JP2015081045A - 走行車両 - Google Patents

Abstract

【課題】車輪の方向を変えることなく進行方向を変更させることが可能な走行車両において、方向転換に要するエネルギーの消費を減少させるとともに、基本的な動作を可能にしながらも装置の重量やコストを低減させる構成を提供する。【解決手段】走行車両としての防除機１は、左右それぞれが前輪２及び後輪３に支持された車体４と、前輪２及び後輪３を駆動する駆動手段５とを備えている。前輪２及び後輪３はメカナムホイールとして構成されている。駆動手段５は、前輪２及び後輪３を、その速度及び方向が同期するように、左右それぞれ独立に駆動する一対の駆動要素１２Ｌ，１２Ｒを備えている。車体４は、前後方向に長手に形成されており、一対の駆動要素１２Ｌ，１２Ｒは、車体４の前後にそれぞれ配設されるとともに、平面視で車体４の略中心Ｃに対して点対称となるように構成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、車輪の方向を変えることなく進行方向を変更させることが可能な走行車両に関するものである。

第一の従来の走行車両としては、特許文献１に記載された無人搬送車用台車を例示する。図７に示すように、この台車１０１は、略直方体形状の車体１０２と、車体１０２上に設けられた積載部（図示略）と、車体底部の対角位置に設けられた４個の駆動操舵輪１０４とからなる。各駆動操舵輪１０４は、全方向移動車輪１０４ａと駆動部１０５とからなる。この台車１０１によれば、その場旋回やカニ歩き等の細かい動作を可能にすることができる。

また、第二の従来の走行車両としては、非特許文献１に記載されたものを例示する。この車両は、左右の駆動輪の回転差で旋回操作を行うスキッドステア方式を採用しており、ほぼ全長分の幅で旋回（その場旋回も可能。）するようになっている。左右の駆動輪には全方向移動車輪等の特殊な車輪は採用されていない。

特開２０１０−２３５０８２号公報

"スキッドステアローダー"、［ｏｎｌｉｎｅ］、株式会社ボブキャット、［平成２５年８月２９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.bobcat.co.jp/product/skid.html＞

ところが、特許文献１に記載された車両は、カニ歩き等の特殊で細かい動作を可能にするために、４つの車輪のすべてに駆動部が設けられているので、装置の重量やコストが増大するという課題がある。

また、非特許文献１に記載された車両は、左右駆動輪の回転差で旋回操作を行うスキッドステア方式を採用しているので、特に、左右の駆動輪を逆回転させるその場旋回時に、駆動輪が路面で横滑りし、駆動輪の摩耗や路面の損傷が激しいという課題がある。

前記課題を解決するために、本発明の走行車両は、
左右それぞれが前輪及び後輪に支持された車体と、前記前輪及び後輪を駆動する駆動手段とを備えた走行車両であって、
前記前輪及び後輪はメカナムホイールとして構成され、
前記駆動手段は、前記前輪及び後輪を、その速度及び方向が同期するように、左右それぞれ独立に駆動する一対の駆動要素を備えている。

このように、本発明では、前記左右の前輪及び後輪にメカナムホイールを採用しているとともに、前記前輪及び後輪を、その速度及び方向が同期するように、左右それぞれ独立に駆動するスキッドステア方式を採用している。このメカナムホイールの採用により、スキッドステア方式の最大の欠点である方向転換に要するエネルギーの消費を減少させることが可能となり、操舵性を向上させることができる。これに加え、スキッドステア方式の採用により、４輪をそれぞれ独立に駆動する場合と比較し、一部の特殊で細かい動作は不可能になるが、前後進や、左右への旋回（その場旋回を含む。）などの基本的な動作を可能にしながらも装置の重量やコストを低減させることができる。

前記走行車両においては、
前記車体は、前後方向に長手に形成されており、
前記一対の駆動要素は、前記車体の前後にそれぞれ配設されるとともに、平面視で前記車体の略中心に対して点対称となるように構成されている態様を例示する。

この構成によれば、例えば狭い通路を走行するような、前後方向に長手に形成された車体に対し、重量バランスよく前記一対の駆動要素を配設することができ、前記車体の安定性を確保できる。

本発明に係る走行車両によれば、方向転換に要するエネルギーの消費を減少させるとともに、前後進や、左右への旋回（その場旋回を含む。）などの基本的な動作を可能にしながらも装置の重量やコストを低減させることができるという優れた効果を奏する。

本発明の走行車両を具体化した一実施形態に係る防除機の側面図である。 同防除機の旋回事例を示す平面図である。 同防除機の下部の構成を示す平面図である。 同防除機の下部の構成の変更例を示す平面図である。 同防除機の制御系の構成を示すブロック図である。 同防除機の走行事例を示す平面図である。 従来の走行車両における駆動操舵輪の車体底部への取り付け例を示す模式図である。

図１〜図６は本発明の走行車両を農業用の防除機に具体化した一実施形態を示しており、各図において、矢印Ｆは機体前側を指し示している。この防除機１は、図１〜図３に示すように、左右それぞれが前輪２及び後輪３に支持された車体４を備えている。車体４には、前輪２及び後輪３を駆動する駆動手段５、防除手段としての防除装置６、電源手段としての蓄電池７、制御手段としてのシステム制御部８等が搭載されており、運行経路に設置された複数の磁気マーカーＭａ，Ｍｂ（図６参照）を辿って自律的に走行するように構成されている。

図２及び図３に示すように、前輪２及び後輪３は同一仕様のメカナムホイールとして構成されている。メカナムホイールは、車輪の全周に渡って等間隔で多数のローラー１１が配設されている。各ローラー１１は、それぞれ車軸２ａ，３ａに対して所定角度（本例では４５°とすることを例示するが、これに限定されない。）傾斜された軸によって回転自在に支持されている。

車体４は、狭い畝間をスムーズに走行可能となるように前後方向に長手に形成されている。また、車体４は、上部と下部の２階層に構成されており、上部には、主に制御系、電源系及び防除系の構成（防除装置６、蓄電池７、システム制御部８）が、下部には主に走行系の構成（駆動手段５）が、それぞれ搭載されている。

駆動手段５は、前輪２及び後輪３を、その速度及び方向が同期するように、左右それぞれ独立に駆動する一対の駆動要素１２Ｌ，１２Ｒを備えており、これにより左右独立駆動のスキッドステア機構を構成している。一対の駆動要素１２Ｌ，１２Ｒは、車体４の前後にそれぞれ配設されるとともに、平面視で車体４の略中心Ｃ（図３及び図４参照）に対して点対称となるように構成されている。図２（同図中、白抜きした矢印の方向及び大きさはそれぞれ駆動力の方向及び大きさを表し、ハッチングした矢印は車体の進行方向を表している。）に示すように、スキッドステア機構によれば、駆動要素１２Ｌ，１２Ｒを左右同一駆動すれば直進し（同図（ａ）は前方へ直進する事例）、左右の回転差駆動をすれば転舵し（同図（ｂ）は左側に転舵する事例）、左右の逆回転駆動をすれば定点旋回する（同図（ｃ）は左側に定点旋回する事例）。

駆動要素１２Ｌ，１２Ｒは、それぞれが、原動機としてのモーター１３と、該モーター１３の動力を前輪２及び後輪３に伝動する動力伝動機構１４とを備えている。一対の駆動要素１２Ｌ，１２Ｒは前述したとおり対称に構成されているので、ここでは左側の前輪２及び後輪３を駆動する駆動要素１２Ｌについてのみ説明する。モーター１３は車体４の前端側に、回転軸１３ａが右側を向くように配置されている。動力伝動機構１４は、モーター１３の回転軸１３ａの回転を、モーター１３に近い側の車輪の車軸（駆動要素１２Ｌでは前輪２の車軸２ａ）に伝動する第一伝動機構１５と、該近い側の車輪の車軸の回転をモーター１３に遠い側の車輪の車軸（駆動要素１２Ｌでは後輪３の車軸３ａ）に伝動する第二伝動機構１６とにより構成されている。本例の各伝動機構１５，１６は、チェーン伝動機構により構成されている。

一対の駆動要素１２Ｌ，１２Ｒは、図４に示すように、構成を変更することも可能である。一対の駆動要素１２Ｌ，１２Ｒは前述したとおり対称に構成されているので、ここでも左側の前輪２及び後輪３を駆動する駆動要素１２Ｌについてのみ説明する。この駆動要素１２Ｌでは、モーター１３は車体４の前部に、回転軸１３ａが後側を向くように配置されている。動力伝動機構１４は、モーター１３の回転軸１３ａの回転を左右方向に延びる中継軸１７に伝動する第一伝動機構１８と、中継軸１７の回転をモーター１３に近い側の車輪の車軸（駆動要素１２Ｌでは前輪２の車軸２ａ）及び同遠い側の車輪の車軸（駆動要素１２Ｌでは後輪３の車軸３ａ）にそれぞれ伝動する第二伝動機構１９及び第三伝動機構２０とにより構成されている。本例の第一伝動機構１８は互いに噛合する一対の傘歯車１８ａにより構成された歯車伝動機構により、第二伝動機構１９及び第三伝動機構２０はチェーン伝動機構により構成されている。

なお、駆動要素１２Ｌ，１２Ｒの構成としては、これらに限定されず、ベルト伝動機構等の他の公知の伝動機構も適宜採用することができる。

システム制御部８は、図５に示すように、入力制御部２１、メイン制御部２２、左モーター制御部２３Ｌ及び右モーター制御部２３Ｒを備えている。

入力制御部２１は、ジャイロセンサー（図示略）、加速度センサー（図示略）、磁気マーカーＭａ，Ｍｂを検出する３軸磁気検出手段としての地磁気センサー２４、ＧＰＳ（Global Positioning System）（図示略）、畝検出手段としての非接触式又は接触式の畝検出器２５等の自律走行に必要なセンサーや、走行指令のボタン（図示略）等を有する。特に直進制御には主に目標設定角度に対するジャイロ角を検出して演算する。なお、地磁気センサー２４は、車体中央下部に設置している。

メイン制御部２２は、各種センサー及び左右のモーター１３のロータリーエンコーダ１３ｂからの角速度フィードバック信号と夫々の積分値である移動距離により、左右それぞれの車輪の速度目標値を計算する。目標速度とモーター速度の差をＰＩ(比例＋積分)制御演算し、それぞれのモータドライバーにＰＷＭ（Pulse Width Modulation）発生信号を出力する。

左モーター制御部２３Ｌ及び右モーター制御部２３Ｒは、それぞれＰＷＭ信号と回転方向指令を受け、各モーター１３に必要な電力を電力増幅回路により出力する。

蓄電池７は、本例では１２Ｖ用を２個搭載しており、２４Ｖ駆動としている。

防除装置６は、ホース巻取り型であり、ホース３１を引き出したり、巻き取ったりするホース巻取りリール３２を有しており、リール巻取り用モーター３３、動力伝動機構としてのチェーン伝動機構３４で駆動される。ホース３１を引き出す場合は、リール軸３２ａに内蔵されている一方向クラッチ（図示略）により、走行に伴って自動的に送り出される構造である。噴霧手段としての噴霧ノズル３５は縦長作物に適用するように片側５個ついており、左右への噴霧を行うために左右で１０個の噴霧ノズル３５が設置されている。

次に、本例の防除機１による走行事例について説明する。本事例は、図６に示すように、平行に設けられた複数の畝Ｕの畝間を対象としており、同図における下側が畝間の始端地点、上側が畝間の終端地点となっている。畝間の始端地点及び終端地点には、それぞれ枕地マーカーＭａ及び畝端マーカーＭｂが設置されている。

まず、防除機１は、枕地の開始位置から、畝検知による畝倣い走行をすることにより、畝間を走行路として前進する（このとき、防除装置６により左右両側の畝Ｕに対して薬液を噴霧する）（図６の矢印Ａ１参照）。
次いで、畝間を前進中に、畝間の終端に設けられた畝端マーカーＭｂを、地磁気センサー２４により検出すると、一旦停止（このとき防除装置６による噴霧も停止）してから、進行方向を逆転させて、畝検知による畝倣い走行をすることにより、前進走行してきた畝間の走行路を後進走行する（図６の矢印Ａ２参照）。
次いで、畝間を後進中に、枕地に設置された枕地マーカーＭａを、地磁気センサー２４により検出すると、一旦停止し、隣接する畝間がある方向へ、車体４を旋回する（図６の矢印Ａ３参照）。
次いで、この旋回後、次の目標である枕地マーカーＭａに対する位置補正を行い、枕地マーカーＭａの方向へ前進する（図６の矢印Ａ４参照）。
次いで、この枕地での前進中に、枕地に設置された枕地マーカーＭａを、地磁気センサー２４により検出すると、一旦停止してから、次の畝間がある方向へ、車体４を旋回する（図６の矢印Ａ５参照）。
次いで、この旋回後、次の目標である畝端マーカーＭｂに対する位置補正を行い、畝端マーカーＭｂの方向への前進に備える。
上記の旋回後、正対した次の畝間を走行路として、以上と同様な動作を繰り返し、自律走行を実現する。

以上のように構成された本例の防除機１によれば、左右の前輪２及び後輪３にメカナムホイールを採用しているとともに、前輪２及び後輪３を、その速度及び方向が同期するように、左右それぞれ独立に駆動するスキッドステア方式を採用している。このメカナムホイールの採用により、スキッドステア方式の最大の欠点である方向転換に要するエネルギーの消費を減少させることが可能となり、操舵性を向上させることができる。これに加え、スキッドステア方式の採用により、４輪をそれぞれ独立に駆動する場合と比較し、一部の特殊で細かい動作は不可能になるが、前後進や、左右への旋回（その場旋回を含む。）などの基本的な動作を可能にしながらも装置の重量やコストを低減させることができる。

また、本防除機１においては、車体４は、狭い畝間が走行可能となるように前後方向に長手に形成されており、一対の駆動要素１２Ｌ，１２Ｒは、車体４の前後にそれぞれ配設されるとともに、平面視で車体４の略中心Ｃに対して点対称となるように構成されている。この構成によれば、前後方向に長手に形成された車体４に対し、重量バランスよく一対の駆動要素１２Ｌ，１２Ｒを配設することができ、車体４の安定性を確保できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。
（１）本発明の走行車両に、防除装置６以外の装置（散水装置、施肥装置等）を搭載させること。
（２）メカナムホイールの構成（ローラー１１の形状、車軸２ａ，３ａに対するローラー１１の角度、ローラー１１の配設数等）を適宜変更すること。

１ 防除機
２ 前輪
２ａ 車軸
３ 後輪
３ａ 車軸
４ 車体
５ 駆動手段
６ 防除装置
７ 蓄電池
８ システム制御部
１１ ローラー
１２Ｌ 駆動要素
１２Ｒ 駆動要素
１３ モーター
１３ａ 回転軸
１３ｂ ロータリーエンコーダ
１４ 動力伝動機構
１５ 第一伝動機構
１６ 第二伝動機構
１７ 中継軸
１８ 第一伝動機構
１８ａ 傘歯車
１９ 第二伝動機構
２０ 第三伝動機構
２１ 入力制御部
２２ メイン制御部
２３Ｌ 左モーター制御部
２３Ｒ 右モーター制御部
２４ 地磁気センサー
２５ 畝検出器
３１ ホース
３２ リール
３２ａ リール軸
３３ リール巻取り用モーター
３４ チェーン伝動機構
３５ 噴霧ノズル
Ｃ 平面視での車体の略中心
Ｆ 機体前側
Ｍａ 枕地マーカー
Ｍｂ 畝端マーカー
Ｕ 畝

Claims (2)

1. 左右それぞれが前輪及び後輪に支持された車体と、前記前輪及び後輪を駆動する駆動手段とを備えた走行車両であって、
   前記前輪及び後輪はメカナムホイールとして構成され、
   前記駆動手段は、前記前輪及び後輪を、その速度及び方向が同期するように、左右それぞれ独立に駆動する一対の駆動要素を備えている走行車両。
2. 前記車体は、前後方向に長手に形成されており、
   前記一対の駆動要素は、前記車体の前後にそれぞれ配設されるとともに、平面視で前記車体の略中心に対して点対称となるように構成されている請求項１記載の走行車両。

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