JP2002002490A - 全方向移動型台車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い直進安定性や良好な操縦性を得る。 【解決手段】 駆動力を個別に付与することができる少
なくとも３個の全方向駆動車輪２ａ，２ｂ，２ｃと、駆
動方向指示部からの指示に基づいて演算された駆動力を
上記駆動車輪の駆動源に発生させる制御部とを備える。
該制御部は、前後左右や旋回についての所定の方向の位
置に基づいて演算された補助駆動力と、駆動方向指示部
からの指示に基づいて演算された上記駆動力との合成力
を駆動車輪の駆動源に発生させる。所定の方向の動きを
抑制して、ふらつきやずれなどを抑えた高い操安性を得
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はユニバーサルホイー
ルやボールホイールのような全方向駆動車輪を備えてい
る全方向移動型台車に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】全方向駆動車輪を備えた全方向移動型台
車は各種のものが提案されており、たとえば特開平６−
１７１５６２号公報にはボールホイールである全方向駆
動車輪を備えたものが示されており、実公昭６３−３９
１６４号公報にはユニバーサルホイール（オールサイド
ローラ）と称される全方向駆動車輪を備えたものが示さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、全方向駆動
車輪を備えた全方向移動型台車は、その全方向駆動車輪
の特性から超信地旋回も可能な小回りが効くものとなっ
ているが、この自由度の高さが真っ直ぐ進行させたいに
もかかわらず横ずれしていったりする原因にもなってい
るほか、コーナーを曲がる時の動きが慣れ親しんだ操舵
用の車輪を有している車の動きと異なることが問題とな
りやすい。

【０００４】本発明はこのような点に鑑みなされたもの
であって、その目的とするところは全方向駆動車輪を備
えたものにおいて高い直進安定性や良好な操縦性を得る
ことができる全方向移動型台車を提供するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】しかして本発明に係る全
方向移動型台車は、駆動力を個別に付与することができ
る少なくとも３個の全方向駆動車輪と、駆動方向指示部
からの指示に基づいて演算された駆動力を上記駆動車輪
の駆動源に発生させる制御部とを備えたものにおいて、
上記制御部は、前後左右や旋回についての所定の方向の
位置に基づいて演算された補助駆動力と、駆動方向指示
部からの指示に基づいて演算された上記駆動力との合成
力を駆動車輪の駆動源に発生させるものであることに特
徴を有している。所定の方向の動きを抑制することがで
きるために、ふらつきやずれなどを抑えた高い操安性を
得ることができるものである。

【０００６】この時、補助駆動力が台車の前後走行方向
と直交する横方向についてのみ位置制御するための出力
であると、直進安定性を高めることができ、補助駆動力
が台車の前後走行方向及び旋回方向について位置制御す
るための出力であると、横移動を簡単且つ確実に行わせ
ることができ、補助駆動力が台車の前後走行方向及びこ
れと直交する横方向について位置制御するための出力で
あると、その場旋回（超信地旋回）が簡単となる。

【０００７】そして、制御部が補助駆動力による位置制
御方向を駆動指示部からの指示状況に応じて切り換える
ものであれば、どのような方向に動かす時にも高い操安
性を得ることができる。

【０００８】また、制御部が制御中心を後方側の全駆動
車輪よりも後方に設定して駆動力を演算するものである
と、直進安定性をさらに高めることができ、制御部が制
御中心を台車のほぼ中央に設定して駆動力を演算するも
のであると、回転・旋回性が向上し、制御部が制御中心
を台車に設けた操作部付近に設定して駆動力を演算する
ものであると、横移動や斜め移動での操作性が向上す
る。

【０００９】さらに本発明は、駆動力を個別に付与する
ことができる少なくとも３個の全方向駆動車輪と、駆動
方向指示部からの指示に基づいて演算された駆動力を上
記駆動車輪の駆動源に発生させる制御部とを備えたもの
において、制御部が駆動力演算のための制御中心の位置
設定を可変としていることに他の特徴を有している。走
行方向や状況によって制御中心を変えることで、安定し
た走行を行わせることができる。

【００１０】特に走行状況や駆動指示部からの指示状況
に応じて制御中心の位置設定を変更するものであると、
常に高い操作性及び操安性を得ることができるものとな
る。

【００１１】駆動方向指示部が台車の操作部に加えられ
た操作力に応じた出力を出すものであってもよく、この
場合にも操安性を高めることができる。

【００１２】また、台車が配膳車である時には、操作性
及び操安性に優れた配膳車を得ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下本発明を実施の形態の一例に
基づいて詳述すると、図２に示すように、この台車１は
前端側の左右方向中央に全方向駆動車輪２ａを、後端側
の左右に全方向駆動車輪２ｂ，２ｃを備え、さらに前端
面に操作ハンドル４を備えたものとなっており、操作ハ
ンドル４にはオンオフ用のスイッチＳＷと駆動方向指示
を与えるためのジョイスティックＪとが設けられてい
る。このジョイスティックＪは、図４に示すように３軸
タイプのもので、操作された方向と量に応じた操作量ｆ
ｊｘ，ｆｊｙ，ｆｊθを出力する。

【００１４】上記全方向駆動車輪２ａ，２ｂ，２ｃには
ボールホイールやユニバーサルホイール等、任意の形式
のものを用いることができるが、ここでは図３に示すユ
ニバーサルホイール型のものを用いている。このユニバ
ーサルホイール型全方向駆動車輪２ａ，２ｂ，２ｃは、
中央車軸２０を備えたフレーム２１の外周部に中央車軸
２０の軸方向及び径方向と直交する軸の回りに回転自在
な複数個のバレル２２を配したもので、各バレル２２の
支持軸を含む縦断面の外形が中央車軸２０を中心とする
円弧を形成していることから、該全方向駆動車輪２ａ，
２ｂ，２ｃは、中央車軸２０を中心とする回転と、各バ
レル２２の夫々の軸回りの回転とによって、全方向移動
が可能となっている。なお、複数個のバレル２２は２列
で設けているとともに、両列においてバレル２２の中央
車軸２０の軸回りにおける位置を半ピッチずらすこと
で、いずれかのバレル２２が常に接地する状態を得られ
るようにしている。

【００１５】そして、上記３つの全方向駆動車輪２ａ，
２ｂ，２ｃは、各中央車軸２０に夫々モータ２５が連結
されて該モータ２５によって中央車軸２０の回りの駆動
力を受けることができるものとなっており、また、台車
１の前端側の中央に配した全方向駆動車輪２ａはその中
央車軸２０が前後方向となるように台車１に取り付けら
れ、後端左右に配した２つの全方向駆動車輪２ｂ，２ｃ
は、その中央車軸２０，２０の軸方向延長線が台車１の
中央寄りの部分で交差するように前後方向から左右に振
った状態で台車１に取り付けられて、台車の左右方向中
央で後端寄りの部分Ｏで３つの車軸が交わるようにされ
ている。図２中の黒塗り矢印は各全方向駆動車輪２ａ，
２ｂ，２ｃの駆動回転方向を、白抜き矢印は各全方向駆
動車輪２ａ，２ｂ，２ｃの自由回転方向を示している。
また、これら全方向駆動車輪２ａ，２ｂ，２ｃにはその
回転速度を検出する速度検出手段（図示せず）を設けて
ある。

【００１６】そして、上記３つの全方向駆動車輪２ａ，
２ｂ，２ｃの個別駆動制御を行う制御部は、上記ジョイ
スティックＪに与えられた操作量ｆｊｘ，ｆｊｙ，ｆｊ
θに応じて、各全方向駆動車輪２ａ，２ｂ，２ｃに配分
すべき駆動力を演算して各全方向駆動車輪２ａ，２ｂ，
２ｃを駆動するのであるが、この時、図１に示すよう
に、操作量ｆｊｘ，ｆｊｙ，ｆｊθからいったん台車１
の速度Ｖ１（ベクトル）を算出して、ここから各全方向
駆動車輪２ａ，２ｂ，２ｃの速度を演算し、さらに各全
方向駆動車輪２ａ，２ｂ，２ｃ毎に速度のフィードバッ
クをかけたＰＩＤ制御により、各全方向駆動車輪２ａ，
２ｂ，２ｃのトルク制御を行っていると同時に、予め設
定した方向（たとえば横（ｙ）方向）の動きを抑制する
ために、図５にも示すように、全方向駆動車輪２ａ，２
ｂ，２ｃの速度から台車１の速度（ベクトル）を算出
し、この値の積分で台車１の位置を算出して所定の位置
目標（たとえばｙ位置目標＝０）との偏差を求め、この
偏差のＰＩＤ制御出力である速度Ｖ２と前記操作量ｆｊ
ｘ，ｆｊｙ，ｆｊθから求めた台車速度指令Ｖ１との和
から上記各全方向駆動車輪２ａ，２ｂ，２ｃ毎の速度指
令値を求めるものとしている。

【００１７】図６は所定の方向の位置目標をｙ位置目標
＝０としている場合を示しており、図７は所定の方向の
位置目標をｘ，ψ位置目標＝０としている場合を示して
おり、さらに図８は所定の方向の位置目標をｘ，ｙ位置
目標＝０としている場合を示している。この所定の方向
の位置目標は固定したものであってもよいが、操作量ｆ
ｊｘ，ｆｊｙ，ｆｊθの各成分の値に応じて自動で切り
換えられるようにしておいてもよい。いずれにしても、
ｙ位置目標＝０としている時には、ｙ方向（横方向）の
動きが抑制されることになるために、直進走行安定性が
向上するものであり、ｘ，ψ位置目標＝０としている時
には、操作ハンドル４が台車１の前端にあるものの、横
方向走行（かに歩き）させる時に振れたりすることがな
くなるものであり、さらにｘ，ｙ位置目標＝０としてい
る時には、図２に示す制御中心ＣＣ（通常は台車１の重
心位置Ｇと一致させる）を中心とした超信地旋回が容易
となる。

【００１８】このような制御は、駆動方向指示部が操作
ハンドル４に加えられた操作力を検出して該操作力に基
づいて駆動車輪２ａ，２ｂ，２ｃの駆動制御を行う場合
にも適用することができる。この場合、操作ハンドル４
に加えられた前後方向の力（推進力）Ｆｈｘと左右方向
の力（横移動力）ＦｈｙとモーメントＦｈψを検出する
ことができるようにしておく。図９は上記の操作力Ｆｈ
ｘ、Ｆｈｙ、Ｆｈψを検出することができる操作ハンド
ル４の構成の一例を示しており、台車１の前端面にばね
４１，４１に抗して左右方向にスライド自在となってい
るベース４０に操作ハンドル４の両端を夫々板ばね４
２，４２を介して連結したもので、操作ハンドル４はベ
ース４０に対して板ばね４２を撓ませることで前後に可
動となっている。そして、ここではベース４０に設けた
被検知部４４に非接触式距離センサー４５を対向させ
て、左右方向の力を操作ハンドル４に加えた時のばね４
１に抗したベース４０の左右方向の移動量ｄｃを検知
し、さらに各板ばね４２に非接触式距離センサー４６，
４６を対向させて各板ばね４２、４２の撓み量ｄｌ、ｄ
ｒを検知し、これら非接触式距離センサー４５，４６，
４６の出力から、操作力Ｆｈｘ、Ｆｈｙ、Ｆｈψを求め
ている。

【００１９】これらの力は、台車１の重心Ｇ位置では図
１０に示すようにＦｇｘ，Ｆｇｙ，Ｆｇψとして働く
が、前後左右方向（ｘ，ｙ方向）については重心Ｇにそ
のまま作用するために Ｆｈｘ＝ｆｇｘ Ｆｈｙ＝ｆｇｙ となる。一方、モーメントｆｇψについては操作ハンド
ル４に働いたモーメントＦｈψと、操作ハンドル４に働
いたｙ方向の力Ｆｈｙによって作用するモーメントとの
和となるために、重心Ｇ（制御中心ＣＣ）から操作ハン
ドル４までの距離をＬｈとすると、 ｆｇψ＝Ｆｈψ＋Ｌｈ・Ｆｈｙ となる。

【００２０】このようにして求めた力ｆｇｘ，ｆｇｙ，
ｆｇψに各方向についてのアシストゲインｋｘ，ｋｙ，
ｋψを夫々乗じた値を基に台車速度Ｖ１を演算し、図１
１に示すように、台車１の位置と位置目標（たとえばｙ
位置目標＝０）との偏差から求めた速度Ｖ２との和から
各全方向駆動車輪２ａ，２ｂ，２ｃ毎の駆動速度を演算
して駆動制御を行う。

【００２１】ところで、上記の制御に際しての制御中心
ＣＣは前述のように通常は台車１の重心Ｇに一致させて
おくが、この制御中心ＣＣは図１２に示すように変更で
きるようにしておくとよい。この変更は、図１３及び図
１４に示すように、操作ハンドル４に設けたスイッチＳ
のオンオフで操作ハンドル４から制御中心までの前記距
離Ｌｈの値を変更することで行ったり、あるいは図１５
に示すように、走行状況に応じて自動で切り換えられる
ようにしてもよい。

【００２２】走行状況に応じて切り換える場合、直進
（前進）時には後端側の全方向駆動車輪２ｂ，２ｃより
もさらに後方に制御中心ＣＣを設定することで、直進安
定性がさらに向上することになる。また、コーナリング
時や旋回時には、台車１のほぼ中央（重心Ｇ付近）に制
御中心ＣＣを設定することで、回転及び旋回性が向上す
ることになり、さらに横方向（ｙ方向）移動時や斜め移
動時には、操作ハンドル４の付近に制御中心ＣＣを設定
することで、これらの移動時の操作性が向上する。

【００２３】表１はこの走行状況に応じた制御中心ＣＣ
の自動切換と、前述の所定の方向の位置目標（表中では
位置補正力で代替している）の自動切換とを共に適用さ
せる場合の一例である。

【００２４】

【表１】

【００２５】なお、制御中心ＣＣを変更することは、前
後左右や旋回についての所定の方向の位置に基づいて演
算された補助駆動力を利用しない場合（位置補正力無
し）においても、操作性や走行安定性の向上に大きく寄
与する。この場合においても、走行状況に応じて切り換
えるのであれば、直進（前進）時には後端側の全方向駆
動車輪２ｂ，２ｃよりもさらに後方に制御中心ＣＣを設
定し、コーナリング時や旋回時には、台車１のほぼ中央
（重心Ｇ付近）に制御中心ＣＣを設定し、さらに横方向
（ｙ方向）移動時や斜め移動時には、操作ハンドル４の
付近に制御中心ＣＣを設定することが好ましい。また、
駆動方向指示部が操作ハンドル４に加えられた操作力を
検出するものであり、該操作力に基づいて駆動車輪２
ａ，２ｂ，２ｃの駆動制御を行う場合にも適用すること
ができるのはもちろんである。

【００２６】ところで、全方向駆動車輪２ａ，２ｂ，２
ｃの駆動制御について、そのモータ２５の制御をトルク
制御で行うのがパワーアシスト制御への適用としては最
適であるが、速度制御としてもよく、この場合、坂道等
の走行時のように負荷変動が大きい場合でも同じ速度と
なって操作感が一定となるために操作しやすいものを得
ることができ、加速度制御とした場合には、摩擦を意識
しなくてもよいものとなるために、負荷変動が大きい場
合でも操作感が一定となるほか、トルク制御時と同様の
自然な操作感を得ることができる。

【００２７】また、上記台車１は、病院などでの配膳に
使用する配膳車に好適に適用することができる。温冷機
能を備えた最近の多機能型配膳車は重量がある上に、運
行場所が身体的弱者が多い病院という場所であるため
に、小回りが効くと同時に操安性に優れた動力駆動型の
ものが求められるが、この要求を満足させることができ
る。

【００２８】なお、以上の説明において、台車１の前後
が入れ代わったもの、つまり操作ハンドル４が台車１の
後端面にあって押すことで台車１を動かすものにも適用
することができるのはもちろんである。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明は、駆動力を個別に
付与することができる少なくとも３個の全方向駆動車輪
と、駆動方向指示部からの指示に基づいて演算された駆
動力を上記駆動車輪の駆動源に発生させる制御部とを備
えた全方向移動型台車において、上記制御部は、前後左
右や旋回についての所定の方向の位置に基づいて演算さ
れた補助駆動力と、駆動方向指示部からの指示に基づい
て演算された上記駆動力との合成力を駆動車輪の駆動源
に発生させるものであるために、全方向駆動が可能な駆
動車輪を備えたものであるにもかかわらず、所定の方向
の動きを抑制することができるものであり、小回りが効
きつつも、ふらつきやずれなどを抑えた高い操安性を有
するものを得ることができる。

【００３０】この時、補助駆動力が台車の前後走行方向
と直交する横方向についてのみ位置制御するための出力
であると、直進安定性を高めることができ、補助駆動力
が台車の前後走行方向及び旋回方向について位置制御す
るための出力であると、横移動を簡単且つ確実に行わせ
ることができ、補助駆動力が台車の前後走行方向及びこ
れと直交する横方向について位置制御するための出力で
あると、その場旋回（超信地旋回）が簡単となる。

【００３１】そして、制御部が補助駆動力による位置制
御方向を駆動指示部からの指示状況に応じて切り換える
ものであると、どのような方向に動かす時にも不要な方
向の動きを抑制することができるために、高い操安性を
得ることができる。

【００３２】また、制御部が制御中心を後方側の全駆動
車輪よりも後方に設定して駆動力を演算するものである
と、直進安定性をさらに高めることができ、制御部が制
御中心を台車のほぼ中央に設定して駆動力を演算するも
のであると、回転・旋回性が向上し、制御部が制御中心
を台車に設けた操作部付近に設定して駆動力を演算する
ものであると、横移動や斜め移動での操作性が向上す
る。

【００３３】そして、制御部における駆動力演算のため
の制御中心の位置設定を可変としたものでは、現在の走
行方向や走行状況における走行安定性を高めることがで
きるとともに操作性も向上させることができるものであ
り、特に走行状況や駆動指示部からの指示状況に応じて
制御中心の位置設定を変更するものであれば、高い操作
性及び操安性を常時得ることができるものとなる。

【００３４】駆動方向指示部が台車の操作部に加えられ
た操作力に応じた出力を出すものにおいても適用するこ
とができるとともに、この場合にも操安性を高めること
ができる。

【００３５】そして、台車が配膳車である時には、操作
性及び操安性に優れた配膳車を得ることができる

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例のブロック回路図で
ある。

【図２】同上の概略平面図である。

【図３】同上の全方向駆動車輪を示すもので、(a)は側
面図、(b)は正面図である。

【図４】同上の駆動方向指示部の一例を示す斜視図であ
る

【図５】同上の動作のフローチャートである。

【図６】同上の一具体例のブロック回路図である。

【図７】同上の他の具体例のブロック回路図である。

【図８】同上のさらに他の具体例のブロック回路図であ
る。

【図９】他例における操作ハンドル部分の概略平面図で
ある。

【図１０】同上の動作説明のための概略平面図である。

【図１１】同上のブロック回路図である。

【図１２】他例のフローチャートである。

【図１３】別の例の概略平面図である。

【図１４】同上のフローチャートである。

【図１５】さらに別の例のフローチャートである。

【符号の説明】

１ 台車 ２ａ，２ｂ，２ｃ 全方向駆動車輪 ４ 操作ハンドル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ６２Ｂ 5/06 Ｂ６２Ｄ 1/12 Ｂ６２Ｄ 1/12 61/08 61/08 Ｂ６２Ｂ 3/00 Ｇ Ａ (72)発明者 前田 裕史 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 3D030 DB95 3D050 AA11 EE00 GG06 KK03 KK14 5H115 PA00 PC06 PG10 PI29 PU01 QE02 QE04 QE06 QE13 QE16 QH08 QN05 QN06 QN22 QN23 QN24 RB11 SF02 TB03 TD15 UI19 UI40

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動力を個別に付与することができる少
   なくとも３個の全方向駆動車輪と、駆動方向指示部から
   の指示に基づいて演算された駆動力を上記駆動車輪の駆
   動源に発生させる制御部とを備えた全方向移動型台車に
   おいて、上記制御部は、前後左右や旋回についての所定
   の方向の位置に基づいて演算された補助駆動力と、駆動
   方向指示部からの指示に基づいて演算された上記駆動力
   との合成力を駆動車輪の駆動源に発生させるものである
   ことを特徴とする全方向移動型台車。
2. 【請求項２】 補助駆動力は、台車の前後走行方向と直
   交する横方向についてのみ位置制御するための出力であ
   ることを特徴とする請求項１記載の全方向移動型台車。
3. 【請求項３】 補助駆動力は、台車の前後走行方向及び
   旋回方向について位置制御するための出力であることを
   特徴とする請求項１記載の全方向移動型台車。
4. 【請求項４】 補助駆動力は、台車の前後走行方向及び
   これと直交する横方向について位置制御するための出力
   であることを特徴とする請求項１記載の全方向移動型台
   車。
5. 【請求項５】 制御部は、補助駆動力による位置制御方
   向を駆動指示部からの指示状況に応じて切り換えている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の
   全方向移動型台車。
6. 【請求項６】 制御部は、制御中心を後方側の全駆動車
   輪よりも後方に設定して駆動力を演算するものであるこ
   とを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の全
   方向移動型台車。
7. 【請求項７】 制御部は、制御中心を台車のほぼ中央に
   設定して駆動力を演算するものであることを特徴とする
   請求項１〜５のいずれかの項に記載の全方向移動型台
   車。
8. 【請求項８】 制御部は、制御中心を台車に設けた操作
   部付近に設定して駆動力を演算するものであることを特
   徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の全方向移
   動型台車。
9. 【請求項９】 駆動力を個別に付与することができる少
   なくとも３個の全方向駆動車輪と、駆動方向指示部から
   の指示に基づいて演算された駆動力を上記駆動車輪の駆
   動源に発生させる制御部とを備えた全方向移動型台車に
   おいて、上記制御部は、駆動力演算のための制御中心の
   位置設定を可変としていることを特徴とする全方向移動
   型台車。
10. 【請求項１０】 制御部は、走行状況に応じて制御中心
    の位置設定を変更するものであることを特徴とする請求
    項９記載の全方向移動型台車。
11. 【請求項１１】 制御部は、駆動指示部からの指示状況
    に応じて制御中心の位置設定を変更するものであること
    を特徴とする請求項９記載の全方向移動型台車。
12. 【請求項１２】 駆動方向指示部は台車の操作部に加え
    られた操作力に応じた出力を出すものであることを特徴
    とする請求項１〜１１のいずれかの項に記載の全方向移
    動型台車。
13. 【請求項１３】 台車が配膳車であることを特徴とする
    請求項１〜１２のいずれかの項に記載の全方向移動型台
    車。