JP2017128187A

JP2017128187A - 移動体

Info

Publication number: JP2017128187A
Application number: JP2016008085A
Authority: JP
Inventors: 剛之松崎; Takayuki Matsuzaki; 坪田　龍介; Ryusuke Tsubota; 龍介坪田; 陽平岡; Yohei Oka; 順一田中; Junichi Tanaka; 洋人坂原; Hiroto Sakahara
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2016-01-19
Filing date: 2016-01-19
Publication date: 2017-07-27

Abstract

【課題】複数の全方向移動車輪を有する移動体を小型化することが困難であった。
【解決手段】移動体１は、円周３０上に等間隔に配置された４個の全方向移動車輪１１と、４個の全方向移動車輪１１をそれぞれ駆動する４個のモータ１２と、入力軸２１がモータ１２に接続され、入力軸２１と同軸でない出力軸２２が全方向移動車輪１１に接続された４個の減速機１３とを備え、全方向移動車輪１１のモータ１２による回転面は円周３０の接線方向となっている。このように、減速機１３の入力軸２１と出力軸２２とを同軸でないようにしたことで、モータ１２が円周３０の中心付近で干渉しにくいようにすることができ、入出力軸が同軸の減速機を用いた場合よりも移動体１をより小型化できるようになる。
【選択図】図１

Description

本発明は、３個以上の全方向移動車輪を有する移動体に関する。

従来、全方向移動車輪（例えば、オムニホイール）を用いた台車が知られている。そのような全方向移動車輪は、通常、円周上に等間隔に配置され、また、全方向移動車輪の回転軸を延長した直線は、その円の中心で交わることになる。そのため、全方向移動車輪を駆動するモータを、その円の中心で干渉しないように配置するためには、その円が大きくなることになり、台車が大型化するという問題が発生する。

なお、関連技術として、全方向移動車輪を中空とし、その中空部にモータや減速機を挿入して車輪を回転させる技術が知られている（特許文献１参照）。その場合には、モータと全方向移動車輪とが一体となるため、台車の小型化を達成できる。

特開２００７−２２３４２号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、車輪の大きさによりモータや減速機の大きさが制限されることになる。そのため、高負荷の動作をさせたい場合などに、それに適したモータを選択できない可能性がある。また、大型のモータを用いるためには、車輪自体が大型化してしまうという問題がある。
一般的に言えば、複数の全方向移動車輪を有する移動体において、その移動体が大型化しないようにしたいという要望があった。

本発明は、上記事情に応じてなされたものであり、複数の全方向移動車輪を有する移動体を大型化させないことを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明による移動体は、円周上に等間隔に配置されたＮ個（Ｎは３以上の整数である）の全方向移動車輪と、Ｎ個の全方向移動車輪をそれぞれ駆動するＮ個のモータと、入力軸がモータに接続され、入力軸と同軸でない出力軸が全方向移動車輪に接続されたＮ個の減速機と、を備え、全方向移動車輪のモータによる回転面は円周の接線方向である、ものである。
このような構成により、全方向移動車輪が等間隔で配置された円の中心付近において、モータが干渉しにくいようにすることができ、その円が大きくなることを回避できる。この結果、移動体が大型化しないようにすることができる。

また、本発明による移動体では、減速機は、Ｌ字型減速機であってもよい。
このような構成により、例えば、移動体が３個または４個の全方向移動車輪を有する場合に、それらを省スペースに配置することができる。

また、本発明による移動体では、各減速機の入力軸と出力軸とのなす角度は３６０°／Ｎ以下であってもよい。
このような構成により、ある全方向移動車輪を駆動するモータが、隣接する全方向移動車輪の減速機と干渉しにくいようにすることができ、移動体が大型化することを回避できる。

また、本発明による移動体では、Ｎ個の減速機のすべての入力軸及び出力軸は、同一平面上に存在してもよい。
このような構成により、車輪やモータ等の駆動関係の部材を、垂直方向においても省スペースに配置することができる。

また、本発明による移動体では、Ｎは４であってもよい。
このような構成により、移動体は４個の全方向移動車輪を有するものとなり、安定性や操作性の観点から好適な移動体となりうる。

本発明による移動体によれば、全方向移動車輪を用いる移動体が大型化しないようにすることができる。

本発明の実施の形態による移動体の底面図同実施の形態による移動体の他の一例を示す底面図同実施の形態による移動体の他の一例を示す底面図同実施の形態による移動体の他の一例を示す底面図同実施の形態における全方向移動車輪等の一例を示す側面図

以下、本発明による移動体について、実施の形態を用いて説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素は同一または相当するものであり、再度の説明を省略することがある。本実施の形態による移動体は、入出力軸が同軸でない減速機を介して、各全方向移動車輪にモータが接続されるものである。

図１は、本実施の形態による移動体１の底面図である。なお、移動体１は、全方向移動車輪１１ａ〜１１ｄを用いて移動するものであれば、どのようなものであってもよい。例えば、移動体１は、台車であってもよく、ロボットであってもよい。ロボットは、例えば、エンターテイメントロボットであってもよく、監視ロボットであってもよく、搬送ロボットであってもよく、その他のロボットであってもよい。

本実施の形態による移動体１は、基台５と、基台５の底面側に配置された４個の駆動ユニット１０ａ〜１０ｄとを備える。移動体１が台車である場合には、基台５は、荷台であってもよい。各駆動ユニット１０ａ〜１０ｄは、全方向移動車輪１１ａ〜１１ｄと、モータ１２ａ〜１２ｄと、減速機１３ａ〜１３ｄとそれぞれを備える。各駆動ユニット１０ａ〜１０ｄは、それぞれ同じ構造、同じサイズのものであることが好適である。なお、それぞれを特に区別しない場合には、例えば、駆動ユニット１０、全方向移動車輪１１、モータ１２、減速機１３と呼ぶものとする。

４個の全方向移動車輪１１ａ〜１１ｄは、円周３０上に等間隔に配置されている。すなわち、全方向移動車輪１１ａ〜１１ｄは、円周３０上に９０°間隔で配置されている。また、全方向移動車輪１１のモータ１２による回転面が、円周３０の接線方向となるように全方向移動車輪１１ａ〜１１ｄが配置されている。言い換えれば、全方向移動車輪１１の回転軸の方向が、円周３０の半径方向となるように全方向移動車輪１１ａ〜１１ｄが配置されていることになる。なお、図１において、各回転面は、破線３１ａ〜３１ｄで示されている。全方向移動車輪１１は、例えば、オムニホイールであってもよく、メカナムホイールであってもよく、その他の全方向移動車輪であってもよい。本実施の形態では、全方向移動車輪１１がオムニホイールである場合について主に説明する。オムニホイールである全方向移動車輪１１は、通常、複数の樽型のフリーローラが外周上に均等に配置された１以上の車輪を有している。全方向移動車輪１１がその車輪を２以上有する場合には、その２以上の車輪は、フリーローラの位置が互い違いになり、回転軸が同一になるように重ねられていてもよい。図１で示される全方向移動車輪１１では、３個の樽型のフリーローラの配置された２個の車輪が重ねられている。オムニホイールでは、通常、２以上の車輪が重ねられているが、そうでなくてもよい。例えば、特許３４２１２９０号公報で示されるもののように、オムニホイールは、複数のフリーローラの配置された１個の車輪を有するものであってもよい。なお、全方向移動車輪１１のモータ１２による回転面とは、全方向移動車輪１１が有する１以上の車輪のモータ１２による回転面（車輪の中心点を通り、車輪の回転軸に直交する面である）であると考えてもよい。

モータ１２は、全方向移動車輪１１を駆動する。なお、図１では、図示していないが、モータ１２ａ〜１２ｄの駆動を制御する制御部やドライバ、モータ１２に電力を供給するバッテリー等を移動体１が有していてもよい。また、モータ１２は、全方向移動車輪１１を駆動できるものであれば、どのようなものであってもよい。

減速機１３の入力軸２１はモータ１２に接続され、減速機１３の出力軸２２は全方向移動車輪１１に接続されている。また、その入力軸２１と、出力軸２２とは同軸ではないように構成されている。すなわち、入力軸２１と出力軸２２とは、一直線上には存在しないことになる。図１では、入力軸２１と出力軸２２とのなす角度が９０°である場合、すなわち、減速機１３がＬ字型減速機である場合について示している。なお、図１で示される移動体１において、減速機１３の入力軸２１と出力軸２２とのなす角度は、９０°以下であってもよい。また、図１で示される移動体１では、すべての減速機１３の入力軸２１と出力軸２２とは、同一平面上に存在することになる。そのため、駆動ユニット１０ａ〜１０ｄの鉛直方向（図１における紙面に垂直な方向）の高さが大きくならないようにすることができている。なお、図１において、説明の便宜上、減速機１３の入力軸２１と出力軸２２とが外部から見えるように記載しているが、そうでなくてもよいことは言うまでもない。また、減速機１３のモータ１２側の軸を入力軸と呼び、全方向移動車輪１１側の軸を出力軸と呼んでいるが、それは便宜上のものである。

なお、移動体１を移動させる際の各モータ１２の制御方法はすでに公知であり、その説明を省略する。図１で示されるように、３個以上の全方向移動車輪１１を有する移動体１は、各モータ１２を適切に制御することによって、どの方向にも移動できることが知られている。

以上のように、本実施の形態による移動体１によれば、全方向移動車輪１１とモータ１２とが、入出力軸が同軸でない減速機１３によって接続されていることにより、全方向移動車輪１１の配置されている円周３０の中心付近において、モータ１２が干渉しにくいようにすることができ、その結果、入出力軸が一直線上にある減速機（入出力軸が同軸の減速機）を用いた場合と比較して、駆動ユニット１０ａ〜１０ｄをコンパクトに配置することができる。そのため、入出力軸が一直線上になる減速機を用いた移動体と比較して、移動体１をより小型化することができるようになる。

なお、上述の説明では、駆動ユニット１０の個数が４個である場合について説明したが、駆動ユニット１０の個数は、３個以上であれば、その個数は限定されない。ただし、駆動ユニット１０の個数がＮ個（Ｎは３以上の整数）であっても、各全方向移動車輪１１は、円周上に均等に配置され、各全方向移動車輪１１のモータ１２による回転面が、その円周の接線方向となるものとする。例えば、Ｎ＝３の場合には、移動体１は、図２で示されるものであってもよい。図２で示されるように、減速機１３の入力軸２１と出力軸２２とのなす角度（１２０°）は、９０°以外であってもよい。なお、減速機１３の入力軸２１と出力軸２２とのなす角度は３６０°／Ｎ以下であってもよい。例えば、図２の場合であっても、減速機１３がＬ字型減速機であってもよい。なお、入力軸２１と出力軸２２とのなす角度が９０°以外の減速機１３は、例えば、ねじ歯車や、かさ歯車などを用いることによって実現することができる。また、駆動ユニット１０の個数がＮ個である場合に、各駆動ユニット１０は、円周３０の中心に対して、回転対称となるように配置されてもよい。具体的には、Ｎ個の駆動ユニット１０は、Ｎ回対称（３６０／Ｎ度対称）となるように配置されてもよい。例えば、図１〜図３、図４Ａでは、回転対称となるように駆動ユニット１０が配置されている。そのようにすることによって、Ｎ個の駆動ユニット１０を省スペースに配置することができ、移動体１を小型化することが可能となる。

また、減速機１３の入力軸２１と出力軸２２とは、例えば、図１，図２で示されるように角度を有していてもよく、または、図３で示されるように、平行であってもよい。入力軸２１と出力軸２２とが角度を有するとは、両軸のなす角度が１８０°以外となること、すなわち、両者が一直線上になく、かつ、平行でもないことであってもよい。また、減速機１３の入力軸２１と出力軸２２とは、ねじれの位置にあってもよい。

また、図１〜図３では、各減速機１３の入力軸２１と出力軸２２とが同一平面上に存在する場合について説明したが、そうでなくてもよい。図４Ａで示されるように、各減速機１３の入力軸２１と出力軸２２とが同一平面上に存在しなくてもよい。ただし、この場合には、駆動ユニット１０の鉛直方向の高さが大きくなるため、例えば、移動体１の走行面（例えば、地面や床面等）に対する基台５の高さが高くなりうる。図４Ｂは、図４Ａで示される駆動ユニット１０ａの側面図である。図４Ａで示される移動体１では、各減速機１３の入力軸２１はそれぞれ鉛直方向に存在し、各入力軸２１は平行である。また、各減速機１３の出力軸２２は水平方向の同一平面上に存在している。なお、図４Ａでは、モータ１２が減速機１３よりも上方側に存在する場合、すなわち、減速機１３の入力軸２１が出力軸２２よりも上方側に存在する場合について示しているが、そうでなくてもよい。モータ１２等が地面や床面に接しないようにすることができるのであれば、モータ１２は減速機１３よりも下方側に存在してもよい。その場合には、減速機１３の入力軸２１は、出力軸２２よりも下方側に存在することになる。

また、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。

以上より、本発明による移動体によれば、小型化できるという効果が得られ、例えば、台車等として有用である。

１移動体
１０、１０ａ〜１０ｄ駆動ユニット
１１、１１ａ〜１１ｄ全方向移動車輪
１２、１２ａ〜１２ｄモータ
１３、１３ａ〜１３ｄ減速機
２１入力軸
２２出力軸

Claims

円周上に等間隔に配置されたＮ個（Ｎは３以上の整数である）の全方向移動車輪と、
前記Ｎ個の全方向移動車輪をそれぞれ駆動するＮ個のモータと、
入力軸が前記モータに接続され、当該入力軸と同軸でない出力軸が前記全方向移動車輪に接続されたＮ個の減速機と、を備え、
前記全方向移動車輪の前記モータによる回転面は前記円周の接線方向である、移動体。
前記減速機は、Ｌ字型減速機である、請求項１記載の移動体。
前記各減速機の入力軸と出力軸とのなす角度は３６０°／Ｎ以下である、請求項１記載の移動体。
前記Ｎ個の減速機のすべての入力軸及び出力軸は、同一平面上に存在する、請求項１から請求項３のいずれか記載の移動体。
前記Ｎは４である、請求項１から請求項４のいずれか記載の移動体。