JP6950646B2 - 全方向移動型車輪 - Google Patents

Description

本発明は、全方向移動型車輪に関する。

全方向移動型車輪は、複数のローラの組み合わせにより構成されている。このような全方向移動型車輪では、走行時においてローラが乗り移る際に衝撃が発生し、その衝撃により騒音が発生する。このため、ローラの乗り移り時の衝撃を吸収することが可能な全方向移動型車輪が提案されている。

そのような全方向移動型車輪としては、例えば特許文献１に記載されている技術が知られている。特許文献１に記載の全方向移動型車輪は、車軸回りに回転可能に設けられたハブと、ハブの径方向外方に間隔をあけて配置されたローラ組立体と、ローラ組立体に回転自在に支持された複数のローラと、ローラ組立体及びハブによって径方向に挟まれる位置に配置された２つの円環状のゴムチューブとを備えている。ローラ組立体は、一対の大径ローラを板状部材に取り付ける第１支持部材と、一対の小径ローラを板状部材に取り付ける第２支持部材とを備えている。ゴムチューブは、ハブの外周面と第１支持部材及び第２支持部材の内周面との間に径方向に接触した状態で挟まれている。

特開２０１５−９３５１３号公報

しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、ゴムチューブ（弾性体）とハブ及び支持部材（ローラ支持体）とは接触しているだけであるため、弾性体とハブ及びローラ支持体との摩擦力によってハブの回転がローラ支持体に伝達されることになる。この場合には、ハブに大きな駆動トルクが発生すると、弾性体とハブ及びローラ支持体との間（摩擦接触部）が滑る可能性がある。例えば車輪の回転数により走行制御が行われる場合には、摩擦接触部の滑りが発生すると、弾性体とハブ及びローラ支持体との位相がずれて、停止精度や直進性等の制御性が低下してしまう。

本発明の目的は、弾性体とハブ及びローラ支持体との滑りを防止しつつ、走行時の衝撃を吸収することができる全方向移動型車輪を提供することである。

本発明の一態様は、駆動源により回転駆動される全方向移動型車輪において、円周状に配列された複数のローラと、ローラを自由回転可能に支持するローラ支持体と、ローラ支持体よりも径方向の内側に配置されたハブと、ローラ支持体に固定された固定部材とを備え、ハブは、駆動源と連結された軸部と、軸部の外周面に張り出すように設けられた張出部とを有し、固定部材は、軸部を取り囲むように配置されており、張出部と固定部材との間には、弾性体が軸部を取り囲むように配置されており、弾性体と軸部及びローラ支持体との間には、隙間がそれぞれ形成されており、張出部には、複数の第１ピンが突設されており、固定部材には、複数の第２ピンが突設されており、弾性体には、第１ピンと嵌合する複数の第１穴部と、第２ピンと嵌合する複数の第２穴部とが設けられており、第２穴部は、第１穴部に対して弾性体の周方向にずれて配置されている。

このような全方向移動型車輪においては、ハブの各第１ピンは、弾性体の各第１穴部と嵌合し、固定部材の各第２ピンは、弾性体の各第２穴部と嵌合している。このため、ローラにかかる荷重は、ローラ支持体から固定部材及び各第２ピンを介して弾性体に伝達される。駆動源にかかる荷重は、ハブ及び各第１ピンを介して弾性体に伝達される。これにより、走行時に全方向移動型車輪に発生する衝撃が吸収される。また、駆動源によりハブが回転すると、ハブの回転が各第１ピン、弾性体、各第２ピン及び固定部材を介してローラ支持体に伝達されることで、全方向移動型車輪が回転する。これにより、例えばハブに大きな駆動トルクが発生しても、弾性体とハブ及びローラ支持体との滑りが防止される。

第２穴部は、隣り合う２つの第１穴部の中間位置に配置されていてもよい。このような構成では、ローラにかかる荷重と駆動源にかかる荷重とが弾性体に均一性良く伝達されるため、走行時に全方向移動型車輪に発生する衝撃を効果的に吸収することができる。

第１ピン及び第２ピンの数が等しく、第１穴部及び第２穴部の数が等しくてもよい。このような構成でも、ローラにかかる荷重と駆動源にかかる荷重とが弾性体に均一性良く伝達されるため、走行時に全方向移動型車輪に発生する衝撃を効果的に吸収することができる。

第１穴部及び第２穴部は、同一円周上に配置されていてもよい。このような構成では、弾性体の寸法を径方向に小さくすることができる。弾性体の寸法を径方向に小さくすることに伴って、ハブ及び固定部材の寸法も径方向に小さくすることができる。これにより、全方向移動型車輪の小型化を図ることができる。

固定部材及び弾性体は、ハブの両側にそれぞれ配置されており、第１ピンは、張出部の両側にそれぞれ突設されていてもよい。このような構成では、全方向移動型車輪が軸方向にかかる荷重に対して強くなる。

本発明によれば、弾性体とハブ及びローラ支持体との滑りを防止しつつ、走行時の衝撃を吸収することができる。

本発明の一実施形態に係る全方向移動型車輪を備えた車両ユニットを示す概略図である。 全方向移動型車輪の外観を示す斜視図である。 全方向移動型車輪の部分断面図である。 ハブ、弾性体及び固定部材の分解斜視図である。 ハブ、弾性体及び固定部材の側面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る全方向移動型車輪を備えた車両ユニットを示す概略図である。図１において、車両ユニット１は、例えば走行台車または自律走行ロボット等である。車両ユニット１は、車体２と、この車体２の前後左右に配置された４つの全方向移動型車輪３とを備えている。全方向移動型車輪３は、オムニホイールと称される。車体２の下部には、全方向移動型車輪３を回転駆動する駆動モータ４（駆動源）が取り付けられている。駆動モータ４の出力軸には、車軸５が固定されている。

図２は、全方向移動型車輪３の外観を示す斜視図である。図３は、全方向移動型車輪３の部分断面図である。図２及び図３において、本実施形態の全方向移動型車輪３は、複数（ここでは６つ）のローラ６及び複数（ここでは６つ）のローラ７と、これらのローラ６，７を自由回転可能に支持する複数（ここでは６つ）のローラ支持体８と、このローラ支持体８よりも径方向の内側に配置されたハブ９と、このハブ９の軸方向の両側に配置された１対の固定部材１０と、ハブ９と各固定部材１０との間に配置された１対の弾性体１１とを備えている。

ローラ６，７は、円周状に交互に配列されている。ローラ７の外径は、ローラ６の外径よりも大きい。ローラ支持体８は、特に図示はしないが、ローラ６をシャフト及びベアリングを介して回転自在に支持すると共に、ローラ７を他のベアリングを介して回転自在に支持する。

ハブ９は、図４及び図５にも示されるように、略円筒状の軸部１２と、この軸部１２の外周面に張り出すように設けられた円板状の張出部１３とを有している。軸部１２は、張出部１３に対して軸方向の両側に突き出ている。軸部１２には、車軸５が固定されている。従って、軸部１２は、車軸５を介して駆動モータ４と連結されている。

張出部１３の両側の面には、複数（ここでは４つ）の円柱状のピン１４（第１ピン）が突設されている。これらのピン１４は、ハブ９の周方向に沿って等間隔で配置されている。

各固定部材１０は、ハブ９の張出部１３を軸方向に挟むようにハブ９の両側に配置されている。固定部材１０は、ハブ９の軸部１２を貫通させる円形孔１０ａを有する円板状の部材である。固定部材１０の外径は、ハブ９の外径よりも大きい。固定部材１０は、軸部１２を取り囲むように配置されている。円形孔１０ａの直径は、軸部１２の外径よりも大きい。

固定部材１０は、複数のボルト１５によりローラ支持体８の側面に締結されている。固定部材１０の周縁部近傍には、ボルト１５のネジ軸を貫通させる複数の孔部１６が設けられている。これらの孔部１６は、固定部材１０の周方向に沿って等間隔で配置されている。

固定部材１０の一方側の面には、複数（ここでは４つ）の円柱状のピン１７（第２ピン）が突設されている。これらのピン１７は、固定部材１０における各孔部１６よりも径方向の内側に設けられている。各ピン１７は、固定部材１０の周方向に沿って等間隔で配置されている。ピン１７の径は、ピン１４の径と等しい。ピン１７は、ピン１４と同一円周上に配置されている。

各弾性体１１は、ハブ９の張出部１３を軸方向に挟むようにハブ９の両側に配置されている。弾性体１１は、ハブ９の軸部１２を貫通させる円形孔１１ａを有する円板状の部材である。弾性体１１の外径は、ハブ９の外径と等しい。弾性体１１は、軸部１２を取り囲むように張出部１３と固定部材１０との間に配置されている。弾性体１１は、ゴムまたはスポンジ等で形成されている。

弾性体１１には、ピン１４と嵌合する複数（ここでは４つ）の穴部１８（第１穴部）と、ピン１７と嵌合する複数（ここでは４つ）の穴部１９（第２穴部）とが設けられている。穴部１８，１９は、弾性体１１の軸方向に貫通している。穴部１８，１９は、断面円形状を呈している。穴部１８，１９の直径は等しい。

穴部１９は、穴部１８に対して弾性体１１の周方向にずれて配置されている。つまり、穴部１８，１９は、弾性体１１の径方向に延びる同一直線上には配置されていない。具体的には、穴部１８，１９は、弾性体１１において同一円周上に交互に配置されている。そして、穴部１９は、弾性体１１において隣り合う２つの穴部１８の中間位置に配置されている。

弾性体１１は、ハブ９の張出部１３と固定部材１０とに接触している。弾性体１１の内周面とハブ９の軸部１２の外周面との間には、隙間Ｓ１が設けられている。つまり、弾性体１１と軸部１２とは接触していない。弾性体１１の外周面とローラ支持体８の内壁面との間には、隙間Ｓ２が設けられている。つまり、弾性体１１とローラ支持体８とは接触していない。

以上のような全方向移動型車輪３において、駆動モータ４により車軸５を介してハブ９が回転すると、ハブ９の回転が各ピン１４、弾性体１１、各ピン１７及び固定部材１０を介してローラ支持体８に伝達される。これにより、全方向移動型車輪３が回転する。

ここで、地面からの反力によりローラ６，７にかかる荷重Ａ（図１参照）は、ローラ支持体８から固定部材１０及び各ピン１７を介して弾性体１１に伝達される。これにより、ローラ６，７にかかる荷重Ａによる衝撃は、弾性体１１に吸収される。車体２の自重により駆動モータ４にかかる荷重Ｂ（図１参照）は、車軸５からハブ９及び各ピン１４を介して弾性体１１に伝達される。これにより、駆動モータ４にかかる荷重Ｂによる衝撃は、弾性体１１に吸収される。

このとき、ゴムの強度は、スポンジの強度よりも大きい。従って、弾性体１１がゴムで形成されている場合には、弾性体１１がスポンジで形成されている場合に比べて、大きな駆動トルクをハブ９からローラ支持体８に伝達することができる。また、スポンジは、ゴムよりも弾性変形しやすい。従って、弾性体１１がスポンジで形成されている場合には、弾性体１１がゴムで形成されている場合に比べて、衝撃を吸収する能力が大きい。

以上のように本実施形態にあっては、ハブ９の各ピン１４は、弾性体１１の各穴部１８と嵌合し、固定部材１０の各ピン１７は、弾性体１１の各穴部１９と嵌合している。このため、ローラ６，７にかかる荷重Ａは、ローラ支持体８から固定部材１０及び各ピン１７を介して弾性体１１に伝達される。駆動モータ４にかかる荷重Ｂは、ハブ９及び各ピン１４を介して弾性体１１に伝達される。これにより、車両ユニット１の走行時に全方向移動型車輪３に発生する衝撃が吸収される。例えばローラ６，７が乗り移る際の衝撃が吸収されることにより、車両ユニット１の走行時に発生する振動を抑制することができる。

また、駆動モータ４によりハブ９が回転すると、ハブ９の回転が各ピン１４、弾性体１１、各ピン１７及び固定部材１０を介してローラ支持体８に伝達されることで、全方向移動型車輪３が回転する。これにより、例えばハブ９に大きな駆動トルクが発生したり、弾性体１１とハブ９及びローラ支持体８との間に油等が浸入しても、弾性体１１とハブ９及びローラ支持体８との滑りが防止される。その結果、弾性体１１とハブ９及びローラ支持体８との位相ずれが防止されるため、駆動トルクの伝達ロスを低減することができる。また、全方向移動型車輪３の回転数により走行制御が行われる場合に、停止精度や直進性等の制御性を向上させることができる。

また、本実施形態では、穴部１９は、穴部１８に対して弾性体１１の周方向にずれて配置されている。従って、穴部１９が穴部１８に対して弾性体１１の径方向にずれて配置されている場合に比べて、弾性体１１の寸法を径方向に小さくすることができる。弾性体１１の寸法を径方向に小さくすることに伴って、ハブ９及び固定部材１０の寸法も径方向に小さくすることができる。これにより、全方向移動型車輪３の小型化を図ることができる。

また、本実施形態では、穴部１９は、隣り合う２つの穴部１８の中間位置に配置されている。従って、ローラ６，７にかかる荷重Ａと駆動モータ４にかかる荷重Ｂとが弾性体１１に均一性良く伝達されるため、車両ユニット１の走行時に全方向移動型車輪３に発生する衝撃を効果的に吸収することができる。

また、本実施形態では、ピン１４の数とピン１７の数とが等しく、穴部１８，１９の数が等しい。従って、ローラ６，７にかかる荷重Ａと駆動モータ４にかかる荷重Ｂとが弾性体１１に更に均一性良く伝達されるため、車両ユニット１の走行時に全方向移動型車輪３に発生する衝撃を一層効果的に吸収することができる。

また、本実施形態では、穴部１８，１９は同一円周上に配置されているので、弾性体１１の寸法を径方向に更に小さくすることができる。従って、全方向移動型車輪３の更なる小型化を図ることができる。

また、本実施形態では、固定部材１０及び弾性体１１はハブ９の両側に配置されており、ピン１４はハブ９の張出部１３の両側に突設されている。従って、全方向移動型車輪３が軸方向にかかる荷重に対して強くなる。

なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、ハブ９の張出部１３に突設されたピン１４の数と固定部材１０に突設されたピン１７の数とが等しくなっているが、特にその形態には限られず、ピン１４の数とピン１７の数とが異なっていてもよい。

また、上記実施形態では、弾性体１１において、穴部１９は隣り合う２つの穴部１８の中間位置に配置されているが、特にその形態には限られず、穴部１９が穴部１８に対して弾性体１１の周方向にずれて配置されていれば、穴部１９が穴部１８の近傍に配置されていてもよい。

また、上記実施形態では、弾性体１１において、穴部１８，１９は同一円周上に配置されているが、特にその形態には限られず、穴部１９が穴部１８に対して弾性体１１の周方向にずれて配置されていれば、穴部１９が穴部１８に対して弾性体１１の径方向に多少ずれて配置されていてもよい。

また、上記実施形態では、固定部材１０及び弾性体１１は、ハブ９の軸方向の両側に配置されているが、特にその形態には限られず、固定部材１０及び弾性体１１は、ハブ９の軸方向の片側のみに配置されていてもよい。この場合には、軸部１２は、張出部１３に対して片側のみに突き出ており、ピン１４は、張出部１３の片側の面のみに突設されていればよい。

また、上記実施形態では、車両ユニット１は４つの全方向移動型車輪３を備えているが、本発明は、３つの全方向移動型車輪３を備えた車両ユニットにも適用可能である。

３…全方向移動型車輪、４…駆動モータ（駆動源）、６，７…ローラ、８…ローラ支持体、９…ハブ、１０…固定部材、１１…弾性体、１２…軸部、１３…張出部、１４…ピン（第１ピン）、１７…ピン（第２ピン）、１８…穴部（第１穴部）、１９…穴部（第２穴部）、Ｓ１…隙間、Ｓ２…隙間。

Claims (5)

1. 駆動源により回転駆動される全方向移動型車輪において、
   円周状に配列された複数のローラと、
   前記ローラを自由回転可能に支持するローラ支持体と、
   前記ローラ支持体よりも径方向の内側に配置されたハブと、
   前記ローラ支持体に固定された固定部材とを備え、
   前記ハブは、前記駆動源と連結された軸部と、前記軸部の外周面に張り出すように設けられた張出部とを有し、
   前記固定部材は、前記軸部を取り囲むように配置されており、
   前記張出部と前記固定部材との間には、弾性体が前記軸部を取り囲むように配置されており、
   前記弾性体と前記軸部及び前記ローラ支持体との間には、隙間がそれぞれ形成されており、
   前記張出部には、複数の第１ピンが突設されており、
   前記固定部材には、複数の第２ピンが突設されており、
   前記弾性体には、前記第１ピンと嵌合する複数の第１穴部と、前記第２ピンと嵌合する複数の第２穴部とが設けられており、
   前記第２穴部は、前記第１穴部に対して前記弾性体の周方向にずれて配置されている全方向移動型車輪。
2. 前記第２穴部は、隣り合う２つの前記第１穴部の中間位置に配置されている請求項１記載の全方向移動型車輪。
3. 前記第１ピン及び前記第２ピンの数が等しく、前記第１穴部及び前記第２穴部の数が等しい請求項１または２記載の全方向移動型車輪。
4. 前記第１穴部及び前記第２穴部は、同一円周上に配置されている請求項１〜３の何れか一項記載の全方向移動型車輪。
5. 前記固定部材及び前記弾性体は、前記ハブの両側にそれぞれ配置されており、
   前記第１ピンは、前記張出部の両側にそれぞれ突設されている請求項１〜４の何れか一項記載の全方向移動型車輪。

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