JP2021015415A - 牽引装置および牽引装置を備えた搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自律走行する車両部に連結され、車両部の走行状態に基づいて、被牽引物の走行角度を制御できる牽引装置を提供する。【解決手段】牽引装置２６は、自律走行型の車両部１０に接続される、被牽引物を牽引可能なアーム部２１と、前記アーム部２１に接続され、平面視における前記アーム部２１の回転角度を制御する制御モータ２４と、前記車両部１０の走行状態を取得する状態取得部１４、１５Ｒ、１５Ｌと、前記走行状態に基づいて、前記アーム部２１の前記回転角度を決定する回転制御部（角度制御部２５）とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、牽引装置および牽引装置を備えた搬送装置に関し、詳細には、被牽引物を引く牽引装置、および自律走行型の車両部と牽引装置を備え、被牽引車を目的地に自動搬送する搬送装置に関する。

近年、自律走行する車両部に牽引装置を連結し、被牽引物を牽引して目的地まで自動搬送する搬送装置が、工場や倉庫等において実用化されている。このような搬送装置には、障害物への衝突を回避する機構が搭載されており、搬送装置自体の衝突回避に加えて、牽引している物（被牽引物）の衝突回避も考慮されている。

一方で、自律走行する部材（ロボット等）の正確な移動位置を測定する機能が重要な課題となっており、例えば、特許文献１、特許文献２等のような自律走行する部材の位置測定機構が考案されている。

特開２０１３−１３２７４８号公報（２０１３年７月８日公開） 特開２０１８−０１４０６４号公報（２０１８年１月２５日公開）

しかし、上記従来の技術では、自律走行する部材が牽引装置の制御機構を持たず、自律走行部材の走行状態を牽引装置に対して出力ができない。このため、牽引装置は自律走行部材の走行状態に基づいて、被牽引物の走行を制御することができない。

本発明の一態様は、慣性センサとエンコーダを組み合わせて自律走行する部材（車両部）の走行状態を高精度で計測し、車両部に連結される牽引装置によって、この車両の走行状態の計測値に基づいて、被牽引物の走行を制御することのできる牽引装置および当該牽引装置を備える搬送装置を提供することを目的とする。

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る牽引装置は、自律走行型の車両部に接続される、被牽引物を牽引可能なアーム部と、前記アーム部に接続され、平面視における前記アーム部の回転角度を制御する制御モータと、前記車両部の走行状態を取得する状態取得部と、前記走行状態に基づいて、前記アーム部の前記回転角度を決定する回転制御部とを備えている。

前記の構成によれば、回転制御部が車両部の走行状態に基づいてアーム部の回転角度を決定するため、アーム部および当該アーム部が牽引する被牽引物の、障害物への衝突を回避することができる。

また、本発明の一態様に係る牽引装置は、前記の構成において、前記状態取得部は、前記走行状態として、２つの駆動輪を有する前記車両部の各駆動輪の回転速度または回転角を取得する第１センサと、前記走行状態として、前記車両部の向きを取得する第２センサとを有する。

前記の構成によれば、２種類のセンサを使用することによって、精度高く車両の走行状態を取得することができ、これに基づいて、精度高くアーム部の回転角度を決定することができる。

また、本発明の一態様に係る牽引装置は、前記の構成において、前記状態取得部は、前記走行状態として、前記車両部の速度を取得する第１センサと、前記走行状態として、前記車両部の向きを取得する第２センサとを有する。

前記の構成によれば、２種類のセンサを使用することによって、精度高く車両の走行状態を取得することができ、これに基づいて、精度高くアーム部の回転角度を決定することができる。

また、本発明の一態様に係る牽引装置は、前記の構成において、前記回転制御部は、前記走行状態に基づいて、前記車両部の旋回半径を特定し、前記旋回半径に基づいて、前記アーム部の前記回転角度を決定する。

前記の構成によれば、前記車両部の旋回半径に基づいて、前記アーム部の前記回転角度を決定するため、適切に前記アーム部の前記回転角度を決定することができる。

また、本発明の一態様に係る牽引装置は、前記の構成において、前記回転制御部は、前記前記車両部の走行状態に基づき、前記被牽引物が前記車両部の走行軌道上に沿って牽引されるよう、前記アーム部の回転角度を制御する。

前記の構成によれば、前記被牽引物は、前記車両部の走行軌道を走行するため、周囲のものと干渉することなく、走行することができる。

また、本発明の一態様に係る牽引装置は、前記の構成におい平面視における、前記アームの回転軸から、被牽引物の所定の箇所までの距離をＬとして、前記旋回半径をＲとして、前記回転制御部は、θ＝arcsin（Ｌ／２Ｒ）で求められるθに基づいて前記アーム部の前記回転角度を決定する。

前記の構成によれば、前記被牽引物は、前記車両部の走行軌道を走行するため、周囲のものと干渉することなく、走行することができる。

また、本発明の一態様に係る牽引装置は、前記の構成において、前記回転制御部は、前記車両部の走行状態に基づき、前記車両部が回転した場合であっても、被牽引物の位置が動かないように制御する。

前記の構成によれば、前記被牽引物は、その場にほぼ静止することができるため、周囲のものと干渉することなく、走行することができる。

また、本発明の一態様に係る牽引装置は、前記の構成において、前記回転制御部は、各時刻におけるθの時間移動平均に基づいて前記アーム部の前記回転角度を決定する。

前記の構成によれば、急激な走行の変化によるトラブルを防ぎ、周囲のものと干渉することなく、走行することができる。

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る搬送装置は、自律走行型の車両部と、前記何れかの牽引装置と、を備えている。

前記の構成によれば、前記牽引装置が奏する効果と同等の効果を奏することができる。

本発明の一態様によれば、被牽引物を含むアーム部の障害物への衝突を回避する牽引装置、該牽引装置を備える搬送装置を提供することができる。

本発明に係る牽引装置を含む搬送装置の一形態の概略構成を示す斜視図である。 図１に示す搬送装置の構成を示すブロック図である。 図１に示す搬送装置の上面図である。 図１に示す搬送装置の側面図である。 図１に示す搬送装置に関し、紙面手前に車両の前部を示し、車両の進行方向の左側にアーム部が延びている様子を示す正面図である。 図１に示す搬送装置に具備される角度制御部による処理フローを示すフローチャートである。 図６に示す処理フローの一部のフローに関して説明する図であり、図１に示す搬送装置の概略上面図に、走行速度Ｖ_Ｌ、Ｖ_Ｒ、並進速度Ｖ、カーブ半径Ｒ、旋回速度ωを図示した説明図である。 図６に示す処理フローの一部の処理について説明するフローチャートである。 図６に示す処理フローの一部の処理について説明する図である。 図６に示す処理フローの一部の処理について説明する図である。 図６に示す処理フローの一部の処理について説明する図である。 図６に示す処理フローの一部の処理について説明する図である。 図１に示す搬送装置が奏する効果を説明する図である。 図１に示す搬送装置の車両の角度とアーム角度との関係を示すグラフ図である。 図１に示す搬送装置が奏する効果を説明する図である。 図１に示す搬送装置が走行する走行路のカーブ半径と、アーム角度との関係を示すグラフ図である。 図１に示す搬送装置が奏する効果を説明する図である。 本発明の一形態に係る牽引装置と車両部の連結を示す斜視図である。 実施形態３に係る搬送装置１Ｃの構成を示すブロック図である。

以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。

§１ 適用例
以下、本発明の一実施形態について、図１から図１９を用いて説明する。

図１は、本発明に係る牽引装置を含む搬送システムの一形態の概略構成を示す斜視図である。

本実施形態１における搬送装置１Ａは、荷物を牽引して搬送する装置として、倉庫や工場等において用いられる。特に、本発明の一形態では、荷物を牽引した状態で、所定の場所から目的地まで無人で走行する自律走行型の搬送ロボットとして用いることができる。特に、本実施形態１によれば、従前のように特殊な機構によって自律走行を実現するのではなく、従来周知の自律走行型の搬送ロボットにも適用可能でありながら、従前問題となっている荷物（以下で説明する「被牽引物」に相当する）および被牽引車（以下で説明する「牽引機構」に相当する）の振り回しやはみ出しを効果的に抑えることができる画期的な機構を提供するものである。

具体的には、搬送装置１Ａは、自律走行型の車両１０（車両部）と、アーム部２１が設けられた牽引装置２６とを備えている。牽引装置２６はさらに、車両部１０の走行状態を取得する状態取得部２７と、牽引機構２０と走行状態に基づいて、被牽引物を制御する牽引機構２０を備える。詳細は後述するが、アーム部２１は、被牽引物を牽引可能であり、車両１０の中心位置に連結されており、連結している箇所を中心に回転（旋回）する。これにより、アーム部２１の先端は、図１に破線で示した軌跡に沿って車両１０の周囲を回転（旋回）する。この牽引機構２０において、平面視におけるアーム部２１の回転（旋回）角度を制御するアーム旋回モータ２４（制御モータ）と、アーム旋回モータ２４を制御する角度制御部２５（制御装置）とを備えている。アーム旋回モータ２４によって、車両１０の走行状態に基づいてアーム部２１の回転角度を制御することにより、車両１０の走行機構に制限を受けることなく、被牽引物を含め牽引機構の振り回しやはみ出しを効果的に抑えることができる。以下、各構成について説明する。

§２ 構成例
（１）搬送装置１Ａ
図２は、搬送装置１Ａの構成を示すブロック図であり、図１８は牽引装置と車両部の連結を示す斜視図である。図２および図１８を用いて、搬送装置１Ａの車両１０および牽引装置２６の詳細を説明する。

（１．１）車両１０
車両１０は、左タイヤ１１Ｌおよび右タイヤ１１Ｒを含む走行部１２と、走行制御部１３と、障害物検知センサ１６と、読取りセンサ１７とを備えている。

走行部１２は、左タイヤ１１Ｌおよび右タイヤ１１Ｒを有し、搬送装置１Ａの走行を担い、走行制御部１３の制御を受ける。走行部１２は、左タイヤ１１Ｌと右タイヤ１１Ｒとが独立で制御されるいわゆる２輪独立機構タイプである。

走行制御部１３は、車両部１０の走行状態、および障害物検知センサ１６と、読取りセンサ１７からの情報に基づいて、左タイヤ１１Ｌおよび右タイヤ１１Ｒを各々独立して制御する。

障害物検知センサ１６は、車両１０の前方に配設された検知センサで、進行方向に障害物が有るか否かを検知する。障害物を検知できる周知の検知センサを用いることができる。検知結果は、走行制御部１３に出力される。

読取りセンサ１７は、車両１０が走行する走行路面に予め貼付されている磁気テープから、当該磁気テープに記録されている情報を読み取るためのセンサである。読取りセンサ１７は、例えば、車両１０の下部に設けられている。情報としては、車両１０の停止位置を示す情報などが挙げられる。

（１．２）牽引装置２６
牽引装置２６は、牽引機構２０および状態取得部２７を備える。

（１．３）状態取得部２７
状態取得部２７は、車両１０の走行状態を取得する。例えば、状態取得部２７は、右タイヤ用エンコーダ１５Ｒ（第１センサ），左タイヤ用エンコーダ１５Ｌ（第１センサ），慣性計測装置１４（第２センサ）を備える。左タイヤ用エンコーダは、例えばタイミングベルトを介して左タイヤ１１Ｌに接続され、右タイヤ用エンコーダ１５Ｒは、右タイヤ１１Ｒに、同様に、タイミングベルトを介して接続されている。そして、右タイヤ用エンコーダ１５Ｒ，左タイヤ用エンコーダ１５Ｌは、それぞれ左右の駆動輪を有する前記車両部１０の各駆動輪の回転速度または回転角を取得する。

また、慣性計測装置１４は、周知の慣性計測装置（inertial measurement unit、略称：ＩＭＵ）を用いることができる。

慣性計測装置１４は、例えば、３軸ジャイロセンサと、３軸加速度センサとを有し、三次元の角速度と加速度を求めることができる。更に慣性計測装置１４は、３軸磁気センサと、気圧センサと、温度センサと、湿度センサとを有してもよい。求めた情報（データ）はオイラー角（車両の走行方角）を含め、牽引機構２０の角度制御部（回転制御部）２５に取得される。

（１．４）牽引機構２０
牽引機構２０は、アーム部２１と、アーム旋回モータ２４と、角度制御部（回転制御部）２５とを備えている。以下、図２とともに、図３および図４を用いて牽引機構２０を説明する。

図３は、搬送装置１Ａの上面図であり、紙面上部側が搬送装置１Ａの前部である。図４は、搬送装置１Ａの側面図であり、左側面が示されている。図４において紙面左側が搬送装置１Ａの前部である。図５は、紙面手前に搬送装置１Ａの前部を示した正面図である。なお、図５では、搬送装置１Ａ（車両１０）の進行方向の左側にアーム部２１が延びている様子を示しており、図３および図４は、図１と同じく、アーム部２１が搬送装置１Ａ（車両１０）の進行方向の後側に延びている様子を示している。

アーム部２１は、被牽引物を牽引可能なアーム２２と、回転軸２３とを有している。

アーム２２は、回転軸２３を中心に回転（旋回）する構成となっており、回転軸２３側の端部から反対側の端部に向かって延設されている。アーム２２における回転軸２３側の端部とは反対側の端部には、被牽引物を把持することができる把持部２２ａが設けられている。

図４に示すように、アーム２２における把持部２２ａ側の端部の下部には、従動タイヤ２２ｂが設けられている。従動タイヤ２２ｂは、走行路を、左タイヤ１１Ｌおよび右タイヤ１１Ｒの回転走行に従って回転する。なお、従動タイヤ２２ｂは、回転軸が自在に旋回する旋回自在型の車輪である。

図５に示すように、アーム２２は、回転軸２３側の端部から把持部２２ａ側の端部までの長さが伸縮可能範囲ＡＬの範囲で可変である伸縮アームである。長さは、図示しない制御部によって制御される。

回転軸２３は、車両１０の上面部の中心位置Ｃ（図３）に配設されている。回転軸２３には、アーム旋回モータ２４が連結されており、アーム旋回モータ２４による回転制御を受ける。これについては後述する。

なお、アーム２２は、更に、把持部２２ａにカートを把持させた態様であってもよい。カートとしては、下部に車輪を備えた箱、籠、棚の態様であってもよいし、単に板の下面に車輪を備えた台車の態様等であってもよい。

アーム旋回モータ２４は、回転軸２３に連結し、回転軸２３の回転制御をおこなう。すなわち、アーム旋回モータ２４は、アーム２２の回転角度を制御する。ここで、アーム２２の回転角度とは、車両１０の前後方向に延びる中心軸とアーム２２との成す角度をいう。アーム旋回モータ２４は、角度制御部２５による制御を受ける。これについては、後述する。

角度制御部２５は、状態取得部２７から情報を取得し、アーム旋回モータ２４を制御する。角度制御部２５は、例えばＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラー）によって実現することができる。角度制御部２５の詳細については後述する。

以上が、搬送装置１Ａの全体構成である。なお、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構成を具備してもよい。

（２）制御メカニズム
以上の搬送装置１Ａを用いた、牽引装置２６のアーム部２１（アーム２２）の回転制御のアルゴリズム、すなわち、アーム部２１の回転角度θ（以下、アーム角度θと称することがある）の最適値を算出する過程について説明する。

ここで、アーム角度θとは、車両１０の前後方向（中心位置Ｃを含む）に延びる中心軸と、アーム部２１（アーム２２）の長手軸との成す角度をいう。

本実施形態１の搬送装置１Ａは、車両１０の回転を打ち消すとともに、車両１０が通った軌跡（走行軌道）上を（被牽引物を含む）牽引機構２０も通るようにする状態を実現することにより、被牽引物を含む牽引機構２０のはみ出しと振り回しを抑制するというものである。以下に、その実現手法を明らかにする。

アーム部２１（アーム２２）の回転角度θの最適値を算出するために、角度制御部２５は、下記の各項目の値；

を得る。

これを得るためには、先述の左タイヤ用エンコーダ１５Ｌおよび右タイヤ用エンコーダ１５Ｒと、慣性計測装置１４（ＩＭＵ）とを用いる。このように両者を用いるのは、両者の弱点を補う目的がある。すなわち、左タイヤ用エンコーダ１５Ｌおよび右タイヤ用エンコーダ１５Ｒは、Ｖ、Ｒ、ωは精度よく遅延なく算出できるという長所がある。一方で、φも遅延なく算出できるが、絶対精度に弱点があるといえる。また、慣性計測装置１４は、Ｖ、Ｒ、ωを算出することは困難である一方で、φに関しては遅延はあるものの絶対精度が高いといえる。

図６は、角度制御部２５による処理フローを示すフローチャートである。なお、図６に示すフローチャートに用いられている用語について、以下に纏める。

先ず、ステップＳ１として、各種カウンタ、Ｖ、Ｒ、ω、φ、ｘ、ｙ等の変数の初期化をおこなう。

続くステップＳ２として、前処理をおこなう。

続くステップＳ３として、前回スキャンからの経過時間を算出する。

続くステップＳ４として、左タイヤ用エンコーダ１５Ｌから左タイヤ１１Ｌの走行速度ＶＬと、右タイヤ用エンコーダ１５Ｒから右タイヤ１１Ｒの走行速度Ｖ_Ｒとを算出する。

続くステップＳ５として、ステップＳ４において算出された走行速度Ｖ_Ｌ、Ｖ_Ｒそれぞれの移動平均をとる。

このステップＳ５に関して更に説明すれば、左タイヤ１１Ｌ（直径Ｄ）と、左タイヤ用エンコーダ１５Ｌとは、各々のプーリをタイミングベルトで繋いで構成されており、タイヤのプーリとエンコーダのプーリのプーリ比は１：１としている。これは、右タイヤ１１Ｒと、右タイヤ用エンコーダ１５Ｒとのプーリ比も同じである。そして、次のように表すとき；

右タイヤの速度Ｖ_Ｒについて、次の関係式；

（ここで、Δｔは角度制御部２５のスキャンタイム[s]である）
が成り立つ。これは、左タイヤの速度Ｖ_Ｌも同様である。

続くステップＳ６として、移動平均後の走行速度Ｖ_Ｌ、Ｖ_Ｒから並進速度Ｖ[mm/s]を算出する。前工程であるステップＳ５において用いたエンコーダの値は整数の離散値であるため、算出した速度Ｖ_Ｒ、Ｖ_Ｌもの値も離散値となり、ノイズが多分に含まれる。そこで、ステップＳ６において移動平均をとることにより、ノイズを消す。以下では、この移動平均後の速度Ｖ_Ｒ、Ｖ_Ｌを単にＶ_Ｒ、Ｖ_Ｌと呼ぶ。

続くステップＳ７〜Ｓ８として、走行速度Ｖ_Ｌ、Ｖ_Ｒから、カーブ半径（旋回半径）Ｒ[mm]、旋回速度ω[rad/s]を算出する。

このステップＳ７〜Ｓ８に関して更に図７を用いて説明すれば、次の通りである。

図７は、搬送装置１Ａの概略上面図に、走行速度Ｖ_Ｌ、Ｖ_Ｒ、並進速度Ｖ、カーブ半径（旋回半径）Ｒ、旋回速度ωを図示した説明図である。Ｐは、車両１０の左タイヤ１１Ｌの接地地点と、右タイヤ１１Ｒの接地地点との間の距離である。これらＶ_Ｌ、Ｖ_Ｒ、Ｖ、Ｒ、ωは、以下の関係式；

が成立する。これを解けば、下記の式；

で各々が表される。ここで、Ｒは、Ｒ＞０であれば左にカーブ（図７と同じ）で、Ｒ＜０であれば右にカーブしていることを意味する。

ところで、車両１０が停止している時および直進している時は、Ｖ_Ｒ−Ｖ_Ｌ≒０となり、上記のＲの式の右辺の分母が０になり、計算が発散（Ｒ＝±∞）してしまう。これを防ぐべく、本フローでは、車両１０が停止している時および直進している時には、上記のＲの式を使わず、Ｒに定数を与える。図８に、この処理フローを示す。

図８に示す処理フローでは、ステップＳ５で求めた走行速度Ｖ_Ｌ、Ｖ_Ｒについて、Ｖ_Ｓと比較する（ステップＳ７ａおよびステップＳ７ｂ）。Ｖ_Ｓは、タイヤが停止しているとみなせるほど小さい定数（≒０）である。そして、走行速度Ｖ_Ｌ、Ｖ_ＲのいずれもがＶ_Ｓより大きい（ステップＳ７ａにおいてＹＥＳ且つステップＳ７ｂにおいてＹＥＳ）場合、すなわち車両１０が停止している場合には、Ｒ＝０とする（ステップＳ７ｃ）。また、ステップＳ７ａにおいて走行速度Ｖ_ＲがＶ_Ｓ以上か（ステップＳ７ａにおいてＮＯ）、あるいは走行速度Ｖ_ＲがＶ_Ｓよりも小さい（ステップＳ７ａにおいてＹＥＳ）ものの走行速度Ｖ_ＬがＶ_Ｓ以上である（ステップＳ７ｂにおいてＮＯ）場合には、Ｖ_ＲとＶ_Ｌとの差分がＶ_Ｓよりも小さいかを判定する（ステップＳ７ｄ）。判定により、Ｖ_ＲとＶ_Ｌとの差分がＶ_Ｓよりも小さければ（ステップＳ７ｄにおいてＹＥＳ）、車両１０が直進しているといえるので、Ｒ＝Ｒ_ｍａｘ（定数）とする（ステップＳ７ｅ）。一方、Ｖ_ＲとＶ_Ｌとの差分がＶ_Ｓ以上（ステップＳ７ｄにおいてＮＯ）であれば、上記のＲの式に基づいてＲを算出する（ステップＳ７ｆ）。なお、Ｒ_ｍａｘの一例としては、後述の式でθ＝arcsin(Ｌ／２Ｒ_ｍａｘ)の値が１°以下になる程度にする。

図６のフローチャートに戻って、ステップＳ８に続くステップＳ９として、ステップＳ６で求めた速度Ｖと、慣性計測装置１４から取得されるφであるφ_Ｉとから、現在の車両１０の位置座標ｘ，ｙを算出する。詳細はステップＳ１０と併せて後述する。

続くステップＳ１０として、ステップＳ８で求めた旋回速度ωから、現在の車両１０の角度（姿勢）を計算する。現在の角度（姿勢）は、エンコーダから計算したφ_Ｅとする。

ここで、ステップＳ９（現在の位置座標）とステップＳ１０（現在の姿勢）に関して、図９を用いて説明する。

図９は、車両１０の現在の位置座標ｘ，ｙと現在の姿勢φとを説明する図である。図９では、変数の初期化（ステップＳ２）をした瞬間の車両１０の位置座標を基準として、当該瞬間の車両１０の方向φ_Ｉをｘ方向と定める。この二次元座標内において、現在の車両１０は、図９に示す位置座標と姿勢にあると見なすことができる。

そこで、角度制御部２５は、この現在の位置座標および現在の姿勢を求めるために、近似式として以下の式；

を用いる。ここで、添え字ｉはｉスキャン目を意味する。この式で得られたφの値が、φ_Ｅである。すなわち、φ_Ｅは、エンコーダ値を元に何段階かの計算を経て得られた値であり、慣性計測装置１４から取得されるφ_Ｉとは明確に区別する。

このように、φには、慣性計測装置１４から取得されるφ_Ｉと、エンコーダから計算したφ_Ｅとの２種類が存在する。これらには異なる特徴があり、φ_Ｉは、絶対精度に優れるものの離散値（階段状）で遅れもあるが、タイヤがスリップしても影響が無い。一方のφ_Ｅは、絶対精度は低いものの連続値で遅れが無いが、タイヤがスリップすると現実との乖離が大きくなる。

そこで、それぞれの特徴に従って、φ_Ｉとφ_Ｅとを使い分けることをする。以下、使い分けに関して説明するが、それに先立って、使い分ける２つのモードについて説明する。

先述のように、搬送装置１Ａは、車両１０が通った軌跡上を、被牽引物を含む牽引機構２０も通るようにする状態と、車両１０の回転を打ち消す状態を実現することができる。ところが、この２つの状態を同じ算出式のもとでアーム部２１の回転角度を制御して実現することが困難であるという知見を本発明者らは突き止めた。そのため、角度制御部２５では、２つの状態のそれぞれに適した算出式を用いる。ここで、車両１０が通った軌跡上を、被牽引物を含む牽引機構２０も通るようにするモードを「軌跡追跡モード」、車両１０が回転した場合であっても、被牽引物の位置が動かないようにアームを逆回転させて車両１０の回転を打ち消すモードを「回転打ち消しモード」と呼ぶことにする。

そして、どちらのモードに切り替えるかを、以下で説明するステップＳ１１〜Ｓ１２においておこなう。なお、初期モードは「回転打ち消しモード」とする。

すなわち、図６のフローチャートに戻って、ステップＳ１０に続くステップＳ１１として、ステップＳ６で求めた並進速度Ｖが、ほぼ０（一定値Ｖ_０）か否かを判定する。ほぼ０であれば、ステップＳ１７（回転打ち消しモード）に移行し、並進速度Ｖが０より大きければ、ステップＳ１２に移行する。

ステップＳ１２では、ステップＳ１１において一定速度以上である場合であっても、ステップＳ７で求めたカーブ半径（旋回半径）Ｒが、一定値Ｒ_０以下であるか否かを判定する。カーブ半径Ｒが一定値Ｒ_０以下の場合には、ステップＳ１７（回転打ち消しモード）に移行し、カーブ半径Ｒが比較的大きければ、ステップＳ１３に移行する。

要するに、一定速度以上、且つ或る程度大きいカーブ（または直進）で走行していれば、ステップＳ１３に移行する。このステップＳ１３が先述の軌道追跡モードである。そして、走行停止しているか、あるいは一定速度以上且つ小さいカーブを走行していれば、ステップＳ１７（回転打ち消しモード）に移行する。

ステップＳ１３（軌道追跡モード）が選択されると、慣性計測装置１４から取得されるφ_Ｉを使用し、アーム長Ｌと、（ステップＳ１５）。なお、アーム長Ｌは、車両１０の中心点Ａから、被検出物の中心カーブ半径Ｒとを用いて、アーム角度θを算出する点Ｂまでの距離とする。以下、図１０を用いて説明を補足する。

図１０は、軌道追跡モードにある車両１０の様子を示している。車両１０が一定速度以上、且つ或る程度大きいカーブ（または直進）で走行している様子と、その状態におけるアーム長Ｌと、カーブ半径Ｒ、アーム角度θを図示するとともに、アーム角度θを算出するために必要な項目を模式的に図示している。アーム角度θは、次の式；

を用いて算出することができる（ステップＳ１５）。ここで、計算式の性質上、θは、−９０°（右真横）〜９０°（左真横）の値しか取らない。

なお、上の式においてＲ＜Ｌ／２では解を持たないため、Ｒ＜Ｌ／２の時には、この軌道追跡モードに入らないようにする必要があるため、先述のＲ_０の値はＬ／２より大きい値とする。換言すれば、Ｒ≒０である回転打ち消しモードでは、θ＝arcsin（Ｌ／２Ｒ）は解を持たなくなるため、この式を用いることができない。

以上のθ＝arcsin（Ｌ／２Ｒ）の式を用いたアーム角度θの算出がステップＳ１５であるが、前スキャンにおいて回転打ち消しモードであった場合には、本スキャンで軌道追跡モード（ステップＳ１３）に切り替わることで、次のような急激な指令値変化に伴う不具合が生じる。

具体的には、ステップＳ１５の計算式θ＝arcsin（Ｌ／２Ｒ）では、θは過去の履歴に依存せず、その瞬間のカーブ半径のみによって算出される。そのため、軌道追跡モードに切り替わった瞬間に被牽引物をどんな方向に向けていようが関係なく、一瞬で目標角度に向けてしまう。例えば、図１１中の（１）に示すように最初に被牽引物が真横付近にあった（θ≒９０°）場合、直進し始めた途端に一瞬で被牽引物を真後ろ（θ＝０）に持っていってしまう。この場合、アーム部２１の角加速度が大きすぎて反作用で車両１０が逆方向に振られたり、急激な指令値変化にアーム旋回モータ２４が追従せず異音がしたり、被牽引物に大きな振動が発生するなど不都合が生じる。

そこで、本実施形態１では、この不具合を解消するべく、緩和措置を設けている。

具体的には、ステップＳ１３において軌跡追跡モードに切り替わると、続くステップＳ１４（激変緩和措置ステップ）として、軌跡追跡モードに切り替わった瞬間の車両１０の位置座標（ｘ_０，ｙ_０）とアーム角度（θ_０）を記憶する。記憶は、図２の牽引機構２０内に設けた図示しないメモリにおこなえばよい。

そして、先述したステップＳ１５において計算式θ＝arcsin（Ｌ／２Ｒ）を用いてアーム角度θが算出されると、ステップＳ１６（激変緩和措置ステップ）として、下記の関係式；

に従って、軌跡追跡モードに切り替わった時点（位置座標（ｘ_０，ｙ_０））からの移動量（Ｓ）が一定距離（Ａ）に達するまでの間のみ、激変緩和措置を加える。この間のアーム角度θは、上の式のθ_ｒとする。なお、移動量Ｓは、次の式；

に従って求めることができる。

これにより、停止状態から走り始めた場合、徐々に（緩やかに）被牽引物を真後ろに持っていくような動作が可能になる（図１１中の（２））。なお、Ａの値を大きくするほどこの動作が緩やかになるが、大きくするほど目標角度θに達するのが遅れる（つまり、被牽引物が車両１０の軌道からはずれる区間が長くなる）ため、障害物に衝突するリスクも高まる。そのため、Ａは、アーム長Ｌと後述する移動平均区間の値を用いて、適切な値に設定する。以上が、ステップＳ１６である。

図６のフローチャートに戻って、ステップＳ１７の回転打ち消しモードに関しても、切り替わった瞬間におけるアーム角度θとエンコーダから計算したφ_Ｅとを維持基準（θ_０，φ_Ｅ０）として記憶する（ステップＳ１８）。

そして、ステップＳ１８に続くステップＳ１９として、アーム角度θを算出する。ここで、回転打ち消しモードでは、回転打ち消しモードに切り替わった時点から車両１０が回転した分と同じだけアーム部２１を反対側に回転させることで、被牽引物はその場に同じ姿勢で静止し続けることができる。図１２は、二つの座標系を示しており、（１）の座標系には、回転打ち消しモードに切り替わった瞬間の車両１０の姿勢を図示し、（２）の座標系には、現在の車両１０の姿勢を示している。図１２から、（１）と（２）とで車両１０の姿勢は変わっているが被牽引物の向き（座標系上における）は変わらない。これを実現するためには、θの変化量について、
（θの変化量）＝（φ_Ｅの変化量）×（−１）
とすればよく、ここから、
θ−θ_０＝−（φ_Ｅ−φ_Ｅ０）
→ θ＝−（φ_Ｅ−φ_Ｅ０）＋θ_０
という計算式が導き出され、アーム角度θが算出される（ステップＳ１９）。

以上のステップＳ１６およびステップＳ１９から各モードにおけるアーム角度θ（ステップＳ１６のθ_ｒを単にθとする）が算出されるが、本フローでは、これらアーム角度θをアーム旋回モータ２４への指令値とするのではなく、更に、以下のステップＳ２０以降の処理をおこなう。

ステップＳ２０では、移動平均処理をおこなう。これにより、ステップＳ１６およびステップＳ１９において算出されたアーム角度θの値を均して安定化させる。具体的には、移動平均区間をＮとすると、現在から（Ｎ−１）スキャン前までの過去値の平均をとり、
θ_ａｖｅ＝（θ［０］＋θ［１］＋・・・＋θ［Ｎ−１］）／Ｎ
を算出し、θ_ａｖｅの値を、このアルゴリズムの最終的なアウトプットとし、アーム旋回モータ２４への指令値とする。

なお、移動平均区間の長さ（すなわち、Ｎの値）は、軌道追跡モードが選択されている場合と、回転打ち消しモードが選択されている場合とで切り替える。一例としては、軌道追跡モード中の移動平均区間Ｎは８００制御周期、回転打ち消しモード中の移動平均区間Ｎは１０制御周期とすることができる。ここで、回転打ち消しモード時は被牽引物をその場で停止させるという機能実現のために、車両１０の動作に迅速に反応する必要があるために、移動平均区間は極力短く設定される。また、軌道追跡モードでは、直進時とカーブ走行時とに区分できるが、移動平均区間は両者で同じであってもよい。両者で異なる移動平均区間の長さを採用する場合には、定数Ｒ_Ｓを用いて、Ｒ＞Ｒ_Ｓの場合には直進とみなし、Ｒ≦Ｒ_Ｓの場合にはカーブ走行とみなして、移動平均区間の長さを切り替えればよい。

この移動平均区間の切り替わり時に移動平均区間をどう切り替えるかに関しては、軌道追跡モードと回転打ち消しモードとの切り替わり時は、切り替わった瞬間に、θの配列（すなわち、過去から現在までのθの履歴）を全て１スキャン前のθ_ａｖｅで埋める。これにより、切り替わり時に移動平均区間がどう変わっても、θ_ａｖｅは１スキャン前のθ_ａｖｅと同値となる。また、軌道追跡モード継続中は、直進時とカーブ走行時とで移動平均区間が突然変化すると平均結果が離散値になってしまうため、Ｎの値を毎スキャン１ずつ増減させる。

指令値は、先述のようにθ_ａｖｅとし、動作方向は近回りとする。

以上のステップＳ２０に続くステップＳ２１では、後処理をおこなう。後処理としては、被牽引物の座標の計算と、配列要素の先入れ先出しと、カウンタのインクリメントとを挙げることができる。

以上のフローに従って、角度制御部２５は、アーム部２１の回転角度を、アーム旋回モータ２４を介して制御する。

図１３は、角度制御部２５が以上で説明した処理をおこなって、回転打ち消しモードにてアーム角度θ（θ_ａｖｅ）を制御して得られる結果を図示している。図１３に示すように、車両１０が走行停止した状態で回転している場合（図中の（ｉ）に示す車両１０）、被牽引物を含む牽引機構２０は位置を移動しない。要するに、これは、図１４に示すように、車両１０の回転角度を打ち消す角度にアーム部２１が制御されるためである。換言すれば、車両１０の回転角度を相殺する角度にアーム部２１が制御される。このように回転打ち消しモードが実行されることにより、被牽引物の振り回しを防ぐことができる。

図１５は、角度制御部２５が以上で説明した処理をおこなって、軌道追跡モードにてアーム角度θ（θ_ａｖｅ）を制御して得られる結果を図示している。搬送装置１Ａによれば、図１５に示すように、車両１０がカーブ走行している場合、被牽引物を含む牽引機構２０は、車両１０の走行軌跡上を走行する。ここで、図１６は、カーブ半径Ｒと、アーム部２１の角度θとの関係を示すグラフである。搬送装置１Ａは、図１６に示すグラフから、牽引機構２０をカーブ半径Ｒに適した角度へ制御することにより、内輪差と外輪差に基づく被牽引物のはみ出しを防ぐことができる。換言すれば、搬送装置１Ａによれば、カーブ走行時は、アーム角度を固定することで牽引機構の振り回しを防ぐことができる。

また、先述した障害物検知センサ１６（図２）によって、通路およびその近傍にある障害物５０を検知し、障害物５０との衝突を防ぐべく進路変更した場合であっても、軌道追跡モードにてアーム角度θ（θ_ａｖｅ）が制御されていれば、図１７に示すように、牽引機構２０が車両１０の走行軌跡上を走行するため、車両１０が障害物５０を避けるとともに、牽引機構２０も障害物５０を避けることができる。

このように、牽引装置２６の角度制御部２５は、走行制御部１３からの走行に関する情報を必要とせず、状態取得部２７から取得した情報に基づいて、アーム２２の回転を制御する。そのため、例えば、既存の無人搬送車の車両に牽引装置２６を取り付けることにより、アーム２２の回転を適切に制御する搬送装置を構成することができる。

上記実施形態１の構成によれば、車両部１０に小型のセンサ(右エンコーダ１５Ｒ、左エンコーダ１５Ｌ等）を取り付けるだけで、床、壁、天井等の走行環境側に大がかりなセンサを取り付けることなく、安価で高精度に車両部１０の走行状態を計測することができる。その結果、牽引装置２０および被牽引物が壁等周囲のものと干渉することなく、走行することができる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

上記実施形態１の牽引装置２６では、図２に示す通り、牽引装置２６が、自律走行する車両部１０とは独立した装置であった。そして、図１８に示すように、タイミングベルトを介して、車両部の左右タイヤ１１Ｌ，１１Ｒを左右タイヤ用エンコーダ１５Ｌ，１５Ｒに接続する構成であった。

このような構成に対して、実施形態２では、図１９のブロック図に示すように、車両１０の走行状態を取得する状態取得部２７（左タイヤ用エンコーダ１５Ｌ、右タイヤ用エンコーダ１５Ｒ、および慣性計測装置１４）は、車両１０に内蔵されている。本実施形態の牽引装置２６においては、状態取得部２７から取得された車両１０の走行状態が走行制御部１３に取得される。走行制御部１３は、状態取得部２７から得られた車両１０の走行状態に関する情報を角度制御部（回転制御部）２５に供給する。角度制御部２５では、状態取得部２７で得られた車両１０の走行状態に基づいて、アーム部２１の回転角度を決定する。アーム旋回モータ（制御モータ）２４は、角度制御部２５が決定した回転角度に基づいて、アーム部２１の回転角度を制御する。

本実施形態においても、牽引装置２６では、車両１０の走行状態に基づいて、アーム部２１の回転角度を適切に制御することができる。これにより、被牽引物の衝突を回避することができる。

〔ソフトウェアによる実現例〕
搬送装置１Ａ、１Ｂの制御ブロック（特に走行制御部１３および角度制御部２５）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、搬送装置１Ａは、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば１つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１Ａ、１Ｂ 搬送装置
１０ 車両（車両部）
１１Ｌ 左タイヤ
１１Ｒ 右タイヤ
１２ 走行部
１３ 走行制御部
１４ 慣性計測装置（状態取得部）
１５Ｌ 左タイヤ用エンコーダ（状態取得部）
１５Ｒ 右タイヤ用エンコーダ（状態取得部）
１６ 障害物検知センサ
１７ センサ
２０ 牽引機構
２１ アーム部
２２ アーム
２２ａ 把持部
２２ｂ 従動タイヤ
２３ 回転軸
２４ アーム旋回モータ（制御モータ）
２５ 角度制御部（回転制御部）
２６ 牽引装置
２７ 状態取得部
５０ 障害物

Claims (9)

1. 自律走行型の車両部に接続される、被牽引物を牽引可能なアーム部と、
   前記アーム部に接続され、平面視における前記アーム部の回転角度を制御する制御モータと、
   前記車両部の走行状態を取得する状態取得部と、
   前記走行状態に基づいて、前記アーム部の前記回転角度を決定する回転制御部とを備える、牽引装置。
2. 前記状態取得部は、
   前記走行状態として、２つの駆動輪を有する前記車両部の各駆動輪の回転速度または回転角を取得する第１センサと、
   前記走行状態として、前記車両部の向きを取得する第２センサとを有する、請求項１に記載の牽引装置。
3. 前記状態取得部は、
   前記走行状態として、前記車両部の速度を取得する第１センサと、
   前記走行状態として、前記車両部の向きを取得する第２センサとを有する、請求項１に記載の牽引装置。
4. 前記回転制御部は、
   前記走行状態に基づいて、前記車両部の旋回半径を特定し、
   前記旋回半径に基づいて、前記アーム部の前記回転角度を決定する、請求項１から３の何れか１項に記載の牽引装置。
5. 前記回転制御部は、前記前記車両部の走行状態に基づき、前記被牽引物が前記車両部の走行軌道上に沿って牽引されるよう、前記アーム部の前記回転角度を制御する、請求項１から４の何れか１項に記載の牽引装置。
6. 平面視における、前記アーム部の回転軸から、被牽引物の所定の箇所までの距離をＬとして、
   前記旋回半径をＲとして、
   前記回転制御部は、
   θ＝arcsin（Ｌ／２Ｒ）
   で求められるθに基づいて前記アーム部の前記回転角度を決定する、請求項４に記載の牽引装置。
7. 前記回転制御部は、前記車両部の走行状態に基づき、前記車両部が回転した場合であっても、被牽引物の位置が動かないように制御する、請求項１から４の何れか１項に記載の牽引装置。
8. 前記回転制御部は、各時刻におけるθの時間移動平均に基づいて前記アーム部の前記回転角度を決定する、請求項６に記載の牽引装置。
9. 自律走行型の車両部と、
   請求項１から８の何れか１項に記載の牽引装置と、を備えている、搬送装置。

Images