JPH08300960A

JPH08300960A - 全方向移動車及びそのステアリング制御方法

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Publication number: JPH08300960A
Application number: JP13593395A
Authority: JP
Inventors: Eiji Nakano; 野栄二中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-05-09
Filing date: 1995-05-09
Publication date: 1996-11-19
Anticipated expiration: 2017-06-24
Also published as: JP3294471B2

Abstract

(57)【要約】【目的】全方向移動車における駆動輪の車輪駆動とス
テアリング動作を単一のモータに行わせることにより、
モータ数の減少と低価格化、機構の簡素化と軽量化、モ
ジュール化などの優れた特性を持たせる。【構成】車体１に固定するための支持板２にステアリ
ング軸３を回転可能に支持させる。このステアリング軸
上の車輪支持部材１３に、車輪駆動モータ７を支持させ
ると共に、そのモータ７により駆動される車輪軸５に、
ステアリング軸３の回転の軸線から偏寄した位置におい
て接地する車輪６を取付ける。また、上記支持板２とス
テアリング軸３との間にクラッチ４を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無人搬送ロボット、コ
ンピュータ制御の車両等として利用されるところの駆動
輪に特徴のある全方向移動車、及びその全方向移動車の
ステアリング制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明者は、先に特開昭５６−１３１４
６２号（特公昭６２−３３９８９号）公報、特開昭６１
−１６９３２９号（特公平１−３４１６６号）公報など
によって全方向移動車用操舵制御装置を提案している。
上記既提案の操舵制御装置は、いずれも、比較的簡単な
機構により、全方向移動車に要求される３モード、即
ち、車体の向きを変えることなく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全方向モード、
通常の自動車と同様に後輪を直進方向に向けて固定し、
前輪を同一方向に向けて任意に操舵できるようにした自
動車モード、及び各車輪軸を車体の中心に向けて固定
し、車体をその中心のまわりに回転させるようにした回
転モードに切り換え可能に構成したものである。

【０００３】しかしながら、このような既提案の装置を
含む従来の全方向移動車においては、一般に、動輪を駆
動するモータとステアリング軸を駆動するモータを個別
的に備えるなど、多数のアクチュエータを必要とし、し
かも、複数の動輪やステアリング軸をそれぞれ単一のモ
ータで駆動する場合には、モータとそれら動輪や軸との
間に回転軸やクラッチ、これらを保持する保持板と軸
受、回転の伝達方向を変える傘歯車、さらには旋回時の
動輪の内外輪差を解消するための差動歯車などの動力伝
達装置を必要とするため、それらが車体に沿って複雑に
取付けられて、現実的には動力伝達機構が非常に複雑化
し、移動車の設計やメンテナンスが困難になるばかりで
なく、移動車が大型化し、必要以上に高価になるという
問題があった。

【０００４】また、以上の問題を避けるために、全方向
移動用の駆動輪をモジュール化しようとすると、一つの
駆動輪に付き必ず２個のモータを必要とし、２駆動輪で
も４個、４駆動輪では８個もモータが必要となるため、
価格や重量、寸法などの増加の問題が新たに生じてい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題
は、全方向移動車における駆動輪の車輪駆動とステアリ
ング動作を単一のモータに行わせることにより、モータ
数の減少と低価格化、機構の簡素化と軽量化、モジュー
ル化などの優れた特性を持たせることができるようにし
た全方向移動車を提供するものである。また、近年、高
性能なコンピュータが安価に入手可能になると同時に、
その利用技術が開発されたことから、複雑な機構を用い
るよりも、コンピュータ制御により機構を単純化するこ
とが有利になってきている。本発明の技術的課題は、上
記全方向移動車の駆動輪に設けた回転角度検出器の出力
等に基づく制御により、簡単で円滑なステアリング制御
を実現できるようにした全方向移動車のステアリング制
御方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の第１の全方向移動車は、車体に固定するため
の支持板にステアリング軸を回転可能に支持させ、この
ステアリング軸上の車輪支持部材に車輪駆動モータを支
持させると共に、そのモータにより駆動される車輪軸
に、ステアリング軸の回転の軸線から偏寄した位置にお
いて接地する車輪を取付け、上記支持板とステアリング
軸との間にクラッチを設け、これにより車体に対して取
り付ける駆動輪を構成したことを特徴とするものであ
る。

【０００７】また、本発明の第２の全方向移動車は、車
体に固定するための支持板にステアリング軸を回転不能
に支持させ、このステアリング軸に回転自在に取付けた
車輪支持部材に車輪駆動モータを支持させると共に、そ
のモータにより駆動される車輪軸に、ステアリング軸の
回転の軸線から偏寄した位置において接地する車輪を取
付け、上記車輪支持部材とステアリング軸との間に、ス
テアリング軸のまわりに位置する歯車を介して連結され
たクラッチを設け、これにより車体に対して取付ける駆
動輪を構成したことを特徴とするものである。

【０００８】さらに、上記全方向移動車を用いてステア
リング制御を行うための本発明の方法は、上記全方向移
動車に車体に対して推進力を与えるための少なくとも一
つの駆動輪を具備させ、クラッチを開の状態にして車体
を移動させつつ、車体の速度と車輪の回転による車輪移
動速度とを等しくして直進移動させ、車体の速度に対し
て車輪の回転による車輪移動速度を変えることによりス
テアリング角度を制御することを特徴とするものであ
る。

【０００９】

【作用】上記全方向移動車における駆動輪は、それがモ
ジュール化されるため、適宜全方向移動車の車体に取付
けて使用できるもので、全方向移動車における駆動輪の
車輪駆動とステアリング動作を単一のモータに行わせる
が、車輪駆動モータ及びクラッチを制御することによ
り、車輪を所要の方向に向けて所要の走行を行わせるこ
とができ、モータ数の減少と低価格化、機構の著しい簡
素化と軽量化が図られる。また、上記全方向移動車にお
いてステアリング制御を行うには、クラッチを開の状態
にして車体を移動させつつ、車体の速度と車輪の回転に
よる車輪移動速度とを等しくして直進移動させ、さらに
車体の速度に対して車輪の回転による車輪移動速度を変
えることによりステアリング角度を制御することがで
き、これにより簡単で円滑なステアリング制御を実現す
ることができる。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明の第１実施例に係る全方向移
動車の駆動輪の基本構成を模式的に示すものである。こ
の駆動輪は、車体１に対してボルト等により固設される
支持板２に、その全てを装備することによりモジュール
化したものである。即ち、上記支持板２には、実質的に
鉛直に配置されたステアリング軸３を軸受１２により回
転可能に支持させ、支持板２側に固定クラッチ板４ａを
設けると共に、ステアリング軸３に同軸と共に回転する
が軸方向には摺動可能な可動クラッチ板４ｂを設け、こ
れらによって形成されるクラッチ４により、ステアリン
グ軸３を支持板２に対して回転または固定状態に保持で
きるように支持させている。このクラッチ４は、電気信
号により回転力の伝達を通断できるものである。

【００１１】また、このステアリング軸３の下部に一体
的に設けた車輪支持部材１３には、軸受１４，１５によ
り水平の車輪軸５を回転自在に支持させ、更にその車輪
支持部材１３には、上記車輪軸５を介して車輪６を回転
駆動する車輪駆動モータ７を取付けている。車輪６と車
輪駆動モータ７の間には、駆動力を伝達する減速歯車な
どが配置されるのが普通であるが、同図ではこれを省略
している。上記車輪軸５に取付けた車輪６は、ステアリ
ング軸３自体の回転の軸線から側方に偏寄した位置にお
いて接地するように配置されたものであり、その車輪軸
５には歯車８ａを固定し、この歯車８ａと噛合する歯車
８ｂを介して車輪６の回転角度または回転速度を検出す
るロータリーエンコーダ等の回転角度検出器９を、上記
車輪支持部材１３に取付けている。一方、上記ステアリ
ング軸３の上端には歯車１０ａを設け、それを支持板２
上に設けたロータリーエンコーダ等の回転角度検出器１
１の入力軸に取付けた歯車１０ｂと噛合させている。な
お、上記検出器９，１１は、車輪６の回転角度や回転速
度、あるいはステアリング軸３の回転角度を、それぞれ
歯車を介して検出するようにしているが、歯車以外の適
宜手段によって回転を伝達するように構成してもよい。

【００１２】上記構成を有するモジュール化した駆動輪
は、次のように動作する。例えば、クラッチ４を閉じた
状態にし、ステアリング軸３がその中心軸線の周りで回
転せずに、支持板２に対して固定された状態で、車輪駆
動モータ７を駆動すると、車体１は車輪６の向く方向に
駆動力を受ける。また、逆に、クラッチ４を開いた状態
にし、ステアリング軸３が回転可能であるときには、車
輪駆動モータ７の駆動によって、ステアリング軸がその
下部に設けた車輪６や車輪駆動モータ７等と共に中心軸
線の周りに回転する。このような動作を行うモジュール
化された駆動輪は、例えば、４輪の全方向移動車におけ
る対角２輪として設置し、他の対角２輪をキャスタとす
る構成のものとして使用することもできるが、車両の３
輪または４輪をすべて上記駆動輪モジュールによって構
成することによっても、様々な移動モードを形成するこ
とが可能となる。

【００１３】図２に、上記全方向移動用駆動輪を４個設
置したときの車両の基本移動モードを示す。同図（ａ）
に示すように、車両の４輪の車輪軸の延長線がすべてあ
る一点（旋回中心点）Ｃを通るように各モジュールにお
けるステアリング軸３の角度を制御し、クラッチ４を閉
じると、車輪駆動モータ７の駆動により、車体１はこの
点Ｃを中心として旋回するように移動する。これを旋回
モードと呼ぶ。また、同図（ｃ）のように全モジュール
におけるステアリング軸３を同一角度にしてクラッチ４
を閉じると、車体１はその方向に移動する。これを直進
モードと呼ぶ。さらに、同図（ｄ）に示すように、全モ
ジュールにおける車輪６の軸線が車体の中央点Ｏを通る
角度になるようにすると、車体１は、その中央点Ｏを中
心とするその場回転を行う。これを回転モードと呼ぶ。
なお、同図（ｂ）に示すように、後ろ２輪を前方への直
線移動方向に固定し、前２輪の旋回中心Ｃをこの後ろ２
輪の車輪軸線上にとると、一般の自動車のような移動を
する。これを自動車モードと呼ぶが、この自動車モード
は、上記旋回モードの特別な場合と考えられる。さら
に、図２（ａ）の旋回モードにおいて、車体中央点Ｏと
旋回中心点Ｃとの距離をρとすると、同図（ｄ）の回転
モードはρ＝０の場合と考えられ、また同図（ｃ）の直
線モードはρ＝∞の場合と考えられる。

【００１４】図３は、図１に示す基本構成の駆動輪モジ
ュールの小型化を図った第２実施例の構成を示すもので
ある。同図の実施例において、ステアリング軸２３は、
車体に固定するための上下の支持板２２ａ，２２ｂに回
転不能に支持させ、車輪駆動モータ２７とクラッチ２４
は、共にステアリング軸２３に回転自在に取付けた車輪
支持部材３３に支持させ、そのモータ２７により駆動さ
れる車輪軸２５に、ステアリング軸２３の回転の軸線か
ら偏寄した位置において接地する車輪２６を取付け、さ
らに、ステアリング軸２３とクラッチ２４は、ステアリ
ング軸２３のまわりに位置する同軸に固定の平歯車３５
及びそれと噛合するクラッチ２４の平歯車３６を介して
駆動力が伝達されるように連結されている。

【００１５】上記支持板２２は、このモジュールを構成
する構造板であっても、また設計の都合で車両本体の一
部分であっても、同様の機能を発揮させることができ
る。また、車輪２６及びステアリング軸２３には、それ
ぞれの回転角度や回転速度を検出するためのロータリー
エンコーダなどの回転角度検出器が配置されるが、同図
ではこれらを省略している。なお、この実施例では、ス
テアリング軸２３を上下の支持板２２ａ，２２ｂに回転
不能に支持させ、車輪支持部材３３をステアリング軸２
３に回転自在に取付けているが、ステアリング軸２３を
上下の支持板２２ａ，２２ｂに回転自在に支持させ、車
輪支持部材３３をステアリング軸２３に回転不能に固定
することができる。この場合に、平歯車３５はステアリ
ング軸２３に対しては回転自在で、支持板２２ａに固定
的に設ける必要がある。

【００１６】図１の第１実施例に比べてこの図３の第２
実施例の構成がもつメリットは、次の３点である。（ａ）第１実施例のようにクラッチ４をステアリング軸
３に直接設置する場合よりも、第２実施例では駆動輪モ
ジュールの厚さ（高さ）が小さくなり、駆動輪モジュー
ルの小型化が図られると共に、モジュールを構成要素と
して含む車体の設計が容易となる。（ｂ）ステアリング軸２３に設置された歯車３５の直径
に対して、クラッチの軸に設置された歯車３６の径を小
さくとることにより、クラッチの制動力が増幅されるこ
とになるため、小型のクラッチで済ますことが可能とな
り、モジュールの小型化が図られる。

【００１７】（ｃ）後述するが、図１または図３の駆動
輪を備えた全方向移動車では、走行中にクラッチを開い
た状態でも、ステアリング角度を制御することが可能で
あることが、実験で確かめられている。このような車両
が移動中にクラッチが開とされた状態では、車輪が小さ
い障害物を踏んだときなどに車輪は障害物から反力を受
けるため、駆動輪モジュールに振動が生じる恐れがあ
り、極力この振動を抑える必要がある。このとき、図３
に示す第２実施例の構成は、ステアリング軸２３から離
れた位置にモータ２７やクラッチ２４を配置することに
なるため、ステアリング軸まわりの慣性モーメントの増
大が図られ、明らかに上記振動の抑止効果がある。

【００１８】また、図４に示す第３実施例の駆動輪は、
図３の第２実施例と基本的に同じ構成を有しているが、
実験のために試作したものであり、その構成を水平断面
によって示している。同図の車輪駆動モータ４７は、減
速歯車５７ａ，５７ｂと減速歯車５８ａ，５８ｂを介し
て車輪４６を駆動するように連結され、この車輪４６は
車輪軸４５を支持する軸受（図示省略）により、ステア
リング軸４３の回転の軸線から偏寄した位置において接
地するようにして回転可能に支持され、その軸受及び上
記車輪駆動モータ４７は下方の車輪支持部材５３に固定
されている。この車輪支持部材５３は、車体に固定する
ための支持板に固定支持されたステアリング軸４３に回
転自在に取付けられ、さらに、このステアリング軸４３
にはそれと同軸に歯車５５が固設され、この歯車５５
は、歯車５６を介して車輪支持部材５３に設けられたク
ラッチ４４に接続すると共に、歯車５０を介してステア
リング軸の回転角度を検出するロータリーエンコーダ等
の回転角度検出器５１に接続している。一方、車輪４６
の回転角度は、車輪駆動モータ４７に設置されたロータ
リーエンコーダ等の回転角度検出器４９により計測する
ようにしている。

【００１９】この実施例では、歯車５５から歯車５６へ
の減速比を大きくとることにより、小型のクラッチでモ
ジュールのステアリング軸まわりの回転を停止するのに
十分な力を発生させ得ると共に、ステアリング角度の停
止精度を高くすることができる。また、重量の大きい車
輪駆動モータ４７をステアリング軸４３から離れた位置
に配置できるので、ステアリング軸まわりの慣性モーメ
ントの増大が図られ、クラッチ４４を開いた状態で走行
しても、車輪が障害物から受ける反力により振動したり
するのを抑制することができる。

【００２０】図５は、上記構成を有する駆動輪モジュー
ル６０の４個を用いて構成した全方向移動車の構成を示
している。この全方向移動車における駆動輪モジュール
６０は、図６によって以下に説明するサスペンション機
構を介して、車体６１に駆動輪モジュールの支持板を固
定している。なお、図５において、６３ａは車輪駆動モ
ータのための電源電池、６３ｂは電子回路用電池、６４
ａ，６４ｂは電池積載板、６５ａ，６５ｂは重い電池を
メンテナンスするときにそれらの電池を電池積載板６４
ａ，６４ｂごと引き出すためのホルダー、６６ａ，６６
ｂはコンピュータ及び電子回路の基板である。

【００２１】図６は、上記駆動輪モジュール６０を有効
に作動させるのに適したサスペンション機構を示してい
る。同図において、図示を省略した駆動輪モジュール６
０は、その支持板が固定される接続部材７０、その接続
部材７０が取付けられるサスペンション保持板７１、そ
のサスペンション保持板７１を保持して上下方向に平行
移動させる一対の平行リンク機構７２，７２を介して、
車体６１に接続される。上記サスペンション保持板７１
は、それに固定されたばね台７３の上にスペーサー７４
を介して下ばね台座７５を配設し、この下ばね台座７５
と車体６１に固定した上ばね台座７６との間に、内ばね
７７及び外ばね７８を保持させている。この外ばね７８
は、車体６１とスペーサー７４との間で常に圧縮される
状態に介装し、そのため、サスペンション保持板７１は
常にストッパー７９の耳板部に係合させた状態となって
いる。一方、内ばね７７は、外ばね７８が一定以上圧縮
されたときにばね台座７５，７６間で圧縮されるように
して介装している。

【００２２】これら内ばね７７、外ばね７８及び平行リ
ンク機構７２等からなるサスペンション機構は、車体６
１に対する車輪の柔軟な上下揺動のために機能するもの
であり、以下にその働きについて説明する。通常、外ば
ね７８は車体６１とスペーサー７４の間に圧縮された状
態で保持されているため、サスペンション保持板７１の
上縁は常にストッパー７９の耳板部に押し当てられた状
態となっている。これが車体とサスペンション保持板７
１との間の最大のすき間である。但し、走行時には通常
外ばね７８がもう少し圧縮された状態にある。

【００２３】車体が重くなると外ばね７８が圧縮され、
遂には上ばね台座７６が内ばね７７の上端に接触する状
態となる。これ以上の圧縮は、外ばね７８と内ばね７７
とのばね係数の和をばね係数とする複合ばね機構で車輪
が支持される。さらに、もっと重い重量や強い衝撃力を
受けたときには、二つのばね７７，７８がより圧縮さ
れ、遂には下ばね台座７５の縁と上ばね台座７６の縁と
が接触する。これがこのサスペンション機構の圧縮の限
界となる。通常は、外ばね７８のばね係数ｋ₁ より内ば
ね７７のばね係数ｋ₂ の方を大きくしておくことによ
り、車体が軽い普通の状態の時は軟らかいサスペンショ
ンとして働き、そのため、走行面の少しの凸凹や車体の
振動によく追髄する。しかし、外ばねのみでは、車体に
重い積載物を搭載すると、たちまちばねが圧縮されてば
ね台座７５，７６が直接接触し、サスペンション機能が
働かなくなるが、上記両ばね７７，７８の使用により、
外ばね７８の圧縮時にもっとばね剛性の高い内ばね７７
に接触するため、重い荷重の状態でもサスペンション機
能を働かせることができる。

【００２４】すなわち、このサスペンション機構は、小
さなスペースで軽荷重から重荷重まで対応させることが
でき、途中でばね係数が非線形に変化するサスペンショ
ン機構を形成することを可能とする機構である。なお、
スペーサー７４は内ばねが働くまでのすき間を簡単に調
整することを可能としている。

【００２５】以上のような機構を持つ全方向移動車の駆
動制御は、主に次の二つの方法で行うことができる。（ａ）移動中はクラッチを閉じた状態で移動する方法。この方法の場合、ステアリング角度は固定となる。ま
た、移動モードも同一状態である。駆動制御の観点から
見ると、全方向移動車の移動モードには、図２に示した
ように、旋回モード（自動車モードも含む）、直進（斜
行、横行も含む）モード、回転モードの３種類の移動モ
ードがある。これらの移動モードを途中で変換したいと
きは、一旦車体の移動を停止し、クラッチを開の状態と
して車輪をステアリング軸のまわりで転回させ、モード
を変換した後、再びクラッチを閉じて、変換後の移動モ
ードで移動する。この方法は最も普通に行われ、多くの
動作要求に対して、この移動方法で対応可能である。

【００２６】（ｂ）移動中にクラッチを開いた状態で移
動する方法。この方法は、高度な駆動輪の制御を必要とするが、自動
車モードにおいては、十分実用に耐える精度と即応性が
得られることが実験により確認されている。この方法を
以下に詳述する。

【００２７】図７は、クラッチを開の状態にしたときの
制御方法の原理を説明するためのものである。同図に示
すように、車体１の速度をＶ_O 、車輪６の回転による移
動速度をＶ_W とする。図中、３はステアリング軸、５は
車輪軸、６は車輪である。いま、速度Ｖ_W がＶ_O より大
きいと、車輪６は車体１より速く移動しようとするた
め、車輪はステアリング軸３のまわりで回転して車体１
の前方へ移動する。逆に、速度Ｖ_W がＶ_O より小さい
と、車輪６は車体１より遅れ、ステアリング軸３のまわ
りを車体の後方へ移動する。したがって、速度Ｖ_W とＶ
_O が等しいと、車輪６は丁度車体１の側方に突き出した
形で車体に追従して移動する。１輪のみの特性を調べる
実験装置を用いて実験を行ったところ、制御方法を適切
にすることにより、クラッチを開いたままでも、ほとん
どステアリング軸が振れることなく、直進移動させるこ
とに成功している。また、前述のように、たとえ小さな
障害物を踏んでも、駆動輪自体にモータその他の機械要
素があり、慣性モーメントが働くため、ほとんど影響さ
れないことも、実験において確かめられている。

【００２８】この原理を利用すると、図３や図４などに
示す単一のモータをもつ単純化された機構でも、あると
きはクラッチを閉じて駆動輪とし、またあるときはクラ
ッチを開いてステアリングを切る操舵輪とするような、
その場に応じての切り替えが可能となり、これまでの全
方向移動機構よりずっと簡単な機構でほぼ同等の機能を
与えられることとなる。ただし、クラッチ開の状態で
は、車体に対して推進力を与えられないため、このよう
なステアリング制御をするときは、図２（ｂ）に示すよ
うな自動車モードにおいて、後ろ２輪を駆動輪とし、前
２輪をクラッチ開の状態で使用するのが普通であるが、
必ずしもこのときのみ使用可であるとは限らない。

【００２９】このようなクラッチ開の状態での移動が可
能となると、たとえば自動車モードでＳ字カーブを描く
ような軌跡の移動も可能となる。図８は、実際に、実験
車により前２輪をクラッチ解放にした自動車モードでＳ
字を描かせた様子を示すもので、実線で示す目標軌道に
対して、点線で示すような実測軌道を描かせることがで
きた。この実験結果より、このクラッチ開状態での移動
は実用上の大きな問題がないものと考えられる。

【００３０】なお、前述のように、ある車輪をクラッチ
開の状態で移動させるためには、他の車輪の中に、車体
に対して駆動力を与えるためのクラッチ閉の駆動輪が少
なくとも１輪は必要である。もし４輪を備えた移動車な
ら、実用的には２輪でクラッチ閉の走行を行うことが望
ましい。図９に示すように、４輪の内２輪をクラッチ閉
の駆動輪とする際の組合わせは、数種類考えられる。す
なわち、（１）同図（ａ）に示すように、通常の自動車
のように後ろ２輪の角度を固定して駆動輪６ｂとし、前
２輪を操舵輪６ａとする方法、（２）フォークリフトに
見られるような、前２輪を角度固定して後ろ２輪でステ
アリングする方法、（３）同図（ｂ）に示すように、対
角２輪を角度固定の駆動輪６ｂとし、他の２輪を操舵輪
６ａとする方法、などである。さらに、状況に応じて走
行中にこれら固定２輪の選択を変えることも可能であ
る。もちろん、自動車モードは、前方と後方及び左右横
方向の４方向について可能であり、さらにそれぞれにつ
いて後輪固定または前輪固定のいずれをも選択すること
ができる。

【００３１】上述した全方向移動車の駆動制御を行うた
めには、車輪の回転角度や回転速度あるいはステアリン
グ軸の回転角度等を、ロータリーエンコーダ等の回転角
度検出器を用いて検出し、車体が今どんな姿勢で、どん
な位置にあるか、ということをリアルタイムで知る必要
があり、特に、４輪を独立に操舵できる全方向移動車な
どでは、複雑な走行形態と走行軌跡をとり得るため、コ
ンピュータにおいて車体の姿勢や位置をリアルタイムで
知る必要がある。このための車体の運動学的動作の概要
は以下の通りである。

【００３２】図１０に、旋回モードのときの車体の運動
を表す座標系と記号を示す。同図において、Ｏ₀ −Ｘ₀
Ｙ₀ は絶対座標系、Ｏ−ＸＹは車両に固定した座標系で
あり、また、Ｃ：旋回中心の座標、Ｏ：車両本体の中心の座標、 θ ：車両本体の姿勢角、 φ ：車両本体の総蛇角、ｖ：旋回中心まわりの速度、 ρ ：旋回半径、Ｏ₀ ：絶対座標、である。これらのパラメータの間には、以下の関係があ
り、これが旋回モードのときの車体の運動を表す式とな
る。

【００３３】

【数１】

【００３４】なお、他の直進モードに関しては、更に簡
単な式になるので、ここでは省略する。

【００３５】

【発明の効果】以上に詳述した本発明によれば、全方向
移動車における駆動輪の車輪駆動とステアリング動作を
単一のモータに行わせることにより、モータ数の減少と
低価格化、機構の簡素化と軽量化、モジュール化などの
優れた特性を持たせることができ、また、その全方向移
動車の駆動輪の制御により、簡単で円滑なステアリング
制御を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る全方向移動車の駆動
輪の基本構成を模式的に示す側断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｄ）は、上記全方向移動用駆動輪を
４個設置したときの車両の基本移動モードを示す説明図
である。

【図３】本発明の第２実施例の全方向移動車の駆動輪の
基本構成を模式的に示す側断面図である。

【図４】本発明の第３実施例の駆動輪の構成を示す水平
断面図である。

【図５】駆動輪モジュールの４個を用いた全方向移動車
の構成を模式的に示す平面図である。

【図６】上記駆動輪モジュールに好適なサスペンション
機構の側断面図である。

【図７】クラッチを開の状態にしたときのステアリング
制御の原理を説明するための説明図である。

【図８】実験車により前２輪をクラッチ解放にした自動
車モードでＳ字を描かせた場合の走行軌道を示す線図で
ある。

【図９】（ａ）（ｂ）は、４輪の内２輪をクラッチ閉の
駆動輪とする組合わせについて例示する説明図である。

【図１０】旋回モードのときの車体の運動を表す座標系
と記号を示す説明図である。

【符号の説明】

１車体２支持板３，２３，４３ステアリング軸４，２４，４４クラッチ５，２５，４５車輪軸６，２６，４６車輪７，２７，４７車輪駆動モータ１３，３３，５３車輪支持部材２２ａ，２２ｂ支持板３５，３６，５５，５６歯車

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車体に固定するための支持板にステアリン
グ軸を回転可能に支持させ、このステアリング軸上の車
輪支持部材に車輪駆動モータを支持させると共に、その
モータにより駆動される車輪軸に、ステアリング軸の回
転の軸線から偏寄した位置において接地する車輪を取付
け、上記支持板とステアリング軸との間にクラッチを設
け、これにより車体に対して取り付ける駆動輪を構成した、
ことを特徴とする全方向移動車。
【請求項２】車体に固定するための支持板にステアリン
グ軸を回転不能に支持させ、このステアリング軸に回転
自在に取付けた車輪支持部材に車輪駆動モータを支持さ
せると共に、そのモータにより駆動される車輪軸に、ス
テアリング軸の回転の軸線から偏寄した位置において接
地する車輪を取付け、上記車輪支持部材とステアリング
軸との間に、ステアリング軸のまわりに位置する歯車を
介して連結されたクラッチを設け、これにより車体に対して取付ける駆動輪を構成した、こ
とを特徴とする全方向移動車。
【請求項３】請求項１または２に記載の全方向移動車の
ステアリング制御を行う方法であって、上記全方向移動車には車体に対して推進力を与えるため
の少なくとも一つの駆動輪を具備させ、クラッチを開の状態にして車体を移動させつつ、車体の
速度と車輪の回転による車輪移動速度とを等しくして直
進移動させ、車体の速度に対して車輪の回転による車輪
移動速度を変えることによりステアリング角度を制御す
る、ことを特徴とする全方向移動車のステアリング制御
方法。