JP7841353B2 - 電動駆動装置 - Google Patents

電動駆動装置

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Description

本発明は、電動駆動装置に関する。
この種の電動駆動装置としては、特許文献1に記載されているように、駆動輪を備える無人搬送車に適用され、水平方向に延びる回転中心軸線周りに駆動輪を回転させて無人搬送車を走行させるものが知られている。この装置は、駆動輪を回転させる駆動機構と、上下方向に延びる操舵軸を中心として駆動輪の向きを変更する操舵機構とを備えている。駆動機構及び操舵機構は、無人搬送車の台車本体の下側に設けられている。
特開2021-91401号公報
特許文献1に記載の操舵機構は、駆動輪の向きを変えるための操舵モータを備えている。このため、操舵機構の構成が複雑化する懸念がある。
本発明は、構成の簡素化を図ることができる電動駆動装置を提供することを主たる目的とする。
本発明は、駆動輪を備える車両に適用され、水平方向に延びる回転中心軸線周りに前記駆動輪を回転させて前記車両を走行させる電動駆動装置において、
モータ、及び前記駆動輪に連結されるとともに前記モータの回転動力を前記駆動輪に伝達する伝達機構を有し、前記車両のベース部の下側に設けられる駆動ユニットと、
上下方向に延びる操舵中心軸を有し、前記ベース部の下側に設けられる操舵機構と、
を備え、
前記操舵機構は、前記駆動輪の回転中心軸線を水平状態に維持しつつ、前記ベース部に対して前記駆動ユニットを前記操舵中心軸周りに回転可能に支持し、
前記操舵機構は、水平方向において、前記操舵中心軸の位置が、走行路面に対する前記駆動輪の接地部からずれた位置になるように構成されている。
本発明の操舵機構は、水平方向において、上下方向に延びる操舵中心軸の位置が、車両の走行路面に対する駆動輪の接地部からずれた位置になるように構成されている。このため、駆動輪を走行路面に接地させた状態でモータから伝達機構を介して駆動輪に回転動力が伝達されると、操舵機構において、操舵中心軸周りに駆動ユニットを回転させるモーメントが発生する。この場合、駆動ユニットは、駆動輪の回転中心軸線を水平状態に維持しつつ、車両のベース部に対して操舵中心軸周りに回転する。つまり、駆動輪の操舵を行うことができる。このように、本発明では、車両を走行させるためのモータの回転動力により駆動輪の操舵を行うことができる。したがって、車両走行用のモータとは別に、駆動輪操舵用のモータを必要としない。これにより、駆動ユニット及び操舵機構を備える電動駆動装置の構成の簡素化を図ることができる。
第1実施形態に係る無人搬送車の全体構成を示す図。 無人搬送車の側面図。 電動駆動装置の全体構成を示す斜視図。 モータ及び減速装置の内部構造を示す図。 図4の5-5線断面図のうちモータ部分を示す図。 無人搬送車の電気的構成を示す図。 操舵機構による操舵がロックされた状態の電動駆動装置の平面図。 操舵機構による操舵がロックされた状態のケース近傍の構成を示す図。 操舵機構による操舵がロックされていない状態の電動駆動装置の平面図。 操舵機構による操舵がロックされていない状態のケース近傍の構成を示す図。 無人搬送車の走行態様の一例を示す図。 無人搬送車の走行態様の一例を示す図。 無人搬送車の走行制御処理の手順を示すフローチャート。 操舵機構による旋回中の電動駆動装置の平面図。 旋回完了時の電動駆動装置の平面図。 旋回が完了してロックされた状態の電動駆動装置の平面図。 第2実施形態に係る無人搬送車の走行制御処理の手順を示すフローチャート。 第3実施形態に係る電動駆動装置の平面図。 電動駆動装置の側面図。
<第1実施形態>
以下、本発明に係る電動駆動装置を車両としての無人搬送車に適用した第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の無人搬送車は、工場の生産ライン又は倉庫等の作業場において物品の搬送に用いられるAGV(Automatic Guided Vehicle)である。無人搬送車は、コンピュータ制御により、作業場において所定の走行ルートを自動で走行する。
図1及び図2に示すように、無人搬送車10は、ベース部11と、従動輪12とを備えている。ベース部11は、板状をなし、平面視において矩形状(具体的には長方形状)をなしている。ベース部11の上面は、搬送物が載置される載置面11aとなっている。載置面は、無人搬送車10の走行路面GLと略平行である。なお、図1では、ベース部11の外周縁を破線にて描き、ベース部11の載置面11aよりも下側の構成を実線にて描いている。
従動輪12は、ベース部11の下面のうち4つの角部に設けられている。つまり、本実施形態において、無人搬送車10の車幅方向において従動輪12が2列設けられ、車長方向において従動輪12が2列設けられている。各従動輪12は、ベース部11を下方から支持する。
従動輪12は、従動輪取付部13により支持されている。従動輪取付部13の下端部には、水平方向に延びる回転中心軸線周りに回転可能に従動輪12が取り付けられている。従動輪取付部13の上端部は、上下方向に延びる回転中心軸線周りに回転可能にベース部11に取り付けられている。無人搬送車10が直進走行又は後進走行する場合、従動輪12の回転中心軸線が車幅方向に延びる状態で従動輪12が回転する。一方、無人搬送車10が車幅方向に走行する場合、従動輪12の回転中心軸線が車長方向に延びる状態で従動輪12が回転する。
無人搬送車10は、ベース部11の下面に取り付けられた電動駆動装置20を備えている。電動駆動装置20は、駆動輪21と、駆動輪21を回転駆動させる駆動ユニット22と、駆動輪21の操舵を行う操舵機構70とを備えている。本実施形態の電動駆動装置20は、複数(2つ)の駆動輪21と、各駆動輪21に対応して個別に設けられた駆動ユニット22と、各駆動輪21に対応して個別に設けられた操舵機構70とを備えている。本実施形態において、各駆動ユニット22は同じ構成であり、各操舵機構70は同じ構成である。各駆動輪21は、ベース部11を上方から見た場合に、ベース部11の角部の対角線上に設けられている。本実施形態において、駆動輪21の直径は、従動輪12の直径と同じである。
まず、図3~図5を用いて、駆動ユニット22について説明する。図5は、図4の5-5線断面図のうち、モータ30部分を示す断面図である。なお、図4及び図5に示す構成のうち一部の構成については、便宜上、図3に示す構成に対して簡略化して示している。
駆動ユニット22は、ベース部11の下側に設けられている。駆動ユニット22は、モータ30、第1減速装置50及び第2減速装置60を備えている。モータ30を構成するロータ31の回転動力は、各減速装置50,60を介して駆動輪21に伝達される。本実施形態において、各減速装置50,60が「伝達機構」に相当する。
モータ30は、界磁極(例えば永久磁石)を含むロータ31と、ロータ31に固定されたシャフト32と、ロータ31に対して径方向外側に対向配置されたステータ33とを備えている。シャフト32の回転中心軸線は、水平方向に延びている。ステータ33は、図示しないステータコアと、ステータコアに巻回されたステータ巻線33a(図6参照)とを備えている。
モータ30は、モータハウジング34を備えている。モータハウジング34は、管状部35、第1接続部36、第2接続部37及び蓋部38を備えている。管状部35は、シャフト32が延びる方向に長い管状をなしており、具体的には円筒状をなしている。管状部35の長手方向における両端のうち第1端側には、第1接続部36が設けられ、第2端側には、第2接続部37が設けられている。管状部35、第1接続部36及び第2接続部37で囲まれる筒状の空間には、ロータ31及びステータ33が収容されている。ステータ33は、管状部35の内周面に設けられている。なお、モータハウジング34は、横断面が円筒状のものに限らず、例えば横断面が矩形状のものであってもよい。
第1接続部36には第1開口部36aが形成されている。第1開口部36aには第1軸受39が設けられている。また、第2接続部37には第2開口部37aが形成されており、第2開口部37aには第2軸受40が設けられている。本実施形態において、各軸受39,40は、内輪、外輪、及び内輪と外輪との間に設けられた転動体を有する転がり軸受である。シャフト32の第1端側は第1軸受39に回転可能に支持され、シャフト32の第2端側は第2軸受40に回転可能に支持されている。
第2接続部37のうち、モータハウジング34の長手方向において管状部35とは反対側には、蓋部38が設けられている。第2接続部37及び蓋部38により囲まれる空間には、制御基板41が配置されている。本実施形態では、制御基板41の板面がシャフト32の延びる方向と直交するように制御基板41が配置されている。制御基板41には、後述するインバータ45(図6参照)が設けられている。蓋部38には、図5に示すように、コネクタ開口部38aが形成されている。コネクタ開口部38aには、制御基板41に電気的に接続されたコネクタ42が挿通されている。コネクタ42は、電源コネクタと、通信コネクタとを含んでいる。
続いて、第1減速装置50について説明する。第1減速装置50は、モータ30のシャフト32からの入力トルクを増幅して出力する。第1減速装置50は、第1接続部36に連結された第1ハウジング51を備えている。第1ハウジング51には、遊星歯車機構52が収容されている。遊星歯車機構52は、シャフト32に固定されるサンギア52Sと、サンギア52Sに噛み合う複数のプラネタリギア52Pと、プラネタリギア52Pに噛み合うリングギア52Rと、プラネタリギア52Pを回転自在に支持するプラネタリキャリア52Cとを備えている。サンギア52Sの回転中心軸線と、プラネタリキャリア52Cのシャフトの回転中心軸線は同じである。
サンギア52Sは、外歯歯車であり、第1ハウジング51の第1開口部51aに挿通されたシャフト32に固定され、シャフト32と一体回転する。リングギア52Rは、環状の内歯歯車であり、第1ハウジング51の内周面に固定されている。プラネタリギア52Pは、外歯歯車であり、プラネタリキャリア52Cのシャフトに対し、転がり軸受を介して、回転可能に支持されている。
第1ハウジング51には第2開口部51bが形成されており、第2開口部51bには、軸受53(転がり軸受)が設けられている。軸受53は、プラネタリキャリア52Cのシャフトを回転可能に支持する。
なお、第1ハウジング51に収容される減速機構は、例えば、サイクロイド歯車機構であってもよい。
続いて、第2減速装置60について説明する。第2減速装置60は、プラネタリキャリア52Cのシャフトからの入力トルクを増幅して出力する。本実施形態では、駆動ユニット22の車幅方向の体格の増大を抑制するために、第2減速装置60は、車長方向に長い構成をなしている。第2減速装置60は、第1ハウジング51に連結された第2ハウジング61を備えている。
第2ハウジング61には、複数の平歯車が収容されている。詳しくは、第2ハウジング61には、第1歯車62、第2歯車63及び第3歯車64が車長方向に並んで収容されている。各歯車62~64の回転中心軸線は、シャフト32が延びる方向と同じ方向に延びている。
第2ハウジング61には、第1開口部61aが形成されており、第1開口部61aにはプラネタリキャリア52Cのシャフトが挿通されている。プラネタリキャリア52Cのシャフトの端部は、第2ハウジング61に設けられた第1軸受66(転がり軸受)により回転可能に支持されている。また、このシャフトには、第1歯車62が設けられている。第1歯車62に噛み合う第2歯車63は、第2ハウジング61に設けられた第2軸受67(転がり軸受)により回転可能に支持されており、第2歯車63に噛み合う第3歯車64は、第2ハウジング61に設けられた第3軸受68(転がり軸受)により回転可能に支持されている。
第2歯車63の直径は第1歯車62の直径よりも大きく、第3歯車64の直径は第2歯車63の直径よりも大きい。つまり、第2ハウジング61に収容されている各歯車62~64の直径は、第2ハウジング61の長手方向において第1開口部61aの側から第2開口部61bの側に向かうにつれて大きくなる。これにより、第1歯車62に対する第3歯車64の回転速度が減速され、第1歯車62の入力トルクを増幅して第3歯車64から出力する。
第3歯車64には、水平方向に延びる駆動軸65が固定されている。駆動軸65の第1端部は、第2ハウジング61に設けられた第3軸受68により回転可能に支持されている。駆動軸65は、第2ハウジング61の第2開口部61bに挿通されている。駆動軸65の第2端部には、駆動輪21が連結されている。
続いて、図6を用いて、無人搬送車10が備える電気的構成について説明する。
無人搬送車10は、蓄電部46を備えている。蓄電部46は、例えば、リチウムイオン蓄電池等の2次電池である。
各駆動ユニット22の制御基板41には、インバータ45と、制御部47とが備えられている。インバータ45は、上,下アームの半導体スイッチを3相分備えている。インバータ45は、上,下アームの半導体スイッチのスイッチング制御により、無人搬送車10が備える蓄電部46から供給される直流電力を交流電力に変換してステータ巻線33aに供給する。
各駆動ユニット22は、センサ49を備えている。センサ49は、電流センサ及び回転角センサを含む。電流センサは、ステータ巻線33aに流れる電流(相電流)を検出する。回転角センサは、ロータ31の回転角度位置(電気角)を検出する。センサ49の検出値は、制御部47に入力される。本実施形態において、電流センサ及び回転角センサは、モータハウジング34に収容されている。
制御部47は、マイコンを主体として構成されている。制御部47は、各検出値に基づいて、モータ30の制御量を指令値に制御すべく、インバータ45のスイッチング制御を行う。制御量は例えばトルクである。
各駆動ユニット22の制御部47は、コネクタ42を構成する通信コネクタを介して、無人搬送車10が備える上位ECU48と通信する。上位ECU48は、マイコンを主体として構成されている。上位ECU48は、無人搬送車10の走行制御等の所望の制御を実現できるように、通信コネクタを介して、各駆動ユニット22の制御部47に指令値を送信する。上位ECU48は、無人搬送車10の直進走行が指示されていると判定した場合、各駆動ユニット22の駆動輪21を同じ方向に回転させて、かつ、各駆動輪21の回転速度が同じになるように、各駆動ユニット22の制御部47に指令値を送信する。
なお、本実施形態において、制御部47及び上位ECU48が「制御装置」に相当する。制御部47及び上位ECU48のマイコンが提供する機能は、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェアおよびそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、マイコンがハードウェアである電子回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路によって提供することができる。例えば、マイコンは、自身が備える記憶部としての非遷移的実体的記録媒体(non-transitory tangible storage medium)に格納されたプログラムを実行する。プログラムには、例えば、図13等に示す走行制御処理のプログラムが含まれる。プログラムが実行されることにより、プログラムに対応する方法が実行される。記憶部は、例えば不揮発性メモリである。なお、記憶部に記憶されるプログラムは、OTA(Over The Air)等、インターネット等のネットワークを介して更新可能である。
続いて、図2及び図7~図10を用いて、操舵機構70について説明する。
操舵機構70は、ベース部11に対して、上下方向に延びる操舵中心軸周りに駆動ユニット22を回転可能に支持するための機構である。
操舵機構70は、駆動ユニット22のハウジングに固定された台座部71を備えている。台座部71は、上面がベース部11の載置面11aと平行な矩形板状の台座プレート72と、台座プレート72の4つの縁部のうち1つの縁部から下方に延びる側面プレート73とを備えている。台座プレート72は、駆動ユニット22の上部に固定されており、詳しくは、第1ハウジング51及び第2ハウジング61の上部に固定されている。側面プレート73は、第2ハウジング61の側面に固定されている。側面プレート73には、図4に示すように、駆動軸65が挿通される貫通孔73aが形成されている。台座プレート72には、台座プレート72から上方に延びる操舵中心軸74が設けられている。
操舵機構70は、「固定部」に相当するケース75と、操舵用軸受76とを備えている。操舵用軸受76は、内輪76a、外輪76b、及び内輪76aと外輪76bとの間に設けられた複数の転動体(具体的には例えば、ころ又は玉)を収容する中間収容部76cを有する転がり軸受である。ケース75には、上下方向に延びる貫通孔75aが形成されており、ケース75は筒状をなしている。貫通孔75aに操舵用軸受76が嵌め合わされており、外輪76bがケース75に固定されている。ケース75の上部は、ベース部11の下部に固定されている。操舵中心軸74の上端部には、内輪76aが固定されている。これにより、操舵機構70、駆動ユニット22及び駆動輪21は、ベース部11に対して操舵中心軸74周りに一体回転可能になっている。
操舵機構70は、駆動ユニット22及び駆動輪21のベース部11に対する操舵中心軸74周りの回転を許容及び規制するための構成として、電動アクチュエータであるリニアアクチュエータ80、「規制部材」に相当するロックピン81、連動機構82、第1ストッパ部90及び第2ストッパ部91を備えている。
ロックピン81は、操舵中心軸74の長手方向と直交する方向に延びる長尺状をなしている。ロックピン81は、長手方向の第1端部を操舵中心軸74に向けた状態で配置されている。
リニアアクチュエータ80は、長尺状をなしており、台座プレート72の上面に固定されている。リニアアクチュエータ80は、操舵中心軸74と直交する方向に延びる長尺状の直線動作部80aと、直線動作部80aの基端部側を収容する駆動部80bとを備えている。駆動部80bは、台座プレート72に形成された溝部77に配置された状態で台座プレート72に固定されている。駆動部80bは、制御部47又は上位ECU48によって通電制御されることにより、直線動作部80aの長手方向に直線動作部80aを往復動作させる。直線動作部80aは、直線動作部80aの長手方向とロックピン81の長手方向とが同じ方向になる状態で、ロックピン81と並列に配置されている。
リニアアクチュエータ80とロックピン81とが並列配置されることにより、リニアアクチュエータ80及びロックピン81を備えるロック機構の長手方向寸法が大きくなることを回避できる。これにより、操舵機構70の小型化を図ることができる。
連動機構82は、直線動作部80aの動作とロックピン81の動作とを連動させるための機構であり、ブッシュ83(具体的にはリニアブッシュ)、連結部材84及び軸部84aを備えている。ブッシュ83は、駆動部80bと並んだ状態で台座プレート72に固定されており、ロックピン81が長手方向に移動可能なようにロックピン81を支持する。
連結部材84は、操舵中心軸74と直交する方向に延びる長尺状をなしている。軸部84aは、台座プレート72から上方に延びており、直線動作部80a及びロックピン81が並ぶ方向において直線動作部80a及びロックピン81の間に設けられている。連結部材84の長手方向における中間部を回転中心として軸部84a周りに連結部材84が回転可能なように、連結部材84の中間部に軸部84aが連結されている。
連結部材84の長手方向の第1端部には、第1貫通孔が形成されている。第1貫通孔には、第1ボルトの頭部を上側に向けた状態で、第1ボルトの軸部が第1貫通孔に挿通されている。第1ボルトの軸部の先端部は、直線動作部80aの先端部に固定されている。これにより、直線動作部80aの先端部に対する連結部材84の第1端部の上下方向軸線周りの回転が可能なように、連結部材84の第1端部に直線動作部80aの先端部が連結されている。
連結部材84の長手方向の第2端部には、第2貫通孔が形成されている。第2貫通孔には、第2ボルトの頭部を上側に向けた状態で、第2ボルトの軸部が第2貫通孔に挿通されている。第2ボルトの軸部の先端部は、ロックピン81の長手方向の第2端部に固定されている。これにより、ロックピン81の第2端部に対する連結部材84の第2端部の上下方向軸線周りの回転が可能なように、連結部材84の第2端部にロックピン81の第2端部が連結されている。
リニアアクチュエータ80、ロックピン81及び連動機構82を備えるロック機構が無人搬送車10のベース部11と走行路面GLとの間にあるため、無人搬送車10の高さ寸法を小さくできる。
図8では、操舵機構70のうち、ブッシュ83、ケース75及び操舵中心軸74が断面図になっている。図8に示すように、ケース75の下側部分の側面部には、ロックピン81の第1端部が嵌り込むことにより操舵中心軸74周りのケース75の回転を規制する第1回転規制部75b及び第2回転規制部75cが形成されている。各回転規制部75b,75cは、ケース75の側面部に形成された開口部である。操舵中心軸74を上方から見た場合において、第1回転規制部75bの形成位置は、第2回転規制部75cの形成位置から反時計回りに90度回転した位置である。
第1ストッパ部90及び第2ストッパ部91は、台座プレート72から上方に延びている。図7及び図8に示すように、第1ストッパ部90は、ロックピン81の第1端部が第1回転規制部75bに対向する場合にケース75の側面部に当接し、操舵中心軸74周りの台座プレート72に対するケース75の回転を規制するように構成されている。つまり、ケース75が第1ストッパ部90に当接している場合、操舵中心軸74を上方から見た場合において、操舵中心軸74周りの台座プレート72に対するケース75の時計回りの回転が阻止される。
図15では、図8と同様に、操舵機構70のうち、ブッシュ83、ケース75及び操舵中心軸74が断面図になっている。図15に示すように、第2ストッパ部91は、ロックピン81の第1端部が第2回転規制部75cに対向する場合にケース75の側面部に当接し、操舵中心軸74周りの台座プレート72に対するケース75の回転を規制するように構成されている。つまり、ケース75が第2ストッパ部91に当接している場合、操舵中心軸74を上方から見た場合において、操舵中心軸74周りの台座プレート72に対するケース75の反時計回りの回転が阻止される。
リニアアクチュエータ80とロックピン81との連動動作について、ロックピン81の第1端部が第1回転規制部75bと対向する場合を例にして説明する。図7及び図8に示すように、リニアアクチュエータ80の直線動作部80aを駆動部80bに対して前進させた場合、直線動作部80aの前進方向とは逆方向にロックピン81が動作し、ロックピン81の第1端部が第1回転規制部75bに嵌り込む。これにより、ベース部11に対する操舵中心軸74周りの駆動ユニット22及び駆動輪21の回転が阻止される。この際、ロックピン81がブッシュ83により支持されているため、ベース部11に対する操舵中心軸74周りの駆動ユニット22及び駆動輪21の回転を的確に阻止できる。
図9及び図10に示すように、直線動作部80aを駆動部80b側に後退させた場合、直線動作部80aの後退方向とは逆方向にロックピン81が動作し、ロックピン81の第1端部が第1回転規制部75bから離脱する。これにより、ベース部11に対する操舵中心軸74周りの駆動ユニット22及び駆動輪21の回転が許容された状態となる。
直線動作部80aの動作方向に対して交差する方向の力が直線動作部80aに作用すると、直線動作部80aが動作しにくくなったり、直線動作部80aが故障したりする懸念がある。この点、ロックピン81、連結部材84及び軸部84aを備える構成によれば、直線動作部80aの動作方向に対して交差する方向の力が直線動作部80aに作用しにくくなる。
続いて、無人搬送車10の走行制御の一例について説明する。以下では、図11及び図12に示すように、無人搬送車10の載置面11aに搬送物が載置され、無人搬送車10が搬送物を所定のステーションSTまで搬送し、その後、無人搬送車10がステーションSTから離れる場合の走行制御について説明する。
図11に示すように、10Aは直進走行する無人搬送車を示す。無人搬送車10Aは、作業場における走行ルートのうち所定位置に到達した場合、直進走行モードから車幅方向に移動するモードに切り替えられる。10Bは車幅方向に移動する無人搬送車を示す。無人搬送車10Bは、右方向に移動してステーションSTに到達すると、搬送物をステーションSTに移動させる。その後、図12に示すように、無人搬送車10Cは、ステーションSTから離れるように左方向に移動する。無人搬送車10Cは、上記所定位置に到達した場合、車幅方向移動モードから直進走行モードに切り替えられる。これにより、無人搬送車10Dは直進走行を開始する。
以下、図11に示す場合の走行制御について、図13のフローチャートを用いて説明する。この制御は、上位ECU48により実行される。
ステップS10では、各電動駆動装置20において、ロックピン81を第1回転規制部75bに嵌め込んだ状態とするようにリニアアクチュエータ80の駆動部80bを通電制御する(図7及び図8参照)。これにより、駆動軸65の長手方向が車幅方向と同じ方向に固定される。また、モータ30のロータ31を第1方向に回転させる指令を各駆動ユニット22の制御部47に送信する。これにより、各駆動ユニット22において、制御部47によるインバータ45のスイッチング制御が実行され、ロータ31が第1方向に回転する。その結果、無人搬送車10が直進走行する。
駆動輪21の操舵を行わない場合、ロックピン81により、台座プレート72に対するケース75の回転が規制される。このため、無人搬送車10を安定して直進走行させることができる。
ステップS11では、無人搬送車10の位置が、直進走行モードから車幅方向移動モードに切り替える位置に到達したか否かを判定する。ステップS11において肯定判定した場合には、ステップS12に進み、各電動駆動装置20において、ロックピン81を第1回転規制部75b(「現在回転規制部」に相当)から離脱させた状態とするように駆動部80bを通電制御する(図9及び図10参照)。水平方向において、操舵中心軸74の位置が、無人搬送車10の走行路面GLに対する駆動輪21の接地部からずれた位置になっている。このため、ロータ31を第1方向に回転させて駆動輪21を回転させると、図14に示すように、操舵機構70において、操舵中心軸74周りに駆動ユニット22を回転させるモーメントが発生する。この場合、駆動ユニット22は、駆動輪21の駆動軸65を水平状態に維持しつつ、ベース部11に対して操舵中心軸74周りに旋回し始める。旋回し始めると、第1ストッパ部90からケース75が離れる。
ステップS13では、操舵中心軸74周りの駆動ユニット22の旋回が完了したか否かを判定する。本実施形態において、旋回が完了したとは、ロックピン81の第1端部が第2回転規制部75c(「次回回転規制部」に相当)に対向した状態になったことである(図15参照)。旋回が完了したか否かは、例えば以下(A)~(C)の方法で判定することができる。
(A)ケース75が第2ストッパ部91に当接したと判定した場合に旋回が完了したと判定する。この場合、例えば、電流センサの検出値に基づいて、ステータ巻線33aに流れる相電流の最大値が判定電流値を超えたと判定した場合、ケース75が第2ストッパ部91に当接したと判定すればよい。
(B)センサ49は、台座プレート72に対する操舵中心軸74周りのケース75の回転角(操舵角)を検出する操舵角センサを含む。操舵角センサの検出値に基づいて、旋回が完了したと判定する。
(C)ロックピン81を第1回転規制部75bから離脱させてからの経過時間をカウントし、カウントした経過時間が判定時間に到達した場合に旋回が完了したと判定する。
ケース75が第2ストッパ部91に当接した状態になると、ロックピン81の第1端部が第2回転規制部75cに対向した状態となる。このため、ロックピン81と第2回転規制部75cとの位置合わせが容易になり、ロックピン81を第2回転規制部75cに嵌め込みやすくできる。
続くステップS14では、各電動駆動装置20において、ロックピン81を第2回転規制部75cに嵌め込んだ状態とするように駆動部80bを通電制御する(図16参照)。これにより、駆動軸65の長手方向が無人搬送車10の車長方向となり、走行モードが車幅方向移動モードに切り替えられる。ステップS15では、ロータ31を第1方向に回転させて駆動輪21を回転させることにより、図11に示すように、ステーションSTに向かって無人搬送車10を左側に移動させる。
ちなみに、フローチャートには図示しないが、無人搬送車10が搬送物をステーションSTに移動させた後の図12に示す走行制御について説明する。
上位ECU48は、ロータ31を第1方向とは逆の第2方向に回転させる指令を各駆動ユニット22の制御部47に送信する。これにより、各駆動ユニット22において、制御部47によるインバータ45のスイッチング制御が実行され、ロータ31が第2方向に回転する。その結果、無人搬送車10が車幅方向移動モードにより左側に移動する。
上位ECU48は、無人搬送車10の位置が、車幅方向移動モードから直進走行モードに切り替える位置に到達したか否かを判定する。
上位ECU48は、直進走行モードに切り替える位置に到達したと判定した場合、各電動駆動装置20において、ロックピン81を第2回転規制部75c(「現在回転規制部」に相当)から離脱させた状態とするように駆動部80bを通電制御する。この状態でロータ31を第2方向に回転させて駆動輪21を回転させると、操舵中心軸74を上方から見た場合において、操舵中心軸74周りに駆動輪21が反時計回りに旋回する。
上位ECU48は、ケース75が第1ストッパ部90に当接して操舵中心軸74周りの駆動ユニット22の旋回が完了したと判定した場合、各電動駆動装置20において、ロックピン81を第1回転規制部75b(「次回回転規制部」に相当)に嵌め込んだ状態とするように駆動部80bを通電制御する。これにより、駆動軸65の長手方向が無人搬送車10の車幅方向となり、走行モードが直進走行モードに切り替えられる。上位ECU48は、ロータ31の回転方向を第2方向から第1方向に切り替え、ロータ31を第1方向に回転させて駆動輪21を回転させることにより、図12に示すように、無人搬送車10を直進走行させる。
以上詳述した本実施形態によれば、無人搬送車10を走行させるためのモータ30の回転動力により駆動輪21の操舵を行うことができる。したがって、無人搬送車10の走行用のモータ30とは別に、駆動輪21を操舵するためのモータを必要としない。これにより、電動駆動装置20の構成の簡素化を図ることができ、ひいては車幅方向及び車長方向において小型化を図った無人搬送車10を提供することができる。
<第2実施形態>
以下、第2実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、ロックピン81が回転規制部に嵌め込まれる場合において、ロックピン81の第1端部に対する回転規制部の対向状態を維持しつつ、操舵中心軸74周りに回転規制部を揺動させる揺動制御が行われる。
図17は、図13に対応するフローチャートである。なお、図17において、先の図13に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。
ステップS13において肯定判定した場合、ステップS16において、各駆動ユニット22の制御部47に対して揺動制御の実行を指示しつつ、ロックピン81の第1端部を第2回転規制部75cに嵌め込むように駆動部80bを通電制御する。揺動制御は、ロータ31の第1方向の回転と第1方向とは逆の第2方向の回転とを交互に繰り返すようなインバータ45のスイッチング制御である。
揺動制御によれば、例えばロックピン81と回転規制部との位置が多少ずれている場合であっても、ロックピン81を回転規制部に嵌め込みやすくできる。なお、ロックピン81を回転規制部から離脱させる場合にも揺動制御が行われてもよい。
<第3実施形態>
以下、第3実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図18及び図19に示すように、駆動ユニット22は、第2減速装置60を備えていない。このため、第1減速装置50が備えるプラネタリキャリア52Cに駆動軸65が連結されている。これにより、モータ30のシャフト32の回転中心軸線と駆動軸65の回転中心軸線とが同じになる。なお、図18及び図19において、第1実施形態に示した構成と同じ構成については、便宜上、同一の符号を付している。
操舵機構70において、操舵中心軸74は、操舵中心軸74を上方から見た場合に駆動軸65の回転中心軸線上に設けられている。また、リニアアクチュエータ80も、操舵中心軸74を上方から見た場合に駆動軸65の回転中心軸線上に設けられている。
リニアアクチュエータ80の直線動作部80aは、ブッシュ83に支持されている。直線動作部80aは、先端部がケース75の第1回転規制部75b又は第2回転規制部75cに対向可能なように配置されている。直線動作部80aの先端部は、第1回転規制部75b又は第2回転規制部75cに嵌り込むことが可能になっており、「規制部材」に相当する。ちなみに、操舵中心軸74周りの台座プレート72に対するケース75の回転を規制する構成として、第1実施形態で説明した連動機構82を備える構成が用いられてもよい。
<その他の実施形態>
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施されてもよい。
・ケースとしては、上記各実施形態に例示した構成に限らない。例えば、操舵用軸受76の内輪76aがケース75に固定され、外輪76bが操舵中心軸74に固定されるようなケースであってもよい。
・上記各実施形態では、操舵中心軸74、リニアアクチュエータ80及び連動機構82が台座プレート72に設けられ、ケース75の上端部がベース部11の下側に固定されていたがこれに限らない。例えば、操舵中心軸74、リニアアクチュエータ80及び連動機構82がベース部11の下側に設けられ、ケース75の下端部が台座プレート72に固定されていてもよい。
・ケース75に設けられる回転規制部は、ケース75の側面部を貫通する構成に限らず、例えば、ケース75の側面部に形成された凹部であってもよい。
・第1ストッパ部90及び第2ストッパ部91のいずれか1つ又は双方が無くてもよい。
・連動機構としては、第1実施形態の図3に示した構成に限らず、例えば、軸部84aが設けられない構成であってもよい。この場合、直線動作部80aの先端部に対する連結部材84の第1端部の上下方向軸線周りの回転が不可能なように、連結部材84の第1端部に直線動作部80aの先端部が連結され、ロックピン81の第2端部に対する連結部材84の第2端部の上下方向軸線周りの回転が不可能なように、連結部材84の第2端部にロックピン81の第2端部が連結されていればよい。この構成では、直線動作部80aを駆動部80bに対して前進させた場合、直線動作部80aの前進方向と同じ方向にロックピン81が動作し、ロックピン81の第1端部が回転規制部から離脱する。一方、直線動作部80aを駆動部80b側に後退させた場合、直線動作部80aの後退方向と同じ方向にロックピン81が動作し、ロックピン81の第1端部が回転規制部に嵌り込む。
・直進動作部を動作させる構成としては、リニアアクチュエータに限らず、例えばソレノイドであってもよい。
・モータとしては、インナロータ型のものに限らず、アウタロータ型のものであってもよい。
・無人搬送車としては、2つの駆動輪及び4つの従動輪を備える6輪車両に限らず、例えば、2つの駆動輪及び2つの従動輪を備える4輪車両であってもよいし、2つの駆動輪及び1つの従動輪を備える3輪車両であってもよい。また、無人搬送車としては、全ての車輪を駆動輪とするものであってもよい。
・工場で用いられる無人搬送車としては、AGVに限らず、例えば自律走行搬送ロボット(AMR:Autonomous Mobile Robot)であってもよい。
また、小型モビリティとしては、無人搬送車に限らず、例えば、電動車椅子又はセニアカー等の小型電動車両であってもよい。小型電動車両は、例えば、走行速度が10km/h以下の車両である。
・本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
以下、上述した各実施形態から抽出される特徴的な構成を記載する。
[構成1]
駆動輪(21)を備える車両(10)に適用され、水平方向に延びる回転中心軸線周りに前記駆動輪を回転させて前記車両を走行させる電動駆動装置(20)において、
モータ(30)、及び前記駆動輪に連結されるとともに前記モータの回転動力を前記駆動輪に伝達する伝達機構(50,60)を有し、前記車両のベース部(11)の下側に設けられる駆動ユニット(22)と、
上下方向に延びる操舵中心軸(74)を有し、前記ベース部の下側に設けられる操舵機構(70)と、
を備え、
前記操舵機構は、前記駆動輪の回転中心軸線を水平状態に維持しつつ、前記ベース部に対して前記駆動ユニットを前記操舵中心軸周りに回転可能に支持し、
前記操舵機構は、水平方向において、前記操舵中心軸の位置が、走行路面(GL)に対する前記駆動輪の接地部からずれた位置になるように構成されている、電動駆動装置。
[構成2]
前記操舵機構は、
前記操舵中心軸周りの前記駆動ユニットの回転を許容する位置と、前記操舵中心軸周りの前記駆動ユニットの回転を規制する位置との間で動作可能な規制部材(81,80a)と、
前記規制部材を動作させるアクチュエータ(80)と、
を有する、構成1に記載の電動駆動装置。
[構成3]
前記操舵機構は、
前記ベース部の下側に固定される固定部(75)と、
前記固定部の下側に配置され、前記アクチュエータが固定された台座部(71)と、
内輪(76a)、外輪(76b)及び前記内輪と前記外輪の間に設けられる転動体を含む軸受(76)と、
を有し、
前記操舵中心軸は、前記台座部から上方に延びるように前記台座部に固定されており、
前記内輪及び前記外輪のうち、一方が前記操舵中心軸に固定され、他方が前記固定部に固定されており、
前記台座部は、前記固定部に対して前記操舵中心軸周りに回転可能になっており、
前記アクチュエータは、
前記操舵中心軸と直交する方向に延びる長尺状の直線動作部(80a)と、
前記直線動作部の基端部側に設けられるとともに前記台座部に固定され、前記直線動作部の長手方向に前記直線動作部を往復動作させる駆動部(80b)と、
を有し、
前記規制部材(81)は、長尺状をなしており、
前記規制部材は、第1端部を前記操舵中心軸に向けるとともに、前記規制部材の長手方向と前記直線動作部の長手方向とが同じ方向になる状態で、前記直線動作部と並列に配置されており、
前記固定部の側面部には、前記規制部材の第1端部が嵌り込むことにより前記操舵中心軸周りの前記固定部の回転を規制する回転規制部(75b,75c)が設けられており、
前記台座部に設けられ、前記直線動作部の動作と前記規制部材の動作とを連動させる連動機構(82)を備える、構成2に記載の電動駆動装置。
[構成4]
前記連動機構は、
前記直線動作部及び前記規制部材が並ぶ方向において前記直線動作部及び前記規制部材の間に設けられ、前記台座部から上方に延びる軸部(84a)と、
長尺状をなす連結部材(84)と、
を有し、
前記連結部材の長手方向における中間部を回転中心として前記軸部周りに前記連結部材が回転可能なように、前記中間部に前記軸部が連結されており、
前記直線動作部の先端部に対する前記連結部材の第1端部の上下方向軸線周りの回転が可能なように、前記連結部材の第1端部に前記直線動作部の先端部が連結されており、
前記規制部材の第2端部に対する前記連結部材の第2端部の上下方向軸線周りの回転が可能なように、前記連結部材の第2端部に前記規制部材の第2端部が連結されており、
前記直線動作部を前記駆動部に対して前進させた場合、前記直線動作部の前進方向とは逆方向に前記規制部材が動作して前記規制部材の第1端部が前記回転規制部に嵌り込み、
前記直線動作部を前記駆動部側に後退させた場合、前記直線動作部の後退方向とは逆方向に前記規制部材が動作して前記規制部材の第1端部が前記回転規制部から離脱する、構成3に記載の電動駆動装置。
[構成5]
前記固定部の側面部のうち、前記操舵中心軸周りの周方向における異なる位置それぞれに前記回転規制部が設けられており、
前記台座部に設けられたストッパ部(90,91)を備え、
前記ストッパ部は、前記規制部材の第1端部が前記各回転規制部のいずれかに対向する場合に前記固定部に当接して前記操舵中心軸周りの前記固定部の回転を規制するように構成されている、構成3又は4に記載の電動駆動装置。
[構成6]
前記モータの通電制御、及び前記直線動作部を動作させるための前記駆動部の通電制御を行う制御装置(47,48)を備え、
前記制御装置は、
前記各回転規制部のうち前記規制部材の第1端部が現在嵌め込まれている現在回転規制部から、前記規制部材の第1端部を離脱させるように前記駆動部の駆動制御を行った後、前記モータの通電制御により前記モータを構成するロータ(31)を第1方向に回転させて前記操舵中心軸周りに前記駆動輪を旋回させ、
前記駆動輪が旋回し始めた後、前記各回転規制部のうち前記規制部材の第1端部の次回の嵌め込み先である次回回転規制部に前記規制部材の第1端部が対向した状態になったか否かを判定し、
前記規制部材の第1端部が前記次回回転規制部に対向した状態になったと判定した場合、前記規制部材の第1端部が前記次回回転規制部に対向した状態を維持し、かつ、前記ロータの前記第1方向の回転と前記第1方向とは逆の第2方向の回転とを交互に繰り返しつつ、前記規制部材の第1端部を前記次回回転規制部に嵌め込ませるように、前記モータ及び前記駆動部の通電制御を行う、構成5に記載の電動駆動装置。
[構成7]
前記電動駆動装置が適用される前記車両は、作業場で用いられる無人搬送車である、構成1~6のいずれか1項に記載の電動駆動装置。
10…無人搬送車、11…ベース部、20…電動駆動装置、21…駆動輪、22…駆動ユニット、30…モータ、50,60…第1,第2減速装置、70…操舵機構、74…操舵中心軸。

Claims (6)

  1. 駆動輪(21)を備える車両(10)に適用され、水平方向に延びる回転中心軸線周りに前記駆動輪を回転させて前記車両を走行させる電動駆動装置(20)において、
    モータ(30)、及び前記駆動輪に連結されるとともに前記モータの回転動力を前記駆動輪に伝達する伝達機構(50,60)を有し、前記車両のベース部(11)の下側に設けられる駆動ユニット(22)と、
    上下方向に延びる操舵中心軸(74)を有し、前記ベース部の下側に設けられる操舵機構(70)と、
    を備え、
    前記操舵機構は、前記駆動輪に対して個別に設けられており、
    前記操舵機構は、前記駆動輪の回転中心軸線を水平状態に維持しつつ、前記ベース部に対して前記駆動ユニットを前記操舵中心軸周りに回転可能に支持し、
    前記操舵機構は、水平方向において、前記操舵中心軸の位置が、走行路面(GL)に対する前記駆動輪の接地部からずれた位置になるように構成されており、
    前記操舵機構は、
    前記操舵中心軸周りの前記駆動ユニットの回転を許容する位置と、前記操舵中心軸周りの前記駆動ユニットの回転を規制する位置との間で動作可能な規制部材(81,80a)と、
    前記規制部材を動作させるアクチュエータ(80)と、
    を有する、電動駆動装置。
  2. 前記操舵機構は、
    前記ベース部の下側に固定される固定部(75)と、
    前記固定部の下側に配置され、前記アクチュエータが固定された台座部(71)と、
    内輪(76a)、外輪(76b)及び前記内輪と前記外輪の間に設けられる転動体を含む軸受(76)と、
    を有し、
    前記操舵中心軸は、前記台座部から上方に延びるように前記台座部に固定されており、
    前記内輪及び前記外輪のうち、一方が前記操舵中心軸に固定され、他方が前記固定部に固定されており、
    前記台座部は、前記固定部に対して前記操舵中心軸周りに回転可能になっており、
    前記アクチュエータは、
    前記操舵中心軸と直交する方向に延びる長尺状の直線動作部(80a)と、
    前記直線動作部の基端部側に設けられるとともに前記台座部に固定され、前記直線動作部の長手方向に前記直線動作部を往復動作させる駆動部(80b)と、
    を有し、
    前記規制部材(81)は、長尺状をなしており、
    前記規制部材は、第1端部を前記操舵中心軸に向けるとともに、前記規制部材の長手方向と前記直線動作部の長手方向とが同じ方向になる状態で、前記直線動作部と並列に配置されており、
    前記固定部の側面部には、前記規制部材の第1端部が嵌り込むことにより前記操舵中心軸周りの前記固定部の回転を規制する回転規制部(75b,75c)が設けられており、
    前記台座部に設けられ、前記直線動作部の動作と前記規制部材の動作とを連動させる連動機構(82)を備える、請求項に記載の電動駆動装置。
  3. 前記連動機構は、
    前記直線動作部及び前記規制部材が並ぶ方向において前記直線動作部及び前記規制部材の間に設けられ、前記台座部から上方に延びる軸部(84a)と、
    長尺状をなす連結部材(84)と、
    を有し、
    前記連結部材の長手方向における中間部を回転中心として前記軸部周りに前記連結部材が回転可能なように、前記中間部に前記軸部が連結されており、
    前記直線動作部の先端部に対する前記連結部材の第1端部の上下方向軸線周りの回転が可能なように、前記連結部材の第1端部に前記直線動作部の先端部が連結されており、
    前記規制部材の第2端部に対する前記連結部材の第2端部の上下方向軸線周りの回転が可能なように、前記連結部材の第2端部に前記規制部材の第2端部が連結されており、
    前記直線動作部を前記駆動部に対して前進させた場合、前記直線動作部の前進方向とは逆方向に前記規制部材が動作して前記規制部材の第1端部が前記回転規制部に嵌り込み、
    前記直線動作部を前記駆動部側に後退させた場合、前記直線動作部の後退方向とは逆方向に前記規制部材が動作して前記規制部材の第1端部が前記回転規制部から離脱する、請求項に記載の電動駆動装置。
  4. 前記固定部の側面部のうち、前記操舵中心軸周りの周方向における異なる位置それぞれに前記回転規制部が設けられており、
    前記台座部に設けられたストッパ部(90,91)を備え、
    前記ストッパ部は、前記規制部材の第1端部が前記各回転規制部のいずれかに対向する場合に前記固定部に当接して前記操舵中心軸周りの前記固定部の回転を規制するように構成されている、請求項2又は3に記載の電動駆動装置。
  5. 前記モータの通電制御、及び前記直線動作部を動作させるための前記駆動部の通電制御を行う制御装置(47,48)を備え、
    前記制御装置は、
    前記各回転規制部のうち前記規制部材の第1端部が現在嵌め込まれている現在回転規制部から、前記規制部材の第1端部を離脱させるように前記駆動部の駆動制御を行った後、前記モータの通電制御により前記モータを構成するロータ(31)を第1方向に回転させて前記操舵中心軸周りに前記駆動輪を旋回させ、
    前記駆動輪が旋回し始めた後、前記各回転規制部のうち前記規制部材の第1端部の次回の嵌め込み先である次回回転規制部に前記規制部材の第1端部が対向した状態になったか否かを判定し、
    前記規制部材の第1端部が前記次回回転規制部に対向した状態になったと判定した場合、前記規制部材の第1端部が前記次回回転規制部に対向した状態を維持し、かつ、前記ロータの前記第1方向の回転と前記第1方向とは逆の第2方向の回転とを交互に繰り返しつつ、前記規制部材の第1端部を前記次回回転規制部に嵌め込ませるように、前記モータ及び前記駆動部の通電制御を行う、請求項に記載の電動駆動装置。
  6. 前記電動駆動装置が適用される前記車両は、作業場で用いられる無人搬送車である、請求項に記載の電動駆動装置。
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