JP6598274B1 - ホイール駆動装置、及び全方向移動台車 - Google Patents

Abstract

【課題】ホイールの接地面に微小な凹凸等が存在する場合でも、全方向への直進安定性を維持することができるホイール駆動装置、及びそれを用いた全方向移動台車を提供する。【解決手段】本発明のホイール駆動装置は、車軸に接続されるホイール４と、車軸９を回動自在に保持するベアリング５ａ、５ｂと、ベアリング５ａ、５ｂを装着するホイールカバー６とを有し、ホイールカバー６には、ホイール４の内側と外側にベアリング５ａ、５ｂを装着するための開口部６ａ、６ｂがそれぞれ設けられ、外側の開口部６ｂは、ベアリング５ｂの外径よりも高さ方向に所定幅だけ広い長穴形状である。【選択図】図１

Description

本発明は、ホイールの接地面の状態に関わらず全方向への直進安定性を維持するホイール駆動装置、及びそれを用いた全方向移動台車に関する。

従来、自走式ロボット等の移動を実現する台車に対しては、所望とする方向に適宜移動できる全方向移動性が要求されている。そして、このような台車では、全方向移動性を実現するために、オムニホイールやメカナムホイール等が一般に採用されている。

ここで、オムニホイールを用いた全方向移動台車としては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。同文献１に開示された全方向移動台車は、車台の下側に配設された複数のオムニホイールの車軸に連結された駆動部の駆動力により、移動に係るパワーアシストを行うことを特徴としている。

さらに、メカナムホイールを用いた搬送台車としては、例えば、特許文献２に開示されたものがある。同文献２に開示された搬送台車は、隣り合う第１バレル部の第１回転軸と第２バレル部の第２回転軸とが非平行である複合メカナムホイールを備えたことを特徴としている。

特開２０１４−４６８９０号公報 特開２０１７−５２４１７号公報

しかしながら、前述した特許文献１に開示された技術は、そもそも構造が複雑で台車自体が大型化し全体としてコスト高になる可能性があった。

一般に、オムニホイールの大きな特徴として、床面に対して全てのホイールが接地する必要があり、微小な凹凸でも走行が困難になる。従って、４輪以上のホイールを使用する場合は、一平面上でもっとも安定する仮想３輪を作り出す必要があるが、特許文献２に開示された技術では、そのような課題には着目していなかった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ホイールの接地面に微小な凹凸等が存在する場合でも、全方向への直進安定性を維持することができる、簡素な構成であり低コストで実現できるホイール駆動装置、及び全方向移動台車を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係るホイール駆動装置は、モータと、前記モータのシャフトが接続された軸継手部材と、前記軸継手部材の車軸に接続されたオムニホイールと、前記車軸を回動自在に保持する第１のベアリングと、前記車軸を回動自在に保持する第２のベアリングと、前記第１のベアリングを装着する第１の開口部と、前記第２のベアリングを装着する第２の開口部とを備えたホイールカバーと、を有し、前記第１の開口部は、前記軸継手部材と前記オムニホイールとの間に位置し、前記第２の開口部は、前記第１の開口部とは前記オムニホイールを介して反対側に位置しており、前記第２のベアリングを装着する前記第２の開口部は、前記第２のベアリングの外径よりも高さ方向の上下共に所定幅だけ広い長穴形状であり、前記軸継手部材は、オルダム型カップリングである。

さらに、本発明の第２の態様に係る全方向移動台車は、略十字形状の平面を有し、前記平面では隣り合う突出部が９０度の位置関係となるように各突出部が突出している本体と、前記本体の各突出部に装着されるホイールカバーと、モータと、前記モータのシャフトが接続された軸継手部材と、前記軸継手部材の車軸に接続されたオムニホイールと、前記車軸を回動自在に保持する第１のベアリングと、前記車軸を回動自在に保持する第２のベアリングと、を有し、前記ホイールカバーは、前記第１のベアリングを装着する第１の開口部と、前記第２のベアリングを装着する第２の開口部とを備えており、前記第１の開口部は、前記軸継手部材と前記オムニホイールとの間に位置し、前記第２の開口部は、前記第１の開口部とは前記オムニホイールを介して反対側に位置しており、前記第２のベアリングを装着する前記第２の開口部は、前記第２のベアリングの外径よりも高さ方向の上下共に所定幅だけ広い長穴形状であり、前記軸継手部材は、オルダム型カップリングである。

本発明によれば、ホイールの接地面に微小な凹凸等が存在する場合でも、全方向への直進安定性を維持することができる、簡素な構成であり低コストで実現できるホイール駆動装置、及び全方向移動台車を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るホイール駆動装置の構成図である。 同装置に用いられるベアリングの構成例を示す図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、同装置に用いられるホイールカバーの構成例を示す図である。 同装置を全方向移動台車に適用した構成例を示す図である。 同装置を全方向移動台車に適用した他の構成例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。

図１には、本発明の実施形態に係るホイール駆動装置の構成を示し説明する。

同図に示されるように、本実施形態に係るホイール駆動装置１は、モータ２を備えており、当該モータ２のシャフト８はカップリング等の軸継手部材３に接続されている。軸継手部材３からは車軸９が延びており、当該車軸９はベアリング５ａ、５ｂ（以下、ベアリングを総称するときは符号５を用いる）により回動自在に保持されている。車軸９のベアリング５ａ、５ｂの間の位置には、ホイール４が固定されている。

ベアリング５ａ、５ｂは、本体７に装着されたホイールカバー６に設けられた第１の開口部６ａ、第２の開口部６ｂにそれぞれ装着されている。ホイールカバー６は、ホイール４を上方向から覆うような下部開口で中空の形状となっている。

ホイールカバー６の第１の開口部６ａは、軸継手部材３とホイール４との間に位置しており（内側）、第２の開口部６ｂは、第１の開口部５ａとはホイール４を介して反対側に位置している（外側）。ベアリング５ｂを装着する第２の開口部６ｂは、ベアリング５ｂの外径よりも高さ方向の上下で共に所定幅だけ広い長穴形状となっている。

このような構成において、モータ２の駆動力は、シャフト８を介してカップリング等の軸継手部材３に伝達される。軸継手部材３は、モータ２のシャフト８と車軸９とを連結して動力を伝える役割を担っている。軸継手部材３により、モータ２の動力が車軸９へと伝達され、車軸９に固定されたホイール４が回転する。このとき、車軸９は、ベアリング５ａ、５ｂにより、ホイール４の両サイドで回動自在に保持されているので、円滑な回転が実現される。

また、ホイールカバー６のベアリング５ｂが装着される開口部６ｂは、ベアリング５ｂの外径よりも高さ方向の上下で共に広い所定幅を有するので、例えば、ホイール４が床面等の微小な凹凸等に乗り上げたときであっても、ベアリング５ｂの開口部６ｂ内での上下移動により微小な凹凸の影響が吸収され、直進安定性が維持される。

ここで、図２には、ベアリングの構成例を示し説明する。

同図に示されるように、ベアリング５の内部は中空で、且つ２つ溝１１、１２が周回するように平行して形成されており、各溝１１、１２には、ボール部材１３の直径に合わせて、当該ボール部材１３が１つ１つ収まるように空間を区分すべく、溝１１と溝１２とで互い違いに凸部１４が形成されている。

したがって、ベアリング５の内部の中空部分には、溝１１と溝１２とで互い違いとなるように、複数のボール部材１３が回動自在に収容される。これにより、ベアリング５の内径を挿通した車軸９は円滑に回動可能となる。

次に、図３（ａ）及び図３（ｂ）には、ホイール駆動装置１に採用されるホイールカバー６の詳細な構成例を示し説明する。より詳細には、図３（ａ）はホイールカバー６の斜視図であり、図３（ｂ）はホイールカバー６の正面図である。

これらの図に示されるように、ホイールカバー６は、この例では、下部開口で中空の形状をしており、カップリング等の軸継手部材３から延びる車軸９の長手方向に垂直な２つの側面を有している。この２つの側面には、それぞれ第１の開口部６ａと第２の開口部６ｂとが形成されているが、ホイール４を外側位置で保持するベアリング５ｂが装着される第２の開口部６ｂの形状は、単なる円形ではなく、ベアリング５ｂの長径よりも高さ方向の上下で共に所定幅だけ広い長穴形状となっている。ホイールカバー６は、ネジ孔６ｃ、６ｄにネジを螺合させることで、ここでは不図示の本体７に装着される。

第２の開口部６ｂの長穴形状について、装着されるベアリング５ｂの長径よりも高さ方向の上下で共に広い所定幅としては、上下それぞれについて１ｍｍ〜３ｍｍ、特に１．５ｍｍが適切である。

但し、所定幅については、全方向移動台車が使用される環境における微小な凹凸の形状及び高さ、或いは使用する軸継手部材の最大偏芯幅に合わせて好適なサイズに設計することができる。例えば、軸継手部材としてオルダム型カップリングを用いる場合であって、使用環境が一般的な家屋内である場合には、上下それぞれについて、前述した１．５ｍｍが好適であることが、発明者の実験により明らかになった。

図４には、前述したようなホイール駆動装置１を全方向移動台車に採用した場合の当該ホイール駆動装置部分を中心に図示し、説明する。

同図に示されるように、ホイールカバー２０は、ネジ孔２２、２３にネジ２９、３０を螺合することで、本体２４に固定される。ホイールカバー２０の外側の平面２０ａの略中央部には凸部２５が設けられており、当該凸部２５に長穴形状の開口部２１が形成されている。この開口部２１には、ベアリング２８が装着され、該ベアリング２８には車軸２７が挿通されている。この車軸２７は、ホイールカバー２０の内側に配設されるオム二ホイール２６の車軸２７である。

このような構成において、ホイールカバー２０の外側の平面２０ａの開口部２１は、ベアリング２８の外径よりも高さ方向に所定幅だけ広い長穴形状となっているので、ベアリング２８は、開口部２１の中を上下方向に移動可能となる。従って、例えば、使用環境の床面等に微小な凹凸等がある場合であっても、このベアリング２８の開口部２１内の上下方向の移動により、微小な凹凸等による影響が吸収され、その結果、全方位において直進安定性が維持される。

図５には、前述したようなホイール駆動装置１を全方向移動台車に採用した場合の当該全方向移動台車の構成を示し、説明する。

同図に示されるように、この例では、本体の平板部３０は、略十字形状の平面を有しており、隣り合う突出部３０Ａ乃至３０Ｄが略９０度の位置関係となるように、各突出部３０Ａ乃至３０Ｄが突出している。各突出部３０Ａ乃至３０Ｄには、ホイールカバー３１Ａ乃至３１Ｄが装着されている。各ホイールカバー３１Ａ乃至３１Ｄは、内側と外側からホイール３２Ａ乃至３２Ｄを所定の間隔をあけて挟み込むような形状となっており、車軸３４は内側の側面と外側の側面にベアリング３３を介して挿通されている。

そして、ホイールカバー３１Ａ乃至３１Ｄの外側の平面（側面）には、ベアリング３３の直径よりも、上下方向に所定幅だけ広い長穴３５が形成されており、当該長穴３５にベアリング３３が上下方向に微動自在に装着されている。これにより、床面に微少な凹凸が存在する場合でも、ベアリング３３が長穴３５の内部を上下に移動して吸収するので、直進安定性が維持されることになる。尚、下方の平板３６には、モータや軸継手部材等が実装されている。

以上説明した本発明の実施形態によれば、以下の効果が奏される。

本発明によれば、車軸に接続されるホイール４と、車軸９を回動自在に保持するベアリング５ａ，５ｂと、ベアリング５ａ，５ｂを装着するホイールカバー６とを有し、ホイールカバー６には、ホイール４の内側と外側にベアリング５ａ，５ｂを装着するための開口部６ａ，６ｂがそれぞれ設けられ、外側の開口部６ｂは、ベアリング５ｂの外径よりも高さ方向に所定幅だけ広い長穴形状であるホイール駆動装置１が提供される。従って、この装置によれば、ホイール４の床面等に微小な凹凸等が存在する場合でも、ベアリング５ｂがホイールカバー６の開口部６ｂ内を上下に移動するので、直進安定性が維持される。

さらに、本発明によれば、モータ２と、モータ２のシャフト８が接続された軸継手部材３と、軸継手部材３の車軸９に接続されたホイール４と、車軸９を回動自在に保持する第１のベアリング５ａと、車軸９を回動自在に保持する第２のベアリング５ｂと、第１のベアリング５ａを装着する第１の開口部６ａと第２のベアリング５ｂを装着する第２の開口部６ｂとを備えたホイールカバー６とを有し、第１の開口部６ａは、軸継手部材３とホイール４との間に位置し、第２の開口部６ｂは、第１の開口部６ａとはホイール４を介して反対側に位置しており、第２のベアリング５ｂを装着する第２の開口部６ｂは、第２のベアリング５ｂの外径よりも高さ方向の上下共に所定幅だけ広い長穴形状であるホイール駆動装置１が提供される。従って、この装置１によれば、ホイール４の床面等に微小な凹凸等が存在する場合でも、第２のベアリング５ｂがホイールカバー６の第２の開口部６ｂ内を上下に移動するので、直進安定性が維持される。

ここで、所定幅とは、上下それぞれについて１．５ｍｍであってよい。この数値は、一般的な屋内環境においては、特に好適である。

さらに、軸継手部材３は、オルダム型カップリングであってよい。オルダム型カップリングは、ディスク型、スリット型等といった他のカップリングに比べてミスアライメントの許容範囲が大きいことを特徴としている。

そして、ホイール駆動装置１を備えた全方向移動台車も実現される。従って、床面等に微小な凹凸等が存在する場合でも、全方向移動台車の直進安定性が維持される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の改良・変更が可能であることは勿論である。

例えば、前述した実施形態では、ベアリングを装着するホイールカバーの開口部を縦方向の余裕のある長穴形状としたが、これには限定されず、ベアリング自体の開口をシャフトが上下にわずかに移動可能となる長穴形状としてもよい。

１…ホイール駆動装置
２…モータ
３…軸継手部材
４…ホイール
５ａ，５ｂ…ベアリング
６…ホイールカバー
６ａ，６ｂ…ホイールカバー開口部
７…本体
８…シャフト
９…車軸。

Claims (4)

1. モータと、
   前記モータのシャフトが接続された軸継手部材と、
   前記軸継手部材の車軸に接続されたオムニホイールと、
   前記車軸を回動自在に保持する第１のベアリングと、
   前記車軸を回動自在に保持する第２のベアリングと、
   前記第１のベアリングを装着する第１の開口部と、前記第２のベアリングを装着する第２の開口部とを備えたホイールカバーと、を有し、
   前記第１の開口部は、前記軸継手部材と前記オムニホイールとの間に位置し、前記第２の開口部は、前記第１の開口部とは前記オムニホイールを介して反対側に位置しており、
   前記第２のベアリングを装着する前記第２の開口部は、前記第２のベアリングの外径よりも高さ方向の上下共に所定幅だけ広い長穴形状であり、
   前記軸継手部材は、オルダム型カップリングである
   ホイール駆動装置。
2. 前記所定幅とは、上下それぞれについて１．５ｍｍである
   請求項１に記載のホイール駆動装置。
3. 略十字形状の平面を有し、前記平面では隣り合う突出部が９０度の位置関係となるように各突出部が突出している本体と、
   前記本体の各突出部に装着されるホイールカバーと、
   モータと、
   前記モータのシャフトが接続された軸継手部材と、
   前記軸継手部材の車軸に接続されたオムニホイールと、
   前記車軸を回動自在に保持する第１のベアリングと、
   前記車軸を回動自在に保持する第２のベアリングと、を有し、
   前記ホイールカバーは、前記第１のベアリングを装着する第１の開口部と、前記第２のベアリングを装着する第２の開口部とを備えており、
   前記第１の開口部は、前記軸継手部材と前記オムニホイールとの間に位置し、前記第２の開口部は、前記第１の開口部とは前記オムニホイールを介して反対側に位置しており、
   前記第２のベアリングを装着する前記第２の開口部は、前記第２のベアリングの外径よりも高さ方向の上下共に所定幅だけ広い長穴形状であり、
   前記軸継手部材は、オルダム型カップリングである
   全方向移動台車。
4. 前記所定幅とは、上下それぞれについて１．５ｍｍである
   請求項３に記載の全方向移動台車。

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