JP2012030735A - 全方向車輪および移動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】前後左右に障害物があっても乗り越えることができる全方向車輪を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の全方向車輪１０は、外周に自由に回転する複数の小径輪１２を設けた全方向に動く主輪１３と、主輪１３の側部に設置した主輪１３の最大外径より小さい最大外径のガイド部１４と、を備え、ガイド部１４は、主輪１３より離れるに従い外径が小さくなる形状とした構成である。このような構成により、ガイド部１４が先頭になる方向へ動いている途中に障害物があったとしても、ガイド部１４の外周縁１５は傾斜しているので、障害物にぶつかると外周縁１５の傾斜に沿って障害物を乗り越えることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、外周に複数の小径輪を有し、前後だけではなく左右にも動くことができる全方向車輪およびその全方向車輪を用いた移動装置に関する。

荷物を搬送するための荷台車は、運輸業、製造業、小売業等の様々な分野で使われている。また、被介護者の移動を補助する車椅子は、医療、介護等で使われている。荷台車、車椅子等の移動装置は、方向転換を行うために、前後左右の全方向に自由に向きを変えるキャスターを有する。このキャスターの向きを変えるには、キャスターの首を振らす必要がある。移動装置の進行方向が少しでも変わると、キャスターは首振りする必要がある。そのため、移動装置が方向転換すると、移動装置は不安定な動きとなることがある。

そこで、移動装置の方向転換を行うのにキャスターの首振りを必要とせず、少ない力で且つ安定した方向転換を行うことができるように、前後だけではなく左右にも動く全方向車輪が提案されている。

図１２は、従来の前後および左右に動く全方向車輪５を示す斜視図である。全方向車輪５は、主輪１と、軸３に対して主輪１を回転自在にするためのベアリング２と、主輪１の外周に多数取り付けられた小径輪４とを有する。全方向車輪５に軸３方向（矢印Ａ１方向）の力が加わると、接地している小径輪４は矢印Ａ２の方向へ回転し、全方向車輪５の矢印Ａ１方向への移動を可能とする。

図１３は、従来の荷台車６を示す斜視図である。荷台車６の前側車輪に、全方向車輪５を使用する。図１２を用いて説明したように、全方向車輪５を備える荷台車６は、左右（矢印Ａ１方向）に動かすことができるので、小回りよく方向転換することができる。さらに、荷台車６の前後方向（矢印Ａ３方向）に小さな段差があっても、大径の主輪１により、その段差を乗り越えることができる（例えば、特許文献１参照）。

なお、図１２に示す全方向車輪５は、主輪１の軸３に対して小径輪４の軸が垂直となっているが、主輪の軸に対して４５度傾斜した軸によって、小径輪を回転自在に軸支するメカナムホイールと呼ばれる全方向車輪も存在する（例えば、特許文献２参照）。

自身の四輪をメカナムホイールとして利用する動力付移動装置は、前輪のメカナムホイールと後輪のメカナムホイールを同方向へ回転させることで縦方向へ移動し、逆回転させることで横方向へ移動する。

特開２００１−２１３１０３号公報 特開２００４−３４４４３５号公報

しかしながら、従来の全方向車輪５は、大径の主輪１と小径の小径輪４から構成されているため、小径輪４が回転する左右方向（図１２の矢印Ａ１方向）へ動く場合、左右の段差等の障害物を乗り越えることが困難である。

そこで、本発明はこのような課題を解決するものであり、前後左右のどちらに障害物があっても乗り越えることが可能な、全方向車輪を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の全方向車輪は、その外周に複数の小径輪を設けた主輪と、前記主輪の側部に設置され前記主輪の最大外径より小さい最大外径を有するガイド部と、を備え、前記ガイド部は、前記主輪より離れるに従いその外径が小さくなる形状であることを特徴とする。

また、本発明の移動装置は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の全方向車輪と、前記全方向車輪ごとに取り付けられたモータと、前記モータを制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、前後左右のどちらの障害物も乗り越えることが可能な全方向車輪を提供することができる。

本発明の実施の形態１における全方向車輪を説明するための図であり、（ａ）全方向車輪の正面図、（ｂ）全方向車輪のガイド部側の側面図 本実施の形態１における主輪の斜視図 本実施の形態１における移動装置の斜視図 本実施の形態１における左方にあるコード（障害物）を乗り越える動作を説明するための図であり、（ａ）コードに当たった全方向車輪の正面図、（ｂ）コードに乗り上げる全方向車輪の正面図、（ｃ）コード上にある全方向車輪の正面図 本実施の形態１における前方にある段差に当たった全方向車輪の斜視図 本実施の形態１における保護板を有する全方向車輪を説明するための図であり、（ａ）全方向車輪の正面図、（ｂ）全方向車輪の連結部側の側面図 本実施の形態１における他の全方向車輪の斜視図 本発明の実施の形態２における全方向車輪の正面図 本発明の実施の形態３における車椅子の斜視図 本実施の形態３における分離した合体ベッドの上面図 本実施の形態３における車載台を備えたベッド本体部を示す図であり、（ａ）側面図、（ｂ）上面図 従来の全方向車輪の斜視図 従来の荷台車の斜視図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ構成要素には同じ符号を付しており、説明を省略する場合もある。また、図面は理解し易くするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示している。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における全方向車輪１０を説明するための図であり、図１（ａ）は全方向車輪１０の正面図、図１（ｂ）は全方向車輪１０のガイド部１４側の側面図である。

全方向車輪１０は、自由に回転する複数の小径輪１２を外周に設けた主輪１３と、主輪１３の側部に設置した最大外径ｒ２のガイド部１４と、を備える。ここで、ガイド部１４の最大外形ｒ２は、主輪１３の最大外径ｒ１より小さい。全方向車輪１０は略円形の回転体であり、全方向車輪１０の中心線１０ａを中心に回転する。また、小径輪１２は、主輪本体１１の回転軸１１ａによって軸支される。

そして、ガイド部１４の外径ｒｘは、主輪１３より離れるに従い、径が小さくなる。つまり、ガイド部１４の外周縁１５は、主輪１３より離れるに従い路面との間隔が広くなるように、領域１５ａに示す形状で傾斜している。

また、ガイド部１４は、その先端に、全方向車輪１０の中心線１０ａに対して垂直な側面１８を有する。また、ガイド部１４は主軸本体１１と同じ回転軸を持ち、これらは一体化して回転する。

図２は、主輪１３の斜視図である。主輪１３の構成を詳細に説明すると、主輪１３は、複数の樽形状の小径輪１２と、複数の小径輪１２を外周に回転自在に保持する主輪本体１１とを有する。主輪１３は、小径輪１２を主輪本体１１の軸方向である中心線１０ａに対して４５度傾けて設置した、メカナムホイールである。この主輪１３の側部に、ガイド部１４を設置して全方向車輪１０を形成する。

図３は、移動装置２２の斜視図である。移動装置２２は、前方右、前方左、後方右および後方左に設置された全方向車輪１０と、全方向車輪１０に取り付けるモータ６０と、モータ６０を制御する制御部５９と、を備える。そして、前後左右に配置した全方向車輪１０を、モータ６０で互いに独立して回転させる構成である。移動装置２２は、全方向車輪１０ごとに取り付けたモータ６０を個別に回転制御することで、移動装置２２を前後左右の全方向へ移動する推進力を発生する。なお、移動装置２２は、前方二輪の全方向車輪１０、後方二輪の全方向車輪１０を同一方向に回転させると縦方向へ移動し、前方二輪の全方向車輪１０、後方二輪の全方向車輪１０を逆回転させると横方向へ移動する。

図４は、左方にあるコード（障害物）１７を乗り越える動作を説明するための図であり、図４（ａ）はコード１７に当たった全方向車輪１０の正面図であり、図４（ｂ）はコード１７に乗り上げる全方向車輪１０の正面図であり、図４（ｃ）はコード１７上にある全方向車輪１０の正面図である。図４（ａ）〜（ｃ）に示す全方向車輪１０の正面図は、前方車輪の左車輪である。

前方車輪と後方車輪が逆回転して、移動装置２２に矢印Ａ４方向へ推進力が発生すると、図４（ａ）に示すように、全方向車輪１０は左右方向である矢印Ａ４方向へ動く。

ガイド部１４の先端は、路面１６と外周縁１５の間隔ｄが広く、コード１７の上方に接する。

全方向車輪１０が矢印Ａ４方向へ更に動くと、図４（ｂ）に示すように外周縁１５を角部１７ａが滑り、全方向車輪１０はコード１７に乗り上げる。

全方向車輪１０が矢印Ａ４方向へ更に動くと、図４（ｃ）に示すように、全方向車輪１０とコード１７とが接する部分は、ガイド部１４より小径輪１２に移る。そして、全方向車輪１０はコード１７を乗り越える。

ここで、ガイド部１４の形状が、外周縁１５で傾斜せずに側面１８が路面１６の近くまで伸びた形状だと、ガイド部１４がコード１７に当たった場合にガイド部１４はコード１７を押すだけで、コード１７を乗り越えことはできない。

このように、全方向車輪１０は、ガイド部１４が先頭になる矢印Ａ４方向へ動いている途中に障害物があったとしても、外周縁１５の傾斜に沿って障害物を乗り越えることができる。

なお、領域１５ａに示す傾斜の形状は曲線の形状であるが、主輪１３より離れるに従い路面との間隔ｄが広くなる形状であれば、障害物を乗り越えることができる。たとえば、外周縁１５の傾斜の形状が直線の形状の場合は、ガイド部１４が矢印Ａ４方向へ動いている途中に障害物があったとしても、外周縁１５の傾斜に沿って障害物を乗り越えることができる。しかしながら、安定して障害物を乗り越えることを考えると、傾斜の形状は曲線の形状であることが望ましい。

なお、主輪１３の側部にガイド部１４を設けることは、移動装置２２の前後方向の移動についても有用である。

移動装置２２を利用する場所には、ビニールロープの止め具、ロープ片等の異物が路面に転がっている場合がある。そのような異物が小径輪１２の間へ侵入して噛み込み小径輪１２の回転を止める場合がある。そのため、図１（ｂ）に示すように、本実施の形態１の全方向車輪１０は、ガイド部１４の最大外径ｒ２と主輪１３の最大外径ｒ１との差の半分（半径分の差）である車輪差Ｓを、２ｍｍ以下としている。図４（ａ）に示すように主輪１３が路面１６に接地した状態であると、車輪差Ｓを２ｍｍ以下とすることで、外周縁１５と路面１６の間隔ｄの最も狭い部分は２ｍｍ以下となる。よって、一般的な４ｍｍ程度の厚みのロープ片等の異物に対し、その異物が小径輪１２の間に入る前にガイド部１４の外周縁１５に当たって、異物が小径輪１２の間に入ることをくい止めることができる。また、主輪１３にガイド部１４を設けることで、小径輪１２の間に段差が食い込むことを防ぐこともできる。

図５は、段差２１に当たった全方向車輪１０の斜視図である。本実施の形態１の全方向車輪１０は、最大外径ｒ１を大きくすることが可能なので、移動装置２２の前後方向に移動する場合、小さな段差であれば乗り越えることができる。ただし、メカナムホイールのように、樽形状の小径輪１２を４５度傾けて並べた形状であると、小径輪１２と小径輪１２との間に隙間ができるので、小径輪１２の隙間に段差２１の角２１ａが食い込んでしまい、段差を乗り越えることができないことがある。

そのような場合、主輪１３にガイド部１４を設けることで、段差２１が小径輪１２の間に食い込む前に、ガイド部１４が段差２１にあたり、小径輪１２の間に段差２１が食い込むことを防ぐことができる。ただし、主輪１３の最大外径ｒ１に対してガイド部１４の最大外径ｒ２の差が大きすぎると、ガイド部１４を設けても、段差２１が小径輪１２の間に食い込む場合がある。少なくとも、ガイド部１４の最大外径ｒ２を、主輪１３の最大外径ｒ１の９８％以上かつ２ｍｍ以下としている。主輪１３の最大外径とガイド部１４との最大外径とをほぼ同じ外径とすれば、小径輪１２の間に段差が食い込むことを防ぐこともできる。

さらに、ガイド部１４は、主輪１３と一体となって回転する構成である。このような構成により、移動装置２２の前後方向に存在する障害物が小径輪１２の間に挟まる前に、回転するガイド部１４が副輪となって障害物を乗り越えることが可能である。

なお、ガイド部１４の最大外径の部分をゴムで覆い、段差を乗り越える時に滑らないようにすると、より安定して段差を乗り越えることも可能である。

図６（ａ），（ｂ）は、本実施の形態１における別の形態を示す図であり、図１（ａ），（ｂ）の構成に保護板１９を追加した全方向車輪２０を説明するための図である。図６（ａ）は全方向車輪の正面図、図６（ｂ）は全方向車輪の連結部側の側面図である。この保護板１９以外は、図１（ａ），（ｂ）や図３と同じなので、同じ構成については説明を省略する。

図６（ａ），（ｂ）に示すように、全方向車輪２０は、ガイド部１４の最大外径ｒ２と同じ外径の保護板１９をさらに備える。そして、ガイド部１４と保護板１９との間に主輪１３を介在するように、保護板１９をガイド部１４の側部に連結した構成にしている。なお、保護板１９は円板形状でガイド部１４と同じ材料（例えば、樹脂）からなり、移動装置２２の回転軸部に連結固定する主輪本体１１の一部である回転軸連結部１９ａに設置される。そして、主輪本体１１およびガイド部１４と一体となって回転する。このような構成により、全方向車輪２０の両側より異物の混入を防ぐことができる。さらに、段差２１を乗り越える場合、ガイド部１４と保護板１９の両方が段差２１に接地するので、安定して段差２１を乗り越えることができる。

図７は、本実施の形態１における更に別の形態を示す図であり、図１（ａ），（ｂ）の全方向車輪１０に代えて全方向車輪３０を設けた、全方向車輪３０の斜視図である。全方向車輪３０は、主輪３１の側部にガイド部１４を固定した構成のオムニホイールである。主輪３１は、外周に主輪３１の中心線１０ａに対して垂直に取り付けた複数の小径輪３３を有する。

（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２における全方向車輪４０の正面図である。本実施の形態２の全方向車輪４０は、左右方向（矢印Ａ４方向）へ押されると、ガイド部４１が、主輪１３に対して自由回転する構成である。このような構成により、全方向車輪４０が左右方向（矢印Ａ４方向）へ動く時に、ガイド部４１が障害物に当たっても、ガイド部４１が移動装置２２の前方へ回転することはない。

一方、実施の形態１のガイド部１４は主軸本体１１と同じ回転軸を持ち、これらは一体化して回転する。そのため、移動装置２２が左右方向（矢印Ａ４方向）へ動く時、ガイド部１４が障害物に当たると、ガイド部１４は路面１６に沿って移動装置２２の前方へ回転する。結果、ガイド部１４に移動装置２２前方への推進力が加わるため、障害物を真横より乗り越えることはできず、障害物上を斜めに動いて乗り越える。

本実施の形態２におけるガイド部４１は、内側に切替部４３と、切替部４３を主輪本体１１に連結する連結部４２とを有する。切替部４３と連結部４２との間にはバネ部材（図示せず）が介在し、バネ部材が伸びている場合には、ガイド部４１と主輪１３とは一体となって回転する。

しかし、全方向車輪４０が左右方向（矢印Ａ４方向）に動いている場合に、路面１６に固定したコード１７に当たると、ガイド部４１は主輪１３の方向に押される。ガイド部４１が主輪１３の方向に押されると、切替部４３は、ガイド部４１と主輪１３とが一体となって連結している状態から、ガイド部４１が主輪１３に対して自由に回転する。この時、主輪１３が回転していたとしても、ガイド部４１も一体となり回転することはない。

さらに、全方向車輪４０が左右方向（矢印Ａ４方向）へ押されると、ガイド部４１の外周縁１５の傾斜に沿って、全方向車輪４０はコード１７を乗り越える。コード１７を乗り越えた後、ガイド部４１は、バネ部材によって元の位置に戻る。この時、切替部４３は、ガイド部４１が主輪１３に対して自由回転している状態から、ガイド部４１が主輪１３に対して一体となって回転するようになる。

このような構成により、左右方向（矢印Ａ４方向）へ動いている時にガイド部４１がコード１７に接触すると、ガイド部４１は自由回転し、ガイド部１４が障害物に当たった時、主輪１３が回転してもガイド部１４は回転することはない。

よって、ガイド部４１を備えた移動装置２２は、障害物を真横より乗り越えることができる。一方、全方向車輪４０が、移動装置２２の前後方向に動いている時、ガイド部４１は主輪１３と一体となって回転するので、移動装置２２の前後方向にコード１７を乗り越す時に、ガイド部４１は副輪となしてコード１７を乗り越えることができる。

（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３における車椅子５０の斜視図である。移動装置でもある座位姿勢の車椅子５０は、前方右、前方左、後方右および後方左に設置された全方向車輪１０と、全方向車輪１０に取り付けるモータ６０と、モータ６０を制御する制御部５９と、を備え、前後左右に配置した全方向車輪１０を、モータ６０で互いに独立して回転させる構成である。

さらに、車椅子５０は、被介護者を支える座面部５１と、この座面部５１を下方で支える移動部５２と、を備え、移動部５２に全方向車輪１０を取り付けた構成である。

車椅子５０は、メカナムホイールである全方向車輪１０ごとに取り付けたモータ６０を個別に回転制御することで、車椅子５０を前後左右の全方向へ移動する推進力を発生させる。

図１０は、分離した状態の合体ベッド６５の上面図である。この合体ベッド６５は、車椅子５０とベッド本体部６１とから構成される。なお、ベッド本体部６１は、凹型のベッド基台部６４と、ベッド基台部６４に設けた床面部６３とから構成される。

図１０に示す合体ベッド６５は、分離した状態だと、車椅子５０が単体の車椅子として利用することができる。また、座位姿勢の車椅子５０が、座面部５１を水平面としたフラット姿勢に変形した後、ベッド本体部６１に合体すると、通常のベッドとして利用することができる。この時、床面部６３と座面部５１とが一体となってベッド面部を形成する。

なお、ベッド本体部６１と車椅子５０とを合体するには、図１０に示す凹部の合体スペース６２に車椅子５０の移動部５２が侵入するようにしなければならない。

全方向車輪１０は、移動部５２の前方右、前方左、後方右および後方左に設置され、それぞれの全方向車輪１０を独立して回転することで、車椅子５０は、前後左右に自由に推進力を発生して移動することができる。図１０の破線の矢印Ａ５〜Ａ８に示すように全方向車輪１０が個別に回転すると、車椅子５０は矢印Ｂの方向へ移動する。そして、車椅子５０が左右方向（矢印Ｂ方向）へ移動し、移動部５２が合体スペース６２に入って、ベッド本体部６１と合体する。

なお、矢印Ｂへ移動する時、進行方向の途中にコード１７があったとしても、全方向車輪１０のガイド部１４により、コード１７を乗り越えることができる。車椅子５０は、全方向車輪１０を用いることで、車椅子５０が前後左右方向へ移動する時に障害物が存在しても、その障害物を乗り越えることができる。

図１１（ａ），（ｂ）は、本実施の形態２における別の形態を示す図であり、車載台７２ａを備えたベッド本体部７１を示す図である。図１１（ａ）は側面図であり、図１１（ｂ）は上面図である。ベッド本体部７１は、基台部７２と、介護等の目的で合体ベッドの高さを調整するための昇降部７４とを有する。昇降部７４が高さ方向に伸長することで基台部７２が持ち上がり、ベッド本体部７１の高さが高くなる。この時、合体ベッドとして高さ調整できるように、基台部７２の一部は車載台７２ａとなっており、この車載台７２ａに載せた車椅子５０もベッド本体部７１と一体となって上昇する。

ベッド本体部７１に昇降部７４および車載台７２ａを設けることで、合体ベッドは昇降機能を有する。ただし、車椅子５０は、ベッド本体部７１と合体するために、段差７３を乗り越えて車載台７２ａに乗らなければならない。全方向車輪１０のガイド部１４により、車椅子５０は左右方向へ移動しながら段差７３を乗り越えて、車載台７２ａに乗り上げることができる。

また、車椅子５０とベッド本体部７１とを合体して合体ベッドとする場合、フラット姿勢の車椅子５０の座面部５１の高さと床面部６３の高さとが異なる場合がある。

そのような場合、床面部６３と座面部５１との高さを合わせるために、図１０に示すベッド本体部６１の合体スペース６２に、車椅子５０を載せる昇降リフト台を設ける場合もある。この昇降リフト台に車椅子５０を乗せた後、昇降リフト台を上昇させることにより、床面部６３と座面部５１との高さを同じとしてベッド面部を形成する。昇降リフト台に段差がある場合でも、車椅子５０は全方向車輪１０を備えることにより、車椅子５０は左右方向へ移動して、昇降リフト台に乗り上げることができる。

なお、本発明の効果は、本発明の様々な実施の形態を適宜選択して組合わせても実現可能である。

本発明は、外周に複数の小径輪を有し、前後だけではなく左右にも動くことができる全方向車輪およびその全方向車輪を用いた移動装置に関する。また、荷台車、車椅子等での利用にも有用である。

１０，２０，３０，４０ 全方向車輪
１０ａ 中心線
１１ 主輪本体
１１ａ 回転軸
１２，３３ 小径輪
１３，３１ 主輪
１４，４１ ガイド部
１５ 外周縁
１５ａ 領域
１６ 路面
１７ コード
１７ａ 角部
１８ 側面
１９ 保護板
１９ａ 回転軸連結部
２１，７３ 段差
２１ａ 角
２２ 移動装置
４２ 連結部
４３ 切替部
５０ 車椅子
５１ 座面部
５２ 移動部
５９ 制御部
６０ モータ
６１，７１ ベッド本体部
６２ 合体スペース
６３ 床面部
６４ ベッド基台部
６５ 合体ベッド
７２ 基台部
７２ａ 車載台
７４ 昇降部

Claims (10)

1. その外周に複数の小径輪を設けた主輪と、
   前記主輪の側部に設置され前記主輪の最大外径より小さい最大外径を有するガイド部と、を備え、
   前記ガイド部は、前記主輪より離れるに従いその外径が小さくなる形状である
   全方向車輪。
2. 前記ガイド部の最大外径と前記主輪の最大外径の差の半分が、２ｍｍ以下である
   請求項１に記載の全方向車輪。
3. 前記ガイド部は、前記主輪と一体となって回転する構成である
   請求項１または請求項２に記載の全方向車輪。
4. 前記ガイド部は、前記主輪の方向へ押された場合に前記主輪に対して自由回転する構成である
   請求項１または請求項２に記載の全方向車輪。
5. 前記ガイド部の最大外径と同じ外径の保護板をさらに備え、
   前記主輪を挟んで前記ガイド部の反対側に前記保護板に連結した
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の全方向車輪。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の全方向車輪と、
   前記全方向車輪ごとに取り付けられたモータと、
   前記モータを制御する制御部と、を備えた
   移動装置。
7. 、
   前記全方向車輪は、互いに独立して回転する構成である
   請求項６に記載の移動装置。
8. 前記全方向車輪がメカナムホイールである
   請求項６または請求項７に記載の移動装置。
9. 前記全方向車輪がオムニホイールである
   請求項６または請求項７に記載の移動装置。
10. ベッド本体部と合体して合体ベッドを構成する
    請求項６〜９のいずれか１項に記載の移動装置。

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