(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵軸を中心とした回転によって操舵角を変えることのできる車輪を２つ以上備えており、前記操舵角を制御することによって車体の回転方向を変えることのできる無軌道搬送車であって、
曲率の設定を受け付ける曲率設定部と、
この曲率設定部によって設定された曲率に基づき各々の前記車輪の目標操舵角を算出する目標操舵角算出部と、
この目標操舵角算出部で算出された目標操舵角にあわせて前記車輪の前記操舵軸を回転させる操舵軸位置決め部と、
前記操舵軸位置決め部からの信号を受けて前記操舵軸を回転させる操舵軸モータドライバと、
前記操舵軸の角度を感知し電気信号に変換して前記操舵軸位置決め部にフィードバックする操舵角エンコーダと、を具備し、
前記曲率設定部は、設定曲率を記憶する手段と、この手段に記憶された前記設定曲率を択一的な操作により所定量増加または減少させる増減手段とを備えることを特徴とする無軌道搬送車。
【請求項２】
前記車輪の数は３であって、第１の車輪および第２の車輪は、平面視において、車体の中心から等距離かつ回転の中心から等距離に位置しており、
前記第１の車輪および前記第２の車輪は、平面視において、前記車体の中心と前記回転の中心とを通る直線を中心として対称に配置されており、
第３の車輪は平面視において前記車体の中心と前記回転の中心とを通る直線上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の無軌道搬送車。
【請求項３】
前記曲率設定部は、前記設定曲率をゼロにする曲率リセット手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の無軌道搬送車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主として製造工場や物流拠点などで使用される無軌道搬送車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製造工場や物流拠点などでは製品、生産財、生産手段などを運搬するための搬送車が用いられる。これら搬送車の中で軌道を必要としないタイプのものは、車輪の向きを変えて進行方向を変えることができるようになっており、軌道式のものに比べて、移動の自由度が高く、また軌道などの設備も必要としないという利点がある。
【０００３】
図３はこのような無軌道搬送車の一例を示すものである。図３において符号１１は車体本体、１２は作業用の多関節アーム、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は３つの車輪である。この無軌道搬送車は産業ロボットの機能を備えており、車輪Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を支えとして自立自走し、車体本体１１の内部に動力源、移動制御手段、多関節アーム１２の作業制御手段などを有している。
【０００４】
図４および図５は、上記無軌道搬送車の車輪配置の例を示した平面図であり、図４は２輪速度差タイプのもの、図５は３輪の全方向走行機構タイプのものである。このような無軌道搬送車を手動で移動させる場合、操作の負荷を軽減するため動輪のブレーキを解放して車体を手で押す方法が通常取られる。このような操作において、図４に示した２輪速度差タイプの場合は車体の回転に対する拘束力がないので、動輪のブレーキ解放によって車体の向きを手動で自由に変えられる。一方、図５に示した３輪全方位走行機構タイプの場合、動輪のブレーキを解放するだけでは車体の向きを手動で任意に変えることはできず、移動させるべき方向に応じて車輪の操舵軸の角度を変えてから車体を手で押す必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図２は従来技術による搬送車の操舵軸制御部の構成を示すブロック図であり、この図において、符号２は操舵角設定部、４は操舵軸位置決め部、５は操舵軸モータドライバ、６は操舵軸エンコーダである。そのような搬送車の車体を回転させるためには、まず操舵角設定部２を通して操作者が各車輪の操舵角を設定し、それが目標操舵角として操舵軸位置決め部４に伝えられ、それに従ってそれぞれの車輪の操舵軸の位置決めが行われる。
【０００６】
しかし、図５のような車輪配置の場合、具体的には車輪Ｗ１，Ｗ２を互いに逆方向へ操舵する必要があり、このような設定を操作者が直感的に理解することが難しいという問題がある。また、各車輪の向きの関係によっては車体を手で押しても動かすことができなくなる場合があり、車輪がカバーなどで隠れている場合には操舵軸の向きを視認できずさらに操作が難しくなるといった欠点があった。
【０００７】
この発明は上記事情を考慮してなされたものであり、上記のような全方向走行機構を持つ無軌道搬送車を手動で移動させる場合、操作者が車輪構成などを理解していなくても操舵角の設定を簡単に行うことのできる無軌道搬送車を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、操舵軸を中心とした回転によって操舵角を変えることのできる車輪を２つ以上備えており、前記操舵角を制御することによって車体の回転方向を変えることのできる無軌道搬送車であって、曲率の設定を受け付ける曲率設定部と、この曲率設定部によって設定された曲率に基づき各々の前記車輪の目標操舵角を算出する目標操舵角算出部と、この目標操舵角算出部で算出された目標操舵角にあわせて前記車輪の前記操舵軸を回転させる操舵軸位置決め部と、前記操舵軸位置決め部からの信号を受けて前記操舵軸を回転させる操舵軸モータドライバと、前記操舵軸の角度を感知し電気信号に変換して前記操舵軸位置決め部にフィードバックする操舵角エンコーダと、具備し、前記曲率設定部は、設定曲率を記憶する手段と、この手段に記憶された前記設定曲率を択一的な操作により所定量増加または減少させる増減手段とを備えることを特徴とする無軌道搬送車である。
この発明により、操作者によって指定された曲率に応じて各車輪の操舵軸の角度が自動的に設定される。
また、この発明により、操作者による１回の選択的操作が既に設定されている曲率を一定の差分量だけ変化させることになる。選択的操作の具体的手段としてはボタンやレバーなどを用いる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、前記車輪の数は３であって、第１の車輪および第２の車輪は、平面視において、車体の中心から等距離かつ回転の中心から等距離に位置しており、前記第１の車輪および前記第２の車輪は、平面視において、前記車体の中心と前記回転の中心とを通る直線を中心として対称に配置されており、第３の車輪は平面視において前記車体の中心と前記回転の中心とを通る直線上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の無軌道搬送車である。この車輪構成によると、第２の車輪の操舵軸が取るべき角度は第１の車輪の操舵軸の角度と同じ絶対値で反対の符号となり、第３の車輪の操舵軸が取るべき角度はゼロとなる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、前記曲率設定部は、前記設定曲率をゼロにする曲率リセット手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の無軌道搬送車である。この操作により、操作者が現在設定されている曲率を知らなくても設定曲率をゼロに戻すことが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しこの発明の実施形態について説明する。図６は、全方向走行機構の搬送車が車体の向きを変えるときの車輪の方向と車体姿勢の変化量の関係を示した概略図である。図６の（ａ）および（ｂ）に示すように、手押しで車体１１の向きを変えるためには、車輪Ｗ１，Ｗ２の向きが「八」の字になるように予め設定してから車体を押す必要がある。前輪である車輪Ｗ１を左向きに、後輪である車輪Ｗ２を右向きに設定しておくと、押された車体は進行方向の左に向きを変える。また、（ａ）よりも（ｂ）の方が操舵角が深いため、車体姿勢の変化量が大きい。
【００１４】
図１は、操作者が上記の変化量すなわち曲率を指定することにより各車輪の操舵角を自動的に算出するようにした搬送車の操舵軸制御部の構成を示すブロック図である。この図において、符号１は曲率設定部、３は目標操舵角算出部、４は操舵軸位置決め部、５は操舵軸モータドライバ、６は操舵軸エンコーダである。
【００１５】
本実施形態では、回転曲率を設定するようになっており、曲率設定部１は操作者によって指定された曲率を、信号によって目標操舵角算出部３に供給する。目標操舵角算出部３は、後述する計算方法によって各車輪の向くべき方向すなわち目標操舵角を算出し操舵軸位置決め部４に供給する。この操舵軸位置決め部４は、各車輪の操舵軸に設けられた操舵軸エンコーダ６からの操舵角のフィードバック信号を受けながら操舵軸モータドライバ５に対して速度指令信号を送り、サーボモータを作動させて車輪の向きを前記目標操舵角に合わせる。
【００１６】
図７は、車輪の位置および操舵角と車体の曲率との関係を示した平面図である。この図において車体が移動する平面は、車体１１の中心を原点とするＸＹ直交座標によって表されており、進行方向がＸ軸の方向である。また、車輪Ｗは車体１１に設けられた車輪Ｗ１，Ｗ２，・・・のうちの任意の１つであり、車輪Ｗが走行面と接している中心点の座標は（ｘ０，ｙ０）である。
【００１７】
Ｃは車体１１が移動するときの回転の中心点であり、その座標は（０，Ｒ）である。κは曲率であり回転半径Ｒの逆数である。ここではＲおよびκは正負両方の値を取り得るものとし、Ｒおよびκが正のときは車体が左（ｙ＞０の方向）に曲がり、負のときは車体が右（ｙ＜０の方向）に曲がる。
【００１８】
図７から明らかなように、目標操舵角算出部３が算出する車輪Ｗの操舵角αの計算式は次の通りである。すなわち、κ≠０のときα＝ａｒｃｔａｎ（ｘ０／（１／κ−ｙ０））であり、κ＝０のときα＝０である。ここで、「ａｒｃｔａｎ（）」は正接逆関数である。
【００１９】
搬送車には「左」ボタン、「右」ボタン、「直進」ボタンの３つが設置されており、曲率設定部１がこれらのボタンの押下を検知して曲率の設定を行う。「左」ボタン／「右」ボタンが１回押されたときの曲率変化量Δκは正定数であり予め設定されている。「左」ボタン／「右」ボタンが押された回数により車体の回転の曲率κが決まるが、設定できる曲率κの範囲には制限が設けられている。また「直進」ボタンが押されたときには、曲率設定部１は設定曲率κを０に戻す。
【００２０】
図９は、この搬送車を手押しで移動させる際の操舵角制御の手順を示すフローチャートである。操舵軸制御の操作が開始されると、まず図９のステップ１０１において操舵軸サーボモータがｏｎされ駆動軸のブレーキが解放される。次にステップ１０２において直進状態となるように操舵軸サーボモータによって各車輪の操舵軸を位置決めし、ステップ１０３において設定曲率κを０とする。
【００２１】
次にステップ１０４において曲率設定のために「左」、「右」、「直進」のいずれかのボタンが押されると、曲率設定部１はステップ１０５および１０６において３つのうちのどのボタンが押されたのかを判断する。「左」ボタンの場合はステップ１０７において設定曲率κをΔκ分だけ増加させ、「右」ボタンの場合はステップ１０８において設定曲率κをΔκ分だけ減少させ、「直進」ボタンの場合はステップ１０９におて設定曲率κを０に戻す。
【００２２】
但し、機械的、電気的な条件により曲率κが取り得る値は正負両方向に限界を持っており、もしステップ１０７または１０８における増減操作の結果として設定曲率κがこの限界を超えてしまう場合には、ステップ１１０において限界内に収まるような補正を行う。次に、ステップ１１１において目標操舵角算出部３が前記の計算式に従って、車輪Ｗ１，Ｗ２，・・・それぞれの目標操舵角α１，α２，・・・を算出し、それらは操舵軸位置決め部４に渡される。
【００２３】
そしてステップ１１２において、操舵軸位置決め部４は、車輪Ｗ１，Ｗ２，・・・について、操舵軸エンコーダ６からそれぞれの車輪の操舵角のフィードバックを受けながら操舵軸モータドライバ５に対して速度指令を送ることにより、算出された目標操舵角を達成する。この操舵軸位置決めが終了した後も、曲率設定部１は設定曲率を記憶し保持する。
【００２４】
ここで既に操作者の望みの車体回転方向が得られておれば、操作者は手押しで搬送車を移動させることができる。またさらに曲率を変えることが必要ならばステップ１０４に戻って「左」、「右」、「直進」のいずれかのボタンの押下を受け付ける。必要な操作が終了すれば、ステップ１１３からステップ１１４に移って直進状態となるように車輪Ｗ１，Ｗ２，・・・のすべての操舵角を戻した後、ステップ１１５において駆動軸のブレーキを掛け、操舵軸サーボモータをｏｆｆにして終了する。
【００２５】
次に、本発明の参考例について図面を用いて説明する。図８はこの参考例における３つの車輪Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の配置とそれぞれの車輪の操舵角α１，α２，α３と曲率との関係を示した平面図である。図８においては、車輪Ｗ１と車輪Ｗ２は、車体の中心から等距離であり、回転の中心である点Ｃからも等距離であり、また互いにｙ軸の反対側に位置している。つまりＷ１の座標を（ｘ１，ｙ１）とするとＷ２の座標は（−ｘ１，ｙ１）である。また車輪Ｗ３はｙ軸上に位置している。
【００２６】
このとき、車輪Ｗ２の操舵角α２は、κ≠０のときα２＝ａｒｃｔａｎ（−ｘ１／（１／κ−ｙ１））、κ＝０のときα２＝０である。すなわちα２＝−α１である。また、車輪Ｗ３のｘ座標は０であるのでその操舵角α３は常に０である。このような車輪配置の場合、曲率ではなく車輪Ｗ１の操舵角を操作者に指定させ、そこから車輪Ｗ２，Ｗ３の操舵角を算出し制御することも可能である。
【００２７】
本参考例は、図１の曲率設定部１の代わりに、操舵角α１を設定する操舵角設定部を置いた構成となっている。図１０は、この搬送車を手押しで移動させる際の操舵角制御の手順を示すフローチャートである。操舵軸制御の操作が開始されると、まずステップ２０１において操舵軸サーボモータがｏｎされ駆動軸のブレーキが解放される。次にステップ２０２において各車輪を直進状態とし、ステップ２０３において車輪Ｗ１の設定操舵角α１を０とする。
【００２８】
次にステップ２０４において方向設定のためのボタンが押されると、ステップ２０５および２０６においてボタンが押されたのかを判断し、「左」ボタンの場合はステップ２０７において設定操舵角α１をΔα分だけ増加させ、「右」ボタンの場合はステップ２０８において設定操舵角α１をΔα分だけ減少させ、「直進」ボタンの場合はステップ２０９において設定操舵角α１を０に戻す。ここで、ボタン押下１回あたりの変化量Δαは予め設定された正定数である。
【００２９】
次に、ステップ２１０において目標操舵角α１が機械的、電気的な所定の限界に収まるようにその量を制限するためのリミット処理を行ってから、ステップ２１１において車輪Ｗ２，Ｗ３のそれぞれの操舵角をα２＝−α１，α３＝０と設定する。そして、これらの目標操舵角が操舵軸位置決め部４に渡され、前記本発明の実施形態の場合と同様にステップ２１２において各車輪の操舵軸の位置決めが行われる。
【００３０】
車輪Ｗ１の目標操舵角α１は記憶されており、必要に応じてステップ２０４〜２１２の制御を繰り返す。それらが終了すると、ステップ２１４において各車輪を直進状態に戻した後、ステップ２１５で駆動軸のブレーキを掛け、操舵軸サーボモータをｏｆｆにして終了する。
【００３１】
このように、上記本発明の実施形態においても参考例においても、操作者が曲率や各車輪の操舵角を意識しなくても、ボタンの操作によって車体を回転させる方向を直感的に簡単に設定することができる。
【００３２】
なお、上記本発明の実施形態および参考例では、「左」、「右」、「直進」の指示をボタン押下によるものとしているが、これらの手段は押しボタンに限定されず、タッチボタン、タッチパネル、レバー、回転スイッチ、ステアリングハンドルなど可能な手段で置換しても良い。
【００３３】
また、上記本発明の実施形態および参考例では、実際の各車輪の操舵軸位置決めは操舵軸モータドライバ４および操舵軸エンコーダ５によるフィードバック制御としているが、このような方法に限定されず別の制御方法であっても良い。また搬送車自体も図３に示したような形態または機能を持つものに限定されず、走行面と車輪との間の摩擦力により車体の方向を変える搬送車すべてにこの発明を適用することが可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、車体の回転の曲率またはある特定の車輪の操舵角の設定によって各車輪の取るべき操舵角を自動的に算出するため、操作者が車輪配置と回転方向の関係を特に理解していなくても、望みの方向に車体が回転するように各車輪を向かせることができ、操作が簡単になる。
【００３５】
また、方向を表すボタンによって方向または操舵角の設定を行えるようにしているため、操作者に曲率、回転半径、操舵角という概念を意識させる必要がなく、直感的で簡単な操作が可能になる。また、「直進」ボタンを設けてこれを押すことによって直進状態に戻すことが可能となっているため、予め「左」あるいは「右」ボタンを何回押したかを操作者が記憶しておく必要がない。これは、特に車輪がカバーなどに隠れており外から見ることが困難な場合に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施形態による無軌道搬送車の操舵軸制御部の構成を示すブロック図である。
【図２】  従来技術による無軌道搬送車の操舵軸制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】  この発明の適用対象の一例である無軌道搬送車の外観を示す側面図である。
【図４】  ２輪速度差タイプの搬送車における車輪配置を示す平面図である。
【図５】  ３輪の全方向走行機構タイプの搬送車における車輪配置を示す平面図である。
【図６】  ３輪の全方向走行機構タイプの搬送車における車輪の操舵角と車体の関係方向の関係を示す平面図である。
【図７】  車輪の位置、操舵角、および車体回転の曲率の相互関係を示す平面図である。
【図８】  この発明の参考例による無軌道搬送車における車輪の配置、操舵角、および車体回転の曲率の相互関係を示す平面図である。
【図９】  この発明の実施形態による無軌道搬送車における操舵軸制御の手順を示すフローチャートである。
【図１０】   この発明の参考例による無軌道搬送車における操舵軸制御の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 曲率設定部２ 操舵角設定部３ 目標操舵角算出部４ 操舵軸位置決め部５ 操舵軸モータドライバ６ 操舵軸エンコーダ１１ 車体１２ 作業用アームＷ１，Ｗ２，Ｗ３ 車輪
【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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