JP5603821B2 - 車両移動装置の運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両移動装置の運転方法に関するものである。

従来、任意の位置に停車した車両を駐車施設における所定位置に搬送できるようにした入出車装置の一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。

特許文献１に示される装置は、それぞれ車両支持機構及び走行機構を備える左側搬送台車と右側搬送台車とからなり、該左側搬送台車と右側搬送台車とがそれぞれ独立して移動しつつ、協働して車両を支持し、搬送するようになっている。

前記左側搬送台車と右側搬送台車は、無線通信によってリアルタイムに情報交換を行うことにより、協働している。

しかしながら、前述の如く、無線通信による台車相互間でのリアルタイムの情報交換に基づいて前記左側搬送台車と右側搬送台車とを協働させるのでは、通信障害で情報が途切れたり遅れたりすることもあり、前記左側搬送台車と右側搬送台車とを協働させるために必要な情報をリアルタイムに安定して得ることが難しかった。又、情報が安定して得られなかった場合、搬送される車両等の物体に必要以上の内力が加わることとなり、最悪の場合、物体を落としたり、傷つけたりする可能性があった。

このため、本発明者等は、無線通信のみによる台車相互間でのリアルタイムの情報交換を行うようにした協働搬送とは異なり、車両等の物体を落としたり、傷つけたりする心配がなく、複数の台車を協調制御により作動させることで、車両等の物体を確実に且つより安定して移動させ得る物体移動装置を提案している。（例えば、特許文献２参照。）

前記特許文献２に開示した物体移動装置は、複数の台車を協調制御により作動させるという非常に高度で優れた機能を有するものである反面、移動すべき物体がバス等のホイールベースの長い車両や接地ポイントとしての車輪の数が多い車両であった場合、移動装置自体を大きくしたり、車輪の数に合わせた機構のものを別途用意しなければならず、移動装置の種類が増える一方、移動装置が大型化した場合には、移動経路を広くとり、且つ保管スペースも広く必要になるという欠点を有していた。

そこで、本発明者等は、車両等の物体の一つの接地ポイントとしての車輪をリフトアップし、与えられた目標軌道に沿って移動可能なリーダ台車と、該リーダ台車にてリフトアップされる車輪以外の一つの車輪をリフトアップする複数台のフォロワ台車とを備えることにより、大きさや接地ポイント数の異なる車両等の物体にも装置の種類を増やすことなく対応し得、車両等の物体を確実に且つより安定して移動させることができ、移動経路や保管スペースの削減をも図り得る物体移動装置を提案している。（例えば、特許文献３参照。）

特開２００４−１６９４５１号公報 特開２００９−１０８５４２号公報 特開２００９−２８６５７０号公報

ところで、前輪と後輪の四個の車輪を有する車両に着目すると、基本的には後輪のサイドブレーキを開放して前輪だけを持ち上げれば、車両を運ぶことができ、必ずしも全ての車輪を持ち上げる必要はない。

即ち、特許文献３に記載されているように通常四台の台車が車両の各車輪をリフトアップするシステムを配備した駐車施設において、状況に応じて二台ずつ二組の台車が複数の車両を並行作業で移動させることが実際に行えるのであれば、更なる効率化が期待できるという点に本発明者等は着目した。

しかしながら、このように車両を運ぶ際の最大の問題は、車両の後輪が接地することによりシステムが非ホロノミックな拘束を受ける点にある。

そこで、本発明者等は、車両の前輪又は後輪のいずれか一方の車輪をリーダ台車とフォロワ台車とによってリフトアップし、該リーダ台車とフォロワ台車の制御点を前記車両のリフトアップされる二個の車輪の中点に設定し、前記車両を含めたシステム全体を、前記中点に設定され且つ能動的に全方向へ速度を発生可能な仮想キャスタと、前記車両の接地している側の対向する二個の車輪とによって構成される三輪車モデルに見立てて位置制御するようにした車両移動装置の運転方法を開発し、既に出願している（特願２０１０−２７３６９８参照）。

本発明者等が既に出願している前記車両移動装置の運転方法においては、前記制御点に速度入力を与えたときの該制御点の運動を求める上で車両のホイールベースを知る必要がある。

しかしながら、実際には搬送の対象となる車種は非常に多く、そのホイールベースも様々である。このため、例えば、データベースとしてホイールベースを知識化する方法が考えられるが、この場合、車種を特定する装置の導入、或いは利用者に車種の入力を求めることが必要となり、手間がかかり、あまり好ましい手段であるとは言えなかった。又、カメラ等のセンサにより寸法を計測する方法も考えられるが、測定誤差や車体の弾性による寸法の変化が生じる可能性があり、必ずしも充分であるとは言えなかった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、力制御を適用することにより、車両のホイールベースを推定しつつ、該車両の前輪又は後輪のいずれか一方の車輪をリーダ台車とフォロワ台車とによりリフトアップして精度良く移動させることができる車両移動装置の運転方法を提供しようとするものである。

本発明は、走行駆動装置により全方向に自走可能な台車本体と、該台車本体に連結機構を介して取り付けられ且つ車両の一つの車輪をリフトアップするリフターとを有し、与えられた目標軌道に沿って移動可能なリーダ台車と、
走行駆動装置により全方向に自走可能な台車本体と、該台車本体に連結機構を介して取り付けられ且つ前記車両の前記リーダ台車にてリフトアップされる車輪以外の一つの車輪をリフトアップするリフターとを有し、前記リーダ台車の動きを推定しつつ追従することにより、該リーダ台車と協調して車両を移動させるフォロワ台車とを備え、
前記車両の前輪又は後輪のいずれか一方の車輪を前記リーダ台車とフォロワ台車とによってリフトアップし、該リーダ台車とフォロワ台車の制御点を前記車両のリフトアップされる二個の車輪の中点に設定し、前記車両を含めたシステム全体を、前記中点に設定され且つ能動的に全方向へ速度を発生可能な仮想キャスタと、前記車両の接地している側の対向する二個の車輪とによって構成される三輪車モデルに見立てて位置制御する車両移動装置の運転方法であって、
前記リーダ台車とフォロワ台車を前記制御点回りにインピーダンス制御して［数２０］に示す運動を行わせ、

送するために制御点に生じさせたい絶対座標系Ｏ_{−ｘ’ｙ’}（車両の進行方向をｘ’とし、ｘ’と垂直な方向をｙ’とした座標系）から見た目標速度）

想定ホイールベースＬ^ｉｎｔを実時間で計算することにより、最終的に想定ホイールベースＬ^ｉｎｔを実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌに収束させ、該実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌを推定することを特徴とする車両移動装置の運転方法にかかるものである。

本発明の車両移動装置の運転方法を利用すれば、前記制御点に速度入力を与えたときの該制御点の運動を求める上で知る必要のある車両のホイールベースを、例えば、データベースとしてホイールベースを知識化したりすることなく、推定可能となるため、車種を特定する装置の導入、或いは利用者に車種の入力を求めることが不要となり、手間がかからなくなる。又、カメラ等のセンサにより寸法を計測する方法も導入しなくて済むため、測定誤差や車体の弾性による寸法の変化が生じることに伴う不具合が生じる心配もない。

本発明の車両移動装置の運転方法によれば、力制御を適用することにより、車両のホイールベースを推定しつつ、該車両の前輪又は後輪のいずれか一方の車輪をリーダ台車とフォロワ台車とによりリフトアップして精度良く移動させることができるという優れた効果を奏し得る。

本発明の車両移動装置の運転方法の実施例を示す全体概要斜視図である。 本発明の車両移動装置の運転方法の実施例におけるリーダ台車（フォロワ台車）を示す斜視図である。 本発明の車両移動装置の運転方法の実施例におけるリーダ台車（フォロワ台車）を底面側から示す斜視図である。 本発明の車両移動装置の運転方法の実施例におけるリーダ台車（フォロワ台車）の連結機構を示す斜視図である。 本発明の車両移動装置の運転方法の実施例におけるリーダ台車（フォロワ台車）のリフターの車輪浮上支持装置を示す斜視図である。 本発明の車両移動装置の運転方法の実施例におけるリーダ台車の全体制御系統並びにフォロワ台車の全体制御系統を示すブロック図である。 本発明の車両移動装置の運転方法の実施例におけるリーダ台車とフォロワ台車の協調制御に関するシステム図である。 本発明の車両移動装置の運転方法の実施例における各連結機構の配置を示す平面図である。 本発明の車両移動装置の運転方法の実施例におけるシステム全体の幾何モデル図である。 本発明の車両移動装置の運転方法の実施例におけるホイールベースの推定アルゴリズムを示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１〜図１０は本発明の車両移動装置の運転方法の実施例であって、
走行駆動装置１により全方向に自走可能な台車本体２と、該台車本体２に連結機構３を介して取り付けられ且つ物体としての車両４の一つの車輪４ａをリフトアップするリフター５とを有し、与えられた目標軌道に沿って移動可能なリーダ台車Ａと、
走行駆動装置１により全方向に自走可能な台車本体２と、該台車本体２に連結機構３を介して取り付けられ且つ前記車両４の前記リーダ台車Ａにてリフトアップされる車輪４ａ以外の一つの車輪４ａをリフトアップするリフター５とを有し、前記リーダ台車Ａの動きを推定しつつ追従することにより、該リーダ台車Ａと協調して車両４を移動させるフォロワ台車Ｂとを備えてなる車両移動装置を利用するようにしたものである。

前記台車本体２は、図１〜図３に示す如く、直方体の四隅部をカットして細長い八角柱形状に組み立てられた台車フレーム２ａの四隅部に、走行駆動装置１として走行車輪６を走行モータ７（走行アクチュエータ）（図６参照）の作動により水平な車軸８を中心に回転可能に配設してなる構成を有している。尚、前記走行車輪６は、操舵を必要としないオムニホイール（登録商標）やメカナムホイール等の全方向移動車輪とし、台車本体２の幅方向（図８の左右方向）に対しそれぞれ４５°の角度を持ち、且つ対角に位置する走行車輪６同士が平行となるようにしてある。又、前記走行モータ７には、軌道センサとしての走行エンコーダ１１（図６参照）が一体に組み込まれ、台車本体２の実際の軌道情報を検出できるようにしてある。更に又、前記走行車輪６の全てが常に地面と接触するよう、四個のうち二個の走行車輪６はサスペンション機構６ａを介して台車フレーム２ａに取り付けるようにしてある。

前記連結機構３は、図３及び図４に示す如く、力センサとしての引張圧縮型のロードセル１３の両端にロッド１４を取り付けた連結部材１５を、その一端がユニバーサルジョイント１６により台車本体２側に連結され他端がユニバーサルジョイント１６によりリフター５側に連結されるよう、同一水平面内に複数（図８の例では三個）配設してなるパラレルリンク機構１７によって構成してある。この場合、前記台車本体２に対しリフター５は、図２に示す如く、水平面内におけるＸ−Ｙ方向に移動する方向の２自由度と、該Ｘ−Ｙ方向に対して直交するＺ軸を中心として回転する方向の１自由度とを加えた平面３自由度が拘束され、且つＸ軸を中心として回転する方向の１自由度と、Ｙ軸を中心として回転する方向の１自由度と、Ｚ軸方向に移動する方向の１自由度とを加えた３自由度がフリーとなるよう、前記パラレルリンク機構１７（図３、図４及び図８参照）を介して配置される形となる。

前記リフター５は、図１〜図３及び図５に示す如く、前記車両４の各車輪４ａを支持するための車輪浮上支持装置１８を装備し、該車輪浮上支持装置１８は、前記台車本体２に対し連結機構３を介して取り付けられるリフターフレーム５ａに、リニアガイドレール１９を台車本体２の幅方向（図８の左右方向）へ延びるよう固定配置すると共に、該リニアガイドレール１９に対し、リニアガイドブロック１９ａを介して一対のラック部材２１を互いにそのラック部の形成面が対向した状態で前記リニアガイドレール１９に沿ってスライド自在となるよう配設し、前記リフターフレーム５ａの中央部に一体に設けられ両端が開放された中空箱形のベース枠５ｂに、エンコーダ等のリフトバー開閉センサ２２が一体に設けられたモータ等のリフトバー開閉アクチュエータ２３を取り付け、該リフトバー開閉アクチュエータ２３によって回転駆動される駆動ピニオン２４を前記一対のラック部材２１の互いに対向するラック部に対し前記ベース枠５ｂ内でその両方に噛合させ、前記リニアガイドブロック１９ａから、底面が開放された断面門型のカバーフレーム５ｃを張り出させ、該カバーフレーム５ｃに対し、外周に車輪支持ローラ２５が回転自在に嵌装され且つ先端部と基端部に接地支持輪２６が取り付けられたリフトバー２７を、前記ラック部材２１と直角な水平方向へ延び且つ前記リニアガイドレール１９と平行な揺動軸５ｄを中心に揺動自在となるよう取り付けてなる構成を有し、前記リフター５の車輪浮上支持装置１８における一対のリフトバー２７を前記車両４の各車輪４ａの前後に配置して互いに近接させることにより、該車両４をリフトアップするよう構成してある。尚、前記リフトバー２７の両端に取り付けた接地支持輪２６により車両４の重量全てを支持するため、台車本体２は、車両４の重量を支持できるよう頑丈に設計する必要がなくなるという利点があり、更に、前記リフトバー２７をその開閉方向と平行な揺動軸５ｄを中心に揺動自在となるようにしているため、二本のリフトバー２７に取り付けた四つの接地支持輪２６は常に接地する形となり、好ましい。

前記リフトバー２７の車輪支持ローラ２５表面には、ローレット加工、或いは滑り止め塗料の塗装といった滑り止め加工を施すようにしてある。

前記接地支持輪２６には、一般的なキャスタを用いるようにしてあるが、前記走行車輪６と同様に、操舵を必要としないオムニホイール（登録商標）やメカナムホイール等の全方向移動車輪を用いても良いことは言うまでもない。

一方、図６はリーダ台車Ａの全体制御系統並びにフォロワ台車Ｂの全体制御系統を示すブロック図であり、前記リーダ台車Ａに搭載されたリーダ制御部３１には、前記台車本体２の走行駆動装置１における走行アクチュエータとしての走行モータ７と、前記台車本体２の走行駆動装置１における軌道センサとしての走行エンコーダ１１と、前記連結機構３の力センサとしてのロードセル１３と、前記リフター５の車輪浮上支持装置１８におけるリフトバー開閉アクチュエータ２３と、前記リフター５の車輪浮上支持装置１８におけるリフトバー開閉センサ２２と、前記フォロワ台車Ｂへ制御情報を送信するための無線通信装置３９とを接続し、前記連結機構３の力センサとしてのロードセル１３による検出信号と、前記台車本体２の走行駆動装置１における軌道センサとしての走行エンコーダ１１による検出信号とに基づいて、前記台車本体２の走行駆動装置１における走行アクチュエータとしての走行モータ７に駆動信号を出力すると共に、前記無線通信装置３９にてフォロワ台車Ｂへの制御情報を送信しつつ、前記リフター５の車輪浮上支持装置１８におけるリフトバー開閉センサ２２による検出信号に基づいて、前記リフター５の車輪浮上支持装置１８におけるリフトバー開閉アクチュエータ２３に駆動信号を出力する一方、
前記フォロワ台車Ｂに搭載されたフォロワ制御部３２には、前記台車本体２の走行駆動装置１における走行アクチュエータとしての走行モータ７と、前記台車本体２の走行駆動装置１における軌道センサとしての走行エンコーダ１１と、前記連結機構３の力センサとしてのロードセル１３と、前記リフター５の車輪浮上支持装置１８におけるリフトバー開閉アクチュエータ２３と、前記リフター５の車輪浮上支持装置１８におけるリフトバー開閉センサ２２と、前記リーダ台車Ａからの制御情報を受信するための無線通信装置４０とを接続し、前記連結機構３の力センサとしてのロードセル１３による検出信号と、前記台車本体２の走行駆動装置１における軌道センサとしての走行エンコーダ１１による検出信号と、前記無線通信装置４０で受信したリーダ台車Ａからの制御情報とに基づいて、前記台車本体２の走行駆動装置１における走行アクチュエータとしての走行モータ７に駆動信号を出力すると共に、前記リフター５の車輪浮上支持装置１８におけるリフトバー開閉センサ２２による検出信号に基づいて、前記リフター５の車輪浮上支持装置１８におけるリフトバー開閉アクチュエータ２３に駆動信号を出力するようにしてある。

前記リーダ台車Ａとフォロワ台車Ｂの協調制御に関するシステムについてより詳しくは、図７に示す如く、前記リーダ台車Ａとフォロワ台車Ｂとの間で車両４を介して相互に働く相互作用力を前記リーダ台車Ａの力センサとしてのロードセル１３により力情報として検出し、前記リーダ台車Ａの台車本体２の実際の軌道情報を前記軌道センサとしての走行エンコーダ１１によって検出し、前記リーダ制御部３１において、予め入力される目標軌道情報と、前記リーダ台車Ａの力センサとしてのロードセル１３で検出された力情報と、前記リーダ台車Ａの軌道センサとしての走行エンコーダ１１で検出された実際の軌道情報とに基づき、前記リーダ台車Ａの台車本体２の走行アクチュエータへ電流指令値を出力すると共に、前記無線通信装置３９にてフォロワ台車Ｂへの制御情報を送信し、前記リーダ台車Ａの台車本体２を目標軌道に沿って移動させる一方、
前記リーダ台車Ａとフォロワ台車Ｂとの間で車両４を介して相互に働く相互作用力を前記フォロワ台車Ｂの力センサとしてのロードセル１３により力情報として検出し、前記フォロワ台車Ｂの台車本体２の実際の軌道情報を前記軌道センサとしての走行エンコーダ１１によって検出し、前記リーダ台車Ａから無線通信装置３９にて送信される制御情報を無線通信装置４０で受信し、前記フォロワ制御部３２において、前記フォロワ台車Ｂの力センサとしてのロードセル１３で検出された力情報と、前記フォロワ台車Ｂの軌道センサとしての走行エンコーダ１１で検出された実際の軌道情報と、前記無線通信装置４０で受信したリーダ台車Ａからの制御情報とに基づき、前記フォロワ台車Ｂの台車本体２の走行アクチュエータへ電流指令値を出力し、前記フォロワ台車Ｂの台車本体２を前記リーダ台車Ａの動きに追従させて移動させるようにしてある。

尚、前記フォロワ台車Ｂの台車本体２がリーダ台車Ａの動きに追従して移動するための前記ロードセル１３で検出された力情報に、例えば、地面と前記リフター５の接地支持輪２６との摩擦や慣性力等の外乱要素が影響を与える場合、前記リーダ台車Ａの動きにフォロワ台車Ｂが追従しようとする動きに対し誤差を増大させてしまうので、より安定した状態で前記リーダ台車Ａとフォロワ台車Ｂとを協調させて車両４を移動させるには、前述の如き誤差を修正するための制御情報が必要となることから、該制御情報を前記リーダ制御部３１より、前記リーダ台車Ａの無線通信装置３９にて送信しフォロワ台車Ｂの無線通信装置４０で受信し、フォロワ制御部３２で前記誤差を修正する計算を前記制御情報に基づいて行うようにしてある。

ここで、前記力センサとしての引張圧縮型のロードセル１３が介装された連結部材１５を平面３自由度を拘束するパラレルリンク機構１７として図８に示すような配置で三つ取り付けた場合、ロードセル１３による検出値をヤコビ行列で座標変換すると、外力としてリフター５に加わる力を平面３自由度の力情報として得ることができるが、具体的な計算例については、特許文献３に記載されている。

又、リーダ台車Ａとフォロワ台車Ｂの協調制御の基本的な考え方に関しては、小菅一弘、大住智宏、千葉晋彦による「単一物体を操る複数移動ロボットの分散協調制御」、日本ロボット学会誌１６巻１号、ｐｐ．８７〜９５に記載されている。

そして、本実施例の場合、図１に示す如く、前記車両４の車輪４ａのうち右側の前輪を前記リーダ台車Ａでリフトアップすると共に、前記車両４の車輪４ａのうち左側の前輪を前記フォロワ台車Ｂによってリフトアップし、図９に示す如く、該リーダ台車Ａとフォロワ台車Ｂの制御点ＣＰを前記車両４のリフトアップされる二個の車輪４ａの中点に設定し、前記車両４を含めたシステム全体を、前記中点に設定され且つ能動的に全方向へ速度を発生可能な仮想キャスタと、前記車両４の接地している側の対向する二個の車輪４ａとによって構成される三輪車モデルに見立てて位置制御するよう構成してある。

図９に示すシステム全体の幾何モデルにおいて、Ｏを原点とするＸ−Ｙ座標系を設定した場合、前記制御点ＣＰの位置と姿勢を（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ，θ_ｐ）で表し、車両４の進行方向と平行な方向の速度をｕ_２、該ｕ_２と直交する方向のリーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂが生成する制御点ＣＰの速度をｕ_１、車両４のホイールベースをＬとすると、前記制御点ＣＰにｕ_１、ｕ_２の速度入力を与えたときの該制御点ＣＰの運動は下記の［数１］で表される。

尚、［数１］で表される幾何モデルは一般的な三輪車モデルと異なり操舵輪の概念はなく、全方向移動ロボットとしての前記リーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂにより制御点ＣＰに即座に任意の方向へ速度を発生させることが可能である。

このモデルにおいて、前記リーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂが指令通りに速度を発生可能で、同時に車両４の移動を開始し、同一の計算式に従って制御入力が決定され、同一の周期でループする制御系とするならば、理論上は前記リーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂの制御点ＣＰは常に一致し、同期しながら車両４の搬送を行うことできる。又、このモデル化により既に提案されている三輪車型ロボットの制御手法を本実施例の車両移動装置の運転方法に適用できるようになる。

先ず、前記三輪車の幾何モデルを非ホロノミックシステムの制御手法の一つであるＣｈａｉｎｅｄ Ｓｙｓｔｅｍに変換する。［数１］で表されるシステムはＣｈａｉｎｅｄ Ｓｙｓｔｅｍへ変換するための十分条件を満たしており、［数２］で表される１Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、１Ｃｈａｉｎ、２入力型のＣｈａｉｎｅｄ Ｓｙｓｔｅｍに変換できる。

尚、状態変数ｚはｘ_ｐにより［数３］のように表され、又、入力ｖ_１，ｖ_２はｕ_１，ｕ_２により［数４］のように表される。

Ｃｈａｉｎｅｄ Ｓｙｓｔｅｍを用いた制御手法の一つとして、Ｋｈｅｎｎｏｕｆ等により提案されている疑似連続指数安定化制御がある。疑似連続指数安定化制御は、Ｃｈａｉｎｅｄ Ｓｙｓｔｅｍに［数５］に示すフィードバック入力を与えることにより、ｚを０へ収束させる制御手法であり、そのときｘ_ｐも０へ収束する。

本制御則ではフィードバックゲインｆ，ｋをｆ＞２ｋを満たすように定める必要がある。そうしない場合はＳ（ｚ）よりもＷ（ｚ）が先に０に収束し、入力が発散する。尚、Ｓ（ｚ）、Ｗ（ｚ）は［数６］、［数７］に示すようにｚで表される関数である。

但し、疑似連続指数安定化制御はシステムの初期位置と原点、フィードバックゲインｆ，ｋが定まればその軌道が一意に定まる制御手法であり、特定の軌道に追従させるような制御はできないが、車両４の車庫等への搬送作業を考えると、障害物に接触しないよう運動させる必要がある。そこで疑似連続指数安定化制御を利用し、車両４を任意の何点かを経由させることで障害物に接触させずに目標位置まで搬送させることを考える。疑似連続指数安定化制御は状態変数を原点へ収束させる制御則であるが、修正偏差系と呼ばれる、目標値と現在値の偏差から計算される修正偏差変数で表されるＣｈａｉｎｅｄ Ｓｙｓｔｅｍを用いることにより、車両４を任意の位置・姿勢へ収束させることが可能になる。

修正偏差変数ｅは、［数８］、［数９］により計算される修正目標値ｒと状態ｚの偏差を用いて［数１０］のように定義される。このとき修正偏差変数は［数１１］のようにｖ_１，ｖ_２を入力とするＣｈａｉｎｅｄ Ｓｙｓｔｅｍとなり、ｅが０に収束すると、車両４の位置ｘ_ｐは目標値ｘ´ｐへ収束する。

この修正偏差系に対して、［数１２］に示す疑似連続指数安定化制御を適用することにより、ｅを０に収束させ、車両４を目標の位置・姿勢へ到達させる。

本実施例においては、先ず、停車し後輪のサイドブレーキが開放されている車両４に対し、リーダ台車Ａを走行させてリフター５の車輪浮上支持装置１８のリフトバー２７を車両４の車輪４ａのうち右側の前輪の前後に配置すると共に、フォロワ台車Ｂを走行させてリフター５の車輪浮上支持装置１８のリフトバー２７を前記車両４の車輪４ａのうち左側の前輪の前後に配置する。

続いて、リーダ制御部３１並びにフォロワ制御部３２からの駆動信号により、前記リフター５の車輪浮上支持装置１８におけるリフトバー開閉アクチュエータ２３を所望の方向へ回転駆動すると、対を成すリフトバー２７が互いに近接する方向へ移動していき、リフトバー２７上に車両４の車輪４ａのうち前輪が載置される形となって、該車両４の前輪が図１に示すようにリフトアップされる。

この状態から、図９に示す如く、前記リーダ台車Ａとフォロワ台車Ｂの制御点ＣＰが前記車両４のリフトアップされる二個の車輪４ａの中点に設定され、前記車両４を含めたシステム全体が、前記中点に設定され且つ能動的に全方向へ速度を発生可能な仮想キャスタと、前記車両４の接地している側の対向する二個の車輪４ａとによって構成される三輪車モデルに見立てて位置制御される。

ここで、本発明者等の更なる研究により、本実施例に示すようなモデルには［数１３］の如き運動拘束が働くことが確認されている。

を表す。そして、Ｌ^ｒｅａｌは搬送される車両４の実際のホイールベースを表し、これが非ホロノミック拘束を受けるシステムの運動生成において重要なパラメータの一つとなっている。

そして、前記リーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂに指令する絶対座標系Ｏ_−ｘｙから見た制御

位置・姿勢へ搬送するために制御点ＣＰに生じさせたい絶対座標系Ｏ_{−ｘ’ｙ’}（車両４の進行方

道センサとしての走行エンコーダ１１で求めた絶対座標系Ｏ_−ｘｙから見た制御点ＣＰの実際

先に述べた通り本実施例に示すようなモデルは［数１３］に示す運動拘束を受けるため、前記想定ホイールベースＬ^ｉｎｔが実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌと一致するとき、リーダ台車Ａ

式［数１３］を満たし、従って非ホロノミック拘束の条件を満たすことになり、リーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂは車両４との相対位置・姿勢を保持しながら車両４を目標の位置へ搬送できる。

これに対し前記想定ホイールベースＬ^ｉｎｔが実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌと一致しない場合は、恒等式［数１３］を満たさず、従って非ホロノミック拘束の条件を満たさないため、車両４は拘束される方向へ運動しないようにするためにリーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂへ拘束力を加える。該拘束力により、リーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂと地面との間に滑りが生じたり、車両４との相対位置・姿勢がずれたりし、結果として車両４を目的の位置へ搬送できなくなる。

そこで、本実施例では、車両４から受ける運動を拘束する力に対してリーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂが受動的な運動を実現できるようにするために、リーダ台車Ａとフォロワ台車Ｂをそれぞれ制御点ＣＰ回りに［数１５］［数１６］に示すよう、力制御の一つであるインピーダンス制御する。

ここで、Ｍ，Ｄ，Ｋは見せ掛けの質量特性、粘性特性、弾性特性を表すパラメータであり、Ｆはリーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂに作用する力／モーメントであり、該Ｆは前記力センサとしての引張圧縮型のロードセル１３によって検出される。Δｘは力に対して見せ掛けのインピーダンス特性に従って生じる目標位置・姿勢からの偏差ベクトルであって、下記の［数１７］の如く、

て、下記の［数１８］の如く、

制御点ＣＰの実際の速度ベクトルであって、下記の［数１９］の如く、

と示される。

前記力センサとしての引張圧縮型のロードセル１３によって検出される力は、車両４から受ける運動を拘束する力だけでなく、リーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂの引張圧縮の力や床面との摩擦力、車両４の慣性力も含まれる。そのため、これらの力に対するシステムの応答について、以下のように仮定する。先ず、リーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂは同位置を制御点ＣＰとし、同じ制御則で運動するため、二台のリーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂの間に運動誤差は生じず、結果、引張圧縮力は発生しないと仮定する。次に、摩擦力及び慣性力は、同様の理由から、均等に二台のリーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂに分配されると仮定する。最後に、リーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂはインピーダンス制御により車両４から受ける運動を拘束する力に対して受動的に運動し、非ホロノミックな拘束に従って運動すると仮定する。たとえ、摩擦力、慣性力に応じてリーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂが運動する場合でも、非ホロノミックな運動拘束に従うものとする。

以上より、リーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂは［数１４］［数１６］［数１８］［数１９］に基づいて［数２０］に示す運動をする。

尚、インピーダンス制御により、リーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂは車両４に対する姿勢を常に一定に維持でき、車両４の姿勢即ち絶対座標系Ｏ_−ｘｙから見た制御点ＣＰの実際の

前記［数２０］は想定ホイールベースＬ^ｉｎｔが車両４の実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌと異なる場合に運動を生成した際も、インピーダンス制御に基づいて力に対して生じる速度偏差によって、現実にリーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂが受ける非ホロノミックな運動拘束に従って運動することを表す。

従って、前記リーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂに指令する制御点ＣＰの実際の速度ベク

下記の［数２３］に基づいて、想定ホイールベースＬ^ｉｎｔを実時間で計算することにより、最終的に想定ホイールベースＬ^ｉｎｔを実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌに収束させる。

Ｌ^ｉｎｔの初期値、ａは任意の正の定数である。

上記した本実施例におけるホイールベースの推定アルゴリズムは図１０に示すブロック図のように表される。

因みに、前記リーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂが受ける非ホロノミックな拘束に関して、［数２１］の並進速度を車両４の姿勢に平行な方向に座標変換すると、［数２４］のように直すことができる。

前記力センサとしての引張圧縮型のロードセル１３によって検出される検出値にノイズが乗った場合等には、

であるにもかかわらず、

となる場合が考えられ、そのとき、実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌは無限大になってしまう。

１３によって検出される検出値にｙ´軸方向のノイズが生じた場合、僅かなノイズであっても実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌが大きく変動してしまう。従って、実用化を考えたとき、［数２５］によって実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌを求めることは好ましくないと考えられる。

一方、［数２８］に定義される実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌと想定ホイールベースＬ^ｉｎｔとの偏差ΔＬを利用して、実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌを推定しようとした場合、

前記偏差ΔＬは、実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌにより定義されるが、［数１６］［数２５］により［数２９］のように計算される。

ベースＬ^ｉｎｔをパラメータとする［数３０］に示す拘束に従って決定される。

前記［数２９］［数３０］により［数３１］が導かれる。

前記［数３１］からわかるように、前記偏差ΔＬは、実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌを直接

記偏差ΔＬにより、実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌを直接推定することは好ましくないと考えられる。

これに対し、前記［数２２］の右辺の

Ｋ≠０の条件下で０にできれば、恒等式

を満たし、従ってΔＬ＝０，Ｌ^ｉｎｔ＝Ｌ^ｒｅａｌが成り立ち、実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌを推定できると言える。

できるため、前述の如き力センサとしての引張圧縮型のロードセル１３によって検出される検出値のノイズの問題を回避でき、又、

じてＫを変化させることにより、車両４の角速度に応じて想定ホイールベースＬ^ｉｎｔの収束速度を任意に調節することができるという利点が生じる。

そして、本発明者等は、本実施例におけるホイールベースの推定アルゴリズムによる実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌと想定ホイールベースＬ^ｉｎｔとの偏差ΔＬの収束性について解析を行った。

前記偏差ΔＬは［数２２］［数２８］［数３１］より、［数３５］のように実際のホイ

。

先ず、

とした場合、［数３５］に［数２３］を代入すると、［数３７］を得る。

更に、［数３７］を時間ｔで微分すると、［数３８］を得る。

［数３７］［数３８］よりΔＬについて微分方程式を解くと、該ΔＬは［数３９］のように表される。

［数３９］より、ΔＬはｔ→∞のとき、０に漸近する。想定ホイールベースＬ^ｉｎｔは実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌに漸近し、ホイールベースを推定したことになる。又、パラメータａを変えることにより、ΔＬの収束速度を調節することが可能である。尚、前記［数３６］のようにＫを設定した場合は、即ち

の場合であり、ΔＬを用いてホイールベースの推定をすることに他ならない。前記［数３

には有効な手法であると考えられる。

一方、

とした場合、［数２３］を［数３５］に代入すると、［数４２］を得る。

［数４２］を時間ｔで微分すると、［数４３］を得る。

［数４２］［数４３］よりΔＬについて微分方程式を解くと、該ΔＬは［数４４］のように表される。

［数４４］より、前記［数４１］のようにＫを設定した場合、車両４とリーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂが回転するほどΔＬは０に漸近する性質を持つことがわかる。又、前記［数４１］のようにＫを設定した場合というのは、

利点がある。

以上述べたように、前記制御点ＣＰに速度入力を与えたときの該制御点ＣＰの運動を求める上で知る必要のある車両４のホイールベースを、例えば、データベースとしてホイールベースを知識化したりすることなく、推定可能となるため、車種を特定する装置の導入、或いは利用者に車種の入力を求めることが不要となり、手間がかからなくなる。又、カメラ等のセンサにより寸法を計測する方法も導入しなくて済むため、測定誤差や車体の弾性による寸法の変化が生じることに伴う不具合が生じる心配もない。

こうして、力制御を適用することにより、車両４のホイールベースを推定しつつ、該車両４の前輪又は後輪のいずれか一方の車輪４ａをリーダ台車Ａとフォロワ台車Ｂとによりリフトアップして精度良く移動させることができる。

尚、本発明の車両移動装置の運転方法は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、前輪の代わりに後輪をリフトアップすることも可能であること等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 走行駆動装置
２ 台車本体
２ａ 台車フレーム
３ 連結機構
４ 車両
４ａ 車輪
５ リフター
６ 走行車輪
１１ 走行エンコーダ
１３ ロードセル
１８ 車輪浮上支持装置
２７ リフトバー
３１ リーダ制御部
３２ フォロワ制御部
３９ 無線通信装置
４０ 無線通信装置
Ａ リーダ台車
Ｂ フォロワ台車
ＣＰ 制御点
Ｌ ホイールベース

Claims (1)

1. 走行駆動装置により全方向に自走可能な台車本体と、該台車本体に連結機構を介して取り付けられ且つ車両の一つの車輪をリフトアップするリフターとを有し、与えられた目標軌道に沿って移動可能なリーダ台車と、
   走行駆動装置により全方向に自走可能な台車本体と、該台車本体に連結機構を介して取り付けられ且つ前記車両の前記リーダ台車にてリフトアップされる車輪以外の一つの車輪をリフトアップするリフターとを有し、前記リーダ台車の動きを推定しつつ追従することにより、該リーダ台車と協調して車両を移動させるフォロワ台車とを備え、
   前記車両の前輪又は後輪のいずれか一方の車輪を前記リーダ台車とフォロワ台車とによってリフトアップし、該リーダ台車とフォロワ台車の制御点を前記車両のリフトアップされる二個の車輪の中点に設定し、前記車両を含めたシステム全体を、前記中点に設定され且つ能動的に全方向へ速度を発生可能な仮想キャスタと、前記車両の接地している側の対向する二個の車輪とによって構成される三輪車モデルに見立てて位置制御する車両移動装置の運転方法であって、
   前記リーダ台車とフォロワ台車を前記制御点回りにインピーダンス制御して［数２０］に示す運動を行わせ、
   

   

   

   送するために制御点に生じさせたい絶対座標系Ｏ_{−ｘ’ｙ’}（車両の進行方向をｘ’とし、ｘ’と垂直な方向をｙ’とした座標系）から見た目標速度）
   

   

   

   

   

   

   想定ホイールベースＬ^ｉｎｔを実時間で計算することにより、最終的に想定ホイールベースＬ^ｉｎｔを実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌに収束させ、該実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌを推定することを特徴とする車両移動装置の運転方法。

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