JP2018095083A - 走行装置、及び、その走行装置を用いた車両 - Google Patents

Abstract

【課題】全方向に移動可能な走行装置を提供すること
【解決手段】第１回転軸と、第１回転軸の延長線上に配置されて第１回転軸の軸心と直交する第２回転軸と、第２回転軸に支持されて第２回転軸を中心に回転するローラと、ローラの軸方向の両側に配置され、第２回転軸を支持する一対の第１フレームと、ローラよりも第１回転軸側、及び、第１回転軸から離れた側に配置され、一対の第１フレームを連結する一対の第２フレームと、第１フレーム及び第２フレームに回転可能に支持される複数の支持ローラと、複数の支持ローラに掛け回されて第３仮想軸の周りに回転するクローラと、第２フレームと第１回転軸とをクローラを避けて連結する連結部とを備え、ローラの外周面は、第２回転軸および第３仮想軸を含む断面において、クローラよりも第３仮想軸の軸方向外側に張り出す。
【選択図】図１

Description

本発明は、全方向に移動可能な走行装置、及び、その走行装置を用いた車両に関するものである。

従来より、駆動力によって第１回転軸を中心に全体が回転しつつ、第１回転軸の軸方向へ移動可能な走行装置、即ち、前後左右方向や斜め方向、旋回方向の全方向に移動可能な走行装置が開示されている。このように、全方向に移動可能な走行装置の概念として、駆動力によって第１回転軸を中心に全体が回転し、その第１回転軸と直交して互いに直行する２つの回転軸でそれぞれ受動回転するローラとクローラとを組み合わせたものが提案されている（非特許文献１）。

小松洋音、外７名、「双リング式全方向車輪機構における軸受内蔵モデルの具現化と基礎実験」、第３４回日本ロボット学会学術講演会 予稿集、２０１６年９月７日〜９日

しかしながら、非特許文献１では、走行装置の概念が示されているのみで、ローラ及びクローラの支持の仕方に十分な工夫がなされていない。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、全方向に移動可能な走行装置、及び、その走行装置を用いた車両を提供することを目的とする。

この目的を達成するために本発明の走行装置は、駆動力によって回転される第１回転軸と、前記第１回転軸の延長線上に配置されて前記第１回転軸の軸心と直交する第２回転軸と、前記第２回転軸に支持されて前記第２回転軸を中心に回転するローラと、前記ローラの軸方向の両側に配置され、前記第２回転軸を支持する一対の第１フレームと、前記ローラよりも前記第１回転軸側、及び、前記第１回転軸から離れた側に配置され、一対の前記第１フレームを連結する一対の第２フレームと、前記第１回転軸の軸心および前記第２回転軸と直交する第３仮想軸と平行な支持軸を介して回転可能に前記第１フレーム及び前記第２フレームに支持される複数の支持ローラと、複数の前記支持ローラに掛け回されて前記第３仮想軸の周りに回転するクローラと、前記第２フレームと前記第１回転軸とを前記クローラを避けて連結する連結部とを備え、前記ローラの外周面は、前記第２回転軸および前記第３仮想軸を含む断面において、前記クローラよりも前記第３仮想軸の軸方向外側に張り出す。

請求項１記載の走行装置によれば、第１回転軸と第２フレームとが連結部によって連結されるので、第２フレームに連結された第１フレームと、第１フレームに第２回転軸を介して支持されたローラと、第１フレーム及び第２フレームに支持された支持軸に掛け回されたクローラとが、駆動力によって回転される第１回転軸の回転に伴って第１回転軸を中心に回転する。従って、駆動力によって第１回転軸が回転されることで、走行装置全体が第１回転軸を中心に回転して、第１回転軸に垂直な方向へ走行装置を移動できる。

第２回転軸および第３仮想軸を含む断面において、クローラよりも第３仮想軸の軸方向外側にローラの外周面が張り出すので、第１回転軸を中心に走行装置全体が回転すると、ローラとクローラとが交互に路面に接地する。接地したローラ及びクローラは、第１回転軸の軸心と直交する第２回転軸および第３仮想軸の周りに回転可能なので、第１回転軸の軸方向へ走行装置を移動できる。これらの結果、走行装置を全方向に移動できる効果がある。

請求項２記載の走行装置によれば、支持ローラは、ローラとクローラとの間で第１フレームに支持軸を介して支持される補助ローラを備える。ローラを覆うように掛け回されるクローラは、ローラに対して第１回転軸の軸方向に長く形成される。外周の一部が第１フレームよりも第２回転軸の軸方向に張り出す補助ローラをローラとクローラとの間に設けることによって、路面の凹凸に追従してクローラを撓ませることができるので、請求項１の効果に加え、クローラが接地した走行装置の走破性を向上できる効果がある。

請求項３記載の走行装置によれば、ローラには、外周面と第２回転軸との間に第２回転軸の軸方向に凹む凹部が形成されるので、凹部によってローラの質量を低減できる。これにより、ローラの質量に比例するローラのイナーシャを低減できるので、ローラの回転が開始されたり回転の方向が変わったりするときの角運動量の変化を抑制でき、ローラの受動回転を滑らかにできる効果がある。

補助ローラの外周の一部が凹部内に位置するので、ローラとクローラとの間の第１フレームに支持される補助ローラの外径を大きくできる。これにより、請求項２の効果に加え、補助ローラの強度や耐久性を向上できる効果がある。

請求項４の走行装置によれば、クローラの外周面およびローラの外周面は、第２回転軸および第３仮想軸を含む断面において、第１回転軸の軸心を中心とした半径が等しい円弧状に形成されるので、第１回転軸を中心とした走行装置の回転を滑らかにできる。

第１フレームよりも第３仮想軸の軸方向両側に位置する延長部をクローラが有するので、クローラの外周面とローラの外周面とを第２回転軸の軸方向に近づけることができ、クローラの外周面とローラの外周面との隙間を小さくできる。そのため、請求項１から３のいずれかの効果に加え、ローラとクローラとで路面への接地が切り替わるときの走行装置の上下の揺れを抑制できる効果がある。

請求項５の走行装置によれば、第２回転軸および第３仮想軸を含む断面において、第１回転軸を中心とした円の４０〜６０％をクローラの外周面が占め、その他をローラの外周面が占めるので、第１回転軸を中心とした走行装置の回転時に接地する（接地しない）ローラとクローラとの割合を均一に近づけることができる。

ローラとクローラとで路面への接地が切り替わるとき、慣性によって回転中のローラやクローラが接地して、その回転方向を逆転させることがある。接地しない間に慣性によるローラやクローラの回転を遅くできるので、接地しない割合を均一に近づけることによって、回転方向を逆転させるときのローラ及びクローラの角運動量の変化を抑制できる。その結果、請求項４の効果に加え、角運動量の変化に起因する走行装置のがたつきを抑制できる効果がある。

請求項６の車両は、請求項１から５のいずれかに記載の走行装置を用いたものである。３つ以上の走行装置の第１回転軸がそれぞれ車体に支持され、駆動部が車体に対して第１回転軸を中心に走行装置をそれぞれ回転させる。３つ以上の走行装置は、特定の１つの第１回転軸の両側に、その第１回転軸とのなす角が９０度以上１８０度未満に設定される２つの第１回転軸が配置される。その結果、駆動部によって各走行装置を適切に回転させることで、請求項１から５のいずれかの効果に加え、車両を全方向に移動できる効果がある。

本発明の第１実施の形態における走行装置の斜視図である。 走行装置の側面図である。 （ａ）は走行装置の上面図であり、（ｂ）は走行装置の正面図である。 （ａ）は図３（ａ）のＩＶａ−ＩＶａ線における走行装置の断面図であり、（ｂ）は図３（ａ）のＩＶｂ−ＩＶｂ線における走行装置の断面図である。 （ａ）は走行装置を用いた車両の底面図であり、（ｂ）は車両の側面図である。 第２実施の形態における車両の底面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照して説明する。まず、図１から図４（ｂ）を参照して、本発明の第１実施の形態における走行装置１について説明する。図１は走行装置１の斜視図であり、図２は走行装置１の側面図であり、図３（ａ）は走行装置１の上面図であり、図３（ｂ）は走行装置１の正面図であり、図４（ａ）は図３（ａ）のＩＶａ−ＩＶａ線における走行装置１の断面図であり、図４（ｂ）は図３（ａ）のＩＶｂ−ＩＶｂ線における走行装置１の断面図である。

図１では、クローラ４０のシュー４２の一部、及び、ベルト４１の一部を省略して図示している。図４（ａ）では、クローラ４０の複数のシュー４２を繋げ、クローラ４０を模式的に図示している（図５，６も同様）。図１から図４（ｂ）では、矢印Ｘは第１回転軸２の軸方向である第１方向Ｘ、矢印Ｙは第３仮想軸Ｃ３の軸方向である第２方向Ｙ、矢印Ｚは第２回転軸４の軸方向である第３方向Ｚをそれぞれ示している。

図１に示すように、走行装置１は、前後左右方向や斜め方向、旋回方向の全方向に移動可能な装置である。走行装置１は、第１回転軸２と、フレーム１０と、第１回転軸２とフレーム１０とを連結する連結部３と、フレーム１０に支持されて第１回転軸２の軸心Ｃ１と直交する第２回転軸４（図４（ａ）参照）と、第２回転軸４に回転可能に支持されるローラ２０と、第１回転軸２の軸心Ｃ１および第２回転軸４と直交する第３仮想軸Ｃ３に平行な支持軸６を介してフレーム１０に支持される複数の支持ローラ３０と、複数の支持ローラ３０に掛け回されて第３仮想軸Ｃ３周りに回転するクローラ４０とを備える。

第１回転軸２は、金属製の軸部材であり、後述する車体５１（図５参照）に支持されて駆動部５３（図５参照）からの駆動力によって回転される。連結部３は、金属製の部材であり、第２方向Ｙへ延びて設けられる第１部３ａと、第１部３ａから第１方向Ｘへ延びて設けられる第２部３ｂとを備える。

図３（ａ）に示すように、第１部３ａは、第１回転軸２の第１方向Ｘの端部に固定され、クローラ４０よりも第２方向Ｙの外側まで設けられる。これにより、連結部３は、第１回転軸２とフレーム１０との間のクローラ４０を避けて第１回転軸２とフレーム１０とを連結する。

図１及び図２に示すように、フレーム１０は、ローラ２０を第１方向Ｘ及び第３方向Ｚで囲む金属製の部材である。フレーム１０は、ローラ２０の第３方向Ｚの両側に配置される一対の第１フレーム１１と、一対の第１フレーム１１を連結する一対の第２フレーム１２，１３とを備える。

第１フレーム１１は、第１回転軸２の軸心Ｃ１及び第３仮想軸Ｃ３と平行に形成される平板状の部位である。クローラ４０に対向する第１フレーム１１の外面１１ａも軸心Ｃ１及び第３仮想軸Ｃ３と平行に形成される。

第２フレーム１２，１３は、ローラ２０の第１方向Ｘの両側に配置される部位である。第２フレーム１２は、ローラ２０よりも第１回転軸２側に配置され、第２フレーム１３は、ローラ２０よりも第１回転軸２から離れた側に配置される。

第２フレーム１２，１３は、第１方向Ｘの外側に向かうにつれて、第３方向Ｚの寸法がテーパ状に小さくなる。第２フレーム１２，１３の外面１２ａ，１３ａは、一対の第１フレーム１１の外面１１ａにそれぞれ連なり、外面１１ａに対し軸心Ｃ１側へ折れ曲がる２つの平面である。なお、外面１１ａに対する外面１２ａの角度は約４５度である。

図３（ａ）に示すように、第２フレーム１２は、両側面からクローラ４０よりも第２方向Ｙの外側へ突出する突出部１４を備える。突出部１４は、先端に連結部３が固定される部位である。突出部１４がクローラ４０よりも第２方向Ｙの外側まで突出するので、クローラ４０を避けて第１回転軸２と第２フレーム１２とを連結できる。

図２に示すように、突出部１４の先端には、連結部３の第２部３ｂの先端が第１方向Ｘに接触して第２部３ｂを第３方向Ｚで挟む係合部１４ａが形成される。係合部１４ａに嵌めた第２部３ｂと突出部１４とは、２つのピン１４ｂと４つのボルト１４ｃとで固定される。その結果、第２フレーム１２と連結部３との固定を強固にできるので、走行装置１を、ローラ２０の第１方向Ｘの一方側のみに第１回転軸２が位置した片持ち状態にできる。なお、ローラ２０の第１方向Ｘの両側に２つの第１回転軸２を位置させ、それぞれを第２フレーム１２，１３に連結部３で連結させて、走行装置１を両持ち状態にすることは可能である。

図３（ｂ）に示すように、第１方向Ｘから見て、突出部１４及び連結部３は、ローラ２０の外周面２２よりも内側に位置する。これにより、第１回転軸２を中心に走行装置１が回転したときに突出部１４及び連結部３が路面に接触することを防止できる。

図２に示すように、第２フレーム１３は、第１方向Ｘで分割され、ローラ２０側が固定部１３ｂであり、ローラ２０から離れた側が可動部１３ｃである。固定部１３ｂと可動部１３ｃとは、軸心Ｃ１に平行な連結棒１３ｄで連結される。連結棒１３ｄは、固定部１３ｂに固定される部位であり、可動部１３ｃを軸方向（第１方向Ｘ）に移動可能に支持する。

固定部１３ｂまたは可動部１３ｃには、固定部１３ｂに対して可動部１３ｃを第１方向Ｘに移動させ、固定部１３ｂと可動部１３ｃとの距離を調整する調整機構（図示せず）が内蔵される。この調整機構により固定部１３ｂと可動部１３ｃとの距離を調整することで、クローラ４０の張力を調整できる。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、第２回転軸４は、金属製の軸部材であり、第１回転軸２の延長線上に配置される。第２回転軸４は、両端が一対の第１フレーム１１にそれぞれボルト４ａで固定される。

ローラ２０は、ローラ２０が接地したときに走行装置１を第１回転軸２の軸方向（第１方向Ｘ）に移動可能にする合成樹脂製の部材である。ローラ２０は、第２回転軸４に軸受２１を介して支持され、第２回転軸４を中心に受動回転する。ローラ２０は、第１回転軸２の軸心Ｃ１と第２回転軸４の軸心Ｃ２と第３仮想軸Ｃ３との交点を中心とした球体から第３方向Ｚの先端側の一部を除いた形状に形成される。

ローラ２０の外周面２２は、第２回転軸４及び第３仮想軸Ｃ３を含む断面（図４（ｂ））において、クローラ４０よりも第２方向Ｙの外側に張り出す。これにより、第１回転軸２を中心に走行装置１全体が回転すると、ローラ２０とクローラ４０とが交互に路面に接地する。

ローラ２０には、外周面２２と第２回転軸４との間に第１フレーム１１側から第３方向Ｚへ凹む凹部２３が形成される。この凹部２３によってローラ２０の質量を低減できる。これにより、ローラ２０の質量に比例するローラ２０のイナーシャを低減できるので、ローラ２０の回転が開始されたり回転の方向が変わったりするときのローラ２０の角運動量の変化を抑制でき、ローラ２０の受動回転を滑らかにできる。

図１に示すように、クローラ４０は、クローラ４０が接地したときに走行装置１を第１回転軸２の軸方向（第１方向Ｘ）に移動可能にする部材である。クローラ４０は、フレーム１０に支持された複数の支持ローラ３０に掛け回され、第１方向Ｘ及び第３方向Ｚでローラ２０を覆う。クローラ４０は、複数の支持ローラ３０に掛け回される環状のベルト４１と、ベルト４１の外周面に接着される複数のシュー４２とを備える。

ベルト４１は、ゴム状弾性体から構成される部位であり、内周面が支持ローラ３０の外周３１ａ，３２ａ，３３ａに接触する。シュー４２は、クローラ４０の幅方向（第２方向Ｙ）に長い合成樹脂製の部材である。複数のシュー４２は、クローラ４０の回転方向（第３仮想軸Ｃ３を中心とした周方向）に亘って隙間なく突き合わされ、ベルト４１の外周面に裏面が接着される。この複数のシュー４２の表面によりクローラ４０の外周面４３が構成される。

図４（ｂ）に示すように、第２回転軸４の軸心Ｃ２及び第３仮想軸Ｃ３を含む断面において、クローラ４０（シュー４２）の外周面４３は、軸心Ｃ１を中心とした円弧状に形成される。第２回転軸４の軸心Ｃ２及び第３仮想軸Ｃ３を含む断面において、クローラ４０の外周面４３とローラ２０の外周面２２とは、軸心Ｃ１を中心とした半径が等しく設定される。

クローラ４０（シュー４２）は、ローラ２０との間に第１フレーム１１（又は第２フレーム１２）を挟む中央部４４と、第１フレーム１１よりも第３仮想軸Ｃ３の軸方向（第２方向Ｙ）の両側に位置する延長部４５とを備える。中央部４４の裏面には、幅方向（第２方向Ｙ）の中央が外周面４３側へ凹んで溝部４６が形成される。この溝部４６にベルト４１が接着される。

溝部４６の幅は、支持ローラ３０の軸方向寸法（第２方向Ｙの寸法）よりも僅かに大きく設定される。これにより、溝部４６に支持ローラ３０が嵌まり、支持ローラ３０がベルト４１に接触する。溝部４６によって支持ローラ３０に対するクローラ４０の第２方向Ｙへの移動が規制されるので、クローラ４０が支持ローラ３０から外れることを抑制できる。

延長部４５は、クローラ４０（シュー４２）の外周面４３を周方向に延長する部位である。延長部４５によって、ローラ２０の第３方向Ｚの両側に配置される第１フレーム１１の第２方向Ｙの両側まで、クローラ４０の外周面４３を延長できるので、ローラ２０の外周面２２とクローラ４０の外周面４３との隙間を小さくできる。

ローラ２０の外周面２２とクローラ４０の外周面４３との隙間を小さくした走行装置１では、第２回転軸４の軸心Ｃ２及び第３仮想軸Ｃ３を含む断面において、軸心Ｃ１を中心とした円の４０〜６０％（第１実施の形態では約５６％）をクローラ４０の外周面４３が占め、その他（第１実施の形態では約４４％）をローラ２０の外周面２２が占める。なお、外周面２２と外周面４３との隙間は小さいので、軸心Ｃ１を中心とした円から、その隙間を除いた部分を１００％として算出している。

図１及び図４（ａ）に示すように、支持ローラ３０は、支持軸６を介して第１フレーム１１又は第２フレーム１２に支持される合成樹脂製の部材である。支持ローラ３０は、支持軸６に軸受（図示せず）を介して回転可能に支持される。支持ローラ３０は、外周３１ａ，３２ａ，３３ａの一部がフレーム１０から外側へ張り出し、そのフレーム１０から張り出した外周３１ａ，３２ａ，３３ａの一部がクローラ４０に接触する。

これにより、クローラ４０の内周面とフレーム１０との間に隙間が設けられるので、ゴム状弾性体から構成されるベルト４１に複数のシュー４２を取り付けたクローラ４０を複数の支持ローラ３０の間でフレーム１０側へ撓ませることができる。その結果、路面の凹凸に追従してクローラ４０を撓ませることができるので、クローラ４０が接地した走行装置１の走破性を向上できる。

支持ローラ３０は、第１フレーム１１と第２フレーム１２，１３との境界にそれぞれ配置される４つの角部ローラ３１と、第２フレーム１２，１３の第１方向Ｘの先端にそれぞれ配置される２つの先端ローラ３２と、２つの角部ローラ３１の間で第１フレーム１１に支持軸６を介して支持される４つの補助ローラ３３とを備える。

角部ローラ３１及び先端ローラ３２は、外周３１ａ，３２ａに複数の歯部を有するギヤ状の部材であり、クローラ４０を折り曲げるための部材である。ギヤ状の角部ローラ３１及び先端ローラ３２が、ゴム状弾性体から構成されるクローラ４０のベルト４１に接触するので、角部ローラ３１及び先端ローラ３２とクローラ４０とのグリップ力を確保でき、角部ローラ３１及び先端ローラ３２に対してクローラ４０を滑り難くできる。そのため、クローラ４０の溝部４６（図４（ｂ）参照）に嵌まった角部ローラ３１及び先端ローラ３２が溝部４６内を第２方向Ｙへ相対移動して、角部ローラ３１及び先端ローラ３２とクローラ４０とを第２方向Ｙに接触し難くできる。その接触によりクローラ４０の回転が妨げられることを抑制できるので、クローラ４０の回転を滑らかにできる。

角部ローラ３１は、第１フレーム１１の外面１１ａと第２フレーム１２，１３の外面１２ａ，１３ａとの角に配置される。先端ローラ３２は、第２フレーム１２，１３の外面１２ａ，１３ａの角に配置される。これらの結果、外面１１ａと外面１２ａ，１３ａとの角や、外面１２ａ，１３ａの角にクローラ４０が接触することを防止でき、クローラ４０の受動回転を滑らかにできる。

補助ローラ３３は、外周３３ａが滑らかな円筒状の部材である。これにより、補助ローラ３３とクローラ４０とのグリップ力を小さくしてクローラ４０を滑り易くできる。ローラ２０とクローラ４０との間で一対の第１フレーム１１にそれぞれ２つの補助ローラ３３が支持軸６を介して支持される。補助ローラ３３は、外周３３ａの一部が凹部２３内に位置するので、補助ローラ３３の外径を大きくできる。これにより、補助ローラ３３の強度や耐久性を向上できる。

角部ローラ３１がローラ２０の外周面２２の外側に配置され、ローラ２０をクローラ４０で覆うので、クローラ４０がローラ２０に対して第１方向Ｘに長く形成される。ローラ２０とクローラ４０との間に補助ローラ３３を設け、２つの角部ローラ３１に掛け渡されるクローラ４０の内周面に補助ローラ３３を接触させることで、２つの角部ローラ３１と２つの補助ローラ３３とでクローラ４０を路面へ押し付ける。これにより、路面とクローラ４０とのグリップを確保できる。さらに、路面からクローラ４０を介して受ける荷重を２つの角部ローラ３１と２つの補助ローラ３３とに分散できるので、１つの角部ローラ３１や補助ローラ３３の耐荷重を小さくでき、角部ローラ３１や補助ローラ３３の素材や寸法等の自由度を確保できる。

第１方向Ｘに離れた２つの角部ローラ３１の間に補助ローラ３３を設けることで、角部ローラ３１と補助ローラ３３との間や２つの補助ローラ３３の間でクローラ４０を第１フレーム１１側へ撓ませることができる。これにより、補助ローラ３３を有しない場合に比べて、第１フレーム１１側へのクローラ４０の撓み量を規制できる。そのため、路面の凹凸に追従してクローラ４０を撓ませつつ、路面の凹凸により撓んだクローラ４０が第１フレーム１１に接触することを抑制できる。その結果、クローラ４０が接地した走行装置１の走破性を向上できると共に、クローラ４０の回転を滑らかにできる。

さらに、凹凸が比較的小さければ、角部ローラ３１と補助ローラ３３との間や２つの補助ローラ３３の間でクローラ４０が撓んで凹凸を吸収し、走行装置１が凹凸に乗り上げて傾くことを抑制できる。そのため、凹凸に乗り上げることによる走行装置１の上下動を抑制できる。これにより、走行装置１と車体５１との間にサスペンション（図示せず）を設けるとき、そのサスペンションを簡略にできる。

ギヤ状の角部ローラ３１及び先端ローラ３２に対してクローラ４０が滑り難く、円筒状の補助ローラ３３に対してクローラ４０が滑り易い。そのため、路面の凹凸により２つの角部ローラ３１の間でクローラ４０が伸縮して撓み変形しつつ、その２つの角部ローラ３１の間の補助ローラ３３によってクローラ４０の伸縮および撓み変形が妨げられることを防止できる。ここで、クローラ４０全体が撓むと、クローラ４０が支持ローラ３０に押し付けられ、クローラ４０と支持ローラ３０との摩擦や、支持ローラ３０と支持軸６との摩擦が大きくなり、クローラ４０の回転を妨げるおそれがある。

第１方向Ｘに離れた２つの角部ローラ３１の間でクローラ４０を局所的に撓ませることによって、クローラ４０の撓み変形がクローラ４０の回転に与える影響を少なくできると共に、２つの角部ローラ３１の間でクローラ４０を撓ませ易くすることによって、クローラ４０を路面の凹凸に追従して撓ませることができる。その結果、クローラ４０の回転を滑らかにしつつ、クローラ４０が接地した走行装置１の走破性を向上できる。

次に図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照して走行装置１を用いた車両５０について説明する。図５は（ａ）は走行装置１を用いた車両５０の底面図であり、図５（ｂ）は車両５０の側面図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）では、４つの走行装置１を区別して説明するために、それぞれ走行装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄとして示す。走行装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの構成は走行装置１の構成と同一である。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、車両５０は、全方向に移動可能な移動体である。車両５０は、車体５１と、４つの走行装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと、走行装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄをそれぞれ車体５１に支持する支持部５２と、第１回転軸２を回転させる駆動部５３とを備える。

支持部５２は、走行装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの第１回転軸２をそれぞれ車体５１に回転可能に支持する金属製の部材である。走行装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの隣り合う第１回転軸２のなす角が９０度に設定されるように、各走行装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが支持部５２を介して車体５１に支持される。

駆動部５３は、走行装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの第１回転軸２にそれぞれ個別に駆動力を付与し、その駆動力によって第１回転軸２を中心に走行装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄをそれぞれ回転させる装置であり、車体５１に取り付けられる。駆動部５３には、第１回転軸２を中心とした各走行装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの回転速度や回転方向を制御するための制御部（図示せず）が内蔵される。

駆動部５３からの駆動力によって第１回転軸２が回転されることで、連結部３により第１回転軸２に連結されたフレーム１０（図１参照）と、フレーム１０に第２回転軸４（図４（ａ）参照）を介して支持されたローラ２０と、フレーム１０に支持ローラ３０（図１参照）を介して支持されたクローラ４０とが第１回転軸２を中心に回転される。これにより、走行装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ全体が第１回転軸２を中心に回転するので、走行装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを第１回転軸２に垂直な方向へ移動できる。

第１回転軸２を中心に走行装置１全体が回転すると、ローラ２０とクローラ４０とが交互に路面に接地する。接地したローラ２０及びクローラ４０は、第１回転軸２の軸心Ｃ１と直行する第２回転軸４及び第３仮想軸Ｃ３の周りに回転可能なので、第１回転軸２の軸方向へ走行装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを移動できる。これらの結果、走行装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを全方向に移動できる。

次に車両５０の走行方法について一部を例示して説明する。第１回転軸２（軸心Ｃ１）を中心とした走行装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの回転方向は、図５（ｂ）のように第１回転軸２とは反対側から軸心Ｃ１の軸方向に走行装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを見た場合において、時計回りがＡ方向であり、反時計回りがＢ方向である。

走行装置１ａ，１ｃを回転させずに、駆動部５３によって走行装置１ｂをＢ方向に回転させ、走行装置１ｄをＡ方向に回転させ、走行装置１ｂ，１ｄの回転速度を同一に設定することで、走行装置１ａ，１ｃのクローラ４０が第３仮想軸Ｃ３（図１参照）の周りに受動回転しつつ、車両５０が図５（ａ）の上側（走行装置１ａ側）へ直進する。

駆動部５３によって走行装置１ａ，１ｄをＡ方向に回転させ、走行装置１ｂ，１ｃをＢ方向に回転させ、各走行装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの回転速度を同一に設定することで、路面への接地が切り替わるローラ２０又はクローラ４０がそれぞれ第２回転軸４又は第３仮想軸Ｃ３（図４（ａ）参照）の周りに受動回転しつつ、車両５０が図５（ａ）の左上側へ直進する。

走行装置１ａ，１ｄをＡ方向に回転させ、走行装置１ｂ，１ｃをＢ方向に回転させ、走行装置１ａ，１ｃの回転速度よりも走行装置１ｂ，１ｄの回転速度を小さくすることで、各走行装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの回転速度を同一とした場合よりも、車両５０が走行装置１ｂ側へ偏った方向へ直進する。このように、隣り合う第１回転軸２のなす角が９０度に設定された車両５０では、各走行装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの第１回転軸２を中心とした回転速度や回転方向を適切に制御することで、車両５０を全方向に移動できる。

以上のような走行装置１及び車両５０によれば、第２回転軸４の軸心Ｃ２及び第３仮想軸Ｃ３を含む断面において、クローラ４０の外周面４３とローラ２０の外周面２２とは、軸心Ｃ１を中心とした半径が等しく設定されるので、第１回転軸２を中心とした走行装置１の回転を滑らかにできる。ここで、第２回転軸４を中心にローラ２０が回転し、第２回転軸４と直交する第３仮想軸Ｃ３の周りにクローラ４０が回転するので、ローラ２０とクローラ４０とが干渉して互いの回転を妨げないように、ローラ２０とクローラ４０とは第３方向Ｚに僅かに離れる。

ローラ２０とクローラ４０とが離れることで、それらの外周面２２と外周面４３との間に周方向に隙間が生じる。この隙間は、外周面２２，４３よりも径方向内側に凹むので、第１回転軸２を中心に走行装置１が回転すると、路面への接地がローラ２０とクローラ４０とで切り替わるときに走行装置１が上下に揺れる。第１実施の形態では、延長部４５によりクローラ４０の外周面４３を延長して外周面４３と外周面２２との隙間を小さくできるので、ローラ２０とクローラ４０とで路面への接地が切り替わるときの走行装置１の上下の揺れを抑制できる。

走行装置１が第１回転軸２を中心に回転しつつローラ２０及びクローラ４０を受動回転させて走行装置１が移動する場合、接地していたローラ２０やクローラ４０が路面から離れると、慣性によってローラ２０やクローラ４０が回転し続ける。慣性によって回転中のローラ２０やクローラ４０が再び接地するとき、その回転方向を逆転させることがある。このとき、回転速度が急激に変化し、その変化が大きい程、ローラ２０やクローラ４０の角運動量の変化も大きくなり、走行装置１ががたつくことがある。

ローラ２０やクローラ４０が接地していない間には、慣性によるローラ２０やクローラ４０の回転を遅くできる。そのため、第１回転軸２を中心に走行装置１が回転するとき、ローラ２０とクローラ４０とが接地しない割合の差が大きいと、接地する割合が大きいローラ２０又はクローラ４０が離れて再び接地するまでに回転速度を十分に落とすことができない。そのため、接地する割合が大きいローラ２０又はクローラ４０の角運動量の変化が大きくなり、走行装置１ががたつき易い。

第１実施の形態では、軸心Ｃ１を中心とした円の４０〜６０％をクローラ４０の外周面４３が占め、その他をローラ２０の外周面２２が占めるので、第１回転軸２を中心に回転するとき、ローラ２０とクローラ４０とが接地する（接地しない）割合を均一に近づけることができる。ローラ２０やクローラ４０が接地していない間に慣性によるローラ２０やクローラ４０の回転速度をそれぞれ略同じだけ落とすことができるので、回転方向を逆転させるときのローラ２０及びクローラ４０の角運動量の変化を抑制できる。その結果、角運動量の変化に起因する走行装置１のがたつきを抑制できる。

第１回転軸２及び支持部５２によって走行装置１が片持ち状態で車体５１に支持される。車体５１に走行装置１が両持ち状態で支持される場合には、路面に段差があると、第１方向Ｘに移動する走行装置１の連結部３が段差に接触して、走行装置１が段差を乗り越えることができないおそれがある。

第１実施の形態では、走行装置１が片持ち状態で車体５１に支持されるので、走行装置１を第１方向Ｘであって連結部３とは逆方向に移動させると、その走行装置１のクローラ４０が路面の段差に接触する。これにより、クローラ４０が回転することで路面の段差を乗り越えることができる。

ここで、環状の車輪が段差を乗り越える場合、その車輪の直径の約１／３までの高さの段差しか乗り越えることができない。これに対してクローラ４０は、図４（ａ）に示すように、先端ローラ３２によって第１方向Ｘの先端が折れ曲がり、その先端部分の外周面４３が円形に形成され、先端部分から角部ローラ３１へ向かって直線状に形成される。

この場合、路面から外周面４３の先端部分の円４３ａまでの高さと、その円４３ａの直径の１／３の高さとを合わせた高さまでの段差であれば、クローラ４０に接触した路面の段差を乗り越えることができる。よって、クローラ４０の先端部分を円形状に形成する場合に比べて、段差の乗り越え性能を向上できる。

角部ローラ３１と先端ローラ３２との間におけるクローラ４０の直線部分の路面に対する角度が約７０度以下であれば、クローラ４０の直線部分に接触した段差を乗り越え易くできる。第１実施の形態では、外面１１ａに対する外面１２ａの角度は約４５度なので、クローラ４０の直線部分の路面に対する角度も約４５度である。そのため、クローラ４０の直線部分に接触した段差を乗り越え易くできる。

なお、第１実施の形態では、角部ローラ３１と先端ローラ３２との間でクローラ４０が第２フレーム１３側へ凹むので、クローラ４０の直線部分の路面に対する角度が約７０度より大きくてもクローラ４０の直線部分に接触した段差を乗り越えることができる。

次に図６を参照して第２実施の形態における車両６０について説明する。第１実施の形態では、４つの走行装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを有する車両５０について説明した。これに対し第２実施の形態では、３つの走行装置１ａ，１ｂ，１ｃを有する車両６０について説明する。なお、第１実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図６は第２実施の形態における車両６０の底面図である。

図６に示すように、車両６０は、全方向に移動可能な移動体である。車両６０は、車体６１と、３つの走行装置１ａ，１ｂ，１ｃと、走行装置１ａ，１ｂ，１ｃをそれぞれ車体６１に支持する支持部５２と、第１回転軸２を回転させる駆動部６３とを備える。走行装置１ａ，１ｂ，１ｃの隣り合う第１回転軸２のなす角が１２０度に設定されるように、各走行装置１ａ，１ｂ，１ｃが支持部５２を介して車体６１に支持される。

駆動部６３は、走行装置１ａ，１ｂ，１ｃの第１回転軸２にそれぞれ個別に駆動力を付与し、その駆動力によって第１回転軸２を中心に走行装置１ａ，１ｂ，１ｃをそれぞれ回転させる装置であり、車体６１に取り付けられる。駆動部６３には、第１回転軸２を中心とした各走行装置１ａ，１ｂ，１ｃの回転速度や回転方向を制御するための制御部（図示せず）が内蔵される。

走行装置１ａを回転させずに、駆動部６３によって走行装置１ｂをＢ方向に回転させ、走行装置１ｃをＡ方向に回転させ、走行装置１ｂ，１ｃの回転速度を同一に設定することで、走行装置１ａのクローラ４０が受動回転し、接地した走行装置１ｂ，１ｃのローラ２０又はクローラ４０が受動回転しつつ、車両６０が図６の上側（走行装置１ａ側）へ直進する。

駆動部６３によって走行装置１ａ，１ｃをＡ方向に回転させ、走行装置１ｂをＢ方向に回転させ、各走行装置１ａ，１ｂ，１ｃの回転速度を同一に設定することで、接地した走行装置１ａ，１ｂ，１ｃのローラ２０又はクローラ４０が受動回転しつつ、車両６０が図６の左上側であって走行装置１ａ側へ偏った方向へ直進する。このように、隣り合う第１回転軸２のなす角が１２０度に設定された車両６０では、各走行装置１ａ，１ｂ，１ｃの第１回転軸２を中心とした回転速度や回転方向を適切に制御することで、車両６０を全方向に移動できる。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、フレーム１０やローラ２０、クローラ４０、連結部３、車体５１，６１の形状や寸法、素材は一例であり、種々の形状や寸法、素材を採用することは当然である。

上記第１実施の形態では、ローラ２０及びシュー４２が合成樹脂製である場合について説明したが必ずしもこれに限られるものではなく、ローラ２０及びシュー４２を金属製やゴム製とすることは当然可能である。また、ローラ２０の外周面２２やシュー４２（クローラ４０）の外周面４３にゴム膜を貼ることも可能である。ローラ２０の外周面２２やクローラ４０の外周面４３がゴム製である場合には、路面に対するローラ２０及びクローラ４０のグリップ力を向上できるので、路面に対して走行装置１を滑り難くできる。

上記第１実施の形態では４つの走行装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを有する車両５０について説明し、上記第２実施の形態では３つの走行装置１ａ，１ｂ，１ｃを有する車両６０について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。車両に５つ以上の走行装置１を設けることは当然可能である。隣り合う走行装置１の第１回転軸２のなす角が全て同一であれば、任意の方向へ車両を移動させるときに、各走行装置の回転方向や回転速度の制御を容易にできる。

なお、隣り合う走行装置１の第１回転軸２のなす角が全て同一である必要はない。３つ以上の走行装置１の第１回転軸２について、特定の１つの第１回転軸２の両側に、その第１回転軸２とのなす角が９０度以上１８０度未満に設定される２つの第１回転軸２が配置されることで、その車両を全方向に移動できる。

上記各実施の形態では、走行装置１の回転軸２が支持部５２を介して車体５１，６１に支持され、車体５１，６１に駆動部５３，６３が取り付けられる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。支持部５２及び駆動部５３，６３をサスペンション機構を介して車体５１，６１に支持させることは当然可能である。

上記第１実施の形態では、一対の第１フレーム１１にそれぞれ２つの補助ローラ３３が支持される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、補助ローラ３３の数は適宜変更可能である。補助ローラ３３の数が多い程、撓んだクローラ４０が第１フレーム１１に接触することをより抑制でき、クローラ４０の回転をより滑らかにできる。一方、補助ローラ３３の数が少ない程、クローラ４０を路面の凹凸に追従させ易くできるので、クローラ４０が接地した走行装置１の走破性をより向上できる。

上記第１実施の形態では、フレーム１０の第１方向Ｘの両端に２つの先端ローラ３２が支持される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、先端ローラ３２の数は適宜変更可能である。先端ローラ３２の数を増やす程、クローラ４０を緩やかに折り曲げることができるので、クローラ４０の回転を滑らかにできる。

上記第１実施の形態では、角部ローラ３１及び先端ローラ３２がギヤ状であり、補助ローラ３３が円筒状である場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。角部ローラ３１及び先端ローラ３２を円筒状に形成したり、補助ローラ３３をギヤ状に形成したりすることは当然可能である。

上記各実施の形態では、走行装置１に１つのローラ２０が設けられる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、１つの走行装置に複数のローラを設けることは当然可能である。複数のローラ２０が第１方向Ｘに並んでフレーム１０に第２回転軸４を介してそれぞれ支持されることで、ローラ２０の接地時に複数のローラ２０がそれぞれ接地して、路面に対する走行装置の安定性を確保できる。

また、ローラ２０を第３方向Ｚに複数に分割することで、１つの走行装置に複数のローラを設けることも可能である。この場合、分割された各ローラの質量を、ローラ２０の質量よりも小さくできるので、ローラ２０のイナーシャに比べて分割された各ローラのイナーシャを低減できる。その結果、各ローラの回転が開始されたり回転の方向が変わったりするときの角運動量の変化を抑制でき、各ローラの受動回転を滑らかにできる。同様に、クローラ４０を第２方向Ｙに複数に分割することで、分割された各クローラのイナーシャを低減して受動回転を滑らかにできる。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 走行装置
２ 第１回転軸
４ 第２回転軸
６ 支持軸
１１ 第１フレーム
１２，１３ 第２フレーム
２０ ローラ
２２ 外周面
２３ 凹部
３０ 支持ローラ
３３ 補助ローラ
３３ａ 外周
４０ クローラ
４３ 外周面
４５ 延長部
５０，６０ 車両
５１，６１ 車体
５３，６３ 駆動部
Ｃ１ 軸心
Ｃ３ 第３仮想軸

Claims (6)

1. 駆動力によって回転される第１回転軸と、
   前記第１回転軸の延長線上に配置されて前記第１回転軸の軸心と直交する第２回転軸と、
   前記第２回転軸に支持されて前記第２回転軸を中心に回転するローラと、
   前記ローラの軸方向の両側に配置され、前記第２回転軸を支持する一対の第１フレームと、
   前記ローラよりも前記第１回転軸側、及び、前記第１回転軸から離れた側に配置され、一対の前記第１フレームを連結する一対の第２フレームと、
   前記第１回転軸の軸心および前記第２回転軸と直交する第３仮想軸と平行な支持軸を介して回転可能に前記第１フレーム及び前記第２フレームに支持される複数の支持ローラと、
   複数の前記支持ローラに掛け回されて前記第３仮想軸の周りに回転するクローラと、
   前記第２フレームと前記第１回転軸とを前記クローラを避けて連結する連結部とを備え、
   前記ローラの外周面は、前記第２回転軸および前記第３仮想軸を含む断面において、前記クローラよりも前記第３仮想軸の軸方向外側に張り出すことを特徴とする走行装置。
2. 前記支持ローラは、前記ローラと前記クローラとの間で前記第１フレームに前記支持軸を介して支持される、外周の一部が前記第１フレームよりも前記第２回転軸の軸方向に張り出す補助ローラを備えることを特徴とする請求項１記載の走行装置。
3. 前記ローラには、前記外周面と前記第２回転軸との間に前記第２回転軸の軸方向に凹む凹部が形成され、
   前記補助ローラは、前記外周の一部が前記凹部内に位置することを特徴とする請求項２記載の走行装置。
4. 前記クローラの外周面および前記ローラの前記外周面は、前記第２回転軸および前記第３仮想軸を含む断面において、前記第１回転軸の軸心を中心とした半径が等しい円弧状に形成され、
   前記クローラは、前記第１フレームよりも前記第３仮想軸の軸方向両側に位置する延長部を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の走行装置。
5. 前記第２回転軸および前記第３仮想軸を含む断面において、前記第１回転軸を中心とした円の４０〜６０％を前記クローラの前記外周面が占め、その他を前記ローラの前記外周面が占めることを特徴とする請求項４記載の走行装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の走行装置を用いた車両であって、
   ３つ以上の前記走行装置の前記第１回転軸をそれぞれ支持する車体と、
   前記車体に対して前記第１回転軸を中心に前記走行装置をそれぞれ回転させる駆動部とを備え、
   ３つ以上の前記走行装置は、特定の１つの前記第１回転軸の両側に、その前記第１回転軸とのなす角が９０度以上１８０度未満に設定される２つの前記第１回転軸が配置されることを特徴とする車両。
   

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