JPH08207788A - 自動走行する車両の操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】自動操縦と手動操縦との切り換えが可能で、ハ
ンドルの連れ回りがなく、装置の構造が簡単でかつコン
パクトな自動走行する車両の操舵装置を提供すること。 【解決手段】ハンドル軸１４をハンドルにて回動できる
ように車体フレーム１に取付け、旋回駆動手段をモータ
１１と減速機１２とで構成し、モータの回転軸及び減速
機の出力軸が上下方向の同じ軸線上にくるように減速機
１２の上側にモータ１１を取付け、減速機をハンドル軸
の下部の近くの車体フレームに設けた部材１０で支持
し、減速機の出力軸及びハンドル軸の下部の近傍に操舵
軸４を配置し、減速機の出力軸及びハンドル軸を切換手
段３６，３８等を介して操舵軸４に連結し、前記切換手
段３６，３８を減速機の出力軸の回転及びハンドル軸の
回転のいずれか一方を選択して操舵軸４に伝え得るよう
に構成し、操舵軸の旋回に応じて操舵が行われるように
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自動走行する車
両の操舵装置、特に自動操縦と手動操縦との切り替えが
できる自動走行する車両の操舵装置に関する。

【０００２】

【従来技術】近年、自動車、搬送車等の自動走行する車
両を無人で走らせるための技術が種々研究されている。
例えば、所要のコースに従って走行する誘導式の自動走
行する車両は既に幾つか実用化されている。その制御系
にコース情報を与えることにより、自己の位置を認識し
ながら自律で走行できる非誘導式の無人車両も提案され
ている。誘導式又は非誘導式の自動走行する車両は、人
間が操縦者として乗車しないことを前提にして開発され
ているため、操舵用のハンドルが設けられていないもの
が多いが、非常用としての操舵用のハンドルが設けれて
いるものもある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の誘導式又は非誘
導式の自動走行する車両のうち操舵用のハンドルを備え
ていないものは、車両が進路を外した場合に、正しい進
路に戻す操作が面倒になる欠点がある。従来の自動操縦
装置を備えた車両等には操舵用のハンドルが設けられて
いるものもある。しかし、ハンドルにより旋回されるハ
ンドル軸及び自動操縦部の旋回駆動手段の出力軸が択一
的に操舵軸に連結し得るようになっていないものは、自
動操縦時にハンドルが連れ回りしたり、構造が複雑にな
ったりする欠点がある。例えば、ゴルフ場で用いられる
自動走行する電動式車両等において、自動操縦可能にす
ることが考えられ、自動操縦と手動操縦とを切り換え可
能にし、自動操縦時にも人間が乗れるようにすれば非常
に便利になる。この場合に、操舵軸に旋回駆動手段のモ
ータ等の出力軸を連結するとともに、操舵軸にハンドル
により旋回されるハンドル軸を連結すると、自動操縦時
にハンドルが連れ回りする現象を避けることができな
い。そのため、自動操縦時に乗員がハンドルにつかまる
と、ハンドルの動きにつられて腕も一緒に動かす必要が
あり、乗り心地が悪くなってしまう欠点がある。この発
明の解決しようとする課題は、従来技術の上記のような
欠点を有しない自動走行する車両の操舵装置を提供する
こと、換言すると、自動操縦と手動操縦との切り換えが
可能で、ハンドルの連れ回りがなく、構造が簡単でコン
パクトな自動走行する車両の操舵装置を提供することに
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解決するための手段として、次の構成を採用するもので
ある。この発明の構成は、操舵軸の旋回により操舵され
る少なくとも一つの車輪と、操舵軸を旋回させる旋回駆
動手段と、操舵されない車輪と、前記車輪を回転させる
回転駆動手段と、旋回駆動手段及び回転駆動手段の制御
を行なう制御装置とを備えた自動走行する車両におい
て、上下方向に延びるハンドル軸がハンドルにより回動
させ得るように車体フレームに設けた部材で支持され、
旋回駆動手段がモータと減速機とで構成され、モータの
回転軸及び減速機の出力軸が上下方向に延びる同じ軸線
上に位置するように減速機の上側にモータが取付けら
れ、減速機がハンドル軸の下方の部分の近くの車体フレ
ームに設けた部材で支持され、減速機の出力軸及びハン
ドル軸の下部の近傍に操舵軸が設けられ、減速機の出力
軸が切換手段等を介して操舵軸に連結され、ハンドル軸
が切換手段等を介して操舵軸に連結され、前記切換手段
が減速機の出力軸の回転及びハンドル軸の回転のいずれ
か一方を選択して操舵軸に伝え得るように構成され、操
舵軸に連結されている減速機の出力軸又はハンドル軸に
より操舵軸が旋回され、操舵軸の旋回に応じて操舵が行
われることを特徴とする自動走行する車両の操舵装置に
ある。旋回駆動手段として、例えば、ステップモータを
使うが、これに限定するものではない。

【０００５】

【作用】この発明の自動走行する車両の操舵装置は、上
下方向に延びるハンドル軸がハンドルにより回動させ得
るように車体フレームに設けた部材で支持され、旋回駆
動手段がモータと減速機とで構成され、モータの回転軸
及び減速機の出力軸が上下方向に延びる同じ軸線上に位
置するように減速機の上側にモータが取付けられ、減速
機がハンドル軸の下方の部分の近くの車体フレームに設
けた部材で支持され、減速機の出力軸及びハンドル軸の
下部の近傍に操舵軸が設けられ、減速機の出力軸が切換
手段等を介して操舵軸に連結され、ハンドル軸が切換手
段等を介して操舵軸に連結され、前記切換手段が減速機
の出力軸の回転及びハンドル軸の回転のいずれか一方を
選択して操舵軸に伝え得るように構成され、操舵軸に連
結されている減速機の出力軸又はハンドル軸により操舵
軸が旋回され、操舵軸の旋回に応じて操舵が行われるよ
うになっているから、旋回駆動手段による自動操縦をし
たり、ハンドルによる手動操縦をしたりすることができ
る。そのうえ、旋回駆動手段による自動操縦時には、ハ
ンドル軸と操舵軸との連結が絶たれているから、ハンド
ルが操舵軸と連れ回りすることがなく人が安心して搭乗
していられる。

【０００６】

【実施例】実施例はこの出願の発明を自動走行する車両
の操舵装置に適用した例である。実施例として、第１図
に示されている操舵軸によって操舵される前輪が一つで
操舵されない後輪が二つの三輪型の無人で自動走行する
車両について説明するが、操舵軸によって操舵される前
輪が二つで操舵されない後輪が二つの四輪型であっても
よい。車体フレーム１は、例えば、鋼管からなるパイプ
フレームで構成され、その後端には上方に向かって逆Ｌ
字状に延びる上部フレーム１ａが結合されている。車体
フレーム１の前端にヘッドパイプ３が設けられ、操舵軸
４がヘッドパイプ３に回転自在に支承され、操舵軸４の
下部に前輪３が取り付けられている。車体フレーム１の
後部に差動機構６を介して連結された対の車軸が設けら
れ、これらの車軸の外側の端に後輪５ａ、５ｂが取り付
けられ、後輪５ａ、５ｂが車体フレーム１の後部に搭載
した走行駆動モータ７により回転されるようになってい
る。モータ７の回転は歯車、チェーン８ａ，８ｂ等から
なる減速機にて減速して差動機構６に伝えられる。

【０００７】車体フレーム１の後端には人が搭乗するた
めのステップ９が固定されている。車体フレーム１の前
端に設けたホルダ１０に操舵軸４を旋回駆動する旋回駆
動手段が取り付けられ、旋回駆動手段は上側に操舵用モ
ータ１１を取り付けた減速機１２で構成され、減速機１
２の出力軸が切換手段を介して操舵軸４の上端に接続さ
れている。そして、ハンドル軸１４が減速機１２のハウ
ジング１２ａにリンク１３を介して連結されており、前
記減速機１２の出力軸の回転又はハンドル軸１４の回転
のいずれか一方が操舵軸４に伝達されるようになってい
る。しかも、モータ１１の回転を操舵軸４に伝えるとき
には、減速機１２にて３０分の１に減速して伝え、ハン
ドル軸１４の回転を操舵軸４に伝えるときには、１；１
のまま伝えるようになっている。ハンドル軸１４は、車
体フレーム１に設けられた支承部１５ａ及び上部フレー
ム１ａに固定された支承部１５ｂにて回動自在に支承さ
れ、その上端にハンドル１４ａが固着されている。

【０００８】この実施例では、差動機構６を介して連結
した左右の車軸に取り付けた後輪５ａ，５ｂの各々の回
転数を別々に検出するため、一対のロータリ・エンコー
ダ２０ａ，２０ｂが設けられ、各後輪５ａ，５ｂに対応
する車軸の回転がチェーン等を介してエンコーダ２０
ａ，２０ｂに伝達されるようになっている。また、車両
の底部、車体フレーム１のほぼ中央に、上記走行駆動モ
ータ７や操舵用モータ１１等の電源部としてのバッテリ
２１が搭載され、車両の中央のハンドル１４ａの下方
に、エンコーダ２０ａ，２０ｂによって検出された左右
の後輪５ａ，５ｂの回転数から走行距離や方位を演算し
て常時自己の位置を認識しながら、予め設定されたコー
ス情報に従って走行駆動モータ７や操舵用モータ１１を
制御するコンピュータ・ボックス１６が搭載されてい
る。この実施例では、ハンドル１４ａよりも前方へ突出
して形成した上部フレーム１ａの前端部に、３個のレー
ザ投受光器２３ａ〜２３ｃが設けられ、そのうちの一対
の位置チェック用のレーザ投受光器２３ａ，２３ｂは各
々の車両の中心線と直交する方向、すなわち、車両の真
横に向かってレーザビームを発射し、かつ上下にスキャ
ンできるようになっている。他の補助レーザ投受光器２
３ｃは、車両の一方の側（例えば、左側）にのみ設けら
れており、車両の斜め前方に向けてレーザビームを発射
し、かつ上下にスキャンできるようになっている。

【０００９】レーザ投受光器２３ａ〜２３ｃから発射さ
れたレーザビームは、車両の走行コースの両側に沿って
適当な間隔をおいて配設されるコーナキューブと呼ばれ
る反射装置ＲＦｉによって反射される。このコーナキュ
ーブは入射した光を入射方向と同じ方向に反射する特性
を有しているため、反射されたレーザビームは、これを
発射したレーザ投受光器２３ａ〜２３ｃに到達して検出
される。これによって、車両の自己位置をチェックする
ことができる。しかも、車両の一方の側（実施例では左
側）には真横向きと斜め前向きの二つのレーザ投受光器
が設けられているため、一種の三角測量法によってコー
ス左側のコーナキューブからの距離をも知ることができ
るようになっている。なお、第１図に示されている車両
には、外部からコース情報を設定するための入力操作装
置２７が、上部フレーム１ａの上側のハンドル１４ａの
後方位置に取り付けられている。また、そのコース情報
等を記憶する記憶装置が、コンピュータ・ボックス１６
内に、コンピュータと共に搭載されている。入力操作装
置２７の下方の差動機構６の上方位置に、エンコーダ２
０ａ，２０ｂからのパルス信号を計数するカウンタ、ｉ
／ｏインタフェイス回路等の入ったコントロール・ボッ
クス１８が設けられている。さらに、入力操作装置２７
の下部には、電源投入用のメインスイッチをオン、オフ
するためのキー１９が取り付けられている。

【００１０】第２図及び第３図には、自動操縦と手動操
縦との切換手段、すなわち、操舵用モータ１１及びハン
ドル軸１４のいずれか一方を、操舵軸４に切り換え可能
に連結する装置の具体的な構造が示されている。車体フ
レーム１の前端に固定されたホルダ１０には、減速機１
２のハウジング１２ａが回転自在に支承されており、操
舵用モータ１１は、該モータ１１の回転軸１１ａ及び減
速機１２の入、出力軸１２ｂ，１２ｃが上下方向に延び
る同じ軸線上に位置するように、減速機１２のハウジン
グ１２ａの上端に固定され、ハウジング１２ａと一体に
回転できるようになっている。そして、操舵用モータ１
１の回転軸１１ａには円筒状のカップリング３１を介し
て減速機１２の入力軸１２ｂが結合され、減速機１２の
下端より突出している出力軸１２ｃには同じくカップリ
ング３２を介して操舵軸４が結合されている。減速機１
２のハウジング１２ａには、鍔部１２ｄが形成され、こ
の鍔部１２ｄの下面には一対の球状頭部を有するボルト
（以下エルボールと称する）３３，３３が、各々１８０
゜離れた位置に固定され、ハンドル軸１４に固着したプ
レート１４ｂの下面にも一対のエルボール３４，３４が
固定され、リンク１３，１３の両端部が各エルボール３
３，３３，３４，３４の球状頭部に回動自在に連結され
ている。そのため、ハンドル軸１４を回転すると、一対
のリンク１３，１３を介してハウジング１２ａを含む減
速機１２全体がハンドル軸１４と同じ方向へ同じ角度だ
け回動する。そして、減速機１２の出力軸１２ｃに操舵
軸４が連結されているため、操舵軸４がハンドル軸１４
と１；１の関係で回転する。

【００１１】ハウジング１２ａの外周に、係合凹部１２
ｅが形成され、係合凹部１２ｅに対応してホルダ１０に
固着したブロック４０に貫通孔４０ａが形成され、この
貫通孔４０ａ内にはロックピン３５が挿入されている。
そして、このロックピン３５は、ソレノイド３６の作動
により移動するようになっており、ロックピン３５が係
合凹部１２ｅに係合すると、ハウジング１２ａの回転が
阻止され、ハンドル軸１４の回転も阻止されるようにな
っている。また、減速機１２の出力軸１２ｃと操舵軸４
とを連結するカップリング３２に係合凹部３２ａが形成
され、この係合凹部３２ａに対応して減速機１２と一体
のプロック４１に貫通孔が形成され、この貫通孔に第２
のロックピン３７が挿入され、このロックピン３７をソ
レノイド３８の作動により移動させて係合凹部３２ａに
係合させると、第１のロックピン３５が係合凹部１２ｅ
から外れることを条件として、ハウジング１２ａの回転
をカップリング３２を介して操舵軸４に伝え得るように
なる。従って、第１のロックピン３５を外し、第２のロ
ックピン３７を係合状態にしておくと、ハンドル１４ａ
を操作したとき、ハンドル軸１４→リンク１３→ハウジ
ング１２ａ→カップリング３２の順に回転力が伝わって
操舵軸４が回転する。

【００１２】第１のロックピン３５をロック状態にし、
かつ第２のロックピン３７を外しておくと、ハウジング
１２ａの回転が阻止され、カップリング３２の回転が自
由になるため、操舵用モータ１１を回転させると、モー
タ１１の回転軸１１ａの回転力が減速機１２の入力軸１
２ｂに伝えられ、内部でその回転が３０分の１に減速さ
れ、出力軸１２ｃよりカップリング３２を介して操舵軸
４に伝えられる。このとき、ハンドル軸１４の回転は阻
止されている。係合凹部１２ｅは一個所だけであるた
め、ハンドル１４ａは中央位置にて固定される。言い替
えると、ハンドル１４ａが正面を向いた状態でないと、
第１のロックピン３５を係合凹部１２ｅに係合させて、
ハンドル軸１４をロックすることができないように構成
されている。第１と第２のロックピン３５，３７等によ
って操舵系の切換手段が構成される。なお、上記実施例
ではロックピン３５，３７をソレノイド３６，３８で作
動させているが、手動によって作動させるように構成す
ることもできる。この実施例では、操舵用モータ１１と
してサーボモータの代わりにステップモータを用いオー
プンループ式に制御するようになっている。

【００１３】操舵系の制御回路の一例が第４図に示さ
れ、コンピュータＣＵＰは、パラレルｉ／ｏコントロー
ラＰＩＣを介して、ステップモータ１１の駆動制御用の
モータ・コントローラＭＴＣに接続されている。モータ
・コントローラＭＴＣは１パルス入力されると、指定方
向に１ステップだけモータを回す励磁信号をステップモ
ータ１１に供給する。また、ステップモータ１１に供給
されるパルスの間隔（周期）を制御できるようにするた
め、タイマ・コントローラＰＭＣが設けられている。な
お、パラレルｉ／ｏコントローラＰＩＣ、モータ・コン
トローラＭＴＣ、タイマ・コントローラＰＭＣ等は、車
両の機械的構成を示す第１図におけるコントローラ・ボ
ックス１８内に設けられている。

【００１４】次に、コンピュータＣＵＰによるステップ
モータ１１の具体的な制御手順の一例について説明す
る。コンピュータＣＰＵは、コース情報と車両の現在位
置を示す情報とから操舵条件が成立したことを知ると、
先ず、適正な操舵方向と操舵速度を求める（ステッブ
）。次に、ステップモータ１１の速度は駆動パルスの
間隔（周期）により決まるので、タイマ・コントローラ
ＰＭＣに対して、適正スピードとなる周期値データをセ
ットする（ステッブ）。すると、タイマ・コントロー
ラＰＭＣは、その周期値に基づく計時作動を行ない、設
定時間が経過すると、割込み信号をコンピュータに送る
（ステッブ）。コンピュータは、このタイマ割込み信
号が入ると、正転又は逆転を示すバイナリデータをパラ
レルｉ／ｏコントローラＰＩＣに送る。これと共に、コ
ンピュータは正転／逆転信号を送ったことを認識するた
め、正転なら「＋１」また逆転なら「−１」をカウント
して記憶する（ステッブ）。それから、再びステッブ
に戻って今迄の周期データに基づいて操舵方向と速度
を求め、以下ステッブ〜を繰り返す。

【００１５】次に、コンピュータからステップモータ１
１に対し、操舵指令を出力する際の操舵速度、すなわ
ち、ステップモータの駆動パルスの周期の決定の仕方の
一例について述べる。操舵用のステップモータを駆動さ
せる場合、操舵軸の角速度を急に大きく変化させると、
自動走行する車両の車輪のタイヤが走行面（地面）に対
してスリップを発生させる要因になる。そこで、この実
施例では、現在の操舵位置を「０」として、それから時
計回り或は反時計回り方向にそれぞれ操舵軸を旋回させ
る場合、第５図（Ａ）に示すように、目標操舵角ＡＤに
向かって操舵を開始する際に、先ず、徐々に角速度を大
きくして行き、あるところから等速に移り、最後は角速
度を徐々に小さくして行って目標操舵角に到達するよう
な制御を行なうようになっている。具体的には、次の表
１のように、パルスの周期を長くすることで角速度を小
さくし、周期を短くすることで角速度を大きくすること
ができる。

【表１】 しかも、表１の例では、周期を等間隔とせずに、加速中
は初期に角速度の変化率を大きくし、減速中は、終期に
変化率を大きくしてある。

【００１６】さらに、操舵軸が旋回しているときに、そ
れとは逆の方向に旋回させようとする場合には、第５図
（Ｂ）に示すように、一旦減速させてから逆の方向に徐
々に角速度を大きくして行って等速に移り、しかる後、
徐々に角速度を小さくするような制御を行なうようにし
てもよい。ステップモータを上記のように制御してやる
ことによって、サーボモータを用いた場合と同じよう
に、タイヤのスリップを生じさせないような滑らかなス
テアリング操作が実現される。この実施例のようにする
と、サーボモータを用いる場合のように、フィードバッ
クをかけるための回転数を検出するエンコータ等を旋回
駆動手段に設ける必要が無く、簡単な制御方法で旋回駆
動手段（操舵モータ）の制御を行なうことができる。

【００１７】

【発明の効果】この発明は特許請求の範囲に記載された
構成を備えることにより、次の（イ）及び（ロ）の効果
を奏する。 （イ）この発明の自動走行する車両の操舵装置は、上下
方向に延びるハンドル軸がハンドルにより回動させ得る
ように車体フレームに設けた部材で支持され、旋回駆動
手段がモータと減速機とで構成され、モータの回転軸及
び減速機の出力軸が上下方向に延びる同じ軸線上に位置
するように減速機の上側にモータが取付けられ、減速機
がハンドル軸の下方の部分の近くの車体フレームに設け
た部材で支持され、減速機の出力軸及びハンドル軸の下
部の近傍に操舵軸が設けられ、減速機の出力軸が切換手
段等を介して操舵軸に連結され、ハンドル軸が切換手段
等を介して操舵軸に連結され、前記切換手段が減速機の
出力軸の回転及びハンドル軸の回転のいずれか一方を選
択して操舵軸に伝え得るように構成され、操舵軸に連結
されている減速機の出力軸又はハンドル軸により操舵軸
が旋回され、操舵軸の旋回に応じて操舵が行われるよう
になっているから、旋回駆動手段による自動操縦をした
り、ハンドルによる手動操縦をしたりすることができ、
旋回駆動手段による自動操縦時には、ハンドル軸と操舵
軸との連結が絶たれているから、ハンドルが操舵軸と連
れ回りすることがなく、乗車部に安心して搭乗していら
れる。 （ロ）この発明の自動走行する車両の操舵装置は、旋回
駆動手段をモータと減速機とで構成したから、小型のモ
ータを使って自動操縦を行なうことができる。そのう
え、モータの回転軸及び減速機の出力軸が上下方向に延
びる同じ軸線上に位置するように減速機の上側にモータ
を取付け、減速機をハンドル軸の下方の部分の近くの車
体フレームに設けた部材で支持し、減速機の出力軸及び
ハンドル軸の下部の近傍に操舵軸を設け、減速機の出力
軸を切換手段等を介して操舵軸に連結し、ハンドル軸を
切換手段等を介して操舵軸に連結し、切換手段を減速機
の出力軸の回転及びハンドル軸の回転のいずれか一方を
選択して操舵軸に伝え得るように構成したから、操舵装
置の構造が簡単になり、かつ操舵装置をコンパクトにま
とめることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の自動走行する車両の構成を示す側面図

【図２】実施例の自動走行する車両の操舵装置の一部を
縦断した側面図

【図３】実施例の自動走行する車両の操舵装置の要部を
縦断した正面図

【図４】実施例の自動走行する車両の操舵装置の構成を
説明するブロック図

【図５】図５の（Ａ）及び（Ｂ）は実施例の目標操舵角
と角速度の関係を示す線図

【符号の説明】

１ 車体フレーム ２ 前輪 ４ 操舵軸 ５ａ，５ｂ 後輪 ７ 走行駆動モータ １０ ホルダ １１ 操舵用モータ １２ 減速機 １２ａ ハウジング １３ リンク １４ ハンドル軸 １４ａ ハンドル １６ コンピータ・ボックス ３５，３７ ロックピン ３６，３８ ソレノイド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】操舵軸の旋回により操舵される少なくとも
   一つの車輪と、操舵軸を旋回させる旋回駆動手段と、操
   舵されない車輪と、前記車輪を回転させる回転駆動手段
   と、旋回駆動手段及び回転駆動手段の制御を行なう制御
   装置とを備えた自動走行する車両において、上下方向に
   延びるハンドル軸がハンドルにより回動させ得るように
   車体フレームに設けた部材で支持され、旋回駆動手段が
   モータと減速機とで構成され、モータの回転軸及び減速
   機の出力軸が上下方向に延びる同じ軸線上に位置するよ
   うに減速機の上側にモータが取付けられ、減速機がハン
   ドル軸の下方の部分の近くの車体フレームに設けた部材
   で支持され、減速機の出力軸及びハンドル軸の下部の近
   傍に操舵軸が設けられ、減速機の出力軸が切換手段等を
   介して操舵軸に連結され、ハンドル軸が切換手段等を介
   して操舵軸に連結され、前記切換手段が減速機の出力軸
   の回転及びハンドル軸の回転のいずれか一方を選択して
   操舵軸に伝え得るように構成され、操舵軸に連結されて
   いる減速機の出力軸又はハンドル軸により操舵軸が旋回
   され、操舵軸の旋回に応じて操舵が行われることを特徴
   とする自動走行する車両の操舵装置。