(57)【要約】【課題】モータなど駆動のための部品への余分な負荷を掛けずに、ダンパや平行リンク等の構成部材のサイズ選択に自由度を高めるサスペンションを有する全方位移動車輪を用いた自走式運搬台車を提供する。【解決手段】全方位移動車輪２１と、モータ１１と、平行リンク３を備えた搬送台車において、全方位移動車輪２１を支持する車輪側ブロック２と、モータ１１を支持するモータ側ブロック１と、モータ側ブロック１の側面上部に配置される回転連結部５と、下端が車輪側ブロック２の側面下部に、上端が回転連結部５に、それぞれ回動可能に連結され、平行リンク３の対角線方向に配置される伝達ロッド６と、下端がモータ側ブロック１の側面下部に、上端が回転連結部５にそれぞれ回動可能に連結されるダンパ７と、モータ１１の駆動軸１２と全方位移動車輪２１の車輪軸２２とを連結するユニバーサルジョイントを有する伝達軸４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
全方位移動車輪を回転可能に支持する車輪側ブロックを、平行リンクを介して搬送台車に対し上下に揺動可能に連結したサスペンション機構であって、
前記搬送台車に固定配置されるモータを支持するモータ側ブロックと、
前記平行リンクの対角線方向に配置され、該平行リンクの揺動を伝達する伝達ロッドと、
前記平行リンクの揺動を制動するダンパと、
前記モータ側ブロックの側面上部に配置され、前記伝達ロッドの動きを前記ダンパに連動させる回転連結部とを備え、
前記伝達ロッドの下端は前記車輪側ブロックの側面下部に、前記伝達ロッドの上端は前記回転連結部に、それぞれ回動可能に連結され、
前記ダンパの下端は前記モータ側ブロックの側面下部に、前記ダンパの上端は前記回転連結部にそれぞれ回動可能に連結され、
前記モータの駆動軸と前記全方位移動車輪の車輪軸とをユニバーサルジョイントを有する伝達軸で連結したことを特徴とする全方位移動車輪用サスペンション機構。
【請求項２】
前記回転連結部は、該回転連結部の軸支部が前記モータ側ブロックの側面上部に軸支され、前記回転連結部の左右の端部と、前記伝達ロッド及び前記ダンパのぞれぞれの一端とを回動自在に連結するよう形成されていることを特徴とする請求項１に記載の全方位移動車輪用サスペンション機構。
【請求項３】
前記回転連結部は略三角形状を成し、前記伝達ロッド及び前記ダンパが回動自在に連結される左右のそれぞれの端部と、当該回転連結部の軸支される軸支部とが、三角形の頂点にそれぞれ位置するよう形成されていることを特徴とする請求項２に記載の全方位移動車輪用サスペンション機構。
【請求項４】
前記回転連結部において、前記軸支部から前記伝達ロッドが連結される位置までの長さが、前記軸支部から前記ダンパが連結される位置までの長さに等しいことを特徴とする請求項３に記載の全方位移動車輪用サスペンション機構。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のサスペンション機構を有する機構ユニットを少なくとも３つ有していることを特徴とする自走式搬送台車。
【請求項６】
前記車輪側ブロックは、前記全方位移動車輪の車輪軸の両端を軸受支持部により両持ち状態で支持するように形成されていることを特徴とする請求項５に記載の自走式搬送台車。
【請求項７】
前記全方位移動車輪は、車輪本体の円周部分に前記車輪軸に対して垂直に軸支された複数のフリーローラを備えたことを特徴とする請求項５又は６のいずれか１項に記載の自走式搬送台車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、搬送台車のサスペンション機構に関し、より詳細には、自走式搬送台車の全方位移動車輪用サスペンション機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
倉庫等においては、物品やロボットを搬送するための自走式搬送台車が用いられており、種々のものが開発されている。中でもオムニホイールやメカナムホイールといった全方位移動車輪を車輪に用いるものが知られている。
【０００３】
オムニホイールは、車輪本体の円周部分に、駆動軸に対して垂直な軸を持つフリーローラを装着した車輪である。通常の回転に加え、軸方向への自由回転も可能なため、多方向への動きが得られる。すなわち、各車輪の回転方向や回転速度を制御することによって、各車輪に異なる移動方向および駆動力（ベクトル）を発生させ、全車輪の移動方向および駆動力の和（ベクトルの和）によって、車体の向きを変えず全方向への無旋回移動を可能とする。このため、狭所や障害物の存在する場所で、高い移動能力を発揮する。
【０００４】
一方、自走式運搬台車が走行する床面に起伏や段差などが存在すると、一部の全方位移動車輪が浮いた状態になってしまうことがある。この状態に陥るとベクトルの和が得られなくなり、正常走行が不可能になってしまうという問題がある。
この問題に対し、懸架装置を組み合わせることで、車輪の上下運動にかかわらず、車輪を走行面に安定して接地させることが提案されている（特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−０４６８９０号公報
【特許文献２】特開２００８−１５５６５２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】松下健嗣、外２名、“全方向移動機構のためのサスペンションの開発”、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成２２年度電子情報通信学会東京支部学生会研究発表会、［平成３０年６月１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｉｅｉｃｅ．ｏｒｇ／／ｔｏｋｙｏ／ｇａｋｕsｅｉ／ｋｅｎｋｙｕｕ／１６／ｐｄｆ／５．ｐｄｆ＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、例えば、特許文献１に記載されるサスペンション機構は、全方位移動車輪の車軸にモータと減速機で構成される駆動部が連結されたユニット全体が、サスペンションに繋がれた構成となっている。このような構成を採ると、車輪が段差などで上下したときに、モータなど多くの部分も上下運動を余儀なくされ、電気配線などに余分な負荷が掛かるおそれがあり、動作の安定性や、機構を構成する部材の強度に対する問題が生じる。
【０００８】
また、例えば、特許文献２に記載されるサスペンション機構は、平行リンクとダンパから構成されるものであって、平行リンクにより可動域をもたせ、リンクの対角線に当たる位置にダンパを配置する機構が開示されている。しかし、この構成を採ると、リンクの大きさによってダンパの規格が制限され、あるいは、ダンパの規格に合わせて平行リンク等の構成部材のサイズを決定することになってしまうという設計の自由度についての問題が生じる。
【０００９】
さらに、特許文献２で開示されているサスペンション機構では、モータが平行リンクに囲まれるように配置されていることから、特許文献１に記載されるサスペンション機構同様に、車輪の上下運動による負荷の影響を受けるおそれがある。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、モータなど駆動のための部品への余分な負荷を掛けずに、ダンパや平行リンク等の構成部材のサイズ選択に自由度を高める全方位移動車輪用サスペンション機構と、同機構を用いた自走式運搬台車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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、全方位移動車輪を回転可能に支持する車輪側ブロックを、平行リンクを介して搬送台車に対し上下に揺動可能に連結したサスペンション機構であって、搬送台車に固定配置されるモータを支持するモータ側ブロックと、平行リンクの対角線方向に配置され、平行リンクの揺動を伝達する伝達ロッドと、平行リンクの揺動を制動するダンパと、モータ側ブロックの側面上部に配置され、伝達ロッドの動きを前記ダンパに連動させる回転連結部とを備え、伝達ロッドの下端は車輪側ブロックの側面下部に、伝達ロッドの上端は回転連結部に、それぞれ回動可能に連結され、ダンパの下端はモータ側ブロックの側面下部に、ダンパの上端は回転連結部にそれぞれ回動可能に連結され、モータの駆動軸と全方位移動車輪の車輪軸とをユニバーサルジョイントを有する伝達軸で連結した全方位移動車輪用サスペンション機構であることを要旨とする。伝達ロッド及び回転連結部並びにユニバーサルジョイントを有する伝達軸は、床面の障害を乗り越える際に生じる衝撃を受ける車輪を配置する車輪側ブロックと、モータなどを配置するモータ側ブロックとを、分離可能にさせる機能を有する。
【００１２】
前記回転連結部は、モータ側ブロックの側面上部に軸支して配置されることが、さらには、回転連結部は略三角形状を成して、側面視逆三角形状に配置され、伝達ロッド及びダンパが回動自在に連結される左右のそれぞれの端部と、回転連結部の軸支される軸支部とが、三角形の頂点にそれぞれ位置するよう形成されていることが好ましい。床面の障害物の乗越時に平行リンクが上方へ押し上げられる力に追従して上方へ動く伝達ロッドの動きを、かかる形状の回転連結部は、軸支部を中心とした回転運動に変換させ、ダンパへ伝える機能を有する。
【００１３】
前記回転連結部は、さらに好ましくは、前述の構成に加えて、軸支部から伝達ロッドが連結される位置までの長さと、軸支部からダンパが連結される位置までの長さとが等しいように形成されるのが良い。回転連結部をこのような二等辺三角形状とすることで、伝達ロッド及びダンパそれぞれの回転連結部との連結箇所が、軸支部を中心とする円の同一円周上を移動することになり、突上時のいわゆるロック状態を予防する機能を有する。
【００１４】
本発明の第２の態様は、ユニット連結材により少なくとも３つ連結された、上記サスペンション機構を有する機構ユニットを備えた自走式搬送台車であることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、段差の乗越えに有効なサスペンションの構成部材であるダンパや平行リンク等のサイズ選択の自由度を高めることが可能となり、かつ、段差乗越時などに生じる全方位移動車輪の衝撃を緩和させ、モータなど駆動のための部品への負荷を減殺することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る自走式搬送台車のサスペンション機構の説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係る自走式搬送台車のサスペンション機構の平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る自走式搬送台車の全体斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る自走式搬送台車による平坦な床の走行図である。
【図５】本発明の実施形態に係る自走式搬送台車による段差乗越時の走行図である。
【図６】本発明の実施形態に係る自走式搬送台車による窪地の走行図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施の形態を説明する。図面の記載においては、同一の部分には同一の符号を付している。図面は模式的なものであり、各部の寸法の比率は現実のものとは異なることがある。
【００１８】
（第１の実施の形態）
図１及び２に示すように、本発明の全方位移動車輪用サスペンション機構は、概要、モータ側ブロック１と、車輪側ブロック２と、平行リンク３と、伝達軸４と、伝達ロッド６とダンパ７をそれぞれ回動可能に連結する回転連結部５とから構成される。これらの構成から成る１つの単位を機構ユニットと呼ぶ。
【００１９】
モータ側ブロック１は、モータ１１と、モータ１１を固定配置するためのモータ支持部１４と、モータ支持部１４を固定させるフレーム１３と、平行リンク３及び回転連結部５を接合させるための平行リンク第１接合部１５から構成される。
【００２０】
モータ支持部１４は、矩形のポリアセタールプレートを用い、モータ１１の駆動軸１２を通す穴が設けられ、ビス止めによりモータ１１を固定する。
【００２１】
フレーム１３は、モータ１１の長手方向よりもやや長く、長手方向と平行に配置される４本のアルミ角パイプと、これら４本のアルミ角パイプを、縦横で固定する６本のアルミ角パイプから形成される。強度、軽量化及び加工の容易さの観点からアルミ角パイプを選択したが、他の素材や形状の部材を選択することも可能である。モータ支持部１４を基点にフレーム１３が組み立てられる。これらフレーム１３は、機構ユニット８同士を連結させる基部及びモータ１１保護の役割を果たす。
【００２２】
車輪側ブロック２は、全方位移動車輪２１と、全方位移動車輪２１の車輪軸２２を内側（伝達軸側）で軸支する第１軸受支持部２３と、外側で軸支する第２軸受支持部２４と、第１軸受支持部２３と第２軸受支持部２４とをそれぞれの垂直方向の辺で固定する側面固定部２５と、平行リンク３及び伝達ロッド６の下端部を接合させるための平行リンク第２接合部２６から構成される。
【００２３】
全方位移動車輪２１は、車輪本体の円周部分に車輪軸に対して垂直に軸支された複数のフリーローラ２７を備えた、いわゆるオムニホイールの他、車輪の円周上表面が車輪軸に対して約４５度傾けたバレルによって覆われている、いわゆるメカナムホイールなどを採用することができる。
【００２４】
全方位移動車輪２１は、車輪軸２２の両端を第１軸受支持部２３及び第２軸受支持部２４により両持ち状態で支持される。第１軸受支持部２３及び第２軸受支持部２４は、同形の矩形を成す。これらと矩形の側面固定部２５は、アルミプレートを素材とするが、軽量かつ加工が容易であれば合成樹脂プレートなど他の素材でも構わない。
【００２５】
車輪軸２２のモータ１１側は、第１軸受支持部２３中央部に嵌め合い加工により駆動可能な状態で固定される。第１軸受支持部２３と第２軸受支持部２４の垂直方向の対向する辺同士は、２枚の側面固定部２５により固着される。このように両側二点支持の構成を採ることにより、車輪のぶれを抑え、車輪の接地面を平行に保ち易くなり、走行安定に優れた効果を発揮する。また、車輪の露出を防止することで、人身の安全面に寄与し、また、車輪を中心としたサスペンション機構の損壊防止にも寄与することとなる。もっとも、両側二点支持は必須の構成とは言えず、軽量化、構成部材の部品点数や加工コスト削減などのために車軸の片持ち支持の構成を採ることも可能である。車輪軸側のみの片持支持を採用する際は、第２軸受支持部２４や側面固定部２５は構成要素として不要となる。
【００２６】
図１に示すように、平行リンク３は、対向する駆動リンク３２と従動リンク３１の長さが等長であり、平行リンク第２接合部２６を中間リンクとする四節リンクである。アルミ合金など強度を持つものを素材とする。床面の段差を乗り越えようとする車輪は、駆動リンク３２と従動リンク３１が対称性を持って揺動をすることで、運搬台車の他の車輪に影響することなく上下運動することが可能となる。２つの平行リンク３が、対向する平行リンク第１接合部１５と平行リンク第２接合部２６とを、それぞれ回動自在に連結し、モータ側ブロック１と車輪側ブロック２とを結合させる。
【００２７】
図１に示すように、伝達ロッド６は、アルミ合金など一定の強度を有しつつ軽量な素材で、棒状に形成され、平行リンク３の対角線方向に配置される。伝達ロッド６の下端部は平行リンク第２接合部２６の側面下部に、伝達ロッド６の上端部は回転連結部５に、それぞれ回動自在に連結される。
【００２８】
回転連結部５は、アルミ合金など一定の強度を持つ素材で、略三角形状に形成される。図１及び２に示すように、前記形状及び素材から成る２枚のプレートを組み合わせて、１つの回転連結部５となり、側面視逆三角形に配置される。下方の頂点位置で、平行リンク第１接合部１５の軸支部５１に軸支され、上方左右の頂点でそれぞれ伝達ロッド６及びダンパ７に回動自在に連結される。軸支部５１から伝達ロッド６が連結される位置までの長さと、軸支部５１からダンパ７が連結される位置までの長さとが相等しく形成される。このような構成を採ることによって、車輪の上下運動が平行リンク３の動作に連動し、その動作が伝達ロッド６から回転連結部５を介して、ダンパ７へと力が加わることとなる。 
【００２９】
回転連結部５の形状は三角形そのものではなく、軸支部５１からダンパ７の連結部までを結ぶ外縁が、中心に向かいくびれた形状に形成されるのが好ましい。このような略Ｖ字型に形成することにより、ダンパ７のピストンロッドが回転連結部５に接触し難くなるという機能を持たせることができる。
【００３０】
図示を省略しているが、軸支部５１から伝達ロッド６の連結箇所に至る外縁も、くびれた形状として形成しても良く、さらには、回転連結部５の側面視形状が、Ｔ字型や棒状に形成されても良い。
【００３１】
また、回転連結部５は、必ずしも２枚のプレートから成る必要はなく、伝達ロッド６に加えられる力をダンパ７に伝達することができるものであれば、その他の任意の構成にしても良い。
【００３２】
図１に示すように、ダンパ７は、その下端部がモータ側ブロック１のフレーム１３の側面下部に、上端部が回転連結部５に、それぞれ回動自在に連結される。ダンパ７には各種種類のものを採用することができる。ダンパの規格は、本体に加わるであろう荷重や、とるべき可動域の大きさなどから長さや強度を選定することになるところ、タンパ７下端部がフレーム１３に軸支する位置を任意に選択できることによって、規格選択の制約を受け難くなる。
【００３３】
もっとも、ダンパ７の種類によっては、鉛直方向から４５度以上の傾斜を回避するように配置しなくてはならないものもある。仮に、このような傾斜角度に制限がかかる場合には、回転連結部５の形状に変更を加えることで、設置可能となる。すなわち、回転連結部５を二等辺三角形状とし、その頂点を平行リンク第１接合部１５に軸支される軸支部５１として、頂角を鋭角にするように伝達ロッド６及びダンパ７の連結位置の長さを伸ばすことで、ダンパ７の配置を鉛直に近づけることができる。
【００３４】
図１及び２に示すように、全方位移動車輪２１の車輪軸２２と、モータ１１の駆動軸１２とは、２つのユニバーサルジョイント４１を有する伝達軸４を介して駆動連結される。この伝達軸４は、モータ１１と全方位移動車輪２１の配置を隔離させる機能を持つ。段差乗越え等による車輪の上下に伴い、車輪側ブロック２も上下するが、モータ１１などが配置されたモータ側ブロック１は、車輪側ブロック２の動きから切り離され、モータ１１や電気配線などに余分な負荷が掛かることを防止できる。
【００３５】
本発明の第１の実施形態に係る力の動きを図４ないし６を用いて説明する。これら図中の実線の矢印は自走式搬送台車の進行方向を、破線の矢印は力の加わる方向を示している。
【００３６】
図４は、本発明のサスペンション機構を有する自走式搬送台車が、平坦な床を向って左側に進行しているところである。図４に表れている全方位移動車輪２１の車輪本体は、進行方向に対し、直交するように向いているが、駆動軸１２に対して垂直な軸を持つフリーローラ２７が進行方向に自由回転するため、車体又は車輪の向きを変えず移動が可能である。
【００３７】
図５は、向かって左側に進行している自走式搬送台車が、段差を乗り越えているものである。段差の乗越えによって、全方位移動車輪２１に上向きの力が働き、車輪側ブロック２の動きに合わせて、伝達ロッド６が配置されている斜め上方向に力が働く。伝達ロッド６に働く力は、回転連結部５の軸支部５１を中心とした、向かって左から右への円運動に変わり、ダンパ７にこの円運動の力が加えられ、制動される。
【００３８】
図６は、向かって左側に進行している自走式搬送台車が、窪地によって全方位移動車輪２１が沈んだ様子を示す。全方位移動車輪２１に下向きの力が働き、車輪側ブロック２の動きに合わせて、伝達ロッド６が配置されている斜め下方向に力が働く。伝達ロッド６に働く力は、回転連結部５の軸支部５１を中心とした、向かって右から左への円運動に変わり、ダンパ７はこの円運動の力により上方に引き上げられる。
【００３９】
上記したサスペンション機構は、モータ側ブロック１及び車輪側ブロック２の両側面に、回転連結部５、伝達ロッド６及びダンパ７をそれぞれ配置したものであるが、いずれか一方の側面にのみ配置するものとしても良い。
【００４０】
（第２の実施の形態）
図３に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る自走式搬送台車は、前記したサスペンション機構を有する機構ユニット８の、それぞれのモータ１１のリード線側が向き合うように、等間隔で４つ組み合わせたものである。各モータ側ブロック１のフレーム１３を、直角に隣り合う、それぞれの駆動軸１２側とリード線側とを、それぞれ上下２本ずつのユニット連結材９により連結させる。駆動軸１２側に配置されるアルミ角パイプと、リード線側に配置されるアルミ角パイプとでは、その長さが異なる。ユニット連結材９は、強度と軽量化の観点からアルミ角パイプを選択したが、他の素材や構成によることを妨げない。以上の構成は、機構ユニット８を４つ連結したユニット連結材９が、上方視すると正方形になるように配置されたものとなる。図示は省略するが、その他、上方視で長方形となる配置や、機構ユニット８の数を３つとして、正三角形となるように配置するものとしても構わない。
【００４１】
ユニット連結材９で囲まれた中央部には、合成樹脂素材のプレートを配置する。これにより、ユニット連結材９の位置を固定させることができる。また、このプレートは、電気回路などを設置するスペースとして活用することができる。
【００４２】
以上説明した本発明は、上記した実施形態のみの構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の本質を逸脱しない範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１    モータ側ブロック
１１  モータ
１２  駆動軸
１３  フレーム
１４  モータ支持部
１５  平行リンク第１接合部
２    車輪側ブロック
２１  全方位移動車輪
２２  車輪軸
２３  第１軸受支持部
２４  第２軸受支持部
２５  側面固定部
２６  平行リンク第２接合部
２７  フリーローラ
３    平行リンク
３１  従動リンク
３２  駆動リンク
４    伝達軸
４１  ユニバーサルジョイント
５    回転連結部
５１  軸支部
６    伝達ロッド
７    ダンパ
８    機構ユニット
９    ユニット連結材
【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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