(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のローラーを、弓形金具に、前記ローラーの回転方向が前記弓形金具の長手方向となるように、前記弓形金具の弓形の曲線に沿って取り付けた、２つ以上の弓形ユニットと、
車輪基部と、
を備え、
前記２つ以上の弓形ユニットが、それぞれ、前記車輪基部の周方向に相互にずらして取り付けられて、車輪を構成する、全方向移動車輪機構であって、
前記弓形ユニットの各々は、前記車輪基部に、前記弓形金具の長手方向が車輪の回転方向に対して傾斜するように取り付けられており、
更に、前記弓形ユニットの各々に対応するユニット保持軸を備え、
前記ユニット保持軸の各々が、前記車輪基部に取り付けられ、
前記弓形ユニットの各々は、前記ユニット保持軸を介して前記車輪基部に取り付けられ、
前記弓形ユニットの各々は、ユニット支持部品によって、前記ユニット保持軸に、前記弓形金具の長手方向が車輪の回転方向に対して傾斜するように取り付けられ、また、前記ユニット保持軸に対して摺動可能に取り付けられ、
前記ユニット保持軸には、前記ユニット保持軸の両端部と前記ユニット支持部品との間に、それぞればねが取り付けられ、前記弓形ユニットが前記ユニット保持軸に対して摺動すると、前記ばねによる反力が作用する、
全方向移動車輪機構。
【請求項２】
全方向移動車両であって、
前記全方向移動車両を駆動する車輪の各々が、
請求項１に記載の全方向移動車輪機構と、
前記全方向移動車輪機構の回転中心に取り付けられた駆動軸と、
前記駆動軸を駆動する駆動装置と、を備え、
前記車輪の各々の回転方向と回転速度を、個別に制御する、全方向移動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全方向移動車輪機構に関し、特に、不整地においても全方向に移動することができる、全方向移動車輪機構を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の全方向移動車輪機構の一つに、メカナムホイールがある。
メカナムホイールは、Ｂｅｎｇｔ  Ｅｒｌａｎｄ  Ｉｌｏｎ  によって発明されたもので（特許文献１）、その構造は、車輪の表面（円周上）が、車軸に対して４５°傾けられた樽型のローラーで覆われているものである。
【０００３】
この車輪は、モーターの駆動力の伝達により、従来の車輪と同様に前後に動くことに加え、円周上の樽型のローラーの各々がフリーに回転できるように取り付けられているため、車輪の前後方向に対して４５°の方向に移動することが可能である。
【０００４】
従って、４輪駆動の車両の各車輪として、メカナムホイールを装着し、４つの車輪をそれぞれ個別にモーターで駆動するように構成し、４つのモーターの各々の回転方向と速度とを制御することにより、前後、左右、斜め方向、という全方向の移動が可能である。
そして、メカナムホイールは、球状車輪等の他の全方向移動車輪機構と比較して、機構が簡単であり制御が容易であるという利点を有している。
【０００５】
非特許文献１に記載の発明は、楕円の一部を形成する曲線の上に多数の小さなローラーを取り付けたものであり、小さなローラーの中心軸（回転軸）は、楕円の一部を形成する曲線の方向に一致しており、各ローラーは、楕円の一部を形成する曲線の方向とは直角方向に回転する。
【０００６】
この車輪は、メカナムホイールの樽型ローラーが３つである場合に相当し、１つ１つの樽型ローラーに対し、樽型ローラーの代わりに小さなローラーを多数取り付けたものと考えることができる。
【０００７】
この車輪は、樽型のローラーを取り付けたメカナムホイールと比較して、軽量でクッション性のあるメカナムホイールを実現している。しかし、樽型のローラーを取り付けたメカナムホイールと同様に、段差を乗り越えることは困難であった。
【０００８】
以上のように、従来の全方向移動車輪機構であるメカナムホイールは、平地での運用を想定しており、段差を乗り越えることは困難である、という問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第３８７６２５５号明細書
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】鈴森康一、山田紀之、脇元修一、妹尾典久、尾崎直人、山本明菜、岡本武光、野澤和志、ＲＳＪ２０１４ＡＣ３Ｄ２−０５「螺旋状ワイヤロット構造をもつ新しいメカナムホイールの試作」第３２回日本ロボット学会学術講演会  予稿集、日本、日本ロボット学会、２０１４年９月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、車体の向きを変えることなく前後左右斜め方向という全方向の移動ができ、更に段差を乗り越えることができ、不整地での走行に適した、全方向移動車輪機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、複数のローラーを、弓形金具に、ローラーの回転方向が弓形金具の長手方向となるように、弓形金具の弓形の曲線に沿って取り付けた、２つ以上の弓形ユニットと、車輪基部と、を備え、２つ以上の弓形ユニットが、それぞれ、車輪基部の周方向に相互にずらして取り付けられて、車輪を構成する、全方向移動車輪機構であって、弓形ユニットの各々は、車輪基部に、弓形金具の長手方向が車輪の回転方向に対して傾斜するように取り付けられている、全方向移動車輪機構が提供される。
【００１３】
すなわち、請求項１の発明では、複数のローラーを備える２つ以上の弓形ユニットが、それぞれ、車輪基部の周方向に相互にずらして保持されて、車輪を構成しており、弓形ユニットの各々は、車輪基部に、弓形金具の長手方向が車輪の回転方向に対して傾斜するように取り付けられているので、請求項１の発明の全方向移動車輪機構を備えた車両は、車体の向きを変えることなく前後左右斜め方向という全方向の移動ができる。
また、弓形ユニットの各々は、車輪基部に、弓形金具の長手方向が車輪の回転方向に対して傾斜するように取り付けられているので、段差がある場合には、車輪が回転したときに、弓形ユニットの一つが段差に上から引っかかり、段差を乗り越えることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、更に、弓形ユニットの各々に対応するユニット保持軸を備え、ユニット保持軸の各々が、車輪基部に取り付けられ、弓形ユニットの各々は、ユニット保持軸を介して車輪基部に取り付けられ、弓形ユニットの各々は、ユニット支持部品によって、ユニット保持軸に、弓形金具の長手方向が車輪の回転方向に対して傾斜するように取り付けられ、また、ユニット保持軸に対して摺動可能に取り付けられ、ユニット保持軸には、ユニット保持軸の両端部とユニット支持部品との間に、それぞればねが取り付けられ、弓形ユニットがユニット保持軸に対して摺動すると、ばねによる反力が作用する、請求項１に記載の全方向移動車輪機構が提供される。
【００１５】
すなわち、請求項２の発明では、弓形ユニットの各々は、車輪基部に取り付けられた、対応するユニット保持軸に、弓形金具の長手方向が車輪の回転方向に対して傾斜するように、また、ユニット保持軸に対して摺動可能に取り付けられており、弓形ユニットの各々がユニット保持軸上を摺動する場合に、ばねによる反力が作用するので、段差がある場合には、車輪が回転したときに、弓形ユニットの一つが段差を確実に捉えることができ、段差に上から引っかかり、段差を乗り越えることができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、全方向移動車両であって、全方向移動車両を駆動する車輪の各々が、請求項１又は２に記載の全方向移動車輪機構と、全方向移動車輪機構の回転中心に取り付けられた駆動軸と、駆動軸を駆動する駆動装置と、を備え、車輪の各々の回転方向と回転速度を、個別に制御する、全方向移動車両が提供される。
【００１７】
すなわち、請求項３の発明では、請求項１又は２に記載の全方向移動車輪機構を備え、車体の向きを変えることなく前後左右斜め方向という全方向の移動ができ、段差を乗り越えることができる、全方向移動車両が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
各請求項に記載の発明によれば、車体の向きを変えることなく前後左右斜め方向という全方向の移動ができ、更に段差を乗り越えることができ、不整地での走行に適した、全方向移動車輪機構を提供する、という共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の１つの実施形態における全方向移動車輪機構の図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は斜視図、（Ｃ）は底面図、（Ｄ）は側面図である。
【図２】本発明の１つの実施形態における弓形ユニットの斜視図である。
【図３】本発明の１つの実施形態における全方向移動車輪機構を４輪駆動車に取り付けた図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は斜視図、（Ｃ）は正面図、（Ｄ）は側面図である。
【図４】本発明の１つの実施形態における全方向移動車輪機構が段差を乗り越える場合を説明する図であり、（Ａ）は車輪の弓形ユニットが段差に到達したときの車輪の正面図であり、（Ｂ）はその側面図であり、（Ｃ）は車輪の弓形ユニットが段差に上から引っかかるときの車輪の正面図であり、（Ｄ）はその側面図であり、（Ｅ）は車輪の弓形ユニットの端部分を支えにして車輪自身が持ち上がるときの、車輪が持ち上がりはじめた状態の正面図であり、（Ｆ）はその側面図であり、（Ｇ）は車輪の弓形ユニットの端部分を支えにして車輪自身が持ち上がるときの、車輪の持ち上がりが進んだ状態の正面図であり、（Ｈ）はその側面図であり、（Ｉ）は車輪の弓形ユニットの端部分を支えにして車輪自身が持ち上がるときの、車輪の持ち上がりが完了した状態の正面図であり、（Ｊ）はその側面図である。
【図５】本発明の１つの実施形態における全方向移動車輪機構を取り付けた４輪駆動車が段差を乗り越える場合の、段差との位置関係を説明する図であり、（Ａ）は段差が４輪駆動車と平行関係にある上面図であり、（Ｂ）は段差が４輪駆動車と斜め方向の関係にある上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明するが、添付図面は本発明を説明するためのものであり、本発明を、添付図面に示された実施形態に限定するものではない。なお、複数の添付図面において、同一又は相当する部材には、同一の符号を付している。
【００２１】
図１の（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の１つの実施形態における全方向移動車輪機構１０を、それぞれ異なる方向から示したものであり、１つの全方向移動車輪機構１０は、円形状の車輪を形成するために、２つ以上の弓形ユニット２０を備え、相互に干渉せずに円形状の車輪を形成する限り、多数の弓形ユニット２０を備えることが可能である。
【００２２】
図１の実施形態では、１つの全方向移動車輪機構１０は、３つの弓形ユニット２０と、車輪支持板１１、１２と車輪補強部品１３とによって構成された車輪基部と、各弓形ユニットに対応するユニット保持軸１４と、を備えており、ユニット保持軸１４は、両端部を車輪支持板１１と１２とによって支持されている。図１の実施形態では、各弓形ユニットには、ユニット保持軸１４が２つずつ対応しており、合計６つのユニット保持軸１４が、３つの弓形ユニット２０を車輪基部の周方向に相互に１２０°ずらして保持するように配置され、１つの車輪を構成している（図１（Ｄ))。
【００２３】
また、弓形ユニット２０の各々は、ユニット支持部品（図２の符号２４と２６）によって、ユニット保持軸１４に、弓形金具２５の長手方向が車輪の回転方向に対して傾斜するように、摺動可能に取り付けられている。
【００２４】
弓形ユニット２０の各々の、弓形金具の長手方向が車輪の回転方向に対して傾斜した取り付けは、後述するように、車輪が回転したときに、弓形ユニットの一つが段差に上から引っかかるようにするためのものである。したがって、弓形ユニット同士が干渉しない限り、車輪の回転方向に対して０°を越え、９０°未満の範囲の任意の傾斜角度でユニット保持軸１４に取り付けて、段差への乗揚げ機能を発揮することができる。
【００２５】
図１に示す実施形態では、弓形ユニット２０の各々の、弓形金具２５の長手方向が車輪の回転方向に対してなす傾斜角度が、４５°である場合を示している。
【００２６】
そして、弓形ユニット２０は、ユニット保持軸１４に対して、ユニット支持部品２６に取り付けられたユニット直線摺動部品２７（図２参照）を介して、軸方向に摺動可能に取り付けられている。
【００２７】
ユニット保持軸１４には、ユニット保持軸１４の両端の車輪支持板１１、１２と、ユニット支持部品２６と、の間に、ばね１５が、それぞれ取り付けられており、弓形ユニット２０がユニット保持軸１４に対して摺動すると、車輪支持板１１と１２のどちらの方向に摺動しても、ばね１５による反力が作用するようにされている。
【００２８】
図２は、本発明の１つの実施形態における弓形ユニット２０を示した図であり、弓形ユニット２０は、弓形金具２５を備え、弓形金具２５には、複数のローラー２１が、各ローラーに対応するローラー保持軸２２によって、各ローラー２１の回転方向が弓形金具２５の長手方向となるように、弓形金具２５の弓形の曲線に沿って取り付けられている。
【００２９】
上述の、弓形ユニット２０の各々の、弓形金具の長手方向が車輪の回転方向に対して傾斜した取り付けは、ユニット支持部品２４と２６との相互の取り付け角度を変えることによって、弓形ユニット２０の各々が干渉しない限り、車輪の回転方向に対して０°を越え、９０°未満の範囲の任意の傾斜角度とすることができる。
【００３０】
更に、ユニット直線摺動部品２７の、弓形金具２５に対する取り付け位置は、ユニット支持部品２４の、弓形金具２５に対する取り付け位置を変えることにより、弓形金具２５の長さの範囲内の任意の位置とすることができる。
【００３１】
図１、２に示す実施形態では、ユニット直線摺動部品２７の取り付け位置は、車両の左右の移動における段差乗り越えに対し、上面視における車輪の外側と内側とが同等の機能を発揮するように、弓形金具２５の長さ方向に対して中央の位置に取り付けられている。
【００３２】
以上説明したように、本発明では、弓形ユニット２０の各ローラー２１は、それぞれ弓形金具２５の長手方向と同一の方向に回転するように保持されており、図１、２に示す実施形態から明らかなように、本発明の弓形ユニットを取り付けた全方向移動車輪機構は、特許文献１に記載のメカナムホイールや、非特許文献１に記載の改良されたメカナムホイールとは、ローラーの回転方向が異なり、メカナムホイールとは異なった機構を構成している。
【００３３】
本発明の全方向移動車輪機構を利用して、全方向移動車両を構成する場合には、車両を駆動する車輪の各々を、本発明の全方向移動車輪機構とし、各駆動車輪の回転方向と回転速度を個別に制御することによって、全方向移動の目的を達成することができる。
【００３４】
図３は、本発明の全方向移動車輪機構（以下、単に「車輪」とも言う）を４つ、４輪駆動の車両として配置した場合の実施形態である。それぞれの車輪を独立に、駆動力伝達軸３２の回転制御をすることにより、車体の向きを変えることなく、前後、左右、斜め方向、という全方向に移動することができる。
【００３５】
すなわち、４輪駆動の場合には、車両３０の前後方向に延びる中心軸に対して左右対称に、また、車両３０の左右方向に延びる中心軸に対して前後対称に、全方向移動車輪機構を取り付け、それぞれの車輪を独立に回転制御することにより、全方向に移動することができる。
【００３６】
図４は、段差部での段差乗り越えの動作を説明する図であり、本発明の全方向移動車輪機構は、弓形ユニットの端部分が段差に引っかかり、車輪自身が持ち上がることによって、段差を乗り越えることができる。
【００３７】
すなわち、車輪が段差に到達すると、段差と接触する弓形ユニットは、図４の（Ａ）（Ｂ）に示すように、段差から受ける反力によって、ユニット保持軸に沿って後ろに下がる。
【００３８】
次に、図４の（Ｃ）（Ｄ）に示すように、その場で車輪が回転し、弓形ユニットの一つが段差に上から引っかかる。
【００３９】
更に、図４の（Ｅ）（Ｆ）に示すように、車輪が回転することによって、弓形ユニットの端部分を支えにして、車輪自身が持ち上がる。
【００４０】
更に、図４の（Ｇ）（Ｈ）に示すように、段差と接触していた弓形ユニットは、反力が無くなったことにより、ばねの力によって軸の中央部に戻る。
【００４１】
そして、最終的に、図４の（Ｉ）（Ｊ）に示すように、車輪のすべての部分が、段差よりも上に到達する。
【００４２】
以上の動作において、図５（Ａ）に示すように、車体３１の向きが段差に対して平行に進入する場合のみならず、図５（Ｂ）に示すように、車体３１の向きが段差に対して斜めに進入する場合であっても、上述のように、弓形ユニットの端部分が段差に引っかかることができるので、段差を乗り越えることができる。
【００４３】
最大段差乗り越え高さに関しては、図４（Ｃ）に示すように、弓形ユニットの端部分が引っかかる高さであるかどうかによって決まる。従って、大きな段差を乗り越える目的のためには、外径が大きな車輪を選択することができ、目的に応じて、車輪の大きさを決定すればよい。
【００４４】
１つの実施形態として、例えば図１、２に示す実施形態では、車輪直径を２５４ｍｍとする場合には、２００ｍｍ程度の高さの段差を乗り越えることができる。
【００４５】
以上の実施形態の説明では、全方向移動車輪機構を４つ取り付けた全方向移動車両の実施形態を説明したが、４つ以外の個数の全方向移動車輪機構を備え、各全方向移動車輪機構の回転方向と回転速度を個別に制御することにより、様々な全方向移動車両を構成することができる。
【００４６】
例えば、全方向移動車輪機構を３つ取り付ける場合には、各全方向移動車輪機構を、各車輪のローラーの回転方向がすべて平行とはならないように配置し、各車輪の回転方向と回転速度を個別に制御することにより、全方向に移動することができる車両を構成することができる。
【００４７】
従来の全方位移動車両は、フォークリフト等において、平地でのみ運用されているが、本発明の全方向移動車輪機構を採用すれば、段差を乗り越えることができるので、不整地等の、障害物が存在する場所であっても、障害物を乗り越えて移動することが可能である。
【００４８】
具体的には、従来のフォークリフトへの適用はもとより、凹凸のある床や段差のある床を有する工場内の移動車両、道幅の狭い屋外での作業用車両、車いす、災害等で瓦礫が多く発生した場所での移動車両、衛星や惑星の表面探査機等、様々な移動車両への用途拡大が可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１０    全方向移動車輪機構
１１    車輪支持板
１２    車輪支持板
１３    車輪補強部品
１４    ユニット保持軸
１５    ばね
２０    弓形ユニット
２１    ローラー
２２    ローラー保持軸
２３    ユニット支持部品
２４    ユニット支持部品
２５    弓形金具
２６    ユニット支持部品
２７    ユニット直線摺動部品
３０    車両
３１    車体
３２    駆動力伝達軸
【図１】
0006448437.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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