JP2004291799A - Movable carriage - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は移動台車に関し、詳しくは、台車本体の重心が車輪の回転軸より上方に位置する倒立振子型の移動台車を倒立姿勢に保つための安全装置に関する。
【0002】
【従来の技術】倒立振子型の移動台車としては、例えば、特許文献1に記載のものが知られている。
特許文献1に開示された移動台車は、一対の車輪と、車輪間に架設された車軸と、車軸上に回転可能に支持された台車本体とを備えている。台車車体の傾きは角度検出手段によって検出されるようになっている。この同軸二輪車では、車輪を駆動するための車輪駆動用モータを有し、車輪駆動用モータは制御コンピュータから出力される制御指令値(制御トルク値)に基づいて駆動される。制御コンピュータには、車体の傾斜角度を入力値とし、フィードバックゲイン(K)を係数として制御トルク値を算出するための制御入力算出式が設定されている。
かかる構成においては、角度検出手段によって車体の傾きが短時間間隔でサンプリングされる。次いで、サンプリングされた傾斜角度が制御入力算出式に代入され、車輪駆動用モータの制御トルク値が算出される。そして、算出された制御トルク値に相当する電流指令値が車輪駆動用モータに出力される。これによって、台車本体の傾きに応じて車輪駆動用モータが駆動され、台車本体の倒立が維持される。
【0003】
【特許文献1】
特開昭63−305082号
【特許文献2】
特開平02−190277号
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した移動台車は、車輪の駆動制御(すなわち、倒立制御)が行われている間は倒立を維持するが、倒立制御を停止するとバランスを失って転倒する。したがって、倒立制御を停止する場合は、作業員がロボットを支え、さらに別の作業員が補助スタンドをセットするなどして転倒防止のための作業を行う必要があった。
【0005】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、作業員による転倒防止作業の負担を軽減し、倒立制御を停止したときに移動台車を容易に倒立姿勢に保つことができる技術を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段と作用と効果】上記課題を解決するために、請求項1に記載の移動台車は、車輪と、該車輪に支持される台車本体とを備え、台車本体の重心が車輪の回転軸より上方に位置する移動台車であって、車輪を駆動する駆動手段と、台車本体が倒立を維持するよう駆動手段を駆動する制御手段と、台車本体に取付られ、車輪の接地点から略進行方向に離間して路面に接地する第1の位置と路面から離れた第2の位置とに配置切替え可能な支え部材と、を有する。
この移動台車では、台車本体が倒立制御されているときは、支え部材を路面から離れた第2の位置に配置することができる。このため、移動台車が倒立制御されて駆動輪が回転する際に、支え部材が邪魔となることが防止される。一方、台車本体が倒立制御されていないときは、支え部材を路面と接地する第1の位置に配置することができる。支え部材が第1の位置に配置されると、支え部材が車輪の接地点から車輪の略進行方向に離間した位置で路面に接地するため、台車本体が倒れることを防止することができる。この支え部材は台車本体に取付けられているため、簡易迅速に操作でき、台車本体を倒立姿勢に保つことができる。
なお、台車本体をより確実に支えるためには、車輪の前進側と後退側の両者に支え部材を配備することが好ましい。
また、台車本体の倒れを安定して防止するためには、支え部材が第1の位置にあるときに、台車本体の重心位置の路面(接地面)への鉛直方向投影点が、支え部材接地点と車輪接地点のうち前記重心投影点からの距離が大きくなるように選ばれた少なくとも3点の接地点を頂点とする凸多角形内にあることが好ましい。
【0007】
上記移動台車においては、前記支え部材を第1の位置と第2の位置とに配置切替えする駆動機構をさらに有することが好ましい。
この構成では、駆動機構によって支え部材の配置切り替えができるため、倒立制御停止時の転倒防止をより容易に行うことができる。
なお、この駆動機構には、モータやアクチュエータ等の駆動装置を利用することができ、また、駆動機構は無線等による遠隔操作によって作動させるようにしてもよい。
【0008】
また、上記の駆動機構は、制御手段により台車本体の倒立制御が行われているときは支え部材を第2の位置に配置し、制御手段により台車本体の倒立制御が行われていないときは支え部材を第1の位置に配置することが好ましい。
この構成では、倒立制御が行われていると支え部材は第2の位置に自動的に配置され、倒立制御が停止されると支え部材は第1の位置に自動的に配置される。移動台車の倒立制御と連動して駆動機構が作動するため、効果的に移動台車の転倒防止を図ることができる。
なお、台車本体の倒立制御の停止は、予め組み込まれたプログラムによって自動的に停止するようにしてもよいし、別途設けたスイッチによって停止するようにしてもよい。この倒立制御を停止するためのスイッチは、台車本体に設けてもよいし、台車本体から離れた位置に設けてもよい(例えば、無線等により信号を出力するリモコンスイッチ等)。
【0009】
また、前記支え部材はキャスター輪を有することが好ましい。
この構成では、倒立制御が停止しているときに移動台車を倒立状態で自立させることができるのみならず、その姿勢のまま適宜の方向に移動させることができる。したがって、扱い易くメンテナンス性が向上する。
また、非常停止などで急激に台車を停止状態にして支え部材を接地させると、台車は慣性力でしばらく移動を続ける場合がある。キャスター輪を接地すれば、このような移動を妨げることなくなめらかに停止状態とすることができ、この点からも転倒防止効果がより大きくなる。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明を具現化した一実施形態を図面に基づいて説明する。まず、移動台車の機械的構成について図1〜図4を参照して説明する。ここで、図1は倒立振子型の同軸二輪移動台車の正面図、図2は同移動台車の一部破断側面図である。両図において移動台車は補助輪(キャスター輪)を上げた状態が示されている。図3は補助輪を下げて接地状態にしたときの移動台車の正面図、図4は同移動台車の側面図である。
【0011】
図1〜図4において、1は台車本体であり、鋼材等で枠組み形成されたシャーシ1aの中段に中段収納部1bが設けられ、上段に上段収納部1cが設けられている。シャーシ1aの下側、すなわち台車本体1の最下部には、後述する安全装置20を取り付けるための取付部1eが形成されている。上記シャーシ1aは左右両側に軸受部2a,2bを有しており、この軸受部2a,2bによって左右の主車輪3,4が回転自在に支持されている。図中の3aと4aは主車輪3,4の車軸を示している。なお、両主車輪3,4は回転軸線を共有する位置に左右対称に配設されている。シャーシ1aには両車輪3,4を個別に駆動するための電動モータ5,6と、モータの回転を減速する減速器5a,6aとが備えられている。本例の減速装置を主車輪3について説明すると、車軸3a側に設けられたプーリ3bと減速器5aの出力軸端に取り付けられたプーリ5bとがベルト7によって接続されてなる構成である(図2参照)。主車輪4についても同様に、プーリ4bとプーリ6bとがベルト(図示省略)によって接続されてなる構成である。なお、減速装置には歯車装置等を利用することもできる。
【0012】
台車本体1には主車輪3,4を回転制御するための制御装置が備えられている。制御装置は、各モータを個別に駆動するための2台のモータドライバ11,11と、これらモータドライバ11,11を制御する制御コンピュータ12と、電源装置としてのバッテリ13と、DC/DCコンバータ14と、スイッチボックス15と、ジャイロセンサ19(図1〜4において図示を省略;ただし、図7において図示)とから構成される。各機器の取付け位置は図に概略を示したように、台車本体1の中段収納部1bの下側にモータドライバ11が取り付けられ、中段収納部1bにバッテリ13が収納され、上段収納部1cに制御コンピュータ12、DC/DCコンバータ14、スイッチボックス15が搭載されている。
ジャイロセンサ19は、1軸ジャイロセンサであって、車軸3a,4aと直交する方向(すなわち、台車本体1の傾動方向)に配置されている。したがって、ジャイロセンサ19によって台車本体1の傾斜角速度が検出される。
制御コンピュータ12は、ジャイロセンサ19の出力、モータ5,6のエンコーダ出力に基づいてモータ5,6のトルク指令値を算出する。制御コンピュータ12で算出されたトルク指令値はモータドライバ11に出力され、出力されたトルク指令値に基づいてモータドライバ11はモータ5,6を制御する。
また、台車本体1の上部1dには、たとえばロボットのボディー(図示省略)が載置される。
【0013】
前記取付部1eに取り付けられる安全装置20は、倒立制御停時における台車本体1の転倒を防止するためのものであって、補助輪を駆動機構によって昇降させる方式が採用されている。以下、安全装置20について図5及び図6を参照して詳細に説明する。図5と図6は安全装置20を説明するための拡大図である。図5は移動台車の運転時(通常走行時)を示し、図6は移動台車の停止時(制御装置停止時)において安全装置20を作動させた状態を示している。
図5,6に示すように、台車本体1の取付部1eには、車軸3a,4aと平行に延びる支軸1fが取り付けられており、この支軸1fに台車前後方向に延びる補助脚21,22が回動自在に支持されている。各補助脚21,22は、基端側の第一肢21a,22aと、第一肢21a,22aの先端側にテーパ部材21c,22cを介在させてボルト止めされた第二肢21b,22bとから構成される。第二肢21b,22bの先端には、補助輪としてのキャスター輪21d,22dが取付けられている。なお、テーパ部材21c,22cは、第一肢と第二肢間の取付角度を調整するものであって、テーパ部材21c,22cを調整することでキャスター輪21d,22dの設定高さ位置が調節可能となっている。
なお、第二肢21b,22bはそれぞれ、その先端が略T字状に側方に延びており、その先端部に左右対をなすようにキャスター輪が取り付けられている(図1,図3参照)。すなわち、この移動台車は、主車輪3と4の接地点を結ぶ線分の中点を中心にして前後左右の合計4箇所で接地可能なようにキャスター輪が配備されている。上記の補助脚21,22とキャスター輪21d,22dが請求項でいう支え部材に相当する。
【0014】
第一肢21a,22aの基端部寄りの位置にはリンク23a,24aの一端が回動自在にピン結合されており、リンク23a,24aの他端はアクチュエータ25のロッド先端部25aに連結されている。アクチュエータ25はシャーシ1aに固定されている。したがって、アクチュエータ25がロッドを引き込むように作動すると補助脚21,22が回動して、図5に示したように、キャスター輪21d,22dが持ち上げられる。他方、アクチュエータ25がロッドを下方に伸ばすように作動すると、図6に示したように、補助脚21,22が回動してほぼ一直線に開く状態となり、キャスター輪21d,22dが路面と接触可能な位置まで下げられる。
【0015】
次に、上述したように構成される移動台車の制御系について説明する。図7は、移動台車の制御系の構成を示す機能ブロック図である。
図7に示すように、移動台車の制御は制御コンピュータ12を中心に行われる。制御コンピュータ12は、CPU,ROM,RAM等により構成され、ROMに格納された制御プログラムを実行することで、台車並進方向に関する制御指令値を算出する台車並進方向制御指令値算出手段26(以下、単に第1制御指令値算出手段という)と、台車回転方向に関する制御指令値を算出する台車回転方向制御指令値算出手段28(以下、単に第2制御指令値算出手段という)と、両制御指令値算出手段26,28に目標値を入力する目標値入力手段27と、両制御指令値算出手段26,28で算出された制御指令値を加算する制御指令値加算手段29と、アクチュエータ25の状態(ロッドが伸長した状態と収縮した状態)を切替えるアクチュエータ切替え手段70として機能する。制御コンピュータ12によって構成される各手段26,27,28,29,70については後で詳述する。なお、制御コンピュータ12によって行われる処理は、台車本体1に設けた非常停止ボタン72(図1〜4では図示省略)やリモコンスイッチ74を操作することで、緊急停止することが可能なようになっている。
制御コンピュータ12には、ジャイロセンサ19が接続され、ジャイロセンサ19の出力(台車本体10の傾斜角速度)が入力するようになっている。また、制御コンピュータ12は、モータドライバ11,11と接続されている。モータドライバ11,11は、モータ5,6とそれぞれ接続され、制御コンピュータ12からのトルク指令値に応じてモータ5,6を駆動する。各モータ5,6のエンコーダ5c,6cは、制御コンピュータ12に接続され、エンコーダ5c,6cからの出力(各モータ5,6の回転角度)が制御コンピュータ12に入力するようになっている。
また、制御コンピュータ12には、切替えスイッチ73を介してアクチュエータ25が接続されている。切替えスイッチ73は、アクチュエータ25の状態(ロッドが伸長した状態と収縮した状態)を切替えるスイッチである。具体的には、制御コンピュータ12からの作動信号がONされていると切替えスイッチ73はONし、これによってアクチュエータ25のロッドは収縮した状態(すなわち、キャスター輪21d,22dが持ち上げられた状態)となる(図5参照)。逆に、制御コンピュータ12からの作動信号がOFFされていると切替えスイッチ73はOFFし、これによってアクチュエータ25のロッドは伸長した状態(すなわち、キャスター輪21d,22dが路面と接触する状態)となる(図6参照)。制御コンピュータ12からの作動信号のON−OFFは、アクチュエータ切替え手段70によって行われる。
また、切替えスイッチ73は、非常停止ボタン72やリモコンスイッチ74の操作によってもOFFされる。これらのスイッチ類72,74が操作されると、制御コンピュータ12から出力される作動信号がONとなっていても切替えスイッチ73はOFFされる。したがって、非常停止ボタン72やリモコンスイッチ74が操作されると、即座にアクチュエータ25のロッドが伸長し、キャスター輪21d,22dが路面と接触する状態となる。なお、電源がOFFされたときも、制御コンピュータ12からの作動信号がOFFとなるため、切替えスイッチ74がOFFする。このため、アクチュエータ25のロッドが伸長し、キャスター輪21d,22dが路面と接触する状態となる。
また、非常停止ボタン72やリモコンスイッチ74が操作され切替えスイッチ73がOFFされたときは、目標値入力手段27に切替えスイッチ73のOFF状態が入力され、目標値入力手段27は目標値をそれ以上入力しないようにし、台車への並進および回転方向制御指令値をそれ以上出力しないようにする。
【0016】
次に、第1制御指令値算出手段26について説明する。第1制御指令値算出手段26は、台車並進方向に関する台車の運動を制御するためのトルク指令値を算出する。詳しくは、ジャイロセンサ19の出力と、目標値入力手段27によって入力される台車並進方向に関する目標値とエンコーダ5c,6cの出力から決まる現在値との偏差を入力として、その偏差を小さくすると共に車体が倒立を維持するようにモータ5,6のトルク指令値を算出する。
なお、本実施形態では、H∞制御理論を用いて第1制御指令値算出手段26を設計している。H∞制御理論を用いることで、第1制御指令値算出手段26は外乱に対して安定倒立可能なようにロバスト性を有することとなる。ただし、H∞制御理論以外の制御理論(例えば、H2制御理論、μ−設計法等)を用いて第1制御指令値算出手段26を設計することもできる。なお、H∞制御理論以外の制御理論を用いて設計する場合にも、第1制御指令値算出手段26は外乱に対して安定倒立可能なようにロバスト性を有することが好ましい。
【0017】
第1制御指令値算出手段26の設計手順の一例を説明する。まず、移動台車を真横から見て、1輪の倒立振子としてモデル化する(図8参照)。図8中、m1は車体の質量、J1は車体の重心周りのイナーシャ、m2は車輪の質量、J2は車輪の軸周りのイナーシャとし、また、車軸から車体重心までの距離をlとする。これら各パラメータm1,j1,m2,j2,lは、計算または実測により求めることができる。また、鉛直方向からの車体の傾きをηとし、車輪の回転角度をθ1とする。
そして、図8に示す1輪の倒立振子に対し運動方程式を作成する。すなわち、この制御モデルに対してトルク指令値uが入力されるとして運動方程式を作成すると、その運動方程式は下記に示す式で表される。
【0018】
【数1】
【0019】
次いで、上述した運動方程式中のηが小さいとして線形化し、行列表示を行うと次の式が導かれる。
【0020】
【数2】
【0021】
したがって、上記の式から次の状態方程式が導出される。
【0022】
【数3】
【0023】
ここで、上記制御系で観測される観測量ygは、鉛直方向からの車体の傾きηの1階微分dη/dtと、車体に対する車輪の回転角度(θ1−η)と、この回転角度(θ1−η)の1階微分d(θ1−η)/dtとする。すなわち、観測量ygは、次に示す式で表される。
【0024】
【数4】
【0025】
上述した手順でモデル化された制御系の全体構成を図10に示す。図10に示すように、制御対象である倒立振子モデル41からは、観測量としてdη/dtと、(θ1−η)と、d(θ1−η)/dtとが観測される。観測された観測量には観測ノイズ42が加えられる。具体的には、観測量dη/dtには観測ノイズn2が、観測量(θ1−η)には観測ノイズn1が、観測量d(θ1−η)/dtには観測ノイズn3が加えられる。
観測ノイズ42が加えられた観測量と目標値43との偏差は、ロバストコントローラ44(すなわち、第1制御指令値算出手段26)に入力する。ここで、観測量dη/dtには目標値「0」が、観測量(θ1−η)には目標値「(θ1−η)*」が、観測量d(θ1−η)/dtには目標値「d(θ1−η)*/dt」が与えられる。dη/dt(すなわち、ジャイロセンサ19の出力)に目標値「0」が与えられるため(すなわち、車体の鉛直方向からの傾き角速度は0)、車体は倒立姿勢を保つこととなる。
ロバストコントローラ44からはトルク指令値uが出力される。そして、出力されたトルク指令値uと外乱wが倒立振子モデル41に入力されることとなる。
【0026】
ここで、かかる制御系を評価するための評価値としては、例えば、ロバストコントローラ36からの出力uや車輪の回転角θ1を用いることができる。出力uを評価するための重み関数W46と回転角θ1を評価する評価関数Q45は、例えば、シミュレーション等によりある程度の絞り込みを行い、実験によって最終的に決定することができる。本実施形態では、下記に示す関数を用いている。
【0027】
【数5】
【0028】
なお、ロバストコントローラ44の具体的な設計には、公知となっている種々の制御系設計ツールを用いることができる。
【0029】
次に、第2制御指令値算出手段28について説明する。第2制御指令値算出手段28は、台車回転方向に関する台車の運動を制御するためのトルク指令値を算出する。
ここで、台車回転方向に関しては、移動台車を真上から見て、2輪車としてモデル化している(図9参照)。図9中、φは移動台車の台車回転角を表し、dは両車輪3,4間の距離を表し、rは車輪の半径を表している。なお、図9に示す幾何学的関係から、左右の車輪速度(右車輪の速度dθL/dt,左車輪の速度dθR/dt)を直交座標系での移動台車の位置の速度(dx/dt,dy/dt)と台車回転方向の角速度(dφ/dt)に変換するためのヤコビ行列は下記に示すようになる。
【0030】
【数6】
【0031】
図11に第2制御指令値算出手段28による制御系の全体構成を示している。図11から明らかなように、第2制御指令値算出手段28は、現在位置(x,y,φ)と目標位置(x,y,φ)*の偏差に所定のゲイン50を乗じたものと、現在速度〔(dx/dt,dy/dt,dφ/dt)〕と目標速度〔(dx/dt,dy/dt,dφ/dt)*〕の偏差に所定のゲイン52を乗じたものを加算し、その加算した値からモータ5,6を制御するためのトルク指令値TR *,TL *を算出している(いわゆる、PD制御を行っている)。
なお、移動台車は、平面上の位置として2自由度、台車回転方向に1自由度の計3自由度を持つが、アクチュエータとしてはモータ14,15の計2個しか有さない。このため、上記した位置の偏差にゲイン50を乗じた値と上記した速度の偏差にゲイン52を乗じた値とを加算た値と転置ヤコビ行列JT54を用いて、直接トルク指令値TR *,TL *を算出している。
また、右車輪4の回転角速度dθR/dt(すなわち、右車輪速度)と左車輪3の回転角速度dθR/dt(すなわち、左車輪速度)にヤコビ行列56(数6に示す行列)をかけることで、現在速度〔(dx/dt,dy/dt,dφ/dt)〕を算出している。
なお、図11に示す制御系によっても移動台車の平面内での位置(x,y)とその速度(dx/dt,dy/dt)について制御することが可能である。しかしながら、これらについては第1制御指令値算出手段26によって制御するため、ゲイン50,52においては、位置成分(x,y)とその速度成分(dx/dt,dy/dt)に乗じるゲイン(係数)を「0」としている。したがって、移動台車の台車回転角φの偏差と台車回転角速度dφ/dtの偏差のみが、第2制御指令値算出手段28で用いられる。
【0032】
以上説明したように、台車並進方向の制御(車軸と直行方向)には倒立振子制御と位置制御が同時に行われ、台車回転方向(車軸旋回方向)には位置制御(台車回転角φ)のみが行われ、これらの制御は互いに干渉しないものとなっている。そして、モータ5,6への最終的な制御指令値は、第1制御指令値算出手段26で算出された制御指令値と第2制御指令値算出手段28で算出された制御指令値を足し合わせたものとなる。すなわち、制御指令値加算手段29は、第1制御指令値算出手段26で算出された制御指令値と第2制御指令値算出手段28で算出された制御指令値とを加算し、加算した値をモータドライバ11,11にそれぞれ出力する。
上述した第1制御指令値算出手段26と、第2制御指令値算出手段28と、制御指令値加算手段29とによって構成される制御系の全体構成を図12に示している。図12から明らかなように、本実施形態の制御系は、台車回転方向の制御ループ内に台車並進方向の制御が組み込まれたものとなっている。
【0033】
次に、目標値入力手段27について説明する。図13には目標値入力手段27の構成を示すブロック図が示されている。図13に示すように目標値入力手段27は、目標軌道データ記憶手段60と、並進方向目標値算出手段62と、回転方向目標値算出手段64で構成される。
【0034】
目標軌道データ記憶手段60は、移動台車の軌道と、軌道上の各位置における移動台車の速度と加速度、並びに、移動台車の台車回転方向の角速度と角加速度を規定する目標軌道データを記憶する。本実施形態では、移動台車の軌道を等加速度運動〔ただし、加速度0の場合(等速運動の場合)も等加速度運動とみなしている〕を行っている区間に分割し、分割された各区間の(区間時間t,区間加速度a,区間初速度b,区間角加速度a’,区間角初速度b’)が目標軌道データとされる。すなわち、移動台車の並進方向の速度をv、移動台車の台車回転方向の角速度をdφ/dt、区間開始からの経過時間をtとすると、これらの関係は次に示す式で表される。
【0035】
【数7】
【0036】
図14には、移動台車の軌道の一例と、そのときの目標軌道データを示している。図14に示される軌道では、A点からB点までは台車並進方向に加速度a1で等加速度運動を行い、台車回転方向の速度及び加速度は「0」である。B点からC点までは台車並進方向に等速度運動を行い、台車回転方向に角加速度a1’で等角加速度運動を行う。C点からD点までは台車並進方向に等速度運動を行い、台車回転方向にも等角速度運動を行う。
したがって、上述の場合の目標軌道データは、A点からB点までの運動を規定するデータと、B点からC点までの運動を規定するデータと、C点からD点までの運動を規定するデータにより構成される。すなわち、A点からB点までの運動を規定する目標軌道データは(t1,a1,0,0,0)となり、B点からC点までの運動を規定する目標軌道データは(t2,0,a1t1,a1’,0)となり、C点からD点までの運動を規定する目標軌道データ(t3,0,a1t1,0,a1’t2)となる。
【0037】
並進方向目標値算出手段62は、目標軌道データ記憶手段60に記憶されている目標軌道データからX−Y平面内における移動台車の目標位置(x、y)*と目標速度(dx/dt,dy/dt)*を算出する。例えば、図14に示すA点を原点(0,0)として運動を開始した場合において運動開始から時間t(ただし、0<t<t1)を経過したときは、目標位置(x、y)*=(a1t2/2,0)*となり、目標速度(dx/dt,dy/dt)*=(a1t,0)*となる。
回転方向目標値算出手段64は、目標軌道データ記憶手段60に記憶されている目標軌道データから移動台車の目標回転角(φ)*と目標速度(dφ/dt)*を算出する。ここで、目標回転角(φ)*は移動台車の総回転角量を意味する。したがって、移動台車が同一姿勢(すなわち、台車進行方向からの傾きは同一)となっている場合でも、回転角量(旋回数)が異なる場合は目標回転角(φ)*も異なることとなる。
並進方向目標値算出手段62と回転方向目標値算出手段64によって算出された目標位置(x,y,φ)*と目標速度(dx/dt,dy/dt,dφ/dt)*は、第1制御指令値算出手段26と第2制御指令値算出手段28の目標値として用いられる。すなわち、図12に示すように、第1制御指令値算出手段26(図12に示すロバストコントローラ41)には、上記の目標位置と目標速度が台車中心位置(θ1−η)と台車中心速度d(θ1−η)/dtに変換されて用いられる。また、第2制御指令値算出手段28には、上記の目標位置(x,y,φ)*が用いられる(ただし、ゲイン50のうちx、yに関する係数は0であるため、実際にはφ*のみが用いられる)。
【0038】
次に、上述のように構成される移動台車を初期位置から最終目標位置に移動させる際に、制御コンピュータ12によって行われる処理について図15を参照して説明する。図15は制御コンピュータ12の処理手順を示すフローチャートである。なお、移動台車を初期位置から最終目標位置に移動させるための軌道は、上述した目標軌道データによって与えられる。
制御プログラムが起動されると、制御コンピュータ12は、まず、切替えスイッチ73に向って出力している作動信号をOFFからONにする(S10)。これによって切替えスイッチ73がONとなり、アクチュエータ25のロッドが収縮するように作動する。このため、路面に接地していたキャスター輪21d,22dが持ち上げられ、路面から離れた位置に上昇する(図1,図2参照)。この状態では主車輪3,4のみが接地しており、この主車輪3,4を制御装置によって回転制御することによって台車本体1が倒立姿勢を保つことができ、また、小回りを利かした走行をすることができる。また、キャスター輪21d,22dが持ち上げられているため、移動台車は路面に段差等があっても容易に走破することができる。なお、図5のテーパ部材22cを予め抜き差しすることによって、キャスター輪21d,22dの高さ位置を使用環境(路面の凹凸状況)に適したものに設定しておくことが好ましい。
【0039】
次いで、制御コンピュータ12は移動台車が最終目標位置に到達したか否かを判断する(S12)。具体的には、目標軌道データ記憶手段60に記憶されている目標軌道データの最後のデータまで処理したか否かで判断する。
移動台車が最終目標位置に到達している場合〔ステップS12でYES〕は、ステップS28に進んで、制御コンピュータ12は切替えスイッチ73に向って出力している作動信号をONからOFFにし(S28)、その処理を終了する。これによって、切替えスイッチ73がOFFとなり、アクチュエータ25のロッドが伸長するように作動する。このため、路面から離れた位置に配置されていたキャスター輪21d,22dが路面まで降下する(図3,図4参照)。この状態では、キャスター輪21d,22dは主車輪3,4の接地点の前後の位置で路面に接地し、台車本体1が大きく傾くことなく倒立姿勢のまま静止される。
なお、補助脚21,22を直接路面に接地しても転倒防止にはなるが、本実施形態ではキャスター輪を備えることで、その後の移動が容易となるため点検作業等に便利である。
【0040】
逆に、移動台車が最終目標位置に到達していない場合〔ステップS12でNO〕は、ステップS14に進んで、モータ5,6のエンコーダ5c,6cの値(すなわち、車輪3,4の回転角度θR,θL)を読込む(S14)。
次に、ステップS14で読込んだエンコーダ5c,6cの値から車輪速度(dθR/dt,dθL/dt)と、現在速度・現在方向速度(dx/dt,dy/dt,dφ/dt)を算出する(S16)。すなわち、エンコーダ5c,6cの値の時間的変化量から車輪3,4の車輪速度(dθR/dt,dθL/dt)を算出し、これら算出された車輪速度(dθR/dt,dθL/dt)とヤコビ行列56から現在速度・現在方向速度(dx/dt,dy/dt,dφ/dt)を算出する(図12参照)。
ステップS18では、ジャイロセンサ19の出力値dη/dtを読込む。
ステップS20では、制御コンピュータ12が起動されてからの時間t(すなわち、移動台車の軌道制御開始時からの経過時間)と、目標軌道データ記憶手段60に記憶されている目標軌道データとから、目標位置(x,y,φ)*と目標速度(dx/dt,dy/dt,dφ/dt)*を算出する。
ステップS14からステップS20までの処理により移動台車の現在値と目標値が算出されるため、次に、台車並進方向に関するモータ5,6のトルク指令値TR1,TL1をそれぞれ算出し(S22)、台車回転方向に関するモータ5,6のトルク指令値TR2,TL2をそれぞれ算出する(S24)。すなわち、第1制御指令値算出手段26によってトルク指令値TR1,TL1を算出し、第2制御指令値算出手段28によってトルク指令値TR2,TL2を算出する。
ステップS26では、ステップS22で算出されたトルク指令値TR1,TL1と、ステップS24で算出されたトルク指令値TR2,TL2を加算し、これらの値を対応するモータドライバ11,11に出力する。これによって、各車輪3,4が駆動されることとなる。ステップS26が終わるとステップ12に戻り、次の制御タイミングにおける処理が開始される。
なお、ステップS12〜ステップS26までの処理は、所定の時間間隔(例えば、0.5ms)で行われ、これによって移動台車は倒立を維持しながら目標軌道データで規定された軌道を所定の速度・加速度・角速度・角加速度で運動する。
【0041】
なお、上述したステップS12〜ステップS26までの処理が行われているときに非常停止ボタン72又はリモコンスイッチ74が操作されると、既に述べたように、制御コンピュータ12の処理が緊急停止され、かつ、切替えスイッチ73がOFFされる。この際、制御コンピュータ12の処理が停止して倒立制御も停止されることとなるが、切替えスイッチ73がOFFされることでキャスター輪21d,22dが路面に接地する位置に配置される。このため、台車本体1が転倒することなく倒立姿勢を維持することができる。
【0042】
上述した説明から明らかなように、本実施形態の移動台車では、制御コンピュータ12に制御されて移動台車が通常に走行しているときは、キャスター輪21d,22dが路面から持ち上げられて路面と接触しない。このため、路面が傾斜していたり段差があっても走破することができる。
一方、制御コンピュータ12の処理が終了し倒立制御を停止するときは、自動的にキャスター輪21d,22dが路面に接地する位置に配置され、台車本体1の倒立を維持する。したがって、従来必要とされた作業者による転倒防止作業を不要にすることができる。
さらに、非常停止ボタン72やリモコンスイッチ74を操作して制御コンピュータ12の処理を緊急停止させた場合でも、キャスター輪21d,22dが路面に接地する位置に自動的に配置され、台車本体1の倒立を維持する。したがって、台車本体1の転倒を未然に防止することができ、移動台車の破損を防止することができる。
【0043】
なお、本発明は上述した実施の形態になんら限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。
例えば、移動台車の転倒を防止する安全装置の駆動機構は種々の形態をとることができる。安全装置の駆動機構の他の例について図16及び図17を参照して説明する。この例は前述のリンク機構に代えてプッシャーを採用したものである。左右対称構成であるから図示を含めて片方のみ説明する。図16はキャスター輪を下ろした状態の駆動機構を説明する図であり、(イ)は一部破断正面図、(ロ)は一部破断側面図である。図17はキャスター輪を持ち上げた状態の駆動機構を説明する図であり、(イ)一部破断正面図、(ロ)は一部破断側面図である。
図に示すように、台車本体1の取付部1eに設けられた支軸1fには、補助脚31,32が回動自在に支持されている。補助脚31の先端にはキャスター輪31dが取り付けられている。
シャーシ1aには、プッシャー35とピン引込装置36が取り付けられている。図中の37は、プッシャー35をシャーシ1aに取付けるためのフランジである。プッシャー35は内蔵ばね35aを備え、内蔵ばね35aによってロッド35bが突出方向に付勢されている。ロッド35bの先端にはローラ35cが取付けられている。ローラ35cが補助脚31の中程に当接した状態でロッド35bが突出することで、補助脚31が略水平方向に開かれる。このため、図16に示すように、キャスター輪31dが路面に接地可能な所定位置に配置切り替えされる。
ピン引込装置36は、例えば、略水平方向に進退可能な可動部を有するリニアアクチュエータであり、その可動部からアーム36aが延びている。アーム36aの先端には係止部材としての支持ピン36cが形成されている。一方、補助脚31には支持ピン36cを挿通可能な係止穴31aが略水平方向に穿設されている。なお、図16の位置では支持ピン36cと係止穴31aは係合していない。
上記構成の安全装置を有する移動台車を運転するときには、予め、内蔵ばね35aのばね力に抗して補助脚31を手で持ち上げて、キャスター輪31dを路面から離して上方に退避させる。その状態で、図17に示すように、アーム36aの先端の支持ピン36cを係止穴31aに差し込んで、補助脚31を所定の高さ位置に保持せしめる。
その後、移動台車を停止するときには、キャスター輪31dが持ち上げられた図17の状態からピン引込装置36を作動させて支持ピン36cを係止穴31aから抜き取る方向に移動させる。これによって、補助脚31はプッシャー35のばね力によって図7に示す位置まで回動し、キャスター輪31dが路面に接地する。このため、台車本体1は倒立姿勢を維持することができる。
このような機構を用いると、ピン引込装置36をON−OFF的に動作するだけなので、簡易で安価に駆動機構を構成することができる。
なお、上記のプッシャーはスプリング単体であっても構わない。さらには、キャスター輪を路面に接地する位置と路面から離れた位置とでそれぞれ保持できる保持手段を設けてもよい。
【0044】
さらに、他の駆動機構の例を図18,19を参照して説明する。図18はキャスター輪を下ろした状態を示す移動台車の側面図であり、図19は図18の移動台車の平面図である。
この例は、前述のリンク機構やプッシャーに代えてエアーシリンダを採用している。図18、19に示すように、台車本体1の底面には4つのエアーシリンダ37,38,39,40が取付けられている。4つのエアシリンダー37,38,39,40は全て同一構成であるので、ここではエアーシリンダ37の構成についてのみ説明する。図18に示すように、エアーシリンダ37はロッド37aを有し、ロッド37aはシリンダ本体に対して進退動可能となっている。ロッド37aの先端にはキャスター輪37bが取付けられている。ロッド37aが伸長した状態ではキャスター輪37bが路面と接地する位置に配置され、ロッド37aが収縮した状態ではキャスター輪37bが路面から離れた位置に配置されるようになっている。
これら4つのエアーシリンダ37,38,39,40は、図19に良く示されるように、主車輪3,4の前方と後方にそれぞれ2つずつ左右に間隔を空けて配設されている。すなわち、主車輪3と4の接地点を結ぶ線分の中点を中心として前後左右の合計4箇所にエアーシリンダ37,38,39,40が配備されている。
上記構成の安全装置を有する移動台車を運転するときには、予め、エアーシリンダ37,38,39,40を駆動して各ロッドを収縮させ、キャスター輪を路面から離して上方に退避させる。逆に、移動台車を停止するときには、エアーシリンダ37,38,39,40を駆動して各ロッドを伸長させ、キャスター輪を路面に接地させる。これによって、台車本体1は倒立姿勢を維持することができる。
このようにエアーシリンダ等によってキャスター輪を直接上下動させる機構を採用すると、緊急停止時においても速やかにキャスター輪を路面に接地させることができる。また、エアーシリンダのロッドを上下動させるだけで良いため、その設置スペースを少なくすることができる。さらに、台車本体の車重を支えるロッドには、圧縮方向の力のみが作用するため、ロッド径を小さくすることができる。
【0045】
なお、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態に係る移動台車の正面図。
【図2】同、移動台車の側面図。
【図3】同、移動台車の停止状態を説明する正面図。
【図4】同、移動台車の停止状態を説明する側面図。
【図5】同、安全装置を説明する拡大図。
【図6】同、安全装置を説明する拡大図。
【図7】本実施形態の移動台車の制御系の構成を示す機能ブロック図。
【図8】移動台車を並進方向に関してモデル化した図。
【図9】移動台車を台車の回転方向に関してモデル化した図。
【図10】本実施形態の移動台車の並進方向に関する制御系の構成を示す図。
【図11】本実施形態の移動台車の台車回転方向に関する制御系の構成を示す図。
【図12】本実施形態の移動台車の並進方向の制御系と台車回転方向の制御系とを組合せたときの制御系の構成を示す図。
【図13】目標値入力手段の構成を示すブロック図。
【図14】移動台車の目標軌道の一例と、その目標軌道を達成するための目標軌道データの一例を併せて示す図。
【図15】本実施形態の制御コンピュータにより行われる処理手順を示すフローチャート。
【図16】安全装置の駆動機構の他の例を説明する図。
【図17】安全装置の駆動機構の他の例を説明する図。
【図18】安全装置の駆動機構のさらに他の例を説明する図。
【図19】安全装置の駆動機構のさらに他の例を説明する図。
【符号の説明】
1:台車本体
3,4:主車輪
5,6:モータ
20:安全装置
21,22:補助脚(支え部材)
21d,22d:キャスター輪(支え部材)
25:アクチュエータ
23a,24a:リンク[0001]
BACKGROUND OF THE
[0002]
2. Description of the Related Art As an inverted pendulum type movable cart, for example, one described in
The moving trolley disclosed in
In such a configuration, the inclination of the vehicle body is sampled at short time intervals by the angle detecting means. Next, the sampled inclination angle is substituted into the control input calculation formula, and the control torque value of the wheel driving motor is calculated. Then, a current command value corresponding to the calculated control torque value is output to the wheel driving motor. Thus, the wheel driving motor is driven in accordance with the inclination of the bogie main body, and the inverting of the bogie main body is maintained.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-63-305082
[Patent Document 2]
JP-A-02-190277
[0004]
The above-described movable trolley maintains the inversion while the wheel drive control (ie, the inversion control) is being performed, but loses its balance when the inversion control is stopped and falls. Therefore, when the inversion control is stopped, it is necessary for an operator to support the robot and for another operator to perform an operation for preventing a fall by setting an auxiliary stand.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to reduce a burden on a worker to prevent a fall and to easily maintain a movable cart in an inverted posture when the inverted control is stopped. It is to provide technology.
[0006]
In order to solve the above-mentioned problems, a moving trolley according to the present invention comprises wheels and a trolley main body supported by the wheels, and a center of gravity of the trolley main body. Is a movable trolley located above the rotation axis of the wheels, a driving means for driving the wheels, a control means for driving the driving means so that the trolley main body is maintained in an inverted state, and a driving means attached to the trolley main body and A support member that is switchable between a first position that is substantially separated from the point in the traveling direction and touches the road surface and a second position that is separated from the road surface.
In this movable trolley, when the trolley body is controlled to be inverted, the support member can be arranged at the second position away from the road surface. For this reason, when the movable trolley is controlled to be inverted and the drive wheels rotate, it is possible to prevent the support member from hindering. On the other hand, when the bogie main body is not controlled to be inverted, the support member can be arranged at the first position where it comes into contact with the road surface. When the support member is disposed at the first position, the support member comes into contact with the road surface at a position separated from the ground point of the wheel in a substantially traveling direction of the wheel, so that the bogie main body can be prevented from falling down. Since this support member is attached to the bogie main body, it can be easily and quickly operated, and the bogie main body can be maintained in an inverted posture.
In order to more reliably support the bogie main body, it is preferable to provide support members on both the forward and backward sides of the wheels.
Further, in order to stably prevent the bogie main body from falling, when the support member is at the first position, the vertical projection point of the center of gravity of the bogie main body on the road surface (ground surface) is in contact with the support member. It is preferable that the point and the wheel ground point be within a convex polygon having at least three ground points selected so as to increase the distance from the center of gravity projection point.
[0007]
It is preferable that the mobile trolley further includes a drive mechanism that switches the position of the support member between a first position and a second position.
In this configuration, since the arrangement of the support members can be switched by the drive mechanism, it is possible to more easily prevent the fall when the inversion control is stopped.
Note that a drive device such as a motor or an actuator can be used as the drive mechanism, and the drive mechanism may be operated by remote control such as wirelessly.
[0008]
Further, the drive mechanism arranges the support member at the second position when the control means performs the inversion control of the bogie main body, and supports the support member when the control means does not perform the inversion control of the bogie main body. Preferably, the member is located at the first position.
In this configuration, when the inversion control is performed, the support member is automatically arranged at the second position, and when the inversion control is stopped, the support member is automatically arranged at the first position. Since the drive mechanism operates in conjunction with the inversion control of the movable cart, the movable cart can be effectively prevented from falling.
The inversion control of the bogie main body may be automatically stopped by a program installed in advance, or may be stopped by a switch provided separately. The switch for stopping the inversion control may be provided on the bogie main body or may be provided at a position distant from the bogie main body (for example, a remote control switch for outputting a signal wirelessly or the like).
[0009]
Preferably, the support member has a caster wheel.
With this configuration, the mobile trolley can be made to stand alone in the inverted state when the inverted control is stopped, and can be moved in an appropriate direction while maintaining its posture. Therefore, it is easy to handle and the maintainability is improved.
Further, if the bogie is suddenly stopped in an emergency stop or the like and the support member is grounded, the bogie may continue to move for a while due to inertial force. If the caster wheels are grounded, such a movement can be smoothly stopped without hindering such movement, and from this point the overturn prevention effect is further enhanced.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, a mechanical configuration of the movable trolley will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 1 is a front view of an inverted pendulum type coaxial two-wheel mobile trolley, and FIG. 2 is a partially cutaway side view of the same mobile trolley. In both figures, the movable trolley is shown with the auxiliary wheels (caster wheels) raised. FIG. 3 is a front view of the movable trolley when the auxiliary wheels are lowered to a ground state, and FIG. 4 is a side view of the movable trolley.
[0011]
1 to 4,
[0012]
The bogie
The
The
A body (not shown) of, for example, a robot is placed on the upper part 1d of the
[0013]
The
As shown in FIGS. 5 and 6, a supporting
Each of the
[0014]
One end of each of the
[0015]
Next, a control system of the mobile trolley configured as described above will be described. FIG. 7 is a functional block diagram showing a configuration of a control system of the mobile trolley.
As shown in FIG. 7, the control of the mobile trolley is performed mainly by the
A
The
The
When the
[0016]
Next, the first control command value calculating means 26 will be described. The first control command value calculating means 26 calculates a torque command value for controlling the movement of the bogie in the bogie translation direction. More specifically, a deviation between an output of the
In the present embodiment, the first control command value calculating means 26 is designed using H∞ control theory. By using the H∞ control theory, the first control command value calculating means 26 has robustness so that it can be stably inverted against disturbance. However, a control theory other than the H∞ control theory (for example, H2The first control command value calculating means 26 can be designed using control theory, μ-design method, or the like. Even when designing using a control theory other than the H∞ control theory, it is preferable that the first control command value calculating means 26 has robustness so that it can be stably inverted against disturbance.
[0017]
An example of a design procedure of the first control command value calculating means 26 will be described. First, the movable trolley is modeled as a one-wheeled inverted pendulum viewed from the side (see FIG. 8). In FIG. 8, m1 is the mass of the vehicle body, J1 is the inertia around the center of gravity of the vehicle body, m2 is the mass of the wheel, J2 is the inertia around the axis of the wheel, and the distance from the axle to the center of gravity of the vehicle is 1. These parameters m1, j1, m2, j2, and l can be obtained by calculation or actual measurement. The inclination of the vehicle body from the vertical direction is η, and the rotation angle of the wheels is θ1.
Then, an equation of motion is created for one inverted pendulum shown in FIG. That is, when a motion equation is created assuming that the torque command value u is input to this control model, the motion equation is expressed by the following equation.
[0018]
(Equation 1)
[0019]
Next, the following equation is derived by linearizing assuming that η in the above-mentioned equation of motion is small and performing matrix display.
[0020]
(Equation 2)
[0021]
Therefore, the following equation of state is derived from the above equation.
[0022]
(Equation 3)
[0023]
Here, the observed amount y observed by the control systemgIs the first order derivative dη / dt of the inclination η of the vehicle body from the vertical direction, the rotation angle (θ1-η) of the wheel with respect to the vehicle body, and the first order derivative d (θ1-η) of this rotation angle (θ1-η). / Dt. That is, the observed quantity ygIs represented by the following equation.
[0024]
(Equation 4)
[0025]
FIG. 10 shows the overall configuration of the control system modeled by the above-described procedure. As shown in FIG. 10, from the inverted pendulum model 41 to be controlled, dη / dt, (θ1−η), and d (θ1−η) / dt are observed as observation amounts. The
The deviation between the observed value to which the
The
[0026]
Here, as the evaluation value for evaluating the control system, for example, the output u from the
[0027]
(Equation 5)
[0028]
In addition, for the specific design of the
[0029]
Next, the second control command value calculating means 28 will be described. The second control command value calculating means 28 calculates a torque command value for controlling the movement of the bogie in the bogie rotation direction.
Here, with respect to the bogie rotation direction, the moving bogie is modeled as a two-wheeled vehicle when viewed from directly above (see FIG. 9). In FIG. 9, φ represents the bogie rotation angle of the movable bogie, d represents the distance between the
[0030]
(Equation 6)
[0031]
FIG. 11 shows the overall configuration of a control system by the second control command value calculating means 28. As is clear from FIG. 11, the second control command value calculating means 28 calculates the current position (x, y, φ) and the target position (x, y, φ).*Is multiplied by a
The movable carriage has two degrees of freedom as a position on a plane and one degree of freedom in the direction of rotation of the carriage, for a total of three degrees of freedom, but has only two actuators,
Also, the rotational angular velocity dθ of the
Note that the position (x, y) and the speed (dx / dt, dy / dt) of the movable cart in the plane can also be controlled by the control system shown in FIG. However, since these are controlled by the first control command value calculating means 26, the gains (coefficients) for multiplying the position component (x, y) and the speed component (dx / dt, dy / dt) are used in the
[0032]
As described above, the inverted pendulum control and the position control are simultaneously performed in the bogie translation direction (the direction perpendicular to the axle), and only the position control (bogie rotational angle φ) is performed in the bogie rotation direction (axle turning direction). These controls are performed so that they do not interfere with each other. The final control command value for the
FIG. 12 shows the overall configuration of a control system including the above-described first control command value calculating means 26, second control command value calculating means 28, and control command
[0033]
Next, the target value input means 27 will be described. FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of the target value input means 27. As shown in FIG. 13, the target value input unit 27 includes a target trajectory
[0034]
The target trajectory data storage means 60 stores the trajectory of the mobile trolley, the speed and acceleration of the mobile trolley at each position on the trajectory, and the target trajectory data that defines the angular velocity and angular acceleration of the mobile trolley in the rotation direction of the trolley. In the present embodiment, the trajectory of the mobile trolley is divided into sections in which uniform acceleration motion is performed (however, the case of zero acceleration (constant speed motion is also regarded as constant acceleration motion)), and the divided sections are (Section time t, section acceleration a, section initial velocity b, section angular acceleration a ', section angular initial velocity b') are set as target trajectory data. That is, assuming that the speed of the moving vehicle in the translation direction is v, the angular speed of the moving vehicle in the rotating direction of the vehicle is dφ / dt, and the elapsed time from the start of the section is t, these relationships are expressed by the following equations.
[0035]
(Equation 7)
[0036]
FIG. 14 shows an example of the trajectory of the mobile trolley and target trajectory data at that time. In the trajectory shown in FIG. 14, the acceleration a in the bogie translation direction is from point A to point B.1Perform a uniform acceleration motion, and the speed and acceleration in the bogie rotation direction are “0”. From point B to point C, a constant speed motion is performed in the direction of translation of the truck, and the angular acceleration a in the direction of rotation of the truck.1Perform an equiangular acceleration motion. From point C to point D, a constant velocity motion is performed in the direction of translation of the carriage, and a constant angular velocity movement is also performed in the direction of rotation of the carriage.
Therefore, the target trajectory data in the above-described case defines data defining the movement from point A to point B, data defining the movement from point B to point C, and defining the movement from point C to point D. It is composed of data. That is, the target trajectory data defining the movement from point A to point B is (t1, A1, 0,0,0), and the target trajectory data defining the movement from point B to point C is (t)2, 0, a1t1, A1′, 0), and the target trajectory data (t) that defines the movement from point C to point D3, 0, a1t1, 0, a1’T2).
[0037]
The translation direction target value calculation means 62 calculates a target position (x, y) of the movable vehicle in the XY plane from the target trajectory data stored in the target trajectory data storage means 60.*And target speed (dx / dt, dy / dt)*Is calculated. For example, in the case where the exercise is started with the point A shown in FIG. 14 as the origin (0, 0), the time t from the start of the exercise (where 0 <t <t1), The target position (x, y)*= (A1t2/ 2,0)*And the target speed (dx / dt, dy / dt)*= (A1t, 0)*Becomes
The rotation direction target value calculation means 64 calculates a target rotation angle (φ) of the movable vehicle from the target trajectory data stored in the target trajectory data storage means 60.*And target speed (dφ / dt)*Is calculated. Here, target rotation angle (φ)*Means the total rotation angle of the mobile trolley. Therefore, even when the movable carts have the same posture (that is, the inclination from the traveling direction of the cart is the same), if the amount of rotation angle (the number of turns) is different, the target rotation angle (φ)*Will also be different.
The target position (x, y, φ) calculated by the translation direction target value calculation means 62 and the rotation direction target value calculation means 64*And target speed (dx / dt, dy / dt, dφ / dt)*Is used as a target value of the first control command value calculation means 26 and the second control command value calculation means 28. That is, as shown in FIG. 12, the first control command value calculating means 26 (robust controller 41 shown in FIG. 12) provides the target position and the target speed with the bogie center position (θ1-η) and the bogie center speed d. (Θ1−η) / dt is used after being converted. The second control command value calculating means 28 has the above-mentioned target position (x, y, φ).*(However, since the coefficient relating to x and y among the
[0038]
Next, a process performed by the
When the control program is started, the
[0039]
Next, the
If the mobile trolley has reached the final target position (YES in step S12), the process proceeds to step S28, where the
In addition, even if the
[0040]
Conversely, if the movable trolley has not reached the final target position [NO in step S12], the process proceeds to step S14, where the values of the
Next, based on the values of the
In step S18, the output value dη / dt of the
In step S20, the target trajectory data stored in the target trajectory data storage means 60 is calculated based on the time t (ie, the elapsed time from the start of the trajectory control of the mobile trolley) after the
Since the current value and the target value of the movable trolley are calculated by the processing from step S14 to step S20, the torque command value T of the
In step S26, the torque command value T calculated in step S22R1, TL1And the torque command value T calculated in step S24R2, TL2And outputs these values to the
Note that the processing from step S12 to step S26 is performed at a predetermined time interval (for example, 0.5 ms), whereby the mobile trolley moves the trajectory defined by the target trajectory data at a predetermined speed / Exercise with acceleration, angular velocity, and angular acceleration.
[0041]
If the
[0042]
As is apparent from the above description, in the mobile trolley of the present embodiment, when the mobile trolley is normally running under the control of the
On the other hand, when the process of the
Furthermore, even when the
[0043]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment at all, and can be implemented in various modified and improved forms based on the knowledge of those skilled in the art.
For example, the drive mechanism of the safety device for preventing the movable cart from falling can take various forms. Another example of the drive mechanism of the safety device will be described with reference to FIGS. In this example, a pusher is employed in place of the link mechanism described above. Since it has a symmetrical configuration, only one of them will be described including the illustration. FIGS. 16A and 16B are views for explaining the drive mechanism with the caster wheels lowered, wherein FIG. 16A is a partially cutaway front view, and FIG. 16B is a partially cutaway side view. FIG. 17 is a view for explaining the drive mechanism in a state where the caster wheel is lifted. (A) is a partially cutaway front view, and (B) is a partially cutaway side view.
As shown in the figure,
A
The pin pull-in
When driving the movable trolley having the safety device having the above configuration, the
Thereafter, when the movable cart is stopped, the pin pull-in
When such a mechanism is used, only the
Note that the above pusher may be a single spring. Further, holding means may be provided that can hold the caster wheel at a position where the caster wheel contacts the road surface and at a position away from the road surface.
[0044]
Further, another example of the driving mechanism will be described with reference to FIGS. FIG. 18 is a side view of the mobile trolley showing a state where the caster wheels are lowered, and FIG. 19 is a plan view of the mobile trolley of FIG.
In this example, an air cylinder is employed instead of the link mechanism and the pusher described above. As shown in FIGS. 18 and 19, four
As shown in FIG. 19, these four
When driving the movable trolley having the safety device having the above configuration, the rods are contracted by driving the
By employing a mechanism for directly moving the caster wheels up and down by an air cylinder or the like, the caster wheels can be quickly brought into contact with the road surface even in an emergency stop. Further, since only the rod of the air cylinder needs to be moved up and down, the installation space can be reduced. Further, since only the force in the compression direction acts on the rod supporting the vehicle weight of the bogie main body, the rod diameter can be reduced.
[0045]
The technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical utility singly or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Further, the technology illustrated in the present specification or the drawings simultaneously achieves a plurality of objects, and has technical utility by achieving one of the objects.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a mobile trolley according to an embodiment.
FIG. 2 is a side view of the movable cart.
FIG. 3 is a front view for explaining a stopped state of the movable cart.
FIG. 4 is a side view for explaining a stop state of the movable cart.
FIG. 5 is an enlarged view for explaining the safety device.
FIG. 6 is an enlarged view for explaining the safety device.
FIG. 7 is a functional block diagram showing a configuration of a control system of the mobile trolley according to the embodiment.
FIG. 8 is a diagram in which a movable trolley is modeled in a translation direction.
FIG. 9 is a diagram illustrating a model of a movable trolley with respect to a rotation direction of the trolley.
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a control system relating to a translation direction of the movable cart according to the embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a control system relating to a bogie rotation direction of the movable bogie according to the embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a control system when the control system in the translation direction of the moving trolley and the control system in the rotation direction of the trolley of the present embodiment are combined.
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of a target value input unit.
FIG. 14 is a diagram showing an example of a target trajectory of the movable trolley and an example of target trajectory data for achieving the target trajectory;
FIG. 15 is an exemplary flowchart showing the procedure performed by the control computer of the embodiment.
FIG. 16 is a view for explaining another example of the drive mechanism of the safety device.
FIG. 17 is a view for explaining another example of the drive mechanism of the safety device.
FIG. 18 is a view for explaining still another example of the drive mechanism of the safety device.
FIG. 19 is a view for explaining still another example of the drive mechanism of the safety device.
[Explanation of symbols]
1: Bogie body
3, 4: Main wheels
5, 6: Motor
20: Safety device
21, 22: auxiliary legs (supporting members)
21d, 22d: caster wheel (supporting member)
25: Actuator
23a, 24a: Link
Claims (4)
車輪を駆動する駆動手段と、
台車本体が倒立を維持するよう駆動手段を駆動する制御手段と、
台車本体に取付られ、車輪の接地点から略進行方向に離間して路面に接地する第1の位置と路面から離れた第2の位置とに配置切替え可能な支え部材と、
を有する移動台車。A movable bogie comprising a wheel and a bogie main body supported by the wheel, wherein a center of gravity of the bogie main body is located above a rotation axis of the wheel,
Driving means for driving the wheels;
Control means for driving the driving means so that the bogie main body is maintained inverted;
A support member that is attached to the bogie main body and that can be switched between a first position that is separated from the ground point of the wheel in a substantially traveling direction and grounds on a road surface and a second position that is separated from the road surface,
A mobile trolley having a.
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