JPH06171562A - 走行装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一つの回転体に対して一つの駆動源にする事
により簡単な構成で走行方向を自在に変えられ、駆動源
の力を効率的に利用することのできる走行装置を提供す
ることを目的とする。 【構成】 基板１上に、駆動源であるモータ４と、この
モータ４の出力軸と締結され、駆動力を伝達する回転体
からなる円盤５とが図示しないネジにより締結固定され
ている。円盤５から駆動力を受ける球体６は、アイドラ
７と円盤５との間に嵌入している。このモータ４、円盤
５、球体６、アイドラ７とが一組になり、正三角形の頂
点に位置する基板１上に３組配設されている。上記のモ
ータ４を制御部２２にて制御し、走行装置を所望の走行
方向へ駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動ロボットをはじめ
玩具、自動車などに利用できる走行装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、走行装置としては、例えば、特開
昭６０−１０４４７５号公報に示されるように、回転体
に球体を用い、球体１ケに接した２ケの駆動源にて前
後、左右、あるいは斜め方向に回転可能なものを２組用
いることにより全方向の移動や自転ができるようにした
ものがある。

【０００３】その代表例の概要を図８に示し、この図に
基づき説明する。ハウジング２９と一体のハウジング基
板３０の底面には、球３１、３２、３３が従動輪として
回転自在になるように設けられている。ハウジング２９
と一体のハウジング基板３０に球３６、３７が嵌入され
た円筒状支持体３４、３５が固定されている。支持体３
４、３５の側面には開口部３４ａ、３４ｂ，３５ａ、３
５ｂがそれぞれの支持体の中心より互いに９０度の位置
に設けられている。その開口部を通してゴムタイヤ３
８、３９、４０、４１が球３６、３７に接触している。
またこのゴムタイヤ３８、３９、４０、４１にはモータ
４２、４３、４４、４５が取り付けてある。

【０００４】図９は図８のＡ−Ａ線断面を示す側面図で
ある。球３７はハウジング基板３０に設けられた円形の
開口部３０ａより突出して平面５４と接触している。こ
の装置の動作は、図８のＸ軸方向５６に走行させる場合
はモ−タ４２とモ−タ４４を同方向に同速度で回転させ
る。Ｙ軸方向５５に走行させるにはモ−タ４３とモータ
４５を同方向に同速度で回転させる。さらにＸ軸とＹ軸
とは異なる矢印５７で示す斜め方向に走行させる場合
は、モータ４２とモ−タ４４を同方向に回転させると同
時にモ−タ４３とモータ４５も同方向に回転させる。こ
のときモータ４２とモ−タ４４の速度は同一とし（この
回転速度をＮｘとする）、モ−タ４３とモ−タ４５の速
度も同一とする（この回転速度をＮｙとする）。そして
回転速度Ｎｘと回転速度Ｎｙの大きさを変えることによ
り斜め方向に走行する角度を設定する。またハウジング
２９を回動させるにはモ−タ４２とモ−タ４４の回転方
向と速度をそれぞれ単独に変化させることにより、ハウ
ジング２９の回動軸を任意の位置に設定し走行するよう
にしたもの等がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８で
述べた装置は，回転体である球体１ケに対して、少なく
とも駆動源が２ケ必要となるため回転体である球体の数
の２倍の数の駆動源を有することになり、装置全体の構
成と回転体に与える駆動力の制御が複雑になるという問
題がある。

【０００６】機械設計（日刊工業新聞社発行）の第３６
巻第１５号（１９９２年１１月号）には、図１０（ａ）
に示すような装置が開示されており、この走行装置によ
り上記の問題点を解決することができる。この走行装置
は、図１０（ｂ）に示すように、３つの車輪６２が車体
６１に回転可能に連結されているもので、車輪６２は、
夫々矢印方向に回転する。また、この車輪６２には、夫
々の車輪６２に対して直角方向に回転可能なローラ６３
が配されている。

【０００７】しかしながら、図１０に示す走行装置６０
は、車輪６２が矢印方向にしか回転できないために、路
面上で走行する場合に、例えば、Ｙ方向に進む場合、車
輪Ａはローラ６３が回転するために滑らないが、車輪
Ｂ、Ｃは滑りながら進むことになる。その他の方向に進
む場合にも、何れかの車輪が滑る必要がある。

【０００８】また、車輪６２と路面上とは線接触である
ために、旋回を行う場合には、一つの車輪６２において
弧ａ、ｂ、ｃは旋回半径が異なるために、滑りが無いた
めには速度が同じではいけない。しかしながら、車輪６
２の回転速度は内周側と外周側を問わず一定であるため
に滑りが生じる。滑りが生じると、駆動源から伝達した
力の損失があり、効率的に走行装置を走行させることが
できないという問題がある。

【０００９】そこで、本発明は、一つの回転体に対して
一つの駆動源にする事により簡単な構成で走行方向を自
在に変えられ、駆動源の力を効率的に利用することので
きる走行装置を提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、同一または連結されたハウジングと、こ
のハウジングに回転自在に支持され、少なくとも３個配
される球形状の回転体と、前記ハウジングに積載される
と共に、１個の回転体に対して１個配され、前記回転体
を回転駆動する駆動源と、この駆動源の駆動を制御する
制御部と、を備え、前記回転体が平面に接地するとき
に、前記駆動源を駆動することにより平面上で自在な方
向に走行せしめるように構成したことを特徴とする走行
装置を採用するものである。

【００１１】

【作用】上記構成よりなる本発明の走行装置によれば、
少なくとも３個の球状の回転体と、この回転体に対して
一つづつ配された駆動源とを有する。少なくとも３個の
回転体を有するため、この走行装置は安定する。回転体
が球形状よりなるために何れの方向にも回転可能であ
り、滑りを生じないので、駆動源の力を効率的に利用す
ることができる。

【００１２】また、一個の回転体に対して一個の駆動源
よりなるため、回転体が３個の時には駆動源が３個で済
み、制御部で制御する駆動源が少なくなるので、制御が
簡素化される。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は、本発明の第１実施例の走行装置の
構造を表した斜視図である。同図においてハウジング２
と、このハウジング２と一体に設けられた平板状の基板
１とを配する。この基板１上には、駆動源であるモ−タ
４と、このモ−タ４の出力軸と締結され、駆動力を伝達
する回転体からなる円盤５とが図示しないネジにより締
結固定されている。円盤５から駆動力を受ける回転体で
ある球体６は、円盤５とは球体６に対して反対側に設け
られ、球体６と円盤５の間で摩擦力が生じるように球体
６を押しつける回転体であるアイドラ７（少なくとも１
ケ）と円盤５との間に嵌入している。アイドラ７は図示
しないネジにより締結固定されている。球体６が円盤５
とアイドラ７との間から抜けないように、ハウジング２
には球体６を上側から押さえるステイ３が設けられてい
る。

【００１４】前述の駆動源であるモ−タ４は回転力を生
ずる他の駆動源でもよい。また駆動力を伝達する円盤
５、球体６を押しつけるアイドラ７は金属でできている
が、樹脂、ゴムでもよい。また、駆動力を受ける球体６
はゴムでできているが、金属、樹脂でもよい。

【００１５】上記のハウジング２、ステイ３、モ−タ
４、円盤５、球体６、アイドラ７が一組になり、基板１
に少なくとも３組配置されている。また、モータ４に与
える駆動力を制御する制御部２２がリード線２３を介し
てモータ４に接続されており、この制御部２２には、図
示しないリモコンから、走行方向の指示を与える支持信
号が送られる。基板１と平行な平面方向における前述３
組の配置を図２にて説明する。

【００１６】３個の球体６の中心が三角形を形成し、か
つ円盤５と球体６の接点と球体６の中心を結んだ線３本
が三角形を形成するか、または１点で交わるように配置
する。円盤５、球体６、アイドラ７の高さ関係について
は図３により説明する。

【００１７】図３は図１に示した本発明の実施例の走行
装置の部分的なＢ−Ｂ線断面を表す図である。本装置
は、この装置が走行する平面８（例えば床面、道路面な
ど）に対して３ケの球体６にて支えられている。球体６
は基板１に設けられた開口部１２より突出して平面８と
接している。球体６は基板１が持ち上げられても開口部
１２より落ちないように、基板１が持ち上げられ、球体
６が下がった時に、少なくとも３ケの回転体であるベア
リング１３にて支えられるようになっている。ただし平
面８と球体６が接している間は球体６とベアリング１３
は離れている。

【００１８】円盤５、球体６、アイドラ７の高さの位置
関係は球体６の中心の高さと等しい位置に円盤５とアイ
ドラ７の中心があるようにする。アイドラ７の押しつけ
力は球体６と平面８の間の摩擦力に打ち勝つ力になるよ
うに設定する。

【００１９】球体６は、ステイ３にネジ１１で締結固定
されている少なくとも１ケの回転体であるベアリング９
と接しており、装置全体の重さを路面８に対して法線方
向に支えている。

【００２０】また、ステイ３にネジ１１で締結固定され
ている少なくとも３ケの回転体である長さ調節自在なキ
ャスタ１０は、ベアリング９やベアリング１３が突発的
に動いたとしても、円盤５と球体６とアイドラ７との適
正な位置関係を保つために設けられている。このキャス
タ１０は、通常は球体６とは接していず、球体６が上部
方向に動いた時に接する構成をとる。また、球体６とベ
アリング９の路面８と平行な方向の位置関係は、球体６
の中心とベアリング９の中心が等しくなるようにする。

【００２１】次に、この装置の動作を説明する。本走行
装置を任意の方向へ直進させようとする場合、図４にお
いて操縦操作性向上のため３個の円盤５の半径ｒを等し
くし、球体６の半径Ｒを３個とも等しくしておく。な
お、円盤５を、図示の如く円盤５ａ、５ｂ、５ｃとし、
夫々の円盤に回転力を与える球体６を、球体６ａ、６
ｂ、６ｃとする。３個の球体６の各々の中心は正三角形
ＳＴＵを形成する。本走行装置の重心Ｇの移動方向を
θ、重心Ｇの速度をＶとする。また円盤５と球体６の接
点と球体６の中心点を結んでできる直線で形成される三
角形ＸＹＺも正三角形であり三角形ＳＴＵとの位置関係
は重心は等しいが位相は６０度ずれている。ここで円盤
５ａ、５ｂ，５ｃに与えるモータ４の回転数をＮ₁ 、Ｎ
₂ 、Ｎ₃ とすると、次式の如く、制御部２２が夫々の円
盤５ａ、５ｂ、５ｃに回転数を与える。

【００２２】

【数１】Ｎ₁ ＝ＶCOS θ／（２πｒ）

【００２３】

【数２】Ｎ₂ ＝ＶCOS （６０−θ）／（２πｒ）

【００２４】

【数３】Ｎ₃ ＝ＶCOS （６０＋θ）／（２πｒ） 上記の数式の如く、モータ４の回転数を制御し、円盤５
を介して球体６に回転力を与えることにより球体６と平
面８が接していないときには、３ケの球体６は各々図に
示す矢印Ｐ，Ｑ，Ｒの方向に回転する。しかしながら、
球体６と平面８が接すると、３ケの球体６が平面８に拘
束されるために、これらの３ケの球体よりなる本装置は
θと同じ方向に回転する。すなわち三角形ＸＹＺの重心
Ｇはθ方向に速度Ｖで直進する。そのため平面８に対し
て平行な面での自在な走行ができる。

【００２５】以上の走行は本走行装置が回動する事なく
元の状態と平行な状態を保持して行われるものである
が、以下に説明する如く、本走行装置を回動させること
も可能である。

【００２６】図５に示すように、図４と同様な装置にお
いて、球体６ａ、６ｂ，６ｃの中心を各々Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、
Ｐ₃ とおき、三角形ＸＹＺの重心Ｇとの距離をｄとお
く。重心Ｇを原点としてｘ，ｙ座標を考えると、任意の
点Ｐ（ｘ₁ 、ｙ₁ ）を中心としてＷという回転速度にて
回動させたい時には、次式の如く制御部２２がモータ４
の回転数Ｎ₁ 、Ｎ₂ 、Ｎ₃ を制御し、夫々の円盤５ａ、
５ｂ、５ｃに回転を与える。

【００２７】

【数４】Ｎ₁ ＝ＷＬ₁ ・COS φ₁ ／（２πｒ）

【００２８】

【数５】Ｎ₂ ＝ＷＬ₂ ・COS φ₂ ／（２πｒ）

【００２９】

【数６】Ｎ₃ ＝ＷＬ₃ ・COS φ₃ ／（２πｒ） ただし、Ｌ₁ 、Ｌ₂ 、Ｌ₃ 、φ₁ 、φ₂ 、φ₃ は、以下
の式よりなる。

【００３０】

【数７】Ｌ₁ ²＝Ｌ² ＋ｄ² −２Ｌｄ・COS δ₁

【００３１】

【数８】Ｌ₂ ²＝Ｌ² ＋ｄ² −２Ｌｄ・COS δ₂

【００３２】

【数９】Ｌ₃ ²＝Ｌ² ＋ｄ² −２Ｌｄ・COS δ₃

【００３３】

【数１０】 φ₁ ＝COS ^-1（（Ｌ₁ ²＋ｄ² −Ｌ² ）／（２Ｌ₁ ｄ））

【００３４】

【数１１】 φ₂ ＝COS ^-1（（Ｌ₂ ²＋ｄ² −Ｌ² ）／（２Ｌ₂ ｄ））

【００３５】

【数１２】 φ₃ ＝COS ^-1（（Ｌ₃ ²＋ｄ² −Ｌ² ）／（２Ｌ₃ ｄ）） また、δ₁ 、δ₂ 、δ₃ 、θ、Ｌは、以下の式よりな
る。

【００３６】

【数１３】δ₁ ＝１８０−θ

【００３７】

【数１４】δ₂ ＝６０−θ

【００３８】

【数１５】δ₃ ＝６０＋θ

【００３９】

【数１６】θ＝tan ^-1（ｘ₁ ／ｙ₁ ）

【００４０】

【数１７】Ｌ＝（ｘ₁ ²＋ｙ₁ ²）^1/2 上記数式の如く、円盤５ａ、５ｂ、５ｃに回転を与える
ことにより、本走行装置の回動中心点Ｐを任意の位置に
設定でき、円弧上の走行軌跡を描くことができる。

【００４１】このように本実施例は、走行方向を自在に
変えられると言う機能を備えているが、その構成は球体
３ケ、モータ３ケを組み合わせた簡単なものである。な
お、図２を用いてハウジング２、ステイ３、モ−タ４、
円盤５、球体６、アイドラ７の１組が基盤１と平行な平
面方向においてどのように配置するか、また円盤５や球
体６の寸法関係はどうなるかを第１の実施例で説明した
が、円盤５の半径は各々違っていてもよく、円盤５の半
径に合わせて回転数を制御すれば良い。

【００４２】また、球体６の半径が各々違っていても良
く、この時にも球体６の半径に合わせてモータ４が与え
る回転数を制御すれば良い。また、３個の球体６の各々
の中心が形成する三角形ＸＹＺは正三角形と違っていて
もよい。また、円盤５と球体６の接点と球体６の中心を
結んでできる直線で形成する三角形ＳＴＵは正三角形と
違っていても良い。また三角形ＸＹＺと三角形ＳＴＵの
重心は一致していなくてもよいし、位相はどの位置にあ
ってもよい。夫々の場合において、上記の数式を補正し
て、制御を行えば良い。

【００４３】また、図３、図６に示すように、球体６の
保持法として、アイドラ７から球体６に対して平面８と
水平に与えられる力をモ−タ４までは伝えず、円盤５ま
でで受けるために、円盤５の軸１５の両側に２ケのベア
リング１６を装着し、モ−タ４とは、連結部材であるカ
ップリング１７にて連結する。もしくは、円盤５自体に
少なくとも１ケのベアリングを装着しても良いし、円盤
５自体をベアリングにしても良い。

【００４４】また、球体６が歪んだり平面８方向と水平
な方向に動いたときにでもアイドラ７が球体６に力を加
え続けられるように、図３に示すように、アイドラ７を
保持するステイ１９が平面８と水平な方向に自在に移動
できるように、図示していないリニアガイドベアリング
を装着し、かつステイ１９にバネ１８を装着する。アイ
ドラ７は円盤５と同様にベアリングで受けても良い。

【００４５】なお、球体６に対して平面８と垂直な力が
加わるときには、図３のようにベアリング９で力を受け
ていたが、図７のように球体６を多数の小球２０で受け
ても良い。この小球１９は球体６が回転するにともない
小球移動通路２１を転動する。

【００４６】また、上記の実施例では、制御部２２に与
える信号をリモコンにて送信する構成としたが、制御部
２２に対して直接信号を与える構成としても良い。

【００４７】

【発明の効果】以上のように本発明の走行装置は、少な
くとも３ケの駆動源と、１ケの駆動源により回転運動を
与えられる少なくとも１ケの回転体により全方向を自在
に走行できる特長を持つ。一つの回転体に対して一つの
駆動源にて駆動されるので、本発明の走行装置では操縦
操作が簡単であり、構成も単純、走行安定性もあり、そ
して安価に具体化できるという優れた効果がある。

【００４８】また、回転体が球形状を呈するので、回転
体が滑りを生じず、回転体に与えられた駆動力を効率的
に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係わる走行装置の部分的な断
面を持つ斜視図。

【図２】本発明の実施例に係わる走行装置の要素の配置
図。

【図３】図３は図１のＢ−Ｂ線断面を示す側面図。

【図４】本発明に係わる走行装置の動作を示す模式図。

【図５】本発明に係わる走行装置の動作を示す模式図。

【図６】球体６の保持法の他の実施例。

【図７】球体６の保持法の他の実施例。

【図８】従来の走行装置の部分的断面を示す平面図。

【図９】図９のＡ−Ａ線断面を示す側面図。

【図１０】従来の走行装置を示す図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ ハウジング ３ ステイ ４ モータ ５ 円盤 ６ 球体 ７ アイドラ ８ 平面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一または連結されたハウジングと、 このハウジングに回転自在に支持され、少なくとも３個
   配される球形状の回転体と、 前記ハウジングに積載されると共に、１個の回転体に対
   して１個配され、前記回転体を回転駆動する駆動源と、 を備え、前記回転体が平面に接地するときに、前記駆動
   源を駆動することにより平面上で自在な方向に走行せし
   めるように構成したことを特徴とする走行装置。