JP3661894B2

JP3661894B2 - 球体移動装置

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Publication number: JP3661894B2
Application number: JP09006596A
Authority: JP
Inventors: 邦英藤井; 篤越山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-03-19
Filing date: 1996-03-19
Publication date: 2005-06-22
Anticipated expiration: 2016-03-19
Also published as: JPH09254838A

Description

【０００１】
【目次】
以下の順序で本発明を説明する。
発明の属する技術分野
従来の技術
発明が解決しようとする課題（図９及び図１０）
課題を解決するための手段
発明の実施の形態
（１）第１実施例（図１〜図３）
（２）第２実施例（図４）
（３）他の実施例（図５〜図８）
発明の効果
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は球体移動装置に関し、例えば所望の方向へ移動自在でなる球体移動装置に適用して好適なものである。
【０００３】
【従来の技術】
近い将来、人間の移動に追従して動きながら人間にサービスを提供するホームロボツトや、留守中の家庭内やオフイス内を動き回りながらカメラ等で監視する警備ロボツトへの要求が高まると考えられる。このような種々のロボツトは、環境を破壊したり人間に危害を与えることなく安全に作業を行う必要がある。
従つて、このような安全性を確保し得るロボツトとして、従来から球体移動装置が提案されている。この球体移動装置は、カバーが外部に突出しない構造でなり、当該カバーに接触する物に損傷を与えるのを回避し得るようになされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような球体移動装置として、従来は図９に示すような構成のものが提案されている。すなわち図９において、球体移動装置１は、所定の厚みを有する球状の殻で内部を密閉状態に被覆してなる球体（以下、これを球殻体と呼ぶ）２を有し、当該球殻体２内部には球体駆動部３が内蔵されている。この球殻体２の中心を通る直線上の両端には所定の径でなる円形穴２Ａ及び２Ｂが穿設され、当該円形穴２Ａ及び２Ｂの周側面に沿つてそれぞれラツク２ＡＸ及び２ＢＸが形成されている。
【０００５】
この球体駆動部３は、相対向する一対の基台フレーム４及び５を有し、当該基台フレーム４及び５間にモータ６が挟み込まれた状態で固着されると共に、当該基台フレーム４及び５間は２枚の板状部材７及び８でそれぞれ連結されている。このモータ６の出力軸６Ａは、基台フレーム４及び５をそれぞれ貫通して外方に突出しており、当該出力軸６Ａの両端にはそれぞれ平歯車９及び１０が取り付けられている。
【０００６】
また基台フレーム４及び５の各上端部からは鍔部４Ａ及び５Ａがモータ６の出力軸６Ａと平行に外方に張り出され、当該各鍔部４Ａ及び５Ａの先端にはガイド部４Ｂ及び５Ｂが基台フレーム４及び５の外形に沿うように形成されている。
このガイド部４Ｂ及び５Ｂの下端には、それぞれ当該ガイド部４Ｂ及び５Ｂを介してモータ６の出力軸６Ａと平行に回転駆動軸１１及び１２が回動自在に挿通されている。
【０００７】
この回転駆動軸１１及び１２の各一端には平歯車１３及び１４が、それぞれ平歯車９及び１０とかみ合うような位置に取り付けられている。また回転駆動軸１１及び１２の各他端にはピニオン１５及び１６が、それぞれ球殻体２に形成された円形穴２Ａ及び２Ｂのラツク２ＡＸ及び２ＢＸとかみ合うような位置に取り付けられている。
【０００８】
これによりモータ６の駆動に応じてピニオン１５及び１６が矢印αで示す方向又はこれとは逆方向（以下、これをピツチ方向と呼ぶ）に回転することとなり、この結果、球殻体２がピニオン１５及び１６の回転駆動軸１１及び１２を回転中心として回転する。
このように球体移動装置１は、球体駆動部３がインターナルギヤとして球殻体２を内部から駆動することにより、当該球殻体２が車輪として回転し、かくして全体としてピツチ方向に移動し得る。
【０００９】
ところで、この球体移動装置１が所定方向に旋回するとき、旋回開始時から終了時までの間に旋回半径としてのスペースが必要となり、このため進行方向を軸とする回転方向（以下、これをロール方向と呼ぶ）に対して安定性が不十分であるという問題があつた。
【００１０】
この問題を解決する一つの方法として、図１０に示すような構成でなる球体移動装置２０が提案されている。この球体移動装置２０は、球殻体２１の内側面に球体駆動部２２が部分的に当接した状態で移動自在に保持されている。
球体駆動部２２は、相対向する一対の基台フレーム２３及び２４を有し、当該基台フレーム２３及び２４は各上端部が板状部材２５で橋架されると共に、各中央部が固定軸２６を介して互いに連結されている。
基台フレーム２３及び２４を間に挟むようにそれぞれ車輪駆動用モータ２７及び２８が固着され、当該車輪駆動用モータ２７及び２８の出力軸にはそれぞれ平歯車２９及び３０が相対向するような位置に取り付けられている。
【００１１】
ここで固定軸２６には、平歯車３１及び３２が回動自在に取り付けられ、それぞれ平歯車２９及び３０とかみ合うようになされている。また基台フレーム２３及び２４の下端部には、当該基台フレーム２３及び２４を介してそれぞれ回動駆動軸３３及び３４が回動自在に挿通され、当該回動駆動軸３３及び３４の各一端部には、それぞれ平歯車３５及び３６が相対向するような位置に取り付けられ、それぞれ平歯車３１及び３２とかみ合うようになされている。
【００１２】
回動駆動軸３３及び３４の各他端部には、車輪３７及び３８がそれぞれ球殻体２１の内側面に当接するように取り付けられ、これらは各対応する平歯車３５及び３６の回転に応じてそれぞれ独立に回動するようになされている。
このとき車輪３７及び３８のうち一方が矢印αで示す方向で、かつ他方が矢印αで示す方向とは逆方向でそれぞれ互いに同じ角速度で回転することにより、球体駆動部２２は球殻体２１の内側面上を車輪駆動軸３３及び３４に対して垂直方向すなわち矢印θで示す方向又はこれとは逆方向（以下、これをヨー方向と呼ぶ）に回転することとなる。
【００１３】
また基台フレーム２３及び２４の下方の所定位置からは、固定軸２６と垂直関係を有するように外側両方向に延長してそれぞれキヤスタ３９Ａ及び３９Ｂと４０Ａ及び４０Ｂとが設けられ、当該４個のキヤスタによつて基台フレーム２３及び２４は球殻体２１の内側面上で支持されている。これにより球体駆動部２２は車輪３７及び３８とキヤスタ３９Ａ及び３９Ｂと４０Ａ及び４０Ｂとによつて球殻体２１の内側面上で保持されるようになされている。
【００１４】
このように球体移動装置２０では、球殻体２１内を球体駆動部２２が移動することによつて生じる重心移動に基づいて、球殻体２１が車輪として回転する。この結果、球体移動装置２０は進行方向及び旋回方向にそれぞれ移動し得る。
【００１５】
ところが、この球体移動装置２０において、ロール方向に対する安定性を確保する制御を行うには、駆動機構としての球体駆動部２２以外にも姿勢安定化装置（図示せず）を球殻体２１内部に別個に設ける必要がある。
さらに、停止状態にある球体移動装置２０を所望の方向に移動するときには、移動する前に当該移動方向への旋回動作を行う必要があり、このため球体移動装置２０に自由度の高い運動性をもたせることが困難となる問題があつた。
【００１６】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、従来よりも格段と自由度の高い運動性を有する球体移動装置を提案しようとするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、所定の肉厚を有する球殻体の内部空間に設けられた複数の車輪部が、少なくとも一組が互いに直交となる複数の軸を中心としてそれぞれ回動自在に軸支されると共に、それぞれ球殻体の内側面との接触面が各軸に対して直交する方向に回動自在に形成され、当該各車輪部をそれぞれ対応する軸を中心として、各々独立に回転駆動手段が回転する。また保持手段は、各車輪部を当該各車輪部の球殻体の内側面との接触面がそれぞれ球殻体の内側面に接触した状態に保持すると共に、回転駆動手段を保持する。
この状態において、複数の車輪部のうち所定数の車輪部を選択的に回転駆動させたとき、当該所定数の車輪部以外の他の車輪部の球殻体の内側面との接触面が球殻体の内側面に接触しながら回転するようにする。
【００１８】
このように複数の車輪部のうち所定数の車輪部を選択的に回転駆動させたとき、当該所定数の車輪部以外の他の車輪部の球殻体の内側面との接触面が球殻体の内側面に接触しながら回転することにより、各車輪部及び回転駆動部を保持してなる保持手段が、球殻体内部で所望の方向に重心移動することとなり、当該重心位置に加えられる重力と当該保持手段が移動又は回転する際に生じる慣性力とに基づいて、球殻体を車輪として床上で回転移動させることができ、かくして球体移動装置全体として所望の位置に移動又は旋回させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。
【００２０】
（１）第１実施例
図１において、５０は全体として球体移動装置を示し、球殻体５１の内側面に球体駆動部５２が部分的に当接した状態で移動自在に保持された構成からなる。この場合、球体移動装置５０は、ＸＹＺ座標系におけるＸＹ平面として設定された床（図示せず）上に載置され、球殻体５１の内側面に摺動する球体駆動部５２の重心が球殻体５１の中心よりも下側（床側）に位置するようになされている。これにより球体移動装置５０は、床に対して安定した構造を有すると共に、球体駆動部５２の重心移動に基づいて球殻体５１が車輪として床上を回転して所望の方向に移動することができる。
【００２１】
また球殻体５１は、一対の球殻体半体５１Ａ及び５１Ｂを嵌め合わせて組み立てられ、当該嵌合部分における内側面及び外側面が共に滑らかになるように予め加工されている。さらに球体駆動部５２は、略正四角柱の外形形状でなる基台フレーム５３を有し、当該基台フレーム５３の一面をｘｙｚ座標系におけるｘｙ平面として設定した場合、ｙ軸上の両端には支持用キヤスタ５４と駆動車輪部５５が設けられ、ｘ軸上の両端には駆動車輪部５６及び５７が設けられている。
【００２２】
支持用キヤスタ５４は、球状ボール５８がその先端部を露出した状態で保持部５９内部で任意の方向に回動自在に保持された構成からなり、当該球状ボール５８の露出した先端部が球殻体５１の内側面に接触しながら回転する（以下、これを転接すると呼ぶ）ようになされている。
【００２３】
ここで図２に示すように、駆動車輪部５５は、ベース盤６０Ａの外周端から互いに90度の角度をなす４個の突起部６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄ及び６０Ｅがそれぞれ外方に延長して形成されたフレーム（以下、これを十字状フレームと呼ぶ）６０を有する。この十字状フレーム６０におけるベース盤６０Ａの中央部には、固定軸６１が軸止されている。
【００２４】
この十字状フレーム６０において、突起部６０Ｂ及び６０Ｃの各先端間には、当該突起部６０Ｂ及び６０Ｃとそれぞれ45度の角度をなすシヤフト（図示せず）が軸止され、当該シヤフトを回動中心として樽状に形成されたローラ（以下、これを樽型ローラと呼ぶ）６２が回動自在に取り付けられている。これと同様に、突起部６０Ｃ及び６０Ｄの各先端間、突起部６０Ｄ及び６０Ｅの各先端間並びに突起部６０Ｅ及び６０Ｂの各先端間にもそれぞれシヤフト（図示せず）が軸止され、当該各シヤフトを回動中心としてそれぞれ樽型ローラ６３、６４及び６５が回動自在に取り付けられている。
これにより互いに対向する一対の樽型ローラ６２及び６４と６３及び６５は、平行関係を有し隣接する樽型ローラとはそれぞれ直交関係を有することとなる。
【００２５】
因みに図３（Ａ）〜（Ｃ）において、静止状態における駆動車輪部５５の十字状フレーム６０の上面図、正面図及び側面図を示す。
この十字状フレーム６０では、各樽型ローラ６２〜６５における球殻体５１の内側面に対する接触面が、固定軸６１を中心とした円盤の周側面の一部を形成し得るように、各樽型ローラ６２〜６５の外形形状が設定されている（図３（Ｂ））。これにより十字状フレーム６０が固定軸６１を中心として回転するとき、各樽型ローラ６２〜６５が球殻体５１の内側面に対して滑らかに転接する。
【００２６】
図１に示すように、この駆動車輪部５５は、ｙｚ平面に沿つて回転し得るように固定軸６１がｘ軸と平行に基台フレーム５３に軸支されている。この固定軸６１は、基台フレーム５３に設けられた図示しない第１のモータの出力軸と係合され、当該第１のモータの駆動に応じて回転し得るようになされている。
【００２７】
なお駆動車輪部５６及び５７においても、上述した駆動車輪部５５と同様に十字状フレームに４個の樽型ローラ６２〜６５が回動自在に取り付けられた構成からなる。この駆動車輪部５６では、ｘｚ平面に沿つて回転し得るように固定軸６６がｙ軸と平行に基台フレーム５３に軸支され、当該固定軸６６に基台フレーム５３に設けられた図示しない第２のモータの出力軸が係合されている。
【００２８】
さらに駆動車輪部５７では、ｘｙ平面に沿つて回転し得るように固定軸６７がｚ軸と平行に基台フレーム５３に軸支され、当該固定軸６７に基台フレーム５３に設けられた図示しない第３のモータの出力軸が係合されている。この場合、駆動車輪部５７の固定軸６７の一端側は図示しない軸受部によつて軸支されている。
【００２９】
なお図１において、球体駆動部５２には制御部（図示せず）が設けられており、当該制御部は外部からの制御指令に基づいて第１〜第３のモータをそれぞれ独立に駆動制御するようになされている。
【００３０】
ここで、駆動車輪部５６が固定軸６６を中心として回転して球殻体５１の内側面に転接する場合、駆動車輪部５７における１又は２個の樽型ローラが球殻体５１の内側面に当接するが、当該当接する樽型ローラは、駆動車輪部５６の回転に応じて球殻体５１の内側面に接触することにより回転駆動力が与えられる。従つて駆動車輪部５６の固定軸６６を中心とする回転方向に対して、駆動車輪部５７が球殻体５１の内側面に当接する場合でも、当該駆動車輪部５７が球殻体５１に摩擦力を与えるのを回避し得る。
【００３１】
仮に、駆動車輪部５７が上述のような複数の樽型ローラ６２〜６５を有することなく、固定軸６７を中心とした円盤形状でなる場合には、当該円盤との当接位置に作用する矢印ｆｙで示す接線方向に対しては固定軸６７を中心として回転し得るが、矢印ｆｚで示す接線方向には摩擦力が生じることとなり、この結果、駆動車輪部５６の固定軸６６を中心とする回転駆動を妨げることとなる。
【００３２】
このように球体駆動部５２について、基台フレーム５３の周囲に１個の支持用キヤスタ５４と３個の駆動車輪部５５、５６及び５７とを設け、それぞれ球殻体５１の内側面に転接させるようにしたことにより、球体駆動部５２の基台フレーム５３は常に床（すなわちＸＹ平面）に対してほぼ平行関係を保つことができ、かくして球体移動装置５０は床に対して安定した構造を有することができる。
【００３３】
以上の構成において、球体駆動部５２の制御部は、基台フレーム５３に設けられた第１〜第３のモータ（図示せず）をそれぞれ独立に駆動制御することにより、３個の駆動車輪部５５、５６及び５７を互いに直交する固定軸６１、６６及び６７を中心としてそれぞれ回転駆動させる。
【００３４】
これら駆動車輪部５５、５６及び５７には、それぞれ固定軸６１、６６及び６７を中心とした円盤の周側面の一部を形成するように４個ずつ樽型ローラ６２〜６５が設けられ、当該各樽型ローラ６２〜６５は固定軸６１、６６及び６７に対して直交関係にあるシヤフトを回転中心としてそれぞれ回動自在に取り付けられている。
【００３５】
これにより３個の駆動車輪部５５、５６及び５７のうち１又は２個の駆動車輪部を選択して固定軸を中心に回転駆動させても、他の駆動車輪部における各樽型ローラ６２〜６５が当該１又は２個の駆動車輪部の回転に応じて球殻体５１の内側面に転接する。また支持用キヤスタ５４の球状ボール５８も、駆動車輪部５５、５６及び５７のうち選択された１又は２個の駆動車輪部が駆動制御されても球殻体５１の内側面に転接する。
【００３６】
これにより球体駆動部５２が球殻体５１内部でピツチ方向、ロール方向及びヨー方向の各方向に重心移動することとなり、当該重心位置に加えられる重力と球体駆動部５２が移動又は回転する際に生じる慣性力とに基づいて、球殻体５１を車輪として床上で回転移動させることができる。従つて、球体移動装置５０全体として、直進走行、旋回走行及び旋回半径が零の旋回走行に加え、旋回走行を伴わない進路方向変換、旋回しながらの直進走行など自由度の高い運動が実現することができる。
【００３７】
実際上、図１に示すように、球体移動装置５０の床に対する進行方向をＹ軸方向とし、かつ球殻体５１内部における球体駆動部５２が支持用キヤスタ５４及び駆動車輪部５５がＹ軸方向に沿うように位置合わせされて静止状態にある場合、球体移動装置５０は、駆動車輪部５５の回転駆動によつてピツチ方向へ移動されると共に、駆動車輪部５６の回転駆動によつてロール方向へ移動され、さらに駆動車輪部５７の回転駆動によつてヨー方向へ移動される。
【００３８】
以上の構成によれば、球体移動装置５０において、球殻体５１の内側面に摺動する球体駆動部５２に３個の同一構成でなる駆動車輪部５５、５６及び５７を互いに固定軸６１、６６及び６７が直交するように設け、さらに当該各固定軸６１、６６及び６７に対して直交する方向に回動自在でなる複数の樽型ローラ６２〜６５を、それぞれ各固定軸６１、６６及び６７を中心とした円盤の周側面の一部を形成するように駆動車輪部５５、５６及び５７に取り付けたことにより、当該各駆動車輪部５５、５６及び５７のうち１又は２個の駆動車輪部を選択的に回転駆動させても他の駆動車輪部が当該１又は２個の駆動車輪部の回転に応じて球殻体５１の内側面に転接することができ、かくして従来よりも格段と自由度の高い運動性を有する球体移動装置５０を実現することができる。
【００３９】
（２）第２実施例
図２及び図３（Ａ）〜（Ｃ）との対応部分に同一符号を付して示す図４において、駆動車輪部７０には、駆動車輪部５５（５６又は５７）と異なり、ベース盤７１Ａの中央部に軸止された固定軸６１（６６又は６７）を中心として、当該ベース盤７１Ａの外周端から互いに等間隔でなる18個の櫛歯状でなる突起部７１Ｂが放射状に延長して形成された放射状フレーム７１が設けられている。
【００４０】
この放射状フレーム７１において、各突起部７１Ｂの先端間には、固定軸６１（６６又は６７）に対して直交する方向に回動自在でなる円盤状のローラ（以下、これを円盤ローラと呼ぶ）７２がそれぞれ取り付けられている。
この放射状フレーム７１では、各円盤ローラ７２における球殻体５１の内側面に対する接触面が、固定軸６１（６６又は６７）を中心とした円盤の周側面の一部を形成するように、各円盤ローラ７２の外形形状が設定されている。これにより放射状フレーム７１が固定軸６１（６６又は６７）を中心として回転するとき、各円盤ローラ７２が球殻体５１の内側面に介して滑らかに転接する。
【００４１】
なお、この第２実施例による駆動車輪部７０を用いた球体移動装置（図示せず）は、図１における球体移動装置５０とは、球体駆動部５２の基台フレーム５３に設けられた３個の同一構成でなる駆動車輪部５５、５６及び５７に代えて、それぞれ駆動車輪部７０が設けられたことを除いて同一の構成からなる。
【００４２】
以上の構成によれば、球体移動装置（図示せず）において、球殻体５１の内側面に摺動する球体駆動部（図示せず）に３個の同一構成でなる駆動車輪部７０を互いに固定軸６１、６６及び６７が直交するように設け、さらに当該各固定軸６１、６６及び６７に対して直交する方向に回動自在でなり、かつ互いに等間隔でなる複数の円盤ローラ７２を、それぞれ各固定軸６１、６６及び６７を中心とした円盤の周側面の一部を形成するように駆動車輪部７０に取り付けたことにより、当該各駆動車輪部７０のうち１又は２個の駆動車輪部を選択的に回転駆動させても他の駆動車輪部が当該１又は２個の駆動車輪部の回転に応じて球殻体５１の内側面に転接することができ、かくして従来よりも格段と自由度の高い運動性を有する球体移動装置を実現することができる。
【００４３】
さらに、第１実施例における駆動車輪部５５、５６及び５７には４個の樽型ローラ６２〜６５が固定軸６１（６６及び６７）を中心とした円盤の周側面の一部を形成するように設けられているのに対して、第２実施例における駆動車輪部７０には、18個の円盤ローラ７２が固定軸６１（６６又は６７）を中心とした円盤の周側面の大部分を形成するように設けられている。
【００４４】
従つて第１実施例の場合よりも、駆動車輪部７０では、隣接する円盤ローラ７２間の隙間が狭くなることから、駆動車輪部７０が球殻体５１の内側面に転接するときの連続性を第１実施例の場合よりも格段と向上させることができ、この結果、１又は２個の駆動車輪部が球殻体５１の内側面と接触したまま回転しないことを未然に防止して摩擦が生じるのを防ぎ、かくして回転駆動中でなる他の駆動車輪部の回転駆動を妨げるのを回避し得る。
【００４５】
（３）他の実施例
なお第１実施例においては、駆動車輪部５５（５６又は５７）として図２及び図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すような構成のものを用いた場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図２及び図３（Ａ）〜（Ｃ）との対応部分に同一符号を付した図５に示すような駆動車輪部８０を用いるようにしても良い。すなわちこの駆動車輪部８０は、２個の駆動車輪部５５（共に固定軸６１を除く）を固定軸８１を同軸として45度の角度でずらして重ね合わせた構成からなる。この場合、１個の駆動車輪部５５（固定軸６１を除く）を１層としたとき、２層に固着された各樽型ローラ６２〜６５が、それぞれ対向する樽型ローラ６２〜６５と接触しないように所定の間隔を保つておく必要がある。
【００４６】
これにより駆動車輪部８０が球殻体５１の内側面に摺動する際に、２層に固着された樽型ローラ６２〜６５のうちいずれか１個が常に球殻体５１の内側面と転接することとなり、かくして第１実施例の場合と比較して、駆動車輪部８０を球殻体５１の内側面に対して転接させるときの連続性を格段と向上させることができる。
【００４７】
またこの実施例の場合、ｎ（ｎ≧３：ｎは自然数）個以上の駆動車輪部５５（共に固定軸６１を除く）を固定軸８１を同軸として 360／ｎ度の角度でずらして重ね合わせるようにしても良い。
【００４８】
また第１実施例においては、球体移動装置５０として図１に示すような構成のものを用いた場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図１との対応部分に同一符号を付した図６に示すような球体移動装置９０を用いるようにしても良い。すなわち球体移動装置９０は、第１実施例の球体移動装置５０とは球殻体５１の内側面に摺動する球体駆動部９１の構成が異なることを除いてほぼ同一の構成からなる。
【００４９】
この場合、球体駆動部９１は、略多角柱の外形形状でなる基台フレーム９２を有し、当該基台フレーム９２の一面をｘｙｚ座標系におけるｘｙ平面として設定した場合、ｙ軸上の両端には支持用キヤスタ５４と駆動車輪部９３が設けられ、当該駆動車輪部９３の両側の近傍位置には、それぞれ駆動車輪部９４及び９５が設けられている。これら駆動車輪部９３、９４及び９５は、それぞれ駆動車輪部５５（５６又は５７）と同一の構成からなる。
【００５０】
この駆動車輪部９３はｘｙ平面に沿つて回転し得るように固定軸９６がｚ軸と平行に基台フレーム９２に軸支されている。この固定軸９６は、基台フレーム９２に設けられた図示しない第１のモータの出力軸と係合され、当該第１のモータの駆動に応じて回転し得るようになされている。
また駆動車輪部９４及び９５は、ｙｚ平面に沿つて回転し得るように固定軸９７及び９８がｘ軸と平行に基台フレーム９２に軸支され、当該固定軸９７及び９８には基台フレーム９２に設けられた図示しない第２及び第３のモータの各出力軸が係合されている。このとき駆動車輪部９４及び９５は、球殻体５１の内側面との接平面に対して角度θだけ傾いた状態となる。
【００５１】
なお図６において、球体駆動部９１には制御部（図示せず）が設けられており、当該制御部は外部からの制御指令に基づいて第１〜第３のモータをそれぞれ独立に駆動制御するようになされている。
【００５２】
実際上、図６に示すように、球体移動装置９０がＸＹＺ座標系におけるＸＹ平面として設定される床（図示せず）に対してＹ軸方向を進行方向とし、かつ球殻体５１内部における球体駆動部９１が支持用キヤスタ５４及び駆動車輪部９３がＹ軸方向に沿うように位置合わせされて静止状態にある場合、球体移動装置９０は、駆動車輪部９４及び９５を共に同じ角速度で回転駆動することによつてピツチ方向へ移動されると共に、駆動車輪部９４及び９５を互いに逆方向でそれぞれ所定の角速度で回転駆動することによつてロール方向へ移動され、さらに駆動車輪部９３の回転駆動によつてヨー方向へ移動される。
【００５３】
このように球体移動装置９０において、球体駆動部９１における所定数の駆動車輪部９４及び９５を、球殻体５１の内側面との接平面に対して垂直でない場合でも、第１実施例の場合と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
さらに第２実施例においては、駆動車輪部７０として図４に示すような構成のものを用いた場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図４との対応部分に同一符号を付した図７に示すような駆動車輪部１００を用いるようにしても良い。すなわち駆動車輪部１００は、第２実施例における駆動車輪部７０と異なり、放射状フレーム１０１におけるベース盤１０１Ａの外周端から18個の櫛歯状でなる突起部１０１Ｂがそれぞれ互いに異なる間隔で放射状に延長して形成されてなることを除いてほぼ同一の構成からなる。
【００５５】
この場合、各突起部１０１Ｂの先端間にはそれぞれ円盤ローラ１０２が固定軸６１（６６又は６７）に対して直交する方向に回動自在に取り付けられるが、互いに隣接する円盤ローラ１０２間で配置角度が異なることとなる。
【００５６】
このように駆動車輪部１００において、18個の円盤ローラ１０２を固定軸６１（６６又は６７）を中心とした円盤の周側面の大部分を形成するように設けたことにより、第２実施例の場合と同様に、１又は２個の駆動車輪部が球殻体５１の内側面と接触するときに転接することなく摩擦が生じるのを防止し得、かくして回転駆動中でなる他の駆動車輪部の回転駆動を妨げるのを回避し得る。
【００５７】
さらに駆動車輪部１００において、各円盤ローラ１０２の配置角度を隣接するもの同士で不等に配分するようにしたことにより、各円盤ローラ１０２の接触面と球殻体５１の内側面とが転接することによつて接触音が生じた場合でも、各円盤ローラ１０２の配置角度が不等に配分されているため、当該接触音の周波数成分を分散させることができ、かくして当該接触音を低減させることができる。
【００５８】
さらに上述の実施例においては、球体移動装置として図１及び図６に示すような構成でなる球体移動装置５０及び９０を用いた場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図１及び図６との対応部分に同一符号を付した図８に示すような球体駆動装置１１０を用いるようにしても良い。この球体駆動装置１１０は、球体移動装置５０及び９０とは球殻体５１の内側面に摺動する球体駆動部１１１の構成が異なることを除いてほぼ同一の構成からなる。
【００５９】
この場合、球体駆動部１１１は、略正四面体の外形形状でなる基台フレーム１１２を有し、当該基台フレーム１１２の各頂点に１個の支持用キヤスタ５４と３個の駆動車輪部１１３、１１４及び１１５を設けるようにする。これら駆動車輪部１１３、１１４及び１１５は、それぞれ第１実施例における駆動車輪部５５（５６又は５７）と同一の構成からなり、それぞれ独立に回転し得るように駆動制御されるようになされている。また球体駆動部１１１における１個の支持用キヤスタ５４と３個の駆動車輪部１１３、１１４及び１１５は、球殻体５１の内側面に常に転接し得るように予め配置状態が設定されている。
【００６０】
このように球体移動装置１１０において、球体駆動部１１１における基台フレーム１１２の構造を立体的に形成し、所定数の駆動車輪部１１３、１１４及び１１５が球殻体５１の内側面に常に転接し得るようにした場合であつても、第１実施例の場合と同様の効果を得ることができる。要は、球殻体５１の内側面に所定数の駆動車輪部が常に転接し得れば、基台フレームの形状は平面的及び立体的であるかを問わず種々の形状でなるものを適用することができる。
但し、基台フレームの形状を立体的に形成した場合には、球体移動装置全体として安定構造を保ち得るようにするため、当該基台フレームの内部に球殻体５１の中心が位置する必要がある。
【００６１】
さらに上述の実施例においては、球体駆動部に対して駆動車輪部５５〜５７、７０、８０、１００を３個ずつ設けるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、球殻体５１の内側面に常に転接するように設けられていれば、駆動車輪部５５〜５７、７０、８０、１００の数は２個又は４個以上であつても良い。
【００６２】
さらに上述の実施例においては、球体駆動部５２、９１、１１１に対してそれぞれ１個の支持用キヤスタ５４を設けるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、球殻体５１の内側面に常に転接するように設けられていれば、支持用キヤスタ５４の数は２個以上であつても良い。
【００６３】
さらに上述の実施例においては、駆動車輪部５５〜５７、８０及び９３〜９５の各十字状フレーム６０に対してそれぞれ４個ずつ樽型ローラ６２〜６５を設けるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、樽型ローラ以外にも種々の外形形状でなるローラを用いるようにしても良い。この場合、ローラの外形形状は、固定軸６１〜６７、８１及び９６〜９８を中心とした円盤の周側面の一部を形成し得るように予め設定する必要がある。
【００６４】
さらに上述の実施例においては、駆動車輪部７０及び１００の各放射状フレーム７１及び１０１に対してそれぞれ18個ずつ円盤ローラ７２を設けるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、円盤ローラ７２の数を18個以下でも18個以上でも所望の数だけ設けるようにしても良い。この場合、円盤ローラ７２の個数に応じて放射状フレーム７１及び１０１の形状を成形し直す必要があり、さらに円盤ローラ７２を回動自在に取り付けたとき、当該各円盤ローラ７２が固定軸６１〜６７を中心とした円盤の周側面の一部を形成し得るように予め設定する必要がある。またこの条件を満たすものであれば円盤ローラ７２の外形形状は種々の形状に設定し得る。
【００６５】
さらに上述の実施例においては、球殻体５１を一対の球殻体半体５１Ａ及び５１Ｂを嵌め合わせて組み立てられ、た場合について述べたが、本発明はこれに限らず、一対の球殻体半体でなくとも、３個以上の殻状部材を嵌め合わせて組み立てるようにしても良い。この場合３個以上の殻状部材を嵌合することにより球殻体を形成したときに、当該嵌合部分における内側面及び外側面が共に滑らかになるように加工しておく必要がある。
【００６６】
さらに上述の実施例においては、駆動車輪部５５〜５７、７０、８０、９３〜９５及び１００の各十字状フレーム６０及び各放射状フレーム７１及び１０１に軸止された固定軸６１、６６、６７、８１、９６〜９８をそれぞれ別体として設けた場合について述べたが、本発明はこれに限らず、固定軸６１、６６、６７、８１、９６〜９８を各十字状フレーム６０及び各放射状フレーム７１及び１０１と一体成形するようにしても良い。
【００６７】
さらに上述の実施例においては、球体駆動部５２、９１及び１１１に設けられた制御部（図示せず）が第１〜第３のモータをそれぞれ駆動制御するにあたつて、外部からの制御指令に基づいて実行する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば予め所定のプログラムが記憶されたＲＯＭから第１〜第３のモータをそれぞれ駆動するためのプログラムを読み出し、当該プログラムに基づいて制御部は第１〜第３のモータをそれぞれ駆動制御するようにしても良い。
【００６８】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、所定の肉厚を有する球殻体の内部空間に、少なくとも一組が互いに直交となる複数の軸を中心としてそれぞれ回動自在に軸支されると共に、それぞれ球殻体の内側面との接触面が各軸に対して直交する方向に回動自在に形成された複数の車輪部と、当該各車輪部をそれぞれ対応する軸を中心として、各々独立に回転駆動する回転駆動手段と、各車輪部を当該各車輪部の球殻体の内側面との接触面がそれぞれ球殻体の内側面に接触した状態に保持すると共に回転駆動手段を保持する保持手段とを設け、複数の車輪部のうち所定数の車輪部を選択的に回転駆動させたとき、当該所定数の車輪部以外の他の車輪部の球殻体の内側面との接触面が球殻体の内側面に接触しながら回転するようにしたことにより、球体移動装置全体として所望の位置に移動又は旋回させることができ、かくして従来よりも格段と自由度の高い運動性を有する球体移動装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による球体移動装置の第１実施例の全体構成を示す部分的断面図である。
【図２】第１実施例による駆動車輪部の構成を示す略線的な斜視図である。
【図３】第１実施例による駆動車輪部の構成を示す略線的な正面図及び側面図である。
【図４】第２実施例による駆動車輪部の構成を示す略線的な斜視図である。
【図５】他の実施例による駆動車輪部の構成を示す略線的な斜視図である。
【図６】他の実施例による球体移動装置の構成を示す部分的断面図である。
【図７】他の実施例による駆動車輪部の構成を示す略線的な正面図である。
【図８】他の実施例による球体移動装置の構成を示す略線的な斜視図である。
【図９】従来の球体移動装置の構成を示す略線的な斜視図である。
【図１０】従来の球体移動装置の構成を示す略線的な斜視図である。
【符号の説明】
１、２０、５０、９０、１１０……球体移動装置、２、２１、５１……球殻体、３、２２、５２、９１、１１１……球体駆動部、５３、９２、１１２……基台フレーム、５５〜５７、７０、８０、９３〜９５、１００、１１３〜１１５……駆動車輪部、６１、６６、６７、８１、９６〜９８……固定軸、６２〜６５……樽型ローラ、７２……円盤ローラ

Claims

所定の肉厚を有する球殻体と、
上記球殻体の内部空間に設けられ、少なくとも一組が互いに直交となる複数の軸を中心としてそれぞれ回動自在に軸支されると共に、それぞれ上記球殻体の内側面との接触面が上記各軸に対して直交する方向に回動自在に形成された複数の車輪部と、
上記各車輪部をそれぞれ対応する上記軸を中心として、各々独立に回転駆動する回転駆動手段と、
上記各車輪部を、当該各車輪部の上記球殻体の内側面との接触面がそれぞれ上記球殻体の内側面に接触した状態に保持すると共に、上記回転駆動手段を保持する保持手段と
を具え、上記複数の車輪部のうち所定数の車輪部を選択的に回転駆動させたとき、当該所定数の車輪部以外の他の車輪部の上記球殻体の内側面との接触面が上記球殻体の内側面に接触しながら回転する
ことを特徴とする球体移動装置。
上記各車輪部の上記球殻体の内側面との接触面は、それぞれ対応する上記軸に対して直交する方向に回動自在に軸支された複数のローラの各周側面でなり、
上記各ローラの周側面は、それぞれ対応する上記軸を中心とした円盤の周側面の一部を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の球体移動装置。
上記各車輪部は、それぞれ対応する上記軸に対して直交する方向に回動自在に軸支された複数のローラからなる直交回動部を少なくとも２以上有し、当該各直交回動部を所定角度ずらして上記各軸と同軸に重ね合わせることにより形成され、
上記各車輪部の上記球殻体の内側面との接触面は、上記各直交回動部の上記各ローラの周側面でなり、
上記各直交回動部の上記各ローラの周側面は、それぞれ対応する上記軸を中心として円盤の周側面の一部を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の球体移動装置。
上記各車輪部の上記球殻体の内側面との接触面は、それぞれ対応する上記軸に対して直交する方向に回動自在に軸支された複数のローラの各周側面でなり、
上記各ローラの周側面は、それぞれ対応する上記軸を中心とした円盤の周側面の一部を形成すると共に、互いに隣接する上記各ローラの配置角度が不等に配分されてなる
ことを特徴とする請求項１に記載の球体移動装置。
上記球殻体の上記内部空間は、密閉状態でなる
ことを特徴とする請求項１に記載の球体移動装置。