JPH03279081A - 自走台車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、工場等における搬送用自走台車における車輪
配置および制御方法および制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、タイヤ外周に周方向に軸をもつローラを多数・複
列設けた車輪を用いた搬送者として、特開昭６３−１４
９２７０号公報に記載のように、車輪を、車軸が直交す
る配置に設けた搬送車があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、前後方向、左右方向については、直進
性が得やすいと言う利点があった。

しかし、本来、平面上の物体の運動は、ｘ、ｙ。

θの三自由度しかないため、駆動輪が四輪以上の構成で
は、差動歯車機構を用いた駆動機構とする等により、冗
長な自由度を消去するか、厳密に各車輪の周速を一致さ
せる必要がある。これを行なわない場合、スリップが避
けられない。前者の対策は機構が複雑になり、車体質量
が増加する。このため一般に蓄電池により走行する自走
台車には不向きである。後者の対策には、モータ回転数
の厳密な制御をする。又は、モータ減速比を下げる等、
車輪周速が外部の力で容易に変化するようにする必要が
ある。車輪周速の厳密な制御は、各車輪の駆動系を全回
転数域で調整する必要があり、極めて困難である。一方
、モータ減速比を下げる等の場合、自走台車全体の動特
性が悪化してしまう問題があった。

本発明の目的は、複雑な機構を用いることなく、又、自
走台車の動特性を劣化させることなく、車輪のスリップ
を発生しない自走台車を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、車輪の外周に周方向に軸を
もつローラを複列設けた車輪を、三個駆動輪として用い
ることにした。

さらに、移動方向の違いによる、自走台車の加速度等の
違いを軽減するため、三個の車輪を車軸が直角、平行の
関係にならないようにした。

又、三輪駆動としたため、走行台車が転倒し易くなった
が、走行台車が長方形フレームをもつ場合、長辺の両端
に車輪を設け、もう一方の長辺の中央付近に残る一個の
車輪を設ける事で、転倒し難くした。

又、車輪の主軸が三つの車輪で別々のため、四輪又は六
輪で車軸が直交する場合に比べ、制御が複雑になり、か
つ、通常の操舵を行なう台車の制御とも異なるので、三
輪用の制御方法及び制御装置を設けた。

〔作用〕

車輪の周辺に、車輪の周方向に回転軸を有し、自由に回
転するローラを複数、複列に配した車輪を使用したため
、各車輪は、各車輪の回転軸方向に自在に移動できる。

ここでこの車輪を、同一直線上にない三点に配置すれば
、車輪の接面は単一に定まるため、四輪以上の場合に必
要な懸架機構を用いなくても、全ての車輪の接地が得ら
れる。

さらに三つの車輪が別の方向に向く配置であれば、車輪
の周速の組合せによって、前後左右斜め回転の全ての移
動が可能となる。同一の機能を四輪以上でも実現し得る
が、三輪の場合が最も車輪数が少なくて済む。

ここで、各車輪の車軸のなす直線が、台車の重心の直下
、又は、直上を通る角度に車輪を設ければ、回転移動に
伴う車輪の回転数は、重心回りの回転に対し、重心から
車輪までの逆数で定められるため、制御が容易になる利
点がある。

一方、台車の主な進行方向が、前後、左右に限定しうる
場合、より主たる方向を前後方向とすれば、前後方向に
回転面をもつ一つの車輪と、前後方向に＋４５度、及び
−４５度方向に配置すれば、斜め方向の車輪は、直進時
と横行時で、車輪の周速が同じ絶対値を取るため、計算
が軽減される。又、より主な進行方向に向いた車輪が無
いため、特定のコロが集中して接地することが少ない。

さらに以上の全ての場合に、たとえサーボモータ等の特
性にばらつきがあっても、車輪が三個であるため、冗長
な自由度により、車輪のスリップ等を生じる事がない。

一方、自走台車の目標に対する位置ずれ等を。

定地目標からの相対位置として、センサによって検出し
、横方向の位置ずれ、進行方向の角度ずれを別々に制御
するので１通常の操舵に伴うオーバシュート等の発生を
最少限に軽減しうるため、高精度に制御可能である。

又、制御系の負担を軽減したい場合は、通常の操舵と同
様に、基本的な進行方向を固定し、自走台車の、目標進
行方向に対する角度によっても、自走台車の制御が可能
である。

制御装置は、デジタルコンピュータによる場合は、台車
の状態によって、制御の係数を自由に変えられるため、
走行方向等の自由度を高くできる。

アナログ回路で実現した場合は、実時間で演算が可能で
あるため、デジタルコンピュータで実現した場合に問題
となるサンプリング時間による制御のむだ時間の遅れを
低減することができるため、精度良く制御できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図から第４図を用いて説
明する。第１図は、本発明の自走台車を底面から見た図
である。

自走台車のフレーム１に、モータ２、減速機３゜車輪４
が、三組取付けられている。今、車輪４は、周辺に車輪
の周方向を回転軸とするローラ４ａが複数、複列に配置
された構造をもつため、車輪４の回転角度によらず、い
ずれかのローラ５が接地しているため、車輪４の回転方
向に直角方向に移動でき、車輪の回転の組合せで、直進
横行回転を任意の配分で同時に実現できる。

三輪構成であるため、四輪以上の構成の場合と比べ、−
切の懸架機構を設けなくとも、路面の凹凸によって、車
輪が浮いてしまう事が無い。

又、本実施例では、長方形のフレーム１の長辺の両端に
一輪ずつの車輪４を、他方の長辺の中点にもう一輪の車
輪４を設けたため、フレーム１の中央付近の広い範囲で
重心が移動しても、自走台車が倒れる事がない。これに
対し、短辺の両端に一輪ずつの車輪４を設け、他の短辺
の中点にもつ一輪の車輪４を設けた場合は、車輪４の接
地点のなす、重心移動可能な範囲の三角形が細長い二等
辺三角形となり、自走台車が横方向に倒れ易くな°る。

第２図に、装置等により、引込みのある通路２００上を
走行する自走台車１００を示したが、一般の工場のライ
ンは、同図の様に、長手方向が有る。

このこで、第１図に示した様に、一つの車輪４が。

回転面をフレーム１の長手方向にもち、残る二つの車輪
４が、これに斜めに配置されているため。

より加速度を要求される台車長手方向について。

三つの車輪４の駆動を行なう三つのモータ２の動力が全
て有効に使用され、より加速度を要求されない横行時に
、二つの斜めに配置された車輪４のモータ２が駆動を用
なう。このため、モータ２のパワーの選定に余裕が出来
る。

さらに、第２図の通路に対し１通路の長手方向に対向す
る車輪４が無いため、車輪４のローラ４ｎのうちの特定
のローラ５が長時間接地し、集中して摩耗する事が無い
。

又、一般に第１図の車輪４は、フレーム１の並進に速度
υに対し、車輪４の回転面と、進行方向のなす角をθと
すれば、車輪４の周速ωに対し、ω＝υｃｏｓθの関係
が成立する。ここで、第１図のフレーム１に斜めに配置
された車輪４ａの角度は、４５度であるため１台車の進
行方向が、直進及び横行に対し、　ｃｏｓθがともに１
／σとなり、直進、及び、横行の最高速度ｖ　ｗａｘが
等しい場合、両者に対し、ωｗａｘが等しくとれ、モー
タ２の選定の自由度が高まり、又、制御が簡略化出来る
。

第１図の車輪配置の場合の制御方法について以下に述べ
る。今、車輪４ａから４０の周速をωａ〜ωＣとし、フ
レーム１が長手方向に速度Ｖで進行している場合、車輪
４ａから４Ｃの回転面と、長手方向のなす角をθａ〜θ
Ｃとすると、以下の行列式（１）が成立する。

横行速度を同様にＵとすれば。

同様に、 一方、クレーム１の回転角速度をωとし、フレーム１の
中心から角車輪４までの距離をΩａ−ΩＣとし、Ｑａ＝
Ｑｃと、車輪４の回転面のなす角をρａ〜ρＣとすれば
、同様に 以上の行列式（１）〜（３）をまとめ、一つの行列式（
４）にまとめれば、 以下余白 ここでθａ〜θＣ９ ρ ａは既知なので代入すれ ば、 上記行列式（５）によって、本実施例の自走台車の制御
系、直進、横行、スピンの３自由度に分離できる。ここ
で、直進走行中の制御を例にとれば。

■は、自走台車の走行目標速度となり、■、ωは、セン
サによって計測された、自走台車の横方向へのずれＶ、
角度ずれφに対し、以下の式で定まる値とする。

ｕ＝ｋｌｖ＋に２ｖ＋ｋａｆ　ｖｄｔ　　　　　　−（
６）ω＝に、φ十に、φ＋に、ｆφｄｔ　　　　　　・
・・（７）となり、ｋ□〜に、を適度な値とすれば、制
御方法が、定まる。横行時、斜行時でも同様の関係が成
立する。斜行時には、走行方向をｕ、ｖの比で定めるベ
クトル　ｕ２＋Ｖ２（Ｖ、ｕ）に対し、直角力れば良い
。

以上の制御方法をフローチャートで示した図が第３図で
ある。第３図の内容は自明であるので、説明は略す。

第４図に、第３図に示した制御方向を実現する制御装置
６を示す。ＣＰＵ６０は、ＲＯＭ６１．ＲＡＭ６２に、
Ｍｅｍｏｒｙ　Ｂ　ｕｓ６３を介して読書可能である。

第３図に示した制御方法は、ＲＯＭ６１に記録されたプ
ログラムとして実現され、計算途中のデータは、ＲＡＭ
６２に記録される。一方、ＣＰＵ６０は、工／○　Ｂ　
ｕｓ６４を介し、ＡＤ／ＤＡ６５．カウンタ６６゜セン
サ■１０６７、通信■１０６８を介し、サーボアンプ７
、エンコーダ８．センサ９　、　Ｈｏ５ｔ３００等に接
続している。これによって、ＣＰＵ６０は、センサ９を
用いて、自走台車１００の位置、姿勢の計測。

又、エンコーダ８を用いて、走行距離を計測でき。

これらの計測結果を用い、サーボアンプ７を介し、サー
ボモータ２８〜２ｃの回転数を制御できる。又、ＣＰＵ
６０は、通信工１０６８を介し、Ｈｏ５ｔ３００と交信
する事で、Ｈｏ５ｔ３００からの作業指示、Ｈｏｓｔ３
００への作業報告等を行なう。

以上、本発明の一実施例を開示したが、本発明は、同様
の機能を変形しても実現できる。車輪の配置に対しては
、自走台車１００の走行速度を直進、横行時共、同一と
したため、車輪２ｂ、２ｃを。

フレーム１の長手方向に対し、＋４５度、−４５度とし
たが、直進速度と横行速度が異なる場合、角度を変更し
ても良い。又、フレーム１の一方の長辺の両端、及び他
方の長辺の中央に車輪を配置したが、フレーム１の長手
方向への加速時の直進性を重視する場合は、逆の配置と
する事も可能である。

制御方向についても、車輪２の配置を変えた場合、行列
式（４）を用いれば、同様な制御が実現できる。

さらに、行列式（４）又は（５）の評価について、簡略
化を行なう事も可能である。自走台車１００の走行方向
を、例えば、長手方向と短手力向に限定し、斜方向への
走行を行なわなければ、フレーム１と走行方向の計算が
軽減される。その他、進行方向に直交する方向への平行
摺動を行なわなくても、回転によって、フレーム１の方
向を変化させることによっても、位置ずれの補正が出来
る。

又、第一の実施例では、演算をデジタルコンピュータに
よって実行したが、アナログ回路等によって実現すれば
、制御系の周波数応答を向上させることが可能となるの
で、高速走行を必要とする場合等に適する。

〔発明の効果〕

本発明によれば三輪構成のため、懸架機構が省略でき、
サーボ系が三組で構成されるため、自走台車の軽量化が
実現できる。

また、同様に三輪であるため、接地力が０になる等が発
生せず、平面内運動に対し冗長な自由度をもたないので
、車輪のスリップ等が発生しない。

さらに、本発明によれば、上記機構を自動制御により走
行させることができるので、自走式台車が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の車輪周辺を示す底面図、第
２図は、第１図の車輪を適用する工場内のレイアウト図
、第３図は、本実施例の制御方法のフローチャート、第
４図は、本実施例の制御装置のブロック図である。 １・・・フレーム、 ２・・・モータ、 ３・・・減速機、 ４・・・車輪、 ５・・・ローラ、 ６・・・制御装置、 ７・・・サーボアンプ、 ８・・・エンコーダ、 ９・・・センサ、 １００・・・自走台車、 ２００・・・通路、 ３００・・・ホスト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、車輪の周辺に、前記車輪の周方向に回転軸をもつロ
   ーラを複数個複列に設け、駆動輪として行いる自走台車
   において、 前記駆動輪の回転軸が平行にならない方向に、三個の車
   輪を配置したことを特徴とする自走台車。 ２、請求項１において、前記各車輪の車軸のなす直線が
   、台車の重心の直下、又は、直上を通る角度に、車輪を
   設けた自走台車。 ３、請求項１において、前記車輪の回転面が、前記自走
   台車の主たる進行方向に平行な方向に一つの車輪を、残
   る二つの車輪を自走台車の主たる進行方向から＋４５度
   、及び−４５度方向に、各々向くように配置した自走台
   車。 ４、請求項１ないし３において、前記台車の概略形状が
   長方形等の、長軸と短軸をもつ形状の場合、前記短軸の
   一端に、前記車輪を一個設け、前記長軸に対し、前記車
   輪と反対側に、前記短軸に対し対称な位置に残る二つの
   車輪を配置した自走台車。 ５、請求項１から４に記載の自走台車の制御方法として
   、床面、天井面、壁面等に設けた目標に対し、前記自走
   台車の進行路に対する横方向のずれ、進行方向自体の角
   度ずれを検出し、目標走行速度と共に、自走台車の進行
   方向から決まる行列式を評価する事で、三つの車輪の周
   速を求め、駆動モータの回転数をコントロールする自走
   台車の制御方法。 ６、請求項５において、前記自走台車の進行方向と、前
   記自走台車のなす角度を一定に保つことで、予め定めら
   れた行列式を計算し、台車の進行方向に対する評価を省
   略した、制御を簡略化した自走台車の制御方法。 ７、請求項５または６の自走台車の制御方法を、記憶装
   置上に記録されたアルゴリズムに従い、記憶装置上のデ
   ータ、及び、自走台車の位置等を検出するセンサの出力
   値を演算し、各モータの回転数を定めることで実現する
   自走台車の制御装置。 ８、請求項５または６の自走台車の制御方法を、回路結
   線によるアルゴリズムにより、半固定抵抗などの素子に
   よる調整を行なった増幅器により、各モータの回転数を
   定めることで実現する自走台車の制御装置。