JP3826687B2 - 全方向移動台車 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全方向移動台車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、人誘導型台車としては、特開平８−２８２４９８号公報記載のパワーアシスト付運搬車が提案されている。このパワーアシスト付運搬車では車体に備えられた操作部に加えた外力に応じたアシスト力が走行兼操舵用駆動車輪に加えられる。しかしながら、この公報の実施例中のパワーアシスト付運搬車の走行兼操舵用駆動車輪にあっては、左右１対に線対称に配置した２つの駆動車輪の回転数差を制御することによって走行兼操舵用駆動車輪を実現しているに過ぎないため、横ずさり移動や斜め移動ができず、台車の駆動方向性のフレキシビリティが極めて乏しい。また、これに伴って操作部に加えた外力を検出するための構成も、走行のための前後の推進方向と操舵のための回転方向（正確には左右方向）の外力を検出するだけとなっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、従来の人誘導型台車としては実現されなかった、全方向に移動可能な駆動方向性に極めてフレキシビリティのある全方向移動台車を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る全方向移動台車は、全方向移動可能な駆動車輪１と、駆動車輪１を駆動する駆動部２と、操作者が操作力を加える操作部３を備えた車体４と、前記操作部３に加えられた操作力Ｈを検出する操作力検出手段５とを有し、上記全方向移動可能な駆動車輪１が、ボールホイールやユニバーサルホイール等の全方向駆動車輪であって、該全方向駆動車輪を少なくとも３個備え、車体４に搭載した制御手段６によって、車体４を前後方向に駆動させる駆動要素Ｄ₁と車体を左右方向に駆動させる駆動要素Ｄ₂と車体を旋回させる駆動要素Ｄ₃から規定される駆動系の駆動要素値Ｄを操作力検出手段５で検出された操作力Ｈに応じて最適化し、得られた駆動系の駆動要素値Ｄに応じて各駆動車輪１を駆動するものであり、且つ全方向移動台車の使用時の重心位置Ｇに作用する、車体４を前後方向に駆動させる駆動要素Ｄ _1(G) と車体を左右方向に駆動させる駆動要素Ｄ _2(G) と車体を旋回させる駆動要素Ｄ _3(G) を駆動系の駆動要素値Ｄとして用いるものであることを特徴とする。
【０００５】
また、前記制御手段６への入力手段を前記操作力検出手段５とは別に設けてもよい。
【０００６】
また、車体４に搭載した制御手段６によって、車体４を前後方向に駆動させる駆動要素Ｄ₁と車体４を左右方向に駆動させる駆動要素Ｄ₂と車体４を旋回させる駆動要素Ｄ₃から規定される駆動系の駆動要素値を操作力検出手段５で検出された操作力Ｈに応じて最適化するにあたり、前後方向の駆動要素値は検出された前後方向の力ｆｈｘに対して第１のゲインＫｘを掛けたものから最適化し、左右方向の駆動要素値は検出された左右方向の力ｆｈｙに対して第２のゲインＫｙを掛けたものから最適化し、さらに旋回方向の駆動要素値は検出された旋回方向の力ｆｈψに対して第３のゲインＫψを掛けたものと左右方向の力ｆｈｙに第４のゲインＫｙψを掛けたものとの和から最適化するようにしてもよい。
【０００７】
また、全方向移動台車の駆動方向の自由度を前後、左右、旋回の３自由度と、前後、旋回の２自由度とに切り替えられるようにしたり、全方向移動台車の駆動方向の自由度を前後、左右の２自由度と、前後、旋回の２自由度とに切り替えられるようにしたり、全方向移動台車の駆動方向の自由度を前後、旋回の２自由度と、左右の１自由度とに切り替えられるようにしてもよい。
【０００８】
この場合、全方向移動台車の駆動方向の自由度切替が切替スイッチ８によって行われるか、操作部３を複数個設けて、操作者がいずれの操作部３で操作するかによって駆動方向の自由度が切り替わるようにすればよい。
【０００９】
また、車体４に搭載した制御手段６は、左右方向の移動時のみ、車体４の左右方向の障害物を検知する障害物検知手段６０の出力を受けて警報の出力もしくは停止を行うものであってもよい。
【００１０】
また、操作力検出手段５は、１つの操作部３に加えられた操作力Ｈの車体前後方向の分力Ｈ₁と車体左右方向の分力Ｈ₂と車体旋回方向モーメントＨ_Mとを検出するものを好適に用いることができる。
【００１１】
この時、操作部３と操作部ベース９とを操作力Ｈに応じて車体前後方向に相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)が生じる機構１０ｌ，１０ｒにより左右２ヵ所で接続し、前記操作部ベース９に操作力Ｈに応じて車体４に対して車体左右方向に相対的変位ｄ₂が生じる機構１１を設けると共に前記各相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)，ｄ₂を検出する変位検出手段１２ａ，１２ｂ，１２ｃを設け、検出した各相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)，ｄ₂から操作力Ｈの車体前後方向の分力Ｈ₁と車体左右方向の分力Ｈ₂と車体旋回方向モーメントＨ_Mとを検出すればよい。
【００１２】
また、操作部３の把持部１３が操作力Ｈに応じて操作部３に対して車体左右方向に相対的変位ｄ₂を生じる機構１４を設けると共に前記相対的変位ｄ₂を検出する変位検出手段１６ａを設け、操作部３と車体４とを操作力Ｈに応じて車体前後方向に相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)が生じる機構１５ｌ，１５ｒにより左右２ヵ所で接続すると共に前記左右２ヵ所で生じる各相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)を検出する変位検出手段１６ｂ，１６ｃを設け、検出した各相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)，ｄ₂から操作力Ｈの車体前後方向の分力Ｈ₁と車体左右方向の分力Ｈ₂と車体旋回方向モーメントＨ_Mとを検出してもよい。
【００１３】
更には、操作力Ｈに応じて操作部３の操作部ベース９に対して左右に生じる車体前後方向の相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)を夫々ｄｌ，ｄｒ、操作部ベース９の車体４に対して生じる車体左右方向の相対的変位ｄ₂をｄｃ、操作力Ｈの車体前後方向の分力Ｈ₁及び車体左右方向の分力Ｈ₂及び車体旋回方向モーメントＨ_MをＦｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈとすると、Ｆｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈとｄｌ，ｄｒ，ｄｃ間の線形性から、比例定数ｋ₁，ｋ₂，ｋ₃，ｋ₄を実験で求め、操作力検出手段５の演算部にて下記式
Ｆｈｘ＝ｋ₁×（ｄｒ＋ｄｌ）
Ｆｈｙ＝ｋ₂×ｄｃ
Ｍｈ＝ｋ₃×（ｄｒ−ｄｌ）＋ｋ₄×ｄｃ
により、Ｆｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈを求めればよい。
【００１４】
また、操作力検出手段５は、１つの操作部３に加えられた操作力Ｈの車体前後方向の分力Ｈ₁と車体左右方向の分力Ｈ₂と車体旋回方向モーメントＨ_Mとを検出するにあたっては、操作部３と車体４とを左右２ヵ所で接続すると共に前記左右２ヵ所の接続部１７に該接続部１７に作用する車体前後方向の力Ｉ_1(l)，Ｉ_1(r)と車体左右方向の力Ｉ_2(l)，Ｉ_2(r)を検出する力センサー１８を夫々配設し、検出した左右の接続部１７に作用する車体前後方向の力Ｉ_1(l)，Ｉ_1(r)と車体左右方向の力Ｉ_2(l)，Ｉ_2(r)から、操作力Ｈの車体前後方向の分力Ｈ₁と車体左右方向の分力Ｈ₂と車体旋回方向モーメントＨ_Mとを検出してもよい。
【００１５】
この時、操作力Ｈに応じて左側接続部１７ｌに生じる車体前後方向の力Ｉ_1(l)と車体左右方向の力Ｉ_2(l)をＦｌｘ，Ｆｌｙ、右側接続部１７ｒに生じる車体前後方向の力Ｉ_1(r)と車体左右方向の力Ｉ_2(r)をＦｒｘ，Ｆｒｙ、操作力Ｈの車体前後方向の分力Ｈ₁及び車体左右方向の分力Ｈ₂及び車体旋回方向モーメントＨ_MをＦｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈとすると、ＭｈとＦｌｘ，Ｆｒｘ間の線形性から、比例定数ｋ₅を実験で求め、操作力検出手段５の演算部にて下記式
Ｆｈｘ＝Ｆｒｘ＋Ｆｌｘ
Ｆｈｙ＝Ｆｒｙ＋Ｆｌｙ
Ｍｈ＝ｋ₅×（Ｆｒｘ−Ｆｌｘ）
により、Ｆｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈを求めればよい。
【００１６】
また、操作部３と車体４とを操作力Ｈに応じて車体前後方向に相対的変位が生じる機構２１ｌ，２１ｒにより左右２ヵ所で接続すると共に前記左右２ヵ所で生じる各相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)を検出する変位検出手段２２ａ，２２ｂを設け、検出した各相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)から操作力Ｈの車体前後方向の分力Ｈ₁と車体左右方向の分力Ｈ₂と車体旋回方向モーメントＨ_Mとを検出するものも好適に用いることができる。
【００１７】
この時、操作力Ｈに応じて生じる前記各相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)の内、左側の相対的変位ｄ_1(l)をｄｌ、右側の相対的変位ｄ_1(r)をｄｒ、操作力Ｈの車体前後方向の分力Ｈ₁及び車体左右方向の分力Ｈ₂及び車体旋回方向モーメントＨ_MをＦｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈとすると、Ｆｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈとｄｌ，ｄｒ間の線形性から、比例定数ｋ₆，ｋ₇，ｋ₈を実験で求め、操作力検出手段５の演算部にて下記式
Ｆｈｘ＝ｋ₆×（ｄｒ＋ｄｌ）
Ｆｈｙ＝ｋ₇×（ｄｒ−ｄｌ）
Ｍｈ＝ｋ₈×（ｄｒ−ｄｌ）
により、Ｆｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈを求めればよい。
【００１８】
また操作力検出手段５からの出力値の所定時間内の変化量をもとに断線を判定する断線判定手段を備えるとともに、該断線判定手段は車体４の速度に応じて上記判定のための所定時間の値を変更するものも好ましい。
【００１９】
また、全方向移動可能な駆動車輪１が、ユニバーサルホイールタイプの全方向駆動車輪であって、４個以上の偶数個の駆動車輪１が車体に左右対称に且つ左右に並ぶ対の駆動車輪１の駆動軸１ａの交点が車体４の左右方向中央に位置するものとして配置されているとともに、左右に並ぶ対の駆動車輪１の駆動軸１ａが車体の前後方向軸となす角度θがすべて同じであり、さらに上記対の駆動車輪１は車体の前後方向において離れて配置されているものが好ましい。
【００２０】
また、全方向移動可能な駆動車輪１が、ボールホイールやユニバーサルホイール等の全方向駆動車輪であって、該駆動車輪１を操作部３から離れている側に多く配置しているものであってもよい。
【００２１】
この場合、駆動車輪１の両側に自在車輪２３を配置することが好ましい。
【００２２】
また、全方向移動可能な駆動車輪１と車体４とを繋ぐ連結部２４にその長さが駆動車輪１の接地する接地面２５の凹凸に応じて上下に伸縮し、尚且つ連結部２４の伸縮範囲内において駆動車輪１が接地面２５に対して一定値以上の押付力で作用する駆動車輪押付機構を設けたものも好ましい。
【００２３】
また、操作者の手が操作部３から離れたことを検知する手段の出力を受けて制御手段６は車体を停止させるものであってもよい。
【００２４】
この場合、操作者の手が操作部３から離れたことを検知する手段の出力を受けて制御手段６は制御中心ＣＣにおける車体速度を徐々に低下させて停止させることが好ましい。
【００２５】
そして制御手段６は、操作者の手が操作部３に触れていることを検知する手段の出力を受けて通常制御に戻すものであることが好ましい。
【００２６】
また、車体４に搭載した制御手段６において、車体４を前後方向に駆動させる駆動要素Ｄ₁と車体４を左右方向に駆動させる駆動要素Ｄ₂と車体４を旋回させる駆動要素Ｄ₃として車体４を前後方向に駆動させる駆動力Ｆ₁と車体左右方向推進力Ｆ₂と車体旋回モーメントＭを設定し、これら駆動要素Ｄ₁，Ｄ₂，Ｄ₃から規定される駆動系の駆動要素値Ｄを操作力検出手段５で検出された操作力Ｈに応じて最適化し、得られた駆動系の駆動要素値Ｄに応じて各駆動車輪１の駆動力ｆ_i（ｉ＝１，…，ｎ）を演算し、演算により得られた各駆動車輪１の駆動力ｆ_i（ｉ＝１，…，ｎ）となるよう各駆動車輪１に駆動力ｆ_i（ｉ＝１，…，ｎ）を発生させるものを好適に用いることができる。
【００２７】
この時、車体４に搭載した制御手段６において、車体４を前後方向に駆動させる駆動要素Ｄ1と車体を左右方向に駆動させる駆動要素Ｄ₂と車体を旋回させる駆動要素Ｄ₃として車体前後方向速度υ₁と車体左右方向速度υ₂と車体旋回方向速度υ₃を設定し、これら駆動要素Ｄ₁，Ｄ₂，Ｄ₃から規定される駆動系の駆動要素値Ｄを操作力検出手段５で検出された操作力Ｈに応じて最適化し、得られた駆動系の駆動要素値Ｄに応じて各駆動車輪１の駆動速度υ_i（ｉ＝１，…，ｎ）を演算し、演算により得られた各駆動車輪１の駆動速度υ_i（ｉ＝１，…，ｎ）となるよう各駆動車輪１に駆動力ｆ_i（ｉ＝１，…，ｎ）を発生させるとよい。
【００２８】
また、車体４に搭載した制御手段６において、車体４を前後方向に駆動させる駆動要素Ｄ₁と車体を左右方向に駆動させる駆動要素Ｄ₂と車体を旋回させる駆動要素Ｄ₃として車体前後方向加速度α₁と車体左右方向加速度α₂と車体旋回方向加速度α₃を設定し、これら駆動要素Ｄ₁，Ｄ₂，Ｄ₃から規定される駆動系の駆動要素値Ｄを操作力検出手段５で検出された操作力Ｈに応じて最適化し、得られた駆動系の駆動要素値Ｄに応じて各駆動車輪１の駆動加速度ａ_i（ｉ＝１，…，ｎ）を演算し、演算により得られた各駆動車輪１の駆動加速度ａ_i（ｉ＝１，…，ｎ）となるよう各駆動車輪１に駆動力ｆ_i（ｉ＝１，…，ｎ）を発生させるものであってもよい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例を図１乃至図６に示す。図１は本発明の全方向移動台車の一例である配膳車を示し、図４はこの配膳車の車体４に配設される全方向移動可能な駆動車輪１を示すものである。この駆動車輪１は、ユニバーサルホイールタイプの全方向駆動車輪であって、駆動部２である駆動モーター２６のモーター軸に連結された主軸１ａと、この主軸の周りに回転可能な回転枠体１ｂと、この回転枠体１ｂに支持され、主軸１ａに垂直な平面内においてこの主軸１ａの周りに等間隔に配設された４本の支軸１ｃに夫々回転自在に保持された４個のローラー１ｄとからなり、この各ローラー１ｄの支軸１ｃを含む縦断面の外形が主軸１ａを中心とする円の円周の一部を形成することにより４個のローラー１ｄによって主軸１ａを中心として形成される大径ローラー１ｅの主軸１ａを中心とする回転と各ローラー１ｄによる夫々の支軸１ｃを中心とする回転とが可能に構成されたものであり、ローラー１ｄの位置を周方向において半ピッチずらした２つの大径ローラー１ｅが軸方向に並んでいる駆動車輪１を図５に示すように車体４の底面４ｂの前側に１個、その主軸１ａが車体４の前後方向の中心線上に位置するように配設すると共に、車体４の底面４ｂの後側に２個、夫々の主軸１ａの延長線が車体４の前後方向の中心線と略４５°で交わるように車体４の前後方向の中心線に対して線対称に位置するように配設する（尚、以下の説明では車体４の底面４ｂの前側に配設した駆動車輪１を１Ｆ、車体４の底面４ｂの後側左に配設した駆動車輪１を１ＲＬ、車体４の底面４ｂの後側右に配設した駆動車輪１を１ＲＲと呼ぶことにする）。
【００３０】
このように駆動車輪１Ｆ，１ＲＬ，１ＲＲを車体４の底面４ｂに配置することで、駆動車輪１Ｆ，１ＲＬ，１ＲＲを適宜回転駆動させることによって、車体４の前後方向及び左右方向の移動を可能にすると共に、駆動車輪１Ｆ，１ＲＬ，１ＲＲの主軸１ａの延長線が点Ａ（以下、車軸交点Ａと呼ぶ）で交わるため、各駆動車輪１Ｆ，１ＲＬ，１ＲＲの大径ローラー１ｅを適宜回転駆動させることによって、点Ａを中心とした車体４の旋回も可能となる。
【００３１】
車体４の前面４ｆの上部には３個の駆動車輪１Ｆ，１ＲＬ，１ＲＲの主軸１ａの回転中心を含む平面に平行に操作部３となる略円弧状の把持部２７が配設される。操作者はこの操作部３を把持して、意図する方向に配膳車を誘導する。この時、操作部３に操作者が加える操作力Ｈを、操作部３或いは操作部３と車体４の前面４ｆとの接続部に設けられた操作力検出手段５にて検出し、車体４に搭載した制御手段６によって、車体４を前後方向に駆動させる駆動要素Ｄ₁と車体を左右方向に駆動させる駆動要素Ｄ₂と車体を旋回させる駆動要素Ｄ₃から規定される駆動系の駆動要素値Ｄを操作力検出手段５で検出された操作力Ｈに応じて最適化し、得られた駆動系の駆動要素値Ｄに応じて駆動車輪１Ｆ，１ＲＬ，１ＲＲを駆動する。
【００３２】
尚、上記の車体４を前後方向に駆動させる駆動要素Ｄ₁と車体を左右方向に駆動させる駆動要素Ｄ₂と車体を旋回させる駆動要素Ｄ₃とは、全方向移動台車を１つの移動単体と見なした場合に、３つの駆動車輪１Ｆ，１ＲＬ，１ＲＲの力学的要素（駆動力ｆ_i／駆動速度υ_i／駆動加速度ａ_i；ｉ＝１，２，３）の合成で決まる移動単体の力学的要素（推進力Ｆ／速度υ／加速度α）を、移動単体を前後方向に推進させる力学的要素（車体前後方向推進力Ｆ₁／車体前後方向速度υ₁／車体前後方向加速度α₁）と移動単体を左右方向に駆動させる力学的要素（車体左右方向推進力Ｆ₂／車体左右方向速度υ₂／車体左右方向加速度α₂）と移動単体を旋回させる力学的要素（車体旋回モーメントＭ／車体旋回速度υ₃／車体旋回加速度α₃）とに分解することで各々定義されるものであり、駆動系の駆動要素値Ｄとは上記Ｄ₁，Ｄ₂，Ｄ₃の３つの値から定義される行列を指す。
【００３３】
次に上記制御方法について詳述する。図２は上記駆動要素Ｄ₁，Ｄ₂，Ｄ₃として車体前後方向推進力Ｆ₁、車体左右方向推進力Ｆ₂、車体旋回モーメントＭを設定した場合の制御系の基本的なフローチャートを示すものである。まず、操作者の操作部３に加えた操作力Ｈを操作力検出手段５にて検出し、この検出値に基づいて配膳車を１つの移動単体と見なした場合に要求される、車体前後方向推進力Ｆ₁と、車体左右方向推進力Ｆ₂と、車体旋回モーメントＭとを演算する。続いて、このＦ₁，Ｆ₂，Ｍを基にして３つの駆動車輪１Ｆ，１ＲＬ，１ＲＲに求められる駆動力ｆ₁，ｆ₂，ｆ₃を演算し、３つの駆動車輪１Ｆ，１ＲＬ，１ＲＲが演算した駆動力ｆ₁，ｆ₂，ｆ₃となるよう３つの駆動車輪１Ｆ，１ＲＬ，１ＲＲの駆動部２に必要トルクを出力する。
【００３４】
図６は上記演算を導くための全方向移動台車の力学モデル図である。この力学モデル図は、全方向移動台車の３つの駆動車輪１Ｆ，１ＲＬ，１ＲＲの路面との接地部分を作用点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３と見なす。車軸交点Ａから作用点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３までの距離をＬ1，Ｌ2，Ｌ3とし、作用点Ｆ，ＲＬ，ＲＲに車軸交点Ａと作用点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を結ぶ線に対して直角な方向に上記駆動力ｆ₁，ｆ₂，ｆ₃が作用したとする。この時、３つの駆動車輪１Ｆ，１ＲＬ，１ＲＲの駆動力ｆ₁，ｆ₂，ｆ₃の車軸交点Ａにおける合力Ｆとその作用方向φと、合力Ｆの車体を前後方向に駆動させる成分Ｆ₁と、合力Ｆの車体を左右方向に駆動させる成分Ｆ₂及び車軸交点Ａ回りの車体旋回モーメントＭは次式で表せる。
【００３５】
【数１】

【００３６】
上記式より、各駆動車輪１Ｆ，１ＲＬ，１ＲＲの駆動力ｆ_i（ｉ＝１，２，３）を制御することによって、全方向移動台車の車軸交点Ａにおける合力Ｆと車軸交点Ａ回りの車体旋回モーメントＭは制御することができるため、全方向駆動性と最適な駆動力Ｆの実現を可能とする。尚、上記モデルは、駆動車輪１が３つの時のものであるが、駆動車輪１が何個であっても、各駆動車輪１の主軸１ａが１点で交わるのであれば、上記式と同様な関係式に基づいて全方向移動台車の移動方向と駆動力Ｆを制御することができる。
【００３７】
図３は上記理論に基づいた全方向移動台車の駆動特性を制御するためのブロック図である。まず、操作者が操作部３に操作力Ｈを加えると、操作力Ｈが操作部３を介して直接全方向移動台車に加わると共に、操作力検出手段５によって検出された操作力Ｈに応じて適宜駆動車輪１Ｆ，１ＲＬ，１ＲＲにアシスト力Ｆａ₁，Ｆａ₂，Ｆａ₃が働く。このアシスト力Ｆａ₁，Ｆａ₂，Ｆａ₃は、次の流れで決定される。まず、操作力検出手段５によって検出した操作力Ｈより、操作力の車体前後方向の分力Ｈ₁と、操作力の車体左右方向の分力Ｈ₂と、操作力の車体左右方向の分力Ｈ_Mとに分解し、これらに予め設定したアシストゲイン（力増倍率）を乗じて、全方向移動台車を１つの移動単体と見なした場合の、車体前後方向推進力Ｆ₁と、車体左右方向推進力Ｆ₂と、車体旋回モーメントＭとで規定される駆動系の駆動要素値Ｄを演算する。
【００３８】
次に前述の関係式より、駆動車輪１Ｆ，１ＲＬ，１ＲＲに求められる駆動力ｆ₁，ｆ₂，ｆ₃を演算し、これらｆ₁，ｆ₂，ｆ₃をアシスト力Ｆａ₁，Ｆａ₂，Ｆａ₃として駆動車輪１Ｆ，１ＲＬ，１ＲＲに働かせる。このように車体４に搭載した制御手段６によって、車体４を前後方向に駆動させる駆動要素Ｄ₁と車体を左右方向に駆動させる駆動要素Ｄ₂と車体を旋回させる駆動要素Ｄ₃から規定される駆動系の駆動要素値Ｄを操作力検出手段５で検出された操作力Ｈに応じて最適化し、得られた駆動系の駆動要素値Ｄに応じて各駆動車輪１を駆動することで、従来の人誘導型台車としては、実現されなかった、全方向に移動可能な駆動方向性に極めてフレキシビリティのある全方向移動台車を実現できる。
【００３９】
尚、上記の例でのユニバーサルホイールタイプの駆動車輪１は、４個のローラー１ｄで大径ローラー１ｅが形成されたものとなっているが、このユニバーサルホイールタイプの駆動車輪１は、図７に示すように３個以上のローラー１ｄで大径ローラー１ｅを形成することができる。
【００４０】
本発明の実施の形態の他の例を図８に示す。この全方向移動台車は、使用時の重心位置Ｇに作用する、車体４を前後方向に駆動させる駆動要素Ｄ_1(G)と車体を左右方向に駆動させる駆動要素Ｄ_2(G)と車体を旋回させる駆動要素Ｄ_3(G)を駆動系の駆動要素値Ｄとして用いるものであり、他の構成は前記例と同じである。図８（ａ）の例は、全方向移動台車の任意の点Ｇと操作部３における操作力Ｈの作用点Ｗが車体４の前後方向に距離Ｌ、車体４の左右方向に距離ｌだけ離れている場合を示すものであり、使用時の重心位置Ｇに作用する、車体４を前後方向に駆動させる駆動要素Ｄ_1(G)と車体を左右方向に駆動させる駆動要素Ｄ_2(G)と車体を旋回させる駆動要素Ｄ_3(G)として、使用時の重心位置Ｇに作用する、車体前後方向推進力Ｆ_1(G)、車体左右方向推進力Ｆ_2(G)、車体旋回モーメントＭ_(G)を設定する。この時、操作力Ｈの操作力の車体前後方向の分力Ｈ₁と、操作力Ｈの車体左右方向の分力Ｈ₂と、操作力Ｈの車体旋回方向モーメントＨ_Mと、使用時の重心位置Ｇに作用する、車体前後方向推進力Ｆ_1(G)、車体左右方向推進力Ｆ_2(G)、車体旋回モーメントＭ_(G)との関係は次式で表せる。
【００４１】
Ｆ_1(G)＝Ｈ₁
Ｆ_2(G)＝Ｈ₂
Ｍ_(G)＝Ｈ_M＋Ｈ₂×Ｌ−Ｈ₁×ｌ
上記式よりＦ_1(G)，Ｆ_2(G)，Ｍ_(G)を求め、これらの値より、駆動系の駆動要素値Ｄを決定し、前記例の演算式に従って、各駆動車輪１の駆動力ｆ_i（ｉ＝１，…，ｎ）を求める。尚、図８（ｂ）は、全方向移動台車の使用時の重心位置Ｇが図８（ａ）のものと車体４の左右方向に対称な位置にある場合を示すものである。この場合、Ｄ_1(G)，Ｄ_2(G)，Ｄ_3(G)の内、Ｄ_3(G)、即ち、使用時の重心位置Ｇに作用する車体旋回モーメントＭ_(G)のみが異なり、Ｍ_(G)は次式で表せる。
【００４２】
Ｍ_(G)＝Ｈ_M＋Ｈ₂×Ｌ＋Ｈ₁×ｌ
このように全方向移動台車の使用時の重心位置Ｇに作用する、車体４を前後方向に駆動させる駆動要素Ｄ_1(G)と車体を左右方向に駆動させる駆動要素Ｄ_2(G)と車体を旋回させる駆動要素Ｄ_3(G)を駆動系の駆動要素値Ｄとして用いることにより、操作者の手応えに自然な操作感を与え、新規使用者でも操作し易い全方向移動台車を実現できる。
【００４３】
次に本発明の実施の形態の他の例を図９乃至図１０に示す。この例は、制御手段６への入力手段を操作力検出手段５とは別に設けたものであり、他の構成は第１の例と同じである。図９は制御手段６への入力手段を操作力検出手段５とは別に設けた操作パネル２８の２例を例示したものであり、上側に示す操作パネル２８は、操作者が操作力Ｈを直接加える操作部３の他に車体左右方向の操作を直接行えるジョイスティック２９を設けた例であり、下側に示す操作パネル２８は、操作者が操作力Ｈを直接加える操作部３の他に車体左右方向の操作を直接行える操作スイッチ３０を設けた例である。
【００４４】
この２例のブロック図は図１０に示す通りである。このブロック図から明らかなように操作部３に加わる操作力Ｈを検出する操作力検出手段５の他に全方向移動台車へのインターフェースを別に設けることによって、全方向移動台車の駆動方向を拘束した操作ができるため、限られた空間等で全方向移動台車を操作する際、操作者にとって操作が容易になる。
【００４５】
次に本発明の実施の形態の他の例を図１１乃至図１２に示す。この例は、全方向移動台車の駆動方向の自由度を前後、左右、旋回の３自由度と、前後、旋回の２自由度とに切り替えられることを特徴とするもので、他の構成は第１の例と同じである。図１１は上記のモード切替を切替スイッチ８にて行えるようにしたものであり、そのブロック図は第１の例にて既述のブロック図（図３）において、車体前後方向推進力Ｆ₁と、車体左右方向推進力Ｆ₂と、車体旋回モーメントＭとで規定される駆動系の駆動要素値Ｄの演算プロセスと、駆動車輪１Ｆ，１ＲＬ，１ＲＲに求められる駆動力ｆ₁，ｆ₂，ｆ₃の演算プロセスとの間に前後、左右、旋回の３自由度と、前後、旋回の２自由度の２つの駆動自由度を切り替えるプロセスを設けたものである（図１２）。このブロック図から明らかなように全方向移動台車の駆動方向が前後、左右、旋回の３自由度に駆動可能なモードと前後、旋回の２自由度に駆動可能なモードとに切り替えられることにより、駆動方向性に極めてフレキシビリティのある全方向移動性と左右方向の駆動方向性を拘束した前後・旋回移動性を提供することができるため、操作者の熟練度に応じて操作部の操作特性を設定できる。
【００４６】
次に本発明の実施の形態の他の例を図１３乃至図１４に示す。この例は、全方向移動台車の駆動方向の自由度を前後、左右の２自由度と、前後、旋回の２自由度とに切り替えられることを特徴とするもので、他の構成は第１の例と同じである。図１３は上記のモード切替を切替スイッチ８にて行えるようにしたものであり、そのブロック図は第１の例にて既述のブロック図（図３）において、車体前後方向推進力Ｆ₁と、車体左右方向推進力Ｆ₂と、車体旋回モーメントＭとで規定される駆動系の駆動要素値Ｄの演算プロセスと、駆動車輪１Ｆ，１ＲＬ，１ＲＲに求められる駆動力ｆ₁，ｆ₂，ｆ₃の演算プロセスとの間に前後、左右の２自由度と、前後、旋回の２自由度の２つの駆動自由度を切り替えるプロセスを設けたものである（図１４）。このブロック図から明らかなように全方向移動台車の駆動方向が前後、左右の２自由度に駆動可能なモードと前後、旋回の２自由度に駆動可能なモードとに切り替えられることにより、旋回方向の駆動方向性を拘束した前後・左右移動性と左右方向の駆動方向性を拘束した前後・旋回移動性を提供することができるため、操作者の熟練度に応じて操作部の操作特性を設定できる。
【００４７】
次に本発明の実施の形態の他の例を図１５乃至図１６に示す。この例は、全方向移動台車の駆動方向の自由度を前後、旋回の２自由度と、左右の１自由度とに切り替えられることを特徴とするもので、他の構成は第１の例と同じである。図１２は上記のモード切替を切替スイッチ８にて行えるようにしたものであり、そのブロック図は第１の例にて既述のブロック図（図３）において、車体前後方向推進力Ｆ₁と、車体左右方向推進力Ｆ₂と、車体旋回モーメントＭとで規定される駆動系の駆動要素値Ｄの演算プロセスと、駆動車輪１Ｆ，１ＲＬ，１ＲＲに求められる駆動力ｆ₁，ｆ₂，ｆ₃の演算プロセスとの間に前後、旋回の２自由度と、左右の１自由度の２つの駆動自由度を切り替えるプロセスを設けたものである（図１６）。このブロック図から明らかなように全方向移動台車の駆動方向が前後、旋回の２自由度に駆動可能なモードと左右の１自由度に駆動可能なモードとに切り替えられることにより、左右方向の駆動方向性を拘束した前後・旋回移動性と前後、旋回の駆動方向性を拘束した左右移動性を提供することができるため、操作者の熟練度に応じて操作部の操作特性を設定できる。
【００４８】
尚、図１１乃至図１２の例及び図１３乃至図１４の例及び図１５乃至図１６の例のフローチャートは図１７、図１８、図１９のようになる。このように上記３例とも全方向移動台車の駆動方向の自由度切替が切替スイッチ８によって行われることで、操作者にとって駆動自由度のモード切替操作が容易になると共にヒューマンエラーを未然に防ぐことが可能となる。
【００４９】
次に本発明の実施の形態の他の例を図２０に示す。この例は、操作部３が複数個設けてあり、操作者がいずれの操作部３で操作するかによって駆動方向の自由度が切り替わることを特徴とするものであり、他の構成は第１の例と同じである。図２０は複数個の操作部３を設けた操作パネル２８の３例を例示したものであり、図中左上側に示す操作パネル２８は、操作者が直接加える操作力Ｈの内、操作力Ｈの車体前後方向の分力Ｈ₁と操作力Ｈの操作力の車体旋回方向モーメントＨ_Mを検出できる操作力検出手段５と連結された操作部３と、車体左右方向の操作を直接行えるジョイスティック２９を設けた例であり、図中左下側に示す操作パネル２８は、操作者が直接加える操作力Ｈの内、操作力Ｈの車体前後方向の分力Ｈ₁と操作力Ｈの車体旋回方向モーメントＨ_Mを検出できる操作力検出手段５と連結された操作部３と、車体左右方向の操作を直接行える操作スイッチ３０を設けた例であり、図中右下側に示す操作パネル２８は、操作者が直接加える操作力Ｈの内、操作力Ｈの車体前後方向の分力Ｈ₁と操作力Ｈの車体旋回方向モーメントＨ_Mを検出できる操作力検出手段５と連結された操作部３と、車体前後方向及び車体左右方向及び車体旋回方向の３軸方向の操作が行えるジョイスティック３１を設けた例である。尚、図中右下側に示す操作パネル２８に設けたジョイスティック３１は、車体前後方向及び車体左右方向の２軸方向の操作が行えるものであってもよい。このように操作部３が複数個設けてあり、操作者がいずれの操作部３で操作するかによって駆動方向の自由度が切り替わることで、操作者に駆動自由度のモード切替を自覚的に行わせることができるため、全方向移動台車の意図しない動作を起こりにくくし、ヒューマンエラーを未然に防ぐことが可能となると共に、駆動自由度のモード切替操作が切替スイッチ８等によらないため、操作手順が簡略化できる。
【００５０】
次に本発明の実施の形態の他の３例を図２１乃至図２５及び図２６乃至図２９及び図３０乃至図３３に示す。これらの例は全て操作力検出手段５が、１つの操作部３に加えられた操作力Ｈの車体前後方向の分力Ｈ₁と車体左右方向の分力Ｈ₂と車体旋回方向モーメントＨ_Mとを検出することを特徴とするものであり、他の構成は第１の例と同じである。このようにすることで、１つの操作部３で操作力の３軸方向の力を検出できるため、全方向移動台車の操作が簡単になる。以下、各例について詳細を述べる。
【００５１】
まず、図２１乃至図２５の例について述べる。この例は、操作部３と操作部ベース９とを操作力Ｈに応じて車体前後方向に相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)が生じる機構１０ｌ，１０ｒにより左右２ヵ所で接続し、操作部ベース９に操作力Ｈに応じて車体４に対して車体左右方向に相対的変位ｄ₂が生じる機構１１を設けると共に前記各相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)，ｄ₂を検出する変位検出手段１２ａ，１２ｂ，１２ｃを設け、検出した各相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)，ｄ₂から操作力Ｈの車体前後方向の分力Ｈ₁と車体左右方向の分力Ｈ₂と車体旋回方向モーメントＨ_Mとを検出することを特徴とするものであり、他の構成は第１の例と同じである。尚、本例では上記の操作部３と操作部ベース９との間に設けられる操作力Ｈに応じて車体前後方向に相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)が生じる機構１０ｌ，１０ｒに板バネ３２を用いると共に、操作部ベース９に操作力Ｈに応じて車体４に対して車体左右方向に相対的変位ｄ₂が生じる機構１１に車体左右方向の動きをバネで拘束したリニアガイド３３を用い、また、各相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)，ｄ₂を検出する変位検出手段１２ａ，１２ｂ，１２ｃにはギャップセンサー３４ａ，３４ｂ，３４ｃを用いる。これらギャップセンサー３４ａ，３４ｂ，３４ｃにて検出された各相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)，ｄ₂をｄｌ，ｄｒ，ｄｃとし、操作力Ｈの車体前後方向の分力Ｈ₁と車体左右方向の分力Ｈ₂と車体旋回方向モーメントＨ_MをＦｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈとすると、Ｆｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈとｄｌ，ｄｒ，ｄｃ間の線形性から、次式が成り立つ。
【００５２】
Ｆｈｘ＝ｋ₁×（ｄｒ＋ｄｌ）
Ｆｈｙ＝ｋ₂×ｄｃ
Ｍｈ＝ｋ₃×（ｄｒ−ｄｌ）＋ｋ₄×ｄｃ
尚、上記式の比例定数ｋ₁，ｋ₂，ｋ₃，ｋ₄は実験で求められるものであり、上記３式より、各相対的変位ｄｌ，ｄｒ，ｄｃからＦｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈを精度良く計算することが可能となる。
【００５３】
ここで、図２２は、操作部３に操作力Ｈ（車体前後方向の分力Ｈ₁のみ）が車体前方に作用した状態を示すものであり、図２３は操作部３に操作力Ｈ（車体左右方向の分力Ｈ₂のみ）が車体左方向に作用した状態を示すものであり、図２４は操作部３に操作力Ｈ（車体旋回方向の分力Ｈ_Mのみ）が反時計回りの方向に作用した状態を示すものである。このように操作部３と操作部ベース９とを操作力Ｈに応じて車体前後方向に相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)が生じる機構１０ｌ，１０ｒにより左右２ヵ所で接続し、操作部ベース９に操作力Ｈに応じて車体４に対して車体左右方向に相対的変位ｄ₂が生じる機構１１を設けると共に前記各相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)，ｄ₂を検出する変位検出手段１２ａ，１２ｂ，１２ｃを設け、検出した各相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)，ｄ₂から操作力Ｈの車体前後方向の分力Ｈ₁と車体左右方向の分力Ｈ₂と車体旋回方向モーメントＨ_Mとを検出することで、簡単な構成で請求項１１の構成が実現できる。また、リニアガイド３３のバネの剛性とギャップセンサー３４ａ，３４ｂ，３４ｃの分解能を仕様に合わせて適宜選定できるので、仕様に応じた変位検出手段を設定することができる。尚、上記例では、操作部ベース９と車体４の前面４ｆとが車体左右方向の動きをバネで拘束したリニアガイド３３を介して連結され、操作力Ｈの車体左右方向の分力Ｈ₂の大きさにより相対的変位ｄ₂が生じるような機構になっているが、このリニアガイド３３を図２５に示す板バネ３５で代用することも可能である。
【００５４】
次に図２６乃至図２９の例について述べる。この例は、操作部３の把持部１３が操作力Ｈに応じて操作部３に対して車体左右方向に相対的変位ｄ₂を生じる機構１４を設けると共に前記相対的変位ｄ₂を検出する変位検出手段１６ａを設け、操作部３と車体４とを操作力Ｈに応じて車体前後方向に相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)が生じる機構１５ｌ，１５ｒにより左右２ヵ所で接続すると共に前記左右２ヵ所で生じる各相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)を検出する変位検出手段１６ｂ，１６ｃを設け、検出した各相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)，ｄ₂から操作力Ｈの車体前後方向の分力Ｈ₁と車体左右方向の分力Ｈ₂と車体旋回方向モーメントＨ_Mとを検出することを特徴とするものであり、他の構成は第１の例と同じである。図２６（ｂ）は操作部３の把持部１３が操作力Ｈに応じて操作部３に対して車体左右方向に相対的変位ｄ₂を生じる機構１４を示す詳細図である。この機構１４と相対的変位ｄ₂の変位検出手段１６ａを簡単に説明すると、把持部１３を加えられた操作力Ｈの車体左右方向の分力Ｈ₂によって把持部１３が車体左右方向の分力Ｈ₂の方向にハンドル３６に対してスライドし、このスライド量、即ち操作部３に対する相対的変位ｄ₂をハンドル３６に固設した変位検出手段１６ａ（ギャップセンサー３４ａ）にて検出する仕組みになっている。尚、把持部１３に加える操作力Ｈをなくすと、把持部１３に内装したバネ３７の復元力で把持部１３がハンドル３６に対して正規位置に戻る。また、操作部３と車体４とを操作力Ｈに応じて車体前後方向に相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)が生じる機構１５ｌ，１５ｒには板バネ３２を用い、また、各相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)を検出する変位検出手段１６ｂ，１６ｃにはギャップセンサー３４ｂ，３４ｃを用いる。これらギャップセンサー３４ａ，３４ｂ，３４ｃにて検出された各相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)，ｄ２をｄｌ，ｄｒ，ｄｃとし、操作力Ｈの車体前後方向の分力Ｈ₁と車体左右方向の分力Ｈ₂と車体旋回方向モーメントＨ_MをＦｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈとすると、Ｆｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈとｄｌ，ｄｒ，ｄｃ間の線形性から、前記例と同じく次式が成り立つ。
【００５５】
Ｆｈｘ＝ｋ₁×（ｄｒ＋ｄｌ）
Ｆｈｙ＝ｋ₂×ｄｃ
Ｍｈ＝ｋ₃×（ｄｒ−ｄｌ）＋ｋ₄×ｄｃ
尚、上記式の比例定数ｋ₁，ｋ₂，ｋ₃，ｋ₄は実験で求められるものであり、上記３式より、各相対的変位ｄｌ，ｄｒ，ｄｃからＦｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈを精度良く計算することが可能となる。
【００５６】
ここで、図２７は、操作部３に操作力Ｈ（車体前後方向の分力Ｈ₁のみ）が車体前方に作用した状態を示すものであり、図２８は操作部３に操作力Ｈ（車体左右方向の分力Ｈ₂のみ）が車体左方向に作用した状態を示すものであり、図２９は操作部３に操作力Ｈ（車体旋回方向の分力Ｈ_Mのみ）が反時計回りの方向に作用した状態を示すものである。このように操作部３の把持部１３が操作力Ｈに応じて操作部３に対して車体左右方向に相対的変位ｄ₂を生じる機構１４を設けると共に前記相対的変位ｄ₂を検出する変位検出手段１６ａを設け、操作部３と車体４とを操作力Ｈに応じて車体前後方向に相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)が生じる機構１５ｌ，１５ｒにより左右２ヵ所で接続すると共に前記左右２ヵ所で生じる各相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)を検出する変位検出手段１６ｂ，１６ｃを設け、検出した各相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)，ｄ₂から操作力Ｈの車体前後方向の分力Ｈ₁と車体左右方向の分力Ｈ₂と車体旋回方向モーメントＨ_Mとを検出することで、簡単な構成で請求項１１の構成が実現できる。また、把持部１３に内装したバネ３７の剛性とギャップセンサー３４ａ，３４ｂ，３４ｃの分解能を仕様に合わせて適宜選定できるので、仕様に応じた変位検出手段を設定することができる。
【００５７】
次に図３０の例について述べる。この例は、操作部３と車体４とを左右２ヵ所で接続すると共に前記左右２ヵ所の接続部１７に接続部１７に作用する車体前後方向の力Ｉ_1(l)，Ｉ_1(r)と車体左右方向の力Ｉ_2(l)，Ｉ_2(r)を検出する力センサー１８を夫々配設し、検出した左右の接続部１７に作用する車体前後方向の力Ｉ_1(l)，Ｉ_1(r)と車体左右方向の力Ｉ_2(l)，Ｉ_2(r)から、操作力Ｈの車体前後方向の分力Ｈ₁と車体左右方向の分力Ｈ₂と車体旋回方向モーメントＨ_Mとを検出することを特徴とするもので、他の構成は第１の例と同じである。接続部１７は操作部３の把持部分の径よりも細く、剛性が低くしてあり、操作部３に加わる操作力Ｈにより、歪みが生じ易くしてある。この左右の接続部１７に接続部１７の車体前後方向及び車体左右方向の歪みを計測する力センサー１８、即ち、２軸力センサー３８が取り付けられる。２軸力センサー３８の詳細図を図３０（ｂ）（ｃ）に示す。この２軸力センサー３８は、左右の接続部１７のくびれ部分に左右一対の歪みゲージ３９を貼り付けることで構成され、左右の接続部１７のくびれ部分にて歪み量εｌｌ，εｌｒ，εｒｌ，εｒｒが検出される。これら歪み量より、操作部３に加えた操作力Ｈに応じて左右の接続部１７に発生する力が次式より求まる。
【００５８】
Ｉ_1(l)=ｋ9×（εｌｒ＋εｌｌ）
Ｉ_2(l)=ｋ₁0×（εｌｒ−εｌｌ）
Ｉ_1(r)=ｋ₁1×（εｒｒ＋εｒｌ）
Ｉ_2(r)=ｋ₁2×（εｒｒ−εｒｌ）
尚、上記式で、ｋ9，ｋ₁0，ｋ₁1，ｋ₁2は接続部１７の断面形状、材質から決まる比例定数である。上記４式から得られる、左側接続部１７ｌに作用する車体前後方向の力Ｉ_1(l)及び車体左右方向の力Ｉ_2(l)をＦｌｘ，Ｆｌｙとし、右側接続部１７ｒに作用する車体前後方向の力Ｉ_1(r)及び車体左右方向の力Ｉ_2(r)をＦｒｘ，Ｆｒｙとし、操作力Ｈの車体前後方向の分力Ｈ₁と車体左右方向の分力Ｈ₂と車体旋回方向モーメントＨ_MをＦｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈとすると、Ｆｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈは次式で表せる。
【００５９】
Ｆｈｘ＝Ｆｒｘ＋Ｆｌｘ
Ｆｈｙ＝Ｆｒｙ＋Ｆｌｙ
Ｍｈ＝ｋ₅×（Ｆｒｘ−Ｆｌｘ）
尚、上記式中の比例定数ｋ₅は、ＭｈとＦｌｘ，Ｆｒｘ間の線形性から実験で求められるものである。このように操作部３と車体４とを左右２ヵ所で接続すると共に前記左右２ヵ所の接続部１７に接続部１７に作用する車体前後方向の力Ｉ_1(l)，Ｉ_1(r)と車体左右方向の力Ｉ_2(l)，Ｉ_2(r)を検出する力センサー１８を夫々配設し、検出した左右の接続部１７に作用する車体前後方向の力Ｉ_1(l)，Ｉ_1(r)と車体左右方向の力Ｉ_2(l)，Ｉ_2(r)から、操作力Ｈの車体前後方向の分力Ｈ₁と車体左右方向の分力Ｈ₂と車体旋回方向モーメントＨ_Mとを検出することで、簡単な構成で請求項１１の構成を実現できると共に、上記３式より、各相対的変位ｄｌ，ｄｒ，ｄｃからＦｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈを精度良く計算することができる。また、歪みゲージ３９で力センサー１８を構成するため、操作力検出手段５が安価で済む。
【００６０】
次に本発明の実施の形態の他の例を図３１乃至図３３に示す。この例は、操作部３と車体４とを操作力Ｈに応じて車体前後方向に相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)が生じる機構２１ｌ，２１ｒにより左右２ヵ所で接続すると共に前記左右２ヵ所で生じる各相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)を検出する変位検出手段２２ａ，２２ｂを設け、検出した各相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)から操作力Ｈの車体前後方向の分力Ｈ₁と車体左右方向の分力Ｈ₂と車体旋回方向モーメントＨ_Mとを検出することを特徴とするものであり、他の構成は第１の例と同じである。尚、本例では上記の操作部３と車体４とを操作力Ｈに応じて車体前後方向に相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)が生じる機構２１ｌ，２１ｒに板バネ３２を用い、上記左右２ヵ所で生じる各相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)を検出する変位検出手段２２ａ，２２ｂにはギャップセンサー３４ａ，３４ｂを用いる。これらギャップセンサー３４ａ，３４ｂにて検出された各相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)をｄｌ，ｄｒとし、操作力Ｈの車体前後方向の分力Ｈ₁と車体左右方向の分力Ｈ₂と車体旋回方向モーメントＨ_MをＦｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈとすると、Ｆｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈとｄｌ，ｄｒ間の線形性から、次式が成り立つ。
【００６１】
Ｆｈｘ＝ｋ₆×（ｄｒ＋ｄｌ）
Ｆｈｙ＝ｋ₇×（ｄｒ−ｄｌ）
Ｍｈ＝ｋ₈×（ｄｒ−ｄｌ）
尚、上記式で、比例定数ｋ₆，ｋ₇，ｋ₈は実験によって求められる。
【００６２】
ここで、図３２は、操作部３に操作力Ｈ（車体前後方向の分力Ｈ₁のみ）が車体前方に作用した状態を示すものであり、図３３は操作部３に操作力Ｈ（車体左右方向の分力Ｈ₂のみ）が車体左方向に作用した状態を示すものである。このように、操作部３と車体４とを操作力Ｈに応じて車体前後方向に相対的変位が生じる機構２１ｌ，２１ｒにより左右２ヵ所で接続すると共に前記左右２ヵ所で生じる各相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)を検出する変位検出手段２２ａ，２２ｂを設け、検出した各相対的変位ｄ_1(l)，ｄ_1(r)から操作力Ｈの車体前後方向の分力Ｈ₁と車体左右方向の分力Ｈ₂と車体旋回方向モーメントＨ_Mとを検出することで、簡単な構成で請求項１１の構成を実現できると共に、各相対的変位ｄｌ，ｄｒからＦｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈを精度良く計算することができる。
【００６３】
次に本発明の実施の形態の他の例を図３４に示す。この例は、全方向駆動車輪である駆動車輪１を操作部３から離れている側に多く配置することを特徴とするものであり、他の構成は第１の例と同じである。既述の通り、全方向駆動車輪である駆動車輪１が３つ以上あれば、全方向移動が実現できる。図３４に示す例は操作部３側に１車輪、後部側に２車輪を配置したものであり、各駆動車輪１の主軸１ａが１点で交わるように配置したものである。このように全方向駆動車輪である駆動車輪１を操作部３から離れている側に多く配置することで、全方向移動台車の駆動車輪１の配置が不均一な場合でも走行性に悪影響を及ぼさない。
【００６４】
次に本発明の実施の形態の他の例を図３５に示す。この例は、全方向駆動車輪である駆動車輪１の両側に自在車輪２３を配置することを特徴とするものであり、他の構成は第１の例と同じである。即ち、これは、図４に示したユニバーサルホイールタイプの駆動車輪１の両側に駆動車輪１のローラー１ｄよりも車輪径の大きい自在車輪２３を配置したものである。これによって、ユニバーサルホイールタイプの駆動車輪１にあっては、本来、自由回転を行うローラー１ｄの直径は、駆動車輪１全体の直径の制約を受けて小さくせざるを得ず、これ故にローラー１ｄの自由回転方向の段差踏破性に問題を生じるが、上記のように駆動車輪１の両側に駆動車輪１のローラー１ｄよりも車輪径の大きい自在車輪２３を配置し、段差を自在車輪２３で受けられるようにすることで、段差踏破性に影響を与えるのは自在車輪２３の直径となるため、段差踏破性を確保することができる。
【００６５】
次に本発明の実施の形態の他の例を図３６乃至図３８に示す。この例は、全方向移動可能な駆動車輪１の駆動部２と車体４の底面４ｂとを連結部２４にて繋いだものであり、他の構成は第１の例と同じである。この連結部２４は、ガイド部材４１と、バネガイド４２と、バネ４３と、駆動車輪懸架部材４３とからなる。駆動車輪懸架部材４３は、各駆動車輪１の駆動部２と結ばれた脚部４３ａと、バネガイド４２の外周に嵌め込まれたバネ４３によるバネ圧を受ける受け部４３ｂとからなり、各駆動車輪１の駆動部２に結ばれた駆動車輪懸架部材４３は、全方向移動台車の荷の積載状況及び路面の凹凸具合及び全方向移動台車の駆動による重心位置の移動等に応じて、ガイド部材４１にガイドされて上下にストロークする。
【００６６】
ユニバーサルホイールタイプ（あるいはボールホイールタイプ）の全方向駆動車輪を駆動車輪１とする場合、少なくとも３つ以上の駆動車輪１を設けることで車体の全方向移動を可能とするが、前述のように駆動車輪１を４つ以上設ける場合も考えられる。ここで、駆動車輪１が３つである場合、全方向移動台車は３点支持されるため、路面に凹凸があっても、３つの駆動車輪１全てが路面に確実に接地し、全駆動車輪１と路面とのグリップ力が確保され、安定した全方向移動台車の駆動制御が得られる。ところが、駆動車輪１が４つ以上である場合、全方向移動台車の荷の積載状況や路面の凹凸具合や全方向移動台車の駆動による重心位置の移動等によって、全駆動車輪１の内のどれかが路面から浮いてしまう場合が考えられ、このような場合、安定した全方向移動台車の駆動制御を確保することはできなくなる。ところが、上記のような駆動車輪懸架部材４３が全方向移動台車の荷の積載状況や路面の凹凸具合や全方向移動台車の駆動による重心位置の移動等に応じて、ガイド部材４１にガイドされて上下にストロークする駆動車輪押付機構を設けることで、前記問題は解消され、全方向移動台車の全駆動車輪１と接地面２５とのグリップ力は確保され、全方向移動台車の駆動制御の安定性が向上する。尚、図３７は駆動車輪懸架部材が最下限まで降りた時の上記駆動車輪押付機構の概略図であり、図３８は接地面２５が凹面の時の駆動車輪押付機構の概略図を示すものである。
【００６７】
ところで、上述の実施の形態の例は全て、車体４に搭載した制御手段６において、車体４を前後方向に駆動させる駆動要素Ｄ₁と車体４を左右方向に駆動させる駆動要素Ｄ₂と車体４を旋回させる駆動要素Ｄ₃として車体４を前後方向に駆動させる駆動力Ｆ₁と車体左右方向推進力Ｆ₂と車体旋回モーメントＭを設定し、これら駆動要素Ｄ₁，Ｄ₂，Ｄ₃から規定される駆動系の駆動要素値Ｄを操作力検出手段５で検出された操作力Ｈに応じて最適化し、得られた駆動系の駆動要素値Ｄに応じて各駆動車輪１の駆動力ｆ_i（ｉ＝１，…，ｎ）を演算し、演算により得られた各駆動車輪１の駆動力ｆ_i（ｉ＝１，…，ｎ）となるよう各駆動車輪１に駆動力ｆ_i（ｉ＝１，…，ｎ）を発生させるようにしたもの（トルク制御としたもの）であるが、車体４に搭載した制御手段６において、車体４を前後方向に駆動させる駆動要素Ｄ₁と車体を左右方向に駆動させる駆動要素Ｄ₂と車体を旋回させる駆動要素Ｄ₃として車体前後方向速度ｖ1と車体左右方向速度ｖ2と車体旋回方向速度ｖ3を設定し、これら駆動要素Ｄ₁，Ｄ₂，Ｄ₃から規定される駆動系の駆動要素値Ｄを操作力検出手段５で検出された操作力Ｈに応じて最適化し、得られた駆動系の駆動要素値Ｄに応じて各駆動車輪１の駆動速度υ_i（ｉ＝１，…，ｎ）を演算し、演算により得られた各駆動車輪１の駆動速度υ_i（ｉ＝１，…，ｎ）となるよう各駆動車輪１に駆動力ｆ_i（ｉ＝１，…，ｎ）を発生させることも可能である。
【００６８】
図３９は上記方法に基づいた全方向移動台車の駆動特性を制御（速度制御）するためのブロック図である。まず、操作者が操作部３に操作力Ｈを加えると、操作力Ｈが操作部３を介して直接全方向移動台車に加わると共に、操作力検出手段５によって検出された操作力Ｈに応じて適宜駆動車輪１Ｆ，１ＲＬ，１ＲＲにアシスト力Ｆａ₁，Ｆａ₂，Ｆａ₃が働く。このアシスト力Ｆａ₁，Ｆａ₂，Ｆａ₃は、次の流れで決定される。まず、操作力検出手段５によって検出した操作力Ｈより、操作力の車体前後方向の分力Ｈを、操作力の車体前後方向の分力Ｈ₁と、操作力の車体左右方向の分力Ｈ₂と、操作力の車体旋回方向モーメントＨ_Mとに分解し、これらに予め設定した変換率を乗じて、全方向移動台車を１つの移動単体と見なした場合の、車体前後方向速度ｖ1と、車体左右方向速度ｖ2と、車体旋回方向速度ｖ3とで規定される駆動系の駆動要素値Ｄを演算する。次に予め設定した関係式より、駆動車輪１Ｆ，１ＲＬ，１ＲＲに求められる駆動力ｆ₁，ｆ₂，ｆ₃を演算し、これらｆ₁，ｆ₂，ｆ₃をアシスト力Ｆａ₁，Ｆａ₂，Ｆａ₃として駆動車輪１Ｆ，１ＲＬ，１ＲＲに働かせる。
【００６９】
このように車体４に搭載した制御手段６において、車体４を前後方向に駆動させる駆動要素Ｄ₁と車体を左右方向に駆動させる駆動要素Ｄ₂と車体を旋回させる駆動要素Ｄ₃として車体前後方向速度ｖ1と車体左右方向速度ｖ2と車体旋回方向速度ｖ3を設定し、これら駆動要素Ｄ₁，Ｄ₂，Ｄ₃から規定される駆動系の駆動要素値Ｄを操作力検出手段５で検出された操作力Ｈに応じて最適化し、得られた駆動系の駆動要素値Ｄに応じて各駆動車輪１の駆動速度υ_i（ｉ＝１，…，ｎ）を演算し、演算により得られた各駆動車輪１の駆動速度υ_iとなるよう各駆動車輪１に駆動力ｆ_i（ｉ＝１，…，ｎ）を発生させることで、全方向移動台車の積載状況や路面状況に関係なく全方向移動台車が操作者に追従する。
【００７０】
さらに、前記例は車体４に搭載した制御手段６において、車体４を前後方向に駆動させる駆動要素Ｄ₁と車体を左右方向に駆動させる駆動要素Ｄ₂と車体を旋回させる駆動要素Ｄ₃として車体前後方向速度ｖ1と車体左右方向速度ｖ2と車体旋回方向速度ｖ3を設定し、これら駆動要素Ｄ₁，Ｄ₂，Ｄ₃から規定される駆動系の駆動要素値Ｄを操作力検出手段５で検出された操作力Ｈに応じて最適化し、得られた駆動系の駆動要素値Ｄに応じて各駆動車輪１の駆動速度υ_i（ｉ＝１，…，ｎ）を演算し、演算により得られた各駆動車輪１の駆動速度υ_i（ｉ＝１，…，ｎ）となるよう各駆動車輪１に駆動力ｆ_i（ｉ＝１，…，ｎ）を発生させるようにしたものであるが、以下に述べる例は、車体４に搭載した制御手段６において、車体４を前後方向に駆動させる駆動要素Ｄ₁と車体を左右方向に駆動させる駆動要素Ｄ₂と車体を旋回させる駆動要素Ｄ₃として車体前後方向加速度ａ₁と車体左右方向加速度ａ₂と車体旋回方向加速度ａ₃を設定し、これら駆動要素Ｄ₁，Ｄ₂，Ｄ₃から規定される駆動系の駆動要素値Ｄを操作力検出手段５で検出された操作力Ｈに応じて最適化し、得られた駆動系の駆動要素値Ｄに応じて各駆動車輪１の駆動加速度ａ_i（ｉ＝１，…，ｎ）を演算し、演算により得られた各駆動車輪１の駆動加速度ａ_i（ｉ＝１，…，ｎ）となるよう各駆動車輪１に駆動力ｆ_i（ｉ＝１，…，ｎ）を発生させることも可能である。
【００７１】
図４０は上記方法に基づいた全方向移動台車の駆動特性を制御（加速度制御）するためのブロック図である。まず、操作者が操作部３に操作力Ｈを加えると、操作力Ｈが操作部３を介して直接全方向移動台車に加わると共に、操作力検出手段５によって検出された操作力Ｈに応じて適宜駆動車輪１Ｆ，１ＲＬ，１ＲＲにアシスト力Ｆａ₁，Ｆａ₂，Ｆａ₃が働く。このアシスト力Ｆａ₁，Ｆａ₂，Ｆａ₃は、次の流れで決定される。まず、操作力検出手段５によって検出した操作力Ｈより、操作力の車体前後方向の分力Ｈを、操作力の車体前後方向の分力Ｈ₁と、操作力の車体左右方向の分力Ｈ₂と、操作力の車体左右方向の分力Ｈ_Mとに分解し、これらに予め設定した変換率を乗じて、全方向移動台車を１つの移動単体と見なした場合の、車体前後方向加速度ａ₁と、車体左右方向加速度ａ₂と、車体旋回方向加速度ａ₃とで規定される駆動系の駆動要素値Ｄを演算する。次に予め設定した関係式より、駆動車輪１Ｆ，１ＲＬ，１ＲＲに求められる駆動力ｆ₁，ｆ₂，ｆ₃を演算し、これらｆ₁，ｆ₂，ｆ₃をアシスト力Ｆａ₁，Ｆａ₂，Ｆａ₃として駆動車輪１Ｆ，１ＲＬ，１ＲＲに働かせる。
【００７２】
このように車体４に搭載した制御手段６において、車体４を前後方向に駆動させる駆動要素Ｄ₁と車体を左右方向に駆動させる駆動要素Ｄ₂と車体を旋回させる駆動要素Ｄ₃として車体前後方向加速度ａ₁と車体左右方向加速度ａ₂と車体旋回方向加速度ａ₃を設定し、これら駆動要素Ｄ₁，Ｄ₂，Ｄ₃から規定される駆動系の駆動要素値Ｄを操作力検出手段５で検出された操作力Ｈに応じて最適化し、得られた駆動系の駆動要素値Ｄに応じて各駆動車輪１の駆動加速度ａ_i（ｉ＝１，…，ｎ）を演算し、演算により得られた各駆動車輪１の駆動加速度ａ_i（ｉ＝１，…，ｎ）となるよう各駆動車輪１に駆動力ｆ_i（ｉ＝１，…，ｎ）を発生させることで、全方向移動台車の積載重量や路面状況に関係なく全方向移動台車が操作者に追従する。
【００７３】
図４１は前述のユニバーサルホイールタイプの駆動車輪１を車体４に４つ設ける場合の一例を示しており、車体１に左右対称に且つ左右に並ぶ対の駆動車輪１，１の主軸（駆動軸）１ａの交点が車体４の左右方向中央に位置するものとして配置されているとともに、左右に並ぶ対の駆動車輪１，１の主軸１ａ，１ａが車体の前後方向軸となす角度がすべて同じであり、さらに上記対の駆動車輪１，１は車体４の前後方向において離れて配置されたものとなっている。このような駆動車輪１の配置は、車体４が前後方向に長い長方形状であっても、安定した配置となる上に、駆動制御に際しての演算が簡単となるほか、段差乗り越え性も良好なものとなる。
【００７４】
ユニバーサルホイールタイプの駆動車輪１が４つの場合の制御について説明すると、図４２はトルク制御を行っている場合を示しており、４つの駆動車輪１の出力ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４で発生する車体４の重心Ｇでの駆動力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｍ）を求めると、
Ｆｘ＝−ｆ１・ｓｉｎθ−ｆ２・ｓｉｎθ＋ｆ３・ｓｉｎθ＋ｆ４・ｓｉｎθ
Ｆｙ＝ｆ１・ｃｏｓθ−ｆ２・ｃｏｓθ−ｆ３・ｃｏｓθ＋ｆ４・ｃｏｓθ
Ｍｘ＝Ｗｓｉｎθ・（ｆ１＋ｆ２＋ｆ３＋ｆ４）
Ｍｙ＝Ｌ１ｃｏｓθ・（ｆ１＋ｆ４）＋Ｌ２・ｃｏｓθ（ｆ２＋ｆ３）
ただし、Ｍｘ、Ｍｙは全駆動車輪１で発生する力のｘ，ｙ分力により発生するモーメントの夫々の合計であり、
Ｍ＝Ｍｘ＋Ｍｙ
＝（Ｗｓｉｎθ＋Ｌ１・ｃｏｓθ）（ｆ１＋ｆ４）＋（Ｗｓｉｎθ・＋Ｌ２・ｃｏｓθ）（ｆ２＋ｆ３）
また、前後のバランスを考慮してｆ１−ｆ４＝ｆ２−ｆ３となるようにする。これらをまとめれば、
【００７５】
【数２】

【００７６】
となり、該式から所望の車体駆動力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｍ）を発揮させる場合の各駆動車輪１のトルク（ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４）は
【００７７】
【数３】

【００７８】
で求めることができる。ここで、Ｌ，αは
Ｌ＝Ｗｓｉｎθ＋Ｌ１・ｃｏｓθ
α＝（Ｗｓｉｎθ＋Ｌ２・ｃｏｓθ）／（Ｗｓｉｎθ＋Ｌ１・ｃｏｓθ）
である。
【００７９】
車体４を速度制御で駆動している場合については、図４３に示すように、車体４の制御中心ＣＣの速度が［Ｖａｘ，Ｖａｙ，Ｖａψ］の時、各駆動車輪１の回転速度ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４は次式（０）で求めることができる。
【００８０】
【数４】

【００８１】
これは
（Ｌ１・ｃｏｓθ＋Ｗ・ｓｉｎθ）＝Ｌ１ｖ
（Ｌ２・ｃｏｓθ＋Ｗ・ｓｉｎθ）＝Ｌ２ｖ
とおくと、次式
【００８２】
【数５】

【００８３】
で表すことができる。つまり、所望の車体速度［Ｖａｘ，Ｖａｙ，Ｖａψ］に対して各駆動車輪１の駆動回転速度ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４を求めることができ、車体４の速度制御を行うことができる。
【００８４】
なお、駆動車輪１の速度から車体４の速度［Ｖａｘ，Ｖａｙ，Ｖａψ］を求めることを考えると、４輪の速度から３軸（ｘ、ｙ、ψ）の速度を求めるのは冗長であるために、１輪を除く他の３輪（好ましくはスリップ等のために１輪が空転している時を考慮して最も回転速度が速い駆動車輪１を除く他の３輪）から逆行列で車体４の速度（平面内動作速度）を求めるとよい。
【００８５】
たとえば、速度ｖ１の駆動車輪１が空転していると判断された場合、速度ｖ１を除く他の駆動車輪１の速度ｖ２，ｖ３，ｖ４と車体４の所望速度［Ｖａｘ，Ｖａｙ，Ｖａψ］との関係
【００８６】
【数６】

【００８７】
つまりは
【００８８】
【数７】

【００８９】
から
【００９０】
【数８】

【００９１】
を求める。
【００９２】
ここで、
Ｌ１ｖ−Ｌ２ｖ＝ｃｏｓθ・（Ｌ１−Ｌ２）
Ｌ１ｖ＋Ｌ２ｖ＝（ｃｏｓθ・（Ｌ１＋Ｌ２）＋２ｓｉｎθ・Ｗ）
＝ＬＬ
とおくと、上記式の右辺は
【００９３】
【数９】

【００９４】
となり、よって
【００９５】
【数１０】

【００９６】
となる。
【００９７】
同様に、速度ｖ２，ｖ３，ｖ４のいずれかの駆動車輪１が空転していると判断されれば、車体速度［Ｖａｘ，Ｖａｙ，Ｖａψ］は速度ｖ２，ｖ３，ｖ４のいずれかを省いた時の以下の算出式で各々求めることができる。
【００９８】
【数１１】

【００９９】
ここで、３輪から車体速度［Ｖａｘ，Ｖａｙ，Ｖａψ］を求める場合、上記４つの式（１）（２）（３）（４）のいずれかの式を用いて求めるほか、各式で車輪による重みが違うことから、式（１）（２）（３）（４）の左辺右辺を各々足し合わせて、平均して求めるようにすることもできる。
【０１００】
また、駆動軸１ａの取付角度θを４５°にすれば、ｓｉｎθ＝ｃｏｓθとなるために、さらに計算が簡単となる。
【０１０１】
ところで、速度制御を行っている場合において、左右方向の真横に移動させる場合、制御中心ＣＣ周りの移動速度［Ｖａｘ，Ｖａｙ，Ｖａψ］は、操作部３から制御中心までの距離をＬｈ（図４４参照）とすると、操作力（ｆｈｘ、ｆｈｙ、ｆｈψ）が制御中心ＣＣに働いた作用力（ｆｈｘ，ｆｈｙ，ｆｈψ＋Ｌｈ・ｆｈｙ）の各成分に定数であるところのアシストゲイン（Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋψ）を掛けたものとして、
ｖａｘ＝Ｋｘ・ｆｈｘ
ｖａｙ＝Ｋｙ・ｆｈｙ
ｖａψ＝Ｋψ・ｆｈψ＋Ｋψ・Ｌｈ・ｆｈｙ (i)
で求めているが、図４４（ｂ）に示すように、操作者が両手間の距離Ｌｓだけ離して操作部３を握って操作している場合、操作部３に働く操作力のモーメント成分ｆｈψは、左手でｘ方向にｆｌｘ、右手でｘ方向にｆｒｘの力を加えて発生させたとすると、
ｆｈψ＝ｆｌｘ・Ｌｓ／２−ｆｒｘ・Ｌｘ／２
であり、ｆｌｘ，ｆｒｘは偶力で総和は０（ｆｌｘ＋ｆｒｘ＝０）であることから、
ｆｌｘ＝−ｆｒｘ＝ｆｈψ／Ｌｓ (ii)となる。
【０１０２】
一方、真横移動させるためには、ｖａψ＝０である必要があることから、上記式(i)から
ｆｈψ＋Ｌｈ・ｆｈｙ＝０
ｆｈｙ＝−ｆｈψ／Ｌｈ (iii)
式(ii)(iii)より、
ｆｒｘ／ｆｈｙ＝（ｆｈψ／Ｌｘ）／（ｆｈψ／Ｌｈ）
ｆｒｘ＝（Ｌｈ／Ｌｓ）・ｆｈｙ (iv)
つまり、真横に移動させる場合、横方向の力の（Ｌｈ／Ｌｓ）倍の力を前後方向に加える必要がある。ちなみに、距離Ｌｈがほぼ１．２５ｍ、距離Ｌｓがほぼ０．５ｍの場合、式(iv)からｆｒｘ＝２．５ｆｒｙとなり、真横に移動させる場合、横方向の約２．５倍の力を前後方向に加える必要がある。
【０１０３】
これは、旋回を抑えるために加える力の方が真横にかける力よりも遙かに大きいことを意味するのであるが、これではかなりの違和感があると考えられることから、第４のアシストゲインとしてＫｙψを導入し、ｖａψの式を
ｖａψ＝Ｋψ・ｆｈψ＋Ｋｙψ・Ｌｈ・ｆｈｙ
とし、Ｋψ：Ｋｙψ＝Ｌｓ：Ｌｈとなるような値のＫψ，Ｋｙψを用いることで、横方向の力と偶力とが同程度で真横移動できるようになる。
【０１０４】
次に本発明の実施の形態の他の例を図４５に示す。この例は、車体４の左右両側面における前端寄りと後端寄りとの部分に、超音波センサーからなる障害物センサー６０を夫々取り付けて、車体４の左右方向の障害物を検知することができるようにしたものであり、また前記制御手段６は、左右方向の移動時のみ、障害物センサー６０からの障害物検知出力を受けた時、障害物検知の警報を出力したり、操作部６への操作入力の状態にかかわらず停止させてしまうようにしたものである。
【０１０５】
左右方向移動（横移動）していない時には、余計な警報が鳴ったり不用意に停止してしまったりすることがなくて障害物検知についての信頼性を高めることができるものであり、しかも周囲の人にとっては予測しがたい移動である横移動を行っている時には、障害物センサー６を作動させ、所定距離内に障害物（人を含む）を検知すれば警報を鳴らしたり停止させたりするために、安全な運行を行うことができる。
【０１０６】
なお、横移動しているかどうかの判断については、横移動指令値がある閾値以上の時、または各駆動車輪１の速度検出値から演算で求めた車体速度の横移動速度成分がある閾値以上の時、または請求項５乃至請求項８の発明のように駆動方向の自由度を切り換える場合において現状が横方向移動が可能となっている時とすればよい。障害物センサー６０そのものは常時作動させておき、障害物検知に伴う警報出力や停止は横移動している時のみとしてもよいのはもちろんである。
【０１０７】
また、警報音を発する場合、警報発生手段（図示せず）を車体４の左右に夫々設けて、障害物を検知した側の警報音発生手段が警報を発するようにしておくことで、どちらの側面に障害物があるかを操作者に知らせることもできる。操作者用に正面パネルの左右に警報音発生手段を取り付け、車体４の側方に立っている人用に左右両側面にも警報音発生手段を取り付けるようにしてもよい。なお、障害物を検知した場合、ある距離までは警報を、障害物がさらに近づけば停止を行うようにしてもよいものである。
【０１０８】
ところで、全方向移動台車の運行の安全性を高めるという点においては、操作力検出手段５に関して断線を検出することができるようにしておくことが望ましく、この場合の断線の検出は、操作部３に加えられた操作力を検出する操作力検出手段５からの出力の所定時間内の変化量が小さい時に断線していると判断する断線判定手段で行うのが簡便である。しかし、このような判定で断線を検出する場合、停止状態から動かす時のように加速のために大きな操作力を操作部３に加えると、操作力検出手段５の測定範囲を超えるようなことがあり、この時には最大検出範囲の値で上記出力はほぼ一定となることが多く、誤って断線していると判定されてしまうことがある。これを回避するために、断線判定のための所定時間の値を長くすることが考えられるが、長くした時には速度が速い時点で実際に断線が起こった時、これを検出して停止させてしまうまでに時間がかかるとともにこの間の移動距離も長くなる。
【０１０９】
このために上記断線判定にあたっては、車体速度に応じて断線判定のための所定時間の長さを切り換えるとよい。すなわち、図４６に示すように、車体速度が零の時の断線判定のための所要時間をＴ０、車体速度がｖ１の時の断線判定のための所要時間をＴ１、車体速度がｖ２の時の断線判定のための所要時間をＴ２（ただし、｜ｖ１｜＜｜ｖ２｜）とする時、Ｔ０＞Ｔ１＞Ｔ２とするのである。これによって、上記問題を解消することができる。
【０１１０】
図４７は駆動車輪１全体をカバー１９で覆ったものを示している。カバー１９の下端と床面との間の隙間は２０〜３０ｍｍ程度としておくのが好ましい。このようなカバー１９の存在は、駆動車輪１が操作者や他の人の足を踏んでしまう事態が生じるのを避けることができるほか、駆動車輪１から発生する騒音を抑制することができる。カバー１９の内面に防音材を貼っておけば、より効果的である。また、図４８に示すように、カバー１９の下端縁にブラシ状の防音材１９ａを取り付けて、カバー１９と床面との間の隙間に位置させた防音材１９ａで音漏れを防ぐようにするのも効果的である。
【０１１１】
以上の各例では、全方向移動可能な駆動車輪１として、姿勢変化を必要とすることなく駆動方向を切り換えることができるユニバーサルホイールタイプの全方向駆動車輪を用いたものを示したが、全方向駆動車輪としてはボールホイールタイプを用いたものであってもよく、さらには図４９以下に示すような全方向移動に際して姿勢変化を伴うタイプの駆動車輪１を備えたものであってもよい。
【０１１２】
すなわち、同軸上に並ぶ一対の通常車輪である駆動車輪１，１が車体４の底面に配した回転テーブル７０に取り付けられて、各駆動車輪１毎に駆動源２であるモータ２６が設けられている。また、上記回転テーブル７０は車体４に対して方向指示（ステアリング）用のモータ７１で鉛直軸回りに回転駆動されるものとなっている。なお、駆動車輪１の軸は、回転テーブル７０の回転中心を通っている。さらに、自在車輪２３が車体４の操作部３が配された一端側の底面に取り付けられている。両駆動車輪１，１は独立して回転駆動させることができるために、両駆動車輪１，１の駆動用モータ２６，２６の合力によって推進させることができ、両モータ２６，２６の出力差によって旋回させることができ、さらに方向指示用のモータ７１によって進行方向を任意に設定することができる。図中７２は速度エンコーダーである。
【０１１３】
今、操作部３で検出された操作力Ｈのうちの車体前後方向の分力をＨ₁、車体左右方向の分力をＨ₂、旋回方向モーメントをＨ_Mとすると、上記前後方向及び左右方向の分力Ｈ₁，Ｈ₂及び旋回方向モーメントＨ_Mを合力の大きさと方向（Ｆｐ，ψ）で表すと、
Ｆｐ＝（Ｈ₁ ²＋Ｈ₂ ²）^1/2
ψ＝ｔａｎ^-1（Ｈ₂，Ｈ₁）
となることから、方向指示用のモータ７１は上記ψに従って角度制御する。また、駆動車輪１，１の間隔をｄ、操作部３から回転テーブル７０中心までの距離をＬｈとすると、車体の推進力Ｆｍｘ及び旋回力Ｆｍｙ・ｄは
Ｆｍｘ＝Ｋｐ・Ｆｐ
Ｆｍｙ・ｄ＝Ｋｓ・Ｈ_M・Ｌｈ
となり（ただし、Ｋｐ，Ｋｓはアシストゲインとなる定数）、２つのモータ２６，２６への出力のうちの一方への出力ＦｒはＦｒ＝（Ｆｍｘ＋Ｆｍｙ）／２他方への出力ＦｌはＦｌ＝（Ｆｍｘ−Ｆｍｙ）／２となる。これらモータ２６，２６への出力Ｆｒ、Ｆｌと上記モータ７１への出力（角度）ψにより、操作入力に応じて前後方向と左右方向と旋回とを行わせることができ、図５２に示すような動きを車体４に行わせることができる。すなわち、この場合においても、車体４を前後方向に駆動させる駆動要素Ｄ₁と車体４を左右方向に駆動させる駆動要素Ｄ₂と車体４を旋回させる駆動要素Ｄ₃から規定される駆動系の駆動要素値を操作力検出手段５で検出された操作力Ｈに応じて最適化し、得られた駆動系の駆動要素値に応じて各駆動車輪１のための駆動源２６，７１を駆動するものとなっている。なお、図５３は上記制御のフローチャートを、図５１はトルク制御としている場合の上記アシストゲイン（力増幅率）Ｋｐ，Ｋｓの例を示しており、図５１（ｂ）に示すように不感帯を設定するようにしてもよい。
【０１１４】
本発明の実施の形態のさらに他の例を図５４及び図５５に示す。これは操作者が操作力を加える操作部３に操作者の手が触れているかどうかを検出するためのセンサー８０（たとえば静電容量型タッチセンサーや光電式タッチセンサー）を設けておき、操作者の手が操作部３から離れたことのセンサー８０による検知出力で、たとえばダイナミックブレーキをオンとすることにより車体４を停止させるようにしたものである。操作されていない状態での慣性による移動が殆どなく、安全なものである。なお、図５４には方向指示用モータ７１を備えた全方向移動可能な駆動車輪１，１の場合を示しているが、前述の全方向駆動車輪である駆動車輪１，１を備えたものであってもよいのはもちろんである。
【０１１５】
上記停止に際しては、より好ましくは制御中心ＣＣ（図４３参照）における速度（Ｖａｘ，Ｖａｙ，Ｖａψ）を図５６に示すように手が離れた瞬間Ｔｓより徐々に低下させて零とすることで停止させるのが好ましい。滑らかに停止させることができる。図５７はこの場合の制御フローの一例を示しており、４つの駆動車輪１から夫々駆動速度ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４を得ることができるようにしているとともに、これら駆動速度から制御中心ＣＣにおける台車速度（Ｖａｘ，Ｖａｙ，Ｖａψ）を求めて、パワーアシストのための台車指令速度（Ｖａａｘ，Ｖａａｙ，Ｖａａψ）を算出し、この指令速度から各駆動車輪１への指令速度を算出する速度制御を行っている場合において、所定の単位時間当たりの速度減速量（Ｖｘ０，Ｖｙ０，Ｖψ）を設定しておき、手が離れた瞬間Ｔｓからの経過時間に応じて指令速度（Ｖａａｘ，Ｖａａｙ，Ｖａａψ）を低下させて停止させている。図中のａｘ（ｂ）はｂの符号を返す関数である。制御中心ＣＣでの速度を徐々に下げていくために、単純に各モータ２６への指令速度を下げていく場合よりもスムーズに停止させることができる。
【０１１６】
さらには車体速度が略零になった時に、電磁ブレーキをかけるようにしておくと、坂で停止した時でも安全なものとなる。図５８中のＴｂは電磁ブレーキロック時点を示す。
【０１１７】
なお、操作者の手が操作部３に再度触れたことがセンサー８０から出力されたならば、通常制御に戻すものとする。間違って手を離してしまったり手が離れた誤判断されるようなことがあっても、手が離れていないと判断された時点で復帰するために、違和感を少なくすることができる。
【０１１８】
また、操作者の手が操作部３に触れたことや操作部３から離れたことの検出については、上記センサー８０を用いるほか、操作部３に加えられる操作力を検出する前述の力センサの出力値の変動量から判断するようにしてもよい。
【０１１９】
ところで、この全方向移動台車は、前述のように、病院などでの配膳に使用する配膳車に好適に適用することができる。温冷機能を備えた最近の多機能型配膳車は６００〜７００ｋｇにも達する質量がある上にそのサイズも大きいが、軽く動かせるとともに小回りも効くために、その運行が容易となる。
【０１２０】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の発明にあっては、全方向移動可能な少なくとも３つ以上の駆動車輪と、駆動車輪を駆動する駆動部と、操作者が操作力を加える操作部を備えた車体と、前記操作部に加えられた操作力を検出する操作力検出手段とを有し、上記全方向移動可能な駆動車輪が、ボールホイールやユニバーサルホイール等の全方向駆動車輪であって、該全方向駆動車輪を少なくとも３個備え、車体に搭載した制御手段によって、車体を前後方向に駆動させる駆動要素と車体を左右方向に駆動させる駆動要素と車体を旋回させる駆動要素から規定される駆動系の駆動要素値を操作力検出手段で検出された操作力に応じて最適化し、得られた駆動系の駆動要素値に応じて各駆動車輪を駆動することで、従来の人誘導型台車としては、実現されなかった、斜行や横行を含む全方向に移動可能で駆動方向性に極めてフレキシビリティのある全方向移動台車を実現できる。
【０１２１】
しかも上記全方向移動可能な駆動車輪が、ボールホイールやユニバーサルホイール等の全方向駆動車輪であって、該全方向駆動車輪を少なくとも３個備えていることから、駆動車輪はその姿勢を何も変化させない状態で移動方向を全方向に切り替えることができるものであり、このために瞬時に動かせたい方向に移動できるホロノミックな全方向移動台車となる。ことにパワーアシスト制御を行うものにおいては、もたつきがないものとすることができる。
【０１２２】
更には、全方向移動台車の使用時の重心位置に作用する、車体を前後方向に駆動させる駆動要素と車体を左右方向に駆動させる駆動要素と車体を旋回させる駆動要素を駆動系の駆動要素値として用いているために、操作者の手応えに自然な操作感を与え、新規使用者でも操作し易い全方向移動台車を実現できる。
【０１２３】
また、前記制御手段への入力手段として補助入力手段を別途設けたことで、全方向移動台車の駆動方向を拘束した操作ができるため、限られた空間等で全方向移動台車を操作する際、操作者にとって操作が容易になる。
【０１２４】
また、車体に搭載した制御手段によって、車体を前後方向に駆動させる駆動要素と車体を左右方向に駆動させる駆動要素と車体を旋回させる駆動要素から規定される駆動系の駆動要素値を操作力検出手段で検出された操作力に応じて最適化するにあたり、前後方向の駆動要素値は検出された前後方向の力に対して第１のゲインを掛けたものから最適化し、左右方向の駆動要素値は検出された左右方向の力に対して第２のゲインを掛けたものから最適化し、さらに旋回方向の駆動要素値は検出された旋回方向の力に対して第３のゲインを掛けたものと左右方向の力に第４のゲインを掛けたものとの和から最適化するために、真横移動を違和感なくできるようにゲインを調整することができる。
【０１２５】
また、全方向移動台車の駆動方向が前後、左右、旋回の３自由度に駆動可能なモードと前後、旋回の２自由度に駆動可能なモードとに切り替えられることで、駆動方向性に極めてフレキシビリティのある全方向移動性と左右方向の駆動方向性を拘束した前後・旋回移動性を提供することができるため、操作者の熟練度に応じて操作部の操作特性を設定できる。
【０１２６】
また、全方向移動台車の駆動方向が前後、左右の２自由度に駆動可能なモードと前後、旋回の２自由度に駆動可能なモードとに切り替えられることで、旋回方向の駆動方向性を拘束した前後・左右移動性と左右方向の駆動方向性を拘束した前後・旋回移動性を提供することができるため、操作者の熟練度に応じて操作部の操作特性を設定できる。
【０１２７】
また、全方向移動台車の駆動方向が前後、旋回の２自由度に駆動可能なモードと左右の１自由度に駆動可能なモードとに切り替えられることで、左右方向の駆動方向性を拘束した前後・旋回移動性と前後、旋回の駆動方向性を拘束した左右移動性を提供することができるため、操作者の熟練度に応じて操作部の操作特性を設定できる。
【０１２８】
また、全方向移動台車の駆動方向の自由度切替が切替スイッチによって行われることで、操作者にとって駆動自由度のモード切替操作が容易になると共にヒューマンエラーを未然に防ぐことが可能となる。
【０１２９】
また、操作部が複数個設けてあり、操作者がいずれの操作部で操作するかによって駆動方向の自由度が切り替わることで、操作者に駆動自由度のモード切替を自覚的に行わせることができるため、全方向移動台車の意図しない動作を起こりにくくし、ヒューマンエラーを未然に防ぐことが可能となると共に、駆動自由度のモード切替操作が切替スイッチ等によらないため、操作手順が簡略化できる。
【０１３０】
また、車体に搭載した制御手段は、左右方向の移動時のみ、車体の左右方向の障害物を検知する障害物検知手段の出力を受けて警報の出力もしくは停止を行うために、第３者にとって予想外の動きを行うものであっても、第３者に対する安全性を確保することができる上に、余計な警報を鳴らす恐れを少なくすることができる。
【０１３１】
また、操作力検出手段が、１つの操作部に加えられた操作力の車体前後方向の分力と車体左右方向の分力と車体旋回方向モーメントとを検出することで、１つの操作部で操作力の３軸方向の力を検出できるため、全方向移動台車の操作が簡単になる。
【０１３２】
また、操作部と操作部ベースとを操作力に応じて車体前後方向に相対的変位が生じる機構により左右２ヵ所で接続し、前記操作部ベースに操作力に応じて車体に対して車体左右方向に相対的変位が生じる機構を設けると共に前記各相対的変位を検出する変位検出手段を設け、検出した各相対的変位から操作力の車体前後方向の分力と車体左右方向の分力と車体旋回方向モーメントとを検出することで、簡単な構成で請求項１２の構成が実現できる。
【０１３３】
また、操作部の把持部が操作力に応じて操作部に対して車体左右方向に相対的変位を生じる機構を設けると共に前記相対的変位を検出する変位検出手段を設け、操作部と車体とを操作力に応じて車体前後方向に相対的変位が生じる機構により左右２ヵ所で接続すると共に前記左右２ヵ所で生じる各相対的変位を検出する変位検出手段を設け、検出した各相対的変位から操作力の車体前後方向の分力と車体左右方向の分力と車体旋回方向モーメントとを検出することで、簡単な構成で請求項１２の構成が実現できる。
【０１３４】
また、操作力に応じて操作部の操作部ベースに対して左右に生じる車体前後方向の相対的変位を夫々ｄｌ，ｄｒ、操作部ベースの車体に対して生じる車体左右方向の相対的変位をｄｃ、操作力の車体前後方向の分力及び車体左右方向の分力及び車体旋回方向モーメントをＦｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈとすると、Ｆｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈとｄｌ，ｄｒ，ｄｃ間の線形性から、比例定数ｋ₁，ｋ₂，ｋ₃，ｋ₄を実験で求め、操作力検出手段の演算部にて下記式
Ｆｈｘ＝ｋ₁×（ｄｒ＋ｄｌ）
Ｆｈｙ＝ｋ₂×ｄｃ
Ｍｈ＝ｋ₃×（ｄｒ−ｄｌ）＋ｋ₄×ｄｃ
により、Ｆｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈを求めることで、各相対的変位ｄｌ，ｄｒ，ｄｃからＦｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈを精度良く計算することができる。
【０１３５】
また、操作部と車体とを左右２ヵ所で接続すると共に前記左右２ヵ所の接続部に該接続部に作用する車体前後方向の力と車体左右方向の力を検出する力センサーを夫々配設し、検出した左右の接続部に作用する車体前後方向の力と車体左右方向の力から、操作力の車体前後方向の分力と車体左右方向の分力と車体旋回方向モーメントとを検出することで、簡単な構成で請求項１２の構成を実現できる。
【０１３６】
また、操作力に応じて左側接続部１７ｌに生じる車体前後方向の力と車体左右方向の力をＦｌｘ，Ｆｌｙ、右側接続部１７ｒに生じる車体前後方向の力と車体左右方向の力をＦｒｘ，Ｆｒｙ、操作力の車体前後方向の分力及び車体左右方向の分力及び車体旋回方向モーメントをＦｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈとすると、ＭｈとＦｌｘ，Ｆｒｘ間の線形性から、比例定数ｋ₅を実験で求め、操作力検出手段の演算部にて下記式
Ｆｈｘ＝Ｆｒｘ＋Ｆｌｘ
Ｆｈｙ＝Ｆｒｙ＋Ｆｌｙ
Ｍｈ＝ｋ₅×（Ｆｒｘ−Ｆｌｘ）
により、Ｆｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈを求めることで、各相対的変位ｄｌ，ｄｒ，ｄｃからＦｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈを精度良く計算することができる。
【０１３７】
また、操作部と車体とを操作力に応じて車体前後方向に相対的変位が生じる機構により左右２ヵ所で接続すると共に前記左右２ヵ所で生じる各相対的変位を検出する変位検出手段を設け、検出した各相対的変位から操作力の車体前後方向の分力と車体左右方向の分力と車体旋回方向モーメントとを検出することで、簡単な構成で請求項１２の構成を実現できる。
【０１３８】
また、操作力に応じて生じる前記各相対的変位の内、左側の相対的変位をｄｌ、右側の相対的変位をｄｒ、操作力の車体前後方向の分力及び車体左右方向の分力及び車体旋回方向モーメントをＦｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈとすると、Ｆｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈとｄｌ，ｄｒ間の線形性から、比例定数ｋ₆，ｋ₇，ｋ₈を実験で求め、操作力検出手段の演算部にて下記式
Ｆｈｘ＝ｋ₆×（ｄｒ＋ｄｌ）
Ｆｈｙ＝ｋ₇×（ｄｒ−ｄｌ）
Ｍｈ＝ｋ₈×（ｄｒ−ｄｌ）
により、Ｆｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈを求めることで、各相対的変位ｄｌ，ｄｒからＦｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈを精度良く計算することができる。
【０１３９】
また、操作力検出手段からの出力値の所定時間内の変化量をもとに断線を判定する断線判定手段を備えるとともに、該断線判定手段は車体の速度に応じて上記判定のための所定時間の値を変更するために、断線についての誤判定が生じるおそれを少なくすることができる。
【０１４０】
また、全方向移動可能な駆動車輪が、ユニバーサルホイールタイプの全方向駆動車輪であって、４個以上の偶数個の駆動車輪が車体に左右対称に且つ左右に並ぶ対の駆動車輪の駆動軸の交点が車体の左右方向中央に位置するものとして配置されているとともに、左右に並ぶ対の駆動車輪の駆動軸が車体の前後方向軸となす角度がすべて同じであり、さらに上記対の駆動車輪は車体の前後方向において離れて配置されていることから、台車形状が矩形状、殊に前後に長い長方形状であっても安定した駆動車輪の配置が可能である上に、制御のための演算も容易となり、さらには段差乗り越え性も良好となる。
【０１４１】
また、全方向移動可能な駆動車輪を操作部から離れている側に多く配置することで、駆動車輪の配置が不均一な場合でも走行性に悪影響を及ぼさない。
【０１４２】
また、全方向移動可能な駆動車輪にあっては、本来、自由回転を行うローラーの直径は、駆動車輪全体の直径の制約を受け、大きくとられないため、ローラーの自由回転方向の段差踏破性に問題を生じるが、全方向移動可能な駆動車輪の両側に自在車輪を配置し、段差を自在車輪で受けられるようにすることで、段差踏破性に影響を与えるのは自在車輪の直径となるため、段差踏破性を確保することができる。
【０１４３】
また、全方向移動可能な駆動車輪と車体とを繋ぐ連結部にその長さが駆動車輪の接地する接地面の凹凸に応じて上下に伸縮し、尚且つ連結部の伸縮範囲内において駆動車輪が接地面に対して一定値以上の押付力で作用する駆動車輪押付機構を設けたことで、全方向移動台車の荷の積載状況及び路面の凹凸具合及び全方向移動台車の駆動による重心位置の移動等に応じて、駆動車輪押付機構が働き、全駆動車輪と接地面とのグリップ力が確保され、全方向移動台車の駆動制御の安定性が向上する。
【０１４４】
また、操作者の手が操作部から離れたことを検知する手段の出力を受けて制御手段は車体を停止させることから、早く停止できて安全である。
【０１４５】
また、操作者の手が操作部から離れたことを検知する手段の出力を受けて制御手段は制御中心における車体速度を徐々に低下させて停止させることから、滑らかに停止させることができる。
【０１４６】
また、制御手段は、操作者の手が操作部に触れていることを検知する手段の出力を受けて通常制御に戻すことから、間違って手が離れたとしても手を戻すことで復帰できるために、違和感を少なくすることができる。
【０１４７】
また、車体に搭載した制御手段において、車体を前後方向に駆動させる駆動要素と車体を左右方向に駆動させる駆動要素と車体を旋回させる駆動要素として車体前後方向推進力と車体左右方向推進力と車体旋回モーメントを設定し、これら駆動要素から規定される駆動系の駆動要素値を操作力検出手段で検出された操作力に応じて最適化し、得られた駆動系の駆動要素値に応じて各駆動車輪の駆動力を演算し、演算により得られた各駆動車輪の駆動力となるよう各駆動車輪に駆動力を発生させることで、全方向移動台車の操作時の操作者の手応えを軽減し、操作性の高い全方向移動台車を実現できる。
【０１４８】
また、車体に搭載した制御手段において、車体を前後方向に駆動させる駆動要素と車体を左右方向に駆動させる駆動要素と車体を旋回させる駆動要素として車体前後方向速度と車体左右方向速度と車体旋回方向速度を設定し、これら駆動要素から規定される駆動系の駆動要素値を操作力検出手段で検出された操作力に応じて最適化し、得られた駆動系の駆動要素値に応じて各駆動車輪の駆動速度を演算し、演算により得られた各駆動車輪の駆動速度となるよう各駆動車輪に駆動力を発生させることで、全方向移動台車の荷の積載状況や路面状況に関係なく全方向移動台車が操作者に追従できる。
【０１４９】
また、車体に搭載した制御手段において、車体を前後方向に駆動させる駆動要素と車体を左右方向に駆動させる駆動要素と車体を旋回させる駆動要素として車体前後方向加速度と車体左右方向加速度と車体旋回方向加速度を設定し、これら駆動要素から規定される駆動系の駆動要素値を操作力検出手段で検出された操作力に応じて最適化し、得られた駆動系の駆動要素値に応じて各駆動車輪の駆動加速度を演算し、演算により得られた各駆動車輪の駆動加速度となるよう各駆動車輪に駆動力を発生させることで、全方向移動台車の積載状況や路面状況に関係なく全方向移動台車が操作者に追従できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の一例を示すものであり、全方向移動台車の使用イメージ図である。
【図２】 同上のフローチャートである。
【図３】 同上のブロック図である。
【図４】 同上の（ａ）は全方向移動可能な駆動車輪の正面図、（ｂ）は全方向移動可能な駆動車輪の側面図である。
【図５】 同上の全方向移動台車の下面図である。
【図６】 同上の全方向移動台車の力学モデル図である。
【図７】 全方向移動可能な駆動車輪の他の例を示し、（ａ）は駆動車輪の正面図、（ｂ）は駆動車輪の側面図である。
【図８】 本発明の実施の形態の他の例を示すものであり、（ａ）（ｂ）は全方向移動台車の力学モデル図である。
【図９】 本発明の実施の形態の他の例を示すものであり、全方向移動台車の使用イメージ図である。
【図１０】 同上のブロック図である。
【図１１】 本発明の実施の形態の他の例を示すものであり、走行自由度切替操作部を示す。
【図１２】 同上のフローチャートである。
【図１３】 本発明の実施の形態の他の例を示すものであり、走行自由度切替操作部を示す。
【図１４】 同上のフローチャートである。
【図１５】 本発明の実施の形態の他の例を示すものであり、走行自由度切替操作部を示す。
【図１６】 同上のフローチャートである。
【図１７】 本発明の実施の形態の他の例を示すものであり、フローチャートを示す。
【図１８】 本発明の実施の形態の他の例を示すものであり、フローチャートを示す。
【図１９】 本発明の実施の形態の他の例を示すものであり、フローチャートを示す。
【図２０】 本発明の実施の形態の他の例を示すものであり、全方向移動台車の使用イメージ図である。
【図２１】 本発明の実施の形態の他の例を示すものであり、操作部周辺の上面図である。
【図２２】 同上の車体前後方向の力Ｈ₁が加わった時の操作部周辺の上面図である。
【図２３】 同上の車体左右方向の力Ｈ₂が加わった時の操作部周辺の上面図である。
【図２４】 同上の車体旋回方向モーメントＨ_Mが加わった時の操作部周辺の上面図である。
【図２５】 本発明の実施の形態の他の例を示すものであり、操作部周辺の上面図である。
【図２６】 本発明の実施の形態の他の例を示すものであり、（ａ）は操作部周辺の上面図、（ｂ）は操作部の把持部周辺の断面図である。
【図２７】 同上の車体前後方向の力Ｈ₁が加わった時の操作部周辺の上面図である。
【図２８】 同上の（ａ）は車体前後方向の力Ｈ₂が加わった時の操作部周辺の上面図、（ｂ）は操作部の把持部周辺の断面図である。
【図２９】 同上の車体旋回方向モーメントＨ_Mが加わった時の操作部周辺の上面図である。
【図３０】 本発明の実施の形態の他の例を示すものであり、（ａ）は操作部周辺の上面図、（ｂ）は左側２軸力センサー取り付け部の拡大図、（ｃ）は右側２軸力センサー取り付け部の拡大図である。
【図３１】 本発明の実施の形態の他の例を示すものであり、操作部周辺の上面図である。
【図３２】 同上の車体前後方向の力Ｈ₁が加わった時の操作部周辺の上面図である。
【図３３】 同上の車体前後方向の力Ｈ₂が加わった時の操作部周辺の上面図である。
【図３４】 本発明の実施の形態の他の例を示すものであり、全方向移動台車の下面図である。
【図３５】 本発明の実施の形態の他の例を示すものであり、全方向移動台車の下面図である。
【図３６】 本発明の実施の形態の他の例を示すものであり、駆動車輪押付機構の概略図である。
【図３７】 同上の駆動車輪懸架部材が最下限まで降りた時の駆動車輪押付機構の概略図である。
【図３８】 同上の接地面が凹面の時の駆動車輪押付機構の概略図である。
【図３９】 本発明の実施の形態の他の例を示すものであり、ブロック図である。
【図４０】 本発明の実施の形態の他の例を示すものであり、ブロック図である。
【図４１】 本発明の実施の形態の他の例を示す概略平面図である。
【図４２】 同上のトルク制御に関する説明図である。
【図４３】 同上の速度制御に関する説明図である。
【図４４】 （ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態の他の例における真横移動についての説明図である。
【図４５】 本発明の実施の形態の他の例を示す概略平面図である。
【図４６】 本発明の実施の形態の他の例における断線判定に関する説明図である。
【図４７】 本発明の実施の形態の他の例を示す破断斜視図である。
【図４８】 同上の他例の破断斜視図である。
【図４９】 本発明の実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図５０】 （ａ）（ｂ）は同上の駆動車輪部分の断面図と底面図である。
【図５１】 （ａ）（ｂ）は同上のアシストゲインについての説明図である。
【図５２】 （ａ）（ｂ）は同上の動きの説明図である。
【図５３】 同上のフローチャートである。
【図５４】 本発明の実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図５５】 同上のフローチャートである。
【図５６】 同上の他例の動作説明図である。
【図５７】 同上の他例のフローチャートである。
【図５８】 本発明の実施の形態の他の例の動作説明図である。
【符号の説明】
１ 駆動車輪
２ 駆動部
３ 操作部
４ 車体
５ 操作力検出手段
６ 制御手段
８ 切替スイッチ
１０ｌ 操作力に応じて車体前後方向に相対的変位を生じる機構
１０ｒ 操作力に応じて車体前後方向に相対的変位を生じる機構
１１ 操作力に応じて車体に対して車体左右方向に相対的変位を生じる機構
１２ａ 変位検出手段
１２ｂ 変位検出手段
１２ｃ 変位検出手段
１３ 把持部
１４ 操作力に応じて操作部に対して車体左右方向に相対的変位を生じる機構
１５ｌ 操作力に応じて車体前後方向に相対的変位を生じる機構
１５ｒ 操作力に応じて車体前後方向に相対的変位を生じる機構
１６ａ 変位検出手段
１６ｂ 変位検出手段
１６ｃ 変位検出手段
１７ 接続部
１７ｌ 左側接続部
１７ｒ 右側接続部
１８ 力センサー
２１ｌ 操作力に応じて車体前後方向に相対的変位を生じる機構
２１ｒ 操作力に応じて車体前後方向に相対的変位を生じる機構
２２ａ 変位検出手段
２２ｂ 変位検出手段
２３ 自在車輪
２３ 自在車輪
２４ 連結部
２５ 接地面
α₁ 車体前後方向加速度
α₂ 車体左右方向加速度
α₃ 車体旋回方向加速度
ａ_i 駆動車輪の駆動加速度
ｄ_1(l) 操作力に応じて車体前後方向に生じる相対的変位
ｄ_1(r) 操作力に応じて車体前後方向に生じる相対的変位
ｄ₂ 操作力に応じて車体に対して車体左右方向に生じる相対的変位
ｄｃ 操作力に応じて操作部ベースの車体に対して生じる車体左右方向の相対的変位
ｄｌ 操作力に応じて操作部の操作部ベースに対して左に生じる車体前後方向の相対的変位
ｄｒ 操作力に応じて操作部の操作部ベースに対して右に生じる車体前後方向の相対的変位
Ｄ 駆動系の駆動要素値
Ｄ₁ 車体を前後方向に駆動させる駆動要素
Ｄ₂ 車体を左右方向に駆動させる駆動要素
Ｄ₃ 車体を旋回させる駆動要素
Ｄ_1(G) 全方向移動台車の使用時の重心位置に作用する、車体を前後方向に駆動させる駆動要素
Ｄ_2(G) 全方向移動台車の使用時の重心位置に作用する、車体を左右方向に駆動させる駆動要素
Ｄ_3(G) 全方向移動台車の使用時の重心位置に作用する、車体を旋回させる駆動要素
ｆ_i 駆動車輪の駆動力
Ｆ₁ 車体前後方向推進力
Ｆ₂ 車体左右方向推進力
Ｆｈｘ 操作力の車体前後方向の分力
Ｆｈｙ 操作力の車体左右方向の分力
Ｇ 重心位置
Ｈ 操作力
Ｈ₁ 操作力の車体前後方向の分力
Ｈ₂ 操作力の車体左右方向の分力
Ｈ_M 操作力の車体旋回方向モーメント
Ｉ_1(l) 左側接続部に作用する車体前後方向の力
Ｉ_1(r) 右側接続部に作用する車体前後方向の力
Ｉ_2(l) 左側接続部に作用する車体左右方向の力
Ｉ_2(r) 右側接続部に作用する車体左右方向の力
ｋ₁ 比例定数
ｋ₂ 比例定数
ｋ₃ 比例定数
ｋ₄ 比例定数
ｋ₅ 比例定数
ｋ₆ 比例定数
ｋ₇ 比例定数
ｋ₈ 比例定数
Ｍ 車体旋回モーメント
Ｍｈ 操作力の車体旋回方向モーメント
ｎ 自然数
υ₁ 車体前後方向速度
υ₂ 車体左右方向速度
υ₃ 車体旋回方向速度
υ_i 駆動車輪の駆動速度

Claims (28)

1. 全方向移動可能な駆動車輪と、駆動車輪を駆動する駆動部と、操作者が操作力を加える操作部を備えた車体と、前記操作部に加えられた操作力を検出する操作力検出手段とを有し、上記全方向移動可能な駆動車輪が、ボールホイールやユニバーサルホイール等の全方向駆動車輪であって、該全方向駆動車輪を少なくとも３個備え、車体に搭載した制御手段によって、車体を前後方向に駆動させる駆動要素と車体を左右方向に駆動させる駆動要素と車体を旋回させる駆動要素から規定される駆動系の駆動要素値を操作力検出手段で検出された操作力に応じて最適化し、得られた駆動系の駆動要素値に応じて各駆動車輪を駆動するものであり、且つ全方向移動台車の使用時の重心位置に作用する、車体を前後方向に駆動させる駆動要素と車体を左右方向に駆動させる駆動要素と車体を旋回させる駆動要素を駆動系の駆動要素値として用いるものであることを特徴とする全方向移動台車。
2. 前記制御手段への入力手段として補助入力手段を別途設けたことを特徴とする請求項１記載の全方向移動台車。
3. 車体に搭載した制御手段によって、車体を前後方向に駆動させる駆動要素と車体を左右方向に駆動させる駆動要素と車体を旋回させる駆動要素から規定される駆動系の駆動要素値を操作力検出手段で検出された操作力に応じて最適化するにあたり、前後方向の駆動要素値は検出された前後方向の力に対して第１のゲインを掛けたものから最適化し、左右方向の駆動要素値は検出された左右方向の力に対して第２のゲインを掛けたものから最適化し、さらに旋回方向の駆動要素値は検出された旋回方向の力に対して第３のゲインを掛けたものと左右方向の力に第４のゲインを掛けたものとの和から最適化することを特徴とする請求項１または２に記載の全方向移動台車。
4. 制御手段は、全方向移動台車の駆動方向の自由度を前後、左右、旋回の３自由度と、前後、旋回の２自由度とに切り替えられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の全方向移動台車。
5. 制御手段は、全方向移動台車の駆動方向の自由度を前後、左右の２自由度と、前後、旋回の２自由度とに切り替えられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の全方向移動台車。
6. 制御手段は、全方向移動台車の駆動方向の自由度を前後、旋回の２自由度と、左右の１自由度とに切り替えられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の全方向移動台車。
7. 全方向移動台車の駆動方向の自由度切替が切替スイッチによって行われることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の全方向移動台車。
8. 操作部が複数個設けてあり、操作者がいずれの操作部で操作するかによって駆動方向の自由度が切り替わることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の全方向移動台車。
9. 制御手段は、左右方向の移動時のみ、車体の左右方向の障害物を検知する障害物検知手段の出力を受けて警報の出力もしくは停止を行うものであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の全方向移動台車。
10. 操作力検出手段は、１つの操作部に加えられた操作力の車体前後方向の分力と車体左右方向の分力と車体旋回方向モーメントとを検出するものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の全方向移動台車。
11. 操作部と操作部ベースとを操作力に応じて車体前後方向に相対的変位が生じる機構により左右２ヵ所で接続し、前記操作部ベースに操作力に応じて車体に対して車体左右方向に相対的変位が生じる機構を設けると共に前記各相対的変位を検出する変位検出手段を設け、検出した各相対的変位から操作力の車体前後方向の分力と車体左右方向の分力と車体旋回方向モーメントとを検出していることを特徴とする請求項１０に記載の全方向移動台車。
12. 操作部の把持部が操作力に応じて操作部に対して車体左右方向に相対的変位を生じる機構を設けると共に前記相対的変位を検出する変位検出手段を設け、操作部と車体とを操作力に応じて車体前後方向に相対的変位が生じる機構により左右２ヵ所で接続すると共に前記左右２ヵ所で生じる各相対的変位を検出する変位検出手段を設け、検出した各相対的変位から操作力の車体前後方向の分力と車体左右方向の分力と車体旋回方向モーメントとを検出していることを特徴とする請求項１０に記載の全方向移動台車。
13. 操作力に応じて操作部の操作部ベースに対して左右に生じる車体前後方向の相対的変位を夫々ｄｌ，ｄｒ、操作部ベースの車体に対して生じる車体左右方向の相対的変位をｄｃ、操作力の車体前後方向の分力及び車体左右方向の分力及び車体旋回方向モーメントをＦｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈとすると、Ｆｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈとｄｌ，ｄｒ，ｄｃ間の線形性から、比例定数ｋ ₁ ，ｋ ₂ ，ｋ ₃ ，ｋ ₄ を実験で求め、操作力検出手段の演算部にて下記式
    Ｆｈｘ＝ｋ ₁ ×（ｄｒ＋ｄｌ）
    Ｆｈｙ＝ｋ ₂ ×ｄｃ
    Ｍｈ＝ｋ ₃ ×（ｄｒ−ｄｌ）＋ｋ ₄ ×ｄｃ
    により、Ｆｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈを求めていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の全方向移動台車。
14. 操作部と車体とを左右２ヵ所で接続すると共に前記左右２ヵ所の接続部に該接続部に作用する車体前後方向の力と車体左右方向の力を検出する力センサーを夫々配設し、検出した左右の接続部に作用する車体前後方向の力と車体左右方向の力から、操作力の車体前後方向の分力と車体左右方向の分力と車体旋回方向モーメントとを検出していることを特徴とする請求項１０に記載の全方向移動台車。
15. 操作力に応じて左側接続部に生じる車体前後方向の力と車体左右方向の力をＦｌｘ，Ｆｌｙ、右側接続部に生じる車体前後方向の力と車体左右方向の力をＦｒｘ，Ｆｒｙ、操作力の車体前後方向の分力及び車体左右方向の分力及び車体旋回方向モーメントをＦｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈとすると、ＭｈとＦｌｘ，Ｆｒｘ間の線形性から、比例定数ｋ ₅ を実験で求め、操作力検出手段の演算部にて下記式
    Ｆｈｘ＝Ｆｒｘ＋Ｆｌｘ
    Ｆｈｙ＝Ｆｒｙ＋Ｆｌｙ
    Ｍｈ＝ｋ ₅ ×（Ｆｒｘ−Ｆｌｘ）
    により、Ｆｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈを求めていることを特徴とする請求項１４に記載の全方向移動台車。
16. 操作部と車体とを操作力に応じて車体前後方向に相対的変位が生じる機構により左右２ヵ所で接続すると共に前記左右２ヵ所で生じる各相対的変位を検出する変位検出手段を設け、検出した各相対的変位から操作力の車体前後方向の分力と車体左右方向の分力と車体旋回方向モーメントとを検出していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の全方向移動台車。
17. 操作力に応じて生じる前記各相対的変位の内、左側の相対的変位をｄｌ、右側の相対的変位をｄｒ、操作力の車体前後方向の分力及び車体左右方向の分力及び車体旋回方向モーメントをＦｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈとすると、Ｆｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈとｄｌ，ｄｒ間の線形性から、比例定数ｋ ₆ ，ｋ ₇ ，ｋ ₈ を実験で求め、操作力検出手段の演算部にて下記式
    Ｆｈｘ＝ｋ ₆ ×（ｄｒ＋ｄｌ）
    Ｆｈｙ＝ｋ ₇ ×（ｄｒ−ｄｌ）
    Ｍｈ＝ｋ ₈ ×（ｄｒ−ｄｌ）
    により、Ｆｈｘ，Ｆｈｙ，Ｍｈを求めていることを特徴とする請求項１６に記載の全方向移動台車。
18. 操作力検出手段からの出力値の所定時間内の変化量をもとに断線を判定する断線判定手段を備えるとともに、該断線判定手段は車体の速度に応じて上記判定のための所定時間の値を変更することを特徴とする請求項１０乃至１７のいずれか１項に記載の全方向移動台車。
19. 全方向移動可能な駆動車輪が、ユニバーサルホイールタイプの全方向駆動車輪であって、４個以上の偶数個の駆動車輪が車体に左右対称に且つ左右に並ぶ対の駆動車輪の駆動軸の交点が車体の左右方向中央に位置するものとして配置されているとともに、左右に並ぶ対の駆動車輪の駆動軸が車体の前後方向軸となす角度がすべて同じであり、さらに上記対の駆動車輪は車体の前後方向において離れて配置されていることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の全方向移動台車。
20. 全方向移動可能な駆動車輪を操作部から離れている側に多く配置していることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の全方向移動台車。
21. 駆動車輪の両側に自在車輪を配置していることを特徴とする請求項２０に記載の全方向移動台車。
22. 全方向移動可能な駆動車輪と車体とを繋ぐ連結部にその長さが駆動車輪の接地する接地面の凹凸に応じて上下に伸縮し、尚且つ連結部の伸縮範囲内において駆動車輪が接地面に対して一定値以上の押付力で作用する駆動車輪押付機構を設けたことを特徴とする請求項１９乃至２１のいずれか１項に記載の全方向移動台車。
23. 操作者の手が操作部から離れたことを検知する手段の出力を受けて制御手段は車体を停止させることを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の全方向移動台車。
24. 操作者の手が操作部から離れたことを検知する手段の出力を受けて制御手段は制御中心における車体速度を徐々に低下させて停止させることを特徴とする請求項２３記載の全方向移動台車。
25. 制御手段は、操作者の手が操作部に触れていることを検知する手段の出力を受けて通常制御に戻すことを特徴とする請求項２３または２４に記載の全方向移動台車。
26. 車体に搭載した制御手段において、車体を前後方向に駆動させる駆動要素と車体を左右方向に駆動させる駆動要素と車体を旋回させる駆動要素として車体前後方向推進力と車体左右方向推進力と車体旋回モーメントを設定し、これら駆動要素から規定される駆動系の駆動要素値を操作力検出手段で検出された操作力に応じて最適化し、得られた駆動系の駆動要素値に応じて各駆動車輪の駆動力を演算し、演算により得られた各駆動車輪の駆動力となるよう各駆動車輪に駆動力を発生させることを特徴とする請求項１乃至２４のいずれか１項に記載の全方向移動台車。
27. 車体に搭載した制御手段において、車体を前後方向に駆動させる駆動要素と車体を左右方向に駆動させる駆動要素と車体を旋回させる駆動要素として車体前後方向速度と車体左右方向速度と車体旋回方向速度を設定し、これら駆動要素から規定される駆動系の駆動要素値を操作力検出手段で検出された操作力に応じて最適化し、得られた駆動系の駆動要素値に応じて各駆動車輪の駆動速度を演算し、演算により得られた各駆動車輪の駆動速度となるよう各駆動車輪に駆動力を発生させることを特徴とする請求項１乃至２５のいずれか１項に記載の全方向移動台車。
28. 車体に搭載した制御手段において、車体を前後方向に駆動させる駆動要素と車体を左右方向に駆動させる駆動要素と車体を旋回させる駆動要素として車体前後方向加速度と車体左右方向加速度と車体旋回方向加速度を設定し、これら駆動要素から規定される駆動系の駆動要素値を操作力検出手段で検出された操作力に応じて最適化し、得られた駆動系の駆動要素値に応じて各駆動車輪の駆動加速度を演算し、演算により得られた各駆動車輪の駆動加速度となるよう各駆動車輪に駆動力を発生させることを特徴とする請求項１乃至２５のいずれか１項に記載の全方向移動台車。

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