(57)【要約】【課題】個別に駆動可能な車輪を備えた従来の走行車両では、超信地旋回を行う場合、トルク不足によって旋回不能になる恐れがあった。【解決手段】個別に駆動可能な左右の前輪３及び後輪４と、車体前方向へ展開可能なマニピュレータ５を備えた走行車両１を旋回させるに際し、マニピュレータ５を車体の前方向に展開させて車体重心を車体前方向に移動させ、左右の前輪３，３を互いに逆方向に回転駆動する旋回制御方法とすることで、車体重心から前輪３までの距離を短くして低トルクでの回転駆動を可能にすると共に、後輪４における抗力並びに地面との摩擦力を減少させて、比較的小出力の駆動用モータ７でも円滑な超信地旋回を可能にした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
個別に駆動可能な左右の前輪及び後輪と、車体前後方向へ移動可能な機能部を備えた走行車両を旋回させるに際し、機能部を車体の前方向及び後方向のいずれか一方向に移動させて車体重心を移動させると共に、前輪及び後輪のうちの少なくとも車体重心に近い方を左右で逆方向に回転駆動することを特徴とする走行車両の旋回制御方法。
【請求項２】
機能部が、少なくとも車体前方向へ展開可能であるとともに物体を保持する機能を有しており、この機能部を車体前方向へ展開させることにより車体重心を車体前方向へ移動させることを特徴とする請求項１に記載の走行車両の旋回制御方法。
【請求項３】
前輪及び後輪を個別に回転駆動する駆動用モータを備えており、駆動用モータの電流値を測定し、電流値が所定値を超えたときに、車体重心の移動量を増加させることを特徴とする請求項１又は２に記載の走行車両の旋回制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、個別に駆動可能な車輪により走行する走行車両において、方向転換を行う際に用いられる走行車両の旋回制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来において、個別に駆動可能な車輪を備えた走行車両としては、偵察や監視、危険物処理等の作業及び惑星探査などを目的とした無人の走行ロボットが周知である（特許文献１）。この種の走行車両は、構造の簡略化や軽量化、不整地での良好な走行性能などが要求されており、夫々の車輪を個別の駆動用モータで回転駆動する構成を採用している。
【０００３】
上記のような走行車両は、方向転換を行う場合、車体中心が旋回中心となるように、左右の車輪を適切な回転差で互いに逆方向に回転駆動することにより、その場で旋回する超信地旋回を行うことができる。つまり、方向転換を行うに際して、車輪の操舵を伴わないスキッドステアリング方式で旋回を行うことにより、操舵装置を不要にして構造の簡略化や軽量化を実現し、また、狭い場所での方向転換を可能にしている。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１５６８９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記したような走行車両では、超信地旋回を行う場合、車輪の横滑りを伴うことから、車輪と地面との間の摩擦力や車体重心から車輪までの距離（重心回りのモーメント）が車輪のトルクに大きく影響し、上記の摩擦力や距離が大きくなるほど大きなトルクが必要になる。
【０００６】
このため、従来の走行車両にあっては、大きなトルクを必要とするために超信地旋回角度の制御が困難になったり、トルク不足すなわち駆動用モータの出力不足によって旋回不能になったり、駆動用モータやモータアンプが過電流により発熱して故障したり恐れがあり、また、トルク不足を解消するために大出力の駆動用モータを採用すれば、構造の簡略化や軽量化に反することになるという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、個別に駆動可能な左右の前輪及び後輪を備えた走行車両において、比較的小出力の駆動用モータであっても円滑な超信地旋回を行うことができる走行車両の旋回制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の走行車両の旋回制御方法は、個別に駆動可能な左右の前輪及び後輪と、車体前後方向へ移動可能な機能部を備えた走行車両を超信地旋回させる方法である。このような走行車両では、前後の車輪の間に車体重心が位置している。そこで、機能部を車体の前方向及び後方向のいずれか一方向に移動させて車体重心を移動させ、より好ましくは、前輪及び後輪のいずれか一方の車軸中心を移動限として車体重心を移動させると共に、前輪及び後輪のうちの少なくとも車体重心に近い方を左右で逆方向に回転駆動する構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【０００９】
また、本発明の走行車両の旋回制御方法は、より好ましい実施形態として、機能部が、少なくとも車体前方向へ展開可能であるとともに物体を保持する機能を有しており、この機能部を車体前方向へ展開させることにより車体重心を車体前方向へ移動させることを特徴とし、さらに、前輪及び後輪を個別に回転駆動する駆動用モータを備えており、駆動用モータの電流値を測定し、電流値が所定値を超えたときに、車体重心の移動量を増加させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の走行車両の旋回制御方法は、機能部の移動に伴って車体重心を車体前方向及び後方向のいずれか一方向に移動させて、車体重心に近い車輪を左右で逆方向に回転駆動することにより、車体重心から車輪までの距離を短くして同車体重心回りの旋回を行うこととなり、車体重心に近い車輪においては、上記の距離の短縮により横滑り量が減少して低トルクでの回転駆動が可能になり、車体重心から遠い車輪においては、抗力が減少して地面との摩擦力も減少する。これにより、比較的小出力の駆動用モータを用いても円滑に超信地旋回を行うことができると共に、低トルク化に伴って超信地旋回角度の制御も容易になり、とくに、前輪及び後輪の両方を左右で逆方向に回転駆動することで、より一層円滑な超信地旋回を行うことができる。
【００１１】
また、本発明の走行車両の旋回制御方法は、少なくとも車体前方向へ展開可能であるとともに物体を保持する機能を有する機能部として、既存のマニピュレータやパワーショベルを使用することができ、これにより、重心移動のための専用の構成を付加せずに、機能部の展開量によって車体重心の移動量を調整することができると共に、マニピュレータのハンド部やパワーショベルのバケットで岩石等の適当な物体を保持することによっても車体重心の移動量を調整することができる。
【００１２】
さらに、本発明の走行車両の旋回制御方法は、前輪及び後輪を個別に回転駆動する駆動用モータの電流値を測定し、電流値が所定値を超えたときに車体重心の移動量を増加させることにより、旋回困難な状態で駆動用モータに過負荷が生じたときに、車体重心から車輪までの距離をより短縮して、車体重心に近い車輪の横滑り量をさらに減少させると共に、車体重心から遠い車輪の抗力並びに地面との摩擦力をさらに減少させることができ、これにより円滑な超信地旋回を行うと共に、駆動用モータやその制御機器が過電流によって損傷するような事態をより確実に防止することができる。
【実施例】
【００１３】
以下、図面に基いて、本発明の走行車両の旋回制御方法の一実施例を説明する。
【００１４】
図１に示す走行車両１は、扁平な概略直方体状の車体２と、左右の前輪３，３及び後輪４，４と、車体前後方向へ移動可能な機能部としてのマニピュレータ５と、制御機器６を備えており、前輪３及び後輪４を個別の駆動用モータ７で夫々回転駆動する構成になっている。
【００１５】
この走行車両１は、遠隔操作されるもので、上記構成のほか、少なくとも前方を監視するカメラ、送受信機及び各機器の電源であるバッテリーなどを備えると共に、車体２の方位や傾斜、車輪３，４の回転状況、マニピュレータ５の動作状況、駆動用モータ７の電流値などを夫々検出するためのセンサ類を備えている。
【００１６】
マニピュレータ５は、車体２の前部中央に設けてあって、車体２に連結した第１関節部５ａと、第１関節部５ａに基端を連結した第１アーム５ｂと、第１アーム５ｂの先端に設けた第２関節部５ｃと、第２関節部５ｃに基端を連結した第２アーム５ｄと、第２アーム５ｄの先端に設けた第３関節部５ｅと、第３関節部５ｅの先端に設けたクランプ状のハンド部５ｆを備えている。
【００１７】
つまり、機能部であるマニピュレータ５は、図２に示すように、少なくとも車体前方向へ展開可能であると共に、物体を保持する機能すなわち図中仮想線で示す物体Ｍを把持・解放するハンド部５ｆを有しており、関節部５ａ，５ｃ，５ｅの回動によって自在に動作する。
【００１８】
上記構成を備えた走行車両１は、左右の重量バランスが均一であり、図１（ａ）に示す如くマニピュレータ５を車体２の上部に折り畳んだ状態において、図１（ｂ）に示す如く車体２のほぼ中心位置に車体重心Ｇ０を有しており、各前輪３及び後輪４を夫々の駆動用モータ７で回転駆動することで前進又は後進し、左右の前輪３及び後輪４の回転数を異ならせることで進路変更を行う。
【００１９】
さらに、走行車両１は、左右の前輪３及び後輪４を互いに逆方向に回転駆動することにより、その場で旋回する超信地旋回を行うことが可能であり、この際に行う旋回制御方法を図３のフローチャートに基いて説明する。
【００２０】
旋回制御方法では、ステップＳ１において旋回指令が入力されると、左右の前輪３及び後輪４が互いに逆方向に回転駆動されるように各駆動用モータ７を制御し、ステップＳ２において旋回を開始したか否かを判断する。
【００２１】
このとき、走行車両１は、図１（ｂ）に示すように、車体２の中心に車体重心Ｇ０が位置しているとすると、左右の車輪３，４を適切な回転数で回転駆動することで車体重心Ｇ０回りに旋回する。そして、ステップＳ２において旋回を開始したと判断した場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ３において所定範囲（角度）旋回したことを確認して旋回制御を終了する。
【００２２】
これに対して、ステップＳ２において旋回を開始していないと判断した場合（ＮＯ）には、ステップＳ４において駆動用モータ７の電流値がしきい値を超えたか否かを判断し、超えていないと判断した場合（ＮＯ）にはステップＳ１戻り、超えていると判断した場合（ＹＥＳ）にはステップＳ５において所定時間が経過したか否かを判断する。
【００２３】
そして、ステップＳ５において、所定時間が経過していないと判断した場合（ＮＯ）にはステップＳ１に戻り、所定時間が経過していると判断した場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ６において重心移動を開始する。
【００２４】
すなわち、当該旋回制御方法では、駆動用モータ７の電流値を測定していると共に、駆動用モータ７やモータアンプ等の制御機器にとって過電流となる値に応じて、モータ電流しきい値が設定してあり、走行車両１が旋回困難な状態（ステップＳ２がＮＯ）であるときには駆動用モータ７の電流値が上昇するので、その電流値がしきい値を超えて所定時間が経過したところ（ステップＳ４，Ｓ５がＹＥＳ）で重心移動を開始する。
【００２５】
このとき、走行車両１は、マニピュレータ５を前方向へ展開させることにより、車体重心を車体前方向へ移動（Ｇ０→Ｇ１）させる。これにより、初期の車体重心Ｇ０から前輪３までの距離Ｌ０よりも、移動した車体重心Ｇ１から前輪３までの距離Ｌ１の方が短くなるので、前輪３においては、重心回りのモーメントが小さくなると共に、横滑り量が減少してこれらを低トルクで回転駆動することが可能となり、また、車体重心Ｇ１から遠くなる後輪４においては、旋回モーメントの増大とともに抗力並びに地面との摩擦力が減少すりので、全体として重心回りの旋回が容易になる。
【００２６】
なお、車体重心Ｇ０，Ｇ１の位置は、走行車両１の全重量、マニピュレータ５の重量及び展開量に基いて算出することができる。また、走行車両１は、上記の旋回をする際に後輪４の回転駆動を停止することも可能であるが、前輪３及び後輪４を左右で逆方向に回転駆動することでより一層円滑な旋回が可能となる。
【００２７】
さらに、当該制御方法では、ステップＳ７において旋回を開始したか否かを判断し、旋回を開始したと判断した場合（ＹＥＳ）には、マニピュレータ５の展開動作を停止し、ステップＳ３において所定範囲（角度）旋回したことを確認して旋回制御を終了する。
【００２８】
これに対して、ステップＳ７において旋回を開始していないと判断した場合（ＮＯ）には、ステップＳ６に戻って車体重心の移動量を増加させる。このとき、車体重心の移動すなわちマニピュレータ５の前方向への展開は、断続的に行っても良いし連続的に行っても良く、その展開量によって車体重心の移動量を容易に調整することができる。
【００２９】
また、当該走行車両１は、ハンド部５ｆを有するマニピュレータ５を備えているので、このマニピュレータ５の展開に加えて、図２に示すようにハンド部５ｆで岩石等の物体Ｍを把持することによっても、車体重心の移動量を容易に調整することができる。
【００３０】
さらに、上記の如く車体重心の移動を行う場合、車体重心から前輪３までの距離が最小となるのは、左右の前輪３，３の車軸中心に車体重心（ＧＡ）が達したときであるから、その車軸中心を車体重心の移動限とするのが良いが、これに限定されることはない。
【００３１】
このように、上記の走行車両１の旋回制御方法によれば、主としてマニピュレータ５の展開量を調整するだけで、車体重心を移動させて低トルクでの旋回が可能になるので、比較的小出力の駆動用モータ７を用いても円滑に超信地旋回を行うことができると共に、低トルク化に伴って超信地旋回角度の制御も容易になり、例えば、走行車両１の全重量が３５〜４０ｋｇ程度である場合に、出力が２５０Ｗで最大電流が２０Ａの駆動用モータ７を用いて円滑な超信地旋回を行うことができると同時に、駆動用モータ７やその制御機器が過電流によって損傷するような事態を防止することができる。
【００３２】
なお、上記実施例では、図１に示すようにマニピュレータ５を車体２の上方に折り畳んだ状態を初期状態として説明したが、旋回開始時におけるマニピュレータ５の姿勢はとくに関係なく、マニピュレータ５がどのような姿勢であっても初期の車体重心の位置が異なるだけで、同様の旋回制御を行うことができる。
【００３３】
また、本発明の旋回制御方法が適用可能な走行車両は、その構成が上記実施例に限定されるものではなく、前輪３及び後輪４の間に中間車輪を備えたものや、車体後部あるいは車体前部及び後部の両方にマニピュレータやパワーショベルといった機能部を備えたものでも良く、車体重心の移動は、上記実施例のように車体前方向に限らず車体後方向であっても良い。
【００３４】
さらに、機能部としては、例えば車体前後方向に移動可能なウエイト類を備えたものを採用することも不可能ではないが、本来、この種の走行車両には構造の簡略化や軽量化が要求されるので、上記実施例のように既存の機器を機能部とするのが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の旋回制御方法が適用される走行車両の一例を示す側面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。
【図２】マニピュレータを展開した状態を示す走行車両の側面図である。
【図３】旋回制御方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１  走行車両
２  車体
３  前輪
４  後輪
５  マニピュレータ（機能部）
７  駆動用モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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