JP2008094267A

JP2008094267A - 全方向移動機構

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Publication number: JP2008094267A
Application number: JP2006278704A
Authority: JP
Inventors: Taro Nakamura; 太郎中村; Yuki Mitamura; 祐樹三田村; Shohei Imai; 梢平今井; Kuniaki Sato; 邦昭佐藤
Original assignee: Chuo University
Current assignee: Chuo University
Priority date: 2006-10-12
Filing date: 2006-10-12
Publication date: 2008-04-24
Anticipated expiration: 2026-10-12
Also published as: JP4998875B2

Abstract

【課題】簡単な構成で、車輪のようにステアリングすることなく、起伏のある路面であっても全方向に安定してかつ滑らかに移動することのできる全方向移動機構を提供する。
【解決手段】平板状の摩擦シート１１を保持する棒状のシート保持部材１３と、駆動手段であるサーボモータ１４と、上記シート保持部材１３と上記サーボモータ１４の出力軸とを連結するクランク機構１５とを備えた複数のアクチュエータ１２を格子状に配列して成る移動装置と、上記各サーボモータ１４の駆動位相を制御する位相制御装置１７とを備えた全方向移動機構１０を構成するとともに、位相制御装置１７により、上記サーボモータ１４の駆動位相を制御して、上記駆動位相を上記所定の方向にそれぞれ時間的にずらして、上記摩擦シート１１に、上記所定の方向に進行する進行波を発生させ、上記摩擦シート１１を上記所定の方向に移動させるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、搬送用ロボット車体などに用いられる車体の移動機構に関するもので、特に、車輪を用いずに走行面上を所望の方向に移動または回転することのできる全方向移動機構に関する。

従来、搬送用ロボット車体などに用いられる車体の移動機構としては、駆動輪と従動輪とを備えた車輪型移動機構が多く用いられている(例えば、特許文献１〜３参照)。しかしながら、これらの車輪型移動機構では、精密なステアリング機構が必要なことや、旋回時における制御が複雑であるだけでなく、接地点が車輪だけなので、起伏のある路面での走行には適していないといった問題点があった。
一方、車輪を用いない移動機構としてカタツムリなどの陸棲軟体動物の腹足運動を規範とした移動機構が提案されている（例えば、非特許文献１，２参照)。
図１３（ａ），（ｂ）は従来の腹足移動機構を構成する移動ユニット５０Ａの一例を示す図で、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は側面図である。この移動ユニット５０Ａは、軸棒５１に沿ってスライドする２個のスライダー５２をそれぞれ端部品５３に固定されたワイヤー状の形状記憶合金（ＳＭＡ）５４をアクチュエータとして用いて上記軸棒５１に沿ってスライドさせるとともに、上記スライダー５２に連結部品５５と接地部品である底板５６とを水平リンク５５Ｌと垂直リンク５６Ｌを用いてそれぞれ回転自在に取付け、上記ＳＭＡ５４にパルス電圧を印加して伸縮させて、上記連結部品５５と上記底板５６とを上記軸棒５１方向へ引き付ける方向へ移動させたり、上記軸棒５１から離れる方向へ移動させるように構成したものである。
図１４（ａ），（ｂ）は、上記複数の移動ユニット５０Ａを上記連結部品５５方向、すなわち、上記ＳＭＡ５４の伸縮方向とは直交する方向に連結して構成した腹足移動機構５０の概要を示す図で、この腹足移動機構５０では、上記各移動ユニット５０Ａの接地点を結んだ線を腹足表面とし、上記各移動ユニット５０Ａに設けられたＳＭＡ５４の伸縮の位相を上記移動ユニット５０Ａの連結方向に時間的にずらして、上記腹足表面に三角波を基本とした腹足波を伝播させることにより、前進または後退の動作を行うもので、同図の濃い線で描かれた移動ユニット５０ＰではＳＭＡが、同図の薄い線で描かれた移動ユニット５０ＱのＳＭＡよりも縮んだ状態にあり、当該移動ユニット５０Ｐの底板５６が上記三角波の頂点に位置している。

また、腹足移動機構の他の構成としては、図１５（ａ）に示すような、腹足運動エアマット６０がある(例えば、特許文献４参照)。この腹足運動エアマット６０は、図１５（ｂ）に示すような、外周側に連結用の弾性ベルト６１が巻回された複数個の円筒状のエアチューブ６２を上記弾性ベルト６１で連結したエアチューブ群６２Ａ，６２Ｂと、上記各エアチューブ６２に空気を供給したり、上記エアチューブ６２から空気を排出する給排気ポンプ６３とを備えたもので、上記各エアチューブ６２に供給・排出する空気量を制御して、各エアチューブ６２を膨張・収縮させて、上記エアチューブ群６２Ａ、６２Ｂに、図１５（ｃ）に示すような波状運動を起こさせることにより、上記腹足運動エアマット６０を上記エアチューブ６２の軸方向とは直交する方向へ移動させるものである。なお、上記腹足運動エアマット６０の進行方向を変更する場合には、曲がる側とは反対側のエアチューブ群(例えば、エアチューブ群６２Ｂ)を伝播する腹足波の速度を、曲がる側のエアチューブ群(エアチューブ群６２Ａ)を伝播する腹足波の伝播速度よりも大きくするようにすればよい。これにより、上記腹足運動エアマット６０の方向転換を行うことができる。
特開平８−３０５４４０号公報特開２００１−２５５９３９号公報特開２００１−３１５６７３号公報特開２００５−２１５４１号公報日本機械学会２００２年度年次大会講演論文集（VI） pp123-124 「陸棲軟体動物の腹足による推進機構を規範とした腹足移動機構」日本機械学会論文集（Ｃ編）７０巻６９５号(2004-7) pp215-221 「陸棲軟体動物の腹足による推進機構を規範とした腹足移動機構」

しかしながら、上記腹足移動機構５０を構成する移動ユニット５０Ａは、アクチュエータであるＳＭＡ５４の収縮歪が小さいため、進行方向の長さである連結部品５５方向の長さに比べて、幅方向の長さである上記ＳＭＡ５４の伸縮方向の長さがはるかに大きいため、移動機構が大型化してしまうといった問題点があった。
一方、上記腹足運動エアマット６０は、平面上を所望の方向に移動させることは可能であるが、その旋回機構は、１方向の進行波の移動機構であるエアチューブ群６２Ａ，６２Ｂを車のように左右に２つ組み合わせたものに過ぎないので、搭載した装置の姿勢を維持したまま全方向へ移動する、いわゆるホロノミックな移動を行わせることが困難であるだけでなく、方向転換する際には、接地面とエアチューブ６２との間に大きな摩擦が生じることから、装置の寿命や駆動効率の点でも問題がある。
また、腹足移動機構５０についても、移動ユニット５０Ａを左右２列として、２つのユニット列の移動速度を変化させ、移動速度の遅い列側へ移動方向を変えるようにすれば、上記腹足移動機構５０に方向転換機能を持たせることができるが、この場合にも、移動機構が大型化してしまうだけでなく、上記腹足運動エアマット６０と同様に、搭載した装置の姿勢を維持したまま全方向へ移動させることは困難である。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、車輪のようにステアリングすることなく、起伏のある路面であっても全方向に安定してかつ滑らかに移動することのできる、ホロノミックな全方向移動機構を提供することを目的とする。

本願の請求項１に記載の発明は、走行面上を所望の方向に移動または回転することのできる全方向移動機構であって、走行面との接触面の少なくとも一部が所定の大きさの摩擦係数を有する摩擦面となっている推進用部材と、この推進用部材の両側にそれぞれ取付けられる、互いに異なる位相で上下運動する一対のアクチュエータとを備えた複数のユニットを配列して成る移動装置と、上記各アクチュエータを駆動する駆動位相を制御する位相制御装置とを備えた全方向移動機構であって、上記位相制御装置は、上記推進用部材の各接地点に、当該移動機構の移動方向に進行する進行波を発生させるように、上記各アクチュエータの駆動位相を制御するように構成したものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の全方向移動機構において、上記アクチュエータを、その下端側にて上記推進用部材の一端を保持する、接地面に垂直な方向に延長する棒状の保持部材と、この保持部材を上下動させる手段とを備えたアクチュエータとしたものである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の全方向移動機構において、上記アクチュエータを、その下面側にて上記推進用部材の一端を保持する膨張・収縮自在の球体と、上記球体を膨張または収縮させる手段とを備えたアクチュエータとしたものである。
請求項４に記載の発明は、請求項２または請求項３に記載の全方向移動機構であって、上記ユニットを格子状に配列したものである。
また、請求項５に記載の発明は、請求項２または請求項３に記載の全方向移動機構であって、上記ユニットを環状に配列したものである。

本発明によれば、全方向移動機構を、走行面との接触面が摩擦面となっている推進用部材と、この推進用部材の両側にそれぞれ取付けられる、その下端側にて上記推進用部材の一端を保持する接地面に垂直な方向に延長する棒状の保持部材とこの保持部材を上下動させる手段とを備えた一対のアクチュエータ、もしくは、その下面側にて上記推進用部材の一端を保持する膨張・収縮自在の球体とこの球体を膨張または収縮させる手段とを備えた一対のアクチュエータなどの、互いに異なる位相で上下運動する一対のアクチュエータとを備えた複数のユニットを格子状あるいは環状などに配列して成る移動装置と、上記各アクチュエータを駆動する駆動位相を制御する位相制御装置とから構成するとともに、上記位相制御装置により、上記推進用部材の各接地点に、当該移動機構の移動方向に進行する進行波を発生させるように、上記駆動位相を制御するようにしたので、移動機構を車輪のようにステアリングすることなく、起伏のある路面であっても全方向に安定してかつ滑らかに移動することができる。

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
最良の形態１．
図１は本最良の形態１に係る全方向移動機構１０の概要を示す図で、図２はその要部の斜視図である。各図において、１１は本発明の推進用部材である走行面Ｐと接触する接触面１１ａが所定の大きさの摩擦係数を有する摩擦面である平板状の摩擦シート、１２は下端側で上記摩擦シート１１を保持する棒状のシート保持部材１３と、駆動手段であるサーボモータ１４と、上記シート保持部材１３の上端側に接続された第１のリンク１５ａと上記サーボモータ１４の出力軸に連結された第２のリンク１５ｂとを備えたクランク機構１５とを備えたアクチュエータ、１６は上記シート保持部材１３を上下方向に案内するリニアベアリング、１７は本例の全方向移動機構１０に用いられる複数のサーボモータ１４の駆動位相をそれぞれ制御する位相制御装置である。
本例では、摩擦シートとして、１枚の広い面積を有する連続した摩擦シート１１を用いているが、便宜上、以下、上記摩擦シート１１を、その両側が隣接する２つのシート保持部材１３，１３にそれぞれ取付けられた摩擦シート片１１Ａを隙間なく繋ぎ合せたものとして取扱うこととする。この摩擦シート片１１Ａと、この摩擦シート片１１Ａの両側に取付けられる１自由度のアクチュエータ対１２，１２とにより本発明による移動ユニット１０Ａを構成する。この移動ユニット１０Ａは、サーボモータ１４，１４をそれぞれ異なる位相で駆動して上下動させて上記摩擦シート片１１Ａの接地面側を楕円運動もしくは楕円モードを組み合わせた振動モードで動かすことにより、上記摩擦シート片１１Ａの接地面側と路面との間に生じる摩擦力により、当該移動ユニット１０Ａを推進する。
なお、上記摩擦シート片１１Ａを楕円運動させるためには、上記摩擦シート１１を、弾性を有するゴム部材のような、ある程度以上の剛性（摩擦シート１１を上下動させることのできる程度の剛性）を有する伸縮可能な材料から構成することが好ましい。
本例の全方向移動機構１０は、図１に示すように、上記移動ユニット１０Ａをフレーム１８ａ〜１８ｃにより、格子状に配列したもので、フレーム１８ａは隣接するアクチュエータ１２同士（実際には、サーボモータ１４）を接続するフレーム、フレーム１８ｂはリニアベアリング１６同士を接続するフレーム、フレーム１８ｃは上記フレーム１８ａ，１８ｂを連結する、上記フレーム１８ａ，１８ｂの延長方向とは直交する方向に延長するフレームである。
なお、移動ユニット１０Ａを複数個連結した場合、当然のことながら、端部に配置されたアクチュエータ１２以外のアクチュエータ１２と摩擦シート片１１Ａの一部は、隣接して配列された移動ユニット１０Ａの共通の構成要素となる。

次に、上記全方向移動機構１０の動作について説明する。
なお、全方向移動機構１０の位相制御装置１７を除く部分が上記全方向移動機構１０の移動装置に相当するが、一般に、上記位相制御装置１７は上記移動装置に搭載されるので、以下、全方向移動機構１０全体が移動するものとして説明する。
上記移動ユニット１０Ａのサーボモータ１４を駆動してその出力軸を回転させると、図３に示すように、上記出力軸にクランク機構１５により連結されているシート保持部材１３は上記出力軸の回転角度に応じて上下動する、このとき、上記摩擦シート片１１Ａの接地面側を楕円運動もしくは楕円モードを組み合わせた振動モードで動くように、隣接するシート保持部材１３，１３を上下動させるサーボモータ１４，１４の駆動位相を時間的にずらすような位相制御を行なうようにすれば、上記摩擦シート片１１Ａの下面側が接地後に離陸するときには、上記摩擦シート片１１Ａには、路面Ｐから、上記楕円運動の回転方向とは逆方向に摩擦力ｆが作用するので、全方向移動機構１０は同図の矢印の方向に推進される。
したがって、位相制御装置１７により、所定の方向に並んだ移動ユニット１０Ａのサーボモータ１４の駆動位相を所定の方向に時間的にずらすような位相制御を行って、上記摩擦シート１１の各摩擦シート片１１Ａに、同図の矢印に示すような、上記所定の方向に進行する進行波を発生させてやれば、当該全方向移動機構１０を任意の方向に移動させることができる。

具体的には、上記全方向移動機構１０を、例えば、図４（ａ）の矢印方向に移動させようとする場合には、所望の進行方向に直交する方向に並べられた摩擦シート片１１Ａの両側のシート保持部材１３，１３を上下動させるサーボモータ１４，１４の駆動位相を制御して、上記摩擦シート片１１Ａの楕円運動の位相を揃えるとともに、上記駆動位相を上記所定の方向にそれぞれ時間的にずらすようにする。同図の矩形は移動ユニット１０Ａを示し、濃淡が位相を表わしており、色が濃いほうの摩擦シート片１１Ａが走行面より持ち上げられている。同図の一点鎖線で示す、同じ濃さの移動ユニット１０Ａが並んでいるラインが、図４（ｂ）に示す摩擦シート１１を伝播する進行波の波面を示す。これにより、移動装置全体は進行波の方向に移動するので、ステアリングすることなく、上記全方向移動機構１０を上記所定の方向に移動させることができる。
また、本例の全方向移動機構１０は、移動ユニット１０Ａの駆動手段であるサーボモータ１４の駆動位相を変えるだけで進行波の方向を変えることができるので、全方向移動機構１０を、その姿勢を変えることなく、容易に任意の方向に移動させることができる。
また、本発明の全方向移動機構１０は、従来の車輪型移動機構や腹足運動エアマット６０のように、旋回時の摩擦によるロスがないので、駆動効率を著しく向上させることができるとともに、装置の寿命についても大幅に改善することができる。
なお、上記全方向移動機構１０の移動速度については、上記摩擦シート１１の上下動の振幅や周波数を変更することにより変更可能である。

このように、本最良の形態１によれば、全方向移動機構１０を、平板状の摩擦シート１１を保持する棒状のシート保持部材１３と、駆動手段であるサーボモータ１４と、上記シート保持部材１３と上記サーボモータ１４の出力軸とを連結するクランク機構１５とを備えた複数のアクチュエータ１２を格子状に配列して成る移動装置と、上記各サーボモータ１４の駆動位相を制御する位相制御装置１７とから構成し、位相制御装置１７により、上記複数のサーボモータ１４の駆動位相を制御して、上記駆動位相を上記所定の方向にそれぞれ時間的にずらして、上記摩擦シート１１の接地点を結んだ所定の方向に進行波を発生させるようにしたので、上記摩擦シート１１に作用する摩擦力により、上記全方向移動機構１０を所定の方向に移動させることができる。
また、移動ユニット１０Ａの駆動手段であるサーボモータ１４の駆動位相を変えるだけで進行波の方向を変えることができるので、全方向移動機構１０を、その姿勢を変えることなく、容易に任意の方向に移動させることができる。
また、本発明による全方向移動機構１０は旋回時の摩擦によるロスがないので、駆動効率を著しく向上させることができるとともに、装置の寿命についても大幅に改善することができる。
更に、本発明の全方向移動機構１０は面で進むため、起伏のある路面であっても所望の方向に安定してかつ滑らかに移動させることができる。

なお、上記最良の形態１では、摩擦シート１１の接地点を上下動させるアクチュエータとして、シート保持部材１３をサーボモータ１４とクランク機構１５とを用いて上下動させるアクチュエータ１２を用いたが、本発明に適用される、摩擦シート１１を上下動させるアクチュエータは、これに限るものではなく、ラック・ピニオン機構やボールネジ機構などのような他の形態のアクチュエータを用いることができる。
また、上記全方向移動機構１０を移動させる推進力は、上記のように、摩擦シート片１１Ａに作用する路面Ｐからの摩擦力ｆであるので、上記摩擦シート１１に代えて、図５（ａ），（ｂ）に示すような、シート保持部材１３の下端側に取付けられるゴムシート１１Ｇの接地面側で、上記シート保持部材１３，１３の間に、接触面１９ａが所定の大きさの摩擦係数を有する摩擦面である推進用部材１９が取付けられたものを用いてもよい。

また、上記例では、複数の移動ユニット１０Ａを格子状に配列した全方向移動機構１０について説明したが、図６（ａ），（ｂ）に示すように、摩擦シートとして環状の摩擦シート１１Ｒを用いるとともに、複数の移動ユニット１０Ａを環状に配列した、環状の全方向移動機構１０Ｒを構成することも可能である。
上記全方向移動機構１０Ｒを、同図の矢印方向に移動させる場合には、図５（ｂ）に示すように、図示しない位相制御装置１７により、移動方向のベクトルを対象軸として右回りの進行波と左回りの進行波を発生させるとともに、上記矢印の方向に直交する方向に位置する摩擦シート１１Ｒの接地点の駆動位相を揃えるように、各移動ユニット１０Ａのサーボモータ１４の駆動位相をそれぞれ時間的にずらす位相制御を行うようにすればよい。
また、環状に配列された移動ユニット１０Ａの駆動位相を右回りもしくは左回りにそれぞれ時間的にずらして、上記環状の摩擦シート１１Ｒの周方向に沿って進行する進行波を発生させるようにすれば、当該全方向移動機構１０Ｒを右回りまたは左回りに回転させることも可能である。
なお、最良の形態１のように、移動ユニット１０Ａを格子状に配列した全方向移動機構１０においても、摩擦シート１１の円周上に位置する接地点の駆動位相を制御して、周上に沿って右回りまたは左回りに進行する進行波を発生させるようにすれば、上記全方向移動機構１０についても回転運動は可能である。

最良の形態２．
ところで、上記全方向移動機構１０，１０Ｒでは、移動もしくは回転時には、摩擦シート１１の接地点は、図３に示すように、進行方向の成分を除くと、楕円運動もしくは楕円モードを組み合わせた振動モードで運動する。このような運動は、各移動ユニット１０Ａの駆動位相を制御することにより実現するが、上記１自由度のアクチュエータ１２に代えて、摩擦シート１１の接地点に楕円運動（もしくは楕円モードを組み合わせた振動モードの運動）をさせる２自由度のアクチュエータを用いれば、位相制御が容易となるだけでなく、摩擦シートに確実にかつ速い応答速度で進行波を発生させることができる。
図７（ａ）は、上記楕円運動を行うための２自由度のアクチュエータ２０Ｋの一構成例を示す図で、このアクチュエータ２０Ｋは、摩擦シート片１１Ａに接続される接続部材２１と、この接続部材２１にピン２１ｐ，２１によりそれぞれが回転可能に接続される２本の脚部２２ａ，２２ｂと、上記脚部２２ａ，２２ｂをそれぞれ上下方向に案内するリニアガイド２３ａ，２３ｂと、上記脚部２２ａ，２２ｂの上部とサーボモータ２４ａ，２４ｂの出力軸とをそれぞれ連結するクランク機構２５ａ，２５ｂとを備えたもので、上記サーボモータ２４ａ，２４ｂの駆動位相、すなわち回転角を時間的にずらすようにすれば上記摩擦シート片１１Ａを容易に楕円運動させることができる。
本例では、上記摩擦シート片１１Ａと、アクチュエータ２０Ｋとにより移動ユニット２０Ａを構成し、この移動ユニット２０Ａを、図７（ｂ）に示すように、フレーム２６を用いて直線的に配列して直線移動機構２０を構成し、上記接続部材２１の楕円運動の位相を制御して上記摩擦シート片１１Ｋを連続的に繋げた摩擦シート１１に進行波を発生させるようにすれば、上記直線移動機構２０を上記進行波の方向に移動させることができる。

また、図８（ａ）に示すように、上記移動ユニット２０Ａを環状に配列して環状の全方向移動機構２０Ｒを構成し、図示しない位相制御装置１７により、移動方向のベクトルを対象軸として右回りの進行波と左回りの進行波を発生させるとともに、上記矢印の方向に直交する方向に位置する摩擦シート１１Ｒの接地点の駆動位相を揃えるように、各移動ユニット２０Ａのサーボモータ２４ａ，２４ｂの駆動位相をそれぞれ時間的にずらすように制御すれば、上記全方向移動機構２０Ｒを上記方向へ移動させることができる。
また、図８（ｂ）に示すように、進行波として、上記全方向移動機構２０Ｒの周上に沿った右回りもしくは左回りに進行する進行波を発生させるようにすれば、当該全方向移動機構２０Ｒを右回りまたは左回りに旋回させることができる。

なお、上記例では、推進部材として連続した１枚の摩擦シート１１，１１Ｒを用いたが、本例の移動機構２０，２０Ｒに用いられる移動ユニット２０Ａは２自由度のアクチュエータ２０Ｋであるので、推進部材は必ずしも連続したものを用いる必要はなく、例えば、図９（ａ），（ｂ）に示すように、移動ユニット２０Ａの接続部材２１の接地面側に、接触面２９ａが所定の大きさの摩擦係数を有する摩擦面である推進用部材２９を取付けたものであってもよい。

最良の形態３．
図１０は本最良の形態３に係る全方向移動機構３０の概要を示す図で、同図において、３１は弾性体からなる平板状の摩擦シート、３２は下面側で上記摩擦シート３１を保持する弾性体から成る球体、３３はこの球体３２に設けられた図示しない電磁弁とこの電磁弁を開閉する駆動手段とを備えた電磁弁装置、３４は上記電磁弁装置３３を介して上記球体３２に空気を供給したり上記球体３２から空気を排出する給排気ポンプ、３５は上記各球体３２の電磁弁装置３３を制御して上記各球体３２の膨張・収縮の位相をそれぞれ制御する位相制御装置で、上記球体３２と電磁弁装置３３と給排気ポンプ３４とにより、上記摩擦シート３１をその接触面とは垂直な方向に上下動させるアクチュエータを構成する。
本例においても、摩擦シート３１は１枚の広い面積を有する連続したシートであるが、上記最良の形態１と同様に、上記摩擦シート３１を、上記各球体３２の下端側に接続される摩擦シート片３１Ａを隙間なく繋ぎ合せたものとして取扱う。
また、上記摩擦シート３１Ａと、この摩擦シート３１Ａの両側に配設された球体３２，３２を備えた２つの上記アクチュエータとにより本例の移動ユニット３０Ａを構成し、この移動ユニット３０Ａを格子状に配列して本実施の形態３の全方向移動機構３０を構成する。なお、本例では、上記球体３２の上部側に電磁弁装置３３を配置し、これらの電磁弁装置３３をフレーム３６ａ，３６ｂで連結して、上記各球体３２を格子状に配列して保持するようにしている。

次に、本発明による全方向移動機構３０の動作について説明する。
なお、初期状態としては、上記移動ユニット３０Ａの球体３２は全て最大径に膨張しており、摩擦シート３１の全面が走行面Ｐに接しているものとする。
上記全方向移動機構３０を、図１１の矢印に示す方向に移動させようとする場合には、位相制御装置３５により、球体３２に取付けられた電磁弁装置３３の駆動手段の駆動位相を制御して、上記移動方向と直交する方向に並んでいる球体３２の収縮の度合を揃えて、上記球体３２，３２に接続された摩擦シート片３１Ａと走行面Ｐとの距離を揃えるようにするとともに、上記駆動位相を上記所定の方向にそれぞれ時間的にずらすようにすれば、上記摩擦シート３１に上記所定の方向に進行する進行波を発生させることができる。これにより、上記最良の形態１と同様に、上記摩擦シート３１は上記進行波の方向に移動するので、上記全方向移動機構３０を上記所定の方向に移動させることができる。
この全方向移動機構３０も、上記進行波の方向を変えるだけで、その姿勢を変えることなく任意の方向に移動することができるだけでなく、旋回時の摩擦によるロスがないので、駆動効率を著しく向上させることができるとともに、装置の寿命についても大幅に改善することができる。

上記例では、上記各球体３２を上部側から保持して格子状に配列した場合について説明したが、図１２（ａ）に示すように、上記各球体３２同士を横方向に接続して格子状に配列することも可能である。この場合には、図１２（ｂ）に示すように、隣接する球体３２，３２の中心間の距離が球体３２の膨張・収縮により変化するので、各球体３２に接続する摩擦シート片３１Ａは繋がっていなくても、この全方向移動機構を任意の方向に移動することができる。なお、上記摩擦シート３１と同様の１枚の広い面積を有する連続したシートを用いてもよい。
また、摩擦シートとして環状の摩擦シートを用いるとともに、上記球体３２を用いた移動ユニット３０Ａを環状に配列した構成の環状の全方向移動機構を構成することも可能である。この環状の全方向移動機構は、上記全方向移動機構１０Ｒとは、摩擦シート１１Ｒの上下動の機構が異なるだけであるので、上記全方向移動機構１０Ｒと同様に、任意の方向に移動させたり、回転させたりすることができる。

このように、本発明の全方向移動機構は、簡単な構成で、車輪を用いずに走行面上を所望の方向に、安定的にかつ滑らかに、移動または回転することができるので、例えば、起伏のある路面や狭い場所などを走行する搬送用ロボット車体などに好適に用いることができる。

本発明の最良の形態１に係る全方向移動機構の概要を示す図である。本最良の形態１に係る全方向移動機構の要部斜視図である。本最良の形態１に係る全方向移動機構の動作を説明するための図である。全方向移動機構の移動方向と摩擦シートの上下動の位相を示す図である。本最良の形態１の推進用部材の他の構成を示す図である。本発明に係る全方向移動機構の他の構成を示す図である。楕円運動するアクチュエータの一構成例を示す図である。本最良の形態２に係る全方向移動機構の概要を示す図である。本最良の形態２の推進用部材の他の構成を示す図である。本最良の形態３に係る全方向移動機構の概要を示す図である。本最良の形態３に係る全方向移動機構の要部斜視図である。本発明に係る全方向移動機構の他の構成を示す図である。従来の腹足移動機構の動作を説明するための図である。従来の腹足運動エアマットの構成を示す図である。従来の腹足運動エアマットの動作を説明するための図である。

符号の説明

１０，１０Ｒ全方向移動機構、１０Ａ移動ユニット、１１，１１Ｒ摩擦シート、
１１Ａ摩擦シート片、１２アクチュエータ、１３シート保持部材、
１４サーボモータ、１５クランク機構、１５ａ第１のリンク、
１５ｂ第２のリンク、１６リニアベアリング、１７位相制御装置、
１８ａ，１８ｂ，１８ｃフレーム。

Claims

走行面との接触面の少なくとも一部が所定の大きさの摩擦係数を有する摩擦面となっている推進用部材と、この推進用部材の両側にそれぞれ取付けられる、互いに異なる位相で上下運動する一対のアクチュエータとを備えた複数のユニットを配列して成る移動装置と、上記各アクチュエータを駆動する駆動位相を制御する位相制御装置とを備えた全方向移動機構であって、上記位相制御装置は、上記推進用部材の各接地点に、当該移動機構の移動方向に進行する進行波を発生させるように、上記各アクチュエータの駆動位相を制御することを特徴とする全方向移動機構。
上記アクチュエータは、その下端側にて上記推進用部材の一端を保持する、接地面に垂直な方向に延長する棒状の保持部材と、この保持部材を上下動させる手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の全方向移動機構。
上記アクチュエータは、その下面側にて上記推進用部材の一端を保持する膨張・収縮自在の球体と、上記球体を膨張または収縮させる手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の全方向移動機構。
上記ユニットを格子状に配列したことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の全方向移動機構。
上記ユニットを環状に配列したことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の全方向移動機構。