Drive type spherical roller

本発明は、球状ローラに関し、特に駆動可能な球状ローラに関するものである。

球状ローラは、ベアリングの構成部材やボールペンのペン先として用いられている。 また、回転量を検出する装置として特許文献１のように球状ローラを用いることがある。

特開平０３−２７７３２号公報

ところで、球状ローラはロボットの足部のような軸部の底面に装着させてタイヤやコロとして使用することができる。 特に球状ローラは、特にローラの向きを変えることなく様々な方向に回転可能であるため、一方向に回転するタイヤと比較して自由度を有する点で優れている。

しかしながら、接触面積が小さく凹凸の多い路面において移動する際には必ずしも十分な回転力が得られていないことがあった。 すなわち、移動時に球状ローラが回転せずに他の部分の移動の障害になることが生じていた。

そこで、本発明の目的は、接触面積が小さく凹凸の多い路面において移動する際に十分に回転することのできる球状ローラを提供し、他の部分の移動の障害とならない球状ローラを提供することにある。

本発明に係る駆動式球状ローラは、球形の球状ローラと、前記球状ローラが水平下方向に突設するように下面に円形の開口部が設けられた筐体と、前記筐体内部の前記球状ローラの上側部に回転自在に接する支持ローラと、前記筐体内に配置されて駆動モータによって駆動されて前記球状ローラを直上から前記支持ローラの回転方向と９０度異なる方向に回転して摩擦駆動する駆動ローラとから構成されて、前記球状ローラを駆動して前記筐体を移動させる。

さらに、前記駆動モータは前記駆動ローラと一体に構成されて、前記駆動ローラが前記球状ローラに接する位置と前記球状ローラから離間した位置とを移動できるようにピニオンギアが取付けられたシフトモータと、前記ピニオンギアと係合してピニオンギアの回転によって移動をさせるラックを備えてもよい。

また、前記球状ローラが筐体内に複数個配置されてもよい。 加えて、前記複数の球状ローラは、前記駆動ローラの回転方向に沿って直列に配置されることを特徴とする。

続いて、前記複数の球状ローラは、完全に同期して回転することを特徴とする。

本発明に係る本発明に係る駆動式球状ローラは、球形の球状ローラと、前記球状ローラが水平下方向に突設するように下面に円形の開口部が設けられた筐体と、前記筐体内部の前記球状ローラの上側部に回転自在に接する支持ローラと、前記筐体内に配置されて駆動モータによって駆動されて前記球状ローラを直上から前記支持ローラの回転方向と９０度異なる方向に回転して摩擦駆動する駆動ローラとから構成されて、前記球状ローラを駆動して前記筐体を移動させることで、接触面積が小さく凹凸の多い路面において移動する際に十分に回転することのできる球状ローラを提供し、他の部分の移動の障害とならない。

さらに、前記駆動モータは前記駆動ローラと一体に構成されて、前記駆動ローラが前記球状ローラに接する位置と前記球状ローラから離間した位置とを移動できるようにピニオンギアが取付けられたシフトモータと、前記ピニオンギアと係合してピニオンギアの回転によって移動をさせるラックを備えることで、進行方向に駆動する場合は、前記駆動モータで駆動させ、進行方向と異なる場合は、前記駆動モータが前記駆動ローラと一体に構成されて前記球状ローラに接する位置と前記球状ローラから離間させることで、自由自在な方向への転がりが可能となる。

また、前記球状ローラが筐体内に複数個配置されることでより強力に球状ローラを駆動することが可能となる。

加えて、前記複数の球状ローラは、前記駆動ローラの回転方向に沿って直列に配置されることで、同一方向へ駆動力を集中させることができる。

続いて、前記複数の球状ローラは、完全に同期して回転することを特徴とすることで、同時同一の力が複数の球状ローラに伝達される。

以下、図面により本発明の実施形態としての駆動式球状ローラについて説明すると、図１はその実施形態の駆動式球状ローラの全体傾斜図、図２、図３はその実施形態の駆動式球状ローラの側面図であり、図２は、駆動ローラと球状ローラが離間している場合であり、図３は駆動ローラと球状ローラが接触している場合である。

図４は、本発明に係る駆動式球状ローラを適用したロボットの全体図である。

まず、図１について実施形態について説明する。 本発明の実施形態としての駆動式球状ローラ１は球形の球状ローラ２と、前記球状ローラ２が水平下方向に突設するように下面に円形の開口部４が設けられた筐体６と、前記筐体６内部の前記球状ローラ２の上側部に回転自在に接する支持ローラ８と、前記筐体６内に配置されて駆動モータ１０によって駆動されて前記球状ローラ２を直上から前記支持ローラ８の回転方向と９０度異なる方向に回転して摩擦駆動する駆動ローラ１２を備える。

前記球状ローラ２は、筐体６に設けられる支持ローラ８の他に図示しない第３支持ローラによって両側面の上部から回転可能に固定される。 支持ローラ８と第３支持ローラは、いずれも前記球状ローラ２の形状に適合して中心が円形に窪み両端部が突設する形状から構成されて軸部を有し、外形ローラが回転するよう構成される。

本実施例では、筐体６の底部に更に隣接して第二開口部１４が設けられて第二球状ローラ１６が挿入される。

なお、開口部４と開口部１４はその内周に球状ローラ２と第二球状ローラ１６を支持する支持リブ２５、２６が設けられる。

第二球状ローラ１６は、筐体６から突設されて側方から回転可能に接触する第二支持ローラ１８によって支持され、同じく筐体６から突設されて他方の側方から図示されないが接触する第四支持ローラによっても回転可能に支持される。 この第二支持ローラ１８と第四支持ローラは第二球状ローラ１６の形状に従って中心が円形に窪み両端部が突設する形状から構成される。

第二球状ローラ１６は、さらに直上から第二駆動ローラ２０によって接触して支持される。

ここで、第二駆動ローラ２０は、駆動ローラ１２とともに駆動ローラ支持部２２に挟持される。 駆動ローラ支持部２２は、その内部に駆動モータ１０とシフトモータ２４を内蔵し、駆動ローラ支持部２２の一端部に駆動ローラ１２を軸支して、他端に第二駆動ローラ２０が軸支されて、進行方向に駆動ローラ１２と第二駆動ローラ２０とが直列する配置となる。

駆動ローラ１２と第二駆動ローラ２０とはいずれも駆動ローラ支持部２２に内蔵される駆動モータ１０によってチェーンまたは歯車で連結されて駆動される。 すなわち、駆動モータ１０は、駆動ローラ１２と第二駆動ローラ２０をそれぞれ介して前記球状ローラ２と第二球状ローラ１６を同期させて駆動させる。

一方、駆動ローラ支持部２２は、筐体６内を球状ローラ２と第２球状ローラ１６に対して接触する位置と、非接触となる位置を上下移動できるようにシフトモータ２４とシフトモータ２４に設けられるピニオンギアと筐体６に設けられるラックギアとが、設けられる。

なお、筐体６は上部体２８とピン３０によってピン結合されている。

続いて、図２、３を用いて本発明の動作について説明する。

図２は、本発明に係る駆動式球状ローラ１において、駆動ローラ１２と球状ローラ２との間に間隙が設けられて非接触状態を示す。 この状態では、球状ローラ２は駆動ローラ１２によって拘束されない。 このため、球状ローラ２は自由自在にあらゆる方向に対して回転が可能となる。

但し、駆動力は伝達されていないため、障害があり駆動力を必要とする場合は回転できない場合もある。

これに対して、図３には本発明に係る駆動式球状ローラ１において、駆動ローラ１２と球状ローラ２との間が密着された接触状態を示す。 この状態では、球状ローラ２は駆動ローラ１２によって拘束される。 すなわち、球状ローラ２と第２球状ローラ１６を結ぶ直線方向に移動する場合に用いられる状態である。 さらに、駆動モータ１０と駆動ローラ１２と第二駆動ローラ２０とによって、球状ローラ２と第二球状ローラ１６とが駆動されるため駆動力が増大し、例えば床面に多少の凹凸や駆動の障害となる状態があっても球状ローラ２と第二球状ローラ１６を回転駆動させることが容易となる。

続いて、本発明を適用したロボットの全体図を図４に示す。

本発明に係るロボットは、円筒形状の躯体部である胴体３２に対して、その上部に半球状で長軸方向を軸にして回転可能に投影用のレンズを含む頭部３４が配置される。

投影用のレンズは、半球形状の頭部３４の一方に開口された開口部から投影用のレンズが露出するように配置され、開口部に対して鉛直方向に仰角を変更できるように設定される。 投影用のレンズはレンズモータ駆動部（図示せず）によって仰角が制御される。

また、頭部３４自体は胴体３２に対して３６０度回転可能に設定される。 頭部３４は頭部モータ駆動部（図示せず）によって回転制御される。

さらに胴体３２と垂直となる肩部の水平軸上に回動可能な腕部３６、３８が配置される。 腕部３６、３８は、肩用モータ駆動部（図示せず）に接続される右肩部モータ（図示せず）と左肩部モータ（図示せず）によって駆動される。

腕部３６、３８の先端には車輪４０、４２（図示せず）を内蔵する手部４４、４６（図示せず）が設けられる。 この車輪４０、４２は手足用モータ駆動部（図示せず）に接続される右手部モータ（図示せず）と、左手部モータ（図示せず）によって駆動される。

また、胴体３２の下側に足部４８が配置される。 足部４８には本発明に係る駆動式球状ローラ１がピン３０によって結合される。

ここで、車輪４０、４２が前進、後進の場合に、駆動ローラ１２と球状ローラ２との間が密着して接触状態となる図３の状態に設定される。 特に足部４８が進行方向に対して先頭となった場合に進行障害が発生するような場合でも駆動力によって進行が可能となる。

一方、車輪４０が進行で車輪４２が後退するような場合は、駆動ローラ１２と球状ローラ２との間が離間されて図２の状態に設定される。 この場合、球状ローラ２と第２球状ローラ１６に対して、その直列する方向ではなく横方向の移動が発生し、これら球状ローラ２と第２球状ローラ１６が自由な方向に回転する必要が生じる。 このため、駆動ローラ１２等による拘束からも解除される必要が発生する。

本発明に係るその実施形態の駆動式球状ローラの全体傾斜図である。

本発明に係るその実施形態の駆動式球状ローラの側面図である。

本発明に係るその実施形態の駆動式球状ローラの側面図である。

本発明に係る駆動式球状ローラを適用したロボットの全体図である。

符号の説明

１ 駆動式球状ローラ２ 球状ローラ４ 開口部６ 筐体８ 支持ローラ１０ 駆動モータ１２ 駆動ローラ１４ 開口部１６ 第二球状ローラ２５、２６ 支持リブ１８ 第二支持ローラ２０ 第二駆動ローラ２２ 駆動ローラ支持部２４ シフトモータ２８ 上部体３０ ピン３２ 胴体３４ 頭部３６、３８ 腕部４０、４２ 車輪（図示せず）
４４、４６ 手部（図示せず）