JP5292283B2 - 全方向駆動装置及びそれを用いた全方向移動車 - Google Patents

Description

本発明は、２次元上の全方向に駆動可能な全方向駆動装置及び、そのような駆動装置を用いた全方向移動車に関する。

床面上を自在に動き回れる全方向移動車の駆動装置として、回転駆動されるホイールの外周の複数箇所に各々接線方向の軸部を有し、その軸部の各々に樽形分割ローラがホイール接線軸線周りに回転可能に取り付けられ、隣接する樽形分割ローラ同士が回転力伝達関係で互いに連繋していて、ホイールに内蔵された電動モータによって樽形分割ローラをホイール接線軸線周りに回転駆動するものがある（例えば、特許文献１）。

この駆動装置によると、ホイールの回転によって樽形分割ローラの接地面に前後方向（ホイール回転方向）の駆動力が作用し、樽型分割ローラ自体の回転によって樽型分割ローラの接地面に左右方向（樽型分割ローラ回転方向）の駆動力が作用することになり、両駆動力の割合を適宜に制御すれば、全方向への移動が可能となる。
特許第３８２０２３９号公報

しかるに、この従来技術によると、ホイールの外周に置かれた軸部より支持された樽型分割ローラに回転力を与えるための電動モータは、ホイールに搭載されてホイールと共に一体回転させねばならない。このため、ホイール外に設置されるであろう電源より電動モータに電力を供給する機構が複雑になり、メンテナンスも面倒なものなる。これに対し、電源もホイールに搭載すると、電動モータや動力伝達機構がホイールに組み込まれることにより、ホイールのコンパクト設計が難しいことになっていることが更に助長され、しかも、ホイール重量も重くなる。

このような課題を解決するために、本発明は、電動モータ等の駆動源に対するパワーソース供給の取り回しを複雑なものにすることがなく、耐久性、保守性に優れ、回転部（移動部）の重量増加を招くこともないコンパクト設計の自由度が高い全方向駆動装置およびそれを用いた全方向移動車を提供することにある。

本発明による全方向駆動装置は、基体と、前記基体に、それぞれ移動可能に支持された第１の移動体及び第２の移動体と、前記第１の移動体及び前記第２の移動体をそれぞれ移動駆動する第１の駆動ユニット及び第２の駆動ユニットと、前記第１の移動体に、回転自在にその移動方向に沿って配置され、かつその移動方向に直交する方向に対してゼロでない第１の角度をなす回転軸線を有する複数の第１のフリーローラと、前記第２の移動体に、回転自在にその移動方向に沿って配置され、かつその移動方向に直交する方向に対してゼロでない第２の角度をなす回転軸線を有する複数の第２のフリーローラとを有し、前記第１の移動体及び前記第２の移動体の少なくとも一方が、その移動方向に移動するに伴い、前記第１のフリーローラが前記第２のフリーローラの対応するものに、それぞれの回転軸線が互いに平行をなすことなく転動接触するように配置され、前記第１のフリーローラが駆動対象に接触することを特徴とする。特に、前記第１のフリーローラの回転軸線が、それに対して転動接触する前記第２のフリーローラの回転軸線に対してねじれの位置関係にあると良い。

これにより、両駆動ユニットの一方或いは両者を、適切な速度で駆動することにより、駆動対象に対して、所望の方向の駆動力を作用させることができる。

本発明の或る実施例によれば、前記第１の移動体及び前記第２の移動体が、互いにある角度をなす１対の無限軌道帯を含み、各無限軌道帯が１対のローラに巻き掛けられ、かつ両ローラの少なくとも一方が、対応する前記駆動ユニットにより駆動される。

本発明の別の実施例によれば、前記第１の移動体及び前記第２の移動体が、互いに同軸の回転軸線を有する１対の円環部材を含み、各円環部材の外周壁が、対応するフリーローラを回転自在に支持する。

本発明の更に別の実施例によれば、前記第１の移動体が、前記第１のフリーローラを、その円形軸線周りに回転自在に支持する環状体を含み、前記第２の移動体が、前記第１のフリーローラの対応するものに転動接触する前記第２のフリーローラを回転自在に支持するディスクを含み、前記ディスクが、前記環状体に対して同軸的な回転軸線を有する。

前記基体が、前記フリーローラ間の転動接触を促進する向きに、前記両移動体を互いに付勢するための弾性的装置を有するものとすれば、フリーローラ間の転動接触を確実にすることができる。また、前記各第１のフリーローラに対して、常に少なくとも１つの前記第２のフリーローラが転動接触するようにすれば、第１のフリーローラに対して常に駆動力が作用し、空すべりが生じる事態を回避することができる。そのためには、前記第１及び第２の移動体の移動方向に沿う長さが概ね同一である場合には、前記第２のフリーローラが、前記各第１のフリーローラよりも多数設けることにより達成することができ、或いは前記第２のフリーローラの前記第２の移動体の移動方向に沿っての配列密度が、前記第１のフリーローラの対応する配列密度よりも高いことにより達成することができる。

また、駆動対象を路面或いは床面とすることにより、その反力により駆動装置側が変位することとなり、駆動装置を全方向移動車として利用することとなる。その場合、前記基体には、移送対象の荷重を受け持つ荷重受け持ち部が設けられることとなる。また、第１のフリーローラが、駆動対象としての球体を介して、路面或いは床面に接触するものとすることもできる。

本発明による全方向駆動装置によれば、第１の移動部材自体の移動によって第１の方向への駆動力を発生することができ、第１の移動部材に保持された第１のフリーローラに第２の移動部材の移動によって第２のフリーローラから駆動力を与えて第１のフリーローラを回転（自転）させることで第２の方向への駆動力を発生させることができる。従って、第１の移動部材と第２の移動部材の移動を個別に制御して第１の方向と第２の方向とのベクトルを合成することにより、全方向への駆動力を発生させることができる。

第１の移動体を移動駆動する第１の駆動手段と第２の移動体を移動駆動する第２の駆動手段は、共に基体側に設けられるので、それら駆動手段に対する電力供給等のパワーソース供給の取り回しが複雑になることがなく、耐久性、保守性に優れ、移動部の重量増加を招くこともなく、コンパクト設計の自由度が高い。

（実施形態１）
図１〜図４は、本発明による全方向駆動装置の実施形態１を示している。

本実施形態の全方向駆動装置１は、基体４、５に、第１のクローラ駆動体２と、第２のクローラ駆動体３を備えている。

第１のクローラ駆動体２は、第１の方向（Ｘ方向）に離れて基体４に各々回転可能に配置された駆動ホイール６と従動ホイール８との間に掛け渡された第１の無限軌道帯（第１の移動体）である第１のクローラベルト１０を有する。第１のクローラベルト１０は、多数のスラットピース１０１を無端帯状にヒンジ連結してなるものである。

第２のクローラ駆動体３は、第１の方向とは異なる第２の方向、本実施形態ではＸ方向と直交するＹ軸方向に離れて基体５に各々回転可能に配置された駆動ホイール７と従動ホイール９との間に掛け渡された第２の無限軌道帯（第２の移動体）である第２のクローラベルト１１を有する。第２のクローラベルト１１は、多数のスラットピース１１１を無端帯状にヒンジ連結してなるものである。

第１のクローラベルト１０と第２のクローラベルト１１とは、互いにリンクチェーンの連繋関係にあり、互いのホイール間パスが上下に交差している。つまり、第２のクローラベルト１１は、第１のクローラベルト１０のホイール間パスと上下に交差するホイール間パス（交差部）を有する。

基体４には駆動ホイール６を回転駆動する第１の回転駆動装置である減速機付きの第１の電動モータ（第１の駆動手段）１２が取り付けられている。基体５には駆動ホイール７を回転駆動する第２の回転駆動装置である減速機付きの第２の電動モータ（第２の駆動手段）１３が取り付けられている。

第１のクローラベルト１０のスラットピース１０１のそれぞれには、概ね円柱状をなす第１のフリーローラ１４が回転可能に二個並列に取り付けられている。第１のフリーローラ１４は、駆動力を作用させる対象物に接触するフリーローラであり、第１のクローラベルト１０の走行方向（Ｘ方向）に対して非直交方向に延在する中心軸線Ｃ１４の周りに回転可能になっている。

ここで云う非直交方向とは、第１のフリーローラ１４の中心軸線Ｃ１４（図４参照）が、第１のクローラベルト１０の走行方向に対して直交する方向以外の方向、つまり、第１のクローラベルト１０の走行方向に対して傾斜しているか、走行方向と同じ方向である。本実施形態では、第１のフリーローラ１４の中心軸線Ｃ１４は、ＸＹ仮想平面において、第１のクローラベルト１０の走行方向に対して傾斜角θａ＝４５度をもって傾斜している。

第２のクローラベルト１１のスラットピース１１１のそれぞれには、概ね円柱状をなす第２のフリーローラ１５が回転可能に取り付けられている。第２のフリーローラ１５は、第１のクローラベルト１０のホイール間パスとの交差部で第１のフリーローラ１４の転動面（外周面）とトルク伝達関係で接触し、接触相手の第１のフリーローラ１４の中心軸線Ｃ１４に対してねじれの位置関係にある方向に延在する中心軸線Ｃ１５の周りに回転可能に取り付けられている。ねじれの位置関係とは、空間内の２本の直線（軸線）が、平行でなく、かつ、互いに交わっていないこと、つまり同一平面に乗れない位置関係のことである。

つまり、第２のフリーローラ１５の中心軸線Ｃ１５は、ＸＹ投影平面で見て第１のフリーローラ１４の中心軸線Ｃ１４に対して傾斜角θｂ＝４５度をもって傾斜している。更に、換言すると、第２のフリーローラ１５の中心軸線Ｃ１５は、第１のフリーローラ１４の中心軸線Ｃ１４と非平行（ねじれ）で、且つインナクローラベルト１１の移動方向（Ｙ方向）に直交していなければよい。

なお、本実施形態においては、第１のクローラベルト１０には第１のフリーローラ１４が並列に２列設け、第２のクローラベルト１１には第２のフリーローラ１５を１列設けるものとしたが、本発明は、これに限定されるものではない。また、フリーローラ１４，１５を単純な円柱形としたが、作動時の円滑性を考慮すると、軸方向中央部が僅かに膨出した樽形にすることが好ましい場合もある。

基台４、５は、第１のクローラベルト１０、第２のフリーローラ１５のホイール配置方向に従って直交配置になっており、連結棒１６によって上下方向に相対変位可能に連結されている。連結棒１６の部分には圧縮コイルばね１６１が組み込まれている。圧縮コイルばね１６１は、基台５を基台４に対して下向きに付勢している。これにより、第１のクローラベルト１０と第２のクローラベルト１１の互いのホイール間パス交差部において、第２のフリーローラ１５の外周面は、第１のフリーローラ１４の外周面に、常時所定値以上の押圧力、つまり、摩擦力によって運動を伝達（トルク伝達）するのに必要な押圧力をもって接触する。

このように構成された実施形態１の全方向駆動装置１においては、図４に示されているように、例えば、第１のクローラベルト１０の走行を停止して第２のクローラベルト１１のみを、第２の電動モータ１３によって図４の紙面の左方へ向けて駆動（Ｄ１）すると、第２のクローラベルト１１と共にこれに設けられた第２のフリーローラ１５が同方向（左方）へ移動する。

すると、第２のフリーローラ１５に対して４５度の傾きをもって交差した状態（ねじれ関係）で外周面同士で接する第１のフリーローラ１４には、第２のクローラベルト１１の走行移動に伴って第２のフリーローラ１５の軸線方向に作用するスラスト力の分力により、図４のＡ方向から見て反時計廻り方向の回転力が加わる。

これにより、第１のフリーローラ１４が反時計廻り方向に回転駆動され、第１のフリーローラ１４の中心軸線Ｃ１４の傾きに応じて、図４上で、斜め左下方へ向かって（Ｄ２）駆動装置の機体（基台４、５）が進行することとなる。

これに対し、第２のクローラベルト１１の走行を停止して第１のクローラベルト１０のみを、第１の電動モータ１２によって図４の紙面の上方へ向けて（Ｄ３）駆動すると、第１のフリーローラ１４自体に回転力が作用しないので、アウタクローラベルト１０の駆動方向と反対向きに、即ち、図４上で下方へ向かって駆動装置の機体（基台４、５）が進行することとなる。なお、この時、第２のフリーローラ１５は自由に回転し得るので、第１のフリーローラ１４の第２のフリーローラ１５に対する接触抵抗は殆ど無視し得る。

つまり、本実施形態の全方向駆動装置１によると、第１のクローラベルト１０自体の移動力によって第１の方向（Ｄ３）に平行する向きへの駆動力を発生することができ、第１のクローラベルト１０に支持された第１のフリーローラ１４に対して第２のクローラベルト１１に設けられた第２のフリーローラ１５から回転駆動力を与えることで、第２の方向（Ｄ２）に平行する向きへの駆動力を発生させることができる。更に換言すると、第２のクローラベルト１１の移動によって第１のフリーローラ１４が自転し、第２の方向（Ｄ２）に平行する向きへの駆動力が発生する。従って、第１のクローラベルト１０と第２のクローラベルト１１の進行方向及び各々周速（比率）を適宜に制御して第１の方向と第２の方向とのベクトルを合成することにより、全方向への駆動力を発生させることが可能となる。

この場合、第１のフリーローラ１４に対して常に駆動力が作用し、空すべりが生じる事態を回避するためには、各第１のフリーローラ１４に対して、常に少なくとも１つの第２のフリーローラ１５が転動接触するようにすると良い。本実施例の場合、第１及び第２の移動体の移動方向に沿う長さが概ね同一であることから、第１及び第２のフリーローラ１４、１５の移動体の移動方向に沿う配列密度を適切に定めると共に、第２のフリーローラが、第１のフリーローラよりも多数設けられているようにすると良い。或いは、第２のフリーローラの第２の移動体の移動方向に沿っての配列密度が、第１のフリーローラの対応する配列密度よりも高いようにすると良い。

本実施形態の全方向駆動装置１は、第１のクローラベルト１０を駆動してその反力をホイール間パスから取り出すことができると同時に、第１のフリーローラ１４自体に回転駆動力を加えることができればよいので、第２のフリーローラ１５は、最終的に駆動力を取り出したい側（本実施形態においては下側のホイール間パス）の第１のフリーローラ１４のみに接触していればよく、第１のクローラベルト１０と第２のクローラベルト１１の動力損失を低減する上には、むしろ上側のホイール間パスのホイール間パス１４とは非接触の方が好ましい。

また、第２のクローラベルト１１の上、下両側のホイール間パスを共に第１のクローラベルト１０の内側に入れるようにしてもよいし、第１のクローラベルト１０と第２のクローラベルト１１の関係を本実施形態とは逆、つまり駆動力を作用させる対象に接触しているフリーローラの回転軸を、クローラベルトの延在する向きに沿うものとしてもよい。

図５は、本発明による全方向移動車の一つの実施形態を示している。本実施形態の全方向移動車は、下方開口の箱状の車体１７に走行用球体１８が全方向に転動可能に設けられている。走行用球体１８の下部領域は、車体１７の下方開口部１７１より下方に露呈し、走行面１００に転動可能に接触する。走行用球体１８は、車体１７の下方開口部１７１の近傍に設けられた支持ボール１９により、車体１７より下方に脱落しないようになっている。

車体１７内には走行用球体１８の上方部に位置する形態で全方向駆動装置１が配置されている。全方向駆動装置１は、基台５を車体１７の上部部材１７２に固定され、上部部材１７２より吊り下げ固定されている。この吊り下げ固定で、全方向駆動装置１の第１のフリーローラ１４が走行用球体１８の球面にトルク伝達関係で接触している。これにより、走行用球体１８は全方向駆動装置１によって全方向に転動駆動され、車体１７が全方向に移動することになる。

第１のフリーローラ１４の走行用球体１８の球面に対する接触圧は、車体１７、全方向駆動装置１の自重、車体１７の積載荷重により得られる。

（実施形態２）
図６〜図８は、本発明による全方向駆動装置の実施形態２を示している。

本実施形態の全方向駆動装置２１は、外輪部材２２と内輪部材２３とを同心支持する基体２６を有する。基体２６は、固定側部材２６Ａと、固定側部材２６Ａにヒンジ軸２６１によってヒンジ接続された可動側部材２６Ｂとを有するヨーク形になっている。

基体２６は可動側部材２６Ｂによって第１の移動体である外輪部材２２を中心軸２２ａによって回転可能に支持している。基体２６は固定側部材２６Ａによって第２の移動体である内輪部材２３を中心軸２３ａによって外輪部材２２と同心に回転可能に支持している。

基体２６の可動側部材２６Ｂには外輪回転駆動装置である外輪駆動用電動モータ（第１の駆動手段）２４が取り付けられている。外輪部材２２にはプーリ（或いはスプロケット）３０が同心に一体形成されている。外輪駆動用電動モータ２４は、ベルト（或いはリンクチェーン）３２によってプーリ３０と駆動連結され、外輪部材２２を回転駆動する。

基体２６の固定側部材２６Ａには内輪回転駆動装置である内輪駆動用電動モータ（第２の駆動手段）２５が取り付けられている。内輪部材２３にはプーリ（或いはスプロケット）３１が同心に一体形成されている。内輪駆動用電動モータ２５は、ベルト（或いはリンクチェーン）３３によってプーリ３１と駆動連結され、内輪部材２３を回転駆動する。

外輪部材２２は切頭円錐形状で、外輪部材２２の円錐外周壁（円周面）には、樽形をした複数の第１のフリーローラ２７が外輪部材２２の円周方向に等間隔に各々回転可能に取り付けられている。第１のフリーローラ２７は、駆動力を作用させる対象物に接触するフリーローラであり、各々外輪部材２２の回転方向に対して非直交方向に延在する中心軸線周りに回転可能に取り付けられている。

ここで云う非直交方向とは、第１のフリーローラ２７の中心軸線Ｃ２７（図８参照）が、外輪部材２２の回転方向に対して直交する方向以外の方向、つまり、回転方向に対して傾斜しているか、回転方向と同じ方向である。本実施形態では、第１のフリーローラ２７の中心軸線Ｃ２７は、各フリーローラの配置部位における外輪部材２２の円周面に対する接線面において、外輪部材２２の走行方向に対して傾斜角θｃ＝４５度をもって傾斜している。

内輪部材２３は外輪部材２２と同様に切頭円錐形状で、内輪部材２３の円錐外周壁（円周面）には、樽形をした複数の第２のフリーローラ２８が内輪部材２３の円周方向に等間隔に各々回転可能に取り付けられている。第２のフリーローラ２８は、第１のフリーローラ２７と接触し、接触相手の第１のフリーローラ２７の中心軸線Ｃ２７に対してねじれの位置関係にある方向に延在する中心軸線Ｃ２８の周りに回転可能に取り付けられている。すなわち、第１のフリーローラ２７の中心軸線Ｃ２７と第２のフリーローラ２８の中心軸線Ｃ２８とは、互いの接触箇所において交差している。

つまり、第２のフリーローラ２８の中心軸線Ｃ２８は、各フリーローラの配置部位における外輪部材２２および内輪部材２３の円周面に対する接線面（投影平面）で見て、第１のフリーローラ２７の中心軸線Ｃ２７に対して傾斜角θｄ＝９０度をもって傾斜している。この場合も、第１のフリーローラ２７に対して常に駆動力が作用し、空すべりが生じる事態を回避するためには、各第１のフリーローラ２７に対して、常に少なくとも１つの第２のフリーローラ２８が転動接触するようにすると良い。

本実施形態においては、第１のフリーローラ２７と第２のフリーローラ２８の中心軸線のねじれ角は互いに逆向きとしているが、これに限定されるものではなく、要は、駆動力を作用させる対象に接触している第１のフリーローラ２７の回転軸を外輪部材２２の回転方向に対して非直交に置き、第２のフリーローラ２８の回転軸を内輪部材２３の回転方向に対して非直交に置くと共に、第２のフリーローラ２８の回転軸を、第１のフリーローラ２７の回転軸と非平行に置けばよい。

基体２６の固定側部材２６Ａと可動側部材２６Ｂとの間には圧縮コイルばね２９が設けられている。圧縮コイルばね２９は、基体２６の脚部（軸支部）をなす固定側部材２６Ａと可動側部材２６Ｂを互い近づける方向に付勢する。第１のフリーローラ２７が配置される外輪部材２２の外周面と第２のフリーローラ２８が配置される内輪部材２３の外周面は、ともに同一方向に傾斜した円錐面（テーパ面）であるから、圧縮コイルばね２９のばね力によって固定側部材２６Ａと可動側部材２６Ｂが互い近付く方向に付勢されることにより、対をなす第１のフリーローラ２７と第２のフリーローラ２８との接触が密になる。これにより、第２のフリーローラ２８が第１のフリーローラ２７に対してトルク伝達関係で接触することになる。

なお、実際に駆動力の伝達に寄与する第１のフリーローラ２７、第２のフリーローラ２８は、外輪部材２２、内輪部材２３の下側の一部のものに限られるので、外輪部材２２、内輪部材２３の外周面を単純な円筒形とし、外輪部材２２と内輪部材２３を上下に相対変位自在に支持し、内輪部材２３を下向きに付勢することにより、下側に位置する第１のフリーローラ２７のみに第２のフリーローラ２８の押圧力が作用するように構成してもよい。

本実施形態の全方向駆動装置２１は、外輪部材２２、内輪部材２３のそれぞれに設けられた第１のフリーローラ２７、第２のフリーローラ２８の中心軸線Ｃ２７、Ｃ２８が互いに概ね直交しており、外輪部材２２、内輪部材２３の回転方向及び回転速度に適宜な差を付けることにより、第１のフリーローラ２７における駆動力の作用対象との接触面に作用する駆動力の向きを任意に設定することが可能である。

図８に示されているように、外輪部材２２、内輪部材２３を、外輪駆動用電動モータ２４、内輪駆動用電動モータ２５によって、同一方向へ同一速度で回転させると、外輪部材２２と内輪部材２３との間に相対変位（回転方向の相対変位）が生じないから、第１のフリーローラ２７、第２のフリーローラ２８は、とも自転せず、外輪部材２２の外周の接線方向（Ｄ４）への駆動力が、公転状態で、第１のフリーローラ２７の接地面に作用する。

外輪部材２２の回転を停止して内輪部材２３のみを、図８における内輪部材２３側から見て時計廻り方向へ回転させると、駆動力の作用対象と接触する側に位置する第２のフリーローラ２８が図８で見て下方へ移動するのに連れて、第２のフリーローラ２８に接触している第１のフリーローラ２７に、図８における矢印Ａ方向から見て反時計廻り方向の回転力が作用する。これにより、第１のフリーローラ２７の傾きに応じた斜め左下向き（Ｄ５）に、駆動装置の機体を移動させる駆動力が作用する。

つまり、外輪部材２２自体の回転と、第２のフリーローラ２８から与えられる第１のフリーローラ２７の回転とを適宜に制御すれば、外輪部材２２に設けられた第１のフリーローラ２７における駆動力の作用対象との接触面に全方向への駆動力を作用させることができる。

図９は、本発明による全方向移動車の他の実施形態を示している。なお、図９において、図５に対応する部分は、図５に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

本実施形態の全方向移動車は、車体１７内に全方向駆動装置２１を有し、全方向駆動装置２１の基体２６が車体１７に吊り下げ式に固定連結されている。車体１７に取り付けられた全方向駆動装置２１は、下側に位置する第１のフリーローラ２７が走行用球体１８の球面にトルク伝達関係で接触している。

これにより、走行用球体１８は全方向駆動装置２１によって全方向に転動駆動され、車体１７が全方向に移動することになる。

図１０は、全方向駆動装置２１を用いた本発明による全方向移動車の他の実施形態を示している。

本実施形態の全方向移動車は、全方向駆動装置２１の基体２６の両側（固定側部材２６Ａと可動側部材２６Ｂ）に左右一対のステップ３４を略水平に取り付けられている。基体２６（固定側部材２６Ａ）にはポール３５の下端部が固定されている。ポール３５の上端にはハンドルバー３６が取り付けられている。

この全方向移動車は、一輪車のようなもので、外輪部材２２の第１のフリーローラ２７が直接接地し、左右一対のステップ３４に足を載せ、ハンドルバー３６を手にて握って使用される。

この実施形態でも、外輪部材２２自体の回転と、第２のフリーローラ２８から与えられる第１のフリーローラ２７の回転とを適宜に制御することにより、外輪部材２２アウタドラム２２に設けられた第１のフリーローラ２７における駆動力の作用対象との接触面に全方向への駆動力を作用させることができる。

（実施形態３）
図１１〜図１５は、本発明による全方向駆動装置の実施形態３を示している。なお、図１１〜図１５において、図６〜図８に対応する部分は、図６〜図８に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

実施形態３の全方向駆動装置４１は、実施形態２の外輪部材２２、内輪部材２３に代えて基体２６の固定側材２６Ａと可動側部材２６Ｂに、サイドディスク４２、４３が、各々、中心軸４２ａ、４３ａによって回転自在に取り付けられている。これら２つのサイドディスク４２、４３も、実施形態２と同様に、ベルト／プーリ機構をもって電動モータから個々に回転力が加えられと共に、両者間を狭くする向きに弾発付勢されている。

サイドディスク（第１の回転部材）４２には、そのテーパ外周面よりもう一方のサイドディスク４３の側（図１１で見て右側）に延出した複数個のアーム４５によって、円環軸体４６が固定支持されている。円環軸体４６には周方向移動不能かつ回転不能に多数のインナスリーブ４７が嵌着されている。各インナスリーブ４７にはメタル軸受け４８を一体結合してなる第１のフリーローラ４９が回転可能に装着されている。

第１のフリーローラ４９は、駆動力を作用させる対象物に接触するフリーローラであって、数珠繋ぎ状に円環軸体４６に装着され、各々、円環軸体４６の接線方向軸線周り、すなわち、各第１のフリーローラ４９自体の中心軸線周りに回転可能になっている。

サイドディスク（第２の回転部材）４３のサイドディスク４２の側（図１１で見て左側）には、複数個（例えば８個）の第２のフリーローラ５０が、各々、ブラケット５１によって回転自在に、サイドディスク４３を周方向の等分する位置に配設されている。第２のフリーローラ５０は、第１のフリーローラ４９の側周面にトルク伝達関係で接触し、図１３に示されているように、接触相手の第１のフリーローラ４９の中心軸線Ｃ４９に対してねじれ関係にある方向に延在する中心軸線Ｃ５０の周りに回転可能に取り付けられている。すなわち、第１のフリーローラ４９の中心軸線Ｃ４９と第２のフリーローラ５０の中心軸線Ｃ５０とは、互いの接触箇所において交差している。

つまり、第２のフリーローラ５０の中心軸線Ｃ５０は、各フリーローラの配置部位における一つの投影平面で見て、第１のフリーローラ４９の中心軸線Ｃ４９に対して傾斜角θｅ＝４５度をもって傾斜している。

図１３、図１４に示されているように、第２のフリーローラ５０の中心軸線Ｃ５０は、第１のフリーローラ４９の中心軸相当の円環軸体４６の半径線Ｒに対してある角度をもって傾いていると同時に、円環軸体４６の中心線が接する仮想平面Ｓに対してある角度をもって傾いている。この三次元的な軸線の傾きは、喩えると、ある角度の円錐面上に置かれた「はす歯傘歯車」の歯の傾きに似ている。

このように、第２のフリーローラ５０の支持軸５２を傾けることにより、サイドディスク４２と４３とを相対回転させた際に、第１のフリーローラ４９における第２のフリーローラ５０の接触点には、第１のフリーローラ４９の回転軸線周りと円周方向の摩擦力が作用することとなる。

図１５のモデル図に示す通り、中心軸線Ｃｂの周りに回転自在な丸棒Ｂの外周面に対して中心軸線Ｃｆを傾けたフリーローラＦを押し当て、フリーローラＦを丸棒Ｂの中心軸線Ｃｂに沿って移動させると、フリーローラＦと丸棒Ｂとの接点に作用する摩擦力の分力ｆにより、丸棒Ｂには中心軸線Ｃｂ周りの回転力が作用する。この場合も、第１のフリーローラ４９に対して常に駆動力が作用し、空すべりが生じる事態を回避するためには、各第１のフリーローラ４９に対して、常に少なくとも１つの第２のフリーローラ５０が転動接触するようにすると良い。

この原理を本実施形態の全方向駆動装置４１に当てはめると、例えば、一方のサイドディスク４２の回転を停止して他方のサイドディスク４３のみを回転させると、他方のサイドディスク４３の回転による円周方向の力に対し、第２のフリーローラ５０が接触する第１のフリーローラ４９の中心軸線Ｃ４９周り方向の分力が作用する。これにより、両サイドディスク４２、４３の回転中心軸線に平行な方向（図１１で見て左右方向）への駆動力を、第１のフリーローラ４９における駆動力の作用対象との接触面に作用させることができる。

２つのサイドディスク４２、４３を、同一速度で同一方向に回転させた場合には、第２のフリーローラ５０が接触する相手の第１のフリーローラ４９に中心軸線Ｃ４９周りの回転力が作用しないので、両サイドディスク４２、４３の回転方向の駆動力が第１のフリーローラ４９における駆動力の作用対象との接触面に作用することとなる。

このようにして、サイドディスク４２・４３の回転速度および回転方向を個々に制御することにより、サイドディスク４２に設けられた第１のフリーローラ４９における駆動力の作用対象との接触面に、全方向への駆動力を作用させることができる。

このように構成された全方向駆動装置４１も、上述の実施形態２と同様に、図９や図１０に示されている全方向移動車の全方向駆動装置として用いることができる。

以上、本発明を特定の実施例について説明したが、当業者であれは容易に理解できるように、本発明の発明概念から逸脱することなく様々な変形・変更が可能であって、本発明の発明概念は、添付の請求の範囲に記載された通りである。また、パリ条約に基づく優先権主張の基礎となった日本国出願は、それに言及することをもって、その内容を本願の一部とする。

本発明による全方向駆動装置の実施形態１を示す正面図である。 本発明による全方向駆動装置の実施形態１を示す平面図である。 本発明による全方向駆動装置の実施形態１を示す要部の斜視図である。 実施形態１による全方向駆動装置の作動説明図である。 本発明装置による全方向移動車の一つの実施形態を示す概略構成図である。 本発明による全方向駆動装置の実施形態２を示す正面図である。 本発明による全方向駆動装置の実施形態２を一部切除して示す左側面図である。 実施形態２による全方向駆動装置の作動説明図である。 本発明装置による全方向移動車の他の実施形態を示す概略構成図である。 本発明装置による全方向移動車の他の実施形態を示す概略構成図である。 本発明による全方向駆動装置の実施形態３の要部を示す正面図である。 実施形態３の全方向駆動装置に用いられるフリーローラ構造の概略構成図である。 サイドディスクの軸線方向から見たフリーローラの関係を示す説明図である。 サイドディスクの中心から見たリーローラの関係を示す説明図である。 実施形態３の全方向駆動装置の作動原理を示すモデル図である。

符号の説明

１ 全方向駆動装置
４、５ 基体
１０ 第１のクローラベルト（第１の移動体）
１１ 第２のクローラベルト（第２の移動体）
１２ 第１の電動モータ（第１の駆動手段）
１３ 第２の電動モータ（第２の駆動手段）
１４ 第１のフリーローラ
１５ 第２のフリーローラ
１７ 車体
１８ 走行用球体
２１ 全方向駆動装置
２２ 外輪部材（第１の移動体）
２３ 内輪部材（第２の移動体）
２４ 外輪駆動用電動モータ（第１の駆動手段）
２５ 内輪駆動用電動モータ（第２の駆動手段）
２６ 基体
２７ 第１のフリーローラ
２８ 第２のフリーローラ
４２ サイドディスク（第１の移動体）
４３ サイドディスク（第２の移動体）
４９ 第１のフリーローラ
５０ 第２のフリーローラ

Claims (13)

1. 全方向駆動装置であって、
   基体と、
   前記基体に、それぞれ移動可能に支持された第１の移動体及び第２の移動体と、
   前記第１の移動体及び前記第２の移動体をそれぞれ移動駆動する第１の駆動ユニット及び第２の駆動ユニットと、
   前記第１の移動体に、回転自在にその移動方向に沿って配置され、かつその移動方向に直交する方向に対してゼロでない第１の角度をなす回転軸線を有する複数の第１のフリーローラと、
   前記第２の移動体に、回転自在にその移動方向に沿って配置され、かつその移動方向に直交する方向に対してゼロでない第２の角度をなす回転軸線を有する複数の第２のフリーローラとを有し、
   前記第１の移動体及び前記第２の移動体の少なくとも一方が、その移動方向に移動するに伴い、前記第１のフリーローラが前記第２のフリーローラの対応するものに、それぞれの回転軸線が互いに平行をなすことなく転動接触するように配置され、
   前記第１のフリーローラが駆動対象に接触することを特徴とする全方向駆動装置。
2. 前記第１のフリーローラの回転軸線が、それに対して転動接触する前記第２のフリーローラの回転軸線に対してねじれの位置関係にあることを特徴とする請求項１に記載の全方向駆動装置。
3. 前記駆動対象が路面或いは床面を含むことを特徴とする請求項１に記載の全方向駆動装置。
4. 前記駆動対象が、路面或いは床面に接触する球体を含むことを特徴とする請求項１に記載の全方向駆動装置。
5. 前記第１の移動体及び前記第２の移動体が、互いにある角度をなす１対の無限軌道帯を含み、各無限軌道帯が１対のローラに巻き掛けられ、かつ両ローラの少なくとも一方が、対応する前記駆動ユニットにより駆動されることを特徴とする請求項１に記載の全方向駆動装置。
6. 前記第１の移動体及び前記第２の移動体が、互いに同軸の回転軸線を有する１対の円環部材を含み、各円環部材の外周壁が、対応するフリーローラを回転自在に支持することを特徴とする請求項１に記載の全方向駆動装置。
7. 前記第１の移動体が、前記第１のフリーローラを、その円形軸線周りに回転自在に支持する環状体を含み、前記第２の移動体が、前記第１のフリーローラの対応するものに転動接触する前記第２のフリーローラを回転自在に支持するディスクを含み、前記ディスクが、前記環状体に対して同軸的な回転軸線を有することを特徴とする請求項１に記載の全方向駆動装置。
8. 前記各第１のフリーローラに対して、常に少なくとも１つの前記第２のフリーローラが転動接触することを特徴とする請求項１に記載の全方向駆動装置。
9. 前記基体が、移送対象の荷重を受け持つ荷重受け持ち部を有することを特徴とする請求項１に記載の全方向駆動装置。
10. 前記基体が、前記フリーローラ間の転動接触を促進する向きに、前記両移動体を互いに付勢するための弾性的装置を有することを特徴とする請求項１に記載の全方向駆動装置。
11. 全方向移動車であって、
    請求項１に記載の全方向駆動装置を備え、移送対象の荷重を受け持つ荷重受け持ち部を前記基体に設けたことを特徴とする全方向移動車。
12. 前記第１のフリーローラが、前記駆動対象としての路面或いは床面に接触することを特徴とする請求項１１に記載の全方向移動車。
13. 前記第１のフリーローラが、前記駆動対象としての球体を介して、路面或いは床面に接触することを特徴とする請求項１１に記載の全方向移動車。

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