(57)【要約】【課題】生物の関節のように拮抗制御を行うことでフォークリフトの荷台を重力方向に対して目標とする一定姿勢に維持するとともにその高さを目標とする一定高さに維持する。【解決手段】荷台１０の上部に高度制御用の拮抗チェーン１５ａ、１５ｂを設けるとともに、回転軸制御用の拮抗チェーン２０ａ，２０ｂを設ける。拮抗チェーン１５ａ，１５ｂはそれぞれ駆動モータ１８ａ，１８ｂで駆動され、拮抗チェーン２０ａ，２０ｂはそれぞれ駆動モータ２４ａ，２４ｂで駆動される。このメカニズムは、学習制御プロセスによって外力や振動等の環境変化に対応して拮抗チェーン１５ａ，１５ｂ，２０ａ，２０ｂを制御し、荷台１０の一定姿勢及び一定高さを維持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
拮抗制御を用いたフォークリフトであって、
荷台が接続され、前記荷台を高さ方向に駆動する高度制御用チェーンと、
前記荷台に接続され、前記荷台を所定の回転軸回りに駆動する回転軸制御用チェーンと、
前記高度制御用チェーンを駆動する高度制御用駆動モータと、
前記回転軸制御用チェーンを駆動する回転軸駆動モータと、
を備え、
前記高度制御用駆動モータは、前記荷台の高さを一定高さに維持すべく前記高度制御用チェーンのテンションを維持しつつ駆動し、かつ、
前記回転軸制御用駆動モータは、前記荷台の法線が重力方向に対して一定姿勢を維持すべく前記回転軸制御用チェーンのテンションを維持しつつ駆動する
ことを特徴とする拮抗制御を用いたフォークリフト。
【請求項２】
請求項１記載のフォークリフトにおいて、
前記高度制御用チェーンは、前記荷台の高度制御用車輪の上部に接続され、前記荷台を上方に駆動する上部チェーン、及び前記荷台の高度制御用車輪の下部に接続され、前記荷台を下部方向に駆動する下部チェーンを備え、
前記高度制御用駆動モータは、前記上部チェーンを駆動する上部駆動モータ及び前記下部チェーンを駆動する下部駆動モータを備え、
前記上部駆動モータ及び前記下部駆動モータは、前記荷台の高さを一定高さに維持すべく、それぞれ前記上部チェーン及び下部チェーンのテンションを維持しつつ駆動する
ことを特徴とする拮抗制御を用いたフォークリフト。
【請求項３】
請求項１記載のフォークリフトにおいて、
前記回転軸制御用チェーンは、前記荷台の上部に接続され前記荷台を上方に回転する上部チェーン及び前記荷台の下部に接続され前記荷台を下方に回転する下部チェーンを備え、
前記回転軸制御用駆動モータは、前記上部チェーンを駆動する上部駆動モータ及び前記下部チェーンを駆動する下部駆動モータを備え、
前記上部駆動モータ及び前記下部駆動モータは、前記荷台の法線が重力方向に対して一定姿勢を維持すべく、それぞれ前記上部チェーン及び下部チェーンのテンションを維持しつつ駆動する
ことを特徴とする拮抗制御を用いたフォークリフト。
【請求項４】
請求項１記載のフォークリフトにおいて、
前記高度制御用チェーンは、前記荷台の高度制御用車輪の上部に接続され前記荷台を上方に駆動する第１上部チェーン及び前記荷台の高度制御用車輪の下部に接続され前記荷台を下部方向に駆動する第１下部チェーンを備え、
前記高度制御用駆動モータは、前記第１上部チェーンを駆動する第１上部駆動モータ及び前記第１下部チェーンを駆動する第１下部駆動モータを備え、
前記回転軸制御用チェーンは、前記荷台の上部に接続され前記荷台を上方に回転する第２上部チェーン及び前記荷台の下部に接続され前記荷台を下方に回転する第２下部チェーンを備え、
前記回転軸制御用駆動モータは、前記第２上部チェーンを駆動する第２上部駆動モータ及び前記第２下部チェーンを駆動する第２下部駆動モータを備え、
前記第１上部駆動モータ及び前記第１下部駆動モータは、前記荷台の高さを一定高さに維持すべく、それぞれ前記第１上部チェーン及び第１下部チェーンのテンションを維持しつつ駆動し、かつ、
前記第２上部駆動モータ及び前記第２下部駆動モータは、前記荷台の法線が重力方向に対して一定姿勢を維持すべく、それぞれ前記第２上部チェーン及び第２下部チェーンのテンションを維持しつつ駆動する
ことを特徴とする拮抗制御を用いたフォークリフト。
【請求項５】
請求項１記載のフォークリフトにおいて、さらに、
前記荷台を一定高さ、かつ一定姿勢に維持するために必要な荷台の状態とその最適な制御信号との関係を規定する制御関数を学習制御プロセスによって獲得し記憶して、該制御関数を用いて前記高度制御用駆動モータ及び前記回転軸制御用駆動用モータを制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする拮抗制御を用いたフォークリフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォークリフトに関し、特に拮抗制御による荷台の高さの維持及び重力方向に対する荷台の姿勢維持制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、フォークリフトの駆動システムには、油圧型やモータ駆動型等がある。油圧型では、油圧アクチュエータの制御プロセスの簡易さのため、荷台（フォーク）の高度制御用アクチュエータとして油圧シリンダを用いている。しかし、駆動構造自体はシンプルといえず、ポンプの取り付け等が必要で、重量に対応するためには油圧シリンダ自体もかなりの大きさとなり、これを取り入れるためには設計上大きな制限が課されてしまう。また、油漏れ等の補修維持コストが高い問題もある。
【０００３】
下記の特許文献１には、傾きに対応するために、高度制御用のアクチュエータとは別に傾き用のアクチュエータを荷台の背部に設置することが開示されている。また、振動に対応するために油圧シリンダをアクチュエータとして設置することが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、油圧アクチュエータへ作動油を供給する供給用油圧配管に、電動機と機械的に連結された油圧ポンプを備えると共に、油圧アクチュエータから作動油を回収する回収用油圧配管に、油圧アクチュエータからの作動油が供給されることによって作動する油圧モータを備えることが開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、フォークリフトのフォークを昇降させる昇降器を制御するフォークリフト用フォーク昇降制御装置であって、フォークに載置された荷物の高さを検出する荷物検出器と、フォークの高さを検出する揚高センサと、昇降器を制御するコントローラとを有し、コントローラは、荷物検出器からの検出信号と記憶手段に記憶された荷物収納領域の天井高さに関するデータに基づいて、荷物の上面高さが荷物収納領域の天井高さよりも低い高さである目標停止高さにおけるフォークの高さを算出し、揚高センサからの検知信号に基づいてフォークが前記算出した高さになったことを判断してフォークを停止させるように昇降器を制御することが開示されている。
【０００６】
また、特許文献４には、荷物の重さによってフォークの左右のバランスを維持できるように、リニアアクチュエータによりマストを制御することが開示されている。
【０００７】
さらに、特許文献５には、路面等の環境変化に対し、フォークが水平を維持するように制御することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−８１２６１号公報
【特許文献２】特開２００７−２５４０５８号公報
【特許文献３】特開２００９−４０５５３号公報
【特許文献４】米国特許第４９５７４０８号
【特許文献５】米国特許第５８１３６９７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１では荷台は既存のフォークリフトの型を利用しているため、対応できる傾きが狭い範囲に制限されている。また、アクチュエータは固定されていて荷台の傾きに対応できる構造ではないため、油圧シリンダが駆動し、傾きを調整する際には荷台面との接触不良が生じ得る。さらに、多様な振動に対応するためには、荷台の柔軟な硬さ制御が必要であるが、油圧シリンダの駆動構造上、多様な硬さ制御には限界がある。
【００１０】
また、特許文献２,３では高度制御にだけ対応するものであり、路面状況や変化に応じる傾斜等への対応は考慮されていない。
【００１１】
また、特許文献４では左右のバランスを制御するが、その制御範囲が狭いため、多様な環境変化には対応できない問題がある。
【００１２】
さらに、特許文献５ではフォークを背負う形での制御であるため、空間的な制約からその制御の際に安全面での問題が生じ得る。また、制御装置自体が大きいため、駆動コストの面からも非効率である。
【００１３】
本発明の目的は、多様な環境変化に対応して、高度維持と重力に対する荷台の目標とする姿勢を制御することができるフォークリフトを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、拮抗制御を用いたフォークリフトであって、荷台が接続され、前記荷台を高さ方向に駆動する高度制御用チェーンと、前記荷台に接続され、前記荷台を所定の回転軸回りに駆動する回転軸制御用チェーンと、前記高度制御用チェーンを駆動する高度制御用駆動モータと、前記回転軸制御用チェーンを駆動する回転軸駆動モータとを備え、前記高度制御用駆動モータは、前記荷台の高さを一定高さに維持すべく前記高度制御用チェーンのテンションを維持しつつ駆動し、かつ、前記回転軸制御用駆動モータは、前記荷台の法線が重力方向に対して一定姿勢を維持すべく前記回転軸制御用チェーンのテンションを維持しつつ駆動することを特徴とする。
【００１５】
本発明の１つの実施形態では、前記高度制御用チェーンは、前記荷台の高度制御用車輪の上部に接続され前記荷台を上方に駆動する上部チェーン及び前記荷台の高度制御用車輪の下部に接続され前記荷台を下部方向に駆動する下部チェーンを備え、前記高度制御用駆動モータは、前記上部チェーンを駆動する上部駆動モータ及び前記下部チェーンを駆動する下部駆動モータを備え、前記上部駆動モータ及び前記下部駆動モータは、前記荷台の高さを一定高さに維持すべく、それぞれ前記上部チェーン及び下部チェーンのテンションを維持しつつ駆動する。
【００１６】
また、本発明の１つの実施形態では、前記回転軸制御用チェーンは、前記荷台の上部に接続され前記荷台を上方に回転する上部チェーン及び前記荷台の下部に接続され前記荷台を下方に回転する下部チェーンを備え、前記回転軸制御用駆動モータは、前記上部チェーンを駆動する上部駆動モータ及び前記下部チェーンを駆動する下部駆動モータを備え、前記上部駆動モータ及び前記下部駆動モータは、前記荷台の法線が重力方向に対して一定姿勢を維持すべく、それぞれ前記上部チェーン及び下部チェーンのテンションを維持しつつ駆動する。
【００１７】
また、本発明の１つの実施形態では、前記高度制御用チェーンは、前記荷台の高度制御用車輪の上部に接続され前記荷台を上方に駆動する第１上部チェーン及び前記荷台の高度制御用車輪の下部に接続され前記荷台を下部方向に駆動する第１下部チェーンを備え、前記高度制御用駆動モータは、前記第１上部チェーンを駆動する第１上部駆動モータ及び前記第１下部チェーンを駆動する第１下部駆動モータを備え、前記回転軸制御用チェーンは、前記荷台の上部に接続され前記荷台を上方に回転する第２上部チェーン及び前記荷台の下部に接続され前記荷台を下方に回転する第２下部チェーンを備え、前記回転軸制御用駆動モータは、前記第２上部チェーンを駆動する第２上部駆動モータ及び前記第２下部チェーンを駆動する第２下部駆動モータを備え、前記第１上部駆動モータ及び前記第１下部駆動モータは、前記荷台の高さを一定高さに維持すべく、それぞれ前記第１上部チェーン及び第１下部チェーンのテンションを維持しつつ駆動し、かつ、前記第２上部駆動モータ及び前記第２下部駆動モータは、前記荷台の法線が重力方向に対して一定姿勢を維持すべく、それぞれ前記第２上部チェーン及び第２下部チェーンのテンションを維持しつつ駆動する。
【００１８】
また、本発明の１つの制御の実施形態では、前記荷台を一定高さ、かつ一定姿勢に維持するために必要な荷台の状態とその最適な制御信号との関係を規定する制御関数を学習制御プロセスによって獲得し記憶して、該制御関数を用いて前記高度制御用駆動モータ及び前記回転軸制御用駆動用モータを制御する制御手段とを備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、多様な環境変化に対応して、高度維持と重力に対する荷台の一定姿勢を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態のフォークリフトの側面図である。
【図２】実施形態のフォークリフトの正面図である。
【図３】学習制御プロセスの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００２２】
図１に、本実施形態におけるフォークリフト１の側面図を示し、図２に、同フォークリフト１の正面図を示す。フォークリフト１は、本体と車輪２と荷台（フォーク）１０とを備える。
【００２３】
荷台１０は、荷物を載せる台（フォーク）であり、本実施形態の制御対象である。重力Ｇが荷台１０の面法線と一定角度、例えば１８０度を維持するように制御される。図１には、重力Ｇの方向（鉛直方向）を示す。また、荷台１０の高度が指定された高度を維持するように制御される。すなわち、荷台１０は、重力に対する姿勢とその高度がともに維持されるように制御される。荷台１０の面法線と重力方向Ｇとのなす角度をΘＧとする。
【００２４】
荷台１０には、回転軸１２が設けられる。回転軸１２は、荷台１０を重力方向Ｇに対し、柔軟に対応するために荷台１０を回転する１自由度の軸である。回転軸１２は、高度制御用車輪１３に接続される。
【００２５】
高度制御用車輪１３は、荷台１０の高度を制御するための車輪であり、高度制御用レール１４に乗って上下（鉛直方向上下）に移動する。また、高度制御用車輪１３は、高度制御用拮抗チェーン１５に接続され、高度制御用拮抗チェーン１５はモーメントアーム１６を介して高度制御用駆動モータ１８の回転軸に接続される。高度制御用拮抗チェーン１５は、図１に示すように上部チェーン１５ａと下部チェーン１５ｂから構成され、上部チェーン１５ａは高度制御用車輪１３の上部にその一端が接続される。また、下部チェーン１５ｂは高度制御用車輪１３の下部にその一端が接続される。モーメントアーム１６及び高度制御用駆動モータ１８もそれぞれフォークリフト１の本体の上下部にペアで設置される。上部チェーン１５ａの一端は既述したように高度制御用車輪１３の上部に接続され、他端は上部高度制御用駆動モータ１８ａの回転軸に接続される。また、下部チェーン１５ｂの一端は高度制御用車輪１３の下部に接続され、他端は下部高度制御用駆動モータ１８ｂの回転軸に接続される。
【００２６】
高度制御用駆動モータ１８を回転駆動すると、高度制御用拮抗チェーン１５がそのテンションを維持しつつ駆動され、これに伴って高度制御用車輪１３が高度制御用レール１４に乗って上下方向に移動する。すなわち、上部高度制御用駆動モータ１８ａを回転駆動すると、上部チェーン１５ａが引っ張られて高度制御用車輪１３が高度制御用レール１４に乗って上方に移動する。また、下部高度制御用駆動モータ１８ｂを回転駆動すると、下部チェーン１５ｂが引っ張られて高度制御用車輪１３が高度制御用レール１４に乗って下方に移動する。両者の拮抗制御により、荷台１０はその高度が維持される。荷台１０の指定高度をｈｇｏａｌとすると、高度制御用駆動モータ１８は、高度制御用拮抗チェーン１５のテンションを維持しながら、荷台１０の高度が指定高度ｈｇｏａｌを維持するように制御する。
【００２７】
一方、荷台１０の上下にもそれぞれ回転軸制御用拮抗チェーン２０の一端が接続され、他端にはモーメントアーム２２を介して回転軸制御用駆動モータ２４の回転軸に接続される。回転軸制御用拮抗チェーン２０は上部チェーン２０ａ及び下部チェーン２０ｂから構成され、上部チェーン２０ａの一端は荷台１０の上部に接続され、他端は上部回転軸制御用駆動モータ２４ａの回転軸に接続される。また、下部チェーン２０ｂの一端は荷台１０の下部に接続され、他端は下部回転軸制御用駆動モータ２４ｂの回転軸に接続される。
【００２８】
回転軸制御用駆動モータ２４を回転駆動すると、回転軸制御用拮抗チェーン２０がそのテンションを維持しつつ駆動され、これに伴って荷台１０が回転軸１２回りに回転する。すなわち、上部回転軸制御用駆動モータ２４ａを回転駆動すると、上部チェーン２０ａが引っ張られて荷台１０は回転軸１２回りに上方に向けて回転する。また、下部回転軸制御用駆動モータ２４ｂを回転駆動すると、下部チェーン２０ｂが引っ張られて荷台１０は回転軸１２回りに下方に向けて回転する。両者の拮抗制御により、荷台１０はその姿勢が維持される。回転軸制御用駆動モータ２４は、回転軸制御用拮抗チェーン２０のテンションを維持しながら、荷台１０の角度ΘＧが指定角度、例えば水平の場合には１８０度を維持しるように制御する。
【００２９】
本実施形態のフォークリフト１は以上のような構成であり、高度制御用のアクチュエータとして高度制御用駆動モータ１８、回転軸制御用のアクチュエータとして回転軸制御用駆動モータ２４がそれぞれ別個に設置され、それぞれの駆動モータは拮抗制御を行うために荷台１０を跨ぐようにペアで設置される。これらの駆動モータ１８，２４は、荷台１０の高度制御と回転制御を同時に行い、環境変化に対して高度維持と重力に対する荷台１０の一定姿勢（例えば水平姿勢）に制御する。
【００３０】
図３に、拮抗チェーン１５，２０の拮抗制御を行うために必要な学習制御プロセスを示す。制御装置のＣＰＵ及びメモリから構成される学習制御エージェントは、フィードバック信号ｓから、目標動作である荷台１０を一定姿勢に維持し、かつ、荷台１０の高さを指定高度であるｈｇｏａｌに維持するための最適な制御信号ａを出力する。ここで、フィードバック信号ｓは、荷台１０の角度ベクトルΘ、角速度ベクトルΘ（・）、重力方向と荷台１０の法線との角度ベクトルΘＧ、拮抗チェーン１５，２０のチェーン長ベクトルＬ、拮抗チェーン１５，２０の速度ベクトルＬ（・）、荷台１０の高度ｈ、高度の速度ｈ（・）の情報を含む。ここで、（・）はその物理量の上付きドットを便宜的に表し、その物理量の時間微分を示す。
【００３１】
本実施形態では、チェーンテンション維持プロセスを用いる。これは、拮抗チェーン１５，２０のテンションを維持するためのモータ制御である。従来において、プーリを用いた物理的な構造を用いてテンションを維持する技術が知られているが、チェーンに取り付ける必要があるため、構造的な制約があった。本実施形態では、図３（ａ）に示すように、拮抗チェーンの長さＬや、速度Ｌ（・）をフィードバックし、チェーンテンション維持のためのモータ制御の判断とし、テンションを維持できるようにする。一つの実施形態として、最大伸ばされたチェーン長をＬｍａｘとし、最大巻き上げた際のチェーン長をＬｍｉｎとする。図３（ｂ）のチェーン長Ｌｔは、ＬｔとＬｍｉｎとの差分であるＬｔ−Ｌｍｉｎの値をＬｍａｘ−Ｌｍｉｎの値で正規化し、Ｌｔ（〜）とする。ここで、（〜）は、Ｌｔの上付〜を便宜的に表す。このＬｔ（〜）を図３（ｂ）に示す。チェーンテンション維持のための制御パターンに入力し、テンション維持のための最適なモータの制御信号ａｗｔｋtを求める。制御プロセスは、図３（ａ）のように制御信号ａがチェーンテンションを維持できるか否かを判断し、維持できなければ、チェーンテンション維持のための制御パターンによって求めた制御信号ａｗｔｋtに取り替えて出力する。制御信号ａのチェーンテンション維持における判断は、チェーン収縮速度が収縮する方向でａｗｔｋtより大きい条件を満足しない場合は、ａｗｔｋtに取り替え出力する。本明細書では、モータ制御チェーンテンション維持プロセスを適宜、電動プーリと表現する。これにより、従来の物理的な構造を持つプーリに比べ、よりシンプルな構造を持つモデルの構築が可能である。
【００３２】
学習制御プロセスは、強化学習のアクタークリティック法が用いられる。制御信号ａは、生物の屈筋及び伸筋に相当する拮抗チェーン１５，２０を駆動して荷台１０を一定姿勢（例えば水平）かつ指定高度ｈｇｏａｌに維持するために、アクチュエータとしての駆動用モータ１８，２４に入力される。学習制御エージェントは、フィードバック信号ｓから、目標動作をするための最適な制御信号ａを出力する。また、制御信号ａは、拮抗チェーン１５，２０のテンションを維持するために電動プーリに供給される。電動プーリは、拮抗チェーン１５，２０のテンションを維持するために、チェーンのテンションをセンサリングし、緩みがないか否かを判断してチェーンのテンションを維持するための最適な制御信号ａｗｔｋをアクチュエータである駆動モータ１８，２４に出力し、チェーンのテンションを維持する。
【００３３】
以上のようにして、拮抗制御して荷台１０を重力方向に対して一定姿勢（例えば水平）及び指定高度ｈｇｏａｌに維持するために必要な制御信号ａｗｔｋによって、得られた結果ｓを学習制御エージェントにフィードバックする。そして、学習制御エージェントは、フィードバックしたｓに対し、最適な制御関数を学習し、制御装置のメモリに格納する。制御関数は、入力であるフィードバック信号ｓと最適な制御信号ａとの対応関係を規定する関数である。制御装置のＣＰＵは、メモリに格納された制御関数を用いて駆動モータ１８，２４を制御し、荷台１０の姿勢及び高度を維持するように拮抗チェーン１５，２０をそれぞれ引っ張り制御する。
【００３４】
このように、本実施形態では、生物の関節のように拮抗制御を行うことで荷台１０を一定姿勢（例えば水平）に維持するとともに指定高度に維持することができ、かつ、可動部の重量を低減して高速に制御することが可能である。
【００３５】
本実施形態では、荷台１０の姿勢及び高さをともに拮抗制御しているが、より簡易に、高さのみを拮抗制御し、あるいは姿勢のみを拮抗制御することも可能であり、用途に応じて適宜変更し得る。
【符号の説明】
【００３６】
１  フォークリフト、１０  荷台、１２  回転軸、１３  高度制御用車輪、１４  高度制御用レール、１５ａ  高度制御用拮抗チェーンの上部チェーン、１５ｂ  高度制御用拮抗チェーンの下部チェーン、１６  高度制御用のモーメントアーム、１８ａ  上部高度制御用駆動モータ、１８ｂ  下部高度制御用駆動モータ、２０ａ  回転軸制御用拮抗チェーンの上部チェーン、２０ｂ  回転軸制御用拮抗チェーンの下部チェーン、２２  回転軸制御用のモーメントアーム、２４ａ  上部回転軸制御用駆動モータ、２４ｂ  下部回転軸制御用駆動モータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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