WO2011155485A1 - トロコイド駆動機構 - Google Patents

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WO2011155485A1
WO2011155485A1 PCT/JP2011/063036 JP2011063036W WO2011155485A1 WO 2011155485 A1 WO2011155485 A1 WO 2011155485A1 JP 2011063036 W JP2011063036 W JP 2011063036W WO 2011155485 A1 WO2011155485 A1 WO 2011155485A1
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WO
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steering
shaft
action
wheel
drive
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/063036
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English (en)
French (fr)
Inventor
前田太郎
安藤英由樹
Original Assignee
国立大学法人大阪大学
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Publication date
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Priority to US13/702,451 priority patent/US8757316B2/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D3/00—Steering gears
    • B62D3/02—Steering gears mechanical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
    • B63H1/02—Propulsive elements directly acting on water of rotary type
    • B63H1/04—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction
    • B63H1/06—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction with adjustable vanes or blades
    • B63H1/08—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction with adjustable vanes or blades with cyclic adjustment
    • B63H1/10—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction with adjustable vanes or blades with cyclic adjustment of Voith Schneider type, i.e. with blades extending axially from a disc-shaped rotary body
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C11/00—Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D35/00—Transmitting power from power plant to propellers or rotors; Arrangements of transmissions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/20—Control lever and linkage systems
    • Y10T74/20012—Multiple controlled elements

Definitions

  • the present invention relates to a trochoid drive mechanism that moves an action part physically related to the outside in a trajectory along a trochoid curve.
  • a trochoid propulsion mechanism is used to drive a seat-type automobile having eight casters exposed at the bottom and a pair of anti-slip wheels in an omnidirectional manner on the floor.
  • This mechanism makes it possible to steer the direction of rotation of eight casters evenly arranged around the pivot axis of a swiveling cylinder with tie rods engaged with the casters.
  • the tie rods corresponding to the respective casters are configured so as to be integrally rotatable at the center base, and when the position of the center base coincides with the pivot axis, the cylinder is simply swiveled.
  • the traveling vehicle is in a stopped state, and on the other hand, if the steering operation is performed so that the position of the center base is decentered on the horizontal plane from the pivot axis, the traveling vehicle translates in an eccentric direction on the floor surface while rotating the casters.
  • Non-Patent Documents 1 and 2 and Patent Documents 2 and 3 disclose a propulsion mechanism having the same propulsion principle as that of a helicopter, cycloidal or propeller, and having axial symmetry and omnidirectionality. A mechanism for continuously shifting the translation speed is described.
  • Non-Patent Document 3 describes a glide propulsion method that mechanically approximates the propulsion mode of a living snake.
  • Non-Patent Document 3 it is necessary to always control the rudder angle in accordance with the moving speed in the direction orthogonal to the traveling direction. To realize this by electronic control, increase the number of actuators and control the number of actuators. The complexity of the system, control accuracy, etc. are required, and the height of the request is a problem.
  • An object of the present invention has been made in view of the above, and is to provide a trochoid drive mechanism capable of realizing a geometric complete solution of a trochoid curve by a mechanism composed of simple mechanical elements.
  • a trochoidal drive mechanism includes a trochoidal drive that includes an action part that rotates around a drive shaft, and a steering part that is provided with the action part and is capable of relative movement in a two-dimensional direction on the turning surface.
  • the action portion includes a plurality of action members that are arranged on a predetermined radius and circumferentially from the drive shaft, and are respectively turnable on a steering shaft that is parallel to the drive shaft.
  • the steering unit includes a link mechanism that rotates the action members around the steering shaft, and the link mechanism has a predetermined length, and the length direction of the link mechanism is directed toward the radial direction of the steering shaft.
  • a plurality of peripheral portions of the steering unit in a state A plurality of connecting portions provided corresponding to the respective steering shafts are rotatably attached to the corresponding moving bodies at positions separated by a predetermined distance from the steering shaft to one of the front and rear sides in the rotational direction. It is characterized by that.
  • the action part is physically related to the outside by turning around the drive shaft.
  • fins which are propelled in all directions with respect to the outside, on the water, and underwater (fluid) (Wings) or propellers can be considered.
  • a windmill or water turbine it can also be applied to the purpose of extracting the rotational force from the fluid flow that is external, through the fins, far more than conventional systems A stable rotational force can be extracted from a fluid that changes over a wide range of speed.
  • the steering unit rotates with the turning of the action unit.
  • the steering unit can be relatively moved in a two-dimensional direction on the turning surface, and can be operated so as to move along the trochoidal curve with respect to the action member of the action unit using a link mechanism.
  • a link mechanism Become.
  • the operation will be described as follows when the operation member is a wheel that travels on the floor surface.
  • the wheels that roll on the floor surface can be steered to the steering shaft, which is a vertical shaft that is equidistant from the drive shaft and evenly provided in the circumferential direction. Is provided. If there is no steering operation, each wheel only turns around the drive axis on the floor surface along the turning direction.
  • the link mechanism of the steering unit rotates each action member around the steering shaft.
  • the connecting part of the steering unit connected to the moving body in a state where there is no steering operation, that is, in a state where the turning center of the steering unit coincides with the drive shaft, the connecting part of the steering unit connected to the moving body is one of the front and rear in the turning direction from the steering shaft.
  • the position is separated by a predetermined distance to the side, and the predetermined distance is changed in accordance with the steering so as to translate on the floor surface.
  • the connection portion of the steering unit is connected to the moving body. Therefore, it is always the tangential direction of the wheel as seen from the steering shaft.
  • the wheel in a state where there is no steering operation, by separating the connecting position between the steering shaft and the connecting portion for steering by a predetermined distance, the wheel is set to satisfy the geometric complete solution of the trochoid curve.
  • a steering operation can be performed.
  • the structure for this purpose is also realized by a mechanical element called a simple link mechanism that uses only a guide body having a predetermined length and a movable body that can move on the guide body along the length direction.
  • an omnidirectional moving mechanism with multiple wheels arranged on the circumference around a vertical drive shaft.
  • This mechanism has the same propulsion principle as helicopters, cycloidals, and propellers, and is an axisymmetric and omnidirectional propulsion mechanism. As a feature, it is a mechanism that continuously shifts the translation speed with respect to shaft rotation. Also works.
  • FIG. 1 is a diagram showing a steering angle required for each wheel in the same mechanism when translating in a specific direction at a constant angular velocity ⁇ .
  • Each wheel is located at a radius rd from the central axis O (corresponding to the drive shaft and drive shafts 22a and 22b described later).
  • the speed vector is a tangential speed vd around the drive shaft of each wheel, a translational speed vm at the center of rotation, and a traveling speed vw of each passive wheel.
  • this rotation mechanism is established as a mechanism for generating a geometrically complete trochoidal curve, and the previous omnidirectional propulsion mechanism It can be said that the request is satisfied.
  • the connecting member may be provided on either side of the steering shaft in the front-rear direction.
  • FIG. 2 is a diagram conceptually showing an example of a propulsion mechanism using a trochoid curve, where (a) is a plan view, (b) is a side view, and (c) is a front view.
  • FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining the similarity relationship between the speed vector and the link connection as viewed from around the wheel steering angle mechanism as the rotation system, where FIG. 3A shows the speed relationship, and FIG. 3B shows the link connection.
  • FIG. 3A shows the speed relationship
  • FIG. 3B shows the link connection.
  • the steering angle of each wheel WH is determined by the eccentric movement of the steering link plate NL relative to the main arm MA for turning each wheel WH.
  • the eccentric movement is assumed to use a cross beam slider IS.
  • the steering link plate NL is connected to the main arm MA by a linear slider LS arranged in a cross beam shape of the cross beam slider IS, and can horizontally move the center of rotation while being rotated, that is, rotating in the same phase.
  • the tip position and the turning center are connected by a linear slider LS, and the apparatus is configured such that the axial direction thereof is the steering angle direction of the wheel WH.
  • the apparatus is configured such that the axial direction thereof is the steering angle direction of the wheel WH.
  • vd and d0, vm and dm, vw and dw are geometrically corresponding to each other, and from this, dw and vw of the wheel WH, that is, the rudder.
  • the translation speed vm in this system can be arbitrarily set continuously in all directions by the amount of eccentricity dm and its eccentric direction.
  • This link structure shows a behavior similar to that of “Vertical ⁇ ⁇ Paddle Propeller Wheel” described in Non-Patent Document 2 at the time of operation, but (i) the amount of eccentricity is variable, and (ii) variable amount of eccentricity.
  • this mechanism can increase the wheel diameter more easily by using a normal wheel as a driven wheel without using a complicated omni wheel as a system that moves the wheel in all directions in a plane. As a result, the resistance to bumps (an uneven surface) is high. Further, since there is no drive transmission system to the shaft of the wheel WH, it is easy to mount a suspension with a large stroke depending on the mounting of the suspension and the application. In addition, even when this mechanism is applied to a product that takes out fins and rotational force, the physical force (propulsive force and rotational force) from the outside can be adjusted by adjusting the direction of the fins that are acting members in the same way. Can be taken out efficiently.
  • the geometric complete solution of the trochoid curve can be realized by a mechanism composed of simple machine elements.
  • FIG. 2 is a diagram conceptually showing an example of a propulsion mechanism using a trochoid curve, where (a) is a plan view, (b) is a side view, and (c) is a front view. It is a figure for demonstrating the similarity relationship of the speed vector and link connection seen from the wheel steering angle mechanism periphery as a rotation system, (a) is a figure which shows speed relationship, (b) is a figure which shows link connection.
  • (A) shows the case of the low speed range state vm ⁇ vd
  • (b) shows the case of the high speed range state.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the detailed structure of one Embodiment of an outer side wheel part. It is a figure explaining the structure which shows an example of a slide part, (a) is side sectional drawing, (b) is a perspective view which shows an example of a slide board. It is a perspective view explaining the mechanism of an eccentric drive part. It is a perspective view explaining the rotational drive of the drive shaft in the upper and lower sides of an eccentric drive part. It is an upper perspective view of an inner side wheel part. It is a downward perspective view of an inner side wheel part. It is a fragmentary perspective view for demonstrating the structure of a steering link part.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating camber angle control, in which (a) is a diagram for explaining the camber angle, and (b) is a diagram for explaining angle adjustment using a link system of camber angles accompanying rotation of a wheel. . It is a figure which shows schematically the mechanism for camber angle adjustment control.
  • the trochoid drive mechanism comprises: an action part that rotates around a drive axis; and a steering part that rotates together with the action part and is capable of relative movement in a two-dimensional direction on the turning surface.
  • the action portion includes a plurality of action members that are arranged on a predetermined radius and circumferentially from the drive shaft, and each of the action portions is rotatably provided on a steering shaft that is parallel to the drive shaft.
  • a link mechanism for rotating the action members around the steering shaft, the link mechanism having a predetermined length, and the length direction of the link mechanism is attached to the steering shaft in a radial direction of the steering shaft.
  • a plurality of connecting portions provided corresponding to the rudder shaft are rotatably attached to the corresponding moving body at a position separated by a predetermined distance from the steering shaft to one of the front and rear sides in the rotation direction.
  • the action unit is physically related to the outside by turning around the drive shaft.
  • fins which are propelled in all directions with respect to the outside, on the water, and underwater (fluid) (Wings) or propellers can be considered.
  • a windmill or water turbine it can also be applied to the purpose of extracting the rotational force from the fluid flow that is external, through the fins, far more than conventional systems A stable rotational force can be extracted from a fluid that changes over a wide range of speed.
  • the steering unit rotates with the turning of the action unit.
  • the steering unit can be relatively moved in a two-dimensional direction on the turning surface, and can be operated so as to move along the trochoidal curve with respect to the action member of the action unit using a link mechanism.
  • a link mechanism Become.
  • the operation will be described as follows when the operation member is a wheel that travels on the floor surface.
  • the wheels that roll on the floor surface can be steered to the steering shaft, which is a vertical shaft that is equidistant from the drive shaft and evenly provided in the circumferential direction. Is provided. If there is no steering operation, each wheel only turns around the drive axis on the floor surface along the turning direction.
  • the link mechanism of the steering unit rotates each action member around the steering shaft.
  • the connecting part of the steering unit connected to the moving body in a state where there is no steering operation, that is, in a state where the turning center of the steering unit coincides with the drive shaft, the connecting part of the steering unit connected to the moving body is one of the front and rear in the turning direction from the steering shaft.
  • the position is separated by a predetermined distance to the side, and the predetermined distance is changed in accordance with the steering so as to translate on the floor surface.
  • the connection portion of the steering unit is connected to the moving body. Therefore, it is always the tangential direction of the wheel as seen from the steering shaft.
  • the wheel in a state where there is no steering operation, by separating the connecting position between the steering shaft and the connecting portion for steering by a predetermined distance, the wheel is set to satisfy the geometric complete solution of the trochoid curve.
  • a steering operation can be performed.
  • the structure for this purpose is also realized by a mechanical element called a simple link mechanism that uses only a guide body having a predetermined length and a movable body that can move on the guide body along the length direction.
  • the steering unit has an operation shaft at a rotation center, and the action unit engages with the operation shaft and moves the steering unit in the two-dimensional direction. It is preferable to have. According to this configuration, when the operation shaft is moved in the two-dimensional direction, that is, decentered, eccentricity corresponding to the amount of eccentricity is made between the operation shaft and the operation portion. Therefore, when this mechanism is applied to a moving body, it is possible to move in all directions by an operation instruction in a two-dimensional direction to the operation unit.
  • the trochoid drive mechanism includes a drive source for turning the action portion, and the action member is supported by an axis orthogonal to the steering shaft and has wheels that roll on a surface.
  • the turning speed may be a constant speed, but may be an adjustable variable type that allows adjustment of translation speed and moving torque.
  • the translational speed of the action portion can be continuously adjusted in magnitude as compared with the rolling speed of the wheel according to the two-dimensional separation distance of the drive shaft from the drive shaft. It is preferable to do.
  • the case where the translation speed is larger and smaller than the rolling speed of the wheel, that is, the correspondence to the low speed region and the correspondence to the high speed region in the translation speed will be described.
  • FIG. 4 illustrates the relationship between the rotation angle ⁇ and the steering angle of the wheel as seen from the rotation diameter in the low speed region state vm ⁇ vd and the high speed region state vm> vd, and the trajectory of the wheel in the stationary system in the XY plane.
  • (A) is a case where the low speed region state vm ⁇ vd
  • (b) is a case where the high speed region state vm> vd.
  • the steering angle when viewed from the rotating system, the steering angle reciprocates in (a), whereas the steering angle rotates in (b).
  • the steering angle rotates with respect to the traveling direction in (a), but the steering angle reciprocates with respect to the traveling direction in (b).
  • the use range of the trochoid curve shown in Patent Document 1 is only a low speed range, and this is limited to use under the condition of vm ⁇ vd in FIG.
  • the reason for this is that the consideration has been advanced in the form of a transition from a state in which the translational speed vm is zero, and along with this, consideration has been made regarding the limit angle of the rudder angle as a torque component from a stationary state.
  • it is considered that it was meaningful to mechanically avoid a sudden change in the rudder angle direction that occurs in the vicinity of vm vd.
  • the complexity of the rotation mechanism is due to the fact that the translation speed vm is limited to a low setting.
  • this mechanism is a system that constitutively determines the speed ratio, and it is misleading to the behavior of the system to image the correspondence of the component limit angles in the stationary system as they are during driving. Therefore, under the condition that there is a sufficient initial translation speed, not when starting from a stationary state, the system should behave as a system that realizes smooth translation in the high speed region under the condition of vm> vd in FIG. Is possible. Regarding the operating characteristics under such conditions, analysis as glide propulsion is performed in Non-Patent Document 3, and the operation of this mechanism is also in accordance with this.
  • it can be avoided by adjusting the moment when vm vd during the translational speed change to the point of passing between the phase angle differences between the wheels WH. Accordingly, it is possible to continuously change the speed from the condition of vm ⁇ vd to the condition of vm> vd (or vice versa), that is, it is possible to continuously cope with a very wide speed range.
  • an indicator that outputs a signal indicating an eccentric direction and an eccentric amount of the operation shaft, and an instruction signal from the indicator
  • the operation shaft is eccentric by a corresponding direction and amount. It is preferable to provide an eccentric drive unit. According to this configuration, when the operator receives an instruction signal instructed by the operator via the indicator, the operation shaft is eccentric by a direction and an amount corresponding to the instruction content, and moves in the instruction direction at the instruction speed. To do.
  • the action portion includes first and second action portions in which the predetermined radii in the drive shaft are respectively set, and the first action portion is the second action.
  • the operating portion is rotated in a reverse direction relative to the portion and at a speed ratio that is inversely proportional to the dimension ratio of each predetermined radius set, and the steering portion has first and second drive shafts.
  • the first drive shaft is engaged with the first action part
  • the second drive shaft is engaged with the second action part.
  • this mechanism is applied to a coaxial aspect or a tandem aspect, rather than an aspect in which a single action portion and a rotation restricting wheel are provided.
  • the first action part and the second action part rotate the wheels in opposite directions and rotate at a speed ratio that is inversely proportional to the size ratio of each predetermined radius, so that rotation regulation and translational movement are realized.
  • the first and second action portions are arranged coaxially and vertically in the height direction, and the wheels of the first and second action portions have the same height. It is preferable to arrange in the position.
  • the first and second steering shafts can be provided coaxially and individually above and below, so that the steering unit can be reduced in size.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining design conditions for sharing the amount of eccentricity of the steering link plate and the translation speed in the counter-rotating configuration.
  • Inner Wheels is an inner mechanism part arranged concentrically
  • Outer Wheels is a mechanism part arranged on the outer side thereof.
  • this mechanism in order to suppress the rotation of the mobile device body due to the driving reaction force, as in the case of a helicopter, a follower wheel corresponding to the tail rotor is used, or a tandem type structure with the same structure and a counter-rotating mechanism as a pair is used. Measures such as taking are necessary.
  • a counter-rotating configuration in which the first and second action portions are coaxially arranged will be considered.
  • the wheels rotating in the opposite directions of both working parts are forced to move on the circumferences of two different radii.
  • the conditions can be designed as follows based on the relationship between the amount of eccentricity and the translation speed.
  • This large and small mirror image structure is overlapped with the central axis coaxial, and the rotational center between the steering link plates NL is coupled to give eccentricity from the central axis while applying a reverse driving force to both central axes.
  • a counter-rotating mechanism that meets the above requirements can be realized.
  • the exclusive space of the moving mechanism can be designed in a cylindrical area, and the omnidirectional symmetry of the obstacle clearance when moving on a plane and the attitude change around the axis of the moving mechanism by the axially symmetric structure are easily realized It is possible to expect a high applied effect to an omnidirectional wheel mobile robot.
  • the first and second action portions have substantially the same shape and are spaced apart from each other by a predetermined dimension.
  • the above-described tandem mode can be employed. More specifically, the mechanism in which the ratio of the displacement amount dm and the offset amount d0 coincides with the translational velocity vm and the tangential velocity vd and the displacement amount dm can be taken in any place in the system is designed. Brings a lot of freedom.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view schematically showing an embodiment in which the trochoid drive mechanism according to the present invention is applied to a propulsion mechanism having wheels.
  • the propulsion mechanism 1 includes an outer wheel portion 10, an eccentric drive portion 20, and an inner wheel portion 30.
  • the outer wheel portion 10, the eccentric drive portion 20, and the inner wheel portion 30 are arranged coaxially in this order.
  • the internal structure of the eccentric drive unit 20 is omitted, and details thereof are shown in FIGS. 9 and 10.
  • the outer wheel portion 10 includes a top plate 11 having a substantially triangular shape corresponding to a main arm, and an upper annular body 12 and a lower annular body 13 having substantially the same shape and arranged in parallel at a predetermined distance. And a support body 14 for connecting and supporting the top plate 11, the upper annular body 12, and the lower annular body 13, and a wheel portion 15. These structures function as an action part. Further, the outer wheel portion 10 includes a steering link portion 16.
  • the eccentric drive unit 20 may have a predetermined shape, for example, a cylindrical shape.
  • the eccentric drive unit 20 includes a frame body 21 having a rectangular parallelepiped shape, and two drives that are coaxially (concentrically) erected in the vertical direction therein.
  • the shafts 22a and 22b and a mechanism part for synchronizing the two drive shafts 22a and 22b in synchronization are disposed.
  • the eccentric drive unit 20 and the steering link unit 16 constitute a steering unit.
  • annular bearing portions 21 a and 21 b having a predetermined diameter are projected.
  • the inner wheel portion 30 basically has the same function as the outer wheel portion 10 and includes a top plate 31 and a base 32 corresponding to the main arm. These structures function as an action part. Further, the inner wheel part 30 includes a steering link part 35. The eccentric drive unit 20 and the steering link unit 35 constitute a steering unit.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a detailed structure of one embodiment of the outer wheel portion.
  • FIGS. 8A and 8B are diagrams illustrating a configuration showing an example of the slide portion, where FIG. 8A is a side sectional view and FIG. 8B is a perspective view showing an example of the slide plate.
  • the top plate 11, the upper annular body 12 and the lower annular body 13 of the outer wheel portion 10 are arranged concentrically at a predetermined interval in the vertical direction.
  • the rod-like support 14 is penetrated downward from the three vertex positions and assembled integrally.
  • the wheel portion 15 is arranged at three positions in the middle in the circumferential direction with respect to the arrangement position of the support 14, which is shifted by an angle of 60 ° in this embodiment.
  • the wheel portion 15 includes a steering shaft 151 that is supported by penetrating the upper annular body 12 and the lower annular body 13 and that can freely rotate.
  • the steering shaft 151 has a horizontal wheel shaft 152 below the lower annular body 13, and a wheel 153 having a required diameter is rotatably supported on the wheel shaft 152.
  • a necessary number of reinforcing bars 151 a and reinforcing frame bodies 151 b are appropriately provided for the purpose of reinforcing the steering shaft 151 in strength.
  • the steering link portion 16 is provided between the top plate 11 and the upper annular body 12.
  • the steering link portion 16 has a predetermined shape, here a substantially triangular steering plate 161, a base 162 fixed to the upper end of the steering shaft 151 so as to be able to rotate with the steering shaft 151, and a horizontal surface on the upper surface of the base 162.
  • the linear slider 163 arranged toward the head is provided.
  • the steering plate 161 functions as the steering link arm NL in FIG. 2, and a circular hole 161a having a predetermined diameter is formed at the center.
  • the steering operation shaft is the center of this circular hole 161a, and there is no actual shaft part, but the relative position between this shaft (the center of the circular hole 161a) and the drive shaft 22a changes.
  • the linear slider 163 includes a guide member 163a having a predetermined length and a moving member 163b that can slide on the guide member 163a.
  • the guide member 163a is fixed to the upper part of the base 162.
  • the guide member 163a is attached to the base 162 in a direction in which the length direction thereof coincides with the traveling direction of the wheel 153.
  • a rotating shaft 164 is provided upright on the upper surface of the moving member 163b. The rotating shaft 164 pivotally supports the steering plate 161 at its three vertex positions.
  • the slide portion 17 is disposed between the upper annular body 12 and the lower annular body 13.
  • the slide portion 17 has a predetermined shape, for example, a circular slide plate 171 and a cross-shaped linear slider 172 to 175.
  • the diameter of the slide plate 171 can be designed as a required diameter, but is preferably larger than the circular hole 161a formed in the steering plate 161.
  • a long hole 171a having a predetermined width and a predetermined length passing through the center is formed in the slide plate 171.
  • the outer wheel portion 10 and the eccentric drive portion 20 are assembled so that the drive shaft 22a of the eccentric drive portion 20 passes through the long hole 171a.
  • the tip of the drive shaft 22 a is fixed to the top plate 11 and transmits the rotational force transmitted from the motor 230.
  • the long hole 171a allows the slide plate 171 to translate in directions orthogonal to the top plate 11 and the steering plate 161 by penetrating the drive shaft 22a, and thereby the top plate 11 and the steering plate. It is installed so that it can be rotated while maintaining the rotation phase while allowing a two-dimensional shift of each rotation axis in a horizontal plane with respect to 161.
  • the linear sliders 172 to 175 are composed of guide members 172a to 175a and a required number (one in the figure) of moving members 172b to 175b that are slidable on the guide members 172a to 175a.
  • the linear sliders 172 and 173 are paired and directed in one direction in the horizontal direction (left and right direction in FIG. 8), and are arranged side by side with the circular hole 161a interposed therebetween.
  • the linear sliders 174 and 175 are paired so as to be directed in the horizontal direction in another direction (the depth direction in the drawing of FIG. 8) perpendicular to the one direction, and arranged side by side with the circular hole 161a therebetween. That is, as shown in FIG.
  • the guide members 172 a and 173 a of the linear sliders 172 and 173 are fixed to the upper surface of the slide plate 171, and the moving members 172 b and 173 b are fixed to the lower surface of the top plate 11.
  • the linear slider 173 is not visible.
  • the slide plate 171 can move (eccentric) in one direction with respect to the top plate 11.
  • the guide members 174 a and 175 a of the linear sliders 174 and 175 are fixed to the upper surface of the steering plate 161, and the moving members 174 b and 175 b are fixed to the lower surface of the slide plate 171.
  • the steering plate 161 can move (eccentric) in another direction perpendicular to the one direction with respect to the slide plate 171.
  • the drive shaft 22a moves in one direction and the other direction on the horizontal plane relative to the operation axis O1, that is, in all directions as a composite direction, and the steering plate 161 turns as described later.
  • the steering plate 161 moves in conjunction.
  • the operation shaft O1 when the operation shaft O1 is eccentric with respect to the drive shaft 22a, the vertex of the steering plate 161 moves. Since the three apexes of the steering plate 161 and the rotation shaft 164 are linearly engaged by the linear slider 163 constituting the link mechanism, the direction of the steering shaft 151 is thereby changed. Accordingly, when the operation shaft O1 is eccentric with respect to the drive shaft 22a, the operation plate 161 is displaced, and the rotation amount (steering amount) of the steering shaft 51 is determined by the link mechanism. The steering amount determines the tangential direction of the wheel 153.
  • the moving member 163b of the linear slider 163 is on the guide member 163a in a state where the operation shaft O1 is not decentered with respect to the drive shaft 22a.
  • the direction is designed in advance so that the position is set at a predetermined position separated from the front side in the present embodiment. Further, as will be described later, the outer wheel portion 10 is rotated at a predetermined speed by receiving a rotational driving force via the drive shaft 22a.
  • the movement along the geometrical complete solution of the trochoid curve is similar to the case where vd and d0, vm and dm, and vw and dw correspond geometrically in FIGS. 3 (a) and 3 (b).
  • FIG. 9 is a perspective view for explaining the mechanism of the eccentric drive unit 20.
  • FIG. 10 is a perspective view for explaining the rotational drive of the drive shafts 22 a and 22 b located above and below the eccentric drive unit 20.
  • the eccentric drive unit 20 includes the frame body 21 and the upper and lower drive shafts 22a and 22b.
  • the eccentric drive unit 20 applies a rotational force to the drive shafts 22a and 22b, and a base that supports the rotation drive unit 23. 24, an eccentric drive unit 25 for eccentrically positioning the base 24 on a horizontal plane, and a bottom plate 26 formed with a long hole 261 laid in a part of the lower surface of the frame body 21.
  • the eccentric drive unit 25 includes a member that enables movement in all directions on a horizontal plane disposed between the bottom surface of the base portion 24 and the bottom surface of the frame body 21, for example, a cross-shaped linear slider. As shown in FIG. 9, the eccentric drive unit 25 includes a pair of linear sliders 251 disposed in a direction parallel to the Y direction, and a pair of linear sliders 252 disposed in a direction parallel to the X direction. It has.
  • the linear slider 251 includes a guide member 251a fixed on the bottom surface of the frame body 21 and a moving member 251b that can slide on the guide member 251a.
  • the linear slider 252 is fixed on the upper surface of the moving member 251b. It is installed.
  • the linear slider 252 includes a guide member 252a fixed to the upper surface of the moving member 251b of the linear slider 251 and a moving member 252b slidable on the guide member 252a.
  • the upper surface of the moving member 252b is the base 24. It is fixed to the bottom of the.
  • the base 24 is configured to be movable with respect to the frame body 21 in the XY directions on the horizontal plane, that is, in all directions.
  • the eccentric drive unit 25 has a drive source, and a drive unit 253 for moving the moving member 251b of the linear slider 251 in the Y direction and a moving unit 252b of the linear slider 252 for moving in the X direction.
  • Each of the drive units 253 and 254 includes a member that generates a driving force, for example, motors 253a and 254a.
  • the driving force from the motor 253a reciprocates the guide member 252a (moving member 251b) in the Y direction via the rotation link structure 253b.
  • the driving force from the motor 254a reciprocates the moving member 252b in the Y direction via the rotation link structure 254b.
  • the rotation link structure includes an output arm that rotates around the output shaft of the motor, and a transmission arm that is rotatably provided at the tip of the output arm.
  • the universal member has a universal structure and is connected to the guide member. Thereby, the rotational force of the motor is reliably transmitted to the guide member via the output arm and the transmission arm, and the base 24 can be moved in the XY directions.
  • the rotation drive unit 23 is, for example, a gear as a drive source that applies a rotational force to the drive shafts 22 a and 22 b, such as a motor 230, and a transmission mechanism that transmits the rotational force of the motor 230 to the drive shafts 22 a and 22 b.
  • the gear group includes a second relay gear portion 232 to a fourth relay gear portion 234 in order from the first relay gear portion 231 disposed so as to mesh with an output gear 230b attached to the motor output shaft 230a.
  • the first relay gear unit 231 includes a rotation shaft 231a, a first gear 231b, and a second gear 231c.
  • the second relay gear unit 232 includes a rotation shaft 232a, a first gear 232b, and a second gear 232c.
  • the third relay gear unit 233 includes a rotation shaft 233a, a first gear 233b, and a second gear 233c.
  • the fourth relay gear unit 234 includes a rotation shaft 234a, a first gear 234b, and a second gear 234c.
  • the rotational force of the motor 230 is transmitted from the output gear 230b to the first gear 231b, then transmitted from the second gear 231c to the first gear 232b, and then transmitted from the second gear 232c to the first gear 233b. Then, it is transmitted from the second gear 233c to the first gear 234b.
  • the downstream side in the transmission direction of the fourth relay gear portion 234 is branched, and one transmission path proceeds to the drive shaft 22a via the fifth relay gear section 235, and the other path is the fourth relay gear. It advances from the part 234 to the drive shaft 22b.
  • the fifth relay gear portion 235 includes a rotation shaft 235a, a first gear 235b, and a second gear 235c.
  • the drive shaft 22a includes a final gear 236a.
  • the drive shaft 22b includes a final gear 237a.
  • the rotational force transmitted to the fourth relay gear unit 234 is transmitted from the second gear 234c to the first gear 235b, and then transmitted from the second gear 235c to the final gear 236a.
  • the rotational force transmitted to the fourth relay gear unit 234 is transmitted from the second gear 234c to the final gear 237a.
  • both the drive shafts 22a and 22b rotate.
  • the drive shafts 22a and 22b can be rotated at a predetermined speed ratio by adjusting and setting the ratio of each gear in advance.
  • the fifth relay gear portion 235 between the fourth relay gear portion 234 and the drive shaft 22a the rotation directions of the drive shaft 22a and the drive shaft 22b can be reversed.
  • the drive shaft 22b turns the inner wheel portion 30, and turns the outer wheel portion 10 and the inner wheel portion 30 in opposite directions by rotating the drive shafts 22a and 22b in reverse.
  • it is inversely proportional to the ratio of the distance from the drive shafts 22a22b that are coaxial to each other to the wheel position of the outer wheel part 10 and the distance to the wheel position of the inner wheel part 30 (of the outer wheel part 10). If the wheel diameter and the wheel diameter of the inner wheel portion 30 are the same), the speed ratio may be set. In addition, what is necessary is just to set also considering the ratio of a diameter, when the diameter of both wheels differs.
  • the wireless indicator 27 includes an eccentricity instruction member 271, a turning speed instruction member 272, and a transmission antenna 273.
  • the eccentricity instructing member 271 is composed of, for example, a joystick or the like, and a signal corresponding to the eccentric direction and the amount of eccentricity of the motors 253a and 254a is generated according to the tilt directions X and Y and the tilt angle, and is modulated into a radio wave signal to be an antenna. 273 to be transmitted.
  • the rotation speed instruction member 272 generates a rotation speed signal of the motor 230 according to the operation (slide) amount, and transmits it from the antenna 273.
  • a drive control unit 28 is provided at an appropriate position of the frame body 21, in the present embodiment, at an appropriate position in the base 24.
  • the drive control unit 28 includes an antenna 281 for receiving a radio wave signal from the antenna 273, and generates a drive control signal for driving the motor 230 and the motors 253a and 254a from the received signal.
  • a short-range communication method using light or ultrasonic waves may be used, or a method of preferential transmission But you can.
  • the operation is facilitated by instructing the turning speed remotely or instructing the eccentricity amount, that is, the steering direction.
  • FIG. 11 is an upper perspective view of the inner wheel portion 30.
  • FIG. 12 is a lower perspective view of the inner wheel portion 30.
  • FIG. 13 is a partial perspective view for explaining the structure of the steering link portion 35.
  • 14A and 14B are diagrams illustrating a configuration showing an example of the slide portion, where FIG. 14A is a side sectional view, and FIG. 14B is a perspective view showing an example of the slide portion 33.
  • the inner wheel portion 30 has a top plate 31 and a base plate 32 arranged concentrically at a predetermined interval in the vertical direction, and a slide portion 33 is interposed therebetween. Wheel portions 34 are provided at predetermined locations on the periphery of the base 32. Further, a steering link portion 35 is provided between the top plate 31 and the wheel portion 34.
  • the top plate 31 has a predetermined shape, for example, a substantially triangular shape, and functions as the steering link arm NL in FIG.
  • a bearing portion 311 having a predetermined diameter is projected from the center of the top plate 31, and a circular hole 312 is formed on the inner diameter side.
  • the steering operation shaft is the center of the bearing portion 311 (that is, the circular hole 312), and there is no actual shaft part, but the relative position between the shaft serving as the center and the drive shaft 22b is changed.
  • this central axis is referred to as an operation axis O2 (see FIG. 14).
  • the wheel portion 34 has a steering shaft 341 that penetrates the base 32 in the vertical direction and is pivotally supported with respect to the base 32.
  • the steering shaft 341 has a horizontal wheel shaft 342 at the lower portion, and a wheel 343 having a required diameter is rotatably supported on the wheel shaft 342.
  • the wheels 343 and 153 have the same diameter.
  • the steering link part 35 is provided between the top plate 31 and the base 32 as shown in FIG.
  • the steering link unit 35 includes a base 351 fixed to the upper end of the steering shaft 341 so as to rotate integrally with the steering shaft 341, and a linear slider 352 disposed horizontally on the upper surface of the base 351.
  • the linear slider 352 includes a guide member 352a having a predetermined length and a moving member 352b that can slide on the guide member 352a.
  • a rotation shaft 353 is erected on the upper surface of the moving member 352b. The rotation shaft 353 is pivotally supported at the three vertex positions of the top plate 31.
  • the slide portion 33 is disposed between the top plate 31 and the base 32.
  • the slide portion 33 has a predetermined shape, for example, a substantially triangular slide plate 331 and a cross-shaped linear slider 332 to 336.
  • the diameter of the slide plate 331 can be designed as a required diameter, the slide plate 331 has a larger diameter than the circular hole 312 formed in the top plate 31.
  • the size does not interfere with the position of the steering link portion 35. It is preferable that
  • the slide plate 331 has a long hole 331a passing through the center.
  • the inner wheel part 30 and the eccentric drive part 20 are assembled so that the drive shaft 22b of the eccentric drive part 20 passes through the long hole 331a.
  • the tip of the drive shaft 22b is fixed to the base 32 and transmits the rotational force transmitted from the motor 230.
  • the long hole 331a allows the slide plate 331 to translate in directions orthogonal to the top plate 31 and the base 32 by passing through the drive shaft 22b.
  • it is installed so that it can be rotated while maintaining the rotation phase while allowing a two-dimensional shift of each rotation axis in a horizontal plane.
  • the linear sliders 332 to 336 are composed of guide members 332a to 336a and movable members 332b to 336b that are slidable on the guide members 332a to 336a (note that the linear slider 333 is not visible in FIG. 14).
  • the linear slider 336 is omitted.
  • the linear sliders 332 and 333 are paired and oriented in one direction in the horizontal direction (left and right direction in FIG. 14), and are arranged side by side with the circular hole 161a interposed therebetween.
  • the linear sliders 334 to 336 are oriented in the horizontal direction in another direction orthogonal to the one direction (the depth direction in FIG. 14), and are distributed at three locations around the circular hole 161a. That is, as shown in FIG.
  • the guide members 332 a and 333 a such as the linear sliders 332 and 333 are fixed to the upper surface of the slide plate 331, and the moving members 332 b and 333 b are fixed to the lower surface of the top plate 31.
  • the slide plate 331 can move (eccentric) in one direction with respect to the top plate 31.
  • the guide members 334a to 336a (see FIG. 11) of the linear sliders 334 to 336 are fixed to the upper surface of the base 32, and the moving members 334b to 336b (note that 336b is not visible) are fixed to the lower surface of the slide plate 331. Is done.
  • the base 32 can move (eccentric) in another direction orthogonal to the one direction with respect to the slide plate 331.
  • the drive shaft 22b moves in one direction and the other direction on the horizontal plane relative to the operation axis O2, that is, in all directions as the synthesis direction, the base 32 is interlocked accordingly. Will move.
  • the operation axis O2 is eccentric with respect to the drive shaft 22b
  • the vertex of the base 32 moves. Since the three vertices of the base 32 and the rotation shaft 353 are linearly engaged by the linear slider 352 constituting the link mechanism, the direction of the steering shaft 341 is thereby changed. Therefore, when the operation shaft is eccentric with respect to the drive shaft 22b, the base 32 is displaced, and the rotation amount (steering amount) of the steering shaft 341 is determined by the link mechanism. The tangential direction of the wheel 343 is determined by the steering amount.
  • the moving member 352b of the linear slider 352 is on the guide member 352a in a state where the operation shaft O2 is not decentered with respect to the drive shaft 22b, for example, a turning described later, for example, It is designed in advance so as to be positioned at positions separated in the direction. Further, as will be described later, the inner wheel portion 30 is rotated at a predetermined speed by receiving a rotational driving force via the drive shaft 22b. As a result, as shown in FIGS. 1 and 3, the wheel 343 realizes movement along the geometrical complete solution of the trochoid curve.
  • FIG. 15 is a partial perspective view when the propulsion mechanism is applied to a tandem type.
  • the mechanism shown in FIG. 15 is configured such that the eccentric drive unit 20 shown in FIG. 6 can be applied to a tandem type.
  • the tandem type is a structure in which, for example, a pair of a wheel portion 30 ′ functionally identical to the inner wheel portion 30 and a mirror image structure 30 ′′ are arranged in parallel at a predetermined distance.
  • the inner wheel portion 30 or the outer wheel portion 10 may be employed.
  • the structure of the wheel portion is also clockwise. It is necessary to form a mirror image pair structure of the system and counterclockwise.
  • the propulsion mechanism 1A includes operation shafts 41 and 42, a rotation drive unit 43, an eccentric drive unit 44, and a support unit 45 that supports them.
  • the support portion 45 is configured such that flat plates 451 and 452 each having a predetermined shape, for example, a rectangular shape, are arranged in parallel with a predetermined number of bosses 453 and the like spaced apart by a predetermined distance in the vertical direction.
  • the operation shafts 41 and 42 correspond to the drive shafts 22a and 22b, have a predetermined length in the vertical direction, are respectively supported by the flat plates 451 and 452, and are spaced apart by a predetermined distance in the horizontal direction. ing.
  • a D-cut surface as a rotating shape is formed similarly to the drive shafts 22a and 22b.
  • gears 411 and 421 are fixed to the operation shafts 41 and 42 at predetermined positions between the flat plates 451 and 452.
  • the rotation drive unit 43 includes a motor 430 as a drive source, an output gear unit 431, and relay gear units 432 to 435 that mesh sequentially.
  • the output gear unit 431 includes an output shaft 431a and an output gear 431b fixed to the output shaft 431a.
  • the relay gear portions 432 to 435 have output shafts 432a to 345a and relay gears 432b to 345b, respectively.
  • the relay gear 342b meshes with the output gear 341b
  • the relay gear 343b meshes with the relay gear 432b
  • the gear 411 meshes with the relay gear 433b, whereby the rotational force of the motor 430 is transmitted to the operation shaft 41. Is done.
  • the relay gear 344b is simultaneously meshed with the relay gear 432b, the relay gear 435b is meshed with the relay gear 434b, and the gear 421 is meshed with the relay gear 345b.
  • the rotational force of the motor 430 is transmitted to the operation shaft 42.
  • the operation shafts 42 and 43 rotate in opposite directions.
  • the wheel portions 30 ′ and 30 ′′ are the same (the wheels have the same turning radius)
  • the rotational speeds of the operation shafts 41 and 42 can be matched by adjusting the ratio of each gear. it can. If they are different, they may be inversely proportional to the turning radius ratio.
  • the eccentric drive unit 44 is disposed below the flat plate 452.
  • the eccentric drive unit 44 includes a horizontally-oriented slide plate 441 having a predetermined shape, for example, a substantially rectangular slide plate 441, a cross-shaped linear slider 442 to 445, and an eccentric plate 446 provided below the parallel to the slide plate 441.
  • a horizontally-oriented slide plate 441 having a predetermined shape, for example, a substantially rectangular slide plate 441, a cross-shaped linear slider 442 to 445, and an eccentric plate 446 provided below the parallel to the slide plate 441.
  • circular holes 4461 and 4462 having required diameters are formed on the left and right sides of the eccentric plate 446, and the bearings protruding from the upper portions of the respective wheel portions 30 ′ are fitted therein. Combined. Therefore, the distance between the circular holes 4461 and 4462 of the eccentric plate 446 defines the distance between the pair of wheel portions in the tandem type.
  • the eccentric drive unit 44 includes, for example, a motor 447 that is a drive source fixed to the flat plate 452 and a transmission mechanism unit 4471 that transmits the rotational force of the motor 447 to the slide plate 441. Further, the eccentric drive unit 44 includes, for example, a motor 448 that is a drive source fixed to the eccentric plate 446 and a transmission mechanism unit 446 that transmits the rotational force of the motor 448 to the slide plate 441.
  • the linear sliders 442 to 445 are composed of guide members 442a to 445a and moving members 442b to 445b that are slidable on the guide members 442a to 445a (in FIG. 15, the linear slider 445 is not visible). .) A pair of linear sliders 442 and 443 are arranged side by side in the depth direction of FIG. 15, the guide members 442 a and 443 a are fixed to the lower surface of the flat plate 452, and the moving members 442 b and 443 b are slide plates 441. It is fixed to the upper surface of the. A pair of linear sliders 444 and 445 are arranged in parallel in the left-right direction in FIG.
  • the guide members 444 a and 445 a are fixed to the upper surface of the eccentric plate 446, and the moving members 444 b and 445 b are the slide plate 441. It is fixed to the lower surface of the. Accordingly, the eccentric plate 446 can be eccentric in all directions on the horizontal plane with respect to the flat plate 452. That is, the operation shafts 41 and 42 can be eccentric by the same amount relative to and in all directions on the horizontal plane with respect to the eccentric plate 446.
  • the moving member 352b of the linear slider 352 is on the guide member 352a and is a predetermined distance from the steering shaft 341, as in the case of the inner wheel portion 30.
  • the link mechanism is designed in advance so as to be positioned at a position separated in the turning direction, even in this tandem structure, the wheel 343 has a geometrical shape of a trochoid curve as shown in FIG. The movement along the complete scientific solution will be realized.
  • the present invention can adopt the following modes.
  • the wheel was provided in three places equally in the circumferential direction, it may be provided in a predetermined plurality of places of three or more as long as it is equivalent.
  • the outer wheel portion and the inner wheel portion are arranged coaxially or in a tandem shape, but instead of this, one of the outer wheel portion and the inner wheel portion is used as the working portion. It is possible to obtain the same effect by adopting the above and providing a pair of anti-slip wheels (secondary wheels).
  • a uniaxial sliding body that controls the movement of the coaxial member in the axial direction may be used.
  • the drive shafts 22a and 22b of the eccentric drive unit 20 are not eccentric, and the drive shafts 22a and 22b are positioned in the outer wheel unit 10 and the inner wheel unit 30 in the vertical direction. Is set as the central axis, but this central axis may be virtual or may be provided with a central axis for convenience. For example, in the outer wheel portion 10, a vertical line connecting the center points of the upper annular body 12 and the lower annular body 13 becomes the central axis.
  • the drive shafts 22a and 22b are eccentrically controlled based on the instruction signal from the wireless indicator 27, but instead, the drive shafts 22a and 22b may be operated directly by the operator. Good.
  • the outer side wheel part 10 side it is preferable to set it as the aspect which adds the structure which controls the camber angle of the wheel 153 optimally.
  • the camber angle of the wheel 153 can be continuously optimized, the steering loss can be further reduced.
  • the wheel shaft 152 of the wheel 153 which is a follower wheel whose steering angle is controlled (shown by the outer wheel portion 10), continue to point to the intersection of the ground and the central axis of the radius of curvature of the track. .
  • the mechanism of the steering link unit 16 always keeps the wheel shaft 152 directed in that direction, so that the wheel shaft 152 is centered on the ground along the rotation direction around the steering angle vector dw. Control may be performed using a mechanism so that they intersect.
  • this mechanism has the function of simultaneously generating the optimum camber angle by adding an additional link mechanism. Is possible.
  • FIG. 16A and 16B are diagrams illustrating the control of the camber angle.
  • FIG. 16A is a diagram for explaining the camber angle
  • FIG. 16B is a diagram for explaining the angle adjustment using the link system of the camber angle accompanying the rotation of the wheel.
  • this mechanism includes a secondary steering shaft for adjusting the camber angle.
  • the position of the auxiliary steering shaft is not fixed, and it rotates with a diameter rd around the drive shaft in the plane of the main arm (corresponding to the flat plate 11 in FIG. 7) indicated by rd in FIG.
  • a relative angle (transmission angle) ⁇ with respect to the main steering shaft (corresponding to the steering shaft 151 in FIG. 7) is transmitted from the main arm (corresponding to the steering plate 161 in FIG.
  • the steering direction dw on the auxiliary steering shaft is determined, and thereby the linear rail of the linear slider (guide member side) orthogonal to it
  • the direction of the radius Wd is determined by engaging the linear slider in a form orthogonal to the link arm having the same length as the radius Wd of the wheel WH (corresponding to the wheel 153 in FIG. 7) extending from the main steering shaft.
  • the camber angle of the wheel 153 can be obtained as an intersection angle with the direction dw of the main steering axis.
  • FIG. 17 is a diagram schematically showing a mechanism for camber angle adjustment control.
  • the structure for adjusting the camber angle includes a pair of arc-shaped slide members 51 to a fan-shaped gear 53 as a mechanism for changing the camber angle interposed between the steering shaft 151 and the wheel shaft 152, and the camber angle.
  • the camber angle adjustment structure includes the slide member 51 having the above-described arc shape provided so as to rotate integrally with the steering shaft 151, and the same curvature shape as the slide member 51.
  • a rack gear is formed on one side surface of the pair, and the rack member 52 provided integrally with the wheel shaft 152 and the steering shaft 151 are arranged concentrically with each other so as to be relatively rotatable.
  • a pinion member 53 having a fan-like shape and having a gear that meshes with the rack gear of the rack member 52 on the peripheral surface.
  • the moving direction of the rack member 52 and the wheel shaft 152 are designed to be in the same plane.
  • the pinion member 53 moves the rack member 52 in the arc direction with respect to the slide member 51, and by this movement, the camber of the wheel 153 is based on the wheel contact point that is the center of the arc.
  • the corners are changing.
  • the slide member 51 and the rack member 52 may have a linear shape in addition to an arc shape.
  • the rotating arm 61 is disposed at a predetermined position (a position for largely detouring the central axis by a predetermined amount),
  • a predetermined position a position for largely detouring the central axis by a predetermined amount
  • the cross-shaped linear sliders 63 and 67 (described later) between the main link and the steering link of the auxiliary steering system are supported, and together with the linear sliders 63 and 67, the rotating arm 61 and the main arm member described later.
  • the standing member 62 acting as an angle restraining mechanism for holding the angle ⁇ (relative angle ⁇ in FIG.
  • a linear slider 63 having an angle ⁇ and a top surface of the pinion member 53 which is composed of a rail-shaped guide member and a moving member that slides along the rail-shaped guide member that are horizontally disposed on the pinion member 53. And from the central axis A vertical shaft 65 connected via a linear slider 64 provided in the chord direction at a position separated by a required radius, a linear slider 66 interposed between the linear slider 63 and the vertical shaft 65, and a vertical shaft A linear slider 63 is provided on the lower side of the installation member 62 and is directed in a direction orthogonal to the horizontal plane.
  • the mechanism for changing and controlling the camber angle in conjunction with turning functions as a link arm that can freely rotate around its axis while having a main arm on the main steering side and a rotating shaft in common.
  • a sub-steer side main arm member 68 that rotatably supports the vertical shaft 65 is provided, and a guide member of a rail strip of the linear slider 67 is connected to the main arm member 68.
  • the linear slider basically has the same structure.
  • the camber angle is changed in conjunction with the turning operation, and the camber angle is always set to a suitable camber angle from the relationship between the tangential direction and the translation direction of the wheel 153, thereby further reducing the steering loss. It becomes possible.

Abstract

　トロコイド推進機構（１）は、駆動軸（２２ａ）周りに旋回する外側車輪部（１０）の周縁３箇所に設けられた車輪（１５３）と、これと供回りし、旋回面上で水平方向に移動可能な操舵リンク部（１６）とを備える。操舵リンク部（１６）は、各車輪（１５３）を回動する立直の操舵軸（１５１）上に、所定長を有し、長さ方向が操舵軸（１５１）の径方向に向けて取り付けられたガイド部材（１６３ａ）と、その上を摺動する移動部材（１６３ｂ）とを備えるリニアスライダ（１６３）を有する。操舵リンク部（１６）の回動中心が外側車輪部（１０）の駆動軸に一致する状態で、操舵軸（１５１）に対応して設けられた回動軸（１６４）が操舵軸（１５１）から所定距離だけ離れた位置で対応する移動部材（１６３ｂ）に回動可能に取り付けられている。これによって、トロコイド曲線の幾何学的完全解を簡単な機械要素からなる機構で実現できる。

Description

トロコイド駆動機構
　本発明は、外部と物理的に関わる作用部をトロコイド曲線に沿った軌道で動かすトロコイド駆動機構に関する。
　特許文献１には、トロコイド推進機構を利用し、下部に露出した８個のキャスタとスリップ防止用の一対の後輪とを有する座椅子型の自動車を床面上で全方位に走行させるものが提案されている。この機構は、旋回する円筒の旋回軸周りに均等配置された８個のキャスタの回転する方向を、各キャスタに係合されたタイロッドで操舵可能にしたものである。より具体的には、各キャスタに対応するタイロッドは、中心基部で一体回転可能に構成されており、中心基部の位置と旋回軸とが一致している状態では、円筒が旋回しているだけであって走行車は停止状態にあり、一方、中心基部の位置を旋回軸から水平面上で偏心するように操舵操作を行うと、走行車はキャスタを旋回させながら床面上を偏心方向に並進移動させる。
　また、非特許文献１，２及び特許文献２，３には、ヘリコプター、サイクロイダルあるいはプロペラと同様の推進原理を有し、軸対称で全方位性を持った推進機構が開示されており、特に並進速度を連続に変速させる機構が記載されている。非特許文献３には、生物ヘビの推進様式を機構的に近似再現したグライド推進方法が記載されている。
特開２０００－３３８７６号公報 特開２００４－２２４１４７号公報 米国特許第５９９３１５７号公報
Ｒｏｙ．Ｐ．Ｇｉｂｂｅｎｓ、"Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｆｌｙｉｎｇ　ａ　ｒａｄｉｏ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｌｉｇｔｅｒ　ｔｈａｎ　ａｉｒｃｒａｆｔ　ｐｏｗｅｒｅｄ　ｂｙ　ｃｙｃｌｏｉｄａｌ　ｐｒｏｐｅｌｌｅｒｓ"　４ｔｈ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ａｉｒｓｈｉｐ　Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ，２００２，ＰａｐｅｒＡ－１ Ｖｉｒｇｉｎｉａ　Ｄｏｗｎｗａｒｄ　＆　Ｗｉｌｌｉａｍ　Ｍ．Ｃｌａｒｋ、"Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ｐａｄｄｌｅ　Ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ　Ｗｈｅｅｌ"１９３０ 遠藤、広瀬、外川、「グライド推進の提案」、第１６回日本ロボット学会学術講演会予稿集（Ｖｏｌ．１），ｐｐ．２０９－２１０，１９９８年
　平面内での全方位移動は、トロコイド曲線に沿った軌道を回転機構の連続的運動による直線移動の幾何学解として実現することが求められる。しかし、実際には、特許文献１のように、トロコイド曲線を近似解で再現していることから、キャスタ駆動で走行させる場合、キャスタの回転方向の運動と並進方向の運動との間に生じる床面との不効率分となるスリップによる摩擦損失が大きいという問題があった。そのため、実用としては非特許文献１，２及び特許文献２，３に示すように、スリップによる摩擦の影響の少ない流体環境下でのプロペラ等への応用等に留まっていた。
　また、非特許文献３に示すグライド推進方法では、進行方向に直交する方向への移動速度に応じた舵角の制御が常時必要となり、電子制御によってこれを実現するにはアクチュエータ数の増加と制御系の複雑さ、制御精度等が要求され、またその要求の高さが問題となる。
　本発明の目的は、上記に鑑みてなされたもので、トロコイド曲線の幾何学的完全解を簡単な機械要素からなる機構によって実現することができたトロコイド駆動機構を提供することにある。
　本発明に係るトロコイド駆動機構は、駆動軸周りに旋回する作用部と、前記作用部と供回りすると共に旋回面上で２次元方向に相対移動が可能にされた操舵部とを備えたトロコイド駆動機構において、前記作用部は、前記駆動軸から所定半径上かつ円周方向に均等に配置され、前記駆動軸と平行な操舵軸にそれぞれ回動可能に設けられた複数個の作用部材を備え、前記操舵部は、前記各作用部材を前記操舵軸周りに回動させるリンク機構を備え、前記リンク機構は、所定長を有し、その長さ方向が前記操舵軸の径方向に向けて前記操舵軸に取り付けられたガイド体と、前記各ガイド体に対し、前記長さ方向に沿って移動可能に設けられた移動体とを有し、前記操舵部の回動中心が前記駆動軸に一致する状態で、前記操舵部の複数の周縁部位であって前記各操舵軸に対応して設けられた複数の連結部位が前記操舵軸から前記回動方向の前後一方側に所定距離だけ離間した位置で対応する前記移動体に回動可能に取り付けられていることを特徴とするものである。
　この発明によれば、作用部が駆動軸周りに旋回することで、外部と物理的に関わることとなる。なお、作用部の態様としては、外部である地面（床面）に対して全方位方向に走行する車輪の場合、外部である空中や水上、水中（流体）に対して全方位に推進するフィン（翼）とかプロペラの場合が考えられ、さらには、風車や水車として、外部である流体の流れからフィンを介して回転力を取り出す目的にも応用可能であり、従来のシステムよりも遙かに広範囲の速度領域に亘って変化する流体から安定した回転力を取り出すことが可能となる。操舵部は作用部の旋回と供回りする。操舵部は旋回面上を２次元方向に相対移動可能にされており、かつリンク機構を利用して作用部の作用部材に対してトロコイド曲線に沿った動きを行うように操作することが可能となる。例えば、作用部材が床面を走行する車輪である態様の場合で作用を説明すると、以下のようになる。
　説明の便宜上、床面が水平であるとすると、床面を転動する車輪は、駆動軸から等半径でかつ円周方向に均等に設けられた垂直な軸である操舵軸にそれぞれに操舵可能に設けられている。操舵操作がなければ、各車輪は旋回方向に沿って床面上を駆動軸周りに旋回するのみである。操舵部のリンク機構は各作用部材を操舵軸周りに回動させる。
　リンク機構によって、操舵操作のない状態で、すなわち操舵部の回動中心が駆動軸に一致する状態で、移動体と連結されている操舵部の連結部位が操舵軸から前記回動方向の前後一方側に所定距離だけ離間した位置となり、操舵に応じて前記所定距離が変更されて床面上を並進移動するようになる。ここで、ガイド体がその長さ方向と操作部材の一例である車輪の接線方向とが一致した向きで操舵軸に取り付けられている場合、操舵部の連結部位は、移動体と連結されていることから、操舵軸から見て、常に車輪の接線方向となる。従って、このように、操舵操作のない状態で、操舵軸と操舵のための連結部位との連結位置とを所定距離だけ離間させることで、トロコイド曲線の幾何学的完全解を満たすように車輪の操舵操作を行うことが可能となる。また、そのための構造も、所定長を有するガイド体と、ガイド体上をその長さ方向に沿って移動可能な移動体を用いただけの簡易なリンク機構という機械要素で実現している。
　ここで、トロコイド曲線の幾何学的完全解とリンク機構との作用について説明する。
　垂直な駆動軸周りの円周上に複数の車輪を配置した構成の全方位移動機構を想定する。この機構は、ヘリコプターやサイクロイダル、プロペラと同様の推進原理を有し、軸対称で全方位性を持った推進機構であり、その特徴として軸回転に対して並進速度を連続に変速させる機構としても機能する。
　図１は、一定の角速度ωで特定の方向に並進している際に同機構において各車輪に求められる舵角を示す図である。各車輪は中心軸Ｏ（前記駆動軸、及び後述する駆動軸２２ａ，２２ｂに相当）から半径ｒdに位置している。図１において、速度ベクトルは、各車輪の駆動軸回りの接線速度ｖd、回転中心の並進速度ｖm、各受動車輪の進行速度ｖwである。そして、トロコイド運動を実現するための速度ベクトルの相互関係、すなわちｖw＝ｖd＋ｖmを満たすためには、車輪の舵角方向は常にＶwと同一方向を向く必要がある。これは同機構が全方位移動機構として成立するためには、各車輪の舵角の方向がトロコイド曲線上の接線方向を常に向いていることが求められるということを意味している。
　この関係は、数１に示すトロコイド曲線を示す数式、及び図１において、θ＝ωｔ、ｖd＝ｒd・ω、ｖm＝ｒm・ω、ｖw＝（ｄx／ｄt，ｄy／ｄt）、ｐw＝（ｘ、ｙ）とするとき、数１のトロコイド曲線を時間微分した数２に対して、数３のように解析的にも求めることができる。なお、式中、ｒmは偏心量である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　このように、幾何学的に見れば、各車輪が厳密にこの舵角条件を維持する限り、この回転機構は幾何学的に完全なトロコイド曲線の生成機構として成立し、先の全方位推進機構としての要請を満たすものといえる。また、上記において、角速度ωの極性が負の場合も、正の場合と同様に成立することが判る。従って、連結部材は操舵軸の回動方向の前後いずれ側に設けてもよい。
　次に、図２は、トロコイド曲線を用いた推進機構の一例を概念的に示した図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。図３は、回転系としての車輪舵角機構周りから見た速度ベクトルとリンク接続の相似関係を説明するための図で、（ａ）は速度関係を示す図、（ｂ）はリンク接続を示す図である。
　図２に示す推進機構では、各車輪ＷＨを旋回させるための主アームＭＡに対する操舵リンク板ＮＬの偏心移動よって各車輪ＷＨの舵角を決定する。偏心移動は、ここでは例えば井桁スライダＩＳを利用した態様を想定している。操舵リンク板ＮＬは、井桁スライダＩＳの井桁状に配置されたリニアスライダＬＳによって主アームＭＡと連結され、供回りしながら、すなわち同位相で回転しながら回転中心を水平移動させることができる。図２に示した偏心量ｄs＝０の際の操舵リンク板ＮＬの先端位置は車輪ＷＨの舵角の回転中心から主アームＭＡの旋回円周の接線方向の前方一定距離ｄw＝ｄ0になるように設定されている。ここで、この先端位置と旋回中心とをリニアスライダＬＳで結び、その軸方向が車輪ＷＨの舵角方向となるように装置を構成する。このとき図１の速度ベクトルと図２のリンク接続の関係について、図３のように回転系から観測した場合、幾何学的に相似な対応関係が成立する。すなわち図３（ｂ）の偏心量ｄm（図１におけるｒmに相当）は中心軸周りに操舵リンク板ＮＬの中心に円運動を生じさせるため、前述の先端位置もまた同様に半径ｄmの円運動を生じる。これは図３（ａ）と（ｂ）とにおいて、ｖdとｄ0，ｖmとｄm，ｖwとｄwとが幾何学的に対応した相似関係となり、このことから車輪ＷＨのｄwとｖwの、すなわち舵角方向とが一致すると共に、ｖm：ｖd＝ｄm：ｄ0の関係が成立する。
　したがって、この系における並進速度ｖmは、偏心量ｄmとその偏心方向とによって全方位で連続的に任意に設定することが可能である。このリンク構造は、作動時には、非特許文献２の記載の“Vertical Paddle Propeller Wheel”等と一見よく似た挙動を示すが、（ｉ）偏心量が可変である点、（ｉｉ）偏心量可変構造を実現するために操舵リンク板ＮＬに対して回転位相を拘束したまま回転中心の回転面内での任意量の２次元移動を可能にする機構を設けたことにより任意のトロコイド曲線を生成できるようにした点で大きく相違している。また、本機構は、平面内で全方位の車輪移動を行う系として、機構の複雑なオムニホイールを用いず、従動車輪として通常の車輪を用いることで車輪径をより容易に大きくすることが可能となり、その分バンプ（床面の凸凹）に対する耐性が高いものとなる。さらに、車輪ＷＨの軸への駆動伝達系が存在しないため、サスペンションの実装、用途によっては大ストロークのサスペンションの実装も容易となる。なお、本機構が、フィンや回転力を取り出す用途物に適用される場合でも、同様に作用部材であるフィン等の向きを調整することで外部からの物理的な力（推進力や回転力）を効率的に取り出すことが可能となる。
　本発明によれば、トロコイド曲線の幾何学的完全解を簡単な機械要素からなる機構によって実現することができる。
　また、低速域領域と高速域領域の２つの条件を兼ね備えた機構を提供する広範囲で円滑な推進機構を提供することができる。
一定の角速度ωで特定の方向に並進している際に同機構において各車輪に求められる舵角を示す図である。 図２は、トロコイド曲線を用いた推進機構の一例を概念的に示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。 回転系としての車輪舵角機構周りから見た速度ベクトルとリンク接続の相似関係を説明するための図で、（ａ）は速度関係を示す図、（ｂ）はリンク接続を示す図である。 低速域状態ｖm＜ｖdと高速域状態ｖm＞ｖdでの回転径から見た回転角θと車輪の舵角の関係及び静止系内での車輪のＸＹ平面内での軌道を説明するための図で、（ａ）は低速域状態ｖm＜ｖdの場合、（ｂ）は高速域状態の場合である。 二重反転型の構成における操舵リンク板の偏心量と並進速度とを共有させるための設計条件を説明するための図である。 本発明に係るトロコイド駆動機構が車輪を備えた推進機構に適用された実施形態の概略を示す分解斜視図である。 外側車輪部の一実施形態の詳細な構造を示す斜視図である。 スライド部の一例を示す構成を説明する図で、（ａ）は、側面断面図、（ｂ）はスライド板の一例を示す斜視図である。 偏心駆動部の機構を説明する斜視図である。 偏心駆動部の上下にある駆動軸の回転駆動を説明する斜視図である。 内側車輪部の上方斜視図である。 内側車輪部の下方斜視図である。 操舵リンク部の構造を説明するための部分斜視図である。 スライド部の一例を示す構成を説明する図で、（ａ）は、側面断面図、（ｂ）はスライド部の一例を示す斜視図である。 推進機構をタンデム型に適用した場合の部分斜視図である。 キャンバー角の制御を示す図で，（ａ）はキャンバー角を説明するための図、（ｂ）は車輪の回動に伴うキャンバー角のリンク系を利用した角度調整を説明するための図である。 キャンバー角調整制御のための機構を概略的に示す図である。
　まず、本発明に係るトロコイド駆動機構の基本構成及びそれに関連する態様について説明する。トロコイド駆動機構は、駆動軸周りに旋回する作用部と、前記作用部と供回りすると共に旋回面上で２次元方向に相対移動が可能にされた操舵部とを備えたトロコイド駆動機構において、前記作用部は、前記駆動軸から所定半径上かつ円周方向に均等に配置され、前記駆動軸と平行な操舵軸にそれぞれ回動可能に設けられた複数個の作用部材を備え、前記操舵部は、前記各作用部材を前記操舵軸周りに回動させるリンク機構を備え、前記リンク機構は、所定長を有し、その長さ方向が前記操舵軸の径方向に向けて前記操舵軸に取り付けられたガイド体と、前記各ガイド体に対し、前記長さ方向に沿って移動可能に設けられた移動体とを有し、前記操舵部の回動中心が前記駆動軸に一致する状態で、前記操舵部の複数の周縁部位であって前記各操舵軸に対応して設けられた複数の連結部位が前記操舵軸から前記回動方向の前後一方側に所定距離だけ離間した位置で対応する前記移動体に回動可能に取り付けられていることを特徴とする。
　かかる構成によれば、作用部が駆動軸周りに旋回することで、外部と物理的に関わることとなる。なお、作用部の態様としては、外部である地面（床面）に対して全方位方向に走行する車輪の場合、外部である空中や水上、水中（流体）に対して全方位に推進するフィン（翼）とかプロペラの場合が考えられ、さらには、風車や水車として、外部である流体の流れからフィンを介して回転力を取り出す目的にも応用可能であり、従来のシステムよりも遙かに広範囲の速度領域に亘って変化する流体から安定した回転力を取り出すことが可能となる。操舵部は作用部の旋回と供回りする。操舵部は旋回面上を２次元方向に相対移動可能にされており、かつリンク機構を利用して作用部の作用部材に対してトロコイド曲線に沿った動きを行うように操作することが可能となる。例えば、作用部材が床面を走行する車輪である態様の場合で作用を説明すると、以下のようになる。
　説明の便宜上、床面が水平であるとすると、床面を転動する車輪は、駆動軸から等半径でかつ円周方向に均等に設けられた垂直な軸である操舵軸にそれぞれに操舵可能に設けられている。操舵操作がなければ、各車輪は旋回方向に沿って床面上を駆動軸周りに旋回するのみである。操舵部のリンク機構は各作用部材を操舵軸周りに回動させる。
　リンク機構によって、操舵操作のない状態で、すなわち操舵部の回動中心が駆動軸に一致する状態で、移動体と連結されている操舵部の連結部位が操舵軸から前記回動方向の前後一方側に所定距離だけ離間した位置となり、操舵に応じて前記所定距離が変更されて床面上を並進移動するようになる。ここで、ガイド体がその長さ方向と操作部材の一例である車輪の接線方向とが一致した向きで操舵軸に取り付けられている場合、操舵部の連結部位は、移動体と連結されていることから、操舵軸から見て、常に車輪の接線方向となる。従って、このように、操舵操作のない状態で、操舵軸と操舵のための連結部位との連結位置とを所定距離だけ離間させることで、トロコイド曲線の幾何学的完全解を満たすように車輪の操舵操作を行うことが可能となる。また、そのための構造も、所定長を有するガイド体と、ガイド体上をその長さ方向に沿って移動可能な移動体を用いただけの簡易なリンク機構という機械要素で実現している。
　また、前記トロコイド駆動機構において、前記操舵部は、回動中心に操作軸を有し、前記作用部は、前記操作軸に係合して前記操舵部を前記２次元方向に移動させる係合部を有することが好ましい。この構成によれば、操作軸が２次元方向に移動すなわち偏心させられると、係合部を介して操作部との間で偏心量に応じた分の偏心がなされる。従って、本機構が移動体に適用される場合には、操作部への２次元方向への操作指示によって全方位への移動が可能となる。
　また、前記トロコイド駆動機構において、前記作用部を旋回させる駆動源を備え、前記作用部材は、前記操舵軸に直交する軸に軸支されて、面上で転動する車輪を有することが好ましい。この構成によれば、作用部の旋回動作は駆動源によって行われているため、操作軸を操作するだけで２次元の全方位に対する移動が可能となる。なお、旋回速度は一定速度でもよいが、調整可能な可変式にして並進速度や移動トルクの調整を可能にする態様としてもよい。
　また、前記トロコイド駆動機構において、前記駆動軸の前記駆動軸に対する２次元方向の離間距離に応じて、前記作用部の並進速度が前記車輪の転動速度に比して連続的に大小調整可能とすることが好ましい。ここで、並進速度が車輪の転動速度に比して大きい場合と小さい場合、すなわち並進速度における低速域への対応と高速域への対応について説明する。
　図４は、低速域状態ｖm＜ｖdと高速域状態ｖm＞ｖdでの回転径から見た回転角θと車輪の舵角の関係及び静止系内での車輪のＸＹ平面内での軌道を説明するための図で、（ａ）は低速域状態ｖm＜ｖdの場合、（ｂ）は高速域状態ｖm＞ｖdの場合である。図４において、回転系から見ると、（ａ）では舵角は往復するのに対し、（ｂ）では舵角は回転している。また、静止系から見ると、（ａ）では舵角は進行方向に対して回転するが、（ｂ）では、舵角は進行方向に対して往復している。
　例えば特許文献１に示されるトロコイド曲線の利用範囲は低速域のみであり、これは、図４（ａ）におけるｖm＜ｖdの条件下での利用に限られていた。その理由は、並進速度ｖmが０の状態からの移行という形で考察が進められていたこと、及びこれに伴って静止状態からのトルク分力としての舵角の限界角に関する考察が進められてきたこと、さらに、ｖm＝ｖd付近で生じる舵角方向の急激な変化を機構的に避ける意味があったと考えられる。また、回転機構の複雑さも、並進速度ｖmが低めの設定に限定されていたことに起因している。一方、本機構は構成的に速度比を決定する系であり、駆動時に静止系における分力的な限界角の対応付けをそのままイメージすることは系の挙動に対して誤解を導くことになる。そこで、静止からの始動時ではなく、充分な並進初速を持っているという条件の下では、図４（ｂ）のｖm＞ｖdの条件において滑らかな高速域の並進を実現する系として挙動させることが可能となる。かかる条件下での動作特性については、非特許文献３にグライド推進としての解析は行われており、本機構の動作もこれに準じている。
　さらに、本機構では操舵リンク板ＮＬの駆動に際して、ｖm＝ｖdの条件において含まれる死点（図４において、ｖm＝ｖdかつθ＝πとなる点ＤＰ）は、各車輪ＷＨ間の位相角差の間で回避することが可能となる。すなわち、並進速度変更中においてｖm＝ｖdとなる瞬間を各車輪ＷＨ間の位相角差の間を通過する時点に合わせるようにすることで回避可能となる。これによって、ｖm＜ｖdの条件からｖm＞ｖdの条件まで（またはその逆）、連続的に速度を変更することが可能となり、すなわち連続的に非常に広い速度域に対応可能となる。この並進速度の連続的移行に際しても、この系は速度規定項ωについて格別の制約はなく、速度規定項である角速度ωと推進率α（＝ｖm／ｖd）を同期制御することで速度時間軌跡に影響を与えることなくこの死点の回避が可能である。従来、トロコイド曲線におけるかかる２つの条件の一方のみを用いたプロペラやスクリューは存在していた（特許文献１，２及び非特許文献１，２）ものの、同一機構の中でかかる２つの条件を連続的に活用するものは、近似解による機構では最適化した領域から大幅に速度域の異なる２つの条件を効率良く実現する機構が得られないことから、提案されていなかった。しかし、本機構のようにトロコイド曲線の幾何学的完全解を採用したリンク機構を前提とする構造においては、一の機構の中で２つの条件を活用したものとすることが可能となる。
　なお、本機構の態様としては、作用部を１個とし、回転規制用の後輪を別途設ける態様でもよいし、また同軸上に径方向のサイズの異なる作用部を２個設ける態様、所定距離離間して作用部を２個連結するタンデム態様のいずれにも適用可能である。
　また、前記トロコイド駆動機構において、前記操作軸の偏心方向及び偏心量を指示する信号を出力する指示器と、前記指示器からの指示信号を受けて、前記操作軸を対応する方向及び量だけ偏心させる偏心駆動部とを備えることが好ましい。この構成によれば、偏心駆動部は、操作者が指示器を介して操作指示した指示信号を受けると、操作軸が指示内容に対応する方向及び量だけ偏心し、指示方向に指示速度で移動する。
　また、前記トロコイド駆動機構において、前記作用部は、前記駆動軸における前記所定半径がそれぞれ設定された第１、第２の作用部を有し、前記第１の作用部は、前記第２の作用部に比して前記作用部を逆向きで、かつそれぞれ設定された前記各所定半径の寸法比に反比例した速度比率で回転させ、前記操舵部は、第１、第２の駆動軸を有し、前記第１の駆動軸を前記第１の作用部に係合させ、前記第２の駆動軸を前記第２の作用部に係合させるようにすることが好ましい。この構成によれば、本機構は、１個の作用部と回転規制用の車輪を設ける態様ではなく、同軸態様かタンデム態様に適用することが好ましい。この場合、第１の作用部と第２の作用部とは車輪が互いに逆向きに回転し、かつ各所定半径の寸法比に反比例した速度比率で回転するので、回転規制及び並進移動が実現される。
　また、前記トロコイド駆動機構において、前記第１、第２の作用部は、同軸上で、かつ高さ方向の上下に配置され、前記第１、第２の作用部の前記車輪は互いに等しい高さ位置に配置されていることが好ましい。この構成によれば、第１、第２の操舵軸を同軸かつ上下に個別に設けることが可能となるので、操舵部を小型化することが可能となる。ここで、２個の作用部を同軸に設けた態様、すなわち二重反転型構成について説明する。
　図５は、二重反転型の構成における操舵リンク板の偏心量と並進速度とを共有させるための設計条件を説明するための図である。図中、Ｉｎｎｅｒ　Ｗｈｅｅｌｓとは、同心に配置される内側の機構部であり、Ｏｕｔｅｒ　Ｗｈｅｅｌｓとは、その外側に配置される機構部である。本機構では、ヘリコプターと同様に駆動反力による移動機本体の回転を抑制するために、テールロータに相当する従輪を用いたり、例えば同一構造で逆回転の機構を対にしたタンデム型の構成を取るなどの対策が必要である。ここでは第１、第２の作用部が同軸上に配置された二重反転型の構成について検討する。両作用部の反転回転する車輪群は衝突を避けるため異なる２つの半径の円周上での運動を余儀なくされる。この際には両作用部の車輪群の並進速度の等価性に高い精度が要求されるために機構的制約からの解決策が求められる。本機構では前述の偏心量と並進速度との関係からその条件は以下の様に設計可能である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　数４から、角速度ωを共有する二重反転系においては、主アームＭＡの半径ｒdと偏心無しの際の初期オフセット量ｄ0との比を保存した構成であれば、半径が互いに異なる主アームＭＡを持つ２つの反転系間において、等しい偏心量ｄmによって等価な並進速度ｖmが得られることが解る。すなわち、図２に示す機構の鏡像体を設計し、かつ２つの主アームＭＡの半径が各車輪ＷＨの舵角回転に充分なだけのクリアランスが取れるように一方の主アームＭＡと操舵リンク板ＮＬとのサイズを等倍に調整する。この大小の鏡像構造を中心軸を同軸状にして重ね、双方の中心軸に逆回転になる駆動力を付与しつつ、操舵リンク板ＮＬ同士の回転中心を結合して中心軸からの偏心量を共有することで上記要求に応えた二重反転型の機構を実現できることになる。この構成では移動機構の専有空間を円筒型の領域で設計可能であり、平面上での移動時の障害クリアランスの全方位対称性と軸対称構造による移動機構の軸周りの姿勢変更を容易に実現することができる等、全方位型の車輪移動型ロボットへの応用効果の高さを期待することができる。
　また、前記トロコイド駆動機構において、前記第１、第２の作用部は、実質的に同一形状を有し、左右に所定寸法だけ離間して配置されるようにすることが好ましい。この構成によれば、前述のタンデム型の態様が採用可能となる。より詳細には、変位量ｄmとオフセット量ｄ0との比が並進速度ｖmと接線速度ｖdに一致する上に、変位量ｄmを系の中で任意の場所で共通に取り得るという機構は、設計上多くの自由度をもたらす。例えば二重反転型の構成における別の解として、内側系の角速度ω’と外側 系の角速度ωとの比を車輪ＷＨの周回半径ｄ’0とｄ0の逆比に取ることで周回接線速度をｖ’d＝－ｖdと逆方向で同じ速さに設定し，双方のオフセット量をｄ’0＝ｄ0として全く同じ寸法構成の鏡像な舵角機構を採用する設計にすることも可能である。
　続いて、図面を参照しつつ、本発明に係るトロコイド駆動機構が車輪を備えた推進機構に適用された実施形態について説明する。
　図６は、本発明に係るトロコイド駆動機構が車輪を備えた推進機構に適用された実施形態の概略を示す分解斜視図である。図６において、推進機構１は、外側車輪部１０、偏心駆動部２０及び内側車輪部３０を備える。外側車輪部１０、偏心駆動部２０及び内側車輪部３０は、この順で同軸上に配置される。なお、図１では偏心駆動部２０の内部構造は省略し、その詳細は図９、図１０に示されている。
　図１において、外側車輪部１０は、主アームに相当する略三角形状をなす天板１１と、所定距離だけ離間して並行配置された略同一形状の上環状体１２及び下環状体１３とを備えると共に、天板１１、上環状体１２及び下環状体１３を連結支持する支持体１４と、車輪部１５とを備える。これらの構成は作用部として機能する。また、外側車輪部１０は、操舵リンク部１６を備えている。
　偏心駆動部２０は、所定形状、例えば円筒形状でも良いが、ここでは直方体形状を有する枠体２１を有し、その内部には、上下方向に同軸（同心）に立設された２本の駆動軸２２ａ，２２ｂ、及びこの２本の駆動軸２２ａ，２２ｂを同期して偏心させるための機構部が配設されている。偏心駆動部２０と操舵リンク部１６とで操舵部を構成している。枠体２１の上面及び下面には、所定径を有する環状の軸受部２１ａ，２１ｂが突設されている。
　内側車輪部３０は、基本的には外側車輪部１０と同様な機能を有してなるもので、主アームに相当する天板３１及び基盤３２を備える。これらの構成は作用部として機能する。また、内側車輪部３０は、操舵リンク部３５を備えている。偏心駆動部２０と操舵リンク部３５とで操舵部を構成している。
　図７は、外側車輪部の一実施形態の詳細な構造を示す斜視図である。図８は、スライド部の一例を示す構成を説明する図で、（ａ）は、側面断面図、（ｂ）はスライド板の一例を示す斜視図である。
　図７において、外側車輪部１０の天板１１、上環状体１２及び下環状体１３は、上下方向に所要の間隔を置いて同心状に配置され、この状態で正三角形状の天板１の３頂点位置から下方に向けて棒状の支持体１４を貫通させて一体に組み付けられている。
　車輪部１５は、支持体１４の配置位置に対して周方向の中間となる位置、この実施形態では角度６０°だけずらして３箇所に配置されている。車輪部１５は、上環状体１２及び下環状体１３を貫通して支持されると共に自転自在な操舵軸１５１を有する。操舵軸１５１は、下環状体１３の下部で水平な車輪軸１５２を有し、この車輪軸１５２に所要径の車輪１５３が回動自在に軸支されている。なお、上環状体１２と下環状体１３の間には、操舵軸１５１を強度的に補強する目的で所要本数の補強棒１５１ａや補強枠体１５１ｂが適宜設けられている。
　操舵リンク部１６は、天板１１と上環状体１２との間に設けられている。操舵リンク部１６は、所定形状、ここでは略三角形状をなす操舵板１６１、操舵軸１５１の上端に操舵軸１５１と供回り可能に固設された基台１６２、及び基台１６２の上面に水平に向けて配置されたリニアスライダ１６３を備える。操舵板１６１は、図２における操舵リンクアームＮＬとして機能しているもので、中心に所定径を有する円孔１６１ａが形成されている。操舵用の操作軸はこの円孔１６１ａの中心であり、実体としての軸パーツが存在するわけではないが、この中心となる軸（円孔１６１ａの中心）と駆動軸２２ａとの相対位置を変化させることで操作軸の移動を行う。以降この中心となる軸を操作軸Ｏ１（図８参照）と呼称する。リニアスライダ１６３は、所定長を有するガイド部材１６３ａとガイド部材１６３ａ上を摺動自在な移動部材１６３ｂとから構成されている。ガイド部材１６３ａは、基台１６２上部に固設されている。本実施形態では、ガイド部材１６３ａはその長さ方向と車輪１５３の進行方向とが一致する向きで基台１６２に取り付けられている。また、移動部材１６３ｂの上面には回動軸１６４が立設されている。回動軸１６４は、操舵板１６１をその３頂点位置で軸支している。
　スライド部１７は、上環状体１２と下環状体１３との間に配設されている。スライド部１７は、所定形状、例えば円形のスライド板１７１と井桁状のリニアスライダ１７２～１７５とを有する。なお、スライド板１７１の径は、所要径として設計可能であるが、操舵板１６１に形成された円孔１６１ａより大径であることが好ましい。
　スライド板１７１には、図８（ｂ）に示すように、中心を通る、所定幅及び所定長を有する長孔１７１ａが形成されている。長孔１７１ａに偏心駆動部２０の駆動軸２２ａが貫通するように外側車輪部１０と偏心駆動部２０とが組み付けられる。そして、駆動軸２２ａの先端は、天板１１に固定され、モータ２３０から伝達されてきた回転力を伝えている。長孔１７１ａは駆動軸２２ａを貫通させることで、スライド板１７１が天板１１と操舵板１６１に対してそれぞれ直交する向きに並進可能とするためのものであり、これによって天板１１と操舵板１６１に対して水平面内でそれぞれの回転軸の２次元的なずれを許容しながらも回転位相を保った供回り可能に設置されている。
　リニアスライダ１７２～１７５は、ガイド部材１７２ａ～１７５ａと、ガイド部材１７２ａ～１７５ａ上を摺動自在な、それぞれ所要数（図では１個ずつ）の移動部材１７２ｂ～１７５ｂとから構成されている。リニアスライダ１７２と１７３とは対となって水平方向で一の方向（図８の左右方向）に向けられ、円孔１６１ａを挟んで並設されている。リニアスライダ１７４と１７５とは対となって水平方向で前記一の方向と直交する他の方向（図８の紙面奥行き方向）に向けられ、円孔１６１ａを挟んで並設されている。すなわち、図８に示すように、リニアスライダ１７２，１７３のガイド部材１７２ａ，１７３ａは、スライド板１７１の上面に固定され、移動部材１７２ｂ、１７３ｂは天板１１の下面に固定される。なお、図８では、リニアスライダ１７３は見えていない。これによって、スライド板１７１は、天板１１に対して一の方向に移動（偏心）可能となる。また、リニアスライダ１７４，１７５のガイド部材１７４ａ，１７５ａは、操舵板１６１の上面に固定され、移動部材１７４ｂ、１７５ｂはスライド板１７１の下面に固定される。これによって、操舵板１６１は、スライド板１７１に対して一の方向に直交する他の方向へ移動（偏心）可能となる。このように、駆動軸２２ａが操作軸Ｏ１に対して相対的に水平面上を一の方向及び他の方向に、すなわち合成方向として全方位方向に移動し、かつ後述するように操舵板１６１が旋回すると、これに応じて操舵板１６１が連動して移動することとなる。
　すなわち、操作軸Ｏ１が駆動軸２２ａに対して偏心すると、操舵板１６１の頂点が移動する。この操舵板１６１の３頂点と回動軸１６４は、リンク機構を構成するリニアスライダ１６３によって直線的に係合されているため、操舵軸１５１の方向がこれによって変更される。従って、操作軸Ｏ１が駆動軸２２ａに対して偏心すると、操作板１６１が変位し、リンク機構によって操舵軸５１の回転量（操舵量）は決定される。この操舵量によって、車輪１５３の接線方向が決まることになる。
　また、リンク機構は、操作軸Ｏ１が駆動軸２２ａに対して偏心していない状態で、リニアスライダ１６３の移動部材１６３ｂがガイド部材１６３ａ上であって、操舵軸１５１から所定距離だけ、例えば後述する旋回方向、本実施形態ではその前方側に離間した所定位置に位置設定されるように予め設計されている。さらに、後述するように、外側車輪部１０は駆動軸２２ａを介して回転駆動力を受けて所定の速度で旋回するようになっている。ここで、トロコイド曲線の幾何学的完全解に沿った動きは、前述した図３（ａ）、（ｂ）において、ｖdとｄ0，ｖmとｄm，ｖwとｄwとが幾何学的に対応した相似関係になることであるから、車輪１５３の偏心量ｄmが操作指定されると、ｄwとｖwの舵角方向とが一致し、かつｖm：ｖd＝ｄm：ｄ0の関係が成立するように、本実施形態ではリンク機構を採用して、前記所定位置が操舵軸１５１から旋回方向に距離ｄ0として設定されるようにされている。この結果、車輪１５３は、図１及び数３に示されるように、トロコイド曲線の幾何学的完全解に沿った動きを実現することとなる。
　図９は、偏心駆動部２０の機構を説明する斜視図である。図１０は、偏心駆動部２０の上下にある駆動軸２２ａ、２２ｂの回転駆動を説明する斜視図である。偏心駆動部２０は、前述したように枠体２１と上下の駆動軸２２ａ、２２ｂとを備えると共に、駆動軸２２ａ、２２ｂに回転力を付与する回転駆動部２３、回転駆動部２３を支持する基部２４、基部２４を水平面上で偏心させる偏心駆動部２５、及び枠体２１の下面の一部分に敷設された長孔２６１が形成された底板２６を備える。
　偏心駆動部２５は、基部２４の底面と枠体２１の底面との間に配設された水平面上で全方位方向への移動を可能にする部材、例えば井桁状のリニアスライダを備えている。偏心駆動部２５は、図９で示すように、Ｙ方向と平行となる向きに配設された一対のリニアスライダ２５１と、Ｘ方向と平行となる向きに配設された一対のリニアスライダ２５２とを備えている。リニアスライダ２５１は、枠体２１の底面に固設されたガイド部材２５１ａと、ガイド部材２５１ａ上を摺動自在な移動部材２５１ｂとを備えており、移動部材２５１ｂの上面にはリニアスライダ２５２が固設されている。リニアスライダ２５２は、リニアスライダ２５１の移動部材２５１ｂの上面に固設されたガイド部材２５２ａと、ガイド部材２５２ａ上を摺動自在な移動部材２５２ｂとを備えており、移動部材２５２ｂの上面は基部２４の底面に固設されている。この結果、基部２４は、枠体２１に対して水平面上をＸＹ方向、すなわち全方位に移動可能に構成されている。
　また、偏心駆動部２５は、駆動源を有しており、リニアスライダ２５１の移動部材２５１ｂをＹ方向に移動させるための駆動部２５３と、リニアスライダ２５２の移動部材２５２ｂをＸ方向に移動させるための駆動部２５４とを備えている。駆動部２５３，２５４はいずれも駆動力を発生する部材、例えばモータ２５３ａ，２５４ａを備えている。モータ２５３ａからの駆動力は、回動リンク構造２５３ｂを介してガイド部材２５２ａ（移動部材２５１ｂ）をＹ方向に往復動させる。モータ２５４ａからの駆動力は、回動リンク構造２５４ｂを介して移動部材２５２ｂをＹ方向に往復動させる。回動リンク構造は、図９から判るように、モータの出力軸周りに回動する出力アームと、出力アームの先端に回動可能に設けられた伝達アームとから構成され、伝達アームの先端は、ユニバーサル構造を有してガイド部材に連結されている。これによって、モータの回転力が出力アーム、伝達アームを経由してガイド部材に確実に伝達され、基部２４のＸＹ方向への移動を可能にしている。
　図１０において、回転駆動部２３は、駆動軸２２ａ、２２ｂに回転力を付与する駆動源、例えばモータ２３０と、モータ２３０の回転力を駆動軸２２ａ、２２ｂに伝達する伝達機構としての、例えばギア群とを備える。ギア群は、まず、モータ出力軸２３０ａに取り付けられた出力ギア２３０ｂに噛合するように配置された第１中継ギア部２３１から順番に第２中継ギア部２３２～第４中継ギア部２３４を備える。第１中継ギア部２３１は回転軸２３１ａ、第１ギア２３１ｂ、第２ギア２３１ｃを備える。第２中継ギア部２３２は回転軸２３２ａ、第１ギア２３２ｂ、第２ギア２３２ｃを備える。第３中継ギア部２３３は回転軸２３３ａ、第１ギア２３３ｂ、第２ギア２３３ｃを備える。第４中継ギア部２３４は回転軸２３４ａ、第１ギア２３４ｂ、第２ギア２３４ｃを備える。
　そして、モータ２３０の回転力は、出力ギア２３０ｂから第１ギア２３１ｂに伝達され、次いで、第２ギア２３１ｃから第１ギア２３２ｂに伝達され、次いで、第２ギア２３２ｃから第１ギア２３３ｂに伝達され、次いで、第２ギア２３３ｃから第１ギア２３４ｂに伝達される。
　第４中継ギア部２３４の伝達方向下流側は、分岐しており、一方の伝達経路は、第５中継ギア部２３５を経て駆動軸２２ａに進むものであり、他方の経路は、第４中継ギア部２３４から駆動軸２２ｂに進むものである。第５中継ギア部２３５は回転軸２３５ａ、第１ギア２３５ｂ、第２ギア２３５ｃを備える。駆動軸２２ａは最終ギア２３６ａを備える。また、駆動軸２２ｂは最終ギア２３７ａを備える。
　そして、第４中継ギア部２３４まで伝達された回転力は、第２ギア２３４ｃから第１ギア２３５ｂに伝達され、次いで、第２ギア２３５ｃから最終ギア２３６ａに伝達される。一方、第４中継ギア部２３４まで伝達された回転力は、第２ギア２３４ｃから最終ギア２３７ａに伝達される。これにより、駆動軸２２ａ、２２ｂはいずれも回転する。この場合、各ギアの比を予め調整設定しておくことで、駆動軸２２ａ、２２ｂを所定の速度比で回転させるようにすることができる。また、第４中継ギア部２３４と駆動軸２２ａとの間に第５中継ギア部２３５を介設することで、駆動軸２２ａと駆動軸２２ｂとの回転方向を逆にすることが可能となる。後述するように、駆動軸２２ｂは、内側車輪部３０を旋回させるものであり、駆動軸２２ａと２２ｂとを逆回転させることで、外側車輪部１０と内側車輪部３０とを互いに逆向きに旋回させることができる。例えば、互いに同軸上にある駆動軸２２ａ２２ｂから、外側車輪部１０の車輪の位置までの距離と、内側車輪部３０の車輪の位置までの距離との比率に反比例するように（外側車輪部１０の車輪の径と内側車輪部３０の車輪の径とが同一の場合）、速度比率を設定すればよい。なお、両者の車輪の径が異なる場合には、径の比も考慮して設定すればよい。
　図９に戻って、無線指示器２７は、偏心指示部材２７１、旋回速度指示部材２７２及び送信用のアンテナ２７３を備えている。偏心指示部材２７１は、例えばジョイスティック等で構成され、傾倒方向Ｘ，Ｙ及び傾倒角度に応じて、モータ２５３ａ，２５４ａの偏心方向及び偏心量に相当する信号が生成され、電波信号に変調されてアンテナ２７３から送信されるようになされている。一方、旋回速度指示部材２７２は、操作（スライド）量に応じて、モータ２３０の回転速度信号が生成され、アンテナ２７３から送信されるようになされている。
　枠体２１の適所、本実施形態では基部２４内の適所に駆動制御部２８を備えている。駆動制御部２８は、アンテナ２７３からの電波信号を受信するためのアンテナ２８１を備え、受信した信号から、モータ２３０、モータ２５３ａ，２５４ａを駆動させる駆動制御信号を生成するものである。なお、旋回速度指示信号、偏心方向指示信号及び偏心量指示信号を電波信号に変調して伝送する形態に代えて、光や超音波を利用する近距離通信方式でもよいし、優先で伝送する方式でもよい。このように、遠隔式で旋回速度を指示したり、偏心量すなわち操舵方向を指示することで、操作が容易となる。
　図１１は、内側車輪部３０の上方斜視図である。図１２は、内側車輪部３０の下方斜視図である。図１３は、操舵リンク部３５の構造を説明するための部分斜視図である。図１４は、スライド部の一例を示す構成を説明する図で、（ａ）は、側面断面図、（ｂ）はスライド部３３の一例を示す斜視図である。
　内側車輪部３０は、天板３１と基盤３２とが上下方向に所定の間隔を置いて同心状に配置され、その間にスライド部３３が介設されている。基盤３２の周縁の所定箇所には、車輪部３４が設けられている。また、天板３１と車輪部３４との間には操舵リンク部３５が設けられている。天板３１は、所定形状、例えば略三角形を有し、図２における操舵リンクアームＮＬとして機能している。天板３１の中心には、所定径の軸受部３１１が突設され、内径側は円孔３１２とされている。操舵用の操作軸はこの軸受部３１１（すなわち円孔３１２）の中心であり、実体としての軸パーツが存在するわけではないが、この中心となる軸と駆動軸２２ｂとの相対位置を変化させることで操作軸の移動を行う。以降この中心となる軸を操作軸Ｏ２（図１４参照）と呼称する。なお、偏心駆動部２０と内側車輪部３０との組み付け時には、この軸受部３１１の内孔３１２に軸受２１ｂが嵌合される。基盤３２は円盤形状を有する。基盤３２の円周方向の均等の３箇所には、同一形状を有する車輪部３４が配設されている。
　主に図１２、図１３に示すように、車輪部３４は、基盤３２を上下方向に貫通し、かつ基盤３２に対して回動自在に軸支された操舵軸３４１を有する。操舵軸３４１は、下部に水平な車輪軸３４２を有し、この車輪軸３４２に所要径の車輪３４３が回動自在に軸支されている。本実施形態では、車輪３４３と車輪１５３とは同一径寸法のものが採用されている。
　操舵リンク部３５は、図１３に示すように、天板３１と基盤３２との間に設けられている。操舵リンク部３５は、操舵軸３４１の上端に操舵軸３４１と一体回転可能に固設された基台３５１、基台３５１の上面に水平に向けて配置されたリニアスライダ３５２を備える。リニアスライダ３５２は、所定長を有するガイド部材３５２ａとガイド部材３５２ａ上を摺動自在な移動部材３５２ｂとから構成されている。移動部材３５２ｂの上面には回動軸３５３が立設されている。回動軸３５３は、ほぼ天板３１の３頂点位置で軸支されている。
　スライド部３３は、天板３１と基盤３２との間に配設されている。スライド部３３は、所定形状、例えば略三角形のスライド板３３１と井桁状のリニアスライダ３３２～３３６を有する。なお、スライド板３３１の径は所要径として設計可能であるが、天板３１に形成された円孔３１２より大径である一方、周縁部の回転軌跡が操舵リンク部３５の位置と干渉しないサイズであることが好ましい。
　スライド板３３１は、図１４に示すように、中心を通る長孔３３１ａが形成されている。長孔３３１ａに偏心駆動部２０の駆動軸２２ｂが貫通するように内側車輪部３０と偏心駆動部２０とが組み付けられる。そして、駆動軸２２ｂの先端は、基盤３２に固定され、モータ２３０から伝達されてきた回転力を伝えている。長孔３３１ａは駆動軸２２ｂを貫通させることで、スライド板３３１が天板３１と基盤３２に対してそれぞれ直交する向きに並進可能とするためのものであり、これによって天板３１と基盤３２に対して水平面内でそれぞれの回転軸の２次元的なずれを許容しながらも回転位相を保った供回り可能に設置されている。
　リニアスライダ３３２～３３６は、ガイド部材３３２ａ～３３６ａと、ガイド部材３３２ａ～３３６ａ上を摺動自在な移動部材３３２ｂ～３３６ｂとから構成されている（なお、図１４では、リニアスライダ３３３は見えておらず、リニアスライダ３３６は省略している。）。リニアスライダ３３２，３３３とは対となって水平方向で一の方向（図１４の左右方向）に向けられ、円孔１６１ａを挟んで並設されている。リニアスライダ３３４～３３６は水平方向で前記一の方向と直交する他の方向（図１４の紙面奥行き方向）に向けられ、円孔１６１ａの周りの３箇所に分散配置されている。すなわち、図１４に示すように、リニアスライダ３３２，３３３等のガイド部材３３２ａ，３３３ａはスライド板３３１の上面に固定され、移動部材３３２ｂ，３３３ｂは天板３１の下面に固定される。これによって、スライド板３３１は、天板３１に対して一の方向に移動（偏心）可能となる。また、リニアスライダ３３４～３３６のガイド部材３３４ａ～３３６ａ（図１１参照）は基盤３２の上面に固定され、移動部材３３４ｂ～３３６ｂ（なお、３３６ｂは見えていない。）はスライド板３３１の下面に固定される。これによって、基盤３２は、スライド板３３１に対して一の方向に直交する他の方向へ移動（偏心）可能となる。このように、駆動軸２２ｂが操作軸Ｏ２に対して相対的に水平面上を一の方向及び他の方向に、すなわち合成方向として全方位方向に移動すると、これに応じて基盤３２が連動して移動することとなる。
　すなわち、操作軸Ｏ２が駆動軸２２ｂに対して偏心すると、基盤３２の頂点が移動する。この基盤３２の３頂点と回動軸３５３は、リンク機構を構成するリニアスライダ３５２によって直線的に係合されているため、操舵軸３４１の方向がこれによって変更される。従って、操作軸が駆動軸２２ｂに対して偏心すると、基盤３２が変位し、リンク機構によって操舵軸３４１の回転量（操舵量）は決定される。この操舵量によって、車輪３４３の接線方向が決まることになる。
　また、リンク機構は、操作軸Ｏ２が駆動軸２２ｂに対して偏心していない状態で、リニアスライダ３５２の移動部材３５２ｂがガイド部材３５２ａ上であって、操舵軸３４１から所定距離だけ、例えば後述する旋回方向に離間した位置に位置設定されるように予め設計されている。さらに、後述するように、内側車輪部３０は駆動軸２２ｂを介して回転駆動力を受けて所定の速度で旋回するようになっている。この結果、車輪３４３は、図１及び数３に示されるように、トロコイド曲線の幾何学的完全解に沿った動きを実現することとなる。
　図１５は、推進機構をタンデム型に適用した場合の部分斜視図である。図１５に示す機構は、図６に示す偏心駆動部２０をタンデム型に適用可能な構成としたものである。タンデム型とは、所定距離離間して、例えば内側車輪部３０と機能上同一の車輪部３０’とその鏡像構造である３０’’とが一対として並設された構造である。あるいは内側車輪部３０を採用してもよいし、外側車輪部１０を採用してもよいが、これらの構造の場合，回転軸が鏡像構造の回転を行うため，車輪部の構造もまた右回り系と左回り係の鏡像一対な構造で構成する必要がある。
　図１５において、推進機構１Ａは、操作軸４１，４２、回転駆動部４３、偏心駆動部４４及びこれらを支持する支持部４５を備える。
　支持部４５は、それぞれ所定形状、例えば長方形状を有する平板４５１，４５２が所要本数のボス４５３等を介在させて上下方向に所定距離だけ離間して平行配置されたものである。操作軸４１，４２は駆動軸２２ａ、２２ｂに対応するもので、上下方向に所定長を有してなり、それぞれ平板４５１，４５２で軸支されて、水平方向に所定距離だけ離間して配置されている。下端には駆動軸２２ａ、２２ｂと同様に供回り形状としての例えばＤカット面が形成されている。なお、操作軸４１，４２には、平板４５１，４５２の間の所定位置にギア４１１，４２１が固設されている。
　回転駆動部４３は、駆動源としてのモータ４３０、出力ギア部４３１、順次噛合する中継ギア部４３２～４３５を備える。出力ギア部４３１は、出力軸４３１ａと出力軸４３１ａに固設された出力ギア４３１ｂとを有する。中継ギア部４３２～４３５は、それぞれ出力軸４３２ａ～３４５ａと、中継ギア４３２ｂ～３４５ｂとを有する。そして、出力ギア３４１ｂに中継ギア３４２ｂが噛合し、中継ギア４３２ｂに中継ギア３４３ｂが噛合し、中継ギア４３３ｂにギア４１１が噛合しており、これによって、モータ４３０の回転力が操作軸４１に伝達される。
　一方、操作軸４２側については、中継ギア４３２ｂには同時に中継ギア３４４ｂが噛合しており、この中継ギア４３４ｂに中継ギア４３５ｂが噛合し、そして、中継ギア３４５ｂにギア４２１が噛合しており、これによって、モータ４３０の回転力が操作軸４２に伝達される。従って、操作軸４２と４３とが互いに逆方向に回転する。なお、車輪部３０’と３０’’とが同一物（車輪の旋回半径が等しい）である場合には、各ギアの比を調整することで操作軸４１，４２の回転速度を一致させることができる。異なる場合には、前記旋回半径の比に逆比例させればよい。
　偏心駆動部４４は、平板４５２の下部に配設されている。偏心駆動部４４は、水平に向けられた所定形状の、例えば略長方形のスライド板４４１と井桁状のリニアスライダ４４２～４４５と、スライド板４４１と平行でその下部に設けられた偏心板４４６とを有する。
　図１５に示すように、偏心板４４６の左右両側には所要径を有する円孔４４６１，４４６２が穿設されており、ここに各車輪部３０’の上部に突設されている軸受部が嵌合される。従って、偏心板４４６の円孔４４６１，４４６２の間隔は、タンデム型における一対の車輪部の離間距離を規定する。
　また、偏心駆動部４４は、平板４５２に固設された駆動源である例えばモータ４４７と、モータ４４７の回転力をスライド板４４１に伝達する伝達機構部４４７１と備える。また、偏心駆動部４４は、偏心板４４６に固設された駆動源である例えばモータ４４８と、モータ４４８の回転力をスライド板４４１に伝達する伝達機構部４４６と備える。
　リニアスライダ４４２～４４５は、ガイド部材４４２ａ～４４５ａと、ガイド部材４４２ａ～４４５ａ上を摺動自在な移動部材４４２ｂ～４４５ｂとから構成されている（なお、図１５では、リニアスライダ４４５は見えていない。）。リニアスライダ４４２，４４３は一対となって、図１５の紙面奥行き方向に向けられて並設されており、ガイド部材４４２ａ，４４３ａは平板４５２の下面に固定され、移動部材４４２ｂ，４４３ｂはスライド板４４１の上面に固定されている。リニアスライダ４４４，４４５は一対となって、図１５の左右方向に向けられて並設されており、ガイド部材４４４ａ，４４５ａは偏心板４４６の上面に固定され、移動部材４４４ｂ，４４５ｂはスライド板４４１の下面に固定されている。これによって、偏心板４４６は、平板４５２に対して水平面上で全方位に偏心可能となる。すなわち、操作軸４１，４２は、偏心板４４６に対して水平面上で全方位に対して相対的かつ連動して同一量だけ偏心可能になる。
　また、操作軸４１，４２が相対的に偏心していない状態で、内側車輪部３０の場合と同様、リニアスライダ３５２の移動部材３５２ｂがガイド部材３５２ａ上であって、操舵軸３４１から所定距離だけ、例えば旋回方向に離間した位置に位置設定されるようにリンク機構が予め設計されていることで、このタンデム構造においても、車輪３４３は、図１及び数３に示されるように、トロコイド曲線の幾何学的完全解に沿った動きを実現することとなる。
　また、本発明は、以下の態様を採用することが可能である。
（１）本実施形態では、車輪を円周方向に均等な３箇所に設けた態様としたが、均等であれば、３箇所以上の所定の複数箇所に設けてもよい。
（２）本実施形態では、外側車輪部と内側車輪部とを同軸状に配置し、あるいはタンデム状に配置した形態としたが、これに代えて外側車輪部及び内側車輪部の一方を作用部として採用し、かつ一対のスリップ防止用の車輪（従輪）を設ける形態としても、同様の効果を得ることが可能である。
（３）リニアスライダに代えて、同軸部材の軸方向への移動を制御する一軸方向摺動体を用いてもよい。
（４）操舵軸のＸ，Ｙ方向への偏心をリニアスライダを用いて行ったが、これに代えてベルト掛け、ラックピニオン等の駆動機構を採用してもよい。
（５）なお、本実施形態では、偏心駆動部２０の駆動軸２２ａ、２２ｂが偏心されていない状態で、当該駆動軸２２ａ、２２ｂが外側車輪部１０、内側車輪部３０内で位置する鉛直方向を中心軸として設定しているが、この中心軸は仮想的なものでもよいし、あるいは便宜的に中心軸を設ける態様としてもよい。例えば外側車輪部１０でいえば、上環状体１２と下環状体１３の中心点を結ぶ鉛直線が中心軸となる。
（６）本実施形態では、駆動軸２２ａ、２２ｂを無線指示器２７からの指示信号に基づいて偏心制御したが、これに代えて、駆動軸２２ａ、２２ｂを操作者が直接操作する態様としてもよい。
（７）なお、外側車輪部１０側を例にして説明すれば、車輪１５３のキャンバー角を最適に制御する構成を付加する態様とすることが好ましい。特に、常にステアリングを切り続けている状態のトロコイド推進機構においては，車輪１５３のキャンバー角を最適化し続けることができれば、さらなるステアリングロスの減少に繋ぐことができる。そのためには、舵角制御される従輪である（外側車輪部１０で示せば）車輪１５３の車輪軸１５２が地面と軌道の曲率半径の中心軸の交点を指し続けるようにすることが必要となる。より詳細には、曲率半径の中心が現在どこにあり、その位置で車輪１５３の車輪軸１５２をどれだけ傾けなければならないかを求めて、その向きに車輪軸１５２を向け続ける操作が必要となる。ところで、水平面内では操舵リンク部１６の機構が車輪軸１５２を常にその方向に向け続けてくれているため、舵角ベクトルｄｗ回りの回転方向に沿って車輪軸１５２が地面上で曲率半径中心と交わるように機構を用いて制御すればよいことになる。この機構では、その構成上、車輪軌道を生成する前述の舵角のためのリンク機構（操舵リンク）に対して、追加のリンク機構を加えることによって最適なキャンバー角をも同時に生成する機能を付与することが可能である。
　図１６は、キャンバー角の制御を示す図で，（ａ）はキャンバー角を説明するための図、（ｂ）は車輪の回動に伴うキャンバー角のリンク系を利用した角度調整を説明するための図である。図（ｂ）に示すように、本機構は、キャンバー角の調整のために副操舵軸を備える。副操舵軸の位置は固定されておらず、図１６（ｂ）中、ｒdで示す主アーム（図７の平板１１に対応）の平面内で駆動軸周りに径ｒdで回動する。主操舵軸（図７の操舵軸１５１に対応）との相対角（伝達角）φを主アーム（図７の操舵板１６１に対応）側から操舵リンク側に伝達することで（主アームと操舵リンクの相対角ψを主操舵軸側と同様に副操舵軸側でも保持することによって）、副操舵軸での操舵方向ｄwが決定され、それによって直交するリニアスライダのリニアレール（ガイド部材側）の方向が決まり、主操舵軸から伸びる車輪ＷＨ（図７の車輪１５３に対応）の半径Ｗdと同じ長さのリンクアームと直交する形でリニアスライダと係合することで、半径Ｗdの方向と主操舵軸の方向ｄwとの交差角として車輪１５３のキャンバー角を求めることができる。
　図１７は、キャンバー角調整制御のための機構を概略的に示す図である。なお、図１７において、図６～図８で説明した構成と同一番号が付された物は同一の機能を奏するものとして説明は省略する。キャンバー角調整のための構造は、操舵軸１５１と車輪軸１５２の間に介設されたキャンバー角を変更させる機構としての、一対の円弧状のスライド部材５１～扇状ギア５３を備えると共に、キャンバー角を旋回動作に連動させて変更制御するための機構としての、操舵板１６１に対応する旋回部の中心（操舵軸２２ａ）と同心に配置された回動アーム６１～リニアスライダ６７を備える。
　キャンバー角調整のための構造は、操舵軸１５１と一体回転可能に設けられた、前述した円弧状を有するスライド部材５１と、スライド部材５１と同一の曲率形状を有し、スライド部材５１に対して摺動して移動すると共に、一対のうちの一方側の側面にラックギアが形成され、かつ車輪軸１５２と一体に設けられたラック部材５２と、操舵軸１５１と同心状で相対回転可能に配置された扇状の形状を有し、周面にラック部材５２のラックギアと噛合するギアが形成されたピニオン部材５３とを備える。ラック部材５２の移動方向と車輪軸１５２とは同一面内となる向きに設計されている。上記構成において、操舵軸１５１が回転すると、ピニオン部材５３がラック部材５２をスライド部材５１に対して円弧方向に移動させ、この移動によって、円弧の中心である車輪接地点を基準に車輪１５３のキャンバー角が変化するようになっている。なお、スライド部材５１、ラック部材５２は円弧形状の他、直線形状でもよい。また、ピニオン部材５３とラックギアが形成されているラック部材５２との噛合構造に代えて同径の傘歯車で噛合する構造としてもよい。
　次に、キャンバー角を旋回に連動させて変更制御するための機構としては、前述の回動アーム６１と、所定の位置（中心軸を所定分だけ大きく迂回するための位置）に配設され、前述したように副操舵系の主リンクと操舵リンクの間の井桁状のリニアスライダ６３，６７（後述する）を支持し、かかるリニアスライダ６３，６７と共に、回動アーム６１と後述の主アーム部材６８との間に角度ψ（図１６（ｂ）の相対角ψ）を保持するための角度拘束機構として作用する立設部材６２と、回動アーム６１の先端側と立設部材６２との間に介設された水平に向けられた、レール状のガイド部材とそれに沿って摺動する移動部材とで構成される、回動アーム６１と角度ψをなすリニアスライダ６３と、ピニオン部材５３の上面であって中心軸から所要半径だけ離間した位置で弦方向に向けて設けられたリニアスライダ６４を介して連結された立直軸６５と、リニアスライダ６３と立直軸６５との間に介設されたリニアスライダ６６と、立設部材６２の下部側に設けられ、リニアスライダ６３と水平面上で直交する方向に向けられたリニアスライダ６７とを備える。さらに、キャンバー角を旋回に連動させて変更制御するための機構は、主操舵側の主アームと回転軸を共通に持ちながらその軸周りで自由に回動できるリンクアームとして機能するものであって、立直軸６５を回動自在に軸支する副操舵側の主アーム部材６８を備えており、この主アーム部材６８にリニアスライダ６７のレール条のガイド部材が連結されている。なお、リニアスライダは基本的に同一構造を有する。
　また、上記構成において、駆動軸２２ａに対する偏心操作がなされていない場合には、立直軸６５は回動せず、キャンバー角は一定の角度に保持される。一方、駆動軸２２ａに対して偏心操作がなされている状態では、回動アーム６１が外側車輪部１０の旋回に応じて操舵軸１５１との間の距離が変動するため、リニアスライダ６３，６６を介して立直軸６５が回動することになる。この回動は、リニアスライダ６４を経由してピニオン部材５３を回動させる。ピニオン部材５３が回動すると、それに連動してラック部材５２が摺動し、この摺動に連動してキャンバー角が変化することになる。このように、キャンバー角を旋回動作に連動させて変動させ、車輪１５３の接線方向と並進方向との関係から常に好適なキャンバー角になるように構成することで、ステアリングロスの一層の減少を図ることが可能となる。
　１，１Ａ　推進機構
　１０　外側車輪部（作用部の一部）
　１１　天板
　１２　上環状体
　１３　下環状体
　１４　支持体
　１５　車輪部（作用部材）
　１５１　操舵軸
　１５３　車輪
　１６　操舵リンク部（操作部、リンク機構）
　１６１　操舵板（リンク機構の一部）
　１６３　リニアスライダ
　１６３ａ　ガイド部材
　１６３ｂ　移動部材
　１６４　回動軸（リンク機構の一部）
　１７　スライド部（係合部）
　２０　偏心駆動部（操舵部の一部）
　２１　枠体
　２２ａ，２２ｂ　駆動軸
　２３　回転駆動部
　２３０　モータ（駆動源）
　２４　基部
　２５　偏心駆動部
　２６　底板
　２７　無線指示器（指示器）
　２８　駆動制御部
　３０　内側車輪部（作用部の一部）
　３１　天板
　３２　基盤
　３３　スライド板（係合部）
　３４　車輪部（作用部材）
　３４３　車輪
　３５　操舵リンク部（操舵部の一部）
　４１，４２　操作軸
　４３　回転駆動部
　４４　偏心駆動部
　４５　支持部
　ＩＳ　井桁スライダ
　ＬＳ　リニアスライダ
　ＭＡ　主アーム
　ＮＬ　操舵リンク板
　ＷＨ　車輪
　Ｏ１，Ｏ２　操作軸

Claims (8)

  1. 駆動軸周りに旋回する作用部と、前記作用部と供回りすると共に旋回面上で２次元方向に相対移動が可能にされた操舵部とを備えたトロコイド駆動機構において、
    　前記作用部は、前記駆動軸から所定半径上かつ円周方向に均等に配置され、前記駆動軸と平行な操舵軸にそれぞれ回動可能に設けられた複数個の作用部材を備え、
    　前記操舵部は、前記各作用部材を前記操舵軸周りに回動させるリンク機構を備え、
    　前記リンク機構は、
    　所定長を有し、その長さ方向が前記操舵軸の径方向に向けて前記操舵軸に取り付けられたガイド体と、
    　前記各ガイド体に対し、前記長さ方向に沿って移動可能に設けられた移動体とを有し、
    　前記操舵部の回動中心が前記駆動軸に一致する状態で、前記操舵部の複数の周縁部位であって前記各操舵軸に対応して設けられた複数の連結部位が前記操舵軸から前記回動方向の前後一方側に所定距離だけ離間した位置で対応する前記移動体に回動可能に取り付けられていることを特徴とするトロコイド駆動機構。
  2. 前記操舵部は、回動中心に操作軸を有し、
    　前記作用部は、前記操作軸に係合して前記操舵部を前記２次元方向に移動させる係合部を有することを特徴とする請求項１に記載のトロコイド駆動機構。
  3. 前記作用部を旋回させる駆動源を備え、
    　前記作用部材は、前記操舵軸に直交する軸に軸支されて、面上で転動する車輪を有することを特徴とする請求項２に記載のトロコイド駆動機構。
  4. 前記操作軸の前記駆動軸に対する２次元方向の離間距離に応じて、前記作用部の並進速度が前記車輪の転動速度に比して連続的に大小調整可能であることを特徴とする請求項３に記載のトロコイド駆動機構。
  5. 前記操作軸の偏心方向及び偏心量を指示する信号を出力する指示器と、
    　前記指示器からの指示信号を受けて、前記操作軸を対応する方向及び量だけ偏心させる偏心駆動部とを備えたことを特徴とする請求項３又は４に記載のトロコイド駆動機構。
  6. 前記作用部は、前記駆動軸における前記所定半径がそれぞれ設定された第１、第２の作用部を有し、
    　前記第１の作用部は、前記第２の作用部に比して前記作用部を逆向きで、かつそれぞれ設定された前記各所定半径の寸法比に反比例した速度比率で回転させ、
    　前記操舵部は、第１、第２の駆動軸を有し、前記第１の駆動軸を前記第１の作用部に係合させ、前記第２の駆動軸を前記第２の作用部に係合させてなることを特徴とする請求項３～５のいずれかに記載のトロコイド駆動機構。
  7. 前記第１、第２の作用部は、同軸上で、かつ高さ方向の上下に配置され、前記第１、第２の作用部の前記車輪は互いに等しい高さ位置に配置されていることを特徴とする請求項６に記載のトロコイド駆動機構。
  8. 前記第１、第２の作用部は、実質的に同一形状を有し、左右に所定寸法だけ離間して配置されていることを特徴とする請求項６に記載のトロコイド駆動機構。
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