(57)【要約】      （修正有）【課題】旋回用のキャスタに起因する旋回抵抗を低減する軌道を計画し、位置ずれを防止することができる全方位台車の動作計画方法を提供する。【解決手段】一対の駆動輪３，４と、全方位台車３０の進行に伴って、キャスタ旋回軸５を中心に従動旋回するキャスタ２と、キャスタ２の旋回角を検出するセンサとを備える全方位台車３０において、全方位台車３０の初期の走行軌跡の計画を設定し、検出された旋回角１１から進行によってキャスタの旋回が予定されるキャスタ旋回予定角１０を算出し、キャスタ旋回予定角１０が予め定められたキャスタ制限角度以上となった場合は、キャスタ旋回予定角１０がキャスタ制限角度より小さくなるように走行軌跡の計画を変更し、キャスタ旋回予定角１０がキャスタ制限角度より小さい場合は、走行軌跡の計画を維持するように駆動輪３，４を制御する、全方位台車３０の動作計画方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の駆動輪と、全方位台車の進行に伴って、キャスタ旋回軸を中心に従動旋回するキャスタと、前記キャスタの旋回角を検出するセンサとを備える全方位台車において、
前記全方位台車の初期の走行軌跡の計画を設定し、
検出された前記旋回角から前記進行によって前記キャスタの旋回が予定されるキャスタ旋回予定角を算出し、
前記キャスタ旋回予定角が予め定められたキャスタ制限角度以上となった場合は、前記キャスタ旋回予定角が前記キャスタ制限角度より小さくなるように前記走行軌跡の前記計画を変更し、
前記キャスタ旋回予定角が前記キャスタ制限角度より小さい場合は、前記走行軌跡の前記計画を維持するように前記駆動輪を制御する、
全方位台車の動作計画方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全方位に移動自在な全方位台車の軌道を制御するための動作計画方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動ロボットや運搬用台車を自動走行させるために各種の移動経路を計画する方法が提案されている。特許文献１には、無人車両のナビゲーション装置が記載されている。この無人車両には、一対の駆動輪と、車両の方向を変化させるための旋回用のキャスタと、キャスタの方向角度を検出する角度検出センサと、車両の位置に基づいて車両を制御するナビゲーション装置を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３０７０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
旋回用のキャスタで車両の方向を変化させる場合、キャスタの車両の進行方向に対する角度の条件により、車両が方向転換する際にキャスタの旋回抵抗を受け、車両が計画された走行軌跡からずれる場合がある。特許文献１に記載されたナビゲーション装置によると、旋回用のキャスタによる旋回抵抗の影響が考慮されておらず、旋回抵抗により車両の位置や姿勢にずれが生じる虞がある。
本発明は、旋回用のキャスタに起因する旋回抵抗を低減する軌道を計画し、位置ずれを防止することができる全方位台車の動作計画方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明にかかる全方位台車の動作計画方法は、一対の駆動輪と、全方位台車の進行に伴って、キャスタ旋回軸を中心に従動旋回するキャスタと、前記キャスタの旋回角を検出するセンサとを備える全方位台車において、
前記全方位台車の初期の走行軌跡の計画を設定し、
検出された前記旋回角から前記進行によって前記キャスタの旋回が予定されるキャスタ旋回予定角を算出し、
前記キャスタ旋回予定角が予め定められたキャスタ制限角度以上となった場合は、前記キャスタ旋回予定角が前記キャスタ制限角度より小さくなるように前記走行軌跡の前記計画を変更し、
前記キャスタ旋回予定角が前記キャスタ制限角度より小さい場合は、前記走行軌跡の前記計画を維持するように前記駆動輪を制御する。
【０００６】
本発明にかかる全方位台車の動作計画方法は、キャスタ旋回予定角が予め定められたキャスタ制限角度以上となった場合は、走行軌跡の計画を変更することで方向転換時のキャスタに生じる旋回抵抗を低減し、位置ずれを防止する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明にかかる全方位台車の動作計画方法によると、旋回用のキャスタに起因する旋回抵抗を低減する軌道を計画し、位置ずれを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明にかかる全方位台車の底面図である。
【図２】全方位台車の内部構成を示したブロック図である。
【図３】キャスタ旋回角とキャスタの旋回抵抗に関する説明図である。
【図４】キャスタ旋回予定角が大きい場合のキャスタの状態を示した図である。
【図５】全方位台車の走行軌跡の動作計画を変更する状態を示した図である。
【図６】全方位台車の走行軌跡の動作計画を決定する処理を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明にかかる全方位台車の実施形態について説明する。
【００１０】
図１〜図２に示されるように、全方位台車３０は、上面に物を載置するための天板１と、天板１を駆動して移動させる一対の右側の駆動輪３および左側の駆動輪４と、天板１の前方に設けられ、移動方向に従動旋回するキャスタ２とを有する。全方位台車３０は、走行軌跡の動作計画を演算する演算部７の演算結果に基づいて制御部８によって駆動輪３，４を駆動するモータ３ａ，４ａが制御され、自動走行を行う。全方位台車３０は、例えばロボット本体（不図示）の移動用の台車として用いられる。
【００１１】
一対の駆動輪３，４は、モータ３ａ，４ａによってそれぞれ独立に駆動される。モータ３ａ，４ａには車軸線Ｌ周りの駆動輪３，４の回転１２を検出する、エンコーダ等の回転検出センサ３ｂ，４ｂが設けられている。制御部８は、回転検出センサ３ｂ，４ｂの出力から回転角度、速度を取得し、その値に基づいて全方位台車３０の中心位置と姿勢を制御する。
【００１２】
駆動輪３，４の回転差により天板１の進行方向１３が定まる。進行方向１３に従動旋回してキャスタ２は、キャスタ旋回軸５周りに旋回する。キャスタ旋回軸５周りにおけるキャスタ２のキャスタ旋回角１１＝θ１は、キャスタ旋回軸５に設けられたエンコーダ（旋回検出センサ）６によって検出される。キャスタ２は、天板１の前方に１個設けられているが、より安定性を向上させるために前方に２個配置してもよい。キャスタ２は、進行方向１３に従動旋回するため、キャスタ旋回角１１に基づいて進行方向１３への進行によってキャスタ２の旋回が予定されるキャスタ旋回予定角１０（＝θ）が定まる。
【００１３】
エンコーダ６および回転検出センサ３ｂ，４ｂの出力は、演算部７に入力される。演算部７は、回転検出センサ３ｂ，４ｂの出力に基づいて全方位台車３０の中心の現在位置を算出する。演算部７は、現在位置から到達点までの走行軌跡を計画する。演算部７は、走行軌跡から全方位台車３０の進むべき進行方向を算出する。演算部７は、エンコーダ６の出力に基づいて検出されたキャスタ２のキャスタ旋回角１１に基づいて進行によってキャスタ２の旋回が予定されるキャスタ旋回予定角１０を算出する。制御部８は、モータ３ａ，４ａを制御して駆動輪３，４を回転させ、全方位台車３０が走行軌跡に従うよう制御する。
【００１４】
キャスタ旋回予定角１０が予め定められたキャスタ制限角度（リミット角度：θｌｉｍ）１４を超えるとキャスタ２に旋回抵抗が生じる。そのため、キャスタ旋回予定角１０がリミット角度１４を超えないように、演算部７は、現在位置から到達点までの走行軌跡を計画を変更する。即ち、演算部７は、キャスタ旋回予定角１０とリミット角度１４＝θｌｉｍを比較し、キャスタ旋回予定角１０がリミット角度１４を超えた場合、キャスタ旋回予定角１０がリミット角度１４を超えないように走行軌跡の計画を変更する。リミット角度１４は、実験により予め確認することにより設定される。
【００１５】
演算部７は、変更された走行軌跡の計画に基づいて駆動輪３，４の目標回転速度（位置）を計算する。制御部８は、目標回転速度（位置）となるようにモータ３ａ，４ａを制御し、変更された走行軌跡に沿って全方位台車３０を走行させる。
【００１６】
図３に示されるように、全方位台車３０において、キャスタ２が基準線Ｍに対してキャスタ旋回角１１＝θ１をなしている。この状態から全方位台車３０が進行方向１３に進行しようとすると、キャスタ２は、進行によってキャスタ旋回軸５周りに旋回し、走行時にキャスタ旋回角１１は、進行方向１３と１８０度をなす角度に落ち着く。従って、全方位台車３０において、次の走行軌跡が計画された場合、キャスタ２は、現在のキャスタ旋回角１１＝θ１の状態からθの角度量（キャスタ旋回予定角１０）旋回することが予想される。キャスタ旋回予定角１０が１８０度に近づくほどキャスタ２が旋回しにくくなる。
【００１７】
即ち、キャスタ旋回予定角１０が１８０度に近い状態で全方位台車３０が計画に基づいた進行方向に進行しようとした場合、台車速度が高くなればなるほどキャスタ２の旋回抵抗が大きくなる。そして、全方位台車３０の位置および姿勢がずれる可能性が高くなる。その状態では、全方位台車３０の上部にロボット本体等が載置されている場合、ロボット本体やロボットアームに振動が発生する。
【００１８】
図４に示されるように、全方位台車３０において、次の走行軌跡が計画される。そして、走行軌跡の進行方向１３よってキャスタ旋回予定角１０がθ＝１７０度となった場合（Ａ）、全方位台車３０が進行方向１３へ進行開始する。その際、キャスタ２は、進行方向１３とのなす角が１７０度から０度に近づこうとして旋回する（Ｂ）。そして、全方位台車３０の進行中にキャスタ２は、進行方向１３とのなす角が１８０度になる（Ｃ）。この場合、キャスタ旋回予定角１０が１７０度であり、１８０度に近い。そのため、この状態では全方位台車３０が計画された進行方向に進行しようとした場合、キャスタ２の旋回抵抗が大きい。以下、キャスタ２の旋回抵抗を低減する全方位台車３０の動作計画方法について説明する。
【００１９】
図５に示されるように、全方位台車３０の動作計画方法において、キャスタ旋回予定角１０にリミット角度１４（θｌｉｍ＝１６０度）を設定する。そして、全方位台車３０の初期の走行軌跡１６の計画を設定する（Ａ）。初期の走行軌跡１６の計画における進行方向１３において、キャスタ旋回予定角１０が１７０度となった場合、リミット角度１４（θｌｉｍ＝１６０度）を超える。この時、演算部７（図２参照）は、キャスタ旋回予定角１０とリミット角度１４を比較した結果、キャスタ旋回予定角１０がリミット角度１４を超えているため、キャスタ旋回予定角１０がリミット角度１４を超えないように走行軌跡の計画を変更する。
【００２０】
演算部７は、例えば、キャスタ旋回予定角１０がリミット角度１４より小さい９０度以下となるように変更後の走行軌跡１７，１８，１９を設定する。変更後の走行軌跡１７における進行方向１５では、キャスタ旋回予定角１０が９０度以下となる。制御部８（図２参照）は、演算部７の演算に基づいて駆動輪３，４を駆動し、全方位台車３０を進行方向１５の走行軌跡１７で走行させる（Ｂ）。同様にして、制御部８は、駆動輪３，４を駆動し、全方位台車３０を走行軌跡１８，１９で走行させる（Ｃ），（Ｄ）。その結果、全方位台車３０は、初期の走行軌跡１６における終点２０と同じ場所に到達する。
【００２１】
次に、全方位台車３０の動作計画方法の処理の流れを説明する。
【００２２】
図６に示されるように、演算部７は、全方位台車３０の初期の走行軌跡の計画を設定する（Ｓ１００）。演算部７は、現時点におけるキャスタ旋回角１１をエンコーダ６から取得する（Ｓ１０１）。演算部７は、走行軌跡と取得したキャスタ旋回角１１からキャスタ旋回予定角１０を計算する（Ｓ１０２）。演算部７は、キャスタ旋回角１１とリミット角度１４とを比較する（Ｓ１０３）。キャスタ旋回予定角１０がリミット角度１４以上となった場合（Ｓ１０３：Ｎｏ）、演算部７は、キャスタ旋回予定角１０がリミット角度１４より小さくなるように走行軌跡の計画を変更する（Ｓ１０４）。
【００２３】
制御部８は、全方位台車３０が変更後の計画された走行軌跡を走行するようモータ３ａ，４ａを駆動する（Ｓ１０５）。キャスタ旋回予定角１０がリミット角度１４より小さい場合（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、演算部７は、走行軌跡の計画を維持するようにモータ３ａ，４ａを制御する（Ｓ１０５）。
【００２４】
上述したように本発明にかかる全方位台車３０によると、キャスタ旋回予定角１０が予め定められたキャスタ制限角度１４以上となった場合は、走行軌跡の計画を変更することでキャスタ２に生じる旋回抵抗を低減し、全方位台車３０の位置ずれを防止することができる。
【００２５】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１…天板  ２…キャスタ  ３，４…駆動輪  ３ａ，４ａ…モータ  ３ｂ，４ｂ…回転検出センサ  ５…キャスタ旋回軸  ６…エンコーダ  ７…演算部  ８…制御部  １０…キャスタ旋回予定角  １１…キャスタ旋回角  １２…回転  １３…進行方向  １４…リミット角度（キャスタ制限角度）  １５…進行方向  １６…走行軌跡  １７…走行軌跡  １７，１８，１９…走行軌跡  ２０…終点  ３０…全方位台車  Ｌ…車軸線  Ｍ…基準線  
【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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