JP6072975B2

JP6072975B2 - 台車装置

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Publication number: JP6072975B2
Application number: JP2016506006A
Authority: JP
Inventors: 一弘小菅; 潤衣川; 宏規片寄; 柳屋　隆; 隆柳屋
Original assignee: Tohoku University NUC; Erecta International Corp
Current assignee: Tohoku University NUC; Erecta International Corp
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2034-03-05
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Description

本発明は、電動モーターなどの駆動装置と駆動装置によって駆動される一対の車輪を有し、搬送用途などに使用される台車装置に関する。

例えば、ホテルや病院などの施設において提供される食品などの被搬送物を搬送する台車装置（電動アシスト台車、移動式カート）としては、電動モーターによる動力を用いて人力を補助するアシスト機能を有する台車装置が知られている。
このような台車装置としては、一つの電動モーターと、差動歯車を組み合わせることによって、電動モーターの駆動力を一対の車輪に分配する形態のものが知られている（例えば特許文献１参照）。この形態は、台車装置の左右旋回（曲進）は、操作者によって行う必要があるが、単一の電動モーターによって走行が可能であるため、例えば、二つの電動モーターと各々の電動モーターに接続された車輪を有する２モーター式の台車装置と比較して、より低コストでの製造が可能となる。

特開２００８−１１４６３０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているような台車装置の場合、直進走行時の速度を維持したまま左右旋回させようとすると、差動歯車によって外側の車輪が過度に増速し、操作性が損なわれることがある。即ち、電動モーターの回転数が一定のままで台車装置を旋回させると、外側の車輪が不用意に増速してしまう。

本発明は、より低コストで、電動モーターによる安定的な前進後退、及び左右旋回を行うことができる台車装置を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様によれば、台車装置は、進行方向に直交する幅方向に離間して配置されて、互いに独立した回転数で回転可能な一対の車輪を有する台車本体と、回転駆動する出力軸を有する駆動装置と、前記出力軸の回転数に応じた出力を前記一対の車輪に分配して前記車輪を回転させる差動装置と、前記一対の車輪に対応して設けられて、前記車輪をそれぞれ制動可能な一対の制動装置と、前記一対の制動装置のいずれかを制動させることで、前記台車本体を曲進走行させる曲進操作部と、前記出力軸の回転数を設定された値に制御する制御装置と、前記一対の車輪の回転数をそれぞれ検出可能な回転数検出部と、を備え、前記制御装置は、前記台車本体が直進走行から曲進走行に遷移した際に、前記回転数検出部から入力される前記一対の車輪の回転数に基づいて、前記台車本体の前記曲進走行時の操作点の進行速度が、前記曲進走行に遷移する前の直進走行時の進行速度と等しくなるように、前記出力軸の回転数を設定する回転数設定部を有する。

このような構成によれば、一つの駆動装置の駆動力を差動装置を用いて左右の車輪に分配し、左右の車輪のいずれかを制動することで台車本体を曲進させる構成であるため、より低コストで、安定的な前進後退、及び左右旋回を行うことができる台車装置を提供することができる。
また、制御装置は曲進走行の際に出力軸の回転数を低下させるため、曲進時における外側の車輪の過度な増速を抑制することができる。
さらに、一対の車輪の速度に応じて出力軸の回転数が設定されるため、より確実に曲進走行時の速度を制御することができる。

このような構成によれば、一対の車輪の速度に応じて出力軸の回転数が設定されるため、より確実に曲進走行時の速度を制御することができる。

上記台車装置において、前記台車本体の進行方向の端部に設けられて、前記進行方向に加えられる操作量に応じて操作信号を出力する直進操作部をさらに備え、前記制御装置は、前記直進操作部から入力される前記操作信号に基づいて前記台車本体の直進走行時の目標速度を設定する目標速度設定部をさらに有し、前記回転数設定部は、前記目標速度に基づいて直進走行時の前記出力軸の回転数を設定してもよい。

このような構成によれば、直進操作部の操作量によって駆動装置の駆動力が調整されるため、容易に直進走行時の速度を制御することができる。

上記台車装置において、前記直進操作部は、前記操作量に応じて操作力が大きくなる操作抵抗部を有し、前記目標速度設定部が前記操作力に応じた速度となるように前記目標速度を設定してもよい。

このような構成によれば、操作者は、台車装置が操作力に応じた自然な速度で移動していると感じるため、操作性をより向上させることができる。

上記台車装置において、前記直進操作部は、前記台車本体の幅方向に亘って設けられて、前記台車本体に対して進行方向に回動するハンドル本体であり、前記曲進操作部は、前記ハンドル本体に対して幅方向にスライド可能に設けられて、幅方向一方側にスライド移動することで一方の前記車輪を制動し、幅方向他方側にスライド移動することで他方側の前記車輪を制動するハンドルカバー部である構成としてもよい。
また、台車装置は、進行方向に直交する幅方向に離間して配置されて、互いに独立した回転数で回転可能な一対の車輪を有する台車本体と、回転駆動する出力軸を有する駆動装置と、前記出力軸の回転数に応じた出力を前記一対の車輪に分配して前記車輪を回転させる差動装置と、前記一対の車輪に対応して設けられて、前記車輪をそれぞれ制動可能な一対の制動装置と、前記一対の制動装置のいずれかを制動させることで、前記台車本体を曲進走行させる曲進操作部と、前記出力軸の回転数を設定された値に制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記台車本体が直進走行から曲進走行に遷移した際に、前記出力軸の回転数を直進走行時よりも小さい値に設定する回転数設定部を有し、前記台車本体の進行方向の端部に設けられて、前記進行方向に加えられる操作量に応じて操作信号を出力する直進操作部をさらに備え、前記制御装置は、前記直進操作部から入力される前記操作信号に基づいて前記台車本体の直進走行時の目標速度を設定する目標速度設定部をさらに有し、前記回転数設定部は、前記目標速度に基づいて直進走行時の前記出力軸の回転数を設定し、前記直進操作部は、前記台車本体の幅方向に亘って設けられて、前記台車本体に対して進行方向に回動するハンドル本体であって、前記曲進操作部は、前記ハンドル本体に対して幅方向にスライド可能に設けられて、幅方向一方側にスライド移動することで一方の前記車輪を制動し、幅方向他方側にスライド移動することで他方側の前記車輪を制動するハンドルカバー部である構成としてもよい。

このような構成によれば、一つのハンドルで前進後退、左右旋回の操作が可能となるため、操作者はより直観的に台車装置を操作することができる。

上記台車装置において、前記差動装置は、前記一対の車輪に接続された一対のサイドギヤと、前記一対のサイドギヤと噛み合うピニオンギヤと、前記ピニオンギヤを支持するケーシングと、前記ケーシングに一体的に設けられ、前記出力軸の回転に応じて回転するリングギヤと、を有する構成としてもよい。

本発明によれば、一つの駆動装置の駆動力を差動装置を用いて左右の車輪に分配し、左右の車輪のいずれかを制動することで台車本体を曲進させる構成であるため、より低コストで、安定的な前進後退、及び左右旋回を行うことができる台車装置を提供することができる。

本発明の実施形態の台車装置を模式的に示す斜視図である。本発明の実施形態のハンドルの構成を説明する側面図である。本発明の実施形態の台車装置の概略構成を説明する平面図である本発明の実施形態の差動装置の構成を説明する概略平面図である。本発明の実施形態の台車装置の運動モデルについて説明する図である。本発明の実施形態の台車装置の制御装置を説明する制御系統図である。本発明の実施形態台車装置の物理モデルを示す図である。

以下、本発明の実施形態の台車装置１について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の台車装置１の寸法関係とは異なる場合がある。
図１は、本発明の実施形態の台車装置１を模式的に示す斜視図である。図１に示すように、台車装置１は、進行方向に直交する幅方向Ｗに離間する一対の車輪３（図１には片側のみ示す）を有する台車本体２と、台車装置１を操作するためのハンドル４と、を有している。
本実施形態の台車装置１は、電動モーター（駆動装置）の駆動力を用いて操作者をアシストする、所謂パワーアシストカートである。
なお、図１に示すＸ方向は台車装置１の長手方向Ｘを示している。図１に示すＷ方向は台車装置１の幅方向Ｗを示している。また、図１に示す矢印Ｔは台車装置１の進行方向Ｔの前方を指している。

台車本体２は、例えば、内部を収納部とした箱型のものを採用することができる。台車本体２には扉８を取り付けることができる。
一対の車輪３は、台車本体２の幅方向Ｗに離間して配置されて、互いに独立した回転数で回転可能である。一対の車輪３は、左右で速度差を付けることで、左右の旋回が可能である。一対の車輪３は、台車本体２の長手方向Ｘの略中央に配置されている。台車本体２の長手方向Ｘの両端部近傍であって、幅方向Ｗの両端部近傍には、キャスター９が取り付けられている。

また、台車本体２の下部には、後述する電動モーター１６（図３参照）などを配置するための駆動部収容部１０が設けられている。駆動部収容部１０には、操作者のハンドル４操作、及び車輪３の角速度（回転速度）に応じて電動モーター１６の回転数を制御するための制御装置５（図３参照）が収容されている。

ハンドル４は、台車本体２の進行方向Ｔの前方側に取り付けられている。ハンドル４は、台車本体２の幅方向Ｗに亘って延びる円弧棒状（弓状）のハンドル本体１２と、ハンドル本体１２に対してスライド可能に取り付けられているハンドルカバー部１３と、を有している。ハンドル本体１２の両端は、台車本体２の前面に回動自在に取り付けられている。具体的には、ハンドル本体１２は、ハンドル本体１２の両端の取り付け位置の高さが同じとなるように取り付けられている。

ハンドル本体１２は、例えば、ねじりコイルばねのような付勢部材（図示せず）によって、常に中央部分（ハンドルカバー部１３の取り付け位置）が鉛直方向上方を向くように付勢されている。ハンドル本体１２の付勢部材は、操作量に比例して抵抗が増し、操作力が大きくなるような操作抵抗部として機能する。これにより、ハンドル本体１２は、操作者による操作がない状態で台車本体２に密着し、操作者が付勢部材の付勢力に逆らって操作することによって中央部分を進行方向Ｔの前方に倒すことができる。

ハンドルカバー部１３は、円弧状に曲げられた円筒形状の部材であり、ハンドル本体１２の中央部近傍に、ハンドル本体１２の周面を覆うように取り付けられている。通常、ハンドル４を操作する際は、操作者は、ハンドル４のハンドルカバー部１３を把持する。ハンドルカバー部１３は、所定の付勢部材によって、ハンドル本体１２の中央部に向かう方向に付勢されている。換言すれば、ハンドルカバー部１３は、操作者による操作がない状態で、ハンドル本体１２の中央部に位置し、操作者が付勢部材の付勢力に逆らって操作することによって、幅方向Ｗの左右のいずれかにスライドさせることができるように構成されている。

ハンドルカバー部１３は、後述する一対の制動装置２０（図３参照）と接続されている。即ち、ハンドルカバー部１３は、ハンドルカバー部１３をハンドル本体１２に沿ってスライドさせることで、制動装置２０を操作することができる制動装置２０のインターフェースとして機能する。

操作者は、ハンドル本体１２の操作と、ハンドルカバー部１３の操作を同時に行うことができる。即ち、ハンドルカバー部１３を把持してハンドル本体１２を傾ける動作を行いながら、ハンドルカバー部１３をスライドさせることができる。

図２に示すように、ハンドル４には、ハンドル４の回転角度θ（操作量）を検出するためのハンドル角度検出装置１４を有している。ハンドル角度検出装置１４としては、ポテンショメータを採用することができる。ハンドル角度検出装置１４と制御装置５とは、電気的に接続されており、ハンドル角度検出装置１４によって検出されたハンドル４の回転角度θが、制御装置５に入力される。具体的には、ポテンショメータから出力される電圧（アナログ値）が、アナログ−デジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路）を介して回転角度θ（デジタル値）に変換され、制御装置５に入力される。

本実施形態の台車装置１において、ハンドル本体１２は、進行方向Ｔに加えられる操作量に応じて操作信号を出力する直進操作部６として機能する。即ち、直進操作部６を進行方向Ｔに倒すことにより、台車本体２を任意の速度で直進させることができるように構成されている。ハンドル４の操作量による台車本体２の速度の決定方法については後述する。

図３は、本実施形態の台車装置１の概略構成を説明する平面図である。図３に示すように、台車装置１は、単一の電動モーター１６と、電動モーター１６の出力軸１７の回転数に応じた出力（駆動力）を一対の車輪３に分配して車輪３を回転させる差動装置１９と、一対の車輪３を制動する一対の制動装置２０と、を有している。一対の車輪３は、車軸１５を介して差動装置１９と接続されている。
差動装置１９は、台車本体２の略中央（長手方向Ｘの中心、かつ、幅方向Ｗの中心）に配置されている。
電動モーター１６としては、例えば、減速機と一体となったギアードモーターを採用することができる。
電動モーター１６は回転駆動する出力軸１７を有しており、この出力軸１７には、駆動歯車１８が取り付けられている。駆動歯車１８は、差動装置１９のリングギヤ３０と噛み合うように配置されている。

制動装置２０は、一対の車輪３に対応して設けられており、一対の車輪３をそれぞれ制動可能なブレーキである。制動装置２０は、車輪３とともに回転する一対のブレーキローター２２と、ブレーキローター２２を挟み込む位置に配置されている一対のブレーキキャリパー２３と、ブレーキキャリパー２３とハンドル４のハンドルカバー部１３とを接続するホース２４と、を有している油圧ブレーキである。

制動装置２０は、ハンドルカバー部１３をハンドル４の中央部から幅方向Ｗの左方向（幅方向一方側）にスライド移動させた場合に、左側の車輪３を制動させ、ハンドルカバー部１３をハンドル４の中央部から幅方向Ｗの右方向（幅方向他方側）にスライド移動させた場合に、左側の車輪３を制動するように構成されている。具体的には、ハンドルカバー部１３に加えられた力がマスターシリンダー（図示せず）を介して油圧に変換され、ホース２４を介してブレーキキャリパー２３を作動させる。
なお、制動装置２０としては、ハンドルカバー部１３の動きに応じて車輪３を制動させることができれば油圧ブレーキに限らず、他の形態の制動装置の採用も可能である。例えば、制動装置２０としては、ハンドルカバー部１３の動きをワイヤーなどを用いてブレーキキャリパー２３に伝達する、機械式ブレーキの採用も可能である。また、制動装置２０としては、電磁石の作用を利用してブレーキキャリパー２３を作動させる電磁ブレーキの採用も可能である。

本実施形態の台車装置１においては、ハンドル４のハンドルカバー部１３は、一対の車輪３のいずれかを選択的に制動させることで、台車本体２を曲進走行させる曲進操作部７として機能する。即ち、台車本体２の走行中に、曲進操作部７を構成するハンドルカバー部１３を幅方向Ｗの例えば右方向にスライドさせて右側の車輪３を制動することにより、台車本体２を右方向に曲げることができる。換言すれば、本実施形態の台車装置１は、制動装置２０を用いて左右の車輪３に速度差を作ることによって、台車本体２の左右旋回を行う。

また、一対の車輪３のそれぞれには、一対の車輪３の角速度（回転数）を検出可能な回転数検出装置２５（回転数検出部）が設けられている。回転数検出装置２５は、ロータリーエンコーダを採用することができる。一対の回転数検出装置２５は、制御装置５と電気的に接続されている。即ち、回転数検出装置２５によって検出された、車輪３の回転信号が制御装置５に送信され、車輪３の角速度が算出される。

次に、本実施形態の差動装置１９の構成について説明する。図４に示すように、差動装置１９は、対向する一対のサイドギヤ２７と、一対のサイドギヤ２７と噛み合うピニオンギヤ２８とピニオンギヤ２８を支持するケーシング２９と、ケーシング２９に一体的に設けられ、電動モーター１６の駆動力によって回転する駆動歯車１８と噛み合うリングギヤ３０と、を有している差動歯車（ディファレンシャルギヤ）である。
一対の車軸１５は、サイドギヤ２７に取り付けられている。即ち、サイドギヤ２７の回転に伴い、車軸１５を介して車輪３が回転するように構成されている。

次に、台車装置１の制御装置５を設計するために用いる台車装置１の運動モデル、及び差動装置１９の特性について説明する。図５は、本実施形態の台車装置１の運動モデルについて説明する図である。図５において、
Ｖｏｐ：操作点Ｐ（ハンドル）の進行方向速度［ｍ／ｓ］
Ｖｏｐｘ：Ｖｏｐのｘ方向に働く速度［ｍ／ｓ］
Ｖｏｐｙ：Ｖｏｐのｙ方向に働く速度［ｍ／ｓ］
Ｖｃ：台車本体の進行方向速度［ｍ／ｓ］
ｈ：車軸から操作点Ｐまでの距離［ｍ］
ω：台車本体２の旋回時の角速度［ｒａｄ／ｓ］
２ｄ：車輪間距離［ｍ］
Ｖ_Ｒ：右側車輪の速度［ｍ／ｓ］
Ｖ_Ｌ：左側車輪の速度［ｍ／ｓ］
である。なお、図５におけるｘ方向は台車装置１の長手方向Ｘに対応し、ｙ方向は台車装置１の幅方向Ｗに対応する。なお、以下の説明において、台車本体２（台車装置１）の速度とは、操作点Ｐの進行方向速度Ｖｏｐを指すものとする。

ここで、台車本体２の速度Ｖｏｐのｘ及びｙ成分であるＶｏｐｘ，Ｖｏｐｙは、以下の数式（１），（２）にて算出することができる。
Ｖｏｐｘ＝Ｖｃ＝（Ｖ_Ｒ＋Ｖ_Ｌ）／２・・・（１）
Ｖｏｐｙ＝ｈω ・・・（２）
また、車輪３の直径：ｒ、右側車輪の角速度：ω_Ｒ、左側車輪の角速度：ω_Ｌとすると、Ｖ_Ｒ、Ｖ_Ｌは、以下の数式（３），（４）にて算出することができる。
Ｖ_Ｒ＝ｒω_Ｒ・・・（３）
Ｖ_Ｌ＝ｒω_Ｌ・・・（４）

また、台車本体２の旋回時の角速度ωは、以下の数式（５）にて算出される。
ω＝（Ｖ_Ｒ−Ｖ_Ｌ）／２ｄ・・・（５）
ここで、数式（２），（５）より、Ｖｏｐｙは、以下の数式（６）で表すことができる。
Ｖｏｐｙ＝ｈω＝（ｈ／２ｄ）・（Ｖ_Ｒ−Ｖ_Ｌ）・・・（６）

次に、差動装置１９の特性について説明する。
リングギヤ３０の角速度：ω_ｂ［ｒａｄ／ｓ］とすると、リングギヤ３０の角速度ω_ｂと車輪３の角速度ω_Ｒ，ω_Ｌの関係は、以下の数式（７），（８）で表すことができる。
ω_ｂ＝ ω_Ｌ＋Δω ・・・（７）
ω_ｂ＝ ω_Ｒ−Δω ・・・（８）
よって、リングギヤ３０の角速度ω_ｂは、以下の数式（９）にて算出される。
ω_ｂ＝（ω_Ｌ＋ω_Ｒ）／２・・・（９）

次に、制御系統図を用いて、本実施形態の台車装置１の制御装置５について説明する。図６は、本実施形態の台車装置１の制御装置５を説明する制御系統図である。図６に示すように、制御装置５は、台車本体２の目標速度を決定する目標速度設定部３２と、目標速度及び一対の車輪３の角速度ω_Ｒ，ω_Ｌに基づいて電動モーター１６の回転数ω_Ｍを決定する回転数設定部３３と、モーター駆動部３４と、を有している。

ここで、本実施形態の台車装置１の制御の概略を説明する。制御装置５は、ハンドル４の回転角度θ、及び左右の車輪３の角速度ω_Ｒ，ω_Ｌを入力値として、最適な電動モーター１６の回転数ω_Ｍを出力する装置である。
より詳細には、制御装置５の目標速度設定部３２は、ハンドル４の回転角度θを基に、台車本体２の目標速度を算出し、回転数設定部３３は、目標速度に基づいて電動モーター１６の回転数ω_Ｍを決定する。電動モーター１６は、モーター駆動部３４を介して決定された回転数ω_Ｍで回転し、この回転出力が差動装置１９を介して左右の車輪３に分配される。

次に、制御装置５を構成する、目標速度設定部３２、回転数設定部３３、及びモーター駆動部３４について詳細に説明する。
目標速度設定部３２は、ハンドル４の回転角度θによって算出されたハンドル４の操作力に基づいて台車本体２の目標速度Ｖ_ｆを決定する。
まず、目標速度設定部３２は、ハンドル角度検出装置１４によって検出されたハンドル４の回転角度θに基づいて操作力ｆ_ｈ算出する。
ハンドルの長さ：Ｌ、ハンドルの回転角度：θ、ねじりコイルばね（操作抵抗部）のバネ定数：κ、とすると、操作力：ｆ_ｈ［Ｎ］は、以下の数式（１０）にて算出することができる。
ｆ_ｈ＝ κθ／Ｌ・・・（１０）

次に、操作力ｆ_ｈに基づいて、目標速度Ｖ_ｆを決定する。図７は、台車装置１の物理モデルを示す図である。ここで、台車装置１の慣性質量係数：Ｍ［ｋｇ］、粘性摩擦係数：Ｄ［Ｎ・ｓ・ｍ^−１］、操作者による操作力：ｆ_ｈ［Ｎ］とすると、以下の状態方程式（１１）を導出することができる。

目標速度Ｖ_ｆは、サンプリングタイム：ΔＴとして一次近似で計算すると、以下の数式（１２）を用いて算出することができる。

即ち、本実施形態の目標速度設定部３２は、ハンドル４の回転角度θから操作者がハンドル４に加えた操作力ｆ_ｈを算出し、その操作力ｆ_ｈに見合った目標速度Ｖ_ｆを算出する。この目標速度Ｖ_ｆにて台車装置１が移動することによって、操作者は、台車装置１が操作力に応じた自然な速度で移動していると感じることができる。

次に、目標速度Ｖ_ｆに基づいて電動モーター１６の回転数ω_Ｍを決定する方法、即ち回転数設定部３３による電動モーター１６の回転数ω_Ｍの制御方法について説明する。
まず、概略から説明すると、回転数設定部３３は、目標速度設定部３２によって決定された台車本体２の目標速度Ｖ_ｆを参照し、この目標速度Ｖ_ｆの大きさと一致するように台車本体２の速度Ｖｏｐを制御する。この制御は、左右の車輪３の角速度ω_Ｒ，ω_Ｌ（一対の車輪３の速度Ｖ_Ｒ，Ｖ_Ｌ）を参照して行われる。
即ち、制動装置２０の操作によって変動した一対の車輪３の速度差を参照した後、左右の車輪３の速度比を一定に保ちながら、電動モーター１６の出力を加減することによって行われる。これにより、旋回方向を変えることなく速度の調整が行われる。

以下、左右の車輪３の角速度ω_Ｒ，ω_Ｌ、及び目標速度Ｖ_ｆから、電動モーター１６の回転数ω_Ｍを決定するための数式について説明する。
図５を参照すると、ＶｏｐとＶｏｐｘとＶｏｐｙの関係は、以下の数式（１３）で表すことができる。
Ｖｏｐ^２＝Ｖｏｐｘ^２＋Ｖｏｐｙ^２・・・（１３）
また、差動装置１９のリングギヤ３０の角速度ω_ｂは、数式（３），（４），（９）より、以下の数式（１４）のように変形することができる。
ω_ｂ＝（ω_Ｌ＋ω_Ｒ）／２＝（Ｖ_Ｒ＋Ｖ_Ｌ）／２ｒ＝Ｖｏｐｘ／ｒ・・・（１４）

また、数式（６），（１３）より、以下の数式（１５）を導くことができる。
Ｖｏｐｘ^２＝Ｖｏｐ^２−Ｖｏｐｙ^２
＝Ｖｏｐ^２−（ｈ（Ｖ_Ｒ−Ｖ_Ｌ）／２ｄ）^２・・・（１５）
これより、車両速度Ｖｏｐｘは、以下の数式（１６）で求めることができる。

ここで、数式（１４）より、リングギヤ３０の角速度ω_ｂは、以下の数式（１７）によって求めることができる。

ここで、リングギヤ３０の角速度ω_ｂと電動モーター１６の回転数ω_Ｍとは比例関係にあるため、ω_ｂ＝α・ω_Ｍ（α：比例係数）とすることができる。さらに、数式（３），（４）より、電動モーター１６の回転数ω_Ｍは、以下の数式（１８）によって算出することができる。

即ち、数式（１８）のＶｏｐを目標速度Ｖ_ｆとするとともに、車輪３の角速度ω_Ｒ，ω_Ｌを入力することによって、目標速度Ｖ_ｆ、車輪３の角速度ω_Ｒ，ω_Ｌである場合の、電動モーターの回転数ω_Ｍ（出力軸１７の回転数）を算出することができる。

そして、制御装置５の回転数設定部３３は、数式（１８）を参照して、操作点Ｐの進行方向速度Ｖｏｐが、操作力ｆにより求められる目標速度Ｖ_ｆの大きさと一致するように電動モーター１６の回転数を制御する。即ち、台車本体２が直進走行から曲進走行に遷移する際に、一対の車輪３に速度差が付いた場合においても、操作者の所望する目標速度Ｖ_ｆを一定に保つように、電動モーター１６の回転数ω_Ｍを直進走行時よりも小さい値に設定する。
なお、回転数設定部３３は、進行方向速度Ｖｏｐを目標速度Ｖ_ｆの大きさと一致するように回転数ω_Ｍを設定するのみならず、進行方向速度Ｖｏｐを目標速度Ｖ_ｆ以下に設定するようにしてもよい。

モーター駆動部３４は、回転数設定部３３によって決定された回転数ω_Ｍに応じて電動モーター１６を駆動させるドライバ回路である。ドライバ回路としては、例えばＰＷＭ制御を用いた回路を採用することができる。

上記実施形態によれば、一つの電動モーター１６の駆動力を差動装置１９を用いて左右の車輪３に分配し、左右の車輪３のいずれかを制動することで台車本体２を曲進させる構成であるため、より低コストで、安定的な前進後退、及び左右旋回を行うことができる台車装置１を提供することができる。
また、制御装置５は曲進走行の際に電動モーター１６の回転数ω_Ｍを低下させるため、曲進時における外側の車輪３の過度な増速を抑制することができる。

また、制御装置５は、一対の車輪３の回転数を検出する回転数検出装置２５を備え、回転数設定部３３は、台車本体２の曲進走行時の進行速度が、曲進走行に遷移する前の直進走行時の進行速度以下となるように、電動モーター１６の回転数ω_Ｍを設定する。これにより、一対の車輪３の速度に応じて電動モーター１６の回転数ω_Ｍが設定されるため、より確実に曲進走行時の速度を制御することができる。
また、ハンドル４の操作量によって電動モーター１６の駆動力が調整されるため、容易に直進走行時の速度を制御することができる。
また、ハンドル４には、ねじりコイルばね等の付勢部材が設けられ、操作量に比例して操作力が大きくなるように構成されており、制御装置５は、台車本体２が操作力に応じた速度となるように目標速度Ｖ_ｆを決定する。これにより、操作者は、台車装置１が操作力に応じた自然な速度で移動していると感じることができる。

また、ハンドル４は、直進方向に回動可能なハンドル本体１２と、幅方向に操作可能なハンドルカバー部１３とを有し、ハンドル本体１２により車両本体２の目標速度Ｖ_ｆを制御し、ハンドルカバー部１３により制動装置２０を制御する構成となっている。これにより、一つのハンドル４で前進後退、左右旋回の操作が可能となるため、操作者はより直観的に台車装置１を操作することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、クレームの範囲によってのみ限定される。
例えば、上記実施形態においては、駆動装置として電動モーター１６を用いたが、コンピューター制御により所望の回転数に制御できる駆動装置であればこれに限ることはない。

また、上記実施形態においては、台車装置１の進行方向Ｔへの直進機能のみ記載したが、これに限ることはなく、台車装置１の後退機能も同様の実現することができる。

また、ハンドル４については、上記実施形態に記載した形状のものに限ることはない。例えば、棒状のレバー形状を用いてもよく、この棒状のハンドルを進行方向及び幅方向に倒す形態としてもよい。
また、上記実施形態におけるハンドルカバー部１３に相当する、制動装置２０を操作するためのインターフェース（曲進操作部７）は、ハンドル本体１２から独立して配置してもよい。例えば、ハンドル本体１２とは別に、一対のブレーキレバーを設ける構成としてもよい。

また、上記実施形態では、電動モーター１６の回転数ω_Ｍを低減するための入力として左右の車輪３に設けられた回転数検出装置２５を用いたがこれに限ることはない。例えば、ジャイロセンサなどの台車本体２の角速度（遠心力）を検知可能なセンサを用いて、台車本体２の幅方向の向きが変化した際に電動モーター１６の回転数ω_Ｍを低減する構成としてもよい。即ち、台車本体２の曲進走行を検知した際に、電動モーター１６の回転数ω_Ｍを低減する構成であればよい。

さらに、上記実施形態では、一対の車輪３の角速度ω_Ｒ，ω_Ｌに基づいて目標速度Ｖ_ｆを設定し、この目標速度Ｖ_ｆに基づいて進行速度Ｖｏｐを設定して回転数ω_Ｍを低減したが、角速度ω_Ｒ，ω_Ｌの差を検知した段階で、回転数ω_Ｍを低減する構成としてもよい。

１台車装置
２台車本体
３車輪
４ハンドル
５制御装置
６直進操作部
７曲進操作部
８扉
９キャスター
１０駆動部収容部
１２ハンドル本体
１３ハンドルカバー部
１４ハンドル角度検出装置
１５車軸
１６電動モーター（駆動装置）
１７出力軸
１８駆動歯車
１９差動装置
２０制動装置
２２ブレーキローター
２３ブレーキキャリパー
２４ホース
２５回転数検出装置（回転数検出部）
２７サイドギヤ
２８ピニオンギヤ
２９ケーシング
３０リングギヤ
３２目標速度設定部
３３回転数設定部
３４モーター駆動部
Ｘ長手方向
Ｐ操作点
Ｔ進行方向
Ｗ幅方向
θ 回転角度

Claims

進行方向に直交する幅方向に離間して配置されて、互いに独立した回転数で回転可能な一対の車輪を有する台車本体と、
回転駆動する出力軸を有する駆動装置と、
前記出力軸の回転数に応じた出力を前記一対の車輪に分配して前記車輪を回転させる差動装置と、
前記一対の車輪に対応して設けられて、前記車輪をそれぞれ制動可能な一対の制動装置と、
前記一対の制動装置のいずれかを制動させることで、前記台車本体を曲進走行させる曲進操作部と、
前記出力軸の回転数を設定された値に制御する制御装置と、
前記一対の車輪の回転数をそれぞれ検出可能な回転数検出部と、を備え、
前記制御装置は、
前記台車本体が直進走行から曲進走行に遷移した際に、前記回転数検出部から入力される前記一対の車輪の回転数に基づいて、前記台車本体の前記曲進走行時の操作点の進行速度が、前記曲進走行に遷移する前の直進走行時の進行速度と等しくなるように、前記出力軸の回転数を設定する回転数設定部を有する台車装置。
前記台車本体の進行方向の端部に設けられて、前記進行方向に加えられる操作量に応じて操作信号を出力する直進操作部をさらに備え、
前記制御装置は、
前記直進操作部から入力される前記操作信号に基づいて前記台車本体の直進走行時の目標速度を設定する目標速度設定部をさらに有し、
前記回転数設定部は、前記目標速度に基づいて直進走行時の前記出力軸の回転数を設定する請求項１に記載の台車装置。
前記直進操作部は、前記台車本体の幅方向に亘って設けられて、前記台車本体に対して進行方向に回動するハンドル本体であって、
前記曲進操作部は、前記ハンドル本体に対して幅方向にスライド可能に設けられて、幅方向一方側にスライド移動することで一方の前記車輪を制動し、幅方向他方側にスライド移動することで他方側の前記車輪を制動するハンドルカバー部である請求項２に記載の台車装置。
進行方向に直交する幅方向に離間して配置されて、互いに独立した回転数で回転可能な一対の車輪を有する台車本体と、
回転駆動する出力軸を有する駆動装置と、
前記出力軸の回転数に応じた出力を前記一対の車輪に分配して前記車輪を回転させる差動装置と、
前記一対の車輪に対応して設けられて、前記車輪をそれぞれ制動可能な一対の制動装置と、
前記一対の制動装置のいずれかを制動させることで、前記台車本体を曲進走行させる曲進操作部と、
前記出力軸の回転数を設定された値に制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記台車本体が直進走行から曲進走行に遷移した際に、前記出力軸の回転数を直進走行時よりも小さい値に設定する回転数設定部を有し、
前記台車本体の進行方向の端部に設けられて、前記進行方向に加えられる操作量に応じて操作信号を出力する直進操作部をさらに備え、
前記制御装置は、
前記直進操作部から入力される前記操作信号に基づいて前記台車本体の直進走行時の目標速度を設定する目標速度設定部をさらに有し、
前記回転数設定部は、前記目標速度に基づいて直進走行時の前記出力軸の回転数を設定し、
前記直進操作部は、前記台車本体の幅方向に亘って設けられて、前記台車本体に対して進行方向に回動するハンドル本体であって、
前記曲進操作部は、前記ハンドル本体に対して幅方向にスライド可能に設けられて、幅方向一方側にスライド移動することで一方の前記車輪を制動し、幅方向他方側にスライド移動することで他方側の前記車輪を制動するハンドルカバー部である台車装置。
前記直進操作部は、前記操作量に応じて操作力が大きくなる操作抵抗部を有し、
前記目標速度設定部が前記操作力に応じた速度となるように前記目標速度を設定する請求項２から４のいずれか一項に記載の台車装置。
前記差動装置は、
前記一対の車輪に接続された一対のサイドギヤと、
前記一対のサイドギヤと噛み合うピニオンギヤと、
前記ピニオンギヤを支持するケーシングと、
前記ケーシングに一体的に設けられ、前記出力軸の回転に応じて回転するリングギヤと、を有する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の台車装置。