(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
瞬時に任意の方向に移動を開始する全方向移動車両を複数台備え、これら複数台の全方向移動車両上にわたり搭載される搬送物を搬送する搬送装置であって、
搬送物の姿勢を検出する姿勢検出手段と、
搬送物上または全方向移動車両上に設定された移動中心点に対する各全方向移動車両の相対位置と、移動中心点に与えられた移動指令と、搬送物の姿勢と、にもとづき、各全方向移動車両の移動速度を算出する手段と、
を備え、この移動速度で各全方向移動車両を走行させることにより、搬送物を協調して搬送することを特徴とする搬送装置。
【請求項２】
請求項１に記載の搬送装置において、
前記姿勢検出手段は、ジャイロスコープ、または、移動指令を積分する手段であることを特徴とする搬送装置。
【請求項３】
瞬時に任意の方向に移動を開始する全方向移動車両を複数台備え、これら複数台の全方向移動車両上にわたり搭載される搬送物を搬送する搬送装置であって、
移動中心点が搬送物上に設定されている場合にその移動中心点に設置されて移動中心点標識となる移動中心点指示手段と、
各全方向移動車両に設置されて全方向移動車両から移動中心点指示手段までの距離および全方向移動車両と移動中心点指示手段との相対的な姿勢方位を測定するとともにその測定値を記憶する手段と、
搬送物上に設定された移動中心点に対する各全方向移動車両の相対位置と、移動中心点に与えられた移動指令と、相対的な姿勢方位から算出された搬送物の姿勢と、にもとづき、各全方向移動車両の移動速度を算出する手段と、
を備え、この移動速度で各全方向移動車両を走行させることにより、搬送物を協調して搬送することを特徴とする搬送装置。
【請求項４】
瞬時に任意の方向に移動を開始する全方向移動車両を複数台備え、これら複数台の全方向移動車両上にわたり搭載される搬送物を搬送する搬送装置であって、
移動中心点が１台の全方向移動車両上に設定されている場合に、その位置に設置されて移動中心点標識となる移動中心点指示手段と、
残りの全方向移動車両に設置されて全方向移動車両から移動中心点指示手段までの距離および全方向移動車両と移動中心点指示手段との相対的な姿勢方位を測定するとともにその測定値を記憶する手段と、
１台の全方向移動車両上に設定された移動中心点に対する各全方向移動車両の相対位置と、移動中心点に与えられた移動指令と、相対的な姿勢方位から算出された搬送物の姿勢と、にもとづき、各全方向移動車両の移動速度を算出する手段と、
を備え、この移動速度で各全方向移動車両を走行させることにより、搬送物を協調して搬送することを特徴とする搬送装置。
【請求項５】
瞬時に任意の方向に移動を開始する全方向移動車両を複数台備え、これら複数台の全方向移動車両上にわたり搭載される搬送物を搬送する搬送装置であって、
全方向移動車両が２台の場合に両方の全方向移動車両にそれぞれ設置されて基準点標識となる移動中心点指示手段と、
全方向移動車両から移動中心点指示手段までの互いの距離および全方向移動車両と２個の移動中心点指示手段とにより決定される相対的な姿勢方位を測定する手段と、
測定された互いの全方向移動車両間距離を二分した中間点を移動中心点として設定しその位置を記憶する手段と、
移動中心点に対する各全方向移動車両の相対位置と、移動中心点に与えられた移動指令と、相対的な姿勢方位から算出された搬送物の姿勢と、にもとづき、各全方向移動車両の移動速度を算出する手段と、
を備え、この移動速度で各全方向移動車両を走行させることにより、搬送物を協調して搬送することを特徴とする搬送装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れか一項記載の搬送装置において、
移動中心点に対する移動指令を各全方向移動車両へ送信する操作端末と、
各全方向移動車両に設置されて操作端末から送信された移動指令を受信する手段と、
を備えたことを特徴とする搬送装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６の何れか一項記載の搬送装置において、
前記全方向移動車両は、
操舵輪をかねた駆動輪と、
駆動輪を回転駆動するアクチュエータと、
駆動輪の車軸を支持する操舵軸と、
車両本体に形成されて駆動輪の接地位置から水平方向に離間した位置で操舵軸を垂直軸まわりの回動を自在にして支持する軸受け部と、
操舵軸を回転駆動するアクチュエータと、
駆動輪の回転角速度と操舵軸の回転角速度との比が車両の移動方向に応じた値となるようにして両アクチュエータを駆動する制御装置と、
から構成される駆動ユニットを２個以上備えるとともに、
車両本体の位置を検出するセンサと、
車両本体の姿勢方位を検出するセンサと、
各操舵軸の操舵角度を検出するセンサと、
各センサに検出された車両位置、車両姿勢方位および操舵軸角度と車両の移動目標軌道とから駆動輪ごとに、駆動輪と操舵軸の角速度比を算出する演算手段と、
により構成して任意の方向への移動を瞬時に開始する車両とすることを特徴とする搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重量のある搬送物や大形の搬送物を複数の全方向移動車両により支持して、全方向移動車両を互いに協調させながら搬送する搬送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数台の移動車両の協調による搬送物の運搬は、以下に示す方法がある。
（１）二輪独立駆動型の移動車両を用い、移動車両と搬送物とを弾性体を介して結合して搬送する。（橋本雅文、大場史憲、中原宏尊：「複数の移動ロボットによる階層型協調搬送制御」第６回知能移動ロボットシンポジウム、ｐｐ３９５−３９６、１９９４）
（２）二輪独立駆動型の移動車両を用い、移動車両と搬送物とを直動および回転のばね及びダンパ要素によって結合して搬送する。（武衛康彦、太田順、大隅久、新井民夫、陶山毅一：「複数の移動ロボットの協調による搬送作業の実現」、第１０回ロボット学会学術講演会、ｐｐ５６１−５６２、１９９２）
（３）２台の移動車両により長尺パイプを搬送する場合に、二輪独立駆動型の移動車両を用い、外力に対し自由に回転するアームでパイプを把持する。この場合は２台の移動車両の相対位置が変動しても一定範囲ならアームの動きを吸収できる。（梶谷誠：「２台の移動ロボットによる運搬作業」、日本ロボット学会誌１２−６、ｐｐ４１、１９９４）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこれらの従来方法は、複数の移動車両を協調させようとすると、移動車両間の相対位置の変動を吸収するために、移動車両と搬送物の間に弾性体や、直動および回転のばね及びダンパ要素や、自由に回転するアーム等を介在させる必要があり、構造が複雑となった分、コストアップとなってしまう。そのため、大形の搬送物を複数の移動車両に固定して自在に搬送する場合に、移動車両間の相対位置の変動を吸収するための特殊な装置を用いることなく自在に搬送するとともに、停止の際に精密な位置決めができる搬送装置の出現がのぞまれていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、瞬時に任意の方向に移動を開始する全方向移動車両を複数台備え、これら複数台の全方向移動車両上にわたり搭載される搬送物を搬送する搬送装置であって、
搬送物の姿勢を検出する姿勢検出手段と、
搬送物上または全方向移動車両上に設定された移動中心点に対する各全方向移動車両の相対位置と、移動中心点に与えられた移動指令と、搬送物の姿勢と、にもとづき、各全方向移動車両の移動速度を算出する手段と、
を備え、この移動速度で各全方向移動車両を走行させることにより、搬送物を協調して搬送することを特徴とする。
【０００５】
請求項２の発明は、請求項１に記載の搬送装置において、
前記姿勢検出手段は、ジャイロスコープ、または、移動指令を積分する手段であることを特徴とする。
【０００６】
請求項３の発明は、瞬時に任意の方向に移動を開始する全方向移動車両を複数台備え、これら複数台の全方向移動車両上にわたり搭載される搬送物を搬送する搬送装置であって、
移動中心点が搬送物上に設定されている場合にその移動中心点に設置されて移動中心点標識となる移動中心点指示手段と、
各全方向移動車両に設置されて全方向移動車両から移動中心点指示手段までの距離および全方向移動車両と移動中心点指示手段との相対的な姿勢方位を測定するとともにその測定値を記憶する手段と、
搬送物上に設定された移動中心点に対する各全方向移動車両の相対位置と、移動中心点に与えられた移動指令と、相対的な姿勢方位から算出された搬送物の姿勢と、にもとづき、各全方向移動車両の移動速度を算出する手段と、
を備え、この移動速度で各全方向移動車両を走行させることにより、搬送物を協調して搬送することを特徴とする。
【０００７】
請求項４の発明は、瞬時に任意の方向に移動を開始する全方向移動車両を複数台備え、これら複数台の全方向移動車両上にわたり搭載される搬送物を搬送する搬送装置であって、
移動中心点が１台の全方向移動車両上に設定されている場合に、その位置に設置されて移動中心点標識となる移動中心点指示手段と、
残りの全方向移動車両に設置されて全方向移動車両から移動中心点指示手段までの距離および全方向移動車両と移動中心点指示手段との相対的な姿勢方位を測定するとともにその測定値を記憶する手段と、
１台の全方向移動車両上に設定された移動中心点に対する各全方向移動車両の相対位置と、移動中心点に与えられた移動指令と、相対的な姿勢方位から算出された搬送物の姿勢と、にもとづき、各全方向移動車両の移動速度を算出する手段と、
を備え、この移動速度で各全方向移動車両を走行させることにより、搬送物を協調して搬送することを特徴とする。
【０００８】
請求項５の発明は、瞬時に任意の方向に移動を開始する全方向移動車両を複数台備え、これら複数台の全方向移動車両上にわたり搭載される搬送物を搬送する搬送装置であって、
全方向移動車両が２台の場合に両方の全方向移動車両にそれぞれ設置されて基準点標識となる移動中心点指示手段と、
全方向移動車両から移動中心点指示手段までの互いの距離および全方向移動車両と２個の移動中心点指示手段とにより決定される相対的な姿勢方位を測定する手段と、
測定された互いの全方向移動車両間距離を二分した中間点を移動中心点として設定しその位置を記憶する手段と、
移動中心点に対する各全方向移動車両の相対位置と、移動中心点に与えられた移動指令と、相対的な姿勢方位から算出された搬送物の姿勢と、にもとづき、各全方向移動車両の移動速度を算出する手段と、
を備え、この移動速度で各全方向移動車両を走行させることにより、搬送物を協調して搬送することを特徴とする。
【０００９】
請求項６の発明は、請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の搬送装置において、
移動中心点に対する移動指令を各全方向移動車両へ送信する操作端末と、
各全方向移動車両に設置されて操作端末から送信された移動指令を受信する手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項７の発明は、請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の搬送装置において、
前記全方向移動車両は、
操舵輪をかねた駆動輪と、
駆動輪を回転駆動するアクチュエータと、
駆動輪の車軸を支持する操舵軸と、
車両本体に形成されて駆動輪の接地位置から水平方向に離間した位置で操舵軸を垂直軸まわりの回動を自在にして支持する軸受け部と、
操舵軸を回転駆動するアクチュエータと、
駆動輪の回転角速度と操舵軸の回転角速度との比が車両の移動方向に応じた値となるようにして両アクチュエータを駆動する制御装置と、
から構成される駆動ユニットを２個以上備えるとともに、
車両本体の位置を検出するセンサと、
車両本体の姿勢方位を検出するセンサと、
各操舵軸の操舵角度を検出するセンサと、
各センサに検出された車両位置、車両姿勢方位および操舵軸角度と車両の移動目標軌道とから駆動輪ごとに、駆動輪と操舵軸の角速度比を算出する演算手段と、
により構成して任意の方向への移動を瞬時に開始する車両とすることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明では、搬送物を支持する車両として、本出願人の出願にかかる特願平６−３３３０２１号および特願平７−２８８０１４号に記載の全方向移動車両を用いたものであり、この全方向移動車両は、移動中心点からある距離だけ離れた位置の車輪支点を任意の方向に移動する方法を提案したものである。そこで、本発明はこれを拡張し、搬送物をこの全方向移動車両を複数用いて支持するとともに、各全方向移動車両が移動中心点からどれくらいずれているかをそれぞれ設定することにより、全方向移動車両の外に移動中心点がある場合でもその移動中心点を基準にして各全方向移動車両をそれぞれ独自に走行するようにした。それにより、同一の搬送物を同時に支持する複数の全方向移動車両が互いに協調して走行することが実現される。
また、本発明の全方向移動車両は、上述した本出願人の出願にかかる全方向移動車両に限定されることなく、他の方式の全方向移動車両、例えば、メカナムホイール、ｖｕｔｏｎクローラ等を用いても、同様に実現できる。
【００１２】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。図１は本実施形態の搬送装置に用いられる全方向移動車両の要部を示す縦断面図であり、図２は図１の一部を破断して示した側面図である。図において、１は操舵輪をかねた駆動輪であり、駆動輪１を支持固定する車軸２により、操舵軸である脚３に回転自在に支持されている。なお、駆動輪１には、通常、空気圧式タイヤが装着される。車軸２は減速機４を介して、アクチュエータであるモータ５に接続されている。モータ５の他端にはエンコーダ６が接続されて駆動輪１の回転角度が検出される。
【００１３】
また、脚３は、その上端が、車両本体７に軸受け８を介して垂直軸まわりの回動を自在にして支持されている。ここで軸受け８の中心、すなわち脚３の回転中心は、駆動輪１の接地位置から水平距離ｓだけオフセットした位置とされている。脚３の上面には同軸上に歯車９が取付けられて、本体７に支持されている歯車１１と噛合接続される。歯車１１は、アクチュエータであるモータ１２の出力軸１３に支持固定されている。モータ１２の他端にはエンコーダ１４が接続されて脚３の回転角度すなわち操舵角度が検出される。
【００１４】
図３は、図１、図２における駆動輪１の動作原理を示した説明図である。図は、駆動輪１を上方からみた平面図であり、説明上、脚３は両持ちのヨーク状に表してある。図中のＧは駆動輪１の接地点であり、Ｍは脚３の回転中心（操舵軸）であり、ＧＭ間がオフセット距離ｓとなる。ここで、脚３が図中の上方へ移動するように、モータ５を駆動して外径Ｄの駆動輪１を角速度ωで回転駆動させると、操舵軸Ｍには次式に示す移動速度Ｖhが得られる。
【００１５】
【数１】
Ｖh＝Ｄ・ω
【００１６】
同様に、脚３に支持された駆動輪１が時計方向に旋回するように、モータ１２を駆動して脚３を角速度γで回転駆動させると、脚３により横方向へ移動されようとした駆動輪１は接地面の摩擦抵抗により横方向の移動が制止され、その反動として脚３はＧ点を中心として時計方向に旋回する。このとき操舵軸Ｍには次式に示す移動速度Ｖsが得られる。
【００１７】
【数２】
Ｖs＝ｓ・γ
【００１８】
すなわち、駆動輪１と脚３を同時に駆動すると、操舵軸Ｍには、たがいに直交する２つの速度Ｖh，Ｖsが発生する。これらの速度Ｖh，Ｖsは合成されて速度Ｖとなり、操舵軸Ｍを移動させる。ここで駆動輪１の進行方向に対する合成速度Ｖの角度をαとすると、各速度Ｖh，Ｖs，Ｖは、次式の関係となる。
【００１９】
【数３】
Ｖh＝Ｖ・ｃｏｓα
【００２０】
【数４】
Ｖs＝Ｖ・ｓｉｎα
【００２１】
その結果、駆動輪１の角速度ωと脚３の角速度γを一定の比となるように制御することで、操舵軸Ｍを所定の方向に移動させることが可能になる。なお、上記の関係式は、脚３の回転を開始した瞬間に成立するが、次の瞬間は駆動輪１の方向が変わるため関係式が不成立となる。しかし、エンコーダ１４で、変化する脚３の方向を常時検出して、それに応じて角速度ω、角速度γを補正することで、操舵軸Ｍを所定方向へ連続して移動させることが可能となる。
【００２２】
図４は、図３における操舵軸Ｍを所定の軌道上を移動させる場合の制御方法を示す説明図である。図において、Ｋは目標とする軌道であり、軌道Ｋ上の操舵軸Ｍが位置する点における接線と座標軸Ｘとの角度をθとし、駆動輪１と座標軸Ｘとの角度をφとするとき、操舵軸Ｍに発生する各速度成分Ｖh，Ｖsは、次式により求められる。
【００２３】
【数５】
Ｖh＝Ｖ・ｃｏｓ（φ−θ）
【００２４】
【数６】
Ｖs＝Ｖ・ｓｉｎ（φ−θ）
【００２５】
すなわち、あらかじめ、移動速度Ｖを定めておき、移動中の瞬間、瞬間に角度φを検出するとともに、図示しないセンサにより角度θを検出することで、各軸ごとの速度成分Ｖh，Ｖsが求められる。これらの速度が得られるように、駆動輪１、脚３の角速度ω，γを制御することで操舵軸Ｍが目標とする軌道Ｋ上を移動することができる。
【００２６】
なお、軌道Ｋについての座標データとして、Ｘ軸、Ｙ軸の速度成分が時系列的に与えられることがあり、その場合は与えられたＸ軸、Ｙ軸の速度成分Ｖx,Ｖyを用いて、次式により各軸ごとの速度成分Ｖh，Ｖsを求めることができる。
【００２７】
【数７】
Ｖh＝Ｖ・ｃｏｓ（φ−θ）
＝Ｖ・ｃｏｓθ・ｃｏｓφ＋Ｖ・ｓｉｎθ・ｓｉｎφ
＝Ｖx・ｃｏｓφ＋Ｖy・ｓｉｎφ
【００２８】
【数８】
Ｖs＝Ｖ・ｓｉｎ（φ−θ）
＝Ｖ・ｃｏｓθ・ｓｉｎφ−Ｖ・ｓｉｎθ・ｃｏｓφ）
＝Ｖx・ｓｉｎφ＋Ｖy・ｃｏｓφ
【００２９】
図５は、全方向移動車両の全体を示す斜視図であり、図１、図２に示された、駆動輪１、脚３、軸受け８、モータ５，１２およびこれらの制御装置（図示せず）等から構成される駆動ユニットが左右に設置されている。なお、図中の１５は、従動輪である。
【００３０】
図６は、図５に示した車両における制御方法を示す説明図である。図において、Ｌは目標とする軌道であり、軌道Ｌ上を車両本体７の中心Ｃが走行するように制御される。中心Ｃは距離２Ｗを隔てて設置された両ユニットの操舵軸Ｍ1とＭ2の中間の位置とする。ここで、中心Ｃの移動速度をＶとし、Ｘ軸、Ｙ軸の速度成分をＶxc,Ｖycとすると、車両本体７が回転をともなわず並進走行する場合は、操舵軸Ｍ1のＸ軸、Ｙ軸の速度成分Ｖx1,Ｖy1および操舵軸Ｍ2のＸ軸、Ｙ軸の速度成分Ｖx2,Ｖy2はそれぞれ次式のようになる。
【００３１】
【数９】
Ｖx1＝Ｖxc
【００３２】
【数１０】
Ｖy1＝Ｖyc
【００３３】
【数１１】
Ｖx2＝Ｖxc
【００３４】
【数１２】
Ｖy2＝Ｖyc
【００３５】
次に、車両本体７が走行しないで角速度φvで回転する場合、操舵軸Ｍ1のＸ軸、Ｙ軸の速度成分Ｖx1,Ｖy1および操舵軸Ｍ2のＸ軸、Ｙ軸の速度成分Ｖx2,Ｖy2はそれぞれ次式のようになる。
【００３６】
【数１３】
Ｖx1＝−Ｗ・ｃｏｓφv
【００３７】
【数１４】
Ｖy1＝−Ｗ・ｓｉｎφv
【００３８】
【数１５】
Ｖx2＝Ｗ・ｃｏｓφv
【００３９】
【数１６】
Ｖy2＝Ｗ・ｓｉｎφv
【００４０】
ただし、φvはＸ軸に対する角度である。
これらのことから、車両本体７が角速度φvで回転しながら速度Ｖで走行する場合、操舵軸Ｍ1のＸ軸、Ｙ軸の速度成分Ｖx1,Ｖy1および操舵軸Ｍ2のＸ軸、Ｙ軸の速度成分Ｖx2,Ｖy2は、数式９〜数式１２と数式１３〜数式１６をそれぞれ加算することにより次式のようになる。
【００４１】
【数１７】
Ｖx1＝Ｖxc−Ｗ・ｃｏｓφv
【００４２】
【数１８】
Ｖy1＝Ｖyc−Ｗ・ｓｉｎφv
【００４３】
【数１９】
Ｖx2＝Ｖxc＋Ｗ・ｃｏｓφv
【００４４】
【数２０】
Ｖy2＝Ｖyc＋Ｗ・ｓｉｎφv
【００４５】
このようにして求められた速度成分にもとづき、左右の駆動輪１を回転駆動するとともに操舵することで、車両本体７は軌道Ｌ上を走行する。特に、この実施形態では、前後、左右方向の並進移動および旋回が可能であるため、車両本体７の方向を変えることなく全方向に瞬時に方向転換して移動することが可能となる。
【００４６】
また、方向転換の場合、駆動輪１の回転と操舵軸Ｍの操舵とを組み合わせて駆動するため、操舵がなめらかにおこなわれる。
さらに、この全方向移動車両では、駆動輪１として、空気圧式タイヤを用いたため、走行中に接地部に発生する振動等が車両本体７に伝わることが防止される。
なお、ここでは、左右１対の駆動ユニットによる走行を説明したが、３個以上の駆動ユニットを取付けた場合も同様にして、走行の制御が可能である。
【００４７】
図７は本発明に係る他の実施形態の外観構成を示す説明図である。図において、２１，２２はともに移動指令入力手段からの指令で走行する全方向移動車両であり、具体的な構成は図５等において既に説明したものである。２４は搬送物であり、２３は全方向移動車両２１，２２が移動中心点からどれくらいずれているかを設定するとともに搬送物２４をどのように移動させるかを指定するためのワイヤレス式の操作端末である。２０は操作端末２３を保持したオペレータである。ここで、搬送物２４上の任意の位置を移動中心点と称し、搬送軌道上を通過させる基準点として予め設定する。
【００４８】
次いで、オペレータ２０が、搬送物２４上に設定された移動中心点に対する全方向移動車両２１，２２の相対位置を操作端末２３へ入力する。すると、入力された相対位置はそれぞれ無線信号により全方向移動車両２１，２２に送られて設定される。さらに、移動中心点を移動させるための移動指令を操作端末２３へ入力する。この移動指令とは、搬送物２４の移動中心点をどのように移動させるかを指定するものであり、Ｘ方向の速度指令、Ｙ方向の速度指令、回転するための角速度の３軸の指令値により構成される。
【００４９】
そこで本実施形態では、操作性をよくするために、操作端末２３に３軸のジョイスティックを設置して移動指令を入力するものとした。入力された移動指令は無線で全方向移動車両２１，２２へ送信される。全方向移動車両２１，２２は、それぞれ受信した移動指令と、あらかじめ設定された車両位置と、姿勢検出手段で検出した搬送物の現在の姿勢から、車輪の駆動速度を算出して走行する。図示例では、オペレータ２０が移動指令を入力しているが、オペレータ２０の代わりに、コンピュータから全方向移動車両２１，２２に対して移動指令を出すことにより、無人で走行させることも可能である。なお、図示例では２台の全方向移動車両２１，２２を用いているが３台以上の全方向移動車両を用いた場合も同様である。
【００５０】
図８は、複数の全方向移動車両が協調して走行するための原理を、図７に示された１台の全方向移動車両２１について説明した図である。図８では見やすくするために全方向移動車両２１を構成する駆動輪および従動輪（キャスタ）の表示を省略し、２つの車輪支点（操舵軸）の位置のみを表示している。図において、Ｏは搬送物２４の移動中心点であり、全方向移動車両２１の中心Ｃは移動中心点ＯからＸ方向にＣx、Ｙ方向にＣyだけずれた位置にある。そして搬送物２４の姿勢に対しＣφだけ回転した姿勢で全方向移動車両２１が設置されている。このＣx、Ｃy、Ｃφ（車両位置）をオペレータ２０が操作端末２３を用いて設定する。
【００５１】
オペレータ２０により操作端末２３に入力されて送られてくる移動指令は、搬送物２４の移動中心点Ｏをどのように移動させるかを指定するものであり、Ｘ方向の速度指令Ｖxo、Ｙ方向の速度指令Ｖyo、回転するための角速度Ｖφoからなる。ここで、全方向移動車両２１を、搬送物２４の移動中心点ＯをＶxo、Ｖyo、Ｖφoで移動させるためには、全方向移動車両２１の車輪支点Ｍaを速度Ｖaで移動させる必要がある。速度Ｖaは全方向移動車両２１の座標系での車輪支点ＭaのＸc方向の速度指令Ｖxa、Ｙc方向の速度指令Ｖyaの合力である。これら車輪支点Ｍaの速度Ｖxa、Ｙ方向の速度Ｖyaは以下の式で表される。
【００５２】
【数２１】
Ｖxa＝Ｖxo−Ａx・ｓｉｎ(Ｏφ)・Ｖφo−Ａy・ｃｏｓ(Ｏφ)・Ｖφo
【００５３】
【数２２】
Ｖya＝Ｖyo＋Ａx・ｃｏｓ(Ｏφ)・Ｖφo−Ａy・ｓｉｎ(Ｏφ)・Ｖφo
【００５４】
ここで、式中のＡx，Ａyは以下の式で表される。
【００５５】
【数２３】
Ａx＝Ｃx＋Ｗｃｏｓ（αa＋Ｃφ）
【００５６】
【数２４】
Ａy＝Ｃy−Ｗｓｉｎ（αa＋Ｃφ）
【００５７】
ただし、式中のＯφは姿勢検出手段で検出した搬送物の姿勢であり、Ｗは全方向移動車両の中心から車輪支点Ｍaまでの距離であり、αaはＸcを基準としてＣとＭaを結んだ線とＸcの成す角である。
同様にして、全方向移動車両２１の座標系での車輪支点ＭbのＸc方向の速度指令Ｖxb、Ｙc方向の速度指令Ｖybは以下の式で表される。
【００５８】
【数２５】
Ｖxb＝Ｖxo−Ｂx・ｓｉｎ(Ｏφ)・Ｖφo−Ｂy・ｃｏｓ(Ｏφ)・Ｖφo
【００５９】
【数２６】
Ｖyb＝Ｖyo＋Ｂx・ｃｏｓ(Ｏφ)・Ｖφo−Ｂy・ｓｉｎ(Ｏφ)・Ｖφo
【００６０】
ここで、式中のＢx，Ｂyは以下の式で表される。
【００６１】
【数２７】
Ｂx＝Ｃx＋Ｗｃｏｓ（αb＋Ｃφ）
【００６２】
【数２８】
Ｂy＝Ｃy−Ｗｓｉｎ（αb＋Ｃφ）
【００６３】
ただし、式中のＯφは姿勢検出手段で検出した搬送物の姿勢であり、Ｗは全方向移動車両２１の中心から車輪支点Ｍbまでの距離であり、αbはＸcを基準としてＣとＭbを結んだ線とＸcが成す角である。
なお、本実施形態では、姿勢検出手段としてジャイロスコープを用い、全方向移動車両２１の姿勢を測定し、その姿勢からＣφを減じることで搬送物２４の姿勢Ｏφを求めている。また、簡単な方法として、移動指令を積分して求めることも可能である。
【００６４】
また、車輪支点Ｍaを速度Ｖxa、Ｖyaで、車輪支点Ｍbを速度Ｖxb、Ｖybで動かす方法は、前述した図１〜図５における全方向移動車両の動作原理の説明の部分で説明したので省略する。これらの制御を行うことにより、全方向移動車両２１は搬送物２４の移動中心点Ｏを速度Ｖxo、Ｖyo、Ｖφoで移動させる動作を行う。さらに、全方向移動車両２２についても同様な制御により駆動する。それにより、２台の全方向移動車両２１，２２は、結果として互いに協調して走行することになる。
【００６５】
また、３台以上の全方向移動車両により搬送物を搬送する場合も、同様にして、各全方向移動車両を駆動することにより、互いに協調して走行する。
なお、この実施形態において、数式２３、数式２４、数式２７、数式２８はＣx、Ｃy、Ｃφが求まれば決まる。また、Ｃx、Ｃy、Ｃφは一つの搬送物を搬送している間は変化しない。そのため、あらかじめ数式２３、数式２４、数式２７、数式２８を計算してそれぞれの値を保持しておくことで制御演算周期を高速化することができる。
【００６６】
図９は、本発明に係る他の実施形態を示す説明図である。この実施形態は、移動中心点を搬送物上に設定する場合に、その移動中心点の位置に、移動中心点標識であるところの移動中心点指示手段を設置して、複数の全方向移動車両が移動中心点指示手段に対する相対位置を測定しその値を移動中心点としてそれぞれの全方向移動車両に記憶するものである。図９において、２１は全方向移動車両であり、全方向移動車両２１上には、レーザ距離計２５、エンコーダ２６、コントローラ２７が搭載されている。
【００６７】
２８は図示しない搬送物上に設置された移動中心点指示手段であり、具体的には全方向移動車両２１上のレーザ距離計２５から出射されたレーザを反射する反射板２８Aと反射板２８Bとからなり、それぞれ移動中心点Ｏと、移動中心点Ｏから距離Ｌだけ離れた位置Ｄの２カ所に設置されている。ここで、搬送物の姿勢は、移動中心点指示手段２８により特定される線分ＯＤを基準とする。また、レーザ距離計２５は全方向移動車両２１の中心に設置されており、移動中心点指示手段２８までの距離（Ｒ1、Ｒ2）を測定する。
【００６８】
エンコーダ２６は移動中心点指示手段２８と全方向移動車両２１との間の角度（θ1、θ2）を測定し、コントローラ２７は測定された移動中心点指示手段２８までの距離（Ｒ1、Ｒ2）と角度（θ1、θ2）から全方向移動車両２１が搬送物２４の移動中心点Ｏからどれくらいずれているかを算出するとともにその値を車両位置として記憶し、全方向移動車両２１の走行制御に用いる。
【００６９】
図１０は図９において、全方向移動車両２１が移動中心点指示手段２８を用いて、移動中心点Ｏに対する自車両の相対位置を算出する原理を示す説明図である。先ず、搬送物（図示せず）の移動中心点Ｏに移動中心点指示手段２８が設置されると、移動中心点指示手段２８の線分ＯＤが搬送物の姿勢の基準となる。ここで、全方向移動車両２１の中心Ｃに設置されたレーザ距離計２５は、その位置からＯまでの距離Ｒ1および角度θ1と、Ｄまでの距離Ｒ2および角度θ2を測定する。
【００７０】
次に、測定されたＯまでの距離Ｒ1、角度θ1と、Ｄまでの距離Ｒ2、角度θ2から、全方向移動車両２１の車両位置を算出する。ここで、車両位置は、全方向移動車両２１の中心Ｃと移動中心点ＯのＸ方向のずれをＣx、Ｙ方向のずれをＣyとするとともに、搬送物の姿勢と全方向移動車両２１の姿勢のずれをＣφとし、それぞれ次式により算出する。
【００７１】
【数２９】
Ｃx＝−Ｒ1×ｃｏｓ（θ1＋Ｃφ）
【００７２】
【数３０】
Ｃy＝−Ｒ1×ｓｉｎ（θ1＋Ｃφ）
【００７３】
【数３１】
【００７４】
ただし、上式において、Ｒ2×ｃｏｓ（θ2）＝Ｒ1×ｃｏｓ（θ1）のときＣφ＝９０゜とする。
これらの演算は、コントローラ２７において実行し、得られた値を車両位置記憶手段に記憶する。
この実施形態では、搬送物上の任意の位置に移動中心点指示手段を設置するだけで、その位置が移動中心点として自動的に設定されるため、オペレータによる設定操作が不要となり省力化がはかられる。
【００７５】
なおこの実施形態では、レーザ距離計２５を全方向移動車両に、移動中心点指示手段２８を搬送物にそれぞれに搭載しているが、レーザ距離計２５と移動中心点指示手段２８をセットにした装置を予め用意しておき、全方向移動車両の車両位置を設定するときにこの装置を取りつけ、車両位置の設定作業が終了したら取り外す構成にすることも可能である。
【００７６】
図１１は、本発明に係る他の実施形態を示す説明図である。この実施形態は、移動中心点を１台の全方向移動車両上に設定する場合に、設定された全方向移動車両上の移動中心点の位置に、移動中心点標識であるところの移動中心点指示手段を設置して、複数の全方向移動車両が移動中心点指示手段すなわち移動中心点に対する相対位置を測定して、その値を移動中心点としてそれぞれの全方向移動車両に記憶するものである。
【００７７】
図１１において、２１，２２は全方向移動車両である。全方向移動車両２２には移動中心点が設定されており、その位置に移動中心点標識であるところの反射板２９が設置される。さらに、反射板２９から一定距離を隔てた車両の先頭位置に、同じく反射板３０が設置されている。全方向移動車両２１には、全方向移動車両２２までの距離を測定するレーザ距離計２５と、全方向移動車両２２との角度を測定するエンコーダ２６と、コントローラ２７とが設置されている。
【００７８】
コントローラ２７は、レーザ距離計２５、エンコーダ２６により測定された全方向移動車両２２上の反射板２９，３０までの距離（Ｒ1、Ｒ2）と角度（θ1、θ2）とから全方向移動車両２１が搬送物の移動中心点からどれくらいずれているかを算出するとともに、得られた車両位置を記憶する。なお、車両位置の算出手順および車両位置にもとづく全方向移動車両２１，２２の駆動制御は、図７，図８を用いて先に説明したような実施形態と共通であるため説明を省略する。
【００７９】
この実施形態では、複数の全方向移動車両のうちの１台を移動中心点の位置として、その位置に移動中心点指示手段を設置するだけで、その位置が移動中心点として他の全方向移動車両に自動的に設定されるため、オペレータによる設定操作が不要となり省力化がはかられる。  また、この実施形態では、レーザ距離計２５、反射板２９，３０を全方向移動車両に搭載しているが、レーザ距離計２５と反射板２９，３０をセットにした装置を予め用意しておき、全方向移動車両の車両位置を設定するときにこの装置を取りつけ、車両位置の設定作業が終了したら取り外す構成にすることも可能である。
【００８０】
図１２は、本発明に係る他の実施形態を示す説明図である。この実施形態は、全方向移動車両が２台の場合に両方の全方向移動車両で支持し搬送する搬送物の中間位置に移動中心点を設定する場合に、両方の全方向移動車両に基準点標識を設置して、両方の全方向移動車両が互いの基準点標識に対する相対位置を測定して、その中間点を移動中心点として算出し、その移動中心点に対する相対位置をそれぞれの全方向移動車両に記憶するものである。
【００８１】
図１２において、２１，２２は、ともに同一の搬送物を搬送するための全方向移動車両である。全方向移動車両２１には、全方向移動車両２２までの距離を測定するレーザ距離計３１、全方向移動車両２２から発射されたレーザを反射する反射板３２、車両位置を算出し車両位置記憶手段に記憶するコントローラ３３が搭載されている。同じく、全方向移動車両２２には、全方向移動車両２１までの距離を測定するレーザ距離計３４、全方向移動車両２１から発射されたレーザを反射する反射板３５、車両位置を算出し車両位置記憶手段に記憶するコントローラ３６が搭載されている。
【００８２】
レーザ距離計３１，３４、反射板３２，３５は、それぞれ全方向移動車両２１，２２に固定されているため、２台の車両２１，２２を図１２に示すように対向させ、両レーザ距離計３１，３４から他の車両２１，２２の反射板３２，３５に対して、互いにレーザを発射することにより、両者間の距離が測定できる。測定した距離が、同じ値を示している場合は、全方向移動車両２１と搬送物（図示せず）の相対的な姿勢のずれは０゜であり、同じく全方向移動車両２２と搬送物の相対的な姿勢のずれは１８０゜となる。
【００８３】
また、両車両２１，２２がともにＸ軸上に位置しているものとすると、移動中心点からＸ方向のずれＣxはレーザ距離計３１，３４で測定した距離の半分であり、Ｙ方向のずれＣyは０となる。これら全方向移動車両２１，２２の車両位置はそれぞれ記憶されて、走行制御に用いられる。
この実施形態では、２台の全方向移動車両に搬送物が支持された状態で、両方の各全方向移動車両がそれぞれ相手の車両の位置を測定して移動中心点が搬送物の中間位置に自動的に設定されるため、オペレータによる設定操作が不要となり省力化がはかられる。
【００８４】
なお、この実施形態では、レーザ距離計３１，３４、反射板３２，３５をそれぞれ全方向移動車両２１，２２に、搭載しているが、レーザ距離計３１，３４、反射板３２，３５をそれぞれセットにした装置を予め用意しておき、全方向移動車両の車両位置を設定するときにこの装置を取りつけ、車両位置の設定作業が終了したら取り外す構成にすることも可能である。
また、本発明の実施形態では、位置測定にレーザ距離計とエンコーダを用いたが、他の計測手段を用いることも可能である。
【００８５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、複数の全方向移動車両を用いて１個の搬送物を同時に支持しながら各全方向移動車両を互いに協調させ走行させることにより、従来装置のように、搬送物を支持する複数の移動車両間の相対位置の変動を吸収するための複雑な機構を設置する必要がなくなる。その結果、搬送物を積載するための制約がなくなり、従来は困難であった多様な搬送物の運搬が可能となり、各種産業分野への利用が可能となる。
【００８６】
また、複数の全方向移動車両間の協調動作中は各全方向移動車両の間でデータのやりとりをする必要がないため、従来装置のように高速な通信装置を必要としなくなり、通信量の上限によって協調動作が可能な移動ロボットの数が制限されることがなくなる。その結果、搬送物の大きさ、重量に応じて必要な数だけ全方向移動車両を使用して搬送することが可能になるとともに、全方向移動車両の標準化が可能となり、運用効率が向上する。また、搬送物を支持する全方向移動車両自体の構造が簡単であるとともに協調動作のための制御も比較的簡単であるため、装置全体を安価に構成することができる。しかも、各全方向移動車両の停止精度がほぼそのまま全体の停止精度となるため、正確な位置決めが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に用いられる全方向移動車両の実施形態の要部を示す縦断面図である。
【図２】  図１の一部を破断して示した側面図である。
【図３】  図１における駆動輪の動作原理を示す説明図である。
【図４】  図１における操舵軸の制御方法を示す説明図である。
【図５】  本発明に用いられる全方向移動車両の実施形態の車両全体を示す斜視図である。
【図６】  図５の車両の制御方法を示す説明図である。
【図７】  本発明に係る他の実施形態の外観構成を示す説明図である。
【図８】  図７の全方向移動車両の走行原理を説明した図である。
【図９】  本発明に係る他の実施形態を示す説明図である。
【図１０】  図９の全方向移動車両が移動中心点に対する自車両の相対位置を算出する原理を示す説明図である。
【図１１】  本発明に係る他の実施形態を示す説明図である。
【図１２】  本発明に係る他の実施形態を示す説明図である。
【符号の説明】
１  駆動輪
２  車軸
３  脚
４  減速機
５  モータ
６  エンコーダ
７  車両本体
８  軸受け
９，１１  歯車
１２  モータ
１３  出力軸
１４  エンコーダ
１５  従動輪
２０  オペレータ
２１，２２  全方向移動車両
２３  操作端末
２４  搬送物
２５  レーザ距離計
２６  エンコーダ
２７  コントローラ
２８  移動中心点指示手段
２８A，２８B  反射板
２９，３０  反射板
３１  レーザ距離計
３２  反射板
３３  コントローラ
３４  レーザ距離計
３５  反射板
３６  コントローラ
【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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