JP2001233219A - 全方向移動型台車 - Google Patents

全方向移動型台車

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JP2001233219A JP2000047022A JP2000047022A JP2001233219A JP 2001233219 A JP2001233219 A JP 2001233219A JP 2000047022 A JP2000047022 A JP 2000047022A JP 2000047022 A JP2000047022 A JP 2000047022A JP 2001233219 A JP2001233219 A JP 2001233219A
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Shigeki Fujiwara
茂喜 藤原
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斉 北野
Yasushi Maeda
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価でありながら実質的に任意の方向に移動
させることができるものとする。 【解決手段】 操作者が把持する操作用ハンドル4と、
駆動力を個別に付与することができる2個の全方向移動
車輪2a,2bと、少なくとも1個の自在車輪3とを備
える。駆動輪が全方向移動車輪2個だけであるために、
コストを下げることができる。また、駆動用の全方向移
動車輪が2個だけであることによる動作の安定性の問題
については操作用ハンドルを把持する操作者による操作
で補完することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はユニバーサルホイー
ルやボールホイールのような全方向移動車輪を備えてい
る全方向移動型台車に関するものである。
【0002】
【従来の技術】全方向移動車輪を備えた全方向移動型台
車は各種のものが提案されており、たとえば特開平6−
171562号公報にはボールホイールである全方向移
動車輪を備えたものが示されており、実公昭63−39
164号公報にはユニバーサルホイール(オールサイド
ローラ)と称される全方向移動車輪を備えたものが示さ
れている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の全方
向移動台車では、上記全方向移動車輪に駆動力を与える
ことで任意の方向に移動させることができるようにする
にあたり、個別に駆動力を付与することができる全方向
移動車輪を3個以上組み合わせていた。
【0004】このためにコスト的にどうしても高くなっ
てしまっている。
【0005】本発明はこのような点に鑑みなされたもの
であって、その目的とするところは駆動力を付与するこ
とができる全方向移動車輪が2個でありながら実質的に
任意の方向に移動させることができて安価なものとする
ことができる全方向移動型台車を提供するにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】しかして本発明に係る全
方向移動型台車は、操作者が把持する操作用ハンドル
と、駆動力を個別に付与することができる2個の全方向
移動車輪と、少なくとも1個の自在車輪とを備えている
ことに特徴を有している。
【0007】駆動輪が全方向移動車輪2個だけであるた
めに、コストを下げることができるものであり、また、
駆動用の全方向移動車輪が2個だけであることによる動
作の安定性の問題については操作用ハンドルを把持する
操作者による操作で補完することができる。
【0008】上記自在車輪には全方向移動車輪を好適に
用いることができ、特に自在車輪が中央車軸回りの回転
と、外周部にあって中央車軸の軸方向及び径方向と直交
する軸の回りに回転自在な複数個のバレルとからなるユ
ニバーサルホイールである場合、駆動力を付与すること
ができる2個の全方向移動車輪による前後進方向と上記
ユニバーサルホイールの中央車軸の軸回りの回転方向と
をずらしておくとよい。駆動力を付与することができる
2個の全方向移動車輪による前後進方向と自在車輪であ
るユニバーサルホイールの中央車軸の軸回りの回転方向
とを直交させるようにしてもよい。
【0009】そして、操作ハンドルに操作者が加えた操
作力を検出する検出手段を設けて、全方向移動車輪に付
与される駆動力が上記検出手段で検出された操作力に応
じたものとなるようにすれば、操作が簡単となる。
【0010】この時、操作ハンドルには検出手段と、該
検出手段による駆動力制御に優先して左右移動方向の駆
動力を2個の全方向移動車輪に加えさせる移動方向指示
スイッチとを設けたり、検出手段と、該検出手段による
駆動力制御に際しての動作を複数通りに規制する選択ス
イッチとを設けてもよいが、検出手段は、操作ハンドル
に加えられた前後左右及び回転の3軸方向の操作力を検
出するものとしてもよいのはもちろんである。
【0011】さらに、駆動力が付与される全方向移動車
輪よりも操作ハンドル側に接地にてブレーキをかける制
動手段を設けるのも好ましい。
【0012】そして、配膳車に操作用ハンドルと全方向
移動車輪と自在車輪とを設けるならば、操作性に優れた
配膳車を得ることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下本発明を実施の形態の一例に
基づいて詳述すると、図1に示すように、この台車1は
その前端側の左右に全方向移動車輪2a,2bを、後端
側の左右にキャスター型の自在車輪3,3を備え、さら
に後端面に操作者9が把持して操作力を加えることがで
きる操作ハンドル4を備えたものとなっている。
【0014】上記全方向移動車輪2a,2bにはボール
ホイールやユニバーサルホイール等、任意の形式のもの
を用いることができるが、ここでは図2に示すユニバー
サルホイール型のものを用いている。このユニバーサル
ホイール型全方向移動車輪2a,2bは、中央車軸20
を備えたフレーム21の外周部に中央車軸20の軸方向
及び径方向と直交する軸の回りに回転自在な複数個のバ
レル22を配したもので、各バレル22の支持軸を含む
縦断面の外形が中央車軸20を中心とする円弧を形成し
ていることから、該全方向移動車輪2a,2bは、中央
車軸20を中心とする回転と、各バレル22の夫々の軸
回りの回転とによって、全方向移動が可能となってい
る。なお、複数個のバレル22は2列で設けているとと
もに、両列においてバレル22の中央車軸20の軸回り
における位置を半ピッチずらすことで、常にバレル22
が接地する状態を得られるようにしている。
【0015】そして、上記2つの全方向移動車輪2a,
2bは、夫々の中央車軸20,20にモータ25a,2
5bが連結されて該モータ25a,25bによって中央
車軸20の回りの駆動力を受けることができるものとな
っており、また、台車1の前端側の左右に配した2つの
全方向移動車輪2a,2bは、その中央車軸20,20
の軸方向延長線が台車1の中央寄りの部分で交差するよ
うに前後方向から左右に振った状態で台車1に取り付け
られている。
【0016】台車1の後端面に配した操作ハンドル4
は、操作者が両手で把持して左右方向の力を加えやすく
するために左右方向に長い形態のものであり、2つのス
イッチSW1,SW2が取り付けられている。2接点モ
ーメンタリー型となっている両スイッチSW1,SW2
のうち、スイッチSW1は前後進用、スイッチSW2は
左右移動用であり、図3に示すように、スイッチSW1
を前進側に切り替えれば、上記両モータ25a,25b
及び全方向移動車輪2a,2bは正転して台車1を前進
させ、スイッチSW1を後退側に切り替えれば、上記両
モータ25a,25b及び全方向移動車輪2a,2bは
逆転して台車1を後退させる。
【0017】また、スイッチSW2を一方側に切り替え
れば、モータ25aは正転、モータ25bが逆転とな
り、スイッチSW2を他方側に切り替えれば、モータ2
5aが逆転、モータ25bが正転する。台車1を左右に
移動させたい場合、スイッチSW2を切り替えつつ、操
作ハンドル4に移動させたい方向の力を加えればよい。
そして、スイッチSW2を操作しつつ、スイッチSW1
も操作すれば、左右移動と前後進動作とが合成された動
作を得ることができる。
【0018】ここにおいて、左右移動に際して操作ハン
ドル4に左右方向の力も加えるのは、駆動力を発揮する
2つの全方向移動車輪2a,2bが台車1の前端側にあ
って後端側を中心とする旋回動作が生じるからであり、
これを補正するためである。なお、操作ハンドル4に加
える力を全方向移動車輪2a,2bの回転で生じる移動
方向と逆方向とすれば、台車1を小回り旋回させること
ができる。また、2つの全方向移動車輪2の駆動方向の
交点xは図4に示すように、操作ハンドル4より台車1
の重心Gをはさんで遠い側にくるようにしておくのがよ
い。旋回及び左右移動の操作が楽となる。
【0019】全方向移動車輪2a,2bのモータ25
a,25bの駆動は、上記スイッチSW1,SW2の操
作ではなく、図5に示すように、操作者が操作ハンドル
4に加える操作力に応じて行うようにしてもよい。この
場合、操作ハンドル4に加えられた前後方向の力(推進
力)fxと左右方向の力(横移動力)fyとモーメント
fψを検出することができるようにしておく。これらの
力は、台車1の重心G位置ではFx,Fy,Fψとして
働くが、重心Gから操作ハンドル4までの距離をLとす
ると、 Fx=fx Fy=fy Fψ=fψ+fy・L となり、これらの力Fx,Fy,Fψに対するアシスト
ゲインKx,Ky,Kψからモータ25a,25bの各
出力fl、frを決定する。
【0020】推進力Fxを補助するためのモータ力をf
lx,frx、横移動力Fyを補助するためのモータ力
をfly,fry、モーメント力Fψを補助するための
モータ力をflψ,frψとすると、各モータ25a,
25bの出力は推進方向に対しては (flx+frx)・cosθ=Kx・Fx=Kx・fx となり、横移動方向については、 (fly−fry)・sinθ=Ky・Fy=Kx・fy となり、モーメント力については重心Gから全方向移動
車輪2a,2bまでの距離をdx,dyとすると、 (−flψ+frψ)・(dy・cosθ+dx・sinθ)
=Kψ・Fψ=Kψ・(fψ+fy・L) となる。モータ出力fl、frは、 fl=flx+fly+flψ fr=frx+fry+frψ で求める。
【0021】図6は上記の操作力fx,fy,fψを検
出することができる操作ハンドル4の構成の一例を示す
もので、台車1の後端面に板ばね41,41によって左
右方向に可動となっているベース40に操作ハンドル4
の両端を夫々板ばね42,42を介して連結したもの
で、操作ハンドル4はベース40に対して板ばね42を
撓ませることで前後に可動となっている。そして、ここ
ではベース40に設けた被検知部44に非接触式距離セ
ンサー45を対向させて、左右方向の力を操作ハンドル
4に加えた時の板ばね41の撓み量をベース40の左右
方向の移動量から検知し、さらに各板ばね42に非接触
式距離センサー46,46を対向させて各板ばね42、
42の撓み量を検知し、これら非接触式距離センサー4
5,46,46の出力から、操作力fx,fy,fψを
求めている。
【0022】また、求めた操作力fx,fy,fψとア
シストゲインKx,Ky,Kψの値から、モータ45
a,45bの出力fl,frを演算し、演算値をモータ
ドライバーを通じて各モータ45a,45bの駆動を行
う。
【0023】この時のモータ45a,45bの制御は、
トルク制御とすると、操作した力に応じて出力が変化す
るために、操作者にとって自然な動きを得ることができ
る上に、エンコーダ等の速度検出装置が要らないという
利点があるが、速度制御とした場合には、操作した力に
応じて速度を制御することになるために、負荷変動が大
きい場合でも操作感が一定となる利点があり、加速度制
御とした場合には、負荷変動が大きい場合でも操作感が
一定となるほか、トルク制御時と同様の自然な操作感を
得ることができる。
【0024】自在車輪3は、操作ハンドル4側に一つだ
け設けるようにしてもよい。また、上記の例ではキャス
ター型の自在車輪3を用いているが、水平方向回転の鉛
直回転軸と接地点とがずれているキャスター型の自在車
輪3は、その向きと台車1の移動方向とが一致していな
い時、時には台車1の移動初期において向きを180°
反転させなくてはならない上に、この時には大きな操作
力が必要となってしまうことから、図7に示すように、
自在車輪3もボールホイールやユニバーサルホイールの
ような全方向移動車輪で構成するとよい。台車1をどの
方向に動かす時にもスムーズな動作を得ることができ
る。
【0025】自在車輪3として、上記のようなユニバー
サルホイール型の全方向移動車輪を1つだけ用いる場合
には、図8に示すように、駆動力を付与することができ
る2個の全方向移動車輪2a,2bによる前後進方向と
自在車輪3であるユニバーサルホイールの中央車軸の軸
回りの回転方向とを直交させておくとよい。図9に示す
ように、自在車輪3の中央車軸20回りの回転方向と前
後進方向とが一致している場合、中央車軸20回りの回
転について制動を加えるブレーキ26を設けても、自在
車輪3はバレル22の軸回りの回転が自在であるため
に、台車1の後端部の左右方向の動き(図中のX点を中
心とする左右方向の動き)を止めることができないが、
上述のように直交させておけば、前後方向の動きは2つ
の全方向移動車輪2a,2bの駆動用のモータ25a,
25bで、左右方向の動きは自在車輪3で止めることが
できる。なお、自在車輪3の各バレル22にも夫々ブレ
ーキを設ければ、上記のような直交配置としなくても台
車1の動きを止めることができるが、これは構造上、非
常に困難であって実際的ではない。
【0026】もっとも、台車1の前後進にあたって段差
を乗り越えなくてはならない時、上記直交配置としたユ
ニバーサルホイール型自在車輪3は、図10(b)に示す
ように、きわめて小さい段差しか乗り越えることができ
ず、乗り越え性という点からは、自在車輪3の中央車軸
20回りの回転方向が前後進方向と一致していることが
好ましい。
【0027】このためにユニバーサルホイール型の自在
車輪3を用いる場合は、実際上は、図11に示すよう
に、2個もしくは1個の自在車輪3の中央車軸20回り
の回転方向を、全方向移動車輪2a,2bによる前後進
方向からずらして設置するとよい。段差の乗り越え性を
確保しつつ、図中A点を中心とする左右の振れを抑える
ことができる。
【0028】ブレーキを設けるにあたっては、自在車輪
3の回転に制動を加えるのではなく、台車1の自在車輪
3を設けた側、つまり後端側に、接地することで台車1
の動きを止めるリフトアップ型のブレーキ(たとえばペ
ダルロック)を設けるようにしてもよい。安価であると
同時に確実にブレーキをかけることができる。
【0029】ところで、操作ハンドル4に加えた操作力
に応じて全方向移動車輪2a,2bを駆動する場合、上
記操作力fx,fy,fψにアシストゲインKx,K
y,Kψを乗じた出力でモータ25a,25bが作動す
るようにした場合、つまり、操作ハンドル4を引けば後
退を、操作ハンドル4を押せば前進を、操作ハンドル4
を左右に動かせば左右移動を、操作ハンドル4を片側で
押して片側で引けば、左右の出力差による旋回動作がな
されるようにした場合、操作ハンドル4を操作するだけ
で、思いの方向に台車1を動かすことができるが、この
自由度の高さが原因となって台車1の移動にふらつきを
生じさせることがある。特に左右に幅方向移動させたい
にもかかわらず、操作ハンドル4の左右両端部に均等に
左右方向の力を加えることができず、旋回動作を招いて
しまうことがある。
【0030】このために、前述の2接点モーメンタリー
型のスイッチSW2を設けて、図12に示すように、該
スイッチSW2を操作していない時には、操作ハンドル
4に加えた力に応じた動作制御を行い、スイッチSW2
を操作して左方向または右方向移動の選択を行った時に
は、操作ハンドル4に加えられた操作力がどのようなも
のであれ、選択した左方向移動もしくは右方向移動のた
めの出力がモータ25a,25bから得られるようにし
ておくのも好ましい。
【0031】また、移動方向を指定することになる上記
スイッチSW2ではなく、操作ハンドル4に加えた操作
力に応じた駆動力制御にあたって、図13に示すよう
に、その動作を複数通りに規制することになる選択スイ
ッチSWを設けるようにしてもよい。たとえば、図示例
のように、加えられた操作力に応じた前後進のみを行え
る状態と、加えられた操作力に応じた旋回動作のみを行
える状態と、加えられた操作力に応じた左右移動のみを
行える状態とを切り替えることができるようにしておく
のである。前進と旋回の両方を操作力に応じて行える状
態と、左右移動を操作力に応じて行える状態とに切り替
えるものであってもよい。
【0032】ところで、上記台車1は、病院などでの配
膳に使用する配膳車に好適に適用することができる。温
冷機能を備えた最近の多機能型配膳車は重量がある上
に、運行場所が身体的弱者が多い病院という場所である
ために、操作性に優れた動力駆動型のものが求められる
が、この要求を満足させることができる。
【0033】
【発明の効果】以上のように本発明においては、操作者
が把持する操作用ハンドルと、駆動力を個別に付与する
ことができる2個の全方向移動車輪と、少なくとも1個
の自在車輪とを備えていることから、 駆動輪が全方向
移動車輪2個だけでよくてコストを下げることができる
ものであり、しかも駆動用の全方向移動車輪が2個だけ
であることによる動作の安定性の問題については操作用
ハンドルを把持する操作者による操作で補完することが
できるために、実際上、問題とはならないものである。
【0034】上記自在車輪には全方向移動車輪を用いる
のが、任意の方向への移動を常に円滑に行うことができ
るという点で好ましい。
【0035】また、自在車輪が中央車軸回りの回転と、
外周部にあって中央車軸の軸方向及び径方向と直交する
軸の回りに回転自在な複数個のバレルとからなるユニバ
ーサルホイールである場合には、駆動力を付与すること
ができる2個の全方向移動車輪による前後進方向と上記
ユニバーサルホイールの中央車軸の軸回りの回転方向と
をずらしておくと、段差の乗り越え性を確保しつつ、左
右の振れを抑えることができる。特に、駆動力を付与す
ることができる2個の全方向移動車輪による前後進方向
と自在車輪であるユニバーサルホイールの中央車軸の軸
回りの回転方向とを直交させておけば、段差の乗り越え
性は劣るものの、中央車軸回りの回転を抑制するブレー
キだけで、左右の振れを抑止することができる。
【0036】そして、操作ハンドルに操作者が加えた操
作力を検出する検出手段を設けて、全方向移動車輪に付
与される駆動力が上記検出手段で検出された操作力に応
じたものとなるようにすれば、操作が簡単となる上に操
作感に優れたものを得ることができる。
【0037】この時、操作ハンドルには検出手段と、該
検出手段による駆動力制御に優先して左右移動方向の駆
動力を2個の全方向移動車輪に加えさせる移動方向指示
スイッチとを設ければ、左右の幅方向移動を簡単に行う
ことができる。
【0038】また、検出手段と、該検出手段による駆動
力制御に際しての動作を複数通りに規制する選択スイッ
チとを設けても、ふらつきのない思い通りの方向の動き
を行わせることができる。
【0039】そして、上記検出手段として、操作ハンド
ルに加えられた前後左右及び回転の3軸方向の操作力を
検出するものを用いれば、どのような動きも操作力に応
じて行わせることができるものを得ることができる。
【0040】駆動力が付与される全方向移動車輪よりも
操作ハンドル側に接地にてブレーキをかける制動手段を
設けると、確実なブレーキを安価に得ることができる。
【0041】そして、配膳車に操作用ハンドルと全方向
移動車輪と自在車輪とを設けるならば、操作性に優れた
配膳車を得ることができる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例の概略平面図であ
る。
【図2】同上の全方向移動車輪を示すもので、(a)は側
面図、(b)は正面図である。
【図3】同上の全方向移動車輪の駆動用モータの動作説
明図である。
【図4】同上の概略平面図である。
【図5】他例の概略平面図である。
【図6】同上の操作ハンドル部分の水平断面図である。
【図7】さらに他例の概略平面図である。
【図8】別の例の概略平面図である。
【図9】さらに別の例の概略平面図である。
【図10】(a)(b)は全方向移動車輪と段差との関係を示
す側面図と正面図である。
【図11】(a)(b)は夫々他の例の概略平面図である。
【図12】制御系の一例のフローチャートである。
【図13】制御系の他例のフローチャートである。
【符号の説明】
1 台車 2a,2b 全方向移動車輪 3 自在車輪 4 操作ハンドル
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B62D 61/10 B62B 3/00 G (72)発明者 北野 斉 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 前田 裕史 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Fターム(参考) 3D034 CA01 CB01 CC18 CE01 3D050 AA11 DD01 EE14 GG06 JJ04 KK03 KK14

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 操作者が把持する操作用ハンドルと、駆
    動力を個別に付与することができる2個の全方向移動車
    輪と、少なくとも1個の自在車輪とを備えていることを
    特徴とする全方向移動型台車。
  2. 【請求項2】 自在車輪は全方向移動車輪であることを
    特徴とする請求項1記載の全方向移動型台車。
  3. 【請求項3】 自在車輪は中央車軸回りの回転が自在な
    フレームの外周部に中央車軸の軸方向及び径方向と直交
    する軸の回りに回転自在な複数個のバレルを配したユニ
    バーサルホイールであり、駆動力を付与することができ
    る2個の全方向移動車輪による前後進方向と上記ユニバ
    ーサルホイールの中央車軸の軸回りの回転方向とをずら
    していることを特徴とする請求項2記載の全方向移動型
    台車。
  4. 【請求項4】 駆動力を付与することができる2個の全
    方向移動車輪による前後進方向と自在車輪であるユニバ
    ーサルホイールの中央車軸の軸回りの回転方向とを直交
    させていることを特徴とする請求項3記載の全方向移動
    型台車。
  5. 【請求項5】 操作ハンドルには操作者が加えた操作力
    を検出する検出手段を設けており、全方向移動車輪に付
    与される駆動力は上記検出手段で検出された操作力に応
    じたものとなっていることを特徴とする請求項1〜4の
    いずれかの項に記載の全方向移動型台車。
  6. 【請求項6】 操作ハンドルには検出手段と、該検出手
    段による駆動力制御に優先して左右移動方向の駆動力を
    2個の全方向移動車輪に加えさせる移動方向指示スイッ
    チとを設けていることを特徴とする請求項5記載の全方
    向移動型台車。
  7. 【請求項7】 操作ハンドルには検出手段と、該検出手
    段による駆動力制御に際しての動作を複数通りに規制す
    る選択スイッチとを設けていることを特徴とする請求項
    5記載の全方向移動型台車。
  8. 【請求項8】 検出手段は、操作ハンドルに加えられた
    前後左右及び回転の3軸方向の操作力を検出するもので
    あることを特徴とする請求項5記載の全方向移動型台
    車。
  9. 【請求項9】 駆動力が付与される全方向移動車輪より
    も操作ハンドル側に接地にてブレーキをかける制動手段
    を設けていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか
    の項に記載の全方向移動型台車。
  10. 【請求項10】 配膳車に操作用ハンドルと全方向移動
    車輪と自在車輪とを設けていることを特徴とする請求項
    1〜9のいずれかの項に記載の全方向移動型台車。
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