JP2013189068A - オムニホイール - Google Patents

Abstract

【課題】使用時における移動路面の起伏や傾き，滑りによって各バレルに生じる振動を軽減させることのできるオムニホイールを提供する。
【解決手段】先端部が分岐された複数の支持脚４，５，６が中央部から径方向に延設されたバレルフレームの中央部を起点として、周方向に支持脚４，５，６を相互に変位させて固着し、各バレルフレームの支持脚４，５，６間にそれぞれ軸支されたバレル支持軸にバレル３を回転可能に軸支してなるオムニホイール１において、緩衝装置を介してバレル支持軸を支持脚４，５，６間に軸支し、緩衝装置によって、バレル支持軸への荷重を緩和する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロボット等の各種移動体やコンテナ，台車等の各種搬送手段において使用されるオムニホイール（全方向移動車輪）に関し、特には使用時における振動を低減させたオムニホイールに関する。

オムニホイールは、バレルフレームの外周部に複数のバレル（樽型ローラ）を装備してなり、バレルを接触面としたバレルフレームの回転による移動と、バレルフレームの周方向と直交する方向へのバレルの回転による移動が可能であり、これらの移動を組み合わせることによって全方向に移動することが可能である。このオムニホイールの基本構造は公知の構造であり、複数のバレルフレームを相互に変位させて組み合わせたり、バレルの数を変更する等の種々の構成のオムニホイールが提供されている。

また、このオムニホイールを利用した各種移動体や搬送手段も提供されている。例えば、特許文献１によれば、オムニホイールを使用することによって実質的に任意の方向に移動することが可能な全方向移動台車が提供され、特許文献２によれば、進行方向における操作力の変動を抑制し、直進性を確保するとともに振動も生じないとする全方向移動車輪及び搬送台車が提供されている。特に近時は産業用からレジャーやホビー用の各種ロボットの移動手段としてオムニホイールが注目されている。

特開２００１−２３３２１９号公報 特開２００７−２８３８０６号公報

オムニホイールの移動時において、移動路面が平滑であり、かつ、バレルと移動路面との接触角度が常に直角に維持されているのであれば、理論上の振動は発生しない。しかしながら、現実には移動路面には起伏や傾き，滑りが生じることがあり、これらがオムニホイールに振動を発生させる原因となっている。また、オムニホイールは、複数のバレルが交互に移動路面と接触するため、バレルのリレー時に振動が発生することがある。これらのオムニホイールの移動時における振動は、微量であったとしてもロボット等のモータ制御の負荷電流の起伏を生じ、モータ制御に必要なフィードバック値を不安定にさせてしまう。

従来、特許文献１に示すように、オムニホイール自体には振動に対する格段の対策は施されていなかった。これに対して、特許文献２に示すように、バレル間に、摩擦係数の小さな摺動部を配置し、移動路面に摺動部をバレルとともに接触させることによって、オムニホイールを備えた搬送台車による搬送時の振動を抑制する手段も提供されている。しかしながら、特許文献２に示す手段によれば、摺動部によってバレルのリレー時における振動を軽減することは可能であるが、移動路面の起伏や傾き，滑りによって各バレルに生じる振動を軽減することはできない。

そこで、本発明者らは前記した従来の課題を解決し、使用時における移動路面の起伏や傾き，滑りによって各バレルに生じる振動を軽減させることのできるオムニホイールを提供することを目的としている。

本発明は、上記課題を解決するために、先端部が分岐された複数の支持脚が中央部から径方向に延設されたバレルフレームの中央部を起点として、周方向に支持脚を相互に変位させて固着し、各バレルフレームの支持脚間にそれぞれ軸支されたバレル支持軸にバレルを回転可能に軸支してなるオムニホイールにおいて、緩衝装置を介してバレル支持軸を支持脚間に軸支したことを特徴とするオムニホイールを基本として提供し、緩衝装置によって、バレル支持軸への荷重を緩和する。

また、支持脚の先端を、各バレルフレームの支持脚間において対向するとともにバレル軸孔を穿設したブラケットとして分岐し、隣接する支持脚間におけるブラケットのバレル軸孔にバレル支持軸を軸支し、ブラケット内に、ブラケットの分岐方向においてバレル軸孔と連通するスプリング挿通穴を形成し、スプリング挿通穴に緩衝装置としてのスプリングを挿入し、スプリングによってバレル支持軸を揺動可能に軸支し、バレル軸孔にバレル支持軸の揺動空間を確保して、バレル支持軸を軸支する。

そして、中央部を中心とする回転により、複数のバレルフレームに軸支したバレルが交互に接地することで、中央部と直交する方向に移動自在であるとともに、バレル支持軸を中心とするバレルの回転により中央部の軸方向に移動自在とし、中央部に中央軸孔を穿設する。

以上記載した本発明によれば、各バレルのバレル支持軸がそれぞれ緩衝装置としてのスプリングによって揺動可能に支持されているため、移動路面の起伏や傾き，滑りによって各バレルに振動が生じたとしても、バレル支持軸が揺動空間内において揺動することによって、各バレルにおいて振動を吸収することができる。そのため、全方向におけるオムニホイールの安定した走行を実現することができる。

本発明にかかるオムニホイールの全体斜視図。 本発明にかかるオムニホイールの側面図。 本発明にかかるオムニホイールの正面図。 バレルフレームの全体斜視図。 バレルの全体斜視図。 図２のＡ−Ａ断面図。 図６の要部拡大図。 図３のＢ−Ｂ断面図。 図８の要部拡大図。

本発明は、緩衝装置を介してバレル支持軸を支持脚間に軸支したことに特徴を有する。以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明にかかるオムニホイール１の全体斜視図、図２は側面図、図３は正面図である。オムニホイール１は、バレルフレーム２の外周部に、複数のバレル３（樽型ローラ）を装備してなる。

図４はバレルフレーム２の全体斜視図であり、先端部が分岐された３本の支持脚４，５，６が中央部としての中央軸孔７から径方向に等間隔で延設された２組のバレルフレーム２を、中央軸孔７を起点として周方向に支持脚４，５，６を相互に６０度変位させて固着してある。そして、支持脚４，５，６間に、それぞれバレル支持軸８を軸支し、バレル支持軸８に、図５に示すバレル３を回転可能に軸支している。バレル３は中央部が膨出した樽型であり、長手方向中央部にバレル支持軸８を密接状態に挿通可能なバレル支持軸挿通孔３ａが形成されている。

なお、図示例では、３本の支持脚４，５，６を採用したが、複数であれば任意の本数でよく、４本以上としてもよい。また、支持脚４，５，６の変位角度もその数に応じて適宜の角度を設定すればよい。更に、図示例では、同一構成の２組のバレルフレーム２を固着してあるが、３組以上のバレルフレーム２を組み合わせるようにしてもよい。

そして、支持脚４，５，６間において対向するように、支持脚４，５，６の先端を、それぞれブラケット４ａ，４ｂ、ブラケット５ａ，５ｂ、ブラケット６ａ，６ｂとして分岐している。即ち、支持脚４のブラケット４ａと支持脚５のブラケット５ｂが、支持脚５のブラケット５ａと支持脚６のブラケット６ｂが、支持脚６のブラケット６ａと支持脚４のブラケット４ｂが対向して配置されている。このブラケット４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂには、それぞれバレル軸孔９が対向するように穿設されており、ブラケット４ａ，５ｂ間、ブラケット５ａ，６ｂ間、ブラケット６ａ，４ｂ間にそれぞれバレル支持軸８が軸支している。バレル３は、図５に示すように樽型のフリーローラである。７は中央部としての中央軸孔である。図示例では、オムニホイール１の中央部を、バレルフレーム２の中央軸孔７として形成したが、予め中央軸孔７に中央軸を挿通した構成としてもよい。なお、上記したオムニホイール１の基本構造は公知の構造である。

本発明では、図６〜図９に示すように、ブラケット４ａ（４ｂ，５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ）内に、その分岐方向Ｓ（図９参照）においてバレル軸孔９と連通するスプリング挿通穴１０を形成し、スプリング挿通穴１０に緩衝装置としてのスプリング１１を挿入し、スプリング１１によってバレル支持軸８を揺動可能に支持している。よって、図７，図９に示すように、バレル支持軸８の端部はブラケット４ａ（４ｂ，５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ）に穿設されたバレル軸孔９内において、ブッシュ１３を介してスプリング１１によって支持されるとともに、バレル軸孔９内においてブッシュ１３の上部及び下部には揺動空間１２ａ，１２ｂが形成されている。そのため、バレル支持軸８はスプリング１１によって、図９の矢印Ｙに示すように上下方向（スプリング挿通穴１０方向）に揺動可能に支持されており、バレル３の移動路面への接地時におけるバレル支持軸８への荷重を緩和することができる。なお、緩衝装置としては、スプリング１１に限ることなく、バレル支持軸８を揺動可能に軸支できる構成であれば、どのような構成であってもよい。なお、１４はバレル３とブラケット４ａ（４ｂ，５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ）間に介在させたワッシャである。

上記した構成のオムニホイール１は、中央軸孔７を中心とする回転により、複数のバレルフレーム２に軸支したバレル３が交互に接地することで、中央軸孔７と直交する方向に自在に移動できるとともに、バレル支持軸８を中心とするバレル３の回転により中央軸孔７の軸方向に自在に移動することができ、その結果全方向に移動することが可能である。そして、移動時において、移動路面の起伏や傾き，滑りに起因する何らかの振動が発生したとしても、バレル支持軸８はスプリング１１によって、バレル軸孔９内において、移動路面の接地方向であるスプリング挿通穴１０方向（上下方向）において、揺動可能に軸支されているため、スプリング１１によって振動を吸収することができ、バレル３の移動路面への接地時におけるバレル支持軸８への荷重を緩和し、オムニホイール１の安定した走行を実現することができる。

以上記載した本発明によれば、各バレルのバレル支持軸がそれぞれ緩衝装置としてのスプリングによって揺動可能に支持されているため、移動路面の起伏や傾き，滑りによって各バレルに振動が生じたとしても、バレル支持軸が揺動空間内において揺動することによって、各バレルにおいて振動を吸収することができる。そのため、全方向におけるオムニホイールの安定した走行を実現することができる。

１…オムニホイール
２…バレルフレーム
３…バレル
４，５，６…支持脚
４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ…ブラケット
７…中央軸孔
８…バレル支持軸
９…バレル軸孔
１０…スプリング挿通穴
１１…スプリング
１２ａ，１２ｂ…揺動空間

Claims (7)

1. 先端部が分岐された複数の支持脚が中央部から径方向に延設されたバレルフレームの中央部を起点として、周方向に支持脚を相互に変位させて固着し、各バレルフレームの支持脚間にそれぞれ軸支されたバレル支持軸にバレルを回転可能に軸支してなるオムニホイールにおいて、
   緩衝装置を介してバレル支持軸を支持脚間に軸支したことを特徴とするオムニホイール。
2. 緩衝装置によって、バレル支持軸への荷重を緩和する請求項１記載のオムニホイール。
3. 支持脚の先端を、各バレルフレームの支持脚間において対向するとともにバレル軸孔を穿設したブラケットとして分岐し、隣接する支持脚間におけるブラケットのバレル軸孔にバレル支持軸を軸支した請求項１又は２記載のオムニホイール。
4. ブラケット内に、ブラケットの分岐方向においてバレル軸孔と連通するスプリング挿通穴を形成し、スプリング挿通穴に緩衝装置としてのスプリングを挿入し、スプリングによってバレル支持軸を揺動可能に軸支する請求項３記載のオムニホイール。
5. バレル軸孔にバレル支持軸の揺動空間を確保して、バレル支持軸を軸支する請求項４記載のオムニホイール。
6. 中央部を中心とする回転により、複数のバレルフレームに軸支したバレルが交互に接地することで、中央部と直交する方向に移動自在であるとともに、バレル支持軸を中心とするバレルの回転により中央部の軸方向に移動自在である請求項１，２，３，４又は５記載のオムニホイール。
7. 中央部に中央軸孔を穿設した請求項１，２，３，４，５又は６記載のオムニホイール。

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