(57)【要約】【課題】倒立振子型の移動台車の倒立制御を止めたときに、台車本体の倒立姿勢を保つことを可能とする。【解決手段】台車本体１の取付部１ｅに補助脚２１，２２を車軸と平行な軸線回りに回動自在に取り付け、補助脚２１，２２の先端に備えたキャスター輪２１ｄ，２２ｄが主車輪３の接地点から略進行方向に離間した位置で接地できるよう構成する。これらの補助脚２１，２２を回動させることでキャスター輪２１ｄ，２２ｄを、路面に接地する位置と路面から離れた位置とに配置切り替えする。【選択図】  図４
2004291799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪と、該車輪に支持される台車本体とを備え、台車本体の重心が車輪の回転軸より上方に位置する移動台車であって、
車輪を駆動する駆動手段と、
台車本体が倒立を維持するよう駆動手段を駆動する制御手段と、
台車本体に取付られ、車輪の接地点から略進行方向に離間して路面に接地する第１の位置と路面から離れた第２の位置とに配置切替え可能な支え部材と、
を有する移動台車。
【請求項２】
前記支え部材を第１の位置と第２の位置とに配置切替えする駆動機構をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の移動台車。
【請求項３】
前記駆動機構は、制御手段により台車本体の倒立制御が行われているときは支え部材を第２の位置に配置し、制御手段により台車本体の倒立制御が行われていないときは支え部材を第１の位置に配置することを特徴とする請求項２に記載の移動台車。
【請求項４】
前記支え部材は接地点にキャスター輪を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の移動台車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は移動台車に関し、詳しくは、台車本体の重心が車輪の回転軸より上方に位置する倒立振子型の移動台車を倒立姿勢に保つための安全装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】倒立振子型の移動台車としては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。
特許文献１に開示された移動台車は、一対の車輪と、車輪間に架設された車軸と、車軸上に回転可能に支持された台車本体とを備えている。台車車体の傾きは角度検出手段によって検出されるようになっている。この同軸二輪車では、車輪を駆動するための車輪駆動用モータを有し、車輪駆動用モータは制御コンピュータから出力される制御指令値（制御トルク値）に基づいて駆動される。制御コンピュータには、車体の傾斜角度を入力値とし、フィードバックゲイン（Ｋ）を係数として制御トルク値を算出するための制御入力算出式が設定されている。
かかる構成においては、角度検出手段によって車体の傾きが短時間間隔でサンプリングされる。次いで、サンプリングされた傾斜角度が制御入力算出式に代入され、車輪駆動用モータの制御トルク値が算出される。そして、算出された制御トルク値に相当する電流指令値が車輪駆動用モータに出力される。これによって、台車本体の傾きに応じて車輪駆動用モータが駆動され、台車本体の倒立が維持される。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６３−３０５０８２号
【特許文献２】
特開平０２−１９０２７７号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した移動台車は、車輪の駆動制御（すなわち、倒立制御）が行われている間は倒立を維持するが、倒立制御を停止するとバランスを失って転倒する。したがって、倒立制御を停止する場合は、作業員がロボットを支え、さらに別の作業員が補助スタンドをセットするなどして転倒防止のための作業を行う必要があった。
【０００５】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、作業員による転倒防止作業の負担を軽減し、倒立制御を停止したときに移動台車を容易に倒立姿勢に保つことができる技術を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段と作用と効果】上記課題を解決するために、請求項１に記載の移動台車は、車輪と、該車輪に支持される台車本体とを備え、台車本体の重心が車輪の回転軸より上方に位置する移動台車であって、車輪を駆動する駆動手段と、台車本体が倒立を維持するよう駆動手段を駆動する制御手段と、台車本体に取付られ、車輪の接地点から略進行方向に離間して路面に接地する第１の位置と路面から離れた第２の位置とに配置切替え可能な支え部材と、を有する。
この移動台車では、台車本体が倒立制御されているときは、支え部材を路面から離れた第２の位置に配置することができる。このため、移動台車が倒立制御されて駆動輪が回転する際に、支え部材が邪魔となることが防止される。一方、台車本体が倒立制御されていないときは、支え部材を路面と接地する第１の位置に配置することができる。支え部材が第１の位置に配置されると、支え部材が車輪の接地点から車輪の略進行方向に離間した位置で路面に接地するため、台車本体が倒れることを防止することができる。この支え部材は台車本体に取付けられているため、簡易迅速に操作でき、台車本体を倒立姿勢に保つことができる。
なお、台車本体をより確実に支えるためには、車輪の前進側と後退側の両者に支え部材を配備することが好ましい。
また、台車本体の倒れを安定して防止するためには、支え部材が第１の位置にあるときに、台車本体の重心位置の路面（接地面）への鉛直方向投影点が、支え部材接地点と車輪接地点のうち前記重心投影点からの距離が大きくなるように選ばれた少なくとも３点の接地点を頂点とする凸多角形内にあることが好ましい。
【０００７】
上記移動台車においては、前記支え部材を第１の位置と第２の位置とに配置切替えする駆動機構をさらに有することが好ましい。
この構成では、駆動機構によって支え部材の配置切り替えができるため、倒立制御停止時の転倒防止をより容易に行うことができる。
なお、この駆動機構には、モータやアクチュエータ等の駆動装置を利用することができ、また、駆動機構は無線等による遠隔操作によって作動させるようにしてもよい。
【０００８】
また、上記の駆動機構は、制御手段により台車本体の倒立制御が行われているときは支え部材を第２の位置に配置し、制御手段により台車本体の倒立制御が行われていないときは支え部材を第１の位置に配置することが好ましい。
この構成では、倒立制御が行われていると支え部材は第２の位置に自動的に配置され、倒立制御が停止されると支え部材は第１の位置に自動的に配置される。移動台車の倒立制御と連動して駆動機構が作動するため、効果的に移動台車の転倒防止を図ることができる。
なお、台車本体の倒立制御の停止は、予め組み込まれたプログラムによって自動的に停止するようにしてもよいし、別途設けたスイッチによって停止するようにしてもよい。この倒立制御を停止するためのスイッチは、台車本体に設けてもよいし、台車本体から離れた位置に設けてもよい（例えば、無線等により信号を出力するリモコンスイッチ等）。
【０００９】
また、前記支え部材はキャスター輪を有することが好ましい。
この構成では、倒立制御が停止しているときに移動台車を倒立状態で自立させることができるのみならず、その姿勢のまま適宜の方向に移動させることができる。したがって、扱い易くメンテナンス性が向上する。
また、非常停止などで急激に台車を停止状態にして支え部材を接地させると、台車は慣性力でしばらく移動を続ける場合がある。キャスター輪を接地すれば、このような移動を妨げることなくなめらかに停止状態とすることができ、この点からも転倒防止効果がより大きくなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明を具現化した一実施形態を図面に基づいて説明する。まず、移動台車の機械的構成について図１〜図４を参照して説明する。ここで、図１は倒立振子型の同軸二輪移動台車の正面図、図２は同移動台車の一部破断側面図である。両図において移動台車は補助輪（キャスター輪）を上げた状態が示されている。図３は補助輪を下げて接地状態にしたときの移動台車の正面図、図４は同移動台車の側面図である。
【００１１】
図１〜図４において、１は台車本体であり、鋼材等で枠組み形成されたシャーシ１ａの中段に中段収納部１ｂが設けられ、上段に上段収納部１ｃが設けられている。シャーシ１ａの下側、すなわち台車本体１の最下部には、後述する安全装置２０を取り付けるための取付部１ｅが形成されている。上記シャーシ１ａは左右両側に軸受部２ａ，２ｂを有しており、この軸受部２ａ，２ｂによって左右の主車輪３，４が回転自在に支持されている。図中の３ａと４ａは主車輪３，４の車軸を示している。なお、両主車輪３，４は回転軸線を共有する位置に左右対称に配設されている。シャーシ１ａには両車輪３，４を個別に駆動するための電動モータ５，６と、モータの回転を減速する減速器５ａ，６ａとが備えられている。本例の減速装置を主車輪３について説明すると、車軸３ａ側に設けられたプーリ３ｂと減速器５ａの出力軸端に取り付けられたプーリ５ｂとがベルト７によって接続されてなる構成である（図２参照）。主車輪４についても同様に、プーリ４ｂとプーリ６ｂとがベルト（図示省略）によって接続されてなる構成である。なお、減速装置には歯車装置等を利用することもできる。
【００１２】
台車本体１には主車輪３，４を回転制御するための制御装置が備えられている。制御装置は、各モータを個別に駆動するための２台のモータドライバ１１，１１と、これらモータドライバ１１，１１を制御する制御コンピュータ１２と、電源装置としてのバッテリ１３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４と、スイッチボックス１５と、ジャイロセンサ１９（図１〜４において図示を省略；ただし、図７において図示）とから構成される。各機器の取付け位置は図に概略を示したように、台車本体１の中段収納部１ｂの下側にモータドライバ１１が取り付けられ、中段収納部１ｂにバッテリ１３が収納され、上段収納部１ｃに制御コンピュータ１２、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４、スイッチボックス１５が搭載されている。
ジャイロセンサ１９は、１軸ジャイロセンサであって、車軸３ａ，４ａと直交する方向（すなわち、台車本体１の傾動方向）に配置されている。したがって、ジャイロセンサ１９によって台車本体１の傾斜角速度が検出される。
制御コンピュータ１２は、ジャイロセンサ１９の出力、モータ５，６のエンコーダ出力に基づいてモータ５，６のトルク指令値を算出する。制御コンピュータ１２で算出されたトルク指令値はモータドライバ１１に出力され、出力されたトルク指令値に基づいてモータドライバ１１はモータ５，６を制御する。
また、台車本体１の上部１ｄには、たとえばロボットのボディー（図示省略）が載置される。
【００１３】
前記取付部１ｅに取り付けられる安全装置２０は、倒立制御停時における台車本体１の転倒を防止するためのものであって、補助輪を駆動機構によって昇降させる方式が採用されている。以下、安全装置２０について図５及び図６を参照して詳細に説明する。図５と図６は安全装置２０を説明するための拡大図である。図５は移動台車の運転時（通常走行時）を示し、図６は移動台車の停止時（制御装置停止時）において安全装置２０を作動させた状態を示している。
図５，６に示すように、台車本体１の取付部１ｅには、車軸３ａ，４ａと平行に延びる支軸１ｆが取り付けられており、この支軸１ｆに台車前後方向に延びる補助脚２１，２２が回動自在に支持されている。各補助脚２１，２２は、基端側の第一肢２１ａ，２２ａと、第一肢２１ａ，２２ａの先端側にテーパ部材２１ｃ，２２ｃを介在させてボルト止めされた第二肢２１ｂ，２２ｂとから構成される。第二肢２１ｂ，２２ｂの先端には、補助輪としてのキャスター輪２１ｄ，２２ｄが取付けられている。なお、テーパ部材２１ｃ，２２ｃは、第一肢と第二肢間の取付角度を調整するものであって、テーパ部材２１ｃ，２２ｃを調整することでキャスター輪２１ｄ，２２ｄの設定高さ位置が調節可能となっている。
なお、第二肢２１ｂ，２２ｂはそれぞれ、その先端が略Ｔ字状に側方に延びており、その先端部に左右対をなすようにキャスター輪が取り付けられている（図１，図３参照）。すなわち、この移動台車は、主車輪３と４の接地点を結ぶ線分の中点を中心にして前後左右の合計４箇所で接地可能なようにキャスター輪が配備されている。上記の補助脚２１，２２とキャスター輪２１ｄ，２２ｄが請求項でいう支え部材に相当する。
【００１４】
第一肢２１ａ，２２ａの基端部寄りの位置にはリンク２３ａ，２４ａの一端が回動自在にピン結合されており、リンク２３ａ，２４ａの他端はアクチュエータ２５のロッド先端部２５ａに連結されている。アクチュエータ２５はシャーシ１ａに固定されている。したがって、アクチュエータ２５がロッドを引き込むように作動すると補助脚２１，２２が回動して、図５に示したように、キャスター輪２１ｄ，２２ｄが持ち上げられる。他方、アクチュエータ２５がロッドを下方に伸ばすように作動すると、図６に示したように、補助脚２１，２２が回動してほぼ一直線に開く状態となり、キャスター輪２１ｄ，２２ｄが路面と接触可能な位置まで下げられる。
【００１５】
次に、上述したように構成される移動台車の制御系について説明する。図７は、移動台車の制御系の構成を示す機能ブロック図である。
図７に示すように、移動台車の制御は制御コンピュータ１２を中心に行われる。制御コンピュータ１２は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等により構成され、ＲＯＭに格納された制御プログラムを実行することで、台車並進方向に関する制御指令値を算出する台車並進方向制御指令値算出手段２６（以下、単に第１制御指令値算出手段という）と、台車回転方向に関する制御指令値を算出する台車回転方向制御指令値算出手段２８（以下、単に第２制御指令値算出手段という）と、両制御指令値算出手段２６，２８に目標値を入力する目標値入力手段２７と、両制御指令値算出手段２６，２８で算出された制御指令値を加算する制御指令値加算手段２９と、アクチュエータ２５の状態（ロッドが伸長した状態と収縮した状態）を切替えるアクチュエータ切替え手段７０として機能する。制御コンピュータ１２によって構成される各手段２６，２７，２８，２９，７０については後で詳述する。なお、制御コンピュータ１２によって行われる処理は、台車本体１に設けた非常停止ボタン７２（図１〜４では図示省略）やリモコンスイッチ７４を操作することで、緊急停止することが可能なようになっている。
制御コンピュータ１２には、ジャイロセンサ１９が接続され、ジャイロセンサ１９の出力（台車本体１０の傾斜角速度）が入力するようになっている。また、制御コンピュータ１２は、モータドライバ１１，１１と接続されている。モータドライバ１１，１１は、モータ５，６とそれぞれ接続され、制御コンピュータ１２からのトルク指令値に応じてモータ５，６を駆動する。各モータ５，６のエンコーダ５ｃ，６ｃは、制御コンピュータ１２に接続され、エンコーダ５ｃ，６ｃからの出力（各モータ５，６の回転角度）が制御コンピュータ１２に入力するようになっている。
また、制御コンピュータ１２には、切替えスイッチ７３を介してアクチュエータ２５が接続されている。切替えスイッチ７３は、アクチュエータ２５の状態（ロッドが伸長した状態と収縮した状態）を切替えるスイッチである。具体的には、制御コンピュータ１２からの作動信号がＯＮされていると切替えスイッチ７３はＯＮし、これによってアクチュエータ２５のロッドは収縮した状態（すなわち、キャスター輪２１ｄ，２２ｄが持ち上げられた状態）となる（図５参照）。逆に、制御コンピュータ１２からの作動信号がＯＦＦされていると切替えスイッチ７３はＯＦＦし、これによってアクチュエータ２５のロッドは伸長した状態（すなわち、キャスター輪２１ｄ，２２ｄが路面と接触する状態）となる（図６参照）。制御コンピュータ１２からの作動信号のＯＮ−ＯＦＦは、アクチュエータ切替え手段７０によって行われる。
また、切替えスイッチ７３は、非常停止ボタン７２やリモコンスイッチ７４の操作によってもＯＦＦされる。これらのスイッチ類７２，７４が操作されると、制御コンピュータ１２から出力される作動信号がＯＮとなっていても切替えスイッチ７３はＯＦＦされる。したがって、非常停止ボタン７２やリモコンスイッチ７４が操作されると、即座にアクチュエータ２５のロッドが伸長し、キャスター輪２１ｄ，２２ｄが路面と接触する状態となる。なお、電源がＯＦＦされたときも、制御コンピュータ１２からの作動信号がＯＦＦとなるため、切替えスイッチ７４がＯＦＦする。このため、アクチュエータ２５のロッドが伸長し、キャスター輪２１ｄ，２２ｄが路面と接触する状態となる。
また、非常停止ボタン７２やリモコンスイッチ７４が操作され切替えスイッチ７３がＯＦＦされたときは、目標値入力手段２７に切替えスイッチ７３のＯＦＦ状態が入力され、目標値入力手段２７は目標値をそれ以上入力しないようにし、台車への並進および回転方向制御指令値をそれ以上出力しないようにする。
【００１６】
次に、第１制御指令値算出手段２６について説明する。第１制御指令値算出手段２６は、台車並進方向に関する台車の運動を制御するためのトルク指令値を算出する。詳しくは、ジャイロセンサ１９の出力と、目標値入力手段２７によって入力される台車並進方向に関する目標値とエンコーダ５ｃ，６ｃの出力から決まる現在値との偏差を入力として、その偏差を小さくすると共に車体が倒立を維持するようにモータ５，６のトルク指令値を算出する。
なお、本実施形態では、Ｈ∞制御理論を用いて第１制御指令値算出手段２６を設計している。Ｈ∞制御理論を用いることで、第１制御指令値算出手段２６は外乱に対して安定倒立可能なようにロバスト性を有することとなる。ただし、Ｈ∞制御理論以外の制御理論（例えば、Ｈ２制御理論、μ−設計法等）を用いて第１制御指令値算出手段２６を設計することもできる。なお、Ｈ∞制御理論以外の制御理論を用いて設計する場合にも、第１制御指令値算出手段２６は外乱に対して安定倒立可能なようにロバスト性を有することが好ましい。
【００１７】
第１制御指令値算出手段２６の設計手順の一例を説明する。まず、移動台車を真横から見て、１輪の倒立振子としてモデル化する（図８参照）。図８中、ｍ１は車体の質量、Ｊ１は車体の重心周りのイナーシャ、ｍ２は車輪の質量、Ｊ２は車輪の軸周りのイナーシャとし、また、車軸から車体重心までの距離をｌとする。これら各パラメータｍ１，ｊ１，ｍ２，ｊ２，ｌは、計算または実測により求めることができる。また、鉛直方向からの車体の傾きをηとし、車輪の回転角度をθ１とする。
そして、図８に示す１輪の倒立振子に対し運動方程式を作成する。すなわち、この制御モデルに対してトルク指令値ｕが入力されるとして運動方程式を作成すると、その運動方程式は下記に示す式で表される。
【００１８】
【数１】
2004291799.tif 000003
【００１９】
次いで、上述した運動方程式中のηが小さいとして線形化し、行列表示を行うと次の式が導かれる。
【００２０】
【数２】
2004291799.tif 000004
【００２１】
したがって、上記の式から次の状態方程式が導出される。
【００２２】
【数３】
2004291799.tif 000005
【００２３】
ここで、上記制御系で観測される観測量ｙｇは、鉛直方向からの車体の傾きηの１階微分ｄη／ｄｔと、車体に対する車輪の回転角度（θ１−η）と、この回転角度（θ１−η）の１階微分ｄ（θ１−η）／ｄｔとする。すなわち、観測量ｙｇは、次に示す式で表される。
【００２４】
【数４】
2004291799.tif 000006
【００２５】
上述した手順でモデル化された制御系の全体構成を図１０に示す。図１０に示すように、制御対象である倒立振子モデル４１からは、観測量としてｄη／ｄｔと、（θ１−η）と、ｄ（θ１−η）／ｄｔとが観測される。観測された観測量には観測ノイズ４２が加えられる。具体的には、観測量ｄη／ｄｔには観測ノイズｎ２が、観測量（θ１−η）には観測ノイズｎ１が、観測量ｄ（θ１−η）／ｄｔには観測ノイズｎ３が加えられる。
観測ノイズ４２が加えられた観測量と目標値４３との偏差は、ロバストコントローラ４４（すなわち、第１制御指令値算出手段２６）に入力する。ここで、観測量ｄη／ｄｔには目標値「０」が、観測量（θ１−η）には目標値「（θ１−η）＊」が、観測量ｄ（θ１−η）／ｄｔには目標値「ｄ（θ１−η）＊／ｄｔ」が与えられる。ｄη／ｄｔ（すなわち、ジャイロセンサ１９の出力）に目標値「０」が与えられるため（すなわち、車体の鉛直方向からの傾き角速度は０）、車体は倒立姿勢を保つこととなる。
ロバストコントローラ４４からはトルク指令値ｕが出力される。そして、出力されたトルク指令値ｕと外乱ｗが倒立振子モデル４１に入力されることとなる。
【００２６】
ここで、かかる制御系を評価するための評価値としては、例えば、ロバストコントローラ３６からの出力ｕや車輪の回転角θ１を用いることができる。出力ｕを評価するための重み関数Ｗ４６と回転角θ１を評価する評価関数Ｑ４５は、例えば、シミュレーション等によりある程度の絞り込みを行い、実験によって最終的に決定することができる。本実施形態では、下記に示す関数を用いている。
【００２７】
【数５】
2004291799.tif 000007
【００２８】
なお、ロバストコントローラ４４の具体的な設計には、公知となっている種々の制御系設計ツールを用いることができる。
【００２９】
次に、第２制御指令値算出手段２８について説明する。第２制御指令値算出手段２８は、台車回転方向に関する台車の運動を制御するためのトルク指令値を算出する。
ここで、台車回転方向に関しては、移動台車を真上から見て、２輪車としてモデル化している（図９参照）。図９中、φは移動台車の台車回転角を表し、ｄは両車輪３，４間の距離を表し、ｒは車輪の半径を表している。なお、図９に示す幾何学的関係から、左右の車輪速度（右車輪の速度ｄθＬ／ｄｔ，左車輪の速度ｄθＲ／ｄｔ）を直交座標系での移動台車の位置の速度（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ）と台車回転方向の角速度（ｄφ／ｄｔ）に変換するためのヤコビ行列は下記に示すようになる。
【００３０】
【数６】
2004291799.tif 000008
【００３１】
図１１に第２制御指令値算出手段２８による制御系の全体構成を示している。図１１から明らかなように、第２制御指令値算出手段２８は、現在位置（ｘ，ｙ，φ）と目標位置（ｘ，ｙ，φ）＊の偏差に所定のゲイン５０を乗じたものと、現在速度〔（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ，ｄφ／ｄｔ）〕と目標速度〔（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ，ｄφ／ｄｔ）＊〕の偏差に所定のゲイン５２を乗じたものを加算し、その加算した値からモータ５，６を制御するためのトルク指令値ＴＲ＊，ＴＬ＊を算出している（いわゆる、ＰＤ制御を行っている）。
なお、移動台車は、平面上の位置として２自由度、台車回転方向に１自由度の計３自由度を持つが、アクチュエータとしてはモータ１４，１５の計２個しか有さない。このため、上記した位置の偏差にゲイン５０を乗じた値と上記した速度の偏差にゲイン５２を乗じた値とを加算た値と転置ヤコビ行列ＪＴ５４を用いて、直接トルク指令値ＴＲ＊，ＴＬ＊を算出している。
また、右車輪４の回転角速度ｄθＲ／ｄｔ（すなわち、右車輪速度）と左車輪３の回転角速度ｄθＲ／ｄｔ（すなわち、左車輪速度）にヤコビ行列５６（数６に示す行列）をかけることで、現在速度〔（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ，ｄφ／ｄｔ）〕を算出している。
なお、図１１に示す制御系によっても移動台車の平面内での位置（ｘ，ｙ）とその速度（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ）について制御することが可能である。しかしながら、これらについては第１制御指令値算出手段２６によって制御するため、ゲイン５０，５２においては、位置成分（ｘ，ｙ）とその速度成分（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ）に乗じるゲイン（係数）を「０」としている。したがって、移動台車の台車回転角φの偏差と台車回転角速度ｄφ／ｄｔの偏差のみが、第２制御指令値算出手段２８で用いられる。
【００３２】
以上説明したように、台車並進方向の制御（車軸と直行方向）には倒立振子制御と位置制御が同時に行われ、台車回転方向（車軸旋回方向）には位置制御（台車回転角φ）のみが行われ、これらの制御は互いに干渉しないものとなっている。そして、モータ５，６への最終的な制御指令値は、第１制御指令値算出手段２６で算出された制御指令値と第２制御指令値算出手段２８で算出された制御指令値を足し合わせたものとなる。すなわち、制御指令値加算手段２９は、第１制御指令値算出手段２６で算出された制御指令値と第２制御指令値算出手段２８で算出された制御指令値とを加算し、加算した値をモータドライバ１１，１１にそれぞれ出力する。
上述した第１制御指令値算出手段２６と、第２制御指令値算出手段２８と、制御指令値加算手段２９とによって構成される制御系の全体構成を図１２に示している。図１２から明らかなように、本実施形態の制御系は、台車回転方向の制御ループ内に台車並進方向の制御が組み込まれたものとなっている。
【００３３】
次に、目標値入力手段２７について説明する。図１３には目標値入力手段２７の構成を示すブロック図が示されている。図１３に示すように目標値入力手段２７は、目標軌道データ記憶手段６０と、並進方向目標値算出手段６２と、回転方向目標値算出手段６４で構成される。
【００３４】
目標軌道データ記憶手段６０は、移動台車の軌道と、軌道上の各位置における移動台車の速度と加速度、並びに、移動台車の台車回転方向の角速度と角加速度を規定する目標軌道データを記憶する。本実施形態では、移動台車の軌道を等加速度運動〔ただし、加速度０の場合（等速運動の場合）も等加速度運動とみなしている〕を行っている区間に分割し、分割された各区間の（区間時間ｔ，区間加速度ａ，区間初速度ｂ，区間角加速度ａ’，区間角初速度ｂ’）が目標軌道データとされる。すなわち、移動台車の並進方向の速度をｖ、移動台車の台車回転方向の角速度をｄφ／ｄｔ、区間開始からの経過時間をｔとすると、これらの関係は次に示す式で表される。
【００３５】
【数７】
2004291799.tif 000009
【００３６】
図１４には、移動台車の軌道の一例と、そのときの目標軌道データを示している。図１４に示される軌道では、Ａ点からＢ点までは台車並進方向に加速度ａ１で等加速度運動を行い、台車回転方向の速度及び加速度は「０」である。Ｂ点からＣ点までは台車並進方向に等速度運動を行い、台車回転方向に角加速度ａ１’で等角加速度運動を行う。Ｃ点からＤ点までは台車並進方向に等速度運動を行い、台車回転方向にも等角速度運動を行う。
したがって、上述の場合の目標軌道データは、Ａ点からＢ点までの運動を規定するデータと、Ｂ点からＣ点までの運動を規定するデータと、Ｃ点からＤ点までの運動を規定するデータにより構成される。すなわち、Ａ点からＢ点までの運動を規定する目標軌道データは（ｔ１，ａ１，０，０，０）となり、Ｂ点からＣ点までの運動を規定する目標軌道データは（ｔ２，０，ａ１ｔ１，ａ１’，０）となり、Ｃ点からＤ点までの運動を規定する目標軌道データ（ｔ３，０，ａ１ｔ１，０，ａ１’ｔ２）となる。
【００３７】
並進方向目標値算出手段６２は、目標軌道データ記憶手段６０に記憶されている目標軌道データからＸ−Ｙ平面内における移動台車の目標位置（ｘ、ｙ）＊と目標速度（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ）＊を算出する。例えば、図１４に示すＡ点を原点（０，０）として運動を開始した場合において運動開始から時間ｔ（ただし、０＜ｔ＜ｔ１）を経過したときは、目標位置（ｘ、ｙ）＊＝（ａ１ｔ２／２，０）＊となり、目標速度（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ）＊＝（ａ１ｔ，０）＊となる。
回転方向目標値算出手段６４は、目標軌道データ記憶手段６０に記憶されている目標軌道データから移動台車の目標回転角（φ）＊と目標速度（ｄφ／ｄｔ）＊を算出する。ここで、目標回転角（φ）＊は移動台車の総回転角量を意味する。したがって、移動台車が同一姿勢（すなわち、台車進行方向からの傾きは同一）となっている場合でも、回転角量（旋回数）が異なる場合は目標回転角（φ）＊も異なることとなる。
並進方向目標値算出手段６２と回転方向目標値算出手段６４によって算出された目標位置（ｘ，ｙ，φ）＊と目標速度（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ，ｄφ／ｄｔ）＊は、第１制御指令値算出手段２６と第２制御指令値算出手段２８の目標値として用いられる。すなわち、図１２に示すように、第１制御指令値算出手段２６（図１２に示すロバストコントローラ４１）には、上記の目標位置と目標速度が台車中心位置（θ１−η）と台車中心速度ｄ（θ１−η）／ｄｔに変換されて用いられる。また、第２制御指令値算出手段２８には、上記の目標位置（ｘ，ｙ，φ）＊が用いられる（ただし、ゲイン５０のうちｘ、ｙに関する係数は０であるため、実際にはφ＊のみが用いられる）。
【００３８】
次に、上述のように構成される移動台車を初期位置から最終目標位置に移動させる際に、制御コンピュータ１２によって行われる処理について図１５を参照して説明する。図１５は制御コンピュータ１２の処理手順を示すフローチャートである。なお、移動台車を初期位置から最終目標位置に移動させるための軌道は、上述した目標軌道データによって与えられる。
制御プログラムが起動されると、制御コンピュータ１２は、まず、切替えスイッチ７３に向って出力している作動信号をＯＦＦからＯＮにする（Ｓ１０）。これによって切替えスイッチ７３がＯＮとなり、アクチュエータ２５のロッドが収縮するように作動する。このため、路面に接地していたキャスター輪２１ｄ，２２ｄが持ち上げられ、路面から離れた位置に上昇する（図１，図２参照）。この状態では主車輪３，４のみが接地しており、この主車輪３，４を制御装置によって回転制御することによって台車本体１が倒立姿勢を保つことができ、また、小回りを利かした走行をすることができる。また、キャスター輪２１ｄ，２２ｄが持ち上げられているため、移動台車は路面に段差等があっても容易に走破することができる。なお、図５のテーパ部材２２ｃを予め抜き差しすることによって、キャスター輪２１ｄ，２２ｄの高さ位置を使用環境（路面の凹凸状況）に適したものに設定しておくことが好ましい。
【００３９】
次いで、制御コンピュータ１２は移動台車が最終目標位置に到達したか否かを判断する（Ｓ１２）。具体的には、目標軌道データ記憶手段６０に記憶されている目標軌道データの最後のデータまで処理したか否かで判断する。
移動台車が最終目標位置に到達している場合〔ステップＳ１２でＹＥＳ〕は、ステップＳ２８に進んで、制御コンピュータ１２は切替えスイッチ７３に向って出力している作動信号をＯＮからＯＦＦにし（Ｓ２８）、その処理を終了する。これによって、切替えスイッチ７３がＯＦＦとなり、アクチュエータ２５のロッドが伸長するように作動する。このため、路面から離れた位置に配置されていたキャスター輪２１ｄ，２２ｄが路面まで降下する（図３，図４参照）。この状態では、キャスター輪２１ｄ，２２ｄは主車輪３，４の接地点の前後の位置で路面に接地し、台車本体１が大きく傾くことなく倒立姿勢のまま静止される。
なお、補助脚２１，２２を直接路面に接地しても転倒防止にはなるが、本実施形態ではキャスター輪を備えることで、その後の移動が容易となるため点検作業等に便利である。
【００４０】
逆に、移動台車が最終目標位置に到達していない場合〔ステップＳ１２でＮＯ〕は、ステップＳ１４に進んで、モータ５，６のエンコーダ５ｃ，６ｃの値（すなわち、車輪３，４の回転角度θＲ，θＬ）を読込む（Ｓ１４）。
次に、ステップＳ１４で読込んだエンコーダ５ｃ，６ｃの値から車輪速度（ｄθＲ／ｄｔ，ｄθＬ／ｄｔ）と、現在速度・現在方向速度（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ，ｄφ／ｄｔ）を算出する（Ｓ１６）。すなわち、エンコーダ５ｃ，６ｃの値の時間的変化量から車輪３，４の車輪速度（ｄθＲ／ｄｔ，ｄθＬ／ｄｔ）を算出し、これら算出された車輪速度（ｄθＲ／ｄｔ，ｄθＬ／ｄｔ）とヤコビ行列５６から現在速度・現在方向速度（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ，ｄφ／ｄｔ）を算出する（図１２参照）。
ステップＳ１８では、ジャイロセンサ１９の出力値ｄη／ｄｔを読込む。
ステップＳ２０では、制御コンピュータ１２が起動されてからの時間ｔ（すなわち、移動台車の軌道制御開始時からの経過時間）と、目標軌道データ記憶手段６０に記憶されている目標軌道データとから、目標位置（ｘ，ｙ，φ）＊と目標速度（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ，ｄφ／ｄｔ）＊を算出する。
ステップＳ１４からステップＳ２０までの処理により移動台車の現在値と目標値が算出されるため、次に、台車並進方向に関するモータ５，６のトルク指令値ＴＲ１，ＴＬ１をそれぞれ算出し（Ｓ２２）、台車回転方向に関するモータ５，６のトルク指令値ＴＲ２，ＴＬ２をそれぞれ算出する（Ｓ２４）。すなわち、第１制御指令値算出手段２６によってトルク指令値ＴＲ１，ＴＬ１を算出し、第２制御指令値算出手段２８によってトルク指令値ＴＲ２，ＴＬ２を算出する。
ステップＳ２６では、ステップＳ２２で算出されたトルク指令値ＴＲ１，ＴＬ１と、ステップＳ２４で算出されたトルク指令値ＴＲ２，ＴＬ２を加算し、これらの値を対応するモータドライバ１１，１１に出力する。これによって、各車輪３，４が駆動されることとなる。ステップＳ２６が終わるとステップ１２に戻り、次の制御タイミングにおける処理が開始される。
なお、ステップＳ１２〜ステップＳ２６までの処理は、所定の時間間隔（例えば、０．５ｍｓ）で行われ、これによって移動台車は倒立を維持しながら目標軌道データで規定された軌道を所定の速度・加速度・角速度・角加速度で運動する。
【００４１】
なお、上述したステップＳ１２〜ステップＳ２６までの処理が行われているときに非常停止ボタン７２又はリモコンスイッチ７４が操作されると、既に述べたように、制御コンピュータ１２の処理が緊急停止され、かつ、切替えスイッチ７３がＯＦＦされる。この際、制御コンピュータ１２の処理が停止して倒立制御も停止されることとなるが、切替えスイッチ７３がＯＦＦされることでキャスター輪２１ｄ，２２ｄが路面に接地する位置に配置される。このため、台車本体１が転倒することなく倒立姿勢を維持することができる。
【００４２】
上述した説明から明らかなように、本実施形態の移動台車では、制御コンピュータ１２に制御されて移動台車が通常に走行しているときは、キャスター輪２１ｄ，２２ｄが路面から持ち上げられて路面と接触しない。このため、路面が傾斜していたり段差があっても走破することができる。
一方、制御コンピュータ１２の処理が終了し倒立制御を停止するときは、自動的にキャスター輪２１ｄ，２２ｄが路面に接地する位置に配置され、台車本体１の倒立を維持する。したがって、従来必要とされた作業者による転倒防止作業を不要にすることができる。
さらに、非常停止ボタン７２やリモコンスイッチ７４を操作して制御コンピュータ１２の処理を緊急停止させた場合でも、キャスター輪２１ｄ，２２ｄが路面に接地する位置に自動的に配置され、台車本体１の倒立を維持する。したがって、台車本体１の転倒を未然に防止することができ、移動台車の破損を防止することができる。
【００４３】
なお、本発明は上述した実施の形態になんら限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。
例えば、移動台車の転倒を防止する安全装置の駆動機構は種々の形態をとることができる。安全装置の駆動機構の他の例について図１６及び図１７を参照して説明する。この例は前述のリンク機構に代えてプッシャーを採用したものである。左右対称構成であるから図示を含めて片方のみ説明する。図１６はキャスター輪を下ろした状態の駆動機構を説明する図であり、（イ）は一部破断正面図、（ロ）は一部破断側面図である。図１７はキャスター輪を持ち上げた状態の駆動機構を説明する図であり、（イ）一部破断正面図、（ロ）は一部破断側面図である。
図に示すように、台車本体１の取付部１ｅに設けられた支軸１ｆには、補助脚３１，３２が回動自在に支持されている。補助脚３１の先端にはキャスター輪３１ｄが取り付けられている。
シャーシ１ａには、プッシャー３５とピン引込装置３６が取り付けられている。図中の３７は、プッシャー３５をシャーシ１ａに取付けるためのフランジである。プッシャー３５は内蔵ばね３５ａを備え、内蔵ばね３５ａによってロッド３５ｂが突出方向に付勢されている。ロッド３５ｂの先端にはローラ３５ｃが取付けられている。ローラ３５ｃが補助脚３１の中程に当接した状態でロッド３５ｂが突出することで、補助脚３１が略水平方向に開かれる。このため、図１６に示すように、キャスター輪３１ｄが路面に接地可能な所定位置に配置切り替えされる。
ピン引込装置３６は、例えば、略水平方向に進退可能な可動部を有するリニアアクチュエータであり、その可動部からアーム３６ａが延びている。アーム３６ａの先端には係止部材としての支持ピン３６ｃが形成されている。一方、補助脚３１には支持ピン３６ｃを挿通可能な係止穴３１ａが略水平方向に穿設されている。なお、図１６の位置では支持ピン３６ｃと係止穴３１ａは係合していない。
上記構成の安全装置を有する移動台車を運転するときには、予め、内蔵ばね３５ａのばね力に抗して補助脚３１を手で持ち上げて、キャスター輪３１ｄを路面から離して上方に退避させる。その状態で、図１７に示すように、アーム３６ａの先端の支持ピン３６ｃを係止穴３１ａに差し込んで、補助脚３１を所定の高さ位置に保持せしめる。
その後、移動台車を停止するときには、キャスター輪３１ｄが持ち上げられた図１７の状態からピン引込装置３６を作動させて支持ピン３６ｃを係止穴３１ａから抜き取る方向に移動させる。これによって、補助脚３１はプッシャー３５のばね力によって図７に示す位置まで回動し、キャスター輪３１ｄが路面に接地する。このため、台車本体１は倒立姿勢を維持することができる。
このような機構を用いると、ピン引込装置３６をＯＮ−ＯＦＦ的に動作するだけなので、簡易で安価に駆動機構を構成することができる。
なお、上記のプッシャーはスプリング単体であっても構わない。さらには、キャスター輪を路面に接地する位置と路面から離れた位置とでそれぞれ保持できる保持手段を設けてもよい。
【００４４】
さらに、他の駆動機構の例を図１８，１９を参照して説明する。図１８はキャスター輪を下ろした状態を示す移動台車の側面図であり、図１９は図１８の移動台車の平面図である。
この例は、前述のリンク機構やプッシャーに代えてエアーシリンダを採用している。図１８、１９に示すように、台車本体１の底面には４つのエアーシリンダ３７，３８，３９，４０が取付けられている。４つのエアシリンダー３７，３８，３９，４０は全て同一構成であるので、ここではエアーシリンダ３７の構成についてのみ説明する。図１８に示すように、エアーシリンダ３７はロッド３７ａを有し、ロッド３７ａはシリンダ本体に対して進退動可能となっている。ロッド３７ａの先端にはキャスター輪３７ｂが取付けられている。ロッド３７ａが伸長した状態ではキャスター輪３７ｂが路面と接地する位置に配置され、ロッド３７ａが収縮した状態ではキャスター輪３７ｂが路面から離れた位置に配置されるようになっている。
これら４つのエアーシリンダ３７，３８，３９，４０は、図１９に良く示されるように、主車輪３，４の前方と後方にそれぞれ２つずつ左右に間隔を空けて配設されている。すなわち、主車輪３と４の接地点を結ぶ線分の中点を中心として前後左右の合計４箇所にエアーシリンダ３７，３８，３９，４０が配備されている。
上記構成の安全装置を有する移動台車を運転するときには、予め、エアーシリンダ３７，３８，３９，４０を駆動して各ロッドを収縮させ、キャスター輪を路面から離して上方に退避させる。逆に、移動台車を停止するときには、エアーシリンダ３７，３８，３９，４０を駆動して各ロッドを伸長させ、キャスター輪を路面に接地させる。これによって、台車本体１は倒立姿勢を維持することができる。
このようにエアーシリンダ等によってキャスター輪を直接上下動させる機構を採用すると、緊急停止時においても速やかにキャスター輪を路面に接地させることができる。また、エアーシリンダのロッドを上下動させるだけで良いため、その設置スペースを少なくすることができる。さらに、台車本体の車重を支えるロッドには、圧縮方向の力のみが作用するため、ロッド径を小さくすることができる。
【００４５】
なお、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る移動台車の正面図。
【図２】同、移動台車の側面図。
【図３】同、移動台車の停止状態を説明する正面図。
【図４】同、移動台車の停止状態を説明する側面図。
【図５】同、安全装置を説明する拡大図。
【図６】同、安全装置を説明する拡大図。
【図７】本実施形態の移動台車の制御系の構成を示す機能ブロック図。
【図８】移動台車を並進方向に関してモデル化した図。
【図９】移動台車を台車の回転方向に関してモデル化した図。
【図１０】本実施形態の移動台車の並進方向に関する制御系の構成を示す図。
【図１１】本実施形態の移動台車の台車回転方向に関する制御系の構成を示す図。
【図１２】本実施形態の移動台車の並進方向の制御系と台車回転方向の制御系とを組合せたときの制御系の構成を示す図。
【図１３】目標値入力手段の構成を示すブロック図。
【図１４】移動台車の目標軌道の一例と、その目標軌道を達成するための目標軌道データの一例を併せて示す図。
【図１５】本実施形態の制御コンピュータにより行われる処理手順を示すフローチャート。
【図１６】安全装置の駆動機構の他の例を説明する図。
【図１７】安全装置の駆動機構の他の例を説明する図。
【図１８】安全装置の駆動機構のさらに他の例を説明する図。
【図１９】安全装置の駆動機構のさらに他の例を説明する図。
【符号の説明】
１：台車本体
３，４：主車輪
５，６：モータ
２０：安全装置
２１，２２：補助脚（支え部材）
２１ｄ，２２ｄ：キャスター輪（支え部材）
２５：アクチュエータ
２３ａ，２４ａ：リンク
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2004291799.tif 000024
【図１６】
2004291799.tif 000025
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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