JP2024088324A

JP2024088324A - Omniwheel

Info

Publication number: JP2024088324A
Application number: JP2022203434A
Authority: JP
Inventors: 照彦三宅; 悠太塚田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Filing date: 2022-12-20
Publication date: 2024-07-02

Abstract

An omni-wheel capable of stabilizing motion behavior at high vehicle speeds is provided.
[Solution] The omniwheel comprises a main body that rotates around a rotation axis, a number of rollers arranged around the main body, and a braking device connected to the rotation axis and capable of braking the rollers by centrifugal force generated by the rotation of the main body.
[Selected Figure] Figure 1

Description

本開示は、オムニホイールに関する。 This disclosure relates to omniwheels.

特許文献１には、悪路での直進性および走行安定性を両立させたオムニホイール用のローラブレーキ装置が提案されている。 Patent document 1 proposes a roller brake device for omni-wheels that achieves both straight-line stability and driving stability on rough roads.

特開２０１９－２０６２４９号公報JP 2019-206249 A

オムニホイールは車体に対して横方向に転がるため、車速が高いと車体が左右に振れて運動挙動が不安定になる場合がある。 Since omni wheels roll laterally relative to the vehicle body, if the vehicle speed is high, the vehicle body may sway from side to side, causing unstable driving behavior.

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、高車速時における運動挙動を安定化させることができるオムニホイールを提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in consideration of the above, and aims to provide an omniwheel that can stabilize vehicle motion behavior at high vehicle speeds.

本開示に係るオムニホイールは、回転軸回りに回転する本体部と、前記本体部の周囲に設けられた複数のローラと、前記回転軸に接続され、前記本体部の回転による遠心力により前記ローラを制動可能な制動装置と、備える。 The omniwheel disclosed herein comprises a main body that rotates around a rotation axis, a number of rollers arranged around the main body, and a braking device that is connected to the rotation axis and can brake the rollers by centrifugal force generated by the rotation of the main body.

本開示によれば、高車速時における運動挙動を安定化させることができる。 This disclosure makes it possible to stabilize vehicle behavior at high vehicle speeds.

図１は、実施形態に係るオムニホイールを適用した移動体の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of a moving body to which an omni-wheel according to an embodiment is applied. 図２は、実施形態１に係るオムニホイールの概略的な構成を示す図であり、（ａ）は低車速時における制動装置の動作を示す図、（ｂ）は高車速時における制動装置の動作を示す図、である。2A and 2B are diagrams showing a schematic configuration of the omniwheel according to the first embodiment, in which FIG. 2A shows the operation of the braking device at low vehicle speeds, and FIG. 2B shows the operation of the braking device at high vehicle speeds. 図３は、実施形態２に係るオムニホイールの概略的な構成を示す図であり、（ａ）は低車速時における制動装置の動作を示す図、（ｂ）は高車速時における制動装置の動作を示す図、である。3A and 3B are diagrams showing a schematic configuration of an omniwheel according to a second embodiment, in which FIG. 3A shows the operation of the braking device at low vehicle speeds, and FIG. 3B shows the operation of the braking device at high vehicle speeds.

本開示の実施形態に係るオムニホイールについて、図面を参照しながら説明する。なお、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。 An omniwheel according to an embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. Note that the components in the following embodiment include those that are easily replaceable by a person skilled in the art, or those that are substantially identical.

実施形態に係るオムニホイールは、例えば図１に示すような移動体１００に適用される。この移動体１００は、車体の前後左右の全方向に移動可能な一対のオムニホイール１と、一対の駆動輪２と、を備えている。 The omni-wheel according to the embodiment is applied to a moving body 100 as shown in FIG. 1. The moving body 100 is equipped with a pair of omni-wheels 1 that can move in all directions, including the front, rear, left and right, of the vehicle body, and a pair of drive wheels 2.

オムニホイール１は、図１に示すように、複数のローラ（横方向輪）１１と、本体部（本体ホイール）１２と、回転軸１３と、複数の制動装置１４と、を備えている。 As shown in FIG. 1, the omniwheel 1 includes multiple rollers (lateral wheels) 11, a main body (main body wheel) 12, a rotating shaft 13, and multiple braking devices 14.

ローラ１１は、回転軸１３に対して放射状に複数配置されている。すなわち、ローラ１１は、本体部１２の周方向に複数設けられている。これにより、オムニホイール１は多方向への移動が可能となっている。 The rollers 11 are arranged radially around the rotation axis 13. In other words, the rollers 11 are arranged in multiple directions around the main body 12. This allows the omniwheel 1 to move in multiple directions.

本体部１２は、回転軸１３回りに回転可能に構成されている。この本体部１２内には、制動装置１４が設けられている。制動装置１４は、本体部１２の回転による遠心力により、ローラ１１を制動可能に構成されている。また、制動装置１４は、回転軸１３に接続されており、ローラ１１に対応した数（ここでは４つ）だけ設けられている。また、制動装置１４は、ブレーキパッド１４１と、バネ１４２と、を備えている。 The main body 12 is configured to be rotatable around the rotation shaft 13. A braking device 14 is provided within the main body 12. The braking device 14 is configured to be able to brake the rollers 11 by centrifugal force caused by the rotation of the main body 12. The braking devices 14 are connected to the rotation shaft 13, and the number of braking devices 14 corresponds to the number of rollers 11 (four in this example). The braking device 14 also includes brake pads 141 and springs 142.

ブレーキパッド１４１は、摩擦力の大きい素材によって構成されており、ローラ１１と接触可能に構成されている。なお、ローラ１１におけるブレーキパッド１４１の接触部分に摩擦材を設けてもよい。また、バネ１４２は、一端側が回転軸１３に接続されており、他端側がブレーキパッド１４１に接続されている。これにより、本体部１２の回転数が上昇し、ブレーキパッド１４１に作用する遠心力が強くなるにつれて、当該ブレーキパッド１４１が回転軸１３側から外側へと離れていき、やがてローラ１１に接触する。 The brake pad 141 is made of a material with high frictional force and is configured to be able to come into contact with the roller 11. A friction material may be provided at the contact portion of the roller 11 with the brake pad 141. One end of the spring 142 is connected to the rotating shaft 13, and the other end is connected to the brake pad 141. As a result, as the rotation speed of the main body 12 increases and the centrifugal force acting on the brake pad 141 becomes stronger, the brake pad 141 moves away from the rotating shaft 13 side to the outside, and eventually comes into contact with the roller 11.

例えば図２の（ａ）に示すように、本体部１２の回転数が低く、移動体１００の車速が低い場合、バネ１４２の弾性力がブレーキパッド１４１に働く遠心力よりも大きくなる。その結果、同図に示すように、ブレーキパッド１４１はバネ１４２によって回転軸１３側に引き寄せられた状態となる。このように車速が低い状態では、ブレーキパッド１４１がローラ１１に接触していないため、ローラ１１は自由に回転可能である。 For example, as shown in FIG. 2A, when the rotation speed of the main body 12 is low and the vehicle speed of the mobile body 100 is low, the elastic force of the spring 142 becomes greater than the centrifugal force acting on the brake pad 141. As a result, as shown in the figure, the brake pad 141 is pulled toward the rotating shaft 13 by the spring 142. In this manner, when the vehicle speed is low, the brake pad 141 is not in contact with the roller 11, so the roller 11 can rotate freely.

一方、図２の（ｂ）に示すように、本体部１２の回転数が高く、移動体１００の車速が高い場合、ブレーキパッド１４１に働く遠心力がバネ１４２の弾性力よりも大きくなる。その結果、同図に示すように、バネ１４２が伸びることにより、ブレーキパッド１４１はローラ１１に接触した状態となる。このように車速が高い状態では、ブレーキパッド１４１がローラ１１に接触し、ローラ１１の回転がロックされる。 On the other hand, as shown in FIG. 2(b), when the rotation speed of the main body 12 is high and the vehicle speed of the mobile body 100 is high, the centrifugal force acting on the brake pad 141 becomes greater than the elastic force of the spring 142. As a result, as shown in the figure, the spring 142 expands, causing the brake pad 141 to come into contact with the roller 11. In this manner, when the vehicle speed is high, the brake pad 141 comes into contact with the roller 11, and the rotation of the roller 11 is locked.

ここで、オムニホイール１は、本体部１２の外周に設置される複数のローラ１１によって横方向に移動可能である。これにより、例えばラック＆ピニオンからなる操舵機構を備えることなく、移動体１００の進行方向を変更することができる。その一方で、オムニホイール１を備える移動体１００は、横方向にも移動可能であるため、走行速度が上昇すると、車体が左右に振れて、運動挙動が不安定になるおそれがある。 The omni-wheel 1 can move laterally by a number of rollers 11 mounted on the outer periphery of the main body 12. This allows the moving direction of the moving body 100 to be changed without having a steering mechanism consisting of, for example, a rack and pinion. On the other hand, since the moving body 100 equipped with the omni-wheel 1 can also move laterally, there is a risk that the body will sway from side to side as the traveling speed increases, making the movement behavior unstable.

そこで、実施形態に係るオムニホイール１では、本体部１２の高速回転時（すなわち高車速時）に、遠心力を利用して、制動装置１４が横方向に回転するローラ１１のみをロックする。すなわち、オムニホイール１では、図２の（ａ）に示すように、車速が低い時はローラ１１が横方向に自由に転がることが可能である。一方、同図の（ｂ）に示すように、車速が高い時はローラ１１の横方向の回転を抑制して車体が左右に振れないようにする。これにより、運動挙動を安定化させ、直進安定性を向上させる。 In the omni-wheel 1 according to the embodiment, when the main body 12 rotates at high speed (i.e., at high vehicle speed), the braking device 14 uses centrifugal force to lock only the rollers 11 that rotate laterally. That is, in the omni-wheel 1, as shown in FIG. 2(a), when the vehicle speed is low, the rollers 11 can roll freely laterally. On the other hand, as shown in FIG. 2(b), when the vehicle speed is high, the lateral rotation of the rollers 11 is suppressed to prevent the vehicle body from swaying from side to side. This stabilizes the motion behavior and improves straight-line stability.

ここで、制動装置１４の配置は、図２に示した配置に限定されない。例えば、図３に示したオムニホイール１Ａのように、ローラ１１の内部に制動装置１４を配置してもよい。 The arrangement of the braking device 14 is not limited to the arrangement shown in FIG. 2. For example, the braking device 14 may be arranged inside the roller 11, as in the omniwheel 1A shown in FIG. 3.

図３に示したブレーキパッド１４１は、ローラ１１の内側と接触可能に構成されている。なお、ローラ１１におけるブレーキパッド１４１の接触部分に摩擦材を設けてもよい。また、バネ１４２は、一端側がローラ１１の回転軸（以下、「横方向輪回転軸」という）に接続されており、他端側がブレーキパッド１４１に接続されている。これにより、本体部１２の回転数が上昇し、ブレーキパッド１４１に作用する遠心力が強くなるにつれて、当該ブレーキパッド１４１は横方向輪回転軸側から外側へと離れていき、やがてローラ１１の内側に接触する。 The brake pad 141 shown in FIG. 3 is configured to be able to come into contact with the inside of the roller 11. A friction material may be provided on the contact portion of the roller 11 with the brake pad 141. One end of the spring 142 is connected to the rotation shaft of the roller 11 (hereinafter referred to as the "lateral wheel rotation shaft"), and the other end is connected to the brake pad 141. As a result, as the rotation speed of the main body 12 increases and the centrifugal force acting on the brake pad 141 becomes stronger, the brake pad 141 moves away from the lateral wheel rotation shaft side to the outside, and eventually comes into contact with the inside of the roller 11.

例えば図３の（ａ）に示すように、本体部１２の回転数が低く、移動体１００の車速が低い場合、バネ１４２の弾性力がブレーキパッド１４１に働く遠心力よりも大きくなる。その結果、同図に示すように、ブレーキパッド１４１はバネ１４２によって横方向輪回転軸側に引き寄せられた状態となる。このように車速が低い状態では、ブレーキパッド１４１がローラ１１の内側に接触していないため、ローラ１１は自由に回転可能である。 For example, as shown in FIG. 3A, when the rotation speed of the main body 12 is low and the vehicle speed of the mobile body 100 is low, the elastic force of the spring 142 becomes greater than the centrifugal force acting on the brake pad 141. As a result, as shown in the figure, the brake pad 141 is pulled toward the lateral wheel rotation axis by the spring 142. In this manner, when the vehicle speed is low, the brake pad 141 is not in contact with the inside of the roller 11, so the roller 11 can rotate freely.

一方、図３の（ｂ）に示すように、本体部１２の回転数が高く、移動体１００の車速が高い場合、ブレーキパッド１４１に働く遠心力がバネ１４２の弾性力よりも大きくなる。その結果、同図に示すように、バネ１４２が伸びることにより、ブレーキパッド１４１はローラ１１の内側に接触した状態となる。このように車速が高い状態では、ブレーキパッド１４１がローラ１１の内側に接触し、ローラ１１の回転がロックされる。 On the other hand, as shown in FIG. 3B, when the rotation speed of the main body 12 is high and the vehicle speed of the mobile body 100 is high, the centrifugal force acting on the brake pad 141 becomes greater than the elastic force of the spring 142. As a result, as shown in the figure, the spring 142 expands, causing the brake pad 141 to come into contact with the inside of the roller 11. In this manner, when the vehicle speed is high, the brake pad 141 comes into contact with the inside of the roller 11, and the rotation of the roller 11 is locked.

以上説明した実施形態に係るオムニホイールでは、車速が高くなると制動装置１４のブレーキパッド１４１に働く遠心力が大きくなり、当該ブレーキパッド１４１が外側に移動してローラ１１の回転をロックするため、車体が横方向に振られることがなくなる。従って、オムニホイールによれば、高車速時における運動挙動を安定化させることができる。 In the omni-wheel according to the embodiment described above, as the vehicle speed increases, the centrifugal force acting on the brake pads 141 of the braking device 14 increases, causing the brake pads 141 to move outward and lock the rotation of the rollers 11, preventing the vehicle body from swaying sideways. Therefore, the omni-wheel can stabilize the vehicle's motion behavior at high vehicle speeds.

更なる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、以上のように表わし、かつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。従って、添付のクレームおよびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。 Further advantages and modifications may readily occur to those skilled in the art. Thus, the invention in its broader aspects is not limited to the specific details and representative embodiments shown and described above. Thus, various modifications may be made without departing from the spirit or scope of the general inventive concept as defined by the appended claims and equivalents thereof.

１，１Ａオムニホイール
１１ローラ
１２本体部
１３回転軸
１４制動装置
１４１ブレーキパッド
１４２バネ
１００移動体 Reference Signs List 1, 1A Omniwheel 11 Roller 12 Main body 13 Rotating shaft 14 Brake device 141 Brake pad 142 Spring 100 Moving body

Claims

A main body that rotates around a rotation axis;
A plurality of rollers provided around the main body;
a braking device connected to the rotating shaft and capable of braking the roller by centrifugal force caused by rotation of the main body;
Equipped with omni wheels.