JP2001301406A - 球形操舵輪 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 球形車輪が回転フリーで自由に移動できる状
態と、球形車輪の回転方向が規制されて移動方向を制御
できる状態とに切換えることができるようにした球形操
舵輪を提供する。 【解決手段】 球形車輪２０を玉受け部のボール１４、
１７、１９で全方向回転可能に抱持し、その一部を下方
に突出させて接地させる。この球受け部の外周に沿って
水平回転可能に取付けられた枠体２３に、一対の支軸２
２を取付け、その先端に設けたパッド３２が、第２駆動
手段によって球形車輪２０外周の対向する２箇所に接離
可能に当接するようにする。また、枠体２３を回動させ
る第１駆動手段を設ける。更に、支軸２２を回転させ
て、球形車輪２０を駆動輪として回転させる第３駆動手
段を設けてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば車椅子の車
輪、走行ロボットの車輪、工場内で使用される荷物運搬
車の車輪などに好適な球形操舵輪に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば車椅子の車輪、走行ロボットの車
輪、工場内で使用される荷物運搬車の車輪などにおいて
は、道路や床に設けられた段差や溝、床上のケーブルな
どの障害物を自由に乗り越えられることが望まれる。し
かしながら、従来の一般的な車輪では、段差や障害物と
平行に車輪が接してしまった場合、あるいは車輪の幅よ
りわずかに広い程度の溝に車輪が嵌ってしまった場合
に、動くことができなくなり、自由な走行が妨げられる
という問題点があった。

【０００３】これに対して、例えば特開昭６３−３１８
０４号には、回転自在な転動体により支持され、中心点
を中心として回転可能な球形車輪と、外周面が前記球形
車輪の表面に当接し、それぞれ駆動源により独立して駆
動される２個以上の伝動輪とより構成され、前記各伝動
輪が、それぞれの回転中心軸が交差するように配置され
たことを特徴とする球形操舵輪が開示されている。

【０００４】また、特開平８−９１００４号には、球体
からなる動輪と、この動輪を回転可能に支持する玉受機
構と、前記動輪に圧接し動輪に回転力を与える回転駆動
機構とを具備したことを特徴とする自在輪が開示されて
いる。

【０００５】これらの球形車輪を利用した走行装置によ
れば、段差、溝、小さな障害物などにどのような角度で
当たっても、球形車輪の方向性のない傾斜と、回転方向
の切換えが自由にできる特性によって乗り越えることが
できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭６３−３１８０４号及び特開平８−９１００４号に
示される球形操舵輪では、球形車輪の一箇所に当接する
伝動輪を介して球形車輪に回転力を伝達する構造なの
で、回転力の伝達が確実になされず、方向制御がしにく
いという問題点があった。

【０００７】また、例えば車椅子等に利用した際には、
補助者が人力で移動させるとき、伝動輪が当接していて
回転フリーな状態にならないので、自由な方向に移動し
にくくなるという問題点があった。

【０００８】したがって、本発明の目的は、球形車輪が
回転フリーで自由に移動できる状態と、球形車輪の回転
方向が規制されて移動方向を制御できる状態とに切換え
ることができるようにした球形操舵輪を提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、球形車輪と、この球形車輪を全方向回転
可能に抱持し、かつ、前記球形車輪の一部を突出させて
接地させる球受け部と、この球受け部の外周に沿って水
平回転可能に取付けられた枠体と、この枠体に取付けら
れ、前記球形車輪外周の対向する２箇所に接離可能に当
接するパッドを先端に有する一対の支軸と、前記枠体を
水平回転させる第１駆動手段と、前記支軸を軸方向に移
動させて前記パッドを前記球形車輪に接離させる第２駆
動手段とを備えていることを特徴とする球形操舵輪を提
供するものである。

【００１０】本発明によれば、一対の支軸のパッドを球
形車輪に当接させない状態では、球形車輪が全方向に自
由に回転するので、例えば車椅子などを人力で押して移
動させる際に自由な方向に移動できて操作しやすくな
る。

【００１１】また、前記第２駆動手段によって前記支軸
を軸方向に押出して、前記パッドを前記球形車輪に当接
させることにより、前記球形車輪が前記一対の支軸によ
って軸支されることになり、前記球形車輪の回転方向が
規制されて、移動方向を正確に制御することができる。

【００１２】更に、前記枠体を回転させることにより、
前記球受け部に対する前記支軸の方向を変え、それによ
って球形車輪の回転軸の方向を変えることができるの
で、一対の支軸で規制する球形車輪の回転方向、言い換
えると移動方向を変更することができる。

【００１３】本発明の球形操舵輪は、更に前記支軸を回
転させる第３駆動手段を備えていることが好ましい。こ
れによれば、前記支軸のパッドを前記球形車輪に当接さ
せて前記球形車輪の回転方向を規制すると共に、前記支
軸を第３駆動手段によって回転させることにより、前記
球形車輪を所定の方向に回転させることができる。した
がって、球形操舵輪に設けられた第３駆動手段によっ
て、所望の方向に移動することが可能となる。

【００１４】なお、本発明の球形操舵輪は、車椅子の車
輪、走行ロボットの車輪、荷物運搬車の車輪から選ばれ
た１種に好適である。これらは、道路や床に設けられた
段差や溝、床上のケーブルなどの障害物を自由に乗り越
えられることが要求されるため、本発明の球形操舵輪の
長所がより生かされる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１〜７には、本発明の球形操舵
輪の一実施形態が示されている。図１は、同球形操舵輪
の分解斜視図、図２は正面断面図、図３は底面側から見
た駆動機構の概略説明図、図４は支軸の移動構造を示す
説明図、図５〜７は支軸によって移動方向を制御する状
態を示す説明図である。

【００１６】この球形操舵輪１０は、例えば車椅子の車
輪、走行ロボットの車輪、荷物運搬車の車輪などに利用
できるものであり、円形の基板１１をそれらのフレーム
に固定して装着される。図１、２に示すように、基板１
１の下面には、円筒フレーム１２が固着され、この円筒
フレーム１２内に椀状部材１３が、その底面を同じく基
板１１に固着されて配置されている。なお、図１におい
ては、他の部材を見やすくするため、椀状部材１３は、
その底面側を切除して示してある。

【００１７】椀状部材１３の内底には、複数のボール１
４を備えた受け板１５が取付けられている。また、椀状
部材１３の奥方の内周には、環状スペーサ１６を介し
て、複数のボール１７が内周に配列された環体１８が取
付けられている。更に、椀状部材１３の開口部側の内周
には、複数のボール１９が取付けられている。上記ボー
ル１４を備えた受け板１５、ボール１７を有する環体１
８、ボール１９を有する椀状部材１３などが、本発明に
おける球受け部を構成している。

【００１８】球形車輪２０は、例えばゴム、樹脂、金
属、木などからなり、中空ボールでも、中実ボールでも
よいが、振動吸収性、グリップ性等を考慮すると、中空
又は中実のゴムボールや、中空又は中実の樹脂又は金属
ボールの表面にゴム膜を被覆したものなどが好ましく採
用される。

【００１９】球形車輪２０は、受け板１５のボール１
４、環体１８のボール１７、及び椀状部材１３の開口部
側のボール１９に当接して、全方向に回転可能に抱持さ
れている。この場合、椀状部材１３の開口部側のボール
１９は、球形車輪２０の中心よりも下方に位置する周面
に当接し、球形車輪２０が下方に抜けてしまうことを防
止している。

【００２０】椀状部材１３には、周方向に沿ったスリッ
ト２１が円周の対向する２箇所に形成されている。これ
らのスリット２１を通して、後述する一対の支軸２２が
挿通されるようになっている。

【００２１】円筒フレーム１２の下端面に当接して、環
状の枠体２３が装着されている。この枠体２３は、その
上面に同心円状の環状のリブ２４、２５を有し、内側の
リブ２４が円筒フレーム１２の外側に被さっている。更
に、枠体２３の周方向に対向する２箇所には、矩形状の
抜き孔２６が形成されており、その部分に第３モータ２
７が取付けられ、第３モータ２７の駆動軸２８及びそれ
に取付けられたウォーム２９が、上記抜き孔２６を通し
て枠体２３の下面に突出している。

【００２２】枠体２３の下面には、それぞれ一対の支持
板３０、３１を介して、前記一対の支軸２２が挿通支持
されている。一対の支軸２２は、それらの一端を球形車
輪２０の中心に向けて互いに対向配置されており、それ
らの端部は前記椀状部材１３のスリット２１を通して球
形車輪２０に近接すると共に、それらの先端にパッド３
２が装着されている。一対の支軸２２は、その中間部外
周に形成されたフランジ３３と前記支持板３０との間に
介装された圧縮コイルバネ３４によって、常時は外方に
突出するように付勢されている。

【００２３】支持板３１の外側には、ブラケット３５を
介して、第２モータ３６が設置されている。第２モータ
３６は、一対の支軸２２の後端部にそれぞれ配置され、
支軸２２の後端部に当接するカム板３７を有している。
第２モータ３６の作動によりカム板３７が回動すると、
支軸２２の後端部が圧縮コイルバネ３４の付勢力で常に
カム板３７に当接しているので、カム板３７の形状に従
って軸方向移動し、カム板３７が所定の回動位置にある
とき、支軸２２のパッド３２が球形車輪２０の周面の対
向する２箇所に圧接され、その部分を軸支するようにな
っている。その結果、球形車輪２０は、一対の支軸２２
を通る軸を中心にして回転し、球形車輪２０の移動方向
を規制することになる。そして、上記第２モータ３６、
カム板３７等が、本発明における第２駆動手段を構成し
ている。

【００２４】また、支軸２２の中間部には、ウォームホ
イール３８が、キー係合などの手段によって、支軸２２
の回転に対しては係合し、支軸２２の軸方向移動に対し
ては摺動するように装着されている。そして、このウォ
ームホイール３８に、前記第３モータ２７のウォーム２
９が歯合している。したがって、第３モータ２７の作動
によりウォーム２９が回転すると、ウォームホイール３
８が回転し、更に支軸２２が回転するようになってい
る。そして、上記第３モータ２７、ウォーム２９、ウォ
ームホイール３８等が、本発明における第３駆動手段を
構成している。

【００２５】枠体２３の内側の環状リブ２４外周には、
ラック３９が取付けられている。また、円筒フレーム１
２の外壁には、第１モータ４０が取付けられており、こ
の第１モータ４０の駆動軸に装着されたピニオンギア４
１が、上記ラック３９に歯合している。したがって、第
１モータ４０が作動してピニオンギア４１が回転する
と、ラック３９を介して、枠体２３が回動するようにな
っている。そして、上記第１モータ４０、ピニオンギア
４１、ラック３９が、本発明における第１駆動手段を構
成している。

【００２６】枠体２３の内周下面には、押えリング４２
が装着されている。押えリング４２は、枠体２３の内周
に挿入される円筒部４２ａと、枠体２３の内周下面に当
接するフランジ部４２ｂとを有している。そして、押え
リング４２の円筒部４２ａは、椀状部材１３の外周に固
着され、枠体２３は、押えリング４２のフランジ部４２
ｂに係合して抜け止めされている。

【００２７】なお、図３〜７は、この球状操舵輪１０の
駆動部を構成する部分を取出して示す説明図である。す
なわち、圧縮コイルバネ３４によって外方に不正された
支軸２２に、第２モータ３６によって回転するカム板３
７が当接して、支軸２２の軸方向の移動機構を構成して
いる。また、第３モータ２７によって回転するウォーム
２９が、支軸２２に装着されたウォームホイール３８に
歯合して、支軸２２の回転機構を構成している。更に、
第１モータ４０によって回転するピニオンギア４１が、
枠体２３の内側の環状リブ２４に装着されたラック３９
に歯合して、枠体２３の回動機構を構成している。球形
車輪２０は、腕状部材１３の内周に配置されたボール１
９などによって全方向に回転可能に抱持されている。

【００２８】次に、この球形操舵輪１０の作動について
説明する。図３は、第２モータ３６によって回転するカ
ム板３７の短径部が支軸２２に当接し、支軸２２が外方
に移動してパッド３２が球形車輪２０から離れた状態を
示している。この状態では、球形車輪２０は、腕状部材
１３のボール１９等に当接して抱持され、３６０度自由
な方向に回転可能となる。したがって、例えば車椅子等
を人力で移動させたい場合に、押す方向に自由に進行さ
せることができ、取扱いが容易となる。

【００２９】図４は、第２モータ３６を作動させてカム
板３７を回転させ、支軸２２を軸方向移動させてパッド
３２を球形車輪２０に圧接させる動作を示している。す
なわち、図４（ａ）は、支軸２２の後端にカム板３７の
短径部が当接した状態であり、支軸２２が外方に移動し
てパッド３２が球形車輪２０から離れている。この状態
で、同図（ｂ）に示すように、カム板３７を回転させて
その長径部を支軸２２の後端に当接させると、支軸２２
がカム板３７に押されて球形車輪２０の中心方向に移動
し、パッド３２が球形車輪２０に圧接される。

【００３０】図５は、こうして一対の支軸２２のパッド
３２を、球形車輪２０の周面の対向する部分に圧接させ
て、球形車輪２０を一対の支軸２２で軸支した状態を示
している。この状態では、球形車輪２０は、一対の支軸
２２を通る直線を回転中心とする方向にしか回転できな
くなる。この状態で、第３モータ２７を作動させてウォ
ーム２９を回転させ、ウォームホイール３８を介して、
それぞれの支軸２２を同期させて回転させると、この球
形操舵輪１０を有する車椅子等の装置は、支軸２２と直
角な方向、例えば矢印で示す図中右方向に進行する。

【００３１】図６は、図５の状態から第１モータ４０を
作動させ、ピニオンギア４１を回転させて、ラック３９
を介して、枠体２３を回動させた状態を示している。そ
の結果、支軸２２、第２モータ３６、第３モータ２７等
も枠体２３と一緒に回動し、支軸２２で軸支された球形
車輪２０の回転方向、すなわち進行方向が矢印で示す図
中右斜め上方向に変更される。

【００３２】図７は、図６の状態から第１モータ４０を
図６とは逆方向に作動させ、ピニオンギア４１を前記と
逆方向に回転させて、ラック３９を介して、枠体２３を
回動させた状態を示している。その結果、支軸２２、第
２モータ３６、第３モータ２７等も枠体２３と一緒に回
動し、支軸２２で軸支された球形車輪２０の回転方向、
すなわち進行方向が矢印で示す図中右斜め下方向に変更
される。

【００３３】このように、支軸２２で球形車輪２０を軸
支した状態で、第１モータ４０の作動によって枠体２３
を回動させることにより、球形操舵輪１０を有する装置
の進行方向を変更することができる。また、第３モータ
２７を逆転させることによって、球形車輪２０を反対方
向に回転させて後進することも可能となる。

【００３４】なお、上記実施形態においては、支軸２２
で球形車輪２０を軸支したとき、第３モータ２７によっ
て球形車輪２０を回転させて、駆動輪となるように構成
したが、本発明の球形操舵輪は、駆動輪が別に設けられ
た車両等の操舵輪として使用することもできる。その場
合には、第３モータ２７、ウォーム２９、ウォームホイ
ール３８等の第３駆動手段が必要なくなり、進路を制御
したいときに、支軸２２で球形車輪２０を軸支し、枠体
２３を回動させることにより、球形車輪２０の回転方向
を変化させて、進路を変更することができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
球形車輪外周の対向する２箇所に接離可能に当接するパ
ッドを先端に有する一対の支軸で、球形車輪の対向する
２箇所を軸支することにより、球形車輪が回転フリーで
自由に移動できる状態から、球形車輪の回転方向が規制
されて移動方向を制御できる状態とに切換えることがで
きる。また、上記支軸が取付けられた枠体を回動させる
ことにより、球形車輪の回転できる方向を変化させて、
進路を変更することができる。そして、球形車輪を用い
たことにより、段差、溝、小さな障害物などにどのよう
な角度で当たっても、それらを乗り越えることができる
ため、例えば車椅子の車輪、走行ロボットの車輪、工場
内で使用される荷物運搬車の車輪などに好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の球形操舵輪の一実施形態を示す分解
斜視図である。

【図２】 同球形操舵輪の正面断面図である。

【図３】 同球形操舵輪の支軸先端のパッドが球形車輪
から離れた状態を示す底面側から見た駆動機構の概略説
明図である。

【図４】 同球形操舵輪の支軸の移動構造を示す説明図
である。

【図５】 同球形操舵輪の支軸先端のパッドが球形車輪
に圧接された状態を示す底面側から見た駆動機構の概略
説明図である。

【図６】 図５の状態から球形車輪の進行方向を変化さ
せた状態を示す底面側から見た駆動機構の概略説明図で
ある。

【図７】 図６の状態から球形車輪の進行方向を更に変
化させた状態を示す底面側から見た駆動機構の概略説明
図である。

【符号の説明】

１０ 球形操舵輪 １１ 基板 １２ 円筒フレーム １３ 椀状部材 １４、１７、１９ ボール ２０ 球形車輪 ２１ スリット ２２ 支軸 ２３ 枠体 ２７ 第３モータ ２９ ウォーム ３２ パッド ３４ 圧縮コイルバネ ３６ 第２モータ ３７ カム板 ３８ ウォームホイール ３９ ラック ４０ 第１モータ ４１ ピニオン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 球形車輪と、この球形車輪を全方向回転
   可能に抱持し、かつ、前記球形車輪の一部を突出させて
   接地させる球受け部と、この球受け部の外周に沿って水
   平回転可能に取付けられた枠体と、この枠体に取付けら
   れ、前記球形車輪外周の対向する２箇所に接離可能に当
   接するパッドを先端に有する一対の支軸と、前記枠体を
   水平回転させる第１駆動手段と、前記支軸を軸方向に移
   動させて前記パッドを前記球形車輪に接離させる第２駆
   動手段とを備えていることを特徴とする球形操舵輪。
2. 【請求項２】 前記支軸を回転させる第３駆動手段を備
   えている請求項１記載の球形操舵輪。
3. 【請求項３】 車椅子の車輪、走行ロボットの車輪、荷
   物運搬車の車輪から選ばれた１種に使用される請求項１
   又は２記載の球形操舵輪。