(57)【要約】【課題】被駆動体の移動自由度を向上させることができる駆動装置を提供すること。【解決手段】被駆動体１０２に当接される球体２に、球体２の中心で直交する二軸に対して回転駆動する駆動部４１，４２を設ける。駆動部４１，４２は圧電素子の変位で振動する振動体４１１，４２１を備え、その長手方向が球体２の半径方向に配置されている。駆動部４１，４２を駆動すると、球体２が任意の方向に回転する。よって被駆動体１０２の移動の自由度を向上させることができる。また、駆動部４１，４２が互いの駆動部４２，４１による球体２の回転軸上に当接されるので、球体２の回転時の摩擦を最小限に抑制できる。【選択図】  図１４
2004153968.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被駆動体に当接しながら回転することで被駆動体に対して相対的に移動する球体と、この球体を回転可能に支持するフレームと、前記球体を前記球体内部で交差する少なくとも二軸を中心に回転駆動するとともに、これらの回転軸のうち少なくとも一軸に対しては前記球体に当接して当該球体を直接回転駆動する駆動機構とを備えていることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の駆動装置において、前記フレームは、前記球体を挟んで前記駆動機構の当接位置に対向する位置に、前記球体に回転可能に当接される支持部材を備えていることを特徴とする駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載の駆動装置において、前記支持部材は、前記球体への当接部分が断面略円弧凸状に形成されていることを特徴とする駆動装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の駆動装置において、前記駆動機構は、少なくとも一軸に対して前記球体を回転駆動するとともに前記フレームから隔離された独立駆動部を備え、この独立駆動部は前記球体の内側に配置されていることを特徴とする駆動装置。
【請求項５】
請求項４に記載の駆動装置において、前記独立駆動部は、その姿勢が前記球体の回転によらず一定になるように姿勢を保持する姿勢保持手段を備えていることを特徴とする駆動装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の駆動装置において、前記独立駆動部は、駆動エネルギ源および／  または前記独立駆動部の駆動を制御する制御手段を前記球体の内側に備えていることを特徴とする駆動装置。
【請求項７】
請求項４から請求項６のいずれかに記載の駆動装置において、前記独立駆動部は、前記球体の外部から駆動エネルギおよび／  または制御信号を受信可能に設けられていることを特徴とする駆動装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の駆動装置において、前記駆動機構は、平板状部材と、この平板状部材の平面に固定された圧電素子とを備え、この圧電素子の変位によって前記球体を押圧して回転させることを特徴とする駆動装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の駆動装置において、前記駆動機構の前記球体への当接部分は、平面視で略円弧状に形成されていることを特徴とする駆動装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載の駆動装置において、前記駆動機構の前記球体への当接部分を前記球体に所定の付勢力で押圧する付勢手段を備えていることを特徴とする駆動装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の駆動装置において、前記球体を挟んで被駆動体への接触部分と対向する位置には、前記接触部分から受ける反力を支持する球体保持部材が設けられていることを特徴とする駆動装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の駆動装置において、前記駆動機構は、前記球体の中心で直交する二軸に対して回転駆動する二つの駆動部を備え、これらの駆動部の前記球体への当接方向は、互いの回転軸方向であることを特徴とする駆動装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の駆動装置において、被駆動体への接触部分は少なくとも三箇所設けられ、これらの接触部分のうち一箇所は他の二箇所の接触部分を結ぶ一直線上から外れた位置に接触していることを特徴とする駆動装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３のいずれかに記載の駆動装置において、前記駆動機構の動作を予め設定可能なプログラマブル制御手段を備えていることを特徴とする駆動装置。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４のいずれかに記載の駆動装置を用いて走行面を走行することを特徴とする走行体。
【請求項１６】
請求項１から請求項１４のいずれかに記載の駆動装置を用いたことを特徴とする機器。
【請求項１７】
請求項１から請求項１４のいずれかに記載の駆動装置を用いて前記球体に当接された被搬送体を搬送することを特徴とする搬送装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の搬送装置を複数用いて相互に統合して搬送することを特徴とする搬送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、球体を回転駆動することによって被駆動体を駆動する駆動装置、この駆動装置を用いた走行体および搬送装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
被駆動体を複数の方向に駆動する駆動装置としては、例えば円柱状部材の外周面を被駆動体に当接し、この円柱状部材を回転させるものがある（例えば特許文献１）。これは、円柱状部材の外周面の他の位置に圧電素子を当接し、圧電素子の変位で当該外周面を接線方向に押すことによって回転させるものである。この構成の駆動装置では、円柱状部材の回転軸を挟んで両側に圧電素子を設けている。このため、一方の圧電素子を駆動すれば円柱状部材が一方の方向に回転し、また他方の圧電素子を駆動すれば、他方の方向に回転するので、円柱状部材が正逆両方向に回転可能となる。つまり、被駆動体が円柱状部材の接線方向の正逆両方向に移動可能となる。
あるいは、互いに逆方向に常時回転する一対のローラの上に被駆動体を載置する駆動装置がある（例えば特許文献２）。この駆動装置は、それぞれのローラと被駆動体との摩擦力を調整することによって移動方向を制御する。つまり、一方のローラへの摩擦力を他方より強くすれば、一方のローラの回転方向に沿って被駆動体が移動することとなる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−８０１６４号公報  （第３頁、第１図、第２図）
【特許文献２】
特開平９−２７３６１５号公報  （第４−６頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらのような駆動装置を用いて、被駆動体を二次元に移動させる場合には、前者の駆動装置では、円柱状部材をその回転軸が直交するように二つ設ければよい。しかしながら、このような構成において一方の円柱状部材で被駆動体を外周面の接線方向に移動させると、他方の円柱状部材は当該方向には回転が規制されているので、外周面と被駆動体との間で摩擦が生じる。この摩擦力により被駆動体の移動が妨げられるので、この駆動装置では被駆動体に良好に駆動力を伝達することができない。また、駆動装置を二つ取り付けなくてはならないので、駆動装置の部品点数が多くなり、駆動装置全体が大型化する上に、製造コストも高価となってしまう。
また、後者の駆動装置では、直交する二方向にこの駆動装置を二つ組み込めばよいが、この駆動装置についても、前述の駆動装置と同様に一方のローラによって被駆動体が移動すると他方のローラとの間に摩擦が生じるので、良好な駆動力の伝達ができない。
【０００５】
本発明の目的は、被駆動体の移動自由度の高い駆動装置、この駆動装置を用いた走行体および搬送装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の駆動装置は、被駆動体に当接しながら回転することで被駆動体に対して相対的に移動する球体と、この球体を回転可能に支持するフレームと、球体を球体内部で交差する少なくとも二軸を中心に回転駆動するとともに、これらの回転軸のうち少なくとも一軸に対しては球体に当接して当該球体を直接回転駆動する駆動機構とを備えていることを特徴とする。
この発明によれば、駆動機構が少なくとも二軸に対して球体を回転駆動するので、これらの軸中心の回転運動を組み合わせることにより球体が任意の方向に回転可能となる。球体の回転方向を設定することで被駆動体を任意の方向に移動可能となるので、被駆動体の移動自由度が高くなる。
また、この時一つの球体で複数方向の回転を実現可能なので、従来とは異なり例えば被駆動体を二次元に駆動する場合にも一つの球体で駆動可能となる。つまり、ある任意の一方向に被駆動体を移動させる時に、他の駆動機構によって移動方向に摩擦を生じることがない。したがって、被駆動体の移動が妨げられることなく良好に移動する。
さらにこの駆動装置は、少なくとも一軸に対しては球体に当接されて直接球体を駆動するので、動力伝達などのために介装される部材などがなく、よってエネルギ効率が向上する。
【０００７】
本発明では、フレームは、球体を挟んで駆動機構の当接位置に対向する位置に、球体に回転可能に当接される支持部材を備えていることが望ましい。
この発明によれば、球体を挟んで駆動機構の当接位置に対向する位置に支持部材が設けられている。駆動機構が球体へ当接される際には、球体の反対側に配置された支持部材が駆動機構の当接力を支持する。この時支持部材が回転可能なので、球体の回転に伴って支持部材も回転し、球体および支持部材の摩擦抵抗が小さくなる。これにより、駆動装置の駆動効率が向上する。
【０００８】
本発明では、支持部材は、球体への当接部分が断面略円弧凸状に形成されていることが望ましい。
この発明によれば、支持部材は、球体への当接部分が断面略円弧凸状に形成されているので、球体との接触部分が点接触となる。これにより、球体との摩擦力が確実に小さく保持される。これは、駆動条件によって球体が変形して支持部材と面で接触する可能性がある場合などでは、支持部材の凸状部分が球体への当接面積を最小にするので特に有用である。
【０００９】
本発明では、駆動機構は、少なくとも一軸に対して球体を回転駆動するとともにフレームから隔離された独立駆動部を備え、この独立駆動部は球体の内側に配置されていることが望ましい。
この発明によれば、独立駆動部が球体の内側に配置されているので、少なくとも一軸に対しての駆動部分が球体に収納可能となる。したがって駆動装置の小型化が促進される。また、独立駆動部が球体の内側に配置されているので、外乱の影響を受けにくく、独立駆動部が安定して動作する。例えば球体が内部に略密閉された空間を備えたものであれば、球体外部からの塵埃が独立駆動部に付着しにくいので、動作が確実となる。
【００１０】
本発明では、独立駆動部は、その姿勢が球体の回転によらず一定になるように姿勢を保持する姿勢保持手段を備えていることが望ましい。
この発明によれば、姿勢保持手段が独立駆動部の姿勢を球体の内側で保持するので、球体が回転しても独立駆動部の球体に対する駆動回転軸が所定方向に保たれ、良好に球体を駆動する。
【００１１】
本発明では、独立駆動部は、駆動エネルギ源および／  または独立駆動部の駆動を制御する制御手段を球体の内側に備えていることが望ましい。
この発明によれば、独立駆動部の駆動エネルギ源および／  または制御手段が球体の内側に配置されているので、駆動装置の小型化がさらに促進される。また、例えば駆動エネルギ源および／  または制御手段が球体の外側に配置されている場合では、球体の外側から内側へ接続線などを設けて内側の独立駆動部と接続する必要がある。この際には、球体の一部に孔や接続部分などを適宜設けなければならないため、球体の回転動作に制限が生じる。ところが、本発明の駆動装置では、駆動エネルギ源および／  または制御手段が球体の内側に配置されているので、球体に接続部分を設ける必要がない。したがって、球体の可能動作範囲が広がり、駆動装置の汎用性が向上する。
【００１２】
本発明では、独立駆動部は、球体の外部から駆動エネルギおよび／  または制御信号を受信可能に設けられていることが望ましい。
この発明によれば、独立駆動部は球体外部から制御信号またはエネルギを供給可能に設けられている。例えば球体外部から制御信号を受信可能に設けられている場合では、この制御信号によって球体の内側に配置された独立駆動部の動作が制御される。制御信号が外部から供給されるので、球体の外部で制御信号を変更することが可能となり、独立駆動部の動作の変更が簡単になる。これにより駆動装置の取扱性が向上する。
また、球体外部から駆動エネルギを受信可能に設けられている場合には、この駆動エネルギによって独立駆動部が駆動する。よって、独立駆動部が長時間にわたって駆動可能となる。この時球体の内側に駆動エネルギ源が配置されていれば、この駆動エネルギ源に駆動エネルギを供給することで独立駆動部を駆動してもよいし、あるいは駆動エネルギ源に蓄積手段などを設けて、この蓄積手段に駆動エネルギを蓄積して、必要な時に駆動エネルギ源から駆動エネルギを取り出すように構成してもよい。
【００１３】
本発明では、駆動機構は、平板状部材と、この平板状部材の平面に固定された圧電素子とを備え、この圧電素子の変位によって前記球体を押圧して回転させることが望ましい。
この発明によれば、駆動機構が圧電素子を備えた平板状部材で構成されているので、駆動機構の薄型化が促進される。また、駆動機構が、平板状部材の平面に圧電素子を固定したものなので、圧電素子および平板状部材が平板状部材の平面内で変位する。したがって、平板状部材の厚み方向のスペースを小さく設定することが可能となり、これによっても駆動機構の小型化が促進される。
この際、駆動機構は、球体の回転軸のうち少なくとも二軸に対しては球体に当接して球体を直接回転駆動するとともに、これらの回転軸のうち少なくとも一軸に対しては、平板状部材と、この平板状部材の平面に固定された圧電素子とを備えた圧電駆動部を備え、この圧電駆動部は、球体が他の回転軸を中心に回転しているときには、平板状部材の長手方向にのみ定常周波数で振動することが望ましい。
この発明によれば、圧電駆動部は、球体の回転に寄与しない時には平板状部材の長手方向にのみ定常周波数で振動する。このため、圧電駆動部は球体に回転を与えずに、球体に対して進退する方向に振動するので、圧電駆動部が球体に対して後退する時の摩擦力が低減する。これにより、回転に寄与しない圧電駆動部が球体に与える回転負荷が低減し、より効率的に球体が回転する。また、回転に寄与しない圧電駆動部の球体への当接部分における摩耗が防止され、駆動機構の耐久性が向上する。
【００１４】
本発明では、駆動機構の球体への当接部分は、平面視で略円弧状に形成されていることが望ましい。
この発明によれば、駆動機構の球体への当接部分が平面視で略円弧状に形成されているので、当該当接部分がほぼ点接触となる。これにより、球体の回転時の摩擦力が軽減されるので、球体の回転負荷が小さくなり、駆動効率が向上する。なお、平面視で略円弧状とは、当接部分が平板状で略半円形状に形成されている場合や、当該部分が略球形状に形成されているなどを含む。また、当接部分の全体形状が針状や、三角形状などに形成されている場合でも、微視的に平面視で略円弧状となっていればこれに含まれる。
【００１５】
本発明では、駆動機構の球体への当接部分を球体に所定の付勢力で押圧する付勢手段を備えていることが望ましい。
この発明によれば、付勢手段が駆動機構を球体に適当な付勢力で押圧しているので、駆動機構の駆動力が球体に良好に伝達される。これにより、駆動装置の駆動効率が向上する。
【００１６】
本発明では、球体を挟んで被駆動体への接触部分と対向する位置には、接触部分から受ける反力を支持する球体保持部材が設けられていることが望ましい。
球体が被駆動体を駆動する場合には、被駆動体に駆動力を伝達すると同時に、被駆動体から反力を受ける。特に、球体の上部に被駆動体が載置されるような配置においては、被駆動体の重量が反力として球体にかかる。この発明によれば、球体保持部材がこの反力を支持するので、駆動機構の球体を回転するのに必要な負荷が小さくなり、被駆動体が良好に駆動される。
【００１７】
本発明では、駆動機構は、球体の中心で直交する二軸に対して回転駆動する二つの駆動部を備え、これらの駆動部の球体への当接方向は、互いの回転軸方向であることが望ましい。
この発明によれば、一方の駆動部が球体を駆動すると、球体は所定の回転軸を中心に回転する。この時他方の駆動部の当接部分は、この回転軸上にある。つまり、一方の駆動部が球体を回転駆動する時に、他方の駆動部はこの回転中心に位置することとなる。したがって、他方の駆動部の当接部分における球体との摩擦力は最小限に抑制される。これにより、球体の回転駆動負荷が小さくなり、駆動機構の駆動力が良好に球体に伝達される。
【００１８】
本発明では、被駆動体への接触部分は少なくとも三箇所設けられ、これらの接触部分のうち一箇所は他の二箇所の接触部分を結ぶ一直線上から外れた位置に接触していることが望ましい。
この発明によれば、被駆動体への接触部分のうち一箇所は他の二箇所の接触部分を結ぶ一直線上から外れた位置に接触しているので、球体が被駆動体に対して安定して接触する。また、これにより駆動装置全体の姿勢も安定する。
【００１９】
本発明では、駆動装置外部からの信号によって遠隔制御される遠隔制御手段を備え、この遠隔制御手段は、駆動装置外部から制御信号を送信する送信手段と、この送信手段から送信された制御信号を受信する受信手段とを備えていることが望ましい。
この発明によれば、遠隔制御手段が駆動装置外部から駆動装置を遠隔制御するので、駆動装置の動作を確認しながら適宜制御信号を送信することが可能となる。したがって、駆動装置の制御が柔軟になる。
【００２０】
本発明では、駆動機構の動作を予め設定可能なプログラマブル制御手段を備えていることが望ましい。
この発明によれば、プログラマブル制御手段が予めプログラムを設定可能に設けられているので、被駆動体の形状や駆動装置の用途に応じてプログラムを設定すれば、駆動装置の動作が最適化される。これにより、駆動装置の適用範囲が広がる。
【００２１】
本発明の走行体は、前述の駆動装置を用いて走行面を走行することを特徴とする。
この発明によれば、前述の駆動装置の球体に被駆動体として走行面を当接する。この状態で駆動装置を駆動すれば球体と走行面とが相対的に移動するので、走行面が例えば床面などであれば駆動装置が床面に対して移動し、駆動装置自体が走行する走行体となる。走行体が前述の駆動装置を備えているので、前述のような効果が得られ、走行自由度が高い走行体となる。
【００２２】
本発明の走行システムは、前述の走行体を複数用いて相互に統合して駆動することを特徴とする。
この発明によれば、前述の走行体を複数用いて走行システムが構成されているので、より複雑な走行が可能となり、走行システムの適用範囲が広がる。また、これらの走行体が相互に統合して駆動するので、より複雑な走行が効率よく行われる。
【００２３】
本発明の機器は、前述の駆動装置を用いたことを特徴とする。
この発明によれば、機器が本発明の駆動装置を備えているので前述のような効果が得られ、移動自由度の高い機器となる。
【００２４】
本発明の玩具は、前述の駆動装置を用いたことを特徴とする。
この発明によれば、玩具が本発明の駆動装置を備えているので前述のような効果が得られ、移動自由度の高い玩具となる。
【００２５】
本発明の搬送装置は、前述の駆動装置を用いて球体に当接された被搬送体を搬送することを特徴とする。
この発明によれば、球体に被搬送体を当接すれば、球体の回転駆動によって被搬送体が球体に対して移動し、搬送されることとなる。この搬送装置が本発明の駆動装置を用いているので、前述のような効果が得られ、搬送自由度が高い搬送装置となる。
【００２６】
本発明の搬送システムは、前述の搬送装置を複数用いて相互に統合して搬送することを特徴とする。
この発明によれば、搬送システムが前述の搬送装置を用いているので、より複雑な搬送が可能となり、搬送システムの汎用性が向上する。また、これらの搬送装置が相互に統合して搬送するので、より複雑な搬送が効率よく行われる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、後述する第二実施形態以降で、以下に説明する第一実施形態での構成部品と同じ部品および同様な機能を有する部品には同一符号を付し、説明を簡単にあるいは省略する。
【００２８】
〔第一実施形態〕
図１には、第一実施形態にかかる走行体１の正断面図が、図２にはその平面図が、また図３にはその側断面図が示されている。これらの図１、図２、および図３において、走行体１は、走行面としての床面１００に当接されながら回転する球体２と、この球体２を回転可能に支持するフレーム３と、このフレーム３に固定されるとともに、球体２を二軸を中心に回転駆動する駆動機構４とを備えている。
球体２は床面１００に当接され、中心には回転軸２１が貫通して固定されている。この回転軸２１は、球体２の両側に突出した端部がフレーム３に回転可能に支持されている。なお、球体２の材料は床面１００の表面状態を勘案して任意のものを採用できるが、例えば床面１００に対して滑ることなく良好に回転できる材料が好ましい。
フレーム３は、環状に形成されるとともに球体２の回転軸２１を径方向に支持する内輪３１と、この内輪３１の外周に配置される環状の外輪３２とを備えている。内輪３１および外輪３２の間には複数のボール３３が略等間隔に介装され、これらのボール３３によって内輪３１は外輪３２の内側で回転可能に支持されている。外輪３２の図１中の下面には、周方向の四箇所にキャスタ３４が略等間隔に設けられている。これらのキャスタ３４は、床面１００に接触して回転する車輪３４１と、この車輪３４１を回転可能に支持する支持部３４２とを備えている。支持部３４２は、車輪３４１の回転軸の直交方向に回転可能となるように外輪３２に支持されている。つまり、支持部３４２が外輪３２に対して回転すると、車輪３４１の回転軸の向きが変更されることになる。ここで、これらのキャスタ３４および球体２の床面１００への接触位置は、このうちの一箇所の接触位置が他の任意の二箇所を結ぶ一直線上から外れた位置に配置されている。つまり、四つのキャスタ３４および球体２の床面１００への接触位置は、一直線上に並ばない。これにより、走行体１全体の姿勢が安定し、走行体１が床面１００に自立している。
【００２９】
駆動機構４は、球体２の中心において直交する二軸に対して球体２を回転駆動する二つの駆動部４１，４２を備えている。
駆動部４１は、圧電素子４１３を備えた振動体４１１で構成され、圧電素子４１３の変位によって球体２を押圧して回転軸２１を中心に回転駆動する、いわゆる圧電アクチュエータ（圧電駆動部）である。
振動体４１１は、略矩形平板状に形成された平板状部材としての補強板４１２と、この補強板４１２の平面の表裏両面に固定された平板状の圧電素子４１３とを備えている。補強板４１２は、ステンレス鋼、その他の材料から構成され、略矩形状に形成されている。また、補強板４１２の長手方向の一端側でかつ幅方向略中央には、略半円形状の凸部４１４が一体的に形成されている。この凸部４１４の先端は、球体２の床面１００との接触位置とは反対側に当接されており、振動体４１１の長手方向が球体２の半径方向に沿うように、かつその面内方向が回転軸２１に直交するように配置されている。なお、凸部４１４は先端形状が略半円形状に限らず、例えば先端に樹脂製の半球形状のつつき部が取り付けられて、このつつき部が球体２に当接されていてもよい。
圧電素子４１３は、補強板４１２の両面の略矩形状部分に接着されている。圧電素子４１３の材料は、特に限定されず、チタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ）、水晶、ニオブ酸リチウム等の各種のものを用いることができる。また、圧電素子４１３の両面には、ニッケルメッキ層および金メッキ層などが形成され、このメッキ層が溝によって互いに絶縁されることで複数の電極が長手方向に沿った中心線を軸として線対称に形成されている。つまり、圧電素子４１３を幅方向にほぼ三等分するように形成された二本の溝と、これらの溝で分割された三つの電極のうち両側の電極をさらに長手方向にほぼ二等分するように形成された溝とで、五つの電極が形成されている。これらの電極のうち、対角線上両端の電極はそれぞれ対の電極としてリード線で接続され、これら二対の電極と中央の電極とは、圧電素子４１３に所定周波数の電圧を印加する印加装置（図示せず）に電気的に接続されている。
このような振動体４１１は、その長手方向略中央が付勢手段としての腕部３５１によって支持されている。腕部３５１は、一端が内輪３１に固定されて適当な弾性を有し、この弾性によって凸部４１４が球体２に適当な付勢力で押し付けられている。
駆動部４２は、駆動部４１と同様に振動体４２１を備えた圧電アクチュエータであり、補強板４２２の凸部４２４は内輪３１の図１中の上方から略直角に当接され、かつ振動体４２１の面内方向が内輪３１の半径方向に直交するように配置されている。また、振動体４２１の長手方向略中央は付勢手段としての腕部３５２によって支持されている。この腕部３５２は一端が外輪３２に固定されて適当な弾性を有し、この弾性によって凸部４２４が内輪３１に適当な付勢力で押し付けられている。
【００３０】
このような走行体１では、駆動部４１の圧電素子４１３の電極に交流電圧を印加すると、圧電素子４１３が繰り返し変位する。この時、圧電素子４１３の五つの電極のうち、中央の電極および対角線両端の一対の電極を選択して電圧を印加する。すると、圧電素子４１３の変位によって振動体４１１の凸部４１４は、振動体４１１の面内で縦振動と屈曲振動を組み合わせた楕円振動に近似した軌道を描いて振動する。この楕円軌道の一部において凸部４１４は球体２を押圧し、球体２を回転軸２１を中心に、つまり、床面１００に対して平行な軸を中心に間欠回転させる。この動作を所定の周波数で繰り返すことにより、球体２を所望の回転速度で回転させる。球体２の回転により、走行体１は床面１００上を走行する。この時車輪３４１は走行体１の移動に従動的に回転する。また、走行体１の走行中にも車輪３４１が内輪３１および外輪３２を床面１００に対して平行に保持し、球体２、つまり走行体１の姿勢を保持する。
走行体１を逆方向に走行させる場合には、駆動部４１の圧電素子４１３に印加する電圧の電極を長手方向に沿った中心線を軸として線対称に切り替える。つまり、圧電素子４１３の五つの電極のうち、中央の電極および対角線両端の他の一対の電極を選択して、電圧を印加する。すると、振動体４１１は長手方向に沿った中心線を軸として線対称な楕円軌道を描いて振動する。これにより、凸部４１４が球体２を反対方向に回転させ、走行体１が反対方向に走行する。
走行体１の走行方向を変更する場合には、駆動部４２を駆動する。駆動部４１を駆動する場合と同様に適宜圧電素子４２３の電極を選択し、印加装置によって交流電圧を印加する。すると、凸部４２４は内輪３１を押圧して外輪３２に対して回転させる。これにより、内輪３１に回転軸２１が固定された球体２は、内輪３１とともに床面１００に対して直交する軸を中心に回転し、回転軸２１の方向が変更される。この状態で駆動部４１を駆動すれば、走行体１は変更された方向に走行することとなる。
駆動部４１，４２の駆動を組み合わせれば、球体２が任意の方向に回転し、走行体１が二次元に移動する。
【００３１】
したがって、このような走行体によれば、次のような効果が得られる。
（１）  駆動部４１，４２によって球体２を中心に直交する二軸に対して回転させることができる。よって、球体２を任意の方向に向けて回転させることができ、走行体１を二次元に移動できる。従来とは異なり球体２の回転方向が制限されないので、走行体１の移動自由度を向上させることができる。
【００３２】
（２）  駆動部４２が駆動すると、球体２が回転軸２１に直交する軸を中心に回転する。この時、駆動部４１の凸部４１４は、球体２の回転軸上に位置しているので、球体２が回転する際の凸部４１４との摩擦力を抑制できる。これにより、球体２の回転駆動負荷を小さくすることができる。また、凸部４１４の摩耗を防止できるので、走行体１の耐久性を向上させることができる。
反対に、駆動部４１を駆動する場合には、球体２が回転軸２１に中心に回転することで内輪３１が動かないので、凸部４２４と内輪３１との間に摩擦が生じない。よって凸部４２４の摩耗を防止でき、走行体１の耐久性を向上させることができる。
【００３３】
（３）  駆動機構４の駆動部４１は凸部４１４が球体２を押圧して球体２を直接駆動するため、駆動力を伝達する部材等が介在しておらず、駆動機構４のエネルギ効率を向上させることができる。
また、従来、一対のローラを回転させて被駆動体との摩擦力を調整して駆動する駆動装置では、このローラを常時回転させる必要があるため、エネルギ効率が悪くなるという問題があった。また、被駆動体とローラとの摩擦力を調整する手段を駆動するためにも駆動エネルギを必要とするので、エネルギ効率がさらに悪くなっていた。本実施形態の走行体１の駆動機構４によれば、摩擦力を調整する必要がなく、必要な時のみに駆動部４１，４２を駆動すればよいので、簡単な構造でエネルギ効率を向上させることができる。
【００３４】
（４）  駆動機構４が平板状の補強板４１２，４２２に圧電素子４１３，４２３を固定した振動体４１１，４２１で構成されているので、凸部４１４，４２４の振動が振動体４１１，４２１の面内方向となる。これにより、駆動機構４のスペースを小さく（薄く）設定することができ、スペース効率が良好となるので、走行体１全体の小型化を促進できる。
【００３５】
（５）  キャスタ３４が外輪３２の周囲に沿って四つ（複数）設けられており、これらのキャスタ３４および球体２の床面１００への接触部分が一直線上に並ばない。つまり、これらのキャスタ３４および球体２によって、平面が規定されるので、走行体１が床面１００に対して安定して自立する。これにより、走行体１の姿勢を常に一定に保持でき、安定した走行を実現できる。
【００３６】
（６）  凸部４１４が略半円形に形成されているので球体２と点接触し、凸部４１４と球体２との摩擦力をより一層軽減できる。
【００３７】
（７）  振動体４１１，４２１の凸部４１４，４２４が腕部３５１，３５２によってそれぞれ球体２，内輪３１に押し付けられているので、振動体４１１，４２１の振動を良好に球体２，内輪３１に伝達できる。
【００３８】
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態は、第一実施形態における球体２の支持形態が異なるものである。
図４には、第二実施形態にかかる走行体１の平面図が、また図５にはその側断面図が示されている。これらの図４および図５において、フレーム３は、球体２を回転可能に支持するボールベアリング５１と、このボールベアリング５１および駆動機構４が固定される台座５２とを備えている。
ボールベアリング５１は、球体２を挟んで平行に一対設けられ、球体２に接する複数のボール５１１と、これらのボール５１１を介して球体２を支持する環状の外輪５１２とを備えている。外輪５１２は、台座５２に固定されている。このボールベアリング５１によって球体２は任意の方向に回転可能となっている。
台座５２の球体２が配置される部分には、球体２の一部が貫通するボール孔５２１が形成されている。球体２はこのボール孔５２１から台座５２の反対側に露出し、床面１００に接している。また、台座５２には三箇所のくぼみ５２２が設けられ、このくぼみ５２２にはボール５３がそれぞれ配置されている。これらのボール５３は、くぼみ５２２内に回転可能に支持され、またボール５３の一部が台座５２から突出して、床面１００に接している。この時、三つのボール５３および球体２の床面１００への接触部分は、一直線上に並ばないように配置されている。つまり、ボール５３および球体２によって平面が規定されることで、これらのボール５３および球体２によって走行体１は安定して床面１００に自立する。
【００３９】
駆動機構４は、球体２の中心で直交する二軸を中心に球体２を回転駆動する駆動部４１，４２を備えている。駆動部４１は、第一実施形態の駆動部４１とほぼ同様に、平板状の補強板４１２に圧電素子４１３が固定された振動体４１１を備えている。振動体４１１はその長手方向が球体２の半径方向に沿うように配置され、凸部４１４が球体２に当接されている。この時、振動体４１１の長手方向は床面１００に平行に、かつ面内方向が床面１００に垂直となるように配置されている。補強板４１２には、長手方向略中央から両側に突出した腕部４１５が一体的に形成されている。これらの腕部４１５は、先端側において取付部材４１６に固定されており、これにより振動体４１１は取付部材４１６に振動可能に支持されている。取付部材４１６は、台座５２に固定された固定部材４１７にスライド可能に支持されている。固定部材４１７は、振動体４１１の長手方向に沿って二本の棒状部材４１７Ａを備え、これらの棒状部材４１７Ａが取付部材４１６を摺動可能に支持している。つまり、これにより取付部材４１６は棒状部材４１７Ａの長手方向にスライド可能となっている。固定部材４１７の棒状部材４１７Ａには付勢手段としてのばね４１８が設けられており、このばね４１８によって取付部材４１６が振動体４１１の長手方向の球体２側に付勢されている。つまり、これにより振動体４１１の凸部４１４は適当な付勢力で球体２に押し付けられている。
駆動部４２は、駆動部４１と同様の構成を備え、振動体４２１の長手方向が球体２の半径方向に沿ってかつ床面１００と平行に配置されている。この振動体４２１の長手方向は、振動体４１１の長手方向に対して、球体２の中心で直交している。またこの時振動体４２１の面内方向は床面１００に垂直になっている。そして、ばね４２８によって凸部４２４は球体２に適当な付勢力で押し付けられている。
【００４０】
このような走行体１では、駆動部４１の圧電素子４１３に適宜電極を選択して電圧を印加すると、凸部４１４が球体２を床面１００に平行で振動体４１１の長手方向に直交する軸を中心に回転させる。この回転により球体２は床面１００を走行し、この走行に従動してボール５３が床面１００上を転動する。一方、駆動部４２を駆動すると、凸部４２４が球体２を床面１００に平行で振動体４２１の長手方向に直交する軸を中心に回転させる。この回転により、走行体１は振動体４２１の長手方向に平行な方向に移動する。駆動部４１，４２の駆動を組み合わせれば、二次元の任意の方向に走行体１が走行する。
ここで球体２またはボール５３と床面１００との摩擦係数や球体２およびボール５３の配置、数量、寸法や、台座５２の形状、材料、寸法などは走行体１の走行性能を勘案して適宜設定される。つまり例えば球体２と床面１００との摩擦係数が高く、ボール５３と床面１００との摩擦係数が低い場合には、駆動部４２を駆動した時走行体１は台座５２が回転せず球体２の回転方向に平行移動する。あるいは、例えば一つのボール５３と床面１００との摩擦係数を高く設定しておけば、駆動部４２を駆動すると、球体２の回転に伴って台座５２がそのボール５３を中心に回転するので、走行体１全体を旋回させることができる。また、台座５２の形状やボール５３の配置などによっても、台座５２が回転する場合や、回転せず平行移動する場合などが考えられる。
【００４１】
このような走行体１によれば、第一実施形態の（１）、（４）および（６）の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。
（８）  駆動部４２が駆動すると、駆動部４１の凸部４１４は球体２の回転軸上に位置する。よって第一実施形態の（２）の効果と同様に、球体２が回転する際の凸部４１４との摩擦力を抑制できる。また、これに加えて第二実施形態では駆動部４１の駆動時には、駆動部４２の凸部４２４が球体２の回転軸上に位置する。つまり、凸部４１４，４２４は互いの駆動部４２，４１が駆動した時、球体２の互いの回転軸上に位置するため、駆動しない方の凸部４１４または凸部４２４と球体２との間には軸受程度の摩擦力しか発生しない。したがって、球体２の回転駆動負荷をより一層小さくすることができる。また、凸部４１４，４２４の摩耗を防止できるので、走行体１の耐久性を向上させることができる。
【００４２】
（９）  駆動部４１，４２は凸部４１４，４２４が球体２を押圧して球体２を直接駆動する。駆動力を伝達する部材等が介在していないため、第一実施形態の（３）の効果と同様に駆動機構４のエネルギ効率を向上させることができる。
また、本実施形態の駆動機構４によれば、摩擦力を調整する必要がなく、必要な時のみに駆動部４１，４２を駆動すればよいので、簡単な構造で省エネルギ化を促進できる。
【００４３】
（１０）  ボール５３が台座５２に三つ（複数）設けられており、これらのボール５３および球体２の床面１００への接触部分が、一直線上に並ばない。よって第一実施形態と構成は異なるが同様に走行体１が床面１００に対して安定して自立する。これにより、第一実施形態の（５）の効果と同様に、走行体１の姿勢を常に一定に保持でき、安定した走行を実現できる。
【００４４】
（１１）  振動体４１１，４２１の凸部４１４，４２４がばね４１８，４２８によってそれぞれ球体２に押し付けられているので、第一実施形態と構成は異なるものの、第一実施形態の（７）の効果と同様に、振動体４１１，４２１の振動を良好に球体２に伝達できる。
【００４５】
〔第三実施形態〕
次に、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態は、第二実施形態における駆動部のうち一つが球体の内側に配置されているものである。
図６には、第三実施形態にかかる走行体１を一部断面した平断面図が、図７にはその正断面図が、また図８にはその側断面図が示されている。これらの図６、図７および図８において、走行体１は、第二実施形態と同様に駆動部４１，４２を備えているが、そのうちの一つ駆動部４２がフレーム３には固定されずに隔離された独立駆動部となっている
駆動部４２は、球体２の内部に配置され、凸部４２４が球体２に内側から当接されている。この時、振動体４２１はその長手方向が球体２の半径方向に沿うように配置されており、振動体４２１の長手方向は床面１００に平行に、かつ面内方向が床面１００に垂直となっている。また、振動体４２１の長手方向は、振動体４１１の長手方向に対して、球体２の中心で直交するように配置されている。駆動部４２の固定部材４２７には、振動体４２１の長手方向に沿って壁部４３１が設けられ、この壁部４３１の端部には取付部材４３２を介して複数（本実施形態では四つ）のボール４３が回転可能に取り付けられている。取付部材４３２は略中央に孔が形成されており、この孔に振動体４２１の凸部４２４が挿通されている。これらのボール４３は凸部４２４囲むように凸部４２４から略等距離に、互いに略等間隔に配置され、球体２の内側に当接されている。また、固定部材４２７においてボール４３が取り付けられた側とは反対側にも別の取付部材４３３を介してボール４３が一つ設けられている。このボール４３は、球体２の半径方向に沿って球体２の内側から当接されている。取付部材４３３にはばね４３４が介装されており、これにより振動体４２１の両端に配置された五つのボール４３は外側に付勢され、球体２に押し付けられている。つまりこれらのボール４３により、振動体４２１は常にその長手方向が球体２の半径方向に沿う位置に保持されている。
【００４６】
駆動部４２は、その姿勢を球体２内部で一定に保持する姿勢保持手段としての固定錘４４に固定されている。この固定錘４４は所定の大きさ、重さを有しており、球体２が回転しても駆動部４２は重力によって常に固定錘４４が下に位置するように回転し、これにより駆動部４２は球体２内でその上下方向の絶対的位置が保持されるようになっている。
また、固定錘４４には、振動体４２１を駆動する駆動エネルギ源としての二次電池（図示せず）と、振動体４２１に電圧を印加する印加装置（図示せず）と、印加装置の動作を制御するプログラマブル制御手段としてのプログラム回路（図示せず）とが載置されている。また、固定錘４４には、球体２の外部から供給される駆動エネルギを受信するための二次コイル６１が固定されている。これらの二次電池、印加装置、プログラム回路および二次コイル６１は、固定錘４４に固定されることで、駆動部４２の上下方向の位置を規定するおもりとしての役割も果たしている。
台座５２には、第一実施形態と同様に、床面１００に対して回転しその回転軸の向きが変更可能なキャスタ３４が二カ所設けられている。これらのキャスタ３４および球体２の床面１００に対する接触位置によって走行体１は直線上に並ばない三点で支持されるので、姿勢が安定する。台座５２には、第一実施形態と同様の駆動部４１のための印加装置（図示せず）が載置されている他、駆動部４１へ駆動エネルギを供給する駆動エネルギ源としての駆動電源（図示せず）や、印加装置の動作を制御するプログラム回路（図示せず）および駆動部４１，４２の駆動を制御して走行体１全体の動作を統合して制御する制御手段（図示せず）などが固定されている。また、駆動部４２の二次コイル６１に対応するように球体２の外側には一次コイル６２が固定されている。この一次コイル６２は、球体２外側で球体２の半径方向に直交するように配置されている。
【００４７】
球体２を挟んで床面１００への接触部分とは反対側には、球体保持部材としてのボール６３が当接されている。このボール６３は、台座５２から突出して設けられた棒状の取付部材５２３にボールベアリング６３１を介して床面１００と平行な方向に回転可能に支持されている。また、ボール６３はその回転軸６３２がボールベアリング６３１の内輪に回転可能に支持されており、これによりボール６３は、任意の方向に回転可能に支持されている。ここで取付部材５２３は弾性を有しており、この取付部材５２３の弾性によりボール６３は球体２に適当な付勢力で押しつけられている。
また、台座５２には球体２を挟んで駆動部４１，４２の当接部分と対向する位置に回転可能に設けられた支持部材としてのローラ６４が設けられている。これらのローラ６４の外周面は、円弧凸状の略円柱状に形成され、外周面で球体２に当接されている。これらのローラ６４のうち一つは、球体２を挟んで振動体４２１の凸部４２４の球体２への当接部分と対向する位置に当接され、また一つは球体２を挟んで駆動部４２１のボール４３の球体２への当接部分と対向する位置に当接されている。そして一つは、取付部材５２３に支持され、球体２を挟んで駆動部４１の凸部４１４が当接される部分とは反対側に当接されている。
【００４８】
このような走行体１では、まず制御手段を起動すると、駆動部４１のプログラム回路および印加装置が起動するとともに、駆動電源は一次コイル６２および二次コイル６１を介して駆動部４２へ電力を送る。この電力は二次電池に充電されるとともに、駆動部４２のプログラム回路および印加装置を起動する。これらの起動が終了すると、二次コイル６１から一次コイル６２へ起動終了の信号が送信される。
次に、起動終了の信号を受けて、制御手段は駆動部４２の初期姿勢を調整する。まず、二次コイル６１から一次コイル６２を介して制御手段に信号を送信する。制御手段はこの信号の強さから駆動部４２の姿勢を検出し、駆動部４１，４２を駆動して球体２を回転させ、凸部４２４の球体２への当接位置を調整する。二次コイル６１は定期的に信号を送信し、制御手段はこの信号の強さを監視して、凸部４２４が球体２内側の所定位置で当接されるまで、駆動部４１，４２を駆動して調整する。
駆動部４２の初期姿勢が設定されると、制御手段は駆動部４１，４２のプログラム回路にプログラム実行の指令を送信する。この指令により、それぞれのプログラム回路は予め設定されたプログラムに従って印加装置を制御し、駆動部４１，４２を駆動する。なお、この時駆動部４２の駆動には、駆動電源から一次コイル６２および二次コイル６１を介して供給された電力を使用してもよいし、あるいは球体２の内側に配置された二次電池に充電された電力を使用してもよい。駆動部４１，４２の駆動によって走行体１は予め設定された動作で走行する。またプログラム回路は、駆動プログラムを変更（設定）可能となっており、走行動作を変更する場合には、プログラム回路のプログラムを変更すればよい。
【００４９】
このような走行体１によれば、第一実施形態の（１）、（４）および（６）の効果と同様の効果および第二実施形態の（８）、（９）および（１１）の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。
（１２）  キャスタ３４が台座５２に二つ（複数）設けられており、これらのキャスタ３４の床面１００への接触位置と、球体２の床面１００への接触位置を結ぶ線が直線上に並ばない。つまり、これらのキャスタ３４および球体２によって、平面が規定されるので、構成は異なるものの第一実施形態の（５）の効果と同様に、走行体１が床面１００に対して安定して自立する。これにより、走行体１の姿勢を常に一定に保持でき、安定した走行を実現できる。
【００５０】
（１３）  ボール６３が取付部材５２３の弾性力によって球体２を床面１００に押し付けると同時に、床面１００から受ける反力を支持するので、球体２が床面１００から浮き上がることなく回転して良好に床面１００上を走行できる。
【００５１】
（１４）  球体２を挟んで駆動部４１，４２の球体２への当接部分と対向する位置にローラ６４が当接されているので、球体２の回転とともにローラ６４も回転し、両者の間の摩擦力を低減できる。また、この時ローラ６４は側面が略円弧凸状に形成されているので、球体２と点接触となり、当該部分での摩擦をより一層低減できる。
【００５２】
（１５）  駆動部４２が独立して球体２の内側に配置されているので、駆動部４２を球体２内部に収納でき、走行体１を小型化できる。また、この時五つ（複数）のボール４３が球体２の半径方向に付勢されながら当接されるので、振動体４２１の長手方向を球体２の半径方向に沿った方向に保つことができる。さらに、固定錘４４が駆動部４２の上下方向の姿勢を一定に保つので、球体２が回転しても凸部４２４の当接位置がずれることなく良好に球体２を駆動できる。
【００５３】
（１６）  球体２の内側に二次電池およびプログラム回路が設けられているので、球体２の外部電源や制御手段から印加装置へ接続するための配線などを設ける必要がなく、球体２の表面から接続部分や配線が突出することがない。したがって、これらの接続部分や配線によって球体２の回転が妨げられることなく、走行体１を良好に駆動することができ、走行体１の移動自由度をより一層向上させることができる。また、この時一次コイル６２および二次コイル６１によって電力を球体２の外部から二次電池に送って蓄積することができるので、二次電池の蓄積電力が切れた場合にも充電して繰り返し駆動部４２を駆動することができる。そして、一次電池と異なり、球体２を分解して電池を交換する必要がないので、走行体１の取扱性を向上させることができる。さらに、この時プログラム回路がプログラムを変更可能に設けられているので、プログラムを適宜変更することによって走行体１の走行動作を簡単に変更することができる。
【００５４】
〔第四実施形態〕
次に、本発明の第四実施形態について説明する。第四実施形態は、複数の走行ユニットが組み合わされて一つの走行体として走行するものである。
図９には、第四実施形態にかかる走行体１の平面図が、また図１０にはその側断面図が示されている。これらの図９および図１０において走行体１は三つの走行ユニット１１が組み合わされて構成されている。走行ユニット１１は、略三角形状の台座５２と、この台座５２の略中央に配置された球体２と、球体２を駆動する駆動機構４とを備えている。三つの走行ユニット１１は、台座５２の一辺が他の台座５２の一辺に接続されることで、全体として略台形の走行体１を形成している。この時、それぞれの走行ユニット１１は駆動機構４のための駆動電源と、プログラム回路とを備え、台座５２の接続部分に設けられたコネクタ５４によって互いの走行ユニット１１の信号送受信が可能となり、システム的に接続されて統合的に制御可能となっている。また、三つの球体２の床面１００への接触位置は、台座５２が接続されることにより三角形となる。これらの球体２の床面１００への接触位置が一直線上に並ばないことにより平面が規定されるので、走行体１全体が安定して自立する。
【００５５】
駆動機構４は、球体２を中心で直交する二軸に対して駆動する二つの駆動部４１，４２を備えている。駆動部４１，４２は、電磁モータを備えて構成され、電磁モータのシャフトにはゴム製のリングが固定されたロータ４５１，４５２が取り付けられている。リングは外周が断面略円弧状に形成され、側面が球体２に当接されている。ここで、ロータ４５１，４５２は、その回転面が球体２の半径方向に沿うように配置され、かつこれらの駆動部４１，４２による球体２の回転軸が床面１００と平行な面内で直交するように配置されている。
球体２を挟んでロータ４５１，４５２の球体２への当接部分に対向する位置には、第三実施形態と同様のローラ６４がそれぞれ設けられている。ローラ６４は、台座５２に固定された取付部材６４１に回転可能に支持されており、これらの取付部材６４１は所定長さを有してかつ略円弧状に湾曲することによって弾性を有している。これらの取付部材６４１によってローラ６４は、球体２に適当な付勢力で押しつけられている。つまり、これらの取付部材６４１によってロータ４５１，４５２は球体２に適当な付勢力で押しつけられることとなる。よって、本実施形態ではこれらのローラ６４が付勢手段の役割を果たす。
また、球体２を挟んで床面１００との接触面と対向する位置には、ボール６３が当接されている。このボール６３は、台座５２に固定された取付部材５２３の先端に取り付けられ、取付部材５２３のくぼみ５２４内に回転可能に支持されている。なお、この取付部材５２３は弾性を有し、これによりボール６３が球体２に適当な付勢力で押しつけられ、よって球体２が適当な付勢力で床面１００に押しつけられている。
このような走行体１では、走行ユニット１１をそれぞれ駆動し球体２を回転させながら、その回転速度および回転方向を統合的に制御する。これにより、走行体１はその場旋回や、ある所定の方向への平行移動など、様々な走行ができる。
【００５６】
このような走行体１によれば、第一実施形態の（１）の効果と同様の効果および第三実施形態の（１３）および（１４）の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。
（１７）  ロータ４５１，４５２は互いの駆動部４２，４１の駆動時の球体２の回転軸上に位置するため、互いの駆動部４２，４２の駆動時には、ロータ４５１，４５２と球体２との間には軸受程度の摩擦力しか発生しない。したがって、第二実施形態の（８）の効果と同様に、球体２の回転駆動負荷をより一層小さくすることができる。また、ロータ４５１，４５２の摩耗を防止できるので、走行体１の耐久性を向上させることができる。
【００５７】
（１８）  駆動部４１，４２はロータ４５１，４５２が球体２を押圧して球体２を直接駆動する。駆動力を伝達する部材等が介在していないため、第一実施形態の（３）の効果と同様に駆動機構４の省エネルギ化を促進できる。
また、本実施形態の駆動機構４によれば、摩擦力を調整する必要がなく、必要な時のみに駆動部４１，４２を駆動すればよいので、簡単な構造で省エネルギ化を促進できる。
【００５８】
（１９）  三つの球体２が床面１００にそれぞれ接触しており、それぞれの球体２の床面１００への接触位置を結ぶ線は直線上に並ばない。つまり、これらの球体２によって、平面が規定されるので、走行体１が床面１００に対して安定して自立する。これにより、走行体１の姿勢を常に一定に保持でき、安定した走行を実現できる。
【００５９】
（２０）  ロータ４５１，４５２は、円盤状に形成されているので、ロータ４５１，４５２の球体２への当接部分は平面視で略円弧形となる。よって、構成は異なるものの第一実施形態の（６）の効果と同様に、ロータ４５１，４５２が球体２と点接触するので、リングと球体２との摩擦力をより一層軽減できる。
【００６０】
〔第五実施形態〕
次に、本発明の第五実施形態について説明する。第五実施形態の走行体は、走行ユニットを複数用いて管内を走行可能に構成したものである。
図１１には、管１０１の内壁に沿って走行する走行体１の平断面図が、また図１２にはその側断面図が示されている。これらの図１１および図１２において、走行体１は三つの走行ユニット１１が環状に接続されて構成されている。各走行ユニット１１には、球体２が管１０１の長さ方向に沿って二つ設けられ、これらの球体２はフレーム３によって任意の方向に回転可能に支持されている。フレーム３は、長さ方向に配置された二つの球体２を支持する三つの台座５２と、これらの台座５２を互いに接続する接続部材５２５とを備えている。台座５２は、管１０１の内壁形状に沿って断面略円弧状に形成され、長手方向に形成されたボール孔５２１に球体２が配置されている。球体２は、このボール孔５２１を貫通して管１０１の内壁に当接されている。これらの球体２にはそれぞれ第四実施形態と同様に駆動部４１，４２を備えた駆動機構４が設けられている。また、台座５２に設けられた取付部材５２３の先端は略半球状に形成され、この先端部分において球体２を管１０１の内壁に適当な付勢力で押し付けている。
球体２を二つずつ支持する三つの台座５２は、隣り合った側面が所定間隔の隙間を有し、この隙間に接続部材５２５が接続されている。接続部材５２５は、断面円弧状に撓むことで弾性を有し、その端部がねじ止めなどによって台座５２に固定されている。この接続部材５２５の付勢力により、接続部材５２５は三つの台座５２を管１０１の半径方向に付勢して走行体１の管１０１内での姿勢を保持している。
このような走行体１によれば、駆動部４１を駆動すれば走行体１は管１０１の長さ方向に走行し、また駆動部４２を駆動すれば、管１０１の断面方向に走行して管１０１内を回転する。これらの動作を組み合わせることにより、走行体１は管１０１内を任意の方向に走行できる。
【００６１】
このような走行体１によれば、第一実施形態の（１）の効果と同様の効果、第三実施形態の（１３）および（１４）の効果と同様の効果および第四実施形態の（１７）、（１８）および（２０）の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。
（２１）  走行ユニット１１が接続部材５２５によって接続されて管１０１の内壁に自立可能なので、駆動部４１，４２を駆動することで管１０１内を任意の方向に走行できる。これは、例えば走行体１にカメラや、センサ、アクチュエータなどを搭載して、管１０１内の検査や補修、清掃、管１０１内へのコードの引き込み等を行う管内作業機器に適用するのに好適である。
【００６２】
〔第六実施形態〕
次に、本発明の第六実施形態について説明する。第六実施形態は、第四実施形態の駆動部４１，４２の球体２への当接方向が異なるものである。
図１３には、第六実施形態にかかる走行体１の側断面図が示されている。この図１３において、フレーム３は球体２を中心に球体２を覆うように形成され、球体２のフレーム３から露出した部分が床面１００に当接されている。フレーム３の周囲には床面１００に対して回転する第一実施形態と同様のキャスタ３４が複数（本実施形態では四つ）設けられている。これらのキャスタ３４および球体２の床面１００に対する接触位置が直線上に並ばないためこれらの接触位置によって平面が規定され、走行体１は安定して自立する。
駆動機構４は、第四実施形態と同様の電磁モータによる駆動部４１，４２を備えている。駆動部４１のロータ４５１は、球体２を挟んで床面１００への当接位置に対向する位置に当接されており、その回転面が球体２の半径方向に沿って、かつ床面１００に垂直に配置されている。駆動部４１は球体２が床面１００から受ける反力を支持し、本発明の球体保持部材としての役割を果たしている。一方駆動部４２のロータ４５２は、ロータ４５１に直交する位置で球体２の半径方向に沿って当接されている。ここで、ロータ４５１，４５２は、駆動部４１，４２による球体２の回転軸が床面１００と直交する面内で直交するように配置されている。また、球体２を挟んで駆動部４２の球体２への当接位置に対向する位置には、第三実施形態と同様のローラ６４が設けられている。
【００６３】
このような走行体１では、駆動部４１を駆動すると球体２の回転により走行体１は走行する。駆動部４２を駆動すると、床面１００と球体２との摩擦力や、走行体１の重量バランスなどの条件を調整することにより、走行体１が球体２を中心にその場で回転して方向転換する。例えば、フレーム３が樹脂等で構成され、球体２が鋼球である場合などを考えると、球体２はフレーム３を含んだ走行体１全体に対して十分大きな重量となっている。また、走行体１の重量の大部分がロータ４５１を介して球体２にかかるため、球体２は床面１００に十分な押付力で押し付けられている。このような場合では、走行体１は球体２と床面１００との摩擦力が十分確保され、また球体２とロータ４５２との摩擦力も十分であるため、球体２が床面１００に対して回転しない。つまり、駆動部４２の駆動により、球体２に対してフレーム３が回転する。この時キャスタ３４は、床面１００との摩擦力が十分に小さいのでフレーム３の回転に伴って従動し、これにより走行体１は球体２を中心にその場で方向転換する。なお、キャスタ３４は球体２の中心から十分に離れた位置に配置されているので、走行体１の姿勢が安定する。したがって走行体１の走行中、特に駆動部４１の起動時に、球体２に比して重量の小さいフレーム３が球体２の進行方向に傾かず、走行体１の転倒が防止される。
【００６４】
このような走行体１によれば、第一実施形態の（１）の効果と同様の効果、第三実施形態の（１３）および（１４）の効果と同様の効果および第四実施形態の（１７）、（１８）、（１９）および（２０）の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。
（  ２２  ）    駆動部４１，４２による球体２の回転軸が球体２の中心で直交し、かつこれらの回転軸を含む面が床面１００に対して垂直となっている。これにより、駆動部４２を駆動すると球体２が床面１００に垂直な軸を中心に回転するので、走行体１をその場で旋回させることができる。
【００６５】
〔第七実施形態〕
次に、本発明の第七実施形態について説明する。第七実施形態は、球体２を備えた駆動装置を複数用いて搬送装置および搬送システムを構成したものである。図１４には、第七実施形態にかかる駆動装置１２の側断面図が示されている。この図１４において、駆動装置１２は、被駆動体１０２に当接されて、回転することで被駆動体１０２を駆動する球体２と、この球体２を中心で直交する二軸に対して回転駆動する駆動機構４と、球体２および駆動機構４を支持するフレーム３とを備えている。
球体２は、被駆動体１０２への当接部分とは反対側において球体保持部材としてのボール６３に当接されている。ボール６３はフレーム３に回転可能に支持されており、これにより球体２との摩擦力を低減している。
駆動機構４は、第二実施形態と同様の駆動部４１，４２を備えている。駆動部４１，４２は、圧電素子４１３，４２３の変位により振動する振動体４１１，４２１を備え、凸部４１４，４２４（図１４には凸部４１４のみ図示）が球体２に当接されている。ここで、振動体４１１，４２１はその長手方向が球体２の半径方向に沿って配置されており、これらの振動体４１１，４２１による球体２の回転軸は球体２の中心で直交し、かつこれらの回転軸で形成される面が被駆動体１０２と平行になるように配置されている。振動体４１１，４２１は同様の構成なので、振動体４１１について説明すると、振動体４１１の長手方向略中央には、補強板４１２から突出した腕部４１５が一体的に形成されている。この腕部４１５はフレーム３に対して回転可能にねじ止めされている。また、この腕部４１５にはさらに略Ｕ字形の付勢手段としての弾性部４１９が一体的に形成されており、その端部が係止片４１９Ａによってフレーム３に固定されている。この弾性部４１９により、振動体４１１の凸部４１４は球体２に適当な付勢力で当接されている。
また、球体２を挟んで凸部４１４，４２４の球体２への当接位置に対向する位置には、回転可能に支持されたローラ６４の側面が当接されている。
このような駆動装置１２では、駆動部４１，４２を適宜駆動することで、球体２に当接された被駆動体１０２を任意の方向に移動させることができる。
【００６６】
このような駆動装置１２は、複数組み合わせることによってパレットなどの被搬送体を搬送する搬送装置に適用できる。
図１５（Ａ）には、第七実施形態にかかる搬送装置１３を、また図１５（Ｂ）には搬送装置１３を複数組み合わせた搬送システム１４の全体図が示されている。これらの図１５（Ａ）において、搬送装置１３は前述の駆動装置１２を複数（本実施形態では１６個）組み合わせて縦横同じ数配置し、フレーム３を一体的に形成することで、一つの装置を構成している。フレーム３は略直方体に形成され、球体２が露出している面（上面）の各辺略中央には被搬送体としての被駆動体１０２の存在を検知するセンサ１２１が取り付けられている。これらのセンサ１２１としては、近接センサなどを採用できる。これらのセンサ１２１および駆動機構４は搬送装置１３の動作を制御する制御回路に電気的に接続されている。また、側面には他の搬送装置１３と結合可能なコネクタ１２２が設けられている。このような搬送装置１３では、前述の駆動装置１２が複数設けられているので、制御回路によってセンサ１２１から得られる被駆動体１０２の状態を監視し、この状態に応じて駆動機構４を駆動する。これにより、被駆動体１０２を任意の方向に搬送することができる。また、複数の球体２の回転方向を制御することで、被駆動体１０２をその場回転させたり、斜めに平行移動させたりするなど、様々な搬送が実現できる。
この搬送装置１３を縦横自由に複数組み合わせ、図１５（Ｂ）に示されるように搬送システム１４を構成する。搬送システム１４は、複数の搬送装置１３を隙間無く配置し、それぞれの制御回路をコネクタ１２２を介して電気的に接続し、これらの搬送システム１４の全体の動作を相互に統合して制御する統合制御手段（図示せず）を設ける。このような搬送システム１４では、統合制御手段によって複数の被駆動体１０２を同時に同方向あるいは別方向に搬送できる。また、それぞれを違う速度で搬送することもできる。さらに、その場回転も可能なので、容易に被駆動体１０２の方向転換ができる。
【００６７】
このような搬送システム１４によれば、搬送システム１４が前述の搬送装置１３を用いており、この搬送装置１３が前述の駆動機構４を用いているので、構成は異なるものの第一実施形態（１）、（４）および（６）の効果と同様の効果、第二実施形態の（８）および（９）の効果と同様の効果および第三実施形態の（１３）および（１４）の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。
（  ２３）  複数の搬送装置１３が統合制御手段によって統合的に駆動されるので、複数の被駆動体１０２の搬送向き、搬送速度など様々な搬送を個別に搬送を実現できる。例えば被駆動体１０２としてパレットなどを搬送する場合には、製品の違う数種類のパレットを一つのラインで同時に扱うことができ、またこの時にも型替え等が不要となるので、搬送システム１４の汎用性を向上させることができる。
【００６８】
なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、各実施形態では駆動機構４の駆動部４１，４２は床面１００に対して平行あるいは垂直な軸を中心に球体２を回転させるものであったが、これに限らない。例えば、駆動部４１，４２を図１６に示されるように配置してもよい。
図１６には、本発明の第五実施形態にかかる走行体の変形例が示されている。この図１６において、駆動部４１，４２は互いに直交して球体２の半径方向に沿って配置されている。ここで、これらの駆動部４１，４２による球体２の回転軸は管１０１の半径方向に対して角度を有して配置されている。このような走行体１においても、駆動部４１，４２を組み合わせて駆動すれば、走行体１が管１０１の長さ方向に走行する。なお、駆動部４１あるいは駆動部４２を単独で駆動する時には、走行体１は螺旋を描きながら管１０１の長さ方向に移動する。
また、駆動部４１，４２の球体２の駆動方向は、各実施形態では直交していたが、例えば図１７に示されるように必ずしも直交していなくてもよい。
図１７には、第七実施形態にかかる駆動装置１２の変形例が示されている。この図１７において駆動部４１，４２の振動体４１１，４２１はその長手方向が球体２の半径方向に沿っているが、互いに直交していない。このような駆動装置１２においても、駆動部４１，４２を組み合わせて駆動すれば、球体２を任意の方向に回転させて被駆動体１０２を任意の方向に移動させることができる。要するに、駆動部４１，４２は球体２を中心で交差する二軸に対して駆動可能に設けられていれば、配置は任意である。
さらに球体２の回転軸は、各実施形態において球体２の中心で交差していたが、これに限らず球体２の中心から外れた位置で交差していてもよい。この場合でも、これらの回転軸中心の回転を組み合わせることで球体２を任意の方向に回転することが可能である。要するに、駆動機構による球体２の回転駆動軸は、球体２内部で交差していればよい。
球体２の回転軸は、各実施形態において駆動部４１，４２による回転駆動方向の二軸であったが、これに限らず軸数は任意である。要するに、球体２の回転駆動軸は少なくとも二軸であれば、任意の方向に走行できる、あるいは任意の方向に被駆動体１０２を移動させることができる。
そして、駆動部４１，４２の球体２への当接部分は、第一実施形態では駆動部４１のみが球体２へ当接され、第二実施形態以降では両方の駆動部４１，４２が球体２に当接されているものであったが、要するに少なくとも一つの駆動部が球体２に当接されて直接球体２を駆動するものであればその数は任意である。
【００６９】
駆動機構４は、第二実施形態、第三実施形態および第七実施形態においては、駆動部４１，４２ともに圧電素子を備えた圧電アクチュエータとなっている。そしてこれらの駆動部４１，４２はともに球体２に当接して球体の中心で直交する二軸に対して直接球体２を回転駆動するものである。この際、一方の駆動部４１が駆動している時に、他方の駆動部４２が振動体４２１の長手方向に沿って定常周波数で縦振動を行ってもよい。この場合には、振動体４２１の縦振動によって、凸部４２４が球体２の半径方向に進退する。これにより、凸部４２４は球体２に対して接触状態および非接触状態、あるいは球体２への付勢力によっては押圧状態および非押圧状態を繰り返す。したがって、凸部４２４が球体２に対して後退した時の球体２への押圧力を低減できる。これにより、凸部４２４の球体２への摩擦力を低減でき、つまり球体２の回転負荷をより一層軽減できる。また、凸部４２４の球体２への摩擦力を低減できるので、凸部４２４の摩耗を軽減でき、駆動部４１，４２の耐久性を向上させることができる。
なお、駆動部４１，４２は両方が圧電アクチュエータでなくてもよい。例えば、駆動部４１のみが圧電アクチュエータで、駆動部４２が電磁モータであった場合でも、駆動部４２の回転駆動時に駆動部４１の圧電素子４１３が長手方向に沿って縦振動を行えば、前述の効果を得ることができる。要するに、少なくとも一軸に対して回転駆動する駆動部が圧電アクチュエータであればよい。
【００７０】
独立駆動部は、第三実施形態においては駆動部４２のみが球体２の内側に配置されていたが、これに限らず球体２の内部に駆動機構４全部が収納されて球体２の内側から二次元に駆動するように構成されていてもよい。この場合には、走行体１をさらに小型化することができる。
支持部材は、各実施形態では側面が略円弧凸状のローラ６４であったが、これに限らず例えば、球状や三角形状など、球体２との摩擦力を軽減できる形状のものであれば任意である。
走行体１の姿勢を保持する手段としては、各実施形態ではキャスタ３４やボール５３であったが、これに限らず床面１００との摩擦力を軽減できるものであれば構成は任意である。また、この時第一実施形態ではキャスタ３４は四つ、第二実施形態ではボール５３は二つ設けられていたが、要するに少なくとも二つ設けられ、これらの床面１００への接触部分および球体２の床面１００への接触部分が平面を規定する位置に配置されていればよい。さらに、第四実施形態の走行体１のように、三つの球体２が直線上に配置されないことによって走行体１の姿勢を保持してもよい。要するに、走行体１に床面１００との接触部分が少なくとも三箇所設けられ、これらのうちの一箇所の接触部分が、他の二箇所の接触部分を結ぶ一直線上から外れた一に接触していればよい。そのように配置されていれば、走行体１は安定した姿勢で自立することができる。
駆動部４１，４２の球体２への当接部分は、平面視で略半円形状であったが、例えば略矩形状であっても球体２を駆動することができるので、当該部分は平面視で略半円形状であるものに限らない。
【００７１】
第三実施形態においては、走行体１の起動時に制御手段が駆動部４２の球体２内部での初期位置を調整するが、これに限らず例えば駆動部４２の球体２の当接位置のずれを二次コイル６１から一次コイル６２へ送信される電力の強さから検知して、所定位置からの位置のずれに応じて制御補正を行ってもよい。この場合には、駆動部４２の球体２への初期の当接位置がずれていても制御手段がそれを検知して自動で補正するので、駆動部４２の初期位置に関わらず良好に走行体１を駆動できる。
また、駆動部４２には球体２の外部から駆動エネルギを供給可能に設けられていたが、これに限らず駆動部４２を一次電池だけで駆動して、この電池がきれた時に電池交換を行うようにしてもよい。
第三実施形態では駆動部４２のプログラム回路が球体２の内部に設けられていたが、これに限らず例えば球体２内にアンテナを設け、球体２の外側の制御手段から送信された信号を受信して、この信号に応じて駆動部４２を駆動してもよい。あるいは、例えば走行体１の外部から遠隔操作可能に構成してもよい。この場合には、台座５２に受信手段を設け、走行体１とは別体の送信手段を設けて遠隔制御手段を構成する。送信手段を操作することによって制御手段へ制御信号を送信し、この信号によって走行体１を制御すればよい。このような走行体１では、走行を監視しながら遠隔操作できる。
このような駆動装置は、前述のように床面１００に当接されることで走行する走行体１に適用できる他、第七実施形態の搬送装置１３や玩具、その他機器などに適用できる。
【００７２】
搬送システム１４のセンサ１２１はそれぞれの搬送装置１３の四辺に設けられて被駆動体１０２の存在を検知していたが、これに限らず例えば存在検知に加えて複数のセンサ１２１の信号から被駆動体１０２の移動方向を判断してもよい。このように構成すればより正確でより複雑な搬送が可能となる。
また、センサ１２１は、搬送装置１３の四辺に設けられて例えば近接センサ等が採用できたが、これに限らず球体２を介して被駆動体１０２の圧力を監視して被駆動体１０２の存在を検知してもよい。この場合には、例えば球体２を挟んで被駆動体１０２への当接部分に対向する位置に設けられたボール６３にかかる圧力によって検知してもよい。
【００７３】
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【００７４】
【発明の効果】
このような本発明によれば駆動機構が球体を球体の中心で交差する少なくとも二つの回転軸に対して回転駆動するので球体が自由自在に回転し、被駆動体の移動自由度を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる走行体を示す正断面図。
【図２】本発明の第一実施形態にかかる走行体を示す平面図。
【図３】本発明の第一実施形態にかかる走行体を示す側断面図。
【図４】本発明の第二実施形態にかかる走行体を示す平面図。
【図５】本発明の第二実施形態にかかる走行体を示す側断面図。
【図６】本発明の第三実施形態にかかる走行体を示す平断面図。
【図７】本発明の第三実施形態にかかる走行体を示す正断面図。
【図８】本発明の第三実施形態にかかる走行体を示す側断面図。
【図９】本発明の第四実施形態にかかる走行体を示す平面図。
【図１０】本発明の第四実施形態にかかる走行体を示す側断面図。
【図１１】本発明の第五実施形態にかかる走行体を示す平断面図。
【図１２】本発明の第五実施形態にかかる走行体を示す側断面図。
【図１３】本発明の第六実施形態にかかる走行体を示す側断面図。
【図１４】本発明の第七実施形態にかかる駆動装置を示す側断面図。
【図１５】本発明の第七実施形態にかかる搬送装置および搬送システムを示す斜視図。
【図１６】本発明の第五実施形態の変形例を示す平断面図。
【図１７】本発明の第七実施形態の変形例を示す側断面図。
【符号の説明】
１…走行体、２…球体、３…フレーム、４…駆動機構、１１…走行ユニット、１２…駆動装置、１３…搬送装置、１４…搬送システム、４１，４２…駆動部、４４…固定錘（姿勢保持手段）、６３…ボール（球体保持部材）、６４…ローラ（支持部材）、４１１，４２１…振動体、４１３，４２３…圧電素子、４１４，４２４…凸部、４１８，４２８…ばね（付勢手段）、４１９…弾性部（付勢手段）、１００…床面（走行面）、１０１…管（走行面）、１０２…被駆動体（被搬送体）。
【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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