JP6737408B1 - 駆動輪、台車及び機器 - Google Patents
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Abstract
簡素な構成で自走可能であると共に、マニュアル動作を円滑かつ軽快に行うこと。基部と、基部に対して回転可能に設けられた自転軸（第一軸）と、自転軸の廻りに回転可能に設けられた回転部材と、自転軸に直交して回転部材に設けられた駆動軸（第二軸）と、回転部材に設けられて駆動軸の廻りに回転可能な駆動車輪と、回転部材に設けられて駆動車輪を回転駆動する駆動部と、基部に対して回転部材の回転を許容する一方で基部に対して回転部材の回転を阻止するロック機構と、を備える。
Description
本発明は、駆動輪、台車及び機器に関する。
モータにより自走が可能な走行台車は、駆動車輪を旋回させる構成を備える。例えば、特許文献１に記載された差動式キャスタは、鉛直軸を中心に水平軸を回転可能に設け、この水平軸の両端側で支持した一対の駆動輪にそれぞれ電動モータを内蔵し、各電動モータで各駆動輪を独立して駆動することで各駆動輪が鉛直軸を中心に旋回する。
また、特許文献２に記載された車輪駆動装置は、筐体に鉛直な旋回軸と同軸上で互いに相対的に回転可能に設けられた第１の回転軸及び第２の回転軸が、それぞれ筐体に取り付けた第１のモータ及び第二のモータによって回転駆動される一方、筐体に対して旋回軸を中心に相対的に回転可能に設けられた旋回部に、旋回軸からオフセットされた位置で水平な軸まわりに回転可能な第１の車輪及び第２の車輪が設けられており、第１の回転軸から第１の車輪へ回転を伝達し、第２の回転軸から第２の車輪へ回転を伝達する伝達部が設けられて、各モータで各車輪を独立して駆動することで各車輪が旋回軸のまわりに旋回する。
特許文献１及び特許文献２では、一対の車輪をそれぞれ駆動するためそれぞれのモータを必要としているため、重量が嵩む問題がある。特許文献１では、鉛直軸に交差して水平軸を配置しているため、人力で操作されるマニュアル動作において旋回操作が円滑に行えない問題がある。特許文献２では、各モータの駆動を各車輪に伝達する構成として歯車やプーリなどを用いているため、当該構成が複雑であって、重量が嵩み、騒音が発生する問題があり、しかも、特許文献２では、人力で操作されるマニュアル動作において駆動を伝達する構成により負荷が発生する問題がある。
ここで、例えば、病院で薬を運ぶため、倉庫から比較的離れた病棟の病室の前までは自走し、病室の中ではマニュアル（手押し）で動かすことが可能な台車が要望されていた。
本開示は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、簡素な構成で自走可能であると共に、マニュアル動作を円滑かつ軽快に行うことのできる駆動輪、台車及び機器を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本開示の一態様の駆動輪は、基部と、前記基部に対して回転可能に設けられた第一軸と、前記第一軸の廻りに回転可能に設けられた回転部材と、前記第一軸に直交して前記回転部材に設けられた第二軸と、前記回転部材に設けられて、前記第二軸の廻りに回転可能な駆動車輪と、前記回転部材に設けられて前記駆動車輪を回転駆動する駆動部と、前記基部に対して前記回転部材の回転を許容する一方で、前記基部に対して前記回転部材の回転を阻止するロック機構と、を備える。
これにより、駆動輪は、回転部材に設けた駆動部により駆動車輪を回転駆動させつつロック機構による回転部材の基部に対する回転の許容により回転部材を回転させて駆動車輪の方向を変更することができる。一方、駆動輪は、回転部材に設けた駆動部により駆動車輪を回転駆動させつつロック機構による回転部材の基部に対する回転の阻止により回転部材を固定させて走行することができる。また、駆動輪は、第一軸に駆動部を設ける必要がないため、ロック機構による回転部材の回転の許容により、第一軸の廻りに回転部材を負荷なく自由に回転させ、外力により駆動車輪を従動させたマニュアル動作が可能になる。この結果、駆動輪は、簡素な構成で低コスト化及び軽量化を図った構成で自走可能であると共に、マニュアル動作を円滑かつ軽快に行うことができる。
上記の駆動輪の望ましい態様として、前記駆動車輪は、前記第一軸の軸心からオフセットした位置に設けられている。
これにより、駆動輪は、駆動車輪を回転駆動させつつロック機構による回転部材の基部に対する回転の許容により回転部材を回転させる際、駆動車輪が第一軸の軸心からオフセットした位置に設けられているため、第一軸の廻りの回転部材の回転移動を円滑に行うことができる。
上記の駆動輪の望ましい態様として、前記第二軸は、その軸心が前記第一軸の軸心からオフセットした位置に設けられている。
これにより、駆動輪は、ロック機構による回転部材の基部に対する回転の許容により、回転部材を自由に回転させ、外力により駆動車輪を従動させるマニュアル動作の際、第二軸の軸心が第一軸の軸心からオフセットした位置に設けられているため、第一軸の廻りの回転部材の回転移動を回転方向の全方向に行うことができる。この結果、マニュアル動作による移動の位置調整が可能になり、走行性を向上できる。
上記の駆動輪の望ましい態様として、前記第二軸と同軸上で前記回転部材に設けられた第三軸と、前記第三軸の廻りに回転可能に設けられた従動車輪と、前記従動車輪の回転を制動する制動機構と、をさらに備える。
これにより、駆動輪は、従動車輪を備えることで、駆動車輪の回転に際して補助するため、回転部材の回転移動を軽快に行うことができる。特に、駆動輪は、駆動車輪を回転駆動させつつロック機構による回転部材の基部に対する回転の許容により回転部材を回転させる際、制動機構により従動車輪の回転を制動することで、駆動車輪の回転駆動に伴って回転部材に回転方向への回転力を付与することができ、回転部材の回転移動によって生じる駆動輪全体の移動量を小さく抑えることができ、効率良く回転部材を回転移動させることができる。
上記の目的を達成するため、本開示の一態様の台車は、上記のいずれかに記載の駆動輪と、前記駆動輪が取り付けられる台車本体と、を備える。
これにより、台車は、駆動輪が、回転部材に設けた駆動部により駆動車輪を回転駆動させつつロック機構による回転部材の基部に対する回転の許容により回転部材を回転させて駆動車輪の方向を変更することができる。一方、台車は、駆動輪が、回転部材に設けた駆動部により駆動車輪を回転駆動させつつロック機構による回転部材の基部に対する回転の阻止により回転部材を固定させて走行することができる。また、台車は、駆動輪が、第一軸に駆動部を設ける必要がないため、ロック機構による回転部材の回転の許容により、第一軸の廻りに回転部材を負荷なく自由に回転させ、外力により駆動車輪を従動させたマニュアル動作が可能になる。この結果、台車は、駆動輪において、簡素な構成で低コスト化及び軽量化を図った構成で自走可能であると共に、マニュアル動作を円滑かつ軽快に行うことができる。
上記の目的を達成するため、本開示の一態様の機器は、上記のいずれかに記載の駆動輪と、前記駆動輪が取り付けられる台車本体と、前記台車本体に取り付けられる機材と、を備える。
これにより、機器は、駆動輪が、回転部材に設けた駆動部により駆動車輪を回転駆動させつつロック機構による回転部材の基部に対する回転の許容により回転部材を回転させて駆動車輪の方向を変更することができる。一方、機器は、駆動輪が、回転部材に設けた駆動部により駆動車輪を回転駆動させつつロック機構による回転部材の基部に対する回転の阻止により回転部材を固定させて走行することができる。また、機器は、駆動輪が、第一軸に駆動部を設ける必要がないため、ロック機構による回転部材の回転の許容により、第一軸の廻りに回転部材を負荷なく自由に回転させ、外力により駆動車輪を従動させたマニュアル動作が可能になる。この結果、機器は、駆動輪において、簡素な構成で低コスト化及び軽量化を図った構成で自走可能であると共に、マニュアル動作を円滑かつ軽快に行うことができる。
本開示によれば、簡素な構成で自走可能であると共に、マニュアル動作を円滑かつ軽快に行うことができる。
以下、発明を実施するための形態（以下、実施形態という）につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
（実施形態）
図１は、本実施形態の駆動輪の構成例を示す斜視図である。図２は、本実施形態の駆動輪の構成例を示す側面図である。図３は、本実施形態の駆動輪の構成例を示す正面図である。図４は、本実施形態の台車の構成例を示すブロック図である。
図１は、本実施形態の駆動輪の構成例を示す斜視図である。図２は、本実施形態の駆動輪の構成例を示す側面図である。図３は、本実施形態の駆動輪の構成例を示す正面図である。図４は、本実施形態の台車の構成例を示すブロック図である。
ここで、本実施形態を説明する各図では、駆動輪１００の高さ方向をＺ方向で示す。また、Ｚ方向と直交する平面において、駆動輪１００が直進する方向をＸ方向で示し、Ｘ方向と直交する方向をＹ方向で示す。また、本実施形態では、Ｚ方向において、接地面Ｆから離れる方向を上側といい、接地面Ｆに近づく方向を下側という。
図１から図４に示すように、本実施形態の駆動輪１００は、固定される基部１に基づいて設けられており、自転軸（第一軸）３と、回転部材５と、回転軸７と、車輪９と、駆動部１１と、制動機構１３と、回転基準位置検出部１５と、ロック機構１７と、回転範囲規制機構１９と、制御部２１２と、を有する。
基部１は、例えば、金属製の棒材、枠材又は板材である。本実施形態において、基部１は、板材として形成され、上面１ＡがＺ方向の上側に向き、下面１ＢがＺ方向の下側に向くようにして、上面１Ａ及び下面１ＢがＺ方向と直交するＸ−Ｙ平面に沿って配置される。
自転軸３は、基部１に設けられている。自転軸３は、Ｚ方向に延在して基部１を貫通して設けられている。自転軸３は、基部１に対して回転可能に設けられている。
回転部材５は、例えば、金属製の枠材又は板材である。本実施形態において、回転部材５は、板材として形成され、上面５ＡがＺ方向の上側に向き、下面５ＢがＺ方向の下側に向くようにして、上面５Ａ及び下面５ＢがＺ方向と直交するＸ−Ｙ平面に沿って配置される。回転部材５は、基部１の下面１Ｂを貫通した自転軸３の下端３Ａに、上面５Ａが当接され、下面５ＢからＺ方向に貫通するボルト２１によって自転軸３の下端３Ａに固定されている。従って、回転部材５は、自転軸３と共に回転し、自転軸３の廻りに基部１と相対的に回転可能に設けられている。回転部材５は、その下面５Ｂから下側に延在して対向する１対の側板５Ｃが設けられている。側板５Ｃは、図１から図３において、Ｙ方向で対向して設けられているように示されている。
回転軸７は、回転部材５に設けられている。回転軸７は、Ｚ方向と直交するＸ−Ｙ平面に沿って配置される。回転軸７は、図１から図３において、Ｙ方向に延在して設けられているように示されている。回転軸７は、駆動軸（第二軸）７Ａと従動軸（第三軸）７Ｂとを有している。駆動軸７Ａと従動軸７Ｂとは、同軸上に設けられているが、それぞれ独立して設けられている。
また、回転軸７は、図２に示すように、その回転の中心である軸心７Ｃが、自転軸３の回転の中心である軸心３Ｃからオフセット量Ｓ１離れてオフセットした位置に設けられている。即ち、回転軸７は、軸心７Ｃが、自転軸３の軸心３Ｃとは交差しない位置に配置されている。
車輪９は、例えば、金属製又はゴム製或いは金属の外周にゴム材が巻き付けて構成された円状のものである。車輪９は、円の中心が回転軸７上に配置され回転軸７の廻りに回転可能に設けられている。車輪９は、本実施形態では、駆動車輪９Ａと従動車輪９Ｂとを有している。駆動車輪９Ａと従動車輪９Ｂとは、同じ外径に形成されている。駆動車輪９Ａは、回転軸７における駆動軸７Ａに取り付けられて駆動軸７Ａの廻りに回転可能に設けられている。本実施形態では、駆動車輪９Ａは、駆動軸７Ａに固定されている。駆動軸７Ａは、回転部材５における一方の側板５Ｃ側に回転可能に支持されている。また、従動車輪９Ｂは、回転軸７における従動軸７Ｂに取り付けられて従動軸７Ｂの廻りに回転可能に設けられている。本実施形態では、従動車輪９Ｂは、従動軸７Ｂに固定されている。従動軸７Ｂは、回転部材５における他方の側板５Ｃに対して回転可能に支持されている。
また、車輪９は、図３に示すように、駆動車輪９Ａが自転軸３の軸心３Ｃからオフセット量Ｓ２離れてオフセットした位置に設けられている。即ち、駆動車輪９Ａは、自転軸３の軸心３Ｃには交差しない位置に配置されている。また、車輪９は、従動車輪９Ｂが自転軸３の軸心３Ｃからオフセット量Ｓ３離れてオフセットした位置に設けられている。即ち、従動車輪９Ｂは、自転軸３の軸心３Ｃには交差しない位置に配置されている。
駆動部１１は、駆動車輪９Ａを回転駆動する。駆動部１１は、回転部材５における一方の側板５Ｃに取り付けられている。駆動部１１は、例えば、ダイレクトドライブモータ（ＤＤモータ）であり、図には明示しないが、ステータとロータとを有する。そして、駆動部１１は、ロータに駆動軸７Ａが取り付けられており、ロータの回転に伴って、駆動軸７Ａと共に駆動軸７Ａに固定された駆動車輪９Ａを回転駆動する。駆動部１１に電流を供給する電源２２０（図８及び図９参照）は基部１側に設けられており、当該電源２２０から駆動部１１への電流の供給は、自転軸３に配置されたスリップリング２３により自転軸３から回転部材５を介して行われる。また、駆動部１１にダイレクトドライブモータを適用した場合、駆動部１１への電流の供給を停止（励磁オフ）することで、駆動車輪９Ａを負荷なく自由に回転させることが可能である。
制動機構１３は、従動車輪９Ｂの回転を制動する。制動機構１３は、回転部材５における他方の側板５Ｃに取り付けられている。制動機構１３は、例えば、図には明示しないが、アクチュエータを有する。そして、制動機構１３は、当該アクチュエータにより、従動軸７Ｂの回転を許容する一方、従動軸７Ｂの回転を規制する。これにより、制動機構１３は、従動軸７Ｂに固定された従動車輪９Ｂの回転を制動する。制動機構１３への電流の供給は、駆動部１１と同様にスリップリング２３により自転軸３から回転部材５を介して行われる。
回転基準位置検出部１５は、回転部材５における基部１との相対的な回転移動において、基準となる基準位置を検出する。本実施形態において、回転基準位置検出部１５は、図２に示すように、検出センサ１５Ａと、検出片１５Ｂとを有する、検出センサ１５Ａは、例えば、投光部と受光部とで構成された投受光センサであって、投光部で照らされた光が受光部に到達した状態や、投光部で照らされた光が遮られて受光部に到達しなかった状態を検出する。検出センサ１５Ａは、例えば、基部１の下面１Ｂに固定されている。検出片１５Ｂは、検出センサ１５Ａにおける投光部と受光部との間に配置されて投光部で照らされた光を遮る。検出片１５Ｂは、回転部材５の上面５Ａに固定されている。回転基準位置検出部１５は、回転部材５における基部１との相対的な回転移動において、基準位置で検出片１５Ｂが検出センサ１５Ａにおける投光部と受光部との間に配置されて投光部で照らされた光を遮る。本実施形態において、基準位置は、図１から図３に示すように、回転軸７（軸心７Ｃ）が、Ｙ方向に沿って配置された状態における回転部材５の回転位置である。
ロック機構１７は、基部１に対して回転部材５の回転を許容する一方で、基部１に対して回転部材５の回転を阻止する。本実施形態において、ロック機構１７は、基部１に設けられている。ロック機構１７は、自転軸３を挿通するように配置されている。ロック機構１７は、例えば、図には明示しないが、アクチュエータを有する。そして、ロック機構１７は、当該アクチュエータにより、自転軸３の回転を許容する一方、自転軸３の回転を阻止する。これにより、ロック機構１７は、自転軸３と共に回転する回転部材５の回転を許容する一方で回転部材５の回転を阻止する。
回転範囲規制機構１９は、回転部材５の基部１に対して回転する範囲を規制する。本実施形態において、回転範囲規制機構１９は、図２に示すように、回転部材５の上面５Ａから上側に突出したピン１９Ａと、基部１に形成されてピン１９Ａを挿通する円弧穴１９Ｂと、を有する。円弧穴１９Ｂは、自転軸３を中心として形成されている。従って、回転範囲規制機構１９は、ピン１９Ａと円弧穴１９Ｂとの係合により円弧穴１９Ｂの範囲内で回転部材５の基部１に対して回転する範囲を規制する。
制御部２１２は、駆動輪１００を制御する。制御部２１２は、コンピュータシステムを含む。コンピュータシステムは、ＣＰＵのようなプロセッサ、及びＲＯＭ又はＲＡＭのようなメモリを含む。図４に示すように、制御部２１２は、メモリに予め記憶されたプログラムや、駆動部１１及び回転範囲規制機構１９から入力されたデータに基づいて、駆動部１１、制動機構１３、及びロック機構１７に制御信号を出力する。
図５から図７は、本実施形態の駆動輪の動作の例を示概略平面図である。
図５から図７において、基部１が移動される移動対象として説明する。基部１の移動方向は、符号Ｇａ，Ｇｂで示し、Ｇａを前進とし、Ｇｂを後進とする。また、図５から図７において、駆動車輪９Ａの回転方向を、平面視での上半部の移動方向として符号Ｒａ，Ｒｂで示しており、Ｒａを正転とし、Ｒｂを逆転とする。
図５に示す例では、駆動輪１００は、回転部材５の回転位置が、回転軸７の軸心７ＣがＹ方向に沿って配置された基準位置にある。基準位置は、回転基準位置検出部１５により検出される。駆動輪１００は、この基準位置において、制動機構１３により従動車輪９Ｂの回転を許容したブレーキ解除状態とし、ロック機構１７により回転部材５の基部１に対する回転を阻止したロック状態とする。この状態で、駆動輪１００は、駆動車輪９Ａが正転Ｒａすることにより基部１が前進Ｇａする。一方、駆動輪１００は、駆動車輪９Ａが逆転Ｒｂすることにより基部１が後進Ｇｂする。この動作を自走動作という。
図６に示す例では、駆動輪１００は、図５に示す回転部材５の基準位置において、制動機構１３により従動車輪９Ｂの回転を規制したブレーキ状態とし、ロック機構１７により回転部材５の基部１に対する回転を許容したロック解除状態とする。この状態で、駆動輪１００は、駆動車輪９Ａを逆転Ｒｂすることにより、従動車輪９Ｂのブレーキ状態および回転部材５のロック解除状態が相まって基部１に対して回転部材５が自転軸３の廻りに時計回り方向に回転移動する。駆動輪１００は、回転部材５の回転角度を、回転基準位置検出部１５による基準位置の検出、及び予め設定されている基準位置からの駆動車輪９Ａの逆転Ｒｂ時の回転量によって計測することができる。これにより、駆動輪１００は、図６に示すように、回転部材５が基部１に対して自転軸３の廻りに相対的に回転移動する。その後、駆動輪１００は、制動機構１３により従動車輪９Ｂの回転を許容したブレーキ解除状態とし、ロック機構１７により回転部材５の基部１に対する回転を阻止したロック状態とする。この状態で、駆動輪１００は、駆動車輪９Ａが正転Ｒａすることにより基部１が図６中の右斜め上方向に前進Ｇａする。一方、駆動輪１００は、駆動車輪９Ａが逆転Ｒｂすることにより基部１が図６中の左斜め下方向に後進Ｇｂする。この動作を自走動作という。
図７に示す例では、駆動輪１００は、図５に示す回転部材５の基準位置において、制動機構１３により従動車輪９Ｂの回転を規制したブレーキ状態とし、ロック機構１７により回転部材５の基部１に対する回転を許容したロック解除状態とする。この状態で、駆動輪１００は、駆動車輪９Ａを正転Ｒａすることにより、従動車輪９Ｂのブレーキ状態および回転部材５のロック解除状態が相まって基部１に対して回転部材５が自転軸３の廻りに反時計回り方向に回転移動する。駆動輪１００は、回転部材５の回転角度を、回転基準位置検出部１５による基準位置の検出、及び予め設定されている基準位置からの駆動車輪９Ａの正転Ｒａ時の回転量によって計測することができる。これにより、駆動輪１００は、図７に示すように、回転部材５が基部１に対して自転軸３の廻りに相対的に回転移動する。その後、駆動輪１００は、制動機構１３により従動車輪９Ｂの回転を許容したブレーキ解除状態とし、ロック機構１７により回転部材５の基部１に対する回転を阻止したロック状態とする。この状態で、駆動輪１００は、駆動車輪９Ａが正転Ｒａすることにより基部１が図７中の左斜め上方向に前進Ｇａする。一方、駆動輪１００は、駆動車輪９Ａが逆転Ｒｂすることにより基部１が図７中の右斜め下方向に後進Ｇｂする。この動作を自走動作という。
また、駆動輪１００は、制動機構１３により従動車輪９Ｂの回転を許容したブレーキ解除状態とし、ロック機構１７により回転部材５の基部１に対する回転を許容したロック解除状態とする。この状態で、駆動輪１００は、基部１側にＸ−Ｙ平面（接地面Ｆ（図２，３参照））に沿って外力が付与されると、駆動車輪９Ａ及び従動車輪９Ｂが従動しつつ、回転部材５が自転軸３の廻りに自由に回転移動することにより、Ｘ−Ｙ平面（接地面Ｆ）に沿った全ての方向に前進Ｇａ及び後進Ｇｂする。この動作を人力で操作されるマニュアル動作といい、特に全方向マニュアル動作という。
また、駆動輪１００は、制動機構１３により従動車輪９Ｂの回転を許容したブレーキ解除状態とし、ロック機構１７により回転部材５の基部１に対する回転を阻止したロック状態とする。この状態で、駆動輪１００は、前進Ｇａ及び後進Ｇｂ方向に外力が付与されると、駆動車輪９Ａ及び従動車輪９Ｂが従動しつつ、回転部材５の回転移動が阻止されることにより、駆動車輪９Ａ及び従動車輪９Ｂが向く方向にのみ前進Ｇａ及び後進Ｇｂする。この動作を人力で操作されるマニュアル動作といい、特に前後旋回マニュアル動作という。
このように、本実施形態の駆動輪１００は、基部１と、基部１に対して回転可能に設けられた自転軸（第一軸）３と、自転軸３の廻りに回転可能に設けられた回転部材５と、自転軸３に直交して回転部材５に設けられた駆動軸（第二軸）７Ａと、回転部材５に設けられて駆動軸７Ａの廻りに回転可能な駆動車輪９Ａと、回転部材５に設けられて駆動車輪９Ａを回転駆動する駆動部１１と、基部１に対して回転部材５の回転を許容する一方で基部１に対して回転部材５の回転を阻止するロック機構１７と、を備える。
これにより、駆動輪１００は、回転部材５に設けた駆動部１１により駆動車輪９Ａを回転駆動させつつロック機構１７による回転部材５の基部１に対する回転の許容により回転部材５を回転させて駆動車輪９Ａの方向を変更することができる。一方、駆動輪１００は、回転部材５に設けた駆動部１１により駆動車輪９Ａを回転駆動させつつロック機構１７による回転部材５の基部１に対する回転の阻止により回転部材５を固定させて走行することができる。また、駆動輪１００は、自転軸３に駆動部１１を設ける必要がないため、ロック機構１７による回転部材５の回転の許容により、自転軸３の廻りに回転部材５を負荷なく自由に回転させ、外力により駆動車輪９Ａを従動させたマニュアル動作が可能になる。この結果、駆動輪１００は、簡素な構成で低コスト化及び軽量化を図った構成で自走可能であると共に、マニュアル動作を円滑かつ軽快に行うことができる。また、駆動輪１００は、駆動部１１にダイレクトドライブモータを適用すれば、励磁オフにすることで駆動車輪９Ａを負荷なく自由に回転でき、マニュアル動作をより円滑かつ軽快に行うことができる。
また、本実施形態の駆動輪１００では、駆動車輪９Ａは、自転軸３の軸心３Ｃからオフセットした位置に設けられていることが好ましい。
これにより、駆動輪１００は、駆動車輪９Ａを回転駆動させつつロック機構１７による回転部材５の基部１に対する回転の許容により回転部材５を回転させる際、駆動車輪９Ａが自転軸３の軸心３Ｃからオフセットした位置に設けられているため、自転軸３の廻りの回転部材５の回転移動を円滑に行うことができる。
また、本実施形態の駆動輪１００では、駆動軸７Ａは、その軸心７Ｃが自転軸３の軸心３Ｃからオフセットした位置に設けられていることが好ましい。
これにより、駆動輪１００は、ロック機構１７による回転部材５の基部１に対する回転の許容により、回転部材５を自由に回転させ、外力により駆動車輪９Ａを従動させるマニュアル動作の際、駆動軸７Ａの軸心７Ｃが自転軸３の軸心３Ｃからオフセットした位置に設けられているため、自転軸３の廻りの回転部材５の回転移動を回転方向の全方向に行うことができる。この結果、マニュアル動作による移動の位置調整が可能になり、走行性を向上できる。
また、本実施形態の駆動輪１００では、駆動軸７Ａと同軸上で回転部材５に設けられた従動軸（第三軸）７Ｂと、従動軸７Ｂの廻りに回転可能に設けられた従動車輪９Ｂと、従動車輪９Ｂの回転を制動する制動機構１３と、をさらに備えることが好ましい。
これにより、駆動輪１００は、従動車輪９Ｂを備えることで、駆動車輪９Ａの回転に際して補助するため、回転部材５の回転移動を軽快に行うことができる。特に、駆動輪１００は、駆動車輪９Ａを回転駆動させつつロック機構１７による回転部材５の基部１に対する回転の許容により回転部材５を回転させる際、制動機構１３により従動車輪９Ｂの回転を制動することで、駆動車輪９Ａの回転駆動に伴って回転部材５に回転方向への回転力を付与することができ、回転部材５の回転移動によって生じる基部１の移動量を小さく抑えることができ、効率良く回転部材５を回転移動させることができる。この結果、駆動輪１００は、円滑な走行を行うことができる。
図８は、本実施形態の台車の構成例を示す概略平面図である。図９は、本実施形態の台車の構成例を示すブロック図である。
図８及び図９に示すように、台車２００は、駆動輪１００と、従動輪１１０と、台車本体１２０と、制御装置２１０と、電源２２０とを備える。
台車本体１２０は、例えば鋼製のフレームである。台車本体１２０は、Ｘ−Ｙ平面に沿って平坦な面を構成することで、当該面に被運搬物を載せることができる。即ち、台車２００は、無人搬送車（ＡＧＶ：Automatic Guided Vehicle）として構成することができる。また、台車２００は、台車本体１２０のＸ−Ｙ平面に沿って機材を配置することで走行する機器として構成することができる。機器としては、例えば、ロボットや、医療機材など様々なものがある。なお、図には明示しないが、台車本体１２０は、その上方に延在する取手部が設けられる。取手部は、例えば、下向きのコ字形状に形成されており、操作者が掴むために用いられる。
駆動輪１００及び従動輪１１０は、台車本体１２０に取り付けられる。駆動輪１００は、上述した構成である。従動輪１１０は、Ｙ方向に延在して設けられた軸心１１０Ｃの廻りに回転可能に取り付けられ、Ｘ−Ｙ平面で方向が変更されず回転するのみの構成である。駆動輪１００は、台車２００の後進Ｇｂの方向となる後方側２００Ｂにおいて、台車本体１２０の底面のＹ方向の両側にそれぞれ１つずつ取り付けられている。駆動輪１００は、基部１が台車本体１２０に固定される。従動輪１１０は、例えば、図８に示すように、台車２００の前進Ｇａの方向となる前方側２００Ａにおいて、台車本体１２０の底面のＹ方向の両側にそれぞれ１つずつ取り付けられている。
制御装置２１０及び電源２２０は、台車本体１２０に取り付けられる。制御装置２１０及び電源２２０は、例えば、台車本体１２０の底面に取り付けられる。図９に示すように、制御装置２１０は、受信部２１１と、制御部２１２とを有する。制御部２１２は、コンピュータシステムを含む。コンピュータシステムは、ＣＰＵのようなプロセッサ、及びＲＯＭ又はＲＡＭのようなメモリを含む。受信部２１１は、操作部３００から送信されてくる操作信号Ｓｉｇを受信する機能を有する。制御部２１２は、図９に示すように、受信部２１１が受信した操作信号Ｓｉｇに基づき、メモリに予め記憶されたプログラムや、駆動部１１及び回転範囲規制機構１９から入力されたデータに基づいて、駆動部１１、制動機構１３、及びロック機構１７に制御信号を出力する。駆動輪１００を制御する機能を備える。例えば、制御部２１２は、配線を介して駆動輪１００と電源２２０とにそれぞれ接続している。制御部２１２には電源２２０から電流が供給される。図９に示すように、台車２００が複数の駆動輪１００を有する場合、制御装置２１０は、複数の駆動輪１００を個々に制御する。操作部３００は、台車２００から離れた位置に配置されていてもよいし、台車２００の取手部などに取り付けられていてもよい。
このような台車２００（機器）において、図５から図７の本実施形態の駆動輪の動作の例を参照して動作を説明する。
台車２００の移動方向は、Ｇａを前進とし、Ｇｂを後進とする。また、各駆動輪１００における駆動車輪９Ａの回転方向を、平面視での上半部の移動方向としてＲａを正転とし、Ｒｂを逆転とする。
図８に示す形態では、台車２００は、図５に示すように、各駆動輪１００の回転部材５の回転位置が、回転軸７の軸心７ＣがＹ方向に沿って配置された基準位置にある。基準位置は、回転基準位置検出部１５により検出される。各駆動輪１００は、この基準位置において、制動機構１３により従動車輪９Ｂの回転を許容したブレーキ解除状態とし、ロック機構１７により回転部材５の基部１に対する回転を阻止したロック状態とする。この状態で、台車２００は、各駆動輪１００の駆動車輪９Ａが正転Ｒａすることにより前進Ｇａする。一方、台車２００は、各駆動輪１００の駆動車輪９Ａが逆転Ｒｂすることにより後進Ｇｂする。この動作を自走動作という。
台車２００は、図５に示す回転部材５の基準位置において、各駆動輪１００を、制動機構１３により従動車輪９Ｂの回転を規制したブレーキ状態とし、ロック機構１７により回転部材５の基部１に対する回転を許容したロック解除状態とする。この状態で、図６に示すように、各駆動輪１００は、駆動車輪９Ａを逆転Ｒｂすることにより、従動車輪９Ｂのブレーキ状態および回転部材５のロック解除状態が相まって台車本体１２０に対して回転部材５が自転軸３の廻りに時計回り方向に回転移動する。各駆動輪１００は、回転部材５の回転角度を、回転基準位置検出部１５による基準位置の検出、及び予め設定されている基準位置からの駆動車輪９Ａの逆転Ｒｂ時の回転量によって計測することができる。これにより、各駆動輪１００は、図６に示すように、回転部材５が台車本体１２０に対して自転軸３の廻りに相対的に回転移動する。その後、各駆動輪１００は、制動機構１３により従動車輪９Ｂの回転を許容したブレーキ解除状態とし、ロック機構１７により回転部材５の基部１に対する回転を阻止したロック状態とする。この状態で、台車２００は、各駆動輪１００の駆動車輪９Ａが正転Ｒａすることにより後方側２００Ｂが図８中の右方向に移動して前方側２００Ａの向きが左向きに変わる。一方、台車２００は、各駆動輪１００の駆動車輪９Ａが逆転Ｒｂすることにより後方側２００Ｂが図８中の左方向に移動して前方側２００Ａの向きが右向きに変わる。その後、各駆動輪１００は、制動機構１３により従動車輪９Ｂの回転を規制したブレーキ状態とし、ロック機構１７により回転部材５の基部１に対する回転を許容したロック解除状態とし、この状態で駆動車輪９Ａを駆動して図５に示す基準位置に回転部材５の位置を戻す。その後、台車２００は、各駆動輪１００の駆動車輪９Ａが正転Ｒａすることにより前方側２００Ａの向きが変わった状態で前進Ｇａする。一方、台車２００は、各駆動輪１００の駆動車輪９Ａが逆転Ｒｂすることにより前方側２００Ａの向きが変わった状態で後進Ｇｂする。この動作を自走動作という。
台車２００は、図５に示す回転部材５の基準位置において、各駆動輪１００を、制動機構１３により従動車輪９Ｂの回転を規制したブレーキ状態とし、ロック機構１７により回転部材５の基部１に対する回転を許容したロック解除状態とする。この状態で、図７に示すように、各駆動輪１００は、駆動車輪９Ａを正転Ｒａすることにより、従動車輪９Ｂのブレーキ状態および回転部材５のロック解除状態が相まって台車本体１２０に対して回転部材５が自転軸３の廻りに反時計回り方向に回転移動する。各駆動輪１００は、回転部材５の回転角度を、回転基準位置検出部１５による基準位置の検出、及び予め設定されている基準位置からの駆動車輪９Ａの正転Ｒａ時の回転量によって計測することができる。これにより、各駆動輪１００は、図７に示すように、回転部材５が台車本体１２０に対して自転軸３の廻りに相対的に回転移動する。その後、各駆動輪１００は、制動機構１３により従動車輪９Ｂの回転を許容したブレーキ解除状態とし、ロック機構１７により回転部材５の基部１に対する回転を阻止したロック状態とする。この状態で、台車２００は、各駆動輪１００の駆動車輪９Ａが正転Ｒａすることにより後方側２００Ｂが図８中の左方向に移動して前方側２００Ａの向きが右向きに変わる。一方、台車２００は、各駆動輪１００の駆動車輪９Ａが逆転Ｒｂすることにより後方側２００Ｂが図８中の右方向に移動して前方側２００Ａの向きが左向きに変わる。その後、各駆動輪１００は、制動機構１３により従動車輪９Ｂの回転を規制したブレーキ状態とし、ロック機構１７により回転部材５の基部１に対する回転を許容したロック解除状態とし、この状態で駆動車輪９Ａを駆動して図５に示す基準位置に回転部材５の位置を戻す。その後、台車２００は、各駆動輪１００の駆動車輪９Ａが正転Ｒａすることにより前方側２００Ａの向きが変わった状態で前進Ｇａする。一方、台車２００は、各駆動輪１００の駆動車輪９Ａが逆転Ｒｂすることにより前方側２００Ａの向きが変わった状態で後進Ｇｂする。この動作を自走動作という。
また、台車２００は、各駆動輪１００を、制動機構１３により従動車輪９Ｂの回転を許容したブレーキ解除状態とし、ロック機構１７により回転部材５の基部１に対する回転を許容したロック解除状態とする。この状態で、台車２００は、Ｘ−Ｙ平面（接地面Ｆ）に沿って外力が付与されると、各駆動輪１００において、駆動車輪９Ａ及び従動車輪９Ｂが従動しつつ、回転部材５が自転軸３の廻りに自由に回転移動することにより、Ｘ−Ｙ平面（接地面Ｆ）に沿った全ての方向に前進Ｇａ及び後進Ｇｂする。この動作を人力で操作されるマニュアル動作といい、特に全方向マニュアル動作という。
また、台車２００は、各駆動輪１００を、制動機構１３により従動車輪９Ｂの回転を許容したブレーキ解除状態とし、ロック機構１７により回転部材５の基部１に対する回転を阻止したロック状態とする。この状態で、台車２００は、Ｘ−Ｙ平面（接地面Ｆ）に沿って外力が付与されると、各駆動輪１００において、駆動車輪９Ａ及び従動車輪９Ｂが従動しつつ、回転部材５の回転移動が阻止されることにより、駆動車輪９Ａ及び従動車輪９Ｂが向く方向にのみ前進Ｇａ及び後進Ｇｂする。この動作を人力で操作されるマニュアル動作といい、特に前後旋回マニュアル動作という。
このように、本実施形態の台車２００及び機器は、駆動輪１００が、自転軸（第一軸）３と、自転軸３の廻りに回転可能に設けられた回転部材５と、自転軸３に直交して回転部材５に設けられた駆動軸（第二軸）７Ａと、駆動軸７Ａの廻りに回転可能に設けられた駆動車輪９Ａと、回転部材５に設けられて駆動車輪９Ａを回転駆動する駆動部１１と、回転部材５の回転を許容する一方で回転部材５の回転を阻止するロック機構１７と、を備える。
これにより、台車２００及び機器は、駆動輪１００が、回転部材５に設けた駆動部１１により駆動車輪９Ａを回転駆動させつつロック機構１７による回転部材５の基部１に対する回転の許容により回転部材５を回転させて駆動車輪９Ａの方向を変更することができる。一方、台車２００及び機器は、駆動輪１００が、回転部材５に設けた駆動部１１により駆動車輪９Ａを回転駆動させつつロック機構１７による回転部材５の基部１に対する回転の阻止により回転部材５を固定させて走行することができる。また、台車２００及び機器は、駆動輪１００が、自転軸３に駆動部１１を設ける必要がないため、ロック機構１７による回転部材５の基部１に対する回転の許容により、自転軸３の廻りに回転部材５を負荷なく自由に回転させ、外力により駆動車輪９Ａを従動させたマニュアル動作が可能になる。この結果、台車２００及び機器は、駆動輪１００において、簡素な構成で低コスト化及び軽量化を図った構成で自走可能であると共に、マニュアル動作を円滑かつ軽快に行うことができる。また、台車２００及び機器は、駆動輪１００において、駆動部１１にダイレクトドライブモータを適用すれば、励磁オフにすることで駆動車輪９Ａを負荷なく自由に回転でき、マニュアル動作をより円滑かつ軽快に行うことができる。
また、本実施形態の台車２００及び機器では、駆動輪１００の駆動車輪９Ａは、自転軸３の軸心３Ｃからオフセットした位置に設けられていることが好ましい。
これにより、台車２００及び機器は、駆動輪１００において、駆動車輪９Ａを回転駆動させつつロック機構１７による回転部材５の基部１に対する回転の許容により回転部材５を回転させる際、駆動車輪９Ａが自転軸３の軸心３Ｃからオフセットした位置に設けられているため、自転軸３の廻りの回転部材５の回転移動を円滑に行うことができる。この結果、台車２００及び機器は、円滑な走行を行うことができる。
また、本実施形態の台車２００及び機器では、駆動輪１００の駆動軸７Ａは、その軸心７Ｃが自転軸３の軸心３Ｃからオフセットした位置に設けられていることが好ましい。
これにより、台車２００及び機器は、駆動輪１００において、ロック機構１７による回転部材５の基部１に対する回転の許容により、回転部材５を自由に回転させ、外力により駆動車輪９Ａを従動させるマニュアル動作の際、駆動軸７Ａの軸心７Ｃが自転軸３の軸心３Ｃからオフセットした位置に設けられているため、自転軸３の廻りの回転部材５の回転移動を回転方向の全方向に行うことができる。この結果、マニュアル動作による移動の位置調整が可能になり、走行性を向上できる。
また、本実施形態の台車２００及び機器では、駆動輪１００は、駆動軸７Ａと同軸上で回転部材５に設けられた従動軸（第三軸）７Ｂと、従動軸７Ｂの廻りに回転可能に設けられた従動車輪９Ｂと、従動車輪９Ｂの回転を制動する制動機構１３と、をさらに備えることが好ましい。
これにより、台車２００及び機器は、駆動輪１００において、従動車輪９Ｂを備えることで、駆動車輪９Ａの回転に際して補助するため、回転部材５の回転移動を軽快に行うことができる。特に、駆動輪１００は、駆動車輪９Ａを回転駆動させつつロック機構１７による回転部材５の基部１に対する回転の許容により回転部材５を回転させる際、制動機構１３により従動車輪９Ｂの回転を制動することで、駆動車輪９Ａの回転駆動に伴って回転部材５に回転方向への回転力を付与することができ、回転部材５の回転移動によって生じる台車本体１２０の移動量を小さく抑えることができ、効率良く回転部材５を回転移動させることができる。この結果、台車２００及び機器は、円滑な走行を行うことができる。
なお、台車２００及び機器は、駆動輪１００の数や配置について上述した構成に限定されるものではない。例えば、台車２００及び機器は、図８に示す４輪の形態において、台車２００の前方側２００Ａに駆動輪１００を取り付け、台車２００の後方側２００Ｂに従動輪１１０を取り付けてもよい。また、図には明示しないが、台車２００及び機器は、３輪以上の形態において、駆動輪１００が１つであって他の車輪が全て従動輪１１０であってもよい。また、図には明示しないが、台車２００及び機器は、３輪以上の形態において、従動輪１１０を有さず全ての車輪が駆動輪１００であってよい。即ち、台車２００及び機器は、３輪以上の形態において、駆動輪１００が少なくとも１つあればよい。このような構成であっても、簡素な構成で自走可能であると共に、マニュアル動作を円滑かつ軽快に行うことができる。
１ 基部
１Ａ 上面
１Ｂ 下面
３ 自転軸（第一軸）
３Ａ 下端
３Ｃ 軸心
５ 回転部材
５Ａ 上面
５Ｂ 下面
５Ｃ 側板
７ 回転軸
７Ａ 駆動軸（第二軸）
７Ｂ 従動軸（第三軸）
７Ｃ 軸心
９ 車輪
９Ａ 駆動車輪
９Ｂ 従動車輪
１１ 駆動部
１３ 制動機構
１５ 回転基準位置検出部
１５Ａ 検出センサ
１５Ｂ 検出片
１７ ロック機構
１９ 回転範囲規制機構
１９Ａ ピン
１９Ｂ 円弧穴
２１ ボルト
２３ スリップリング
１００ 駆動輪
１１０ 従動輪
１１０Ｃ 軸心
１２０ 台車本体
２００ 台車
２００Ａ 前方側
２００Ｂ 後方側
２１０ 制御装置
２１１ 受信部
２１２ 制御部
２２０ 電源
３００ 操作部
Ｆ 接地面
Ｇａ 前進
Ｇｂ 後進
Ｒａ 正転
Ｒｂ 逆転
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ オフセット量
Ｓｉｇ 操作信号
１Ａ 上面
１Ｂ 下面
３ 自転軸（第一軸）
３Ａ 下端
３Ｃ 軸心
５ 回転部材
５Ａ 上面
５Ｂ 下面
５Ｃ 側板
７ 回転軸
７Ａ 駆動軸（第二軸）
７Ｂ 従動軸（第三軸）
７Ｃ 軸心
９ 車輪
９Ａ 駆動車輪
９Ｂ 従動車輪
１１ 駆動部
１３ 制動機構
１５ 回転基準位置検出部
１５Ａ 検出センサ
１５Ｂ 検出片
１７ ロック機構
１９ 回転範囲規制機構
１９Ａ ピン
１９Ｂ 円弧穴
２１ ボルト
２３ スリップリング
１００ 駆動輪
１１０ 従動輪
１１０Ｃ 軸心
１２０ 台車本体
２００ 台車
２００Ａ 前方側
２００Ｂ 後方側
２１０ 制御装置
２１１ 受信部
２１２ 制御部
２２０ 電源
３００ 操作部
Ｆ 接地面
Ｇａ 前進
Ｇｂ 後進
Ｒａ 正転
Ｒｂ 逆転
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ オフセット量
Ｓｉｇ 操作信号
Claims (6)
- 基部と、
前記基部に対して回転可能に設けられた第一軸と、
前記第一軸の廻りに回転可能に設けられた回転部材と、
前記第一軸に直交して前記回転部材に設けられ、かつその軸心が前記第一軸の軸心からオフセットした位置に設けられる第二軸と、
前記第二軸と同軸上で前記回転部材に設けられた第三軸と、
前記第三軸の廻りに回転可能に設けられた従動車輪と、
前記回転部材に対して前記第一軸の軸心からオフセットした位置に設けられて、前記第二軸の廻りに回転可能な駆動車輪と、
前記回転部材に設けられて前記駆動車輪を回転駆動する駆動部と、
アクチュエータを有し、第一軸を挿通するように配置され、前記アクチュエータの動作に応じて前記基部に対して前記回転部材の回転を許容するロック解除状態となる一方で、前記基部に対して前記回転部材の回転を阻止するロック状態となるロック機構と、
前記従動車輪の回転を制動する制動機構と、
前記駆動部、前記ロック機構および前記制動機構を制御する制御部と、
前記回転部材における基部との相対的な回転移動において、基準となる基準位置を検出する回転基準位置検出部と、
を備え、
前記制御部は、
前記制動機構をブレーキ解除状態とし、かつ前記ロック機構をロック状態として前記駆動部を駆動する第一動作と、
前記制動機構をブレーキ状態とし、かつ前記ロック機構をロック解除状態として前記駆動部を駆動し前記駆動車輪を伴って前記回転部材を前記第一軸の廻りに回転させる第二動作と、
前記制動機構をブレーキ解除状態とし、かつ前記ロック機構をロック解除状態として外力により前記駆動車輪を前記第二軸の廻りに従動させつつ前記駆動車輪を伴って前記回転部材を前記第一軸の廻りに回転させる第三動作と、を制御し、
前記回転基準位置検出部による前記基準位置の検出、及び予め設定されている前記基準位置に対する前記駆動車輪の回転量に基づいて計測した、前記第二動作における前記回転部材の回転角度に基づいて、前記制御部は、前記第二動作から前記第一動作へ切り替える、駆動輪。 - 前記駆動部は、ダイレクトドライブモータである請求項１に記載の駆動輪。
- 前記従動車輪は、前記回転部材に対して前記第一軸の軸心からオフセットした位置に設けられている請求項１または２に記載の駆動輪。
- 請求項１から３のいずれか１項に記載の駆動輪と、
前記駆動輪が取り付けられる台車本体と、
を備える台車。 - 前記台車本体の前方側に前記駆動輪が取り付けられ、
前記台車本体の前記前方側とは反対側の後方側に、第二の従動輪を備える、請求項４に記載の台車。 - 請求項１から３のいずれか１項に記載の駆動輪と、
前記駆動輪が取り付けられる台車本体と、
前記台車本体に取り付けられる機材と、
を備える機器。
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