JP4003082B2 - 全方向車輪及び全方向移動装置 - Google Patents

Description

この発明は、全方向移動装置の駆動輪としての全方向車輪（オムニホイール（商標））及びそれを備えた全方向移動装置に関するものである。

従来、全方向移動体に備えられる全方向ホイル（オムニホイール（商標））として、ローラーフレームの周方向に３個のローラーが回動自在に設けられてホイル構成体が形成され、該ホイル構成体が２個互いのローラーの位相をずらして固定されたものが存在する（例えば、特許文献１参照）。このように固定されたホイル構成体は、全方向移動体に水平の回動軸にて回動可能に設けられる。また、全方向移動体の平面視略中心で交差した複数の車軸のそれぞれ両端に、それぞれの側面が平面視略中心を向くようにして複数輪が設けられる。

しかしながら、前記従来の全方向車輪（オムニホイール（商標））では、モーターをホイルの外部へ外装しなければならない。全方向移動のためにはホイルごとに独立駆動モーターが必要なため、全方向移動装置全体として複数のモーターや駆動力伝達機構が必要であり、容積がかさむものであった。

また、このような従来の全方向車輪（オムニホイール（商標））では、周囲に複数のローラーを支持し、また構成体が互いの位相をずらして固定されるという構造上、ホイル径を大きくしなければホイルインモーターとすることが出来ないものであった。

特開平２−２４９７６９号公報

そこで本発明は、ホイル径を大きくすることなく、容積が嵩まないコンパクトなものとしてモーターイン機構を達成する全方向車輪及び全方向移動装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、下記（１）ないし（４）の手段を採用する。

（１）この発明の全方向車輪（オムニホイール（商標））は、第一の回動軸Ａ _１ で回動（すなわち、正逆方向へ回転）可能なローラーフレーム１を複数個具備してなり、前記ローラーフレーム１は、それ（ローラーフレーム）自体の周縁に沿って、自由回動可能に軸支されたローラーであるフリーローラー２を複数個保持すると共に、それ（ローラーフレーム）自体の内部に、ローラーフレーム１自体を第一の回動軸Ａ _１ 回りに回動させるフレーム回動手段４を収容してなる全方向車輪であって、
フレーム回動手段４は、
回動駆動軸が第一の回動軸Ａ _１ 方向を向くようにして配設された電動モーターと、
電動モーターのギヤ変換を行う回動ギヤ４２と、
電動モーターと回動ギヤ４２とを内部に配設したアクチュエーターユニット４０と、
電動モーターの駆動力をローラーフレーム１に伝達するホイルボックス４４と、
フレーム回動手段４の側部にてローラーフレーム１を周転可能に支承する側部ベアリング４３とを具備し、
側部ベアリング４３が、アクチュエーターユニット４０の側周囲を亘るように複数列設けられることで、ローラーフレーム１の重量をアクチュエーターユニット４０の側周囲で支えると共に、次の特徴を有する。

すなわち、前記ホイルボックス４４は、回動ギヤ４２の出力側として突出するギヤ出力軸４２ｓに連結され出力軸方向外側に凸部を有するカップリング機構と、中央部内側面の凹部でカップリング機構の凸部に嵌入されたホイルキャップ４４ｃとを備え、ホイルキャップ４４ｃは、周縁部がローラーフレーム１に固定されることで、
ホイルキャップ４４ｃが電動モーターの駆動力を伝達すると共にローラーフレーム１の振動や衝撃を緩衝することを特徴とする。

なお前記全方向車輪の参考例として、フレーム回動手段４は、ローラーフレーム１をアウトローターとするアウトローター式駆動機構としても良い。この様なものであれば、ローラーフレーム１自体がアウトローターの回動部として高速回動する。周囲のホイルとなるローラーフレームをハウジング型の回動部として一体化しているため、軸回動の伝達機構が不要となる。例えば、内軸回動モーターのように、軸回動力をホイルボックスで外周ホイルに伝えたり、軸及びホイル間の、振動等による軸ズレの吸収を行うことが不要となる。また、内軸回動モーターのようにハウジングされた回動機構を収容するものではなく、ローラーフレーム１を直接回動させるため、回動のための機構（例えば、電磁誘導体であるコイル）に比較的大きなスペースを確保できる。そして、例えば電磁誘導体として比較的大きな径のコイルを使用した場合には、ギヤ等の機械構造を組み込まなくても高トルクを得ることができる。機械式のギヤが不要となり簡易な構成で回動手段が成立するため、これらによって、簡易な機構で耐久性に優れ、安全性の高い全方向車輪となる。

（２）また前記全方向車輪は、ローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ_１方向に沿う内部収容空間３を設け、この内部収容空間３に、前記アクチュエーターユニット４０を内部収容してなり、前記アクチュエーターユニット４０の電動モーターの回動軸が、ローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ_１方向を向くように配設されたものとしても良い。

この様なものであれば、それ自体の回動駆動軸がローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ_１方向を向くため、回動駆動力をローラーフレーム１へ安定して伝えることができる。

（３）また、前記いずれかの全方向車輪は、側部ベアリング４３が、ローラーフレーム１の列数と共通した列数で、側面視にて両端寄りにそれぞれ設けられてなる。

なお、前記いずれかの全方向車輪の参考例として、フレーム回動手段４が、遊星ギヤ４２２構造を含む回動ギヤ群（４２１〜４２３）を具備すると共に、遊星ギヤ４２２のギヤ軸４２２ｓの軸位置がホイルボックス４４に固定されてなることを特徴とする。この様なものであれば、遊星ギヤ４２２構造のギヤ回動によって、遊星ギヤ４２２の軸位置が移動し、そのギヤ力がホイルボックス４４に出力される。これにより、安定したギヤ伝達と耐久性に優れたギヤを構成することができる。例えば、ホイルボックスがローラーフレームに固定されてローラーフレームと一体化してなることで、回動ギヤ群（４２１〜４２３）の軸力が、ローラーフレームに伝達される。

（４）また、本発明の全方向移動装置は、前記いずれかの全方向車輪が、移動装置への固定手段５を、各フレーム回動手段４に固定されたものとして具備すると共に、この固定手段５によって移動装置に複数輪固定されてなることを特徴とする。

この様な全方向移動装置は、各全方向車輪が内部にフレーム回動手段を収容し、それ自体で回動するため、駆動機構のスペースが不要であり、コンパクトものとなる。また比較的大きな足下重量となり、走行の安定したものとなる。特に、例えば振動の少ない滑らかな全方向移動を必要とする精密部品運搬用装置或いは歩行訓練用全方向移動体に好ましく利用できる。

この発明の全方向車輪は、上述のような構成を有しており、フレーム回動手段を収容したモーターイン機構を達成することで、ホイル径を大きくすることなく、容積が嵩まないコンパクトなものとしてなる。

以下、この発明の好適な実施形態を、各実施形態を示す図面を参照して説明する。図１及び図２は、本発明の実施例１の全方向車輪のそれぞれ正面図及び側断面説明図を示し、図３及び図４は実施例１の全方向車輪を備えた本発明の全方向移動装置の形態例について、それぞれ底面図及び側面図を示す。図５及び図６は、参考例１の全方向車輪のそれぞれ正面図及び側断面説明図を示す。図７及び図８は、参考例２の全方向車輪のそれぞれ正面図及び側断面説明図を示す。

この発明の全方向車輪は、略水平方向の第一の回動軸Ａ_１回りで回動（すなわち、正逆方向へ回転）可能なローラーフレーム１を、一個又は複数個、第一の回動軸Ａ_１を共通させて具備してなる。ローラーフレーム１は、第一の回動軸Ａ_１を中心としたローラーフレーム１自体の周縁に沿って、複数のフリーローラー２を自由回動可能に保持する。またローラーフレーム１はその内部に、第一の回動軸Ａ_１方向に沿う内部収容空間３を設け、この内部収容空間３に、ローラーフレーム１自体を第一の回動軸Ａ_１回りに回動させるフレーム回動手段４を収容してなる。

また、本発明の全方向移動装置は、前記いずれかの全方向車輪を複数輪、各フレーム回動手段４を装置本体に固定してなることを特徴とする。このとき、各全方向車輪の車軸すなわち第一の回動軸Ａ_１が可変しないものとして固定され、フレーム回動手段４による回動速度の調整によって任意の方向に移動する。以下、各構成を詳述する。

（ローラーフレーム１）
ローラーフレーム１は、第一の回動軸Ａ_１を中心として後述のフレーム回動手段４によって回動し、接地面上を転回可能である。このとき第一の回動軸Ａ_１は、接地面に対して略水平である。

ローラーフレーム１が複数の場合、共通する第一の回動軸Ａ_１を中心として互いに位相をずらして各列が列設固定される。また、それ自体の周縁に沿って、複数のフリーローラー２を同一平面上で保持してなる。ローラーフレーム１は、本実施例では第一のローラーフレーム１１及び第二のローラーフレーム１２のふたつである。この２枚が、２列、略水平軸方向の第一の回動軸Ａ_１を共通軸とし、互いに位相をずらして列設固定してなる。２列の場合、ずらす位相の量は、ローラーフレームの正面視にてフリーローラー２の取り付け間隔の位相の半分である（図１の点線、或いは参考例１を示す図５参照）。ここで、全方向移動装置に固定した場合の平面視外側（図３にて略円形のフレームＦ_１の円周外側）の列を第一のローラーフレーム１１とし、平面視内側（図３にて略円形のパイプフレームＦ_１の中心側）の列を第二のローラーフレーム１２とする。第一及び第二それぞれのローラーフレーム１は略同一形状であり、それぞれ５個のフリーローラー２を同一平面上に等間隔に保持する。

（（第一及び第二の）ローラーフレーム１１，１２（１））
第一及び第二のローラーフレーム１２は、それ自体が共通の第一の回動軸Ａ１で転回する略薄型転回体からなる。第一の回動軸Ａ_１を法線とする面を正面としたとき、図１に示すように、少なくとも５個のフリーローラー２を一平面内で等間隔に放射状に保持する。このときフリーローラー２の軸が、ローラーフレーム１の転回面内で正多角形を形成してなる。

第一のローラーフレーム１１と第二のローラーフレーム１２とは、第一の回動軸Ａ_１を中心としたフリーローラー２の配置角度の半分だけ位相がずれて、列設される。実施例では第一及び第二のローラーフレーム１１、１２による２列の列設とすることで、厚さ方向（列を重ねる方向）にコンパクトなものとしているが、一つの全方向車輪を構成すべき列の数すなわちローラーフレーム１の枚数は３枚或いは４枚でもよい。

（フリーローラー２）
フリーローラー２は、各列のローラーフレーム１の周縁に沿って、複数個が同一平面上で自由回動可能に保持される。この同一平面は、接地面及び第一の回動軸Ａ_１に対してそれぞれ垂直な面である。複数のフリーローラー２は、それぞれのローラーフレーム１において、第二ないし第六の回動軸（Ａ_２〜Ａ_６）で正逆方向に自由回動可能なローラーである。第二ないし第六の回動軸（Ａ_２〜Ａ_６）は、前記垂直な面内で第一の回動軸Ａ_１を中心とする或る半径の円を書いた場合、この円の接線となる。複数のフリーローラー２は、各列のローラーフレーム１に於いて等間隔に保持されることが好ましい。また位相をずらして複数列のローラーフレーム１が列設固定される場合には、側面視にてローラーフレーム１が第一の回動軸Ａ_１を中心として等間隔に配置されることが好ましい。このとき、複数のフリーローラー２は、各列のローラーフレームの周囲にて少なくともいずれかが接地する。各列のローラーフレーム１が同一平面上に保持するフリーローラー２の数は、少なくとも５個であると、後述する内部収容空間３を比較的大きなものとすることができる。

フリーローラー２は、図１に示すように、回動軸の両端から中央にかけて回動径が大きくなる軸対称かつ両軸方向対称の樽形のローラーである。実施例では５個のフリーローラー２が、ローラーフレーム１によって自由回動可能に軸支されて略垂直な一平面上に備えられる。フリーローラー２の軸は、第二ないし第六の回動軸Ａ_２、Ａ_３、Ａ_４、Ａ_５、Ａ_６の五つであり、正面視にて第一の回動軸を中心とした多角形である正五角形として形成される（図２参照）。第二ないし第六の回動軸Ａ_２、Ａ_３、Ａ_４、Ａ_５、Ａ_６のそれぞれを中心軸とする樽形のローラーが、ローラーフレーム１に自由回動可能に保持された両端面中央に軸穴２２を有し、この軸穴に略円柱型の軸体２１を自由回動可能に収容してなる。

前記の通り、複数列のローラーフレーム１が位相を変えて列設固定されることによって。図１に示すように、正面視にて一の列のフリーローラー２間の隙間を他の列のフリーローラー２間で補完しあうように配設され、正面視にて円形の設置面を形成する。

フリーローラー２の数は、実施例では５個であるが、それ以上であれば６個、７個或いは８個以上でもよい。このようにフリーローラー２の数を５個以上としたことで、内部に第一の回動軸Ａ_１を中心とする内部収容空間３を確保することが出来る。また各列のフリーローラー２の数が５個以上であって、かつ複数のローラーフレーム１を位相をずらして列設固定してなるものとすれば、ローラーフレーム１が第一の回動軸Ａ_１回りに回動したとき、接地するフリーローラー間の距離Ｌ（図４参照）をより短いものとすることができる。このため振動が少なく走行安定性に優れたものとなる。

（内部収容空間３）
内部収容空間３は、ローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ_１を中心軸とする円柱孔状の空間である。この内部収容空間３は、フレーム回動手段４の駆動機構の少なくとも一部を収容する空間である。複数のローラーフレーム１の場合、各列が列設固定されたうえで全方向車輪全体の第一の回動軸Ａ_１付近にひとつの内部収容空間３が設けられる。内部収容空間３は、列設固定されたローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ_１を中心として、複数列のローラーフレーム１によって、駆動装置等の機械構造の一部が両側面いずれからも極端に突出することなく、（好ましくは全く突出せずに完全に収容されている状態として）後述のフレーム回動手段４を内部収容するように設けられる。実施例ではローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ_１を中心軸とする円柱孔状の空間であり、内部収容空間３自体よりも一回り小さい円柱状のフレーム回動手段４を、ベアリング、ホイルボックス等によって回動可能に収容する。

（フレーム回動手段４）
フレーム回動手段４は、略円柱状のアクチュエーター４１を備える。また、ローラーフレーム１の内部たる第一の回動軸Ａ_１付近に、第一の回動軸Ａ_１方向に沿う内部収容空間３を設け、この内部収容空間３に、アクチュエーター４１を備えた略円柱状のフレーム回動手段４を収容してなる。

アクチュエーター４１は、ローラーフレーム１の内部である内部収容空間に収容される。それ自体の回動駆動軸が第一の回動軸Ａ_１方向を向くようにして配設された回動アクチュエーターであることが好ましい。この様なものであれば、それ自体の回動駆動軸がローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ_１方向を向くため、回動駆動力をローラーフレーム１へ安定して伝えることができる。

フレーム回動手段４は、アクチュエーター４１たる電動モーターと、第一の回動軸Ａ_１を中心としてローラーフレーム１の内外の両側面或いはいずれか一側面に設けられて電動モーターの駆動力を伝達する（と共に、ローラーフレーム１の振動や衝撃を緩衝する）ホイルボックス４４と、フレーム回動手段４の側部にてローラーフレーム１を周転可能に支承する側部ベアリング４３とを具備する。

具体的には、内軸回動電動モーターと回動ギヤ４２とが、円柱状のアクチュエーターユニット４０内に配設される。そして、このアクチュエーターユニット４０が、側周面に設けた複数列の側部ベアリング４３と、頂面中心に設けたホイルボックスとを介して、内部収容空間３内に収容される。

（アクチュエーター４１）
アクチュエーター４１は、それ自体の回動駆動軸がローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ_１方向を向くように配設された回動駆動装置たる回動式電動モーターである。電動モーターの回動軸は、ローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ_１と同方向を向き、第一の回動軸Ａ_１より鉛直下方へ僅かに偏心する。この偏心によってローラーフレーム１の転回駆動に必要なトルクを容易に確保する。また鉛直下方へ偏心することで、重心位置を中心下方とし、安定した走行を可能とする。

具体的に使用可能なアクチュエーターたる内軸回動式電動モーターは、例えば１６極の永久磁石、及び４つの磁極片の三相巻線を具備した、出力３０Ｗ、無負荷回動数４４００ｒｐｍ、停動トルク２６０ｍＮｍ、スラストプリロード５Ｎ以上の、ブラシレス、ホールセンサ内蔵タイプのものである。

（回動ギヤ４２）
本実施例の回動ギヤ４２は、ホイルボックスの中央内部に連結される。電動モーターの駆動回動軸４１ｓを入力側とし、ギヤ出力軸４２ｓを出力側としてギヤ変換を行う。ギヤ軸４１ｓは側部外方向に突出し、ローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ_１と共通する（図２）。

具体的に使用可能な回動ギヤ４２は、例えば連続及び断続それぞれの最大トルク２．０及び２．５Ｎｍ、直線歯ギヤヘッド、減速比１１１：１のものである。

（側部ベアリング４３）
側部ベアリング４３は、アクチュエーターユニット４０の側周面に、側周囲を亘るように複数列設けられる。実施例では転がり軸受けとしている。列数は、ローラーフレーム１の列数と共通することが好ましい。

（ホイルボックス４４）
ホイルボックス４４は、内部収容空間３内、及びローラーフレーム１の最外面上（図２の側面視にて向って右側の面上）に設けられて、アクチュエーター４１たる電動モーターの駆動力をローラーフレーム１に伝達すると共に、ローラーフレーム１の振動や衝撃を緩衝する。具体的には、最外列のローラーフレーム１たる第一のローラーフレーム１１の内部に収容されたカップリング機構と、このカップリング機構および第一のローラーフレーム１１の外側の略垂直面を覆うホイルキャップ４４ｃとを備えてなる。

カップリング機構は、ギヤ出力軸４２ｓに連結され、第一の回動軸Ａを軸とする略円柱体が、ホイルキャップ４４ｃの内側に嵌入されてなり、振動や衝撃を吸収する（図２）。ホイルキャップ４４ｃは、部分球冠の外側面を有し、その内側周縁がローラーフレーム１の側面（図２の側面視にて向って右側の鉛直線部分）にボルト固定されてなる。

（全方向移動装置の形態例）
本発明の全方向車輪（オムニホイル（商標））は、各フレーム回動手段４に固定された移動装置への固定手段を具備すると共に、前記固定手段によって、装置本体の下部に複数輪固定されてなる。すなわち、本発明の全方向車輪は、図３及び図４の全方向移動装置の形態例に示されるように、装置本体のフレームの下部に複数輪、平面視等間隔に配置固定することで、全方向移動装置に具備される。実施例１の全方向車輪を４輪、それぞれの第一の回動軸がいずれも略水平且つ等間隔となるようにフレームに固定されてなる、全方向移動装置である。具体的には、略円形の水平フレーム歩行訓練者用全方向移動体であり、図２に示されるように、本体への固定手段５たるＬ型アングルによって固定される。

図３及び図４の全方向移動装置は、理学療法等で使用される歩行訓練器である。その構成は主に、訓練者が後方の段差昇降部Ｆ_１Ｇから入ることのできる、平面視略円形に曲がった下部パイプフレームＦ_１と、下部パイプフレームの前方から立設した前方パイプフレームＦ_２と、前方パイプフレームＦ_２上端付近に設置された操作盤Ｏと、前方パイプフレームＦ_２上端から平面視内側へ略水平方向に伸びた上肢支持部Ｈとからなる（図３、図４）。

前方パイプフレームＦ_２の上部は具体的には、平面視内側に湾曲して２方向に伸び、平面視にて略Ｔ字の水平板を構成する。この水平板上面に操作板Ｏが固定され、支持部師支承ピンＨｐによって上肢支持部Ｈが水平位置調節可能に設けられる。

下部パイプフレームＦ_１の両側部には、複数輪分の全方向車輪のフレーム回動手段４の駆動源たるバッテリーＢを備える。本発明はアクチュエーターユニット４０を内蔵したコンパクトな全方向車輪であるため、このように歩行訓練器に使用することで訓練者のための広いスペースが確保される。このことは安全性や歩行訓練の自由度を高める。また、実施例ではフリーローラー２数が一輪当り１０個と比較的多く、接地ローラー間の距離Ｌ（図４参照）が比較的短いため、従来の全方向車輪と比べて走行時の振動（ガタツキ）が少なく、歩行訓練器として適した滑らかな走行が可能になる。

本発明の全方向車輪のみを車輪として複数輪備えた全方向移動装置は、訓練者の向きをほぼ一定としたまま移動方向のみを適宜方向へかつ適宜速度で自走できる。このため、従来にない効果的な歩行訓練ができる。すなわち、全方向への複合的訓練により、歩行やバランス保持に重要な働きをする大殿筋、中殿筋、小殿筋等を効果的に訓練できる。その結果、早期回復や転倒予防の効果が期待できる。さらに、訓練者自身の方向指示で、訓練者の状態に合わせた速度制御ができるため、転倒防止効果がある。しかも、フレーム回動手段４によって駆動機構を内蔵しているため、訓練者（看者）の歩行スペースが確保でき、安全な歩行訓練をしうる。

（参考例１）
参考例１の全方向車輪を図５、図６に示す。参考例１のフレーム回動手段４は、ローラーフレーム１をアウトローターとするアウトローター式駆動機構（アウトローター型モーター）であることを特徴とする。具体的には、アクチュエーター４が、フレームＦ１に（固定手段５を介して）固定されるアクチュエーターユニット４０と、アクチュエーターユニット４０の周囲に固定された非回動コア部４５と、非回動コア部４５の周囲を回動するローターとしてのローラーフレーム１と、これら非回動コア部４５及びローラーフレーム１のいずれか片方ずつに内蔵される磁性体４６及び電磁誘導体４７と、を具備して構成される。アクチュエーターユニット４０、非回動コア部４５、及び非回動コア部４５に内蔵された磁性体４６と電磁誘導体４７のいずれかが、固定された非回動部として内部収容空間３内に配置される。

参考例１では、磁性体４６が、Ｓ極、Ｎ極を交互に連続させて円環状に連なると共に、ローラーフレーム１内の内部収容空間３周りに軸対称位置に内蔵され、一組の電磁コイルからなる電磁誘導体４７が非回動コア部４５の両端にてドーナツ状に巻回されて内蔵される。なお電磁誘導体４７は、図示しないコミテーターにより磁性が切り替わる。

磁性体は、電磁誘導体の電磁気に反応する例えば永久磁性体をいい、実施例ではＳＮ両極を有する永久磁石である。Ｓ極の磁性体、Ｎ極の磁性体それぞれが、固定された電磁誘導体の周囲を取り囲むようにして断面視対称位置に配置される。

本参考例１とは別の例として、Ｓ極、Ｎ極の一組の磁性体４６が非回動コア部４５に内蔵されると共に、一組の電磁コイルからなる電磁誘導体４７がローラーフレーム１内に内蔵されるものとしてもよい。例えばＳ極、Ｎ極それぞれの部分円柱型の磁性体４６が組み合わされて非回動コア部４５内へ略円筒状に配置され、また、電磁誘導体４７がローラーフレーム１内で内部収容空間３の内円筒面に沿って巻回されるものとしてもよい。

このような構造であれば、コイルの巻き数を確保することができるため、高トルクを発生するアクチュエーター４となる。またローラーフレーム１をハウジング型の回動部として一体化しているため、軸回動の伝達機構が不要となる。例えば、実施例１の内軸回動モーターのように、軸回動力をホイルボックスで外周ホイルに伝えたり、軸及びホイル間の、振動等による軸ズレの吸収を行うことが不要となる。また、実施例１の内軸回動モーターのようにハウジングされた回動機構を収容するものではなく、ローラーフレーム１を直接回動させるため、直接回動力を発生させる電磁誘導体や磁性体に比較的大きなスペースを確保できる。そして、例えば本実施例のように、電磁誘導体として比較的大きな径のコイルを使用した場合には、ギヤ等の機械構造を組み込まなくても十分なトルクを得ることができる。機械式のギヤが不要となり簡易な構成で回動手段が成立するため、これらによって、簡易な機構で耐久性に優れ、安全性の高い全方向車輪となる。

さらに、比較的大型の側部ベアリング４３で外力の変動を吸収し支持する構造であるから、実施例１のアクチュエーター４１のような内軸回動型のモーターと比べて、モーター専用のベアリング構造が不要となる。

またアウトローター式駆動機構は、慣性モーメントの発生等により起動時・停止時の反応速度が内軸回動モーターと比べて一般的に遅いものとなるが、歩行訓練機器として本機構を採用した場合には、危険な急発進、急制動を機構上確実に抑えることができるため、理学療法上も好ましいものとなる。

実施例１および参考例１の固定手段５はいわゆる片持ちタイプであり、Ｌ型アングル５０が、第一の回動軸Ａ_１周りの複数の固定ボルト５１によって、アクチュエーターユニット４０に連結固定されると共に、固定ボルト５２によって下部パイプフレームＦ１の下面に螺止される。ホイルボックス４４は、固定ボルト５３によってアクチュエーターユニット４０の側面視外側に固定され、ホイルキャップ４４ｃとしての機能を果たす。このホイルボックス４４及びアクチュエーターユニット４０のそれぞれの側部周囲に、ローラーフレーム１を回動させる側部ベアリング４３が設けられる（図６）。アクチュエーターユニット４０は、第一の回動軸Ａ_１を中心とする中空アクチュエーターシャフト４０ｐを有する（図６）。この中空シャフト４０ｐとともに、ボックス４４も中空ボックスシャフト４４ｐを有し、これらによりフレーム回動手段から発生する熱の放熱機能を果たす。その他構成は実施例１と同様である。

（参考例２）
参考例２の全方向車輪を図７、図８に示す。参考例２の全方向車輪は、参考例１のアウトローラー型モーターを備えた全方向車輪において、移動装置本体への固定手段が両持ちタイプとなっていることを特徴とする。具体的には、固定手段５が、側面視にて倒Ｕ型の両持ちアングルからなる。すなわち、ブラケット４０の内側及び外側の両側から上方に延び、それぞれが全方向車輪の上方で折れ曲がり、つながってなる。これにより捩り強度等が大きくなり、比較的大きな荷重のかかる場合に走行安定性や耐久性能による安全性を確保することができる。また、側面視にて厚さ方向（図８の左右方向）中央に荷重がかかるため、より安定した走行が可能となる。特に複数列のフレームを複数列固定してなるものであれば、各列間でローラーの接地力を均一化することができるため好ましい。その他構成は参考例１と同様である。

（参考例３）
参考例３の全方向車輪を図９、図１０に示す。参考例３の全方向車輪は、遊星ギヤ構造を含む回動ギヤ群によって、ギヤボックスがローラーフレームと一体となっていることを特徴とする。

具体的には、フレーム回動手段４が、内部収容空間３に収容されるアクチュエーター４１たる内軸回動式モーターと、このモーターの駆動回動力をローラーフレーム１に伝達する回動ギヤ群（４２１〜４２３）とから構成される。この回動ギヤ群は、ホイルボックス４４に回動力を出力する遊星ギヤ構造を含むことを特徴とする。

回動ギヤ群を詳述するに、内軸回動式モーターの駆動回動軸４１ｓの外周に固定され駆動回動軸４１ｓと共に回動（すなわち正逆回動）する太陽ギヤ４２１と、この太陽ギヤ４２１に噛合する複数個の遊星ギヤ４２２と、固定部であるアクチュエーターユニット４０の外側部付近に内円柱状に設けられて前記遊星ギヤ４２２に噛合するインターナルギヤ４２３とから構成される（図９）。

複数個（参考例３では３つ）の遊星ギヤ４２２はこの太陽ギヤ４２１の回りに第一の回動軸Ａ_１を軸として互いに一定の等距離を開けて配される。そして、内軸回動式モーターが駆動し、太陽ギヤ４２１が駆動回動軸４１ｓと共通する第一の回動軸Ａ_１を軸として回動することで、遊星ギヤ４２２は、太陽ギヤ４２１とインターナルギヤ４２３との間で太陽ギヤ４２１周りを自転しながら周回する。

ここでホイルボックス４４は、全ての遊星ギヤ４２２のギヤ軸４２２ｓにその軸位置を（実施例では正三角形の頂点位置に）固定されると共に、最外列のローラーフレーム１１に固定されてなる。よって、遊星ギヤ４２２構造のギヤ回動によって、ホイルボックスと一体化されたローラーフレーム１１にギヤ力が出力される。これにより、例えば実施例１のような単独のギヤ出力軸４２ｓが不要となり、安定したギヤ伝達と耐久性に優れたギヤを構成することができる。

参考例３では、実施例１のようなギヤボックス４２を使用せず、出力部自体をローラーフレームと一体化させている。このため、例えば実施例１における回動ギヤ４２のキャリア機能が、ローラーフレーム１１と一体化したホイルボックス４４として達成され、安定したギヤ力伝達を果たす。

また、回動ギヤ群は実施例１のようなユニット型の回動ギヤ４２と比較して、大型のギヤ連結である。これによりギヤ噛合部の遊びが比較的大きいものとすることができ、ローラーフレーム１１への外力による振動等を吸収するものとしている。

また、側面視にて両端寄りにそれぞれ設けられた比較的大型の側部ベアリング４３によって、ローラーフレーム１全体の荷重を受けることとしている。これは、たとえば実施例１のユニット型の回動ギヤ４２内に通常用いられる複数の内部ベアリング群の機能をも果たすものであり、必要なベアリング機能を大型の側部ベアリング４３に集約することで、安定した走行を可能としている。その他構成は実施例１と同様である。

架台を具備する全方向移動装置として利用でき、その中でも例えば、方向を変えずに全方向に移動する精密部品運搬用或いは歩行訓練用全方向移動体として利用することが可能である。

この発明の実施例１の全方向車輪の正面説明図。 図１に示す実施例１の全方向車輪の側面視中央断面説明図。 図１に示す実施例１の全方向車輪を備えた全方向移動装置の形態例の底面説明図。 図３に示す実施例１の全方向車輪を備えた全方向移動装置の形態例の側面図。 参考例１の全方向車輪の正面説明図。 図５に示す参考例１の全方向車輪の側面視中央断面説明図。 参考例２の全方向車輪の正面説明図。 図７に示す参考例２の全方向車輪の側面視中央断面説明図。 参考例３の全方向車輪の正面説明図。 図８に示す参考例３の全方向車輪の側面視中央断面説明図。

符号の説明

１ ローラーフレーム
１１ 第一のローラーフレーム
１２ 第二のローラーフレーム
２ フリーローラー
２１ 軸体
２２ 軸穴
３ 内部収容空間
４ フレーム回動手段
４１ アクチュエーター
４１ｓ 駆動回動軸
４２ 回動ギヤ
４２ｓ ギヤ出力軸
４３ 側部ベアリング
４０ アクチュエーターユニット
４４ ホイルボックス
４４ｃ ホイルキャップ
５ 固定手段
Ａ_１ 第一の回動軸

Claims (4)

1. 第一の回動軸で回動可能なローラーフレーム１を複数個具備してなり、前記ローラーフレーム１は、それ自体の周縁に沿って、自由回動可能に軸支されたローラーであるフリーローラー２を複数個保持すると共に、それ自体の内部に、ローラーフレーム１自体を第一の回動軸回りに回動させるフレーム回動手段４を収容してなる全方向車輪であって、
   フレーム回動手段４は、回動駆動軸が第一の回動軸方向を向くようにして配設された電動モーターと、電動モーターのギヤ変換を行う回動ギヤ４２と、電動モーターと回動ギヤ４２とを内部に配設したアクチュエーターユニット４０と、電動モーターの駆動力をローラーフレーム１に伝達するホイルボックス４４と、フレーム回動手段４の側部にてローラーフレーム１を周転可能に支承する側部ベアリング４３とを具備し、
   側部ベアリング４３が、アクチュエーターユニット４０の側周囲を亘るように複数列設けられることで、ローラーフレーム１の重量をアクチュエーターユニット４０の側周囲で支えると共に、
   前記ホイルボックス４４は、回動ギヤ４２の出力側として突出するギヤ出力軸４２ｓに連結され出力軸方向外側に凸部を有するカップリング機構と、中央部内側面の凹部でカップリング機構の凸部に嵌入されたホイルキャップ４４ｃとを備え、ホイルキャップ４４ｃは、周縁部がローラーフレーム１に固定されることで、電動モーターの駆動力を伝達すると共にローラーフレーム１の振動や衝撃を緩衝することを特徴とする全方向車輪。
2. ローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ_１方向に沿う内部収容空間３を設け、この内部収容空間３に、前記アクチュエーターユニット４０を内部収容してなり、前記アクチュエーターユニット４０の電動モーターの回動軸が、ローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ_１方向を向くように配設された請求項１記載の全方向車輪。
3. 側部ベアリング４３が、ローラーフレーム１の列数と共通した列数で、側面視にて両端寄りにそれぞれ設けられてなる請求項１又は２記載の全方向車輪。
4. 請求項１、２、又は３のいずれか記載の全方向車輪が、移動装置への固定手段５を、各フレーム回動手段４に固定されたものとして具備すると共に、この固定手段５によって移動装置に複数輪固定されてなることを特徴とする全方向移動装置。

Images