JP3501044B2 - 全方向移動台車 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は全方向に移動させる
ことができるパワーアシスト型の全方向移動台車に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】台車として人力で駆動するものが広く用
いられているが、積載重量が大きくなるほど、動作が重
い、俊敏な動きが困難、坂道で危険といった問題を有し
ている。電動モータのような駆動源によって動かされる
とともに、駆動源の制御をスイッチ操作で行う動力式台
車もあるが、これは微妙な動作が困難であって、運転操
作に熟練が必要となる。

【０００３】このために、人力を動力によって補助する
パワーアシスト付の台車が提案されている。特開平１０
−６９９６号公報には、手動型の台車に連結して使用さ
れるパワーアシストユニットであって、操作ハンドルに
加えられた操作力を外力検出器で検出して、検出した外
力に応じた駆動力を駆動手段に発生させることで台車の
運行を軽く行うことができるようにしたものが示されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
アシストを行うものでは、加えた操作力が大きければ移
動速度もそれに応じて速くなってしまうが、重量のある
台車の移動速度が速くなりすぎると危険である。このた
めに、移動速度に上限を設定して、その速度以上に速く
なることがないようにすることが考えられるが、全方向
移動が可能な台車の場合、周囲の人にとっては予測しに
くい動きも可能であり、この場合の安全性も確保しよう
とすると、速度制限値をきわめて低くしなくてはなら
ず、この場合、素早い移動ができなくなってしまう。

【０００５】本発明はこのような点に鑑み為されたもの
であり、その目的とするところは安全に且つ素早く運行
することができる全方向移動台車を提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】しかして本発明は、走行
と操舵と転向のための駆動手段と、操作力が加えられる
操作部と、操作部に加えられた操作力を検出する外力検
出手段と、外力検出手段で検出された外力に応じた駆動
力を上記駆動手段に発生させる制御手段とを備えたパワ
ーアシスト型の全方向移動台車であって、移動速度を検
出する速度検出手段を備えて、上記制御手段は移動方向
によって異なる速度制限を行っていることに特徴を有し
ている。速度が速くなりすぎることがなくて、安全なも
のであり、しかも移動方向によって異なる速度制限を行
っているために、たとえば前後方向のように周囲の人に
とって予測しやすい方向の動きの速度制限値は他の方向
の速度制限値よりも高くすることができるために、素早
い移動が可能なものである。

【０００７】これに伴って、左右方向の速度制限値を他
の方向の速度制限値よりも低くしておくのが好ましく、
さらには引き方向についての速度制限値を他の方向につ
いての速度制限値よりも高くしておくのが好ましい。

【０００８】また、操作部に把持位置検知手段を設け
て、該把持位置検知手段の出力で速度制限値を切り換え
るようにしてもよい。

【０００９】推進方向動作時に左右方向動作についての
速度制限値を最小値とするのも好ましく、特に左右一対
の互いに独立駆動される駆動車輪を走行用及び操舵用と
しているとともに、一対の駆動車輪が取り付けられてい
るベースを鉛直軸回りに回転させる転向用回転手段を備
えた全方向移動台車である場合には、所定の進行方向動
作時には回転手段の動作を禁止するものであってもよ
い。

【００１０】操作部に加えられた操作力を検出する検出
手段は、操作部に加えられた推進方向の力と、操舵方向
の力と、水平面内のモーメントとを検出する外力検出器
を好適に用いることができる。

【００１１】そして、この全方向移動台車は、配膳車と
して好適に用いることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下本発明を図示の実施例に基づ
いて詳述すると、図２は配膳車として形成されたパワー
アシスト型の全方向移動台車の一例を示しており、操作
者の手から操作部２に加えられた力は、外力検出手段３
で検出され、検出された力検出値に基づいてＣＰＵから
なる演算手段において、前後方向、操舵のための左右方
向、転向のための回転方向への必要駆動力が演算され
る。また演算手段は、演算した必要駆動力を発生させる
ために必要な各駆動源の駆動力も演算し、演算された力
はそれぞれの駆動源の制御手段を通して各駆動源に分離
出力される。これらを制御周期毎に繰り返すことで、操
作者の意図に沿ったパワーアシストを行う。

【００１３】上記操作部２と外力検出手段３について説
明すると、操作部２は、図３及び図４に示すように、車
体１の前面に設けた横長のバーハンドルとして形成して
あり、操作部２両端は前後方向に撓み自在な板ばね２
０，２０を介してハンドルベース２１に連結してある。
また、ハンドルベース２１はその左右両端部を左右方向
に撓み自在な板ばね２２，２２を介して車体１に連結し
てある。

【００１４】そして外力検出手段３は、ここでは板ばね
２０，２０の前後の撓み（変位）ｄｒ，ｄｌを夫々距離
変化として渦電流変化を利用して検出するギャップセン
サ３０，３０と、板ばね２２の左右の撓み（変位）ｄｃ
を距離変化として渦電流変化を利用して検出するギャッ
プセンサ３１とで構成してある。

【００１５】このものにおいて、操作部２に引く方向の
力Ｆｈｘを加えたならば、図５(a)に示すように、一対
の板ばね２０，２０が同方向に撓み、操作部２に左右方
向の力Ｆｈｙを加えたならば、図５(b)に示すように、
両板ばね２０，２０は互いに逆方向に撓むとともに板ば
ね２１が撓み、さらに水平面内でのモーメントＭｈを操
作部２に加えたならば、図５(c)に示すように、両板ば
ね２０，２０は互いに逆方向に撓む（この時、板ばね２
１の撓みｄｃは０）。

【００１６】従って、ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４を定数と
すると、 Ｆｈｘ＝ｋ１×（ｄｒ＋ｄｌ） Ｆｈｙ＝ｋ２×ｄｃ Ｍｈ＝ｋ３×（ｄｒ−ｄｌ）＋ｋ４×ｄｃ で求めることができる。なお、上記定数ｋ１，ｋ２，ｋ
３，ｋ４は実験によって求めることができる。また、力
Ｆｈｘ，Ｆｈｙの合力の大きさと方向とを（Ｆｐ，θ）
で表すと、 Ｆｐ＝（Ｆｈｘ²＋Ｆｈｙ²）^1/2 θ＝ｔａｎ^-1（Ｆｈｙ／Ｆｈｘ） となることから、（Ｆｐ，θ，Ｍｈ）を上記３軸力セン
サとしての外力検出器３で求めることができる。

【００１７】次に全方向移動を可能としている駆動手段
について説明すると、これは図３及び図７に示すよう
に、車体１の底部に転向のためのステアリング用モータ
Ｍθによって鉛直軸回りに回転駆動される回転テーブル
４０を設けて、この回転テーブル４０に左右一対の駆動
輪４１，４１と、これら駆動輪４１，４１を個別に駆動
するモータＭｒ，Ｍｌを取り付けている。また、車体１
の前端側にはキャスター４４，４４を取り付けている。
図中４５はモータＭθ取り付け用のブラケットである。

【００１８】一対の駆動輪４１，４１を前方に向けた状
態で両駆動輪４１，４１を等速で前進回転させれば、車
体１は前方へと進み、逆方向に等速で回転させれば後退
する。左右の駆動輪４１，４１を不等速で前進させれ
ば、車体１は駆動輪４１，４１の速度差に応じた旋回半
径で旋回しながら前進する。さらに、左右の駆動輪４
１，４１を等速で且つ相互に逆方向に駆動すれば、車体
１はその場旋回を行う。また、モータＭθによって回転
テーブル４０を回転させることで、左右一対の駆動輪４
１，４１が向く方向を変える転向ができるために、この
全方向移動台車は、図８に示すように、横移動及び斜め
平行移動も含む動きが可能となっている。

【００１９】次に、上記各モータＭθ，Ｍｒ，Ｍｌの駆
動制御について説明すると、基本的には図６に示すよう
に、外力検出器３で求めた外力の大きさと方向に応じ
て、総計３つのモータＭθ，Ｍｒ、Ｍｌの出力を計算し
て、これらモータＭθ，Ｍｒ、Ｍｌを駆動する。この
時、駆動輪４１，４１用の２駆動源Ｍｒ，Ｍｌの速度検
出を速度センサＳｓで行い、ステアリング用モータＭθ
の角度検出を角度検出用エンコーダーＳωで行う。上記
出力計算にあたっては、図９(a)に示すように、力検出
値に駆動源のトルクが単純比例するようにしてもよい
が、図９(b)に示すように、力検出値が微小である場合
には出力をゼロに保つ不感帯を設定することが好まし
い。尚、図９における線分の傾きは力増幅率を表してい
る。

【００２０】そして、速度及び角速度が夫々所定値を越
えた時には、図１０（図中の線分の傾きは速度制限率）
に示すように、進行方向と逆方向のトルク、すなわち制
動がかかるようにしている。

【００２１】モータＭｒの速度をＶｒ、モータＭｌの速
度をＶｌ、制限速度をＶ０、制限角速度をω０、駆動輪
４１，４１の間隔をｄとすると、推進方向の速度Ｖｘ及
び旋回の角速度ωは Ｖｘ＝（Ｖｒ＋Ｖｌ）／２ ω＝（Ｖｒ−Ｖｌ）／ｄ となり、推進方向の力増幅率をＧｐ、旋回方向の力増幅
率をＧｓとすると、Ｖｘ＜Ｖ０であれば、推進力Ｆｍｘ
は Ｆｍｘ＝Ｆｐ×Ｇｐ Ｖｘ＞Ｖ０の時、 Ｆｍｘ＝Ｆｐ×Ｇｐ−（Ｖｘ−Ｖ０）×速度制限率 ω＜ω０の時、旋回力Ｆｍｙは Ｆｍｙ＝Ｍｈ×Ｇｓ×ｄω＞ω０の時、 Ｆｍｙ＝Ｍｈ×Ｇｓ×ｄ−（ω−ω０）×角速度制限率 となる。よって、モータＭｒへの出力ＦｒとモータＭｌ
への出力Ｆｌ及びモータＭθによる回転テーブル４０の
角度（ステアリング角度）αは Ｆｒ＝（Ｆｍｘ＋Ｆｍｙ）／２ Ｆｌ＝（Ｆｍｘ−Ｆｍｙ）／２ α＝θ となる。

【００２２】このように速度制限を加えた状態でパワー
アシストを行うことから、危険と思われる速度にまで速
度があがってしまうことがなく、安全に運行することが
できるものである。ただし、上記速度制限は、移動の全
方向について同じ速度で制限をかけるのではなく、移動
方向によって異なる速度で制限をかけている。

【００２３】すなわち、図１及び図１１に示すように、
外力検出器３で検出された外力の方向がほぼ前後方向
（−３°＜θ＜３°）である時には人間の歩く速さ程度
である４ｋｍ／ｈで制動をかけるが、外力の方向が他の
方向である時には、１ｋｍ／ｈで制動をかけるようにし
ている。なお、前後方向の移動の場合は速度制限値を無
限大としていても、つまりは速度制限無しとしていても
よい。

【００２４】斜め平行移動や横移動は台車として珍しい
移動であり、他の人にとって予測しがたい動きをしてい
ることになるために、前後方向以外の方向の動きの速度
制限値を低くすることで、安全性を高くすることができ
るものであり、しかも移動の主たる方向である前後方向
については速度制限値を高くしているために、素早い移
動が可能なものである。

【００２５】図１２及び図１３に示すように、操作部２
に加えられた外力が引き方向（−３°＜θ＜３°であり
且つＦｘ＞０）である場合にのみ、４ｋｍ／ｈで制動を
かけ、外力の方向が他の方向である時には、１ｋｍ／ｈ
で制動をかけるようにしてもよい。台車の高さが高い
と、押して移動する時（後退時）は先が見えないことに
なるために、後退時についても速度制限値を低くしてい
るのである。

【００２６】操作部２に把持位置検知手段を設けて、把
持位置検知手段の出力で速度制限値を切り換えるように
してもよい。把持位置検知手段としては、図１４に示す
ように、横長のバーハンドルである操作部２の左右両端
部と中央部とに夫々スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を
配置し、図１５に示すような判断フローを用いること
で、操作部２を片手で把持している（この場合、操作部
２の中央部を握ることになる）か、操作部２を両手で把
持しているかを判断することができる。

【００２７】そして、片手で操作している場合で且つ前
後方向移動の場合は、図１６(b)に示すように、前進に
ついては４ｋｍ／ｈで、後退については１ｋｍ／ｈで制
動をかけ、他の方向については１ｋｍ／ｈで制動をかけ
るものとし、両手で操作している場合は、幅寄せや前後
と横と回転との複合動作を行わせる場合であることか
ら、たとえ実際に加えている力が引き方向のみであって
も、図１７に示すように基本的に１ｋｍ／ｈで制動をか
けるものとする。両手で操作部２を握った状態で引き操
作することは起動時以外はあまり考えられないことか
ら、上記のような制御を行うことで、より安全性を高め
ることができる。

【００２８】また、平面内で全方向移動が可能となって
いる全方向移動台車は、４輪キャスター的感覚で操作し
やすいが、引き操作の場合、操作部２と反対側が左右に
振れやすい。このために、図１８に示すように、推進方
向動作時には左右方向動作についての速度制限値を最小
値（ここではゼロ）とするのも好ましい。いわゆる尻振
り現象を生じることがなくなる。

【００２９】ところで、モータＭｒ、Ｍｌで夫々駆動さ
れる駆動輪４１，４１で走行及び操舵を、回転手段であ
るモータＭθで両駆動輪４１，４１を旋回させてステア
リングを変更する上記全方向移動台車においては、所定
の進行方向動作時にはモータＭθの動作を禁止して固定
状態とするのも好ましい。これは、Ｆｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍ
ｈのうち、左右方向に関係するＦｈｙ方向の力出力に制
限を加えることで実現することができる。すなわち、 Ｆｈｘ＝ｋ１×（ｄｒ＋ｄｌ） Ｆｈｙ＝ｋ２×ｄｃ Ｍｈ＝ｋ３×（ｄｒ−ｄｌ）＋ｋ４×ｄｃ のうち、Ｆｈｙについての式を Ｆｈｙ＝ｋ２’×ｋ２×ｄｃ としてｋ２’＝０程度とすることで、Ｆｈｙ≒０とする
ことができ、 Ｆｐ＝（Ｆｈｘ²＋Ｆｈｙ²）^1/2≒Ｆｈｘ θ＝ｔａｎ^-1（Ｆｈｙ／Ｆｈｘ）≒０ となる。これでα＝θ≒０となり、左右方向に振れなく
なる。引き動作時には純粋な２車輪駆動の駆動機構とな
るわけであり、操作の感覚が掴みやすくなる。

【００３０】なお、ここでは検出した外力に応じたトル
クを駆動部に発生させるものを示したが、外力に応じた
速度あるいは加速度を発生させるものであってもよく、
いずれの場合も上記の速度制限を同様にして適用するこ
とができる。

【００３１】また、ここでは前後方向移動が主たる移動
方向となる配膳車を例にとったために、前後方向（特に
引き方向）の速度制限値を他の方向の速度制限値よりも
高くしているものを示したが、速度制限値を高くする移
動方向（速度制限値を低くする移動方向）は上記の例に
限定されるものではなく、要はその台車にとって安全性
を確保しやすい方向の移動については速度制限値を高く
し（もしくは速度制限無しとし）、安全性を確保しにく
い方向の移動については速度制限値を低くすればよいも
のである。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明においては、走行と
操舵と転向のための駆動手段と、操作力が加えられる操
作部と、操作部に加えられた操作力を検出する外力検出
手段と、外力検出手段で検出された外力に応じた駆動力
を上記駆動手段に発生させる制御手段とを備えたパワー
アシスト型の全方向移動台車において、移動速度を検出
する速度検出手段を備えて、上記制御手段は移動方向に
よって異なる速度制限を行っているために、速度が速く
なりすぎることがなくて、安全なものであり、しかも周
囲の人にとって予測しやすい方向の動きと予測しにくい
方向の動きとで異なる速度制限を行うことができるため
に、移動についての主たる方向である前後方向について
は速度制限値を高くすることができ、全方向移動につい
て速度制限によって十分な安全性を確保しつつ、素早い
移動も可能とすることができる。

【００３３】これに伴って、左右方向の速度制限値を他
の方向の速度制限値よりも低くしておくのが素早い移動
を確保しつつ、予測しにくい動きについての安全性を高
めることができる点で好ましく、さらには引き方向につ
いての速度制限値を他の方向についての速度制限値より
も高くしておくと、素早い移動と安全性を確保しにくい
方向への移動についての安全性確保とを図ることができ
る。

【００３４】また、操作部に把持位置検知手段を設け
て、該把持位置検知手段の出力で速度制限値を切り換え
るならば、操作者が操作する体勢に応じてより適切な安
全性確保を行うことができる。

【００３５】推進方向動作時に左右方向動作についての
速度制限値を最小値とするのも、不要な左右振れを防ぐ
ことができて好ましいものとなる。この時、左右一対の
互いに独立駆動される駆動車輪を走行用及び操舵用とし
ているとともに、一対の駆動車輪が取り付けられている
ベースを鉛直軸回りに回転させる転向用の回転手段を備
えた全方向移動台車である場合には、所定の進行方向動
作時に回転手段の動作を禁止することによって、左右振
れを簡単に防ぐことができる。

【００３６】操作部に加えられた操作力を検出する検出
手段は、操作部に加えられた推進方向の力と、操舵方向
の力と、水平面内のモーメントとを検出する外力検出器
を用いることで、必要とする方向の力検出を簡単に行う
ことができる。

【００３７】そして、この全方向移動台車は、重くて背
の高い配膳車に適用した場合、実用的価値がきわめて高
いものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例の動作を示すフロー
チャートである。

【図２】(a)は同上の斜視図、(b)はブロック図である。

【図３】同上の透視図である。

【図４】同上の操作部及び外力検出手段の平面図であ
る。

【図５】(a)(b)(c)は外力検出手段の動作説明図であ
る。

【図６】同上の基本制御フローを示すフローチャートで
ある。

【図７】同上の駆動部を示すもので、(a)は正面図、(b)
は底面図である。

【図８】(a)(b)は動作を示す平面図である。

【図９】(a)(b)はパワーアシストについての説明図であ
る。

【図１０】同上の速度制限についての説明図である。

【図１１】(a)は同上の前後方向移動の場合の説明図、
(b)は同上の斜めや横移動の場合の説明図である。

【図１２】さらに他例のフローチャートである。

【図１３】(a)は同上の前後方向移動の場合の説明図、
(b)は同上の斜めや横移動の場合の説明図である。

【図１４】操作部の他例の平面図である。

【図１５】同上の動作説明図である。

【図１６】(a)は片手操作の状態を示す部分平面図、(b)
は片手操作で引き方向移動の場合の説明図、(c)は片手
操作で斜めや横移動の場合の説明図である。

【図１７】(a)は両手操作の状態を示す部分平面図、(b)
は両手操作で引き方向移動の場合の説明図、(c)は両手
操作で斜めや横移動の場合の説明図である。

【図１８】さらに他例を示すもので、(a)は引き方向移
動の場合の説明図、(b)は横移動の力成分が入った場合
の説明図である。

【符号の説明】

１ 車体 ２ 操作部 ３ 外力検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 裕史 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (56)参考文献 特開2001−71927（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B62B 3/00 B62D 9/00

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行と操舵と転向のための駆動手段と、
   操作力が加えられる操作部と、操作部に加えられた操作
   力を検出する外力検出手段と、外力検出手段で検出され
   た外力に応じた駆動力を上記駆動手段に発生させる制御
   手段とを備えたパワーアシスト型の全方向移動台車であ
   って、移動速度を検出する速度検出手段を備えて、上記
   制御手段は移動方向によって異なる速度制限を行ってい
   ることを特徴とする全方向移動台車。
2. 【請求項２】 左右方向の速度制限値を他の方向の速度
   制限値よりも低くしていることを特徴とする請求項１記
   載の全方向移動台車。
3. 【請求項３】 引き方向についての速度制限値を他の方
   向についての速度制限値よりも高くしていることを特徴
   とする請求項１または２記載の全方向移動台車。
4. 【請求項４】 操作部に把持位置検知手段を設けて、該
   把持位置検知手段の出力で速度制限値を切り換えること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の全方
   向移動台車。
5. 【請求項５】 推進方向動作時に左右方向動作について
   の速度制限値を最小値とすることを特徴とする請求項１
   〜３のいずれか１項に記載の全方向移動台車。
6. 【請求項６】 左右一対の互いに独立駆動される駆動車
   輪を走行用及び操舵用としているとともに、一対の駆動
   車輪が取り付けられているベースを鉛直軸回りに回転さ
   せる転向用回転手段を備えた全方向移動台車であって、
   所定の進行方向動作時には回転手段の動作を禁止してい
   ることを特徴とする請求項５記載の全方向移動台車。
7. 【請求項７】 操作部に加えられた操作力を検出する検
   出手段は、操作部に加えられた推進方向の力と、操舵方
   向の力と、水平面内のモーメントとを検出する外力検出
   器であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項
   に記載の全方向移動台車。
8. 【請求項８】 配膳車であることを特徴とする請求項１
   〜７のいずれか１項に記載の全方向移動台車。