15、16提供给驱动球体11、12、13的角速度矢量设为λ，则V和λ具有以下的式(17)的关系。

[数学式9]

入＝QV

V=Q^-1λ  (17)

另外，将球体驱动式移动装置10的x轴方向的速度设为v_x，将球体驱动式移动装置10的y轴方向的速度设为v_y，将球体驱动式移动装置10的回转速度设为ω，球体驱动式移动装置10的速度矢量V表示为V＝(v_x，v_y，ω)^T。

将从旋转体14传递给驱动球体11、12的角速度设为λ₁，将从旋转体15传递给驱动球体12、13的角速度设为λ₂，将从旋转体16传递给驱动球体11、13的角速度设为λ₃，角速度矢量λ表示为λ＝(λ₁，λ₂，λ₃)^T。

并且，式(17)的Q用以下的式(18)表示。

[数学式10]

因此，Q-¹用以下的式(19)表示。

[数学式11]

这里，若

则k能够用以下的式(20)来表示。

[数学式12]

另外，如图4、图5所示，将驱动球体11、12、13各自的半径设为R，将连接驱动球体11的中心P1及驱动球体12的中心P2的直线与连接驱动球体11的中心P1及驱动球体13的中心P3的直线所成的角度、连接驱动球体11的中心P1及驱动球体12的中心P2的直线与连接驱动球体12的中心P2及驱动球体13的中心P3的直线所成的角度、连接驱动球体11的中心P1及驱动球体13的中心P3的直线与连接驱动球体12的中心P2及驱动球体13的中心P3的直线所成的角度分别设为ψ，将从连接触点T14及触点T24的直线到侧面α的距离、从连触点T25及触点T35的直线到侧面β的距离、从连接触点T16及触点T36的直线到侧面γ的距离分别设为d，将侧面28相对于旋转体14的轴心的角度、侧面29相对于旋转体15的轴心的角度、侧面30相对于旋转体16的轴心的角度分别设为δ，以下的式(21)、式(22)、式(23)成立。

[数学式13]

d＝Rsinδ  (22)

r＝r+R(1-cosδ)  (23)

上述研究是针对3个驱动球体11、12、13大小相同，并且以驱动球体11的中心P1、驱动球体12的中心P2以及驱动球体13的中心P3作为三个顶点的三角形为正三角形的情况进行的，但即使驱动球体的大小(直径)彼此不同并且以3个驱动球体各自的中心作为顶点的三角形的3条边彼此长度不同，也能够得到相同结果。另外，即使驱动球体为4个以上，也能够得到相同结果。但是，在全部的驱动球体的大小相同并且以各驱动球体的中心作为顶点的多边形为等角多边形的情况下，易于计算使进行各马达的转速如何以使球体驱动式移动装置向所希望的方向移动，在该多边形为正多边形的情况下，与不是正多边形的等角多边形的情况相比，该计算更容易。另外，如果各驱动球体的大小相同，则以各驱动球体的中心作为顶点的多边形与假想倒n棱锥的底面具有相同形状而大小不同。

至此说明的球体驱动式移动装置10具有3个驱动球体11、12、13，但驱动球体也可以是4个以上，也可以是2个。

在驱动球体为q个(q≥4)的情况下，基于假想倒q棱锥(棱锥上下颠倒)来决定驱动球体和旋转体的配置，2个旋转体与各驱动球体接触。

在驱动球体为2个的情况下，设置有在行驶面上滚动的1个或多个从动旋转物(例如，球体或旋转轴的方向变更自如的辊子)，球体驱动式移动装置在使2个驱动球体以及1个或多个从动旋转物与行驶面接触的状态下行驶。

以下，参照图6对具有2个驱动球体11、12和1个从动球体(从动旋转物的一例)43的球体驱动式移动装置40进行说明。另外，在球体驱动式移动装置40中，对与球体驱动式移动装置10相同的结构标注相同的标号并省略详细说明。

如图6所示，本发明的第2实施例的球体驱动式移动装置40是在行驶面G上移动的装置，该球体驱动式移动装置40具有：2个驱动球体11、12，它们分别在行驶面G上滚动；从动球体43，其在行驶面G上滚动；以及3个(m个的一例，m为3以上的整数)旋转体14、45、46，它们以从两个不同的方向与各驱动球体11、12接触的状态进行旋转驱动而使驱动球体11、12旋转。

旋转体14通过马达18的动作而以马达18的旋转轴19为中心进行旋转驱动，旋转体45通过旋转轴47与旋转体45的轴心连结的马达48的动作而以旋转轴47为中心进行旋转驱动，旋转体46通过旋转轴49与旋转体46的轴心连结的马达50的动作而以旋转轴49为中心进行旋转驱动。

旋转体14、46从不同的方向与驱动球体11接触，旋转体14、45从不同的方向与驱动球体12接触。从动球体43通过球式脚轮51、52、53与从动球体43接触而被保持在规定的位置。另外，在图6中，仅记载了球式脚轮24、25、51、52、53的球。

将驱动球体11与旋转体14的侧面28及旋转体46的侧面54接触的触点分别设为触点T14、T16'，将驱动球体12与旋转体14的侧面28及旋转体45的侧面55接触的触点分别设为触点T24、T25'，触点T14、T16'、T24、T25'在比驱动球体11的中心P1和驱动球体12的中心P2(在本实施例中，除此之外还有从动球体43的中心P3')高的位置配置在相同高度。

由此，旋转体14在比驱动球体11的中心P1高的位置与驱动球体11接触，在比驱动球体12的中心P2高的位置与驱动球体12接触，旋转体45在比驱动球体12的中心P2高的位置与驱动球体12接触，旋转体46在比驱动球体11的中心P1高的位置与驱动球体11接触。

将三角形(在本实施例中为等腰三角形)的底面η'配置在比驱动球体11的中心P1、驱动球体12的中心P2以及从动球体43的中心P3'高的位置并且远离底面η'的顶点O'配置在比驱动球体11的中心P1、驱动球体12的中心P2以及从动球体13的中心P3'低的位置的三棱锥设为假想倒三棱锥H'，将底面η'的三个顶点分别设为顶点A'、B'、C'，将以顶点O'、A'、B'作为三个顶点的三角形的侧面设为侧面α'(通过驱动球体11的中心P1和驱动球体12的中心P2的假想倾斜面的一例)，将以顶点O'、B'、C'作为三个顶点的三角形的侧面设为侧面β'，将以顶点O'、A'、C'作为三个顶点的三角形的侧面设为侧面γ'，将连接顶点O'、A'的直线状的边设为侧边S1'，将连接顶点O'、B'的直线状的边设为侧边S2'，将连接顶点O'、C'的直线状的边设为侧边S3'，则球体驱动式移动装置40设计为满足后述的条件7～9全部。

条件7：驱动球体11的中心P1、驱动球体12的中心P2以及从动球体43的中心P3'分别位于侧边S1'、S2'、S3'上。

条件8：旋转体14在假想倒三棱锥H'的内侧(即，以作为假想倾斜面的一例的侧面α'为基准的从动球体43侧)与驱动球体11、12接触，旋转体45在假想倒三棱锥H'的内侧与驱动球体12接触，旋转体46在假想倒三棱锥H'的内侧与驱动球体11接触。

条件9：旋转轴19与侧面α'垂直，旋转轴47与侧面β'垂直，旋转轴49与侧面γ'垂直。

另外，在触点T14存在于比驱动球体11的中心P1稍高的位置，并且触点T24存在于比驱动球体12的中心P2稍高的位置的情况下，也可以满足以下的条件8'来代替条件8。

条件8'：旋转体14在假想倒三棱锥H'的侧面α'上与驱动球体11、12接触，旋转体45在假想倒三棱锥H'的侧面β'上与驱动球体12接触，旋转体46在假想倒三棱锥H'的侧面γ'上与驱动球体11接触。

另外，根据条件9，与驱动球体11接触的旋转体14的旋转轴19和旋转体46的旋转轴49不平行，与驱动球体12接触的旋转体14的旋转轴19和旋转体45的旋转轴47不平行。另外，通过调整旋转体14、45、46的角速度，能够在抑制了驱动球体11、12相对于旋转体14的横向滑动、驱动球体12相对于旋转体45的横向滑动以及驱动球体11相对于旋转体46的横向滑动的状态下，使球体驱动式移动装置40在行驶面G上向任何方向移动。

与球体驱动式移动装置10同样地，在球体驱动式移动装置40中也是，旋转体14、45、46分别呈圆锥台状。通过驱动球体11与旋转体14的侧面28的触点T14以及驱动球体11的中心P1的假想直线与旋转体14的侧面28垂直相交，通过驱动球体12与旋转体14的侧面28的触点T24以及驱动球体12的中心P2的假想直线与旋转体14的侧面28垂直相交，通过驱动球体11与转动体46的侧面54的触点T16'以及驱动球体11的中心P1的假想直线与转动体46的侧面54垂直相交，通过驱动球体12与旋转体45的侧面55的触点T25'以及驱动球体12的中心P2的假想直线与旋转体45的侧面55垂直相交。此外，球体驱动式移动装置40中的驱动球体11、12和旋转体14、45、46的位置关系也与球体驱动式移动装置10中的驱动球体11、12和旋转体14、15、16的位置关系相同。

以上，对本发明的实施例进行了说明，但本发明不限于上述方式，不脱离主旨的条件变更等全部属于本发明的应用范围。

例如，也可以是，通过1个马达而对架设有动力传递带等的2个旋转体进行旋转驱动，使2个旋转体分别与相邻的驱动球体中的一个和另一个接触，也可以是，使不同的旋转体分别与相邻的驱动球体接触，使该2个旋转体分别连结有马达。

也可以是，一种球体驱动式移动装置，其在行驶面上移动，该球体驱动式移动装置具有：2个驱动球体，它们分别在行驶面上滚动；从动旋转体，其在行驶面上滚动；以及r个(r为3以上的整数)旋转体，它们以从两个不同的方向与各驱动球体接触的状态进行旋转驱动而使驱动球体旋转，其中，在通过1个马达对架设有动力传递带等的2个旋转体进行旋转驱动，并使2个旋转体分别与相邻的驱动球体中的一个和另一个接触的情况下，使各旋转体在比所接触的驱动球体的中心高的位置与驱动球体接触，使r个旋转体中的被共同的马达赋予驱动旋转力的2个旋转体在以通过各驱动球体的中心的假想倾斜面为基准的从动旋转物侧或假想倾斜面上与驱动球体接触，并且以与假想倾斜面垂直的旋转轴为中心进行旋转驱动。并且，在该情况下，驱动球体与旋转体的位置关系与球体驱动式移动装置10中的驱动球体11、12和旋转体14、15、16的位置关系以及球体驱动式移动装置40中的驱动球体11、12和旋转体14、45、46的位置关系相同。

另外，旋转体不必是圆锥台状，例如也可以是圆柱状，也可以是球状。

而且，旋转体的旋转轴可以是轴件(即，实际存在的部件)，也可以是假想轴。

而且，支承驱动球体的不限于球式脚轮，例如，也可以采用自由脚轮或全方位轮等自由辊式车轮来代替球式脚轮。

另外，各驱动球体也可以大小不同，各旋转体也可以大小或形状不同。而且，也可以将各旋转体配置为在将各驱动球体置于水平面的状态下各旋转体与驱动球体接触的高度不同。

此外，本发明也可以应用于行驶面上的移动方向特定的球体驱动式移动装置(例如，仅可前进和后退的球体驱动式移动装置)。

本发明的球体驱动式移动装置能够在抑制了与驱动球体接触的旋转体空转的状态下行驶，因此能够稳定地进行沿着期望路径的移动，能够应用于轮椅或无人搬运车。

标号说明

10：球体驱动式移动装置；11、12、13：驱动球体；14、15、16：旋转体；18：马达；19：旋转轴；20：马达；21：旋转轴；22：马达；23：旋转轴；24、25、26：球式脚轮；27：基座部件；28、29、30：侧面；40：球体驱动式移动装置；43：从动球体；45、46：旋转体；47：旋转轴；48：马达；49：旋转轴；50：马达；51、52、53：球式脚轮；54、55：侧面；A、B、C、A’、B’、C’：顶点；G：行驶面；H、H’：假想倒三棱锥；J14、J16、J24、J25、J35、J36：假想直线；K12、K13、K23：假想直线；O、O’：顶点；P1、P2、P3、P3’：中心；S1、S2、S3、S1’、S2’、S3’：侧边；T14、T16、T24、T25、T35、T36、T16’、T25’：触点；α、β、γ、α’、β’、γ’：侧面；η、η’：底面。

Claims (9)

1.一种球体驱动式移动装置，其在行驶面上移动，该球体驱动式移动装置具有：多个驱动球体，它们分别在所述行驶面上滚动；以及3个以上的旋转体，它们以从两个不同的方向与各所述驱动球体接触的状态进行旋转驱动而使该驱动球体旋转，其特征在于，

将所述行驶面设为水平面，

各所述旋转体在比所接触的所述驱动球体的中心高的位置与该驱动球体接触，至少利用该球体驱动式移动装置的部件的自重而将各所述旋转体按压于所述驱动球体。

2.根据权利要求1所述的球体驱动式移动装置，其特征在于，

也利用载置于该球体驱动式移动装置的物体的自重而将各所述旋转体按压于所述驱动球体。

3.根据权利要求1或2所述的球体驱动式移动装置，其特征在于，

在利用自重将各所述旋转体按压于所述驱动球体的该球体驱动式移动装置的部件中包含装配有轴承机构的基座部件，在该轴承机构旋转自如地安装有所述旋转体。

4.根据权利要求1或2所述的球体驱动式移动装置，其特征在于，

所述驱动球体为n个，

各所述驱动球体的中心位于假想倒n棱锥的各侧边上，该假想倒n棱锥的底面配置在比各该驱动球体的中心高的位置并且远离该底面的顶点配置在比各该驱动球体的中心低的位置，

将以各所述旋转体所接触的所述驱动球体的中心所在的两条所述侧边作为外缘的一部分的所述假想倒n棱锥的侧面设为各该旋转体的对应侧面，各所述旋转体在所述假想倒n棱锥的内侧或所述对应侧面上与该驱动球体接触，并且以与该对应侧面垂直的旋转轴为中心进行旋转驱动，

其中，n为3以上的整数。

5.根据权利要求4所述的球体驱动式移动装置，其特征在于，

通过所述驱动球体与所述旋转体的触点以及该驱动球体的中心的各假想直线J与该驱动球体的中心所在的所述侧边垂直。

6.根据权利要求4所述的球体驱动式移动装置，其特征在于，

各所述旋转体呈圆锥台状，并且侧面与所述驱动球体接触，通过该驱动球体与该旋转体的侧面的触点以及该驱动球体的中心的假想直线J与该旋转体的侧面垂直相交。

7.根据权利要求4所述的球体驱动式移动装置，其特征在于，

所述假想倒n棱锥的各侧面与通过位于中心分别配置在构成该侧面的外缘的一部分的两条所述侧边上的两个所述驱动球体之间的所述旋转体与一方的该驱动球体的触点以及该旋转体与另一方的该驱动球体的触点的假想直线K平行。

8.根据权利要求4所述的球体驱动式移动装置，其特征在于，

所述假想倒n棱锥的底面为等角多边形。

9.根据权利要求1所述的球体驱动式移动装置，其特征在于，

各所述驱动球体的大小相同，各所述旋转体呈大小相同的圆锥台状，并且侧面在相同高度与所述驱动球体接触。

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