特許 7600885 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】2024-12-09

(45)【発行日】2024-12-17

(54)【発明の名称】無人搬送車の制御装置

(51)【国際特許分類】

   G05D 3/00 20060101AFI20241210BHJP

   G05D 1/43 20240101ALI20241210BHJP

   B61B 13/00 20060101ALI20241210BHJP

   G05B 11/36 20060101ALI20241210BHJP

【ＦＩ】

G05D3/00 Z

G05D1/43

B61B13/00 A

G05B11/36 G

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021094922

(22)【出願日】2021-06-07

(65)【公開番号】P2022187099

(43)【公開日】2022-12-19

【審査請求日】2024-02-26

(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】田中 友章

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０５９６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０１０６１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１４３５４８（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 ３／００

Ｇ０５Ｄ １／４３

Ｂ６１Ｂ １３／００

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、推力指令対付加トルクの変換関数によって、推力指令から付加トルクに変換する推力－付加トルク変換部と、前記変換された付加トルクに最大静止摩擦トルクを加算してモータトルク参照値を出力する加算部とを有し、前記加算部の出力を、前記アクチュエータ駆動用のモータのモータトルク参照値とする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、正の方向の最大静止摩擦トルクを用いたモータトルク参照値によるリフタ上昇制御と、前記付加トルクおよび最大静止摩擦トルクを加算したモータトルク参照値による推力制御と、負の方向の最大静止摩擦トルクを用いたモータトルク参照値によるリフタ下降制御と、を行う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】

前記推力－付加トルク変換部における推力指令対付加トルクの変換関数は、
前記モータトルク参照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モータトルク参照値を最大静止摩擦トルクとして記録し、このトルクで前記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トルクに付加トルクを加えたものをモータトルク参照値として、前記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反力計測値と、付加トルクとの関係を求める第２の同定プロセスを実行し、
前記第２の同定プロセスで求められた反力計測値と付加トルクの関係を、前記推力指令対付加トルク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、
第１～第４のアクチュエータを一定速で各々上昇制御したときの、アクチュエータ駆動用のモータの角度を変数変換した各アクチュエータ出力軸の位置応答値が、アクチュエータ長さの指令値になるように制御してアクチュエータの力参照値を出力する位置制御器と、
前記アクチュエータの力参照値および前記アクチュエータ出力軸の位置応答値を入力とし、アクチュエータの荷重に比例した推定外乱を出力する外乱オブザーバと、
被制御体を第１～第４のアクチュエータによって一定速で上昇制御したときの各アクチュエータの出力軸についての外乱オブザーバの出力の和と、各アクチュエータの出力軸にかかる荷重の和との関係式を予め設定する事前プロセスを実行した後、荷重が未知である被制御体を第１～第４のアクチュエータにより一定速で上昇制御したときの各アクチュエータの出力軸についての外乱オブザーバの出力の和を、前記関係式に代入して荷重を推定する荷重推定器と、からなる荷重推定装置を備え、
前記荷重推定装置により推定された荷重に基づいて前記推力指令を決定する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。

【請求項5】

前記外乱オブザーバの出力は（５）式で定義され、

【数5】

（ただし、Ｍはアクチュエータ慣性、Ｇｒはアクチュエータの力参照値を変数変換したアクチュエータ駆動用のモータのトルク参照値から推力の換算ゲイン、Ｇｒｎはトルク参照値から推力の換算ゲインＧｒのノミナル値、Ｆ^ｄ _ｒｉｃは動摩擦、ｇは重力加速度、Ｗは荷重）
前記事前プロセスの実行により設定された関係式で表現される近似直線の傾きａを用いて、前記（５）式のトルク参照値から推力の換算ゲインＧｒをＧｒ＝Ｇｒｎ／ａに同定することを特徴とする請求項４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、うねりのある不整地や傾斜がある場合では台車の車輪が浮くことがある。

【0005】

本発明では、うねりや傾斜に対応するため電動アクチュエータの力制御によるアプローチを考える。力制御としてまず力センサを用いたものが考えられるが、コストの点でセンサレスの方が望ましい。センサレスで高精度な力制御を実現しようとする場合、アクチュエータの摩擦が問題となる。反力のオブザーバによる推定値のみでは、反力と摩擦の切り分けが困難である。

【0006】

本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、力センサレスで推力制御を行うことができ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】

【0007】

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、推力指令対付加トルクの変換関数によって、推力指令から付加トルクに変換する推力－付加トルク変換部と、前記変換された付加トルクに最大静止摩擦トルクを加算してモータトルク参照値を出力する加算部とを有し、前記加算部の出力を、前記アクチュエータ駆動用のモータのモータトルク参照値とすることを特徴としている。

【0008】

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、正の方向の最大静止摩擦トルクを用いたモータトルク参照値によるリフタ上昇制御と、前記付加トルクおよび最大静止摩擦トルクを加算したモータトルク参照値による推力制御と、負の方向の最大静止摩擦トルクを用いたモータトルク参照値によるリフタ下降制御と、を行うことを特徴とする。

【0009】

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、
前記推力－付加トルク変換部における推力指令対付加トルクの変換関数は、
前記モータトルク参照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モータトルク参照値を最大静止摩擦トルクとして記録し、このトルクで前記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トルクに付加トルクを加えたものをモータトルク参照値として、前記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反力計測値と、付加トルクとの関係を求める第２の同定プロセスを実行し、
前記第２の同定プロセスで求められた反力計測値と付加トルクの関係を、前記推力指令対付加トルク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。

【0010】

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、
第１～第４のアクチュエータを一定速で各々上昇制御したときの、アクチュエータ駆動用のモータの角度を変数変換した各アクチュエータ出力軸の位置応答値が、アクチュエータ長さの指令値になるように制御してアクチュエータの力参照値を出力する位置制御器と、
前記アクチュエータの力参照値および前記アクチュエータ出力軸の位置応答値を入力とし、アクチュエータの荷重に比例した推定外乱を出力する外乱オブザーバと、
被制御体を第１～第４のアクチュエータによって一定速で上昇制御したときの各アクチュエータの出力軸についての外乱オブザーバの出力の和と、各アクチュエータの出力軸にかかる荷重の和との関係式を予め設定する事前プロセスを実行した後、荷重が未知である被制御体を第１～第４のアクチュエータにより一定速で上昇制御したときの各アクチュエータの出力軸についての外乱オブザーバの出力の和を、前記関係式に代入して荷重を推定する荷重推定器と、からなる荷重推定装置を備え、
前記荷重推定装置により推定された荷重に基づいて前記推力指令を決定することを特徴としている。

【0011】

請求項５に記載の無人搬送車の制御装置は、請求項４において、
前記外乱オブザーバの出力は（５）式で定義され、

【数5】

（ただし、Ｍはアクチュエータ慣性、Ｇｒはアクチュエータの力参照値を変数変換したアクチュエータ駆動用のモータのトルク参照値から推力の換算ゲイン、Ｇｒｎはトルク参照値から推力の換算ゲインＧｒのノミナル値、Ｆ^d _ricは動摩擦、ｇは重力加速度、Ｗは荷重）
前記事前プロセスの実行により設定された関係式で表現される近似直線の傾きａを用いて、前記（５）式のトルク参照値から推力の換算ゲインＧｒをＧｒ＝Ｇｒｎ／ａに同定することを特徴としている。

【発明の効果】

【0012】

（１）請求項１～５に記載の発明によれば、推力指令値を変えるだけで、力センサレスの推力制御、リフタ上昇と被制御体への接触、リフタ下降をそれぞれ達成することができる。被制御体が、車輪つきの台車である場合、推力制御により、台車の車輪を接地させたままの搬送が可能となる。第１～第４のアクチュエータの各軸の推力制御であるため、斜面やうねりがある場合でも路面に応じた走行が可能である。
（２）請求項３に記載の発明によれば、静止時の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。これを用いることで、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。実際の効率の同定、最大静止摩擦トルク時の推力の同定が可能になるため、より高精度な力制御が可能となる。
（３）請求項４に記載の発明によれば、力センサレスで荷重を推定することが可能となり、推力制御における推力指令の生成に応用することができる。
（４）請求項５に記載の発明によれば、力センサレスでモータのトルク参照値から推力の換算ゲインを同定することができる。換算ゲイン（＝実際の効率）の同定が可能になるため、より高精度な力制御が実現される。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【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１における推力－付加トルク変換部の変換関数の説明図。

【図6】本発明の実施例２の全体構成図。

【図7】本発明の実施例２における推力－付加トルク変換部の変換変数の説明図。

【図8】本発明の実施例２における実験結果の、アクチュエータの反力計測値と付加トルクの関係性を示す説明図。

【図9】本発明の実施例２における推力制御の実験結果の、リフタ平均位置と力センサ出力の合計を示す説明図。

【図10】本発明の実施例３の全体構成図。

【図11】本発明の実施例３におけるコントローラの構成図。

【図12】本発明の実施例３における外乱オブザーバ出力和と荷重和の関係を表す説明図。

【図13】斜面進入時の応答を表し、（ａ）は高さ制御に基づく接地搬送の説明図、（ｂ）は本発明の力制御に基づく接地搬送の説明図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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。本発明の実施例１では、力センサレスで静止摩擦のみを考慮したフィードフォワード型の力制御の一例を記載する。実施例２では力センサを用いた事前同定を行い、より高精度なセンサレス力制御を実現する。実施例３では力制御の指令値生成に関連して、外乱オブザーバを用いた荷重推定法を記載する。

【実施例1】

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

コントローラ６０はモータ１００にトルク参照値を与える。実施例１では、コントローラ６０はフィードバック信号を必要としない。

【0030】

コントローラ６０の構成（実施例１）を図４に示す。実施例１のコントローラ６０では推力指令ｆ^cmdを入力とし、推力－付加トルク変換部６１において、推力指令対付加トルクの変換関数Ｇにより付加トルクτ^adを算出し、加算部６２において最大静止摩擦トルクτ^sfと足し合わせてモータトルク参照値τ^refを算出する。これを各アクチュエータ単位で実装する。

【0031】

推力指令ｆ^cmdは予め計算した一定値とする（例えば、荷重の１以下の定数倍など）。最大静止摩擦トルクτ^sfも一定値とする。最大静止摩擦トルクτ^sfの値については、トルク参照値を微小に上げていきアクチュエータ（３１～３４）が動いた際のトルク参照値とする。

【0032】

なお、推力－付加トルク変換部６１の中身は図５のように推力指令に対する付加トルクの関数で表されることを想定している。今回は線形とする。事前同定をしない実施例１の場合は、ボールねじのリードあるいはギヤ比のカタログ値から図５の直線の傾きを計算する。例えばボールねじの場合、「傾き＝リード／（２π×効率）」として傾きが求まる。

【0033】

実施例１では最大静止摩擦トルク時の推力をゼロと仮定するが、実際はゼロではない。この点も考慮したより高精度な関数の同定法は実施例２で述べる。

【0034】

図４のモータトルク参照値τ^refは図３のモータ１００のブロック内のモータドライバへ入力される。モータドライバは、モータトルク参照値τ^refに基づいて電流を制御する。

【0035】

荷物５０が車輪付きの台車である場合の接地搬送では、「リフタ上昇→一定推力を印加し接地搬送→リフタ下降」という流れになるが、各項目の詳細としては次のものを想定している。

【0036】

（１）リフタ上昇：押し付け力を必要としないリフトアップ動作では最大静止摩擦トルク（に微小トルクを加えたもの）をトルク参照値とし、リフタをゆっくり上昇させ台車に接触させる。

【0037】

（２）推力制御：接触後一定時間が経過した後、図４のように「推力指令に該当する付加トルクτ^ad＋最大静止摩擦トルクτ^sf」である加算部６２の出力をトルク参照値τ^refとして与え、推力制御を行う。トルク参照値変更後、ＡＧＶ１０の車輪を駆動し搬送する。これにより接地搬送が実施される。

【0038】

（３）リフタ下降：接地搬送が終了しＡＧＶ１０が停車した後、リフタ下降に移る。負の方向の最大静止摩擦トルク（に微小トルクを加えたもの）をトルク参照値として入力し、ゆっくりリフタを下降させる。今回の機械システムでは可動域の端が原点であるため、原点復帰が実現される。

【0039】

図４のように最大静止摩擦トルクτ^sfと付加トルクτ^adを分けた構成にすることにより、各アクチュエータ（３１～３４）の摩擦の個体差がある際もそれらに対応した推力制御を実現することができる。今回の制御系はフィードフォワード型の推力制御系である。

【0040】

前記（２）の推力制御による接地搬送時の斜面（うねり）進入時の応答を図１３に示す。図１３は、図１（ａ）のＡＧＶ１０上の天板４０に搭載した車輪５５ａ，５５ｂ付きの台車５５を接地搬送している様子を表し、（ａ）は高さ（位置）制御に基づく接地搬送であり、片方の車輪５５ａが傾斜面９１に進入したとき、他方の車輪５５ｂが水平路面９２から浮き上がってしまい、正常な接地搬送ができない。

【0041】

これに対して図１３（ｂ）は、実施例１の力制御による接地搬送であるため、傾斜面９１に進入して台車５５が傾斜すればリフタもそれに倣って自然に傾斜するので、車輪５５ｂが浮き上がることはなく正常な接地搬送が行える。

【0042】

このように本実施例によれば、斜面やうねりがある場合でも、路面に応じた走行が可能である。

【0043】

最大静止摩擦トルクの事前同定のもう一つのメリットとして、最大静止摩擦トルク（に微小トルクを加えたもの）をトルク参照値とすることで、リフタの上昇・下降が実現できる点が挙げられる。

【0044】

推力およびリフタ上昇・下降はすべてトルク制御で構成されるため、推力指令値を変えるだけでそれぞれ達成することができ、実装が簡便である。

【実施例2】

【0045】

実施例１では「推力－トルク変換」についてカタログ値等を用いて力センサレスで与えたが、実施例２では力センサを用いた「推力－トルク変換」の同定法について述べる。

【0046】

実施例２のシステム全体の構成を図６に示す。図６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。

【0047】

同定プロセスは次のように「最大静止摩擦トルク時の推力同定→反力－付加トルクの関係性同定」の順序で行う。

【0048】

（１）最大静止摩擦トルクとその推力の同定：トルク参照値をゼロから微小に上げていき、アクチュエータ（３１～３４）が動き出すトルク参照値を最大静止摩擦トルクとして記録し、このトルク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）。最大静止摩擦トルクの同定自体は実施例１のものと同様である。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。

【0049】

（２）反力－付加トルクの関係性同定：最大静止摩擦トルクに付加トルクを加えたものをトルク参照値として、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。このときの反力計測値を記録し、図７（ａ）のように反力計測値ｆ^resと付加トルクτ^adの関係性をプロットする（第２の同定プロセス）。

【0050】

図７（ａ）の関係は、図７（ｂ）に示す推力指令ｆ^cmdと付加トルクτ^adの関係として変換することができる。図７（ｂ）で求められる関係性を推力指令対付加トルクの変換関数として、実施例１の図５を差し替えた構成とする。

【0051】

すなわち、図６のコントローラ７０は図４と同様の推力－付加トルク変換部６１および加算部６２を備え、推力－付加トルク変換部６１の推力指令対付加トルクの変換関数として、前記第１、第２の同定プロセスで得られた図７（ｂ）の推力指令ｆ^cmdと付加トルクτ^adの関係の変換関数が設定されるものである。

【0052】

実施例２では実施例１に比べ、最大静止摩擦トルクの際の推力値、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。前記（１）、（２）の同定を実験した結果の例を示す。

【0053】

まず前記（１）の最大静止摩擦トルクの同定結果として、４つのアクチュエータ（３１～３４）の各トルクが（０．０１３、 ０．０１１、 ０．０１２、 ０．０１８）［Ｎｍ］であると得られた。次に前記（２）の同定において、付加トルクを追加したことにより、図８（ａ）～（ｄ）のようにアクチュエータの反力計測値（縦軸）と付加トルク（横軸）の関係性が得られた。図８によればアクチュエータ個体差が見受けられる。

【0054】

この図８の反力計測値と付加トルクの対応関係に基づいて、図６のコントローラ７０内の推力－付加トルク変換部６１の推力指令対付加トルクの変換関数を設定し、推力制御の実験を行った。

【0055】

今回の実験では、上記の（１）リフタ上昇（開始後６秒まで）、（２）推力制御（６秒以降）の順で行った。まず最大静止摩擦に該当するトルク参照値（に微小トルクを加えたもの）を与え、台車へのリフトアップ動作・接触を行った。ゆっくりリフタを上昇させているので、衝撃の緩和に繋がる。動作後３秒程度で接触し一定時間経過後の６秒以降、（２）のように所望の推力となるようトルク参照値を増加させた。

【0056】

実験結果を図９に示す。図９の上段はリフタ各軸の高さの平均（ＣＯＧ ｈｅｉｇｈｔ）、下段は力センサ（１１０）出力の各軸の合計（ｆｒｅｓ Ａｌｌ）である。力センサ出力では５ｒａｄ／ｓのローパスフィルタを入れている。図９の０～６秒までの期間において、位置応答よりリフタ上昇が達成され、図９の６～１０秒の期間において、力応答より推力制御が達成されていることがわかる。推力指令は３６ｋｇｆであり、力センサの応答もほぼ３６ｋｇｆを示している。

【0057】

実施例２によれば、静止時の推力とトルク参照値の関係を同定することができる。これを用いることで、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。実施例１に比べて、実際の効率の同定、最大静止摩擦トルク時の推力の同定が可能になるため、より高精度な力制御が可能となる。

【実施例3】

【0058】

推力指令（図４の推力－付加トルク変換部６１に入力される推力指令ｆ^cmd）は一定値とするが、荷重の定数倍などと荷重を考慮して決めることが多い。実施例３では、推力指令の選定に関連して、力センサレスでの荷重の推定を扱う。

【0059】

実施例３のシステム全体の構成を図１０に示す。図１０において図１、図６と同一部分は同一符号をもって示している。図１０のコントローラ８０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をフィードバックするが、力センサは必要としない。

【0060】

コントローラ８０は、図４の推力－付加トルク変換部６１と加算部６２と、後述する図１１の荷重推定装置とを備え、荷重推定装置で推定された荷重に基づいて前記推力－付加トルク変換部６１の入力である推力指令ｆ^cmdを決定するものである。

【0061】

荷重推定は次のようなフローで構成される。（１）～（３）の事前プロセスと（４）、（５）の荷重推定プロセスから成る。

【0062】

＜事前プロセス＞
（１）各アクチュエータ軸に定速の位置制御を実装し、荷重を持ち上げる。定速時の外乱オブザーバの各軸の出力を記録する。ここでいう外乱オブザーバとは、位置とトルク参照値を入力とし、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。ただし、プラントが単慣性系でない場合など、プラントに合わせて規範モデルを変更してもよい。荷重推定装置の制御のブロック線図を図１１に示す。

【0063】

図１１において、８１は、図１０のモータ１００からフィードバックされるモータの角度θ^resを変数変換してアクチュエータ長さＸ^res（アクチュエータ出力軸の位置応答値）を出力する変数変換部である。

【0064】

８２は、第１～第４のアクチュエータを一定速で各々上昇制御したときの、各アクチュエータ出力軸の位置応答値Ｘ^resが、アクチュエータ長さの指令値Ｘ^cmdになるように制御してアクチュエータの力参照値Ｆ^refを出力する位置制御器である。

【0065】

８３は、アクチュエータの力参照値Ｆ^refを変数変換してモータのトルク参照値τ^refを出力する変数変換部である。

【0066】

８４は、アクチュエータの力参照値Ｆ^refおよび各アクチュエータ出力軸の位置応答値Ｘ^resを入力とし、アクチュエータの荷重に比例した推定外乱（外乱推定値）Ｆ＾^disを出力する外乱オブザーバである。

【0067】

８５は、外乱オブザーバ８４の外乱推定値Ｆ＾^disを位置制御器８２の出力に加算する加算器であるが、この加算器８５はなくてもよい。

【0068】

８６は、荷物５０（台車などの被制御体）を第１～第４のアクチュエータによって一定速で上昇制御したときの各アクチュエータの出力軸についての外乱オブザーバ８４の出力（Ｆ＾^dis）の和と、各アクチュエータの出力軸にかかる荷重の和との関係を用いて荷重推定値Ｗ＾を求める荷重推定器である。

【0069】

この図１１のブロックでは各アクチュエータの出力軸にかかる荷重Ｗを推定している。

【0070】

（２）オブザーバ出力和と荷重和との関係を、複数パターンの荷重での実験を通してプロットする。ただし、オブザーバ出力和とは各アクチュエータの出力軸についての外乱オブザーバ８４の出力の合計であり、荷重和とは各アクチュエータの出力軸にかかる荷重の合計である。

【0071】

（３）オブザーバ出力和－荷重和の関係式を導く（最小二乗法など）。

【0072】

＜荷重推定プロセス＞
（４）対象の未知荷重（荷重が未知である被制御体）を前記（１）と同じく定速の位置制御で持ち上げ、定速時の外乱オブザーバ８４の出力和を記録する。

【0073】

（５）オブザーバ出力和－荷重和の関係式に（４）で得られた出力を代入し、推定荷重を導出する。

【0074】

アクチュエータの静止時の摩擦は同定が困難であるが、動摩擦、特に一定速で動く際は速度依存のクーロン摩擦が一定となるため同定が比較的容易である。実施例３の荷重推定はこの性質を利用したものである。アクチュエータの運動方程式は（１）式で表される。

【数1】

ここでＭはアクチュエータ慣性、Ｇｒはトルク参照値τ^refから推力の換算ゲイン、Ｆ^d _ricは動摩擦、ｇは重力加速度、Ｗは荷重である。このとき外乱オブザーバ８４の出力Ｆ＾^disは（２）式で表される。

【数2】

ΔＧｒ＝Ｇｒ－Ｇｒｎは換算ゲインのノミナル誤差である。トルク参照値τ^refは（１）式における定速でのつり合いの式から（３）式として導出され、（３）式を（２）式に代入して整理すると外乱オブザーバ８４の出力は（４）式で表すことができる。

【数3】

【数4】

Ｇｒｎはトルク参照値から推力の換算ゲインＧｒのノミナル値である。

【0075】

（４）式より、外乱オブザーバ８４の出力Ｆ＾^disおよびトルク参照値τ^refは荷重に比例することがわかる。

【0076】

前記荷重推定フローの実験結果の例を次に示す。事前プロセスの（１）、（２）に関して、天板４０の荷重（台車）を０～４０Ｋｇで変えた場合の外乱オブザーバ出力和の時系列応答を図１２（ａ）に示す。図１２（ａ）において、一定速で持ち上げている際（６～１０ｓの期間）は、オブザーバ出力和が一定となり天板４０の荷重に応じて変化しているのがわかる。

【0077】

事前プロセスの（３）として、オブザーバ出力和が一定で安定している８～１０ｓの期間の平均をとり、天板の荷重との関係性をプロットしたものが図１２（ｂ）である。ここで得られた近似直線が図１１の荷重推定器８６の中身となる。

【0078】

荷重推定プロセスの（４）では未知荷重を定速の位置制御で持ち上げ、外乱オブザーバ８４の出力和を記録する。

【0079】

荷重推定プロセスの（５）では、記録した出力和を図１２（ｂ）に照らし合わせ、対応する荷重を導出する。

【0080】

図１２（ｂ）の近似直線（ｙ＝ａｘ＋ｂ）のｙは外乱オブザーバの出力和、ａは傾き、ｘは荷重であるので、例えば外乱オブザーバの出力和がｙ（Ｎ）であれば荷重和は（ｙ－ｂ）／ａ（ｋｇ）であると推定できる。

【0081】

このように図１１の荷重推定器８６で推定された荷重推定値（Ｗ＾）を考慮して図４の推力指令ｆ^cmdを決定する。

【0082】

以上のように実施例３によれば、力センサレスで荷重が推定でき、推力制御における推力指令の生成に応用することができる。

【実施例4】

【0083】

本実施例４のシステム構成、コントローラ構成は実施例３と同様に図１０、図１１とする。実施例４では、外乱オブザーバの出力和を表す次の（４）式

【数4】

を活用して、次のようにトルク参照値から推力の換算ゲインを同定する。

【0084】

（１）実施例３の事前プロセス（１）～（３）を行い、図１２（ｂ）の近似直線の傾きａを求める。

【0085】

（２）トルク参照値τ^refから推力の換算ゲインをＧｒ＝Ｇｒｎ／ａとして変更する。

【0086】

（４）式を変形すると（５）式のように、外乱オブザーバの出力Ｆ＾^disは荷重Ｗの一次関数として表すことができる。

【数5】

これは、図１２（ｂ）の近似直線ｙ＝ａｘ＋ｂに対応する（ｘは荷重、ｙは外乱オブザーバ出力）。一次の係数比較より（６）式が成り立つ。

【数6】

この関係を用いて、トルク参照値から推力の換算ゲインを求めることができる。

【0087】

実施例４によれば、トルク参照値から推力の換算ゲイン（＝実際の効率）の同定が可能になるため、より高精度な力制御が実現される。

【符号の説明】

【0088】

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
６１…推力－付加トルク変換部
６２…加算部
８１，８３…変数変換部
８２…位置制御器
８４…外乱オブザーバ
８６…荷重推定器
１００…モータ
１１０…力センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】