JP3044266B2

JP3044266B2 - 搬送車の走行制御方法

Info

Publication number: JP3044266B2
Application number: JP3190770A
Authority: JP
Inventors: 久雄西井; 一弘柴谷
Original assignee: Tsubakimoto Chain Co
Current assignee: Tsubakimoto Chain Co
Priority date: 1991-07-03
Filing date: 1991-07-03
Publication date: 2000-05-22
Anticipated expiration: 2015-05-22
Also published as: JPH0511844A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はボギー部と、該ボギー部
の上部に軸支され、被搬送物を載置する台車部とを備え
た搬送車の走行を制御する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】無人搬送システムにおいては、無人の搬
送車が使用される。この搬送車には、フレキシブルな走
行を実現すべく、車体を、その下部にキャスタを備え、
上面に被搬送物を載置する台車部と、該台車部の下部に
設けられ、各別のモータにより駆動される一対の車輪を
備えたボギー部とに分割形成したものがある。前記台車
部と前記ボギー部とは、台車部の下部に設けられた回転
軸によって接続されており、ボギー部にて前記回転軸を
駆動することによって、台車部はボギー部に対して旋回
可能なようになっている。

【０００３】従来では、前述の如き構成の搬送車の走行
制御を行う場合、搬送車を完全な剛体として考え、単純
に前記モータの回転制御を各別に行うことによって搬送
車の走行速度及び走行方向を制御していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述の如き
台車部とボギー部とにて構成される搬送車においては、
台車部とボギー部とを接続する回転軸の剛性が低いた
め、搬送車の走行中に前記回転軸がその弾性の影響によ
ってねじれ、これによって、台車部に回転軸回りの振動
が発生するという問題があった。前記振動を抑制するた
めには、モータの回転制御を行う制御系の制御ゲインを
小さくすれば良いが、この制御ゲインを小さくすると、
搬送車の停止精度が低下するという問題があった。

【０００５】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、搬送車の停止精度を低下させることなく走行中
の台車部の振動を抑制することを可能とする搬送車の走
行制御方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る搬送車の走
行制御方法は、一対の車輪を有し、夫々の車輪の回転速
度を各別に制御することにより任意の方向に走行するボ
ギー部と、該ボギー部の上部に軸支され、被搬送物を載
置する台車部とを備えた搬送車の走行を制御する方法に
おいて、前記ボギー部と前記台車部との軸回りのねじれ
角度を状態変数として含む、前記搬送車の走行に関する
状態方程式を求め、求めた状態方程式に基づき、オブザ
ーバの手法を用いて前記ねじれ角度を推定し、推定した
ねじれ角度に基づいて、そのねじれ角度を解消する方向
へ前記ボギー部の走行方向を制御することを特徴とす
る。

【０００７】

【作用】本発明にあっては、搬送車の走行中にボギー部
と台車部との間に軸回りのねじれが生じる走行状態を想
定し、ボギー部と台車部との軸回りのねじれ角度及び車
輪の回転角速度等の複数の状態変数を含む、搬送車の走
行に関する状態方程式を求めるが、この状態方程式にお
いては、前記ねじれ角度が観測できない状態変数として
含まれ、前記車輪の回転角速度等が観測できる状態変数
として含まれている。オブザーバの手法とは、任意の制
御系における観測できる状態変数と、その制御系への入
力データとから、観測できない状態変数を推定する公知
の状態変数推定手法であり、このオブザーバの手法を用
いて、前記状態方程式に基づき前記ねじれ角度が推定さ
れる。このようにねじれ角度が推定されると、前記ボギ
ー部の走行方向を、推定されたねじれ角度を解消する方
向へ制御することによって、ボギー部と台車部との軸回
りのねじれが抑制され、前記ねじれに起因する台車部
の、軸回りの振動が抑制される。

【０００８】

【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づい
て具体的に説明する。図１は本発明に係る搬送車の走行
制御方法（以下本発明方法という）を適用する搬送車の
側面図である。

【０００９】被搬送物を載置するための台車部１は平面
視長方形の箱型であり、その裏面側の長辺方向中間部に
は短辺方向に亘る凹部10が形成されている。前記凹部10
内には、左，右側に夫々左車輪WL，右車輪WR（図示せ
ず）を備えるボギー部２が設けられている。また、台車
部１の前, 後側の裏面にはキャスタ３，３が夫々設けら
れている。

【００１０】図２は前記搬送車の要部断面図である。台
車部１は、ボギー部２の上側において、クロスローラ４
を介して旋回可能となっている。左車輪WL，右車輪WRは
夫々ボギー部２の内部に設けられた第１走行用モータM
1，第２走行用モータM2により回転駆動されるようにな
っている。第１走行用モータM1，第２走行用モータM2の
回転力は、夫々各別の減速機を介して左車輪WL，右車輪
WRに伝達されるようになっている。左車輪WL，右車輪WR
のモータ速度は、第１走行用モータM1，第２走行用モー
タM2の夫々に取付けられたエンコーダたるモータ速度検
出器PG1,PG2 により各別に検出されるようになってい
る。台車部１の裏面の中央部には、回転軸５が取付けら
れており、該回転軸５は、台車部１を旋回させるために
ボギー部２の内部に配された旋回用モータ（図示せず）
によって回転させられるようになっている。

【００１１】次に、第１走行用モータM1及び第２走行用
モータM2の制御系を、その制御特性を表す特性図に基づ
いて説明する。図３は第１走行用モータM1及び第２走行
用モータM2の制御系の特性図である。

【００１２】図中601 は、搬送車の構造的特性及び駆動
特性等の特性である搬送車特性600と、右車輪WRのモー
タ速度及び左車輪WLのモータ速度とに関連して、後述す
る方法により、台車部１とボギー部２との回転軸５回り
のねじれ角度θ_Sを推定するねじれ角度推定要素であ
る。ねじれ角度推定要素601 で推定されたねじれ角度θ
_Sは、ねじれ角定数Ｆを有するねじれ角定数要素602 に
よってそのねじれ角度θ_Sに比例した速度補正電圧とな
り、加え合わせ点61a 及び加え合わせ点61b に与えられ
る。

【００１３】加え合わせ点61a には、前記速度補正電圧
の他に右車輪WRの速度指令電圧ｕ₁が与えられ、これら
が加算されて、その加算結果である補正速度指令電圧が
加え合わせ点62a に与えられる。加え合わせ点62a に
は、前記補正速度指令電圧の他に速度定数要素68a か
ら、第１走行用モータM1の回転速度を表すモータ速度電
圧がフィードバックされており、前記補正速度指令電圧
から前記モータ速度電圧が減算されて、その加算結果で
ある速度偏差電圧が増幅要素63a に与えられる。

【００１４】増幅要素63a は速度ループゲインｋ_Vを有
しており、前記速度偏差電圧は増幅要素63a によって増
幅され、第１走行用モータM1の電機子電圧として加え合
わせ点64a に与えられる。この加え合わせ点64a には、
前記電機子電圧の他に逆起電圧要素69a から第１走行用
モータM1の逆起電圧がフィードバックされており、前記
電機子電圧と、前記逆起電圧との差が電機子の入力電圧
になる。

【００１５】前記入力電圧からは、モータ抵抗Ｒ_Aと、
トルク定数ｋ_Tとを有する抵抗・トルク要素65a によっ
て、モータ電流よりモータトルクが得られる。このモー
タトルクは、右車輪WRの慣性モーメントＪ_mを有する慣
性要素66a と、積分要素67aとによって右車輪WRの回転
速度となる。この回転速度は、速度定数ｋ_Fを有する速
度定数要素68a によって回転速度に比例したモータ速度
電圧となり、加え合わせ点62a にフィードバックされる
と共に、逆起電圧定数ｋ_Eを有する逆起電圧定数要素68
a によって回転速度に比例した逆起電圧となり、加え合
わせ点64a にフィードバックされる。

【００１６】また、加え合わせ点61b には、速度補正電
圧の他に左車輪WLの速度指令電圧ｕ₂が与えられ、速度
指令電圧ｕ₂から前記速度補正電圧が減算されて、その
減算結果である補正速度指令電圧が加え合わせ点62b に
与えられる。加え合わせ点62b には、前記補正速度指令
電圧の他に速度定数要素68b から、第２走行用モータM2
の回転速度を表すモータ速度電圧がフィードバックされ
ており、前記補正速度指令電圧から前記モータ速度電圧
が減算されて、その加算結果である速度偏差電圧が増幅
要素63b に与えられる。

【００１７】増幅要素63b は速度ループゲインｋ_Vを有
しており、前記速度偏差電圧は増幅要素63b によって増
幅され、第２走行用モータM2の電機子電圧として加え合
わせ点64b に与えられる。この加え合わせ点64b には、
前記電機子電圧の他に逆起電圧要素69b から第２走行用
モータM2の逆起電圧がフィードバックされており、前記
電機子電圧と、前記逆起電圧との差が電機子の入力電圧
になる。

【００１８】前記入力電圧からは、モータ抵抗Ｒ_Aと、
トルク定数ｋ_Tとを有する抵抗・トルク要素65b によっ
て、モータ電流よりモータトルクが得られる。このモー
タトルクは、左車輪WLの慣性モーメントＪ_mを有する慣
性要素66b と、積分要素67bとによって右車輪WRの回転
速度となる。この回転速度は、速度定数ｋ_Fを有する速
度定数要素68b によって回転速度に比例したモータ速度
電圧となり、加え合わせ点62b にフィードバックされる
と共に、逆起電圧定数ｋ_Eを有する逆起電圧定数要素68
b によって回転速度に比例した逆起電圧となり、加え合
わせ点64b にフィードバックされる。

【００１９】このような特性の制御系では、台車部１と
ボギー部２とがねじれると、そのねじれ角度θ_Sがねじ
れ角度推定要素601 によって推定され、推定されたねじ
れ角度θ_Sに基づく速度補正電圧が、ねじれ角定数要素
602 によって得られる。前記ねじれ角度θ_Sは、ボギー
部２に対して台車部１が左側にねじれる方向を正、ボギ
ー部２に対して台車部１が右側にねじれる方向を負とし
た角度であり、この角度に基づいた速度補正電圧の正負
は、ねじれ角度θ_Sの正負に一致する。

【００２０】このため、ボギー部２に対して台車部１が
左側にねじれると、速度指令電圧ｕ₁が増加すると共に
速度指令電圧ｕ₂が減少し、これによって第１走行用モ
ータM1のモータ速度が増加すると共に第２走行用モータ
M2のモータ速度が減少し、ボギー部２が進行方向に対し
て左方向へ向いてねじれ角度θ_Sが減少して行く。ま
た、ボギー部２に対して台車部１が右側にねじれると、
速度指令電圧ｕ₁が減少すると共に速度指令電圧ｕ₂が
増加し、これによって第１走行用モータM1のモータ速度
が減少すると共に第２走行用モータM2のモータ速度が増
加し、ボギー部２が進行方向に対して右方向へ向いてね
じれ角度θ_Sが減少して行く。

【００２１】次に、前述した如きねじれ角度推定要素60
1 におけるねじれ角度θ_Sの推定方法について説明す
る。図４は搬送車の走行状態を表す模式的平面図であ
る。図４においては、搬送車が白抜き矢符にて表される
所定の方向へ進行している場合、回転軸５が弾性の影響
によってねじれ、台車部１がボギー部２の進行方向に対
してθ_Sだけ振れることを示している。

【００２２】このような走行状態では、台車部１の前進
速度は下記(1) 式に示す如く、左車輪WLのモータ速度，
右車輪WRのモータ速度，左右車輪の直径Ｄ及び前記減速
機の減速比Ｎに基づいて表される。

【００２３】

【数１】

【００２４】また、ボギー部２の進行方向に対して台車
部１が振れる速度である振れ角速度は、下記(2) 式に示
す如く、左車輪WLのモータ速度，右車輪WRのモータ速
度，台車部１とボギー部２とのねじれ角速度，左右車輪
の直径Ｄ，前記減速機の減速比Ｎ及び左車輪WLと右車輪
WRとの車輪間距離Ｂに基づいて表される。

【００２５】

【数２】

【００２６】台車部１の運動エネルギＫは、下記(3) 式
に示す如く、前記前進速度及び前記振れ角速度等に関連
して表され、また、台車部１の振れ戻りのポテンシャル
エネルギＰは、下記(4) 式に示す如く、台車部１とボギ
ー部２とのねじれ角度θ_S及び台車部１とボギー部２と
の間のバネ定数ｋに基づいて表される。

【００２７】

【数３】

【００２８】

【数４】

【００２９】搬送車の走行状態は、前記(1) 〜(4) 式で
表され、これらの式に基づいてラグランジュの運動方程
式を解くと、下記(5)〜(7) 式が得られる。

【００３０】

【数５】

【００３１】

【数６】

【００３２】

【数７】

【００３３】前記(5) 式は、右車輪WRのモータトルクを
右車輪WRの角加速度，左車輪WLの角加速度，回転軸５の
ねじれ角加速度，台車部１の慣性及び右車輪WRの慣性等
に関連して表したものであり、前記(6) 式は、左車輪WL
のモータトルクを右車輪WRのモータ加速度，左車輪WLの
モータ加速度，回転軸５のねじれ角加速度，台車部１の
慣性及び左車輪WLの慣性等に関連して表したものであ
る。また、前記(7) 式は、回転軸５のねじれ角加速度
を、右車輪WRのモータ加速度，左車輪WLのモータ加速
度，回転軸５のねじれ角度θ_S及び台車部１の慣性等に
関連して表したものである。

【００３４】また、第１走行用モータM1及び第２走行用
モータM2の速度制御ループを一般的なモータの速度制御
ループに当てはめて考えると、右車輪WRのモータトルク
τ_mR及び左車輪WLのモータトルクτ_mLは、下記(8) 式及
び(9) 式にて表される。

【００３５】

【数８】

【００３６】

【数９】

【００３７】前記(8) 式及び(9) 式はサーボモータの一
般的な速度制御ループから得られるモータトルクを表し
たものである。

【００３８】そして、前記(5) 式及び(6) 式の夫々に
(7),(8),(9) 式を代入すると、下記(10),(11) 式が得ら
れる。

【００３９】

【数１０】

【００４０】

【数１１】

【００４１】さらに、前記(10),(11) 式を整理すると、
下記(12)式に示す如き、右車輪WRのモータ加速度を表す
式と、下記(13)式に示す如き、左車輪WLのモータ加速度
を表す式とが得られる。

【００４２】

【数１２】

【００４３】

【数１３】

【００４４】また、前記(7) 式に前記(12),(13) 式を代
入すると、下記(14)式に示す如き、回転軸５のねじれ角
加速度を表す式が得られる。

【００４５】

【数１４】

【００４６】そして、前記(12),(13),(14)式をまとめて
行列式で表せば、状態変数として右車輪WRのモータ速
度, 左車輪WLのモータ回転速度, 台車部１とボギー部２
とのねじれ角速度θ_S及び台車部１とボギー部２とのね
じれ角度θ_Sを選んだ場合の、搬送車の状態方程式が下
記(15)式の如く得られる。

【００４７】

【数１５】

【００４８】また、出力方程式は、制御量として、右車
輪WRのモータ速度及び左車輪WLのモータ速度を選べば、
下記(16)式の如き行列式にて表される。

【００４９】

【数１６】

【００５０】以上の如き搬送車の状態方程式及び出力方
程式が得られると、その状態方程式及び出力方程式から
以下に示すオブザーバの手法により、台車部１とボギー
部２とのねじれ角度を推定する。オブザーバとは、観測
できる状態変数と、入力データとから、観測できない状
態変数を推定計算する手法である。本発明の場合、観測
できる状態変数は、前記(15)式の状態方程式における右
車輪WRのモータ速度及び左車輪WLのモータ速度であり、
これらは、モータ速度検出器PG1,PG2 によって実測でき
る。また、観測できない状態変数は、前記(15)式の状態
方程式におけるねじれ角速度及びねじれ角度θ_Sであ
る。

【００５１】オブザーバの手法を用いて前記ねじれ角度
θ_Sを推定する場合、前記(15)式の状態方程式及び前記
(16)式の出力方程式に基づき、公知である最小次元オブ
ザーバの設計方法により、下記(17)式に示す如きオブザ
ーバの状態方程式及び下記(18)式に示す如きオブザーバ
の出力方程式を設計する。

【００５２】

【数１７】

【００５３】

【数１８】

【００５４】このようにして、前記(18)式のオブザーバ
の出力方程式から台車部１とボギー部２とのねじれ角度
の推定値が得られる。このように推定されたねじれ角度
に基づいて、そのねじれ角度を解消する前述の如き第１
走行用モータM1及び第２走行用モータM2の速度制御が行
われる。

【００５５】次に、以上の如き本発明方法を用いて実際
に搬送車の走行制御を行った場合の制御結果について、
従来方法と比較して説明する。本発明方法の走行制御及
び従来方法の走行制御においては、等しい速度ループゲ
インｋ_Vを用い、該速度ループゲインｋ_Vは比較的高い
値とし、初期の段階で、台車部１とボギー部２との間に
ステップ状に所定のねじれ角度を与えた。図５は本発明
方法を用いて実際に搬送車の走行制御を行った場合のモ
ータ速度の推移を表すグラフ、図６は従来方法を用いて
実際に搬送車の走行制御を行った場合のモータ速度の推
移を表すグラフであり、図５及び図６の縦軸には右車輪
WR及び左車輪WLの、所定の速度で規格化されたモータ速
度、横軸には所定の時間で規格化された時間を夫々と
り、これらの関係を右車輪WRは実線、左車輪WLは破線に
て夫々表してある。

【００５６】図６から明らかな如く、速度ループゲイン
ｋ_Vが高いため、従来方法の走行制御ではモータ速度の
振動が収束せず、不安定な状態となった。これに比べて
本発明方法の走行制御では、図５から明らかな如く、速
度ループゲインｋ_Vが高くてもモータ速度の振動は短時
間で収束した。このように本発明方法では、従来方法に
比べて、速度ループゲインｋ_Vを高くした場合でも振動
を抑制することが可能であり、これによって、搬送車の
停止精度を高くすることが可能である。

【００５７】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明方法において
は、オブザーバの手法を用いて、ボギー部と台車部との
軸回りのねじれ角度をその状態変数として含む、状態方
程式に基づき前記ねじれ角度が推定され、このように前
記ねじれ角度が推定されると、ボギー部の走行方向を、
推定されたねじれ角度を解消する方向へ制御することに
よって、ボギー部と台車部との軸回りのねじれを抑制す
ることができるため、前記ねじれに起因する台車部の水
平方向の振動が抑制できる等、本発明は優れた効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る搬送車の走行制御方法を適用する
搬送車の側面図である。

【図２】搬送車の要部断面図である。

【図３】第１走行用モータ及び第２走行用モータの制御
系の特性図である。

【図４】搬送車の走行状態を表す模式的平面図である。

【図５】本発明方法を用いて実際に搬送車の走行制御を
行った場合のモータ速度の推移を表すグラフである。

【図６】従来方法を用いて実際に搬送車の走行制御を行
った場合のモータ速度の推移を表すグラフである。

【符号の説明】

１台車部２ボギー部５回転軸 601 ねじれ角度推定要素 M1 第１走行用モータ M2 第２走行用モータ WL 左車輪 WR 右車輪

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−43807（ＪＰ，Ａ) 特開平４−59464（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−4674（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−112111（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05D 1/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の車輪を有し、夫々の車輪の回転速
度を各別に制御することにより任意の方向に走行するボ
ギー部と、該ボギー部の上部に軸支され、被搬送物を載
置する台車部とを備えた搬送車の走行を制御する方法に
おいて、前記ボギー部と前記台車部との軸回りのねじれ角度を状
態変数として含む、前記搬送車の走行に関する状態方程
式を求め、求めた状態方程式に基づき、オブザーバの手
法を用いて前記ねじれ角度を推定し、推定したねじれ角
度に基づいて、そのねじれ角度を解消する方向へ前記ボ
ギー部の走行方向を制御することを特徴とする搬送車の
走行制御方法。