(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸周りに旋回する作用部と、前記作用部と供回りすると共に旋回面上で２次元方向に相対移動が可能にされた操舵部とを備えたトロコイド駆動機構において、
前記作用部は、前記駆動軸から所定半径上かつ円周方向に均等に配置され、前記駆動軸と平行な操舵軸にそれぞれ回動可能に設けられた複数個の作用部材を備え、
前記操舵部は、前記各作用部材を前記操舵軸周りに回動させるリンク機構を備え、
前記リンク機構は、
所定長を有し、その長さ方向が前記操舵軸の径方向に向けて前記操舵軸に取り付けられたガイド体と、
前記各ガイド体に対し、前記長さ方向に沿って移動可能に設けられた移動体とを有し、
前記操舵部の回動中心が前記駆動軸に一致する状態で、前記操舵部の複数の周縁部位であって前記各操舵軸に対応して設けられた複数の連結部位が前記操舵軸から前記回動方向の前後一方側に所定距離だけ離間した位置で対応する前記移動体に回動可能に取り付けられていることを特徴とするトロコイド駆動機構。
【請求項２】
前記操舵部は、回動中心に操作軸を有し、
前記作用部は、前記操作軸に係合して前記操舵部を前記２次元方向に移動させる係合部を有することを特徴とする請求項１に記載のトロコイド駆動機構。
【請求項３】
前記作用部を旋回させる駆動源を備え、
前記作用部材は、前記操舵軸に直交する軸に軸支されて、面上で転動する車輪を有することを特徴とする請求項２に記載のトロコイド駆動機構。
【請求項４】
前記操作軸の前記駆動軸に対する２次元方向の離間距離に応じて、前記作用部の並進速度が前記車輪の転動速度に比して連続的に大小調整可能であることを特徴とする請求項３に記載のトロコイド駆動機構。
【請求項５】
前記操作軸の偏心方向及び偏心量を指示する信号を出力する指示器と、
前記指示器からの指示信号を受けて、前記操作軸を対応する方向及び量だけ偏心させる偏心駆動部とを備えたことを特徴とする請求項３又は４に記載のトロコイド駆動機構。
【請求項６】
前記作用部は、前記駆動軸における前記所定半径がそれぞれ設定された第１、第２の作用部を有し、
前記第１の作用部は、前記第２の作用部に比して逆向きで、かつそれぞれ設定された前記各所定半径の寸法比に反比例した速度比率で回転させ、
前記操舵部は、第１、第２の駆動軸を有し、前記第１の駆動軸を前記第１の作用部に係合させ、前記第２の駆動軸を前記第２の作用部に係合させてなることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載のトロコイド駆動機構。
【請求項７】
前記第１、第２の作用部は、同軸上で、かつ高さ方向の上下に配置され、前記第１、第２の作用部の前記車輪は互いに等しい高さ位置に配置されていることを特徴とする請求項６に記載のトロコイド駆動機構。
【請求項８】
前記第１、第２の作用部は、実質的に同一形状を有し、左右に所定寸法だけ離間して配置されていることを特徴とする請求項６に記載のトロコイド駆動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部と物理的に関わる作用部をトロコイド曲線に沿った軌道で動かすトロコイド駆動機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、トロコイド推進機構を利用し、下部に露出した８個のキャスタとスリップ防止用の一対の後輪とを有する座椅子型の自動車を床面上で全方位に走行させるものが提案されている。この機構は、旋回する円筒の旋回軸周りに均等配置された８個のキャスタの回転する方向を、各キャスタに係合されたタイロッドで操舵可能にしたものである。より具体的には、各キャスタに対応するタイロッドは、中心基部で一体回転可能に構成されており、中心基部の位置と旋回軸とが一致している状態では、円筒が旋回しているだけであって走行車は停止状態にあり、一方、中心基部の位置を旋回軸から水平面上で偏心するように操舵操作を行うと、走行車はキャスタを旋回させながら床面上を偏心方向に並進移動させる。
【０００３】
また、非特許文献１，２及び特許文献２，３には、ヘリコプター、サイクロイダルあるいはプロペラと同様の推進原理を有し、軸対称で全方位性を持った推進機構が開示されており、特に並進速度を連続に変速させる機構が記載されている。非特許文献３には、生物ヘビの推進様式を機構的に近似再現したグライド推進方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３３８７６号公報
【特許文献２】特開２００４−２２４１４７号公報
【特許文献３】米国特許第５９９３１５７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｒｏｙ．Ｐ．Ｇｉｂｂｅｎｓ、“Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｆｌｙｉｎｇ  ａ  ｒａｄｉｏ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｌｉｇｔｅｒ  ｔｈａｎ  ａｉｒｃｒａｆｔ  ｐｏｗｅｒｅｄ  ｂｙ  ｃｙｃｌｏｉｄａｌ  ｐｒｏｐｅｌｌｅｒｓ”  ４ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｉｒｓｈｉｐ  Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ，２００２，ＰａｐｅｒＡ−１
【非特許文献２】Ｖｉｒｇｉｎｉａ  Ｄｏｗｎｗａｒｄ  ＆  Ｗｉｌｌｉａｍ  Ｍ．Ｃｌａｒｋ、“Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｐａｄｄｌｅ  Ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ  Ｗｈｅｅｌ”１９３０
【非特許文献３】遠藤、広瀬、外川、「グライド推進の提案」、第１６回日本ロボット学会学術講演会予稿集（Ｖｏｌ．１），ｐｐ．２０９−２１０，１９９８年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
平面内での全方位移動は、トロコイド曲線に沿った軌道を回転機構の連続的運動による直線移動の幾何学解として実現することが求められる。しかし、実際には、特許文献１のように、トロコイド曲線を近似解で再現していることから、キャスタ駆動で走行させる場合、キャスタの回転方向の運動と並進方向の運動との間に生じる床面との不効率分となるスリップによる摩擦損失が大きいという問題があった。そのため、実用としては非特許文献１，２及び特許文献２，３に示すように、スリップによる摩擦の影響の少ない流体環境下でのプロペラ等への応用等に留まっていた。
【０００７】
また、非特許文献３に示すグライド推進方法では、進行方向に直交する方向への移動速度に応じた舵角の制御が常時必要となり、電子制御によってこれを実現するにはアクチュエータ数の増加と制御系の複雑さ、制御精度等が要求され、またその要求の高さが問題となる。
【０００８】
本発明の目的は、上記に鑑みてなされたもので、トロコイド曲線の幾何学的完全解を簡単な機械要素からなる機構によって実現することができたトロコイド駆動機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るトロコイド駆動機構は、駆動軸周りに旋回する作用部と、前記作用部と供回りすると共に旋回面上で２次元方向に相対移動が可能にされた操舵部とを備えたトロコイド駆動機構において、前記作用部は、前記駆動軸から所定半径上かつ円周方向に均等に配置され、前記駆動軸と平行な操舵軸にそれぞれ回動可能に設けられた複数個の作用部材を備え、前記操舵部は、前記各作用部材を前記操舵軸周りに回動させるリンク機構を備え、前記リンク機構は、所定長を有し、その長さ方向が前記操舵軸の径方向に向けて前記操舵軸に取り付けられたガイド体と、前記各ガイド体に対し、前記長さ方向に沿って移動可能に設けられた移動体とを有し、前記操舵部の回動中心が前記駆動軸に一致する状態で、前記操舵部の複数の周縁部位であって前記各操舵軸に対応して設けられた複数の連結部位が前記操舵軸から前記回動方向の前後一方側に所定距離だけ離間した位置で対応する前記移動体に回動可能に取り付けられていることを特徴とするものである。
【００１０】
この発明によれば、作用部が駆動軸周りに旋回することで、外部と物理的に関わることとなる。なお、作用部の態様としては、外部である地面（床面）に対して全方位方向に走行する車輪の場合、外部である空中や水上、水中（流体）に対して全方位に推進するフィン（翼）とかプロペラの場合が考えられ、さらには、風車や水車として、外部である流体の流れからフィンを介して回転力を取り出す目的にも応用可能であり、従来のシステムよりも遙かに広範囲の速度領域に亘って変化する流体から安定した回転力を取り出すことが可能となる。操舵部は作用部の旋回と供回りする。操舵部は旋回面上を２次元方向に相対移動可能にされており、かつリンク機構を利用して作用部の作用部材に対してトロコイド曲線に沿った動きを行うように操作することが可能となる。例えば、作用部材が床面を走行する車輪である態様の場合で作用を説明すると、以下のようになる。
【００１１】
説明の便宜上、床面が水平であるとすると、床面を転動する車輪は、駆動軸から等半径でかつ円周方向に均等に設けられた垂直な軸である操舵軸にそれぞれに操舵可能に設けられている。操舵操作がなければ、各車輪は旋回方向に沿って床面上を駆動軸周りに旋回するのみである。操舵部のリンク機構は各作用部材を操舵軸周りに回動させる。
【００１２】
リンク機構によって、操舵操作のない状態で、すなわち操舵部の回動中心が駆動軸に一致する状態で、移動体と連結されている操舵部の連結部位が操舵軸から前記回動方向の前後一方側に所定距離だけ離間した位置となり、操舵に応じて前記所定距離が変更されて床面上を並進移動するようになる。ここで、ガイド体がその長さ方向と作用部材の一例である車輪の接線方向とが一致した向きで操舵軸に取り付けられている場合、操舵部の連結部位は、移動体と連結されていることから、操舵軸から見て、常に車輪の接線方向となる。従って、このように、操舵操作のない状態で、操舵軸と操舵のための連結部位との連結位置とを所定距離だけ離間させることで、トロコイド曲線の幾何学的完全解を満たすように車輪の操舵操作を行うことが可能となる。また、そのための構造も、所定長を有するガイド体と、ガイド体上をその長さ方向に沿って移動可能な移動体を用いただけの簡易なリンク機構という機械要素で実現している。
【００１３】
ここで、トロコイド曲線の幾何学的完全解とリンク機構との作用について説明する。
【００１４】
垂直な駆動軸周りの円周上に複数の車輪を配置した構成の全方位移動機構を想定する。この機構は、ヘリコプターやサイクロイダル、プロペラと同様の推進原理を有し、軸対称で全方位性を持った推進機構であり、その特徴として軸回転に対して並進速度を連続に変速させる機構としても機能する。
【００１５】
図１は、一定の角速度ωで特定の方向に並進している際に同機構において各車輪に求められる舵角を示す図である。各車輪は中心軸Ｏ（前記駆動軸、及び後述する駆動軸２２ａ，２２ｂに相当）から半径ｒdに位置している。図１において、速度ベクトルは、各車輪の駆動軸回りの接線速度ｖd、回転中心の並進速度ｖm、各受動車輪の進行速度ｖwである。そして、トロコイド運動を実現するための速度ベクトルの相互関係、すなわちｖw＝ｖd＋ｖmを満たすためには、車輪の舵角方向は常にｖwと同一方向を向く必要がある。これは同機構が全方位移動機構として成立するためには、各車輪の舵角の方向がトロコイド曲線上の接線方向を常に向いていることが求められるということを意味している。
【００１６】
この関係は、数１に示すトロコイド曲線を示す数式、及び図１において、θ＝ωｔ、ｖd＝ｒd・ω、ｖm＝ｒm・ω、ｖw＝（ｄx／ｄt，ｄy／ｄt）、ｐw＝（ｘ、ｙ）とするとき、数１のトロコイド曲線を時間微分した数２に対して、数３のように解析的にも求めることができる。なお、式中、ｒmは偏心量である。
【００１７】
【数１】
0005445879.tif 000002
【数２】
0005445879.tif 000003
【数３】
0005445879.tif 000004
このように、幾何学的に見れば、各車輪が厳密にこの舵角条件を維持する限り、この回転機構は幾何学的に完全なトロコイド曲線の生成機構として成立し、先の全方位推進機構としての要請を満たすものといえる。また、上記において、角速度ωの極性が負の場合も、正の場合と同様に成立することが判る。従って、連結部材は操舵軸の回動方向の前後いずれ側に設けてもよい。
【００１８】
次に、図２は、トロコイド曲線を用いた推進機構の一例を概念的に示した図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。図３は、回転系としての車輪舵角機構周りから見た速度ベクトルとリンク接続の相似関係を説明するための図で、（ａ）は速度関係を示す図、（ｂ）はリンク接続を示す図である。
【００１９】
図２に示す推進機構では、各車輪ＷＨを旋回させるための主アームＭＡに対する操舵リンク板ＮＬの偏心移動よって各車輪ＷＨの舵角を決定する。偏心移動は、ここでは例えば井桁スライダＩＳを利用した態様を想定している。操舵リンク板ＮＬは、井桁スライダＩＳの井桁状に配置されたリニアスライダＬＳによって主アームＭＡと連結され、供回りしながら、すなわち同位相で回転しながら回転中心を水平移動させることができる。図２に示した偏心量ｄs＝０の際の操舵リンク板ＮＬの先端位置は車輪ＷＨの舵角の回転中心から主アームＭＡの旋回円周の接線方向の前方一定距離ｄw＝ｄ0になるように設定されている。ここで、この先端位置と旋回中心とをリニアスライダＬＳで結び、その軸方向が車輪ＷＨの舵角方向となるように装置を構成する。このとき図１の速度ベクトルと図２のリンク接続の関係について、図３のように回転系から観測した場合、幾何学的に相似な対応関係が成立する。すなわち図３（ｂ）の偏心量ｄm（図１におけるｒmに相当）は中心軸周りに操舵リンク板ＮＬの中心に円運動を生じさせるため、前述の先端位置もまた同様に半径ｄmの円運動を生じる。これは図３（ａ）と（ｂ）とにおいて、ｖdとｄ0，ｖmとｄm，ｖwとｄwとが幾何学的に対応した相似関係となり、このことから車輪ＷＨのｄwとｖwの、すなわち舵角方向とが一致すると共に、ｖm：ｖd＝ｄm：ｄ0の関係が成立する。
【００２０】
したがって、この系における並進速度ｖmは、偏心量ｄmとその偏心方向とによって全方位で連続的に任意に設定することが可能である。このリンク構造は、作動時には、非特許文献２の記載の“Vertical Paddle Propeller Wheel”等と一見よく似た挙動を示すが、（ｉ）偏心量が可変である点、（ｉｉ）偏心量可変構造を実現するために操舵リンク板ＮＬに対して回転位相を拘束したまま回転中心の回転面内での任意量の２次元移動を可能にする機構を設けたことにより任意のトロコイド曲線を生成できるようにした点で大きく相違している。また、本機構は、平面内で全方位の車輪移動を行う系として、機構の複雑なオムニホイールを用いず、従動車輪として通常の車輪を用いることで車輪径をより容易に大きくすることが可能となり、その分バンプ（床面の凸凹）に対する耐性が高いものとなる。さらに、車輪ＷＨの軸への駆動伝達系が存在しないため、サスペンションの実装、用途によっては大ストロークのサスペンションの実装も容易となる。なお、本機構が、フィンや回転力を取り出す用途物に適用される場合でも、同様に作用部材であるフィン等の向きを調整することで外部からの物理的な力（推進力や回転力）を効率的に取り出すことが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、トロコイド曲線の幾何学的完全解を簡単な機械要素からなる機構によって実現することができる。
【００２２】
また、低速域領域と高速域領域の２つの条件を兼ね備えた機構を提供する広範囲で円滑な推進機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、一定の角速度ωで特定の方向に並進している際に同機構において各車輪に求められる舵角を示す図である。
【図２】図２は、トロコイド曲線を用いた推進機構の一例を概念的に示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。
【図３】図３は、回転系としての車輪舵角機構周りから見た速度ベクトルとリンク接続の相似関係を説明するための図で、（ａ）は速度関係を示す図、（ｂ）はリンク接続を示す図である。
【図４】図４は、低速域状態ｖm＜ｖdと高速域状態ｖm＞ｖdでの回転系から見た回転角θと車輪の舵角の関係及び静止系内での車輪のＸＹ平面内での軌道を説明するための図で、（ａ）は低速域状態ｖm＜ｖdの場合、（ｂ）は高速域状態の場合である。
【図５】図５は、二重反転型の構成における操舵リンク板の偏心量と並進速度とを共有させるための設計条件を説明するための図である。
【図６】図６は、本発明に係るトロコイド駆動機構が車輪を備えた推進機構に適用された実施形態の概略を示す分解斜視図である。
【図７】図７は、外側車輪部の一実施形態の詳細な構造を示す斜視図である。
【図８】図８は、スライド部の一例を示す構成を説明する図で、（ａ）は、側面断面図、（ｂ）はスライド板の一例を示す斜視図である。
【図９】図９は、偏心駆動部の機構を説明する斜視図である。
【図１０】図１０は、偏心駆動部の上下にある駆動軸の回転駆動を説明する斜視図である。
【図１１】図１１は、内側車輪部の上方斜視図である。
【図１２】図１２は、内側車輪部の下方斜視図である。
【図１３】図１３は、操舵リンク部の構造を説明するための部分斜視図である。
【図１４】図１４は、スライド部の一例を示す構成を説明する図で、（ａ）は、側面断面図、（ｂ）はスライド板の一例を示す斜視図である。
【図１５】図１５は、推進機構をタンデム型に適用した場合の部分斜視図である。
【図１６】図１６は、キャンバー角の制御を示す図で，（ａ）はキャンバー角を説明するための図、（ｂ）は車輪の回動に伴うキャンバー角のリンク系を利用した角度調整を説明するための図である。
【図１７】図１７は、キャンバー角調整制御のための機構を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
まず、本発明に係るトロコイド駆動機構の基本構成及びそれに関連する態様について説明する。トロコイド駆動機構は、駆動軸周りに旋回する作用部と、前記作用部と供回りすると共に旋回面上で２次元方向に相対移動が可能にされた操舵部とを備えたトロコイド駆動機構において、前記作用部は、前記駆動軸から所定半径上かつ円周方向に均等に配置され、前記駆動軸と平行な操舵軸にそれぞれ回動可能に設けられた複数個の作用部材を備え、前記操舵部は、前記各作用部材を前記操舵軸周りに回動させるリンク機構を備え、前記リンク機構は、所定長を有し、その長さ方向が前記操舵軸の径方向に向けて前記操舵軸に取り付けられたガイド体と、前記各ガイド体に対し、前記長さ方向に沿って移動可能に設けられた移動体とを有し、前記操舵部の回動中心が前記駆動軸に一致する状態で、前記操舵部の複数の周縁部位であって前記各操舵軸に対応して設けられた複数の連結部位が前記操舵軸から前記回動方向の前後一方側に所定距離だけ離間した位置で対応する前記移動体に回動可能に取り付けられていることを特徴とする。
【００２５】
かかる構成によれば、作用部が駆動軸周りに旋回することで、外部と物理的に関わることとなる。なお、作用部の態様としては、外部である地面（床面）に対して全方位方向に走行する車輪の場合、外部である空中や水上、水中（流体）に対して全方位に推進するフィン（翼）とかプロペラの場合が考えられ、さらには、風車や水車として、外部である流体の流れからフィンを介して回転力を取り出す目的にも応用可能であり、従来のシステムよりも遙かに広範囲の速度領域に亘って変化する流体から安定した回転力を取り出すことが可能となる。操舵部は作用部の旋回と供回りする。操舵部は旋回面上を２次元方向に相対移動可能にされており、かつリンク機構を利用して作用部の作用部材に対してトロコイド曲線に沿った動きを行うように操作することが可能となる。例えば、作用部材が床面を走行する車輪である態様の場合で作用を説明すると、以下のようになる。
【００２６】
説明の便宜上、床面が水平であるとすると、床面を転動する車輪は、駆動軸から等半径でかつ円周方向に均等に設けられた垂直な軸である操舵軸にそれぞれに操舵可能に設けられている。操舵操作がなければ、各車輪は旋回方向に沿って床面上を駆動軸周りに旋回するのみである。操舵部のリンク機構は各作用部材を操舵軸周りに回動させる。
【００２７】
リンク機構によって、操舵操作のない状態で、すなわち操舵部の回動中心が駆動軸に一致する状態で、移動体と連結されている操舵部の連結部位が操舵軸から前記回動方向の前後一方側に所定距離だけ離間した位置となり、操舵に応じて前記所定距離が変更されて床面上を並進移動するようになる。ここで、ガイド体がその長さ方向と作用部材の一例である車輪の接線方向とが一致した向きで操舵軸に取り付けられている場合、操舵部の連結部位は、移動体と連結されていることから、操舵軸から見て、常に車輪の接線方向となる。従って、このように、操舵操作のない状態で、操舵軸と操舵のための連結部位との連結位置を所定距離だけ離間させることで、トロコイド曲線の幾何学的完全解を満たすように車輪の操舵操作を行うことが可能となる。また、そのための構造も、所定長を有するガイド体と、ガイド体上をその長さ方向に沿って移動可能な移動体を用いただけの簡易なリンク機構という機械要素で実現している。
【００２８】
また、前記トロコイド駆動機構において、前記操舵部は、回動中心に操作軸を有し、前記作用部は、前記操作軸に係合して前記操舵部を前記２次元方向に移動させる係合部を有することが好ましい。この構成によれば、操作軸が２次元方向に移動すなわち偏心させられると、係合部を介して操舵部との間で偏心量に応じた分の偏心がなされる。従って、本機構が移動体に適用される場合には、操舵部への２次元方向への操作指示によって全方位への移動が可能となる。
【００２９】
また、前記トロコイド駆動機構において、前記作用部を旋回させる駆動源を備え、前記作用部材は、前記操舵軸に直交する軸に軸支されて、面上で転動する車輪を有することが好ましい。この構成によれば、作用部の旋回動作は駆動源によって行われているため、操作軸を操作するだけで２次元の全方位に対する移動が可能となる。なお、旋回速度は一定速度でもよいが、調整可能な可変式にして並進速度や移動トルクの調整を可能にする態様としてもよい。
【００３０】
また、前記トロコイド駆動機構において、前記駆動軸の前記駆動軸に対する２次元方向の離間距離に応じて、前記作用部の並進速度が前記車輪の転動速度に比して連続的に大小調整可能とすることが好ましい。ここで、並進速度が車輪の転動速度に比して大きい場合と小さい場合、すなわち並進速度における低速域への対応と高速域への対応について説明する。
【００３１】
図４は、低速域状態ｖm＜ｖdと高速域状態ｖm＞ｖdでの回転系から見た回転角θと車輪の舵角の関係及び静止系内での車輪のＸＹ平面内での軌道を説明するための図で、（ａ）は低速域状態ｖm＜ｖdの場合、（ｂ）は高速域状態ｖm＞ｖdの場合である。図４において、回転系から見ると、（ａ）では舵角は往復するのに対し、（ｂ）では舵角は回転している。また、静止系から見ると、（ａ）では舵角は進行方向に対して回転するが、（ｂ）では、舵角は進行方向に対して往復している。
【００３２】
例えば特許文献１に示されるトロコイド曲線の利用範囲は低速域のみであり、これは、図４（ａ）におけるｖm＜ｖdの条件下での利用に限られていた。その理由は、並進速度ｖmが０の状態からの移行という形で考察が進められていたこと、及びこれに伴って静止状態からのトルク分力としての舵角の限界角に関する考察が進められてきたこと、さらに、ｖm＝ｖd付近で生じる舵角方向の急激な変化を機構的に避ける意味があったと考えられる。また、回転機構の複雑さも、並進速度ｖmが低めの設定に限定されていたことに起因している。一方、本機構は構成的に速度比を決定する系であり、駆動時に静止系における分力的な限界角の対応付けをそのままイメージすることは系の挙動に対して誤解を導くことになる。そこで、静止からの始動時ではなく、充分な並進初速を持っているという条件の下では、図４（ｂ）のｖm＞ｖdの条件において滑らかな高速域の並進を実現する系として挙動させることが可能となる。かかる条件下での動作特性については、非特許文献３にグライド推進としての解析は行われており、本機構の動作もこれに準じている。
【００３３】
さらに、本機構では操舵リンク板ＮＬの駆動に際して、ｖm＝ｖdの条件において含まれる死点（図４において、ｖm＝ｖdかつθ＝πとなる点ＤＰ）は、各車輪ＷＨ間の位相角差の間で回避することが可能となる。すなわち、並進速度変更中においてｖm＝ｖdとなる瞬間を各車輪ＷＨ間の位相角差の間を通過する時点に合わせるようにすることで回避可能となる。これによって、ｖm＜ｖdの条件からｖm＞ｖdの条件まで（またはその逆）、連続的に速度を変更することが可能となり、すなわち連続的に非常に広い速度域に対応可能となる。この並進速度の連続的移行に際しても、この系は速度規定項ωについて格別の制約はなく、速度規定項である角速度ωと推進率α（＝ｖm／ｖd）を同期制御することで速度時間軌跡に影響を与えることなくこの死点の回避が可能である。従来、トロコイド曲線におけるかかる２つの条件の一方のみを用いたプロペラやスクリューは存在していた（特許文献１，２及び非特許文献１，２）ものの、同一機構の中でかかる２つの条件を連続的に活用するものは、近似解による機構では最適化した領域から大幅に速度域の異なる２つの条件を効率良く実現する機構が得られないことから、提案されていなかった。しかし、本機構のようにトロコイド曲線の幾何学的完全解を採用したリンク機構を前提とする構造においては、一の機構の中で２つの条件を活用したものとすることが可能となる。
【００３４】
なお、本機構の態様としては、作用部を１個とし、回転規制用の後輪を別途設ける態様でもよいし、また同軸上に径方向のサイズの異なる作用部を２個設ける態様、所定距離離間して作用部を２個連結するタンデム態様のいずれにも適用可能である。
【００３５】
また、前記トロコイド駆動機構において、前記操作軸の偏心方向及び偏心量を指示する信号を出力する指示器と、前記指示器からの指示信号を受けて、前記操作軸を対応する方向及び量だけ偏心させる偏心駆動部とを備えることが好ましい。この構成によれば、偏心駆動部は、操作者が指示器を介して操作指示した指示信号を受けると、操作軸が指示内容に対応する方向及び量だけ偏心し、指示方向に指示速度で移動する。
【００３６】
また、前記トロコイド駆動機構において、前記作用部は、前記駆動軸における前記所定半径がそれぞれ設定された第１、第２の作用部を有し、前記第１の作用部は、前記第２の作用部に比して逆向きで、かつそれぞれ設定された前記各所定半径の寸法比に反比例した速度比率で回転させ、前記操舵部は、第１、第２の駆動軸を有し、前記第１の駆動軸を前記第１の作用部に係合させ、前記第２の駆動軸を前記第２の作用部に係合させるようにすることが好ましい。この構成によれば、本機構は、１個の作用部と回転規制用の車輪を設ける態様ではなく、同軸態様かタンデム態様に適用することが好ましい。この場合、第１の作用部と第２の作用部とは車輪が互いに逆向きに回転し、かつ各所定半径の寸法比に反比例した速度比率で回転するので、回転規制及び並進移動が実現される。
【００３７】
また、前記トロコイド駆動機構において、前記第１、第２の作用部は、同軸上で、かつ高さ方向の上下に配置され、前記第１、第２の作用部の前記車輪は互いに等しい高さ位置に配置されていることが好ましい。この構成によれば、第１、第２の駆動軸を同軸かつ上下に個別に設けることが可能となるので、操舵部を小型化することが可能となる。ここで、２個の作用部を同軸に設けた態様、すなわち二重反転型構成について説明する。
【００３８】
図５は、二重反転型の構成における操舵リンク板の偏心量と並進速度とを共有させるための設計条件を説明するための図である。図中、Ｉｎｎｅｒ  Ｗｈｅｅｌｓとは、同心に配置される内側の機構部であり、Ｏｕｔｅｒ  Ｗｈｅｅｌｓとは、その外側に配置される機構部である。本機構では、ヘリコプターと同様に駆動反力による移動機本体の回転を抑制するために、テールロータに相当する従輪を用いたり、例えば同一構造で逆回転の機構を対にしたタンデム型の構成を取るなどの対策が必要である。ここでは第１、第２の作用部が同軸上に配置された二重反転型の構成について検討する。両作用部の反転回転する車輪群は衝突を避けるため異なる２つの半径の円周上での運動を余儀なくされる。この際には両作用部の車輪群の並進速度の等価性に高い精度が要求されるために機構的制約からの解決策が求められる。本機構では前述の偏心量と並進速度との関係からその条件は以下の様に設計可能である。
【００３９】
【数４】
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数４から、角速度ωを共有する二重反転系においては、主アームＭＡの半径ｒdと偏心無しの際の初期オフセット量ｄ0との比を保存した構成であれば、半径が互いに異なる主アームＭＡを持つ２つの反転系間において、等しい偏心量ｄmによって等価な並進速度ｖmが得られることが解る。すなわち、図２に示す機構の鏡像体を設計し、かつ２つの主アームＭＡの半径が各車輪ＷＨの舵角回転に充分なだけのクリアランスが取れるように一方の主アームＭＡと操舵リンク板ＮＬとのサイズを等倍に調整する。この大小の鏡像構造を中心軸を同軸状にして重ね、双方の中心軸に逆回転になる駆動力を付与しつつ、操舵リンク板ＮＬ同士の回転中心を結合して中心軸からの偏心量を共有することで上記要求に応えた二重反転型の機構を実現できることになる。この構成では移動機構の専有空間を円筒型の領域で設計可能であり、平面上での移動時の障害クリアランスの全方位対称性と軸対称構造による移動機構の軸周りの姿勢変更を容易に実現することができる等、全方位型の車輪移動型ロボットへの応用効果の高さを期待することができる。
【００４０】
また、前記トロコイド駆動機構において、前記第１、第２の作用部は、実質的に同一形状を有し、左右に所定寸法だけ離間して配置されるようにすることが好ましい。この構成によれば、前述のタンデム型の態様が採用可能となる。より詳細には、変位量ｄmとオフセット量ｄ0との比が並進速度ｖmと接線速度ｖdに一致する上に、変位量ｄmを系の中で任意の場所で共通に取り得るという機構は、設計上多くの自由度をもたらす。例えば二重反転型の構成における別の解として、内側系の角速度ω’と外側 系の角速度ωとの比を車輪ＷＨの周回半径ｄ’0とｄ0の逆比に取ることで周回接線速度をｖ’d＝−ｖdと逆方向で同じ速さに設定し，双方のオフセット量をｄ’0＝ｄ0として全く同じ寸法構成の鏡像な舵角機構を採用する設計にすることも可能である。
【００４１】
続いて、図面を参照しつつ、本発明に係るトロコイド駆動機構が車輪を備えた推進機構に適用された実施形態について説明する。
【００４２】
図６は、本発明に係るトロコイド駆動機構が車輪を備えた推進機構に適用された実施形態の概略を示す分解斜視図である。図６において、推進機構１は、外側車輪部１０、偏心駆動部２０及び内側車輪部３０を備える。外側車輪部１０、偏心駆動部２０及び内側車輪部３０は、この順で同軸上に配置される。なお、図６では偏心駆動部２０の内部構造は省略し、その詳細は図９、図１０に示されている。
【００４３】
図６において、外側車輪部１０は、主アームに相当する略三角形状をなす天板１１と、所定距離だけ離間して並行配置された略同一形状の上環状体１２及び下環状体１３とを備えると共に、天板１１、上環状体１２及び下環状体１３を連結支持する支持体１４と、車輪部１５とを備える。これらの構成は作用部として機能する。また、外側車輪部１０は、操舵リンク部１６を備えている。
【００４４】
偏心駆動部２０は、所定形状、例えば円筒形状でも良いが、ここでは直方体形状を有する枠体２１を有し、その内部には、上下方向に同軸（同心）に立設された２本の駆動軸２２ａ，２２ｂ、及びこの２本の駆動軸２２ａ，２２ｂを同期して偏心させるための機構部が配設されている。偏心駆動部２０と操舵リンク部１６とで操舵部を構成している。枠体２１の上面及び下面には、所定径を有する環状の軸受部２１ａ，２１ｂが突設されている。
【００４５】
内側車輪部３０は、基本的には外側車輪部１０と同様な機能を有してなるもので、主アームに相当する天板３１及び基盤３２を備える。これらの構成は作用部として機能する。また、内側車輪部３０は、操舵リンク部３５を備えている。偏心駆動部２０と操舵リンク部３５とで操舵部を構成している。
【００４６】
図７は、外側車輪部の一実施形態の詳細な構造を示す斜視図である。図８は、スライド部の一例を示す構成を説明する図で、（ａ）は、側面断面図、（ｂ）はスライド板の一例を示す斜視図である。
【００４７】
図７において、外側車輪部１０の天板１１、上環状体１２及び下環状体１３は、上下方向に所要の間隔を置いて同心状に配置され、この状態で正三角形状の天板１１の３頂点位置から下方に向けて棒状の支持体１４を貫通させて一体に組み付けられている。
【００４８】
車輪部１５は、支持体１４の配置位置に対して周方向の中間となる位置、この実施形態では角度６０°だけずらして３箇所に配置されている。車輪部１５は、上環状体１２及び下環状体１３を貫通して支持されると共に自転自在な操舵軸１５１を有する。操舵軸１５１は、下環状体１３の下部で水平な車輪軸１５２を有し、この車輪軸１５２に所要径の車輪１５３が回動自在に軸支されている。なお、上環状体１２と下環状体１３の間には、操舵軸１５１を強度的に補強する目的で所要本数の補強棒１５１ａや補強枠体１５１ｂが適宜設けられている。
【００４９】
操舵リンク部１６は、天板１１と上環状体１２との間に設けられている。操舵リンク部１６は、所定形状、ここでは略三角形状をなす操舵板１６１、操舵軸１５１の上端に操舵軸１５１と供回り可能に固設された基台１６２、及び基台１６２の上面に水平に向けて配置されたリニアスライダ１６３を備える。操舵板１６１は、図２における操舵リンクアームＮＬとして機能しているもので、中心に所定径を有する円孔１６１ａが形成されている。操舵用の操作軸はこの円孔１６１ａの中心であり、実体としての軸パーツが存在するわけではないが、この中心となる軸（円孔１６１ａの中心）と駆動軸２２ａとの相対位置を変化させることで操作軸の移動を行う。以降この中心となる軸を操作軸Ｏ１（図８参照）と呼称する。リニアスライダ１６３は、所定長を有するガイド部材１６３ａとガイド部材１６３ａ上を摺動自在な移動部材１６３ｂとから構成されている。ガイド部材１６３ａは、基台１６２上部に固設されている。本実施形態では、ガイド部材１６３ａはその長さ方向と車輪１５３の進行方向とが一致する向きで基台１６２に取り付けられている。また、移動部材１６３ｂの上面には回動軸１６４が立設されている。回動軸１６４は、操舵板１６１をその３頂点位置で軸支している。
【００５０】
スライド部１７は、天板１１と操舵板１６１との間に配設されている。スライド部１７は、所定形状、例えば円形のスライド板１７１と井桁状のリニアスライダ１７２〜１７５とを有する。なお、スライド板１７１の径は、所要径として設計可能であるが、操舵板１６１に形成された円孔１６１ａより大径であることが好ましい。
【００５１】
スライド板１７１には、図８（ｂ）に示すように、中心を通る、所定幅及び所定長を有する長孔１７１ａが形成されている。長孔１７１ａに偏心駆動部２０の駆動軸２２ａが貫通するように外側車輪部１０と偏心駆動部２０とが組み付けられる。そして、駆動軸２２ａの先端は、天板１１に固定され、モータ２３０から伝達されてきた回転力を伝えている。長孔１７１ａは駆動軸２２ａを貫通させることで、スライド板１７１が天板１１と操舵板１６１に対してそれぞれ直交する向きに偏心可能とするためのものであり、これによって天板１１と操舵板１６１に対して水平面内でそれぞれの回転軸の２次元的なずれを許容しながらも回転位相を保った供回り可能に設置されている。
【００５２】
リニアスライダ１７２〜１７５は、ガイド部材１７２ａ〜１７５ａと、ガイド部材１７２ａ〜１７５ａ上を摺動自在な、それぞれ所要数（図では１個ずつ）の移動部材１７２ｂ〜１７５ｂとから構成されている。リニアスライダ１７２と１７３とは対となって水平方向で一の方向（図８の左右方向）に向けられ、円孔１６１ａを挟んで並設されている。リニアスライダ１７４と１７５とは対となって水平方向で前記一の方向と直交する他の方向（図８の紙面奥行き方向）に向けられ、円孔１６１ａを挟んで並設されている。すなわち、図８に示すように、リニアスライダ１７２，１７３のガイド部材１７２ａ，１７３ａは、スライド板１７１の上面に固定され、移動部材１７２ｂ、１７３ｂは天板１１の下面に固定される。なお、図８では、リニアスライダ１７３は見えていない。これによって、スライド板１７１は、天板１１に対して一の方向に移動（偏心）可能となる。また、リニアスライダ１７４，１７５のガイド部材１７４ａ，１７５ａは、操舵板１６１の上面に固定され、移動部材１７４ｂ、１７５ｂはスライド板１７１の下面に固定される。これによって、操舵板１６１は、スライド板１７１に対して一の方向に直交する他の方向へ移動（偏心）可能となる。
【００５３】
すなわち、操作軸Ｏ１が駆動軸２２ａに対して偏心すると、操舵板１６１の頂点が移動する。この操舵板１６１の３頂点と回動軸１６４は、リンク機構を構成するリニアスライダ１６３によって直線的に係合されているため、操舵軸１５１の方向がこれによって変更される。従って、操作軸Ｏ１が駆動軸２２ａに対して偏心すると、操舵板１６１が変位し、リンク機構によって操舵軸１５１の回転量（操舵量）は決定される。この操舵量によって、車輪１５３の接線方向が決まることになる。
【００５４】
また、リンク機構は、操作軸Ｏ１が駆動軸２２ａに対して偏心していない状態で、リニアスライダ１６３の移動部材１６３ｂがガイド部材１６３ａ上であって、操舵軸１５１から所定距離だけ、例えば後述する旋回方向、本実施形態ではその前方側に離間した所定位置に位置設定されるように予め設計されている。さらに、後述するように、外側車輪部１０は駆動軸２２ａを介して回転駆動力を受けて所定の速度で旋回するようになっている。ここで、トロコイド曲線の幾何学的完全解に沿った動きは、前述した図３（ａ）、（ｂ）において、ｖdとｄ0，ｖmとｄm，ｖwとｄwとが幾何学的に対応した相似関係になることであるから、車輪１５３の偏心量ｄmが操作指定されると、ｄwとｖwの舵角方向とが一致し、かつｖm：ｖd＝ｄm：ｄ0の関係が成立するように、本実施形態ではリンク機構を採用して、前記所定位置が操舵軸１５１から旋回方向に距離ｄ0として設定されるようにされている。この結果、車輪１５３は、図１及び数３に示されるように、トロコイド曲線の幾何学的完全解に沿った動きを実現することとなる。
【００５５】
図９は、偏心駆動部２０の機構を説明する斜視図である。図１０は、偏心駆動部２０の上下にある駆動軸２２ａ、２２ｂの回転駆動を説明する斜視図である。偏心駆動部２０は、前述したように枠体２１と上下の駆動軸２２ａ、２２ｂとを備えると共に、駆動軸２２ａ、２２ｂに回転力を付与する回転駆動部２３、回転駆動部２３を支持する基部２４、基部２４を水平面上で偏心させる偏心駆動部２５、及び枠体２１の下面の一部分に敷設された長孔２６１が形成された底板２６を備える。
【００５６】
偏心駆動部２５は、基部２４の底面と枠体２１の底面との間に配設された水平面上で全方位方向への移動を可能にする部材、例えば井桁状のリニアスライダを備えている。偏心駆動部２５は、図９で示すように、Ｙ方向と平行となる向きに配設された一対のリニアスライダ２５１と、Ｘ方向と平行となる向きに配設された一対のリニアスライダ２５２とを備えている。リニアスライダ２５１は、枠体２１の底面に固設されたガイド部材２５１ａと、ガイド部材２５１ａ上を摺動自在な移動部材２５１ｂとを備えており、移動部材２５１ｂの上面にはリニアスライダ２５２が固設されている。リニアスライダ２５２は、リニアスライダ２５１の移動部材２５１ｂの上面に固設されたガイド部材２５２ａと、ガイド部材２５２ａ上を摺動自在な移動部材２５２ｂとを備えており、移動部材２５２ｂの上面は基部２４の底面に固設されている。この結果、基部２４は、枠体２１に対して水平面上をＸＹ方向、すなわち全方位に移動可能に構成されている。
【００５７】
また、偏心駆動部２５は、駆動源を有しており、リニアスライダ２５１の移動部材２５１ｂをＹ方向に移動させるための駆動部２５３と、リニアスライダ２５２の移動部材２５２ｂをＸ方向に移動させるための駆動部２５４とを備えている。駆動部２５３，２５４はいずれも駆動力を発生する部材、例えばモータ２５３ａ，２５４ａを備えている。モータ２５３ａからの駆動力は、回動リンク構造２５３ｂを介してガイド部材２５２ａ（移動部材２５１ｂ）をＹ方向に往復動させる。モータ２５４ａからの駆動力は、回動リンク構造２５４ｂを介して移動部材２５２ｂをＹ方向に往復動させる。回動リンク構造は、図９から判るように、モータの出力軸周りに回動する出力アームと、出力アームの先端に回動可能に設けられた伝達アームとから構成され、伝達アームの先端は、ユニバーサル構造を有してガイド部材に連結されている。これによって、モータの回転力が出力アーム、伝達アームを経由してガイド部材に確実に伝達され、基部２４のＸＹ方向への移動を可能にしている。
【００５８】
図１０において、回転駆動部２３は、駆動軸２２ａ、２２ｂに回転力を付与する駆動源、例えばモータ２３０と、モータ２３０の回転力を駆動軸２２ａ、２２ｂに伝達する伝達機構としての、例えばギア群とを備える。ギア群は、まず、モータ出力軸２３０ａに取り付けられた出力ギア２３０ｂに噛合するように配置された第１中継ギア部２３１から順番に第２中継ギア部２３２〜第４中継ギア部２３４を備える。第１中継ギア部２３１は回転軸２３１ａ、第１ギア２３１ｂ、第２ギア２３１ｃを備える。第２中継ギア部２３２は回転軸２３２ａ、第１ギア２３２ｂ、第２ギア２３２ｃを備える。第３中継ギア部２３３は回転軸２３３ａ、第１ギア２３３ｂ、第２ギア２３３ｃを備える。第４中継ギア部２３４は回転軸２３４ａ、第１ギア２３４ｂ、第２ギア２３４ｃを備える。
【００５９】
そして、モータ２３０の回転力は、出力ギア２３０ｂから第１ギア２３１ｂに伝達され、次いで、第２ギア２３１ｃから第１ギア２３２ｂに伝達され、次いで、第２ギア２３２ｃから第１ギア２３３ｂに伝達され、次いで、第２ギア２３３ｃから第１ギア２３４ｂに伝達される。
【００６０】
第４中継ギア部２３４の伝達方向下流側は、分岐しており、一方の伝達経路は、第５中継ギア部２３５を経て駆動軸２２ａに進むものであり、他方の経路は、第４中継ギア部２３４から駆動軸２２ｂに進むものである。第５中継ギア部２３５は回転軸２３５ａ、第１ギア２３５ｂ、第２ギア２３５ｃを備える。駆動軸２２ａは最終ギア２３６ａを備える。また、駆動軸２２ｂは最終ギア２３７ａを備える。
【００６１】
そして、第４中継ギア部２３４まで伝達された回転力は、第２ギア２３４ｃから第１ギア２３５ｂに伝達され、次いで、第２ギア２３５ｃから最終ギア２３６ａに伝達される。一方、第４中継ギア部２３４まで伝達された回転力は、第２ギア２３４ｃから最終ギア２３７ａに伝達される。これにより、駆動軸２２ａ、２２ｂはいずれも回転する。この場合、各ギアの比を予め調整設定しておくことで、駆動軸２２ａ、２２ｂを所定の速度比で回転させるようにすることができる。また、第４中継ギア部２３４と駆動軸２２ａとの間に第５中継ギア部２３５を介設することで、駆動軸２２ａと駆動軸２２ｂとの回転方向を逆にすることが可能となる。後述するように、駆動軸２２ｂは、内側車輪部３０を旋回させるものであり、駆動軸２２ａと２２ｂとを逆回転させることで、外側車輪部１０と内側車輪部３０とを互いに逆向きに旋回させることができる。例えば、互いに同軸上にある駆動軸２２ａ，２２ｂから、外側車輪部１０の車輪の位置までの距離と、内側車輪部３０の車輪の位置までの距離との比率に反比例するように（外側車輪部１０の車輪の径と内側車輪部３０の車輪の径とが同一の場合）、速度比率を設定すればよい。なお、両者の車輪の径が異なる場合には、径の比も考慮して設定すればよい。
【００６２】
図９に戻って、無線指示器２７は、偏心指示部材２７１、旋回速度指示部材２７２及び送信用のアンテナ２７３を備えている。偏心指示部材２７１は、例えばジョイスティック等で構成され、傾倒方向Ｘ，Ｙ及び傾倒角度に応じて、モータ２５３ａ，２５４ａの偏心方向及び偏心量に相当する信号が生成され、電波信号に変調されてアンテナ２７３から送信されるようになされている。一方、旋回速度指示部材２７２は、操作（スライド）量に応じて、モータ２３０の回転速度信号が生成され、アンテナ２７３から送信されるようになされている。
【００６３】
枠体２１の適所、本実施形態では基部２４内の適所に駆動制御部２８を備えている。駆動制御部２８は、アンテナ２７３からの電波信号を受信するためのアンテナ２８１を備え、受信した信号から、モータ２３０、モータ２５３ａ，２５４ａを駆動させる駆動制御信号を生成するものである。なお、旋回速度指示信号、偏心方向指示信号及び偏心量指示信号を電波信号に変調して伝送する形態に代えて、光や超音波を利用する近距離通信方式でもよいし、有線で伝送する方式でもよい。このように、遠隔式で旋回速度を指示したり、偏心量すなわち操舵方向を指示することで、操作が容易となる。
【００６４】
図１１は、内側車輪部３０の上方斜視図である。図１２は、内側車輪部３０の下方斜視図である。図１３は、操舵リンク部３５の構造を説明するための部分斜視図である。図１４は、スライド部の一例を示す構成を説明する図で、（ａ）は、側面断面図、（ｂ）はスライド板３３１の一例を示す斜視図である。
【００６５】
内側車輪部３０は、天板３１と基盤３２とが上下方向に所定の間隔を置いて同心状に配置され、その間にスライド部３３が介設されている。基盤３２の周縁の所定箇所には、車輪部３４が設けられている。また、天板３１と車輪部３４との間には操舵リンク部３５が設けられている。天板３１は、所定形状、例えば略五角形を有し、図２における操舵リンクアームＮＬとして機能している。天板３１の中心には、所定径の軸受部３１１が突設され、内径側は円孔３１２とされている。操舵用の操作軸はこの軸受部３１１（すなわち円孔３１２）の中心であり、実体としての軸パーツが存在するわけではないが、この中心となる軸と駆動軸２２ｂとの相対位置を変化させることで操作軸の移動を行う。以降この中心となる軸を操作軸Ｏ２（図１４参照）と呼称する。なお、偏心駆動部２０と内側車輪部３０との組み付け時には、この軸受部３１１の円孔３１２に軸受部２１ｂが嵌合される。基盤３２は円盤形状を有する。基盤３２の円周方向の均等の３箇所には、同一形状を有する車輪部３４が配設されている。
【００６６】
主に図１２、図１３に示すように、車輪部３４は、基盤３２を上下方向に貫通し、かつ基盤３２に対して回動自在に軸支された操舵軸３４１を有する。操舵軸３４１は、下部に水平な車輪軸３４２を有し、この車輪軸３４２に所要径の車輪３４３が回動自在に軸支されている。本実施形態では、車輪３４３と車輪１５３とは同一径寸法のものが採用されている。
【００６７】
操舵リンク部３５は、図１３に示すように、天板３１と基盤３２との間に設けられている。操舵リンク部３５は、操舵軸３４１の上端に操舵軸３４１と一体回転可能に固設された基台３５１、基台３５１の上面に水平に向けて配置されたリニアスライダ３５２を備える。リニアスライダ３５２は、所定長を有するガイド部材３５２ａとガイド部材３５２ａ上を摺動自在な移動部材３５２ｂとから構成されている。移動部材３５２ｂの上面には回動軸３５３が立設されている。回動軸３５３は、ほぼ天板３１の３頂点位置で軸支されている。
【００６８】
スライド部３３は、天板３１と基盤３２との間に配設されている。スライド部３３は、所定形状、例えば略三角形のスライド板３３１と井桁状のリニアスライダ３３２〜３３６を有する。なお、スライド板３３１の径は所要径として設計可能であるが、天板３１に形成された円孔３１２より大径である一方、周縁部の回転軌跡が操舵リンク部３５の位置と干渉しないサイズであることが好ましい。
【００６９】
スライド板３３１は、図１４に示すように、中心を通る長孔３３１ａが形成されている。長孔３３１ａに偏心駆動部２０の駆動軸２２ｂが貫通するように内側車輪部３０と偏心駆動部２０とが組み付けられる。そして、駆動軸２２ｂの先端は、基盤３２に固定され、モータ２３０から伝達されてきた回転力を伝えている。長孔３３１ａは駆動軸２２ｂを貫通させることで、スライド板３３１が天板３１と基盤３２に対してそれぞれ直交する向きに並進可能とするためのものであり、これによって天板３１と基盤３２に対して水平面内でそれぞれの回転軸の２次元的なずれを許容しながらも回転位相を保った供回り可能に設置されている。
【００７０】
リニアスライダ３３２〜３３６は、ガイド部材３３２ａ〜３３６ａと、ガイド部材３３２ａ〜３３６ａ上を摺動自在な移動部材３３２ｂ〜３３６ｂとから構成されている（なお、図１４では、リニアスライダ３３３は見えておらず、リニアスライダ３３６は省略している。）。リニアスライダ３３２，３３３とは対となって水平方向で一の方向（図１４の左右方向）に向けられ、円孔３１２を挟んで並設されている。リニアスライダ３３４〜３３６は水平方向で前記一の方向と直交する他の方向（図１４の紙面奥行き方向）に向けられ、円孔３１２の周りの３箇所に分散配置されている。すなわち、図１４に示すように、リニアスライダ３３２，３３３等のガイド部材３３２ａ，３３３ａはスライド板３３１の上面に固定され、移動部材３３２ｂ，３３３ｂは天板３１の下面に固定される。これによって、スライド板３３１は、天板３１に対して一の方向に移動（偏心）可能となる。また、リニアスライダ３３４〜３３６のガイド部材３３４ａ〜３３６ａ（図１１参照）は基盤３２の上面に固定され、移動部材３３４ｂ〜３３６ｂ（なお、３３６ｂは見えていない。）はスライド板３３１の下面に固定される。これによって、基盤３２は、スライド板３３１に対して一の方向に直交する他の方向へ移動（偏心）可能となる。このように、駆動軸２２ｂが操作軸Ｏ２に対して相対的に水平面上を一の方向及び他の方向に、すなわち合成方向として全方位方向に移動すると、これに応じて基盤３２が連動して移動することとなる。
【００７１】
すなわち、操作軸Ｏ２が駆動軸２２ｂに対して偏心すると、基盤３２の頂点が移動する。この基盤３２の３頂点と回動軸３５３は、リンク機構を構成するリニアスライダ３５２によって直線的に係合されているため、操舵軸３４１の方向がこれによって変更される。従って、操作軸が駆動軸２２ｂに対して偏心すると、基盤３２が変位し、リンク機構によって操舵軸３４１の回転量（操舵量）は決定される。この操舵量によって、車輪３４３の接線方向が決まることになる。
【００７２】
また、リンク機構は、操作軸Ｏ２が駆動軸２２ｂに対して偏心していない状態で、リニアスライダ３５２の移動部材３５２ｂがガイド部材３５２ａ上であって、操舵軸３４１から所定距離だけ、例えば後述する旋回方向に離間した位置に位置設定されるように予め設計されている。さらに、後述するように、内側車輪部３０は駆動軸２２ｂを介して回転駆動力を受けて所定の速度で旋回するようになっている。この結果、車輪３４３は、図１及び数３に示されるように、トロコイド曲線の幾何学的完全解に沿った動きを実現することとなる。
【００７３】
図１５は、推進機構をタンデム型に適用した場合の部分斜視図である。図１５に示す機構は、図６に示す偏心駆動部２０をタンデム型に適用可能な構成としたものである。タンデム型とは、所定距離離間して、例えば内側車輪部３０と機能上同一の車輪部３０’とその鏡像構造である３０’’とが一対として並設された構造である。あるいは内側車輪部３０を採用してもよいし、外側車輪部１０を採用してもよいが、これらの構造の場合，回転軸が鏡像構造の回転を行うため，車輪部の構造もまた右回り系と左回り係の鏡像一対な構造で構成する必要がある。
【００７４】
図１５において、推進機構１Ａは、操作軸４１，４２、回転駆動部４３、偏心駆動部４４及びこれらを支持する支持部４５を備える。
【００７５】
支持部４５は、それぞれ所定形状、例えば長方形状を有する平板４５１，４５２が所要本数のボス４５３等を介在させて上下方向に所定距離だけ離間して平行配置されたものである。操作軸４１，４２は駆動軸２２ａ、２２ｂに対応するもので、上下方向に所定長を有してなり、それぞれ平板４５１，４５２で軸支されて、水平方向に所定距離だけ離間して配置されている。下端には駆動軸２２ａ、２２ｂと同様に供回り形状としての例えばＤカット面が形成されている。なお、操作軸４１，４２には、平板４５１，４５２の間の所定位置にギア４１１，４２１が固設されている。
【００７６】
回転駆動部４３は、駆動源としてのモータ４３０、出力ギア部４３１、順次噛合する中継ギア部４３２〜４３５を備える。出力ギア部４３１は、出力軸４３１ａと出力軸４３１ａに固設された出力ギア４３１ｂとを有する。中継ギア部４３２〜４３５は、それぞれ出力軸４３２ａ〜４３５ａと、中継ギア４３２ｂ〜４３５ｂとを有する。そして、出力ギア４３１ｂに中継ギア４３２ｂが噛合し、中継ギア４３２ｂに中継ギア４３３ｂが噛合し、中継ギア４３３ｂにギア４１１が噛合しており、これによって、モータ４３０の回転力が操作軸４１に伝達される。
【００７７】
一方、操作軸４２側については、中継ギア４３２ｂには同時に中継ギア４３４ｂが噛合しており、この中継ギア４３４ｂに中継ギア４３５ｂが噛合し、そして、中継ギア４３５ｂにギア４２１が噛合しており、これによって、モータ４３０の回転力が操作軸４２に伝達される。従って、操作軸４１と４２とが互いに逆方向に回転する。なお、車輪部３０’と３０’’とが同一物（車輪の旋回半径が等しい）である場合には、各ギアの比を調整することで操作軸４１，４２の回転速度を一致させることができる。異なる場合には、前記旋回半径の比に逆比例させればよい。
【００７８】
偏心駆動部４４は、平板４５２の下部に配設されている。偏心駆動部４４は、水平に向けられた所定形状の、例えば略長方形のスライド板４４１と井桁状のリニアスライダ４４２〜４４５と、スライド板４４１と平行でその下部に設けられた偏心板４４６とを有する。
【００７９】
図１５に示すように、偏心板４４６の左右両側には所要径を有する円孔４４６１，４４６２が穿設されており、ここに各車輪部３０’の上部に突設されている軸受部が嵌合される。従って、偏心板４４６の円孔４４６１，４４６２の間隔は、タンデム型における一対の車輪部の離間距離を規定する。
【００８０】
また、偏心駆動部４４は、平板４５２に固設された駆動源である例えばモータ４４７と、モータ４４７の回転力をスライド板４４１に伝達する伝達機構部４４７１とを備える。また、偏心駆動部４４は、偏心板４４６に固設された駆動源である例えばモータ４４８と、モータ４４８の回転力をスライド板４４１に伝達する伝達機構部４４８１とを備える。
【００８１】
リニアスライダ４４２〜４４５は、ガイド部材４４２ａ〜４４５ａと、ガイド部材４４２ａ〜４４５ａ上を摺動自在な移動部材４４２ｂ〜４４５ｂとから構成されている（なお、図１５では、リニアスライダ４４５は見えていない。）。リニアスライダ４４２，４４３は一対となって、図１５の紙面奥行き方向に向けられて並設されており、ガイド部材４４２ａ，４４３ａは平板４５２の下面に固定され、移動部材４４２ｂ，４４３ｂはスライド板４４１の上面に固定されている。リニアスライダ４４４，４４５は一対となって、図１５の左右方向に向けられて並設されており、ガイド部材４４４ａ，４４５ａは偏心板４４６の上面に固定され、移動部材４４４ｂ，４４５ｂはスライド板４４１の下面に固定されている。これによって、偏心板４４６は、平板４５２に対して水平面上で全方位に偏心可能となる。すなわち、操作軸４１，４２は、偏心板４４６に対して水平面上で全方位に対して相対的かつ連動して同一量だけ偏心可能になる。
【００８２】
また、操作軸４１，４２が相対的に偏心していない状態で、内側車輪部３０の場合と同様、リニアスライダ３５２の移動部材３５２ｂがガイド部材３５２ａ上であって、操舵軸３４１から所定距離だけ、例えば旋回方向に離間した位置に位置設定されるようにリンク機構が予め設計されていることで、このタンデム構造においても、車輪３４３は、図１及び数３に示されるように、トロコイド曲線の幾何学的完全解に沿った動きを実現することとなる。
【００８３】
また、本発明は、以下の態様を採用することが可能である。
【００８４】
（１）本実施形態では、車輪を円周方向に均等な３箇所に設けた態様としたが、均等であれば、３箇所以上の所定の複数箇所に設けてもよい。
【００８５】
（２）本実施形態では、外側車輪部と内側車輪部とを同軸状に配置し、あるいはタンデム状に配置した形態としたが、これに代えて外側車輪部及び内側車輪部の一方を作用部として採用し、かつ一対のスリップ防止用の車輪（従輪）を設ける形態としても、同様の効果を得ることが可能である。
【００８６】
（３）リニアスライダに代えて、同軸部材の軸方向への移動を制御する一軸方向摺動体を用いてもよい。
【００８７】
（４）操舵軸のＸ，Ｙ方向への偏心をリニアスライダを用いて行ったが、これに代えてベルト掛け、ラックピニオン等の駆動機構を採用してもよい。
【００８８】
（５）なお、本実施形態では、偏心駆動部２０の駆動軸２２ａ、２２ｂが偏心されていない状態で、当該駆動軸２２ａ、２２ｂが外側車輪部１０、内側車輪部３０内で位置する鉛直方向を中心軸として設定しているが、この中心軸は仮想的なものでもよいし、あるいは便宜的に中心軸を設ける態様としてもよい。例えば外側車輪部１０でいえば、上環状体１２と下環状体１３の中心点を結ぶ鉛直線が中心軸となる。
【００８９】
（６）本実施形態では、駆動軸２２ａ、２２ｂを無線指示器２７からの指示信号に基づいて偏心制御したが、これに代えて、駆動軸２２ａ、２２ｂを操作者が直接操作する態様としてもよい。
【００９０】
（７）なお、外側車輪部１０側を例にして説明すれば、車輪１５３のキャンバー角を最適に制御する構成を付加する態様とすることが好ましい。特に、常にステアリングを切り続けている状態のトロコイド推進機構においては，車輪１５３のキャンバー角を最適化し続けることができれば、さらなるステアリングロスの減少に繋ぐことができる。そのためには、舵角制御される従輪である（外側車輪部１０で示せば）車輪１５３の車輪軸１５２が地面と軌道の曲率半径の中心軸の交点を指し続けるようにすることが必要となる。より詳細には、曲率半径の中心が現在どこにあり、その位置で車輪１５３の車輪軸１５２をどれだけ傾けなければならないかを求めて、その向きに車輪軸１５２を向け続ける操作が必要となる。ところで、水平面内では操舵リンク部１６の機構が車輪軸１５２を常にその方向に向け続けてくれているため、舵角ベクトルｄｗ回りの回転方向に沿って車輪軸１５２が地面上で曲率半径中心と交わるように機構を用いて制御すればよいことになる。この機構では、その構成上、車輪軌道を生成する前述の舵角のためのリンク機構（操舵リンク）に対して、追加のリンク機構を加えることによって最適なキャンバー角をも同時に生成する機能を付与することが可能である。
【００９１】
図１６は、キャンバー角の制御を示す図で，（ａ）はキャンバー角を説明するための図、（ｂ）は車輪の回動に伴うキャンバー角のリンク系を利用した角度調整を説明するための図である。図（ｂ）に示すように、本機構は、キャンバー角の調整のために副操舵軸を備える。副操舵軸の位置は固定されておらず、図１６（ｂ）中、ｒdで示す主アーム（図７の天板１１に対応）の平面内で駆動軸周りに径ｒdで回動する。主操舵軸（図７の操舵軸１５１に対応）との相対角（伝達角）φを主アーム（図７の操舵板１６１に対応）側から操舵リンク側に伝達することで（主アームと操舵リンクの相対角ψを主操舵軸側と同様に副操舵軸側でも保持することによって）、副操舵軸での操舵方向ｄwが決定され、それによって直交するリニアスライダのリニアレール（ガイド部材側）の方向が決まり、主操舵軸から伸びる車輪ＷＨ（図７の車輪１５３に対応）の半径Ｗdと同じ長さのリンクアームと直交する形でリニアスライダと係合することで、半径Ｗdの方向と主操舵軸の方向ｄwとの交差角として車輪１５３のキャンバー角を求めることができる。
【００９２】
図１７は、キャンバー角調整制御のための機構を概略的に示す図である。なお、図１７において、図６〜図８で説明した構成と同一番号が付された物は同一の機能を奏するものとして説明は省略する。キャンバー角調整のための構造は、操舵軸１５１と車輪軸１５２の間に介設されたキャンバー角を変更させる機構としての、一対の円弧状のスライド部材５１〜扇状ギア５３を備えると共に、キャンバー角を旋回動作に連動させて変更制御するための機構としての、操舵板１６１に対応する旋回部の中心（駆動軸２２ａ）と同心に配置された回動アーム６１〜リニアスライダ６７を備える。
【００９３】
キャンバー角調整のための構造は、操舵軸１５１と一体回転可能に設けられた、前述した円弧状を有するスライド部材５１と、スライド部材５１と同一の曲率形状を有し、スライド部材５１に対して摺動して移動すると共に、一対のうちの一方側の側面にラックギアが形成され、かつ車輪軸１５２と一体に設けられたラック部材５２と、操舵軸１５１と同心状で相対回転可能に配置された扇状の形状を有し、周面にラック部材５２のラックギアと噛合するギアが形成されたピニオン部材５３とを備える。ラック部材５２の移動方向と車輪軸１５２とは同一面内となる向きに設計されている。上記構成において、操舵軸１５１が回転すると、ピニオン部材５３がラック部材５２をスライド部材５１に対して円弧方向に移動させ、この移動によって、円弧の中心である車輪接地点を基準に車輪１５３のキャンバー角が変化するようになっている。なお、スライド部材５１、ラック部材５２は円弧形状の他、直線形状でもよい。また、ピニオン部材５３とラックギアが形成されているラック部材５２との噛合構造に代えて同径の傘歯車で噛合する構造としてもよい。
【００９４】
次に、キャンバー角を旋回に連動させて変更制御するための機構としては、前述の回動アーム６１と、所定の位置（中心軸を所定分だけ大きく迂回するための位置）に配設され、前述したように副操舵系の主リンクと操舵リンクの間の井桁状のリニアスライダ６３，６７（後述する）を支持し、かかるリニアスライダ６３，６７と共に、回動アーム６１と後述の主アーム部材６８との間に角度ψ（図１６（ｂ）の相対角ψ）を保持するための角度拘束機構として作用する立設部材６２と、回動アーム６１の先端側と立設部材６２との間に介設された水平に向けられた、レール状のガイド部材とそれに沿って摺動する移動部材とで構成される、回動アーム６１と角度ψをなすリニアスライダ６３と、ピニオン部材５３の上面であって中心軸から所要半径だけ離間した位置で弦方向に向けて設けられたリニアスライダ６４を介して連結された立直軸６５と、リニアスライダ６３と立直軸６５との間に介設されたリニアスライダ６６と、立設部材６２の下部側に設けられ、リニアスライダ６３と水平面上で直交する方向に向けられたリニアスライダ６７とを備える。さらに、キャンバー角を旋回に連動させて変更制御するための機構は、主操舵側の主アームと回転軸を共通に持ちながらその軸周りで自由に回動できるリンクアームとして機能するものであって、立直軸６５を回動自在に軸支する副操舵側の主アーム部材６８を備えており、この主アーム部材６８にリニアスライダ６７のレール状のガイド部材が連結されている。なお、リニアスライダは基本的に同一構造を有する。
【００９５】
また、上記構成において、駆動軸２２ａに対する偏心操作がなされていない場合には、立直軸６５は回動せず、キャンバー角は一定の角度に保持される。一方、駆動軸２２ａに対して偏心操作がなされている状態では、回動アーム６１が外側車輪部１０の旋回に応じて操舵軸１５１との間の距離が変動するため、リニアスライダ６３，６６を介して立直軸６５が回動することになる。この回動は、リニアスライダ６４を経由してピニオン部材５３を回動させる。ピニオン部材５３が回動すると、それに連動してラック部材５２が摺動し、この摺動に連動してキャンバー角が変化することになる。このように、キャンバー角を旋回動作に連動させて変動させ、車輪１５３の接線方向と並進方向との関係から常に好適なキャンバー角になるように構成することで、ステアリングロスの一層の減少を図ることが可能となる。
【符号の説明】
【００９６】
１，１Ａ  推進機構
１０  外側車輪部（作用部の一部）
１１  天板
１２  上環状体
１３  下環状体
１４  支持体
１５  車輪部（作用部材）
１５１  操舵軸
１５３  車輪
１６  操舵リンク部（操作部、リンク機構）
１６１  操舵板（リンク機構の一部）
１６３  リニアスライダ
１６３ａ  ガイド部材
１６３ｂ  移動部材
１６４  回動軸（リンク機構の一部）
１７  スライド部（係合部）
２０  偏心駆動部（操舵部の一部）
２１  枠体
２２ａ，２２ｂ  駆動軸
２３  回転駆動部
２３０  モータ（駆動源）
２４  基部
２５  偏心駆動部
２６  底板
２７  無線指示器（指示器）
２８  駆動制御部
３０  内側車輪部（作用部の一部）
３１  天板
３２  基盤
３３  スライド板（係合部）
３４  車輪部（作用部材）
３４３  車輪
３５  操舵リンク部（操舵部の一部）
４１，４２  操作軸
４３  回転駆動部
４４  偏心駆動部
４５  支持部
ＩＳ  井桁スライダ
ＬＳ  リニアスライダ
ＭＡ  主アーム
ＮＬ  操舵リンク板
ＷＨ  車輪
Ｏ１，Ｏ２  操作軸
【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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