JP3010273B2 - 無人走行車の走行装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無人走行車の走行装置
であって、詳しくは、悪路や、クリーンルーム内のグレ
ーティングといった路面を走行する際に好適に使用する
ことができる走行装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、無人走行車を、悪路や、クリーン
ルーム内のグレーティング上で走行させる場合には、タ
イヤの設置面積が減少して正確な操舵が行えないため、
操舵を行わないよう舵角を一定にして走行させる方法
や、タイヤ幅を大きくし、設置面積を上げて操舵を行わ
せる方法が用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の従来の
技術の場合、前者の方法では、グレーティング上などで
は操舵を行なうことができないため、システムレイアウ
トの融通性に欠ける問題がある。また、後者の方法で
は、悪路での走行、操舵には適しているものの、通常の
走行路では操舵抵抗が大となるため、正確な操舵を行う
ことができないという問題があった。本発明は、かかる
課題を解決すべく案出されたものであり、その目的は、
通常走行路、悪路を問わず、最適に走行、操舵を行い得
る無人走行車の走行装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、車体下面から
垂下する垂直軸と、該垂直軸から側方に偏寄した位置
に、電動機にて回転駆動される走行車輪を備えると共
に、前記垂直軸を支承するギヤケースを車体に対し旋回
動自在に支承してなる走行装置を具えた無人走行車にお
いて、前記走行車輪と同軸に、略同径の補助車輪が前記
ギヤケースの偏寄部に旋回中心軸よりに回動自在に支承
され、かつ前記ギヤケースに対し弾性的に支持されると
共に、前記電動機のトルクを前記補助車輪に伝達、遮断
しうるクラッチを具えてなる構成を基本としたものであ
る。

【０００５】

【実 施 例】本発明の第一実施例を以下、図面に基づ
き説明する。本発明に使用される無人走行車として、４
輪の独立操舵が可能な全方向移動車を例示して説明する
が、当該車両に限定して解釈してはならない。第３図は
全方向移動車の側面図、第４図は同正面図であり、全方
向移動台１の車体の周囲には、障害物と直接接触するこ
とにより、障害物を検知しうる障害物検出用バンパ４、
５、６と、車体の各側面に２個づつ設けられた非接触に
て障害物を検知しうる障害物検出装置１０Ａ…と、車体
から任意の位置に設置されたガイドとなる基準壁面（不
図示）との距離を測定するために、車体の各側面に２個
づつ設けられた測距装置７Ａ…と、搬送車としての機能
を持たすべく車体上面に設けられた駆動コンベヤ３を有
する荷役装置２、２と、走行、荷役の制御を行う制御装
置８、およびバッテリＢＡとから構成される。また、第
二実施例に係る発明においては、路面状態検出装置５３
（後述）が車体下面に設置されている。

【０００６】次に、全方向移動車１の制御ブロックダイ
アグラムを図５に示す。全方向移動台車１の制御装置８
は、ＣＰＵ８１と、読みだし専用メモリとして全方向移
動台車１の走行経路、プログラム等が記憶されているＲ
ＯＭ８３および随時書き込み可能な作業用メモリＲＡＭ
８２と、データバス８４を介して外部からの各種入出力
信号とのやりとりを行う入出力ポート８５、８６とから
構成される。入力ポート８５には、全方向移動車１の走
行距離を検出しうる走行距離エンコーダ５１や、前記旋
回ギヤケース２８の旋回角を検出する操舵角エンコーダ
２９、車体と基準壁面との距離を測定する測距装置７
…、障害物接触用バンパ４…、障害物検出装置１０…、
及び後述する路面状態検出装置５３等の検出信号が入力
される。又、前記ＣＰＵ８１で演算がなされた結果、出
力ポート８６を介して各車輪を駆動する走行モータ１
１、ステアリングモータ２３および荷役装置２を駆動し
うる荷役モータ５２、および電磁クラッチ３９が制御さ
れる。

【０００７】全方向移動車１は、車体の４隅に配される
全ての走行装置９ＦＲ、９ＲＲ、９ＦＬ、９ＲＬにステ
アリングモータ２３（後述）が配されており、それぞれ
独自に３６０度連続回転が可能に構成されている。又、
車体の対角線上に配置された２つの車輪、例えば、９Ｆ
Ｒと９ＲＬとは、各々に走行モータ１１（後述）が装備
された駆動輪であり、他方、残りの２輪、９ＲＲ、９Ｆ
Ｌは従動輪を構成する。

【０００８】以下、駆動輪である９ＦＲの機構を第２図
に基づき説明すると、走行モータ１１の出力軸に嵌入さ
れたピニオン１２と、該ピニオン１２に噛み合う一段減
速ギヤ１３と、該一段減速ギヤ１３と同軸一体に形成さ
れるピニオン１４と、該ピニオン１４に噛み合う二段減
速ギヤ１５および該二段減速ギヤ１５と同軸一体に形成
されたアイドルギヤ１６と、該アイドルギヤ１６に噛み
合い、垂直軸１８の上端に嵌入するアイドルギヤ１７
と、前記垂直軸１８の下端に嵌入されているベベルピニ
オン１９と、該ベベルピニオン１９に噛み合うベベルギ
ヤ２０と、該ベベルギヤ２０にキーにて締結され、車輪
９ＦＲと固着されるるドライブシャフト２１と、該ドラ
イブシャフト２１のハブに固着されるホイール３７及び
タイヤ２２とで構成される。尚、前記ホイールは、地上
からの衝撃を吸収して車体のピッチング等を防止すべく
弾性材料から形成せしめている。

【０００９】又、ステアリング機構は、ステアリングモ
ータ２３の出力軸に固着されるピニオン２４と、該ピニ
オン２４に噛み合う減速ギヤ２５と、該減速ギヤ２５と
同軸一体に形成されたピニオン２６と、該ピニオン２６
に噛み合うインターナルギヤ２７と、該インターナルギ
ヤ２７に固着され、上部ケーシング３０に旋回ベアリン
グ３１を介して回動自在に支承される旋回ギヤケース２
８とからなる構成のものを示す。したがって、旋回ギヤ
ケース２８は、前記ステアリングモータ２３を回動させ
ることにより、ロータリジョイント部３２の軸心を旋回
中心軸として旋回動し、又走行モータ１１を回転駆動す
ることで、前記旋回ギヤケース２８と別個独立にタイヤ
２２を回動させうる。尚、上記旋回ギヤケース２８の旋
回角を絶対座標で検出しうるエンコーダ２９が上部ケー
シング３０に固定されている。また、前記旋回ギヤケー
ス２８の下部で側方に突出する偏寄部３３の周囲には、
補助車輪３４が回動自在に支承されている。

【００１０】補助車輪３４は、図１に示す如く、補助タ
イヤ３５と、該補助タイヤ３５を弾性的に支持する支承
体３６とからなり、該支承体３６は、前記偏寄部３３に
玉軸受にて回動自在に支持されているボス３８に固着さ
れている。支承体３６は、前記ホイール３７と同様、弾
性材料、例えば硬質ゴム等にて、しかも薄肉状に形成さ
れる。また、前記ボス３８には、前記ドライブシャフト
２１のトルクを伝達、遮断しうる電磁クラッチ３９が連
係される。

【００１１】電磁クラッチ３９は、内部にコイル４１を
内蔵しているヨーク４０と、前記ドライブシャフト２１
にスプラインにて結合されるディスクキャリア４２と、
該ディスクキャリア４２の外部スプラインに噛み合って
軸方向に摺動するアウタディスク４６と、前記ドライブ
シャフト２１に玉軸受を介して回動自在に支承されるス
プラインハブ４３と、該スプラインハブのスプラインに
噛み合って軸方向に摺動可能なインナディスク４７及び
アーマチュア４４とから構成される、周知の多板型電磁
クラッチを採用している。尚、ヨーク４０は偏寄部３３
内に固定されているホルダ４５に固定支持される。ま
た、アウタディスク４６及びインナディスク４７はそれ
ぞれ交互に組み合わされており、両者の間には、わずか
な空隙部が形成されているものである。

【００１２】然して、本発明の作用について説明する。
図１に示す状態では、通常の路面を走行する際の状態で
あり、垂直軸１８のトルクは、ベベルピニオン１９、ベ
ベルギヤ２０を介してドライブシャフト２１に伝達さ
れ、タイヤ２２を回動させうる。この際、ドライブシャ
フト２１にスプライン結合されているディスクキャリア
４２にも前記垂直軸１８のトルクが伝達されるが、アウ
タディスク４６及びインナディスク４７の間には、わず
かな空隙部を有するため、ドライブシャフト２１のトル
クは、ドラグトルクを除くほかインナディスク４７には
伝達されない。このため、前記補助車輪３５は、いわゆ
る従動輪となり、路面との摩擦のみによって、転動しう
る。従って、全方向移動車１の操舵時には、操舵抵抗は
殆ど生じることはない。

【００１３】次に、グレーティング等の悪路を走行する
際の状態について説明する。前記コイル４１に通電する
と、ヨーク４０が励磁され、アーマチュア４４を吸引す
ることとなる。これと同時に交互に組み合わされたアウ
タディスク４６及びインナディスク４７を強力に密着さ
せ、この摩擦力によりドライブシャフト２１のトルク
は、インナディスク４７を介して、スプラインハブ４３
に伝達されうる。そして、前記スプラインハブ４３に伝
達されたトルクは、ボス３８を介して補助車輪３４を略
ドライブシャフトと同回転で回動させることになる。従
って、グレーティング上を走行する場合のように、タイ
ヤ接地面積を大きくとり、駆動力を多く必要とする場合
には、例えば、補助タイヤ３５のタイヤ幅をタイヤ２２
と同寸とすると、２倍のタイヤ接地面積が得られる。
又、コイル４１の通電を断つと、励磁電流は徐々に減少
し、アーマチュア４４はアウタディスク４６、インナデ
ィスク４７自体のバネ作用により押し戻され、補助車輪
３４にはトルクの伝達が行なわれない解放状態となる。

【００１４】尚、電磁クラッチ３９のコイルの制御は、
前記走行経路が記憶されているＲＯＭ８３に基づき逐次
制御装置８にて演算され行い得るものである。すなわ
ち、通常、無人走行車等は、予め走行する経路が決定さ
れているため、どのエリアまでがグレーティングか、通
常路面なのかをＲＯＭ８３に記憶させておくことが可能
だからである。以上の如く、通常路面またはグレーティ
ング等の悪路といった各々の走行路面に応じて、電磁ク
ラッチ３９を制御することによって、全方向移動車の操
舵を確実に行なわしめることが可能である。

【００１５】次に、本発明の第二実施例について説明す
る。全方向移動車１の車体下面には、ホトセンサ等から
なる路面状態検出装置５３が設置されている。該路面状
態検出装置５３は、例えば、地上に向けて探査光を発す
るとともに、地上からの反射光を自ら受光して、路面の
凹凸等を検知するものを例示することができ、全方向移
動車１が現在走行している路面が、前記路面状態検出装
置５３の検知信号に基づきＣＰＵ８１にてグレーティン
グ等の悪路であると判断された場合に電磁クラッチ３９
のコイル４１に通電するように制御する。これにより、
ＲＯＭ８３等に基づき、内部演算の結果では通常路面と
判断されてはいるが、走行距離、操舵角検出値に誤差が
含まれていたため、現実にはグレーティングを走行して
いる場合等には、走行路面を直接検出せしめているた
め、かかる誤差に基づく制御ミスを有効に防止すること
ができる。尚、路面状態検出装置には、本例に限定され
るものではなく、他の種々のセンサを用いることができ
る。

【００１６】次に、本発明の第三実施例について、第６
図に基づき説明する。いま、本発明の理解を容易ならし
めるため、アイドルギヤ１５の歯数をＺ１、アイドルギ
ヤ１７の歯数をＺ２、ベベルピニオン１９の歯数をＺ
３、ベベルギヤ２０の歯数をＺ４とし、前記ギヤケース
の旋回軸上を回動する旋回中心軸４８を減速する歯車列
を総称して減速機Ｇとする。また、前記旋回中心軸４８
の軸心からタイヤ２２の肉厚中心までの水平距離をＬ、
該タイヤ２２の半径をＲとする。従って、減速機Ｇの減
速比Ｎは数１に示すようになる。

【数１】 ここで、数２の関係を満たすよう、旋回中心軸４８の軸
心からタイヤ２２の肉厚中心までの水平距離Ｌ及び、タ
イヤ２２の半径Ｒを決定する。

【数２】 すなわち、前記タイヤ２２の半径Ｒが、前記旋回ギヤケ
ース２８の旋回中心軸４８からタイヤ２２の肉厚中心ま
での水平距離Ｌと、前記旋回ギヤケース２８の旋回中心
軸４８を減速する減速比Ｎとの積に一致するように構成
すれば、例えば、周知の如く特公昭６３−２７２１４号
公報に示されるように、車が完全に停止した状態でステ
アリングモータ２３を駆動しても、タイヤ２２は床面に
対する摩擦が全く無い状態で操舵が可能となり、操舵抵
抗を皆無にすることができる。

【００１７】

【発明の効果】以上の如く、第一乃至第三実施例に係る
発明では、無人走行車がグレーティング等を走行する際
には、補助車輪を駆動輪とさせることによりタイヤ設置
面積を大なるものとすることができるから、悪路であっ
ても従来の如く直進走行のみではなく、正確な操舵が可
能となり、システムレイアウトに融通性を持たせること
ができる。また、通常路面においては、補助車輪は従動
輪として用い、通常の車輪のみで走行、操舵を行うこと
ができるから、操舵抵抗を皆無若しくは極力低減するこ
とにより円滑な操舵を行うことができる。さらに、第二
実施例に係る発明では、制御装置での内部演算の結果で
は通常路面と判断されてはいるが、走行距離、操舵角検
出値に誤差が含まれていたため、無人走行車が現実には
グレーティングを走行している場合等には、走行路面を
直接検出せしめているため、かかる誤差に基づく制御ミ
スを有効に防止することができる。また、通常路面であ
るとされるエリアに損傷等が生じていたような場合に
も、確実に操舵を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の走行装置の要部を表わす断面図であ
る。

【図２】本発明の走行装置を表わす断面図である。

【図３】無人走行車の一例である全方向移動車を表わす
側面図である。

【図４】無人走行車の一例である全方向移動車を表わす
正面図である。

【図５】全方向移動車の制御ブロックダイアグラムであ
る。

【図６】本発明の作用を説明するための概念図である。

【符号の説明】

１ 全方向移動車 １１ 走行モータ １８ 垂直軸 ２２ タイヤ ２３ ステアリングモータ ２８ 旋回ギヤケース ３３ 偏寄部 ３４ 補助車輪 ３５ 補助タイヤ ３６ 支承体 ３９ 電磁クラッチ ４８ 旋回中心軸 ５３ 路面状態検出装置

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車体下面から垂下する垂直軸と、該垂直
   軸から側方に偏寄した位置に、電動機にて回転駆動され
   る走行車輪を備えると共に、前記垂直軸を支承するギヤ
   ケースを車体に対し旋回動自在に支承してなる走行装置
   を具えた無人走行車において、前記走行車輪と同軸に、
   略同径の補助車輪が前記ギヤケースの偏寄部に旋回中心
   軸よりに回動自在に支承され、かつ前記ギヤケースに対
   し弾性的に支持されると共に、前記電動機のトルクを前
   記補助車輪に伝達、遮断しうるクラッチを具えてなる無
   人走行車の走行装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の無人走行車の走行装置に
   おいて、無人走行車には路面を検出する路面状態検出セ
   ンサを設け、該路面状態検出センサの検出信号に基づき
   前記クラッチの伝達、遮断を制御する制御装置を具えて
   なる無人走行車の走行装置。
3. 【請求項３】 請求項１乃至請求項２記載の無人走行車
   の走行装置において、前記走行車輪の半径を、前記ギヤ
   ケースの旋回中心軸から走行車輪の肉厚中心までの水平
   距離と、前記ギヤケースの旋回中心軸を中心として回動
   する軸を減速する減速比との積に一致せしめてなる無人
   走行車の走行装置。