JP3237872B2 - 非円形歯車を用いたステアリング機構 - Google Patents
非円形歯車を用いたステアリング機構Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、四輪車のように同時に
複数の車輪を操舵する車両に用いられるステアリング機
構に関するもので、特に、自動搬送車や自律走行車など
のいわゆる車輪型移動ロボットに適したステアリング機
構に関するものである。
複数の車輪を操舵する車両に用いられるステアリング機
構に関するもので、特に、自動搬送車や自律走行車など
のいわゆる車輪型移動ロボットに適したステアリング機
構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】工場の自動化ラインには、部品や製品を
運搬するための無人搬送車が数多く導入されている。そ
のような無人搬送車は、通常、車輪によって移動する車
輪型移動ロボットとされる。ところで、そのように工場
内で用いられる搬送車には、その使用目的上、できるだ
け小回りが利くこと、すなわち最小旋回半径が小さいこ
とが求められる。例えば、旋回中心を走行車の平面内部
に位置させてその場旋回等ができるようにすれば、その
走行車は極めて機動性の高いものとなる。したがって、
そのような搬送車は、旋回中心を任意の位置に設定する
ことのできるステアリング機構を備えていることが望ま
れる。そのために、上述のような車輪型移動ロボットの
場合には、一輪のみを操舵車輪とする三輪式にされるこ
とが多い。三輪式とすると、高い旋回性能を持たせなが
ら、そのステアリング機構はごく単純なものにすること
ができる。
運搬するための無人搬送車が数多く導入されている。そ
のような無人搬送車は、通常、車輪によって移動する車
輪型移動ロボットとされる。ところで、そのように工場
内で用いられる搬送車には、その使用目的上、できるだ
け小回りが利くこと、すなわち最小旋回半径が小さいこ
とが求められる。例えば、旋回中心を走行車の平面内部
に位置させてその場旋回等ができるようにすれば、その
走行車は極めて機動性の高いものとなる。したがって、
そのような搬送車は、旋回中心を任意の位置に設定する
ことのできるステアリング機構を備えていることが望ま
れる。そのために、上述のような車輪型移動ロボットの
場合には、一輪のみを操舵車輪とする三輪式にされるこ
とが多い。三輪式とすると、高い旋回性能を持たせなが
ら、そのステアリング機構はごく単純なものにすること
ができる。
【０００３】しかしながら、三輪式の搬送車は、可搬重
量及び走行安定性の点で四輪式より不利である。したが
って、搬送車としては四輪式以上とすることが望まし
い。そのように四輪式とした場合には、少なくとも二輪
を操舵することが必要となる。しかも、滑らかな旋回を
行わせるためには、旋回半径に応じて内輪と外輪との操
舵角を非線形に制御することが必要となる。そこで、従
来は、四輪式の搬送車の場合には、操舵される車輪の各
々に独立した操舵装置を設け、各車輪にそれぞれ操舵機
能を持たせたり、一般の自動車のように操舵車輪の間を
リンク機構によって結び、各車輪の操舵角を近似的に制
御したりするといった方法を採用するようにしていた。
量及び走行安定性の点で四輪式より不利である。したが
って、搬送車としては四輪式以上とすることが望まし
い。そのように四輪式とした場合には、少なくとも二輪
を操舵することが必要となる。しかも、滑らかな旋回を
行わせるためには、旋回半径に応じて内輪と外輪との操
舵角を非線形に制御することが必要となる。そこで、従
来は、四輪式の搬送車の場合には、操舵される車輪の各
々に独立した操舵装置を設け、各車輪にそれぞれ操舵機
能を持たせたり、一般の自動車のように操舵車輪の間を
リンク機構によって結び、各車輪の操舵角を近似的に制
御したりするといった方法を採用するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、各車輪
にそれぞれ独立した操舵機能を持たせようとすると、例
えばモータのようなステアリング用駆動装置が複数必要
となり、その駆動系が複雑になるという問題がある。一
方、リンク機構によって複数の車輪の操舵角を制御する
ものでは、ステアリング用駆動装置はリンクを動かす駆
動系のみでよいが、操舵角を大きくした場合に誤差が大
きくなり、また、リンク機構自身の制約のために旋回半
径を小さくすることが困難であるといった問題がある。
にそれぞれ独立した操舵機能を持たせようとすると、例
えばモータのようなステアリング用駆動装置が複数必要
となり、その駆動系が複雑になるという問題がある。一
方、リンク機構によって複数の車輪の操舵角を制御する
ものでは、ステアリング用駆動装置はリンクを動かす駆
動系のみでよいが、操舵角を大きくした場合に誤差が大
きくなり、また、リンク機構自身の制約のために旋回半
径を小さくすることが困難であるといった問題がある。
【０００５】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、簡単な機構で複数の操舵
車輪をそれぞれ適切に操舵することができ、それによっ
て旋回中心を任意の点に与えることのできるステアリン
グ機構を得ることである。
たものであって、その目的は、簡単な機構で複数の操舵
車輪をそれぞれ適切に操舵することができ、それによっ
て旋回中心を任意の点に与えることのできるステアリン
グ機構を得ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明では、各操舵車輪間を操舵角伝達機構によっ
て結び、その操舵角伝達機構内に、楕円系ピッチ曲線、
あるいはそれに近似したピッチ曲線を有する非円形歯車
からなる非円形歯車列を介在させるようにしている。そ
のピッチ曲線は、各操舵車輪が共通の一点を中心として
旋回するように、後述する計算式で定められる。
に、本発明では、各操舵車輪間を操舵角伝達機構によっ
て結び、その操舵角伝達機構内に、楕円系ピッチ曲線、
あるいはそれに近似したピッチ曲線を有する非円形歯車
からなる非円形歯車列を介在させるようにしている。そ
のピッチ曲線は、各操舵車輪が共通の一点を中心として
旋回するように、後述する計算式で定められる。
【０００７】
【作用】まず、図６に示されているようなｎ個の操舵車
輪ｓ1 ，ｓ2 ，…，ｓj ，…，ｓn と操舵を行わない２
個の固定車輪ｆ1 ，ｆ2 とを備えた任意の形状の台車１
を考える。固定車輪ｆ1 ，ｆ2 は台車１を走行駆動する
ものである。そして、台車１の直進方向をｙ軸、固定車
輪ｆ1 ，ｆ2 の車軸をｘ軸とする座標系を定める。四輪
操舵車のように固定車輪を用いずに全車輪で操舵を行う
場合には、ｙ軸に直交する任意の軸をｘ軸とするものと
する。このように定めた座標上で、台車１がその平面内
部を含むｘ軸上の任意の点を中心として旋回する場合の
各操舵車輪ｓ1 ，ｓ2 ，…，ｓn の操舵角の関係を求め
る。同図に破線で示されているように点Ｏf0に固定車輪
ｆ0 を有し、点Ｏ0 に操舵旋回中心が位置する操舵車輪
ｓ0 を備えた仮想二輪車を想定する。そして、すべての
操舵車輪ｓ1 ，ｓ2 ，…，ｓn はこの仮想二輪車の旋回
中心を基に操舵されるものとする。簡単のために操舵車
輪のキャスタ角はゼロとする。ここで、ｙ≧０の領域に
ある操舵車輪の操舵角は時計回りを正とし、ｙ＜０にあ
る操舵車輪については反時計回りを正とすると、ｙ＜０
ではｙの符号を反転することによってｙ＞０の場合と同
様に扱うことができる。したがって、以下ではｙ≧０と
して考えることにする。
輪ｓ1 ，ｓ2 ，…，ｓj ，…，ｓn と操舵を行わない２
個の固定車輪ｆ1 ，ｆ2 とを備えた任意の形状の台車１
を考える。固定車輪ｆ1 ，ｆ2 は台車１を走行駆動する
ものである。そして、台車１の直進方向をｙ軸、固定車
輪ｆ1 ，ｆ2 の車軸をｘ軸とする座標系を定める。四輪
操舵車のように固定車輪を用いずに全車輪で操舵を行う
場合には、ｙ軸に直交する任意の軸をｘ軸とするものと
する。このように定めた座標上で、台車１がその平面内
部を含むｘ軸上の任意の点を中心として旋回する場合の
各操舵車輪ｓ1 ，ｓ2 ，…，ｓn の操舵角の関係を求め
る。同図に破線で示されているように点Ｏf0に固定車輪
ｆ0 を有し、点Ｏ0 に操舵旋回中心が位置する操舵車輪
ｓ0 を備えた仮想二輪車を想定する。そして、すべての
操舵車輪ｓ1 ，ｓ2 ，…，ｓn はこの仮想二輪車の旋回
中心を基に操舵されるものとする。簡単のために操舵車
輪のキャスタ角はゼロとする。ここで、ｙ≧０の領域に
ある操舵車輪の操舵角は時計回りを正とし、ｙ＜０にあ
る操舵車輪については反時計回りを正とすると、ｙ＜０
ではｙの符号を反転することによってｙ＞０の場合と同
様に扱うことができる。したがって、以下ではｙ≧０と
して考えることにする。
【０００８】いま、点Ｏ0 （０，ｙ0 ）に置いた仮想操
舵車輪ｓ0 の操舵角をθ0 とし、点Ｏj （ｘj ，ｙj ）
に置いた実操舵車輪ｓj の操舵角をθj とする。そし
て、 ξ＝ｘ／ｙ0 … (1) η＝ｙ／ｙ0 … (2) を用いて無次元化すると、両車輪ｓ0 ，ｓj の位置関係
は図７で表される。台車１が低速で旋回を行う場合、旋
回中にタイヤに横滑りが生じないよう両車輪ｓ0 ，ｓj
が同一の旋回中心を持つためには、次の関係を満たさな
ければならない。 cot θ0 −ηj cot θj ＝ξj … (3) 特別な場合としてηj ＝１、すなわち操舵車輪ｓ0 ，ｓ
j の旋回中心同士を結ぶ線分が固定車輪の車軸と平行に
なる場合、式３はアッカーマン・ジャントの式と呼ばれ
る式に等しくなる。
舵車輪ｓ0 の操舵角をθ0 とし、点Ｏj （ｘj ，ｙj ）
に置いた実操舵車輪ｓj の操舵角をθj とする。そし
て、 ξ＝ｘ／ｙ0 … (1) η＝ｙ／ｙ0 … (2) を用いて無次元化すると、両車輪ｓ0 ，ｓj の位置関係
は図７で表される。台車１が低速で旋回を行う場合、旋
回中にタイヤに横滑りが生じないよう両車輪ｓ0 ，ｓj
が同一の旋回中心を持つためには、次の関係を満たさな
ければならない。 cot θ0 −ηj cot θj ＝ξj … (3) 特別な場合としてηj ＝１、すなわち操舵車輪ｓ0 ，ｓ
j の旋回中心同士を結ぶ線分が固定車輪の車軸と平行に
なる場合、式３はアッカーマン・ジャントの式と呼ばれ
る式に等しくなる。
【０００９】ここで、操舵角を制御するために、二軸が
平行で、その軸間距離が一定の非円形歯車対を考える。
図８に示されているように、駆動側の非円形歯車（ドラ
イバ）のピッチ曲線を極座標でｒ0 （φ0 ）、従動側の
非円形歯車（フォロワ）のピッチ曲線をｒj （φj ）、
両軸間距離をｄj とすると、各ピッチ曲線の間には ｒ0 ＋ｒj ＝ｄj ｒ0 ・ｄφ0 ＝ｒj ・ｄφj … (4) の関係が成り立つ。したがって、そのピッチ曲線は ｒ0 ＝｛（ｄφj ／ｄφ0 ）／（１＋ｄφj ／ｄφ0 ）｝ｄj … (5) ｒj ＝｛１／（１＋ｄφj ／ｄφ0 ）｝ｄj … (6) によって与えられる。
平行で、その軸間距離が一定の非円形歯車対を考える。
図８に示されているように、駆動側の非円形歯車（ドラ
イバ）のピッチ曲線を極座標でｒ0 （φ0 ）、従動側の
非円形歯車（フォロワ）のピッチ曲線をｒj （φj ）、
両軸間距離をｄj とすると、各ピッチ曲線の間には ｒ0 ＋ｒj ＝ｄj ｒ0 ・ｄφ0 ＝ｒj ・ｄφj … (4) の関係が成り立つ。したがって、そのピッチ曲線は ｒ0 ＝｛（ｄφj ／ｄφ0 ）／（１＋ｄφj ／ｄφ0 ）｝ｄj … (5) ｒj ＝｛１／（１＋ｄφj ／ｄφ0 ）｝ｄj … (6) によって与えられる。
【００１０】次に、ドライバとフォロワとの回転条件と
して式３の関係を満足するピッチ曲線を求める。式３を
θ0 で微分すると、 ｄθj ／ｄθ0 ＝１／｛ｍ−ｎ cos（２θ0 −β0 ）｝ … (7) あるいは ｄθj ／ｄθ0 ＝ｍ−ｎ cos（２θj −βj ） … (8) となる。ここに ｍ＝（ξj 2＋ηj 2＋１）／２ηj … (9) ｎ＝｛（ξj 2＋ηj 2＋１）2 ＋４ξj 2｝1/2 ／２ηj …(10) β0 ＝ tan-1｛２ξj ／（ξj 2＋ηj 2−１）｝ …(11) βj ＝ tan-1｛２ηj ξj ／（ξj 2−ηj 2＋１）｝ …(12) である。式７，８は仮想操舵車輪ｓ0 と実操舵車輪ｓj
との旋回角度比を示している。そこで、ν0 ，νj を任
意の正数とし、 φ0 ＝（２θ0 −β0 ）／ν0 φj ＝（２θj −βj ）／νj …(13) を用いて式７，８を書き直すと、 ｄφj ／ｄφ0 ＝（ν0 ／νj ）／｛ｍ−ｎ cos（ν0 φ0 ）｝ ＝（ν0 ／νj ）｛ｍ−ｎ cos（νj φj ）｝ …(14) となる。式１４を式５，６に代入してピッチ曲線を求め
ると、 ｒ0 ＝ι0 ／｛１−ε0cos（ν0 φ0 ）｝ …(15) ｒj ＝ιj ／｛１−εjcos（νj φj ）｝ …(16) ここに ι0 ＝｛（ν0 ／νj ）／（ν0 ／νj ＋ｍ）｝ｄj ιj ＝｛（νj ／ν0 ）／（νj ／ν0 ＋ｍ）｝ｄj …(17) ε0 ＝ｎ／（ν0 ／νj ＋ｍ） εj ＝ｎ／（νj ／ν0 ＋ｍ） …(18) である。式１５，１６のピッチ曲線は、νi 葉の楕円系
ピッチ曲線と呼ばれるものに一致することがわかる。こ
こで、ιi 及びεiはそれぞれ通径の１／２及び離心率
を示している。
して式３の関係を満足するピッチ曲線を求める。式３を
θ0 で微分すると、 ｄθj ／ｄθ0 ＝１／｛ｍ−ｎ cos（２θ0 −β0 ）｝ … (7) あるいは ｄθj ／ｄθ0 ＝ｍ−ｎ cos（２θj −βj ） … (8) となる。ここに ｍ＝（ξj 2＋ηj 2＋１）／２ηj … (9) ｎ＝｛（ξj 2＋ηj 2＋１）2 ＋４ξj 2｝1/2 ／２ηj …(10) β0 ＝ tan-1｛２ξj ／（ξj 2＋ηj 2−１）｝ …(11) βj ＝ tan-1｛２ηj ξj ／（ξj 2−ηj 2＋１）｝ …(12) である。式７，８は仮想操舵車輪ｓ0 と実操舵車輪ｓj
との旋回角度比を示している。そこで、ν0 ，νj を任
意の正数とし、 φ0 ＝（２θ0 −β0 ）／ν0 φj ＝（２θj −βj ）／νj …(13) を用いて式７，８を書き直すと、 ｄφj ／ｄφ0 ＝（ν0 ／νj ）／｛ｍ−ｎ cos（ν0 φ0 ）｝ ＝（ν0 ／νj ）｛ｍ−ｎ cos（νj φj ）｝ …(14) となる。式１４を式５，６に代入してピッチ曲線を求め
ると、 ｒ0 ＝ι0 ／｛１−ε0cos（ν0 φ0 ）｝ …(15) ｒj ＝ιj ／｛１−εjcos（νj φj ）｝ …(16) ここに ι0 ＝｛（ν0 ／νj ）／（ν0 ／νj ＋ｍ）｝ｄj ιj ＝｛（νj ／ν0 ）／（νj ／ν0 ＋ｍ）｝ｄj …(17) ε0 ＝ｎ／（ν0 ／νj ＋ｍ） εj ＝ｎ／（νj ／ν0 ＋ｍ） …(18) である。式１５，１６のピッチ曲線は、νi 葉の楕円系
ピッチ曲線と呼ばれるものに一致することがわかる。こ
こで、ιi 及びεiはそれぞれ通径の１／２及び離心率
を示している。
【００１１】以上により、式３を満足する非円形歯車機
構が存在し、そのピッチ曲線は楕円系ピッチ曲線となる
ことがわかる。すなわち、楕円系ピッチ曲線を有する非
円形歯車対を用いて操舵車輪ｓ1 ，ｓ2 ，…，ｓn 間の
操舵角伝達を行わせるようにすれば、すべての操舵車輪
ｓ1 ，ｓ2 ，…，ｓn はいずれも同一の旋回中心を基に
操舵されることになる。したがって、台車１もその旋回
中心のまわりに旋回する。その旋回中心は、仮想操舵車
輪ｓ0 の操舵角θ0 によって指令される。操舵車輪のサ
スペンションによるキャンバ角変化等を考慮するときに
は、その非円形歯車のピッチ曲線は、楕円系ピッチ曲線
を修正した近似楕円系ピッチ曲線となる。
構が存在し、そのピッチ曲線は楕円系ピッチ曲線となる
ことがわかる。すなわち、楕円系ピッチ曲線を有する非
円形歯車対を用いて操舵車輪ｓ1 ，ｓ2 ，…，ｓn 間の
操舵角伝達を行わせるようにすれば、すべての操舵車輪
ｓ1 ，ｓ2 ，…，ｓn はいずれも同一の旋回中心を基に
操舵されることになる。したがって、台車１もその旋回
中心のまわりに旋回する。その旋回中心は、仮想操舵車
輪ｓ0 の操舵角θ0 によって指令される。操舵車輪のサ
スペンションによるキャンバ角変化等を考慮するときに
は、その非円形歯車のピッチ曲線は、楕円系ピッチ曲線
を修正した近似楕円系ピッチ曲線となる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図中、図
１は本発明によるステアリング機構の一実施例を示すも
ので、そのステアリング機構を備えた自律走行車の駆動
系の概略構成図である。この図から明らかなように、こ
の自律走行車の台車１０は、操舵車輪である二つの前輪
１１，１２と固定車輪である二つの後輪１３，１４とを
備えている。そして、後輪１３，１４がそれぞれサーボ
モータ１５，１６により減速機構１７，１８を介して独
立して駆動され、それによって台車１０が走行するよう
にされている。そのサーボモータ１５，１６は計算機に
よって制御され、旋回時には内輪に対して外輪がより高
速で駆動されるようになっている。
１は本発明によるステアリング機構の一実施例を示すも
ので、そのステアリング機構を備えた自律走行車の駆動
系の概略構成図である。この図から明らかなように、こ
の自律走行車の台車１０は、操舵車輪である二つの前輪
１１，１２と固定車輪である二つの後輪１３，１４とを
備えている。そして、後輪１３，１４がそれぞれサーボ
モータ１５，１６により減速機構１７，１８を介して独
立して駆動され、それによって台車１０が走行するよう
にされている。そのサーボモータ１５，１６は計算機に
よって制御され、旋回時には内輪に対して外輪がより高
速で駆動されるようになっている。
【００１３】前輪１１，１２は、操舵入力部である操舵
用モータ１９からの入力を、減速用ベルトプーリ機構２
０及びウォームギヤ機構２１，２２を介して左右二対の
楕円系歯車２３，２４；２５，２６に伝え、その従動側
の歯車２４，２６を回転させることによって操舵される
ようになっている。したがって、二つの前輪１１，１２
の操舵角の関係は、それらの非円形歯車対によって決定
される。駆動側の楕円系歯車２３，２５及び従動側の楕
円系歯車２４，２６のピッチ曲線の葉数は任意に定める
ことができるが、それらを等しくすると各歯車のピッチ
曲線が一致し、その歯車の歯切りを重ね切りによって行
うことが可能となるので、楕円系歯車の加工が容易とな
る。また、葉数を２とすると、楕円系歯車対の入出力を
増減する必要がなくなるので、機構をより簡単にするこ
とができる。そこで、この実施例では、各楕円系歯車２
３〜２６のピッチ曲線はいずれも２葉とされている。
用モータ１９からの入力を、減速用ベルトプーリ機構２
０及びウォームギヤ機構２１，２２を介して左右二対の
楕円系歯車２３，２４；２５，２６に伝え、その従動側
の歯車２４，２６を回転させることによって操舵される
ようになっている。したがって、二つの前輪１１，１２
の操舵角の関係は、それらの非円形歯車対によって決定
される。駆動側の楕円系歯車２３，２５及び従動側の楕
円系歯車２４，２６のピッチ曲線の葉数は任意に定める
ことができるが、それらを等しくすると各歯車のピッチ
曲線が一致し、その歯車の歯切りを重ね切りによって行
うことが可能となるので、楕円系歯車の加工が容易とな
る。また、葉数を２とすると、楕円系歯車対の入出力を
増減する必要がなくなるので、機構をより簡単にするこ
とができる。そこで、この実施例では、各楕円系歯車２
３〜２６のピッチ曲線はいずれも２葉とされている。
【００１４】このような台車１０においては、左右対称
であるので、楕円系歯車の離心率が最小となるような仮
想操舵車輪の位置を求めると、図２に示されているよう
に、固定車輪である後輪１３，１４の車軸の中点Ｎから
その中点Ｎと操舵車輪である前輪１１，１２との間の距
離Ｂ0 に等しい距離だけ離れた台車１０の中心線上の位
置となる。そして、その仮想操舵車輪ｓ0 が操舵角θ0
だけ操舵されるように操舵用モータ１９から指令を与え
ると、前輪１１，１２はそれぞれθ1 ，θ2 だけ操舵さ
れ、それらの旋回中心Ｏが一致することになる。したが
って、台車１０はその旋回中心Ｏを中心として旋回す
る。
であるので、楕円系歯車の離心率が最小となるような仮
想操舵車輪の位置を求めると、図２に示されているよう
に、固定車輪である後輪１３，１４の車軸の中点Ｎから
その中点Ｎと操舵車輪である前輪１１，１２との間の距
離Ｂ0 に等しい距離だけ離れた台車１０の中心線上の位
置となる。そして、その仮想操舵車輪ｓ0 が操舵角θ0
だけ操舵されるように操舵用モータ１９から指令を与え
ると、前輪１１，１２はそれぞれθ1 ，θ2 だけ操舵さ
れ、それらの旋回中心Ｏが一致することになる。したが
って、台車１０はその旋回中心Ｏを中心として旋回す
る。
【００１５】ところで、この実施例の場合には、操舵車
輪１１，１２を楕円系歯車２４，２６に直結することに
よってステアリング機構の簡素化が図られているが、楕
円系歯車が４枚必要となる。その楕円系歯車２４，２６
を互いに噛み合わせ、一方を駆動するようにすれば、楕
円系歯車を２枚とすることも理論的には可能である。し
かしながら、そのようにしようとすると、楕円系歯車の
離心率が大きくなり、歯切りが困難となるばかりでな
く、干渉等の問題が生じる。そのような問題を招くこと
なく楕円系歯車の枚数を減らすには、楕円系歯車からプ
ーリや円形歯車を介して操舵車輪を駆動するようにすれ
ばよい。
輪１１，１２を楕円系歯車２４，２６に直結することに
よってステアリング機構の簡素化が図られているが、楕
円系歯車が４枚必要となる。その楕円系歯車２４，２６
を互いに噛み合わせ、一方を駆動するようにすれば、楕
円系歯車を２枚とすることも理論的には可能である。し
かしながら、そのようにしようとすると、楕円系歯車の
離心率が大きくなり、歯切りが困難となるばかりでな
く、干渉等の問題が生じる。そのような問題を招くこと
なく楕円系歯車の枚数を減らすには、楕円系歯車からプ
ーリや円形歯車を介して操舵車輪を駆動するようにすれ
ばよい。
【００１６】図３はそのような実施例を示すものであ
る。この実施例の場合には、３枚の楕円系歯車２７，２
８，２９が互いに噛み合わされ、その中央の歯車２８が
操舵入力部からの入力によって回転駆動されるようにな
っている。そして、両側の楕円系歯車２７，２９と操舵
車輪１１，１２とがベルトプーリ機構３０，３１によっ
て連結され、その楕円系歯車２７，２９の回転が操舵車
輪１１，１２に伝えられるようになっている。このよう
に構成されたステアリング機構においても、駆動側の楕
円系歯車２８を角度−θ0 だけ回転させると、操舵車輪
１１，１２はそれぞれ角度θ1 ，θ2だけ操舵される。
したがって、図１の実施例の場合と同様の旋回性能を得
ることができる。そして、各機構は台車の任意の位置に
設置することができるので、その配置の自由度が増す。
る。この実施例の場合には、３枚の楕円系歯車２７，２
８，２９が互いに噛み合わされ、その中央の歯車２８が
操舵入力部からの入力によって回転駆動されるようにな
っている。そして、両側の楕円系歯車２７，２９と操舵
車輪１１，１２とがベルトプーリ機構３０，３１によっ
て連結され、その楕円系歯車２７，２９の回転が操舵車
輪１１，１２に伝えられるようになっている。このよう
に構成されたステアリング機構においても、駆動側の楕
円系歯車２８を角度−θ0 だけ回転させると、操舵車輪
１１，１２はそれぞれ角度θ1 ，θ2だけ操舵される。
したがって、図１の実施例の場合と同様の旋回性能を得
ることができる。そして、各機構は台車の任意の位置に
設置することができるので、その配置の自由度が増す。
【００１７】図４は、このようなステアリング機構を用
いて四輪操舵するようにした実施例を示すものである。
図４（ａ）の実施例の場合には、図３の実施例と同様に
３枚の楕円系歯車２７，２８，２９が互いに噛み合わさ
れ、その中央の歯車２８が操舵入力部からの入力によっ
て回転駆動されるようになっている。そして、両側の歯
車２７，２９によって、前輪１１，１２及び後輪１３，
１４がそれぞれベルトプーリ機構３０，３１及び３２，
３３を介して操舵されるようになっている。その場合、
前輪１１，１２側のベルトは反転するようにして巻き掛
けられる。したがって、前輪１１，１２と後輪１３，１
４とは互いに反対方向に操舵される。また、図４（ｂ）
の実施例の場合には、前輪１１，１２及び後輪１３，１
４の位置に、それぞれ互いに噛み合う楕円系歯車対３
４，３５；３６，３７；３８，３９；４０，４１が設け
られ、その駆動側の楕円系歯車３４，３６，３８，４０
が、ベルトプーリ機構４２によって回転駆動されるよう
になっている。そのベルトプーリ機構４２のベルトは８
の字状に巻き掛けられており、操舵入力部の駆動スプロ
ケット４３によって走行駆動されるようになっている。
前輪１１，１２及び後輪１３，１４はそれぞれ従動側の
楕円系歯車３５，３７，３９，４１に直結され、それに
よって操舵されるようになっている。このような四輪操
舵用のステアリング機構によれば、すべての操舵車輪を
３６０゜以上回転させることができるので、旋回中心を
台車の中央に位置させてその場旋回させることも可能と
なる。
いて四輪操舵するようにした実施例を示すものである。
図４（ａ）の実施例の場合には、図３の実施例と同様に
３枚の楕円系歯車２７，２８，２９が互いに噛み合わさ
れ、その中央の歯車２８が操舵入力部からの入力によっ
て回転駆動されるようになっている。そして、両側の歯
車２７，２９によって、前輪１１，１２及び後輪１３，
１４がそれぞれベルトプーリ機構３０，３１及び３２，
３３を介して操舵されるようになっている。その場合、
前輪１１，１２側のベルトは反転するようにして巻き掛
けられる。したがって、前輪１１，１２と後輪１３，１
４とは互いに反対方向に操舵される。また、図４（ｂ）
の実施例の場合には、前輪１１，１２及び後輪１３，１
４の位置に、それぞれ互いに噛み合う楕円系歯車対３
４，３５；３６，３７；３８，３９；４０，４１が設け
られ、その駆動側の楕円系歯車３４，３６，３８，４０
が、ベルトプーリ機構４２によって回転駆動されるよう
になっている。そのベルトプーリ機構４２のベルトは８
の字状に巻き掛けられており、操舵入力部の駆動スプロ
ケット４３によって走行駆動されるようになっている。
前輪１１，１２及び後輪１３，１４はそれぞれ従動側の
楕円系歯車３５，３７，３９，４１に直結され、それに
よって操舵されるようになっている。このような四輪操
舵用のステアリング機構によれば、すべての操舵車輪を
３６０゜以上回転させることができるので、旋回中心を
台車の中央に位置させてその場旋回させることも可能と
なる。
【００１８】なお、上記実施例においては、２葉の楕円
系ピッチ曲線を有する非円形歯車対を用いる場合につい
て説明したが、その楕円系ピッチ曲線の葉数は任意に定
めることができる。葉数を１，２，３とした場合には、
そのピッチ曲線はそれぞれ図５（ａ），（ｂ），（ｃ）
に示されているようになる。また、場合によっては駆動
側の歯車と従動側の歯車との葉数を異ならせることもで
きる。更に、そのピッチ曲線は、正確な楕円系ピッチ曲
線でなくても、それに近似したものであればほぼ同様な
効果を得ることができる。したがって、サスペンション
やタイヤなどの条件に応じてそのピッチ曲線を多少修正
してもよい。
系ピッチ曲線を有する非円形歯車対を用いる場合につい
て説明したが、その楕円系ピッチ曲線の葉数は任意に定
めることができる。葉数を１，２，３とした場合には、
そのピッチ曲線はそれぞれ図５（ａ），（ｂ），（ｃ）
に示されているようになる。また、場合によっては駆動
側の歯車と従動側の歯車との葉数を異ならせることもで
きる。更に、そのピッチ曲線は、正確な楕円系ピッチ曲
線でなくても、それに近似したものであればほぼ同様な
効果を得ることができる。したがって、サスペンション
やタイヤなどの条件に応じてそのピッチ曲線を多少修正
してもよい。
【００１９】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、複数の操舵車輪を、楕円系ピッチ曲線に近似
したピッチ曲線を有する非円形歯車対を介して操舵する
ようにしているので、四輪以上の走行車に適用した場合
にも、その旋回中心を走行車の任意の点に与えることが
できる。したがって、旋回半径を小さくすることがで
き、その場旋回も可能となるなど、小回り性を著しく高
めることができる。
によれば、複数の操舵車輪を、楕円系ピッチ曲線に近似
したピッチ曲線を有する非円形歯車対を介して操舵する
ようにしているので、四輪以上の走行車に適用した場合
にも、その旋回中心を走行車の任意の点に与えることが
できる。したがって、旋回半径を小さくすることがで
き、その場旋回も可能となるなど、小回り性を著しく高
めることができる。
【図１】本発明によるステアリング機構の一実施例を示
すもので、そのステアリング機構を備えた自律走行車の
駆動系の概略構成図である。
すもので、そのステアリング機構を備えた自律走行車の
駆動系の概略構成図である。
【図２】そのステアリング機構の作用の説明図である。
【図３】本発明によるステアリング機構の他の実施例を
示す要部の構成図である。
示す要部の構成図である。
【図４】本発明によるステアリング機構を適用した四輪
操舵機構を示す概略構成図である。
操舵機構を示す概略構成図である。
【図５】本発明のステアリング機構に用いられる非円形
歯車のピッチ曲線を示す線図である。
歯車のピッチ曲線を示す線図である。
【図６】そのピッチ曲線を導き出すために用いる座標系
の説明図である。
の説明図である。
【図７】そのピッチ曲線を求める過程において想定され
る車輪位置の説明図である。
る車輪位置の説明図である。
【図８】そのピッチ曲線の諸元を定める説明図である。
１０ 台車 １１，１２ 前輪（操舵車輪） １３，１４ 後輪（固定車輪） １９ 操舵用モータ（操舵入力部） ２１，２２ ウォームギヤ機構 ２３，２４ 楕円系歯車対 ２５，２６ 楕円系歯車対
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B62D 3/00 - 3/04
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の操舵車輪を
有する車両に用いられ、それら各操舵車輪の間に非円形
歯車列を介在させて各操舵車輪の操舵角に関数関係を与
えることにより、各操舵車輪が共通の一点を中心として
旋回するように操舵するステアリング機構であって；前記共通の一点と同じ点を中心として旋回可能な仮想二
輪車を想定し、その仮想二輪車の後輪を原点（０，
０）、その後輪の車軸に沿った座標軸をξ軸、後輪の前
進方向に沿った座標軸をη軸とする直交座標（ξ，η）
を用いて、前記仮想二輪車の操舵車輪Ｓ ０ の座標を
（０，１）、実在するｊ番目（Ｎ≧ｊ≧１）の操舵車輪
ｓ ｊ の座標を（ξ ｊ ，η ｊ ）、仮想操舵車輪ｓ ０ の操舵
角をθ ０ 、実操舵車輪ｓｊの操舵角をθｊで表すとき、
ｃｏｔθ ０ −η ｊ ｃｏｔθ ｊ ＝ξ ｊ を満たし、且つ互い
に噛み合うように、前記仮想操舵車輪ｓ ０ を駆動する共
通の非円形歯車Ｏ ０ と実操舵車輪ｓ ｊ を駆動する非円形
歯車Ｏ ｊ との各ピッチ曲線が定められている ことを特徴
とする、 非円形歯車を用いたステアリング機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20736791A JP3237872B2 (ja) | 1991-07-24 | 1991-07-24 | 非円形歯車を用いたステアリング機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20736791A JP3237872B2 (ja) | 1991-07-24 | 1991-07-24 | 非円形歯車を用いたステアリング機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0524544A JPH0524544A (ja) | 1993-02-02 |
| JP3237872B2 true JP3237872B2 (ja) | 2001-12-10 |
Family
ID=16538560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20736791A Expired - Fee Related JP3237872B2 (ja) | 1991-07-24 | 1991-07-24 | 非円形歯車を用いたステアリング機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3237872B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007022158A (ja) * | 2005-07-12 | 2007-02-01 | Nissan Motor Co Ltd | ステアリング装置 |
| CN101975247A (zh) * | 2010-11-02 | 2011-02-16 | 重庆大学 | 变传动比高阶变性椭圆锥齿轮副 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4635754B2 (ja) * | 2005-07-12 | 2011-02-23 | 日産自動車株式会社 | ステアリング装置 |
| DE102006016429A1 (de) | 2006-04-07 | 2007-10-11 | Zf Lenksysteme Gmbh | Lenk-Hilfsantrieb |
| JP5050419B2 (ja) * | 2006-06-16 | 2012-10-17 | 日産自動車株式会社 | 非円形歯車対を用いたステアリング機構 |
| JP5428360B2 (ja) * | 2009-02-03 | 2014-02-26 | 日産自動車株式会社 | ステアリング装置 |
| JP5321225B2 (ja) * | 2009-04-24 | 2013-10-23 | 日産自動車株式会社 | ステアリング装置 |
-
1991
- 1991-07-24 JP JP20736791A patent/JP3237872B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007022158A (ja) * | 2005-07-12 | 2007-02-01 | Nissan Motor Co Ltd | ステアリング装置 |
| JP4635753B2 (ja) * | 2005-07-12 | 2011-02-23 | 日産自動車株式会社 | ステアリング装置 |
| CN101975247A (zh) * | 2010-11-02 | 2011-02-16 | 重庆大学 | 变传动比高阶变性椭圆锥齿轮副 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0524544A (ja) | 1993-02-02 |
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