JPS61169329A - 全方向移動車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、フォークリフト、移動ロボット
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］ 車体の西明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ッチ
を介して回転させ、それによって全方向モード、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、しかもクラッチ等に
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ッチを介し
て独立的に回転駆動されるステアリング軸によって、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っ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を鉛直軸のまわり
に能動及び従動回転可能とし、且つ上記水平車輪軸を、
上記鉛直軸から平行移動した従動回転位置から鉛直軸と
交差する旋回位置に強制転位可能とすることにより構成
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
タ及びクラッ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ッチを切り、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、自動車モードによって走行
させることができる。

また、全方向モードによっ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、それによっ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ＩＥ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ャ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ｌ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ｏｆ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８．８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によって動輪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
にデファレンシャル・ギヤー１２を設け、デファレンシ
ャル拳ギヤー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、また上記デファルンシャルΦギヤー１
２の他方の出力軸１８により逆転クラッチ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８を
回転駆動するようにしたものである。

なお、上記デファレンシャル拳ギヤー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
ラッチ２５．２Ｅｌ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。従って、モータ２１の回転及びクラッチ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１本発明者が先に提案している能動方向転換可
能なキャスタ（特願昭５９−１０８９７１号、特願昭５
９−１８４８８４号）が用いられる。この既提案のキャ
スタは、−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。

同図に示すキャスタは、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り
、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ｌＩｒ能とし、１
１．つ］−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１＃線
と交゛差する旋回位置く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ｌに回転自在に支持させた
上記鉛直軸３４を、クラッチ３５を介して回転アクチュ
エータ３Ｂに連結し、鉛直軸３４を能動回転させる場合
には、クラッチ３５を接続してアクチュエータ３Ｇを作
動させ、従動回転させる場合にはクラッチ３５を切って
鉛直軸３４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ｆ車輪軸３３を支持させるようにしたものであり、こ
れらのリンクに、Ｄ　　ＢＣ Ｃｏ　　Ｄ。

の寸法関係を与えることにより、第３のリンク４３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。このリンク機構の駆動には、３位
置に制御可能なシリンダ４Ｂ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ａ２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っても
、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、通常のキャ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５回転伝達軸
２４上に逆転クラッチを設ければ、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っ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
した後にクラッチ２Ｂ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っ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ッチ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１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ァレ
ンシャル会ギヤー１２によっ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、これによってデファレンシャル・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
ｌＯ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、クラッチ４８゜４８
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。これらのクラッチ４８．４９の設
置位置は、より車輪に近い位置、例えし、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、アッカーマン
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。従って、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、全方向モードによっ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、転舵角の制御を行っ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、クラッチ２５．２６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、それによって機体ｌ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８．８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
ラッチ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役位置を設定
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、逆転クラッチ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りラッチが設けら
れている場合、両動輪を基準方向にセットしたのち、こ
の逆転クラッチを入れ、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、必ずしも逆転クラッ
チを必要としない。例えば、まず、クラッチ２５を接続
し、かつクラフチ２８を開放して、動輪２を角度αだけ
操舵し、次いでクラッチ２５を開放し、かつクラッチ２
８を接続して、動輪２を角度αだけ操舵すれば、逆転ク
ラッチが無くても第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、クラッチ２５．２８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
操舵角をもってくることも可能で、このとき、旋回中心
０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０′をある範囲内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
して一般的なキャ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、キャスタの向きを大
きく転向させることになるため、そのキャスタにより無
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、キャ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ャスタを用い、鉛直軸３
４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れかるように、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！！２　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、本発明名が先に提案し
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。

【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・Φ動輪、　４，５・・従輪。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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ッチ
   を介して独立的に回転駆動されるステアリング軸によっ
   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っ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を鉛直軸のまわりに
   能動及び従動回転可能とし、且つ上記水平車輪軸を、上
   記鉛直軸から平行移動した従動回転位置から鉛直軸と交
   差する旋回位置に強制転位可能としたことを特徴とする
   全方向移動車。