JP6333644B2 - 自動搬送車 - Google Patents

Description

本発明は、自動搬送車に係り、詳しくは、人を乗せて予め設定された経路を自動走行する場合に適した自動搬送車に関する。

従来から、高齢者や身障者等の移動手段として、差動式キャスタを用いて自走可能にした電動車いすが知られている（例えば、特許文献１参照）。電動車いすは、シートのアームレストに設けられた操作レバーを搭乗者が操作することで、差動式キャスタを回転駆動させ、自走するようになっている。差動式キャスタは、鉛直軸を中心に回転可能に支持された操舵軸と、操舵軸の下端に設けられ、水平軸を中心に回転可能に支持された一対の駆動輪と、を備え、各駆動輪に内蔵された電動モータにより、各駆動輪が独立して駆動するようになっている。

即ち、従来の電動車いすは、搭乗者が操作レバーを操作して、走行方向を変更する構成である。例えば、電動車いすを右旋回させるときは、操作レバーを右に傾倒させる。制御部は、各差動式キャスタのうち、左側にある差動式キャスタの電動モータの回転数が操作レバーの傾斜角度に応じた所定の回転数になるように、かつ右側にある差動式キャスタの電動モータの回転数がゼロ又は左側の差動式キャスタの電動モータより小さい回転数になるように、回転数及び回転比を演算する。そして、その回転速度となるように両電動モータが駆動されて、左右の駆動輪の回転数の差により電動車いすが右側に旋回する。

特開２０１２−７４１３９号公報

従来の電動車いすでは、走行方向を変更する場合、左右の駆動輪の回転数の差により走行方向変更（カーブ走行）動作が行われるが、走行方向の変更指示は搭乗者が操作レバーを操作することにより行われ、搭乗者が走行状態を確認しつつ操作レバーの操作を行う。そのため、操作レバーの操作量と旋回時の旋回半径が異なれば、搭乗者が操作レバーを操作して修正するため大きな支障はないが、修正のための操作が必要となったり蛇行が生じたりする。

一方、予め設定された経路を自動走行する自動搬送車では、搭乗者は自動搬送車の走行方向の変更に関与せず、自動搬送車は出発地点から目的地点まで、予め設定された経路に沿って移動するように駆動輪の駆動が制御される。そして、自動搬送車の制御部は、駆動輪の径と回転数とから移動速度や走行距離を演算し、カーブにおいてはカーブの曲率に合わせて左右の駆動輪の回転数の調整を行う。

駆動輪の径が一定であれば問題はないが、駆動輪の構造の違い（中実、中空）や材質による撓み、あるいは摩耗などによる車輪径の変化により、車輪１回転当たりの移動距離が変動して正確な距離計測ができなくなる。その結果、目的地点まで正確に移動することができなくなる。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、駆動輪径の変動に拘わらず正確な移動距離計測を行うことができる自動搬送車を提供することにある。

上記課題を解決する自動搬送車は、車体の左右方向において異なる位置に設けられた少なくとも２個の駆動輪を有し、両駆動輪の回転速度の差により操舵が行われる自動搬送車である。そして、前記駆動輪と別に設けられ、かつ回転軸が走行面に対する押圧方向に相対移動可能かつ前記車体の姿勢変動に関わりなく走行面側に押圧手段により押圧された状態で設けられた移動距離計測輪と、前記移動距離計測輪の回転数を検出する回転数検出手段と、前記回転数検出手段の検出信号に基づいて車体の移動距離を演算する演算手段とを備える。

この構成によれば、車体の移動距離は、駆動輪と別に設けられた移動距離計測輪の径と回転数とにより演算される。移動計測輪は、回転軸が走行面に対する押圧方向に相対移動可能かつ前記車体の姿勢変動に関わりなく走行面側に押圧手段により押圧された状態で設けられているため、車体や搭乗者の重量を担う割合が小さく、押圧力による摩耗が小さい。また、移動計測輪は、常に走行面に接した状態で移動するため、１回転当たりの移動距離が変動しない。したがって、駆動輪径の変動に拘わらず正確な移動距離計測を行うことができる。

前記駆動輪は、駆動軸が車体の左右方向に延びる同一直線上に位置する状態で左右対称に２個設けられ、前記移動距離計測輪は、それぞれ前記駆動輪の側方において、前記回転軸が前記駆動軸を含む鉛直面上に存在するように設けられていることが好ましい。この構成によれば、カーブ走行時には、左右いずれの方向に曲がる場合でも、カーブの曲率が同じで、両駆動輪の径が同じであれば、両駆動輪の単位時間当たりの回転数の差は同じになるため、駆動輪の制御が簡単になる。また、駆動輪の摩耗量が異なる場合でも、微調整で済む。

前記移動距離計測輪は前記両駆動輪の外側に設けられていることが好ましい。両移動距離計測輪を両駆動輪の外側に設けた場合の移動距離計測輪間の距離は、両移動距離計測輪を両駆動輪の内側に設けた場合に比べて大きくなる。そのため、同じ曲率のカーブ走行時において両移動距離計測輪の回転数差が大きくなり、制御がし易い。

本発明によれば、駆動輪径の変動に拘わらず正確な移動距離計測を行うことができる。

（ａ）は自動搬送車の概略側面図、（ｂ）は移動距離計測輪の支持構成を示す側面図。 自動搬送車の底面図。 制御部の構成を示すブロック図。 （ａ）は別の実施形態の移動距離計測輪の支持状態を示す概略側面図、（ｂ）はその平面図。

以下、本発明を病院内で患者等の搭乗者を搬送する自動搬送車に具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１（ａ）に示すように、自動搬送車１０は、車体としてのフレーム１１と、フレーム１１上に設けられたシート１２を備えている。図２に示すように、フレーム１１は、自動搬送車１０の左右方向に延びる梁部材１１ａ及び前後方向に延びる梁部材１１ｂと、梁部材１１ｂの上に設けられたプレート１１ｃとを備えている。

図２に示すように、自動搬送車１０は、後寄りに２個の駆動輪１３，１４を有し、前寄りに２個の従動輪１５，１６を有する。両駆動輪１３，１４は、それぞれ電動モータＭ１，Ｍ２により独立に駆動可能に構成されている。両駆動輪１３，１４は駆動軸１３ａ，１４ａがフレーム１１の左右方向に延びる同一直線上に位置する状態で左右対称に設けられている。両駆動輪１３，１４には、搭乗者Ｐの乗り心地を良くするため、中空タイヤが使用されている。

フレーム１１には、駆動輪１３，１４と別に、移動距離計測輪１７，１８が左右対称に設けられている。移動距離計測輪１７は駆動輪１３より外側の位置に設けられ、移動距離計測輪１８は駆動輪１４より外側の位置に設けられている。移動距離計測輪１７，１８は、搭乗者Ｐの乗り心地に無関係なため、変形や摩耗し難い材質、例えば、ウレタン樹脂で形成されている。

移動距離計測輪１７，１８は、回転軸１７ａ，１８ａが走行面Ｓに対する押圧方向に相対移動可能かつフレーム１１の姿勢変動に関わりなく走行面Ｓ側に押圧手段１９により押圧された状態で設けられている。詳述すると、図１（ｂ）及び図２に示すように、フレーム１１は、左右方向（図１（ｂ）における紙面と垂直方向）に延びるとともに、駆動輪１３，１４の外径より大きな間隔で設けられた２本の梁部材１１ａを有する。両梁部材１１ａの端部に、支持ブラケット２０がボルト２１により固定され、支持ブラケット２０に対して支持部材２２がその下方において上下方向に移動可能に支承されている。

図２に示すように、支持部材２２は、移動距離計測輪１７，１８の厚さより大きな間隔で設けられて回転軸１７ａ，１８ａを回動可能に支持する支持プレート２２ａと、支持プレート２２ａの両端部に固定され、かつ支持ブラケット２０を上下方向に貫通して摺動可能に設けられた一対の摺動シャフト２２ｂを備えている。各摺動シャフト２２ｂには、支持ブラケット２０と支持プレート２２ａとの間に押圧手段１９としてのばねが設けられている。各摺動シャフト２２ｂの上端、即ち支持ブラケット２０からの突出端には、摺動シャフト２２ｂが支持ブラケット２０から離脱するのを防止する抜け止め部材２３が固定されている。

回転軸１７ａ，１８ａには移動距離計測輪１７，１８の回転数を検出する回転数検出手段としてのロータリエンコーダ２４、２５がそれぞれ接続されている。ロータリエンコーダ２４，２５は、図示しないブラケットを介して支持プレート２２ａに固定されている。

図２に示すように、フレーム１１上には駆動輪１３，１４を駆動する電動モータＭ１，Ｍ２及び電動モータＭ１，Ｍ２を制御する制御装置２６が設けられている。制御装置２６は、図示しないＣＰＵやメモリを備えている。

図３に示すように、制御装置２６は、ロータリエンコーダ２４，２５の検出信号を入力し、その検出信号に基づいて電動モータＭ１，Ｍ２を制御する。制御装置２６は、車体（フレーム１１）の移動距離を演算する演算手段としても機能する。制御装置２６は、ロータリエンコーダ２４，２５の回転数と、移動距離計測輪１７，１８の径とに基づいて、移動距離計測輪１７，１８の移動距離を演算する。そして、直線走行の際及び曲線走行（カーブ走行）の際とも、移動距離計測輪１７，１８の移動距離の平均値を車体の移動距離、即ち自動搬送車１０の移動距離とする。また、自動搬送車１０の移動距離の情報と駆動輪１３，１４の回転数情報から最新の駆動輪径を算出する。制御装置２６のメモリには移動距離計測輪１７，１８の単位時間当たりの移動量の差と、車体の回転半径との関係が記憶されており、制御装置２６はカーブ走行の際には、移動距離計測輪１７，１８の単位時間当たりの移動量の差が目的とするカーブ走行時に対応した移動量の差となるように最新の駆動輪径に基づき電動モータＭ１，Ｍ２を制御する。

次に前記のように構成された自動搬送車１０の作用を説明する。
自動搬送車１０は、病院内の予め決められた経路を移動する。制御装置２６のメモリには、経路の始端から終端までの移動経路の状態、即ち複数の直線移動部の直線移動距離と、直線移動部に挟まれた各曲線移動部（カーブ走行部）の移動距離と曲率半径とが経路データとして記憶されている。

制御装置２６は、自動搬送車１０に搭乗者Ｐが乗って目的地を指示すると、搭乗者Ｐが乗った位置を出発地とし、指示された目的地までの移動経路について、メモリに記憶された経路データから出発地から目的地までの移動経路を決定する。そして、移動経路の状態に合わせて左右の駆動輪１３，１４の回転速度を調整するように両電動モータＭ１，Ｍ２を制御する。

駆動輪１３，１４には中空タイヤが使用されているため、搭乗者Ｐの体重差や姿勢により駆動輪１３，１４の撓み量が異なる。また、駆動輪１３，１４は摩耗し易いため、使用により車輪径が変化する。その結果、駆動輪１３，１４の回転数を検出して、予め設定しておいた径に基づいて自動搬送車１０の移動距離を計測すると、駆動輪１３，１４の１回転当たりの移動距離が変化して、正確な移動距離が計測できない。

しかし、この実施形態では、移動距離計測輪１７，１８の回転数をロータリエンコーダ２４，２５で検出し、その回転数と、予め設定しておいた移動距離計測輪１７，１８の径とに基づいて自動搬送車１０の移動距離を計測する。移動距離計測輪１７，１８は、駆動輪１３，１４や従動輪１５，１６と異なり、自動搬送車１０や搭乗者Ｐの重量を支える機能はなく、自動搬送車１０や搭乗者Ｐの重量により撓み量が変化することはない。また、移動距離計測輪１７，１８は、搭乗者Ｐの乗り心地に無関係なため、変形や摩耗し難い材質で形成されているため、径が変化し難く、移動距離計測輪１７，１８の回転数と径に基づいて計測された移動距離計測輪１７，１８の１回転当たりの移動距離は正確になる。

そのため、直線移動の際は、両移動距離計測輪１７，１８の回転数が同じになるように両電動モータＭ１，Ｍ２を駆動制御し、カーブを移動する際は、両移動距離計測輪１７，１８の回転数の差がその曲率半径に対応した回転数の差となるように両電動モータＭ１，Ｍ２を駆動制御すればよい。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）自動搬送車１０は、車体（フレーム１１）の左右方向において異なる位置に設けられた２個の駆動輪１３，１４を有し、両駆動輪１３，１４の回転速度の差により操舵が行われる自動搬送車である。そして、駆動輪１３，１４と別に設けられ、かつ回転軸１７ａ，１８ａが走行面Ｓに対する押圧方向に相対移動可能かつ車体の姿勢変動に関わりなく走行面Ｓ側に押圧手段１９により押圧された状態で設けられた移動距離計測輪１７，１８と、移動距離計測輪１７，１８の回転数を検出する回転数検出手段（ロータリエンコーダ２４，２５）とを備える。また、自動搬送車１０は、回転数検出手段の検出信号に基づいて車体の移動距離を演算する演算手段（制御装置２６）を備える。移動距離計測輪１７，１８は、車体や搭乗者Ｐの重量を担う割合が小さいく、押圧力による摩耗が小さく、常に走行面Ｓに接した状態で移動するため、１回転当たりの移動距離が変動しない。したがって、駆動輪径の変動に拘わらず正確な移動距離計測を行うことができる。

（２）駆動輪１３，１４は、駆動軸１３ａ，１４ａが車体（フレーム１１）の左右方向に延びる同一直線上に位置する状態で左右対称に設けられている。この構成によれば、カーブ走行時には、左右いずれの方向に曲がる場合でも、カーブの曲率が同じで、両駆動輪１３，１４の径が同じであれば、両駆動輪１３，１４の単位時間当たりの回転数の差は同じになるため、駆動輪１３，１４の制御が簡単になる。また、駆動輪１３，１４の摩耗量が異なる場合でも、微調整で済む。また、身体的条件の異なる不特定多数の搭乗者が乗った場合でも偏荷重等による蛇行走行を抑制し、安定した乗り心地を実現することができる。

（３）移動距離計測輪１７，１８は両駆動輪１３，１４の外側に左右対称に設けられている。両移動距離計測輪１７，１８を両駆動輪１３，１４の外側に設けた場合の両移動距離計測輪１７，１８間の距離は、両移動距離計測輪１７，１８を両駆動輪１３，１４の内側に設けた場合に比べて大きくなる。そのため、同じ曲率のカーブ走行時において両移動距離計測輪１７，１８の回転数差が大きくなり、制御がし易い。また、自動搬送車１０がカーブの連続するような経路を走行する場合でも、正確なカーブ軌跡を描きながら走行できるため、乗り心地が向上する。

（４）移動距離計測輪１７，１８は、フレーム１１に固定された支持ブラケット２０に対して、上下方向に移動可能に支承された支持部材２２に支持されている。支持部材２２は、回転軸１７ａ，１８ａを回動可能に支持する支持プレート２２ａと、支持プレート２２ａの両端部に固定され、かつ支持ブラケット２０を上下方向に貫通して摺動可能に設けられた一対の摺動シャフト２２ｂを備えている。各摺動シャフト２２ｂには、支持ブラケット２０と支持プレート２２ａとの間に押圧手段１９としてのばねが設けられている。この構成によれば、移動距離計測輪１７，１８の回転軸１７ａ，１８ａを走行面Ｓに対して垂直方向から押圧することができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 回転軸１７ａ，１８ａが、移動距離計測輪１７，１８を走行面Ｓに対する押圧方向に相対移動可能かつ車体の姿勢変動に関わりなく走行面Ｓ側に押圧手段１９により押圧される構成として、図４（ａ），（ｂ）に示す構成としてもよい。この構成では、側面略Ｌ字状のブラケット３０が、一端側において軸受け３１及び支持軸３２を介してフレーム１１に回動可能に支持され、他端側に移動距離計測輪１７が回転可能に支持されている。ブラケット３０は、一端側とフレーム１１との間に設けられた押圧手段としての引っ張りばね３３により移動距離計測輪１７を走行面Ｓに押圧する方向に付勢されている。移動距離計測輪１７の回転軸１７ａにロータリエンコーダ２４が接続されている。図示しないが、移動距離計測輪１８も同様に設けられている。

○ 駆動輪１３，１４の許容径を、パンクや過荷重あるいは偏荷重による撓みを考慮して予め設定し、許容径をメモリに記憶させておく。許容径は、実験等により求める。そして、走行中、制御装置２６は、移動距離計測輪１７，１８の径とロータリエンコーダ２４，２５の検出信号から演算した自動搬送車１０の移動距離と、駆動輪１３，１４の回転数とから駆動輪径を算出し、駆動輪径が許容径を超えている場合、警報を発するようにしてもよい。駆動輪径は、駆動輪径＝移動距離／（π・回転数）で計算する。回転数は、制御装置２６が指令した電動モータＭ１，Ｍ２の回転数が使用される。

○ 走行中に算出した駆動輪径が許容径を超えた場合、異常の種類も推測できる警報を発するようにしてもよい。例えば、パンク、過荷重あるいは偏荷重に対応する駆動輪径をメモリに記憶させておき、駆動輪径が許容径を超えた場合、どの異常に相当する可能性が高いかを報知するようにしてもよい。この場合、警報がパンクに対応するものであれば駆動輪１３，１４がパンクしているか否かを確認し、パンクしていればタイヤ交換を行う。警報が過荷重や偏荷重に対応するものであれば、過荷重を解消したり、偏荷重を解消、即ち正しい位置に着座したりする。

○ 両移動距離計測輪１７，１８は、両駆動輪１３，１４の外側に設けられている構成に限らず、両駆動輪１３，１４の内側に設けられていてもよい。
○ 両移動距離計測輪１７，１８は、フレーム１１の中心に対して左右対称な位置に限らず、両移動距離計測輪１７，１８のいずれか一方が駆動輪１３，１４の外側に設けられ、他方が内側に設けられた構成であってもよい。

○ 自動搬送車１０は、車体（フレーム１１）の左右方向において異なる位置に設けられた少なくとも２個の駆動輪１３，１４を有し、両駆動輪１３，１４の回転速度の差により操舵が行われる自動搬送車であればよい。例えば、両駆動輪１３，１４は、フレーム１１の左右方向に延びる一直線上に位置せず、前後方向にずれた状態で設けられてもよい。

○ 移動距離計測輪１７，１８の回転数を検出する回転数検出手段は、ロータリエンコーダ２４，２５に限らない。例えば、回転軸１７ａ，１８ａに複数の永久磁石を取り付け、永久磁石を検出するホール素子等の磁気センサを永久磁石の移動経路に対向して設けてもよい。この場合、磁気センサから永久磁石の検出信号出力される単位時間当たりのパルス信号のパルス数から移動距離計測輪１７，１８の回転数を検出する。

○ 自動搬送車１０の移動方法は、制御装置２６が、出発位置から目的位置までの移動経路をメモリに記憶された経路データに基づいて決定し、その移動経路の状態、即ち移動経路が直線か曲線かを判断して電動モータＭ１，Ｍ２を制御する方法に限らない。例えば、自動搬送車１０の移動経路の直線部と曲線部との境界近くに移動経路の状態を示す表示部あるいは指示部を設け、表示部の表示内容あるいは指示部の指示内容から制御装置２６が直線走行かカーブ走行かを判断して、電動モータＭ１，Ｍ２を制御するようにしてもよい。表示部は、その先が直線部か曲線部かを示す表示と、曲線部の場合は曲率を合わせて表示する。指示部としては例えばＩＣタグが使用され、ＩＣタグには、その先が直線部か曲線部かを示すデータと、曲線部の場合は曲率が記憶されている。

○ 自動搬送車１０は２個の移動距離計測輪１７，１８を備えることが必須ではなく、移動距離計測輪が１個であっても、駆動輪径の変動に拘わらず正確な移動距離計測を行うことができる。例えば、駆動輪１３，１４が車体（フレーム１１）の左右方向に延びる同一直線上に位置する状態で左右対称に２個設けられ、移動距離計測輪は、回転軸が駆動軸１３ａ，１４ａを含む鉛直面上に存在する状態で、両駆動輪１３，１４から等距離の位置に１個設けられた構成でもよい。この場合、回転数検出手段により検出された回転数と移動距離計測輪の径とから自動搬送車１０の正確な移動距離計測を行うことができる。

○ 押圧手段１９はばねに限らず、例えば、ゴムであってもよい。
○ 自動搬送車１０の走行経路は屋内に限らず、屋外であってもよい。
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。

（１）請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の自動搬送車は、前記駆動輪の許容径を記憶したメモリを備え、前記演算手段により演算された車体の移動距離と、駆動輪の回転数とから走行中の駆動輪径を算出し、算出された駆動輪径が前記許容径を超えている場合、警報を発する。

（２）前記技術的思想（１）に記載の発明において、前記許容径を超えた前記駆動輪径の値に基づき、前記駆動輪の異常の種別を判断し、前記異常の種別に対応して異なる警報を発する。

Ｓ…走行面、１０…自動搬送車、１１…車体としてのフレーム、１３，１４…駆動輪、１３ａ，１４ａ…駆動軸、１７，１８…移動距離計測輪、１７ａ，１８ａ…回転軸、１９…押圧手段、２６…演算手段としても機能する制御装置、３３…押圧手段としての引っ張りばね。

Claims (2)

1. 車体の左右方向において異なる位置に設けられた少なくとも２個の駆動輪を有し、両駆動輪の回転速度の差により操舵が行われる自動搬送車であって、
   前記駆動輪と別に設けられ、かつ回転軸が走行面に対する押圧方向に相対移動可能かつ前記車体の姿勢変動に関わりなく走行面側に押圧手段により押圧された状態で設けられた移動距離計測輪と、
   前記移動距離計測輪の回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記回転数検出手段の検出信号に基づいて車体の移動距離を演算する演算手段と
   を備え、
   前記駆動輪は、駆動軸が車体の左右方向に延びる同一直線上に位置する状態で左右対称に２個設けられ、前記移動距離計測輪は、それぞれ前記駆動輪の側方において、前記回転軸が前記駆動軸を含む鉛直面上に存在するように設けられていることを特徴とする自動搬送車。
2. 前記移動距離計測輪は前記両駆動輪の外側に設けられている請求項１に記載の自動搬送車。