KR101044378B1

KR101044378B1 - 전방향 구동 장치 및 그것을 사용한 전방향 이동차

Info

Publication number: KR101044378B1
Application number: KR1020097021656A
Authority: KR
Inventors: 도루 다케나카; 마코토 히라노; 히데하루 이즈미; 가즈야 구와바라; 다이지 고야마; 신이치로 고바시
Original assignee: 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2007-04-20
Filing date: 2008-04-08
Publication date: 2011-06-29
Also published as: JP5292283B2; EP2138378B1; EP2138378A4; EP2138378A1; KR20100007857A; CN101657347A; US20100038960A1; JPWO2008132778A1; WO2008132778A1; CN101657347B; US7980336B2

Abstract

전동 모터 등의 구동원에 대한 파워 소스 공급 처리를 복잡하게 하지 않고 전방향 구동 장치를 내구성, 보수성이 우수한 것으로 하는 것을 과제로 한다.

제1 이동 부재(10) 자체의 이동에 의해 제1 방향으로의 구동력을 발생하고, 제1 이동 부재(10)에 지지된 제1 프리 롤러(14)에 제2 이동 부재(11)의 이동에 의해 제2 프리 롤러(15)로부터 구동력을 부여하여 제1 프리 롤러(14)를 회전시킴으로써 제2 방향으로의 구동력을 발생시킨다. 구동원인 전동 모터(12),(13)는 베이스(4),(5)에 설치한다.

Description

전방향 구동 장치 및 그것을 사용한 전방향 이동차{Omnidirectional driver and omnidirectional vehicle employing it}

본 발명은 2차원상의 전방향으로 구동 가능한 전방향(全方向) 구동 장치 및 그와 같은 구동 장치를 사용한 전방향 이동차에 관한 것이다.

바닥(floor)면 위를 자유자재로 돌아다닐 수 있는 전방향 이동차의 구동 장치로서, 회전 구동되는 휠 외주의 여러 군데에 각각 접선 방향의 축부를 가지고, 그 축부의 각각에 통형 분할 롤러가 휠 접선 축선 둘레로 회전 가능하게 설치되고, 인접한 통형 분할 롤러끼리 회전력 전달 관계로 서로 연계되어 있고, 휠에 내장된 전동 모터에 의해 통형 분할 롤러를 휠 접선 축선 둘레로 회전 구동시키는 것이 있다(예를 들면, 특허문헌 1).

이 구동 장치에 의하면, 휠의 회전에 의해 통형 분할 롤러의 접지면에 앞뒤 방향(휠 회전 방향)의 구동력이 작용하고, 통형 분할 롤러 자체의 회전에 의해 통형 분할 롤러의 접지면에 좌우 방향(통형 분할 롤러 회전 방향)의 구동력이 작용하게 되어, 양 구동력의 비율을 적절히 제어하면 전방향으로의 이동이 가능해진다.

특허문헌 1: 일본 특허 제3820239호 공보

그런데 이 종래 기술에 의하면 휠 외주에 놓인 축부로부터, 지지된 통형 분 할 롤러에 회전력을 부여하기 위한 전동 모터는 휠에 탑재되어 휠과 함께 일체 회전시켜야 한다. 따라서 휠 밖에 설치되는 전원으로부터 전동 모터로 전력을 공급하는 기구가 복잡해져 유지보수도 번거로워진다. 이에 반해 전원도 휠에 탑재하면 전동 모터나 동력 전달 기구가 휠에 편입됨으로써 휠의 콤팩트 설계가 더욱 어렵게 되며 나아가 휠 중량도 무거워진다.

이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 전동 모터 등의 구동원에 대한 파워 소스 공급 처리를 복잡하게 하지 않고 내구성, 보수성이 우수하고 회전부(이동부)의 중량 증가를 초래하지도 않는 콤팩트 설계의 자유도가 높은 전방향 구동 장치 및 그것을 사용한 전방향 이동차를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명에 의한 전방향 구동 장치는, 베이스와, 상기 베이스에 각각 이동 가능하게 지지된 제1 이동체 및 제2 이동체와, 상기 제1 이동체 및 상기 제2 이동체를 각각 이동 구동하는 제1 구동 유닛 및 제2 구동 유닛과, 상기 제1 이동체에 회전 가능하게 그 이동 방향을 따라서 배치되고 또한 그 이동 방향에 직교하는 방향에 대해 0°가 아닌 제1 각도를 이루는 회전 축선을 가지는 복수개의 제1 프리 롤러와, 상기 제2 이동체에 회전 가능하게 그 이동 방향을 따라서 배치되고 또한 그 이동 방향에 직교하는 방향에 대해 0°가 아닌 제2 각도를 이루는 회전 축선을 가지는 복수개의 제2 프리 롤러를 가지고, 상기 제1 이동체 및 상기 제2 이동체 중 적어도 한쪽이 그 이동 방향으로 이동함에 따라, 상기 제1 프리 롤러가 상기 제2 프리 롤러의 대응하는 것에 각각의 회전 축선이 서로 평행을 이루지 않고 구름접촉하도록 배치되고, 상기 제1 프리 롤러가 구동 대상에 접촉하는 것을 특징으로 한다. 특히 상기 제1 프리 롤러의 회전 축선이, 그에 대해 구름접촉하는 상기 제2 프리 롤러의 회전 축선에 대해 뒤틀리는 위치 관계에 있으면 된다.

이로써 양 구동 유닛의 한쪽 또는 양쪽을 적절한 속도로 구동함으로써 구동 대상에 대해 원하는 방향의 구동력을 작용시킬 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 의하면, 상기 제1 이동체 및 상기 제2 이동체가 서로 소정의 각도를 이루는 1쌍의 무한 궤도띠를 포함하고, 각 무한 궤도띠가 1쌍의 롤러에 감기고 또한 양 롤러의 적어도 한쪽이 대응하는 상기 구동 유닛에 의해 구동된다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 제1 이동체 및 상기 제2 이동체가, 서로 동축(同軸)의 회전 축선을 가지는 1쌍의 원형고리 부재를 포함하고, 각 원형고리 부재의 외주벽이, 대응하는 프리 롤러를 회전 가능하게 지지한다.

본 발명의 또다른 실시예에 의하면, 상기 제1 이동체가 상기 제1 프리 롤러를 그 원형 축선 둘레로 회전 가능하게 지지하는 환상체(環狀體)를 포함하고, 상기 제2 이동체가, 상기 제1 프리 롤러의 대응하는 것에 구름접촉하는 상기 제2 프리 롤러를 회전 가능하게 지지하는 디스크를 포함하고, 상기 디스크가 상기 환상체에 대해 동축적인 회전 축선을 가진다.

상기 베이스가 상기 프리 롤러간의 구름접촉을 촉진하는 방향으로 상기 양 이동체를 서로 가압하기 위한 탄성적 장치를 가지는 것으로 하면, 프리 롤러간의 구름접촉을 확실하게 할 수 있다. 또 상기 각 제1 프리 롤러에 대해 항상 적어도 하나의 상기 제2 프리 롤러가 구름접촉하도록 하면, 제1 프리 롤러에 대해 항상 구동력이 작용하여 공(空)슬라이딩이 생기는 사태를 막을 수 있다. 그러기 위해서는 상기 제1 및 제2 이동체의 이동 방향에 따른 길이가 거의 동일한 경우에는 상기 제2 프리 롤러가, 상기 각 제1 프리 롤러보다도 다수 설치됨으로써 달성할 수 있으며, 또는 상기 제2 프리 롤러의 상기 제2 이동체의 이동 방향에 따른 배열 밀도가 상기 제1 프리 롤러가 대응하는 배열 밀도보다도 높음으로써 달성할 수 있다.

또, 구동 대상을 노면 또는 바닥면으로 함으로써 그 반력에 의해 구동 장치쪽이 변위되게 되어, 구동 장치를 전방향 이동차로서 이용하게 된다. 그 경우, 상기 베이스에는 이송 대상의 하중을 받는 하중 받침부가 설치된다. 또 제1 프리 롤러가 구동 대상으로서의 구체(球體)를 통해 노면 또는 바닥면에 접촉하는 것으로 할 수도 있다.

본 발명의 전방향 구동 장치에 의하면, 제1 이동 부재 자체의 이동에 의해 제1 방향으로의 구동력을 발생시킬 수 있고, 제1 이동 부재에 지지된 제1 프리 롤러에 제2 이동 부재의 이동에 의해 제2 프리 롤러로부터 구동력을 부여하여 제1 프리 롤러를 회전(자전)시킴으로써 제2 방향으로의 구동력을 발생시킬 수 있다. 따라서 제1 이동 부재와 제2 이동 부재의 이동을 개별적으로 제어하여 제1 방향과 제2 방향의 벡터를 합성함으로써 전방향으로의 구동력을 발생시킬 수 있다.

제1 이동체를 이동 구동시키는 제1 구동 수단과 제2 이동체를 이동 구동시키는 제2 구동 수단은, 함께 베이스측에 설치되기 때문에 그들 구동 수단에 대한 전력 공급 등 파워 소스 공급 처리가 복잡해지지 않아서, 내구성, 보수성이 우수하고 이동부의 중량 증가를 초래하지도 않아 콤팩트 설계의 자유도가 높다.

도 1은 본 발명에 의한 전방향 구동 장치의 실시형태 1을 도시한 정면도이다.

도 2는 본 발명에 의한 전방향 구동 장치의 실시형태 1을 도시한 평면도이다.

도 3은 본 발명에 의한 전방향 구동 장치의 실시형태 1을 도시한 주요부의 사시도이다.

도 4는 실시형태 1에 의한 전방향 구동 장치의 작동 설명도이다.

도 5는 본 발명 장치에 의한 전방향 이동차의 일실시형태를 도시한 개략 구성도이다.

도 6은 본 발명에 의한 전방향 구동 장치의 실시형태 2를 도시한 정면도이다.

도 7은 본 발명에 의한 전방향 구동 장치의 실시형태 2를 일부 잘라서 도시한 좌측면도이다.

도 8은 실시형태 2에 의한 전방향 구동 장치의 작동 설명도이다.

도 9는 본 발명 장치에 의한 전방향 이동차의 다른 실시형태를 도시한 개략 구성도이다.

도 10은 본 발명 장치에 의한 전방향 이동차의 다른 실시형태를 도시한 개략 구성도이다.

도 11은 본 발명에 의한 전방향 구동 장치의 실시형태 3의 주요부를 도시한 정면도이다.

도 12는 실시형태 3의 전방향 구동 장치에 사용되는 프리 롤러 구조의 개략 구성도이다.

도 13은 사이드 디스크의 축선 방향에서 본 프리 롤러의 관계를 도시한 설명도이다.

도 14는 사이드 디스크의 중심에서 본 프리 롤러의 관계를 도시한 설명도이다.

도 15는 실시형태 3의 전방향 구동 장치의 작동 원리를 도시한 모델도이다.

<부호의 설명>

1 전방향 구동 장치

4,5 베이스

10 제1 크롤러 벨트(제1 이동체)

11 제2 크롤러 벨트(제2 이동체)

12 제1 전동 모터(제1 구동 수단)

13 제2 전동 모터(제2 구동 수단)

14 제1 프리 롤러

15 제2 프리 롤러

17 차체

18 주행용 구체

21 전방향 구동 장치

22 외륜 부재(제1 이동체)

23 내륜 부재(제2 이동체)

24 외륜 구동용 전동 모터(제1 구동 수단)

25 내륜 구동용 전동 모터(제2 구동 수단)

26 베이스

27 제1 프리 롤러

28 제2 프리 롤러

42 사이드 디스크(제1 이동체)

43 사이드 디스크(제2 이동체)

49 제1 프리 롤러

50 제2 프리 롤러

(실시형태 1)

도 1∼도 4는, 본 발명에 의한 전방향 구동 장치의 실시형태 1을 도시하고 있다. 본 실시형태의 전방향 구동 장치(1)는 베이스(4),(5)에 제1 크롤러 구동체(2)와 제2 크롤러 구동체(3)를 구비하고 있다.

제1 크롤러 구동체(2)는 제1 방향(X방향)으로 이격되어 베이스(4)에 각각 회전 가능하게 배치된 구동 휠(6)과 종동 휠(8) 사이에 걸쳐진 제1 무한 궤도띠(제1 이동체)인 제1 크롤러 벨트(10)를 가진다. 제1 크롤러 벨트(10)는 다수의 슬랫 피 스(101)를 무단 띠형으로 힌지 연결하여 이루어진 것이다.

제2 크롤러 구동체(3)는 제1 방향과는 다른 제2 방향, 본 실시형태에서는 X방향과 직교하는 Y축 방향으로 이격되어 베이스(5)에 각각 회전 가능하게 배치된 구동 휠(7)과 종동 휠(9) 사이에 걸쳐진 제2 무한 궤도띠(제2 이동체)인 제2 크롤러 벨트(11)를 가진다. 제2 크롤러 벨트(11)는 다수의 슬랫 피스(slat piece; 111)를 무단 띠형으로 힌지 연결하여 이루어진 것이다.

제1 크롤러 벨트(10)와 제2 크롤러 벨트(11)는 서로 링크 체인의 연계 관계에 있으며, 상호 휠간 패스가 상하로 교차되어 있다. 즉 제2 크롤러 벨트(11)는 제1 크롤러 벨트(10)의 휠간 패스와 상하로 교차되는 휠간 패스(교차부)를 가진다.

베이스(4)에는 구동 휠(6)을 회전 구동시키는 제1 회전 구동 장치인 감속기붙이 제1 전동 모터(제1 구동 수단)(12)가 설치되어 있다. 베이스(5)에는 구동 휠(7)을 회전 구동시키는 제2 회전 구동 장치인 감속기붙이 제2 전동 모터(제2 구동 수단)(13)가 설치되어 있다.

제1 크롤러 벨트(10)의 슬랫 피스(101) 각각에는 대략 원기둥형을 이루는 제1 프리 롤러(14)가 회전 가능하게 2개 병렬로 설치되어 있다. 제1 프리 롤러(14)는 구동력을 작용시키는 대상물에 접촉하는 프리 롤러로서, 제1 크롤러 벨트(10)의 주행 방향(X방향)에 대해 비직교(非直交) 방향으로 연장되는 중심 축선(C14) 둘레로 회전 가능하게 되어 있다.

여기에서 말하는 비직교 방향이란, 제1 프리 롤러(14)의 중심 축선(C14)(도 4 참조)이 제1 크롤러 벨트(10)의 주행 방향에 대해 직교하는 방향 이외의 방향, 즉 제1 크롤러 벨트(10)의 주행 방향에 대해 경사져 있거나 주행 방향과 같은 방향이다. 본 실시형태에서는 제1 프리 롤러(14)의 중심 축선(C14)은 XY 가상 평면에서 제1 크롤러 벨트(10)의 주행 방향에 대해 경사각θa=45°로 경사져 있다.

제2 크롤러 벨트(11)의 슬랫 피스(111) 각각에는 대략 원기둥형을 이루는 제2 프리 롤러(15)가 회전 가능하게 설치되어 있다. 제2 프리 롤러(15)는 제1 크롤러 벨트(10)의 휠간 패스와의 교차부에서 제1 프리 롤러(14)의 구름면(외주면)과 토크 전달 관계로 접촉하고 접촉 상대인 제1 프리 롤러(14)의 중심 축선(C14)에 대해 뒤틀린 위치 관계에 있는 방향으로 연장된 중심 축선(C15)의 둘레로 회전 가능하게 설치되어 있다. 뒤틀린 위치 관계란, 공간 내의 2개의 직선(축선)이 평행하지 않고 또한 서로 엇갈리지 않는 것, 즉 동일 평면에 놓일 수 없는 위치 관계인 것이다.

즉, 제2 프리 롤러(15)의 중심 축선(C15)은 XY 투영 평면에서 보아 제1 프리 롤러(14)의 중심 축선(C14)에 대해 경사각θb=45°로 기울어져 있다. 또 바꿔 말하면 제2 프리 롤러(15)의 중심 축선(C15)은 제1 프리 롤러(14)의 중심 축선(C14)과 비평행(非平行; 뒤틀림)하고 또한 내부 크롤러 벨트(11)의 이동 방향(Y방향)에 직교되어 있지 않으면 된다.

본 실시형태에서는, 제1 크롤러 벨트(10)에는 제1 프리 롤러(14)를 병렬로 2열 설치하고, 제2 크롤러 벨트(11)에는 제2 프리 롤러(15)를 1열 설치하는 것으로 하였으나, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 또 프리 롤러(14),(15)를 단순한 원기둥형으로 하였으나, 작동시의 원활성을 고려하면 축 방향 중앙부가 약간 불룩한 통형으로 하는 것이 바람직한 경우도 있다.

기대(基臺)(4),(5)는 제1 크롤러 벨트(10), 제2 프리 롤러(15)의 휠 배치 방향에 따라 직교 배치되어 있으며 연결봉(16)에 의해 상하 방향으로 상대 변위 가능하게 연결되어 있다. 연결봉(16) 부분에는 압축 코일 스프링(161)이 편입되어 있다. 압축 코일 스프링(161)은 기대(5)를 기대(4)에 대해 아래쪽으로 탄성 가압하고 있다. 이로써, 제1 크롤러 벨트(10)과 제2 크롤러 벨트(11)의 상호 휠간 패스 교차부에서, 제2 프리 롤러(15)의 외주면은 제1 프리 롤러(14)의 외주면에 항상 소정 값 이상의 압압력, 즉 마찰력에 의해 운동을 전달(토크 전달)하는데 필요한 압압력으로 접촉한다.

이와 같이 구성된 실시형태 1의 전방향 구동 장치(1)에서는, 도 4에 도시되어 있는 것처럼 예를 들면 제1 크롤러 벨트(10)의 주행을 정지시키고 제2 크롤러 벨트(11)만을 제2 전동 모터(13)에 의해 도 4의 지면(紙面) 왼쪽을 향해 구동(D1)시키면, 제2 크롤러 벨트(11)과 함께 이것에 설치된 제2 프리 롤러(15)가 같은 방향(왼쪽)으로 이동한다.

그러면 제2 프리 롤러(15)에 대해 45°의 경사로 교차된 상태(뒤틀린 관계)에서 외주면끼리 접하는 제1 프리 롤러(14)에는 제2 크롤러 벨트(11)의 주행 이동에 따라 제2 프리 롤러(15)의 축선 방향으로 작용하는 스러스트력의 분력에 의해 도 4의 A방향에서 보아 반시계 방향의 회전력이 가해진다.

이로써 제1 프리 롤러(14)가 반시계 방향으로 회전 구동되고 제1 프리 롤러(14)의 중심 축선(C14)의 경사를 따라, 도 4 상에서 비스듬하게 왼쪽 아래쪽을 향해(D2) 구동 장치의 베이스(기대(4),(5))가 진행하게 된다.

이에 대해, 제2 크롤러 벨트(11)의 주행을 정지시키고 제1 크롤러 벨트(10)만을 제1 전동 모터(12)에 의해 도 4의 지면(紙面)의 상방을 향해(D3) 구동시키면, 제1 프리 롤러(14) 자체에 회전력이 작용하지 않기 때문에, 외부 크롤러 벨트(10)의 구동 방향과 반대 방향으로, 즉 도 4 상에서 하방을 향해 구동 장치의 베이스(기대(4),(5))가 진행하게 된다. 아울러 이 때 제2 프리 롤러(15)는 자유롭게 회전할 수 있기 때문에 제1 프리 롤러(14)의 제2 프리 롤러(15)에 대한 접촉 저항은 거의 무시할 수 있다.

즉, 본 실시형태의 전방향 구동 장치(1)에 의하면, 제1 크롤러 벨트(10) 자체의 이동력에 의해 제1 방향(D3)에 평행하는 방향으로 구동력을 발생시킬 수 있고, 제1 크롤러 벨트(10)에 지지된 제1 프리 롤러(14)에 대해 제2 크롤러 벨트(11)에 설치된 제2 프리 롤러(15)로부터 회전 구동력을 부여함으로써, 제2 방향(D2)에 평행한 방향으로 구동력을 발생시킬 수 있다. 다시 말하면 제2 크롤러 벨트(11)의 이동에 의해 제1 프리 롤러(14)가 자전하여 제2 방향(D2)에 평행한 방향으로 구동력이 발생한다. 따라서 제1 크롤러 벨트(10)와 제2 크롤러 벨트(11)의 진행 방향 및 각각 주속(周速)(비율)을 적절히 제어하여 제1 방향과 제2 방향의 벡터를 합성함으로써 전방향으로의 구동력을 발생시킬 수 있게 된다.

이 경우, 제1 프리 롤러(14)에 대해 항상 구동력이 작용하여 공슬라이딩이 생기는 사태를 막기 위해서는, 각 제1 프리 롤러(14)에 대해 항상 적어도 하나의 제2 프리 롤러(15)가 구름접촉하도록 하면 된다. 본 실시예의 경우, 제1 및 제2 이동체의 이동 방향에 따른 길이가 대략 동일하기 때문에 제1 및 제2 프리 롤 러(14),(15)의 이동체의 이동 방향에 따른 배열 밀도를 적절히 설정함과 동시에 제2 프리 롤러가 제1 프리 롤러보다도 다수 설치되어 있도록 하면 된다. 또는 제2 프리 롤러의 제2 이동체의 이동 방향에 따른 배열 밀도가 제1 프리 롤러가 대응하는 배열 밀도보다도 높도록 하면 된다.

본 실시형태의 전방향 구동 장치(1)는 제1 크롤러 벨트(10)를 구동하여 그 반력을 휠간 패스로부터 취출할 수 있음과 동시에, 제1 프리 롤러(14) 자체에 회전 구동력을 가할 수 있으면 되기 때문에, 제2 프리 롤러(15)는 최종적으로 구동력을 취출하고 싶은 쪽(본 실시형태에서는 아래쪽 휠간 패스)의 제1 프리 롤러(14)에만 접촉하면 되고, 제1 크롤러 벨트(10)와 제2 크롤러 벨트(11)의 동력 손실을 줄이려면 오히려 위쪽 휠간 패스의 휠간 패스(14)와는 비접촉되어 있는 것이 바람직하다.

또 제2 크롤러 벨트(11)의 상하 양쪽의 휠간 패스를 함께 제1 크롤러 벨트(10)의 안쪽에 넣을 수 있도록 해도 좋고, 제1 크롤러 벨트(10)와 제2 크롤러 벨트(11)의 관계를 본 실시형태와는 반대로, 즉 구동력을 작용시키는 대상에 접촉되어 있는 프리 롤러의 회전축을, 크롤러 벨트가 연장된 방향에 따르는 것으로 해도 좋다.

도 5는, 본 발명에 의한 전방향 이동차 중 하나의 실시형태를 도시하고 있다. 본 실시형태의 전방향 이동차는, 아래쪽 개구의 상자형 차체(17)에 주행용 구체(18)가 전방향으로 구름운동 가능하게 설치되어 있다. 주행용 구체(18)의 하부 영역은 차체(17)의 아래쪽 개구부(171)보다 아래쪽으로 돌출되어 주행면(100)에 구름운동 가능하게 접촉된다. 주행용 구체(18)는 차체(17)의 아래쪽 개구부(171) 근 방에 설치된 지지 볼(19)에 의해 차체(17)보다 아래쪽으로 탈락되지 않도록 되어 있다.

차체(17) 안에는 주행용 구체(18)의 상부에 위치한 형태로 전방향 구동 장치(1)가 배치되어 있다. 전방향 구동 장치(1)는, 기대(5)가 차체(17)의 상부 부재(172)에 고정되어, 상부 부재(172)에 매달림 고정되어 있다. 이 매달림 고정으로 전방향 구동 장치(1)의 제1 프리 롤러(14)가 주행용 구체(18)의 구면에 토크 전달 관계로 접촉되어 있다. 이로써 주행용 구체(18)는 전방향 구동 장치(1)에 의해 전방향으로 구름운동하도록 구동되어 차체(17)가 전방향으로 이동하게 된다.

제1 프리 롤러(14)의 주행용 구체(18)의 구면에 대한 접촉압은 차체(17), 전방향 구동 장치(1)의 자중(自重), 차체(17)의 적재 하중에 의해 얻어진다.

(실시형태 2)

도 6∼도 8은, 본 발명에 의한 전방향 구동 장치의 실시형태 2를 도시하고 있다.

본 실시형태의 전방향 구동 장치(21)는, 외륜 부재(22)와 내륜 부재(23)를 동심 지지하는 베이스(26)를 가진다. 베이스(26)는 고정측 부재(26A)와, 고정측 부재(26A)에 힌지축(261)에 의해 힌지 접속된 가동측 부재(26B)를 가지는 요크형으로 되어 있다.

베이스(26)는 가동측 부재(26B)에 의해 제1 이동체인 외륜 부재(22)를 중심축(22a)에 의해 회전 가능하게 지지하고 있다. 베이스(26)는 고정측 부재(26A)에 의해 제2 이동체인 내륜 부재(23)를 중심축(23a)에 의해 외륜 부재(22)와 동심으로 회전 가능하게 지지하고 있다.

베이스(26)의 가동측 부재(26B)에는 외륜 회전 구동 장치인 외륜 구동용 전동 모터(제1 구동 수단)(24)가 설치되어 있다. 외륜 부재(22)에는 풀리(또는 스프로킷)(30)가 동심으로 일체 형성되어 있다. 외륜 구동용 전동 모터(24)는 벨트(또는 링크 체인)(32)에 의해 풀리(30)와 구동 연결되어 외륜 부재(22)를 회전 구동시킨다.

베이스(26)의 고정측 부재(26A)에는 내륜 회전 구동 장치인 내륜 구동용 전동 모터(제2 구동 수단)(25)가 설치되어 있다. 내륜 부재(23)에는 풀리(또는 스프로킷)(31)가 동심으로 일체 형성되어 있다. 내륜 구동용 전동 모터(25)는 벨트(또는 링크 체인)(33)에 의해 풀리(31)과 구동 연결되어 내륜 부재(23)를 회전 구동시킨다.

외륜 부재(22)는 원뿔대 형상으로서, 외륜 부재(22)의 원추 외주벽(원주면)에는 통모양의 복수개의 제1 프리 롤러(27)가 외륜 부재(22)의 원주 방향으로 등간격으로 각각 회전 가능하게 설치되어 있다. 제1 프리 롤러(27)는 구동력을 작용시키는 대상물에 접촉하는 프리 롤러로서, 각각 외륜 부재(22)의 회전 방향에 대해 비직교 방향으로 연장되는 중심 축선 둘레로 회전 가능하게 설치되어 있다.

여기에서 말하는 비직교 방향이란, 제1 프리 롤러(27)의 중심 축선(C27)(도 8 참조)이 외륜 부재(22)의 회전 방향에 대해 직교하는 방향 이외의 방향, 즉 회전 방향에 대해 기울어져 있거나 회전 방향과 같은 방향이다. 본 실시형태에서는 제1 프리 롤러(27)의 중심 축선(C27)은 각 프리 롤러의 배치 부위에서의 외륜 부재(22) 의 원주면에 대한 접선면에 있어서 외륜 부재(22)의 주행 방향에 대해 경사각θc=45°로 기울어져 있다.

내륜 부재(23)는 외륜 부재(22)와 마찬가지로 원뿔대 형상으로서, 내륜 부재(23)의 원추 외주벽(원주면)에는 통모양의 복수개의 제2 프리 롤러(28)가 내륜 부재(23)의 원주 방향으로 등간격으로 각각 회전 가능하게 설치되어 있다. 제2 프리 롤러(28)는 제1 프리 롤러(27)와 접촉하며, 접촉 상대인 제1 프리 롤러(27)의 중심 축선(C27)에 대해 뒤틀린 위치 관계에 있는 방향으로 연장되는 중심 축선(C28)의 둘레로 회전 가능하게 설치되어 있다. 즉, 제1 프리 롤러(27)의 중심 축선(C27)과 제2 프리 롤러(28)의 중심 축선(C28)은 서로의 접촉 부분에서 교차되어 있다.

즉, 제2 프리 롤러(28)의 중심 축선(C28)은, 각 프리 롤러의 배치 부위에서의 외륜 부재(22) 및 내륜 부재(23)의 원주면에 대한 접선면(투영 평면)에서 보아 제1 프리 롤러(27)의 중심 축선(C27)에 대해 경사각θd=90°로 기울어져 있다. 이 경우에도 제1 프리 롤러(27)에 대해 항상 구동력이 작용하며, 공슬라이딩이 생기는 사태를 막기 위해서는, 각 제1 프리 롤러(27)에 대해 항상 적어도 하나의 제2 프리 롤러(28)가 구름접촉하도록 하면 된다.

본 실시형태에서는, 제1 프리 롤러(27)와 제2 프리 롤러(28)의 중심 축선의 뒤틀림각은 서로 반대 방향으로 되어 있지만, 여기에 한정되지는 않으며 요컨대 구동력을 작용시키는 대상에 접촉되어 있는 제1 프리 롤러(27)의 회전축을 외륜 부재(22)의 회전 방향에 대해 비직교하게 두고, 제2 프리 롤러(28)의 회전축을 내륜 부재(23)의 회전 방향에 대해 비직교하게 둠과 동시에 제2 프리 롤러(28)의 회전축을 제1 프리 롤러(27)의 회전축과 비평행하게 두면 된다.

베이스(26)의 고정측 부재(26A)와 가동측 부재(26B) 사이에는 압축 코일 스프링(29)이 설치되어 있다. 압축 코일 스프링(29)은 베이스(26)의 다리부(축지지부)를 이루는 고정측 부재(26A)와 가동측 부재(26B)를 서로 접근시키는 방향으로 탄성 가압한다. 제1 프리 롤러(27)가 배치되는 외륜 부재(22)의 외주면과 제2 프리 롤러(28)가 배치되는 내륜 부재(23)의 외주면은, 모두 동일 방향으로 경사진 원추면(테이퍼면)이기 때문에, 압축 코일 스프링(29)의 스프링힘에 의해 고정측 부재(26A)와 가동측 부재(26B)가 서로 가까워지는 방향으로 탄성 가압됨으로써 쌍을 이루는 제1 프리 롤러(27)와 제2 프리 롤러(28)의 접촉이 조밀해진다. 이로써 제2 프리 롤러(28)가 제1 프리 롤러(27)에 대해 토크 전달 관계로 접촉하게 된다.

실제로 구동력의 전달에 기여하는 제1 프리 롤러(27)와 제2 프리 롤러(28)는, 외륜 부재(22)와 내륜 부재(23)의 아래쪽 일부의 것에 한정되므로 외륜 부재(22), 내륜 부재(23)의 외주면을 단순한 원통형으로 하여 외륜 부재(22)와 내륜 부재(23)를 상하로 상대 변위 가능하게 지지하고, 내륜 부재(23)를 아래쪽으로 탄성 가압함으로써, 아래쪽에 위치한 제1 프리 롤러(27)에만 제2 프리 롤러(28)의 압압력이 작용하도록 구성해도 좋다.

본 실시형태의 전방향 구동 장치(21)는 외륜 부재(22), 내륜 부재(23) 각각에 설치된 제1 프리 롤러(27), 제2 프리 롤러(28)의 중심 축선(C27),(C28)이 서로 대략 직교하고 있으며, 외륜 부재(22), 내륜 부재(23)의 회전 방향 및 회전 속도에 적당한 차이를 둠으로써, 제1 프리 롤러(27)에서의 구동력의 작용 대상과의 접촉면에 작용하는 구동력의 방향을 임의로 설정할 수 있다.

도 8에 도시되어 있는 것처럼 외륜 부재(22), 내륜 부재(23)를 외륜 구동용 전동 모터(24), 내륜 구동용 전동 모터(25)에 의해, 동일 방향으로 동일 속도로 회전시키면 외륜 부재(22)와 내륜 부재(23) 사이에 상대 변위(회전 방향의 상대 변위)가 생기지 않기 때문에, 제1 프리 롤러(27), 제2 프리 롤러(28)는 모두 자전하지 않고 외륜 부재(22) 외주의 접선 방향(D4)으로의 구동력이 공전(公轉) 상태에서 제1 프리 롤러(27)의 접지면에 작용한다.

외륜 부재(22)의 회전을 정지시키고 내륜 부재(23)만을 도 8에서의 내륜 부재(23)쪽에서 보아 시계 방향으로 회전시키면, 구동력의 작용 대상에 접촉하는 쪽에 위치한 제2 프리 롤러(28)가 도 8에서 보아 아래쪽으로 이동함에 따라 제2 프리 롤러(28)에 접촉되어 있는 제1 프리 롤러(27)에, 도 8에서의 화살표 A방향에서 보아 반시계 방향의 회전력이 작용한다. 이로써 제1 프리 롤러(27)의 경사에 따른 대각선 왼쪽 아래 방향(D5)으로 구동 장치의 베이스를 이동시키는 구동력이 작용한다.

즉, 외륜 부재(22) 자체의 회전과, 제2 프리 롤러(28)로부터 주어지는 제1 프리 롤러(27)의 회전을 적절히 제어하면, 외륜 부재(22)에 설치된 제1 프리 롤러(27)에서의 구동력의 작용 대상과의 접촉면에 전방향으로의 구동력을 작용시킬 수 있다.

도 9는, 본 발명에 의한 전방향 이동차의 다른 실시형태를 도시하고 있다. 아울러 도 9에서 도 5에 대응하는 부분은 도 5에 붙인 부호와 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

본 실시형태의 전방향 이동차는, 차체(17) 안에 전방향 구동 장치(21)를 가지며, 전방향 구동 장치(21)의 베이스(26)가 차체(17)에 매달리는 식으로 고정 연결되어 있다. 차체(17)에 설치된 전방향 구동 장치(21)는 아래쪽에 위치한 제1 프리 롤러(27)가 주행용 구체(18)의 구면에 토크 전달 관계로 접촉하고 있다.

이로써 주행용 구체(18)는 전방향 구동 장치(21)에 의해 전방향으로 구름운동하도록 구동되어 차체(17)가 전방향으로 이동하게 된다.

도 10은, 전방향 구동 장치(21)를 사용한 본 발명에 의한 전방향 이동차의 다른 실시형태를 도시하고 있다.

본 실시형태의 전방향 이동차는 전방향 구동 장치(21)의 베이스(26) 양쪽(고정측 부재(26A)와 가동측 부재(26B))에 좌우 한쌍의 발판(34)을 대략 수평하게 설치하였다. 베이스(26)(고정측 부재(26A))에는 폴(35)의 하단부가 고정되어 있다. 폴(35)의 상단에는 핸들 바(36)가 부착되어 있다.

이 전방향 이동차는 일륜차와 같은 것으로서, 외륜 부재(22)의 제1 프리 롤러(27)가 직접 접지되어, 좌우 한쌍의 발판(34)에 발을 올리고 핸들 바(36)를 손에 쥐고 사용한다.

이 실시형태에서도 외륜 부재(22) 자체의 회전과, 제2 프리 롤러(28)에서 주어지는 제1 프리 롤러(27)의 회전을 적절히 제어함으로써, 외륜 부재(22) 외부 드럼(22)에 설치된 제1 프리 롤러(27)에서의 구동력의 작용 대상과의 접촉면에 전방 향으로의 구동력을 작용시킬 수 있다.

(실시형태 3)

도 11∼도 15는, 본 발명에 의한 전방향 구동 장치의 실시형태 3을 도시하고 있다. 도 11∼도 15에서, 도 6∼도 8에 대응하는 부분은 도 6∼도 8에 붙인 부호와 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

실시형태 3의 전방향 구동 장치(41)는 실시형태 2의 외륜 부재(22), 내륜 부재(23) 대신에, 베이스(26)의 고정측 부재(26A)와 가동측 부재(26B)에, 사이드 디스크(42),(43)가 각각 중심축(42a),(43a)에 의해 회전 가능하게 설치되어 있다. 이들 2개의 사이드 디스크(42),(43)도 실시형태 2와 마찬가지로 벨트/풀리 기구에 의해 전동 모터로부터 개별적으로 회전력이 가해짐과 동시에 양자간을 좁히는 방향으로 탄발 가압되어 있다.

사이드 디스크(제1 회전 부재)(42)에는 그 테이퍼 외주면으로부터 다른 한쪽의 사이드 디스크(43) 쪽(도 11에서 보아 오른쪽)으로 뻗어나온 복수개의 아암(45)에 의해 원형고리 축체(46)가 고정 지지되어 있다. 원형고리 축체(46)에는 둘레 방향 이동 불가능 및 회전 불가능하게 다수의 내부 슬리브(47)가 끼워져 부착되어 있다. 각 내부 슬리브(47)에는 메탈 베어링(48)을 일체 결합하여 이루어진 제1 프리 롤러(49)가 회전 가능하게 장착되어 있다.

제1 프리 롤러(49)는 구동력을 작용시키는 대상물에 접촉하는 프리 롤러로서, 염주 엮은 형태로 원형고리 축체(46)에 장착되어, 각각 원형고리 축체(46)의 접선 방향 축선 둘레, 즉 각 제1 프리 롤러(49)자체의 중심 축선 둘레로 회전 가능 하게 되어 있다.

사이드 디스크(제2 회전 부재)(43)의 사이드 디스크(42)측(도 11에서 보아 왼쪽)에는 복수개(예를 들면 8개)의 제2 프리 롤러(50)가 각각 브라켓(51)에 의해 회전 가능하게, 사이드 디스크(43)의 둘레 방향의 등분되는 위치에 설치되어 있다. 제2 프리 롤러(50)는 제1 프리 롤러(49)의 옆 둘레면에 토크 전달 관계로 접촉하고, 도 13에 도시되어 있는 것처럼 접촉 상대의 제1 프리 롤러(49)의 중심 축선(C49)에 대해 뒤틀린 관계에 있는 방향으로 연장되는 중심 축선(C50)의 둘레로 회전 가능하게 설치되어 있다. 즉, 제1 프리 롤러(49)의 중심 축선(C49)과 제2 프리 롤러(50)의 중심 축선(C50)은 서로의 접촉 부분에서 교차되어 있다.

즉, 제2 프리 롤러(50)의 중심 축선(C50)은 각 프리 롤러의 배치 부위에서의 하나의 투영 평면에서 보아 제1 프리 롤러(49)의 중심 축선(C49)에 대해 경사각θe=45°로 기울어져 있다.

도 13, 도 14에 도시되어 있는 것처럼, 제2 프리 롤러(50)의 중심 축선(C50)은, 제1 프리 롤러(49)의 중심축에 해당하는 원형고리 축체(46)의 반경선(R)에 대해 소정의 각도로 기울어져 있음과 동시에, 원형고리 축체(46)의 중심선이 접하는 가상 평면(S)에 대해 소정 각도로 기울어져 있다. 이 삼차원적인 축선의 기울기는, 예를 들면 소정 각도의 원추면상에 놓인 「헬리컬 베벨 기어」의 기어의 기울기와 비슷하다.

이와 같이 제2 프리 롤러(50)의 지지축(52)을 기울임으로써 사이드 디스크(42, 43)을 상대 회전시켰을 때 제1 프리 롤러(49)에서의 제2 프리 롤러(50)의 접촉점에는 제1 프리 롤러(49)의 회전 축선 둘레와 원주 방향의 마찰력이 작용하게 된다.

도 15의 모델도에 도시한 것처럼, 중심 축선(Cb) 둘레에 회전 가능한 환봉(B)의 외주면에 대해 중심 축선(Cf)을 기울인 프리 롤러(F)를 눌러대고, 프리 롤러(F)를 둥근 봉(B)의 중심 축선(Cb)을 따라 이동시키면 프리 롤러(F)와 둥근 봉(B)의 접점에 작용하는 마찰력의 분력(f)에 의해 둥근 봉(B)에는 중심 축선(Cb) 둘레의 회전력이 작용한다. 이 경우에도 제1 프리 롤러(49)에 대해 항상 구동력이 작용하고, 공슬라이딩이 생기는 사태를 막기 위해서는, 각 제1 프리 롤러(49)에 대해 항상 적어도 하나의 제2 프리 롤러(50)가 구름접촉하도록 하면 된다.

이 원리를 본 실시형태의 전방향 구동 장치(41)에 적용시키면, 예를 들면 한쪽 사이드 디스크(42)의 회전을 정지시키고 다른 쪽 사이드 디스크(43)만을 회전시키면, 다른 쪽 사이드 디스크(43)의 회전에 의한 원주 방향의 힘에 대해, 제2 프리 롤러(50)가 접촉하는 제1 프리 롤러(49)의 중심 축선(C49) 둘레 방향의 분력이 작용한다. 이로써, 양 사이드 디스크(42),(43)의 회전 중심 축선에 평행한 방향(도 11에서 보아 좌우 방향)으로의 구동력을, 제1 프리 롤러(49)에서의 구동력의 작용 대상과의 접촉면에 작용시킬 수 있다.

2개의 사이드 디스크(42),(43)를 동일 속도로 동일 방향으로 회전시킨 경우에는 제2 프리 롤러(50)가 접촉하는 상대의 제1 프리 롤러(49)에 중심 축선(C49) 둘레의 회전력이 작용하지 않기 때문에, 양 사이드 디스크(42),(43)의 회전 방향의 구동력이 제1 프리 롤러(49)에서의 구동력의 작용 대상과의 접촉면에 작용하게 된 다.

이와 같이 하여 사이드 디스크(42).(43)의 회전 속도 및 회전 방향을 개별적으로 제어함으로써, 사이드 디스크(42)에 마련된 제1 프리 롤러(49)에서의 구동력의 작용 대상과의 접촉면에 전방향으로의 구동력을 작용시킬 수 있다.

이와 같이 구성된 전방향 구동 장치(41)도 상술한 실시형태 2와 마찬가지로 도 9나 도 10에 도시되어 있는 전방향 이동차의 전방향 구동 장치로서 사용할 수 있다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대해서 설명하였으나, 당업자라면 용이하게 이해할 수 있도록 본 발명의 발명 개념에서 벗어나지 않고 다양한 변형·변경이 가능하며 본 발명의 발명 개념은 청구범위에 기재된 바와 같다. 또 파리조약에 기초한 우선권 주장의 기초가 된 일본출원은 추가로 언급함으로써 그 내용을 본원의 일부로 한다.

Claims

전방향 구동 장치로서,

베이스와,

상기 베이스에 각각 이동 가능하게 지지된 제1 이동체 및 제2 이동체와,

상기 제1 이동체 및 상기 제2 이동체를 각각 이동 구동하는 제1 구동 유닛 및 제2 구동 유닛과,

상기 제1 이동체에, 회전 가능하게 그 이동 방향을 따라서 배치되고 또한 그 이동 방향에 직교하는 방향에 대해 0°가 아닌 제1 각도를 이루는 회전 축선을 가지는 복수개의 제1 프리 롤러와,

상기 제2 이동체에, 회전 가능하게 그 이동 방향을 따라서 배치되고 또한 그 이동 방향에 직교하는 방향에 대해 0°가 아닌 제2 각도를 이루는 회전 축선을 가지는 복수개의 제2 프리 롤러를 가지며,

상기 제1 이동체 및 상기 제2 이동체 중 적어도 한쪽이, 그 이동 방향으로 이동함에 따라, 상기 제1 프리 롤러가 상기 제2 프리 롤러의 대응하는 것에, 각각의 회전 축선이 서로 평행을 이루지 않고 구름접촉하도록 배치되고,

상기 제1 프리 롤러가 구동 대상에 접촉하는 것을 특징으로 하는 전방향 구동 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 프리 롤러의 회전 축선이, 그에 대해 구름접촉하는 상기 제2 프리 롤러의 회전 축선에 대해 뒤틀리는 위치 관계에 있는 것을 특징으로 하는 전방향 구동 장치.
제1항에 있어서,

상기 구동 대상이 노면 또는 바닥면을 포함하는 것을 특징으로 하는 전방향 구동 장치.
제1항에 있어서,

상기 구동 대상이 노면 또는 바닥면에 접촉하는 구체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전방향 구동 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 이동체 및 상기 제2 이동체가 서로 소정의 각도를 이루는 1쌍의 무한 궤도띠를 포함하고, 각 무한 궤도띠가 1쌍의 롤러에 감기고 또한 양 롤러의 적어도 한쪽이 대응하는 상기 구동 유닛에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 전방향 구동 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 이동체 및 상기 제2 이동체가, 서로 동축의 회전 축선을 가지는 1 쌍의 원형고리 부재를 포함하고, 각 원형고리 부재의 외주벽이, 대응하는 프리 롤러를 회전 가능하게 지지하는 것을 특징으로 하는 전방향 구동 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 이동체가, 상기 제1 프리 롤러를 그 원형 축선 둘레로 회전 가능하게 지지하는 환상체를 포함하고, 상기 제2 이동체가, 상기 제1 프리 롤러의 대응하는 것에 구름접촉하는 상기 제2 프리 롤러를 회전 가능하게 지지하는 디스크를 포함하고, 상기 디스크가 상기 환상체에 대해 동축적인 회전 축선을 가지는 것을 특징으로 하는 전방향 구동 장치.
제1항에 있어서,

상기 각 제1 프리 롤러에 대해 항상 적어도 하나의 상기 제2 프리 롤러가 구름접촉하는 것을 특징으로 하는 전방향 구동 장치.
제1항에 있어서,

상기 베이스가 이송 대상의 하중을 받는 하중 받침부를 가지는 것을 특징으로 하는 전방향 구동 장치.
제1항에 있어서,

상기 베이스가, 상기 프리 롤러간의 구름접촉을 촉진하는 방향으로 상기 양 이동체를 서로 탄성 가압하기 위한 탄성적 장치를 가지는 것을 특징으로 하는 전방향 구동 장치.
전방향 이동차로서,

제1항에 기재된 전방향 구동 장치를 구비하고, 이송 대상의 하중을 받는 하중 받침부를 상기 베이스에 설치한 것을 특징으로 하는 전방향 이동차.
제11항에 있어서,

상기 제1 프리 롤러가 상기 구동 대상으로서의 노면 또는 바닥면에 접촉하는 것을 특징으로 하는 전방향 이동차.
제11항에 있어서,

상기 제1 프리 롤러가, 상기 구동 대상으로서의 구체(球體)를 통해, 노면 또는 바닥면에 접촉하는 것을 특징으로 하는 전방향 이동차.