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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024140074
(43)【公開日】2024-10-10
(54)【発明の名称】全方向移動体
(51)【国際特許分類】
B62D 11/04 20060101AFI20241003BHJP
B62D 61/10 20060101ALI20241003BHJP
B60B 19/00 20060101ALI20241003BHJP
B60K 17/16 20060101ALI20241003BHJP
B60K 17/12 20060101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
B62D11/04 Z
B62D61/10
B60B19/00 H
B60K17/16 Z
B60K17/12
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023051067
(22)【出願日】2023-03-28
(71)【出願人】
【識別番号】304036743
【氏名又は名称】国立大学法人宇都宮大学
(74)【代理人】
【識別番号】100100077
【弁理士】
【氏名又は名称】大場 充
(74)【代理人】
【識別番号】100136010
【弁理士】
【氏名又は名称】堀川 美夕紀
(72)【発明者】
【氏名】田中 龍彦
(72)【発明者】
【氏名】尾崎 功一
【テーマコード（参考）】
3D042
3D052
【Ｆターム（参考）】
3D042AA01
3D042AA06
3D042BE01
3D042CA03
3D042CB01
3D052AA01
3D052AA02
3D052BB01
3D052BB08
3D052EE03
3D052FF03
3D052JJ08
(57)【要約】 （修正有）
【課題】全方向移動体の自由度に適合する３つのアクチュエータを備え、全方向移動の動作に対する制御性の優れる４輪型の全方向移動体を提供する。
【解決手段】全方向移動体は、第１回転軸線Ｃ１を中心にして正転または逆転し、互いに間隔を隔てて配置される第１車輪１１および第２車輪１３と、第１回転軸線と直交する第２回転軸線を中心にして正転または逆転し、互いに間隔を隔てて配置される第３車輪１５および第４車輪１７と、第１車輪１１と第２車輪１３に正転または逆転の駆動力を出力する第１電動モータ２１と、第３車輪１５に正転または逆転の駆動力を出力する第２電動モータ２３と、第４車輪１７に正転または逆転の駆動力を出力する第３電動モータ２５と、を備え、第１電動モータ２１の駆動力を第１車輪１１と第２車輪１３に伝達する差動歯車装置３０と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】全方向移動体は、第１回転軸線Ｃ１を中心にして正転または逆転し、互いに間隔を隔てて配置される第１車輪１１および第２車輪１３と、第１回転軸線と直交する第２回転軸線を中心にして正転または逆転し、互いに間隔を隔てて配置される第３車輪１５および第４車輪１７と、第１車輪１１と第２車輪１３に正転または逆転の駆動力を出力する第１電動モータ２１と、第３車輪１５に正転または逆転の駆動力を出力する第２電動モータ２３と、第４車輪１７に正転または逆転の駆動力を出力する第３電動モータ２５と、を備え、第１電動モータ２１の駆動力を第１車輪１１と第２車輪１３に伝達する差動歯車装置３０と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１回転軸線を中心にして正転または逆転し、互いに間隔を隔てて配置される第１車輪および第２車輪と、
前記第１回転軸線と直交する第２回転軸線を中心にして正転または逆転し、互いに間隔を隔てて配置される第３車輪および第４車輪と、
前記第１車輪と前記第２車輪に正転または逆転の駆動力を出力する第１電動モータと、
前記第３車輪に正転または逆転の駆動力を出力する第２電動モータと、
前記第４車輪に正転または逆転の駆動力を出力する第３電動モータと、を備え、
前記第１電動モータの駆動力を前記第１車輪と前記第２車輪に伝達する差動機構と、を備える、全方向移動体。
前記第１回転軸線と直交する第２回転軸線を中心にして正転または逆転し、互いに間隔を隔てて配置される第３車輪および第４車輪と、
前記第１車輪と前記第２車輪に正転または逆転の駆動力を出力する第１電動モータと、
前記第３車輪に正転または逆転の駆動力を出力する第２電動モータと、
前記第４車輪に正転または逆転の駆動力を出力する第３電動モータと、を備え、
前記第１電動モータの駆動力を前記第１車輪と前記第２車輪に伝達する差動機構と、を備える、全方向移動体。
【請求項2】
前記第２電動モータおよび前記第３電動モータを同じ向きに回転させることにより前記第１回転軸線に沿う第１方向へ移動させ、
前記第１電動モータの正転または逆転により前記第２回転軸線に沿う第２方向へ移動させ、
前記第２電動モータおよび前記第３電動モータを異なる向きに回転させることにより、旋回運動をさせる、
請求項１に記載の全方向移動体。
前記第１電動モータの正転または逆転により前記第２回転軸線に沿う第２方向へ移動させ、
前記第２電動モータおよび前記第３電動モータを異なる向きに回転させることにより、旋回運動をさせる、
請求項１に記載の全方向移動体。
【請求項3】
前記第１車輪および前記第２車輪は、平行リンク機構を備えるサスペンションを介してそれぞれが架台に支持される、
請求項１に記載の全方向移動体。
請求項１に記載の全方向移動体。
【請求項4】
前記サスペンションを構成する前記平行リンク機構は、
前記架台の側に固定される第１リンクと、
前記第１リンクと対向し、前記第１車輪および前記第２車輪の側に設けられる第３リンクと、
前記第１リンクと前記第３リンクとを連結し、互いに間隔を隔てて設けられる第２リンクと第４リンクと、を備え、
前記第２リンクと前記第４リンクは、前記第１リンクと前記第２リンクよりもリンク長が短い、
請求項３に記載の全方向移動体。
前記架台の側に固定される第１リンクと、
前記第１リンクと対向し、前記第１車輪および前記第２車輪の側に設けられる第３リンクと、
前記第１リンクと前記第３リンクとを連結し、互いに間隔を隔てて設けられる第２リンクと第４リンクと、を備え、
前記第２リンクと前記第４リンクは、前記第１リンクと前記第２リンクよりもリンク長が短い、
請求項３に記載の全方向移動体。
【請求項5】
前記第１電動モータの駆動力を前記第１車輪および前記第２車輪のそれぞれに伝達する駆動力伝達構造を備え、
駆動力伝達構造は、一対の自在接手構造を備え、
前記第２リンクと前記第４リンクのリンク長をｌｌとし、
一対の自在接手構造の間隔をｌｊとすると、
ｌｌ＝ｌｊが成り立つ、請求項４に記載の全方向移動体。
駆動力伝達構造は、一対の自在接手構造を備え、
前記第２リンクと前記第４リンクのリンク長をｌｌとし、
一対の自在接手構造の間隔をｌｊとすると、
ｌｌ＝ｌｊが成り立つ、請求項４に記載の全方向移動体。
【請求項6】
前記第１車輪、前記第２車輪、前記第３車輪および前記第４車輪と、
前記第１電動モータ、前記第２電動モータおよび第３電動モータと、
前記差動機構と、
前記第１電動モータ、前記第２電動モータおよび第３電動モータに電力を供給するバッテリと、を支持し、おもて面とうら面を有する架台を備え、
前記第１電動モータは、前記おもて面の側に配置され、
前記第２電動モータ、前記第３電動モータおよび前記バッテリは、前記うら面の側に配置される、
請求項１に記載の全方向移動体。
前記第１電動モータ、前記第２電動モータおよび第３電動モータと、
前記差動機構と、
前記第１電動モータ、前記第２電動モータおよび第３電動モータに電力を供給するバッテリと、を支持し、おもて面とうら面を有する架台を備え、
前記第１電動モータは、前記おもて面の側に配置され、
前記第２電動モータ、前記第３電動モータおよび前記バッテリは、前記うら面の側に配置される、
請求項１に記載の全方向移動体。
【請求項7】
前記架台に支持される前記第２電動モータおよび前記第３電動モータのそれぞれは、回転電機と、前記回転電機の出力軸に連結される減速機と、を備え、
前記回転電機と前記減速機とは、平面視してＬ字状に配列される、
請求項６に記載の全方向移動体。
前記回転電機と前記減速機とは、平面視してＬ字状に配列される、
請求項６に記載の全方向移動体。
【請求項8】
前記第１車輪、前記第２車輪、前記第３車輪および前記第４車輪のそれぞれは、
ホイールと、前記ホイールの外周側に設けられ前記ホイールに対して転がり接触する複数のローラと、を備え、
前記ホイールは、前記駆動力により自転し、
前記ローラは、摩擦力が負荷されると従動回転する、
請求項１～請求項７のいずれか一項に記載の全方向移動体。
ホイールと、前記ホイールの外周側に設けられ前記ホイールに対して転がり接触する複数のローラと、を備え、
前記ホイールは、前記駆動力により自転し、
前記ローラは、摩擦力が負荷されると従動回転する、
請求項１～請求項７のいずれか一項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、全方向移動体に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、例えば物品を搬送するための自律走行型台車が用いられており、搬送作業等の自動化が図られている。自律走行型台車の一例として、電動モータで駆動される全方向移動車輪を用いた自律走行型台車が知られている。この全方向移動体として、４つの全方向移動車輪と、４つの全方向移動車輪のそれぞれを駆動する電動モータと、を備える、４輪および４アクチュエータ式の台車の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１は、バッテリの供給可能な電流に応じて駆動させるモータユニットの数を制限し、モータユニットで消費される全消費電流を減らすことを目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２０－１２７２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１に記載されるような従来の４輪型全方向移動体は、４つのアクチュエータを各車輪に連結し、駆動する。しかし、全方向移動動作は３自由度のため、従来の４輪型全方向移動体は全方向移動動作に対してアクチュエータの数が１自由度だけ冗長となり、制御性を悪化させる。また、アクチュエータ数が増えることにより、台車の寸法および重量が増となり、運動性能やコスト競争力を下げる要因となる。
【0005】
以上より、本発明は、全方向移動体の自由度に適合する３つのアクチュエータを備え、全方向移動の動作に対する制御性の優れる４輪型の全方向移動体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】
【0006】
本発明の全方向移動体は、
第１回転軸線を中心にして正転または逆転し、互いに間隔を隔てて配置される第１車輪および第２車輪と、
第１回転軸線と直交する第２回転軸線を中心にして正転または逆転し、互いに間隔を隔てて配置される第３車輪および第４車輪と、
第１車輪と第２車輪に正転または逆転の駆動力を出力する第１電動モータと、
第３車輪に正転または逆転の駆動力を出力する第２電動モータと、
第４車輪に正転または逆転の駆動力を出力する第３電動モータと、を備える。
本発明の全方向移動体は、第１電動モータの駆動力を第１車輪と第２車輪に伝達する差動機構と、を備える。
第１回転軸線を中心にして正転または逆転し、互いに間隔を隔てて配置される第１車輪および第２車輪と、
第１回転軸線と直交する第２回転軸線を中心にして正転または逆転し、互いに間隔を隔てて配置される第３車輪および第４車輪と、
第１車輪と第２車輪に正転または逆転の駆動力を出力する第１電動モータと、
第３車輪に正転または逆転の駆動力を出力する第２電動モータと、
第４車輪に正転または逆転の駆動力を出力する第３電動モータと、を備える。
本発明の全方向移動体は、第１電動モータの駆動力を第１車輪と第２車輪に伝達する差動機構と、を備える。
【0007】
本発明の全方向移動体において、好ましくは、
第２電動モータおよび第３電動モータを同じ向きに回転させることにより第１回転軸線に沿う第１方向へ移動させ、
第１電動モータの正転または逆転により第２回転軸線に沿う第２方向へ移動させ、
第２電動モータおよび第３電動モータを異なる向きに回転させることにより、旋回運動をさせる。
第２電動モータおよび第３電動モータを同じ向きに回転させることにより第１回転軸線に沿う第１方向へ移動させ、
第１電動モータの正転または逆転により第２回転軸線に沿う第２方向へ移動させ、
第２電動モータおよび第３電動モータを異なる向きに回転させることにより、旋回運動をさせる。
【0008】
本発明の全方向移動体において、好ましくは、
第１車輪および第２車輪は、平行リンク機構を備えるサスペンションを介してそれぞれが架台に支持される。
第１車輪および第２車輪は、平行リンク機構を備えるサスペンションを介してそれぞれが架台に支持される。
【0009】
本発明の全方向移動体において、好ましくは、
サスペンションを構成する平行リンク機構は、
架台の側に固定される第１リンクと、
第１リンクと対向し、第１車輪および第２車輪の側に設けられる第３リンクと、
第１リンクと第３リンクとを連結し、互いに間隔を隔てて設けられる第２リンクと第４リンクと、を備え、
第２リンクと第４リンクは、第１リンクと第２リンクよりもリンク長が短い。
サスペンションを構成する平行リンク機構は、
架台の側に固定される第１リンクと、
第１リンクと対向し、第１車輪および第２車輪の側に設けられる第３リンクと、
第１リンクと第３リンクとを連結し、互いに間隔を隔てて設けられる第２リンクと第４リンクと、を備え、
第２リンクと第４リンクは、第１リンクと第２リンクよりもリンク長が短い。
【0010】
本発明の全方向移動体において、好ましくは、
第１電動モータの駆動力を第１車輪および第２車輪のそれぞれに伝達する駆動力伝達構造を備え、
駆動力伝達構造は、一対の自在接手構造を備え、
第２リンクと第４リンクのリンク長をｌｌとし、
一対の自在接手構造の間隔をｌｊとすると、
ｌｌ＝ｌｊが成り立つ。
第１電動モータの駆動力を第１車輪および第２車輪のそれぞれに伝達する駆動力伝達構造を備え、
駆動力伝達構造は、一対の自在接手構造を備え、
第２リンクと第４リンクのリンク長をｌｌとし、
一対の自在接手構造の間隔をｌｊとすると、
ｌｌ＝ｌｊが成り立つ。
【0011】
本発明の全方向移動体において、好ましくは、
第１車輪、第２車輪、第３車輪および第４車輪と、
第１電動モータ、第２電動モータおよび第３電動モータと、
差動機構と、
第１電動モータ、第２電動モータおよび第３電動モータに電力を供給するバッテリと、を支持し、おもて面とうら面を有する架台を備え、
第１電動モータは、おもて面の側に配置される。
第１車輪、第２車輪、第３車輪および第４車輪と、
第１電動モータ、第２電動モータおよび第３電動モータと、
差動機構と、
第１電動モータ、第２電動モータおよび第３電動モータに電力を供給するバッテリと、を支持し、おもて面とうら面を有する架台を備え、
第１電動モータは、おもて面の側に配置される。
【0012】
本発明の全方向移動体において、好ましくは、架台に支持される第２電動モータおよび第３電動モータのそれぞれは、回転電機と、回転電機の出力軸に連結される減速機と、を備え、
回転電機と減速機とは、平面視してＬ字状に配列される。
回転電機と減速機とは、平面視してＬ字状に配列される。
【0013】
本発明の全方向移動体において、好ましくは、
第１車輪、第２車輪、第３車輪および第４車輪のそれぞれは、
ホイールと、ホイールの外周側に設けられホイールに対して転がり接触する複数のローラと、を備え、
ホイールは、駆動力により自転し、
ローラは、摩擦力が負荷されると従動回転する。
第１車輪、第２車輪、第３車輪および第４車輪のそれぞれは、
ホイールと、ホイールの外周側に設けられホイールに対して転がり接触する複数のローラと、を備え、
ホイールは、駆動力により自転し、
ローラは、摩擦力が負荷されると従動回転する。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、全方向移動体の自由度に適合する３つのアクチュエータを備え、全方向移動の動作に対する制御性の優れる４輪型の全方向移動体が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】実施形態に係る全方向移動体の駆動系を示す図である。
【図2】実施形態に係る全方向移動体を示し、（１）斜視図、（２）側面図および（３）平面図である。
【図3】実施形態に係る他の全方向移動体を示し、（１）斜視図、（２）側面図および（３）平面図である。
【図4】実施形態に係るさらに他の全方向移動体を示す平面図である。
【図5】実施形態に係る全方向移動体が水平面から傾斜面に差し掛かったときに生ずる車輪と移動面との間の隙間を示す図である。
【図6】オムニホイールの接地構造を説明する図である。
【図7】全方向移動体のサスペンションに平行リンクを用いた場合の接地点の変動を示す図である。
【図8】全方向移動体のサスペンションに平行リンクを用いた場合のスカッフ変化を示す図である。
【図9】サスペンションによる上下に昇降する車輪に対して２つのフック接手を動力伝達構造して用いる例を示す図である。
【図10】２つのフック接手を動力伝達構造して用いる例であって、昇降ストロークが０の場合と、昇降ストロークがｍａｘの場合を示している。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、添付図面を参照しながら、実施形態に係る全方向移動体１Ａについて説明する。
全方向移動体１Ａは、図１および図２に示されるように、その移動を実現する駆動系３と、駆動系３の要素であるアクチュエータ２０に電力を供給するバッテリ７と、駆動系３およびバッテリ７を支持する架台９と、を備える。
全方向移動体１Ａは、図１および図２に示されるように、その移動を実現する駆動系３と、駆動系３の要素であるアクチュエータ２０に電力を供給するバッテリ７と、駆動系３およびバッテリ７を支持する架台９と、を備える。
【0017】
全方向移動体１Ａは、駆動系３として、４つの車輪１０と、４つの車輪１０を駆動する３つのアクチュエータ２０と、を備える。全方向移動体１Ａは、４つの車輪１０のうち２つの車輪１０を１つのアクチュエータ２０で駆動させ、他の２つの車輪１０のそれぞれはアクチュエータ２０で駆動させる。４つのアクチュエータ２０の動作を制御することにより、全方向移動体１Ａは全方向に移動することができる。全方向の移動は、前・後、左・右、斜め右前・左後、斜め左前・左後および旋回を組み合わせることにより実現される。
全方向移動体１Ａは、好ましい形態として、構成要素の配置（レイアウト）を特定することにより、平面方向の寸法を小さくできるとともに、平面方向の重心位置を中央に近づけることができる。また、サスペンション（懸架装置）を特定することにより、くぼみのある路面を移動する際に車輪１０が路面から浮くのを防止できる。
以下、全方向移動体１Ａについて説明した後に、好ましい形態について言及する。
全方向移動体１Ａは、好ましい形態として、構成要素の配置（レイアウト）を特定することにより、平面方向の寸法を小さくできるとともに、平面方向の重心位置を中央に近づけることができる。また、サスペンション（懸架装置）を特定することにより、くぼみのある路面を移動する際に車輪１０が路面から浮くのを防止できる。
以下、全方向移動体１Ａについて説明した後に、好ましい形態について言及する。
【0018】
［駆動系３：図１参照］
全方向移動体１Ａの駆動系３は、４つの車輪１０の一例として第１車輪１１、第２車輪１３、第３車輪１５および第４車輪１７を備える。第１車輪１１と第２車輪１３は、第１回転軸線Ｃ１を中心にして正転または逆転し、互いに間隔を隔てて配置される。第３車輪１５および第４車輪１７は、第２回転軸線Ｃ２を中心にして正転または逆転し、互いに間隔を隔てて配置される。、第１回転軸線Ｃ１と第２回転軸線Ｃ２は直交しており、第１車輪１１～第４車輪１７は互いに９０°の間隔を隔て、かつ、同一円周上に設けられる。また、第１車輪１１～第４車輪１７は、寸法、形状などが一致する、つまり同じ仕様で作製されている。
全方向移動体１Ａは、３つのアクチュエータ２０として、第１車輪１１および第２車輪１３を駆動する第１電動モータ２１と、第３車輪１５を駆動する第２電動モータ２３と、第４車輪１７を駆動する第３電動モータ２５と、を備える。
全方向移動体１Ａは、第１電動モータ２１の回転駆動力を第１車輪１１および第２車輪１３に伝達する作動機構３０を備える。
全方向移動体１Ａにおいて、これからの説明の便宜のために、図１に示されるように前方Ｆ、後方Ｂ、左方Ｌおよび右方Ｒが定義されるものとする。前方Ｆおよび後方Ｂを結ぶ方向を前後方向（第１方向）と定義し、左方Ｌおよび右方Ｒを結ぶ方向を左右方向（第２方向）と定義する。
全方向移動体１Ａの駆動系３は、４つの車輪１０の一例として第１車輪１１、第２車輪１３、第３車輪１５および第４車輪１７を備える。第１車輪１１と第２車輪１３は、第１回転軸線Ｃ１を中心にして正転または逆転し、互いに間隔を隔てて配置される。第３車輪１５および第４車輪１７は、第２回転軸線Ｃ２を中心にして正転または逆転し、互いに間隔を隔てて配置される。、第１回転軸線Ｃ１と第２回転軸線Ｃ２は直交しており、第１車輪１１～第４車輪１７は互いに９０°の間隔を隔て、かつ、同一円周上に設けられる。また、第１車輪１１～第４車輪１７は、寸法、形状などが一致する、つまり同じ仕様で作製されている。
全方向移動体１Ａは、３つのアクチュエータ２０として、第１車輪１１および第２車輪１３を駆動する第１電動モータ２１と、第３車輪１５を駆動する第２電動モータ２３と、第４車輪１７を駆動する第３電動モータ２５と、を備える。
全方向移動体１Ａは、第１電動モータ２１の回転駆動力を第１車輪１１および第２車輪１３に伝達する作動機構３０を備える。
全方向移動体１Ａにおいて、これからの説明の便宜のために、図１に示されるように前方Ｆ、後方Ｂ、左方Ｌおよび右方Ｒが定義されるものとする。前方Ｆおよび後方Ｂを結ぶ方向を前後方向（第１方向）と定義し、左方Ｌおよび右方Ｒを結ぶ方向を左右方向（第２方向）と定義する。
【0019】
［車輪１０（第１車輪１１～第４車輪１７）：図１参照］
第１車輪１１～第４車輪１７は、本発明の一例として公知のオムニホイールが用いられている。第１車輪１１を例にしてオムニホイールを説明する。オムニホイールは、ホイールの正転および逆転による前後の動作と、円周上の樽型のローラの正転または逆転による左右の動作と、の組み合わせによって全方向への移動を支援する。ホイールの回転は動力源による主動回転であるのに対して、ローラの正転または逆転は移動面ＭＰとの摩擦力による従動回転である。以下、オムニホイールの概要を説明する。
第１車輪１１～第４車輪１７は、本発明の一例として公知のオムニホイールが用いられている。第１車輪１１を例にしてオムニホイールを説明する。オムニホイールは、ホイールの正転および逆転による前後の動作と、円周上の樽型のローラの正転または逆転による左右の動作と、の組み合わせによって全方向への移動を支援する。ホイールの回転は動力源による主動回転であるのに対して、ローラの正転または逆転は移動面ＭＰとの摩擦力による従動回転である。以下、オムニホイールの概要を説明する。
【0020】
オムニホイールからなる第１車輪１１は、内輪１２と、内輪１２と同軸上に設けられる外輪１４と、を備える。内輪１２と外輪１４は第１駆動軸３５に固定され、第１駆動軸３５の正転または逆転に伴って正転または逆転する。内輪１２と外輪１４は同じ寸法および構造を有しているが、第１駆動軸３５に固定される位相が相違する。位相の相違は、内輪１２と外輪１４のそれぞれのローラ１８の位置が周方向で交互に配置されることを言う。
【0021】
内輪１２は、円板形状を有し、その中心が第１駆動軸３５に固定されるホイール１６と、ホイール１６の円周に沿い、等間隔をもっと配置される複数のローラ１８と、を備える。
ホイール１６は、第１電動モータ２１の駆動により正転または逆転する。このときローラ１８も正転または逆転する。
ホイール１６には、その周縁の近傍に、それぞれが表裏を貫通する複数のバレル保持用孔１６Ａが等間隔で穿孔されている。バレル保持用孔１６Ａよりも外周側のホイール１６の部分がローラ１８の従動回転の中心となる従動軸１６Ｂをなし、ローラ１８は従動軸１６Ｂを中心にして正転または逆転する。ローラ１８は、従動軸１６Ｂを中心にして従動軸１６Ｂと転がり接触をすることにより、従動回転する。
以上は、第１車輪１１の構成を説明したが、第２車輪１３、第３車輪１５および第４車輪１７も同様の構成を備えている。第２車輪１３～第４車輪１７には符号の記載が省略されている。
ホイール１６は、第１電動モータ２１の駆動により正転または逆転する。このときローラ１８も正転または逆転する。
ホイール１６には、その周縁の近傍に、それぞれが表裏を貫通する複数のバレル保持用孔１６Ａが等間隔で穿孔されている。バレル保持用孔１６Ａよりも外周側のホイール１６の部分がローラ１８の従動回転の中心となる従動軸１６Ｂをなし、ローラ１８は従動軸１６Ｂを中心にして正転または逆転する。ローラ１８は、従動軸１６Ｂを中心にして従動軸１６Ｂと転がり接触をすることにより、従動回転する。
以上は、第１車輪１１の構成を説明したが、第２車輪１３、第３車輪１５および第４車輪１７も同様の構成を備えている。第２車輪１３～第４車輪１７には符号の記載が省略されている。
【0022】
図1において、第１車輪１１および第２車輪１３が例えば正転し、第２車輪１３および第３車輪１５が停止していると、駆動系３は右方Ｒへ移動する。このとき、第１車輪１１および第２車輪１３のローラ１８は移動面ＭＰを摺動しながら移動する一方、第２車輪１３および第３車輪１５のローラ１８であって、移動面ＭＰに接しているローラ１８は移動に伴って回転する。
以上は、右方Ｒへの直線的な移動だけを示したが、第１車輪１１～第３車輪１５の正転または逆転を制御することにより、全方向移動体１Ａは全方向移動台への移動できる。
以上は、右方Ｒへの直線的な移動だけを示したが、第１車輪１１～第３車輪１５の正転または逆転を制御することにより、全方向移動体１Ａは全方向移動台への移動できる。
【0023】
［アクチュエータ２０（第１電動モータ２１～第３電動モータ２５）：図１，図２参照］
全方向移動体１Ａは、第１車輪１１～第３車輪１５の駆動源として、第１電動モータ２１、第２電動モータ２３および第３電動モータ２５という３つのアクチュエータ２０を備える。第１電動モータ２１～第３電動モータ２５には、正転および回転が可能であり、かつ、好ましくは回転速度の制御が可能な電動モータが広く適用される。
全方向移動体１Ａは、第１車輪１１～第３車輪１５の駆動源として、第１電動モータ２１、第２電動モータ２３および第３電動モータ２５という３つのアクチュエータ２０を備える。第１電動モータ２１～第３電動モータ２５には、正転および回転が可能であり、かつ、好ましくは回転速度の制御が可能な電動モータが広く適用される。
【0024】
第１電動モータ２１は、駆動源としての回転電機２２と、回転電機２２の図示が省略される出力軸に連結される減速機２４Ａと、減速機２４Ａの出力軸２６に固定される主動歯車２８と、を備える。第１電動モータ２１は、一例として、回転電機２２と減速機２４Ａとが同軸上に配列されている。
第１電動モータ２１は、回転電機２２を駆動させることにより、主動歯車２８と噛み合うリング歯車３３を回転（正転／逆転）させることにより、第１車輪１１および第２車輪１３を回転（正転／逆転）させる。
第２電動モータ２３、第３電動モータ２５および第３電動モータ２５は、主動歯車２８を備えていないことを除けば、第１電動モータ２１と同じ構成を備えている。
第１電動モータ２１は、回転電機２２を駆動させることにより、主動歯車２８と噛み合うリング歯車３３を回転（正転／逆転）させることにより、第１車輪１１および第２車輪１３を回転（正転／逆転）させる。
第２電動モータ２３、第３電動モータ２５および第３電動モータ２５は、主動歯車２８を備えていないことを除けば、第１電動モータ２１と同じ構成を備えている。
【0025】
第１電動モータ２１、第２電動モータ２３および第３電動モータ２５は、全方向移動体１Ａの移動を以下のように受け持つように動作が制御される。
前後方向（第１方向Ｄ１）：第２電動モータ２３および第３電動モータ２５
左右方向（第２方向Ｄ２）：第１電動モータ２１
旋回：第２電動モータ２３および第３電動モータ２５
前後方向（第１方向Ｄ１）：第２電動モータ２３および第３電動モータ２５
左右方向（第２方向Ｄ２）：第１電動モータ２１
旋回：第２電動モータ２３および第３電動モータ２５
【0026】
［差動機構３０：図１，図２参照］
駆動系３は、第１電動モータ２１の出力を第１車輪１１および第２車輪１３に伝達する差動機構３０を備える。本実施形態における差動機構３０は、差動歯車装置からなる。
差動機構３０は、筐体３１と、筐体３１一体化されるとともに主動歯車２８と噛み合う従動環状歯車３３と、を備える。筐体３１の内部に設けられる歯車列の一例を示すと以下の通りである。筐体３１の内部には、図示が省略される一対のサイドギヤと、一対のサイドギヤと噛み合う一対のピニオンギヤが収容されている。一対のサイドギヤの一方のサイドギヤは第１車輪１１に軸支される第１駆動軸３５に動力を伝達し、一対のサイドギヤの他方のサイドギヤは第２車輪１３に軸支される第２駆動軸３７に動力を伝達するように構成される。ピニオンギヤは、筐体３１に収容されつつ、一対のサイドギヤと噛み合うことにより筐体３１に支持されたピニオンシャフトの周りに回転する。一対のピニオンギヤは、１本のピニオンシャフトにそれぞれ軸支され、一対のサイドギヤのそれぞれと噛み合う。
差動機構３０は、以上の例示した構造の差動歯車装置に限られず、例えば、一対の円環状のデフプレートの間に球体を挟む構造を有するボールデフと称される差動機構を用いることもできる。
差動機構３０の動作は当業者間において周知であるから、ここでの説明は省略される。
差動機構３０は、うら面９Ｂの側に配置されるが、主動歯車２８と噛み合うために従動環状歯車３３の一部は架台９を貫通して設けられる。
駆動系３は、第１電動モータ２１の出力を第１車輪１１および第２車輪１３に伝達する差動機構３０を備える。本実施形態における差動機構３０は、差動歯車装置からなる。
差動機構３０は、筐体３１と、筐体３１一体化されるとともに主動歯車２８と噛み合う従動環状歯車３３と、を備える。筐体３１の内部に設けられる歯車列の一例を示すと以下の通りである。筐体３１の内部には、図示が省略される一対のサイドギヤと、一対のサイドギヤと噛み合う一対のピニオンギヤが収容されている。一対のサイドギヤの一方のサイドギヤは第１車輪１１に軸支される第１駆動軸３５に動力を伝達し、一対のサイドギヤの他方のサイドギヤは第２車輪１３に軸支される第２駆動軸３７に動力を伝達するように構成される。ピニオンギヤは、筐体３１に収容されつつ、一対のサイドギヤと噛み合うことにより筐体３１に支持されたピニオンシャフトの周りに回転する。一対のピニオンギヤは、１本のピニオンシャフトにそれぞれ軸支され、一対のサイドギヤのそれぞれと噛み合う。
差動機構３０は、以上の例示した構造の差動歯車装置に限られず、例えば、一対の円環状のデフプレートの間に球体を挟む構造を有するボールデフと称される差動機構を用いることもできる。
差動機構３０の動作は当業者間において周知であるから、ここでの説明は省略される。
差動機構３０は、うら面９Ｂの側に配置されるが、主動歯車２８と噛み合うために従動環状歯車３３の一部は架台９を貫通して設けられる。
【0027】
［全方向移動体１Ａの全体：図２参照］
以上で説明した駆動系３を備える全方向移動体１Ａは、一例として平面形状が円形の架台９を備える。架台９はおもて面９Ａおよびうら面９Ｂを備える。おもて面９Ａの側には第１電動モータ２１が設けられる。また、うら面９Ｂの側には、第２電動モータ２３、第３電動モータ２５および差動機構３０が設けられる。
全方向移動体１Ａは、第１電動モータ２１、第２電動モータ２３および第３電動モータ２５に電力を供給する電源として２つのバッテリ７を備える。２つのバッテリ７は、蓄電および給電の性能が同じであってもよいし、異なっていてもよい。
以上で説明した駆動系３を備える全方向移動体１Ａは、一例として平面形状が円形の架台９を備える。架台９はおもて面９Ａおよびうら面９Ｂを備える。おもて面９Ａの側には第１電動モータ２１が設けられる。また、うら面９Ｂの側には、第２電動モータ２３、第３電動モータ２５および差動機構３０が設けられる。
全方向移動体１Ａは、第１電動モータ２１、第２電動モータ２３および第３電動モータ２５に電力を供給する電源として２つのバッテリ７を備える。２つのバッテリ７は、蓄電および給電の性能が同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【0028】
第１電動モータ２１、第２電動モータ２３および第３電動モータ２５が受け持つ移動の方向は前述の通りであるが、より具体的には以下の通りである。
＜前後：第２電動モータ２３および第３電動モータ２５＞
第２電動モータ２３および第３電動モータ２５を同じ回転数および同じ向き、例えば正転させると、全方向移動体１Ａは前方Ｆに向けて真直ぐに移動、つまり前進する。また、第２電動モータ２３および第３電動モータ２５を同じ回転数で正転させると、全方向移動体１Ａは後方Ｂに向けて真直ぐに移動、つまり後退する。このとき、第１電動モータ２１は停止しているものとする。
＜前後：第２電動モータ２３および第３電動モータ２５＞
第２電動モータ２３および第３電動モータ２５を同じ回転数および同じ向き、例えば正転させると、全方向移動体１Ａは前方Ｆに向けて真直ぐに移動、つまり前進する。また、第２電動モータ２３および第３電動モータ２５を同じ回転数で正転させると、全方向移動体１Ａは後方Ｂに向けて真直ぐに移動、つまり後退する。このとき、第１電動モータ２１は停止しているものとする。
【0029】
＜左右：第１電動モータ２１＞
第１電動モータ２１を例えば正転させると全方向移動体１Ａは左方Ｌに向けて真直ぐに移動し、第１電動モータ２１を逆転させると全方向移動体１Ａは右方Ｒに向けて真直ぐに移動する。このとき、第２電動モータ２３および第３電動モータ２５は回転が停止されている。
＜旋回：第２電動モータ２３および第３電動モータ２５＞
第２電動モータ２３および第３電動モータ２５を、同じ回転数で異なる向き、例えば第２電動モータ２３を正転させ、第３電動モータ２５を逆転させると、全方向移動体１Ａは例えば時計回りに旋回運動する。第２電動モータ２３および第３電動モータ２５を、同じ回転数で異なる向き、例えば第２電動モータ２３を逆転させ、第２モータ２５を正転させる、全方向移動体１Ａは例えば反時計回りに旋回運動する。このとき、第１電動モータ２１の回転を停止させていれば、全方向移動体１Ａは同じ位置で旋回運動する。
第２電動モータ２３および第３電動モータ２５を、異なる回転数で異なる向きに回転させると、全方向移動体１Ａは当初とは異なる位置に移動しながら旋回運動する。
第１電動モータ２１を例えば正転させると全方向移動体１Ａは左方Ｌに向けて真直ぐに移動し、第１電動モータ２１を逆転させると全方向移動体１Ａは右方Ｒに向けて真直ぐに移動する。このとき、第２電動モータ２３および第３電動モータ２５は回転が停止されている。
＜旋回：第２電動モータ２３および第３電動モータ２５＞
第２電動モータ２３および第３電動モータ２５を、同じ回転数で異なる向き、例えば第２電動モータ２３を正転させ、第３電動モータ２５を逆転させると、全方向移動体１Ａは例えば時計回りに旋回運動する。第２電動モータ２３および第３電動モータ２５を、同じ回転数で異なる向き、例えば第２電動モータ２３を逆転させ、第２モータ２５を正転させる、全方向移動体１Ａは例えば反時計回りに旋回運動する。このとき、第１電動モータ２１の回転を停止させていれば、全方向移動体１Ａは同じ位置で旋回運動する。
第２電動モータ２３および第３電動モータ２５を、異なる回転数で異なる向きに回転させると、全方向移動体１Ａは当初とは異なる位置に移動しながら旋回運動する。
【0030】
以上のように、第１電動モータ２１、第２電動モータ２３および第３電動モータ２５の回転を制御することにより、全方向移動体１Ａは全方向に移動することができる。
【0031】
［全方向移動体１Ａが奏する効果］
以上のように、全方向移動体１Ａは、第１車輪１１と第２車輪１３を第１電動モータ２１により回転駆動させ、第３車輪１５を第２電動モータ２３により駆動させ、第４車輪１７を第３電動モータ２５で駆動させる。この全方向移動体１Ａによれば、４台のアクチュエータを備えるのに比べて、アクチュエータの数が少ないので、アクチュエータの制御性が向上とする。また、全方向移動台体１Ａによれば、３台の第１電動モータ２１～第３電動モータ２５、３台の減速機２４Ａおよび１台の差動機構３０を備え、他の機械的な要素を加えることなく、全方位に移動することができる。したがって、全方向移動体１Ａによれば、機械的な要素の数を抑えることができるために、その分だけ寸法および製作コストを抑えることができる。また、機械的な要素の数を抑えることができるために、全方向移動体１Ａは軽量であり運動性能に優れる。
以上のように、全方向移動体１Ａは、第１車輪１１と第２車輪１３を第１電動モータ２１により回転駆動させ、第３車輪１５を第２電動モータ２３により駆動させ、第４車輪１７を第３電動モータ２５で駆動させる。この全方向移動体１Ａによれば、４台のアクチュエータを備えるのに比べて、アクチュエータの数が少ないので、アクチュエータの制御性が向上とする。また、全方向移動台体１Ａによれば、３台の第１電動モータ２１～第３電動モータ２５、３台の減速機２４Ａおよび１台の差動機構３０を備え、他の機械的な要素を加えることなく、全方位に移動することができる。したがって、全方向移動体１Ａによれば、機械的な要素の数を抑えることができるために、その分だけ寸法および製作コストを抑えることができる。また、機械的な要素の数を抑えることができるために、全方向移動体１Ａは軽量であり運動性能に優れる。
【0032】
全方向移動体１Ａについて説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、全方向移動体１Ａで挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
【0033】
［配置最適化：図２，図３，図４参照］
全方向移動体１Ａについて、その構成要素の配置を最適化することができる。以下、図３および図４をも参照して最適化された配置について説明する。
はじめに、全方向移動体１Ａが示される図２の（３）平面図において、二点鎖線で囲まれる領域には構成要素が配置されていない空きスペースＦＳとなっている。この空きスペースＦＳは相当の表面積を占めるので、この空きスペースＦＳを狭くしたい。そのために、電動モータの構成を変更する。その一例として全方向移動体１Ｂが図３に示されている。全方向移動体１Ｂは、第２電動モータ２３および第３電動モータ２５の構成が全方向移動体１Ａと異なり、当初の空きスペースＦＳが狭くなることの他は、全方向移動体１Ａと構成が同じである。したがって、図３において、全方向移動体１Ａと同じ要素には同じ符号が付されている。
全方向移動体１Ａについて、その構成要素の配置を最適化することができる。以下、図３および図４をも参照して最適化された配置について説明する。
はじめに、全方向移動体１Ａが示される図２の（３）平面図において、二点鎖線で囲まれる領域には構成要素が配置されていない空きスペースＦＳとなっている。この空きスペースＦＳは相当の表面積を占めるので、この空きスペースＦＳを狭くしたい。そのために、電動モータの構成を変更する。その一例として全方向移動体１Ｂが図３に示されている。全方向移動体１Ｂは、第２電動モータ２３および第３電動モータ２５の構成が全方向移動体１Ａと異なり、当初の空きスペースＦＳが狭くなることの他は、全方向移動体１Ａと構成が同じである。したがって、図３において、全方向移動体１Ａと同じ要素には同じ符号が付されている。
【0034】
全方向移動体１Ｂにおいて、第２電動モータ２３および第３電動モータ２５が、平面視してＬ字状の形態をなしている。この形態において、減速機２４Ｂは、歯車列を構成する歯車が並列に配列される構成を備えており、平面視すると一方向、ここでは前後方向の寸方が長い矩形の外形を有している。この構成を備えることにより、回転電機２２を架台９の径方向の中心から外側にずらして配置することができる。これにより、回転電機２２だけでなく減速機２４Ｂを全方向移動体１Ａにおける空きスペースＦＳに配置させることで、空きスペースＦＳを狭くできる。また、回転電機２２の配置が架台９の前方Ｆの側に移動したことにより、全方向移動体１Ｂの重心Ｇの位置を架台９の中心Ｃに近づけることができる。なお、全方向移動体１Ａの重心Ｇは、図３に示される重心Ｇよりも後方Ｂにある。
【0035】
図３に示される全方向移動体１Ｂにおいても、二点鎖線および破線で示される空きスペースＦＳが存在するとともに、重心Ｇを架台９の中心Ｃに一致させることが望ましい。そこで、図４に示される全方向移動体１Ｃは、第１車輪１１～第４車輪１７、第２電動モータ２３および第３電動モータ２５ならびにバッテリ７，７を中心Ｃに近づけられている。第２電動モータ２３および第３電動モータ２５ならびにバッテリ７，７については、前後方向および左右方向の両方について、中心Ｃに近づけられている。
【0036】
ここで、図３に示されるように、第１電動モータ２１は架台９のおもて面９Ａの側に第１電動モータ２１を設け、架台９のうら面９Ｂの側に差動機構３０、第２電動モータ２３および第３電動モータ２５、二つのバッテリ７を設けている。したがって、第２電動モータ２３および第３電動モータ２５、二つのバッテリ７を中心Ｃに近づけるのに、第１電動モータ２１が障害となることがない。また、第２電動モータ２３および第３電動モータ２５がＬ字状の形態をなしており、差動機構３０に干渉するのを避けながら、第２電動モータ２３および第３電動モータ２５を中心Ｃに近づけることができる。
【0037】
以上のように、各構成要素の配置調整することにより、全方向移動体１Ｃは、重心Ｇを中心Ｃに一致させることができるとともに、径方向の寸法を全方向移動体１Ａに比べて１０～２０％だけ小寸法化できる。重心Ｇを中心Ｃと一致させることができれば、全方向移動体１Ｃとしての運動性能、制御能力の向上を図ることができる。
【0038】
［サスペンション仕様：図５～図１０参照］
平坦な移動面だけを移動する場合には全方向移動体はサスペンションを必要としない。しかし、例えば図５に示されるように、起伏のある移動面ＭＰを移動する場合には全方向移動体１Ｃは、移動が不能になる。つまり、後方Ｂから前方Ｆに向けて移動している最中に例えば第３車輪１５および第４車輪１７が移動面ＭＰから離れることがある。そうすると、全方向移動体１Ｃは、そのままでは前方Ｆおよび後方Ｂへの移動が困難になるおそれがある。そこで、移動面ＭＰから車輪が離れるのを防ぐことができるサスペンションを設ける。
平坦な移動面だけを移動する場合には全方向移動体はサスペンションを必要としない。しかし、例えば図５に示されるように、起伏のある移動面ＭＰを移動する場合には全方向移動体１Ｃは、移動が不能になる。つまり、後方Ｂから前方Ｆに向けて移動している最中に例えば第３車輪１５および第４車輪１７が移動面ＭＰから離れることがある。そうすると、全方向移動体１Ｃは、そのままでは前方Ｆおよび後方Ｂへの移動が困難になるおそれがある。そこで、移動面ＭＰから車輪が離れるのを防ぐことができるサスペンションを設ける。
【0039】
［オムニホイールの接地構造：図６参照］
サスペンションの説明の前に、図６を参照して、第１車輪１１～第４車輪１７を構成するオムニホイールの接地構造を説明する。この特質は、同じ構成、寸法を有する内輪１２と外輪１４を周方向の位相を変えて配置していることに基づいている。
図６の上側の図は、外輪１４のローラ１８が移動面ＭＰに設置している状態を示している。このとき、内輪１２は移動面ＭＰから離れている。この状態から、オムニホイールを３０°だけ回転させると、図６の下側の図のように、今度は内輪１２のローラ１８が移動面ＭＰに接地する代わりに、外輪１４は移動面ＭＰから離れる。以上のように、オムニホイールは、所定の回転角の回転の度に設置するローラ１８が内輪１２と外輪１４で切り替わりながら、移動面ＭＰと接地点ＧＰにおいて連続的に接地される。オムニホイールにおいて、全方向移動体が移動する際に接地点ＧＰが変動しないことが望まれる。オムニホイール、ひいては全方向移動体の姿勢安定性の担保のためである。
サスペンションの説明の前に、図６を参照して、第１車輪１１～第４車輪１７を構成するオムニホイールの接地構造を説明する。この特質は、同じ構成、寸法を有する内輪１２と外輪１４を周方向の位相を変えて配置していることに基づいている。
図６の上側の図は、外輪１４のローラ１８が移動面ＭＰに設置している状態を示している。このとき、内輪１２は移動面ＭＰから離れている。この状態から、オムニホイールを３０°だけ回転させると、図６の下側の図のように、今度は内輪１２のローラ１８が移動面ＭＰに接地する代わりに、外輪１４は移動面ＭＰから離れる。以上のように、オムニホイールは、所定の回転角の回転の度に設置するローラ１８が内輪１２と外輪１４で切り替わりながら、移動面ＭＰと接地点ＧＰにおいて連続的に接地される。オムニホイールにおいて、全方向移動体が移動する際に接地点ＧＰが変動しないことが望まれる。オムニホイール、ひいては全方向移動体の姿勢安定性の担保のためである。
【0040】
［４節リンク機構によるサスペンション：図７，図８］
オムニホイールを懸架するサスペンションを設ける場合、４節リンク機構を採用することが想定される。ここで、４節リンク機構とは、平面上で連結された４つの回転対偶で、そのうち１つを固定して得られる機構のことである。ここでは、第１リンク４１が架台９の側に固定され、変位が制限されている。
４つのリンクの長さをａ，ｂ，ｃ，ｄとすると、４節リンク機構は以下の式（１）～（３）として成立し、実施形態においては何れをも採用できる。しかし、接地点ＧＰを変動させないためには、４節リンク機構のなかでも平行リンク機構、つまり式（１）～（３）において、左辺と右辺とが等しい機構を採用することが好ましい。その一例が、図７に示されている。なお、図７において、オムニホイール（第１車輪１１を例示）は構造が簡略化されて描かれている。
ａ＋ｃ ≦ｂ＋ｄ … 式（１）
ａ＋ｄ ≦ｂ＋ｃ … 式（２）
ａ＋ｂ ≦ｃ＋ｄ … 式（３）
オムニホイールを懸架するサスペンションを設ける場合、４節リンク機構を採用することが想定される。ここで、４節リンク機構とは、平面上で連結された４つの回転対偶で、そのうち１つを固定して得られる機構のことである。ここでは、第１リンク４１が架台９の側に固定され、変位が制限されている。
４つのリンクの長さをａ，ｂ，ｃ，ｄとすると、４節リンク機構は以下の式（１）～（３）として成立し、実施形態においては何れをも採用できる。しかし、接地点ＧＰを変動させないためには、４節リンク機構のなかでも平行リンク機構、つまり式（１）～（３）において、左辺と右辺とが等しい機構を採用することが好ましい。その一例が、図７に示されている。なお、図７において、オムニホイール（第１車輪１１を例示）は構造が簡略化されて描かれている。
ａ＋ｃ ≦ｂ＋ｄ … 式（１）
ａ＋ｄ ≦ｂ＋ｃ … 式（２）
ａ＋ｂ ≦ｃ＋ｄ … 式（３）
【0041】
図７に示されるサスペンション４０は、第１リンク４１、第２リンク４２、第３リンク４３および第４リンク４４を備える。なお、第１リンク４１は架台９の側に設けられ、第４リンク４４はオムニホイールの側に設けられる。サスペンション４０は、第１リンク４１と第２リンク４２は第１ジョイント４５により、第２リンク４２と第３リンク４３とは第２ジョイント４６により、第３リンク４３と第４リンク４４とは第３ジョイント４７により、第４リンク４４と第１リンク４１とは第４ジョイント４８により、それぞれ回転対偶をなす。そして、サスペンション４０は、第１リンク４１、第２リンク４２、第３リンク４３および第４リンク４４のそれぞれのリンク長をＬ４１，Ｌ４２，Ｌ４３，Ｌ４４とすると、以下の関係が成立する平行リンク機構である。なお、Ｌ４１，Ｌ４３＝Ｌ４２，Ｌ４４の場合もあれば、Ｌ４１，Ｌ４３≠Ｌ４２，Ｌ４４の場合もある。
Ｌ４１＝Ｌ４３ ， Ｌ４２＝Ｌ４４
Ｌ４１＝Ｌ４３ ， Ｌ４２＝Ｌ４４
【0042】
図７に示されるように、第１車輪１１が鉛直方向Ｖに昇降したとしても、平行リンク機構からなるサスペンション４０が第１車輪１１を懸架しているために、第１車輪１１は鉛直方向Ｖに平行な姿勢を保つのに加えて、第２リンク４２から第４リンク４４までの水平方向Ｈの距離の変動、つまりスカッフ量を小さくできる。したがって、平行リンク機構からなるサスペンション４０を用いることにより、全方向移動体が鉛直方向Ｖに起伏のある移動面ＭＰを移動する際に、水平方向Ｈにおける接地点ＧＰの変動を抑え、全方向移動体のふらつきを防止して姿勢安定性の担保に寄与できる。
【0043】
ここで、スカッフ量を小さくすることを優先させるのであれば、第２リンク４２および第４リンク４４を長くすればよい。逆に、図８に示されるように、第２リンク４２および第４リンク４４を短くすればスカッフ量は大きくなる。全方向移動体の平面方向の寸法を小さくしたいのであれば、第２リンク４２および第４リンク４４を短くすることが望まれる。
【0044】
ここで、スカッフ量の増大によるふらつきは、接地点ＧＰを含む車輪と移動面ＭＰとの摩擦が原因であるが、オムニホイールの場合、接地点ＧＰはローラ１８と移動面ＭＰの間に現れる。ローラ１８はホイール１６に対して転がり接触により支持されており、スカッフ量が大きくなったとしても、摩擦力によるふらつきは発生しにくい。したがって、小寸法化を優先させるとするのであれば、第２リンク４２および第４リンク４４を短くしてもよい。
【0045】
［駆動力伝達構造５０：図９，図１０］
次に、第１電動モータ２１の駆動力を、第１駆動軸３５を介して第１車輪１１に伝達する駆動力伝達構造５０について、図９および図１０を参照して説明する。この駆動力伝達構造５０は、平行リンク機構を備えるサスペンション４０により昇降ストロークする第１車輪１１に第１駆動軸３５の駆動力を伝達する。なお、ここでは第１車輪１１について説明するが、第２車輪１３についても同様の構造を備える。
次に、第１電動モータ２１の駆動力を、第１駆動軸３５を介して第１車輪１１に伝達する駆動力伝達構造５０について、図９および図１０を参照して説明する。この駆動力伝達構造５０は、平行リンク機構を備えるサスペンション４０により昇降ストロークする第１車輪１１に第１駆動軸３５の駆動力を伝達する。なお、ここでは第１車輪１１について説明するが、第２車輪１３についても同様の構造を備える。
【0046】
駆動力伝達構造５０は、自在接手により構成される。具体的には、第１電動モータ２１に接続される第１駆動軸３５Ａに連結される第１接手５１と、第１車輪１１の回転中心に接続される第１駆動軸３５Ｂに連結される第２接手５２と、第１接手５１と第２接手５２とを連結する第３接手５３と、を備える。第１接手５１と第３接手５３との連結部分、および、第２接手５２と第３接手５３の連結部分がそれぞれ自在接手からなる。
【0047】
自在接手は、フック接手とも称され、二つの軸第１駆動軸３５Ａと第１駆動軸３５Ｂとがある角度を有しても軸力を伝達できるように連結する機械要素をいう。ただし、駆動力伝達構造５０は、第１車輪１１が昇降ストロークすることを前提として、第１駆動軸３５Ａから第１駆動軸３５Ｂへ軸力を伝達できることが前提である。そのためには、サスペンション４０の第２リンク４２および第４リンク４４の長さｌｌと第３接手５３の長さｌｊを等しく（ｌｌ＝ｌｊ）する。そうすることにより、図１０に示されるように、第１車輪１１の昇降ストロークができるとともに、第１駆動軸３５Ａから第１駆動軸３５Ｂへ軸力を伝達できる。
【0048】
上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
例えば、本実施形態における車輪は、内輪１２と外輪１４を備える、つまりホイールが２つのオムニホイールを例示したが、ホイールが１つまたはホイールが３つ以上のオムニホイールを用いることもできる。
また、本発明の車輪として、オムニホイールの他にメカナムホイールを用いることができる。メカナムホイールとは、本体外円上に本体に対して４５°だけ傾いた樽型のローラで覆われた車輪をいう。オムニホイールとメカナムホイールは、一般的なタイヤのようにステアリングを用いて旋回するのではなく、駆動輪の回転差を用いて旋回を行う車輪である点で共通する。車輪の回転差を制御することで、通常のタイヤのように車輪の回転方向への移動だけでなく、旋回や全方向への平行移動が可能である。
例えば、本実施形態における車輪は、内輪１２と外輪１４を備える、つまりホイールが２つのオムニホイールを例示したが、ホイールが１つまたはホイールが３つ以上のオムニホイールを用いることもできる。
また、本発明の車輪として、オムニホイールの他にメカナムホイールを用いることができる。メカナムホイールとは、本体外円上に本体に対して４５°だけ傾いた樽型のローラで覆われた車輪をいう。オムニホイールとメカナムホイールは、一般的なタイヤのようにステアリングを用いて旋回するのではなく、駆動輪の回転差を用いて旋回を行う車輪である点で共通する。車輪の回転差を制御することで、通常のタイヤのように車輪の回転方向への移動だけでなく、旋回や全方向への平行移動が可能である。
【符号の説明】
【0049】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 全方向移動体
３ 駆動系
７ バッテリ
９ 架台
９Ａ おもて面
９Ｂ うら面
１０ 車輪
１１ 第１車輪
１３ 第２車輪
１５ 第３車輪
１７ 第４車輪
１２ 内輪
１４ 外輪
１６ ホイール
１６Ａ バレル保持用孔
１６Ｂ 従動軸
１８ ローラ
２０ アクチュエータ
２１ 第１電動モータ
２３ 第２電動モータ
２５ 第３電動モータ
２２ 回転電機
２４Ａ，２４Ｂ 減速機
２６ 出力軸
２８ 主動歯車
３０ 差動伝達系
３０ 差動歯車装置
３１ 筐体
３３ 従動環状歯車
３５ 第１駆動軸
３７ 第２駆動軸
４０ サスペンション
４１ 第１リンク
４２ 第２リンク
４３ 第３リンク
４４ 第４リンク
４５ 第１ジョイント
４６ 第２ジョイント
４７ 第３ジョイント
４８ 第４ジョイント
Ｃ 中心
Ｇ 重心
ＦＳ 空きスペース
Ｂ 後方
Ｆ 前方
Ｌ 左方
Ｒ 右方
ＭＰ 移動面
ＧＰ 接地点
Ｈ 水平方向
Ｖ 鉛直方向
３ 駆動系
７ バッテリ
９ 架台
９Ａ おもて面
９Ｂ うら面
１０ 車輪
１１ 第１車輪
１３ 第２車輪
１５ 第３車輪
１７ 第４車輪
１２ 内輪
１４ 外輪
１６ ホイール
１６Ａ バレル保持用孔
１６Ｂ 従動軸
１８ ローラ
２０ アクチュエータ
２１ 第１電動モータ
２３ 第２電動モータ
２５ 第３電動モータ
２２ 回転電機
２４Ａ，２４Ｂ 減速機
２６ 出力軸
２８ 主動歯車
３０ 差動伝達系
３０ 差動歯車装置
３１ 筐体
３３ 従動環状歯車
３５ 第１駆動軸
３７ 第２駆動軸
４０ サスペンション
４１ 第１リンク
４２ 第２リンク
４３ 第３リンク
４４ 第４リンク
４５ 第１ジョイント
４６ 第２ジョイント
４７ 第３ジョイント
４８ 第４ジョイント
Ｃ 中心
Ｇ 重心
ＦＳ 空きスペース
Ｂ 後方
Ｆ 前方
Ｌ 左方
Ｒ 右方
ＭＰ 移動面
ＧＰ 接地点
Ｈ 水平方向
Ｖ 鉛直方向
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】