JP2001163277A - Rotating drive unit for sphere - Google Patents

Rotating drive unit for sphere

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JP2001163277A
JP2001163277A JP37619299A JP37619299A JP2001163277A JP 2001163277 A JP2001163277 A JP 2001163277A JP 37619299 A JP37619299 A JP 37619299A JP 37619299 A JP37619299 A JP 37619299A JP 2001163277 A JP2001163277 A JP 2001163277A
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JP
Japan
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sphere
driving
drive rollers
drive
rollers
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JP37619299A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazumori Ide
萬盛 井出
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a rotating drive unit capable of simultaneously attaining the free rotating drive of a sphere and the spatial support of the sphere and simplifying the support mechanism of the sphere by using three or more drive rollers for one sphere. SOLUTION: This rotating drive unit for sphere comprises three drive rollers pressed onto the sphere to rotatably support it. The three drive rollers are arranged at equal intervals in the halved height of the sphere and constituted so that the directions of the rotating axes can be freely set within the horizontal plane in the halved height of the sphere, and the three drive rollers are operated so that the rotating speed is conformed to the surface speed of the sphere in the pressure contact point.

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】本発明は球体の側面を駆動用
ローラやタイヤなどで圧接しながら回転駆動して全方向
に回転駆動させる球体の回転駆動装置であって、一般の
自動車や倉庫などの狭い空間で作業する搬送車あるいは
移動ロボットの駆動装置として使用する他にロボットア
ームの関節駆動などに使用する新しい球体の回転駆動装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotary driving device for a sphere, which is driven to rotate in all directions by rotating the side surface of the sphere while pressing it with a driving roller or a tire. The present invention relates to a rotary driving device for a new sphere used for driving a joint of a robot arm in addition to being used as a driving device for a transport vehicle or a mobile robot working in a small space.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、特許出願公開昭60−1044
75号公報に示される走行装置では、回転体に球体を用
い、球体1個に接した2個の駆動ローラにて前後、左
右、あるいは斜め方向に回転可能なものを2組用いるこ
とにより全方向の移動や自転ができるようにしている。
2. Description of the Related Art For example, Patent Application Publication No. 60-1044
In the traveling device disclosed in Japanese Patent Publication No. 75, a sphere is used as a rotating body, and two sets of two driving rollers in contact with one sphere can be rotated in the front-rear, left-right, or oblique directions. You can move and rotate.

【0003】また、特許出願公告昭60−38240号
公報に示される自走台車では、車体に3つ以上の球状の
車輪を用い、車輪に外接した2個のローラを互いに独立
に駆動回転させる駆動装置を用いることにより台車が全
方向に走行できるようにしている。
In a self-propelled vehicle disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 60-38240, three or more spherical wheels are used for a vehicle body, and two rollers circumscribing the wheels are driven and rotated independently of each other. By using the device, the bogie can travel in all directions.

【0004】これらに用いられている球体の駆動装置は
互いに直角をなす方向に2個の駆動ローラを配置し、互
いに独立に回転駆動させることによって球体の回転軸を
自在に設定できるように構成しているという共通点があ
る。
[0004] The ball driving device used in these devices has two driving rollers arranged in a direction perpendicular to each other, and is configured to be able to freely set the rotation axis of the ball by rotating independently of each other. Have something in common.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の技
術に見られる球体1個に対して2個の駆動ローラによる
球体の回転駆動装置は駆動ローラの回転方向に対して周
囲の支持機構が対称でない為、球体の全回転方向に対し
て一定の回転力が発生しないという問題点がある。した
がってこれらを走行装置や走行台車などに用いた場合、
前後、左右、あるいは斜め方向に一定の推力を発生する
ことが難しくなる。
In the above-described prior art, a sphere rotation drive device using two drive rollers for one sphere is provided with a peripheral support mechanism in the rotation direction of the drive roller. Since it is not symmetric, there is a problem that a constant rotational force is not generated in all rotational directions of the sphere. Therefore, when these are used for traveling devices and traveling vehicles,
It becomes difficult to generate a constant thrust in the front-back, left-right, or diagonal directions.

【0006】また、球体を支持する為の機構と駆動する
為の機構が複雑に関係し合って構成されていることは駆
動源からのエネルギーを効率よく伝達できないという問
題点もある。さらに、何れの場合においても球体を支持
する為の複雑で頑強な支持体が必要となるという問題点
がある。
In addition, the fact that the mechanism for supporting the sphere and the mechanism for driving the sphere are complicatedly related to each other has a problem that energy from the driving source cannot be transmitted efficiently. Further, in any case, there is a problem that a complicated and robust support for supporting the sphere is required.

【0007】そこで本発明は一つの球体に対して3つ以
上の駆動ローラを用いることにより、球体の自在な回転
駆動と、球体の空間的な支持を同時に達成できる回転駆
動装置の提供を目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a rotary drive device that can simultaneously achieve free rotation of a sphere and spatial support of the sphere by using three or more drive rollers for one sphere. Is what you do.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために球体を圧接して回転自在に支持する3つの駆
動ローラを備え、前記3つの駆動ローラを球体の半分の
高さにて等間隔に配置し、球体の半分の高さにおける水
平面内で回転軸の方向を自在に設定できるように構成
し、前記3つの駆動ローラの回転速度を圧接点における
球体の表面速度と一致させるように運転することを特徴
とする球体の回転駆動装置を採用し、
In order to achieve the above object, the present invention comprises three driving rollers for pressing a sphere so as to be rotatable and rotatably supporting the sphere, wherein the three driving rollers are arranged at half the height of the sphere. The rotation axes of the three drive rollers are arranged at equal intervals so that the direction of the rotation axis can be freely set in a horizontal plane at half the height of the sphere, so that the rotation speed of the three drive rollers matches the surface speed of the sphere at the pressure contact. Adopt a spherical rotary drive characterized by driving in

【0009】さらに、球体の外周に圧接し、球体を回転
自在に支持する3つ以上の駆動ローラを備え、前記球体
の外周に圧接した3つ以上の駆動ローラの各圧接点を頂
点とする多角形の平面が前記球体の球心を通るように前
記3つ以上の駆動ローラを配置し、球体の回転軸の方向
を前記多角形の平面内で自在に設定できるように構成
し、前記3つ以上の駆動ローラの回転速度を圧接点にお
ける球体の表面速度と一致させるように運転することを
特徴とする球体の回転駆動装置を採用するものである。
Further, there are provided three or more drive rollers which are in pressure contact with the outer periphery of the sphere and rotatably support the sphere, and each of the three or more drive rollers which are in pressure contact with the outer periphery of the sphere has a peak at each pressure contact point. The three or more driving rollers are arranged so that a square plane passes through the spherical center of the sphere, and the direction of the rotation axis of the sphere can be freely set within the polygonal plane. The present invention employs a rotation driving device for a sphere, which is operated so that the rotation speed of the driving roller matches the surface speed of the sphere at the pressure contact.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0011】[0011]

【実施例】図1は本発明の第一実施例の球体の回転駆動
装置を示した斜視図であり、駆動モータ(1,2,3)
とその回転軸に固定された駆動ローラ(R1、R2,R
3)から構成される3つの駆動源を球体7の外側に配置
して、球体7の球心Oに対して各々120度間隔を開
け、球体7の球体の半分の高さにて3つの駆動ローラ
(R1、R2,R3)を等間隔に圧接している。また、
駆動モータと駆動ローラから構成される各駆動源は固定
用の金具(4,5,6)を用いて固定基盤8に固定され
ている。
FIG. 1 is a perspective view showing a rotary driving device for a spherical body according to a first embodiment of the present invention, wherein a driving motor (1, 2, 3) is shown.
And drive rollers (R1, R2, R
The three driving sources composed of 3) are arranged outside the sphere 7, and are spaced apart from each other by 120 degrees with respect to the sphere center O of the sphere 7, and three driving sources are set at half the height of the sphere 7. The rollers (R1, R2, R3) are pressed at equal intervals. Also,
Each drive source composed of a drive motor and a drive roller is fixed to the fixed base 8 using fixing brackets (4, 5, 6).

【0012】前述の駆動モータ(1,2,3)は回転力
を生じる他の駆動動力であってもよい。また、駆動力を
球体7に伝達する駆動ローラ(R1、R2,R3)はゴ
ムでできているが、樹脂や金属でもよい。また、駆動力
を受ける球体7はゴムでできているが、金属や樹脂でも
よい。
The above-mentioned drive motors (1, 2, 3) may be other drive powers that generate rotational force. The driving rollers (R1, R2, R3) for transmitting the driving force to the sphere 7 are made of rubber, but may be made of resin or metal. The sphere 7 receiving the driving force is made of rubber, but may be metal or resin.

【0013】3つの駆動ローラ(R1、R2,R3)は
球体7の水平な外周に圧接されていて、各駆動ローラの
圧接点(r1、r2、r3)を頂点としてできる正三角
形△r1・r2・r3の平面は球体7の球心を通ってい
る。
The three drive rollers (R1, R2, R3) are pressed against the horizontal outer periphery of the sphere 7, and an equilateral triangle {r1, r2} having the pressure contacts (r1, r2, r3) of each drive roller as vertices. -The plane of r3 passes through the spherical center of the spherical body 7.

【0014】図2は前記第一実施例における駆動装置の
正面図であり、球体7の垂直方向の動きを補助的に支持
する為の補助キャスタ9が固定基盤8の中央に取り付け
られている。本発明の球体駆動装置では球体7を空間の
一点に止めながら回転させることができる為、定常的に
は球体7を垂直方向に支持する必要はない。第一実施例
では、球体7に対して垂直方向に過重な力が加わった場
合の補助的な支持機構として前記補助キャスタ9を備え
ているものである。
FIG. 2 is a front view of the driving device according to the first embodiment, in which an auxiliary caster 9 for supporting the vertical movement of the sphere 7 is mounted at the center of the fixed base 8. In the sphere driving device of the present invention, since the sphere 7 can be rotated while being stopped at one point in space, it is not necessary to constantly support the sphere 7 in the vertical direction. In the first embodiment, the auxiliary caster 9 is provided as an auxiliary support mechanism when an excessively heavy force is applied to the sphere 7 in the vertical direction.

【0015】第一実施例に示すように球体7の周囲に等
間隔に駆動源を配置すると各駆動ローラ(R1、R2,
R3)と球体7との圧接点(r1,r2、r3)を頂点
とする三角形△r1・r2・r3は正三角形となる為、
各駆動ローラ(R1、R2,R3)による球体7の水平
方向に対する支持力は均一になる。また、球体7の球心
Oは三角形の重心と一致し、正三角形△r1・r2・r
3の内側になる。
As shown in the first embodiment, when driving sources are arranged at equal intervals around the sphere 7, each driving roller (R1, R2,
R3) and the triangle △ r1, r2, r3 having the pressure contact point (r1, r2, r3) between the sphere 7 as a vertex is an equilateral triangle.
The support force of the driving roller (R1, R2, R3) in the horizontal direction of the sphere 7 becomes uniform. Further, the spherical center O of the sphere 7 coincides with the center of gravity of the triangle, and the equilateral triangle {r1, r2, r
3 inside.

【0016】また、第一実施例のような構造で球体7を
回転させる場合、各駆動ローラ(R1、R2,R3)か
ら独立して球体7に回転力を与えることができない。す
なわち、いずれかの駆動ローラ1つを回転させた場合、
球体7に対しては上下運動を与えたことになり、球体7
を垂直方向に対して補助的に支持する補助キャスタ9を
介して他の2つの駆動ローラに対しても回転力を与える
ことになったり、あるいは球体7が浮き上がってしま
う。したがって、3つ以上の駆動ローラによる球体の回
転駆動は各駆動ローラによる協調した駆動が必要にな
る。
When the sphere 7 is rotated with the structure as in the first embodiment, a rotational force cannot be applied to the sphere 7 independently of the driving rollers (R1, R2, R3). That is, when one of the driving rollers is rotated,
The vertical movement is given to the sphere 7, and the sphere 7
Will be applied to the other two drive rollers via the auxiliary casters 9 that support the vertical direction in the vertical direction, or the sphere 7 will rise. Therefore, the rotational drive of the sphere by three or more drive rollers requires coordinated drive by each drive roller.

【0017】そこでまず、回転する球体と一個の駆動ロ
ーラの基本的な関係から説明する。図8は既に回転して
いる球体7に抵抗無く回転するローラ10を一個だけ圧
接した場合の斜視図であり、xyzの三次元空間におけ
る座標原点に球心Oを一致させた半径rの球体が速度V
でx軸の正の方向に対してθの方向に回転している。こ
のとき、回転軸Wはxy平面上にあるものとする。
First, the basic relationship between the rotating sphere and one drive roller will be described. FIG. 8 is a perspective view of a case where only one roller 10 rotating without resistance is pressed against the already rotating sphere 7, and a sphere having a radius r in which the spherical center O coincides with the coordinate origin in the xyz three-dimensional space is shown. Speed V
, In the direction of θ with respect to the positive direction of the x-axis. At this time, it is assumed that the rotation axis W is on the xy plane.

【0018】また、図8に示すように、既に回転してい
る球体7では回転軸Wに近い球面の速度は遅く、回転軸
Wから離れた球面の速度は早くなる。そこで、以後の表
現において球体7の回転速度Vは球体7の天頂における
速度を使用する。
As shown in FIG. 8, in a sphere 7 already rotating, the speed of a sphere near the rotation axis W is low, and the speed of a sphere away from the rotation axis W is high. Therefore, in the following expressions, the rotational speed V of the sphere 7 uses the speed at the zenith of the sphere 7.

【0019】さて、速度Vで回転する球体に対して任意
の速度で回転する駆動ローラを任意の場所に圧接すると
相互作用を生じ、圧接点において摩擦が生じる。しか
し、このような場合、駆動ローラを球体7の表面速度と
一致させた回転速度で球体に圧接させることによって相
互作用を無くすことができる。
When a driving roller rotating at an arbitrary speed is pressed against an arbitrary place against a sphere rotating at a speed V, an interaction occurs, and friction occurs at a pressing contact. However, in such a case, the interaction can be eliminated by pressing the drive roller against the sphere at a rotational speed that matches the surface speed of the sphere 7.

【0020】そこで、既に回転している球体7の表面速
度について説明する。回転している球体7の表面速度を
計算する為に抵抗無く回転するローラ10を球体7の外
周に対して直角に圧接した状況を考える。すなわち、図
8において抵抗無く回転するローラ10を球体7の外周
表面に直角に圧接すると抵抗無く回転するローラ10は
圧接点で球体7の表面速度VRで回転し、圧接点の軌跡
LRは回転軸Wを中心にして円形になる。この抵抗無く
回転するローラ10の速度VRは球体7の外周における
圧接場所によって異なり、圧接点の軌跡LRも異なる。
The surface velocity of the sphere 7 already rotating will now be described. Consider a situation in which the roller 10 that rotates without resistance is pressed at right angles to the outer periphery of the sphere 7 in order to calculate the surface velocity of the sphere 7 that is rotating. That is, in FIG. 8, when the roller 10 that rotates without resistance is pressed against the outer peripheral surface of the sphere 7 at right angles, the roller 10 that rotates without resistance rotates at the surface velocity VR of the sphere 7 at the pressure contact, and the locus LR of the pressure contact is the rotation axis. It becomes circular around W. The speed VR of the roller 10 that rotates without resistance varies depending on the pressure contact location on the outer periphery of the sphere 7, and the locus LR of the pressure contact also varies.

【0021】図9は半径rの球体7の外周に抵抗無く回
転するローラ10を垂直に圧接した場合のxy平面にお
ける平面図で、球体7は回転軸Wを軸として回転してい
るところである。図9を用いて回転する球体7と抵抗無
く圧接回転するローラ10との基本的な関係について説
明する。
FIG. 9 is a plan view in the xy plane when the roller 10 that rotates without resistance is vertically pressed against the outer periphery of the sphere 7 having a radius r. The sphere 7 is rotating around the rotation axis W. The basic relationship between the rotating sphere 7 and the roller 10 that rotates by pressing without resistance will be described with reference to FIG.

【0022】図9のように、速度Vで回転している半径
rの球体7に正のx軸に対して角度αの方向から抵抗無
く回転するローラ10を垂直に圧接するとき、圧接点の
軌跡LRは次のようになる。すなわち、
As shown in FIG. 9, when the roller 10 rotating without resistance from the direction of the angle α to the positive x-axis is vertically pressed against the sphere 7 of radius r rotating at the speed V, The trajectory LR is as follows. That is,

【0023】[0023]

【数1】 LR=2πr・Cos(α−θ)LR = 2πr · Cos (α−θ)

【0024】また、速度Vで回転している半径rの球体
7の円周Lは
The circumference L of the sphere 7 of radius r rotating at the speed V is

【数2】 L=2πrL = 2πr

【0025】球体7が速度Vで一回転するとき抵抗無く
回転するローラ10によってできる圧接点の軌跡LRも
一回転する為、いずれも一回転に要する時間は同じにな
る。すなわち
When the sphere 7 makes one rotation at the speed V, the locus LR of the pressure contact formed by the roller 10 rotating without resistance also makes one rotation, so that the time required for one rotation is the same in each case. Ie

【0026】[0026]

【数3】 L/V=LR/VRL / V = LR / VR

【0027】これより、抵抗無く回転するローラ10の
回転速度VRは圧接点における球体7の表面速度と一致
し、次のように計算できる。
From this, the rotation speed VR of the roller 10 rotating without resistance matches the surface speed of the sphere 7 at the pressure contact, and can be calculated as follows.

【0028】[0028]

【数4】 VR=LR・V/L=2πr・Cos(α−
θ)・V/2πr=Cos(α−θ)・V
## EQU4 ## VR = LR · V / L = 2πr · Cos (α−
θ) · V / 2πr = Cos (α−θ) · V

【0029】以上のことから、速度Vでθの方向に回転
している球体7の外周において、駆動用ローラを上記速
度VRで回転させて角度αの方向から圧接した場合、圧
接点における球体7の表面速度と前記駆動用ローラの回
転速度が同じになる為、球体7と球体駆動用ローラの間
に相互作用は発生せず、互いに独立した関係になる。
From the above, when the driving roller is rotated at the above-mentioned speed VR and pressed against the direction of the angle α on the outer periphery of the sphere 7 rotating in the direction of θ at the speed V, the sphere 7 at the pressure contact Since the surface speed of the sphere 7 and the rotation speed of the driving roller are the same, no interaction occurs between the sphere 7 and the sphere driving roller, and the sphere 7 and the sphere driving roller are independent of each other.

【0030】また、球体7に圧接する駆動ローラを同時
に複数取り付けても圧接する角度αに対応して各駆動ロ
ーラの回転速度VRを上述の如く調整することによっ
て、球体と複数の駆動ローラとの間に相互作用は発生し
ない。このとき、複数の駆動ローラは球体を介して力学
的に接続されるが、複数の駆動ローラ間にも相互作用は
生じないことになる。
Even if a plurality of drive rollers are pressed against the sphere 7 at the same time, the rotational speed VR of each drive roller is adjusted as described above in accordance with the angle α to be pressed, so that the sphere and the plurality of drive rollers can be connected. No interaction occurs between them. At this time, the plurality of drive rollers are mechanically connected via the sphere, but no interaction occurs between the plurality of drive rollers.

【0031】さて、図3は第一実施例における球体の回
転駆動装置の平面図であり、球体7の球心Oを原点とし
て各々120度の等間隔で球体7の周囲に駆動ローラが
3つ配置されている。3つの駆動ローラ(R1、R2、
R3)の配置角度は駆動ローラR1を基準にして、それ
ぞれα1=0度、α2=120度、α3=240度とな
る。また、球体7が回転する速度をVとし、その回転方
向θも駆動ローラR1を基準として角度設定している。
このように、球体7の半分の高さにて3つの駆動ローラ
が等間隔で配置された場合について次に説明する。
FIG. 3 is a plan view of the rotation driving device for a sphere in the first embodiment. Three driving rollers are provided around the sphere 7 at equal intervals of 120 degrees from the center O of the sphere 7 as an origin. Are located. Three drive rollers (R1, R2,
The arrangement angles of R3) are α1 = 0 degrees, α2 = 120 degrees, and α3 = 240 degrees, respectively, based on the driving roller R1. The speed at which the sphere 7 rotates is V, and the rotation direction θ is set at an angle with respect to the driving roller R1.
The case where three drive rollers are arranged at equal intervals at half the height of the sphere 7 will be described below.

【0032】駆動ローラR1を基準とすると3つの駆動
ローラ(R1、R2、R3)の配置角度 α1=0度、
α2=120度、α3=240度に対応して球体の表面
速度に同期する3つの駆動ローラ(R1、R2、R3)
の回転速度(V R1、VR2、V R3)が次のよう
に計算できる。すなわち、
Based on the driving roller R1, the arrangement angle α1 = 0 degrees of the three driving rollers (R1, R2, R3),
Three drive rollers (R1, R2, R3) synchronized with the surface velocity of the sphere corresponding to α2 = 120 degrees and α3 = 240 degrees
Can be calculated as follows (VR1, VR2, VR3). That is,

【0033】[0033]

【数5】 V R1=Cos(θ)・VV R1 = Cos (θ) · V

【0034】[0034]

【数6】 V R2=Cos(120−θ)・V## EQU00006 ## VR2 = Cos (120-.theta.). V

【0035】[0035]

【数7】 V R3=Cos(240−θ)・V## EQU00007 ## VR3 = Cos (240-.theta.). V

【0036】これらは、球体7に対して垂直方向に作用
し、その結果、球体7は球心Oを原点として回転軸Wを
中心に回転することになる。
These act on the sphere 7 in the vertical direction. As a result, the sphere 7 rotates about the rotation axis W with the sphere O as the origin.

【0037】また、第一実施例における3つの駆動ロー
ラ(R1、R2、R3)の回転速度(V R1、V R
2、V R3)の代数和は次のようになる。すなわち、
Further, the rotation speeds (VR1, VR) of the three drive rollers (R1, R2, R3) in the first embodiment.
The algebraic sum of 2, VR3) is as follows. That is,

【0038】[0038]

【数8】 V R+V R2+V R3=Cos(θ)
・V+Cos(120−θ)・V+Cos(240−
θ)・V={Cos(θ)+Cos(120−θ)+C
os(240−θ)}・V=0
## EQU8 ## VR + VR2 + VR3 = Cos (θ)
・ V + Cos (120-θ) ・ V + Cos (240-
θ) · V = {Cos (θ) + Cos (120−θ) + C
os (240−θ)} · V = 0

【0039】このことは、3つの駆動ローラ(R1、R
2、R3)の回転速度(V R1、V R2、V R
3)を上記式の如く維持することによって、球体7に作
用する上下運動が無くなり、球心Oは三次元空間の一点
に止まって動かないことを示す。
This means that three drive rollers (R1, R
2, R3) rotation speed (VR1, VR2, VR)
By maintaining 3) as in the above equation, the vertical movement acting on the sphere 7 is eliminated, and the sphere O stops at one point in the three-dimensional space and does not move.

【0040】図4は第一実施例における3つの駆動ロー
ラ(R1、R2、R3)による上記回転速度(V R
1、V R2、V R3)のベクトル関係を示したもの
である。
FIG. 4 shows the rotation speed (V R) by the three drive rollers (R1, R2, R3) in the first embodiment.
1, VR2, VR3).

【0041】図4において駆動ローラR1を速度V R
1で球体7に圧接した場合、球体7を下へ押し下げよう
とする垂直方向への作用になるが、前記説明の如く3つ
の駆動ローラ(R1、R2、R3)による協調駆動によ
って、前記垂直方向の作用は全体として打ち消し合っ
て、球体7を空間の一点に止め、球体7は垂直方向には
移動せずに回転する。
In FIG. 4, the driving roller R1 is set at a speed V R
When the ball 1 is pressed against the sphere 7 in the vertical direction, the sphere 7 acts in the vertical direction so as to push the sphere 7 downward. However, as described above, the vertical drive is performed by the coordinated driving by the three drive rollers (R1, R2, R3). Are canceled as a whole, the sphere 7 stops at one point in the space, and the sphere 7 rotates without moving in the vertical direction.

【0042】そして、球体7に対して各駆動ローラから
与えられる回転速度の成分は3つの駆動ローラの回転速
度(V R1、V R2、V R3)を球体7の天頂を
中心としてベクトル表現でき、各駆動ローラの回転速度
(V R1、V R2、VR3)を合成したものが実際
に回転する方向θと速度Vを与えることになる。
The rotational speed components given from the respective drive rollers to the sphere 7 can represent the rotational speeds (VR1, VR2, VR3) of the three drive rollers as vectors with the zenith of the sphere 7 as a center. The sum of the rotational speeds (VR1, VR2, VR3) of the respective drive rollers gives the actual rotation direction θ and the speed V.

【0043】したがって、各駆動ローラの回転速度(V
R1、V R2、V R3)のベクトル和は次のよう
に球体7の回転速度Vと回転方向θを与えるベクトルと
して表記できる。すなわち、
Therefore, the rotation speed (V
The vector sum of R1, VR2, VR3) can be expressed as a vector that gives the rotational speed V and rotational direction θ of the sphere 7 as follows. That is,

【0044】[0044]

【数9】V∠θ=2/3(V R1∠α1+V R2∠
α2+V R3∠α3)=2/3(V R1∠0°+V
R2∠120°+V R3∠240°)
## EQU9 ## V {θ = 2 (VR1Vα1 + VR2 R)
α2 + VR3∠α3) = 2/3 (VR1∠0 ° + V)
R2∠120 ° + V R3∠240 °)

【0045】上記の数式の如く、球体7は速度Vでθの
方向に回転することになる。
As shown in the above equation, the sphere 7 rotates in the direction of θ at the velocity V.

【0046】以上のことから、第一実施例における球体
7と3つの駆動ローラ(R1、R2、R3)間の相互作
用を全く無くすことができる条件は球体7が速度Vでθ
の方向に回転している時、3つの駆動ローラ(R1、R
2、R3)の回転速度(VR1、V R2、V R3)
を各圧接点における球体の表面速度と同期させることで
ある。
From the above, the condition under which the interaction between the sphere 7 and the three driving rollers (R1, R2, R3) in the first embodiment can be completely eliminated is that the sphere 7 has a velocity V and θ
, The three drive rollers (R1, R
2, R3) rotation speed (VR1, VR2, VR3)
Is synchronized with the surface velocity of the sphere at each pressure junction.

【0047】すなわち、球体7を3つの駆動ローラ(R
1、R2、R3)を使って上記回転速度(V R1、V
R2、V R3)で回転させることによって各駆動ロ
ーラ間の相互作用を無くしながら、速度Vでθの方向に
回転させることができ、協調した球体駆動になる。
That is, the sphere 7 is divided into three drive rollers (R
1, R2, R3) using the rotation speed (V R1, V R
By rotating at R2, VR3), the driving rollers can be rotated in the direction of θ at the speed V while eliminating the interaction between the driving rollers, and a coordinated sphere drive is achieved.

【0048】このように、第一実施例における3つの駆
動ローラ(R1、R2、R3)を各圧接点における球体
7の表面速度と同期させた回転速度(V R1、V R
2、V R3)で回転することによって球体7を速度V
で任意の方向に回転させることができ、且つ駆動ローラ
相互間の作用を無くした協調駆動ができ、さらに球体7
の上下運動を無くすことができる。
As described above, the three driving rollers (R1, R2, R3) in the first embodiment are rotated (VR1, VR) in synchronization with the surface speed of the sphere 7 at each pressure contact.
2. The sphere 7 is rotated at a speed V by rotating at VR3).
Can rotate in any direction, and can perform cooperative driving without the interaction between the driving rollers.
Up and down movement can be eliminated.

【0049】図5は本発明における第二実施例の平面図
であり、球体7を回転駆動する3つの駆動ローラ(R
1、R2、R3)の圧接点(r1、r2、r3)を頂点
とする三角形の平面が前記球体7の球心Oを通るように
配置し、各駆動ローラ相互の位置関係は特に限定しない
一般的な場合である。また、前記3つの駆動ローラ(R
1、R2、R3)の圧接点(r1、r2、r3)を頂点
とする前記三角形の内側に前記球体7の球心Oが入るよ
うに球心Oを原点として駆動ローラR1と駆動ローラR
2はα2度、駆動ローラR1と駆動ローラR3はα3度
の角度を隔てて配置している。
FIG. 5 is a plan view of a second embodiment of the present invention, in which three drive rollers (R
1, R2, R3) are arranged so that a triangular plane having vertices at the pressure contacts (r1, r2, r3) of the sphere 7 passes through the spherical center O of the sphere 7, and the positional relationship between the drive rollers is not particularly limited. This is a typical case. Further, the three drive rollers (R
1, R2, R3), the driving roller R1 and the driving roller R having the spherical center O as the origin so that the spherical center O of the spherical body 7 is located inside the triangle having the vertexes of the pressure contacts (r1, r2, r3).
2 is disposed at an angle of α2 degrees, and the drive roller R1 and the drive roller R3 are disposed at an angle of α3 degrees.

【0050】このように、3つの駆動ローラ(R1、R
2、R3)の位置関係を互いに限定せずに配置しても、
3つの駆動ローラの圧接点(r1、r2、r3)を頂点
とする三角形△r1・r2・r3の平面が球心Oを通る
ように前記3つの駆動ローラ(R1、R2、R3)を配
置すれば球体7は前記3つの駆動ローラ(R1、R2、
R3)によって水平方向に支えられる。
As described above, the three drive rollers (R1, R
2, R3) can be arranged without limiting the positional relationship to each other,
The three drive rollers (R1, R2, R3) are arranged such that the plane of the triangle △ r1, r2, r3 having the vertices at the pressure contacts (r1, r2, r3) of the three drive rollers passes through the spherical center O. The sphere 7 is made up of the three drive rollers (R1, R2,
R3) supports in the horizontal direction.

【0051】さらに、各駆動ローラを圧接する配置角度
αに対応した前記駆動ローラの回転速度(V R1、V
R2、V R3)を維持することによって、球体7の
上下運動が無くなり、速度Vでθの方向に回転させるこ
とができる。
Further, the rotational speeds of the driving rollers (VR1, VR2) corresponding to the arrangement angle α at which the driving rollers are pressed against each other.
By maintaining R2, VR3), the vertical movement of the sphere 7 is eliminated, and the sphere 7 can be rotated in the direction of θ at the speed V.

【0052】したがって、球体7を回転駆動する3つの
駆動ローラ(R1、R2、R3)の圧接点(r1、r
2、r3)を頂点とする三角形の平面が前記球体7の球
心Oを通るように配置した球体の回転駆動装置では、球
体7を一定の空間に止めて、且つ回転自在に支えながら
速度Vでθの方向に回転させることができる。
Therefore, the pressure contact points (r1, r2) of the three drive rollers (R1, R2, R3) for rotating the sphere 7 are rotated.
In a sphere rotation driving device in which a triangular plane having the vertex of 2, r3) passes through the sphere O of the sphere 7, the velocity V is held while the sphere 7 is stopped in a fixed space and rotatably supported. Can be rotated in the direction of θ.

【0053】図6は本発明における第三実施例の平面図
であり、前記球体7を回転駆動する為の駆動ローラを増
やし、その数を特に限定せずにn個にした場合について
示すもので、速度Vでθの方向に点線Wを回転軸として
回転させている場面である。図6を参照しながら、球体
7を回転駆動するローラの数を限定しない一般的な場合
について説明する。
FIG. 6 is a plan view of a third embodiment of the present invention, showing a case where the number of drive rollers for rotating the spherical body 7 is increased and the number is not limited to n. In this case, the rotation is performed with the dotted line W as the rotation axis in the direction of θ at the speed V. A general case in which the number of rollers for driving the spherical body 7 is not limited will be described with reference to FIG.

【0054】図6の様に多くの駆動ローラを球体7の周
囲に配置した場合、各駆動ローラの回転速度VRnは配
置角度αnを用いて次のような一般的な計算式として表
せる。すなわち、
When many drive rollers are arranged around the sphere 7 as shown in FIG. 6, the rotation speed VRn of each drive roller can be expressed by the following general formula using the arrangement angle αn. That is,

【0055】[0055]

【数10】 VRn=Cos(αn−θ)・V ただし、n=1,2,3,4,・・・・・VRn = Cos (αn−θ) · V where n = 1, 2, 3, 4,...

【0056】図7は上記式に基づいて各駆動ローラの配
置角度αnに対応したVRnの計算結果を示すもので、
各駆動ローラの配置角度αに対する回転速度VRは正弦
波状に変化し配置角度αが360度回転したところで一
周期となって終了する。
FIG. 7 shows the calculation result of VRn corresponding to the arrangement angle αn of each drive roller based on the above equation.
The rotation speed VR of each drive roller with respect to the arrangement angle α changes in a sinusoidal manner, and when the arrangement angle α rotates 360 degrees, one cycle ends.

【0057】図7によると、球体7の周囲に取り付けた
駆動ローラの回転速度VRは正と負で対称となりその合
計は0になる。このことは、球体に作用する駆動ローラ
の回転速度VRnが正の場合、球体7を押し下げようと
する方向に作用し、回転速度VRnが負の場合、球体7
を押し上げようと作用する為、球体7の上下運動が釣り
合った状態となって、球体7を一定の空間に止めながら
回転運動だけが行われることを意味する。
According to FIG. 7, the rotational speed VR of the driving roller attached to the periphery of the sphere 7 is symmetrical between positive and negative, and becomes zero in total. This means that when the rotation speed VRn of the drive roller acting on the sphere is positive, the sphere 7 acts in a direction in which the sphere 7 is pressed down, and when the rotation speed VRn is negative, the sphere 7
, The vertical movement of the sphere 7 is in a balanced state, meaning that only the rotational movement is performed while the sphere 7 is kept in a certain space.

【0058】したがって、n個の駆動ローラを球体7の
外周に沿って配置し、且つ、この圧接点を頂点とするn
角形の平面が前記球体7の球心Oを通るように前記n個
の駆動ローラを配置し、各駆動ローラの回転速度VRn
を前記駆動ローラの位置角度αに対応した速度に維持す
ることで球体7は一定の空間に回転自在に支えられなが
ら速度Vでθの方向に回転する。
Therefore, n driving rollers are arranged along the outer periphery of the sphere 7 and n
The n drive rollers are arranged so that a square plane passes through the spherical center O of the sphere 7, and the rotation speed VRn of each drive roller is determined.
Is maintained at a speed corresponding to the position angle α of the drive roller, the sphere 7 rotates in the direction θ at the speed V while being rotatably supported in a fixed space.

【0059】[0059]

【発明の効果】上記構成よりなる本発明における球体の
回転駆動装置によれば、以下に記載されるような効果を
奏でる。
According to the sphere rotation driving device of the present invention having the above-described structure, the following effects can be obtained.

【0060】すなわち、球体の周囲を3つ以上の駆動ロ
ーラが囲むように配置する為、球体は駆動ローラによっ
て水平方向に支持される。
That is, since the sphere is arranged so as to surround three or more driving rollers, the sphere is horizontally supported by the driving rollers.

【0061】また、回転駆動時に球体の上下運動を無く
すことができる為、球体は一定空間に回転自在に支持で
きる。
Further, since the vertical movement of the sphere can be eliminated during the rotational driving, the sphere can be rotatably supported in a certain space.

【0062】また、球体の回転動作は前後左右対称であ
り、全方向に対して一定の回転力を発生することができ
る。
The rotation of the sphere is symmetrical in the front-rear and left-right directions, and can generate a constant rotational force in all directions.

【0063】さらに、駆動ローラ自身が支持体の役割を
兼ねる為、頑強で複雑な球体支持機構を設ける必要が無
く、駆動源の力を効率よく球体で利用することができ
る。
Further, since the drive roller itself also serves as a support, there is no need to provide a robust and complicated sphere support mechanism, and the power of the drive source can be used efficiently by the sphere.

【0064】[0064]

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

【図1】本発明の第一実施例の球体の回転駆動装置を示
す斜視図。
FIG. 1 is a perspective view showing a rotation driving device for a sphere according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第一実施例における駆動装置の正面図。FIG. 2 is a front view of the driving device according to the first embodiment.

【図3】第一実施例における球体駆動装置の平面図。FIG. 3 is a plan view of a sphere driving device according to the first embodiment.

【図4】第一実施例における3つの駆動ローラによる回
転速度(V R1、V R2、V R3)のベクトル関
係を示したものである。
FIG. 4 shows a vector relationship of rotation speeds (VR1, VR2, VR3) by three drive rollers in the first embodiment.

【図5】本発明の第二実施例の平面図である。FIG. 5 is a plan view of a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第三実施例の平面図である。FIG. 6 is a plan view of a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第三実施例における各駆動ローラの配
置角度αnに対応したVRnの計算結果を示すものであ
る。
FIG. 7 shows a calculation result of VRn corresponding to the arrangement angle αn of each drive roller in the third embodiment of the present invention.

【図8】回転している半径rの球体7の外周に抵抗無く
回転するローラ10を垂直に圧接した場合のxyz空間
における斜視図である。
FIG. 8 is a perspective view in xyz space when a roller 10 that rotates without resistance is vertically pressed against the outer periphery of a rotating spherical body 7 having a radius r.

【図9】回転している半径rの球体7の外周に抵抗無く
回転するローラ10を垂直に圧接した場合のxy平面に
おける平面図である。
FIG. 9 is a plan view in the xy plane when a roller 10 that rotates without resistance is vertically pressed against the outer periphery of a rotating spherical body 7 having a radius r.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、2、3 駆動動力 4、5、6駆動源を固定基盤に取り付ける金具 7 駆動球体 8 駆動源の取り付け基盤 9 補助キャスタ 10 抵抗無く回転するローラ R1、R2、R3 駆動ローラ θ 球体の回転する方向を示す角度 α 駆動ローラの配置角度 V 球体の天頂における回転速度 VR 駆動ローラの回転速度 1, 2, 3 Driving power 4, 5, 6 Metal fittings for attaching a driving source to a fixed base 7 Driving sphere 8 Driving source mounting base 9 Auxiliary caster 10 Rollers R1, R2, R3 rotating without resistance Driving roller θ Sphere rotates Angle indicating direction α Arrangement angle of drive roller V Rotation speed of sphere at zenith VR Rotation speed of drive roller

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】球体を圧接して回転自在に支持する3つの
駆動ローラを備え、前記3つの駆動ローラを球体の半分
の高さにて等間隔に配置し、球体の半分の高さにおける
水平面内で回転軸の方向を自在に設定できるように構成
し、前記3つの駆動ローラの回転速度を圧接点における
球体の表面速度と一致させるように運転することを特徴
とする球体の回転駆動装置。
The present invention further comprises three drive rollers for rotatably supporting a sphere by pressing the sphere, wherein the three drive rollers are arranged at equal intervals at half the height of the sphere, and a horizontal plane at half the height of the sphere. Wherein the direction of the rotation axis can be set freely within the sphere, and the rotation of the three drive rollers is operated so as to match the surface speed of the sphere at the pressure contact.
【請求項2】球体の外周に圧接し、球体を回転自在に支
持する3つ以上の駆動ローラを備え、前記球体の外周に
圧接した3つ以上の駆動ローラの各圧接点を頂点とする
多角形の平面が前記球体の球心を通るように前記3つ以
上の駆動ローラを配置し、球体の回転軸の方向を前記多
角形の平面内で自在に設定できるように構成し、前記3
つ以上の駆動ローラの回転速度を圧接点における球体の
表面速度と一致させるように運転することを特徴とする
球体の回転駆動装置。
2. A multi-stage apparatus comprising three or more drive rollers which are in pressure contact with the outer periphery of a sphere and rotatably support the sphere, and each pressure contact of the three or more drive rollers in pressure contact with the outer periphery of the sphere is an apex. The three or more drive rollers are arranged so that a rectangular plane passes through the spherical center of the sphere, and the direction of the rotation axis of the sphere can be freely set within the polygonal plane.
A rotation driving device for a sphere, wherein the driving is performed so that the rotation speeds of the one or more driving rollers match the surface speed of the sphere at the pressure contact.
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