(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３つのユニバーサルホイールと各ユニバーサルホイールを駆動する駆動部とを設けた車体であって、かつ車体が所定の動作制御を行うために車体を前後方向、左右方向、および旋回方向にそれぞれ移動させる駆動要素を個別に算出する駆動要素値算出手段と、この駆動要素値算出手段の算出結果から所定の演算式に基づいて前記各駆動部における駆動出力を決定する駆動出力演算手段とを有している全方向移動台車において、
前記ユニバーサルホイールの接地点が切り換わるタイミングを判別する接地点切換タイミング判別手段を設けるとともに、前記駆動出力演算手段は、この接地点切換タイミング判別手段で判別された切換タイミングに合わせて前記各駆動部における駆動出力を決定する場合に使用する演算式の係数を切り換えるように構成されていることを特徴とする全方向移動台車。
【請求項２】
前記車体は、操作者が操作力を加える操作部を備えており、前記動作制御は操作部に加えられた操作力をアシストするものであって前記駆動要素値算出手段は操作部に加えられた操作力に応じて算出するものであることを特徴とする請求項１記載の全方向移動台車。
【請求項３】
前記車体は、ユニバーサルホイールの回転から車体の速度を算出する車体速度検出手段と、車体速度から車体位置を算出する車体位置算出手段とを備えていて、車体位置と目標位置に基づいて自律的に移動方向を決定するものであり、前記動作制御は自律的に決定された移動方向へ駆動するものであって前記駆動要素値算出手段は決定される移動方向に応じて算出するものであることを特徴とする請求項１記載の全方向移動台車。
【請求項４】
前記駆動出力演算手段は、車体が動き始める初期の段階では、前記演算式の係数を切り換えずにユニバーサルホイールの平均的な接地点位置に基づいて決定された係数を用いて前記各駆動部における駆動出力を決定し、車体が所定距離だけ移動した段階では前記接地点切換タイミング判別手段で判別された切換タイミングに合わせて前記演算式の係数を切り換えるものであることを特徴とする請求項１ないし３記載の全方向移動台車。
【請求項５】
前記接地点切換タイミング判別手段で判別される切換タイミングの前後に前記駆動出力演算手段で演算される駆動出力と前記各駆動部における実際の駆動検出値との間に偏差が有るか否かを監視し、偏差が有る場合には、前記切換タイミングを補正する補正手段を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の全方向移動台車。
【請求項６】
前記接地点切換タイミング判別手段は、ユニバーサルホイールを構成する各ローラの接地の有無を直接に検出する検出センサを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の全方向移動台車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全方向移動台車に係り、特には全方向移動車輪を精度良く移動制御するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本願出願人は、この種の全方向移動台車として、例えば、図１３ないし図１７に示す構成を備えたものを提案している（たとえば、特開２００１−９７２２１号公報参照）。この全方向移動台車は、車体１の一側部に操作者２が意図する方向に車体１を誘導するための操作部３が設けられ、また、車体１の底部の前後左右の４箇所には、ユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４（各ホイールを総称する場合にはｗで表記する）が設けられている。
【０００３】
上記のユニバーサルホイールｗは、図１４および図１５に示すように、駆動モータＭに直結された主軸６に回転枠体７が回転可能に設けられ、この回転枠体７には内側と外側の２組のローラ群８ｏｕｔ，８ｉｎが配置されている。これらの各ローラ群８ｏｕｔ，８ｉｎは、紡錘状の４つのローラ９からなり、これらのローラ９がそれぞれ主軸６に垂直な平面内において等間隔に回転自在に保持されている。そして、内外の各ローラ９は、それぞれ主軸６を中心とする円周の一部を構成しており、かつ、互いの不連続部分を補完するように回転枠体７の周方向に沿って交互に半ピッチずつずらせて配置されている。
【０００４】
したがって、車体１が主軸６に直交する方向に走行する時には、ローラ９自体は回転せずにローラ９は回転枠体７とともに回転する。また、車体１が主軸６の軸心に沿う方向に走行する時には、回転枠体７は回転せずにローラ９のみが回転する。さらに、車体１が主軸６に対して斜め方向に走行する時には、傾斜角度に対応して回転枠体７とローラ９とが同時に回転する。そして、図１６に示すように、車体１の前後に配置された左右一対の各ユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４は、互いの主軸６が車体１の前後方向に沿う中心線上において交差し、かつ、中心線からの角度θが互いに等しくなるように配置されている。
【０００５】
図１７はこのような全方向移動台車における駆動制御系の構成を示すブロック図である。すなわち、操作者２が意図する方向に車体１を誘導するために操作部３を操作すると、これに応じて操作力検出手段１４は、その操作力Ｈを車体１の制御中心（たとえば車体１の重心）Ａにおける前後方向の分力Ｈｘと、車体１の左右方向の分力Ｈｙと、車体１の旋回方向の分力Ｈｍとに分解する。そして、これらの値Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｍを駆動要素値算出手段１５に与える。
【０００６】
駆動要素値算出手段１５は、これらの各値Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｍに対して予め設定されたゲイン（力増倍率）を乗じて、車体１の制御中心Ｏにおける前後方向の移動速度Ｖａｘと、車体の左右方向の移動速度Ｖａｙと、車体の旋回速度Ｖａψとからなる駆動要素値Ｄを求める。この駆動要素値Ｄ（Ｖａｘ，Ｖａｙ，Ｖａψ）が求まると、続いて、駆動出力演算手段１６は、図１６に示した幾何学的な関係から、次の演算式に基づいて、各ユニバーサルホイールｗ１〜ｗ３の速度指令値ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４を求める。
【０００７】
【数１】
0003794340.tif 000002
【０００８】
ここに、Ｌｖは車体１の前後方向に沿う中心線から左右の各ユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４までの平均的な接地点距離、Ｌ１，Ｌ２は制御中心から前後の各ユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４までの平均的な接地点距離、θは各ユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４の主軸６と中心線とのなす角度である。
【０００９】
こうして、駆動出力演算手段１６が〔数１〕により各ホイールｗ１〜ｗ４の制御目標となる速度指令値ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４を求めると、これらの各速度指令値ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４のデータが各ユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４ごとに個別に配置された制御手段２１〜２４に与えられるので、各制御手段２１〜２４は、各ユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４の速度が各速度指令値ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４となるように各駆動部３１〜３４の駆動モータＭを制御する。このようにして、操作者２は、操作部３を操作することで車体１を意図する方向に任意の速度で誘導することができるのである。
【００１０】
なお、全方向移動台車の現在の駆動要素値Ｄ（Ｖａｘ，Ｖａｙ，Ｖａψ）を知る必要があるときには、〔数１〕のベクトル演算式の逆行列を求めることで得ることができる。すなわち、
Ｌ１ｖ＝（Ｌ１・ｃｏｓθ＋Ｌｖ・ｓｉｎθ）
Ｌ２ｖ＝（Ｌ２・ｃｏｓθ＋Ｌｖ・ｓｉｎθ）
Ｌ１ｖ＋Ｌ２ｖ＝｛（Ｌ１＋Ｌ２）・ｃｏｓθ＋２・Ｌｖ・ｓｉｎθ｝
＝ＬＬ
とおくと、次の〔数２〕〜〔数５〕のいずれかにより現在の駆動要素値Ｄ（Ｖａｘ，Ｖａｙ，Ｖａψ）が得られる。
【００１１】
【数２】
0003794340.tif 000003
【００１２】
【数３】
0003794340.tif 000004
【００１３】
【数４】
0003794340.tif 000005
【００１４】
【数５】
0003794340.tif 000006
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の全方向移動台車において、ユニバーサルホイールｗを構成する内側と外側の２組のローラ群８ｏｕｔ，８ｉｎは、前述のように、互いの不連続部分を補完するように各ローラ９が回転枠体７の周方向に沿って交互に半ピッチずつずらせて配置されている。したがって、図１５に示すように、ユニバーサルホイールｗの主軸６の回転によってローラ９が回転枠体７とともに回転する場合には、各ローラ９がπ・Ｒｕｗ／４（ただし、Ｒｕｗは主軸６の中心からローラ９の外縁までの距離）移動するごとに接地点が内側位置Ｐｉと外側位置Ｐｏとに切り換わる。
【００１６】
ところが、従来のものでは、このようにローラ９の接地点の切り換わりを考慮することなく、常に、ユニバーサルホイールｗの平均的な接地点Ｐａｖ（たとえば、ＰｉとＰｏとの中間位置）を決定し、その位置を基準にして駆動出力演算手段１６が各接地点距離Ｌｖ，Ｌ１，Ｌ２を求めた後、各ユニバーサルホイールｗの速度指令値ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４を〔数１〕の演算式により決定するようにしていた。あるいは、ユニバーサルホイールｗの平均的な位置Ｐａｖを基準にして各接地点距離Ｌｖ，Ｌ１，Ｌ２を求めた後、〔数２〕〜〔数５〕のいずれかの演算式により現在の駆動要素値Ｄ（Ｖａｘ，Ｖａｙ，Ｖａψ）を決定するようにしていた。
【００１７】
このため、操作者２が意図する方向に車体１を誘導する場合の速度制御や位置制御のさらなる高精度化を図ろうとすると、ユニバーサルホイールｗのローラ９の接地点の変動が高精度化の阻害要因となる。
【００１８】
また、上記した全方向移動台車は、操作者が操作力を加える操作部を備えており、その操作力をアシストするものであるが、操作者が操作力を加える操作部を備えず、車体位置に基づいて自律的に移動方向を決定し、その決定された移動方向へ駆動するものがある（例えば、本願出願人が提案した特願２００１−３２９９０３、特願２００１−３３６８６３など）。このものにあっても、決定された移動方向へ駆動する場合の速度制御や位置制御のさらなる高精度化を図ろうとすると、同様に、ユニバーサルホイールｗのローラ９の接地点の変動が高精度化の阻害要因となる。
【００１９】
本発明は、上記事由に鑑みてなしたもので、従来よりもさらに高精度な速度制御や位置制御が可能な全方向移動台車を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、少なくとも３つのユニバーサルホイールと各ユニバーサルホイールを駆動する駆動部とを設けた車体であって、かつ車体が所定の動作制御を行うために車体を前後方向、左右方向、および旋回方向にそれぞれ移動させる駆動要素を個別に算出する駆動要素値算出手段と、この駆動要素値算出手段の算出結果から所定の演算式に基づいて前記各駆動部における駆動出力を決定する駆動出力演算手段とを有している全方向移動台車において、前記ユニバーサルホイールの接地点が切り換わるタイミングを判別する接地点切換タイミング判別手段を設けるとともに、前記駆動出力演算手段は、この接地点切換タイミング判別手段で判別された切換タイミングに合わせて前記各駆動部における駆動出力を決定する場合に使用する演算式の係数を切り換えるように構成されていることを特徴としている。
【００２１】
これにより、駆動出力演算手段は、従来のように、ユニバーサルホイールの平均的な接地位置に基づいて決定された係数を用いて各駆動部における駆動出力を決定するのではなく、ユニバーサルホイールの接地点が切り換わるタイミングに合わせて各駆動部における駆動出力を決定する場合に使用する演算式の係数を切り換えるので、従来よりも速度制御や位置制御を一層精度良く行うことが可能となる。
【００２２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成において、前記車体は、操作者が操作力を加える操作部を備えており、前記動作制御は操作部に加えられた操作力をアシストするものであって前記駆動要素値算出手段は操作部に加えられた操作力に応じて算出するものであることを特徴としている。
【００２３】
これにより、請求項１記載の効果が、操作力をアシストする型の全方向移動台車において奏することができる。
【００２４】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明の構成において、前記車体は、ユニバーサルホイールの回転から車体の速度を算出する車体速度検出手段と、車体速度から車体位置を算出する車体位置算出手段とを備えていて、車体位置と目標位置に基づいて自律的に移動方向を決定するものであり、前記動作制御は自律的に決定された移動方向へ駆動するものであって前記駆動要素値算出手段は決定される移動方向に応じて算出するものであることを特徴とする。
【００２５】
これにより、請求項１記載の効果が、自律的に移動方向を決定し、その移動方向へ駆動する型の全方向移動台車において奏することができる。
【００２６】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発明の構成において、前記駆動出力演算手段は、車体が動き始める初期の段階では、前記演算式の係数を切り換えずにユニバーサルホイールの平均的な接地点位置に基づいて決定された係数を用いて前記各駆動部における駆動出力を決定し、車体が所定距離だけ移動した段階では前記接地点切換タイミング判別手段で判別された切換タイミングに合わせて前記演算式の係数を切り換えるものであることを特徴とする。
【００２７】
これにより、ユニバーサルホイールの接地点が切り換わるタイミングを判別する接地点切換タイミング判別手段として高価な回路構成のものでなくて比較的安価な回路構成のものを使用した場合であっても、駆動出力演算手段は各駆動部における駆動出力を確実に決定することができる。
【００２８】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の発明の構成において、前記接地点切換タイミング判別手段で判別される切換タイミングの前後に前記駆動出力演算手段で演算される駆動出力と前記各駆動部における実際の駆動検出値との間に偏差が有るか否かを監視し、偏差が有る場合には、前記切換タイミングを補正する補正手段を備えることを特徴としている。
【００２９】
これにより、駆動出力演算手段において各駆動部における駆動出力を決定する場合に使用する演算式の係数の切換タイミングが一層正確になるので、速度制御や位置制御の精度がさらに向上する。
【００３０】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の発明の構成において、前記接地点切換タイミング判別手段は、ユニバーサルホイールを構成する各ローラの接地の有無を直接に検出する検出センサを備えることを特徴としている。
【００３１】
これにより、ユニバーサルホイールの接地点が切り換わるタイミングを判別する接地点切換タイミング判別手段の構成をさらに一層簡素化するとができ、安価に実現することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る全方向移動台車の駆動制御系の構成を示すブロック図であり、図１３ないし図１７に示した従来技術と対応する構成部分については同一の符号を付す。このものは、操作力をアシストする型の全方向移動台車である。
【００３３】
図１において、２は操作者、３は操作者２が操作力を加える操作部、ｗ１〜ｗ４は車体の底部に配置された４つのユニバーサルホイール、３１〜３４は各ユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４を駆動する駆動モータＭを備えた駆動部、２１〜２４は後述の駆動出力演算手段１６で演算して得られる駆動出力に基づいて各駆動部３１〜３４を個別に制御する制御手段である。
【００３４】
また、１４は操作部３に加えられる操作力Ｈを車体の制御中心（たとえば車体の重心）における前後方向の分力Ｈｘと、車体の左右方向の分力Ｈｙと、車体の旋回方向の分力Ｈｍとに分解する操作力検出手段、１５は操作力検出手段１４で検出されたこれらの各値Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｍに対して予め設定されたゲイン（力増倍率）を乗じて、車体の前後方向の移動速度Ｖａｘと、車体の左右方向の移動速度Ｖａｙと、車体の旋回速度Ｖａψとからなる駆動要素値Ｄを求める駆動要素値算出手段であり、これらの各部の構成は、図１４に示した従来技術の場合と基本的に同じであるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００３５】
この実施の形態では、さらにユニバーサルホイールｗのローラ９の接地点Ｐｉ，Ｐｏ（図１２参照）が切り換わるタイミングを判別する接地点切換タイミング判別手段１７を備えている。この接地点切換タイミング判別手段１７は、図２に示すように、各々のユニバーサルホイールｗ（ｗ１〜ｗ４）の主軸６の端部に比較的廉価なインクリメンタル型のロータリエンコーダ４１〜４４（各エンコーダを総称する場合には符号４０で表記する）が取り付けられるとともに、各ロータリエンコーダ４１〜４４の出力に基づいて各ローラ９の接地点の切り換わり周期Ｔｇを決定する接地周期決定手段１８を備えて構成されている。
【００３６】
また、この実施の形態において、駆動出力演算手段１６は、駆動要素算出手段１５の算出結果から所定の演算式に基づいて各駆動部３１〜３４における駆動出力（ここでは速度指令値）ｖ１〜ｖ４を算出する場合に、接地点切換タイミング判別手段１７で判別された切換タイミングに合わせて各駆動部３１〜３４における駆動出力（速度指令値）ｖ１〜ｖ４を決定する場合に使用する演算式の係数を切り換えるように構成されている。以下、このことについて、さらに詳しく説明する。
【００３７】
図３に示すように、車体１の前後方向をｘ方向、これに直交する幅方向をｙ方向としたとき、車体１の前後に配置された左右一対の各ユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４は、互いの主軸６が車体１のｘ方向に沿う中心線上において交差し、かつ、中心線からの角度θが互いに等しくなるように配置されている。
【００３８】
いま、中心線上にある制御中心Ｏから各々のユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４の接地点までのｘ方向の距離をそれぞれＬ１ｘ，Ｌ２ｘ，Ｌ３ｘ，Ｌ４ｘとし、また、制御中心Ｏから各ユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４の接地点までのｙ方向の距離をそれぞれＬ１ｙ，Ｌ２ｙ，Ｌ３ｙ，Ｌ４ｙとする。さらに、各々のユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４を構成する内側と外側の２組のローラ群８ｏｕｔ，８ｉｎについて、内側のローラ８ｉｎ群を構成する各ローラ９の接地点をそれぞれＰ１Ｓ，Ｐ２Ｓ，Ｐ３Ｓ，Ｐ４Ｓとし、また、外側のローラ群８ｏｕｔを構成する各ローラ９の接地点をそれぞれＰ１Ｌ，Ｐ２Ｌ，Ｐ３Ｌ，Ｐ４Ｌとする。
【００３９】
このとき、制御中心Ｏから各ローラ９の接地点Ｐ１Ｓ，Ｐ２Ｓ，Ｐ３Ｓ，Ｐ４Ｓ，Ｐ１Ｌ，Ｐ２Ｌ，Ｐ３Ｌ，Ｐ４Ｌまでのｘ方向の距離Ｌ１ｘ，Ｌ２ｘ，Ｌ３ｘ，Ｌ４ｘと、ｙ方向の距離Ｌ１ｙ，Ｌ２ｙ，Ｌ３ｙ，Ｌ４ｙとは、それぞれ次のようになる。
▲１▼ローラがＰ１Ｓで接地しているとき
Ｌ１ｘ＝Ｌ１ａ，Ｌ１ｙ＝Ｌｖａ
ローラがＰ１Ｌで接地しているとき
Ｌ１ｘ＝Ｌ１ｂ，Ｌ１ｙ＝Ｌｖｂ
▲２▼ローラがＰ２Ｓで接地しているとき
Ｌ２ｘ＝Ｌ２ａ，Ｌ２ｙ＝Ｌｖａ
ローラがＰ２Ｌで接地しているとき
Ｌ２ｘ＝Ｌ１ｂ，Ｌ２ｙ＝Ｌｖｂ
▲３▼ローラがＰ３Ｓで接地しているとき
Ｌ３ｘ＝Ｌ２ａ，Ｌ３ｙ＝Ｌｖａ
ローラがＰ３Ｌで接地しているとき
Ｌ３ｘ＝Ｌ２ｂ，Ｌ３ｙ＝Ｌｖｂ
▲４▼ローラがＰ４Ｓで接地しているとき
Ｌ４ｘ＝Ｌ１ａ，Ｌ４ｙ＝Ｌｖａ
ローラがＰ４Ｌで接地しているとき
Ｌ４ｘ＝Ｌ１ｂ，Ｌ４ｙ＝Ｌｖｂ
【００４０】
このように、制御中心Ｏから各ユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４の接地点Ｐ１Ｓ，Ｐ２Ｓ，Ｐ３Ｓ，Ｐ４Ｓ，Ｐ１Ｌ，Ｐ２Ｌ，Ｐ３Ｌ，Ｐ４Ｌまでのｘ方向の距離Ｌ１ｘ，Ｌ２ｘ，Ｌ３ｘ，Ｌ４ｘと、ｙ方向の距離Ｌ１ｙ，Ｌ２ｙ，Ｌ３ｙ，Ｌ４ｙとはホイールｗ１〜ｗ４の回転に伴ってそれぞれ変化する。
【００４１】
そこで、この実施の形態では、各々のユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４の接地点の変化に応じて、従来のように〔数１〕で示した演算式で使用するような固定された係数Ｌ１，Ｌ２，Ｌｖを用いるのではなく、接地点の変化に応じて演算式の係数が切り換わるように、次の演算式に基づいて、各ユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４の駆動出力（速度指令値）ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４を求めるようにしている。
【００４２】
【数６】
0003794340.tif 000007
【００４３】
上記の〔数６〕において、
Ａ１＝（Ｌ１ｘ・ｃｏｓθ＋Ｌ１ｙ・ｓｉｎθ）
Ａ２＝（Ｌ２ｘ・ｃｏｓθ＋Ｌ１ｙ・ｓｉｎθ）
Ａ３＝（Ｌ３ｘ・ｃｏｓθ＋Ｌ３ｙ・ｓｉｎθ）
Ａ４＝（Ｌ４ｘ・ｃｏｓθ＋Ｌ４ｙ・ｓｉｎθ）
とおくと、〔数６〕はさらに次のように記述できる。
【００４４】
【数７】
0003794340.tif 000008
【００４５】
なお、全方向移動台車の現在の駆動要素値Ｄ（Ｖａｘ，Ｖａｙ，Ｖａψ）を逆に知る必要があるときには、〔数７〕の演算式の逆行列を求めることで得ることができる。すなわち、ｖ１〜ｖ４の４つの速度から駆動要素値Ｄ（Ｖａｘ，Ｖａｙ，Ｖａψ）を求めるのは冗長であるので、ｖ１を無視して算出することを考えると、次の逆行列が得られる。
【００４６】
【数８】
0003794340.tif 000009
【００４７】
つまり、
【００４８】
【数９】
0003794340.tif 000010
【００４９】
これを書き直すと、
【００５０】
【数１０】
0003794340.tif 000011
【００５１】
ｖ２〜ｖ４をそれぞれ無視した場合については同様の計算で算出できるので説明は省略する。
【００５２】
次に、この実施の形態において、上記構成を備えた全方向移動台車の制御動作ついて説明する。操作者２が意図する方向に車体１を誘導するために操作部３を操作すると、これに応じて操作力検出手段１４は、その操作力Ｈを車体１の制御中心Ｏにおける前後方向の分力Ｈｘと、車体の左右方向の分力Ｈｙと、車体の旋回方向の分力Ｈｍとに分解する。そして、これらの値Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｍを駆動要素値算出手段１５に与える。
【００５３】
駆動要素値算出手段１５は、これらの各値Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｍに対して予め設定されたゲインを乗じて、車体１の制御中心Ｏにおける前後方向の移動速度Ｖａｘと、車体１の左右方向の移動速度Ｖａｙと、車体１の旋回速度Ｖａψとからなる駆動要素値Ｄを求める。こうして駆動要素値算出手段１５によって駆動要素値Ｄ（Ｖａｘ，Ｖａｙ，Ｖａψ）が求まると、これらの駆動要素値Ｄ（Ｖａｘ，Ｖａｙ，Ｖａψ）が駆動出力演算手段１６に与えられる。
【００５４】
ここで、〔数７〕の演算式に基づいて速度指令値ｖ１〜ｖ４を求める場合の係数Ａ１〜Ａ４には、Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ，Ｌｖａ，Ｌｖｂの数値が含まれるので、ユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４が回転して内側と外側のローラ９の接地点が切り換わるたびに、図４に示すような脈動が起こる。なお、図４では、４つのユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４の内の一つのホイールのみに着目した場合を示している。
【００５５】
すなわち、ロータリエンコーダ４０の検出出力に基づいて得られる単位時間当たりのユニバーサルホイールの実際の回転速度（図中、実線で示す）と、駆動出力演算手段１６で算出される速度指令値の内の一つ（図中、破線で示す）とを比較すると、ローラ９が外側で接地している場合は速度指令値よりも実際の速度の方が速くなり、ローラ９が内側で接地している場合には速度指令値よりも実際の回転速度の方が遅くなる。このため、両者の間に偏差が現れて、両者の偏差が脈動（図中、一点鎖線で示す）として現れる。そして、この場合の脈動の半周期Ｔｆごとに、内側と外側のローラ９の接地点が切り換わるので、このタイミングに合わせて〔数７〕の演算式の係数Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を切り換える必要がある。
【００５６】
そこで、まず、接地周期決定手段１８は、ロータリエンコーダ４０（４１〜４４）の出力パルスをカウントして単位時間当たりのカウント数からユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４の実際の回転速度を算出する。次に、このユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４の実際の回転速度と駆動出力演算手段１６で算出される速度指令値ｖ１〜ｖ４との差を取ることにより、両者間の偏差が図４の一点鎖線で示すようなパルス波形として得られる。
【００５７】
このパルス波形は、横軸を時間軸としているために速度の大きさによって周期Ｔｆが変化する。そこで、この影響を除くために、図５の一点鎖線に示すように、ローラ９の移動量（移動距離）に換算し直し、そのパルス波形の半周期分の平均値をローラ９の接地点が切り換わる切り換わり周期Ｔｇとして決定する。そして、この切り換わり周期Ｔｇごとに、〔数７〕の演算式の係数Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を切り換える。なお、下り坂などで車体全体に進行方向の外力が加わっているような場合には、図５の破線に示すように偏差が正方向にオフセットするが、そのときには、ある一定範囲内の平均値を差し引くことで一点鎖線のような波形を得ることができる。
【００５８】
ただし、車体１が動き始める初期の段階（内側のローラ９の一つと外側のローラ９の一つがそれぞれ接地する少なくとも一周期分の期間、図４のＴｆ１＋Ｔｆ２の期間）は、ローラ９の接地点の切り換わり周期Ｔｇを決定するのに必要なロータリエンコーダ４０の出力に基づくデータが未だ得られていない。
【００５９】
そこで、駆動出力演算手段１６は、まず、車体１が動き始める初期の段階では、演算式の係数を切り換えずにユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４の平均的な接地点位置に基づいて決定された係数Ｌ１，Ｌ２，Ｌｖを用いて各駆動部３１〜３４における駆動出力ｖ１〜ｖ４を決定する。つまり、前述の〔数１〕式に基づいて速度指令値ｖ１〜ｖ４を決定する。
【００６０】
そして、駆動出力演算手段１６は、車体が所定距離だけ移動して接地周期決定手段１８によって切り換わり周期Ｔｇが決定された段階で、以降は、この切り換わり周期Ｔｇに合わせて〔図７〕の演算式の係数Ａ１〜Ａ４を切り換えて速度指令値ｖ１〜ｖ４を算出する。この場合の具体的な手順は、図６のフローチャートに示す通りである。
【００６１】
こうして、駆動出力演算手段１６が〔数７〕の演算式に基づいて各ユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４の速度指令値ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４を求めると、これらの各速度指令値ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４のデータが各制御手段２１〜２４に与えられるので、各制御手段２１〜２４は、各ユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４の回転速度が各速度指令値ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４となるようにそれぞれの駆動部３１〜３４を制御する。このようにして、操作者２は、操作部３を操作することで車体１を意図する方向に任意の速度で精度良く誘導することができる。
【００６２】
なお、全方向移動台車の現在の駆動要素値Ｄ（Ｖａｘ，Ｖａｙ，Ｖａψ）を逆に知る必要があるときには、たとえば前述の〔数１０〕の演算式の逆行列を求める。この場合の具体的な手順は、図７のフローチャートに示す通りである。
【００６３】
以上のように、駆動出力演算手段１６は、従来のように、ユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４の平均的な接地点に基づいて決定された係数を用いて各駆動部３１〜３４の駆動出力ｖ１〜ｖ４を決定するのではなく、ユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４の接地点が切り換わるタイミングに合わせて〔数７〕の演算式の係数Ａ１〜Ａ４を切り換えて駆動出力ｖ１〜ｖ４を決定するるので、従来よりも速度制御や位置制御を一層精度良く行うことが可能となる。
【００６４】
なお、上記の実施の形態の全方向移動台車において、次のような応用例や変形例を考えることができる。
【００６５】
（１）  上記の実施の形態では、図８（ａ）に示すように、接地周期決定手段１８で決定された接地点の切り換わり周期Ｔｇに合わせて〔数７〕の演算式の係数Ａ１〜Ａ４を切り換えて速度指令値ｖ１〜ｖ４を順次算出して速度制御を行うが、このような速度制御を行っている途中でも、各制御手段２１〜２４において、ロータリエンコーダ４０（４１〜４４）の検出出力に基づいてユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４の実際の回転速度を算出し、この実際の回転速度と駆動出力演算手段１６で算出される速度指令値ｖ１〜ｖ４との偏差Δｖを求めることで各ユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４の速度制御の切り換え時期を補正することが好ましい。
【００６６】
すなわち、図８（ｂ）に示すように、ユニバーサルホイールｗの実際の回転速度と駆動出力演算手段１６で算出される速度指令値ｖ１〜ｖ４との間に偏差Δｖが存在する場合には、ローラ９の接地点の切り換わりタイミング、つまり〔図７〕の演算式の係数Ａ１〜Ａ４を切り換えて速度指令値ｖ１〜ｖ４を算出するタイミングが適切でなく時間的な誤差ΔＴが生じている。
【００６７】
そこで、このようなときには、制御手段２１〜２４（特許請求の範囲における補正手段に相当）は、偏差Δｖが生じることなく速度指令値ｖ１〜ｖ４が適切なタイミングでもって各駆動部３１〜３４に与えられるように、各駆動部３１〜３４への出力タイミングを補正する。これにより、さらに精度良く速度制御や位置制御を行うことができるようになる。
【００６８】
（２）  接地点切換タイミング判別手段１７には、図９に示すように、ユニバーサルホイールｗを構成する各ローラ９の接地の有無を直接に検出する検出センサ５１を設けてもよい。この場合の検出センサ５１としては、たとえば反射型赤外線センサを用い、このセンサ５１からの出力を予め設定された基準値と比較して、検出センサ５１の出力が基準値よりも大きい場合には、ユニバーサルホイールｗの内側のローラ９が接地し、逆に検出センサ５１の出力が基準値よりも小さい場合には、ユニバーサルホイールｗの外側のローラ９が接地したとして接地点の切り換わり周期Ｔｇを検出する。
【００６９】
このようにすれば、ロータリエンコーダ４０の検出出力に基づいて得られる脈動の周期Ｔｆから演算式の係数Ａ１〜Ａ４を切り換えるタイミング周期Ｔｇを決定しなくても、ユニバーサルホイールｗの接地点が切り換わるタイミングを直接に判別することができる。このため、接地点切換タイミング判別手段１７の構成をさらに一層簡素化するとができ、安価に実現することが可能になる。
【００７０】
（３）  また、この実施の形態では、インクリメンタル型のロータリエンコーダ４０を使用したが、アブソリュート型のロータリエンコーダを使用することもできる。このようなアブソリュート型のロータリエンコーダを使用するときには、少し高価にはなるが、接地周期決定手段１８で脈動の周期Ｔｇを求めて演算式の係数を切り換えるタイミングを決定したり、上記のような検出センサ５１を設けなくても、ローラ９の接地点が切り換わるタイミングが直接に判別することができるため制御が容易になる。
【００７１】
（４）  上記の実施の形態の全方向移動台車では、車体１にユニバーサルホイールｗを前後左右の４箇所に設けた場合について説明したが、これに限らず、ユニバーサルホイールｗを３箇所以上設けた台車であれば、本発明は適用可能である。また、上記の実施の形態では、全方向移動台車の速度制御を行う場合について説明したが、これに限らず、駆動力制御や加速度制御を行う場合についても同様に本発明を適用することができる。
【００７２】
図１０ないし図１３は第２の実施の形態を示すもので、このものは、自律的に移動方向を決定し、その決定された移動方向へ駆動する型の全方向移動台車である。
【００７３】
このこのも、車体１の底部に、４つのユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４、各ユニバーサルホイールｗ１〜ｗ４を駆動する駆動モータＭを備えた駆動部３１〜３４を有する。また、車体１には、駆動出力演算手段１６、接地点切換タイミング判別手段１７、接地周期決定手段１８等を有してケーシング６１内に収容されている。
【００７４】
そして、この実施の形態では、先の実施の形態にはない環境認識手段６２、ヒューマンインターフエイス６３、さらには、記憶手段６４、経路形成手段６５、移動方向決定手段６６、車体速度検出手段６７、車体位置算出手段６８等を備えている。
【００７５】
環境認識手段６２は、例えば、レーザー装置であって２次元水平面をスキャンして障害物までの距離を測定するためにケーシング６１の外面に設けてある。ヒューマンインターフエイス６３は、例えば、タッチパネルであって目的地や操作指令を入力するためにケーシング６１の上面に設けてある。
【００７６】
記憶手段６４は、稼動領域の地図と走行用の各種パラメータを記憶するためのもの、経路形成手段６５は、ヒューマンインターフエイス６３の入力内容に基づき目標位置の設定、すなわち、目的地までの経路を生成するものである。そして、環境認識手段６２、記憶手段６４、経路形成手段６５のデータと車体位置算出手段６８のデータに基づいて移動方向決定手段６６が自律的に移動方向を決定する。この移動方向決定手段６６は、先の実施の形態における駆動要素算出手段１５と実質的に同様の駆動要素値、つまり、車体１の制御中心Ｏにおける前後方向の移動速度Ｖａｘと、車体１の左右方向の移動速度Ｖａｙと、車体１の旋回速度Ｖａψとからなる駆動要素値Ｄを得て、これらの駆動要素値Ｄ（Ｖａｘ，Ｖａｙ，Ｖａψ）が駆動出力演算手段１６に与えられる。車体速度検出手段６７はユニバーサルホイールの回転から車体の速度Ｖｂｘ，Ｖｂｙ，Ｖｂψを算出し、車体位置算出手段６８は車体速度から車体位置ｘ，ｙ，ψを算出する。これらは、ヒューマンインターフエイス６３を除き、ケーシング６１内に収容してある。６９はバンパーである。
【００７７】
この実施の形態では、図１２に示すように、先の実施の形態における駆動要素値算出手段１５が移動方向決定手段６６に置き換わるとともに、その前段に車体位置算出手段６８、その前段に車体速度検出手段６７が設けられている。そして、車体駆動出力演算手段１６は、先の実施の形態と同様に、従来のように、ユニバーサルホイールの平均的な接地位置に基づいて決定された係数を用いて各駆動部における駆動出力を決定するのではなく、ユニバーサルホイールの接地点が切り換わるタイミングに合わせて各駆動部における駆動出力を決定する場合に使用する演算式の係数を切り換えるので、従来よりも速度制御や位置制御を一層精度良く行うことが可能となることが、自律的に移動方向を決定する移動方向決定手段を備えていて、その移動方向決定手段による移動方向へ駆動する型の全方向移動台車においても実現できるのである。なお、この実施の形態に特有の構成については、先に例示した本願出願人が提案している特願２００１−３２９９０３、特願２００１−３３６８６３などにも開示している。
【００７８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、駆動出力演算手段は、従来のように、ユニバーサルホイールの平均的な接地位置に基づいて決定された係数を用いて各駆動部における駆動出力を決定するのではなく、接地点切換タイミング判別手段で判別されるユニバーサルホイールの接地点が切り換わるタイミングに合わせて各駆動部における駆動出力を決定する演算式の係数を切り換えるので、従来よりもさらに高精度の速度制御や位置制御が可能となる。
【００７９】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の効果が、操作力をアシストする型の全方向移動台車において奏することができる。
【００８０】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の効果が、自律的に移動方向を決定し、その決定された移動方向へ駆動する型の全方向移動台車において奏することができる。
【００８１】
請求項４記載の発明によれば、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の効果に加え、ユニバーサルホイールの接地点が切り換わるタイミングを判別する接地点切換タイミング判別手段として高価な回路構成のものでなくて比較的安価な回路構成のものを使用した場合であっても、駆動出力演算手段は各駆動部における駆動出力を確実に決定することができる。
【００８２】
請求項５記載の発明によれば、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の効果に加え、駆動出力演算手段において各駆動部における駆動出力を決定する場合に使用する演算式の係数の切換タイミングが一層正確になるので、速度制御や位置制御の精度がさらに向上する。
【００８３】
請求項６記載の発明によれば、請求項１ないし５のいずれかに記載の効果に加え、ユニバーサルホイールの接地点が切り換わるタイミングを判別す
る接地点切換タイミング判別手段の構成をさらに一層簡素化するとができ、安価に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る全方向移動台車の駆動制御系の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す全方向移動台車において、ユニバーサルホイールに対するロータリエンコーダの取り付け状態を示す正面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る全方向移動台車におけるユニバーサルホイールの幾何学的な取り付け状態と力学モデルを示す説明図である。
【図４】同上の、ユニバーサルホイールの実際の回転速度と駆動出力演算手段で算出される速度指令値との偏差により生じる脈動の様子を示す説明図である。
【図５】ローラの接地点が切り換わる切り換わり周期Ｔｇを決定する場合の説明図である。
【図６】駆動出力演算手段がローラの接地点が切り換わる切り換わり周期に合わせて演算式の係数を切り換えて速度指令値決定する場合の手順を示すフローチャートである。
【図７】ローラの接地点が切り換わる切り換わり周期に合わせて全方向移動台車の現在の駆動要素値Ｄを求める場合の手順を示すフローチャートである。
【図８】ユニバーサルホイールの接地点の切り換わり周期に合わせて演算式の係数を切り換えて速度制御を行っている途中で、切換タイミングが不適切なために生じる偏差の状況を説明するためのタイミグチャートである。
【図９】ユニバーサルホイールに対する検出センサの取り付け状態を示す正面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る全方向移動台車の斜視図である。
【図１１】同上のユニバーサルホイールを透視して描いた平面図である。
【図１２】同上の駆動制御系の構成を示すブロック図である。
【図１３】従来の全方向移動台車の全体を示す斜視図である。
【図１４】ユニバーサルホイールの正面図である。
【図１５】ユニバーサルホイールの側面図である。
【図１６】従来の全方向移動台車におけるユニバーサルホイールの幾何学的な取り付け状態と力学モデルを示す説明図である。
【図１７】従来の全方向移動台車の駆動制御系の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１    車体
２    操作者
３    操作部
ｗ，ｗ１〜ｗ４    ユニバーサルホイール
９    ローラ
１４    操作力検出手段
１５    駆動要素値算出手段
１６    駆動出力演算手段
１７    接地点切換タイミング判別手段
１８    接地周期決定手段
２１〜２４    制御手段（補正手段）
３１〜３４    駆動部
４０，４１〜４４    ロータリエンコーダ
５１    検出センサ
６２    環境認識手段
６３    ヒューマンインターフエイス
６４    記憶手段
６５    経路形成手段
６６    移動方向決定手段（実質的には、駆動要素値算出手段）
６７    車体速度算出手段
６８    車体位置算出手段
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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