JP7013843B2 - 無人搬送車の駆動操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、無人搬送車の駆動操舵装置に関する。

製品を製造する製造工場や製品を保管したり管理したりする倉庫等では、部品や箱等の搬送対象物を、人手を介さずに自動で搬送する無人搬送車が用いられている。無人搬送車は、搬送対象物が載置される荷台と、この荷台を磁気テープやマーカ等によって床面に定められた指定軌跡に沿って移動させる駆動操舵装置と、を備える。駆動操舵装置は、駆動操舵輪を備える少なくとも２つの全方位駆動ユニットと、これら全方位駆動ユニットを制御する制御装置と、を備える。

特許文献１には、このような無人搬送車の荷台の下部に設けられた２台の全方位駆動ユニットの各駆動操舵輪の駆動操舵方法が示されている。特許文献１の駆動操舵方法では、前側駆動操舵輪に対する前輪操舵角指令と荷台の中心点に対する速度指令とを外部指令として取得し、これら前輪操舵角指令及び速度指令に基づいて、旋回中心の座標位置、後輪操舵角指令、中心点の旋回半径、前側駆動操舵輪の旋回半径、及び後側駆動操舵輪の旋回半径を算出し、これら指令が実現するように前側及び後側の全方位駆動ユニットを制御する。

特開２０１０－２５６９４１号公報

特許文献１の発明によれば、無人搬送車は、前側及び後側の駆動操舵輪が旋回中心を中心とした円弧を描くように駆動操舵される。しかしながら特許文献１の駆動操舵方法では、荷台の中心点から車幅方向に沿って延びるＸ軸上に限定して旋回中心を定めているため、無人搬送車の移動経路は著しく制限されてしまう。また特許文献１の発明では、無人搬送車は、その主軸（例えば、無人搬送車の長手軸）と指定軌跡の接線とが常に平行になるような姿勢に維持されてしまう。

本発明は、台部を様々な姿勢で変化させながら走行させることができる無人搬送車の駆動操舵装置を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る駆動操舵装置（例えば、後述の駆動操舵装置３）は、所定の外部指令に基づいて走行する無人搬送車（例えば、後述の無人搬送車１）を駆動操舵するものであって、台部（例えば、後述の荷台部２１）に取り付けられ、第１速度指令（ｖ_Ｆ ^＊）及び第１操舵角指令（Δθ_Ｆ ^＊）に応じて第１駆動操舵輪（例えば、後述の前輪４１Ｆ）を駆動する第１駆動ユニット（例えば、後述の前輪駆動ユニット４Ｆ）と、前記台部に取り付けられ、第２速度指令（ｖ_Ｒ ^＊）及び第２操舵角指令（Δθ_Ｒ ^＊）に応じて第２駆動操舵輪（例えば、後述の後輪４１Ｒ）を駆動する第２駆動ユニット（例えば、後述の後輪駆動ユニット４Ｒ）と、前記台部の位置及び姿勢を検出し、検出位置と外部位置指令との間の位置ずれ（Δｙ）及び検出姿勢と外部姿勢指令との間の姿勢ずれ（Δψ）を出力するずれ検出器（例えば、後述のずれ検出器６１）と、前記位置ずれと前記姿勢ずれと外部速度指令（ｖ^＊）とに基づいて、前記第１及び第２速度指令と前記第１及び第２操舵角指令とを生成する制御装置（例えば、後述の制御装置６，６Ａ）と、を備え、前記制御装置は、前記位置ずれ及び前記姿勢ずれが無くなるように前記第１及び第２操舵角指令を生成する操舵角制御部（例えば、後述の操舵角制御部６６，６６Ａ）を備えることを特徴とする。

（２）この場合、前記操舵角制御部は、前記位置ずれに応じた第１制御入力（α）を生成する第１フィードバックコントローラ（例えば、後述の走行誤差フィードバックコントローラ６６１，６６１Ａ）と、前記姿勢ずれに応じた第２制御入力（β）を生成する第２フィードバックコントローラ（例えば、後述の姿勢誤差フィードバックコントローラ６６２，６６２Ａ）と、前記位置ずれと前記姿勢ずれとが干渉しないように、前記第１及び第２制御入力に基づいて前記第１及び第２操舵角指令を生成する非干渉コントローラ（例えば、後述の非干渉コントローラ６６３，６６３Ａ）と、を備えることが好ましい。

（３）この場合、前記非干渉コントローラは、前記第１制御入力及び前記第２制御入力がともに０であるときには、前記第１操舵角指令及び前記第２操舵角指令がともに所定の基準軸（例えば、後述の主軸Ｏ_ＡＧＶや進行軸Ｏ_Δ）に対し平行になるように前記第１及び第２操舵角指令を生成することが好ましい。

（４）この場合、前記第１駆動操舵輪の第１操舵軸と前記第２駆動操舵輪の第２操舵軸とを結ぶ軸（例えば、後述の取付軸Ｏ_ＰＷＳ）と前記台部の主軸（例えば、後述の主軸Ｏ_ＡＧＶ）とは、前記台部の中心点において所定の取付角（φ_ＡＧＶ）で傾斜しており、前記基準軸は前記主軸と平行であることが好ましい。

（５）この場合、前記非干渉コントローラは、前記第１制御入力をαとし、前記第２制御入力をβとし、前記取付軸と前記主軸との成す角をφ_ＡＧＶとし、前記第１操舵軸と前記第２操舵軸との間の前記取付軸に沿った距離をＨ_ＡＧＶとし、前記第１操舵角指令Δθ_Ｆ ^＊及び前記第２操舵角指令Δθ_Ｒ ^＊を下記式に従って生成することが好ましい。

（６）この場合、前記基準軸は前記台部の進行軸（例えば、後述の進行軸Ｏ_Δ）と平行であることが好ましい。

（７）この場合、前記非干渉コントローラは、前記第１制御入力をαとし、前記第２制御入力をβとし、前記第１駆動操舵輪の第１操舵軸と前記第２駆動操舵輪の第２操舵軸とを結ぶ取付軸と前記主軸との成す角をφ_ＡＧＶとし、前記第１操舵軸と前記第２操舵軸との間の前記取付軸に沿った距離をＨ_ＡＧＶとし、前記進行軸と前記取付軸との成す角をλとし、前記第１操舵角指令Δθ_Ｆ ^＊及び前記第２操舵角指令Δθ_Ｒ ^＊を下記式に従って生成することが好ましい。

（８）この場合、前記駆動操舵装置は、前記第１駆動操舵輪の操舵角（Δθ_Ｆ）を検出し第１操舵角検出信号を生成する第１操舵角検出器（例えば、後述の前輪操舵角センサ４７Ｆ）と、前記第２駆動操舵輪の操舵角（Δθ_Ｒ）を検出し第２操舵角検出信号を生成する第２操舵角検出器（例えば、後述の後輪操舵角センサ４７Ｒ）と、をさらに備え、前記制御装置は、前記第１及び第２操舵角検出信号に基づいて、前記台部の前記取付軸に沿った微小移動距離である軸方向微小移動距離（ｄｌ）を算出する微小移動距離演算部（例えば、後述の微小移動距離演算部６４，６４Ａ）を備え、前記第１及び第２フィードバックコントローラは、前記軸方向微小移動距離を変数としたフィードバック制御則に従って前記第１及び第２制御入力を生成することが好ましい。

（９）この場合、前記駆動操舵装置は、前記第１駆動操舵輪の操舵角（Δθ_Ｆ）を検出し第１操舵角検出信号を生成する第１操舵角検出器（例えば、後述の前輪操舵角センサ４７Ｆ）と、前記第２駆動操舵輪の操舵角（Δθ_Ｒ）を検出し第２操舵角検出信号を生成する第２操舵角検出器（例えば、後述の後輪操舵角センサ４７Ｒ）と、をさらに備え、前記制御装置は、前記第１駆動操舵輪の第１操舵軸と前記第２駆動操舵輪の第２操舵軸とを結ぶ軸を取付軸（例えば、後述の取付軸Ｏ_ＰＷＳ）と定義し、前記第１及び第２操舵角検出信号に基づいて、前記台部の前記取付軸に沿った微小移動距離である軸方向微小移動距離（ｄｌ）を算出する微小移動距離演算部（例えば、後述の微小移動距離演算部６４，６４Ａ）を備え、前記第１及び第２フィードバックコントローラは、前記軸方向微小移動距離を変数としたフィードバック制御則に従って前記第１及び第２制御入力を生成することが好ましい。

（１０）この場合、前記制御装置は、前記第１駆動操舵輪の前記取付軸に沿った微小移動距離（ｄｌ_Ｆｃｏｓρ_Ｆ）と前記第２駆動操舵輪の前記取付軸に沿った微小移動距離（ｄｌ_Ｆｃｏｓρ_Ｆ）とが等しくなるように、前記第１及び第２操舵角検出信号並びに前記外部速度指令に基づいて前記第１及び第２速度指令を生成する速度制御部（例えば、後述の速度制御部６５，６５Ａ）を備えることが好ましい。

（１）本発明の駆動操舵装置は、外部速度指令と外部位置指令と外部姿勢指令との３つを外部指令として、ずれ検出器と制御装置とによって、これら外部指令に基づいて、第１駆動操舵輪に対する第１速度指令及び第１操舵角指令並びに第２駆動操舵輪に対する第２速度指令及び第２操舵角指令を生成する。特にずれ検出器では、台部の検出位置と外部位置指令との間の位置ずれと台部の検出姿勢と外部姿勢指令との間の姿勢ずれとを検出し、制御装置では、ずれ検出器によって検出される位置ずれ及び姿勢ずれが無くなるように第１及び第２駆動操舵輪に対する第１及び第２操舵角指令を生成する。これにより、台部を外部姿勢指令に応じた姿勢にて、外部位置指令に応じた経路に沿って、外部速度指令に応じた速度で走行させることができる。すなわち本発明によれば、台部を外部姿勢指令に応じた様々な姿勢で変化させながら指定された経路を指定された速度で走行させることができるので、従来のように旋回中心の位置を限定していた場合よりも自由度の高い走行を実現できる。

（２）何ら拘束条件を設けないまま第１及び第２駆動操舵輪の操舵角を独立して変化させると、台部の位置及び姿勢の両方が変化する。そこで本発明では、第１フィードバックコントローラによって位置ずれに応じた第１制御入力を生成し、第２フィードバックコントローラによって姿勢ずれに応じた第２制御入力を生成し、さらに非干渉コントローラによってこれら位置ずれと姿勢ずれとが干渉しないように第１及び第２制御入力に基づいて第１及び第２操舵角指令を生成する。これにより本発明によれば、位置ずれと姿勢ずれとを独立して制御できるので、自由度の高い走行を滑らかに実現できる。

（３）本発明の非干渉コントローラは、第１及び第２制御入力がともに０であるとき、すなわち位置ずれ及び姿勢ずれが無い場合には、第１及び第２操舵角指令がともに基準軸に対し平行になるように第１及び第２操舵角指令を生成する。これにより、位置ずれ及び姿勢ずれが無い場合には、第１及び第２駆動操舵輪の向きを所定の基準軸で揃えることができるので、利便性を向上できる。

（４）本発明では、第１及び第２駆動ユニットを、各駆動操舵輪の取付軸と台部の主軸とが中心点において取付角で傾斜するように台部に取り付ける。ここで主軸とは、例えば台部が平面視で矩形状である場合の長手軸に相当する。無人搬送車を直線経路に沿って走行させる際には、多くの場合、台部はその主軸と直線経路を指定する磁気テープやマーカ等とが重なるような姿勢に制御される。本発明では、取付軸と主軸とを傾斜させることにより、第１及び第２駆動操舵輪が床面に設けられた磁気テープやマーカ等を踏まないように無人搬送車を走行させることができる。またこのように無人搬送車の基本的な進行方向と平行な主軸と上記基準軸とを平行とすることにより、位置ずれ及び姿勢ずれが無い場合には、第１及び第２駆動操舵輪の向きをこの基本的な進行方向と平行に揃えることができるので、利便性をさらに向上できる。

（５）本発明の非干渉コントローラでは、上記式（１－１）及び（１－２）に従って第１操舵角指令Δθ_Ｆ ^＊及び第２操舵角指令Δθ_Ｆ ^＊を生成する。これにより、位置ずれと姿勢ずれとを独立して制御でき、さらに位置ずれ及び姿勢ずれが無い場合には第１及び第２駆動操舵輪の向きを基本的な進行方向と平行に揃えることができる。またこれにより、利便性をさらに向上できる。

（６）本発明では、台部の進行軸と上記基準軸とを平行とすることにより、位置ずれ及び姿勢ずれが無い場合には、第１及び第２駆動操舵輪の向きを台部の進行軸と平行に揃えることができるので、利便性をさらに向上できる。

（７）本発明の非干渉コントローラでは、上記式（２－１）及び（２－２）に従って第１操舵角指令Δθ_Ｆ ^＊及び第２操舵角指令Δθ_Ｆ ^＊を生成する。これにより、位置ずれと姿勢ずれとを独立して制御でき、さらに位置ずれ及び姿勢ずれが無い場合には第１及び第２駆動操舵輪の向きを台部の進行軸と平行に揃えることができるので、利便性をさらに向上できる。

（８）本発明では、第１及び第２操舵角検出信号に基づいて取付軸に沿った微小移動距離である軸方向微小移動距離を算出する。また第１及び第２フィードバックコントローラは、この軸方向微小移動距離を変数としたフィードバック制御則に従って、第１及び第２制御入力を生成する。これにより、距離に対する応答を一定にできる。換言すれば、無人搬送車をその速度によらず一定の経路に沿って走行させることができる。

（９）本発明によれば、上記（８）と同じ効果を奏する。

（１０）第１及び第２駆動ユニットは台部に取り付けられているため、第１駆動操舵輪と第２駆動操舵輪との間の取付軸に沿った距離は、常に一定である。そこで本発明の速度制御部は、第１駆動操舵輪の取付軸に沿った微小移動距離と第２駆動操舵輪の取付軸に沿った微小移動距離とが等しくなるように、換言すれば第１駆動操舵輪の速度ベクトルの取付軸に沿った成分と、第２駆動操舵輪の速度ベクトルの取付軸に沿った成分とが等しくなるように、第１及び第２速度指令を生成することにより、各駆動操舵輪が空転したり、各駆動操舵輪の間で無理な力が作用したりするのを防止できる。よって本発明によれば、従来のように旋回中心の位置を限定していた場合よりも自由度の高い走行を実現しつつも、電力の無駄な消費を抑制できる。

本発明の第１実施形態に係る無人搬送車及びその駆動操舵装置を示す図である。 台車の平面図であり、制御装置において規定される各種パラメータの定義を説明するための図である。 制御装置の制御回路の構成を示す図である。 位置・姿勢ずれ検出制御の手順を説明するための図である。 台車の平面図であり、駆動操舵制御部における駆動操舵制御の具体的な手順を説明するための図である。 駆動操舵制御部のブロック図である。 制御装置による台車の制御結果の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る駆動操舵装置の制御装置の構成を示す図である。 台車の平面図であり、駆動操舵制御部における駆動操舵制御の具体的な手順を説明するための図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る無人搬送車１及びその駆動操舵装置３の構成を示す斜視図である。

無人搬送車１は、台車２と、この台車２に取り付けられ、床面Ｆに予め配設された線状の誘導ラインＬに沿って台車２を走行させる駆動操舵装置３と、を組み合わせて構成される。

台車２は、長方形の板状である荷台部２１と、この荷台部２１の床面Ｆ側の四隅に設けられたキャスタ２２と、荷台部２１のうち短辺縁部２４ＲＲに立設された枠状のハンドル２３と、を備える。なお以下では、説明の便宜上、荷台部２１のうちハンドル２３が設けられている短辺縁部２４ＲＲ側を台車２の後方側といい、ハンドル２３が設けられていない短辺縁部２４ＦＦ側を台車２の前方側という。なおこれら台車２の前方及び後方の定義は説明の便宜上のものであり、台車２の進行方向をこの向きに限定するものではない。また以下では、荷台部２１に搬送対象物（図示せず）を搭載し、この無人搬送車１単独で自走させる場合について説明するが、本発明はこれに限らない。無人搬送車１は、例えば搬送対象物が搭載されたパレット（図示せず）と台車２とを連結することにより、パレットの牽引車として用いることもできる。

駆動操舵装置３は、回転駆動及び操舵の両方が可能な駆動操舵輪である前輪４１Ｆを備える前輪駆動ユニット４Ｆと、回転駆動及び操舵の両方が可能な駆動操舵輪である後輪４１Ｒを備える後輪駆動ユニット４Ｒと、荷台部２１の床面Ｆに対する位置及び姿勢を検出するための前側センサ５Ｆ及び後側センサ５Ｒと、各駆動ユニット４Ｆ，４Ｒに電力を供給するバッテリＢと、各センサ５Ｆ，５Ｒの検出信号を用いて各駆動ユニット４Ｆ，４Ｒを制御する制御装置６と、を備える。

前輪駆動ユニット４Ｆは、荷台部２１の床面Ｆ側のうち前方側、より具体的には短辺縁部２４ＦＦ側でありかつ長辺縁部２５Ｌ寄りの位置に取り付けられる。前輪駆動ユニット４Ｆは、床面Ｆに接する前輪４１Ｆと、制御装置６から送信される後述の前輪速度指令信号及び前輪操舵角指令信号に応じて前輪４１Ｆを駆動操舵する駆動部４２Ｆと、を備える。駆動部４２Ｆは、前輪速度指令信号及び前輪操舵角指令信号が入力されると、これら指令が実現されるように、前輪４１Ｆを回転駆動したり、前輪４１Ｆを荷台部２１に対し垂直な前輪操舵軸４３Ｆを中心として操舵駆動したりする。なお以下では、前輪４１Ｆの回転速度を前輪速度ともいい、前輪４１Ｆの前輪操舵軸４３Ｆ周りでの角度を前輪操舵角ともいう。

また前輪駆動ユニット４Ｆには、前輪速度を検出し、検出値に応じた前輪速度検出信号を制御装置６に送信する前輪速度センサ４６Ｆ（後述の図３参照）や、前輪操舵角を検出し、検出値に応じた前輪操舵角検出信号を制御装置６に送信する前輪操舵角センサ４７Ｆ（後述の図３参照）とが設けられている。

後輪駆動ユニット４Ｒは、荷台部２１の床面Ｆ側のうち前輪駆動ユニット４Ｆよりも後方側、より具体的には短辺縁部２４ＲＲ側でありかつ長辺縁部２５Ｒ寄りの位置に取り付けられる。後輪駆動ユニット４Ｒは、床面Ｆに接する後輪４１Ｒと、制御装置６から送信される後述の後輪速度指令信号及び後輪操舵角指令信号に応じて後輪４１Ｒを駆動操舵する駆動部４２Ｒと、を備える。駆動部４２Ｒは、後輪速度指令信号及び後輪操舵角指令信号が入力されると、これら指令が実現されるように、後輪４１Ｒを回転駆動したり、後輪４１Ｒを荷台部２１に対し垂直な後輪操舵軸４３Ｒを中心として操舵駆動したりする。なお以下では、後輪４１Ｒの回転速度を後輪速度ともいい、後輪４１Ｒの後輪操舵軸４３Ｒ周りでの角度を後輪操舵角ともいう。

また後輪駆動ユニット４Ｒには、後輪速度を検出し、検出値に応じた後輪速度検出信号を制御装置６に送信する後輪速度センサ４６Ｒ（後述の図３参照）や、後輪操舵角を検出し、検出値に応じた後輪操舵角検出信号を制御装置６に送信する後輪操舵角センサ４７Ｒ（後述の図３参照）とが設けられている。

前側センサ５Ｆは、荷台部２１の床面Ｆ側のうち前方側に取り付けられる。より具体的には、前側センサ５Ｆは、平面視では後述の主軸Ｏ_ＡＧＶ上であって中心点Ｐ_ＡＧＶよりも前方側に設けられる（後述の図２参照）。前側センサ５Ｆには、例えば、床面Ｆを撮影するカメラが用いられる。前側センサ５Ｆは、床面Ｆのうち誘導ラインＬを含む画像を撮影し、画像信号を制御装置６へ送信する。

後側センサ５Ｒは、荷台部２１の床面Ｆ側のうち、前側センサ５Ｆよりも後方側に取り付けられる。より具体的には、後側センサ５Ｒは、平面視では後述の主軸Ｏ_ＡＧＶ上であって中心点Ｐ_ＡＧＶよりも後方側に設けられる（後述の図２参照）。後側センサ５Ｒには、例えば、床面Ｆを撮影するカメラが用いられる。後側センサ５Ｒは、床面Ｆのうち誘導ラインＬを含む画像を撮影し、画像信号を制御装置６へ送信する。荷台部２１の誘導ラインＬに対する位置及び姿勢は、これら前側センサ５Ｆ及び後側センサ５Ｒによって得られた画像信号に基づく後述のずれ検出器６１における演算によって特定される。

バッテリＢは、例えば、荷台部２１のうちハンドル２３側に取り付けられる。また制御装置６は、例えば、台車２のうちハンドル２３に取り付けられる。

次に、図２の台車２の平面図を参照しながら、台車２の位置及び姿勢を把握するために制御装置６において規定される各種パラメータ及び座標系の定義について説明する。

上述のように、前輪４１Ｆの前輪操舵軸４３Ｆ及び後輪４１Ｒの後輪操舵軸４３Ｒは、台車２の荷台部２１に対し平面視で対角状に設けられる。以下では、前輪操舵軸４３Ｆ及び後輪操舵軸４３Ｒを通過する軸を取付軸Ｏ_ＰＷＳという。またこの取付軸Ｏ_ＰＷＳ上であって、前輪操舵軸４３Ｆと後輪操舵軸４３Ｒとの間の中間点を台車２の中心点Ｐ_ＡＧＶという。また以下では、前輪操舵軸４３Ｆと後輪操舵軸４３Ｒとの間の取付軸Ｏ_ＰＷＳに沿った距離を前後輪距離Ｈ_ＡＧＶという。

また以下では、荷台部２１の長辺縁部２５Ｌ，２５Ｒと平行でありかつ中心点Ｐ_ＡＧＶを通過する軸を台車２の主軸Ｏ_ＡＧＶという。また以下では、取付軸Ｏ_ＰＷＳと主軸Ｏ_ＡＧＶとの成す角を取付角φ_ＡＧＶという。

前輪４１Ｆは、荷台部２１に対し平行な前輪回転軸４５Ｆを中心軸として回転自在に設けられている。以下では、前輪４１Ｆの前輪回転軸４５Ｆ周りでの回転速度を前輪速度ｖ_Ｆという。この前輪速度ｖ_Ｆは、前輪駆動ユニット４Ｆに設けられている前輪速度センサ４６Ｆ（図３参照）によって検出される。

また前輪４１Ｆは、荷台部２１に対し垂直な前輪操舵軸４３Ｆを中心として回転自在に設けられている。以下では、前輪４１Ｆの進行方向と主軸Ｏ_ＡＧＶとの成す角を前輪操舵角Δθ_Ｆという。この前輪操舵角Δθ_Ｆは、前輪駆動ユニット４Ｆに設けられている前輪操舵角センサ４７Ｆ（後述の図３参照）によって検出される。また以下では、前輪４１Ｆの進行方向と取付軸Ｏ_ＰＷＳとの成す角、すなわち前輪操舵角Δθ_Ｆから取付角φ_ＡＧＶを減じて得られる角も前輪操舵角ρ_Ｆという。

後輪４１Ｒは、荷台部２１に対し平行な後輪回転軸４５Ｒを中心軸として回転自在に設けられている。以下では、後輪４１Ｒの後輪回転軸４５Ｒ周りでの回転速度を後輪速度ｖ_Ｒという。この後輪速度ｖ_Ｒは、後輪駆動ユニット４Ｒに設けられている後輪速度センサ４６Ｒ（図３参照）によって検出される。

また後輪４１Ｒは、荷台部２１に対し垂直な後輪操舵軸４３Ｒを中心として回転自在に設けられている。以下では、後輪４１Ｒの進行方向と主軸Ｏ_ＡＧＶとの成す角を後輪操舵角Δθ_Ｒという。この後輪操舵角Δθ_Ｒは、後輪駆動ユニット４Ｒに設けられている後輪操舵角センサ４７Ｒ（後述の図３参照）によって検出される。また以下では、後輪４１Ｒの進行方向と取付軸Ｏ_ＰＷＳとの成す角、すなわち後輪操舵角Δθ_Ｒから取付角φ_ＡＧＶを減じて得られる角も後輪操舵角ρ_Ｒという。

また制御装置６では、台車２の中心点Ｐ_ＡＧＶの位置を、主軸座標系（図２中、実線矢印参照）と取付軸座標系（図２中、破線矢印参照）との２つのデカルト座標系で把握する。

主軸座標系とは、そのＸ軸と主軸Ｏ_ＡＧＶとが平行になり、かつ主軸Ｏ_ＡＧＶの前輪４１Ｆ側をＸ軸の正側とした座標系である。以下では、主軸座標系における中心点Ｐ_ＡＧＶの位置ベクトルを、Ｐ_ＡＧＶ ^ＡＧＶ＝［ｘ_ＡＧＶ ^ＡＧＶ，ｙ_ＡＧＶ ^ＡＧＶ］と表記する。

取付軸座標系とは、そのＸ軸と取付軸Ｏ_ＰＷＳとが平行になり、かつ取付軸Ｏ_ＰＷＳの前輪４１Ｆ側をＸ軸の正側とした座標系である。以下では、取付軸座標系における中心点Ｐ_ＡＧＶの位置ベクトルを、Ｐ_ＡＧＶ ^ＰＷＳ＝［ｘ_ＡＧＶ ^ＰＷＳ，ｙ_ＡＧＶ ^ＰＷＳ］と表記する。なお、主軸座標系の位置ベクトルと取付軸座標系の位置ベクトルとは、後述の式（８－１）に示す変換行列によって相互に変換可能である。

また制御装置６では、台車２の姿勢を、その主軸Ｏ_ＡＧＶと所定の基準軸Ｏ_ＢＳとの成す角である車体角ψによって把握する。本実施形態では、この基準軸Ｏ_ＢＳは、後に図４を参照して説明するように誘導ラインＬの基準接線Ｏ_Ｌとするが、本発明はこれに限るものではない。

図３は、制御装置６の制御回路の構成を示す図である。制御装置６は、台車２の位置及び姿勢のずれを検出するずれ検出器６１と、ずれ検出器６１によって検出されるずれが無くなるように前輪駆動ユニット４Ｆ及び後輪駆動ユニット４Ｒを制御する駆動操舵制御部６２と、を備える。

ずれ検出器６１は、台車２に設けられた前側センサ５Ｆ及び後側センサ５Ｒから送信される画像信号と、外部位置指令信号と、外部姿勢指令信号と、に基づいて以下で説明する位置・姿勢ずれ検出制御を行うことにより、位置誤差信号及び姿勢ずれ信号を生成し、駆動操舵制御部６２へ送信する。

図４は、台車２の平面図であり、ずれ検出器６１における位置・姿勢ずれ検出制御の手順を説明するための図である。なお図４には、床面Ｆに配設された誘導ラインＬと、台車２のうち、台車２の床面Ｆに対する位置を特定する際の基準となる中心点Ｐ_ＡＧＶと、台車２の床面Ｆに対する姿勢を特定する際の基準となる主軸Ｏ_ＡＧＶとを図示する。

先ず、ずれ検出器６１では、前側センサ５Ｆ及び後側センサ５Ｒから送信される画像信号に基づいて、誘導ラインＬの位置及び形状に関する情報を取得する。次にずれ検出器６１では、取得した情報に基づいて、主軸座標系における中心点Ｐ_ＡＧＶの位置と、中心点Ｐ_ＡＧＶを通過しかつ主軸Ｏ_ＡＧＶに対し垂直な線と誘導ラインＬとの交点である基準点Ｐ_Ｌの位置とを算出する。なお以下では、主軸座標系の原点の位置を基準点Ｐ_Ｌに設定する。これにより、台車２の中心点Ｐ_ＡＧＶの位置は、基準点Ｐ_Ｌから中心点Ｐ_ＡＧＶまでの距離ｙ_ＡＧＶ ^ＡＧＶで表される。以下では、中心点Ｐ_ＡＧＶと基準点Ｐ_Ｌとの間の距離を台車２の検出走行位置ｙ_ＡＧＶ ^ＡＧＶという。またずれ検出器６１では、取得した情報に基づいて、誘導ラインＬの基準点Ｐ_Ｌにおける接線である基準接線Ｏ_Ｌの向きを算出し、さらに主軸Ｏ_ＡＧＶと基準接線Ｏ_Ｌとの成す角ψを算出する。以下では、主軸Ｏ_ＡＧＶと基準接線Ｏ_Ｌとの成す角を検出車体角ψという。

ずれ検出器６１では、図示しない無線通信手段を利用することにより、上記検出走行位置ｙ_ＡＧＶ ^ＡＧＶに対する指令値に相当する位置指令値ｙ^＊に応じた外部位置指令信号と、上記検出車体角ψに対する指令値に相当する姿勢指令値ψ^＊に応じた外部姿勢指令信号と、を取得する。次にずれ検出器６１では、位置指令値ｙ^＊から検出走行位置ｙ_ＡＧＶ ^ＡＧＶを減算することによって走行誤差Δｙ（＝ｙ^＊－ｙ_ＡＧＶ ^ＡＧＶ）を算出し、さらに姿勢指令値ψ^＊から検出姿勢ψを減算することによって姿勢誤差Δψを算出するとともに、走行誤差Δｙに応じた位置誤差信号と姿勢誤差Δψに応じた姿勢ずれ信号とを駆動操舵制御部６２へ出力する。

以上のように、制御装置６では、外部位置指令信号及び外部姿勢指令信号を用いることにより、台車２の中心点Ｐ_ＡＧＶと誘導ラインＬとの間の距離や、台車２の主軸Ｏ_ＡＧＶの誘導ラインＬの接線に対する角度を自由に指定することができる。すなわち、台車２を、その中心点Ｐ_ＡＧＶが誘導ラインＬの直上をトレースするように走行させたい場合には、外部位置指令信号の位置指令値ｙ^＊を０とすればよく、台車２を、その主軸Ｏ_ＡＧＶが誘導ラインＬの接線と常に平行になるように走行させたい場合には、外部姿勢指令信号の姿勢指令値ψ^＊を０とすればよい。

図３に戻り、駆動操舵制御部６２は、ずれ検出器６１によって検出された走行誤差Δｙ及び姿勢誤差Δψと、台車２の速度に対する指令値ｖ^＊に応じた外部速度指令信号と、各駆動ユニット４Ｆ，４Ｒに設けられた操舵角センサ４７Ｆ，４７Ｒによって検出された両輪の操舵角Δθ_Ｆ，Δθ_Ｒと、に基づいて、以下で説明する駆動操舵制御を実行することにより、走行誤差Δｙ及び姿勢誤差Δψが０になりかつ指令値ｖ^＊が実現されるように、前輪速度ｖ_Ｆに対する指令値ｖ_Ｆ ^＊に応じた前輪速度指令信号と、後輪速度ｖ_Ｒに対する指令値ｖ_Ｒ ^＊に応じた後輪速度指令信号と、前輪操舵角Δθ_Ｆに対する指令値Δθ_Ｆ ^＊に応じた前輪操舵角指令信号と、後輪操舵角Δθ_Ｒに対する指令値Δθ_Ｒ ^＊に応じた後輪操舵角指令信号と、を生成し、これら指令信号を各駆動ユニット４Ｆ，４Ｒに入力する。

以下では駆動操舵制御部６２における駆動操舵制御の具体的な手順を説明する前に、台車２に対し成立する運動方程式について、図５を参照しながら説明する。

先ず、前輪４１Ｆ及び後輪４１Ｒは、台車２に対し前輪操舵軸４３Ｆ及び後輪操舵軸４３Ｒに固定されているため、前後輪距離Ｈ_ＡＧＶは常に一定である。このため、図５に示すように、台車２の取付軸Ｏ_ＰＷＳに沿った微小移動距離ｄｌと、前輪４１Ｆの微小移動距離ｄｌ_Ｆと、後輪４１Ｒの微小移動距離ｄｌ_Ｒと、の間には下記式（３）が成立する。なお、図５では、理解を容易にするため、微小移動距離ｄｌを誇張して図示する。

また前輪４１Ｆ及び後輪４１Ｒがそれぞれ空転せずに移動する場合、両輪４１Ｆ，４１Ｒはそれぞれ仮想的な旋回中心点Ｒ_ＡＧＶを中心とした円周上を移動する。またこの旋回中心点Ｒ_ＡＧＶの位置は、図５に示すように、荷台部２１の中心点Ｐ_ＡＧＶの位置と、前輪操舵角ρ_Ｆと、後輪操舵角ρ_Ｒと、によって定まる。また後輪４１Ｒと旋回中心点Ｒ_ＡＧＶとの間の距離である後輪旋回半径Ｒ_Ｒ及び前輪４１Ｆと旋回中心点Ｒ_ＡＧＶとの間の距離である前輪旋回半径Ｒ_Ｆは、それぞれ各操舵角ρ_Ｆ，ρ_Ｒを用いて下記式（４－１）及び（４－２）のように算出される。

また上記前輪旋回半径Ｒ_Ｆ及び微小移動距離ｄｌ_Ｆを用いると、荷台部２１の車体角ψの微小変化量ｄψに対し、下記式（５－１）及び（５－２）が導出される。したがって下記式（５－２）が台車２の車体角ψに対する運動方程式となる。

図５に示すように、取付軸座標系における前輪４１Ｆの位置ベクトルＰ_Ｆ ^ＰＷＳの微小変化量ｄＰ_Ｆ ^ＰＷＳ及び後輪４１Ｒの位置ベクトルＰ_Ｒ ^ＰＷＳの微小変化量ｄＰ_Ｒ ^ＰＷＳは、それぞれ下記式（６－１）及び（６－２）のようになる。

従って、前輪４１Ｆと後輪４１Ｒの中間点である荷台部２１の中心点Ｐ_ＡＧＶの取付軸座標系における位置ベクトルＰ_ＡＧＶ ^ＰＷＳの微小変化量ｄＰ_ＡＧＶ ^ＰＷＳに対し、下記式（７－１）及び（７－２）が導出される。したがって下記式（７－２）が、取付軸座標系における位置ベクトルＰ_ＡＧＶ ^ＰＷＳ＝［ｘ_ＡＧＶ ^ＰＷＳ，ｙ_ＡＧＶ ^ＰＷＳ］の運動方程式となる。

なお、上記式（７－２）に示す運動方程式は、取付軸を基準とした取付軸座標系における位置ベクトルＰ_ＡＧＶ ^ＰＷＳに対する運動方程式である。従って主軸座標系における位置ベクトルＰ_ＡＧＶ ^ＡＧＶ＝［ｘ_ＡＧＶ ^ＡＧＶ，ｙ_ＡＧＶ ^ＡＧＶ］に対する運動方程式は、式（７－２）に対し、下記式（８－１）に示す変換行列Ｑ_ＡＧＶを乗算することにより、下記式（８－２）のように導出される。

次に、３つのパラメータ（α，β，γ）を導入することにより、上記式（５－２）及び（８－２）に示す台車２の位置及び姿勢に対する運動方程式を、下記式（９－１）及び（９－２）に示すように書き換える。

ここでパラメータγは、上記式（９－１）より、下記式（１０）に示すように表される。

また上記式（９－１）及び（９－２）より、前輪操舵角Δθ_Ｆ及び後輪操舵角Δθ_Ｒは、パラメータ（α，β，γ）を用いて下記式（１１－１）及び（１１－２）のように表すことができる。これはすなわち、パラメータαを走行誤差Δｙを入力としたフィードバックコントローラの出力とし、パラメータβを姿勢誤差Δψを入力としたフィードバックコントローラの出力とした場合、これらフィードバックコントローラの出力であるパラメータα，βに基づいて下記式（１１－１）及び（１１－２）に示す非干渉化演算によって前輪操舵角Δθ_Ｆ及び後輪操舵角Δθ_Ｒを決定すると、走行誤差Δｙと姿勢誤差Δψとをそれぞれ独立して制御できることを意味する。

次に、図６のブロック図を参照しながら、駆動操舵制御部６２において前輪速度指令信号、後輪速度指令信号、前輪操舵角指令信号、及び後輪操舵角指令信号を生成する具体的な手順を説明する。

駆動操舵制御部６２は、上記式（１０）によって定義される角度パラメータγの値を算出する角度パラメータ演算部６３と、台車２の取付軸Ｏ_ＰＷＳに沿った微小移動距離ｄｌの値を算出する微小移動距離演算部６４と、前輪速度指令値ｖ_Ｆ ^＊及び後輪速度指令値ｖ_Ｒ ^＊を算出する速度制御部６５と、前輪操舵角指令値Δθ_Ｆ ^＊及び後輪操舵角指令値Δθ_Ｒ ^＊を算出する操舵角制御部６６と、を備える。

角度パラメータ演算部６３は、予め定められた取付角φ_ＡＧＶと、前輪操舵角センサ４７Ｆによって検出された前輪操舵角Δθ_Ｆと、後輪操舵角センサ４７Ｒによって検出された後輪操舵角Δθ_Ｒと、を用いて、上記式（１０）に示す演算を行うことによって角度パラメータγの値を算出する。

速度制御部６５は、外部速度指令値ｖ^＊と、角度パラメータ演算部６３によって算出された角度パラメータγの値と、前輪操舵角センサ４７Ｆによって検出された前輪操舵角Δθ_Ｆと、後輪操舵角センサ４７Ｒによって検出された後輪操舵角Δθ_Ｒと、を用いることにより、前輪４１Ｆの取付軸Ｏ_ＰＷＳに沿った微小移動距離ｄｌ_Ｆｃｏｓρ_Ｆと、後輪４１Ｒの取付軸Ｏ_ＰＷＳに沿った微小移動距離ｄｌ_Ｒｃｏｓρ_Ｒと、が等しくなるように、すなわち上記式（３）が成立するように、前輪速度指令値ｖ_Ｆ ^＊及び後輪速度指令値ｖ_Ｒ ^＊を算出する。また速度制御部６５は、算出した前輪速度指令値ｖ_Ｆ ^＊に応じた前輪速度指令信号及び後輪速度指令値ｖ_Ｒ ^＊に応じた後輪速度指令信号を生成し、これら指令信号を各駆動ユニット４Ｆ，４Ｒへ入力する。

より具体的には、速度制御部６５では、外部速度指令値ｖ^＊と、角度パラメータγと、検出された操舵角ρ_Ｆ，ρ_Ｒと、に基づいて下記式（１２）に示す演算を行うことによって前輪速度指令値ｖ_Ｆ ^＊及び後輪速度指令値ｖ_Ｒ ^＊を算出する。

微小移動距離演算部６４は、角度パラメータ演算部６３によって算出された角度パラメータγの値と、外部速度指令値ｖ^＊と、に基づいて、微小時間ｄｔにわたる台車２の中心点Ｐ_ＡＧＶの取付軸Ｏ_ＰＷＳに沿った微小移動距離ｄｌの値を算出する。より具体的には、微小移動距離演算部６４は、下記式（１３）に従って演算を行うことにより、微小移動距離ｄｌの値を算出する。

操舵角制御部６６は、微小移動距離演算部６４によって算出された微小移動距離ｄｌの値と、ずれ検出器６１によって検出された走行誤差Δｙ及び姿勢誤差Δψと、を用いることにより、走行誤差Δｙ及び姿勢誤差Δψが何れも０になるように、前輪操舵角指令値Δθ_Ｆ ^＊及び後輪操舵角指令値Δθ_Ｒ ^＊を算出する。また操舵角制御部６６は、算出した前輪操舵角指令値Δθ_Ｆ ^＊及び後輪操舵角指令値Δθ_Ｒ ^＊に応じた前輪操舵角指令信号及び後輪操舵角指令信号を生成し、これら指令信号を各駆動ユニット４Ｆ，４Ｒへ入力する。

より具体的には、操舵角制御部６６は、走行誤差フィードバックコントローラ６６１と、姿勢誤差フィードバックコントローラ６６２と、非干渉コントローラ６６３と、を備え、これらを用いることによって走行誤差Δｙ及び姿勢誤差Δψが何れも０になるような指令値Δθ_Ｆ ^＊，Δθ_Ｒ ^＊を算出する。

走行誤差フィードバックコントローラ６６１は、ずれ検出器６１によって検出された走行誤差Δｙに基づいて既知のフィードバック制御則に従った演算を行うことにより、走行誤差Δｙを０にするような第１制御入力αを生成し、この第１制御入力αを非干渉コントローラ６６３に入力する。

より具体的には、走行誤差フィードバックコントローラ６６１は、下記式（１４）に示すように、微小移動距離演算部６４によって算出された微小移動距離ｄｌを変数としたＰＩＤ制御則に従って第１制御入力αを生成する。ここで下記式（１４）において、係数Ｋ_Ｐｙ，Ｋ_Ｄｙ，Ｋ_Ｉｙは、ＰＩＤ制御係数である。

姿勢誤差フィードバックコントローラ６６２は、ずれ検出器６１によって検出された姿勢誤差Δψに基づいて既知のフィードバック制御則に従った演算を行うことにより、姿勢誤差Δψを０にするような第２制御入力βを生成し、この第２制御入力βを非干渉コントローラ６６３に入力する。

より具体的には、姿勢誤差フィードバックコントローラ６６２は、下記式（１５）に示すように、微小移動距離演算部６４によって算出された微小移動距離ｄｌを変数としたＰＩＤ制御則に従って第２制御入力βを生成する。ここで下記式（１５）において、係数Ｋ_Ｐψ，Ｋ_Ｄψ，Ｋ_Ｉψは、ＰＩＤ制御係数である。

非干渉コントローラ６６３は、走行誤差Δｙと姿勢誤差Δψとが干渉しないように、第１制御入力αと、第２制御入力βと、予め定められた取付角φ_ＡＧＶと、角度パラメータ演算部６３によって算出された角度パラメータγの値と、に基づいて、前輪操舵角指令値Δθ_Ｆ ^＊及び後輪操舵角指令値Δθ_Ｒ ^＊を算出する。より具体的には、非干渉コントローラ６６３は、上記式（１１－１）及び（１１－２）を用いて導出される下記式（１６－１）及び（１６－２）に従って演算を行うことによって、前輪操舵角指令値Δθ_Ｆ ^＊及び後輪操舵角指令値Δθ_Ｒ ^＊を算出する。

ところで、利用者による利便性を考慮すると、走行誤差Δｙ及び姿勢誤差Δψが何れも０である場合、各フィードバックコントローラ６６１，６６２の出力である制御入力α，βは何れも０となり、さらに非干渉コントローラ６６３によって算出される前輪操舵角指令値Δθ_Ｆ ^＊及び後輪操舵角指令値Δθ_Ｒ ^＊は、所定の基準軸（例えば、台車２の主軸Ｏ_ＡＧＶ）に対し平行になっていることが好ましい。そこで非干渉コントローラ６６３は、上記式（１６－１）及び（１６－２）の代わりに、下記式（１７－１）及び（１７－２）に従って前輪操舵角指令値Δθ_Ｆ ^＊及び後輪操舵角指令値Δθ_Ｒ ^＊を算出してもよい。

上記式（１７－１）及び（１７－２）において、α_０は、上記式（９－１）及び（９－２）における積分定数であり、取付角φ_ＡＧＶ及び角度パラメータγを用いて下記式（１８－１）によって表される。これにより、上記式（１７－１）及び（１７－２）は、下記式（１８－２）及び（１８－３）で書き換えられる。非干渉コントローラ６６３では、下記式（１８－２）及び（１８－３）に従って前輪操舵角指令値Δθ_Ｆ ^＊及び後輪操舵角指令値Δθ_Ｒ ^＊を算出することにより、フィードバックコントローラ６６１，６６２の制御入力α，βが０であるときには、前輪４１Ｆ及び後輪４１Ｒを主軸Ｏ_ＡＧＶと平行にすることができる。

図７は、以上のような制御装置６による台車２の制御結果の一例を示す図である。より具体的には、図７には、外部位置指令信号及び外部姿勢指令信号に従って走行させていた状態（Δｙ＝Δψ＝０）から、時刻ｔ１において位置指令値ｙ^＊をステップ状に変化させ、さらにその後時刻ｔ２において姿勢指令値ψ^＊をステップ状に変化させた場合における検出走行位置ｙ_ＡＧＶ ^ＡＧＶ及び検出姿勢ψの時間変化を示す図である。

図７に示すように、時刻ｔ１において位置指令値ｙ^＊をステップ状に変化させると、ずれ検出器６１は検出走行位置ｙ_ＡＧＶ ^ＡＧＶと位置指令値ｙ^＊とのずれである走行誤差Δｙを検出し、操舵角制御部６６は、検出した走行誤差Δｙが０になるように前輪操舵角指令値Δθ_Ｆ ^＊及び後輪操舵角指令値Δθ_Ｒ ^＊を算出する。これにより検出走行位置ｙ_ＡＧＶ ^ＡＧＶは、位置指令値ｙ^＊に追従するように速やかに変化する。

その後時刻ｔ２において姿勢指令値ψ^＊をステップ状に変化させると、ずれ検出器６１は、検出姿勢ψと姿勢指令値ψ^＊とのずれである姿勢誤差Δψを検出し、操舵角制御部６６は、検出した姿勢誤差Δψが０になるように前輪操舵角指令値Δθ_Ｆ ^＊及び後輪操舵角指令値Δθ_Ｒ ^＊を算出する。これにより検出姿勢ψは、姿勢指令値ψ^＊に追従するように速やかに変化する。

ここで図７に示すように、時刻ｔ１において位置指令値ｙ^＊がステップ状に変化しても、検出姿勢ψはほとんど変化しない。また時刻ｔ２において姿勢指令値ψ^＊がステップ状に変化しても、検出走行位置ｙ_ＡＧＶ ^ＡＧＶはほとんど変化しない。したがって本実施形態に係る操舵角制御部６６によれば、走行誤差フィードバックコントローラ６６１、姿勢誤差フィードバックコントローラ６６２、及び非干渉コントローラ６６３を用いることにより、走行誤差Δｙと姿勢誤差Δψとを独立して制御できることが明らかとなった。

本実施形態に係る無人搬送車１の駆動操舵装置３によれば、以下の効果を奏する。

（１）駆動操舵装置３は、外部速度指令信号（ｖ^＊）と外部位置指令信号（ｙ^＊）と外部姿勢指令信号（ψ^＊）との３つを外部指令として、ずれ検出器６１と駆動操舵制御部６２とによって、これら外部指令に基づいて、前輪４１Ｆに対する前輪速度指令信号（ｖ_Ｆ ^＊）及び前輪操舵角指令信号（Δθ_Ｆ ^＊）並びに後輪４１Ｒに対する後輪速度指令信号（ｖ_Ｒ ^＊）及び後輪操舵角指令信号（Δθ_Ｒ ^＊）を生成する。特にずれ検出器６１では、荷台部２１の検出走行位置ｙ_ＡＧＶ ^ＡＧＶと外部位置指令値ｙ^＊との間の走行誤差Δｙと荷台部２１の検出姿勢ψと外部姿勢指令値ψ^＊との間の姿勢誤差Δψとを検出し、駆動操舵制御部６２では、ずれ検出器６１によって検出される走行誤差Δｙ及び姿勢誤差Δψが無くなるように前輪４１Ｆ及び後輪４１Ｒに対する前輪及び後輪操舵角指令信号（Δθ_Ｆ ^＊，Δθ_Ｒ ^＊）を生成する。これにより、荷台部２１を外部姿勢指令信号（ψ^＊）に応じた姿勢にて、外部位置指令信号（ｙ^＊）に応じた経路に沿って、外部速度指令信号（ｖ^＊）に応じた速度で走行させることができる。すなわち駆動操舵装置３によれば、台車２を外部姿勢指令信号に応じた様々な姿勢で変化させながら指定された経路を指定された速度で走行させることができるので、従来のように旋回中心の位置を限定していた場合よりも自由度の高い走行を実現できる。

（２）何ら拘束条件を設けないまま前輪４１Ｆ及び後輪４１Ｒの操舵角を独立して変化させると、荷台部２１の位置及び姿勢の両方が変化する。そこで駆動操舵装置３では、走行誤差フィードバックコントローラ６６１によって走行誤差Δｙに応じた第１制御入力αを生成し、姿勢誤差フィードバックコントローラ６６２によって姿勢誤差Δψに応じた第２制御入力βを生成し、さらに非干渉コントローラ６６３によってこれら走行誤差Δｙと姿勢誤差Δψとが干渉しないように第１及び第２制御入力α，βに基づいて前輪及び後輪操舵角指令信号（Δθ_Ｆ ^＊，Δθ_Ｒ ^＊）を生成する。これにより駆動操舵装置３によれば、走行誤差Δｙと姿勢誤差Δψとを独立して制御できるので、自由度の高い走行を滑らかに実現できる。

（３）非干渉コントローラ６６３は、第１及び第２制御入力α，βがともに０であるとき、すなわち走行誤差Δｙ及び姿勢誤差Δψが無い場合には、前輪操舵角指令値Δθ_Ｆ ^＊及び後輪操舵角指令値Δθ_Ｒ ^＊がともに基準軸に対し平行になるように前輪及び後輪操舵角指令信号を生成する。これにより、走行誤差Δｙ及び姿勢誤差Δψが無い場合には、前輪４１Ｆ及び後輪４１Ｒの向きを所定の基準軸で揃えることができるので、利便性を向上できる。

（４）駆動操舵装置３では、前輪及び後輪駆動ユニット４Ｆ，４Ｒを、前輪４１Ｆ及び後輪４１Ｒの取付軸Ｏ_ＰＷＳと荷台部２１の主軸Ｏ_ＡＧＶとが中心点Ｐ_ＡＧＶにおいて取付角φ_ＡＧＶで傾斜するように荷台部２１に取り付ける。これにより、前輪４１Ｆ及び後輪４１Ｒが床面Ｆに設けられた誘導ラインＬを踏まないように台車２を走行させることができる。またこのように台車２の基本的な進行方向と平行な主軸Ｏ_ＡＧＶと上記基準軸とを平行とすることにより、走行誤差Δｙ及び姿勢誤差Δψが無い場合には、前輪４１Ｆ及び後輪４１Ｒの向きをこの基本的な進行方向と平行に揃えることができるので、利便性をさらに向上できる。

（５）非干渉コントローラ６６３では、上記式（１８－２）及び（１８－３）に従って前輪操舵角指令値Δθ_Ｆ ^＊及び後輪操舵角指令値Δθ_Ｆ ^＊を算出する。これにより、走行誤差Δｙと姿勢誤差Δψとを独立して制御でき、さらに走行誤差Δｙ及び姿勢誤差Δψが無い場合には前輪４１Ｆ及び後輪４１Ｒの向きを基本的な進行方向である主軸Ｏ_ＡＧＶと平行に揃えることができる。またこれにより、利便性をさらに向上できる。

（６）微小移動距離演算部６４では、前輪及び後輪操舵角検出信号（Δθ_Ｆ，Δθ_Ｒ）に基づいて取付軸Ｏ_ＰＷＳに沿った微小移動距離ｄｌを算出する。また走行誤差及び姿勢誤差フィードバックコントローラ６６１，６６２は、この微小移動距離ｄｌを変数としたフィードバック制御則に従って、第１及び第２制御入力α，βを生成する。これにより、距離に対する応答を一定にできる。換言すれば、台車２をその速度によらず一定の経路に沿って走行させることができる。

（７）前輪及び後輪駆動ユニット４Ｆ，４Ｒは荷台部２１に取り付けられているため、前輪４１Ｆと後輪４１Ｒとの間の取付軸Ｏ_ＰＷＳに沿った距離Ｈ_ＡＶＧは、常に一定である。そこで速度制御部６５は、前輪４１Ｆの取付軸Ｏ_ＰＷＳに沿った微小移動距離ｄｌ_Ｆｃｏｓρ_Ｆと後輪４１Ｒの取付軸Ｏ_ＰＷＳに沿った微小移動距離ｄｌ_Ｒｃｏｓρ_Ｒとが等しくなるように、換言すれば前輪４１Ｆの速度ベクトルの取付軸Ｏ_ＰＷＳに沿った成分と、後輪４１Ｒの速度ベクトルの取付軸Ｏ_ＰＷＳに沿った成分とが等しくなるように、前輪及び後輪速度指令信号（ｖ_Ｆ ^＊，ｖ_Ｒ ^＊）を生成することにより、前輪４１Ｆ又は後輪４１Ｒが空転したり、両輪の間で無理な力が作用したりするのを防止できる。よって駆動操舵装置３によれば、従来のように旋回中心の位置を限定していた場合よりも自由度の高い走行を実現しつつも、電力の無駄な消費を抑制できる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る無人搬送車の駆動操舵装置について、図面を参照しながら説明する。なお以下では、第１実施形態に係る駆動操舵装置と同じ構成については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図８は、本実施形態に係る駆動操舵装置の制御装置６Ａの構成を示す図である。本実施形態に係る制御装置６Ａは、第１実施形態に係る制御装置６と駆動操舵制御の具体的な手順が異なる。

先ず、図９の台車２の平面図を参照しながら、台車２の位置及び姿勢を把握するために制御装置６Ａにおいて規定される各種パラメータ及び座標系の定義について説明する。

本実施形態では、台車２の中心点Ｐ_ＡＧＶが進行する方向を台車２の進行方向という。またこの進行方向と平行でありかつ中心点Ｐ_ＡＧＶを通過する軸を進行軸Ｏ_Δという。また以下では、進行軸Ｏ_Δと取付軸Ｏ_ＰＷＳとの成す角を進行角λという。

制御装置６Ａでは、台車２の中心点Ｐ_ＡＧＶの位置を、進行軸座標系（図９中、実線矢印参照）と取付軸座標系（図９中、破線矢印参照）との２つのデカルト座標系で把握する。

取付軸座標系とは、第１実施形態と同様に、そのＸ軸と取付軸Ｏ_ＰＷＳとが平行になり、かつ取付軸Ｏ_ＰＷＳの前輪４１Ｆ側をＸ軸の正側とした座標系である。以下では、取付軸座標系における中心点Ｐ_ＡＧＶの位置ベクトルを、Ｐ_ＡＧＶ ^ＰＷＳ＝［ｘ_ＡＧＶ ^ＰＷＳ，ｙ_ＡＧＶ ^ＰＷＳ］と表記する。

進行軸座標系とは、そのＸ軸と台車２の進行軸Ｏ_Δと進行方向とが平行になり、かつ台車２の進行方向を正側とした座標系である。以下では、進行軸座標系における中心点Ｐ_ＡＧＶの位置ベクトルを、Ｐ_ＡＧＶ ^Δ＝［ｘ_ＡＧＶ ^Δ，ｙ_ＡＧＶ ^Δ］と表記する。なお、取付軸座標系の位置ベクトルと進行軸座標系の位置ベクトルとは、下記式（１９）に示す変換行列Ｑ_Δによって相互に変換可能である。

従って、この変換行列Ｑ_Δを用いると、取付軸座標系における位置ベクトルＰ_ＡＧＶ ^ＰＷＳに対する運動方程式（上記式（７－２）参照）は、進行軸座標系における位置ベクトルＰ_ＡＧＶ ^Δ＝［ｘ_ＡＧＶ ^Δ，ｙ_ＡＧＶ ^Δ］に対する運動方程式として、下記式（２０）に示すように導出できる。

また３つのパラメータ（α，β，γ）を導入することにより、上記式（５－２）及び（２０）に示す台車２の位置及び姿勢に対する運動方程式は、下記式（２１－１）及び（２１－２）に示すように書き換えられる。

ここでパラメータγは、上記式（２１－１）より、下記式（２２）に示すように表される。

また上記式（２１－１）及び（２１－２）より、前輪操舵角Δθ_Ｆ及び後輪操舵角Δθ_Ｒは、パラメータ（α，β，γ）を用いて下記式（２３－１）及び（２３－２）のように表すことができる。これはすなわち、パラメータαを走行誤差Δｙを入力としたフィードバックコントローラの出力とし、パラメータβを姿勢誤差Δψを入力としたフィードバックコントローラの出力とした場合、これらフィードバックコントローラの出力であるパラメータα，βに基づいて下記式（２３－１）及び（２３－２）に示す非干渉化演算によって前輪操舵角Δθ_Ｆ及び後輪操舵角Δθ_Ｒを決定すると、走行誤差Δｙと姿勢誤差Δψとをそれぞれ独立して制御できることを意味する。

次に、図８のブロック図を参照しながら、駆動操舵制御部６２Ａにおいて前輪速度指令信号、後輪速度指令信号、前輪操舵角指令信号、及び後輪操舵角指令信号を生成する具体的な手順を説明する。

駆動操舵制御部６２Ａは、上記式（２２）によって定義される角度パラメータγの値を算出する角度パラメータ演算部６３Ａと、台車２の取付軸Ｏ_ＰＷＳに沿った微小移動距離ｄｌの値を算出する微小移動距離演算部６４Ａと、進行角λの値を算出する進行角演算部６７Ａと、前輪速度指令値ｖ_Ｆ ^＊及び後輪速度指令値ｖ_Ｒ ^＊を算出する速度制御部６５Ａと、前輪操舵角指令値Δθ_Ｆ ^＊及び後輪操舵角指令値Δθ_Ｒ ^＊を算出する操舵角制御部６６Ａと、を備える。

進行角演算部６７Ａは、進行軸ＯＡと取付軸Ｏ_ＰＷＳとの成す角である進行角λの値を算出する（図９参照）。より具体的には、進行角演算部６７Ａは、車体角ψ（基準軸Ｏ_ＢＳ（すなわち、誘導ラインＬの基準接線Ｏ_Ｌ）と主軸Ｏ_ＡＧＶとの成す角）に対する指令値である姿勢指令値ψ^＊と、主軸Ｏ_ＡＧＶと取付軸Ｏ_ＰＷＳとの成す角である取付角φ_ＡＧＶとを用いることにより、下記式（２４）に従って進行角λの値を算出する。

角度パラメータ演算部６３Ａは、前輪操舵角センサ４７Ｆによって検出された前輪操舵角Δθ_Ｆと、後輪操舵角センサ４７Ｒによって検出された後輪操舵角Δθ_Ｒと、を用いて、上記式（２２）に示す演算を行うことによって角度パラメータγの値を算出する。

速度制御部６５Ａは、外部速度指令値ｖ^＊と、前輪操舵角センサ４７Ｆによって検出された前輪操舵角Δθ_Ｆと、後輪操舵角センサ４７Ｒによって検出された後輪操舵角Δθ_Ｒと、を用いることにより、前輪４１Ｆの取付軸Ｏ_ＰＷＳに沿った微小移動距離ｄｌ_Ｆｃｏｓρ_Ｆと、後輪４１Ｒの取付軸Ｏ_ＰＷＳに沿った微小移動距離ｄｌ_Ｒｃｏｓρ_Ｒと、が等しくなるように、すなわち上記式（３）が成立するように、前輪速度指令値ｖ_Ｆ ^＊及び後輪速度指令値ｖ_Ｒ ^＊を算出する。また速度制御部６５は、算出した前輪速度指令値ｖ_Ｆ ^＊に応じた前輪速度指令信号及び後輪速度指令値ｖ_Ｒ ^＊に応じた後輪速度指令信号を生成し、これら指令信号を各駆動ユニット４Ｆ，４Ｒへ入力する。

より具体的には、速度制御部６５Ａでは、外部速度指令値ｖ^＊と、検出された操舵角ρ_Ｆ，ρ_Ｒと、に基づいて下記式（２５）に示す演算を行うことによって前輪速度指令値ｖ_Ｆ ^＊及び後輪速度指令値ｖ_Ｒ ^＊を算出する。

微小移動距離演算部６４Ａは、角度パラメータ演算部６３Ａによって算出された角度パラメータγの値と、前輪操舵角センサ４７Ｆによって検出された前輪操舵角Δθ_Ｆと、後輪操舵角センサ４７Ｒによって検出された後輪操舵角Δθ_Ｒと、前輪速度センサ４６Ｆによって検出された前輪速度ｖ_Ｆと、後輪速度センサ４６Ｒによって検出された後輪速度ｖ_Ｒと、に基づいて、微小時間ｄｔにわたる台車２の中心点Ｐ_ＡＧＶの取付軸Ｏ_ＰＷＳに沿った微小移動距離ｄｌの値を算出する。より具体的には、微小移動距離演算部６４Ａは、下記式（２６）に従って演算を行うことにより、微小移動距離ｄｌの値を算出する。

操舵角制御部６６Ａは、微小移動距離演算部６４Ａによって算出された微小移動距離ｄｌの値と、ずれ検出器６１によって算出された走行誤差Δｙ及び姿勢誤差Δψと、を用いることにより、走行誤差Δｙ及び姿勢誤差Δψが何れも０になるように、前輪操舵角指令値Δθ_Ｆ ^＊及び後輪操舵角指令値Δθ_Ｒ ^＊を算出する。また操舵角制御部６６は、算出した前輪操舵角指令値Δθ_Ｆ ^＊及び後輪操舵角指令値Δθ_Ｒ ^＊に応じた前輪操舵角指令信号及び後輪操舵角指令信号を生成し、これら指令信号を各駆動ユニット４Ｆ，４Ｒへ入力する。

より具体的には、操舵角制御部６６Ａは、走行誤差フィードバックコントローラ６６１Ａと、姿勢誤差フィードバックコントローラ６６２Ａと、非干渉コントローラ６６３Ａと、を備え、これらを用いることによって走行誤差Δｙ及び姿勢誤差Δψが何れも０になるような指令値Δθ_Ｆ ^＊，Δθ_Ｒ ^＊を算出する。

走行誤差フィードバックコントローラ６６１Ａは、ずれ検出器６１によって検出された走行誤差Δｙに基づいて既知のフィードバック制御則に従った演算を行うことにより、走行誤差Δｙを０にするような第１制御入力αを生成し、この第１制御入力αを非干渉コントローラ６６３Ａに入力する。

より具体的には、走行誤差フィードバックコントローラ６６１Ａは、下記式（２７）に示すように、微小移動距離演算部６４Ａによって算出された微小移動距離ｄｌを変数としたＰＩＤ制御則に従って第１制御入力αを生成する。ここで下記式（２７）において、係数Ｋ_Ｐｙ，Ｋ_Ｄｙ，Ｋ_Ｉｙは、ＰＩＤ制御係数である。

姿勢誤差フィードバックコントローラ６６２Ａは、ずれ検出器６１によって検出された姿勢誤差Δψに基づいて既知のフィードバック制御則に従った演算を行うことにより、姿勢誤差Δψを０にするような第２制御入力βを生成し、この第２制御入力βを非干渉コントローラ６６３Ａに入力する。

より具体的には、姿勢誤差フィードバックコントローラ６６２Ａは、下記式（２８）に示すように、微小移動距離演算部６４Ａによって算出された微小移動距離ｄｌを変数としたＰＩＤ制御則に従って第２制御入力βを生成する。ここで下記式（２８）において、係数Ｋ_Ｐψ，Ｋ_Ｄψ，Ｋ_Ｉψは、ＰＩＤ制御係数である。

非干渉コントローラ６６３Ａは、走行誤差Δｙと姿勢誤差Δψとが干渉しないように、第１制御入力αと、第２制御入力βと、予め定められた取付角φ_ＡＧＶと、角度パラメータ演算部６３Ａによって算出された角度パラメータγの値と、進行角演算部６７Ａによって算出された進行角λの値と、に基づいて、前輪操舵角指令値Δθ_Ｆ ^＊及び後輪操舵角指令値Δθ_Ｒ ^＊を算出する。より具体的には、非干渉コントローラ６６３Ａは、上記式（２３－１）及び（２３－２）を用いて導出される下記式（２９－１）及び（２９－２）に従って演算を行うことによって、前輪操舵角指令値Δθ_Ｆ ^＊及び後輪操舵角指令値Δθ_Ｒ ^＊を算出する。

ところで、利用者による利便性を考慮すると、走行誤差Δｙ及び姿勢誤差Δψが何れも０である場合、各フィードバックコントローラ６６１Ａ，６６２Ａの出力である制御入力α，βは何れも０となり、さらに非干渉コントローラ６６３Ａによって算出される前輪操舵角指令値Δθ_Ｆ ^＊及び後輪操舵角指令値Δθ_Ｒ ^＊は、所定の基準軸（例えば、台車２の進行軸Ｏ_Δ）に対し平行になっていることが好ましい。そこで非干渉コントローラ６６３Ａは、上記式（２９－１）及び（２９－２）の代わりに、下記式（３０－１）及び（３０－２）に従って前輪操舵角指令値Δθ_Ｆ ^＊及び後輪操舵角指令値Δθ_Ｒ ^＊を算出してもよい。

上記式（３０－１）及び（３０－２）において、α_０は、上記式（２１－１）及び（２１－２）における積分定数であり、進行角λ及び角度パラメータγを用いて下記式（３１－１）によって表される。これにより、上記式（３０－１）及び（３０－２）は、下記式（３１－２）及び（３１－３）で書き換えられる。非干渉コントローラ６６３Ａでは、下記式（３１－２）及び（３１－３）に従って前輪操舵角指令値Δθ_Ｆ ^＊及び後輪操舵角指令値Δθ_Ｒ ^＊を算出することにより、フィードバックコントローラ６６１Ａ，６６２Ａの制御入力α，βが０であるときには、前輪４１Ｆ及び後輪４１Ｒを進行軸Ｏ_Δと平行にすることができる。

なお上記式（３１－２）及び（３１－３）は、下記式（３２－１）及び（３２－２）によって定義される角度δ_Ｆ，δ_Ｒを用いて、下記式（３２－３）及び（３２－４）に示すように書き換えることもできる。

本実施形態に係る駆動操舵装置によれば、上記（１）～（７）の効果に加えて、以下の効果を奏する。

（８）駆動操舵装置では、荷台部２１の進行軸Ｏ_Δと上記基準軸とを平行とすることにより、走行誤差Δｙ及び姿勢誤差Δψが無い場合には、前輪４１Ｆ及び後輪４１Ｆの向きを荷台部２１の進行軸Ｏ_Δと平行に揃えることができるので、利便性をさらに向上できる。

（９）非干渉コントローラ６６３Ａでは、上記式（３１－２）及び（３１－３）又は（３２－３）及び（３２－４）に従って前輪操舵角指令値Δθ_Ｆ ^＊及び後輪操舵角指令値Δθ_Ｆ ^＊を算出する。これにより、走行誤差Δｙと姿勢誤差Δψとを独立して制御でき、さらに走行誤差Δｙ及び姿勢誤差Δψが無い場合には前輪４１Ｆ及び後輪４１Ｒの向きを台車２の進行軸Ｏ_Δと平行に揃えることができるので、利便性をさらに向上できる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。

１…無人搬送車
２…台車
２１…荷台部（台部）
３…駆動操舵装置
４Ｆ…前輪駆動ユニット（第１駆動ユニット）
４Ｒ…後輪駆動ユニット（第２駆動ユニット）
４１Ｆ…前輪（第１駆動操舵輪）
４１Ｒ…後輪（第２駆動操舵輪）
４３Ｆ…前輪操舵軸（第１操舵軸）
４３Ｒ…後輪操舵軸（第２操舵軸）
４７Ｆ…前輪操舵角センサ（第１操舵角検出器）
４７Ｒ…後輪操舵角センサ（第２操舵角検出器）
６，６Ａ…制御装置
６１…ずれ検出器
６２…駆動操舵制御部（制御装置）
６５，６５Ａ…速度制御部
６６，６６Ａ…操舵角制御部
６６１，６６１Ａ…走行誤差フィードバックコントローラ（第１フィードバックコントローラ）
６６２，６６２Ａ…姿勢誤差フィードバックコントローラ（第２フィードバックコントローラ）
６６３，６６３Ａ…非干渉コントローラ

Claims (4)

1. 所定の外部指令に基づいて走行する無人搬送車の駆動操舵装置であって、
   台部に取り付けられ、第１速度指令及び第１操舵角指令に応じて第１駆動操舵輪を駆動する第１駆動ユニットと、
   前記台部に取り付けられ、第２速度指令及び第２操舵角指令に応じて第２駆動操舵輪を駆動する第２駆動ユニットと、
   前記第１駆動操舵輪の操舵角を検出し第１操舵角検出信号を生成する第１操舵角検出器と、
   前記第２駆動操舵輪の操舵角を検出し第２操舵角検出信号を生成する第２操舵角検出器と、
   前記台部の位置及び姿勢を検出し、検出位置と外部位置指令との間の位置ずれ及び検出姿勢と外部姿勢指令との間の姿勢ずれを出力するずれ検出器と、
   前記位置ずれと前記姿勢ずれと外部速度指令とに基づいて、前記第１及び第２速度指令と前記第１及び第２操舵角指令とを生成する制御装置と、を備え、
   前記第１駆動操舵輪の第１操舵軸と前記第２駆動操舵輪の第２操舵軸とを結ぶ取付軸と前記台部の主軸とは、前記台部の中心点において所定の取付角で傾斜しており、
   前記制御装置は、
   前記第１及び第２操舵角検出信号並びに前記外部速度指令に基づいて前記第１及び第２速度指令を生成する速度制御部と、
   前記位置ずれ及び前記姿勢ずれが無くなるように前記第１及び第２操舵角指令を生成する操舵角制御部と、を備え、
   前記操舵角制御部は、
   前記位置ずれが０になるように第１制御入力を生成する第１フィードバックコントローラと、
   前記姿勢ずれが０になるように第２制御入力を生成する第２フィードバックコントローラと、
   前記第１制御入力をαとし、前記第２制御入力をβとし、前記取付軸と前記主軸との成す角をφ _ＡＧＶ とし、前記第１操舵軸と前記第２操舵軸との間の前記取付軸に沿った距離をＨ _ＡＧＶ とし、前記第１操舵角指令Δθ _Ｆ ^＊ 及び前記第２操舵角指令Δθ _Ｒ ^＊ を下記式に従って生成する非干渉コントローラと、を備えることを特徴とする無人搬送車の駆動操舵装置。
   

   
2. 所定の外部指令に基づいて走行する無人搬送車の駆動操舵装置であって、
   台部に取り付けられ、第１速度指令及び第１操舵角指令に応じて第１駆動操舵輪を駆動する第１駆動ユニットと、
   前記台部に取り付けられ、第２速度指令及び第２操舵角指令に応じて第２駆動操舵輪を駆動する第２駆動ユニットと、
   前記第１駆動操舵輪の操舵角を検出し第１操舵角検出信号を生成する第１操舵角検出器と、
   前記第２駆動操舵輪の操舵角を検出し第２操舵角検出信号を生成する第２操舵角検出器と、
   前記台部の位置及び姿勢を検出し、検出位置と外部位置指令との間の位置ずれ及び検出姿勢と外部姿勢指令との間の姿勢ずれを出力するずれ検出器と、
   前記位置ずれと前記姿勢ずれと外部速度指令とに基づいて、前記第１及び第２速度指令と前記第１及び第２操舵角指令とを生成する制御装置と、を備え、
   前記第１駆動操舵輪の第１操舵軸と前記第２駆動操舵輪の第２操舵軸とを結ぶ取付軸と前記台部の主軸とは、前記台部の中心点において所定の取付角で傾斜しており、
   前記制御装置は、
   前記第１及び第２操舵角検出信号並びに前記外部速度指令に基づいて前記第１及び第２速度指令を生成する速度制御部と、
   前記位置ずれ及び前記姿勢ずれが無くなるように前記第１及び第２操舵角指令を生成する操舵角制御部と、を備え、
   前記操舵角制御部は、
   前記位置ずれが０になるように第１制御入力を生成する第１フィードバックコントローラと、
   前記姿勢ずれが０になるように第２制御入力を生成する第２フィードバックコントローラと、
   前記第１制御入力をαとし、前記第２制御入力をβとし、前記取付軸と前記主軸との成す角をφ_ＡＧＶとし、前記第１操舵軸と前記第２操舵軸との間の前記取付軸に沿った距離をＨ_ＡＧＶとし、前記台部の進行方向と平行な進行軸と前記取付軸との成す角をλとし、前記第１操舵角指令Δθ_Ｆ ^＊及び前記第２操舵角指令Δθ_Ｒ ^＊を下記式に従って生成する非干渉コントローラと、を備えることを特徴とする無人搬送車の駆動操舵装置。
   

   
3. 前記制御装置は、前記第１及び第２操舵角検出信号に基づいて、前記台部の前記取付軸に沿った微小移動距離である軸方向微小移動距離を算出する微小移動距離演算部を備え、
   前記第１フィードバックコントローラは、前記位置ずれと前記軸方向微小移動距離との商に比例する微分項及び前記位置ずれと前記軸方向微小移動距離との積に比例する積分項の少なくとも何れかを含むフィードバック制御則に従って前記第１制御入力を生成し、
   前記第２フィードバックコントローラは、前記姿勢ずれと前記軸方向微小移動距離との商に比例する微分項及び前記姿勢ずれと前記微小移動距離との積に比例する積分項の少なくとも何れかを含むフィードバック制御則に従って前記第２制御入力を生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の無人搬送車の駆動操舵装置。
4. 前記速度制御部は、前記第１駆動操舵輪の前記取付軸に沿った微小移動距離と前記第２駆動操舵輪の前記取付軸に沿った微小移動距離とが等しくなるように、前記第１及び第２操舵角検出信号並びに前記外部速度指令に基づいて前記第１及び第２速度指令を生成することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の無人搬送車の駆動操舵装置。

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