JP2017507056A - 車両を移動させるための球状ホイールおよびそのホイールを使用する車両 - Google Patents

Abstract

本発明は、車両を移動させるための球状ホイールおよびそのホイールを使用する車両に関する。ホイール１０は、２つのキャップ（１５、１６）を含み、これらのキャップの面は、ホイール（１０）の球面に合わされ、キャップ（１５、１６）はそれぞれ、ピボットリンク（１９、２０）を用いて、シャフトに対して関節式に結合される。ホイール（１０）は、各キャップ（１５、１６）の開口にそれぞれ配置された２つのキャスタ（２８、２９）をさらに含み、その開口は、対応するピボットリンク（１９、２０）の軸（２１、２２）を中心とし、各キャスタ（２８、２９）は、該当するキャップ（１５、１６）のピボットリンク（１９、２０）の拡張部に配置される。各キャスタ（２８、２９）は、球面の位置で転動するのを保証する。各キャップ（１５、１６）の開口の半径Ｓと、対応するキャスタ（２８、２９）のｒとは、ホイール（１０）が、開口の縁部でキャップ（１５、１６）に接する地面に支持される状態から、対応するキャスタ（２８、２９）で地面に支持される状態に移るときに、キャップ（１５、１６）および対応するキャスタ（２８、２９）を駆動するのに必要とされる力を概ねバランスさせるように規定される。

Description

本発明は、車両を移動させるための球状ホイールおよびそのホイールを使用する車両に関する。

従来から、４輪車両は、車両が方向を変えることを可能にする方向性ホイールを装備している。ホイールは、ピボットリンクを用いて車両に連結され、方向性ホイールの場合、さらなる回転自由度が追加される。方向性ホイールが駆動ホイールの場合、自在継ぎ手により、ピボットリンクの軸の向きの調整を可能にしながら、ホイールを駆動することが可能になる。このタイプの構成は、回転半径を短くすることができない。言い換えると、速度をもたずに定位置で車両を旋回させることができない。

さらに、それぞれがそれ自体を中心として旋回できる球状ホイールを有する車両を製作しようとする試みがなされてきた。そのような製作物の例が、特開２００７−２１０５７６号公報として公開された特許出願に記載されている。この文献は、２つの半球体を含むホイールについて説明している。ホイールは、２つの半球体を支持する支持体を回転駆動する水平モータシャフトによって駆動される。２つの半球体は、それぞれピボットリンクを介して支持体に取り付けられる。２つのピボットリンクは一列に整列する。これらの共通軸は、モータシャフトの回転軸に対して直角をなす。ロボットなどの車両は、文献、特開２００７−２１０５７６号公報に記載されているように４つのホイールを装備することができる。この場合に、４つのホイールのモータシャフトの軸は、互いに直角に配置される。この場合に、ホイールは、対で一列に整列する。第１の対の２つのホイールを駆動することで、そのホイール対の共通軸に対して直角な方向に車両を移動させることが可能になる。第２のホイール対の場合、半球体は、ピボットリンクのまわりに自由に回転する。第２の対のホイールを駆動することで、ロボットは、直角な方向に移動する。移動を組み合わせることも当然可能である。これは、車両が、任意の方向に移動すること、およびそれ自体を中心として回転することさえ可能にする。

ホイールの駆動シャフトは、２つの半球体間に位置するホイールの赤道面に沿ってホイールに貫入する。赤道面は、地球と同様に定義される。この平面は、北半球および南半球にたとえることができる２つの半球体に分割する。モータシャフトは、それ自体を最小直径にする特定の剛性を有さなければならない。したがって、２つの半球体は、少なくともこの直径だけ離れる。実際には、半球体がモータシャフトに擦れるのを防止する機能的遊びが、シャフトの直径に加えられなければならない。したがって、それぞれ平面によって範囲を定められた２つの半球体が得られる。２つの半球体の平面は、これ以上短縮すれば、モータシャフトの剛性を損なう危険性がある距離だけ離れて平行に配置される。

ホイールの赤道面が、水平と想定される地面に対して垂直位置をとると、地面に接するホイールの支持部の切れ目が出現する。より具体的には、ホイールが駆動ホイールの場合、ホイールの赤道面は、各ホイール回転で地面と接するようになり、結果として、地面が、１つ半球体から他方への、したがって、１つの半球体の平面から他方への移行部を支持することになる。この切れ目を通る移行において、グリップの低下が生じ、ホイールが瞬間的に球形でなくなり、高速において、各移行で騒音が発生する。

２０１２年４月３０日に出願された、本出願人による仏国特許出願第１２−５３９８１号明細書では、文献、特開２００７−２１０５７６号公報に記載されたものに近い別の球形ホイールが提案された。この別の球形ホイールは、２つの半球体の範囲を定める平面を交差させることで、ホイールの赤道面を通る移行における切れ目という欠点を軽減する。実際には、「半球体」という用語は、もはや使用することができず、各面をホイールの球面に合わせた２つのホイール要素を規定する「キャップ」という用語に置き換えられる。「キャップ」は、ピボットリンクを用いて、ホイールのモータシャフトに対してそれぞれ関節式に連結される。２つのキャップは、平面によってそれぞれ範囲を定められ、２つの平面は交差する。言い換えると、２つのピボットリンクはもはや一列に整列しない。

これらの２つの実施例は、ピボットリンクの１つの軸が、地面に対して直角をなす場合に特異性を示す。この構成では、ホイールを使用する車両が、該当するホイールの駆動軸に対して直角でない速度ベクトルを有する場合、ホイールは、地面との接触点でスリップする。このスリップを回避するために、各キャップ（または半球体）は、該当するキャップのピボットリンクの拡張部に配置され、球面上で転動することを保証するキャスタを含む。キャスタは、ホイールの駆動軸に対して垂直な軸のまわりの回転自由度を有する。この回転動作は、特異性構成のホイールのスリップを回避するのに十分である。キャスタはそれぞれ、ホイールの球面に合わせた転動線を有する。

文献、特開２００７−２１０５７６号公報および仏国特許出願第１２−５３９８１号明細書の両方において、キャスタは、キャップ面をホイールに対して可能な限り広く保つために、可能な限り小さくなっている。実際上、ホイールは、そのキャップの面で地面に接触している場合のみ駆動ホイールであり得る。したがって、キャスタの大きさを最大限まで小さくする、特に、それぞれのキャスタが通るのを可能にするように各キャップに形成された円形開口を可能な限り小さくすることへの誘因がある。

本出願人が社内で行った試験により、特異点を通る移行時に、該当するキャップの回転速度がきわめて大きく変化することが実証され、これは、キャップの慣性に起因する欠点をもたらす。より具体的には、車両の線速度が一定の場合、地面と接触するキャップの回転速度は、キャップの回転が、キャップの範囲を定める平面の位置で行われる場合の最小値から、キャップの回転が、キャスタを通すために形成された開口の縁部の位置で行われる場合の最大値まで変化し得る。やはり車両の線速度が一定の場合に、地面と接触する様々な段階、すなわち、
・キャップの範囲を定める平面で地面と接触することと、
・開口の縁部を通って移行することと、
・キャスタで転動することと、
・再度開口の縁部を通って移行することと、
・最終的に、キャップの範囲を定める平面に戻ることと、
を互いにつなぐシーケンスを有することが可能である。

特開２００７−２１０５７６号公報 仏国特許出願第１２−５３９８１号明細書

開口の縁部を通る最初の移行時に、ピボットリンクのまわりのキャップの回転速度は、ある方向をとり、この方向は、地面に接するキャップの摩擦を回避するために、開口の縁部を通る第２の移行の瞬間に転換されなければならない。キャップの慣性は、この回転方向の転換を妨害し得る。この妨害は、開孔の大きさが小さい場合にさらに大きくなり、その理由は、キャップが高い回転速度に達するからである。この妨害は、車両の線速度が上がるにつれてさらに増幅される。実際には、線速度の上昇は、キャップの回転速度を上げ、特異点の周辺での回転速度の方向転換に利用できる時間を短くすることにつながる。キャップに対するこれらの急な速度変化は、キャスタに関して、大きな運動エネルギの入力を必要とし、ホイールと地面との間に摩擦を発生させる危険性をもたらすことがある。

本発明の目的は、特異点の周辺でキャップの回転速度を下げることである。このために、本発明の対象は、車両を移動させるための半径Ｒの球状ホイールであって、このホイールは、軸のまわりに回転できるシャフトによって回転駆動され、ホイールは、２つのキャップを含み、キャップの表面は、ホイールの球面に合わされ、それぞれが平面によって範囲を定められ、キャップはそれぞれ、ピボットリンクを用いて、該当するキャップの平面に直角な軸を中心として、シャフトに対して関節式に連結され、ホイールは、それぞれが各キャップの開口に配置された２つのキャスタをさらに含み、この開口は円形であり、対応するピボットリンクの軸を中心とし、各キャスタは、該当するキャップのピボットリンクの拡張部に配置され、各キャスタは、シャフトの軸に対して直角な軸のまわりに自由に回転し、各キャスタは、球面の位置での転動を保証する、ホイールにおいて、各キャップの開口は、ピボットリンクの軸を中心とした半径Ｓを有することと、各キャップの開口の半径Ｓと、対応するキャスタのｒとは、ホイールが、開口の縁部でキャップに接する地面に支持される状態から、対応するキャスタで地面に支持される状態に移るときに、キャップおよび対応するキャスタを駆動するのに必要とされる力を概ねバランスさせるように規定されることとを特徴とする。

キャスタの転動線は、球状ホイールの中心を中心とした扇角をとる。この扇角は有利にも３５°よりも大きい。

本発明の別の対象は、本発明によるホイールを少なくとも３つ含む車両である。少なくとも２つのホイールのシャフトの軸は一列に整列しない。

本出願人が社内で行った他の試験から、特異点を通る移行時において、車両の線速度が同じ場合に、小径のキャスタの方が、キャスタの角速度を上げることが実証された。キャスタは駆動されず、キャスタの回転軸のまわりに自由であるので、車両の動作により、キャスタを駆動しなければならない。特異点を通る移行時に、キャスタは、ゼロ速度からかなりの速度に移行しなければならない。キャスタの慣性に起因して、キャスタと地面との間に摩擦が発生し得る。さらに、キャスタの回転速度の急な変化は、ホイールの地面との接触部が、キャップからキャスタに移る瞬間に、きわめて短時間での運動エネルギの入力を再度必要とする。このエネルギの入力は、車両の動作に加加速度を発生させ得る。

運動エネルギは、キャスタの回転速度の２乗で決まるので、本発明は、有利にも、キャスタを駆動するのに必要な運動エネルギを低減することができるキャスタの直径の拡大によって、このエネルギ入力を減らすことを目標とする。当然ながら、本発明は、キャスタの回転駆動で発生し得る摩擦の発生する危険性を軽減することを可能にする。本発明は、高い車両速度において非常に有用である。

このため、キャスタのそれぞれの軸を中心とする各キャスタの大きい方の半径ｒは、球状ホイールの半径Ｒの１／４よりも大きい。キャスタの半径ｒに関するこの特徴は、上記に規定し、キャスタがとる扇角が３５°未満であっても、すでに利益をもたらす。

例として示した実施形態の詳細な説明を読んだときに、本発明がより深く理解され、他の利点が明らかになるであろう。説明は添付図面によって図解される。

本発明による第１の変形型球状ホイールを示している。 本発明による第１の変形型球状ホイールを示している。 本発明による第２の変形型球状ホイールを示している。 図１および図２のホイールを部分断面図で示している。 図１および図２のホイールの別の外面図を示している。 図１および図２のホイールを斜視図および部分断面図で示している。 複数の、図１および図２のホイールを装備した車両の例を示している。

明確にするために、様々な図において、同じ要素には同じ参照符号が付いている。

図１および図２は、車両１１を移動させるための半径Ｒの球状ホイール１０を示している。図１は側面図であり、図２は斜視図である。ホイール１０は、シャフト１２によって回転駆動される。車両１１は、そのシェルで示され、シャフト１２は、ピボットリンク１３によってシェルに連結されている。シャフト１２の回転軸には参照符号１４が付いている。

ホイール１０は、２つのキャップ１５、１６を含み、キャップ１５、１６の外側面は、ホイール１０の球面に合わされている。キャップ１５は、平面１７によって範囲を定められ、キャップ１６は、平面１８によって範囲を定められている。キャップ１５、１６は、それぞれピボットリンク１９、２０を用いて、シャフト１２に対してそれぞれ関節式に連結されている。ピボットリンク１９の軸２１は、キャップ１５の平面１７に対して直角をなし、ピボットリンク２０の軸２２は、キャップ１６の平面１８に対して直角をなしている。２つのピボットリンク１９、２０は、それぞれのキャップ内に配置され、後で詳述される。

異なるキャップ１５、１６を製造することが可能であるが、キャップ１５、１６は同一であり、シャフト１２に関して対称に配置されるのが有利である。言い換えると、平面１７、１８は、シャフト１２の軸１４との交点２３を有する線に沿って交差する。この構成では、２つのピボットリンク１９、２０の軸２１、２２は交差し、それらの間にゼロでない角度をなす。

ホイール１０は、図１および図２で参照符号２５が付いた地面を転動することを意図されている。２つのキャップ１５、またはキャップ１６の一方は、地面２５と接触する。シャフト１２がホイール１０を駆動するときに、ホイール１０は、ホイール１０の球面の円周２６によって地面２５との接触を維持する。この動作では、車両は、軸１４と円周２６を包含する平面との間の交点２７で軸１４に直角な速度ベクトルを有する。地点２６に作用する車両１１の速度ベクトルが軸１４に対して直角でない場合、地面と接触しているキャップは、そのピボットリンクのまわりに自由回転をし始める。

言い換えると、地面２５と接触しているキャップは、２つの動作、すなわち、軸１４のまわりの第１の駆動回転と、そのピボットリンクの軸のまわりの第２の回転とによって駆動することができる。２つの回転は、当然、地点２６での車両の速度ベクトルの方向に応じて組み合わせることができる。

図３は、車両１１から出たシャフト１２によって回転駆動される変形型の球状ホイール３０を示している。ホイール３０は、２つのキャップ３１、３２を含み、キャップ３１、３２の面は、ホイール３０の球面に合わされている。キャップ３１は、平面３３によって範囲を定められ、キャップ３２は、平面３４によって範囲を定められている。ホイール１０と異なり、平面３３、３４は互いに平行であり、シャフト１２の軸１４に平行である。この変形型では、軸１２は、地面２５が平坦であると想定して、地面２５に平行である。

ホイール１０、３０の動作において、地面２５と接触しているキャップ、図１ではキャップ１６、または図３ではキャップ３２のそれぞれの平面１８、３４が水平な場合に特異点が出現する。

この構成では、図１の車両が、地点２７に作用する、軸１４に対して直角でないベクトルを有する場合に、キャップ１６は、ピボットリンク２０のまわりに回転することができず、地面２５上でスリップする。スリップを回避するために、ホイール１０は、２つのキャスタ２８、２９を含み、キャスタは、各キャップに対応している。各キャスタは、該当するキャップのピボットリンクの拡張部に配置され、ホイール１０の球面での転動を保証する。より具体的には、キャップ１５は、キャスタ２８を装備し、キャップ１６はキャスタ２９を装備している。キャスタ２８、２９は、軸１４に対して垂直な軸のまわりの回転において、１自由度を有することができる。この回転動作は、特異性構成のホイールのスリップを回避するのに十分である。キャスタはそれぞれ、ホイール１０の球面に合わせた転動線を有する。

同じことが２つのキャスタ３７、３８を含むホイール３０にも適用され、キャスタは、それぞれ各キャップ３１、３２に対応している。

以降では、図１および図３に示す変形型ホイール１０に関連して説明する。提示される特徴は、ホイール３０にも当てはまる。

図４は、２つのキャスタ２８、２９の回転軸を包含する平面におけるホイール１０を断面図で示している。キャップ１５だけが切断されている。ホイール１０は、シャフト１２に固定された支持体４０を含む。支持体４０は、シャフト１２と共に、回転軸１４のまわりに回転する。

ピボットリンク１９は、支持体４０とキャップ１５とを連結している。ピボットリンク１９は、ベアリング４２によって形成されている。同様に、図４では見えないピボットリンク２０は、支持体４０とキャップ１６とを連結する。当然ながら、ホイール１０に求められる剛性に応じて、各キャップに対して複数のベアリングを使用することが可能である。この実施形態では、ベアリング４２は、支持体４０とキャップ１５との間に挟まれたスペーサ４３を用いて形成されている。スペーサ４３は、例えば、低い摩擦係数を得ることを可能にする材料で形成される。例えば、ポリテトラフルオロエチレンを使用することが可能である。２つのピボットリンク１９、２０は、有利にも同一である。ベアリングの他の実施形態が可能である。例えば、ピボットリンク１９、２０の回転における抵抗トルクを制限する転がりベアリングを使用することが可能である。

ピボットリンク４４は、支持体４０を介してキャスタ２８とシャフト１２とを連結している。ピボットリンク４４は、キャスタ２８が軸４７のまわりを自由回転することを可能にする。ピボットリンク４４は、例えば、支持体４０によって２つの端部で支持されたシャフト４５を用いて形成される。キャスタ２８は、シャフト４５によって貫通されている。キャスタ２８は、シャフト４５に対して自由回転する。シャフト４５とキャスタ２８との間にブッシュを配置することができる。スペーサ４３と同様に、ブッシュは、例えば、ポリテトラフルオロエチレンなどの摩擦係数が低い材料で形成することができる。

同様に、ピボットリンク４４と同じであり、図４では見えないピボットリンク４８は、支持体４０を介してキャスタ２９とシャフト１２とを連結する。このピボットリンクは、キャスタ２９が軸４９のまわりを自由回転することを可能にする。

キャスタ２８、２９は、図４に見ることができるそれぞれの転動線５１、５２が、ホイール１０の球面形状に合うように樽形状とされる。転動線５１、５２は、キャスタ２８またはキャスタ２９の面に形成された曲線であり、軸１４から最も遠い曲線である。キャスタ上で、転動線は、キャスタの回転に応じてキャスタの面を移動する。キャスタの転動線は、ホイール１０の球面に形成された円部分である。転動線５１は、キャップ１５の範囲を定める平面１７に対して直角な平面に位置する。同様に、転動線５２は、キャップ１６の範囲を定める平面１８に対して直角な平面に位置する。

図５は、ホイール１０の図を示しており、この図では、キャスタの一方、例えば、キャスタ２８が中心である。キャスタ２８は、キャップ１５に形成され、軸２１が中心である円形開口５４内に見られる。各キャップの開口は、対応するピボットリンクの軸を中心とした半径Ｓを有する。

地面に接するホイール１０の支持部が、キャップ１５からキャスタ２８に移り、最終的にキャップ１５に戻る場合のキャップ１５の急な速度変化を回避するために、転動線５１の長さ、ひいては、開口５４の直径Ｓを拡大する。各キャスタ２８、２９の転動線５１、または転動線５２は、球状ホイールの中心を中心とする扇角βをとる。有利には、扇角βは、３５°よりも大きい。社内での試験から、最適な扇角値は、４５°〜５０°にあることが分かった。構造によっては、最大扇角１３０°を実現することも可能である。確保される値は、様々な可動部品の慣性と、これらの様々な部品間の摩擦とによって決まる。

各キャスタ２８、２９のそれぞれの軸４７、４９を中心とした最大半径はｒで示されている。キャスタ２８、２９の回転速度を制限するために、キャスタ２８、２９の半径ｒを大きくすることが可能である。社内試験から、各キャスタ２８、２９の半径ｒが、球状ホイール１０の半径Ｒの１／４よりも大きい場合に、キャスタの速度の減速がすでに顕著であると分かった。

シャフト１２および支持体４０の特定の構成を用いて、半径ｒを球状ホイール１０の半径Ｒの半分にすることが可能である。この場合に、シャフト１２は、球の中心に達しない端部を有する。半径ｒが半径Ｒの半分である構成では、２つのキャスタ２８、２９は接触する。これは、地面２５と接触するキャスタの慣性を大きくすることを可能にする。より具体的には、キャスタの一方が地面と接触すると、そのキャスタの回転により、他方のキャスタが駆動される。得られる慣性は、１つだけのキャスタの慣性と比較して概ね２倍である。

半径ｒ、Ｒ間の割合の他の中間値も想定することができる。半径ｒが球の半径Ｒの１／４であることで、キャスタの回転速度の減速に関してすでに有利であるが、各キャスタ２８、２９のそれぞれの軸４７、４９を中心とした最大半径ｒが、半径Ｒの１／３よりも大きい場合に、キャスタの回転速度の減速に関して特に有利である。

当然ながら、球状ホイール３０のキャスタ２７、３８に対して、この同じ構造を実現することも可能である。

キャスタの半径ｒおよびキャスタの転動線がとる扇角βは、互いに独立して最適化することができる。さらに、開口５４の半径Ｓは、キャスタとその開口との間の機能的な遊びを最大限まで小さくするために、扇角βに対応している。ホイール１０が、キャップがキャップの開口の縁部で地面に支持される状態から、対応するキャスタで地面に支持される状態に移る場合、およびその逆の場合に、キャップおよび対応するキャスタを駆動するのに必要とされる力をバランスさせることは有益である。これは、シャフト１２に作用する、ひいては、ホイール１０を装備した車両に作用する加加速度に反映される力の変化などの、移行の瞬間におけるホイール１０と地面との間の力の急な変化を回避することを可能にする。

材料が選択されると、力のバランス取りが、主に、開口の半径Ｓと対応するキャスタの半径ｒの相対寸法を用いてなされる。より簡潔には、各キャップの開口の半径Ｓと対応するキャスタのｒとは、ホイールが、開口の縁部でキャップに接する地面に支持される状態から、対応するキャスタで地面に支持される状態に移るときに、キャップおよび対応するキャスタを駆動するのに必要とされる力を概ねバランスさせるように規定される。

各キャップに対して、該当するキャップとシャフト１２との間のピボットリンクの位置での、より具体的には、支持体４０での摩擦トルクＣｆ_ｃを規定することが可能である。同様に、各キャスタに対して、シャフト１２に対するキャスタの自由回転における摩擦トルクＣｆ_ｒを規定することが可能である。

２つのピボットリンク１９、４４またはピボットリンク２０、４８による摩擦力を静的にバランスさせることは有益である。静的バランスは、以下の等式に概ね従うように、キャップの開口の半径Ｓと対応するキャスタのｒとを規定することによって得られる。
Ｃｆ_ｃ／Ｓ＝Ｃｆ_ｒ／ｒ

さらに、力を動的にバランスさせることは有益である。この力は、キャップおよび対応するキャスタの慣性によって決まる。これらの２つの慣性は、キャップおよび対応するキャスタの材料および寸法によって決まる。キャップおよびキャスタは、ホイールが、開口の縁部でキャップと接する地面に支持される状態から、キャスタで地面に支持される状態に移るときに、キャップおよび対応するキャスタの運動エネルギを概ねバランスさせるように規定される。

より具体的には、各キャップに対して、該当するキャップとシャフトとの間のピボットリンクの軸のまわりの慣性モーメントＩ_ｃが規定される。各キャスタに対して、ホイール１０の駆動シャフト１２に対するキャスタの自由回転における軸のまわりの慣性モーメントＩ_ｒが規定される。キャップ１５、１６およびキャスタ２８、２９の寸法および材料は、以下の等式

に概ね従うように規定され、
ω_ｃは、ホイールが、開口の縁部でキャップに接する地面に支持されている場合のキャップの回転速度を表し、ω_ｒは、ホイールが、開口の縁部でキャップに接する地面に支持される状態から、キャスタで地面に支持される状態に移った場合のキャスタの回転速度を表す。

有利にも、ホイールは、各キャスタに対応し、支持体４０を介してシャフト１２に固定された２つのカバー５６を含む。図５および図６は、キャスタ２８に対応した２つのカバー５６を示している。カバー５６はそれぞれ、平面１７に平行な平たい三日月の形態を有する。カバー５６は、開口５４からキャスタ２８を部分的に囲む。カバー５６は共に、転動線５１に関して対称に延びている。カバー５６は、支持体４０に固定されている。カバー５６は、小片が、開口５４を通ってホイール１０内に侵入するのを制限することを可能にする。それでもなお、キャップ１５が、カバー５６と擦れることなく、ピボットリンク１９のまわりに回転するのを可能にするために、機能的遊びが、カバー５６とキャップ１５との間に設けられている。

図７は、本発明によるホイール１０を装備した車両１１を示している。この車両は、例えば、ロボットである。４つ以上のホイールを含む車両に本発明を適用することも可能である。例えば、４つのホイールを有する車両の場合、対向するホイールの軸は、水平な地面に対して垂直な同じ平面に置かれ、したがって、２対のホイールが形成される。２対のホイールの軸を包含する平面は直角をなす。より一般的には、少なくとも２つのホイールのシャフトの軸は、同じ平面に配置されず、これは、適切な制御装置を用いて、車両のホイール１０を地面２５に接した状態に維持することで、車両がすべての方向に移動するのを可能にする。

Claims (12)

1. 車両（１１）を移動させるための半径Ｒの球状ホイール（１０、３０）であって、軸（１４）のまわりに回転できるシャフト（１２）によって回転駆動され、２つのキャップ（１５、１６；３１、３２）を含み、前記キャップの表面は、前記ホイール（１０、３０）の球面に合わされ、それぞれが平面（１７、１８；３３、３４）によって範囲を定められ、前記キャップ（１５、１６；３１、３２）はそれぞれ、ピボットリンク（１９、２０）を用いて、前記シャフト（１２）に対して、該当する前記キャップ（１５、１６；３１、３２）の前記平面（１７、１８；３３、３４）に対して直角な軸（２１、２２）を中心として関節式に連結され、前記ホイール（１０、３０）は、それぞれが各前記キャップ（１５、１６；３１、３２）の開口（５４）に配置された２つのキャスタ（２８、２９；３７、３８）をさらに含み、前記開口（５４）は円形であり、前記対応するピボットリンク（１９、２０）の前記軸（２１、２２）を中心とし、各キャスタ（２８、２９；３７、３８）は、該当する前記キャップ（１５、１６；３１、３２）の前記ピボットリンク（１９、２０）の拡張部に配置され、各キャスタ（２８、２９；３７、３８）は、前記シャフト（１２）の前記軸（１４）に対して直角な軸（４７、４９）のまわりに自由回転し、各キャスタ（２８、２９；３７、３８）は、前記球面の位置での転動を保証する、ホイール（１０、３０）において、各キャップ（１５、１６；３１、３２）の前記開口（５４）は、前記ピボットリンク（１９、２０）の前記軸（２１、２２）を中心とした半径Ｓを有することと、各キャップ（１５、１６；３１、３２）の前記開口（５４）の前記半径Ｓと、前記対応するキャスタ（２８、２９；３７、３８）のｒとは、前記ホイール（１０、３０）が、前記開口（５４）の縁部でキャップ（１５、１６；３１、３２）に接する地面に支持される状態から、前記対応するキャスタ（２８、２９；３７、３８）で前記地面に支持される状態に移るときに、キャップ（１５、１６；３１、３２）および前記対応するキャスタ（２８、２９；３７、３８）を駆動するのに必要とされる力を概ねバランスさせるように規定されることと、を特徴とするホイール。
2. 前記キャスタ（２８、２９；３７、３８）の転動線（５１、５２）は、前記球状ホイール（１０、３０）の中心を中心とする扇角（β）をとることと、前記扇角（β）は３５°よりも大きいこととを特徴とする、請求項１に記載のホイール。
3. 前記扇角（β）は、１２５°未満であることを特徴とする、請求項２に記載のホイール。
4. 前記扇角（β）は、４５°〜５０°であることを特徴とする、請求項２または３に記載のホイール。
5. 各前記キャスタ（２８、２９；３７、３８）のそれぞれの軸（４７、４９）を中心とする大きい方の半径ｒは、前記球状ホイール（１０、３０）の前記半径Ｒの１／４よりも大きいことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のホイール。
6. 各前記キャスタ（２８、２９；３７、３８）のそれぞれの軸（４７、４９）を中心とする大きい方の半径ｒは、前記球状ホイール（１０、３０）の前記半径Ｒの１／３よりも大きいことを特徴とする、請求項５に記載のホイール。
7. 各前記キャスタ（２８、２９；３７、３８）のそれぞれの軸（４７、４９）を中心とする大きい方の半径ｒは、前記球状ホイール（１０、３０）の前記半径Ｒの半分であることを特徴とする、請求項６に記載のホイール。
8. 各キャップ（１５、１６；３１、３２）に対して、該当する前記キャップ（１５、１６；３１、３２）と前記シャフト（１２）との間のピボットリンク（１９、２０）の位置で摩擦トルクＣｆ_ｃが規定されることと、各キャスタ（２８、２９；３７、３８）に対して、前記シャフト（１２）に対する前記キャスタの自由回転における摩擦トルクＣｆ_ｒが規定されることと、以下の等式
   Ｃｆ_ｃ／Ｓ＝Ｃｆ_ｒ／ｒ
   に概ね従うように、前記キャップ（１５、１６；３１、３２）の前記開口（５４）の半径Ｓおよび前記キャスタ（２８、２９；３７、３８）のｒが規定されることと、を特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のホイール。
9. 前記キャップ（１５、１６；３１、３２）および前記キャスタ（２８、２９；３７、３８）は、前記ホイール（１０、３０）が、前記開口（５４）の前記縁部で前記キャップ（１５、１６；３１、３２）に接する地面に支持される状態から、前記キャスタ（２８、２９；３７、３８）で前記地面に支持される状態に移るときに、キャップ（１５、１６；３１、３２）および前記対応するキャスタ（２８、２９；３７、３８）の運動エネルギを概ねバランスさせるように規定されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のホイール。
10. 各キャップ（１５、１６；３１、３２）に対して、該当する前記キャップ（１５、１６；３１、３２）と前記シャフト（１２）と間のピボットリンクの軸のまわりの慣性モーメントＩ_ｃが規定されることと、各キャスタ（２８、２９；３７、３８）に対して、前記シャフト（１２）に対する前記キャスタの自由回転における前記軸（４７、４９）のまわりの慣性モーメントＩ_ｒが規定されることと、前記キャップ（１５、１６；３１、３２）および前記キャスタ（２８、２９；３７、３８）の寸法および材料は、以下の等式
    

    

    に概ね従うように規定され、
    ω_ｃは、前記ホイールが、前記開口（５４）の前記縁部で前記キャップ（１５、１６；３１、３２）に接する前記地面に支持されている場合の前記キャップの回転速度を示し、
    ω_ｒは、前記ホイールが、前記開口（５４）の前記縁部で前記キャップ（１５、１６；３１、３２）に接する地面に支持される状態から、前記キャスタ（２８、２９；３７、３８）で前記地面に支持される状態に移るときの前記キャスタ（２８、２９；３７、３８）の回転速度を示すことと、を特徴とする、請求項９に記載のホイール。
11. 各キャスタ（２８、２９；３７、３８）に対応し、前記シャフト（１２）に固定された２つのカバー（５６）を含むことと、前記カバー（５６）は、前記キャスタ（２８、２９；３７、３８）が貫通して配置された前記開口（５４）の位置で、前記キャップ（１５、１６；３１、３２）の前記球面の延長部に侵入して、球面の一部を形成することと、前記カバー（５６）は、前記開口（５４）から前記キャスタ（２８、２９；３７、３８）を部分的に囲むことと、前記カバー（５６）は共に、該当する前記キャスタ（２８、２９；３７、３８）の転動線（５１、５２）に関して対称に延びることと、を特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のホイール。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載のホイール（１０、３０）を少なくとも３つ含むことと、少なくとも２つのホイール（１０）の前記シャフト（１２）の前記軸（１４）は、同じ平面に配置されないことと、を特徴とする車両。

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