JP2007145108A - Method for controlling turn of traveling vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、個別に駆動可能な車輪により走行する走行車両において、方向転換を行う際に用いられる走行車両の旋回制御方法に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a turning control method for a traveling vehicle that is used when a direction is changed in a traveling vehicle that travels by individually drivable wheels.
従来において、個別に駆動可能な車輪を備えた走行車両としては、偵察や監視、危険物処理等の作業及び惑星探査などを目的とした無人の走行ロボットが周知である(特許文献1)。この種の走行車両は、構造の簡略化や軽量化、不整地での良好な走行性能などが要求されており、夫々の車輪を個別の駆動用モータで回転駆動する構成を採用している。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a traveling vehicle provided with individually drivable wheels, an unmanned traveling robot for the purpose of reconnaissance, monitoring, dangerous substance processing, planetary exploration, and the like is well known (Patent Document 1). This type of traveling vehicle is required to have a simplified structure, light weight, good traveling performance on rough terrain, and the like, and employs a configuration in which each wheel is rotated by an individual driving motor.
上記のような走行車両は、方向転換を行う場合、車体中心が旋回中心となるように、左右の車輪を適切な回転差で互いに逆方向に回転駆動することにより、その場で旋回する超信地旋回を行うことができる。つまり、方向転換を行うに際して、車輪の操舵を伴わないスキッドステアリング方式で旋回を行うことにより、操舵装置を不要にして構造の簡略化や軽量化を実現し、また、狭い場所での方向転換を可能にしている。 When the traveling vehicle as described above changes its direction, it rotates on the spot by rotating the left and right wheels in opposite directions with an appropriate rotational difference so that the center of the vehicle body is the turning center. A ground turn can be performed. In other words, when turning the direction, by turning with a skid steering system that does not involve the steering of the wheel, the steering device is not required, the structure is simplified and the weight is reduced, and the direction is changed in a narrow place. It is possible.
ところが、上記したような走行車両では、超信地旋回を行う場合、車輪の横滑りを伴うことから、車輪と地面との間の摩擦力や車体重心から車輪までの距離(重心回りのモーメント)が車輪のトルクに大きく影響し、上記の摩擦力や距離が大きくなるほど大きなトルクが必要になる。 However, in a traveling vehicle such as that described above, when performing a super turn, there is a side slip of the wheel, so the frictional force between the wheel and the ground and the distance from the center of gravity of the vehicle body to the wheel (moment about the center of gravity) The torque of the wheel is greatly affected, and the larger the frictional force and distance, the greater the torque required.
このため、従来の走行車両にあっては、大きなトルクを必要とするために超信地旋回角度の制御が困難になったり、トルク不足すなわち駆動用モータの出力不足によって旋回不能になったり、駆動用モータやモータアンプが過電流により発熱して故障したり恐れがあり、また、トルク不足を解消するために大出力の駆動用モータを採用すれば、構造の簡略化や軽量化に反することになるという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。 For this reason, in a conventional traveling vehicle, it is difficult to control the super turning angle because of the large torque required, or it becomes impossible to turn due to insufficient torque, that is, insufficient output of the driving motor, Motors and motor amplifiers may generate heat and break down due to overcurrent, and if a high-power drive motor is used to solve the shortage of torque, this is contrary to the simplification and weight reduction of the structure. It was a problem to solve such a problem.
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、個別に駆動可能な左右の前輪及び後輪を備えた走行車両において、比較的小出力の駆動用モータであっても円滑な超信地旋回を行うことができる走行車両の旋回制御方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made paying attention to the above-mentioned conventional problems, and in a traveling vehicle having left and right front wheels and rear wheels that can be individually driven, even a relatively small output drive motor is smooth. It is an object of the present invention to provide a turning control method for a traveling vehicle capable of performing a super turn.
本発明の走行車両の旋回制御方法は、個別に駆動可能な左右の前輪及び後輪と、車体前後方向へ移動可能な機能部を備えた走行車両を超信地旋回させる方法である。このような走行車両では、前後の車輪の間に車体重心が位置している。そこで、機能部を車体の前方向及び後方向のいずれか一方向に移動させて車体重心を移動させ、より好ましくは、前輪及び後輪のいずれか一方の車軸中心を移動限として車体重心を移動させると共に、前輪及び後輪のうちの少なくとも車体重心に近い方を左右で逆方向に回転駆動する構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。 The turning control method for a traveling vehicle according to the present invention is a method for turning a traveling vehicle having left and right front and rear wheels that can be individually driven and a functional unit movable in the longitudinal direction of the vehicle body. In such a traveling vehicle, the center of gravity of the vehicle body is located between the front and rear wheels. Therefore, the functional unit is moved in one of the front direction and the rear direction of the vehicle body to move the center of gravity of the vehicle body, and more preferably, the center of gravity of the vehicle body is moved with the axle center of either the front wheel or the rear wheel as the movement limit. In addition, at least one of the front wheel and the rear wheel that is close to the center of gravity of the vehicle body is rotationally driven in the opposite direction on the left and right, and the above configuration is used as a means for solving the conventional problems.
また、本発明の走行車両の旋回制御方法は、より好ましい実施形態として、機能部が、少なくとも車体前方向へ展開可能であるとともに物体を保持する機能を有しており、この機能部を車体前方向へ展開させることにより車体重心を車体前方向へ移動させることを特徴とし、さらに、前輪及び後輪を個別に回転駆動する駆動用モータを備えており、駆動用モータの電流値を測定し、電流値が所定値を超えたときに、車体重心の移動量を増加させることを特徴としている。 In the turning control method for a traveling vehicle of the present invention, as a more preferred embodiment, the functional unit can be deployed at least in the front direction of the vehicle body and has a function of holding an object. It is characterized by moving the center of gravity of the vehicle body in the forward direction of the vehicle body by deploying in the direction, and further includes a drive motor that individually rotates and drives the front and rear wheels, and measures the current value of the drive motor, When the current value exceeds a predetermined value, the movement amount of the center of gravity of the vehicle body is increased.
本発明の走行車両の旋回制御方法は、機能部の移動に伴って車体重心を車体前方向及び後方向のいずれか一方向に移動させて、車体重心に近い車輪を左右で逆方向に回転駆動することにより、車体重心から車輪までの距離を短くして同車体重心回りの旋回を行うこととなり、車体重心に近い車輪においては、上記の距離の短縮により横滑り量が減少して低トルクでの回転駆動が可能になり、車体重心から遠い車輪においては、抗力が減少して地面との摩擦力も減少する。これにより、比較的小出力の駆動用モータを用いても円滑に超信地旋回を行うことができると共に、低トルク化に伴って超信地旋回角度の制御も容易になり、とくに、前輪及び後輪の両方を左右で逆方向に回転駆動することで、より一層円滑な超信地旋回を行うことができる。 According to the turning control method for a traveling vehicle of the present invention, the center of gravity of the vehicle body is moved in one of the forward direction and the backward direction of the vehicle body in accordance with the movement of the functional unit, and the wheels close to the center of gravity of the vehicle body are driven to rotate in the opposite directions on the left and right. This reduces the distance from the center of gravity of the vehicle body to the wheel and turns around the center of gravity of the vehicle body. Rotational drive is possible, and the drag is reduced at the wheel far from the center of gravity of the vehicle body, and the frictional force with the ground is also reduced. As a result, it is possible to smoothly perform super turning even with a relatively small output drive motor, and it becomes easy to control the super turning angle as the torque is reduced. By rotating both of the rear wheels in the opposite directions on the left and right, it is possible to perform a smoother super turn.
また、本発明の走行車両の旋回制御方法は、少なくとも車体前方向へ展開可能であるとともに物体を保持する機能を有する機能部として、既存のマニピュレータやパワーショベルを使用することができ、これにより、重心移動のための専用の構成を付加せずに、機能部の展開量によって車体重心の移動量を調整することができると共に、マニピュレータのハンド部やパワーショベルのバケットで岩石等の適当な物体を保持することによっても車体重心の移動量を調整することができる。 Further, the turning control method for a traveling vehicle of the present invention can use an existing manipulator or a power shovel as a functional unit that can be deployed at least in the front direction of the vehicle body and has a function of holding an object. Without adding a dedicated configuration for moving the center of gravity, the amount of movement of the center of gravity of the vehicle body can be adjusted by the amount of expansion of the functional part, and appropriate objects such as rocks can be moved with the hand part of the manipulator or the bucket of the power shovel. The movement amount of the center of gravity of the vehicle body can also be adjusted by holding it.
さらに、本発明の走行車両の旋回制御方法は、前輪及び後輪を個別に回転駆動する駆動用モータの電流値を測定し、電流値が所定値を超えたときに車体重心の移動量を増加させることにより、旋回困難な状態で駆動用モータに過負荷が生じたときに、車体重心から車輪までの距離をより短縮して、車体重心に近い車輪の横滑り量をさらに減少させると共に、車体重心から遠い車輪の抗力並びに地面との摩擦力をさらに減少させることができ、これにより円滑な超信地旋回を行うと共に、駆動用モータやその制御機器が過電流によって損傷するような事態をより確実に防止することができる。 Furthermore, the turning control method for a traveling vehicle according to the present invention measures the current value of a driving motor that individually rotates and drives the front wheels and the rear wheels, and increases the movement amount of the vehicle body center of gravity when the current value exceeds a predetermined value. This makes it possible to reduce the distance from the center of gravity of the vehicle body to the wheel further when the overload occurs in the drive motor in a state where turning is difficult, further reducing the amount of side slip of the wheel near the vehicle body center of gravity, and It is possible to further reduce the drag of the wheel far from the heart and the frictional force with the ground, which makes smooth turning of the ground and more reliably prevent the drive motor and its control equipment from being damaged by overcurrent. Can be prevented.
以下、図面に基いて、本発明の走行車両の旋回制御方法の一実施例を説明する。 Hereinafter, an embodiment of a turning control method for a traveling vehicle according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示す走行車両1は、扁平な概略直方体状の車体2と、左右の前輪3,3及び後輪4,4と、車体前後方向へ移動可能な機能部としてのマニピュレータ5と、制御機器6を備えており、前輪3及び後輪4を個別の駆動用モータ7で夫々回転駆動する構成になっている。
A
この走行車両1は、遠隔操作されるもので、上記構成のほか、少なくとも前方を監視するカメラ、送受信機及び各機器の電源であるバッテリーなどを備えると共に、車体2の方位や傾斜、車輪3,4の回転状況、マニピュレータ5の動作状況、駆動用モータ7の電流値などを夫々検出するためのセンサ類を備えている。
The traveling
マニピュレータ5は、車体2の前部中央に設けてあって、車体2に連結した第1関節部5aと、第1関節部5aに基端を連結した第1アーム5bと、第1アーム5bの先端に設けた第2関節部5cと、第2関節部5cに基端を連結した第2アーム5dと、第2アーム5dの先端に設けた第3関節部5eと、第3関節部5eの先端に設けたクランプ状のハンド部5fを備えている。
The
つまり、機能部であるマニピュレータ5は、図2に示すように、少なくとも車体前方向へ展開可能であると共に、物体を保持する機能すなわち図中仮想線で示す物体Mを把持・解放するハンド部5fを有しており、関節部5a,5c,5eの回動によって自在に動作する。
That is, as shown in FIG. 2, the
上記構成を備えた走行車両1は、左右の重量バランスが均一であり、図1(a)に示す如くマニピュレータ5を車体2の上部に折り畳んだ状態において、図1(b)に示す如く車体2のほぼ中心位置に車体重心G0を有しており、各前輪3及び後輪4を夫々の駆動用モータ7で回転駆動することで前進又は後進し、左右の前輪3及び後輪4の回転数を異ならせることで進路変更を行う。
The
さらに、走行車両1は、左右の前輪3及び後輪4を互いに逆方向に回転駆動することにより、その場で旋回する超信地旋回を行うことが可能であり、この際に行う旋回制御方法を図3のフローチャートに基いて説明する。
In addition, the traveling
旋回制御方法では、ステップS1において旋回指令が入力されると、左右の前輪3及び後輪4が互いに逆方向に回転駆動されるように各駆動用モータ7を制御し、ステップS2において旋回を開始したか否かを判断する。
In the turning control method, when a turning command is input in step S1, the
このとき、走行車両1は、図1(b)に示すように、車体2の中心に車体重心G0が位置しているとすると、左右の車輪3,4を適切な回転数で回転駆動することで車体重心G0回りに旋回する。そして、ステップS2において旋回を開始したと判断した場合(YES)には、ステップS3において所定範囲(角度)旋回したことを確認して旋回制御を終了する。
At this time, as shown in FIG. 1B, the
これに対して、ステップS2において旋回を開始していないと判断した場合(NO)には、ステップS4において駆動用モータ7の電流値がしきい値を超えたか否かを判断し、超えていないと判断した場合(NO)にはステップS1戻り、超えていると判断した場合(YES)にはステップS5において所定時間が経過したか否かを判断する。
On the other hand, if it is determined in step S2 that the vehicle has not started turning (NO), it is determined in step S4 whether or not the current value of the driving
そして、ステップS5において、所定時間が経過していないと判断した場合(NO)にはステップS1に戻り、所定時間が経過していると判断した場合(YES)には、ステップS6において重心移動を開始する。 If it is determined in step S5 that the predetermined time has not elapsed (NO), the process returns to step S1, and if it is determined that the predetermined time has elapsed (YES), the center of gravity is moved in step S6. Start.
すなわち、当該旋回制御方法では、駆動用モータ7の電流値を測定していると共に、駆動用モータ7やモータアンプ等の制御機器にとって過電流となる値に応じて、モータ電流しきい値が設定してあり、走行車両1が旋回困難な状態(ステップS2がNO)であるときには駆動用モータ7の電流値が上昇するので、その電流値がしきい値を超えて所定時間が経過したところ(ステップS4,S5がYES)で重心移動を開始する。
That is, in the turning control method, the current value of the
このとき、走行車両1は、マニピュレータ5を前方向へ展開させることにより、車体重心を車体前方向へ移動(G0→G1)させる。これにより、初期の車体重心G0から前輪3までの距離L0よりも、移動した車体重心G1から前輪3までの距離L1の方が短くなるので、前輪3においては、重心回りのモーメントが小さくなると共に、横滑り量が減少してこれらを低トルクで回転駆動することが可能となり、また、車体重心G1から遠くなる後輪4においては、旋回モーメントの増大とともに抗力並びに地面との摩擦力が減少すりので、全体として重心回りの旋回が容易になる。
At this time, the traveling
なお、車体重心G0,G1の位置は、走行車両1の全重量、マニピュレータ5の重量及び展開量に基いて算出することができる。また、走行車両1は、上記の旋回をする際に後輪4の回転駆動を停止することも可能であるが、前輪3及び後輪4を左右で逆方向に回転駆動することでより一層円滑な旋回が可能となる。
The positions of the vehicle body centroids G0 and G1 can be calculated based on the total weight of the
さらに、当該制御方法では、ステップS7において旋回を開始したか否かを判断し、旋回を開始したと判断した場合(YES)には、マニピュレータ5の展開動作を停止し、ステップS3において所定範囲(角度)旋回したことを確認して旋回制御を終了する。
Further, in this control method, it is determined whether or not turning is started in step S7. If it is determined that turning is started (YES), the unfolding operation of the
これに対して、ステップS7において旋回を開始していないと判断した場合(NO)には、ステップS6に戻って車体重心の移動量を増加させる。このとき、車体重心の移動すなわちマニピュレータ5の前方向への展開は、断続的に行っても良いし連続的に行っても良く、その展開量によって車体重心の移動量を容易に調整することができる。
On the other hand, if it is determined in step S7 that the vehicle has not started turning (NO), the process returns to step S6 to increase the movement amount of the vehicle body center of gravity. At this time, the movement of the center of gravity of the vehicle body, that is, the forward deployment of the
また、当該走行車両1は、ハンド部5fを有するマニピュレータ5を備えているので、このマニピュレータ5の展開に加えて、図2に示すようにハンド部5fで岩石等の物体Mを把持することによっても、車体重心の移動量を容易に調整することができる。
Further, since the traveling
さらに、上記の如く車体重心の移動を行う場合、車体重心から前輪3までの距離が最小となるのは、左右の前輪3,3の車軸中心に車体重心(GA)が達したときであるから、その車軸中心を車体重心の移動限とするのが良いが、これに限定されることはない。
Further, when the vehicle body center of gravity is moved as described above, the distance from the vehicle body center of gravity to the
このように、上記の走行車両1の旋回制御方法によれば、主としてマニピュレータ5の展開量を調整するだけで、車体重心を移動させて低トルクでの旋回が可能になるので、比較的小出力の駆動用モータ7を用いても円滑に超信地旋回を行うことができると共に、低トルク化に伴って超信地旋回角度の制御も容易になり、例えば、走行車両1の全重量が35〜40kg程度である場合に、出力が250Wで最大電流が20Aの駆動用モータ7を用いて円滑な超信地旋回を行うことができると同時に、駆動用モータ7やその制御機器が過電流によって損傷するような事態を防止することができる。
Thus, according to the turning control method of the traveling
なお、上記実施例では、図1に示すようにマニピュレータ5を車体2の上方に折り畳んだ状態を初期状態として説明したが、旋回開始時におけるマニピュレータ5の姿勢はとくに関係なく、マニピュレータ5がどのような姿勢であっても初期の車体重心の位置が異なるだけで、同様の旋回制御を行うことができる。
In the above embodiment, the state in which the
また、本発明の旋回制御方法が適用可能な走行車両は、その構成が上記実施例に限定されるものではなく、前輪3及び後輪4の間に中間車輪を備えたものや、車体後部あるいは車体前部及び後部の両方にマニピュレータやパワーショベルといった機能部を備えたものでも良く、車体重心の移動は、上記実施例のように車体前方向に限らず車体後方向であっても良い。
Further, the traveling vehicle to which the turning control method of the present invention can be applied is not limited to the above-described embodiment, and a vehicle having an intermediate wheel between the
さらに、機能部としては、例えば車体前後方向に移動可能なウエイト類を備えたものを採用することも不可能ではないが、本来、この種の走行車両には構造の簡略化や軽量化が要求されるので、上記実施例のように既存の機器を機能部とするのが望ましい。 In addition, it is not impossible to use weights that can move in the longitudinal direction of the vehicle body, for example, but this type of traveling vehicle originally requires a simplified structure and light weight. Therefore, it is desirable to use an existing device as a functional unit as in the above embodiment.
1 走行車両
2 車体
3 前輪
4 後輪
5 マニピュレータ(機能部)
7 駆動用モータ
1 traveling
7 Drive motor
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JP2005339987A JP2007145108A (en) | 2005-11-25 | 2005-11-25 | Method for controlling turn of traveling vehicle |
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- 2005-11-25 JP JP2005339987A patent/JP2007145108A/en active Pending
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