JP2004123040A

JP2004123040A - 全方向移動車

Info

Publication number: JP2004123040A
Application number: JP2002293483A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Oyokota; 大横田　茂; Nobukazu Kawagoe; 川越　宣和
Original assignee: Figla Co Ltd
Current assignee: Figla Co Ltd
Priority date: 2002-10-07
Filing date: 2002-10-07
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】簡単な構成で床面上をあらゆる方向に移動制御可能な全方向移動装置を提供する。
【解決手段】床面上をあらゆる方向に移動可能な全方向移動車であって、床面に対して鉛直線Ｌのまわりに回転する第１回転体１と、第１回転体１に取り付けられて、全方向移動車の荷重を支え、鉛直線Ｌを中心とする１つの円上に概ね等間隔に配列されて、鉛直線Ｌのまわりに各々旋回する３個以上の車輪４と、３個以上の車輪４のうち、２個以上の車輪４に車輪４の車軸まわりの回転速度を変化させることができる回転制御用モータ５ならびに円の法線に対する車軸の姿勢を変化させることができる角度制御用モータ８と、２個以上の車輪４の車軸のまわりの回転速度と各車軸の姿勢を制御することにより、第１回転体１を鉛直線Ｌのまわりに回転させながら、当該第１回転体１の移動方向および移動速度を制御する制御手段１００とを備える。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、床面に対して移動動作していた姿勢に関係なく、所望の方向に移動動作を変更することができる全方向移動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の全方向移動車としては、大型車輪の外周に放射状に複数の小さい車輪を配設したものがある。また、その改良として、複数の小さい車輪を第１の回転フレームに配設し、その第１回転フレームを第２の回転フレームで回転させると共に、複数の小さい車輪が構成する平面を走行床面に対して傾けて設置させることで、全方向移動を可能にしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１２７９３１号公報　（第２−４頁、第７図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる全方向移動車を全方向にスムーズに移動させるためには、前記小さい車輪を数多く配設する必要があり、構造が複雑になっていた。また、その複雑な構造のために、全方向移動車の下部において、吸引清掃部や清拭部などの各種の作業部を配設することができなかった。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、簡単な構成で床面上をあらゆる方向に移動制御可能な全方向移動装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の全方向移動車は、床面上をあらゆる方向に移動可能な全方向移動車であって、床面に対して鉛直線のまわりに回転する第１回転体と、前記第１回転体に取り付けられて、前記移動車の荷重を支え、前記鉛直線を中心とする円周上に概ね等間隔に配列されて、前記鉛直線のまわりに各々旋回する３個以上の車輪と、前記３個以上の（第１および第２）車輪のうち、２個以上の（第１）車輪に前記（第１）車輪の車軸まわりの回転速度を変化させることができる回転制御用モータならびに円の法線に対する車軸の姿勢（接線に対する車輪の姿勢）を変化させることができる角度制御用モータと、前記２個以上の（第１）車輪の車軸のまわりの回転速度と各車軸の姿勢を制御することにより、前記第１回転体を前記鉛直線のまわりに回転させながら、当該回転体の移動方向および移動速度を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、鉛直線を中心とする１つの円上に概ね等間隔に配列された複数個の（第１）車輪の各々について、（第１）車輪の回転速度および車軸の姿勢を、モータによりそれぞれ個別に変化させることができるから、少ない個数の車輪であらゆる方向にスムーズに移動できる。したがって、全方向移動車の構造がコンパクトになると共に、移動方向および移動速度の制御が簡単になる。
また、車輪が少なく、シンプルな構造だから、部材を配設するためのスペースが回転体の下部に残っており、そのため、種々の作業部を配設することができる。
【０００８】
本発明においては、３個以上の車輪のうちの２個以上の車輪以外の車輪は、床面から受ける外力によって自在に車輪の進行方向を変更可能な自在車輪としてもよい。例えば、３個の車輪で構成し、２個の車輪において、回転速度と進行方向を制御し、１個の車輪を自在車輪で構成するようにしてもよい。
更にまた、４個の車輪で構成し、対角上の２個の車輪において、回転速度と進行方向を制御し、残りの２個の車輪を自在車輪で構成するようにしてもよい。４個以上の車輪で構成する場合は、床面から車輪が浮き上がらないように、サスペンションを有した車輪を使用することが好ましい。
【０００９】
本発明においては、回転体に配設された各車輪の進行方向を認識するためや、各車輪の向きを校正するためのスイッチまたはポテンショメータ等の車輪角度検出センサを設けてもよい。
【００１０】
本発明においては、第１回転体に対して、概ね同一の鉛直線のまわりに逆回転する第２回転体と、前記第２回転体を前記第１回転体の回転方向とは反対の方向に回転制御するための駆動制御モータとを設けてもよい。これにより、第２回転体の床面に対する回転速度をなくしたり、小さくすることができる。
【００１１】
本発明においては、第１回転体が回転しながら進行する方向を決定するために、各車輪の車軸の姿勢を制御するための第１回転体の床面に対する姿勢角（鉛直線のまわりの所定の基本姿勢に対する変位角）を認識する回転体角速度検出センサを搭載することが好ましい。
また、床面に対して第２回転体の回転速度を概ねゼロにするためには、第２回転体を第１回転体と同じ回転速度で逆回転させる必要がある。そのためには、第１回転体と第２回転体との相対角度を検出するためのエンコーダを搭載することが好ましい。
また、第２回転体に回転体角速度検出センサを搭載し、第１回転体と第２回転体との相対角度を検出するためのエンコーダを用いて、第１回転体および第２回転体の床面に対する姿勢角を認識するようにしてもよい。
さらに、第１回転体と第２回転体の両方に回転体角速度検出センサを搭載するようにしてもよい。
【００１２】
本発明においては、床面を清拭する清拭部を前記第１回転体に着脱自在に取り付けてもよい。これにより、床面を車輪が転がった痕跡をも清拭部で拭き取ることが可能となる。なお、清拭部としては、一般に、織物、不織布、編物などのウエスを用いることができる他、無数の毛を有するブラシを採用することも可能である。
【００１３】
本発明においては、第１回転体の概ね中心に、床面の塵を吸引するための吸引部と、第１回転体の概ね中心に向って床面の塵をかき集めるブラシとを設けてもよい。このブラシは、第１回転体に配設されている各車輪の間に配設でき、これにより車輪から剥離した汚れ物質をもブラシでかき集めて吸引部で吸い取ることが可能である。なお、ブラシの他に、織物、不織布、編物を採用することも可能である。
【００１４】
本発明においては、第１回転体の外周から床面側に向けて排気する排気口を備え、吸引部から吸い込んだ空気が、排気口から排気されて再び前記吸引部から吸い込まれる循環流路を形成するようにしてもよい。これにより、移動車外へ空気を排気することなく、集塵することが可能になる。更に好ましくは、回転体の上方に第二の排気口を備えれば、移動車の下側の空間は負圧になり、第１回転体の外側の床面上の空気をも塵とともに吸い込むことが可能になる。
【００１５】
本発明においては、障害物検出センサが壁面等の障害物を検出し、障害物に倣って移動するようにしてもよい。この場合、第１回転体の外周部と障害物との間の摩擦が第１回転体の移動を妨げないように回転方向を変更制御するのが好ましい。逆に、床面と障害物の壁面との境界部分の塵や汚れ物質を進行方向に向けて押し出すように、上記回転方向とは逆向きに回転方向を変更制御してもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、第１実施形態の要部の構成を示す。
図１に示すように、全方向移動車は、第１回転体１および駆動ユニット２を備えている。前記第１回転体１の同心円状の１つの円上には、３つの駆動ユニット２が概ね等間隔に配設されている。
前記各駆動ユニット２の台板３には、各々、車輪４が設けられている。前記各車輪４の車軸と回転制御用モータ５とは、タイミングベルト６により連結されている。前記回転制御用モータ５は、前記車輪４を回転駆動させる。
なお、車輪４は、車軸のまわりにのみ回転し、かつ、その平面断面形状が円弧または楕円弧形状の車輪である。
【００１７】
前記台板３の上部には、ウォームホイール７が固設されており、台板３と一体に回転するように設けられている。一方、前記第１回転体１に配設した角度制御用モータ８の出力軸には、ウォーム９が設けられている。前記ウォームホイール７と前記ウォーム９とは歯合しており、前記角度制御用モータ８の回転は、ウォーム９を介して伝達され、ウォームホイール７が回転する。これにより、前記円の法線に対する（接線に対する）前記車輪４の車軸の姿勢を変化させることができる。
【００１８】
ところで、本移動車の移動動作開始時においては、前記第１回転体１に対する車輪４の初期角度がどのようになっているのかが分からない。そのため、本移動車は、車輪４の角度校正に用いる角度校正スイッチ１０ａおよびピン１０ｂを備えている。本移動車の移動動作開始直前に角度制御用モータ８を動作させて台板３を時計まわりに回転させ、台板３上に突設されたピン１０ｂがスイッチ１０ａに当接した際の信号により車輪４の角度を校正している。
【００１９】
制御の構成：
図５（ｂ）に示すように、マイコン（制御手段）１００には、モータ制御回路１０１およびセンサ回路１０２が図示しないインターフェイスを介して接続されている。
前記モータ制御回路１０１は、前記各回転制御用モータ５および前記各角度制御用モータ８を制御する。前記回転制御用モータ５は、エンコーダ５ａを内蔵しており、前記車輪４の回転数を計測している。前記角度制御用モータ８は、エンコーダ８ａを内蔵しており、前記車輪４の回転角度を計測している。
前記センサ回路１０２は、前記角度校正スイッチ１０ａからの信号を処理する。つまり、センサ回路１０２は、角度校正スイッチ１０ａからの台板３のピン１０ｂの当接信号をマイコン１００のＣＰＵ１００ａに出力する。前記ＣＰＵ１００ａは、前記当接信号に基づいて前記車輪４の初期角度を校正する。
【００２０】
前記マイコン１００は、前記ＣＰＵ１００ａおよびＲＯＭ１００ｂを備えている。ＣＰＵ１００ａは、ＲＯＭ１００ｂに記憶された制御方法（プログラム）に従って、各機器を制御するものである。ＲＯＭ１００ｂは、後述する移動制御のためのプログラムを記憶している。
ＣＰＵ１００ａは、前記各エンコーダ５ａ、８ａからの出力に基づいて、後述するように、回転制御用モータ５の回転速度を算出すると共に、角度制御用モータ８の回転角度を算出する。
なお、台板３の回動角度をリアルタイムに検出するために、ポテンショメータを配設しても良い。また、回転制御用モータ５や角度制御モータ８は、パルスモータを使用しても良い。
【００２１】
制御方法：
つぎに、本移動車を移動制御するための制御原理を説明する。該制御原理に基づいたプログラムに従って、前記ＣＰＵ１００は各機器を制御する。
図２に示すように、車輪４１，４２，４３は、第１回転体１の回転中心Ｏから所定の半径の円上に、各々、１２０°の等間隔で配置されている。
第１回転体１が紙面上方に移動するときの移動速度をベクトルＵとし、円の接線方向の各車輪４１〜４３の鉛直線Ｌ（図１）のまわりの旋回速度をベクトルＶとした時、車輪４１，４２，４３の床面に対して転がる進行速度がベクトル（Ｕ＋Ｖ）に常になるように制御してやれば、第１回転体１は鉛直線Ｌのまわりに回転しながら、ベクトルＵで床面に沿って移動することになる。
【００２２】
今、第１回転体１が紙面上方に向かう進行方向をＹ軸、該Ｙ軸に対して直角右方向をＸ軸とする。図２に示すように、車輪４１がＸ軸から角度θだけ旋回した位置において、前記車輪４１の床面に対する進行速度はベクトル（Ｕ＋Ｖ）であり、第１回転体１の接線方向に対する前記車輪４１の進行角度α_１は、ベクトルＶとベクトル（Ｕ＋Ｖ）との内積より、図３に示す　（１）式で求めることができる。
【００２３】
ここで、前記　（１）式中の三角関数（ｃｏｓ^−１）内の計算は、その分子および分母がそれぞれ図３の　（２）式および　（３）式のように、ベクトルＶのＸ軸成分Ｖ_ｘおよびＹ軸成分Ｖ_Ｙ、ならびに、ベクトルＵのＸ軸成分Ｕ_ｘおよびＹ軸成分Ｕ_Ｙの関係式としてあらわせる。
さらに、前記Ｖ_ｘおよびＶ_Ｙは、それぞれ図３の　（４）式および　（５）式により前記角度θの関数として求めることができる。また、前記Ｕ_ｘおよびＵ_Ｙも同様に、図３の　（６）式および　（７）式により求めることができる。
【００２４】
したがって、前記　（１）式に、前記　（２）式〜　（７）式を全て代入すると、Ｘ軸から角度θだけ旋回した位置における車輪４１の進行角度α_１の値は、下記に示すように角度θの関数として求めることができる。
α_１＝α（θ）　…　（８）
【００２５】
また、車輪４２、４３のそれぞれの進行角度β_１、γ_１も同様に前記角度θの関数として求められ、かつ、車輪４２、４３と車輪４１との位相差は、それぞれ１２０°であることから、前記進行角度β_１、γ_１は、前記　（８）式に対して、それぞれθ＝θ＋１２０°、θ＝θ−１２０°とした次の（９）　、（１０）式で求めることができる。
β_１＝α（θ＋１２０°）…（９）
γ_１＝α（θ−１２０°）…（１０）
【００２６】
もしも、前記第１回転体１が紙面上方に進行している図２の状態から、左方向に角度φの方向に進路を変えたい時には、各車輪４１、　４２、　４３の進行角度α_２、β_２、γ_２は、それぞれ、次の（１１）、（１２）、（１３）式で算出すればよい。
α_２＝α_１　＋φ　…（１１）
β_２＝β_１＋φ　…（１２）
γ_２＝γ_１＋φ　…（１３）
【００２７】
かかるようにして求められるベクトルＶおよびＵ、ならびに、進行角度α_２〜γ_２は、前記エンコーダ５ａ、８ａからの出力に基づいて前記ＣＰＵ１００が算出し、回転制御用モータ５および角度制御用モータを制御することで、全方向移動車をあらゆる方向に移動させることができる。
なお、図４は、移動動作した時の車輪４１、４２、４３の各々の軌跡を示す。図４に示すように、車輪４１〜４３の床面上の軌跡は、前記回転中心Ｏのまわりに前記車輪４１〜４３が各々旋回しながら、床面に沿って前記回転中心Ｏが一定の方向に移動するような曲線を描く。
【００２８】
もし、図２の紙面右側に図示しない壁面があり、その壁面に倣って本移動車が移動する場合は、第１回転体１が反時計方向に回転しながらベクトルＵで移動すると、第１回転体１の外周部が壁面を擦ることになる。そのため、その際には、第１回転体１を時計方向に回転させながらベクトルＵで移動させると共に、旋回速度ベクトルＶの大きさをベクトルＵと同じ大きさに制御すれば、壁面上を第１回転体１の外周部が転がるように動作させることができる。これにより、壁面に傷を付けずに壁面に倣って移動させることができる。
逆に、後に図６〜図８で説明する集塵作業や清拭作業を行う場合には、床面と障害物の壁面との境界部分の塵や汚れ物質を進行方向に押し出すように、進行方向に対して障害物が右側にある場合には、第１回転体１を反時計方向に旋回させ、障害物が左側にある場合には、第１回転体１を時計方向に旋回させて移動させることが好ましい。
【００２９】
つぎに、本発明の第２〜第６実施形態について説明する。
以下の実施形態では、第１実施形態と異なる部分について主に説明し、同一部分または相当部分についての詳しい説明を省略する。
【００３０】
図５（ａ）は、第２実施形態を示す。
図５（ａ）に示すように、第２実施形態にかかる全方向移動車は、第１回転体１１および第２回転体１２を備えている。前記第１回転体１１の回転中心には、駆動制御モータ１３が設けられている。該駆動制御モータ１３の出力軸は、カプラー１４により、前記第１回転体１１の上に設けられた第２回転体１２に連結され、前記第２回転体１２を前記第１回転体１１の回転方向とは反対の方向に回転制御する。また、第１回転体１１の上面には、ジャイロセンサ（回転体角速度検出センサ）１５が設けられている。
前記ジャイロセンサ１５は、角速度を電圧値で出力する。そのため、全方向移動車の不図示の電源スイッチを入れた時に、ジャイロセンサ１５の出力を時間で積分を開始すれば、電源スイッチを入れた時からの第１回転体１１の回転角度を算出することができる。そして、この積分開始時の車輪４１の位置に対して、図２に示した角度θの値をゼロに設定すれば、前記ジャイロセンサ１５の時間積分値を図３の式に示したθの値に対応させることができる。これにより、この積分開始時の全方向移動車の進行方向は、図２に示したＹ軸正方向となる。
ただし、操作者にとって、３個の車輪４１〜４３のうち、どの車輪が車輪４１であるかは見分けが付かず、全方向移動車がどの方向に進行しようとしているのか分からない。そこで、車輪４１から９０度の位置に対応した第１回転体１１の外観面上に、全方向移動車の進行方向側（フロント側）であることが分かる旨の文字やマーク等を印字したり、デザイン形状等で識別できるようにしたりすることが望ましい。
【００３１】
第１回転体１１が回転動作を開始した際には、床面と第１回転体１１との姿勢角の変化を前記ジャイロセンサ１５により認識している。一方、第２回転体１２は、第１回転体１１の回転方向とは反対の方向に、第１回転体１１と概ね同じ回転角度で回転させるように前記駆動制御モータ１３を動作させている。これにより、第１回転体１１は床面に対して回転動作をしても、第２回転体１２は床面に対して殆ど回転しない状態を維持することができる。
また、駆動制御モータ１３に絶対角度情報を持ったアブソリュートエンコーダを内蔵した場合、第１回転体１１がその場での回転動作を開始し、第１回転体１１と第２回転体１２との姿勢角度のズレが所定の角度になった時に、ジャイロセンサ１５の出力を時間で積分すると共に、全方向移動車が進行を開始するようにすれば、第１回転体１１が回転しながら移動する移動方向を定めることができる。そして、第２回転体１２の外観面上に、全方向移動車の進行方向側（フロント側）であることが分かる旨の文字やマーク等を印字したり、デザイン形状等で進行方向の識別が可能となる。
また、前記アブソリュートエンコーダの代わりに、回転速度のみ検出するためのインクリメンタルエンコーダを採用した場合には、第１回転体１１と第２回転体１２との姿勢角度のズレが所定の角度になった時に信号を出すスイッチや光学センサ等を配設するようにしてもよい。そして、第２回転体１２の外観面上に、全方向移動車の進行方向側（フロント側）であることが分かる旨の文字やマーク等を印字したり、デザイン形状等で進行方向の識別が可能となる。
また、前記ジャイロセンサ１５を第２回転体１２上に配設して、第１回転体１１をその場で回転させ、ジャイロセンサ１５の出力がゼロになるように駆動制御モータ１３を動作制御しながら、第１回転体上に配設された車輪４１が所定の位置に来た時に、ジャイロセンサ１５の出力を時間で積分を開始すると共に、全方向移動車が進行を開始するようにしてもよい。
更にまた、エンコーダを用いず、ジャイロセンサ１５を第１回転体１１および第２回転体１２の両方に搭載し、第２回転体１２に搭載したジャイロセンサ１５の出力がゼロになるように駆動制御モータ１３を動作制御してもよい。この場合、第１回転体１１をまずその場で回転させ、第１回転体１１と第２回転体１２との姿勢角度のズレが所定の角度になった時に信号を出すスイッチや光学センサの出力を検知した時に、θの値をゼロに設定し、第１回転体１１に搭載したジャイロセンサ１５の角速度の時間積分を開始してθの値に対応させる。
【００３２】
なお、前記第２回転体１２の側面には、接触センサ、超音波センサ、光学センサなどの障害物センサ１６が複数個配設され、壁などの障害物を検出して、障害物を避けて移動したり、障害物に倣って移動する。
【００３３】
図６、図７および図８は、第３実施形態およびその変形例を示す。
図６に示すように、車輪４１〜４３の旋回方向の間にブラシ１７，１８，１９がそれぞれ配設されている。第１回転体３１は、図８に示すように、その内部に空間Ｓを持つように形成されている。前記空間Ｓ内には、吸引ポンプ３３とフィルター付の集塵ケース３４とが設けられている。前記第１回転体３１の床面側の概ね中心には、吸引部２０が形成されている。
前記車輪４１〜４３が旋回し、前記第１回転体３１が半時計方向に速度Ｖで回転しながら紙面上方に速度Ｕで移動した時、第１回転体３１と一体的にブラシ１７〜１９も反時計方向に旋回し、床面の塵を概ね中心部に向かってかき集める。第１回転体１の中心部にかき集められた塵は、吸引部２０から吸引ポンプ３３により吸い上げられ集塵される。
【００３４】
また、図７の変形例のように、前記第１回転体３１にブラシ固定部２１、２２，２３を配設し、それら各々の両面に、それぞれ一対のブラシ１７〜１９を設けるようにしてもよい。これにより、壁面に倣って移動する時、前記第１回転体１の移動方向に対して、壁面が左右のどちら側にあっても、集塵性能を下げることなく、効率よく集塵作業を行うことができる。
【００３５】
図８の第１回転体３１の上面には第二排気口３１ｃが形成されている。前記吸引部２０から吸い上げられた塵はフィルター付の集塵ケース３４に捕集され、塵が除かれた空気Ａは第１排気口３１ｂおよび第２排気口３１ｃから排気される。第１排気口３１ｂから排気された空気Ａは、床面上の塵とともに再び吸引部２０に戻って吸引ポンプ３３で吸い上げられる。第２排気口３１ｃから空気Ａが排出されているため、第１回転体３１と床面との間の空間の空気圧は負圧となり、第１排気口３１ｂの外側の床面上の空気Ａを塵とともに吸い込むことができる。
なお、第２排気口３１ｃを形成しなければ、外部に排気風を出さないようにすることも可能である。
【００３６】
図９は、第４実施形態を示す。
図４に示すように、車輪４１〜４３の旋回方向の間に、それぞれ清拭部２７が配設されている。前記各清拭部２７は、ウエス２４、ウエス取り付け板２５および開口２６を有している。前記ウエス２４は、織物、不織布、編物などからなり、開口２６を有するウエス取り付け板２５に着脱可能に取り付けられている。前記開口２６は、前記ウエス取り付け板２５の概ね中央部に形成され、かつ、不図示の液剤滴下装置に接続されている。前記開口２６には、液剤滴下装置から水、　洗浄液、消毒液、ワックスなどの液剤が投下され、ウエス２４を適度に湿らせることができる。
かかる構成により、適度に液剤で湿っているウエス２４で床面上の清拭作業を行ったり、ワックス掛けを行うことができる。もちろん、液剤を滴下しなければ乾拭きも可能である。
【００３７】
図１０は、第５実施形態を示す。
図１０に示すように、第５実施形態においては、３個の車輪のうち、１個の車輪が自在車輪で構成されている。
回転速度と進行角度を制御可能な２個の車輪５１、５２と、床面から受ける外力によって自在に車輪の進行方向が変化する１個の自在車輪５３は、第１回転体１の回転中心Ｏから所定の半径の円上に各１２０°の等間隔で配設されている。
これは、第１実施形態の３個の車輪の内の１個を自在車輪にしたものであり、車輪と床面との摩擦力が高く、車輪が空滑りしない場合には、第１実施形態と同様の回転移動動作をさせることが可能である。
【００３８】
図１１は、第６実施形態を示す。
図１１に示すように、第６実施形態においては、４個の車輪のうち、対角の２個の車輪が自在車輪で構成されている。
回転速度と進行角度を制御可能な２個の車輪６１、６２と、床面から受ける外力によって自在に車輪の進行方向が変化する自在車輪６３、６４は、第１回転体１の回転中心Ｏから所定の半径の円上に各９０°の等間隔で配設されている。これにより、車輪と床面との摩擦力がさほど高くなくても、車輪が空滑りせずに回転移動動作をさせることが可能となる。
【００３９】
図１２は、第７実施形態を示す。
図１２に示すように、第７実施形態においては、車輪が３個の球状車輪７１、７２、７３で構成されている。前記球状車輪７１〜７３には、それぞれ一対のローラ７１ａおよび７１ｂ、７２ａおよび７２ｂ、７３ａおよび７３ｂが当接している。前記ローラ７１ａ、７２ａおよび７３ａは、円の法線方向の軸まわりに前記球状車輪７１〜７３のそれぞれを回転させる。一方、前記ローラ７１ｂ、７２ｂおよび７３ｂは、円の接線方向の軸まわりに前記球状車輪７１〜７３のそれぞれを回転させる。これらのローラは、図示しないモータにより回転数を制御されている。
【００４０】
かかる構成により、図４の車輪７１〜７３は、前記法線方向の速度ベクトルＡおよび接線方向の速度ベクトルＢを発生させる。前記ベクトルＡと前記ベクトルＢとの合成ベクトル（Ａ＋Ｂ）が、前記進行速度ベクトル（Ｖ＋Ｕ）と等しくなるように各ローラの回転数を制御すれば、第１〜第６実施形態と同様に本全方向移動車をあらゆる方向に進行させることができる。
【００４１】
以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施例を説明したが、当業者であれば、本明細書を見て、自明な範囲で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。
たとえば、第３または第４実施形態において、清拭部材は必ずしも車輪の旋回方向の間に設ける必要はなく、車輪よりも内側（回転軸寄り）または外側に設けてもよい。
したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる本発明の範囲内のものと解釈される。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、全方向移動車の床面に対する姿勢に関係なく、あらゆる方向にスムーズに方向転換しながら移動できるので、少ない時間で切り返しやＵターンなどの動作が行える。
また、回転体自体が移動しなくても、一定の場所に止まりながらその場で回転のすることができるから、掃除などの用途に使用した場合に効率良く作業が行える。
【００４３】
なお、球状車輪を周面において支持するのではなく、円形の車輪の中央を車軸で支持すれば、車輪の表面が移動車内部で汚れないから、床面が汚れたり、あるいは、床面が傷付いたりするおそれもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる全方向移動車の要部を示す斜視図である。
【図２】同車輪を示す平面図である。
【図３】車輪の旋回速度および進行角度を算出するための計算式である。
【図４】車輪が床面上を移動した時の軌跡を示す図表である。
【図５】（ａ）は本発明の第２実施形態の要部を示す側断面図であり、（ｂ）は全方向移動車の制御を示す概略構成図である。
【図６】本発明の第３実施形態の要部を示す平面図である。
【図７】同変形例の要部を示す平面図である。
【図８】第３実施形態の要部を示す側断面図である。
【図９】本発明の第４実施形態の要部を示す平面図である。
【図１０】本発明の第５実施形態の要部を示す平面図である。
【図１１】本発明の第６実施形態の要部を示す平面図である。
【図１２】本発明の第７実施形態の要部を示す平面図である。
【符号の説明】
１、１１、３１：第１回転体
１２：第２回転体
４、４１、４２、４３：車輪
５：回転制御用モータ
７：ウォームホイール
８：角度制御用モータ
９：ウォーム
１３：駆動制御モータ
１７、１８、１９：ブラシ
２７：清拭部
１００：マイコン（制御手段）
Ｏ：回転中心
Ｕ：回転体の移動速度ベクトル
Ｖ：車輪の旋回速度ベクトル
α_１、β_１、γ_１：車輪の進行角度

Claims

床面上をあらゆる方向に移動可能な全方向移動車であって、床面に対して鉛直線のまわりに回転する第１回転体と、
前記第１回転体に取り付けられて、前記移動車の荷重を支え、前記鉛直線を中心とする円周上に概ね等間隔に配列されて、前記鉛直線のまわりに各々旋回する３個以上の車輪と、
前記３個以上の車輪のうち、２個以上の車輪に前記車輪の車軸まわりの回転速度を変化させることができる回転制御用モータならびに円の法線に対する車軸の姿勢を変化させることができる角度制御用モータと、
前記２個以上の車輪の車軸のまわりの回転速度と各車軸の姿勢を制御することにより、前記第１回転体を前記鉛直線のまわりに回転させながら、当該第１回転体の移動方向および移動速度を制御する制御手段とを備えた全方向移動車。
請求項１において、
前記車輪は前記車軸のまわりにのみ回転し、かつ、その断面形状が円弧または楕円弧形状である全方向移動車。
請求項１もしくは２において、
床面に対する前記第１回転体の姿勢角の変化を認識するための回転体角速度検出センサを搭載した全方向移動車。
請求項１において、
前記第１回転体に対して、概ね同一の鉛直線のまわりに逆回転可能な第２回転体と、
前記第２回転体を前記第１回転体の回転方向とは反対の方向に回転制御するための駆動制御モータとを備えた全方向移動車。
請求項４において、
床面に対する前記第１回転体および／または第２回転体の姿勢角の変化を認識するための回転体角速度検出センサを搭載した全方向移動車。
請求項１ないし５において、
前記第１回転体に着脱自在に取り付けられ、床面に接触して床面を清拭する清拭部を備えた全方向移動車。
請求項１ないし６において、
床面の塵を前記第１回転体の概ね中心に向ってかき集めるブラシと、
前記第１回転体の概ね中心に設けられ、前記床面の塵を吸引するための吸引部とを備えた全方向移動車。