JP6617301B2 - 移動輸送機構 - Google Patents

Description

本発明は、移動輸送機構に関し、詳しくは、全方向移動可能な車輪を備えた移動輸送機構に関する。

全方向移動可能な車輪として、ホイール体の外周に副車輪が配置され、副車輪が、ホイール体の回転中心軸に垂直な面に含まれる回転中心軸を中心に回転するものがある。この車輪は、ホイール体だけが回転すると、一般の車輪と同様に前後方向に移動し、副車輪だけが回転すると左右方向に移動し、ホイール体と副車輪とが同時に回転すると斜め方向に移動する。

例えば、特許文献１には、ホイール体と副車輪とが差動機構を介して回転駆動される移動輸送機構が開示されている。

特許文献２には、ホイール体に副車輪を２列に並べた移動輸送機構が開示されている。図６は、この移動輸送機構１１０の断面図である。図７は、図６の線Ａ−Ａに沿って切断した断面した断面図である。図８は、図６の線Ｂ−Ｂに沿って切断した断面図である。図９は、図６の線Ｃ−Ｃに沿って切断した断面図である。

図６〜図９示すように、ホイール体１２２は、ホイール体１２２の外周に沿って、第１及び第２の副車輪１２４，１２６を回転自在に支持している。ホイール体１２２の回転中心軸１２２ｘに垂直な方向から見ると、第１の副車輪１２４と第２の副車輪１２６との間に、差動機構１３０の差動大歯車１３２，１３４及び差動小歯車１３６と、差動小歯車１３６の回転を第１及び第２の副車輪１２４，１２６に伝達する回転伝達機構とが配置されている。回転伝達機構のローラ１２５，１２７が、第１及び第２の副車輪１２４，１２６の外周面１２４ａ，１２６ａに接触している。第１及び第２の副車輪１２４，１２６は、回転伝達機構のローラ１２５，１２７の回転が摩擦を介して伝達され回転する。

特開２００９−１７９１１０号公報 国際公開第２０１５／１５６２６３号

第１及び第２の副車輪が回転するときの移送輸送機構の推進力を大きくするには、第１及び第２の副車輪に伝達するトルクを大きくする必要がある。

しかしながら、第１及び第２の副車輪が摩擦を介して回転駆動される場合、第１及び第２の副車輪に伝達できるトルクの大きさが制限される。また、一つの回転伝達機構で各３つの第１及び第２の副車輪の全てを回転駆動する場合、狭いスペースに複雑な構成の回転伝達機構を配置するため、回転伝達機構を介して第１及び第２の副車輪に伝達するトルクを大きくすることが難しい。

本発明は、かかる実情に鑑みて、第１及び第２の副車輪に伝達するトルクを大きくすることが容易である移動輸送機構を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した移動輸送機構を提供する。

移動輸送機構は、（ａ）ホイール回転中心軸を中心に回転自在に支持されるホイール体と、（ｂ）前記ホイール回転中心軸の周りに環状に配置され、前記ホイール回転中心軸の方向であるホイール回転中心軸方向から見ると、それぞれの一部分が、前記ホイール体に外接する、前記ホイール回転中心軸を中心とする仮想円より径方向外側に突出するように、前記仮想円に沿って延在する第１の回転中心軸を中心に回転自在に前記ホイール体に支持された４個以上の第１の副車輪と、（ｃ）前記ホイール回転中心軸方向に前記第１の副車輪から離れた位置において、前記ホイール回転中心軸の周りに環状に配置され、それぞれの一部分が前記仮想円より径方向外側に突出するように、前記仮想円に沿って延在する第２の回転中心軸を中心に回転自在に前記ホイール体に支持された４個以上の第２の副車輪と、（ｄ）互いに対向する差動大歯車を有し、前記ホイール体に回転自在に支持された第１及び第２の入力部材と、（ｅ）前記第１及び第２の入力部材の前記差動大歯車に噛み合う差動小歯車を有し、前記ホイール体に回転自在に支持された出力部材と、（ｆ）前記第１の副車輪に取り囲まれるように配置され、前記出力部材の回転を前記第１の副車輪に伝達して前記第１の副車輪を前記第１の回転中心軸を中心に回転させる第１の回転伝達機構と、（ｇ）前記第２の副車輪に取り囲まれるように配置され、前記出力部材の回転を前記第２の副車輪に伝達して前記第２の副車輪を前記第２の回転中心軸を中心に回転させる第２の回転伝達機構と、を備える。

上記構成によれば、第１及び第２の回転伝達機構のそれぞれが回転駆動する副車輪の個数は、一つの回転伝達機構で第１及び第２の副車輪の全てを回転駆動する場合の半分になる。また、第１及び第２の副車輪がそれぞれ４個以上であれば、第１及び第２の副車輪がそれぞれ３個以下である場合に比べ、第１及び第２の副車輪にそれぞれ囲まれたスペースが著しく広くなる。そのため、簡単な構成の第１及び第２の回転伝達機構を広いスペースに配置することができるので、第１及び第２の回転伝達機構を介して第１及び第２の副車輪に伝達するトルクを大きくすることが容易である。

好ましくは、前記第１の回転伝達機構と、前記第２の回転伝達機構とは、（ｉ）一対の端部を有し、それぞれの端部が互いに隣接するように多角形状に配置され、前記ホイール体に回転自在に支持された回転伝達軸と、（ii）前記回転伝達軸の互いに隣り合う前記端部に固定され、互いに隣り合う前記回転伝達軸間の回転を同期させる回転同期部材と、（iii）少なくとも一つの前記回転伝達軸に固定され、前記出力部材の回転が伝達される回転入力部と、を含む。前記回転伝達軸が、前記回転同期部材を介して環状に結合され、同時に回転する。

この場合、各回転伝達軸は、軸方向両側から回転が伝達されるので、軸方向片側のみから回転が伝達される場合より、大きいトルクを伝達することができる。

好ましくは、前記出力部材は、前記第１の回転伝達機構のみに回転を伝達する第１の出力部材と、前記第２の回転伝達機構のみに回転を伝達する第２の出力部材と、からなる。

この場合、一つの出力部材から第１及び第２の回転伝達機構の両方に回転を伝達する場合より、部品点数の削減と軽量化が可能である。また、組立や調整が容易な構成とすることができる。

好ましくは、前記第１及び第２の副車輪の軸方向中間位置に、副車輪プーリーが固定されている。前記第１及び第２の回転伝達機構の前記回転伝達軸は、前記第１の副車輪又は前記第２の副車輪の横に並ぶように配置されている。前記第１及び第２の回転伝達機構は、（iv）前記回転伝達軸の軸方向中間位置に固定された回転伝達プーリーと、（ｖ）前記副車輪プーリーと前記回転伝達プーリーとに巻き掛けられたタイミングベルトと、をさらに含む。

この場合、部品点数の削減と軽量化が可能である。また、組立や調整が容易な構成とすることができる。

好ましい一態様において、前記第１の副車輪の個数が４個であり、前記第２の副車輪の個数が４個である。

第１及び第２の副車輪の個数が、それぞれ４個以上の場合、それぞれの個数が３個以下である場合に比べ、第１及び第２の副車輪に取り囲まれる空間が著しく広がるため、この空間に第１及び第２の回転伝達機構を配置することが容易になり、好ましい。第１及び第２の副車輪の個数が５個以上である場合、それぞれの個数が４個である場合に比べ、第１及び第２の副車輪に取り囲まれる空間は僅かに広がるだけであり、逆に、第１及び第２の回転伝達機構等の構成が複雑になり、部品点数や質量が増え、好ましくない。

また、第１及び第２の副車輪がそれぞれ４個であれば、直角を基準に構成することができ、部品の加工や組立や調整等が容易になる。

本発明によれば、第１及び第２の副車輪に伝達するトルクを大きくすることが容易であり、第１及び第２の副車輪が回転するときの推進力を大きくすることが容易である。

図１は移動輸送機構の外観図である。（実施例１） 図２は移動輸送機構の断面図である。（実施例１） 図３は移動輸送機構の透視図である。（実施例１） 図４は図３のＡ−Ｘ-Ａ線に沿って切断した断面図である。（実施例１） 図５は移動輸送機構の要部構成図である。（実施例１） 図６は移動輸送機構の断面図である。（従来例１） 図７は移動輸送機構の断面図である。（従来例１） 図８は移動輸送機構の断面図である。（従来例１） 図９は移動輸送機構の断面図である。（従来例１）

以下、本発明の実施について、図面を参照しながら説明する。

＜実施例１＞ 実施例１の移動輸送機構１０について、図１〜図５を参照しながら説明する。

図１は移動輸送機構１０の外観図である。図２は、移動輸送機構１０の断面図である。図１及び図２に示すように、移動輸送機構１０は、ホイール回転中心軸Ｘを中心に回転自在に支持されるホイール体４０の外周４１に沿って、交互に、かつ、互い違いに、４個の第１の副車輪２０と、４個の第２の副車輪２１とが配置されている。第１及び第２の副車輪２０，２１は、外形が樽状であり、タイミングベルト２２，２３（図２では、鎖線で図示）を介して回転駆動される。第２の副車輪２１は、ホイール回転中心軸Ｘの方向（以下、ホイール回転中心軸方向という。）に、第１の副車輪２０から離れた位置に配置される。

図３は、ホイール回転中心軸方向に移動輸送機構１０を透視した透視図である。図３に示すように、第１及び第２の副車輪２０，２１は、それぞれ、ホイール回転中心軸Ｘの周りに環状に、かつ、交互に配置されている。第１及び第２の副車輪２０，２１は、それぞれの一部分が、仮想円４０ｘ（すなわち、ホイール体（図３では不図示）に外接する、ホイール回転中心軸Ｘを中心とする仮想円４０ｘ）より径方向外側に突出するように、仮想円４０ｘに沿って延在する第１及び第２の回転中心軸２０ｘ，２１ｘを中心に、回転自在にホイール体に支持されている。

図３に示すように、円周方向に隣り合う第１及び第２の副車輪２０，２１は重なり合い、仮想円４０ｘより径方向外側において、第１の副車輪２０と第２の副車輪２１との包絡線が滑らかに連続している。これにより、移動輸送機構は、ホイール体が回転したときの振動が抑制され、円滑に移動することができる。

図４は、図３のＡ−Ｘ-Ａ線に沿って切断した断面図である。図２及び図４に示すように、ホイール体４０は、支持部４２と、一対の側板４４，４６と、一対の側板４４，４６の間を結合する複数の結合部材４７，４８，４９等により、一体の構成されている。

支持部４２は、一方の側板４４に固定され、他方の側板４６とは反対側に突出している。例えば、支持部４２の外周面４２ｓが軸受を介して回転自在に、車体等に支持される。支持部４２は中空穴４３を有し、この中空穴４３に第１及び第２の入力部材５０，６０の軸部５２，６２が挿通されている。

第１及び第２の入力部材５０，６０は、ホイール体４０に回転自在に支持されているる。第１及び第２の入力部材５０，６０の軸部５２，６２には、互いに対向する差動大歯車５４，６４が、軸部５２，６２と同軸に固定されている。

一対の側板４４，４６の間には、第１及び第２の出力部材７０，７１と、第１の出力部材７０の回転を第１の副車輪２０に伝達する第１の回転伝達機構３０と、第２の出力部材７１の回転を第２の副車輪２１に伝達する第２の回転伝達機構３１とが配置されている。

第１の回転伝達機構３０は、第１の副車輪２０に取り囲まれるように配置されている。第２の回転伝達機構３１は、第２の副車輪２１に取り囲まれるように配置されている。

第１及び第２の出力部材７０，７１は、ホイール体４０の結合部材４７に回転自在に支持された回転軸７２，７３の両端に、差動小歯車７４，７５と、出力歯車７６，７７とが同軸に固定されている。

図３及び図４に示すように、第１及び第２の入力部材５０，６０が有する差動大歯車５４，６４と、第１及び第２の出力部材７０，７１が有する差動小歯車７４，７５は、差動機構１２を構成する。差動大歯車５４，６４と差動小歯車７４，７５には、例えば、すぐばかさ歯車を用いる。

差動小歯車７４，７５は、差動大歯車５４，６４の両方に噛み合っている。差動小歯車７４，７５は、（ａ）差動大歯車５４，６４が同じ方向に絶対値が同じ回転速度で回転すると公転し、（ｂ）差動大歯車５４，６４が互いに反対方向に絶対値が同じ回転速度で回転すると自転し、（ｃ）差動大歯車５４，６４が絶対値が異なる回転速度で相対的に回転すると、自転し、かつ、公転する。

第１及び第２の出力部材７０，７１は、差動小歯車７４，７５が自転可能かつ公転可能となるように、かつ、差動小歯車７４，７５の自転に伴い回転するように、ホイール体４０に回転自在に支持されている。

図２及び図４に示すように、第１及び第２の回転伝達機構３０，３１は、第１及び第２の中間部材８０，８１を含む。第１及び第２の中間部材８０，８１は、ホイール体４０の結合部材４７に回転自在に支持された回転軸８２，８３の両端に、第１又は第２の出力部材７０，７１の出力歯車７６，７７と噛み合う第１中間歯車８４，８５と、第２中間歯車８６，８７とが同軸に固定されている。出力歯車７６，７７と第１中間歯車８４，８５には、例えば、平歯車を用いる。

図５は、ホイール回転中心軸方向から見た移動輸送機構１０の要部構成図である。図５に示すように、第１及び第２の回転伝達機構３０，３１は、（ａ）ホイール体４０に回転自在に支持された４つの回転伝達軸３２ａ〜３２ｄと、（ｂ）回転伝達軸３２ａ〜３２ｄの両端に同軸に固定された交差歯車３４と、（ｃ）回転伝達プーリー３６と、（ｄ）タイミングベルト２２，２３と、を含む。

回転伝達軸３２ａ〜３２ｄは、第１又は第２の副車輪２０，２１の横に配置され、それぞれの端部が互いに隣接するように矩形状に配置される。回転伝達軸３２ａ〜３２ｄの互いに隣り合う端部に固定された交差歯車３４は、互いにかみ合う。交差歯車３４には、例えば、すぐばかさ歯車を用いる。

１つの回転伝達軸３２ｃの軸方向中間位置に、第３中間歯車３８が固定されている。第３中間歯車３８は、第１又は第２の中間部材８０，８１の第２中間歯車８６，８７に噛み合い、第１又は第２の中間部材８０，８１から回転が伝達される。第３中間歯車３８は、第１又は第２の出力部材７０，７１の回転が伝達される回転入力部である。第２中間歯車８６，８７と第３中間歯車３８には、例えば、すぐばかさ歯車を用いる。

回転伝達軸３２ａ〜３２ｄは、交差歯車３４を介して環状に結合され、同時に回転する。各回転伝達軸３２ａ〜３２ｄは、軸方向両側から回転が伝達されるので、軸方向片側のみから回転が伝達される場合より、大きいトルクを伝達することができる。

交差歯車３４は、互いに隣り合う回転伝達軸（３２ａと３２ｂ，３２ｂと３２ｃ，３２ｃと３２ｄ，３２ｄと３２ａ）間の回転を同期させる回転同期部材である。回転同期部材とし、交差歯車３４以外、例えば自在継手を用いてもよい。この場合、回転伝達軸３２ａ〜３２ｄの互いに隣り合う端部に、交差歯車３４の代わりに自在継手を固定し、隣り合う回転伝達軸（３２ａと３２ｂ，３２ｂと３２ｃ，３２ｃと３２ｄ，３２ｄと３２ａ）同士を、自在継手を介して回転自在に結合する。

回転伝達軸３２ａ〜３２ｄの軸方向中間位置には、回転伝達プーリー３６固定されている。第１及び第２の副車輪２０，２１の軸方向中間位置には、副車輪プーリー２４，２５が固定されている。回転伝達プーリー３６と副車輪プーリー２４，２５とに、タイミングベルト２２，２３が巻き掛けられている。第１及び第２の回転伝達機構３０，３１は、第１及び第２の出力部材７０，７１の回転を、タイミングベルト２２，２３を介して、第１及び第２の副車輪２０，２１に伝達し、第１及び第２の副車輪２０，２１を回転させる。

次に、移動輸送機構１０の動作について説明する。

第１及び第２の入力部材５０，６０が同じ方向に絶対値が同じ回転速度で回転すると、差動小歯車７４，７５は、自転することなく公転し、出力部材７０，７１は回転しない。そのため、第１及び第２の副車輪２０，２１が回転することなく、ホイール体４０がホイール回転中心軸Ｘを中心に回転する。その結果、移動輸送機構は前後方向（ホイール回転中心軸Ｘに垂直な方向）に移動する。

第１及び第２の入力部材５０，６０が互いに反対方向に絶対値が同じ回転速度で回転すると、差動小歯車７４，７５は、公転することなく、自転し、出力部材７０，７１は回転する。そのため、ホイール体４０が回転することなく、第１及び第２の副車輪２０，２１が回転する。その結果、移動輸送機構は左右方向（ホイール回転中心軸方向）に移動する。

第１及び第２の入力部材が絶対値が異なる回転速度で相対的に回転すると、差動小歯車７４，７５は、自転し、かつ公転する。これにより、ホイール体４０が回転し、同時に、第１及び第２の副車輪２０，２１が回転する。その結果、移動輸送機構は斜め方向（前後方でも左右方向でもない方向）に移動する。

移送輸送機構１０は、第１及び第２の副車輪２０，２１に伝達するトルクを大きくする容易であり、第１及び第２の副車輪２０，２１が回転するときの推進力を大きくすることが容易である。

すなわち、第１及び第２の回転伝達機構３０，３１がそれぞれ回転駆動する副車輪２０，２１の個数は、一つの回転伝達機構で第１及び第２の副車輪２０，２１の全てを回転駆動する場合の半分になる。また、第１及び第２の副車輪２０，２１がそれぞれ４個以上であれば、第１及び第２の副車輪２０，２１がそれぞれ３個以下である場合に比べ、第１及び第２の副車輪２０，２１にそれぞれ囲まれたスペースが著しく広くなる。そのため、簡単な構成の第１及び第２の回転伝達機構３０，３１を広いスペースに配置することができるので、第１及び第２の回転伝達機構３０，３１を介して第１及び第２の副車輪２０，２１に伝達するトルクを大きくすることが容易である。

さらに、第１及び第２の副車輪２０，２１は、摩擦を介さずに回転が伝達されるため、伝達されるトルクの大きさが摩擦によって制限されることがない。

移動輸送機構１０は、差動機構１２の出力部材が、第１の副車輪２０に回転を伝達するための第１の出力部材７０と、第２の副車輪２１に回転を伝達するための第２の出力部材７１とに分かれているので、一つの出力部材から第１及び第２の回転伝達機構３０，３１の両方に回転を伝達する場合より、部品点数の削減と軽量化が可能である。

第１及び第２の出力部材７０，７１、第１及び第２の回転伝達機構３０，３１、第１及び第２の副車輪２０，２１等は、それぞれ同じ構成とすることによって、組立や調整が容易になる。

第１及び第２の副車輪２０，２１の個数は、それぞれ５個以上にすることも可能であるが、それぞれ４個が最適である。

第１及び第２の副車輪２０，２１の個数が、それぞれ４個以上の場合、それぞれの個数が３個以下である場合に比べ、第１及び第２の副車輪２０，２１に取り囲まれる空間が著しく広がるため、この空間に第１及び第２の回転伝達機構３０，３１を配置することが容易になり、好ましい。第１及び第２の副車輪２０，２１の個数が５個以上である場合、それぞれの個数が４個である場合に比べ、第１及び第２の副車輪２０，２１に取り囲まれる空間は僅かに広がるだけであり、逆に、第１及び第２の回転伝達機構３０，３１等の構成が複雑になり、部品点数や質量が増え、好ましくない。

また、第１及び第２の副車輪２０，２１がそれぞれ４個であれば、移動輸送機構１０は、直角を基準に構成することができ、部品の加工、組立、調整等が容易になる。

＜まとめ＞ 以上に説明したように、移動輸送機構１０は、第１及び第２の副車輪２０，２１に伝達するトルクを大きくすることが容易であり、第１及び第２の副車輪２０，２１が回転するときの推進力を大きくすることが容易である。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。

本発明は、電動車椅子、移動車両、搬送台車、無人搬送車、フォールリフト、移動ロボット、コンベア等の用途に適用できる。

１０ 移動輸送機構
１２ 差動機構
２０ 第１の副車輪
２０ｘ 第１の回転中心軸
２１ 第２の副車輪
２１ｘ 第２の回転中心軸
２２，２３ タイミングベルト
２４，２５ 副車輪プーリー
３０ 第１の回転伝達機構
３１ 第２の回転伝達機構
３２ａ〜３２ｄ 回転伝達軸
３４ 交差歯車（回転同期部材）
３６ 回転伝達プーリー
３８ 第３中間歯車（回転入力部）
４０ ホイール体
４０ｘ 仮想円
４１ 外周
５０ 第１の入力部材
５４ 差動大歯車
６０ 第２の入力部材
６４ 差動大歯車
７０ 第１の出力部材
７１ 第２の出力部材
７４，７５ 差動小歯車

Claims (5)

1. ホイール回転中心軸を中心に回転自在に支持されるホイール体と、
   前記ホイール回転中心軸の周りに環状に配置され、前記ホイール回転中心軸の方向であるホイール回転中心軸方向から見ると、それぞれの一部分が、前記ホイール体に外接する、前記ホイール回転中心軸を中心とする仮想円より径方向外側に突出するように、前記仮想円に沿って延在する第１の回転中心軸を中心に回転自在に前記ホイール体に支持された４個以上の第１の副車輪と、
   前記ホイール回転中心軸方向に前記第１の副車輪から離れた位置において、前記ホイール回転中心軸の周りに環状に配置され、それぞれの一部分が前記仮想円より径方向外側に突出するように、前記仮想円に沿って延在する第２の回転中心軸を中心に回転自在に前記ホイール体に支持された４個以上の第２の副車輪と、
   互いに対向する差動大歯車を有し、前記ホイール体に回転自在に支持された第１及び第２の入力部材と、
   前記第１及び第２の入力部材の前記差動大歯車に噛み合う差動小歯車を有し、前記ホイール体に回転自在に支持された出力部材と、
   前記第１の副車輪に取り囲まれるように配置され、前記出力部材の回転を前記第１の副車輪に伝達して前記第１の副車輪を前記第１の回転中心軸を中心に回転させる第１の回転伝達機構と、
   前記第２の副車輪に取り囲まれるように配置され、前記出力部材の回転を前記第２の副車輪に伝達して前記第２の副車輪を前記第２の回転中心軸を中心に回転させる第２の回転伝達機構と、
   を備えたことを特徴とする、移動輸送機構。
2. 前記第１の回転伝達機構と、前記第２の回転伝達機構とは、
   一対の端部を有し、それぞれの端部が互いに隣接するように多角形状に配置され、前記ホイール体に回転自在に支持された回転伝達軸と、
   前記回転伝達軸の互いに隣り合う前記端部に固定され、互いに隣り合う前記回転伝達軸間の回転を同期させる回転同期部材と、
   少なくとも一つの前記回転伝達軸に固定され、前記出力部材の回転が伝達される回転入力部と、
   を含み、
   前記回転伝達軸が、前記回転同期部材を介して環状に結合され、同時に回転することを特徴とすることを特徴とする、請求項１に記載の移動輸送機構。
3. 前記出力部材は、
   前記第１の回転伝達機構のみに回転を伝達する第１の出力部材と、
   前記第２の回転伝達機構のみに回転を伝達する第２の出力部材と、
   からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の移動輸送機構。
4. 前記第１及び第２の副車輪の軸方向中間位置に、副車輪プーリーが固定され、
   前記第１及び第２の回転伝達機構の前記回転伝達軸は、前記第１の副車輪又は前記第２の副車輪の横に並ぶように配置され、
   前記第１及び第２の回転伝達機構は、
   前記回転伝達軸の軸方向中間位置に固定された回転伝達プーリーと、
   前記副車輪プーリーと前記回転伝達プーリーとに巻き掛けられたタイミングベルトと、
   をさらに含むことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の移動輸送機構。
5. 前記第１の副車輪の個数が４個であり、
   前記第２の副車輪の個数が４個であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の移動輸送機構。

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