JP4953359B2

JP4953359B2 - 無人搬送車

Info

Publication number: JP4953359B2
Application number: JP2006310661A
Authority: JP
Inventors: 茂男廣瀬; 理谷本; 駟郎立花
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2026-11-16
Also published as: JP2008126709A

Description

本発明は、走行駆動ユニットによる駆動方向を変更することで車両の向きを変更することなく進路を変更可能な無人搬送車に関し、特に、方向変換可能な走行駆動ユニットと車両上部構造とに跨って配置される電力供給用および信号用のハーネスのねじれの解消に好適な無人搬送車に関するものである。

従来から磁気テープが交差する分岐路等において無人搬送車の向きを変更することなく車輪の向きを分岐方向に切換えて分岐走行可能な無人搬送車が提案されている（特許文献１参照）。

これは、床面に敷設した軌道に沿って走行する無軌条式無人搬送車であり、台車フレームの中央に縦支軸および旋回ブラケットを介在させて左右一対の駆動輪を旋回可能に配置して備えると共に、その前後にキャスタ輪を備える無軌条式無人搬送車であり、台車フレームを前後走行の姿勢に固定のまま、左右一対の駆動輪を縦支軸および旋回ブラケットにより台車フレームの中心の回りに旋回操作して駆動輪の向きを前後走行と横行走行に切換えることができるようにしている。
特開平５−２７０３９６号公報

ところで、上記従来例のように、下部構造に縦支軸および旋回ブラケットを介在させて左右一対の駆動輪を旋回可能に配置して備える無人搬送車や自走ロボットにおいては、バッテリや制御装置が上部構造に配置されているため、駆動輪の駆動モータへ電力を供給する電力線や駆動輪の回転を検出するセンサへの信号線等のハーネス類を旋回する下部構造と上部構造との間で配線する必要がある。このハーネス類は下部構造の旋回時に捻られるため、路面や台車の上部構造と干渉したり、場合によっては駆動輪に巻き込まれて断線する虞があった。特に、大きく下部構造を旋回させた場合には上記不具合が顕著となる。このハーネス類のねじれを解消するために、下部構造の旋回範囲を制限することも考えられるが、その場合には、無人搬送車や自走ロボットの方向変換機能に制限が発生するという不具合を生ずる。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、車両の上下構造間に配置されるハーネス類のねじれ解消に好適な無人搬送車を提供することを目的とする。

本発明は、夫々駆動モータにより独立して駆動される駆動輪を両端に備えるアクスル軸を平面内で旋回させて車両の推進方向を変更可能な走行駆動ユニットを備える無人搬送車において、前記アクスル軸をアクスル軸自身の長手方向の軸回りに回転可能であり且つ平面内で旋回可能にその中央部を支持する支軸と、前記アクスル軸の前記支軸回りの旋回の向きと量に応じて、前記アクスル軸を長手方向に延びるそれ自身の軸回りに回転させるアクスル軸回転手段と、前記車両の車体上部構造に配置された制御手段から前記支軸内を通して前記支軸の先端から前記アクスル軸のいずれか一方の軸端側に架渡し、アクスル軸の軸端からアクスル軸内を通って前記駆動モータおよび周辺機器へ接続されるハーネスと、を備えるようにした。

したがって、本発明では、アクスル軸をアクスル軸自身の長手方向の軸回りに回転可能であり且つ平面内で旋回可能にその中央部を支軸に支持させ、アクスル軸の支軸回りの旋回の向きと量に応じて、アクスル軸回転手段によりアクスル軸を長手方向に延びるそれ自身の軸回りに回転させることにより、車両の車体上部構造に配置された制御手段から前記支軸内を通して支軸の先端から前記アクスル軸のいずれか一方の軸端側に架渡し、アクスル軸の軸端からアクスル軸内を通って駆動輪の駆動モータへ接続される電力供給線の先端側のアクスル軸がハーネスのねじれを解消する方向に常に回転されることとなり、ハーネスのねじれを解消することができ、アクスル軸を連続的に大きく旋回させても、ハーネスが捩られて路面や台車の上部構造と干渉したり、駆動輪に巻き込まれて断線することを防止できる。このため、アクスル軸の旋回範囲を制限して無人搬送車や自走ロボットの方向変換機能を制限するという不具合も発生しない。

以下、本発明の無人搬送車を図１〜図８に示す一実施形態に基づいて説明する。図１は無人搬送車の走行駆動ユニットのレイアウトを示す平面図、図２は走行駆動ユニットの概略構成図、図３および図４は走行駆動ユニットの詳細を示す断面図、図５および図６は走行駆動ユニットの方向変更の制御を説明する概略図および制御ブロック図、図７および図８は本実施形態および比較例の走行駆動ユニットの走行反力支持機構の作用を説明する説明図、図９は本実施形態の走行反力支持機構のベクトル構成を説明する図である。

図１において、本実施形態における無人搬送車１は、上部構造を構成する車体１Ａの下部の夫々の隅に位置させて四組の走行駆動ユニット２を備える。この走行駆動ユニット２は、図２に示すように、車体１Ａから床面に向けて立設させて固定された支軸３と、支軸３に旋回可能に支持されたアーム５と、その先端から下方に突出させて縦軸６を備えるオフセットアーム４と、オフセットアーム４の縦軸６に直交する横方向に配置され且つ長手方向に延びる軸心回りに回動可能にその長手方向中央部が縦軸６に軸支されるアクスル軸７と、アクスル軸７の両端部に配置され、駆動モータ８、減速機構９および駆動モータ８のモータエンコーダ１０を内蔵し、内蔵する駆動モータ８からの駆動力により減速機構９を介して駆動される駆動輪１１と、を備える。

前記オフセットアーム４とアクスル軸７とは、図１に示すように、平面図上で一体となって旋回可能となっている。前記左右の駆動モータ８への電力線および各モータエンコーダ１０よりの信号線等のハーネス１２は、前記アクスル軸７の軸端から前記支軸３の軸端間に差渡した図示しないハーネスプロテクタ内および支軸３内を経由して上部構造に配置される図示しないコントローラおよびバッテリに接続されている。

また、走行駆動ユニット２は、前記アクスル軸７に固定された傘歯車２１Ａと、前記オフセットアーム４の縦軸６回りに回転可能に配置した傘歯車２１Ｂとがギヤ比を「１」として噛合わされている。そして、前記縦軸６回りに回転可能に設けた傘歯車２１Ｂに連結された中空軸部２３に一体に固定したプーリ２４と前記支軸３に固定したプーリ２５とにベルト２６を巻掛けて１：１のプーリ比で連結されている。これら傘歯車２１Ａ、２１Ｂおよびプーリ巻掛け部２４〜２６はアクスル軸回転機構を構成している。なお、前記アクスル軸７とオフセットアーム４の縦軸６回りに回転可能に配置した中空軸部２３とは、傘歯車２１Ａ、２１Ｂを介して回転を伝達するものについて説明したが、図示しないが、両者が１：１で回転伝導するものであれば、他の手段を用いるものであってもよい。また、中空軸部２３と支軸３とは、プーリ２４、２５および巻掛けベルト２６を用いて回転を伝達するものについて説明したが、中空軸部２３と支軸３とに夫々歯車を固定し、これらの歯車同士をアイドラギヤを介して噛合わせるものであってもよい。

図３に示す走行駆動ユニット２の断面図は、図１におけるＡ−Ａ線に沿う支軸の中心を含む断面図である。図３に示すように、支軸３は中空状に構成されて車体１Ａに固定されており、オフセットアーム４のアーム部５を一対のベアリング４Ａを介して旋回可能に支持しており、その先端にプーリ２５を回転しないように固定して備える。前記支軸３の中空穴内には、上部構造に配置される、図示しないコントローラおよびバッテリに繋がる電力線や信号線等のハーネス１２が挿通され、下方の開口端からハーネスプロテクタ１２Ａ内を通り、アクスル軸７の軸端からアクスル軸７内に入り、各駆動輪１１の内部に配置される前記モータ８およびモータエンコーダ１０へ電気的に接続される。

前記走行駆動ユニット２の支軸３回りの旋回は、オフセットアーム４の支軸３側端にプーリ２７を一体に固定し、このプーリ２７に巻掛けたベルト２８の他端側をステアリングエンコーダ２９の検出プーリ３０に巻掛けることにより、ステアリングエンコーダ２９により検出することができ、検出された旋回角信号はコントローラに出力される。

図４に示す走行駆動ユニット２の断面図は、図１におけるＢ−Ｂ線に沿う縦軸６およびアクスル軸７の中心を含む断面図である。図４に示すように、オフセットアーム４の縦軸６は、アクスル軸７の中央部を軸受を介して回転可能に支持する下部軸６Ａと下部軸６Ａにピン１３を介して連結された上部軸６Ｂとを備える。上部軸６Ｂは軸方向上部６Ｂ１と下部６Ｂ２とに分割されると共に入れ子式に組み合わされ、内部に挿入されたサスペンションスプリング１４により伸長付勢されて形成されている。サスペンションスプリング１４は、駆動輪１１による走行中に駆動輪１１が床面の凹凸等により上下動される際の衝撃吸収を行う。縦軸６の分割された上部軸６Ｂには、プーリ２４を一体に備えた中空軸２３を軸受を介して回転自在に支持している。また、縦軸６のピン１３を介して連結された下部軸６Ａには、中空状に形成した傘歯車２１Ｂを軸受を介して回転可能に支持している。この傘歯車２１Ｂと前記プーリ２４を備える中空軸２３とはフレキシブルベローズ２２を介して連結され、両者の軸方向の相対移動を許容するも回転方向には一体となって回転するように構成している。前記傘歯車２１Ｂは、アクスル軸７に固定された傘歯車２１Ａと１：１で噛合うよう構成している。

また、前記駆動輪１１の内部には、詳細な機構の図示を省略するが、駆動モータ８のステータが内周に配置されてアクスル軸７に固定され、外周部において減速機構９へ駆動力を出力可能に回転子が配置されて構成される。なお、駆動モータ８は前記した構造に限定されるものではないが、出力部からの駆動反力がアクスル軸７に受持たれるものであればよい。また、減速機構９はモータ８から出力された駆動力を減速して駆動輪１１に回転駆動力として伝達する。減速機構９は駆動輪１１内のアクスル軸７回りに配置される駆動モータ８が占める空間を除く環状空間内に配置されるものであるため、遊星歯車機構による減速機構９を用いることが望ましい。駆動モータ８の回転はモータエンコーダ１０により検出されてコントローラにフィードバックされる。

以上の構成のアクスル軸回転機構では、後述するステアリング動作に応じて支軸３回りにアクスル軸７およびオフセットアーム４が旋回する場合に、縦軸６に回転自在に支持しているプーリ２４と支軸３に固定のプーリ２５とにベルト２６が巻掛けられているため、支軸３回りの公転のみが許容され、中空軸２３および傘歯車２１Ｂも同様に公転する（中空軸２３の向きが予めセットした方向にのみ向き、旋回によっても向きが変化しない）。即ち、中空軸２３はオフセットアーム４が旋回する方向に対して逆方向に回転されて、支軸３に対する中空軸２３の相対回転差を戻す方向に回転される。そして、オフセットアーム４が支軸３回りに一周した際に、中空軸２３が支軸３に対しての相対回転を戻す方向に丁度一回転する割合で回転される。この中空軸２３の回転は傘歯車２１Ａ、２１Ｂ同士の噛合いにより、アクスル軸７に伝達されて、アクスル軸７はオフセットアーム４が支軸３回りに一周した際に、同様にねじれとは反対側に丁度１回転されることとなる。したがって、支軸３とアクスル軸７とをハーネス類１２を収容して連結するハーネスプロテクタ１２Ａも、両端が相対的な回転差を生じないこととなるため、両者に同期して回転し、ねじりが生ずることが防止される。

前記走行駆動ユニット２による車両の駆動方向は、前記両駆動輪１１が夫々駆動モータ８により互いに等速で駆動される場合には、アクスル軸７は支軸回りに旋回することなく、アクスル軸７と直交する方向（駆動方向）に、アクスル軸７を介して支軸３を押し、車両を移動させる。この場合には、両駆動輪１１の駆動方向の合成力が一致される。また、前記両駆動輪１１の平均速度が零となる場合、即ち、両駆動輪１１が互いに反対方向に等速で駆動される場合には、支軸３回りにアクスル軸７およびオフセットアーム４を回動させて、支軸３への駆動方向を変更（操舵操作、ステアリング操作）することができる。なお、左右駆動輪１１の駆動速度に差を持たせた場合には、支軸３回りにアクスル軸７およびオセットアーム４を回動させつつ両駆動輪１１の平均速度に応じて支軸３を押動して車両を走行させることもできる。

図５は走行駆動ユニット２に設けられている回転検出センサ１０、２９による検出要領を示しており、各矢印で示す方向を夫々正とし、矢印と反対の方向を負としている。また、図６は走行駆動ユニット２の操舵操作の制御ブロックを示すものである。以下、本実施形態の無人搬送車１における走行駆動ユニット２の操舵操作について、図６に示す制御ブロックに基づいて説明する。

前記駆動モータ８の回転角θ１、θ２は各モータエンコーダ１０により検出され、オフセットアーム４の旋回角θｓはステアリングエンコーダ２９により検出される。各駆動モータ８の回転角θ１、θ２は、オフセットアーム４の旋回に起因するアクスル軸７自体のアクスル軸７回りの回転成分θｓを含んでいるために、ブロックＢ１、Ｂ２において、アクスル軸７の軸回りの回転成分θｓの加算補正および減算補正が実行されて、各々の実回転角が演算される。また、ブロックＣ１、Ｃ２、Ｃｓにより各モータ８の角速度（ｄθ１／ｄｔ、ｄθ２／ｄｔ）およびオフセットアーム４によるステアリング角速度（ｄθｓ／ｄｔ）が演算され、ブロックＤ１、Ｄ２において、アクスル軸７の軸回りの角速度成分（ｄθｓ／ｄｔ）の加算補正および減算補正が実行されて、各々の実角速度が演算される。そして、ブロックＥ１において、ブロックＢ１、Ｂ２、Ｄ１、Ｄ２の演算結果に基づいて、走行駆動ユニット２の角度位置が常に推定される。

したがって、ブロックＥ２による目標角度位置指令（例えば、車両直進時を基準として、左操舵方向を正、右操舵方向を負とする角度信号）が与えられると、ブロックＥ３において、目標角度位置指令とブロックＥ１よりの角度位置推定値との差分が演算され、その差分に応じて各駆動モータ８が駆動され、目標角度位置指令に角度位置推定値が到達するよう制御される。

したがって、目標角度位置指令Ｅ２による指令角度位置が変更された場合には、新たな指令角度位置となるよう左右の駆動モータ８が夫々差動制御されて走行駆動ユニット２のステアリング角度がアクスル軸７の長手方向の軸回りの回転を織込みつつ制御される。また、目標角度位置指令Ｅ２による指令角度位置を維持しつつ走行させる場合であっても、路面からの外乱等によりその進行方向に乱れが生じる可能性がある場合であっても、アクスル軸７の長手方向の軸回りの回転を織込みつつその進行方向を維持させることができる。

車両の進行方向は、車両の４隅に配置されている各走行駆動ユニット２の夫々の駆動方向に応じて様々に変化させることができる。

車両を真っ直ぐに進ませる場合には、これらの走行駆動ユニット２を全て同じ方向（車両の前方、後方、横方向、斜め方向等）に操舵させて各駆動輪１１を同一方向に同一速度で駆動することにより車両を姿勢（向き）を変化させることなく、その方向に真っ直ぐに走行させることができる。図１に実線で示す状態は、車両を前進走行させる場合を示し、破線で示す状態は車両をその姿勢を変化させることなく横方向に走行させる場合を示している。

車両を旋回させる場合には、夫々のアクスル軸７の延長線が旋回させようとする中心（旋回中心）で交差するよう夫々の走行駆動ユニット２の操舵角（例えば、大回りであれば前左右の走行駆動ユニット２のみを操舵、小回りであれば前後左右の走行駆動ユニット２を操舵）を演算し、演算された操舵角となるよう夫々の駆動輪１１の駆動速度を制御することで、車両を旋回させることができる。

また、車両をその場旋回させる場合には、車両中心を旋回中心とするよう夫々の走行駆動ユニット２の操舵角度位置を演算し、夫々の走行駆動ユニット２を必要とする操舵角度に制御して、各走行駆動ユニット２の各駆動輪１１を夫々等速で駆動することにより、車両をその場旋回させることができる。

そして、本実施形態の無人搬送車１においては、図１に示すように、車両左右の走行駆動ユニット２間では、左側の前後の走行駆動ユニット２においては、アクスル軸７に配置する傘歯車２１Ａが右側（車両左右方向の中央側）に配置され、支軸３に連なるハーネス類１２のハーネスプロテクタ１２Ａのアクスル軸７への接続口も右側（車両左右方向の中央側）に配置されている。他方、右側の前後の走行駆動ユニット２においては、アクスル軸７に配置する傘歯車２１Ａが左側（車両左右方向の中央側）に配置され、支軸３に連なるハーネス類１２のハーネスプロテクタ１２Ａのアクスル軸７への接続口も左側（車両左右方向の中央側）に配置されている。即ち、車両の左右の走行駆動ユニット２は、左右で対称に配置されている。

オフセットアーム４の旋回に伴うアクスル軸７の軸回りの回転は、左側の走行駆動ユニット２では車両中央側である右側にアクスル軸７側の傘歯車２１Ａが配列されているのに対し、右側走行駆動ユニット２では車両中央側である左側にアクスル軸７側の傘歯車２１Ａが配列されていることにより、左右の走行駆動ユニット２で反対方向とすることができ、この結果、夫々のアクスル軸７の車両中央側端面より支軸に連なるハーネス類１２のハーネスプロテクタ１２Ａを接続することができる。

ところで、本実施形態の無人搬送車１においては、平面図示状態において、アクスル軸７に対してオフセットアーム４を直交させることなくアクスル軸７に配置されている傘歯車２１Ａがある側に傾斜させて配置され、縦軸６の軸心に対して支軸３の軸心が距離Ｓ２だけアクスル軸７方向にオフセットさせて配置している。

即ち、車両左右の走行駆動ユニット２間では、左側の前後の走行駆動ユニット２においては、アクスル軸７に対して支軸３が右側（車両左右方向の中央側）にオフセットされ、右側の前後の走行駆動ユニット２においては、アクスル軸７に対して支軸３が左側（車両左右方向の中央側）にオフセットされている。

図７は車両の左前の走行駆動ユニット２を抜出して示すものであり、図８はオフセットアーム４がアクスル軸７に対して直角にレイアウトされた比較例を示している。図７および図８に示す走行駆動ユニット２の駆動輪１１に夫々駆動モータ８により前進方向Ｃの駆動力を加えた場合、アクスル軸７には駆動輪１１の駆動力に対する反力が加わる。この反力は駆動力とは反対方向（図中矢印Ｄ方向）にアクスル軸７を回転させる方向に作用し、この作用力は傘歯車２１Ａ、２１Ｂ同士の噛合いにより中空軸２３に伝達され、プーリ２４を回転させるよう作用する（矢印Ｅ参照）。このプーリ２４に加わる回転力は、ベルト２６の一方（図示例では、右側）の張力を増大させる一方、他方（左側）の張力を低下させる。このベルト張力のアンバランスによりオフセットアーム４を矢印Ｆの方向（ここでは、反時計方向）に旋回させようとするモーメントが生ずる。

図８に示す比較例では、前記オフセットアーム４の旋回モーメントを打消す作用力はないため、オフセットアーム４が、支軸３を中心として図中反時計方向に回動して、走行駆動ユニット２の進行方向を左前方に変化させ、車両の進路が矢印Ｇ方向に変化することとなる。

しかしながら、本実施形態である図７に示す走行駆動ユニット２においては、支軸３と縦軸６とが横方向にオフセットＳ２されているため、駆動輪１１の駆動力が作用してアクスル軸７が支軸３側に押圧される（左右駆動輪１１が路面に作用する駆動力と同等の前進方向の力となる）と、この前進力にオフセットＳ２を乗算した矢印Ｈ方向の駆動によるモーメントが発生する。この駆動によるモーメントＨは、前記オフセットアーム４の旋回モーメントＦとは逆方向であり、両者が互いに相殺して、オフセットアーム４は旋回される作用は生ぜず、走行駆動ユニット２の進行方向は車両前進方向Ｊに維持される。ここでは、代表的に車両の左前の走行駆動ユニット２について説明したが、他の走行駆動ユニット２、例えば、右前の走行駆動ユニット２においても、各モーメントの方向が逆となるが、同様に作用し、車両の進行方向を前進方向に維持する。

図９は、走行駆動ユニット２（右側の走行駆動ユニット２）の略図であり、支軸３のオフセットＳ２の設定方法について、以下に説明する。ここでは、駆動輪１１の半径を「ｒ」、両駆動輪１１の中心点は「Ｏ１」、中心点から駆動輪１１の接地点の距離を「ｄ」、二つのオフセットをそれぞれ「Ｓ１、Ｓ２」、支軸３を「Ｏ２」としている。駆動輪１１から路面に加える推進力を「ｆ」としている。

走行駆動ユニット２は、図６に示すように左右駆動輪１１が制御されたアクティブ駆動され、左右駆動輪１１のトルクのバランスは取れた理想状態と想定して、両駆動輪１１に同じ制御指令を出す場合、同じ速度Ｖで回転し、走行駆動ユニット２は速度Ｖで直進する。駆動輪１１の出力トルクＭ１は、Ｍ１＝ｆ・ｒである。

駆動輪１１の推進力ｆによる支軸Ｏ２に対する回転モーメントＮ２は、Ｎ２＝ｆ（ｄ＋Ｓ２）−ｆ（ｄ−Ｓ２）＝２ｆ・Ｓ２と表わすことができ、この回転モーメントＮ２は、この走行駆動ユニット２においては時計回りする傾向がある。

一方、駆動輪１１の出力トルクに対する反トルクＭ’１はアクスル軸７を軸回りに回転させるよう作用し、傘歯車２１、中空軸２３を経由して中空軸２３に固定のプーリ２４に作用し、ベルト２６を介して支軸３に回転モーメントＮ１として作用する。

支軸Ｏ２に対する回転モーメントＮ１は、Ｎ１＝２Ｍ’１＝２（ｆ・ｒ）であり（注：二つの駆動輪１１によるトルクであるため２倍している）、この回転モーメントＮ１は、この走行駆動ユニット２においては反時計回りする傾向がある。

前記回転モーメントＮ１と回転モーメントＮ２を釣り合わせて相殺するためには、Ｎ１＝Ｎ２、即ち、２ｆ・ｒ＝２ｆ・Ｓ２と設定する必要がある。したがって、オフセットＳ２＝駆動輪半径ｒとすることで、両者は相殺することができる。

なお、上記実施形態において、アクスル軸７の前記支軸３回りの旋回に応じて、前記アクスル軸７を長手方向に延びるそれ自身の軸回りに前記旋回量と同一角度だけ回転させるアクスル軸回転手段として、一対のプーリ２４、２５・ベルト２６と傘歯車２１を用いるものについて説明したが、図示はしないが、例えば、オフセットアーム４先端にオフセットアーム４の長手方向に直交する水平方向の軸回りに回転可能な一対の方向変換プーリを配置し、支軸３に固定したプーリとこれらのプーリとアクスル軸７とにコグベルト等を巻掛けて構成することもでき、また、アクスル軸７と支軸３とが交差する部分に互いに１：１のギヤ比で噛合う交差ヘリカルギヤを配置するものであってもよい。

また、上記実施形態において、走行駆動ユニット２として、アクスル軸７と支軸３とがオフセットアーム４によりオフセットした状態で交差するものについて説明したが、図示はしないが、オフセットがなく直接交差するものであってもよい。

また、上記実施形態において、無人搬送車１として、四隅に走行駆動ユニット２を旋回可能に配列したものについて説明したが、図示はしないが、前後に走行駆動ユニットを旋回可能に配列し、四隅にキャスタ輪を配列したり、中央部に走行駆動ユニットを旋回可能に配列し、四隅にキャスタ輪を配列するものであってもよい。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）夫々駆動モータ８により独立して駆動される駆動輪１１を両端に有するアクスル軸７を平面内で旋回させて車両の推進方向を変更可能な走行駆動ユニット２を備える無人搬送車１において、前記アクスル軸７をアクスル軸７自身の長手方向の軸回りに回転可能であり且つ平面内で旋回可能にその中央部を支持する支軸３と、前記アクスル軸７の前記支軸３回りの旋回の向きと量に応じて、前記アクスル軸７を長手方向に延びるそれ自身の軸回りに回転させるアクスル軸回転手段（２１〜２６）と、前記車両の車体上部構造に配置された制御手段から前記支軸３内を通して前記支軸３の先端から前記アクスル軸７のいずれか一方の軸端側に架渡し、アクスル軸７の軸端からアクスル軸７内を通って前記駆動モータ８およびモータエンコーダ１０等の周辺機器へ接続されるハーネス１２と、を備える。

即ち、アクスル軸７の支軸３回りの旋回の向きと量に応じて、アクスル軸回転手段（２１〜２６）によりアクスル軸７を長手方向に延びるそれ自身の軸回りに回転させることにより、車両の車体上部構造に配置された制御手段から前記支軸３内を通して支軸３の先端から前記アクスル軸７のいずれか一方の軸端側に架渡し、アクスル軸７の軸端からアクスル軸７内を通って駆動輪１１の駆動モータ８へ接続されるハーネス１２の先端側のアクスル軸７がハーネス１２のねじれを解消する方向に常に回転されることとなり、ハーネス１２のねじれを解消することができ、アクスル軸７を連続的に大きく旋回させても、ハーネス１２が捩られて路面や台車の上部構造と干渉したり、駆動輪１１に巻き込まれて断線することを防止できる。このため、アクスル軸７の旋回範囲を制限して無人搬送車や自走ロボットの方向変換機能を制限するという不具合も発生しない。また、アクスル軸７は両端に駆動モータ８により回転駆動される駆動輪１１を備えているため、両駆動輪１１を差動させることによりアクスル軸７を旋回させることができ、車両の進行方向を自在に変更することができる。

（イ）アクスル軸回転手段（２１〜２６）として、支軸３に対するアクスル軸７の旋回に応じて上下方向軸回りに旋回方向とは逆方向に且つ旋回量に相当する角度を持って回転する回転部材は、例えば、支軸３に固定のプーリ２５若しくは歯車を固定して配置する一方、回転部材としても同径のプーリ２４若しくは歯車を固定して配置し、両者をベルト２６若しくはアイドラ歯車により伝動可能に連結することにより構成でき、回転部材の回転を方向変換して水平方向軸回りの回転に変換（例えば、ギヤ比が１：１の傘歯車２１若しくは傘形摩擦車により）してアクスル軸７に伝達する変換機構とにより構成することにより、走行駆動ユニット２による推進方向を連続的に変化させる場合においてもハーネス１２のねじれを解消することができる。

（ウ）走行駆動ユニット２は、前記支軸３に回転可能に配置されたオフセットアーム４の先端部にアクスル軸７をアクスル軸７自身の軸回りに回転可能に支持して備え、前記アクスル軸回転手段（２１〜２６）は、前記オフセットアーム４の先端部に前記支軸３と平行配置された軸回りに回転可能に配置され、オフセットアーム４の支軸３回りの旋回角度に応じて逆方向に且つ旋回量に相当する角度を持って回転駆動されるプーリ２４等の回転部材と、回転部材と共に回転する傘歯車２１Ｂとこの傘歯車２１Ｂに噛合うようアクスル軸７に固定した傘歯車２１Ａとで構成した変換機構とを備えることにより、ハーネス１２のねじれを発生させたり一時停止させることなく、瞬時に走行駆動ユニット２を旋回させて前後進、左右並進、旋回等のホロノミック（ｈｏｌｏｎｏｍｉｃ）全方向移動をさせてその推進方向を変更できる。

（エ）アクスル軸７は、アクスル軸７に受持たされる駆動輪１１の駆動反力によりそれ自身の軸回りに回転付勢されることにより前記変換機構および回転部材を経由して支軸３回りに旋回させる旋回モーメントを相殺する方向に、オフセットアーム４に対してアクスル軸７を平面内で傾斜させて配置していることにより、駆動輪１１に対する駆動反力が変動する始動時、加速時、減速時等においても、駆動反力によるアクスル軸７の旋回が抑制され、推進方向に安定して走行させることができる。

（オ）支軸３は、オフセットアーム４と支持連結されるアクスル軸７の中央部に対して駆動輪１１の半径寸法だけアクスル軸７方向にオフセットされていることにより、駆動反力によるアクスル軸７の旋回が確実に相殺され、駆動輪１１に対する駆動反力が変動する始動時、加速時、減速時等においても、推進方向が変化することがない。

（カ）走行駆動ユニット２は、前記アクスル軸７の平面内での旋回角度θｓを検出するステアリングエンコーダ２９と、アクスル軸７に対する左右の駆動モータ８の回転角度θ１、θ２を検出するモータエンコーダ１０と、左右駆動モータ８の回転角度を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、検出されたステアリング角度θｓを左右いずれか一方の検出モータ回転角θ１に対して加算し、他方の検出モータ回転角θ２に対して減算して得られる夫々の実モータ回転角と、検出されたステアリング角度θｓの角速度成分を一方の検出モータ回転角θ１の角速度成分に対して加算し、他方の検出モータ回転角θ２の角速度成分に対して減算して得られる夫々の実モータ回転角速度と、ステアリング角度θｓの角速度成分とに基づいて走行駆動ユニット２の角度位置を推定し、前記推定した角度位置が目標角度位置指令となるように左右の駆動モータ８を夫々制御する。このため、目標角度位置指令Ｅ２による指令角度位置が変更された場合には、新たな指令角度位置となるよう左右の駆動モータ８が夫々差動制御されて走行駆動ユニット２のステアリング角度θｓがアクスル軸７の長手方向の軸回りの回転を織込みつつ制御される。また、目標角度位置指令Ｅ２による指令角度位置を維持しつつ走行させる場合であっても、路面からの外乱等によりその進行方向に乱れが生じる可能性がある場合であっても、アクスル軸７の長手方向の軸回りの回転を織込みつつその進行方向が乱されることなく走行させることができる。

本発明は、無人搬送車を対象とする実施形態について説明したが、走行駆動ユニットにより様々な方向へ水平移動する移動ロボットにも適用できる。

本発明の一実施形態を示す無人搬送車の走行駆動ユニットのレイアウトを示す平面図。同じく走行駆動ユニットの概略構成図。図１のＡ−Ａ断面に沿う走行駆動ユニットの詳細を示す断面図。図１のＢ−Ｂ断面に沿う走行駆動ユニットの詳細を示す断面図。走行駆動ユニットの方向変更の制御を説明する概略図。走行駆動ユニットの方向変更の制御を説明する制御ブロック図。走行駆動ユニットの走行反力支持機構の作用を説明する説明図。比較例の走行駆動ユニットの走行反力支持機構の作用を説明する説明図。本実施形態の走行反力支持機構のベクトル構成を説明する図。

符号の説明

１無人搬送車
２走行駆動ユニット
３支軸
４オフセットアーム
５アーム
６縦軸
７アクスル軸
８駆動モータ
９減速機構
１０モータエンコーダ
１１駆動輪
１２ハーネス

Claims

夫々駆動モータにより独立して駆動される駆動輪を両端に有するアクスル軸を平面内で旋回させて車両の推進方向を変更可能な走行駆動ユニットを備える無人搬送車において、
前記アクスル軸をアクスル軸自身の長手方向の軸回りに回転可能であり且つ平面内で旋回可能にその中央部を支持する支軸と、
前記アクスル軸の前記支軸回りの旋回の向きと量に応じて、前記アクスル軸を長手方向に延びるそれ自身の軸回りに回転させるアクスル軸回転手段と、
前記車両の車体上部構造に配置された制御手段から前記支軸内を通して前記支軸の先端から前記アクスル軸のいずれか一方の軸端側に架渡し、アクスル軸の軸端からアクスル軸内を通って前記駆動モータおよび周辺機器へ接続されるハーネスと、を備えることを特徴とする無人搬送車。
前記アクスル軸回転手段は、支軸に対するアクスル軸の旋回に応じて上下方向軸回りに前記旋回方向とは逆方向に且つ旋回量に相当する角度を持って回転する回転部材と、回転部材の回転を方向変換して水平方向軸回りの回転に変換してアクスル軸に伝達する変換機構とにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の無人搬送車。
前記走行駆動ユニットは、前記一対の駆動モータを差動させることによりアクスル軸を平面内で旋回させて車両の進行方向を変更することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無人搬送車。
前記走行駆動ユニットは、前記支軸に回転可能に配置されたオフセットアームの先端部にアクスル軸がアクスル軸自身の軸回りに回転可能に支持されており、
前記アクスル軸回転手段は、前記オフセットアームの先端部に前記支軸と平行配置された軸回りに回転可能に配置され、オフセットアームの支軸回りの旋回角度に応じて逆方向に且つ旋回量に相当する角度を持って回転駆動される回転部材と、回転部材と共に回転する傘歯車とこの傘歯車に噛合うようアクスル軸に固定した傘歯車とで構成した変換機構とを備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の無人搬送車。
前記支軸はプーリ若しくは歯車を固定して備え、前記回転部材はプーリ若しくは歯車により構成され、支軸に設けたプーリ若しくは歯車は前記回転部材とベルト巻掛け若しくはアイドラ歯車により伝動可能に連結されていることを特徴とする請求項４に記載の無人搬送車。
前記アクスル軸は、アクスル軸に受持たされる駆動輪の駆動反力によりそれ自身の軸回りに回転付勢されることにより前記変換機構および回転部材を経由して支軸回りに旋回させる旋回モーメントを相殺する方向に、前記オフセットアームに対してアクスル軸を平面内で傾斜させて配置していることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の無人搬送車。
前記支軸は、前記オフセットアームと支持連結されるアクスル軸の中央部に対して駆動輪の半径寸法だけアクスル軸方向にオフセットされていることを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか一つに記載の無人搬送車。
前記走行駆動ユニットは、前記アクスル軸の平面内での旋回角度を検出するステアリング角検出手段と、アクスル軸に対する左右の駆動モータの回転角度を検出するモータ回転角検出手段と、左右駆動モータの回転角度を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、検出されたステアリング角度を左右いずれか一方の検出モータ回転角に対して加算し、他方の検出モータ回転角に対して減算して得られる夫々の実モータ回転角と、検出されたステアリング角度の角速度成分を一方の検出モータ回転角の角速度成分に対して加算し、他方の検出モータ回転角の角速度成分に対して減算して得られる夫々の実モータ回転角速度と、ステアリング角度の角速度成分とに基づいて走行駆動ユニットの角度位置を推定し、前記推定した角度位置が目標角度位置指令となるように左右の駆動モータを夫々制御することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の無人搬送車。