(57)【要約】【課題】直進性を向上できる球状車輪を提供すること。【解決手段】駆動力により駆動軸１１を回転させることで、駆動軸１１と交差して設けられる回転軸１２が駆動軸１１周りに回転する。回転軸１２を中心に互いに相対回転可能な一対の半球状車輪１３，１４が駆動軸１１を挟んで設けられる。半球状車輪１３，１４が、互いに相対回転可能な複数の車輪部１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂに、回転軸１２に直交する平面で分割される。半球状車輪１３，１４全体と比較して１つの車輪部１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂの回転軸１２周りのイナーシャを小さくできるので、イナーシャに比例する半球状車輪１３，１４の角運動量を低減できる。これにより、直進しようとする球状車輪１０に対する半球状車輪１３，１４の回転（角運動量の変化）の影響を抑制して、球状車輪１０の直進性を向上できる。【選択図】図２
2016182912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動力により回転する駆動軸と、
その駆動軸の回転により前記駆動軸周りに回転する、前記駆動軸と交差して設けられた回転軸と、
その回転軸を中心に互いに相対回転可能に前記駆動軸を挟んで設けられる一対の半球状車輪とを備え、
その半球状車輪は、前記回転軸に直交する平面で、互いに相対回転可能な複数の車輪部に分割されることを特徴とする球状車輪。
【請求項２】
前記半球状車輪は、前記駆動軸から最も離れた前記車輪部の前記回転軸周りのイナーシャが、前記駆動軸から最も離れた前記車輪部を除く前記車輪部の前記回転軸周りのイナーシャの和より小さく設定されることを特徴とする請求項１記載の球状車輪。
【請求項３】
前記半球状車輪は、全ての隣り合う前記車輪部において、前記駆動軸から離れた側の前記車輪部の前記回転軸周りのイナーシャが、前記駆動軸側の前記車輪部の前記回転軸周りのイナーシャより小さく設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の球状車輪。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は球状車輪に関し、直進性を向上できる球状車輪に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の球状車輪を移動体に設け、各球状車輪の回転方向および回転速度を制御することで、移動体を全方向に移動可能とした全方向移動体がある。従来、駆動装置により駆動軸を回転させることで、駆動軸と直交する回転軸を中心に相対回転可能な一対の半球状車輪が駆動軸を中心に回転する球状車輪が開示されている（特許文献１）。また、駆動軸と直交する軸から所定角度傾けて、一対の半球状車輪の回転軸をそれぞれ設ける球状車輪が開示されている（特許文献２）。この種の球状車輪は、球状車輪の進行方向と駆動軸とが交わる（直交を除く）場合、半球状車輪は駆動軸周りに回転しながら、駆動軸の回転方向および球状車輪の進行方向と交わる方向へ回転軸を中心に回転する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５０５７１３０号公報
【特許文献２】国際公開第２０１３／１６４３２７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、半球状車輪が駆動軸周りに回転することで、半球状車輪と路面との接地箇所から回転軸までの距離が余弦関数的に増減を繰り返す。回転軸から接地箇所までの距離の逆数に比例して半球状車輪の角速度が急激に増減を繰り返すので、角速度に比例する半球状車輪の角運動量が急激に増減を繰り返す。そのため、球状車輪の進行方向と駆動軸とが交わる（直交を除く）場合、直進しようとする球状車輪が半球状車輪の回転（角運動量の変化）の影響を受けて、球状車輪の直進性が悪化することがある。
【０００５】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、直進性を向上できる球状車輪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および発明の効果】
【０００６】
請求項１記載の球状車輪によれば、駆動力により駆動軸を回転させることで、駆動軸と交差して設けられる回転軸が駆動軸周りに回転する。その回転軸を中心に互いに相対回転可能な一対の半球状車輪が駆動軸を挟んで設けられる。半球状車輪が、互いに相対回転可能な複数の車輪部に、回転軸に直交する平面で分割される。半球状車輪全体と比較して１つの車輪部の質量は小さく、駆動軸から離れた車輪部ほど回転軸から車輪部の球面までの距離が小さくなるので、半球状車輪全体と比較して１つの車輪部の回転軸周りのイナーシャを小さくできる。イナーシャに比例する半球状車輪の角運動量を低減できるので、直進しようとする球状車輪に対する半球状車輪の回転（角運動量の変化）の影響を抑制して、球状車輪の直進性を向上できる効果がある。
【０００７】
請求項２記載の球状車輪によれば、半球状車輪は、駆動軸から最も離れた車輪部の回転軸周りのイナーシャが、駆動軸から最も離れた車輪部を除く車輪部の回転軸周りのイナーシャの和より小さく設定される。半球状車輪は、接地箇所が駆動軸から離れるほど角速度が大きいが、イナーシャを小さくすることで、角速度が最も大きくなる車輪部の角運動量を低減できる。これにより、請求項１の効果に加え、駆動軸から最も離れた車輪部が接地する場合の球状車輪の直進性を向上できる効果がある。
【０００８】
請求項３記載の球状車輪によれば、半球状車輪は、全ての隣り合う車輪部において、駆動軸から離れた側の車輪部の回転軸周りのイナーシャが、駆動軸側の車輪部の回転軸周りのイナーシャより小さく設定される。半球状車輪は、駆動軸から離れた車輪部ほど角速度が大きいが、駆動軸から離れた車輪部ほど回転軸周りのイナーシャが小さいので、複数の車輪部の角運動量をそれぞれ低減できると共に、角運動量を互いに近づけることができる。これにより、請求項１又は２の効果に加え、球状車輪の直進性をより向上できると共に、半球状車輪の接地箇所が、隣り合う車輪部に切り替わることによって生じるおそれのある球状車輪のふらつきを抑制できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施の形態における移動体の上方斜視図であり、（ｂ）は移動体の下方斜視図である。
【図２】（ａ）は球状車輪の側面図であり、（ｂ）は球状車輪の平面図であり、（ｃ）は図２（ａ）のＩＩｃ−ＩＩｃ線における球状車輪の断面図であり、（ｄ）は図２（ｂ）のＩＩｄ−ＩＩｄ線における球状車輪の断面図である。
【図３】（ａ）は図１（ａ）の矢印ＩＩＩ方向から見た球状車輪において赤道側の車輪部が路面と接地した状態を示す模式図であり、（ｂ）は（ａ）の状態から駆動軸が回転して極側の車輪部が路面と接地した状態を示す模式図であり、（ｃ）は（ｂ）の状態から駆動軸が回転して小車輪が路面と接地した状態を示す模式図であり、（ｄ）は（ｃ）の状態から駆動軸が回転して極側の車輪部が路面と接地した状態を示す模式図であり、（ｅ）は（ｄ）の状態から駆動軸が回転して赤道側の車輪部が路面と接地した状態を示す模式図である。
【図４】路面と接地している半球状車輪の角速度を示したグラフである。
【図５】（ａ）は第２実施の形態における球状車輪の側面図であり、（ｂ）は球状車輪の平面図であり、（ｃ）は図５（ａ）のＶｃ−Ｖｃ線における球状車輪の断面図であり、（ｄ）は図５（ｂ）のＶｄ−Ｖｄ線における球状車輪の断面図である。
【図６】第３実施の形態における球状車輪の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照して説明する。まず、図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照して、本発明の第１実施の形態における全方向移動体１（以下「移動体１」と称す）について説明する。図１（ａ）は本発明の第１実施の形態における移動体１の上方斜視図であり、図１（ｂ）は移動体１の下方斜視図である。なお、本明細書における回転とは、正逆両方向の円運動が可能であることを示す。
【００１１】
移動体１は、複数設けられる球状車輪１０の回転方向および回転速度をそれぞれ制御することで、全方向に移動可能な装置である。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、移動体１は、平板状の車体２と、車体２の四隅にそれぞれ配設される球状車輪１０と、球状車輪１０の回転制御を行う制御装置３とを備えている。
【００１２】
移動体１は、車体２に対して平行な面内で９０°ずつ異ならせた方向に４つの球状車輪１０の駆動軸１１の軸方向が設定されている。制御装置３及び球状車輪１０は、車体２に搭載される電池（図示せず）から電力が供給される。
【００１３】
次に、図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）及び図２（ｄ）を参照して、球状車輪１０について説明する。図２（ａ）は球状車輪１０の側面図であり、図２（ｂ）は球状車輪１０の平面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）のＩＩｃ−ＩＩｃ線における球状車輪１０の断面図であり、図２（ｄ）は図２（ｂ）のＩＩｄ−ＩＩｄ線における球状車輪１０の断面図である。なお、球状車輪１０は、回転軸１２の両端を極とし、球状車輪１０の球面において回転軸１２の両端からの距離が等しい部分を赤道とする。
【００１４】
図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）及び図２（ｄ）に示すように、球状車輪１０は、車輪全体の回転方向に対して横滑り可能に構成される球状の車輪である。球状車輪１０は、駆動力により回転する駆動軸１１と、駆動軸１１と直交して設けられる回転軸１２と、回転軸１２を中心に互いに相対回転可能に駆動軸１１を挟んで対称的に設けられる一対の半球状車輪１３，１４とを備えている。
【００１５】
駆動軸１１は、モータから構成される駆動装置１５から駆動力が与えられることで、中心軸Ｃ１を中心に回転する。なお、駆動軸１１は、制御装置３からの制御信号により駆動装置１５が動作して回転方向および角速度が制御される。
【００１６】
回転軸１２は、駆動軸１１に固着され、駆動軸１１の回転により駆動軸１１周りに回転する。回転軸１２の両端には、駆動軸１１及び回転軸１２と直交する小車輪軸１６を中心に回転する樽状（胴の中央が膨れた円柱状）の小車輪１７が設けられる。小車輪１７が路面Ｓに接地した状態で球状車輪１０が駆動軸１１の軸方向に移動する場合、小車輪１７が回転することで、路面Ｓとのすべり摩擦なく球状車輪１０が移動できる。なお、小車輪１７の外周面は、小車輪軸１６の軸方向の曲率中心が駆動軸１１の中心軸Ｃ１と回転軸１２の中心軸Ｃ２との交点である。これにより、半球状車輪１３，１４の球面と小車輪１６の外周面とを滑らかに連続させて、球状車輪１０の球面に対する段差をなくし、球状車輪１０の走行を滑らかにできる。
【００１７】
半球状車輪１３，１４は互いに同じ構成であるので、半球状車輪１３について説明し、半球状車輪１４の説明を省略する。半球状車輪１３は、金属製の半球状の車輪であり、駆動軸１１の中心軸Ｃ１と回転軸１２の中心軸Ｃ２との交点を中心とした球体の一部である。
【００１８】
半球状車輪１３は、互いに相対回転可能な２つの車輪部１３ａ，１３ｂ（半球状車輪１４では車輪部１４ａ，１４ｂ）に、回転軸１２に直交する平面で分割される。なお、半球状車輪１３の極側（駆動軸１１から離れた側）を車輪部１３ａとし、半球状車輪１３の赤道側（駆動軸１１側）を車輪部１３ｂとする。
【００１９】
車輪部１３ａ，１３ｂは、回転軸１２の軸方向の長さが互いに同一であり、それぞれベアリング（図示せず）を介して回転軸１２に支持される。さらに、車輪部１３ａ，１３ｂ間にもベアリング（図示せず）を設けることが好ましい。これにより、車輪部１３ａ，１３ｂが回転軸１２（中心軸Ｃ２）を中心に回転するときの回転抵抗を低減できると共に、車輪部１３ａ，１３ｂが回転軸１２の軸方向へ移動することを規制できる。
【００２０】
次に、図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）、図３（ｄ）及び図３（ｅ）を参照して、球状車輪１０の進行方向が図１（ａ）の矢印Ａ方向である場合における、図１（ａ）の矢印ＩＩＩが示す球状車輪１０の動作について説明する。このとき、矢印Ａ方向（球状車輪１０の進行方向）と駆動軸１１とのなす角度は４５°であり、球状車輪１０は等速移動している。ここでは、路面Ｓと接地している半球状車輪１３の回転方向について説明するが、半球状車輪１３と構成が同一である半球状車輪１４でも同じことが言える。
【００２１】
図３（ａ）は図１（ａ）の矢印ＩＩＩ方向（駆動軸１１の軸方向）から見た球状車輪１０において車輪部１３ｂが路面Ｓと接地した状態を示す模式図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の状態から駆動軸１１が回転して車輪部１３ａが路面Ｓと接地した状態を示す模式図であり、図３（ｃ）は図３（ｂ）の状態から駆動軸１１が回転して小車輪１７が路面Ｓと接地した状態を示す模式図であり、図３（ｄ）は図３（ｃ）の状態から駆動軸１１が回転して車輪部１３ａが路面Ｓと接地した状態を示す模式図であり、図３（ｅ）は図３（ｄ）の状態から駆動軸１１が回転して車輪部１３ｂが路面Ｓと接地した状態を示す模式図である。なお、図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）、図３（ｄ）及び図３（ｅ）は、紙面右手前方向が球状車輪１０の進行方向であり、駆動軸１１の回転方向を矢印Ｄで示し、車輪部１３ａ，１３ｂの回転方向を矢印Ｒで示している。
【００２２】
図３（ａ）に示すように、車輪部１３ｂが路面Ｓと接地箇所Ｇで接地した状態で、駆動軸１１を矢印Ｄ方向（図３（ａ）時計回り）へ回転させると、路面Ｓとの摩擦により車輪部１３ｂが矢印Ｒ方向（半球状車輪１３の極側から見て反時計回り）へ回転する。このとき、車輪部１３ｂを除く車輪部１３ａ，１４ａ，１４ｂは車輪部１３ｂとは無関係に回転自在である。
【００２３】
次いで、駆動軸１１を矢印Ｄ方向へさらに回転させると、車輪部１３ｂが路面Ｓから離れ、図３（ｂ）に示すように、車輪部１３ａが路面Ｓと接地箇所Ｇで接地する。駆動軸１１の矢印Ｄ方向への回転に伴い、路面Ｓとの摩擦により車輪部１３ａが矢印Ｒ方向（半球状車輪１３の極側から見て反時計回り）へ回転する。このとき、路面Ｓから離れた車輪部１３ｂが慣性により図３（ａ）と同一の矢印Ｒ方向（半球状車輪１３の極側から見て反時計回り）に回転し続ける。
【００２４】
次いで、駆動軸１１を矢印Ｄ方向へさらに回転させると、図３（ｃ）に示すように、車輪部１３ａが路面Ｓから離れ、小車輪１７が路面Ｓと接地箇所Ｇで接地する。この状態では、車輪部１３ａが慣性により図３（ｂ）と同一の矢印Ｒ方向（半球状車輪１３の極側から見て反時計回り）に回転し続ける。
【００２５】
次いで、駆動軸１１を矢印Ｄ方向へさらに回転させると、図３（ｄ）に示すように、小車輪１７が路面Ｓから離れ、車輪部１３ａが再び路面Ｓと接地箇所Ｇで接地する。駆動軸１１の矢印Ｄ方向への回転に伴い、路面Ｓとの摩擦により車輪部１３ａが矢印Ｒ方向（半球状車輪１３の極側から見て時計回り）へ回転する。即ち、図３（ｃ）の状態から図３（ｄ）の状態へ移るときに、車輪部１３ａの回転方向が逆転する。
【００２６】
次いで、駆動軸１１を矢印Ｄ方向へさらに回転させると、図３（ｅ）に示すように、車輪部１３ａが路面Ｓから離れ、車輪部１３ｂが再び路面Ｓと接地箇所Ｇで接地する。駆動軸１１の矢印Ｄ方向への回転に伴い、路面Ｓとの摩擦により車輪部１３ｂが矢印Ｒ方向（半球状車輪１３の極側から見て時計回り）へ回転する。車輪部１３ｂが慣性により回転し続けていた場合、図３（ｄ）の状態から図３（ｅ）の状態へ移るときに、車輪部１３ｂの回転方向が逆転する。
【００２７】
次いで、駆動軸１１を矢印Ｄ方向へさらに回転させていくと、半球状車輪１４において半球状車輪１３と同様の動作が行われる。その後は半球状車輪１３，１４で交互に上述した動作が行われる。
【００２８】
上述したように、駆動軸１１が回転することで半球状車輪１３，１４と路面Ｓとの接地箇所Ｇが変化していくと、接地箇所Ｇから回転軸１２の中心軸Ｃ２までの距離が余弦関数的に増減を繰り返す。球状車輪１０が等速移動しているので、接地箇所Ｇから中心軸Ｃ２までの距離の逆数に比例する半球状車輪１３，１４の角速度ωが増減を繰り返す。
【００２９】
次に、図４を参照して、路面Ｓと接地している半球状車輪１３（車輪部１３ａ，１３ｂ）の角速度ωについて説明する。図４は、路面Ｓと接地している半球状車輪１３の角速度ωを示したグラフである。図４は、縦軸が、路面Ｓと接地している半球状車輪１３の角速度ωであり、横軸が駆動軸１１の回転角θである。なお、図４において、角速度ωがプラス（＋）とマイナス（−）とでは半球状車輪１３の回転方向が異なる。回転角θは、路面Ｓと中心軸Ｃ２とが平行である状態を基準とした駆動軸１１の回転角であって、半球状車輪１３と路面Ｓとの接地箇所Ｇの変化を示している。角速度ωは、球状車輪１０の半径をｒ、接地箇所Ｇでの球状車輪１０（半球状車輪１３，１４）の速度をｖとしたとき、ω＝ｖ／（ｒ・ｃｏｓθ）で表わされる。但し、半径ｒ及び速度ｖは定数である。
【００３０】
図４は、図３（ａ）のように車輪部１３ｂが路面Ｓに接地している状態を範囲ａとし、図３（ｂ）のように車輪部１３ａが路面Ｓに接地している状態を範囲ｂとし、図３（ｄ）のように車輪部１３ａが路面Ｓに接地している状態を範囲ｄとし、図３（ｅ）のように車輪部１３ｂが路面Ｓに接地している状態を範囲ｅとする。図３（ｃ）のように小車輪１７が接地している状態である範囲ｃは、範囲ｂと範囲ｄとの間の微小区間である。範囲ｆは、半球状車輪１４の車輪部１４ｂが路面Ｓに接地している状態であり、範囲ａと同様である。さらに、半球状車輪１４は、範囲ｆ以降も範囲ｂから範囲ｅと同様に動作するので、半球状車輪１４における説明を省略する。
【００３１】
図４に示すように、範囲ａ及び範囲ｅ（車輪部１３ｂが路面Ｓに接地した状態）における車輪部１３ｂの角速度ωは変化が小さく、範囲ｂ及び範囲ｄ（車輪部１３ａが路面Ｓに接地した状態）における車輪部１３ａの角速度ωは変化が大きい。特に範囲ｃ付近では車輪部１３ａの角速度ωが急激に変化している。即ち、半球状車輪１３の角速度ωは、接地箇所Ｇが赤道側から極側へ移動することで急激に増加し、接地箇所Ｇが極側から赤道側へ移動することで急激に減少し、その増減を繰り返す。
【００３２】
さらに、範囲ｂから範囲ｃを超えて範囲ｄへ移るとき、即ち、半球状車輪１３の極が路面Ｓに接地する前後では、半球状車輪１３の角速度ωが最も大きくなると共に、半球状車輪１３（車輪部１３ａ）の回転方向が瞬間的に反転する。このように、半球状車輪１３の極が路面Ｓに接地する前後では、半球状車輪１３の角速度ωがより急激に変化する。
【００３３】
半球状車輪１３が車輪部１３ａ，１３ｂに分割されていない場合、半球状車輪１３は、回転角θ（半球状車輪１３の接地箇所Ｇ）に係わらず回転軸１２周りのイナーシャが一定である。イナーシャ及び角速度ωに比例する半球状車輪１３の角運動量は、角速度ωと同様に、急激に増減を繰り返すと共に、半球状車輪１３の極が路面Ｓに接地する前後でより急激に変化する。これにより、直進しようとする球状車輪１０が半球状車輪１３の回転（角運動量の変化）の影響を受けて、球状車輪１０の直進性が悪化することがある。
【００３４】
これに対して、本実施の形態では、半球状車輪１３が２つの車輪部１３ａ，１３ｂに分割されるので、半球状車輪１３全体と比較して車輪部１３ａ，１３ｂの質量をそれぞれ小さく、極側の車輪部１３ａ，１３ｂほど回転軸１２から車輪部１３ａ，１３ｂの球面までの距離を小さくできる。半球状車輪１３全体と比較して１つの車輪部１３ａ，１３ｂの回転軸１２周りのイナーシャを小さくできるので、イナーシャに比例する半球状車輪１３の角運動量を低減できる。よって、直進しようとする球状車輪１０に対する半球状車輪１３の回転（角運動量の変化）の影響を抑制して、球状車輪１０の直進性を向上できる。
【００３５】
半球状車輪１３は、回転軸１２の軸方向の車輪部１３ａ，１３ｂの長さが互いに同一であるので、半球状車輪１３の密度が均一であれば、車輪部１３ｂの質量より車輪部１３ａの質量を小さくできる。さらに、極側の車輪部１３ａ，１３ｂほど回転軸１２から車輪部１３ａ，１３ｂの球面までの距離が小さいので、車輪部１３ｂの回転軸１２周りのイナーシャより、車輪部１３ａの回転軸１２周りのイナーシャを小さくできる。また、車輪部１３ａは、小車輪１７の周囲が肉抜きされているので、車輪部１３ａの回転軸１２周りのイナーシャをより小さくできる。
【００３６】
半球状車輪１３は、球状車輪１０が等速移動している場合、接地箇所Ｇが極側に近づくほど、接地箇所Ｇから中心軸Ｃ２までの距離が小さいので、車輪部１３ｂの角速度ωより車輪部１３ａの角速度ωが大きい。しかし、車輪部１３ｂの回転軸１２周りのイナーシャより、車輪部１３ａの回転軸１２周りのイナーシャを小さくできるので、車輪部１３ａ，１３ｂの角運動量をそれぞれ低減できると共に、角運動量を互いに近づけることができる。これにより、球状車輪１０の直進性をより向上できる。
【００３７】
半球状車輪１３は、接地箇所Ｇが、隣り合う車輪部１３ａ，１３ｂに切り替わるときに、車輪部１３ａの角運動量と車輪部１３ｂの角運動量との差が大きいと、直進しようとする球状車輪１０が半球状車輪１３の回転（角運動量の変化）の影響を受けて、球状車輪１０がふらつくおそれがある。これに対して、本実施の形態では、車輪部１３ａ，１３ｂの角運動量を互いに近づけることができるので、接地箇所Ｇが、隣り合う車輪部１３ａ，１３ｂに切り替わるときに、球状車輪１０がふらつくことを抑制できる。また、半球状車輪１３の極が路面Ｓに接地する前後で、半球状車輪１３（車輪部１３ａ）の角速度ωがより急激に変化するが、車輪部１３ａの回転軸１２周りのイナーシャを小さくできるので、球状車輪１０の直進性をより向上できる。
【００３８】
なお、球状車輪１０の進行方向と駆動軸１１とのなす角度が４５°である場合について説明したが、球状車輪１０の進行方向と駆動軸１１とが４５°以外の角度で交わる（直交を除く）場合も同様である。球状車輪１０の進行方向と駆動軸１１とが直交する場合には、半球状車輪１３，１４が回転軸１２を中心に回転しない。球状車輪１０の進行方向と駆動軸１１とが平行である場合には、半球状車輪１３，１４が回転軸１２を中心に回転する、又は、小車輪１７が回転するが、駆動軸１１は回転しない。
【００３９】
次に、図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）及び図５（ｄ）を参照して第２実施の形態について説明する。第１実施の形態では、半球状車輪１３，１４がそれぞれ２つの車輪部１３ａ，１３ｂ及び車輪部１４ａ，１４ｂに分割される場合について説明した。これに対し第２実施の形態では、半球状車輪２３，２４がそれぞれ３つの車輪部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ及び車輪部２４ａ，２４ｂ，２４ｃに分割される場合について説明する。なお、第１実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図５（ａ）は球状車輪２０の側面図であり、図５（ｂ）は球状車輪２０の平面図であり、図５（ｃ）は図５（ａ）のＶｃ−Ｖｃ線における球状車輪２０の断面図であり、図５（ｄ）は図５（ｂ）のＶｄ−Ｖｄ線における球状車輪２０の断面図である。
【００４０】
図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）及び図５（ｄ）に示すように、球状車輪２０は、駆動力により回転する駆動軸１１と、駆動軸１１と直交して設けられる回転軸２２と、回転軸２２を中心に互いに相対回転可能に駆動軸１１を挟んで対称的に設けられる一対の半球状車輪２３，２４とを備えている。回転軸２２は、両端が円筒状であり、駆動軸１１及び回転軸２２と直交する小車輪軸１６を中心に回転する小車輪１７が設けられる。
【００４１】
半球状車輪２３，２４は、互いに同じ構成であるので、半球状車輪２３について説明し、半球状車輪２４の説明を省略する。半球状車輪２３は、金属製の半球状の車輪であって、駆動軸１１の中心軸Ｃ１と回転軸２２の中心軸Ｃ２との交点を中心とした球体の一部である。
【００４２】
半球状車輪２３は、それぞれ相対回転可能な３つの車輪部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ（半球状車輪２４では車輪部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ）に、回転軸２２に直交する平面で分割される。なお、半球状車輪２３の極側から赤道側へ向かって順に車輪部２３ａ，２３ｂ，２３ｃとする。
【００４３】
車輪部２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、回転軸２２の軸方向の長さがそれぞれ同一であり、車輪部２３ａと回転軸２２の円筒状の端部との間にベアリング（図示せず）を介し、車輪部２３ｂ，２３ｃと回転軸２２の中央部分との間にそれぞれベアリング（図示せず）を介して回転軸２２に支持される。さらに、車輪部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ間にもそれぞれベアリング（図示せず）を設けることが好ましい。
【００４４】
半球状車輪２３は、３つの車輪部２３ａ，２３ｂ，２３ｃに分割されているので、半球状車輪２３全体と比較して車輪部２３ａ，２３ｂ，２３ｃの回転軸２２周りのイナーシャを小さくできる。イナーシャに比例する半球状車輪２３の角運動量を低減できるので、球状車輪２０の進行方向と交わる方向へ駆動軸１１が回転する場合に、球状車輪２０の直進性を向上できる。
【００４５】
車輪部２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、回転軸２２の軸方向の長さがそれぞれ同一であるので、半球状車輪２３の密度が均一であれば、車輪部２３ｃの質量より車輪部２３ｂの質量が小さく、車輪部２３ｂの質量より車輪部２３ａの質量が小さい。さらに、極側の車輪部２３ａ，２３ｂ，２３ｃほど回転軸２２から車輪部２３ａ，２３ｂ，２３ｃの球面までの距離が小さいので、隣り合う車輪部２３ａ，２３ｂにおいて、極側の車輪部２３ａの回転軸２２周りのイナーシャを、赤道側の車輪部２３ｂの回転軸２２周りのイナーシャより小さくできる。さらに、隣り合う車輪部２３ｂ，２３ｃにおいて、極側の車輪部２３ｂの回転軸２２周りのイナーシャを、赤道側の車輪部２３ｃの回転軸２２周りのイナーシャより小さくできる。
【００４６】
半球状車輪２３は、球状車輪２０が等速移動している場合、極側の車輪部２３ａ，２３ｂ，２３ｃほど角速度ωが大きいが、極側の車輪部２３ａ，２３ｂ，２３ｃほど回転軸２２周りのイナーシャを小さくできるので、車輪部２３ａ，２３ｂ，２３ｃの角運動量をそれぞれ低減できると共に、角運動量を互いに近づけることができる。これにより、球状車輪２０の直進性をより向上できると共に、球状車輪２０のふらつきを抑制できる。
【００４７】
半球状車輪２３は、接地箇所Ｇが極に近いほど角速度ωが大きいが、最も極側の車輪部２３ａの回転軸２２周りのイナーシャが小さいので、角速度ωが最も大きくなる車輪部２３ａの角運動量を低減できる。これにより、最も極側の車輪部２３ａが接地する場合の球状車輪２０の直進性を向上できる。また、半球状車輪２３の極が路面Ｓに接地する前後で、半球状車輪２３（車輪部１３ａ）の角速度ωがより急激に変化するが、最も極側の車輪部２３ａの回転軸２２周りのイナーシャを小さくできるので、球状車輪２０の直進性をより向上できる。
【００４８】
次に、図６を参照して第３実施の形態について説明する。第１，２実施の形態では、駆動軸１１と直交して回転軸１２，２２が設けられる場合について説明した。これに対し第２実施の形態では、駆動軸３１と直交する軸から所定角度傾けて第１回転軸３２ａ及び第２回転軸３２ｂを設ける場合について説明する。なお、第１，２実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図６は球状車輪３０の側面図である。なお、球状車輪３０は、第１回転軸３２ａ及び第２回転軸３２ｂの他端をそれぞれ極とし、球状車輪３０の球面において第１回転軸３２ａの他端からの距離と第２回転軸３２ｂの他端からの距離とが等しい部分を赤道とする。
【００４９】
図６に示すように、球状車輪３０は、駆動力により回転する駆動軸３１と、駆動軸３１と直交する軸から所定角度傾けて設けられる第１回転軸３２ａ及び第２回転軸３２ｂと、第１回転軸３２ａ及び第２回転軸３２ｂそれぞれを中心に互いに相対回転可能に駆動軸３１を挟んで対称的に設けられる一対の半球状車輪３３，３４とを備えている。球状車輪３０は、路面Ｓと第２回転軸３２ｂとが垂直になるように、路面Ｓに対して駆動軸３１を傾けた状態で駆動軸３１が車体２に保持される。
【００５０】
駆動軸３１は、駆動装置１５から駆動力が与えられることで、中心軸Ｃ１を中心に回転する。駆動軸３１の一端は駆動装置１５に接続され、駆動軸３１の他端は半球状車輪３３側の面と、半球状車輪３４側の面とが一端側から他端側へ向かって近接する形状である。
【００５１】
第１回転軸３２ａ及び第２回転軸３２ｂは、駆動軸３１と第１回転軸３２ａ及び第２回転軸３２ｂとでＹ字状になるように、駆動軸３１と直交する軸から所定角度傾けて設けられる。第１回転軸３２ａ及び第２回転軸３２ｂは、一端がそれぞれ駆動軸３１の他端に固着され、他端にそれぞれ小車輪１７が設けられる。
【００５２】
半球状車輪３３，３４は、互いに同じ構成であるので、半球状車輪３３について説明し、半球状車輪３４の説明を省略する。半球状車輪３３は、金属製の半球状の車輪であり、駆動軸３１の中心軸Ｃ１と、第１回転軸３２ａの中心軸Ｃ２１と、第２回転軸３２ｂの中心軸Ｃ２２との交点を中心とした球体の一部である。
【００５３】
半球状車輪３３は、互いに相対回転可能な２つの車輪部３３ａ，３３ｂ（半球状車輪３４では車輪部３４ａ，３４ｂ）に、第１回転軸３２ａ（半球状車輪３４では第２回転軸３２ｂ）に直交する平面で分割される。なお、半球状車輪３３の極側を車輪部３３ａとし、半球状車輪３３の赤道側を車輪部３３ｂとする。
【００５４】
半球状車輪３３は、２つの車輪部３３ａ，３３ｂに分割されているので、半球状車輪３３全体と比較して車輪部３３ａ，３３ｂの第１回転軸３２ａ周りのイナーシャを小さくできる。イナーシャに比例する半球状車輪３３の角運動量を低減できるので、球状車輪３０の進行方向と交わる方向へ駆動軸３１が回転する場合、直進しようとする球状車輪３０に対する半球状車輪３３の回転（角運動量の変化）の影響を抑制して、球状車輪３０の直進性を向上できる。
【００５５】
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、上記第１実施の形態では車体２の四隅にそれぞれ球状車輪１０が配設される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、車体の３箇所、又は、５箇所以上に球状車輪１０を配設することは当然可能である。また、車体２に対して平行な面内で９０°ずつ異ならせた方向に４つの球状車輪１０の駆動軸１１の軸方向が設定される場合について説明したが、隣り合う球状車輪１０の駆動軸１１同士のなす角度は９０°に限られるものではなく、９０°以外に設定することも可能である。
【００５６】
上記第１，３実施の形態では半球状車輪１３，１４，３３，３４が２つに分割される場合について説明し、上記第２実施の形態では半球状車輪２３，２４が３つに分割される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、半球状車輪を回転軸に直交する平面で４つ以上に分割することは当然可能である。分割数が多いほど、１つの車輪部の回転軸周りのイナーシャを低減できる。
【００５７】
上記第１実施の形態では車輪部１３ａ，１３ｂの回転軸１２の軸方向の長さが互いに同一である場合について説明し、上記第２実施の形態では車輪部２３ａ，２３ｂ，２３ｃの回転軸２２の軸方向の長さがそれぞれ同一である場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、複数に分割された車輪部の回転軸の軸方向の長さを、それぞれ任意の長さに設定することは当然可能である。
【００５８】
上記第２実施の形態では、極側の車輪部２３ａ，２３ｂ，２３ｃほど回転軸２２周りのイナーシャが小さい場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、複数に分割された車輪部のうち最も極側の車輪部の回転軸周りのイナーシャを、最も極側の車輪部を除く車輪部の回転軸周りのイナーシャの和より小さく設定することが可能である。また、最も極側の車輪部の回転軸周りのイナーシャを、最も極側の車輪部を除く車輪部の回転軸周りのイナーシャのいずれかより小さくすることも可能である。いずれの場合も角速度が最も大きくなる車輪部の角運動量を低減できるので、最も極側の車輪部が接地する場合の球状車輪の直進性を向上できる。なお、半球状車輪が２つに分割される場合における最も極側の車輪部を除く車輪部の回転軸周りのイナーシャの和とは、赤道側の車輪部の回転軸周りのイナーシャのことである。
【００５９】
上記第１実施の形態では、ベアリングを介して回転軸１２に車輪部１３ａ，１３ｂが支持される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、ベアリングを介して駆動軸１１に車輪部１３ｂを支持し、ベアリングを介して車輪部１３ｂに車輪部１３ａを支持することは当然可能である。このときの回転軸とは、車輪部１３ａ，１３ｂの回転中心である軸（中心軸Ｃ２）である。
【００６０】
上記実施の形態では、半球状車輪１３，１４，２３，２４，３３，３４が金属製である場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、半球状車輪を合成樹脂製、ゴム製、セラミックス製、木材製などとすることは当然可能である。また、路面に対するグリップ力（摩擦力）を向上させるために、半球状車輪の球面にゴムなどの弾性体を設けることも可能である。また、複数の車輪部の材質をそれぞれ異ならせて、複数の車輪部の回転軸周りのイナーシャをそれぞれ設定することができる。例えば、赤道側の車輪部を金属から構成し、極側の車輪部を、金属より質量（比重）が小さい合成樹脂から構成することで、赤道側の車輪部のイナーシャより極側の車輪部のイナーシャを小さくできる。
【００６１】
上記第１，２実施の形態では、半球状車輪１３，１４，２３，２４の密度が均一である場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、回転軸に直交する方向で半球状車輪の密度を異ならせて、半球状車輪の回転軸周りのイナーシャを設定することが可能である。半球状車輪全体の回転軸周りのイナーシャを低減することで、球状車輪の直進性を向上できる。また、複数の車輪部の回転軸に直交する方向の密度をそれぞれ異ならせて、複数の車輪部の回転軸周りのイナーシャをそれぞれ設定することもできる。
【符号の説明】
【００６２】
１０，２０，３０  球状車輪
１１，３１        駆動軸
１２，２２        回転軸
１３，１４，２３，２４，３３，３４  半球状車輪
１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂ  車輪部
３２ａ            第１回転軸（回転軸）
３２ｂ            第２回転軸（回転軸）
【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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