特許 7390817 進行方向状態検出装置及びそれを用いた台車

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-24

(45)【発行日】2023-12-04

(54)【発明の名称】進行方向状態検出装置及びそれを用いた台車

(51)【国際特許分類】

   G01B 21/00 20060101AFI20231127BHJP

   G05D 1/02 20200101ALI20231127BHJP

【ＦＩ】

G01B21/00 T

G05D1/02 S

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019143389

(22)【出願日】2019-08-02

(65)【公開番号】P2021026469

(43)【公開日】2021-02-22

【審査請求日】2022-06-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】木下 優司

(72)【発明者】

【氏名】五十嵐 俊介

(72)【発明者】

【氏名】谷 卓

【審査官】櫻井 仁

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－２０５０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２２０２２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１８１５４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ ２１／００

Ｇ０１Ｂ １１／００

Ｇ０５Ｄ １／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車輪が走行する走行面の段差、傾斜及び開口を検出するための進行方向状態検出装置であって、
車輪の進行方向の前側近傍に設けられ、進行方向斜め下方の走行面上であって進行方向に垂直な第１線状位置までの距離を線状に測定する第１距離センサと、
この進行方向斜め下方の走行面よりも進行方向後方、かつ、車輪の接地点よりも進行方向前方の走行面上であって進行方向に垂直な第２線状位置までの距離を線状に測定する第２距離センサと、
第２距離センサで一定の時間ごとに連続して測定された距離の変化量をもとに走行面の段差を検出し、第１距離センサで一定時間ごとに連続して測定された距離の変化量をもとに走行面の傾斜を検出し、一部の第１線状位置及び第２線状位置までの距離の変化量をもとに走行面の開口を検出する検出部と、
を備えることを特徴とする進行方向状態検出装置。

【請求項2】

請求項１に記載の進行方向状態検出装置を備えたことを特徴とする台車。

【請求項3】

請求項１に記載の進行方向状態検出装置と、
台車の走行速度を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記第１距離センサで測定された距離の変化量が所定の第１閾値を超えた場合に、走行速度を減速させるとともに、さらに第２距離センサで測定された距離の変化量が所定の第２閾値を超えた場合に、走行を停止させる制御を行うことを特徴とする台車。

【請求項4】

前記制御部は、前記第１距離センサで測定された距離のうち、少なくとも１つの前記車輪の進行方向の距離の変化量のみが所定の第１閾値を超えた場合に、走行速度を減速させ、さらに第２距離センサで測定された距離のうち、少なくとも１つの前記車輪の進行方向の距離の変化量のみが所定の第２閾値を超えた場合に、走行を停止させる制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の台車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車輪が走行する走行面の段差、傾斜及び開口を確実に検出する進行方向状態検出装置及びそれを用いた台車に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、台車などの車両が走行する走行面の段差を検出する装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。こうした装置は、通常、車両の走行方向前方部に鉛直下向きに設置した距離センサ等を備えており、この距離センサ等で床面までの距離を計測することで段差を検出している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－４２２２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、このような装置では、減速距離を加味してタイヤ（車輪）から距離センサまでの距離を適切に設定する必要がある。タイヤと距離センサまでの距離が短い場合には減速距離が取れないため、車両の移動速度を走行全般にわたって落とさなければ段差を正確に検出できないという問題がある。また、段差と傾斜路の違いを検出できないおそれや、車両が傾斜した場合などに誤検出するおそれがあるといった問題もある。

【0005】

このため、車輪から距離センサまでの距離が短い場合でも適用でき、段差と傾斜路を区別して検出することのできる高性能な装置が求められていた。

【0006】

また、台車の進行方向であって車輪の通過領域に開口が存在する場合は、脱輪して走行不能になる可能性がある。

【0007】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、車輪が走行する走行面の段差、傾斜及び開口を確実に検出する進行方向状態検出装置及びそれを用いた台車を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る進行方向状態検出装置は、車輪が走行する走行面の段差、傾斜及び開口を検出するための進行方向状態検出装置であって、車輪の進行方向の前側近傍に設けられ、進行方向斜め下方の走行面上であって進行方向に垂直な第１線状位置までの距離を線状に測定する第１距離センサと、この進行方向斜め下方の走行面よりも進行方向後方、かつ、車輪の接地点よりも進行方向前方の走行面上であって進行方向に垂直な第２線状位置までの距離を線状に測定する第２距離センサと、第１距離センサおよび第２距離センサで一定の時間ごとに連続して測定された距離の変化量に基づいて、走行面の段差、傾斜及び開口を検出する検出部と、を備えることを特徴とする。

【0009】

また、本発明に係る台車は、上記の進行方向状態検出装置を備えたことを特徴とする。

【0010】

また、本発明に係る台車は、上記発明のいずれかに記載の進行方向状態検出装置と、台車の走行速度を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第１距離センサで測定された距離の変化量が所定の第１閾値を超えた場合に、走行速度を減速させるとともに、さらに第２距離センサで測定された距離の変化量が所定の第２閾値を超えた場合に、走行を停止させる制御を行うことを特徴とする。

【0011】

また、本発明に係る台車は、上記の発明において、前記制御部は、前記第１距離センサで測定された距離のうち、少なくとも１つの前記車輪の進行方向の距離の変化量のみが所定の第１閾値を超えた場合に、走行速度を減速させ、さらに第２距離センサで測定された距離のうち、少なくとも１つの前記車輪の進行方向の距離の変化量のみが所定の第２閾値を超えた場合に、走行を停止させる制御を行うことを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、車輪が走行する走行面の段差、傾斜及び開口を確実に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本発明に係る実施の形態である進行方向状態検出装置及び台車の概要構成を説明する説明図である。

【図2】図２は、長距離センサ及び短距離センサがそれぞれレーザ光をスキャンする第１線状位置及び第２線状位置を説明する説明図である。

【図3】図３は、段差の検出状態を示す説明図である。

【図4】図４は、傾斜の検出状態を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に、本発明に係る進行方向状態検出装置及びそれを用いた台車の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

【0015】

（進行方向状態検出装置）
まず、本発明に係る進行方向状態検出装置について説明する。

【0016】

図１に示すように、本発明に係る進行方向状態検出装置１０は、車輪１２が走行する走行面Ｇの段差、傾斜及び開口を検出するための装置である。この進行方向状態検出装置１０は、車輪１２の進行方向Ｘの前側近傍にそれぞれ設けられた長距離センサ１４（第１距離センサ）、短距離センサ１６（第２距離センサ）と、検出部１８とを備えている。なお、走行面Ｇの大部分は水平になっており、部分的に図示しない段差、傾斜あるいは開口１０１（図２参照）が存在する。

【0017】

図１及び図２に示すように、長距離センサ１４及び短距離センサ１６は、それぞれ測定対象の走行面Ｇへレーザ光を進行方向Ｘに対して垂直な方向にスキャンし、反射光を検出して、それぞれ進行方向Ｘに垂直な第１線状位置ＬＮ１及び第２線状位置ＬＮ２までの距離を線状に算出する２次元レーザスキャナ式センサである。なお、本発明の長距離センサ１４及び短距離センサ１６はこれに限るものではなく、例えば超音波センサや他の種類のセンサを用いても構わない。

【0018】

長距離センサ１４は、進行方向Ｘの斜め下方の走行面Ｇ上の第１線状位置ＬＮ１までの距離Ｌ１を測定するためのものである。短距離センサ１６は、鉛直下方の走行面Ｇ上の第２線状位置ＬＮ２までの距離Ｌ２を測定するためのものである。長距離センサ１４が測定する距離Ｌ１は比較的長く、短距離センサ１６が測定する距離Ｌ２は比較的短く設定されている（Ｌ１＞Ｌ２）。このように、本実施の形態では、車輪１２の前側近傍に距離センサを２つ設け、一方は鉛直下方を測定対象とし、他方は斜め前方を測定対象としている。

【0019】

なお、短距離センサ１６の測定対象は鉛直下方の走行面Ｇ上の第２線状位置ＬＮ２までの距離に限るものではなく、長距離センサ１４の測定対象の走行面Ｇ上の第１線状位置よりも進行方向Ｘ後方、かつ、車輪１２の接地点Ｐよりも進行方向Ｘ前方の走行面Ｇ上の第２線状位置ＬＮ２までの距離であってもよい。すなわち、鉛直下方から若干斜め前方または斜め後方の走行面Ｇ上の第２線状位置ＬＮ２を測定対象としてもよい。

【0020】

検出部１８は、長距離センサ１４、短距離センサ１６でそれぞれ一定の時間ごとに連続して測定された距離Ｌ１、Ｌ２の変化量に基づいて、走行面Ｇの段差、傾斜及び開口を検出するためのものである。例えば、短距離センサ１６で測定された距離Ｌ２の変化量が所定の閾値を超える場合を段差、長距離センサ１４で測定された距離Ｌ１の変化量が所定の閾値を超える場合を傾斜として検出する。

【0021】

なお、長距離センサ１４が測定する距離Ｌ１は、長距離センサ１４の照射位置を通り、進行方向Ｘに垂直な直線から第１線状位置ＬＮ１までの距離に換算した値の平均値としている。同様に、短距離センサ１６が測定する距離Ｌ２は、短距離センサ１６の照射位置を通り、進行方向Ｘに垂直な直線から第２線状位置ＬＮ２までの距離に換算した値の平均値としている。

【0022】

また、長距離センサ１４及び短距離センサ１６は、それぞれ換算した第１線状位置ＬＮ１及び第２線状位置ＬＮ２までの距離分布を記憶し、特に車輪１２の進行方向Ｘの距離の変化量が所定の閾値超える場合、車輪１２の進行方向Ｘに開口１０１があると検出する。

【0023】

なお、長距離センサ１４及び短距離センサ１６のスキャンは、少なくとも車輪１２が走行する走行面Ｇの幅Ｗ分であればよい。

【0024】

（検出動作）
まず、段差を検出する場合について説明する。図３（ａ）は段差を検出する前、図３（ｂ）は段差を検出した後の状態を示したものである。この図３に示すように、短距離センサ１６で測定される距離Ｌ２は、段差Ｄを通過した瞬間に大きく変化する。検出部１８は、この変化量が所定の閾値を超える場合に大きな段差として検出する。

【0025】

次に、傾斜を検出する場合について説明する。図４（ａ）は傾斜を検出する前、図４（ｂ）は傾斜を検出した後の状態を示したものである。この図４に示すように、長距離センサ１４で測定される距離Ｌ１は、水平な走行面Ｇから傾斜路Ｓ（スロープ）に入った場合にわずかに変化する。検出部は、この変化量が所定の閾値を超える場合に傾斜路（スロープ）または小さな段差として検出する。

【0026】

次に、開口１０１を検出する場合について説明する。図２に示すように、車輪１２の進行方向Ｘの走行面Ｇ上に開口１０１が存在する場合、長距離センサ１４及び短距離センサ１６が測定する第１線状位置ＬＮ１及び第２線状位置ＬＮ２までの距離の一部が大きく変化する。図２では、車輪１２の進行方向Ｘの距離の変化量が、大きく変化する。検出部１８は、一部の第１線状位置ＬＮ１及び第２線状位置ＬＮ２までの距離の変化量が所定の閾値を超える場合に開口１０１を検出する。なお、検出部１８は、開口１０１以外の突起を検出することもできる。

【0027】

このように、本実施の形態では、短距離センサ１６で測定された距離Ｌ２の急激な変化から大きな段差を検出し、長距離センサ１４で測定された距離Ｌ１のわずかな変化から小さな段差や傾斜路を検出する。また、第１線状位置ＬＮ１あるいは第２線状位置ＬＮ２の一部の距離Ｌ１，Ｌ２の急激な変化から開口を検出する。したがって、本実施の形態によれば、車輪１２から距離センサ（長距離センサ１４、短距離センサ１６）までの距離が短い場合でも、段差、傾斜、開口を区別して検出することができる。また、２つのレーザスキャン方式の距離センサという簡単な構成で実現することができる。

【0028】

（台車）
図１に示すように、本発明に係る台車１００は、車輪１２と、進行方向状態検出装置１０と、台車１００の走行速度などを制御する制御部２０とを備えている。車輪１２は、図示しないホイールとその外周に装着されたゴム製のタイヤにより構成されている。

【0029】

台車１００は、平面視で矩形状の台車本体２２を備えており、車輪１２はその下面の四隅に設けられている。図１及び図２の例では台車１００の前側の車輪１２のみを示し、他の車輪１２については図示を省略している。台車１００の後側左右の車輪１２は走行用の駆動輪、前側左右の車輪１２は操舵輪である。なお、本発明はこれに限るものではなく、台車１００の前後のいずれか一方を駆動と操舵が可能な駆動操舵輪、他方を操舵輪で構成してもよいし、台車１００に備わる全ての車輪１２が駆動操舵輪であってもよい。さらに、台車１００に備わる車輪１２の数は４輪に限るものではなく、これ以外の複数輪であってもよい。

【0030】

制御部２０は、長距離センサ１４および短距離センサ１６の測定値に基づいて、図示しない走行モータの回転数を制御することによって、走行モータによる車輪１２（駆動輪）の回転駆動を制御し、台車１００の走行速度を制御する。より具体的には、この制御部２０は、長距離センサ１４で一定の時間ごとに連続して測定された距離Ｌ１の変化量が所定の第１閾値を超えた場合に、台車１００の走行速度を減速させる制御を行う。さらに、この場合において、短距離センサ１６で一定の時間ごとに連続して測定された距離Ｌ２の変化量が所定の第２閾値を超えたときには、台車１００の走行を停止させる制御を行う。なお、第２閾値は第１閾値よりも大きい閾値である。また、制御部２０は、長距離センサ１４が一定時間ごとに連続して測定された距離Ｌ１であって、少なくとも一方の車輪１２の進行方向Ｘに対応する部分の距離Ｌ１が第１閾値を超える場合に、台車１００の走行速度を減速させる制御を行い、短距離センサ１６が一定時間ごとに連続して測定された距離Ｌ２であって、少なくとも一方の車輪１２の進行方向Ｘに対応する部分の距離Ｌ２が第２閾値を超える場合に、台車１００の走行を停止させる制御を行う。

【0031】

このため、本実施の形態の長距離センサ１４は減速用距離センサとして機能し、短距離センサ１６は停止用距離センサとして機能する。ここで、減速とは、例えば台車１００が速度３０ｋｍ／ｈで走行していた場合、１５ｋｍ／ｈで走行するように、台車１００の走行速度を低速にすることであり、台車１００の速度を漸次減少させることではない。

【0032】

上記構成の動作および作用について、第１閾値を３０ｍｍ、第２閾値を８０ｍｍに設定した場合を例にとり説明する。

【0033】

図４に示すように、長距離センサ１４で測定された距離Ｌ１の変化量が第１閾値（３０ｍｍ）を超えた場合には、進行方向状態検出装置１０の検出部１８が小さな段差やスロープ、開口として検出する。これを検出した時点で制御部２０は台車１００の減速制御を行い、台車１００の走行速度を比較的短い距離で停止可能な速度に落とす。第１閾値（３０ｍｍ）を超えない場合には速度を維持する。

【0034】

一方、図３に示すように、短距離センサ１６で測定された距離Ｌ２の変化量が第２閾値（８０ｍｍ）を超えた場合には、進行方向状態検出装置１０の検出部１８が大きな段差あるいは開口として検出する。これを検出した時点で制御部２０は台車１００の走行を停止（非常停止）する制御を行う。第２閾値（８０ｍｍ）を超えない場合には、減速したままの速度を維持する。

【0035】

したがって、本実施の形態によれば、傾斜角の大きい傾斜路Ｓ（スロープ）や段差Ｄ、さらには開口１０１のある走行面Ｇを台車１００が走行する場合において、車輪１２が傾斜路Ｓ（スロープ）や段差Ｄ、開口１０１に至る前に事前にそれを検出することができる。そして、傾斜路Ｓ（スロープ）を検出した場合は減速して走行を継続し、段差Ｄや開口１０１を検出した場合は走行を停止（非常停止）するといった動作が可能となる。このため、車輪１２から距離センサ（長距離センサ１４、短距離センサ１６）までの距離が短い場合でも、台車１００の移動速度を走行全般にわたって落とす必要がなくなり、台車１００の搬送効率を向上することができる。

【符号の説明】

【0036】

１０ 進行方向状態検出装置
１２ 車輪
１４ 長距離センサ（第１距離センサ）
１６ 短距離センサ（第２距離センサ）
１８ 検出部
２０ 制御部
２２ 台車本体
１００ 台車
１０１ 開口
Ｄ 段差
Ｇ 走行面
Ｌ１，Ｌ２ 距離
ＬＮ１ 第１線状位置
ＬＮ２ 第２線状位置
Ｐ 接地点
Ｓ 傾斜路（スロープ）
Ｘ 進行方向
Ｗ 幅

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】