特許 7552500 無人搬送車の制御装置

(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】2024-09-09

(45)【発行日】2024-09-18

(54)【発明の名称】無人搬送車の制御装置

(51)【国際特許分類】

   G05D 1/43 20240101AFI20240910BHJP

   G05B 11/36 20060101ALI20240910BHJP

【ＦＩ】

G05D1/43

G05B11/36 G

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021085171

(22)【出願日】2021-05-20

(65)【公開番号】P2022178398

(43)【公開日】2022-12-02

【審査請求日】2023-08-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100104938

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜澤 英久

(74)【代理人】

【識別番号】100210240

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 友幸

(72)【発明者】

【氏名】安部 義隆

(72)【発明者】

【氏名】野村 昌克

(72)【発明者】

【氏名】滝口 昌司

(72)【発明者】

【氏名】米野 敬祐

【審査官】神山 貴行

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－０２１６９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１８１６２７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｄ １／４３

Ｇ０５Ｂ １１／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動可能な走行体に搭載された基台と、
前記基台上の四隅に各々設置されたアクチュエータであり、出力軸が前記基台上における前記設置された面に対して垂直方向に運動自在に構成された第１～第４のアクチュエータと、
前記第１～第４のアクチュエータの各出力軸の先端部に対向して配設された被制御体と、
前記第１～第４のアクチュエータ駆動用のモータを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、次の（１）式、（２）式、（３）式を用いて、前記被制御体の垂直推力指令および被制御体の傾斜指令からモードの位置指令値に変換する指令値生成部と、

【数1】

【数2】

【数3】

（ただし、ｘ₁～ｘ₄は被制御体における第１～第４のアクチュエータの各出力軸の先端部の位置、Ｘ₁は被制御体の昇降に対応するモード変数でありＸ₁＝（ｘ₁＋ｘ₂＋ｘ₃＋ｘ₄）／４で定義され、Ｘ₂は被制御体の横方向（ｘ軸を回転軸とする回転方向）の傾斜に対応するモード変数でありＸ₂＝（ｘ₁－ｘ₂＋ｘ₃－ｘ₄）／４で定義され、横方向の傾斜Ｓ_xと比例関係Ｘ₂＝（ｄ₁₂／２）Ｓ_x（ｄ₁₂は第１のアクチュエータの出力軸の先端部と第２のアクチュエータの出力軸の先端部の間の距離；アクチュエータ左右間隔）にあり、Ｘ₃は被制御体の進行方向（ｙ軸を回転軸とする回転方向）の傾斜に対応するモード変数でありＸ₃＝（ｘ₁＋ｘ₂－ｘ₃－ｘ₄）／４で定義され、進行方向の傾斜Ｓ_yと比例関係Ｘ₃＝（ｄ₁₃／２）Ｓ_y（ｄ₁₃は第１のアクチュエータの出力軸の先端部と第３のアクチュエータの出力軸の先端部の間の距離；アクチュエータ前後間隔）にあり、Ｘ₄は被制御体のねじれに対応するモード変数であり、Ｆ_N ^cmdは被制御体の垂直推力指令、Ｓ_x ^cmdは被制御体の横方向の（ｘ軸に関する）傾斜指令、Ｓ_y ^cmdは被制御体の進行方向の（ｙ軸に関する）傾斜指令、Ｘ₂ ^cmd～Ｘ₄ ^cmdはモードの位置指令値）、
前記指令値生成部により変換されたモードの位置指令と、第１～第４のアクチュエータに対して制御を行ったことによる各アクチュエータの駆動用のモータの角度を変数変換したモードの応答値とに基づいて、（４）式を用いてモードの加速度参照値を求めるモード制御器と、

【数4】

（ただしＣ_PMi（ｓ）はｉ番目のモードの制御ゲイン、Ｘ₂ ^cmd～Ｘ₄ ^cmdはモードの位置指令値、Ｘ₂ ^res～Ｘ₄ ^resはモードの応答値、２階微分のマークを付したＸ₁ ^ref～Ｘ₄ ^refはモードの加速度参照値）
前記モード制御器により求められたモードの加速度参照値から（５）式、（６）式を用いてアクチュエータの推力を導出し、

【数5】

【数6】

（ただし、Ｔ^-1は変換行列の逆行列、２階微分マークを付したｘ₁ ^ref～ｘ₄ ^refはアクチュエータの加速度参照値、Ｍ_aはアクチュエータ慣性、ｆ₁ ^ref～ｆ₄ ^refはアクチュエータの推力）
導出したアクチュエータの推力ｆ^refに、推力とトルクの変換係数Ｇ_rを乗じて前記アクチュエータ駆動用のモータのトルク参照値τ^refを求める変数変換部と、を有し、
最大静止摩擦トルクとなる垂直推力指令によるリフタ上昇制御と、設定した垂直推力指令による垂直推力制御と、負方向の最大静止摩擦トルクとなる垂直推力指令によるリフタ下降制御と、を行うことを特徴とする無人搬送車の制御装置。

【請求項2】

前記コントローラは、出力軸推力対付加入力の変換関数によって前記第１～第４のアクチュエータの出力軸推力から付加入力に変換する出力軸推力－付加入力変換部と、前記変換された付加入力に最大静止摩擦入力を加算して垂直推力指令を出力する加算部とを有し、前記加算部の出力を、前記指令値生成部に入力する被制御体の垂直推力指令とし、
前記出力軸推力対付加入力の変換関数は、
垂直推力指令値をゼロから微小に上げていき前記アクチュエータが動き出すときの垂直推力指令値を最大静止摩擦入力として記録し、最大静止摩擦入力でアクチュエータを壁面に押し付けたときの反力を力センサで計測した値も記録する第１の同定プロセスと、
前記第１の同定プロセスで記録された最大静止摩擦入力に付加入力を加えたものを垂直推力指令値として、アクチュエータを壁面に押し付けた際の反力を力センサで計測した出力軸計測値と、付加入力との関係を求める第２の同定プロセスとを実行し、
前記第２の同定プロセスで求められた出力軸推力計測値と付加入力の関係を、前記出力軸推力対付加入力の変換関数に変換して設定されていることを特徴とする請求項１に記載の無人搬送車の制御装置。

【請求項3】

絶対座標系における前記基台の傾斜を計測する計測手段を備え、
前記コントローラは、前記計測手段で計測された計測値と逆方向の値を、前記指令値生成部に入力される被制御体の傾斜指令とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の無人搬送車の制御装置。

【請求項4】

前記コントローラは、前記モード制御器から出力されるモードの加速度参照値および前記モードの応答値を入力とし、モード空間での加速度の推定外乱を求める外乱オブザーバと、前記外乱オブザーバの出力を前記モード制御器の出力に加算する加算器とを備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の無人搬送車の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば台車を下から持ち上げて搬送するリフトアップ式の無人搬送車（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ；以下、ＡＧＶと称することもある）に係り、特に台車の車輪を接地させたまま搬送する接地搬送を可能にするリフタの制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＡＧＶの接地搬送に関する手法として、従来、次のような技術が挙げられる。特許文献１および特許文献２では、空気圧アクチュエータを用いた圧力制御により接地搬送を実現している。特許文献３では、電動アクチュエータの高さの制御により接地搬送を実現している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６６４１９９４号公報（特願２０１５－２５５９４５）

【文献】特許第６８４８６５１号公報（特願２０１７－８７８６４）

【文献】特開２０２０－７７２９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１、２では、空気圧アクチュエータを用いており、メンテナンスの頻度が高い、高精度制御が難しい、騒音といった問題点がある。特許文献３では電動アクチュエータを用いて高さの制御をしているが、斜面上では台車とリフタの接触面ですべりが生じる可能性がある。

【0005】

本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、垂直推力制御と傾斜制御が同時に行える無人搬送車の制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するための請求項１に記載の無人搬送車の制御装置は、
移動可能な走行体に搭載された基台と、
前記基台上の四隅に各々設置されたアクチュエータであり、出力軸が前記基台上における前記設置された面に対して垂直方向に運動自在に構成された第１～第４のアクチュエータと、
前記第１～第４のアクチュエータの各出力軸の先端部に対向して配設された被制御体と、
前記第１～第４のアクチュエータ駆動用のモータを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、次の（１）式、（２）式、（３）式を用いて、前記被制御体の垂直推力指令および被制御体の傾斜指令からモードの位置指令値に変換する指令値生成部と、

【0007】

【数1】

【0008】

【数2】

【0009】

【数3】

【0010】

（ただし、ｘ₁～ｘ₄は被制御体における第１～第４のアクチュエータの各出力軸の先端部の位置、Ｘ₁は被制御体の昇降に対応するモード変数でありＸ₁＝（ｘ₁＋ｘ₂＋ｘ₃＋ｘ₄）／４で定義され、Ｘ₂は被制御体の横方向（ｘ軸を回転軸とする回転方向）の傾斜に対応するモード変数でありＸ₂＝（ｘ₁－ｘ₂＋ｘ₃－ｘ₄）／４で定義され、横方向の傾斜Ｓ_xと比例関係Ｘ₂＝（ｄ₁₂／２）Ｓ_x（ｄ₁₂は第１のアクチュエータの出力軸の先端部と第２のアクチュエータの出力軸の先端部の間の距離；アクチュエータ左右間隔）にあり、Ｘ₃は被制御体の進行方向（ｙ軸を回転軸とする回転方向）の傾斜に対応するモード変数でありＸ₃＝（ｘ₁＋ｘ₂－ｘ₃－ｘ₄）／４で定義され、進行方向の傾斜Ｓ_yと比例関係Ｘ₃＝（ｄ₁₃／２）Ｓ_y（ｄ₁₃は第１のアクチュエータの出力軸の先端部と第３のアクチュエータの出力軸の先端部の間の距離；アクチュエータ前後間隔）にあり、Ｘ₄は被制御体のねじれに対応するモード変数であり、Ｆ_N ^cmdは被制御体の垂直推力指令、Ｓ_x ^cmdは被制御体の横方向の（ｘ軸に関する）傾斜指令、Ｓ_y ^cmdは被制御体の進行方向の（ｙ軸に関する）傾斜指令、Ｘ₂ ^cmd～Ｘ₄ ^cmdはモードの位置指令値）、
前記指令値生成部により変換されたモードの位置指令と、第１～第４のアクチュエータに対して制御を行ったことによる各アクチュエータの駆動用のモータの角度を変数変換したモードの応答値とに基づいて、（４）式を用いてモードの加速度参照値を求めるモード制御器と、

【0011】

【数4】

【0012】

（ただしＣ_PMi（ｓ）はｉ番目のモードの制御ゲイン、Ｘ₂ ^cmd～Ｘ₄ ^cmdはモードの位置指令値、Ｘ₂ ^res～Ｘ₄ ^resはモードの応答値、２階微分のマークを付したＸ₁ ^ref～Ｘ₄ ^refはモードの加速度参照値）
前記モード制御器により求められたモードの加速度参照値から（５）式、（６）式を用いてアクチュエータの推力を導出し、

【0013】

【数5】

【0014】

【数6】

【0015】

（ただし、Ｔ^-1は変換行列の逆行列、２階微分マークを付したｘ₁ ^ref～ｘ₄ ^refはアクチュエータの加速度参照値、Ｍ_aはアクチュエータ慣性、ｆ₁ ^ref～ｆ₄ ^refはアクチュエータの推力）
導出したアクチュエータの推力ｆ^refに、推力とトルクの変換係数Ｇ_rを乗じて前記アクチュエータ駆動用のモータのトルク参照値τ^refを求める変数変換部と、を有し、
最大静止摩擦トルクとなる垂直推力指令によるリフタ上昇制御と、設定した垂直推力指令による垂直推力制御と、負方向の最大静止摩擦トルクとなる垂直推力指令によるリフタ下降制御と、を行うことを特徴とする。

【0016】

請求項２に記載の無人搬送車の制御装置は、請求項１において、
前記コントローラは、出力軸推力対付加入力の変換関数によって前記第１～第４のアクチュエータの出力軸推力から付加入力に変換する出力軸推力－付加入力変換部と、前記変換された付加入力に最大静止摩擦入力を加算して垂直推力指令を出力する加算部とを有し、前記加算部の出力を、前記指令値生成部に入力する被制御体の垂直推力指令とし、
前記出力軸推力対付加入力の変換関数は、
垂直推力指令値をゼロから微小に上げていき前記アクチュエータが動き出すときの垂直推力指令値を最大静止摩擦入力として記録し、最大静止摩擦入力でアクチュエータを壁面に押し付けたときの反力を力センサで計測した値も記録する第１の同定プロセスと、
前記第１の同定プロセスで記録された最大静止摩擦入力に付加入力を加えたものを垂直推力指令値として、アクチュエータを壁面に押し付けた際の反力を力センサで計測した出力軸計測値と、付加入力との関係を求める第２の同定プロセスとを実行し、
前記第２の同定プロセスで求められた出力軸推力計測値と付加入力の関係を、前記出力軸推力対付加入力の変換関数に変換して設定されていることを特徴とする。

【0017】

請求項３に記載の無人搬送車の制御装置は、請求項１又は２において、
絶対座標系における前記基台の傾斜を計測する計測手段を備え、
前記コントローラは、前記計測手段で計測された計測値と逆方向の値を、前記指令値生成部に入力される被制御体の傾斜指令とすることを特徴としている。

【0018】

請求項４に記載の無人搬送車の制御装置は、請求項１から３のいずれか１項において、
前記コントローラは、前記モード制御器から出力されるモードの加速度参照値および前記モードの応答値を入力とし、モード空間での加速度の推定外乱を求める外乱オブザーバと、前記外乱オブザーバの出力を前記モード制御器の出力に加算する加算器とを備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0019】

（１）請求項１～４に記載の発明によれば、被制御体の垂直推力制御と傾斜制御が同時に行えるので、被制御体が車輪付きの台車である場合、傾斜ゼロを補償した安全な接地搬送が可能となる。

【0020】

すなわち、従来は垂直推力制御、傾斜制御といった各機能に関する制御ゲインの比重を調整することは難しいものであったが、各機能のモードの変数に対して（４）式のように制御系を直接組んでいるため、各機能の性能を直接設計することができる。

【0021】

（２）請求項２に記載の発明によれば、静止時の垂直推力とモータのトルク参照値の関係を同定することができる。傾斜ゼロが補償されるため、前記出力軸推力対付加入力の変換関数を設定するための安全な同定試験（第１および第２の同定プロセス）が行える。そしてこの結果を用いて出力軸推力対付加入力の変換関数を設定しているので、力センサレスの推力制御を高い精度で実現することができる。

【0022】

（３）請求項３に記載の発明によれば、垂直推力制御と水平制御が同時に実現できる。このため、被制御体が車輪付きの台車である場合は、斜面上にて水平を維持した接地搬送が可能となる。

【0023】

（４）請求項４に記載の発明によれば、傾斜制御のロバスト化を達成できる。特に、外乱オブザーバの付加により定常偏差や外乱抑圧特性を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本実施形態例による装置の概要を示し、（ａ）は外観図、（ｂ）は装置上面から俯瞰したアクチュエータの番号の説明図。

【図2】本実施形態例による装置の、アクチュエータ出力軸と被制御体の接続例を示す説明図。

【図3】本発明の実施例１の全体構成図。

【図4】本発明の実施例１におけるコントローラの構成図。

【図5】本発明の実施例２の全体構成図。

【図6】本発明の実施例２における出力軸推力と付加入力の対応を表し、（ａ）は出力軸推力計測値と付加入力の関係を示す説明図、（ｂ）は所望の出力軸推力と付加入力の関係を示す説明図、（ｃ）は垂直推力指令生成のブロック図。

【図7】本発明の実施例３の全体構成図。

【図8】本発明の実施例４におけるコントローラの構成図。

【図9】モード空間外乱オブザーバの有無による傾斜制御の応答比較を表し、（ａ）はモード空間外乱オブザーバ無しの場合の応答特性図、（ｂ）はモード空間外乱オブザーバ有りの場合の応答特性図。

【図10】斜面上での各制御手法の応答の違いを表し、（ａ）は従来の制御の説明図、（ｂ）は本発明の制御の説明図。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。

【実施例1】

【0026】

図１に、本発明の実施例によるリフタ装置（以下４軸リフタと称することもある）の概要を示す。図１（ａ）において、無人搬送車（ＡＧＶ：移動可能な走行体）１０には基台２０が搭載され、固定され、基台２０上の四隅には、サーボモータを備えた第１～第４のアクチュエータ３１～３４の各固定子が固定されている。

【0027】

第１～第４のアクチュエータ３１～３４の各出力軸は、それぞれの垂直方向（図１に示す通り、基台２０上における第１～第４のアクチュエータ３１～３４が設置されている面に対して垂直方向）の運動の自由度を有しており、この垂直方向の運動は、アクチュエータの出力軸（図示ａ）を垂直方向に移動させるサーボモータの作用によって行われる。

【0028】

第１～第４アクチュエータ３１～３４の各出力軸の先端部には、該先端部によって支持されるように、被制御体を構成する天板４０が配設されている。本発明の被制御体は、天板４０に限らず、天板４０上に搭載される荷物、かご台車、車輪付き台車等を含めて被制御体としている。

【0029】

天板４０における各アクチュエータの位置関係を図１（ｂ）に示す。図中Ａｃｔｕａｔｏｒ１～４は第１～第４のアクチュエータ３１～３４の位置を示し、ｘ軸をＡＧＶの走行方向としている。

【0030】

尚、本実施形態例のアクチュエータ３１～３４は、一例としてボールねじ機構を採用した。

【0031】

アクチュエータ３１～３４のうち、第１のアクチュエータ３１の出力軸３１ａと天板４０の接続例を図２に示す。図２において、出力軸３１ａの先端部には球面座ナット５１－１が取り付けられている。

【0032】

球面座ナット５１－１と天板４０の間には球面座受５２－１が配設されている。

【0033】

球面座ナット５１－１、球面座受５２－１、球面座受５２－１の配設位置に対向する天板４０の部位には、全ねじ（ねじ）５３－１の一端が挿通され、球面座ナット５１－１、球面座受５２－１、天板４０を接続している。

【0034】

前記、球面座ナット５１－１、球面座受５２－１に代えて球面ジョイントを用いてもよい。

【0035】

図２の接続構成により、天板４０が傾く場合でもアクチュエータの出力軸と天板４０が接することができ、天板の傾斜を機構的に許容することができる。

【0036】

また、全ねじ５３－１によって天板４０が崩れ落ちないようになっており、また全ねじ５３－１の他端には袋ナット５４－１（天板離脱防止具）が被せられており、これによって天板４０が全ねじ５３－１から外れることは防止される。

【0037】

第２～第４のアクチュエータ３２～３４についても図２と同様の接続構成となる。

【0038】

実施例１のシステム全体の構成を図３に示す。図３において図１と同一部分は同一符号をもって示している。図３の太線は機械的な接続を示す。下から、ＡＧＶ１０、基台２０、アクチュエータ駆動用のモータ１００、アクチュエータ３１～３４、天板４０、荷物５０が接続されている。

【0039】

荷物５０は天板４０上に搭載されるものであるが、本実施形態例では、車輪付きの台車を想定している。モータ１００とはモータドライバとモータ自体を合わせたものであり、アクチュエータ（３１～３４）とはボールねじやギヤなどの伝動機構である。

【0040】

コントローラ６０はモータ１００にトルク参照値を与え、モータ回転角（モータの角度θ^res：アクチュエータ長さｘに相当する）をフィードバックする。

【0041】

コントローラ６０の構成（実施例１）を図４に示す。図４において６１は指令値生成部であり、被制御体の垂直推力指令（Ｆ_N ^cmd）および傾斜指令（Ｓ_x ^cmd，Ｓ_y ^cmd，０）を変数変換してモード（モード空間）の指令値Ｘ^cmdを算出する。

【0042】

６２は、図３のモータ１００から入力されるモータの角度θ^resを変数変換してモードの応答値Ｘ^resを算出する変数変換部である。

【0043】

６３はモードの指令値Ｘ^cmdとモードの応答値Ｘ^resを基にモードの加速度参照値Ｘ^ref（図４中の表記は２階微分マーク付きのＸ^ref）を算出するモード制御器である。

【0044】

６４は、モード制御器６３で算出されたモードの加速度参照値Ｘ^refを、モータのトルク参照値τ^refに変換して図３のモータ１００への入力とする変数変換部である。

【0045】

図４の各ブロックの具体的な計算を次に示す。

【0046】

（モータの角度からモードの応答値への変数変換）
まず、モータの角度θからアクチュエータ長さｘはｘ＝（Ｒ／２π）θで求められる。Ｒはリードである。アクチュエータの長さのベクトルｘ＝[ｘ₁，ｘ₂，ｘ₃，ｘ₄]から各機能のモード変数Ｘ^res＝[Ｘ₁，Ｘ₂，Ｘ₃，Ｘ₄]への変換については、（１）式、（２）式で与えられる。

【0047】

【数1】

【0048】

【数2】

【0049】

ただし、アクチュエータ番号は図１（ｂ）の位置関係を想定している。Ｘ₁は昇降、Ｘ₂は横方向の傾斜、Ｘ₃は進行方向の傾斜、Ｘ₄は天板のねじれに対応する。

【0050】

（垂直推力・傾斜指令）
実施例１では傾斜指令はゼロとする。垂直推力指令は予め計算した一定値とする。接地搬送の際は例えば荷重の定数倍とし、リフタ昇降の際は例えば最大静止摩擦力（に微小力を加えたもの）とする。

【0051】

垂直推力の最大静止摩擦力は次のように求める。推力指令Ｆ_N ^cmdをゼロから徐々に上げていき、アクチュエータが動き出す推力指令を記録する。これを最大静止摩擦入力Ｆ^sfとする。

【0052】

（垂直推力・傾斜指令からモードの指令値への変数変換）
垂直推力・傾斜指令からモードの指令値は、垂直推力・傾斜とモードの関係から（３）式で表される。

【0053】

【数3】

【0054】

ただし、ｄ₁₂はアクチュエータ１と２の距離、ｄ₁₃はアクチュエータ１と３の距離を表す（図１（ｂ）参照）。Ｓ_x ^cmd，Ｓ_y ^cmdは、ｘ方向およびｙ方向の傾斜指令である。この実施例１では、Ｓ_x ^cmd＝Ｓ_y ^cmd＝０とする。

【0055】

(モード制御器）
モード空間の制御器については（４）式のように、モード１はＦＦ型力制御、それ以外（モード２～４）は位置制御として参照値を算出する。

【0056】

【数4】

【0057】

ただし、Ｃ_PMi（ｓ）はｉ番目のモードの制御ゲイン、Ｍ_mはモード空間での慣性を表す。

【0058】

ここで、前記（１）式～（４）式の各パラメータの定義をまとめて記載しておく。

【0059】

・ｘ₁～ｘ₄は被制御体における第１～第４のアクチュエータの各出力軸の先端部の位置。

【0060】

・Ｘ₁は被制御体の昇降に対応するモード変数でありＸ₁＝（ｘ₁＋ｘ₂＋ｘ₃＋ｘ₄）／４で定義される。

【0061】

・Ｘ₂は被制御体の横方向（ｘ軸を回転軸とする回転方向）の傾斜に対応するモード変数でありＸ₂＝（ｘ₁－ｘ₂＋ｘ₃－ｘ₄）／４で定義され、横方向の傾斜Ｓ_xと比例関係Ｘ₂＝（ｄ₁₂／２）Ｓ_x（ｄ₁₂は第１のアクチュエータの出力軸の先端部と第２のアクチュエータの出力軸の先端部の間の距離；アクチュエータ左右間隔）にある。

【0062】

・Ｘ₃は被制御体の進行方向（ｙ軸を回転軸とする回転方向）の傾斜に対応するモード変数でありＸ₃＝（ｘ₁＋ｘ₂－ｘ₃－ｘ₄）／４で定義され、進行方向の傾斜Ｓ_yと比例関係Ｘ₃＝（ｄ₁₃／２）Ｓ_y（ｄ₁₃は第１のアクチュエータの出力軸の先端部と第３のアクチュエータの出力軸の先端部の間の距離；アクチュエータ前後間隔）にある。

【0063】

・Ｘ₄は被制御体のねじれに対応するモード変数である。

【0064】

・Ｆ_N ^cmdは被制御体の垂直推力指令、Ｓ_x ^cmdは被制御体の横方向の（ｘ軸に関する）傾斜指令、Ｓ_y ^cmdは被制御体の進行方向の（ｙ軸に関する）傾斜指令、Ｘ₂ ^cmd～Ｘ₄ ^cmdはモードの位置指令値である。

【0065】

・Ｃ_PMi（ｓ）はｉ番目のモードの制御ゲイン、Ｘ₂ ^res～Ｘ₄ ^resはモードの応答値、２階微分のマークを付したＸ₁ ^ref～Ｘ₄ ^refはモードの加速度参照値である。

【0066】

（モードの加速度参照値からモータのトルク参照値の変数変換）
（５）式のようにモードの加速度参照値に変換行列の逆行列Ｔ^-1を掛け、アクチュエータの加速度参照値を算出する。

【0067】

【数5】

【0068】

次に（６）式のように、アクチュエータの推力ｆ₁ ^ref～ｆ₄ ^refを、加速度参照値にアクチュエータ慣性Ｍ_aを掛けて導出する。

【0069】

【数6】

【0070】

最後に、アクチュエータ推力とトルクの変換をτ^ref＝Ｇ_rｆ^refとして算出する。Ｇ_rは推力とトルクの変換係数であり、カタログ値からＧ_r＝Ｒ／２πと求められる。尚、後述の実施例２では推力とトルクの関係を実験により同定する。

【0071】

接地搬送における一連の流れ「（１）リフタ上昇→（２）押し上げ制御→（３）リフタ下降」について、具体的には次を想定している。

【0072】

（１）リフタ上昇：最大静止摩擦（に微小力を加えたもの）となる垂直推力指令を入力し、リフタを上昇させ台車に接触させる。またはモード１（垂直推力指令）にも他のモードと同様に位置制御を実装し、ランプ指令などでリフトを上昇させてもよい。

【0073】

（２）押し上げ制御：垂直推力指令に押し上げ力として一定値（荷重の定数倍など）を入力する。垂直推力指令を変更後、接地搬送を行う。搬送終了後、（３）リフタ下降へ移る。

【0074】

（３）リフタ下降：負の方向の最大静止摩擦（に微小トルクを加えたもの）をモード１（垂直推力指令）に入力し、リフタを下降させる。（１）と同様、位置制御でリフタ下降させてもよい。

【0075】

本発明では（４）式のように各機能のモードの変数に対する制御器を直接組むため、各機能の制御性能を直接設計することができる。具体的には、モード１に垂直推力制御、モード２～４にゼロ位置制御を実装することで、所望の垂直推力とゼロ傾斜を同時に達成することができる。

【実施例2】

【0076】

高精度なセンサレス推力制御が必要な場合は、推力指令と実際の推力との間の関係を事前に同定する必要がある。この場合は同定の際に力センサが必要である。実施例２のシステム全体の構成を図５に示す。

【0077】

図５において図１、図３と同一部分は同一符号をもって示している。実施例２では、コントローラ７０はモータ１００にトルク参照値を与え、モータ１００からのモータ回転角と力センサ１１０からの反力をフィードバックする。反力を計測する力センサ１１０は各アクチュエータ３１～３４の先端に設置する。荷物５０（例えば台車５５）を持ち上げる際は、力センサ１１０で全重量を支えるようにする。

【0078】

推力指令と実際の推力との関係を事前に同定するプロセスは次のとおりである。

【0079】

（１）垂直推力指令Ｆ_N ^cmdをゼロから微小に上げていき、アクチュエータ（３１～３４）が動き出す垂直推力指令を最大静止摩擦入力Ｆ^sfとして記録し、この最大静止摩擦力で壁面を押し付けた際の反力計測値も記録する（第１の同定プロセス）。なおモータ回転角は、モータ１００が動き出すタイミングを検出するために用いる。

【0080】

（２）前記最大静止摩擦入力Ｆ^sfに付加入力Ｆ^adを加えたものを垂直推力指令として、壁面（または十分に重いかご台車）をアクチュエータ（３１～３４）で押す。このときの、力センサ１１０で計測した反力計測値を記録し、図６（ａ）のように出力軸推力計測値Ｆ^res _outと付加入力Ｆ^ad _inの関係性をプロットする（第２の同定プロセス）。

【0081】

図６（ａ）の関係は、その逆関数から、図６（ｂ）に示す所望の出力軸推力Ｆ^des _outに必要な付加入力Ｆ^ad _inの関係として導出することができる。

【0082】

そして前記のようにして求められた出力軸推力計測値と付加入力の関係を、出力軸推力対付加入力の変換関数とし、図６（ｃ）のブロックにより垂直推力指令を生成する。

【0083】

図６（ｃ）の７１は、前記出力軸推力対付加入力の変換関数によって、所望の出力軸推力Ｆ^des _outから付加入力Ｆ^ad _inに変換する出力軸推力－付加入力変換部である。

【0084】

７２は、前記変換された付加入力Ｆ^ad _inに前記最大静止摩擦入力Ｆ^sfを加算して垂直推力指令Ｆ_N ^cmdを出力する加算部である。

【0085】

図６（ｃ）のブロックで生成された垂直推力指令Ｆ_N ^cmdは図４の指令値生成部６１に入力されるものである。

【0086】

実施例２では実施例１に比べ、最大静止摩擦力を垂直推力指令とする場合の推力値、および実際の効率が同定できるため、より高精度な推力制御が可能となる。実施例１では直接Ｆ^des _out＝Ｆ_N ^cmdとして定めたが、実施例２では図６（ｃ）のブロックを通して垂直推力指令を生成している。事前に図６（ａ）のように現実の出力軸推力と入力の対応を記録しておくことで、力センサレスでも高精度の推力制御を実現することができる。

【実施例3】

【0087】

実施例１では垂直推力制御とゼロ傾斜制御を同時に実現したが、実施例３では垂直推力制御と水平制御の同時実現を扱う。ゼロ傾斜制御ではＡＧＶ（１０）の基台（２０）からみた相対的な傾斜をゼロにする制御であるが、水平制御では絶対座標系における傾斜をゼロにする。そのため、基台の絶対空間における傾斜を計測する必要がある。例えばジャイロセンサで得られる角速度を積分して傾斜を求める際は、図７のような構成になる。

【0088】

図７において図３と同一部分は同一符号をもって示している。図７において図３と異なる点は、基台２０に絶対座標系における基台の傾斜を計測する計測手段であるジャイロセンサ１２０を設け、ジャイロセンサ１２０で得られた角速度をコントローラ８０にフィードバックしたことにあり、その他の部分は図３と同一に構成されている。

【0089】

本実施例３におけるコントローラ８０の構成は実施例１の図４で可能だが、指令値の生成が異なる。ゼロ傾斜制御ではＳ_x ^cmd＝Ｓ_y ^cmd＝０であったが、水平制御では（７）式のように指令値を定める。

【0090】

【数7】

【0091】

ただしＳ_bx ^resは基台のｘ方向の傾斜、Ｓ_by ^resは基台のｙ方向の傾斜の計測値（または推定値）である。ジャイロセンサ１２０を用いる場合は、「傾斜の推定値＝ジャイロセンサの角速度計測値を積分した値」とする。

【0092】

実施例３では垂直推力制御と水平制御の同時実現を扱うが、水平制御は絶対座標系における傾斜をゼロにする制御である。そのため（７）式のように、基台の傾斜と同じ分だけ逆方向に傾けることで、水平を実現する。基台と垂直方向に関しては推力制御を施しているため、台車の車輪は接地する形となる。

【0093】

実施例３の構成によれば、垂直推力制御と水平制御が同時に実現できるため、ＡＧＶ１０上の天板４０に搭載した、車輪５５ａ，５５ｂ付きの台車５５を斜面９２上で接地搬送している様子を示す図１０（ｂ）のように、斜面上にて水平を維持した接地搬送が可能となる。図１０（ａ）は従来の推力・ゼロ傾斜制御による接地搬送を示しているが、台車５５の水平は維持できない。

【実施例4】

【0094】

実施例１または実施例３の傾斜制御において、モード空間で外乱オブザーバを組むことでよりロバストな傾斜制御を実現することができる。ここでいう外乱オブザーバとは、位置と電流参照値を入力とし、規範モデルは単慣性系とする標準的な外乱オブザーバを想定している。

【0095】

モード空間に外乱オブザーバを適用した、実施例４におけるコントローラの構成を図８に示す。図８において図４と同一部分は同一符号をもって示している。図８（ａ）において図４と異なる点は、モードの加速度参照値Ｘ^ref（図８の表記では２階微分マーク付きのＸ^ref）およびモードの応答値Ｘ^resを入力とし、モード空間での加速度の推定外乱（Ｘ＾^dis）を求める外乱オブザーバ６５と、外乱オブザーバ６５の出力を、モード制御器６３の出力に加算する加算器６６とを備えたことにあり、その他の部分は図４と同一に構成されている。

【0096】

図８（ｂ）は外乱オブザーバ６５の構成を示し、モードの加速度参照値Ｘ^ref（図８（ｂ）の表記では２階微分マーク付きのＸ^ref）にモード空間での慣性Ｍ_mを乗じたものと、モードの応答値Ｘ^resにモード空間での慣性の係数を乗じたものとの偏差をローパスフィルタＬＰＦに通した推定推力Ｆ＾^disに、力－位置変換係数１／Ｍ_mを乗じて加速度の推定外乱Ｘ＾^dis（図８（ｂ）の表記では２階微分マーク付きのＸ＾^dis）を出力する。ｓはラプラス演算子である。

【0097】

図８のようにモード空間で外乱オブザーバを組むことで、よりロバストな傾斜制御を実現することができる。モード空間での補償器になるため、モード１の推力制御と干渉することなく制御を組むことができる。

【0098】

実施例４の外乱オブザーバ有りの場合と無しの場合で傾斜制御の実験を行った結果を図９に示す。図９の縦軸は角度を表し、Ｌ１は角度指令値を、Ｌ２は角度応答値を示している。

【0099】

この実験のモード１は推力制御ではなく位置制御による完全持ち上げをしているが、推力制御としても同様に実装が可能である。実験の流れとしては、水平面で静止→斜面進入→斜面で静止→斜面下り→水平面静止という順序で台車とＡＧＶ１０を動かした。モード空間外乱オブザーバ（６５）がない場合だと、図９（ａ）のように３０ｓ後に角度応答値Ｌ２にオフセットが発生しているのがわかる。一方モード空間外乱オブザーバ（６５）がある場合だと、図９（ｂ）のようにオフセットが減少しているのがわかる。

【符号の説明】

【0100】

１０…ＡＧＶ
２０…基台
３１～３４…アクチュエータ
４０…天板
５０…荷物
５５…台車
５５ａ，５５ｂ…車輪
６０，７０，８０…コントローラ
６２，８４…変数変換部
６３…モード制御器
６５…外乱オブザーバ
７１…出力軸推力－付加入力変換部
７２…加算部
１００…モータ
１１０…力センサ
１２０…ジャイロセンサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】