JPH0566829A - 自走台車の走行制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 駆動輪の滑り等の外乱の大きさに応じた制御
を行い、適切な方向修正を図る。 【構成】 台車の同一軸上の左右に設けられた一対の駆
動輪と、駆動輪を駆動するモータと、駆動輪に連結され
この駆動輪の回転速度を検出して速度フィードバック信
号を出力する速度エンコーダと、方向指令信号を与えら
れてモータの回転速度を指令する速度指令信号を出力す
る主制御装置と、台車のヨーレートを検出するジャイロ
と、速度指令信号と速度フィードバック信号とを積分器
により所定時間毎に積分し、積分された速度指令信号を
積分された速度フィードバック信号により修正を加えて
モータの制御を行うモータ制御装置とを備え、主制御装
置はジャイロにより検出されたヨーレートの値を一定時
間毎に積分した値が所定値以上である場合、またはヨー
レートが所定値以上の場合に、このヨーレートの積分値
を用いて修正した速度指令信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自走台車の走行を制御
する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自走台車は、一般に駆動輪を左右に１個
ずつ有しており、各々の駆動輪をモータで回転させて走
行する。このような自走台車の走行制御は、進行方向を
一定に保つようにモータの回転を制御することで行われ
る。

【０００３】従来の自走台車の走行制御には、特開昭６
３−２４１６１１号公報や特開平１−１０６１３号公報
に開示された技術がある。これは、台車の進行方向をジ
ャイロを用いて検出しており、この実際の進行方向と指
示された進行方向とを比較し、指示された進行方向を保
つように操舵することで方向修正を行っている。

【０００４】しかし、方向センサとしてジャイロを用い
た場合には、積分誤差や回路の電圧ドリフト等によって
ジャイロからの出力信号に誤差が生じる。この誤差は、
積分の影響を受けて時間と共に増大していく傾向にあ
る。このため、台車が実際に進行している方向を正確に
検知することができず、徐々に進行方向が指示された方
向よりも偏心して行くという問題があった。

【０００５】これに対し、特開平３−６６０６号公報に
は、ジャイロを用いずに台車の走行を制御する装置が開
示されている。この装置は、左右の駆動輪が所定時間に
回転すべき変位と実際に回転した変位とを比較し、両者
の偏差に基づいて駆動輪毎に設けられた左右のモータの
動作を制御することで、進行方向を制御している。

【０００６】しかし、このようなモータの回転変位に基
づくモータ系のフィードバック制御では、タイヤと路面
との間に滑りが生じた場合のように、タイヤの回転変位
が大きいときには対応できないことが判明した。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の台
車の走行制御装置には、ジャイロを用いる場合には進行
方向が徐々に偏心していき、またモータ系のフィードバ
ック制御を行う場合にはタイヤに滑りが生じた場合等で
は対応できないという問題があった。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、指示された進行方向を維持し得る自走台車の走行
制御装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の自走台車の走行
制御装置は、台車の同一軸上の左右に設けられた一対の
駆動輪と、駆動輪を駆動するモータと、駆動輪に連結さ
れこの駆動輪の回転速度を検出して速度フィードバック
信号を出力する速度エンコーダと、方向指令信号を与え
られてモータの回転速度を指令する速度指令信号を出力
する主制御装置と、台車のヨーレートを検出するジャイ
ロと、速度指令信号と速度フィードバック信号とを積分
器により所定時間毎に積分し、積分された速度指令信号
に積分された速度フィードバック信号を用いて修正を加
えてモータの制御を行うモータ制御装置とを備え、主制
御装置はジャイロにより検出されたヨーレートの値また
はこのヨーレートの値を一定時間毎に積分した値が所定
値以上である場合に、このヨーレートの積分値を用いて
修正した速度指令信号を出力することを特徴としてい
る。

【００１０】

【作用】ジャイロにより検出されたヨーレートの値また
はこの値を一定時間毎に積分した値である台車の走行偏
心角が所定値よりも小さい場合は、速度信号と速度フィ
ードバック信号とに基づくモータのフィードバック制御
のみを行い、ジャイロに生じる電圧ドリフトや積分した
値に含まれる誤差の影響を受けずに方向修正を行う。逆
に、ヨーレートの値または走行偏心角が所定値よりも大
きい場合は、駆動輪に滑りが発生したときのようにモー
タのフィードバック制御のみでは対応できない場合であ
り、駆動輪の滑りの影響を受けずに検出されるヨーレー
トを積分した値である走行偏心角を用いて修正を加えた
速度指令信号をモータ制御装置に与えることで、状況に
応じた適切な方向修正を行う。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。先ず、本実施例による自走台車の走行制
御装置の概略的なブロック構成を図２に示す。

【００１２】台車には、図示されてはいないが左右に１
つずつ駆動輪が設けられている。左側の駆動輪にはモー
タ４ａが連結され、右側の駆動輪にはモータ４ｂが連結
されている。このモータ４ａ及び４ｂには、モータ制御
装置２０の出力端がそれぞれ接続されている。またモー
タ４ａには速度エンコーダ５ａが連結され、モータ４ｂ
には速度エンコーダ５ｂが連結されている。この速度エ
ンコーダ５ａ及び５ｂの出力端は、モータ制御装置２０
の入力端にそれぞれ接続されている。モータ制御装置２
０の他の入力端には、主制御装置１０の出力端が接続さ
れている。

【００１３】本実施例は、このようなモータの回転変位
に基づくフィードバック制御系のみならず、ジャイロ１
を用いたフィードバック制御系の構成も備えている。ジ
ャイロ１、Ａ／Ｄ変換器２、ジャイロ積分器３が直列に
接続されており、ジャイロ積分器３の出力端が主制御装
置１０の入力端に接続されている。

【００１４】このように、本実施例はモータのフィード
バック制御系とジャイロのフィードバック制御系の構成
を備えており、台車が指示された方向から偏心した角度
θの大きさによって使い分けている。この走行偏心角θ
の時間的変化に相当するヨーレートｄθ／ｄｔは図３に
示されるようであり、左右の車輪の速度ベクトルと図示
されたような関係にある。台車３２の左右に、左駆動輪
と右駆動輪とが距離Ｌを隔てて設けられており、それぞ
れの駆動輪が速度ベクトルＶL 及びＶR で表される速度
及び方向で回転している。この速度ベクトルの大きさ｜
ＶL ｜及び｜ＶR ｜が等しい場合は、台車３２は矢印Ａ
の方向に直進する。しかし、左駆動輪の速度ベクトルの
大きさ｜ＶL ｜の方が右駆動輪の速度ベクトルの大きさ
｜ＶR ｜よりも大きい場合は、矢印Ｂの方向へ傾いて走
行する。このときのヨーレートｄθ／ｄｔを一定時間毎
に積分した値の大きさに応じて、ジャイロのフィードバ
ック制御を行うか否かが決定される。

【００１５】図４に、台車３２の走行中にヨーレートｄ
θ／ｄｔが時間的に変化していく様子を示す。一定時間
Δｔ毎にヨーレートｄθ／ｄｔを積分し、この値θがｎ
−３番目、ｎ−２番目、ｎ−１番目のように、所定値Ｗ
よりも小さい場合、またはヨーレートωよりも小さい場
合はモータのフィードバック制御系のみで制御を行う。
そして、ｎ番目のハッチングを施された領域のように、
ヨーレートｄθ／ｄｔの積分値θが所定値Ｗ以上になっ
た場合またはヨーレートωより大きい場合は、モータの
フィードバック制御のみならず、ジャイロのフィードバ
ック制御系も加えて方向修正を行う。

【００１６】次に、本実施例の詳細な制御要素及び動作
について、図１の制御ブロック図を参照して説明する。
主制御装置１０は、外部から方向指令値θs を与えら
れ、この方向指令値θs に基づきモータ制御装置２０の
制御を行うもので、比較器１１、左モータ速度指令部１
３、及び右モータ速度指令部１４を有している。外部か
ら入力された方向指令値θs は、比較器１１に与えられ
る。ジャイロのフィードバック制御系が行われる場合
は、スイッチ１２は閉じており、後述するようにジャイ
ロ積分器３から出力された走行偏心角θRが比較器１２
に入力される。比較器１２において、方向指令値θs か
ら走行偏心角θR が差し引かれて、修正された方向指令
値θE が出力される。モータのフィードバック制御のみ
が行われる場合はスイッチ１２は開いており、比較器１
１に与えられた方向指令値θs は、そのままの値で方向
指令値θE として出力される。

【００１７】比較器１１から出力された方向指令値θE
は、左モータ速度指令部１３と右モータ速度指令部１４
とに入力される。左モータ速度指令部１３と右モータ速
度指令部１４は、この方向指令値θE に基づいて、それ
ぞれのモータの回転速度を指令する速度指令信号ＰL ，
ＰR を出力する。この出力された速度指令信号ＰL ，Ｐ
R は、モータ制御装置２０に入力される。

【００１８】モータ制御装置２０は、副制御装置２１
と、ドライバ回路２８ａ及び２８ｂとを有している。副
制御装置２１は、左右の駆動輪に対応して積分器２１ａ
及び２１ｂを有し、ドライバ回路２８ａは、左側の駆動
輪用に比較器２２ａ、Ｄ／Ａ変換器２３ａ、比較器２４
ａ、差動増幅器２５ａ、速度フィードバック回路２６
ａ、積分器２７ａを有し、右側の駆動輪用に比較器２２
ｂ、Ｄ／Ａ変換器２３ｂ、比較器２４ｂ、差動増幅器２
５ｂ、速度フィードバック回路２６ｂ、積分器２７ｂを
有している。

【００１９】主制御装置１０から出力された速度指令信
号ＰL 及びＰRは、副制御装置２１の積分器２１ａ及び
２１ｂにそれぞれ入力されて一定時間毎に積分される。
積分された速度指令信号ＰL 及びＰR は、一定時間当り
に左右の駆動輪がそれぞれ回転すべき変位をパルス数で
示しており、回転変位指令信号ＰOL及びＰORとしてドラ
イバ回路２８ａ及び２８ｂの比較器２２ａ及び２２ｂに
出力される。一方、速度エンコーダ５ａ及び５ｂは、定
数Ｋp （パルス数／rad ）を用いてモータ４ａ及び４ｂ
の回転軸が回転すると検出される一定の回転数当りのパ
ルス数を計数し、速度フィードバック信号ＰrL及びＰrR
の出力を行う。この速度フィードバック信号ＰrL及びＰ
rRが、積分器２７ａ及び２７ｂに入力されて一定時間毎
に積分され、この一定時間当りにモータ４ａ及び４ｂの
回転軸が実際に回転した変位が求められて比較器２２ａ
及び２２ｂに出力される。比較器２２ａ及び２２ｂにお
いて、積分器２１ａ及び２１ｂから与えられた回転変位
指令信号と、実際に回転した変位を示す速度フィードバ
ック信号ＰrL及びＰrRとの偏差が求められてＤ／Ａ変換
器２３ａ及び２３ｂに出力される。この出力は、Ｄ／Ａ
変換器２３ａ及び２３ｂにおいて、電圧変換定数Ｋ１
（Ｖ／パルス数）が用いられてアナログ信号の形態に変
換され、比較器２４ａ及び２４ｂに出力される。また比
較器２４ａ及び２４ｂには、速度フィードバック回路２
６ａ及び２６ｂから出力された速度フィードバック信号
ＰrL及びＰrRも与えられる。速度フィードバック回路２
６ａ及び２６ｂは、速度エンコーダ５ａ及び５ｂにより
検出されたモータ４ａ及び４ｂの回転速度を、速度電圧
変換定数Ｋ3 （Ｖ／単位時間当りのパルス数）を用いて
電圧信号に変換し、比較器２４ａ及び２４ｂに出力す
る。

【００２０】比較器２４ａ及び２４ｂにおいて、この電
圧信号で表された回転軸の実際の回転変位と、Ｄ／Ａ変
換器２３ａ及び２３ｂから出力された回転すべき変位に
対する実際の回転変位との偏差が合成された値が求めら
れ、差動増幅器２５ａ及び２５ｂに出力される。差動増
幅器２５ａ及び２５ｂは、この比較器２４ａ及び２４ｂ
からの出力を、所定のゲインＫ2 （Ｖ／Ｖ）を用いて増
幅し、モータ４ａ及び４ｂにそれぞれ与える。モータ４
ａ及び４ｂは、この与えられた信号に基づいて回転す
る。

【００２１】このように本実施例では、走行偏心角θが
所定値Ｗよりも小さい場合またはヨーレートｄθ／ｄｔ
が所定値ωより小さい場合はモータのフィードバック制
御のみを行う。この場合には、主制御装置１０から出力
された速度指令信号ＰL 及びＰR に基いて速度制御を行
うだけでなく、一定時間毎の回転変位に対しても修正を
施すようにフィードバック制御を行う。これにより、台
車３２の指定方向への進行を妨げる路面の凹凸に対して
も、有効に方向を修正することができる。

【００２２】また、このフィードバック制御には直接必
要ではないが、演算器６ａ及び６ｂ、比較器７、演算器
８、積分器９及び演算器３１を備えることで、走行偏心
角θを出力することも可能である。演算器６ａ及び６ｂ
はモータ４ａ及び４ｂの回転速度をそれぞれ検出し、減
速比Ｎ（rad/s ／rad/s）と駆動輪の直径Ｄとを用い
て、上述した左側の速度ベクトルＶL と右側の速度ベク
トルＶR とを求める。比較器７に、この速度ベクトルＶ
L及びＶR が入力され、差分ＶL −ＶR が求められて演
算器８に出力される。演算器８は、駆動輪の間隔Ｌの逆
数１／Ｌを値ＶL−ＶR に乗じてヨーレートｄθ／ｄｔ
（rad /s）を求め、積分器９に出力する。積分器９は、
このヨーレートｄθ／ｄｔに一定時間毎に積分を行って
走行偏心角θ（rad ）を求め、演算器３１はこの走行偏
心角θ（rad ）の単位をラジアンから度に変換し、走行
偏心角θ（度）を求めて出力する。

【００２３】次に、走行偏心角θが所定値Ｗ以上または
ヨーレートｄθ／ｄｔが所定値ω以上になり、ジャイロ
を用いたフィードバック制御が行われる場合の動作につ
いて説明する。ジャイロ１は、演算器８から出力された
ヨーレートｄθ／ｄｔを与えられ、ジャイロ定数ＫG
（rad/s ／rad/s ）を乗じた信号をＡ／Ｄ変換器２に出
力する。Ａ／Ｄ変換器２は、与えられた信号をディジタ
ル信号の形態に変換し、ジャイロ積分器３に出力する。
このジャイロ積分器３は、積分器３ａと演算器３ｂとを
有している。Ａ／Ｄ変換器２からの出力は積分器３ａに
与えられて、一定時間毎に積分されて走行偏心角θR
（rad ）が求められ、演算器３ｂに出力される。演算器
３ｂによって、単位の変換が行われて走行偏心角θR
（度）が出力される。この走行偏心角θR は、実際に台
車３２が指令された方向から偏心したヨー角に相当し、
上述したように主制御装置１０に入力され、スイッチ１
２を介して比較器１１に与えられる。比較器１１におい
て、外部から入力された方向指令値θS と、ジャイロ積
分器３から出力された走行偏心角θR との偏差θS −θ
Rが求められ、修正を加えられた方向指令値θE として
左モータ速度指令部１３及び右モータ速度指令部１４に
入力される。左モータ速度指令部１３及び右モータ速度
指令部１４は、修正された方向指令値θE に基いて速度
指令信号ＰL 及びＰR を生成し、モータ制御装置２０に
与える。 このように、本実施例は走行偏心角の値が小
さいときは、モータの回転変位に基くフィードバック制
御のみを行うことで、ジャイロ積分器３に発生する積分
誤差や、電圧ドリフトによる出力信号の誤差の影響を受
けないように制御することができる。

【００２４】そして、駆動輪が滑った場合等、大きな外
乱が生じて走行偏心角が所定値以上になった場合は、モ
ータのフィードバック制御系のみでは対応することがで
きない。これは、駆動輪に滑りが生じると回転変位が大
きく、速度エンコーダ５ａ及び５ｂにおいてデータとし
て検出できないからである。このような場合は、ジャイ
ロフィードバックの制御系をモータのフィードバック制
御系に加える。ジャイロ１は台車３２のヨーレートを検
出しており、駆動輪の滑りの影響は受けないため、大き
な外乱が生じた場合にも方向の修正が可能である。

【００２５】このように、走行偏心角の大きさに応じて
ジャイロフィードバック制御を行うことで、状況に応じ
た適切な方向修正を行うことができる。

【００２６】上述した実施例は一例であり、本発明を限
定するものではない。例えば、図１に示された制御ブロ
ックには限られず、台車の走行偏心角またはヨーレート
が大きい場合にのみジャイロを用いたフィードバック制
御をモータのフィードバック制御に加えて行うものであ
ればよい。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の自走台車
の走行制御装置は、ジャイロにより検出されたヨーレー
トの値を一定時間毎に積分し、この値が所定値よりも小
さい場合、またはヨーレートが所定値よりも小さい場合
は速度信号と速度フィードバック信号とに基づくモータ
のフィードバック制御のみを行って、ジャイロに生じる
電圧ドリフトや積分した値に含まれる誤差の影響を受け
ずに方向修正を行い、ヨーレートの積分値が所定値より
も大きい場合、またはヨーレートが所定値より大きい場
合は駆動輪の滑りの影響を受けずに検出されるヨーレー
トを積分した値である走行偏心角を用いて速度指令信号
に修正を加えてフィードバック制御を行うことで、状況
に応じた適切な方向修正を行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による自走台車の走行制御装
置の制御ブロックを示した説明図。

【図２】同自走台車の走行制御装置の概略構成を示した
ブロック図。

【図３】同自走台車の左右の車輪の速度ベクトルとヨー
レートとの関係を示した説明図。

【図４】同自走台車の走行制御装置におけるヨーレート
の時間的変化を示した説明図。

【符号の説明】

１ ジャイロ ２ Ａ／Ｄ変換器 ３ ジャイロ積分器 ４ａ，４ｂ モータ ５ａ，５ｂ 速度エンコーダ ３ｂ，６ａ，６ｂ，８，３１ 演算器 ７，１１，２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂ 比較器 ３ａ，９，２１ａ，２１ｂ，２７ａ，２７ｂ 積分器 １０ 主制御装置 １２ スイッチ １３ 左モータ速度指令部 １４ 右モータ速度指令部 ２０ モータ制御装置 ２１ 副制御装置 ２３ａ，２３ｂ， Ｄ／Ａ変換器 ２５ａ，２５ｂ 差動増幅器 ２６ａ，２６ｂ 速度フィードバック回路 ２８ａ，２８ｂ ドライバ回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】台車の同一軸上の左右に設けられた一対の
   駆動輪と、 前記駆動輪を駆動するモータと、 前記駆動輪に連結され、この駆動輪の回転速度を検出し
   て速度フィードバック信号を出力する速度エンコーダ
   と、 方向指令信号を与えられて、前記モータの回転速度を指
   令する速度指令信号を出力する主制御装置と、 前記台車のヨーレートを検出するジャイロと、 前記速度指令信号と前記速度フィードバック信号とを積
   分器により一定時間毎に積分し、積分された前記速度指
   令信号に積分された前記速度フィードバック信号を用い
   て修正を加えて前記モータの制御を行うモータ制御装置
   とを備え、 前記主制御装置は、前記ジャイロにより検出されたヨー
   レートの値またはこのヨーレートの値を一定時間毎に積
   分した値が所定値以上である場合に、このヨーレートの
   積分値を用いて修正した速度指令信号を出力することを
   特徴とする自走台車の走行制御装置。