JPS63226706A - 走行車の操舵制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔目次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術（第９図） 発明が解決しようとする問題点 問題点を解決するための手段（第１図）作用 実施例 （ａ）走行機構の説明（第２図） （ｂ）一実施例の説明 （第３図、第４図、第５図） （Ｃ）他の実施例の説明（第６図、第７図）（ｄ）別の
実施例の説明（第８図） 発明の効果 〔概要〕 駆動輪が設けられた操舵軸を回動して車輪の操舵を行う
に際し、操舵軸の回転角検出手段と、目標操舵角と現在
操舵角との差を制御量とし、駆動輪の指令速度に合成す
る制御部とを設けることによって、車体の移動時でも安
定且つ円滑に操舵制御できるようにしたものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は自走ロボット等の走行車において、駆動輪の設
けられた操舵軸を回動して走行車の操舵を行うための走
行車の操舵制御方式に関する。

オフィスや工場等で物品等の搬送を行う目的で自走型の
ロボットが開発されつつあり、自走型ロボットでは、一
般に車輪を用いた走行車が用いられる。

このような走行車においては、バッテリによって駆動さ
れるため、操舵機構が簡単で且つ安定な操舵ができるこ
とが望まれている。

〔従来の技術〕

第９図は従来技術の説明図である。

第９図（Ａ）に示す如く、車体ベースＢＳに操舵軸２を
回転可能に支持し且つ、操舵軸２には、車輪１ａが設け
られている。車輪１ａは駆動モータ１０によって駆動さ
れる駆動輪であり、一方、操舵軸２は操舵モータ２０に
よって回動される。

従って、駆動輪１ａによって車の走行を行い、操舵モー
タ２０によって操舵軸２を回転すれば操舵が行われる。

一方、操舵トルクや負荷容量を大とするには、第９図（
Ｂ）に示す如く、平行に２輪の車輪１ａ、１ｂを設け、
駆動モータ１０の回転力をデファレンシャルギア１１を
介し車輪１ａ、１ｂを駆動し、２輪を駆動輪とすればよ
い。この時操舵は、モータ１０を操舵軸２に接続し、操
舵モータ２０によって操舵軸２を回動して行う。

このように従来は、走行車の操舵は、操舵軸２をモータ
２０で回動して行うものであった〔発明が解決しようと
する問題点〕 しかしながら、従来技術では、駆動されている駆動輪１
ａ（及びｌｂ）を操舵モータ２０によって操舵軸２を中
心に強制的に回動するものであることから、回動のため
の操舵モータ２０が必要である。

この操舵モータ２０は、前述の如く駆動輪１ａ（及びｌ
ｂ）を強制的に回動させねばならないから、比較的大容
量のものか又は小容量のものを用いると、複雑なギヤ機
構を要し、構成が複雑化し、重量増加をきたすという問
題がある他に、ギヤの介在により効率が低下し消費電力
も比較的要するという問題が生じていた。

本発明は、構成が簡単で且つ円滑に操舵できる走行車の
操舵制御方式を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理説明図である。

図中、第９図で示したものと同一のものは同一の記号で
示してあり、３は角度検出器であり、操舵軸２の操舵角
θを検出するためのもの、４は制御部であり、目標操舵
角θ′と検出操舵角θとの差から得た操舵速度値と駆動
輪１ａの目標速度Ｖ′との合成を駆動モータ１０に速度
指令ｖ〃として与えて制御するものである。

〔作用〕

本発明では、操舵モータ２０によって操舵軸２を回動す
るのではなく、駆動輪１ａの速度制御によって操舵軸２
を回動するものである。

第１図（Ｂ）、（Ｃ）に示す如く、駆動輪１ａを車体と
異なる速度で回動させると、速度の大きい側が先に進み
、操舵が行われることになる。

ここで、操舵軸２の中心２ａの速度が車体速度に等しい
と考え、車輪１ａの回転量をφ（ｒａｄ）、操舵軸２の
回転量をθ（ｒａｄ）、車輪の半径をｒ、両車輪１ａ、
ｌｂ間の距離を２Ｌとすると、 車輪１ａの回転量と、操舵時の車輪１ａの移動量は等し
いから、 ｒ・φ＝Ｌ・θ　・−・−−−−−−（１）が成立する
。

（１）式より、操舵軸２の回転量θは、θ＝□　φ　　
　・−・−−−−−−−（２”）Ｌ となる。

従って、車輪１ａの回転量φを制御することにより、操
舵角θが制御できる。

この車輪１ａの回転量φの制御に、本発明では速度制御
を用いることにより、車体の速度に影響を与えることな
く、操舵角を制御し、且つ円滑で確実な操舵を実現する
ものである。

〔実施例〕

（ａ）走行機構の説明 第２図は本発明の一実施例走行機構構成図であり、第２
図（Ａ）は断面図、第２図（Ｂ）は正面外観図、第２図
（Ｃ）は車輪断面図である。

図中、第９図及び第１図で示したものと同一のものは同
一の記号で示しである。

第２図ＣＢ）の正面図に示す如く、車体ベースＢＳの上
方には角度検出器３と、ブレーキ５が設けられ、下部に
は操舵軸２を支える支持ブロック２１と、操舵軸２に設
けられたサスペンション機構６と、サスペンション機構
６の両側に設けられた一対の車輪１ａＳｌｂが位置する
。

第２図（Ａ）の断面図に示す如く、操舵軸２はベースＢ
Ｓに対しベアリング５１で且つ支持ブロック２１に対し
ベアリング２２を介し支持されており、ベースＢＳ（及
び支持ブロック２１）に対し回動自在である。操舵軸２
の上部は、ベースＢＳに設けられたベースカバー５０内
のブレーキ５及び角度検出器３に接続されている。

一方、操舵軸２の下部は、サスペンション機構６の回転
軸６０をベアリング６１で支え、サスペンション機構６
を、回転軸６０を中心に振り子の如く回動可能とせしめ
る。

サスペンション機構６は、車輪１ａ、１ｂの車軸が設け
られた車軸ブロック１４をガイド６２ａ、６２ｂで上下
方向にガイド支持し、且つブロック１４を下方に付勢す
るスプリング６３ａ、６３ｂが設けられている。

又、第２図（Ｃ）に示す如く、車輪１ａ、１ｂの少なく
とも一方には、モータ１０が内蔵されている。即ち、車
軸１４にステータ１３が設けられ、車軸１４に対しベア
リング１５ａ、１５ｂを介しロータ１２が設けられ、ロ
ータ１２の外周にゴムのタイヤ１６が設けられている。

従って、内側のステータ１３の図示しないコイルを励磁
することによって外側のロータ１２が回転し、これによ
ってタイヤ１６が回転する。

このような構成は、いわゆるダイレクトドライブ機構で
あり、ギヤや動力伝達手段を要しない。

上述の様に走行機構は、一対の車輪１ａ、１ｂを有し、
少なくとも一方がモータ内蔵でダイレクトドライブの駆
動輪であり、車輪１ａ、１ｂは、サスペンション機構６
によって上下動可能に支持され、且つ回転軸６０によっ
て回動可能とされている。

更に、サスペンション機構６は操舵軸２に連結し、操舵
軸２は、車体ベースＢＳに回動可能に支持され且つブレ
ーキ５と角度検出器３に接続されている。

（ｂ）一実施例の説明 第３図は本発明の一実施例ブロック図であり、２輪１ａ
、ｌｂＯ内一方の車輪１ａを駆動輪とし、他方の車輪１
ｂを従動輪（非駆動輪）としたものである。

図中、第１図、第２図及び第９図で示したものと同一の
ものは同一の記号で示してあり、７は関数発生器であり
、制御部（以下ＣＰＵという）からの速度指令ｖ〃をモ
ータの駆動信号（サイン関数、コサイン関数）に変換し
てステータ１３のコイルに与えるものである。

この実施例では、制御部４はプロセッサ（ＣＰＵ）で構
成され、角度検出器３の現在操舵角θのとり込み、ブレ
ーキ５のオン（かける）、オフ（はずす）の制御及び駆
動輪１ａの速度制御を行うものである。

第４図は本発明の一実施例制御フロー図、第５図は加減
速制御説明図であり、第３図構成の動作をこれらを用い
て説明する。

ここで、現在の移動速度をＶ、現在の操舵角をθとし、
車体が走行し、操舵軸２はブレーキ５で固定しであるも
のとする。

■　ＣＰＵ４は指令値、目標速度ｖ′、目標操舵角θ′
の入力待ちにあり、目標の速度ｖ′、操舵角θ′が入力
されると、ＣＰＵ４は現在の速度Ｖが目標速度Ｖ′に等
しいかを判断する。現在の速度Ｖは、駆動輪１ａのモー
タをステップモータで構成するため、現在の指令速度ｖ
〃そのものであり、ステップモータのオープンループ制
御の特質から特に速度検出は要しない。

現在速度Ｖが目標速度Ｖ′に等しいとＣＰＵ４が判断す
ると、指令速度Ｖ・を現在速度Ｖのままとする。

■　指令速度ｖ〃は目標速度Ｖ′であるから、次にＣＰ
Ｕ４は、現在操舵角θを角度検出器３より読みとり、目
標操舵角θ′と比較する。

■　現在操舵角θと目標操舵角θ′とが等しくなければ
、ＣＰＵ４はブレーキ５をオフし、ブレーキ５をはずし
て操舵軸２を回動可能とするとともに、現在操舵角θと
目標操舵角θ′との差θｅ＝θ′−θを演算する。

次に、ＣＰＵ４は、差θｅに比例定数ｋを乗算したもの
を指令速度ｖ〃に加えて、即ちｖｙ＝にθｅ＋ｖｓとし
て、これを指令速度ｖ〃として出力し、ステップ■に戻
る。

■　このようにして、目標速度Ｖ’　　（＝Ｖ＃）で走
行している車体ＢＳに対し、駆動輪１ａの指令速度ｖ〃
を操舵角の偏差θｅに応じて変化していくと、駆動輪１
ａの速度と、車体ＢＳ及び従動輪１ｂとの速度に差が生
じ、操舵軸２が回転する。

偏差θｅは最初は大きく、次第に小となるので、θ＝θ
′では、θｅり０に近く、指令速度ｖ〃はほぼ目標速度
Ｖ′に近い。

従って、ステップ■でθ＝θ′とＣＰＵ４が判断すると
、ブレーキ５をオンとして、ブレーキをかけ、操舵軸２
を固定する。

そして、ステップ■の入力待ちに戻る。

■　一方、ステップ■で、現在速度Ｖが目標速度Ｖ′に
等しくないとすると、目標速度Ｖ′に向けて指令速度ｖ
〃を変化させる。

このため、ＣＰＵ４は速度偏差ｖｅ（＝ｖ’−■）を演
算し、加減速パターンの分割数Ｎを計算する。加減速パ
ターンは、第５図（Ａ）の正弦波、第５図（Ｂ）の台形
などがあり、所望のパターンを速度偏差ｖｅの大小に応
じて適当な間隔で分割し、分割数Ｎを求める。

そして繰り返し数ｎをｒｌＪとする。

■　次に、ＣＰＵ４は、指令速度ｖ〃を次式より演算す
る。

Ｖ”子　□・ｎ＋ｖ　　・・−・（３）そして、これを
指令速度ｖ〃として出力した後、角度検出器３より現在
操舵角θを読みとり、目標操舵角θ′と比較する。

この比較により、θ≠θ′とすると操舵角制御が必要な
ため、ステップ■と同様ブレーキをはずし、操舵角の偏
差θｅを求め、ｖ〃を計算し指令速度として出力する。

一方、θ−θ′になると、ＣＰＵ４はブレーキ５をオン
とし、ブレーキをかけ、操舵軸２を固定する。

■　次に、ＣＰＵ４は、前述の繰り返し数ｎを分割数Ｎ
と比較し、ｎがＮに達していない時は、目標速度Ｖ′に
到っていないので、ｎ＝ｎ＋ｌとして、ステップ■の先
頭に戻る。

逆に、ｎがＮに達し加速又は減速が終了しているとする
と、目標速度Ｖ′に到達しているため、ステップ■に進
み、操舵角の制御を再度行う。

このようにして、走行速度制御と操舵角制御の両方が実
行され、しかもこれを駆動輪１ａの速度制御によって実
行できる。

このことは、車体の速度に影響を与えることなく、操舵
角制御が駆動輪１ａの速度制御によって行われることに
なる。

又、駆動輪１ａの速度制御で実現できるから、操舵モー
タ２０の如き強制的回転モーメントが与えられないので
、円滑な操舵角制御ができ、しかも操舵角の偏差を補正
量としているので、正確且つ安定に操舵制御できる。

更に、操舵時に何らかの外乱（例えば石などの上を走行
）によって操舵角が大きくずれた場合にも、ブレーキ５
が操舵軸２を押さえ、操舵ミスを減らす。

（Ｃ）他の実施例の説明 第６図は本発明の他の実施例ブロック図である。

図中、第３図で示したものと同一のものは同一の記号で
示しである。

この実施例では、車輪１ａ、１ｂの両方を駆動輪とすべ
く、両車軸１ａ、ｌｂにモータ、即ちロータ１２、ステ
ータ１３を設けてあり、これに応じて一対の関数発生器
７ａ、７ｂを設けたものである。

第７図は本発明の他の実施例制御フロー図である。

この動作は第４図の制御フローとほぼ同一であるが、両
車軸１ａ、■ｂが駆動輪となっているため、現在速度Ｖ
は両駆動輪１ａ、１ｂの平均で求め、即ち、操舵軸２の
中心の速度、且つステップ■又は■の操舵軸の制御のた
めの速度ｖ　、　ｌ、Ｖｚ〃は次式で求める。

即ち、偏差θｅに応じて駆動輪の一方を加速すれば、他
方を減速するようにして、操舵トルクを大とし、操舵ス
ピードを早くする。

両輪駆動では、操舵時のトルクを大きくとれ、且つ負荷
容量も大きくなる。

（ｄ）別の実施例の説明 第８図は本発明の別の実施例の説明図である。

この実施例では、車体に４つの操舵軸２を設け、操舵軸
２には２つの車輪１ａ、ｌｂを設ける。

これによって全方位の操舵ができ、全方位走行車を実現
できる。

この内、２つの前輪だけで操舵してもよく、前後輪金て
によってもよく、後輪のみで操舵してもよく、種々の操
舵移動ができる。

上述の実施例では、駆動モータ１０はステップモータを
用いているが、他の周知のＡＣ，ＤＣモータを用いるこ
とができ、第１の実施例においては原理的に従動輪１ｂ
を設けない駆動輪１ａのみのものであってもよい。

又、第２の実施例において、ブレーキによって操舵角を
固定しているが、ブレーキを用いず常時操舵角の偏差を
求めて速度指令ｖｌ〃、ｙ　、　／Ｆを得るようにして
もよい。

更に、操舵角の偏差の比例値を操舵速度値としているが
、比例値の他に微分値や、積分値を加えて位相補償する
ようにしてもよい。

以上本発明を実施例により説明したが、本発明は本発明
の主旨に従い種々の変形が可能であり、本発明からこれ
らを排除するものではない。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明によれば、走行用の駆動モー
タを用いて、操舵制御できるので、操舵モータを要する
ことなく、構成の簡単化、軽量化及び低価格に効果を奏
する他に、駆動輪の速度制御で実現しているので、操舵
が円滑でしかも正確且つ安定にできるという優れた効果
を奏し、制御の容易さという効果も加わり、走行車の操
舵制御の容易化、低価格に寄与する所が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、 第２図は本発明の一実施例走行機構構成図、第３図は本
発明の一実施例ブロック図、第４図は本発明の一実施例
制御フロー図、第５図は第４図における加減速制御説明
図、第６図は本発明の他の実施例ブロック図、第７図は
本発明の他の実施例制御フロー図、第８図は本発明の別
の実施例説明図、 第９図は従来技術の説明図である。 図中、１ａ、１ｂ・−車輪（駆動輪）、２・−操舵軸、 ３−角度検出器、 ４・−・制御部（ＣＰ　Ｕ）、 １０・・−駆動モータ。 （Ａ） （！３） （Ｃ） ζ　　　　大 第３図 第５図 一更」セ枦］惨】纒フローｍ 第４図 第６図 第８図 ノ七め爽ＪｌＪＦＩＩ壺制御プロー肥 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 駆動モータ（１０）により駆動される駆動輪（１ａ）が
   設けられた操舵軸（２）を回動して、走行車の操舵を行
   う走行車の操舵制御方式において、 該操舵軸（２）の操舵角を検出する角度検出部（３）と
   、 目標操舵角と該検出した操舵角との差から得た操舵速度
   値と該駆動輪（１ａ）の目標速度値との合成を速度指令
   として該駆動モータ（１０）に与える制御部（４）とを
   設け、 該駆動輪（１ａ）の回転駆動によって該操舵軸（２）を
   該目標操舵角に回動せしめることを特徴とする走行車の
   操舵制御方式。