KR101245797B1

KR101245797B1 - 마찰식 구동 장치 및 그것을 이용한 전방향 이동체

Info

Publication number: KR101245797B1
Application number: KR1020117012063A
Authority: KR
Inventors: 도루 다케나카; 마코토 히라노; 히데하루 이즈미; 가즈야 구와바라; 다이지 고야마; 신이치로 고바시; 히로시 고미; 마사오 사사키
Original assignee: 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2008-11-04
Filing date: 2009-11-02
Publication date: 2013-03-20
Also published as: KR20110089310A; US8499863B2; JPWO2010052890A1; JP5396398B2; DE112009002676T5; CN102245397A; CN102245397B; DE112009002676B4; US20110260523A1; WO2010052890A1

Abstract

뒤틀림(skew)의 관계를 가지고 배치된 제1 프리 롤러(25)와 제2 프리 롤러(3R,3L)의 외주면끼리 접촉하여 제2 프리 롤러로부터 제1 프리 롤러로 마찰에 의해 동력을 전달하는 마찰식 구동 장치에 있어서, 제1 프리 롤러와 제2 프리 롤러간의 미끄러짐을 최대한 줄여 동력 손실의 저감을 도모하고 제1 프리 롤러가 제어 목표대로 정확하게 움직이도록 하기 위해, 제1 프리 롤러(25)의 외주면을 구성하는 외주 부분과 제2 프리 롤러(3R,3L)의 외주면을 구성하는 외주 부분과의 강성을 서로 다르게 한다.

Description

마찰식 구동 장치 및 그것을 이용한 전방향 이동체{Friction-type drive device and omnidirectional movable body using same}

본 발명은 마찰식 구동 장치 및 그것을 이용한 전방향 이동체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 각각의 회전 축선이 서로 평행을 이루지 않고 외주면끼리 접촉하고 있는 제2 프리 롤러로부터 제1 프리 롤러로 마찰에 의해 동력을 전달하는 마찰식 구동 장치 및 그것을 이용한 전방향 이동체에 관한 것이다.

바닥면 위를 자유롭게 돌아다닐 수 있는 전방향 이동체를 위한 주행 구동 장치로서, 원환 부재와 그 원환 부재의 외주에 각각 자전(自轉) 가능하게 설치된 복수의 종동 롤러에 의해 구성된 주륜과, 외주면을 가지고 상기 종동 롤러의 외주면에 접촉하도록 배치된 구동 롤러를 가지며, 상기 구동 롤러의 회전을 마찰에 의해 상기 종동 롤러에 전달하는 마찰식 구동 장치가 알려져 있다(예를 들면, 일본특허 제3820239호 공보).

또 전방향 이동체를 위한 주행 구동 장치로서 기체(基體)와, 상기 기체에 각각 이동 가능하게 지지된 제1 가동 부재 및 제2 가동 부재와, 상기 제1 가동 부재 및 상기 제2 가동 부재를 각각 이동 구동하는 제1 구동 유닛 및 제2 구동 유닛과, 상기 제1 가동 부재에 그 제1 가동 부재의 이동 방향을 따라 복수개 배치되고, 각각 자신의 중심 축선 둘레로 회전 자재(自在)의 제1 프리 롤러와, 상기 제2 가동 부재에 그 제2 가동 부재의 이동 방향을 따라 복수개 배치되고, 각각 자신의 중심 축선 둘레로 회전 자재의 제2 프리 롤러를 가지며, 상기 제1 가동 부재와 상기 제2 가동 부재 중 적어도 한쪽의 이동에 따라 상기 제1 프리 롤러가 상기 제2 프리 롤러의 대응하는 것에서, 각각의 회전 축선이 서로 평행을 이루지 않고 외주면끼리 접촉하여, 상기 제2 프리 롤러로부터 상기 제1 프리 롤러로 마찰에 의해 동력을 전달하고, 상기 제1 프리 롤러가 구동 대상에 접촉하는 마찰식 구동 장치가 본원 출원인과 동일한 출원에 의해 제안되어 있다(국제공개 2008/132778호 팜플렛).

또 전방향 이동체를 위한 주행 구동 장치로서, 환상체(環狀體)와 상기 환상체의 환방향으로 복수개 배치되고, 각각 자신의 배치 위치에서의 상기 환상체의 접선 방향의 축선 둘레로 회전 가능한 종동 롤러(제1 프리 롤러)를 포함한 주륜(제1 가동 부재)과, 상기 주륜의 축선 방향의 좌우 양쪽에 각각 자신의 중심 축선 둘레로 회전 가능하게 배치된 좌우의 회전 부재(제2 가동 부재)와, 상기 좌우의 회전 부재 각각에 그 회전 부재의 중심 축선에 대해 뒤틀림(skew)의 관계를 이루는 축선 둘레로 회전 가능하게 배치되고, 외주면을 가지고 상기 종동 롤러의 외주면에 접촉하는 복수개의 구동 롤러(제2 프리 롤러)를 가지며, 상기 회전 부재의 회전을 상기 구동 롤러의 외주면과 상기 종동 롤러의 외주면의 마찰에 의해 상기 주륜에 전달하는 마찰식 구동 장치가 본원 출원인과 동일한 출원에 의해 제안되어 있다(국제공개2008/132779호 팜플렛).

상술한 마찰식 구동 장치에서는, 제1 프리 롤러(종동 롤러)와 제2 프리 롤러(구동 롤러)의 외주면끼리의 마찰에 의한 동력 전달에서, 제1 프리 롤러와 제2 프리 롤러와의 접촉면에서 미끄러짐이 발생하고 동력 손실이 증가하여 동력 전달 효율이 저하된다. 또 제1 프리 롤러와 제2 프리 롤러간에 미끄러짐이 생기면 제2 프리 롤러의 운동이 제1 프리 롤러에 바르게 전달되지 않아 제1 프리 롤러가 제어 목표대로 운동하지 않게 된다. 따라서 전방향 이동체에서는 전방향 이동체의 이동이 제어 목표대로 이루어지지 않아 주행 성능이 저하되는 원인이 된다.

그러므로, 상술한 마찰식 구동 장치에서는 동력 손실의 저감을 도모하고 제1 프리 롤러의 제어 목표대로의 정확한 움직임을 얻기 위해 제1 프리 롤러와 제2 프리 롤러의 외주면끼리의 마찰에 의한 동력 전달에서 양자간의 미끄러짐을 최대한 줄일 필요가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 마찰식 구동 장치에서의 제1 프리 롤러와 제2 프리 롤러간의 미끄러짐을 최대한 줄여 동력 손실의 저감을 도모하고 제1 프리 롤러가 제어 목표대로 정확하게 움직이도록 하는 것이다.

본 발명에 의한 마찰식 구동 장치는, 기체와, 상기 기체에 각각 이동 가능하게 지지된 제1 가동 부재 및 제2 가동 부재와, 상기 제1 가동 부재에 그 제1 가동 부재의 이동 방향을 따라 복수개 배치되고, 각각 자신의 중심 축선 둘레로 회전 자재(自在)의 제1 프리 롤러와, 상기 제2 가동 부재에 그 제2 가동 부재의 이동 방향을 따라서 복수개 배치되고, 각각 자신의 중심 축선 둘레로 회전 자재의 제2 프리 롤러를 가지며, 상기 제1 가동 부재와 상기 제2 가동 부재 중 적어도 한쪽의 이동에 따라 상기 제1 프리 롤러가 상기 제2 프리 롤러의 대응하는 것에서, 각각의 회전 축선이 서로 평행을 이루지 않고 외주면끼리 접촉하고, 상기 제2 프리 롤러로부터 상기 제1 프리 롤러로 마찰에 의해 동력을 전달하여 상기 제1 프리 롤러가 구동 대상에 접촉하는 마찰식 구동 장치로서, 상기 제1 프리 롤러의 상기 외주면을 구성하는 외주 부분과, 상기 제2 프리 롤러의 상기 외주면을 구성하는 외주 부분의 강성이 서로 다르게 되어 있다.

이 마찰식 구동 장치에 의하면, 제1 프리 롤러와 제2 프리 롤러의 외주면끼리의 접촉부에서, 강성이 강한 쪽 프리 롤러에 의해 강성이 약한 쪽 프리 롤러 외주 부분이 탄성 변형되어 제1 프리 롤러와 제2 프리 롤러의 외주면끼리의 접촉 면적이 증대된다. 이 접촉 면적이 증대됨으로써 제1 프리 롤러와 제2 프리 롤러간의 미끄러짐이 줄어든다.

제1 프리 롤러의 외주 부분과 제2 프리 롤러의 외주 부분의 강성 차이는, 구동 롤러의 외주 부분을 구성하는 재료와 종동 롤러의 상기 외주 부분을 구성하는 재료의 영률 혹은 경도, 혹은 구동 롤러의 외주 부분과 종동 롤러의 외주 부분의 구조 중 적어도 하나의 차이에 의해 얻을 수 있다.

본 발명에 의한 마찰식 구동 장치는, 바람직하게는 상기 제1 프리 롤러와 상기 제2 프리 롤러 중 외주 부분의 강성이 높은 쪽 프리 롤러의 외주면에 요철이 형성되어 있다.

이 마찰식 구동 장치에 의하면, 강성이 높은 쪽 프리 롤러의 외주면에 형성된 요철에, 상대쪽(강성이 낮은 쪽) 프리 롤러의 외주면이 잠식되어 제1 프리 롤러와 제2 프리 롤러간의 미끄러짐이 더욱 줄어든다.

본 발명에 의한 마찰식 구동 장치는, 바람직하게는 상기 제1 프리 롤러와 상기 제2 프리 롤러 중 외주 부분의 강성이 낮은 쪽 프리 롤러의 외주 부분이 고무상(狀) 탄성체에 의해 구성되어 있다.

이 마찰식 구동 장치에 의하면, 제1 프리 롤러와 제2 프리 롤러의 외주면끼리의 접촉부에서, 강성이 약한 쪽 외주 부분의 변형이 고무상 탄성 변형에 의해 적당하게 행해짐과 동시에 고무상 탄성체의 재질로 인해 접촉부에서의 마찰 저항도 증가하여 제1 프리 롤러와 제2 프리 롤러간의 미끄러짐이 더욱 줄어든다.

본 발명에 의한 마찰식 구동 장치는, 바람직하게는 상기 제1 프리 롤러의 회전 축선이, 그에 대해 접촉하는 상기 제2 프리 롤러의 회전 축선에 대해 뒤틀림(skew)의 위치 관계에 있다.

본 발명에 의한 마찰식 구동 장치는 바람직한 하나의 실시형태로서, 상기 제1 가동 부재는, 자신의 중심 축선 둘레로 회전 가능한 원환 부재를 포함한 주륜에 의해 구성되고, 상기 제2 가동 부재는, 자신의 중심 축선 둘레로 회전 구동되는 회전 부재에 의해 구성되고, 상기 제1 프리 롤러는 각각 상기 원환 부재의 외주에 자전(自轉) 가능하게 설치되고, 상기 제2 프리 롤러는 상기 회전 부재의 중심 축선 둘레에 배치되어 있다.

본 발명에 의한 마찰식 구동 장치는 바람직한 다른 하나의 실시형태로서, 상기 제1 가동 부재와 상기 제2 가동 부재는, 각각 한쌍의 롤러에 감아 걸려져 서로 소정의 각도를 이루는 제1 무한 궤도대와 제2 무한 궤도대를 포함하고, 상기 제1 무한 궤도대에 상기 제1 프리 롤러가, 상기 제2 무한 궤도대에 상기 제2 프리 롤러가 각각 배치되어 있다.

본 발명에 의한 마찰식 구동 장치는 바람직한 다른 하나의 실시형태로서, 상기 제1 가동 부재와 상기 제2 가동 부재는 서로 동축의 회전 축선을 가진 제1 원환체와 제2 원환체를 포함하고, 상기 제1 프리 롤러는 상기 제1 원환체의 중심 축선 둘레에 배치되고, 상기 제2 프리 롤러는 상기 제2 원환체의 중심 축선 둘레에 배치되어 있다.

본 발명에 의한 전방향 이동체는 상술한 발명에 의한 마찰식 구동 장치를 포함하고, 상기 제1 프리 롤러가 노면 또는 바닥면에 접촉하여, 주행 또는 상기 제1 프리 롤러의 구동 대상으로서 전동(轉動) 자재의 구체(球體)를 포함하고 상기 구체가 노면 또는 바닥면에 접촉하여 주행한다.

본 발명에 의한 마찰식 구동 장치에 의하면, 제1 프리 롤러와 제2 프리 롤러의 외주면끼리의 접촉부에서, 강성이 강한 쪽 프리 롤러에 의해 강성이 약한 쪽 프리 롤러의 외주 부분이 탄성 변형되어, 제1 프리 롤러와 제2 프리 롤러의 외주면끼리의 접촉 면적이 증대된다. 이로써 마찰에 의한 추진력의 전달 효율이 상승하여 구동 롤러와 종동 롤러간의 미끄러짐이 줄어든다.

도 1은, 본 발명에 의한 마찰식 구동 장치 및 그것을 이용한 전방향 이동체의 실시형태 1을 도시한 사시도.
도 2는, 실시형태 1에 의한 마찰식 구동 장치 및 그것을 이용한 전방향 이동체의 주요부를 도시한 확대 정면도.
도 3은, 실시형태 1에 의한 마찰식 구동 장치에 사용되는 주륜을 도시한 확대 단면도.
도 4는, 실시형태 1에 의한 마찰식 구동 장치에 사용되는 구동 롤러의 1실시형태를 도시한 사시도.
도 5는, 실시형태 1에 의한 마찰식 구동 장치에 사용되는 구동 롤러의 다른 실시형태를 도시한 사시도.
도 6은, 본 발명에 의한 마찰식 구동 장치 및 그것을 이용한 전방향 이동체의 실시형태 2의 주요부를 도시한 확대 정면도.
도 7은, 본 발명에 의한 마찰식 구동 장치 및 그것을 이용한 전방향 이동체의 실시형태 3의 주요부를 도시한 확대 정면도.
도 8은, 본 발명에 의한 마찰식 구동 장치 및 그것을 이용한 전방향 이동체의 실시형태 3의 주요부를 도시한 확대 측면도.
도 9는, 본 발명에 의한 마찰식 구동 장치 및 그것을 이용한 전방향 이동체의 실시형태 4의 주요부를 도시한 정면도.
도 10은, 본 발명에 의한 마찰식 구동 장치 및 그것을 이용한 전방향 이동체의 실시형태 5를 도시한 정면도.
도 11은, 본 발명에 의한 마찰식 구동 장치 및 그것을 이용한 전방향 이동체의 실시형태 5의 주요부를 도시한 확대 정면도.
도 12는, 본 발명에 의한 마찰식 구동 장치 및 그것을 이용한 전방향 이동체의 실시형태 5의 주요부를 도시한 확대 평면도.
도 13은, 본 발명에 의한 마찰식 구동 장치 및 그것을 이용한 전방향 이동체의 실시형태 5의 주요부의 사시도.

이하, 본 발명에 의한 마찰식 구동 장치 및 그것을 이용한 전방향 이동체의 실시형태 1을, 도 1∼도 3을 참조하여 설명하기로 한다.

본 실시형태의 전방향 이동체(1)는 요크형의 하부 차체(7)을 가지며, 하부 차체(7)가, 간접적이긴 하지만, 제1 가동 부재를 이루는 주륜(주행륜)(2)을 회전 가능하게 지지하고 있다.

하부 차체(7)는 힌지축(11)에 의해 서로 힌지 접속된 좌우 한쌍의 우측 다리 부재(7R), 좌측 다리 부재(7L)를 가진다. 우측 다리 부재(7R)에는 우측 스텝(32R)이, 좌측 다리 부재(7L)에는 좌측 스텝(32L)이 각각 대략 수평으로 설치되어 있다. 하부 차체(7)의 우측 다리 부재(7R)에는 폴(33)의 하단부가 고정되어 있다. 폴(33)은 하부 차체(7)로부터 윗쪽으로 수직으로 세워져 있으며, 폴(33)의 상단부에는 수평 방향으로 연장되는 핸들 바(34)가 설치되어 있다. 하부 차체(7)의 우측 다리 부재(7R)와 좌측 다리 부재(7L) 사이에는 압축 코일 스프링(8)이 설치되어 있다. 압축 코일 스프링(8)은 하부 차체(7)의 다리부를 이루는 우측 다리 부재(7R)와 좌측 다리 부재(7L)를 서로 접근하는 방향으로 탄성 가압한다.

하부 차체(7), 좌우의 스텝(32R),(32L), 폴(33), 핸들 바(34)는 서로 일체 구조이므로 본 실시형태에서는 하부 차체(7), 좌우의 스텝(32R),(32L), 폴(33), 핸들 바(34) 전체가 전방향 이동체(1)의 기체(基體)라고 볼 수 있다.

하부 차체(7)에는 아암(36)에 의해 보조륜(35)이 설치되어 있다. 아암(36)은 상단이 하부 차체(7)의 후면(배면)에 피봇지지되어 들어올려질 수 있게 되어 있다. 보조륜(35)은 아암(36)의 끝단부(하단)에 수평 축선 둘레로 회전 가능하게 설치되어 있으며 주륜(2)의 전후 방향 후방에 위치되어 있다. 핸들 바(34)에는 그립 레버(37)가 설치되어 있다. 그립 레버(37)는 주지의 보우든 케이블(미도시)에 의해 아암(36)과 연결되고 손으로 쥠으로써 아암(36)의 들어올림을 행한다.

우측 다리 부재(7R)는 지지축(6R)에 의해 우측의 회전 부재(제2 가동 부재)(4R)를 회전 가능하게 지지하고 있다. 좌측 다리 부재(제2 가동 부재)(7L)는 지지축(6L)에 의해 왼쪽의 회전 부재(4L)를 회전 가능하게 지지하고 있다. 이로써 제2 가동 부재의 가동 부재를 이루는 좌우의 회전 부재(4R),(4L)는 소정의 축선 방향 간격(좌우 방향 간격)을 두고 하부 차체(7)에, 서로 동일한 중심 축선(A) 둘레로 각각 회전 가능하게 설치된다.

회전 부재(4R),(4L)에는 풀리(9R),(9L)(또는 스프로켓)가 동심 위치에 일체적으로 형성되어 있다. 우측 다리 부재(7R)와 좌측 다리 부재(7L)에는 각각 전동 모터(5R),(5L)가 설치되어 있다. 전동 모터(5R)는, 무단 벨트(10R)(또는 링크 체인)에 의해 풀리(9R)와 구동 연결되어, 회전 부재(4R)를 지지축(6R)의 중심 축선 둘레(A)로 회전 구동한다. 전동 모터(5L)는 무단 벨트(10L)(또는 링크 체인)에 의해 풀리(9L)와 구동 연결되고, 회전 부재(4L)를 지지축(6L)의 중심 축선 둘레(A)로 회전 구동한다. 이로써 좌우의 회전 부재(4R),(4L)가 전동 모터(5R),(5L)에 의해 개별적으로 독립 구동된다.

하부 차체(7), 폴(33)에는, 도시되지 않았으나 전동 모터(5R),(5L)의 전원으로서, 재충전 가능한 배터리 전원, 제어 장치가 탑재된다.

회전 부재(4R),(4L)는 서로 대향하는 쪽에 테이퍼 외주면(12R),(12L)을 가지며, 원뿔대형으로 하였다. 회전 부재(4R)의 테이퍼 외주면(12R)에는 제2 프리 롤러인 복수개의 우측 구동 롤러(3R)가 각각 브라켓(13R)에, 지지축(14R)에 의해 회전 부재(4R)의 이동 방향인 원주 방향을 따라 등간격으로 회전(자전) 자재로 설치되어 있다. 회전 부재(4L)의 테이퍼 외주면(12L)에는, 마찬가지로 제2 프리 롤러인 복수개의 좌측 구동 롤러(3L)가 각각 브라켓(13L)에 지지축(14R)에 의해, 회전 부재(4L)의 이동 방향인 원주 방향을 따라 등간격을 두고 회전 가능하게 설치되어 있다.

주륜(2)은 좌우의 회전 부재(4R),(4L) 사이에 배치되고, 그 주륜(2)의 중심 축선(대칭축)의 양쪽(좌우 양쪽)에서 좌우의 회전 부재(4R),(4L)의 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)에 의해 끼워지도록 하여 좌우의 회전 부재(4R),(4L)의 중심 축선(A)과 동일한 중심 축선(B)(대칭축) 둘레로 회전 가능하게 지지되어 있다.

우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)는 외주면(3RA),(3LA)을 구성하는 외주 부분을 포함한 전체를, 알루미늄이나 스테인레스강이나 경질 플라스틱 등 고무상 탄성체에 비해 영률이 높고 고경도의 강성이 높은 재료에 의해 구성하였다.

주륜(2)은 원환 부재(22)와, 원환 부재(22)의 외주에 각각 배치 위치에서의 원환 부재(22)의 접선 방향 축선 둘레로 회전(자전) 가능하게 설치된 복수의 종동 롤러(25)에 의해 구성되어 있다. 종동 롤러(25)는 주륜(2)(원환 부재(22))의 이동 방향, 즉 중심 축선 둘레의 회전 방향을 따라 복수개 배치되어 있으며 제1 프리 롤러를 이루고 있다.

보다 상세하게는, 도 3에 도시된 것처럼 원환 부재(22)는 금속제의 환형 축체에 의해 구성되어 있다. 원환 부재(22)에는 그 원환 부재(22)의 원주 방향을 따라 복수개의 이너 슬리브(23)가 등간격으로 설치되어 있다. 이너 슬리브(23)는 각각 원환 부재(22)의 곡률과 동일한 곡률로 휘어진 장착 구멍(23A)을 가지고 있으며 장착 구멍(23A)을 통해 이너 슬리브(23)의 외주에 원주 방향으로 이동 불가능하고 회전 불가능하게 끼움고정되어 있다. 이너 슬리브(23)의 외주면(23B)은 원통면으로 되어 있다. 원환 부재(22)는 다각형이나 원환 유닛을 조합한 것이어도 좋다.

복수의 종동 롤러(25)는 각각 원통형의 금속제 슬리브(25A)와, 금속제 슬리브(25A)의 외주에 접합되어 종동 롤러(25)의 외주면(25C)을 구성하는 원통형의 외주 부재(25B)에 의해 구성되고, 각각 이너 슬리브(23)의 외주면(23B)에 니들 베어링(26)을 통해 회전 가능하게 설치되어 있다.

종동 롤러(25)의 외주 부재(25B)는 우레탄 고무 등의 고무상 탄성체나 기타 엘라스토머 재료 등, 금속이나 경질 플라스틱 등에 비해 영률이 낮고 저경도의 강성이 낮은 재료에 의해 구성되어 있다.

이로써 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)의 외주면(3RA),(3LA)을 구성하는 외주 부분과, 종동 롤러(25)의 외주면(25C)을 구성하는 외주 부분(25B)에서 강성이 서로 다르다. 본 실시형태에서는 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)의 외주면(3RA),(3LA)을 구성하는 외주 부분의 강성이 종동 롤러(25)의 외주면(25C)을 구성하는 외주 부분(25B)의 강성보다 높다.

우측 구동 롤러(3R)와 좌측 구동 롤러(3L)는, 전술한 압축 코일 스프링(8)의 스프링힘에 의해 종동 롤러(25)의 외주면(25C)을 향해 탄성 가압되어 외주면(3RA),(3LA)이 종동 롤러(25)의 외주면(25C)에 접촉하고 마찰에 의해 동력을 종동 롤러(25)에 전달한다. 즉, 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)의 외주면(3RA),(3LA)이 종동 롤러(25)의 외주면(25C)에 마찰력으로 회전 부재(4R),(4L)의 회전을 주륜(2)에 전달하는 토크 전달 관계로 접촉되어 있다.

종동 롤러(25)는 구동력을 작용시키는 대상물에 접촉하는 프리 롤러로서, 원환 부재(22)에 염주 형태로 설치되고, 각각 원환 축체(46)의 접선 방향 축선 둘레, 즉 단면 중심선(C) 둘레와 동등한 축선 둘레로 회전 가능, 다시 말하면 각 종동 롤러(25) 자체의 중심 축선 둘레로 회전 가능하게 되어 있다. 이 경우 종동 롤러(25)와 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)와의 관계(개수)는, 접지되어 있는 종동 롤러(25)에는 반드시 적어도 1조의 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)가 접촉하고, 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)로부터 접지 상태에 있는 종동 롤러(25)에는 항상 동력이 부여되는 설정으로 되어 있다.

우측 구동 롤러(3R)와 좌측 구동 롤러(3L)는, 주륜(2)의 중심 축선(B) 둘레(회전 부재(4R),(4L)의 중심 축선(A) 둘레와 동일)의 회전 방향(보다 정확하게는, 접촉 부분에서의 중심 축선(B) 둘레의 원주의 접선 방향)에 대해 직교 및 평행 어느 것도 아닌 방향으로 연장되는 중심 축선(D) 둘레로 회전 자재로 배치되어 있다. 즉, 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)는 주륜(2)의 중심 축선(B) 둘레의 회전 방향에 대해 경사져, 회전 부재(4R),(4L)의 회전 축선(중심 축선(A))에 대해 뒤틀림의 관계를 이루는 회전 축선(중심 축선(D))을 가진다. 이로써 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)의 회전 축선은 접촉하는 종동 롤러(25)의 회전 축선에 대해 뒤틀림의 관계를 이룬다.

즉, 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)의 중심 축선은 각 롤러의 배치 부위에서의 중심 축선(A)방향으로의 투영 평면에서 보아, 종동 롤러(25)의 중심 축선에 대해 소정의 경사각으로 경사져 있다. 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)의 중심 축선은 종동 롤러(25)의 중심축 상당의 원환 축체(22)의 반경선에 대해 소정 각도로 기울어져 있음과 동시에, 원환 축체(22)의 중심선이 접하는 가상 평면에 대해 소정 각도로 기울어져 있다. 이 삼차원적인 축선의 기울기는, 예를 들면 소정 각도의 원추면상에 놓인 「스큐 베벨 기어」의 치(齒)의 경사와 유사하다.

이 기하학적 배치에 의해, 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)는 종동 롤러(25)와의 외주면끼리의 접촉에 의한 마찰에 의해 회전 부재(4R),(4L)의 회전을 횡력으로서 종동 롤러(25)에 전달한다.

이로써, 좌우의 전동 모터(5R),(5L)에 의해 좌우의 회전 부재(4R),(4L)를 같은 회전 방향으로 같은 회전 속도로 회전시키면 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)는 각각 자전하지 않고 회전 부재(4R),(4L)의 회전에 따라 공전(公轉)하여 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)의 공전에 의한 횡력이 주륜(2)의 종동 롤러(25)에 회전 축선 방향(모선(母線) 방향)의 분력으로서 작용한다. 이로써 종동 롤러(25)가 자전하지 않고 주륜(2)이 공전(중심 축선(B) 둘레의 회전)한다.

이에 대해, 좌우의 전동 모터(5R),(5L)에 의해 좌우의 회전 부재(4R),(4L)의 회전 방향 또는(및) 회전 속도를 서로 다르게 하면 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)가 각각 자전하면서 공전하여 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)의 자전에 의한 횡력이 주륜(2)의 종동 롤러(25)에 원주 방향(회전축선 둘레)의 분력으로서 작용한다. 이로써 종동 롤러(25)가 자전(단면 중심선(C) 둘레의 회전)한다.

이 종동 롤러(25)의 단면 중심선(C) 둘레의 회전은, 회전 부재(4R),(4L)끼리의 회전 속도차에 의해 정해진다. 예를 들면,회전 부재(4R),(4L)를 서로 동일 속도로 반대 방향으로 회전시키면 주륜(2)은 중심 축선(B)(대칭축 선) 둘레로는 회전(공전)하지 않고 종동 롤러(25)만 단면 중심선(C) 둘레로 회전하게 된다. 이로써 주륜(2)에는 주륜(2)의 중심 축선(B)의 연장 방향, 즉 좌우 방향의 구동력이 가해짐으로써 전방향 이동체(1)는 좌우 방향 이동한다.

이와 같이 전동 모터(5R),(5L)에 의해 회전 부재(4R),(4L)의 회전 속도 및 회전 방향을 독립적으로 제어함으로써 전방향 이동체(1)는 노면상에서 전방향으로 이동할 수 있다.

또 보조륜(35)을 접지시킨 상태에서 전동 모터(5R),(5L)에 의해 주륜(2)의 종동 롤러(25)를 단면 중심선(C) 둘레로 회전시키면, 보조륜(35)의 접지에 의한 좌우 방향(주륜(2)의 중심 축선(B)의 방향)의 횡력에 의해 진행 방향이 구속되기 때문에 주륜(2)에는 요우축(수직 방향) 둘레의 모멘트가 작용하여 전방향 이동체(1)는 선회할 수 있다. 즉, 보조륜(35)을 사용하여 주륜(2)의 접지점과 보조륜(35)의 접지점을 연결하는 직선에 일치하지 않는 방향으로 마찰력을 발생시킴으로써 요우축 방향의 모멘트를 작용시킬 수 있다. 이로써 전방향 이동체(1)는 비교적 작은 선회 반경을 가지고 방향 전환을 행할 수 있다.

상술한 전방향 이동체(1)에서는 전방향 이동체(1)의 이동을 담당하는 주륜(2)의 목표대로의 정확한 움직임을 얻는 것과, 동력 손실의 저감을 위해 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)와 주륜(2)의 종동 롤러(25)의 외주면끼리의 접촉에서 양자간의 미끄러짐을 최대한 줄이는 것이 요구된다.

이에 대해 본 실시형태에서는, 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)의 외주면(3RA),(3LA)을 구성하는 외주 부분 전체가 금속 혹은 경질 플라스틱제인 데 대해 종동 롤러(25)의 외주면(25C)을 구성하는 외주 부분(25B)이 우레탄 고무 등의 고무상 탄성체나 기타 엘라스토머 재료에 의해 구성되고, 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)의 외주면(3RA),(3LA)을 구성하는 외주 부분의 강성이 종동 롤러(25)의 외주면(25C)을 구성하는 외주 부분(25B)의 강성보다 높기 때문에 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)와 종동 롤러(25)의 외주면끼리의 접촉부에서 강성이 강한 쪽의 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)에 의해 강성이 약한 쪽의 종동 롤러(25)의 외주 부분이 탄성 변형되어 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)와 종동 롤러(25)의 외주면끼리의 접촉 면적이 증대된다.

이로써 마찰에 의한 회전력의 전달 효율이 상승하여, 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)와 종동 롤러(25)간의 미끄러짐이 줄어들어 주륜(2)의 목표대로의 정확한 움직임을 얻는 것과, 동력 손실의 저감이 도모되어 양호한 경제성으로 전방향 이동체(1)를 제어 목표의 이동 방향으로 이동시키는 것이 가능해진다.

또 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)의 강성이 종동 롤러(25)의 외주면(25C)을 구성하는 외주 부분의 강성보다 높은 구성임에 따라, 즉 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)가 금속이나 경질 플라스틱에 의해 구성되어 있음으로써 회전력 전달의 정(正)의 부재인 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)의 탄성 변형이 고무상 탄성체나 엘라스토머제의 종동 롤러(25)보다 적어 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)의 탄성 변형을 실질적으로 제로로 할 수 있기 때문에 추진력 전달 변동이 커지지 않는다.

우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)의 강성이 종동 롤러(25)의 외주면(25C)을 구성하는 외주 부분의 강성보다 높은 것과는 반대로, 종동 롤러(25)의 외주면(25C)을 구성하는 외주 부분의 강성이 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)의 강성보다 높은 구성을 취해도 좋고, 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)의 강성과 종동 롤러(25)의 외주면(25C)을 구성하는 외주 부분의 강성이 다르면 좋다.

또 외주 부분의 강성이 높은 쪽 프리 롤러, 본 실시형태에서는 도 4에 도시된 것처럼 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)의 외주면에 기어와 같이 모선 방향으로 연장되는 복수의 홈(15)이 원주 방향으로 반복 형성되고, 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)의 외주면이 원주 방향으로 반복되는 요철 형상이어도 좋다.

이 경우에는 강성이 낮은 쪽 종동 롤러(25)의 외주면(25C)이 탄성 변형에 의해 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)의 외주면의 홈(55)에 잠식되고, 이 잠식 걸어맞춤에 의해 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)와 종동 롤러(25)간의 미끄러짐이 더욱 줄어든다.

이 잠식은, 오로지 인접한 홈(15)사이에 생기는 부분(볼록부)의 모서리부(16)에서 행해져, 홈(15)의 홈 횡단면 형상은 모서리부(16)가 직각에 가까운 각도가 되는 직사각형이 바람직하다. 이것의 최적 설정은 종동 롤러(25)의 외주면(25C)을 구성하는 외주 부분의 강성에 영향을 받기 때문에 홈(15)의 홈 횡단면 형상은 반드시 직사각형인 것은 아니며 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)의 외주면은 스플라인 형상, 세레이션 형상 등이어도 좋다. 또 홈(15)은 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)의 외주면에 사각 격자형, 마름모 격자형, 기타 적당한 모양으로 설치되어 있어도 좋다

또 우측 구동 롤러(3R), 좌측 구동 롤러(3L)의 외주면은 딤플, 반구형이나 원기둥, 각기둥에 의한 돌기가 격자 배치, 지그재그 배치 혹은 불규칙 배치에 의해 다수 마련된 요철 형상이어도 좋다. 도 5는, 다수의 원기둥 돌기(17)가 격자 배치된 실시형태를 도시한다.

다음으로, 본 발명에 의한 마찰식 구동 장치 및 그것을 이용한 전방향 이동체의 실시형태 2를 도 6을 참조하여 설명하기로 한다. 도 6에서 도 2에 대응하는 부분은, 도 2에 붙인 부호와 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

본 실시형태에서는 하부 차체(7)의 좌측 부재(7L)와 우측 부재(7)에 원뿔대형의 회전 부재(51),(52)가 각각 지지축(53),(54)에 의해 중심 축선(A) 상에 서로 동심으로 회전 자재로 설치되어 있다.

하부 차체(7)의 좌측 부재(7L)에는 전동 모터(55)가 설치되어 있다. 회전 부재(51)에는 풀리(또는 스프로켓)(56)가 동심으로 일체 형성되어 있다. 전동 모터(55)는 무단 벨트(또는 링크 체인)(57)에 의해 풀리(56)와 구동 연결되어 회전 부재(51)를 지지축(53)의 중심 축선(A)둘레로 회전 구동한다.

하부 차체(7)의 우측 부재(7R)에는 다른 하나의 전동 모터(58)가 설치되어 있다. 회전 부재(제2 가동 부재)(52)에는 풀리(또는 스프로켓)(59)가 동심으로 일체 형성되어 있다. 전동 모터(58)는 무단 벨트(또는 링크 체인)(60)에 의해 풀리(59)와 구동 연결되어 회전 부재(52)를 지지축(54)의 중심 축선(A) 둘레로 회전 구동한다.

회전 부재(51)는 그 테이퍼 외주면(61)으로부터 다른 한쪽의 회전 부재(52)쪽(도 6에서 보아 우측)으로 연장되어 나온 복수개의 아암(62)을 가지며, 아암(62)에 의해 전술한 실시형태 1의 주륜(2)과 동등한 원환 부재(22)와 종동 롤러(25)에 의한 주륜(2)의 원환 부재(22)를 고정 지지하였다. 이로써 주륜(2)은 회전 부재(51)와 함께 하부 차체(7)로부터 중심 축선(A) 둘레로 회전 가능하게 지지되어 있다. 다시 말하면 하부 차체(7)는 회전 부재(51)에 의해 주륜(2)을 중심 축선(A) 둘레로 회전이 자재한 상태로 지지하였다.

회전 부재(52)는 제2 가동 부재를 이루는 것으로서, 회전 부재(52)의 테이퍼 외주면(61)에는 제2 프리 롤러인 복수개의 구동 롤러(63)가, 각각 브라켓(64)에 지지축(65)에 의해, 회전 부재(52)의 이동 방향인 원주 방향을 따라 등간격을 두고 회전(자전) 자재로 설치되어 있다.

구동 롤러(63)는 압축 코일 스프링(8)의 스프링힘에 의해 좌측 부재(7L)와 우측 부재(7)가 서로 접근하는 방향으로 탄성 가압됨으로써 종동 롤러(25)의 외주면에 토크 전달 관계로 접촉하고, 상대쪽 종동 롤러(25)의 중심 축선(C)에 대해 뒤틀림의 관계에 있는 방향으로 연장되는 중심 축선(D)의 둘레로 회전 가능하게 설치되어 있다. 이로써 구동 롤러(63)의 회전 축선은 접촉하는 종동 롤러(25)의 회전 축선에 대해 뒤틀림의 관계를 이룬다.

즉, 구동 롤러(63)의 중심 축선은 각 롤러의 배치 부위에서의 중심 축선(A)방향으로의 투영 평면에서 보아, 종동 롤러(25)의 중심 축선에 대해 소정의 경사각으로 경사져 있다. 구동 롤러(63)의 중심 축선은 종동 롤러(25)의 중심축 상당의 원환 축체(22)의 반경선에 대해 소정 각도로 기울어져 있음과 동시에 원환 축체(22)의 중심선이 접하는 가상 평면에 대해 소정 각도로 기울어져 있다. 이 삼차원적인 축선의 기울기는, 예를 들면 소정 각도의 원추면상에 놓인 「스큐 베벨 기어」의 치(齒)의 경사와 유사하다.

이 기하학적 배치에 의해 회전 부재(51)과 (52)를 상대 회전시켰을 때 종동 롤러(25)의 구동 롤러(63)와의 접촉점에는, 종동 롤러(25)의 회전축선 둘레와 회전 축선 방향(모선 방향)의 마찰력(횡력)이 작용하게 된다.

이로써 전동 모터(55),(58)에 의해 회전 부재(51),(52)를 같은 회전 방향으로 같은 회전 속도로 회전시키면 구동 롤러(63)는 자전하지 않고 회전 부재(51),(52)의 회전에 따라 공전하고, 구동 롤러(63)의 공전에 의한 횡력이 주륜(2)의 종동 롤러(25)에 회전 축선 방향의 분력으로서 작용한다. 이로써 종동 롤러(25)가 자전하지 않고 주륜(2)이 회전 부재(51)로부터도 회전 구동되면서 공전(중심 축선(B) 둘레의 회전)한다.

이에 대해 전동 모터(55),(58)에 의해 좌우의 회전 부재(51),(52)의 회전 방향 또는(및) 회전 속도를 서로 다르게 하면 구동 롤러(63)가 자전하면서 공전하고, 구동 롤러(63)의 자전에 의한 횡력이 주륜(2)의 종동 롤러(25)에 원주 방향의 분력으로서 작용한다. 이로써 종동 롤러(25)가 자전(단면 중심선(C) 둘레의 회전)한다.

이와 같이 전동 모터(55),(58)에 의해 회전 부재(51),(52)의 회전 속도 및 회전 방향을 독립적으로 제어함으로써 전방향 이동체(1)는 노면상에서 전방향으로 이동할 수 있다.

이 실시형태에서도 종동 롤러(25)와 구동 롤러(63)의 관계(개수)는, 접지되어 있는 종동 롤러(25)에는 반드시 적어도 하나의 구동 롤러(63)가 접촉하고 구동 롤러(63)로부터 접지 상태에 있는 종동 롤러(25)에 항상 동력이 주어지는 설정으로 되어 있다.

이 실시형태에서는 구동 롤러(63)가 금속 혹은 경질 플라스틱제인 데 대해 종동 롤러(25)의 외주면을 구성하는 외주 부분이 우레탄 고무 등의 고무상 탄성체나 기타 엘라스토머 재료에 의해 구성되어 있고, 구동 롤러(63)의 강성이 종동 롤러(25)의 외주면을 구성하는 외주 부분의 강성보다 높다.

이로써 구동 롤러(63)와 종동 롤러(25)의 외주면끼리의 접촉부에서 강성이 강한 구동 롤러(63)에 의해 강성이 약한 종동 롤러(25)의 외주 부분이 탄성 변형되어 구동 롤러(63)와 종동 롤러(25)의 외주면끼리의 접촉 면적이 증대된다.

이로써 이 실시형태에서도 마찰에 의한 회전력의 전달 효율이 상승하여 구동 롤러(63)와 종동 롤러(25)간의 미끄러짐이 줄어들어 주륜(2)의 목표대로의 정확한 움직임을 얻는 것과, 동력 손실의 저감이 도모되어 양호한 경제성으로 전방향 이동체(1)를 제어 목표의 이동 방향으로 이동시키는 것이 가능해진다.

다음으로 본 발명에 의한 마찰식 구동 장치 및 그것을 이용한 전방향 이동체의 실시형태 3을 도 7, 도 8을 참조하여 설명하기로 한다. 도 7, 도 8에서도 도 1, 도 2에 대응하는 부분은 도 1, 도 2에 붙인 부호와 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

본 실시형태에서는 하부 차체(7)의 좌측 부재(7L)와 우측 부재(7R)에 제1 가동 부재를 이루는 외륜 부재(71)와 제2 가동 부재를 이루는 내륜 부재(72)가 각각 지지축(73),(74)에 의해 중심 축선(A) 상에 서로 동심으로 회전 가능하게 설치되어 있다.

하부 차체(7)의 좌측 부재(7L)에는 전동 모터(75)가 설치되어 있다. 외륜 부재(71)에는 풀리(또는 스프로켓)(76)가 동심으로 일체 형성되어 있다. 전동 모터(75)는 무단 벨트(또는 링크 체인)(77)에 의해 풀리(76)와 구동 연결되어 외륜 부재(71)를 지지축(73)의 중심 축선(A) 둘레로 회전 구동한다.

하부 차체(7)의 우측 부재(7R)에는 다른 하나의 전동 모터(78)가 설치되어 있다. 내륜 부재(72)에는 풀리(또는 스프로켓)(79)가 동심으로 일체 형성되어 있다. 전동 모터(78)는 무단 벨트(또는 링크 체인)(80)에 의해 풀리(79)와 구동 연결되어 내륜 부재(72)를 지지축(74)의 중심 축선(A) 둘레로 회전 구동한다.

륜 부재(71)는 원뿔대 형상을 이루고 있으며 외륜 부재(71)의 원추 외주벽(테이퍼 원주면)에는 배럴형의 복수의 제1 프리 롤러(81)가 외륜 부재(71)의 원주 방향(이동 방향)으로 등간격으로 각각 회전 가능하게 설치되어 있다. 제1 프리 롤러(81)는 구동력을 작용시키는 대상물에 접촉하는 프리 롤러로서, 각각 외륜 부재(71)의 중심선에 대해 평행도 직교도 아닌 방향으로 연장되는 중심 축선 둘레로 회전 가능하게 설치되어 있다. 본 실시형태에서는 제1 프리 롤러(81)의 중심 축선은, 각 프리 롤러의 배치 부위에서의 외륜 부재(71)의 원주면에 대한 접선면에서 외륜 부재(71)의 회전 방향에 대해 45도의 경사각으로 경사져 있다.

내륜 부재(72)는 외륜 부재(71)과 마찬가지로 원뿔대 형상을 이루고 있으며 내륜 부재(72)의 원추 외주벽(테이퍼 원주면)에는 배럴형의 복수의 제2 프리 롤러(82)가 내륜 부재(72)의 원주 방향으로 등간격으로 각각 회전 가능하게 설치되어 있다. 제2 프리 롤러(82)는 제1 프리 롤러(81)와 접촉하고, 접촉 상대인 제1 프리 롤러(81)의 중심 축선에 대해 뒤틀림의 위치 관계에 있는 방향으로 연장되는 중심 축선의 둘레로 회전 가능하게 설치되어 있다.

즉, 제2 프리 롤러(82)의 중심 축선은, 각 프리 롤러의 배치 부위에서의 외륜 부재(71) 및 내륜 부재(72)의 원주면에 대한 접선면(투영 평면)에서 보아, 제1 프리 롤러(81)의 중심 축선에 대해 90도의 경사각으로 경사져 있다.

본 실시형태에서는 압축 코일 스프링(8)의 스프링힘에 의해 좌측 부재(7L)와 우측 부재(7)가 서로 접근하는 방향으로 탄성 가압됨으로써 쌍을 이루는 제1 프리 롤러(81)와 제2 프리 롤러(82)의 접촉이 조밀해진다. 이로써 제2 프리 롤러(82)가 제1 프리 롤러(81)에 대해 토크 전달 관계로 접촉하게 된다.

본 실시형태에서는 외륜 부재(71), 내륜 부재(72)를 전동 모터(75),(76)에 의해, 동일 방향으로 동일 속도로 회전시키면, 외륜 부재(71)과 내륜 부재(72) 사이에 상대 변위(회전 방향의 상대 변위)가 생기지 않기 때문에 제1 프리 롤러(81), 제2 프리 롤러(82)는 모두 자전하지 않고 외륜 부재(71), 내륜 부재(72)가 일체적으로 공전한다.

외륜 부재(71)의 회전을 정지하여 내륜 부재(72)만을 회전시키면 제2 프리 롤러(82)가 자전하고, 제2 프리 롤러(82)에 접촉되어 있는 제1 프리 롤러(81)도 자전한다.

이와 같이 전동 모터(75),(76)에 의해 외륜 부재(71), 내륜 부재(72)의 회전 속도 및 회전 방향을 독립적으로 제어함으로써 전방향 이동체(1)는 노면상에서 전방향으로 이동할 수 있다.

이 실시형태에서는 제2 프리 롤러(82)가 금속 혹은 경질 플라스틱제인 데 대해 제1 프리 롤러(81)의 외주면을 구성하는 외주 부분이 우레탄 고무 등의 고무상 탄성체나 기타 엘라스토머 재료에 의해 구성되어 있고, 제2 프리 롤러(82)의 강성이 제1 프리 롤러(81)의 외주면을 구성하는 외주 부분의 강성보다 높다.

이로써 제1 프리 롤러(81)와 제2 프리 롤러(82)의 외주면끼리의 접촉부에서 강성이 강한 제2 프리 롤러(82)에 의해 강성이 약한 제1 프리 롤러(81)의 외주 부분이 탄성 변형되어 제1 프리 롤러(81)와 제2 프리 롤러(82)의 외주면끼리의 접촉 면적이 증대된다.

이로써 이 실시형태에서도 마찰에 의한 회전력의 전달 효율이 상승하여 제1 프리 롤러(81)와 제2 프리 롤러(82)간의 미끄러짐이 줄어들어 주륜(2)의 목표대로의 정확한 움직임을 얻는 것과, 동력 손실의 저감이 도모되어 양호한 경제성으로 전방향 이동체(1)를 제어 목표의 이동 방향으로 이동시키는 것이 가능해진다.

다음으로 본 발명에 의한 마찰식 구동 장치 및 그것을 이용한 전방향 이동체의 실시형태 4를, 도 9를 참조하여 설명하기로 한다. 아울러 도 9에서 도 7, 도 8에 대응하는 부분은, 도 7, 도 8에 붙인 부호와 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

본 실시형태의 전방향 이동체(100)는 아래쪽 개구의 박스형 차체(101)와, 차체(101) 안에 전방향으로 전동 가능하게 설치된 주행용 구체(102)와, 마찰식 구동 장치(110)를 가진다. 주행용 구체(102)의 하부 영역은 차체(101)의 아래쪽 개구부(103)보다 아래쪽으로 노출되어 바닥면, 노면에 전동 가능하게 접촉한다. 주행용 구체(102)는 차체(101)의 아래쪽 개구부(103)의 주연부에 전동 가능하게 설치된 지지 볼(104)과의 걸어맞춤에 의해 차체(101)보다 아래쪽으로 탈락하지 않도록 되어 있다.

마찰식 구동 장치(110)는 실시형태 3의 외륜 부재(71), 내륜 부재(72), 제1 프리 롤러(81)와 제2 프리 롤러(82) 등에 의한 것이다. 제1 프리 롤러(81)가 주행용 구체(18)의 구면에 토크 전달 관계로 접촉되어 있다.

이로써 주행용 구체(102)는 마찰식 구동 장치(110)에 의해 전방향으로 전동구동되어 차체(101)가 전방향으로 이동하게 된다.

다음으로 본 발명에 의한 마찰식 구동 장치 및 그것을 이용한 전방향 이동체의 실시형태 5를, 도 10∼도 13을 참조하여 설명하기로 한다.

본 실시형태의 전방향 이동체(100)는 아래쪽 개구의 박스형 차체(101)와, 차체(101)안에 전방향으로 전동 가능하게 설치된 주행용 구체(102)와, 마찰식 구동 장치(120)를 가진다.

차체(101)안에는 주행용 구체(102)의 상방부에 위치하는 형태로 마찰식 구동 장치(120)가 배치되어 있다. 마찰식 구동 장치(120)는, 제1 기체(121)과 제2 기체(122)를 가지며, 제2 기체(122)를 차체(101)의 상부 부재(105)에 고정시키고, 상부 부재(105)에 매달아 고정시켰다.

제1 기체(121)에는 제1 크롤러 구동체(130)가 설치되고, 제2 기체(122)에는 제2 크롤러 구동체(140)가 설치되어 있다.

제1 크롤러 구동체(130)는, 도 10∼도 12의 지면(紙面)을 직교하는 방향(X축 방향)으로 떨어져 제1 기체(121)에 각각 회전 가능하게 배치된 구동 휠(131), 종동 휠(132)과, 구동 휠(131)과 종동 휠(132) 사이에 걸쳐진 제1 무한 궤도대(제1 가동 부재)인 제1 크롤러 벨트(133)를 가진다. 제1 크롤러 벨트(133)는 다수의 슬랫 조각(138)을 무단 띠형으로 힌지 연결하여 이루어진 것이다.

구동 휠(131), 종동 휠(132)은 각각 제1 기체(121)에 설치된 브라켓(133),(134)에 지지축(135),(136)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 브라켓(133)에는 구동 휠(131)을 회전 구동하는 전동 모터(137)가 설치되어 있다.

제2 크롤러 구동체(140)는 도 10∼도 12에 보아 좌우 방향(Y축 방향)으로 떨어져 제2 기체(121)에 각각 회전 가능하게 배치된 구동 휠(141), 종동 휠(142)과, 구동 휠(141), 종동 휠(142)의 사이에 걸쳐진 제2 무한 궤도대(제2 가동 부재)인 제2 크롤러 벨트(143)를 가진다. 제2 크롤러 벨트(143)는 다수의 슬랫 조각(148)을 무단 띠형으로 힌지 연결하여 이루어진 것이다

구동 휠(141), 종동 휠(142)은 각각 제2 기체(122)에 설치된 브라켓(143),(144)에 지지축(145),(146)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 브라켓(143)에는 구동 휠(141)을 회전 구동하는 전동 모터(147)가 설치되어 있다.

제1 크롤러 벨트(133)와 제2 크롤러 벨트(143)는 평면에서 보아 서로 직교하는 방향으로 연장되어 있으며 서로의 휠간 패스가 상하로 교차되어 있다.

제1 크롤러 벨트(133)의 슬랫 조각(138) 각각에는 원주형의 제1 프리 롤러(139)가 각각 회전 가능하게 2개 병렬로 설치되어 있다. 제1 프리 롤러(139)는 외주면으로 구동력을 작용시키는 대상물, 즉 주행용 구체(102)의 구면에 접촉하는 프리 롤러로서, 제1 크롤러 벨트(10)의 주행 방향(X방향)에 대해 비직교 방향으로 연장되는 중심 축선의 둘레로 회전 가능하게 되어 있다.

여기에서 말하는 비직교 방향이란, 제1 프리 롤러(139)의 중심 축선이 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(139)의 중심 축선은 XY가상 평면에서 제1 크롤러 벨트(10)의 주행 방향에 대해 45도의 경사각으로 경사져 있다.

제2 크롤러 벨트(143)의 슬랫 조각(148) 각각에는 원주형의 제2 프리 롤러(149)가 각각 회전 가능하게 설치되어 있다. 제2 프리 롤러(149)는 제1 크롤러 벨트(133)와의 휠간 패스에서의 교차부에서 제1 프리 롤러(139)의 전동면(외주면)과 토크 전달 관계로 접촉하고, 접촉 상대의 제1 프리 롤러(139)의 중심 축선에 대해 뒤틀림의 위치 관계에 있는 방향으로 연장되는 중심 축선 둘레로 회전 가능하게 설치되어 있다. 뒤틀림의 위치 관계란, 공간내의 2개의 직선(축선)이 평행이 아니면서 또한 서로 엇갈리지 않는 것, 즉 동일 평면에 오를 수 없는 위치 관계를 말한다.

즉, 제2 프리 롤러(149)의 중심 축선은 XY투영 평면에서 보아 제1 프리 롤러(139)의 중심 축선에 대해 45도의 경사각으로 경사져 있다. 또한 다시 말하면 제2 프리 롤러(149)의 중심 축선은 제1 프리 롤러(139)의 중심 축선과 비평행(뒤틀림)하고 또한 제1 크롤러 벨트(133)의 이동 방향(Y방향)에 직교하지 않으면 된다.

기대(基臺)(121)와 기대(122)는 제1 크롤러 벨트(133)와 제2 프리 롤러(143)의 휠 배치 방향에 따라 직교 배치되어 있고 연결 로드(rod)(123)에 의해 상하 방향으로 상대 변위 가능하게 연결되어 있다.

연결봉(123)에는 압축 코일 스프링(124)이 설치되어 있다. 압축 코일 스프링(124)은 기대(121)을 기대(122)에 대해 아래쪽으로 탄성 가압한다. 이로써 제1 크롤러 벨트(133)와 제2 크롤러 벨트(143)의 상호 휠간 패스 교차부에서 제2 프리 롤러(149)의 외주면은 제1 프리 롤러(139)의 외주면에 항상 소정 값 이상의 압압력, 즉 마찰력에 의해 운동을 전달(토크 전달)하기 위해 필요한 압압력으로 접촉한다.

이와 같이 구성된 전방향 이동체(100)에서는, 예를 들면 제1 크롤러 벨트(133)의 주행을 정지하고 제2 크롤러 벨트(143)만을 전동 모터(147)에 의해 구동하면, 제2 크롤러 벨트(143)와 함께 여기에 설치된 제2 프리 롤러(149)가 같은 방향으로 이동한다.

그러면 제2 프리 롤러(149)에 대해 45도의 경사로 교차된 상태(뒤틀림 관계)에서 외주면끼리 접하는 제1 프리 롤러(139)에는, 제2 크롤러 벨트(143)의 주행 이동에 따라 제2 프리 롤러(149)의 축선 방향에 작용하는 스러스트힘의 분력에 의해,회전력이 가해진다.

이로써 제1 프리 롤러(139)가 자전하고, 제1 프리 롤러(139)의 자전 방향으로 주행용 구체(102)가 전동한다.

이에 추가하여 제1 크롤러 벨트(133)를 전동 모터(137)에 의해 구동하면 제1 크롤러 벨트(133)의 주행 이동에 따라 제1 프리 롤러(139)가 이동하고, 제1 프리 롤러(139)의 자전과 이동이 구성된 방향으로 주행용 구체(102)가 전동한다.

이로써 제1 크롤러 벨트(133)와 제2 크롤러 벨트(143)의 진행 방향 및 각각 주속(周速)(비율)을 제어함으로써 주행용 구체(102)를 전방향으로 전동시킬 수 있고, 이로써 전방향 이동체(100)가 전방향으로 주행할 수 있다.

이 실시형태에서도 제2 프리 롤러(149)가 금속 혹은 경질 플라스틱제인 데 대해 제1 프리 롤러(139)의 외주면을 구성하는 외주 부분이 우레탄 고무 등의 고무상 탄성체나 기타 엘라스토머 재료에 의해 구성되어 있고, 제2 프리 롤러(149)의 강성이 제1 프리 롤러(139)의 외주면을 구성하는 외주 부분의 강성보다 높다.

이로써 제1 프리 롤러(139)와 제2 프리 롤러(149)의 외주면끼리의 접촉부에서, 강성이 강한 제2 프리 롤러(149)에 의해 강성이 약한 제1 프리 롤러(139)의 외주 부분이 탄성 변형되어 제1 프리 롤러(139)와 제2 프리 롤러(149)의 외주면끼리의 접촉 면적이 증대된다.

이로써 이 실시형태에서도 마찰에 의한 회전력의 전달 효율이 상승하여 제1 프리 롤러(139)와 제2 프리 롤러(149)간의 미끄러짐이 줄어들어 목표대로의 정확한 움직임을 얻는 것과, 동력 손실의 저감이 도모되어 양호한 경제성으로 전방향 이동체(1)를 제어 목표의 이동 방향으로 이동시키는 것이 가능해진다.

아울러 서로 접촉하는 2개의 롤러 강성의 차이는, 롤러의 외주 부분을 구성하는 재료의 영률 혹은 경도의 차이 이외에 롤러 외주 부분의 단면 형상, 지지 구조 등 롤러 외주 부분의 구조의 차이에 의해 부여할 수도 있다.

이상, 본 발명을 특정 실시예에 대해서 설명하였으나 당업자라면 용이하게 이해할 수 있도록 본 발명의 발명 개념에서 벗어나지 않고 다양한 변형·변경이 가능하며 본 발명의 발명 개념은 첨부된 특허청구범위에 기재된 바와 같다. 또 파리 조약에 기초한 우선권 주장의 기초가 된 일본 출원은, 거기에 언급하는 것을 가지고, 그 내용을 본원의 일부로 한다.

1 전방향 이동체
2 주륜
3R 우측 구동 롤러
3L 좌측 구동 롤러
4R,4L 회전 부재
7 하부 차체
15 홈
17 원기둥 돌기
22 원환 부재
25 종동 롤러
51,52 회전 부재
63 구동 롤러
71 외륜 부재
72 내륜 부재
81 제1 프리 롤러
82 제2 프리 롤러
102 주행용 구체
130 제1 크롤러 구동체
133 제1 크롤러 벨트
139 제1 프리 롤러
140 제2 크롤러 구동체
143 제2 크롤러 벨트
149 제2 프리 롤러

Claims

기체(基體)와,
상기 기체에 각각 이동 가능하게 지지된 제1 가동 부재 및 제2 가동 부재와,
상기 제1 가동 부재에 그 제1 가동 부재의 이동 방향을 따라 복수개 배치되고, 각각 자신의 중심 축선 둘레로 회전 자재(自在)의 제1 프리 롤러와,
상기 제2 가동 부재에 그 제2 가동 부재의 이동 방향을 따라서 복수개 배치되고, 각각 자신의 중심 축선 둘레로 회전 자재의 제2 프리 롤러를 가지며,
상기 제1 가동 부재와 상기 제2 가동 부재 중 적어도 한쪽의 이동에 따라 상기 제1 프리 롤러가 상기 제2 프리 롤러의 대응하는 것에서, 각각의 회전 축선이 서로 평행을 이루지 않고 외주면끼리 접촉하고, 상기 제2 프리 롤러로부터 상기 제1 프리 롤러로 마찰에 의해 동력을 전달하고, 상기 제1 프리 롤러가 구동 대상에 접촉하는 마찰식 구동 장치로서,
상기 제1 프리 롤러의 상기 외주면을 구성하는 외주 부분과, 상기 제2 프리 롤러의 상기 외주면을 구성하는 외주 부분의 강성이 서로 다르게 되어 있는 마찰식 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 프리 롤러와 상기 제2 프리 롤러 중 외주 부분의 강성이 높은 쪽 프리 롤러의 외주면에 요철이 형성되어 있는 마찰식 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 프리 롤러와 상기 제2 프리 롤러 중 외주 부분의 강성이 낮은 쪽 프리 롤러의 외주 부분이 고무상(狀) 탄성체에 의해 구성되어 있는 마찰식 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 프리 롤러의 회전 축선이, 그에 대해 접촉하는 상기 제2 프리 롤러의 회전 축선에 대해 뒤틀림(skew)의 위치 관계에 있는 마찰식 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 가동 부재는 자신의 중심 축선 둘레로 둘레 회전 가능한 원환 부재를 포함한 주륜에 의해 구성되고, 상기 제2 가동 부재는 자신의 중심 축선 둘레로 회전 구동되는 회전 부재에 의해 구성되고, 상기 제1 프리 롤러는 각각 상기 원환 부재의 외주에 자전(自轉) 가능하게 설치되고, 상기 제2 프리 롤러는 상기 회전 부재의 중심 축선 둘레에 배치되어 있는 마찰식 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 가동 부재와 상기 제2 가동 부재는, 각각 한쌍의 롤러에 감아 걸려져 서로 소정의 각도를 이루는 제1 무한 궤도대와 제2 무한 궤도대를 포함하고, 상기 제1 무한 궤도대에 상기 제1 프리 롤러가, 상기 제2 무한 궤도대에 상기 제2 프리 롤러가 각각 배치되어 있는 마찰식 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 가동 부재와 상기 제2 가동 부재는, 서로 동축의 회전 축선을 가지는 제1 원환체와 제2 원환체를 포함하고, 상기 제1 프리 롤러는 상기 제1 원환체의 중심 축선 둘레에 배치되고, 상기 제2 프리 롤러는 상기 제2 원환체의 중심 축선 둘레에 배치되어 있는 마찰식 구동 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 마찰식 구동 장치를 포함하고, 상기 제1 프리 롤러가 노면 또는 바닥면에 접촉하여 주행하는 전방향 이동체.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 마찰식 구동 장치를 포함하고, 상기 제1 프리 롤러의 구동 대상으로서 전동(轉動) 자재의 구체를 포함하고, 상기 구체가 노면 또는 바닥면에 접촉하여 주행하는 전방향 이동체.