全方向移動車輌
【課題】屋外の悪路や段差などを有する場所では強力な走破性を発揮し、屋内などの狭い場所では全方向へ移動可能な走行機能を発揮する、全方向用移動車輌を提供する。
【解決手段】左右の前輪２０Ｌ，２０Ｒと、左右の後輪３０Ｌ，３０Ｒと、前輪及び後輪を支持するボディ４０と、を備え、前輪及び後輪をそれぞれ車輪外周に沿って並んで配置した複数個の回転体を有し、各回転体をそれぞれ車輪の回転軸と直交する軸まわりに回転可能に支持した全方向用移動車輌であって、ボディ４０の四つのコーナー部で車輌上下方向へ延び前輪２０Ｌ，２０Ｒ及び後輪３０Ｌ，３０Ｒを取り付けた鉛直回転軸６０と、これらの鉛直回転軸まわりに前輪及び後輪を回転させる回転手段７０と、を備えている。
【解決手段】左右の前輪２０Ｌ，２０Ｒと、左右の後輪３０Ｌ，３０Ｒと、前輪及び後輪を支持するボディ４０と、を備え、前輪及び後輪をそれぞれ車輪外周に沿って並んで配置した複数個の回転体を有し、各回転体をそれぞれ車輪の回転軸と直交する軸まわりに回転可能に支持した全方向用移動車輌であって、ボディ４０の四つのコーナー部で車輌上下方向へ延び前輪２０Ｌ，２０Ｒ及び後輪３０Ｌ，３０Ｒを取り付けた鉛直回転軸６０と、これらの鉛直回転軸まわりに前輪及び後輪を回転させる回転手段７０と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪外周に沿って並んで配置した複数個の回転体を備え、各回転体がそれぞれ車輪回転軸と直交する軸まわりに回転可能に支持されている車輪を旋回式に配設した４輪型の車輌に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人が移動するための手段として車輪を備えた各種の走行装置が知られている。この種の走行装置は、少なくとも３輪又は４輪をボディのコーナー部やそれに近接した部位に配設している。
【０００３】
この種の車輌として、一対の前輪と一対の駆動輪としての後輪とを備え、各車輪の車軸を車幅方向に配設したタイプ、即ち各車輪を非旋回式にボディに取り付けた車輌が知られている。このような車輌では車輪自体が向きを変えないので、左側と右側の駆動輪に回転数の差を与えることで、進行方向を変えている。
【０００４】
車輪が向きを変えない車輌の走行機能を高めるために、図４（Ａ）に示す全方向車輪２００が開発されている。全方向車輪２００は、車輪の外周縁に沿って複数の回転体２１０を備えている。各回転体２１０は、例えば、図４（Ｂ）に示すように、円盤状の底部２１１から開口部２１２に向けて次第に拡開するように形成され、カップ状に形成されている。各回転体２１０は、その先細の底部領域が他の回転体の開口部２１２から内部に部分的に入り込むように配設され、各回転体２１０が連なることで、各回転体２１０によって円状の輪郭が画成される。この種の全方向車輪２００が特許文献１〜５に開示されている。
【０００５】
さらに、近年では、上記全方向車輪２００を備えた四輪駆動型車輌として、全方向への移動をより一層円滑に行えるタイプが開発されている。例えば、図５に示す四輪駆動型車輌３００は、ボディの四隅にそれぞれ配設された全方向車輪２００と、各全方向車輪を別々に駆動するように各全方向車輪に設けられたモーター２５０と、を備え、各全方向車輪２００の車軸２２０（図４（Ａ）参照）がボディ２６０の中心Ｚ側を向くように車幅方向から傾けて配置されている。
この四輪駆動型車輌３００は、図５に示すように、モータードライバー３１０と、モータードライバー３１０を制御する制御コンピューター３２０と、この制御コンピューター３２０へ指示信号を送信するジョイスティック又はロボットコントローラ３３０と、を備えている。ジョイスティック３３０には、レバーやつまみが設けられており、操作者がレバーやつまみを回すと、その指示値が制御コンピューター３２０で読み取られ、さらに制御コンピューター３２０によって各モーター２５０の回転数をマトリックス演算で計算して、制御コンピューター３２０からモータードライバー３１０へ速度情報が送られる。そして、モータードライバー３１０は速度情報に基づいて各モーター２５０を駆動する。これにより、四輪駆動型車輌３００は下記のように走行する。
【０００６】
図６（Ａ）に示すように、制御コンピューター３２０及び各モータードライバー３１０が各モーター２５０を制御して、各車輪２００を正転させると、四輪駆動型車輌３００は前進する。
図６（Ｂ）に示すように、右側の前輪２００と左側の後輪２００を正転させ、その他の車輪２００、即ち左側の前輪と右側の後輪を回転させない場合には、四輪駆動型車輌３００は左前方に進む。この場合、右側の前輪２００と左側の後輪２００を反転させると、四輪駆動型車輌３００は右後方へ斜めに移動する。図６（Ｂ）とは逆に、右側の前輪２００と左側の後輪２００の回転を停止し、その他の車輪２００、即ち左側の前輪２００と右側の後輪２００を正転又は反転させると、四輪駆動型車輌３００は右前方又は左後方へ向けて斜めに移動する。
【０００７】
図６（Ｃ）に示すように、制御コンピューター３２０及び各モータードライバー３１０が、左側の車輪２００を正転させ、右側の車輪２００を反転させ、その際に、各車輪２００の回転速度が同じであれば、四輪駆動型車輌３００はその場で回転する。各車輪２００の回転方向を図６（Ｃ）とは逆にすると、四輪駆動型車輌３００はその場で反時計回りに回転する。
【０００８】
このように、四輪駆動型車輌３００によれば、回転を含む全方向移動が可能になる。この四輪駆動型車輌３００を電動車椅子として構成した場合、この電動車椅子は狭い部屋において切り返し操作なしに横方向への移動が行えて便利である。また、電動車椅子に限らず、フォークリフトや無人搬送車(Automated Guided Vehicle; AGV)などの重量級の車輌やロボットに、四輪駆動型車輌３００を適用した場合には、全方向へ移動可能であるため、微妙な位置あわせも素早く行うことができる。
この種の四輪駆動型車輌が特許文献６に開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−５８７０７号公報
【特許文献２】特開２００２−１３７６０２号公報
【特許文献３】特開２００３−１５４８０２号公報
【特許文献４】特開２００３−１５４８０３号公報
【特許文献５】特開２００５−３４３２７７号公報
【特許文献６】特開２００５−４７３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、図５に示すような四輪駆動型車輌３００は、進行方向に段差がある場合、その段差を乗り越える力が弱く、段差などの傷害物が多い屋外での走行は不向きである。
【００１１】
本発明は、以上の点に鑑みて創作されたもので、屋外の悪路や段差などを有する場所では強力な走破性を発揮し、屋内などの狭い場所では全方向へ移動可能な走行機能を発揮する、全方向用移動車輌を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は、左右の前輪と、左右の後輪と、前輪及び後輪を支持するボディと、を備え、前輪及び後輪がそれぞれ車輪外周に沿って並んで配置された複数個の回転体を有し、各回転体がそれぞれ車輪の回転軸と直交する軸まわりに回転可能に支持されている全方向用移動車輌であって、ボディの四つのコーナー部で車輌上下方向へ延び前輪及び後輪が取り付けられた鉛直回転軸と、これらの鉛直回転軸まわりに前輪及び後輪を回転させる回転手段と、を備えたことを特徴としている。
本発明の全方向用移動車輌において、好ましくは、回転手段が、左右の前輪を同時に回転させる前輪用回転手段や、左右の後輪を同時に回転させる後輪用回転手段を備えている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、路面状況に応じて、ボディに対する車輪の向きを容易に変えることができる。よって、屋外の悪路や段差などを有する場所では強力な走破性を発揮し、屋内などの狭い場所では全方向へ移動可能な走行機能を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。なお、図中のＦｒは全方向移動車輌の前方を、ＬＨは全方向移動車輌の幅方向であって左方を示す。
図１は本発明の実施形態に係る全方向移動車輌１０の平面図である。
この全方向移動車輌１０は、左右の前輪（以下、単に車輪と言う場合がある）２０Ｌ，２０Ｒと、左右の後輪（以下、単に車輪と言う場合がある）３０Ｌ，３０Ｒと、前輪２０Ｌ，２０Ｒ及び後輪３０Ｌ，３０Ｒを支持するボディ４０と、を備えている。
この全方向移動車輌１０では、各車輪２０Ｌ，２０Ｒ，３０Ｌ，３０Ｒは図４に示すような全方向車輪として構成されている。これらの各車輪２０Ｌ，２０Ｒ，３０Ｌ，３０Ｒにはホイールインモーター５０が取り付けられている。
【００１５】
さらに、本実施形態では、これらの各車輪２０Ｌ，２０Ｒ，３０Ｌ，３０Ｒがボディ４０に対して旋回式、即ち回転軸２２０（図４参照）がその軸芯の向きを変えられるように配設されていることを特徴としている。
【００１６】
各車輪２０Ｌ，２０Ｒ，３０Ｌ，３０Ｒがボディ４０に対して旋回式に配設されるように、ボディ４０の四つのコーナー部には、車輌上下方向へ延びた鉛直回転軸６０がそれぞれ配設されている。各鉛直回転軸６０は、図示省略するが、例えばボディ４０のコーナー部に固定したブラケットに回転可能に取り付けられている。これらの各鉛直回転軸６０には、前輪２０Ｌ，２０Ｒ及び後輪３０Ｌ，３０Ｒのホイールインモーター５０を構成するケース５１が固定される。例えば、各ホイールインモーター５０のケース５１に固定したブラケット（図示省略）が、対応する鉛直回転軸６０に固定されている。
【００１７】
本実施形態の全方向移動車輌１０は、これらの鉛直回転軸６０まわりに前輪２０Ｌ，２０Ｒ及び後輪３０Ｌ，３０Ｒを回転させるために、回転手段７０を備えている。回転手段７０は、左右の前輪２０Ｌ，２０Ｒを同時に回転させる前輪用回転手段７１と、左右の後輪３０Ｌ，３０Ｒを同時に回転させる後輪用回転手段７２と、を備えている。
【００１８】
前輪用回転手段７１は、前輪旋回用モーター７１Ａと、前輪旋回用レバー７１Ｂと、前輪旋回用第１ロッド７１Ｃと、前輪旋回用第２ロッド７１Ｄと、を有する。
ここで、前輪旋回用モーター７１Ａは、ボディ４０に固定されており、図示例では、ボディ４０を構成する長方形型のプレート４１の上面における前側に固定されている。この前輪旋回用モーター７１Ａは前輪旋回用回転軸７１Ｅを有し、この前輪旋回用回転軸７１Ｅは左右の前輪２０Ｌ，２０Ｒにおける幅方向の中間部で車輌上下方向へ突出している。
【００１９】
前輪旋回用レバー７１Ｂは長手方向の中間位置で前輪旋回用回転軸７１Ｅに取り付けられ前輪旋回用回転軸７１Ｅと共に回転するものである。この前輪旋回用レバー７１Ｂの一端部と左側の前輪２０Ｌとにそれぞれ回転可能に前輪旋回用第１ロッド７１Ｃが取り付けられ、前輪旋回用レバー７１Ｂの他端部と右側の前輪２０Ｒとにそれぞれ回転可能に前輪旋回用第２ロッド７１Ｄが取り付けられている。前輪旋回用第１ロッド７１Ｃと前輪旋回用第２ロッド７１Ｄとは、図１に示すように、ケース５１の内面において、鉛直回転軸６０の取付位置より後方の位置に連結している。
【００２０】
これらの前輪旋回用第１ロッド７１Ｃ及び前輪旋回用第２ロッド７１Ｄの長さＬ１は、図１に示すように、ボディ４０の幅Ｗの半分（Ｗ×１／２）よりも長く設定されている。
前輪旋回用モーター７１Ａの駆動によって前輪旋回用回転軸７１Ｅ及び前輪旋回用レバー７１Ｂが回転して各前輪旋回用第１ロッド７１Ｃ及び前輪旋回用第２ロッド７１Ｄが移動することで、鉛直回転軸６０まわりに前輪２０Ｌ，２０Ｒが回転する。即ち、図１に矢印Ａで示すように、前輪旋回用モーター７１Ａ及び前輪旋回用レバー７１Ｂが右回転すると、前輪旋回用第１ロッド７１Ｃ及び前輪旋回用第２ロッド７１Ｄが左右に押し出されて、左右の前輪２０Ｌ，２０Ｒはハの字状に開く。
【００２１】
なお、前輪旋回用レバー７１Ｂには回転センサー（図示省略）が取り付けられている。例えば、回転センサーとしてのロータリエンコーダーが前輪旋回用回転軸７１Ｅに取り付けられており、このロータリエンコーダーを介して前輪旋回用レバー７１Ｂが前輪旋回用回転軸７１Ｅに取り付けられている。このような回転センサーによって前輪２０Ｌ，２０Ｒの開き角度θが計算される。この角度θは制御コンピューター９２（後述の図２参照）へ送られて、各モーター５０の回転数が計算される。各モーター５０の回転数がモータードライバー９１（後述の図２参照）へ送出されてモーター５０が駆動される。
【００２２】
前輪２０Ｌ，２０Ｒのボディ４０に対する開き角度θを小さくするには、上記とは逆に、前輪旋回用レバー７１Ｂを反時計方向へ回転させて、前輪旋回用第１ロッド７１Ｃ及び前輪旋回用第２ロッド７１Ｄを内側に引き込む。
前輪旋回用モーター７１Ａの駆動によって前輪旋回用回転軸７１Ｅ及び前輪旋回用レバー７１Ｂが回転して各前輪旋回用第１ロッド７１Ｃ及び前輪旋回用第２ロッド７１Ｄが移動することで、鉛直回転軸６０まわりに前輪２０Ｌ，２０Ｒが回転する。
【００２３】
後輪用回転手段７２は、後輪旋回用モーター７２Ａと、後輪旋回用レバー７２Ｂと、後輪旋回用第１ロッド７２Ｃと、後輪旋回用第２ロッド７２Ｄと、を有する。
ここで、後輪旋回用モーター７２Ａは、ボディ４０に固定されており、図示例では、ボディ４０を構成するプレート４１の上面における後側に固定されている。この後輪旋回用モーター７２Ａは後輪旋回用回転軸７２Ｅを有し、この後輪旋回用回転軸７２Ｅは左右の後輪３０Ｌ，３０Ｒにおける幅方向の中間部で車輌上下方向へ突出している。
後輪旋回用レバー７２Ｂは長手方向の中間位置で後輪旋回用回転軸７２Ｅに取り付けられ後輪旋回用回転軸７２Ｅと共に回転するものである。この後輪旋回用レバー７２Ｂの一端部と左側の後輪３０Ｌとにそれぞれ回転可能に後輪旋回用第１ロッド７２Ｃが取り付けられ、後輪旋回用レバー７２Ｂの他端部と右側の後輪３０Ｒとにそれぞれ回転可能に後輪旋回用第２ロッド７２Ｄが取り付けられている。後輪旋回用第１ロッド７２Ｃと後輪旋回用第２ロッド７２Ｄとは、図１に示すように、ケース５１の内面において、鉛直回転軸６０の取付位置より前方の位置に連結している。
【００２４】
これらの後輪旋回用第１ロッド７２Ｃ及び後輪旋回用第２ロッド７２Ｄの長さＬ２は、図１に示すように、ボディの幅Ｗの半分（Ｗ×１／２）よりも長く設定されている。
後輪旋回用モーター７２Ａの駆動によって後輪旋回用回転軸７２Ｅ及び後輪旋回用レバー７２Ｂが回転して各後輪旋回用第１ロッド７２Ｃ及び後輪旋回用第２ロッド７２Ｄが移動することで、鉛直回転軸６０まわりに後輪３０Ｌ，３０Ｒが回転する。即ち、後輪旋回用モーター７２Ａ及び後輪旋回用レバー７２Ｂが右回転すると、後輪旋回用第１ロッド７２Ｃ及び後輪旋回用第２ロッド７２Ｄが左右に押し出されて、左右の後輪３０Ｌ，３０Ｒは逆ハの字状に開く。
【００２５】
なお、後輪旋回用レバー７２Ｂには回転センサー（図示省略）が取り付けられている。例えば、回転センサーとしてのロータリエンコーダーが後輪旋回用回転軸７２Ｅに取り付けられており、このロータリエンコーダーを介して後輪旋回用レバー７２Ｂが後輪旋回用回転軸７２Ｅに取り付けられている。このような回転センサーによって後輪３０Ｌ，３０Ｒの開き角度が計算される。この角度は制御コンピューター９２（後述の図２参照）へ送られて、各モーター５０の回転数が計算される。各モーター５０の回転数がモータードライバー９１（後述の図２参照）へ送出されてモーター５０が駆動される。
【００２６】
後輪３０Ｌ，３０Ｒのボディ４０に対する開き角度を小さくするには、上記とは逆に、後輪旋回用レバー７２Ｂを反時計方向へ回転させて、後輪旋回用第１ロッド７２Ｃ及び後輪旋回用第２ロッド７２Ｄを内側に引き込む。
後輪旋回用モーター７２Ａの駆動によって後輪旋回用回転軸７２Ｅ及び後輪旋回用レバー７２Ｂが回転して各後輪旋回用第１ロッド７２Ｃ及び後輪旋回用第２ロッド７２Ｄが移動することで、鉛直回転軸６０まわりに後輪３０Ｌ，３０Ｒが回転する。
【００２７】
さらに、本実施形態の後輪３０Ｌ，３０Ｒには、ブレーキ装置８０が設けられている。なお、本実施形態では、例えば特開２００４−３４４２８９号公報の段落（００１７）やその図４に開示されているロータブレーキを、ブレーキ装置８０として利用することができる。このブレーキ装置８０は、後輪３０Ｌ，３０Ｒの回転を抑えるものではなく、後輪３０Ｌ，３０Ｒを成す図４に示すような全方向車輪２００の各回転体２１０の回転を抑えるものである。このブレーキ装置８０を作動させると、各回転体２１０の回転が規制されることで後輪３０Ｌ，３０Ｒは横方向への移動ができなくなる。なお、後輪３０Ｌ，３０Ｒ自体の回転軸２２０（図４参照）まわりの回転は、例えば後輪３０Ｌ，３０Ｒのモーターに取り付けた電磁ブレーキによって抑えられる。
【００２８】
図２は、本発明の実施形態に係る全方向移動車輌１０における制御系のブロック図である。全方向移動車輌１０は図２に示すように、モータードライバー９１と、モータードライバー９１を制御する制御コンピューター９２と、この制御コンピューター９２へ指示信号を送信するジョイスティック又はロボットコントローラ９３と、を備えている。図において、５０は走行用のモーターで、８０はブレーキ装置、７１Ａ，７２Ａはレバー駆動用のモーター、９４は回転センサー（所謂角度センサー）である。
本実施形態において、ジョイスティック又はロボットコントローラ９３から制御コンピューター９２へは、例えば、前輪２０Ｌ，２０Ｒ及び／又は後輪３０Ｌ，３０Ｒを旋回させる旋回信号と、前輪２０Ｌ，２０Ｒ及び／又は後輪３０Ｌ，３０Ｒを回転させて走行するための走行信号と、走行信号中に減速させるための停止信号とが送られる。
【００２９】
制御コンピューター９２は、旋回信号を受けた場合、レバー駆動用のモーター即ち前輪旋回用モーター７１Ａや後輪旋回用モーター７２Ａを駆動して、前輪旋回用レバー７１Ｂや後輪旋回用レバー７２Ｂを回転させる。これらのレバー７１Ｂ，７２Ｂの回転によって、レバー７１Ｂ，７２Ｂに連結された第１ロッド７１Ｃ，７２Ｃ及び第２ロッド７１Ｄ，７２Ｄが移動して、前輪２０Ｌ，２０Ｒ及び後輪３０Ｌ，３０Ｒが鉛直回転軸６０のまわりに回転して、ボディ４０に対する角度を変える。
【００３０】
制御コンピューター９２は、走行信号を受けた場合、回転センサー９４によって前輪２０Ｌ，２０Ｒや後輪３０Ｌ，３０Ｒの開き角度が計算されて、この角度が制御コンピューター９２へ送られる。各モーター５０の回転数が計算されて、各モーター５０の回転数がモータードライバー９１へ送出されてモーター５０が駆動される。これにより、車輪が回転して全方向移動車輌１０は走行する。
【００３１】
制御コンピューター９２は、後輪３０Ｌ，３０Ｒの回転体２１０の回転を停止する信号を受けた場合、ブレーキ装置８０を起動させる。これにより、後輪３０Ｌ，３０Ｒの回転体２１０の回転が抑えられて、全方向移動車輌１０の後輪３０Ｌ，３０Ｒは、一般的なタイヤのように、回転軸２２０（図４参照）まわりの回転方向に進行する。
制御コンピューター９２は、車両を停止する信号を受けた場合、後輪３０Ｌ，３０Ｒの電磁ブレーキを起動させて、後輪３０Ｌ，３０Ｒの回転を抑制する。これにより、全方向移動車輌１０は減速し、回転を抑制する時間が長ければ車輌は停止する。
【００３２】
このように構成された全方向移動車輌は、例えば、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すようなモードで走行することができる。
図３（Ａ）は四輪駆動モードの全方向移動車輌１０を示す図であり、この四輪駆動モードは、前輪２０Ｌ，２０Ｒ及び後輪３０Ｌ，３０Ｒの各回転軸２２０が前後方向と直交した方向、即ち各車輪の回転方向が全て前後方向に向いている。
このモードでは、ブレーキ装置８０が作動して、後輪３０Ｌ，３０Ｒの各回転体２１０は回転が抑えられるため、後輪３０Ｌ，３０Ｒは一般的なタイヤのように機能し、回転軸２２０まわりの回転方向に車両を進行させる役割を果たす。
よって、全ての車輪が同じ方向に回転することが可能になる。これにより、全ての車輪を正転方向へ回転させると、前方への高い走破性を発揮することができて、例えば、屋外の段差、砂浜、雪道等の不整地でも良好な走行を行える。
【００３３】
図３（Ｂ）はハイブリットモードの全方向移動車輌１０を示す図であり、このハイブリットモードは、図３（Ａ）に示す四輪駆動状態から前輪２０Ｌ，２０Ｒのみを前輪旋回用モーター７１Ａで鉛直回転軸６０まわりに回転させて、ハの字に開く。後輪３０Ｌ，３０Ｒは、その回転軸２２０を前後方向と直交させる方向、即ち後輪３０Ｌ，３０Ｒの回転方向を全て前後方向へ向けている。
このハイブリットモードでは、全方向移動車輌１０は四輪駆動モード又は全方向移動モードで走行することができる。
四輪駆動モードでは、ブレーキ装置８０が作動して、後輪３０Ｌ，３０Ｒの各回転体２１０は回転が抑えられて、後輪３０Ｌ，３０Ｒを一般的なタイヤのように機能させ、後輪３０Ｌ，３０Ｒは回転軸２２０まわりの回転方向に車両を進行させる。
全方向移動モードでは、ブレーキ装置８０を作動させずに、後輪３０Ｌ，３０Ｒの各回転体２１０の回転が許容されて、後輪３０Ｌ，３０Ｒは一般的なタイヤと異なり横方向への移動が可能になる。
このハイブリットモードの内、四輪駆動モードによれば、後輪３０Ｌ，３０Ｒが正転方向へ回転することで前方への走行性を高める役割を果たす。一方、全方向移動モードによれば、左右の各前輪２０Ｌ，２０Ｒと左右の各後輪３０Ｌ，３０Ｒとを正転或いは逆転側へ回転させることで、方向転換を容易に行える。
【００３４】
図３（Ｃ）は全方向移動モードの全方向移動車輌１０を示す図であり、図３（Ｂ）に示す四輪駆動状態から後輪３０Ｌ，３０Ｒを後輪旋回用モーター７２Ａで鉛直回転軸６０まわりに回転させて、逆ハの字に開く。各四輪を回転制御することで、全方向移動車輌１０は全方向への移動を容易に行え得る。これにより、屋内の狭い場所で切り返しなどの面倒な操作無しに自由な移動が出来る。なお、全方向移動モードでは、例えば、四輪駆動モードやハイブリッドモードと異なり、ブレーキ装置８０は常に開放しておく。
各モードの切り換えは、図３（Ａ）における四輪駆動モード、図３（Ｂ）における四輪駆動モード、図３（Ｂ）における全方向移動モード、図３（Ｃ）における全方向移動モードの順番或いは逆の順に従う。
【００３５】
このように、本発明の実施形態に係る全方向移動車輌１０は、四輪駆動モードにおいて屋外の悪路や段差などを有する場所では強力な走破性を発揮し、全方向移動モードにおいて屋内などの狭い場所では全方向へ移動可能な走行機能を発揮し、ハイブリッドモードでは四輪駆動モードや全方向移動モードよりも効果は低いが両方の機能を発揮することができる。
また、本発明の実施形態に係る全方向移動車輌１０は、走行しながら四輪駆動モードと全方向移動モードとを切り替えられるので、ロボットやＡＶＧの走行手段として全方向移動車輌１０を適用した場合、ロボットやＡＶＧの作業時間を短縮することができる。
【００３６】
以上詳述したが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施をすることができる。
実施の形態では、左右の前輪が前輪用回転手段７１によって同時に鉛直回転軸６０まわりに回転させられる場合を説明したが、左右の前輪２０Ｌ，２０Ｒが別々に鉛直回転軸６０まわりに回転させられるように構成されてもよい。左右の後輪３０Ｌ，３０Ｒもそれぞれ個別に駆動制御されて鉛直回転軸６０のまわりに回転させてもよい。
本発明は、ロボットやＡＶＧに限らず、電動車椅子に適用することができる。
本発明の全方向移動車輌において、ボディの構造は上記構成例に限定されるものではなく、例えば、パイプ状の部材を組み合わせて、或いはパイプ状の部材と板状の部材とを組み合わせ構成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態に係る全方向移動車輌の平面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る全方向移動車輌における制御系のブロック図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、図１の全方向移動車輌の走行方法を説明するための図である。
【図４】（Ａ）は従来の全方向車輪を示す斜視図であり、（Ｂ）は全方向車輪の回転体を示す図である。
【図５】従来の四輪駆動型車輌を示す斜視図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、図５の四輪駆動型車輌の走行方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０ 全方向移動車輌
２０Ｌ，２０Ｒ 前輪
３０Ｌ，３０Ｒ 後輪
４０ ボディ
４１ プレート
５０ ホイールインモーター
５１ ケース
６０ 鉛直回転軸
７０ 回転手段
７１ 前輪用回転手段
７１Ａ 前輪旋回用モーター
７１Ｂ 前輪旋回用レバー
７１Ｃ 前輪旋回用第１ロッド
７１Ｄ 前輪旋回用第２ロッド
７１Ｅ 前輪旋回用回転軸
７２ 後輪用回転手段
７２Ａ 後輪旋回用モーター
７２Ｂ 後輪旋回用レバー
７２Ｃ 後輪旋回用第１ロッド
７２Ｄ 後輪旋回用第２ロッド
７２Ｅ 後輪旋回用回転軸
８０ ブレーキ装置
９１ モータードライバー
９２ 制御コンピューター
９３ ロボットコントローラ
９４ 回転センサー
２００ 全方向車輪
２１０ 回転体
２１１ 底部
２１２ 開口部
２２０ 車軸
２２０ 回転軸
Ａ 矢印
Ｗ 幅
Ｚ 中心
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪外周に沿って並んで配置した複数個の回転体を備え、各回転体がそれぞれ車輪回転軸と直交する軸まわりに回転可能に支持されている車輪を旋回式に配設した４輪型の車輌に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人が移動するための手段として車輪を備えた各種の走行装置が知られている。この種の走行装置は、少なくとも３輪又は４輪をボディのコーナー部やそれに近接した部位に配設している。
【０００３】
この種の車輌として、一対の前輪と一対の駆動輪としての後輪とを備え、各車輪の車軸を車幅方向に配設したタイプ、即ち各車輪を非旋回式にボディに取り付けた車輌が知られている。このような車輌では車輪自体が向きを変えないので、左側と右側の駆動輪に回転数の差を与えることで、進行方向を変えている。
【０００４】
車輪が向きを変えない車輌の走行機能を高めるために、図４（Ａ）に示す全方向車輪２００が開発されている。全方向車輪２００は、車輪の外周縁に沿って複数の回転体２１０を備えている。各回転体２１０は、例えば、図４（Ｂ）に示すように、円盤状の底部２１１から開口部２１２に向けて次第に拡開するように形成され、カップ状に形成されている。各回転体２１０は、その先細の底部領域が他の回転体の開口部２１２から内部に部分的に入り込むように配設され、各回転体２１０が連なることで、各回転体２１０によって円状の輪郭が画成される。この種の全方向車輪２００が特許文献１〜５に開示されている。
【０００５】
さらに、近年では、上記全方向車輪２００を備えた四輪駆動型車輌として、全方向への移動をより一層円滑に行えるタイプが開発されている。例えば、図５に示す四輪駆動型車輌３００は、ボディの四隅にそれぞれ配設された全方向車輪２００と、各全方向車輪を別々に駆動するように各全方向車輪に設けられたモーター２５０と、を備え、各全方向車輪２００の車軸２２０（図４（Ａ）参照）がボディ２６０の中心Ｚ側を向くように車幅方向から傾けて配置されている。
この四輪駆動型車輌３００は、図５に示すように、モータードライバー３１０と、モータードライバー３１０を制御する制御コンピューター３２０と、この制御コンピューター３２０へ指示信号を送信するジョイスティック又はロボットコントローラ３３０と、を備えている。ジョイスティック３３０には、レバーやつまみが設けられており、操作者がレバーやつまみを回すと、その指示値が制御コンピューター３２０で読み取られ、さらに制御コンピューター３２０によって各モーター２５０の回転数をマトリックス演算で計算して、制御コンピューター３２０からモータードライバー３１０へ速度情報が送られる。そして、モータードライバー３１０は速度情報に基づいて各モーター２５０を駆動する。これにより、四輪駆動型車輌３００は下記のように走行する。
【０００６】
図６（Ａ）に示すように、制御コンピューター３２０及び各モータードライバー３１０が各モーター２５０を制御して、各車輪２００を正転させると、四輪駆動型車輌３００は前進する。
図６（Ｂ）に示すように、右側の前輪２００と左側の後輪２００を正転させ、その他の車輪２００、即ち左側の前輪と右側の後輪を回転させない場合には、四輪駆動型車輌３００は左前方に進む。この場合、右側の前輪２００と左側の後輪２００を反転させると、四輪駆動型車輌３００は右後方へ斜めに移動する。図６（Ｂ）とは逆に、右側の前輪２００と左側の後輪２００の回転を停止し、その他の車輪２００、即ち左側の前輪２００と右側の後輪２００を正転又は反転させると、四輪駆動型車輌３００は右前方又は左後方へ向けて斜めに移動する。
【０００７】
図６（Ｃ）に示すように、制御コンピューター３２０及び各モータードライバー３１０が、左側の車輪２００を正転させ、右側の車輪２００を反転させ、その際に、各車輪２００の回転速度が同じであれば、四輪駆動型車輌３００はその場で回転する。各車輪２００の回転方向を図６（Ｃ）とは逆にすると、四輪駆動型車輌３００はその場で反時計回りに回転する。
【０００８】
このように、四輪駆動型車輌３００によれば、回転を含む全方向移動が可能になる。この四輪駆動型車輌３００を電動車椅子として構成した場合、この電動車椅子は狭い部屋において切り返し操作なしに横方向への移動が行えて便利である。また、電動車椅子に限らず、フォークリフトや無人搬送車(Automated Guided Vehicle; AGV)などの重量級の車輌やロボットに、四輪駆動型車輌３００を適用した場合には、全方向へ移動可能であるため、微妙な位置あわせも素早く行うことができる。
この種の四輪駆動型車輌が特許文献６に開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−５８７０７号公報
【特許文献２】特開２００２−１３７６０２号公報
【特許文献３】特開２００３−１５４８０２号公報
【特許文献４】特開２００３−１５４８０３号公報
【特許文献５】特開２００５−３４３２７７号公報
【特許文献６】特開２００５−４７３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、図５に示すような四輪駆動型車輌３００は、進行方向に段差がある場合、その段差を乗り越える力が弱く、段差などの傷害物が多い屋外での走行は不向きである。
【００１１】
本発明は、以上の点に鑑みて創作されたもので、屋外の悪路や段差などを有する場所では強力な走破性を発揮し、屋内などの狭い場所では全方向へ移動可能な走行機能を発揮する、全方向用移動車輌を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は、左右の前輪と、左右の後輪と、前輪及び後輪を支持するボディと、を備え、前輪及び後輪がそれぞれ車輪外周に沿って並んで配置された複数個の回転体を有し、各回転体がそれぞれ車輪の回転軸と直交する軸まわりに回転可能に支持されている全方向用移動車輌であって、ボディの四つのコーナー部で車輌上下方向へ延び前輪及び後輪が取り付けられた鉛直回転軸と、これらの鉛直回転軸まわりに前輪及び後輪を回転させる回転手段と、を備えたことを特徴としている。
本発明の全方向用移動車輌において、好ましくは、回転手段が、左右の前輪を同時に回転させる前輪用回転手段や、左右の後輪を同時に回転させる後輪用回転手段を備えている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、路面状況に応じて、ボディに対する車輪の向きを容易に変えることができる。よって、屋外の悪路や段差などを有する場所では強力な走破性を発揮し、屋内などの狭い場所では全方向へ移動可能な走行機能を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。なお、図中のＦｒは全方向移動車輌の前方を、ＬＨは全方向移動車輌の幅方向であって左方を示す。
図１は本発明の実施形態に係る全方向移動車輌１０の平面図である。
この全方向移動車輌１０は、左右の前輪（以下、単に車輪と言う場合がある）２０Ｌ，２０Ｒと、左右の後輪（以下、単に車輪と言う場合がある）３０Ｌ，３０Ｒと、前輪２０Ｌ，２０Ｒ及び後輪３０Ｌ，３０Ｒを支持するボディ４０と、を備えている。
この全方向移動車輌１０では、各車輪２０Ｌ，２０Ｒ，３０Ｌ，３０Ｒは図４に示すような全方向車輪として構成されている。これらの各車輪２０Ｌ，２０Ｒ，３０Ｌ，３０Ｒにはホイールインモーター５０が取り付けられている。
【００１５】
さらに、本実施形態では、これらの各車輪２０Ｌ，２０Ｒ，３０Ｌ，３０Ｒがボディ４０に対して旋回式、即ち回転軸２２０（図４参照）がその軸芯の向きを変えられるように配設されていることを特徴としている。
【００１６】
各車輪２０Ｌ，２０Ｒ，３０Ｌ，３０Ｒがボディ４０に対して旋回式に配設されるように、ボディ４０の四つのコーナー部には、車輌上下方向へ延びた鉛直回転軸６０がそれぞれ配設されている。各鉛直回転軸６０は、図示省略するが、例えばボディ４０のコーナー部に固定したブラケットに回転可能に取り付けられている。これらの各鉛直回転軸６０には、前輪２０Ｌ，２０Ｒ及び後輪３０Ｌ，３０Ｒのホイールインモーター５０を構成するケース５１が固定される。例えば、各ホイールインモーター５０のケース５１に固定したブラケット（図示省略）が、対応する鉛直回転軸６０に固定されている。
【００１７】
本実施形態の全方向移動車輌１０は、これらの鉛直回転軸６０まわりに前輪２０Ｌ，２０Ｒ及び後輪３０Ｌ，３０Ｒを回転させるために、回転手段７０を備えている。回転手段７０は、左右の前輪２０Ｌ，２０Ｒを同時に回転させる前輪用回転手段７１と、左右の後輪３０Ｌ，３０Ｒを同時に回転させる後輪用回転手段７２と、を備えている。
【００１８】
前輪用回転手段７１は、前輪旋回用モーター７１Ａと、前輪旋回用レバー７１Ｂと、前輪旋回用第１ロッド７１Ｃと、前輪旋回用第２ロッド７１Ｄと、を有する。
ここで、前輪旋回用モーター７１Ａは、ボディ４０に固定されており、図示例では、ボディ４０を構成する長方形型のプレート４１の上面における前側に固定されている。この前輪旋回用モーター７１Ａは前輪旋回用回転軸７１Ｅを有し、この前輪旋回用回転軸７１Ｅは左右の前輪２０Ｌ，２０Ｒにおける幅方向の中間部で車輌上下方向へ突出している。
【００１９】
前輪旋回用レバー７１Ｂは長手方向の中間位置で前輪旋回用回転軸７１Ｅに取り付けられ前輪旋回用回転軸７１Ｅと共に回転するものである。この前輪旋回用レバー７１Ｂの一端部と左側の前輪２０Ｌとにそれぞれ回転可能に前輪旋回用第１ロッド７１Ｃが取り付けられ、前輪旋回用レバー７１Ｂの他端部と右側の前輪２０Ｒとにそれぞれ回転可能に前輪旋回用第２ロッド７１Ｄが取り付けられている。前輪旋回用第１ロッド７１Ｃと前輪旋回用第２ロッド７１Ｄとは、図１に示すように、ケース５１の内面において、鉛直回転軸６０の取付位置より後方の位置に連結している。
【００２０】
これらの前輪旋回用第１ロッド７１Ｃ及び前輪旋回用第２ロッド７１Ｄの長さＬ１は、図１に示すように、ボディ４０の幅Ｗの半分（Ｗ×１／２）よりも長く設定されている。
前輪旋回用モーター７１Ａの駆動によって前輪旋回用回転軸７１Ｅ及び前輪旋回用レバー７１Ｂが回転して各前輪旋回用第１ロッド７１Ｃ及び前輪旋回用第２ロッド７１Ｄが移動することで、鉛直回転軸６０まわりに前輪２０Ｌ，２０Ｒが回転する。即ち、図１に矢印Ａで示すように、前輪旋回用モーター７１Ａ及び前輪旋回用レバー７１Ｂが右回転すると、前輪旋回用第１ロッド７１Ｃ及び前輪旋回用第２ロッド７１Ｄが左右に押し出されて、左右の前輪２０Ｌ，２０Ｒはハの字状に開く。
【００２１】
なお、前輪旋回用レバー７１Ｂには回転センサー（図示省略）が取り付けられている。例えば、回転センサーとしてのロータリエンコーダーが前輪旋回用回転軸７１Ｅに取り付けられており、このロータリエンコーダーを介して前輪旋回用レバー７１Ｂが前輪旋回用回転軸７１Ｅに取り付けられている。このような回転センサーによって前輪２０Ｌ，２０Ｒの開き角度θが計算される。この角度θは制御コンピューター９２（後述の図２参照）へ送られて、各モーター５０の回転数が計算される。各モーター５０の回転数がモータードライバー９１（後述の図２参照）へ送出されてモーター５０が駆動される。
【００２２】
前輪２０Ｌ，２０Ｒのボディ４０に対する開き角度θを小さくするには、上記とは逆に、前輪旋回用レバー７１Ｂを反時計方向へ回転させて、前輪旋回用第１ロッド７１Ｃ及び前輪旋回用第２ロッド７１Ｄを内側に引き込む。
前輪旋回用モーター７１Ａの駆動によって前輪旋回用回転軸７１Ｅ及び前輪旋回用レバー７１Ｂが回転して各前輪旋回用第１ロッド７１Ｃ及び前輪旋回用第２ロッド７１Ｄが移動することで、鉛直回転軸６０まわりに前輪２０Ｌ，２０Ｒが回転する。
【００２３】
後輪用回転手段７２は、後輪旋回用モーター７２Ａと、後輪旋回用レバー７２Ｂと、後輪旋回用第１ロッド７２Ｃと、後輪旋回用第２ロッド７２Ｄと、を有する。
ここで、後輪旋回用モーター７２Ａは、ボディ４０に固定されており、図示例では、ボディ４０を構成するプレート４１の上面における後側に固定されている。この後輪旋回用モーター７２Ａは後輪旋回用回転軸７２Ｅを有し、この後輪旋回用回転軸７２Ｅは左右の後輪３０Ｌ，３０Ｒにおける幅方向の中間部で車輌上下方向へ突出している。
後輪旋回用レバー７２Ｂは長手方向の中間位置で後輪旋回用回転軸７２Ｅに取り付けられ後輪旋回用回転軸７２Ｅと共に回転するものである。この後輪旋回用レバー７２Ｂの一端部と左側の後輪３０Ｌとにそれぞれ回転可能に後輪旋回用第１ロッド７２Ｃが取り付けられ、後輪旋回用レバー７２Ｂの他端部と右側の後輪３０Ｒとにそれぞれ回転可能に後輪旋回用第２ロッド７２Ｄが取り付けられている。後輪旋回用第１ロッド７２Ｃと後輪旋回用第２ロッド７２Ｄとは、図１に示すように、ケース５１の内面において、鉛直回転軸６０の取付位置より前方の位置に連結している。
【００２４】
これらの後輪旋回用第１ロッド７２Ｃ及び後輪旋回用第２ロッド７２Ｄの長さＬ２は、図１に示すように、ボディの幅Ｗの半分（Ｗ×１／２）よりも長く設定されている。
後輪旋回用モーター７２Ａの駆動によって後輪旋回用回転軸７２Ｅ及び後輪旋回用レバー７２Ｂが回転して各後輪旋回用第１ロッド７２Ｃ及び後輪旋回用第２ロッド７２Ｄが移動することで、鉛直回転軸６０まわりに後輪３０Ｌ，３０Ｒが回転する。即ち、後輪旋回用モーター７２Ａ及び後輪旋回用レバー７２Ｂが右回転すると、後輪旋回用第１ロッド７２Ｃ及び後輪旋回用第２ロッド７２Ｄが左右に押し出されて、左右の後輪３０Ｌ，３０Ｒは逆ハの字状に開く。
【００２５】
なお、後輪旋回用レバー７２Ｂには回転センサー（図示省略）が取り付けられている。例えば、回転センサーとしてのロータリエンコーダーが後輪旋回用回転軸７２Ｅに取り付けられており、このロータリエンコーダーを介して後輪旋回用レバー７２Ｂが後輪旋回用回転軸７２Ｅに取り付けられている。このような回転センサーによって後輪３０Ｌ，３０Ｒの開き角度が計算される。この角度は制御コンピューター９２（後述の図２参照）へ送られて、各モーター５０の回転数が計算される。各モーター５０の回転数がモータードライバー９１（後述の図２参照）へ送出されてモーター５０が駆動される。
【００２６】
後輪３０Ｌ，３０Ｒのボディ４０に対する開き角度を小さくするには、上記とは逆に、後輪旋回用レバー７２Ｂを反時計方向へ回転させて、後輪旋回用第１ロッド７２Ｃ及び後輪旋回用第２ロッド７２Ｄを内側に引き込む。
後輪旋回用モーター７２Ａの駆動によって後輪旋回用回転軸７２Ｅ及び後輪旋回用レバー７２Ｂが回転して各後輪旋回用第１ロッド７２Ｃ及び後輪旋回用第２ロッド７２Ｄが移動することで、鉛直回転軸６０まわりに後輪３０Ｌ，３０Ｒが回転する。
【００２７】
さらに、本実施形態の後輪３０Ｌ，３０Ｒには、ブレーキ装置８０が設けられている。なお、本実施形態では、例えば特開２００４−３４４２８９号公報の段落（００１７）やその図４に開示されているロータブレーキを、ブレーキ装置８０として利用することができる。このブレーキ装置８０は、後輪３０Ｌ，３０Ｒの回転を抑えるものではなく、後輪３０Ｌ，３０Ｒを成す図４に示すような全方向車輪２００の各回転体２１０の回転を抑えるものである。このブレーキ装置８０を作動させると、各回転体２１０の回転が規制されることで後輪３０Ｌ，３０Ｒは横方向への移動ができなくなる。なお、後輪３０Ｌ，３０Ｒ自体の回転軸２２０（図４参照）まわりの回転は、例えば後輪３０Ｌ，３０Ｒのモーターに取り付けた電磁ブレーキによって抑えられる。
【００２８】
図２は、本発明の実施形態に係る全方向移動車輌１０における制御系のブロック図である。全方向移動車輌１０は図２に示すように、モータードライバー９１と、モータードライバー９１を制御する制御コンピューター９２と、この制御コンピューター９２へ指示信号を送信するジョイスティック又はロボットコントローラ９３と、を備えている。図において、５０は走行用のモーターで、８０はブレーキ装置、７１Ａ，７２Ａはレバー駆動用のモーター、９４は回転センサー（所謂角度センサー）である。
本実施形態において、ジョイスティック又はロボットコントローラ９３から制御コンピューター９２へは、例えば、前輪２０Ｌ，２０Ｒ及び／又は後輪３０Ｌ，３０Ｒを旋回させる旋回信号と、前輪２０Ｌ，２０Ｒ及び／又は後輪３０Ｌ，３０Ｒを回転させて走行するための走行信号と、走行信号中に減速させるための停止信号とが送られる。
【００２９】
制御コンピューター９２は、旋回信号を受けた場合、レバー駆動用のモーター即ち前輪旋回用モーター７１Ａや後輪旋回用モーター７２Ａを駆動して、前輪旋回用レバー７１Ｂや後輪旋回用レバー７２Ｂを回転させる。これらのレバー７１Ｂ，７２Ｂの回転によって、レバー７１Ｂ，７２Ｂに連結された第１ロッド７１Ｃ，７２Ｃ及び第２ロッド７１Ｄ，７２Ｄが移動して、前輪２０Ｌ，２０Ｒ及び後輪３０Ｌ，３０Ｒが鉛直回転軸６０のまわりに回転して、ボディ４０に対する角度を変える。
【００３０】
制御コンピューター９２は、走行信号を受けた場合、回転センサー９４によって前輪２０Ｌ，２０Ｒや後輪３０Ｌ，３０Ｒの開き角度が計算されて、この角度が制御コンピューター９２へ送られる。各モーター５０の回転数が計算されて、各モーター５０の回転数がモータードライバー９１へ送出されてモーター５０が駆動される。これにより、車輪が回転して全方向移動車輌１０は走行する。
【００３１】
制御コンピューター９２は、後輪３０Ｌ，３０Ｒの回転体２１０の回転を停止する信号を受けた場合、ブレーキ装置８０を起動させる。これにより、後輪３０Ｌ，３０Ｒの回転体２１０の回転が抑えられて、全方向移動車輌１０の後輪３０Ｌ，３０Ｒは、一般的なタイヤのように、回転軸２２０（図４参照）まわりの回転方向に進行する。
制御コンピューター９２は、車両を停止する信号を受けた場合、後輪３０Ｌ，３０Ｒの電磁ブレーキを起動させて、後輪３０Ｌ，３０Ｒの回転を抑制する。これにより、全方向移動車輌１０は減速し、回転を抑制する時間が長ければ車輌は停止する。
【００３２】
このように構成された全方向移動車輌は、例えば、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すようなモードで走行することができる。
図３（Ａ）は四輪駆動モードの全方向移動車輌１０を示す図であり、この四輪駆動モードは、前輪２０Ｌ，２０Ｒ及び後輪３０Ｌ，３０Ｒの各回転軸２２０が前後方向と直交した方向、即ち各車輪の回転方向が全て前後方向に向いている。
このモードでは、ブレーキ装置８０が作動して、後輪３０Ｌ，３０Ｒの各回転体２１０は回転が抑えられるため、後輪３０Ｌ，３０Ｒは一般的なタイヤのように機能し、回転軸２２０まわりの回転方向に車両を進行させる役割を果たす。
よって、全ての車輪が同じ方向に回転することが可能になる。これにより、全ての車輪を正転方向へ回転させると、前方への高い走破性を発揮することができて、例えば、屋外の段差、砂浜、雪道等の不整地でも良好な走行を行える。
【００３３】
図３（Ｂ）はハイブリットモードの全方向移動車輌１０を示す図であり、このハイブリットモードは、図３（Ａ）に示す四輪駆動状態から前輪２０Ｌ，２０Ｒのみを前輪旋回用モーター７１Ａで鉛直回転軸６０まわりに回転させて、ハの字に開く。後輪３０Ｌ，３０Ｒは、その回転軸２２０を前後方向と直交させる方向、即ち後輪３０Ｌ，３０Ｒの回転方向を全て前後方向へ向けている。
このハイブリットモードでは、全方向移動車輌１０は四輪駆動モード又は全方向移動モードで走行することができる。
四輪駆動モードでは、ブレーキ装置８０が作動して、後輪３０Ｌ，３０Ｒの各回転体２１０は回転が抑えられて、後輪３０Ｌ，３０Ｒを一般的なタイヤのように機能させ、後輪３０Ｌ，３０Ｒは回転軸２２０まわりの回転方向に車両を進行させる。
全方向移動モードでは、ブレーキ装置８０を作動させずに、後輪３０Ｌ，３０Ｒの各回転体２１０の回転が許容されて、後輪３０Ｌ，３０Ｒは一般的なタイヤと異なり横方向への移動が可能になる。
このハイブリットモードの内、四輪駆動モードによれば、後輪３０Ｌ，３０Ｒが正転方向へ回転することで前方への走行性を高める役割を果たす。一方、全方向移動モードによれば、左右の各前輪２０Ｌ，２０Ｒと左右の各後輪３０Ｌ，３０Ｒとを正転或いは逆転側へ回転させることで、方向転換を容易に行える。
【００３４】
図３（Ｃ）は全方向移動モードの全方向移動車輌１０を示す図であり、図３（Ｂ）に示す四輪駆動状態から後輪３０Ｌ，３０Ｒを後輪旋回用モーター７２Ａで鉛直回転軸６０まわりに回転させて、逆ハの字に開く。各四輪を回転制御することで、全方向移動車輌１０は全方向への移動を容易に行え得る。これにより、屋内の狭い場所で切り返しなどの面倒な操作無しに自由な移動が出来る。なお、全方向移動モードでは、例えば、四輪駆動モードやハイブリッドモードと異なり、ブレーキ装置８０は常に開放しておく。
各モードの切り換えは、図３（Ａ）における四輪駆動モード、図３（Ｂ）における四輪駆動モード、図３（Ｂ）における全方向移動モード、図３（Ｃ）における全方向移動モードの順番或いは逆の順に従う。
【００３５】
このように、本発明の実施形態に係る全方向移動車輌１０は、四輪駆動モードにおいて屋外の悪路や段差などを有する場所では強力な走破性を発揮し、全方向移動モードにおいて屋内などの狭い場所では全方向へ移動可能な走行機能を発揮し、ハイブリッドモードでは四輪駆動モードや全方向移動モードよりも効果は低いが両方の機能を発揮することができる。
また、本発明の実施形態に係る全方向移動車輌１０は、走行しながら四輪駆動モードと全方向移動モードとを切り替えられるので、ロボットやＡＶＧの走行手段として全方向移動車輌１０を適用した場合、ロボットやＡＶＧの作業時間を短縮することができる。
【００３６】
以上詳述したが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施をすることができる。
実施の形態では、左右の前輪が前輪用回転手段７１によって同時に鉛直回転軸６０まわりに回転させられる場合を説明したが、左右の前輪２０Ｌ，２０Ｒが別々に鉛直回転軸６０まわりに回転させられるように構成されてもよい。左右の後輪３０Ｌ，３０Ｒもそれぞれ個別に駆動制御されて鉛直回転軸６０のまわりに回転させてもよい。
本発明は、ロボットやＡＶＧに限らず、電動車椅子に適用することができる。
本発明の全方向移動車輌において、ボディの構造は上記構成例に限定されるものではなく、例えば、パイプ状の部材を組み合わせて、或いはパイプ状の部材と板状の部材とを組み合わせ構成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態に係る全方向移動車輌の平面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る全方向移動車輌における制御系のブロック図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、図１の全方向移動車輌の走行方法を説明するための図である。
【図４】（Ａ）は従来の全方向車輪を示す斜視図であり、（Ｂ）は全方向車輪の回転体を示す図である。
【図５】従来の四輪駆動型車輌を示す斜視図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、図５の四輪駆動型車輌の走行方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０ 全方向移動車輌
２０Ｌ，２０Ｒ 前輪
３０Ｌ，３０Ｒ 後輪
４０ ボディ
４１ プレート
５０ ホイールインモーター
５１ ケース
６０ 鉛直回転軸
７０ 回転手段
７１ 前輪用回転手段
７１Ａ 前輪旋回用モーター
７１Ｂ 前輪旋回用レバー
７１Ｃ 前輪旋回用第１ロッド
７１Ｄ 前輪旋回用第２ロッド
７１Ｅ 前輪旋回用回転軸
７２ 後輪用回転手段
７２Ａ 後輪旋回用モーター
７２Ｂ 後輪旋回用レバー
７２Ｃ 後輪旋回用第１ロッド
７２Ｄ 後輪旋回用第２ロッド
７２Ｅ 後輪旋回用回転軸
８０ ブレーキ装置
９１ モータードライバー
９２ 制御コンピューター
９３ ロボットコントローラ
９４ 回転センサー
２００ 全方向車輪
２１０ 回転体
２１１ 底部
２１２ 開口部
２２０ 車軸
２２０ 回転軸
Ａ 矢印
Ｗ 幅
Ｚ 中心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右の前輪と、左右の後輪と、上記前輪及び上記後輪を支持するボディと、を備え、上記前輪及び前記後輪がそれぞれ車輪外周に沿って並んで配置された複数個の回転体を有し、各回転体がそれぞれ車輪の回転軸と直交する軸まわりに回転可能に支持されている、全方向用移動車輌であって、
上記ボディの四つのコーナー部で車輌上下方向へ延び上記前輪及び上記後輪が取り付けられた鉛直回転軸と、これらの鉛直回転軸まわりに上記前輪及び上記後輪を回転させる回転手段と、を備えたことを特徴とする、全方向用移動車輌。
【請求項２】
前記回転手段が、左右の前輪を同時に回転させる前輪用回転手段を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の全方向移動車輌。
【請求項３】
前記回転手段が、左右の後輪を同時に回転させる後輪用回転手段を備えたことを特徴とする、請求項１又は２に記載の全方向移動車輌。
【請求項４】
前記前輪用回転部が、左右の前輪における幅方向の中間部で前輪旋回用回転軸を車輌上下方向へ突出させた前輪旋回用モーターと、長手方向の中間位置で上記前輪旋回用回転軸に取り付けられ当該前輪旋回用回転軸と共に回転する前輪旋回用レバーと、この前輪旋回用レバーの一端部と左側の前輪とに回転可能に取り付けられた前輪旋回用第１ロッドと、上記前輪旋回用レバーの他端部と右側の前輪とに回転可能に取り付けられた前輪旋回用第２ロッドと、を有し、
上記前輪旋回用モーターの駆動により上記前輪旋回用回転軸及び上記前輪旋回用レバーが回転して上記各前輪旋回用の第１及び第２ロッドが移動することで、上記鉛直回転軸まわりに上記前輪が回転することを特徴とする、請求項２又は３に記載の全方向移動車輌。
【請求項５】
前記後輪用回転部が、左右の後輪における幅方向の中間部で後輪旋回用回転軸を車輌上下方向へ突出させた後輪旋回用モーターと、長手方向の中間位置で上記後輪旋回用回転軸に取り付けられ当該後輪旋回用回転軸と共に回転する後輪旋回用レバーと、この後輪旋回用レバーの一端部と左側の前輪とに回転可能に取り付けられた後輪旋回用第１ロッドと、上記後輪旋回用レバーの他端部と右側の前輪とに回転可能に取り付けられた後輪旋回用第２ロッドと、を有し、
上記後輪旋回用モーターの駆動によって上記後輪旋回用回転軸及び上記後輪旋回用レバーが回転して上記各後輪旋回用第１及び第２ロッドが移動することで、上記鉛直回転軸まわりに上記後輪が回転することを特徴とする、請求項３又は４に記載の全方向移動車輌。
【請求項１】
左右の前輪と、左右の後輪と、上記前輪及び上記後輪を支持するボディと、を備え、上記前輪及び前記後輪がそれぞれ車輪外周に沿って並んで配置された複数個の回転体を有し、各回転体がそれぞれ車輪の回転軸と直交する軸まわりに回転可能に支持されている、全方向用移動車輌であって、
上記ボディの四つのコーナー部で車輌上下方向へ延び上記前輪及び上記後輪が取り付けられた鉛直回転軸と、これらの鉛直回転軸まわりに上記前輪及び上記後輪を回転させる回転手段と、を備えたことを特徴とする、全方向用移動車輌。
【請求項２】
前記回転手段が、左右の前輪を同時に回転させる前輪用回転手段を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の全方向移動車輌。
【請求項３】
前記回転手段が、左右の後輪を同時に回転させる後輪用回転手段を備えたことを特徴とする、請求項１又は２に記載の全方向移動車輌。
【請求項４】
前記前輪用回転部が、左右の前輪における幅方向の中間部で前輪旋回用回転軸を車輌上下方向へ突出させた前輪旋回用モーターと、長手方向の中間位置で上記前輪旋回用回転軸に取り付けられ当該前輪旋回用回転軸と共に回転する前輪旋回用レバーと、この前輪旋回用レバーの一端部と左側の前輪とに回転可能に取り付けられた前輪旋回用第１ロッドと、上記前輪旋回用レバーの他端部と右側の前輪とに回転可能に取り付けられた前輪旋回用第２ロッドと、を有し、
上記前輪旋回用モーターの駆動により上記前輪旋回用回転軸及び上記前輪旋回用レバーが回転して上記各前輪旋回用の第１及び第２ロッドが移動することで、上記鉛直回転軸まわりに上記前輪が回転することを特徴とする、請求項２又は３に記載の全方向移動車輌。
【請求項５】
前記後輪用回転部が、左右の後輪における幅方向の中間部で後輪旋回用回転軸を車輌上下方向へ突出させた後輪旋回用モーターと、長手方向の中間位置で上記後輪旋回用回転軸に取り付けられ当該後輪旋回用回転軸と共に回転する後輪旋回用レバーと、この後輪旋回用レバーの一端部と左側の前輪とに回転可能に取り付けられた後輪旋回用第１ロッドと、上記後輪旋回用レバーの他端部と右側の前輪とに回転可能に取り付けられた後輪旋回用第２ロッドと、を有し、
上記後輪旋回用モーターの駆動によって上記後輪旋回用回転軸及び上記後輪旋回用レバーが回転して上記各後輪旋回用第１及び第２ロッドが移動することで、上記鉛直回転軸まわりに上記後輪が回転することを特徴とする、請求項３又は４に記載の全方向移動車輌。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−８９５５４（Ｐ２０１０−８９５５４Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５９０３０（Ｐ２００８−２５９０３０）
【出願日】平成２０年１０月３日（２００８．１０．３）
【出願人】（０００１５７０８３）関東自動車工業株式会社 (1,164)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３日（２００８．１０．３）
【出願人】（０００１５７０８３）関東自動車工業株式会社 (1,164)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]