JPS6212420A - 全方向移動車の駆動機構 - 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、コンピュータ等による制御で自動走行させる
のに適した全方向移動車の駆動機構に関するものである
。

［従来の技術］ 第１図に示すように、移動車に全方向移動機構を設ける
と、車体の向きを変えることなく移動車を任意の方向に
移動させることができる。第１図は全方向移動車の基本
的構成を示すもので、重体１の４隅にステアリング軸２
を回転可能に取付け、このステアリング軸２の下端から
側方に突出する車輪軸３に、上記ステアリング軸から側
方に偏寄した位置において接地する車輪４を取付けてい
る。また、ステアリング軸２の上端には鎖車５を取付け
、各鎖車間にモータ６によって駆動されるチェーン７を
巻掛けている。

このような構成を有する全方向移動車は、モータロの駆
動により全車輪を同時に一定方向に向けることができ、
従って車体の向きを変えることなく、移動車を前後左右
及び任意の斜め方向に移動させることができる。

しかしながら、この全方向移動車は斜めに曲った通路を
走行する場合にも車体の向きを進行方向に変えることが
できず、従って移動車に自由な動きを行わせるためには
車体の向きを自由に変える機能をもたせることが必要と
なる。

このような機能を持たせた全方向移動車は１例えば特公
昭４３−３０３３７号公報等により既に知られている。

これは、複数の走行動作形態、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動作形態（以下、全方向モードと
いう、）、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
うにした動作形態（以下、自動車モードという、）、及
び各車輪軸を車体の中心に向けて固定し、車輪をその中
心のまわりに回転させるようにした動作形態（以下１回
転モードという、）の３モードに切換可能に構成したも
のである。

しかるに、このようなモードの切換えを可能にした全方
向移動車において、通常の自動車と同様に、前２輪また
は後２輪を走行駆動装置に接続して、それらを動輪とし
た場合には１前後及び左右方向の走行に際して動輪の配
置が不平等となり。

従って通常は一方向へのみ前進する進行形態をとらざる
と得す、全方向移動機構の特性を十分に生かすことがで
きない。

また、各方向への走行に対する動輪配置を平等にするた
め、全４輪を走行駆動装置に接続して動輪とすると、車
体重量の増加、それに伴う積載スペースの減少、機構や
部品の増加に伴う信頼性の低下、駆動装置及びその駆動
制御機器の増加に伴うコスト高、センサの増加に伴う信
頼性の低下、内外輪差を解消するための制御の複雑化等
の問題が生じることになる。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、前述したモードの切換えを可能にした
全方向移動車において、数少ない動輪が前後及び左右方
向への走行に際して同等に機能するように配Ｈし、それ
らを移動体の進行方向にかかわらず同等の制御手法で進
行させることができるようにした駆動機構を提供するこ
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、本発明の駆動機構は、車体の
４隅にステアリング軸を回転可能に取付け、このステア
リング軸の下端から側方に突出する車輪軸に、上記ステ
アリング軸から側方に偏寄した位置において接地する車
輪を取付け、これによって、上記全方向モード、自動車
モード及び回転モードの切換えを可能にした全方向移動
車において、対角側に位置する一対の車輪を駆動用モー
タに接続して、それらを動輪とし、他の対角側に位置す
る一対の車輪を駆動用モータに接続しない径幅とするこ
とにより構成している。

［作用及び効果］ 動輪の数を比較的数の少ない２個としているため５全方
向移動車の構成が中線化されると同時に、動輪の配置が
いずれのモードにおいてもｒＮｉ後及び左右方向への走
行に対して可及的に平等化され、従ってそれらの動輪を
移動体の進行方向にかかわらず同等の制御手法で制御し
て進行させることが可能となり、制御アルゴリズムが非
常に簡単化される。このような駆動機構は、全方向移動
機構の特性に極めてよくマツチしたものである。

［実施例］ 第２図は本発明の第１実施例の全体的構成を示す概要図
で、車体１０の４隅のステアリング軸の上端にステアリ
ング用ウオームホイールｌｌａ〜ｌｌｄを固定し、また
一対の対角側に位置するステアリング軸の中心を貫通し
た車輪の駆動軸（後述）の上端に車輪、駆動用のウオー
ムホイール１２α、１２ｄを固定し、前２輪のステアリ
ング用ウオームホイール１１α、１１６に、モータ１４
の回転軸１５上に設けたステアリング用ウオーム１６α
、１６６を噛合させると共に、後２輪のステアリング用
ウオームホイール１１　Ｃ、１１ｄに、モータ１７の回
転軸１８上に設けたステアリング用ウオーム１９Ｃ２１
９ｄ、を噛合させている。これらは、前２輪及び後２輪
（二ついて、左右輪を同じ向きに保ってそれらのステア
リング軸を同時に操舵回転させるものであシ、その、操
舵回転手段としてはチェーン等を利用した他の適宜手段
を採用することができる。

なお、この全方向移動車では、全方向モードにおいて任
意の方向に進行することになるが、ここでは移動車の基
本的な進行方向（第２図における上方）に設けた車輪を
前輪（前２輪）と呼び、反対側の車輪を後輪（後２輪）
と呼んで説明する。

１２ｄ、には、それぞれモータ２０　、２１によって回
転する車輪駆動用ウオーム２２α、２２ｄを噛合させて
いる。上記一対の対角側に位置する車輪をモータ２０゜
２１によシ駆動する動輪とすることは、特に全方向モー
ドにおいて移動車を前後左右またはその他の方向に走行
させる場合に、数少ない駆動用モータで移動車が進行す
る方向の左右両側の駆動力のバランスを保つため（二有
効である。

第６図は、上記第２図の全方向移動車における動輪の構
成を示すもので、車体１０に回転自在に支持された筒軸
２５内に、スプラインまたはキーによって軸方向の摺動
のみを許容されたステアリング軸２６を挿嵌し、こめス
テアリング軸２６の下端に車輪軸２７を支持させて、ス
テアリング軸２６から側方（二偏寄した位置において接
地する車輪２８を固定し、上記筒軸２５とステアリング
軸２６との間に独立懸架用のばね２９を介装している。

上記車輪２８は、ステアリング軸２６内を貫通する駆動
軸３０から傘歯車３１　、３２を介して車輪軸２７を駆
動することによシ回転駆動されるものであるが、傘歯車
３１　、３２の歯数比７Ｌ１／ル２を、駆動軸の中心か
ら車輪の中心までの距離ｒｏと車輪２８の半径ｒとの比
γ０／γに等しくすることが必要であシ、これにより、
駆動軸３０と固定してもステアリング軸２６の回転で車
輪２８を自由（二転動させることが可能となる。そして
、上記駆動軸３０の上端は、車体１０に回転自在に支持
させた車輪駆動用ウオームホイール１２にスプラインま
たはキーを介して挿嵌し、上記ウオームホイール１２は
モータによって回転駆動される車輪駆動用ウオーム２２
に噛合させている。

また、上記筒軸２５にはその周囲に平歯車３３を設け、
車体１０に取付けた軸３４に上記平歯車３３と噛合する
平歯車３５を回転及び摺動可能に挿嵌し、この平歯車３
５に、上記軸３４に対して回転自在に挿嵌しする突起３
６を設けると共に、平歯車３５をンレノイドで駆動され
る駆動腕３７によシスプリング３８に抗して軸方向に摺
動させるようにして、クラッチ手段３９を構成し、上記
ウオームホイール１１をステアリング用のウオーム１６
に噛合させている。

上記クラッチ手段３９は、ウオームホイール１１の溝に
対して平歯車３５の突起３６を係合させるようにしてい
るが、この突起は、左右輪が同じ向きに保たれている場
合、及び左右輪の車輪軸が車体の中心に向くような相対
位置にある場合に、ウオームホイール１１の溝に係合し
、その他の位置では係合しないように構成したものであ
る。而して、後者の場合（二は、回転モードにおいて車
輪軸を車体の中心に向けてロックするロック機構を構成
し、従って他のロック手段、例えば上記クラッチを切る
と同時にステアリング軸２６をロックするような機構を
採用することもできる。

ヨメータ、４１はステアリング角度計測用ボテンシ１メ
ータ、４２はクラッチ動作確認用マイクロスイッチであ
る。

上記構成を有する動輪に対し、従輪においては、車輪、
駆動用ウオーム２２からウオームホイール１２、駆動軸
３０、傘歯車３１．３２＋二至る駆動系を具備せず、ま
た、ステアリング軸２６とステアリング用ウオームホイ
ール１１　（１１ｂ　、　１１　ｃ　）との間にクラッ
チ手段３９を設ける必要がなく、両者を直接的に連結し
ておけばよいが、動輪のクラッチ手段を省略してそれを
従輪に設けることもできる。

このような構成を有する全方向移動車（二おいては、以
下に説明するように、全方向モード、自動車モード及び
回転モードにおいて駆動することができる。

即ち、全方向モードでは、モータ１４　、１７の駆動Ｃ
二よって前２輪及び後２輪がそれぞれ同一方向Ｃ二向い
たままで方向を変えるため、両モータ１４　、１７輪２
８を第４図Ａに示す直進方向に向け、あるいは同図Ｂに
示すように全車輪を同一方向に向ければよく、これ（＝
よって車体１０の向きを変えることなく移動車を任意の
方向へ走行させることができる。

まだ、後２輪を直進方向に向けた状態でモータ１７を停
止させ、前２輪のみの方向をモータ１４によって変えれ
ば、第４図Ｃに示すような自動車モードで走行させるこ
とができる。

回転モード（：よって移動体の車体を一定位置で回転さ
せる場合には、まず、モータ１４　、１７の回転（＝よ
って動輪の車輪軸２７を車体１０の中心に向け、この状
態でステアリング軸２６とステアリング用ウオームホイ
ール１１α、　１１　ｄとの間のクラッチを切か、その
後再びモータ１４　、１７を回転させることによって従
輪の車輪軸を車体の中心に向けるが、モータが回転しは
じめたときにクラッチを復帰させておけば、従輪の車輪
軸が所定の回転位置（−達したときにクラッチが係合し
、この状態でモータ１４゜１７を停止することにより各
ステアリング軸がロックされる（第４図Ｄ）。

なお、上記実施例では二つの動輪を別個のモータ２０　
、２１によって駆動しているが、これは、自動車モード
において移動車が曲がるときに内外輪に回転速度差を与
える場合や、回転モードにおいて両モータの回転方向を
逆にする場合などに有利にするものである。

第５図は本発明の第２実施例の構成を示す概略図で、車
体５０の４隅のステアリング軸の上端にステアリング用
鎖車５１α〜５１　ｄを固定し、また一対の対角側（二
位置するステアリング軸の中心を貫通した車輪の駆動軸
の上端に車輪駆動用の傘歯車５２α、５２ｄを固定し、
上記各鎖車５１α〜５１　ｄ及び駆動用鎖車５３にチェ
ーン５４を巻掛けて、駆動用鎖車５３にモータ５５で駆
動されるウオーム５６から回転を５３、及びチェーン５
４等は、全車輪を同じ向きに保ってそれらのステアリン
グ軸を同時に回転させるための操舵回転手段の一例でア
シ、他の適宜手段を採用することもできる。また、上記
車輪駆動用の傘歯車５２　ａ　、　５２　ｄには、車輪
駆動用モータ５７によシデ７アレンシャルギャ５８を介
して駆動される伝動軸５９　、６０上の傘歯車６１　、
６２によって回転が伝達されるように構成している。

第６図は、上記第５図の全方向移動車に装設している動
輪の構成例を示すもので、車体５０に回転自在に支持さ
れたステアリング軸６５の下端に車輪軸６６を支持させ
、前記実施例の場合と同様にして車輪６７を取付けると
共（＝、ステアリング軸６５を貫通する駆動軸６８によ
シその車輪６７を駆動するように構成し、また駆動軸６
８の上端は前記伝動軸から傘歯車６２　、５２　ｃ？を
介して回転が伝達されるように構成している。

ング用鎖車５１　（５１ｄ　）は、流体圧や電磁力の作
用によるクラッチ手段７０でステアリング軸６５と一体
的に結合されるものでアシ、ステアリング軸６５には鎖
車５１の所要位置に設けた溝７１に係合する保合子７２
を出没自在に配設している。また、ステアリング軸６５
自体は車体５０（二設けた流体圧作動または電磁力作動
のロック手段７３によシ車体５０にロックされるもので
、上記ロック手段７３としてはステアリング軸６５の所
要位置に設けた溝７４に係合する保合子７５を配設して
いる。なお、上記クラッチ手段７０を図示したようにシ
リンダ７６への流体圧の供給によるピストン７７の駆動
によシ動作させる場合、あるいは電磁力で動作させる場
合において、そのクラッチ手段に対する流体または電気
の供給は、ステアリング軸６５の回転範囲が直進方向に
対して±９０°の比較的小さい範囲内であるため、可撓
パイプまたは電気的導線によって車体側と直接的に連結
して行うことができる。

方（ここではステアリング用鎖車５１　ｄを備えた動輪
）の構成を示すもので、他方の動輪（二ついては、上記
クラッチ手段７０を設けることなくステアリング軸６５
に鎖車５１αを直接的に固定し、またロック手段７３も
設ける必要がない。勿論、移動車の従輪においては駆動
軸６８等からなる駆動系を具備しない。

従って、上記クラッチ手段７０は移動車の三つの車輪に
ついて設けることになるが、それらのクラッチ手段７０
における前、記係合子７２と溝７１は、全車輪が同じ方
向に向いた状態Ｃ二おいて係脱するように配設される。

また、上記ロック手段７３は、同様に三つの車輪につい
て設けるが、それらの三つの車輪の車輪軸６６が車体５
０の中心に向く位置、及び後２輪が車体を直進させる方
向に向く位置でステアリング軸６５を車体にロックでき
るよう（−１前記溝７１が配設される。

このような構成を有する全方向移動車においては、次の
ような操作により、全方向モード、自動車モード、及び
回転モードにおいて駆動することができる。

第７図Ａ−Ｅは、これらの各モードに設定する方法をク
ラッチ手段７０及びロック手段７３との関連において示
すもので、溝７１と保合子７２をもったクラッチ手段７
０及び溝７４と係合子７５をもったロック手段７３を模
式的（＝示すと共に、車輪６７の向きを両方向矢印によ
って示している。

第７図Ａの直進状態においては、各クラッチ手段７０に
よりステアリング用鎖車５１６〜５１　ｄをそれぞれの
ステアリイブ軸６５と連結し、この状態でモータ５５の
駆動によシステアリング用鎖車５１α〜５１ｄを回転さ
せて各車輪６７を直進方向に向け、後２輪のステアリン
グ軸をロック手段７３ｆ：よシロツクしている。

直進状態からロック手段７３の係合を解除すればよく、
これによって同図Ｂに示すように各車輪を同一方向に向
けたままで任意の方向に変向することが可能となシ、車
体５０の向きを変えることなく移動車を任意の方向へ走
行させることができる。即ち、クラッチ手段７０によっ
てステアリング用鎖車５１　Ａ〜５１ｄがステアリング
軸６５と連結しているので、モータ５５の駆動によりウ
オーム５６、鎖車５３、チェーン５４を介して各ステア
リング用鎖車５１α〜５１　ｄを同時に回転させること
ができる。

また、自動車モードでは、第７図Ａの直進状態から後２
輪のクラッチ手段のみについてそれらの保合を解除すれ
ばよく、これによって第７図Ｃのように前２輪のみ゛を
ステアリング用モータ５５で任意の方向に向けて自動車
と同様な前輪操舵による走行を行わせることができる。

回転モードによって移動体の車体を一定位置でに各ロッ
ク手段７３を解除すると共に各クラッチ手段７０を接続
状態としてステアリング用モータ５５を駆動し、ステア
リング用鎖車５１　ｂ　、　５１　ｃで変向される車輪
６７の車輪軸６６を車体５ｏの中心に向ける。

次いで、ステアリング用鎖車５１　ｂ　、　５１　Ｃと
それらのステアリング軸６５の間のクラッチ手段７ｏを
切ると共に、それらのステアリング軸をロック手段７３
によってロックし、この状態でステアリング用モータ５
５を駆動して、第７図Ｅに示すようにステアリング用鎖
車５１α、　５１　ｄのみを回転させ、それらの車輪の
車輪軸６６を車体５０の中心に向けた後、ステアリング
用鎖車５１　ｄを取付けたステアリング軸をロック手段
７３によシロツクする。

第８図に示す本発明の第３実施例は、上記第２実施例の
場合と同様に、車体８０の４隅の第１ステアリング用鎖
車８１α〜８１　ｄ及び第１駆動用鎖車８２にチェーン
８３を巻掛けて、その駆動用鎖車８２に第１ステアリン
グ用モータ８４で駆動されるウオームるステアリング軸
の中心を貫通した車輪の駆動軸の上端に車輪駆動用の傘
歯車８６α、８６ｄを固定し、これを図示しない車輪駆
動用モータによシ適宜デファレンシャルギヤを介して駆
動するように構成している。上記ステアリング用モータ
８４によって第１ステアリング用鎖車８１α〜８１　ｄ
を回転させる機構は、全車輪を同じ向きに保ってそれら
のステアリング軸を同時に回転させる第１の操舵回転手
段の一例であシ、他の手段を採用することもできる。さ
らに、この第６実施例においては、一対の対角側に位置
する第１ステアリング用鎖車８１ｂ。

８１　Ｃと一体的に設けた第２ステアリング用鎖車８７
ｂ　、　８７　ｃ及び第２駆動用鎖車８８にチェーン８
９を巻掛け、その駆動用鎖車８８に第２ステアリング用
モータ９０で駆動されるウオーム９１から回転を伝達す
るように構成した第２の操舵回転手段を備えている。

第９図は、上記第８図の全方向移動車に装設している従
輪（ステアリング用鎖車８１　Ａ　、　８１　Ｃを備え
た従輪）の構成を示すもので、車体８０に回転自在に支
持されたステアリング軸９５の下端に車輪軸９６を支持
させ、その車輪軸９６に、ステアリング軸９５から側方
に偏寄した位置において接地する車輪９７を取付けてい
る。上記ステアリング軸９５の上部に嵌設した第１及び
第２ステアリング用鎖車８１（８１ｂまたは８１Ｃ）、
８７　（８７ｈまたは８７Ｃ）は、流体圧や電磁力の作
用によるクラッチ手段９８　、９９でステアリング軸９
５と一体的に結合されるものであシ、この実施例ではス
テアリング軸９５上に鎖車８１　、８７の所要位軍に設
けた溝１００　、１０１に対して係合する保合子１０２
　、１０３を設け、これらの保合子なシリンダ１０４　
、１０５への流体圧の供給によるピストン１０６　、１
０７の駆動によシ溝１００　、１０１に突出係合させる
ように構成している。なお、図中、前述したように、上
記第９図の従輪は、第８図におけるステアリング用鎖車
８１　ｂ　、　８１　Ｃを備えた従輪の構成を示すもの
であるが、第８図の動輪については、上記従輪のステア
リング軸９５の中心を貫通する軸１１０を車輪９７の駆
動軸として、第６図の場合と同様な駆動系を設ける必要
があり、一方、第２ステアリング用鎖車８７は設けない
。さらに、ステアリング用鎖車８１αを備えた動輪にお
いては、クラッチ手段９８を設けることなくステアリン
グ軸９５を第１ステアリング用鎖車８１　（Ｌと一体的
に連結して構成し、ステアリング用鎖車８１　ｄを備え
た動輪においては第６図のロック手段７３と同様のロッ
ク手段１１１（第１０図参照）を車体８０とステアリン
グ軸９５との間に配設する。

従って、上記移動車においては三つの車輪におけるステ
アリング軸９５にクラッチ手段９８で連結される第１ス
テアリング用鎖車８１を設けることになと溝１００ば、
全車輪が同じ方向に向いた状態において係脱するように
配設され、また一対の対角側に設けた二つの従輪におけ
るステアリング軸９５と第２ステアリング用鎖車８７の
間の第２のクラッチ手段９９も、同様に両従輪が同じ方
向に向いた状態において係、脱するように配設される。

さらに、上記第２のクラッチ手段９９を備えない後輪の
ステアリング軸９５を車体８０にロックするロック手段
１１１は、車輪９７が直進方向に向いた状、態において
保合子が溝に係合するように配設される。

このような構成を有する全方向移動車においては、第１
０図Ａ−Ｄに模式的に示すような操作によって、全方向
モード、自動車モード、及び回転モードの切換えを行う
ことができる。

即ち、第１０図Ａの直進状態（−おいては、第１ステア
リング用鎖車８１　ｈ〜８１　（７をクラッチ手段９８
によってステアリング軸９５と連結しているが、この状
態で第１ステアリングモータを回転させれば、ままで任
意の方向−に変向することができ、即ち全方向モードで
車体８０の向きを変えることなく任意の方向へ移動車を
走行させることができる。

また、自動車モードでは、第１０図Ａの直進状態から後
２輪の第１ステアリング用鎖車８１　ｃ　、　８１　ｄ
をクラッチ手段９８の解除（二よってステアリング軸９
５と非連結状態にすると同時に、後２輪について第２ス
テアリング用鎖車８７　Ａをクラッチ手段９９によシス
テアリング軸９５に連結し、さらに他方の後輪のステア
リング軸９５をロック手段１１１によシ車体８０にロッ
クする。これによ）、第１０図０１：示すように、第１
ステアリング用モータの駆動で前２輪のみの向きを自由
に変えることが可能となる。

さらに、回転モードで移動体の車体８０を一定位置にお
いて回転させるには、第１０図Ａの状態から第１ステア
リング用モータを駆動して、第１ステアリング用鎖車８
１α、８１ｄによシ変向される車輪９７の車輪軸ａ８を
車体８０の中心に向け、この状態で第１ステアリング川
鎖→ｊ８１ｂ、８１ｃのクラッチ手段９８を切ると段１
１ＩＪｆに、第２ステアリング用鎖市８７ｂ。

８７ｃをクラッチ手段９９でステアリング軸９５と連結
し、第２ステアリング用モータの駆動によって、第１０
図りに示すようにそれらの車輪の車輪軸θ６を車体８０
の中心に向ける。

【図面の簡単な説明】

第１図は全方向移動車の基本的構成を示す斜視図、第２
図は本発明の第１実施例の概要を示す平面図、第３図は
その動輪の構成を示す断面図、第４図Ａ〜Ｄはヒ記：ｒ
Ｓｌ実施例の車輪を各種モードに設定する方法について
の模式的説明図、第５図は本発明の第２実施例の概要を
示す平面図、第６図はその動輪の構成を示す断面図、第
７図Ａ−Ｅは上記第２実施例の車輪を各種モードに設定
する方法についての模式的説明図、第８図は本発明の第
３実施例の概要を示す平面図、第９図はその従輪の構成
を示す断面図、第１０図Ａ−Ｄは上記第３実施例の車輪
を各種モードに設定する方法についての模式的説明図で
ある。 １０．５０，８０・Φ車体、 ２０．１３５．９５−−ステアリング軸、２７．１３８
．９１１１−・車輪軸、２８．８７．９７・・車輪、２
０．２１，５７・φモータ。 第９図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、車体の４隅にステアリング軸を回転可能に取付け、
   このステアリング軸の下端から側方に突出する車輪軸に
   、上記ステアリング軸から側方に偏寄した位置において
   接地する車輪を取付け、これによって、車体の向きを変
   えることなく全車輪を同一方向へ向けて任意の方向に走
   行可能な全方向モードと、後輪を直進方向に固定して前
   輪を同一方向に任意に操舵できる自動車モードと、車輪
   軸を車体の中心に向けて固定した回転モードとに切換可
   能に構成した全方向移動車において、対角側に位置する
   一対の車輪を駆動用モータに接続して、それらを動輪と
   し、他の対角側に位置する一対の車輪を駆動用モータに
   接続しない従輪としたことを特徴とする全方向移動車の
   駆動機構。