JP2020199965A - 全方向移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成にて全方向に移動できる全方向移動体を提供する。【解決手段】フレーム２０と、フレーム２０に操舵可能に支持された第１駆動輪３１と、フレーム２０に操舵可能に支持された第２駆動輪３２と、第１駆動輪３１を回転駆動させる第１駆動モータ４１と、第２駆動輪３２を回転駆動させる第２駆動モータ４２と、第１駆動輪３１と第２駆動輪３２とを操舵力伝達機構６０を介して同期して操舵する操舵モータ５０と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、全方向移動体に関するものである。

全方向移動体の構成として、操舵可能な駆動輪を２つ以上用いるものと、オムニホイールの駆動輪を３輪以上使用するものがある（例えば特許文献１、特許文献２）。

特許第５３７６３４７号公報 特開２００８−４３０６７号公報

ところで、普通車輪を用いた全方向移動体は、一般的には４つの車輪を有し、少なくとも２つの車輪を駆動輪とするとともに残りの車輪を従動輪とし、少なくとも２つの駆動輪においては、それぞれ、駆動モータ及び操舵モータが設けられた構造となる。よって、操舵可能な駆動輪を２組以上用いるためモータを４つ以上必要とし、高価なものとなる。また、オムニホイールを用いた全方向移動体は、オムニホイールが複雑な構造であることから高価なものとなる。

本発明の目的は、簡単な構成にて全方向に移動できる全方向移動体を提供することにある。

上記課題を解決するための全方向移動体は、機台と、前記機台に操舵可能に支持された第１駆動輪と、前記機台に操舵可能に支持された第２駆動輪と、前記第１駆動輪を回転駆動させる第１駆動モータと、前記第２駆動輪を回転駆動させる第２駆動モータと、前記第１駆動輪と前記第２駆動輪とを操舵力伝達機構を介して同期して操舵する操舵モータと、を備えたことを要旨とする。

これによれば、第１駆動モータにて第１駆動輪が回転駆動されるとともに、第２駆動モータにて第２駆動輪が回転駆動される。また、操舵モータにて第１駆動輪と第２駆動輪とが操舵力伝達機構を介して同期して操舵される。このように、モータは第１駆動モータ、第２駆動モータ及び操舵モータの３つとなり、従来の普通車輪を用いた全方向移動体ではモータが４つ以上であったものが３つとなり、モータ数を少なくできる。また、オムニホイールを使用しないで済む。その結果、簡単な構成にて全方向に移動できる。

また、全方向移動体において、前記機台に支持された従動輪を更に備えるとよい。
また、全方向移動体において、前記操舵力伝達機構は、第１駆動輪用の第１ギヤと、第２駆動輪用の第２ギヤと、前記第１ギヤ及び前記第２ギヤと噛み合い前記操舵モータにて回転する第３ギヤと、を有するとよい。

また、全方向移動体において、前記操舵力伝達機構は、第１駆動輪用の第１プーリと、第２駆動輪用の第２プーリと、前記操舵モータにて回転する第３プーリと、前記第１プーリ、前記第２プーリ及び前記第３プーリに掛装されたベルトと、を有するとよい。

また、全方向移動体において、前記操舵力伝達機構は、第１駆動輪用の第１スプロケットと、第２駆動輪用の第２スプロケットと、前記操舵モータにて回転する第３スプロケットと、前記第１スプロケット、前記第２スプロケット及び前記第３スプロケットに掛装されたチェーンと、を有するとよい。

本発明によれば、簡単な構成にて全方向に移動できる。

（ａ）は実施形態における全方向移動体の平面図、（ｂ）は全方向移動体の正面図。 全方向移動体の下面図。 全方向移動体の駆動系を示す斜視図。 全方向移動体の電気的構成図。 （ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は方向移動体の下面図。 別例の全方向移動体の下面図。 別例の全方向移動体の下面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１（ａ）の平面図、図１（ｂ）の正面図、図２の下面図、図３の駆動系斜視図に示すように、全方向移動体１０は、機台としてのフレーム２０と、右側の第１駆動輪３１と、左側の第２駆動輪３２と、右側の第１駆動モータ４１と、左側の第２駆動モータ４２と、中央の操舵モータ５０と、操舵力伝達機構６０と、前側の従動輪７１と、後ろ側の従動輪７２を備える。

機台としてのフレーム２０は、円板状をなし、水平に配置される。
フレーム２０の左右方向における一方でのフレーム２０下面には回転軸Ｓｈ１が下方に延び、回転軸Ｓｈ１はベアリングボックスＢｂにより回転可能に支持されている。回転軸Ｓｈ１の下端にはギヤ６１が固定されている。ギヤ６１は水平に配置されている。同様に、フレーム２０の左右方向における他方でのフレーム２０下面には回転軸Ｓｈ２が下方に延び、回転軸Ｓｈ２はベアリングボックスＢｂにより回転可能に支持されている。回転軸Ｓｈ２の下端にはギヤ６２が固定されている。ギヤ６２は水平に配置されている。

フレーム２０の左右方向における一方の駆動用のギヤ６１の中心（回転軸Ｓｈ１上）に駆動輪（タイヤ）３１が位置している。駆動モータ４１は駆動輪（タイヤ）３１から離れた場所に位置している。駆動モータ４１を固定するブラケット２１は、板状をなしている。ブラケット２１の上端はギヤ６１の下面に固定されている。ブラケット２１の下部において駆動モータ４１が貫通する状態で固定されている。

このように、ブラケット２１によりギヤ６１と駆動モータ４１を繋いでいる。このとき、ギヤ６１と駆動モータ４１はブラケット２１により一体化されている。
同様に、フレーム２０の左右方向における他方の駆動用のギヤ６２の中心（回転軸Ｓｈ２上）に駆動輪（タイヤ）３２が位置している。駆動モータ４２は駆動輪（タイヤ）３２から離れた場所に位置している。駆動モータ４２を固定するブラケット２２は、板状をなしている。ブラケット２２の上端はギヤ６２の下面に固定されている。ブラケット２２の下部において駆動モータ４２が貫通する状態で固定されている。

このように、ブラケット２２によりギヤ６２と駆動モータ４２を繋いでいる。このとき、ギヤ６２と駆動モータ４２はブラケット２２により一体化されている。
フレーム２０の左右方向における一方の駆動モータ４１の出力軸は水平方向に延びている。駆動モータ４１の出力軸に駆動輪３１が連結固定されている。駆動モータ４１の駆動に伴い出力軸が正逆に回転すると、その回転により駆動輪３１が正逆に回転する。

このように、右側の第１駆動輪３１は、機台としてのフレーム２０に操舵可能に支持され、右側の第１駆動モータ４１は、第１駆動輪３１を回転駆動させることができるようになっている。

同様に、フレーム２０の左右方向における他方の駆動モータ４２の出力軸は水平方向に延びている。駆動モータ４２の出力軸に駆動輪３２が連結固定されている。駆動モータ４２の駆動に伴い出力軸が正逆に回転すると、その回転により駆動輪３２が正逆に回転する。

このように、左側の第２駆動輪３２は、機台としてのフレーム２０に操舵可能に支持され、左側の第２駆動モータ４２は、第２駆動輪３２を回転駆動させることができるようになっている。

フレーム２０の前後方向における一方に前側の従動輪７１が位置している。フレーム２０の前後方向における他方に後ろ側の従動輪７２が位置している。
前側の従動輪７１は、二又部２５と棒状部２６でフレーム２０に連結される。詳しくは、二又部２５に従動輪７１が回転可能に軸支されて、二又部２５の根元部分から棒状部２６が上方に延び、棒状部２６の上端部がフレーム２０に回転可能に支持されている。

同様に、後ろ側の従動輪７２は、二又部２５と棒状部２６でフレーム２０に連結される。詳しくは、二又部２５に従動輪７２が回転可能に軸支されて、二又部２５の根元部分から棒状部２６が上方に延び、棒状部２６の上端部がフレーム２０に回転可能に支持されている。

このように、前側の従動輪７１は機台としてのフレーム２０に支持されているとともに、後ろ側の従動輪７２は機台としてのフレーム２０に支持されている。
前側の従動輪７１及び後ろ側の従動輪７２は、それぞれ、方向が自在な自在輪である。

操舵力伝達機構６０は、第１駆動輪３１用の第１ギヤ６１と、第２駆動輪３２用の第２ギヤ６２と、第１ギヤ６１及び第２ギヤ６２と噛み合い操舵モータ５０にて回転する第３ギヤ６３と、を有する。

フレーム２０の上面中央部に操舵モータ５０が固定されている。操舵モータ５０の出力軸５１はフレーム２０を貫通してフレーム２０の下方に延びている。操舵モータ５０の出力軸５１の下端部にはギヤ６３が固定されている。ギヤ６３は水平に位置している。操舵モータ５０の駆動に伴い出力軸５１が正逆に回転することによりギヤ６３が正逆に回転する。

中央のギヤ６３に対し左右のギヤ６１，６２が噛み合っている。中央のギヤ６３の正逆回転に伴って左右のギヤ６１，６２が正逆に回転する。左右のギヤ６１，６２の正逆回転に伴って左右のブラケット２１，２２に固定された駆動モータ４１，４２及び駆動輪３１，３２の向きが変更される。つまり、中央の操舵モータ５０により左右の駆動輪３１，３２の向きが変わる。

右側の駆動輪３１と左側の駆動輪３２との位置関係について、詳しくは、図１（ａ）、図１（ｂ）、図２のように、少なくとも右側の駆動輪３１の軸が中央のギヤ６３の中心を通る向きに配置されている場合、左側の駆動輪３２の軸も中央のギヤ６３の中心を通る向きに配置されるように（左右の駆動輪３１，３２の軸が同一直線上に配置される状態があるように）左右のギヤ６１，６２と中央のギヤ６３を噛み合わせており、左右の駆動輪３１，３２の軸を同じ方向に同じ速度で回転させることで、軸の回転方向に移動体が移動可能である。

このように、操舵モータ５０により、第１駆動輪３１と第２駆動輪３２とを操舵力伝達機構６０を介して同期して操舵することができるようになっている。
図４に示すように、全方向移動体１０は、コントローラ１００と、駆動回路１０１，１０２，１０３とを有する。

コントローラ１００は、駆動回路１０１を介して駆動モータ４１を制御する。コントローラ１００は、駆動回路１０２を介して駆動モータ４２を制御する。コントローラ１００は、駆動回路１０３を介して操舵モータ５０を制御する。

次に、作用について説明する。
直進する際には、図５（ａ）に示すように、コントローラ１００は、左右の駆動輪３１，３２の向きとして前後方向にした状態で、左右の駆動輪３１，３２を同一方向に、かつ、同一速度で回転させる。これにより、前方または後方に真っ直ぐに走行させることができる。このとき、前側の従動輪７１及び後ろ側の従動輪７２は、前後方向を向く。

カーブ走行する際には、図５（ｂ）に示すように、コントローラ１００は、左右の駆動輪３１，３２の向きとして前後方向にした状態で、左右の駆動輪３１，３２を同一方向に、かつ、左右の駆動輪３１，３２のうちの一方と他方の回転速度に差をつけて回転させる。これにより、回転速度の遅い方の駆動輪側に曲がるように走行させることができる。このとき、前側の従動輪７１及び後ろ側の従動輪７２は、曲がる方向を向く。

機台としてのフレーム２０中心にその場旋回する際には、図５（ｃ）に示すように、コントローラ１００は、左右の駆動輪３１，３２の向きとして前後方向にした状態で、左右の駆動輪３１，３２のうちの一方と他方を互いに逆の方向に、かつ、同一速度で回転させる。これにより、時計回り若しくは反時計回りにその場旋回させることができる。このとき、前側の従動輪７１及び後ろ側の従動輪７２は、真横を向く。

斜行する際には、図５（ｄ）に示すように、コントローラ１００は、操舵モータ５０にて駆動輪３１，３２の向きを斜行させたい方向に向かせる。そして、コントローラ１００は、左右の駆動輪３１，３２を同一方向に、かつ、同一速度で回転させる。これにより、斜めに走行させることができる。このとき、前側の従動輪７１及び後ろ側の従動輪７２は、斜行方向を向く。

横行する際には、図５（ｅ）に示すように、コントローラ１００は、操舵モータ５０にて駆動輪３１，３２の向きを横向きにさせる。そして、コントローラ１００は、左右の駆動輪３１，３２を同一方向に、かつ、同一速度で回転させる。これにより、横に走行させることができる。このとき、前側の従動輪７１及び後ろ側の従動輪７２は、真横を向く。

このように、走行制御として、カーブ走行及びその場旋回は左右の駆動輪３１，３２の駆動差で走行する。
また、斜行、横行は操舵モータ５０にて左右の駆動輪３１，３２の向きを同時に変えて、その方向で左右の駆動輪３１，３２を回転駆動させることにより行うことができる。

よって、実用的な全方向移動の走行パターンは全て実現できる。
その結果、従来ではモータ数が「４」であったが、本実施形態では、モータ数を「３」にすることができるとともに、オムニホイールを使わないことから低価格な構造となる。つまり、３モータで普通車輪の低価格な全方向への移動のための構成となっており、駆動輪とモータとを１組とし、これを２組用いて、この２組をギヤ６１，６２，６３で操舵モータ５０と連結し、１つの操舵モータ５０で２つの駆動輪３１，３２を同期して操舵することができる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）全方向移動体１０の構成として、機台としてのフレーム２０と、機台としてのフレーム２０に操舵可能に支持された第１駆動輪３１と、機台としてのフレーム２０に操舵可能に支持された第２駆動輪３２と、第１駆動輪３１を回転駆動させる第１駆動モータ４１と、第２駆動輪３２を回転駆動させる第２駆動モータ４２と、第１駆動輪３１と第２駆動輪３２とを操舵力伝達機構６０を介して同期して操舵する操舵モータ５０と、を備える。よって、モータは第１駆動モータ４１、第２駆動モータ４２及び操舵モータ５０の３つとなり、従来の普通車輪を用いた全方向移動体ではモータが４つ以上であったものが３つとなり、モータ数を少なくできる。また、オムニホイールを使用しないで済む。その結果、簡単な構成にて全方向に移動できる。

（２）機台としてのフレーム２０に支持された従動輪７１，７２を更に備えた。よって、機台としてのフレーム２０を安定させることができる。
（３）操舵力伝達機構６０は、第１駆動輪３１用の第１ギヤ６１と、第２駆動輪３２用の第２ギヤ６２と、第１ギヤ６１及び第２ギヤ６２と噛み合い操舵モータ５０にて回転する第３ギヤ６３と、を有する。よって、操舵力を確実に伝達することができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 図６に示すように、操舵力伝達機構８０は、第１駆動輪３１用の第１プーリ８１と、第２駆動輪３２用の第２プーリ８２と、操舵モータ５０にて回転する第３プーリ８３と、第１プーリ８１、第２プーリ８２及び第３プーリ８３に掛装されたベルト８４と、を有する。このように、ギヤ６１，６２，６３の代替としてベルトによる伝達も可能である。特に、左右の駆動輪３１，３２が離れている場合（左右の駆動輪３１，３２間の距離が大きい場合）に有用である。

○ 図７に示すように、操舵力伝達機構９０は、第１駆動輪３１用の第１スプロケット９１と、第２駆動輪３２用の第２スプロケット９２と、操舵モータ５０にて回転する第３スプロケット９３と、第１スプロケット９１、第２スプロケット９２及び第３スプロケット９３とに掛装されたチェーン９４と、を有する。このように、ギヤ６１，６２，６３の代替としてチェーンによる伝達も可能である。特に、左右の駆動輪３１，３２が離れている場合（左右の駆動輪３１，３２間の距離が大きい場合）に有用である。

○ 従動輪７１，７２は、二又部２５と棒状部２６でフレーム２０に連結されるとともに棒状部２６はフレーム２０に回転可能に支持されていたが、これに限らない。
従動輪７１，７２の種類は問わない。ボール式のキャスタでもよい。従動輪の数は問わない、１つでも３つ以上でもよい。要は、機台を支持するための部材であり、２つの駆動輪に加えて支持部材により３点支持できるような構造であればよい。

また、従動輪を無くすことも可能である。つまり、機台が安定しており、機台を支持するための従動輪を必要としない場合にも適用できる。
○ 駆動モータ４１と駆動輪３１との間、又は、駆動モータ４２と駆動輪３２との間に、チェーン等の動力伝達部材を介在させてもよい。

１０…全方向移動体、２０…フレーム、３１…第１駆動輪、３２…第２駆動輪、４１…第１駆動モータ、４２…第２駆動モータ、５０…操舵モータ、６０…操舵力伝達機構、６１…第１ギヤ、６２…第２ギヤ、６３…第３ギヤ、７１，７２…従動輪、８０…操舵力伝達機構、８１…第１プーリ、８２…第２プーリ、８３…第３プーリ、８４…ベルト、９０…操舵力伝達機構、９１…第１スプロケット、９２…第２スプロケット、９３…第３スプロケット、９４…チェーン。

Claims (5)

1. 機台と、
   前記機台に操舵可能に支持された第１駆動輪と、
   前記機台に操舵可能に支持された第２駆動輪と、
   前記第１駆動輪を回転駆動させる第１駆動モータと、
   前記第２駆動輪を回転駆動させる第２駆動モータと、
   前記第１駆動輪と前記第２駆動輪とを操舵力伝達機構を介して同期して操舵する操舵モータと、
   を備えたことを特徴とする全方向移動体。
2. 前記機台に支持された従動輪を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の全方向移動体。
3. 前記操舵力伝達機構は、第１駆動輪用の第１ギヤと、第２駆動輪用の第２ギヤと、前記第１ギヤ及び前記第２ギヤと噛み合い前記操舵モータにて回転する第３ギヤと、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の全方向移動体。
4. 前記操舵力伝達機構は、第１駆動輪用の第１プーリと、第２駆動輪用の第２プーリと、前記操舵モータにて回転する第３プーリと、前記第１プーリ、前記第２プーリ及び前記第３プーリに掛装されたベルトと、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の全方向移動体。
5. 前記操舵力伝達機構は、第１駆動輪用の第１スプロケットと、第２駆動輪用の第２スプロケットと、前記操舵モータにて回転する第３スプロケットと、前記第１スプロケット、前記第２スプロケット及び前記第３スプロケットに掛装されたチェーンと、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の全方向移動体。