JPH10100906A - 全方位移動台車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で車輪からの路面反力に基づくモ
ーメントが各車輪ユニットに生じることを防止し、小型
化を図る。 【解決手段】 本体フレーム４１と、この本体フレーム
の前部及び後部に２つずつ設けられ、車輪を回転駆動す
る車輪ユニット４６と、各車輪ユニットに設けられその
車輪ユニットの車輪の向きを変えるステアリング機構
と、車輪ユニットにステアリング機構のステアリング軸
線に対して両側に回転軸線が同一になるようにして設け
られた１対の車輪とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、４つの独立の駆動
機構を備えた全方位移動台車に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の全方位移動台車では、車
体フレームの前部と後部に２つずつ合計４つの支持点に
車輪を１輪ずつ設け、これらの車輪で本体を支持するも
のが一般に知られている。

【０００３】このような全方位移動台車は、図３に示す
ように、駆動電源ユニット２やコントローラユニット３
等を備えた車体フレーム１の前部及び後部に２つずつ車
輪取付部４を設け、各車輪取付部４に車輪５を備えた車
輪ユニット６を取付けて構成される。

【０００４】上記車輪ユニット６の１つを代表して、図
４を参照しながら説明する。車輪ユニット６は、ステア
リング機構７及び駆動機構８とから構成される。この駆
動機構８は駆動軸ハウジング９を備える。この駆動軸ハ
ウジング９にはタイヤ１１を有する車輪５が駆動軸用軸
受１３を介して回動自在に取付けられている。この車輪
５の車軸１４は、後述するステアリング機構７のステア
リング軸外周部２４の回転軸線（ステアリング軸線）Ａ
に直行する方向に向いている。

【０００５】駆動軸ハウジング９内には、車輪５の車軸
１４に連結された駆動軸減速機１５が設けられている。
この駆動軸減速機１５の入力軸には内歯車１６及び外歯
車１７からなる駆動軸減速段を介して駆動用モータ１８
の駆動軸１９が連結している。また、駆動用モータ１８
には、車軸回転検出器２１が設けられている。さらに、
上記駆動軸減速段の内歯車１６には、駆動軸ブレーキ２
２が接続している。

【０００６】ステアリング機構７は、上部にフランジ部
２３ａを有する下方に突出した円筒状の取付フレーム２
３を備える。この取付フレーム２３をステアリング軸と
して、その外側にステアリング軸外周部２４がステアリ
ング軸用軸受２５を介して回動自在に取付けられてい
る。ステアリング軸外周部２４の下部には、ステアリン
グ軸ハウジング２６がボルトで連結している。

【０００７】上記ステアリング軸ハウジング２６内に
は、取付フレーム２３の先端部に連結したステアリング
軸減速機２７が設けられている。このステアリング軸減
速機２７の入力軸には、内歯車２８及び外歯車２９から
なるステアリング軸減速段を介してステアリング用モー
タ３１の駆動軸３２が連結している。また、ステアリン
グ用モータ３１には、ステアリング軸回転検出器３３が
設けられている。さらに、上記ステアリング軸減速段の
内歯車２８には、ステアリング軸ブレーキ３４が接続し
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような全方位移動
台車においては、車体フレーム１を支える前後４つの支
持点にそれぞれ１つの車輪ユニット６が設けられている
が、各車輪ユニット６に設けられる車輪５は１つだけで
あるため、各支持点は１つの車輪で支持され、各車輪５
は片持支持されることになる。

【０００９】すなわち、各車輪ユニット６に設ける車輪
５は、ステアリング機構７の回転軸線Ａである上下方向
に直行する方向を回転軸線Ｂとして回動するようになっ
ているため、上記ステアリング機構７の回転軸線Ａと車
輪５が路面から受ける反力（実線矢印Ｃで示す力）とは
距離Ｗだけ離間する。このため、各車輪ユニット６の取
付フレーム２３と各車輪取付部４との間には、図４
（ａ）において時計周りの方向にモーメントが生じる。

【００１０】このように、各車輪ユニット６における車
輪５は片持支持となることから、各車輪ユニット６と各
車輪取付部４との間においてモーメントが生じるため、
取付フレーム２３やハウジング２６，９の撓み等によっ
て台車の安定性が損なわれるのを防止するように取付フ
レーム２３や車輪５、ハウジング２６，９等の強度を強
くする必要が生じ、その結果これらの構造が大型化して
台車自体の重量が重くなってしまうという問題があっ
た。

【００１１】また、各車輪ユニット６の車輪５は駆動輪
であるため、各車輪ユニット６に生じるモーメントによ
り台車の車体が傾くと、各車輪５にかかる重量が偏るた
め、路面に対する車輪５のスリップが生じ、車輪５の回
転数に基づいて台車の移動距離を検出する際に、その検
出精度が落ちるという問題もあった。

【００１２】さらに、各車輪ユニット６は、それぞれス
テアリング機構７を備えるため、各車輪５を独立してス
テアリング操作することができるが、図３（ｂ）に示す
ように車輪５を斜行させると、台車に対する車輪５の接
地位置Ｄが相対的に横方向に変位するため、台車本体の
支持が不安定になり易いという問題点もあった。

【００１３】さらにまた、台車本体の振動を吸収するた
め、台車本体と車輪ユニット６との間に、バネ鋼等のサ
スペンションを入れる場合、車輪５が片持支持となるた
め車輪５に偏荷重がかかること、及びサスペンションの
変位によって車輪５と車輪５の回転軸線Ｂが、ステアリ
ング機構７の回転軸線Ａに対して斜めに傾斜すること
で、同一の車輪回転数に対する路面上の実際上の走行距
離が相対的に小さくなるので、車輪５の回転数に基づい
て走行距離を算出し、車輪５の回転数を制御して所望の
距離だけ走行させるような自律移動を行う場合に、実際
の走行距離が車輪の回転数に応じた計算値に合わなくな
るため、制御性が損なわれるという問題があった。

【００１４】そこで、本発明は、簡単な構成で車輪から
の路面反力に基づくモーメントが各車輪ユニットに生じ
ることを防止することができ、小型化を図ることができ
る全方位移動台車を提供しようとするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の本発明は、台
車本体と、この台車本体の前部及び後部のいずれか一方
に２つずつ設けられるとともに、他方に１つ又は２つず
つ設けられ、車輪を回転駆動する車輪駆動手段と、各車
輪駆動手段に設けられその車輪駆動手段の車輪の向きを
変えるステアリング機構と、車輪駆動手段にステアリン
グ機構のステアリング軸線に対して両側に回転軸線が同
一になるようにして設けられた１対の車輪とを備える全
方位移動台車である。

【００１６】請求項２の本発明は、請求項１の記載にお
いて、車輪駆動手段に設ける車輪のうち、一方を駆動輪
とし、他方を遊動輪とするとともに、遊動輪に車輪回転
数を測定する回転数検出器を設けた全方位移動台車であ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、本実施の形態における全
方位移動台車の外観構成を示す斜視図で、４１は、車体
フレームである。この車体フレーム４１には、駆動電源
ユニット４２やコントローラユニット４３等が設けられ
ている。また、車体フレーム４１の前部及び後部に２つ
ずつ車輪取付部４４を設け、各車輪取付部４４に車輪ユ
ニット４６を取付けて構成される。

【００１８】上記車輪ユニット４６の１つを代表して、
図２を参照しながら説明する。車輪ユニット４６は、ス
テアリング機構４７及び駆動機構４８とから構成され
る。この駆動機構４８は車軸ハウジング４９を備える。
この車軸ハウジング４９にはタイヤ５１を有する駆動輪
４５が駆動軸用軸受５３を介して回動自在に取付けられ
ている。この駆動輪４５の車軸５４は、後述するステア
リング機構４７のステアリング軸外周部７４の回転軸線
（ステアリング軸線）Ｅに直行する方向に向いている。

【００１９】駆動軸ハウジング４９内には、駆動輪４５
の車軸５４に連結された駆動軸減速機５５が設けられて
いる。この駆動軸減速機５５の入力軸には内歯車５６及
び外歯車５７からなる駆動軸減速段を介して駆動用モー
タ５８の駆動軸５９が連結している。上記駆動軸減速段
の内歯車５６には、駆動軸ブレーキ６０が接続してい
る。

【００２０】上記駆動軸ハウジング４９には、駆動輪４
５と同じ径のタイヤ６１を有する遊動輪６２が、ステア
リング軸外周部７４の回転軸線Ｅに対して駆動輪４５と
反対側に駆動輪４５と平行して設けられている。すなわ
ち、二又車輪構造をなす。具体的には、この遊動輪６２
は、駆動軸ハウジング４９に設けられた遊動輪取付ハウ
ジング６３に遊動輪軸受６４を介して取付けられ、駆動
輪４５の回転軸線Ｄを中心に回転可能となっている。

【００２１】また、遊動輪６２の遊動輪軸６５は自在継
手６６を介して車軸回転検出器６７に備えられたエンコ
ーダの入力軸に連結している。遊動輪６２の回転は、遊
動輪カバー６８と遊動輪軸６５、自在継手６６を通じて
車軸回転検出器６７のエンコーダの入力軸が回転するこ
とで計測される。

【００２２】上記ステアリング機構４７は、上部にフラ
ンジ部７３ａを有する下方に突出した円筒状の取付フレ
ーム７３を備える。この取付フレーム７３をステアリン
グ軸として、その外側にステアリング軸外周部７４がス
テアリング軸用軸受７５を介して回動自在に取付けられ
ている。ステアリング軸外周部７４の下部には、ステア
リング軸ハウジング７６がボルトで連結している。な
お、ステアリング機構４７の詳細な構成は、図４（ｂ）
に示すものと同様であるため、その詳細な説明を省略す
る。

【００２３】このような構成の本実施の形態において
は、台車が静止状態にあるとき、台車の車体は、前後２
つずつ計４つの支持点において、各支持点につきステア
リング軸外周部７４の回転軸線Ｅに対して両側に並設す
る２つの車輪４５，６２で支持される。これにより、図
２に示すように路面から受ける反力は各車輪４５，６２
に分散される。同図中、路面からの反力を力Ｆで示す。

【００２４】すなわち、路面から受ける反力は駆動輪４
５と遊動輪６２に両分され、路面から受ける反力によっ
て生じる駆動輪４５側の曲げモーメントは、図２におい
て時計周りの方向に生じるのに対して、遊動輪６２側に
生じる曲げモーメントは同図において反時計周りの方向
に生じる。従って、車軸ハウジング４９の駆動輪４５側
にかかるモーメントを減少させることができる。このよ
うに、車輪ユニット４６の取付フレーム７３と車輪取付
部４４との間に生じる曲げモーメントは、互いに打消さ
れるため、従来のように１支持点につき１輪で支持する
場合に比して無視できるので構造強度上有利になるとい
う効果が得られる。すなわち、従来のように各部の構造
強度を高める必要がなくなり、台車全体の重量の増加や
台車の大型化を防止でき、構造上の小型化を図ることが
できる。また、車輪４５，６２の耐荷重は半分で済むた
め、より小型の車輪を使用できる。

【００２５】次に、台車を静止状態から走行させる場
合、各車輪ユニット４６の駆動用モータ５８を駆動制御
して駆動輪４５を回転駆動させる。すると、遊動輪６２
は駆動輪４５の回転に伴って回転する。このとき、駆動
輪４５は路面に対して滑りが生じるのに対し、遊動輪６
２は路面に対して転がりながら進むため、滑りが無視で
きる。これにより、遊動輪６２に連結した車軸回転検出
器６７で回転量を検出することで、車輪の進行量、ひい
ては台車の進行量をより高精度で計測することができ
る。

【００２６】また、台車の走行方向を変える場合には、
ステアリング用モータを駆動させて取付フレーム７３に
対してステアリング軸外周部７４を回転軸線Ｅ周りに回
転させる。これにより、車輪４５、６２を有する駆動機
構８もステアリング軸外周部７４とともに回転し、台車
が操舵される。この場合、ステアリング軸外周部７４は
取付フレーム７３に対して３６０度回転可能であるた
め、各車輪４５、６２の向きの組合せによって直進、横
行、斜行、自動車型旋回、その場旋回といった全方位移
動が可能となる。

【００２７】また、台車の１支持点につき、車体フレー
ム４１の車輪ユニット４６の取付部に生じるモーメント
を打ち消すように２つの車輪４５、６５を設けるため、
ステアリングを斜行したときの重心安定領域（一点鎖線
で囲んだ領域）は、図１（ｂ）に示すように従来に比し
て横方向の重心から重心安定領域までの最小距離が大き
くなる。このため、片持荷重や過減速、急旋回等、慣性
力や遠心力が無視できない動的走行中にも安定に重心を
支持することができる。

【００２８】なお、本発明の実施の形態においては、車
体フレーム４１の前部及び後部にそれぞれ２つずつ計４
つの支持点に車輪ユニット４６を１つずつ設けた４輪駆
動型のものについて述べたが、必ずしもこれに限定され
るものではなく、車体フレーム４１の前部の中央に車輪
ユニット４６を１つ設けるとともに、後部に車輪ユニッ
ト４６を２つ設けた３輪駆動型であってもよい。さら
に、３輪駆動型では、車体フレーム４１の前部に車輪ユ
ニット４６を２つ設けるとともに、後部の中央に車輪ユ
ニット４６を１つ設けるものであってもよい。

【００２９】また、ステアリング機構４７のステアリン
グ軸線に対して両側に二又車輪構造をとるため、各車輪
が受ける路面からの反力により台車本体と車輪ユニット
との取付部等に生じるモーメントが互いに打消し合うた
め、車輪ユニット４６のステアリング機構４７付近にサ
スペンション機構を設けても、そのサスペンション機構
に生じる曲げモーメントは打消し合うので、サスペンシ
ョンの変位は基本的に上下方向となる。従って、車輪４
６、６２は路面に対して常に垂直に保たれることになる
ので、同一の車輪回転数に対する路面上の台車の進行距
離は、ほぼ一定となり、台車本体を自律移動させる場合
の制御性が向上するという効果を奏することもできる。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、以
下の点で台車について構造上の小型化を図ることができ
る。すなわち、台車本体を１支持点を１対の車輪で支え
る二又車輪構造とすることにより、１輪当たりが受ける
路面からの反力が半減するので、耐荷重が半分となり、
より小型の車輪を使用できる。

【００３１】また、車輪ユニットの一方の車輪によって
台車本体と車輪ユニットとの取付部や車輪ユニットのハ
ウジング等に生じるモーメントが、他方の車輪によって
生じるモーメントに打消され、その結果として台車本体
と車輪ユニットとの取付部等に生じる全モーメントが減
少するため、台車本体と車輪ユニットとの取付部材や車
輪ユニットのハウジング等における曲げ剛性を小さくす
ることができるため、小型化できる。

【００３２】ところで、車輪ユニットに設ける１対の車
輪のうち、一方を駆動輪とし、他方を遊動輪とするとと
もに、このスリップの影響が無視できる遊動輪側に車輪
回転数を測定する回転数検出器を設けるたため、回転検
出器の回転情報から台車本体の移動距離を正確に求める
ことができる。従って、台車にロボットを搭載する場合
に、そのロボットの位置を求めるのに、車輪回転数情報
が有効に活用できるという効果を奏する。

【００３３】また、二又車輪構造をとるため、斜行時で
も本体に対する車輪接地点が左右いずれかに偏ることが
ないので、片荷重や慣性力、遠心力等が生じる動的走行
時（過減速、急旋回等）においても本体をより安定に支
持することができる。

【００３４】さらに、ステアリング機構のステアリング
軸線に対して両側に二又車輪構造をとることから、各車
輪が受ける路面からの反力により台車本体と車輪ユニッ
トとの取付部等に生じるモーメントが互いに打消し合う
ため、車輪ユニットにサスペンション部を設けても、そ
のサスペンション部に生じる曲げモーメントは打消し合
うので、サスペンションの変位は基本的に上下方向とな
る。従って、車輪は路面に対して常に垂直に保たれるこ
とになるので、同一の車輪回転数に対する路面上の台車
の進行距離は、ほぼ一定となり、台車本体を自律移動さ
せる場合の制御性が向上するという効果を奏することも
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる全方位移動台車の
構成を示す図で、同図（ａ）は外観構成を示す斜視図
で、同図（ｂ）は台車が斜行したときの台車の重心安定
領域を示す図である。

【図２】図１に示す車輪ユニットの構成を示す断面図。

【図３】従来の全方位移動台車の構成を示す図で、同図
（ａ）は外観構成を示す斜視図で、同図（ｂ）は台車が
斜行したときの台車の重心安定領域を示す図である。

【図４】図３に示す車輪ユニットの構成を示す断面図。

【符号の説明】

４１…車体フレーム（台車本体） ４６…車輪ユニット（車輪駆動手段） ４７…ステアリング機構 ４８…駆動機構 ４５…駆動輪 ６２…遊動輪

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 台車本体と、この台車本体の前部及び後
   部のいずれか一方に２つずつ設けられるとともに、他方
   に１つ又は２つずつ設けられ、車輪を回転駆動する車輪
   駆動手段と、各車輪駆動手段に設けられその車輪駆動手
   段の車輪の向きを変えるステアリング機構と、前記車輪
   駆動手段に前記ステアリング機構のステアリング軸線に
   対して両側に回転軸線が同一になるようにして設けられ
   た１対の車輪とを備えることを特徴とする全方位移動台
   車。
2. 【請求項２】 請求項１の記載において、前記車輪駆動
   手段に設ける車輪のうち、一方を駆動輪とし、他方を遊
   動輪とするとともに、前記遊動輪に車輪回転数を測定す
   る回転数検出器を設けたことを特徴する全方位移動台
   車。