(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環部材と、該円環部材に自転可能に取り付けられた複数の従動ローラと、を有する主輪と、
前記円環部材を挟んで両側に、前記従動ローラの外周面に接触するように配された複数の第１駆動ローラおよび複数の第２駆動ローラと、
前記円環部材を挟んで両側に、前記複数の第１駆動ローラおよび前記複数の第２駆動ローラをそれぞれ回転可能に保持する第１保持体および第２保持体と、
前記第１保持体および前記第２保持体をそれぞれ回転駆動する第１駆動部および第２駆動部と、を備えた駆動装置であって、
前記従動ローラの外周面に、その円周方向に対して角度を有する溝部が形成され、
隣り合う前記溝部同士の間隔が、隣り合う前記第１駆動ローラ同士および隣り合う前記第２駆動ローラ同士の間隔よりも狭くなっていることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記溝部の前記角度が、前記従動ローラの外周面と前記第１駆動ローラおよび前記第２駆動ローラのそれぞれの外周面とが接する角度となるように前記溝部が網目状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全方向移動車両に設けられる駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
床面上を全方向（２次元的な全方向）に移動可能な全方向移動車両としては、例えば、特許文献１、２に見られるものが本願出願人により提案されている。これらの特許文献１、２に見られる全方向移動車両にあっては、床面に接地しながら該床面上を全方向に移動可能な、球体状または車輪状またはクローラ状の主輪と、該主輪を駆動する電動モータなどを有するアクチュエータ装置と、が車両の基体に組み付けられている。そして、この車両は、アクチュエータ装置により主輪を駆動することによって、床面上を移動する。
【０００３】
また、この種の全方向移動車両の移動動作を制御する技術としては、例えば特許文献３に見られる技術が本願出願人により提案されている。この技術では、車両の基体が主輪に対して前後・左右に傾動自在に設けられている。そして、基体の傾き角を計測し、この傾き角を所要の角度に保つように、主輪を駆動する電動モータのトルクを制御することによって、基体の傾動動作に応じて車両を移動させるようにしている。
【０００４】
ここで、特許文献２の図９には、円環軸体と、円環軸体に各々当該円環軸体の接線方向軸線周りに回転可能に取り付けられ、駆動力を作用させる対象物に接触する複数のスリーブ（以下、従動ローラという）と、を有する主輪が開示されている。
このように構成された主輪は、円環軸体の中心軸線周りに回転することにより前進または後進するとともに、接地されている従動ローラが円環軸体の接線方向軸線周りに回転することにより左右方向に移動するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００８／１３２７７８号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２００８／１３２７７９号パンフレット
【特許文献３】特許第３０７００１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した主輪が前進または後進する場合には、従動ローラのエッジ部分と接地面とが接触することにより主輪のグリップ力が得られるが、従動ローラが自転して主輪が左右方向に移動しようとする際にグリップ力が低下する虞がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、主輪が左右方向に移動する際にグリップ力を高めることができる駆動装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、円環部材（例えば、実施形態における円環部材５１）と、該円環部材に自転可能に取り付けられた複数の従動ローラ（例えば、実施形態における従動ローラ５２）と、を有する主輪（例えば、実施形態における主輪５）と、前記円環部材を挟んで両側に、前記従動ローラの外周面（例えば、実施形態における外周面５２ａ）に接触するように配された複数の第１駆動ローラ（例えば、実施形態におけるフリーローラ２９Ｒ）および複数の第２駆動ローラ（例えば、実施形態におけるフリーローラ２９Ｌ）と、前記円環部材を挟んで両側に、前記複数の第１駆動ローラおよび前記複数の第２駆動ローラをそれぞれ回転可能に保持する第１保持体（例えば、実施形態における回転部材２７Ｒ）および第２保持体（例えば、実施形態における回転部材２７Ｌ）と、前記第１保持体および前記第２保持体をそれぞれ回転駆動する第１駆動部（例えば、実施形態における電動モータ３１Ｒ）および第２駆動部（例えば、実施形態における電動モータ３１Ｌ）と、を備えた駆動装置（例えば、実施形態における駆動装置１０）であって、前記従動ローラの外周面に、その円周方向に対して角度（例えば、実施形態における角度θ１，θ２）を有する溝部（例えば、実施形態における溝部５５）が形成され、隣り合う前記溝部同士の間隔（例えば、実施形態におけるピッチＰ１，Ｐ２）が、隣り合う前記第１駆動ローラ同士および隣り合う前記第２駆動ローラ同士の間隔（例えば、実施形態におけるピッチＰ３，Ｐ４）よりも狭くなっていることを特徴としている。
【０００９】
請求項２に記載した発明は、前記溝部の前記角度が、前記従動ローラの外周面と前記第１駆動ローラおよび前記第２駆動ローラのそれぞれの外周面（例えば、実施形態における外周面２９Ｒ１，２９Ｌ１）とが接する角度となるように前記溝部が網目状に形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載した発明によれば、従動ローラが円環部材の接線方向軸線周りに自転することにより主輪は左右方向に移動するため、従動ローラの外周面にその円周方向に対して角度を有する溝部を形成することにより、従動ローラが自転する際に従動ローラと接地面との間の摩擦力を高めることができる。したがって、主輪が左右方向に移動する際に、主輪と接地面との間のグリップ力を高めることができ、駆動部の駆動力を効率よく伝達することができる。
また、隣り合う溝部同士の間隔が、隣り合う第１駆動ローラ同士および隣り合う第２駆動ローラ同士の間隔よりも狭くなるように溝部を形成したため、ある一つの従動ローラに対して第１保持体（第２保持体）が回転することで、隣り合う第１駆動ローラ（第２駆動ローラ）が断続的に接触する際に、必ず第１駆動ローラ（第２駆動ローラ）は従動ローラの溝部と接触することとなる。したがって、第１駆動ローラおよび第２駆動ローラと従動ローラとの間のグリップ力をより確実に高めることができ、駆動部の駆動力を効率よく第１駆動ローラおよび第２駆動ローラから従動ローラへ伝達することができる。
【００１２】
請求項２に記載した発明によれば、溝部の角度を従動ローラの外周面と第１駆動ローラおよび第２駆動ローラのそれぞれの外周面が接する角度となるように網目状に溝部を形成することにより、第１駆動ローラおよび第２駆動ローラと従動ローラとの間の摩擦力を高めることができる。したがって、第１駆動ローラおよび第２駆動ローラと従動ローラとの間のグリップ力を高めることができ、駆動部の駆動力を効率よく第１駆動ローラおよび第２駆動ローラから従動ローラへ伝達することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態における全方向移動車両の正面図である。
【図２】本発明の実施形態における全方向移動車両の側面図である。
【図３】本発明の実施形態における全方向移動車両の下部拡大正面図である。
【図４】本発明の実施形態における全方向移動車両の下部拡大斜視図である。
【図５】本発明の実施形態における全方向移動車両の主輪の斜視図である。
【図６】本発明の実施形態における全方向移動車両の主輪とフリーローラとの配置関係を示す図である。
【図７】本発明の実施形態における全方向移動車両の主輪の断面図である。
【図８】本発明の実施形態における全方向移動車両の従動ローラの斜視図である。
【図９】本発明の実施形態における全方向移動車両の従動ローラの溝部の断面形状を表す断面図である。
【図１０】本発明の実施形態における全方向移動車両の従動ローラの溝部の形状を表す平面図である。
【図１１】本発明の実施形態における全方向移動車両のフリーローラの別の態様を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施形態における全方向移動車両のフリーローラのさらに別の態様を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明に係る駆動装置の実施形態を図１〜図１２に基づいて説明する。なお、本実施形態では、倒立振子型の全方向移動車両を用いて説明する。
図１、図２に示すように、本実施形態における全方向移動車両１は、乗員（運転者）の搭乗部３と、床面に接地しながら該床面上を全方向（前後方向および左右方向を含む２次元的な全方向）に移動可能な主輪５と、この主輪５を駆動する動力を該主輪５に付与するアクチュエータ装置７と、これらの搭乗部３、主輪５およびアクチュエータ装置７が組み付けられた基体９と、を備えた倒立振子型の移動体である。なお、主輪５およびアクチュエータ装置７が駆動装置１０として構成されている。
【００１６】
ここで、本実施形態の説明では、「前後方向」、「左右方向」は、それぞれ、搭乗部３に標準的な姿勢で搭乗した乗員の上体の前後方向、左右方向に一致もしくは略一致する方向を意味する。なお、「標準的な姿勢」は、搭乗部３に関して設計的に想定されている姿勢であり、乗員の上体の体幹軸を概ね上下方向に向け、かつ、上体を捻ったりしていない姿勢である。
【００１７】
この場合、図１においては、「前後方向」、「左右方向」はそれぞれ紙面に垂直な方向、紙面の左右方向であり、図２においては、「前後方向」、「左右方向」はそれぞれ紙面の左右方向、紙面に垂直な方向である。また、本実施形態の説明では、参照符号に付する添え字「Ｒ」，「Ｌ」は、それぞれ全方向移動車両１の右側、左側に対応するものという意味で使用する。
【００１８】
基体９は、主輪５およびアクチュエータ装置７が組み付けられた下部フレーム１１と、この下部フレーム１１の上端から上方に延設された支柱フレーム１３と、を備えている。
【００１９】
支柱フレーム１３の上部には、該支柱フレーム１３から前方側に張り出したシートフレーム１５が固定されている。そして、このシートフレーム１５上に、乗員が着座するシート３が装着されている。本実施形態では、このシート３が乗員の搭乗部となっている。したがって、本実施形態における全方向移動車両１（以降、単に車両１という）は、乗員がシート３に着座した状態で、床面上を移動することができるものである。
【００２０】
また、シート３の左右には、シート３に着座した乗員が必要に応じて把持するためのグリップ１７Ｒ，１７Ｌが配置され、これらのグリップ１７Ｒ，１７Ｌがそれぞれ支柱フレーム１３（またはシートフレーム１５）から延設されたブラケット１９Ｒ，１９Ｌの先端部に固定されている。
【００２１】
下部フレーム１１は、左右方向に間隔を存して二股状に対向するように配置された一対のカバー部材２１Ｒ，２１Ｌを備えている。これらのカバー部材２１Ｒ，２１Ｌの上端部（二股の分岐部分）は、前後方向の軸心を有するヒンジ軸２３を介して連結され、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの一方が他方に対して相対的にヒンジ軸２３の周りに揺動可能となっている。この場合、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌは、図示を省略するバネによって、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの下端部側（二股の先端側）が狭まる方向に付勢されている。
【００２２】
また、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌのそれぞれの外面部には、シート３に着座した乗員の右足を載せるステップ２５Ｒと左足を載せるステップ２５Ｌとがそれぞれ右向き、左向きに張り出すように突設されている。
【００２３】
主輪５およびアクチュエータ装置７は、下部フレーム１１のカバー部材２１Ｒ，２１Ｌの間に配置されている。これらの主輪５およびアクチュエータ装置７の構造について説明する。
【００２４】
図３に示すように、本実施形態では、主輪５は、円環軸体５１と、円環軸体５１に各々当該円環軸体５１の接線方向軸線周りに回転可能に取り付けられ、駆動力を作用させる対象物に接触する複数の従動ローラ５２と、を有している。
【００２５】
より詳細には、図７に示すように、円環軸体５１には周方向移動不能かつ回転不能に多数のインナスリーブ５３が嵌着されている。各インナスリーブ５３にはメタル軸受５４を一体結合してなる従動ローラ５２が回転可能に装着されている。従動ローラ５２は、駆動力を作用させる対象物に接触するフリーローラであって、数珠繋ぎ状に円環軸体５１に装着され、各々、円環軸体５１の接線方向軸線周り、つまり、断面中心線Ｃ１周り（図５参照）と同等の軸線周りに回転可能、言い換えると、各従動ローラ５２自体の中心軸線周りに回転可能になっている。
【００２６】
この主輪５の断面中心線Ｃ１は、従動ローラ５２の回転軸線同士をリング状に繋げたものとなり、図５および図６の矢印Ｙ１で示すように、主輪５の断面中心線Ｃ１周りの回転は、従動ローラ５２自体の回転（自転）によって得られる。
【００２７】
図３、図４に示すように、この主輪５では、回転部材２７Ｒ，２７Ｌとともに回転移動するフリーローラ２９Ｒ，２９Ｌとの接触によって従動ローラ５２が円環軸体５１の周り（断面中心線Ｃ１周り）に回転し、左右方向への駆動力を接地面に作用させることができるとともに、主輪５全体の回転による円環軸体５１の円周方向移動により、前後方向への駆動力を接地面に作用させることができる。
【００２８】
この場合、主輪５に対して常に駆動力が作用し、空すべりが生じる事態を回避するためには、従動ローラ５２に対して、常に少なくとも１つのフリーローラ２９Ｒおよびまたは少なくとも１つのフリーローラ２９Ｌが転動接触するように構成するとよい。本実施形態の場合、回転部材２７Ｒ，２７Ｌの移動方向に沿う長さが概ね同一であることから、従動ローラ５２に対するフリーローラ２９Ｒ，２９Ｌの車両１の前後移動方向に沿う配列密度を適切に定めるとともに、従動ローラ５２よりもフリーローラ２９Ｒおよびまたはフリーローラ２９Ｌがより多数設けられているようにすればよい。
【００２９】
ここで、本実施形態では、従動ローラ５２の外周面５２ａに溝部５５が形成されている。図８、図９に示すように、溝部５５は、例えば、断面矩形状に形成されている。また、図１０に示すように、溝部５５は、従動ローラ５２の外周面５２ａの周方向Ｙ１と所定の角度を成すように網目状に形成されている。
【００３０】
具体的に、溝部５５は、従動ローラ５２の外周面５２ａとフリーローラ２９Ｒの外周面２９Ｒ１とが接する角度θ１だけ周方向Ｙ１から傾いて傾斜された溝部５５ａと、従動ローラ５２の外周面５２ａとフリーローラ２９Ｌの外周面２９Ｌ１とが接する角度θ２だけ周方向Ｙ１から傾いて傾斜された溝部５５ｂと、を有している。なお、従動ローラ５２の外周面５２ａとフリーローラ２９Ｒの外周面２９Ｒ１とが接する角度θ１とは、従動ローラ５２とフリーローラ２９Ｒとが接触している状態において、従動ローラ５２の軸中心とフリーローラ２９Ｒの軸中心との成す角度のことである。また、角度θ２についても同様である。なお、角度θ１とθ２は略同一の角度であり、かつ０度でない角度を指している。具体的に、本実施形態において、角度θ１とθ２は約４０〜４５°になるように構成されている。
【００３１】
また、隣り合う溝部５５ａ，５５ａ同士のピッチＰ１は、隣り合うフリーローラ２９Ｒ，２９Ｒ同士のピッチＰ３よりも狭くなるように形成されている。同様に、隣り合う溝部５５ｂ，５５ｂ同士のピッチＰ２は、隣り合うフリーローラ２９Ｌ，２９Ｌ同士のピッチＰ４よりも狭くなるように形成されている。なお、従動ローラ５２の外周面５２ａは、樹脂やゴムなどにより形成されている。
【００３２】
さらに、主輪５は、その軸心Ｃ２（主輪５全体の直径方向に直交する軸心Ｃ２）を左右方向に向けた状態で、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの間に配置され、該主輪５の外周面の下端部にて床面に接地する。
【００３３】
そして、主輪５は、アクチュエータ装置７による駆動によって、図５の矢印Ｙ２で示す如く主輪５の軸心Ｃ２の周りに回転する動作（床面上を輪転する動作）と、主輪５の横断面中心Ｃ１の周りに回転する動作とを行うことが可能である。その結果、主輪５は、それらの回転動作の複合動作によって、床面上を全方向に移動することが可能となっている。
【００３４】
図３に戻り、アクチュエータ装置７は、主輪５と右側のカバー部材２１Ｒとの間に介装される回転部材２７Ｒおよびフリーローラ２９Ｒと、主輪５と左側のカバー部材２１Ｌとの間に介装される回転部材２７Ｌおよびフリーローラ２９Ｌと、回転部材２７Ｒおよびフリーローラ２９Ｒの上方に配置された駆動ユニットとしての電動モータ３１Ｒと、回転部材２７Ｌおよびフリーローラ２９Ｌの上方に配置された駆動ユニットとしての電動モータ３１Ｌと、を備えている。
【００３５】
電動モータ３１Ｒ，３１Ｌは、それぞれのハウジングがカバー部材２１Ｒ，２１Ｌに各々取り付けられている。なお、図示は省略するが、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの電源（蓄電器）は、支柱フレーム１３など基体９の適所に搭載されている。
【００３６】
回転部材２７Ｒは、左右方向の軸心を有する支軸３３Ｒを介してカバー部材２１Ｒに回転可能に支持されている。同様に、回転部材２７Ｌは、左右方向の軸心を有する支軸３３Ｌを介してカバー部材２１Ｌに回転可能に支持されている。この場合、回転部材２７Ｒの回転軸心（支軸３３Ｒの軸心）と、回転部材２７Ｌの回転軸心（支軸３３Ｌの軸心）とは同軸心である。
【００３７】
回転部材２７Ｒ，２７Ｌは、それぞれ電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの出力軸に、減速機としての機能を含む動力伝達機構を介して接続されており、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌからそれぞれ伝達される動力（トルク）によって回転駆動される。各動力伝達機構は、例えばプーリ・ベルト式のものである。すなわち、図３に示すように、回転部材２７Ｒは、プーリ３５Ｒとベルト３７Ｒとを介して電動モータ３１Ｒの出力軸に接続されている。同様に、回転部材２７Ｌは、プーリ３５Ｌとベルト３７Ｌとを介して電動モータ３１Ｌの出力軸に接続されている。
【００３８】
なお、上記動力伝達機構は、例えば、スプロケットとリンクチェーンとにより構成されるもの、あるいは、複数のギヤにより構成されるものであってもよい。また、例えば、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌをそれぞれの出力軸が各回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同軸心になるように各回転部材２７Ｒ，２７Ｌに対向させて配置し、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの出力軸を回転部材２７Ｒ，２７Ｌに各々減速機（遊星歯車装置など）を介して連結するようにしてもよい。
【００３９】
各回転部材２７Ｒ，２７Ｌは、主輪５側に向かって縮径する円錐台形状に形成されており、その外周面がテーパ外周面３９Ｒ，３９Ｌとなっている。
【００４０】
回転部材２７Ｒのテーパ外周面３９Ｒの周囲には、回転部材２７Ｒと同心の円周上に略等間隔で並ぶようにして、複数のフリーローラ２９Ｒが配列されている。そして、これらのフリーローラ２９Ｒは、それぞれ、ブラケット４１Ｒを介してテーパ外周面３９Ｒに取り付けられ、該ブラケット４１Ｒに回転自在に支承されている。
【００４１】
同様に、回転部材２７Ｌのテーパ外周面３９Ｌの周囲には、回転部材２７Ｌと同心の円周上に略等間隔で並ぶようにして、複数（フリーローラ２９Ｒと同数）のフリーローラ２９Ｌが配列されている。そして、これらのフリーローラ２９Ｌは、それぞれ、ブラケット４１Ｌを介してテーパ外周面３９Ｌに取り付けられ、該ブラケット４１Ｌに回転自在に支承されている。
【００４２】
主輪５は、回転部材２７Ｒ側のフリーローラ２９Ｒと、回転部材２７Ｌ側のフリーローラ２９Ｌとの間に挟まれるようにして、回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同軸心に配置されている。
【００４３】
この場合、図１および図６に示すように、各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌは、その軸心Ｃ３が主輪５の軸心Ｃ２に対して傾斜するとともに、主輪５の直径方向（主輪５をその軸心Ｃ２の方向で見たときに、該軸心Ｃ２と各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌとを結ぶ径方向）に対して傾斜する姿勢で配置されている。そして、このような姿勢で、各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌのそれぞれの外周面２９Ｒ１，２９Ｌ１が、従動ローラ５２の外周面５２ａであって主輪５の内周面側に相当する位置に斜め方向に圧接されている。
【００４４】
より一般的に言えば、右側のフリーローラ２９Ｒは、回転部材２７Ｒが軸心Ｃ２の周りに回転駆動されたときに、主輪５（従動ローラ５２）との接触面で、軸心Ｃ２周りの方向の摩擦力成分（主輪５の内周の接線方向の摩擦力成分）と、主輪５の横断面中心Ｃ１の周り方向の摩擦力成分（円形の横断面の接線方向の摩擦力成分）とを主輪５（従動ローラ５２）に作用させ得るような姿勢で、従動ローラ５２の外周面５２ａであって主輪５の内周面側に相当する位置に圧接されている。左側のフリーローラ２９Ｌについても同様である。
【００４５】
この場合、前記したように、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌは、図示しないバネによって、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの下端部側（二股の先端側）が狭まる方向に付勢されている。このため、この付勢力によって、右側のフリーローラ２９Ｒと左側のフリーローラ２９Ｌとの間に主輪５が挟持されるとともに、主輪５に対する各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌの圧接状態（より詳しくはフリーローラ２９Ｒ，２９Ｌと主輪５との間で摩擦力が作用し得る圧接状態）が維持される。
【００４６】
以上説明した構造を有する車両１においては、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌによりそれぞれ、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを同方向に等速度で回転駆動した場合には、主輪５が回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同方向に軸心Ｃ２の周りに回転することとなる。これにより、主輪５が床面上を前後方向に輪転して、車両１の全体が前後方向に移動することとなる。なお、この場合は、従動ローラ５２は、その横断面中心Ｃ１の周りには回転しない。
【００４７】
また、例えば、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを互いに逆方向に同じ大きさの速度で回転駆動した場合には、従動ローラ５２は、その横断面中心Ｃ１の周りに回転することとなる。これにより、主輪５がその軸心Ｃ２の方向（すなわち左右方向）に移動し、ひいては、車両１の全体が左右方向に移動することとなる。なお、この場合は、主輪５は、その軸心Ｃ２の周りには回転しない。
【００４８】
さらに、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを、互いに異なる速度（方向を含めた速度）で、同方向または逆方向に回転駆動した場合には、主輪５は、その軸心Ｃ２の周りに回転すると同時に、従動ローラ５２はその横断面中心Ｃ１の周りに回転することとなる。
【００４９】
この時、これらの回転動作の複合動作（合成動作）によって、前後方向および左右方向に対して傾斜した方向に主輪５が移動し、ひいては、車両１の全体が主輪５と同方向に移動することとなる。この場合の主輪５の移動方向は、回転部材２７Ｒ，２７Ｌの回転方向を含めた回転速度（回転方向に応じて極性が定義された回転速度ベクトル）の差に依存して変化するものとなる。
【００５０】
以上のように主輪５の移動動作が行なわれるため、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転速度（回転方向を含む）を制御し、ひいては回転部材２７Ｒ，２７Ｌの回転速度を制御することによって、車両１の移動速度及び移動方向を制御できることとなる。
【００５１】
次に、本実施形態の車両１の動作制御のための構成を簡単に説明する。なお、以降の説明では、図１および図２に示すように、前後方向の水平軸をＸ軸、左右方向の水平軸をＹ軸、鉛直方向をＺ軸とするＸＹＺ座標系を想定し、前後方向、左右方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向と言うことがある。
【００５２】
まず、車両１の概略的な動作制御を説明すると、例えば、シート３に着座した乗員がその上体を傾けた場合（詳しくは、乗員と車両１とを合わせた全体の重心点の位置（水平面に投影した位置）を動かすように上体を傾けた場合）に、該上体を傾けた側に基体９がシート３とともに傾動する。そして、この時、基体９が傾いた側に車両１が移動するように、主輪５の移動動作が制御される。例えば、乗員が上体を前傾させ、ひいては、基体９をシート３とともに前傾させると、車両１が前方に移動するように、主輪５の移動動作が制御される。
【００５３】
すなわち、本実施形態では、基体９を傾動させるという動作が、車両１に対する１つの基本的な操縦操作（車両１の動作要求）とされ、その操縦操作に応じて主輪５の移動動作がアクチュエータ装置７を介して制御される。
【００５４】
ここで、本実施形態の車両１は、その全体の接地面としての主輪５の接地面が、車両１とこれに搭乗する乗員との全体を床面に投影した領域に比して面積が小さい単一の局所領域となり、その単一の局所領域だけに床反力が作用する。このため、基体９が傾倒しないようにするためには、乗員および車両１の全体の重心点が主輪５の接地面のほぼ真上に位置するように、主輪５を動かす必要がある。
【００５５】
そこで、本実施形態では、乗員および車両１の全体の重心点が、主輪５の中心点（軸心Ｃ２上の中心点）のほぼ真上に位置する状態（より正確には当該重心点が主輪５の接地面のほぼ真上に位置する状態）での基体９の姿勢を目標姿勢とし、基本的には、基体９の実際の姿勢を目標姿勢に収束させるように、主輪５の移動動作が制御される。
【００５６】
また、車両１を発進させる場合などにおいて、アクチュエータ装置７による推進力とは別に、例えば乗員が必要に応じて自身の足により床を蹴り、それにより車両１の移動速度を増速させる推進力（乗員の足平と床との摩擦力による推進力）を、付加的な外力として車両１に作用させた場合には、それに応じて車両１の移動速度（より正確には、乗員および車両１の全体の重心点の移動速度）が増速するように、主輪５の移動動作が制御される。なお、当該推進力の付加が停止された状態では、車両１の移動速度が一旦、一定速度に保持された後、減衰して、該車両１が停止するように、主輪５の移動動作が制御される（主輪５の制動制御が行なわれる）。
【００５７】
さらに、車両１に乗員が搭乗していない状態では、車両１の単体の重心点が、主輪５の中心点（軸心Ｃ２上の中心点）のほぼ真上に位置する状態（より正確には当該重心点が主輪５の接地面のほぼ真上に位置する状態）での基体９の姿勢を目標姿勢とし、該基体９の実際の姿勢を目標姿勢に収束させ、ひいては、基体９が傾倒することなく車両１が自立するように、主輪５の移動動作が制御される。
【００５８】
そして、このように車両１の動作制御を行うために、図１、図２に示すように、マイクロコンピュータや電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのドライブ回路ユニットなどを含む電子回路ユニットにより構成された制御ユニット６０と、基体９の所定の部位の鉛直方向（重力方向）に対する傾斜角θb及びその変化速度（＝dθb/dt）を計測するための傾斜センサ６２と、車両１に乗員が搭乗しているか否かを検知するための荷重センサ６４と、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの出力軸の回転角度及び回転角速度を検出するための角度センサとしてのロータリーエンコーダ６６Ｒ，６６Ｌがそれぞれ、車両１の適所に搭載されている。
【００５９】
この場合、制御ユニット５０および傾斜センサ５２は、例えば、基体９の支柱フレーム１３の内部に収容された状態で該支柱フレーム１３に取付けられている。また、荷重センサ５４は、シート３に内蔵されている。また、ロータリーエンコーダ６６Ｒ，６６Ｌは、それぞれ、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌと一体に設けられている。なお、ロータリーエンコーダ６６Ｒ，６６Ｌは、それぞれ、回転部材２７Ｒ，２７Ｌに装着してもよい。
【００６０】
このように構成された車両１が前後方向に移動する際には、主輪５が回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同方向に軸心Ｃ２の周りに回転することとなる。このとき、隣り合う従動ローラ５２，５２同士には隙間が形成されているため、従動ローラ５２の端部（エッジ部）と接地面との間で摩擦力が生じるため、従動ローラ５２と接地面との間には適正なグリップ力が発生する。
【００６１】
一方、車両が左右方向に移動する際には、従動ローラ５２がその横断面中心Ｃ１の周りに回転することとなる。このとき、接地面と接している従動ローラ５２がその横断面中心Ｃ１の周りに回転するが、本実施形態では、従動ローラ５２の外周面５２ａに溝部５５を形成したため、従動ローラ５２と接地面との間で確実に摩擦力が生じるため、従動ローラ５２と接地面との間には適正なグリップ力が発生する。
【００６２】
本実施形態によれば、従動ローラ５２が円環部材５１の接線方向軸線Ｃ１周りに自転することにより主輪５は左右方向に移動するため、従動ローラ５２の外周面５２ａにその円周方向Ｙ１に対して角度を有する溝部５５を形成することにより、従動ローラ５２が自転する際に従動ローラ５２と接地面との間の摩擦力を高めることができる。したがって、主輪５が左右方向に移動する際に、主輪５と接地面との間のグリップ力を高めることができ、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの駆動力を効率よく伝達することができる。
【００６３】
また、従動ローラ５２の周方向Ｙ１と溝部５５との成す角度θ１，θ２を、従動ローラ５２の外周面５２ａとフリーローラ２９Ｒの外周面２９Ｒ１とが接する角度（θ１）および従動ローラ５２の外周面５２ａとフリーローラ２９Ｌの外周面２９Ｌ１とが接する角度（θ２）となるように網目状に溝部５５を形成することにより、フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌと従動ローラ５２との間の摩擦力を高めることができる。したがって、フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌと従動ローラ５２との間のグリップ力を高めることができ、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの駆動力を効率よくフリーローラ２９Ｒ，２９Ｌから従動ローラ５２へ伝達することができる。
【００６４】
さらに、隣り合う溝部５５ａ，５５ａ同士のピッチＰ１および隣り合う溝部５５ｂ，５５ｂ同士のピッチＰ２が、隣り合うフリーローラ２９Ｒ，２９Ｒ同士のピッチＰ３および隣り合うフリーローラ２９Ｌ，２９Ｌ同士のピッチＰ４よりもそれぞれ狭くなるように溝部５５を形成したため、ある一つの従動ローラ５２に対して回転部材２７Ｒ（２７Ｌ）が回転することで、隣り合うフリーローラ２９Ｒ，２９Ｒ（２９Ｌ，２９Ｌ）が断続的に接触する際に、必ずフリーローラ２９Ｒ（２９Ｌ）は従動ローラ５２の溝部５５と接触することとなる。したがって、フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌと従動ローラ５２との間のグリップ力をより確実に高めることができ、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの駆動力を効率よくフリーローラ２９Ｒ，２９Ｌから従動ローラ５２へ伝達することができる。
【００６５】
尚、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や形状などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【００６６】
例えば、本実施形態では、フリーローラの外周面には溝部を形成していない場合について説明したが、図１１、図１２に示すように、フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌの外周面２９Ｒ１，２９Ｌ１にも、該フリーローラ２９Ｒ．２９Ｌの周方向に直交するような横溝や該フリーローラ２９Ｒ．２９Ｌの周方向に平行な縦溝といった溝部を形成してもよい。この場合も、従動ローラ５２の溝部５５ａ，５５ａのピッチＰ１は、隣り合うフリーローラ２９Ｒ，２９Ｒ同士および，フリーローラ２９Ｌ，２９Ｌ同士の間隔Ｐ３，Ｐ４よりも狭くなるように設定することが好ましい。また、従動ローラ５２の外周面５２ａとフリーローラ２９Ｒの外周面２９Ｒ１とが接する角度（θ１’）および従動ローラ５２の外周面５２ａとフリーローラ２９Ｌの外周面２９Ｌ１とが接する角度（θ２’）は、上述した角度θ１及びθ２と同一の角度に設定することが好ましい。
また、本実施形態では、従動ローラの溝部の断面形状として断面矩形状の場合を用いて説明したが、それに限らず例えば断面台形状の溝部を形成してもよい。
【符号の説明】
【００６７】
５…主輪  １０…駆動装置  ２７Ｒ…回転部材（第１保持体）  ２７Ｌ…回転部材（第２保持体）  ２９Ｒ…フリーローラ（第１駆動ローラ）  ２９Ｒ１…外周面  ２９Ｌ…フリーローラ（第２駆動ローラ）  ２９Ｌ１…外周面  ３１Ｒ…電動モータ（第１駆動部）  ３１Ｌ…電動モータ（第２駆動部）  ５１…円環部材  ５２…従動ローラ  ５２ａ…外周面  ５５…溝部  θ１，θ２…角度  Ｐ１，Ｐ２…溝部のピッチ（溝部同士の間隔）  Ｐ３，Ｐ４…フリーローラのピッチ（駆動ローラ同士の間隔）
【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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