摩擦式駆動装置および倒立振子型移動体
【課題】摩擦式駆動装置のメンテナンス性を改善し、併せて摩擦式駆動装置のコンパクト化設計を図ること。
【課題手段】
左右のドライブディスクを回転駆動する左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒを、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの中心部分に当該左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒと同一軸線上に配置し、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒと左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒとを、同一軸線上で、波動歯車装置７２Ｌ、７２Ｒあるいは遊星歯車装置１００Ｌ、１００Ｒによって駆動連結する。
【課題手段】
左右のドライブディスクを回転駆動する左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒを、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの中心部分に当該左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒと同一軸線上に配置し、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒと左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒとを、同一軸線上で、波動歯車装置７２Ｌ、７２Ｒあるいは遊星歯車装置１００Ｌ、１００Ｒによって駆動連結する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦式駆動装置および倒立振子型移動体に関し、特に、走行ユニットとして用いられる摩擦式駆動装置およびそれを用いた倒立振子型移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
全方向移動体のための走行駆動装置として、環状体と前記環状体の環方向に複数個配置され各々自身の配置位置に於ける前記環状体の接線方向の軸線周りに回転可能なドリブンローラとを含む主輪と、前記主輪の軸線方向の左右両側に各々自身の中心軸線周りに回転可能に配置された左右のドライブディスクと、前記左右のドライブディスクの各々に当該ドライブディスクの中心軸線に対してねじれの関係をなす軸線周りに回転可能に配置され、外周面をもって前記ドリブンローラの外周面に接触する複数個のドライブローラとを有する摩擦式駆動装置がある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
この摩擦式駆動装置は、一輪式の倒立振子型移動体の走行ユニット等として用いられ、左右のドライブディスクが倒立振子型移動体のフレームより回転可能に支持され、左右のドライブローラがドリブンローラを左右より挟むようにして主輪を回転（公転）可能に支持する。
【０００４】
この摩擦式駆動装置が用いられた倒立振子型移動体では、ドライブローラがドリブンローラに押し付けられ、ドライブローラとドリブンローラとの摩擦によってドライブディスクの回転がドライブローラよりドリブンローラに伝達され、左右のドライブディスクが互いに同方向に同速度で回転駆動された場合には、主輪が公転し、左右のドライブディスクが互いに異なる方向あるいは異なる速度で回転駆動された場合には、主輪が公転しつつドリブンローラが自転（環状体の接線方向の軸線周りに回転）あるいは主輪が公転せずドリブンローラが自転し、倒立振子制御によって起立した姿勢で、前後左右、斜めに、移動（走行）することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開２００８／１３２７７９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の摩擦式駆動装置では、左右のドライブディスクを個別に回転駆動する必要があり、左側のドライブディスクのための左側の電動モータと、右側のドライブディスクのための右側の電動モータとが個別に設けられている。従来の摩擦式駆動装置では、左右の電動モータは、各々、左右のドライブディスクより径方向外方に離れた位置に配置され、無端ベルト式等による減速式の動力伝達機構によって電動モータの回転をドライブディスクに減速伝達する構成になっている。
【０００７】
このため、従来の摩擦式駆動装置は、電動モータによる駆動源を含んだ一つの組立体として取り扱うことができず、メンテナンス性に欠けるものである。また、従来の摩擦式駆動装置は、電動モータ、動力伝達機構の配置のために、比較的大きいスペースが必要で、コンパクトな設計が難しい。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、摩擦式駆動装置のメンテナンス性を改善し、併せて摩擦式駆動装置のコンパクト化設計を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による摩擦式駆動装置は、環状体と前記環状体の環方向に複数個配置され各々自身の配置位置に於ける前記環状体の接線方向の軸線周りに回転可能なドリブンローラとを含む主輪と、前記主輪の軸線方向の左右両側に各々自身の中心軸線周りに回転可能に配置された左右のドライブディスクと、前記左右のドライブディスクの各々に当該ドライブディスクの中心軸線に対してねじれの関係をなす軸線周りに回転可能に配置され、外周面をもって前記ドリブンローラの外周面に接触する複数個の左右のドライブローラと、前記左右のドライブディスクを個々に当該ドライブディスクの中心軸線周りに回転駆動する電動モータ等による左右の回転アクチュエータとを有し、前記左右の回転アクチュエータは、前記左右のドライブディスクの中心部分に当該左右のドライブディスクと同一軸線上に配置されている。
【００１０】
本発明による摩擦式駆動装置は、好ましくは、前記左右の回転アクチュエータは、前記左右のドライブディスクの一つの半径方向で見て、前記左右のドライブローラと軸線方向に重複する部分を含んでいる。
【００１１】
本発明による摩擦式駆動装置は、好ましくは、前記左右の回転アクチュエータの回転を各々前記左右のドライブディスクに減速伝達する減速装置を有し、前記減速装置は、波動歯車装置により構成され、入力部材であるウェーブプラグを前記回転アクチュエータの出力軸に同心に連結され、出力部材であるリング形状の内歯部材をドライブディスクに同心に連結されている、あるいは、前記左右の回転アクチュエータの回転を各々前記左右のドライブディスクに減速伝達する減速装置を有し、前記減速装置は、遊星歯車装置により構成され、入力部材であるサンギアを前記回転アクチュエータの出力軸に同心に連結され、出力部材であるピニオンキャリヤをドライブディスクに連結されている。
【００１２】
本発明による摩擦式駆動装置は、好ましくは、前記左右のドライブディスクの径方向と軸線方向の少なくとも一方の相対変位を規制して当該左右のドライブディスクを相対回転可能に連結する連結機構を有する。
【００１３】
本発明による倒立振子型移動体は、走行ユニットとして、上述の発明による摩擦式駆動装置を含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による摩擦式駆動装置によれば、ドライブディスクの駆動源である左右の回転アクチュエータが、各々、左右のドライブディスクと同一軸線上に配置されているので、回転アクチュエータとドライブディスクとを一つの回転中心軸線上で駆動連結することができる。
【００１５】
これにより、摩擦式駆動装置を、回転アクチュエータを含んだ一つの組立体として構成することが可能になり、当該組立体の取り付け、取り外しが容易になり、メンテナンス性が改善される。
【００１６】
また、回転アクチュエータがドライブディスクの中心部に配置されることにより、回転アクチュエータがドライブディスクより径方向外方に離れた位置に配置される場合に比して駆動系の占有スペースを削減でき、コンパクトな設計が可能になり、摩擦式駆動装置の小型化を図ることができる。特に、左右の回転アクチュエータが左右のドライブディスクの一つの半径方向で見て左右のドライブローラと軸線方向に重複する部分を含んでいることにより、摩擦式駆動装置の左右方向の幅寸法を小さくできる。
【００１７】
また、回転アクチュエータがドライブディスクの中心部に配置されることにより、波動歯車装置や遊星歯車装置等のコンパクトな減速装置を用いることができ、このことによっても、摩擦式駆動装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による摩擦式駆動装置を走行ユニットとして含む倒立振子型移動体の一つの実施例を示すサドル・ステップ格納状態の斜視図。
【図２】同実施例のサドル・ステップ繰り出し状態の斜視図。
【図３】本実施例による摩擦式駆動装置の縦断面図。
【図４】本実施例による摩擦式駆動装置の要部の拡大縦断面図。
【図５】本実施例による摩擦式駆動装置の要部の斜視図。
【図６】他の実施例による摩擦式駆動装置の要部の拡大縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明による摩擦式駆動装置および倒立振子型移動体の実施例を、図１〜図５を参照して説明する。尚、上下、前後、左右の直交三次元座標軸を、移動体の移動方向に準じて図示のように定義する。
【００２０】
まず、図１、図２を参照して本実施例による摩擦式駆動装置を走行ユニットとして含む倒立振子型移動体の全体構成について説明する。倒立振子型移動体は、互いに連結された下部フレーム１０と上部フレーム２０とを有する。
【００２１】
下部フレーム１０は走行ユニット４０を支持している。走行ユニット４０は、一輪式のものであり、内蔵のジャイロスコープ、荷重センサ（図示省略）を用いた倒立振子制御のもとに、下部フレーム１０と上部フレーム２０の全体を起立姿勢に保ち、一輪車として前後左右、斜めの全方向の走行を担う。
【００２２】
下部フレーム１０の左右両側には、左右のステップ１４Ｌ、１４Ｒが跳ね上げ式に格納可能に設けられている。図１は左右のステップ１４Ｌ、１４Ｒが下部フレーム１０の左右両側に形成されたステップ格納部１６Ｌ、１６Ｒに格納された状態を、図２は左右のステップ１４Ｌ、１４Ｒがステップ格納部１６Ｌ、１６Ｒより水平姿勢に繰り出された状態を各々示している。
【００２３】
上部フレーム２０の左右両側には左右の湾曲したサドルアーム２２Ｌ、２２Ｒによって左右個別型のサドル３０Ｌ、３０Ｒが格納可能に設けられている。また、上部フレーム２０では、移動体持ち運び用のハンドル２６が格納可能に設けられている。
【００２４】
サドル３０Ｌ、３０Ｒは、乗員の臀部、大腿部を左右個別に受け持つ乗員用座部であり、平面視で各々円盤状をなしている。図１は左右のサドル３０Ｌ、３０Ｒが上部フレーム２０に左右方向に貫通形成された円筒状空間によるサドル格納部２４に格納された状態を、図２は左右のサドル３０Ｌ、３０Ｒが各々サドルアーム２２Ｌ、２２Ｒによってサドル格納部２４より水平姿勢に繰り出された状態を各々示している。
【００２５】
つぎに、本実施例による走行ユニット４０（摩擦式駆動装置）の詳細を、図３〜図５を参照して説明する。
【００２６】
下部フレーム１０は左右方向に間隔をおいて互いに対向する左側壁部１２Ｌと右側壁部１２Ｒとを有する。走行ユニット４０は下部フレーム１０の左側壁部１２Ｌと右側壁部１２Ｒとの間に配置されている。
【００２７】
走行ユニット４０は、円筒状の左右のマウント部材４２Ｌ、４２Ｒを有する。左右のマウント部材４２Ｌ、４２Ｒは、各々、取付ボルト４４によって左側壁部１２Ｌと右側壁部１２Ｒの内側に固定装着されている。左右のマウント部材４２Ｌ、４２Ｒは、左右方向に延在する一つの中心軸線Ａを共通の中心軸線としている。すなわち、左右のマウント部材４２Ｌ、４２Ｒは、中心軸線Ａをもって互いに同心に下部フレーム１０に固定されている。
【００２８】
左右のマウント部材４２Ｌ、４２Ｒは、各々、円筒部４２１Ｌ、４２１Ｒの外周に、左右の円環状のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒをクロスローラ軸受４６Ｌ、４６Ｒによって回転自在に支持している。クロスローラ軸受４６Ｌ、４６Ｒは、ラジアル荷重とアキシャル荷重（スラスト荷重）を受け持つことができるころがり軸受であり、マウント部材４２Ｌ、４２Ｒの円筒部４２１Ｌ、４２１Ｒの外周と、ドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの円筒部４８１Ｌ、４８１Ｒの内周とに各々ねじ締結された締結リング５０、５２によってマウント部材４２Ｌ、４２Ｒとドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒに対してアキシャル方向の定位置に固定されている。
【００２９】
左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒは、各々、円筒部４８１Ｌ、４８１Ｒより大きい径の外側円環部４８２Ｌ、４８２Ｒを有している。外側円環部４８２Ｌ、４８２Ｒには、ローラ軸５４Ｌ、５４Ｒによって左右のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒが各々回転可能に取り付けられている。左右のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒは、金属や硬質プラスチック等の高剛性材料により構成され、外側円環部４８２Ｌ、４８２Ｒの円周方向に等間隔をおいて、複数個、配置されており、各々、ローラ軸５４Ｌ、５４Ｒの中心軸線周りに回転可能になっている。
【００３０】
左右のローラ軸５４Ｌ、５４Ｒは、左右対称の配置で、各々、中心軸線Ａに対してねじれの関係をなす軸線方向に延在している。これにより、左右のローラ軸５４Ｌ、５４Ｒにより支持された左右のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒは、左右対称で、はすば歯車の歯すじと同様の傾斜配置になる。
【００３１】
左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒは、軸線方向に互いに近付く方向に延出した円筒延長部４８３Ｌ、４８３Ｒを有する。円筒延長部４８３Ｌと４８３Ｒとは、クロスローラ軸受５８によって相対回転可能に連結されている。クロスローラ軸受５８は、ラジアル荷重とアキシャル荷重（スラスト荷重）を受け持つことができるころがり軸受であり、インナレースをもって一方の円筒延長部４８３Ｌの外周面に嵌合し、アウタレースをもって他方の円筒延長部４８３Ｒの内周面に嵌合している。クロスローラ軸受５８のインナレースは円筒延長部４８３Ｌの外周にねじ締結された締結リング６２によって円筒延長部４８３Ｌに軸線方向に固定され、クロスローラ軸受５８のアウタレースは円筒延長部４８３Ｒの外周にねじ締結された締結リング６０によって円筒延長部４８３Ｒに軸線方向に固定されている。
【００３２】
クロスローラ軸受５８は、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒを相対回転可能に連結する連結機構の主要部をなしており、上述の組み付けにより、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの径方向と軸線方向の双方の相対変位を規制（禁止）している。換言すると、クロスローラ軸受５８は、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒを、相対回転可能に同心に連結し、且つ互いに軸線方向に変位できないようにしている。
【００３３】
これにより、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの相互の同心精度が保証されると共に、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの軸線方向の離間量が所定値に不変設定される。
【００３４】
左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの円筒部４８１Ｌ、４８１Ｒの内側、つまり、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの中心部分に画定された円筒状の空間部４８４Ｌ、４８４Ｒには左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒが配置されている。左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒは、ステータコイル（図示省略）等を内蔵したアウタハウジング６６Ｌ、６６Ｒをボルト６８によって左右のマウント部材４２Ｌ、４２Ｒに固定されている。左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒは、ともに中心軸線Ａと同心配置で、軸線方向に互いに近付く方向に延出したロータ軸７０Ｌ、７０Ｒを有する。
【００３５】
左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒは、各々、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの一つの半径方向で見て、左右のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒと軸線方向に重複する部分を含んでいる。換言すると、中心軸線Ａと平行な一つの投影面において、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒと左右のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒは、軸線方向に重複する部分を含んでいる。
【００３６】
ロータ軸７０Ｌ、７０Ｒの先端部には、左右の波動歯車装置７２Ｌ、７２Ｒのウェーブプラグ７４Ｌ、７４Ｒが固定連結されている。波動歯車装置７２Ｌ、７２Ｒは、周知の構造のものであり、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒと共に中心軸線Ａと同心配置で、入力部材である楕円形輪郭をした高剛性のウェーブプラグ７４Ｌ、７４Ｒと、ウェーブプラグ７４Ｌ、７４Ｒの外周面に嵌め込み装着されたウェーブベアリング７６Ｌ、７６Ｒと、ウェーブベアリング７６Ｌ、７６Ｒの外周面に摩擦係合し外周面に外歯を有するフランジ付き薄肉円筒形状の可撓性外歯部材７８Ｌ、７８Ｒと、可撓性外歯部材７８Ｒ、７８Ｌの外歯と噛合する内歯を有する高剛性のリング形状の内歯部材８０Ｌ、８０Ｒとを有する。内歯部材８０Ｌ、８０Ｒは、出力部材であり、ボルト８２によって左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒに固定連結されている。
【００３７】
これにより、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒの出力回転は、左右の波動歯車装置７２Ｌ、７２Ｒによって減速され、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒに個別に伝達される。
【００３８】
本実施例では、ウェーブプラグ７４Ｌ、７４Ｒ、ウェーブベアリング７６Ｌ、７６Ｒ、内歯部材８０Ｌ、８０Ｒは、ドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの延長円筒部４８３Ｌ、４８３Ｒの内側空間内に配置されている。このことと、電動モータ６４Ｌ、６４Ｒがドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの円筒部４８１Ｌ、４８１Ｒの内側空間内に配置されていることとが相俟って走行ユニット４０の軸方向寸法の縮小化が図られる。
【００３９】
左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒは、左右の複数個のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒによる円環状ローラ群によって左右両側より挟むようにして主輪８４を中心軸線Ａと同一あるいは近似の中心軸線上に支持している。換言すると、主輪８４は、左右の複数個のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒによる円環状配置のローラ群によって左右両側より挟まれるようにして左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒより、中心軸線Ａと同一あるいは近似の中心軸線上に無軸で支持され、自身の中心周りに回転（公転）可能になっている。
【００４０】
主輪８４は、角柱体により構成された無端円環状の環状体８６と、環状体８６の外周に嵌合装着された複数個のインナスリーブ８８と、各インナスリーブ８８の外周にボール軸受９０によって回転可能に取り付けられた複数のドリブンローラ９２とにより構成されている。 ドリブンローラ９２は、接地するローラであり、各々、ボール軸受９０と嵌合する金属製円筒部９２Ａと、金属製円筒部９２Ａの外周に加硫接着されたゴム製円筒部９２Ｂとにより構成されている。
【００４１】
ドリブンローラ９２は、インナスリーブ８８と共に環状体８６の環方向（周方向）に複数個あり、自身の配置位置における環状体８６の接線方向の軸線周りに回転（自転）可能になっている。
【００４２】
左右のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒは、外周面をもって主輪８４の実質的な外周面をなすドリブンローラ９２のゴム製円筒部９２Ｂの外周面に接触し、摩擦によってドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの回転（推進力）をドリブンローラ９２に伝達する。
【００４３】
ドリブンローラ９２と左右のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒとの関係（個数)は、最下部分において接地しているドリブンローラ９２には必ず少なくとも一組の左右のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒが接触し、ドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒより、少なくとも接地状態にあるドリブンローラ９２に常に推進力（回転力）が与えられる設定になっている。
【００４４】
左右のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒは、各々、主輪８４の中心軸線（輪中心）周りの回転方向、より正確には、各ドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒのドリブンローラ９２との接触箇所における接線方向に対して、直交および平行の何れでもない方向に延在する中心軸線周りに回転自在に配置されている。つまり、左右のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒは、各々、主輪８４の中心軸線周りの回転方向（公転方向）に対して傾斜し、ドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの回転軸線に対してねじれの関係をなす回転軸線を有し、ドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの中心軸線に対して平行でも直交でもない一つの仮想面に沿った回転面を有する。
【００４５】
換言すると、左右の各ドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒの中心軸線は、ドリブンローラ９２の中心軸相当の環状体８６の半径線に対してある角度をもって傾いていると同時に、環状体８６の中心線が接する仮想平面に対してある角度をもって傾いている。この三次元的な中心軸線の傾きにより、ドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒにおけるドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒの配置は、喩えると、ある角度の円錐面上に置かれた「はす歯傘歯車」の歯（歯すじ）の傾きに似ている。このことについて、より詳細な説明が必要ならば、国際公開２００８／１３９７４０号パンフレットを参照されたい。
【００４６】
本実施例では、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒによって左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの回転方向あるいは（および）回転速度を互いに違えると、ドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの回転力による円周（接線）方向の力に対し、この力に直交する向きの分力が左右のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒとドリブンローラ９２との接触面に作用する。この分力により、ドリブンローラ９２の外表面には、これを捩る力が作用し、ドリブンローラ９２が自身の中心軸線周りに回転（自転）することになる。
【００４７】
このドリブンローラ９２の回転は、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの回転速度差によって定まる。例えば、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒを互いに同一速度で逆向きに回転させると、主輪８４は全く公転せず、ドリブンローラ９２の自転だけが生じる。これにより、主輪８４には左右方向の走行力が加わることになり、倒立振子移動体は、左右方向に移動（真横移動）する。
【００４８】
これに対し、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの回転方向および回転速度が同一である場合には、ドリブンローラ９２が自転することがなく、主輪８４が公転し、倒立振子移動体１０は、前進（直進）あるいは後進する。
【００４９】
このように、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒによって左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの回転速度および回転方向を独立に制御することにより、倒立振子移動体は、路面上で全方向へ移動することができる。
【００５０】
上述の如く、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの駆動源である左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒが、各々、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒと同一軸線（中心軸線Ａ）上に配置されているので、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒと左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒとを、一つの回転中心軸線上で、左右の波動歯車装置７２Ｌ、７２Ｒを介在させて駆動連結することができる。
【００５１】
これにより、左側の電動モータ６４Ｌ、波動歯車装置７２Ｌ、複数個のドライブローラ５６Ｌを取り付けられたドライブディスク４８Ｌと、右側の電動モータ６４Ｒ、波動歯車装置７２Ｒ、複数個のドライブローラ５６Ｒを取り付けられたドライブディスク４８Ｒとを、各々、一つの組立体（サブアッセンブリ）として構成することができる。
【００５２】
このサブアッセンブリ化により、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒ、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒ、左右の波動歯車装置７２Ｌ、７２Ｒの下部フレーム１０に対する取り付け、取り外しを一括して作業性よく行えるようになり、メンテナンス性が改善される。
【００５３】
本実施例では、更に、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８がクロスローラ軸受５８によって連結されていることにより、図４に示されているように、上述の左右のサブアッセンブリを単一ユニット化、つまり、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒ、波動歯車装置７２Ｌ、７２Ｒ、ドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの全体を一つの組立体として取り扱うことができ、走行ユニット４０の下部フレーム１０に対する取り付け、取り外しを一括して更に作業性よく行えるようになる。
【００５４】
これにより、電動モータ６４Ｌ、６４Ｒ、波動歯車装置７２Ｌ、７２Ｒを含む左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの下部フレーム１０に対する組み付け、取り外しの作業性がよくなる。
【００５５】
また、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒが左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの中心部に同軸配置されることにより、電動モータ６４Ｌ、６４Ｒがドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒより径方向外方に離れた位置に配置される場合に比して、電動モータ６４Ｌ、６４Ｒを含む駆動系の占有スペースを削減できる。
【００５６】
これにより、コンパクトな設計が可能になり、走行ユニット４０の小型化を図ることができる。特に、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒが左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの一つの半径方向で見て左右のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒと軸線方向に重複する部分を含んでいることにより、走行ユニット４０（摩擦式駆動装置）の左右方向の幅寸法を小さくできる。
【００５７】
また、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒが左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの中心部に同軸配置されることにより、コンパクトな減速装置である波動歯車装置を用いることができ、このことによっても、走行ユニット４０（摩擦式駆動装置）の小型化が図られる。
【００５８】
本発明による走行ユニット４０（摩擦式駆動装置）の他の実施例を、図６を参照して説明する。なお、図５において、図４に対応する部分は、図４に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【００５９】
本実施例では、左右の波動歯車装置７２Ｌ、７２Ｒに代えて、左右の遊星歯車装置１００Ｌ、１００Ｒが用いられている。左右の遊星歯車装置１００Ｌ、１００Ｒは、サンギヤ１０Ｌ、１０２Ｒと、サンギヤ１０２Ｌ、１０２Ｒと同心配置のリングギア１０４Ｌ、１０４Ｒと、ピニオンキャリヤ１０６Ｌ、１０６Ｒに自転可能に支持されてサンギヤ１０２Ｌ、１０２Ｒとリングギア１０４Ｌ、１０４Ｒとに噛合するプラネタリピニオン１０８Ｌ、１０８Ｒとにより構成された一般的な遊星歯車装置である。
【００６０】
左右の遊星歯車装置１００Ｌ、１００Ｒは、サンギヤ１０２Ｌ、１０２Ｒを入力部材として左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒのロータ軸７０Ｌ、７０Ｒに固定され、リングギア１０４Ｌ、１０４Ｒを出力部材として左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒに固定され、ピニオンキャリヤ１０６Ｌ、１０６Ｒを反力部材としてマウント部材４２Ｌ、４２Ｒに固定され、減速装置をなしている。
【００６１】
これにより、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒの出力回転は、左右の遊星歯車装置１００Ｌ、１００Ｒによって減速され、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒに個別に伝達される。
【００６２】
本実施例でも、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの駆動源である左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒが、各々、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒと同一軸線（中心軸線Ａ）上に配置されている。
【００６３】
これにより、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒと左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒとを、一つの回転中心軸線上で、左右の遊星歯車装置１００Ｌ、１００Ｒを介在させて駆動連結することができ、右側の電動モータ６４Ｌ、波動歯車装置７２Ｌ、複数個のドライブローラ５６Ｌを取り付けられたドライブディスク４８Ｌと、左側の電動モータ６４Ｒ、波動歯車装置７２Ｒ、複数個のドライブローラ５６Ｒを取り付けられたドライブディスク４８Ｒとを、各々、された一つの組立体（サブアッセンブリ）として構成することができる。
【００６４】
このサブアッセンブリ化により、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒ、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒ、左右の波動歯車装置７２Ｌ、７２Ｒの下部フレーム１０に対する取り付け、取り外しを一括して作業性よく行えるようになり、メンテナンス性が改善される。
【００６５】
また、本実施例でも、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒが左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの一つの半径方向で見て左右のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒと軸線方向に重複する部分を含んでおり、この配置により、走行ユニット４０（摩擦式駆動装置）の左右方向の幅寸法を小さくできる。
【符号の説明】
【００６６】
１０ 下部フレーム
１４Ｌ、１４Ｒ ステップ
２０ 上部フレーム
３０Ｌ、３０Ｒ サドル
４０ 走行ユニット
４２Ｌ、４２Ｒ マウント部材
４８Ｌ、４８Ｒ ドライブディスク
５６Ｌ、５６Ｒ ドライブローラ
５８ クロスローラ軸受
６４Ｌ、６４Ｒ 電動モータ
７２Ｌ、７２Ｒ 波動歯車装置
８４ 主輪
８６ 環状体
９２ ドリブンローラ
１００Ｌ、１００Ｒ 遊星歯車装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦式駆動装置および倒立振子型移動体に関し、特に、走行ユニットとして用いられる摩擦式駆動装置およびそれを用いた倒立振子型移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
全方向移動体のための走行駆動装置として、環状体と前記環状体の環方向に複数個配置され各々自身の配置位置に於ける前記環状体の接線方向の軸線周りに回転可能なドリブンローラとを含む主輪と、前記主輪の軸線方向の左右両側に各々自身の中心軸線周りに回転可能に配置された左右のドライブディスクと、前記左右のドライブディスクの各々に当該ドライブディスクの中心軸線に対してねじれの関係をなす軸線周りに回転可能に配置され、外周面をもって前記ドリブンローラの外周面に接触する複数個のドライブローラとを有する摩擦式駆動装置がある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
この摩擦式駆動装置は、一輪式の倒立振子型移動体の走行ユニット等として用いられ、左右のドライブディスクが倒立振子型移動体のフレームより回転可能に支持され、左右のドライブローラがドリブンローラを左右より挟むようにして主輪を回転（公転）可能に支持する。
【０００４】
この摩擦式駆動装置が用いられた倒立振子型移動体では、ドライブローラがドリブンローラに押し付けられ、ドライブローラとドリブンローラとの摩擦によってドライブディスクの回転がドライブローラよりドリブンローラに伝達され、左右のドライブディスクが互いに同方向に同速度で回転駆動された場合には、主輪が公転し、左右のドライブディスクが互いに異なる方向あるいは異なる速度で回転駆動された場合には、主輪が公転しつつドリブンローラが自転（環状体の接線方向の軸線周りに回転）あるいは主輪が公転せずドリブンローラが自転し、倒立振子制御によって起立した姿勢で、前後左右、斜めに、移動（走行）することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開２００８／１３２７７９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の摩擦式駆動装置では、左右のドライブディスクを個別に回転駆動する必要があり、左側のドライブディスクのための左側の電動モータと、右側のドライブディスクのための右側の電動モータとが個別に設けられている。従来の摩擦式駆動装置では、左右の電動モータは、各々、左右のドライブディスクより径方向外方に離れた位置に配置され、無端ベルト式等による減速式の動力伝達機構によって電動モータの回転をドライブディスクに減速伝達する構成になっている。
【０００７】
このため、従来の摩擦式駆動装置は、電動モータによる駆動源を含んだ一つの組立体として取り扱うことができず、メンテナンス性に欠けるものである。また、従来の摩擦式駆動装置は、電動モータ、動力伝達機構の配置のために、比較的大きいスペースが必要で、コンパクトな設計が難しい。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、摩擦式駆動装置のメンテナンス性を改善し、併せて摩擦式駆動装置のコンパクト化設計を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による摩擦式駆動装置は、環状体と前記環状体の環方向に複数個配置され各々自身の配置位置に於ける前記環状体の接線方向の軸線周りに回転可能なドリブンローラとを含む主輪と、前記主輪の軸線方向の左右両側に各々自身の中心軸線周りに回転可能に配置された左右のドライブディスクと、前記左右のドライブディスクの各々に当該ドライブディスクの中心軸線に対してねじれの関係をなす軸線周りに回転可能に配置され、外周面をもって前記ドリブンローラの外周面に接触する複数個の左右のドライブローラと、前記左右のドライブディスクを個々に当該ドライブディスクの中心軸線周りに回転駆動する電動モータ等による左右の回転アクチュエータとを有し、前記左右の回転アクチュエータは、前記左右のドライブディスクの中心部分に当該左右のドライブディスクと同一軸線上に配置されている。
【００１０】
本発明による摩擦式駆動装置は、好ましくは、前記左右の回転アクチュエータは、前記左右のドライブディスクの一つの半径方向で見て、前記左右のドライブローラと軸線方向に重複する部分を含んでいる。
【００１１】
本発明による摩擦式駆動装置は、好ましくは、前記左右の回転アクチュエータの回転を各々前記左右のドライブディスクに減速伝達する減速装置を有し、前記減速装置は、波動歯車装置により構成され、入力部材であるウェーブプラグを前記回転アクチュエータの出力軸に同心に連結され、出力部材であるリング形状の内歯部材をドライブディスクに同心に連結されている、あるいは、前記左右の回転アクチュエータの回転を各々前記左右のドライブディスクに減速伝達する減速装置を有し、前記減速装置は、遊星歯車装置により構成され、入力部材であるサンギアを前記回転アクチュエータの出力軸に同心に連結され、出力部材であるピニオンキャリヤをドライブディスクに連結されている。
【００１２】
本発明による摩擦式駆動装置は、好ましくは、前記左右のドライブディスクの径方向と軸線方向の少なくとも一方の相対変位を規制して当該左右のドライブディスクを相対回転可能に連結する連結機構を有する。
【００１３】
本発明による倒立振子型移動体は、走行ユニットとして、上述の発明による摩擦式駆動装置を含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による摩擦式駆動装置によれば、ドライブディスクの駆動源である左右の回転アクチュエータが、各々、左右のドライブディスクと同一軸線上に配置されているので、回転アクチュエータとドライブディスクとを一つの回転中心軸線上で駆動連結することができる。
【００１５】
これにより、摩擦式駆動装置を、回転アクチュエータを含んだ一つの組立体として構成することが可能になり、当該組立体の取り付け、取り外しが容易になり、メンテナンス性が改善される。
【００１６】
また、回転アクチュエータがドライブディスクの中心部に配置されることにより、回転アクチュエータがドライブディスクより径方向外方に離れた位置に配置される場合に比して駆動系の占有スペースを削減でき、コンパクトな設計が可能になり、摩擦式駆動装置の小型化を図ることができる。特に、左右の回転アクチュエータが左右のドライブディスクの一つの半径方向で見て左右のドライブローラと軸線方向に重複する部分を含んでいることにより、摩擦式駆動装置の左右方向の幅寸法を小さくできる。
【００１７】
また、回転アクチュエータがドライブディスクの中心部に配置されることにより、波動歯車装置や遊星歯車装置等のコンパクトな減速装置を用いることができ、このことによっても、摩擦式駆動装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による摩擦式駆動装置を走行ユニットとして含む倒立振子型移動体の一つの実施例を示すサドル・ステップ格納状態の斜視図。
【図２】同実施例のサドル・ステップ繰り出し状態の斜視図。
【図３】本実施例による摩擦式駆動装置の縦断面図。
【図４】本実施例による摩擦式駆動装置の要部の拡大縦断面図。
【図５】本実施例による摩擦式駆動装置の要部の斜視図。
【図６】他の実施例による摩擦式駆動装置の要部の拡大縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明による摩擦式駆動装置および倒立振子型移動体の実施例を、図１〜図５を参照して説明する。尚、上下、前後、左右の直交三次元座標軸を、移動体の移動方向に準じて図示のように定義する。
【００２０】
まず、図１、図２を参照して本実施例による摩擦式駆動装置を走行ユニットとして含む倒立振子型移動体の全体構成について説明する。倒立振子型移動体は、互いに連結された下部フレーム１０と上部フレーム２０とを有する。
【００２１】
下部フレーム１０は走行ユニット４０を支持している。走行ユニット４０は、一輪式のものであり、内蔵のジャイロスコープ、荷重センサ（図示省略）を用いた倒立振子制御のもとに、下部フレーム１０と上部フレーム２０の全体を起立姿勢に保ち、一輪車として前後左右、斜めの全方向の走行を担う。
【００２２】
下部フレーム１０の左右両側には、左右のステップ１４Ｌ、１４Ｒが跳ね上げ式に格納可能に設けられている。図１は左右のステップ１４Ｌ、１４Ｒが下部フレーム１０の左右両側に形成されたステップ格納部１６Ｌ、１６Ｒに格納された状態を、図２は左右のステップ１４Ｌ、１４Ｒがステップ格納部１６Ｌ、１６Ｒより水平姿勢に繰り出された状態を各々示している。
【００２３】
上部フレーム２０の左右両側には左右の湾曲したサドルアーム２２Ｌ、２２Ｒによって左右個別型のサドル３０Ｌ、３０Ｒが格納可能に設けられている。また、上部フレーム２０では、移動体持ち運び用のハンドル２６が格納可能に設けられている。
【００２４】
サドル３０Ｌ、３０Ｒは、乗員の臀部、大腿部を左右個別に受け持つ乗員用座部であり、平面視で各々円盤状をなしている。図１は左右のサドル３０Ｌ、３０Ｒが上部フレーム２０に左右方向に貫通形成された円筒状空間によるサドル格納部２４に格納された状態を、図２は左右のサドル３０Ｌ、３０Ｒが各々サドルアーム２２Ｌ、２２Ｒによってサドル格納部２４より水平姿勢に繰り出された状態を各々示している。
【００２５】
つぎに、本実施例による走行ユニット４０（摩擦式駆動装置）の詳細を、図３〜図５を参照して説明する。
【００２６】
下部フレーム１０は左右方向に間隔をおいて互いに対向する左側壁部１２Ｌと右側壁部１２Ｒとを有する。走行ユニット４０は下部フレーム１０の左側壁部１２Ｌと右側壁部１２Ｒとの間に配置されている。
【００２７】
走行ユニット４０は、円筒状の左右のマウント部材４２Ｌ、４２Ｒを有する。左右のマウント部材４２Ｌ、４２Ｒは、各々、取付ボルト４４によって左側壁部１２Ｌと右側壁部１２Ｒの内側に固定装着されている。左右のマウント部材４２Ｌ、４２Ｒは、左右方向に延在する一つの中心軸線Ａを共通の中心軸線としている。すなわち、左右のマウント部材４２Ｌ、４２Ｒは、中心軸線Ａをもって互いに同心に下部フレーム１０に固定されている。
【００２８】
左右のマウント部材４２Ｌ、４２Ｒは、各々、円筒部４２１Ｌ、４２１Ｒの外周に、左右の円環状のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒをクロスローラ軸受４６Ｌ、４６Ｒによって回転自在に支持している。クロスローラ軸受４６Ｌ、４６Ｒは、ラジアル荷重とアキシャル荷重（スラスト荷重）を受け持つことができるころがり軸受であり、マウント部材４２Ｌ、４２Ｒの円筒部４２１Ｌ、４２１Ｒの外周と、ドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの円筒部４８１Ｌ、４８１Ｒの内周とに各々ねじ締結された締結リング５０、５２によってマウント部材４２Ｌ、４２Ｒとドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒに対してアキシャル方向の定位置に固定されている。
【００２９】
左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒは、各々、円筒部４８１Ｌ、４８１Ｒより大きい径の外側円環部４８２Ｌ、４８２Ｒを有している。外側円環部４８２Ｌ、４８２Ｒには、ローラ軸５４Ｌ、５４Ｒによって左右のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒが各々回転可能に取り付けられている。左右のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒは、金属や硬質プラスチック等の高剛性材料により構成され、外側円環部４８２Ｌ、４８２Ｒの円周方向に等間隔をおいて、複数個、配置されており、各々、ローラ軸５４Ｌ、５４Ｒの中心軸線周りに回転可能になっている。
【００３０】
左右のローラ軸５４Ｌ、５４Ｒは、左右対称の配置で、各々、中心軸線Ａに対してねじれの関係をなす軸線方向に延在している。これにより、左右のローラ軸５４Ｌ、５４Ｒにより支持された左右のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒは、左右対称で、はすば歯車の歯すじと同様の傾斜配置になる。
【００３１】
左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒは、軸線方向に互いに近付く方向に延出した円筒延長部４８３Ｌ、４８３Ｒを有する。円筒延長部４８３Ｌと４８３Ｒとは、クロスローラ軸受５８によって相対回転可能に連結されている。クロスローラ軸受５８は、ラジアル荷重とアキシャル荷重（スラスト荷重）を受け持つことができるころがり軸受であり、インナレースをもって一方の円筒延長部４８３Ｌの外周面に嵌合し、アウタレースをもって他方の円筒延長部４８３Ｒの内周面に嵌合している。クロスローラ軸受５８のインナレースは円筒延長部４８３Ｌの外周にねじ締結された締結リング６２によって円筒延長部４８３Ｌに軸線方向に固定され、クロスローラ軸受５８のアウタレースは円筒延長部４８３Ｒの外周にねじ締結された締結リング６０によって円筒延長部４８３Ｒに軸線方向に固定されている。
【００３２】
クロスローラ軸受５８は、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒを相対回転可能に連結する連結機構の主要部をなしており、上述の組み付けにより、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの径方向と軸線方向の双方の相対変位を規制（禁止）している。換言すると、クロスローラ軸受５８は、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒを、相対回転可能に同心に連結し、且つ互いに軸線方向に変位できないようにしている。
【００３３】
これにより、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの相互の同心精度が保証されると共に、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの軸線方向の離間量が所定値に不変設定される。
【００３４】
左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの円筒部４８１Ｌ、４８１Ｒの内側、つまり、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの中心部分に画定された円筒状の空間部４８４Ｌ、４８４Ｒには左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒが配置されている。左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒは、ステータコイル（図示省略）等を内蔵したアウタハウジング６６Ｌ、６６Ｒをボルト６８によって左右のマウント部材４２Ｌ、４２Ｒに固定されている。左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒは、ともに中心軸線Ａと同心配置で、軸線方向に互いに近付く方向に延出したロータ軸７０Ｌ、７０Ｒを有する。
【００３５】
左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒは、各々、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの一つの半径方向で見て、左右のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒと軸線方向に重複する部分を含んでいる。換言すると、中心軸線Ａと平行な一つの投影面において、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒと左右のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒは、軸線方向に重複する部分を含んでいる。
【００３６】
ロータ軸７０Ｌ、７０Ｒの先端部には、左右の波動歯車装置７２Ｌ、７２Ｒのウェーブプラグ７４Ｌ、７４Ｒが固定連結されている。波動歯車装置７２Ｌ、７２Ｒは、周知の構造のものであり、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒと共に中心軸線Ａと同心配置で、入力部材である楕円形輪郭をした高剛性のウェーブプラグ７４Ｌ、７４Ｒと、ウェーブプラグ７４Ｌ、７４Ｒの外周面に嵌め込み装着されたウェーブベアリング７６Ｌ、７６Ｒと、ウェーブベアリング７６Ｌ、７６Ｒの外周面に摩擦係合し外周面に外歯を有するフランジ付き薄肉円筒形状の可撓性外歯部材７８Ｌ、７８Ｒと、可撓性外歯部材７８Ｒ、７８Ｌの外歯と噛合する内歯を有する高剛性のリング形状の内歯部材８０Ｌ、８０Ｒとを有する。内歯部材８０Ｌ、８０Ｒは、出力部材であり、ボルト８２によって左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒに固定連結されている。
【００３７】
これにより、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒの出力回転は、左右の波動歯車装置７２Ｌ、７２Ｒによって減速され、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒに個別に伝達される。
【００３８】
本実施例では、ウェーブプラグ７４Ｌ、７４Ｒ、ウェーブベアリング７６Ｌ、７６Ｒ、内歯部材８０Ｌ、８０Ｒは、ドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの延長円筒部４８３Ｌ、４８３Ｒの内側空間内に配置されている。このことと、電動モータ６４Ｌ、６４Ｒがドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの円筒部４８１Ｌ、４８１Ｒの内側空間内に配置されていることとが相俟って走行ユニット４０の軸方向寸法の縮小化が図られる。
【００３９】
左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒは、左右の複数個のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒによる円環状ローラ群によって左右両側より挟むようにして主輪８４を中心軸線Ａと同一あるいは近似の中心軸線上に支持している。換言すると、主輪８４は、左右の複数個のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒによる円環状配置のローラ群によって左右両側より挟まれるようにして左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒより、中心軸線Ａと同一あるいは近似の中心軸線上に無軸で支持され、自身の中心周りに回転（公転）可能になっている。
【００４０】
主輪８４は、角柱体により構成された無端円環状の環状体８６と、環状体８６の外周に嵌合装着された複数個のインナスリーブ８８と、各インナスリーブ８８の外周にボール軸受９０によって回転可能に取り付けられた複数のドリブンローラ９２とにより構成されている。 ドリブンローラ９２は、接地するローラであり、各々、ボール軸受９０と嵌合する金属製円筒部９２Ａと、金属製円筒部９２Ａの外周に加硫接着されたゴム製円筒部９２Ｂとにより構成されている。
【００４１】
ドリブンローラ９２は、インナスリーブ８８と共に環状体８６の環方向（周方向）に複数個あり、自身の配置位置における環状体８６の接線方向の軸線周りに回転（自転）可能になっている。
【００４２】
左右のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒは、外周面をもって主輪８４の実質的な外周面をなすドリブンローラ９２のゴム製円筒部９２Ｂの外周面に接触し、摩擦によってドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの回転（推進力）をドリブンローラ９２に伝達する。
【００４３】
ドリブンローラ９２と左右のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒとの関係（個数)は、最下部分において接地しているドリブンローラ９２には必ず少なくとも一組の左右のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒが接触し、ドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒより、少なくとも接地状態にあるドリブンローラ９２に常に推進力（回転力）が与えられる設定になっている。
【００４４】
左右のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒは、各々、主輪８４の中心軸線（輪中心）周りの回転方向、より正確には、各ドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒのドリブンローラ９２との接触箇所における接線方向に対して、直交および平行の何れでもない方向に延在する中心軸線周りに回転自在に配置されている。つまり、左右のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒは、各々、主輪８４の中心軸線周りの回転方向（公転方向）に対して傾斜し、ドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの回転軸線に対してねじれの関係をなす回転軸線を有し、ドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの中心軸線に対して平行でも直交でもない一つの仮想面に沿った回転面を有する。
【００４５】
換言すると、左右の各ドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒの中心軸線は、ドリブンローラ９２の中心軸相当の環状体８６の半径線に対してある角度をもって傾いていると同時に、環状体８６の中心線が接する仮想平面に対してある角度をもって傾いている。この三次元的な中心軸線の傾きにより、ドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒにおけるドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒの配置は、喩えると、ある角度の円錐面上に置かれた「はす歯傘歯車」の歯（歯すじ）の傾きに似ている。このことについて、より詳細な説明が必要ならば、国際公開２００８／１３９７４０号パンフレットを参照されたい。
【００４６】
本実施例では、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒによって左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの回転方向あるいは（および）回転速度を互いに違えると、ドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの回転力による円周（接線）方向の力に対し、この力に直交する向きの分力が左右のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒとドリブンローラ９２との接触面に作用する。この分力により、ドリブンローラ９２の外表面には、これを捩る力が作用し、ドリブンローラ９２が自身の中心軸線周りに回転（自転）することになる。
【００４７】
このドリブンローラ９２の回転は、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの回転速度差によって定まる。例えば、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒを互いに同一速度で逆向きに回転させると、主輪８４は全く公転せず、ドリブンローラ９２の自転だけが生じる。これにより、主輪８４には左右方向の走行力が加わることになり、倒立振子移動体は、左右方向に移動（真横移動）する。
【００４８】
これに対し、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの回転方向および回転速度が同一である場合には、ドリブンローラ９２が自転することがなく、主輪８４が公転し、倒立振子移動体１０は、前進（直進）あるいは後進する。
【００４９】
このように、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒによって左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの回転速度および回転方向を独立に制御することにより、倒立振子移動体は、路面上で全方向へ移動することができる。
【００５０】
上述の如く、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの駆動源である左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒが、各々、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒと同一軸線（中心軸線Ａ）上に配置されているので、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒと左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒとを、一つの回転中心軸線上で、左右の波動歯車装置７２Ｌ、７２Ｒを介在させて駆動連結することができる。
【００５１】
これにより、左側の電動モータ６４Ｌ、波動歯車装置７２Ｌ、複数個のドライブローラ５６Ｌを取り付けられたドライブディスク４８Ｌと、右側の電動モータ６４Ｒ、波動歯車装置７２Ｒ、複数個のドライブローラ５６Ｒを取り付けられたドライブディスク４８Ｒとを、各々、一つの組立体（サブアッセンブリ）として構成することができる。
【００５２】
このサブアッセンブリ化により、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒ、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒ、左右の波動歯車装置７２Ｌ、７２Ｒの下部フレーム１０に対する取り付け、取り外しを一括して作業性よく行えるようになり、メンテナンス性が改善される。
【００５３】
本実施例では、更に、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８がクロスローラ軸受５８によって連結されていることにより、図４に示されているように、上述の左右のサブアッセンブリを単一ユニット化、つまり、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒ、波動歯車装置７２Ｌ、７２Ｒ、ドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの全体を一つの組立体として取り扱うことができ、走行ユニット４０の下部フレーム１０に対する取り付け、取り外しを一括して更に作業性よく行えるようになる。
【００５４】
これにより、電動モータ６４Ｌ、６４Ｒ、波動歯車装置７２Ｌ、７２Ｒを含む左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの下部フレーム１０に対する組み付け、取り外しの作業性がよくなる。
【００５５】
また、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒが左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの中心部に同軸配置されることにより、電動モータ６４Ｌ、６４Ｒがドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒより径方向外方に離れた位置に配置される場合に比して、電動モータ６４Ｌ、６４Ｒを含む駆動系の占有スペースを削減できる。
【００５６】
これにより、コンパクトな設計が可能になり、走行ユニット４０の小型化を図ることができる。特に、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒが左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの一つの半径方向で見て左右のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒと軸線方向に重複する部分を含んでいることにより、走行ユニット４０（摩擦式駆動装置）の左右方向の幅寸法を小さくできる。
【００５７】
また、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒが左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの中心部に同軸配置されることにより、コンパクトな減速装置である波動歯車装置を用いることができ、このことによっても、走行ユニット４０（摩擦式駆動装置）の小型化が図られる。
【００５８】
本発明による走行ユニット４０（摩擦式駆動装置）の他の実施例を、図６を参照して説明する。なお、図５において、図４に対応する部分は、図４に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【００５９】
本実施例では、左右の波動歯車装置７２Ｌ、７２Ｒに代えて、左右の遊星歯車装置１００Ｌ、１００Ｒが用いられている。左右の遊星歯車装置１００Ｌ、１００Ｒは、サンギヤ１０Ｌ、１０２Ｒと、サンギヤ１０２Ｌ、１０２Ｒと同心配置のリングギア１０４Ｌ、１０４Ｒと、ピニオンキャリヤ１０６Ｌ、１０６Ｒに自転可能に支持されてサンギヤ１０２Ｌ、１０２Ｒとリングギア１０４Ｌ、１０４Ｒとに噛合するプラネタリピニオン１０８Ｌ、１０８Ｒとにより構成された一般的な遊星歯車装置である。
【００６０】
左右の遊星歯車装置１００Ｌ、１００Ｒは、サンギヤ１０２Ｌ、１０２Ｒを入力部材として左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒのロータ軸７０Ｌ、７０Ｒに固定され、リングギア１０４Ｌ、１０４Ｒを出力部材として左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒに固定され、ピニオンキャリヤ１０６Ｌ、１０６Ｒを反力部材としてマウント部材４２Ｌ、４２Ｒに固定され、減速装置をなしている。
【００６１】
これにより、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒの出力回転は、左右の遊星歯車装置１００Ｌ、１００Ｒによって減速され、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒに個別に伝達される。
【００６２】
本実施例でも、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの駆動源である左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒが、各々、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒと同一軸線（中心軸線Ａ）上に配置されている。
【００６３】
これにより、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒと左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒとを、一つの回転中心軸線上で、左右の遊星歯車装置１００Ｌ、１００Ｒを介在させて駆動連結することができ、右側の電動モータ６４Ｌ、波動歯車装置７２Ｌ、複数個のドライブローラ５６Ｌを取り付けられたドライブディスク４８Ｌと、左側の電動モータ６４Ｒ、波動歯車装置７２Ｒ、複数個のドライブローラ５６Ｒを取り付けられたドライブディスク４８Ｒとを、各々、された一つの組立体（サブアッセンブリ）として構成することができる。
【００６４】
このサブアッセンブリ化により、左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒ、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒ、左右の波動歯車装置７２Ｌ、７２Ｒの下部フレーム１０に対する取り付け、取り外しを一括して作業性よく行えるようになり、メンテナンス性が改善される。
【００６５】
また、本実施例でも、左右の電動モータ６４Ｌ、６４Ｒが左右のドライブディスク４８Ｌ、４８Ｒの一つの半径方向で見て左右のドライブローラ５６Ｌ、５６Ｒと軸線方向に重複する部分を含んでおり、この配置により、走行ユニット４０（摩擦式駆動装置）の左右方向の幅寸法を小さくできる。
【符号の説明】
【００６６】
１０ 下部フレーム
１４Ｌ、１４Ｒ ステップ
２０ 上部フレーム
３０Ｌ、３０Ｒ サドル
４０ 走行ユニット
４２Ｌ、４２Ｒ マウント部材
４８Ｌ、４８Ｒ ドライブディスク
５６Ｌ、５６Ｒ ドライブローラ
５８ クロスローラ軸受
６４Ｌ、６４Ｒ 電動モータ
７２Ｌ、７２Ｒ 波動歯車装置
８４ 主輪
８６ 環状体
９２ ドリブンローラ
１００Ｌ、１００Ｒ 遊星歯車装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状体と前記環状体の環方向に複数個配置され各々自身の配置位置に於ける前記環状体の接線方向の軸線周りに回転可能なドリブンローラとを含む主輪と、
前記主輪の軸線方向の左右両側に各々自身の中心軸線周りに回転可能に配置された左右のドライブディスクと、
前記左右のドライブディスクの各々に当該ドライブディスクの中心軸線に対してねじれの関係をなす軸線周りに回転可能に配置され、外周面をもって前記ドリブンローラの外周面に接触する複数個の左右のドライブローラと、
前記左右のドライブディスクを個々に当該ドライブディスクの中心軸線周りに回転駆動する左右の回転アクチュエータと、
前記左右の回転アクチュエータは、前記左右のドライブディスクの中心部分に当該左右のドライブディスクと同一軸線上に配置されている摩擦式駆動装置。
【請求項２】
前記左右の回転アクチュエータは、前記左右のドライブディスクの一つの半径方向で見て、前記左右のドライブローラと軸線方向に重複する部分を含んでいる請求項１に記載の摩擦式駆動装置。
【請求項３】
前記左右の回転アクチュエータの回転を各々前記左右のドライブディスクに減速伝達する減速装置を有し、前記減速装置は、波動歯車装置により構成され、入力部材であるウェーブプラグを前記回転アクチュエータの出力軸に同心に連結され、出力部材であるリング形状の内歯部材をドライブディスクに同心に連結されている請求項１または２に記載の摩擦式駆動装置。
【請求項４】
前記左右の回転アクチュエータの回転を各々前記左右のドライブディスクに減速伝達する減速装置を有し、前記減速装置は、遊星歯車装置により構成され、入力部材であるサンギアを前記回転アクチュエータの出力軸に同心に連結され、出力部材であるピニオンキャリヤをドライブディスクに連結されている請求項１または２に記載の摩擦式駆動装置。
【請求項５】
前記左右のドライブディスクの径方向と軸線方向の少なくとも一方の相対変位を規制して当該左右のドライブディスクを相対回転可能に連結する連結機構を有する請求項１から４の何れか一項に記載の摩擦式駆動装置。
【請求項６】
走行ユニットとして、請求項１から５の何れか一項に記載の摩擦式駆動装置を含む倒立振子型移動体。
【請求項１】
環状体と前記環状体の環方向に複数個配置され各々自身の配置位置に於ける前記環状体の接線方向の軸線周りに回転可能なドリブンローラとを含む主輪と、
前記主輪の軸線方向の左右両側に各々自身の中心軸線周りに回転可能に配置された左右のドライブディスクと、
前記左右のドライブディスクの各々に当該ドライブディスクの中心軸線に対してねじれの関係をなす軸線周りに回転可能に配置され、外周面をもって前記ドリブンローラの外周面に接触する複数個の左右のドライブローラと、
前記左右のドライブディスクを個々に当該ドライブディスクの中心軸線周りに回転駆動する左右の回転アクチュエータと、
前記左右の回転アクチュエータは、前記左右のドライブディスクの中心部分に当該左右のドライブディスクと同一軸線上に配置されている摩擦式駆動装置。
【請求項２】
前記左右の回転アクチュエータは、前記左右のドライブディスクの一つの半径方向で見て、前記左右のドライブローラと軸線方向に重複する部分を含んでいる請求項１に記載の摩擦式駆動装置。
【請求項３】
前記左右の回転アクチュエータの回転を各々前記左右のドライブディスクに減速伝達する減速装置を有し、前記減速装置は、波動歯車装置により構成され、入力部材であるウェーブプラグを前記回転アクチュエータの出力軸に同心に連結され、出力部材であるリング形状の内歯部材をドライブディスクに同心に連結されている請求項１または２に記載の摩擦式駆動装置。
【請求項４】
前記左右の回転アクチュエータの回転を各々前記左右のドライブディスクに減速伝達する減速装置を有し、前記減速装置は、遊星歯車装置により構成され、入力部材であるサンギアを前記回転アクチュエータの出力軸に同心に連結され、出力部材であるピニオンキャリヤをドライブディスクに連結されている請求項１または２に記載の摩擦式駆動装置。
【請求項５】
前記左右のドライブディスクの径方向と軸線方向の少なくとも一方の相対変位を規制して当該左右のドライブディスクを相対回転可能に連結する連結機構を有する請求項１から４の何れか一項に記載の摩擦式駆動装置。
【請求項６】
走行ユニットとして、請求項１から５の何れか一項に記載の摩擦式駆動装置を含む倒立振子型移動体。
【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２０１１−６３２０９（Ｐ２０１１−６３２０９Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１７８３８（Ｐ２００９−２１７８３８）
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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