(57)【要約】【課題】走行速度によらず、ステップ台の位置制御が容易にできるようにする。【解決手段】搬送装置１０は、ステップ台１１と、ステップ台１１に設けられた第１のモータ１４及び第２のモータ１５と、第１のモータ１４の回転軸が車輪の回転中心である車軸１６に結合された第１の車輪１２及び第２のモータ１５の回転軸がギヤーボックス５０を介して車輪の回転中心である車軸１７に結合された第２の車輪１３と、図示しない走行制御部とバッテリーとからなる。ここで、ギヤーボックス５０は、第２のモータ１５の回転方向を逆方向にして第２の車軸１７に出力するものである。【選択図】        図１
2004262374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の車輪と第２の車輪とが同軸に配置される搬送装置であって、
前記第１の車輪を回転駆動する第１の回転駆動手段と、
前記第２の車輪を回転駆動する第２の回転駆動手段と、
前記第１の回転駆動手段及び前記第２の回転駆動手段を固着する搬送装置筐体とを備えて成り、
前記第１の車輪を前記第１の回転駆動手段により回転駆動することにより生じる第１のトルク反作用と前記第２の車輪を前記第２の回転駆動手段により前記第１の車輪の回転方向と同一の方向に回転駆動するときに生じる第２のトルク反作用とが前記搬送装置筐体において互いに減ずる方向に働く
ことを特徴とする搬送装置。
【請求項２】
請求項１記載の搬送装置において、
前記第１の回転駆動手段が発生する前記第１のトルク反作用と前記第２の回転駆動手段が発生する前記第２のトルク反作用との割合を調整することにより搬送装置筐体の走行方向に対する傾きを調整する
ことを特徴とする搬送装置。
【請求項３】
請求項１記載の搬送装置において、
前記搬送装置筐体の走行方向における重力方向との傾き角度を検出する角度検出手段をさらに備え、
前記第１の回転駆動手段が発生する前記第１のトルク反作用と前記第２の回転駆動手段が発生する前記第２のトルク反作用との割合を前記角度検出手段からの前記傾き角度に応じて調整する
ことを特徴とする搬送装置。
【請求項４】
請求項１記載の搬送装置において、
前記第１の車輪及び前記第２の車輪が回転する軸となる回転軸より重力方向に下方に搬送物を搬送する状態で重心位置が存在する
ことを特徴とする搬送装置。
【請求項５】
第１の車輪と第２の車輪とが同軸に配置される搬送装置であって、
前記第１の車輪を回転駆動する第１の回転駆動手段と、
前記第１の車輪若しくは前記第２の車輪を回転駆動する第２の回転駆動手段と、
前記第２の車輪を回転駆動する第３の回転駆動手段と、
前記第１の回転駆動手段と前記第２の回転駆動手段と前記第３の回転駆動手段とを固着する搬送装置筐体とを備えて成り、
前記第１の車輪を前記第１の回転駆動手段により回転駆動すると同時に前記第２の車輪を前記第３の回転駆動手段により回転駆動するときに生じる第１のトルク反作用と前記第１若しくは前記第２の車輪を前記第２の回転駆動手段により回転駆動することにより生じる第２のトルク反作用とが前記搬送装置筐体において互いに減ずる方向に働く
ことを特徴とする搬送装置。
【請求項６】
請求項５記載の搬送装置において、
前記第１の車輪を前記第１の回転駆動手段により回転駆動することにより生じるトルク反作用と前記第２の車輪を前記第３の回転駆動手段により前記第１の車輪の回転方向と同一の方向に回転駆動するときに生じるトルク反作用とが前記搬送装置筐体において互いに増ずる方向に働く
ことを特徴とする搬送装置。
【請求項７】
請求項５記載の搬送装置において、
前記第１の回転駆動手段の回転軸若しくは前記第３の回転駆動手段の回転軸と前記第２の回転手段の回転軸とが同軸上に固着結合される
ことを特徴とする搬送装置。
【請求項８】
請求項５記載の搬送装置において、
前記第１のトルク反作用力を前記搬送装置筐体において生じさせるトルク反作用力の作用点から前記第１の車輪及び前記第２の車輪の回転中心である車軸までの長さが、前記第２のトルク反作用力を前記搬送装置筐体において生じさせるトルク反作用力の作用点から前記第１の車輪及び前記第２の車輪の回転中心である車軸までの長さに比べて短い
ことを特徴とする搬送装置。
【請求項９】
請求項５乃至請求項８のいずれか１項に記載の搬送装置において、
前記第１の回転駆動手段及び前記第３の回転駆動手段が発生する第１のトルク反作用と前記第２の回転駆動手段が発生する第２のトルク反作用との割合を調整することにより搬送装置筐体の走行方向に対する傾きを調整する
ことを特徴とする搬送装置。
【請求項１０】
請求項５乃至請求項８のいずれか１項に記載の搬送装置において、
前記搬送装置筐体の走行方向における重力方向との傾き角度を検出する角度検出手段をさらに備え、
前記第１の回転駆動手段及び前記第３の回転駆動手段が発生する第１のトルク反作用と前記第２の回転駆動手段が発生する第２のトルク反作用との割合を前記角度検出手段からの前記傾き角度に応じて調整する
ことを特徴とする搬送装置。
【請求項１１】
請求項５乃至請求項８のいずれか１項に記載の搬送装置において、
前記第２の回転駆動手段を２個備え、
前記第１の車輪及び前記第２の車輪に対してそれぞれ独立に設ける
ことを特徴とする搬送装置。
【請求項１２】
請請求項５乃至請求項８のいずれか１項に記載の搬送装置において、
前記第１の車輪及び前記第２の車輪が回転する軸となる回転軸より重力方向に下方に搬送物を搬送する状態で重心位置が存在する
ことを特徴とする搬送装置。
【請求項１３】
車輪を備える搬送装置であって、
前記車輪を回転駆動する第１の回転駆動手段及び第２の回転駆動手段を備えて成り、
前記第１の回転駆動手段及び前記第２の回転駆動手段により回転駆動する車輪の回転方向が同一の方向である場合において、前記第１の回転駆動手段により生じる第１のトルク反作用と前記第２の回転駆動手段により生じる第２のトルク反作用とが前記搬送装置筐体において互いに減ずる方向に働く
ことを特徴とする搬送装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の搬送装置において、
前記第１の回転駆動手段が発生する第１のトルク反作用と前記第２の回転駆動手段が発生する第２のトルク反作用との割合を調整することにより搬送装置筐体の走行方向に対する傾きを調整する
ことを特徴とする搬送装置。
【請求項１５】
第１の車輪と第２の車輪とが同軸に配置される搬送装置の駆動方法であって、
第１の回転駆動手段により前記第１の車輪を回転駆動し、
第２の回転駆動手段により前記第２の車輪を回転駆動し、
搬送装置筐体を前記第１の回転駆動手段及び第２の回転駆動手段に固着すると共に、
前記第１の車輪を第１の回転駆動手段により回転駆動することにより生じる第１のトルク反作用と前記第２の車輪を第２の回転駆動手段により回転駆動することにより生じる第２のトルク反作用とを前記搬送装置筐体において互いに減ずる方向に働かせる
ことを特徴とする搬送装置の駆動方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の搬送装置の駆動方法において、
前記第１の回転駆動手段が発生する第１のトルク反作用と前記第２の回転駆動手段が発生する第２のトルク反作用との割合を調整することにより搬送装置筐体の走行方向に対する傾きを調整する
ことを特徴とする搬送装置の駆動方法。
【請求項１７】
請求項１５記載の搬送装置の駆動方法において、
前記搬送装置筐体の走行方向における重力方向との傾き角度を検出し、
前記第１の回転駆動手段が発生する第１のトルク反作用と前記第２の回転駆動手段が発生する第２のトルク反作用との割合を前記角度検出手段からの前記傾き角度に応じて調整する
ことを特徴とする搬送装置の駆動方法。
【請求項１８】
請求項１５記載の搬送装置の駆動方法において、
前記第１の車輪及び前記第２の車輪が回転する軸となる回転軸より重力方向に下方に搬送物を搬送する状態で重心位置が存在する
ことを特徴とする搬送装置の駆動方法。
【請求項１９】
第１の車輪と第２の車輪とが同軸に配置される搬送装置の駆動方法であって、
第１の回転駆動手段により前記第１の車輪を回転駆動し、
第２の回転駆動手段により前記第１の車輪若しくは前記第２の車輪を回転駆動し、
第３の回転駆動手段により前記第２の車輪を回転駆動し、
搬送装置筐体を前記第１の回転駆動手段と前記第２の回転駆動手段と前記第３の回転駆動手段とに固着すると共に、
前記第１の車輪を第１の回転駆動手段により回転駆動することにより生じる第１のトルク反作用及び前記第２の車輪を前記第３の回転駆動手段により回転駆動することにより生じる第１のトルク反作用と前記第１又は前記第２の車輪を前記第２の回転駆動手段により回転駆動することにより生じる第２のトルク反作用とを前記搬送装置筐体において互いに減ずる方向に働かせる
ことを特徴とする搬送装置の駆動方法。
【請求項２０】
請求項１９記載の搬送装置の駆動方法において、
前記第１の車輪を前記第１の回転駆動手段により回転駆動することにより生じるトルク反作用と前記第２の車輪を前記第３の回転駆動手段により前記第１の車輪の回転方向と同一の方向に回転駆動するときに生じるトルク反作用とが前記搬送装置筐体において互いに増ずる方向に働く
ことを特徴とする搬送装置の駆動方法。
【請求項２１】
請求項１９記載の搬送装置の駆動方法において、
前記第１の回転駆動手段の回転軸若しくは前記第３の回転駆動手段の回転軸と前記第２の回転手段の回転軸とが同軸上に固着結合される
ことを特徴とする搬送装置の駆動方法。
【請求項２２】
請求項１９記載の搬送装置の駆動方法において、
前記第１のトルク反作用力を前記搬送装置筐体において生じさせるトルク反作用力の作用点から前記第１の車輪及び前記第２の車輪の回転中心である車軸までの長さが、前記第２のトルク反作用力を前記搬送装置筐体において生じさせるトルク反作用力の作用点から前記第１の車輪及び前記第２の車輪の回転中心である車軸までの長さに比べて短い
ことを特徴とする搬送装置の駆動方法。
【請求項２３】
請求項１９乃至請求項２２のいずれか１項に記載の搬送装置の駆動方法において、
前記第１の回転駆動手段及び前記第３の回転駆動手段が発生する第１のトルク反作用と前記第２の回転駆動手段が発生する第２のトルク反作用との割合を調整することにより搬送装置筐体の走行方向に対する傾きを調整する
ことを特徴とする搬送装置の駆動方法。
【請求項２４】
請求項１９乃至請求項２２のいずれか１項に記載の搬送装置の駆動方法において、
前記搬送装置筐体の走行方向における重力方向との傾き角度を検出し、
前記第１の回転駆動手段及び前記第３の回転駆動手段が発生する第１のトルク反作用と前記第２の回転駆動手段が発生する第２のトルク反作用との割合を前記角度検出手段からの前記傾き角度に応じて調整する
ことを特徴とする搬送装置の駆動方法。
【請求項２５】
請求項１９乃至請求項２２のいずれか１項に記載の搬送装置の駆動方法において、
前記第２の回転駆動手段を前記第１の車輪及び前記第２の車輪に対してそれぞれ独立に設ける
ことを特徴とする搬送装置の駆動方法。
【請求項２６】
請求項１９乃至請求項２２のいずれか１項に記載の搬送装置の駆動方法において、
前記第１の車輪及び前記第２の車輪が回転する軸となる回転軸より重力方向に下方に搬送物を搬送する状態で重心位置が存在する
ことを特徴とする搬送装置の駆動方法。
【請求項２７】
車輪を備える搬送装置の駆動方法であって、
前記車輪を回転駆動する第１の回転駆動手段及び第２の回転駆動手段を備えて成り、
前記第１の回転駆動手段及び前記第２の回転駆動手段により回転駆動する車輪の回転方向が同一の方向である場合において、前記第１の回転駆動手段により生じる第１のトルク反作用と前記第２の回転駆動手段により生じる第２のトルク反作用とが前記搬送装置筐体において互いに減ずる方向に働く
ことを特徴とする搬送装置の駆動方法。
【請求項２８】
請求項２７記載の搬送装置の駆動方法において、
前記第１の回転駆動手段が発生する第１のトルク反作用と前記第２の回転駆動手段が発生する第２のトルク反作用との割合を調整することにより搬送装置筐体の走行方向に対する傾きを調整する
ことを特徴とする搬送装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば人を乗せる乗り物に使用して好適な搬送装置、及びその駆動方法に関する。詳しくは、２輪で走行する搬送装置であって、その駆動を良好に行うことができるようにするものである。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１乃至特許文献８には、２輪により路面上を走行する搬送装置が開示されている。これらの２輪車は、車輪が同軸に設けられていながら、制御ループの作用により倒れることなく、路面上を安定に走行するものである。このような搬送装置の動作の概略を、図１２を用いて説明する。
【０００３】
図１２において、搬送装置１１０は、ステップ台１１１と、ステップ台１１１に設けられた２つのモータ１１４及び１１１５と、車輪１１２及び車輪１１３と、モータ１１４の回転を車輪１１２に伝える車軸１１６及びモータ１１５の回転を車輪１１３に伝える車軸１１７と、ステップ台１１１に結合されてその先端部にハンドル１１９を有するステー１１８と、ステップ台１１１に設けられた図示しないセンサ部と制御部とバッテリーとからなる。
【０００４】
また、車輪１１２と車輪１１３は同軸に配置され、車軸１１６及び車軸１１７によりステップ台１１１に図示しないベアリング保持部によって、回転軸を中心として回転自由となるように結合される。なお、モータの回転力を車輪に伝えるに際して直接に回転を伝達することなく、歯車やベルト等により構成される伝達機構を介在しても良い。そして車輪１１２及び車輪１１３は略一点である、接地点１２２及び１２３により路面１２５に接している。
【０００５】
さらに、搬送装置１１０の動作を以下に説明する。すなわち、ステップ台１１１には、搬送装置により移送される搬送者、若しくは搬送される物体（以下、操車者で代表する）が乗る。ここで、搬送装置１１０は、車輪１１２及び車輪１１３の外周部の１点である点１２２及び１２３で路面１２５と接しているので、操車者が姿勢を変化させると搬送者を含めた搬送装置１１０の重心である重心点の位置が移動する。
【０００６】
そこで、このような重心の移動がある場合のステップ台１１１と路面との位置関係に及ぼす作用について、搬送装置１１０全体を力学系として見て、図１３を用いて説明する。すなわち、図１３において、点１２２及び点１２３が同じ点である射影接地点１８４に射影され、かつ、重力の働く方向に向かう直線である重力線１８１を含む平面を射影平面と定義する。従って射影平面は、紙面と同一面である。
【０００７】
さらに、図１３を用いて射影平面における動作を説明する。ここで、射影平面（紙面）に射影される重心点の位置を重心射影点１８２と定義し、射影平面に射影される回転軸の位置を射影車軸点１８３と定義する。従って、射影平面において、この重心射影点１８２と射影接地点１８４とが重力線１８１の線上にある場合には、この重心位置は平衡点であり、重心の位置は移動することがない。
【０００８】
しかしながら、重心射影点１８２の位置が重力線１８１の線上の位置から移動をして、例えば重心射影点１８０となると、重力に応じて生じる重力加速度Ｗｇにより、車軸の射影点である射影車軸点１８３を中心として、ステップ台１１１に回転力が生じる。このときの回転力の大きさＴｇは、射影車軸点１８３から重心射影点１８０までの距離をＬとして、〔数１〕で表される。
【０００９】
【数１】
Ｔｇ＝Ｈｇ×Ｌ
【００１０】
この〔数１〕において、値Ｈｇは、射影車軸点１８３と重心射影点１８０とを結ぶ直線と直交方向に働く力であり、搬送者を含めた搬送装置１１０の重量に重力加速度の分力成分である。従って、値Ｈｇの大きさは、射影車軸点１８３と重心射影点１８０とを結ぶ直線と重力線１８１のなす角度をΘとして、〔数２〕で表される。
【００１１】
【数２】
Ｈｇ＝Ｔｇ×ＳｉｎΘ
【００１２】
一方、別の作用である、モータ１１６及びモータ１１７が回転に伴いステップ台１１１が受ける力について説明する。モータ１１６及びモータ１１７は、ロータとステータからなり、両者は他の一方に対して相対的に回転運動をする。そして一般的なインナーロータ形のモータにおいて、ステータはモータを覆う外囲部の一部をなし、外囲部はステップ台１１１に固定されて、モータの回転は外囲部に対する相対運動として生じるものである。
【００１３】
従って、モータの回転軸に負荷が結合されている場合においては、この負荷の大きさに応じて、ステップ台１１１を、射影車軸点１８３を回転中心として傾けるモータ反作用力が生じる。このときの反作用力の大きさは、路面を車輪が転がる場合の転がり摩擦力と車輪の走行速度とに比例し、ステータに働く力の作用点の位置を射影車軸点より距離ｒ離間した点に反作用力Ｆｒとして集中すると考えることができる。
【００１４】
すなわち、反作用力により生じるトルク反作用回転力Ｔｓの大きさは、下記の〔数３〕で表される。なおこの場合に、ステップ台１１１は１枚の剛性の高い板で構成されているので、力が加わることによる構造の変化はない。
【００１５】
【数３】
Ｔｓ＝Ｆｒ×ｒ
【００１６】
さらにステップ台１１１に加わるモータ反作用力は、左の車輪１１２を回転駆動するモータ１１４によるモータ反作用力と、右の車輪１１３を回転駆動するモータ１１５によるモータ反作用力との合成力となる。従って、モータ１１４により発生するトルク反作用回転力Ｔｓ１と、モータ１１５により発生するトルク反作用回転力Ｔｓ２とを合成した値が、下記の〔数４〕で表される総合のトルク反作用回転力Ｔｓａとなる。
【００１７】
【数４】
Ｔｓａ＝Ｔｓ１＋    Ｔｓ２＝２×Ｆｒ×ｒ
【００１８】
従って、上述の重力加速度による回転力Ｔｇと、モータ１１４及びモータ１１５により発生する合成のトルク反作用回転力Ｔｓａとの方向が逆向きで、大きさが等しく、下記の〔数５〕が成立する場合には、搬送装置によって搬送される搬送者は、重心位置を所定の位置に保持していることができる。
【００１９】
【数５】
Ｔｇ−Ｔｓａ＝０
【００２０】
しかしながら、〔数５〕で示す関係を維持するためには、射影重心点の位置をトルク反作用回転力の大きさに応じて常に制御しなければならない。また、搬送装置によって搬送される搬送者にこれを要求することは極めて困難であるところから、サーボループの作用により自動的にこれを行う。
【００２１】
具体的には、ステップ台１１１上のセンサ部に設けられる角度検出センサで、射影平面におけるステップ台１１１の重力方向との傾き角度Θを検出し、この検出される値に所定のゲインを掛けたり、位相補償を施したりした後の角度Θに応じる信号を、モータ１１４及びモータ１１７に入力することにより、射影重心点１８０の位置を保持することができる。
【００２２】
すなわち、このようなサーボを行えば、例えば搬送者が重心の位置を前に移動させれば搬送装置１１０は前進し、重心の位置を前に移動すればするほど進行速度は速くなって安定に走行する。また、後退する場合には、重心を後方に移動させることにより、同様の操作を行うことができる。
【００２３】
さらに、搬送装置１１０の進行方向を変更する場合においては、上述のサーボを行いながら、モータ１１２に加算電圧（減算電圧）を加え、モータ１１３に減算電圧（加算電圧）を加えることにより左右の車輪の回転数を異ならせて、自由に方向を変えて走行することができる。
【００２４】
【特許文献１】
特表２００１−５２１８５６
【特許文献２】
特開平０１−３１６８１０
【特許文献３】
ＵＳ６２２３１０４
【特許文献４】
特開昭６２−１８１９８５
【特許文献５】
特開昭６３−３０５０８２
【特許文献６】
ＵＳ−５７０１９６５
【特許文献７】
ＵＳ５７９１０９１
【特許文献８】
特開昭６２−１８１９８５
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術においては、射影重心点の位置に応じてモータの反作用回転力Ｔｓａを制御しなければ、搬送装置１１０はステップ台１１１を所定の傾き角度Θに安定に保つことができない。
【００２６】
従って、走行速度と搬送装置筐体の走行方向における重力方向との傾き角度（ピッチ角度）とを独立に任意に定めることや、旋回においては旋回角速度とピッチ角度を任意に定めることはできない。この結果、操車者が走行速度に応じて任意のピッチ角を選択して乗り心地を向上させる等の特性改善が困難である。また、搬送者が乗っていない場合においては、重心位置の制御ができないので搬送装置を搬送者なしの自律走行させることができない。
【００２７】
この出願はこのような点に鑑みて成されたものであって、解決しようとする問題点は、従来の装置では、電源が絶たれた状態で、ステップ台の安定状態を維持することができなかったというものである。また、別の問題点は、従来の装置では、走行速度、旋回動作における回転角速度、ピッチ角度を独立に設定することができなかったというものである。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
このため本発明においては、車輪を回転駆動することにより生じるトルク反作用の方向が搬送装置筐体上で互いに異なるような少なくとも２つの回転駆動手段を備えるものである。これによれば、走行速度、ピッチ角度を独立に設定可能とすることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
すなわち本発明は、第１の車輪と第２の車輪とが同軸に配置される搬送装置であって、第１の車輪を回転駆動する第１の回転駆動手段と、第２の車輪を回転駆動する第２の回転駆動手段と、第１の回転駆動手段及び第２の回転駆動手段を固着する搬送装置筐体とを備えて成り、第１の車輪を第１の回転駆動手段により回転駆動することにより生じる第１のトルク反作用と第２の車輪を第２の回転駆動手段により第１の車輪の回転方向と同一の方向に回転駆動するときに生じる第２のトルク反作用とが搬送装置筐体において互いに減ずる方向に働くことを特徴とするものである。
【００３０】
また、本発明は、第１の車輪と第２の車輪とが同軸に配置される搬送装置であって、第１の車輪を回転駆動する第１の回転駆動手段と、第１の車輪若しくは第２の車輪を回転駆動する第２の回転駆動手段と、第２の車輪を回転駆動する第３の回転駆動手段と、第１の回転駆動手段と第２の回転駆動手段と第３の回転駆動手段とを固着する搬送装置筐体とを備えて成り、第１の車輪を第１の回転駆動手段により回転駆動すると同時に第２の車輪を第３の回転駆動手段により回転駆動するときに生じる第１のトルク反作用と第１若しくは第２の車輪を第２の回転駆動手段により回転駆動することにより生じる第２のトルク反作用とが搬送装置筐体において互いに減ずる方向に働くものである。
【００３１】
また、本発明は、車輪を備える搬送装置であって、車輪を回転駆動する第１の回転駆動手段及び第２の回転駆動手段を備えて成り、第１の回転駆動手段及び第２の回転駆動手段により回転駆動する車輪の回転方向が同一の方向である場合において、第１の回転駆動手段により生じる第１のトルク反作用と第２の回転駆動手段により生じる第２のトルク反作用とが搬送装置筐体において互いに減ずる方向に働くものである。
【００３２】
また、本発明は、第１の車輪と第２の車輪とが同軸に配置される搬送装置の駆動方法であって、第１の回転駆動手段により第１の車輪を回転駆動し、第２の回転駆動手段により第２の車輪を回転駆動し、搬送装置筐体を第１の回転駆動手段及び第２の回転駆動手段に固着すると共に、第１の車輪を第１の回転駆動手段により回転駆動することにより生じる第１のトルク反作用と第２の車輪を第２の回転駆動手段により回転駆動することにより生じる第２のトルク反作用とを搬送装置筐体において互いに減ずる方向に働かせてなるものである。
【００３３】
また、本発明は、第１の車輪と第２の車輪とが同軸に配置される搬送装置の駆動方法であって、第１の回転駆動手段により第１の車輪を回転駆動し、第２の回転駆動手段により第１の車輪若しくは第２の車輪を回転駆動し、第３の回転駆動手段により第２の車輪を回転駆動し、搬送装置筐体を第１の回転駆動手段と第２の回転駆動手段と第３の回転駆動手段とに固着すると共に、第１の車輪を第１の回転駆動手段により回転駆動することにより生じる第１のトルク反作用及び第２の車輪を第３の回転駆動手段により回転駆動することにより生じる第１のトルク反作用と第１又は第２の車輪を第２の回転駆動手段により回転駆動することにより生じる第２のトルク反作用とを搬送装置筐体において互いに減ずる方向に働かせてなるものである。
【００３４】
また、本発明は、車輪を備える搬送装置の駆動方法であって、車輪を回転駆動する第１の回転駆動手段及び第２の回転駆動手段を備えて成り、第１の回転駆動手段及び第２の回転駆動手段により回転駆動する車輪の回転方向が同一の方向である場合において、第１の回転駆動手段により生じる第１のトルク反作用と第２の回転駆動手段により生じる第２のトルク反作用とが搬送装置筐体において互いに減ずる方向に働くものである。
【００３５】
〔第１の実施の形態〕
以下に、図１乃至図５を参照して、本発明の好ましい第１の実施の形態について説明する。
【００３６】
図１には、本発明の搬送装置の第１の実施の形態の概略図を示す。図１において、搬送装置１０は、ステップ台１１と、ステップ台１１に設けられた第１のモータ１４及び第２のモータ１５と、第１のモータ１４の回転軸が車輪の回転中心である車軸１６に結合された第１の車輪１２及び第２のモータ１５の回転軸がギヤーボックス５０を介して車輪の回転中心である車軸１７に結合された第２の車輪１３と、図示しない走行制御部とバッテリーとからなる。
【００３７】
ここで、ギヤーボックス５０は、第２のモータ１５の回転方向を逆方向にして第２の車軸１７に出力するものである。このようなギヤーボックスの１例としては、遊星歯車により構成することができる。すなわち、遊星歯車を使ったときの回転伝達の原理図を図２に示す。図２においては、凹凸の溝の記載が省略されているが、歯車Ｇ１乃至Ｇ３の他の歯車と接する面には全面に凹凸の溝が形成されているものである。
【００３８】
さらに歯車Ｇ１はモータ１５の回転軸が結合される歯車である。この歯車Ｇ１は歯車Ｇ２を介して歯車Ｇ３に回転を伝達し、歯車Ｇ１の回転軸である第２のモータ１５の回転軸と歯車Ｇ３の回転軸である車軸１７とは同軸上に配置されることとなる。また、このとき歯車Ｇ１の歯数Ｎ１と歯車Ｇ３の歯数Ｎ３は、凹凸部を有する歯車の外周又は内周の直径に比例するので、モータ１５の回転軸の回転数は、車軸１７においては、Ｎ１／Ｎ３倍に減速されることとなる。
【００３９】
そしてこの回転駆動において、ロータに結合されたモータ軸が回転することにより、ステップ台１１に固着されるステータにはトルク反作用が発生するが、その方向は、図３に示すように、ギヤーボックス（Ｇ）５０を付加した場合と付加しない場合では反対方向となる。第１の実施の形態の説明において、第１のモータ１４と車軸１６とで構成されるもので第１の回転手段は定義され、第２のモータ１５とギヤーボックス５０と車軸１７とで構成されるもので第２の回転手段は定義される。
【００４０】
従って上述の構成において、搬送装置１０は以下のように作動する。すなわちステップ台１１に操車者、若しくは搬送される物体（以下、操車者で代表する）が乗る。そして搬送装置１０は、路面と、第１の車輪１２及び第２の車輪１３の外周部との接触する点で各々駆動されるので、この搬送装置１０は、第１の車輪１２及び第２の車輪１３の回転に応じて移動することになる。
【００４１】
ここで、第１の車輪１２及び第２の車輪１３の回転方向を同一方行とすることにより、搬送装置１０は、例えば図１の矢羽ａで表される方向に路面上を進行することになる。なお、進行方向及び進行速度は第１のモータ１４及び第２のモータ１５に印加する電圧、または電流を変化することにより行うことができる。
【００４２】
このとき、搬送装置筐体（ステップ台１１）側から見れば、車輪の回転による車輪と路面との摩擦抵抗により、第１の車軸１６及び第２の車軸１７を中心として回転力、すなわちトルク反作用が生じる。そしてこの反作用の方向は、第１のモータ１４によるものでは、図１の矢羽及び矢尻ｂに示すようになり、第２のモータ１５によるものでは、図１の矢羽及び矢尻ｃに示すようになって、互いの方向が異なることになる。ここで、トルク反作用が生じるのは、以下の理由によるものである。
【００４３】
すなわちトルク反作用の発生は、回転手段の構成要素であるモータの構造に関係している。モータは回転軸に結合される回転子と固定子からなる。回転子と固定子は相対的に回転運動をする。第１の実施の形態、及び以下の各実施の形態においては、固定子はモータの外囲部を構成するか、別部材の外囲部に固着されており、外囲部は搬送装置筐体に固着されているので、回転子に結合されている回転軸の回転により搬送装置筐体にはトルク反作用が生じることとなる。
【００４４】
従って、上述の搬送装置１０において、第１のモータ１４によるトルク反作用と第２のモータ１５によるトルク反作用とが等しい場合には、搬送装置１０の移動速度等が変化して、トルク反作用が変化したとしても搬送装置筐体（ステップ台１１）が外力の影響を受けることはない。
【００４５】
ここで、第１のモータ１４と第２のモータ１５が同じ特性である場合には、ギヤーボックス５０における速度変化分を予め調整して、第１のモータ１４と第２のモータ１５とに印加する電圧を異ならせる。あるいは、第１のモータ１４と第２のモータ１５の仕様を異ならせて、第１のモータ１４と第２のモータ１５にギヤーボックスを結合させた特性とを回転方向が異なるのみで同一として、同一の電圧を印加するようにしても良い。
【００４６】
そして、このような、トルク反作用を有するモータを使用することにより、搬送者は、２輪車であっても容易に姿勢の安定を保つことができる。すなわち、速度の変化によらず、トルク反作用はステップ台１１に生じないので、重心の移動による搬送装置１０の安定化を容易にすることができる。
【００４７】
しかしながら、望ましくは、搬送者を含めた搬送装置１０の全体の重心の位置が、矢印ｄで示すように、第１の車軸１６と第２の車軸１７とを結ぶ線より重力が働く方向に対して下方にあれば、搬送装置１０の重心位置はより安定したものとなり、搬送者の意思に関わらず、あるいは従来におけるように、フィードバックループの作用がなくても安定状態を維持できる。
【００４８】
さらに図４には、上述のステップ台１１に設けられる走行制御部の構成を、ブロック図にて示す。図４において、符号４１で示す速度信号は、モータの回転速度を制御する信号であり、具体的にはモータに加わる電圧、若しくはモータに流れる電流を制御する信号である。従って、車輪の回転数はこの信号に応じて変化し、極性の正負に応じて回転方向が変化をする。
【００４９】
また、符号４２で示す回転信号は、第１のモータ１４と第２のモータ１５との回転数を異ならせるための信号である。そして速度信号４１と回転信号４２とは、各々の系統の加算器４３及び４４で加算され、第１のモータ１４及び第２のモータ１５に印加される。
【００５０】
なお、第２のモータ１５の回転方向は逆であるので、速度信号は加算器４４には負の値で供給される。また、回転信号は、加算器４３及び４４共に正の値で供給されることにより、それぞれ回転には反転で作用するものである。さらに符号４５で示す値Ｋは定数を表し、第１のモータ１４と第２のモータ１５とのトルク特性を略同一にするためのものである。
【００５１】
こうして、本発明の第１の実施の形態によれば、第１の車輪１２と第２の車輪１３とが回転することによるトルク反作用を打ち消すことができるので、搬送装置１０は安定走行が可能となる。なお、モータ類の回転軸と、車輪の回転軸と必ずしも同軸上に配置する必要はなく、トルク反作用の方向に着目すれば、どのような配置であっても本発明の要旨に反するものではない。
【００５２】
〔第２の実施の形態〕
ところで、上述の第１の実施の形態では、第１の車輪１２が回転することによるトルク反作用と、第２の車輪が回転することによるトルク反作用とがキャンセルしない場合においては、搬送装置筐体（ステップ台１１）にトルク反作用が加わることになる。すなわち、例えば進路を変更する場合や回転をする旋回動作を行う場合においては、第１の車輪１２からのトルク反作用と第２の車輪１３からのトルク反作用は大きく異なることとなり、キャンセルしない。
【００５３】
第２の実施の形態はこのような点を改善して、より安定走行が可能な搬送装置を提供するものである。以下、図５を参照して第２の実施の形態を説明するに、第１の実施の形態における図１に示したものと同一の構成及び作用を行う部材については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５４】
図５において、搬送装置２０は、さらに第３のモータ３２と第４のモータ３３とを備える。ここで、第３のモータ３２及びこれに結合されるギヤーボックス３６は、第２のモータ１５及びそのギヤーボックス５０と同等のものであり、第４のモータ３３は第１のモータ１４と同等のものである。
【００５５】
以下において、第１のモータ１４と車軸１６とで構成されるもので第１の回転手段は定義され、第３のモータ３２とギヤーボックス３６の組み合わせ若しくは第２のモータ１５とギヤーボックス５０の組み合わせのいずれかで構成されるもので第２の回転駆動手段は定義され、第４のモータ３３と車軸１７とで構成されるもので第３の回転手段は定義される。
【００５６】
すなわち、第１のモータ１４と第３のモータ３２とは回転軸が結合されており、これらの回転力の和が第１の車輪１２を回転駆動する。また、第２のモータ１５と第４のモータ３３とは回転軸が結合されており、これらの回転力の和が第２の車輪１３を回転駆動する。
【００５７】
そしてこの場合に、第１のモータ１４により発生するトルク反作用と、第３のモータ３２により発生するトルク反作用の方向は逆向きである。従って、第１の車輪１２を回転することにより搬送装置筐体に生ずるトルク反作用の大きさと方向は、第１のモータ１４と第３のモータ３２との出力の割合と合成の出力を調整することにより任意に定め得るものである。また、第２の車輪１３、第２のモータ１５、第４のモータ３３についても同様のことが成り立つ。
【００５８】
従って上述の関係を用いれば、搬送装置２０の進行速度Ｖ、方向転換における回転角速度η、搬送ステップ台１１の進行方向に対する傾き角度、すなわちピッチ角度Θのすべてが任意に定めうることとなる。図６には、これらを制御するためにステップ台１１に設けられる走行制御部のブロック図を示す。この図６においても、第１の実施の形態における図４に示したものと同一の構成及び作用を行う部材については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５９】
すなわち図６においては、符号６１で示す角度信号が供給される。この角度信号は、加算器４３には正の値で供給され、加算器４４には負の値で加算される。さらに第３のモータ３２と第４のモータ３３に対して、加算器６２と６３が設けられる。そして加算器６２には、速度信号、回転信号、角度信号が全て正の値で供給される。また、加算器６３には、速度信号と回転信号が正の値、角度信号が負の値で供給される。
【００６０】
これによって、搬送装置２０の進行速度Ｖ、方向転換における回転角速度η、ピッチ角度Θのすべてを任意に定めることができる。しかしながら、上述のサーボはすべてオープンループ制御であるので、搬送者の手間をかけて常時、ピッチ角度Θ、速度信号Ｖ、回転角速度ηを調整しなければ所望の状態を保てない。
【００６１】
そこでサーボループを用いて、ピッチ角度Θ、速度信号Ｖ、回転角速度ηをフィードバック制御すれば、ピッチ角度Θ基準値、速度信号Ｖ基準値、回転角速度η基準値に追従するサーボコントロールが可能となり、オープンループ制御に比較して操作が容易となる。以下に、この制御方法について説明する。
【００６２】
すなわち、上述のサーボを行うためには、ピッチ角度Θ、速度信号Ｖ、回転角速度ηの各々を検出する手段が必要となる。ここで、ピッチ角度Θの検出は、例えばステップ台１１に設けられる回転型ポテンショメータの回転軸に棒状の回転部材を設け、回転軸の反対側の棒の先端に錘を取り付け、更に共振をダンプするダンパーも備え、重力を利用して、抵抗値変化としてピッチ角度Θに対応する信号を検出することができる。
【００６３】
ただし、この場合においては、錘は重力加速度により力を受けると同時に、搬送車輌の進行による移動による加速度の力も同時に受けるために、移動加速度をキャンセルするために別に加速度センサを設けてピッチ角度に含まれる加速度成分をキャンセルすることが望ましい。
【００６４】
また、速度信号Ｖの検出は、例えば第１の車輪と第２の車輪に各々タコメータを取り付け車輪の回転速度に応じた電圧を検出することができる。さらに回転角速度ηは、第１の車輪に設けたタコメータの出力と第２の車輪に設けたタコメータの出力との差を求めることにより検出することができる。別の速度検出手段としては、加速度センサを設けてその出力を積分して速度を検出し、ジャイロセンサによって回転角速度を検出しても良い。
【００６５】
さらに、図７には、これらのピッチ角度Θ、速度信号Ｖ、回転角速度ηの各々を検出する手段を含むステップ台１１に設けられる走行制御部のブロック図を示す。なお図７において、図６に示したものと同一の構成及び作用を行う部材については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６６】
すなわち図７において、右側車輪駆動系に第１のタコメータ７１が設けられ、左側車輪駆動系に第２のタコメータ７２が設けられる。さらに、符号７３で示す基準速度信号が正の値で加算器７４に供給されると共に、第１のタコメータ７１と第２のタコメータ７２の検出信号が共に負の値で加算器７４に供給される。
【００６７】
そしてこの加算器７４からの信号が処理ブロック７５を通じて、上述の速度信号として加算器４３、４４、６２、６３に供給される。なお、処理のブロック７５は、モータの特性に合わせて制御系を最適化する演算処理を行うブロックであり、例えばゲイン係数を掛ける、位相補償を行う等の処理をするものである。
【００６８】
また、符号７６で示す基準回転信号が正の値で加算器７７に供給されると共に、第１のタコメータ７１の検出信号が負の値で加算器７７に供給され、第２のタコメータ７２の検出信号が正の値で加算器７７に供給される。そしてこの加算器７７からの信号が処理ブロック７８を通じて、上述の回転信号として加算器４３、４４、６２、６３に供給される。なお、処理のブロック７８は、上述の処理のブロック７５と同様のものである。
【００６９】
さらに符号７９で示す基準角度信号が正の値で加算器８０に供給される。また、上述の例えば重力を利用して抵抗値変化としてピッチ角度Θに対応する信号を検出するピッチ角度検出手段８１からの検出信号が、負の値で加算器８０に供給される。そしてこの加算器８０からの信号が処理ブロック８２を通じて、上述の角度信号として加算器４３、４４、６２、６３に供給される。なお、処理のブロック８２は、上述の処理のブロック７５と同様のものである。
【００７０】
こうして、本発明の第２の実施の形態によれば、例えば進路を変更する場合や回転をする場合においても、第１の車輪１２からのトルク反作用と第２の車輪１３からのトルク反作用とをキャンセルさせることができ、より安定走行が可能な搬送装置を提供するものである。なお、モータ類の回転軸と、車輪の回転軸と必ずしも同軸上に配置する必要はなく、トルク反作用の方向に着目すれば、どのような配置であっても本発明の要旨に反するものではない。
【００７１】
また、図７のブロック図には図示しないが、例えば搬送装置の速度をタコメータにより検出し、その速度応じて基準角度信号を変化させて、乗り心地を改善することができる。さらに搬送装置の速度が速い場合には、回転制御系の処理ブロックの位相補償特性を変化させ、より応答を良好にして操作遅れがないようにすることができる。
【００７２】
さらに予めプログラムにより、時系列で、ピッチ角度Θ基準値、速度信号Ｖ基準値、回転角速度η基準値を自動的に定め、無人、遠隔操作により搬送装置を操作することもできる。また、第２の実施の形態ではモータを４個用いたが、必ずしも４個必要ではなく、特に、第３のモータ３２とギヤーボックス３６の組み合わせ若しくは第２のモータ１５とギヤーボックス５０の組み合わせの第２のモータ１５と第３のモータ３２は、何れか一方が設けられていれば良いものである。さらに、４個のモータは同軸に配置することも必要ではない。
【００７３】
〔第３の実施の形態〕
図８を用いて第３の実施の形態を説明する。この第３の実施の形態において、第１のモータ、第４のモータは第２の実施の形態と同じである。そして回転軸１６に固着されてプーリ４０（プーリに変えて歯車であっても良い）が設けられる。さらにプーリ４０の外周部は第３のモータ３２の回転軸に圧接される。この構成において、第１のモータ１４及び第４のモータ３３で駆動推進力を発生させ、第３のモータ３２でピッチ角度を調整する。
【００７４】
以下において、第１のモータ１４と回転軸１６とによる構成が第１の回転駆動手段として定義され、第３のモータ３２とプーリ４０と第３のモータの回転軸に設けられるプーリ４０と接する回転板とによる構成が第２の回転駆動手段として定義され、第４のモータ３３と回転軸１７とによる構成が第３の回転手段として定義される。
【００７５】
従って、この構成においてへ、プーリ４０の直径が大きい程、すなわち、第１の回転駆動手段及び第３の回転手段により搬送装置筐体の一部をなすステップ台１１において生じさせるトルク反作用力の作用点である第１のモータ１４及び第４のモータ３３の外囲部と車軸１６及び車軸１７との距離が、第２の回転手段による反作用が生じる点であるプーリ４０と車軸１６及び車軸１７との距離に比べて小さくなっている。
【００７６】
これにより、第３のモータ３２の電力が小さくても、容易にピッチコントロールが可能となる。すなわち、車輪の回転軸を中心とする回転トルクの大きさは回転軸の中心点から力が加わる点までの距離とその点に加えられる力の大きさに比例するからである。
【００７７】
またこの構成において、制御部のブロック図は、図６及び図７に示すものと同様のものを用いることができる。ここでモータの駆動電圧の極性は、プーリ４０の外周を駆動する場合においては図６及び図７と同様に定めることができる。なお、図８の構成では、第２のモータ１５が存在しないので、この部分のドライブ回路は不要である。ただし、図９に示すように、左右のバランスをとるために第２のモータ３５及びプーリ６０を備えても良い。
【００７８】
〔第４の実施の形態〕
図１０を用いて第４の実施の形態を説明する。この第４の実施の形態において、第１のモータ１４、第３のモータ３２及びギヤーボックス３６は第３の実施の形態と同じである。そして回転軸１６は車輪１２を貫通して軸受け６０により回転可能に保持される。軸受け９０はステップ台１１に固着されており車輪１２を回転軸１６を介して保持する。
【００７９】
図１１に制御のブロック図を示す。速度信号４１は、加算器４３を介して第１のモータ１４と第３のモータ３２に逆相に入力され、回転角度信号６１は、加算器６２を介して第１のモータ１４と第３のモータ３２に同相に入力される。図示しない位相補償回路を設けて位相補償後の信号をモータに印加しても良い。
【００８０】
これにより、第１の回転駆動手段を構成する第１のモータが発生するトルク反作用である第１のトルク反作用と、前記第２の回転駆動手段を構成する第３のモータが発生するトルク反作用である第２のトルク反作用との割合を調整することにより、搬送装置筐体の走行方向に対する傾きを、速度信号の指令により定めうる速度と別個に調整することができる。
【００８１】
また、第１のモータ１４と第３のモータ３２を、図１２に示すように車輪１２の左右に振り分ける構成によっても、同様な効果を奏することができる。この場合に、第１のモータ１４と第３のモータ３２の回転軸はジョイント９１により結合される。
【００８２】
なお本発明は、上述の説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の精神を逸脱することなく種々の変形が可能とされるものである。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によれば、車輪の回転により生じるモータのトルク反作用が生じないので、走行速度によらず、ステップ台の位置制御が容易にできるものである。また、本発明によれば、車輪の回転により生じるモータのトルク反作用が生じないことに加え、重心の位置が回転軸より重力方向に下方に設定されているので、常に安定走行が可能となるものである。
【００８４】
さらに本発明によれば、走行速度、回転角速度、ピッチ角速度を任意に設定できるものである。また、本発明によれば、フィードバックループの作用により目標値である、基準速度、基準回転角速度、基準ピッチ角速度に自動追従が可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の適用される搬送装置の第１の実施形態の構成図である。
【図２】その動作の説明のための回転伝達の原理図である。
【図３】トルク反作用の説明のための図である。
【図４】走行制御部の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の適用される搬送装置の第２の実施形態の構成図である。
【図６】走行制御部の構成を示すブロック図である。
【図７】走行制御部の構成を示すさらに具体的なブロック図である。
【図８】本発明の適用される搬送装置の第３の実施形態の構成図である。
【図９】本発明の適用される搬送装置の第３の実施形態の構成図である。
【図１０】本発明の適用される搬送装置の第４の実施形態の一の構成図である。
【図１１】その動作の説明のための図である。
【図１２】本発明の適用される搬送装置の第４の実施形態の他の構成図である。
【図１３】従来の搬送装置の構成図である。
【図１４】その動作の説明のための図である。
【符号の説明】
１０…搬送装置、１１…ステップ台、１２…第１の車輪、１３…第２の車輪、１４…第１のモータ、１５…第２のモータ、１６，１７…車軸、５０…ギヤーボックス
【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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