(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状をなし、その中心軸である第１の軸周りの円周面及び前記円周面の両側の側面を有する基体と、
前記基体の前記円周面に軸受を介して外嵌された円環体であって、環状の外周面が、球面のうち前記第１の軸の方向における両側部位が対称に切断されて残った表面部分からなる円環体と、
互いに連結された取付部と軸心部とを有し、前記取付部は、前記基体の前記両側の側面の少なくとも一方側に固設され、前記軸心部は、前記円環体の前記第１の軸の方向における中間点を通り、かつ前記第１の軸と直交する第２の軸の方向の外方に延びる支持体と、
前記基体の前記側面にそれぞれ軸支された一対の回転体であって、前記第１の軸と前記第２の軸とで構成される面に平行な面内で回転する回転体とを含み、
前記基体の前記側面における前記取付部の取付位置は、前記第１の軸の位置よりも前記軸心部側であり、
前記基体の前記側面における前記回転体の取付位置は、前記第１の軸を挟んで前記取付部の取付位置の反対側である多軸回転構造体。
【請求項２】
前記回転体は、前記円環体が前記第２の軸周りに回転したときに前記円環体の環状の外周面が形成する球面の回転軌跡の内、前記円環体の中空部分内の所定の特異点を含む円周上を回転面とするものであることを特徴とする請求項１に記載の多軸回転構造体。
【請求項３】
前記回転体は、前記基体の前記両側の側面にそれぞれ軸支された回転軸を有し、前記回転軸は、前記第１の軸及び前記第２の軸と直交し、前記回転体の軸方向における半径は、前記円環体が前記第２の軸周りに回転したときに前記円環体の環状の外周面が形成する球面の回転軌跡の内、前記円環体の中空部分内の所定の特異点を含む円周上まで、前記回転体の軸から径方向に下ろした寸法に設定された紡錘状であることを特徴とする請求項１に記載の多軸回転構造体。
【請求項４】
前記取付部は、２分割された第１、第２取付部を有し、前記基体は、前記両側の側面で前記第１、第２取付部に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多軸回転構造体。
【請求項５】
前記支持体に外嵌された主軸受を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多軸回転構造体。
【請求項６】
前記基体と前記円環体との間に介設された第１回転力伝達機構と、前記基体に内装され、前記第１回転力伝達機構に回転力を出力する第１駆動源とを備えたことを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の多軸回転構造体。
【請求項７】
前記基体と前記回転体との間に介設された第２回転力伝達機構と、前記回転体及び前記基体の一方に内装され、前記第２回転力伝達機構に回転力を出力する第２駆動源とを備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の多軸回転構造体。
【請求項８】
請求項２又は３に記載の多軸回転構造体の前記支持体を前記所定の特異点を含む円周が接地する角度に傾斜して支持する本体を有する全方向移動体。
【請求項９】
前記取付部に支持され、外周面が前記取付部の外方に露出した段差乗り越え用回転体を備えたことを特徴とする請求項８に記載の全方向移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の回転軸を有する多軸回転構造体及び全方向移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車輪を支持する水平軸をステアリング軸周りに旋回させて方向変換を可能にした移動体が知られている。この種の移動体は、車輪が１個であるため瞬時の方向転換が不可能という難点を有する。かかる難点を克服するものとして、従来、受動回転する小径の複数の車輪を回転方向に連続配設した大型車輪を形成し、大型車輪の軸周りの他に小径の車輪の軸周りの回転も可能にして方向転換を瞬時に行えるようにした移動体も知られている。この種の移動体は、小径の車輪のサイズが機構全体に対して小さいため、段差乗り越え能力が低いという問題を有する。
【０００３】
これらの問題点を克服するものとして、例えば特許文献１には、対向配置された半割状の半球状車輪を所定距離だけ隙間を置いて配置すると共に、両者の中心を貫通する半球状車輪支持体周りに個別に回転可能に支持した全方向移動体が記載されている。全方向移動体は、対向する半球状車輪の隙間に水平方向の径方向外側から半球状車輪支持体に連結される回転駆動部を備え、この回転駆動部周り、及び半球状車輪支持体周りに回転可能にされている。また、各半球状車輪の頂部に凹部を形成し、この凹部に、回転駆動部及び半球状車輪支持体の軸と直交する軸周りに軸支された、軸方向における半径が半球状車輪の球面に一致する寸法の小車輪が設けられている。かかる構造を備えることで、瞬時の方向転換と、一対の半球状車輪のサイズが機構全体に対して同等となって高い段差乗り越え性能を確保するものとしている。
【０００４】
また、特許文献２には、対向する半球状車輪の対向面に対称な傾斜面を採用し、隙間の広い部位に回転駆動部を挿入して連結した特許文献１の変形例の全方向移動体が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５０５７１３０号公報
【特許文献２】Ｗ０２０１３／１６４３２７ Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１，２に記載の全方向移動体は、対向する半球状車輪間に隙間を有する分、回転の一部分において僅かながら不連続を生じる。この隙間は、挿入される回転駆動部の軸径、すなわち耐荷重性確保を考慮して適宜な寸法に設計する上で一定の制約を伴う。また、特許文献２では、隙間に傾斜面を採用することで、対向する半球状車輪間の隙間が多少なりとも狭くなる一方、半球状車輪間の隙間の端縁が回転方向と交差しているため、回転中に隙間が接地する度に、接地面に対して回転方向とは異なる方向の抵抗成分を生み、直進性や効率性が悪くなる。また、接地面が変形容易な、例えばカーペットや絨毯等の場合、皺や撚れを発生させることが考えられる。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、３軸周りの回転が可能な、耐荷重性を備えた多重回転構造体及び全方向移動体を提供するものである。さらに、本発明は、回転の滑らかさが実現可能な多重回転構造体及び全方向移動体、乃至は高い段差乗り越え性能がさらに確保できる全方向移動体を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る多軸回転構造体は、基部の周囲に円形の外周面を有する基体と、球面の左右部位が対称に切断された、中央の所定幅からなる環状の外周面を有し、前記基体の外周面に軸受を介して同心状に外嵌された円環体と、互いに連結された取付部と軸心部とを有し、前記取付部は前記基体の軸の外方から前記基部の側部に固設され、前記軸心部は前記円環体を幅方向に対称に区切る平面上で、かつ径方向外方に延設された支持体と、前記基部の両側部にそれぞれ軸支された一対の回転体であって、前記軸心部の軸と前記円環体の軸とで構成される面に平行な面内で回転する回転体とを含むものである。
【０００９】
本発明によれば、多軸回転構造体は、軸心部、円環体及び回転体の３軸周りに少なくとも受動回転可能となる。回転体が、軸心部の軸と円環体の軸とで構成される面に平行な面内で回転することによって、多軸回転構造体は全方向に対して回転可能となる。しかも、取付部を外方から基体の側部に固設するので、取付部を自由な太さに設定することが可能となり、より高い耐荷重性が確保される。
【００１０】
また、多軸回転構造体は、軸心部、円環体及び回転体の３軸周りに少なくとも受動回転可能となるため、移動体その他に適用された場合、全方向への能動乃至は受動回転が可能となる。また、軸心部、円環体及び回転体の３軸のうち、少なくとも１軸以上に対して駆動源を設けて適宜能動回転可能にすることで、移動体その他、種々の用途に適用可能となる。なお、回転体は、軸心部の軸と円環体の軸とで構成される面に平行な面内で回転するものであれば、前記軸心部の軸と円環体の軸とで構成される面に平行な方向に長尺な紡錘型の円筒体の他、種々の形態が採用可能である。例えば、前記軸心部の軸と円環体の軸とで構成される面に平行な方向に、１個乃至は複数個の円筒、球体（楕円球体）を数珠つなぎしてなる回転体、あるいは蛇腹のフレキシブルチューブ（円筒体の一態様）を回転可能に支持する態様でもよい。
【００１１】
また、前記回転体は、前記円環体が前記軸心部周りに回転したときに前記円環体の環状の外周面が形成する球面の回転軌跡の内、前記円環体の中空部分内の所定の特異点を含む円周上を回転面とするものであることを特徴とする。この構成によれば、前記球面の回転軌跡のうちの前記所定の特異点を含む円周上に回転面が一致乃至は近似することで、３軸周りの回転が可能となる。前記した軸心部の軸と円環体の軸とで構成される面に平行な面内で回転する軸は、前記円周上に沿ったあるいは直線状の軸を設け、その軸に、１又は複数の球体（楕円球含む）を回転可能に支持し、あるいは１又は複数の円筒体を直列に配置した態様でもよい。かかる構成で、回転面を前記円周上に沿うよう一致させてもよいし、例えば軸方向に等径の円筒体のように、近似した態様としてもよい。
【００１２】
また、前記回転体は、前記基部の両側部にそれぞれ軸支された回転軸を有し、前記回転軸は、前記軸心部の軸方向及び前記円環体の軸方向と直交し、前記回転体の軸方向における半径は、前記円環体が前記軸心部周りに回転したときに前記円環体の環状の外周面が形成する球面の回転軌跡の内、前記円環体の中空部分内の所定の特異点を含む円周上まで、前記回転体の軸から径方向に下ろした寸法に設定された紡錘状であることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、回転体の外周面は、軸心部周りの回転によって円環体の外周面で形成される球面上の回転軌跡のうちの、所定の特異点を通る円周上と一致する半径に設定されるので、円環体の軸心部周りの回転時に、特異点を通る回転軌跡が円周となり、不連続点がなくなる。さらに、多軸回転構造体が移動体その他に適用された場合、全方向への能動乃至は受動回転が可能となり、かつ特異点が円周と一致することで、滑らかな回転が実現される。移動体への適用では、従来のような、隙間による回転移動時の不連続がなくなり、極めて滑らかな回転移動が実現される。また、軸心部、円環体及び回転体の３軸のうち、少なくとも１軸以上に対して駆動源を設けて適宜能動回転可能にすることで、移動体その他、種々の用途に適用可能となる。
【００１４】
また、前記取付部は、２分割された第１、第２取付部を有し、前記基体は、前記両側部で前記第１、第２取付部に取り付けられていることを特徴とするものである。この構成によれば、基体と支持体との固定を基体の両側から固設するようにしたので、より強固になり、高い耐荷重性が確保される。
【００１５】
また、本発明は、前記支持体に外嵌された主軸受を有することを特徴とするものである。この構成によれば、多軸回転構造体を装備する本体側に対して、主軸受を介して相対回転可能に支持可能となる。
【００１６】
また、前記基部の側部における前記取付部の取付位置は、前記基体の軸の位置よりも前記支持体側であり、前記基部の側部における前記回転体の取付位置は、前記基体の軸を挟んで前記取付部の取付位置の反対側となるようにしたものである。この構成によれば、回転体を取付けるためのスペースを充分に確保することが可能となる。従って、特異点を適宜の円周上に設定することが可能にする。
【００１７】
また、本発明は、前記基体と前記円環体との間に介設された第１回転力伝達機構と、前記基体に内装され、前記第１回転力伝達機構に回転力を出力する第１駆動源とを備えたことを特徴とするものである。この構成によれば、円環体を能動回転させることが可能となる。
【００１８】
また、本発明は、前記基体と前記回転体との間に介設された第２回転力伝達機構と、前記回転体及び前記基体の一方に内装され、前記第２回転力伝達機構に回転力を出力する第２駆動源とを備えたことを特徴とするものである。この構成によれば、回転体を能動回転させることが可能となる。
【００１９】
また、本発明に係る全方向移動体は、前記多軸回転構造体の前記支持体を前記特異点を含む円周が接地する角度に傾斜して支持する本体を有するものである。この構成によれば、特異点が床面に接地するように支持体を傾斜して本体に支持することで、全方向移動体は、各軸周りに回転して全方向への滑らかな回転移動が可能となる。また、高い耐荷重性が確保できることで、大小種々のサイズ、かつ各種用途の全方向移動体を提供することが可能となる。
【００２０】
また、本発明に係る全方向移動体において、前記取付部に支持され、外周面が前記取付部の外方に露出した段差乗り越え用回転体を備えたことを特徴とする。この構成によれば、全方向移動体が段差乗り越えを行う際に、取付部が段差部に当接する前に段差乗り越え用回転体が当接し、回転する。従って、円滑に段差を乗り越えることができ、取付部が段差乗り越え時の障害となることが緩和乃至は解消される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、３軸周りの回転を可能にした、耐荷重性を備えた多重回転構造体及び全方向移動体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る多軸回転構造体の一実施形態を示す外観斜視図である。
【図２】多軸回転構造体が所定の回転位相位置にある状態の外観図である。
【図３】図２の回転位相位置における縦断面図である。
【図４】回転体が支持される前の状態の円柱体１０の斜視図である。
【図５】図４に示す円柱体の外観図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は右側面図、（ｅ）は底面図である。
【図６】回転体が支持された状態の円柱体１０の斜視図である。
【図７】図６に示す円柱体の外観図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は右側面図、（ｅ）は底面図である。
【図８】円環体の外周面が接地している回転位相位置にある状態の外観図である。
【図９】多軸回転構造体を移動体に装備した一例の外観斜視図である。
【図１０】円柱体、円環体及び回転体を能動的に駆動する場合の構成の一例を示す機能構成図である。
【図１１】多軸回転構造体を物体を把持する把持装置に適用した場合の説明図である。
【図１２】多軸回転構造体を移動体に適用した場合における段差乗り越え円滑構造を採用した斜視図である。
【図１３】図１２に示す構造図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【図１４】多軸回転構造体を移動体に適用した場合における他の段差乗り越え円滑構造を採用した斜視図で、（ａ）は取付部の両側に１対の回転体を設けた場合の図、（ｂ）は取付部の両側に複数対の回転体を設けた場合の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本発明に係る多軸回転構造体の一実施形態を示す外観斜視図である。図２は、多軸回転構造体が所定の回転位相位置にある状態の外観図である。図１、図２は、説明の便宜上、構成の一部である円環体を半透明で示している。図３は、図２の回転位相位置における縦断面図である。なお、以降においては、説明の便宜上、図２、図３に示すように、軸Ｌ１方向をＸ方向とし、円柱体１０（円環体３０）の軸方向をＹ方向とし、ＸＹ平面に直交する方向である、図２の紙面奥行き方向をＺ方向とする。多軸回転構造体１は、後述するように種々の用途に適用可能であるが、以下では、床面を全方向に走行可能な移動体への適用例で説明する。
【００２４】
多軸回転構造体１は、基体の一例としての円柱体１０と、円柱体１０を支持するための支持体２０と、円柱体１０に相対回転可能に支持された所定幅を有する円環体３０と、円柱体１０に軸支された一対の回転体５０とを有する。
【００２５】
円柱体１０は、Ｙ方向に所定幅を有する円形の外周面１１を少なくとも有すると共に、平面状の両側面１２を有する。支持体２０は、互いに連結された軸心部２１と取付部２２とを有する。軸心部２１は、円環体３０の幅方向（Ｙ方向）中間の平面上を通り、円環体３０の径方向（Ｘ方向）の外方に延びる軸Ｌ１と同心である。取付部２２は、本実施形態では、軸心部２１の先端部でＹ軸方向に２分割され、対称に屈曲形成された形状を有し、その各先端が円柱体１０の径外方向から円柱体１０の側面１２に固設されている。取付部２２による側面１２上の取付位置２２０（図４参照）は、円柱体１０の軸Ｌ２位置より軸心部２１側に設定されている。このように取付位置２２０を軸心部２１側にずらすことで、後述するように回転体５０の取付スペースの一例である凹部１４の領域を確保している。凹部１４は、円柱体１０の側面１２及びＸ方向の下側の外周面１３（図３の右下側）を切り欠いた状態で形成されている。凹部１４の詳細は後述する。
【００２６】
軸心部２１には、多軸回転構造体１を他の部材、例えば移動体６０（図８参照）に回転可能に取り付ける場合に必要となる軸受部２００が必要に応じて外嵌されている。なお、多軸回転構造体１を能動的に回転させる態様では、移動体６０側に内装された、モータ等の駆動源Ｍ１から回転力を伝達されるようにすればよい。また、多軸回転構造体１は、移動体６０の下部側に向けて少なくとも１個以上取り付けられる場合、例えば図８のように４方向に合計４個取り付ける場合、支持体２０を下方に傾斜させて取り付けることで、円環体３０及び回転体５０の外周面が軸Ｌ１の傾斜角度で床面ＦＬと接地するようにしている。
【００２７】
円環体３０は、球面の左右部位を対称に切断し、残った中央の所定幅からなる環状の外周面３１を有する。円環体３０は、内周面３２が円柱体１０の外周面１１に軸受４０を介して外嵌されて、円柱体１０に対し、軸Ｌ２周りに相対回転可能にされている。軸受４０は１個でもよいが、用途や耐荷重性を考慮して、図３のように２個、乃至はそれ以上の個数を並設することが好ましい。円環体３０は、軸Ｌ１が外周面３１の幅方向（Ｙ方向）の中央平面上を通るように、Ｙ方向における円柱体１０との位置決めがなされている。これによって、支持体２０が、能動的あるいは受動的に軸心部２１（軸Ｌ１）周りに回転するとき、円環体３０の外周面３１の回転軌跡は、球面ＣＡ（図３参照）となる。
【００２８】
円柱体１０の両側面１２，１２には、回転体５０を回転可能に支持する凹部１４が対称に形成されている。凹部１４の形成位置は、取付部２２の取付位置２２０を除く位置であって、Ｘ方向に対しては支持体２０側とは反対側に設定されている。
【００２９】
図４は、回転体５０が支持される前の状態の円柱体１０の斜視図である。図５は、図４に示す円柱体１０の外観図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は右側面図、（ｅ）は底面図である。凹部１４は、回転体５０が一部を残して収容されるような、Ｚ方向（図２及び図５（ｄ）参照）に穿設された円柱状の空間を有する。凹部１４のＺ方向両側には、外周面１１側の一部に切欠部１５１を穿設して形成された一対の側壁１５が対向するように形成されている。側壁１５は、軸受部として機能するもので、対称位置にそれぞれ軸支孔１６が形成されている。軸支孔１６は、後述するように回転体５０の回転軸５１の両端を軸支する。側壁１５を切欠部１５１によって外周面１１の内側位置に形成することで、回転体５０の回転軸５１を軸支する構造部品等が外周面１１の内側に収まるようにしている。
【００３０】
図６は、回転体５０が支持された状態の円柱体１０の斜視図である。図７は、図６に示す円柱体１０の外観図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は右側面図、（ｅ）は底面図である。回転体５０は、所定長の回転軸５１を有すると共に、後述するように軸方向の中央側が太径となる紡錘形状の外周面５２を有する。
【００３１】
回転軸５１は、軸Ｌ１（Ｘ方向）及び軸Ｌ２（Ｙ方向）と直交、すなわちＺ方向に一致する。また、回転体５０の半径は、円環体３０が軸Ｌ１周りに回転したときに円環体３０の環状の外周面３１が形成する球面ＣＡを形成する回転軌跡のうち、予め設定された接地点Ｐｏ（図３参照）を含む軸Ｌ１周りの円周ＣＰｏ上まで、回転体５０の回転軸５１から径方向に下ろした線分Ｒの長さ寸法に設定されている。回転体５０の回転軸５１方向の各点における半径を線分Ｒの長さ寸法に設定することで、回転体５０の軸方向における外周面５２は、常に円周ＣＰｏ上に一致する。従って、軸Ｌ１周りに円柱体１０を回転させた場合、円環体３０の外周面３１と回転体５０の外周面５２とで円周ＣＰｏ上に沿った回転が実現されて、多軸回転構造体１は床面ＦＬに常に接して転動を行う。なお、側壁１５の端縁部分うち、円周ＣＰｏに対応する部位を円周ＣＰｏに一致させるようにしてもよい。
【００３２】
次に、多軸回転構造体１の全方向移動動作について説明する。なお、多軸回転構造体１は、軸受部２００を介して図略の移動体（本体）に、軸Ｌ１の傾斜姿勢で支持されているものとする。
【００３３】
（１）軸Ｌ１周りの能動回転による移動
多軸回転構造体１は、駆動源Ｍ１からの回転力を受けて軸Ｌ１周りに能動回転する場合、円柱体１０及び円環体３０が回転する。その結果、多軸回転構造体１は、床面ＦＬ上との接地点Ｐｏを含む円周ＣＰｏ上で転動し、転動方向（図３の場合、紙面奥行き方向）に移動する。
【００３４】
軸Ｌ１周りの能動回転中に、他の方向への外力が作用した場合、床面ＦＬに円環体３０の外周面３１が接地している期間は、外力のうちの円環体３０の外周面３１の受動回転方向の移動成分が軸Ｌ１周りの転動方向に合成されて移動する。また、床面ＦＬに回転体５０の外周面５２が接地している期間は、外力のうちの回転体５０の外周面５２の受動回転方向の移動成分が軸Ｌ１周りの転動方向に合成されて移動する。
【００３５】
（２）軸Ｌ１と直交する方向と同一方向への外力を受けた場合の受動回転による移動
多軸回転構造体１に、軸Ｌ１周りの能動回転による転動方向と同一方向に外力が作用した場合、円環体３０の外周面３１及び回転体５０の外周面５２が床面ＦＬから摩擦を受けて軸Ｌ１周りに受動回転する。従って、多軸回転構造体１は、床面ＦＬ上との接地点Ｐｏを含む円周ＣＰｏ上で転動し、転動方向（図３の場合、紙面奥行き方向）に移動する。
【００３６】
（３）その他の方向への外力を受けた場合の受動回転による移動
まず、図８に示すような円環体３０が完全に立直している（軸Ｌ２が床面ＦＬと平行な）回転位相位置で停止している多軸回転構造体１に、円環体３０の回転方向に一致する外力Ｆが作用すると、円環体３０は床面ＦＬから摩擦を受けて、外周面３１が軸Ｌ２周りに受動回転を生じる。従って、多軸回転構造体１は、円環体３０の回転方向に移動する。
【００３７】
次いで、回転位相位置の如何を問わず、任意の方向への外力Ｆが作用した場合、円環体３０，回転体５０及び軸Ｌ１周りの受動回転が発生する。まず、円環体３０の外周面３１が床面ＦＬに接地している期間では、外力のうちの円環体３０の回転方向への成分によって円環体３０が軸Ｌ２周りに回転し、外力Ｆのうちの軸Ｌ１周りの方向への成分によって軸Ｌ１周りの回転が発生する。次に、回転体５０の外周面５２が床面ＦＬに接地している期間では、外力のうちの回転体５の回転方向への成分によって回転体５０が回転軸５１周りに回転し、外力Ｆのうちの軸Ｌ１周りの方向への成分によって軸Ｌ１周りの回転が発生する。従って、多軸回転構造体１は、外力Ｆの作用する方向へ移動する。
【００３８】
（４）回転体５０の受動回転による移動
図８とは異なり、図３（図２）に示すように回転体５０の外周面５２が床面ＦＬに接地している状態で停止している多軸回転構造体１に、図３の左右方向に矢印で示すように外力Ｆが作用する場合を想定する。この場合、軸Ｌ１周りの回転力成分は存在しないため、回転体５０が回転軸５１周りに回転可能でなければ、多軸回転構造体１は、図３（図２）の左右方向への移動が不可能となる。
【００３９】
そこで、図３の回転位相位置を含む、外周面５２が床面ＦＬに接地している状態において、回転体５０の外周面５２に接地点Ｐｏを確保し、かつ回転体５０に回転軸５１を設けて回転体５０を受動回転可能にして、図３の左右方向への移動を可能にしている。なお、外力Ｆが、図３の左右方向成分を有する、すなわち紙面と交差する方向の力である場合には、前記（３）のケースと同様となり、多軸回転構造体１は、軸Ｌ１，Ｌ２の受動回転及び回転軸５１の受動回転によって直進を継続することになる。
【００４０】
以上の結果、多軸回転構造体１は、複数の軸、すなわち軸Ｌ１周りの回転、円環体３０の軸Ｌ２周りの回転、及び回転体５０の回転軸５１周りの回転が実現され、移動体に装備した場合、初期の回転位相位置の如何を問わず、全方向への移動が可能となる。
【００４１】
図９は、多軸回転構造体１を移動体６０に装備した一例の外観斜視図を示す。移動体６０としては、工場内、病院内その他、屋内外を問わず全方向移動可能な自走ロボット、車椅子、車両等への適用が想定される。なお、図９では、移動体６０としての基本概念を示したもので、多軸回転構造体１が装備される中央の基本部位の構成は、用途に応じて適宜変更されるものである。
【００４２】
自走の移動体６０に適用する場合、多軸回転構造体１を３個以上装備すれば姿勢安定上好適となる。なお、バランス用の補助車輪等を採用する形態とすれば、２個でもよい。また、平地の他、起伏のある不整地の場合、移動体の立体角の全方向に対して６軸乃至はそれ以上の所定数を装備することで、高い移動性能を発揮でき、災害地その他の現場での活動にも適用可能となる。また、サイズも小型式から、人間が搭乗可能なサイズ、あるいはそれ以上のサイズ、例えば部品、機器あるいは物資の運搬用にも応用可能である。
【００４３】
図９の形態では、左右に一対、前後に一対の合計４個の多軸回転構造体１が装備されている。移動体６０内には、走行制御する回路構成及び、各多軸回転構造体１を能動回転させる駆動源たるモータが内装されている。移動制御は、例えば前後方向に移動させる場合、左右一対の多軸回転構造体１を同方向に同速度で能動回転させればよく、左右方向に移動させる場合、前後一対の多軸回転構造体１を同方向に同速度で能動回転させればよい。合成方向に移動させる場合には、一対の多軸回転構造体１のそれぞれに所定の回転速度を設定すればよい。一対の多軸回転構造体１の回転方向を切換えたり、回転速度を変更したりすることで、方向転換、曲線移動等の直進以外の各種の動きを実現することが可能となる。
【００４４】
図１０は、円柱体１０、円環体３０及び回転体５０を能動的に駆動する場合の構成の一例を示す機能構成図である。図１０において、モータ等の駆動源Ｍ２は、円柱体１０に内装され、回転力伝達機構７１を介して円環体３０を能動回転可能にしている。回転力伝達機構７１は、典型的には互いに噛合する２個のギアを有する。回転力伝達機構７１を構成する２個のギアの一方は、円柱体１０に取付けられ、一部が外周面１１から露出し、他方のギアは、円環体３０の内周面３２に沿って設けられるリング状ギアで、互いに噛合している。円柱体１０側のギアは、駆動源Ｍ２の出力回転軸に供回り可能に連結されて、回転力を円環体３０に伝達する。円環体３０は軸受４０を介して回転駆動される。
【００４５】
また、モータ等の駆動源Ｍ３は、円柱体１０に内装され、回転力伝達機構７２を介して回転体５０を能動回転可能にしている。回転力伝達機構７２は、典型的には互いに噛合する２個のギアを有する。回転力伝達機構７２を構成する２個のギアの一方は、円柱体１０に取付けられ、一部が凹部１４の内面に露出し、他方のギアは、回転体５０の外周面５２の周囲に設けられたリング状ギアで、互いに噛合している。円柱体１０側のギアは、駆動源Ｍ３の出力回転軸に供回り可能に連結されて、回転力を回転体５０に伝達する。回転体５０は回転軸５１周りに回転駆動される。なお、駆動源Ｍ２，Ｍ３は円環体３０、回転体５０側に内装する形態でもよい。また、静止側から回転側の駆動源Ｍ２、Ｍ３への電力線は、公知のように例えば支持体２０の内部に孔を穿設し、軸心部２１の適所に軸Ｌ１と同心に設けたスリップリングを介して孔内を通って円柱体１０まで這わすようにすればよい。
【００４６】
このように、多軸回構造体１は、円柱体１０の外方から側面に支持体２０を取り付けるので、従来のような、隙間の存在による回転の不連続がなくなって移動（走行）の滑らかさが確保でき、かつ、従来のように回転駆動部を小径に制限する必要がないため、支持体２０を構成する軸心部２１及び取付部２２を太径とすることができ、耐荷重性を確保することができる。さらに、多軸回構造体１は、多軸回構造体１のサイズと円環体３０のサイズとを同等としたことで、高い段差乗り越え性能も確保される。
【００４７】
図１１では、円柱体１０、円環体３０及び回転体５０の全て、少なくとも円柱体１０、円環体３０を能動回転可能にし、これによって、図１１に示すように、多軸回転構造体１を移動体ではなく、他の用途、例えば物体を把持する把持装置に適用することが可能となる。図１１は、２個の多軸回転構造体１をロボットハンド乃至はロボットハンドの指部として想定し、両者間に把持対象物Ｏｂを把持し、また必要に応じて回転可能にした状態を示している。円環体３０を互いに逆向きとなるＲ１，Ｒ２方向に所定量だけ能動回転させることで、例えば円筒状乃至は円柱状をなした把持対象物Ｏｂを引き込むようにして把持状態とする。さらに、把持した状態で両円環体３０を同方向に同一速度で  回転させることで、把持対象物Ｏｂの把持位置を変更することが可能となる。なお、多軸回転構造体１の個数は２個の他、３個あるいはそれ以上でもよい。例えば３個の場合、多軸回転構造体１への駆動を選択的に制御することで、例えば把持対象物が球体であれば、球体を全方向に向けて把持することが可能となる。５個設ける態様では、人の五指を模擬したものとすることができる。
【００４８】
一方、駆動源Ｍ１〜Ｍ３を使用せず、全てを受動回転の形態とするようにしてもよい。この場合、例えばキャスターに適用することが可能となる。キャスターに適用する態様では、多軸回転構造体１の個数に限らず、複数個から構成されるものとしてもよい。
【００４９】
また、図１２、図１３は、多軸回転構造体１が移動体に適用される場合における他の実施形態を示す図で、段差乗り越えを円滑に行うための構造を採用した状態の図である。この実施形態では、取付部２２ａに回転体、例えばリング体２３を設けたものである。取付部２２ａは、所定の幅を有し、側面視（図１２の軸Ｌａ方向）で円弧状の本体部２２１と、本体部２２１の円弧状の両先端から延設された連結部２２２とを備えている。連結部２２２は、本体部２２１の円弧状の両先端の幅方向の左右端から一対の平行な棒状体として延設され、一対の棒状体の先端がそれぞれの側面１２に固定されている。また、本体部２２１は、幅方向の中央部分であって、側面視で円弧状の貫通孔２２３が形成されている。貫通孔２２３には、リング体２３が内嵌されている。リング体２３は、低摩擦性材料あるいは表面が低摩擦処理されて形成されたもので、軸Ｌ１及び軸Ｌ２と直交する軸に平行な軸Ｌａ周りに摺動回転するように貫通孔２２３に嵌合される。
【００５０】
また、円柱体１０の両側面１２間を貫通するように、前記貫通孔２２３と同一曲率を有する円弧状の貫通孔１７が形成されている。貫通孔２３と貫通孔１７とは、円周の一部を形成する円弧に対応する。リング体２３は、本体部２２１の貫通孔２２３に内嵌されると共に、円柱体１０の貫通孔１７にも内嵌されている。また、リング体２３の外周は、少なくとも本体部２２１及び連結部２２２よりも上下方向に対して外方に位置する。多軸回転構造体１が床面を移動中に、例えば段差部分に差し掛かると、取付部２２ａよりも先にリング体２３が当接して回転する。従って、円滑に段差を乗り越えることができ、取付部２２ａが段差乗り越え時の障害となることが緩和乃至は解消される。なお、図１３では、作図上乃至は説明上、軸心部２１が水平に示されているが、実際は所定の傾斜角度を有しているものである。
【００５１】
図１４は、円滑段差乗り越えのための回転体の他の実施形態を示すもので、図１２に対応する図である。図１４（ａ）は取付部の両側に１対の回転体を設けた場合の図、図１４（ｂ）は取付部の両側に複数対の回転体を設けた場合の図である。図１４（ａ）において、回転体部２３ａは、取付部２２の両側に１対設けられている。回転体部２３ａは、取付部２２の両端側の外側面に、軸Ｌ１及び軸Ｌ２と直交する軸に平行な軸Ｌａに取り付けられた軸受２３１ａと、軸受２３１ａの、軸Ｌａ方向の両側に軸支された所定径を有するコロ等の回転体２３２ａとを備えている。回転体２３２ａの外周は、取付部２２の外側面より外側に露出している。従って、取付部２２が段差部に当接しようとすると、先に回転体２３２ａが段差に当接して回転することで、取付部２２が段差乗り越え時の障害となることが解消される。また、図１４（ｂ）において、回転体部２３ｂは、取付部２２の両側に複数対、ここでは２対設けられている。各対の回転体部２３ｂは、取付部２２の両端側の外側面に、軸Ｌ１及び軸Ｌ２と直交する軸に平行な軸Ｌａ、軸Ｌａ’に取り付けられた軸受２３１ｂと、軸受２３１ｂの、軸方向の両側に軸支された、所定径を有するコロ等の回転体２３２ｂとを備えている。回転体２３２ｂの外周は、取付部２２の外側面より外側に露出している。取付部２２が段差部に当接しようとすると、先に回転体２３２ｂが段差に当接して回転することで、取付部２２が段差乗り越え時の障害となることが緩和乃至は解消される。なお、回転体２３２ａ、２３２ｂは、コロの他、ローラやリング体でもよい。
【００５２】
さらに、本発明は以下の態様を採用することが可能である。
【００５３】
（１）本実施形態では、基体としての円柱体１０を中実構造としたが、少なくとも円形の外周面１１と、両側部に支持体２０を固設される構造と、回転体５０の支持構造とを備えていれば、中実である必要はない。基体としては、強度を満たせば、両側部を有する基部と、基部の周囲に外周面１１を備える構造であればよい。これによって、設計の自由度や軽量化が図れる。
【００５４】
（２）回転体５０の接地点ＰｏのＸ方向上の位置は、用途その他の要因によって設定される軸Ｌ１の傾斜角度に依存し、例えば図３を用いて説明すると、軸Ｌ２の位置（軸Ｌ１が床面ＦＬと平行）と、回転体５０の取り付け前にＹ方向が鉛直面上にあるときの円環体３０の外周面３１の幅方向端縁が床面ＦＬと接する位置との範囲Ｌａであればよい。なお、円環体３０の外周面３１の幅方向寸法は、接地点Ｐｏの設定位置に対応して変更されることが好ましく、図３において、外周面３１の幅方向端縁が、接地点Ｐｏの近傍位置に対応するように設定される。
【００５５】
（３）多軸回転構造体１を移動体に適用する態様では、回転体５０の外周面５２が床面ＦＬと接するように回転軸５１方向における半径を球面ＣＡの円周ＣＰｏに一致させて、接地点Ｐｏを確保した。しかし、多軸回転構造体１を移動体以外の用途に適用する態様では、接地点Ｐｏとの用語は馴染まない。この場合、接地点Ｐｏに対応する用語として特異点なる用語を採用する。特異点は、用途に応じて適宜設定可能であり、また、球面ＣＡ上で他の円周ＣＰｏに切換えることも可能である。
【００５６】
（４）回転体５０の外周面５２は、紡錘型に限定されず、少なくとも不連続点をなくすべく接地点Ｐｏの位置で回転可能にするものであれば種々の形態が採用可能である。例えば、回転軸５１に相当する軸に、同形の１個、乃至は全体として紡錘型になるように順次形状の異なる複数個の球体（楕円球含む）、あるいは円筒体等を数珠つなぎしたものとしてもよい。同形のものを複数繋ぐ婆場合、軸自体の形状を円周ＣＰｏに一致乃至は近似したものとしてもよい。
【００５７】
（５）回転体も中実である必要はなく、強度を満たせば、両端部に回転軸を有する紡錘型の筒体として、軽量化を図ってもよい。
【００５８】
（６）円環体３０及び回転体５０の外周面は、用途に応じて所定の摩擦係数を有する材料で製造し、また表面加工あるいは被服処理されていることが好ましい。
【００５９】
（７）取付部２２は左右に対称に分割した構造を採用したが、これに限定されず、用途その他によっては、一方の側面１２側のみに軸心部２１から屈曲した片持ち状の取付構造としてもよい。また、取付部２２の取付位置２２０（図４参照）は、軸Ｌ２よりも軸心部２１側としたが、凹部１４のスペースが確保可能であれば、軸Ｌ２と対応する位置、あるいは側面１２の外周領域を利用するものでもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１  多軸回転構造体
１０  円柱体（基体）
１１  外周面
１２  側面
２０  支持体
２１  軸心部
２２  取付部
２３  リング体（回転体）
２３ａ，２３ｂ  回転体部（回転体）
２００  軸受部（主軸受）
３０  円環体
３１  外周面
４０  軸受
５０  回転体
５２  外周面
６０  移動体
７１  回転力伝達機構（第１回転力伝達機構）
７２  回転力伝達機構（第２回転力伝達機構）
Ｍ１  駆動源
Ｍ２  駆動源（第１駆動源）
Ｍ３  駆動源（第２駆動源）
ＦＬ  床面
Ｐｏ  接地点（特異点）
【図１】
0006606672.tif 000002
【図２】
0006606672.tif 000003
【図３】
0006606672.tif 000004
【図４】
0006606672.tif 000005
【図５】
0006606672.tif 000006
【図６】
0006606672.tif 000007
【図７】
0006606672.tif 000008
【図８】
0006606672.tif 000009
【図９】
0006606672.tif 000010
【図１０】
0006606672.tif 000011
【図１１】
0006606672.tif 000012
【図１２】
0006606672.tif 000013
【図１３】
0006606672.tif 000014
【図１４】
0006606672.tif 000015