JPS6172308A - 移動車の走行制御方式 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、移動車の走行制御方式に係り特に５床などの
ような二次元平面内を自律的に走行する移動車の走行を
制御するのに好適な走行制御方式に関する。

〔発明の背景〕

移動車を平らな二次元平面内に、あらかじめ設定、また
は意図した経路を自律的に走行させるためには、前記移
動車に、あらかじめ設定した座標系内における移動車自
体の座標（位置）と方位を計測し、認識する装置（以下
、計測−認識装置という）と、前記の計測−認識装置か
らの情報およびあらかじめ設定し、記憶装置に記憶させ
である走行経路とをもとに、移動車自体の速度と方位を
制御するために、車輪を駆動するモータの後記する速度
制御装置へ速度指令を出す装置（以下、走行モード制御
装置という）と、前記の走行モード制御装置からの速度
指令に従って、車輪を駆動するモータの回転速度を変速
、そして維持するための前記したモータの速度制御装置
などを備えなければならない。したがって、自律的に走
行する移動車は、少なくとも丘記した３つの装置で走行
制御装置を構成している。

そして一般に、移動車自体の座標と方位の計測−認識装
置は、第１図に示すように、モータＬＩＯとモータＲ１
１とで、独立に駆動される車輪Ｌ３と車輪Ｒ４の回転速
度を回転速度計（エンコーダなど）で計測し、演算装置
により、車輪Ｌ３と車輪Ｒ４の微少な単位時間Δを内に
おける走行移動距離を求め、後述する式（１）　、　＋
２１　、　（３）とで算出する方式などによっている。

一方、車輪Ｌ３，３輪車４を駆動するモータの速度制御
装置は、前記のモータとして、回転速度計（タコジェネ
レータもしくはエンコーダ）を備えた直流モータを用い
、前記の回転速度計により前記直流モータの回転速度を
計測し、その値と走行モード制御装置からの指令速度と
を比較し、その結果を供給直流電圧を変圧するかまたは
パルス変調を行う装置（モータドライバー）にフィード
バックして、前記の走行モード制御装置からの指令速度
に、前記の直流モータを変速そして維持する方式によっ
ている。

以上説明した装置から構成される走行制御系において、
移動車の姿勢（座標、速度、方位などをさす）を制御す
るには、移動車の座標と方位の計測−認識装置からの情
報と左右の車輪駆動用モータの回転速度をもとに、制御
に要する前記モータの回転速度を走行モード制御装置に
より、算出しなければならない。したがって、走行モー
ド制御装置内に車輪駆動用モータの回転速度を演算する
だめの演算素子が必要になる。

また、車輪駆動用モータの多質速制御のために。

供給直流電圧の変圧もしくはパルス変調の装置を要する
。

移動車の走行制御について詳しく述べである特許の例と
して１％開昭５７−４８１０９号公報などがある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来技術に代わり自律的に走
行する移動車において、車輪を駆動するモータをＯＮ−
〇ＦＦ制御することで、移動車の走行を制御するように
し、モータの速度制御装置および走行モード制御装置の
簡略化を行い構成が単純で、かつコスト低減を志向した
走行？！！′ｌＩ？！Ｉａ方式を提供することにある。

〔発明の概要〕

以下、その構成の概要について説明する。

本発明に係わる移動車は第１図に示すように。

移動車の平面図において、移動車１の中心線Ｃ−ＣＫ１
１ｉ：交する直線Ｓ−８上の前記中心線Ｃ−Ｃから左右
に等距離な位置に直径が概略相等しく、そ１ぞれの直径
が既知である車輪Ｌ３と車輪Ｒ４を配置し、前記車輪Ｌ
３，３輪車４の回転速度を計測する回転速度計１５（た
とえばエンコーダなど）を備えて、前記の−１の回転速
度計１５で車輪Ｌ３の回転速度を他の回転速度計１５で
車輪Ｒ４の回転速度をそれぞれ計測し、後述する式ｆｌ
）　、　（２１、＋３）で、移動車１自体の座標と方位
を算出する計測−認識装置、走行経路と姿勢制御を行う
ための走行モード制御装置、および車輪駆動用モータの
速度制御装置などを搭載して構成されている。

つぎに、上記説明した移動車における本発明の走行制御
方式の概要する。

たとえば、車輪Ｌ３と車輪Ｒ４の直径（または半径）の
微少な違いや回転速度の違いによって、移動車１の座標
（位置）または方位が走行モード制御装置で走行プログ
ラム上管理されている目標とする座標、方位の範囲から
外れた場合に、本発明の走行制御装置は、上記の目標と
する座標、方位と計測される座標、方位との差がそれぞ
れなくなるまで、走行モード制御装置から速度制御装置
へ周期的なＯＮ−ＯＦＦ信号を送り、ＪＩＬ輪駆輪周動
用−タＬ３またはモータＲ４のいずれか−１の回転速度
を断続的に減速し、移動車１０走行を制御するように構
成したものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を一実施例によって説明する。

第１図は１本発明の一実施例に係る移動車の平面図、第
２図は、第１図の側面図である。

図において１は１本実施例の走行制御方式を採用した移
動車である。２は車体で、直線Ｃ−Ｃは、移動車】の中
心を通り、進行方向に向きが一致している中心線である
。直線Ｓ−８は、前記中心線Ｃ−Ｃに直交する後記の車
輪Ｌ３と車輪Ｒ４の軸線である。３と４は、軸線Ｓ−８
上の中心線Ｃ−Ｃから等距離な位置で、後記のｒＬ＠軸
Ｌ５と車輪軸６に固設され、かつ半径（または直径）が
相等しく、それぞれの半径が既知な値である半径ＲｉＬ
）　、　ＲＦＲ）の車輪りと車輪Ｒである。５と６は、
ＪＥ体２とに固設された軸受７と軸受８で支持された車
輪軸りと車輪軸Ｒであり、９は、前記の車輪軸Ｌ５と車
輪軸Ｒ６に固設されたかさ歯車である。ＩＯと１１は、
車輪Ｌ３と車ＭＲ４をそれぞれ駆動するための直流形の
モータＬとモータＲであり、　１２は、前記のモータＬ
ＩＯとモータＲ１１Ｋ、それぞれ付設されたタコジェネ
レータである。そして前記モータＬＩＯとモータＲ１１
は、同一な直流電圧を印加されたもとでは、同一なトル
ク−回転速度特性を有し。

また＠４図に示すように、定速回転速度（以下。

基準回転速度という）のもとで負荷の変動があっても、
モータの回転速度検出装置である前記のタコジェネレー
タ１２と後記の速度制御装置１６により、基準回転速度
を保つように制御されるものである。１３は、モータＬ
１０とモータＲ１１に付設された減速機であり、　１４
はそれぞれの出力軸に固設されたかさ歯車で前記のかさ
歯車９と噛み合う。１５は１回転軸を車輪軸Ｌ５．車輪
軸Ｒ６にそれぞれ接続して設置した回転速度計（エンコ
ーグ）であり、それぞれ車輪Ｌ３と車輪Ｒ４の回転速度
を計測する。１６は、モータＬ１０（またはモータＲ１
１Ｍ）基準回転速度に対応する電圧（以下、基準電圧と
いう）を出力する基準電圧装置と、モータＬＩＯ（また
は、モータＲ１１）の回転速度を変換して、前記タコジ
ェネレータ１２から出力される電圧と前記の基準電圧を
比較する比較装置と、前記の比較装置で比較した電圧の
差を増幅して、モータＬＩＯ（または、そ−タＲ１１）
の入力を制御するモータ入力制御装置とを内蔵する速度
制御装置（電子カパナ）である。セしてモータＬ１０（
または、モータＲ１１）の速度は、Ｊ：記した速度制御
装置１６内の基準電圧装置、比較装置、モータ入力制御
装置とタコジェネレータ１２、およびモータＬＩＯ（ま
たは。

モータ１１）トでフィードバックループを構成して、タ
コジェネレータ１２で計測された電圧が基準電圧より低
ければ、モータ印加電圧を上げ。

高ければ下げてモータＬＩＯ（または、モータ１１）の
基準回転速度を保つように自動的に制御される。

１７は、２つの回転速度計１５からの速度情報を受けて
、後記の式（１１、＋２１　、　（３１のに算を行い、
移動車ｌの座標と方位を出力する座標と方位の計測−認
識装置であり、１８はあらかじめ設定し。

内蔵しである記憶装置に記憶させである走行経路と、前
記の座標と方位の計測−認識装置１７で計測した座標と
方位とを比較して、移動車１０走行制御を行う走行モー
ド制御装置である。１９は、モータＬＩＯおよびモータ
Ｒ１１，回転速度計１５、座標と方位の計測−認識装置
１７．速度制御装置１６．走行モード制御装置１８など
の駆動電源となる蓄電池である。２０は、！体２に取り
付けたキャスタである。

以上、説明した移動車１における移動車１の座標と方位
の計測について、以下第３図をもとにして説明する。ｗ
ｃ３図は、移動車１の移動領域内に、移動車１の位置を
座標で表示するために、任意に設定した座標系Ｘ−０−
Ｙにおける任意の時間ｔ↓−１とｔＬ−１から微少な単
位時間Δを経過した時間１＝とでの移動亘１の状態Ｌ−
１１人りを示した図である。図において、Ｇは移動Ｊｌ
［１の中心＠Ｃ−Ｃト軸ａｓ−ｓとの交Ａを示り、Ｔは
車輪Ｌ３と車輪Ｒ４間の距離で、矢印Ｐは移動車１の進
行方向を示す。上記した第３図から１輪Ｌ３と車輪Ｒ４
の速度および移動距離について、以下の関係が求められ
る。いま１回転速度計１５で計測された車輪Ｌ３と車輪
Ｒ４の回転速度が１＝−１において、帆）−一１とω■
＝−１．ｔ↓でω■↓と幡−であるとし、　　（１ｉ−
１↓−１）　＝Δｔとおけば。

Ｒω−（喝り一鴫」ふ−１）＝ｂυル・ΔｔＲ■・（ω
■↓−ω■↓−１）＝ｂ■２Δｔとおける。ｂυシおよ
びｂ朔は２時間ｔＬ−１から１＝間の車輪Ｌ３および車
輪Ｒ４の速度または回転速度の変化を直線近似したこと
による比例定数である。上記の式から、車輪Ｌ３と車輪
Ｒ４の時間！Ｑ−１および１＝までの間に移動した距離
をそれぞれｌ−ｍ−１、ｌ　ｇ＝とｌ■Ｑ−１、１（８
）ふとすれば、九お＝ｌＬ＝−１＋Ｒυ・弓）−１・Δ
ｔ＋ｂ−・Δｔ°／２１軌＝ｈ↓−ｔ＋Ｒ■・嘩Ｌ−１
・Δを十圃・Δｔ１／２の関係が得られる。さらにｔ９
−１とｔＬ間における車輪Ｌ３と車輪Ｒ４および移動車
１のＧ点の移動距離をΔＡ’（ＬＪＱ　、Δ１（２）１
．Δ１ａｒ＝とおげば。

ΔＪ（ＬＪ＝　＝　ｌ−シーｌυＡ−１Δｌ■、＝ｌ■
↓−ｌ■Ｑｌ ΔｌゆＱ＝（Δｌしふ＋Δ〕■Ｌ）／２の関係が得られ
る。

上記した式を使用し、Ｘ−０−Ｙ座標系のＹ軸に対する
移動車１の中心線Ｃ−Ｃの傾き角（方位）を時間ｔ＝−
１でθＱ−１、ｔ＝でθふとし、その間における角度の
変化量をΔθＬとして、それら関係を求めると Δθ↓＝（Δｌ■お−Δｌ■シ）／Ｔ θに＝θシー１＋ΔθＬ　　　　　　　　　　・・・・
・・・・・（１）となる。以上得られた式をもとｗし、
Ｘ−０−Ｙ座標系における移動車１のＧ点の座標を時間
ｔ↓−１で（Ｘルー１．　Ｙ＝−ｘ　）、ｔ、で（Ｘ、
、、Ｙお）とお（・て、それらの関係を求めると Ｘ＝＝ＸＬ−１−Δ１（ＧＬ′ｗ（θＬ−１＋ΔθＪ２
’）　　−・−（２１ＹＬ＝Ｙ＝−ｓ＋Δ１ｃ）ｂ−ａ
）Ｉ（θＬ−１＋ΔθＬ／２）・・・・・・（３）にな
る。以上得られた式（１）　、　＋２１　、　＋３＋を
移動車１の運転開始時から、前述した座標と方位の計測
−認識装置１７で、累積演算を行うことにより、移動ｆ
Ｌ１の方位（θシ）と座標（運、丘）を知ることができ
る。

つぎに、モータＬＩＯとモータＲ１１の速度制御につい
て、８４図および第５図をもとにして説明する。モータ
ＬＩＯおよびモータＲ１１は、前述したように、基準電
圧装置と比較装置とモータ入力制御装置とを内蔵する速
度制御装置１６とタコジェネレータ１２とで、速度制御
される。第４図は、移動車１の走行時に所要とする定速
度から、あらかじめ設定した基準電圧下における←りＬ
ＩＯ（または、モータＲ１１）のトルク−回転速度特性
を示す図で１曲線ｅＱ　−ｅｌ　　ＩＪはその特性であ
る。曲！ｉ！１は、負荷として加わるトルクの変化を示
す。また図において、正の値は基土電圧における基準回
転速度を前の値は、起動トルクを表す。図から明らかな
ように基準回転速度のもとでは、負荷が多少変動しても
回転速度が保持される。このように回転速度が保たれた
特性のモータを用い、本発明が関わる移動Ｘ１の姿勢を
制御するのに必要な前記モータの変速方式について、第
５図により以下説明する。

第５図に本発明における走行制御に当って、七−タＬ１
０（または、七−タＲ１１）をＯＮ−ＯＦＦ制御するこ
とにより得られる速度曲線を示す。

直線りは、基準電圧に対応したもとでの回転速度、すな
わち基準回転速度を示す。曲線Ｄ？Ｌ　Ｈｌ−Ｈ２−Ｄ
？Ｌ＋１は１周期Δｔｃ（Δｔｃ＝を九十１−ｔ？Ｌ）
の最初に、微少な時間Δｔの間電源を切り、その後電源
を入れる操作を繰り返して得られる速度曲線であり、そ
れを平均化したものが直線Ｈである。

以上説明したように、モータＬＩＯおよびモータＲ１１
を周期的に、微少時間Δｔの間電源を切り、または切換
えて運転することにより変速できろ。

次に１以上説明した座標と方位の計測−認識装置１７と
速度ｔ１１御装置１６などを用いて行う移動車１０走行
制御について述べる。

第６図は１本発明における移′＃Ｊ亙１の走行制御のブ
ロック線図である。移動車１の座標と万位は、２つの回
転速度計１５で車輪ＬＩＯと車輪Ｒ１１の回転速度を計
測し、その信号が座標と方位の計測−認′Ｒ装置１７に
送られ、前記の式ｆｉｌ　、　（２）　。

（３）に示す演算が行われ、移動Ｈ１の座標と方位とが
時々刻々計測される。

移動車１の走行制御は、上記により計測された座標と方
位の情報と走行モード制御装置１８内の記憶装置に、あ
らかじめ設定し記憶させた走行経路（もしくは、走行モ
ード）のもとで管理されている目標とする座標と方位と
を走行モード制御装置１８内で比較し、その結果をもと
にして前記の走行モード制御装置１８から、速度制御装
置１６へ周期的なＯＮ−ＯＦＦ信号、または速度維持の
信号を送りモータＬＩＯおよびモータＲ１１を駆動して
行われる。その具体例を第７図により説明する。第７図
において、座標系Ｘ−０−Ｙは、移動車１の移動領域内
に移動車１の位置を座標で表示するために、任意に設定
した座標系であり、ＩＩ線Ｘ↓−Ｘ＝は、走行モード制
御装置１８にあらかじめ設定して、記憶させである目標
とする走行経路でＹ軸に平行な直線である。ｒ。

と「Ｘは、第５図に示すΔｔｔたはΔｔｃをあらかじめ
設定して、モータＴ、１０またはモータＲ１１のいずれ
か一方を減速して得られる移動車１０回転半径（曲率半
径）で、　ｒｏは、方位修正時の回転半径、　ｒｘは１
位置修正時の回転半径である。「０とｒｘは、築５図に
示すΔｔとΔｔｃの値で決定されΔｔを大きくすれば、
モータの回転速度りとＨとの差も大きくなり、　ｒｏＪ
ｐｒｘが小さく逆にΔｔｃを大きくすれば、　ｒｏや「
Ｘは大救くなる。本実施例の説明くおいてｒｏ＜ｒｘと
する。

いま、移動車１が第７図に示すＡｌにあり、計測された
方位がθｌ、座標が（Ｘｌ、　Ｙｔ　）であるとき、目
標経路Ｘ、、−）Ｑへの誘導は、第１段階として計測さ
れた方位θｌが零になるまで、モータＲ１１を第５図に
示すＯＮ−ＯＦＦ駆動して、回−転半径ｒｏで走行させ
Ａ２状態に第２段階でＸ座標がＸＬになるまで、モータ
Ｒ１１を減速して回転半径ｒｘで走行させＡ３の状態に
導く。次の第３段階として、モータＲＩＯを減速して回
転半径ｒＯで走行させ、Ａ４に続いて回転半径ｒｘで走
行させてＡ５に。

同じようにＡ６へと誘導し、これら動作を計測されろＸ
座標がＸ）に方位が零に収束するまで繰り返し行い、移
動車１を目標経路へ誘導する。

以上説明した本発明の移動車１０走行制御において、座
標および方位の修正に当って、第５図に示す電源のＯＦ
Ｆ時間Δｔおよび周期Δｔｃは。

モータＬＩＯおよびモータＲ１１の基単回転速度。

移動ＩＥＩの重量、制御く要する時間などを考慮し、適
宜２選定し設定されたものであり、また座標と方位の修
正走行順序も同じであり、それらはあらかじめ走行モー
ド制御装置１８に記憶させて管理されている。

以と説明した本実施例によれば、移動車の走行制御を行
５に当りで従来技術のように、計測された移動車の座標
と方位の情報をもとにして。

車輪駆動用モータの所要回転速度を演算し、前記モータ
を多段に速度制御する必要がないので走行モード制御装
置内く、演算機能を要せず単に１判断機能（計測された
座標、方位と走行プログラム管理される座標、方位との
大小の判断など）を持たすだけでよく、かつ前記のモー
タの速度制御を回転速度を小幅に、または無段に行う必
要がないために、従来のような変圧もしくはパルス変調
を行うモータドライバーを要せず、七−夕の回転速度を
定常時に一定回転速度に保つ装置（電子カバナ）を備え
るだけよい。

したがって移動車の走行制御におけるアルゴリズムが簡
単になる。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明したように本発明によれば、移動車の
走行制御におけるアルゴリズムが簡単になり、その制御
回路構成が簡略するとともに、モータの速度制御に当っ
て演算機能やモータドライバーを要しないためにコスト
低減ができ。

安価でかつ実用的な移動車の走行制御方式を提供できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の一実施例の移動車の走行制御方式を
採用した移動車の平面図、第２図は。 第１図に示す移動車の側面図、第３図は、移動車の座標
系内における座標と方位の表示図、第４図は、車輪駆動
用モータの特性曲線図、第５図は、車輪駆動用モータの
速度曲線図、第６図は、移動車の走行制御のブロック線
図、第７図は、走行制御時の移動車の動作説明図である
０１・・・移動車、　　　　　３・・・車輪Ｌ４・・・
ゑ輪Ｒ，１０・−・モータＬ １１・・・モータＲ１１２・・・夕コジェネレータ１５
・・・回転速度計 １６・・・モータの速度制御装置 １７・・・座標と方位の計測装置 １８・・・走行モードｔ制御装置 １９・・・ｇａ池。 箕１　図 冨２図 鴻　十　図 第５図 、　　真　乙　反 第７回

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、二次元平面を移動できる移動車を、前記移動車の座
   標と方位を計測する装置と、あらかじめ設定した走行経
   路等を記憶させた記憶装置を内蔵し、走行モードを管理
   する装置と前記装置からの速度指令情報により、移動車
   の車輪を駆動するモータの速度制御を行う装置などで構
   成し、前記モータの速度を制御する装置として、モータ
   の回転速度を定常時のみ一定に保つ装置とし、かつ前記
   移動車の座標および方位の制御に当たっての走行制御を
   、前記モータの電源を周期的にＯＮ−ＯＦＦ切換えする
   ことにより、前記モータを変速して行う制御方式にした
   ことを特徴とする移動車の走行制御方式。