JP5292286B2 - 全方向に移動可能な乗り物 - Google Patents

Description

本発明は、人間が搭乗して走行する乗り物に関し、特に、全方向移動可能な一輪駆動式の乗り物に関するものである。

人間が搭乗する筐体の中央部に１つの車輪を配置した乗り物（例えば、特許文献１）、あるいは２つの車輪間に人間が搭乗するステップ台を配置したり、２つの車輪の両側に人間が搭乗するペダルを配置したりする乗り物（例えば、特許文献２）が知られている。
特開２００４−１２９４３５号公報（図３９〜図４２） 特開２００６−８０１３号公報（図３１〜図３４）

しかるに、特許文献１に記載の乗り物は、進路の変更時には、車軸を傾けることによって車輪のサイドウォールの接地面の半径寸法差を利用して旋回するので、ある程度の旋回円半径が必要である。そのため、鋭角的な方向転換（極小旋回半径による旋回等）ができず、走行可能な環境に制約がある。また、車軸を傾けないと旋回できないので、進路変更時には搭乗面が傾くことになり、搭乗面の傾きに乗車姿勢を対応させる必要がある。

特許文献２に記載の乗り物によると、２つの車輪の回転速度あるいは回転方向を個別に制御することにより、殆どその場での方向転換を行うことが可能であるが、２つの車輪を並列に設けねばならないため、幅寸法が増大せざるを得ず、これも通路が狭隘な環境であると、その利用に制約を受ける。

本発明は、このような従来技術の課題を解決すべく案出したものであり、その主な目的は、乗車姿勢を大きく変化させずに小回りが利き、しかも狭隘な環境での利用に不便を生じないように構成された乗り物を提供することにある。

本発明による乗り物は、車体と、円形の横断面形状を有し、床面又は路面に接するべき接地点を有する円環状の１つの走行駆動輪と、前記走行駆動輪を駆動するための駆動アセンブリと、前記車体に設けられた、前記走行駆動輪の接地点より離れた位置にて接地可能な接地部材とを有し、前記走行駆動輪が、当該走行駆動輪の中心軸線（Ｂ）周りに回転可能、且つ、前記円形の横断面形状の環状中心線（Ｃ）を中心として回転可能で、前記走行駆動輪が当該走行駆動輪の中心軸線（Ｂ）周りに回転駆動されることにより前記車体が前後進方向移動し、前記走行駆動輪が前記横断面形状の中心（Ｃ）を中心として回転駆動されることにより前記車体が左右横方向移動することを特徴としている。この円環状の走行駆動輪は、フレキシブルな管を無端円環状としたものや、無端円環状部材に、ディスクリートな複数のローラを、その周方向に沿って、周方向或いは接線方向を向く軸線周りに回転可能に支持したものであって良い。

本発明による乗り物は、好ましくは、前記接地部材を、接地状態と非接地状態との間で選択的に変位させるための機構を更に有する。また、前記接地部材は、前記走行駆動輪の前後方向後方に設けられていると良い。或いは、前記接地部材は、前記走行駆動輪の左右両側に設けられるものであっても良い。

接地部材は、転動不能部材であっても良いが、前記走行駆動輪の中心軸線に平行な軸線周りに回転自在な補助輪であっても良い。また、接地部材は、接地部材が、左右方向に駆動可能であって前後方向に自在に従動可能な補助輪からなるものであって良い。或いは、前記接地部材は、水平な軸線周り及び垂直軸線周りに回転自在な補助輪であっても良い。その場合は、前記補助輪は、付勢手段によって、前記水平回転軸線が前記走行駆動輪の前記中心軸線（Ｂ）と平行になる向きに弾力的に付勢されているものであっても良い。

このような本発明の構成によれば、接地部材が、乗り物の直立姿勢を維持するのを容易にする働きを発揮する。更に、接地部材が乗り物の進行方向を規制する能力を有する転動不能部材或いは補助輪である場合には、接地部材を接地させた状態で、走行駆動輪を当該走行駆動輪の円形の横断面形状を中心して回転駆動し、車体を左右横方向移動させると、車体は旋回することが可能となり、前後方向に水平移動することばかりでなく、旋回運動が可能となる。即ち、乗り物は、走行駆動輪の接地点と接地部材の接地点との離間距離を最小旋回半径として、任意の旋回半径をもって旋回できることとなる。このように、乗車姿勢を大きく変化させずに小回りが利き、しかも狭隘な環境での利用に不便を生じない乗り物を提供することができる。

本発明の或る実施例によれば、前記駆動アセンブリが、各々前記車体に所定の軸線方向間隔をおいて配置され互いに同一の中心軸線（Ａ）周りに回転可能に取り付けられた左右の回転部材と、前記車体に取り付けられ、前記左右の回転部材を独立に回転駆動する駆動ユニットと、前記左右の回転部材の各々の円周周りに取り付けられた複数個のフリーローラとを有し、前記走行駆動輪は、前記左右の回転部材の間に配置されて軸線方向両側より前記左右の回転部材の前記フリーローラによって挟まれるようにして前記左右の回転部材の中心軸線（Ａ）と同一の中心軸線（Ｂ）周りに回転可能に支持され、少なく一方の回転部材において、前記フリーローラは、前記走行駆動輪の中心軸線（Ｂ）周りの回転方向に対してねじれの関係をなす（即ち直交および平行の何れでもない）方向に延在する中心軸線（Ｄ）周りに回転自在に設けられて前記走行駆動輪の外表面に接触している。

この実施例によれば、走行駆動輪を、左右の回転部材により、フリーローラを介して挟持されることとなり、走行駆動輪とフリーローラとの間の転動接触を確実に行うことが可能となり、かつ構造が単純化される。

本発明の別の実施例によれば、前記駆動アセンブリが、前記環状部材に対して同一の中心軸線（Ａ）周りに回転可能に取り付けられた回転部材と、前記回転部材を回転駆動する駆動ユニットと、前記回転部材の円周周りに取り付けられた複数個のフリーローラとを有し、前記走行駆動輪は、前記回転部材に対向配置されて軸線方向一方の側より前記回転部材の前記フリーローラによって係合され、前記フリーローラは、前記走行駆動輪の中心軸線（Ｂ）周りの回転方向に対してねじれの関係をなす方向に延在する中心軸線（Ｄ）周りに回転自在に設けられて前記走行駆動輪の外表面に接触している。

この実施例によれば、前記駆動アセンブリが、１つのみの回転部材を備えるものであって良く、部品点数が低減される。

本発明の更に別の実施例によれば、前記接地部材が、前記走行駆動輪の左右方向に離間した位置に接地する、前記走行駆動輪と平行な回転軸線を有する１対の補助輪からなり、前記補助輪が、個別に作動可能な制動機構を有する。これらの補助輪のいずれかを制動すれば、乗り物にヨーモーンメントを加えることができ、これによっても乗り物を旋回可能とすることができる。更に、接地部材が、左右方向に駆動可能であって前後方向に自在に従動可能な補助輪からなる場合は、乗り物は、前後方向に自由に移動すると同時に、走行中でも停止中度も自在に旋回することができ、特に小回りが利くものとすることができる。また、補助輪を支持するアームを弾発的に傾動可能とし、傾動角に応じて制動作用が発揮されるようにすれば、操作性の良い全方向に移動可能な乗り物が提供される。

本発明による乗り物の一つの実施形態を、図１〜図７を参照して説明する。

本実施形態の乗り物１は、ヨーク状の車体７を有し、車体７が走行駆動輪２を回転可能に支持している。

車体７は、一方の脚片状の右側部材７Ｒと、右側部材７Ｒにヒンジ軸７１によってヒンジ接続された他方の脚片状の左側部材７Ｌとを有する。右側部材７Ｒには右側ステップ３２Ｒが、左側部材７Ｌには左側ステップ３２Ｌが各々略水平に取り付けられている。車体７の右側部材７Ｒにはポール３３の下端部が固定されている。ポール３３は、車体７より垂直に立てられており、ポール３３の上端部には水平方向にハンドルバー３４が取り付けられている。なお、乗り物１の車体は、互いに一体構造の、車体７、左右のステップ３２Ｒ、３２Ｌ、ポール３３、ハンドルバー３４であると云える。

車体７にはアーム３６によって接地部材をなす補助輪３５が取り付けられている。この補助輪３５、アーム３６については、詳しく後述する。

つぎに、走行駆動輪２とその駆動機構について、主に、図３〜図７を参照して説明する。

右側部材７Ｒは支持軸６Ｒによって右側の回転部材４Ｒを回転可能に支持している。左側部材７Ｌは支持軸６Ｌによって左側の回転部材４Ｌを回転可能に支持している。これにより、左右の回転部材６Ｒ、６Ｌは、所定の軸線方向間隔（左右方向間隔）をおいて、車体７に、互いに同一の中心軸線（Ａ）周りに、各々回転可能に取り付けられる。

回転部材４Ｒ、４Ｌには、プーリ９Ｒ、９Ｌ（或いはスプロケット）が一体的に形成されている。車体７には、二つの電動モータ５Ｒ、５Ｌが取り付けられている。電動モータ５Ｒは、ベルト１０Ｒ（或いはリンクチェーン）によってプーリ９Ｒと駆動連結され、プーリ９Ｒを回転駆動する。電動モータ５Ｌは、ベルト１０Ｌ（或いはリンクチェーン）によってプーリ９Ｌと駆動連結され、プーリ９Ｌを回転駆動する。

なお、車体７には、図示していないが、電動モータ５Ｒ、５Ｌの電源として、リーチャージブルなバッテリ電源が搭載される。

回転部材４Ｒ、４Ｌは、互い対向する側に切頭円錐状のテーパ外周面４１Ｒ、４１Ｌを有する。回転部材４Ｒのテーパ外周面４１Ｒには、複数個（例えば８個）のフリーローラ３Ｒが、各々ブラケット４２Ｒによって、回転部材４Ｒ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。回転部材４Ｌのテーパ外周面４１Ｌには、複数個（例えば８個）のフリーローラ３Ｌが、各々ブラケット４２Ｌによって、回転部材４Ｌ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。

走行駆動輪２は、タイヤ用ゴム等、ゴムやゴム状の物性を示す樹脂（ゴム類似物質）のように、弾性的に撓むゴム状弾性体により円環状に構成され、中実あるいは中空で、円形の横断面形状を有する。走行駆動輪２は、この円形の横断面形状の中心（断面中心）（Ｃ）を中心として回転可能になっている。

なお、走行駆動輪２の外表面に、グリッド溝が形成されている場合には、厳密には、走行駆動輪２の横断面形状（外郭）は、円形にならないが、走行駆動輪２の横断面形状は、当該横断面形状の中心（Ｃ）を中心として回転可能であればよく、ここでは、グリッド溝が形成されているようなものも、まとめて円形と云う。

走行駆動輪２は、左右の回転部材４Ｒ、４Ｌの間に配置され、当該走行駆動輪２の中心軸線（対称軸）両側（左右両側）より左右の回転部材４Ｒ、４Ｌのフリーローラ３Ｒ、３Ｌによって挟まれるようにして左右の回転部材４Ｒ、４Ｌの中心軸線（Ａ）と同一の中心軸線（Ｂ）（対称軸）周りに回転可能に支持されている。

車体７の右側部材７Ｒと左側部材７Ｌとの間には圧縮コイルばね８が設けられている。圧縮コイルばね８は、車体７の脚部（軸支部）をなす右側部材７Ｒと左側部材７Ｌを互い近づける方向に付勢する。これにより、フリーローラ３Ｒ、３Ｌが走行駆動輪２の外表面に向けて付勢され、フリーローラ３Ｒ、３Ｌが、走行駆動輪２の外表面に摩擦力をもって運動（回転）を走行駆動輪２に伝達するトルク伝達関係で接触する。

フリーローラ３Ｒ、３Ｌは、走行駆動輪２の中心軸線（Ｂ）周り（回転部材４Ｒ、４Ｌの中心軸線（Ａ）周りと同じ）の回転方向（より正確には、接触箇所における中心軸線（Ｂ）周りの円周の接線方向）に対して、直交および平行の何れでもない方向に延在する中心軸線（Ｄ）周りに回転自在に配置されている。つまり、フリーローラ３Ｒ、３Ｌが走行駆動輪２の中心軸線（Ｂ）周りの回転方向に対して傾斜している。

このことを、図６、図７を参照して詳細に述べると、各フリーローラ３Ｒ、３Ｌの中心軸線（Ｄ）は、走行駆動輪２の対称軸の軸方向から見て、少なくとも走行駆動輪２の径方向Ｒに対してある角度（図６のα）をもって傾いていると同時に、走行駆動輪２の内周側から径方向に見て、走行駆動輪２の断面中心線に対してある角度（図７のβ１、β２）をもって傾いている。このような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。ここで、走行駆動輪２の断面中心線とは、走行駆動輪２の円形の横断面形状の中心（断面中心）Ｃがなす中心線であり、主輪中心軸線（Ｂ）と同心の円である。以降、走行駆動輪２の断面中心線を断面中心線（Ｃ）と云う。

なお、傾斜角αは、０度と９０度の何れでもなく、角度β１、β２は何れも９０度でない。

このように、フリーローラ３Ｒ、３Ｌの中心軸線（Ｄ）を、水平な中心軸線（Ａ＝Ｂ）に対して直交する仮想垂直面に対して三次元的に傾けることにより、各フリーローラ３Ｒ、３Ｌの外周面と走行駆動輪２の外表面との接触部において作用する摩擦力が、走行駆動輪２の接線方向（中心軸線（Ａ＝Ｂ）周り方向）と、断面中心線（Ｃ）周り方向とに作用することとなる。なお、フリーローラ３Ｒ、３Ｌは、その一方だけが三次元的に傾いていればよく、他方は走行駆動輪２の回転方向に対して平行であってもよい。

また、上述の摩擦力が最大限発揮されるように、フリーローラ３Ｒ、３Ｌと走行駆動輪２との接触面には、適宜な凹凸加工や粗面加工を施しておくとよい。

左右の回転部材４Ｒ、４Ｌを、電動モータ５Ｒ、５Ｌによって、同一速度で、同一方向に回転させると、回転部材４Ｒ、４Ｌに設けられたフリーローラ３Ｒ、３Ｌを介して、走行駆動輪２に、その回転力が摩擦により伝達される。ここで、各フリーローラ３Ｒ、３Ｌの中心軸線（Ｄ）は、上述の通り傾いており、しかも走行駆動輪２を挟んで対称形に配置されているので、両回転部材４Ｒ、４Ｌが、同一速度で、同一方向に回転すると、各フリーローラ３Ｒ、３Ｌと走行駆動輪２との接触部における摩擦力は、専ら走行駆動輪２の円周（接線）方向、つまり、中心軸線（Ｂ）周り方向に作用する。これにより、走行駆動輪２の中心軸線（Ｂ）周りの駆動力が走行駆動輪２の接地面に作用し、車体７は、換言すると、乗り物１は、前後方向移動する。

図８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の外表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。

この原理を本実施形態の全方向駆動装置１に当てはめると、電動モータ５Ｒ、５Ｌによって左右の回転部材４Ｒ、４Ｌの回転方向あるいは（および）回転速度を互いに違えると、回転部材４Ｒ、４Ｌの回転力による円周（接線）方向の力に対し、この力に直交する向きの分力が走行駆動輪２におけるフリーローラ３Ｒ、３Ｌの当接面（接触面）に作用する。この分力により、走行駆動輪２の外表面には、これを捩る力、即ち走行駆動輪２の断面中心線（Ｃ）周りについての回転駆動力が作用し、走行駆動輪２が断面中心線（Ｃ）周りに回転することになる。

この走行駆動輪２の断面中心線（Ｃ）周りの回転は、回転部材４Ｒ、４Ｌ同士の回転速度差によって定まる。例えば、回転部材４Ｒ、４Ｌを互いに同一速度で逆向きに回転させると、走行駆動輪２は中心軸線（Ｂ）（対称軸線）周りには回転せず、断面中心線（Ｃ）周りについて回転することになる。これにより、走行駆動輪２には、走行駆動輪２の中心軸線（Ｂ）と同じ方向、つまり左右方向の駆動力が加わることになり、車体７は、換言すると、乗り物１は、左右方向移動する。

このように、電動モータ５Ｒ、５Ｌによって回転部材４Ｒ、４Ｌの回転速度および回転方向を独立に制御することにより、乗り物１は、路面上で全方向へ移動することができる。

つぎに、補助輪３５について、図１、図２を参照して説明する。アーム３６は、上端を車体７の後面（背面）に取り付けられたブラケット３６１に水平な枢軸３６２によって枢支され、跳ね上げ可能になっている。アーム３６の先端部（下端）にはヨーク部材３５１が取り付けられている。

補助輪３５は、走行駆動輪２の前後方向後方にあり、ヨーク部材３５１に水平軸３５２によって水平軸線周りに回転可能に取付られている。なお、走行駆動輪２の前後方向とは、走行駆動輪２の中心軸線（Ｂ）に直交する方向であり、走行駆動輪２が進行可能な方向である。補助輪３５は、垂直軸線周りに回転しない首振りしないものでも、ヨーク部材３５１と共に垂直軸線周りに回転可能で、しかも、キャスタ角を付けられているものであってもよい。補助輪３５が垂直軸線周りに回転しないものの場合、補助輪３５は、中心軸線（枢軸３６２）が走行駆動輪２の中心軸線（Ｂ）と平行になるように、向きを設定される。

アーム３６の車体７に対する枢動連結部（枢軸３６２の部分）には、捩りコイルばね３６３が取り付けられている。捩りコイルばね３６３は、アーム３６を下向きに付勢している。これにより、補助輪３５が所定の接地荷重をもって接地する。

ハンドルバー３４にはグリップレバー３７が設けられている。グリップレバー３７は公知のボーデンケーブル（図示せず）によってアーム３６の先端部と連結されている。このグリップレバー３７を握ると、アーム３６が捩りコイルばね３６３のばね力に抗して上向きに回動し（跳ね上がり）、補助輪３５が接地しなくなる。補助輪３５は、このハンドルバー３４の操作により、接地状態と非接地状態とを選択的に取ることができる。なお、このアーム３６の昇降は、グリップレバー３７による手動操作のみならず、電磁アクチュエータなどを用いて電動式に行うことも可能である。

本実施形態の乗り物１は、走行駆動輪２が直接接地し、左右一対のステップ３２Ｒ、３２Ｌに足を載せ、ハンドルバー３４を手で握って使用される。

走行駆動輪２は、走行駆動輪の中心軸線（Ｂ）周りに回転及び円形の横断面形状の環状中心線（Ｃ）を中心として回転により、車体７を前後左右方向に平行移動させることはできるが、それ自体で垂直軸周りの回転即ちヨー運動を行うことはできない。しかしながら、補助輪３５を接地させた状態で、電動モータ５Ｒ、５Ｌによって走行駆動輪２を断面中心線（Ｃ）周りに回転させると、補助輪３５の接地による左右方向（走行駆動輪２の中心軸線（Ｂ）の方向）の横力により進行方向が拘束されることから、走行駆動輪２にはヨー軸（垂直方向）周りのモーメントが作用し、車体７（乗り物１）は旋回することができる。つまり、補助輪３５を用いて、走行駆動輪２の接地点と補助輪３５の接地点とを結ぶ直線に一致しない方向に摩擦力を発生させることにより、ヨー軸方向のモーメントを作用させことができる。これにより、車体７は、比較的小さな旋回半径をもって方向転換を行うことができる。

また、補助輪に代えて、アーム３６の先端部３６ａを、図２中に於いて破線の円内に示すように、歩行用の杖のように先鋭にし、左右前後方向の運動を拘束できるようにすれば、先端部３６ａを接地させた状態で、電動モータ５Ｒ、５Ｌによって走行駆動輪２を断面中心線（Ｃ）周りに回転させると、車体７は、先端部３６ａの接地点と補助輪３５の接地点との離間距離を旋回半径として旋回する。これにより、乗車姿勢を大きく変化させずに小回りが利き、しかも狭隘な環境での利用に不便を生じることがない。

いずれにせよ、走行駆動輪２の円形横断面形状の中心Ｃを中心した回転駆動に、走行駆動輪２の自身の中心軸線（Ｂ）周りの回転駆動を複合し、かつ選択的に補助輪３５或いはアーム３６の先端部３６ａを接地させることにより、車体７は、路面或いは床面上を任意の方向に移動しかつ任意の方向を向くことが可能となる。

直進移動、真後・後退、左右横方向移動、斜め移動等、旋回以外の運転時には、グリップレバー３７を握って図１に仮想線で示されているように、補助輪３５を地面から浮かせればよい。これにより、補助輪３５が走行の抵抗になることなく、快適な一輪車走行を行うことができる。

なお、補助輪３５にキャスタ角が付けられている場合には、直進移動、あるいは真後・後退時も、補助輪３５を接地させ、キャスタ作用によって直進性を改善できる。

また、図９に示されているように、補助輪３５が垂直軸３５３によって垂直軸線周りに回転可能である場合には、付勢手段である捩りコイルばね３５４によって、補助輪３５の中心軸線（Ｄ）が走行駆動輪２の中心軸線（Ｂ）と平行になる向きに弾力的に付勢されている構造とすることもできる。

この構造によれば、補助輪３５を接地させた状態での、直進性の改善と、斜め走行性悪化防止とを両立できる。

また、接地部材は、補助輪３５のような回転体に限られることはなく、非転動の球体等であってもよい。この場合には、旋回時以外はアーム３６を上昇させておき、旋回による方向転換を行うときだけ接地させるようにすればよい。

図１０Ａ及び１０Bは、本発明による乗り物１の更に他の変形実施形態を示している。本実施形態の乗り物１では、アーム３６の下端部には、モータ３５５が固定されている。モータ３５５の出力軸３５６には１対の同一径の円環３５７、３５８が、それぞれ４本のスポーク２５９を介して同軸的に固定されている。両円環のスポーク２５９はそれぞれ９０度の等間隔で、しかも両円環間で４５度の位相差を有するように配置されている。各円環のスポーク間の領域には、例えばポリマ材料からなる樽型のフリーローラ３６０が、円環の周方向或いは接線方向を中心軸線として回転自在に支持されている。従って、モータ３５５を駆動することにより、接地部材として機能するこのアセンブリは、乗り物１を走行駆動輪２の接地点を中心として回転させることができる。また、モータ３５５の駆動・非駆動状態を問わず、走行駆動輪２を駆動した場合には、フリーローラ３６０の作用により、接地部材アセンブリは自由に従動することができる。この実施形態によれば、モータ３５５を選択的に駆動することにより、乗り物１を転舵することができ、小回りの利く走行が可能となる。この接地部材アセンブリは、所謂オムニホイールと呼ばれるＸＹ方向に走行可能なホイールの形態の一例であって、図示実施例以外の他の公知のオムニホイールを本発明に適用することができる。更に、前記実施例と同様に、所望に応じて、接地部材アセンブリを上に跳ね上げ、非接地状態にし得るものとすることができる。

図１１、図１２は、本発明による乗り物１の他の実施形態を示している。本実施形態の乗り物１で使用されている走行駆動輪２は、比較的高剛性の円環軸体２２と、円環軸体２２に各々当該円環軸体２２の接線方向軸線周りに回転可能に取り付けられ、駆動力を作用させる対象物に接触する複数のアウタースリーブ２５とを有する。

より詳細には、円環軸体２２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２３が嵌着されている。各インナスリーブ２３にはメタル軸受２４を一体結合してなるアウタースリーブ２５が回転可能に装着されている。アウタースリーブ２５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２２に装着され、各々、円環軸体４６の接線方向軸線周り、つまり、断面中心線（Ｃ）周りと同等の軸線周りに回転可能、更に換言すると、各アウタースリーブ２５自体の中心軸線周りに回転可能になっている。この場合、アウタースリーブ２５とフリーローラ３Ｒ、４Ｌとの関係（個数)は、接地しているアウタースリーブ２５には必ず少なくとも一つのフリーローラ３Ｒ、４Ｌが接触し、フリーローラ３Ｒ、４Ｌより接地状態にあるアウタースリーブ２５に常に回転力が与えられるような設定になっており、アウタースリーブ２５の空すべりが回避される。

この実施形態の走行駆動輪２の断面中心線は、アウタースリーブ２５の回転軸線同士をリング状に繋げたものとなり、走行駆動輪２の断面中心線（Ｃ）周りの回転は、アウタースリーブ２５自体の回転（自転）によって得られる。

この実施形態の走行駆動輪２では、回転部材４Ｒ、４Ｌと共に回転移動するフリーローラ３Ｒ、４Ｌとの接触によってアウタースリーブ２５が円環軸体２２の周り（断面中心線（Ｃ）周り）に回転し、左右方向への駆動力を接地面に作用させることができると共に、走行駆動輪２全体の回転による円周方向移動により、前後方向への駆動力を接地面に作用させることができる。

図１３は、本発明による乗り物１のもう一つの実施形態を示している。なお、図１３において、図３に対応する部分は、図３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。

本実施形態では、車体７の右側部材７Ｒと左側部材７Ｌに、サイドディスク１４２、１４３が各々互いに同心に回転自在に取り付けられている。

車体７の左側部材７Ｌには電動モータ２４が取り付けられている。サイドディスク１４２にはプーリ（或いはスプロケット）１３０が同心に一体形成されている。電動モータ２４は、ベルト（或いはリンクチェーン）１３２によってプーリ１３０と駆動連結され、サイドディスク１４２を回転駆動する。

車体７の右側部材７Ｒにはもう一つの電動モータ２５が取り付けられている。サイドディスク１４３にはプーリ（或いはスプロケット）１３１が同心に一体形成されている。電動モータ１２５は、ベルト（或いはリンクチェーン）１３３によってプーリ１３１と駆動連結され、サイドディスク１４３を回転駆動する

サイドディスク１４２には、そのテーパ外周面よりもう一方のサイドディスク１４３の側（図１３で見て右側）に延出した複数個のアーム１４５によって、図１２に示されている走行駆動輪２と同等の走行駆動輪２が取り付けられている。

本実施形態では、円環軸体２２は、複数個のアーム１４５によってサイドディスク１４２より固定支持されている。円環軸体２２には、図１２のものと同様に、周方向移動不能かつ回転不能に多数のインナスリーブ（図示省略）が嵌着され、その外周にメタル軸受（図示省略）を一体結合してなるアウタースリーブ２５が回転可能に装着されている。

アウタースリーブ２５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２２に装着され、各々、円環軸体２２の接線方向軸線周り（断面中心線（Ｃ）周り）に回転可能になっている。

サイドディスク１４３のサイドディスク１４２の側（図１３で見て左側）には、複数個のフリーローラ１５０が、各々、ブラケット１５１によって回転自在に、サイドディスク１４３を周方向の等分する位置に配設されている。フリーローラ１５０は、アウタースリーブ２５の側周面に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２５の中心軸線に対してねじれ関係にある方向に延在する中心軸線の周りに回転可能に取り付けられている。すなわち、アウタースリーブ２５の中心軸線とフリーローラ１５０の中心軸線とは、互いの接触箇所においてねじれ関係にある。

つまり、フリーローラ１５０の中心軸線は、各フリーローラの配置部位における中心軸線（Ａ）方向への投影平面で見て、アウタースリーブ２５の中心軸線に対して所定の傾斜角をもって傾斜している。フリーローラ１５０の中心軸線は、アウタースリーブ２５の中心軸相当の円環軸体２２の半径線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２２の中心線が接する仮想平面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、フリーローラ１５０の支持軸１５２を傾けることにより、サイドディスク１４２と１４３とを相対回転させた際に、アウタースリーブ２５におけるフリーローラ１５０の接触点には、アウタースリーブ２５の回転軸線周りと円周接線方向の摩擦力が作用することとなる。この実施形態でのアウタースリーブ２５とフリーローラ１５０との関係（個数)は、接地しているアウタースリーブ２５には必ず少なくとも１つのフリーローラ１５０が接触し、フリーローラ１５０より接地状態にあるアウタースリーブ２５に常に回転力が与えられるような設定になっており、アウタースリーブ２５の空すべりが回避される。

この構成により、一方のサイドディスク１４２の回転を停止して他方のサイドディスク１４３のみを回転させると、他方のサイドディスク１４３の回転による円周接線方向の力に対し、フリーローラ１５０が接触するアウタースリーブ２５の中心軸線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１４２、１４３の回転中心軸線に平行な方向（図１３で見て左右方向）への駆動力を、アウタースリーブ２５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１４２、１４３を、同一速度で同一方向に回転させた場合には、フリーローラ１５０が接触する相手のアウタースリーブ２５に中心軸線周りの回転力が作用しないので、両サイドディスク１４２、１４３の回転方向の駆動力がアウタースリーブ２５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１４２、１４３の回転速度および回転方向を独立に制御することにより、前述の実施形態と同様に、サイドディスク１４２に設けられたアウタースリーブ２５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１４（Ａ）、（Ｂ）は、本発明による乗り物１の他の実施形態を示している。この実施形態では、左右のステップ３２Ｒ、３２Ｌに各々枢軸３６２Ｒ、３６２Ｌによって左右一対のアーム３６Ｒ、３６Ｌが取り付けられている。アーム３６Ｒ、３６Ｌは、各々、ステップ３２Ｒ、３２Ｌより、斜め下、左右外方へ向けて延在しており、先端部（下端）で補助輪３５Ｌ、３５Ｒを回転可能に支持している。補助輪３５Ｒ、３５Ｌの回転中心は、走行駆動輪２の中心軸線と平行になっている。なお、補助輪３５Ｒ、３５Ｌは、首振り可能な自在キャスタであることが好ましい。

左右のアーム３６Ｒ、３６Ｌは、各々、ばね（図示省略）によって、補助輪３５Ｒ、３５Ｌが接地する方向に付勢されている。つまり、図１４で見て、右側のアーム３６Ｒは時計廻り方向へ、左側のアーム３６Ｌは反時計廻り方向へ各々ばね付勢されている。

ステップ３２Ｒ、３２Ｌの下面には、補助輪３５Ｒ、３５Ｌの外周に接触可能なブレーキシュー３８Ｒ、３８Ｌが取り付けられている。

本実施形態では、左右一対のステップ３２Ｒ、３２Ｌに足を載せ、ハンドルバー３４を手にて握った乗車姿勢によって、車体７を左右方向に傾けると、傾けた側の補助輪３５Ｒあるいは３５Ｌがブレーキシュー３８Ｒあるいは３８Ｌに接触し、接触側の補助輪３５Ｒあるいは３５Ｌが制動される。図１４（Ｂ）では、右側の補助輪３５Ｒがブレーキシュー３８Ｒに接触し、右側の補助輪３５Ｒが制動された状態を示されている。

これによれば、走行駆動輪２に前後力を加えた状態で、左右の補助輪３８Ｒ、３８Ｌの一方を制動すれば、制動された補助輪３８Ｒあるいは３８Ｌに前後方向の摩擦力が発生し、制動された補助輪３８Ｒあるいは３８Ｌを中心にして方向転換を行うことが可能である。また、横移動、斜め移動等を行う場合には、補助輪３５Ｌ・３５Ｒを上昇させることは、上述の実施形態と同様である。

なお、ブレーキシュー３８Ｒ、３８Ｌを、ステップ３２Ｒ、３２Ｌに上下移動可能に設け、ハンドルバー３４には左右個別のブレーキ操作用のグリップレバー等を設け、この操作部とブレーキシュー３８Ｒ、３８Ｌとをボーデンケーブル等によって駆動連結し、ハンドルバーを３４に設けたブレーキ操作用グリップレバーを操作することにより、ブレーキシュー３８Ｒあるいは３８Ｌが降下して補助輪３８Ｒあるいは３８Ｌに当接し、当接側の補助輪３８Ｒあるいは３８Ｌが制動されるように構成することもできる。

なお、走行駆動輪２が露出した形態を例示したが、これらをカバーで覆い、カバーに左右のステップ３２Ｒ、３２Ｌを固着するようにしてもよい。

このように構成された乗り物１は、ハンドルバー３４並びに左右のステップ３２Ｒ、３２Ｌに多軸の荷重センサを設け、前後傾斜角センサ及び左右傾斜角センサを車体に設け、回転部材４Ｒ、４Ｌあるいはサイドディスク１４２、１４３に回転速度センサを設け、これらの信号を電子制御装置に入力し、回転部材４Ｒ、４Ｌあるいはサイドディスク１４２、１４３の回転方向並びに回転速度を制御して前進・後退・左行・右行の駆動力を走行駆動輪２に発生させることにより、車体の傾きが所定範囲内となるように、例えば、概ね直立姿勢を常時維持するように、姿勢制御を行うことができる。

また、乗り手の左右のステップ３２Ｒ、３２Ｌへの体重の加え方や、ハンドルバー３４への力の加え方で乗り手の意志を判断し、予め設定されたプログラムに従って、どのように走行するのかを決定するものとすることもできる。

上述したように、本発明による乗り物は、補助輪３５、３５Ｒあるいは３５Ｌの接地点における摩擦力を利用して、走行駆動輪２の接地点周りにヨー軸方向のモーメントを作用させて小回りが利く旋回を行うことができる。

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。

本発明による乗り物の一つの実施形態を示す斜視図である。 本発明による乗り物の一つの実施形態の要部を示す拡大斜視図である。 本発明による乗り物の一つの実施形態の要部を示す正面図である。 一つの実施形態による乗り物の走行駆動輪部分の拡大斜視図である。 一つの実施形態による乗り物の走行駆動輪の斜視図である。 対称軸の軸方向から見た主輪とフリーローラとの関係を示す説明図である。 主輪の中心から径方向に見た主輪とフリーローラとの関係を示す説明図である。 本発明装置の原理を示すモデル図である。 本発明による乗り物の変形実施形態を示す斜視図である。 本発明による乗り物の更なる変形実施形態を示す斜視図である。 本発明による乗り物の更なる変形実施形態を示す断面図である。 本発明による乗り物の他の実施形態の要部を示す正面図である。 他の実施形態による乗り物に用いられる走行駆動輪を示す断面図である。 本発明による乗り物のもう一つの実施形態を示す正面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は本発明による乗り物の他の実施形態の作動概要を示す説明図である。

符号の説明

１ 乗り物
７ 車体
２ 走行駆動輪
５Ｒ、５Ｌ 電動モータ
３５、３５Ｒ、３５Ｌ 補助輪
３６、３６Ｒ ３６Ｌ アーム

Claims (16)

1. 乗り物であって、
   車体と、
   円形の横断面形状を有し、床面又は路面に接するべき接地点を有する円環状のただ１つの走行駆動輪と、
   前記走行駆動輪を駆動するための駆動アセンブリと、
   前記車体に設けられた、前記走行駆動輪の接地点より離れた位置にて接地可能であって前後方向に従動可能な補助輪とを有し、
   前記走行駆動輪が、当該走行駆動輪の中心軸線（Ｂ）周りに回転可能、且つ、前記円形の横断面形状の環状中心線（Ｃ）を中心として回転可能で、前記走行駆動輪が当該走行駆動輪の中心軸線（Ｂ）周りに回転駆動されることにより前記車体が前後進方向移動し、前記走行駆動輪が前記横断面形状の中心（Ｃ）を中心として回転駆動されることにより前記車体が左右横方向移動し、
   前記補助輪を接地させた状態で前記走行駆動輪を前記横断面形状の中心（Ｃ）を中心として回転駆動させることにより前記車体が旋回運動を行うことを特徴とする乗り物。
2. 前記補助輪を、接地状態と非接地状態との間で選択的に変位させるための機構を更に有することを特徴とする請求項１に記載の乗り物。
3. 前記補助輪は、前記走行駆動輪の前後方向後方に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の乗り物。
4. 前記補助輪は、前記走行駆動輪の左右両側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の乗り物。
5. 前記補助輪は、転動不能部材を含むことを特徴とする請求項１に記載の乗り物。
6. 前記補助輪は、水平な軸線周り及び垂直軸線周りに回転自在な補助輪を含むことを特徴とする請求項１に記載の乗り物。
7. 前記補助輪は、付勢手段によって、前記水平回転軸線が前記走行駆動輪の前記中心軸線（Ｂ）と平行になる向きに弾発的に付勢されていることを特徴とする請求項６に記載の乗り物。
8. 前記駆動アセンブリが、各々前記車体に所定の軸線方向間隔をおいて配置され互いに同一の中心軸線（Ａ）周りに回転可能に取り付けられた左右の回転部材と、前記車体に取り付けられ、前記左右の回転部材を独立に回転駆動する駆動ユニットと、前記左右の回転部材の各々の円周周りに取り付けられた複数個のフリーローラとを有し、
   前記走行駆動輪は、前記左右の回転部材の間に配置されて軸線方向両側より前記左右の回転部材の前記フリーローラによって挟まれるようにして前記左右の回転部材の中心軸線（Ａ）と同一の中心軸線（Ｂ）周りに回転可能に支持され、少なくとも一方の回転部材において、前記フリーローラは、前記走行駆動輪の中心軸線（Ｂ）周りの回転方向に対してねじれの関係をなす方向に延在する中心軸線（Ｄ）周りに回転自在に設けられて前記走行駆動輪の外表面に接触していることを特徴とする請求項１に記載の乗り物。
9. 前記走行駆動輪が、フレキシブルな無端筒状体とを含むことを特徴とする請求項１に記載の乗り物。
10. 前記走行駆動輪が、前記無端筒状体内に、その軸線周りの回動を可能にするように挿通された環状部材を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の乗り物。
11. 前記走行駆動輪が、環状部材と、前記環状部材に回転自在に外装された互いに別体をなす複数のスリーブと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。
12. 前記駆動アセンブリが、前記環状部材に対して同一の中心軸線（Ａ）周りに回転可能に取り付けられた回転部材と、前記回転部材を回転駆動する駆動ユニットと、前記回転部材の円周周りに取り付けられた複数個のフリーローラとを有し、
    前記走行駆動輪は、前記回転部材に対向配置されて軸線方向一方の側より前記回転部材の前記フリーローラに接触し、前記フリーローラは、前記走行駆動輪の中心軸線（Ｂ）周りの回転方向に対してねじれの関係をなす方向に延在する中心軸線（Ｄ）周りに回転自在に設けられて前記走行駆動輪の外表面に接触していることを特徴とする請求項１に記載の乗り物。
13. 前記補助輪は、前記走行駆動輪の左右方向に離間した位置に接地する、前記走行駆動輪と平行な回転軸線を有する１対の補助輪からなり、
    前記補助輪が、個別に作動可能な制動機構を有することを特徴とする請求項１に記載の乗り物。
14. 乗り物であって、
    車体と、
    円形の横断面形状を有し、床面又は路面に接するべき接地点を有する円環状のただ１つの走行駆動輪と、
    前記走行駆動輪を駆動するための駆動アセンブリと、
    前記車体に設けられた、前記走行駆動輪の接地点より離れた位置にて接地状態と非接地状態との間で選択的に変位な転動不能部材とを有し、
    前記走行駆動輪が、当該走行駆動輪の中心軸線（Ｂ）周りに回転可能、且つ、前記円形の横断面形状の環状中心線（Ｃ）を中心として回転可能で、前記走行駆動輪が当該走行駆動輪の中心軸線（Ｂ）周りに回転駆動されることにより前記車体が前後進方向移動し、前記走行駆動輪が前記横断面形状の中心（Ｃ）を中心として回転駆動されることにより前記車体が左右横方向移動し、
    前記転動不能部材を接地させた状態で前記走行駆動輪を前記横断面形状の中心（Ｃ）を中心として回転駆動させることにより前記車体が旋回運動を行うことを特徴とする乗り物。
15. 前記転動不能部材は、前記走行駆動輪の前後方向後方に設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の乗り物。
16. 前記駆動アセンブリが、前記環状部材に対して同一の中心軸線（Ａ）周りに回転可能に取り付けられた回転部材と、前記回転部材を回転駆動する駆動ユニットと、前記回転部材の円周周りに取り付けられた複数個のフリーローラとを有し、
    前記走行駆動輪は、前記回転部材に対向配置されて軸線方向一方の側より前記回転部材の前記フリーローラに接触し、前記フリーローラは、前記走行駆動輪の中心軸線（Ｂ）周りの回転方向に対してねじれの関係をなす方向に延在する中心軸線（Ｄ）周りに回転自在に設けられて前記走行駆動輪の外表面に接触していることを特徴とする請求項１４に記載の乗り物。

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