JP4105580B2

JP4105580B2 - Ball actuator

Info

Publication number: JP4105580B2
Application number: JP2003106856A
Authority: JP
Inventors: 正豊松田; 順彦矢野; 俊也阪部
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2023-04-10
Also published as: JP2004306921A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は球アクチュエータに関し、特に全方向に移動することができる移動体などとして用いられる球アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、全方向に移動することができる移動体として、たとえば全方向移動車が特開２０００−３５５２２３公報に開示されている。この全方向移動車では、ボールホイールを備えた駆動手段が３個以上台車に備えられる（特許文献１参照）。
このようなボールホイールを用いた全方向移動車では、タイヤを用いた全方向移動車と比べて、進行方向を変える際に接地面との摩擦が小さいので、進行方向を目的とする方向に直接変えることができるという利点がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３５５２２３公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のようなボールホイールを用いた全方向移動車は、ボールホイールを備えた駆動手段が３個以上台車に備えられるので、構造が複雑であるとともに大型であり、たとえば障害物の多いプラントの通路などの狭隘な場所を移動することが困難である。
【０００５】
それゆえに、この発明の主たる目的は、全方向に移動することができしかも狭隘な場所を容易に移動することができる移動体として用いられる、球アクチュエータを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる球アクチュエータは、シャーシと、シャーシに対して回転可能に支持されるフライホイールと、シャーシに対してフライホイールを回転するためのフライホイール駆動手段と、シャーシ、フライホイールおよびフライホイール駆動手段を覆い、かつ、シャーシに対して全方向に回転可能に支持される球形のシェルと、シェル内に設けられ、シェルが全方向に転がるようにシャーシに対してシェルを回転するためのシェル駆動手段とを含む、球アクチュエータである。
この発明にかかる球アクチュエータでは、フライホイールをフライホイール駆動手段で回転することによって、フライホイールに慣性が生じる。このようにフライホイールに慣性が生じている状態で、フライホイールを支持しているシャーシに対してシェルをシェル駆動手段で回転すれば、シェルを全方向に転がすことができる。したがって、この発明にかかる球アクチュエータは、移動体として全方向に移動することができる。
さらに、この発明にかかる球アクチュエータでは、シャーシ、フライホイール、フライホイール駆動手段およびシェル駆動手段が、球形のシェルで覆われまたはそのシェル内に設けられ、球形のシェルの外部には、それを支持する部材など邪魔になり得る他の部材が存在しない。したがって、この発明にかかる球アクチュエータは、移動体として、たとえば障害物の多いプラントの通路などの狭隘な場所を容易に移動することができる。
【０００７】
この発明にかかる球アクチュエータでは、シェル駆動手段は、たとえば、シェルがフライホイールの回転軸に直交する第１の方向またはその逆方向に転がるようにシェルを回転するための第１のシェル駆動部と、シェルがフライホイールの回転軸に直交しかつ第１の方向に交差する第２の方向またはその逆方向に転がるようにシェルを回転するための第２のシェル駆動部と、第１のシェル駆動部および第２のシェル駆動部によるシェルの転がる方向を制御するために第１のシェル駆動部および第２のシェル駆動部を制御する制御部とを含む。この場合、たとえば、第１のシェル駆動部は、シャーシに設けられる第１のシェル駆動用モータと、第１のシェル駆動用モータに接続され、シェルの内面における一部分に接触する第１のシェル駆動用ローラとを含み、第２のシェル駆動部は、シャーシに設けられる第２のシェル駆動用モータと、第２のシェル駆動用モータに接続され、シェルの内面における他の部分に接触する第２のシェル駆動用ローラとを含み、制御部は、第１のシェル駆動用モータおよび第２のシェル駆動用モータを制御する。
このようにすれば、シェルを第１の方向および第２の方向を含む平面における全方向に転がすことができ、球アクチュエータをその全方向に移動することができる。
【０００８】
また、この発明にかかる球アクチュエータでは、シェル駆動手段は、シャーシに設けられ、シェルの内面に接触するように２次元的に配列された複数の素子を有し、シェルがフライホイールの回転軸に直交する全方向に転がるようにシェルを回転するための超音波モータと、超音波モータによるシェルの転がる方向を制御するために超音波モータの複数の素子を制御する制御部とを含む。
このようにすれば、シェルを全方向に転がして球アクチュエータを全方向に移動することができる。
さらに、このようにすれば、シェルをその場で回転することができ、球アクチュエータの向きをその場で変えることができる。
【０００９】
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明にかかる球アクチュエータの一例を示す正面図解図であり、図２はその球アクチュエータの平面図解図である。図１および図２に示す球アクチュエータ１０はシャーシ２０を含む。
シャーシ２０は、合成樹脂からなる円板状の２枚のボディシャーシ２２ａおよび２２ｂを含む。これらのボディシャーシ２２ａおよび２２ｂは、それらに内接する正方形の４隅に対応して配置された合成樹脂からなる直方体状の４つのスペーサ２４、２４、・・を介して、互いに間隔を隔てて固着される。
一方のボディシャーシ２２ａの外側には、合成樹脂からなる円板状のサポートシャーシ２６ａが、金属からなる円柱状の４本のポール２８ａ、２８ａ、・・を介して、ボディシャーシ２２ａに間隔を隔てて固着される。
同様に、他方のボディシャーシ２２ｂの外側には、合成樹脂からなる円板状のサポートシャーシ２６ｂが、金属からなる円柱状の４本のポール２８ｂ、２８ｂ、・・を介して、ボディシャーシ２２ｂに間隔を隔てて固着される。
【００１１】
シャーシ２０には、たとえば金属からなる円板状のフライホイール３０が回転可能に支持される。
フライホイール３０の中央には、たとえば金属からなる円柱状のフライホイールシャフト３２が、フライホイール３０を貫通するようにして設けられる。この場合、フライホイール３０の中央には、４角形の孔が形成される。また、フライホイールシャフト３２において、フライホイール３０の中央の孔を貫通する中央部分は、その孔に対応して断面４角形に形成される。そのため、フライホイールシャフト３２をその軸を中心に回転した場合に、フライホイールシャフト３２とフライホイール３０との間で滑りが生じない。
フライホイール３０は、シャーシ２０の２枚のボディシャーシ２２ａおよび２２ｂ間に配置される。また、フライホイールシャフト３２は、シャーシ２０の２枚のボディシャーシ２２ａおよび２２ｂのそれぞれの中央に設けられたベアリング３４ａおよび３４ｂで回転可能に支持される。また、フライホイールシャフト３２の両端部は、シャーシ２０の２枚のサポートシャーシ２６ａおよび２６ｂのそれぞれの中央に形成されたたとえば円形の孔３６ａおよび３６ｂに通される。それによって、フライホイール３０は、シャーシ２０の中央でシャーシ２０に対して回転可能に支持される。
【００１２】
なお、フライホイールシャフト３２の軸方向において、フライホイールシャフト３２に対してフライホイール３０を固定するために、フライホイールシャフト３２には、フライホイール３０の両側に、Ｅリング３８ａおよび３８ｂがそれぞれ設けられる。
また、フライホイールシャフト３２の軸方向において、シャーシ２０に対してフライホイールシャフト３２を固定するために、フライホイールシャフト３２には、２枚のサポートシャーシ２６ａおよび２６ｂの内側に、Ｃリング４０ａおよび４０ｂがそれぞれ設けられる。
【００１３】
シャーシ２０には、フライホイール３０を回転するためのフライホイール駆動手段として、フライホイール駆動部が設けられる。フライホイール駆動部は、フライホイール駆動用モータ５０を含む。フライホイール駆動用モータ５０は、シャーシ２０の一方のサポートシャーシ２６ａの内側に設けられる。この場合、フライホイール駆動用モータ５０の軸は、フライホイールシャフト３２と平行になるように配置される。フライホイール駆動用モータ５０の軸には、フライホイール駆動用ローラ５２が接続される。また、フライホイール駆動用ローラ５２は、フライホイールシャフト３２に接触される。したがって、シャーシ２０に対してフライホイール３０およびフライホイールシャフト３２をフライホイール駆動用モータ５０およびフライホイール駆動用ローラ５２で回転することができる。
【００１４】
なお、重量バランスをとるために、シャーシ２０の一方のサポートホイール２６ａの内側において、フライホイール駆動用モータ５０の反対側には、バランスウエイト５４が設けられる。
【００１５】
上述のシャーシ２０、フライホイール３０およびフライホイール駆動部などは、たとえば透明な合成樹脂からなる球形のシェル６０で覆われる。このシェル６０は、球形に嵌め合わされる半球形の２つのシェル部からなる。
【００１６】
また、シャーシ２０の一方のサポートシャーシ２６ａの外側には、４つのボールキャスタ６２ａ、６２ａ、・・が、４つのキャスタマウント６４ａ、６４ａ、・・でそれぞれ取り付けられる。同様に、シャーシ２０のサポートシャーシ２６ｂの外側にも、４つのボールキャスタ６２ｂ、６２ｂ、・・が、４つのキャスタマウント６４ｂ、６４ｂ、・・でそれぞれ取り付けられる。シェル６０は、これらのボールキャスタ６２ａ、６２ａ、・・および６２ｂ、６２ｂ、・・によって、シャーシ２０に対して全方向に回転可能に支持される。
【００１７】
シェル６０内においてシャーシ２０には、シェル６０が全方向に転がるようにシャーシ２０に対してシェル６０を回転するためのシェル駆動手段として、第１のシェル駆動部および第２のシェル駆動部などが設けられる。
【００１８】
第１のシェル駆動部は、シェル６０がフライホイール３０の回転軸（フライホイールシャフト３２の軸）に直交する第１の方向またはその逆方向に転がるようにシェル６０を回転するためのものである。なお、その第１の方向は、フライホイール３０の回転軸に直交する１つの方向であればどの方向であってもよい。
第１のシェル駆動部は、２つの第１のシェル駆動用モータ７０ａ、７０ａを含む。
一方の第１のシェル駆動用モータ７０ａは、シャーシ２０の２枚のボディシャーシ２２ａおよび２２ｂ間において、１つのスペーサ２４の近傍に設けられる。また、そのスペーサ２４の近傍には、第１のシェル駆動用ローラ７２ａが、そのスペーサ２４に設けられたローラシャフトで回転可能に支持される。この場合、第１のシェル駆動用ローラ７２ａは、シェル６０の内面における一部分に接触するように設けられる。さらに、第１のシェル駆動用モータ７０ａは、第１の駆動用ローラ７２ａに、歯車などからなるドライブカップリングを介して接続される。
同様に、他方の第１のシェル駆動用モータ７０ａやそれに接続される第１のシェル駆動用ローラ７２ａなどが、シャーシ２０の２枚のボディシャーシ２２ａおよび２２ｂ間において、上述のスペーサ２４の反対側のスペーサ２４やその近傍に設けられる。
上述の２つの第１のシェル駆動用モータ７０ａ、７０ａおよび２つの第１のシェル駆動用ローラ７２ａ，７２ａなどによって、シェル６０がフライホイール３０の回転軸に直交する第１の方向またはその逆方向に転がるようにシェル６０を回転することができる。
【００１９】
第２のシェル駆動部は、シェル６０がフライホイール３０の回転軸に直交しかつ上述の第１の方向に直交する第２の方向またはその逆方向に転がるようにシェル６０を回転するためのものである。
第２のシェル駆動部は、第１のシェル駆動部と同様の構成であるが、シャーシ２０の２枚のボディシャーシ２２ａおよび２２ｂ間において、他の２つのスペーサ２４、２４やそれらの近傍に設けられる。
すなわち、第２のシェル駆動部は、２つの第２のシェル駆動用モータ７０ｂ、７０ｂなどを含み、２つの第２のシェル駆動用モータ７０ｂ、７０ｂやそれらに接続される２つの第２のシェル駆動用ローラ７２ｂ、７２ｂなどが、シャーシ２０の２枚のボディシャーシ２２ａおよび２２ｂ間において、他の２つのスペーサ２４、２４やそれらの近傍に設けられる。この場合、２つの第２のシェル駆動用ローラ７２ｂ、７２ｂは、それぞれ、シェル６０の内面における他の部分に接触するように設けられる。
上述の２つの第２のシェル駆動用モータ７０ｂ、７０ｂおよび２つの第２のシェル駆動用ローラ７２ｂ、７２ｂなどによって、シェル６０がフライホイール３０の回転軸に直交しかつ上述の第１の方向に直交する第２の方向またはその逆方向に転がるようにシェル６０を回転することができる。
【００２０】
なお、第１のシェル駆動用ローラ７２ａ、７２ａおよび第２のシェル駆動用ローラ７２ｂ、７２ｂの回転が阻害されないようにするために、それらローラの近傍において、シャーシ２０の２枚のボディシャーシ２２ａおよび２２ｂは切り欠かれている。
【００２１】
上述の第１のシェル駆動部および第２のシェル駆動部によるシェル６０の転がる方向を制御するために、第１のシェル駆動部および第２のシェル駆動部を制御する制御部８０が、シャーシ２０の他方のサポートシャーシ２６ｂの内側に設けられる。制御部８０は、２つの第１のシェル駆動用モータ７０ａ、７０ａおよび２つの第２のシェル駆動用モータ７０ｂ、７０ｂの回転数や回転方向を制御するために、それらに接続される。この制御部８０によって、第１のシェル駆動部および第２のシェル駆動部によるシェル６０の転がる方向を制御することができる。
【００２２】
なお、シャーシ２０の他方のサポートシャーシ２６ｂの内側において、制御部８０の近傍には、送信機（図示せず）で制御部８０の遠隔操作が可能となるように、制御部８０に接続される受信機（図示せず）が設けられる。
さらに、シャーシ２０の他方のサポートシャーシ２６ｂの内側において、制御部８０や受信機の反対側には、バランスウエイト８２が設けられる。このバランスウエイト８２および上述のバランスウエイト５４などによって、この球アクチュエータ１０の重心が、球アクチュエータ１０の中央に設定される。
【００２３】
この球アクチュエータ１０では、フライホイール３０をフライホイール駆動用モータ５０などで回転することによって、フライホイール３０に慣性が生じる。このようにフライホイール３０に慣性が生じている状態で、フライホイール３０の回転軸を鉛直方向にし、フライホイール３０を支持しているシャーシ２０に対してシェル６０をシェル駆動手段で回転すれば、シェル６０を全方向に転がすことができる。
すわわち、シェル駆動手段の第１のシェル駆動用ローラ７２ａ、７２ａでシェル６０を回転すれば、図３の矢印で示すように、球アクチュエータ１０を第１の方向に移動することができる。
また、シェル駆動手段の第２のシェル駆動用ローラ７２ｂ、７２ｂでシェル６０を回転すれば、図４の矢印で示すように、球アクチュエータ１０を第２の方向に移動することができる。
さらに、シェル駆動手段の第１のシェル駆動用ローラ７２ａ、７２ａおよび第２のシェル駆動用ローラ７２ｂ、７２ｂでシェル６０を回転すれば、図５の矢印で示すように、球アクチュエータ１０を第１の方向および第２の方向を合成した第３の方向に移動することができる。
また、制御部８０などによって、シェル駆動手段の第１のシェル駆動用ローラ７２ａ、７２ａおよび第２のシェル駆動用ローラ７２ｂ、７２ｂの回転数のバランスや回転方向を変更してシェル６０を回転すれば、球アクチュエータ１０を他の方向に移動することができる。
したがって、この球アクチュエータ１０は、移動体として全方向に移動することができる。
【００２４】
さらに、この球アクチュエータ１０では、シャーシ２０、フライホイール３０、フライホイール駆動手段およびシェル駆動手段などが、球形のシェル６０で覆われまたはそのシェル６０内に設けられ、球形のシェル６０の外部には、それを支持する部材など邪魔になり得る他の部材が存在しない。したがって、この球アクチュエータ１０は、移動体として、たとえば障害物の多いプラントの通路などの狭隘な場所を容易に移動することができる。
【００２５】
また、この球アクチュエータ１０は、フライホイール３０によってシャーシ２０を静止させるので、シェル６０内においてシャーシ２０にカメラや環境計測センサなどを取り付ければ、球アクチュエータ１０の移動経路や移動先における映像を見たり環境を調べたりすることができる。
【００２６】
さらに、この球アクチュエータ１０は、フライホイール３０によってシャーシ２０を静止させるので、球形のシェル６０の表面に指向性を有するアンテナ、カメラ、センサなどを取り付ければ、水中や宇宙において、アンテナ、カメラ、センサなどの方位を制御する方位制御手段として用いることができる。
【００２７】
図６はこの発明にかかる球アクチュエータの他の例を示す正面図解図であり、図７はその球アクチュエータの平面図解図である。図６および図７に示す球アクチュエータ１０は、図１および図２に示す球アクチュエータ１０と比べて、シャーシ２０の他方のサポートシャーシ２６ｂに４つのボールキャスタ６２ｂ、６２ｂ、・・および４つのキャスタマウント６４ｂ、６４ｂ、・・が取り付けられておらず、しかも、シャーシ２０に第１のシェル駆動部および第２のシェル駆動部が設けられていない。
【００２８】
その代わりに、シャーシ２０の他方のサポートシャーシ２６ｂの外側には、超音波モータ９０が固着される。この超音波モータ９０は、シャーシ２０の一方のサポートシャーシ２６ａに取り付けられた４つのボールキャスタ６２ａ、６２ａ、・・と協働してシャーシ２０に対してシェル６０を全方向に回転可能に支持するとともに、シェル６０がフライホイール３０の回転軸に直交する全方向に転がるようにシェル６０を回転するためのものである。
超音波モータ９０は、多重の円を放射状に分割したように２次元的に配列された複数の素子９２、９２、・・を有する。これらの素子９２、９２、・・は、シェル６０の内面に接触するように、球面状に形成される。
この超音波モータ９０は、制御部８０に接続される。制御部８０は、超音波モータ９０の複数の素子９２、９２、・・の動きを個別に制御するように構成されている。
そのため、制御部８０によって、超音波モータ９０によるシェル６０の転がる方向を制御することができる。
したがって、図６および図７に示す球アクチュエータ１０でも、図７の矢印で示すように、シェル６０を全方向に転がして、全方向に移動することができる。
【００２９】
さらに、図６および図７に示す球アクチュエータ１０では、超音波モータ９０によって、図７の矢印で示すように、シェル６０をその場で回転することができ、球アクチュエータ１０の向きをその場で変えることができる。
【００３０】
また、図６および図７に示す球アクチュエータ１０でも、図１および図２に示す球アクチュエータ１０と同様に、たとえば障害物の多いプラントの通路などの狭隘な場所を容易に移動することができ、シェル６０内においてシャーシ２０にカメラや環境計測センサなどを取り付ければ、球アクチュエータ１０の移動経路や移動先における映像を見たり環境を調べたりすることができ、さらに、球形のシェル６０の表面に指向性を有するアンテナ、カメラ、センサなどを取り付ければ、水中や宇宙において、アンテナ、カメラ、センサなどの方位を制御する方位制御手段として用いることができる。
【００３１】
なお、図６および図７に示す球アクチュエータ１０において、超音波モータ９０は、複数の素子９２、９２、・・が多重の円を放射状に分割したように２次元的に配列されているが、たとえば、図８に示すように各素子９２が矩形に形成されてマトリクス状に配列されたり、図９に示すように各素子９２が３角形に形成されてマトリクス状に配列されたり、図１０に示すように６角形に形成されてマトリクス状に配列されたりしてもよい。
【００３２】
なお、図１および図２に示す球アクチュエータ１０では、第１のシェル駆動部において、第１のシェル駆動用モータ７０ａおよび第１のシェル駆動用ローラ７２ａが２組用いられているが、それらは１組しか用いられなくてよい。同様に、第２のシェル駆動部においても、第２のシェル駆動用モータ７０ｂおよび第２のシェル駆動用ローラ７２ｂが１組しか用いられなくてよい。
【００３３】
また、図１および図２に球アクチュエータ１０では、フライホイール３０の回転軸と、第１のシェル駆動部によるシェル６０の転がる第１の方向と、第２のシェル駆動部によるシェル６０の転がる第２の方向とが、互いに直交するように構成されているが、たとえば第１のシェル駆動部および第２のシェル駆動部の少なくと一方のシェル駆動部の位置を変えることによって、第１の方向および第２の方向がフライホイール３０の回転軸とそれぞれ直交するが、第１の方向および第２の方向が直交せずに交差するように構成されてもよい。
【００３４】
また、図１、図２、図６および図７に示す各球アクチュエータ１０では、それぞれ、重心が中央に設定されているが、フライホイール３０の回転軸を鉛直方向にした状態で重心の位置を上下に変位する重心位置変位手段を設けてもよい。このような重心位置変位手段としては、たとえば、シャーシ２０に対して、フライホイール３０などを回転軸に沿って変位する手段がある。このように重心位置変位手段を設ければ、フライホイール３０の回転軸が鉛直方向からずれた場合に、重心を下げることによって、フライホイール３０の回転軸を鉛直方向に修正することができる。
【００３５】
また、図１、図２、図６および図７に示す各球アクチュエータ１０では、それぞれ、フライホイール３０の回転軸が１方向しか存在しないが、回転軸が多方向に存在するように複数のフライホイールを設けてもよい。このように複数のフライホイールを設ければ、より多くの方向に慣性が働き、より安定な動きとなる。
【００３６】
【発明の効果】
この発明によれば、全方向に移動することができしかも狭隘な場所を容易に移動することができる移動体として用いられる、球アクチュエータが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる球アクチュエータの一例を示す正面図解図である。
【図２】図１に示す球アクチュエータの平面図解図である。
【図３】図１および図２に示す球アクチュエータが第１の方向に移動する状態を示す平面図解図である。
【図４】図１および図２に示す球アクチュエータが第２の方向に移動する状態を示す平面図解図である。
【図５】図１および図２に示す球アクチュエータが第３の方向に移動する状態を示す平面図解図である。
【図６】この発明にかかる球アクチュエータの他の例を示す正面図解図である。
【図７】図６に示す球アクチュエータの平面図解図である。
【図８】超音波モータの他の例を示す平面図解図である。
【図９】超音波モータのさらに他の例を示す平面図解図である。
【図１０】超音波モータのさらに他の例を示す平面図解図である。
【符号の説明】
１０球アクチュエータ
２０シャーシ
２２ａ、２２ｂボディシャーシ
２４スペーサ
２６ａ、２６ｂサポートシャーシ
２８ａ、２８ｂポール
３０フライホイール
３２フライホイールシャフト
３４ａ、３４ｂベアリング
３６ａ、３６ｂ孔
３８ａ、３８ｂＥリング
４０ａ、４０ｂＣリング
５０フライホイール駆動用モータ
５２フライホイール駆動用ローラ
５４バランスウエイト
６０シェル
６２ａ、６２ｂボールキャスタ
６４ａ、６４ｂキャスタマウント
７０ａ第１のシェル駆動用モータ
７０ｂ第２のシェル駆動用モータ
７２ａ第１のシェル駆動用ローラ
７２ｂ第２のシェル駆動用ローラ
８０制御部
８２バランスウエイト
９０超音波モータ
９２素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ball actuator, and more particularly to a ball actuator used as a moving body that can move in all directions.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, an omnidirectional vehicle is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-355223 as a movable body that can move in all directions. In this omnidirectional vehicle, three or more driving means including a ball wheel are provided in a cart (see Patent Document 1).
In such an omnidirectional vehicle using a ball wheel, compared with a omnidirectional vehicle using a tire, the friction with the ground contact surface is small when changing the traveling direction, so the traveling direction is directly in the target direction. The advantage is that it can be changed.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-355223
[Problems to be solved by the invention]
However, since the omnidirectional vehicle using the ball wheel as described above is provided with three or more driving means provided with the ball wheel in the bogie, the structure is complicated and large, for example, a plant with many obstacles. It is difficult to move in a narrow place such as a passageway.
[0005]
Therefore, a main object of the present invention is to provide a spherical actuator that can be used as a moving body that can move in all directions and can easily move in a narrow place.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A ball actuator according to the present invention includes a chassis, a flywheel that is rotatably supported with respect to the chassis, flywheel drive means for rotating the flywheel with respect to the chassis, chassis, flywheel, and flywheel drive. A spherical shell covering the means and supported rotatably in all directions relative to the chassis, and a shell drive provided in the shell for rotating the shell relative to the chassis so that the shell rolls in all directions And a ball actuator.
In the ball actuator according to the present invention, inertia occurs in the flywheel by rotating the flywheel by the flywheel driving means. When the shell is rotated by the shell driving means with respect to the chassis supporting the flywheel in a state where inertia occurs in the flywheel in this way, the shell can be rolled in all directions. Therefore, the ball actuator according to the present invention can move in all directions as a moving body.
Furthermore, in the ball actuator according to the present invention, the chassis, flywheel, flywheel drive means and shell drive means are covered with or provided in the spherical shell, and the outside of the spherical shell supports it. There are no other members that can get in the way, such as members that do. Therefore, the ball actuator according to the present invention can easily move as a moving body in a narrow place such as a passage of a plant with many obstacles.
[0007]
In the ball actuator according to the present invention, the shell drive means includes, for example, a first shell drive unit for rotating the shell so that the shell rolls in a first direction orthogonal to the rotation axis of the flywheel or in the opposite direction. A second shell drive for rotating the shell so that the shell rolls in a second direction perpendicular to the axis of rotation of the flywheel and intersecting the first direction or vice versa; and a first shell drive And a control unit for controlling the first shell driving unit and the second shell driving unit in order to control the rolling direction of the shell by the first shell driving unit and the second shell driving unit. In this case, for example, the first shell driving unit is connected to the first shell driving motor provided in the chassis and the first shell driving motor, and is in contact with a part of the inner surface of the shell. And a second shell drive unit connected to the second shell drive motor provided in the chassis and in contact with the other part of the inner surface of the shell. And a shell driving roller, and the control unit controls the first shell driving motor and the second shell driving motor.
In this way, the shell can be rolled in all directions on a plane including the first direction and the second direction, and the ball actuator can be moved in all directions.
[0008]
In the ball actuator according to the present invention, the shell driving means is provided on the chassis and has a plurality of elements arranged two-dimensionally so as to come into contact with the inner surface of the shell, and the shell serves as the rotational axis of the flywheel. An ultrasonic motor for rotating the shell so as to roll in all directions orthogonal to each other, and a controller for controlling a plurality of elements of the ultrasonic motor for controlling the direction of rolling of the shell by the ultrasonic motor.
In this way, the ball actuator can be moved in all directions by rolling the shell in all directions.
Further, in this way, the shell can be rotated on the spot and the direction of the ball actuator can be changed on the spot.
[0009]
The above object, other objects, features, and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the embodiments of the present invention with reference to the drawings.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a front view showing an example of a ball actuator according to the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing the ball actuator. The ball actuator 10 shown in FIGS. 1 and 2 includes a chassis 20.
The chassis 20 includes two disk-shaped body chassis 22a and 22b made of synthetic resin. These body chassis 22a and 22b are fixed to each other through four rectangular parallelepiped spacers 24, 24,... Made of synthetic resin corresponding to the four corners of a square inscribed in them. Is done.
On the outside of one body chassis 22a, a disc-shaped support chassis 26a made of synthetic resin is spaced apart from the body chassis 22a via four cylindrical poles 28a, 28a,. To be fixed.
Similarly, on the outside of the other body chassis 22b, a disc-shaped support chassis 26b made of synthetic resin is attached to the body chassis 22b via four cylindrical poles 28b, 28b,. It is fixed at intervals.
[0011]
For example, a disk-like flywheel 30 made of metal is rotatably supported on the chassis 20.
In the center of the flywheel 30, for example, a cylindrical flywheel shaft 32 made of metal is provided so as to penetrate the flywheel 30. In this case, a square hole is formed in the center of the flywheel 30. Moreover, in the flywheel shaft 32, the central part which penetrates the center hole of the flywheel 30 is formed in a cross-sectional square shape corresponding to the hole. Therefore, when the flywheel shaft 32 is rotated around the axis, no slip occurs between the flywheel shaft 32 and the flywheel 30.
The flywheel 30 is disposed between the two body chassis 22 a and 22 b of the chassis 20. Further, the flywheel shaft 32 is rotatably supported by bearings 34 a and 34 b provided at the centers of the two body chassis 22 a and 22 b of the chassis 20. Further, both end portions of the flywheel shaft 32 are passed through, for example, circular holes 36a and 36b formed at the centers of the two support chassis 26a and 26b of the chassis 20, respectively. Thereby, the flywheel 30 is rotatably supported with respect to the chassis 20 at the center of the chassis 20.
[0012]
In order to fix the flywheel 30 to the flywheel shaft 32 in the axial direction of the flywheel shaft 32, the flywheel shaft 32 is provided with E-rings 38a and 38b on both sides of the flywheel 30, respectively. .
Further, in order to fix the flywheel shaft 32 to the chassis 20 in the axial direction of the flywheel shaft 32, the flywheel shaft 32 has C rings 40a and 40b inside the two support chassis 26a and 26b. Are provided respectively.
[0013]
The chassis 20 is provided with a flywheel drive unit as flywheel drive means for rotating the flywheel 30. The flywheel drive unit includes a flywheel drive motor 50. The flywheel drive motor 50 is provided inside one support chassis 26 a of the chassis 20. In this case, the axis of the flywheel driving motor 50 is arranged to be parallel to the flywheel shaft 32. A flywheel driving roller 52 is connected to the shaft of the flywheel driving motor 50. The flywheel driving roller 52 is in contact with the flywheel shaft 32. Therefore, the flywheel 30 and the flywheel shaft 32 can be rotated by the flywheel driving motor 50 and the flywheel driving roller 52 with respect to the chassis 20.
[0014]
In order to balance the weight, a balance weight 54 is provided inside the one support wheel 26 a of the chassis 20 on the opposite side of the flywheel driving motor 50.
[0015]
The chassis 20, the flywheel 30 and the flywheel drive unit described above are covered with a spherical shell 60 made of, for example, a transparent synthetic resin. The shell 60 includes two hemispherical shell portions that are fitted in a spherical shape.
[0016]
Further, four ball casters 62a, 62a,... Are attached to the outside of one support chassis 26a of the chassis 20 by four caster mounts 64a, 64a,. Similarly, four ball casters 62b, 62b,... Are attached to the outside of the support chassis 26b of the chassis 20 by four caster mounts 64b, 64b,. The shell 60 is supported by the ball casters 62a, 62a,... And 62b, 62b,.
[0017]
Within the shell 60, the chassis 20 includes a first shell driving unit and a second shell driving unit as shell driving means for rotating the shell 60 with respect to the chassis 20 so that the shell 60 rolls in all directions. Provided.
[0018]
The first shell drive unit is for rotating the shell 60 so that the shell 60 rolls in a first direction orthogonal to the rotation axis of the flywheel 30 (the axis of the flywheel shaft 32) or in the opposite direction. . The first direction may be any direction as long as it is one direction orthogonal to the rotation axis of the flywheel 30.
The first shell driving unit includes two first shell driving motors 70a and 70a.
One first shell driving motor 70 a is provided in the vicinity of one spacer 24 between the two body chassis 22 a and 22 b of the chassis 20. Further, in the vicinity of the spacer 24, a first shell driving roller 72a is rotatably supported by a roller shaft provided on the spacer 24. In this case, the first shell driving roller 72 a is provided so as to contact a part of the inner surface of the shell 60. Further, the first shell drive motor 70a is connected to the first drive roller 72a via a drive coupling made of a gear or the like.
Similarly, the other first shell driving motor 70a and the first shell driving roller 72a connected thereto are disposed between the two body chassis 22a and 22b of the chassis 20 on the side opposite to the spacer 24 described above. The spacer 24 is provided in the vicinity thereof.
The first direction in which the shell 60 is orthogonal to the rotation axis of the flywheel 30 or the opposite direction by the two first shell driving motors 70a, 70a and the two first shell driving rollers 72a, 72a. The shell 60 can be rotated to roll.
[0019]
The second shell drive unit is for rotating the shell 60 so that the shell 60 rolls in the second direction perpendicular to the rotation axis of the flywheel 30 and perpendicular to the first direction described above or vice versa. It is.
The second shell drive unit has the same configuration as the first shell drive unit, but is provided between the two body chassis 22a and 22b of the chassis 20 in the other two spacers 24 and 24 and in the vicinity thereof. It is done.
That is, the second shell driving unit includes two second shell driving motors 70b and 70b, etc., and the two second shell driving motors 70b and 70b and two second shells connected thereto. Driving rollers 72b and 72b are provided between the two body chassis 22a and 22b of the chassis 20 in the other two spacers 24 and 24 and in the vicinity thereof. In this case, the two second shell driving rollers 72 b and 72 b are provided so as to be in contact with other portions on the inner surface of the shell 60.
By the two second shell drive motors 70b and 70b and the two second shell drive rollers 72b and 72b described above, the shell 60 is orthogonal to the rotational axis of the flywheel 30 and in the first direction described above. The shell 60 can be rotated to roll in a second orthogonal direction or vice versa.
[0020]
In order to prevent the rotation of the first shell driving rollers 72a and 72a and the second shell driving rollers 72b and 72b from being hindered, the two body chassis 22a of the chassis 20 and 22b is cut away.
[0021]
In order to control the rolling direction of the shell 60 by the first shell driving unit and the second shell driving unit described above, the control unit 80 that controls the first shell driving unit and the second shell driving unit includes the chassis 20. The other support chassis 26b is provided inside. The control unit 80 is connected to the two first shell driving motors 70a and 70a and the two second shell driving motors 70b and 70b in order to control the rotation speed and the rotation direction thereof. The control unit 80 can control the rolling direction of the shell 60 by the first shell driving unit and the second shell driving unit.
[0022]
In addition, in the inside of the other support chassis 26b of the chassis 20, a controller (not shown) is connected to the controller 80 in the vicinity of the controller 80 so that the controller 80 can be remotely operated by a transmitter (not shown). A receiver (not shown) is provided.
Further, a balance weight 82 is provided on the opposite side of the control unit 80 and the receiver inside the other support chassis 26b of the chassis 20. The center of gravity of the ball actuator 10 is set at the center of the ball actuator 10 by the balance weight 82 and the balance weight 54 described above.
[0023]
In the ball actuator 10, inertia occurs in the flywheel 30 by rotating the flywheel 30 with the flywheel driving motor 50 or the like. When the flywheel 30 is inertial in this manner, the rotational axis of the flywheel 30 is set to the vertical direction, and the shell 60 is rotated by the shell driving means with respect to the chassis 20 supporting the flywheel 30. The shell 60 can be rolled in all directions.
In other words, if the shell 60 is rotated by the first shell driving rollers 72a and 72a of the shell driving means, the ball actuator 10 can be moved in the first direction as indicated by the arrow in FIG.
Further, if the shell 60 is rotated by the second shell driving rollers 72b and 72b of the shell driving means, the ball actuator 10 can be moved in the second direction as shown by the arrow in FIG.
Further, if the shell 60 is rotated by the first shell driving rollers 72a and 72a and the second shell driving rollers 72b and 72b of the shell driving means, the ball actuator 10 is moved to the first as shown by the arrow in FIG. And a third direction obtained by combining the second direction and the second direction.
Further, the control unit 80 or the like changes the rotational speed balance and the rotation direction of the first shell driving rollers 72a and 72a and the second shell driving rollers 72b and 72b of the shell driving means to rotate the shell 60. Thus, the ball actuator 10 can be moved in the other direction.
Therefore, the ball actuator 10 can move in all directions as a moving body.
[0024]
Further, in the ball actuator 10, the chassis 20, the flywheel 30, the flywheel driving means, the shell driving means, and the like are covered with or provided in the spherical shell 60, and the spherical shell 60 has an outside. There are no other members that can interfere with it. Accordingly, the ball actuator 10 can easily move as a moving body in a narrow place such as a passage of a plant with many obstacles.
[0025]
In addition, since the ball actuator 10 stops the chassis 20 by the flywheel 30, if a camera, an environmental measurement sensor, or the like is attached to the chassis 20 in the shell 60, an image on the moving path or destination of the ball actuator 10 can be viewed. You can check the environment.
[0026]
Further, since the chassis 20 is stopped by the flywheel 30 in the ball actuator 10, if a directional antenna, camera, sensor, or the like is attached to the surface of the spherical shell 60, the antenna, camera, sensor in water or space. It can be used as an azimuth control means for controlling the azimuth.
[0027]
FIG. 6 is a front view solution view showing another example of the ball actuator according to the present invention, and FIG. 7 is a plan view solution view of the ball actuator. The ball actuator 10 shown in FIGS. 6 and 7 has four ball casters 62b, 62b,... And four caster mounts on the other support chassis 26b of the chassis 20, as compared with the ball actuator 10 shown in FIGS. 64b, 64b,... Are not attached, and the chassis 20 is not provided with the first shell drive unit and the second shell drive unit.
[0028]
Instead, the ultrasonic motor 90 is fixed to the outside of the other support chassis 26 b of the chassis 20. The ultrasonic motor 90 cooperates with four ball casters 62a, 62a,... Attached to one support chassis 26a of the chassis 20 to support the shell 60 so as to be rotatable in all directions with respect to the chassis 20. At the same time, the shell 60 is rotated so that the shell 60 rolls in all directions orthogonal to the rotation axis of the flywheel 30.
The ultrasonic motor 90 has a plurality of elements 92, 92,... Arranged two-dimensionally so as to divide multiple circles radially. These elements 92, 92,... Are formed in a spherical shape so as to contact the inner surface of the shell 60.
The ultrasonic motor 90 is connected to the control unit 80. The control unit 80 is configured to individually control the movements of the plurality of elements 92, 92,... Of the ultrasonic motor 90.
Therefore, the direction in which the shell 60 rolls by the ultrasonic motor 90 can be controlled by the control unit 80.
Therefore, also in the ball actuator 10 shown in FIGS. 6 and 7, the shell 60 can be rolled in all directions and moved in all directions as indicated by arrows in FIG.
[0029]
Further, in the ball actuator 10 shown in FIGS. 6 and 7, the shell 60 can be rotated on the spot as shown by the arrow in FIG. 7 by the ultrasonic motor 90, and the orientation of the ball actuator 10 is changed on the spot. Can be changed.
[0030]
In addition, the ball actuator 10 shown in FIGS. 6 and 7 can easily move in a narrow place such as a passage of a plant with many obstacles, like the ball actuator 10 shown in FIGS. If a camera, an environmental measurement sensor, or the like is attached to the chassis 20 in the shell 60, it is possible to view the image of the moving path and the moving destination of the ball actuator 10 and to check the environment, and to direct to the surface of the spherical shell 60. If an antenna, a camera, a sensor, or the like having a characteristic is attached, it can be used as an azimuth control means for controlling the azimuth of the antenna, camera, sensor, etc. in water or in space.
[0031]
In the spherical actuator 10 shown in FIGS. 6 and 7, the ultrasonic motor 90 is two-dimensionally arranged so that a plurality of elements 92, 92,. For example, as shown in FIG. 8, each element 92 is formed in a rectangular shape and arranged in a matrix, as shown in FIG. 9, each element 92 is formed in a triangular shape and arranged in a matrix, or in FIG. As shown, it may be hexagonal and arranged in a matrix.
[0032]
In the ball actuator 10 shown in FIG. 1 and FIG. 2, the first shell driving unit uses two sets of the first shell driving motor 70a and the first shell driving roller 72a. Only one set may be used. Similarly, in the second shell drive unit, only one set of the second shell drive motor 70b and the second shell drive roller 72b may be used.
[0033]
1 and 2, in the ball actuator 10, the rotation axis of the flywheel 30, the first direction in which the shell 60 is rolled by the first shell drive unit, and the first direction in which the shell 60 is rolled by the second shell drive unit. The two directions are configured to be orthogonal to each other. For example, the first direction can be changed by changing the position of at least one of the first shell driving unit and the second shell driving unit. The second direction is orthogonal to the rotation axis of the flywheel 30, but the first direction and the second direction may be configured to intersect without being orthogonal.
[0034]
Further, in each of the ball actuators 10 shown in FIGS. 1, 2, 6, and 7, the center of gravity is set at the center, but the position of the center of gravity is determined with the rotation axis of the flywheel 30 in the vertical direction. Center-of-gravity position displacement means that moves up and down may be provided. As such a center-of-gravity position displacement means, for example, there is a means for displacing the flywheel 30 or the like along the rotation axis with respect to the chassis 20. If the center-of-gravity position displacing means is provided in this way, when the rotation axis of the flywheel 30 is deviated from the vertical direction, the rotation axis of the flywheel 30 can be corrected in the vertical direction by lowering the center of gravity.
[0035]
Further, in each of the ball actuators 10 shown in FIGS. 1, 2, 6, and 7, the flywheel 30 has only one rotation axis, but a plurality of flywheels have such that the rotation axes exist in multiple directions. A wheel may be provided. If a plurality of flywheels are provided in this way, inertia acts in more directions and a more stable movement is achieved.
[0036]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to obtain a spherical actuator that can be used as a moving body that can move in all directions and can easily move in a narrow place.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an illustration of a front view showing an example of a ball actuator according to the present invention.
FIG. 2 is an illustrative plan view of the ball actuator shown in FIG. 1;
FIG. 3 is an illustrative plan view showing a state in which the ball actuator shown in FIGS. 1 and 2 moves in a first direction;
4 is an illustrative plan view showing a state in which the ball actuator shown in FIGS. 1 and 2 is moved in a second direction; FIG.
FIG. 5 is an illustrative plan view showing a state where the ball actuator shown in FIGS. 1 and 2 moves in a third direction;
FIG. 6 is a front view solution view showing another example of the ball actuator according to the present invention.
7 is an illustrative plan view of the ball actuator shown in FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is an illustrative plan view showing another example of an ultrasonic motor.
FIG. 9 is an illustrative plan view showing still another example of an ultrasonic motor.
FIG. 10 is an illustrative plan view showing still another example of an ultrasonic motor.
[Explanation of symbols]
10 Ball actuator 20 Chassis 22a, 22b Body chassis 24 Spacer 26a, 26b Support chassis 28a, 28b Pole 30 Flywheel 32 Flywheel shaft 34a, 34b Bearing 36a, 36b E-ring 40a, 40b E-ring 40a, 40b C-ring 50 Flywheel drive Motor 52 flywheel driving roller 54 balance weight 60 shell 62a, 62b ball caster 64a, 64b caster mount 70a first shell driving motor 70b second shell driving motor 72a first shell driving roller 72b second Shell driving roller 80 Control unit 82 Balance weight 90 Ultrasonic motor 92 Element

Claims

シャーシ、
前記シャーシに対して回転可能に支持されるフライホイール、
前記シャーシに対して前記フライホイールを回転するためのフライホイール駆動手段、
前記シャーシ、前記フライホイールおよび前記フライホイール駆動手段を覆い、かつ、前記シャーシに対して全方向に回転可能に支持される球形のシェル、および
前記シェル内に設けられ、前記シェルが全方向に転がるように前記シャーシに対して前記シェルを回転するためのシェル駆動手段を含む、球アクチュエータ。Chassis,
A flywheel supported rotatably with respect to the chassis;
Flywheel drive means for rotating the flywheel relative to the chassis;
A spherical shell that covers the chassis, the flywheel and the flywheel driving means and is rotatably supported in all directions with respect to the chassis, and provided in the shell, the shell rolls in all directions A ball actuator comprising shell drive means for rotating the shell relative to the chassis.

前記シェル駆動手段は、
前記シェルが前記フライホイールの回転軸に直交する第１の方向またはその逆方向に転がるように前記シェルを回転するための第１のシェル駆動部、
前記シェルが前記フライホイールの回転軸に直交しかつ前記第１の方向に交差する第２の方向またはその逆方向に転がるように前記シェルを回転するための第２のシェル駆動部、および
前記第１のシェル駆動部および前記第２のシェル駆動部による前記シェルの転がる方向を制御するために前記第１のシェル駆動部および前記第２のシェル駆動部を制御する制御部を含む、請求項１に記載の球アクチュエータ。The shell driving means includes
A first shell driving unit for rotating the shell so that the shell rolls in a first direction perpendicular to the rotation axis of the flywheel or in the opposite direction;
A second shell drive for rotating the shell so that the shell rolls in a second direction perpendicular to the axis of rotation of the flywheel and intersecting the first direction or vice versa; and The control part which controls the said 1st shell drive part and the said 2nd shell drive part in order to control the rolling direction of the said shell by the 1 shell drive part and the said 2nd shell drive part is included. Ball actuator described in 1.

前記第１のシェル駆動部は、
前記シャーシに設けられる第１のシェル駆動用モータ、および
前記第１のシェル駆動用モータに接続され、前記シェルの内面における一部分に接触する第１のシェル駆動用ローラを含み、
前記第２のシェル駆動部は、
前記シャーシに設けられる第２のシェル駆動用モータ、および
前記第２のシェル駆動用モータに接続され、前記シェルの内面における他の部分に接触する第２のシェル駆動用ローラを含み、
前記制御部は、前記第１のシェル駆動用モータおよび前記第２のシェル駆動用モータを制御する、請求項２に記載の球アクチュエータ。The first shell driving unit includes:
A first shell driving motor provided in the chassis; and a first shell driving roller connected to the first shell driving motor and contacting a part of the inner surface of the shell;
The second shell driving unit includes:
A second shell driving motor provided in the chassis, and a second shell driving roller connected to the second shell driving motor and contacting another portion of the inner surface of the shell;
The ball actuator according to claim 2, wherein the control unit controls the first shell driving motor and the second shell driving motor.

前記シェル駆動手段は、
前記シャーシに設けられ、前記シェルの内面に接触するように２次元的に配列された複数の素子を有し、前記シェルが前記フライホイールの回転軸に直交する全方向に転がるように前記シェルを回転するための超音波モータ、および
前記超音波モータによる前記シェルの転がる方向を制御するために前記超音波モータの複数の素子を制御する制御部を含む、請求項１に記載の球アクチュエータ。The shell driving means includes
A plurality of elements provided in the chassis and arranged two-dimensionally so as to contact the inner surface of the shell, and the shell is rolled in all directions perpendicular to the rotation axis of the flywheel. The ball actuator according to claim 1, further comprising: an ultrasonic motor for rotating; and a control unit that controls a plurality of elements of the ultrasonic motor to control a rolling direction of the shell by the ultrasonic motor.