(57)【要約】【課題】構成の複雑化又は大型化を抑制し、汎用性を向上させることが可能な球体駆動装置及び制御装置を提供する。【解決手段】球体駆動装置１０は、第１モータ１１及び第２モータ１２と、ベース筐体１３と、第１入力傘歯車３１及び第２入力傘歯車３２と、中間傘歯車３３と、第１タイヤ支持体１６及び第１タイヤ１８と、第２タイヤ支持体１７及び第２タイヤ１９と、を備える。ベース筐体１３は各モータ１１，１２を収容する。第１入力傘歯車３１は第１モータ１１の回転軸１１ａに接続される。第２入力傘歯車３２は第２モータ１２の回転軸１２ａに接続される。中間傘歯車３３は中間シャフト１５に接続され、各入力傘歯車３１，３２に噛み合う。第１タイヤ支持体１６は、中間シャフト１５の第１端部に接続され、第１タイヤ１８を固定する。第２タイヤ支持体１７は、中間シャフト１５の第２端部に接続され、第２タイヤ１９を固定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１回転駆動源及び第２回転駆動源と、
前記第１回転駆動源及び前記第２回転駆動源を収容する筐体と、
前記第１回転駆動源の第１回転軸に接続される第１歯車と、
前記第２回転駆動源の第２回転軸に接続される第２歯車と、
前記第１回転軸及び前記第２回転軸と直交する第３回転軸に接続されて、前記第１歯車及び前記第２歯車から回転力を受ける第３歯車と、
前記第３回転軸の第１端部に接続される第１車輪と、
前記第３回転軸の第２端部に接続される第２車輪と、
を備え、
前記第１回転軸及び前記第２回転軸は、前記第１車輪と前記第２車輪との間に配置される、
ことを特徴とする球体駆動装置。
【請求項２】
前記第１車輪と前記第２車輪との間に配置され、前記第１歯車、前記第２歯車、及び前記第３歯車を収容する第２の筐体を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の球体駆動装置。
【請求項３】
前記第１回転軸及び前記第２回転軸の軸周りにおける前記筐体と前記第２の筐体との成す角度を検出する角度センサを備える、
ことを特徴とする請求項２に記載の球体駆動装置。
【請求項４】
前記第３回転軸の軸周りにおける前記第２の筐体と前記第３回転軸との成す角度を検出する第２の角度センサを備える、
ことを特徴とする請求項３に記載の球体駆動装置。
【請求項５】
前記筐体と被駆動体とに接続される懸架装置を備え、
前記懸架装置は、緩衝器を備える、
ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の球体駆動装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の球体駆動装置を制御する制御装置であって、
前記球体駆動装置の姿勢の情報と、前記第１歯車及び前記第２歯車の各々と前記第３歯車との減速比と、目標移動速度とに基づいて、前記第１回転駆動源及び前記第２回転駆動源の各々の目標回転数を演算する演算部を備える、
ことを特徴とする制御装置。
【請求項７】
前記演算部は、
前記第１回転軸及び前記第２回転軸と平行な方向への移動時において、前記第３回転軸の軸方向が移動平面の法線方向に平行となる場合を避ける、
ことを特徴とする請求項６に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球体駆動装置及び制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、主車輪と、主車輪の外周に配置された複数の副車輪とを備え、各副車輪の回転中心軸が主車輪の円周方向と平行に設定され、主車輪及び副車輪の各々の回転駆動によって移動する移動搬送装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この移動搬送装置は、駆動源であるモータと、モータに接続されて複数の傘歯車を備える差動機構と、差動機構と副車輪との間を結合する回転伝達部材とを備える。回転伝達部材は、差動機構に接続される中間歯車機構と、中間歯車機構に接続されるベルトドライブ型伝達機構とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５１５８６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術の一例に係る移動搬送装置は、複数の副車輪の一部を回転駆動するための複数の駆動機構を備える。これにより、構造が複雑になり、構造の大型化及び重量の増大、並びに部品点数の増大に伴う費用の増加が生じるおそれがある。
また、各副車輪を回転駆動する駆動機構は、差動機構及び中間歯車機構の２つの歯車機構によって、２回の歯車の噛み合いを設けている。これにより、構造がより複雑になるとともに、回転力の伝達損失が増大するという問題が生じる。
また、差動機構及び回転伝達部材において大きなトルクを伝達する為には、歯車の歯元応力緩和及びベルトの許容トルク増大が必要になる。これにより、例えばベルトの幅及び厚みの増大などのように、構造の大型化が生じるおそれがある。
また、上記従来技術の一例に係る移動搬送装置は、複数の駆動機構が配置される内部に対して、外部からの塵埃などの侵入を防ぐための構成を備えていない。これにより、例えば室内環境などのように、塵埃などの内部侵入が抑制された特別な環境下において用いられることが好ましく、汎用性を向上させることが困難であるという問題が生じる。
【０００５】
本発明は、構成の複雑化又は大型化を抑制し、汎用性を向上させることが可能な球体駆動装置及び制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の球体駆動装置（例えば、実施形態における球体駆動装置１０）は、第１回転駆動源（例えば、実施形態における第１モータ１１）及び第２回転駆動源（例えば、実施形態における第２モータ１２）と、前記第１回転駆動源及び前記第２回転駆動源を収容する筐体（例えば、実施形態におけるベース筐体１３）と、前記第１回転駆動源の第１回転軸（例えば、実施形態における回転軸１１ａ）に接続される第１歯車（例えば、実施形態における第１入力傘歯車３１）と、前記第２回転駆動源の第２回転軸（例えば、実施形態における回転軸１２ａ）に接続される第２歯車（例えば、実施形態における第２入力傘歯車３２）と、前記第１回転軸及び前記第２回転軸と直交する第３回転軸（例えば、実施形態における中間シャフト１５）に接続されて、前記第１歯車及び前記第２歯車から回転力を受ける第３歯車（例えば、実施形態における中間傘歯車３３）と、前記第３回転軸の第１端部に接続される第１車輪（例えば、実施形態における第１タイヤ支持体１６及び第１タイヤ１８）と、前記第３回転軸の第２端部に接続される第２車輪（例えば、実施形態における第２タイヤ支持体１７及び第２タイヤ１９）と、を備え、前記第１回転軸及び前記第２回転軸は、前記第１車輪と前記第２車輪との間に配置される、ことを特徴とする。
【０００７】
このような構成によれば、第１回転駆動源及び第２回転駆動源の駆動力は、第１歯車及び第２歯車と第３歯車とによって、第１車輪及び第２車輪に伝達される。これにより、例えば各回転駆動源の駆動力が複数回の歯車の噛み合いによって伝達される場合に比べて、構造が複雑になることを抑制し、構造の大型化及び重量の増大、並びに部品点数の増大に伴う費用の増加を抑制することができる。
また、第１回転軸及び第２回転軸と、第１回転軸及び第２回転軸に接続される第１歯車及び第２歯車と、第１歯車及び第２歯車から回転力を受ける第３歯車及び第３回転軸は、第１車輪と第２車輪との間に配置される。これにより、例えば、各回転軸及び各歯車の何れかが第１車輪と第２車輪との間以外に配置される場合に比べて、球体駆動装置をコンパクトに形成することができる。さらに、各回転軸及び各歯車が外部から侵入する塵埃などに晒されることを抑制し、球体駆動装置の汎用性を向上させることが可能となる。
【０００８】
また、本発明の球体駆動装置は、前記第１車輪と前記第２車輪との間に配置され、前記第１歯車、前記第２歯車、及び前記第３歯車を収容する第２の筐体（例えば、実施形態におけるユニットケース３４並びに第１閉塞部材３５及び第２閉塞部材３６）を備えるのが好ましい。
【０００９】
このような構成によれば、第２の筐体は、外部から内部への塵埃などの侵入を抑制することができる。これにより、第２の筐体内に収容された第１歯車、第２歯車、及び第３歯車が塵埃などに晒されることを抑制し、球体駆動装置の汎用性を向上させることが可能となる。
【００１０】
また、本発明の球体駆動装置は、前記第１回転軸及び前記第２回転軸の軸周りにおける前記筐体と前記第２の筐体との成す角度（例えば、実施形態におけるロール角φ）を検出する角度センサ（例えば、実施形態における第１角度センサ４１）を備えるのが好ましい。
【００１１】
このような構成によれば、角度センサから出力される検出値の信号に基づいて球体駆動装置の姿勢を把握することができる。これにより、球体駆動装置の姿勢に応じて、第１回転駆動源及び第２回転駆動源を適切に制御することが可能となる。
【００１２】
また、本発明の球体駆動装置は、前記第３回転軸の軸周りにおける前記第２の筐体と前記第３回転軸との成す角度（例えば、実施形態におけるピッチ角θ）を検出する第２の角度センサ（例えば、実施形態における第２角度センサ４２）を備えるのが好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、角度センサ及び第２の角度センサから出力される検出値の信号に基づいて球体駆動装置の姿勢をより詳細に把握することができる。これにより、球体駆動装置の姿勢に応じて、第１回転駆動源及び第２回転駆動源を、より一層、適切に制御することが可能となる。
【００１４】
また、本発明の球体駆動装置は、前記筐体と被駆動体（例えば、実施形態における車両１）とに接続される懸架装置（例えば、実施形態における懸架装置２）を備え、前記懸架装置は、緩衝器（例えば、実施形態におけるダンパー３）を備えるのが好ましい。
【００１５】
このような構成によれば、被駆動体と球体駆動装置とを、緩衝器を有する懸架装置を介して連結することができる。これにより、被駆動体に対する球体駆動装置の搭載性を向上させることが可能となる。
【００１６】
また、本発明の制御装置は、上記の球体駆動装置を制御する制御装置（例えば、実施形態における制御装置５０）であって、前記球体駆動装置の姿勢の情報（例えば、実施形態におけるロール角φ及びピッチ角θ）と、前記第１歯車及び前記第２歯車の各々と前記第３歯車との減速比（例えば、実施形態における減速比Ｇ）と、目標移動速度（例えば、実施形態における前進速度ｘ及び横方向速度ｙの各目標値）とに基づいて、前記第１回転駆動源及び前記第２回転駆動源の各々の目標回転数（例えば、実施形態における目標回転速度ＰωＡ，ＰωＢ）を演算する演算部（例えば、実施形態における目標回転数入力部６１及び姿勢演算部６２）を備える、ことを特徴とする。
【００１７】
このような構成によれば、球体駆動装置の姿勢に応じて第１回転駆動源及び第２回転駆動源の各回転数を制御することができる。これにより、球体駆動装置の制御容易性を向上させることが可能となる。
【００１８】
また、本発明の制御装置では、前記演算部は、前記第１回転軸及び前記第２回転軸と平行な方向への移動時において、前記第３回転軸の軸方向が移動平面（例えば、実施形態におけるＸｖ−Ｙｖ平面）の法線方向（例えば、実施形態におけるＺｖ軸の方向）に平行となる場合を避けるのが好ましい。
【００１９】
このような構成によれば、球体駆動装置の移動が困難となることを避けることができる。これにより、球体駆動装置の制御容易性を、より一層、向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、球体駆動装置の構成の複雑化又は大型化を抑制し、汎用性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態における球体駆動装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態における球体駆動装置の構成を分解斜視図である。
【図３】本発明の実施形態における球体駆動装置のギヤユニットの一部の構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態における球体駆動装置及び球体駆動装置に設定される駆動装置座標系を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施形態における球体駆動装置を搭載する車両及び車両に設定される車両座標系を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施形態における球体駆動装置を搭載する車両の懸架装置の一例を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施形態における球体駆動装置の制御装置の機能構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施形態における球体駆動装置を搭載する車両の前進、横移動、及び斜め移動の例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態における球体駆動装置を搭載する車両の前進時における第１モータ及び第２モータの回転数（モータ回転数）と球体駆動装置のロール角との対応関係の一例を示すグラフ図と、第１モータ及び第２モータの回転数（モータ回転数）の時間変化の一例を示すグラフ図と、車両の前進速度及び球体駆動装置のロール角の時間変化の一例を示すグラフ図である。
【図１０】本発明の実施形態における球体駆動装置を搭載する車両の前進時における球体駆動装置のロール角に応じた動作状態の例を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態における球体駆動装置を搭載する車両の横移動時における第１モータ及び第２モータの回転数（モータ回転数）と球体駆動装置のロール角との対応関係の一例を示すグラフ図と、第１モータ及び第２モータの回転数（モータ回転数）の時間変化の一例を示すグラフ図と、車両の横方向速度及び球体駆動装置のロール角の時間変化の一例を示すグラフ図である。
【図１２】本発明の実施形態における球体駆動装置を搭載する車両の横移動時における球体駆動装置のロール角に応じた動作状態の例を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態における球体駆動装置を搭載する車両の斜め移動時における第１モータ及び第２モータの回転数（モータ回転数）と球体駆動装置のロール角との対応関係の一例を示すグラフ図と、第１モータ及び第２モータの回転数（モータ回転数）の時間変化の一例を示すグラフ図と、車両の前進速度及び横方向速度並びに球体駆動装置のロール角の時間変化の一例を示すグラフ図である。
【図１４】本発明の実施形態における球体駆動装置を搭載する車両の斜め移動時における球体駆動装置のロール角に応じた動作状態の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の球体駆動装置及び制御装置の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態における球体駆動装置１０の構成を示す断面図である。図２は、発明の実施形態における球体駆動装置１０の構成を分解斜視図である。図３は、本発明の実施形態における球体駆動装置１０のギヤユニット１４の一部の構成を示す斜視図である。図４は、本発明の実施形態における球体駆動装置１０及び球体駆動装置１０に設定される駆動装置座標系を示す斜視図である。
【００２３】
＜球体駆動装置＞
図１及び図２に示すように、球体駆動装置１０は、第１モータ１１及び第２モータ１２と、ベース筐体１３と、ギヤユニット１４と、中間シャフト１５と、第１タイヤ支持体１６及び第２タイヤ支持体１７と、第１タイヤ１８及び第２タイヤ１９と、を主に備える。
【００２４】
第１モータ１１及び第２モータ１２は、ベース筐体１３内に固定されている。例えば、第１モータ１１の回転軸１１ａと第２モータ１２の回転軸１２ａとは、相互に同軸に軸方向で向かい合うように配置されている。第１モータ１１及び第２モータ１２は、例えば、相互の回転軸１１ａ，１２ａの中心線が球体駆動装置１０の中心Ｏを含むように配置されている。
【００２５】
ベース筐体１３は、例えば、第１ハウジング２１及び第２ハウジング２２と、１対の支持部材２３と、第１軸受２４及び第２軸受２５と、を主に備える。
第１ハウジング２１の外形は、例えば、内部が閉塞された筒状に形成されている。第１ハウジング２１は、第１モータ１１を収容する。第１ハウジング２１の中心軸方向の端部に形成された貫通孔には、第１モータ１１の回転軸１１ａを回転可能に支持する第１軸受２４が配置されている。
第２ハウジング２２の外形は、例えば、内部が閉塞された筒状に形成されている。第２ハウジング２２は、第２モータ１２を収容する。第２ハウジング２２の中心軸方向の端部に形成された貫通孔には、第２モータ１２の回転軸１２ａを回転可能に支持する第２軸受２５が配置されている。
第１軸受２４及び第２軸受２５は、例えば、ラジアルベアリングなどの転がり軸受である。
【００２６】
支持部材２３の外形は、例えば、湾曲した筒状に形成されている。１対の支持部材２３は、第１ハウジング２１及び第２ハウジング２２の相互の中心軸を同軸として、第１モータ１１の回転軸１１ａと第２モータ１２の回転軸１２ａとが同軸に相互に軸方向で向かい合うように第１ハウジング２１及び第２ハウジング２２を支持する。
１対の支持部材２３は、各ハウジング２１，２２の中心軸方向における第１ハウジング２１と第２ハウジング２２との間、及び、各ハウジング２１，２２の中心軸の直交方向における１対の支持部材２３同士の間に、後述する第１タイヤ１８及び第２タイヤ１９を回転可能に配置するために必要となる間隔を設けている。
【００２７】
ギヤユニット１４は、第１入力傘歯車３１及び第２入力傘歯車３２と、中間傘歯車３３と、ユニットケース３４と、第１閉塞部材３５及び第２閉塞部材３６と、第３軸受３７、第４軸受３８、第５軸受３９、及び第６軸受４０と、を主に備える。
【００２８】
第１入力傘歯車３１及び第２入力傘歯車３２と、中間傘歯車３３とは、ユニットケース３４内に収容されている。
第１入力傘歯車３１及び第２入力傘歯車３２は、同一形状に形成されている。
第１入力傘歯車３１は、第１モータ１１の回転軸１１ａの先端部に固定されている。第１入力傘歯車３１の回転軸は、第１モータ１１の回転軸１１ａと同軸である。
第２入力傘歯車３２は、第２モータ１２の回転軸１２ａの先端部に固定されている。第２入力傘歯車３２の回転軸は、第２モータ１２の回転軸１２ａと同軸である。
【００２９】
図１及び図３に示すように、中間傘歯車３３は、中間シャフト１５に固定されている。中間傘歯車３３は、第１入力傘歯車３１及び第２入力傘歯車３２の各々と噛み合うように配置されている。中間傘歯車３３の回転軸は、中間シャフト１５の中心軸と同軸であるとともに、第１入力傘歯車３１及び第２入力傘歯車３２の各回転軸と直交している。
【００３０】
図１及び図２に示すように、ユニットケース３４の外形は、例えば、筒状に形成されている。ユニットケース３４の中心軸方向の両端の第１開口端及び第２開口端において、第１開口端は第１閉塞部材３５によって閉塞され、第２開口端は第２閉塞部材３６によって閉塞されている。
第１閉塞部材３５及び第２閉塞部材３６の各々の外形は、例えば、相互に同一の円板状に形成されている。第１閉塞部材３５及び第２閉塞部材３６によって閉塞されるユニットケース３４の内部には、各傘歯車３１，３２，３３が配置されるとともに潤滑油が充填されている。
【００３１】
ユニットケース３４の中心軸の直交方向における壁部に形成された１対の貫通孔には、第１モータ１１の回転軸１１ａを回転可能に支持する第３軸受３７と、第２モータ１２の回転軸１２ａを回転可能に支持する第４軸受３８とが、配置されている。
第１閉塞部材３５の中心軸方向に形成された貫通孔には、中間シャフト１５を回転可能に支持する第５軸受３９が配置されている。
第２閉塞部材３６の中心軸方向に形成された貫通孔には、中間シャフト１５を回転可能に支持する第６軸受４０が配置されている。
【００３２】
中間シャフト１５は、ユニットケース３４と第１閉塞部材３５及び第２閉塞部材３６との各々を中心軸方向に貫通している。中間シャフト１５は、例えば、中間シャフト１５の中心線が、球体駆動装置１０の中心Ｏを含むとともに、第１モータ１１及び第２モータ１２の各回転軸１１ａ，１２ａの中心線と直交するように配置されている。中間シャフト１５の軸方向の第１端部は、第１タイヤ支持体１６に固定されている。中間シャフト１５の軸方向の第２端部は、第２タイヤ支持体１７に固定されている。
【００３３】
第１タイヤ支持体１６及び第２タイヤ支持体１７の各々の外形は、例えば、相互に同一の半球型の曲面を有するドーム状に形成されている。
第１タイヤ支持体１６及び第２タイヤ支持体１７の各々の中心軸は、中間シャフト１５の中心軸と同軸である。第１タイヤ支持体１６及び第２タイヤ支持体１７は、１つの球体を形成するように、相互の凹曲面状の内周面を向かい合わせて配置されている。第１タイヤ支持体１６及び第２タイヤ支持体１７は、第１閉塞部材３５及び第２閉塞部材３６が装着されたユニットケース３４を取り囲むように配置されている。
【００３４】
第１タイヤ１８及び第２タイヤ１９の各々の外形は、例えば、相互に同一の半球型の曲面を有するドーム状に形成されている。
第１タイヤ１８は、第１タイヤ支持体１６の凸曲面状の外周面上に固定されている。
第２タイヤ１９は、第２タイヤ支持体１７の凸曲面状の外周面上に固定されている。
第１タイヤ支持体１６及び第１タイヤ１８の周縁部と、第２タイヤ支持体１７及び第２タイヤ１９の周縁部との間には、各モータ１１，１２の回転軸１１ａ，１２ａが中間シャフト１５の軸周りに相対移動可能な所定間隔が設けられている。
【００３５】
球体駆動装置１０は、第１角度センサ４１及び第２角度センサ４２を備える。
第１角度センサ４１は、例えば、ベース筐体１３の第１ハウジング２１に固定され、第１モータ１１及び第２モータ１２の各回転軸１１ａ，１２ａの軸周りにおいてベース筐体１３とギヤユニット１４のユニットケース３４とが成す回転角度（例えば、後述するロール角φ）を検出する。
第２角度センサ４２は、例えば、ギヤユニット１４の第２閉塞部材３６に固定され、中間シャフト１５の中心軸周りにおいて中間シャフト１５とギヤユニット１４のユニットケース３４とが成す回転角度（例えば、後述するピッチ角θ）を検出する。
第１角度センサ４１及び第２角度センサ４２の各々は、各回転角度の検出値の信号を外部に出力する。
【００３６】
図４に示すように、球体駆動装置１０に設定されるローカル座標系である駆動装置座標系は、例えば、球体駆動装置１０の中心Ｏを原点とするＸｗ軸、Ｙｗ軸、及びＺｗ軸による直交座標系である。
例えば、Ｘｗ軸は、第１モータ１１及び第２モータ１２の各回転軸１１ａ，１２ａの中心線と平行である。Ｘｗ軸の正方向は、中心Ｏから第１モータ１１側に向かう方向である。Ｘｗ軸の軸周りの回転角は、ロール角φである。これにより第１角度センサ４１は、第１モータ１１及び第２モータ１２の各回転軸１１ａ，１２ａの軸周りにおいてベース筐体１３とギヤユニット１４のユニットケース３４とが成す回転角度として、ロール角φを検出する。
例えば、Ｙｗ軸は、中間シャフト１５の中心線と平行である。Ｙｗ軸の正方向は、中心Ｏから第２タイヤ支持体１７及び第２タイヤ１９側に向かう方向である。Ｙｗ軸の軸周りの回転角は、ピッチ角θである。これにより第２角度センサ４２は、中間シャフト１５の中心軸周りにおいて中間シャフト１５とギヤユニット１４のユニットケース３４とが成す回転角度として、ピッチ角θを検出する。
Ｚｗ軸は、Ｘｗ軸及びＹｗ軸と直交する。Ｚｗ軸の軸周りの回転角は、ヨー角Ψである。
【００３７】
なお、図４においては、ロール角φ、ピッチ角θ、及びヨー角Ψの各回転速度（回転数）を、ドット記号を用いたニュートンの記法によって示している。
また、図４は、第１モータ１１の回転速度（回転数）ωＡを、回転軸１１ａの回転角θＡにドット記号を付したニュートンの記法によって示し、第２モータ１２の回転速度（回転数）ωＢを、回転軸１２ａの回転角θＢにドット記号を付したニュートンの記法によって示している。
また、例えば、第１モータ１１及び第２モータ１２における各回転軸１１ａ，１２ａの回転方向の正方向は同一方向であって、球体駆動装置１０の中心Ｏから第１モータ１１の回転軸１１ａを見た場合の時計回り、及び、中心Ｏから第２モータ１２の回転軸１２ａを見た場合の反時計回りである。
【００３８】
球体駆動装置１０は、例えば、車両１などの移動体に搭載される。図５は、本発明の実施形態における球体駆動装置１０を搭載する車両１及び車両１に設定される車両座標系を示す斜視図である。図６は、本発明の実施形態における球体駆動装置１０を搭載する車両１の懸架装置２の一例を示す斜視図である。
図６に示すように、球体駆動装置１０を搭載する車両１の懸架装置２は、球体駆動装置１０のベース筐体１３と車両１の車体との間に連結される複数のダンパー３と、複数のダンパー３に装着される複数のスプリング４と、を備える。
【００３９】
図５に示すように、球体駆動装置１０を搭載する車両１に設定される車両座標系は、例えば、車両１の中心を原点とするＸｖ軸、Ｙｖ軸、及びＺｖ軸による直交座標系である。
例えば、Ｘｖ軸は、車両１の横方向と平行である。Ｘｖ軸の正方向は、車両１の中心から左側に向かう方向である。
例えば、Ｙｖ軸は、車両１の前後方向と平行である。Ｙｖ軸の正方向は、車両１の中心から後側に向かう方向である。
例えば、Ｚｖ軸は、車両１の上下方向と平行である。Ｚｖ軸の正方向は、車両１の中心から上側に向かう方向である。
また、図５は、Ｘｖ軸、Ｙｖ軸、及びＺｖ軸の各軸周りの回転速度（回転数）ωｘ，ωｙ，ωｚを、各軸とともに示している。Ｘｖ軸の軸周りの回転速度（回転数）ωｘは、例えば、車両１の前進方向の足軸回転数である。Ｙｖ軸の軸周りの回転速度（回転数）ωｙは、例えば、車両１の横方向の足軸回転数である。
【００４０】
＜球体駆動装置の制御装置＞
図７は、本発明の実施形態における球体駆動装置１０の制御装置５０の機能構成を示すブロック図である。
図７に示すように、本実施形態による球体駆動装置１０の制御装置５０は、例えば、第１モータ１１及び第２モータ１２とバッテリ５１との間の電力授受を行う第１インバータ５２及び第２インバータ５３を制御する。
【００４１】
第１モータ１１及び第２モータ１２は、例えば、３相交流のアキシャルギャップ型のダイレクトドライブモータである。第１モータ１１及び第２モータ１２の各々は、界磁用の永久磁石を有するロータ（図示略）と、ステータ（図示略）と、を備える。ステータは、ロータを回転させる回転磁界を発生させる３相（Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相）のステータ巻線（図示略）を備える。
【００４２】
バッテリ５１は、直流電源として第１インバータ５２及び第２インバータ５３の各々の正極及び負極の端子間に接続されている。
第１インバータ５２の出力端子は、第１モータ１１の３相のステータ巻線に接続されている。第２インバータ５３の出力端子は、第２モータ１２の３相のステータ巻線に接続されている。
第１インバータ５２及び第２インバータ５３の各々は、例えば、ブリッジ接続される複数のスイッチング素子によって形成されるブリッジ回路と、平滑コンデンサとなどを備える。
【００４３】
例えば、各インバータ５２，５３のスイッチング素子は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）又はＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor）等のトランジスタである。ブリッジ回路においては、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームＵ相トランジスタＵＨ，ＵＬと、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームＶ相トランジスタＶＨ，ＶＬと、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームＷ相トランジスタＷＨ，ＷＬとが、それぞれブリッジ接続されている。
【００４４】
ブリッジ回路は、制御装置５０から各スイッチング素子のゲートに入力されるスイッチング指令（ゲート信号）に基づき、各相で対を成すスイッチング素子のオン（導通）／オフ（遮断）状態を切り替える。ブリッジ回路は、各スイッチング素子のオン／オフの切り替えによって、バッテリ５１から供給される直流電力を３相交流電力に変換し、３相のステータ巻線への通電を順次転流させることで、各相のステータ巻線に交流のＵ相電圧Ｖｕ、Ｖ相電圧Ｖｖ、及びＷ相電圧Ｖｗの各々を印加する。
平滑コンデンサは、例えば、バッテリ５１の正極及び負極の端子間に接続されている。平滑コンデンサは、ブリッジ回路の各スイッチング素子のオン／オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。
【００４５】
第１インバータ５２の入出力端子と、第１モータ１１の３相のステータ巻線との間には、例えば、第１Ｕ相電流センサ５４及び第１Ｖ相電流センサ５５が設けられている。第１Ｕ相電流センサ５４は、第１モータ１１のＵ相のステータ巻線に流れるＵ相電流ＩｕＡを検出する。第１Ｖ相電流センサ５５は、第１モータ１１のＶ相のステータ巻線に流れるＶ相電流ＩｖＡを検出する。
第２インバータ５３の入出力端子と、第２モータ１２の３相のステータ巻線との間には、例えば、第２Ｕ相電流センサ５６及び第２Ｖ相電流センサ５７が設けられている。第２Ｕ相電流センサ５６は、第２モータ１２のＵ相のステータ巻線に流れるＵ相電流ＩｕＢを検出する。第２Ｖ相電流センサ５７は、第２モータ１２のＶ相のステータ巻線に流れるＶ相電流ＩｖＢを検出する。
各電流センサ５４，５５，５６，５７は、各相電流ＩｕＡ，ＩｖＡ，ＩｕＢ，ＩｖＢの検出値の信号を外部に出力する。
【００４６】
第１モータ１１には、例えば、第１回転数センサ５８が設けられている。第１回転数センサ５８は、第１モータ１１の回転速度（回転数）ωＡを検出する。
第２モータ１２には、例えば、第２回転数センサ５９が設けられている。第２回転数センサ５９は、第２モータ１２の回転速度（回転数）ωＢを検出する。
各回転数センサ５８，５９は、各回転速度ωＡ，ωＢの検出値の信号を外部に出力する。
なお、図７は、各モータ１１，１２の回転速度（回転数）ωＡ，ωＢを、各回転角θＡ，θＢにドット記号を付したニュートンの記法によって示している。
【００４７】
制御装置５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能するソフトウェア機能部である。ソフトウェア機能部は、ＣＰＵ等のプロセッサ、プログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、及びタイマー等の電子回路を備えるＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。
なお、制御装置５０の少なくとも一部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、及びＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等の集積回路であってもよい。
【００４８】
制御装置５０は、例えば、各角度センサ４１，４２と、各電流センサ５４，５５，５６，５７と、各回転数センサ５８，５９とに接続されている。
制御装置５０は、例えば、目標回転数入力部６１と、姿勢演算部６２と、第１制御指令演算部６３及び第２制御指令演算部６４とを、主に備える。
【００４９】
目標回転数入力部６１は、例えば、球体駆動装置１０を搭載する車両１の前進方向の足軸回転数ωｘ及び横方向の足軸回転数ωｙに対する各目標値の信号を、姿勢演算部６２に入力する。
例えば、目標回転数入力部６１は、下記数式（１）に基づいて、各足軸回転数ωｘ，ωｙの目標値を算出する。下記数式（１）において、各足軸回転数ωｘ，ωｙは、車両１の前進速度ｘ及び横方向速度ｙと、第１タイヤ１８及び第２タイヤ１９の各半径ｒと、によって記述される。
目標回転数入力部６１は、下記数式（１）を用いて、車両１の前進速度ｘ及び横方向速度ｙの各目標値と、予め既知である第１タイヤ１８及び第２タイヤ１９の各半径ｒと、に基づいて、各足軸回転数ωｘ，ωｙの目標値を算出する。
【００５０】
【数１】
2020100384.tif 000003
【００５１】
姿勢演算部６２は、例えば、第１角度センサ４１から出力されるロール角φの信号と、第２角度センサ４２から出力されるピッチ角θの信号とに基づいて、球体駆動装置１０の姿勢状態を演算する。なお、第１角度センサ４１から出力されるロール角φは、図４に示すＸｗ軸の軸周りにおいてベース筐体１３とギヤユニット１４のユニットケース３４とが成す回転角度である。第２角度センサ４２から出力されるピッチ角θは、図４に示すＹｗ軸の軸周りにおいて中間シャフト１５とギヤユニット１４のユニットケース３４とが成す回転角度である。
例えば、姿勢演算部６２は、第１角度センサ４１から出力されるロール角φがゼロである場合を、図４に示すようにＹｗ軸がベース筐体１３の１対の支持部材２３の中心線に一致する基準状態とする。
例えば、姿勢演算部６２は、第２角度センサ４２から出力されるピッチ角θがゼロである場合を、Ｙｗ軸の軸周りにおける第１タイヤ１８及び第２タイヤ１９の回転位置が所定回転位置に一致する基準状態とする。
【００５２】
姿勢演算部６２は、例えば、球体駆動装置１０の姿勢状態と、目標回転数入力部６１から入力される車両１の前進方向の足軸回転数ωｘ及び横方向の足軸回転数ωｙに対する各目標値とに基づいて、各モータ１１，１２の目標回転速度ＰωＡ，ＰωＢを算出する。目標回転速度ＰωＡ，ＰωＢは、車両１の前進方向の足軸回転数ωｘ及び横方向の足軸回転数ωｙを各目標値に一致させるために必要とされる各モータ１１，１２の回転速度（回転数）ωＡ，ωＢである。
【００５３】
姿勢演算部６２は、例えば、図５に示す車両座標系のＸｖ軸と、図４に示す駆動装置座標系のＸｗ軸とを一致させる前提条件下において、下記数式（２）及び下記数式（３）に基づいて、目標回転速度ＰωＡ，ＰωＢを算出する。
下記数式（２）において、車両１の前進方向の足軸回転数ωｘ、横方向の足軸回転数ωｙ、及びＺｖ軸の軸周りの回転速度（回転数）ωｚは、球体駆動装置１０の姿勢状態に対応するロール角φ及びピッチ角θと、ギヤユニット１４の所定の減速比Ｇと、各モータ１１，１２の回転速度（回転数）ωＡ，ωＢと、によって記述される。
下記数式（２）に基づいて下記数式（３）に示すように、各モータ１１，１２の回転速度（回転数）ωＡ，ωＢは、車両１の前進方向の足軸回転数ωｘ及び横方向の足軸回転数ωｙと、ギヤユニット１４の所定の減速比Ｇと、球体駆動装置１０の姿勢状態に対応するロール角φと、によって記述される。
姿勢演算部６２は、下記数式（３）を用いて、目標回転数入力部６１から入力される各足軸回転数ωｘ，ωｙの目標値と、予め既知であるギヤユニット１４の所定の減速比Ｇと、第１角度センサ４１から入力されるロール角φの検出値と、に基づいて、目標回転速度ＰωＡ，ＰωＢを算出する。姿勢演算部６２は、第１モータ１１の目標回転速度ＰωＡを第１制御指令演算部６３に入力し、第２モータ１２の目標回転速度ＰωＢを第２制御指令演算部６４に入力する。
【００５４】
【数２】
2020100384.tif 000004
【００５５】
【数３】
2020100384.tif 000005
【００５６】
第１制御指令演算部６３は、例えば、第１モータ１１の電流に対するフィードバック制御によって第１モータ１１に印加する電圧の振幅及び位相（電圧波形）を制御する。例えば、第１制御指令演算部６３は、各電流センサ５４，５５の検出値に基づく３相の電流検出値と、第１モータ１１の目標回転速度ＰωＡに応じた電流目標値とを用いる電流のフィードバック制御を実行し、第１インバータ５２に入力する制御指令ＰＶＡを生成する。
第２制御指令演算部６４は、例えば、第２モータ１２の電流に対するフィードバック制御によって第２モータ１２に印加する電圧の振幅及び位相（電圧波形）を制御する。例えば、第２制御指令演算部６４は、各電流センサ５６，５７の検出値に基づく３相の電流検出値と、第２モータ１２の目標回転速度ＰωＢに応じた電流目標値とを用いる電流のフィードバック制御を実行し、第２インバータ５３に入力する制御指令ＰＶＢを生成する。
第１制御指令演算部６３及び第２制御指令演算部６４が出力する各制御指令ＰＶＡ，ＰＶＢは、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号である。各制御指令ＰＶＡ，ＰＶＢは、各インバータ５２，５３のブリッジ回路の各相において対を成すスイッチング素子（つまり、各相のハイサイドアーム及びローサイドアームのトランジスタ）の各々をオン／オフ駆動するゲート信号である。
【００５７】
＜球体駆動装置の動作例＞
図８は、本発明の実施形態における球体駆動装置１０を搭載する車両１の前進、横移動、及び斜め移動の例を示す図である。
以下に、図８に示すように、球体駆動装置１０を搭載する車両１の前進、横移動、及び斜め移動の各々における球体駆動装置１０の動作について説明する。
なお、以下において、上述したように図５に示す車両座標系のＸｖ軸と図４に示す駆動装置座標系のＸｗ軸とが一致する前提条件に加えて、ロール角φがゼロである状態は、図５に示す車両座標系のＹｖ軸と図４に示す駆動装置座標系のＹｗ軸とが一致する状態である。つまり、ロール角φがゼロである状態は、第１タイヤ支持体１６及び第１タイヤ１８が車両１の前後方向の前方に配置され、第２タイヤ支持体１７及び第２タイヤ１９が車両１の前後方向の後方に配置される状態である。
【００５８】
図９は、本発明の実施形態における球体駆動装置１０を搭載する車両１の前進時における第１モータ１１及び第２モータ１２の各回転数（モータ回転数）ωＡ，ωＢと球体駆動装置１０のロール角φとの対応関係の一例を示すグラフ図と、第１モータ１１及び第２モータ１２の各回転数（モータ回転数）ωＡ，ωＢの時間変化の一例を示すグラフ図と、車両１の前進速度ｘ及び球体駆動装置１０のロール角φの時間変化の一例を示すグラフ図である。図１０は、本発明の実施形態における球体駆動装置１０を搭載する車両１の前進時における球体駆動装置１０のロール角φに応じた動作状態の例を示す図である。なお、図９及び図１０においては、各回転数ωＡ，ωＢを、各回転角θＡ，θＢにドット記号を付したニュートンの記法によって示している。
【００５９】
図８に示す車両１の前進は、例えば、車両座標系のＹｖ軸の負方向への移動である。車両１の前進時には、上記数式（３）の各回転数ωＡ，ωＢにおいて、車両１の横方向の足軸回転数ωｙはゼロである。
図９及び図１０に示すように、車両１の前進時において、制御装置５０は、第１モータ１１の回転数ωＡと、第２モータ１２の回転数ωＢとを、回転方向及び大きさに関して同一にする。例えば、制御装置５０は、車両１の所定前進速度を一定に維持する場合には、球体駆動装置１０のロール角φにかかわらずに、各モータ１１，１２の回転方向の正方向において各回転数ωＡ，ωＢを所定回転数Ｎａに一定に維持する。所定回転数Ｎａは、上記数式（３）の各回転数ωＡ，ωＢにおける第１項、つまり車両１の前進方向の足軸回転数ωｘである。
【００６０】
この場合、各モータ１１，１２の回転軸１１ａ，１２ａが同一回転方向に同一回転数で回転することにより、第１入力傘歯車３１及び第２入力傘歯車３２に噛み合う中間傘歯車３３は、中間シャフト１５の軸周りにおいて回転せずに、第１入力傘歯車３１及び第２入力傘歯車３２の各回転軸の軸周りに回転する。中間傘歯車３３の回転に伴い、第１タイヤ１８及び第２タイヤ１９は、中間シャフト１５並びに第１タイヤ支持体１６及び第２タイヤ支持体１７を介して、各モータ１１，１２の回転軸１１ａ，１２ａの軸周りに回転する。
【００６１】
例えば図９に示すように、球体駆動装置１０のロール角φにかかわらずに、各モータ１１，１２の回転数ωＡ，ωＢが所定回転数Ｎａに一定に維持されると、車両１の前進速度ｘは所定速度Ｖａに一定に維持される。各モータ１１，１２の回転数ωＡ，ωＢ及び車両１の前進速度ｘが一定に維持される状態において、球体駆動装置１０のロール角φは周期的に変化する。
【００６２】
図１１は、本発明の実施形態における球体駆動装置１０を搭載する車両１の横移動時における第１モータ１１及び第２モータ１２の各回転数（モータ回転数）ωＡ，ωＢと球体駆動装置１０のロール角φとの対応関係の一例を示すグラフ図と、第１モータ１１及び第２モータ１２の各回転数（モータ回転数）ωＡ，ωＢの時間変化の一例を示すグラフ図と、車両１の横方向速度ｙ及び球体駆動装置１０のロール角φの時間変化の一例を示すグラフ図である。図１２は、本発明の実施形態における球体駆動装置１０を搭載する車両１の横移動時における球体駆動装置１０のロール角φに応じた動作状態の例を示す図である。なお、図１１及び図１２においては、各回転数ωＡ，ωＢを、各回転角θＡ，θＢにドット記号を付したニュートンの記法によって示している。
【００６３】
図８に示す車両１の横移動は、例えば、車両座標系のＸｖ軸の負方向への移動である。車両１の横移動時には、上記数式（３）の各回転数ωＡ，ωＢにおいて、車両１の前進方向の足軸回転数ωｘはゼロである。
図１１及び図１２に示すように、車両１の横移動時において、制御装置５０は、第１モータ１１の回転数ωＡと、第２モータ１２の回転数ωＢとを、回転方向に関して相互に逆方向とし、大きさに関して同一にする。制御装置５０は、適宜の横移動速度を一定に維持する場合には、相互に逆回転方向において各回転数ωＡ，ωＢを一定に維持する。一定に維持される各回転数ωＡ，ωＢは、上記数式（３）の各回転数ωＡ，ωＢにおける第２項に等しい。
【００６４】
車両１の横移動時において、球体駆動装置１０のロール角φは一定に維持される。つまり横移動の開始時から終了時までに亘って、ロール角φは横移動の開始時の初期値に維持される。
また、例えば各回転数ωＡ，ωＢの回転方向及び大きさが適宜に固定されて車両１の横移動が開始される場合であっても、車両１の横移動速度はロール角φ（つまり横移動の開始時の初期値）に応じて変化する。つまり、車両１に対して所望の横移動速度を得るためには、各回転数ωＡ，ωＢの回転方向及び大きさがロール角φ（横移動の開始時の初期値）に応じて設定される。
【００６５】
例えば図１１に示すように、車両１の所望の横移動速度を得るために必要とされる各回転数ωＡ，ωＢとロール角φとの対応関係では、各回転数ωＡ，ωＢの回転方向及び大きさがロール角φに応じて周期的に変化するように対応付けられている。
この対応関係では、例えば、ロール角φがゼロから９０°に向かって増大することに伴い、第１モータ１１の回転方向の正方向において回転数ωＡの絶対値が所定回転数Ｎｂから増大傾向に変化するとともに、第２モータ１２の回転方向の負方向において回転数ωＢの絶対値が所定回転数Ｎｂから増大傾向に変化するように対応付けられている。
また、例えば、ロール角φが９０°から１８０°に向かって増大することに伴い、第１モータ１１の回転方向の負方向において回転数ωＡの絶対値が所定回転数Ｎｂに向かって減少傾向に変化するとともに、第２モータ１２の回転方向の正方向において回転数ωＢの絶対値が所定回転数Ｎｂに向かって減少傾向に変化するように対応付けられている。
【００６６】
また、例えば、ロール角φが１８０°から２７０°に向かって増大することに伴い、第１モータ１１の回転方向の負方向において回転数ωＡの絶対値が所定回転数Ｎｂから増大傾向に変化するとともに、第２モータ１２の回転方向の正方向において回転数ωＢの絶対値が所定回転数Ｎｂから増大傾向に変化するように対応付けられている。
また、例えば、ロール角φが２７０°から３６０°に向かって増大することに伴い、第１モータ１１の回転方向の正方向において回転数ωＡの絶対値が所定回転数Ｎｂに向かって減少傾向に変化するとともに、第２モータ１２の回転方向の負方向において回転数ωＢの絶対値が所定回転数Ｎｂに向かって減少傾向に変化するように対応付けられている。
【００６７】
このような対応関係に基づいて、横移動の開始時におけるロール角φの初期値に対応付けられている各回転数ωＡ，ωＢの回転方向及び大きさが選択されて、横移動の開始時から終了時までに亘って維持されることによって、車両１の所望の横移動速度が一定に維持される。
例えば、第１モータ１１の回転数ωＡが回転方向の正方向に所定回転数Ｎｂ０（＝＋Ｎｂ０）に一定に維持されるとともに、第２モータ１２の回転数ωＢが回転方向の負方向に所定回転数Ｎｂ０（＝−Ｎｂ０）に一定に維持されると、車両１の横方向速度ｙは所定速度Ｖｂに維持される。また、球体駆動装置１０のロール角φは横移動の開始時における初期値に一定に維持される。
【００６８】
車両１の横移動時には、各モータ１１，１２の回転軸１１ａ，１２ａが相互の逆回転方向に同一回転数で回転することにより、第１入力傘歯車３１及び第２入力傘歯車３２に噛み合う中間傘歯車３３は、第１入力傘歯車３１及び第２入力傘歯車３２の各回転軸の軸周りに回転せずに、中間シャフト１５の軸周りにおいて回転する。中間傘歯車３３の回転に伴い、第１タイヤ１８及び第２タイヤ１９は、中間シャフト１５並びに第１タイヤ支持体１６及び第２タイヤ支持体１７を介して、中間シャフト１５の軸周りに回転する。
【００６９】
なお、車両１の横移動時において、ロール角φが９０°又は２７０°である場合は、特異点であって、中間シャフト１５の軸方向（つまり駆動装置座標系のＹｗ軸の方向）が車両座標系のＺｖ軸の方向（つまり車両１の移動平面であるＸｖ−Ｙｖ平面の法線方向）と平行になる。これにより第１タイヤ１８及び第２タイヤ１９は、Ｚｖ軸と平行な軸（つまり車両１の上下方向に伸びる軸）の軸周りに回転し、車両１の横移動に寄与しない。
制御装置５０は、ロール角φが９０°又は２７０°となる特異点を避けるようにして、車両１の横移動の開始を制御する。
【００７０】
図１３は、本発明の実施形態における球体駆動装置１０を搭載する車両１の斜め移動時における第１モータ１１及び第２モータ１２の各回転数（モータ回転数）ωＡ，ωＢと球体駆動装置１０のロール角φとの対応関係の一例を示すグラフ図と、第１モータ１１及び第２モータ１２の各回転数（モータ回転数）ωＡ，ωＢの時間変化の一例を示すグラフ図と、車両１の前進速度ｘ及び横方向速度ｙ並びに球体駆動装置１０のロール角φの時間変化の一例を示すグラフ図である。図１４は、本発明の実施形態における球体駆動装置１０を搭載する車両１の斜め移動時における球体駆動装置１０のロール角φに応じた動作状態の例を示す図である。なお、図１３及び図１４においては、各回転数ωＡ，ωＢを、各回転角θＡ，θＢにドット記号を付したニュートンの記法によって示している。
【００７１】
図８に示す車両１の斜め移動は、例えば、車両座標系のＸｖ軸の負方向及びＹｖ軸の負方向への移動である。
図１３及び図１４に示すように、車両１の斜め移動時において、制御装置５０は、第１モータ１１の回転数ωＡと、第２モータ１２の回転数ωＢとを、ゼロ以外の所定基準回転数Ｎｃを中心とする同一偏差ΔＮｃのハイ側及びロー側の各々に対応する回転方向及び大きさとする。制御装置５０は、適宜の斜め移動速度を一定に維持する場合には、球体駆動装置１０のロール角φに応じて、各回転数ωＡ，ωＢを同期的に変化させる。所定基準回転数Ｎｃは、上記数式（３）の各回転数ωＡ，ωＢにおける第１項、つまり車両１の前進方向の足軸回転数ωｘである。所定偏差ΔＮｃは、上記数式（３）の各回転数ωＡ，ωＢにおける第２項の絶対値である。
【００７２】
例えば、制御装置５０は、ロール角φがゼロから９０°の範囲又はロール角φが２７０°から３６０°の範囲においては、第１モータ１１の回転数ωＡを所定基準回転数Ｎｃからロール角φに応じた所定偏差ΔＮｃだけ大きくするとともに、第２モータ１２の回転数ωＢを所定基準回転数Ｎｃからロール角φに応じた所定偏差ΔＮｃだけ小さくする。
例えば、制御装置５０は、ロール角φが９０°から２７０°の範囲においては、第１モータ１１の回転数ωＡを所定基準回転数Ｎｃからロール角φに応じた所定偏差ΔＮｃだけ小さくするとともに、第２モータ１２の回転数ωＢを所定基準回転数Ｎｃからロール角φに応じた所定偏差ΔＮｃだけ大きくする。
【００７３】
この場合、各モータ１１，１２の回転軸１１ａ，１２ａがゼロ以外の適宜の基準回転数を中心として相互に異なる回転数で回転することにより、第１入力傘歯車３１及び第２入力傘歯車３２に噛み合う中間傘歯車３３は、第１入力傘歯車３１及び第２入力傘歯車３２の各回転軸の軸周り、並びに、中間シャフト１５の軸周りにおいて回転する。中間傘歯車３３の回転に伴い、第１タイヤ１８及び第２タイヤ１９は、中間シャフト１５並びに第１タイヤ支持体１６及び第２タイヤ支持体１７を介して、各モータ１１，１２の回転軸１１ａ，１２ａの軸周り、及び、中間シャフト１５の軸周りに回転する。
【００７４】
例えば図１３に示すように、球体駆動装置１０のロール角φに応じて、各モータ１１，１２の回転数ωＡ，ωＢが所定基準回転数Ｎｃを中心として同期的に変化させられると、車両１の前進速度ｘは所定速度Ｖｃ１に一定に維持され、球体駆動装置１０のロール角φは周期的に変化する。また、車両１の横方向速度ｙは、ロール角φに関する特異点を含む所定角度範囲以外において所定速度Ｖｃ２に一定に維持される。
【００７５】
なお、車両１の斜め移動時において、ロール角φが９０°又は２７０°である場合は、特異点であって、中間シャフト１５の軸方向（つまり駆動装置座標系のＹｗ軸の方向）が車両座標系のＺｖ軸の方向（つまり車両１の移動平面であるＸｖ−Ｙｖ平面の法線方向）と平行になる。また、第１モータ１１の回転数ωＡと第２モータ１２の回転数ωＢとが同一になる。これにより第１タイヤ１８及び第２タイヤ１９は、各モータ１１，１２の回転軸１１ａ，１２ａの軸周りに回転し、車両１の横方向の移動成分は生じない。
制御装置５０は、ロール角φが９０°又は２７０°となる特異点の前後において各回転数ωＡ，ωＢの大小を逆転させる際には、滑らかに変化させるようにして各回転数ωＡ，ωＢを同期的に制御する。
【００７６】
上述したように、本実施形態の球体駆動装置１０によれば、第１モータ１１及び第２モータ１２の駆動力は、第１入力傘歯車３１及び第２入力傘歯車３２と中間傘歯車３３とによって、第１タイヤ１８及び第２タイヤ１９に伝達される。これにより、例えば各モータ１１，１２の駆動力が複数回の歯車の噛み合いによって各タイヤ１８，１９に伝達される場合に比べて、構造が複雑になることを抑制し、構造の大型化及び重量の増大、並びに部品点数の増大に伴う費用の増加を抑制することができる。
【００７７】
また、各回転軸１１ａ，１２ａと、各傘歯車３１，３２，３３とは、第１タイヤ１８と第２タイヤ１９との間に配置される。これにより、例えば、各回転軸１１ａ，１２ａ及び各傘歯車３１，３２，３３の何れかが第１タイヤ１８と第２タイヤ１９との間以外に配置される場合に比べて、球体駆動装置１０をコンパクトに形成することができる。さらに、各回転軸１１ａ，１２ａ及び各傘歯車３１，３２，３３が外部から侵入する塵埃などに晒されることを抑制し、球体駆動装置１０の汎用性を向上させることが可能となる。
【００７８】
また、各傘歯車３１，３２，３３を収容するユニットケース３４は、第１閉塞部材３５及び第２閉塞部材３６によって閉塞される。これによりユニットケース３４内への塵埃などの侵入を抑制することができ、各傘歯車３１，３２，３３が外部から侵入する塵埃などに晒されることを抑制し、球体駆動装置１０の汎用性を向上させることが可能となる。
また、第１角度センサ４１及び第２角度センサ４２から出力される各検出値の信号に基づいて球体駆動装置１０の姿勢を把握することができる。これにより、球体駆動装置１０の姿勢に応じて、第１モータ１１及び第２モータ１２を適切に制御することが可能となる。
【００７９】
また、車両１の車体と球体駆動装置１０とを、ダンパー３及びスプリング４を有する懸架装置２を介して連結することができる。これにより、車両１に対する球体駆動装置１０の搭載性を向上させることが可能となる。
【００８０】
また、本実施形態の球体駆動装置１０の制御装置５０によれば、球体駆動装置１０の姿勢に応じて第１モータ１１及び第２モータ１２の各回転数ωＡ，ωＢを制御することができる。これにより、球体駆動装置１０の制御容易性を向上させることが可能となる。
また、車両１の横移動時において、ロール角φが９０°又は２７０°となる特異点を避けるようにして、車両１の横移動の開始を制御することによって、球体駆動装置１０の移動が困難となることを避けることができる。これにより、球体駆動装置１０の制御容易性を、より一層、向上させることが可能となる。
【００８１】
以下、実施形態の変形例について説明する。
上述した実施形態において、球体駆動装置１０は、第１角度センサ４１及び第２角度センサ４２を備えるとしたが、これに限定されない。
例えば、球体駆動装置１０のピッチ角θを検出する第２角度センサ４２は省略されてもよい。
また、例えば、第１角度センサ４１及び第２角度センサ４２は省略されてもよい。この場合、例えば球体駆動装置１０のロール角φ及びピッチ角θのうちの少なくともロール角φを、第１モータ１１及び第２モータ１２の各回転数ωＡ，ωＢから推定してもよい。
【００８２】
上述した実施形態において、球体駆動装置１０は、第１タイヤ１８及び第２タイヤ１９の間にブラシ等の防塵用の部材を備えてもよい。防塵用の部材は、第１タイヤ１８及び第２タイヤ１９の間における第１モータ１１及び第２モータ１２の各回転軸１１ａ，１２ａの回転移動を許容しながら、第１タイヤ１８及び第２タイヤ１９の間から内部への塵埃の侵入を抑制する。
【００８３】
本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８４】
１…車両（被駆動体）、２…懸架装置、３…タンパー（緩衝器）、４…スプリング、１０…球体駆動装置、１１…第１モータ（第１回転駆動源）、１１ａ…回転軸（第１回転軸）、１２…第２モータ（第２回転駆動源）、１２ａ…回転軸（第２回転軸）、１３…ベース筐体（筐体）、１４…ギヤユニット、１５…中間シャフト（第３回転軸）、１６…第１タイヤ支持体（第１車輪）、１７…第２タイヤ支持体（第２車輪）、１８…第１タイヤ（第１車輪）、１９…第２タイヤ（第２車輪）、２４…第１軸受、２５…第２軸受、３１…第１入力傘歯車（第１歯車）、３２…第２入力傘歯車（第２歯車）、３３…中間傘歯車（第３歯車）、３４…ユニットケース（第２の筐体）、３５…第１閉塞部材（第２の筐体）、３６…第２閉塞部材（第２の筐体）、３７…第３軸受、３８…第４軸受、３９…第５軸受、４０…第６軸受、４１…第１角度センサ（角度センサ）、４２…第２角度センサ（第２の角度センサ）、５０…制御装置、６１…目標回転数入力部（演算部）、６２…姿勢演算部（演算部）、Ｇ…減速比、ＰωＡ，ＰωＢ…目標回転速度（目標回転数）、φ…ロール角、θ…ピッチ角
【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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