JP2017217927A - 全方向移動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 構造が単純で、製造コストの低下が図れる全方向移動装置を提供すること。
【解決手段】 移動面Ｃに対して傾斜して配置された支持軸２１ａの下端に取り付けられた傾斜輪２１を備えた方向移動装置１０を、操作部３０の操作に応じて、移動できるようにした。方向移動装置１０には、支持軸２１ａの上端に取り付けられたかさ歯車２５と、軸方向を移動面Ｃに対して直交させて配置されかさ歯車２５に歯合するかさ歯車２４ｂと、歯車２４ｂを回転させる移動用モータ２２が備わっており、移動用モータ２２の作動で、傾斜輪２１が支持軸２１ａの軸周り方向に回転する。方向移動装置１０には、内部に、支持軸２１ａを回転可能に貫通させる傾斜貫通孔２８ｃが形成された特殊歯車２８と、方向変更用モータ２６が備わっており、方向変更用モータ２６の作動により、傾斜輪２１が、特殊歯車２８の軸周り方向に回転する。傾斜輪２１の周囲に複数の脚部１２を配置した。
【選択図】 図３

Description

本発明は、操作部の操作に応じて、移動面上を全方向に移動できる全方向移動装置に関する。

従来から、例えば、コントローラからなる操作部の操作に応じて種々の方向に移動可能になった全方向移動装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。この全方向移動装置（走行体）は、コントローラから送られる指令信号にしたがって走行するもので、間接軸を中心として角変位する複数の脚部と、複数の脚部が固定される台部と、各脚部の端部に設けられる車輪と間接軸を回転駆動して脚部と台部との角度を変化させるアクチュエータとを備えている。また、車輪は、床面と接地する部分を構成するもので、外周に複数のオムニホイールが回転可能に設けられている。

特開２０１５−１８２５８８号公報

前述した従来の全方向移動装置では、脚部、車輪等の各部品が複数必要であるため、部品点数が多くなり構造が複雑になるとともに、製造のためのコストが高くなるという問題がある。

本発明は、前述した問題に対処するためになされたもので、その目的は、構造が単純で、製造コストの低下が図れる全方向移動装置を提供することである。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。

前述した目的を達成するため、本発明に係る全方向移動装置の構成上の特徴は、操作部（３０）の操作に応じて、移動面（Ｃ）上を全方向に移動できる全方向移動装置（１０）であって、移動面に対して傾斜して配置された支持軸（２１ａ）の下端に取り付けられ、外周部の一部が移動面に接触するように配置された傾斜輪（２１）と、支持軸の上端に取り付けられた傾斜かさ歯車（２５）と、軸方向を移動面に対して直交させて配置され傾斜かさ歯車に歯合する非傾斜かさ歯車（２４ｂ）と、傾斜輪を、非傾斜かさ歯車、傾斜かさ歯車および支持軸を介して支持軸の軸周り方向に回転させる移動用モータ（２２）と、軸方向を移動面に対して直交させて配置され、内部に、支持軸を回転可能に貫通させる傾斜貫通孔（２８ｃ）が形成された特殊歯車（２８）と、傾斜輪を、輪特殊歯車および支持軸を介して特殊歯車の軸周り方向に回転させる方向変更用モータ（２６）と、傾斜輪の周囲に設けられた支持部品（１１，１３）と、傾斜輪を囲む方向に間隔を保って支持部品の下面に設けられた、回転可能な球体（１２ｂ）を備えた複数の脚部（１２）とを備えたことにある。

本発明に係る全方向移動装置では、傾斜輪が移動面に対して傾斜して配置された支持軸の下端に取り付けられ、傾斜輪の一部が移動面に接触する。また、傾斜輪は、支持軸の上端に取り付けられた傾斜かさ歯車と、軸方向を移動面に対して直交させて配置され傾斜かさ歯車に歯合する非傾斜かさ歯車とを介して移動用モータに連結されている。このため、移動用モータを作動させると、傾斜輪は、移動面に対して傾斜し一部を接触させた状態で、支持軸の軸周り方向に回転する。これによって、全方向移動装置は、移動面に対する傾斜輪の接線方向に移動する。

また、全方向移動装置には、軸方向を移動面に対して直交させて配置され、内部に支持軸を軸周り方向に回転可能な状態で貫通させる傾斜貫通孔が形成された特殊歯車と、傾斜輪と支持軸を特殊歯車の軸周り方向に回転させる方向変更用モータとが備わっている。このため、方向変更用モータの作動により、特殊歯車を軸周り方向に回転させると、傾斜輪は、特殊歯車の傾斜貫通孔内に位置する支持軸とともに、特殊歯車の軸周り方向に回転する。この場合、支持軸の他端に取り付けられた傾斜かさ歯車は、非傾斜かさ歯車の外周に沿って回転し、非傾斜かさ歯車は静止状態に維持される。

この特殊歯車の回転によって、移動面に対する傾斜輪の接触部分が特殊歯車の軸周り方向の円周に沿って変化する。このため、移動用モータと方向変更用モータを所定の回転数で作動させることにより、全方向移動装置を任意の方向に任意の速度で移動させることができる。本発明によると、全方向移動装置を移動させるための駆動輪が１個の傾斜輪ですみ、この傾斜輪を駆動させる駆動装置が移動用モータと方向変更用モータの２個のモータですむため、全方向移動装置の構造が単純になるとともに、製造コストの低下が可能になる。さらに、駆動輪が１個であるため、鋭い角度で、かつ反応よく高精度で進行方向を変えることも可能になる。

また、本発明では、傾斜輪の周囲に支持部品が位置し、その移動面側に回転可能な球体を備えた複数の脚部が設けられているため、傾斜輪の回転によって全方向移動装置が移動する際に、球体が移動面に接触して回転する。このため、全方向移動装置は安定した状態で移動できる。この場合の脚部は、２個以上であればいくつでもよいが、傾斜輪を中心として等間隔で４個配置することが好ましい。また、各脚部は、支持部品の外周部に配置することが好ましい。

本発明に係る全方向移動装置の他の構成上の特徴は、移動用モータと非傾斜かさ歯車との間に、少なくとも移動用モータの回転軸に取り付けられた連動歯車（２３）を含む連動機構が設けられていることにある。

この場合の連動歯車は、平歯車であってもかさ歯車であってもよい。本発明によると、移動用モータの設置位置を非傾斜かさ歯車の軸方向以外の任意の位置にできるため、移動用モータの設置位置に自由度が増すようになる。移動用モータの回転軸を、非傾斜かさ歯車の軸に直接連結する場合には、移動用モータが、特殊歯車に接触しないように配置しなければならないため、移動用モータの設置位置や形状に制限が加わるが、本発明によると、このような制限が緩和される。本発明においては、連動機構に含まれる歯車を互いに歯合する複数の歯車で構成すると、移動用モータの設置位置にさらに自由度が増すようになる。

本発明に係る全方向移動装置のさらに他の構成上の特徴は、方向変更用モータの回転軸に特殊歯車に歯合する伝達歯車（２７）を取り付けて、方向変更用モータの回転軸の回転を伝達歯車を介して特殊歯車に伝達するようにしたことにある。

この場合の伝達歯車は、平歯車であってもかさ歯車であってもよい。本発明によると、方向変更用モータの設置位置を特殊歯車の軸方向以外の任意の位置にできるため、方向変更用モータの設置位置に自由度が増すようになる。方向変更用モータの回転軸を、特殊歯車の軸に直接連結する場合には、方向変更用モータが、傾斜かさ歯車や非傾斜かさ歯車に接触しないように配置しなければならないため、方向変更用モータの設置位置や形状に制限が加わるが、本発明によると、このような制限が緩和される。

本発明に係る全方向移動装置のさらに他の構成上の特徴は、特殊歯車の上面中央から軸方向の上方に延びる軸部（２４ｅ）を設けるとともに、非傾斜かさ歯車に円筒軸部（２４ｃ）を設けて、円筒軸部に軸部を回転可能な状態で挿通させたことにある。

本発明によると、特殊歯車の上方に非傾斜かさ歯車を同軸上に位置させて配置できるため、特殊歯車と非傾斜かさ歯車をコンパクトに設置できる。また、軸部は、特殊歯車に固定され、非傾斜かさ歯車に対しては相対的に回転可能になっているため、移動用モータの作動によって回転する非傾斜かさ歯車と、方向変更用モータの作動によって回転する特殊歯車とは互いに干渉することなく、回転できる。

本発明に係る全方向移動装置のさらに他の構成上の特徴は、支持部品に、傾斜輪の高さ位置を調節する調節機構（１４）が設けられていることにある。本発明によると、傾斜輪を適度な押圧力で移動面に当接させることができる。

本発明に係る全方向移動装置のさらに他の構成上の特徴は、操作部に力覚センサ（３３）が含まれ、移動用モータおよび方向変更用モータが、力覚センサの検出値に応じて作動するようにしたことにある。

この場合の力覚センサは、力と方向とをベクトルで示す公知のセンサであり、例えば前後左右のどの方向にでも押圧操作することができる棒状に形成され、押圧操作された際に生じるひずみや変化量を電気信号に変換する。この力覚センサの検出値に応じた制御装置の制御により、移動用モータと方向変更用モータが作動し、全方向移動装置は、力覚センサが押圧操作された方向に、押圧力の大きさに応じた速度で移動する。本発明によると、簡単な操作で全方向移動装置を移動させることができる。

本発明の一実施形態に係る全方向移動装置を示した斜視図である。 全方向移動装置を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。 全方向移動装置の分解斜視図である。 全方向移動装置の駆動部を示した側面図である。 図４に示した駆動部の分解図である。 一体成形歯車を示した斜視図である。 一体成形歯車を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図である。 傾斜かさ歯車を示した斜視図である。 傾斜かさ歯車を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。 特殊歯車を示した斜視図である。 特殊歯車を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は底面図である。 フォトインタラプタと平歯車のスリットとの関係を示しており、（ａ）は側面図、（ｂ）はスリットを備えた平歯車の平面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図１および図２（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る全方向移動装置１０を示している。なお、以下の説明においては、全方向移動装置１０の前後、左右、上下の各方向は、図１において各矢印に記載した方向とするが、後述する図４および図５では、図の右側が前方で左側が後方になっている。この全方向移動装置１０は、台車部品１１の上方にベース部品１３を設置し、ベース部品１３の上面に駆動部２０を設置し、駆動部２０の上方に操作部３０を設置して構成されている。

図３に示したように、台車部品１１は左右の幅よりも前後の長さが長い矩形の肉厚板状に形成されており、その中央から後部側にかけての部分に、平面視が略円形の穴部とその略円形の穴部の後部に連通して後方に延びる平面視が略長方形の穴部とからなる摺動穴１１ａが上下に貫通して形成されている。台車部品１１の前部における左右方向の中央には左右の長さよりも前後の長さが長い平面視が長方形の逃がし穴１１ｂが上下に貫通して形成されている。また、台車部品１１の上面には、複数の円形の係合穴１１ｃが分散して形成されており、これらの係合穴１１ｃの直径はそれぞれ任意の長さに設定されている。さらに、台車部品１１の上面における摺動穴１１ａの周囲には、四角形の四隅に位置するようにして、それぞれ上方に延びる４個の円筒状のガイド部１１ｄが形成されている。

また、台車部品１１の下面における四隅の近傍部分には、図２（ｂ），（ｃ）に示したように、支受部１２ａと鋼球１２ｂからなる脚部１２がそれぞれ取り付けられている。支受部１２ａは、下面中央に、鋼球１２ｂを回転可能な状態で支持する凹部が形成された略円盤状に形成されており、鋼球１２ｂは、下部を支受部１２ａの凹部から突出させて回転可能に支持されている。各支受部１２ａは、所定の係合穴１１ｃおよびねじ部材（図示せず）によって、台車部品１１に固定されている。

ベース部品１３は、左右および前後の長さが台車部品１１と同じ板状に形成されており、その中央に、平面視が円形の傾斜輪挿通穴１３ａが形成されている。傾斜輪挿通穴１３ａは、ベース部品１３を上下に貫通しており、ベース部品１３の下面における傾斜輪挿通穴１３ａの周縁部には、下方に延びて摺動穴１１ａの円形部分に進退可能に収容できる短筒状の円形摺動部１３ｂが形成されている。ベース部品１３の下面における円形摺動部１３ｂの後方には、摺動穴１１ａの長方形部分に進退可能に収容できる枠状の矩形摺動部１３ｃが形成されている。この矩形摺動部１３ｃ内の空間は、後述する取付け穴１５ａに連通して、ベース部品１３の上面で開口している。

また、ベース部品１３における円形摺動部１３ｂと矩形摺動部１３ｃの周囲の左右前後の４か所には、ガイド部１１ｄが摺動可能に貫通できる貫通摺動穴１３ｄが形成され、ベース部品１３の上面における傾斜輪挿通穴１３ａの左右両側にはそれぞれ前後一対のねじ穴１３ｅが形成されている。そして、ベース部品１３における前側に位置する２個の貫通摺動穴１３ｄの前方と後側に位置する２個の貫通摺動穴１３ｄの後方にはそれぞれ上下位置調節部１４が形成されている。

上下位置調節部１４の本体部分は、略四角筒状のばね収容部１４ａと、ばね収容部１４ａの上部に形成されたねじ受け部１４ｂで構成されている。ばね収容部１４ａは、ベース部品１３の下面と、ベース部品１３の上方との間に形成されており、下端がベース部品１３の下面で開口し、ベース部品１３の上面から突出した部分の上端が中央にねじ挿通穴（図示せず）が形成された天井部で構成されている。

ねじ受け部１４ｂは、門形に形成された外枠の内側に、ばね収容部１４ａのねじ挿通穴に連通するねじ穴１４ｃが内部に形成されたねじ形成部を設けて構成されており、ねじ穴１４ｃの上部は外枠の上面まで延びて開口している。ばね収容部１４ａの内部にはコイルばね１４ｄ（図２（ｃ）参照）が収容され、ねじ受け部１４ｂのねじ穴１４ｃには調節ねじ１４ｅが螺合している。調節ねじ１４ｅの下部は、ばね収容部１４ａの天井部のねじ挿通穴を挿通してばね収容部１４ａ内に進入できる。

また、ベース部品１３の上面における傾斜輪挿通穴１３ａの後方（矩形摺動部１３ｃの上方）には、後述する移動用モータ２２を取り付けるためのブロック１７が設置される設置部１５が形成され、ベース部品１３の上面前部における左右方向の中央部分には、後述する方向変更用モータ２６およびフォトインタラプタ２９を取り付けるためのブロック１８が設置される設置部１６が形成されている。設置部１５は、ベース部品１３における後側に位置する２個の貫通摺動穴１３ｄの間に位置しており、左右に間隔を保って形成された高さの低い一対の矩形の台部で構成されている。この一対の台部の間には、前述した矩形摺動部１３ｃの内部に連通する取付け穴１５ａが形成されている。この取付け穴１５ａの下方には、摺動穴１１ａの長方形部分が位置している。また、設置部１５の左右部分の上面には、それぞれ前後に配置された一対のねじ穴１５ｂが形成されている。

設置部１６は、四角台状の凸部の左右方向の中央部分に前端側から後端にかけて延び上面からベース部品１３の下面まで貫通する取付け穴１６ａを形成した形状をしており、左右両側部分の後端部には、対向する面が平面視で凹状の円弧を描くように形成された一対の曲面部１６ｂが形成されている。曲面部１６ｂは、左右方向の両中央側が前方に位置し、両外部側が後方に位置する一対の湾曲面を備えている。取付け穴１６ａは、台車部品１１の逃がし穴１１ｂの上方に位置している。また、設置部１６の左右部分の上面には、それぞれ前後に配置された一対のねじ穴１６ｃが形成されている。

このように構成されたベース部品１３は、円形摺動部１３ｂと矩形摺動部１３ｃを摺動穴１１ａ内に位置させ、各貫通摺動穴１３ｄに各ガイド部１１ｄを貫通させて台車部品１１に対して進退可能な状態で組み付けられており、調節ねじ１４ｅを調節することにより、台車部品１１との隙間を調節可能になっている。すなわち、コイルばね１４ｄの下端部は、台車部品１１の上面に当接しており、調節ねじ１４ｅを締めると、コイルばね１４ｄが下方に押圧されて台車部品１１とベース部品１３の間隔は広がり、調節ねじ１４ｅを緩めると、コイルばね１４ｄが上方に移動して台車部品１１とベース部品１３の間隔は狭くなる。

また、ベース部品１３を台車部品１１に向かって押さえることでコイルばね１４ｄを収縮させて台車部品１１とベース部品１３の間隔を狭くすることもできる。各ガイド部１１ｄの上端開口には、フランジ付きのねじ１３ｆが螺合しており、これによって、ベース部品１３が台車部品１１から外れることが防止される。なお、台車部品１１とベース部品１３で本発明に係る支持部品が構成され、上下位置調節部１４で本発明に係る調節機構が構成される。

ブロック１７は、固定部１７ａと、モータ取付部１７ｂを備えている。固定部１７ａは、設置部１５を構成する一対の台部の上面に対応する大きさの一対の板体で構成されており、それぞれの中央に上下に貫通するねじ挿通穴１７ｃが形成されている。モータ取付部１７ｂは、固定部１７ａの左右部分の後端から上方に延びる横長の四角板状に形成されており、固定部１７ａの左右部分の後端を連結している。モータ取付部１７ｂの左右部分には、それぞれ前後に貫通するねじ挿通穴１７ｄが形成されている。ブロック１７は、固定部１７ａの両ねじ挿通穴１７ｃにそれぞれねじ１７ｅを通し、その先端をねじ穴１５ｂに螺合させて設置部１５に固定されている。

ブロック１８は、固定部１８ａと、モータ取付部１８ｂと、フォトインタラプタ取付部１８ｃを備えている。固定部１８ａは、設置部１６の左右部分の上面に設置できる大きさの一対の板体で構成されており、前後の長さが設置部１６の前後の長さよりも少し短くなっている。固定部１８ａの左右部分には、それぞれ上下に貫通する前後一対のねじ挿通穴１８ｄが形成されている。モータ取付部１８ｂは、固定部１８ａの後端から上方に延びる横長の四角板状に形成されており、固定部１８ａの左右部分の後端を連結している。モータ取付部１８ｂの左右部分には、それぞれ前後に貫通するねじ挿通穴１８ｅが形成されている。

フォトインタラプタ取付部１８ｃは、固定部１８ａの左右部分の対向する部分の前端を連結して下方に延びる縦長の四角板状に形成されており、上下部分にそれぞれ前後に貫通する四角形の係合穴１８ｆが形成されている。ブロック１８は、固定部１８ａのねじ挿通穴１８ｄにそれぞれねじ１８ｇ（図では左右両側にそれぞれ１個だけ取り付けられている。）を通しねじ穴１６ｃに螺合させて設置部１６に固定されている。

駆動部２０は、図４および図５に示したように、垂直方向に対して傾斜して配置される支持軸２１ａと、支持軸２１ａの下端に取り付けられた傾斜輪２１と、傾斜輪２１を支持軸２１ａとともに支持軸２１ａの軸周り方向に回転させる移動機構Ａと、傾斜輪２１を支持軸２１ａとともに水平面上で円周方向に回転させる方向変更機構Ｂとで構成されている。移動機構Ａは、移動用モータ２２と、平歯車２３と、一体成形歯車２４と、かさ歯車２５とで構成されている。移動用モータ２２は、モータ本体２２ａの上面から上方に回転軸２２ｂを突出させ、モータ本体２２ａの下部にエンコーダ２２ｃを取付けて構成されている。

モータ本体２２ａは、下部よりも上部が大きくなった段違いの縦長の長方体に形成されており、上部の左右の幅は、ブロック１７の固定部１７ａを構成する一対の板体の間隔よりも長く、下部の大きさは、固定部１７ａを構成する一対の板体の間および取付け穴１５ａ内に挿入できる大きさに設定されている。また、モータ本体２２ａの上部の左右両側面の後部には、それぞれ内面にねじ挿通穴が形成された略半円状のねじ挿通部２２ｄが形成されている。

移動用モータ２２は、モータ本体２２ａの上部を固定部１７ａを構成する一対の板体間に係合させ、下部を一対の板体間の下方に位置させた状態で、ねじ（図示せず）をブロック１７のねじ挿通穴１７ｄおよびねじ挿通部２２ｄのねじ挿通穴に通し、その先端にナット２２ｅを螺合させて、ブロック１７に固定されている。エンコーダ２２ｃは、移動用モータ２２の回転数を検出するためのものである。このエンコーダ２２ｃは、平面視が略四角形に形成されており、移動用モータ２２が、ブロック１７を介してベース部品１３に取り付けられたときに、取付け穴１５ａ（矩形摺動部１３ｃ内）に位置する。

平歯車２３は、後述する平歯車２４ａ（図７（ａ）参照）と略同じ構成をしており、中心に軸固定穴が形成されている。この平歯車２３は、歯部２３ａを水平方向に向けて回転軸２２ｂに固定され、移動用モータ２２の作動により、回転軸２２ｂとともに回転する。一体成形歯車２４は、図６および図７（ａ）〜（ｃ）に示した形状をしており、平歯車２４ａとかさ歯車２４ｂとを円筒軸部２４ｃを介して上下に配置して一体成形して構成されている。平歯車２４ａは、平歯車２３の前方に配置された状態で、平歯車２３と歯合して、平歯車２３の回転により、平歯車２３と逆方向に回転する。なお、平歯車２３で本発明に係る連動歯車が構成され、平歯車２３と平歯車２４ａで連動機構が構成される。

かさ歯車２４ｂは、本発明に係る非傾斜かさ歯車を構成するもので、大径側が上方に位置し小径側が下方に位置しており、上部を平歯車２４ａの下部に対向させている。また、平歯車２４ａとかさ歯車２４ｂはそれぞれリング状に形成されており、平歯車２４ａと円筒軸部２４ｃの間は４つの連結片２４ｄで連結され、かさ歯車２４ｂと円筒軸部２４ｃは直接連結されている。平歯車２４ａ、かさ歯車２４ｂおよび円筒軸部２４ｃは軸心を一致させており、円筒軸部２４ｃの内部には、軸受け（図示せず）が取り付けられている。そして、一体成形歯車２４の軸受け内に、軸部２４ｅが回転可能に挿入されている。この軸部２４ｅの上下の端部はそれぞれ円筒軸部２４ｃから外部に突出しており、軸部２４ｅの下端部の横断面形状は、略半円状に形成されている。

かさ歯車２５は、本発明に係る傾斜かさ歯車を構成するもので、図８および図９（ａ），（ｂ）に示したように、大径側が上方に位置し下部側が下方に位置しており、その状態で、一体成形歯車２４のかさ歯車２４ｂに歯合している。かさ歯車２５もリング状に形成され、内部に略半円状の軸固定穴２５ａが形成されている。そして、軸固定穴２５ａ内に、支持軸２１ａの上端部が固定されている。なお、支持軸２１ａの上端部の横断面形状は、軸固定穴２５ａに嵌合できる半円状に形成されている。このため、移動用モータ２２が作動すると、傾斜輪２１は、平歯車２３、一体成形歯車２４およびかさ歯車２５を介して支持軸２１ａとともに回転する。また、支持軸２１ａの移動面Ｃに対する傾斜角度は、５０〜８０度で、傾斜輪２１の下面は、支持軸２１ａに略９０度の角度で直交している。

方向変更機構Ｂは、方向変更用モータ２６と、平歯車２７と、特殊歯車２８とで構成されている。方向変更用モータ２６は、移動用モータ２２と同じモータで構成されており、モータ本体２６ａ、回転軸２６ｂ、エンコーダ２６ｃおよびねじ挿通部２６ｄを備えている。この方向変更用モータ２６は、モータ本体２６ａの下方に回転軸２６ｂを位置させ、モータ本体２６ａの上方にエンコーダ２６ｃを位置させるとともに、ねじ挿通部２６ｄを前方側に位置させて配置されている。そして、方向変更用モータ２６は、ねじ２６ｅをねじ挿通穴１８ｅおよびねじ挿通部２６ｄのねじ挿通穴に通し、ねじ２６ｅの先端にナット（図示せず）に螺合させて、ブロック１８に固定されている。

平歯車２７は、歯部２７ａを水平方向に向けた状態で、中心に形成された軸固定穴２７ｂに回転軸２６ｂが嵌合固定されており、方向変更用モータ２６の作動により、回転軸２６ｂとともに回転する。また、平歯車２７には、原点位置を示すためのスリット２７ｃ（図１２（ｂ）参照）が上下に貫通して形成されている。このスリット２７ｃは、平歯車２７の歯部２７ａと軸固定穴２７ｂとの中間部分に設けられており、径方向に延びる長円形に形成されている。なお、平歯車２７で本発明に係る伝達歯車が構成される。

特殊歯車２８は、平歯車２７の後方で、一体成形歯車２４の下方に配置されており、図１０および図１１（ａ）〜（ｄ）に示した形状をしている。すなわち、特殊歯車２８は、平歯車２７に歯合する平歯車２８ａと、異形の軸体部２８ｂとを一体成形して構成されている。軸体部２８ｂは、上端部を平歯車２８ａの上方に僅かに突出させ、上下の１／２に近い下側部分を平歯車２８ａの下方に突出させた状態で平歯車２８ａの内部側に形成されている。また、軸体部２８ｂの内部には、傾斜貫通孔２８ｃが形成されており、これによって、軸体部２８ｂは略円筒状になっている。

傾斜貫通孔２８ｃの上端は、軸体部２８ｂの上面の外周側部分で開口し、傾斜貫通孔２８ｃの下端は、軸体部２８ｂの下面の中央部分で開口している。このため、傾斜貫通孔２８ｃは、特殊歯車２８（平歯車２８ａ）の軸心に対して傾斜しており、その傾斜角は、移動面Ｃに対して、５０〜８０度に設定されている。また、軸体部２８ｂにおける傾斜貫通孔２８ｃの開口を形成する部分の上下の端面は、それぞれ、傾斜貫通孔２８ｃが延びる方向に直交する平面に形成されている。また、軸体部２８ｂの上面中央には、略半円状の固定用凹部２８ｄが形成されている。

このように構成された特殊歯車２８の傾斜貫通孔２８ｃ内に支持軸２１ａが挿入され、固定用凹部２８ｄに軸部２４ｅの下端部が嵌合固定されており、これによって、移動機構Ａと方向変更機構Ｂとが組み付けられて駆動部２０が形成されている。なお、傾斜貫通孔２８ｃ内には、軸受け（図示せず）が設けられ、この軸受けの内部に支持軸２１ａが挿入されている。これによって、支持軸２１ａは特殊歯車２８に対してスムーズに回転できる。また、支持軸２１ａの下端に固定された傾斜輪２１が、特殊歯車２８の下方に位置し、支持軸２１ａの上端に固定されたかさ歯車２５が特殊歯車２８の上方に位置しているため、傾斜輪２１、支持軸２１ａおよびかさ歯車２５が特殊歯車２８から外れることはない。

このように構成された駆動部２０は、傾斜輪２１を傾斜輪挿通穴１３ａ内に位置させ、モータ本体２２ａの下部およびエンコーダ２２ｃを取付け穴１５ａ内に位置させた状態で、ベース部品１３に組み付けられている。また、平歯車２７の外周前部の前方には、曲面部１６ｂの湾曲面が位置しており、平歯車２７の前部の上下は空間になっている。

フォトインタラプタ２９は、発光部と受光部とを備えたセンサで構成されており、上下に延びる縦片２９ａと、縦片２９ａの上部から後方に延びる上片２９ｂと、縦片２９ａの下端から後方に延びる下片２９ｃとを備えている。そして、例えば、上片２９ｂの下面後部に発光部が設けられ、下片２９ｃの上面後部における発光部に対向する位置に受光部が設けられている。また、縦片２９ａの前部における上部と下端にそれぞれブロック１８の係合穴１８ｆに係合可能な係合突起２９ｄが形成されている。

フォトインタラプタ２９は、ブロック１８の固定部１８ａの下方に配置され、縦片２９ａの上部を固定部１８ａの左右部分の間から上方に突出させるとともに、各係合突起２９ｄを各係合穴１８ｆに係合させてブロック１８に組み付けられている。また、フォトインタラプタ２９の上片２９ｂは取付け穴１６ａ内に位置し、下片２９ｃは、ベース部品１３の上下動にともなって取付け穴１６ａ内と逃がし穴１１ｂ内との間を移動でき、上片２９ｂと下片２９ｃの間には、平歯車２７の前部が位置する。平歯車２７の回転によりスリット２７ｃが平歯車２７の前部に位置したときに、スリット２７ｃは発光部と受光部との間に位置する。このため、図１２（ａ）に示したように、発光部の発光を受光部が受光することができる。それ以外のときは、発光部の発光は平歯車２７によって遮光され受光部が受光することはできない。

操作部３０は、ベース部品１３の上面に固定された設置台３１の上面に取り付けられており、操作部本体３２と、力覚センサ３３と、基板３４と、操作ピース３５とで構成されている。設置台３１は、長方形の板状部材を正面視が略コ字状の門形になるように形成して構成されており、駆動部２０の前後方向の中央部分を覆うようにして、ベース部品１３に固定されている。

この設置台３１は、略正方形の天井部３１ａと、天井部３１ａの左右両縁部から下方に延びる略正方形の一対の側面部３１ｂと、一対の側面部３１ｂの下端からそれぞれ外部側にわずかに延びる一対の固定片３１ｃとを備えている。天井部３１ａには上下に貫通する複数のねじ穴や軸挿通穴などからなる穴部３１ｄが互いに間隔を保って形成され、各固定片３１ｃの前部と中央部には、それぞれ上下に貫通する取付け穴３１ｅが形成されている。

設置台３１は、両固定片３１ｃの各取付け穴３１ｅにねじ３１ｆを通し、その先端を、ベース部品１３の各ねじ穴１３ｅに螺合させてベース部品１３に固定されている。また、天井部３１ａの中央には軸挿通穴からなる穴部３１ｄが位置しており、この穴部３１ｄに、軸部２４ｅの上端部が抜け止めされた状態で回転可能に組み付けられている。これによって、一体成形歯車２４および特殊歯車２８が、設置台３１から外れて下方に落下することを防止される。

操作部本体３２は、位置決め固定部３２ａと収容部３２ｂで構成されている。位置決め固定部３２ａは、左右の幅が天井部３１ａと略同じで、前後の長さが幅の略２倍になった板状に形成されており、前部の高さが後部の高さよりも少し高くなった段違いになっている。位置決め固定部３２ａの前部における左右両側には、それぞれ上下に貫通する前後一対のねじ挿通穴３２ｃが形成されている。

収容部３２ｂは、位置決め固定部３２ａの前部の上部に形成された円形収容部３２ｄと、位置決め固定部３２ａの後部の上部に形成され、円形収容部３２ｄの後部から後方に延びる四角収容部３２ｅを備えている。円形収容部３２ｄの左右部分は四角収容部３２ｅよりも外部側に膨らんでおり、四角収容部３２ｅの後端は開放されている。また、円形収容部３２ｄの前方には、四角収容部３２ｅの幅と同程度の幅の四角形の突出部３２ｆが形成されている。この操作部本体３２は、位置決め固定部３２ａの下面の段部を設置台３１の天井部３１ａの後端部に合わせ、各ねじ挿通穴３２ｃにねじ３２ｇを通し、その先端を、ねじ穴からなる穴部３１ｄに螺合させて設置台３１に固定されている。

力覚センサ３３は、リング式またはブロック式のひずみゲージの上部に上方に延びる可撓性を備えた棒状部を取付けて構成されており、棒状部が前後左右の３６０度の各方向に押圧操作されたときに、ひずみゲージに生じるひずみや変化量を電気信号に変換する。この力覚センサ３３は、基板３４に組み付けられている。基板３４は、前後に長い板体に、複数の電子部品や電気回路を設けて構成されており、力覚センサ３３の検出値に応じて、移動用モータ２２および方向変更用モータ２６の作動を制御する制御装置として機能する。すなわち、基板３４には、制御部の他、移動用モータ２２および方向変更用モータ２６を作動させるためのプログラムや各種のデータを記憶する記憶部が備わっている。基板３４は、操作部本体３２の円形収容部３２ｄと四角収容部３２ｅにわたって前後に延びるように設置され、円形収容部３２ｄの中心に力覚センサ３３が位置している。

操作ピース３５は、全体がドーム状に形成されており、その下部３５ａは短筒状に形成されている。下部３５ａの外径は、操作部本体３２の円形収容部３２ｄの内径よりも少し小さくなっている。また、操作ピース３５の内面中央（上端）には、下方に僅かに突出した円筒状の突部が形成されており、その内部に、力覚センサ３３の上端部が嵌合されている。このように構成された操作ピース３５は、下部３５ａを円形収容部３２ｄ内に位置させて力覚センサ３３に組み付けられており、円形収容部３２ｄ内のどの方向にでも移動できる。そして、この操作ピース３５の移動によって、力覚センサ３３はその移動方向に押圧される。また、基板３４にはバッテリーおよび始動スイッチ等（図示せず）が接続されている。

つぎに、このように構成された全方向移動装置１０の操作および動作について説明する。全方向移動装置１０を移動させるときには、まず、図２（ｂ），（ｃ）に示したように、平面状の移動面Ｃの上に全方向移動装置１０を置く。このとき、傾斜輪２１の下端部が、全方向移動装置１０を移動させるために充分な押圧力で移動面Ｃに接触していなければ、調節ねじ１４ｅの調節により、台車部品１１に対するベース部品１３の高さ位置を変更して、傾斜輪２１の下端部が、適正状態で移動面Ｃに接触するようにする。この場合、傾斜輪２１が、移動面Ｃに接触してなければ、ベース部品１３を下降させ、傾斜輪２１の移動面Ｃへの接触により、脚部１２のいずれかが移動面Ｃから浮き上がっていれば、ベース部品１３を上昇させる。

ついで、始動スイッチをオン状態にする。ここでは、図２（ｂ），（ｃ）に示したように、傾斜輪２１の下端部が後部に位置した状態を原点位置とする。そして、始動スイッチのオン操作により、方向変更用モータ２６が作動して、傾斜輪２１を図２（ｂ），（ｃ）の状態にする。なお、始動スイッチをオン状態にしたときに、傾斜輪２１が原点位置に位置していれば、方向変更用モータ２６は作動しない。このとき、平歯車２７のスリット２７ｃが、前方に位置してフォトインタラプタ２９の受光部は発光部の発光を受光できる状態になっている。また、方向変更用モータ２６が作動すると、平歯車２７と特殊歯車２８が連動して回転し、それにともなって、かさ歯車２５が静止状態のかさ歯車２４ｂの周囲を回転するとともに、傾斜輪２１が特殊歯車２８の軸周り方向に回転する。これによって、傾斜輪２１の傾斜方向が変更される。

つぎに、操作部３０の操作ピース３５を手で持って、全方向移動装置１０を移動させる方向に押圧操作する。このとき、全方向移動装置１０を早く移動させるときには、操作ピース３５を強く操作し、全方向移動装置１０をゆっくり移動させるときには、操作ピース３５をかるく操作する。この場合、操作ピース３５を左側に操作すると、移動用モータ２２は、傾斜輪２１を下方から見た状態で時計周り方向に回転させるように作動する。これによって、全方向移動装置１０は左方向に移動する。

このとき、移動用モータ２２の作動により、平歯車２３、一体成形歯車２４およびかさ歯車２５が連動して回転し、それにともなって、支持軸２１ａとともに傾斜輪２１が支持軸２１ａの軸周り方向に回転する。この場合、特殊歯車２８は静止状態に維持される。また、図２（ｂ），（ｃ）の状態から、操作ピース３５を右側に押圧操作すると、移動用モータ２２の回転軸２２ｂは、操作ピース３５を左側に操作したときと反対方向に回転する。これによって、傾斜輪２１は下方から見た状態で反時計周り方向に回転し、全方向移動装置１０は右方向に移動する。このときの移動用モータ２２の回転角は、エンコーダ２２ｃによって計測され、移動用モータ２２は、エンコーダ２２ｃの計測値が操作ピース３５の操作力に対応する値になるように作動する。

全方向移動装置１０を前方に移動させる場合には、操作ピース３５を前側に押圧操作する。これによって、方向変更用モータ２６が作動して、傾斜輪２１の下端部を左側または右側に位置させる。このときの方向変更用モータ２６の回転角は、エンコーダ２６ｃによって計測され、傾斜輪２１は正確に原点位置から９０度回転する。同時に、移動用モータ２２が作動して、傾斜輪２１を、操作ピース３５の操作力に応じた速度で回転させる。このとき、傾斜輪２１が左側に位置していれば、傾斜輪２１は右側から見た状態で時計周り方向に回転し、傾斜輪２１が右側に位置していれば、傾斜輪２１は左側から見た状態で反時計周り方向に回転する。

また、全方向移動装置１０を後方に移動させる場合には、操作ピース３５を後側に押圧操作する。これによって、方向変更用モータ２６と移動用モータ２２は、操作ピース３５を前側に操作したときと反対方向に回転する。そして、全方向移動装置１０は、操作ピース３５の操作力に応じた速度で後方に移動する。操作ピース３５をそれぞれ前後左右の斜め方向に操作した場合にも、操作ピース３５の操作方向および操作力に応じて方向変更用モータ２６と移動用モータ２２が作動する。そして、全方向移動装置１０は、操作ピース３５の操作方向に向かって操作力に応じた速度で移動する。

以上のように、本実施形態に係る全方向移動装置１０では、全方向移動装置１０を走行させるための傾斜輪２１が１個だけ備わっており、その傾斜輪２１が移動面Ｃに対して傾斜して配置された支持軸２１ａの下端に固定されている。そして、傾斜輪２１は、移動機構Ａと方向変更機構Ｂの作動によって傾斜方向を変えながら回転するように構成されている。すなわち、移動機構Ａの移動用モータ２２が作動すると、傾斜輪２１は、移動面Ｃに対して傾斜し一部を接触させた状態で、支持軸２１ａの軸周り方向に回転し、これによって、全方向移動装置１０は、移動面Ｃ上で移動する。また、方向変更機構Ｂの方向変更用モータ２６が作動すると、傾斜輪２１は、支持軸２１ａとともに特殊歯車２８の軸周り方向に回転し、これによって、全方向移動装置１０は進行方向を変える。

以上のように、本実施形態によると、傾斜輪２１が１個ですむとともに、モータが移動用モータ２２と方向変更用モータ２６の２個ですむため、全方向移動装置１０の構造が単純になるとともに、製造コストの低下が可能になる。また、移動機構Ａに、平歯車２３，２４ａを含ませることにより、移動用モータ２２を一体成形歯車２４の周囲の任意の位置に設置することができるようになり、方向変更機構Ｂに平歯車２７を含ませることにより、方向変更用モータ２６を特殊歯車２８の周囲の任意の位置に設置することができるようになる。このため、移動用モータ２２と方向変更用モータ２６を傾斜輪２１に近いスペースに設置することができ、全方向移動装置１０全体をコンパクトに形成することができる。

また、全方向移動装置１０では、台車部品１１の下面四隅に設けた脚部１２を、鋼球１２ｂと鋼球１２ｂを回転可能に支受する支受部１２ａで構成したため、全方向移動装置１０は安定した状態でスムーズに移動できる。さらに、支持部品を構成する台車部品１１とベース部品１３との間に上下位置調節部１４を設けて、傾斜輪２１の高さ位置を調節できるようにしたため、傾斜輪２１を適度な押圧力で移動面Ｃに当接させることができる。また、棒状の力覚センサ３３の上端にドーム状の操作ピース３５を取付けて、操作ピース３５を押圧操作するようにしているため、全方向移動装置１０を走行させるための操作が簡単になる。

なお、本発明に係る全方向移動装置は、前述した実施形態に限るものでなく、適宜変更して実施することができる。例えば、前述した実施形態では、移動機構Ａに平歯車２３，２４ａが備わっているが、これらの歯車は省略して、移動用モータ２２で、かさ歯車２４ｂを回転させるようにしてもよい。また、平歯車２３，２４ａに代えてかさ歯車を用いてもよい。要は、移動用モータ２２の作動により、かさ歯車２４ｂを回転させることができる構成になっていればよい。

また、前述した実施形態では、方向変更機構Ｂに平歯車２７が備わっているが、この歯車は省略して、方向変更用モータ２６で、特殊歯車２８を回転させるようにしてもよい。この場合、一体成形歯車２４および軸部２４ｅを方向変更用モータ２６の上方に位置させるとともに、支持軸２１ａの軸方向の長さを長くし、さらに、かさ歯車２４ｂ，２５の大きさを互いに歯合できる大きさにする。さらに、前述した実施形態では、操作部３０を力覚センサ３３および操作ピース３５を備えたもので構成しているが、これに代えて、遠隔操作が可能なコントローラを用いてもよい。また、全方向移動装置のそれ以外の部分についても本発明の技術的範囲内で、適宜変更して実施することが可能である。

１０…全方向移動装置、１１…台車部品、１２…脚部、１２ｂ…鋼球、１３…ベース部品、１４…上下位置調節部、２１…傾斜輪、２１ａ…支持軸、２２…移動用モータ、２３…平歯車、２４…一体成形歯車、２４ａ…平歯車、２４ｂ…かさ歯車、２４ｃ…円筒軸部、２４ｅ…軸部、２５…かさ歯車、２６…方向変更用モータ、２７…平歯車、２８…特殊歯車、２８ｃ…傾斜貫通孔、３０…操作部、３３…力覚センサ、Ａ…移動機構、Ｂ…方向変更機構、Ｃ…移動面。

Claims (6)

1. 操作部の操作に応じて、移動面上を全方向に移動できる全方向移動装置であって、
   前記移動面に対して傾斜して配置された支持軸の下端に取り付けられ、外周部の一部が前記移動面に接触するように配置された傾斜輪と、
   前記支持軸の上端に取り付けられた傾斜かさ歯車と、
   軸方向を前記移動面に対して直交させて配置され前記傾斜かさ歯車に歯合する非傾斜かさ歯車と、
   前記傾斜輪を、前記非傾斜かさ歯車、前記傾斜かさ歯車および前記支持軸を介して前記支持軸の軸周り方向に回転させる移動用モータと、
   軸方向を前記移動面に対して直交させて配置され、内部に、前記支持軸を回転可能に貫通させる傾斜貫通孔が形成された特殊歯車と、
   前記傾斜輪を、前記特殊歯車および前記支持軸を介して前記特殊歯車の軸周り方向に回転させる方向変更用モータと、
   前記傾斜輪の周囲に設けられた支持部品と、
   前記傾斜輪を囲む方向に間隔を保って前記支持部品の下面に設けられた、回転可能な球体を備えた複数の脚部と
   を備えたことを特徴とする全方向移動装置。
2. 前記移動用モータと前記非傾斜かさ歯車との間に、少なくとも前記移動用モータの回転軸に取り付けられた連動歯車を含む連動機構が設けられている請求項１に記載の全方向移動装置。
3. 前記方向変更用モータの回転軸に前記特殊歯車に歯合する伝達歯車を取り付けて、前記方向変更用モータの回転軸の回転を前記伝達歯車を介して前記特殊歯車に伝達するようにした請求項１または２に記載の全方向移動装置。
4. 前記特殊歯車の上面中央から軸方向の上方に延びる軸部を設けるとともに、前記非傾斜かさ歯車に円筒軸部を設けて、前記円筒軸部に前記軸部を回転可能な状態で挿通させた請求項１ないし３のうちのいずれか一つに記載の全方向移動装置。
5. 前記支持部品に、前記傾斜輪の高さ位置を調節する調節機構が設けられている請求項１ないし４のうちのいずれか一つに記載の全方向移動装置。
6. 前記操作部に力覚センサが含まれ、前記移動用モータおよび前記方向変更用モータが、前記力覚センサの検出値に応じて作動するようにした請求項１ないし５のうちのいずれか一つに記載の全方向移動装置。