JP4145926B2

JP4145926B2 - 走行装置

Info

Publication number: JP4145926B2
Application number: JP2006041325A
Authority: JP
Inventors: 直養湯場崎; 薫廣田; 暢一畝村; 剛志齊藤; 哲郎片山; 章武藤
Original assignee: マイコム株式会社
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2026-02-17
Also published as: JP2007216886A

Description

本発明は、荷物を搬送する搬送車両等に備えられる走行装置に関する。

この種の走行装置としては、連結された左右一対の車輪とこの一対の車輪を正逆方向に回転させる一対の駆動部とを有する車輪ユニットと、この車輪ユニットが回転可能に設けられた車台と、一対の駆動部の動作を各々制御することにより、ステアリング制御を行う制御部とを備えたものがある( 特許文献１参照) 。

特開平０６−２５５４９９号公報

ところが、前記走行装置は、走行する路面が悪路である場合、当該路面の凸部に前記車輪ユニットの車輪が当たる等により、当該車輪ユニットが浮き上がり、車輪ユニットの向きが一時的に制御不能となることがある。具体的には、車輪ユニットが進行方向に対して直角に向いた状態で前記路面に接地した場合には、走行不能となり、車輪ユニットが進行方向と大きく異なる方向に向いた状態( 前記直角の場合を除く。) で前記路面に接地した場合には、自動的に復帰するまでの間、走行が不安定になる。この点は、前記路面が水に濡れており、前記車輪が当該路面上で滑ることにより、車輪ユニットの向きが一時的に制御不能となった場合にも同様に生じる可能性がある。

本発明は、上記事情に鑑みて創案されたものであって、その目的とするところは、路面の状況に左右されることなく安定した走行を行うことができる走行装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の走行装置は、車台と、連結された左右一対の車輪及びこの一対の車輪を正逆方向に回転させる一対の第１の駆動部を有しており且つ車台の下側に設けられた車輪ユニットと、走行指令値に基いて一対の第１の駆動部を互いに独立して制御する制御部とを備えた走行装置であって、前記車輪ユニットの一対の車輪の浮き上がり又は前記車輪ユニットの一対の車輪の滑りを直接的又は間接的に検出する第１の検出手段と、前記車輪ユニットの向きを検出する第２の検出手段と、前記車輪ユニットの向きを変化させる第２の駆動部とを備えており、前記制御部は、前記第１の検出手段を通じて前記車輪ユニットに浮き上がり又は滑りが発生したと判断したときには、前記第２の検出手段を通じて検出した車輪ユニットの向きが前記走行指令値に示される方向指令と一致するか否かを判断し、この判断の結果、前記車輪ユニットの向きが前記方向指令と一致しないと判断したときには、前記車輪ユニットの向きが前記方向指令と一致するまで、前記第２の駆動部を動作させるようになっている。

このような走行装置による場合、車輪ユニットの一対の車輪の浮き上がりや滑り等の異常が発生し、当該車輪ユニットの向きが走行指令値に示される方向指令と異なっているときには、第２の駆動部が動作し、前記車輪ユニットの向きが方向指令に示される方向に戻される。

前記第１の駆動部及び／又は第２の駆動部としてはモータを用いる。この場合、前記モータの出力軸に減速機構を連結することができる。

前記車輪ユニットは、前記一対の車輪を連結する連結具と、この連結具に設けられており且つ前記車台を貫通し且つ回転可能に取り付けられる旋回軸とを有する。この場合、前記第２の駆動部は前記車台の上面に設けられたモータであり、その出力軸が前記旋回軸に連結されている。

前記第２の駆動部としては回転エンコーダ付きのモータを用いることができる。この場合、前記回転エンコーダを前記第２の検出手段として機能させることができる。

前記第１の駆動部は、前記車輪の内側又は外側に配置することができるし、前記車輪に内蔵することもできる。

前記車台には、前記車輪ユニットによる走行を補助するための補助車輪を設けることができる。

本発明に係る走行装置による場合、前記車輪ユニットの向きを第２の検出手段を通じて検出し、当該車輪ユニットの向きが走行指令値に含まれる方向指令と異なる方向に向いている場合には、第２の駆動部を動作させ、前記車輪ユニットを前記走行方向に戻すことができる。このため、路面の状況に左右されることなく安定した走行を行うことができる。しかも、第２の駆動部として、回転エンコーダ付きのモータを使用し、当該回転エンコーダを第２の検出手段としても利用することができる。よって、センサ等を別途取り付ける等が不要になるので、低コスト化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態に係る走行装置について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態に係る走行装置を示す図であって、( ａ) が模式的平面図、( ｂ) が模式的正面図、( ｃ) が模式的側面図、図２は同走行装置の図１のα部分の拡大図、図３は同走行装置の制御部により処理される走行制御用プログラムのフローチャート、図４は同走行装置の制御部により処理される車輪ユニットの向き補正制御用プログラム、図５は同走行装置の第１の設計変更例を示す図であって、( ａ) が模式的平面図、( ｂ）が模式的正面図、図６は同走行装置の第２の設計変更例を示す図であって、( ａ) が模式的平面図、( ｂ）が模式的正面図、図７は同走行装置の第３の設計変更例を示す図であって、( ａ) が模式的平面図、( ｂ）が模式的正面図、図８は同走行装置の別の設計変更例を示す図であって、( ａ) は第１の駆動部が車輪の外側に配置された状態を示す模式的正面図、( ｂ）が第１の駆動部が車輪に内蔵された状態を示す模式的正面図、図９は同走行装置を複数連結させた状態を示す模式的平面図である。

図１及び図２に示す走行装置は、矩形状の板体である車台１００と、この車台１００の四隅に回転可能に設けられた４つの車輪ユニット２００と、各車輪ユニット２００の車輪２１０Ｌ、２１０Ｒの浮き上がり又は滑りを間接的に検出する第１の検出手段３００と、車輪ユニット２００を回転させることにより当該車輪ユニット２００の向きを補正するための補正ユニット４００と、走行指令値に基いて各車輪ユニット２００の第１の駆動部２２０Ｌ、２２０Ｒを互いに独立して制御する制御部５００と、各車輪ユニット２００の第１の駆動部２２０Ｌ、２２０Ｒを駆動させるための電源部６００とを備えた構成となっている。

このような走行装置が、自動搬送装置、位置決め装置、無人走行ロボット又は自動走行ロボット等の自動搬送システムに使用される場合、同システムのメインコンピュータとの間で双方向通信等を行い、同メインコンピュータから発せられた走行指令値が通信ネットワーク等を通じて制御部５００に入力されるようになっている。また、前記走行装置が、電動車椅子、移動式ベッド、等に使用される場合、これらに設けられたジョイスティック等の操作スイッチを通じて走行指令値が制御部５００に入力されるようになっている。以下、各部を詳しく説明する。

車台１００は、車輪ユニット２００の車輪２１０Ｌ、２１０Ｒが路面上で空転しない程度の重さを有した板体である。この車台１００の四隅部には、図２に示すように、車輪ユニット２００を取り付けるための孔であり且つ厚み方向に貫通する４つの取付孔１１０が設けられている。

車輪ユニット２００は、左右一対の車輪２１０Ｌ、２１０Ｒと、この車輪２１０Ｌ、２１０Ｒを連結する連結具２３０と、車輪２１０Ｌ、２１０Ｒを正逆方向に回転させる第１の駆動部２２０Ｌ、２２０Ｒと、第１の減速機構２４０Ｌ、２４０Ｒとを有している。

第１の駆動部２２０Ｌ、２２０Ｒは周知のステッピングモータであり、電源部６００から各々供給された駆動電流により別々に動作可能となっている。

連結具２３０は、正面視逆凹字状の部材であって、その幅方向の両端部には車輪２１０Ｌ、２１０Ｒの回転軸が外側から挿入される挿入孔２３１Ｌ、２３１Ｒが設けられている。即ち、車輪２１０Ｌ、２１０Ｒは、連結具２３０の両端部の外側に配置される。また、この連結具２３０の両端部の内面には、第１の減速機構２４０Ｌ、２４０Ｒが取り付けられている。

この連結具２３０の頂部には旋回軸２５０が取り付けられている。この旋回軸２５０が車台１００の取付孔１１０に軸受されることにより、車輪ユニット２００が車台１００に回転可能に取り付けられる。

第１の減速機構２４０Ｌ、２４０Ｒは、車輪２１０Ｌ、２１０Ｒの回転軸と、第１の駆動部２２０Ｌ、２２０Ｒの出力軸とに連結される複数のギヤと、これらのギヤに螺合されるタイミングベルトとを有する。この第１の減速機構２４０Ｌ、２４０Ｒは、所定の減速比を持った前記ギヤ及びタイミングベルトを介して第１の駆動部２２０Ｌ、２２０Ｒの出力回転を減速させ、車輪２１０Ｌ、２１０Ｒに伝達する周知のものである。

第１の検出手段３００は、各車輪ユニット２００の第１の駆動部２２０Ｌ、２２０Ｒの駆動電流を各々検出する電流検出センサである。

補正ユニット４００は、旋回軸２５０に連結された第２の駆動部４１０と、第２の減速機構４２０と、第２の駆動部４１０及び第２の減速機構４２０を支持するための支持台４３０とを有する。

支持台４３０は、車台１００上に取り付けられる正面視逆凹字状の部材であって、その頂面に旋回軸２５０を通すための貫通孔４３１が設けられている。

第２の減速機構４２０は、旋回軸２５０及び第２の駆動部４１０のステッピングモータ４１２の出力軸に連結される複数のギヤと、これらのギヤに螺合されるタイミングベルトとを有する。この第２の減速機構４２０は、所定の減速比を持った前記ギヤ及びタイミングベルトを介してステッピングモータ４１２の出力回転を減速させ、旋回軸２５０に伝達する周知のものである。

第２の駆動部４１０は、車輪ユニット２００の向きを検出する回転エンコーダ４１１と、車輪ユニット２００の向きを変化させるステッピングモータ４１２とを有している。回転エンコーダ４１１の出力信号は制御部５００に出力される。ステッピングモータ４１２は電源部６００から供給された駆動電流により駆動可能になっている。なお、ステッピングモータ４１２の出力軸は上述の通り、第２の減速機構４２０を介して旋回軸２５０に連結される。

電源部６００は、各車輪ユニット２００の第１の駆動部２２０Ｌ、２２０Ｒ及びステッピングモータ４１２を各々動作させるための複数のドライバであり、制御部５００の制御下に置かれている。

制御部５００は、マイコン等のコンピュータであって、入力ポートには、第１の検出手段３００及び回転エンコーダ４１１が接続される一方、出力ポートには、電源部６００が接続される。この制御部５００の内部メモリには、図３に示す走行制御用プログラム及び図４に示す車輪ユニットの向き補正制御用プログラムが記録されている。

以下、このような構成の走行装置の動作を説明すると共に、制御部５００により処理される前記走行制御用プログラム及び車輪ユニットの向き補正制御用プログラムの内容について詳しく説明する。

まず、上述の通り、走行指令値が入力されると( ｓ１）、当該走行指令値に基いて各車輪ユニット２００の第１の駆動部２２０Ｌ、２２０Ｒを独立して制御する( ｓ２）。即ち、走行装置を前記走行指令値によって示される内容に応じて走行させる。具体的には、走行指令値が示す内容に応じて車輪ユニット２００毎に以下のように制御している。

直進／後進する場合には、第１の駆動部２２０Ｌ、２２０Ｒを正方向／逆方向に駆動させ、車輪２１０Ｌ、２１０Ｒを同じように回転させる。左に曲がる場合には、第１の駆動部２２０Ｒの駆動電流を、第１の駆動部２２０Ｌの駆動電流よりも曲がる程度に応じて大きくし、車輪２１０Ｒを車輪２１０Ｌよりも多く回転させる。右に曲がる場合には、第１の駆動部２２０Ｌの駆動電流を、第１の駆動部２２０Ｒの駆動電流よりも曲がる程度に応じて大きくし、車輪２１０Ｌを車輪２１０Ｒよりも多く回転させる。

次に、各車輪ユニット２００の第１の駆動部２２０Ｌ、２２０Ｒに供給される駆動電流の大きさを第１の検出手段３００を用いて各々検出し、これらの出力データを各々入力し( ｓ３) 、これらがメモリ上の所定値以下であるか否かを判断する( ｓ４) 。即ち、第１の検出手段３００の出力データが所定値以上であるときには、車輪ユニット２００において、車輪ユニット２００の車輪２１０Ｌ、２１０Ｒの浮き上がりや滑り等の異常が発生していないと判断する。一方、走行指令値に基いて各車輪ユニット２００の全て又はその一部が動作しているにもかかわらず、動作している車輪ユニット２００の第１の駆動部２２０Ｌ、２２０Ｒに供給される駆動電流の大きさが所定値以下であるときには、駆動トルクが低く、当該車輪ユニット２００において、何らかの原因で車輪ユニット２００の車輪２１０Ｌ、２１０Ｒの浮き上がりや滑り等の異常が発生していると判断する。

異常が発生していないと判断したときには、ステップ１に戻って上記と同様の処理が繰り返し行われる。一方、異常が発生していると判断したときには、図４に示す車輪ユニットの向き補正制御用プログラムの処理に移行する。

まず、異常と判断された車輪ユニット２００の回転エンコーダ４１１の出力データが入力( ｓ５１) され、入力された前記走行指令値のうち異常と判断された車輪ユニット２００の方向指令を特定する( ｓ５２) 。そして、当該回転エンコーダ４１１の出力データに基づき検出された車輪ユニット２００の向きと、当該方向指令とが一致するか否かを判断する( ｓ５３) 。この判断の結果、一致しないと判断したときには、異常と判断された車輪ユニット２００の第２の駆動部４１０のステッピングモータ４１２を、回転エンコーダ４１１の出力データに基づき検出された車輪ユニット２００の向きと前記方向指令とが一致する( ｓ５５）まで駆動させ( ｓ５４) 、当該車輪ユニット２００の向きを当該方向指令が示す走行方向に補正する。その後、車輪ユニットの向き補正制御用プログラムの処理を終了する。

このような走行装置による場合、車輪ユニット２００の車輪２２０Ｌ、２２０Ｒの浮き上がりや滑り等の異常が発生し、車輪ユニット２００の向きが走行指令値に含まれる方向指令に示される走行方向と異なる方向に向いている場合には、異常が発生した車輪ユニット２００の第２の駆動部４１０のステッピングモータ４１２を動作させ、当該車輪ユニット２００の向きを前記走行方向に戻すことができるようになっている。このため、走行装置が走行する路面が凸凹を有していたり濡れていたりした場合( 即ち、悪路である場合) であっても、安定した走行を行うことができる。しかも、第２の駆動部４１０として回転エンコーダ４１１付きのステッピングモータ４１２を使用し、当該回転エンコーダ４１１を車輪ユニット２００の向きを検出するためのセンサとして利用するようになっているので、別途センサを取り付ける必要がなく、低コスト化を図ることができる。

なお、車台１００は、矩形状の板体であるとしたが、車輪ユニット２００を設けることができるものであれば、どのようなものを用いてもかまわない。

車輪ユニット２００は、４つであるとして説明したが、少なくとも一つの車輪ユニットがあれば良い。例えば、図５に示すように、車台１００に一つの車輪ユニットを設けるようにしても良いし、図６に示すように、車台１００に二つの車輪ユニットを設けるようにしても良いし、図７に示すように、三つの車輪ユニットを設けるようにしても良い。勿論、五つ以上の車輪ユニットを車台１００に設けるようにしても良いことはいう迄もない。また、車台１００には、図５又は図６に示すように、車台１００に補助車輪７００を設けることができる。この補助車輪７００は、車台１００に三つ以上の車輪ユニットが設けられている場合であっても、設けることが可能である。また、補助車輪７００の数は、車輪ユニット２００を走行可能に補助し得る限り任意である。

車輪２２０Ｌ、２２０Ｒは、連結具２３０の両端部の外側に配置されているとしたが、図８( ａ) に示すように、連結具２３０の両端部の内側に配置することも可能である。この場合、第１の駆動部２２０Ｌ、２２０Ｒ及び第１の減速機構２４０Ｌ、２４０Ｒは連結具２３０の両端部の外側に配置することもできるし、図８( ｂ) に示すように、車輪２２０Ｌ、２２０Ｒに内蔵することもできる。勿論、車輪２２０Ｌ、２２０Ｒは、連結具２３０の両端部の外側に配置した場合であっても、当該車輪２２０Ｌ、２２０Ｒに第１の駆動部２２０Ｌ、２２０Ｒ及び第１の減速機構２４０Ｌ、２４０Ｒを内蔵することができる。

第１の駆動部２２０Ｌ、２２０Ｒについては、ステッピングモータであるとしたが、車輪２２０Ｌ、２２０Ｒを回転させ得るものであれば、どのようなものを用いてもかまわない。例えば、サーボモータ等を使用することができる。また、第２の駆動部４１０のように、回転エンコーダ付きのステッピングモータを使用することもできる。この場合、回転エンコーダの出力データに基づきステッピングモータをフィードバック制御するようにすれば、高精度な制御を行うことが可能になる。

第１の減速機構２４０Ｌ、２４０Ｒ及び第２の減速機構４２０については設けるか否かは任意である。

第２の駆動部４１０については、回転エンコーダ４１１付きのステッピングモータ４１２であるとしたが、旋回軸２５０を回転させ得る限りどのようなものを用いてもかまわない。よって、通常のステッピングモータを使用することも可能であるし、サーボモータ等の他のモータを使用することも可能である。但し、この場合、車輪ユニットの向きを検出する第２の検出手段を別途設ける必要がある。なお、第２の検出手段については、回転エンコーダ４１１だけに限定されるものでなく、車輪ユニットの向きを検出し得るものであれば良い。

第１の検出手段３００については、電流検出センサであるとしたが、これに限定されるものではない。例えば、車台１００の傾きを検出するセンサや車台１００と路面との間の距離を計測するセンサ等を用い、車台１００の浮き上がりを検出させるようにすることが可能である。また、回転エンコーダ４１１を第１の検出手段として利用することも可能である。即ち、制御部５００は、回転エンコーダ４１１の出力データに基づき車輪ユニット２００の向きを検出し、この車輪ユニット２００の向きが走行指令値に示される走行方向と異なる場合には、車輪ユニット２００に浮き上がり等の異常が発生していると判断するようにしても良い。

制御部５００は車輪ユニット２００毎に設けるようにしても良い。

更に、図９に示すように、複数の走行装置を連結して、使用することも可能である。

本発明の実施の形態に係る走行装置を示す図であって、( ａ) が模式的平面図、( ｂ) が模式的正面図、( ｃ) が模式的側面図である。同走行装置の図１のα部分の拡大図である。同走行装置の制御部により処理される走行制御用プログラムのフローチャートである。同走行装置の制御部により処理される車輪ユニットの向き補正制御用プログラムである。同走行装置の第１の設計変更例を示す図であって、( ａ) が模式的平面図、( ｂ）が模式的正面図である。同走行装置の第２の設計変更例を示す図であって、( ａ) が模式的平面図、( ｂ）が模式的正面図である。同走行装置の第３の設計変更例を示す図であって、( ａ) が模式的平面図、( ｂ）が模式的正面図である。同走行装置の別の設計変更例を示す図であって、( ａ) は第１の駆動部が車輪の外側に配置された状態を示す模式的正面図、( ｂ）が第１の駆動部が車輪に内蔵された状態を示す模式的正面図である。同走行装置を複数連結させた状態を示す模式的平面図である。

符号の説明

１００車台
２００車輪ユニット
２２０Ｌ車輪
２２０Ｒ車輪
２２０Ｌ第１の駆動部
２２０Ｒ第１の駆動部
２４０Ｌ第１の減速機構
２４０Ｒ第１の減速機構
３００第１の検出手段
４１０第２の駆動部
４１１回転エンコーダ( 第２の検出手段)
４１２ステッピングモータ
４２０第２の減速機構
５００制御部
７００補助車輪

Claims

車台と、連結された左右一対の車輪及びこの一対の車輪を正逆方向に回転させる一対の第１の駆動部を有しており且つ車台の下側に設けられた車輪ユニットと、走行指令値に基いて一対の第１の駆動部を互いに独立して制御する制御部とを備えた走行装置において、
前記車輪ユニットの一対の車輪の浮き上がり又は前記車輪ユニットの一対の車輪の滑りを直接的又は間接的に検出する第１の検出手段と、前記車輪ユニットの向きを検出する第２の検出手段と、前記車輪ユニットの向きを変化させる第２の駆動部とを備えており、
前記制御部は、前記第１の検出手段を通じて前記車輪ユニットに浮き上がり又は滑りが発生したと判断したときには、前記第２の検出手段を通じて検出した車輪ユニットの向きが前記走行指令値に示される方向指令と一致するか否かを判断し、この判断の結果、前記車輪ユニットの向きが前記方向指令と一致しないと判断したときには、前記車輪ユニットの向きが前記方向指令と一致するまで、前記第２の駆動部を動作させるようになっていることを特徴とする走行装置。
請求項１記載の走行装置において、前記第１の駆動部及び／又は第２の駆動部はモータであり、その出力軸に減速機構が連結されていることを特徴とする走行装置。
請求項１記載の走行装置において、前記車輪ユニットは、前記一対の車輪を連結する連結具と、この連結具に設けられており且つ前記車台を貫通し且つ回転可能に取り付けられる旋回軸とを有しており、
前記第２の駆動部は前記車台の上面に設けられたモータであり、その出力軸が前記旋回軸に連結されていることを特徴とする走行装置。
請求項３記載の走行装置において、前記第２の駆動部は回転エンコーダ付きのモータであり、前記回転エンコーダが前記第２の検出手段として機能するようになっていることを特徴とする走行装置。
請求項１又は２記載の走行装置において、前記第１の駆動部は前記車輪の内側又は外側に配置されていることを特徴とする走行装置。
請求項１又は２記載の走行装置において、前記第１の駆動部は前記車輪に内蔵されていることを特徴とする走行装置。
請求項１記載の走行装置において、前記車台には、前記車輪ユニットによる走行を補助するための補助車輪が設けられていることを特徴とする走行装置。