JPH09167018A - 移動車に任意の並行移動と任意の回転移動を組み合せた運動を実行させるための方法 - Google Patents
移動車に任意の並行移動と任意の回転移動を組み合せた運動を実行させるための方法Info
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- JPH09167018A JPH09167018A JP8292630A JP29263096A JPH09167018A JP H09167018 A JPH09167018 A JP H09167018A JP 8292630 A JP8292630 A JP 8292630A JP 29263096 A JP29263096 A JP 29263096A JP H09167018 A JPH09167018 A JP H09167018A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D61/00—Motor vehicles or trailers, characterised by the arrangement or number of wheels, not otherwise provided for, e.g. four wheels in diamond pattern
- B62D61/12—Motor vehicles or trailers, characterised by the arrangement or number of wheels, not otherwise provided for, e.g. four wheels in diamond pattern with variable number of ground engaging wheels, e.g. with some wheels arranged higher than others, or with retractable wheels
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 移動車の並行移動方向を制御しながら、接線
形式運動に加えて任意の回転移動を重ねられる手段を与
える。 【構成】 進行方向と移動速度の両方が独立に制御可能
な少くとも2個の「駆動-操舵輪」を設け、与えられたグ
ローバルな運動と移動車の現在位置及び方向とを比較し
て、運動コマンド、加速度、経路の曲率、および回転速
度の組を計算し、前記運動コマンドを並行移動速度、並
行移動方向、および回転速度へ変換し、前記並行移動速
度、並行移動方向、および回転速度を独立な各駆動-操
舵輪の方向と駆動速度に変換して、3自由度をもつ運動
を制御する。
形式運動に加えて任意の回転移動を重ねられる手段を与
える。 【構成】 進行方向と移動速度の両方が独立に制御可能
な少くとも2個の「駆動-操舵輪」を設け、与えられたグ
ローバルな運動と移動車の現在位置及び方向とを比較し
て、運動コマンド、加速度、経路の曲率、および回転速
度の組を計算し、前記運動コマンドを並行移動速度、並
行移動方向、および回転速度へ変換し、前記並行移動速
度、並行移動方向、および回転速度を独立な各駆動-操
舵輪の方向と駆動速度に変換して、3自由度をもつ運動
を制御する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、平担か、ある程度傾斜
した地表面を移動する、車輪をもつ有人車または無人車
に関わる。更に詳細に述べれば、本発明は有人車や無人
車の並行移動速度と方向、および、回転移動速度の制御
に関する。
した地表面を移動する、車輪をもつ有人車または無人車
に関わる。更に詳細に述べれば、本発明は有人車や無人
車の並行移動速度と方向、および、回転移動速度の制御
に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車、自転車、三輪車、および差動駆
動車は、その正面方向が自然なやり方で定義できる「普
通」の車両である。そのような移動車においては、その
正面方向とその軌跡の接線方向はつねに等しい（図1参
照）。この種の動きのことを「接線形式運動」とよぶ。
したがって、その種の移動車の軌跡が与えられると、そ
の正面方向はその軌跡上の各点における接線方向とつね
に等しくなるよう従属的にきめられてしまう。そのた
め、これらの移動車には回転の自由度がない。
動車は、その正面方向が自然なやり方で定義できる「普
通」の車両である。そのような移動車においては、その
正面方向とその軌跡の接線方向はつねに等しい（図1参
照）。この種の動きのことを「接線形式運動」とよぶ。
したがって、その種の移動車の軌跡が与えられると、そ
の正面方向はその軌跡上の各点における接線方向とつね
に等しくなるよう従属的にきめられてしまう。そのた
め、これらの移動車には回転の自由度がない。
【０００３】移動車に回転自由度を与えるためには、特
別の車輪機構が必要であると従来考えられてきた。受動
的ローラーを使うのがそのための方法の一つである。ス
タンフォード大学のライファー（Leifer）教授による全
方向移動車はその方法を使っている（図2参照）。この
種の車輪は、車輪方向には力を発生するが、それと直角
方向には力を発生しない。この特性によって、この移動
車は任意の並行移動と任意の回転移動の組み合せを実現
することができる。しかし、普通の車輪を用いて任意の
並行移動と任意の回転移動の組み合せを実現するような
移動車機構はこれまでに知られていなかった。
別の車輪機構が必要であると従来考えられてきた。受動
的ローラーを使うのがそのための方法の一つである。ス
タンフォード大学のライファー（Leifer）教授による全
方向移動車はその方法を使っている（図2参照）。この
種の車輪は、車輪方向には力を発生するが、それと直角
方向には力を発生しない。この特性によって、この移動
車は任意の並行移動と任意の回転移動の組み合せを実現
することができる。しかし、普通の車輪を用いて任意の
並行移動と任意の回転移動の組み合せを実現するような
移動車機構はこれまでに知られていなかった。
【０００４】
【発明の目的】移動車の並行移動方向を制御しながら、
接線形式運動に加えて任意の回転移動を重ねられる手段
を与えることが本発明の目的である。このような移動車
の運動の例としては、並行移動時に任意の回転を重疊さ
せた運動、正面方向が地上の一定点をつねにねらいなが
ら並行移動するような運動、指定された最終位置と方向
に滑らかに停止する運動、あるいは、停止位置から並行
移動と回転移動を同時に行いながら滑らかに発進する運
動等がある。このような運動を可能にするためには、移
動車は少くとも2個の「駆動-操舵輪」を備えていなけれ
ばならない。「駆動-操舵輪」とは、その進行方向と移
動速度の両方が独立に制御可能な車輪のことである。少
くとも2個の駆動―操舵輪を備え、以下に述べるような
方法で制御される移動車を「ロータリ移動車」と呼ぶ。
接線形式運動に加えて任意の回転移動を重ねられる手段
を与えることが本発明の目的である。このような移動車
の運動の例としては、並行移動時に任意の回転を重疊さ
せた運動、正面方向が地上の一定点をつねにねらいなが
ら並行移動するような運動、指定された最終位置と方向
に滑らかに停止する運動、あるいは、停止位置から並行
移動と回転移動を同時に行いながら滑らかに発進する運
動等がある。このような運動を可能にするためには、移
動車は少くとも2個の「駆動-操舵輪」を備えていなけれ
ばならない。「駆動-操舵輪」とは、その進行方向と移
動速度の両方が独立に制御可能な車輪のことである。少
くとも2個の駆動―操舵輪を備え、以下に述べるような
方法で制御される移動車を「ロータリ移動車」と呼ぶ。
【０００５】本発明の第二の目的は、車輪型の移動車の
けん引力をより強くする手段を与えることである。以下
に述べる移動車の運動制御方式を採用すると、駆動-操
舵輪は3自由度をもつ移動車の運動を実現するために必
要な力とトルクを、積極的に、正確に生ずることができ
る。ここでいう運動の3自由度とは、並行移動の速度と
方向および回転速度のことである。駆動-操舵輪による
合成力は、正しい方向への並行移動に必要な力を生成
し、また、駆動-操舵輪による中心回りの合成モーメン
トは回転移動を生みだす。ロータリ移動車のタイヤを太
くするか溝をつければ、けん引力をさらに増すことがで
きる。
けん引力をより強くする手段を与えることである。以下
に述べる移動車の運動制御方式を採用すると、駆動-操
舵輪は3自由度をもつ移動車の運動を実現するために必
要な力とトルクを、積極的に、正確に生ずることができ
る。ここでいう運動の3自由度とは、並行移動の速度と
方向および回転速度のことである。駆動-操舵輪による
合成力は、正しい方向への並行移動に必要な力を生成
し、また、駆動-操舵輪による中心回りの合成モーメン
トは回転移動を生みだす。ロータリ移動車のタイヤを太
くするか溝をつければ、けん引力をさらに増すことがで
きる。
【０００６】本発明の第三の目的は、ほ装道路と未ほ装
地の両方においてよりよく動作できるように移動車を制
御することである。無限軌道車をほ装道路上で走らせる
のは、道路を傷めるおそれがあるために望ましくない。
本発明ではロータリ移動車に通常のタイヤを装着するよ
う提案しているので、自然状態の未ほ装地において高速
で移動でき、ほ装道路をも傷めることなく走行できる。
地の両方においてよりよく動作できるように移動車を制
御することである。無限軌道車をほ装道路上で走らせる
のは、道路を傷めるおそれがあるために望ましくない。
本発明ではロータリ移動車に通常のタイヤを装着するよ
う提案しているので、自然状態の未ほ装地において高速
で移動でき、ほ装道路をも傷めることなく走行できる。
【０００７】本発明のもう一つの目的は、通常の接線形
式運動をする移動車の上に、別に回転可能なプラットフ
ォームを塔載するような必要なく、並行移動に重ねて回
転移動を実現する手段を与えることである。回転プラッ
トフォームを使うとセンサーその他の種々の装置の邪魔
をする可能性があるけれども、ここに述べる方法を用い
るとそれを避けることができる。通常の接線形式運動を
する移動車を使うと必要となる回転プラットフォームの
ための複雑な結合機構が本発明ではいらないので、移動
車を軽くできる。更に、回転プラットフォームを回転さ
せるトルクのための動力が必要でないので、求められて
いる作業を効率的に行なえる。
式運動をする移動車の上に、別に回転可能なプラットフ
ォームを塔載するような必要なく、並行移動に重ねて回
転移動を実現する手段を与えることである。回転プラッ
トフォームを使うとセンサーその他の種々の装置の邪魔
をする可能性があるけれども、ここに述べる方法を用い
るとそれを避けることができる。通常の接線形式運動を
する移動車を使うと必要となる回転プラットフォームの
ための複雑な結合機構が本発明ではいらないので、移動
車を軽くできる。更に、回転プラットフォームを回転さ
せるトルクのための動力が必要でないので、求められて
いる作業を効率的に行なえる。
【０００８】
【発明の応用】本ロータリ移動車は、つねに敵陣にねら
いをつけながら荒地を横切る軍用装甲車から、地雷検
出、探索および除去に至るまで、様々な無人または有人
の状況において用いることができる。放射性物質の取り
扱いもその応用の一つである。通常の移動車が有効に使
えないような緊急事態において、警察や消防暑の作戦の
ために使うことも応用例に含まれる。この移動車は、生
産現場において自動運搬作業を行うこともできる。本ロ
ータリ移動車は2次元平面内のどんな運動も実現でき
る。本ロータリ移動車は、狭い空間の中でも、通常の移
動車のように切り返しを行なう必要がない。こういった
3自由度をもつ多様な運動が通常の車輪で実現できるの
で、無限軌道や、ローラーつきの車輪や、他の特殊な機
構を用いた移動車よりも、より精密な運動制御ができ
る。
いをつけながら荒地を横切る軍用装甲車から、地雷検
出、探索および除去に至るまで、様々な無人または有人
の状況において用いることができる。放射性物質の取り
扱いもその応用の一つである。通常の移動車が有効に使
えないような緊急事態において、警察や消防暑の作戦の
ために使うことも応用例に含まれる。この移動車は、生
産現場において自動運搬作業を行うこともできる。本ロ
ータリ移動車は2次元平面内のどんな運動も実現でき
る。本ロータリ移動車は、狭い空間の中でも、通常の移
動車のように切り返しを行なう必要がない。こういった
3自由度をもつ多様な運動が通常の車輪で実現できるの
で、無限軌道や、ローラーつきの車輪や、他の特殊な機
構を用いた移動車よりも、より精密な運動制御ができ
る。
【０００９】
【実施例】世界座標系は、図3に示すような、原点 O 、
X軸、および Y軸からなる2次元の静的直角座標系であ
る。原点Ov 、Xv軸、および Yv軸からなる移動車座標系
は、この図に示すように、移動車に固定された2次元の
直角座標系であり、従って、この座標系は移動車と共
に、世界座標系の中で移動する。グローバル運動方向θ
g は移動車の、世界座標系における、並行運動方向であ
る。このグローバル運動方向 θg は移動車の現正面方
向 ψ を減ずることによって移動車座標系における移動
方向 θ へと変換される。
X軸、および Y軸からなる2次元の静的直角座標系であ
る。原点Ov 、Xv軸、および Yv軸からなる移動車座標系
は、この図に示すように、移動車に固定された2次元の
直角座標系であり、従って、この座標系は移動車と共
に、世界座標系の中で移動する。グローバル運動方向θ
g は移動車の、世界座標系における、並行運動方向であ
る。このグローバル運動方向 θg は移動車の現正面方
向 ψ を減ずることによって移動車座標系における移動
方向 θ へと変換される。
【００１０】図4に示すように、移動車上に2個の駆動-
操舵輪があるときは、回転中心 C は2本の車軸の交点と
なる。（この図には表されていないが）もし2本の車軸
が並行であるが同一直線でないときには、回転中心 C
は無限遠点となり、移動車は純並行移動を行っている。
もし2本の車軸が同一直線上にあるときは、回転中心C
はその軸上の任意の点であってよい。更に、両車輪の速
度、u1 および u2、は回転中心 C と両車輪との距離、d
1 および d2 に比例する。従がって、両車輪の速度、u1
および u2、は独立ではあり得ない。結論として、2個
の駆動-操舵輪が有する4制御変数のうち、3変数（2個の
方向変数、φ1 と φ2、および 1速度、u1 または u2）
のみが独立である、といえる。
操舵輪があるときは、回転中心 C は2本の車軸の交点と
なる。（この図には表されていないが）もし2本の車軸
が並行であるが同一直線でないときには、回転中心 C
は無限遠点となり、移動車は純並行移動を行っている。
もし2本の車軸が同一直線上にあるときは、回転中心C
はその軸上の任意の点であってよい。更に、両車輪の速
度、u1 および u2、は回転中心 C と両車輪との距離、d
1 および d2 に比例する。従がって、両車輪の速度、u1
および u2、は独立ではあり得ない。結論として、2個
の駆動-操舵輪が有する4制御変数のうち、3変数（2個の
方向変数、φ1 と φ2、および 1速度、u1 または u2）
のみが独立である、といえる。
【００１１】図4において、このロータリー移動車は2個
の駆動-操舵輪をもち、それぞれが2自由度を有する。
(a) 各駆動-操舵輪はその局所方向 φi を制御するモー
タをもち、(b) 各駆動-操舵輪はその対地速度ui（i =
1,2）を制御するモータをもつ。2個のキャスターも静的
釣合いを保つために取り付けられているが、この移動車
の運動制御においては、これらは受動的な役割を果すに
過ぎない。
の駆動-操舵輪をもち、それぞれが2自由度を有する。
(a) 各駆動-操舵輪はその局所方向 φi を制御するモー
タをもち、(b) 各駆動-操舵輪はその対地速度ui（i =
1,2）を制御するモータをもつ。2個のキャスターも静的
釣合いを保つために取り付けられているが、この移動車
の運動制御においては、これらは受動的な役割を果すに
過ぎない。
【００１２】図5 に示すように、ロータリー移動車上に
2個より多く（n 個）の駆動-操舵輪があれば、回転中心
C は任意に選ばれた2個の駆動-操舵輪の軸の交点によ
ってきまる。他の車輪の方向 φi は、回転中心 C を通
るように、従属的にきめられる。従って、すべての車輪
方向のうちで、2つの車輪方向、φiとφjだけが独立で
ある。各車輪速度 ui は回転中心 C からの距離 di に
比例している。従って、ただひとつの速度のみが独立
で、他のすべては従属的にきめられる。結論として、n
個の駆動-操舵輪による2n 個の制御変数のうち、3個（2
個の方向変数と1個の速度変数）のみが独立である。
2個より多く（n 個）の駆動-操舵輪があれば、回転中心
C は任意に選ばれた2個の駆動-操舵輪の軸の交点によ
ってきまる。他の車輪の方向 φi は、回転中心 C を通
るように、従属的にきめられる。従って、すべての車輪
方向のうちで、2つの車輪方向、φiとφjだけが独立で
ある。各車輪速度 ui は回転中心 C からの距離 di に
比例している。従って、ただひとつの速度のみが独立
で、他のすべては従属的にきめられる。結論として、n
個の駆動-操舵輪による2n 個の制御変数のうち、3個（2
個の方向変数と1個の速度変数）のみが独立である。
【００１３】図6 は2個の駆動-操舵輪をもつロータリー
移動車の制御構造の例を示している。この移動車はコン
ピュータまたはオペレータ F によって制御される。ロ
ータリー移動車の運動指令 G は3つ組（α,κ,ω）であ
り、ここでαは加速度、κは経路の曲率、ωは回転速度
である。通常の移動車では、2個の自由度、加速度αお
よび 曲率κのみが独立で、回転速度ωはαとκによっ
て従属的に決まる。かくして、本発明によるロータリー
移動車は余分な自由度、回転速度ω、をもっている。
移動車の制御構造の例を示している。この移動車はコン
ピュータまたはオペレータ F によって制御される。ロ
ータリー移動車の運動指令 G は3つ組（α,κ,ω）であ
り、ここでαは加速度、κは経路の曲率、ωは回転速度
である。通常の移動車では、2個の自由度、加速度αお
よび 曲率κのみが独立で、回転速度ωはαとκによっ
て従属的に決まる。かくして、本発明によるロータリー
移動車は余分な自由度、回転速度ω、をもっている。
【００１４】本ロータリー移動車の運動指令G、（α,
κ,ω）、は運動指令変換部 H によって運動コマンドQ
= （ν,θ,ω）へと変換される。ここで、任意のサンプ
リング時点におけるνは並行移動速度、θは移動車座標
系による並行移動方向、ωは回転速度である。運動指令
変換部 H は加速度αを積分して速度νを得、曲率κを
積分してグローバルな移動方向θg を得る。
κ,ω）、は運動指令変換部 H によって運動コマンドQ
= （ν,θ,ω）へと変換される。ここで、任意のサンプ
リング時点におけるνは並行移動速度、θは移動車座標
系による並行移動方向、ωは回転速度である。運動指令
変換部 H は加速度αを積分して速度νを得、曲率κを
積分してグローバルな移動方向θg を得る。
【００１５】更に図6 に示すように、運動コマンド Q
は車輪運動変換部 I への入力となる。wi(ai,bi) (i=1,
2)を各駆動-操舵輪の移動車座標系における位置とす
る。この車輪運動変換部 I は車輪位置 wi がQ によっ
てどのように動くかを、図7 の原理によって計算する。
は車輪運動変換部 I への入力となる。wi(ai,bi) (i=1,
2)を各駆動-操舵輪の移動車座標系における位置とす
る。この車輪運動変換部 I は車輪位置 wi がQ によっ
てどのように動くかを、図7 の原理によって計算する。
【００１６】
【式１】νi,x = νcosθ - biω
【００１７】
【式２】νi,y = νsinθ + aiω 従って、点 wi はνi =（νi,x,νi,y）なる速度ベクト
ルで運動する（但しi=1,2）。ここで、νi,x とνi,y
はそれぞれ、その x 成分と y 成分である。従って、制
御車輪の運動速度νiは、次の式3 によって求められ
る。
ルで運動する（但しi=1,2）。ここで、νi,x とνi,y
はそれぞれ、その x 成分と y 成分である。従って、制
御車輪の運動速度νiは、次の式3 によって求められ
る。
【００１８】
【式３】 更に、wi の移動車座標系での運動方向θi（i=1,2）は
vi が 0 でないならば、次の式4 によって求められる。
vi が 0 でないならば、次の式4 によって求められる。
【００１９】
【式４】θi= a tan2(νi,y,νi,x) = a tan2(νsinθ+
aiω,νcosθ-biω) かくして、移動車の車輪運動変換部 I は各駆動-操舵輪
の 位置 wi における並行移動速度 vi と その局所方向
θiを計算したことになる。
aiω,νcosθ-biω) かくして、移動車の車輪運動変換部 I は各駆動-操舵輪
の 位置 wi における並行移動速度 vi と その局所方向
θiを計算したことになる。
【００２０】再び図6 に戻ると、駆動-操舵輪の速度 ui
と局所方向φiは各車輪位置における運動速度vi と方
向θiにそれぞれ等しくされる（i=1,2）。
と局所方向φiは各車輪位置における運動速度vi と方
向θiにそれぞれ等しくされる（i=1,2）。
【００２１】
【式５】ui = νi 及び φi = θi 本制御方法によると、移動車の運動は運動コマンド Q
に等しくなる。2個の駆動-操舵輪は4個の制御変数（u1,
φ1,u2,φ2）をもっているが、これらの値は結局Q（ν,
θ,ω）の3変数できまるので、それらは完全に独立なの
ではないことに注意されたい。
に等しくなる。2個の駆動-操舵輪は4個の制御変数（u1,
φ1,u2,φ2）をもっているが、これらの値は結局Q（ν,
θ,ω）の3変数できまるので、それらは完全に独立なの
ではないことに注意されたい。
【００２２】2個の駆動-操舵輪の方向指令、φ1,φ2、
および速度指令 u1,u2 は車輪モータ・ドライバ J に与
えられ、駆動モータ K を駆動する。2個の駆動モータ K
が移動車の各駆動-操舵輪 L を駆動する。駆動モータ
K の微少動作はシャフト・エンコーダ M によって検出
され、その「カウント」を生成する。そのカウントはデ
ッドレコニング・ルーチン N へ入力され、このルーチ
ン N がこのサンプリング時における新位置 p と 新正
面方向ψを評価する。新位置 p は コンピュータまたは
オペレータ F へフィードバックされる。新正面方向ψ
は運動指令変換部H および コンピュータまたはオペレ
ータ F へフィードバックされる。
および速度指令 u1,u2 は車輪モータ・ドライバ J に与
えられ、駆動モータ K を駆動する。2個の駆動モータ K
が移動車の各駆動-操舵輪 L を駆動する。駆動モータ
K の微少動作はシャフト・エンコーダ M によって検出
され、その「カウント」を生成する。そのカウントはデ
ッドレコニング・ルーチン N へ入力され、このルーチ
ン N がこのサンプリング時における新位置 p と 新正
面方向ψを評価する。新位置 p は コンピュータまたは
オペレータ F へフィードバックされる。新正面方向ψ
は運動指令変換部H および コンピュータまたはオペレ
ータ F へフィードバックされる。
【００２３】かくして、コンピュータまたはオペレータ
はグローバルな運動を選択し、移動車の制御装置を初期
化し、グローバルな運動のためにモータを駆動し、最終
目的地へと導くことがわかる。移動車が並行移動と回転
移動によって目的地に向う際に、制御装置は駆動モータ
のシャフト・エンコーダからデータを集めて地上での移
動車の新しい正面方向と位置を計算する。これはデッド
レコニングの計算に他ならない。コンピュータ または
オペレータは グローバルな運動指令と現在の移動車の
位置と方向を比較した上で、3自由度の新しい運動指令
（加速度、経路の曲率、回転速度）を生成する。これら
の3制御変数は並行移動速度、並行移動方向、そして回
転速度へと変換される。この運動コマンドは次に各駆動
-操舵輪の新しい方向と駆動速度へと変換される。各駆
動-操舵輪の方向と駆動速度は次に各駆動-操舵輪の2個
のモータへのコマンドに変換され、各輪の2個のモー
タ、方向制御モータおよび速度制御モータへと送られ
る。オペレータあるいはコンピュータは、移動車が地表
面を目的地へ向けて移動するにつれて、方向と微少運動
に関する情報を連続的に受け取り、最終目的が達成され
るまで、運動コマンドを更新しつづける。
はグローバルな運動を選択し、移動車の制御装置を初期
化し、グローバルな運動のためにモータを駆動し、最終
目的地へと導くことがわかる。移動車が並行移動と回転
移動によって目的地に向う際に、制御装置は駆動モータ
のシャフト・エンコーダからデータを集めて地上での移
動車の新しい正面方向と位置を計算する。これはデッド
レコニングの計算に他ならない。コンピュータ または
オペレータは グローバルな運動指令と現在の移動車の
位置と方向を比較した上で、3自由度の新しい運動指令
（加速度、経路の曲率、回転速度）を生成する。これら
の3制御変数は並行移動速度、並行移動方向、そして回
転速度へと変換される。この運動コマンドは次に各駆動
-操舵輪の新しい方向と駆動速度へと変換される。各駆
動-操舵輪の方向と駆動速度は次に各駆動-操舵輪の2個
のモータへのコマンドに変換され、各輪の2個のモー
タ、方向制御モータおよび速度制御モータへと送られ
る。オペレータあるいはコンピュータは、移動車が地表
面を目的地へ向けて移動するにつれて、方向と微少運動
に関する情報を連続的に受け取り、最終目的が達成され
るまで、運動コマンドを更新しつづける。
【００２４】ここに開示した情報を用いれば、この方面
の技術に通じた者にとっては、2個の駆動-操舵輪をもつ
ロータリー移動車の他に、3個以上の駆動-操舵輪をもつ
ロータリー移動車を構成することが可能であることは、
容易に理解できる。各駆動-操舵輪の局所位置wi（i=1,
2,...）がわかれば、前記の式5 を用いてその速度 vi
と方向φiを計算することができる。駆動-操舵輪が3個
以上あれば、それだけで静的バランスがとれるので、キ
ャスターは必要ない。
の技術に通じた者にとっては、2個の駆動-操舵輪をもつ
ロータリー移動車の他に、3個以上の駆動-操舵輪をもつ
ロータリー移動車を構成することが可能であることは、
容易に理解できる。各駆動-操舵輪の局所位置wi（i=1,
2,...）がわかれば、前記の式5 を用いてその速度 vi
と方向φiを計算することができる。駆動-操舵輪が3個
以上あれば、それだけで静的バランスがとれるので、キ
ャスターは必要ない。
【００２５】最小数のモータによって運動を実現する立
場をとると、駆動-操舵輪を3個以上使うのは無意味であ
るようにみえる。しかし、より多くの駆動-操舵輪を使
うと、従って、より多くのモータを使うと、強いけん引
力を産み出すことができ、運動がより安定してくる。従
って、車輪数が少ないと経済的であるけれども、地面や
障害物の状況によっては、その条件は支配的なものでは
なくなる。
場をとると、駆動-操舵輪を3個以上使うのは無意味であ
るようにみえる。しかし、より多くの駆動-操舵輪を使
うと、従って、より多くのモータを使うと、強いけん引
力を産み出すことができ、運動がより安定してくる。従
って、車輪数が少ないと経済的であるけれども、地面や
障害物の状況によっては、その条件は支配的なものでは
なくなる。
【００２６】上記の考察によれば、本発明には、明らか
に様々な修正と変更を加えることが可能である。従っ
て、本発明は、上述の実施例ではなく、特許請求範囲内
で実施されるものと理解すべきである。
に様々な修正と変更を加えることが可能である。従っ
て、本発明は、上述の実施例ではなく、特許請求範囲内
で実施されるものと理解すべきである。
【００２７】
【実験結果】コンピュータ プログラムによって並行-回
転運動の実現性がテストされた。
転運動の実現性がテストされた。
【００２８】様々な並行移動と回転移動の速度の組み合
わせについてコンピュータ プログラムで得られたシミ
ュレーション結果を図8乃至図11に示す。
わせについてコンピュータ プログラムで得られたシミ
ュレーション結果を図8乃至図11に示す。
【００２９】テスト番号1（図8）は車の中心から40cmの
位置に3個の駆動-操舵輪をもつロータリー移動車によ
る、400cm/secの直線運動と5ラジアン/secの回転との合
成運動のコンピュータシミュレーション結果を図示した
ものである。
位置に3個の駆動-操舵輪をもつロータリー移動車によ
る、400cm/secの直線運動と5ラジアン/secの回転との合
成運動のコンピュータシミュレーション結果を図示した
ものである。
【００３０】テスト番号2（図9）は車の中心から40cmの
位置に3個の駆動-操舵輪をもつロータリー移動車によ
る、200cm/secの直線運動と5ラジアン/secの回転との合
成運動のコンピュータシミュレーション結果を図示した
ものである。
位置に3個の駆動-操舵輪をもつロータリー移動車によ
る、200cm/secの直線運動と5ラジアン/secの回転との合
成運動のコンピュータシミュレーション結果を図示した
ものである。
【００３１】テスト番号3（図10）は車の中心から40cm
の位置に3個の駆動-操舵輪をもつロータリー移動車によ
る、400cm/secの直線運動と10ラジアン/secの回転との
合成運動のコンピュータシミュレーション結果を図示し
たものである。
の位置に3個の駆動-操舵輪をもつロータリー移動車によ
る、400cm/secの直線運動と10ラジアン/secの回転との
合成運動のコンピュータシミュレーション結果を図示し
たものである。
【００３２】テスト番号4（図11）は2個の駆動-操舵輪
をもつロータリー移動車による、400cm/secの直線運動
を維持しながら地上にある固定目標をつねにねらいつづ
けている運動をコンピュータシミュレーションした結果
である。この移動車の正面方向は初め目標方向にはな
く、目標を捕えるために、並行移動しながら回転して、
その正面方向を調整している。
をもつロータリー移動車による、400cm/secの直線運動
を維持しながら地上にある固定目標をつねにねらいつづ
けている運動をコンピュータシミュレーションした結果
である。この移動車の正面方向は初め目標方向にはな
く、目標を捕えるために、並行移動しながら回転して、
その正面方向を調整している。
【図１】通常の移動車において、正面方向と軌道接線方
向が等しいことを示す図。
向が等しいことを示す図。
【図２】スタンフォード大学のライファー教授によって
作られたローラー付きの車輪を用いた3輪車を示す図。
作られたローラー付きの車輪を用いた3輪車を示す図。
【図３】世界座標系と移動車座標系の関係を示す図。
【図４】2個の独立な駆動-操舵輪と、静的安定のため
の、2個のキャスターをもつロータリー移動車を示す
図。
の、2個のキャスターをもつロータリー移動車を示す
図。
【図５】4個の駆動-操舵輪をもつロータリー移動車を示
す図。
す図。
【図６】ロータリー移動車の制御装置の一例を示すブロ
ック図。
ック図。
【図７】ロータリー移動車の任意の時点における駆動ー
操舵輪の微少運動を示す図。
操舵輪の微少運動を示す図。
【図８】車の中心から40cmの位置に3個の駆動-操舵輪を
もつロータリー移動車による、400cm/secの直線運動と5
ラジアン/secの回転との合成運動のコンピュータシミュ
レーション結果を示す図。
もつロータリー移動車による、400cm/secの直線運動と5
ラジアン/secの回転との合成運動のコンピュータシミュ
レーション結果を示す図。
【図９】車の中心から40cmの位置に3個の駆動-操舵輪を
もつロータリー移動車による、200cm/secの直線運動と5
ラジアン/secの回転との合成運動のコンピュータシミュ
レーション結果を示す図。
もつロータリー移動車による、200cm/secの直線運動と5
ラジアン/secの回転との合成運動のコンピュータシミュ
レーション結果を示す図。
【図１０】車の中心から40cmの位置に3個の駆動-操舵輪
をもつロータリー移動車による、400cm/secの直線運動
と10ラジアン/secの回転との合成運動のコンピュータシ
ミュレーション結果を示す図。
をもつロータリー移動車による、400cm/secの直線運動
と10ラジアン/secの回転との合成運動のコンピュータシ
ミュレーション結果を示す図。
【図１１】2個の駆動-操舵輪をもつロータリー移動車に
よる、400cm/secの直線運動を維持しながら地上にある
固定目標をつねにねらいつづけている運動をコンピュー
タシミュレーションした結果を示す図。この移動車の正
面方向は初め目標方向にはなく、目標を捕えるために、
並行移動しながら回転して、その正面方向を調整してい
る。
よる、400cm/secの直線運動を維持しながら地上にある
固定目標をつねにねらいつづけている運動をコンピュー
タシミュレーションした結果を示す図。この移動車の正
面方向は初め目標方向にはなく、目標を捕えるために、
並行移動しながら回転して、その正面方向を調整してい
る。
F - コンピュータまたはオペレータ G - 移動車の運動指令 H - 運動指令変換部 Q - 運動コマンド I - 車輪運動変換部 J - 車輪モータ駆動回路 K - 駆動モータ L - 駆動-操舵輪 M - シャフト・エンコーダ N - デッドレコニング・ルーチン p - 新しい位置 ψ - 新しい正面方向
Claims (2)
- 【請求項１】 方向と駆動速度の制御が可能であるよう
な駆動-操舵輪を少なくとも2個有する有人または無人の
移動車において、グローバルな運動が初期位置及び方向
から最終目的地及び方向までの移動車の方向つきの軌跡
で与えられたとき、 (a) 前記移動車のグローバルな運動と移動車の現在位置
及び方向とを比較して、3自由度の運動指令（運動コマ
ンドとも総称する）、加速度、経路の曲率、および回転
速度の組を計算し、 (b) 前記運動コマンドを並行移動速度、並行移動方向、
および回転速度へ変換し、そして (c) 前記並行移動速度、並行移動方向、および回転速度
を独立な各駆動-操舵輪の方向と駆動速度に変換する、
ことから構成される、3自由度をもつ運動を制御する方
法。 - 【請求項２】 方向と駆動速度の制御が可能であるよう
な駆動-操舵輪を少なくとも2個有する有人または無人の
移動車において、グローバルな運動が初期位置及び方向
から最終目的地及び方向までの移動車の方向つきの軌跡
で与えられたとき、 (a) 前記移動車のために、3自由度のグローバルな車体
の望ましい運動の形を選択し、 (b) 前記移動車の制御装置と駆動モータを初期化し、 (c) 上記のグローバルな運動が完了するまで、一定間隔
で以下の一連の操作を繰り替し、 前記一連の操作が、 (d) 各駆動-操舵輪について、シャフト・エンコーダの
出力を検出することにより、新しい方向と対地速度を計
算し、 (e) 上記ステップ (d) の結果を用いて移動車の微少な
並行移動と回転移動を計算し、 (f) 上記ステップ (e) の結果を用いて移動車の位置及
び方向を更新し、 (g) 移動車の前記グローバルな運動と移動車の現在位置
及び方向とを比較して、3自由度の運動指令（運動コマ
ンドとも総称する）、加速度、経路の曲率、および回転
速度の組を計算し、 (h) 前記運動コマンドを並行移動速度、並行移動方向、
および回転速度へ変換し、 (i) 前記並行移動速度、並行移動方向、および回転速度
を独立な各駆動-操舵輪の方向及び駆動速度に変換し、 (j) 前記各駆動-操舵輪の方向及び駆動速度を夫々2つの
独立なモータ・コマンドに変換し、 (k) 前記2つのコマンドを各輪の2個のモータに送り、 (l) グローバルな運動が完了していなければ、ステップ
(d) に戻り、そして、 (m) グローバルな運動が完了したときに、移動車を停止
させる、ステップから構成される、3自由度をもつ運動
を制御する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/553,904 US5719762A (en) | 1995-11-06 | 1995-11-06 | Method of controlling a vehicle to make a combination of arbitrary translational and rotational motions |
| US553904 | 1995-11-06 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09167018A true JPH09167018A (ja) | 1997-06-24 |
| JP3022354B2 JP3022354B2 (ja) | 2000-03-21 |
Family
ID=24211249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8292630A Expired - Fee Related JP3022354B2 (ja) | 1995-11-06 | 1996-11-05 | 移動車に任意の並行移動運動と任意の回転運動を組み合せた運動を実行させるための方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5719762A (ja) |
| JP (1) | JP3022354B2 (ja) |
Families Citing this family (12)
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| US6488504B1 (en) * | 1999-10-13 | 2002-12-03 | Scott D. Patterson | Helicopter flight training vehicle |
| US6721638B2 (en) * | 2001-05-07 | 2004-04-13 | Rapistan Systems Advertising Corp. | AGV position and heading controller |
| AU2002341358A1 (en) * | 2001-09-26 | 2003-04-07 | Friendly Robotics Ltd. | Robotic vacuum cleaner |
| IL145680A0 (en) | 2001-09-26 | 2002-06-30 | Friendly Robotics Ltd | Robotic vacuum cleaner |
| US20050065649A1 (en) * | 2003-04-17 | 2005-03-24 | New York University | Manipulation of objects |
| US7024842B2 (en) * | 2003-11-21 | 2006-04-11 | Deere & Company | Self-propelled mower having enhanced maneuverability |
| US7024843B2 (en) * | 2003-11-21 | 2006-04-11 | Deere & Company | Self-propelled mower having enhanced maneuverability |
| WO2011038342A1 (en) * | 2009-09-25 | 2011-03-31 | Mhe Technologies, Inc. | Cask handling system and method |
| DE102010022171B4 (de) * | 2010-05-20 | 2013-11-21 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Mensch-Maschine-Schnittstelle für ein Fahrzeug |
| US10800527B2 (en) * | 2018-08-17 | 2020-10-13 | Goodrich Corporation | Omni directional turntable assembly |
| CN112306052A (zh) * | 2019-07-26 | 2021-02-02 | 上海快仓智能科技有限公司 | 自动引导车和控制方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4573548A (en) | 1983-07-23 | 1986-03-04 | Cybermation, Inc. | Mobile base for robots and the like |
| JPH07111734B2 (ja) * | 1989-03-30 | 1995-11-29 | 本田技研工業株式会社 | 走行路判別方法 |
| KR940009860B1 (ko) * | 1989-12-08 | 1994-10-18 | 가부시끼가이샤 히다찌세이사꾸쇼 | 자주식 수송기구 |
| EP0488828B1 (en) * | 1990-11-30 | 1996-08-14 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Control device of an autonomously moving body and evaluation method for data thereof |
| US5186270A (en) * | 1991-10-24 | 1993-02-16 | Massachusetts Institute Of Technology | Omnidirectional vehicle |
| US5374879A (en) | 1992-11-04 | 1994-12-20 | Martin Marietta Energy Systems, Inc. | Omni-directional and holonomic rolling platform with decoupled rotational and translational degrees of freedom |
| JP3241564B2 (ja) | 1995-05-10 | 2001-12-25 | 富士通株式会社 | 通常車輪型全方向移動ロボットの運動制御のための制御装置および方法 |
-
1995
- 1995-11-06 US US08/553,904 patent/US5719762A/en not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-11-05 JP JP8292630A patent/JP3022354B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5719762A (en) | 1998-02-17 |
| JP3022354B2 (ja) | 2000-03-21 |
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