作为能够在地板面上自由地旋转移动的全方向移动车的驱动装 置，有如下一种装置：在被旋转驱动的车轮的外周的多处分别具有 切线方向的轴部，桶形分割套筒围绕车轮切线轴线能够旋转地被安 装在该各轴部上，相邻的桶形分割套筒彼此以旋转力传递关系相互 连结，通过内置在车轮中的电动马达使桶形分割套筒围绕车轮切线 轴线旋转驱动(例如，专利文献1)。
根据该驱动装置，通过车轮的旋转在桶形分割套筒的接地面作 用前后方向(车轮旋转方向)的驱动力，通过桶形分割套筒自身的 旋转，在桶形分割套筒的接地面上作用左右方向(桶形分割套筒旋 转方向)的驱动力，只要适当地对两驱动力的比例进行控制，就能 够进行向全方向的移动。
专利文献1：日本专利第3820239号公报
而且，根据该现有技术，用于向被在车轮的外周上设置的轴部 支承的桶形分割套筒施加旋转力的电动马达被搭载在车轮上从而必 须与车轮一体旋转。因此，通过设置在车轮外的电源将电力供给到 电动马达的机构变得复杂，维护也麻烦。
对此，若电源也搭载在车轮上，则电动马达以及动力传递机构 被组装入车轮，由此使车轮的紧凑设计变得更加困难，而且，车轮 重量也变重。

为了解决这样的课题，本发明的目的是提供一种全方向驱动装 置及使用该全方向驱动装置的全方向移动车，不会使相对于电动马 达等驱动源的电源供给的处理复杂化，具有优良的耐久性和维护性， 而且不会导致旋转部(移动部)的重量增加的紧凑设计的自由度较 高。
本发明的全方向驱动装置，其特征在于，具有：基体；在所述 基体上相互能够同轴旋转地被保持的第一驱动力传递体及第二驱动 力传递体；分别对所述第一及第二驱动力传递体进行旋转驱动的第 一及第二驱动单元；多个第一自由辊，其被自由旋转地支承在所述 第一驱动力传递体上，且沿第一同心圆配置，而且具有相对于所述 第一驱动力传递体的旋转轴线成扭转关系的旋转轴线；多个第二自 由辊，其被自由旋转地支承在所述第二驱动力传递体上，且沿第二 同心圆配置，而且据哟相对于所述第二驱动力传递体的旋转轴线成 扭转关系的旋转轴线；主轮，具有刚性较高的环状部件及外装在该 环状部件上的柔软的环形筒状体。各自由辊的横力被传递到所述主 轮上，引起沿所述主轮的周方向的周方向运动及围绕所述环形筒状 体的环状中心线的旋转运动。
本发明的其他方面的全方向驱动装置，其特征在于，具有：基 体；能够旋转地被保持在所述基体上的驱动力传递体；对所述驱动 力传递体进行旋转驱动的驱动单元；多个自由辊，自由旋转地支承 在所述驱动力传递体上，且沿同心圆配置，而且具有相对于该同心 圆的径向成角度的旋转轴线；主轮，具有通过所述自由辊被卡合的 环状部件。各自由辊的横力被传递到所述主轮上，由此，将所述驱 动力传递体的旋转运动传递到所述主轮上。
本发明还提供一种全方向移动车，具有上述那样的全方向驱动 装置，将承受移送对象的负荷的负荷承受部设在所述基体上。
发明的效果
根据本发明的全方向驱动装置，在使左右的旋转部件(驱动力 传递体)通过驱动机构向同一方向且以同一速度旋转时，主轮经由 自由辊向与左右的旋转部件旋转方向相同的方向旋转(围绕对称轴 旋转＝围绕中心轴线B旋转)，使前后方向的驱动力作用在主轮的 接地面上。若使左右的旋转部件通过驱动机构，向相互不同的方向 或(及)以相互不同的速度旋转，则由于自由辊相对于围绕主轮的 中心轴线B的旋转方向倾斜地与主轮接触，所以，与自由辊的倾斜 角度对应的分力作用在主轮的外表面上，主轮以圆形横截面形状的 中心为中心进行旋转(围绕截面中心的旋转＝围绕中心轴线C的旋 转)，使左右方向的驱动力作用在主轮的接地面上。因此，通过驱 动机构个别地对左右的旋转部件的旋转方向、旋转速度进行控制， 由此，通过前后方向的驱动力和左右方向的驱动力的合成，能够产 生向全方向的驱动力。
对左右的旋转部件个别进行旋转驱动的驱动机构都设置在基体 侧，所以，对这些驱动机构的电力供给等的电源供给的处理不会变 得复杂，具有良好的耐久性、维护性，不会导致移动部的重量增加， 紧凑设计的自由度高。
在本发明的优选实施例中，所述主轮与所述两驱动力传递体为 同轴。环形筒状体可以由弹性材料构成，但是，主轮也可以由具有 环状部件和自由旋转地外装在所述环状部件上的相互分体的多个套 筒的部件构成。即，作为环形筒状体可以使用自由旋转地外装在比 较硬质的环状部件上的相互分体的多个套筒。该情况下，只要总是 使至少一个所述第一自由辊及至少一个所述第二自由辊与所述主轮 滚动接触，就能够在主轮上总作用有驱动力，避免空滑发生。或者， 第一自由辊及所述第二自由辊的数量也可以分别比主轮的套筒的数 量多。
只要是具有将所述第一及第二驱动力传递体向所述主轮弹压的 弹性的装置的部件，就能够确实地使主轮和自由辊滚动接触。所述 第一自由辊及所述第二自由辊只要从倾斜方向卡合在所述主轮的内 周部上，主轮就能够被自由辊轴支承，就能够不需要用于主轮的轴 承。
本发明的全方向移动车中，第一自由辊通过与作为所述驱动对 象的路面或地板面卡合能够得到驱动力，也可以经由球体得到驱动 力。
附图说明
图1是表示本发明的全方向驱动装置的一个实施方式的主视图。
图2是本发明的全方向驱动装置的一个实施方式的主要部分的 立体图。
图3是本实施方式的全方向驱动装置所使用的主轮的局部剖切 立体图。
图4是表示从对称轴的轴向所见的主轮和自由辊的关系的说明 图。
图5是表示从主轮的中心在径向上所见的主轮和自由辊的关系 的说明图。
图6是表示本发明装置的原理的模型图。
图7是表示使用图1、2所示的实施方式的全方向驱动装置的全 方向移动车的一个实施方式的概要侧视图。
图8是表示使用图1、2所示的实施方式的全方向驱动装置的全 方向移动车的其他实施方式的概要主视图。
图9是表示使用图1、2所示的实施方式的全方向驱动装置的全 方向移动车的又一实施方式的概要放大主视图。
图10是表示图9所示的全方向驱动装置所使用的主轮的概要剖 视图。
图11是表示本发明的全方向驱动装置及全方向移动车的其他实 施方式的概要侧视图。
附图标记说明
1全方向驱动装置
2主轮
3R、3L自由辊
4R、4L旋转部件
5R、5L电动马达
7基体
8压缩盘簧
12行驶用球体
13全方向移动车
22圆环轴体
25套筒

参照图1～图5对本发明的全方向驱动装置的一个实施方式进 行说明。
本实施方式的全方向驱动装置1具有：基体7；左右的旋转部件 (驱动力传递体)4R、4L；自由辊3R、3L；主轮2。基体7为轭形， 具有固定侧部件7A和通过铰链轴71铰链连接在固定侧部件7A上 的可动侧部件7B。
固定侧部件7A通过支承轴6R能够旋转地支承右侧的旋转部件 4R。可动侧部件7B通过支承轴6L能够旋转地支承左侧的旋转部件 4L。由此，左右的旋转部件6R、6L以规定的轴线方向间隔(左右方 向间隔)，能够相互分别围绕同一中心轴线A旋转地安装在基体7 上。
在旋转部件4R、4L上一体形成有滑轮9R、9L(或链轮齿)。 在基体7上安装有两个电动马达5R、5L。电动马达5R通过带10R (或环链)与滑轮9R驱动连结，对滑轮9R进行旋转驱动。电动马 达5L通过带10L(或环链)与滑轮9L驱动连结，对滑轮9L进行旋 转驱动。
此外，虽无图示，在基体7上作为电动马达5R、5L的电源搭载 有可充电的电池电源。
旋转部件4R、4L在相互相对的一侧具有切头圆锥状的圆锥外周 面41R、41L。在旋转部件4R的圆锥外周面41R上，多个(例如8 个)自由辊3R通过各自的托架42R以位于旋转部件4R的旋转轴线 的同心圆上的方式以等间隔能旋转地安装在旋转部件4R的圆周方 向上。在旋转部件4L的圆锥外周面41L上，多个(例如8个)自由 辊3L通过各自的托架42L同样以位于旋转部件4L的旋转轴线的同 心圆上的方式以等间隔能旋转地安装在旋转部件4L的圆周方向上。
主轮2通过如轮胎用橡胶等、显现橡胶或橡胶状的物性的树脂 (橡胶类似物质)那样的、弹性挠曲的橡胶状弹性体构成为圆环状， 中实或中空，具有圆形的横截面形状。主轮2能够以该圆形的横截 面形状的中心(截面中心)C为中心旋转。
此外，在主轮2的外表面上形成有网槽的情况下，严格来说， 主轮2的横截面形状(外轮廓)不为圆形，但是，主轮2的横截面 形状只要能够以该横截面形状的中心C为中心进行旋转即可，这里， 形成有网槽的形状也统称为圆形。
主轮2配置在左右的旋转部件4R、4L之间，以从该主轮2的中 心轴线(对称轴)两侧(左右两侧)被左右的旋转部件4R、4L的自 由辊3R、3L夹持的方式，能够围绕与左右的旋转部件4R、4L的中 心轴线A相同的中心轴线B(对称轴)旋转地支承该主轮2。
在基体7的固定侧部件7A和可动侧部件7B之间设有压缩盘簧 8。压缩盘簧8为弹压机构，向使成为基体7脚部(轴支承部)的固 定侧部件7A和可动侧部件7B相互靠近的方向弹压。由此，自由辊 3R、3L被向主轮2的外表面弹压，自由辊3R、3L带有摩擦力地以 将运动(旋转)传递给主轮2的转矩传递关系与主轮2的外表面接 触。本实施例的情况下，在对与主轮2的环状轴线正交的截面进行 观察时，两自由辊3R、3L从主轮2的内周侧的方向与主轮2抵接。 为了仅通过两自由辊3R、3L对主轮2进行保持，两自由辊3R、3L 需要抵接在主轮2的内周侧而非主轮2横向上，而且，为了避免两 自由辊3R、3L间的相互干涉，需要抵接在主轮2的内周侧的倾斜方 向的位置上。本发明不限于此，在对与主轮2的环状轴线正交的截 面进行观察时，两自由辊3R、3L也可以从主轮2的外周侧的方向倾 斜地抵接在主轮2上。
这里，重要的是，自由辊3R、3L围绕中心轴线D自由旋转， 中心轴线D在不与主轮2的中心轴线B(与旋转部件4R、4L的中 心轴线A相同)相交且不与其平行的方向(扭转的方向)上延伸。 也就是说，随着旋转部件4R、4L的旋转，需要以自由辊3R、3L能 够对主轮2施加横力的方式确定自由辊3R、3L的旋转轴线的朝向。
参照图4、图5对该情况进行详细说明，从主轮2的对称轴的轴 向观察，各自由辊3R、3L的中心轴线D以至少相对于主轮2的径 向R具有某角度(图4的α)地倾斜，同时，从主轮2的内周侧的 径向上观察，中心轴线D以相对于主轮2的截面中心线具有某角度 (图5的β1、β2)地倾斜。这样的三维上的轴线的倾斜，例如类似 放置在某角度的圆锥面上的“斜齿锥齿轮”的齿的倾斜。这里，主 轮2的截面中心线是指主轮2的圆形的横截面形状的中心(截面中 心)C所成的中心线，是与主轮中心轴线B同心的圆。以后将主轮2 的截面中心线称为截面中心线(C)。
此外，倾斜角α必须不为0度，角度β1、β2必须都不为90度。
这样，通过使自由辊3R、3L的中心轴线D相对于与水平的中 心轴线A＝B正交的假想垂直面三维地倾斜，作用在各自由辊3R、 3L的外周面和主轮2的外表面之间的接触部上的摩擦力就会作为自 由辊的横力作用在主轮2的切线方向(围绕中心轴线A＝B的方向) 和围绕截面中心线(C)的方向上。此外，自由辊3R、3L可以只有 一侧三维地倾斜，另一侧相对于主轮2的旋转方向平行。
另外，为了最大限度地发挥上述摩擦力，在自由辊3R、3L和主 轮2的接触面上可以实施适当的凹凸加工以及粗面加工。
下面对本实施方式的全方向驱动装置1的作用进行说明。
若使左右的旋转部件4R、4L通过电动马达5R、5L以同一速度 向同一方向旋转，则经由设在旋转部件4R、4L上的自由辊3R、3L， 其旋转力通过摩擦被传递到主轮2上。这里，各自由辊3R、3L的中 心轴线D如上述那样倾斜，而且夹持主轮2配置成对称状，所以， 两旋转部件4R、4L若以同一速度向同一方向旋转，则各自由辊3R、 3L和主轮2的接触部上的摩擦力全部作用在主轮2的圆周(切线) 方向即围绕中心轴线B的方向上。由此，围绕主轮2的中心轴线B 的驱动力作用在主轮2的接地面上。
如图6的模型图所示那样，使中心轴线Cf倾斜的自由辊F压接 在围绕中心轴线Cb自由旋转的圆棒B的外表面，使自由辊F沿圆 棒B的中心轴线Cb移动，则通过作用在自由辊F和圆棒B的切点 上的摩擦力的分力f，在圆棒B上作用有围绕中心轴线Cb的旋转力。
若将该原理适用于本实施方式的全方向驱动装置1，则在通过电 动马达5R、5L使左右的旋转部件4R、4L的旋转方向或(及)旋转 速度相互不同时，相对于因旋转部件4R、4L的旋转力而产生的圆周 (切线)方向的力，与该力正交方向的分力作用在主轮2中的自由 辊3R、3L的抵接面(接触面)上。通过该分力，在主轮2的外表面 作用有使其扭转的力，即围绕主轮2的截面中心线(C)的旋转驱动 力，主轮2围绕截面中心线(C)旋转。
该主轮2围绕截面中心线(C)的旋转是由旋转部件4R、4L彼 此的旋转速度差确定的。例如，在使旋转部件4R、4L相互以同一速 度逆向旋转时，主轮2不围绕中心轴线B(对称轴线)旋转，而是 围绕截面中心线(C)旋转。由此，在主轮2上施加有与主轮2的中 心轴线B方向相同，即左右方向的驱动力。
这样，通过电动马达5R、5L分别控制旋转部件4R、4L的旋转 速度及旋转方向，由此，主轮2能够在平面上向全方向移动。
图7表示本发明的全方向移动车的一个实施方式。本实施方式 的全方向移动车，在下方开口的箱状的车身11上能够向全方向转动 地设有行驶用球体12。行驶用球体12的下部区域通过车身11的下 方开口部111向下方露出，能够转动地与行驶面100接触。行驶用 球体12通过设在车身11的下方开口部111附近的支承球14而不会 从车身11向下方脱落。
在车身11内以位于行驶用球体12的上方部的形态配置有全方 向驱动装置1。全方向驱动装置1是将基体7固定在车身11上，并 从车身11吊下固定的。通过该吊下固定，全方向驱动装置1的主轮 2通过由摩擦力产生的转矩传递关系与行驶用球体12的球面接触。
由此，行驶用球体12通过全方向驱动装置1被全方向转动驱动， 车身11在全方向上移动。
主轮2相对于行驶用球体12的球面的接触压通过车身11、全方 向驱动装置1的自重以及车身11的载重负荷得到。
图8表示使用全方向驱动装置1的本发明的全方向移动车的其 他实施方式。
本实施方式的全方向移动车，在全方向驱动装置1的基体7的 两侧(固定侧部件7A和可动侧部件7B)大致水平地安装有左右一 对踏板34。在基体7(固定侧部件7A)上固定有杆35的下端部。 在杆35的上端安装有把手36。
该全方向移动车如独轮车那样，主轮2直接接地，使脚放置在 左右一对踏板34上，通过手握持把手36进行使用。
在该实施方式中，通过左右的旋转部件4R、4L的旋转控制，能 够在行驶面100上作用全方向的驱动力。
图9及10与图8的实施例相同，但在主轮2的结构方面与该实 施例不同。本实施方式的主轮2具有：圆环轴体22；能够围绕各该 圆环轴体22的切线方向轴线旋转地安装在圆环轴体22上、与使驱 动力作用的对象物接触的多个套筒25。
更详细地说，在圆环轴体22上嵌合有周方向不能移动且不能旋 转的多个内部套筒23。将金属轴承24一体结合而成的套筒25能够 旋转地安装在各内部套筒23上。套筒25是与使驱动力作用的对象 物接触的自由辊，连成一串地安装在圆环轴体22上，能够分别围绕 圆环轴体46的切线方向轴线即围绕与截面中心线(C)同等的轴线 旋转，进一步换言之，能够围绕各套筒25自身的中心轴线旋转。
该实施方式的主轮2的截面中心线是将套筒25的旋转轴线彼此 连结成环状的中心线，主轮2围绕截面中心线(C)的旋转能够通过 套筒25自身的旋转(自转)得到。
在该实施方式的主轮2中，通过与和旋转部件4R、4L一起旋转 移动的自由辊3R、3L的接触，套筒25围绕圆环轴体22(围绕截面 中心线(C))旋转，能够使向左右方向的驱动力作用在接地面上， 并且，通过基于主轮2整体的旋转而产生的脚轮21的圆周方向移动， 能够使向前后方向的驱动力作用在接地面上。
该情况下，在主轮2上总是作用有驱动力，为了避免发生空滑， 可以总使至少一个第一自由辊14及/或至少一个第二自由辊15与套 筒25滚动接触。在本实施例的情况下，由于沿第一及第二移动体的 移动方向的长度大致相同，所以，可以适当地对第一及第二自由辊 14、15相对于套筒25沿移动体的移动方向的配列密度进行设定，并 且可以将第一自由辊及/或第二自由辊的个数设置得比套筒25多。或 者，第一自由辊及/或第二自由辊沿第二移动体的移动方向的配列密 度可以设定得比套筒25的对应的配列密度高。
图11表示本发明的全方向驱动装置及全方向移动车的其他实施 方式。此外，在图11中，与图7对应的部分标注与图7相同的符号， 省略其说明。
本实施方式的全方向驱动装置及全方向移动车具有：在基体(车 身11)上以规定的车轮间隔分别能够旋转地配置的两个旋转轮装置 41、42；和相当于上述实施方式的主轮2的无限轨道体43。
旋转车轮装置具有：以规定的轴线方向间隔配置、能够相互围 绕同一中心轴线旋转地由基体7支承的左右的旋转部件4R、4L；安 装在基体7上且能够个别旋转驱动左右的旋转部件4R、4L的电动马 达(省略图示)；围绕左右的旋转部件4R、4L的各圆周安装的多个 自由辊3R、3L。旋转车轮装置是与图1、图2所示的旋转部分相同 的机构。
无限轨道体43配置在左右的旋转部件4R、4L之间，且以从轴 线方向两侧由左右的旋转部件4R、4L的自由辊3R、3L夹持的方式 架设在两个旋转轮装置41、42之间。
无限轨道体43是，例如，将图9所示的主轮2的圆环轴体22 置换成挠性环状芯体，在其上能够旋转(自转)地安装多个套筒25 并连成一串而形成的。无限轨道体43通过套筒25赋予圆形的横截 面形状，以该圆形的横截面形状的中心为中心能够旋转。无限轨道 体43在旋转轮装置41和42的通道部与行驶用球体12接触。
自由辊3R、3L自由旋转地围绕中心轴线设置，该中心轴线是卷 绕在旋转轮装置41、42上的部分中的无限轨道体43的中心轴线， 即相对于围绕与旋转部件4R、4L的中心轴线实质上相同的中心轴线 旋转的方向，既不正交也不平行的方向上延伸的中心轴线。自由辊 3R、3L与无限轨道体43的外表面(套筒25的外周面)接触。
在本实施方式中，通过套筒25的自转，能够使向左右方向的驱 动力作用在行驶用球体12上，并且，通过无限轨道体43的旋转车 轮装置41、42间的行驶，能够使向前后方向的驱动力作用在行驶用 球体12上。
以上，对本发明的特定的实施例进行了说明，但是只要本领域 技术人员能够容易理解，可以在不脱离本发明的发明概念的条件下 进行各种变形、变更，本发明的发明概念如附加的权利要求书记载 的那样。另外，作为基于巴黎公约的主张优先权的基础的日本国申 请，其所提及的内容也为本申请的一部分。