JP4257745B2 - 移動体の走行制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、高さ位置を変更することができる昇降台を有し、前後の車輪がいずれも別々のモータで駆動されるスタッカクレーン、フォークリフトなどの移動体の走行を制御する走行制御装置に関するものであり、特に移動体の走行においてスリップを効率よく低減することができるものである。

従来の移動体の走行制御装置では、輪重の重い側の車輪を駆動する走行駆動手段を速度制御し、他方の車輪を駆動する走行駆動手段をトルク制御している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２４０２１３号公報

このような移動体の走行制御装置では、スリップを防止しながらどこまで加速度を上げられるかがはっきりしない。そのため、できるだけ動作時間を短くするには、試行錯誤しながら加速度の調整を実施する必要があり制御が煩雑になるという問題点があった。さらに車輪を駆動するモータのトルク制限値をスリップを考慮した値に設定していないため、輪重の軽い側の車輪がスリップする場合があり、こうしたスリップを防止するため、必要以上に加速度を低減するために動作時間が長くなるという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、設定が容易でかつ動作時間を短縮してスリップを防止できる移動体の走行制御装置を得ることを目的とする。

本発明は、高さ位置を変更することができるように設置された昇降台と、移動方向の前後にそれぞれ形成された車輪と、各車輪をそれぞれ駆動する各モータとを備えた移動体であって、移動体を所定の路面上に各車輪を各モータにて駆動させて移動する走行の制御を行う移動体の走行制御装置において、
昇降台を制御する昇降台制御部から入力される昇降台の位置の中で最も高い位置となる昇降台位置情報と、あらかじめ記憶されている各モータの最大トルク値と、各車輪のスリップ率を入力する摩擦係数関数の極大値であるスリップ特性極大値と、各車輪の摩擦抵抗の和の摩擦最大値および摩擦最小値と、移動体の質量と各モータの慣性モーメントを考慮した総質量をモータ側に換算した値と、昇降台の質量と、移動体の固定部の質量と、移動体の固定部の重心高さと、各車輪間の距離とを用いて、移動体の過大なスリップを引き起こさない条件下での加速区間の最大加速度と、そのときの輪重の軽いほうの車輪を駆動するモータのトルク制限値と、減速区間の最大減速度と、そのときの輪重の軽いほうの車輪を駆動するモータのトルク制限値とを算出するパラメータ算出手段と、算出された加速区間の最大加速度、減速区間の最大減速度及び指定された指令速度から指令を生成し、加速区間の輪重の軽い側のモータのトルク制限値を算出された加速区間における輪重の軽い側のトルク制限値とし、減速区間の輪重の軽い側のモータのトルク制限値を算出された減速区間における輪重の軽い側のトルク制限値とする各モータへの指令値およびトルク制限値を生成する生成手段とを備え、生成手段にて生成した各モータへの指令値およびトルク制限値を用いて各モータを位置制御もしくは速度制御するものである。
備えたものである。

この発明の移動体の走行制御装置は、高さ位置を変更することができるように設置された昇降台と、移動方向の前後にそれぞれ形成された車輪と、各車輪をそれぞれ駆動する各モータとを備えた移動体であって、移動体を所定の路面上に各車輪を各モータにて駆動させて移動する走行の制御を行う移動体の走行制御装置において、
昇降台を制御する昇降台制御部から入力される昇降台の位置の中で最も高い位置となる昇降台位置情報と、あらかじめ記憶されている各モータの最大トルク値と、各車輪のスリップ率を入力する摩擦係数関数の極大値であるスリップ特性極大値と、各車輪の摩擦抵抗の和の摩擦最大値および摩擦最小値と、移動体の質量と各モータの慣性モーメントを考慮した総質量をモータ側に換算した値と、昇降台の質量と、移動体の固定部の質量と、移動体の固定部の重心高さと、各車輪間の距離とを用いて、移動体の過大なスリップを引き起こさない条件下での加速区間の最大加速度と、そのときの輪重の軽いほうの車輪を駆動するモータのトルク制限値と、減速区間の最大減速度と、そのときの輪重の軽いほうの車輪を駆動するモータのトルク制限値とを算出するパラメータ算出手段と、算出された加速区間の最大加速度、減速区間の最大減速度及び指定された指令速度から指令を生成し、加速区間の輪重の軽い側のモータのトルク制限値を算出された加速区間における輪重の軽い側のトルク制限値とし、減速区間の輪重の軽い側のモータのトルク制限値を算出された減速区間における輪重の軽い側のトルク制限値とする各モータへの指令値およびトルク制限値を生成する生成手段とを備え、生成手段にて生成した各モータへの指令値およびトルク制限値を用いて各モータを位置制御もしくは速度制御するので、スリップを起こさない範囲でできるだけ動作時間を短くできるパラメータを算出し、算出したパラメータに基づいて指令を生成するため、試行錯誤による調整を行うことなしに動作時間を短縮できるものである。
また、車輪を適切にトルク制限するため、車輪が過度にスリップすることを常に防止できる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による移動体の走行制御装置の構成を示すブロック図、図２が図１に示した移動体の構成を示す図、図３は図１に示した移動体の走行制御装置の制御方法を示すフローチャート、図４は図２に示した移動体の路面上における摩擦特性を示した図である。図において、移動体１００は第１の車輪７および第２の車輪８と、これら第１の車輪７および第２の車輪８をそれぞれ駆動するための第１のモータ５および第２のモータ６と、これら第１のモータ５および第２のモータ６のそれぞれの制御を行う第１のサーボ３および第２のサーボ４と、移動体１００上に載置され上下方向に昇降する昇降台１０１とを備えている。そして、この移動体１００は所定の路面１０２上を、第１の車輪７および第２の車輪８を第１のモータ５および第２のモータ６にて駆動させて移動する。

尚、ここで言う移動体１００とは例えばフォークリフトやスタッカクレーンのようなものを指す。よって路面１０２とは、移動体１００がフォークリフトの場合には所定のエリア内の路面を指し、移動体１００の昇降台１０１がスタッカクレーンのような場合にはあらかじめ形成されているレールを指す。よって、路面１０２はあらかじめ状況を把握することが可能な箇所である。また、第１のモータ５および第２のモータ６は説明の便宜上略同一のモータ特性を備えたものを使用する場合について示す。

次にこの移動体１００の走行を制御する走行制御装置１０は、昇降台１０１の高さの位置情報と、第１のモータ５および第２のモータ６のトルク特性情報と、路面１０２の摩擦特性情報と、移動体１００の構造上の固有値とを用いて移動体１００の指令曲線のパラメータとしての加減速値とトルク制限のパラメータとを算出するパラメータ算出手段としての指令・トルク制限パラメータ算出手段１と、指令・トルク制限パラメータ算出手段１で算出した加減速値及びトルク制限のパラメータに基づいて上記各モータ５、６への指令値としての位置指令値と、トルク制限値を生成し第１および第２のサーボ３、４にそれぞれ送信する生成手段としての指令値・トルク制限値生成手段２とを備えている。

次に上記のように構成された実施の形態１の移動体の走行制御装置の制御方法について説明する。まず、指令・トルク制限パラメータ算出手段１には、図示しない昇降台制御部からこれから行う動作（指令曲線・トルク制限パラメータを算出しようとしている動作）における昇降台１０１の位置の中で最も高い位置となる昇降台位置情報ｈが入力される。次に、入力された昇降台位置情報ｈと、指令・トルク制限パラメータ算出手段１内部にあらかじめ記憶されている第１のモータ５および第２のモータ６のトルク特性情報と、路面１０２の摩擦特性情報と、移動体１００の構造上の固有値とを用いて、移動体１００の指令曲線のパラメータしての最大加速度値、最大減速度値およびトルク制限のパラメータとしての加速区間トルク制限値および減速区間トルク制限値の算出をそれぞれ行う。以下、図３のフローチャートに基づいて算出方法について説明する。

まず図３のステップＳ１において、第１のモータ５および第２のモータ６がいずれも最大トルクを発生した場合に実現できる最大加速度ｋｋおよび最大減速度ｇｋを算出する。第１の車輪７と第２の車輪８との両輪の摩擦抵抗の和の摩擦最大値をｆｍａｘ、第１の車輪７と第２の車輪８との両輪の摩擦抵抗の和の摩擦最小値をｆｍｉｎ、移動体１００の質量とモータの慣性モーメントを考慮した総質量をモータ側に換算した値をＭ、第１のモータ５および第２のモータ６の各最大トルク値をτｍａｘとする。このとき、トルク制限からの最大加速度ｋｋおよび最大減速度ｇｋはそれぞれ下記式の（１）、（２）にて算出することができる。
ｋｋ＝（τｍａｘ×２−ｆｍａｘ）／Ｍ ・・・（１）
ｇｋ＝（τｍａｘ×２＋ｆｍｉｎ）／Ｍ ・・・（２）
尚、第１のモータ５および第２のモータ６の最大トルク値τｍａｘは各モータ５、６ののトルク特性情報であり、また、第１の車輪７および第２の車輪８の両輪の摩擦抵抗の和の摩擦最大値ｆｍａｘおよび摩擦最小値ｆｍｉｎおよび移動体１００の質量とモータの慣性モーメントを考慮した総質量をモータ側に換算した値Ｍは移動体１００の構造上の固有値でありいずれもあらかじめ指令・トルク制限パラメータ算出手段１内部に記憶されているものである。

次に図３のステップＳ２において、昇降台１０１の質量Ｍｃ２（昇降台１０１の質量とは、昇降台１０１の本来の質量が設定される場合、または、昇降台１０１にて搬送される対象物の想定質量を加味した質量が設定される場合などがある）と、移動体１００の固定部（移動体１００の全体から昇降台１０を除く部分を指す）の質量Ｍｃ１と、移動体１００の固定部の重心高さｈ１（各車輪７、８の中心点Ａからの高さにて示す）と、振動の影響を考慮した補正係数βと、第１の車輪７と第２の車輪８との距離Ｌ（各車輪７、８の中心点Ａ間の長さ）と、入力された昇降台位置情報ｈ（各車輪７、８の中心点Ａからの高さにて示す）とから中間変数αを下記式の（３）にて算出する。
α＝β×（Ｍｃ１×ｈ１＋Ｍｃ２×ｈ）／Ｌ ・・・（３）
尚、昇降台１０１の質量Ｍｃ２、移動体１００の固定部の質量Ｍｃ１、移動体１００の固定部の重心高さｈ１、第１の車輪７と第２の車輪８との距離Ｌは、いずれも移動体１００の構造上の固有値であり、いずれもあらかじめ指令・トルク制限パラメータ算出手段１の内部に記憶されている。また、振動の影響を考慮した補正係数βは経験則などから導き出されている数値であり、振動の影響を考慮に入れない場合などは補正係数βは１として考え、算出において加味しないことも可能である。

次に図３のステップＳ３において、過大なスリップを引き起こさない条件下（スリップを考慮した条件下）での加速区間の最大加速度ａｃｍａｘと、そのときの輪重の軽いほうの車輪（加速時であるため進行方向側の車輪を指す）を駆動するモータのトルク制限値ｔｋｍａｘを算出する。図４に示すように第１の車輪７および第２の車輪８のスリップ特性極大値をμ、そして、移動体１００の第１の車輪７および第２の車輪８における静止時の垂直抗力をＮとし、輪重の軽いほうの車輪を駆動するモータのトルク制限値ｔｋｍａｘおよび加速区間の最大加速度ａｃｍａｘは下記式の（４）、（５）にて算出する。
ｔｋｍａｘ＝（μ×Ｎ×Ｍ＋μ×α×ｆｍｉｎ＋Ｍ×ｆｍｉｎ／２−μ×α×τｍａｘ）／（Ｍ＋μ×α） ・・・（４）
ａｃｍａｘ＝（τｍａｘ＋ｔｋｍａｘ−ｆｍｉｎ）／Ｍ ・・・（５）
尚、第１の車輪７および第２の車輪８のスリップ特性極大値μは、路面１０２の摩擦特性情報として、移動体１００の第１の車輪７および第２の車輪８における静止時の垂直抗力Ｎは移動体１００の構造上の固有値としていずれもあらかじめ指令・トルク制限パラメータ算出手段１の内部に記憶されている。

次に図３のステップＳ４において、過大なスリップを引き起こさない条件下（スリップを考慮した条件下）での減速区間の最大減速度ｄｃｍａｘと、そのときの輪重の軽いほうの車輪（減速時であるため進行方向とは逆側の車輪を指す）を駆動するモータのトルク制限値ｔｇｍａｘを下記式の（６）、（７）にて算出する。
ｔｇｍａｘ＝（μ×Ｎ×Ｍ−μ×α×ｆｍａｘ−Ｍ×ｆｍａｘ／２−μ×α×τｍａｘ）／（Ｍ＋μ×α） ・・・（６）
ｄｃｍａｘ＝（τｍａｘ＋ｔｇｍａｘ＋ｆｍａｘ）／Ｍ ・・・（７）

次に図３のステップＳ５において、最大加速度ｋｋと加速区間の最大加速度ａｃｍａｘとの比較を行う。そしてｋｋ≧ａｃｍａｘの場合には、図３のステップＳ６にて加速区間の最大加速度をａｃｍａｘ、輪重の軽い側のトルク制限値をｔｋｍａｘとする。また、ｋｋ＜ａｃｍａｘの場合には、図３のステップＳ７で加速区間の最大加速度ｋｋとし、輪重の軽い側のトルク制限値を下記の式（８）にて再算出する。
ｔｋｍａｘ’＝μ×（Ｎ−α×ｋｋ）＋ｆｍｉｎ／２ ・・・（８）
このように輪重の軽い側のトルク制限値ｔｋｍａｘ’として求めなおし、加速区間の最大加速度をｋｋとし、輪重の軽い側のトルク制限値をｔｋｍａｘ’とする。

次に図３のステップＳ８において、最大減速度ｇｋと減速区間の最大減速度ｄｃｍａｘとの比較を行う。そしてｇｋ≧ｄｃｍａｘの場合には、図３のステップＳ９で減速区間の最大減速度値をｄｃｍａｘ、輪重の軽い側のトルク制限値をｔｇｍａｘとする。また、ｇｋ＜ｄｃｍａｘの場合には、図３のステップＳ１０で減速区間の最大減速度値をｇｋとし、輪重の軽い側のトルク制限値を下記の式（９）にて再算出する。
ｔｇｍａｘ’＝μ×（Ｎ−α×ｇｋ）−ｆｍａｘ／２ ・・・（９）
このように、輪重の軽い側のトルク制限値ｔｇｍａｘ’として求めなおし、減速区間の最大減速度値をｇｋとし、輪重の軽い側のトルク制限値をｔｇｍａｘ’とする。

そして指令値・トルク制限値生成手段２は、指令・トルク制限パラメータ算出手段１で算出された加速区間の最大加速度値（ｋｋかａｃｍａｘのいずれか）及び減速区間の最大減速度値（ｇｋかｄｃｍａｘのいずれか）と指定された指令速度（指定速度は、外部から指令される場合、内部にて決定する場合などが考えられる）とから第１のサーボ３及び第２のサーボ４の位置指令を生成する。そして、加速区間及び等速区間での輪重の軽い側のモータのトルク制限値は、指令・トルク制限パラメータ算出手段１で算出した加速区間における輪重の軽い側のトルク制限値ｔｋｍａｘ又はｔｋｍａｘ’とし、輪重の重い側のトルク制限値はモータ本来のトルク制限値τｍａｘとする。例えば図２の移動体１００が右側に動作する場合は、右側の第２の車輪８の第２のモータ６のトルク制限値をｔｋｍａｘ又はｔｋｍａｘ’とし、左側の第１の車輪７の第１のモータ３の最大トルク値τｍａｘをトルク制限値とする。

また、減速区間では輪重の軽い側のモータのトルク制限値を指令・トルク制限パラメータ算出手段１で算出した減速区間における輪重の軽い側のトルク制限値ｔｇｍａｘ又はｔｇｍａｘ’とし、輪重の重い側のモータのトルク制限値を本来のトルク制限値τｍａｘとする。例えば図２の移動体１００が右側に動作する場合は、左側の第１の車輪７の第１のモータ３のトルク制限値をｔｇｍａｘ又はｔｇｍａｘ’とし、右側の第２の車輪８の第２のモータ６の最大トルク値τｍａｘをトルク制限値とする。第１のサーボ３、第２のサーボ４は指令値・トルク制限値生成手段２で生成された位置指令に基づいて第１のモータ５、第２のモータ６をそれぞれ位置制御する。また、第１のサーボ３、第２のサーボ４の発生トルクは指令値・トルク制限値生成手段２で生成されたトルク制限値に基づいて制限される。ここでは、等速区間について、各車輪において輪重の差は無いものの、加速区間と同様の制限値を設定する場合ついて示した。尚、上記に示した場合と逆に、等速区間を減速区間と同様の制限値を設定することも可能である。以下の実施の形態においても等速区間については本実施の形態１と同様のことが言えるため、その説明は適宜省略する。

上記のように構成された実施の形態１の移動体の走行制御装置は、スリップを起こさない範囲でできるだけ動作時間を短くできる移動体の指令曲線のパラメータを算出し、算出した指令曲線のパラメータに基づいて指令値を生成するため、試行錯誤による調整を行うことなく動作時間を短縮することができる。また、輪重の軽いほうの車輪を適切にトルク制限するため、輪重の軽いほうの車輪が過度にスリップすることを常に防止できる効果がある。さらにモータのトルク制限の制約を考慮した指令曲線のパラメータの算出が行えるため、スリップ限界よりもモータトルク限界が低い場合にも、試行錯誤による調整を行うことなく動作時間を短縮することができる。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２による移動体の走行制御装置の制御方法のフローチャトを示す。尚、移動体１００および走行制御装置１０の構成は上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。図において、上記実施の形態１と同様の部分は同一の符号を付して省略する。上記実施の形態１では、指令・トルク制限パラメータ算出手段１で第１のモータ５、第２のモータ６がいずれも最大トルクを発生した場合に実現できる最大加速度ｋｋおよび最大減速度ｇｋの算出を行う例を示したが、本実施の形態２においてはこの最大加速度ｋｋおよび最大限速度ｇｋを算出せずに、過大なスリップを起こさないことのみを考慮した指令・トルク制限パラメータ算出を行う例について説明する。

まず、図５のステップＳ２において、昇降台１０１の質量Ｍｃ２と、移動体１００の固定部の質量Ｍｃ１と、移動体１００の固定部の重心高さｈ１と、振動の影響を考慮した補正係数βと、第１の車輪７と第２の車輪８との距離Ｌと、入力された昇降台位置情報ｈとから中間変数αを上記実施の形態１と同様に式（３）にて算出する。次に図５のステップＳ３において、過大なスリップを引き起こさない条件下での加速区間の最大加速度ａｃｍａｘと、そのときの輪重の軽いほうの車輪を駆動するモータのトルク制限値ｔｋｍａｘを算出する。第１の車輪７および第２の車輪８のスリップ特性極大値をμ、そして、移動体１０の第１の車輪７および第２の車輪８における静止時の垂直抗力をＮとし、輪重の軽いほうの車輪を駆動するモータのトルク制限値ｔｋｍａｘおよび加速区間の最大加速度ａｃｍａｘは上記実施の形態１と同様に式（４）、（５）にて算出する。

次に図５のステップＳ４において、過大なスリップを引き起こさない条件での減速区間の最大減速度ｄｃｍａｘと、そのときの輪重の軽いほうの車輪を駆動するモータのトルク制限値ｔｇｍａｘとを上記実施の形態１と同様に上記式（６）、（７）にて算出する。そして、加速区間の最大加速度をａｃｍａｘ、輪重の軽い側のトルク制限値をｔｋｍａｘとする。また、減速区間の最大減速度値をｄｃｍａｘ、輪重の軽い側のトルク制限値をｔｇｍａｘとする。そして指令値・トルク制限値生成手段２は、指令・トルク制限パラメータ算出手段１で算出された加速区間の最大加速度値ａｃｍａｘ及び減速区間の最大減速度値ｄｃｍａｘと指定された指令速度とから第１のサーボ３及び第２のサーボ４の位置指令を生成し、以下上記実施の形態１と同様に制御を行う。

上記のように構成された実施の形態２の移動体の走行制御装置は、上記実施の形態１と同様にスリップを起こさない範囲でできるだけ動作時間を短くできる指令曲線のパラメータを算出し、算出したパラメータに基づいて指令を生成するため、試行錯誤による調整を行うことなしに動作時間を短縮できる効果がある。また、輪重の軽いほうの車輪を適切にトルク制限するため、輪重の軽いほうの車輪が過度にスリップすることを常に防止できる効果がある。また、上記実施の形態１より算出を簡便に行うことができる。

実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３による移動体の走行制御装置の制御方法のフローチャトを示す。尚、移動体１００および走行制御装置１０の構成は上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。まず、指令・トルク制限パラメータ算出手段１ではまず図６のステップＳ１において、第１のモータ５および第２のモータ６がいずれも最大トルクが発生した場合に実現できる最大加速度ｋｋおよび最大減速度ｇｋを、第１の車輪７と第２の車輪８との両輪の摩擦抵抗の和の摩擦最大値をｆｍａｘ、第１の車輪７と第２の車輪８との両輪の摩擦抵抗の和の摩擦最小値をｆｍｉｎ、移動体１００の質量とモータの慣性モーメントを考慮した総質量をモータ側に換算した値をＭ、第１のモータ５および第２のモータ６の各最大トルク値をτｍａｘとして上記実施の形態１と同様に式（１）、（２）にて算出する。次に図６のステップＳ２において、昇降台１０１の質量Ｍｃ２と、移動体１００の固定部の質量Ｍｃ１と、移動体１００の固定部の重心高さｈ１、振動の影響を考慮した補正係数βと、第１の車輪７と第２の車輪８との距離Ｌと、入力された昇降台位置情報ｈとから中間変数αを上記実施の形態１と同様に上記式（３）にて算出する。

次に図６のステップＳ３１において、過大なスリップを引き起こさない条件下での加速区間の最大加速度ａｃｍａｘを算出する。第１の車輪７および第２の車輪８のスリップ特性極大値をμ、そして、移動体１０の第１の車輪７および第２の車輪８における静止時の垂直抗力をＮとし、上記実施の形態１と同様に上記式（４）、（５）にて算出する。次に図６のステップＳ４１において、過大なスリップを引き起こさない条件下の減速区間の最大減速度ｄｃｍａｘと、そのときの輪重の軽いほうの車輪を駆動するモータのトルク制限値ｔｇｍａｘを上記実施の形態１と同様に上記式（６）、（７）にて算出する。

次に図６のステップＳ５において、最大加速度ｋｋと加速区間の最大加速度ａｃｍａｘとの比較を行う。そしてｋｋ≧ａｃｍａｘの場合には、図６のステップＳ６１にて加速区間の最大加速度をａｃｍａｘとする。また、ｋｋ＜ａｃｍａｘの場合には、図６のステップＳ７で加速区間の最大加速度ｋｋとする。次に図６のステップＳ８では、最大減速度ｇｋと減速区間の最大減速度ｄｃｍａｘとの比較を行う。そしてｇｋ≧ｄｃｍａｘの場合には、図６のステップＳ９１で減速区間の最大減速度値をｄｃｍａｘとする。また、ｇｋ＜ｄｃｍａｘの場合には、図６のステップＳ１１で減速区間の最大減速度値をｇｋとする。

そして指令値・トルク制限値生成手段２は、指令・トルク制限パラメータ算出手段１で算出された加速区間の最大加速度値（ｋｋかａｃｍａｘのいずれか）及び減速区間の最大減速度値（ｇｋかｄｃｍａｘのいずれか）と指定された指令速度（指定速度は、外部から指令される場合、内部にて決定する場合などが考えられる）とから第１のサーボ３及び第２のサーボ４の位置指令を生成する。また、加速区間及び等速区間での輪重の軽い側のモータのトルク制限値は、モータの本来のトルク制限値τｍａｘを第１のサーボ３、第２のサーボ４のトルク制限値として出力する。以下上記実施の形態１と同様に制御を行うことができる。

上記のように構成された実施の形態３の移動体の走行制御装置は、上記実施の形態１と同様にスリップを起こさない範囲でできるだけ動作時間を短くできる指令曲線のパラメータを算出し、算出したパラメータに基づいて指令を生成するため、試行錯誤による調整を行うことなしに動作時間を短縮できる効果がある。また、上記実施の形態１より算出を簡便に行うことができる。

実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４による移動体の走行制御装置の制御方法のフローチャートを示す。尚、移動体１００および走行制御装置１０の構成は上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一の符号を付して省略する。この実施の形態４では図示しない昇降台制御部からこれから行う動作（指令・トルク制限パラメータを算出しようとしている動作）における昇降台１０１の高さ位置情報として、加速区間での昇降台位置情報ｈｋと、減速区間での昇降台位置情報ｈｇとがそれぞれ入力される場合について説明する。

まず図７のステップＳ１において、上記実施の形態１と同様に第１のモータ５および第２のモータ６がいずれも最大トルクを発生した場合に実現できる最大加速度ｋｋおよび最大減速度ｇｋを算出する。次に図７のステップＳ２１において、昇降台１０１の質量Ｍｃ２と、移動体１００の固定部の質量Ｍｃ１と、移動体１００の固定部の重心高さｈ１と、振動の影響を考慮した補正係数βと、第１の車輪７と第２の車輪８との距離Ｌと、入力された昇降台位置情報ｈｋ、ｈｇとから中間変数αｋ、αｇを下記式（１０）、（１１）にてそれぞれ算出する。
αｋ＝β×（Ｍｃ１×ｈ１＋Ｍｃ２×ｈｋ）／Ｌ ・・・（１０）
αｇ＝β×（Ｍｃ１×ｈ１＋Ｍｃ２×ｈｇ）／Ｌ ・・・（１１）

次に図７のステップＳ３において、過大なスリップを引き起こさない条件下での加速区間の最大加速度ａｃｍａｘと、そのときの輪重の軽いほうの車輪（加速時であるため進行方向側の車輪を指す）を駆動するモータのトルク制限値ｔｋｍａｘを算出する。第１の車輪７および第２の車輪８のスリップ特性極大値をμ、そして、移動体１０の第１の車輪７および第２の車輪８における静止時の垂直抗力をＮとし、輪重の軽いほうの車輪を駆動するモータのトルク制限値ｔｋｍａｘおよび加速区間の最大加速度ａｃｍａｘは下記式（１２）、（１３）にて算出する。
ｔｋｍａｘ＝（（μ×Ｎ×Ｍ＋μ×αｋ×ｆｍｉｎ＋Ｍ×ｆｍｉｎ／２−μ×αｋ×τｍａｘ）／（Ｍ＋μ×αｋ） ・・・（１２）
ａｃｍａｘ＝（τｍａｘ＋ｔｋｍａｘ−ｆｍｉｎ）／Ｍ ・・・（１３）

次に図７のステップＳ４において、過大なスリップを引き起こさない条件下での減速区間の最大減速度ｄｃｍａｘと、そのときの輪重の軽いほうの車輪を駆動するモータのトルク制限値ｔｇｍａｘを下記式（１４）、（１５）にて算出する。
ｔｇｍａｘ＝（μ×Ｎ×Ｍ−μ×αｇ×ｆｍａｘ−Ｍ×ｆｍａｘ／２−μ×αｇ×τｍａｘ）／（Ｍ＋μ×αｇ） ・・・（１４）
ｄｃｍａｘ＝（τｍａｘ＋ｔｇｍａｘ＋ｆｍａｘ）／Ｍ ・・・（１５）

次に図７のステップＳ５において、最大加速度ｋｋと加速区間の最大加速度ａｃｍａｘとの比較を行う。そしてｋｋ≧ａｃｍａｘの場合には、図７のステップＳ６にて加速区間の最大加速度をａｃｍａｘ、輪重の軽い側のトルク制限値をｔｋｍａｘとする。また、ｋｋ＜ａｃｍａｘの場合には、図７のステップＳ７で加速区間の最大加速度ｋｋとし、輪重の軽い側のトルク制限値を下記の式（１６）にて再算出する。
ｔｋｍａｘ’＝μ×（Ｎ−αｋ×ｋｋ）＋ｆｍｉｎ／２ ・・・（１６）
このように輪重の軽い側のトルク制限値ｔｋｍａｘ’を求めなおし、加速区間の最大加速度をｋｋとし、輪重の軽い側のトルク制限値をｔｋｍａｘ’とする。

次に図７のステップＳ８において、最大減速度ｇｋと減速区間の最大減速度ｄｃｍａｘとの比較を行う。そしてｇｋ≧ｄｃｍａｘの場合には、図７のステップＳ９で減速区間の最大減速度値をｄｃｍａｘ、輪重の軽い側のトルク制限値をｔｇｍａｘとする。また、ｇｋ＜ｄｃｍａｘの場合には、図７のステップＳ１０で減速区間の最大減速度値をｇｋとし、輪重の軽い側のトルク制限値を下記の式（１７）にて再算出する。
ｔｇｍａｘ’＝μ×（Ｎ−αｇ×ｇｋ）−ｆｍａｘ／２ ・・・（１７）
このように、輪重の軽い側のトルク制限値ｔｇｍａｘ’を求めなおし、減速区間の最大減速度値をｇｋとし、輪重の軽い側のトルク制限値をｔｇｍａｘとする。

そして指令値・トルク制限値生成手段２は、指令・トルク制限パラメータ算出手段１で算出された加速区間の最大加速度値（ｋｋかａｃｍａｘのいずれか）及び減速区間の最大減速度値（ｇｋかｄｃｍａｘのいずれか）と指定された指令速度とから第１のサーボ３及び第２のサーボ４の位置指令を生成し、以下上記実施の形態１と同様に制御を行う。

上記のように構成された実施の形態４の移動体の走行制御装置は、上記実施の形態１と同様に、スリップを起こさない範囲でかつできるだけ動作時間を短くできる指令曲線のパラメータを算出し、算出したパラメータに基づいて指令を生成するため、試行錯誤による調整を行うことなしに動作時間を短縮できる効果がある。また、輪重の軽いほうの車輪を適切にトルク制限するため、輪重の軽いほうの車輪が過度にスリップすることを常に防止できる効果がある。さらにモータのトルク制限の制約も考慮した指令曲線のパラメータの算出も行えるため、スリップ限界よりもモータトルク限界が低い場合にも、試行錯誤による調整を行うことなしに動作時間を短縮できる。さらに、中間変数を加速時および減速時の２通りに分けて算出したためより一層正確な制御を行うことができる。

実施の形態５．
図８はこの発明の実施の形態５による移動体の走行制御装置の構成を示すブロック図である。尚、移動体１００の構成は上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一の符号を付して省略する。上記実施の形態１とは異なる点は、昇降台１０１の高さ位置情報以外に、昇降台で搬送する対象物の質量（搬送質量）と、指定された指定速度とが指令・トルク制限パラメータ算出手段１にそれぞれ入力される。よって、指令・トルク制限パラメータ算出手段１での算出において、昇降台１０１の質量Ｍｃ２と、移動体１００の質量とモータの慣性モーメントを考慮した総質量をモータ側に換算した値Ｍとの値が、入力された昇降台で搬送する対象物の質量（搬送質量）を考慮した値にて算出されて入力される。また、第１の車輪７および第２の車輪８の両輪の摩擦抵抗の和の最大値ｆｍａｘは指定速度に応じて適切な値が設定される。

上記のように構成された実施の形態５の移動体の走行制御装置は、入力される設定値に応じて上記実施の形態１と同様に算出することが可能であり、上記実施の形態１と同様に、スリップを起こさない範囲でできるだけ動作時間を短くできる指令曲線のパラメータを算出し、算出したパラメータに基づいて指令を生成するため、試行錯誤による調整を行うことなしに動作時間を短縮できる効果がある。また、輪重の軽いほうの車輪を適切にトルク制限するため、輪重の軽いほうの車輪が過度にスリップすることを常に防止できる効果がある。さらにモータのトルク制限の制約も考慮した指令曲線のパラメータの算出も行えるため、スリップ限界よりもモータトルク限界が低い場合にも、試行錯誤による調整を行うことなしに動作時間を短縮できる。さらに、搬送質量および指定速度に応じた両輪の摩擦抵抗の和の最大値が入力されるため、より一層正確な制御を行うことができる。

実施の形態６．
図９はこの発明の実施の形態６による移動体の走行制御装置の構成を示すブロックである。尚、移動体１００の構成は上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一の符号を付して省略する。移動体１００が搭載している昇降台１０１の高さ位置情報と、移動体１００の指令曲線のパラメータと、路面１０２の摩擦特性情報と、移動体１００の構造上の固有値とを用いてトルク制限のパラメータを算出するパラメータ算出手段としてのトルク制限パラメータ算出手段９を備え、移動体１００の指令曲線のパラメータと、トルク制限パラメータ算出手段９で算出したトルク制限のパラメータに基づいて上記各モータ５、６への指令値としての位置指令値と、トルク制限値を生成し第１および第２のサーボ３、４にそれぞれ送信する生成手段としての指令値・トルク制限値生成手段２０を備えている。尚、移動体１００の指令曲線のパラメータは最終的に指令値・トルク制限値生成手段２０から指令値として各サーボ３、４に送信する必要があるため、本実施の形態においては移動体１００の指令曲線のパラメータは指令値・トルク制限値生成手段２０内部に記憶させる。

次に上記のように構成された実施の形態６の移動体の走行制御装置の制御方法について説明する。まず、トルク制限パラメータ算出手段９では、図示しない昇降台制御部からこれから行う動作における昇降台１０１の位置の中で最も高い位置での昇降台位置情報ｈが入力される。また、指令値・トルク制限値生成手段２から移動体１００の指令曲線のパラメータとしての、加速区間の最大加速度ａｋ及び減速区間の最大減速度ｄｋが入力される。次に入力された昇降台位置情報ｈ、加速区間の最大加速度ａｋ、減速区間の最大減速度ｄｋと、トルク制限パラメータ算出手段９内部に記憶されている路面１０２のスリップ特性極大値μを用いて、加速区間トルク制限値ｔｋｍａｘ、減速区間トルク制限値ｔｇｍａｘを算出する。

まず、昇降台１０１の質量Ｍｃ２と、移動体１００の固定部の質量Ｍｃ１と、移動体１００の固定部の重心高さｈ１と、振動の影響を考慮した補正係数βと、第１の車輪７と第２の車輪８との距離Ｌと、入力された昇降台位置情報ｈとから中間変数αを上記実施の形態１と同様に上記式（３）に基づいて算出する。次に、加速区間トルク制限値ｔｋｍａｘ、減速区間トルク制限値ｔｇｍａｘを下記式（１８）および（１９）に基づいて算出し、指令値・トルク制限値生成手段２へ出力する。
ｔｋｍａｘ＝μ×（Ｎ−α×ａｋ）＋ｆｍｉｎ／２ ・・・（１８）
ｔｇｍａｘ＝μ×（Ｎ−α×ｄｋ）−ｆｍａｘ／２ ・・・（１９）
次に、指令値・トルク制限値生成手段２では内部に記憶されている加速区間の最大加速度ａｋ、減速区間の最大減速度ｄｋと指定された指定速度とから第１のサーボ３および第２のサーボ４に出力する位置指令を生成する。

また、加速区間及び等速区間では輪重の軽い側のモータのトルク制限値をトルク制限パラメータ算出手段９で算出した加速区間における輪重の軽い側のトルク制限値ｔｋｍａｘとし、輪重の重い側のモータのトルク制限値をモータの本来のトルク制限値τｍａｘとする。例えば図２の移動体１００が右側に動作する場合は、右側の第２の車輪８の第２のモータ６のトルク制限値をｔｋｍａｘとし、左側の第１の車輪７の第１のモータ５のトルク制限値をモータ本来のトルク制限値τｍａｘとする。

また、減速区間では輪重の軽い側のモータのトルク制限値をトルク制限パラメータ算出手段９で算出した減速区間における輪重の軽い側のトルク制限値ｔｇｍａｘとし、輪重の重い側のモータのトルク制限値をモータの本来のトルク制限値τｍａｘとする。例えば図２の移動体１００が右側に動作する場合は、左側の第１の車輪７の第１のモータ５のトルク制限値をｔｇｍａｘとし、右側の第２の車輪８の第２のモータ６のトルク制限値をτｍａｘとする。そして、第１のサーボ３および第２のサーボ４は指令値・トルク制限値生成手段２０で生成された位置指令に基づいて第１のモータ５、第２のモータ６を位置制御する。また、第１のサーボ５、第２のサーボ６の発生トルクは指令値・トルク制限値生成手段２０で生成されたトルク制限値に基づいて制限される。

上記のように構成された実施の形態６の移動体の走行制御装置は、輪重の軽いほうの車輪を適切にトルク制限するため、輪重の軽いほうの車輪が過度にスリップすることを常に防止できる効果がある。

尚、上記各実施の形態では生成手段で位置指令を生成する場合について説明したがこれに限られることはなく、例えば生成手段で速度指令を生成し、第１のサーボ３、第２のサーボ４に速度制御を行っても上記各実施の形態と同様の効果を奏することは言うまでもない。

また、指令・トルク制限パラメータ算出手段には、ｈの代表値に対する加速区間の最大加速度値及び輪重の軽い側のトルク制限値と減速区間の最大減速度値及び輪重の軽い側のトルク制限値の計算結果を記憶させておき、指令・トルク制限パラメータ算出手段では入力された昇降台位置情報ｈから最も近い代表値を選択し、選択された代表値に対応する加速区間の最大加速度値及び輪重の軽い側のトルク制限値と減速区間の最大減速度値及び輪重の軽い側のトルク制限値の計算結果を記憶させておいた結果より出力するようにしてもよい。

実施の形態７．
図１０はこの発明の実施の形態７による移動体の走行制御装置の構成を示すブロック図である。尚、移動体１００の構成は上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一の符号を付して省略する。移動体１００が搭載している昇降台１０１の高さの位置情報、移動体１００の加速度に関する加速度情報と、路面の摩擦特性情報と、移動体１００の構造上の固有値とを用いてトルク制限値を生成する生成手段としてのトルク制限値生成手段１１と、トルク制限値生成手段１１にて生成されたその内部に記憶してあるパラメータを用いて指令値を生成する指令値生成手段１２とを備えている。そしてこの実施の形態７においては、右方向をプラス（正方向）と、左方向をマイナス（負方向）と既定して説明する。

次に上記のように構成された実施の形態７の移動体の走行制御装置の制御方法について説明する。まず、トルク制限値生成手段１１では、昇降台１０１の質量Ｍｃ２と、移動体１００の固定部の質量Ｍｃ１と、移動体１００の固定部の重心高さｈ１と、振動の影響を考慮した補正係数βと、第１の車輪７と第２の車輪８との距離Ｌと、入力された昇降台１０１の現在の位置指令値ｈｄとから、中間変数αｄを下記の式（２０）にて算出する。
αｄ＝β×（Ｍｃ１×ｈ１＋Ｍｃ２×ｈｄ）／Ｌ ・・・（２０）

現在の移動体１００の加速度指令ａｄが正の規定値以上（即ち、ここでは右方向を正方向と考えているため、右方向が進行方向の場合の加速および左方向が進行方向の場合の減速の状態を指す）の場合には第２のサーボ４のトルク制限値ｔ２ｍａｘを下記式（２１）にて算出する。
ｔ２ｍａｘ＝μ×（Ｎ−αｄ×ａｄ）＋ｆｍｉｎ／２ ・・・（２１）
そして、第１のサーボ３のトルク制限値はモータの本来のトルク制限値であるτｍａｘとする。

また、現在の移動体１００の加速度指令ａｄが負の規定値以下（即ち、ここでは右方向を正方向と考えているため、右方向が進行方向の場合の減速および左方向の進行方向の加速の状態を指す）の場合には第１のサーボ３のトルク制限値ｔ１ｍａｘを下記式（２２）にて算出する。
ｔ１ｍａｘ＝μ×（Ｎ−αｄ×｜ａｄ｜）−ｆｍａｘ／２ ・・・（２１）
そして、第２のサーボ４のトルク制限値はモータの本来のトルク制限値であるτｍａｘとする。

次に、現在の移動体１００の加速度指令ａｄが正の規定値未満で負の規定値より大きい場合はトルク制限値を算出する必要性が少ないため、第１のサーボ３及び第２のサーボ４のトルク制限値としてモータの本来のトルク制限値であるτｍａｘを利用する。そして、トルク制限値生成手段１１では定められた周期毎に第１のサーボ３及び第２のサーボ４のトルク制限値を定期的に算出し、算出したトルク制限値を第１のサーボ３及び第２のサーボ４に送信する。指令値生成手段１２では、第１のサーボ３、第２のサーボ４を位置制御する場合は位置指令を生成し、第１のサーボ３および第２のサーボ２を速度制御する場合は速度指令を生成する。そして、第１のサーボ３及び第２のサーボ４では指令値生成手段１２から送られてきた指令に基づいて位置制御もしくは速度制御を行うとともに、トルク制限値生成手段１１から送られてきたトルク制限値に基づいて発生トルクの制限を行う。

上記のように構成された実施の形態７の移動体の走行制御装置は、輪重の軽いほうの車輪を適切にトルク制限するため、輪重の軽いほうの車輪が過度にスリップすることを常に防止できる効果がある。

実施の形態８．
この発明の実施の形態８による移動体および移動体の走行制御装置の構成は上記実施の形態７と同様であるため同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態８では昇降台の高さ位置情報として昇降台の現在の位置指令ｈｄを用い、移動体の加速度情報として現在の加速度指令ａｄを用いる。まず、トルク制限値生成手段１１では、昇降台１０１の質量Ｍｃ２と、移動体１００の固定部の質量Ｍｃ１と、移動体１００の固定部の重心高さｈ１と、振動の影響を考慮した補正係数βと、第１の車輪７と第２の車輪８との距離Ｌと、入力された昇降台１０１の現在の位置指令値ｈｄとから、中間変数αｄを上記実施の形態７と同様に上記式（２０）にて算出する。次に、現在の加速度指令ａｄから判断して加速区間もしくは等速区間にある場合は輪重の軽いほうのトルク制限値ｔｋｍａｘを下記式（２２）より算出する。
ｔｋｍａｘ＝μ×（Ｎ−αｄ×ａｄ）＋ｆｍｉｎ／２ ・・・（２２）
そして、輪重の重いほうのモータのトルク制限値はモータの本来のトルク制限値であるτｍａｘとする。例えば図２の移動体１００が右側に動作する場合は、右側の第２の車輪８の第２のモータ６のトルク制限値をｔｋｍａｘとし、左側の第１の車輪７の第１のモータ５のトルク制限値を本来のトルク制限値τｍａｘとする。

また、現在の加速度指令ａｄから判断して減速区間もしくは停止区間（停止しようとしている区間）にある場合は輪重の軽いほうのトルク制限値ｔｇｍａｘを下記式（２３）にて算出する。
ｔｇｍａｘ＝μ×（Ｎ−αｄ×｜ａｄ｜）−ｆｍａｘ／２ ・・・（２３）
そして、輪重の重いほうのトルク制限値はモータ本来のトルク制限値であるτｍａｘとする。例えば図２の移動体１００が右側に動作する場合は、左側の第１の車輪７の第１のモータ５のトルク制限値をｔｇｍａｘとし、右側の第２の車輪８の第２のモータ５のトルク制限値をτｍａｘとする。トルク制限値生成手段１１では定められた周期毎に第１のサーボ３及び第２のサーボ４のトルク制限値を定期的に算出し、算出したトルク制限値を第１のサーボ３及び第２のサーボ４に送信する。そして、第１のサーボ３及び第２のサーボ４ではトルク制限値生成手段１１から送られてきたトルク制限値に基づいて発生トルクの制限を行う。

上記のように構成された実施の形態８の移動体の走行制御装置は、輪重の軽いほうの車輪を適切にトルク制限するため、輪重の軽いほうの車輪が過度にスリップすることを常に防止できる効果がある。

尚、上記実施の形態７および実施の形態８では昇降台の位置に関する情報として、昇降台の現在の位置指令値ｈｄを用いる例を示したが、これに限られることはなく、昇降台の現在の位置指令値ｈｄの代わりに、昇降台の現在の位置の測定値ｈｍを用いることも考えられる。また、上記実施の形態７および実施の形態８では移動体の加速度に関する情報として、現在の加速度指令値ａｄを用いる例を示したが、これに限られることはなく、現在の加速度指令ａｄの代わりに現在の加速度の測定値ａｍを用いることも考えられる。

この発明の実施の形態１における移動体および移動体の走行制御装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１における移動体の構成を示す図である。 図１に示した移動体の走行制御装置の制御方法を示すフローチャートである。 図２に示した移動体の車輪のスリップ特性を示す図である。 この発明の実施の形態２における移動体の走行制御装置の制御方法を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３における移動体の走行制御装置の制御方法を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態４における移動体の走行制御装置の制御方法を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態５における移動体および移動体の走行制御装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態６における移動体および移動体の走行制御装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態７における移動体および移動体の走行制御装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 指令・トルク制限パラメータ算出手段、
２，２０ 指令値・トルク制限値生成手段、３ 第１のサーボ、４ 第２のサーボ、
５ 第１のモータ、６ 第２のモータ、７ 第１の車輪、８ 第２の車輪、
９ トルク制限パラメータ算出手段、１０ 移動体の走行制御装置、
１１ トルク制限値生成手段、１２ 指令値生成手段、１００ 移動体、
１０１ 昇降台。

Claims (1)

1. 高さ位置を変更することができるように設置された昇降台と、移動方向の前後にそれぞれ形成された車輪と、上記各車輪をそれぞれ駆動する各モータとを備えた移動体であって、上記移動体を所定の路面上に上記各車輪を上記各モータにて駆動させて移動する走行の制御を行う上記移動体の走行制御装置において、
   上記昇降台を制御する昇降台制御部から入力される上記昇降台の位置の中で最も高い位置となる昇降台位置情報と、あらかじめ記憶されている上記各モータの最大トルク値と、上記各車輪のスリップ率を入力する摩擦係数関数の極大値であるスリップ特性極大値と、上記各車輪の摩擦抵抗の和の摩擦最大値および摩擦最小値と、上記移動体の質量と上記各モータの慣性モーメントを考慮した総質量をモータ側に換算した値と、上記昇降台の質量と、上記移動体の固定部の質量と、上記移動体の固定部の重心高さと、上記各車輪間の距離とを用いて、上記移動体の過大なスリップを引き起こさない条件下での加速区間の最大加速度と、そのときの輪重の軽いほうの車輪を駆動するモータのトルク制限値と、減速区間の最大減速度と、そのときの輪重の軽いほうの車輪を駆動するモータのトルク制限値とを算出するパラメータ算出手段と、算出された上記加速区間の最大加速度、上記減速区間の最大減速度及び指定された指令速度から指令を生成し、加速区間の輪重の軽い側のモータのトルク制限値を算出された加速区間における輪重の軽い側のトルク制限値とし、減速区間の輪重の軽い側のモータのトルク制限値を算出された減速区間における輪重の軽い側のトルク制限値とする上記各モータへの指令値およびトルク制限値を生成する生成手段とを備え、上記生成手段にて生成した上記各モータへの指令値およびトルク制限値を用いて上記各モータを位置制御もしくは速度制御することを特徴とする移動体の走行制御装置。

Images