JPH0134166B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、各種搬送車、フオークリフト、移動
ロボツト等として利用するのに適した全方向移動
車に関するものである。

［従来の技術］ 車体の四隅に回転可能に支持させたステアリン
グ軸にそれぞれ車輪を取付け、これらのステアリ
ング軸を必要数のステアリング用モータにより適
宜介在させたクラツチを介して回転させ、それに
よつて全方向モード、回転モード、及び自動車モ
ードを実現できるようにした全方向移動車は、す
でに公知である。

上記全方向モードとは、全車輪を同一方向に向
けて任意の方向へ走行できるようにした動作形態
であり、回転モードとは、各車輪をその支持軸の
中心軸線が車体の回転中心を向くように保持し
て、車体をその中心のまわりに回転させるように
した動作形態であり、また、自動車モードとは、
通常の自動車と同様に後２輪を直進方向に向けて
固定し、前２輪を略同一方向に向けて任意に操舵
できるようにした動作形態である。

しかしながら、上記公知の全方向移動車におい
ては、その制御性を高めようとすると、ステアリ
ング及び車輪駆動のためのモータの数が多くな
り、しかもクラツチ等による各モード間の変換に
比較的煩雑な操作とその操作のための長い時間を
必要とし、また全体的に装置が複雑化する等の問
題がある。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、ステアリング及び車輪駆動の
ためのモータの数が最少限でありながら、多数の
モータを用いる場合と同様に、制御性において優
れるばかりでなく、全体的に構成が単純であり、
しかも各モード間の変換操作を簡単に短時間で行
えるようにした全方向移動車を提供することにあ
る。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明の全方向移動
車は、機体の四隅に設ける車輪のうち、一つの対
角位置にある一対の車輪を動輪、他の対角位置に
ある一対の車輪を従輪とし、上記動輪を、単一の
モータによりクラツチを介して独立的に回転駆動
されるステアリング軸によつて、鉛直軸のまわり
に回転駆動可能にすると共に、それらの車輪をモ
ータによつて回転駆動可能とし、上記従輪を、従
動回転する車輪の水平車輪軸に、それを鉛直軸の
まわりに回転させるアクチユエータをクラツチを
介して接続し、且つ上記水平車輪軸に、それを上
記鉛直軸から水平移動した従動回転位置と鉛直軸
と交差する旋回位置との間で転位させる駆動構成
を連結することによつて構成される。

［作 用］ 上記構成を有する全方向移動車は、ステアリン
グ用モータ及びクラツチの操作により前後左右の
自動車モード、全方向モード、及び回転モードへ
の転換を行うことができる。

即ち、進行方向に対して後方となる動輪を進行
方向に向けて固定した後にクラツチを切り、進行
方向前方の動輪の転舵角のみをステアリング用モ
ータにより制御しつつ、両動輪を回転駆動すれ
ば、自動車モードによつて走行させることができ
る。

また、全方向モードによつて走行させる場合に
は、両動輪を同一方向に向けたうえで、両動輪の
転舵角のみをステアリング用モータにより同時に
回転しつつ、両動輪を駆動すればよく、それによ
つて機体を任意の方向に走行させることができ
る。

さらに、回転モードにより機体を現位置におい
て転回させる場合には、動輪の配向を、上記全方
向モードにおいて両動輪の水平車輪軸の軸線が機
体の中心に向いた状態等として得ることができ、
この状態において両動輪の回転駆動方向を逆転さ
せる。

上記各モードにおける移動車の駆動に際し、従
輪としては、能動方向転換可能なキヤスタを用い
ているため、機体の停止後に機体進行方向を90゜
近く大きく変える場合でも、従輪の方向を所期の
進行方向に近い角度に能動的に向けることによ
り、移動車の正確な姿勢制御を行うことが可能に
なる。

［実施例］ 第１図は本発明に係る全方向移動車の実施例
（下面図）を示すものである。

この全方向移動車は、機体１の四隅に車輪を備
えているが、それらの車輪のうち、一つの対角位
置にある２輪を動輪２，３とし、他の対角位置に
ある２輪を従輪４，５としている。

上記動輪２，３は、機体１に対して転回可能に
取付けた鉛直なステアリング軸６．７に、水平車
輪軸８，９を回転可能に支持させ、車輪駆動用の
モータ１０によりこの水平車輪軸８，９を介して
回転するようにしたものである。上記水平車輪軸
８，９によつて動輪２，３を回転させるための車
輪駆動用モータ１０は、その出力軸１１にデフア
レンシヤル・ギヤー１２を設け、デフアレンシヤ
ル・ギヤー１２の一方の出力軸１３により傘歯車
１４，１５等を介して動輪２を備えた水平回転軸
８を回転駆動するようにし、また上記デフアレン
シヤル・ギヤー１２の他方の出力軸１６により逆
転クラツチ１７及び傘歯車１８，１９等を介して
動輪３を備えた水平回転軸９を回転駆動するよう
にしたものである。

なお、上記デフアレンシヤル・ギヤー１２は、
後述するところから明らかなように、必ずしも必
要としない。

さらに、上記ステアリング軸６，７を転回駆動
することにより動輪２，３をステアリング軸のま
わりにおいて転向させるためのステアリング用モ
ータ２１は、その出力軸から平歯車２２，２３等
を介して回転伝達軸２４を回転するように連結さ
れ、さらにこの回転伝達軸２４にクラツチ２５，
２６を介してウオーム２７，２８を連結し、前記
ステアリング軸６，７にこれらのウオーム２７，
２８と噛合するウオームホイール２９，３０を設
けている。従つて、モータ２１の回転及びクラツ
チ２５，２６の操作により、各動輪２，３の向き
を同時に、または個別的に転向させることができ
る。

一方、機体１における他の対角位置に設ける従
輪４，５としては、本発明者が先に提案している
能動方向転換可能なキヤスタ（特願昭59−108971
号（特開昭60−252003号参照）、特願昭59−
164664号（特開昭61−44002号参照））が用いられ
る。この既提案のキヤスタは、一例として第７図
に模式的に示すような構成とすることができる。

同図に示すキヤスタは、従動回転する２個の車
輪３２を水平車輪軸３３の両端に鉛直軸から等距
離の位置に設け、この水平車輪軸３３を支持した
車輪支持体３１を、鉛直軸３４のまわりに能動及
び従動回転可能とし、且つ上記水平車輪軸３３
を、上記鉛直軸３４の直下から平行移動した従動
回転位置から鉛直軸３４の軸線と交差する旋回位
置に強制転位可能としたものであり、その車輪位
置制御を行うための装置として、擬似直線リンク
機構を用いた場合を示している。

車輪支持体３１を鉛直軸３４のまわりに能動及
び従動回転可能にするためには、機体１に回転自
在に支持させた上記鉛直軸３４を、クラツチ３５
を介して回転アクチユエータ３６に連結し、鉛直
軸３４を能動回転させる場合には、クラツチ３５
を接続してアクチユエータ３６を作動させ、従動
回転させる場合にクラツチ３５を切つて鉛直軸３
４を回転自在にすればよい。

また、上記擬似直線リンク機構は、車輪支持体
３１にリンク４１，４２を回転可能に取付けると
共に、それらのリンク４１，４２の先端に第３の
リンク４３の端部及び中間位置を回転可能に取付
け、必要に応じてこれらのリンクを対称状に対向
配置し、第３のリンク４３の先端に水平車輪軸３
３を支持させるようにしたものであり、これらの
リンクに、 AD／CO＝BC／DO の寸法関係を与えることにより、第３のリンク４
３の先端即ち車輪３２を支持した水平車輪軸３３
に水平移動を与えることができる。このリンク機
構を駆動する駆動機構としては、３位置に制御可
能なシリンダ４６あるいはソレノイド等を用いる
ことができる。

而して、車輪３２の水平車輪軸３３を鉛直軸直
下の旋回位置に保持した状態では、移動車が停止
状態にあつても、車輪旋回時の接地摩擦が小さい
ために車輪支持体を容易に転向させることがで
き、また水平車輪軸３３を上記旋回位置から平行
移動した従動回転位置に保持した状態では、通常
のキヤスタと同様に機能させることができる。

上記構成を有する全方向移動車においては、以
下に説明するような態様で、自動車モード、全方
向モード、及び回転モードをとらせることができ
る。また、回転伝達軸２４上に逆転クラツチを設
ければ、旋回モード即ち機体を適宜旋回中心の周
りにおいて旋回させることも可能である。

まず、第２図は自動車モードによつて前方に走
行する状態を示している。この状態にするために
は、動輪３を基本的な縦進行方向（基準縦方向と
いう。）に向けて固定した後にクラツチ２６を切
り、動輪２の転舵角のみをステアリング用モータ
２１により制御すればよい。

また、第３図は自動車モードによつて右方へ走
行する状態を示すもので、この状態にするために
は、動輪２を基準横方向に向けて固定した後にク
ラツチ２５を切り、動輪３の転舵角のみをモータ
２１で制御すればよい。

さらに、機体１の後方あるいは左方へ走行させ
る場合についても、上記に準じて自動車モードを
とらせることができる。

このような各種方向への自動車モードによる走
行において、内外輪差による両動輪の回転速度の
違いをデフアレンシヤル・ギヤー１２によつて吸
収させることは勿論であるが、進行方向後側の動
輪のみを駆動し、前側の動輪の駆動をフリーにし
てそれを操舵のみに使用することもでき、これに
よつてデフアレンシヤル・ギヤー１２を省略する
ことが可能になる。なお、この場合には、モータ
１０により出力軸１３を直接的に回転駆動させ、
しかも第１図中に鎖線で例示するように、クラツ
チ４８，４９を設け、それらを機体の進行方向に
応じて接続し、あるいは切る必要がある。これら
のクラツチ４８，４９の設置位置は、より車輪に
近い位置、例えばウオームホイール２９，３０や
水平回転軸８，９の内部に設けてもよい。

上記各方向への自動車モードにおいて、移動車
のステアリング制御方法はいずれも共通性を有
し、しかも制御対象は動輪のうちのいずれか一輪
の角度のみでよく、また対角位置に一対の従輪を
用いているため、アツカーマン機構に相当する機
構等を設ける必要がない。

なお、自動車型の従来ステアリング方式を有す
る移動車の位置と方向の計算を、後２輪に設置し
たロータリエンコーダ等の回転計２個の出力を用
いて行う方法が確立されつつある。従つて、この
全方向移動車における自動車モードにおいても、
このような計算により比較的正確に位置と方向を
推定する必要のある場合は、後輪側の従輪を、後
輪と同様、縦方向に固定するとよい。

第４図は、全方向モードによつて走行する状態
を示し、例えば、上記自動車モードからこの全方
向モードに変換する場合には、転舵角の制御を行
つている動輪を基準縦方向または基準横方向に向
いている他の動輪と同一方向に向け、クラツチ２
５，２６を接続したうえで、両動輪２，３をステ
アリング用モータ２１で同時に回転させればよ
く、それによつて機体１を任意の方向に走行させ
ることができる。

また、第５図は回転モードにより機体を現位置
において転回させる状態を示している。この回転
モードにおける動輪２，３の配向は、上記全方向
モードにおいて、動輪２，３の水平車輪軸８，９
の軸線が機体１の中心に向いた状態として得るこ
とができ、この状態において逆転クラツチ１７の
切換えにより両動輪２，３の回転駆動方向を逆転
させればよい。

なお、両動輪２，３の間の中央位置が機体の回
転中心となるので、予めこれを考慮して両動輪の
配設位置を設定する必要がある。また、回転モー
ドのときに動輪３を外側の対称位置（第５図にお
いてステアリング軸７の周りに180゜回転した位
置）に転回すれば、転回操作に若干の時間を要す
るとしても、逆転クラツチ１７が不要になると共
に、上述のような両動輪の配設位置を予めずらし
ておく必要がなくなる。

第６図は、旋回モードにより機体を旋回させる
場合を示し、ステアリング回転伝達軸上に逆転ク
ラツチが設けられている場合、両動輪を基準方向
にセツトしたのち、この逆転クラツチを入れ、あ
る角度αだけ動輪を回転させたのち、両車輪を同
方向に駆動すれば、比較的小回転半径で機体を旋
回させることができる。

また、この旋回モードの実現には、必ずしも逆
転クラツチを必要としない。例えば、まず、クラ
ツチ２５接続し、かつクラツチ２６を開放して、
動輪２を角度αだけ操舵し、次いでクラツチ２５
を開放し、かつクラツチ２６を接続して、動輪２
を角度αだけ操舵すれば、逆転クラツチが無くて
も第６図と同一の旋回モードが実現する。さら
に、この場合、両動輪の操舵角は必ずしも同一で
なくてもよい。クラツチ２５，２６を上と同様に
操作して、一方の動輪の操舵角αに近い値α′に他
方の動輪の操舵角をもつてくることも可能で、こ
のとき、旋回中心Ｏは別の位置O′にずれる。逆
に、走行条件に応じて、旋回中心の位置O′をあ
る範囲で任意の位置に選ぶことができる。

上述した各モードにおける移動車の駆動に際
し、従輪として一般的なキヤスタを用いた場合に
は、ある方向に走行していた機体１が一旦静止し
て、その静止状態のままで大きく走行方向を変え
るときに、キヤスタの向きを大きく転向させるこ
とになるため、そのキヤスタにより無理な力が機
体に作用して、機体の姿勢を正確に制御できない
とか、キヤスタが損傷し易くなるという問題があ
るが、前記能動方向転換可能なキヤスタを用い、
鉛直軸３４を能動的に回転させて従輪４，５の方
向を新しい進行方向にある程度近い角度に向ける
ことにより、正確な姿勢制御を行うことが可能に
なる。

［発明の効果］ 上述したところからわかるように、本発明によ
れば、全方向モードと回転モードとは、動輪駆動
方向が同一か逆転かだけで本質的な差異がないこ
とから、両モードの間の変換を極めて簡単に行う
ことができ、しかも非常に短い時間でその変換を
行い、且つ正確な制御を行うことができる。

また、自動車モードと他の全方向または回転モ
ードとの間のモード変換に要する時間も、本発明
者が先に提案しているステアリング方式（特願昭
57−203270号）では、４輪とも転回あるいは固定
する必要があるのに比べ、本発明の場合には２輪
だけであるため、比較的変換時間が短くてすむ。

さらに、従動回転する車輪の水平車輪軸に、そ
れを鉛直軸のまわりに回転させるアクチユエータ
をクラツチを介して接続し、且つ上記水平車輪軸
に、それを上記鉛直軸から水平移動した従動回転
位置と鉛直軸と交差する旋回位置との間で転位さ
せる駆動機構を連結することにより従輪を構成し
たので、水平軸が従動回転位置にある場合は従動
が通常のキヤスタとして作用し、機体の進行方向
を大きく変える場合には、水平軸を駆動機構によ
り鉛直軸と交差する旋回位置に転位させ、且つ鉛
直軸をアクチユエータにより回転させて従輪の方
向を新しい進行方向に近い角度に向けることによ
り、移動車の正確な姿勢制御を行うことができ、
これによつて従輪の損傷が防止できるとともに、
姿勢の制御性を優れたものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る全方向移動車の構成図、
第２図ないし第６図は上記全方向移動車の各種モ
ードについての説明図（動輪の駆動系を省略して
いる。）、第７図は本発明の全方向移動車における
従輪の構成を模式的に示す断面図である。 １…機体、２，３…動輪、４，５…従輪。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 機体の四隅に設ける車輪のうち、一つの対角
   位置にある一対の車輪を動輪、他の対角位置にあ
   る一対の車輪を従輪とし、 上記動輪を、単一のモータによりクラツチを介
   して独立的に回転駆動されるステアリング軸によ
   つて、鉛直軸のまわりに回転駆動可能にすると共
   に、それらの車輪をモータによつて回転駆動可能
   とし、 上記従輪を、従動回転する車輪の水平車輪軸
   に、それを鉛直軸のまわりに回転させるアクチユ
   エータをクラツチを介して接続し、且つ上記水平
   車輪軸に、それを上記鉛直軸から水平移動した従
   動回転位置と鉛直軸と交差する旋回位置との間で
   転位させる駆動機構を連結することによつて構成
   した、 ことを特徴とする全方向移動車。