(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の前後に配置された一対の車軸と、これら各車軸の両端部に設けられた車輪とを備え、前記車輪を個別に回転駆動して、前記車輪の回転速度差によって前記車軸を旋回させることにより任意の方向に走行可能な四輪モータ車軸一体型移動体であって、
前記車軸の旋回角度を検出して角度検出信号を出力するステアリング角検出手段と、
前記移動体上の運転者により操作されたときの操作方向を含む操作位置信号を出力する操舵手段と、
少なくとも前記移動体が停止した状態から運転を開始する停止状態において、検出された前記車軸の旋回角度に応じた前記移動体の走行方向を前記操作位置信号の操作方向に一致させる前記車輪の前記回転速度差で、前記各車輪を回転駆動させる回転制御手段と
を有することを特徴とする四輪モータ車軸一体型移動体。
【請求項２】
さらに、前記角度検出信号を基にして前記旋回角度を表示する表示手段を有することを特徴とする請求項１記載の四輪モータ車軸一体型移動体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車輪を個別に回転駆動して車軸を旋回させることにより任意の方向に走行可能な四輪モータ車軸一体型移動体の操縦装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
畑や山林のように多くの凹凸を有した軟弱な地面を走行して人や物を運搬する場合には、全ての車輪を独立して駆動しながら走行する四輪モータ車軸一体型移動体が多用される。この移動体は、前後左右の４箇所に配置された車輪および駆動用のモータと、前側の車輪（モータ）同士および後側の車輪（モータ）同士を連結した一対の車軸と、これらの車軸同士を中心部で回動自在に連結した車体軸と、車軸同士を中心部から互いに逆方向に偏心した位置で回動自在に連結した連結軸とを有している（図３参照）。
【０００３】
上記のように構成された移動体は、図４に示すように、ジョイスティック５４を備えた操縦装置５５により走行速度および走行方向が制御されている。従来の操縦装置５５は、ジョイスティック５４に演算器５３を接続することによって、ジョイスティック５４の前後方向の操作位置信号と左右方向の操作位置信号とを演算器５３に出力し、この演算器５３において回転速度指令値を求めてモータ制御器５２を介して各モータ５１ａ〜５１ｄを回転制御している。
【０００４】
即ち、例えばジョイスティック５４から出力される操作位置信号の前後方向成分がｘ（ｘ＝０：車体の停止状態，ｘ＞０：前進，ｘ＜０：後進）、左右方向成分がｙ（ｙ＝０：旋回停止，ｙ＞０：左旋回、ｙ＜０：右旋回）であるとすると、演算器５３は、前後方向成分ｘに速度変換係数Ａx を積算したモータ回転速度ωと、左右方向成分ｙに速度変換係数Ａy を積算した左前輪と右後輪のモータ回転速度−Δω（右前輪と左後輪のモータ速度は＋Δω）との合計値（ω−Δω，ω＋Δω）を算出し、これらの合計値を回転速度指令値としてモータ制御器５２に与える。そして、モータ制御器５２は、左前輪と右後輪のモータ５１ａ・５１ｄを回転速度ω−Δωで回転させると共に、右前輪と左後輪のモータ５１ｂ・５１ｃをω＋Δωで回転させる。
【０００５】
これにより、車軸の中心部から車輪までの距離をＬＳ、車輪径をＬＷ、前側および後側の車軸の旋回角度をそれぞれθｆおよびθｂとすると、モータ５１ａ〜５１ｄの回転速度差Δωにより、前側および後側の車軸は、理想的には、
【０００６】
0004192339.tif 000002
【０００７】
の旋回角速度でそれぞれ反対方向に旋回し、車体を車軸の旋回角度に応じた方向に旋回させることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、走行を開始したときに、ジョイスティック５４を操作する方向と走行方向とが一致しないことがあるため、運転が困難であるという問題がある。
【０００９】
即ち、図５（ａ）に示すように、ジョイスティック５４の左右方向の操作位置信号ｙと車軸の旋回角速度（ｄθf ／ｄｔ）・（ｄθｂ／ｄｔ）とは、上述の（１）式および（２）式のように比例関係にあるため、ジョイスティック５４が中立（ｙ＝０：旋回停止）の状態に戻れば、旋回角速度が０になる。これに対し、図５（ｂ）に示すように、操作位置信号ｙと車軸の旋回角度θとは、積分関係にあるため、ジョイスティック５４が中立（ｙ＝０：旋回停止）の状態に戻っても、積分後の旋回角度θが維持される。
【００１０】
これにより、ジョイスティック５４の操作位置に対して車軸の旋回角度が連動しないため、車上の運転者は、車体が停止していると、車軸がどの方向に傾いているかを認識することができない。従って、従来においては、停止した状態から運転を開始した直後の走行方向が不明であるため、車体を円滑に操縦しようとすると、運転開始前に車体を一旦走行させて車体の旋回方向を確認したり、車軸や車輪の方向を運転者が目視するという確認作業を行うことによって、車軸の旋回角度を認識することが必要になる。
【００１１】
そこで、例えばモータ５１ａ〜５１ｄのエンコーダ出力と車輪の径とを基にして車軸の旋回角速度を求め、これを積分して車軸の旋回角度として運転者に表示器で報知することも考えられるが、この方法では、車輪のスリップや凹み等の誤差要因により旋回角度を高精度に得ることは困難である。
【００１２】
さらに、以上のような確認作業や表示器により車軸の旋回角度を運転者が認識できた場合であっても、ジョイスティック５４を操作する方向と走行方向とが一致していないため、車軸の旋回角度を意識しながらジョイスティック５４を操作することが必要となり、ジョイスティック５４による感覚的な運転を行うことはできない。
【００１３】
従って、本発明は、ジョイスティック５４の操作位置に対して車軸の旋回角度を連動させてジョイスティック５４による感覚的な運転を可能にすることによって、容易な運転を実現することができる四輪モータ車軸一体型移動体の操縦装置を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、移動体の前後に配置された一対の車軸と、これら各車軸の両端部に設けられた車輪とを備え、前記車輪を個別に回転駆動して、前記車輪の回転速度差によって前記車軸を旋回させることにより任意の方向に走行可能な四輪モータ車軸一体型移動体であって、前記車軸の旋回角度を検出して角度検出信号を出力するステアリング角検出手段と、前記移動体上の運転者により操作されたときの操作方向を含む操作位置信号を出力する操舵手段と、少なくとも前記移動体が停止した状態から運転を開始する停止状態において、検出された前記車軸の旋回角度に応じた前記移動体の走行方向を前記操作位置信号の操作方向に一致させる前記車輪の前記回転速度差で、前記各車輪を回転駆動させる回転制御手段とを有することを特徴としている。
【００１５】
上記の構成によれば、回転制御手段により、少なくとも移動体が停止した状態から運転を開始する停止状態において、検出された移動体の走行方向を操作方向に一致させる車輪の回転速度差で、各車輪が回転駆動される。この際、角度検出信号の操作方向は、移動体上の運転者の操作に基づくものであり、角度検出信号は、車軸の旋回角度を示すものである。従って、少なくとも移動体が停止した状態から運転を開始する際において、運転者の操作方向と車軸の旋回角度に応じた移動体の走行方向とが常に一致することになる。これにより、操舵手段の操作により感覚的に車軸の旋回方向（移動体の走行方向）を認識することができるため、従来のように車軸や車輪を目視して走行方向を認識する場合よりも、容易に移動体を運転することができる。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１記載の四輪モータ車軸一体型移動体であって、さらに、前記角度検出信号を基にして前記旋回角度を表示する表示手段を有することを特徴としている。上記の構成によれば、表示手段に表示された旋回角度を目視することによって、現在の車軸の旋回角度から走行方向を確実に認識することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１ないし図３に基づいて以下に説明する。
本実施の形態に係る操縦装置は、図３に示すように、四輪モータ車軸一体型移動体に適用される。この移動体の前側には、前側駆動機構４が配置されている。前側駆動機構４は、左右に配置された左前車輪１ａおよび右前車輪１ｂと、各車輪１ａ・１ｂをそれぞれ回転駆動する左前輪モータ２ａおよび右前輪モータ２ｂと、これらの車輪１ａ・１ｂ同士（モータ２ａ・２ｂ同士）を連結する前側車軸３とを有している。また、移動体の後側には、上記の前側駆動機構４と同一構成の後側駆動機構６が配置されており、後側駆動機構６は、左後車輪１ｃ、右後車輪１ｄ、左後輪モータ２ｃ、右後輪モータ２ｄおよび後側車軸５を有している。
【００１８】
上記の前側駆動機構４および後側駆動機構６は、前側車軸３および後側車軸５の中心部３ａ・５ａ同士を回動自在に連結した車体軸７を介して接続されている。さらに、両駆動機構４・６は、中心部３ａ・５ａから互いに逆方向に等距離（Ｌ）偏心した偏心部３ｂ・５ｂ同士を回動自在に連結した連結軸８を介して接続されている。そして、両駆動機構４・６を接続した車体軸７および連結軸８は、中心部３ａ・５ａを旋回中心として前側車軸３および後側車軸５を互いに逆方向に同一角度で旋回させる。
【００１９】
また、前側車軸３の中心部３ａには、図１に示すように、ステアリング角検出器９が設けられている。ステアリング角検出器９は、ポテンショメータからなっており、前側車軸３の旋回角度に応じた抵抗値の電圧値や電流値を角度検出信号として出力する。尚、ステアリング角検出器９は、ポテンショメータの他、磁気ポテンショメータを使用することができると共に、その他の旋回角度を検出する全ての機器を使用することができる。また、ステアリング角検出器９は、後側車軸５の中心部５ａに設けられていても良い。
【００２０】
上記のステアリング角検出器９は、操縦装置１０の一部を構成している。操縦装置１０は、ステアリング角検出器９の他、ジョイスティック１１、演算器１２、およびモータ制御器１３を備えている。ジョイスティック１１は、二次元方向に操作可能にされており、前後の操作により車体の前後進を指示し、左右の操作により車体の旋回を指示する操作位置信号を出力する。このジョイスティック１１は、上述のステアリング角検出器９と共に演算器１２に接続されている。演算器１２は、ステアリング角検出器９からの角度検出信号をジョイスティック１１の操作位置信号に対応させるように各モータ２ａ〜２ｄの回転速度指令値を求める走行演算処理を実行する。この演算器１２は、モータ制御器１３に接続されており、モータ制御器１３は、角度検出信号に対応した駆動電力を各モータ２ａ〜２ｄに供給する。
【００２１】
上記の演算器１２において実行される走行演算処理は、下記の（３）式および（４）式に基づいて回転速度指令値を算出する。
【００２２】
即ち、ジョイスティック１１における操作位置信号の前後方向成分をｘ（ｘ＞０：前進、ｘ＜０：後進、ｘ＝０：停止）とし、左右方向成分をｙ（ｙ＞０：右旋回、ｙ＜０左旋回）とする。また、旋回角度θに対するステアリング角検出器の抵抗値をＲ（θ）、前進のためのモータ２ａ〜２ｄの回転速度をω、旋回時に車軸３・５を旋回させるための左右の車輪１ａ〜１ｄの速度差を２Δωとすると、（３）式および（４）式が得られる。
【００２３】
ω＝Ａx ｘ                                              ・・・（３）
Δω＝Ａy ｙ−Ｂ1 Ｒ                                    ・・・（４）
【００２４】
但し、Ａx ，Ａy はジョイスティック１１の操作位置信号の各成分ｘ，ｙを回転速度ωに変換する係数であり、Ｂ1 はステアリング角検出器９の抵抗値Ｒ（θ）（角度検出信号）を回転速度ωに変換する係数である。
【００２５】
そして、ジョイスティック１１およびステアリング角検出器９からそれぞれ入力される操作位置信号および角度検出信号と、（３）式および（４）式とを用いて回転速度ωおよび速度差Δωを算出する。この後、左前輪モータ２ａと右後輪モータ２ｄをω−Δωで回転駆動すると共に、右前輪モータ２ｂおよび左後輪モータ２ｃをω＋Δωで回転駆動するように回転速度指令値を求める。
【００２６】
尚、（３）式および（４）式は、必ずしもｘ，ｙ，Ｒに対して線形である必要はない。例えばΔωをＡb ｙ−Ｂ1 Ｒの積分関数で表しても良いし、Ａb ｙ−Ｂ1 Ｒが或る値以下ではΔω＝０という関数にしても良い。即ち、上記の各式は、ステアリング角検出器９の角度検出信号をモータ２ａ〜２ｄの回転速度指令値にフィードバックすることによりジョイスティック１１の動きに車軸３・５の旋回が連動するような関係にされていれば良い。
【００２７】
上記の構成において、操縦装置１０の動作について説明する。
操縦装置１０に対して電源を投入すると、演算器１２は、ジョイスティック１１およびステアリング角検出器９から出力された操作位置信号および角度検出信号をそれぞれ取り込む。これらの信号と上述の（３）式および（４）式とに基づいて回転速度ωおよび速度差Δωをそれぞれ算出し、左前輪モータ２ａおよび右後輪モータ２ｄをω−Δωで回転駆動すると共に、右前輪モータ２ｂおよび左後輪モータ２ｃをω＋Δωで回転駆動するように回転速度指令値を求める。そして、操作位置信号をモータ制御器１３に出力し、モータ制御器１３から駆動電力を各モータ２ａ〜２ｄに供給することによって、図３の車輪１ａ〜１ｄを回転させて移動体を任意の方向に走行させたり、停止状態で車軸３・５のみを旋回させる。
【００２８】
この際、ジョイスティック１１からの操作位置信号の左右方向成分ｙと前側車軸３の旋回角度θとは、以下のような関係にある。即ち、Δωと前側車軸３の旋回速度ｄθ／ｄｔとは、上述の（１）式に示すような比例関係にある。また、前側車軸３の旋回角度θは、抵抗値Ｒに対して比例関係にある。従って、旋回角度θと抵抗値ＲとをＲ＝Ｂ2 θで示すと、（４）式は、
【００２９】
0004192339.tif 000003
と置き換えることができる。
【００３０】
上式（５）は、
ｄθ／（Ｂ’θ−Ａ’ｙ）＝−ｄｔ
と表すことができるため、各項を積分すると、
ｌｏｇ（Ｂ’θ−Ａ’ｙ）＝−ｔ＋Ｅ    Ｅ：積分定数
となる。
【００３１】
初期条件がｔ＝０で、旋回角度がθ＝０であるとすると、
Ｅ＝ｌｏｇ（−Ａ’ｙ）
となるため、このＥを代入することによって、
ｌｏｇ（Ｂ’θ−Ａ’ｙ）＝−ｔ＋ｌｏｇ（−Ａ’ｙ）      ・・・（６）
を得ることができる。
【００３２】
上記の（６）式を書き換えると、
Ｂ’θ−Ａ’ｙ＝ｅ(-t+log(-A'y))＝−Ａ’ｙｅ-t
となり、結果として
θ＝（Ａ’／Ｂ’）ｙ（１−ｅ-t）                        ・・・（７）
が求まる。
【００３３】
上式（７）を基にして、操作位置信号の左右方向成分ｙが入力されたときの旋回角度θと時間ｔとの関係をグラフ化すると、図２（ａ）・（ｂ）のようになる。この結果からも明らかなように、ジョイスティック１１を操作すると、操作位置信号の左右方向成分ｙに対して前側車軸３（後側車軸５）の旋回角θが連動する。従って、運転者は、ジョイスティック１１の操作方向（傾倒方向）で車輪１ａ〜１ｄの方向（前側車軸３の旋回角度）が感覚的に分かると共に、ジョイスティック１１を中立位置（ｙ＝０）に戻すと前側車軸３も中央（θ＝０：直進方向に垂直方向に）に戻すことができるため、ジョイスティック１１により容易に運転を行うことができる。
【００３４】
以上のように、本実施形態の操縦装置１０は、図１に示すように、移動体の前後に一対の車軸３・５を配置し、これら各車軸３・５の両端部に設けられた車輪１ａ〜１ｄを個別に回転駆動して前側車軸３・５を旋回させることにより任意の方向に走行可能な四輪モータ車軸一体型移動体を操縦するものであり、下記の特徴ある構成を有している。即ち、車軸３・５の旋回角度を検出して角度検出信号を出力するステアリング角検出器９（ステアリング角検出手段）と、運転者により操作されたときの操作方向成分（前後方向成分ｘ、左右方向成分ｙ）を含む操作位置信号を出力するジョイスティック１１（操舵手段）と、角度検出信号を操作位置信号の操作方向成分に対応させるように各車輪１ａ〜１ｄを回転駆動する回転制御手段（演算器１２、モータ制御器１３）とを有した構成にされている。
【００３５】
これにより、ジョイスティック１１の操作方向に車軸３・５の旋回角度が常に連動されることによって、ジョイスティック１１の操作により感覚的に車軸３・５の旋回方向（移動体の走行方向）を認識することができるため、従来のように車軸３・５や車輪１ａ〜１ｄを目視して走行方向を認識する場合よりも、容易に移動体を運転することができる。
【００３６】
また、操縦装置１０は、さらに、角度検出信号を基にして旋回角度を表示する表示器（表示手段）を有していることが望ましい。そして、この場合には、表示器に表示された旋回角度を目視することによって、現在の車軸３・５の旋回角度から走行方向を確実に認識することができる。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１の発明は、移動体の前後に配置された一対の車軸と、これら各車軸の両端部に設けられた車輪とを備え、前記車輪を個別に回転駆動して、前記車輪の回転速度差によって前記車軸を旋回させることにより任意の方向に走行可能な四輪モータ車軸一体型移動体であって、前記車軸の旋回角度を検出して角度検出信号を出力するステアリング角検出手段と、前記移動体上の運転者により操作されたときの操作方向を含む操作位置信号を出力する操舵手段と、少なくとも移動体が停止した状態から運転を開始する停止状態において、検出された車軸の旋回角度に応じた移動体の走行方向を前記操作位置信号の操作方向に一致させる前記車輪の前記回転速度差で、前記各車輪を回転駆動する回転制御手段とを有する構成である。
【００３８】
上記の構成によれば、回転制御手段により、少なくとも移動体が停止した状態から運転を開始する停止状態において、検出された移動体の走行方向を操作方向に一致させる車輪の回転速度差で、各車輪が回転駆動される。この際、角度検出信号の操作方向は、移動体上の運転者の操作に基づくものであり、角度検出信号は、車軸の旋回角度を示すものである。従って、少なくとも移動体が停止した状態から運転を開始する停止状態において、運転者の操作方向と車軸の旋回角度に応じた移動体の走行方向とが常に一致することになる。これにより、操舵手段の操作により感覚的に車軸の旋回方向（移動体の走行方向）を認識することができるため、従来のように車軸や車輪を目視して走行方向を認識する場合よりも、容易に移動体を運転することができるという効果を奏する。
【００３９】
請求項２の発明は、請求項１記載の四輪モータ車軸一体型移動体であって、さらに、前記角度検出信号を基にして前記旋回角度を表示する表示手段を有する構成である。上記の構成によれば、表示手段に表示された旋回角度を目視することによって、現在の車軸の旋回角度から走行方向を確実に認識することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】操縦装置のブロック図である。
【図２】操作位置信号と旋回角度との関係を示す説明図である。
【図３】四輪モータ車軸一体型移動体の操縦装置
【図４】従来の操縦装置のブロック図である。
【図５】従来の操作位置信号と旋回角度との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１ａ  左前車輪
１ｂ  右前車輪
１ｃ  左後車輪
１ｄ  右後車輪
２ａ  左前輪モータ
２ｂ  右前輪モータ
２ｃ  左後輪モータ
２ｄ  右後輪モータ
３  前側車軸
４  前側駆動機構
５  後側車軸
６  後側駆動機構
７  車体軸
８  連結軸
９  ステアリング角検出器
１０  操縦装置
１１  ジョイスティック
１２  演算器
１３  モータ制御器
【図１】
0004192339.tif 000004
【図２】
0004192339.tif 000005
【図３】
0004192339.tif 000006
【図４】
0004192339.tif 000007
【図５】
0004192339.tif 000008