物体移動装置
【課題】フォロワ台車に地面に対する走行車輪の滑り等による運動誤差が生じた場合でも、物体を目標位置まで確実に搬送し得る物体移動装置を提供する。
【解決手段】リーダ台車Ａとフォロワ台車Ｂを物体の重心における制御点回りにインピーダンス制御し、リーダ台車Ａに与えられる目標軌道に基づくフォロワ台車Ｂの目標軌道を該フォロワ台車Ｂにも与え、フォロワ台車Ｂに搭載された軌道センサを用いて算出したフォロワ台車Ｂの位置・姿勢と実空間における位置・姿勢との運動誤差を推定し、該推定される運動誤差を修正しながらフォロワ台車Ｂを移動させるよう構成する。
【解決手段】リーダ台車Ａとフォロワ台車Ｂを物体の重心における制御点回りにインピーダンス制御し、リーダ台車Ａに与えられる目標軌道に基づくフォロワ台車Ｂの目標軌道を該フォロワ台車Ｂにも与え、フォロワ台車Ｂに搭載された軌道センサを用いて算出したフォロワ台車Ｂの位置・姿勢と実空間における位置・姿勢との運動誤差を推定し、該推定される運動誤差を修正しながらフォロワ台車Ｂを移動させるよう構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体移動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。）
【０００７】
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。
【０００８】
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。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１６９４５１号公報
【特許文献２】特開２００９−１０８５４２号公報
【特許文献３】特開２００９−２８６５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明者の一人である小菅等が提案したリーダ・フォロワタイプの分散協調制御手法（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）では、複数の移動ロボットにより搬送物体を地面から浮かせた状態で搬送を行っている。一方、本研究では、車両という重量物を支持している地面に接地したリフターを台車本体により押したり引いたりすることで搬送を行うため、搬送物体には慣性力や摩擦力等の大きな外力が作用することになる。そのため小菅等の手法を用いると、一台のリーダ台車が車両重量を支持している四台のリフターに生じる摩擦力の総和より大きな力を駆動し、車両を動かし始めることは困難であった。
【００１１】
そこで、本発明者等は、全てのロボットに目標軌道を与え能動的に動作させることにより、車両を動かし始めることができるようにすることを提案している。しかしながら、前記特許文献３に開示した物体移動装置においては、リーダ台車及びフォロワ台車に搭載された軌道センサを用いて算出した自身の位置・姿勢と実空間における位置・姿勢との間に、地面に対する走行車輪の滑り等により、いわゆる運動誤差が生じ、車両等の物体を安定して目標位置まで搬送することが困難となり、改善の余地が残されていることが、本発明者等の更なる研究により明らかとなった。
【００１２】
本発明は、斯かる実情に鑑み、フォロワ台車に地面に対する走行車輪の滑り等による運動誤差が生じた場合でも、物体を目標位置まで確実に搬送し得る物体移動装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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一対のリフトバーを接地ポイントが複数存在する物体の一つの接地ポイントの両側に配置して互いに近接させることにより、該物体の一つの接地ポイント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一対のリフトバーを前記物体の前記リーダ台車にてリフトアップされる接地ポイント以外の一つの接地ポイントの両側に配置して互いに近接させることにより、該物体の一つの接地ポイント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物体を移動させるフォロワ台車とを備えた物体移動装置において、
前記リーダ台車とフォロワ台車を物体の重心における制御点回りにインピーダンス制御し、前記リーダ台車に与えられる目標軌道に基づくフォロワ台車の目標軌道を該フォロワ台車にも与え、フォロワ台車に搭載された軌道センサを用いて算出したフォロワ台車の位置・姿勢と実空間における位置・姿勢との運動誤差を推定し、該推定される運動誤差を修正しながらフォロワ台車を移動させるよう構成したことを特徴とする物体移動装置にかかるものである。
【００１４】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１５】
前述の如くリーダ台車とフォロワ台車を物体の重心における制御点回りにインピーダンス制御し、前記リーダ台車に与えられる目標軌道に基づくフォロワ台車の目標軌道を該フォロワ台車にも与え、フォロワ台車に搭載された軌道センサを用いて算出したフォロワ台車の位置・姿勢と実空間における位置・姿勢との運動誤差を推定し、該推定される運動誤差を修正しながらフォロワ台車を移動させるよう構成すると、搬送される物体に大きな負荷を与えずに、地面に対する走行車輪の滑り等が生じていても、車両等の物体を安定して目標位置まで搬送することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の物体移動装置によれば、フォロワ台車に地面に対する走行車輪の滑り等による運動誤差が生じた場合でも、物体を目標位置まで確実に搬送し得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の物体移動装置の実施例を示す全体概要斜視図である。
【図２】本発明の物体移動装置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。
【図３】本発明の物体移動装置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。
【図４】本発明の物体移動装置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。
【図５】本発明の物体移動装置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。
【図６】本発明の物体移動装置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。
【図７】本発明の物体移動装置の実施例におけるリーダ台車と各フォロワ台車の協調制御に関するシステム図である。
【図８】本発明の物体移動装置の実施例における一台のフォロワ台車に対する仮想リーダ台車のイメージ図である。
【図９】本発明の物体移動装置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。
【図１０】本発明の物体移動装置の実施例におけるリーダ台車とフォロワ台車を物体の重心における制御点回りにインピーダンス制御する状態を示す概念図である。
【図１１】本発明の物体移動装置の実施例における伝達関数を示すブロック図であって、（ａ）はフォロワ台車の運動誤差を推定する伝達関数を示すブロック図、（ｂ）は（ａ）に示すブロック図をフィードバックシステムに等価変換したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
図１〜図１１は本発明の物体移動装置の実施例であって、該物体移動装置は、
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（接地ポイント）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（接地ポイント）をリフトアップするリフター５とを有した複数台（図の例では三台）のフォロワ台車Ｂとを備え、
前記各フォロワ台車Ｂが前記リーダ台車Ａ及び自身以外のフォロワ台車Ｂをまとめたものを一台の仮想リーダ台車Ａ´（図８参照）と想定し、該仮想リーダ台車Ａ´との相互作用力を基に自身の運動誤差を推定しつつ追従することにより、前記リーダ台車Ａと複数台のフォロワ台車Ｂとが協調して車両４を移動させるよう構成したものである。
【００２０】
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９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。
【００２１】
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９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９参照）を介して配置される形となる。
【００２２】
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の接地ポイントとしての各車輪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９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。
【００２３】
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。
【００２４】
前記接地支持輪２６には、一般的なキャスター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。
【００２５】
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。
【００２６】
前記リーダ台車Ａと複数台（図の例では三台）のフォロワ台車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と各フォロワ台車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にて各フォロワ台車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と各フォロワ台車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各フォロワ台車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、前記各フォロワ台車Ｂの台車本体２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、前記各フォロワ台車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、前記各フォロワ台車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、前記各フォロワ台車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、前記各フォロワ台車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。
【００２７】
但し、前記フォロワ台車Ｂが複数台（図の例では三台）となった場合、図７に示す如く、自身以外の全ての台車からの影響を受けることになるため、ｉ番目のフォロワ台車Ｂはリーダ台車Ａとの相互作用力に基づく自身の運動誤差を推定することができなくなる。そこで、ｉ番目のフォロワ台車Ｂに対して、第一のグループをｉ番目のフォロワ台車Ｂそれ自身とし、第二のグループをリーダ台車Ａ及びｉ番目以外のフォロワ台車Ｂをまとめた一台の仮想リーダ台車Ａ´（これをｉ番目の仮想リーダ台車Ａ´）とする。即ち、ｉ番目の仮想リーダ台車Ａ´は、ｉ番目のフォロワ台車Ｂから見ると、図８に示す如く、一台のリーダのように振舞うと考えられる。この仮想リーダという考え方を用いれば、フォロワ台車Ｂが一台の場合のリーダ台車Ａとの相互作用力に基づく自身の運動誤差の推定方法を用いて、前記ｉ番目のフォロワ台車Ｂは、リーダ台車Ａ及び自身以外のフォロワ台車Ｂをまとめた一台のｉ番目の仮想リーダ台車Ａ´との相互作用力に基づく自身の運動誤差を推定することができる。
【００２８】
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９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。
【００２９】
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、並びにフォロワ台車Ｂが複数台となった場合に、仮想リーダという考え方を用いることにより、フォロワ台車Ｂが一台の場合の目標軌道の推定方法と同様に、ｉ番目のフォロワ台車Ｂが、リーダ台車Ａ及び自身以外のフォロワ台車Ｂをまとめた一台のｉ番目の仮想リーダ台車Ａ´の目標軌道を推定することができるという点に関しては、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。
【００３０】
そして、本実施例の場合、従来の分散協調制御とは異なり、前記リーダ台車Ａには運動誤差は生じないが、フォロワ台車Ｂには運動誤差が生じるものと仮定し、前記リーダ台車Ａに与えられる目標軌道に基づくフォロワ台車Ｂの目標軌道を該フォロワ台車Ｂにも与え、フォロワ台車Ｂに搭載された前記軌道センサとしての走行エンコーダ１１を用いて算出したフォロワ台車Ｂの位置・姿勢と実空間における位置・姿勢との運動誤差を推定し、該推定される運動誤差を修正しながらフォロワ台車Ｂを移動させるよう構成している。
【００３１】
先ず、車両４に大きな負荷を与えないようにするために、リーダ台車Ａとフォロワ台車Ｂをそれぞれ同一の制御点回りに［数１］［数２］に示すようインピーダンス制御する。前記制御点は、図１０に示す如く、車両４の重心位置、即ち四つの車輪４ａの中点にあるものとする。
【数１】
【数２】
ここで、添字ｌ，ｉはそれぞれリーダ台車Ａ及びｉ番目のフォロワ台車Ｂに関する変数、パラメータであることを表している。Ｍｌ，Ｍｉ∈ＥＲ３×３は慣性行列、Ｄｌ，Ｄｉ∈Ｒ３×３は粘性行列、Ｋｌ，Ｋｉ∈Ｒ３×３は剛性行列、ｆｌ，ｆｉ∈Ｒ３はリーダ台車Ａ及びｉ番目のフォロワ台車Ｂに作用する力／モーメントであり、該ｆｌ，ｆｉ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。
【００３２】
又、Δｘｌ，Δｘｉ∈Ｒ３はリーダ台車Ａ及びｉ番目のフォロワ台車Ｂの運動誤差であり、［数３］［数４］のように表される。
【数３】
【数４】
ここで、リーダ台車Ａ及びｉ番目のフォロワ台車Ｂと車両４との間に相対運動がないものと仮定すると、リーダ台車Ａ及びｉ番目のフォロワ台車Ｂは同一の制御点回りにインピーダンス制御されているので、実空間における車両４の軌道とリーダ台車Ａ及びｉ番目のフォロワ台車Ｂの軌道は一致し、該軌道をそれぞれｘ∈Ｒ３と表している。ｘｄ∈Ｒ３は全
した自身の運動誤差を表している。
【００３３】
以下では議論を簡単にするために、リーダ台車Ａとｉ番目のフォロワ台車Ｂを［数５］［数６］［数７］に示す同一のパラメータを用いてインピーダンス制御するものとする。
【数５】
【数６】
【数７】
【００３４】
はじめに、前記フォロワ台車Ｂが一台の場合、つまり［数２］においてｎ＝１の場合を考える。車両４やリフター５に外力が働かないと仮定すると、車両４に作用する力／モーメントには［数８］の関係が成り立つ。
【数８】
【００３５】
［数１］［数２］［数８］より［数９］が成り立つ。
【数９】
【００３６】
［数９］より、充分時間が経過した状態では［数１０］が成り立つ。
【数１０】
【００３７】
又、［数３］［数４］より［数１１］を得る。
【数１１】
【００３８】
一方、［数１０］より［数１２］を得る。
【数１２】
ここで、フォロワ台車Ｂは図１１（ａ）に示すように、自身で観測可能なΔｘ１−Δｘｌ
ラス変換後の変数を意味する。）図１１（ａ）は図１１（ｂ）に示すようなフィードバックシステムに等価変換することができ、フォロワ台車ＢはΔＸ１−ΔＸｌが０に収束するよう
【００３９】
例えば、伝達関数Ｇ１を［数１３］のように設定する。
【数１３】
ここで、ａ１，ｂ１∈Ｒは定数、ｓはラプラス演算子、Ｉ∈Ｒ３×３は単位行列である。
【００４０】
この時、図１１（ｂ）の入出力の関係は［数１４］のように求まる。
【数１４】
【００４１】
このフィードバックシステムの安定性を保証するためにａ１＞０，ｂ１＞０とすると、フォ
状の入力の場合には、［数１５］に示すように、
【数１５】
となるので、定常状態では、実際にフォロワ台車Ｂに生じる運動誤差と、フォロワ台車Ｂが推定した自身の運動誤差は等しくなることが分かる。
【００４２】
続いて、前述の仮想リーダの概念を用いることにより、フォロワ台車Ｂが一台の場合を拡張してフォロワ台車Ｂがｎ台の場合を考える。仮想リーダ台車Ａ´（図８参照）の概念を導入すれば、フォロワ台車Ｂが一台の場合の推定手法を用いて、ｉ番目のフォロワ台車Ｂは自身の運動誤差を推定することができる。
【００４３】
ｉ番目の仮想リーダ台車Ａ´のダイナミクスは［数１６］のように表される。
【数１６】
但し、
【数１７】
とする。
【００４４】
［数１６］より、ｉ番目の仮想リーダ台車Ａ´の運動誤差Δｘｌｉは［数１８］のように表せる。
【数１８】
【００４５】
又、ｉ番目の仮想リーダ台車Ａ´に作用する力／モーメントｆｌｉは［数１９］のように表せる。
【数１９】
【００４６】
［数１８］［数１９］を用いると、ｉ番目の仮想リーダ台車Ａ´のダイナミクスは［数２０］のようになる。
【数２０】
【００４７】
ｘｄｉをｉ番目の仮想リーダ台車Ａ´の目標軌道とすると、Δｘｌｉは［数２１］のように表すことができる。
【数２１】
【００４８】
［数３］［数１８］［数２１］をｘｄｉについて解くと、［数２２］のようになる。
【数２２】
【００４９】
ここで、前記フォロワ台車Ｂが一台の場合と同様に、車両４やリフター５に外力が働かないと仮定すると、車両４に作用する力／モーメントには［数２３］の関係が成り立つ。
【数２３】
【００５０】
［数１］［数２］［数２３］より、［数１０］と同様にして考えると、充分時間が経過した状態では［数２４］が成り立つ。
【数２４】
【００５１】
又、［数１８］［数２４］より、［数２５］が成り立つ。
【数２５】
【００５２】
このようにして仮想リーダ台車Ａ´の概念を用いると、［数２０］［数２１］は［数１］［数３］と同一の形をしているので、ｉ番目のフォロワ台車Ｂは、フォロワ台車Ｂが一台の場合の推定手法を用いて、自身の運動誤差を推定することができる。
【００５３】
［数２５］より、ｉ番目のフォロワ台車Ｂの運動誤差Δｘｉとｉ番目の仮想リーダ台車Ａ´の運動誤差Δｘｌｉの差は［数２６］で表せる。
【数２６】
【００５４】
ｉ番目のフォロワ台車Ｂは自身で観測可能なΔｘｉと［数２６］を用いて、Δｘｉ−Δｘｌｉを計算することができる。そしてΔｘｉ−Δｘｌｉと前記フォロワ台車Ｂが一台の場合と同様
うに推定することができる。
【数２７】
【００５５】
ここで、伝達関数Ｇｉは前記フォロワ台車Ｂが一台の場合と同様に［数２８］とする。
【数２８】
【００５６】
更に、前記仮想リーダの概念を用いて一台のリーダ台車Ａとｎ台のフォロワ台車Ｂで構成される車両４の協調搬送システムを考えた場合のシステム全体の安定性と軌道収束について考察する。
【００５７】
【数２９】
【００５８】
又、［数２４］に［数３］［数４］を代入し、ラプラス変換すると、［数３０］を得る。
【数３０】
【００５９】
ここで議論を簡単にするために，全てのフォロワ台車Ｂの運動誤差を推定するフォロワ制御部３２に同一のパラメータａ，ｂを用いる場合を考えると、伝達関数Ｇｉは［数３１］のように表せる。
【数３１】
【００６０】
［数２９］［数３０］［数３１］より、Ｘは［数３２］のように求まる。
【数３２】
【００６１】
［数３２］より、この協調搬送システムが安定となる必要十分条件は、［数３３］のように
【数３３】
の全ての根の実部が負であること、つまりａ＞０，ｂ＞０である。
【００６２】
更に、ｉ番目のフォロワ台車Ｂの運動誤差が［数３４］に示すようなランプ状の場合を考える。
【数３４】
ここで、ｃｉ，ｄｉ，ｅｉ∈Ｒは定数である。
【００６３】
この時，［数３２］［数３４］とラプラスの最終値の定理より、［数３５］のように
【数３５】
となるので，定常状態では、実空間において搬送される車両４の軌道ｘは全てのロボットに与えられる目標軌道ｘｄと一致することが分かる。
【００６４】
即ち、前述の如くリーダ台車Ａとフォロワ台車Ｂを車両４の重心における制御点回りにインピーダンス制御し、前記リーダ台車Ａに与えられる目標軌道に基づくフォロワ台車Ｂの目標軌道を該フォロワ台車Ｂにも与え、フォロワ台車Ｂに搭載された軌道センサとしての走行エンコーダ１１を用いて算出したフォロワ台車Ｂの位置・姿勢と実空間における位置・姿勢との運動誤差を推定し、該推定される運動誤差を修正しながらフォロワ台車Ｂを移動させるよう構成すると、搬送される物体に大きな負荷を与えずに、地面に対する走行車輪６の滑り等が生じていても、車両４を安定して目標位置まで搬送することが可能となる。
【００６５】
こうして、フォロワ台車Ｂに地面に対する走行車輪６の滑り等による運動誤差が生じた場合でも、車両４を目標位置まで確実に搬送し得る。
【００６６】
尚、本発明の物体移動装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、車両は四輪車に限らず、複数の車輪を持つ車両であればどのような車両にも適用可能なこと、又、駐車施設に限らず、駐車違反車両の移動やカーフェリー内での車両の移動等にも適用可能なこと、更に又、車両以外の物体にも適用可能なこと等、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。
【符号の説明】
【００６７】
１ 走行駆動装置
２ 台車本体
３ 連結機構
４ 車両（物体）
４ａ 車輪（接地ポイント）
５ リフター
６ 走行車輪
１１ 走行エンコーダ（軌道センサ）
１３ ロードセル（力センサ）
１８ 車輪浮上支持装置
２３ リフトバー開閉アクチュエータ
２６ 接地支持輪
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
Ａ´ 仮想リーダ台車
Ｂ フォロワ台車
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体移動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。）
【０００７】
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。
【０００８】
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。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１６９４５１号公報
【特許文献２】特開２００９−１０８５４２号公報
【特許文献３】特開２００９−２８６５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明者の一人である小菅等が提案したリーダ・フォロワタイプの分散協調制御手法（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）では、複数の移動ロボットにより搬送物体を地面から浮かせた状態で搬送を行っている。一方、本研究では、車両という重量物を支持している地面に接地したリフターを台車本体により押したり引いたりすることで搬送を行うため、搬送物体には慣性力や摩擦力等の大きな外力が作用することになる。そのため小菅等の手法を用いると、一台のリーダ台車が車両重量を支持している四台のリフターに生じる摩擦力の総和より大きな力を駆動し、車両を動かし始めることは困難であった。
【００１１】
そこで、本発明者等は、全てのロボットに目標軌道を与え能動的に動作させることにより、車両を動かし始めることができるようにすることを提案している。しかしながら、前記特許文献３に開示した物体移動装置においては、リーダ台車及びフォロワ台車に搭載された軌道センサを用いて算出した自身の位置・姿勢と実空間における位置・姿勢との間に、地面に対する走行車輪の滑り等により、いわゆる運動誤差が生じ、車両等の物体を安定して目標位置まで搬送することが困難となり、改善の余地が残されていることが、本発明者等の更なる研究により明らかとなった。
【００１２】
本発明は、斯かる実情に鑑み、フォロワ台車に地面に対する走行車輪の滑り等による運動誤差が生じた場合でも、物体を目標位置まで確実に搬送し得る物体移動装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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一対のリフトバーを接地ポイントが複数存在する物体の一つの接地ポイントの両側に配置して互いに近接させることにより、該物体の一つの接地ポイント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一対のリフトバーを前記物体の前記リーダ台車にてリフトアップされる接地ポイント以外の一つの接地ポイントの両側に配置して互いに近接させることにより、該物体の一つの接地ポイント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物体を移動させるフォロワ台車とを備えた物体移動装置において、
前記リーダ台車とフォロワ台車を物体の重心における制御点回りにインピーダンス制御し、前記リーダ台車に与えられる目標軌道に基づくフォロワ台車の目標軌道を該フォロワ台車にも与え、フォロワ台車に搭載された軌道センサを用いて算出したフォロワ台車の位置・姿勢と実空間における位置・姿勢との運動誤差を推定し、該推定される運動誤差を修正しながらフォロワ台車を移動させるよう構成したことを特徴とする物体移動装置にかかるものである。
【００１４】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１５】
前述の如くリーダ台車とフォロワ台車を物体の重心における制御点回りにインピーダンス制御し、前記リーダ台車に与えられる目標軌道に基づくフォロワ台車の目標軌道を該フォロワ台車にも与え、フォロワ台車に搭載された軌道センサを用いて算出したフォロワ台車の位置・姿勢と実空間における位置・姿勢との運動誤差を推定し、該推定される運動誤差を修正しながらフォロワ台車を移動させるよう構成すると、搬送される物体に大きな負荷を与えずに、地面に対する走行車輪の滑り等が生じていても、車両等の物体を安定して目標位置まで搬送することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の物体移動装置によれば、フォロワ台車に地面に対する走行車輪の滑り等による運動誤差が生じた場合でも、物体を目標位置まで確実に搬送し得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の物体移動装置の実施例を示す全体概要斜視図である。
【図２】本発明の物体移動装置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。
【図３】本発明の物体移動装置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。
【図４】本発明の物体移動装置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。
【図５】本発明の物体移動装置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。
【図６】本発明の物体移動装置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。
【図７】本発明の物体移動装置の実施例におけるリーダ台車と各フォロワ台車の協調制御に関するシステム図である。
【図８】本発明の物体移動装置の実施例における一台のフォロワ台車に対する仮想リーダ台車のイメージ図である。
【図９】本発明の物体移動装置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。
【図１０】本発明の物体移動装置の実施例におけるリーダ台車とフォロワ台車を物体の重心における制御点回りにインピーダンス制御する状態を示す概念図である。
【図１１】本発明の物体移動装置の実施例における伝達関数を示すブロック図であって、（ａ）はフォロワ台車の運動誤差を推定する伝達関数を示すブロック図、（ｂ）は（ａ）に示すブロック図をフィードバックシステムに等価変換したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
図１〜図１１は本発明の物体移動装置の実施例であって、該物体移動装置は、
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（接地ポイント）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（接地ポイント）をリフトアップするリフター５とを有した複数台（図の例では三台）のフォロワ台車Ｂとを備え、
前記各フォロワ台車Ｂが前記リーダ台車Ａ及び自身以外のフォロワ台車Ｂをまとめたものを一台の仮想リーダ台車Ａ´（図８参照）と想定し、該仮想リーダ台車Ａ´との相互作用力を基に自身の運動誤差を推定しつつ追従することにより、前記リーダ台車Ａと複数台のフォロワ台車Ｂとが協調して車両４を移動させるよう構成したものである。
【００２０】
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９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。
【００２１】
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９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９参照）を介して配置される形となる。
【００２２】
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の接地ポイントとしての各車輪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９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。
【００２３】
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。
【００２４】
前記接地支持輪２６には、一般的なキャスター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。
【００２５】
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。
【００２６】
前記リーダ台車Ａと複数台（図の例では三台）のフォロワ台車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と各フォロワ台車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にて各フォロワ台車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と各フォロワ台車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各フォロワ台車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、前記各フォロワ台車Ｂの台車本体２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、前記各フォロワ台車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、前記各フォロワ台車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、前記各フォロワ台車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、前記各フォロワ台車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。
【００２７】
但し、前記フォロワ台車Ｂが複数台（図の例では三台）となった場合、図７に示す如く、自身以外の全ての台車からの影響を受けることになるため、ｉ番目のフォロワ台車Ｂはリーダ台車Ａとの相互作用力に基づく自身の運動誤差を推定することができなくなる。そこで、ｉ番目のフォロワ台車Ｂに対して、第一のグループをｉ番目のフォロワ台車Ｂそれ自身とし、第二のグループをリーダ台車Ａ及びｉ番目以外のフォロワ台車Ｂをまとめた一台の仮想リーダ台車Ａ´（これをｉ番目の仮想リーダ台車Ａ´）とする。即ち、ｉ番目の仮想リーダ台車Ａ´は、ｉ番目のフォロワ台車Ｂから見ると、図８に示す如く、一台のリーダのように振舞うと考えられる。この仮想リーダという考え方を用いれば、フォロワ台車Ｂが一台の場合のリーダ台車Ａとの相互作用力に基づく自身の運動誤差の推定方法を用いて、前記ｉ番目のフォロワ台車Ｂは、リーダ台車Ａ及び自身以外のフォロワ台車Ｂをまとめた一台のｉ番目の仮想リーダ台車Ａ´との相互作用力に基づく自身の運動誤差を推定することができる。
【００２８】
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９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。
【００２９】
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、並びにフォロワ台車Ｂが複数台となった場合に、仮想リーダという考え方を用いることにより、フォロワ台車Ｂが一台の場合の目標軌道の推定方法と同様に、ｉ番目のフォロワ台車Ｂが、リーダ台車Ａ及び自身以外のフォロワ台車Ｂをまとめた一台のｉ番目の仮想リーダ台車Ａ´の目標軌道を推定することができるという点に関しては、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。
【００３０】
そして、本実施例の場合、従来の分散協調制御とは異なり、前記リーダ台車Ａには運動誤差は生じないが、フォロワ台車Ｂには運動誤差が生じるものと仮定し、前記リーダ台車Ａに与えられる目標軌道に基づくフォロワ台車Ｂの目標軌道を該フォロワ台車Ｂにも与え、フォロワ台車Ｂに搭載された前記軌道センサとしての走行エンコーダ１１を用いて算出したフォロワ台車Ｂの位置・姿勢と実空間における位置・姿勢との運動誤差を推定し、該推定される運動誤差を修正しながらフォロワ台車Ｂを移動させるよう構成している。
【００３１】
先ず、車両４に大きな負荷を与えないようにするために、リーダ台車Ａとフォロワ台車Ｂをそれぞれ同一の制御点回りに［数１］［数２］に示すようインピーダンス制御する。前記制御点は、図１０に示す如く、車両４の重心位置、即ち四つの車輪４ａの中点にあるものとする。
【数１】
【数２】
ここで、添字ｌ，ｉはそれぞれリーダ台車Ａ及びｉ番目のフォロワ台車Ｂに関する変数、パラメータであることを表している。Ｍｌ，Ｍｉ∈ＥＲ３×３は慣性行列、Ｄｌ，Ｄｉ∈Ｒ３×３は粘性行列、Ｋｌ，Ｋｉ∈Ｒ３×３は剛性行列、ｆｌ，ｆｉ∈Ｒ３はリーダ台車Ａ及びｉ番目のフォロワ台車Ｂに作用する力／モーメントであり、該ｆｌ，ｆｉ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。
【００３２】
又、Δｘｌ，Δｘｉ∈Ｒ３はリーダ台車Ａ及びｉ番目のフォロワ台車Ｂの運動誤差であり、［数３］［数４］のように表される。
【数３】
【数４】
ここで、リーダ台車Ａ及びｉ番目のフォロワ台車Ｂと車両４との間に相対運動がないものと仮定すると、リーダ台車Ａ及びｉ番目のフォロワ台車Ｂは同一の制御点回りにインピーダンス制御されているので、実空間における車両４の軌道とリーダ台車Ａ及びｉ番目のフォロワ台車Ｂの軌道は一致し、該軌道をそれぞれｘ∈Ｒ３と表している。ｘｄ∈Ｒ３は全
した自身の運動誤差を表している。
【００３３】
以下では議論を簡単にするために、リーダ台車Ａとｉ番目のフォロワ台車Ｂを［数５］［数６］［数７］に示す同一のパラメータを用いてインピーダンス制御するものとする。
【数５】
【数６】
【数７】
【００３４】
はじめに、前記フォロワ台車Ｂが一台の場合、つまり［数２］においてｎ＝１の場合を考える。車両４やリフター５に外力が働かないと仮定すると、車両４に作用する力／モーメントには［数８］の関係が成り立つ。
【数８】
【００３５】
［数１］［数２］［数８］より［数９］が成り立つ。
【数９】
【００３６】
［数９］より、充分時間が経過した状態では［数１０］が成り立つ。
【数１０】
【００３７】
又、［数３］［数４］より［数１１］を得る。
【数１１】
【００３８】
一方、［数１０］より［数１２］を得る。
【数１２】
ここで、フォロワ台車Ｂは図１１（ａ）に示すように、自身で観測可能なΔｘ１−Δｘｌ
ラス変換後の変数を意味する。）図１１（ａ）は図１１（ｂ）に示すようなフィードバックシステムに等価変換することができ、フォロワ台車ＢはΔＸ１−ΔＸｌが０に収束するよう
【００３９】
例えば、伝達関数Ｇ１を［数１３］のように設定する。
【数１３】
ここで、ａ１，ｂ１∈Ｒは定数、ｓはラプラス演算子、Ｉ∈Ｒ３×３は単位行列である。
【００４０】
この時、図１１（ｂ）の入出力の関係は［数１４］のように求まる。
【数１４】
【００４１】
このフィードバックシステムの安定性を保証するためにａ１＞０，ｂ１＞０とすると、フォ
状の入力の場合には、［数１５］に示すように、
【数１５】
となるので、定常状態では、実際にフォロワ台車Ｂに生じる運動誤差と、フォロワ台車Ｂが推定した自身の運動誤差は等しくなることが分かる。
【００４２】
続いて、前述の仮想リーダの概念を用いることにより、フォロワ台車Ｂが一台の場合を拡張してフォロワ台車Ｂがｎ台の場合を考える。仮想リーダ台車Ａ´（図８参照）の概念を導入すれば、フォロワ台車Ｂが一台の場合の推定手法を用いて、ｉ番目のフォロワ台車Ｂは自身の運動誤差を推定することができる。
【００４３】
ｉ番目の仮想リーダ台車Ａ´のダイナミクスは［数１６］のように表される。
【数１６】
但し、
【数１７】
とする。
【００４４】
［数１６］より、ｉ番目の仮想リーダ台車Ａ´の運動誤差Δｘｌｉは［数１８］のように表せる。
【数１８】
【００４５】
又、ｉ番目の仮想リーダ台車Ａ´に作用する力／モーメントｆｌｉは［数１９］のように表せる。
【数１９】
【００４６】
［数１８］［数１９］を用いると、ｉ番目の仮想リーダ台車Ａ´のダイナミクスは［数２０］のようになる。
【数２０】
【００４７】
ｘｄｉをｉ番目の仮想リーダ台車Ａ´の目標軌道とすると、Δｘｌｉは［数２１］のように表すことができる。
【数２１】
【００４８】
［数３］［数１８］［数２１］をｘｄｉについて解くと、［数２２］のようになる。
【数２２】
【００４９】
ここで、前記フォロワ台車Ｂが一台の場合と同様に、車両４やリフター５に外力が働かないと仮定すると、車両４に作用する力／モーメントには［数２３］の関係が成り立つ。
【数２３】
【００５０】
［数１］［数２］［数２３］より、［数１０］と同様にして考えると、充分時間が経過した状態では［数２４］が成り立つ。
【数２４】
【００５１】
又、［数１８］［数２４］より、［数２５］が成り立つ。
【数２５】
【００５２】
このようにして仮想リーダ台車Ａ´の概念を用いると、［数２０］［数２１］は［数１］［数３］と同一の形をしているので、ｉ番目のフォロワ台車Ｂは、フォロワ台車Ｂが一台の場合の推定手法を用いて、自身の運動誤差を推定することができる。
【００５３】
［数２５］より、ｉ番目のフォロワ台車Ｂの運動誤差Δｘｉとｉ番目の仮想リーダ台車Ａ´の運動誤差Δｘｌｉの差は［数２６］で表せる。
【数２６】
【００５４】
ｉ番目のフォロワ台車Ｂは自身で観測可能なΔｘｉと［数２６］を用いて、Δｘｉ−Δｘｌｉを計算することができる。そしてΔｘｉ−Δｘｌｉと前記フォロワ台車Ｂが一台の場合と同様
うに推定することができる。
【数２７】
【００５５】
ここで、伝達関数Ｇｉは前記フォロワ台車Ｂが一台の場合と同様に［数２８］とする。
【数２８】
【００５６】
更に、前記仮想リーダの概念を用いて一台のリーダ台車Ａとｎ台のフォロワ台車Ｂで構成される車両４の協調搬送システムを考えた場合のシステム全体の安定性と軌道収束について考察する。
【００５７】
【数２９】
【００５８】
又、［数２４］に［数３］［数４］を代入し、ラプラス変換すると、［数３０］を得る。
【数３０】
【００５９】
ここで議論を簡単にするために，全てのフォロワ台車Ｂの運動誤差を推定するフォロワ制御部３２に同一のパラメータａ，ｂを用いる場合を考えると、伝達関数Ｇｉは［数３１］のように表せる。
【数３１】
【００６０】
［数２９］［数３０］［数３１］より、Ｘは［数３２］のように求まる。
【数３２】
【００６１】
［数３２］より、この協調搬送システムが安定となる必要十分条件は、［数３３］のように
【数３３】
の全ての根の実部が負であること、つまりａ＞０，ｂ＞０である。
【００６２】
更に、ｉ番目のフォロワ台車Ｂの運動誤差が［数３４］に示すようなランプ状の場合を考える。
【数３４】
ここで、ｃｉ，ｄｉ，ｅｉ∈Ｒは定数である。
【００６３】
この時，［数３２］［数３４］とラプラスの最終値の定理より、［数３５］のように
【数３５】
となるので，定常状態では、実空間において搬送される車両４の軌道ｘは全てのロボットに与えられる目標軌道ｘｄと一致することが分かる。
【００６４】
即ち、前述の如くリーダ台車Ａとフォロワ台車Ｂを車両４の重心における制御点回りにインピーダンス制御し、前記リーダ台車Ａに与えられる目標軌道に基づくフォロワ台車Ｂの目標軌道を該フォロワ台車Ｂにも与え、フォロワ台車Ｂに搭載された軌道センサとしての走行エンコーダ１１を用いて算出したフォロワ台車Ｂの位置・姿勢と実空間における位置・姿勢との運動誤差を推定し、該推定される運動誤差を修正しながらフォロワ台車Ｂを移動させるよう構成すると、搬送される物体に大きな負荷を与えずに、地面に対する走行車輪６の滑り等が生じていても、車両４を安定して目標位置まで搬送することが可能となる。
【００６５】
こうして、フォロワ台車Ｂに地面に対する走行車輪６の滑り等による運動誤差が生じた場合でも、車両４を目標位置まで確実に搬送し得る。
【００６６】
尚、本発明の物体移動装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、車両は四輪車に限らず、複数の車輪を持つ車両であればどのような車両にも適用可能なこと、又、駐車施設に限らず、駐車違反車両の移動やカーフェリー内での車両の移動等にも適用可能なこと、更に又、車両以外の物体にも適用可能なこと等、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。
【符号の説明】
【００６７】
１ 走行駆動装置
２ 台車本体
３ 連結機構
４ 車両（物体）
４ａ 車輪（接地ポイント）
５ リフター
６ 走行車輪
１１ 走行エンコーダ（軌道センサ）
１３ ロードセル（力センサ）
１８ 車輪浮上支持装置
２３ リフトバー開閉アクチュエータ
２６ 接地支持輪
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
Ａ´ 仮想リーダ台車
Ｂ フォロワ台車
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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一対のリフトバーを接地ポイントが複数存在する物体の一つの接地ポイントの両側に配置して互いに近接させることにより、該物体の一つの接地ポイント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一対のリフトバーを前記物体の前記リーダ台車にてリフトアップされる接地ポイント以外の一つの接地ポイントの両側に配置して互いに近接させることにより、該物体の一つの接地ポイント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物体を移動させるフォロワ台車とを備えた物体移動装置において、
前記リーダ台車とフォロワ台車を物体の重心における制御点回りにインピーダンス制御し、前記リーダ台車に与えられる目標軌道に基づくフォロワ台車の目標軌道を該フォロワ台車にも与え、フォロワ台車に搭載された軌道センサを用いて算出したフォロワ台車の位置・姿勢と実空間における位置・姿勢との運動誤差を推定し、該推定される運動誤差を修正しながらフォロワ台車を移動させるよう構成したことを特徴とする物体移動装置。
【請求項１】
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一対のリフトバーを接地ポイントが複数存在する物体の一つの接地ポイントの両側に配置して互いに近接させることにより、該物体の一つの接地ポイント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一対のリフトバーを前記物体の前記リーダ台車にてリフトアップされる接地ポイント以外の一つの接地ポイントの両側に配置して互いに近接させることにより、該物体の一つの接地ポイント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物体を移動させるフォロワ台車とを備えた物体移動装置において、
前記リーダ台車とフォロワ台車を物体の重心における制御点回りにインピーダンス制御し、前記リーダ台車に与えられる目標軌道に基づくフォロワ台車の目標軌道を該フォロワ台車にも与え、フォロワ台車に搭載された軌道センサを用いて算出したフォロワ台車の位置・姿勢と実空間における位置・姿勢との運動誤差を推定し、該推定される運動誤差を修正しながらフォロワ台車を移動させるよう構成したことを特徴とする物体移動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１８８９１４（Ｐ２０１２−１８８９１４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７６５２３（Ｐ２０１１−７６５２３）
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【出願人】（０００１９８３６３）ＩＨＩ運搬機械株式会社 (292)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【出願人】（０００１９８３６３）ＩＨＩ運搬機械株式会社 (292)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
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