JP2007168602A

JP2007168602A - 二輪移動台車

Info

Publication number: JP2007168602A
Application number: JP2005368672A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Omori; 猛司大森
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2007-07-05

Abstract

【課題】二輪移動台車において、姿勢制御の下、安定した姿勢で障害物を乗り越える。
【解決手段】段差乗り越え動作において、二輪移動台車は、錘部材２０を例えば駆動輪２ａの方向に移動させ、駆動輪２ｂに先に段差１００を乗り越えさせる。駆動輪２ｂが段差１００を乗り越えた後、二輪移動台車は、錘部材２０を駆動輪２ｂの方向に移動させ、駆動輪２ｂに段差１００を乗り越えさせる。このように駆動輪に段差を片輪ずつ乗り越えさせるため、駆動輪２ａ、２ｂの片輪ずつにトルクが加えられる。また、一方の駆動輪が段差を乗り越えるとき、他方の駆動輪の方向に車体の重心が移動される。このため、障害物を乗り越える駆動輪は、より小さなトルクにより障害物を乗り越えることができる。従って、駆動輪に加えるトルクによる反作用の影響が少なくなり、車体の姿勢が大きく乱されることを避けることができる。
【選択図】図１１

Description

本発明は、車体が姿勢制御された状態で、障害物を乗り越える二輪移動台車に関する。

二輪移動台車において、進行方向と直交する同軸上の左右に配置される駆動輪を回転することにより、姿勢制御されるものがある。

このような二輪移動台車が前方に段差等の障害物を発見し、その障害物を乗り越える場合、車体が姿勢制御された状態で、両輪にトルクが加えられ、両輪が略同時に障害物を乗り越えるように制御されていた。

二輪ではないが、複数の車輪を有する移動台車において、安定して高い段差を乗り越える移動台車が知られている（例えば、特許文献１参照）。当該移動台車は、複数の車輪を備えた台車基台に、当該基台の重心を移動させる重心移動手段を備える。また当該移動台車は、基台の左右に、揺動可能に配備される一対の車輪支持部を有し、一対の車輪が各車輪支持部の前後に配備される。段差を乗り越える際、重心移動手段により、台車の重心が後方に移動される。また、揺動駆動手段により、段差に当たっている前輪を支持する車輪支持部が揺動されて、前側の車輪が上方に持ち上げられる。その後、台車の前進に伴って他方の前輪が段差に当たると、他方の前輪が持ち上げられる。両輪が持ち上げられた後、さらに台車は前進し、両後輪が段差に乗り上げ、台車が段差を乗り越える。

また、段差部を容易に通過させることができる無人搬送車が知られている（例えば、特許文献２参照）。当該無人搬送車の制御装置は、段差エリアに設けられたマークプレートをセンサにより検出し、当該検出により段差エリアへの進入を検出する。このような場合に、当該制御装置の制御部は、操舵用電動機を介して操舵輪を僅かに切り、この状態で固定して段差部に進入することにより、この段差部に対し斜めに無人搬送車が進入するよう制御する。
特開２００３−２８５７４３号公報実開平６−３０８０７号公報

しかしながら、従来の技術では、両輪にトルクを加え、両輪同時に障害物を乗り越えるため、両輪に加えるトルクの反作用により大きな力が車体に加わっていた。この力は、車体の姿勢を大きく乱すことがあった。このため、段差乗り越え時の姿勢制御が難しいものとなっていた。

また、特許文献１に記載の技術では、前後に配置された複数の駆動輪により移動する移動台車において、安定して段差を乗り越えることができたが、同軸上の左右に配置された二つの駆動輪により移動される二輪移動台車において、姿勢制御を行いつつ、安定した姿勢で段差を乗り越えることができないことがあった。

また、特許文献２に記載の技術では、段差部の縁と無人搬送車の車輪とが点接触するようにされ、段差部を容易に通過することができたが、高さの高い段差部を乗り越える際に、姿勢が乱れて転倒する恐れがあった。

本発明は、上記従来例の問題を解決するためになされたものであり、姿勢制御の下、安定した姿勢で障害物を乗り越えることができる二輪移動台車を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、同軸上の左右に配置された駆動輪と、前記駆動輪を駆動制御する制御手段と、前記駆動輪の前方にある障害物を検知する検知手段と、を備えた二輪移動台車において、前記検知手段により検知された障害物の高さを測定する測定手段と、前記測定手段により測定された前記障害物の高さが、乗り越え可能な範囲であるか否かを判定する判定手段と、をさらに備え、前記制御手段は、前記判定手段により前記障害物の高さが乗り越え可能な範囲内であると判定されたとき、前記駆動輪に前記障害物を片輪ずつ乗り越えさせるように前記駆動輪を駆動制御するものである。

請求項２の発明は、同軸上の左右に配置された駆動輪と、前記駆動輪を駆動制御する制御手段と、前記駆動輪の前方にある障害物を検知する検知手段と、を備えた二輪移動台車において、前記検知手段により検知された障害物の高さを測定する測定手段と、前記測定手段により測定された前記障害物の高さが、乗り越え可能な範囲であるか否かを判定する判定手段と、前記同軸方向に台車の重心を移動させる重心移動手段と、をさらに備え、前記制御手段は、前記判定手段により前記障害物の高さが乗り越え可能な範囲内であると判定されたとき、前記駆動輪に前記障害物を片輪ずつ乗り越えさせるように前記駆動輪を駆動制御し、前記重心移動手段は、前記制御手段からの信号に基づき、一方の駆動輪が前記障害物を乗り越えるとき、他方の駆動輪の方向に前記重心を移動させるものである。

請求項１の発明によれば、駆動輪が障害物を片輪ずつ乗り越えるように駆動制御されるので、駆動輪に加えるトルクの反作用により車体の姿勢が乱されることが少ない。このため、安定した姿勢で障害物を乗り越えることが可能となる。

請求項２の発明によれば、駆動輪が障害物を片輪ずつ乗り越えるように駆動制御されるので、駆動輪に加えるトルクの反作用により車体の姿勢が乱されることが少ない。このため、安定した姿勢で障害物を乗り越えることが可能となる。

また、一方の駆動輪が障害物を乗り越えるとき、他方の駆動輪の方向に車体の重心が移動されるので、障害物を乗り越える駆動輪をより小さなトルクで駆動して、当該駆動輪に障害物を乗り越えさせることができる。より小さなトルクで駆動輪を駆動するので、トルクの反作用による姿勢の乱れを小さくすることができ、安定した姿勢で障害物を乗り越えることができる。

本発明の第一の実施形態に係る二輪移動台車について、図１乃至図７を参照して説明する。図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、二輪移動台車（以下、移動台車という）の構成を示す。移動台車１は、同軸上の左右に配置された駆動輪２ａ、２ｂと、駆動輪２ａ、２ｂのそれぞれを駆動するモータ３ａ、３ｂと、モータ３ａ、３ｂのそれぞれの駆動力を駆動輪２ａ、２ｂに伝える回転軸４ａ、４ｂとを備える。モータ３ａ、３ｂは筐体５内に配置される。駆動輪２ａ、２ｂは、同軸上に配置された異なる回転軸４ａ、４ｂにそれぞれ取り付けられる。

また、移動台車１は、駆動輪２ａ、２ｂの前方にある障害物を検知すると共に、検知した障害物の高さを測定する超音波センサ６ａ、６ｂ（検知手段、測定手段）を有する。超音波センサ６ａ、６ｂは、保持部材７ａ、７ｂによりそれぞれ保持される。

図２は、移動台車１の電気的構成を示す。移動台車１は、車体の姿勢を感知するジャイロセンサ１０及び加速度センサ１１と、車速を計測する速度センサ１２と、ユーザが移動台車１を操作するために用いる操作部１５と、障害物の存在を検知すると共に、当該障害物の高さを測定する超音波センサ６ａ、６ｂとを備える。また、移動台車１は、駆動輪２ａ、２ｂを回転させるモータ３ａ、３ｂと、モータ３ａ、３ｂを駆動制御するモータ駆動部１４を有し、さらに上記各センサと各部を制御する制御部１３を備える。

超音波センサ６ａ、６ｂは、駆動輪２ａ、２ｂの前方にある段差等の障害物の存在を検知すると共に、検知した障害物の高さを測定するための回路である。超音波センサ６ａ、６ｂは、障害物の存在を検知した場合、移動台車１を停止させるために当該検知に基づく信号を制御部１３に出力する。また、超音波センサ６ａ、６ｂは、障害物の高さを測定し、当該測定の結果に基づく信号を制御部１３に出力する。

ジャイロセンサ１０は、筐体５（車体）が傾く速度、すなわち車体が回転軸４ａ、４ｂを中心に回転する角速度を逐次計測するためのセンサである。ジャイロセンサ１０は、計測結果に基づく信号を制御部１３に逐次出力する。ジャイロセンサ１０は、素早い車体の動きに対応することができる。

車体の傾斜角を測る場合、ジャイロセンサ１０だけを用いて傾斜角を算出することが可能である。ジャイロセンサ１０により、変化する角速度を逐次計測し、この計測により得られた角速度を積分することにより傾斜角が求められる。この傾斜角を足し合わせれば、最終的な傾斜角を算出することができる。こうして求められた傾斜角は積分誤差を含む。

加速度センサ１１は、傾斜角を正確に求めるためのセンサである。例えば、加速度センサ１１が圧電型加速度センサである場合、加速度センサ１１は圧電素子を備える。加速度センサ１１が水平な状態から傾けられた場合、圧電素子は重力により変形する。この変形に基づいて傾斜角が計測される。傾斜角に基づく信号が加速度センサ１１から制御部１３に出力される。加速度センサ１１は、素早く動かされた場合、その出力が慣性による信号であるのか又は重力による信号であるのかを区別することができない。このため、車体が素早く動いた場合、加速度センサ１１は正確な傾斜角を求めることができない。

左右方向の車体の傾斜角（ロール）及び前後方向の傾斜角（ピッチ）を測るためにジャイロセンサ１０が２個配置される。そして、前後方向及び左右方向の傾斜角を測るジャイロセンサ１０の出力を補正するため、加速度センサ１１がジャイロセンサ１０と組み合わされて２個配置される。このようにして、車体が素早く動いた場合、制御部１３は、ジャイロセンサ１０の出力を用いて、加速度センサ１１の出力を補正することにより、車体の傾斜角を求めることができる。また、車体がゆっくり動いた場合、制御部１３は、加速度センサ１１からの出力を用いて、ジャイロセンサ１０の出力を補正することにより、車体の正確な角速度を求めることができる。

速度センサ１２は、モータ３ａ、３ｂにより回転される駆動輪２ａ、２ｂの回転速度を逐次計測する。当該計測に基づき、駆動輪２ａ、２ｂの角速度及び車速が算出される。速度センサ１２は、計測結果に基づく信号を制御部１３に逐次出力する。

モータ駆動部１４は、モータ駆動回路で構成される。モータ駆動部１４は、制御部１３からの信号に基づいてモータ３ａ、３ｂを駆動する。この駆動により、制御部１３から指示された回転速度でモータ３ａ、３ｂは回転される。

操作部１５は、ユーザの操作に基づき、移動台車１の各種動作を指示する信号を制御部１３に出力するための回路である。例えば、移動台車１が荷物運搬用である場合、操作部１５は、ユーザが各種動作を指示するための各種キーを備え、各種キーの操作に基づいて赤外線信号を出射するリモコンと、このリモコンからの赤外線信号を受光する赤外線受光回路で構成される。操作部１５により制御部１３に指示される移動台車１の動作には、前進、後進、左旋回、右旋回、加速、減速、停止が含まれる。

制御部１３は、ＣＰＵ等を含む制御回路で構成される。制御部１３（制御手段）は、モータ駆動部１４に、モータ３ａ、３ｂの回転速度を制御するための信号を出力する。モータ３ａ、３ｂの回転速度が制御されることにより、駆動輪２ａ、２ｂが駆動制御される。このようにして、制御部１３は駆動輪２ａ、２ｂを駆動制御する。

また、制御部１３（判定手段）は、障害物が検知された場合、超音波センサ６ａ、６ｂにより測定された障害物の高さが、乗り越え可能な範囲であるか否かを判定する。制御部１３は、障害物の高さが乗り越え可能な範囲内であると判定したとき、駆動輪２ａ、２ｂに障害物を片輪ずつ乗り越えさせるように駆動輪２ａ、２ｂを駆動制御する。制御部１３は、さらにＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）等の記憶装置を有する。当該記憶装置には、障害物の乗り越えが可能か否かを判定するための判定基準が格納される。

次に、制御部１３による駆動輪２ａ、２ｂの駆動制御の方法について説明する。当該駆動制御は、駆動輪２ａ、２ｂを駆動させる駆動トルクを制御することにより行なわれる。制御部１３は、各センサの出力から得られる車体の傾斜角、この傾斜角の角速度、駆動輪２ａの角速度、駆動輪２ｂの角速度、移動台車１の現在の車速、目標車速、車体の現在の進行方向に対する旋回角度、目標旋回角度等を基に、演算によって駆動トルクを算出する。当該演算では、姿勢制御を行なうために、駆動トルクが車体の傾斜角及び傾斜角の角速度を基に求められる。また、姿勢制御及び車速制御を行なうために、駆動トルクが駆動輪２ａの角速度、駆動輪２ｂの角速度、現在の車速、目標車速を基に算出される。なお、目標車速は、ユーザの操作により操作部１５から出力される信号や、超音波センサ６ａ、６ｂからの信号に基づいて制御部１３により設定される。

演算後、制御部１３は、演算結果に基づく制御信号をモータ駆動部１４に出力する。モータ駆動部１４は、当該制御信号に基づき、演算により得られた駆動トルクを発生させる回転速度でモータ３ａ、３ｂを回転させる。駆動輪２ａ、２ｂは、モータ３ａ、３ｂの回転速度に応じて駆動される。このように、制御部１３は、姿勢制御及び車速制御に必要な変数を基にした演算により、モータ３ａ、３ｂの駆動トルク制御を行ない、駆動輪２ａ、２ｂを駆動制御する。その結果、車体の前後方向のバランスを保持するための姿勢制御と、車速を目標車速にするための車速制御が同時に行なわれる。

図３を参照して、制御部１３により姿勢制御がなされた場合の移動台車１の姿勢変化について説明する。車体の姿勢制御は、ジャイロセンサ１０、加速度センサ１１及び速度センサ１２からの信号に基づいて行なわれる。

移動台車１が加速又は一定速度で移動する場合、移動台車１は、車体を起こそうとする力を受ける。そこで、車体が進行方向と反対の方向（後ろ向き）に車体が倒れないようにするため、車体を前傾させるために制御部１３により姿勢制御がなされる。具体的には、速度センサ１２で測定される現在の車速に応じて、駆動輪２ａ、２ｂの回転速度を一旦下げることにより、車体を前向きに傾ける力を発生させる。車体が前傾した後、車速は加速される。このようにして姿勢制御が行なわれる。車体が前傾する角度は、車速が増すにつれて大きくされる。制御部１３は、ジャイロセンサ１０及び加速度センサ１１から逐次出力される信号に基づいて車体の傾斜角を把握し、傾斜角の増減を制御する。

移動台車１が制動により減速する場合、車体は慣性力により進行方向（前向き）に力を受ける。制動は、操作部１５又は超音波センサ６ａ、６ｂが出力する停止指示信号に基づいて行なわれる。慣性力により転倒することを避けるため、制御部１３により車体の姿勢は後ろ向きに傾くように姿勢制御される。具体的には、現在の車速に応じて、駆動輪２ａ、２ｂの回転速度を一旦上げることにより、車体を後ろ向きに傾ける力を発生させる。車体が後ろに傾いた後、車速は減速され、車体を転倒させないように姿勢制御が行なわれる。制御部１３は、ジャイロセンサ１０及び加速度センサ１１から逐次出力される信号に基づいて車体の傾斜角を把握し、傾斜角の増減を制御する。車体が停止した場合、車体の姿勢は姿勢制御によって直立した状態となる。停止中、車体の前後方向のバランスを保つために常に姿勢制御が行なわれる。

このように、移動台車１では、移動中及び停止中を問わず常に車体の姿勢が制御される。例えば、移動台車１が段差等の障害物を発見し、障害物を乗り越える場合であっても、常に姿勢が制御される。

次に、図４乃至図７を参照して、上記姿勢制御の下、移動台車１が段差（障害物）を乗り越える方法について説明する。

図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、移動台車１が段差を乗り越える前に行なう準備動作を示す。例えば、移動台車１が移動しているときに、保持部材７ｂに保持された超音波センサ６ｂが段差１００を検知した場合（同図（ａ）参照）について以下に説明する。

超音波センサ６ａ、６ｂのうち１つの超音波センサ、例えば超音波センサ６ｂが段差１００の存在を検知した場合、段差１００を乗り越えるにあたり、移動台車１において準備動作がある。当該準備動作において、両輪が段差１００に接触するように駆動輪２ａ、２ｂが駆動される（図４（ｂ）及び（ｃ）参照）。なお、駆動輪２ａ、２ｂが接触しているか否かは、モータ３ａ、３ｂのモータ電流に基づいて制御部１３が判断する。

図５は、移動台車１の上記準備動作の手順を示す。超音波センサ６ａ又は／及び６ｂが段差１００を検知した場合（Ｓ１０１でＹｅｓ）、段差１００を検知した超音波センサは段差１００の高さを測定する（Ｓ１０２）。超音波センサ６ａ、６ｂが段差の存在を検知しない場合（Ｓ１０１でＮｏ）、移動台車１は待機状態となる。

まず、段差１００を検知した超音波センサが、超音波センサ６ａ、６ｂのうち片方だけ（超音波センサ６ａ又は６ｂ）である場合（Ｓ１０３でＹｅｓ）について説明する。このような場合、制御部１３は、段差１００の高さが駆動輪２ａ、２ｂの半径の１０％以下かどうかを判定する。判定の結果、段差１００の高さが駆動輪半径の１０％以下である場合（Ｓ１０４でＹｅｓ）、車体の向きを変えず、そのままの向きで段差１００を乗り越える（Ｓ１０５）。

段差１００の高さが駆動輪半径の１０％より高い場合（Ｓ１０４でＮｏ）、制御部１３はさらに段差１００の高さが判定基準以下であるか否かを判定する。当該判定基準は、移動台車１が乗り越えることができる障害物の最大限の高さに基づいて定められ、制御部１３が有する記憶装置に記憶される。ここで、判定基準は例えば駆動輪半径の４０％であり、段差１００の高さがそれ以下である場合（Ｓ１０６でＹｅｓ）、移動台車１は両輪が段差１００と接触する位置まで移動する（Ｓ１０７）。その後、段差乗り越え動作が開始される（Ｓ１０８）。段差乗り越え動作の開始に伴い、その準備動作は終了する。

段差１００の高さが駆動輪半径の４０％より高い場合（Ｓ１０６でＮｏ）、移動台車1は段差１００を乗り越えることができないため、段差乗り越え動作は中止される（Ｓ１０９）。その後、段差乗り越え動作前の準備動作は終了する。

超音波センサ６ａ、６ｂの両方が段差１００を検知した場合（Ｓ１０３でＮｏ）、制御部１３は、段差１００の高さが駆動輪２ａ、２ｂの半径の１０％以下かどうかを判定する。判定の結果、段差１００の高さが駆動輪半径の１０％以下である場合（Ｓ１１０でＹｅｓ）、車体の向きを変えず、そのままの向きで段差１００を乗り越える（Ｓ１０５）。

段差１００の高さが駆動輪半径の１０％より高い場合（Ｓ１１０でＮｏ）であって、制御部１３が、段差１００の高さが駆動輪半径の４０％以下であると判定した場合（Ｓ１１１でＹｅｓ）、段差乗り越え動作が開始される（Ｓ１０８）。段差乗り越え動作の開始に伴い、準備動作は終了する。

段差１００の高さが駆動輪半径の４０％より高い場合（Ｓ１１１でＮｏ）、移動台車1は段差１００を乗り越えることができないため、段差乗り越え動作は中止される（Ｓ１０９）。その後、段差乗り越え動作前の準備動作は終了する。

図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、上記準備動作後に行なわれる、移動台車１の段差乗り越え動作を示す。段差乗り越え動作において、まず、制御部１３は、超音波センサ６ａ、６ｂからの信号に基づいて、段差１００の高さが乗り越え可能な範囲内である否かを判定する。制御部１３は、段差１００の高さは乗り越え可能な範囲であると判定したとき、駆動輪２ａ、２ｂのうち片輪に、例えば駆動輪２ｂにトルクを加え、段差１００を乗り越えさせる（同図（ａ）参照）。もちろん、駆動輪２ａに先に段差１００を乗り越えさせてもよい。

駆動輪２ｂが段差１００を先に乗り越えた後、制御部１３は、もう一方の駆動輪２ｂにトルクを掛け、段差１００を乗り越えさせる（図５（ｂ）、（ｃ）参照）。このように、制御部１３は、段差１００の高さが乗り越え可能な範囲内である場合、駆動輪２ａ、２ｂに段差１００を片輪ずつ乗り越えさせるように駆動輪２ａ、２ｂを駆動制御する。

このような動作により、段差を乗り越えるために、駆動輪２ａ、２ｂの片輪ずつにトルクが加えられる。このため、駆動輪に加えるトルクによる反作用の影響が少なくなり、車体の姿勢が乱されることが少なくなる。その理由について説明する。段差を乗り越える際、同一速度で平坦な路面を走行する場合に比べ、より大きなトルクが必要とされる。駆動輪に段差を略同時に乗り越えさせる場合、駆動輪の両輪に加わるこのトルクの反作用により、車体に力が加わる。その結果、このトルクの反作用により車体の姿勢が大きく乱されることがある。これに対し、本実施形態の移動台車１では、駆動輪２ａ、２ｂが段差を片輪ずつ乗り越えるように駆動制御される。このため、姿勢を乱す原因となるトルクの反作用は、片輪からのものだけとなる。すなわち、両輪が略同時に段差を乗り越える場合に比べて、駆動輪に加えるトルクの反作用により車体の姿勢が乱されることが少なくなる。このようにして、安定した姿勢で段差を乗り越えることが可能となる。

図７は、図５のＳ１０８で開始される、移動台車１の段差乗り越え動作の手順を示す。当該動作では、移動台車１が片輪ずつ段差１００を乗り越える。段差乗り越え動作時においても、常に車体の姿勢制御が行なわれる。

駆動輪２ａ、２ｂのうち、例えば駆動輪２ｂが先に段差１００を乗り越える場合（Ｓ２０１でＹｅｓ）、制御部１３は、モータ３ｂを駆動させて駆動輪２ｂにトルクを加え、先に段差１００を乗り越えさせる（Ｓ２０２）。駆動輪２ｂが段差１００を乗り越えたか否かは、ロールを測定する加速度センサ１１からの出力に基づき、制御部１３が判断する。駆動輪２ｂが段差１００を乗り越えたとき、移動台車１は一時停止する。このとき、駆動輪２ａは段差１００に接触している。

駆動輪２ｂが段差１００を乗り越えた後、制御部１３は、モータ３ａを駆動させて駆動輪２ａにトルクを加え、段差１００を乗り越えさせる（Ｓ２０３）。駆動輪２ａが段差１００を乗り越えたか否かは、ロールを測定する加速度センサ１１からの出力に基づき、制御部１３が判断する。制御部１３が、両輪が段差１００を乗り越えたと判断した場合、段差乗り越え動作は終了する。

駆動輪２ｂが先に段差１００を乗り越えない場合、つまり駆動輪２ａが先に段差１００を乗り越える場合（Ｓ２０１でＮｏ）、制御部１３は、モータ３ａを駆動させて駆動輪２ａにトルクを加え、先に段差１００を乗り越えさせる（Ｓ２０４）。駆動輪２ａが段差１００を乗り越えたか否かは、ロールを測定する加速度センサ１１からの出力に基づき、制御部１３が判断する。駆動輪２ａが段差１００を乗り越えたとき、移動台車１は一時停止する。このとき、駆動輪２ｂは段差１００に接触している。

駆動輪２ａが段差１００を乗り越えた後、制御部１３は、モータ３ｂを駆動させて駆動輪２ｂにトルクを加え、段差１００を乗り越えさせる（Ｓ２０５）。駆動輪２ｂが段差１００を乗り越えたか否かは、ロールを測定する加速度センサ１１からの出力に基づき、制御部１３が判断する。制御部１３が、両輪が段差１００を乗り越えたと判断した場合、段差乗り越え動作は終了する。

このような動作手順により、駆動輪２ａ、２ｂは段差等の段差を片輪ずつ乗り越えるように駆動制御されるため、駆動輪に加えるトルクの反作用により、車体が大きく乱されることがない。このため、安定した姿勢で障害物を乗り越えることが可能となる。

次に、本発明の第二の実施形態に係る二輪移動台車について、図８乃至図１２を参照して説明する。本実施形態は、第一の実施形態と比較して、移動台車１が、台車の重心を移動させる重心移動部をさらに備える点で異なる。

図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、移動台車１の構成を示す。本実施形態の移動台車１は、第一の実施形態の移動台車１（図１参照）と比較して、重心移動部（重心移動手段）をさらに有する点で異なる。重心移動部は、錘部材２０と、錘部材２０を載置する台座２１と、台座２１を移動自在に設けるための駆動輪２２と、台座２１を同軸方向に移動させるためのレール２３を有する。また重心移動部は、さらに、駆動輪２２を回転させるための車軸２４と、車軸２４を回転させるモータ部２５とを有する。

錘部材２０は、移動台車１の重心を移動させるための部材であり、例えば移動台車１の電源であるバッテリーで構成される。台座２１は、錘部材２０を上面に載置して固定するための板状部材である。台座２１は移動自在に設けられ、駆動輪２２の回転により、レール２３に沿って移動する。レール２３は、駆動輪２ａ、２ｂの同軸方向（以下、同軸方向と略す）と平行に配置される。駆動輪２２は例えば四輪からなり、二本の車軸２４により二輪ずつ固定される。２つのモータ部２５は、二本の車軸２４をそれぞれ回転自在に支持する。また、モータ部２５が有するモータ（不図示）により、車軸２４はそれぞれ回転される。なお、２つのモータ部２５のうち片方だけが、車軸２４を回転させるためのモータを有していても、両方がモータを有していてもよい。

上記のように構成されるため、モータ部２５のモータが車軸２４を回転させると、駆動輪２２が回転する。駆動輪２２が回転すると、レール２３に沿って、台座２１が移動する。台座２１の移動に伴い、錘部材２０が駆動輪２ａ、２ｂの同軸方向に移動する。錘部材２０が同軸方向へ移動することにより、移動台車１の重心が同軸方向に移動する。

錘部材２０の移動範囲は、例えば駆動輪２ａ、２ｂの幅を含む車幅である。この車幅を確保するため、筐体５は、側面に開口部１０を有する。錘部材２０は、モータにより開口部１０から出し入れされる。

図９は、移動台車１の電気的構成を示す。本実施の移動台車１の電気的構成は、第一の実施形態の移動台車１の電気的構成（図２参照）と比較して、移動台車１の重心を移動させるための重心移動部２６をさらに有する点で異なる。

重心移動部２６は、制御部１３からの信号に基づいて動作する。制御部１３が重心移動部２６に重心移動を指示した場合、当該指示に基づき、モータ部２５のモータは、駆動輪２２を回転させる。駆動輪２２の回転に伴って錘部材２０が同軸方向に移動する。このような構成により、移動台車１の重心は同軸方向に移動される。

次に、図１０乃至図１２を参照して、姿勢制御の下、移動台車１が段差を乗り越える方法、及び、段差乗り越え時の重心移動方法について説明する。

図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、移動台車１が段差を乗り越える前に行なう準備動作を示す。例えば、移動台車１が移動しているときに、保持部材７ｂに保持された超音波センサ６ｂが段差１００を検知した場合（同図（ａ）参照）について以下に説明する。

超音波センサ６ａ、６ｂのうち１つの超音波センサ、例えば超音波センサ６ｂが段差１００の存在を検知した場合、段差１００を乗り越えるにあたり、移動台車１において準備動作がある。当該準備動作において、両輪が段差１００に接触するように駆動輪２ａ、２ｂが駆動される（図１０（ｂ）及び（ｃ）参照）。なお、駆動輪２ａ、２ｂが接触しているか否かは、モータ３ａ、３ｂのモータ電流に基づいて制御部１３が判断する。

図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、上記準備動作の後に行なわれる、移動台車１の段差乗り越え動作を示す。段差乗り越え動作において、まず、制御部１３は、超音波センサ６ａ、６ｂからの信号に基づいて、段差１００の高さが乗り越え可能な範囲内である否かを判定する。制御部１３は、段差１００の高さは乗り越え可能な範囲であると判定したとき、駆動輪２ａ、２ｂのうち片輪に、例えば駆動輪２ｂに段差１００を乗り越えさせる（同図（ａ）参照）。もちろん、駆動輪２ａに先に段差１００を乗り越えさせてもよい。

駆動輪２ｂが段差１００を乗り越えるとき、制御部１３からの指示に基づいてモータ部２５のモータが駆動され、錘部材２０が駆動輪２ａの方向に移動される。筐体５側面の開口部１０から錘部材２０は外部に進出する。このようにして、移動台車１の重心は、駆動輪２ａの方向に移動される。重心移動の後、駆動輪２ｂはモータ３ｂにより駆動されて、段差１００を乗り越える。なお、錘部材２０が筐体５外部にすべり落ちることを防止するために、ストッパが筐体５内に設けられていてもよい。

駆動輪２ｂが段差１００を先に乗り越えた後、制御部１３は、もう一方の駆動輪２ａに段差１００を乗り越えさせる（図１１（ｂ）参照）。駆動輪２ａが段差１００を乗り越えるとき、制御部１３からの指示に基づいてモータ部２５のモータが駆動され、錘部材２０が駆動輪２ｂの方向に移動される。筐体５側面の開口部１０から錘部材２０は外部に進出する。このようにして、移動台車１の重心は、駆動輪２ｂの方向に移動される。重心移動の後、駆動輪２ａはモータ３ａにより駆動されて、段差１００を乗り越える。段差乗り越え後、錘部材２０はもとの位置に移動される（図１１（ｃ）参照）。

上記の通り、制御部１３は、段差の高さが乗り越え可能な範囲内である場合、駆動輪２ａ、２ｂに段差を片輪ずつ乗り越えさせるように駆動輪２ａ、２ｂを駆動制御する。このような段差乗り越え方法により、段差を乗り越えるために、駆動輪２ａ、２ｂの片輪ずつにトルクが加えられる。このため、駆動輪に加えるトルクによる反作用の影響が少なく、車体の姿勢が大きく乱されることを避けられる。

また、重心移動部２６は、制御部１３からの指示に基づき、一方の駆動輪が段差を乗り越えるとき、他方の駆動輪の方向に車体の重心を移動させる。このため、重心がその場に留まる駆動輪の方向へ移動する。従って、障害物を乗り越える駆動輪は、より小さなトルクにより障害物を乗り越えることができる。より小さなトルクで駆動輪を駆動するので、トルクの反作用による姿勢の乱れを小さくすることができ、安定した姿勢で障害物を乗り越えることができる。

図１２は、移動台車１の段差乗り越え動作の手順、及び、重心移動の手順を示す。なお、同図は、図５のＳ１０８で開始される段差乗り越え動作の手順を示す。当該動作では、移動台車１が片輪ずつ段差１００を乗り越える。段差乗り越え動作時においても、常に車体の姿勢制御が行なわれる。

駆動輪２ａ、２ｂのうち、駆動輪２ｂが先に段差１００を乗り越える場合（Ｓ３０１でＹｅｓ）、重心移動部２６は、重心の移動を指示する制御部１３からの信号に基づき、錘部材２０を駆動輪２ａの方向に移動させる（Ｓ３０２）。その後、制御部１３は、モータ３ｂを駆動させて駆動輪２ｂにトルクを加え、先に段差１００を乗り越えさせる（Ｓ３０３）。駆動輪２ｂが段差１００を乗り越えたか否かは、ロールを測定する加速度センサ１１からの出力に基づき、制御部１３が判断する。駆動輪２ｂが段差１００を乗り越えたとき、移動台車１は一時停止する。このとき、駆動輪２ａは段差１００に接触している。

駆動輪２ｂが段差１００を乗り越えた後、重心移動部２６は、重心の移動を指示する制御部１３からの信号に基づき、錘部材２０を駆動輪２ｂの方向に移動させる（Ｓ３０４）。その後、制御部１３は、モータ３ａを駆動させて駆動輪２ａにトルクを加え、段差１００を乗り越えさせる（Ｓ３０５）。駆動輪２ａが段差１００を乗り越えたか否かは、ロールを測定する加速度センサ１１からの出力に基づき、制御部１３が判断する。制御部１３が、両輪が段差１００を乗り越えたと判断した場合、段差乗り越え動作は終了する。

駆動輪２ｂが先に段差１００を乗り越えない場合、つまり駆動輪２ａが先に段差１００を乗り越える場合（Ｓ３０１でＮｏ）、重心移動部２６は、重心の移動を指示する制御部１３からの信号に基づき、錘部材２０を駆動輪２ｂの方向に移動させる（Ｓ３０６）。その後、制御部１３は、モータ３ａを駆動させて駆動輪２ａにトルクを加え、先に段差１００を乗り越えさせる（Ｓ３０７）。駆動輪２ａが段差１００を乗り越えたか否かは、ロールを測定する加速度センサ１１からの出力に基づき、制御部１３が判断する。駆動輪２ａが段差１００を乗り越えたとき、移動台車１は一時停止する。このとき、駆動輪２ｂは段差１００に接触している。

駆動輪２ａが段差１００を乗り越えた後、重心移動部２６は、重心の移動を指示する制御部１３からの信号に基づき、錘部材２０を駆動輪２ａの方向に移動させる（Ｓ３０８）。その後、制御部１３は、モータ３ｂを駆動させて駆動輪２ｂにトルクを加え、段差１００を乗り越えさせる（Ｓ３０９）。駆動輪２ｂが段差１００を乗り越えたか否かは、ロールを測定する加速度センサ１１からの出力に基づき、制御部１３が判断する。制御部１３が、両輪が段差１００を乗り越えたと判断した場合、段差乗り越え動作は終了する。

以上、本発明を適用した実施形態を説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されるものでなく、使用目的に応じ、様々な変形が可能である。例えば、制御部１３が、段差の乗り越えが可能か否かを判定するための判定基準は、駆動輪半径の４０％に限られず、移動台車１が乗り越え可能は範囲で変更可能である。また、重心移動部２６において、車軸２４に固定されるものは、駆動輪２２の代わりにギヤであってもよい。

（ａ）は本発明の第一の実施形態に係る二輪移動台車の構成を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図、（ｃ）は（ａ）の右側面図、（ｄ）は（ａ）の平面図。上記二輪移動台車の電気的構成を示すブロック図。上記二輪移動台車の移動時の姿勢変化を示す図。（ａ）は上記二輪移動台車が有する２つの超音波センサのうち１つが段差を検知した様子を示す平面図、（ｂ）は両輪が段差に接触する位置に、上記二輪移動台車が移動した様子を示す平面図、（ｃ）は同図（ｂ）の左側面図。上記二輪移動台車の段差乗り越え動作前の準備動作の手順を示すフローチャート。（ａ）は上記二輪移動台車の一方の駆動輪が段差を乗り越える際の様子を示す平面図、（ｂ）は上記二輪移動台車のもう一方の駆動輪が段差を乗り越える際の様子を示す平面図、（ｃ）は上記二輪移動台車の両輪が段差を乗り越えた様子を示す平面図。上記二輪移動台車の段差乗り越え動作の手順を示すフローチャート。（ａ）は本発明の第二の実施形態に係る二輪移動台車の構成を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図、（ｃ）は（ａ）の右側面図、（ｄ）は（ａ）の平面図。上記二輪移動台車の電気的構成を示すブロック図。（ａ）は上記二輪移動台車が有する２つの超音波センサのうち１つが段差を検知した様子を示す平面図、（ｂ）は両輪が段差に接触する位置に、上記二輪移動台車が移動した様子を示す平面図、（ｃ）は同図（ｂ）の左側面図。（ａ）は上記二輪移動台車の一方の駆動輪が段差を乗り越える際の様子を示す平面図、（ｂ）は上記二輪移動台車のもう一方の駆動輪が段差を乗り越える際の様子を示す平面図、（ｃ）は上記二輪移動台車の両輪が段差を乗り越えた様子を示す平面図。上記二輪移動台車の段差乗り越え動作の手順を示すフローチャート。

符号の説明

１移動台車
２ａ、２ｂ駆動輪
３ａ、３ｂモータ
６ａ、６ｂ超音波センサ
１０ジャイロセンサ
１１加速度センサ
１２速度センサ
１３制御部
１４モータ駆動部
２０錘部材
２１台座
２２駆動輪
２３レール
２４車軸
２５モータ部
２６重心移動部

Claims

同軸上の左右に配置された駆動輪と、
前記駆動輪を駆動制御する制御手段と、
前記駆動輪の前方にある障害物を検知する検知手段と、を備えた二輪移動台車において、
前記検知手段により検知された障害物の高さを測定する測定手段と、
前記測定手段により測定された前記障害物の高さが、乗り越え可能な範囲であるか否かを判定する判定手段と、をさらに備え、
前記制御手段は、前記判定手段により前記障害物の高さが乗り越え可能な範囲内であると判定されたとき、前記駆動輪に前記障害物を片輪ずつ乗り越えさせるように前記駆動輪を駆動制御することを特徴とする二輪移動台車。
同軸上の左右に配置された駆動輪と、
前記駆動輪を駆動制御する制御手段と、
前記駆動輪の前方にある障害物を検知する検知手段と、を備えた二輪移動台車において、
前記検知手段により検知された障害物の高さを測定する測定手段と、
前記測定手段により測定された前記障害物の高さが、乗り越え可能な範囲であるか否かを判定する判定手段と、
前記同軸方向に台車の重心を移動させる重心移動手段と、をさらに備え、
前記制御手段は、前記判定手段により前記障害物の高さが乗り越え可能な範囲内であると判定されたとき、前記駆動輪に前記障害物を片輪ずつ乗り越えさせるように前記駆動輪を駆動制御し、
前記重心移動手段は、前記制御手段からの信号に基づき、一方の駆動輪が前記障害物を乗り越えるとき、他方の駆動輪の方向に前記重心を移動させることを特徴とする二輪移動台車。