JP2907512B2 - Control device for omnidirectional vehicles - Google Patents

Control device for omnidirectional vehicles

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JP2907512B2
JP2907512B2 JP2227167A JP22716790A JP2907512B2 JP 2907512 B2 JP2907512 B2 JP 2907512B2 JP 2227167 A JP2227167 A JP 2227167A JP 22716790 A JP22716790 A JP 22716790A JP 2907512 B2 JP2907512 B2 JP 2907512B2
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茂 梅原
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Toyota Central R&D Labs Inc
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  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は全方向移動車の制御装置に係り、特に車両
本体の向き姿勢を変えないで平面上のあらゆる方向へ移
動するようにした全方向移動車の制御装置に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for an omnidirectional vehicle, and more particularly to an omnidirectional vehicle that moves in any direction on a plane without changing the orientation of the vehicle body. The present invention relates to a control device for a mobile vehicle.

〔従来の技術および発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by conventional technology and invention]

車両本体の向きおよび姿勢を変えないで平面上のあら
ゆる方向へ移動できることを特徴とする全方向移動車
は、現在位置から前後、左右、斜めのどの方向へも移動
ができ、旋回、スピンターン(その場旋回)時に車体の
はみ出しがないため、移動車の走行のためのスペースは
小さくてすむ。従って、狭い場所における移動走行が可
能であり、また移動車の行動範囲をも広げることができ
る。このようなことから、従来の駆動方向と進行方向と
が一致する移動車に比べ多くのメリットが考えられ、そ
の利用価値も高いため色々な方式が提案されている。
The omnidirectional vehicle is characterized by being able to move in any direction on the plane without changing the orientation and posture of the vehicle body, and can move in any direction, from front to back, left, right, and diagonally, from the current position, to turn, spin turn ( Since the vehicle body does not protrude at the time of turning on the spot), the space for traveling of the mobile vehicle is small. Therefore, it is possible to move and travel in a narrow place, and it is possible to widen the range of action of the moving vehicle. In view of the above, there are many merits as compared with the conventional moving vehicle in which the driving direction and the traveling direction coincide with each other, and various methods have been proposed because of its high utility value.

この方式を機構で分類すると主に次の2つになる。そ
の1つは2個以上の駆動輪それぞれを90°以上転換(旋
回)させて移動車の移動方向を変える駆動輪転舵方式で
あり、もう1つは駆動輪を設けたシャーシ台車とシャー
シ台車に回転自在に取付けた車両本体とから構成され、
回転方向と回転速度とを独立に制御できる左右駆動輪の
駆動輪軸を駆動輪軸の中央垂直軸回りで90°以上回転さ
せて移動車の移動方向を変える駆動輪軸転舵方式であ
る。
This method is mainly classified into the following two types by mechanism. One is a driving wheel steering system in which two or more driving wheels are turned (turned) by 90 ° or more to change the moving direction of the moving vehicle, and the other is a chassis bogie provided with driving wheels and a chassis bogie. It is composed of a vehicle body rotatably mounted,
This is a driving wheel axle steering method in which the driving direction of the moving vehicle is changed by rotating the driving wheel axle of the left and right driving wheels, which can independently control the rotation direction and the rotation speed, around the central vertical axis of the drive wheel axle by 90 ° or more.

前者の駆動輪転舵方式は全方向への移動の考え方とし
ては楽であるが、その機構は複雑で、その設置スペース
も大きく必要とし、したがってその設計、製作が面倒と
なる。また停車中に転舵のために駆動輪を転換するとき
には路面との接触部において駆動輪に偏摩耗を生じた
り、大きな転換駆動を必要とするなどの欠点がある。
Although the former drive wheel steering method is easy in terms of movement in all directions, its mechanism is complicated and requires a large installation space, so that its design and manufacture are complicated. Further, when the drive wheels are changed for turning while the vehicle is stopped, there are disadvantages such as uneven wear of the drive wheels at a contact portion with the road surface and a large change drive is required.

それに対し後者の駆動輪軸転舵方式は機構が簡単で、
上記駆動輪転舵方式のような欠点はない。また全方向へ
移動するための転舵はシャーシ台車に設けた左右駆動輪
を相互に逆回転することにより容易に実現でき、しかも
左右駆動輪軸は移動車の進行方向が変化してもつねに水
平であり、したがって移動車の移動、走行はどんな場合
でも安定して制御できる。
On the other hand, the latter drive wheel axle steering method has a simple mechanism,
There are no drawbacks as in the above drive wheel steering system. Steering to move in all directions can be easily realized by rotating the left and right drive wheels provided on the chassis cart in opposite directions, and the left and right drive wheel axes are always horizontal as the traveling direction of the moving vehicle changes. Yes, so that the movement and running of the mobile vehicle can be controlled stably in any case.

この駆動輪軸転舵方式の代表的なものは、特開昭63-1
37305号公報に示されている全方向移動無人車である。
この無人車はシャーシ部材に対し旋回可能に車両本体を
取付けることにより、車両の向き姿勢を自在に変更可能
とするもので、シャーシ部材の中央左右に駆動輪、その
駆動機構及び駆動モータから成る一対の駆動手段を取付
けると共に、その中央前後に一対の遊動輪を取付け、両
駆動モータの回転方向と回転速度とを制御することによ
り車両の走行及び進行方向を制御する。一方、車両本体
のシャーシ部材に対する姿勢角は、シャーシ部材もしく
は車両本体のいずれかに設けた相対角検出手段からの信
号に基いて、シャーシ部材もしくは車両本体のいずれか
に設けた旋回手段である旋回モータを駆動制御すること
により、シャーシ部材と車両本体とを相対旋回させ、所
定の値に制御する。また、車両本体の向き姿勢を変えな
いで車両の進行方向を変え、平面上のあらゆる方向へ移
動する、いわゆる全方向移動制御は、シャーシ部材の旋
回(回転)とは逆方向へ同時に車両本体を駆動制御する
ことにより行うようにしている。
A typical example of this drive wheel axle steering system is disclosed in
This is an omnidirectional mobile unmanned vehicle disclosed in Japanese Patent No. 37305.
This unmanned vehicle is capable of freely changing the orientation of the vehicle by attaching the vehicle body to the chassis member so as to be able to turn. A pair of driving wheels, a driving mechanism and a driving motor are provided at the center left and right of the chassis member. And a pair of idler wheels are mounted before and after the center thereof, and the traveling direction and traveling direction of the vehicle are controlled by controlling the rotation direction and the rotation speed of both drive motors. On the other hand, the attitude angle of the vehicle body with respect to the chassis member is determined by a turning means provided on either the chassis member or the vehicle body based on a signal from a relative angle detecting means provided on the chassis member or the vehicle body. By controlling the driving of the motor, the chassis member and the vehicle body are relatively turned, and controlled to a predetermined value. In addition, the so-called omnidirectional movement control, in which the traveling direction of the vehicle is changed without changing the orientation of the vehicle body and moves in all directions on the plane, is performed by simultaneously moving the vehicle body in the direction opposite to the turning (rotation) of the chassis member. This is performed by controlling the drive.

ところで、この種の駆動輪軸転舵方式の全方向移動車
は、シャーシ部材に対する車両本体の姿勢角を如何にし
て制御するか、具体的にどのような方法で制御するかが
重要な問題であり、この姿勢角がうまく制御できなけれ
ば、シャーシ部材に対し車両本体が回転するだけの移動
台車にすぎなくなる。上記の全方向移動無人車は全方向
に移動できるようにした台車と機構に関するものであ
り、全方向移動無人車の制御装置に関するものではな
い。
By the way, in this kind of omnidirectional moving vehicle of the drive wheel axle steering method, it is an important issue how to control the attitude angle of the vehicle body with respect to the chassis member, and specifically how to control it. If this attitude angle cannot be controlled properly, the vehicle is merely a movable trolley that rotates the vehicle body with respect to the chassis member. The above-described omnidirectional mobile unmanned vehicle relates to a bogie and a mechanism capable of moving in all directions, and does not relate to an omnidirectional mobile unmanned vehicle control device.

上記従来技術(特開昭63-137305号公報)は、シャー
シ部材の走行軌跡に対し車両本体の姿勢角を一定に保ち
ながら走行することができるという優れた効果を有する
が、その走行制御には、シャーシ部材の駆動機構に対す
る指令と車両本体の回転駆動指令とを各々個別に設定す
る必要があるため、各指令値はともに精密なものとし、
かつ両者の整合性を十分考慮する必要があり、自由な走
行制御が困難であると言う問題があった。
The above prior art (Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-137305) has an excellent effect that the vehicle can travel while keeping the attitude angle of the vehicle body constant with respect to the travel locus of the chassis member. Since it is necessary to individually set the command to the drive mechanism of the chassis member and the command to rotate the vehicle body, each command value is to be precise,
In addition, it is necessary to sufficiently consider the consistency between the two, and there is a problem that free running control is difficult.

本発明は上記の全方向移動無人車の機構から成る全方
向移動車の制御装置に関するものであり、シャーシ部材
に対する車両本体の具体的な制御を行う制御装置につい
て示したものである。
The present invention relates to a control device for an omni-directional vehicle comprising the above-described omni-directional mobile unmanned vehicle mechanism, and shows a control device for specifically controlling a vehicle body with respect to a chassis member.

上記の駆動輪軸転舵方式の全方向移動無人車は全方向
に移動するための機構が現状もっとも簡単であり、また
その制御を全方向に移動するために必要な駆動、操舵、
方向転換の3制御要素を3つの独立した駆動装置で行え
ばよいため、構造および制御装置が簡単となる。
The above-described omnidirectional mobile unmanned vehicle of the drive wheel axle steering system has the simplest mechanism for moving in all directions at present, and the control, drive, steering,
The structure and the control device are simplified, since the three control elements of the turning need only be performed by three independent drives.

この発明の目的は上記のもっとも簡単な機構からなる
全方向移動車において、前後進、左右進、斜め進、旋
回、スピンターン(その場旋回)などのあらゆる走行モ
ードと走行条件で、車両本体の向き姿勢(姿勢角)を変
えないで移動することができ、しかも車両の進行方向に
対し車両本体の向き姿勢を自在に変更し得る全方向移動
車の制御装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide an omnidirectional vehicle having the simplest mechanism described above, in all traveling modes and traveling conditions such as forward / backward traveling, left / right traveling, diagonal traveling, turning, and spin turning (turning in place). An object of the present invention is to provide a control device for an omnidirectional vehicle that can move without changing its orientation (posture angle) and that can freely change the orientation of the vehicle body with respect to the traveling direction of the vehicle.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的を達成するために本発明は、一対の駆動手段
を備えかつ該駆動手段を独立に動作させることにより走
行平面上を操舵走行するシャーシ部材と、前記シャーシ
部材と相対回転可能に該シャーシ部材に軸支された車両
本体と、前記シャーシ部材と前記車両本体とのいずれか
一方に装着されかつ前記車両本体を前記シャーシ部材に
対して相対回転させる回転駆動手段と、を備えた全方向
移動車を制御する全方向移動車の制御装置において、前
記一対の駆動手段の各々の速度を検出する速度検出手段
と、前記シャーシ部材と前記車両本体との相対角度を検
出する相対角検出手段と、検出された速度の差を演算す
る速度差演算手段と、前記速度の差の極性を反転する極
性反転手段と、指令相対角度と前記相対角度と前記極性
が反転された速度の差とに基づいて前記回転駆動手段を
制御して相対角度が指令相対角に一致すると共に車両本
体の角速度が反転された速度の差に対応するように制御
する回転制御手段と、を設けたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a chassis member having a pair of driving means and operating independently by operating the driving means, and a chassis member which is rotatable relative to the chassis member. An omni-directional mobile vehicle, comprising: a vehicle body pivotally supported by the vehicle; and rotation drive means mounted on one of the chassis member and the vehicle body and rotating the vehicle body relative to the chassis member. An omnidirectional vehicle control device for controlling the speed of the pair of driving means, a relative angle detecting means for detecting a relative angle between the chassis member and the vehicle body; Speed difference calculating means for calculating the difference in speed, polarity inverting means for inverting the polarity of the speed difference, command relative angle, the relative angle, and the speed of the inverted polarity. And a rotation control means for controlling the rotation drive means based on the control so that the relative angle matches the commanded relative angle and the angular velocity of the vehicle body is controlled to correspond to the inverted speed difference. Features.

〔作用〕[Action]

シャーシ部材の旋回方向および旋回角速度の大きさに
拘らず車両本体の姿勢を一定に制御するには、シャーシ
部材の旋回方向と旋回角速度とを検出し、検出した旋回
方向と逆方向でかつ検出した角速度と同じ大きさの角速
度で車両本体をシャーシ部材に対して相対回転させれば
よい。本発明の速度検出手段は一対の駆動手段の各々の
速度を検出し、速度差演算手段は、シャーシ部材が有す
る一対の駆動手段の速度差を演算する。ところで第8図
において、例えば、左の駆動手段LDの移動速度Vlが右の
駆動手段RDの移動速度V2より速い場合、シャーシ部材は
右方向へ操舵されて走行する。そして、時々刻々のシャ
ーシ部材の方向は、基準方向(図中、矢印Aで示す)に
対し左右の駆動手段LD、RDの移動速度差に対応して図中
B方向へ変化する。この移動速度差V1−V2は、駆動手段
間の距離をd、角速度をωとするとdωで表わされるか
ら、走行平面の基準方向に対するシャーシ部材の角速度
ωに比例する。また、駆動手段に駆動輪を用いる場合に
は、両駆動手段の回転速度(回転数)をNl、N2、半径を
rとすればV1−V2 =2πr(N1−N2)となるから、回
転速度差はdω)/2πrで表わされ角速度に比例する。
従って、本発明および実施例では特に必要がないかぎり
移動速度と回転速度と含めて速度として説明する。
In order to keep the attitude of the vehicle body constant irrespective of the magnitude of the turning direction and the turning angular velocity of the chassis member, the turning direction and the turning angular velocity of the chassis member are detected and detected in the opposite direction to the detected turning direction. What is necessary is just to rotate the vehicle main body relative to the chassis member at the same angular velocity as the angular velocity. The speed detecting means of the present invention detects the speed of each of the pair of driving means, and the speed difference calculating means calculates the speed difference between the pair of driving means of the chassis member. Incidentally in FIG. 8, for example, when the moving speed V l of the left driving means LD is faster than the moving speed V 2 of the right driving means RD, chassis member travels is steered to the right. Then, the direction of the chassis member every moment changes in the direction B in the figure corresponding to the difference in the moving speed of the left and right driving means LD and RD with respect to the reference direction (indicated by the arrow A in the figure). Since the moving speed difference V 1 -V 2 is represented by dω where d is the distance between the driving means and ω is the angular velocity, it is proportional to the angular velocity ω of the chassis member with respect to the reference direction of the traveling plane. In the case of using the drive wheel to the drive means, the rotational speed (rotational speed) N l of both driving means, N 2, V 1 if the radius r -V 2 = 2πr (N 1 -N 2) Therefore, the rotation speed difference is represented by dω) / 2πr, and is proportional to the angular speed.
Therefore, in the present invention and the embodiments, the speed will be described as the speed including the moving speed and the rotational speed unless otherwise required.

シャーシ部材もしくは車両本体の何れか一方には車両
本体をシャーシ部材に対して相対回転させる回転駆動手
段が設けられている。回転制御手段は、シャーシ部材の
一対の駆動手段をそれぞれの速度を検出する速度検出手
段とその速度差を検出する速度差検出手段と、その速度
差の極性を反転する極性反転手段とから得られるシャー
シ部材の角速度とは大きさが同じで方向が逆の信号と、
シャーシ部材と車両本体との相対角を検出する相対角検
出手段から得られる信号と、相対角の指令値とを比較す
ることにより行う。
Either the chassis member or the vehicle body is provided with a rotation driving means for rotating the vehicle body relative to the chassis member. The rotation control means is obtained from a pair of drive means of the chassis member, speed detection means for detecting respective speeds, speed difference detection means for detecting the speed difference, and polarity reversal means for reversing the polarity of the speed difference. A signal with the same magnitude and opposite direction as the angular velocity of the chassis member,
This is performed by comparing a signal obtained from a relative angle detecting means for detecting a relative angle between the chassis member and the vehicle body with a relative angle command value.

回転駆動手段は、シャーシ部材もしくは車両本体のい
ずれか一方に備えられ、相対角度検出手段からの信号と
指令相対角とが一致するように制御される。また、回転
駆動手段は、車両本体の角速度がシャーシ部材の角速度
とは方向が逆で大きさが同じになるように制御される。
The rotation drive means is provided on either the chassis member or the vehicle body, and is controlled so that a signal from the relative angle detection means and the commanded relative angle coincide. Further, the rotation drive means is controlled such that the angular velocity of the vehicle body is opposite to the angular velocity of the chassis member and has the same size.

この移動車はシャーシ部材に備えた一対の駆動手段の
それぞれの速度とその方向により、進行方向及びその速
度が制御され、例えば、両速度の値が同じでその方向も
同じ場合には直線走行をし、両速度の方向が同じでその
値が異なる場合には旋回走行をし、両速度の値が同じで
その方向が異なる場合には、その場旋回(スピンター
ン)走行する。これらの走行を組み合わせ、両速度の値
を変化させれば様々な走行パターンによる走行モードが
実現できる。
The traveling direction and speed of this mobile vehicle are controlled by the speed and direction of each of the pair of driving means provided on the chassis member.For example, if the values of both speeds are the same and the directions are the same, the vehicle travels straight. If the directions of the two speeds are the same and their values are different, the vehicle travels in a turn. If the values of both speeds are the same and the directions are different, the vehicle travels in place (spin turn). By combining these traveling and changing the values of both speeds, traveling modes with various traveling patterns can be realized.

このとき、移動車の進行方向は両速度に速度差(その
方向も含む)がある場合にその速度差により時々刻々と
変化するが、シャーシ部材に対し旋回可能に取付けた車
両本体をシャーシ部材の駆動手段の速度差と方向が逆の
値、すなわち、シャーシ部材の角速度と同じ大きさで方
向が逆の値で制御すれば、停車中、走行中に係わらず様
々な走行パターンによる走行モードにおいて車両本体の
走行平面の基準方向に対する角度(姿勢角又は向き姿
勢)を変化しないで移動走行することができる。すなわ
ち、車両本体の姿勢角は、シャーシ部材の操舵走行に拘
わらず、常に一定となる。
At this time, if the traveling direction of the moving vehicle changes every moment due to the speed difference (including the direction) between the two speeds, the vehicle body pivotally attached to the chassis member is attached to the chassis member. If the speed difference and the direction of the driving means are opposite in value, that is, if the direction is controlled by the same magnitude as the angular velocity of the chassis member and the direction is reversed, the vehicle can be driven in various running patterns regardless of whether the vehicle is stopped or running. The vehicle can travel and travel without changing the angle (posture angle or orientation) of the traveling plane of the main body with respect to the reference direction. That is, the attitude angle of the vehicle body is always constant regardless of the steering traveling of the chassis member.

また、車両本体の姿勢角は上記構成からなる制御装置
により、その指令角に従い任意の相対角度に調整でき
る。
Further, the attitude angle of the vehicle body can be adjusted to an arbitrary relative angle according to the command angle by the control device having the above configuration.

また、本発明において、車両本体とシャーシ部材との
相対角速度を検出する相対角速度検出手段を設け、検出
した相対角速度が速度差又は極性が反転された速度差に
一致するように、あるいは検出した相対角速度が、指令
相対角と検出した相対角とを比較することにより演算し
た指令角速度に一致するようにフィードバックすれば制
御精度は更に向上する。
Further, in the present invention, a relative angular velocity detecting means for detecting a relative angular velocity between the vehicle body and the chassis member is provided, and the detected relative angular velocity matches the velocity difference or the velocity difference whose polarity is reversed, or the detected relative angular velocity. If the angular velocity is fed back so as to match the commanded angular velocity calculated by comparing the commanded relative angle with the detected relative angle, control accuracy is further improved.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上詳述したように、この発明によれば全方向移動車
が停車中、走行中に係らず、あらゆる走行パターンによ
る走行モードにおいて、車両本体の向き姿勢を変えない
で移動走行することができると共に車両本体の姿勢角を
任意の角度に調整することができる、という優れた効果
を発揮する。
As described in detail above, according to the present invention, the omnidirectional vehicle can travel and travel without changing the orientation of the vehicle body, regardless of whether the vehicle is stopped or traveling, in the traveling mode according to any traveling pattern. An excellent effect that the posture angle of the vehicle body can be adjusted to an arbitrary angle is exhibited.

〔実施例〕〔Example〕

以下、この発明の具体的な実施例について、図面に従
って説明する。まず、基本構成について説明する。
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the basic configuration will be described.

第1図及び第2図に示すように、全方向移動車1は、
シャーシ部材2と、そのシャーシ部材2に対し中央垂直
軸回りで旋回可能に取付けられた車両本体3とを備えて
いる。なお、第2図は全方向移動車1の底面図である。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the omnidirectional vehicle 1
The vehicle includes a chassis member 2 and a vehicle body 3 attached to the chassis member 2 so as to be pivotable about a central vertical axis. FIG. 2 is a bottom view of the omnidirectional vehicle 1.

シャーシ部材2は円形のシャーシ基板4を備え、この
円形のシャーシ基板4の中心に対し対称位置に一対の駆
動手段を構成する一対の駆動輪5a、5bが取付けられてい
る。この拡動輪5a、5bには駆動モータ6a、6bが各々連結
され、駆動モータ6a、6bの駆動によって駆動輪5a、5bが
正逆転する。つまり、この一対の駆動輪5a、5bと駆動モ
ータ6a、6bとから全方向移動車の駆動手段及び操舵機構
が構成されている。
The chassis member 2 includes a circular chassis substrate 4, and a pair of driving wheels 5 a and 5 b constituting a pair of driving means are mounted at symmetric positions with respect to the center of the circular chassis substrate 4. Drive motors 6a and 6b are connected to the expanding wheels 5a and 5b, respectively, and the drive wheels 6a and 6b drive the drive wheels 5a and 5b to rotate forward and reverse. That is, the driving means and the steering mechanism of the omnidirectional vehicle are constituted by the pair of drive wheels 5a and 5b and the drive motors 6a and 6b.

また、前記シャーシ基板4には前記駆動輪5a、5bに対
し90度ずれた位置に全方向に回動可能な一対の遊動輪
(キャスタ輪)7が取り付けられている。したがって、
両駆動モータ6a、6bの回転方向と回転速度を制御するこ
とにより、シャーシ部材2は走行及び走行方向が制御さ
れる。すなわち、両駆動輪5a、5bを同一の回転方向でか
つ同一の回転速度で回転させると移動車1は直線走行
し、同一の回転方向でかつ異なった回転速度で回転させ
ると曲線を描いて曲る旋回走行をする。また、両駆動輪
5a、5bを互いに逆方向に同一の回転速度で回転させる
と、その場で旋回(回転)動作(スピンターン走行)を
する。なお、片方の駆動輪の速度が零で、もう一方の駆
動輪が回転するときには速度が零の駆動輪を中心に旋回
(回転)動作をする。
Further, a pair of idler wheels (caster wheels) 7 rotatable in all directions are attached to the chassis substrate 4 at positions shifted by 90 degrees from the drive wheels 5a and 5b. Therefore,
By controlling the rotation direction and rotation speed of both drive motors 6a and 6b, the traveling and the traveling direction of the chassis member 2 are controlled. That is, when the two driving wheels 5a and 5b are rotated in the same rotation direction and at the same rotation speed, the moving vehicle 1 travels in a straight line, and when rotated at the same rotation direction and at different rotation speeds, the moving vehicle 1 draws a curve. Make a turning run. Also, both drive wheels
When 5a and 5b are rotated at the same rotational speed in opposite directions, a turning (rotating) operation (spin-turn running) is performed on the spot. When one of the drive wheels has a speed of zero and the other drive wheel rotates, the wheel performs a turning (rotating) operation around the drive wheel of which the speed is zero.

また、前記駆動モータ6a、6bにはエンコーダよりなる
駆動モータ用速度検出手段8a、8bが一体的に取付けられ
ており、この速度検出手段8a、8bは駆動モータ6a、6b、
すなわち駆動輪5a、5bの速度及び回転方向をそれぞれ検
出する。
Further, the drive motors 6a, 6b are integrally provided with drive motor speed detection means 8a, 8b comprising an encoder, and the speed detection means 8a, 8b are provided with the drive motors 6a, 6b,
That is, the speed and rotation direction of the drive wheels 5a and 5b are detected.

シャーシ基板4の上面には円筒状の旋回座9が固着さ
れ、この旋回座9の外周部に歯車9aが形成されるととも
に内周部にボール受部9bが形成されている。
A cylindrical turning seat 9 is fixed to the upper surface of the chassis substrate 4, and a gear 9a is formed on the outer periphery of the turning seat 9 and a ball receiving portion 9b is formed on the inner periphery.

車両本体3の四角形状の底板10の下面には旋回支持筒
11が固着され、この旋回支持筒11は前記シャーシ部材2
の旋回座9の内部にポール12を介して旋回可能に挿入支
持されている。また、車両本体3の底板10上面には旋回
手段としての旋回モータ13が固着され、その出力軸は底
板10を貫通して下部に突出し、出力軸の突出部にはモー
タ用歯車13aが固着されている。そして、モータ用歯車1
3aは、前記シャーシ部材2に固定された旋回座9の歯車
9aと噛み合っている。したがって、旋回モータ13を駆動
することにより、シャーシ部材2と車両本体3とが相対
的に旋回回動される。この旋回モータ13にはエンコーダ
よりなる角速度検出器14aが一体的に取付けられてお
り、角速度検出器14aは旋回モータ13の回転量と回転方
向とからシャーシ部材2と車両本体3との相対角速度及
び回転方向を検出する。なお、この角速度検出器14aは
ポテンションメータの出力信号を微分するものでもよ
い。
A turning support cylinder is provided on the lower surface of the square bottom plate 10 of the vehicle body 3.
The turning support cylinder 11 is fixed to the chassis member 2.
Is rotatably inserted and supported via a pole 12 inside the revolving seat 9. A turning motor 13 as turning means is fixed to the upper surface of the bottom plate 10 of the vehicle body 3, the output shaft of the turning shaft 13 projects through the bottom plate 10 and projects downward, and a motor gear 13a is fixed to the projecting portion of the output shaft. ing. And motor gear 1
3a is a gear of the swivel seat 9 fixed to the chassis member 2.
Meshes with 9a. Therefore, by driving the turning motor 13, the chassis member 2 and the vehicle body 3 are turned relatively. An angular velocity detector 14a composed of an encoder is integrally attached to the swing motor 13, and the angular velocity detector 14a determines the relative angular velocity between the chassis member 2 and the vehicle body 3 based on the rotation amount and the rotation direction of the swing motor 13. Detect the direction of rotation. The angular velocity detector 14a may be one that differentiates the output signal of the potentiometer.

車両本体の底板10上には全方向移動車1を制御するた
めの(マイクロコンピユータを含む)制御装置15が搭載
されている。また、車両本体3のボディ16は箱型に形成
され、その下端はシャーシ部材2の外側部まで延設され
ている。そのボディ16の下部にはバンパ17が全周に亘っ
て取り付けられている。
A control device 15 (including a microcomputer) for controlling the omnidirectional vehicle 1 is mounted on the bottom plate 10 of the vehicle body. The body 16 of the vehicle body 3 is formed in a box shape, and its lower end extends to the outside of the chassis member 2. A bumper 17 is attached to the lower part of the body 16 over the entire circumference.

つぎに、このように構成した全方向移動車1におい
て、車両本体3の向き姿勢を変えないで平面上のあらゆ
る方向へ移動走行できるようにした全方向移動車の制御
装置について、第3図を基に説明する。
Next, in the omnidirectional vehicle 1 configured as described above, FIG. 3 shows a control device for an omnidirectional vehicle that can move and travel in all directions on a plane without changing the orientation of the vehicle body 3. I will explain based on.

制御装置は、駆動輪制御部50Aと旋回モータ制御部50B
とを備えている。駆動輪制御部50Aは、第3図に示すよ
うに、一対の駆動輪をそれぞれの指令速度発生手段18
a、18bからの指令速度信号を基に独立に制御して移動車
の移動方向と移動速度とを制御する。また、それぞれの
駆動輪、すなわち駆動モータ6a、6bの速度はエンコーダ
やタコジェネレータなどの速度検出手段8a、8bで検出
し、その信号を処理した後駆動制御手段としての速度サ
ーボアンプ19a、19bへフィードバックし、指令速度発生
手段からの指令速度と一致するように速度サーボループ
が構成されている。したがって、それぞれの指令速度に
従い移動車はその移動方向と移動速度とが制御され、移
動する。このように制御した移動車では移動車の進行方
向に対し一対の駆動輪軸はつねに水平となるから、移動
車の向き姿勢(姿勢角)は移動車の進行方向と同じにな
る。つまり、一対の駆動輪に回転速度の差、すなわち両
駆動輪に移動速度の差があるような場合、例えば、移動
車が旋回走行する場合やスピンターン走行する場合には
移動車の向き姿勢(姿勢角)は両駆動輪の速度差に従
い、時々刻々と変化する。
The control device includes a drive wheel control unit 50A and a swing motor control unit 50B.
And As shown in FIG. 3, the drive wheel control unit 50A connects the pair of drive wheels to the respective command speed generation means 18.
The moving direction and the moving speed of the moving vehicle are controlled independently based on the command speed signals from a and 18b. In addition, the speed of each drive wheel, that is, the drive motors 6a and 6b is detected by speed detection means 8a and 8b such as an encoder and a tachogenerator, and after processing the signal, the speed is sent to speed servo amplifiers 19a and 19b as drive control means. The speed servo loop is configured so as to feed back and match the command speed from the command speed generating means. Accordingly, the moving direction and the moving speed of the moving vehicle are controlled according to the respective command speeds, and the moving vehicle moves. In the mobile vehicle controlled in this way, the pair of drive wheel shafts is always horizontal with respect to the traveling direction of the mobile vehicle, so that the orientation of the mobile vehicle (attitude angle) is the same as the traveling direction of the mobile vehicle. In other words, when there is a difference in rotational speed between a pair of drive wheels, that is, when there is a difference in travel speed between both drive wheels, for example, when the vehicle is turning or spinning, the orientation of the vehicle ( Attitude angle) changes momentarily according to the speed difference between the two drive wheels.

このとき、第1図、第2図のように構成した全方向移
動車において、車両本体3の両駆動輪の速度差の極性を
逆方向にした値を基に旋回モータを駆動制御することに
より、車両本体3の向き姿勢を変えないで平面上のあら
ゆる方向へ移動することができる。両駆動輪の速度差
は、シャーシ部材2の角速度に対応し、全方向移動車1
の角速度に対応するから、この速度差は全方向移動車1
が旋回走行するときやスピンターン走行するとき、すな
わち、全方向移動車1が進行方向を変えようとするとき
に発生し、その値は両駆動輪の速度に従って変化する。
このとき、両駆動輪の速度検出手段8a、8bからの信号を
基に速度差検出手段20でその速度差信号を求めることに
よりシャーシ部材2の角速度に対応する信号を求め、さ
らに、極性反転手段21でその信号の極性を反転した信
号、すなわちシャーシ部材2の角速度とは大きさが同じ
でかつ方向が逆の信号を指令速度として速度サーボアン
プ22に入力する。シャーシ部材と同じように旋回モータ
13の角速度をエンコーダ、ボテンションメータなどの角
速度検出器14aで検出し、その信号を速度サーボアンプ2
2ヘフィードバックする。これにより、速度サーボルー
プが構成され、車両本体3の旋回角速度はシャーシ部材
2の角速度とは方向が逆でかつ値が一致するように速度
サーボ制御される。したがって、前述したように全方向
移動車1が進行方向を変えようとするとき、すなわち、
シャーシ部材2に角速度が発生するときには車両本体3
が逆方向へ同じ角速度で回転されるから、そのとき車両
本体3は同じ向き姿勢(姿勢角)を保つ。
At this time, in the omnidirectional vehicle configured as shown in FIGS. 1 and 2, the turning motor is drive-controlled based on the value obtained by reversing the polarity of the speed difference between the two drive wheels of the vehicle body 3 in the opposite direction. It is possible to move in any direction on the plane without changing the orientation of the vehicle body 3. The speed difference between the two drive wheels corresponds to the angular speed of the chassis member 2 and the omnidirectional vehicle 1
This speed difference corresponds to the omnidirectional vehicle 1
Is generated when the vehicle turns and spins, that is, when the omnidirectional vehicle 1 attempts to change its traveling direction, and its value changes according to the speeds of both driving wheels.
At this time, a signal corresponding to the angular velocity of the chassis member 2 is obtained by obtaining the speed difference signal by the speed difference detection means 20 based on the signals from the speed detection means 8a and 8b of both drive wheels, and further, the polarity inversion means A signal in which the polarity of the signal is inverted at 21, that is, a signal having the same magnitude and the opposite direction as the angular velocity of the chassis member 2 is input to the velocity servo amplifier 22 as a command velocity. Swivel motor similar to chassis members
13 is detected by an angular velocity detector 14a such as an encoder or a potentiometer, and the signal is detected by the velocity servo amplifier 2.
Give feedback to 2. Thus, a speed servo loop is formed, and the speed servo control is performed so that the turning angular speed of the vehicle body 3 is opposite in direction to the angular speed of the chassis member 2 and has the same value. Therefore, as described above, when the omnidirectional vehicle 1 attempts to change the traveling direction,
When an angular velocity is generated in the chassis member 2, the vehicle body 3
Are rotated in the opposite direction at the same angular velocity, and at that time, the vehicle body 3 maintains the same orientation (posture angle).

つまり、全方向移動車1が両駆動輪の指令速度でどの
方向へどのような速度で移動しても車両本体3は向き姿
勢(姿勢角)を変えることはなく、つねに同じ方向を向
いたままで平面上のあらゆる方向へ移動することができ
る。これは停車中に全方向移動車1が進行方向を変える
とき、いわゆるスピンターン走行の場合でも同じであ
る。
That is, even if the omnidirectional vehicle 1 moves in any direction and at any speed at the commanded speed of the two drive wheels, the vehicle body 3 does not change its orientation (posture angle), and always remains in the same direction. It can move in any direction on the plane. This is the same when the omnidirectional vehicle 1 changes the traveling direction while the vehicle is stopped, that is, in the case of so-called spin turn traveling.

なお、両駆動輪の速度差は両駆動輪の速度がそれぞれ
の指令速度と誤差がなく、応答遅れもなく一致していれ
ば両駆動輪の指令速度からも検出でき、これによりシャ
ーシ部材2の角速度と方向が逆になるようにして速度サ
ーボアンプ22に入力し、旋回モータ13を速度サーボ制御
してもよい。
The speed difference between the two drive wheels can also be detected from the command speeds of the two drive wheels if the speeds of the two drive wheels coincide with the respective command speeds without error and without a response delay. The rotational speed of the swing motor 13 may be servo-controlled by inputting it to the speed servo amplifier 22 so that the direction is opposite to the angular speed.

また、この速度差は速度検出手段8a、8bにエンコーダ
を使用する場合は、速度検出手段8a、8bのエンコーダパ
ルス信号を第4図に示す発振器と分周手段23とから発生
されるクロックパルス信号によりサンプリング手段24で
サンプリングする。なお、サンプリングのクロックパル
ス信号は外部からのクロックパルス信号でもよい。ま
た、速度検出手段8a、8bのサンプリングクロックパルス
信号は位相が180度異なるようにしておく。これによ
り、後でサンプリングしたパルス信号を演算処理すると
きにそのパルス信号同士が重なることがなく、正確な演
算ができる。エンコーダパルス信号は通常位相が90度異
なったa相パルス信号、b相パルス信号があり、この2
つのパルス信号の位相関係により回転方向(極性)を判
別する。したがって、サンプリング手段24では速度検出
手段8aのa相、b相、速度検出手段8bのa相、b相の4
つのエンコーダパルス信号をサンプリングする。
In the case where an encoder is used for the speed detecting means 8a, 8b, the encoder pulse signal of the speed detecting means 8a, 8b is converted to a clock pulse signal generated from the oscillator and the frequency dividing means 23 shown in FIG. Sampling by the sampling means 24. The sampling clock pulse signal may be an external clock pulse signal. Also, the sampling clock pulse signals of the speed detecting means 8a and 8b are set to have a phase difference of 180 degrees. Accordingly, when the pulse signal sampled later is subjected to the arithmetic processing, the pulse signals do not overlap with each other, and accurate arithmetic can be performed. Encoder pulse signals usually include an a-phase pulse signal and a b-phase pulse signal whose phases differ by 90 degrees.
The rotation direction (polarity) is determined based on the phase relationship between the two pulse signals. Therefore, in the sampling means 24, there are four phases, a phase and b phase of the speed detecting means 8a, and a phase and b phase of the speed detecting means 8b.
Samples two encoder pulse signals.

なお、サンプリング手段24は速度検出手段8a、8bのa
相、b相パルス信号それぞれの立上り、立下りを検出し
て4つずつの合計8つのエンコーダパルス信号をサンプ
リングしてもよい。そして、このサンプリングしたエン
コーダパルス信号を演算処理手段25で加算したパルス列
信号として出力するとともに、サンプリングしたエンコ
ーダパルス信号を基に速度検出手段(エンコーダ)8a、
8bの回転方向(極性)をそれぞれ判別し、これより前記
の加算したパルス列信号の1つ1つが旋回モータ13をど
ちらの方向へ回転させるかを決める極性信号をも出力す
る。このようにして求めた2つの出力信号は2つのエン
コーダのパルス信号を減算、すなわち、2つのエンコー
ダの速度差の信号となるから、この信号を基に旋回モー
タ13を速度サーボアンプ22により速度サーボ制御すれば
よい。なお、演算処理手段25で極性反転を行えば極性反
転手段21は不要となる。また、このようにして検出した
速度差は2つのエンコーダの1パルス信号ごとの値が求
められるから検出の精度が高く、応答遅れもない。さら
に、速度サーボアンプ22にPLL(Phase Locked Loop)制
御方式の速度サーボアンプを使用すればその入力はパル
ス列(周波数)信号であるから演算処理手段25の出力を
そのまま入力できる。また、その制御は入力のパルス列
信号に位相同期するように行われるから、検出した性能
は損なわれずに精度が高く、応答の早いものとなる。つ
まり、この方式は高精度で高速応答の制御ができるか
ら、幅広い制御範囲に応答できる。
It should be noted that the sampling means 24 is provided at the speed detecting means 8a, 8b.
The rising and falling edges of each of the phase and b-phase pulse signals may be detected to sample four encoder pulse signals in total of four. Then, while outputting the sampled encoder pulse signal as a pulse train signal added by the arithmetic processing means 25, the speed detecting means (encoder) 8a, based on the sampled encoder pulse signal,
The rotation direction (polarity) of 8b is discriminated, and each of the added pulse train signals also outputs a polarity signal for determining in which direction the turning motor 13 is to be rotated. The two output signals thus obtained are obtained by subtracting the pulse signals of the two encoders, that is, a signal representing the speed difference between the two encoders. What is necessary is to control. If the polarity is inverted by the arithmetic processing means 25, the polarity inversion means 21 becomes unnecessary. In addition, since the value of the speed difference detected in this way is obtained for each pulse signal of the two encoders, the detection accuracy is high and there is no response delay. Further, if a speed servo amplifier of a PLL (Phase Locked Loop) control method is used for the speed servo amplifier 22, the input thereof is a pulse train (frequency) signal, so that the output of the arithmetic processing means 25 can be directly input. Further, since the control is performed so as to be phase-synchronized with the input pulse train signal, the detected performance is not impaired, the accuracy is high, and the response is fast. In other words, this method can control a high-speed response with high accuracy, and can respond to a wide control range.

なお、速度サーボアンプ22に偏差増幅器によるアナロ
グサーボアンプを用する場合には演算処理手段25のパル
ス列信号の出力をF/V(周波数/電圧)変換手段26でア
ナログ電圧に変換して入力し、速度サーボ制御してもよ
い。
When an analog servo amplifier using a deviation amplifier is used as the speed servo amplifier 22, the output of the pulse train signal of the arithmetic processing means 25 is converted into an analog voltage by the F / V (frequency / voltage) conversion means 26 and input. Speed servo control may be performed.

また、第5図に示すように、エンコーダやタコジェネ
レータなどの速度検出手段8a、8bで検出した速度信号を
例えばF/Vコンバータなどによるアナログ量変換手段2
7、28でそれぞれアナログ信号とし、それを例えばオペ
アンプ(OPアンプ)などによる減算手段29で速度差信号
とし、さらに、シャーシ部材2の角速度とは方向が逆と
なるように、例えばOPアンプなどによる極性反転手段21
で極性だけを反転した速度差信号とし、これを速度サー
ボアンプ22の偏差増幅器によるアナログサーボアンプの
指令速度として入力し、速度サーボ制御してもよい。
As shown in FIG. 5, the speed signals detected by the speed detecting means 8a and 8b such as encoders and tachogenerators are converted into analog quantity converting means 2 by an F / V converter or the like.
7 and 28, each of which is converted into an analog signal, which is converted into a speed difference signal by a subtraction means 29 using, for example, an operational amplifier (OP amplifier), and further, by an OP amplifier or the like so that the direction is opposite to the angular velocity of the chassis member 2. Polarity inversion means 21
, A speed difference signal in which only the polarity is inverted may be input as the command speed of the analog servo amplifier by the deviation amplifier of the speed servo amplifier 22 to perform speed servo control.

ただし、この場合ではアナログ変換手段27、28のアナ
ログ変換の精度と応答遅れや、速度サーボアンプ22のア
ナログサーボアンプの制御精度や応答遅れなどにより、
旋回モータ13を高精度、高速応答で制御することは期待
できない。
However, in this case, the accuracy and response delay of the analog conversion of the analog conversion means 27 and 28, the control accuracy and the response delay of the analog servo amplifier of the speed servo amplifier 22, etc.
It cannot be expected that the swing motor 13 is controlled with high accuracy and high-speed response.

つぎに、第1図、第2図に示すように構成した全方向
移動車1において、車両本体3の向き姿勢を自在に変更
することができるようにした全方向移動車の制御装置の
第1実施例について、第6図を基に説明する。本実施例
では、上記実施例の構成に更に相対角検出手段14bを付
加する。この相対角検出手段14bは旋回モータ13に取付
けられる。また、制御装置には、指令相対角発生手段3
0、比較・指令角速度演算手段31、判別手段32、指令角
速度切り替え手段33を新たに設ける。
Next, in the omnidirectional vehicle 1 configured as shown in FIGS. 1 and 2, a first omnidirectional vehicle control device that can freely change the orientation of the vehicle body 3 is described. An embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, a relative angle detecting means 14b is further added to the configuration of the above embodiment. The relative angle detecting means 14b is attached to the turning motor 13. Also, the control device includes a command relative angle generation means 3.
0, comparison / command angular velocity calculating means 31, discriminating means 32, and command angular velocity switching means 33 are newly provided.

第6図は第3図の旋回モータ13を制御する部分50Bに
ついて示したもので、車両本体の向き姿勢はこの旋回モ
ータ13を速度サーボアンプ22で駆動制御することにより
変更する。全方向移動車1の制御では旋回モータ13は速
度検出手段8a、8bからの信号を基にシャーシ部材2の角
速度とは逆方向の信号で制御して車両本体3の向き姿勢
を変えないように制御するが、これとは別に、車両本体
3の向き姿勢を変更するときは指令相対角発生手段30か
らの指令相対角信号と相対角検出手段14bからの相対角
信号とを比較・指令角速度演算手段31で比較して、指令
角速度を演算する。相対角検出手段14bで検出した相対
角が指令相対角と一致していないときには、指令角速度
切り替え手段33を制御して、速度サーボアンプ22に入力
させる指令角速度を前述したシャーシ部材2の角速度と
は大きさが同じで極性が逆方向の信号から、比較・指令
角速度演算手段31で演算した指令角速度信号に切り替え
て旋回モータ13を速度サーボ制御して行なう。相対角検
出手段14bで検出した相対角が指令相対角と一致したと
きには、判別手段32からの信号を基に指令相対角切り替
え手段33で速度サーボアンプ22の入力を極性反転手段21
からの信号に切り替える。
FIG. 6 shows a portion 50B for controlling the turning motor 13 in FIG. 3, and the orientation of the vehicle body is changed by controlling the driving of the turning motor 13 by a speed servo amplifier 22. In the control of the omnidirectional vehicle 1, the turning motor 13 is controlled based on signals from the speed detecting means 8 a and 8 b with a signal in a direction opposite to the angular velocity of the chassis member 2 so that the orientation of the vehicle body 3 is not changed. In addition to the above, when the orientation of the vehicle body 3 is changed, the command relative angle signal from the command relative angle generating means 30 is compared with the relative angle signal from the relative angle detecting means 14b, and the command angular velocity calculation is performed. The command angular velocity is calculated by comparison with the means 31. When the relative angle detected by the relative angle detecting means 14b does not match the commanded relative angle, the commanded angular velocity to be input to the speed servo amplifier 22 is controlled by controlling the commanded angular velocity switching means 33. The swing motor 13 is controlled by speed servo control by switching from a signal having the same magnitude and a direction opposite in polarity to a command angular speed signal calculated by the comparison / command angular speed calculation means 31. When the relative angle detected by the relative angle detecting means 14b matches the commanded relative angle, the input of the speed servo amplifier 22 is switched by the commanded relative angle switching means 33 based on the signal from the discriminating means 32 to the polarity reversing means 21.
Switch to the signal from.

なお、指令相対角発生手段30にシャーシ部材2の2つ
の速度検出手段8a、8bからの信号を入力し、この信号よ
りシャーシ部材2の走行平面の基準方向に対する角度
(シャーシ部材の姿勢角)を求め、この角度と相対角の
指令値との差から指令相対角信号を出力するようにして
おけば、車両本体3の向き姿勢が変化しないように全方
向移動制御したときには指令相対角発生手段30からの信
号と、相対角検出手段14bからの信号とが一致するから
速度サーボアンプ22の指令角速度は切り替わらない。し
たがって、この指令角速度が切り替わるのは車両本体3
の向き姿勢を変えるとき、例えば停車中、直進中に車両
本体3だけをある任意の角度に変えるときや、旋回走行
するときやスピンターンするときに車両本体3をある任
意の角度にするときなどである。なお、指令角度切り替
え手段33にアナログスイッチ素子などを使用すればこの
切り替えは判別手段からの信号を基に自動的に切り替わ
る。
The signals from the two speed detecting means 8a and 8b of the chassis member 2 are input to the command relative angle generating means 30, and the angle (posture angle of the chassis member) of the traveling plane of the chassis member 2 with respect to the reference direction is obtained from these signals. If the command relative angle signal is output from the difference between the angle and the command value of the relative angle, the command relative angle generating means 30 is used when the omnidirectional movement control is performed so that the orientation of the vehicle body 3 does not change. And the signal from the relative angle detecting means 14b match, the commanded angular velocity of the speed servo amplifier 22 is not switched. Therefore, the command angular velocity is switched only when the vehicle body 3
When changing the orientation of the vehicle, for example, when the vehicle body 3 is changed to an arbitrary angle while the vehicle is stopped or traveling straight, or when the vehicle body 3 is set to an arbitrary angle when turning or spinning. It is. If an analog switch element or the like is used for the command angle switching means 33, this switching is automatically switched based on a signal from the determination means.

また、相対角検出手段14bは相対角の絶対位置を知る
必要があるため、アブソリュート型のエンコーダまたは
ポテンションメータなどで検出する。なお、アブソリュ
ート型のエンコーダを使用する場合は角速度検出手段14
aと相対角検出手段14bは一つのエンコーダでもかまわな
い。
Further, since the relative angle detecting means 14b needs to know the absolute position of the relative angle, the relative angle detecting means 14b detects it with an absolute type encoder or a potentiometer. If an absolute type encoder is used, the angular velocity detection means 14
a and the relative angle detecting means 14b may be one encoder.

つぎに、第1図、第2図のように構成した全方向移動
車1において、マイクロコンピュータを車載し、そのマ
イクロコンピユータより平面上の全方向に移動走行制御
し、車両本体3の向き姿勢を自在に変更できるようにし
た全方向移動無人車の第2実施例の制御装置について第
7図を基に説明する。
Next, in the omnidirectional vehicle 1 configured as shown in FIGS. 1 and 2, a microcomputer is mounted on the vehicle, and the microcomputer is controlled to move and run in all directions on a plane by the microcomputer, and the orientation of the vehicle body 3 is changed. A control device according to a second embodiment of the omnidirectional mobile unmanned vehicle which can be freely changed will be described with reference to FIG.

全方向移動無人車はマイクロコンピユータ36を車載
し、これにより全方向へ移動走行制御される。マイクロ
コンピユータ36にはシャーシ部材2に取付けた駆動手段
の駆動モータ6a、6bそれぞれの速度が例えばインクリメ
ンタルエンコーダから成る速度検出手段8a、8bで検出さ
れて入力される。マイクロコンピユータ36はこれを基に
位置・方位演算手段37でシャーシ部材2、すなわち、全
方向移動無人車の自己位置・方位を演算する。なお、こ
こでは例えば両駆動輪径の違いなどから全方向移動車が
直線走行する場合にその2つの検出速度に差があって
も、すなわち、両駆動輪系に機械的なばらつきによる誤
差があっても、それぞれの係数を補正し、正確な値を演
算する。
The omnidirectional mobile unmanned vehicle carries a microcomputer 36, which controls the omnidirectional traveling. The speed of each of the drive motors 6a and 6b of the drive means attached to the chassis member 2 is detected and input to the microcomputer 36 by speed detection means 8a and 8b composed of, for example, an incremental encoder. The micro computer 36 calculates the own position and direction of the chassis member 2, that is, the omnidirectional mobile unmanned vehicle, by the position and direction calculating means 37 based on this. Here, even when the omnidirectional vehicle travels in a straight line due to, for example, a difference in the diameters of the two driving wheels, there is a difference between the two detected speeds, that is, there is an error due to mechanical variations in the two driving wheel systems. Even so, each coefficient is corrected and an accurate value is calculated.

演算した全方向移動車の自己位置、方位は、例えば車
載したターミナルあるいはマイクロコンピユータ36上に
搭載したメモリ素子(ROM、すなわち読出し専用メモリI
C)からの走行コース(地図)、走行モード、走行パタ
ーン及びその位置、方位と車両本体の向き姿勢、走行速
度などの走行指令に基づく目標位置・方位発生手段34の
値と比較手段38で比較され、さらに、前記走行指令によ
り与えられた走行速度、位置、方位の誤差が最小となる
ような両駆動輪の加減速度を加速度演算手段39、40でそ
れぞれ演算し、そしてこれを指令速度発生手段18a、18b
で積分して両駆動輪それぞれの指令速度とし、速度サー
ボアンプ19a、19bへ入力する。
The calculated self-position and azimuth of the omnidirectional vehicle can be determined by, for example, a terminal mounted on the vehicle or a memory element (ROM, that is, a read-only memory
C) The traveling course (map), traveling mode, traveling pattern and its position, direction and direction of the vehicle body from C), the direction of the vehicle body, the value of the target position / azimuth generating means 34 based on the traveling command such as the traveling speed are compared by the comparing means 38. Further, acceleration / deceleration of both driving wheels is calculated by acceleration calculation means 39 and 40 so that errors in the running speed, position and direction given by the running command are minimized. 18a, 18b
Are integrated into the respective command speeds of the two drive wheels, and input to the speed servo amplifiers 19a and 19b.

速度サーボアンプ19a、19bは第3図の説明で述べたよ
うに駆動モータ6a、6bの速度を速度検出手段8a、8bでそ
れぞれ検出してその信号を速度サーボアンプ19a、19bヘ
フィードバックし、入力した指令速度発生手段18a、18b
それぞれの指令速度と一致するように速度サーボ制御す
る。したがって、全方向移動無人車はその2つの指令速
度に従い、目標の位置、方位へ移動走行制御される。
The speed servo amplifiers 19a and 19b detect the speeds of the drive motors 6a and 6b by the speed detecting means 8a and 8b, respectively, and feed back the signals to the speed servo amplifiers 19a and 19b as described in FIG. Command speed generating means 18a, 18b
Speed servo control is performed so as to match each command speed. Therefore, the omnidirectional mobile unmanned vehicle is controlled to move to the target position and direction according to the two command speeds.

このとき、第3図、第4図及び第5図の説明で述べた
方法により旋回モータ13を速度サーボアンプ22で制御す
れば車両本体3の向き姿勢を変えることなく平面上の全
方向に移動走行制御される。なお、この全方向移動制御
は、全方向移動無人車で自己位置、方位を演算するため
のマイクロコンピユータ36ヘフィードバックしている速
度検出手段8a、8bからの信号を基にマイクロコンピユー
タ内の速度差検出手段43で両速度の速度差を求め、さら
に、シャーシ部材2の角速度とは方向が逆になるように
極性反転手段44で極性だけを逆にした速度差の信号によ
り行なうこともできる。この制御では前述したように両
駆動輪系の機械的なばらつきによる速度差の誤差の影響
をなくすことができるため正確な制御ができる。ただ
し、マイクロコンピユータ36には演算時間が必要である
ために現状では速い制御は期待できない。
At this time, if the turning motor 13 is controlled by the speed servo amplifier 22 by the method described with reference to FIGS. 3, 4 and 5, the vehicle body 3 can be moved in all directions on the plane without changing the orientation. Traveling is controlled. The omnidirectional movement control is based on signals from the speed detecting means 8a and 8b that are fed back to the microcomputer 36 for calculating the own position and azimuth of the omnidirectional moving unmanned vehicle based on the speed difference in the microcomputer. The speed difference between the two speeds can be obtained by the detecting means 43, and further, the signal can be obtained by a signal of the speed difference in which only the polarity is reversed by the polarity reversing means 44 so that the direction is opposite to the angular velocity of the chassis member 2. In this control, as described above, the influence of the error in the speed difference due to the mechanical variation between the two drive wheel systems can be eliminated, so that accurate control can be performed. However, high-speed control cannot be expected at present because the microcomputer 36 requires an operation time.

また、この全方向移動無人車において、車両本体3の
向き姿勢を変更するときは、例えば車載したターミナル
あるいはマイクロコンピユータ36上に搭載したメモリ素
子(ROM、読出し専用メモリIC)からの走行コース(地
図)、走行モード、走行パターン及びその位置・方位と
車両本体の向き姿勢、走行速度などの走行指令に基づく
目標相対角発生手段35の値と前記位置、方位演算手段37
の方位角の値とを比較手段41で比較し、さらに目標相対
角発生手段35の値と相対角検出手段14bで検出したシャ
ーシ部材2と車両本体3との相対角の値とを同じく比較
手段41で比較し、指令角速度演算手段42でこの比較結果
をもとに旋回手段13を駆動制御するための速度サーボア
ンプ22の入力となる指令角速度を演算する。また、比較
手段41で比較した信号の大きさを判別手段32で判別し、
この判別した信号を基に指令角速度切り替え手段33を制
御して速度サーボアンプ22の入力となる指令角速度を指
令角速度演算手段42で演算した信号に切り替える。これ
より車両本体3の指令角速度演算手段42からの信号に基
づいて旋回モータ13を速度サーボアンプ22で速度サーボ
制御し、目標相対角と一致するように制御する。そし
て、目標相対角と一致した場合には判別手段32からの信
号に基づいて指令角速度切り替え手段33を制御して、シ
ャーシ部材2の角速度とは方向が逆の値である極性反転
手段21からの信号、あるいは極性反転手段44からの信号
に切り替えて旋回モータ13を速度サーボ制御する。この
ようにして目標相対角発生手段35の目標相対角を設定す
ることにより、車両本体3の向き姿勢を自在に変更する
ことができる。
When changing the orientation of the vehicle body 3 in this omnidirectional mobile unmanned vehicle, a traveling course (map) from a memory element (ROM, read-only memory IC) mounted on, for example, a terminal mounted on the vehicle or a microcomputer 36 is used. ), The running mode, the running pattern, the position and orientation thereof, the direction and orientation of the vehicle body, the value of the target relative angle generating means 35 based on the running command such as the running speed, and the position and azimuth calculating means 37
The value of the target relative angle generating means 35 is compared with the value of the relative angle between the chassis member 2 and the vehicle body 3 detected by the relative angle detecting means 14b. A comparison is made at 41, and a commanded angular velocity calculating means 42 calculates a commanded angular velocity to be input to a speed servo amplifier 22 for controlling the driving of the turning means 13 based on the comparison result. Further, the magnitude of the signal compared by the comparison means 41 is determined by the determination means 32,
The commanded angular velocity switching means 33 is controlled based on the determined signal, and the commanded angular velocity to be input to the speed servo amplifier 22 is switched to the signal calculated by the commanded angular velocity calculating means 42. Thus, based on the signal from the command angular velocity calculating means 42 of the vehicle main body 3, the speed servo control of the turning motor 13 is performed by the speed servo amplifier 22, and the turning motor 13 is controlled to coincide with the target relative angle. Then, when the angular velocity coincides with the target relative angle, the command angular velocity switching means 33 is controlled on the basis of the signal from the determination means 32, and the direction from the polarity reversing means 21 whose direction is opposite to the direction of the angular velocity of the chassis member 2 is controlled. The rotation servo 13 is speed servo-controlled by switching to a signal or a signal from the polarity reversing means 44. By setting the target relative angle of the target relative angle generating means 35 in this way, the orientation of the vehicle body 3 can be freely changed.

以上のように本実施例によれば、つぎのような効果が
ある。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.

(イ)全方向移動車が旋回走行やスピンターン走行する
とき、すなわち、進行方向を変えようとするときに、走
行路に対し車両本体のはみ出しがないため、狭い通路で
も走行でき、また走行のための場所(スペース)は小さ
くてすむ。特に角(コーナ)をを曲がるとき、壁などへ
接近するとき、あるいは対向車に対し真横に退避すると
きなどに効果を発揮する。
(A) When the omnidirectional vehicle is turning or spinning, that is, when the traveling direction is to be changed, the vehicle body does not protrude from the traveling path, so that the vehicle can travel in a narrow passage. The space (space) for the work is small. It is particularly effective when turning around a corner, approaching a wall, or evacuating to the side of an oncoming vehicle.

(ロ)目標物へ接近、位置決めするとき、目標物付近で
どの方向へも移動することができるから、目標物への接
近、位置決めが楽になり、またその制御精度、制御時間
などの制御性能も向上する。
(B) When approaching and positioning a target, it can be moved in any direction near the target, making it easy to approach and position the target, and at the same time, controlling performance such as control accuracy and control time. improves.

(ハ)例えば車両本体にCCDカメラなどのセンサを搭載
し、周囲環境を認識するときには、センサの首ふりは車
両本体の回転でできるから、そのための設備はいらなく
なる。
(C) For example, when a sensor such as a CCD camera is mounted on the vehicle body and the surrounding environment is recognized, the head of the sensor can be swung by the rotation of the vehicle body, so that no equipment is required for that.

(ニ)例えば車両本体にマニピュレータを搭載してその
マニピュレータに仕事をさせるとき、マニピュレ一夕の
垂直軸回りの回転は車両本体の回転でできるから、マニ
ピュレ一タ制御及びその装置は1自由度少なくてすむ。
(D) For example, when a manipulator is mounted on a vehicle body and the manipulator is caused to work, rotation of the manipulator around the vertical axis can be performed by rotation of the vehicle body. Therefore, the manipulator control and its device have one degree of freedom. Help me.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明に係る全方向移動無人車の基本構成の横
断図、第2図は上記全方向移動無人車の基本構成の底面
図、第3図は上記全方向移動無人車の基本構成のブロッ
ク図、第4図および第5図は上記基本構成の変形例を示
すブロック図、第6図は本発明の第1実施例のブロック
図、第7図は第2実施例のブロック図、第8図は本発明
を説明するための線図である。 5a、5b……駆動輪、7……遊動輪、13……旋回モータ。
1 is a cross-sectional view of the basic configuration of the omnidirectional mobile unmanned vehicle according to the present invention, FIG. 2 is a bottom view of the basic configuration of the omnidirectional mobile unmanned vehicle, and FIG. 3 is the basic configuration of the omnidirectional mobile unmanned vehicle. FIGS. 4 and 5 are block diagrams showing a modification of the above basic configuration, FIG. 6 is a block diagram of a first embodiment of the present invention, FIG. 7 is a block diagram of a second embodiment, FIG. 8 is a diagram for explaining the present invention. 5a, 5b: drive wheel, 7: idle wheel, 13: turning motor.

フロントページの続き (72)発明者 本郷 武朗 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 杉本 軍司 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 梅原 茂 愛知県刈谷市豊田町2丁目1番地 株式 会社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 山田 慎吾 愛知県刈谷市豊田町2丁目1番地 株式 会社豊田自動織機製作所内 (56)参考文献 特開 昭61−218432(JP,A) 特開 昭63−137305(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G05D 1/02 Continued on the front page. (72) Inventor Takero Hongo 41, Chuchu-Yokomichi, Oji-cho, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Inside of Toyota Central R & D Laboratories Co., Ltd. (72) Inventor Gangji Sugimoto 41 No. 1 Inside Toyota Central Research Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Shigeru Umehara 2-1-1 Toyota-cho, Kariya-shi, Aichi Prefecture Inside Toyota Industries Corporation (72) Inventor Shingo Yamada 2-1-1 Toyota-cho, Kariya-shi, Aichi (56) References JP-A-61-218432 (JP, A) JP-A-63-137305 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G05D 1/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】一対の駆動手段を備えかつ該駆動手段を独
立に動作させることにより走行平面上を操舵走行するシ
ャーシ部材と、前記シャーシ部材と相対回転可能に該シ
ャーシ部材に軸支された車両本体と、前記シャーシ部材
と前記車両本体とのいずれか一方に装着されかつ前記車
両本体を前記シャーシ部材に対して相対回転させる回転
駆動手段と、を備えた全方向移動車を制御する全方向移
動車の制御装置において、前記一対の駆動手段の各々の
速度を検出する速度検出手段と、前記シャーシ部材と前
記車両本体との相対角度を検出する相対角検出手段と、
検出された速度の差を演算する速度差演算手段と、前記
速度の差の極性を反転する極性反転手段と、指令相対角
度と前記相対角度と前記極性が反転された速度の差とに
基づいて前記回転駆動手段を制御して相対角度が指令相
対角に一致すると共に車両本体の角速度が反転された速
度の差に対応するように制御する回転制御手段と、を設
けたことを特徴とする全方向移動車の制御装置。
1. A vehicle comprising: a pair of driving means; and a steering member which is steered on a traveling plane by independently operating the driving means, and a vehicle rotatably supported by the chassis member so as to be rotatable relative to the chassis member. An omnidirectional vehicle for controlling an omnidirectional vehicle, comprising: a main body; and a rotational drive unit mounted on one of the chassis member and the vehicle main body and configured to rotate the vehicle main body relative to the chassis member. In the vehicle control device, speed detection means for detecting the speed of each of the pair of drive means, relative angle detection means for detecting the relative angle between the chassis member and the vehicle body,
Speed difference calculating means for calculating the detected speed difference, polarity inverting means for inverting the polarity of the speed difference, and a commanded relative angle and a difference between the relative angle and the speed at which the polarity is inverted. Rotation control means for controlling the rotation drive means so that the relative angle is equal to the commanded relative angle and the angular velocity of the vehicle body is controlled to correspond to the inverted speed difference. Control device for direction moving vehicles.
【請求項2】前記車両本体と前記シャーシ部材との相対
角速度を検出する相対角速度検出手段をさらに設け、検
出した前記相対角速度が前記速度の差または前記極性が
反転された速度の差に一致、あるいは検出した前記相対
角速度が、前記指令相対角度と検出した相対角度とを比
較することにより演算した指令角速度に一致するように
フィードバックすることを特徴とする請求項(1)に記
載の全方向移動車の制御装置。
A relative angular velocity detecting means for detecting a relative angular velocity between the vehicle body and the chassis member, wherein the detected relative angular velocity matches a difference between the speeds or a difference between the speeds in which the polarity is inverted; 2. The omnidirectional movement according to claim 1, wherein feedback is performed so that the detected relative angular velocity matches a command angular velocity calculated by comparing the command relative angle with the detected relative angle. Car control device.
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