特許 7619048 無人搬送用昇降・傾斜装置

(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】2025-01-14

(45)【発行日】2025-01-22

(54)【発明の名称】無人搬送用昇降・傾斜装置

(51)【国際特許分類】

   G05D 3/12 20060101AFI20250115BHJP

【ＦＩ】

G05D3/12 305Z

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021006103

(22)【出願日】2021-01-19

(65)【公開番号】P2022110601

(43)【公開日】2022-07-29

【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】久保 肇

(72)【発明者】

【氏名】米野 敬祐

【審査官】神山 貴行

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／１８１６２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－０５１３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０２１６９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２２５１３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１０５８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１０９６４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｄ １／００－１／８７

Ｇ０５Ｄ ３／００－３／２０

Ｂ６５Ｇ １／０４

(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、
前記被制御体の荷重に比べて十分小さい力により第１～第４のアクチュエータを伸長させ、前記各アクチュエータの出力軸の先端が被制御体に接触、停止した後、被制御体の傾きを制御しながら第１～第４のアクチュエータの各出力軸の位置を制御する位置制御部と、を備え
前記位置制御部は、下記（１）式で与えられる傾斜指令［Ｓ_x ^cmd，Ｓ_y ^cmd］に基づいて被制御体の傾きを制御し、

【数1】

（ただしＳ_x ^cmdは被制御体のロール方向（ｘ軸を回転軸とする回転方向）の傾斜指令、Ｓ_y ^cmdは被制御体のピッチ方向（ｙ軸を回転軸とする回転方向）の傾斜指令、ａ_xはｘ方向の加速度、ａ_yはｙ方向の加速度、ｇは重力加速度）
前記基台に設置された加速度センサと、前記移動可能な走行体に設置され、前記走行体の走行指令から加速度を算出する加速度算出装置とを備え、
前記位置制御部は、
前記加速度算出装置で算出された直進方向の加速度ａ_axと、前記加速度センサで計測された、ｘ方向の加速度ａ_x ^senおよびｚ方向の加速度ａ_z ^senとから、（８）式を演算して斜面の傾斜角推定値θ_sを求め、

【数8】

（９）式、（１０）式、（１１）式を演算して水平方向の加減速ａ_wx、水平面からの傾斜指令Ｓ_wx ^cmd、基台からの傾斜指令Ｓ_x ^cmdを求めることによって、傾斜指令を生成する指令値生成部を有していることを特徴とする無人搬送用昇降・傾斜装置。

【数9】

【数10】

【数11】

【請求項2】

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、
前記被制御体の荷重に比べて十分小さい力により第１～第４のアクチュエータを伸長させ、前記各アクチュエータの出力軸の先端が被制御体に接触、停止した後、被制御体の傾きを制御しながら第１～第４のアクチュエータの各出力軸の位置を制御する位置制御部と、を備え
前記位置制御部は、下記（１）式で与えられる傾斜指令［Ｓ_x ^cmd，Ｓ_y ^cmd］に基づいて被制御体の傾きを制御し、

【数1】

（ただしＳ_x ^cmdは被制御体のロール方向（ｘ軸を回転軸とする回転方向）の傾斜指令、Ｓ_y ^cmdは被制御体のピッチ方向（ｙ軸を回転軸とする回転方向）の傾斜指令、ａ_xはｘ方向の加速度、ａ_yはｙ方向の加速度、ｇは重力加速度）
前記基台に設置された加速度を計測原理とする傾斜センサと、前記移動可能な走行体に設置され、前記走行体の走行指令から加速度を算出する加速度算出装置とを備え、
前記位置制御部は、
前記傾斜センサで計測された傾斜角度θ^senから、ｘ方向の加速度ａ_x ^senおよびｚ方向の加速度ａ_z ^senを（１２）式として求め、

【数12】

（ただしｇは重力加速度）
前記加速度算出装置で算出された直進方向の加速度ａ_axと、前記（１２）式で求められたｘ方向の加速度ａ_x ^senおよびｚ方向の加速度ａ_z ^senとから、（８）式を演算して斜面の傾斜角推定値θ_sを求め、

【数8】

（９）式、（１０）式、（１１）式を演算して水平方向の加減速ａ_wx、水平面からの傾斜指令Ｓ_wx ^cmd、基台からの傾斜指令Ｓ_x ^cmdを求めることによって、傾斜指令を生成する指令値生成部を有していることを特徴とする無人搬送用昇降・傾斜装置。

【数9】

【数10】

【数11】

【請求項3】

前記位置制御部は、
次の（２）式、（３）式、（４）式、（５）式を用いて、前記被制御体の中心高さ指令および天板の傾斜指令を第１～第４のアクチュエータの各出力軸の長さ指令に変換する変数変換部を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の無人搬送用昇降・傾斜装置。

【数2】

【数3】

【数4】

【数5】

（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は被制御体のロール方向（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、ロール方向の傾斜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）にあり、Ｘ₃は被制御体のピッチ方向（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、ピッチ方向の傾斜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）にあり、Ｘ₄は被制御体の歪みに対応するモード変数であり、Ｈ^cmdは被制御体の中心高さ指令、Ｓ_x ^cmdは被制御体のロール方向の傾斜指令、Ｓ_y ^cmdは被制御体のピッチ方向の傾斜指令、ｘ₁ ^cmd～ｘ₄ ^cmdは第１～第４のアクチュエータの長さ指令）

【請求項4】

前記位置制御部は、前記第１～第４のアクチュエータの各出力軸の位置指令値ｘ^cmd、第１～第４のアクチュエータに対して位置制御を行ったことによる各アクチュエータの出力軸の位置応答値ｘ^res、位置制御ゲインＣｐ（ｓ）に基づいて（６）式を演算して各アクチュエータの出力軸の推力参照値ｆ^refを求め、前記推力参照値ｆ^refを第１～第４のアクチュエータの駆動モータに出力する位置制御器を有してい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用昇降・傾斜装置。

【数6】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無人搬送車（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ；以下ＡＧＶと称することもある）による荷物の搬送に係り、特に静止時の荷物の水平維持ならびに加減速時の滑り防止を可能とする装置に関する。

【背景技術】

【0002】

搬送車の荷崩れに関する従来の手法として、次のような技術が挙げられる。特許文献１では、弾性体からなる複数の押圧部材（ゴムチューブ２３）を配置する無人搬送車の荷崩れ防止装置を発明している。特許文献２では、センサにより異常を検知し、舵系の制御を行いつつ車両を緊急停止できる技術を提案している。特許文献３では、荷物の軽微なずれで搬送を異常停止させなくてよいことを目的とし、荷崩れを補償するような走行法を扱っている。特許文献４では、搬送中の荷物が落下することを防止するため、特許文献４の図１に示す筐体のような落下防止体（１０３）を採用している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開１９９５－２８５４３４号公報

【文献】特開２００１－３４４０２０号公報

【文献】特開２００９－２９２５６０号公報

【文献】特開２０１２－１５８４４５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２ではセンサの異常検知から緊急停止を行うが、緊急停止時に荷崩れを起こす恐れがある。特許文献１および特許文献４では荷崩れの防止を扱っているが、ハードウェアによるアプローチのため大きな機械要素を追加する必要があり手間もかかる。特許文献１はばね（弾性体からなる押圧部材（ゴムチューブ２３）による押し付けで荷崩れを防止しているが、荷物の高さに応じて押し付け力が変化する可能性や、ばねの押し付け力の劣化が考えられる。特許文献４の筐体の構造では、筐体内での荷物のすべりを防ぐことは難しい。

【0005】

以上のように、異常検知によりすべりの恐れのある加減速を許容しないアプローチ、機械要素の追加によるアプローチが先行技術で扱われているが、荷物が搭載される台車・天板等の被制御体の傾斜制御によるアプローチはまだ見当たらない。

【0006】

本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、加減速時の被制御体上の荷物のすべりを防止することができる無人搬送用昇降・傾斜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第１態様の無人搬送用の昇降・傾斜装置は、
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、
前記被制御体の荷重に比べて十分小さい力により第１～第４のアクチュエータを伸長させ、前記各アクチュエータの出力軸の先端が被制御体に接触、停止した後、被制御体の傾きを制御しながら第１～第４のアクチュエータの各出力軸の位置を制御する位置制御部と、を備え
前記位置制御部は、下記（１）式で与えられる傾斜指令［Ｓ_x ^cmd，Ｓ_y ^cmd］に基づいて被制御体の傾きを制御することを特徴とする無人搬送用昇降・傾斜装置。

【0008】

【数1】

【0009】

（ただしＳ_x ^cmdは被制御体のロール方向（ｘ軸を回転軸とする回転方向）の傾斜指令、Ｓ_y ^cmdは被制御体のピッチ方向（ｙ軸を回転軸とする回転方向）の傾斜指令、ａ_xはｘ方向の加速度、ａ_yはｙ方向の加速度、ｇは重力加速度）
第２態様の無人搬送用昇降・傾斜装置は、前記第１態様において、
前記基台に設置された加速度センサを備え、
前記位置制御部は、前記加速度センサで計測された加速度計測値（ａ_x，ａ_y）を前記（１）式のａ_x，ａ_yに代入して傾斜指令を生成する指令値生成部を有していることを特徴とする。

【0010】

第３態様の無人搬送用昇降・傾斜装置は、前記第１態様において、
前記基台に設置された、加速度を計測原理とする傾斜センサを備え、
前記位置制御部は、前記傾斜センサで計測された傾斜角度をθ_x，θ_yとし、ｔａｎθ_x（＝ａ_x／ｇ），ｔａｎθ_y（＝ａ_y／ｇ）を前記（１）式のａ_x／ｇ，ａ_y／ｇに代入して傾斜指令を生成する指令値生成部を有していることを特徴とする。

【0011】

第４態様の無人搬送用昇降・傾斜装置は、前記第１態様において、
前記移動可能な走行体に設置され、前記走行体の走行指令から加速度を算出する加速度算出装置を備え、
前記位置制御部は、前記加速度算出装置で算出された加速度を前記（１）式のａ_xに代入して傾斜指令を生成する指令値生成部を有していることを特徴とする。

【0012】

第５態様の無人搬送用昇降・傾斜装置は、前記第１態様において、
前記基台に設置された加速度センサと、前記移動可能な走行体に設置され、前記走行体の走行指令から加速度を算出する加速度算出装置とを備え、
前記位置制御部は、
前記加速度算出装置で算出された直進方向の加速度ａ_axと、前記加速度センサで計測された、ｘ方向の加速度ａ_x ^senおよびｚ方向の加速度ａ_z ^senとから、（８）式を演算して斜面の傾斜角推定値θ_sを求め、

【0013】

【数8】

【0014】

（９）式、（１０）式、（１１）式を演算して水平方向の加減速ａ_wx、水平面からの傾斜指令Ｓ_wx ^cmd、基台からの傾斜指令Ｓ_x ^cmdを求めることによって、傾斜指令を生成する指令値生成部を有していることを特徴とする。

【0015】

【数9】

【0016】

【数10】

【0017】

【数11】

【0018】

第６態様の無人搬送用昇降・傾斜装置は、前記第１態様において、
前記基台に設置された加速度を計測原理とする傾斜センサと、前記移動可能な走行体に設置され、前記走行体の走行指令から加速度を算出する加速度算出装置とを備え、
前記位置制御部は、
前記傾斜センサで計測された傾斜角度θ^senから、ｘ方向の加速度ａ_x ^senおよびｚ方向の加速度ａ_z ^senを（１２）式として求め、

【0019】

【数12】

【0020】

（ただしｇは重力加速度）
前記加速度算出装置で算出された直進方向の加速度ａ_axと、前記（１２）式で求められたｘ方向の加速度ａ_x ^senおよびｚ方向の加速度ａ_z ^senとから、（８）式を演算して斜面の傾斜角推定値θ_sを求め、

【0021】

【数8】

【0022】

（９）式、（１０）式、（１１）式を演算して水平方向の加減速ａ_wx、水平面からの傾斜指令Ｓ_wx ^cmd、基台からの傾斜指令Ｓ_x ^cmdを求めることによって、傾斜指令を生成する指令値生成部を有していることを特徴とする。

【0023】

【数9】

【0024】

【数10】

【0025】

【数11】

【0026】

第７態様の無人搬送用昇降・傾斜装置は、前記第１態様～第６態様のいずれか１つにおいて、
前記位置制御部は、
次の（２）式、（３）式、（４）式、（５）式を用いて、前記被制御体の中心高さ指令および天板の傾斜指令を第１～第４のアクチュエータの各出力軸の長さ指令に変換する変数変換部を有していることを特徴とする。

【0027】

【数2】

【0028】

【数3】

【0029】

【数4】

【0030】

【数5】

【0031】

（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は被制御体のロール方向（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、ロール方向の傾斜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）にあり、Ｘ₃は被制御体のピッチ方向（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、ピッチ方向の傾斜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）にあり、Ｘ₄は被制御体の歪みに対応するモード変数であり、Ｈ^cmdは被制御体の中心高さ指令、Ｓ_x ^cmdは被制御体のロール方向の傾斜指令、Ｓ_y ^cmdは被制御体のピッチ方向の傾斜指令、ｘ₁ ^cmd～ｘ₄ ^cmdは第１～第４のアクチュエータの長さ指令）
第８態様の無人搬送用昇降・傾斜装置は、前記第１態様～第７態様のいずれか１つにおいて、
前記位置制御部は、前記第１～第４のアクチュエータの各出力軸の位置指令値ｘ^cmd、第１～第４のアクチュエータに対して位置制御を行ったことによる各アクチュエータの出力軸の位置応答値ｘ^res、位置制御ゲインＣｐ（ｓ）に基づいて（６）式を演算して各アクチュエータの出力軸の推力参照値ｆ^refを求め、前記推力参照値ｆ^refを第１～第４のアクチュエータの駆動モータに出力する位置制御器を有していることを特徴とする。

【0032】

【数6】

【発明の効果】

【0033】

（１）前記第１態様～第８態様の発明によれば、加減速時の被制御体上の荷物のすべりを防止することができる。すべり力自体をゼロに近づける制御であるため、被制御体上の荷物の摩擦係数がゼロに近くすべりやすい物理条件であっても、すべりを防止することができる。
（２）前記第３態様の発明によれば、傾斜センサから傾斜情報をフィードバックする構成となるため、水平面上で加減速がある状態ではすべり防止制御、静止（または定速）状態では水平維持制御、という２つの機能を同じ制御装置で実現することができる。
（３）前記第４態様の発明によれば、走行体（ＡＧＶ）の走行指令から加速度を算出しフィードバックしているので、加速度センサまたは傾斜センサを追加することなくすべり防止制御を実現することができる。
（４）前記第５態様、前記第６態様の発明によれば、斜面上での静止・定速時に水平制御を、加減速時にすべり防止制御を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】本発明の実施形態例による昇降・傾斜装置の概要図。

【図2】本発明の実施形態例における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のシステム全体の構成図。

【図4】本発明の実施例１のコントローラの構成図。

【図5】本発明の実施例１の位置制御系のブロック図。

【図6】本発明の実施例１における無人搬送車（ＡＧＶ）とアクチュエータの番号の対応を示す説明図。

【図7】本発明の実施例２のシステム全体の構成図。

【図8】本発明の実施例２のコントローラの構成図。

【図9】加速時に被制御体にかかる力を示す説明図。

【図10】本発明の実施例３のシステム全体の構成図。

【図11】本発明の実施例３のコントローラの構成図。

【図12】本発明の実施例４のシステム全体の構成図。

【図13】本発明の実施例４のコントローラの構成図。

【図14】斜面上走行における加速時の説明図。

【図15】本発明の実施例５のシステム全体の構成図。

【図16】本発明の実施例５のコントローラの構成図。

【図17】本発明の効果を検証するための実験装置図。

【図18】本発明の実施例２について検証実験を行った際の時系列データの波形図。

【発明を実施するための形態】

【0035】

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。

【0036】

図１に、本発明の昇降・傾斜装置（以下４軸リフタと称することもある）の概要を示す。図１において、無人搬送車（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。

【0037】

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。

【0038】

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、荷物搭載用の天板、台車、かご台車等の被制制御体４０が配設されている。以下の実施例では、被制御体４０は天板の形状で図示している。

【0039】

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。

【0040】

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と被制御体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。

【0041】

球面座ナット５１－１と被制御体４０の間には球面座受５２－１が配設されている。

【0042】

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被制御体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、被制御体４０を接続している。

【0043】

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。

【0044】

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

【0045】

また、全ねじ５３－１によって被制御体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、これによって被制御体４０が全ねじ５３－１から外れることは防止される。

【0046】

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。

【0047】

本発明は、走行体の加減速時の被制御体４０上の荷物（５０）のすべりを防止するために、すべり自体をゼロに近付ける制御を行うものであり、その原理を図３とともに説明する。図３は図１の無人搬送車１０が水平面上を走行するときの加減速時にかかる力を表し（ａ）は被制御体４０の傾斜ない場合、（ｂ）は被制御体４０の傾斜ありの場合を示している。

【0048】

尚、図３では図１の無人搬送車１０および基台２０を簡略化して図示しており、３０はアクチュエータ（３１～３４）であり、５０は被制御体４０上の荷物であり、ｍは荷物５０の質量を表している。

【0049】

図３において、被制御体４０の傾斜を慣性力ｍａおよびｍｇの合力と垂直とすることで、被制御体の面に平行なすべり方向の力をゼロにすることができ、すべりを防止することができる。その原理を説明するイラストを図１３に示す。ただし、ｍは荷物の質量を表す。このように慣性力ｍａおよびｍｇの合力と垂直な傾斜にすることで図３（ｂ）のようにすべり力自体がゼロとなるため、理想的には荷物５０と被制御体４０の間の摩擦係数がほぼゼロの場合でも滑らない。すべり力Ｆ_sは慣性力ｍａ、重力ｍｇ、傾斜角θ、加速度ａを用いて（７）式で与えられる。

【0050】

【数7】

【0051】

すべり力をゼロとするためには、ｔａｎθ＝－ａ／ｇとすればよい。このため、被制御体４０の傾斜指令[Ｓ_x ^cmd，Ｓ_y ^cmd]は数式では（１）式として与えられる。

【0052】

【数1】

【0053】

ただしａ_xはｘ方向の走行加速度、ａ_yはｙ方向の加速度、ｇは重力加速度であり、Ｓ_x ^cmdは被制御体４０のロール方向（ｘ軸を回転軸とする回転方向）の傾斜指令、Ｓ_y ^cmdは被制御体４０のピッチ方向（ｙ軸を回転軸とする回転方向）の傾斜指令である。

【0054】

したがって本発明の位置制御部では、上記（１）式で与えられる傾斜指令[Ｓ_x ^cmd，Ｓ_y ^cmd]に基づいて、以下の実施例のように被制御体の傾きを制御する。

【実施例1】

【0055】

本発明の位置制御部を含めた実施例１における昇降・傾斜装置のシステム全体の構成を図４に示す。図４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４の太線部分は機械的な接続を示している。図４において、６０は位置制御部の機能を備えたコントローラである。コントローラ６０はアクチュエータ３１～３４に推力を与え、推力の値はアクチュエータ長さの情報および基台２０に設けられた加速度センサ１０１の加速度の計測値をフィードバックすることで定める。

【0056】

コントローラ６０の構成を図５に示す。図５において、６１は、基台２０に設けられた加速度センサ１０１の加速度の計測値ａ_x，ａ_yを（１）式のａ_x，ａ_yに代入して傾斜指令[Ｓ_x ^cmd，Ｓ_y ^cmd]を生成する指令値生成部である。

【0057】

【数1】

【0058】

６６は、被制御体４０の、中心高さ指令Ｈ^cmdおよび指令値生成部６１で生成された傾斜指令[Ｓ_x ^cmd，Ｓ_y ^cmd]を、後述する（２）式～（５）式を用いて第１～第４アクチュエータ（３１～３４）の各出力軸の長さ指令（位置指令値）ｘ^cmdに変換する変数変換部である。

【0059】

７０は、前記アクチュエータの各出力軸の位置指令値ｘ^cmdと、第１～第４のアクチュエータ（３１～３４）に対して位置制御を行ったことによる各アクチュエータの出力軸の位置応答値ｘ^resと、後述の位置制御ゲインに基づいて、後述の（６）式を演算して各アクチュエータの出力軸の推力参照値ｆ^refを求める位置制御器である。

【0060】

位置制御器７０の推力参照値ｆ^refは、第１～第４のアクチュエータ３１～３４の駆動モータに出力される。

【0061】

図５において、アクチュエータ長さの応答値ｘ^resは、ダイレクトドライブのリニアモータの場合、位置センサで直接計測する。ダイレクトドライブではなくボールねじ等の伝動機構を用いる場合は、リード等の定数を用いてアクチュエータ長さを計算する。アクチュエータ長さの指令値ｘ^cmdと応答値ｘ^resを基に位置制御器７０によって位置制御系を構築し、ダイレクトドライブのリニアモータの場合は推力指令ｆ^refをアクチュエータ３１～３４に加える。

【0062】

また、ボールねじ等の伝動機構を用いる場合は、リード等の定数を用いてモータトルクの指令を計算し、モータに与える。

【0063】

制御系を構成する上で最もシンプルな手法は、各軸のアクチュエータ３１～３４の各出力軸３１ａ～３４ａの位置を独立に制御することである。

【0064】

ここで、被制御体４０における各アクチュエータの位置関係を図６に示す。図６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。アクチュエータの位置と傾斜を変換する式は（２）式、（３）式として表すことができる。

【0065】

【数2】

【0066】

【数3】

【0067】

ただし、モード変数Ｘ₁は昇降、Ｘ₂はロール方向（ｘ軸を回転軸とする回転方向）の傾斜、Ｘ₃はピッチ方向（ｙ軸を回転軸とする回転方向）の傾斜に対応する。

【0068】

モード変数Ｘ₁＝（ｘ₁＋ｘ₂＋ｘ₃＋ｘ₄）／４であるが、これは４つのアクチュエータの出力軸の位置の平均となり、被制御体４０の中心の位置に対応する。よってＸ₁を制御することで被制御体の中心の位置を制御でき、昇降の機能を持たせることができる。

【0069】

モード変数Ｘ₂＝（ｘ₁－ｘ₂＋ｘ₃－ｘ₄）／４はロール方向の傾斜Ｓ_xと比例関係Ｘ₂＝（ｄ₁₂／２）Ｓ_xを満たす。ただしｄ₁₂は図６のアクチュエータ１と２の（各出力軸の）間の距離である。同様にして、モード変数Ｘ₃＝（ｘ₁＋ｘ₂－ｘ₃－ｘ₄）／４はピッチ方向の傾斜Ｓ_yと比例関係Ｘ₃＝（ｄ₁₃／２）Ｓ_yを満たす。ただしｄ₁₃は図６のアクチュエータ１と３の（各出力軸の）間の距離である。

【0070】

モード変数Ｘから出力軸の位置ｘの変換については、逆行列Ｔ^-1をＸにかけることでｘへ逆変換することができる。

【0071】

これらの関係を用いて図５における変数変換部６６が実施する中心高さ・傾斜指令[Ｈ^cmd，Ｓ_x ^cmd，Ｓ_y ^cmd]からアクチュエータ長さ指令ｘ^cmd＝[ｘ₁ ^cmd，ｘ₂ ^cmd，ｘ₃ ^cmd，ｘ₄ ^cmd]までの変数変換は最終的に（４）式、（５）式として表すことができる。

【0072】

【数4】

【0073】

【数5】

【0074】

本制御系における推力参照値ｆ^refは、一般的な位置制御系として（６）式のように計算される。

【0075】

【数6】

【0076】

ただし、ｆ^refは推力参照値、Ｃ_p（ｓ）は位置制御ゲイン、ｘ^cmdは位置指令値、ｘ^resは位置応答値である。実施例１の制御系のブロック図を図７に示す。図７において、位置制御器７０内の８１はアクチュエータの出力軸の位置指令値ｘ^cmdと出力軸の位置応答値ｘ^resの偏差をとる減算器であり、Ｃ_p（ｓ）は位置制御器７０の位置制御ゲインである。

【0077】

８２は各アクチュエータのモータドライバであり、ｆ_a ^refはアクチュエータの出力軸の推力を表している。前記推力ｆ_a ^refと、プラント（被制御体４０および被制御体上の荷物等）の外乱ｆ^extとの偏差が減算器８３によってとられ、その偏差には係数付与部８４の力－位置変換係数１／Ｍｓ²が付与されることで出力軸の位置応答値ｘ^resが出力される（尚、Ｍはアクチュエータの慣性を表している）。

【0078】

尚、本発明の位置制御部は、前述した傾斜制御の他に、被制御体４０の荷重に比べて十分小さい力により第１～第４のアクチュエータ３１～３４を伸長させ、前記各アクチュエータの出力軸の先端が被制御体に接触、停止した後、被制御体の傾きを制御しながら第１～第４のアクチュエータの各出力軸の位置を制御するものである。

【実施例2】

【0079】

実施例２における昇降・傾斜装置のシステム全体の構成を図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において図４と異なる点は、前記加速度センサ１０１に代えて、基台２０に、加速度を計測原理とする傾斜センサ１０２を設置し、コントローラ６０がアクチュエータ３１～３４に与える推力の値は、アクチュエータ長さの情報および前記傾斜センサ１０２のセンサ出力（θ_x，θ_y）をフィードバックすることで定めるように構成した点にある。

【0080】

図８のシステムにおけるコントローラ６０は図９のように構成されている。加速度を計測原理として用いる傾斜センサ１０２は静止時に傾斜角度を出力するが、図３のように水平面上を加減速を伴って走行する際は重力ｍ_gと、慣性力ｍ_aおよび重力ｍ_gの合力との夾角を出力する。

【0081】

傾斜センサ１０２のセンサ出力θ_x，θ_yは図９の指令値生成部６２に入力される基台の傾斜Ｓ_x，Ｓ_yであり、図３より、[ｔａｎθ_x，ｔａｎθ_y）は[ａ_x／ｇ，ａ_y／ｇ]に等しい（ａ_xはｘ方向の走行加速度、ａ_yはｙ方向の加速度、ｇは重力加速度）。

【0082】

よって指令値生成部６２は、[ｔａｎθ_x，ｔａｎθ_y）を（１）式の[ａ_x／ｇ，ａ_y／ｇ]に代入することで傾斜指令値[Ｓ_x ^cmd，Ｓ_y ^cmd]を得る。

【0083】

【数1】

【0084】

図９の変数変換部６６および位置制御器７０は実施例１の図５のものと同一に構成されている。

【0085】

本実施例２によれば、水平制御を実装する場合には傾斜センサ１０２を使用するので、追加のセンサが不要であるというメリットがある。

【0086】

また、傾斜センサから傾斜情報をフィードバックする構成となるため、水平面上で加減速がある状態ではすべり防止制御、静止（または定速）状態では水平維持制御、という２つの機能を同じ制御装置で実現することができる。

【実施例3】

【0087】

実施例３における昇降・傾斜装置のシステム全体の構成を図１０に示す。図１０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１０において図４と異なる点は、前記加速度センサ１０１に代えて、無人搬送車１０（ＡＧＶ）に、ＡＧＶの走行指令から加速度を算出する加速度算出装置１０３を設置し、コントローラ６０がアクチュエータ３１～３４に与える推力の値は、アクチュエータ長さの情報および前記加速度算出装置１０３で算出された加速度をフィードバックすることで定めるように構成した点にある。

【0088】

図１０のシステムにおけるコントローラ６０は図１１のように構成されている。図１１の指令値生成部６３には加速度算出装置１０３からの、ＡＧＶ走行指令より算出した加速度ａ_ax，ａ_ayが入力されるが、簡単のため直進方向のみの加速を考慮し、直進方向の加速度ａ_axを（１）式のａ_xに代入することで傾斜指令値[Ｓ_x ^cmd，Ｓ_y ^cmd]を得る。

【0089】

【数1】

【0090】

図１１の変数変換部６６および位置制御器７０は実施例１の図５のものと同一に構成されている。

【0091】

本実施例３によれば、走行体（ＡＧＶ）の走行指令から加速度を算出しフィードバックしているので、加速度センサまたは傾斜センサを追加することなくすべり防止制御を実現することができる。

【実施例4】

【0092】

実施例４における昇降・傾斜装置のシステム全体の構成を図１２に示す。図１２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１２において図４と異なる点は、前記加速度センサ１０１に加えて、無人搬送車１０（ＡＧＶ）に、ＡＧＶの走行指令から加速度を算出する加速度算出装置１０３を設置し、コントローラ６０がアクチュエータ３１～３４に与える推力の値は、アクチュエータ長さの情報および加速度センサ１０１の加速度計測値と、加速度算出装置１０３で算出された加速度とをフィードバックすることで定めるように構成した点にある。

【0093】

図１２のシステムにおけるコントローラ６０は図１３のように構成されている。図１３の指令値生成部６４には、加速度センサ１０１からの基台の加速ａ_x，ａ_yと、加速度算出装置１０３からの、ＡＧＶ走行指令より算出した加速度ａ_ax，ａ_ayが入力され、以下のようにして被制御体４０の傾斜指令[Ｓ_x ^cmd，Ｓ_y ^cmd]を生成する。

【0094】

まず、ＡＧＶの走行指令から算出される加速度を用いるために、実施例３と同様に直進方向のみを走行するとする。加速センサ１０１はＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）センサなど重力加速度を含んで出力するものとする。

【0095】

斜面上での場合、まず傾斜角を正しく求め水平制御を施し、その後に水平方向の加減速のフィードバックしたすべり防止制御を実施するという手順になる。

【0096】

まず傾斜角の導出について、図１４に示す斜面上走行における加速度の説明図とともに述べる。図１４では、図１の無人搬送車１０、基台２０、図１２の加速度センサ１０１、加速度算出装置１０３を簡略化して図示しており、３０はアクチュエータ（３１～３４）、５０は被制御体４０上の荷物を示している。

【0097】

θ_slopeは斜面の傾斜角、ａ_axはＡＧＶの走行指令から算出（加速度算出装置１０３から出力）された直進方向の加速度、ａ_gx，ａ_gzは加速度センサ１０１のｘ軸、ｚ軸の出力、ｇは加速度センサ出力に含まれる重力加速度である。

【0098】

図１４（ａ）のように静止または定速時の場合、加速度センサの出力ａ_gzとｇのなす角（傾斜センサの出力角)θは斜面の傾斜角θ_slopeに一致する。一方で図１４（ｂ）のように加減速時の場合は直進方向の加速度ａ_axが影響し、加速度センサの出力ａ_gxのなす角θは斜面の傾斜角θ_slopeと一致しない。各軸の加速度の計測値をａ_x ^sen，ａ_z ^senとすると、図１４（ｂ）より、斜面の傾斜角推定値θ_sは（８）式で求めることができる。

【0099】

【数8】

【0100】

したがって、（８）式で求められる傾斜角を指令値とすることにより、水平制御を実現できる。

【0101】

次に加減速時のすべり防止制御について述べる。水平方向の加減速ａ_wxは（９）式で求めることができる。

【0102】

【数9】

【0103】

あとは水平面上での水平制御時のすべり防止制御と同様にして、水平面からの傾斜指令Ｓ_wx ^cmdは（１０）式で、基台からの傾斜指令Ｓ_x ^cmdは（１１）式で算出することができる。

【0104】

【数10】

【0105】

【数11】

【0106】

よって図１３の指令値生成部６４は前記（８）式～（１１）式を算出して傾斜指令値[Ｓ_x ^cmd，Ｓ_y ^cmd]を生成し、変数変換部６６に入力する。

【0107】

図１３の変数変換部６６および位置制御器７０は実施例１の図５のものと同一に構成されている。

【0108】

本実施例４によれば、斜面上での静止・定速時に水平制御を、加減速時にすべり防止制御を実現することができる。

【実施例5】

【0109】

実施例５における昇降・傾斜装置のシステム全体の構成を図１５に示す。図１５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１５において図４と異なる点は、前記加速度センサ１０１に代えて、基台２０に、加速度を計測原理とする傾斜センサ１０２を設置し、無人搬送車１０（ＡＧＶ）に、ＡＧＶの走行指令から加速度を算出する加速度算出装置１０３を設置し、コントローラ６０がアクチュエータ３１～３４に与える推力の値は、アクチュエータ長さの情報および前記傾斜センサ１０２のセンサ出力（θ_x，θ_y）および加速度算出装置１０３で算出された加速度とをフィードバックすることで定めるように構成した点にある。

【0110】

図１５のシステムにおけるコントローラ６０は図１６のように構成されている。図１６の指令値生成部６５には、基台の傾斜Ｓ_x，Ｓ_y（傾斜センサ１０２のセンサ出力θ_x，θ_yに相当）と、加速度算出装置１０３からの、ＡＧＶ走行指令より算出した加速度ａ_ax，ａ_ayが入力され、以下のようにして被制御体４０の傾斜指令値[Ｓ_x ^cmd，Ｓ_y ^cmd]を生成する。

【0111】

実施例３、４と同様に直進方向のみの加速度を考慮し、傾斜センサ出力θ^senからｘ方向の加速度ａ_x ^senとｚ方向の加速度ａ_z ^senを（１２）式として求めることができる。

【0112】

【数12】

【0113】

以降は実施例４と同様に（８）式～（１１）式を計算して傾斜指令を生成し、変数変換部６６に入力する。図１６の変数変換部６６および位置制御器７０は実施例１の図５のものと同一に構成されている。

【0114】

本実施例５によれば、斜面上での静止・定速時に水平制御を、加減速時にすべり防止制御を実現することができる。

【0115】

＜実験による検証（実施例２）＞
ここで実施例２の装置を適用し、被制御体４０上に荷物を搭載した状態で、無人搬送車１０（ＡＧＶ）の加速度時に傾斜指令を与える実験を図１７の実験装置によって実施した。

【0116】

図１７では、滑りやすい荷物１１０を被制御体４０（天板）上に搭載しており、基台２０、アクチュエータ３１～３４等は簡略化して図示している。１１１は被制御体４０上に設けたストッパーである。

【0117】

図１８に実験の時系列データを示す。図１８では、ＡＧＶの加速、減速は０．７ｍ／ｓ²で５秒間加速し、３．５ｍ／ｓ²で１秒間減速し静止している。

【0118】

図１８（ａ）は傾斜指令と傾斜応答を示し、図１８（ｂ）はＡＧＶの速度指令を示しているが、加減速時に傾斜指令が変化し、傾斜応答値も追従していることがわかる。

【符号の説明】

【0119】

１０…無人搬送車
２０…基台
３１～３４…第１～第４のアクチュエータ
３１ａ～３４ａ…出力軸
４０…被制御体
５０…荷物
５１－１～５１－４…球面座ナット
５２－１～５２－４…球面座受
５３－１～５３－４…全ねじ
５４－１～５４－４…袋ナット
６０…コントローラ
６１～６５…指令値生成部
６６…変数変換部
７０…位置制御器
８１，８３…減算器
８２…モータドライバ
８４…係数付与部
１０１…加速度センサ
１０２…傾斜センサ
１０３…加速度算出装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】