特許 7487969 球体駆動式移動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-13

(45)【発行日】2024-05-21

(54)【発明の名称】球体駆動式移動装置

(51)【国際特許分類】

   B60B 19/14 20060101AFI20240514BHJP

   B62D 15/00 20060101ALI20240514BHJP

   A61G 5/04 20130101ALN20240514BHJP

   B65G 1/00 20060101ALN20240514BHJP

   B65G 35/00 20060101ALN20240514BHJP

【ＦＩ】

B60B19/14

B62D15/00

A61G5/04 701

A61G5/04 710

B65G1/00 501C

B65G35/00 B

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2022527512

(86)(22)【出願日】2021-02-17

(86)【国際出願番号】 JP2021005932

(87)【国際公開番号】W WO2021240912

(87)【国際公開日】2021-12-02

【審査請求日】2023-10-16

(31)【優先権主張番号】P 2020091308

(32)【優先日】2020-05-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】504174135

【氏名又は名称】国立大学法人九州工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】100104880

【弁理士】

【氏名又は名称】古部 次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100185317

【弁理士】

【氏名又は名称】石井 琢哉

(74)【代理人】

【識別番号】100120086

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼津 一也

(74)【代理人】

【識別番号】100090697

【弁理士】

【氏名又は名称】中前 富士男

(74)【代理人】

【識別番号】100176142

【弁理士】

【氏名又は名称】清井 洋平

(72)【発明者】

【氏名】宮本 弘之

【審査官】田邉 学

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１１７０１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０３０３６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３５４１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１７３５７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３５４１５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１２６２４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｂ １９／１４

Ｂ６２Ｄ １５／００

Ａ６１Ｇ ５／０４

Ｂ６５Ｇ １／００

Ｂ６５Ｇ ３５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

それぞれ走行面上を転動する４個の駆動球体と、前記各駆動球体に２つの異なる方向から接触した状態で駆動源により回転駆動されて該駆動球体を回転させる４個以上の回転体とを具備し、前記走行面上を移動する球体駆動式移動装置において、
前記走行面を水平面として、
前記各駆動球体の中心は、４つの側面及び該各駆動球体の中心より高い位置に配された底面を有し該底面から離れた頂辺が該各駆動球体の中心より低い位置に配された仮想逆寄棟屋根様５面体の各側辺上に位置し、
前記各回転体は、回転軸が一の前記側面に対し垂直であり、該一の側面を対応側面として、接している前記駆動球体の中心より高い位置、かつ、前記仮想逆寄棟屋根様５面体の内側又は前記対応側面上で該駆動球体に接触することを特徴とする球体駆動式移動装置。

【請求項2】

請求項１記載の球体駆動式移動装置において、前記駆動球体と前記回転体との接点及び該駆動球体の中心を通る各仮想直線Ｊは、該駆動球体の中心が位置する前記側辺に対し直交することを特徴とする球体駆動式移動装置。

【請求項3】

請求項１記載の球体駆動式移動装置において、前記各回転体は、円錐台状であって側面が前記駆動球体に接触し、該駆動球体と該回転体の側面との接点及び該駆動球体の中心を通る仮想直線Ｊは該回転体の側面に垂直に交わることを特徴とする球体駆動式移動装置。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の球体駆動式移動装置において、前記仮想逆寄棟屋根様５面体の各側面は、該側面の外縁の一部をなす２つの前記側辺にそれぞれ中心が配された２つの前記駆動球体間にある前記回転体と一方の該駆動球体との接点及び該回転体と他方の該駆動球体との接点を通る仮想直線Ｋに対し平行であることを特徴とする球体駆動式移動装置。

【請求項5】

請求項１又は２記載の球体駆動式移動装置において、前記各駆動球体は同じ大きさであり、前記各回転体は、同一の大きさの円錐台状であり、側面が同一高さで前記駆動球体に接していることを特徴とする球体駆動式移動装置。

【請求項6】

それぞれ走行面上を転動するｍ（但し、ｍ＝２又は３）個の駆動球体及び４－ｍ個の従動回転物と、前記各駆動球体に２つの異なる方向から接触した状態で駆動源により回転駆動されて前記駆動球体を回転させる３個以上の回転体とを具備し、前記走行面上を移動する球体駆動式移動装置において、
前記走行面を水平面として、
前記各駆動球体は、４つの側面及び該各駆動球体の中心より高い位置に配された底面を有し該底面から離れた頂辺が該各駆動球体の中心より低い位置に配された仮想逆寄棟屋根様５面体の異なる側辺上に位置し、
前記各回転体は、回転軸が一の前記側面に対し垂直であり、該一の側面を対応側面として、接している前記駆動球体の中心より高い位置、かつ、前記仮想逆寄棟屋根様５面体の内側又は前記対応側面上で該駆動球体に接触することを特徴とする球体駆動式移動装置。

【請求項7】

それぞれ走行面上を転動する２個以上の駆動球体と、前記各駆動球体に２つの異なる方向から接触した状態で駆動源により回転駆動されて前記駆動球体を回転させる３個以上の回転体とを具備し、前記走行面上を移動する球体駆動式移動装置において、
前記各回転体は、円錐台状であって、接している前記駆動球体の中心より高い位置で、側面が該駆動球体に接触することを特徴とする球体駆動式移動装置。

【請求項8】

請求項７記載の球体駆動式移動装置において、前記駆動球体及び前記回転体はそれぞれ、４個及び８個あって、該各駆動球体には２個の該回転体が接触することを特徴とする球体駆動式移動装置。

【請求項9】

請求項８記載の球体駆動式移動装置において、前記駆動源は８個あって、それぞれ異なる前記回転体を回転駆動することを特徴とする球体駆動式移動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、球体を回転駆動させて全方向に移動可能な球体駆動式移動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

３つ以上の球体及び球体に回転力を与える３つ以上の駆動手段（駆動用モータ）を有する移動装置（特許文献１参照）は、全方向に移動できることから、電動車いすや自走式台車等に使用するのが有効である。特許文献１の移動装置は、１つの球体に対し、それぞれ駆動手段の駆動により回転駆動される２つのロータが異なる方向から接している。当該移動装置では、ロータと球体が球体の中心と同じ高さ位置で接触しており、球体をロータに対して押し付けるアイドラ（車輪型キャスター）が設けられている。ロータが空回りすると、移動装置が所望の方向に進まなくなるため、移動装置の安定的な走行にはロータを球体に押し付けた状態を維持することが重要である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－３０３６０号公報

【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、特許文献１の移動装置では、稀にロータが球体に非接触な状態になることがあった。移動装置を電動車いすに用いる等、使用者が移動装置を操縦する場合、使用者自身で移動方向の修正を行うことは容易であるが、移動装置を自走式台車に用いる場合等、移動装置の操縦者がいないシステムでは移動装置の移動方向を修正できず、移動装置が予定通りに走行できないという問題が生じる。
ロータの空回りを抑制する方法として、ロータを弾性力の異なる素材からなる多層構造にすることが考えられるが、その場合、ロータの耐久性が低下してロータの摩耗が顕著になるという別の問題が招来する。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、球体に接触した状態で駆動源により回転駆動される回転体が空回りするのを抑制可能な球体駆動式移動装置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】

【0005】

前記目的に沿う第１の発明に係る球体駆動式移動装置は、それぞれ走行面上を転動する４個の駆動球体と、前記各駆動球体に２つの異なる方向から接触した状態で駆動源により回転駆動されて該駆動球体を回転させる４個以上の回転体とを具備し、前記走行面上を移動する球体駆動式移動装置において、前記走行面を水平面として、前記各駆動球体の中心は、４つの側面及び該各駆動球体の中心より高い位置に配された底面を有し該底面から離れた頂辺が該各駆動球体の中心より低い位置に配された仮想逆寄棟屋根様５面体の各側辺上に位置し、前記各回転体は、回転軸が一の前記側面に対し垂直であり、該一の側面を対応側面として、接している前記駆動球体の中心より高い位置、かつ、前記仮想逆寄棟屋根様５面体の内側又は前記対応側面上で該駆動球体に接触する。

【0006】

前記目的に沿う第２の発明に係る球体駆動式移動装置は、それぞれ走行面上を転動するｍ（但し、ｍ＝２又は３）個の駆動球体及び４－ｍ個の従動回転物と、前記各駆動球体に２つの異なる方向から接触した状態で駆動源により回転駆動されて前記駆動球体を回転させる３個以上の回転体とを具備し、前記走行面上を移動する球体駆動式移動装置において、前記走行面を水平面として、前記各駆動球体は、４つの側面及び該各駆動球体の中心より高い位置に配された底面を有し該底面から離れた頂辺が該各駆動球体の中心より低い位置に配された仮想逆寄棟屋根様５面体の異なる側辺上に位置し、前記各回転体は、回転軸が一の前記側面に対し垂直であり、該一の側面を対応側面として、接している前記駆動球体の中心より高い位置、かつ、前記仮想逆寄棟屋根様５面体の内側又は前記対応側面上で該駆動球体に接触する。

【0007】

前記目的に沿う第３の発明に係る球体駆動式移動装置は、それぞれ走行面上を転動する２個以上の駆動球体と、前記各駆動球体に２つの異なる方向から接触した状態で駆動源により回転駆動されて前記駆動球体を回転させる３個以上の回転体とを具備し、前記走行面上を移動する球体駆動式移動装置において、前記各回転体は、円錐台状であって、接している前記駆動球体の中心より高い位置で、側面が該駆動球体に接触する。

【発明の効果】

【0008】

第１、第２、第３の発明に係る球体駆動式移動装置において、各回転体は駆動球体の中心より高い位置で駆動球体に接触することから、球体駆動式移動装置自体の荷重や球体駆動式移動装置に載せられた物体の荷重が回転体を介して駆動球体に与えられて、回転体を確実に駆動球体に押し付けることができ、駆動球体に接触した状態で駆動源により回転駆動される回転体が空回りするのを抑制可能である。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施例に係る球体駆動式移動装置の一部省略正面図である。

【図2】同球体駆動式移動装置の一部省略側面図である。

【図3】同球体駆動式移動装置の駆動球体及び回転体の配置を示す平面図である。

【図4】同球体駆動式移動装置の座標系を示す説明図である。

【図5】同球体駆動式移動装置の駆動球体の角速度の導出を説明する説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施例につき説明し、本発明の理解に供する。
図１、図２、図３に示すように、本発明の一実施例に係る球体駆動式移動装置１０は、それぞれ走行面Ｇ上を転動する４個の駆動球体１１、１２、１３、１４と、各駆動球体１１、１２、１３、１４に２つの異なる方向から接触した状態で駆動源の一例であるモータ２０、２２、２４、２６により回転駆動されて駆動球体１１、１２、１３、１４を回転させる４個以上（本実施例では８個）の回転体１５、１５’、１６、１６’、１７、１７’、１８、１８’とを具備して、走行面Ｇ上を移動する装置である。以下、詳細に説明する。

【0011】

本実施例において、駆動球体１１、１２、１３、１４は、図１、図２、図３に示すように、同じ大きさの（径が等しい）真球であり、平面視して、反時計周りに配されている。駆動球体１１の中心Ｐ１、駆動球体１２の中心Ｐ２、駆動球体１３の中心Ｐ３、駆動球体１４の中心Ｐ４は、走行面Ｇを水平面として、駆動球体１１、１２、１３、１４が走行面Ｇ上に置かれた状態で、同一の高さに位置する。以下、走行面Ｇが水平面であり、駆動球体１１、１２、１３、１４が走行面Ｇ上に置かれているものとする。なお、図３には、駆動球体１１、１２、１３、１４及び回転体１５、１５’、１６、１６’、１７、１７’、１８、１８’等を平面視した様子が描かれている。

【0012】

回転体１５、１５’、１６、１６’、１７、１７’、１８、１８’は同一の大きさで同一の形状の円錐台状の部材であり、同一の高さ位置に配されている。
回転体１５は側面１９が駆動球体１１に接触し、回転体１５’は側面１９’が駆動球体１２に接触している。回転体１５、１５’は、チェーンやプーリ等を有する動力伝達手段（図示せず、以下同じ）によって接続され、回転体１５に取り付けられたモータ２０によって回転駆動されて、同一方向に同一回転速度で回転する。

【0013】

回転体１６は側面２１が駆動球体１２に接触し、回転体１６’は側面２１’が駆動球体１３に接触している。回転体１６、１６’は、動力伝達手段によって接続され、回転体１６に取り付けられたモータ２２によって回転駆動されて、同一方向に同一回転速度で回転する。回転体１７は側面２３が駆動球体１３に接触し、回転体１７’は側面２３’が駆動球体１４に接触している。回転体１７、１７’は、動力伝達手段によって接続され、回転体１７に取り付けられたモータ２４によって回転駆動されて、同一方向に同一回転速度で回転する。回転体１８は側面２５が駆動球体１４に接触し、回転体１８’は側面２５’が駆動球体１１に接触している。回転体１８、１８’は、動力伝達手段によって接続され、回転体１８に取り付けられたモータ２６によって回転駆動されて、同一方向に同一回転速度で回転する。

【0014】

回転体１５、１８’は駆動球体１１に異なる方向から接触し、回転体１６、１５’は駆動球体１２に異なる方向から接触し、回転体１７、１６’は駆動球体１３に異なる方向から接触し、回転体１８、１７’は駆動球体１４に異なる方向から接触している。
なお、駆動球体１１、１２、１３、１４にはそれぞれ、駆動球体１１、１２、１３、１４を位置決めする図示しないボールキャスタ（アイドラでもよい）が接触している。モータ２０、２２、２４、２６は、ボールキャスタを支持するベース部材２７（図１、図２参照）に取り付けられている。

【0015】

駆動球体１１と回転体１５の側面１９及び回転体１８’の側面２５’が接触する接点をそれぞれ接点Ｔ１５、Ｔ１８’とし、駆動球体１２と回転体１６の側面２１及び回転体１５’の側面１９’が接触する接点をそれぞれ接点Ｔ２６、Ｔ２５’とし、駆動球体１３と回転体１７の側面２３及び回転体１６’の側面２１’が接触する接点をそれぞれ接点Ｔ３７、Ｔ３６’とし、駆動球体１４と回転体１８の側面２５及び回転体１７’の側面２３’が接触する接点をそれぞれ接点Ｔ４８、Ｔ４７’として、接点Ｔ１５、Ｔ１８’、Ｔ２６、Ｔ２５’、Ｔ３７、Ｔ３６’、Ｔ４８、Ｔ４７’は、駆動球体１１の中心Ｐ１、駆動球体１２の中心Ｐ２、駆動球体１３の中心Ｐ３及び駆動球体１４の中心Ｐ４より高い位置で同じ高さに配されている。

【0016】

よって、回転体１５、１８’は、駆動球体１１の中心Ｐ１より高い位置で駆動球体１１に接触し、回転体１６、１５’は、駆動球体１２の中心Ｐ２より高い位置で駆動球体１２に接触し、回転体１７、１６’は、駆動球体１３の中心Ｐ３より高い位置で駆動球体１３に接触し、回転体１８、１７’は、駆動球体１４の中心Ｐ４より高い位置で駆動球体１４に接触している。また、回転体１５の側面１９、回転体１５’の側面１９’、回転体１６の側面２１、回転体１６’の側面２１’、回転体１７の側面２３、回転体１７’の側面２３’、回転体１８の側面２５及び回転体１８’の側面２５’は、同一高さで駆動球体１１、１２、１３、１４に接触している。

【0017】

本実施の形態のように、回転体１５を円柱状ではなく、円錐台状にすることによって、駆動球体１１に対する回転体１５の配置の自由度を高めることができる。仮に回転体１５を円柱状とした場合、回転体１５の側面１９を駆動球体１１に接触させるには、回転体１５の回転軸を、駆動球体１１の中心Ｐ１と接点Ｔ１５を通る仮想直線Ｊ１５（仮想直線Ｊの一例）に直交するように配置する必要がある。

【0018】

これに対し、円錐台状の回転体１５は、回転軸が駆動球体１１の中心Ｐ１と接点Ｔ１５を通る仮想直線Ｊ１５に直交する必要はなく、仮想直線Ｊ１５に対する回転体１５の回転軸の向きは、回転体１５の上面及び底面に対する側面１９の角度調整によって調節可能である。そのため、回転体１５の回転軸を所望の向きに配することができる。
この点、回転体１５’、１６、１６’、１７、１７’、１８、１８’についても同様である。

【0019】

ここで、図１、図２、図３に示すように、４つの側面ａ、ｂ、ｃ、ｄと、駆動球体１１の中心Ｐ１、駆動球体１２の中心Ｐ２、駆動球体１３の中心Ｐ３及び駆動球体１４の中心Ｐ４より高い位置に配された矩形（長方形又は正方形）の底面ｅとを有し、底面ｅから離れた頂辺Ｏが駆動球体１１の中心Ｐ１、駆動球体１２の中心Ｐ２、駆動球体１３の中心Ｐ３及び駆動球体１４の中心Ｐ４より低い位置に配された寄棟屋根形状の５面体を仮想逆寄棟屋根様５面体Ｈとすると、本実施例では、球体駆動式移動装置１０が、後述する条件１～６を全て満たすように設計されている。

【0020】

仮想逆寄棟屋根様５面体Ｈにおいて、底面ｅの４つの頂点をそれぞれ頂点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとして、側面ａは頂点Ａ、Ｂ及び頂辺Ｏの両端を４つの頂点とする四角形（本実施例では台形）であり、側面ｂは頂点Ｂ、Ｃ及び頂辺Ｏの一端を３つの頂点とする三角形（本実施例では２等辺三角形）であり、側面ｃは頂点Ｃ、Ｄ及び頂辺Ｏの両端を４つの頂点とする四角形（本実施例では台形）であり、側面ｄは頂点Ａ、Ｄ及び頂辺Ｏの他端を３つの頂点とする三角形（本実施例では２等辺三角形）である。また、頂辺Ｏの他端及び頂点Ａを結ぶ直線状の辺を側辺Ｓ１とし、頂辺Ｏの一端及び頂点Ｂを結ぶ直線状の辺を側辺Ｓ２とし、頂点Ｏの一端及び頂点Ｃを結ぶ直線状の辺を側辺Ｓ３とし、頂辺Ｏの他端及び頂点Ｄを結ぶ直線状の辺を側辺Ｓ４とする。本実施例では、底面ｅが長方形であり、側辺Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４が同じ長さである。

【0021】

条件１：駆動球体１１の中心Ｐ１、駆動球体１２の中心Ｐ２、駆動球体１３の中心Ｐ３及び駆動球体１４の中心Ｐ４はそれぞれ、側辺Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４上に位置している。

【0022】

条件２：回転体１５、１８’は仮想逆寄棟屋根様５面体Ｈの内側で駆動球体１１に接触（接点Ｔ１５、Ｔ１８’は仮想逆寄棟屋根様５面体Ｈ内に位置）し、回転体１６、１５’は仮想逆寄棟屋根様５面体Ｈの内側で駆動球体１２に接触（接点Ｔ２６、Ｔ２５’は仮想逆寄棟屋根様５面体Ｈ内に位置）し、回転体１７、１６’は仮想逆寄棟屋根様５面体Ｈの内側で駆動球体１３に接触（接点Ｔ３７、Ｔ３６’は仮想逆寄棟屋根様５面体Ｈ内に位置）し、回転体１８、１７’は仮想逆寄棟屋根様５面体Ｈの内側で駆動球体１４に接触（接点Ｔ４８、Ｔ４７’は仮想逆寄棟屋根様５面体Ｈ内に位置）している。

【0023】

条件３：回転体１５、１５’は各回転軸が側面ａ（仮想逆寄棟屋根様５面体Ｈの一の側面）に対し垂直であり、回転体１６、１６’は各回転軸が側面ｂ（仮想逆寄棟屋根様５面体Ｈの一の側面）に対し垂直であり、回転体１７、１７’は各回転軸が側面ｃ（仮想逆寄棟屋根様５面体Ｈの一の側面）に対し垂直であり、回転体１８、１８’は各回転軸が側面ｄ（仮想逆寄棟屋根様５面体Ｈの一の側面）に対し垂直である。なお、本実施例では、回転体１５、１５’の各回転軸が垂直となっている側面ａが回転体１５、１５’の対応側面であり、回転体１６、１６’の各回転軸が垂直となっている側面ｂが回転体１６、１６’の対応側面であり、回転体１７、１７’の各回転軸が垂直となっている側面ｃが回転体１７、１７’の対応側面であり、回転体１８、１８’の各回転軸が垂直となっている側面ｄが回転体１８、１８’の対応側面である。

【0024】

条件３から、本実施例では、駆動球体１１に接する回転体１５、１８’の各回転軸が非平行であり、駆動球体１２に接する回転体１６、１５’の各回転軸が非平行であり、駆動球体１３に接する回転体１７、１６’の各回転軸が非平行であり、駆動球体１４に接する回転体１８、１７’の各回転軸が非平行であると言える。

【0025】

本実施例では、駆動球体１１、１２、１３、１４及び回転体１５、１５’、１６、１６’、１７、１７’、１８、１８’が、条件１、２、３を満たすように配置し、モータ２０、２２、２４、２６の回転数を調整することによって、回転体１５、１８’に対する駆動球体１１の横滑り、回転体１６、１５’に対する駆動球体１２の横滑り、回転体１７、１６’に対する駆動球体１３の横滑り及び回転体１８、１７’に対する駆動球体１４の横滑りを抑制した状態で、球体駆動式移動装置１０を走行面Ｇ上で如何なる方向にも移動可能にしている。なお、例えば、回転体１８’が回転して駆動球体１１に回転力を与えている状態での、回転体１５に対する駆動球体１１の横滑りとは、接点Ｔ１５における駆動球体１１の回転体１５に対する相対的な運動が、接点Ｔ１５を中心とした旋回運動以外の運動となっていることを意味し、回転体１５に対する駆動球体１１の横滑りが生じると、回転体１５及び駆動球体１１の摩耗が助長される。

【0026】

しかも、回転体１５、１８’は駆動球体１１の中心Ｐ１より高い位置で駆動球体１１に接触しているため、駆動球体１１には回転体１５、１８’を通じて鉛直成分の力が作用し、この点、駆動球体１２に対する回転体１６、１５’、駆動球体１３に対する回転体１７、１６’及び駆動球体１４に対する回転体１８、１７’もそれぞれ同様である。従って、ベース部材２７やベース部材２７に載せられた重量物等の自重を利用して、回転体１５、１８’を駆動球体１１に、回転体１６、１５’を駆動球体１２に、回転体１７、１６’を駆動球体１３に、回転体１８、１７’を駆動球体１４にそれぞれ押し付けることができ、回転体１５、１５’、１６、１６’、１７、１７’、１８、１８’の空回りを抑制可能である。

【0027】

接点Ｔ１５、Ｔ２５’が駆動球体１１の中心Ｐ１及び駆動球体１２の中心Ｐ２に比べ僅かでも高い位置に存在すれば、回転体１５、１５’は、仮想逆寄棟屋根様５面体Ｈの側面ａ（対応側面）上でそれぞれ駆動球体１１、１２に接触していても、実質的に回転体１５に対して駆動球体１１及び回転体１５’に対して駆動球体１２がそれぞれ横滑りせず、これは、回転体１６、１６’と駆動球体１２、１３、回転体１７、１７’と駆動球体１３、１４、及び、回転体１８、１８’と駆動球体１４、１１との関係でもそれぞれ同様である。

【0028】

従って、条件２の代わりに以下の条件２’を満たすように設計することもできる。
条件２’：回転体１５、１５’は仮想逆寄棟屋根様５面体Ｈの側面ａ（回転体１５、１５’の対応側面）上で駆動球体１１、１２にそれぞれ接触し、回転体１６、１６’は仮想逆寄棟屋根様５面体Ｈの側面ｂ（回転体１６、１６’の対応側面）上で駆動球体１２、１３にそれぞれ接触し、回転体１７、１７’は仮想逆寄棟屋根様５面体Ｈの側面ｃ（回転体１７、１７’の対応側面）上で駆動球体１３、１４にそれぞれ接触し、回転体１８、１８’は仮想逆寄棟屋根様５面体Ｈの側面ｄ（回転体１８、１８’の対応側面）上で駆動球体１４、１１にそれぞれ接触している。

【0029】

ここで、回転体１５、１８’の駆動球体１１に対する空回り等、各回転体の接している駆動球体に対する空回りの発生を安定して抑制する観点では、条件１、２、３に加えて、以下の条件４、５、６の１つを満たすのが好ましい（２つを満たすのがより好ましい、３つ全てを満たすのが更に好ましい）ことが検証によって確認されている。なお、回転体の駆動球体に対する空回りの抑制に対しては、条件１、２、３の条件を満たすことが、条件４、５、６の条件を満たすことに比べ重要である。

【0030】

条件４：駆動球体１１と回転体１５との接点Ｔ１５及び駆動球体１１の中心Ｐ１を通る仮想直線Ｊ１５、並びに、駆動球体１１と回転体１８’との接点Ｔ１８’及び駆動球体１１の中心Ｐ１を通る仮想直線Ｊ１８’（仮想直線Ｊの一例）は、図１、図２に示すように、駆動球体１１の中心Ｐ１が位置する側辺Ｓ１に対し直交する。駆動球体１２と回転体１６との接点Ｔ２６及び駆動球体１２の中心Ｐ２を通る仮想直線Ｊ２６（仮想直線Ｊの一例）、並びに、駆動球体１２と回転体１５’との接点Ｔ２５’及び駆動球体１２の中心Ｐ２を通る仮想直線Ｊ２５’（仮想直線Ｊの一例）は、駆動球体１２の中心Ｐ２が位置する側辺Ｓ２に対し直交する。駆動球体１３と回転体１７との接点Ｔ３７及び駆動球体１３の中心Ｐ３を通る仮想直線Ｊ３７（仮想直線Ｊの一例）、並びに、駆動球体１３と回転体１６’との接点Ｔ３６’及び駆動球体１３の中心Ｐ３を通る仮想直線Ｊ３６’（仮想直線Ｊの一例）は、駆動球体１３の中心Ｐ３が位置する側辺Ｓ３に対し直交する。駆動球体１４と回転体１８との接点Ｔ４８及び駆動球体１４の中心Ｐ４を通る仮想直線Ｊ４８（仮想直線Ｊの一例）、並びに、駆動球体１４と回転体１７’との接点Ｔ４７’及び駆動球体１４の中心Ｐ４を通る仮想直線Ｊ４７’（仮想直線Ｊの一例）は、駆動球体１４の中心Ｐ４が位置する側辺Ｓ４に対し直交する。

【0031】

条件５：駆動球体１１と回転体１５との接点Ｔ１５及び駆動球体１１の中心Ｐ１を通る仮想直線Ｊ１５は、回転体１５の側面１９に垂直に交わり、駆動球体１１と回転体１８’との接点Ｔ１８’及び駆動球体１１の中心Ｐ１を通る仮想直線Ｊ１８’は回転体１８’の側面２５’に垂直に交わる。駆動球体１２と回転体１６との接点Ｔ２６及び駆動球体１２の中心Ｐ２を通る仮想直線Ｊ２６は、回転体１６の側面２１に垂直に交わり、駆動球体１２と回転体１５’との接点Ｔ２５’及び駆動球体１２の中心Ｐ２を通る仮想直線Ｊ２５’は回転体１５’の側面１９’に垂直に交わる。駆動球体１３と回転体１７との接点Ｔ３７及び駆動球体１３の中心Ｐ３を通る仮想直線Ｊ３７は、回転体１７の側面２３に垂直に交わり、駆動球体１３と回転体１６’との接点Ｔ３６’及び駆動球体１３の中心Ｐ３を通る仮想直線Ｊ３６’は回転体１６’の側面２１’に垂直に交わる。駆動球体１４と回転体１８との接点Ｔ４８及び駆動球体１４の中心Ｐ４を通る仮想直線Ｊ４８は、回転体１８の側面２５に垂直に交わり、駆動球体１４と回転体１７’との接点Ｔ４７’及び駆動球体１４の中心Ｐ４を通る仮想直線Ｊ４７’は回転体１７’の側面２３’に垂直に交わる。

【0032】

条件６：仮想逆寄棟屋根様５面体Ｈの側面ａは、側面ａの外縁の一部をなす２つの側辺Ｓ１、Ｓ２にそれぞれ中心Ｐ１、Ｐ２が配された２つの駆動球体１１、１２間にある回転体１５、１５’（ここでは回転体１５）と一方の駆動球体１１との接点Ｔ１５及び回転体１５、１５’（ここでは回転体１５’）と他方の駆動球体１２との接点Ｔ２５’を通る仮想直線Ｋ１２（仮想直線Ｋの一例）に対し平行である。側面ｂは、側面ｂの外縁の一部をなす２つの側辺Ｓ２、Ｓ３にそれぞれ中心Ｐ２、Ｐ３が配された２つの駆動球体１２、１３間にある回転体１６、１６’（ここでは回転体１６）と一方の駆動球体１２との接点Ｔ２６及び回転体１６、１６’（ここでは回転体１６’）と他方の駆動球体１３との接点Ｔ３６’を通る仮想直線Ｋ２３（仮想直線Ｋの一例）に対し平行である。側面ｃは、側面ｃの外縁の一部をなす２つの側辺Ｓ３、Ｓ４にそれぞれ中心Ｐ３、Ｐ４が配された２つの駆動球体１３、１４間にある回転体１７、１７’（ここでは回転体１７）と一方の駆動球体１３との接点Ｔ３７及び回転体１７、１７’（ここでは回転体１７’）と他方の駆動球体１４との接点Ｔ４７’を通る仮想直線Ｋ３４（仮想直線Ｋの一例）に対し平行である。側面ｄは、側面ｄの外縁の一部をなす２つの側辺Ｓ４、Ｓ１にそれぞれ中心Ｐ４、Ｐ１が配された２つの駆動球体１４、１１間にある回転体１８、１８’（ここでは回転体１８）と一方の駆動球体１４との接点Ｔ４８及び回転体１８、１８’（ここでは回転体１８’）と他方の駆動球体１１との接点Ｔ１８’を通る仮想直線Ｋ４１（仮想直線Ｋの一例）に対し平行である。

【0033】

次に、モータ２０、２２、２４、２６の回転数の調整によって、球体駆動式移動装置１０の並進移動時の移動速度や旋回運動時の回転角速度を自在に制御できることを説明する。
ここでは、球体駆動式移動装置１０の各値を以下のように定義する。即ち、図４に示すように、駆動球体１１、１２、１３、１４の各中心Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を４つの頂点とする長方形の中心（以下、「機構中心」と言う）から駆動球体１１、１２、１３、１４の各中心Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４までの距離はそれぞれｌとし、機構中心と駆動球体１１、１２、１３、１４の各中心Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４をそれぞれ結ぶ線分とｘ軸とがなす角度はそれぞれψ _１、ψ _２、ψ _３、ψ _４とする。

【0034】

回転体１５、１５’の角速度をλ_１とし、回転体１６、１６’の角速度をλ_２とし、回転体１７、１７’の角速度をλ_３とし、回転体１８、１８’の角速度をλ_４とし、機構中心の並進移動速度のｘ軸方向成分及びｙ軸方向成分をそれぞれｖ_ｘ、ｖ_ｙとする。平面視して、球体駆動式移動装置１０の反時計周りの回転方向を正方向とし、機構中心の回転速度をωとする。なお、仮想逆寄棟屋根様５面体Ｈの側面ａ、ｂ、ｃ、ｄの走行面Ｇに対する傾斜角度をαとする。

【0035】

ここで、回転体１７’が停止状態で回転体１８が回転する場合の駆動球体１４の角速度を求め、その結果を基に、回転体１８が停止状態で回転体１７’が回転する場合の駆動球体１４の角速度や、他の駆動球体１１、１２、１３の角速度を導出する。
駆動球体１４の半径はＲとし、図５に示すように、円錐台状の回転体１８の駆動球体１４と接する部分（接点Ｔ４８に対応する部分）の半径はｒとする。接点Ｔ４８は、仮想逆寄棟屋根様５面体Ｈの側面ｄから内側にＲｃｏｓ^２αの位置、かつ、駆動球体１４の中心Ｐ４から上方にＲｃｏｓαの位置に配されているとする。

【0036】

回転体１７’が停止状態で回転体１８が回転することによって、駆動球体１４は、駆動球体１４及び回転体１７’の接点Ｔ４７’と駆動球体１４の中心Ｐ４とを通る直線（即ち、仮想直線Ｊ４７’）を回転軸にして回転する（なお、当該回転軸は回転体１８の回転軸と平行である）。この際の駆動球体１４の回転角速度をηとして、駆動球体１４及び回転体１８の接点Ｔ４８における駆動球体１４の周速度はｒλ_４であるので、ｒλ_４＝ηＲ√（１－ｃｏｓ^４α）より、以下の式（１）が成立する。

【0037】

【数1】

【0038】

走行面Ｇと駆動球体１４の接点における駆動球体１４の回転半径は、図５に示すように、Ｒｓｉｎαであるから、走行面Ｇと駆動球体１４の接点における駆動球体１４の周速度、即ち、駆動球体１４のｘ方向への移動速度ｖ_ｘ４は以下の式（２）で表される。

【0039】

【数2】

【0040】

同様にして、駆動球体１４のｙ方向への移動速度ｖ_ｙ４は以下の式（３）で表される。

【0041】

【数3】

【0042】

従って、各駆動球体１１、１２、１３、１４のｘ方向及びｙ方向への移動速度は、ｋ＝ｒ／√（１＋ｃｏｓ^２α）として、以下の式（４）で表される。

【0043】

【数4】

【0044】

ところで、ｓｉｎψ _２＝ｓｉｎψ _３＝－ｓｉｎψ _１＝－ｓｉｎψ _４であり、ｃｏｓψ _２＝ｃｏｓψ _１＝－ｃｏｓψ _３＝－ｃｏｓψ _４であるので、ψ＝ψ _２とおくと、以下の式（５）となり、以下の式（６）が得られる。

【0045】

【数5】

【0046】

【数6】

【0047】

式（６）より、モータ２０、２２、２４、２６の回転数の調整によって、球体駆動式移動装置１０の並進移動時の移動速度及び旋回運動時の回転角速度を自在に制御できることが分かる。

【0048】

また、本実施例のように、仮想逆寄棟屋根様５面体を基準にして、各駆動球体及び各回転体等の配置を決定することによって、仮想逆寄棟屋根様５面体の各側面の傾斜角度を固定すれば、各駆動球体の中心を４つの頂点とする長方形の短辺と長辺の長さの比を変えても、各回転体の大きさや形状を変える必要がないという利点がある。
この点、仮想逆寄棟屋根様５面体の代わりに四角錐を上下反対にした仮想逆四角錐を基準に各駆動球体及び各回転体等の配置を決定した場合は、各駆動球体の中心を４つの頂点とする長方形の短辺と長辺の長さの比に応じて、各回転体の形状を変える必要がある。

【0049】

ここまで説明した球体駆動式移動装置１０は、隣り合う駆動球体間に２個の回転体（例えば、駆動球体１１、１２間には回転体１５、１５’）が設けられ、合計８個の回転体を有しているが、隣り合う駆動球体間に設ける回転体数を１個とし、当該回転体が隣り合う駆動球体の双方に接触するようにしてもよく、この場合、回転体は合計で４個となる。よって、４個の駆動球体それぞれに対し、２つの異なる方向から回転体を接触させる球体駆動式移動装置においては、回転体の最小合計数が４個となる。

【0050】

また、球体駆動式移動装置１０は４個の駆動球体を具備しているが、球体駆動式移動装置は、２個又は３個の駆動球体を有すれば、全方向の並進移動と時計回り及び反時計回りの旋回とが可能である。駆動球体が２個又は３個の球体駆動式移動装置で回転体の空回りを抑制できる装置は、次のようになる。即ち、それぞれ走行面上を転動するｍ（但し、ｍ＝２又は３）個の駆動球体及び４－ｍ個の従動回転物と、各駆動球体に２つの異なる方向から接触した状態で駆動源により回転駆動されて駆動球体を回転させる３個以上の回転体とを具備し、走行面上を移動する球体駆動式移動装置において、走行面を水平面として、各駆動球体は、４つの側面及び各駆動球体の中心より高い位置に配された底面を有し底面から離れた頂辺が各駆動球体の中心より低い位置に配された仮想逆寄棟屋根様５面体の異なる側辺上に位置し、各回転体は、回転軸が一の側面に対し垂直であり、該一の側面を対応側面として、接している駆動球体の中心より高い位置、かつ、仮想逆寄棟屋根様５面体の内側又は対応側面上で駆動球体に接触する。

【0051】

また、ベース部材等の荷重により回転体を駆動球体に押し付けて、回転体の空回りを抑制するという観点では、回転体及びその回転軸が仮想逆寄棟様５面体に対し上述した配置になっている必要はなく、回転体が、接している駆動球体の中心より高い位置で、当該駆動球体に接触していればよい。この場合において、各回転体の配置の自由度を高めるには、側面が駆動球体に接触する回転体を円錐台状にするのが好適である。

【0052】

よって、回転体の空回りを抑制した上で、回転体の配置の自由度を高める球体駆動式移動装置は、２個以上の駆動球体と、各駆動球体に２つの異なる方向から接触した状態で駆動源により回転駆動されて駆動球体を回転させる３個以上の回転体とを具備し、走行面上を移動する装置であって、各回転体は、円錐台状であって、接している駆動球体の中心より高い位置で、側面が該駆動球体に接触する。

【0053】

また、球体駆動式移動装置に重量物を載せるためには、駆動球体を３個とするより、４個とするほうが好適である。
そして、球体駆動式移動装置において、装置全体のコンパクト化を図るためには、各回転体を１個の駆動球体にのみ接触させるのが好ましい。これは、１つの回転体を２個の駆動球体に接触させるには、径が大きな回転体を用いる必要があることによる。よって、４個の駆動球体を具備する場合、回転体は８個となる。

【0054】

各回転体を１個の駆動球体にのみ接触させる場合、装置全体のコンパクト化の観点では、１つのモータ（駆動源）が１つの回転体を回転駆動する（モータ及び回転体が同数となる）設計が好ましい。これは、１つのモータが２つの回転体を回転駆動する場合、体積が大きいモータの採用を要するためである。従って、８個の回転体を設ける場合、８個のモータそれぞれが異なる回転体を回転駆動するのが好適である。

【0055】

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、回転体は円錐台状である必要はなく、例えば円柱状であってもよいし、球状であってもよい。
また、回転体の回転軸は軸材（即ち、実在する部材）であってもよいし、仮想軸であってもよい。

【0056】

そして、各駆動球体は大きさが異なっていてもよいし、各回転体は大きさや形状が異なっていてもよい。そして、各駆動球体を水平面に置いた状態で、各回転体が駆動球体に接する高さが異なるように各回転体を配置してもよい。
更に、本発明は走行面上の移動方向が特定されている球体駆動式移動装置（例えば、前進及び後退のみが可能な球体駆動式移動装置）にも適用可能である。

【産業上の利用可能性】

【0057】

本発明に係る球体駆動式移動装置は、球体に接触している回転体の空回りを抑制することによって、所定の移動を安定的に行えることから、物を運ぶ自走式の装置として利用することができる。

【符号の説明】

【0058】

１０：球体駆動式移動装置、１１、１２、１３、１４：駆動球体、１５、１５’、１６、１６’、１７、１７’、１８、１８’：回転体、１９、１９’：側面、２０：モータ、２１、２１’：側面、２２：モータ、２３、２３’：側面、２４：モータ、２５、２５’：側面、２６：モータ、２７：ベース部材、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ：頂点、ａ、ｂ、ｃ、ｄ：側面、Ｇ：走行面、Ｈ：仮想逆寄棟屋根様５面体、Ｊ１５、Ｊ１８’、Ｊ２５’、Ｊ２６、Ｊ３６’、Ｊ３７、Ｊ４７’、Ｊ４８：仮想直線Ｊ、Ｋ１２、Ｋ２３、Ｋ３４、Ｋ４１：仮想直線Ｋ、Ｏ：頂辺、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４：中心、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４：側辺、Ｔ１５、Ｔ１８’、Ｔ２５’、Ｔ２６、Ｔ３６’、Ｔ３７、Ｔ４７’、Ｔ４８：接点、ｅ：底面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】