オムニホイル及び全方向移動装置
【課題】
ホイル径を大きくすることなく、容積が嵩まないコンパクトなものとしてモーターイン機構を達成するオムニホイル及び全方向移動装置を提供することを課題とする。
【解決手段】
この発明のオムニホイルは、第一の回動軸で回動可能なローラーフレーム１を一個又は複数個具備してなるものであって、前記ローラーフレーム１は、それ自体の周縁に沿って複数のフリーローラー２を保持すると共に、それ自体の内部に、ローラーフレーム自体を第一の回動軸回りに回動させるフレーム回動手段４を収容してなることを特徴とする。また前記オムニホイルにおいて、フレーム回動手段４は、ローラーフレーム１をアウトローターとするアウトローター式駆動機構としても良い。
ホイル径を大きくすることなく、容積が嵩まないコンパクトなものとしてモーターイン機構を達成するオムニホイル及び全方向移動装置を提供することを課題とする。
【解決手段】
この発明のオムニホイルは、第一の回動軸で回動可能なローラーフレーム１を一個又は複数個具備してなるものであって、前記ローラーフレーム１は、それ自体の周縁に沿って複数のフリーローラー２を保持すると共に、それ自体の内部に、ローラーフレーム自体を第一の回動軸回りに回動させるフレーム回動手段４を収容してなることを特徴とする。また前記オムニホイルにおいて、フレーム回動手段４は、ローラーフレーム１をアウトローターとするアウトローター式駆動機構としても良い。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、全方向移動装置の駆動輪としてのオムニホイル及びそれを備えた全方向移動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、全方向移動体に備えられる全方向ホイル（オムニホイル）として、ローラーフレームの周方向に３個のローラーが回動自在に設けられてホイル構成体が形成され、該ホイル構成体が２個互いのローラーの位相をずらして固定されたものが存在する（例えば、特許文献１参照）。このように固定されたホイル構成体は、全方向移動体に水平の回動軸にて回動可能に設けられる。また、全方向移動体の平面視略中心で交差した複数の車軸のそれぞれ両端に、それぞれの側面が平面視略中心を向くようにして複数輪が設けられる。
【０００３】
しかしながら、前記従来のオムニホイルでは、モーターをホイルの外部へ外装しなければならない。全方向移動のためにはホイルごとに独立駆動モーターが必要なため、全方向移動装置全体として複数のモーターや駆動力伝達機構が必要であり、容積がかさむものであった。
【０００４】
また、このような従来のオムニホイルでは、周囲に複数のローラーを支持し、また構成体が互いの位相をずらして固定されるという構造上、ホイル径を大きくしなければホイルインモーターとすることが出来ないものであった。
【０００５】
【特許文献１】特開平２−２４９７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、ホイル径を大きくすることなく、容積が嵩まないコンパクトなものとしてモーターイン機構を達成するオムニホイル及び全方向移動装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、下記（１）ないし（５）の手段を採用する。
【０００８】
（１）この発明のオムニホイルは、第一の回動軸で回動（すなわち、正逆方向へ回転）可能なローラーフレーム１を一個又は複数個具備してなるものであって、前記ローラーフレーム１は、それ（ローラーフレーム）自体の周縁に沿って複数のフリーローラー２を保持すると共に、それ（ローラーフレーム）自体の内部に、ローラーフレーム自体を第一の回動軸回りに回動させるフレーム回動手段４を収容してなることを特徴とする。
【０００９】
（２）また前記オムニホイルにおいて、フレーム回動手段４は、ローラーフレーム１をアウトローターとするアウトローター式駆動機構としても良い。
【００１０】
この様なものであれば、ローラーフレーム１自体がアウトローターの回動部として高速回動する。周囲のホイルとなるローラーフレームをハウジング型の回動部として一体化しているため、軸回動の伝達機構が不要となる。例えば、内軸回動モーターのように、軸回動力をホイルボックスで外周ホイルに伝えたり、軸及びホイル間の、振動等による軸ズレの吸収を行うことが不要となる。また、内軸回動モーターのようにハウジングされた回動機構を収容するものではなく、ローラーフレーム１を直接回動させるため、回動のための機構（例えば、電磁誘導体であるコイル）に比較的大きなスペースを確保できる。そして、例えば電磁誘導体として比較的大きな径のコイルを使用した場合には、ギヤ等の機械構造を組み込まなくても高トルクを得ることができる。機械式のギヤが不要となり簡易な構成で回動手段が成立するため、これらによって、簡易な機構で耐久性に優れ、安全性の高いオムニホイルとなる。
【００１１】
（３）また前記いずれかのオムニホイルは、ローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ１方向に沿う内部収容空間３を設け、この内部収容空間３に、アクチュエーター４１を備えた（略円柱状の）フレーム回動手段４を収容してなり、前記アクチュエーター４１は、それ自体の回動駆動軸がローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ１方向を向くように配設された回動アクチュエーター４１としても良い。
【００１２】
この様なものであれば、それ自体の回動駆動軸がローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ１方向を向くため、回動駆動力をローラーフレーム１へ安定して伝えることができる。
【００１３】
（４）また、前記いずれかのオムニホイルは、フレーム回動手段４が、遊星ギヤ４２２構造を含む回動ギヤ群（４２１〜４２３）を具備すると共に、遊星ギヤ４２２のギヤ軸４２２ｓの軸位置がホイルボックス４４に固定されてなることを特徴とする。
【００１４】
この様なものであれば、遊星ギヤ４２２構造のギヤ回動によって、遊星ギヤ４２２の軸位置が移動し、そのギヤ力がホイルボックス４４に出力される。これにより、安定したギヤ伝達と耐久性に優れたギヤを構成することができる。例えば、ホイルボックスがローラーフレームに固定されてローラーフレームと一体化してなることで、回動ギヤ群（４２１〜４２３）の軸力が、ローラーフレームに伝達される。
【００１５】
（５）また、本発明の全方向移動装置は、前記いずれかのオムニホイルが、移動装置への固定手段５を、各フレーム回動手段４に固定されたものとして具備すると共に、この固定手段５によって移動装置に複数輪固定されてなることを特徴とする。
【００１６】
この様な全方向移動装置は、各オムニホイルが内部にフレーム回動手段を収容し、それ自体で回動するため、駆動機構のスペースが不要であり、コンパクトものとなる。また比較的大きな足下重量となり、走行の安定したものとなる。特に、例えば振動の少ない滑らかな全方向移動を必要とする精密部品運搬用装置或いは歩行訓練用全方向移動体に好ましく利用できる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明のオムニホイルは、上述のような構成を有しており、フレーム回動手段を収容したモーターイン機構を達成することで、ホイル径を大きくすることなく、容積が嵩まないコンパクトなものとしてなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明の好適な実施形態を、各実施形態を示す図面を参照して説明する。図１及び図２は、本発明の実施例１のオムニホイルのそれぞれ正面図及び側断面説明図を示し、図３及び図４は実施例１のオムニホイルを備えた本発明の全方向移動装置の形態例について、それぞれ底面図及び側面図を示す。図５及び図６は、本発明の実施例２のオムニホイルのそれぞれ正面図及び側断面説明図を示す。図７及び図８は、本発明の実施例３のオムニホイルのそれぞれ正面図及び側断面説明図を示す。
【００１９】
この発明のオムニホイルは、略水平方向の第一の回動軸Ａ１回りで回動（すなわち、正逆方向へ回転）可能なローラーフレーム１を、一個又は複数個、第一の回動軸Ａ１を共通させて具備してなる。ローラーフレーム１は、第一の回動軸Ａ１を中心としたローラーフレーム１自体の周縁に沿って、複数のフリーローラー２を自由回動可能に保持する。またローラーフレーム１はその内部に、第一の回動軸Ａ１方向に沿う内部収容空間３を設け、この内部収容空間３に、ローラーフレーム１自体を第一の回動軸Ａ１回りに回動させるフレーム回動手段４を収容してなる。
【００２０】
また、本発明の全方向移動装置は、前記いずれかのオムニホイルを複数輪、各フレーム回動手段４を装置本体に固定してなることを特徴とする。このとき、各オムニホイルの車軸すなわち第一の回動軸Ａ１が可変しないものとして固定され、フレーム回動手段４による回動速度の調整によって任意の方向に移動する。以下、各構成を詳述する。
【実施例１】
【００２１】
（ローラーフレーム１）
ローラーフレーム１は、第一の回動軸Ａ１を中心として後述のフレーム回動手段４によって回動し、接地面上を転回可能である。このとき第一の回動軸Ａ１は、接地面に対して略水平である。
【００２２】
ローラーフレーム１が複数の場合、共通する第一の回動軸Ａ１を中心として互いに位相をずらして各列が列設固定される。また、それ自体の周縁に沿って、複数のフリーローラー２を同一平面上で保持してなる。ローラーフレーム１は、本実施例では第一のローラーフレーム１１及び第二のローラーフレーム１２のふたつである。この２枚が、２列、略水平軸方向の第一の回動軸Ａ１を共通軸とし、互いに位相をずらして列設固定してなる。２列の場合、ずらす位相の量は、ローラーフレームの正面視にてフリーローラー２の取り付け間隔の位相の半分である（図１の点線、或いは実施例２を示す図５参照）。ここで、全方向移動装置に固定した場合の平面視外側（図３にて略円形のフレームＦ１の円周外側）の列を第一のローラーフレーム１１とし、平面視内側（図３にて略円形のパイプフレームＦ１の中心側）の列を第二のローラーフレーム１２とする。第一及び第二それぞれのローラーフレーム１は略同一形状であり、それぞれ５個のフリーローラー２を同一平面上に等間隔に保持する。
【００２３】
（（第一及び第二の）ローラーフレーム１１、１２（１））
第一及び第二のローラーフレーム１２は、それ自体が共通の第一の回動軸Ａ１で転回する薄型の転回体からなる。第一の回動軸Ａ１を法線とする面を正面としたとき、図１に示すように、少なくとも５個のフリーローラー２を一平面内で等間隔に放射状に保持する。このときフリーローラー２の軸が、ローラーフレーム１の転回面内で正多角形を形成してなる。
【００２４】
第一のローラーフレーム１１と第二のローラーフレーム１２とは、第一の回動軸Ａ１を中心としたフリーローラー２の配置角度の半分だけ位相がずれて、列設される。実施例では第一及び第二のローラーフレーム１１、１２による２列の列設とすることで、厚さ方向（列を重ねる方向）にコンパクトなものとしているが、一つのオムニホイルを構成すべき列の数すなわちローラーフレーム１の枚数は３枚或いは４枚でもよい。
【００２５】
（フリーローラー２）
フリーローラー２は、各列のローラーフレーム１の周縁に沿って、複数個が同一平面上で自由回動可能に保持される。この同一平面は、接地面及び第一の回動軸Ａ１に対してそれぞれ垂直な面である。複数のフリーローラー２は、それぞれのローラーフレーム１において、第二ないし第六の回動軸（Ａ２〜Ａ６）で正逆方向に自由回動可能なローラーである。第二ないし第六の回動軸（Ａ２〜Ａ６）は、前記垂直な面内で第一の回動軸Ａ１を中心とする或る半径の円を書いた場合、この円の接線となる。複数のフリーローラー２は、各列のローラーフレーム１に於いて等間隔に保持されることが好ましい。また位相をずらして複数列のローラーフレーム１が列設固定される場合には、側面視にてローラーフレーム１が第一の回動軸Ａ１を中心として等間隔に配置されることが好ましい。このとき、複数のフリーローラー２は、各列のローラーフレームの周囲にて少なくともいずれかが接地する。各列のローラーフレーム１が同一平面上に保持するフリーローラー２の数は、少なくとも５個であると、後述する内部収容空間３を比較的大きなものとすることができる。
【００２６】
フリーローラー２は、図１に示すように、回動軸の両端から中央にかけて回動径が大きくなる軸対称かつ両軸方向対称の樽形のローラーである。実施例では５個のフリーローラー２が、ローラーフレーム１によって自由回動可能に軸支されて略垂直な一平面上に備えられる。フリーローラー２の軸は、第二ないし第六の回動軸Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６の五つであり、正面視にて第一の回動軸を中心とした多角形である正五角形として形成される（図２参照）。第二ないし第六の回動軸Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６のそれぞれを中心軸とする樽形のローラーが、ローラーフレーム１に自由回動可能に保持されたの両端面中央に軸穴２２を有し、この軸穴に略円柱型の軸体２１を自由回動可能に収容してなる。
【００２７】
前記の通り、複数列のローラーフレーム１が位相を変えて列設固定されることによって。図１に示すように、正面視にて一の列のフリーローラー２間の隙間を他の列のフリーローラー２間で補完しあうように配設され、正面視円形の接地部分を形成する。
【００２８】
フリーローラー２の数は、実施例では５個であるが、それ以上であれば６個、７個或いは８個以上でもよい。このようにフリーローラー２の数を５個以上としたことで、内部に第一の回動軸Ａ１を中心とする内部収容空間３を確保することが出来る。また各列のフリーローラー２の数が５個以上であって、かつ複数のローラーフレーム１を位相をずらして列設固定してなるものとすれば、ローラーフレーム１が第一の回動軸Ａ１回りに回動したとき、接地するフリーローラー間の距離Ｌ（図４参照）をより短いものとすることができる。このため振動が少なく走行安定性に優れたものとなる。
【００２９】
（内部収容空間３）
内部収容空間３は、ローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ１を中心軸とする円柱孔状の空間である。この内部収容空間３は、フレーム回動手段４の駆動機構の少なくとも一部を収容する空間である。複数のローラーフレーム１の場合、各列が列設固定されたうえでオムニホイル全体の第一の回動軸Ａ１付近にひとつの内部収容空間３が設けられる。内部収容空間３は、列設固定されたローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ１を中心として、複数列のローラーフレーム１によって、駆動装置等の機械構造の一部が両側面いずれからも極端に突出することなく、（好ましくは全く突出せずに完全に収容されている状態として）後述のフレーム回動手段４を内部収容するように設けられる。実施例ではローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ１を中心軸とする円柱孔状の空間であり、内部収容空間３自体よりも一回り小さい円柱状のフレーム回動手段４を、ベアリング、ホイルボックス等によって回動可能に収容する。
【００３０】
（フレーム回動手段４）
フレーム回動手段４は、略円柱状のアクチュエーター４１を備える。また、ローラーフレーム１の内部たる第一の回動軸Ａ１付近に、第一の回動軸Ａ１方向に沿う内部収容空間３を設け、この内部収容空間３に、アクチュエーター４１を備えた略円柱状のフレーム回動手段４を収容してなる。
【００３１】
アクチュエーター４１は、ローラーフレーム１の内部である内部収容空間に収容される。それ自体の回動駆動軸が第一の回動軸Ａ１方向を向くようにして配設された回動アクチュエーターであることが好ましい。この様なものであれば、それ自体の回動駆動軸がローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ１方向を向くため、回動駆動力をローラーフレーム１へ安定して伝えることができる。
【００３２】
フレーム回動手段４は、アクチュエーター４１たる電動モーターと、第一の回動軸Ａ１を中心としてローラーフレーム１の内外の両側面或いはいずれか一側面に設けられて電動モーターの駆動力を伝達する（と共に、ローラーフレーム１の振動や衝撃を緩衝する）ホイルボックス４４と、フレーム回動手段４の側部にてローラーフレーム１を周転可能に支承する側部ベアリング４３とを具備する。
【００３３】
具体的には、内軸回動電動モーターと回動ギヤ４２とが、円柱状のアクチュエーターユニット４０内に配設される。そして、このアクチュエーターユニット４０が、側周面に設けた複数列の側部ベアリング４３と、頂面中心に設けたホイルボックスとを介して、内部収容空間３内に収容される。
【００３４】
（アクチュエーター４１）
アクチュエーター４１は、それ自体の回動駆動軸がローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ１方向を向くように配設された回動駆動装置たる回動式電動モーターである。電動モーターの回動軸は、ローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ１と同方向を向き、第一の回動軸Ａ１より鉛直下方へ僅かに偏心する。この偏心によってローラーフレーム１の転回駆動に必要なトルクを容易に確保する。また鉛直下方へ偏心することで、重心位置を中心下方とし、安定した走行を可能とする。
【００３５】
具体的に使用可能なアクチュエーターたる内軸回動式電動モーターは、例えば１６極の永久磁石、及び４つの磁極片の三相巻線を具備した、出力３０Ｗ、無負荷回動数４４００ｒｐｍ、停動トルク２６０ｍＮｍ、スラストプリロード５Ｎ以上の、ブラシレス、ホールセンサ内蔵タイプのものである。
【００３６】
（回動ギヤ４２）
本実施例の回動ギヤ４２は、ホイルボックスの中央内部に連結される。電動モーターの駆動回動軸４１ｓを入力側とし、ギヤ出力軸４２ｓを出力側としてギヤ変換を行う。ギヤ軸４１ｓは側部外方向に突出し、ローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ１と共通する（図２）。
【００３７】
具体的に使用可能な回動ギヤ４２は、例えば連続及び断続それぞれの最大トルク２．０及び２．５Ｎｍ、直線歯ギヤヘッド、減速比１１１：１のものである。
【００３８】
（側部ベアリング４３）
側部ベアリング４３は、アクチュエーターユニット４０の側周面に、側周囲を亘るように複数列設けられる。実施例では転がり軸受けとしている。列数は、ローラーフレーム１の列数と共通することが好ましい。
【００３９】
（ホイルボックス４４）
ホイルボックス４４は、内部収容空間３内、及びローラーフレーム１の最外面上（図２の側面視にて向って右側の面上）に設けられて、アクチュエーター４１たる電動モーターの駆動力をローラーフレーム１に伝達すると共に、ローラーフレーム１の振動や衝撃を緩衝する。具体的には、最外列のローラーフレーム１たる第一のローラーフレーム１１の内部に収容されたカップリング機構と、このカップリング機構および第一のローラーフレーム１１の外側の略垂直面を覆う１ホイルキャップ４４ｃとを備えてなる。
【００４０】
カップリング機構は、ギヤ出力軸４２ｓに連結され、第一の回動軸Ａを軸とする略円柱体が、円形板を介してホイルキャップ４４ｃの内側に嵌入されてなり、カップリング構造の弾性機能により振動や衝撃を吸収する（図２）。ホイルキャップ４４ｃは、部分球冠の外側面を有し、その内側周縁が第一のローラーフレームの側面（図２の側面視にて向って右側の鉛直線部分）にボルト固定されてなる。
【００４１】
（全方向移動装置の形態例）
本発明のオムニホイルは、各フレーム回動手段４に固定された移動装置への固定手段を具備すると共に、前記固定手段によって、装置本体の下部に複数輪固定されてなる。すなわち、本発明のオムニホイルは、図３及び図４の全方向移動装置の形態例に示されるように、装置本体のフレームの下部に複数輪、平面視等間隔に配置固定することで、全方向移動装置に具備される。実施例１のオムニホイルを４輪、それぞれの第一の回動軸がいずれも略水平且つ等間隔となるようにフレームに固定されてなる、全方向移動装置である。具体的には、略円形の水平フレーム歩行訓練者用全方向移動体であり、図２に示されるように、本体への固定手段５たるＬ型アングルによって固定されるる。
【００４２】
図３及び図４の全方向移動装置は、理学療法等で使用される歩行訓練器である。その構成は主に、訓練者が後方の段差昇降部Ｆ１Ｇから入ることのできる、平面視略円形に曲がった下部パイプフレームＦ１と、下部パイプフレームの前方から立設した前方パイプフレームＦ２と、前方パイプフレームＦ２上端付近に設置された操作盤Ｏと、前方パイプフレームＦ２上端から平面視内側へ略水平方向に伸びた上肢支持部Ｈとからなる（図３、図４）。
【００４３】
前方パイプフレームＦ２の上部は具体的には、平面視内側に湾曲して２方向に伸び、平面視にて略Ｔ字の水平板を構成する。この水平板上面に操作板Ｏが固定され、支持部師支承ピンＨｐによって上肢支持部Ｈが水平位置調節可能に設けられる。
【００４４】
下部パイプフレームＦ１の両側部には、複数輪分のオムニホイルのフレーム回動手段４の駆動源たるバッテリーＢを備える。本発明はアクチュエーターユニット４０を内蔵したコンパクトなオムニホイルであるため、このように歩行訓練器に使用することで訓練者のための広いスペースが確保される。このことは安全性や歩行訓練の自由度を高める。また、実施例ではフリーローラー２数が一輪当り１０個と比較的多く、接地ローラー間の距離Ｌ（図４参照）が比較的短いため、従来のオムニホイルと比べて走行時の振動（ガタツキ）が少なく、歩行訓練器として適した滑らかな走行が可能になる。
【００４５】
本発明のオムニホイルのみを車輪として複数輪備えた全方向移動装置は、訓練者の向きをほぼ一定としたまま移動方向のみを適宜方向へかつ適宜速度で自走できる。このため、従来にない効果的な歩行訓練ができる。すなわち、全方向への複合的訓練により、歩行やバランス保持に重要な働きをする大殿筋、中殿筋、小殿筋等を効果的に訓練できる。その結果、早期回復や転倒予防の効果が期待できる。さらに、訓練者自身の方向指示で、訓練者の状態に合わせた速度制御ができるため、転倒防止効果がある。しかも、フレーム回動手段４によって駆動機構を内蔵しているため、訓練者（看者）の歩行スペースが確保でき、安全な歩行訓練をしうる。
【実施例２】
【００４６】
実施例２のオムニホイルを図５、図６に示す。実施例２のフレーム回動手段４は、ローラーフレーム１をアウトローターとするアウトローター式駆動機構（アウトローター型モーター）であることを特徴とする。具体的には、アクチュエーター４が、フレームＦ１に（固定手段５を介して）固定されるアクチュエーターユニット４０と、アクチュエーターユニット４０の周囲に固定された非回動コア部４５と、非回動コア部４５の周囲を回動するローターとしてのローラーフレーム１と、これら非回動コア部４５及びローラーフレーム１のいずれか片方ずつに内蔵される磁性体４６及び電磁誘導体４７と、を具備して構成される。アクチュエーターユニット４０、非回動コア部４５、及び非回動コア部４５に内蔵された磁性体４６と電磁誘導体４７のいずれかが、固定された非回動部として内部収容空間３内に配置される。
【００４７】
実施例では、磁性体４６が、Ｓ極、Ｎ極を交互に連続させて円環状に連なると共に、ローラーフレーム１内の内部収容空間３周りに軸対称位置に内蔵され、一組の電磁コイルからなる電磁誘導体４７が非回動コア部４５の両端にてドーナツ状に巻回されて内蔵される。なお電磁誘導体４７は、図示しないコミテーターにより磁性が切り替わる。
【００４８】
磁性体は、電磁誘導体の電磁気に反応する例えば永久磁性体をいい、実施例ではＳＮ両極を有する永久磁石である。Ｓ極の磁性体、Ｎ極の磁性体それぞれが、固定された電磁誘導体の周囲を取り囲むようにして断面視対称位置に配置される。
【００４９】
本実施例とは別の実施例として、Ｓ極、Ｎ極の一組の磁性体４６が非回動コア部４５に内蔵されると共に、一組の電磁コイルからなる電磁誘導体４７がローラーフレーム１内に内蔵されるものとしてもよい。例えばＳ極、Ｎ極それぞれの部分円柱型の磁性体４６が組み合わされて非回動コア部４５内へ略円筒状に配置され、また、電磁誘導体４７がローラーフレーム１内で内部収容空間３の内円筒面に沿って巻回されるものとしてもよい。
【００５０】
このような構造であれば、コイルの巻き数を確保することができるため、高トルクを発生するアクチュエーター４となる。またローラーフレーム１をハウジング型の回動部として一体化しているため、軸回動の伝達機構が不要となる。例えば、実施例１の内軸回動モーターのように、軸回動力をホイルボックスで外周ホイルに伝えたり、軸及びホイル間の、振動等による軸ズレの吸収を行うことが不要となる。また、実施例１の内軸回動モーターのようにハウジングされた回動機構を収容するものではなく、ローラーフレーム１を直接回動させるため、直接回動力を発生させる電磁誘導体や磁性体に比較的大きなスペースを確保できる。そして、例えば本実施例のように、電磁誘導体として比較的大きな径のコイルを使用した場合には、ギヤ等の機械構造を組み込まなくても十分なトルクを得ることができる。機械式のギヤが不要となり簡易な構成で回動手段が成立するため、これらによって、簡易な機構で耐久性に優れ、安全性の高いオムニホイルとなる。
【００５１】
さらに、比較的大型の側部ベアリング４３で外力の変動を吸収し支持する構造であるから、実施例１のアクチュエーター４１のような内軸回動型のモーターと比べて、モーター専用のベアリング構造が不要となる。
【００５２】
またアウトローター式駆動機構は、慣性モーメントの発生等により起動時・停止時の反応速度が内軸回動モーターと比べて一般的に遅いものとなるが、歩行訓練機器として本機構を採用した場合には、危険な急発進、急制動を機構上確実に抑えることができるため、理学療法上も好ましいものとなる。
【００５３】
本実施例の固定手段５はいわゆる片持ちタイプであり、Ｌ型アングル５０が、第一の回動軸Ａ１周りの複数の固定ボルト５１によって、アクチュエーターユニット４０に連結固定されると共に、固定ボルト５２によって下部パイプフレームＦ１の下面に螺止される。ホイルボックス４４は、固定ボルト５３によってアクチュエーターユニット４０の側面視外側に固定され、ホイルキャップ４４ｃとしての機能を果たす。このホイルボックス４４及びアクチュエーターユニット４０のそれぞれの側部周囲に、ローラーフレーム１を回動させる側部ベアリング４３が設けられる（図６）。アクチュエーターユニット４０は、第一の回動軸Ａ１を中心とする中空アクチュエーターシャフト４０ｐを有する（図６）。この中空シャフト４０ｐとともに、ボックス４４も中空ボックスシャフト４４ｐを有し、これらによりフレーム回動手段から発生する熱の放熱機能を果たす。その他構成は実施例１と同様である。
【実施例３】
【００５４】
実施例３のオムニホイルを図７、図８に示す。実施例３のオムニホイルは、実施例２のアウトローラー型モーターを備えたオムニホイルにおいて、移動装置本体への固定手段が両持ちタイプとなっていることを特徴とする。具体的には、固定手段５が、側面視にて倒Ｕ型の両持ちアングルからなる。すなわち、ブラケット４０の内側及び外側の両側から上方に延び、それぞれがオムニホイルの上方で折れ曲がり、つながってなる。これにより捩り強度等が大きくなり、比較的大きな荷重のかかる場合に走行安定性や耐久性能による安全性を確保することができる。また、側面視にて厚さ方向（図８の左右方向）中央に荷重がかかるため、より安定した走行が可能となる。特に複数列のフレームを複数列固定してなるものであれば、各列間でローラーの接地力を均一化することができるため好ましい。その他構成は実施例２と同様である。
【実施例４】
【００５５】
実施例４のオムニホイルを図９、図１０に示す。実施例４のオムニホイルは、遊星ギヤ構造を含む回動ギヤ群によって、ギヤボックスがローラーフレームと一体となっていることを特徴とする。
【００５６】
具体的には、フレーム回動手段４が、内部収容空間３に収容されるアクチュエーター４１たる内軸回動式モーターと、このモーターの駆動回動力をローラーフレーム１に伝達する回動ギヤ群（４２１〜４２３）とから構成される。この回動ギヤ群は、ホイルボックス４４に回動力を出力する遊星ギヤ構造を含むことを特徴とする。
【００５７】
回動ギヤ群を詳述するに、内軸回動式モーターの駆動回動軸４１ｓの外周に固定され駆動回動軸４１ｓと共に回動（すなわち正逆回動）する太陽ギヤ４２１と、この太陽ギヤ４２１に噛合する複数個の遊星ギヤ４２２と、固定部であるアクチュエーターユニット４０の外側部付近に内円柱状に設けられて前記遊星ギヤ４２２に噛合するインターナルギヤ４２３とから構成される（図９）。
【００５８】
複数個（実施例では３つ）の遊星ギヤ４２２はこの太陽ギヤ４２１の回りに第一の回動軸Ａ１を軸として互いに一定の等距離を開けて配される。そして、内軸回動式モーターが駆動し、太陽ギヤ４２１が駆動回動軸４１ｓと共通する第一の回動軸Ａ１を軸として回動することで、遊星ギヤ４２２は、太陽ギヤ４２１とインターナルギヤ４２３との間で太陽ギヤ４２１周りを自転しながら周回する。
【００５９】
ここでホイルボックス４４は、全ての遊星ギヤ４２２のギヤ軸４２２ｓにその軸位置を（実施例では正三角形の頂点位置に）固定されると共に、最外列のローラーフレーム１１に固定されてなる。よって、遊星ギヤ４２２構造のギヤ回動によって、ホイルボックスと一体化されたローラーフレーム１１にギヤ力が出力される。これにより、例えば実施例１のような単独のギヤ出力軸４２ｓが不要となり、安定したギヤ伝達と耐久性に優れたギヤを構成することができる。
【００６０】
本実施例では、実施例１のようなギヤボックス４２を使用せず、出力部自体をローラーフレームと一体化させている。このため、例えば実施例１における回動ギヤ４２のキャリア機能が、ローラーフレーム１１と一体化したホイルボックス４４として達成され、安定したギヤ力伝達を果たす。
【００６１】
また、回動ギヤ群は実施例１のようなユニット型の回動ギヤ４２と比較して、大型のギヤ連結である。これによりギヤ噛合部の遊びが比較的大きいものとすることができ、ローラーフレーム１１への外力による振動等を吸収するものとしている。
【００６２】
また、側面視にて両端寄りにそれぞれ設けられた比較的大型の側部ベアリング４３によって、ローラーフレーム１全体の荷重を受けることとしている。これは、たとえば実施例１のユニット型の回動ギヤ４２内に通常用いられる複数の内部ベアリング群の機能をも果たすものであり、必要なベアリング機能を大型の側部ベアリング４３に集約することで、安定した走行を可能としている。その他構成は実施例１と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
架台を具備する全方向移動装置として利用でき、その中でも例えば、方向を変えずに全方向に移動する精密部品運搬用或いは歩行訓練用全方向移動体として利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】この発明の実施例１のオムニホイルの正面説明図。
【図２】図１に示す実施例１のオムニホイルの側面視中央断面説明図。
【図３】図１に示す実施例１のオムニホイルを備えた全方向移動装置の形態例の底面説明図。
【図４】図３に示す実施例１のオムニホイルを備えた全方向移動装置の形態例の側面図。
【図５】この発明の実施例２のオムニホイルの正面説明図。
【図６】図５に示す実施例２のオムニホイルの側面視中央断面説明図。
【図７】この発明の実施例３のオムニホイルの正面説明図。
【図８】図７に示す実施例３のオムニホイルの側面視中央断面説明図。
【図９】この発明の実施例４のオムニホイルの正面説明図。
【図１０】図８に示す実施例４のオムニホイルの側面視中央断面説明図。
【符号の説明】
【００６５】
１ ローラーフレーム
１１ 第一のローラーフレーム
１２ 第二のローラーフレーム
２ フリーローラー
２１ 軸体
２２ 軸穴
３ 内部収容空間
４ フレーム回動手段
４１ アクチュエーター
４１ｓ 駆動回動軸
４２ 回動ギヤ
４２ｓ ギヤ出力軸
４３ 側部ベアリング
４０ アクチュエーターユニット
４４ ホイルボックス
４４ｃ ホイルキャップ
５ 固定手段
Ａ１ 第一の回動軸
【技術分野】
【０００１】
この発明は、全方向移動装置の駆動輪としてのオムニホイル及びそれを備えた全方向移動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、全方向移動体に備えられる全方向ホイル（オムニホイル）として、ローラーフレームの周方向に３個のローラーが回動自在に設けられてホイル構成体が形成され、該ホイル構成体が２個互いのローラーの位相をずらして固定されたものが存在する（例えば、特許文献１参照）。このように固定されたホイル構成体は、全方向移動体に水平の回動軸にて回動可能に設けられる。また、全方向移動体の平面視略中心で交差した複数の車軸のそれぞれ両端に、それぞれの側面が平面視略中心を向くようにして複数輪が設けられる。
【０００３】
しかしながら、前記従来のオムニホイルでは、モーターをホイルの外部へ外装しなければならない。全方向移動のためにはホイルごとに独立駆動モーターが必要なため、全方向移動装置全体として複数のモーターや駆動力伝達機構が必要であり、容積がかさむものであった。
【０００４】
また、このような従来のオムニホイルでは、周囲に複数のローラーを支持し、また構成体が互いの位相をずらして固定されるという構造上、ホイル径を大きくしなければホイルインモーターとすることが出来ないものであった。
【０００５】
【特許文献１】特開平２−２４９７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、ホイル径を大きくすることなく、容積が嵩まないコンパクトなものとしてモーターイン機構を達成するオムニホイル及び全方向移動装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、下記（１）ないし（５）の手段を採用する。
【０００８】
（１）この発明のオムニホイルは、第一の回動軸で回動（すなわち、正逆方向へ回転）可能なローラーフレーム１を一個又は複数個具備してなるものであって、前記ローラーフレーム１は、それ（ローラーフレーム）自体の周縁に沿って複数のフリーローラー２を保持すると共に、それ（ローラーフレーム）自体の内部に、ローラーフレーム自体を第一の回動軸回りに回動させるフレーム回動手段４を収容してなることを特徴とする。
【０００９】
（２）また前記オムニホイルにおいて、フレーム回動手段４は、ローラーフレーム１をアウトローターとするアウトローター式駆動機構としても良い。
【００１０】
この様なものであれば、ローラーフレーム１自体がアウトローターの回動部として高速回動する。周囲のホイルとなるローラーフレームをハウジング型の回動部として一体化しているため、軸回動の伝達機構が不要となる。例えば、内軸回動モーターのように、軸回動力をホイルボックスで外周ホイルに伝えたり、軸及びホイル間の、振動等による軸ズレの吸収を行うことが不要となる。また、内軸回動モーターのようにハウジングされた回動機構を収容するものではなく、ローラーフレーム１を直接回動させるため、回動のための機構（例えば、電磁誘導体であるコイル）に比較的大きなスペースを確保できる。そして、例えば電磁誘導体として比較的大きな径のコイルを使用した場合には、ギヤ等の機械構造を組み込まなくても高トルクを得ることができる。機械式のギヤが不要となり簡易な構成で回動手段が成立するため、これらによって、簡易な機構で耐久性に優れ、安全性の高いオムニホイルとなる。
【００１１】
（３）また前記いずれかのオムニホイルは、ローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ１方向に沿う内部収容空間３を設け、この内部収容空間３に、アクチュエーター４１を備えた（略円柱状の）フレーム回動手段４を収容してなり、前記アクチュエーター４１は、それ自体の回動駆動軸がローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ１方向を向くように配設された回動アクチュエーター４１としても良い。
【００１２】
この様なものであれば、それ自体の回動駆動軸がローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ１方向を向くため、回動駆動力をローラーフレーム１へ安定して伝えることができる。
【００１３】
（４）また、前記いずれかのオムニホイルは、フレーム回動手段４が、遊星ギヤ４２２構造を含む回動ギヤ群（４２１〜４２３）を具備すると共に、遊星ギヤ４２２のギヤ軸４２２ｓの軸位置がホイルボックス４４に固定されてなることを特徴とする。
【００１４】
この様なものであれば、遊星ギヤ４２２構造のギヤ回動によって、遊星ギヤ４２２の軸位置が移動し、そのギヤ力がホイルボックス４４に出力される。これにより、安定したギヤ伝達と耐久性に優れたギヤを構成することができる。例えば、ホイルボックスがローラーフレームに固定されてローラーフレームと一体化してなることで、回動ギヤ群（４２１〜４２３）の軸力が、ローラーフレームに伝達される。
【００１５】
（５）また、本発明の全方向移動装置は、前記いずれかのオムニホイルが、移動装置への固定手段５を、各フレーム回動手段４に固定されたものとして具備すると共に、この固定手段５によって移動装置に複数輪固定されてなることを特徴とする。
【００１６】
この様な全方向移動装置は、各オムニホイルが内部にフレーム回動手段を収容し、それ自体で回動するため、駆動機構のスペースが不要であり、コンパクトものとなる。また比較的大きな足下重量となり、走行の安定したものとなる。特に、例えば振動の少ない滑らかな全方向移動を必要とする精密部品運搬用装置或いは歩行訓練用全方向移動体に好ましく利用できる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明のオムニホイルは、上述のような構成を有しており、フレーム回動手段を収容したモーターイン機構を達成することで、ホイル径を大きくすることなく、容積が嵩まないコンパクトなものとしてなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明の好適な実施形態を、各実施形態を示す図面を参照して説明する。図１及び図２は、本発明の実施例１のオムニホイルのそれぞれ正面図及び側断面説明図を示し、図３及び図４は実施例１のオムニホイルを備えた本発明の全方向移動装置の形態例について、それぞれ底面図及び側面図を示す。図５及び図６は、本発明の実施例２のオムニホイルのそれぞれ正面図及び側断面説明図を示す。図７及び図８は、本発明の実施例３のオムニホイルのそれぞれ正面図及び側断面説明図を示す。
【００１９】
この発明のオムニホイルは、略水平方向の第一の回動軸Ａ１回りで回動（すなわち、正逆方向へ回転）可能なローラーフレーム１を、一個又は複数個、第一の回動軸Ａ１を共通させて具備してなる。ローラーフレーム１は、第一の回動軸Ａ１を中心としたローラーフレーム１自体の周縁に沿って、複数のフリーローラー２を自由回動可能に保持する。またローラーフレーム１はその内部に、第一の回動軸Ａ１方向に沿う内部収容空間３を設け、この内部収容空間３に、ローラーフレーム１自体を第一の回動軸Ａ１回りに回動させるフレーム回動手段４を収容してなる。
【００２０】
また、本発明の全方向移動装置は、前記いずれかのオムニホイルを複数輪、各フレーム回動手段４を装置本体に固定してなることを特徴とする。このとき、各オムニホイルの車軸すなわち第一の回動軸Ａ１が可変しないものとして固定され、フレーム回動手段４による回動速度の調整によって任意の方向に移動する。以下、各構成を詳述する。
【実施例１】
【００２１】
（ローラーフレーム１）
ローラーフレーム１は、第一の回動軸Ａ１を中心として後述のフレーム回動手段４によって回動し、接地面上を転回可能である。このとき第一の回動軸Ａ１は、接地面に対して略水平である。
【００２２】
ローラーフレーム１が複数の場合、共通する第一の回動軸Ａ１を中心として互いに位相をずらして各列が列設固定される。また、それ自体の周縁に沿って、複数のフリーローラー２を同一平面上で保持してなる。ローラーフレーム１は、本実施例では第一のローラーフレーム１１及び第二のローラーフレーム１２のふたつである。この２枚が、２列、略水平軸方向の第一の回動軸Ａ１を共通軸とし、互いに位相をずらして列設固定してなる。２列の場合、ずらす位相の量は、ローラーフレームの正面視にてフリーローラー２の取り付け間隔の位相の半分である（図１の点線、或いは実施例２を示す図５参照）。ここで、全方向移動装置に固定した場合の平面視外側（図３にて略円形のフレームＦ１の円周外側）の列を第一のローラーフレーム１１とし、平面視内側（図３にて略円形のパイプフレームＦ１の中心側）の列を第二のローラーフレーム１２とする。第一及び第二それぞれのローラーフレーム１は略同一形状であり、それぞれ５個のフリーローラー２を同一平面上に等間隔に保持する。
【００２３】
（（第一及び第二の）ローラーフレーム１１、１２（１））
第一及び第二のローラーフレーム１２は、それ自体が共通の第一の回動軸Ａ１で転回する薄型の転回体からなる。第一の回動軸Ａ１を法線とする面を正面としたとき、図１に示すように、少なくとも５個のフリーローラー２を一平面内で等間隔に放射状に保持する。このときフリーローラー２の軸が、ローラーフレーム１の転回面内で正多角形を形成してなる。
【００２４】
第一のローラーフレーム１１と第二のローラーフレーム１２とは、第一の回動軸Ａ１を中心としたフリーローラー２の配置角度の半分だけ位相がずれて、列設される。実施例では第一及び第二のローラーフレーム１１、１２による２列の列設とすることで、厚さ方向（列を重ねる方向）にコンパクトなものとしているが、一つのオムニホイルを構成すべき列の数すなわちローラーフレーム１の枚数は３枚或いは４枚でもよい。
【００２５】
（フリーローラー２）
フリーローラー２は、各列のローラーフレーム１の周縁に沿って、複数個が同一平面上で自由回動可能に保持される。この同一平面は、接地面及び第一の回動軸Ａ１に対してそれぞれ垂直な面である。複数のフリーローラー２は、それぞれのローラーフレーム１において、第二ないし第六の回動軸（Ａ２〜Ａ６）で正逆方向に自由回動可能なローラーである。第二ないし第六の回動軸（Ａ２〜Ａ６）は、前記垂直な面内で第一の回動軸Ａ１を中心とする或る半径の円を書いた場合、この円の接線となる。複数のフリーローラー２は、各列のローラーフレーム１に於いて等間隔に保持されることが好ましい。また位相をずらして複数列のローラーフレーム１が列設固定される場合には、側面視にてローラーフレーム１が第一の回動軸Ａ１を中心として等間隔に配置されることが好ましい。このとき、複数のフリーローラー２は、各列のローラーフレームの周囲にて少なくともいずれかが接地する。各列のローラーフレーム１が同一平面上に保持するフリーローラー２の数は、少なくとも５個であると、後述する内部収容空間３を比較的大きなものとすることができる。
【００２６】
フリーローラー２は、図１に示すように、回動軸の両端から中央にかけて回動径が大きくなる軸対称かつ両軸方向対称の樽形のローラーである。実施例では５個のフリーローラー２が、ローラーフレーム１によって自由回動可能に軸支されて略垂直な一平面上に備えられる。フリーローラー２の軸は、第二ないし第六の回動軸Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６の五つであり、正面視にて第一の回動軸を中心とした多角形である正五角形として形成される（図２参照）。第二ないし第六の回動軸Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６のそれぞれを中心軸とする樽形のローラーが、ローラーフレーム１に自由回動可能に保持されたの両端面中央に軸穴２２を有し、この軸穴に略円柱型の軸体２１を自由回動可能に収容してなる。
【００２７】
前記の通り、複数列のローラーフレーム１が位相を変えて列設固定されることによって。図１に示すように、正面視にて一の列のフリーローラー２間の隙間を他の列のフリーローラー２間で補完しあうように配設され、正面視円形の接地部分を形成する。
【００２８】
フリーローラー２の数は、実施例では５個であるが、それ以上であれば６個、７個或いは８個以上でもよい。このようにフリーローラー２の数を５個以上としたことで、内部に第一の回動軸Ａ１を中心とする内部収容空間３を確保することが出来る。また各列のフリーローラー２の数が５個以上であって、かつ複数のローラーフレーム１を位相をずらして列設固定してなるものとすれば、ローラーフレーム１が第一の回動軸Ａ１回りに回動したとき、接地するフリーローラー間の距離Ｌ（図４参照）をより短いものとすることができる。このため振動が少なく走行安定性に優れたものとなる。
【００２９】
（内部収容空間３）
内部収容空間３は、ローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ１を中心軸とする円柱孔状の空間である。この内部収容空間３は、フレーム回動手段４の駆動機構の少なくとも一部を収容する空間である。複数のローラーフレーム１の場合、各列が列設固定されたうえでオムニホイル全体の第一の回動軸Ａ１付近にひとつの内部収容空間３が設けられる。内部収容空間３は、列設固定されたローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ１を中心として、複数列のローラーフレーム１によって、駆動装置等の機械構造の一部が両側面いずれからも極端に突出することなく、（好ましくは全く突出せずに完全に収容されている状態として）後述のフレーム回動手段４を内部収容するように設けられる。実施例ではローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ１を中心軸とする円柱孔状の空間であり、内部収容空間３自体よりも一回り小さい円柱状のフレーム回動手段４を、ベアリング、ホイルボックス等によって回動可能に収容する。
【００３０】
（フレーム回動手段４）
フレーム回動手段４は、略円柱状のアクチュエーター４１を備える。また、ローラーフレーム１の内部たる第一の回動軸Ａ１付近に、第一の回動軸Ａ１方向に沿う内部収容空間３を設け、この内部収容空間３に、アクチュエーター４１を備えた略円柱状のフレーム回動手段４を収容してなる。
【００３１】
アクチュエーター４１は、ローラーフレーム１の内部である内部収容空間に収容される。それ自体の回動駆動軸が第一の回動軸Ａ１方向を向くようにして配設された回動アクチュエーターであることが好ましい。この様なものであれば、それ自体の回動駆動軸がローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ１方向を向くため、回動駆動力をローラーフレーム１へ安定して伝えることができる。
【００３２】
フレーム回動手段４は、アクチュエーター４１たる電動モーターと、第一の回動軸Ａ１を中心としてローラーフレーム１の内外の両側面或いはいずれか一側面に設けられて電動モーターの駆動力を伝達する（と共に、ローラーフレーム１の振動や衝撃を緩衝する）ホイルボックス４４と、フレーム回動手段４の側部にてローラーフレーム１を周転可能に支承する側部ベアリング４３とを具備する。
【００３３】
具体的には、内軸回動電動モーターと回動ギヤ４２とが、円柱状のアクチュエーターユニット４０内に配設される。そして、このアクチュエーターユニット４０が、側周面に設けた複数列の側部ベアリング４３と、頂面中心に設けたホイルボックスとを介して、内部収容空間３内に収容される。
【００３４】
（アクチュエーター４１）
アクチュエーター４１は、それ自体の回動駆動軸がローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ１方向を向くように配設された回動駆動装置たる回動式電動モーターである。電動モーターの回動軸は、ローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ１と同方向を向き、第一の回動軸Ａ１より鉛直下方へ僅かに偏心する。この偏心によってローラーフレーム１の転回駆動に必要なトルクを容易に確保する。また鉛直下方へ偏心することで、重心位置を中心下方とし、安定した走行を可能とする。
【００３５】
具体的に使用可能なアクチュエーターたる内軸回動式電動モーターは、例えば１６極の永久磁石、及び４つの磁極片の三相巻線を具備した、出力３０Ｗ、無負荷回動数４４００ｒｐｍ、停動トルク２６０ｍＮｍ、スラストプリロード５Ｎ以上の、ブラシレス、ホールセンサ内蔵タイプのものである。
【００３６】
（回動ギヤ４２）
本実施例の回動ギヤ４２は、ホイルボックスの中央内部に連結される。電動モーターの駆動回動軸４１ｓを入力側とし、ギヤ出力軸４２ｓを出力側としてギヤ変換を行う。ギヤ軸４１ｓは側部外方向に突出し、ローラーフレーム１の第一の回動軸Ａ１と共通する（図２）。
【００３７】
具体的に使用可能な回動ギヤ４２は、例えば連続及び断続それぞれの最大トルク２．０及び２．５Ｎｍ、直線歯ギヤヘッド、減速比１１１：１のものである。
【００３８】
（側部ベアリング４３）
側部ベアリング４３は、アクチュエーターユニット４０の側周面に、側周囲を亘るように複数列設けられる。実施例では転がり軸受けとしている。列数は、ローラーフレーム１の列数と共通することが好ましい。
【００３９】
（ホイルボックス４４）
ホイルボックス４４は、内部収容空間３内、及びローラーフレーム１の最外面上（図２の側面視にて向って右側の面上）に設けられて、アクチュエーター４１たる電動モーターの駆動力をローラーフレーム１に伝達すると共に、ローラーフレーム１の振動や衝撃を緩衝する。具体的には、最外列のローラーフレーム１たる第一のローラーフレーム１１の内部に収容されたカップリング機構と、このカップリング機構および第一のローラーフレーム１１の外側の略垂直面を覆う１ホイルキャップ４４ｃとを備えてなる。
【００４０】
カップリング機構は、ギヤ出力軸４２ｓに連結され、第一の回動軸Ａを軸とする略円柱体が、円形板を介してホイルキャップ４４ｃの内側に嵌入されてなり、カップリング構造の弾性機能により振動や衝撃を吸収する（図２）。ホイルキャップ４４ｃは、部分球冠の外側面を有し、その内側周縁が第一のローラーフレームの側面（図２の側面視にて向って右側の鉛直線部分）にボルト固定されてなる。
【００４１】
（全方向移動装置の形態例）
本発明のオムニホイルは、各フレーム回動手段４に固定された移動装置への固定手段を具備すると共に、前記固定手段によって、装置本体の下部に複数輪固定されてなる。すなわち、本発明のオムニホイルは、図３及び図４の全方向移動装置の形態例に示されるように、装置本体のフレームの下部に複数輪、平面視等間隔に配置固定することで、全方向移動装置に具備される。実施例１のオムニホイルを４輪、それぞれの第一の回動軸がいずれも略水平且つ等間隔となるようにフレームに固定されてなる、全方向移動装置である。具体的には、略円形の水平フレーム歩行訓練者用全方向移動体であり、図２に示されるように、本体への固定手段５たるＬ型アングルによって固定されるる。
【００４２】
図３及び図４の全方向移動装置は、理学療法等で使用される歩行訓練器である。その構成は主に、訓練者が後方の段差昇降部Ｆ１Ｇから入ることのできる、平面視略円形に曲がった下部パイプフレームＦ１と、下部パイプフレームの前方から立設した前方パイプフレームＦ２と、前方パイプフレームＦ２上端付近に設置された操作盤Ｏと、前方パイプフレームＦ２上端から平面視内側へ略水平方向に伸びた上肢支持部Ｈとからなる（図３、図４）。
【００４３】
前方パイプフレームＦ２の上部は具体的には、平面視内側に湾曲して２方向に伸び、平面視にて略Ｔ字の水平板を構成する。この水平板上面に操作板Ｏが固定され、支持部師支承ピンＨｐによって上肢支持部Ｈが水平位置調節可能に設けられる。
【００４４】
下部パイプフレームＦ１の両側部には、複数輪分のオムニホイルのフレーム回動手段４の駆動源たるバッテリーＢを備える。本発明はアクチュエーターユニット４０を内蔵したコンパクトなオムニホイルであるため、このように歩行訓練器に使用することで訓練者のための広いスペースが確保される。このことは安全性や歩行訓練の自由度を高める。また、実施例ではフリーローラー２数が一輪当り１０個と比較的多く、接地ローラー間の距離Ｌ（図４参照）が比較的短いため、従来のオムニホイルと比べて走行時の振動（ガタツキ）が少なく、歩行訓練器として適した滑らかな走行が可能になる。
【００４５】
本発明のオムニホイルのみを車輪として複数輪備えた全方向移動装置は、訓練者の向きをほぼ一定としたまま移動方向のみを適宜方向へかつ適宜速度で自走できる。このため、従来にない効果的な歩行訓練ができる。すなわち、全方向への複合的訓練により、歩行やバランス保持に重要な働きをする大殿筋、中殿筋、小殿筋等を効果的に訓練できる。その結果、早期回復や転倒予防の効果が期待できる。さらに、訓練者自身の方向指示で、訓練者の状態に合わせた速度制御ができるため、転倒防止効果がある。しかも、フレーム回動手段４によって駆動機構を内蔵しているため、訓練者（看者）の歩行スペースが確保でき、安全な歩行訓練をしうる。
【実施例２】
【００４６】
実施例２のオムニホイルを図５、図６に示す。実施例２のフレーム回動手段４は、ローラーフレーム１をアウトローターとするアウトローター式駆動機構（アウトローター型モーター）であることを特徴とする。具体的には、アクチュエーター４が、フレームＦ１に（固定手段５を介して）固定されるアクチュエーターユニット４０と、アクチュエーターユニット４０の周囲に固定された非回動コア部４５と、非回動コア部４５の周囲を回動するローターとしてのローラーフレーム１と、これら非回動コア部４５及びローラーフレーム１のいずれか片方ずつに内蔵される磁性体４６及び電磁誘導体４７と、を具備して構成される。アクチュエーターユニット４０、非回動コア部４５、及び非回動コア部４５に内蔵された磁性体４６と電磁誘導体４７のいずれかが、固定された非回動部として内部収容空間３内に配置される。
【００４７】
実施例では、磁性体４６が、Ｓ極、Ｎ極を交互に連続させて円環状に連なると共に、ローラーフレーム１内の内部収容空間３周りに軸対称位置に内蔵され、一組の電磁コイルからなる電磁誘導体４７が非回動コア部４５の両端にてドーナツ状に巻回されて内蔵される。なお電磁誘導体４７は、図示しないコミテーターにより磁性が切り替わる。
【００４８】
磁性体は、電磁誘導体の電磁気に反応する例えば永久磁性体をいい、実施例ではＳＮ両極を有する永久磁石である。Ｓ極の磁性体、Ｎ極の磁性体それぞれが、固定された電磁誘導体の周囲を取り囲むようにして断面視対称位置に配置される。
【００４９】
本実施例とは別の実施例として、Ｓ極、Ｎ極の一組の磁性体４６が非回動コア部４５に内蔵されると共に、一組の電磁コイルからなる電磁誘導体４７がローラーフレーム１内に内蔵されるものとしてもよい。例えばＳ極、Ｎ極それぞれの部分円柱型の磁性体４６が組み合わされて非回動コア部４５内へ略円筒状に配置され、また、電磁誘導体４７がローラーフレーム１内で内部収容空間３の内円筒面に沿って巻回されるものとしてもよい。
【００５０】
このような構造であれば、コイルの巻き数を確保することができるため、高トルクを発生するアクチュエーター４となる。またローラーフレーム１をハウジング型の回動部として一体化しているため、軸回動の伝達機構が不要となる。例えば、実施例１の内軸回動モーターのように、軸回動力をホイルボックスで外周ホイルに伝えたり、軸及びホイル間の、振動等による軸ズレの吸収を行うことが不要となる。また、実施例１の内軸回動モーターのようにハウジングされた回動機構を収容するものではなく、ローラーフレーム１を直接回動させるため、直接回動力を発生させる電磁誘導体や磁性体に比較的大きなスペースを確保できる。そして、例えば本実施例のように、電磁誘導体として比較的大きな径のコイルを使用した場合には、ギヤ等の機械構造を組み込まなくても十分なトルクを得ることができる。機械式のギヤが不要となり簡易な構成で回動手段が成立するため、これらによって、簡易な機構で耐久性に優れ、安全性の高いオムニホイルとなる。
【００５１】
さらに、比較的大型の側部ベアリング４３で外力の変動を吸収し支持する構造であるから、実施例１のアクチュエーター４１のような内軸回動型のモーターと比べて、モーター専用のベアリング構造が不要となる。
【００５２】
またアウトローター式駆動機構は、慣性モーメントの発生等により起動時・停止時の反応速度が内軸回動モーターと比べて一般的に遅いものとなるが、歩行訓練機器として本機構を採用した場合には、危険な急発進、急制動を機構上確実に抑えることができるため、理学療法上も好ましいものとなる。
【００５３】
本実施例の固定手段５はいわゆる片持ちタイプであり、Ｌ型アングル５０が、第一の回動軸Ａ１周りの複数の固定ボルト５１によって、アクチュエーターユニット４０に連結固定されると共に、固定ボルト５２によって下部パイプフレームＦ１の下面に螺止される。ホイルボックス４４は、固定ボルト５３によってアクチュエーターユニット４０の側面視外側に固定され、ホイルキャップ４４ｃとしての機能を果たす。このホイルボックス４４及びアクチュエーターユニット４０のそれぞれの側部周囲に、ローラーフレーム１を回動させる側部ベアリング４３が設けられる（図６）。アクチュエーターユニット４０は、第一の回動軸Ａ１を中心とする中空アクチュエーターシャフト４０ｐを有する（図６）。この中空シャフト４０ｐとともに、ボックス４４も中空ボックスシャフト４４ｐを有し、これらによりフレーム回動手段から発生する熱の放熱機能を果たす。その他構成は実施例１と同様である。
【実施例３】
【００５４】
実施例３のオムニホイルを図７、図８に示す。実施例３のオムニホイルは、実施例２のアウトローラー型モーターを備えたオムニホイルにおいて、移動装置本体への固定手段が両持ちタイプとなっていることを特徴とする。具体的には、固定手段５が、側面視にて倒Ｕ型の両持ちアングルからなる。すなわち、ブラケット４０の内側及び外側の両側から上方に延び、それぞれがオムニホイルの上方で折れ曲がり、つながってなる。これにより捩り強度等が大きくなり、比較的大きな荷重のかかる場合に走行安定性や耐久性能による安全性を確保することができる。また、側面視にて厚さ方向（図８の左右方向）中央に荷重がかかるため、より安定した走行が可能となる。特に複数列のフレームを複数列固定してなるものであれば、各列間でローラーの接地力を均一化することができるため好ましい。その他構成は実施例２と同様である。
【実施例４】
【００５５】
実施例４のオムニホイルを図９、図１０に示す。実施例４のオムニホイルは、遊星ギヤ構造を含む回動ギヤ群によって、ギヤボックスがローラーフレームと一体となっていることを特徴とする。
【００５６】
具体的には、フレーム回動手段４が、内部収容空間３に収容されるアクチュエーター４１たる内軸回動式モーターと、このモーターの駆動回動力をローラーフレーム１に伝達する回動ギヤ群（４２１〜４２３）とから構成される。この回動ギヤ群は、ホイルボックス４４に回動力を出力する遊星ギヤ構造を含むことを特徴とする。
【００５７】
回動ギヤ群を詳述するに、内軸回動式モーターの駆動回動軸４１ｓの外周に固定され駆動回動軸４１ｓと共に回動（すなわち正逆回動）する太陽ギヤ４２１と、この太陽ギヤ４２１に噛合する複数個の遊星ギヤ４２２と、固定部であるアクチュエーターユニット４０の外側部付近に内円柱状に設けられて前記遊星ギヤ４２２に噛合するインターナルギヤ４２３とから構成される（図９）。
【００５８】
複数個（実施例では３つ）の遊星ギヤ４２２はこの太陽ギヤ４２１の回りに第一の回動軸Ａ１を軸として互いに一定の等距離を開けて配される。そして、内軸回動式モーターが駆動し、太陽ギヤ４２１が駆動回動軸４１ｓと共通する第一の回動軸Ａ１を軸として回動することで、遊星ギヤ４２２は、太陽ギヤ４２１とインターナルギヤ４２３との間で太陽ギヤ４２１周りを自転しながら周回する。
【００５９】
ここでホイルボックス４４は、全ての遊星ギヤ４２２のギヤ軸４２２ｓにその軸位置を（実施例では正三角形の頂点位置に）固定されると共に、最外列のローラーフレーム１１に固定されてなる。よって、遊星ギヤ４２２構造のギヤ回動によって、ホイルボックスと一体化されたローラーフレーム１１にギヤ力が出力される。これにより、例えば実施例１のような単独のギヤ出力軸４２ｓが不要となり、安定したギヤ伝達と耐久性に優れたギヤを構成することができる。
【００６０】
本実施例では、実施例１のようなギヤボックス４２を使用せず、出力部自体をローラーフレームと一体化させている。このため、例えば実施例１における回動ギヤ４２のキャリア機能が、ローラーフレーム１１と一体化したホイルボックス４４として達成され、安定したギヤ力伝達を果たす。
【００６１】
また、回動ギヤ群は実施例１のようなユニット型の回動ギヤ４２と比較して、大型のギヤ連結である。これによりギヤ噛合部の遊びが比較的大きいものとすることができ、ローラーフレーム１１への外力による振動等を吸収するものとしている。
【００６２】
また、側面視にて両端寄りにそれぞれ設けられた比較的大型の側部ベアリング４３によって、ローラーフレーム１全体の荷重を受けることとしている。これは、たとえば実施例１のユニット型の回動ギヤ４２内に通常用いられる複数の内部ベアリング群の機能をも果たすものであり、必要なベアリング機能を大型の側部ベアリング４３に集約することで、安定した走行を可能としている。その他構成は実施例１と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
架台を具備する全方向移動装置として利用でき、その中でも例えば、方向を変えずに全方向に移動する精密部品運搬用或いは歩行訓練用全方向移動体として利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】この発明の実施例１のオムニホイルの正面説明図。
【図２】図１に示す実施例１のオムニホイルの側面視中央断面説明図。
【図３】図１に示す実施例１のオムニホイルを備えた全方向移動装置の形態例の底面説明図。
【図４】図３に示す実施例１のオムニホイルを備えた全方向移動装置の形態例の側面図。
【図５】この発明の実施例２のオムニホイルの正面説明図。
【図６】図５に示す実施例２のオムニホイルの側面視中央断面説明図。
【図７】この発明の実施例３のオムニホイルの正面説明図。
【図８】図７に示す実施例３のオムニホイルの側面視中央断面説明図。
【図９】この発明の実施例４のオムニホイルの正面説明図。
【図１０】図８に示す実施例４のオムニホイルの側面視中央断面説明図。
【符号の説明】
【００６５】
１ ローラーフレーム
１１ 第一のローラーフレーム
１２ 第二のローラーフレーム
２ フリーローラー
２１ 軸体
２２ 軸穴
３ 内部収容空間
４ フレーム回動手段
４１ アクチュエーター
４１ｓ 駆動回動軸
４２ 回動ギヤ
４２ｓ ギヤ出力軸
４３ 側部ベアリング
４０ アクチュエーターユニット
４４ ホイルボックス
４４ｃ ホイルキャップ
５ 固定手段
Ａ１ 第一の回動軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の回動軸で回動可能なローラーフレームを一個又は複数個具備してなるものであって、前記ローラーフレームは、それ自体の周縁に沿って複数のフリーローラーを保持すると共に、それ自体の内部に、ローラーフレームを第一の回動軸回りに回動させるフレーム回動手段を収容してなることを特徴とするオムニホイル。
【請求項２】
フレーム回動手段は、ローラーフレームをアウトローターとするアウトローター式駆動機構である請求項１記載のオムニホイル。
【請求項３】
ローラーフレームの第一の回動軸方向に沿う内部収容空間を設け、この内部収容空間に、アクチュエーターを備えたフレーム回動手段を収容してなり、前記アクチュエーターは、それ自体の回動駆動軸がローラーフレームの第一の回動軸方向を向くように配設された回動アクチュエーターであることを特徴とする請求項１又は２記載のオムニホイル。
【請求項４】
フレーム回動手段が、遊星ギヤ構造を含む回動ギヤ群を具備すると共に、遊星ギヤのギヤ軸の軸位置がホイルボックスに固定されてなることを特徴とする請求項１、２又は３のいずれか記載のオムニホイル。
【請求項５】
請求項１、２、３又は４のいずれか記載のオムニホイルが、移動装置への固定手段を、各フレーム回動手段に固定されたものとして具備すると共に、この固定手段によって移動装置に複数輪固定されてなることを特徴とする全方向移動装置。
【請求項１】
第一の回動軸で回動可能なローラーフレームを一個又は複数個具備してなるものであって、前記ローラーフレームは、それ自体の周縁に沿って複数のフリーローラーを保持すると共に、それ自体の内部に、ローラーフレームを第一の回動軸回りに回動させるフレーム回動手段を収容してなることを特徴とするオムニホイル。
【請求項２】
フレーム回動手段は、ローラーフレームをアウトローターとするアウトローター式駆動機構である請求項１記載のオムニホイル。
【請求項３】
ローラーフレームの第一の回動軸方向に沿う内部収容空間を設け、この内部収容空間に、アクチュエーターを備えたフレーム回動手段を収容してなり、前記アクチュエーターは、それ自体の回動駆動軸がローラーフレームの第一の回動軸方向を向くように配設された回動アクチュエーターであることを特徴とする請求項１又は２記載のオムニホイル。
【請求項４】
フレーム回動手段が、遊星ギヤ構造を含む回動ギヤ群を具備すると共に、遊星ギヤのギヤ軸の軸位置がホイルボックスに固定されてなることを特徴とする請求項１、２又は３のいずれか記載のオムニホイル。
【請求項５】
請求項１、２、３又は４のいずれか記載のオムニホイルが、移動装置への固定手段を、各フレーム回動手段に固定されたものとして具備すると共に、この固定手段によって移動装置に複数輪固定されてなることを特徴とする全方向移動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−２２３４２（Ｐ２００７−２２３４２Ａ）
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２０７９０１（Ｐ２００５−２０７９０１）
【出願日】平成１７年７月１５日（２００５．７．１５）
【出願人】（３０４０４５０７７）株式会社相愛 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月１５日（２００５．７．１５）
【出願人】（３０４０４５０７７）株式会社相愛 (11)
【Ｆターム（参考）】
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