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JP6448437B2 - Omnidirectional wheel mechanism - Google Patents
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Description

本発明は、全方向移動車輪機構に関し、特に、不整地においても全方向に移動することができる、全方向移動車輪機構を提供するものである。   The present invention relates to an omnidirectional moving wheel mechanism, and more particularly, to provide an omnidirectional moving wheel mechanism that can move in all directions even on rough terrain.

従来の全方向移動車輪機構の一つに、メカナムホイールがある。
メカナムホイールは、Bengt Erland Ilon によって発明されたもので(特許文献1)、その構造は、車輪の表面(円周上)が、車軸に対して45°傾けられた樽型のローラーで覆われているものである。
One conventional omnidirectional wheel mechanism is the Mecanum wheel.
The Mecanum wheel was invented by Bengt Erland Ilon (Patent Document 1), and its structure was covered with a barrel-shaped roller whose wheel surface (circumferentially) was inclined 45 ° with respect to the axle. It is what.

この車輪は、モーターの駆動力の伝達により、従来の車輪と同様に前後に動くことに加え、円周上の樽型のローラーの各々がフリーに回転できるように取り付けられているため、車輪の前後方向に対して45°の方向に移動することが可能である。   This wheel is mounted so that each of the barrel-shaped rollers on the circumference can rotate freely in addition to moving back and forth like a conventional wheel by transmitting the driving force of the motor. It is possible to move in the direction of 45 ° with respect to the front-rear direction.

従って、4輪駆動の車両の各車輪として、メカナムホイールを装着し、4つの車輪をそれぞれ個別にモーターで駆動するように構成し、4つのモーターの各々の回転方向と速度とを制御することにより、前後、左右、斜め方向、という全方向の移動が可能である。
そして、メカナムホイールは、球状車輪等の他の全方向移動車輪機構と比較して、機構が簡単であり制御が容易であるという利点を有している。
Therefore, a Mecanum wheel is installed as each wheel of a four-wheel drive vehicle, and the four wheels are individually driven by a motor, and the rotation direction and speed of each of the four motors are controlled. Therefore, it is possible to move in all directions such as front and rear, left and right, and diagonal directions.
The mecanum wheel has an advantage that the mechanism is simple and the control is easy as compared with other omnidirectional wheel mechanisms such as a spherical wheel.

非特許文献1に記載の発明は、楕円の一部を形成する曲線の上に多数の小さなローラーを取り付けたものであり、小さなローラーの中心軸(回転軸)は、楕円の一部を形成する曲線の方向に一致しており、各ローラーは、楕円の一部を形成する曲線の方向とは直角方向に回転する。   In the invention described in Non-Patent Document 1, a large number of small rollers are mounted on a curve forming a part of an ellipse, and the central axis (rotation axis) of the small roller forms a part of the ellipse. Each roller rotates in a direction perpendicular to the direction of the curve forming part of the ellipse.

この車輪は、メカナムホイールの樽型ローラーが3つである場合に相当し、1つ1つの樽型ローラーに対し、樽型ローラーの代わりに小さなローラーを多数取り付けたものと考えることができる。   This wheel corresponds to the case where there are three barrel rollers of the Mecanum wheel, and it can be considered that a large number of small rollers are attached to each barrel roller instead of the barrel rollers.

この車輪は、樽型のローラーを取り付けたメカナムホイールと比較して、軽量でクッション性のあるメカナムホイールを実現している。しかし、樽型のローラーを取り付けたメカナムホイールと同様に、段差を乗り越えることは困難であった。   This wheel realizes a lightweight and cushioned Mecanum wheel compared to the Mecanum wheel with barrel-shaped rollers. However, as with Mecanum wheels with barrel-shaped rollers, it was difficult to get over the steps.

以上のように、従来の全方向移動車輪機構であるメカナムホイールは、平地での運用を想定しており、段差を乗り越えることは困難である、という問題点があった。   As described above, the Mecanum wheel, which is a conventional omnidirectional moving wheel mechanism, is assumed to be operated on a flat ground, and has a problem that it is difficult to get over a step.

米国特許第3876255号明細書U.S. Pat. No. 3,876,255

鈴森康一、山田紀之、脇元修一、妹尾典久、尾崎直人、山本明菜、岡本武光、野澤和志、RSJ2014AC3D2−05「螺旋状ワイヤロット構造をもつ新しいメカナムホイールの試作」第32回日本ロボット学会学術講演会 予稿集、日本、日本ロボット学会、2014年9月Suzumori Koichi, Yamada Noriyuki, Wakimoto Shuichi, Senoo Norihisa, Ozaki Naoto, Yamamoto Akina, Okamoto Takemitsu, Nozawa Kazushi, RSJ2014AC3D2-05 "Prototype of New Mecanum Wheel with Spiral Wire Lot Structure" The 32nd Annual Meeting of the Robotics Society of Japan Lecture Proceedings, Japan, Robotics Society of Japan, September 2014

本発明の目的は、車体の向きを変えることなく前後左右斜め方向という全方向の移動ができ、更に段差を乗り越えることができ、不整地での走行に適した、全方向移動車輪機構を提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an omnidirectional moving wheel mechanism that can move in all directions such as front, back, left, and right, oblique directions without changing the direction of the vehicle body, can further overcome a step, and is suitable for traveling on rough terrain. That is.

請求項1に記載の発明によれば、複数のローラーを、弓形金具に、ローラーの回転方向が弓形金具の長手方向となるように、弓形金具の弓形の曲線に沿って取り付けた、2つ以上の弓形ユニットと、車輪基部と、を備え、2つ以上の弓形ユニットが、それぞれ、車輪基部の周方向に相互にずらして取り付けられて、車輪を構成する、全方向移動車輪機構であって、弓形ユニットの各々は、車輪基部に、弓形金具の長手方向が車輪の回転方向に対して傾斜するように取り付けられている、全方向移動車輪機構が提供される。   According to the first aspect of the present invention, two or more rollers are attached to the arcuate fitting along the arcuate curve of the arcuate fitting so that the rotation direction of the roller is the longitudinal direction of the arcuate fitting. An omnidirectional moving wheel mechanism comprising two arcuate units and a wheel base, wherein two or more arcuate units are attached to each other in the circumferential direction of the wheel base to constitute a wheel, Each of the arcuate units is provided with an omnidirectional moving wheel mechanism that is attached to the wheel base so that the longitudinal direction of the arcuate fitting is inclined with respect to the rotational direction of the wheel.

すなわち、請求項1の発明では、複数のローラーを備える2つ以上の弓形ユニットが、それぞれ、車輪基部の周方向に相互にずらして保持されて、車輪を構成しており、弓形ユニットの各々は、車輪基部に、弓形金具の長手方向が車輪の回転方向に対して傾斜するように取り付けられているので、請求項1の発明の全方向移動車輪機構を備えた車両は、車体の向きを変えることなく前後左右斜め方向という全方向の移動ができる。
また、弓形ユニットの各々は、車輪基部に、弓形金具の長手方向が車輪の回転方向に対して傾斜するように取り付けられているので、段差がある場合には、車輪が回転したときに、弓形ユニットの一つが段差に上から引っかかり、段差を乗り越えることができる。
That is, in the invention of claim 1, two or more arcuate units each having a plurality of rollers are held while being shifted from each other in the circumferential direction of the wheel base portion, and each of the arcuate units is Since the longitudinal direction of the arcuate bracket is attached to the wheel base so as to be inclined with respect to the rotation direction of the wheel, the vehicle equipped with the omnidirectional moving wheel mechanism of the invention of claim 1 changes the direction of the vehicle body. It is possible to move in all directions such as front, back, left, and right diagonal directions.
In addition, each of the arcuate units is attached to the wheel base so that the longitudinal direction of the arcuate fitting is inclined with respect to the rotation direction of the wheel. One of the units gets caught on the step and can get over the step.

請求項2に記載の発明によれば、更に、弓形ユニットの各々に対応するユニット保持軸を備え、ユニット保持軸の各々が、車輪基部に取り付けられ、弓形ユニットの各々は、ユニット保持軸を介して車輪基部に取り付けられ、弓形ユニットの各々は、ユニット支持部品によって、ユニット保持軸に、弓形金具の長手方向が車輪の回転方向に対して傾斜するように取り付けられ、また、ユニット保持軸に対して摺動可能に取り付けられ、ユニット保持軸には、ユニット保持軸の両端部とユニット支持部品との間に、それぞればねが取り付けられ、弓形ユニットがユニット保持軸に対して摺動すると、ばねによる反力が作用する、請求項1に記載の全方向移動車輪機構が提供される。   According to the second aspect of the present invention, a unit holding shaft corresponding to each of the arcuate units is further provided, each of the unit holding shafts is attached to the wheel base, and each of the arcuate units is interposed via the unit holding shaft. Each of the arcuate units is attached to the unit holding shaft by the unit support component so that the longitudinal direction of the arcuate bracket is inclined with respect to the rotational direction of the wheel. The unit holding shaft is attached with springs between both ends of the unit holding shaft and the unit support parts. When the arcuate unit slides with respect to the unit holding shaft, An omnidirectional moving wheel mechanism according to claim 1, wherein a reaction force acts is provided.

すなわち、請求項2の発明では、弓形ユニットの各々は、車輪基部に取り付けられた、対応するユニット保持軸に、弓形金具の長手方向が車輪の回転方向に対して傾斜するように、また、ユニット保持軸に対して摺動可能に取り付けられており、弓形ユニットの各々がユニット保持軸上を摺動する場合に、ばねによる反力が作用するので、段差がある場合には、車輪が回転したときに、弓形ユニットの一つが段差を確実に捉えることができ、段差に上から引っかかり、段差を乗り越えることができる。   That is, in the invention of claim 2, each of the arcuate units is attached to the corresponding unit holding shaft attached to the wheel base so that the longitudinal direction of the arcuate bracket is inclined with respect to the rotation direction of the wheel. It is slidably attached to the holding shaft, and when each of the arcuate units slides on the unit holding shaft, a reaction force is exerted by the spring. Sometimes one of the arcuate units can catch the step reliably, get caught on the step and get over the step.

請求項3に記載の発明によれば、全方向移動車両であって、全方向移動車両を駆動する車輪の各々が、請求項1又は2に記載の全方向移動車輪機構と、全方向移動車輪機構の回転中心に取り付けられた駆動軸と、駆動軸を駆動する駆動装置と、を備え、車輪の各々の回転方向と回転速度を、個別に制御する、全方向移動車両が提供される。   According to invention of Claim 3, it is an omnidirectional mobile vehicle, Comprising: Each of the wheel which drives an omnidirectional mobile vehicle is the omnidirectional mobile wheel mechanism of Claim 1 or 2, and an omnidirectional mobile wheel. An omnidirectional vehicle is provided that includes a drive shaft attached to the center of rotation of the mechanism and a drive device that drives the drive shaft, and individually controls the rotational direction and rotational speed of each wheel.

すなわち、請求項3の発明では、請求項1又は2に記載の全方向移動車輪機構を備え、車体の向きを変えることなく前後左右斜め方向という全方向の移動ができ、段差を乗り越えることができる、全方向移動車両が提供される。   That is, the invention according to claim 3 is provided with the omnidirectional moving wheel mechanism according to claim 1 or 2, and can move in all directions such as front and rear, right and left, and oblique directions without changing the direction of the vehicle body, and can overcome a step. An omnidirectional vehicle is provided.

各請求項に記載の発明によれば、車体の向きを変えることなく前後左右斜め方向という全方向の移動ができ、更に段差を乗り越えることができ、不整地での走行に適した、全方向移動車輪機構を提供する、という共通の効果を奏する。   According to the invention described in each claim, it is possible to move in all directions such as front, rear, left and right without changing the direction of the vehicle body, and moreover, can step over the steps, and is suitable for traveling on rough terrain. There is a common effect of providing a wheel mechanism.

本発明の1つの実施形態における全方向移動車輪機構の図であり、(A)は正面図、(B)は斜視図、(C)は底面図、(D)は側面図である。It is a figure of the omnidirectional movement wheel mechanism in one embodiment of the present invention, (A) is a front view, (B) is a perspective view, (C) is a bottom view, (D) is a side view. 本発明の1つの実施形態における弓形ユニットの斜視図である。It is a perspective view of the arcuate unit in one embodiment of the present invention. 本発明の1つの実施形態における全方向移動車輪機構を4輪駆動車に取り付けた図であり、(A)は上面図、(B)は斜視図、(C)は正面図、(D)は側面図である。It is the figure which attached the omnidirectional movement wheel mechanism in one embodiment of the present invention to the four-wheel drive vehicle, (A) is a top view, (B) is a perspective view, (C) is a front view, (D) is It is a side view. 本発明の1つの実施形態における全方向移動車輪機構が段差を乗り越える場合を説明する図であり、(A)は車輪の弓形ユニットが段差に到達したときの車輪の正面図であり、(B)はその側面図であり、(C)は車輪の弓形ユニットが段差に上から引っかかるときの車輪の正面図であり、(D)はその側面図であり、(E)は車輪の弓形ユニットの端部分を支えにして車輪自身が持ち上がるときの、車輪が持ち上がりはじめた状態の正面図であり、(F)はその側面図であり、(G)は車輪の弓形ユニットの端部分を支えにして車輪自身が持ち上がるときの、車輪の持ち上がりが進んだ状態の正面図であり、(H)はその側面図であり、(I)は車輪の弓形ユニットの端部分を支えにして車輪自身が持ち上がるときの、車輪の持ち上がりが完了した状態の正面図であり、(J)はその側面図である。It is a figure explaining the case where the omnidirectional movement wheel mechanism in one embodiment of the present invention gets over a level difference, (A) is a front view of a wheel when a bow unit of a wheel reaches a level difference, (B) Is a side view thereof, (C) is a front view of the wheel when the arcuate unit of the wheel is caught on the step from above, (D) is a side view thereof, and (E) is an end of the arcuate unit of the wheel. It is a front view of the state where the wheel has begun to lift when the wheel itself is lifted with the portion supported, (F) is a side view thereof, and (G) is a wheel supported by the end portion of the arcuate unit of the wheel. It is a front view of a state in which the wheel is lifted when it is lifted, (H) is a side view thereof, and (I) is when the wheel itself is lifted by supporting the end portion of the wheel arcuate unit. The lifting of the wheel Is a front view of a completion state, (J) is a side view thereof. 本発明の1つの実施形態における全方向移動車輪機構を取り付けた4輪駆動車が段差を乗り越える場合の、段差との位置関係を説明する図であり、(A)は段差が4輪駆動車と平行関係にある上面図であり、(B)は段差が4輪駆動車と斜め方向の関係にある上面図である。It is a figure explaining the positional relationship with a level | step difference when the four-wheel drive vehicle which attached the omnidirectional movement wheel mechanism in one embodiment of this invention gets over a level | step difference, (A) is a level | step difference with a four-wheel drive vehicle. It is a top view in a parallel relationship, and (B) is a top view in which a step is in an oblique relationship with a four-wheel drive vehicle.

以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明するが、添付図面は本発明を説明するためのものであり、本発明を、添付図面に示された実施形態に限定するものではない。なお、複数の添付図面において、同一又は相当する部材には、同一の符号を付している。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the accompanying drawings are for explaining the present invention, and the present invention is not limited to the embodiments shown in the accompanying drawings. In the plurality of accompanying drawings, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals.

図1の(A)〜(D)は、本発明の1つの実施形態における全方向移動車輪機構10を、それぞれ異なる方向から示したものであり、1つの全方向移動車輪機構10は、円形状の車輪を形成するために、2つ以上の弓形ユニット20を備え、相互に干渉せずに円形状の車輪を形成する限り、多数の弓形ユニット20を備えることが可能である。   (A)-(D) of FIG. 1 shows the omnidirectional moving wheel mechanism 10 in one embodiment of this invention from a respectively different direction, and one omnidirectional moving wheel mechanism 10 is circular shape. As long as two or more arcuate units 20 are provided to form a single wheel, and a circular wheel is formed without interfering with each other, it is possible to have multiple arcuate units 20.

図1の実施形態では、1つの全方向移動車輪機構10は、3つの弓形ユニット20と、車輪支持板11、12と車輪補強部品13とによって構成された車輪基部と、各弓形ユニットに対応するユニット保持軸14と、を備えており、ユニット保持軸14は、両端部を車輪支持板11と12とによって支持されている。図1の実施形態では、各弓形ユニットには、ユニット保持軸14が2つずつ対応しており、合計6つのユニット保持軸14が、3つの弓形ユニット20を車輪基部の周方向に相互に120°ずらして保持するように配置され、1つの車輪を構成している(図1(D))。   In the embodiment of FIG. 1, one omnidirectional wheel mechanism 10 corresponds to each arcuate unit, three arcuate units 20, a wheel base constituted by wheel support plates 11, 12 and a wheel reinforcement component 13. A unit holding shaft 14, and the unit holding shaft 14 is supported by wheel support plates 11 and 12 at both ends. In the embodiment of FIG. 1, each of the arcuate units has two unit holding shafts 14, and a total of six unit holding shafts 14, each of which has three arcuate units 20 in the circumferential direction of the wheel base 120. It is arranged so as to be held at a shifted angle, and constitutes one wheel (FIG. 1D).

また、弓形ユニット20の各々は、ユニット支持部品(図2の符号24と26)によって、ユニット保持軸14に、弓形金具25の長手方向が車輪の回転方向に対して傾斜するように、摺動可能に取り付けられている。   Each of the arcuate units 20 is slid on the unit holding shaft 14 so that the longitudinal direction of the arcuate bracket 25 is inclined with respect to the rotation direction of the wheel by the unit support parts (reference numerals 24 and 26 in FIG. 2). It is attached as possible.

弓形ユニット20の各々の、弓形金具の長手方向が車輪の回転方向に対して傾斜した取り付けは、後述するように、車輪が回転したときに、弓形ユニットの一つが段差に上から引っかかるようにするためのものである。したがって、弓形ユニット同士が干渉しない限り、車輪の回転方向に対して0°を越え、90°未満の範囲の任意の傾斜角度でユニット保持軸14に取り付けて、段差への乗揚げ機能を発揮することができる。   The attachment of each of the arcuate units 20 in which the longitudinal direction of the arcuate fitting is inclined with respect to the rotation direction of the wheel causes one of the arcuate units to be caught on the step from above when the wheel rotates, as will be described later. Is for. Therefore, as long as the arcuate units do not interfere with each other, they are attached to the unit holding shaft 14 at an arbitrary inclination angle in the range of more than 0 ° and less than 90 ° with respect to the rotation direction of the wheel, and the function of climbing to the step is exhibited. be able to.

図1に示す実施形態では、弓形ユニット20の各々の、弓形金具25の長手方向が車輪の回転方向に対してなす傾斜角度が、45°である場合を示している。   In the embodiment shown in FIG. 1, the inclination angle formed by the longitudinal direction of the arcuate fitting 25 with respect to the rotational direction of the wheel of each arcuate unit 20 is 45 °.

そして、弓形ユニット20は、ユニット保持軸14に対して、ユニット支持部品26に取り付けられたユニット直線摺動部品27(図2参照)を介して、軸方向に摺動可能に取り付けられている。   The arcuate unit 20 is attached to the unit holding shaft 14 so as to be slidable in the axial direction via a unit linear sliding part 27 (see FIG. 2) attached to the unit support part 26.

ユニット保持軸14には、ユニット保持軸14の両端の車輪支持板11、12と、ユニット支持部品26と、の間に、ばね15が、それぞれ取り付けられており、弓形ユニット20がユニット保持軸14に対して摺動すると、車輪支持板11と12のどちらの方向に摺動しても、ばね15による反力が作用するようにされている。   A spring 15 is attached to the unit holding shaft 14 between the wheel support plates 11 and 12 at both ends of the unit holding shaft 14 and the unit support component 26, and the arcuate unit 20 is attached to the unit holding shaft 14. When the sliding is performed, the reaction force by the spring 15 is applied regardless of which direction the wheel support plates 11 and 12 slide.

図2は、本発明の1つの実施形態における弓形ユニット20を示した図であり、弓形ユニット20は、弓形金具25を備え、弓形金具25には、複数のローラー21が、各ローラーに対応するローラー保持軸22によって、各ローラー21の回転方向が弓形金具25の長手方向となるように、弓形金具25の弓形の曲線に沿って取り付けられている。   FIG. 2 is a diagram illustrating an arcuate unit 20 according to an embodiment of the present invention, and the arcuate unit 20 includes an arcuate bracket 25, and a plurality of rollers 21 correspond to each roller in the arcuate bracket 25. The roller holding shaft 22 is attached along the arcuate curve of the arcuate fitting 25 so that the rotation direction of each roller 21 is the longitudinal direction of the arcuate fitting 25.

上述の、弓形ユニット20の各々の、弓形金具の長手方向が車輪の回転方向に対して傾斜した取り付けは、ユニット支持部品24と26との相互の取り付け角度を変えることによって、弓形ユニット20の各々が干渉しない限り、車輪の回転方向に対して0°を越え、90°未満の範囲の任意の傾斜角度とすることができる。   The above-described attachment of each of the arcuate units 20 in which the longitudinal direction of the arcuate fitting is inclined with respect to the rotation direction of the wheel is performed by changing the mutual attachment angle of the unit support parts 24 and 26 to each of the arcuate units 20. As long as there is no interference, any inclination angle in the range of more than 0 ° and less than 90 ° with respect to the rotation direction of the wheel can be obtained.

更に、ユニット直線摺動部品27の、弓形金具25に対する取り付け位置は、ユニット支持部品24の、弓形金具25に対する取り付け位置を変えることにより、弓形金具25の長さの範囲内の任意の位置とすることができる。   Furthermore, the mounting position of the unit linear sliding component 27 with respect to the arcuate bracket 25 is set to an arbitrary position within the range of the length of the arcuate bracket 25 by changing the mounting position of the unit support component 24 with respect to the arcuate bracket 25. be able to.

図1、2に示す実施形態では、ユニット直線摺動部品27の取り付け位置は、車両の左右の移動における段差乗り越えに対し、上面視における車輪の外側と内側とが同等の機能を発揮するように、弓形金具25の長さ方向に対して中央の位置に取り付けられている。   In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the mounting position of the unit linear sliding component 27 is such that the outside and inside of the wheel in the top view perform the same function with respect to overcoming the step in the left and right movement of the vehicle. The arcuate fitting 25 is attached at a central position with respect to the length direction.

以上説明したように、本発明では、弓形ユニット20の各ローラー21は、それぞれ弓形金具25の長手方向と同一の方向に回転するように保持されており、図1、2に示す実施形態から明らかなように、本発明の弓形ユニットを取り付けた全方向移動車輪機構は、特許文献1に記載のメカナムホイールや、非特許文献1に記載の改良されたメカナムホイールとは、ローラーの回転方向が異なり、メカナムホイールとは異なった機構を構成している。   As described above, in the present invention, each roller 21 of the arcuate unit 20 is held so as to rotate in the same direction as the longitudinal direction of the arcuate fitting 25, and is apparent from the embodiment shown in FIGS. As described above, the omnidirectional moving wheel mechanism to which the bow unit of the present invention is attached is different from the Mecanum wheel described in Patent Document 1 and the improved Mecanum wheel described in Non-Patent Document 1 in the rotation direction of the roller. However, the mechanism is different from the Mecanum wheel.

本発明の全方向移動車輪機構を利用して、全方向移動車両を構成する場合には、車両を駆動する車輪の各々を、本発明の全方向移動車輪機構とし、各駆動車輪の回転方向と回転速度を個別に制御することによって、全方向移動の目的を達成することができる。   When configuring an omnidirectional vehicle using the omnidirectional moving wheel mechanism of the present invention, each of the wheels that drive the vehicle is the omnidirectional moving wheel mechanism of the present invention, and the rotational direction of each drive wheel is By individually controlling the rotational speed, the purpose of omnidirectional movement can be achieved.

図3は、本発明の全方向移動車輪機構(以下、単に「車輪」とも言う)を4つ、4輪駆動の車両として配置した場合の実施形態である。それぞれの車輪を独立に、駆動力伝達軸32の回転制御をすることにより、車体の向きを変えることなく、前後、左右、斜め方向、という全方向に移動することができる。   FIG. 3 shows an embodiment in which four omnidirectionally moving wheel mechanisms (hereinafter also simply referred to as “wheels”) of the present invention are arranged as four-wheel drive vehicles. By independently controlling the rotation of the driving force transmission shaft 32, each wheel can be moved in all directions including front and rear, left and right, and diagonal directions without changing the direction of the vehicle body.

すなわち、4輪駆動の場合には、車両30の前後方向に延びる中心軸に対して左右対称に、また、車両30の左右方向に延びる中心軸に対して前後対称に、全方向移動車輪機構を取り付け、それぞれの車輪を独立に回転制御することにより、全方向に移動することができる。   That is, in the case of four-wheel drive, the omnidirectional moving wheel mechanism is symmetrically set with respect to the central axis extending in the front-rear direction of the vehicle 30 and symmetrical with respect to the central axis extending in the left-right direction of the vehicle 30. By attaching and controlling the rotation of each wheel independently, it is possible to move in all directions.

図4は、段差部での段差乗り越えの動作を説明する図であり、本発明の全方向移動車輪機構は、弓形ユニットの端部分が段差に引っかかり、車輪自身が持ち上がることによって、段差を乗り越えることができる。   FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of overcoming the step at the stepped portion. The omnidirectional moving wheel mechanism of the present invention can get over the stepped portion by the end portion of the arcuate unit being caught by the step and the wheel itself being lifted. Can do.

すなわち、車輪が段差に到達すると、段差と接触する弓形ユニットは、図4の(A)(B)に示すように、段差から受ける反力によって、ユニット保持軸に沿って後ろに下がる。   That is, when the wheel reaches the step, the arcuate unit that comes into contact with the step is lowered rearward along the unit holding shaft by the reaction force received from the step, as shown in FIGS.

次に、図4の(C)(D)に示すように、その場で車輪が回転し、弓形ユニットの一つが段差に上から引っかかる。   Next, as shown in FIGS. 4C and 4D, the wheel rotates on the spot, and one of the arcuate units is caught on the step from above.

更に、図4の(E)(F)に示すように、車輪が回転することによって、弓形ユニットの端部分を支えにして、車輪自身が持ち上がる。   Further, as shown in FIGS. 4E and 4F, when the wheel rotates, the wheel itself is lifted by supporting the end portion of the arcuate unit.

更に、図4の(G)(H)に示すように、段差と接触していた弓形ユニットは、反力が無くなったことにより、ばねの力によって軸の中央部に戻る。   Further, as shown in FIGS. 4G and 4H, the arcuate unit that is in contact with the step returns to the central portion of the shaft by the force of the spring due to the absence of the reaction force.

そして、最終的に、図4の(I)(J)に示すように、車輪のすべての部分が、段差よりも上に到達する。   And finally, as shown to (I) (J) of FIG. 4, all the parts of a wheel reach | attain above a level | step difference.

以上の動作において、図5(A)に示すように、車体31の向きが段差に対して平行に進入する場合のみならず、図5(B)に示すように、車体31の向きが段差に対して斜めに進入する場合であっても、上述のように、弓形ユニットの端部分が段差に引っかかることができるので、段差を乗り越えることができる。   In the above operation, as shown in FIG. 5A, not only the direction of the vehicle body 31 enters parallel to the step, but also the direction of the vehicle body 31 changes to the step as shown in FIG. Even in the case of entering obliquely, the end portion of the arcuate unit can be caught by the step as described above, so that the step can be overcome.

最大段差乗り越え高さに関しては、図4(C)に示すように、弓形ユニットの端部分が引っかかる高さであるかどうかによって決まる。従って、大きな段差を乗り越える目的のためには、外径が大きな車輪を選択することができ、目的に応じて、車輪の大きさを決定すればよい。   As shown in FIG. 4C, the maximum height over the step is determined depending on whether or not the end portion of the arcuate unit is caught. Therefore, a wheel with a large outer diameter can be selected for the purpose of overcoming a large level difference, and the size of the wheel may be determined according to the purpose.

1つの実施形態として、例えば図1、2に示す実施形態では、車輪直径を254mmとする場合には、200mm程度の高さの段差を乗り越えることができる。   As one embodiment, for example, in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, when the wheel diameter is 254 mm, a step having a height of about 200 mm can be overcome.

以上の実施形態の説明では、全方向移動車輪機構を4つ取り付けた全方向移動車両の実施形態を説明したが、4つ以外の個数の全方向移動車輪機構を備え、各全方向移動車輪機構の回転方向と回転速度を個別に制御することにより、様々な全方向移動車両を構成することができる。   In the above description of the embodiment, the embodiment of the omnidirectional vehicle equipped with four omnidirectional wheel mechanisms has been described. However, the omnidirectional wheel mechanism includes a number of omnidirectional wheel mechanisms other than four. Various omnidirectional vehicles can be configured by individually controlling the rotation direction and rotation speed of the vehicle.

例えば、全方向移動車輪機構を3つ取り付ける場合には、各全方向移動車輪機構を、各車輪のローラーの回転方向がすべて平行とはならないように配置し、各車輪の回転方向と回転速度を個別に制御することにより、全方向に移動することができる車両を構成することができる。   For example, when three omnidirectional wheel mechanisms are installed, the omnidirectional wheel mechanisms are arranged such that the rotation directions of the rollers of each wheel are not all parallel, and the rotation direction and rotation speed of each wheel are determined. By individually controlling, a vehicle that can move in all directions can be configured.

従来の全方位移動車両は、フォークリフト等において、平地でのみ運用されているが、本発明の全方向移動車輪機構を採用すれば、段差を乗り越えることができるので、不整地等の、障害物が存在する場所であっても、障害物を乗り越えて移動することが可能である。   Conventional omnidirectional vehicles are operated only on flat ground in forklifts and the like, but if the omnidirectional moving wheel mechanism of the present invention is adopted, steps can be overcome, so that obstacles such as rough terrain can be avoided. Even where it exists, it is possible to move over obstacles.

具体的には、従来のフォークリフトへの適用はもとより、凹凸のある床や段差のある床を有する工場内の移動車両、道幅の狭い屋外での作業用車両、車いす、災害等で瓦礫が多く発生した場所での移動車両、衛星や惑星の表面探査機等、様々な移動車両への用途拡大が可能である。   Specifically, not only was it applied to conventional forklifts, but there were many rubble due to mobile vehicles in factories with uneven or stepped floors, narrow-width outdoor work vehicles, wheelchairs, disasters, etc. Applications can be expanded to various mobile vehicles such as mobile vehicles at the site, satellite and planetary surface probes.

10 全方向移動車輪機構
11 車輪支持板
12 車輪支持板
13 車輪補強部品
14 ユニット保持軸
15 ばね
20 弓形ユニット
21 ローラー
22 ローラー保持軸
23 ユニット支持部品
24 ユニット支持部品
25 弓形金具
26 ユニット支持部品
27 ユニット直線摺動部品
30 車両
31 車体
32 駆動力伝達軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Omni-directional moving wheel mechanism 11 Wheel support plate 12 Wheel support plate 13 Wheel reinforcement component 14 Unit holding shaft 15 Spring 20 Arc unit 21 Roller 22 Roller holding shaft 23 Unit support component 24 Unit support component 25 Bow-shaped metal fitting 26 Unit support component 27 Unit Linear sliding parts 30 Vehicle 31 Vehicle body 32 Driving force transmission shaft

Claims (2)

複数のローラーを、弓形金具に、前記ローラーの回転方向が前記弓形金具の長手方向となるように、前記弓形金具の弓形の曲線に沿って取り付けた、2つ以上の弓形ユニットと、
車輪基部と、
を備え、
前記2つ以上の弓形ユニットが、それぞれ、前記車輪基部の周方向に相互にずらして取り付けられて、車輪を構成する、全方向移動車輪機構であって、
前記弓形ユニットの各々は、前記車輪基部に、前記弓形金具の長手方向が車輪の回転方向に対して傾斜するように取り付けられており
更に、前記弓形ユニットの各々に対応するユニット保持軸を備え、
前記ユニット保持軸の各々が、前記車輪基部に取り付けられ、
前記弓形ユニットの各々は、前記ユニット保持軸を介して前記車輪基部に取り付けられ、
前記弓形ユニットの各々は、ユニット支持部品によって、前記ユニット保持軸に、前記弓形金具の長手方向が車輪の回転方向に対して傾斜するように取り付けられ、また、前記ユニット保持軸に対して摺動可能に取り付けられ、
前記ユニット保持軸には、前記ユニット保持軸の両端部と前記ユニット支持部品との間に、それぞればねが取り付けられ、前記弓形ユニットが前記ユニット保持軸に対して摺動すると、前記ばねによる反力が作用する、
全方向移動車輪機構。
Two or more arcuate units in which a plurality of rollers are attached to the arcuate fitting along the arcuate curve of the arcuate fitting such that the rotational direction of the roller is the longitudinal direction of the arcuate fitting;
A wheel base,
With
The two or more arcuate units are omnidirectionally moving wheel mechanisms that are attached to each other in a circumferential direction of the wheel base to constitute a wheel,
Each of said arcuate units, the wheel base, the longitudinal direction of the arcuate bracket is attached so as to be inclined with respect to the rotational direction of the wheel,
Furthermore, a unit holding shaft corresponding to each of the bow units is provided,
Each of the unit holding shafts is attached to the wheel base,
Each of the arcuate units is attached to the wheel base via the unit holding shaft,
Each of the arcuate units is attached to the unit holding shaft by a unit support component so that the longitudinal direction of the arcuate bracket is inclined with respect to the rotation direction of the wheel, and slides with respect to the unit holding shaft. Can be attached,
A spring is attached to each of the unit holding shafts between both end portions of the unit holding shaft and the unit support component, and when the arcuate unit slides with respect to the unit holding shaft, a reaction force by the springs Act,
Omni-directional moving wheel mechanism.
全方向移動車両であって、
前記全方向移動車両を駆動する車輪の各々が、
請求項に記載の全方向移動車輪機構と、
前記全方向移動車輪機構の回転中心に取り付けられた駆動軸と、
前記駆動軸を駆動する駆動装置と、を備え、
前記車輪の各々の回転方向と回転速度を、個別に制御する、全方向移動車両。
An omnidirectional vehicle,
Each of the wheels driving the omnidirectional vehicle is
An omnidirectional moving wheel mechanism according to claim 1 ;
A drive shaft attached to the center of rotation of the omnidirectional moving wheel mechanism;
A drive device for driving the drive shaft,
An omnidirectional vehicle that individually controls the rotational direction and rotational speed of each of the wheels.
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