(57)【要約】      （修正有）【課題】走行面の状態判断の信頼性を向上できる走行面状態推定装置、そのような走行面状態推定装置を備える駆動装置、およびそのような駆動装置を備える走行体を提供する。【解決手段】走行面状態推定装置１０の一つの態様は、走行体１の車輪３を回転させるモータ２０の回転角速度から算出された車輪の回転角速度とモータの駆動トルクとを用いて、車輪と走行体が走行する走行面との間の摩擦係数と走行面に対する車輪のスリップ率との関係に関する情報と、車輪と走行面との間の転がり抵抗係数と、を推定し、推定した情報と転がり抵抗係数とに基づいて走行面の状態を推定する推定部を備える。【選択図】図１
2020062911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行体の車輪を回転させるモータの回転角速度から算出された前記車輪の回転角速度と前記モータの駆動トルクとを用いて、前記車輪と前記走行体が走行する走行面との間の摩擦係数と前記走行面に対する前記車輪のスリップ率との関係に関する情報と、前記車輪と前記走行面との間の転がり抵抗係数と、を推定し、推定した前記情報と前記転がり抵抗係数とに基づいて前記走行面の状態を推定する推定部を備える、走行面状態推定装置。
【請求項２】
前記推定部は、前記情報と前記転がり抵抗係数との少なくとも一方が変化したことに基づいて、前記走行面の状態が変化したことを推定する、請求項１に記載の走行面状態推定装置。
【請求項３】
前記情報は、前記スリップ率を変数とする一次関数によって前記摩擦係数を表せる場合における、前記一次関数の傾きを含む、請求項１または２に記載の走行面状態推定装置。
【請求項４】
前記推定部は、以下の式から前記情報と前記転がり抵抗係数とを推定する、請求項３に記載の走行面状態推定装置。
【数１】
2020062911.tif 000010
【請求項５】
前記推定部は、カルマンフィルタを用いて前記情報と前記転がり抵抗係数とを推定する、請求項１から４のいずれか一項に記載の走行面状態推定装置。
【請求項６】
前記推定部の推定結果に基づいて、前記走行体の走行を制御する走行制御部をさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の走行面状態推定装置。
【請求項７】
前記走行制御部は、前記情報と前記転がり抵抗係数との少なくとも一方に基づいて、前記モータの速度制御ゲインを調整する、請求項６に記載の走行面状態推定装置。
【請求項８】
走行体の車輪を回転させるモータと、
請求項１から７のいずれか一項に記載の走行面状態推定装置と、
を備える、駆動装置。
【請求項９】
前記モータの回転角速度を検出するセンサと、
前記モータの駆動トルクを検出するセンサと、
をさらに備える、請求項８に記載の駆動装置。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の駆動装置を備える、走行体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行面状態推定装置、駆動装置、および走行体に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の走行路面と車輪との間の摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定装置が知られる。例えば、特許文献１には、車輪速度検出手段と車体速度検出手段とを備える路面摩擦係数推定装置が記載される。このような路面摩擦係数推定装置を用いることによって、路面状態を判断できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１１２６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、車両の走行路面と車輪との間の摩擦係数が同じであっても、走行路面の状態が異なる場合がある。そのため、従来知られている装置のように摩擦係数を推定するのみでは、路面状態を正確に把握できない場合があった。したがって、路面状態の判断の信頼性を十分に向上できない場合があった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みて、走行面の状態判断の信頼性を向上できる走行面状態推定装置、そのような走行面状態推定装置を備える駆動装置、およびそのような駆動装置を備える走行体を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の走行面状態推定装置の一つの態様は、走行体の車輪を回転させるモータの回転角速度から算出された前記車輪の回転角速度と前記モータの駆動トルクとを用いて、前記車輪と前記走行体が走行する走行面との間の摩擦係数と前記走行面に対する前記車輪のスリップ率との関係に関する情報と、前記車輪と前記走行面との間の転がり抵抗係数と、を推定し、推定した前記情報と前記転がり抵抗係数とに基づいて前記走行面の状態を推定する推定部を備える。
【０００７】
本発明の駆動装置の一つの態様は、走行体の車輪を回転させるモータと、上記の走行面状態推定装置と、を備える。
【０００８】
本発明の走行体の一つの態様は、上記の駆動装置を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一つの態様によれば、走行面の状態判断の信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本実施形態の走行体における機能構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、本実施形態の走行体の車輪に加えられる力を示す図である。
【図３】図３は、摩擦係数とスリップ率との関係の一例を示すグラフである。
【図４】図４は、摩擦係数とスリップ率との関係を表す一次関数の傾きと、転がり抵抗係数と、によって推定される走行面の状態分布の一例を示すグラフである。
【図５】図５は、本実施形態の走行面状態推定装置による走行体の制御の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１および図２に示す本実施形態の走行体１は、例えば、無人搬送車である。図１および図２に示すように、走行体１は、走行体本体２と、車輪３と、駆動装置４と、を備える。図１に示すように、本実施形態において車輪３は、２つ設けられている。駆動装置４は、走行体１の動力源であり、車輪３を回転させて走行体１を走行させる。駆動装置４は、２つの車輪駆動部６０と、走行面状態推定装置１０と、を備える。２つの車輪駆動部６０のそれぞれは、２つの車輪３のそれぞれを回転させる。車輪駆動部６０は、モータ２０と、角速度センサ３０と、トルクセンサ４０と、モータ制御部５０と、を有する。すなわち、駆動装置４は、モータ２０と、角速度センサ３０と、トルクセンサ４０と、モータ制御部５０と、を備える。
【００１２】
モータ２０の出力軸の先端部には、車輪３が固定されている。モータ２０は、車輪３を回転させる。角速度センサ３０は、モータ２０の回転角速度を検出するセンサである。トルクセンサ４０は、モータ２０の駆動トルクを検出するセンサである。角速度センサ３０の検出結果およびトルクセンサ４０の検出結果は、モータ制御部５０に送られる。
【００１３】
モータ制御部５０は、モータ２０をフィードバック制御する。モータ制御部５０は、モータ２０に供給される電流を制御し、モータ２０の回転角速度および駆動トルクτを制御する。モータ制御部５０は、角速度センサ３０およびトルクセンサ４０から入力された検出結果を、走行面状態推定装置１０のうち後述する推定部１１および走行制御部１２に出力する。
【００１４】
走行面状態推定装置１０は、推定部１１と、走行制御部１２と、記憶部１３と、を備える。推定部１１は、走行体１が走行する走行面ＲＳの状態を推定する部分である。走行面ＲＳの状態は、走行面ＲＳの種類、および走行面ＲＳに異物が付着しているか否か等を含む。異物とは、例えば、水等の液体、および塵等を含む。
【００１５】
推定部１１は、モータ２０の回転角速度から算出された車輪３の回転角速度ωとモータ２０の駆動トルクτとを用いて、車輪３と走行面ＲＳとの間の摩擦係数μと走行面ＲＳに対する車輪３のスリップ率λとの関係に関する情報と、車輪３と走行面ＲＳとの間の転がり抵抗係数Ｃと、を推定し、推定した上記の情報と転がり抵抗係数とに基づいて走行面ＲＳの状態を推定する。本実施形態において車輪３の回転角速度ωは、モータ２０の回転角速度と同じ値である。なお、以下の説明においては、車輪３と走行面ＲＳとの間の摩擦係数μと走行面ＲＳに対する車輪３のスリップ率λとの関係に関する情報を「関係情報」と呼ぶ。
【００１６】
関係情報は、摩擦係数μとスリップ率λとの関係を表す情報であれば、特に限定されない。関係情報は、摩擦係数μとスリップ率λとを変数とする関係式、および当該関係式の係数を含む。関係情報は、スリップ率λを変数とする一次関数によって摩擦係数μを表せる場合における、当該一次関数の傾きを含む。推定部１１は、関係情報に含まれる情報のすべてを推定してもよいし、一部のみを推定してもよい。本実施形態において推定部１１は、関係情報のうち上述した一次関数の傾きを推定する。推定部１１の推定結果は、走行制御部１２および記憶部１３に出力される。
【００１７】
なお、本明細書において「スリップ率λを変数とする一次関数によって摩擦係数μを表せる場合」とは、摩擦係数μとスリップ率λとの関係を厳密に一次関数によって表せる場合のみに限られず、摩擦係数μとスリップ率λとの関係をほぼ一次関数とみなせる関数によって表せる場合も含む。
【００１８】
図３に示す例では、摩擦係数μとスリップ率λとの関係は、スリップ率λがλ２以下の場合に、一次関数で表せる。すなわち、図３に示す例では、摩擦係数μとスリップ率λとは、スリップ率λがλ２以下の場合に、μ＝ａλ＋ｂの関係を満たす。ａは、摩擦係数μとスリップ率λとの関係を示す一次関数の傾きである。ｂは、摩擦係数μとスリップ率λとの関係を示す一次関数の切片である。切片ｂは、特に限定されない。
【００１９】
傾きａは、（μ２−μ１）／（λ２−λ１）で表される。μ１は、図３に示す例においてスリップ率λがλ１の場合の摩擦係数μである。μ２は、図３に示す例においてスリップ率λがλ２の場合の摩擦係数μである。μ２は、μ１よりも大きい。λ２は、λ１よりも大きい。λ２は、例えば、０．２以下の値である。なお、通常、走行体１が走行する場合には、スリップ率λは、０．２以下である。すなわち、通常、走行体１が走行する場合においては、摩擦係数μとスリップ率λとの関係は、一次関数で表せる。
【００２０】
本実施形態において推定部１１は、以下の式１から関係情報である傾きａと、転がり抵抗係数Ｃと、を推定する。
【００２１】
【数１】
2020062911.tif 000003
【００２２】
本実施形態において車輪３のイナーシャＪは、２つの車輪３のイナーシャの総和である。本実施形態において駆動トルクτは、２つのモータ２０の駆動トルクの総和である。なお、例えば、１つのモータ２０で２つの車輪３を駆動するような場合には、駆動トルクτは、１つのモータ２０の駆動トルクに相当する。また、本明細書において「車輪のイナーシャ」とは、車輪自体のイナーシャと、車輪と共に回転する部材のイナーシャとを足し合わせたイナーシャを含む。車輪と共に回転する部材とは、例えば、車輪に接続された車軸およびモータのロータ等である。車輪と共に回転する部材のイナーシャが車輪のイナーシャに対して十分に小さい場合には、車輪と共に回転する部材のイナーシャを無視してもよい。例えば、本実施形態では、車輪３のイナーシャＪは、厳密にいえば、２つの車輪３自体のイナーシャと、２つのモータ２０のロータのイナーシャとの総和であるが、２つのモータ２０のロータのイナーシャが２つの車輪３自体のイナーシャに対して十分に小さければ、２つのモータ２０のロータのイナーシャを無視してもよい。
【００２３】
式１の各パラメータのうち、車輪３の半径ｒと車輪３のイナーシャＪと走行体１の総質量Ｍとは、例えば、予め記憶部１３に格納されている。本実施形態において車輪３の回転角速度ωは、２つの車輪３からそれぞれ得られた回転角速度の平均値である。式１は、以下の式２から式５を用いて導くことができる。
【００２４】
【数２】
2020062911.tif 000004
【００２５】
【数３】
2020062911.tif 000005
【００２６】
【数４】
2020062911.tif 000006
【００２７】
【数５】
2020062911.tif 000007
【００２８】
上記の各式２から式５において、Ｖは、走行体１の走行速度であり、Ｆは、走行体１に加えられる力であり、走行体１を走行させる駆動力である。駆動力Ｆは、車輪３と走行面ＲＳとの間に生じる摩擦力の総和に相当し、以下の式６で表せる。
【００２９】
【数６】
2020062911.tif 000008
【００３０】
式２は、走行体１の並進運動についての運動方程式である。なお、走行体１の並進運動は空気抵抗を無視できる程度に低速であるとし、空気抵抗の影響については無視している。式３は、車輪３の回転運動についての運動方程式である。車輪３の回転運動についての運動方程式は、車輪３のうち走行面ＲＳと接触する接地点Ｐに対して、図２に示す駆動力Ｆと力換算値Ｆｔとが加えられること、および車輪３に対して転がり抵抗力Ｆｒが加えられることに基づいて求めている。力換算値Ｆｔは、接地点Ｐにおける駆動トルクτの力換算値である。すなわち、駆動トルクτは、力換算値Ｆｔに半径ｒを乗じた値と等しい。転がり抵抗力Ｆｒは、転がり抵抗係数Ｃと走行体１の総質量Ｍと重力加速度ｇとを乗じた値に等しい。式３の右辺は、車輪３に回転運動を生じさせるトルクに相当し、モータ２０の駆動トルクτから、転がり抵抗力Ｆｒによるモーメントと駆動力Ｆによるモーメントとを減じた値となっている。
【００３１】
式４は、摩擦係数μとスリップ率λとを表す一次関数の両辺を時間で微分した式である。式５は、スリップ率λを車輪３の回転角速度ωと車輪３の半径ｒと走行体１の走行速度Ｖとで表した式の両辺を時間で微分した式である。式５において行っている式変換は、摩擦係数μとスリップ率λとの関係が一次関数で表せる場合においてはスリップ率λが十分に小さく、走行速度Ｖを車輪３の回転角速度ωから理論上算出できる走行速度に十分近似できることを用いて行っている。車輪３の回転角速度ωから理論上算出できる走行速度とは、車輪３の回転角速度ωに車輪３の半径ｒを乗じた値である。上記の式２から式５を用いて、駆動力Ｆと走行速度Ｖとを消すことで、上記の式１が得られる。
【００３２】
式１の左辺、すなわち摩擦係数μの時間変化は、式３の駆動力Ｆに式６の右辺を代入した式の両辺を時間で微分することによって、以下の式７のように表せる。そのため、式１の左辺、すなわち摩擦係数μの時間変化は、記憶部１３に格納された各パラメータの値と角速度センサ３０およびトルクセンサ４０から得られた検出結果とから算出することができる。
【００３３】
【数７】
2020062911.tif 000009
【００３４】
また、式１の右辺のうち傾きａと転がり抵抗係数Ｃとを除いた値は、記憶部１３に格納された各パラメータの値と角速度センサ３０およびトルクセンサ４０から得られた検出結果とから得られる。したがって、式１の両辺において未知の値は、傾きａと転がり抵抗係数Ｃとのみになる。本実施形態において推定部１１は、上記の式１に対して、カルマンフィルタを用いることで、未知の値である傾きａと転がり抵抗係数Ｃとを推定する。
【００３５】
走行面ＲＳの状態は、傾きａと転がり抵抗係数Ｃとによって推定できる。具体的には、図４に示すような傾きａと転がり抵抗係数Ｃとの値に応じた走行面ＲＳの状態を示すテーブルに照らし合わせることで、傾きａと転がり抵抗係数Ｃとから走行面ＲＳの状態を推定できる。ここで、摩擦係数μが大きい走行面ＲＳほど、摩擦係数μとスリップ率λとの関係を表すグラフにおける傾きａが大きくなる。一方、摩擦係数μが小さい走行面ＲＳほど、摩擦係数μとスリップ率λとの関係を表すグラフにおける傾きａが小さくなる。すなわち、傾きａの大小は、車輪３と走行面ＲＳとの間の摩擦係数μの大小を表している。言い換えれば、傾きａの大小は、走行面ＲＳの滑りやすさを表している。傾きａが大きいほど走行面ＲＳは滑りにくく、傾きａが小さいほど走行面ＲＳは滑りやすい。
【００３６】
また、転がり抵抗係数Ｃが大きくなるほど、走行面ＲＳを走行する際に車輪３に加えられる抵抗が大きくなり、走行体１が走行しにくくなる。一方、転がり抵抗係数Ｃが小さくなるほど、走行面ＲＳを走行する際に車輪３に加えられる抵抗が小さくなり、走行体１が走行しやすくなる。
【００３７】
図４に示す領域ＡＲ１，ＡＲ２，ＡＲ３は、例えば、それぞれ走行面ＲＳの種類が異なる場合の傾きａと転がり抵抗係数Ｃとの値が含まれる範囲を示す。傾きａと転がり抵抗係数Ｃとが領域ＡＲ１となる場合、走行面ＲＳの種類は、例えば、ベニヤ板の面である。傾きａと転がり抵抗係数Ｃとが領域ＡＲ２となる場合、走行面ＲＳの種類は、例えば、樹脂タイルの面である。傾きａと転がり抵抗係数Ｃとが領域ＡＲ３となる場合、走行面ＲＳの種類は、例えば、絨毯の面である。領域ＡＲ１，ＡＲ２，ＡＲ３における傾きａと転がり抵抗係数Ｃとは、それぞれ互いに異なる。傾きａは、領域ＡＲ１、領域ＡＲ２、領域ＡＲ３の順に小さくなっている。転がり抵抗係数Ｃは、領域ＡＲ１、領域ＡＲ２、領域ＡＲ３の順に大きくなっている。推定部１１は、推定した傾きａと転がり抵抗係数Ｃとが領域ＡＲ１〜ＡＲ３のいずれの領域に含まれるかを判断することにより、走行面ＲＳの種類を推定することができる。
【００３８】
また、領域ＡＲ１ａは、領域ＡＲ１の走行面ＲＳが水で濡れた場合の傾きａと転がり抵抗係数Ｃとの値が含まれる範囲を示す。領域ＡＲ１ａは、領域ＡＲ１よりも傾きａが小さい。すなわち、水で濡れることで、走行面ＲＳが滑りやすくなっている。領域ＡＲ１ａの傾きａは、例えば、領域ＡＲ２の傾きａと同じである。領域ＡＲ１ａにおける転がり抵抗係数Ｃは、領域ＡＲ１における転がり抵抗係数Ｃと同じである。推定部１１は、推定した傾きａと転がり抵抗係数Ｃとが領域ＡＲ１と領域ＡＲ１ａとのいずれの領域に含まれるかを判断することにより、走行面ＲＳが濡れているか否かを推定することができる。
【００３９】
ここで、例えば、傾きａのみから走行面ＲＳの状態を推定する場合、領域ＡＲ１ａと領域ＡＲ２とは、同じ傾きａとなるため、走行面ＲＳが、例えば、濡れたベニヤ板の面であるか、濡れていない樹脂タイルの面であるかを区別することができない。これに対して、本実施形態によれば、推定部１１は、摩擦係数μとスリップ率λとの関係に関する情報である傾きａだけではなく、転がり抵抗係数Ｃも推定できる。そのため、転がり抵抗係数Ｃの違いによって、走行面ＲＳが、濡れたベニヤ板の面であるか、濡れていない樹脂タイルの面であるかを区別することができる。したがって、走行面ＲＳの状態をより精度よく判断することができ、走行面ＲＳの状態判断の信頼性を向上できる。
【００４０】
また、本実施形態によれば、推定部１１によって推定される関係情報は、スリップ率λを変数とする一次関数によって摩擦係数μを表せる場合における、当該一次関数の傾きａを含む。上述したように、通常、走行体１が走行する場合には、スリップ率λが比較的小さく、摩擦係数μとスリップ率λとの関係は一次関数で表すことができる。そのため、関係情報として傾きａを推定することで、走行体１が通常走行する場合において走行面ＲＳの状態を好適に推定することができる。また、関係情報として摩擦係数μとスリップ率λとの関係を表す一次関数の傾きａを推定すればよいため、摩擦係数μとスリップ率λとが一次関数以外の関係になるような場合に比べて、関係情報の推定が容易である。なお、摩擦係数μとスリップ率λとが一次関数以外の関係になるような場合とは、例えば、図３に示すグラフにおいて、スリップ率λがλ２よりも大きくなるような場合等である。
【００４１】
また、推定部１１は、傾きａおよび転がり抵抗係数Ｃの推定を、モータ２０の回転角速度から算出された車輪３の回転角速度ωとモータ２０の駆動トルクτとを用いて行うことができる。そのため、推定部１１は、走行体１の走行速度Ｖを検出することなく、傾きａおよび転がり抵抗係数Ｃを推定して、走行面ＲＳの状態を好適に推定できる。これにより、走行体１の走行速度Ｖを検出する速度センサ、またはＧＰＳに利用される衛星電波を受信して走行体１の走行速度Ｖを検出可能な検出装置等を、走行体１、駆動装置４または走行面状態推定装置１０に別途搭載する必要がない。したがって、走行体１、駆動装置４または走行面状態推定装置１０の部品点数を少なくすることができる。
【００４２】
特に、本実施形態の走行体１のような無人搬送車においては、製造コスト等の観点から、搭載される部品および装置等が限られており、上述した速度センサおよび検出装置等が搭載されていない、または搭載できない場合が多い。そのため、走行体１が無人搬送車である場合に、上述した走行速度Ｖを検出することなく走行面ＲＳの状態を好適に推定できる効果を特に有用に得られる。
【００４３】
本実施形態では、スリップ率λが十分小さい範囲であることを前提とし、走行速度Ｖを車輪３の回転角速度ωから理論上算出できる走行速度に十分近似できることを用いて式５に示す式変換を行うことで、式１から走行速度Ｖを消すことが可能となる。これにより、走行体１の走行速度Ｖが含まれていない式１から傾きａおよび転がり抵抗係数Ｃを推定できるため、走行速度Ｖを別途検出する必要がない。なお、上述したように、スリップ率λが十分小さい範囲となる場合とは、摩擦係数μとスリップ率λとの関係を一次関数で示せるような場合であり、走行体１が通常走行する場合である。
【００４４】
また、本実施形態によれば、推定部１１は、カルマンフィルタを用いて関係情報である傾きａと転がり抵抗係数Ｃとを推定する。そのため、式１から容易に傾きａと転がり抵抗係数Ｃとを推定することができる。
【００４５】
走行制御部１２は、走行体１の走行を制御する部分である。本実施形態において走行制御部１２は、推定部１１の推定結果に基づいて、走行体１の走行を制御する。本実施形態では、上述したように推定部１１によって走行面ＲＳの状態を好適に推定できるため、推定部１１の推定結果に基づいて制御することで、走行体１の走行を好適に制御できる。本実施形態において走行制御部１２は、傾きａと転がり抵抗係数Ｃとの少なくとも一方に基づいて、モータ２０の速度制御ゲインを調整する。モータ２０の速度制御ゲインとは、モータ２０の回転角速度のフィードバック制御における制御ループの応答性を決めるパラメータである。走行制御部１２は、モータ制御部５０に信号を送り、モータ２０の速度制御ゲインを調整する。
【００４６】
本実施形態において走行制御部１２は、傾きａが大きいほど、モータ２０の速度制御ゲインを小さくする。これにより、傾きａが小さく滑りやすい走行面ＲＳであっても、モータ２０の回転角速度が発散することを抑制でき、走行体１を安定した走行速度Ｖで走行させることができる。一方、走行制御部１２は、傾きａが小さいほど、モータ２０の速度制御ゲインを大きくする。これにより、傾きａが大きく滑りにくい走行面ＲＳにおいては、モータ２０の回転角速度のフィードバック制御における制御ループの応答性を大きくでき、外乱に対する応答性を向上できる。
【００４７】
また、本実施形態において走行制御部１２は、傾きａが同じ値である場合には、転がり抵抗係数Ｃが大きいほど、モータ２０の速度制御ゲインを大きくする。これにより、転がり抵抗係数Ｃが大きく車輪３が走行面ＲＳから外乱を受けやすい場合であっても、外乱に対する応答性を好適に向上させることができ、走行体１を安定して走行させることができる。
【００４８】
以上のようにして、走行制御部１２が傾きａと転がり抵抗係数Ｃとの少なくとも一方に基づいてモータ２０の速度制御ゲインを調整することで、走行体１を安定して走行させることができる。
【００４９】
記憶部１３は、走行体１の走行を制御する際に必要な各パラメータ等が格納される部分である。上述したように記憶部１３には、例えば、車輪３の半径ｒと車輪３のイナーシャＪと走行体１の総質量Ｍとが格納されている。また、記憶部１３には、推定部１１による推定結果が格納される。すなわち、記憶部１３には、推定された傾きａおよび転がり抵抗係数Ｃが格納される。
【００５０】
以上に説明した本実施形態の走行面状態推定装置１０は、一例として、図５に示すフローチャートに示す手順のように走行体１を制御する。図５に示すように、走行面状態推定装置１０は、走行体１が走行を開始する（ステップＳ１）と、車輪３の回転角速度ωとモータ２０の駆動トルクτとを取得する（ステップＳ２）。次に、走行面状態推定装置１０は、上述したようにして、推定部１１において回転角速度ωと駆動トルクτとを用いて傾きａと転がり抵抗係数Ｃとを推定する（ステップＳ３）。次に、走行面状態推定装置１０は、推定部１１において推定された傾きａが変化したか否かを判断する（ステップＳ４）。
【００５１】
ここで、傾きａの変化とは、走行体１が走行を開始してから２回目以降に傾きａが取得された場合には、前回取得された傾きａに対する変化を含む。前回の傾きａは、記憶部１３に格納されている。また、傾きａの変化とは、走行体１が同じ場所を走行する場合には、当該同じ場所を前回走行した際の傾きａに対する変化であってもよい。傾きａが変化した場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、走行面状態推定装置１０は、推定部１１において走行面ＲＳの状態が変化したと推定し（ステップＳ８）、走行制御部１２において走行面ＲＳの状態変化に応じてモータ２０の速度制御ゲインを調整する（ステップＳ９）。
【００５２】
一方、傾きａが変化しなかった場合（ステップＳ４：ＮＯ）、走行面状態推定装置１０は、推定部１１において推定された転がり抵抗係数Ｃが変化したか否かを判断する（ステップＳ５）。転がり抵抗係数Ｃの変化とは、走行体１が走行を開始してから２回目以降に転がり抵抗係数Ｃが取得された場合には、前回取得された転がり抵抗係数Ｃに対する変化を含む。前回の転がり抵抗係数Ｃは、記憶部１３に格納されている。また、転がり抵抗係数Ｃの変化とは、走行体１が同じ場所を走行する場合には、当該同じ場所を前回走行した際の転がり抵抗係数Ｃに対する変化であってもよい。
【００５３】
転がり抵抗係数Ｃが変化した場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、走行面状態推定装置１０は、推定部１１において走行面ＲＳの状態が変化したと推定し（ステップＳ８）、走行制御部１２において走行面ＲＳの状態変化に応じてモータ２０の速度制御ゲインを調整する（ステップＳ９）。一方、転がり抵抗係数Ｃが変化しなかった場合（ステップＳ５：ＮＯ）、走行面状態推定装置１０は、推定部１１において走行面ＲＳの状態が変化していないと推定し（ステップＳ６）、走行制御部１２においてモータ２０の速度制御ゲインを変化させずに維持する（ステップＳ７）。走行面状態推定装置１０は、走行体１が走行している間に、上述した制御を常時または所定間隔ごと等に行う。
【００５４】
以上のように本実施形態において推定部１１は、関係情報である傾きａと転がり抵抗係数Ｃとの少なくとも一方が変化したことに基づいて、走行面ＲＳの状態が変化したことを推定する。そのため、走行面ＲＳの状態の変化を好適に推定することができる。なお、走行体１が走行を開始してから、初めて傾きａおよび転がり抵抗係数Ｃを取得した際には、傾きａの変化および転がり抵抗係数Ｃの変化を判断しなくてもよい。
【００５５】
本発明は上述の実施形態に限られず、他の構成を採用することもできる。推定部１１は、上述した傾きａ以外の関係情報を推定してもよい。例えば、推定部１１は、摩擦係数μとスリップ率λとが図３に示す関係の場合においてスリップ率λがλ２よりも大きい場合に、摩擦係数μとスリップ率λとの関係を表す関係式を推定してもよいし、摩擦係数μとスリップ率λとの関係を表す関係式の係数を推定してもよい。
【００５６】
推定部１１は、推定結果に基づいて、摩擦係数μとスリップ率λとの関係が変化したことを判断して、推定する関係情報を変化させてもよい。例えば、推定部１１は、摩擦係数μとスリップ率λとが上述した一次関数の関係となっていると想定して傾きａを推定した場合において、推定結果が想定した条件ではあり得ないような数値となった際に、スリップ率λがλ２よりも大きいと判断してもよい。この場合、推定部１１は、摩擦係数μとスリップ率λとがλ２よりも大きい場合の関係となったと判断して、推定する関係情報を切り替える。推定部１１は、カルマンフィルタ以外の方法を用いて関係情報と転がり抵抗係数Ｃとの推定を行ってもよい。推定部１１は、例えば、粒子フィルタ等を用いて関係情報と転がり抵抗係数Ｃとの推定を行ってもよい。推定部１１は、走行面ＲＳの状態が変化したか否かを判断せずに、図４に示すような各領域ＡＲ１〜ＡＲ３等の分布に基づいて、推定結果から走行面ＲＳの状態を推定してもよい。
【００５７】
走行制御部１２は、推定部１１の推定結果に基づいて走行体１の走行を制御するならば、特に限定されない。走行制御部１２は、推定部１１によって推定された走行面ＲＳの種類に基づいて走行体１の走行を制御してもよいし、走行面ＲＳが濡れているか否かに基づいて走行体１の走行を制御してもよい。
【００５８】
走行体１は、走行面状態推定装置１０によって得られた走行面ＲＳの状態を外部に伝達する伝達部を備えていてもよい。伝達部は、走行面ＲＳの状態を、音を鳴らすことによって伝達してもよいし、電波信号を送信することによって伝達してもよいし、走行体１に取り付けられた表示ランプを点灯させることによって伝達してもよい。伝達部によって、例えば、走行面ＲＳが濡れていること、および走行面ＲＳが汚れていること等を外部に伝達することができる。これにより、走行面ＲＳに不具合が生じた場合に、当該不具合に迅速対処することができる。
【００５９】
走行体１は、走行体１の総質量Ｍを検出可能なセンサを備えていてもよい。この構成によれば、走行体１の総質量Ｍが変化する場合であっても、上述した式１から傾きａと転がり抵抗係数Ｃとを好適に推定できる。走行体１の総質量Ｍが変化する場合とは、例えば、走行体１に荷物が積載された場合を含む。この場合、走行体１に積載された荷物の質量を計測することで、走行体１の総質量Ｍを算出してもよい。
【００６０】
走行面状態推定装置１０が搭載される走行体は、上述した走行体１のような無人搬送車に限られず、車輪によって走行する物体であれば、特に限定されない。走行体の車輪の数は、特に限定されない。また、車輪を駆動するモータの数は、特に限定されない。走行体は、例えば、掃除ロボットであってもよい。この場合、掃除ロボットは、走行面ＲＳの状態に応じて、掃除を行う。例えば、掃除ロボットは、走行面ＲＳが濡れていることを検出した場合には、濡れた走行面ＲＳを拭く。また、例えば、掃除ロボットは、走行しつつ走行面ＲＳ上の塵等を吸引してもよい。この際、掃除ロボットは、走行面ＲＳの状態に応じて吸引力を変化させてもよい。
【００６１】
走行面状態推定装置１０は、走行体に搭載されなくてもよい。例えば、走行面状態推定装置１０は、サーバに搭載されてもよい。この場合、走行面状態推定装置１０の推定部１１には、車輪３の回転角速度ωとモータ２０の駆動トルクτとが無線によって送信される。走行面状態推定装置１０は、走行制御部１２を備えていなくてもよい。この場合において走行面状態推定装置１０がサーバに搭載される場合には、走行制御部１２が走行体１に搭載されてもよい。
【００６２】
モータ２０の回転角速度を検出するセンサは、角速度センサでなくてもよく、ホール素子等の位置検出センサであってもよい。この場合、例えば、推定部１１において、ホール素子の検出結果からモータ２０の回転角速度および車輪３の回転角速度ωを算出してもよい。モータ２０の駆動トルクτを検出するセンサは、トルクセンサでなくてもよく、電流センサであってもよい。この場合、推定部１１において、電流センサの検出結果にトルク定数を乗じてモータ２０の駆動トルクτを算出してもよい。
【００６３】
走行体１、駆動装置４または走行面状態推定装置１０は、走行速度Ｖを検出する速度センサ、またはＧＰＳに利用される衛星電波を受信して走行速度Ｖを検出可能な検出装置等を備えていてもよい。この場合、上述したようにして走行速度Ｖを用いずに好適な走行面ＲＳの推定が可能であっても、上述した実施形態において説明した推定を行う際に、他の目的等のために走行速度Ｖを検出していてもよい。
【００６４】
モータ２０の回転は、減速機を介して車輪３に伝達されてもよい。この場合、車輪３の回転角速度ωは、モータ２０の回転角速度に減速機の減速比を乗じた値として算出される。この場合において、車輪３の回転角速度ωの算出は、推定部１１が行ってもよいし、モータ制御部５０が行ってもよい。モータ制御部５０が車輪３の回転角速度ωを算出する場合には、車輪３の回転角速度ωが、モータ制御部５０から直接的に推定部１１および走行制御部１２に出力されてもよい。車輪駆動部６０は、２つの車輪３にモータ２０の駆動力を伝達する差動装置を有してもよい。この場合、車輪駆動部６０は、例えば、２つの車輪３に対して１つのみ設けられる。
【００６５】
なお、本明細書において説明した各構成は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１…走行体、３…車輪、４…駆動装置、１０…走行面状態推定装置、１１…推定部、１２…走行制御部、２０…モータ、３０…角速度センサ（センサ）、４０…トルクセンサ（センサ）、ａ…傾き、Ｃ…抵抗係数、ｇ…重力加速度、Ｊ…イナーシャ、Ｍ…総質量、ｒ…半径、ＲＳ…走行面、μ…摩擦係数、λ…スリップ率、τ…駆動トルク、ω…回転角速度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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