JP2954268B2

JP2954268B2 - 自走台車

Info

Publication number: JP2954268B2
Application number: JP2076870A
Authority: JP
Inventors: 範行大録; 豊秀浜田; 高道鈴木; 博菊地; 稔池田; 和美足立; 正康赤岩
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-03-28
Filing date: 1990-03-28
Publication date: 1999-09-27
Anticipated expiration: 2014-09-27
Also published as: JPH03279081A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、工場等における搬送用自走台車における車
輪配置および制御方法および制御装置に関する。

〔従来の技術〕従来、タイヤ外周に周方向に軸をもつローラを多数・
複列設けた車輪を用いた搬送者として、特開昭63−1492
70号公報に記載のように、車輪を、車軸が直交する配置
に設けた搬送車があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、前後方向、左右方向については、直
進性が得やすいと言う利点があった。

しかし、本来、平面上の物体の運動は、x,y,θの三自
由度しかないため、駆動輪が四輪以上の構成では、差動
歯車機構を用いた駆動機構とする等により、冗長な自由
度を消去するか、厳密に各車輪の周速を一致させる必要
がある。これを行なわない場合、スリップが避けられな
い。前者の対策は機構が複雑になり、車体質量が増加す
る。このため一般に蓄電池により走行する自走台車には
不向きである。後者の対策には、モータ回転数の厳密な
制御をする。又は、モータ減速比を下げる等、車輪周速
が外部の力で容易に変化するようにする必要がある。車
輪周速の厳密な制御は、各車輪の駆動系を全回転数域で
調製する必要があり、極めて困難である。一方、モータ
減速比を下げる等の場合、自走台車全体の動特性が悪化
してしまう問題があった。

本発明の目的は、複雑な機構を用いることなく、又、
自走台車の動特性を劣化させることなく、車輪のスリッ
プを発生しない自走台車を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、車輪の周辺で該車輪の周
方向に回転軸をもつローラを複数個複列設けた駆動輪を
用いた自走台車において、３個の駆動輪を有し、前記駆
動輪の各々の回転軸が平行にならない方向に該駆動輪を
配置し、前記３個の駆動輪の回転軸のなす角度を、ほぼ
135度、ほぼ90度及びほぼ135度になるように配置したこ
とを特徴とする。

〔作用〕

車輪の周辺に、車輪の周方向に回転軸を有し、自由に
回転するローラを複数，複列に配した車輪を使用したた
め、各車輪は、各車輪の回転軸方向に自在に移動でき
る。こでこの車輪を、同一直線上にない三点に配置すれ
ば、車輪の接面は単一に定まるため、四輪以上の場合に
必要な懸架機構を用いなくても、全ての車輪の接地が得
られる。さらに三つの車輪が別の方向に向く配置であれ
ば、車輪の周速の組合せによって、前後左右斜め回転の
全ての移動が可能となる。同一の機能を四輪以上でも実
現し得るが、三輪の場合が最も車輪数が少なくて済む。

ここで、各車輪の車軸のなす直線が、台車の重心の直
下、又は、直上を通る角度に車輪を設ければ、回転移動
に伴う車輪の回転数は、重心回りの回転に対し、重心か
ら車輪までの逆数で定められるため、制御が容易になる
利点がある。

一方、台車の主な進行方向が、前後、左右に限定しう
る場合、より主たる方向を前後方向とすれば、前後方向
に回転面をもつ一つの車輪と、前後方向に＋45度、及び
−45度方向に配置すれば、斜め方向の車輪は、直進時と
横行時で、車輪の周速が同じ絶対値を取るため、計算が
軽減される。又、より主な進行方向に向いた車輪が無い
ため、特定のコロが集中して接地することが少ない。

さらに以上の全ての場合に、たとえサーボモータ等の
特性にばらつきがあっても、車輪が三個であるため、冗
長な自由度により、車輪のスリップ等を生じる事がな
い。

一方、自走台車の目標に対する位置ずれ等を、定地目
標からの相対位置として、センサによつて検出し、横方
向の位置ずれ、進行方向の角度ずれを別々に制御するの
で、通常の操舵に伴うオーバシュート等の発生を最小限
に軽減しうるため、高精度に制御可能である。

又、制御系の負担を軽減したい場合は、通常の操舵と
同様に、基本的な進行方向を固定し、自走台車の、目標
進行方向に対する角度によっても、自走台車の制御が可
能である。

制御装置の、デジタルコンピュータによる場合は、台
車の状態によって、制御の係数を自由に変えられるた
め、走行方向等の自由度を高くできる。

アナログ回路で実現した場合は、実時間で演算が可能
であるため、デジタルコンピュータで実現した場合に問
題となるサンプリング時間による制御のむだ時間の遅れ
を低減することができるため、精度良く制御できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図から第４図を用いて
説明する。第１図は、本発明の自走台車を底面から見た
図である。

自走台車のフレーム１に、モータ２、減速機３、車輪
４が、それぞれa,b及びｃの符号にて示すように三組取
付けられている。今、車輪4a,4b,4cは、周辺に各車輪の
周方向を回転軸とするローラ5a,5b,5cが、それぞれ複
数、複列に配置された構造をもつため、車輪4a,4b,4cの
回転角度によらず、各車輪においては、いずれかのロー
ラ5a,5b,5cが接地しているため、各車輪4a,4b,4cの回転
方向に直角方向に移動でき、車輪の回転の組合せで、直
進横行回転を任意の配分で同時に実現できる。

三輪構成であるため、四輪以上の構成の場合と比べ、
一切の懸架機構を設けなくとも、路面の凹凸によって、
車輪が浮いてしまう事が無い。

又、本実施例では、長方形のフレーム１の長辺の両端
に一輪ずつの車輪4b,4cを、他方の長辺の中点にもう一
輪の車輪4aを設けたため、フレーム１の中央付近の広い
範囲で重心が移動しても、自走台車が倒れる事がない。
これに対し、短辺の両端に一輪ずつの車輪４を設け、他
の短辺の中点にもつ一輪の車輪４を設けた場合は、車輪
４の接地点のなす、重心移動可能な範囲の三角形が細長
い二等辺三角形となり、自走台車が横方向に倒れ易くな
る。

第２図に、装置等により、引込みのある通路200上を
走行する自走台車100を示したが、一般の工場のライン
は、同図の様に、長手方向が有る。ここで、第１図に示
した様に、一つの車輪4aが、回転面をフレーム１の長手
方向にもち、残る二つの車輪4b,4cが、これに斜めに配
置されているため、より加速度を要求される台車長手方
向について、三つの車輪４の駆動を行なう三つのモータ
2a,2b,2cの動力が全て有効に使用され、より加速度を要
求されない横行時に、二つの斜めに配置された車輪4b,4
cのモータ2b,2cが駆動を行なう。このため、モータ2a,2
b,2cのパワーの選定に余裕が出来る。

さらに、第２図の通路に対し、通路の長手方向に対向
する車輪４が無いため、車輪４のローラ4nのうちの特定
のローラ５が長時間接地し、集中して摩耗する事が無
い。

又、一般に第１図の車輪４は、フレーム１の並進に速
度υに対し、車輪４の回転面と、進行方向のなす角をθ
とすれば、車輪４の周速ωに対し、ω＝υcosθの関係
が成立する。ここで、第１図のフレーム１に斜めに配置
された車輪4b,4cの角度は、45度であるため、台車の進
行方向が、直進及び横行に対し、cosθがともにとなり、直進、及び、横行の最高速度v maxが等しい場
合、両者に対し、ωmaxが等しくとれ、モータ２の選定
の自由度が高まり、又、制御が簡略化出来る。

第１図の車輪配置の場合の制御方法について以下に述
べる。今、車輪4aから4cの周速をωａ〜ωｃとし、フレ
ーム１が長手方向に速度ｖで進行している場合、車輪4a
から4cの回転面と、長手方向のなす角をθａ〜θｃとす
ると、以下の行列式（１）が成立する。

横行速度を同様にｕとすれば、同様に、一方、クレーム１の回転角速度をωとし、フレーム１
の中心から各車輪４までの距離をla〜lcとし、la〜lc
と、車輪４の回転面のなす角をρａ〜ρｃとすれば、同
様に以上の行列式（１）〜（３）をまとめ、一つの行列式
（４）にまとめれば、ここでθａ〜θc,ρａは既知なので代入すれば、上記行列式（５）によって、本実施例の自走台車の制
御系、直進、横行、スピンの３自由度に分離できる。こ
こで、直進走行中の制御を例にとれば、ｖは、自走台車
の走行目標速度となり、v,ωは、センサによって計測さ
れた、自走台車の横方向へのずれv,角度ずれφに対し、
以下の式で定まる値とする。

ｕ＝k₁v＋k₂＋k₃∫vdt …（６） ω＝k₄φ＋k₅＋k₆∫φdt …（７）となり、k₁〜k₆を適度な値とすれば、制御方法が、定ま
る。横行時、斜行時でも同様の関係が成立する。斜行時
には、走行方向をu,vの比で定めるベクトルに対し、直角方向のベクトルをずれ量とすれば良い。

以上の制御方法をフローチャートで示した図が第３図
である。第３図の内容は自明であるので、説明は略す。

第４図に、第３図に示した制御方法を実現する制御装
置６を示す。CPU60は、ROM61,RAM62に、Memory Bus63を
介して読書可能である。第３図に示した制御方法は、RO
M61に記録されたプログラムとして実現され、計算途中
のデータは、RAM62に記録される。一方、CPU60は、I/O
Bus64を介し、AD/DA65,カウンタ66,センサI/O67,通しI/
O68を介し、サーボアンプ7,エンコーダ8,センサ9,Host3
00等に接続している。これによって、CPU60は、センサ
９を用いて、自走台車100の位置，姿勢の計測，又、エ
ンコーダ８を用いて、走行距離を計測でき、これらの計
測結果を用い、サーボアンプ７を介し、サーボモータ2a
〜2cの回転数を制御できる。又、CPU60は、通信I/O68を
介し、Host300と交信する事で、Host300からの作業指
示、Host300への作業報告等を行なう。

以上、本発明の一実施例を開示したが、本発明は、同
様の機能を変形しても実現できる。車輪の配置に対して
は、自走台車100の走行速度を直進、横行時共、同一と
したため、車輪4b,4cを、フレーム１の長手方向に対
し、＋45度，−45度としたが、直進速度と横行速度が異
なる場合、角度を変更しても良い。又、フレーム１の一
方の長辺の両端，及び他方の長辺の中央に車輪を配置し
たが、フレーム１の長手方向への加速時の直進性を重視
する場合は、逆の配置とする事も可能である。

制御方向についても、車輪４の配置を変えた場合、行
列式（４）を用いれば、同様な制御が実現できる。

さらに、行列式（４）又は（５）の評価について、簡
略化を行なう事も可能である。自走台車100の走行方向
を、例えば、長手方向と短手方向に限定し、斜方向への
走行を行なわなければ、フレーム１と走行方向の計算が
軽減される。その他、進行方向に直交する方向への平行
移動を行なわなくても、回転によって、フレーム１の方
向を変化させることによっても、位置ずれの補正が出来
る。

又、第一の実施例では、演算をデジタルコンピュータ
によって実行したが、アナログ回路等によって実現すれ
ば、制御系の周波数応答を向上させることが可能となる
ので、高速走行を必要とする場合等に適する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、三輪構成のため、懸架機構が省略で
き、サーボ系が三組で構成されるため、自走台車の軽量
化が実現できる。

また、同様に三輪であるため、接地力が０になる等が
発生せず、平面内運動に対し冗長な自由度をもたないの
で、車輪のスリップ等が発生しない。

さらに、本発明によれば、上記機構を自動制御により
走行させることができるので、自走式台車が実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の車輪周辺を示す底面図、第
２図は、第１図の車輪を適用する工場内のレイアウト
図、第３図は、本実施例の制御方法のフローチャート、
第４図は、本実施例の制御装置のブロック図である。１……フレーム、２……モータ、３……減速機、４……車輪、５……ローラ、６……制御装置、７……サーボアンプ、８……エンコーダ、９……センサ、 100……自走台車、 200……通路、 300……ホスト。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者菊地博神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者池田稔神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者足立和美東京都小平市上水本町５丁目20番１号株式会社日立製作所武蔵工場内 (72)発明者赤岩正康神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献特開昭63−315377（ＪＰ，Ａ) 実開昭58−30424（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B62D 9/00 - 15/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】車輪の周辺で該車輪の周方向に回転軸をも
つローラを複数個複列設けた駆動輪を用いた自走台車に
おいて、３個の駆動輪を有し、前記駆動輪の各々の回転軸が平行にならない方向に該駆
動輪を配置し、前記３個の駆動輪の回転軸のなす角度を、ほぼ135度、
ほぼ90度及びほぼ135度になるように配置したことを特
徴とする自走台車。