JP5687174B2 - 全方向移動装置用の走行車輪、摩擦式駆動装置および全方向移動装置 - Google Patents

Description

本発明は、全方向移動装置用の走行車輪、摩擦式駆動装置および全方向移動装置に関し、特に、環状形状をなす芯体の環状中心軸線周りに回転可能な複数個のフリーローラを有する全方向移動式の走行車輪と、その走行車輪を用いた摩擦式駆動装置および全方向移動装置に関する。

乗り物や物品搬送装置、ロボット等に用いられる全方向移動装置の走行車輪として、環状形状をなす芯体の環状中心軸線周りに複数個の回転可能なフリーローラを有する走行車輪が知られている（例えば、特許文献１、２）。この走行車輪は、オムニホイール式と呼ばれ、芯体の環状中心に一致する車輪中心軸線周りの回転（公転）によって前後方向の走行（前後移動）を行い、フリーローラ自体の中心に一致する芯体の環状中心軸線周りの回転（自転）によって横方向の走行（横移動）を行う。

従来の走行車輪の芯体は、一周連続した剛体構造の円環部材によって構成され、円環部材の外周に各々個別のスリーブ部材を介してフリーローラを取り付けられている。スリーブ部材は、円環部材の曲率に合った円弧状軸線による円環部材の外周に嵌合する嵌合孔を有し、外周面が円筒面になっていて、外周面でフリーローラを回転可能に支持する構造になっている。

また、上述の走行車輪の両側に前記環状形状の環状中心と同心の軸線周りに回転自在に駆動側回転部材が配置され、駆動側回転部材の各々に、当該駆動側回転部材の回転中心と同心の円周上に駆動ローラが複数個配置され、各駆動ローラが駆動回転部材の回転軸線に対してねじれの関係をなす回転軸線周りに回転可能で、外周面をもってフリーローラの外周面に接触するように構成された摩擦式駆動装置および全方向移動装置が知られている（例えば、特許文献３）。

特許第３８２０２３９号公報 特開２０１０−２４７６４０号公報 特開２０１１−６３２０９号公報

上述した従来の全方向移動式の走行車輪は、芯体とフリーローラ以外に、特別な形状をしているために生産性が悪いスリーブ部材をフリーローラの個数分、必要とし、生産性および経済性が悪い。また、芯体をなす円環部材は積載荷重に耐える強度を必要とするため、芯体の生産性、経済性も悪い。

従来の全方向移動式の走行車輪は、円環部材が一体構造であって、円環部材が積載荷重によって弾性変形しなければ、接地するフリーローラは最下部に一つのフリーローラだけであり、横移動時の限界駆動力（限界伝達力）が小さい。これに対し円環部材が積載荷重によって弾性変形するものであると、接地するフリーローラは最下部に位置するフリーローラに前後に隣接するフリーローラも接地するようになり、接地面積の増加によって横移動時の限界駆動力が増大する。

しかし、積載荷重による円環部材の弾性変形を円環部材の材料や断面形状によって適正値に制限することは難しい。このため、積載荷重が大きく、円環部材の弾性変形が大きくなると、前後に隣接するフリーローラが互い平行になる。円環部材の環状中心と同心の円周上に配置されてフリーローラの外周面に接触する駆動ローラによってフリーローラを回転駆動する摩擦式駆動装置の場合、前後に隣接するフリーローラが互い平行になると、駆動ローラよりフリーローラへの駆動力の伝達が安定して行われなくなる。

本発明が解決しようとする課題は、横移動時の限界駆動力が大きく、しかも生産性および経済性がよい全方向移動式の走行車輪を得ることである。

本発明による走行車輪は、全方向移動装置用の走行車輪であって、車輪中心軸線（Ｂ）を中心として環状形状をなすように、前記車輪中心軸線（Ｂ）に平行な関節軸線（Ｃ）周りに互いに屈曲可能に連結された複数の関節部材（１０２）と、前記関節部材（１０２）の中心軸線の集合として与えられる前記環状形状の環状中心軸線（Ｄ）周りに回転可能に前記各関節部材（１０２）の外周に回転可能に設けられたフリーローラ（１０６）とを有する。

この構成によれば、複数個の関節部材（１０２）の集合が、環状形状の芯体をなすと同時に、フリーローラ（１０６）を回転可能に支持するスリーブをなす。これにより、走行車輪（１００）の部品点数が削減され、生産性および経済性が向上する。関節部材（１０２）は車輪中心軸線（Ｂ）に平行な関節軸線（Ｃ）周りに互いに屈曲可能に連結されているので、隣接する関節部材（１０２）の屈曲によって複数個のフリーローラ（１０６）を接地させることができる。これにより、走行車輪１００の接地面積が増加し、横移動時の限界駆動力が増大する。

本発明による走行車輪は、好ましくは、互いに隣接する関節部材（１０２）に設けられ、互いの当接によって互いに隣接する関節部材（１０２）がなす前記関節軸線（Ｃ）周りの屈曲角度を規制するストッパ部（１０２Ｋ、１０２Ｌ、１０２Ｌ）を有する。

この構成によれば、関節軸線Ｃ周りに互いに屈曲可能に連結された複数個の関節部材１０２の集合による環体の変形範囲が制限される。

本発明による摩擦式駆動装置は、上述の発明による走行車輪（１００）と、前記走行車輪（１００）の両側に前記環状形状の環状中心と同心の軸線周りに回転自在に配置された駆動側回転部材（４８Ｌ、４８Ｒ）と、前記駆動側回転部材の各々に、当該駆動側回転部材（４８Ｌ、４８Ｒ）の回転中心と同心の円周上に複数個配置され、各々、前記駆動回転部材（４８Ｌ、４８Ｒ）の回転軸線（Ａ）に対してねじれの関係をなす回転軸線周りに回転可能で、外周面をもって前記フリーローラ（１０２）の外周面に接触する駆動ローラ（５６Ｌ、５６Ｒ）とを有する。

この構成によれば、フリーローラ（１０２）の外周面に接触する駆動ローラ５６Ｌ、５６Ｒによってフリーローラ（１０２）が回転駆動される。

本発明による全方向移動装置は、上述の発明による摩擦式駆動装置を含み、前記走行車輪によって走行する。

本発明による走行車輪によれば、横移動時の限界駆動力が大きく、しかも生産性および経済性がよい。

本発明による走行車輪と摩擦式駆動装置と全方向移動装置とを倒立振子型移動体に適用した一つの実施例示すサドル・ステップ格納状態の斜視図。 同実施例のサドル・ステップ繰り出し状態の斜視図。 本実施例による摩擦式駆動装置の縦断面図。 本実施例による摩擦式駆動装置の要部の拡大縦断面図。 本実施例による摩擦式駆動装置の要部の斜視図。 本実施例による走行車輪の接地部分の積載荷重作用時の状態を示す拡大断面図。 本実施例による走行車輪の接地部分の無積載荷重状態を示す拡大断面図。 本実施例による走行車輪に用いられる関節部材を一方の側から見た拡大斜視図。 本実施例による走行車輪に用いられる関節部材を他方の側から見た拡大斜視図。

以下に、本発明による摩擦式駆動装置および倒立振子型移動体の実施例を、図１〜図５を参照して説明する。尚、上下、前後、左右の直交三次元座標軸を、移動体の移動方向に準じて図示のように定義する。

まず、図１、図２を参照して本実施例による倒立振子型移動体の全体構成について説明する。倒立振子型移動体は、互いに連結された下部フレーム１０と上部フレーム２０とを有する。

下部フレーム１０は走行ユニット４０を内蔵している。走行ユニット４０は、一輪式のものであり、内蔵のジャイロスコープ、荷重センサ（図示省略）を用いた倒立振子制御のもとに、下部フレーム１０と上部フレーム２０の全体を起立姿勢に保ち、一輪車として前後左右、斜めの全方向の走行を担う。

下部フレーム１０の左右両側には、左右のステップ１４Ｌ、１４Ｒが跳ね上げ式に格納可能に設けられている。図１は左右のステップ１４Ｌ、１４Ｒが下部フレーム１０の左右両側に形成されたステップ格納部１６Ｌ、１６Ｒに格納された状態を、図２は左右のステップ１４Ｌ、１４Ｒがステップ格納部１６Ｌ、１６Ｒより水平姿勢に繰り出された状態を各々示している。

上部フレーム２０の左右両側には左右の湾曲したサドルアーム２２Ｌ、２２Ｒによって左右個別型のサドル３０Ｌ、３０Ｒが格納可能に設けられている。また、上部フレーム２０では、移動体持ち運び用のハンドル２６が格納可能に設けられている。

サドル３０Ｌ、３０Ｒは、乗員の臀部、大腿部を左右個別に受け持つ乗員用座部であり、平面視で各々円盤状をなしている。図１は左右のサドル３０Ｌ、３０Ｒが上部フレーム２０に左右方向に貫通形成された円筒状空間によるサドル格納部２４に格納された状態を、図２は左右のサドル３０Ｌ、３０Ｒが各々サドルアーム２２Ｌ、２２Ｒによってサドル格納部２４より水平姿勢に繰り出された状態を各々示している。

つぎに、本実施例による走行ユニット４０（摩擦式駆動装置）の詳細を、図３〜図５を参照して説明する。

下部フレーム１０は左右方向に間隔をおいて互いに対向する左側壁部１２Ｌと右側壁部１２Ｒとを有する。走行ユニット４０は下部フレーム１０の左側壁部１２Ｌと右側壁部１２Ｒとの間に配置されている。

走行ユニット４０は、円筒状の左右のマウント部材４２Ｌ、４２Ｒを有する。左右のマウント部材４２Ｌ、４２Ｒは、各々、取付ボルト４４によって左側壁部１２Ｌと右側壁部１２Ｒの内側に固定装着されている。左右のマウント部材４２Ｌ、４２Ｒは、左右方向に延在する一つの駆動側中心軸線Ａを共通の中心軸線としている。すなわち、左右のマウント部材４２Ｌ、４２Ｒは、駆動側中心軸線Ａ上に下部フレーム１０に固定されている。

左右のマウント部材４２Ｌ、４２Ｒは、各々、円筒部４２１Ｌ、４２１Ｒの外周に、左右の円環状のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒをクロスローラ軸受４６Ｌ、４６Ｒによって回転自在に支持している。クロスローラ軸受４６Ｌ、４６Ｒは、ラジアル荷重とアキシャル荷重（スラスト荷重）を受け持つことができるころがり軸受であり、マウント部材４２Ｌ、４２Ｒの円筒部４２１Ｌ、４２１Ｒの外周と、ドライブディスク（駆動回転部材）４８Ｌ、４８Ｒの円筒部４８１Ｌ、４８１Ｒの内周とに各々ねじ締結された締結リング５０、５２によってマウント部材４２Ｌ、４２Ｒとドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒに対してアキシャル方向の定位置に固定されている。

左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒは、各々、円筒部４８１Ｌ、４８１Ｒより大きい径の外側円環部４８２Ｌ、４８２Ｒを有している。外側円環部４８２Ｌ、４８２Ｒには、ローラ軸５４Ｌ、５４Ｒによって左右の駆動ローラ５６Ｌ、５６Ｒが各々回転可能に取り付けられている。左右の駆動ローラ５６Ｌ、５６Ｒは、金属や硬質プラスチック等の高剛性材料により構成され、外側円環部４８２Ｌ、４８２Ｒの円周方向に等間隔をおいて、複数個、配置されており、各々、ローラ軸５４Ｌ、５４Ｒの中心軸線周りに回転可能になっている。

左右のローラ軸５４Ｌ、５４Ｒは、左右対称の配置で、各々、駆動側中心軸線Ａに対してねじれの関係をなす軸線方向に延在している。これにより、左右のローラ軸５４Ｌ、５４Ｒにより支持された左右の駆動ローラ５６Ｌ、５６Ｒは、左右対称で、はすば歯車の歯すじと同様の傾斜配置になる。

左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒは、軸線方向に互いに近付く方向に延出した円筒延長部４８３Ｌ、４８３Ｒを有する。円筒延長部４８３Ｌと４８３Ｒとは、クロスローラ軸受５８によって相対回転可能に連結されている。クロスローラ軸受５８は、ラジアル荷重とアキシャル荷重（スラスト荷重）を受け持つことができるころがり軸受であり、インナレースをもって一方の円筒延長部４８３Ｌの外周面に嵌合し、アウタレースをもって他方の円筒延長部４８３Ｒの内周面に嵌合している。クロスローラ軸受５８のインナレースは円筒延長部４８３Ｌの外周にねじ締結された締結リング６２によって円筒延長部４８３Ｌに軸線方向に固定され、クロスローラ軸受５８のアウタレースは円筒延長部４８３Ｒの外周にねじ締結された締結リング６０によって円筒延長部４８３Ｒに軸線方向に固定されている。

クロスローラ軸受５８は、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒを相対回転可能に連結する連結機構の主要部をなしており、上述の組み付けにより、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの径方向と軸線方向の双方の相対変位を規制（禁止）している。換言すると、クロスローラ軸受５８は、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒを、相対回転可能に同心に連結し、且つ互いに軸線方向に変位できないようにしている。

これにより、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの相互の同心精度が保証されると共に、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの軸線方向の離間量が所定値に不変設定される。

左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの円筒部４８１Ｌ、４８１Ｒの内側、つまり、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの中心部分に画定された円筒状の空間部４８４Ｌ、４８４Ｒには左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒが配置されている。左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒは、ステータコイル（図示省略）等を内蔵したアウタハウジング６６Ｌ、６６Ｒをボルト６８によって左右のマウント部材４２Ｌ、４２Ｒに固定されている。左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒは、ともに駆動側中心軸線Ａ上に配置され、軸線方向に互いに近付く方向に延出したロータ軸７０Ｌ、７０Ｒを有する。

左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒは、各々、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの一つの半径方向で見て、左右の駆動ローラ５６Ｌ、５６Ｒと軸線方向に重複する部分を含んでいる。換言すると、駆動側中心軸線Ａと平行な一つの投影面において、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒと左右の駆動ローラ５６Ｌ、５６Ｒは、軸線方向に重複する部分を含んでいる。

ロータ軸７０Ｌ、７０Ｒの先端部には、左右の波動歯車装置７２Ｌ、７２Ｒのウェーブプラグ７４Ｌ、７４Ｒが固定連結されている。波動歯車装置７２Ｌ、７２Ｒは、周知の構造のものであり、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒと共に駆動側中心軸線Ａ上に配置され、入力部材である楕円形輪郭をした高剛性のウェーブプラグ７４Ｌ、７４Ｒと、ウェーブプラグ７４Ｌ、７４Ｒの外周面に嵌め込み装着されたウェーブベアリング７６Ｌ、７６Ｒと、ウェーブベアリング７６Ｌ、７６Ｒの外周面に摩擦係合し外周面に外歯を有するフランジ付き薄肉円筒形状の可撓性外歯部材７８Ｌ、７８Ｒと、可撓性外歯部材７８Ｒ、７８Ｌの外歯と噛合する内歯を有する高剛性のリング形状の内歯部材８０Ｌ、８０Ｒとを有する。内歯部材８０Ｌ、８０Ｒは、出力部材であり、ボルト８２によって左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒに固定連結されている。

これにより、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒの出力回転は、左右の波動歯車装置７２Ｌ、７２Ｒによって減速され、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒに個別に伝達される。

本実施例では、ウェーブプラグ７４Ｌ、７４Ｒ、ウェーブベアリング７６Ｌ、７６Ｒ、内歯部材８０Ｌ、８０Ｒは、ドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの円筒延長部４８３Ｌ、４８３Ｒの内側空間内に配置されている。このことと、電動モータ６４Ｌ、６４Ｒがドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの円筒部４８１Ｌ、４８１Ｒの内側空間内に配置されていることとが相俟って走行ユニット４０の軸方向寸法の縮小化が図られる。

左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒは、左右の複数個の駆動ローラ５６Ｌ、５６Ｒによる円環状ローラ群によって左右両側より挟むようにして走行車輪１００を前述の駆動側中心軸線Ａと同一あるいは近似の中心軸線上に支持している。換言すると、走行車輪１００は、左右の複数個の駆動ローラ５６Ｌ、５６Ｒによる円環状配置のローラ群によって左右両側より挟まれるようにして左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒより、駆動側中心軸線Ａと同一あるいは近似の中心軸線上に無軸で支持され、自身の中心周りに回転（公転）可能になっている。

つぎに、本実施例による走行車輪１００の詳細を、図３、図５〜図９を参照して説明する。

走行車輪１００は、その全体を図５に示されているように、車輪中心軸線Ｂを中心として略円環状形状（多角形状）をなすように、車輪中心軸線Ｂに平行な関節軸線Ｃ周りに互いに屈曲可能に連結された複数の関節部材１０２を有する。

関節部材１０２は、金属や硬質プラスチックによって構成されたカラー部材（中空体）であり、円筒状部１０２Ａと、円筒状部１０２Ａの軸線方向の一方の端部に形成に形成された円筒状部１０２Ａより大径の大径部１０２Ｃと、大径部１０２Ｃの端部の径方向両側に互いに間隔をおいて突出形成された一対の連結用突出片１０２Ｄと、円筒状部１０２Ａの軸線方向の他方の端部に形成された二面取り形状部１０２Ｅとを有する。二面取り形状部１０２Ｅは、円筒状部１０２Ａと同一外径で、径方向両側に互いに平行な平面部１０２Ｆを有する。

一対の連結用突出片１０２Ｄと平面部１０２Ｆには、各々一つの径方向軸線上を径方向に貫通した貫通孔１０２Ｇ、１０２Ｈが形成されている。一つの関節部材１０２の二面取り形状部１０２Ｅは平面部１０２Ｆが連結用突出片１０２Ｄに整合する向きで隣接する関節部材１０２の一対の連結用突出片１０２Ｄ内に嵌り込む。この状態で、心合わせされた貫通孔１０２Ｇ、１０２Ｈに連結用軸体１０４が挿入されることにより、互いに隣接する関節部材１０２は、各々、連結用軸体１０４を一つの屈曲中心として車輪中心軸線Ｂに平行な関節軸線Ｃ周りに互いに屈曲可能に連結され、その集合で連結個数と同数の多角形状の環状をなす。

連結用軸体１０４は関節部材１０２に抜け止め装着されるものであり、その抜け止めは頭付きボルトとナットとのねじ止め、頭付きピンとスナップリングとの係合、軸部を有する係止クリップ等により行われればよい。

二面取り形状部１０２Ｅの先端面１０２Ｊ、１０２Ｋと大径部１０２Ｃの端面１０２Ｌとは、互いに当接することにより、互いに隣接する関節部材１０２の関節軸線Ｃ周りの屈曲角度を規制するストッパ部をなす。大径部１０２Ｃの端面１０２Ｌは、その全体が関節部材１０２の中心軸線に直交する直交面であるのに対して、二面取り形状部１０２Ｅの先端面１０２Ｊと１０２Ｋとは、関節軸線Ｃを隔てた屈曲内方と屈曲外方にあって関節部材１０２の中心軸線に直交する直交面に対して互いに異なる傾斜角をもって傾斜した傾斜面になっている。

図６に示されているように、直交面に対する傾斜角が小さい側の先端面１０２Ｊが端面１０２Ｌに当接することにより、互いに隣接する関節部材１０２の関節軸線Ｃ周りの屈曲角度の最小値θｍｉｎが設定される。これに対し、図７に示されているように、直交面に対する傾斜角が大きい側の先端面１０２Ｋが端面１０２Ｌに当接することにより、互いに隣接する関節部材１０２の関節軸線Ｃ周りの屈曲角度の最大値θｍａｘが設定される。これにより、互いに隣接する関節部材１０２は、関節軸線Ｃ周りの屈曲角度を最小値θｍｉｎと最大値θｍａｘとの範囲に規制され、関節軸線Ｃ周りに互いに屈曲可能に連結された複数個の関節部材１０２の集合による環体の変形が制限される。

各関節部材１０２にフリーローラ１０６が個別に配置されている。フリーローラ１０６は、円筒状部１０２Ａの軸長と同等の軸長を有するローラであり、金属製のスリーブ１０６Ａと、スリーブ１０６Ａの外周に加硫接着されたゴムローラ部１０６Ｂとにより構成されている。関節部材１０２の円筒状部１０２Ａの外周には、大径部１０２Ｃと円筒状部１０２Ａの二面取り形状部１０２Ｅ側の端部の周溝１０２Ｍに取り付けられたＣリング１１０とに挟まれて２列のボール軸受１０８のインナレースが固定されている。ボール軸受１０８のアウタレースの外周にはスリーブ１０６Ａの内周が嵌合している。

これにより、関節部材１０２はボール軸受１０８によってフリーローラ１０６を円筒状部１０２Ａの中心軸線周りに回転可能に支持している。換言すると、フリーローラ１０６は、複数個の関節部材１０２の中心軸線の集合として与えられる無端の環状形状の環状中心軸線Ｄの周りに、厳密には環状中心軸線Ｄの接線周りにそれぞれが個別に回転可能（自転可能）である。

この構成により、複数個の関節部材１０２の集合が環状形状の芯体をなすと同時に、フリーローラ１０６を回転可能に支持するスリーブをなす。このことにより、走行車輪１００は、フリーローラ１０６を自転可能に支持するための特別な形状をしたスリーブ部材、つまり、円環部材の曲率に合った円弧状軸線による円環部材の外周に嵌合する嵌合孔を有し、外周面が円筒面になっているスリーブ部材を必要としない。このことは、走行車輪１００の部品点数の削減、生産性および経済性の向上になる。

ここで、互いに隣接する関節部材１０２の関節軸線Ｃ周りの屈曲角度の最小値θｍｉｎ（図６参照）は、互いに隣接するフリーローラ１０６が平行になることなく接地する角度に設定され、最大値θｍａｘ（図７参照）は、互いに隣接するフリーローラ１０６の車輪中心軸線Ｂ側（図７で見て上側）が干渉（接触）しない角度に設定されている。

図３、図５に示されているように、左右の複数個の駆動ローラ５６Ｌ、５６Ｒが、各々、外周面をもって走行車輪１００の実質的な外周面をなすフリーローラ１０６のゴムローラ部１０６Ｂの外周面に当接（接触）することにより、走行車輪１００の形状を略円環状にして、車輪中心軸線Ｂが駆動側中心軸線Ａに一致する位置に支持すると共に、摩擦によってドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの回転（推進力）をフリーローラ１０６に伝達する。

フリーローラ１０６と左右の駆動ローラ５６Ｌ、５６Ｒとの関係（個数）は、最下部分において接地しているフリーローラ１０６には必ず少なくとも一組の左右の駆動ローラ５６Ｌ、５６Ｒが接触し、駆動ローラ５６Ｌ、５６Ｒより、少なくとも接地状態にあるフリーローラ１０６に常に推進力（回転力）が与えられる設定になっている。

左右の駆動ローラ５６Ｌ、５６Ｒは、各々、走行車輪１００の車輪中心軸線Ｂ周りの回転方向、より正確には、各駆動ローラ５６Ｌ、５６Ｒのフリーローラ１０６との接触箇所における接線方向に対して、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周りに回転自在に配置されている。つまり、左右の駆動ローラ５６Ｌ、５６Ｒは、各々、走行車輪１００の中心軸線周りの回転方向（公転方向）に対して傾斜し、ドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの回転軸線に対してねじれの関係をなす回転軸線を有し、ドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの中心軸線に対して平行でも直交でもない一つの仮想面に沿った回転面を有する。

換言すると、左右の各駆動ローラ５６Ｌ、５６Ｒの中心軸線は、フリーローラ１０６の中心軸相当の関節部材１０２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、関節部材１０２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。この三次元的な中心軸線の傾きにより、ドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒにおける駆動ローラ５６Ｌ、５６Ｒの配置は、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（歯すじ）の傾きに似ている。このことについて、より詳細な説明が必要ならば、国際公開２００８／１３９７４０号パンフレット、特開２０１１−６３２０９号公報を参照されたい。

本実施例では、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒによって左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの回転方向あるいは（および）回転速度を互いに違えると、ドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒ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左右の駆動ローラ５６Ｌ、５６Ｒとフリーローラ１０６との接触面に作用する。この分力により、フリーローラ１０６の外表面には、これを捩る力が作用し、フリーローラ１０６が自身の中心軸線周りに回転（自転）することになる。

このフリーローラ１０６の回転は、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの回転速度差によって定まる。例えば、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒを互いに同一速度で逆向きに回転させると、走行車輪１００は全く公転せず、フリーローラ１０６の自転だけが生じる。これにより、走行車輪１００には左右方向の走行力が加わることになり、倒立振子移動体は、左右方向に移動（真横移動）する。

これに対し、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの回転方向および回転速度が同一である場合には、フリーローラ１０６が自転することがなく、走行車輪１００が公転し、倒立振子移動体は、前進（直進）あるいは後進する。

このように、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒによって左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒ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、倒立振子移動体は、路面上で全方向へ移動することができる。

走行車輪１００は、図６に示されているように、互いに隣接する関節部材１０２の関節軸線Ｃ周りの屈曲角度の最小値θｍｉｎを先端面１０２Ｊと端面１０２Ｌとに当接によって設定されているから、３個のフリーローラ１０６が互いに平行になることなく接地する。これにより、走行車輪１００の接地面積が増加し、横移動時、つまり左右方向移動時の限界駆動力が増大する。しかも、３個のフリーローラ１０６が互いに平行になることがないから、駆動ローラ５６Ｌ、５６Ｒよりフリーローラ１０６への駆動力の伝達が不安定になることもない。

また、走行車輪１００は、図７に示されているように、互いに隣接する関節部材１０２の関節軸線Ｃ周りの屈曲角度の最大値θｍａｘを先端面１０２Ｋと端面１０２Ｌとに当接によって設定されているから、互いに隣接するフリーローラ１０６の車輪中心軸線Ｂ側が干渉することない。これにより、隣接するフリーローラ１０６同士の接触によって各フリーローラ１０６の個別の自転が阻害されることがない。

以上、本発明を、その好適形態実施例について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施例により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。たとえば、波動歯車装置７２Ｌ、７２Ｒは遊星歯車装置に代えることができる。また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。

１０ 下部フレーム
１４Ｌ、１４Ｒ ステップ
２０ 上部フレーム
３０Ｌ、３０Ｒ サドル
４０ 走行ユニット
４２Ｌ、４２Ｒ マウント部材
４８Ｌ、４８Ｒ ドライブディスク
５６Ｌ、５６Ｒ 駆動ローラ
５８ クロスローラ軸受
６４Ｌ、６４Ｒ 電動モータ
７２Ｌ、７２Ｒ 波動歯車装置
１００ 走行車輪
１０２ 関節部材
１０２Ｊ 先端面
１０２Ｋ 先端面
１０２Ｌ 端面
１０４ 連結用軸体
１０６ フリーローラ
Ａ 駆動側中心軸線
Ｂ 車輪中心軸線
Ｃ 関節軸線
Ｄ 環状中心軸線

Claims (4)

1. 全方向移動装置用の走行車輪であって、
   車輪中心軸線を中心として環状形状をなすように、互いに隣接するもの同士を前記車輪中心軸線に平行な軸線方向に延在する連結用軸体によって前記車輪中心軸線に平行な関節軸線周りにのみ互いに屈曲可能に連結された円筒状の複数の関節部材と、
   前記関節部材の中心軸線の集合として与えられる前記環状形状の環状中心軸線周りに回転可能に前記各関節部材の外周に回転可能に設けられたフリーローラと、
   を有する走行車輪。
2. 互いに隣接する関節部材に設けられ、互いの当接によって互いに隣接する関節部材がなす前記関節軸線周りの屈曲角度を規制するストッパ部を有する請求項１に記載の走行車輪。
3. 請求項１または２に記載の走行車輪と、
   前記走行車輪の両側に前記環状形状の環状中心と同心の軸線周りに回転自在に配置された駆動側回転部材と、
   前記駆動側回転部材の各々に、当該駆動側回転部材の回転中心と同心の円周上に複数個配置され、各々、前記駆動回転部材の回転軸線に対してねじれの関係をなす回転軸線周りに回転可能で、外周面をもって前記フリーローラの外周面に接触する駆動ローラと、
   を有する摩擦式駆動装置。
4. 請求項３に記載の摩擦式駆動装置を含み、前記走行車輪によって走行する全方向移動装置。

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