JP4840301B2 - Control parameter determining device and multi-axis moving body device for each driving device of multi-axis moving body - Google Patents
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Description
本発明は、搬送車など移動体の走行制御方法に関するもので、特に、多軸移動体の各駆動装置の制御パラメータ決定方法およびその装置に関する。 The present invention relates to a traveling control method for a moving body such as a transport vehicle, and more particularly to a control parameter determination method and apparatus for each driving device of a multi-axis moving body.
電動機を駆動輪とした搬送車や移動台車に荷物を載せて走行させる場合、荷物の重量が判明していないと、駆動輪を速度制御する場合の最適な制御ゲインを設定することができず安定に走行制御することができない。
従来の移動体による荷物の重量測定方法として圧力センサや重量計測器上に荷物を搭載した状態の移動体を載せて重量を計測し、それを駆動輪の制御パラメータとして演算し、速度制御系の最適なゲインを求めていた。
一方、センサや測定装置を用いない重量測定方法として、特許文献1〜4の例があった。これらは、搭載物を載置台に搭載した時の載置台に備えた前輪の変形による外周変化の下での走行距離と搭載物無しの場合の走行距離とを比較して荷重を求めていた。また、他の搭載物の重量推定方法として、移動体を一定速度になるまで加速させ、この際に得られたトルクと加速度から移動体の搭載物の重量を推定していた。この重量を制御パラメータとして演算し、速度制御系のゲイン制御信号を演算することで安定な走行制御を実現していた。
As a conventional method of measuring the weight of a load by a moving body, the weight is measured by placing the moving body with the load mounted on a pressure sensor or a weight measuring instrument, and the weight is calculated as a control parameter for the driving wheel. The optimum gain was sought.
On the other hand, there existed the example of patent documents 1-4 as a weight measuring method which does not use a sensor and a measuring device. In these cases, the load is obtained by comparing the travel distance under the change in the outer circumference due to the deformation of the front wheel provided on the mounting table when the mounted object is mounted on the mounting table with the traveling distance in the case of no load. As another weight estimation method for the load, the moving object is accelerated to a constant speed, and the weight of the load on the moving object is estimated from the torque and acceleration obtained at this time. By calculating this weight as a control parameter and calculating a gain control signal of the speed control system, stable traveling control has been realized.
従来例の複数の駆動装置を持つ移動体は、一定速度まで加速する時に検出したトルクから搭載物の重量を推定していたが、重心位置のずれを考慮していないため、移動体の走行時に各駆動装置に適正な指令を与えることができず、安定な走行ができなかった。
本発明は、移動体上に重量不明の搭載物を任意の場所に配置しても、搭載物の重量および重心位置のずれを検出、または演算によって推定し、この重量および重心位置ずれを制御パラメータとして演算し、自動的に各駆動装置のゲイン調整することで安定な走行を実現できる多軸移動体の制御パラメータ決定方法を提供することを目的とする。
また、従来例では路面の動摩擦係数を考慮していないため、路面状況に応じた制御パラメータの決定ができず駆動輪を安定に制御することができなかった。本発明は、等速運動中に各駆動装置で検出させる動摩擦係数μも制御パラメータとして演算し、自動的に各駆動装置のゲイン調整することで安定な走行を実現できる多軸移動体の制御パラメータ決定方法を提供することを目的とする。
The moving body having a plurality of driving devices of the conventional example estimates the weight of the load from the torque detected when accelerating to a constant speed, but does not consider the deviation of the center of gravity position, so when moving the moving body An appropriate command could not be given to each drive unit, and stable running could not be performed.
The present invention detects or estimates the displacement of the weight and the center of gravity position of the mounted object even if an unknown weight mounted object is placed on the moving object, and the weight and the gravity center position deviation are controlled by the control parameter. It is an object of the present invention to provide a control parameter determination method for a multi-axis moving body that can realize stable traveling by calculating the gain of each driving device automatically.
Further, in the conventional example, since the dynamic friction coefficient of the road surface is not taken into consideration, the control parameter according to the road surface condition cannot be determined, and the driving wheel cannot be controlled stably. The present invention calculates the dynamic friction coefficient μ detected by each driving device during constant speed motion as a control parameter, and automatically adjusts the gain of each driving device to control the multi-axis moving body that can realize stable traveling The purpose is to provide a decision method.
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項1記載の多軸移動体の各駆動装置の制御パラメータ決定装置の発明は、筐体の側面に前記筐体の重心回りに等角度で3つ以上の駆動輪を配置し、前記駆動輪と前記重心を結ぶ直線を軸として前記駆動輪を回転するようにした多軸移動体の前記各駆動輪を駆動する駆動装置の制御パラメータ決定装置において、
搭載物を搭載後における前記多軸移動体の重心位置と搭載前の前記多軸移動体単体の重心位置とがずれた状態で置き、
前記搭載物の搭載前の重心位置を通る駆動輪の軸に平行な方向に向かって前記平行な方向の両側に線対称に配置される2つの駆動輪を選択して駆動し、一定速度に到達するまで前記多軸移動体を直線運動させ、前記駆動された2つの駆動輪に発生するトルクを検出し該トルク比を求め、前記駆動された2つの駆動輪を結ぶ軸線を前記トルク比で分配した第1分配点を求め、
前記多軸移動体を前回とは異なる駆動輪でかつ前記選択した駆動輪と前記筐体の重心回りに180度離れた位置にない駆動輪を選択し、該選択した駆動輪の駆動軸と平行な方向に向かって一定速度に到達するまで前記多軸移動体を直線運動させて前回と同様にして第2分配点を求め、前記第1分配点と前記第2分配点とに基づいて前記搭載物の搭載後における前記多軸移動体の重心位置と搭載前の前記多軸移動体単体の重心位置との距離を推定し、
前記距離を前記制御パラメータとして演算することで前記多軸移動体を安定に走行制御するようにしたのである。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
The invention of the control parameter determination device for each drive device of the multi-axis moving body according to
Place the mounted object in a state where the center of gravity position of the multi-axis moving body after mounting and the position of the center of gravity of the multi-axis moving body before mounting are shifted,
Select and drive two drive wheels that are arranged symmetrically on both sides of the parallel direction toward the direction parallel to the axis of the drive wheel that passes through the center of gravity before the load is mounted, and reach a constant speed to is linear motion the polyaxial mobile to the sought driven two detecting a torque generated in the drive wheels the torque ratio, distribute axis connecting the two drive wheels which are the driven by the torque ratio Find the first distribution point
The multi-axis moving body is selected as a driving wheel different from the previous one, and the selected driving wheel and a driving wheel not located at a position 180 degrees around the center of gravity of the housing are selected and parallel to the driving axis of the selected driving wheel. The multi-axis moving body is linearly moved until reaching a constant speed in a certain direction to obtain a second distribution point in the same manner as the previous time, and the mounting is performed based on the first distribution point and the second distribution point. Estimating the distance between the center of gravity position of the multi-axis moving body after mounting an object and the position of the center of gravity of the multi-axis moving body before mounting ,
The multi-axis moving body is stably controlled by calculating the distance as the control parameter.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の多軸移動体の各駆動装置の制御パラメータ決定装置において、前記パラメータ決定装置によって決定された各駆動装置の制御パラメータを基に各駆動装置に最適なゲイン調整をすることで前記多軸移動体を安定に走行制御するようにしたのである。
The invention according to
請求項3記載の発明は、請求項1記載の多軸移動体の各駆動装置の制御パラメータ決定装置において、式(1)から前記搭載物の重量を推定することで前記多軸移動体を安定に走行制御するようにしたのである。
(T 1 +T 2 )・cosθ = (M1+M2)・R2・dω/dt + M3・R2・dω/dt ・・・式(1)
ここで、T 1 :一方の駆動輪の検出トルク、
T 2 :他方の駆動輪の検出トルク、
θは多軸移動体と駆動輪との角度で、多軸移動体に取り付けられた駆動輪の数によって変化し、θ=(180−360/駆動輪数)/2、
M1:多軸移動体の重量、
M2:搭載物Wの重量、
ω:駆動輪の角速度、
M3:駆動輪の重量、
R:駆動輪の半径、である。
According to a third aspect of the invention, the control parameter determination device of each drive unit of the multi-axis moving body in accordance with
( T 1 + T 2 ) ・ cosθ = (M 1 + M 2 ) ・ R 2・ dω / dt + M 3・ R 2・ dω / dt (1)
Where T 1 is the detected torque of one drive wheel ,
T 2 : Detected torque of the other drive wheel ,
θ is an angle between the multi-axis moving body and the driving wheel, and varies depending on the number of driving wheels attached to the multi-axis moving body. θ = (180-360 / number of driving wheels) / 2
M 1 : Weight of multi-axis moving body,
M 2 : weight of the load W,
ω: angular velocity of the drive wheel,
M 3 : Drive wheel weight,
R: radius of the driving wheel.
請求項4記載の発明は、請求項1記載の多軸移動体の各駆動装置の制御パラメータ決定装置において、前記搭載物を前記多軸移動体単体の重心位置に乗せて移動する場合に速度指令が与えられた駆動輪のゲインを予め算出し、
次ぎに前記多軸移動体上に搭載する場合に前記搭載物の搭載後における前記多軸移動体の重心位置と搭載前の前記多軸移動体単体の重心位置とをずれた状態で置き、
式(2)から駆動輪の前記トルク比を求め、式(3)〜(5)から各駆動輪のゲインを修正することで前記多軸移動体を安定に走行制御するようにしたのである。
T3a: T3b: T3c = (T3a1 * T3a2):( T3b1 * T3a2):( T3c2 * T3a1) ・・・・・・式(2)
ここで、T3a、T3b、T3c :駆動輪のトルク、
T3a1、T3b1:一方向に直線運動させたときの駆動輪3a、3bのトルク、
T3a2、T3c2:他の方向に直線運動させたときの駆動輪3a、3cのトルク、
G3a = G ・T3a /(T3a + T3b + T3c) ・・・・・・式(3)
G3b = G ・T3b /(T3a + T3b + T3c) ・・・・・・式(4)
G3c = G ・T3c /(T3a + T3b + T3c) ・・・・・・式(5)
ここで、G3a , G3b ,G3c:各駆動輪の補正後のゲイン、
G:搭載物の推定重量を重心位置上で移動する時の駆動輪のゲイン
請求項5記載の多軸移動体装置の発明は、請求項1記載の多軸移動体の各駆動装置の制御パラメータ決定装置を備えたことで前記多軸移動体を安定に走行制御するようにしたのである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the control parameter determining device for each driving device of the multi-axis moving body according to the first aspect , when the mounted object is moved on the center of gravity position of the multi-axis moving body alone, a speed command is provided. Pre-calculate the gain of the drive wheel given
Next, when mounting on the multi-axis moving body, the center of gravity position of the multi-axis moving body after mounting the mounted object and the center of gravity position of the multi-axis moving body before mounting are shifted and placed.
Obtains the torque ratio of the driving wheels from Equation (2), it was so as to stably travel control the multi-axis moving body by modifying the gain of each drive wheel from the equation (3) to (5).
T 3a : T 3b : T 3c = (T 3a1 * T 3a2 ) :( T 3b1 * T 3a2 ) :( T 3c2 * T 3a1 ) ・ ・ ・ ・ ・ ・ Equation (2)
Here, T 3a , T 3b , T 3c : Driving wheel torque,
T 3a1 , T 3b1 : Torque of the
T 3a2 , T 3c2 : Torque of the
G 3a = G • T 3a / (T 3a + T 3b + T 3c ) ・ ・ ・ ・ ・ ・ Equation (3)
G 3b = G · T 3b / (T 3a + T 3b + T 3c ) ··· Equation (4)
G 3c = G · T 3c / (T 3a + T 3b + T 3c ) ········· Equation (5)
Where G 3a , G 3b , G 3c : the corrected gain of each drive wheel,
G: Gain of driving wheel when the estimated weight of the load is moved on the position of the center of gravity The invention of the multi-axis moving body device according to
請求項1に記載の発明によると、多軸移動体を一定速度に到達するまで直線に走行させたときに発生する各駆動装置間のトルク比から重心位置のずれを推定し、制御パラメータとして演算し、各駆動装置に最適なゲイン調整をすることで、多軸移動体の重心位置を中心とした安定な走行制御を実現することができる。 According to the first aspect of the present invention, the deviation of the center of gravity is estimated from the torque ratio between the driving devices generated when the multi-axis moving body travels linearly until reaching a constant speed, and is calculated as a control parameter. In addition, by performing optimum gain adjustment for each driving device, it is possible to realize stable traveling control around the center of gravity of the multi-axis moving body .
請求項2に記載の発明によると、パラメータ決定装置によって決定された各駆動装置の制御パラメータを基に各駆動装置に最適なゲイン調整をすることで、安定な走行制御を実現することができる。According to the second aspect of the present invention, stable travel control can be realized by performing optimum gain adjustment for each drive device based on the control parameter of each drive device determined by the parameter determination device.
請求項3に記載の発明によると、式(1)から搭載物の重量を推定することで、安定な走行制御を実現することができる。 According to the third aspect of the present invention, stable traveling control can be realized by estimating the weight of the load from the equation (1).
請求項4に記載の発明によると、式(2)〜(5)から各駆動輪のゲインの修正が簡単かつ正確に行えるようになる。According to the fourth aspect of the present invention, the gain of each drive wheel can be easily and accurately corrected from the equations (2) to (5).
請求項5に記載の発明によると、請求項1記載の多軸移動体の各駆動装置の制御パラメータ決定装置を備えたことで、多軸移動体の重心位置を中心とした安定な走行制御を実現する多軸移動体装置が得られる。 According to the invention described in
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
〈重心の推定方法〉
図1は、本発明の多軸移動体1の例で,(a)は上面図、(b)は正面図である。
筐体2の側面に3つの駆動輪3(3a〜3c)が互いに120度の間隔で取り付けられている。各駆動輪3a〜3cの外周にはそれぞれ駆動輪3a〜3cの軸方向3as〜3csに回転する多数の車輪5が配置されていることで、駆動輪3a〜3cは回転方向3ar〜3crのほかに軸方向3as〜3csにも移動することができる。多軸移動体1は、その上面中央に搭載物Wを載せて重心位置4を中心に走行、回転する。
<Method of estimating the center of gravity>
FIG. 1 is an example of a multi-axis moving
Three drive wheels 3 (3a to 3c) are attached to the side surface of the
図2は本発明の三輪式多軸移動体の上に搭載物を載せた時の上面図である。
図において、多軸移動体1の上面に重量不明の搭載物Wを多軸移動体1の重心位置4からずらして載せた状態を示している。このように配置することで搭載物Wを含む多軸移動体1の重心は重心位置4から重心位置7へ移動する。
FIG. 2 is a top view when a load is placed on the three-wheeled multi-axis moving body of the present invention.
In the drawing, a state in which a load W of unknown weight is placed on the upper surface of the multiaxial moving
図3は図2のように搭載物Wを多軸移動体1上に中心からそれた位置に置いた際の搭載物Wの重量および重心位置を推定する方法のフローチャート8である。
まず、多軸移動体1上の搭載物Wの重量変化があったかどうかを判断し(9a)、判断結果、変化がなければステップ15aへ飛んでそのまま走行を続ける。
また、判断結果、変化があればまず一方向への直線運動ルーチンに移り、ステップ10aで一方向への直線運動をし、各駆動輪3a〜3cでの各トルク検出を行い(ステップ11a)、駆動輪3a〜3c間のトルク比検出を行う(ステップ12a)。
次に、他の方向への直線運動ルーチンに移り、前のステップ10aでの直線運動とは異なる方向に直線運動を行う(ステップ10b)。各駆動輪3a〜3cでの各トルク検出を行い(ステップ11b)、駆動輪3a〜3c間のトルク比検出を行う(ステップ12b)。
その後、ステップ13aで搭載物Wの重量と重心位置を推定し、これを制御パラメータとして演算し、各駆動輪3のゲイン補正を行った後(ステップ14a)、多軸移動体1を走行させる(ステップ15a)。
FIG. 3 is a
First, it is determined whether or not there is a change in the weight of the load W on the multi-axis moving body 1 (9a), and if there is no change as a result of the determination, the process jumps to step 15a and continues running.
Further, if there is a change in the determination result, first, the routine moves to a linear motion routine in one direction, and linear motion in one direction is performed in
Next, the process moves to a linear motion routine in another direction, and linear motion is performed in a direction different from the linear motion in the
Thereafter, in
以上のフローチャート8の手法について図4〜図6を用いて具体的に説明する。
まず、図3のフローチャート8の1つめのルーチンを図4のようにして実行する。図4は本発明の三輪式多軸移動体を直線走行させた時の上面図である。図4のように搭載物Wを搭載した状態で重心位置4を通る駆動輪3cの軸に平行な方向19cに向かって多軸移動体1を一定速度に達するまで直線運動させる(図3のステップ10a)。この場合、駆動輪3aと3bには速度指令を与えるが、駆動輪3cには速度指令を与えず、駆動輪3cの外周に配備した車輪5を空転させる。
重心位置7が重心位置4から偏心している結果、直線運動している駆動輪3a、3bから反力として検出される駆動輪3aのトルクT3a120と駆動輪3bのトルクT3b121を検出する(図3のステップ11a)と、両者に差が生じる。そこで、駆動輪3a、3bのそれぞれの取り付け部を結ぶ軸線22をこのトルク比(T3a1:T3b1)で分配する。この場合、線分23は駆動輪3bのトルクT3b121による長さとなり、線分24は駆動輪3aのトルクT3a1による長さ20となり、この比で分配点25が求まる。
The method of the
First, the first routine of the
As a result of the eccentricity of the center of
次に、図3のフローチャート8の2つめのルーチンを図5のようにして実行する。図5は本発明の三輪式多軸移動体を他の方向へ直線走行させた時の上面図である。図5は図4の直線方向とは異なる直線方向へ直線運動させるもので、図において、重心位置4を通る駆動輪3bの軸方向に平行な方向19bに向かって多軸移動体1を一定速度に達するまで直線運動 10bさせる。
この場合、駆動輪3a、3cには速度指令を与えるが、駆動輪3bには速度指令を与えず、駆動輪3bの外周に配備した車輪5を空転させる。
この結果、重心位置7が重心位置4から偏心していることにより駆動輪3a、3cから反力として検出される駆動輪3aのトルクT3a2 26と駆動輪3cのトルクT3c227に差が生じる。駆動輪3a、3cのそれぞれの取り付け部を結ぶ軸線28をこのトルク比(T3a2:T3c2)で分配する。この場合、線分29は駆動輪3aのトルクT3a226による長さ、線分30は駆動輪3cのトルクT3c227による長さとなり、分配点31が求まる。
Next, the second routine of the
In this case, the speed command is given to the
As a result, since the center of
図6は本発明の三輪式多軸移動体に搭載物を載せた時の重心位置の求め方を説明する上面図である。図6から判るように、図4で求めた分配点25から駆動輪3cの軸に平行な直線32と、図5で求めた分配点31から駆動輪3bの軸に平行な直線33の交点から重心位置7を推定することができる。
FIG. 6 is a top view for explaining how to obtain the position of the center of gravity when a load is placed on the three-wheeled multi-axis moving body of the present invention. As can be seen from FIG. 6, from the intersection of the
重心位置7の位置をさらに精度よく求めるため、重心位置4を通る駆動輪3aの軸3as(図1a参照)方向に平行な方向19a(図6)にも多軸移動体1を直線運動させてもよい。この場合、駆動輪3b、3cには速度指令を与えるが、駆動輪3aには速度指令を与えず、駆動輪3aの外周に配備した車輪5を空転させて、駆動輪3bのトルクと駆動輪3cのトルクとを測定する。重心が移動していることからトルクに差が生じるので、駆動輪3b、3cのそれぞれの取り付け部を結ぶ軸線をこのトルク比で分配すれば分配点が求まる。そこでこの分配点から駆動輪3aの軸に平行な直線を引くと、図4および図5で求めた重心位置を通ることで推定重心が正確であることが確認できる。また、先の重心位置からずれていれば、3つの推定重心の描く三角形の重心を取る等の補正をすればよい。
In order to obtain the position of the center of
〈搭載物の重量推定方法〉
次に、搭載物Wの重量の推定方法を説明する。
図4で示した直線運動の方向19cに向かって多軸移動体1を一定速度Vに達するまで直線運動させた際に得られた駆動輪3a、3bから反力として検出されたトルクT3a1 17、T3b118とそのときの駆動輪3の各速度ωから以下の式によって算出する。
(T3a1+T3b1)・cosθ = (M1+M2)・R2・dω/dt + M3・R2・dω/dt ・・・・・式(1)
ここで、M1:多軸移動体1の重量、M2:搭載物Wの重量、M3:駆動輪3の重量
R:駆動輪3の半径
式(1)から搭載物Wの重量M2を推定することができる。θは多軸移動体1と駆動輪3との角度であり、多軸移動体1に取り付けられた駆動輪3の数によって変化する。駆動輪が二輪の時はθ= 0、三輪の時はθ= 30°となる。
<Method for estimating the weight of the load>
Next, a method for estimating the weight of the load W will be described.
Torque T 3a1 17 detected as a reaction force from the
(T 3a1 + T 3b1 ) ・ cosθ = (M 1 + M 2 ) ・ R 2・ dω / dt + M 3・ R 2・ dω / dt (1)
Here, M 1: weight of the
R: Radius of the drive wheel 3 The weight M 2 of the load W can be estimated from the equation (1). θ is an angle between the multi-axis moving
同様に、方向19bに向かって多軸移動体1を一定速度に達するまで直線運動させた場合も駆動輪3a、3cから検出されたトルクT3a2 23、T3c224を用いて式(1)から搭載物Wの重量を推定することができる。
Similarly, when the
〈駆動輪のゲインの算出方法〉
次に、搭載物Wの推定重量を多軸移動体1の重心位置4上に載せて移動する場合の駆動輪3のゲインGをあらかじめ算出する。
図4で示した直線運動の方向方向19cに向かって多軸移動体1を一定速度に達するまで直線運動させたときに得られた駆動輪3a、3bのトルク比(T3a1:T3b1)と、図5で示した直線運動の方向19bに向かって多軸移動体1を一定速度に達するまで直線運動させたときに得られた駆動輪3a、3cのトルク比(T3a2:T3c2)から、3個の駆動輪3a、3b、3cのトルク比(T3a:T3b:T3c)を、式(2)により求める。
T3a: T3b: T3c = (T3a1 * T3a2):( T3b1 * T3a2):( T3c2 * T3a1) ・・・・式(2)
このトルク比(T3a:T3b:T3c)用いて、以下の式(3)、(4)、(5)によって各駆動輪3a、3b、3cのゲインを修正する。
G3a = G ・T3a /(T3a + T3b + T3c) ・・・・・・式(3)
G3b = G ・T3b /(T3a + T3b + T3c) ・・・・・・式(4)
G3c = G ・T3c /(T3a + T3b + T3c) ・・・・・・式(5)
ここで、G3a ,G3b ,G3c:各駆動輪の補正後のゲイン、
G:搭載物Wの推定重量を重心位置4上で移動する時の駆動輪3のゲイン
である。
このようにして算出した補正後のゲインを、駆動輪3の速度制御、位置制御に使用する。
<Calculation method of drive wheel gain>
Next, the gain G of the driving wheel 3 when the estimated weight of the load W is moved on the center of
The torque ratio (T 3a1 : T 3b1 ) of the
T 3a : T 3b : T 3c = (T 3a1 * T 3a2 ) :( T 3b1 * T 3a2 ) :( T 3c2 * T 3a1 ) ・ ・ ・ ・ Formula (2)
Using the torque ratio (T 3a : T 3b : T 3c ), the gains of the
G 3a = G • T 3a / (T 3a + T 3b + T 3c ) ・ ・ ・ ・ ・ ・ Equation (3)
G 3b = G · T 3b / (T 3a + T 3b + T 3c ) ··· Equation (4)
G 3c = G · T 3c / (T 3a + T 3b + T 3c ) ········· Equation (5)
Where G 3a , G 3b , G 3c : the corrected gain of each drive wheel,
G: The gain of the driving wheel 3 when the estimated weight of the load W is moved on the center of
The corrected gain calculated in this way is used for speed control and position control of the drive wheels 3.
〈駆動輪のゲインの別の算出方法〉
次に、各駆動輪3の別の補正ゲイン算出方法について説明する。
図7は本発明の三輪式多軸移動体の別のゲイン補正方法のフローチャートである。図7におけるフローチャート40は、まず、多軸移動体1上の搭載物Wの重量変化があったかどうかを判断し(9b)、判断結果、変化がなければステップ15bへ飛んでそのまま走行を続ける。また、判断結果、変化があればステップ41へ移って回転運動をし、各駆動輪3a〜3cでの各トルク検出を行い(ステップ11c)、駆動輪3a〜3c間のトルク比検出を行う(ステップ12c)。
次に搭載物Wの重量を推定し(ステップ42)、これを制御パラメータとして演算し、各駆動輪3のゲイン補正を行った後(ステップ14b)、多軸移動体1を走行させる(ステップ15b)。
<Another method for calculating drive wheel gain>
Next, another correction gain calculation method for each drive wheel 3 will be described.
FIG. 7 is a flowchart of another gain correction method for the three-wheeled multi-axis moving body of the present invention. In the
Next, the weight of the load W is estimated (step 42), and this is calculated as a control parameter. After performing gain correction for each drive wheel 3 (
次に、図7のフローチャート40の手法の具体的なやり方を図8を用いて説明する。図8は本発明の三輪式多軸移動体の上面図で、三輪式多軸移動体1の駆動輪3aの位置を角度ゼロとする重心位置4を中心とした円周42(点線)を示したものである。重心位置4を中心に1回転で一定角速度に達するまで多軸移動体1を回転運動する(図7のステップ41)ように速度指令を与えると、駆動輪3a、3b、3cのトルクT3a、T3b、T3cは、点線で示す円周42上の重心位置7の位置によって図9のような線図が得られる。図9は本発明の三輪式多軸移動体における重心位置と各駆動輪のトルクの相関関係を示す線図である。図において、(a)は駆動輪3aのトルク変化、(b)は駆動輪3bのトルク変化、(c)は駆動輪3cのトルク変化をそれぞれ示している。
図に示すように、駆動輪3a、3b、3cのトルクT3a、T3b、T3cは、円周43上の重心位置7の位置によってそれぞれの位相が2/3πずれたサイン波を描き、各サイン波の振幅の大きさは、搭載物Wの重量に比例して増減する。
例えば、重心位置7が図8のように多軸移動体1の上の点線で示す円周上に置かれていた場合、駆動輪3aのトルク、駆動輪3bのトルク、駆動輪3cのトルクのそれぞれの大きさはそれぞれ図中の矢印44、45、46の大きさとなる。
この各駆動輪のトルク大きさ44、45、46の長さをトルク比(T3a:T3b:T3c)として用いて上記式(3)、(4)、(5)から各駆動輪のゲインを修正することができる。
Next, the specific method of the method of the
As shown in the figure, the torques T 3a , T 3b , T 3c of the
For example, when the center-of-
Using the lengths of the
〈二輪式多軸移動体の場合の搭載物重量および重心位置の推定方法〉
次に、図10のように多軸移動体1の駆動輪3が2輪の場合の搭載物重量および重心位置の推定方法について説明する。
〈二輪式多軸移動体の場合の重心位置の推定方法〉
まず、二輪式多軸移動体の場合の重心位置の推定方法について説明する。
図10は本発明の二輪式多軸移動体の例で、(a)は上面図、(b)は側面図、図11は本発明の二輪式多軸移動体の上に搭載物を載せた時の上面図である。
図10において、筐体2の互いの反対面に駆動輪3a、3bが設けられ、搭載物の無いときの重心位置は4となっている。また、筐体2には転倒防止のため補助輪47が取り付けられている。
図11のように多軸移動体1の上面に重量不明の搭載物Wを置くことで、多軸移動体1と搭載物Wを含む重心は、重心位置4から重心位置7へと移動する。
<Method of estimating the weight and center of gravity of the load in the case of a two-wheeled multi-axis moving body>
Next, a method for estimating the weight of the load and the center of gravity position when there are two drive wheels 3 of the
<Method of estimating the center of gravity for a two-wheeled multi-axis moving body>
First, a method for estimating the center of gravity in the case of a two-wheeled multi-axis moving body will be described.
FIG. 10 is an example of the two-wheeled multi-axis moving body of the present invention, (a) is a top view, (b) is a side view, and FIG. 11 is a mounted object on the two-wheeled multi-axis moving body of the present invention. It is a top view at the time.
In FIG. 10,
As shown in FIG. 11, by placing the mounted object W of unknown weight on the upper surface of the
図12は本発明の二輪式多軸移動体における重心および重量推定方法とゲイン補正方法のフローチャートである。図12に示すフローチャート48は、まず、多軸移動体1上の搭載物Wの重量変化があったかどうかを判断し(ステップ9c)、判断結果、変化がなければステップ15cへ飛んでそのまま走行を続ける。
また、判断結果、変化があれば、ステップ10cで直線運動をし、各駆動輪3a、3bでの各トルク検出を行い(ステップ11d)、駆動輪3a、3b間のトルク比検出を行う(ステップ12d)。その後、ステップ13cで搭載物Wの重量と重心位置を推定し、これを制御パラメータとして演算し、各駆動輪3a、3bのゲイン補正を行った後(ステップ14c)、多軸移動体1を走行させる(ステップ15c)。
FIG. 12 is a flowchart of the center-of-gravity and weight estimation method and gain correction method in the two-wheeled multi-axis moving body of the present invention. In the
If there is a change as a result of the determination, a linear motion is performed at
フローチャート48の手法の具体的なやり方を説明する。
図13は本発明の二輪式多軸移動体に搭載物を載せた時の重心位置の求め方を説明する上面図である。図13のように多軸移動体1を方向49に向かって一定速度Vに達するまで直線運動させる(図12の10c)と、重心位置7が重心位置4から偏心していることにより駆動輪3a、3bで検出されるトルクはそれぞれT3a350、T3b3 51となる。
駆動輪3a、3bの取り付け軸を結ぶ軸線52を、直線運動10cで得られたトルク比(T3a3:T3b3)で分割される箇所に重心位置7が存在すると推定できる。この場合、重心位置7はトルクT3b351による長さ53と、トルクT3a350よる長さ54で分割される分配線55の上となる。
A specific method of the method of the
FIG. 13 is a top view for explaining how to obtain the position of the center of gravity when a load is placed on the two-wheeled multi-axis moving body of the present invention. When the
Driving
〈二輪式多軸移動体の場合の搭載物重量の推定方法〉
次に、二輪式多軸移動体の場合の搭載物重量の推定方法について説明する。
搭載物Wの重量は、式(6)からM2として推定することができる。
T3a +T3b = (M1+M2)・R2・dω/dt + M3・R2・dω/dt ・・・・・式(6)
ここで、M1:多軸移動体1の重量、M2:搭載物Wの重量、M3:駆動輪3の重量
R:駆動輪3の半径
<Method of estimating the weight of the load in the case of a two-wheeled multi-axis moving body>
Next, a method for estimating the weight of a load in the case of a two-wheeled multi-axis moving body will be described.
The weight of the load W can be estimated as M 2 from Equation (6).
T 3a + T 3b = (M 1 + M 2 ) ・ R 2・ dω / dt + M 3・ R 2・ dω / dt (6)
Here, M 1: weight of the
R: radius of drive wheel 3
〈等速度運動による制御パラメータ決定方法〉
次に、多軸移動体1を等速度運動させた時に動摩擦係数を推定し、制御パラメータとして演算して前記多軸移動体を安定に走行制御させる方法について説明する。
多軸移動体1を等速度運動させた時、駆動輪3で検出されるトルクTmは式(7)のようになる。ここでは静摩擦係数は無視する。
Tm = μ・(M1+M2) ・g・r / S ・・・・・式(7)
ここで、μ:動摩擦係数、M1:多軸移動体1の重量、M2:搭載物Wの重量、
g:重力加速度、r:駆動輪3の半径、S : 駆動輪3の数である。
式(7)から動摩擦係数μが推定される。制御パラメータとして演算して駆動輪3のゲイン調整に使用する。
ここで、G3a’= G3a・(T + Tm) /T ・・・・・・式(7)
G3b’= G3b・(T + Tm) /T ・・・・・・式(8)
G3c’= G3c・(T + Tm) /T ・・・・・・式(9)
ここで、G3a’, G3b’, G3c’:各駆動輪の補正後のゲイン
G3a, G3b, G3c:搭載物重量、重心位置推定後の修正した各駆動輪のゲイン
T:搭載物重量、重心位置推定後の速度指令におけるトルク値、である。
<Method for determining control parameters by constant velocity motion>
Next, a method for estimating the dynamic friction coefficient when the
When the
Tm = μ · (M 1 + M 2 ) · g · r / S Equation (7)
Where μ: dynamic friction coefficient, M 1 : weight of the
g: gravitational acceleration, r: radius of the driving wheel 3, and S: the number of the driving wheel 3.
The dynamic friction coefficient μ is estimated from the equation (7). It is calculated as a control parameter and used for gain adjustment of the drive wheel 3.
Where G 3a '= G 3a · (T + Tm) / T ·········································
G 3b '= G 3b (T + Tm) / T (8)
G 3c '= G 3c・ (T + Tm) / T ・ ・ ・ ・ ・ ・ Equation (9)
Where G 3a ', G 3b ', G 3c ': Gain after correction of each drive wheel
G 3a , G 3b , G 3c : Load gain, gain of each driving wheel corrected after estimating the center of gravity
T: The weight of the load, and the torque value in the speed command after estimating the center of gravity.
本発明の多軸移動体は、搭載物を多軸移動体上に搭載後、一定速度または一定各速度で移動させることで搭載物の重量、重心位置を推定し、自動的に制御パラメータを求めるため、任意の重量の搭載物を載せても制御の設定の手間が省け、多軸移動体の運用に利便性向上に期待できる。 The multi-axis moving body of the present invention estimates the weight and the center of gravity position of the load by moving the load on the multi-axis moving body at a constant speed or each constant speed, and automatically obtains control parameters. Therefore, it is possible to save the trouble of setting the control even when a load of an arbitrary weight is placed, and it can be expected to improve the convenience of operation of the multi-axis moving body.
1 多軸移動体
2 筐体
3a、3b、3c 駆動輪
4 搭載物のないときの重心位置
7 搭載物のあるときの重心位置
5 駆動輪の外周にあって駆動輪の軸方向に回転できる車輪
47 補助輪
W 搭載物
DESCRIPTION OF
Claims (5)
搭載物を搭載後における前記多軸移動体の重心位置と搭載前の前記多軸移動体単体の重心位置とがずれた状態で置き、
前記搭載物の搭載前の重心位置を通る駆動輪の軸に平行な方向に向かって前記平行な方向の両側に線対称に配置される2つの駆動輪を選択して駆動し、一定速度に到達するまで前記多軸移動体を直線運動させ、前記駆動された2つの駆動輪に発生するトルクを検出し該トルク比を求め、前記駆動された2つの駆動輪を結ぶ軸線を前記トルク比で分配した第1分配点を求め、
前記多軸移動体を前回とは異なる駆動輪でかつ前記選択した駆動輪と前記筐体の重心回りに180度離れた位置にない駆動輪を選択し、該選択した駆動輪の駆動軸と平行な方向に向かって一定速度に到達するまで前記多軸移動体を直線運動させて前回と同様にして第2分配点を求め、前記第1分配点と前記第2分配点とに基づいて前記搭載物の搭載後における前記多軸移動体の重心位置と搭載前の前記多軸移動体単体の重心位置との距離を推定し、
前記距離を前記制御パラメータとして演算することを特徴とする多軸移動体の各駆動装置の制御パラメータ決定装置。 A multi-axis moving body in which three or more driving wheels are arranged at equal angles around the center of gravity of the housing on the side surface of the housing, and the driving wheels are rotated about a straight line connecting the driving wheel and the center of gravity. In the control parameter determination device of the drive device that drives each of the drive wheels ,
Place the mounted object in a state where the center of gravity position of the multi-axis moving body after mounting and the position of the center of gravity of the multi-axis moving body before mounting are shifted,
Select and drive two drive wheels that are arranged symmetrically on both sides of the parallel direction toward the direction parallel to the axis of the drive wheel that passes through the center of gravity before the load is mounted, and reach a constant speed to is linear motion the polyaxial mobile to the sought driven two detecting a torque generated in the drive wheels the torque ratio, distribute axis connecting the two drive wheels which are the driven by the torque ratio Find the first distribution point
The multi-axis moving body is selected as a driving wheel different from the previous one, and the selected driving wheel and a driving wheel not located at a position 180 degrees around the center of gravity of the housing are selected and parallel to the driving axis of the selected driving wheel. The multi-axis moving body is linearly moved until reaching a constant speed in a certain direction to obtain a second distribution point in the same manner as the previous time, and the mounting is performed based on the first distribution point and the second distribution point. Estimating the distance between the center of gravity position of the multi-axis moving body after mounting an object and the position of the center of gravity of the multi-axis moving body before mounting ,
A control parameter determination device for each driving device of a multi-axis moving body, wherein the distance is calculated as the control parameter.
(T 1 +T 2 )・cosθ = (M1+M2)・R2・dω/dt + M3・R2・dω/dt ・・・式(1)
ここで、T 1 :一方の駆動輪の検出トルク、
T 2 :他方の駆動輪の検出トルク、
θは多軸移動体と駆動輪との角度で、多軸移動体に取り付けられた駆動輪の数によって変化し、θ=(180−360/駆動輪数)/2、
M1:多軸移動体の重量、
M2:搭載物Wの重量、
ω:駆動輪の角速度、
M3:駆動輪の重量、
R:駆動輪の半径、である。 Control parameter determination device of each drive unit of the multi-axis moving body in accordance with claim 1, wherein the estimating the weight of the payload from the formula (1).
( T 1 + T 2 ) ・ cosθ = (M 1 + M 2 ) ・ R 2・ dω / dt + M 3・ R 2・ dω / dt (1)
Where T 1 is the detected torque of one drive wheel ,
T 2 : Detected torque of the other drive wheel ,
θ is an angle between the multi-axis moving body and the driving wheel, and varies depending on the number of driving wheels attached to the multi-axis moving body. θ = (180-360 / number of driving wheels) / 2
M 1 : Weight of multi-axis moving body,
M 2 : weight of the load W,
ω: angular velocity of the drive wheel,
M 3 : Drive wheel weight,
R: radius of the driving wheel.
次ぎに前記多軸移動体上に搭載する場合に前記搭載物の搭載後における前記多軸移動体の重心位置と搭載前の前記多軸移動体単体の重心位置とをずれた状態で置き、
式(2)から駆動輪の前記トルク比を求め、式(3)〜(5)から各駆動輪のゲインを修正することを特徴とする請求項1記載の多軸移動体の各駆動装置の制御パラメータ決定装置。
T3a: T3b: T3c = (T3a1 * T3a2):( T3b1 * T3a2):( T3c2 * T3a1) ・・・・・・式(2)
ここで、T3a、T3b、T3c :駆動輪のトルク、
T3a1、T3b1:一方向に直線運動させたときの駆動輪3a、3bのトルク、
T3a2、T3c2:他の方向に直線運動させたときの駆動輪3a、3cのトルク、
G3a = G ・T3a /(T3a + T3b + T3c) ・・・・・・式(3)
G3b = G ・T3b /(T3a + T3b + T3c) ・・・・・・式(4)
G3c = G ・T3c /(T3a + T3b + T3c) ・・・・・・式(5)
ここで、G3a ,G3b ,G3c:各駆動輪の補正後のゲイン、
G:搭載物の推定重量を重心位置上で移動する時の駆動輪のゲイン When the mounted object moves on the position of the center of gravity of the multi-axis moving body, the gain of the driving wheel given a speed command is calculated in advance.
Next, when mounting on the multi-axis moving body, the center of gravity position of the multi-axis moving body after mounting the mounted object and the center of gravity position of the multi-axis moving body before mounting are shifted and placed.
Obtains the torque ratio of the driving wheels from Equation (2), Equation (3) to (5) from the drive of multi-axis moving body in accordance with claim 1, wherein modifying the gain of the drive wheels Control parameter determination device .
T 3a : T 3b : T 3c = (T 3a1 * T 3a2 ) :( T 3b1 * T 3a2 ) :( T 3c2 * T 3a1 ) ・ ・ ・ ・ ・ ・ Equation (2)
Here, T 3a , T 3b , T 3c : Driving wheel torque,
T 3a1 , T 3b1 : Torque of the drive wheels 3a, 3b when linearly moving in one direction,
T 3a2 , T 3c2 : Torque of the drive wheels 3a, 3c when linearly moving in other directions,
G 3a = G • T 3a / (T 3a + T 3b + T 3c ) ・ ・ ・ ・ ・ ・ Equation (3)
G 3b = G · T 3b / (T 3a + T 3b + T 3c ) ··· Equation (4)
G 3c = G · T 3c / (T 3a + T 3b + T 3c ) ········· Equation (5)
Where G 3a , G 3b , G 3c : the corrected gain of each drive wheel,
G: Gain of the drive wheel when moving the estimated weight of the load on the center of gravity
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