(57)【要約】【課題】即座に任意の方向に移動することができる移動装置を、普通の車輪を用いて構成する。【解決手段】（ａ）２つ以上の車輪１２ａ〜１２ｃと、（ｂ）車輪１２ａ〜１２ｃをそれぞれ回転中心線を中心に回転自在に支持する２つ以上の車輪支持部１４ａ〜１４ｃと、（ｃ）車輪支持部１４ａ〜１４ｃをそれぞれ所定経路に沿って移動自在に案内し、所定経路に対する車輪支持部１４ａ〜１４ｃの向きが一定に保たれる２つ以上の案内部１６ａ〜１６ｃと、（ｄ）案内部１６ａ〜１６ｃ同士を繋ぎ合わせる第１の接続部１８と、（ｅ）車輪１２ａ〜１２ｃと車輪支持部１４ａ〜１４ｃとから選択された２つ以上について、駆動する駆動部と、を備える。車輪１２ａ〜１２ｃが接地面に接している状態で、駆動部の駆動によって、車輪１２ａ〜１２ｃが車輪１２ａ〜１２ｃの向きを変えながら接地面上を移動できるように構成されている。【選択図】図１
2020164138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転中心線に対して周方向に移動自在、かつ、前記回転中心線に平行な方向に移動不自在である外周面を有する少なくとも２つの車輪と、
前記車輪をそれぞれ前記回転中心線を中心に回転自在に支持する少なくとも２つの車輪支持部と、
前記車輪支持部をそれぞれ所定経路に沿って移動自在に案内し、前記所定経路に対する前記車輪支持部の向きが一定に保たれる少なくとも２つの案内部と、
前記案内部同士を繋ぎ合わせる第１の接続部と、
前記車輪と前記車輪支持部とから選択された少なくとも２つについて、選択された前記車輪を、前記回転中心線を中心に回転するように駆動し、選択された前記車輪支持部を、前記案内部に対して動き前記所定経路に沿って移動するように駆動する駆動部と、
を備え、
前記駆動部の駆動によって、接地面に前記外周面が接している前記車輪が、前記車輪の向きを変えながら前記接地面上を移動できるように構成されたことを特徴とする、移動装置。
【請求項２】
少なくとも３つの前記車輪と、
少なくとも３つの前記車輪支持部と、
少なくとも３つの前記案内部と、
を備え、
前記第１の接続部は、前記案内部同士の相対位置が固定されるように、前記案内部同士を繋ぎ合わせ、
前記駆動部は、少なくとも２つの前記車輪を駆動することを特徴とする、請求項１に記載の移動装置。
【請求項３】
前記所定経路は直線状であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の移動装置。
【請求項４】
前記案内部に固定された座標系から前記接地面に垂直に見たとき、少なくとも２つの前記所定経路が互いに非平行であるように、前記案内部同士の相対位置が固定されていることを特徴とする、請求項３に記載の移動装置。
【請求項５】
前記案内部に固定された座標系から前記接地面に垂直に見たとき、前記所定経路を含む仮想直線同士が交わってできる対頂角の大きさが６０°又は１２０°になるように、３つの前記案内部がＹ字状に配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の移動装置。
【請求項６】
前記案内部に固定された座標系から前記接地面に垂直に見たとき、前記所定経路を含む仮想直線同士が交わってできる対頂角の大きさが６０°又は１２０°になるように、３つの前記案内部がΔ字状に配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の移動装置。
【請求項７】
前記所定経路が環状又は円弧状であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の移動装置。
【請求項８】
少なくとも３つの前記車輪と、
少なくとも３つの前記車輪支持部と、
少なくとも３つの前記案内部と、
を備え、
前記案内部は、回転自在に互いに結合された第１及び第２の部材を含み、
前記第１の部材に、前記第１及び第２の部材が相対回転する中心軸のまわりを、前記車輪支持部に回転自在に支持されている前記車輪が移動するように、前記車輪支持部が固定され、
前記第１の接続部は、前記第２の部材同士の相対位置が不変であるように、前記第２の部材同士を繋ぎ合わせることを特徴とする、請求項１に記載の移動装置。
【請求項９】
少なくとも３つの前記車輪と、
少なくとも３つの前記車輪支持部と、
少なくとも３つの前記案内部と、
を備え、
前記第１の接続部は、前記案内部同士の相対位置が可変であるように、対偶又は機構を介して前記案内部同士を繋ぎ合わせることを特徴とする、請求項１に記載の移動装置。
【請求項１０】
前記第１の接続部は、内部材と、前記内部材の周囲を、自転しながら公転する少なくとも３つの遊星部材とを含む遊星機構であり、
前記遊星部材に、それぞれ前記案内部が固定されていることを特徴とする、請求項９に記載の移動装置。
【請求項１１】
前記第１の接続部は、中空円筒状の外部材と、前記外部材の内部に配置され、前記外部材の中心線の周囲を、自転しながら公転する少なくとも４つの遊星部材と、前記遊星部材を回転自在に支持する１つのキャリア部材とを含む遊星機構であり、
前記遊星部材に、それぞれ前記案内部が固定されていることを特徴とする、請求項９に記載の移動装置。
【請求項１２】
少なくとも２つの前記車輪支持部について、１つの前記車輪支持部の前記所定経路上の位置が他の前記車輪支持部の前記所定経路上の位置の制約を受けて決まるように、前記車輪支持部同士を繋ぎ合わせる第２の接続部を、
さらに備えたことを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の移動装置。
【請求項１３】
２つの前記車輪と、
２つの前記車輪支持部と、
２つの前記案内部と、
を備え、
前記駆動部は、１つの前記車輪と、他の１つの前記車輪及び２つの前記車輪支持部のうち少なくとも２つとを駆動することを特徴とする、請求項１に記載の移動装置。
【請求項１４】
前記第１の接続部は、前記案内部同士の相対位置が固定されるように、前記案内部同士を繋ぎ合わせることを特徴とする、請求項１３に記載の移動装置。
【請求項１５】
前記所定経路は直線状であることを特徴とする、請求項１４に記載の移動装置。
【請求項１６】
前記案内部と前記第１の接続部とのうち少なくとも１つに固定された基部と、
前記基部に回転自在に結合された台部と、
前記台部を前記基部に対して回転させる台駆動部と、
をさらに備えたことを特徴する、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の移動装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の移動装置を駆動する移動装置の駆動方法であって、
前記車輪支持部が線状の前記所定経路に沿って往復移動を繰り返し、又は、環状の前記所定経路に沿って一方向の移動を続けるように、前記駆動部を制御することを特徴とする、移動装置の駆動方法。
【請求項１８】
請求項３又は１５に記載の移動装置を駆動する移動装置の駆動方法であって、
前記案内部の先端側が前記案内部の基端側よりも前記移動装置の移動方向の前側に位置しているとき、当該案内部で案内される前記車輪支持部が支持している前記車輪の移動速度が、前記移動装置の移動に伴って次第に小さくなり、前記案内部の前記先端側が前記案内部の前記基端側よりも前記移動装置の移動方向の後側に位置しているとき、当該案内部で案内される前記車輪支持部が支持している前記車輪の移動速度が、前記移動装置の移動に伴って次第に大きくなるように、前記駆動部を制御することを特徴とする、移動装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は移動装置に関し、詳しくは、車輪を支持する車輪支持部が所定経路上を移動自在である移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、工場や倉庫において運搬のために、フォークリフト、搬送台車等の３輪又は４輪以上の移動装置が多く用いられている。これらの移動装置は、一般に、普通の車輪、すなわち、回転中心線を中心に回転しながら、接地面上を回転中心線に垂直な方向に移動する車輪であって、接地面との間の摩擦によって回転中心線に垂直な方向以外の方向への移動が制限されるものの車輪の向きは変更可能である車輪を備えている。移動装置の移動方向を変えるには、車輪の向きを変える必要がある。そのため、即座に任意の方向に移動することができず、狭いスペースでは効率的に移動できない。例えば、移動装置が真横に移動するには、車輪の向きを適宜に変えながら、前進後に後進するなど、自動車と同様の切り返し作業が必要である。
【０００３】
また、近年、例えばセグウェイ（登録商標）のように、２輪の普通の車輪を備えた小型移動装置に注目が集まっている。このような小型移動装置は、例えば、真横に移動する場合、左右の車輪を互いに逆方向に回転させて、その場で９０°回転し、進行方向を変えた後に前進する必要があり、即座に任意の方向に移動することができない。
【０００４】
普通の車輪の代わりに、全方向への移動が可能な特殊な車輪（以下、「全方向車輪」という。）を用いると、即座に任意の方向に移動することができ、狭いスペースでも効率的に移動可能となる移動装置を構成することができる。
【０００５】
例えば、図７１は、オムニホイール（登録商標）と呼ばれる全方向車輪１００の写真である。図７１に示すように、全方向車輪１００は、複数の副車輪１０６，１０８がホイール１０４の外周に沿って２列に並ぶように配置されている。
【０００６】
図７２は、他の全方向車輪１１０の説明図である。図７２に示すように、全方向車輪１１０は、複数の副車輪１３０がホイール部材１２０の外周１２０ａに沿って１列に並ぶように配置されている。副車輪１３０は、ホイール部材１２０の回転中心線に垂直な面内において、それぞれの回転中心線１３０ｘが、ホイール部材１２０の外周１２０ａに沿って並ぶように配置されている。ホイール部材１２０が回転すると、全方向車輪１１０は、接地面１０２上を、ホイール部材１２０の回転中心線に垂直な方向に移動する。接地面１０２に接している副車輪１３０が回転すると、全方向車輪１１０は、接地面１０２上を、ホイール部材１２０の回転中心線と平行な方向に移動する。ホイール部材１２０の回転と副車輪１３０の回転との組合せによって、全方向車輪１１０は、接地面１０２上を、即座に任意の方向に移動することができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１７９１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
全方向車輪を備えた移動装置は、普通の車輪を備えた移動装置と比べ、次のような問題点がある。
【０００９】
第１に、全方向車輪は、複数の副車輪を備えているので、部品点数が多く、構造が複雑で、コストが高い。そのため、移動装置のコストアップにつながる。
【００１０】
第２に、全方向車輪は、車輪全体の回転に伴い、接地する副車輪が次々と切り替わるので、走行時の振動や騒音が大きい。そのため、運搬する荷物に衝撃を与えたり、乗っている人に不快感を与えたり、走行時に周囲に及ぼす騒音が大きかったりする。
【００１１】
かかる実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、即座に任意の方向に移動することができる移動装置を、普通の車輪を用いて構成することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した移動装置を提供する。
【００１３】
移動装置は、（ａ）回転中心線に対して周方向に移動自在、かつ、前記回転中心線に平行な方向に移動不自在である外周面を有する少なくとも２つの車輪と、（ｂ）前記車輪をそれぞれ前記回転中心線を中心に回転自在に支持する少なくとも２つの車輪支持部と、（ｃ）前記車輪支持部をそれぞれ所定経路に沿って移動自在に案内し、前記所定経路に対する前記車輪支持部の向きが一定に保たれる少なくとも２つの案内部と、（ｄ）前記案内部同士を繋ぎ合わせる第１の接続部と、（ｅ）前記車輪と前記車輪支持部とから選択された少なくとも２つについて、選択された前記車輪を、前記回転中心線を中心に回転するように駆動し、選択された前記車輪支持部を、前記案内部に対して動き前記所定経路に沿って移動するように駆動する駆動部と、を備える。移動装置は、前記駆動部の駆動によって、接地面に前記外周面が接している前記車輪が、前記車輪の向きを変えながら前記接地面上を移動できるように構成されている。
【００１４】
上記構成において、車輪支持部が支持する車輪は、普通の車輪である。
【００１５】
上記構成によれば、駆動部によって、車輪を回転駆動したり、車輪支持部が所定経路に沿って移動するように車輪支持部を案内部に対して動かしたりする、すなわち、車輪支持部を駆動したりすることによって、移動装置を即座に任意の方向に移動させることができる。
【００１６】
好ましい一態様において、少なくとも３つの前記車輪と、少なくとも３つの前記車輪支持部と、少なくとも３つの前記案内部とを備える。前記第１の接続部は、前記案内部同士の相対位置が固定されるように、前記案内部同士を繋ぎ合わせる。前記駆動部は、少なくとも２つの前記車輪を駆動する。
【００１７】
この場合、車輪支持部が案内される所定経路同士の相対位置が不変である。移動装置の位置及び向きは、車輪の位置及び向きによって決まる。
【００１８】
所定経路は、直線状でも、曲線状でも、直線状部分と曲線状部分の組み合わせでも、環状でも、円弧状でも構わない。
【００１９】
好ましくは、前記所定経路は直線状である。
【００２０】
この場合、所定経路が曲線状等である場合に比べ、案内部の構成を簡単にすることができる。
【００２１】
より好ましくは、前記案内部に固定された座標系から前記接地面に垂直に見たとき、少なくとも２つの前記所定経路が互いに非平行であるように、前記案内部同士の相対位置が固定されている。
【００２２】
この場合、車輪支持部が所定経路に沿って往復移動を繰り返す状態で、移動装置が一方向に移動し続けるようにすることが可能である。車輪支持部の移動範囲を制限できる。
【００２３】
より好ましくは、前記案内部に固定された座標系から前記接地面に垂直に見たとき、前記所定経路を含む仮想直線同士が交わってできる対頂角の大きさが６０°又は１２０°になるように、３つの前記案内部がＹ字状に配置されている。
【００２４】
より好ましくは、前記案内部に固定された座標系から前記接地面に垂直に見たとき、前記所定経路を含む仮想直線同士が交わってできる対頂角の大きさが６０°又は１２０°になるように、３つの前記案内部がΔ字状に配置されている。
【００２５】
好ましくは、前記所定経路が環状又は円弧状である。
【００２６】
この場合、車輪支持部の移動範囲を制限できる。
【００２７】
好ましくは、少なくとも３つの前記車輪と、少なくとも３つの前記車輪支持部と、少なくとも３つの前記案内部とを備える。前記案内部は、回転自在に互いに結合された第１及び第２の部材を含む。前記第１の部材に、前記第１及び第２の部材が相対回転する中心軸のまわりを、前記車輪支持部に回転自在に支持されている前記車輪が移動するように、前記車輪支持部が固定される。前記第１の接続部は、前記第２の部材同士の相対位置が不変であるように、前記第２の部材同士を繋ぎ合わせる。
【００２８】
この場合、移動装置は、キャスター型機構を含む。
【００２９】
好ましくは、少なくとも３つの前記車輪と、少なくとも３つの前記車輪支持部と、少なくとも３つの前記案内部とを備える。前記第１の接続部は、前記案内部同士の相対位置が可変であるように、対偶又は機構を介して前記案内部同士を繋ぎ合わせる。
【００３０】
この場合、案内部が案内される所定経路同士の相対位置が可変である。案内部は、対偶又は機構を介して繋ぎ合わされているので、案内部同士の位置関係には一定の制約条件が存在する。そのため、移動装置の位置及び向きが、車輪の位置及び向きによって決まるように、移動装置を構成することができる。
【００３１】
より好ましくは、前記第１の接続部は、内部材と、前記内部材の周囲を、自転しながら公転する少なくとも３つの遊星部材とを含む遊星機構である。前記遊星部材に、それぞれ前記案内部が固定されている。
【００３２】
この場合、内部材に固定された案内部材が存在しても構わない。遊星機構は、外部材を含み、内部材と外部材との間に遊星部材が配置される一般的な構成でも、キャリア部材を含み、キャリア部材によって内部材の周囲に遊星部材が回転（自転）自在に支持される構成でも、その他の構成でも構わない。
【００３３】
より好ましくは、前記第１の接続部は、中空円筒状の外部材と、前記外部材の内部に配置され、前記外部材の中心線の周囲を、自転しながら公転する少なくとも４つの遊星部材と、前記遊星部材を回転自在に支持する１つのキャリア部材とを含む遊星機構である。前記遊星部材に、それぞれ前記案内部が固定されている。
【００３４】
好ましくは、（ｆ）少なくとも２つの前記車輪支持部について、１つの前記車輪支持部の前記所定経路上の位置が他の前記車輪支持部の前記所定経路上の位置の制約を受けて決まるように、前記車輪支持部同士を繋ぎ合わせる第２の接続部を、さらに備える。
【００３５】
この場合、第２の接続部によって互いに接続されたｎ個の車輪支持部のうちの１個の位置が、他のｎ−１個の位置の制約を受けて決まるので、車輪を回転駆動し又は車輪支持部を動かす駆動箇所を減らすことができる。
【００３６】
好ましい他の一態様において、２つの前記車輪と、２つの前記車輪支持部と、２つの前記案内部とを備える。前記駆動部は、１つの前記車輪と、他の１つの前記車輪及び２つの前記車輪支持部のうち少なくとも２つとを駆動する。
【００３７】
好ましくは、前記第１の接続部は、前記案内部同士の相対位置が固定されるように、前記案内部同士を繋ぎ合わせる。
【００３８】
この場合、車輪、車輪支持部、及び案内部の個数を最小にすることができる。
【００３９】
好ましくは、前記所定経路は直線状である。
【００４０】
この場合、所定経路が曲線状等である場合に比べ、案内部の構成を簡単にすることができる。
【００４１】
好ましくは、（ｇ）前記案内部と前記第１の接続部とのうち少なくとも１つに固定された基部と、（ｈ）前記基部に回転自在に結合された台部と、（ｉ）前記台部を前記基部に対して回転させる台駆動部と、をさらに備える。
【００４２】
この場合、案内部等が回転しながら移動するときに、台部を所望方向に向けることができる。
【００４３】
また、本発明は、以下のように構成した、移動装置の駆動方法を提供する。
【００４４】
移動装置の駆動方法は、上記構成の移動装置を駆動する方法であり、前記車輪支持部が線状の前記所定経路に沿って往復移動を繰り返し、又は、環状の前記所定経路に沿って一方向の移動を続けるように、前記駆動部を制御する。
【００４５】
この場合、移動装置が一方向に回転しながら、又は揺動しながら、一方向に移動するように、制御することができる。車輪支持部は、所定経路を往復移動したり、環状の所定経路を一方向に移動したりするので、車輪支持部の移動範囲が制限される。
【００４６】
また、本発明は、案内部が直線状である移動装置について、以下のように制御する、移動装置の駆動方法を提供する。
【００４７】
すなわち、前記案内部の先端側が前記案内部の基端側よりも前記移動装置の移動方向の前側に位置しているとき、当該案内部で案内される前記車輪支持部が支持している前記車輪の移動速度が、前記移動装置の移動に伴って次第に小さくなり、前記案内部の前記先端側が前記案内部の前記基端側よりも前記移動装置の移動方向の後側に位置しているとき、当該案内部で案内される前記車輪支持部が支持している前記車輪の移動速度が、前記移動装置の移動に伴って次第に大きくなるように、前記駆動部を制御する。
【００４８】
この場合、移動装置が一方向に回転しながら一方向に移動するように、制御することができる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明によれば、即座に任意の方向に移動することができる移動装置を、普通の車輪を用いて構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は移動装置の略図である。（実施例１−１）
【図２】図２は移動装置の試作機の写真である。（実施例１−１）
【図３】図３（ａ）は第１の駆動部の略図、図３（ｂ）は車輪支持部の要部平面図である。（実施例１−１及びその変形例）
【図４】図４は移動装置の動きを示す平面図である。（実施例１−１）
【図５】図５は移動装置の動きを示す平面図である。（実施例１−１）
【図６】図６は移動装置の動きを示す平面図である。（実施例１−１）
【図７】図７は移動装置の移動範囲を示す平面図である。（実施例１−１）
【図８】図８は移動装置の回転運動を示す平面図である。（実施例１−１）
【図９】図９は移動装置の動きを示す平面図である。（実施例１−１）
【図１０】図１０は移動装置の動きを示す平面図である。（実施例１−１）
【図１１】図１１は移動装置の動きを示す部分拡大平面図である。（実施例１−１）
【図１２】図１２は移動装置の動きを示す平面図である。（実施例１−１）
【図１３】図１３は車輪支持部の動きを示すグラフである。（実施例１−１）
【図１４】図１４は移動装置の動きを示す平面図である。（実施例１−１）
【図１５】図１５はパラメータの説明図である。（実施例１−１）
【図１６】図１６はパラメータの説明図である。（実施例１−１）
【図１７】図１７はパラメータの説明図である。（実施例１−１）
【図１８】図１８はパラメータの説明図である。（実施例１−１）
【図１９】図１９は移動装置の動きを示す平面図である。（実施例１−１）
【図２０】図２０は移動装置の略図である。（実施例１−１の変形例１）
【図２１】図２１は移動装置の略図である。（実施例１−１の変形例２）
【図２２】図２２は移動装置の略図である。（実施例１−１の変形例３）
【図２３】図２３は移動装置の略図である。（実施例１−１の変形例４）
【図２４】図２４は移動装置の略図である。（実施例１−１の変形例５）
【図２５】図２５は移動装置の略図である。（実施例１−１の変形例６）
【図２６】図２６は移動装置の平面図である。（実施例１−２）
【図２７】図２７はパラメータの説明図である。（実施例１−２）
【図２８】図２８は移動装置の動きを示す平面図である。（実施例１−２）
【図２９】図２９は移動装置の平面図である。（実施例１−２の変形例１）
【図３０】図３０は移動装置の平面図である。（実施例１−３）
【図３１】図３１はパラメータの説明図である。（実施例１−３）
【図３２】図３２は移動装置の動きの説明図である。（実施例１−３）
【図３３】図３３は移動装置の動きの説明図である。（実施例１−３）
【図３４】図３４は移動装置の動きの説明図である。（実施例１−３）
【図３５】図３５は移動装置の動きの説明図である。（実施例１−３）
【図３６】図３６は移動装置の平面図である。（実施例１−４）
【図３７】図３７はキャスター型機構の説明図である。（実施例１−４）
【図３８】図３８は移動装置の略図である。（実施例２）
【図３９】図３９は移動装置の略図である。（実施例２−１）
【図４０】図４０は移動装置の略図である。（実施例２−１）
【図４１】図４１は移動装置の略図である。（実施例２−２）
【図４２】図４２は移動装置の略図である。（実施例２−２）
【図４３】図４３は移動装置の略図である。（実施例２−２）
【図４４】図４４は移動装置の略図である。（実施例２−３）
【図４５】図４５は移動装置の略図である。（実施例２−３−１）
【図４６】図４６はパラメータの説明図である。（実施例２−３−１）
【図４７】図４７は移動装置の略図である。（実施例２−３−２）
【図４８】図４８は移動装置の略図である。（実施例２−３−３）
【図４９】図４９は移動装置の略図である。（実施例２−３−４）
【図５０】図５０は移動装置の略図である。（実施例２−４）
【図５１】図５１は移動装置の略図である。（実施例２−４）
【図５２】図５２は移動装置の略図である。（実施例３−１−１）
【図５３】図５３は移動装置の略図である。（実施例３−１−１）
【図５４】図５４は移動装置の略図である。（実施例３−１−１）
【図５５】図５５は移動装置の略図である。（実施例３−１−２）
【図５６】図５６は移動装置の略図である。（実施例３−１−３）
【図５７】図５７は移動装置の略図である。（実施例３−１−４）
【図５８】図５８は移動装置の略図である。（実施例３−２−１）
【図５９】図５９は移動装置の略図である。（実施例３−２−２）
【図６０】図６０は移動装置の略図である。（実施例３−２−３）
【図６１】図６１は移動装置の略図である。（実施例４−１）
【図６２】図６２は第２の駆動部の部分断面斜視図である。（実施例４−１）
【図６３】図６３は移動装置の動きを示す平面図である。（実施例４−１）
【図６４】図６４は移動装置の動きを示す平面図である。（実施例４−１）
【図６５】図６５は移動装置の動きを示す平面図である。（実施例４−１）
【図６６】図６６は移動装置の動きを示す平面図である。（実施例４−１）
【図６７】図６７は移動装置の略図である。（実施例４−１の変形例１）
【図６８】図６８は移動装置の略図である。（実施例４−１の変形例２）
【図６９】図６９は移動装置の動きの説明図である。（実施例５）
【図７０】図７０は移動装置の動きの説明図である。（実施例５）
【図７１】図７１は全方向車輪の写真である。（従来例１）
【図７２】図７２は全方向車輪の説明図である。（従来例２）
【発明を実施するための形態】
【００５１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００５２】
＜実施例１＞  まず、３つの案内部同士の相対位置が固定されている実施例１の移動装置について説明する。
【００５３】
＜実施例１−１＞  実施例１−１の移動装置１０について、図１〜図１９を参照しながら説明する。
【００５４】
図１は、移動装置１０の略図である。図１に示すように、移動装置１０は、３つの案内部１６ａ〜１６ｃが、案内部１６ａ〜１６ｃ同士の相対位置が固定されるように、基礎部１８によって、Ｙ字状に繋ぎ合わされている。基礎部１８は、第１の接続部１８である。
【００５５】
案内部１６ａ〜１６ｃは、それぞれ、車輪支持部１４ａ〜１４ｃを移動自在に案内する。車輪支持部１４ａ〜１４ｃは、それぞれ、車輪１２ａ〜１２ｃを回転自在に支持している。移動装置１０は、すべての車輪１２ａ〜１２ｃが同時に接地面２に接するように構成されている。
【００５６】
車輪１２ａ〜１２ｃは、それぞれ、回転中心線を中心に回転自在に、かつ、回転中心線の方向には移動不自在に、車輪支持部１４ａ〜１４ｃに支持されている。
【００５７】
車輪１２ａ〜１２ｃは、普通の車輪である。すなわち、車輪１２ａ〜１２ｃは、回転中心線に対して周方向に移動自在、かつ、回転中心線に平行な方向に移動不自在である外周面１２ｓ（後述する図２及び図３（ａ）を参照。）を有する。車輪１２ａ〜１２ｃは、回転中心線を中心に回転しながら、接地面２上を回転中心線に垂直な方向に移動することができ、接地面２との間の摩擦によって回転中心線に垂直な方向以外の方向への移動が制限されるものの、その場でスピン可能であり、車輪１２ａ〜１２ｃの向きは変わり得る。例えば、案内部１６ａ〜１６ｃを介して車輪支持部１４ａ〜１４ｃに回転モーメントが与えられると、車輪１２ａ〜１２ｃは、向きが変わり得る。詳しくは後述するが、移動装置１０は、車輪１２ａ〜１２ｃ又は車輪支持部１４ａ〜１４ｃが駆動されると、外周面１２ｓが接地面に接している車輪１２ａ〜１２ｃが、車輪１２ａ〜１２ｃの向きを変えながら接地面上を移動できるように構成する。
【００５８】
案内部１６ａ〜１６ｃは、それぞれ、車輪支持部１４ａ〜１４ｃを所定経路に沿って移動自在に案内し、所定経路に対する車輪支持部１４ａ〜１４ｃの向きが一定に保たれるように構成されている。すなわち、車輪１２ａ〜１２ｃが接地面２に接している移動装置１０を、案内部１６ａ〜１６ｃに固定された座標系から接地面２に垂直な方向から見ると、車輪支持部１４ａ〜１４ｃが案内部１６ａ〜１６ｃに沿って移動しても、車輪支持部１４ａ〜１４ｃに支持されている車輪１２ａ〜１２ｃの中心の軌跡と、車輪１２ａ〜１２ｃの回転中心線とがなす角の大きさが一定である。
【００５９】
例えば、案内部１６ａ〜１６ｃが直線状であり、車輪支持部１４ａ〜１４ｃが案内される所定経路が直線状である場合、車輪１２ａ〜１２ｃの中心の軌跡は直線となり、軌跡の直線と車輪１２ａ〜１２ｃの回転中心線とのなす角の大きさが一定である。案内部１６ａ〜１６ｃが曲線状であり、車輪支持部１４ａ〜１４ｃが案内される所定経路が曲線状である場合、車輪１２ａ〜１２ｃの中心の軌跡は曲線となり、この軌跡の曲線の接線であって車輪１２ａ〜１２ｃの中心を通る接線と車輪１２ａ〜１２ｃの回転中心線とのなす角の大きさが一定である。
【００６０】
次に、移動装置１０の具体的な構成例を説明する。図２は、移動装置１０の試作機の写真である。図２に示すように、案内部１６は直線状のレール１６であり、車輪１２を支持している車輪支持部１４は、レール１６に沿って移動するスライダ１４である。レール１６の一方の端部は、基礎部１８に固定されている。
【００６１】
図３（ａ）は、車輪１２を回転駆動する第１の駆動部８１の構成例を示す略図である。図３（ａ）に示すように、第１の駆動部８１は、スライダ１４に搭載されたモータ１３によって、車輪１２を回転駆動する。モータ１３は、車輪１２の内部に配置してもよい。案内部１６に固定された座標系から接地面２に垂直に見ると、車輪１２が移動する方向（矢印１２ｍで示す方向）は、スライダ１４がレール１６に沿って移動する方向（矢印１４ｘで示す方向）に対して垂直である。
【００６２】
図３（ｂ）は、変形例の車輪支持部１４ｐの構成を示す要部平面図である。図３（ｂ）に示すように、車輪１２が接地面２に接する位置がレール１６の直下から離れるように車輪支持部１４ｐを構成してもよい。
【００６３】
次に、移動装置１０の動きについて説明する。図４は、移動装置１０の動きを示す平面図である。図４に示すように、３つの直線状の案内部１６ａ〜１６ｃが基礎部１８を中心に１２０°間隔で配置されている。車輪支持部１４ａ〜１４ｃは、それぞれ、案内部１６ａ〜１６ｃに沿って矢印１５ａ〜１５ｃで示す方向に、案内部１６ａ〜１６ｃに沿って真っ直ぐ移動する。車輪１２ａ〜１２ｃは、それぞれ、矢印１３ａ〜１３ｃで示す方向に接地面２上を移動する。車輪１２ａ〜１２ｃの移動方向１３ａ〜１３ｃは、案内部１６ａ〜１６ｃに対して垂直であり、車輪１２ａ〜１２ｃの移動方向１３ａ〜１３ｃと、車輪支持部１４ａ〜１４ｃの直進移動方向１５ａ〜１５ｃとは互いに直交する。
【００６４】
このように移動装置１０を対称に構成すると、移動装置１０は対称的な動きをする。もっとも非対称に構成することも可能であり、例えば、車輪１２ａ〜１２ｃの移動方向１３ａ〜１３ｃが案内部１６ａ〜１６ｃに対して斜めになるように構成することも可能である。
【００６５】
案内部１６ａ〜１６ｃは、案内部１６ａ〜１６ｃ同士の相対位置が不変であるように、基礎部１８によって繋ぎ合わされているので、案内部１６ａ〜１６ｃ及び基礎部１８は一体となって移動する。車輪支持部１４ａ〜１４ｃは、案内部１６ａ〜１６ｃに沿って移動自在である。そのため、車輪１２ａ〜１２ｃの接地面２上の位置が定まり、車輪支持部１４ａ〜１４ｃの位置が決まると、案内部１６ａ〜１６ｃ及び基礎部１８の位置及び向きが決まり、移動装置１０全体の位置及び向きが決まる。例えば、すべての車輪１２ａ〜１２ｃが回転を停止すると、移動装置１０全体は停止し、動かなくなる。このことは、３つの車輪１２ａ〜１２ｃの運動によって、基礎部１８の運動が定まることを意味する。
【００６６】
以下、移動装置１０の動きについて、図５〜図１４を参照しながら説明する。図５〜図１１及び図１４は、車輪１２ａ〜１２ｃが接地面２に接している移動装置１０を、接地面２に垂直に見た平面図である。
【００６７】
図５及び図６は、移動装置１０の基本的な動きを示す平面図である。
【００６８】
図５（ａ）に示すように、車輪１２ａ〜１２ｃが矢印１３ｐ〜１３ｒで示す方向に移動すると、基礎部１８は矢印１９ａで示す方向（図において上方向）に移動する。図５（ｂ）に示すように、車輪１２ｃが停止している状態で、車輪１２ａ，１２ｂが矢印１３ｓ，１３ｔで示す方向に移動すると、基礎部１８は矢印１９ｂで示す方向（図において右方向）に移動する。図５（ｃ）に示すように、車輪１２ａ〜１２ｃが矢印１３ｕ〜１３ｗで示す方向に移動すると、基礎部１８は矢印１９ｃで示す方向（図において、上下方向でも左右方向でもない斜め方向）に移動する。つまり、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、移動装置１０は、任意の方向に並進移動できる。
【００６９】
図５（ｄ）に示すように、車輪１２ａ〜１２ｃが矢印１３ｉ〜１３ｋで示す方向に移動すると、基礎部１８は、その場で矢印１９ｄで示す方向に回転する。つまり、移動装置１０は、回転運動もすることができる。
【００７０】
図５（ｂ）の動きについて詳しく説明すると、図６に示すように、基礎部１８が回転せずに、案内部１６ｃと平行な方向に直進移動するとき、車輪支持部１４ａ，１４ｂは案内部１６ａ，１６ｂを矢印２３ｓ，２３ｔで示す方向に押し、車輪支持部１４ａ〜１４ｃは、案内部１６ａ〜１６ｃに対して矢印８５ａ〜８５ｃで示す方向に受動的に、すなわち、結果として移動する。
【００７１】
車輪支持部１４ａ〜１４ｃが案内部１６ａ〜１６ｃに沿って移動を続けると、基礎部１８は移動を続ける。やがて、車輪支持部１４ａ〜１４ｃのうち少なくとも１つが案内部１６ａ〜１６ｃの端に到達すると、基礎部１８は、それまでと同じ移動を続けることができなくなる。
【００７２】
このように基礎部１８が並進移動のみをする場合、すなわち、基礎部１８が回転運動をしない場合、基礎部１８は、どの方向にもある程度は並進移動できるものの、移動範囲は限られる。図７は移動装置の移動範囲を示す平面図である。図７に示すように、案内部１６ａ〜１６ｃの中間に車輪支持部１４ａ〜１４ｃが位置している場合、基礎部１８が並進移動可動である範囲は、六角形の領域２９内に限られる。
【００７３】
図８は移動装置の回転運動を示す平面図である。図８において矢印１９ｒで示すように、基礎部１８が並進移動をせず、その場で回転運動をするとき、車輪支持部１４ａ〜１４ｃは案内部１６ａ〜１６ｃに沿って移動することはない。
【００７４】
図６に示した基礎部１８の並進移動と、図８に示した基礎部１８の回転運動とを組み合わせると、図９に示すように、基礎部１８が矢印１９ｒで示す方向に回転しながら、矢印１９ｘで示す方向に移動する。
【００７５】
このように基礎部１８の並進移動と回転運動とを組み合わせると、例えば図１０に示すように、移動装置１０は、符号Ｐ１で示す位置及び向きから、符号Ｐ２、符号Ｐ３で示す位置及び向きに変化する。移動装置１０が符号Ｐ１で示す位置及び向きのときの車輪支持部１４ａ〜１４ｃ及び基礎部１８を、符号２１ａ〜２１ｃ及び２１ｘで示す。同様に、移動装置１０が符号Ｐ２で示す位置及び向きのときの車輪支持部１４ａ〜１４ｃ及び基礎部１８を、符号２２ａ〜２２ｃ及び２２ｘで示す。移動装置１０が符号Ｐ３で示す位置及び向きのときの車輪支持部１４ａ〜１４ｃ及び基礎部１８を、符号２３ａ〜２３ｃ及び２３ｘで示す。
【００７６】
移動装置１０の進行方向前方にある車輪支持部１４ｃに注目すると、車輪支持部１４ｃは、符号２１ｃ，２２ｃ，２３ｃで示す位置に移動し、基礎部１８は、符号２１ｘ，２２ｘ，２３ｘで示す位置に移動する。このとき、車輪支持部１４ｃ（２１ｃ〜２３ｃ）と基礎部１８（２１ｘ〜２３ｘ）との間の距離は、基礎部１８が移動するにつれて減少する。
【００７７】
さらに、基礎部１８が並進移動及び回転運動を続けると、図１１の部分拡大図に示すように、移動装置１０は符号Ｐ４で示す位置及び向きとなり、車輪支持部１４ｃ及び基礎部１８は、符号２４ｃ及び２４ｘで示す位置に移動する。このとき、車輪支持部１４ｃは、基礎部１８の進行方向に垂直な方向に基礎部１８と並ぶ。
【００７８】
その後、移動装置１０は符号Ｐ５、Ｐ６で示す位置及び向きとなり、車輪支持部１４ｃ及び基礎部１８は、符号２５ｃ及び２５ｘ、符号２６ｃ及び２６ｘで示す位置に移動し、車輪支持部１４ｃは、基礎部１８よりも基礎部１８の進行方向後方に位置する。このとき、車輪支持部１４ｃ（２５ｃ，２６ｃ）と基礎部１８（２５ｘ，２６ｘ）との間の距離は、基礎部１８が移動するにつれて増加する。
【００７９】
さらに基礎部１８が並進移動及び回転運動を続けると、車輪支持部１４ｃは、再び、基礎部１８よりも基礎部１８の進行方向前方に来ることになる。このとき、車輪支持部１４ｃと基礎部１８との間の距離は、基礎部１８が移動するにつれて減少する。
【００８０】
このように、基礎部１８の並進移動と回転運動とを組み合わせると、車輪支持部１４ｃと基礎部１８との間の距離は増減を繰り返す周期的な変化をする。つまり、車輪支持部１４ｃは、案内部１６ｃに対する車輪支持部１４ｃの移動を所定範囲内に収めながら運動することができる。他の車輪支持部１４ｂ，１４ｃについても、同様である。
【００８１】
車輪１２ａ〜１２ｃを適宜に回転駆動すると、車輪支持部１４ａ〜１４ｃは、位相がずれた同じ動きをする。例えば、車輪支持部１４ａ〜１４ｃと基礎部１８との間の距離が単振動のように周期的に変化するように、車輪１２ａ〜１２ｃを回転駆動することができる。
【００８２】
図１２〜図１４は、並進移動と回転運動とを組み合わせた移動装置１０の動きの一例の説明図である。
【００８３】
図１２において、鎖線４は、接地面２上の仮想基準線４である。基礎部１８は、基礎部１８を中心に回転しながら、仮想基準線４に垂直な方向（図１２において右方向）に移動する。図１２は、基礎部１８が９０°回転するごとに、順次、仮想基準線４と平行かつ下方に位置をずらして移動装置１０を図示している。
【００８４】
図１３は、車輪支持部１４ｃと基礎部１８との間の距離ｌの変化を示すグラフである。図１３のグラフの縦軸は、車輪支持部１４ｃと基礎部１８との間の距離ｌを示す。図１３のグラフの横軸は、図１２に示した基礎部１８の反時計まわりの回転角度であり、図１２（１）に示す状態を０°としている。
【００８５】
図１２（２）及び図１３に示すように、基礎部１８が９０°回転すると、車輪支持部１４ｃと基礎部１８との間の距離ｌは最小値になる。図１２（３）及び図１３に示すように、基礎部１８が１８０°回転すると、車輪支持部１４ｃと基礎部１８との間の距離ｌは、基礎部１８が０°のときと同じ値になる。図１２（４）及び図１３に示すように、基礎部１８が２７０°回転すると、車輪支持部１４ｃと基礎部１８との間の距離ｌは最大値になる。図１２（５）及び図１３に示すように、基礎部１８が３６０°回転すると、車輪支持部１４ｃと基礎部１８との間の距離ｌは、基礎部１８が０°のときと同じ値になる。
【００８６】
図１４は移動装置の動きを示す平面図であり、案内部１６ａ〜１６ｃに垂直な方向の、車輪１２ａ〜１２ｃ及び車輪支持部１４ａ〜１４ｃの移動速度Ｖａ〜Ｖｃを矢印で示している。矢印の長さは、移動速度Ｖａ〜Ｖｃの大きさに比例する。図１４に示すように、案内部１６ａ〜１６ｃが基礎部１８よりも基礎部１８の進行方向前方に位置するとき、案内部１６ａ〜１６ｃが回転するにしたがって、車輪１２ａ〜１２ｃ及び車輪支持部１４ａ〜１４ｃの移動速度Ｖａ〜Ｖｃが減少する。一方、案内部１６ａ〜１６ｃが基礎部１８よりも基礎部１８の進行方向後方に位置するとき、案内部１６ａ〜１６ｃが回転するにしたがって、車輪１２ａ〜１２ｃ及び車輪支持部１４ａ〜１４ｃの移動速度Ｖａ〜Ｖｃが増加する。
【００８７】
すなわち、基礎部１８よりも基礎部１８の進行方向前方に案内部１６ａ〜１６ｃが位置するとき、案内部１６ａ〜１６ｃの先端側（すなわち、基礎部１８とは反対側）は、案内部１６ａ〜１６ｃの基端側（すなわち、基礎部１８側）よりも、移動装置の移動方向の前側に位置する。この案内部１６ａ〜１６ｃで案内される車輪支持部１４ａ〜１４ｃに支持されている車輪１２ａ〜１２ｃの移動速度は、移動装置の移動に伴って次第に小さくなる。一方、基礎部１８よりも基礎部１８の進行方向後方に案内部１６ａ〜１６ｃが位置するとき、案内部１６ａ〜１６ｃの先端側は、案内部１６ａ〜１６ｃの基端側よりも、移動装置の移動方向の後側に位置する。この案内部１６ａ〜１６ｃで案内される車輪支持部１４ａ〜１４ｃに支持されている車輪１２ａ〜１２ｃの移動速度は、移動装置の移動に伴って次第に大きくなる。
【００８８】
つまり、案内部が直線状である場合、案内部の先端側が案内部の基端側よりも移動装置の移動方向の前側に位置しているとき、この案内部で案内される車輪支持部が支持している車輪の移動速度が、移動装置の移動に伴って次第に小さくなり、案内部の先端側が案内部の基端側よりも移動装置の移動方向の後側に位置しているとき、この案内部で案内される車輪支持部が支持している車輪の移動速度が、移動装置の移動に伴って次第に大きくなるように、制御することができる。
【００８９】
次に、移動装置１０の動きについて、運動学方程式を用いて説明する。
【００９０】
図１５〜図１８はパラメータの説明図である。図１５に示すように、接地面に固定されたｘ−ｙ座標系を定義し、基礎部１８の座標を（ｘ，ｙ）、基礎部１８の基準方向ＸＲの角度をθ、基礎部１８の基準方向ＸＲに対する案内部１６の角度をα、案内部１６に案内される車輪支持部１４と基礎部１８との間の距離をｌとする。例えば、３つの案内部１６ａ〜１６ｃが１２０°間隔でＹ字状に配置されている場合、α＝０°，１２０°，２４０°である。
【００９１】
また、図１６に示すように、基礎部１８の反時計まわりの角速度をω、基礎部１８の移動速度のｘ，ｙ方向成分をｖｘ，ｖｙとする。車輪支持部１４に支持されている車輪１２の半径をｒ、車輪１２の回転角を
【数１】
2020164138.tif 000003
とする。
【００９２】
車輪１２が、案内部１６に対する角度を一定（ここでは、直角）に保ったまま、接地面上を回転しながら移動すると、車輪１２や案内部１６の角度が変わり得る。このとき、次の運動学方程式が成り立つ。
【数２】
2020164138.tif 000004
【００９３】
基礎部１８に所望の運動をさせるため、変数ｘ，ｙ，θの微分である本体の速度を決めると、式（１）及び（２）の運動学方程式に含まれる変数ｌとその微分の値が決まり、車輪支持部１４が案内部１６に沿って所定範囲内を往復する。ｒ，αは定数である。したがって、式（１）及び（２）の運動学方程式から、
【数３】
2020164138.tif 000005
の値を導き出すことができる。
【００９４】
つまり、基礎部１８、案内部１６及び車輪支持部１４が所望の運動をするには、車輪１２がどのように回転すればよいかを導き出すことができる。
【００９５】
（１−１）基礎部が一定速度・一定角速度で運動する場合
基礎部１８が一定角速度で回転しながら、一定方向に一定速度で移動する場合、初期時刻ｔ＝ｔ１における基礎部１８の基準方向ＸＲの角度θの初期値をθ１、案内部１６と基礎部１８との間の距離ｌの初期値をｌ１とすると、式（１）及び（２）の運動学方程式から、次の式（３）〜（５）を導き出すことができる。
【数４】
2020164138.tif 000006
ここで、
【数５】
2020164138.tif 000007
であり、ｖｘ，ｘｙ，ωは一定値である。
【００９６】
車輪１２の角速度
【数６】
2020164138.tif 000008
が式（３）を満たすように車輪１２が回転すると、式（４）のように車輪支持部１４は案内部１６に沿って所定範囲内を単振動のように往復移動し、基礎部１８は、一定方向に一定速度ｖｘ、ｖｙで移動し、かつ、一定角速度ωで回転する。式（４）及び（５）から分かるように、ｌの振幅は、基礎部１８の速度と角速度の比となる。
【００９７】
（１−２）基礎部が等加速度運動をした後、定速運動を行う場合
基礎部１８が一定速度・一定角速度で運動する状態に至るまでの運動として、移動装置１０全体が静止している状態から、基礎部１８が一定加速度・一定角加速度で加速する場合を考える。この場合、式（１）及び（２）の運動学方程式から、車輪１２の回転角速度は次の式（６）のようになり、車輪支持部１４の位置は次の式（７）及び（８）のようになる。
【数７】
2020164138.tif 000009
【００９８】
ただし、図１７に示すように、ａｘは基礎部１８の加速度のｘ方向成分、ａｙは基礎部１８の加速度のｙ方向成分、ａθは基礎部１８の反時計まわりの角加速度である。θ０は、初期時刻ｔ＝０における基礎部１８の基準方向ＸＲの角度である。
【００９９】
式（７）から、案内部１６に対する車輪支持部１４の運動は、単振動ではなく、三角関数の引数に時刻ｔの２次式が入った式で表される振動をすることが分かる。
【０１００】
式（７）及び（８）から分かるように、ｌの振幅は、基礎部１８の加速度と角加速度の比となる。基礎部１８の加速度と角加速度の比は、加速が終わり定速になったときの速度と角速度の比に等しいので、ｌの振幅は、基礎部１８の加速運動とその後の定速運動のときで等しくなる。また、運動が切替わるとき、式（３）〜（５）と式（６）〜（８）とが等しい値になる。これらを考慮して解析すると、運動の切替え前後で、案内部１６に対する車輪支持部１４の振動の中心も変わらないことが分かる。つまり、基礎部１８の加速運動とその後の定速運動との運動の切替え前後で、ｌの取りうる値の範囲は変化しない。
【０１０１】
基礎部１８が停止している状態から一定加速度・一定角加速度で加速する運動を行った後、基礎部１８が一定速度で運動する場合、案内部１６に沿って車輪支持部１４が移動する範囲は、運動の切替え前後で変わらないため、車輪支持部１４が案内部１６の端に達することなく、基礎部１８を移動させることが可能である。
【０１０２】
（１−３）基礎部が減速運動する場合
基礎部１８のｘ，ｙ方向の速度成分がｖｘ，ｖｙであり、基礎部１８の角速度がωである状態から、時刻ｔ＝ｔ２において一定加速度・一定角加速度で減速を開始し、時刻ｔ＝ｔ３において速度と角速度が０となり、停止する場合を考える。この場合、式（１）及び（２）の運動学方程式から、車輪１２の角速度は次の式（９）のようになり、案内部１６に対する車輪支持部１４の位置（車輪支持部１４と基礎部１８との間の距離）は、次の式（１０）及び（１１）のようになる。
【数８】
2020164138.tif 000010
ただし、θ２は時刻ｔ＝ｔ２における基礎部１８の角度であり、ｌ２は時刻ｔ＝ｔ２における車輪支持部１４ａ〜１４ｃの位置である。
【０１０３】
式（１０）及び（１１）から、案内部１６に対する車輪支持部１４の運動は、加速時と同様に、単振動ではなく、三角関数の引数にｔの２次式が入った式で表される振動になることが分かる。解析を行うと、ｌの振動の振幅と振動中心は、運動の切替え前後で変わらないことがわかる。つまり、運動の切替え前後で，ｌの取りうる値の範囲は変化しない。
【０１０４】
基礎部１８が定速で運動している状態から一定加速度・角加速度で減速し、停止するとき、案内部１６に沿って車輪支持部１４が移動する範囲は、運動の切替え前後で変わらないため、車輪支持部１４が案内部１６の端に達することなく、基礎部１８を移動させることが可能である。
【０１０５】
（２）基礎部が進行しながら、進行方向を変化させる場合
（２−１）基礎部が円弧軌道を追従する運動
基礎部１８が円弧軌道に沿って運動し、進行方向をある方向から別の方向へ変える場合を考える。図１８に示すように、ｘ−ｙ平面上で基礎部１８が、ｘ−ｙ座標系の原点（０，０）から出発し、点（０，Ｒ）を中心とした半径Ｒの円弧軌道を角速度Ωで公転する場合を考える。このときの基礎部１８の各速度成分は、
【数９】
2020164138.tif 000011
となる。
【０１０６】
この場合も、車輪支持部１４ａ〜１４ｃが案内部１６ａ〜１６ｃに沿って移動する範囲を所定範囲内に収めるには、基礎部１８が自転する必要がある。基礎部１８が自転するときの角速度をωとすると、式（１）及び（２）の運動学方程式から、車輪１２の角速度は次の式（１４）で表され、車輪支持部１４の位置は次の式（１５）及び（１６）で表される。
【数１０】
2020164138.tif 000012
ただし、θ０は初期時刻ｔ＝０における基礎部１８の角度であり、ｌ０は初期時刻ｔ＝０における車輪支持部１４ａ〜１４ｃの位置である。
【０１０７】
式（１４）から、車輪１２ａ〜１２ｃの回転角速度は単振動することが分かる。また、式（１５）及び（１６）から、車輪支持部１４ａ〜１４ｃの位置は案内部１６ａ〜１６ｃに沿って単振動することが分かる。
【０１０８】
したがって、車輪支持部１４ａ〜１４ｃが案内部１６ａ〜１６ｃの端に達することなく、基礎部１８は、一旦停止せずに、一定の角速度ωで自転しながら円弧軌道を追従できる。
【０１０９】
また、基礎部１８は、加減速を行いながら円弧軌道を追従することもできる。複数の種類の円弧軌道を組み合わせると、基礎部１８が任意の曲線軌道を追従するようにすることができる。
【０１１０】
（２−２）基礎部が一旦停止して進路を変更する場合
上記のように基礎部１８が円弧軌道を追従する運動によって進路を変更できるが、一旦停止してから別の方向に進路を変えることもできる。図１９は移動装置の動きを示す平面図である。図１９において矢印６０ａで示すように、基礎部１８がある方向に並進移動している状態で、上述した（１−３）の減速運動を行い、符号２８ｓで示す位置で停止した後、矢印６０ｂで示す方向に再び並進移動を始める場合を考える。停止位置２８ｓから矢印６０ｂで示す方向に並進移動を開始する時刻を、初期時刻ｔ＝０とする。そして、基礎部１８は、停止位置２８ｓで加速度の方向を変え、停止位置２８ｓから矢印６０ｂの方向に並進移動するとき、上述した（１−２）と同様に、加速運動を行い、その後、定速運動を行う。進路変更の前後では、スタート時の初期条件が異なるため、ｌの振動の種類や取りうる値の範囲も異なるが、動作原理は同じである。
【０１１１】
以上に説明したように、実施例１−１の移動装置１０は、普通の車輪を用いて構成することができ、即座に任意の方向に移動することができる。
【０１１２】
次に、実施例１−１の移動装置１０の変形例１〜６について、図２０〜図２５の移動装置の略図を参照しながら説明する。以下では、実施例１−１と同じ構成部分には実施例１−１と同じ符号を用い、実施例１−１との相違点を中心に説明する。
【０１１３】
＜変形例１＞  図２０に示すように、移動装置１０に、回転キャンセル装置２０を追加してもよい。回転キャンセル装置２０は、基礎部１８に固定された回転装置２２によって、支持板２４を所望の方向に回転させることができるように構成されている。
【０１１４】
回転キャンセル装置２０は、一般的には、案内部１６ａ〜１６ｃと第１の接続部である基礎部１８とのうち少なくとも１つに固定された基部と、基部に回転自在に結合された台部と、台部を基部に対して回転させる台駆動部とを備える。回転装置２２は基部及び台駆動部であり、支持板２４は台部である。
【０１１５】
回転キャンセル装置２０を追加すると、案内部１６ａ〜１６ｃ及び基礎部１８が回転しながら移動するときに支持板２４を所望方向に向けることができる。そのため、支持板２４に操作者が乗る場合や、支持板２４に乗せて運ぶ荷物をなるべく回転させたくない場合に、好適である。
【０１１６】
＜変形例２＞  図２１（ａ）に示すように、案内部１６ａ〜１６ｃは、等角度間隔で配置されていなくても構わない。また、図２１（ｂ）に示すように、少なくとも２つの案内部１６ａ又は１６ｂと１６ｃとがそれぞれ車輪支持部１４ａ，１４ｂ，１４ｃを案内する所定経路の方向が互いに平行でなければ、案内部１６ａ，１６ｂが一直線上に並んでも構わない。
【０１１７】
＜変形例３＞  図２２に示すように、案内部１６ａ〜１６ｃ同士が複数個所で接続されても構わないし、案内部１６ａ〜１６ｃの中間位置に他の案内部１６ａ〜１６ｃが接続されても構わない。また、図２２（ｃ）に示すように、少なくとも２つの案内部１６ａ又は１６ｂと１６ｃとがそれぞれ車輪支持部１４ｃを案内する所定経路の方向が、互いに平行でなければ、案内部１６ａ，１６ｂが互いに平行に配置されても構わない。
【０１１８】
＜変形例４＞  図２３に示すように、案内部１６ａ〜１６ｃ同士が交差しても構わないし、案内部１６ａ〜１６ｃによって車輪支持部１４ａ〜１４ｃが案内される所定経路同士が交差しても構わない。
【０１１９】
＜変形例５＞  図２４に示すように、案内部１６ｐ〜１６ｑが曲線状でも構わないし、案内部１６ｐ〜１６ｑによって車輪支持部１４ｐ〜１４ｒが案内される所定経路が曲線状でも構わない。
【０１２０】
＜変形例６＞  変形例１〜５のうち２つ以上を適宜に組み合わせてもよい。例えば図２５に示すように、曲線状の第１の案内部１６ｐの中間位置に、基礎部１８を介して、曲線状の第２の案内部１６ｑの一方の端部が接続され、第２の案内部１６ｑの他方の端部に、曲線状の第３の案内部１６ｒの一方の端部が接続される構成としてもよい。
【０１２１】
＜実施例１−２＞  図２６は、実施例１−２の移動装置１０ａの平面図である。図２６に示すように、移動装置１０ａは、３つの案内部１６ａ〜１６ｃがΔ字状に配置され、案内部１６ａ〜１６ｃの端部同士が繋ぎ合わされている。
【０１２２】
実施例１−１と同様に、車輪１２ａ〜１２ｃは、車輪支持部１４ａ〜１４ｃによって回転自在に支持される。車輪支持部１４ａ〜１４ｃは、直線状の案内部１６ａ〜１６ｃによって移動自在に案内される。車輪１２ａ〜１２ｃは、矢印１３ａ〜１３ｃで示す方向に移動する。車輪支持部１４ａ〜１４ｃは矢印１５ａ〜１５ｃで示す方向に、すなわち、案内部１６ａ〜１６ｃの長手方向と平行に、案内部１６ａ〜１６ｃに沿って移動する。車輪１２ａ〜１２ｃが移動する方向１３ａ〜１３ｃと、車輪支持部１４ａ〜１４ｃの移動方向１５ａ〜１５ｃとがなす角は一定であり、直角でなくても構わない。
【０１２３】
次に、移動装置１０ａの動きについて説明する。図２６に示す基礎部１８ａによって、移動装置１０ａの運動を代表させる。基礎部１８ａは、案内部１６ａ〜１６ｃに囲まれた三角形領域の内部において案内部１６ａ〜１６ｃに対する相対位置が固定されている。基礎部１８ａは、実在する部材でも、仮想上の部材でも構わない。
【０１２４】
図２７はパラメータの説明図である。図２７に示すように、接地面に固定されたｘ−ｙ座標系を定義し、基礎部１８ａから案内部１６までの距離をｈ、移動装置１０ａの基準方向ＸＲに対する案内部１６の角度をα、基礎部１８の基準方向ＸＲの角度をθ、車輪１２の回転中心線１２ｘ（車輪１２の移動方向に垂直な方向）と案内部１６の中心線１６ｘ（車輪支持部１４が案内される所定経路と平行な直線）とがなす角をβ、基礎部１８ａから案内部１６の中心線１６ｘに下ろした垂線の足１６ｚと車輪支持部１４との間の距離をｌとする。車輪支持部１４に支持されている車輪１２は、案内部１６の中心線１６ｘの直下に位置しているとする。車輪１２の半径をｒ、車輪１２の回転角を
【数１１】
2020164138.tif 000013
とする。
【０１２５】
運動学方程式は、次の式（１７）及び（１８）のようになる。
【数１２】
2020164138.tif 000014
【０１２６】
実施例１−１の移動装置１０ではβ＝０°としているが、実施例１−２の移動装置１０ａの場合には、−９０°＜β＜９０°，β≠０°を満たす値にすれば、移動装置１０ａがどの方向に移動する場合でも、案内部１６に沿って車輪支持部１４の移動する範囲が所定範囲内に収まるようにすることができる。
【０１２７】
基礎部１８ａが一定速度・一定角速度で運動する場合、車輪１２の角速度と車輪支持部１４の位置は、以下の式（１９）及び（２０）のようになる。
【数１３】
2020164138.tif 000015
ただし、式（２０）のＣは、初期条件によって定まる定数である。
【０１２８】
式（２０）から、右辺第１項の過渡的な項Ｃｅ−ωｔtanβ が時間の経過とともに減衰するように、ω tanβ＞０となるように基礎部１８ａの回転角速度ωの符号を選べば、車輪支持部１４の位置ｌは最終的に単振動となり、ある範囲に収まりながら運動する。このことは、案内部１６ａ〜１６ｃがΔ字状に配置された実施例１−２の移動装置１０ａは、案内部１６ａ〜１６ｃがＹ字状に配置された実施例１−１の移動装置１０とは、案内部１６ａ〜１６ｃの配置の態様が異なるだけであり、実施例１−１の移動装置１０と同じ原理で動くことを意味している。
【０１２９】
図２８は、基礎部１８ａが回転しながら一方向に移動するときの移動装置１０ａの運動の様子の一例を示す平面図である。図２８において、鎖線４は、接地面２上の仮想基準線４である。移動装置１０ａは、基礎部１８ａを中心に回転しながら、仮想基準線４に垂直な方向（図において右方向）に移動する。図２８は、基礎部１８ａが６０°回転するごとに、順次、仮想基準線４と平行かつ下方に位置をずらして移動装置１０ａを図示している。
【０１３０】
３つの車輪支持部１４ａ〜１４ｃのうちの１つ１４ｂに注目すると、図２８（１）〜（４）に示すように、車輪支持部１４ｂが基礎部１８ａに対して進行方向（図において右方向）前方にあるとき、車輪支持部１４ｂは案内部１６ｂの端に近付く。一方、図２８（５）〜（７）に示すように、車輪支持部１４ｂが基礎部１８ａに対して進行方向後方にあるとき、車輪支持部１４ｂは案内部１６ｂの中央に近付く。車輪支持部が基礎部１８ａに対して進行方向の前後どちらにあるかは、基礎部１８ａの回転に伴って周期的に変わるため、車輪支持部１４ｂは案内部１６ｂに沿って往復する。他の車輪支持部１４ａ，１４ｃも同様に、案内部１６ａ，１６ｃに沿って往復する。
【０１３１】
案内部１６ａ〜１６ｃがΔ字状に配置される移動装置１０ａは、案内部１６ａ〜１６ｃがＹ字状に配置された実施例１−１の移動装置１０と比べると、案内部１６ａ〜１６ｃによって車輪支持部１４ａ〜１４ｃが案内される所定経路に対する、車輪支持部１４ａ〜１４ｃが支持している車輪１２ａ〜１２ｃの進行方向の誤差の影響を受けにくいため、移動装置１０ａの組み立てや調整が容易である。
【０１３２】
＜変形例１＞  図２９は、変形例１の移動装置の平面図である。図２９に示すように、案内部１６ａ〜１６ｃの一方端側を、案内部１６ａ〜１６ｃで囲まれるΔ字状領域から離れる方向に延長しても構わないし、車輪支持部１４ａ〜１４ｃが案内される所定経路が、案内部１６ａ〜１６ｃで囲まれるΔ字状領域から離れる方向に延長されても構わない。図示していないが、案内部１６ａ〜１６ｃの一方端側と他方端側の両方を、案内部１６ａ〜１６ｃで囲まれるΔ字状領域から離れる方向に延長しても構わないし、車輪支持部１４ａ〜１４ｃが案内される所定経路が、案内部１６ａ〜１６ｃで囲まれるΔ字状領域から離れる方向に延長されても構わない。
【０１３３】
＜実施例１−３＞  図３０は、実施例１−３の移動装置１０ｂの平面図である。図３０に示すように、案内部１６ｉ〜１６ｋは、車輪支持部１４ｉ〜１４ｋを移動自在に案内する所定経路が環状になるように構成されている。基礎部１８ｂは、案内部１６ｉ〜１６ｋ同士の相対位置が固定されるように、案内部１６ｉ〜１６ｋ同士を互いに繋ぎ合わせる。車輪支持部１４ｉ〜１４ｋは、車輪１２ａ〜１２ｃをそれぞれ回転自在に支持している。
【０１３４】
次に、移動装置１０ｂの動きについて説明する。移動装置１０ｂの運動を、基礎部１８ｂによって代表させる。図３１はパラメータの説明図である。図３１に示すように、接地面に固定されたｘ−ｙ座標系を定義し、車輪１２の中心Ｓの軌跡を、案内部が車輪支持部を案内する環状の所定経路１４ｇとし、所定経路１４ｇは円形であり、所定経路１４ｇの中心点をＰとする。基礎部１８ｂの中心から点Ｐまでの距離をｈとする。点Ｐと車輪１２の中心までの距離をｄとする。
【０１３５】
また、基礎部１８ｂの中心と中心点Ｐとを結ぶ方向と、基礎部１８ｂの基準方向ＸＲとがなす角をαとする。車輪１２の中心Ｓを通る所定経路１４ｇの接線１４ｓと、車輪１２の回転中心線１２ｘとがなす角をβとする。基礎部１８ｂと中心点Ｐとを結ぶ線分と、中心点Ｐと車輪１２の中心Ｓとを結ぶ線分とがなす角をγとする。車輪１２の半径をｒ、車輪１２の回転角を、
【数１４】
2020164138.tif 000016
とする。
【０１３６】
以上のように定義すると、運動学方程式は、次の式（２１）及び（２２）のようになる。
【数１５】
2020164138.tif 000017
これらの式（２１）及び（２２）から数値解を求めることにより、環状の所定経路１４ｇ上の車輪支持部の位置γと車輪１２の角速度
【数１６】
2020164138.tif 000018
を求めることができる。
【０１３７】
図３２〜図３５は、移動装置１０ｂの動きの説明図である。
【０１３８】
図３２のように、移動装置１０ｂは、車輪１２ａ〜１２ｃの向きが揃っていない状態から、任意の方向に並進移動できる。すなわち、移動装置１０ｂは、図３２（ａ）に示すように、図において左右方向に並進移動することも、図３２（ｂ）に示すように、図において上下方向に並進移動することも、図３２（ｃ）に示すように、図において斜め方向（左右方向でも上下方向でもない方向）に並進移動することもできる。
【０１３９】
しかし、基礎部１８ｂが回転せずに並進移動すると、図３３のように、すべての車輪１２ａ〜１２ｃの向きが揃ってしまい、車輪１２ａ〜１２ｃの進行方向（矢印１１ｙの方向）に対して垂直な方向（矢印１１ｘの方向）に移動できなくなる。一方，図３４のように基礎部１８ｂが回転運動だけをするとき、車輪１２ａ〜１２ｃの向きが揃うことがない。
【０１４０】
そこで、図３２の並進移動と図３４の回転運動との組み合わせにより、基礎部１８ｂが回転しながら並進移動すると、基礎部１８ｂは任意の方向に移動することができる。
【０１４１】
図３５は、基礎部１８ｂが回転しながら一方向に移動するときの移動装置１０ｂの運動の様子の一例を示す。図３５において、鎖線４は、接地面２上の仮想基準線４である。移動装置１０ｂは、基礎部１８ｂを中心に回転しながら、仮想基準線４に垂直な方向（図において右方向）に移動する。図３５は、基礎部１８ｂが６０°回転するごとに、順次、仮想基準線４と平行かつ下方に位置をずらして移動装置１０ｂを図示している。
【０１４２】
３つの車輪支持部１４ｉ〜１４ｋのうちの１つ１４ｋに注目すると、環状の案内部１６ｋに沿って一方向に移動し続けていることが分かる。他の車輪支持部１４ｉ，１４ｊも同様に、環状の案内部１６ｉ，１６ｊに沿って一方向に移動し続けている。
【０１４３】
車輪支持部１４ｉ〜１４ｋは、直線状の案内部を持つ実施例１−１及び１−２と異なり、案内部１６ｉ〜１６ｋに沿ってある範囲内を往復していないが、案内部１６ｉ〜１６ｋは環状であり、移動範囲に制限がないので、問題はない。
【０１４４】
＜変形例１＞  案内部が車輪支持部を案内する所定経路は、円形に限らず、楕円形、長円形など、任意の形状の循環経路でもよい。
【０１４５】
＜変形例２＞  案内部が車輪支持部を案内する所定経路は、円弧状、すなわち、円形の一部分、楕円形の一部分、長円形の一部分など、両端を有する経路でもよい。この場合、車輪支持部が経路の端に達する前に基礎部の回転方向が逆転するように車輪を回転駆動すれば、基礎部を回転させながら、かつ、基礎部の回転方向を切り替えながら、基礎部を任意の方向に移動させることができる。
【０１４６】
＜実施例１−４＞  実施例１−３の移動装置１０ｂの案内部１６ｉ〜１６ｋ及び車輪支持部１４ｉ〜１４ｋをキャスター型機構６０に置き換えた実施例１−４の移動装置１０ｃについて説明する。
【０１４７】
図３６は、移動装置１０ｃの平面図である。図３７は、キャスター型機構６０の説明図であり、図３７（ａ）は側面図、図３７（ｂ）は正面図である。
【０１４８】
図３６及び図３７に示すように、移動装置１０ｃは、３つの車輪１２ａ〜１２ｃと、３つの車輪支持部１４ｕ〜１４ｗと、３つの案内部１６ｕ〜１６ｗとを備える。
【０１４９】
案内部１６ｕ〜１６ｗは、それぞれ、回転自在に互いに結合された第１及び第２の部材１６ｍ，１６ｎを含む。第１の部材１６ｍに、第１及び第２の部材１６ｍ，１６ｎが相対回転する中心軸６６のまわりを、車輪支持部１４ｕ〜１４ｗに回転自在に支持されている車輪１２ａ〜１２ｃが移動するように、車輪支持部１４ｕ〜１４ｗが固定されている。例えば、第２の部材１６ｎは、軸状の第１の部材１６ｍを回転自在に支持する。第１の部材１６ｍは、車輪支持部１４ｕ〜１４ｗに固定されている。
【０１５０】
第１の接続部である基礎部１８ｃは、案内部１６ｕ〜１６ｗの第２の部材１６ｑ同士の相対位置が不変であるように、案内部１６ｕ〜１６ｗの第２の部材１６ｑ同士を繋ぎ合わせる。
【０１５１】
案内部１６ｕ〜１６ｗは、車輪支持部１４ｕ〜１４ｗを、図３６において鎖線で示された所定経路１７ｕ〜１７ｗに沿って移動自在に案内し、所定経路１７ｕ〜１７ｗに対する車輪支持部１４ｕ〜１４ｗの向きが一定に保たれる。
【０１５２】
以上のように、移動装置１０ｃがキャスター型機構６０を含むと、案内部１６ｕ〜１６ｗが車輪支持部１４ｕ〜１４ｗを案内する所定経路１７ｕ〜１７ｗが環状になるように構成することが簡単である。
【０１５３】
＜実施例２＞  ３つ以上の案内部同士の相対位置が可変である実施例２について説明する。図３８は、実施例２の移動装置５０の構成を概念的に示す略図である。
【０１５４】
図３８に示すように、移動装置５０は、実施例１と同様に構成された車輪５２ａ〜５２ｃ、車輪支持部５４ａ〜５４ｃ、及び案内部５６ａ〜５６ｃを少なくとも３組備え、さらに、案内部５６ａ〜５６ｃ同士の相対位置が可変であるように案内部５６ａ〜５６ｃ同士を繋ぎ合わせる第１の接続部５７ａ〜５７ｃを備える。第１の接続部５７ａ〜５７ｃは、案内部５６ａ〜５６ｃ同士を、回転対偶や直進対偶などの対偶、又は、スライド機構やリンク機構や遊星機構など機構を介して繋ぎ合わせる。
【０１５５】
移動装置５０は、案内部５６ａ〜５６ｃの少なくとも１つに対偶や機構を介して接続され、すべての案内部５６ａ〜５６ｃに対する相対位置が可変である基礎部５８を備える。もっとも、後述する実施例２−４のように、すべての案内部５６ａ〜５６ｃに対する相対位置が可変である基礎部５８を備えない構成でも構わない。
【０１５６】
＜実施例２−１＞  基礎部に対する案内部の角度が可変である実施例２−１について説明する。
【０１５７】
図３９は、実施例２−１の移動装置５０ｐ，５０ｑの構成を概念的に示す略図である。図３９（ａ）及び図３９（ｂ）に示すように、移動装置５０ｐ，５０ｑは、４組の車輪５２ｐ，５２ｑ、車輪支持部５４ｐ，５４ｑ、及び案内部５６ｐ，５６ｑを備えている。案内部５６ｐ，５６ｑは、それぞれの基準点５５ｐ，５５ｑが一点鎖線５９ｐ，５９ｑで示す所定経路上を移動し、基礎部５８ｐ，５８ｑに対する案内部５６ｐ，５６ｑの角度が変わるように構成されている。案内部５６ｐ，５６ｑの基準点５５ｐ，５５ｑ同士は、破線５７ｐ，５７ｑで概念的に示すように互いに接続され、案内部５６ｐ，５６ｑ同士の相対位置が不変である。
【０１５８】
案内部５６ｐ，５６ｑが車輪支持部５４ｐ，５４ｑを案内する所定経路は、図３９（ａ）に示すように直線状の所定経路でも、図３９（ｂ）に示すように環状又は円弧状の所定経路でも、不図示の任意の曲線状でも、これらの２つ以上の組み合わせでも構わない。
【０１５９】
図４０は、具体的な構成例を示す移動装置５０ｒの略図である。図４０に示すように、円盤５８ｒのまわりに間隔を設けて外輪５１ｒが配置され、円盤５８ｒと外輪５１ｒとの間に、４組の車輪５２ｒ、車輪支持部５４ｒ、及び案内部５６ｒが配置されている。それぞれの案内部５６ｒの周囲に、弾性体からなる無端ベルト５５ｒが巻き付けられている。無端ベルト５５ｒは、クローラのように案内部５６ｒの周囲を循環可能であり、円盤５８ｒの外周面５８ａと、外輪５１ｒの内周面５１ａとに接している。
【０１６０】
移動装置５０ｒは、車輪５２ｒが回転すると、無端ベルト５５ｒが矢印５７ｒで示す方向に移動する。これに伴い、無端ベルト５５ｒは、円盤５８ｒの外周面５８ａと、外輪５１ｒの内周面５１ａとに接しながら移動し、案内部５６ｒは、矢印５９ｒで示すように円盤５８ｒに対する角度が変化する。
【０１６１】
＜実施例２−２＞  基礎部と案内部との間の距離が可変である実施例２−２について説明する。
【０１６２】
図４１及び図４２は、実施例２−２の移動装置５０ｓ，５０ｔの構成を概念的に示す略図である。図４１及び図４２に示すように、車輪支持部５４ｓ，５４ｔは、それぞれ、車輪５２ｓ，５２ｔを回転自在に支持している。案内部５６ｓ，５６ｔは、それぞれ、車輪支持部５４ｓ，５４ｔを案内する。移動装置５０ｓ，５０ｔは、案内部５６ｓ，５６ｔにカムフォロア５５ｓ，５５ｔが設けられ、カムフォロア５５ｓ，５５ｔがカム溝５７ｓ，５７ｔに沿って移動することにより、案内部５６ｓ，５６ｔは、基礎部５８ｓ，５８ｔに対する角度を一定に保ったまま、基礎部５８ｓ，５８ｔとの間の距離が変わるように構成されている。
【０１６３】
図４１（ａ）及び図４１（ｂ）に示すように、案内部５６ｓが移動する方向は、案内部５６ｓが車輪支持部５４ｓを案内する方向に対して、直角でも斜めでも構わない。
【０１６４】
案内部５６ｓ，５６ｔが車輪支持部５４ｓ，５４ｔを案内する所定経路は、図４１のように直線状でも、図４２のように環状又は円弧状でも、任意の曲線状でも、これら２つ以上の組み合わせでも構わない。
【０１６５】
図４３は、具体的な構成例を示す移動装置５０ｕの略図である。図４３に示すように、基礎部５８ｕを中心に回転する楕円形のカム５１ｕのまわりに、複数組の車輪５２ｕ、車輪支持部５４ｕ、及び案内部５６ｕが配置されている。案内部５６ｕには、それぞれ、断面が矩形状のピン５５ｕ（カムフォロア５５ｕ）が設けられている。ピン５５ｕは、基礎部５８ｕに向かって伸びるスリット５７ｕ（カム溝５７ｕ）の両側の溝面に係合するとともに、ゴム、ばね等の弾性部材５７ｍによって基礎部５８ｕに向かって引き寄せられて案内部５６ｕがカム５１ｕに押し付けられるように構成されている。矢印５８ｍで示す方向にカム５１ｕが回転すると、案内部５６ｕは、矢印５６ｍで示すように、基礎部５８ｕに対して近付いたり離れたりする方向に並進移動する。
【０１６６】
＜実施例２−３＞  基礎部に対する案内部の角度と、基礎部と案内部との間の距離が可変である実施例２−３について、説明する。実施例２−３は、基礎部に対する案内部の角度が可変である実施例２−１と、基礎部と案内部との間の距離が可変である実施例２−２とを組み合わせた構成である。
【０１６７】
図４４は、実施例２−３の移動装置５０ｖの構成を概念的に示す略図である。図４４に示すように、移動装置５０ｖは、基礎部と案内部との間の距離が可変である実施例２−２と同様に、案内部５６ｖに、断面が矩形状のカムフォロア５５ｖが設けられ、カムフォロア５５ｖがカム溝５７ｖの両側の溝面に接しながら矢印５６ｎで示す方向に移動することにより、案内部５６ｖは、基礎部５８ｖとの間の距離が変わるように構成されている。複数組の車輪５２ｖ、車輪支持部５４ｖ、案内部５６ｖと、カムフォロア５５ｖと、カム溝５７ｖとが一体となって、矢印５８ｎで示すように、基礎部５８ｖの周りを回転するように構成されている。
【０１６８】
運動学方程式は、例えば実施例１−２で説明した図２７のように座標系とパラメータを定義すると、基礎部１８ａから案内部１６までの距離ｈと、移動装置１０ａの基準方向ＸＲに対する案内部１６の角度αとが可変になるので、次の式（２３）及び（２４）のようになる。
【数１７】
2020164138.tif 000019
【０１６９】
これらを解析的、あるいは数値計算で解くことによって、車輪の回転速度
【数１８】
2020164138.tif 000020
や、車輪支持部の位置ｌを求めることができる。
【０１７０】
車輪を回転駆動する場合、各車輪について求めた車輪の回転速度を指令値として与えることによって、各車輪支持部の位置が従属して変化する。
【０１７１】
実施例２−３の具体的な構成例として、遊星機構を含む実施例２−３−１、実施例２−３−２、及び実施例２−３−３を説明する。
【０１７２】
＜実施例２−３−１＞  図４５は、実施例２−３−１の移動装置３０の構成を概念的に示す略図である。図４５に示すように、移動装置３０は、遊星機構３１の遊星部材３４に、車輪１２、車輪支持部１４、及び案内部１６が設けられている。
【０１７３】
遊星機構３１は、内部材３２と外部材３６との間に４つの遊星部材３４が配置されている。遊星部材３４は、内部材３２のまわりを、自転しながら公転する。遊星機構３１は、遊星部材３４の外周面３４ｓが、内部材３２の外周面３２ｓと外部材３６の内周面３６ｓとに対して滑ることなく接触する摩擦車や、遊星部材３４の外周面３４ｓに形成された歯車と、内部材３２の外周面３２ｓと外部材３６の内周面３６ｓとに形成された歯車とが噛み合う歯車機構などである。
【０１７４】
それぞれの遊星部材３４には、車輪支持部１４を所定経路上を移動自在に案内する案内部１６が固定され、車輪支持部１４に回転自在に支持されている車輪１２が接地面２に接地するように構成されている。例えば、車輪支持部１４が移動する所定経路は、直線状であり、車輪支持部１４は、車輪支持部１４が移動する所定経路が遊星部材３４の自転中心軸と直交するように、遊星部材３４に設けられている。車輪支持部１４に支持されている車輪１２の進行方向は、車輪支持部１４が移動する直線状の所定経路に対して垂直でも斜めでも構わない。
【０１７５】
移動装置３０は、車輪１２の回転駆動を適宜に制御することによって、任意の方向に移動させることが可能である。移動装置３０が移動するときに、接地面２に対する内部材３２又は外部材３６の回転を禁止すれば、内部材３２又は外部材３６は、接地面２に沿って並進移動する。
【０１７６】
遊星部材３４の回転に伴い、内部材３２に対する案内部１６の角度と距離の両方が変化するので、内部材３２は、案内部１６に対する相対位置が可変である基礎部３２である。
【０１７７】
基礎部３２を任意の方向に並進移動させる場合、遊星部材３４だけを回転させればよく、基礎部３２を回転させ続ける必要がなり、基礎部３２の回転角速度は任意の値を取れるので、基礎部３２に並進運動と回転運動を合わせた平面３自由度の運動をさせることができる。なお、基礎部３２に平面３自由度の任意の運動をさせるときは、基礎部３２と案内部１６との相対位置が可変になり、自由度が１増えるので、能動的に回転させる車輪１２は４つ以上必要であり、この場合、遊星部材３４は４つ以上必要となる。
【０１７８】
移動装置３０の運動について、さらに説明する。
【０１７９】
図４６はパラメータの説明図である。図４６に示すように、接地面２に固定されたｘ−ｙ座標系を定義し、一組の車輪１２、車輪支持部１４及び案内部１６に注目し、内部材３２（基礎部３２）の中心点の座標を（ｘ，ｙ）、案内部１６によって車輪支持部１４が案内される方向と基礎部３２の基準方向ＸＲとのなす角をα、基礎部３２の基準方向ＸＲの角度をθ、車輪１２の回転中心線１２ｘと、案内部１６によって車輪支持部１４が案内される方向とがなす角をβ、内部材３２の中心点と遊星部材３４の中心点とを結んだ線分と基礎部３２の基準方向ＸＲとのなす角をΨとする。内部材３２の半径をｒ１、遊星部材３４の半径をｒ２、外部材３６の内周面である円筒の半径をｒ３とする。
【０１８０】
案内部１６によって車輪支持部が案内されて移動するときの車輪の接地点の軌跡が遊星部材３４の中心を通るように、案内部１６が遊星部材３４に設けられており、車輪支持部１４と遊星部材３４の中心との間の距離をｌとする。
【０１８１】
このとき、運動学方程式は次の式（２５）及び（２６）のようになる。
【数１９】
2020164138.tif 000021
【０１８２】
内部材３２と遊星部材３４の接触又は噛み合いにより、α＝π−Ψ（ｒ１＋ｒ２）／ｒ２ の関係があるので、これを式（２５）及び（２６）に代入して解くことにより、車輪１２の角速度
【数２０】
2020164138.tif 000022
や、車輪支持部３４の位置を示すｌを求めることができる。
【０１８３】
以上のように、基礎部３２に対する遊星部材３４の回転角Ψが変化し、案内部１６が基礎部３２と独立して回転することで、基礎部３２は平面３自由度の運動をすることができる。
【０１８４】
＜実施例２−３−２＞  図４７は、実施例２−３−２の移動装置３０ａの構成を示す略図である。図４７に示すように、移動装置３０ａは、遊星機構３１ａの遊星部材３４に加え、遊星機構３１ａの内部材３２にも、案内部１６が設けられている。
【０１８５】
内部材３２に案内部１６を取り付けると，内部材３２には平面３自由度の任意の運動をさせることはできず、外部材３６にのみ平面３自由度の任意の運動をさせることができる。
【０１８６】
＜実施例２−３−３＞  図４８は、実施例２−３−３の移動装置３０ｂの構成を示す略図である。
【０１８７】
図４８に示すように、移動装置３０ｂの遊星機構３１ｂは、外部材３６（図４５、図４７参照）の代わりに、遊星部材３４を回転自在に支持するキャリア部材３８を備えている。遊星部材３４には、車輪支持部１４を所定経路上を移動自在に案内する案内部１６が固定され、車輪支持部１４に支持されている車輪１２が接地するように構成されている。
【０１８８】
移動装置３０ｂは、それぞれの車輪１２の回転駆動を適宜に制御することによって、任意の方向に移動させることが可能である。移動装置３０ｂが移動するときに、キャリア部材３８の回転を禁止すれば、キャリア部材３８は並進移動する。
【０１８９】
＜実施例２−３−４＞  図４９は、実施例２−３−４の移動装置３０ｃの構成を示す略図である。
【０１９０】
図４９に示すように、移動装置３０ｃの遊星機構３１ｃは、中空円筒状の外部材３６と、外部材３６の内部に配置され、外部材３６の中心線の周囲を、自転しながら公転する少なくとも４つの遊星部材３４と、遊星部材３４を回転自在に支持する１つのキャリア部材３８とを含む。移動装置３０ｃは、所定経路上を移動自在に車輪支持部１４を案内する案内部１６が遊星部材３４に固定され、車輪支持部１４に支持されている車輪１２が接地するように構成されている。
【０１９１】
移動装置３０ｃは、それぞれの車輪１２の回転駆動を適宜に制御することによって、任意の方向に移動させることが可能である。移動装置３０ｃが移動するときに、キャリア部材３８の回転を禁止すれば、キャリア部材３８は並進移動する。
【０１９２】
＜実施例２−４＞  すべての案内部に対する相対位置が可変である基礎部を備えない実施例２−４の移動装置５０ａについて説明する。
【０１９３】
図５０は、実施例２−４の移動装置５０ａの構成を概念的に示す略図である。図５０に示すように、移動装置５０ａは、案内部５６ａ〜５６ｃ同士が、破線５７ａ〜５７ｃで示すように、対偶や機構で接続され、車輪５２ａ〜５２ｃの回転に伴って案内部５６ａ〜５６ｃ同士の相対位置が変わるように構成されているが、すべての案内部５６ａ〜５６ｃに対する相対位置が可変である基礎部５８（図３６参照）を備えていない。
【０１９４】
図５１は、実施例２−４の移動装置の具体的な構成例を示す略図である。図５１に示すように、移動装置５０ｂ，５０ｃは、４組又は５組の車輪５２、車輪支持部５４、及び案内部５６同士が、回転ジョイント５７を介して四角形状又は五角形状に接続され、隣り合う案内部５６同士の角度が変わるように構成されている。図５１（ａ）に示す移動装置５０ｂは、車輪５２が回転すると、案内部５６によって形成される矩形形状が変化する。図５１（ｂ）に示す移動装置５０ｃは、車輪５２が回転すると、案内部５６によって形成される五角形形状が変化する。
【０１９５】
なお、案内部同士の相対位置が可変又は不変に統一されていない構成とすることも可能である。すなわち、案内部同士の組み合わせの一部について案内部同士の相対位置が可変であるが、他の組み合わせについては案内部同士の相対位置が不変であるように構成しても構わない。
【０１９６】
＜実施例３＞  実施例１又は実施例２の構成に、車輪支持部同士を繋ぎ合わせる第２の接続部をさらに備える実施例３について説明する。
【０１９７】
＜実施例３−１−１＞  図５２は、実施例１−１の移動装置１０に、第２の接続部５３ａ，５３ｂ，５３ｃが追加された構成例を示す略図である。図５２に示すように、３組の車輪１２ａ〜１２ｃ、車輪支持部１４ａ〜１４ｃ、及び案内部１６ａ〜１６ｃを備え、案内部１２ａ〜１２ｃ同士の相対位置が不変であった実施例１−１の移動装置１０に、少なくとも２つの車輪支持部１４ａ，１４ｂ；１４ｂ，１４ｃ；１４ｃ，１４ａについて、１つの車輪支持部１４ａ，１４ｂ，１４ｃの所定経路上の位置（すなわち、１つの車輪支持部１４ａ，１４ｂ，１４ｃが案内される案内部１２ａ，１２ｂ，１２ｃに対する１つの車輪支持部１４ａ，１４ｂ，１４ｃの位置）が他の車輪支持部１４ｂ，１４ｃ，１４ａの所定経路上の位置（すなわち、他の車輪支持部１４ｂ，１４ｃ，１４ａが案内される案内部１２ｂ，１２ｃ，１２ａに対する他の車輪支持部１４ｂ，１４ｃ，１４ａの位置）の制約を受けて決まるように、車輪支持部１４ａ，１４ｂ；１４ｂ，１４ｃ；１４ｃ，１４ａ同士を繋ぎ合わせる１つ以上の第２の接続部５３ａ，５３ｂ，５３ｃが追加されている。例えば、第２の接続部５３ａは、２つの車輪支持部１４ａ，１４ｂについて、１つの車輪支持部１４ａの所定経路上の位置（すなわち、１つの車輪支持部１４ａが案内される案内部１６ａに対する１つの車輪支持部１４ａの位置）が他の車輪支持部１４ｂの所定経路上の位置（すなわち、他の車輪支持部１４ｂが案内される案内部１６ｂに対する他の車輪支持部１４ａの位置）の制約を受けて決まるように、対偶や機構を介して、車輪支持部１４ａ，１４ｂ同士を繋ぎ合わせる。
【０１９８】
図５３は、第２の接続部２６の具体的な構成例を示す略図である。図５３に示すように、第２の接続部２６として、車輪支持部１４ａ〜１４ｃと基礎部１８との間の距離の和を一定にする連動装置２６を備える。連動装置２６は、案内部１６ａ〜１６ｃに沿って配置された流路２６ｕ〜２６ｗの一方端が互いに接続され、流路２６ｕ〜２６ｗの他方端が車輪支持部１４ａ〜１４ｃに接続された油圧回路を含む。
【０１９９】
第２の接続部２６を追加すると、３つの車輪支持部１４ａ〜１４ｃのうち、２つの位置が決まると他の１つの位置が制約を受けて決まるので、３つの車輪支持部１４ａ〜１４ｃのうちの２つのみについて車輪を回転駆動しても、移動装置の移動を制御することができる。したがって、車輪駆動部を簡素化することができる。
【０２００】
図５４は、他の第２の接続部２８の具体的な構成例を示す略図である。図５４に示すように、第２の接続部２８として、車輪支持部１４ａ〜１４ｃに接続され、車輪支持部１４ａ〜１４ｃと基礎部１８との間の距離Ｌａ〜Ｌｃの和を一定にする連動装置２８を備える。連動装置２８は、車輪支持部１４ａ〜１４ｃに回転自在に支持されたプーリー２８ｕ〜２８ｗに巻き掛けられたチェーンやタイミングベルトなどの１本の無端ベルト２８ｍを、プーリー２８ｉ〜２８ｋを用いて、案内部１６ａ〜１６ｃに沿って循環させる。
【０２０１】
第２の接続部２８を追加すると、３つの車輪支持部１４ａ〜１４ｃのうち、２つの位置が決まると他の１つの位置が制約を受けて決まるので、３つの車輪支持部１４ａ〜１４ｃのうちの２つのみについて車輪を回転駆動しても、移動装置の移動を制御することができる。したがって、車輪駆動部を簡素化することができる。
【０２０２】
＜実施例３−１−２＞  図５５は、実施例１−２の移動装置１０ａに、第２の接続部５３ａ，５３ｂ，５３ｃが追加された構成例を示す略図である。図５５に示すように、案内部１６ａ〜１６ｃ同士の相対位置が不変であった実施例１−２の移動装置１０ａに、少なくとも２つの車輪支持部１４ａ，１４ｂ；１４ｂ，１４ｃ；１４ｃ，１４ａについて、１つの車輪支持部１４ａ，１４ｂ，１４ｃの所定経路上の位置が他の車輪支持部１４ｂ，１４ｃ，１４ａの所定経路上の位置の制約を受けて決まるように、車輪支持部１４ａ，１４ｂ；１４ｂ，１４ｃ；１４ｃ，１４ａ同士を繋ぎ合わせる１つ以上の第２の接続部５３ａ，５３ｂ，５３ｃが追加されている。
【０２０３】
＜実施例３−１−３＞  図５６は、実施例１−３の移動装置１０ｂに、第２の接続部５３ａ，５３ｂ，５３ｃが追加された構成例を示す略図である。図５６に示すように、案内部１６ｉ〜１６ｋ同士の相対位置が不変であった実施例１−３の移動装置１０ｂに、少なくとも２つの車輪支持部１４ｉ，１４ｊ；１４ｊ，１４ｋ；１４ｋ，１４ｉについて、１つの車輪支持部１４ｉ，１４ｊ，１４ｋの所定経路上の位置が他の車輪支持部１４ｊ，１４ｋ，１４ｉの所定経路上の位置の制約を受けて決まるように、車輪支持部１４ｉ，１４ｊ；１４ｊ，１４ｋ；１４ｋ，１４ｉ同士を繋ぎ合わせる１つ以上の第２の接続部５３ａ，５３ｂ，５３ｃが追加されている。
【０２０４】
＜実施例３−１−４＞  図５７は、実施例１−４の移動装置１０ｃに、第２の接続部５３ａ，５３ｂ，５３ｃが追加された構成例を示す略図である。図５７に示すように、案内部１４ｕ〜１４ｗの第２の部材１６ｎ同士の相対位置が不変であった実施例１−４の移動装置１０ｃに、少なくとも２つの車輪支持部１４ｕ，１４ｖ；１４ｖ，１４ｗ；１４ｗ，１４ｕについて、１つの車輪支持部１４ｕ，１４ｖ，１４ｗの所定経路上の位置が他の車輪支持部１４ｖ，１４ｗ，１４ｕの所定経路上の位置の制約を受けて決まるように、車輪支持部１４ｕ，１４ｖ；１４ｖ，１４ｗ；１４ｗ，１４ｕ同士を繋ぎ合わせる１つ以上の第２の接続部５３ａ，５３ｂ，５３ｃが追加されている。
【０２０５】
＜実施例３−２−１＞  図５８は、実施例２−１の移動装置５０に、第２の接続部５３が追加された構成例を示す略図である。図５８に示すように、複数組の車輪５２ａ〜５２ｃ、車輪支持部５４ａ〜５４ｃ、及び案内部５６ａ〜５６ｃを備え、案内部５６ａ〜５６ｃ同士の相対位置が可変である実施例２−１の構成に、少なくとも２つの車輪支持部５４ａ，５４ｂについて、１つの車輪支持部５４ａの所定経路上の位置（すなわち、１つの車輪支持部５４ａが案内される案内部５６ａに対する１つの車輪支持部５４ａの位置）が他の車輪支持部５４ｂの所定経路上の位置（すなわち、他の車輪支持部５４ｂが案内される案内部５６ｂに対する他の車輪支持部５４ｂの位置）の制約を受けて決まるように、車輪支持部５６ａ，５６ｂ同士を繋ぎ合わせる第２の接続部５３が追加されている
【０２０６】
＜実施例３−２−２＞  図５９は、実施例２−２の移動装置５０ｓに、第２の接続部５３ｓが追加された構成例を示す略図である。図５９に示すように、複数組の車輪５２ｓ、車輪支持部５４ｓ、及び案内部５６ｓを備え、車輪支持部５４ｓ同士の相対位置が可変である実施例２−２の移動装置５０ｓに、少なくとも２つの車輪支持部５４ｓについて、１つの車輪支持部５４ｓの所定経路上の位置が他の車輪支持部５４ｓの所定経路上の位置の制約を受けて決まるように、車輪支持部５６ｓ同士を繋ぎ合わせる第２の接続部５３ｓが追加されている。
【０２０７】
＜実施例３−２−３＞  図６０は、遊星機構３１を含む実施例２−３−１の移動装置３０に、第２の接続部５３ｔが追加された構成例を示す略図である。図６０に示すように、複数組の車輪１２、車輪支持部１４、及び案内部１６を備え、車輪支持部１４同士の相対位置が可変である実施例２−３−１の移動装置３０に、少なくとも２つの車輪支持部１４について、１つの車輪支持部１４の所定経路上の位置が他の車輪支持部１４の所定経路上の位置の制約を受けて決まるように、車輪支持部１４同士を繋ぎ合わせる第２の接続部５３ｔが追加されている。
【０２０８】
＜実施例４＞  ２組の車輪、車輪支持部、及び案内部を備える実施例４について説明する。
【０２０９】
＜実施例４−１＞  図６１は、実施例４の移動装置１０ｕ，１０ｖの構成を示す略図である。図６１に示すように、移動装置１０ｕ，１０ｖは、２組の車輪１２ａ，１２ｂ、車輪支持部１４ａ，１４ｂ、及び案内部１６ａ，１６ｂと、基礎部１８とを備える。案内部１６ａ，１６ｂは、案内部１６ａ，１６ｂ同士の相対位置が不変であるように、基礎部１８を介して互いに接続されている。
【０２１０】
車輪１２ａ，１２ｂは、例えば図３（ａ）のように構成された第１の駆動部８１によって回転駆動される。少なくとも一方の組において、車輪支持部１４ａは、第２の駆動部によって、矢印１５で示す方向に案内部１６ａに沿って動かされ、基礎部１８までの距離が変わる。
【０２１１】
図６２は、第２の駆動部８２の構成例を示す部分断面斜視図である。図６２に示すように、レール８６に沿って摺動自在である角筒状のスライダ８８に不図示のモータが搭載され、モータの出力軸８３にローラ８４が取り付けられている。第２の駆動部８２は、ローラ８４がレール８６の上面８６ｓに接し、ローラ８４が回転しながらレール８６の上面８６ｓを移動することによって、スライダ８８がレール８６に沿って移動するように構成されている。レール８６は案内部であり、スライダ８８に、車輪１２を支持する車輪支持部が固定される。
【０２１２】
レール８６の上面８６ｓにラックを形成し、ローラ８４の代わりにピニオンを取り付け、ラックアンドピニオンで第２の駆動部を構成してもよい。送りねじ、リニアモータなどを用いて、第２の駆動部を構成してもよい。
【０２１３】
第２の駆動部が必要な理由を、以下に説明する。図６１に示すように、車輪１２ａ，１２ｂが向きを変えるときの中心点をＡ，Ｂ、案内部１６ａ，１６ｂによって車輪支持部１４ａ，１４ｂが案内される所定経路の交点をＭとする。
【０２１４】
図６１（ａ）のように、点Ａ，Ｍ，Ｂが一直線上に並ばない場合、∠ＡＭＢの角度は一定であるので、点Ｍは、点Ａ，Ｂを両端とする円弧上に位置する。車輪１２ａ，１２ｂの向きは変わり得る。そのため、点Ａ，Ｂの位置、すなわち車輪１２ａ，１２ｂの位置が決まっただけでは、点Ｍの位置、すなわち基礎部１８の位置は、一意に決まらない。この場合、第２の駆動部によって線分ＡＭ，ＢＭのいずれか一方の長さが決まれば、点Ｍの位置が一意に決まる。
【０２１５】
図６１（ｂ）のように点Ａ，Ｍ，Ｂが一直線上に並んだ場合も、点Ａ，Ｂの位置、すなわち車輪１２ａ，１２ｂの位置が決まり、さらに、第２の駆動部によって線分ＡＭ又はＢＭの長さが決まれば、点Ｍの位置が一意に決まる。
【０２１６】
図６３及び図６４は、移動装置１０ｕ，１０ｖの動きを示す平面図である。移動装置１０ｕ，１０ｖの基礎部１８が回転しながら、接地面上の仮想基準線４に垂直な方向（図において右方向）に移動する様子を、仮想基準線４の方向に順次、位置をずらして図示している。この場合、車輪支持部１４ａ，１４ｂが案内部１６ａ，１６ｂに沿って往復移動を繰り返すように、２つの車輪１２ａ，１２ｂを回転駆動し、かつ、１つの車輪支持部１４ａ又は１４ｂを案内部１６ａ又は１６ｂに対して動かして能動的に移動させる。
【０２１７】
図６３及び図６４から分かるように、車輪支持部１４ａ，１４ｂが基礎部１８よりも進行方向前方にあるとき、車輪支持部１４ａ，１４ｂと基礎部１８との間の距離は減少する。車輪支持部１４ａ，１４ｂが基礎部１８よりも進行方向後方にあるとき、車輪支持部１４ａ，１４ｂと基礎部１８との間の距離は増加する。このような車輪支持部１４ａ，１４ｂの動きは、実施例１−１と同様である。
【０２１８】
車輪１２ａ，１２ｂ及び車輪支持部１４ａ，１４ｂの移動速度は、実施例１−１と同様に変化する。すなわち、案内部１６ａ，１６ｂの先端側（基礎部１８とは反対側）が案内部１６ａ，１６ｂの基端側（基礎部１８側）よりも移動装置１０ｕ，１０ｖの移動方向の前側（図６３、図６４において右側）に位置しているとき、この案内部１６ａ，１６ｂで案内される車輪支持部１４ａ，１４ｂが支持している車輪１２ａ，１２ｂの移動速度は、移動装置１０ｕ，１０ｖの移動に伴って次第に小さくなる。案内部１６ａ，１６ｂの先端側が案内部１６ａ，１６ｂの基端側よりも移動装置１０ｕ，１０ｖの移動方向の後側（図６３、図６４において左側）に位置しているとき、この案内部１６ａ，１６ｂで案内される車輪支持部１４ａ，１４ｂが支持している車輪１２ａ，１２ｂの移動速度は、移動装置１０ｕ，１０ｖの移動に伴って次第に大きくなる。
【０２１９】
つまり、実施例４−１の移動装置１０ｕ，１０ｖは、実施例１−１の移動装置１０から１組の車輪１２ｃ、車輪支持部１４ｃ、及び案内部１６ｃを取り除いたものに対応し、実施例１−１の移動装置１０と同じ原理で動く。
【０２２０】
車輪１２ａ，１２ｂを回転駆動する速度や、車輪支持部１４ａ又は１４ｂを動かす速度は、実施例１と同様に、運動学方程式から求めることができる。
【０２２１】
例えば，図６１（ａ）のように基礎部１８と案内部１６ａ，１６ｂが同一直線上にないとき、上述した式（３）及び（４）の運動学方程式から、駆動部の速度を求めることができる。図６１（ｂ）のように基礎部と案内部が同一直線上にあるときも、上述した式（３）及び（４）から駆動部の速度を求めることができる。
【０２２２】
移動装置１０ｕ，１０ｖは、通常は、基礎部１８が回転しながら移動するが、図６１（ｂ）のように２つの車輪１２ａ，１２ｂの進行方向が互いに平行である移動装置１０ｖは、２つの車輪１２ａ，１２ｂの進行方向には、基礎部１８を回転させなくとも無限に進み続けることができる。
【０２２３】
図６５及び図６６に示すように、基礎部１８と案内部１４ａ，１４ｂとが同一直線上にある移動装置１０ｖは、矢印８８ｒで示すように揺動しながら、矢印８８ｘで示す一方向に移動することも可能である。図６５及び図６６は、移動装置１０ｖの動きを、仮想基準線４の方向に順次、位置をずらして図示している。この場合も、車輪支持部１４ａ，１４ｂが案内部１６ａ，１６ｂに沿って往復移動を繰り返すように、２つの車輪１２ａ，１２ｂを回転駆動し、かつ、１つの車輪支持部１４ａ又は１４ｂを案内部１６ａ又は１６ｂに対して動かして能動的に移動させる。
【０２２４】
図６５に示すように、移動装置１０ｖが揺動しながら一方向（図６５において右方向）に移動するとき、一方の案内部１６ａは、仮想基準線４と平行な中立位置から、移動装置１０ｖの進行方向後方に振れた後、仮想基準線４と平行な中立位置に戻る。このとき、一方の案内部１６ａによって案内される車輪支持部１４ａは、基礎部１８から遠ざかり、車輪支持部１４ａと基礎部１８との間の距離が大きくなる。次いで、図６６に示すように、一方の案内部１６ａは、仮想基準線４と平行な中立位置から、移動装置１０ｖの進行方向前方に振れた後、仮想基準線４と平行な中立位置に戻る。このとき、一方の案内部１６ａによって案内される車輪支持部１４ａは、基礎部１８に近づき、車輪支持部１４ａと基礎部１８との間の距離が小さくなる。
【０２２５】
図６５に示すように、他方の案内部１６ｂは、仮想基準線４と平行な中立位置から、移動装置１０ｖの進行方向前方に振れた後、仮想基準線４と平行な中立位置に戻る。このとき、他方の案内部１６ｂによって案内される車輪支持部１４ｂは、基礎部１８に近づき、車輪支持部１４ｂと基礎部１８との間の距離が小さくなる。次いで、図６６に示すように、他方の案内部１６ｂは、仮想基準線４と平行な中立位置から、移動装置１０ｖの進行方向後方に振れた後、仮想基準線４と平行な中立位置に戻る。このとき、他方の案内部１６ｂによって案内される車輪支持部１４ｂは、基礎部１８から遠ざかり、車輪支持部１４ｂと基礎部１８との間の距離が大きくなる。
【０２２６】
＜変形例１＞  図６７は移動装置５０ｍ，５０ｎの略図である。図６７に示すように、案内部１６ａ，１６ｂが交わらずに互いに離れていてもよい。この場合、図６７（ａ）に示すように、案内部１６ａ，１６ｂ同士が互いに平行でも、図６７（ｂ）に示すように、互いに非平行でも構わない。
【０２２７】
＜変形例２＞  図６８は移動装置の略図である。実施例４−１では、図６１において矢印１３ａ，１３ｂ，１５で示すように、２つの車輪１２ａ，１２ｂの両方を回転駆動し、２つの車輪支持部１４ａ，１４ｂのうち一方１４ｂのみを駆動する。これに対し、変形例２では、図６８において矢印１３ｂ，１５ａ，１５ｂで示すように、２つの車輪１２ａ，１２ｂのうち一方のみ１２ｂを回転駆動し、２つの車輪支持部１４ａ，１４ｂの両方を駆動する。
【０２２８】
この場合、回転駆動しない車輪１２ａを支持する車輪支持部１４ａは、案内部１６ａに対する車輪支持部１４ａの移動が、図６１のように車輪１２ａを回転した場合と同じになるように駆動し、車輪１２ｂは図６１の場合と同じように回転駆動し、この回転駆動する車輪１２ｂを支持する車輪支持部１４ｂは、案内部１６ｂに対する車輪支持部１４ｂの移動が、図６１のように車輪１２ｂを回転した場合と同じになるように駆動すると、各部は、図６１の場合と同じ動きをする。
【０２２９】
＜変形例３＞  ２つの車輪１２ａ，１２ｂの回転と２つの車輪支持部１４ａ，１４ｂの移動の合計４箇所を駆動してもよい。この場合、追加した１箇所は、３箇所を駆動し追加した１箇所は駆動しない場合と同じ速度となるように駆動すれば、基礎部は、３箇所を駆動し追加した１箇所を駆動しない場合と同じ運動をする。
【０２３０】
＜実施例５＞  ３組以上の車輪、車輪支持部、及び案内部を備える構成において、車輪支持部を動かす実施例５について説明する。
【０２３１】
図６９及び図７０は移動装置の動きの説明図である。図６９に示すように、前述した実施例１−２と同様に３つの案内部１６ａ〜１６ｃがΔ字状に結合され、●記号が付された２つの車輪支持部１４ａ，１４ｃに支持された車輪１２ａ，１２ｃが接地面上で停止しており、車輪１２ａ，１２ｃの向きは変わり得るが、車輪１２ａ，１２ｃの位置は変わらないとする。残り１つの車輪１２ｂの動きに注目し、その車輪１２ｂを回転駆動する場合と、その車輪１２ｂを支持する車輪支持部１４ｂが案内部１６ｂに沿って移動するように、車輪支持部１４ｂを駆動する場合と、を考える。
【０２３２】
図６９（ａ−１）に示すように、注目する車輪１２ｂを回転駆動すると、車輪１２ｂは矢印１３ｂで示した進行方向に、回転しながら移動する。同時に、この車輪１２ｂを支持している車輪支持部１４ｂが案内部１６ｂに沿って移動し、案内部１６ｂの一方端に近づく。このとき、三角形状に互いに結合されている案内部１６ａ〜１６ｃは車輪支持部１４ａ，１４ｃによって位置が拘束されるため、図６９（ａ−２）に示すように、車輪１２ａ〜１２ｃ、車輪支持部１４ａ〜１４ｃ、及び案内部１６ａ〜１６ｃ全体が回転する。
【０２３３】
一方、図６９（ｂ−１）に示すように、車輪支持部１４ｂが案内部１６ｂに沿って移動するように車輪支持部１４ｂを駆動すると、車輪支持部１４ｂが支持する車輪１２ｂは駆動力の反力を受ける。このとき、車輪１２ｂは、車輪１２ｂの回転中心線と平行な方向には移動できないが、車輪１２ｂの回転中心線と垂直な方向には、回転しながら移動する。このとき、三角形状に互いに結合されている案内部１６ａ〜１６ｃは車輪支持部１４ａ，１４ｃによって位置が拘束されるため、図６９（ｂ−２）に示すように、図６９（ａ−２）と同様に、車輪１２ａ〜１２ｃ、車輪支持部１４ａ〜１４ｃ、及び案内部１６ａ〜１６ｃ全体が回転する。
【０２３４】
図６９（ａ−３）及び図６９（ｂ−３）に示すように、これら２つの駆動法の移動前後の様子を重ねて比較すると、車輪支持部１４ｂや基礎部１８ａは同じ動きをする。このように、車輪１２ｂを回転駆動しても、車輪支持部１４ｂを駆動しても、車輪１２ａ〜１２ｃ、車輪支持部１４ａ〜１４ｃ、及び案内部１６ａ〜１６ｃ全体が同じ運動をする。
【０２３５】
このように、車輪１２ｂを回転駆動しても、車輪支持部１４ｂを駆動しても、同じ運動を実現できる。すべての車輪１２ａ〜１２ｃが動く場合でも同じことが言える。さらに、３つの車輪１２ａ〜１２ｃのいずれについても、車輪１２ａ〜１２ｃを回転駆動しても、車輪支持部１４ａ〜１４ｃを駆動しても、車輪１２ａ〜１２ｃ、車輪支持部１４ａ〜１４ｃ、及び案内部１６ａ〜１６ｃ全体の運動は変わらない。
【０２３６】
この関係を図示すると図７０のようになる。すなわち、図７０（ａ）において矢印１３ａ〜１３ｃで示すように、車輪１２ａ〜１２ｃを回転駆動しても、図７０（ｂ）において矢印１５ａ〜１５ｃで示すように車輪支持部１４ａ〜１４ｃを駆動して、すなわち、案内部１６ａ〜１６ｃに対して車輪支持部１４ａ〜１４ｃを相対移動させても、車輪１２ａ〜１２ｃ、車輪支持部１４ａ〜１４ｃ、及び案内部１６ａ〜１６ｃ全体の運動を代表する基礎部が同じ動きをするとき、各部１２ａ〜１２ｃ；１４ａ〜１４ｃ；１６ａ〜１６ｃも同じ動きをする。
【０２３７】
つまり、３組の車輪１２ａ〜１２ｃ、車輪支持部１４ａ〜１４ｃ、案内部１６ａ〜１６ｃのそれぞれの組１２ａ，１４ａ，１６ａ；１２ｂ，１４ｂ，１６ｂ；１２ｃ，１４ｃ，１６ｃにおいて、車輪１２ａ〜１２ｃの回転駆動の代わりに、車輪支持部１４ａ〜１４ｃを駆動しても、同じ運動を実現できる。
【０２３８】
例えば、回転駆動していた３つの車輪のうち１つを受動回転にし、その車輪を支持する車輪支持部の移動を能動的に駆動する場合、駆動する車輪支持部の速度は式（２０）を時間微分した式から求めることができる。
【０２３９】
なお、その車輪支持部の移動速度は、基礎部の並進速度と回転角速度が同じなら、上で説明した３つの車輪を回転駆動するときに受動的に生じる車輪支持部の移動の速度と同じである。また、受動回転とする車輪に生じる回転角速度は、式（１９）で与えられる能動的に駆動するときの回転角速度と同じ速度で回転する。つまり、能動的に駆動する部分を取り替えても、基礎部の運動は変わらない。
【０２４０】
実施例４のように２組の車輪、車輪支持部、及び案内部を備え、車輪の回転を受動とし車輪支持部の移動を駆動する場合や、実施例１、実施例２、実施例３のように３組の車輪、車輪支持部、及び案内部を備え、３組すべてについて車輪の回転を受動、車輪支持部を駆動する場合でも、同様の方法で基礎部を運動させることができる。
【０２４１】
なお、車輪と車輪支持部のうち駆動する部分は、上記のように少なくとも３箇所あればよく、４箇所以上を駆動しても問題はない。例えば、３つの車輪の回転と１つの車輪支持部の移動を駆動する場合でも、２つの車輪の回転と２つの車輪支持部の移動を駆動する場合でも、１つの車輪の回転と３つの車輪支持部の移動を駆動する場合でも、３つの車輪の回転と２つの車輪支持部の移動を駆動する場合でも、２つの車輪の回転と３つの車輪支持部の移動を駆動する場合でも、３つの車輪の回転と３つの車輪支持部の移動を駆動する場合でも、駆動する各部を適切な速度で駆動すれば、同様に運動が可能である。また、車輪支持部が４個以上ある場合でも同様である。
【０２４２】
実施例３のように、案内部の相対位置が可変である場合も、車輪を回転駆動する代わりに、車輪支持部が案内部に沿って移動するように車輪支持部を駆動することができる。
【０２４３】
案内部の相対位置が可変である場合、車輪を回転駆動しても、車輪支持部を駆動しても、運動学方程式は同じになるので、車輪支持部を駆動する場合は、車輪支持部の速度を指令値として与えることによって、車輪の回転速度が従属して変化する。
【０２４４】
＜まとめ＞  以上に説明したように、即座に任意の方向に移動することができる移動装置を、普通の車輪を用いて構成することができる。
【０２４５】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。
【０２４６】
以上に説明した構成に、他の構成を追加してもよい。例えば、車輪や車輪支持部にブレーキを設けてもよい。車輪、車輪支持部、案内部の個数を増やしてもよい。第１の駆動部によって回転駆動する車輪や、第２の駆動部によって案内部に対して動かす車輪支持部を増やしてもよい。
【符号の説明】
【０２４７】
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｉ，１０ｊ，１０ｕ，１０ｖ  移動装置
１２，１２ａ〜１２ｃ  車輪
１２ｓ  外周面
１４，１４ａ〜１４ｃ，１４ｉ〜１４ｋ，１４ｕ-１４ｗ  車輪支持部
１６，１６ａ〜１６ｃ，１６ｉ〜１６ｋ，１６ｐ〜１６ｑ，１６ｕ-１６ｗ  案内部
１８  基礎部（第１の接続部）
２６，２８  連動装置（第２の接続部）
３０，３０ａ，３０ｂ  移動装置
３１，３１ａ，３１ｂ  遊星機構
３２  内部材
３４  遊星部材
３６  外部材
３８  キャリア部材
５３，５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｓ，５３ｔ  第２の接続部
８１  第１の駆動部
８２  第２の駆動部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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