JP2012188104A - Method for operating vehicle moving device - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for operating a vehicle moving device, achieving movement with high accuracy by lifting up one of the front wheel and rear wheel of a vehicle by a leader truck and a follower truck, while estimating the wheel base of the vehicle, by applying force control.SOLUTION: The vehicle moving device includes: the leader truck A which has a truck body 2 self-traveling in all directions by a travel driving device, and a lifter 5 attached to the truck body 2 through a connecting mechanism and lifting up one wheel 4a of the vehicle 4, and which moves along a given target track; and the follower truck B which has the truck body 2 self-traveling in all directions by the travel driving device, and the lifter 5 attached to the truck body 2 through the connecting mechanism and lifting up one wheel 4a of the vehicle 4 other than wheels lifted up by the leader truck A, and which moves the vehicle in cooperation with the leader truck A by following while estimating movement of the leader truck A.

Description

Translated fromJapanese

本発明は、車両移動装置の運転方法に関するものである。  The present invention relates to a driving method of a vehicle moving device.

従来、任意の位置に停車した車両を駐車施設における所定位置に搬送できるようにした入出車装置の一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。  For example, Patent Document 1 shows a general technical level of an entry / exit device that can transport a vehicle stopped at an arbitrary position to a predetermined position in a parking facility.

特許文献１に示される装置は、それぞれ車両支持機構及び走行機構を備える左側搬送台車と右側搬送台車とからなり、該左側搬送台車と右側搬送台車とがそれぞれ独立して移動しつつ、協働して車両を支持し、搬送するようになっている。  The apparatus shown in Patent Document 1 includes a left conveyance carriage and a right conveyance carriage each having a vehicle support mechanism and a traveling mechanism, and the left conveyance carriage and the right conveyance carriage cooperate with each other while moving independently. The vehicle is supported and transported.

前記左側搬送台車と右側搬送台車は、無線通信によってリアルタイムに情報交換を行うことにより、協働している。  The left transport cart and the right transport cart cooperate by exchanging information in real time by wireless communication.

しかしながら、前述の如く、無線通信による台車相互間でのリアルタイムの情報交換に基づいて前記左側搬送台車と右側搬送台車とを協働させるのでは、通信障害で情報が途切れたり遅れたりすることもあり、前記左側搬送台車と右側搬送台車とを協働させるために必要な情報をリアルタイムに安定して得ることが難しかった。又、情報が安定して得られなかった場合、搬送される車両等の物体に必要以上の内力が加わることとなり、最悪の場合、物体を落としたり、傷つけたりする可能性があった。  However, as described above, if the left transport cart and the right transport cart cooperate based on real-time information exchange between the carts by wireless communication, information may be interrupted or delayed due to communication failure. It is difficult to stably obtain information necessary for cooperating the left and right transport carts in real time. In addition, when information is not stably obtained, an internal force more than necessary is applied to an object such as a vehicle being conveyed, and in the worst case, the object may be dropped or damaged.

このため、本発明者等は、無線通信のみによる台車相互間でのリアルタイムの情報交換を行うようにした協働搬送とは異なり、車両等の物体を落としたり、傷つけたりする心配がなく、複数の台車を協調制御により作動させることで、車両等の物体を確実に且つより安定して移動させ得る物体移動装置を提案している。（例えば、特許文献２参照。）  For this reason, the present inventors do not have to worry about dropping or damaging an object such as a vehicle, unlike collaborative conveyance in which real-time information exchange is performed between trolleys using only wireless communication. The object moving apparatus which can move objects, such as a vehicle reliably, more stably by operating this cart by cooperative control is proposed. (For example, seePatent Document 2.)

前記特許文献２に開示した物体移動装置は、複数の台車を協調制御により作動させるという非常に高度で優れた機能を有するものである反面、移動すべき物体がバス等のホイールベースの長い車両や接地ポイントとしての車輪の数が多い車両であった場合、移動装置自体を大きくしたり、車輪の数に合わせた機構のものを別途用意しなければならず、移動装置の種類が増える一方、移動装置が大型化した場合には、移動経路を広くとり、且つ保管スペースも広く必要になるという欠点を有していた。  Although the object moving device disclosed inPatent Document 2 has a very advanced and excellent function of operating a plurality of carriages by cooperative control, the object to be moved is a vehicle having a long wheelbase such as a bus, If the vehicle has a large number of wheels as the ground contact point, the moving device itself must be enlarged or a mechanism that matches the number of wheels must be prepared separately. When the apparatus is increased in size, there is a disadvantage that a wide movement path and a large storage space are required.

そこで、本発明者等は、車両等の物体の一つの接地ポイントとしての車輪をリフトアップし、与えられた目標軌道に沿って移動可能なリーダ台車と、該リーダ台車にてリフトアップされる車輪以外の一つの車輪をリフトアップする複数台のフォロワ台車とを備えることにより、大きさや接地ポイント数の異なる車両等の物体にも装置の種類を増やすことなく対応し得、車両等の物体を確実に且つより安定して移動させることができ、移動経路や保管スペースの削減をも図り得る物体移動装置を提案している。（例えば、特許文献３参照。）  Therefore, the present inventors have lifted up a wheel as one contact point of an object such as a vehicle, and moved along a given target trajectory, and a wheel lifted up by the leader cart. By providing multiple follower carts that lift up one wheel other than the above, it is possible to cope with objects such as vehicles with different sizes and grounding points without increasing the number of types of devices, and reliably In addition, an object moving device has been proposed that can be moved more stably and can reduce the movement route and storage space. (For example, refer toPatent Document 3.)

特開２００４−１６９４５１号公報JP 2004-169451 A特開２００９−１０８５４２号公報JP 2009-108542 A特開２００９−２８６５７０号公報JP 2009-286570 A

ところで、前輪と後輪の四個の車輪を有する車両に着目すると、基本的には後輪のサイドブレーキを開放して前輪だけを持ち上げれば、車両を運ぶことができ、必ずしも全ての車輪を持ち上げる必要はない。  By the way, paying attention to a vehicle having four wheels, a front wheel and a rear wheel, basically, the vehicle can be transported by lifting only the front wheel by releasing the side brake of the rear wheel, and not all wheels are There is no need to lift.

即ち、特許文献３に記載されているように通常四台の台車が車両の各車輪をリフトアップするシステムを配備した駐車施設において、状況に応じて二台ずつ二組の台車が複数の車両を並行作業で移動させることが実際に行えるのであれば、更なる効率化が期待できるという点に本発明者等は着目した。  That is, as described inPatent Document 3, in a parking facility where a system in which four trucks normally lift up each wheel of a vehicle is deployed, two sets of two trucks each have a plurality of vehicles depending on the situation. The present inventors paid attention to the point that further efficiency can be expected if the movement can be actually performed in parallel work.

しかしながら、このように車両を運ぶ際の最大の問題は、車両の後輪が接地することによりシステムが非ホロノミックな拘束を受ける点にある。  However, the biggest problem in carrying the vehicle in this way is that the system is subjected to non-holonomic restraint due to the rear wheel of the vehicle being in contact with the ground.

そこで、本発明者等は、車両の前輪又は後輪のいずれか一方の車輪をリーダ台車とフォロワ台車とによってリフトアップし、該リーダ台車とフォロワ台車の制御点を前記車両のリフトアップされる二個の車輪の中点に設定し、前記車両を含めたシステム全体を、前記中点に設定され且つ能動的に全方向へ速度を発生可能な仮想キャスタと、前記車両の接地している側の対向する二個の車輪とによって構成される三輪車モデルに見立てて位置制御するようにした車両移動装置の運転方法を開発し、既に出願している（特願２０１０−２７３６９８参照）。  Accordingly, the present inventors lift up either the front wheel or the rear wheel of the vehicle with a leader carriage and a follower carriage, and control points of the leader carriage and the follower carriage are lifted up. Set to the midpoint of the wheels, and the entire system including the vehicle is set to the midpoint and is capable of actively generating speed in all directions, and the grounded side of the vehicle A driving method for a vehicle moving device has been developed and applied for in consideration of the position of a tricycle model composed of two wheels facing each other (see Japanese Patent Application No. 2010-273698).

本発明者等が既に出願している前記車両移動装置の運転方法においては、前記制御点に速度入力を与えたときの該制御点の運動を求める上で車両のホイールベースを知る必要がある。  In the driving method of the vehicle moving device already filed by the present inventors, it is necessary to know the wheel base of the vehicle in order to obtain the motion of the control point when a speed input is given to the control point.

しかしながら、実際には搬送の対象となる車種は非常に多く、そのホイールベースも様々である。このため、例えば、データベースとしてホイールベースを知識化する方法が考えられるが、この場合、車種を特定する装置の導入、或いは利用者に車種の入力を求めることが必要となり、手間がかかり、あまり好ましい手段であるとは言えなかった。又、カメラ等のセンサにより寸法を計測する方法も考えられるが、測定誤差や車体の弾性による寸法の変化が生じる可能性があり、必ずしも充分であるとは言えなかった。  However, there are actually a large number of vehicles that are transported, and the wheelbases are also various. For this reason, for example, a method of making the wheelbase knowledgeable as a database is conceivable, but in this case, it is necessary to introduce a device for identifying the vehicle type or to require the user to input the vehicle type, which is troublesome and is not preferable. It could not be said that it was a means. Although a method of measuring the dimensions with a sensor such as a camera is conceivable, there is a possibility that a change in dimensions due to a measurement error or the elasticity of the vehicle body may occur, which is not always sufficient.

本発明は、斯かる実情に鑑み、力制御を適用することにより、車両のホイールベースを推定しつつ、該車両の前輪又は後輪のいずれか一方の車輪をリーダ台車とフォロワ台車とによりリフトアップして精度良く移動させることができる車両移動装置の運転方法を提供しようとするものである。  In view of such circumstances, the present invention lifts up one of the front wheels and the rear wheels of the vehicle with a leader carriage and a follower carriage while estimating the wheel base of the vehicle by applying force control. Thus, an object of the present invention is to provide a driving method for a vehicle moving device that can be moved with high accuracy.

本発明は、走行駆動装置により全方向に自走可能な台車本体と、該台車本体に連結機構を介して取り付けられ且つ車両の一つの車輪をリフトアップするリフターとを有し、与えられた目標軌道に沿って移動可能なリーダ台車と、
走行駆動装置により全方向に自走可能な台車本体と、該台車本体に連結機構を介して取り付けられ且つ前記車両の前記リーダ台車にてリフトアップされる車輪以外の一つの車輪をリフトアップするリフターとを有し、前記リーダ台車の動きを推定しつつ追従することにより、該リーダ台車と協調して車両を移動させるフォロワ台車とを備え、
前記車両の前輪又は後輪のいずれか一方の車輪を前記リーダ台車とフォロワ台車とによってリフトアップし、該リーダ台車とフォロワ台車の制御点を前記車両のリフトアップされる二個の車輪の中点に設定し、前記車両を含めたシステム全体を、前記中点に設定され且つ能動的に全方向へ速度を発生可能な仮想キャスタと、前記車両の接地している側の対向する二個の車輪とによって構成される三輪車モデルに見立てて位置制御する車両移動装置の運転方法であって、
前記リーダ台車とフォロワ台車を前記制御点回りにインピーダンス制御して［数２０］に示す運動を行わせ、

送するために制御点に生じさせたい絶対座標系Ｏ_{−ｘ’ｙ’}（車両の進行方向をｘ’とし、ｘ’と垂直な方向をｙ’とした座標系）から見た目標速度）

想定ホイールベースＬ^ｉｎｔを実時間で計算することにより、最終的に想定ホイールベースＬ^ｉｎｔを実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌに収束させ、該実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌを推定することを特徴とする車両移動装置の運転方法にかかるものである。The present invention has a cart body that can be self-propelled in all directions by a travel drive device, and a lifter that is attached to the cart body via a coupling mechanism and lifts up one wheel of the vehicle, and has a given target A leader carriage movable along the track;
A carriage main body capable of self-propelling in all directions by a traveling drive device, and a lifter for lifting one wheel other than the wheel attached to the carriage main body via a coupling mechanism and lifted up by the leader carriage of the vehicle A follower carriage that moves the vehicle in cooperation with the leader carriage by following the movement while estimating the movement of the leader carriage.
The wheel of either the front wheel or the rear wheel of the vehicle is lifted by the leader carriage and the follower carriage, and the control point of the leader carriage and the follower carriage is the midpoint of the two wheels to be lifted by the vehicle The entire system including the vehicle, the virtual caster set at the midpoint and capable of actively generating speed in all directions, and the two wheels facing each other on the grounding side of the vehicle A driving method of a vehicle moving device that controls the position of a tricycle model constituted by:
Impedance control of the leader carriage and the follower carriage around the control point is performed as shown in [Equation 20],

The target speed as seen from the absolute coordinate system O-_{x'y '} (the coordinate system in which the vehicle traveling direction is x' and the direction perpendicular to x 'is y') to be generated at the control point for transmission

Vehicle movement characterized by calculating the assumed wheelbase L^int in real time to finally converge the assumed wheelbase L^int to the actual wheel base L^real and estimating the actual wheel base L^real This is related to the operation method of the apparatus.

本発明の車両移動装置の運転方法を利用すれば、前記制御点に速度入力を与えたときの該制御点の運動を求める上で知る必要のある車両のホイールベースを、例えば、データベースとしてホイールベースを知識化したりすることなく、推定可能となるため、車種を特定する装置の導入、或いは利用者に車種の入力を求めることが不要となり、手間がかからなくなる。又、カメラ等のセンサにより寸法を計測する方法も導入しなくて済むため、測定誤差や車体の弾性による寸法の変化が生じることに伴う不具合が生じる心配もない。  If the driving method of the vehicle moving apparatus of the present invention is used, the wheel base of the vehicle that needs to be known for obtaining the motion of the control point when a speed input is given to the control point, for example, the wheel base as a database. Therefore, it is not necessary to introduce a device for identifying the vehicle type or to ask the user to input the vehicle type, and it is not time-consuming. In addition, since it is not necessary to introduce a method for measuring dimensions with a sensor such as a camera, there is no fear of causing problems due to measurement errors and changes in dimensions due to elasticity of the vehicle body.

本発明の車両移動装置の運転方法によれば、力制御を適用することにより、車両のホイールベースを推定しつつ、該車両の前輪又は後輪のいずれか一方の車輪をリーダ台車とフォロワ台車とによりリフトアップして精度良く移動させることができるという優れた効果を奏し得る。  According to the driving method of the vehicle moving device of the present invention, by applying force control, the wheel base of the vehicle is estimated, and either the front wheel or the rear wheel of the vehicle is set as a leader carriage and a follower carriage. Therefore, it is possible to achieve an excellent effect of being able to lift up and move with high accuracy.

本発明の車両移動装置の運転方法の実施例を示す全体概要斜視図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.本発明の車両移動装置の運転方法の実施例におけるリーダ台車（フォロワ台車）を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the leader trolley | bogie (follower trolley | bogie) in the Example of the driving | running method of the vehicle moving apparatus of this invention.本発明の車両移動装置の運転方法の実施例におけるリーダ台車（フォロワ台車）を底面側から示す斜視図である。It is a perspective view which shows the leader trolley | bogie (follower trolley | bogie) in the Example of the operating method of the vehicle moving apparatus of this invention from the bottom face side.本発明の車両移動装置の運転方法の実施例におけるリーダ台車（フォロワ台車）の連結機構を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the connection mechanism of the leader trolley (follower trolley | bogie) in the Example of the driving | running method of the vehicle moving apparatus of this invention.本発明の車両移動装置の運転方法の実施例におけるリーダ台車（フォロワ台車）のリフターの車輪浮上支持装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the wheel floating support apparatus of the lifter of the leader trolley | bogie (follower trolley | bogie) in the Example of the driving | running method of the vehicle moving apparatus of this invention.本発明の車両移動装置の運転方法の実施例におけるリーダ台車の全体制御系統並びにフォロワ台車の全体制御系統を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole control system of the leader trolley | bogie in the Example of the driving | running method of the vehicle moving apparatus of this invention, and the whole control system of a follower trolley | bogie.本発明の車両移動装置の運転方法の実施例におけるリーダ台車とフォロワ台車の協調制御に関するシステム図である。It is a system diagram regarding the cooperative control of the leader carriage and the follower carriage in the embodiment of the driving method of the vehicle moving apparatus of the present invention.本発明の車両移動装置の運転方法の実施例における各連結機構の配置を示す平面図である。It is a top view which shows arrangement | positioning of each connection mechanism in the Example of the driving | running method of the vehicle moving apparatus of this invention.本発明の車両移動装置の運転方法の実施例におけるシステム全体の幾何モデル図である。It is a geometric model figure of the whole system in the Example of the driving | running method of the vehicle moving apparatus of this invention.本発明の車両移動装置の運転方法の実施例におけるホイールベースの推定アルゴリズムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the estimation algorithm of a wheel base in the Example of the driving | running method of the vehicle moving apparatus of this invention.

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。  Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図１〜図１０は本発明の車両移動装置の運転方法の実施例であって、
走行駆動装置１により全方向に自走可能な台車本体２と、該台車本体２に連結機構３を介して取り付けられ且つ物体としての車両４の一つの車輪４ａをリフトアップするリフター５とを有し、与えられた目標軌道に沿って移動可能なリーダ台車Ａと、
走行駆動装置１により全方向に自走可能な台車本体２と、該台車本体２に連結機構３を介して取り付けられ且つ前記車両４の前記リーダ台車Ａにてリフトアップされる車輪４ａ以外の一つの車輪４ａをリフトアップするリフター５とを有し、前記リーダ台車Ａの動きを推定しつつ追従することにより、該リーダ台車Ａと協調して車両４を移動させるフォロワ台車Ｂとを備えてなる車両移動装置を利用するようにしたものである。FIGS. 1-10 is an Example of the driving | running method of the vehicle moving apparatus of this invention, Comprising:
A carriagemain body 2 capable of self-propelling in all directions by the traveling drive device 1 and alifter 5 attached to the carriagemain body 2 via aconnecting mechanism 3 and lifting up one wheel 4a of thevehicle 4 as an object are provided. A leader carriage A movable along a given target trajectory;
A carriagemain body 2 that can be self-propelled in all directions by the travel drive device 1 and a wheel 4a that is attached to the carriagemain body 2 via acoupling mechanism 3 and lifted up by the leader carriage A of the vehicle 4 Alifter 5 that lifts up the four wheels 4a, and a follower carriage B that moves thevehicle 4 in cooperation with the leader carriage A by following the movement while estimating the movement of the leader carriage A. A vehicle moving device is used.

前記台車本体２は、図１〜図３に示す如く、直方体の四隅部をカットして細長い八角柱形状に組み立てられた台車フレーム２ａの四隅部に、走行駆動装置１として走行車輪６を走行モータ７（走行アクチュエータ）（図６参照）の作動により水平な車軸８を中心に回転可能に配設してなる構成を有している。尚、前記走行車輪６は、操舵を必要としないオムニホイール（登録商標）やメカナムホイール等の全方向移動車輪とし、台車本体２の幅方向（図８の左右方向）に対しそれぞれ４５°の角度を持ち、且つ対角に位置する走行車輪６同士が平行となるようにしてある。又、前記走行モータ７には、軌道センサとしての走行エンコーダ１１（図６参照）が一体に組み込まれ、台車本体２の実際の軌道情報を検出できるようにしてある。更に又、前記走行車輪６の全てが常に地面と接触するよう、四個のうち二個の走行車輪６はサスペンション機構６ａを介して台車フレーム２ａに取り付けるようにしてある。  As shown in FIGS. 1 to 3, thecart body 2 has a runningmotor 6 as a running drive device 1 at the four corners of acart frame 2 a that is assembled into an elongated octagonal prism shape by cutting four corners of a rectangular parallelepiped. 7 (traveling actuator) (see FIG. 6) is arranged to be rotatable about a horizontal axle 8. Thetraveling wheel 6 is an omnidirectional moving wheel such as an omni wheel (registered trademark) or mecanum wheel that does not require steering, and is 45 ° with respect to the width direction of the carriage body 2 (left and right direction in FIG. 8). Thetraveling wheels 6 having an angle and located diagonally are parallel to each other. Thetravel motor 7 is integrated with a travel encoder 11 (see FIG. 6) as a track sensor so that actual track information of thecart body 2 can be detected. Furthermore, two of the fourtraveling wheels 6 are attached to thecarriage frame 2a via thesuspension mechanism 6a so that all of thetraveling wheels 6 are always in contact with the ground.

前記連結機構３は、図３及び図４に示す如く、力センサとしての引張圧縮型のロードセル１３の両端にロッド１４を取り付けた連結部材１５を、その一端がユニバーサルジョイント１６により台車本体２側に連結され他端がユニバーサルジョイント１６によりリフター５側に連結されるよう、同一水平面内に複数（図８の例では三個）配設してなるパラレルリンク機構１７によって構成してある。この場合、前記台車本体２に対しリフター５は、図２に示す如く、水平面内におけるＸ−Ｙ方向に移動する方向の２自由度と、該Ｘ−Ｙ方向に対して直交するＺ軸を中心として回転する方向の１自由度とを加えた平面３自由度が拘束され、且つＸ軸を中心として回転する方向の１自由度と、Ｙ軸を中心として回転する方向の１自由度と、Ｚ軸方向に移動する方向の１自由度とを加えた３自由度がフリーとなるよう、前記パラレルリンク機構１７（図３、図４及び図８参照）を介して配置される形となる。  As shown in FIGS. 3 and 4, theconnecting mechanism 3 includes a connectingmember 15 havingrods 14 attached to both ends of a tension /compression load cell 13 as a force sensor, one end of which is connected to thecart body 2 side by auniversal joint 16. A plurality of (three in the example shown in FIG. 8)parallel link mechanisms 17 are arranged in the same horizontal plane so that the other ends are connected to thelifter 5 side by theuniversal joint 16. In this case, as shown in FIG. 2, thelifter 5 with respect to thecart body 2 has two degrees of freedom in the direction of movement in the XY direction in the horizontal plane and the Z axis orthogonal to the XY direction. 3 degrees of freedom in the plane plus one degree of freedom in the direction of rotation, and one degree of freedom in the direction of rotation around the X axis, one degree of freedom in the direction of rotation around the Y axis, and Z It is arranged via the parallel link mechanism 17 (see FIGS. 3, 4 and 8) so that three degrees of freedom including one degree of freedom in the direction of movement in the axial direction is free.

前記リフター５は、図１〜図３及び図５に示す如く、前記車両４の各車輪４ａを支持するための車輪浮上支持装置１８を装備し、該車輪浮上支持装置１８は、前記台車本体２に対し連結機構３を介して取り付けられるリフターフレーム５ａに、リニアガイドレール１９を台車本体２の幅方向（図８の左右方向）へ延びるよう固定配置すると共に、該リニアガイドレール１９に対し、リニアガイドブロック１９ａを介して一対のラック部材２１を互いにそのラック部の形成面が対向した状態で前記リニアガイドレール１９に沿ってスライド自在となるよう配設し、前記リフターフレーム５ａの中央部に一体に設けられ両端が開放された中空箱形のベース枠５ｂに、エンコーダ等のリフトバー開閉センサ２２が一体に設けられたモータ等のリフトバー開閉アクチュエータ２３を取り付け、該リフトバー開閉アクチュエータ２３によって回転駆動される駆動ピニオン２４を前記一対のラック部材２１の互いに対向するラック部に対し前記ベース枠５ｂ内でその両方に噛合させ、前記リニアガイドブロック１９ａから、底面が開放された断面門型のカバーフレーム５ｃを張り出させ、該カバーフレーム５ｃに対し、外周に車輪支持ローラ２５が回転自在に嵌装され且つ先端部と基端部に接地支持輪２６が取り付けられたリフトバー２７を、前記ラック部材２１と直角な水平方向へ延び且つ前記リニアガイドレール１９と平行な揺動軸５ｄを中心に揺動自在となるよう取り付けてなる構成を有し、前記リフター５の車輪浮上支持装置１８における一対のリフトバー２７を前記車両４の各車輪４ａの前後に配置して互いに近接させることにより、該車両４をリフトアップするよう構成してある。尚、前記リフトバー２７の両端に取り付けた接地支持輪２６により車両４の重量全てを支持するため、台車本体２は、車両４の重量を支持できるよう頑丈に設計する必要がなくなるという利点があり、更に、前記リフトバー２７をその開閉方向と平行な揺動軸５ｄを中心に揺動自在となるようにしているため、二本のリフトバー２７に取り付けた四つの接地支持輪２６は常に接地する形となり、好ましい。  As shown in FIGS. 1 to 3 and 5, thelifter 5 is equipped with a wheellevitation support device 18 for supporting each wheel 4 a of thevehicle 4, and the wheellevitation support device 18 is provided with thecart body 2. Thelinear guide rail 19 is fixedly disposed on thelifter frame 5a attached via the connectingmechanism 3 so as to extend in the width direction of the carriage main body 2 (left and right direction in FIG. 8). A pair ofrack members 21 are arranged so as to be slidable along thelinear guide rail 19 with the rack portion forming surfaces facing each other via theguide block 19a, and are integrated with the central portion of thelifter frame 5a. A lift of a motor or the like in which a lift bar opening /closing sensor 22 such as an encoder is integrally provided in a hollow box-shapedbase frame 5b provided at both ends and open. The open /close actuator 23 is attached, and thedrive pinion 24 that is rotationally driven by the lift bar open /close actuator 23 is engaged with both of the opposing rack portions of the pair ofrack members 21 within thebase frame 5b, and the linear guide From theblock 19a, a cover-type cover frame 5c having an open bottom surface is projected, and awheel support roller 25 is rotatably fitted to the outer periphery of thecover frame 5c and is grounded at the distal end and the proximal end. Thelift bar 27 to which thesupport wheel 26 is attached has a configuration in which thelift bar 27 is attached so as to be swingable about aswing shaft 5d extending in a horizontal direction perpendicular to therack member 21 and parallel to thelinear guide rail 19. Then, a pair of lift bars 27 in the wheellevitation support device 18 of thelifter 5 is connected to eachwheel 4 of thevehicle 4. By close to each other and arranged one behind the, it is configured to lift up thevehicle 4. In addition, since the entire weight of thevehicle 4 is supported by theground support wheels 26 attached to both ends of thelift bar 27, there is an advantage that thecart body 2 does not need to be designed so as to be able to support the weight of thevehicle 4, Further, since thelift bar 27 is swingable around aswing shaft 5d parallel to the opening and closing direction, the fourground support wheels 26 attached to the twolift bars 27 are always in contact with the ground. ,preferable.

前記リフトバー２７の車輪支持ローラ２５表面には、ローレット加工、或いは滑り止め塗料の塗装といった滑り止め加工を施すようにしてある。  The surface of thewheel support roller 25 of thelift bar 27 is subjected to anti-slip processing such as knurling or anti-slip coating.

前記接地支持輪２６には、一般的なキャスタを用いるようにしてあるが、前記走行車輪６と同様に、操舵を必要としないオムニホイール（登録商標）やメカナムホイール等の全方向移動車輪を用いても良いことは言うまでもない。  A general caster is used for thegrounding support wheel 26, but an omnidirectional moving wheel such as an omni wheel (registered trademark) or a mecanum wheel that does not require steering, like thetraveling wheel 6, is used. Needless to say, it may be used.

一方、図６はリーダ台車Ａの全体制御系統並びにフォロワ台車Ｂの全体制御系統を示すブロック図であり、前記リーダ台車Ａに搭載されたリーダ制御部３１には、前記台車本体２の走行駆動装置１における走行アクチュエータとしての走行モータ７と、前記台車本体２の走行駆動装置１における軌道センサとしての走行エンコーダ１１と、前記連結機構３の力センサとしてのロードセル１３と、前記リフター５の車輪浮上支持装置１８におけるリフトバー開閉アクチュエータ２３と、前記リフター５の車輪浮上支持装置１８におけるリフトバー開閉センサ２２と、前記フォロワ台車Ｂへ制御情報を送信するための無線通信装置３９とを接続し、前記連結機構３の力センサとしてのロードセル１３による検出信号と、前記台車本体２の走行駆動装置１における軌道センサとしての走行エンコーダ１１による検出信号とに基づいて、前記台車本体２の走行駆動装置１における走行アクチュエータとしての走行モータ７に駆動信号を出力すると共に、前記無線通信装置３９にてフォロワ台車Ｂへの制御情報を送信しつつ、前記リフター５の車輪浮上支持装置１８におけるリフトバー開閉センサ２２による検出信号に基づいて、前記リフター５の車輪浮上支持装置１８におけるリフトバー開閉アクチュエータ２３に駆動信号を出力する一方、
前記フォロワ台車Ｂに搭載されたフォロワ制御部３２には、前記台車本体２の走行駆動装置１における走行アクチュエータとしての走行モータ７と、前記台車本体２の走行駆動装置１における軌道センサとしての走行エンコーダ１１と、前記連結機構３の力センサとしてのロードセル１３と、前記リフター５の車輪浮上支持装置１８におけるリフトバー開閉アクチュエータ２３と、前記リフター５の車輪浮上支持装置１８におけるリフトバー開閉センサ２２と、前記リーダ台車Ａからの制御情報を受信するための無線通信装置４０とを接続し、前記連結機構３の力センサとしてのロードセル１３による検出信号と、前記台車本体２の走行駆動装置１における軌道センサとしての走行エンコーダ１１による検出信号と、前記無線通信装置４０で受信したリーダ台車Ａからの制御情報とに基づいて、前記台車本体２の走行駆動装置１における走行アクチュエータとしての走行モータ７に駆動信号を出力すると共に、前記リフター５の車輪浮上支持装置１８におけるリフトバー開閉センサ２２による検出信号に基づいて、前記リフター５の車輪浮上支持装置１８におけるリフトバー開閉アクチュエータ２３に駆動信号を出力するようにしてある。On the other hand, FIG. 6 is a block diagram showing an overall control system of the leader carriage A and an overall control system of the follower carriage B. Theleader controller 31 mounted on the leader carriage A includes a travel drive device for thecarriage body 2. 1, atravel motor 7 as a travel actuator, atravel encoder 11 as a track sensor in the travel drive device 1 of thecart body 2, aload cell 13 as a force sensor of thecoupling mechanism 3, and a wheel suspension support of thelifter 5. The lift bar opening /closing actuator 23 in thedevice 18, the lift bar opening /closing sensor 22 in the wheelsuspension support device 18 of thelifter 5, and thewireless communication device 39 for transmitting control information to the follower carriage B are connected, and thecoupling mechanism 3 Detection signal by theload cell 13 as a force sensor of the vehicle and the driving of thecart body 2 Based on the detection signal from thetravel encoder 11 as the track sensor in the apparatus 1, a drive signal is output to thetravel motor 7 as the travel actuator in the travel drive device 1 of thecart body 2, and at thewireless communication device 39 While transmitting control information to the follower carriage B, a drive signal is sent to the lift bar opening /closing actuator 23 in the wheel floatingsupport device 18 of thelifter 5 based on the detection signal from the lift bar opening /closing sensor 22 in the wheel floatingsupport device 18 of thelifter 5. While outputting
Thefollower control unit 32 mounted on the follower cart B includes atravel motor 7 as a travel actuator in the travel drive device 1 of thecart body 2 and a travel encoder as a track sensor in the travel drive device 1 of thecart body 2. 11, aload cell 13 as a force sensor of thecoupling mechanism 3, a lift bar opening /closing actuator 23 in the wheellevitation support device 18 of thelifter 5, a lift bar opening /closing sensor 22 in the wheellevitation support device 18 of thelifter 5, and the reader Awireless communication device 40 for receiving control information from the carriage A is connected, a detection signal by theload cell 13 as a force sensor of thecoupling mechanism 3, and a track sensor in the traveling drive device 1 of thecarriage body 2. The detection signal from the travelingencoder 11 and thewireless communication device 40 Based on the received control information from the leader carriage A, a driving signal is output to a travelingmotor 7 as a traveling actuator in the traveling drive apparatus 1 of the carriagemain body 2 and a lift bar in the wheelsuspension support apparatus 18 of thelifter 5 is provided. Based on the detection signal from the opening /closing sensor 22, a drive signal is output to the lift bar opening /closing actuator 23 in the wheelsuspension support device 18 of thelifter 5.

前記リーダ台車Ａとフォロワ台車Ｂの協調制御に関するシステムについてより詳しくは、図７に示す如く、前記リーダ台車Ａとフォロワ台車Ｂとの間で車両４を介して相互に働く相互作用力を前記リーダ台車Ａの力センサとしてのロードセル１３により力情報として検出し、前記リーダ台車Ａの台車本体２の実際の軌道情報を前記軌道センサとしての走行エンコーダ１１によって検出し、前記リーダ制御部３１において、予め入力される目標軌道情報と、前記リーダ台車Ａの力センサとしてのロードセル１３で検出された力情報と、前記リーダ台車Ａの軌道センサとしての走行エンコーダ１１で検出された実際の軌道情報とに基づき、前記リーダ台車Ａの台車本体２の走行アクチュエータへ電流指令値を出力すると共に、前記無線通信装置３９にてフォロワ台車Ｂへの制御情報を送信し、前記リーダ台車Ａの台車本体２を目標軌道に沿って移動させる一方、
前記リーダ台車Ａとフォロワ台車Ｂとの間で車両４を介して相互に働く相互作用力を前記フォロワ台車Ｂの力センサとしてのロードセル１３により力情報として検出し、前記フォロワ台車Ｂの台車本体２の実際の軌道情報を前記軌道センサとしての走行エンコーダ１１によって検出し、前記リーダ台車Ａから無線通信装置３９にて送信される制御情報を無線通信装置４０で受信し、前記フォロワ制御部３２において、前記フォロワ台車Ｂの力センサとしてのロードセル１３で検出された力情報と、前記フォロワ台車Ｂの軌道センサとしての走行エンコーダ１１で検出された実際の軌道情報と、前記無線通信装置４０で受信したリーダ台車Ａからの制御情報とに基づき、前記フォロワ台車Ｂの台車本体２の走行アクチュエータへ電流指令値を出力し、前記フォロワ台車Ｂの台車本体２を前記リーダ台車Ａの動きに追従させて移動させるようにしてある。In more detail about the system related to the cooperative control of the leader carriage A and the follower carriage B, as shown in FIG. 7, the interaction force acting between the leader carriage A and the follower carriage B via thevehicle 4 as shown in FIG. It is detected as force information by aload cell 13 as a force sensor of the carriage A, and actual trajectory information of thecarriage body 2 of the leader carriage A is detected by atravel encoder 11 as the trajectory sensor. Based on the input target trajectory information, the force information detected by theload cell 13 as the force sensor of the leader carriage A, and the actual trajectory information detected by thetravel encoder 11 as the trajectory sensor of the leader carriage A. The current command value is output to the traveling actuator of thecart body 2 of the reader cart A, and thewireless communication device 3 While at transmit control information to the follower carriage B, to move thecarriage body 2 of the leader carriage A along the target track,
The interaction force acting between the leader carriage A and the follower carriage B via thevehicle 4 is detected as force information by aload cell 13 as a force sensor of the follower carriage B, and the carriagemain body 2 of the follower carriage B is detected. Is detected by the travelingencoder 11 as the track sensor, and the control information transmitted from the reader carriage A by thewireless communication device 39 is received by thewireless communication device 40. In thefollower control unit 32, The force information detected by theload cell 13 as the force sensor of the follower carriage B, the actual track information detected by thetravel encoder 11 as the track sensor of the follower carriage B, and the reader received by thewireless communication device 40 Based on the control information from the carriage A, the current command value is output to the traveling actuator of thecarriage body 2 of the follower carriage B. And, it is to move thecarriage body 2 of the follower carriage B by following the movement of the leader carriage A.

尚、前記フォロワ台車Ｂの台車本体２がリーダ台車Ａの動きに追従して移動するための前記ロードセル１３で検出された力情報に、例えば、地面と前記リフター５の接地支持輪２６との摩擦や慣性力等の外乱要素が影響を与える場合、前記リーダ台車Ａの動きにフォロワ台車Ｂが追従しようとする動きに対し誤差を増大させてしまうので、より安定した状態で前記リーダ台車Ａとフォロワ台車Ｂとを協調させて車両４を移動させるには、前述の如き誤差を修正するための制御情報が必要となることから、該制御情報を前記リーダ制御部３１より、前記リーダ台車Ａの無線通信装置３９にて送信しフォロワ台車Ｂの無線通信装置４０で受信し、フォロワ制御部３２で前記誤差を修正する計算を前記制御情報に基づいて行うようにしてある。  Note that the force information detected by theload cell 13 for thecarriage body 2 of the follower carriage B to move following the movement of the leader carriage A includes, for example, the friction between the ground and theground support wheel 26 of thelifter 5. When a disturbance element such as inertia or inertia affects, an error is increased with respect to the movement of the follower carriage B following the movement of the leader carriage A. Therefore, the leader carriage A and the follower are more stably maintained. In order to move thevehicle 4 in cooperation with the carriage B, control information for correcting the error as described above is required. Therefore, the control information is transmitted from thereader control section 31 to the radio of the leader carriage A. Thecommunication device 39 transmits the data, thewireless communication device 40 of the follower carriage B receives the data, and thefollower control unit 32 performs a calculation for correcting the error based on the control information.

ここで、前記力センサとしての引張圧縮型のロードセル１３が介装された連結部材１５を平面３自由度を拘束するパラレルリンク機構１７として図８に示すような配置で三つ取り付けた場合、ロードセル１３による検出値をヤコビ行列で座標変換すると、外力としてリフター５に加わる力を平面３自由度の力情報として得ることができるが、具体的な計算例については、特許文献３に記載されている。  Here, when three connectingmembers 15 having the tension /compression load cell 13 as the force sensor are attached as theparallel link mechanism 17 for restraining three degrees of freedom of the plane, the load cell is attached as shown in FIG. If the detected value obtained by 13 is coordinate-transformed with a Jacobian matrix, the force applied to thelifter 5 as an external force can be obtained as force information with three degrees of freedom in the plane, but a specific calculation example is described inPatent Document 3. .

又、リーダ台車Ａとフォロワ台車Ｂの協調制御の基本的な考え方に関しては、小菅一弘、大住智宏、千葉晋彦による「単一物体を操る複数移動ロボットの分散協調制御」、日本ロボット学会誌１６巻１号、ｐｐ．８７〜９５に記載されている。  Also, regarding the basic concept of cooperative control of leader carriage A and follower carriage B, “Distributed cooperative control of multiple mobile robots that manipulate a single object” by Kazuhiro Komine, Tomohiro Ozumi, and Yasuhiko Chiba, Journal of the Robotics Society ofJapan 16 vol.1, pp. 87-95.

そして、本実施例の場合、図１に示す如く、前記車両４の車輪４ａのうち右側の前輪を前記リーダ台車Ａでリフトアップすると共に、前記車両４の車輪４ａのうち左側の前輪を前記フォロワ台車Ｂによってリフトアップし、図９に示す如く、該リーダ台車Ａとフォロワ台車Ｂの制御点ＣＰを前記車両４のリフトアップされる二個の車輪４ａの中点に設定し、前記車両４を含めたシステム全体を、前記中点に設定され且つ能動的に全方向へ速度を発生可能な仮想キャスタと、前記車両４の接地している側の対向する二個の車輪４ａとによって構成される三輪車モデルに見立てて位置制御するよう構成してある。  In the case of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the right front wheel of the wheels 4a of thevehicle 4 is lifted up by the leader carriage A, and the left front wheel of the wheels 4a of thevehicle 4 is lifted by the follower. As shown in FIG. 9, the control point CP of the leader carriage A and the follower carriage B is set to the middle point of the two wheels 4a to be lifted up of thevehicle 4 as shown in FIG. The entire system, including the virtual caster set at the midpoint and capable of actively generating speed in all directions, and two opposing wheels 4a on the grounding side of thevehicle 4 are configured. It is configured to control the position like a tricycle model.

図９に示すシステム全体の幾何モデルにおいて、Ｏを原点とするＸ−Ｙ座標系を設定した場合、前記制御点ＣＰの位置と姿勢を（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ，θ_ｐ）で表し、車両４の進行方向と平行な方向の速度をｕ_２、該ｕ_２と直交する方向のリーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂが生成する制御点ＣＰの速度をｕ_１、車両４のホイールベースをＬとすると、前記制御点ＣＰにｕ_１、ｕ_２の速度入力を与えたときの該制御点ＣＰの運動は下記の［数１］で表される。

In the geometric model of the entire system shown in FIG. 9, when an XY coordinate system with O as the origin is set, the position and orientation of the control point CP are represented by (x_p , y_p , θ_p ), and the vehicle 4 u₂ the traveling direction parallel to the direction of the velocity of_the, u₁ the speed of the control points CP generated by the direction of the leader carriage a and the follower carriages B orthogonal to the u_2, when the wheel base of thevehicle 4 is L, The motion of the control point CP when the velocity inputs of u₁ and u₂ are given to the control point CP is expressed by the following [Equation 1].

尚、［数１］で表される幾何モデルは一般的な三輪車モデルと異なり操舵輪の概念はなく、全方向移動ロボットとしての前記リーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂにより制御点ＣＰに即座に任意の方向へ速度を発生させることが可能である。  Unlike the general tricycle model, the geometric model represented by [Equation 1] does not have the concept of a steered wheel, and the reader cart A and follower cart B as omnidirectional mobile robots can immediately set an arbitrary point at the control point CP. It is possible to generate speed in the direction.

このモデルにおいて、前記リーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂが指令通りに速度を発生可能で、同時に車両４の移動を開始し、同一の計算式に従って制御入力が決定され、同一の周期でループする制御系とするならば、理論上は前記リーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂの制御点ＣＰは常に一致し、同期しながら車両４の搬送を行うことできる。又、このモデル化により既に提案されている三輪車型ロボットの制御手法を本実施例の車両移動装置の運転方法に適用できるようになる。  In this model, the leader carriage A and the follower carriage B can generate a speed as instructed, start the movement of thevehicle 4 at the same time, determine the control input according to the same calculation formula, and loop in the same cycle. In theory, the control points CP of the leader carriage A and the follower carriage B always coincide with each other, and thevehicle 4 can be conveyed while being synchronized. In addition, the three-wheeled robot control method already proposed by this modeling can be applied to the driving method of the vehicle moving apparatus of this embodiment.

先ず、前記三輪車の幾何モデルを非ホロノミックシステムの制御手法の一つであるＣｈａｉｎｅｄ Ｓｙｓｔｅｍに変換する。［数１］で表されるシステムはＣｈａｉｎｅｄ Ｓｙｓｔｅｍへ変換するための十分条件を満たしており、［数２］で表される１Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、１Ｃｈａｉｎ、２入力型のＣｈａｉｎｅｄ Ｓｙｓｔｅｍに変換できる。

First, the geometric model of the tricycle is converted into a chained system which is one of the control methods of the nonholonomic system. The system represented by [Expression 1] satisfies a sufficient condition for conversion to Chained System, and can be converted to 1 Generator, 1 Chain, and 2-input Chained System expressed by [Expression 2].

尚、状態変数ｚはｘ_ｐにより［数３］のように表され、又、入力ｖ_１，ｖ_２はｕ_１，ｕ_２により［数４］のように表される。

Incidentally, the state variable z is expressed as [Equation 3] by_{x p,} The input_v 1,_{v 2} is expressed as Equation 4] by_u 1,_{u 2.}

Ｃｈａｉｎｅｄ Ｓｙｓｔｅｍを用いた制御手法の一つとして、Ｋｈｅｎｎｏｕｆ等により提案されている疑似連続指数安定化制御がある。疑似連続指数安定化制御は、Ｃｈａｉｎｅｄ Ｓｙｓｔｅｍに［数５］に示すフィードバック入力を与えることにより、ｚを０へ収束させる制御手法であり、そのときｘ_ｐも０へ収束する。

As one of control methods using Chained System, there is quasi-continuous exponential stabilization control proposed by Khennouf et al. The quasi-continuous exponential stabilization control is a control method for converging z to 0 by giving the feedback input shown in [Equation 5] to the Chained System. At that time,_xp also converges to 0.

本制御則ではフィードバックゲインｆ，ｋをｆ＞２ｋを満たすように定める必要がある。そうしない場合はＳ（ｚ）よりもＷ（ｚ）が先に０に収束し、入力が発散する。尚、Ｓ（ｚ）、Ｗ（ｚ）は［数６］、［数７］に示すようにｚで表される関数である。

In this control law, it is necessary to determine the feedback gains f and k so as to satisfy f> 2k. Otherwise, W (z) converges to 0 earlier than S (z), and the input diverges. S (z) and W (z) are functions represented by z as shown in [Equation 6] and [Equation 7].

但し、疑似連続指数安定化制御はシステムの初期位置と原点、フィードバックゲインｆ，ｋが定まればその軌道が一意に定まる制御手法であり、特定の軌道に追従させるような制御はできないが、車両４の車庫等への搬送作業を考えると、障害物に接触しないよう運動させる必要がある。そこで疑似連続指数安定化制御を利用し、車両４を任意の何点かを経由させることで障害物に接触させずに目標位置まで搬送させることを考える。疑似連続指数安定化制御は状態変数を原点へ収束させる制御則であるが、修正偏差系と呼ばれる、目標値と現在値の偏差から計算される修正偏差変数で表されるＣｈａｉｎｅｄ Ｓｙｓｔｅｍを用いることにより、車両４を任意の位置・姿勢へ収束させることが可能になる。  However, the quasi-continuous exponential stabilization control is a control method in which the trajectory is uniquely determined if the initial position, origin, and feedback gains f and k of the system are determined. Considering the transportation work togarage 4 or the like, it is necessary to exercise so as not to contact an obstacle. Therefore, it is considered that the quasi-continuous exponential stabilization control is used and thevehicle 4 is transported to the target position without contacting the obstacle by passing through some arbitrary points. The quasi-continuous exponential stabilization control is a control law that converges the state variable to the origin. By using a Chained System expressed by a modified deviation variable called a modified deviation system and calculated from the deviation between the target value and the current value. Thevehicle 4 can be converged to an arbitrary position / posture.

修正偏差変数ｅは、［数８］、［数９］により計算される修正目標値ｒと状態ｚの偏差を用いて［数１０］のように定義される。このとき修正偏差変数は［数１１］のようにｖ_１，ｖ_２を入力とするＣｈａｉｎｅｄ Ｓｙｓｔｅｍとなり、ｅが０に収束すると、車両４の位置ｘ_ｐは目標値ｘ´ｐへ収束する。

The corrected deviation variable e is defined as [Equation 10] using the deviation between the corrected target value r calculated by [Equation 8] and [Equation 9] and the state z. At this time, the corrected deviation variable becomes a Chained System with v₁ and v₂ as inputs as in [Equation 11], and when e converges to 0, the position x_{p of the}vehicle 4 converges to the target value x′p.

この修正偏差系に対して、［数１２］に示す疑似連続指数安定化制御を適用することにより、ｅを０に収束させ、車両４を目標の位置・姿勢へ到達させる。

By applying the quasi-continuous exponential stabilization control shown in [Equation 12] to this modified deviation system, e is converged to 0, and thevehicle 4 reaches the target position / posture.

本実施例においては、先ず、停車し後輪のサイドブレーキが開放されている車両４に対し、リーダ台車Ａを走行させてリフター５の車輪浮上支持装置１８のリフトバー２７を車両４の車輪４ａのうち右側の前輪の前後に配置すると共に、フォロワ台車Ｂを走行させてリフター５の車輪浮上支持装置１８のリフトバー２７を前記車両４の車輪４ａのうち左側の前輪の前後に配置する。  In the present embodiment, first, thevehicle 4 is stopped and the side brakes of the rear wheels are released, the leader carriage A is caused to travel, and thelift bar 27 of the wheellevitation support device 18 of thelifter 5 is attached to the wheel 4a of thevehicle 4. Of these, the follower carriage B is run before and after the right front wheel, and the lift bars 27 of the wheelsuspension support device 18 of thelifter 5 are placed before and after the left front wheel of thevehicle 4.

続いて、リーダ制御部３１並びにフォロワ制御部３２からの駆動信号により、前記リフター５の車輪浮上支持装置１８におけるリフトバー開閉アクチュエータ２３を所望の方向へ回転駆動すると、対を成すリフトバー２７が互いに近接する方向へ移動していき、リフトバー２７上に車両４の車輪４ａのうち前輪が載置される形となって、該車両４の前輪が図１に示すようにリフトアップされる。  Subsequently, when the lift bar opening /closing actuator 23 in the wheelsuspension support device 18 of thelifter 5 is driven to rotate in a desired direction by the drive signals from thereader control unit 31 and thefollower control unit 32, the lift bars 27 forming a pair come close to each other. The front wheels of the wheels 4a of thevehicle 4 are placed on thelift bar 27, and the front wheels of thevehicle 4 are lifted up as shown in FIG.

この状態から、図９に示す如く、前記リーダ台車Ａとフォロワ台車Ｂの制御点ＣＰが前記車両４のリフトアップされる二個の車輪４ａの中点に設定され、前記車両４を含めたシステム全体が、前記中点に設定され且つ能動的に全方向へ速度を発生可能な仮想キャスタと、前記車両４の接地している側の対向する二個の車輪４ａとによって構成される三輪車モデルに見立てて位置制御される。  From this state, as shown in FIG. 9, the control point CP of the leader carriage A and the follower carriage B is set to the midpoint of the two wheels 4 a lifted up of thevehicle 4, and includes thevehicle 4. The tricycle model is composed of a virtual caster that is set at the midpoint and can actively generate speed in all directions, and two opposite wheels 4a on the grounding side of thevehicle 4. The position is controlled.

ここで、本発明者等の更なる研究により、本実施例に示すようなモデルには［数１３］の如き運動拘束が働くことが確認されている。

を表す。そして、Ｌ^ｒｅａｌは搬送される車両４の実際のホイールベースを表し、これが非ホロノミック拘束を受けるシステムの運動生成において重要なパラメータの一つとなっている。Here, further studies by the present inventors have confirmed that the model shown in this example has a motion constraint as shown in [Equation 13].

Represents. L^real represents the actual wheelbase of thevehicle 4 to be transported, and this is one of the important parameters in the motion generation of the system subjected to nonholonomic constraints.

そして、前記リーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂに指令する絶対座標系Ｏ_−ｘｙから見た制御

位置・姿勢へ搬送するために制御点ＣＰに生じさせたい絶対座標系Ｏ_{−ｘ’ｙ’}（車両４の進行方

道センサとしての走行エンコーダ１１で求めた絶対座標系Ｏ_−ｘｙから見た制御点ＣＰの実際

先に述べた通り本実施例に示すようなモデルは［数１３］に示す運動拘束を受けるため、前記想定ホイールベースＬ^ｉｎｔが実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌと一致するとき、リーダ台車Ａ

式［数１３］を満たし、従って非ホロノミック拘束の条件を満たすことになり、リーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂは車両４との相対位置・姿勢を保持しながら車両４を目標の位置へ搬送できる。And the control viewed from the absolute coordinate system O-_xy commanded to the leader carriage A and the follower carriage B

Absolute coordinate system O-_{x'y '} desired to be generated at the control point CP for conveyance to the position / posture (how thevehicle 4 proceeds

The actual control point CP as seen from the absolute coordinate system O-_xy obtained by thetravel encoder 11 as the road sensor

As described above, since the model as shown in the present embodiment is subjected to the movement constraint shown in [Equation 13], when the assumed wheelbase L^int coincides with the actual wheelbase^Lreal , the leader carriage A

The expression [Equation 13] is satisfied, and therefore the non-holonomic constraint condition is satisfied, and the leader carriage A and the follower carriage B can transport thevehicle 4 to the target position while maintaining the relative position and posture with respect to thevehicle 4.

これに対し前記想定ホイールベースＬ^ｉｎｔが実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌと一致しない場合は、恒等式［数１３］を満たさず、従って非ホロノミック拘束の条件を満たさないため、車両４は拘束される方向へ運動しないようにするためにリーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂへ拘束力を加える。該拘束力により、リーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂと地面との間に滑りが生じたり、車両４との相対位置・姿勢がずれたりし、結果として車両４を目的の位置へ搬送できなくなる。On the other hand, when the assumed wheel base L^int does not match the actual wheel base L^real , the identity [Equation 13] is not satisfied, and therefore the condition of the nonholonomic constraint is not satisfied. In order not to move, a restraining force is applied to the leader carriage A and the follower carriage B. The binding force causes slippage between the leader carriage A and the follower carriage B and the ground, or a relative position / posture with respect to thevehicle 4 is shifted, and as a result, thevehicle 4 cannot be transported to a target position.

そこで、本実施例では、車両４から受ける運動を拘束する力に対してリーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂが受動的な運動を実現できるようにするために、リーダ台車Ａとフォロワ台車Ｂをそれぞれ制御点ＣＰ回りに［数１５］［数１６］に示すよう、力制御の一つであるインピーダンス制御する。

ここで、Ｍ，Ｄ，Ｋは見せ掛けの質量特性、粘性特性、弾性特性を表すパラメータであり、Ｆはリーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂに作用する力／モーメントであり、該Ｆは前記力センサとしての引張圧縮型のロードセル１３によって検出される。Δｘは力に対して見せ掛けのインピーダンス特性に従って生じる目標位置・姿勢からの偏差ベクトルであって、下記の［数１７］の如く、

て、下記の［数１８］の如く、

制御点ＣＰの実際の速度ベクトルであって、下記の［数１９］の如く、

と示される。Therefore, in this embodiment, in order to enable the leader carriage A and the follower carriage B to realize a passive movement with respect to the force that restrains the movement received from thevehicle 4, the leader carriage A and the follower carriage B are controlled respectively. As shown in [Equation 15] and [Equation 16] around the point CP, impedance control which is one of force control is performed.

Here, M, D, and K are parameters representing the apparent mass characteristic, viscosity characteristic, and elastic characteristic, F is a force / moment acting on the leader carriage A and the follower carriage B, and F is the force sensor. This is detected by a tension /compression load cell 13. Δx is a deviation vector from the target position / posture generated according to the apparent impedance characteristic with respect to the force.

As in [Equation 18] below,

The actual velocity vector of the control point CP, as shown in [Equation 19] below,

It is indicated.

前記力センサとしての引張圧縮型のロードセル１３によって検出される力は、車両４から受ける運動を拘束する力だけでなく、リーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂの引張圧縮の力や床面との摩擦力、車両４の慣性力も含まれる。そのため、これらの力に対するシステムの応答について、以下のように仮定する。先ず、リーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂは同位置を制御点ＣＰとし、同じ制御則で運動するため、二台のリーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂの間に運動誤差は生じず、結果、引張圧縮力は発生しないと仮定する。次に、摩擦力及び慣性力は、同様の理由から、均等に二台のリーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂに分配されると仮定する。最後に、リーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂはインピーダンス制御により車両４から受ける運動を拘束する力に対して受動的に運動し、非ホロノミックな拘束に従って運動すると仮定する。たとえ、摩擦力、慣性力に応じてリーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂが運動する場合でも、非ホロノミックな運動拘束に従うものとする。  The force detected by the tension /compression load cell 13 as the force sensor is not only the force that restrains the movement received from thevehicle 4 but also the tension and compression force of the leader carriage A and the follower carriage B and the frictional force with the floor surface. The inertial force of thevehicle 4 is also included. Therefore, the response of the system to these forces is assumed as follows. First, since the leader carriage A and the follower carriage B have the same position as the control point CP and move according to the same control law, no motion error occurs between the two leader carriages A and the follower carriage B. As a result, the tensile compression force Is assumed not to occur. Next, it is assumed that the frictional force and the inertial force are equally distributed to the two leader carts A and the follower cart B for the same reason. Finally, it is assumed that the leader carriage A and the follower carriage B move passively with respect to the force that restrains the movement received from thevehicle 4 by impedance control, and move according to the nonholonomic constraint. Even when the leader carriage A and the follower carriage B move according to the frictional force and the inertial force, the non-holonomic movement constraint is followed.

以上より、リーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂは［数１４］［数１６］［数１８］［数１９］に基づいて［数２０］に示す運動をする。

尚、インピーダンス制御により、リーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂは車両４に対する姿勢を常に一定に維持でき、車両４の姿勢即ち絶対座標系Ｏ_−ｘｙから見た制御点ＣＰの実際の

As described above, the leader carriage A and the follower carriage B perform the motion shown in [Expression 20] based on [Expression 14], [Expression 16], [Expression 18], and [Expression 19].

Note that, by impedance control, the leader carriage A and the follower carriage B can always maintain the attitude with respect to thevehicle 4, and the attitude of thevehicle 4, that is, the actual control point CP viewed from the absolute coordinate system O-_xy .

前記［数２０］は想定ホイールベースＬ^ｉｎｔが車両４の実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌと異なる場合に運動を生成した際も、インピーダンス制御に基づいて力に対して生じる速度偏差によって、現実にリーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂが受ける非ホロノミックな運動拘束に従って運動することを表す。The above [Equation 20] is actually a leader carriage due to the speed deviation generated for the force based on the impedance control even when the motion is generated when the assumed wheel base L^int is different from the actual wheel base L^real of thevehicle 4. A represents that the A and follower carriage B move according to the nonholonomic movement constraint.

従って、前記リーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂに指令する制御点ＣＰの実際の速度ベク

Therefore, the actual speed vector of the control point CP commanded to the leader carriage A and the follower carriage B is determined.

下記の［数２３］に基づいて、想定ホイールベースＬ^ｉｎｔを実時間で計算することにより、最終的に想定ホイールベースＬ^ｉｎｔを実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌに収束させる。

Based on the following [Equation 23], the assumed wheelbase L^int is calculated in real time, so that the assumed wheelbase L^int is finally converged to the actual wheel base L^real .

Ｌ^ｉｎｔの初期値、ａは任意の正の定数である。

The initial value of L^int , a is an arbitrary positive constant.

上記した本実施例におけるホイールベースの推定アルゴリズムは図１０に示すブロック図のように表される。  The wheelbase estimation algorithm in the above-described embodiment is represented as a block diagram shown in FIG.

因みに、前記リーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂが受ける非ホロノミックな拘束に関して、［数２１］の並進速度を車両４の姿勢に平行な方向に座標変換すると、［数２４］のように直すことができる。

Incidentally, regarding the nonholonomic restraint received by the leader carriage A and the follower carriage B, if the translational speed of [Expression 21] is coordinate-transformed in a direction parallel to the attitude of thevehicle 4, it can be corrected as shown in [Expression 24]. .

前記力センサとしての引張圧縮型のロードセル１３によって検出される検出値にノイズが乗った場合等には、

であるにもかかわらず、

となる場合が考えられ、そのとき、実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌは無限大になってしまう。

１３によって検出される検出値にｙ´軸方向のノイズが生じた場合、僅かなノイズであっても実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌが大きく変動してしまう。従って、実用化を考えたとき、［数２５］によって実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌを求めることは好ましくないと考えられる。

When noise is applied to the detection value detected by the tension /compression load cell 13 as the force sensor,

Despite being

In that case, the actual wheelbase L^real becomes infinite.

When noise in the y′-axis direction is generated in the detection value detected by 13, the actual wheelbase L^real varies greatly even with slight noise. Therefore, when practical application is considered, it is considered not preferable to obtain the actual wheel base L^real by [Equation 25].

一方、［数２８］に定義される実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌと想定ホイールベースＬ^ｉｎｔとの偏差ΔＬを利用して、実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌを推定しようとした場合、

前記偏差ΔＬは、実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌにより定義されるが、［数１６］［数２５］により［数２９］のように計算される。

On the other hand, when an attempt is made to estimate the actual wheel base L^real using the deviation ΔL between the actual wheel base L^real and the assumed wheel base L^int defined in [Equation 28],

The deviation ΔL is defined by the actual wheel base L^real , and is calculated as [Equation 29] by [Equation 16] and [Equation 25].

ベースＬ^ｉｎｔをパラメータとする［数３０］に示す拘束に従って決定される。

It is determined according to the constraint shown in [Expression 30] with the base L^int as a parameter.

前記［数２９］［数３０］により［数３１］が導かれる。

[Equation 31] is derived from [Equation 29] and [Equation 30].

前記［数３１］からわかるように、前記偏差ΔＬは、実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌを直接

記偏差ΔＬにより、実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌを直接推定することは好ましくないと考えられる。As can be seen from [Equation 31], the deviation ΔL can be directly calculated from the actual wheelbase L^real .

It is considered that it is not preferable to directly estimate the actual wheel base L^real from the deviation ΔL.

これに対し、前記［数２２］の右辺の

Ｋ≠０の条件下で０にできれば、恒等式

を満たし、従ってΔＬ＝０，Ｌ^ｉｎｔ＝Ｌ^ｒｅａｌが成り立ち、実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌを推定できると言える。On the other hand, on the right side of [Formula 22]

If it can be 0 under the condition of K ≠ 0, the identity

Therefore, ΔL = 0, L^int = L^real holds, and it can be said that the actual wheel base L^real can be estimated.

できるため、前述の如き力センサとしての引張圧縮型のロードセル１３によって検出される検出値のノイズの問題を回避でき、又、

じてＫを変化させることにより、車両４の角速度に応じて想定ホイールベースＬ^ｉｎｔの収束速度を任意に調節することができるという利点が生じる。

Therefore, it is possible to avoid the problem of noise in the detected value detected by the tension /compression load cell 13 as the force sensor as described above,

Therefore, there is an advantage that the convergence speed of the assumed wheelbase L^int can be arbitrarily adjusted according to the angular speed of thevehicle 4 by changing K.

そして、本発明者等は、本実施例におけるホイールベースの推定アルゴリズムによる実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌと想定ホイールベースＬ^ｉｎｔとの偏差ΔＬの収束性について解析を行った。The inventors analyzed the convergence of the deviation ΔL between the actual wheel base L^real and the assumed wheel base L^{int according} to the wheel base estimation algorithm in the present embodiment.

前記偏差ΔＬは［数２２］［数２８］［数３１］より、［数３５］のように実際のホイ

。

The deviation ΔL is obtained from [Equation 22], [Equation 28] and [Equation 31] as shown in [Equation 35].

.

先ず、

とした場合、［数３５］に［数２３］を代入すると、［数３７］を得る。

First,

If [Equation 23] is substituted into [Equation 35], [Equation 37] is obtained.

更に、［数３７］を時間ｔで微分すると、［数３８］を得る。

Further, when [Equation 37] is differentiated with respect to time t, [Equation 38] is obtained.

［数３７］［数３８］よりΔＬについて微分方程式を解くと、該ΔＬは［数３９］のように表される。

When the differential equation is solved for ΔL from [Equation 37] and [Equation 38], the ΔL is expressed as [Equation 39].

［数３９］より、ΔＬはｔ→∞のとき、０に漸近する。想定ホイールベースＬ^ｉｎｔは実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌに漸近し、ホイールベースを推定したことになる。又、パラメータａを変えることにより、ΔＬの収束速度を調節することが可能である。尚、前記［数３６］のようにＫを設定した場合は、即ち

の場合であり、ΔＬを用いてホイールベースの推定をすることに他ならない。前記［数３

には有効な手法であると考えられる。From [Equation 39], ΔL asymptotically approaches 0 when t → ∞. The assumed wheelbase L^int is asymptotic to the actual wheelbase^Lreal , and the wheelbase is estimated. Further, the convergence speed of ΔL can be adjusted by changing the parameter a. When K is set as in [Equation 36],

This is nothing but the estimation of the wheelbase using ΔL. [Equation 3]

This is considered to be an effective method.

一方、

とした場合、［数２３］を［数３５］に代入すると、［数４２］を得る。

on the other hand,

If [Expression 23] is substituted into [Expression 35], [Expression 42] is obtained.

［数４２］を時間ｔで微分すると、［数４３］を得る。

Differentiating [Equation 42] by time t yields [Equation 43].

［数４２］［数４３］よりΔＬについて微分方程式を解くと、該ΔＬは［数４４］のように表される。

When the differential equation is solved for ΔL from [Equation 42] and [Equation 43], the ΔL is expressed as [Equation 44].

［数４４］より、前記［数４１］のようにＫを設定した場合、車両４とリーダ台車Ａ及びフォロワ台車Ｂが回転するほどΔＬは０に漸近する性質を持つことがわかる。又、前記［数４１］のようにＫを設定した場合というのは、

利点がある。From [Equation 44], it can be seen that when K is set as in [Equation 41], ΔL gradually approaches 0 as thevehicle 4, the leader carriage A, and the follower carriage B rotate. Also, when K is set as in [Equation 41],

There are advantages.

以上述べたように、前記制御点ＣＰに速度入力を与えたときの該制御点ＣＰの運動を求める上で知る必要のある車両４のホイールベースを、例えば、データベースとしてホイールベースを知識化したりすることなく、推定可能となるため、車種を特定する装置の導入、或いは利用者に車種の入力を求めることが不要となり、手間がかからなくなる。又、カメラ等のセンサにより寸法を計測する方法も導入しなくて済むため、測定誤差や車体の弾性による寸法の変化が生じることに伴う不具合が生じる心配もない。  As described above, the wheel base of thevehicle 4 that needs to be known for obtaining the motion of the control point CP when a speed input is given to the control point CP, for example, the wheel base is made known as a database. Therefore, it becomes unnecessary to introduce a device for identifying the vehicle type or to ask the user to input the vehicle type, and it is not time-consuming. In addition, since it is not necessary to introduce a method for measuring dimensions with a sensor such as a camera, there is no fear of causing problems due to measurement errors and changes in dimensions due to elasticity of the vehicle body.

こうして、力制御を適用することにより、車両４のホイールベースを推定しつつ、該車両４の前輪又は後輪のいずれか一方の車輪４ａをリーダ台車Ａとフォロワ台車Ｂとによりリフトアップして精度良く移動させることができる。  Thus, by applying force control, the wheel base of thevehicle 4 is estimated, and either the front wheel or the rear wheel 4a of thevehicle 4 is lifted up by the leader carriage A and the follower carriage B for accuracy. Can move well.

尚、本発明の車両移動装置の運転方法は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、前輪の代わりに後輪をリフトアップすることも可能であること等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。  Note that the driving method of the vehicle moving device of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and other features such as the ability to lift up the rear wheels instead of the front wheels, etc. Of course, various changes can be made without departing from the scope of the invention.

１ 走行駆動装置
２ 台車本体
２ａ 台車フレーム
３ 連結機構
４ 車両
４ａ 車輪
５ リフター
６ 走行車輪
１１ 走行エンコーダ
１３ ロードセル
１８ 車輪浮上支持装置
２７ リフトバー
３１ リーダ制御部
３２ フォロワ制御部
３９ 無線通信装置
４０ 無線通信装置
Ａ リーダ台車
Ｂ フォロワ台車
ＣＰ 制御点
Ｌ ホイールベースDESCRIPTION OF SYMBOLS 1Travel drive device 2Carriage body2a Carriage frame 3Connection mechanism 4Vehicle 4a Wheel 5Lifter 6Traveling wheel 11 Travelingencoder 13Load cell 18 Wheellevitation support device 27Lift bar 31Reader control unit 32Follower control unit 39Wireless communication device 40 Wireless communication device A Leader cart B Follower cart CP Control point L Wheelbase

Claims (1)

Translated fromJapanese

走行駆動装置により全方向に自走可能な台車本体と、該台車本体に連結機構を介して取り付けられ且つ車両の一つの車輪をリフトアップするリフターとを有し、与えられた目標軌道に沿って移動可能なリーダ台車と、
走行駆動装置により全方向に自走可能な台車本体と、該台車本体に連結機構を介して取り付けられ且つ前記車両の前記リーダ台車にてリフトアップされる車輪以外の一つの車輪をリフトアップするリフターとを有し、前記リーダ台車の動きを推定しつつ追従することにより、該リーダ台車と協調して車両を移動させるフォロワ台車とを備え、
前記車両の前輪又は後輪のいずれか一方の車輪を前記リーダ台車とフォロワ台車とによってリフトアップし、該リーダ台車とフォロワ台車の制御点を前記車両のリフトアップされる二個の車輪の中点に設定し、前記車両を含めたシステム全体を、前記中点に設定され且つ能動的に全方向へ速度を発生可能な仮想キャスタと、前記車両の接地している側の対向する二個の車輪とによって構成される三輪車モデルに見立てて位置制御する車両移動装置の運転方法であって、
前記リーダ台車とフォロワ台車を前記制御点回りにインピーダンス制御して［数２０］に示す運動を行わせ、

送するために制御点に生じさせたい絶対座標系Ｏ_{−ｘ’ｙ’}（車両の進行方向をｘ’とし、ｘ’と垂直な方向をｙ’とした座標系）から見た目標速度）

想定ホイールベースＬ^ｉｎｔを実時間で計算することにより、最終的に想定ホイールベースＬ^ｉｎｔを実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌに収束させ、該実際のホイールベースＬ^ｒｅａｌを推定することを特徴とする車両移動装置の運転方法。A carriage main body capable of self-propelling in all directions by a traveling drive device, and a lifter attached to the carriage main body via a coupling mechanism and lifting up one wheel of the vehicle, along a given target trajectory A movable leader carriage,
A carriage main body capable of self-propelling in all directions by a traveling drive device, and a lifter for lifting one wheel other than the wheel attached to the carriage main body via a coupling mechanism and lifted up by the leader carriage of the vehicle A follower carriage that moves the vehicle in cooperation with the leader carriage by following the movement while estimating the movement of the leader carriage.
The wheel of either the front wheel or the rear wheel of the vehicle is lifted by the leader carriage and the follower carriage, and the control point of the leader carriage and the follower carriage is the midpoint of the two wheels to be lifted by the vehicle The entire system including the vehicle, the virtual caster set at the midpoint and capable of actively generating speed in all directions, and the two wheels facing each other on the grounding side of the vehicle A driving method of a vehicle moving device that controls the position of a tricycle model constituted by:
Impedance control of the leader carriage and the follower carriage around the control point is performed as shown in [Equation 20],

The target speed as seen from the absolute coordinate system O-_{x'y '} (the coordinate system in which the vehicle traveling direction is x' and the direction perpendicular to x 'is y') to be generated at the control point for transmission

Vehicle movement characterized by calculating the assumed wheelbase L^int in real time to finally converge the assumed wheelbase L^int to the actual wheel base L^real and estimating the actual wheel base L^real How to operate the device.

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