JP7045692B2 - 自律走行車 - Google Patents

Description

本発明は、自律走行車に関する。

特許文献１の二輪スケートボードは、一般的なスケートボードと相違して、二輪で不安定な車体（ボード）に乗った操縦者が、腰の捻りや前後に配置したボードを足で捩らせる動作を行うことにより、地面をけらないで車体（ボード）を推進することが行われる。

上記二輪スケートボードでは、車輪は直接駆動させない受動車輪のみから構成されており、車体（ボード）には、操縦者が車体（ボード）の中心回りにヨーモーメントを付与するという操作と、前後のボードをロール軸方向に捩ることで生じる操舵角の調節操作の２つの操作を組み合わせて走行する。

＜二輪スケートボードの数理モデルについて＞
ここで、図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照して、前記二輪スケートボードの数理モデルについて説明する。この数理モデルは、下記の３つの仮定を前提とする。

（１）車体（スケートボード）の平衡は常に保たれており、推進のみを考慮する。
（２）車体のロール軸回転で前後の車輪の操舵角が逆位相で変化し、その絶対量は等しい。すなわち、前後輪の操舵角は対称となる。

前記二輪スケートボードは、ロール軸周りの捻じれが車輪の操舵角を決めるため、これを操作量とすることで、車体は剛体として扱う。同時に操縦者の動きの対称性を仮定して前後の車輪の操舵角も対称とみなす。これにより車輪の操舵に必要な操作量は一つであるとみることができる。

（３）操縦者が車体に与える力は中心周りのヨーモーメントのみが作用する。
操縦者が車体中央の重心上で腰を捻っていると仮定すると、側方向にかかる力ゼロになり、車体には重心周りのヨーモーメントのみ働くと単純化できる。

上記仮定により、車体（スケートボード）を推進させるために必要な操作量は２つとなる。
以上の仮定を前提にして車体の動きはｘ－ｙ座標上を動く二次元平面とすることができる。操作量は車体の中心周りのヨーモーメントτと車体のねじれの代わりに車輪の操舵角αを考えることで車体を剛体として数理モデル化できる。前後車輪を取り付けたスケートボードモデルを図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す。二輪スケートボードの運動方程式は

となる。

式（１）～式（６）中の記号を下記に示す。

なお、式中、Ｔは転置行列である。

上記のヨーモーメントを利用して走行する自律走行車が、非特許文献１で提案されている。この自律走行車では、前記操縦者に代えて、車体（ボード）の中心回りにヨーモーメントを付与する能動機構と、前後の受動車輪の操舵角の調節を２つのモータでそれぞれ行うようにしている。

非特許文献２は、出願時の技術水準を示す他の自律走行車に関するものである。

特許第４４１１２００号公報

矢吹淳：周期入力に基づく二輪スケートボードの軌道計画と運動制御、岐阜大学工学部人間情報システム工学科卒業論文、2015 Stefano Iannitti, Kevin M. Lynch, Minimum Control-Switch Motions for the Snakeboard: A Case Study in Kinematically Controllable Underactuated Systems, IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS, Vol.20, No.6, pp.994 - 1006 (2004).

非特許文献１の自律走行車は、２つのモータを必要としている。
また、一般的な自律走行車ではモータで駆動される能動車輪と、操舵用のモータを１つずつ合計２つのモータを使用したり、或いは左右の能動車輪の速度差を利用して右または左へ進路を曲げることができるようにしたものがある。

上記した非特許文献１の自律走行車においても、前記一般的な走行車においても、走行と操舵を行うためには複数のモータを必要とする問題がある。
本発明の目的は、単一のモータにより、走行及び操舵を行うことができる自律走行車を提供することにある。

本発明の自律走行車は、車体の前部及び後部において、第１方向及び第１方向とは反対方向の第２方向へそれぞれ旋回自在にそれぞれ設けられた前輪及び後輪と、前記車体に設けられ、正転及び逆転を交互に行う単一の駆動モータと、前記駆動モータに作動連結され、前記駆動モータの正転時または逆転時に前記車体に対して相互に反対方向のヨーモーメントを付与するフライホイール部材と、前記駆動モータのトルクを前記前輪及び前記後輪に対して、相互に逆位相であって、絶対量が同じ操舵角で旋回させるトルク伝達機構と、前記前輪及び前記後輪の第１方向及び第２方向への旋回をそれぞれ同じ絶対量の規制角度で停止させる回転規制部と、を備え、前記トルク伝達機構は、前記回転規制部による前記前輪及び前記後輪の旋回の停止時に、前記前輪及び前記後輪への旋回に要する前記トルクの伝達を遮断するトルクリミッタを含み、前記駆動モータが正転及び逆転を交互に行っている際に、前記フライホイール部材により前記車体に前記ヨーモーメントが付与され、前記規制角度の操舵で走行するものである。

また、前記回転規制部は、前記トルク伝達機構に含まれていてもよい。
また、前記トルク伝達機構は、ベルト伝達機構を含んでいてもよい。
また、前記トルク伝達機構は、歯車機構を含み、前記歯車機構は、前記前輪及び前記後輪に対して同じ減速比で前記トルク伝達を行ってもよい。

また、前記駆動モータに正転指令と逆転指令を交互に駆動モータに付与する制御部を備え、前記正転指令及び逆転指令を前記駆動モータにそれぞれ付与する正転指令付与時間及び前記逆転指令を付与する逆転指令付与時間は、同じ時間としてもよい。

また、前記駆動モータに正転指令と逆転指令を交互に駆動モータに付与する制御部を備え、前記正転指令及び逆転指令を前記駆動モータにそれぞれ付与する正転指令付与時間及び前記逆転指令を付与する逆転指令付与時間のうち、いずれか一方の付与時間は、他方の付与時間よりも長い時間としてもよい。

また、本発明の自律走行車は、車体の前部及び後部において、第１方向及び第１方向とは反対方向の第２方向へそれぞれ旋回自在にそれぞれ設けられた前輪及び後輪と、前記車体に対し旋回自在に取付られるとともに正転及び逆転を交互に行う単一の駆動モータと、前記駆動モータに連結部を介して連結され、前記駆動モータの正転時または逆転時に前記車体に対して相互に反対方向のヨーモーメントを付与するフライホイール部材と、前記駆動モータの正転時または逆転時に前記ヨーモーメントによって該駆動モータに作用する反力を利用して前記前輪及び前記後輪に対して相互に逆位相であって、絶対量が同じ操舵角で旋回させる前後輪逆位相旋回機構と、前記前輪及び前記後輪の第１方向及び第２方向への前記反力による旋回をそれぞれ同じ絶対量の規制角度で停止させる回転規制部と、を備え、前記駆動モータが正転及び逆転を交互に行っている際に、前記回転規制部によって前記前輪及び前記後輪の規制角度で停止した以後は、前記フライホイール部材により前記車体に前記ヨーモーメントが付与されて前記規制角度の操舵で走行するものである。

また、前記連結部は、前記フライホイール部材を自由旋回自在に支持し、前記フライホイール部材と、前記連結部との間には、前記フライホイール部材が相互に反対方向に旋回する際に交互に蓄力及び蓄力を開放する一対の付勢部材が連係されていてもよい。

また、前記フライホイール部材には、荷物積載部が付設されていてもよい。
また、前記駆動モータに対して、相互に同じ回転量とした正転指令と逆転指令を交互に付与することにより、前記車体を蛇行させながら直進走行させる制御部を備えていてもよい。

また、前記駆動モータに対して、前記フライホイール部材に偏り旋回する正転指令と逆転指令を交互に付与することにより、前記車体を蛇行させながら旋回走行させる制御部を備えていてもよい。

本発明によれば、単一のモータにより、走行及び操舵を行うことができる効果を奏する。

一実施形態の自律走行車の略体説明図。 （ａ）はフライホイール部材、前輪及び後輪に正転する駆動モータのトルクが伝達されているときの説明図、（ｂ）は前輪及び後輪の旋回が停止し、フライホイール部材に正転する駆動モータのトルクが伝達されているときの説明図、（ｃ）はフライホイール部材、前輪及び後輪に逆転する駆動モータのトルクが伝達されているときの説明図、（ｄ）は、前輪及び後輪の旋回が停止し、フライホイール部材に逆転する駆動モータのトルクが伝達されているときの説明図。 フライホイール部材が時計回り回転力を得るときの、前輪及び後輪の旋回を示す説明図。 フライホイール部材が反時計回り回転力を得るときの、前輪及び後輪の旋回を示す説明図。 （ａ）前方である一方向へ直進的に進行する状態の自律走行車の軌跡の説明図、（ｂ）は左前方向へ旋回する自律走行車の軌跡の説明図、（ｃ）は右前方向へ旋回する自律走行車の軌跡の説明図。 第１実施形態の自律走行車の斜視図。 第２実施形態において、回転規制部であるストッパの要部斜視図。 操舵角の時間変化を示す説明図。 （ａ）及び（ｂ）は、二輪スケートボードの数理モデルの説明図。 第３実施形態の自律走行車の斜視図。 第３実施形態の自律走行車の側面図。 第３実施形態の自律走行車の一部省略斜視図。 第３実施形態の自律走行車の要部斜視図。 （ａ）～（ｃ）は、作用の原理図、（ｄ）は他の実施形態の作用の原理図。 （ａ）は左右のヨーモーメントが均等の特の蛇行直進の説明図、（ｂ）は左右のヨーモーメントが不均等であるときの車体の蛇行旋回の説明図。 第４実施形態の自律走行車の側面図。

（第１実施形態）
図１～図５を参照して、本発明を具体化した一実施形態の自律走行車１０を説明する。図１に示すように、自律走行車１０は車体１２下部の中央を挟んで、その前部及び後部の部位に受動車輪としての前輪１４及び後輪１６が旋回軸２０、１８を介して旋回自在に設けられている。本実施形態では、前輪１４、及び後輪１６が時計回り方向への旋回を第１方向とし、反時計回り方向の旋回を第２方向としている。

なお、図面上は、前輪１４及び後輪１６は、それぞれ一輪としているが、旋回軸２０、１８に対してそれぞれ直交する固定軸を設けて、該固定軸の両端に対して一対の前輪、及び一対の後輪をそれぞれ回転自在に設けてもよい。また、図面上では、前輪１４及び後輪１６は、説明の便宜上、車輪の接地幅（タイヤ幅に相当する）は狭くして図示されているが、前輪１４及び後輪１６の接地幅は、自律走行車１０が自立可能な幅であると理解されたい。車体１２は例えば枠体等からなるが、その形状を限定しないため、図１では、要部のみ断面で部分的に示されている。また、図２（ａ）～（ｄ）では、説明の便宜上、車体１２の図示は省略している。図１に示すように、車体１２上部には、駆動モータ２２が固定されている。駆動モータ２２は、車体１２を平面視した場合、自律走行車１０の重心における平面位置とその出力軸２４が合致するように配置されている。なお、本実施形態では、駆動モータ２２は、平面視した場合、車体１２の前後方向における中央に位置する。

駆動モータ２２の出力軸２４の上部及び下部はモータケース２２ａからそれぞれ上下に突出されている。出力軸２４の上端には、フライホイール部材２６が一体に固定されている。フライホイール部材２６は、本実施形態では、円盤状に形成され、その中心部に出力軸２４の上端が連結されて、出力軸２４により水平状態で回転自在に支持されている。出力軸２４の下端には、旋回軸２０、１８にトルク伝達を行うトルク伝達機構３０が連結されている。トルク伝達機構３０は、トルクリミッタ４０、回転規制部５０、及び歯車機構６０を有している。

トルクリミッタ４０は、出力軸２４に連結された駆動側部材４２と、従動軸４６に連結された被動側部材４４とを備えている。従動軸４６は、出力軸２４と同軸に配置されている。トルクリミッタ４０は、出力軸２４に過負荷が加わった際に、駆動側部材４２と被動側部材４４間の機械的連結が解除されて、出力軸２４から従動軸４６へのトルク伝達を遮断する。また、トルクリミッタ４０は、出力軸２４への過負荷が解消した際には、駆動側部材４２と被動側部材４４との機械的連結が可能となっている。

回転規制部５０は、従動軸４６から径方向へ延出した一対の係合部材５２、５３を有している。本実施形態では、係合部材５２、５３は相互に１８０度を有するように、すなわち、互いに反対方向に延出されているが、離間角度は１８０度に限定するものではなく、他の角度であってもよい。また、本実施形態では、係合部材は一対としているが、係合部材５２の個数は限定するものではない。図１に示すように、車体１２には、ストッパ支持部材５４が固定され、ストッパ支持部材５４上には、係合部材５２、５３の回転範囲を規制する一対を１組みとする２組のストッパピン５６、５７が上方へ突出されている。各係合部材５２、５３の初期位置は、従動軸４６を中心とした、一組のストッパピン５６、５７間の離間角度２φの１／２の角度φとなる位置に位置する。

正転時及び逆転時に、出力軸２４は、係合部材５２、５３の初期位置に位置しているときから、係合部材５２、５３が一方向へ回転してストッパピン５６に当接した後、さらに同じ方向に回転するように制御される。なお、正転と逆転の切替えは、瞬時に行われる。

また、駆動モータ２２が正転時において、係合部材５２、５３がストッパピン５６、５７にそれぞれ当接して係止した際、後述する歯車機構６０を介して作動した前輪１４は、操舵角がα_ｄとなるとともに、後輪１６は、操舵角が－α_ｄとなるようにされている。α_ｄ及び－α_ｄは規制角度に相当する。両者の絶対量は同じである。また、駆動モータ２２が逆転時において、係合部材５２、５３がストッパピン５６、５７にそれぞれ当接して係止した際、後述する歯車機構６０を介して作動した前輪１４は、操舵角が－α_ｄになるとともに、後輪１６は、操舵角がα_ｄになるようにされている。

歯車機構６０は、従動軸４６の下端に固定された平歯車６２と、旋回軸２０に固定された平歯車６４及び平歯車６６と、旋回軸１８に固定された平歯車６８とにより構成されている。平歯車６４は平歯車６２よりも小径とされて、平歯車６２と噛合されている。平歯車６６、６８は平歯車６４よりも大径とされた同一の歯車であって、互いに噛合されている。歯車機構６０は、上記の構成により、前輪１４及び後輪１６に対して同じ減速比でトルク伝達が行われるようにされている。減速比は低い方が操舵角を早く変化させるため好ましい。また、歯車機構６０により、前輪１４及び後輪１６のそれぞれの操舵角は、位相が相互に逆位相となるようにされるとともに、その絶対量は同じとされている。駆動モータ２２を制御する制御部７０は、ＭＰＵ（マイクロプロセッサ）、モータドライバ（ともに図示しない）等を有している。制御部７０は、車体１２に搭載されていてもよく、或いは、前記モータドライバとＭＰＵを分離して、前記ＭＰＵを車体１２には搭載しないで該ＭＰＵから有線或いは無線で、車体１２に搭載したモータドライバに正転または後転のための制御指令を出力するようにしてもよい。

（実施形態の作用）
図２（ａ）～図２（ｄ）及び図３～図５を参照して、次に本実施形態の自律走行車１０の作用を説明する。なお、本実施形態では、駆動モータ２２の正転は、出力軸２４が図３に示すようにフライホイール部材２６への時計回りの回転力の作用をいい、逆転は、反時計回りの回転力の作用をいうが、逆であってもよい。

本実施形態では、係合部材５２、５３は、図２（ｂ）に示す位置を初期位置としている。この状態では、前輪１４及び後輪１６の操舵角αはそれぞれ規制角度α_ｄ及び－α_ｄである。説明の便宜上、以下の作用の説明では前輪１４についての規制角度を中心にして説明する。前輪の操舵角の説明があったときは、後輪の操舵角については、前輪とは正負が反対であり、その絶対量は同じとして理解されたい。この状態から、制御部７０のＭＰＵが正転指令及び逆転指令を交互に駆動モータ２２に出力する。

本実施形態では、制御部７０は、ヨーモーメントτにより、車体１２の速度を一定とする制御を行う。ここで、車輪の速度拘束の場合における、速度Ｖとヨーモーメントτの関係について説明する。車輪の速度拘束より、式（７）を得る。

そして、式（８）の速度Vの一時遅れ系として式（８）の右辺がK(V_d-Ｖ)となるように、τを決定すると、式（９）を得る。

話しを元に戻して、制御部７０は速度Ｖを目標速度Ｖ_ｄに保ちながら、下記の所定の時間間隔Ｔ_１～Ｔ_４で（図８参照）、操舵角αの正負を反転させる。また、Ｔ_１～Ｔ_４を１周期として、制御部７０は複数周期で駆動モータ２２を比例制御する。

以下、詳細に説明する。

図３は、駆動モータ２２が正転指令に基づいて正転時のフライホイール部材２６と、前輪１４及び後輪１６の操舵状態を示している。なお、図３では、フライホイール部材２６を説明の便宜上、円盤状に代えて、バー状としているが、回転することにより、ヨーモーメントを発生させる機能は同等である。

制御部７０から図８に示す時間軸の０時から正転指令付与時間Ｔ_ａ分、正転指令が出力されると、該正転指令に基づいて、駆動モータ２２が正転する。すると、フライホイール部材２６が、図２（ｂ）及び図３に示すように、時計回り方向に回転力を得る。

ここで、回転規制部５０の係合部材５２、５３がストッパピン５６、５７に当接して係止しているため、前輪１４の操舵角は規制角度α_ｄで固定される。そして、駆動モータ２２が正転指令に基づいて駆動されると、トルクリミッタ４０が作動する。すなわち、出力軸２４に過負荷が加わるため、駆動側部材４２と被動側部材４４間の機械的連結が解除されて、出力軸２４から従動軸４６へのトルク伝達が遮断される。

この状態で、フライホイール部材２６が、図２（ｂ）及び図３に示すように、時計回り方向に回転力を得るため、その反力として車体１２には前後方向の中央、すなわち、中心回りに反時計回りにヨーモーメントが付与される。このヨーモーメントの作用により、図３に示すように、Ｔ_ａ時間（図８参照）では、車体１２は左前方へ前進（推進）する。

上記のように駆動モータ２２が正転して、Ｔ_ａ時間経過時、すなわち、図８のＴ_１時に制御部７０から逆転指令が出力されると、駆動モータ２２は逆転する。制御部７０から逆転指令が出力される逆転指令付与時間をＴ_ｂとする。駆動モータ２２が逆転すると、出力軸２４の過負荷が解消するため、トルクリミッタ４０の駆動側部材４２と被動側部材４４間が連結される。

図４は、駆動モータ２２が逆転指令に基づいて逆転する時のフライホイール部材２６と、前輪１４及び後輪１６の操舵状態を示している。逆転する駆動モータ２２により、フライホイール部材２６が、図２（ｃ）、図４に示すように、反時計回り方向に回転力を得るとともに、駆動モータ２２のトルクが、トルク伝達機構３０（トルクリミッタ４０、回転規制部５０、歯車機構６０）を介して旋回軸１８、２０に伝達される。この結果、前輪１４及び後輪１６の操舵は、それぞれ正転時とは反対方向となる。すなわち、前輪１４及び後輪１６の操舵角は絶対量を同じにして増加し、かつ、相互に逆位相となって変化する（図２（ｃ）、図４参照）。具体的には、図４に示すように前輪１４は右回り（時計回り）方向に、後輪１６は、左回り（反時計回り）方向に操舵される。

そして、回転規制部５０の係合部材５２、５３がストッパピン５６、５７に当接して係止する。正転していた時から、逆転してこの回転規制部５０の係合部材５２、５３に係止するまでは、瞬時である。そして、この後も、駆動モータ２２が逆転指令に基づいて駆動されると、トルクリミッタ４０が作動する。すなわち、出力軸２４に過負荷が加わるため、駆動側部材４２と被動側部材４４間の機械的連結が解除されて、出力軸２４から従動軸４６へのトルク伝達が遮断される。この結果、前輪１４の操舵角は、規制角度－α_ｄで固定される。一方、フライホイール部材２６が、図２（ｄ）及び図４に示すように、反時計回り方向に回転力を得るため、その反力として操舵角が固定された後も車体１２には前後方向の中央、すなわち、中心回りに時計回りのヨーモーメントが付与される。このヨーモーメントの作用により、図４に示すように、車体１２は右前方へ前進（推進）する。

さらに、図８に示す時刻Ｔ_２から時刻Ｔ_３まで、すなわち、時刻Ｔ_２から逆転指令付与時間Ｔ_ｂ経過するまで制御部７０は、逆転指令を出力する。
この後、逆転指令付与時間Ｔ_ｂ経過した時の時刻Ｔ_３に、制御部７０は、正転指令を正転指令付与時間Ｔ_ａ出力する。この正転指令により、正転する駆動モータ２２のトルクが、トルク伝達機構３０（トルクリミッタ４０、回転規制部５０、歯車機構６０）を介して旋回軸１８、２０に伝達される。

この結果、前輪１４及び後輪１６の操舵角は絶対量を同じに、かつ、相互に逆位相となって変化する（図２（ａ）、図３参照）。すなわち、図２（ａ）及び図３の矢印で示すように、前輪１４及び後輪１６は、逆位相で操舵される。具体的には、図３に示すように前輪１４は左回り（反時計回り）方向に、後輪１６は、右回り（時計回り）方向に操舵される。なお、図２（ａ）～図２（ｃ）において、駆動モータ２２の周りの矢印、フライホイール部材２６上の矢印、前輪１４及び後輪１６付近の矢印は、それぞれそれら自体に加わる力の方向を示している。

＜３．Ｔ_ａ＝Ｔ_ｂの場合＞
上記のように、制御部７０は、フライホイール部材２６の回転角度を周期的に変化するようにして、駆動モータ２２を正転及び逆転させる。

そして、制御部７０は、車体１２が左前方へ前進（推進）する時間と、右前方へ前進（推進）する時間が交互に繰返されると、図５（ａ）に示すように、正転指令付与時間Ｔ_ａ及び逆転指令付与時間Ｔ_ｂが同じ時間の場合、全体として、車体１２は、蛇行しながら前方である一方向へ直進的に進む。

なお、Ｔ_ａ＝Ｔ_ｂ、Ｔ_ａ＞Ｔ_ｂ及びＴ_ａ＜Ｔ_ｂのいずれの場合も、正転指令付与時間Ｔ_ａ中における、フライホイール部材２６の回転数及び逆転指令付与時間Ｔ_ｂ中における、フライホイール部材２６の回転数は１回転に限定するものではなく、複数回であってもよい。

＜４．Ｔ_ａ＞Ｔ_ｂの場合＞
駆動モータ２２の回転速度が正転時及び逆転時において、同じ目標速度であって、車体１２は左前方へ前進（推進）する時間と、右前方へ前進（推進）する時間が交互に繰返されると、図５（ｂ）に示すように、正転指令付与時間Ｔ_ａが逆転指令付与時間Ｔ_ｂよりも長いため、全体として、車体１２は、蛇行しながら左前方へと旋回する。

＜５．Ｔ_ａ＜Ｔ_ｂの場合＞
駆動モータ２２の回転速度が正転時及び逆転時において、同じ最大速度であって、車体１２は左前方へ前進（推進）する時間と、右前方へ前進（推進）する時間が交互に繰返されると、図５（ｃ）に示すように、正転指令付与時間Ｔ_ａが逆転指令付与時間Ｔ_ｂよりも短いため、全体として、車体１２は、蛇行しながら右前方へと旋回する。

本実施形態では、下記の特徴を有する。
（１）本実施形態の自律走行車１０は、車体１２の前部及び後部において、時計回り方向（第１方向）及び反時計回り方向（第２方向）へそれぞれ旋回自在にそれぞれ設けられた前輪１４及び後輪１６を有している。また、自律走行車１０は、正転及び逆転を交互に行う単一の駆動モータ２２と、駆動モータ２２に作動連結され、駆動モータ２２の正転時または逆転時に車体１２に対して相互に反対方向のヨーモーメントを付与するフライホイール部材２６を有している。また、自律走行車１０は、駆動モータ２２のトルクを前輪１４及び後輪１６に対して、相互に逆位相であって、絶対量が同じ操舵角で旋回させるトルク伝達機構３０と、前輪１４及び後輪１６の時計回り方向及び反時計回り方向への旋回をそれぞれ同じ絶対量の規制角度α_ｄ、－α_ｄで停止させる回転規制部５０を有している。

また、トルク伝達機構３０は、前輪１４及び後輪１６が回転規制部５０により旋回を停止時に、前輪１４及び後輪１６への旋回に要するトルクの伝達を遮断するトルクリミッタ４０を含む。そして、駆動モータ２２が正転または逆転している際に、前記フライホイール部材により車体１２にヨーモーメントが付与され、トルク伝達遮断後は、規制角度α_ｄの操舵で車体１２が走行する。

この結果、本実施形態によれば、単一の駆動モータにより、走行及び操舵を行うことができる効果を奏する。また、本実施形態によれば、モータ数を削減することができて、自律走行車の製作コストを削減することもできる。

（２）本実施形態では、回転規制部５０は、トルク伝達機構３０に含まれている。この結果、本実施形態によれば、トルク伝達機構３０が回転規制部５０を含む構成でユニット化することができる。

（３）本実施形態では、トルク伝達機構３０は、歯車機構６０を含み、該歯車機構６０は、旋回軸１８、２０に対して同じ減速比でトルク伝達を行う。本実施形態によれば、前輪１４及び後輪１６に対して、絶対量が同じ旋回速度で旋回させることができる。

（４）本実施形態では、駆動モータ２２に正転指令及び逆転指令を交互に付与する制御部７０を備えている。そして、正転指令付与時間Ｔ_ａ及び逆転指令付与時間Ｔ_ｂを同じ時間とした場合は、この結果、車体１２を前方である一方向へ直進的に進ませることができる。

（５）本実施形態では、正転指令付与時間Ｔ_ａ及び逆転指令付与時間Ｔ_ｂのうち、いずれか一方の付与時間は、他方の付与時間よりも長い時間とすることにより、車体を右方向または左方向へ曲がって走行させることができる。

（第２実施形態）
図６、図７を参照して、第２実施形態を説明する。第１実施形態の自律走行車１０は、トルク伝達機構３０に歯車機構６０を含むようにしたが、歯車機構６０に代えて、ベルト伝達機構８０を含むようにしたところが、主に第１実施形態と異なっている。なお、第１実施形態の構成に相当する構成については、同一符号を付す。

図６に示すように、車体１２は、前後方向に延出された下部枠１２１、下部枠１２１の前後両端から立設した前枠１２２と後枠１２３、前枠１２２及び１２３の上部端を連結した上部枠１２４、並びに前枠１２２と後枠１２３の略上下中央部間に架設された横桟１２５とを備え、各枠により略四角枠状に形成されている。下部枠１２１の前後両端には、前輪１４の旋回軸２０及び後輪１６の旋回軸１８がそれぞれ旋回自在に支持されている。

下部枠１２１と横桟１２５の前後方向の中央部間には、駆動モータ２２が上下に沿うように固定されている。上部枠１２４の前後方向の中央部には、回動軸１２６が回動自在に支持されており、その上端にはバー状のフライホイール部材２６がその長手方向の中央部において一体に固定されている。本実施形態では、フライホイール部材２６の両端には同重量の重りがそれぞれ固定されている。回動軸１２６は、駆動モータ２２の出力軸２４に対して同軸に配置されて、カップリング１２７を介して連結されている。上部枠１２４には、回動軸１２６の前側に隣接して、伝達軸１２８が回動自在に支持されて回動軸１２６と平行に配置されている。回動軸１２６及び伝達軸１２８には、それぞれ互いに噛合する一対の平歯車１３０、１３１が固定されている。平歯車１３０及び平歯車１３１は、同径及び同歯数を有している。伝達軸１２８は、上部枠１２４の下方へ突出した下端が、トルクリミッタ４０の駆動側部材４２に一体に連結されている。トルクリミッタ４０の被動側部材４４は、横桟１２５及び下部枠１２１に対して回動自在に支持された被動軸１２９の上端が一体に連結されている。

図７に示すように、横桟１２５の下面には、被動軸１２９が貫通されたストッパ支持部材５４が固定されている。ストッパ支持部材５４の下面には、被動軸１２９を間にして、一対のストッパピン５６及び一対のストッパピン５７が下方へ突出されている。図６に示すように、下部枠１２１から下方へ突出した被動軸１２９には、平歯車１３２及びタイミングプーリ１３４が上下に配置されて固定されている。旋回軸１８には、平歯車１３３が固定されて前記平歯車１３２と噛合されている。平歯車１３２及び平歯車１３３は、同径及び同歯数を有している。タイミングプーリ１３４と、旋回軸２０に固定されたタイミングプーリ１３４間には、タイミングベルト１３６が巻回されている。タイミングプーリ１３４、１３５は、同径及び同歯数を有している。タイミングプーリ１３４、１３５及びタイミングベルト１３６により、ベルト伝達機構８０が構成されている。

下部枠１２１の前後方向の中央部の左右両側部には、一対の脚部材１３７が設けられている。両脚部材１３７の下端には、常時接地するボールローラ１４０がそれぞれ設けられている。脚部材１３７に常時接地するボールローラ１４０が設けられていることにより、自律走行車１０の左右への転倒が防止されている。

上記のように構成された自律走行車１０においても、図示しない制御部からＴ_ａ＝Ｔ_ｂ、Ｔ_ａ＞Ｔ_ｂ、Ｔ_ａ＜Ｔ_ｂのいずれか１つのモードで正転指令及び逆転指令を所定の周期で交互に駆動モータ２２に付与すれば、第１実施形態と同様に自律走行車１０は走行する。

（第３実施形態）
図１０～図１３及び図１４（ａ）～図１４（ｃ）、並びに図１５（ａ）、図１５（ｂ）を参照して、次に、第３実施形態を説明する。

第１実施形態及び第２実施形態の自律走行車１０は、トルクリミッタ４０を備えているが、本実施形態では、トルクリミッタ４０が省略されているところが大きく異なっている。なお、第１実施形態の構成に相当する構成については、同一符号を付す。本実施形態においても、前輪１４、及び後輪１６の旋回において、時計回り方向を第１方向とし、反時計回り方向を第２方向としている。

車体１２下部の中央を挟んで、その前部及び後部の部位に受動車輪としての前輪１４及び後輪１６が旋回軸２０、１８を介して旋回自在に設けられている。本実施形態では、地面と点接触し車輪旋回の摩擦が少なくなるように、前輪１４及び後輪１６は、球形状をなしている。しかし、形状は球形に限定するものではない。

旋回軸２０、１８の上端は、車体１２の上面から上方へそれぞれ突出されていて、タイミングプーリ１３５、１３９が固定されている。
旋回軸２０、１８の間であって、車体１２の中央部には駆動モータ２２のモータケース２２ａが、上下に貫通するとともに旋回自在に図示しない軸受を介して取付けられている。この駆動モータ２２が、車体１２に対して旋回自在に設けられたところも第１実施形態及び第２実施形態と異なっている。モータケース２２ａにおいて、車体１２の上方及び下方にそれぞれ位置する部位には、タイミングプーリ１５０及び歯車１５２がそれぞれ取付固定されている。タイミングプーリ１５０と、タイミングプーリ１３５との間にはタイミングベルト１５１が掛け渡されている。

また、車体１２において、旋回軸１８とモータケース２２ａ間には、車体１２を上下方向に貫通した軸１５３が回動自在に支持されている。
軸１５３において、車体１２の上方及び下方にそれぞれ位置する部位には、タイミングプーリ１５４及び歯車１５５がそれぞれ取付固定されている。

タイミングプーリ１５４と、タイミングプーリ１３９との間には、タイミングベルト１５６が掛け渡されている。また、歯車１５５は、歯車１５２と噛合されている。
タイミングプーリ１５０、１３５及びタイミングベルト１５１のベルト伝達機構、歯車１５２、１５５の歯車列、タイミングプーリ１５４、１３９及びタイミングベルト１５６のベルト伝達機構により、前後輪逆位相旋回機構が構成されている。

ここで、タイミングプーリ１５０とタイミングプーリ１３５との間の速度伝達比（減速比）と、歯車１５２とタイミングプーリ１３９との間の速度伝達比（減速比）とは、同じとなるように、歯車の歯数、タイミングプーリの歯数は設定されている。前後輪逆位相旋回機構は、これにより、モータケース２２ａが車体１２に対して旋回した場合、旋回軸２０、１８に設けられた前輪１４及び後輪１６を、相互に逆位相で、絶対量が同じ操舵角で、旋回するようにされている。

図１３に示すように、車体１２の下方に位置する旋回軸２０の周面には、可動ディスク１４２が固定されている。可動ディスク１４２は、半円板状に形成され、旋回軸２０を挟んで径方向に延びる一対の当接面１４３を備えている。

また、車体１２の前端下面には、回転規制部としてのストッパ１４４が固定されている。ストッパ１４４は、扇板状をなして、かなめ側の面は旋回軸２０の周面に沿って配置されている。かなめ側の面に隣接して設けられた一対のストッパ面１４５は、旋回軸２０の軸心を含むように径方向に沿った仮想平面に沿うように配置されているとともに、可動ディスク１４２の一対の当接面１４３にそれぞれ対向して当接可能となっている。なお、ストッパ１４４の形状は、扇板状に限定するものではない。

可動ディスク１４２は図１３に示す初期位置に位置した状態から、駆動モータ２２が正転した場合、可動ディスク１４２の当接面１４３が、ストッパ１４４のストッパ面１４５に当接したときの前輪１４及び後輪１６の操舵角αはそれぞれ規制角度αｄ及び－αｄである。また、可動ディスク１４２は図１３に示す初期位置に位置した状態から、駆動モータ２２が逆転した場合、可動ディスク１４２の当接面１４３が、ストッパ１４４のストッパ面１４５に当接したときの前輪１４及び後輪１６の操舵角αはそれぞれ規制角度－αｄ及びαｄである。規制角度の絶対値は、例えば、３０度としているが、この値に限定するものではなく、他の値であってもよい。

このようにして、可動ディスク１４２が初期位置に位置する場合は、前輪１４及び後輪１６は前方へ進行する場合に位置する初期位置となり、この状態から、前輪１４及び後輪１６が操舵された場合には、規制角度まで絶対量が同じ操舵角で旋回するようにされている。

駆動モータ２２の出力軸２４の上端は、連結部としてのカップリング１６０を介して、バー状のフライホイール部材２６の長手方向中央部を支持している。なお、カップリング１６０は、出力軸２４の上端に一体に連結された下部部材１６０ａと、フライホイール部材２６に一体に連結された上部部材１６０ｂとにより構成されている。本実施形態では、フライホイール部材２６の両端には同重量の重り２６ａがそれぞれ固定されている。

また、フライホイール部材２６の上面には、円盤状の載置板１６２が出力軸２４と同軸となるように固定されている。載置板１６２は、荷物積載部に相当し、図示しない積荷を積載することが可能となっている。

（第３実施形態の作用）
図１０～図１３及び図１４（ａ）～図１４（ｃ）、並びに図１５（ａ）、図１５（ｂ）を参照して、次に本実施形態の自律走行車１０の作用を説明する。本実施形態では、駆動モータ２２の正転は、出力軸２４が図１２に示すようにフライホイール部材２６への時計回りの回転力の作用をいい、逆転は、反時計回りの回転力の作用をいうが、逆であってもよい。

本実施形態では、可動ディスク１４２は、図１３に示す位置を初期位置としている。前輪１４及び後輪１６は、この状態から、それぞれ規制角度αｄ及び－αｄまで操舵可能となる。説明の便宜上、以下の作用の説明では前輪１４についての規制角度を中心にして説明する。前輪１４の操舵角の説明があったときは、後輪１６の操舵角については、前輪とは正負が反対であり、その絶対量は同じとして理解されたい。

この状態から、制御部７０のＭＰＵが正転指令及び逆転指令を交互に駆動モータ２２に出力する。
本実施形態では、制御部７０は、目標角度を正弦波状の入力とするＰＤ制御により、駆動モータ２２の位置制御をしている。ここで、上記位置制御における、モータ角度Ｑと、ヨーモーメントτの関係は、式（１０）で示すことができる。

τ＝Ｋ_p（Ｑ_ｄ－Ｑ）－ K_d dQ/dt
Ｑ_ｄ＝Ａsin(２πｆｔ) ……（１０）
なお、Ｋ_pは比例ゲイン、K_dは微分ゲイン、Ｑはモータ角度、Ｑ_ｄは目標角度、dQ/dtはモータ回転速度、Ａは目標角度の振幅、ｆは周波数、ｔは時間を表わしている。角度はいずれも反時計回りを正としている。

制御部７０はモータ角度Ｑを目標角度Ｑ_ｄに保ちながら、所定の時間間隔で、操舵角αの正負を反転させる。
以下、詳細に説明する。

図１４（ａ）は、図１３に示す可動ディスク１４２が初期位置に位置するときのフライホイール部材２６の状態、及び前輪１４及び後輪１６を操舵角が０のときの状態が示されている。

なお、図１４（ａ）～図１４（ｄ）では、説明の簡略のために、一部の部材を省略して、可動ディスク１４２はモータケース２２ａから直接突出されており、ストッパ１４４は一対設けられて車体１２の上面に上方へ突出した図とし、フライホイール部材２６はストッパ１４４とは干渉しない高さに設けられているものとして図示されている。

図１４（ａ）の状態で、制御部７０からの正転指令に基づいて駆動モータ２２が正転すると、フライホイール部材２６を右回転させるように駆動モータ２２はフライホイール部材２６に対して時計回り方向の回転力を生成する。

すると、フライホイール部材２６により発生するヨーモーメントにより、駆動モータ２２自体が車体１２に対して旋回可能に設けられているため、反力により、反対方向（図１４（ａ）において、Ａ矢印方向）に旋回する。このときの駆動モータ２２の車体１２に対する旋回が、タイミングプーリ１５０、タイミングベルト１５１、タイミングプーリ１３５を介して旋回軸２０に伝達される。これにより、旋回軸２０はストッパ１４４の一方のストッパ面１４５に当接するまで旋回し、すなわち、旋回軸２０に取付けられた前輪１４は、規制角度αｄを操舵角αとして左旋回で操舵される（図１４（ｂ）参照）。

一方、駆動モータ２２自体の車体１２に対する旋回により、歯車１５２、１５５の歯車列、並びに軸１５３、旋回軸１８のタイミングプーリ１５４、１３９、及びタイミングベルト１５６のベルト伝達機構により、旋回軸１８に取付けられた後輪１６は、絶対量を同じくして、逆位相の規制角度αｄを操舵角αとして操舵される（図１４（ｂ）参照）。すなわち、後輪１６は、右旋回で操舵される。図１４（ｂ）では、前輪１４と後輪１６を、一般的なタイヤ形状とした場合、ハ字状になったところが示されている。

このようにして、本実施形態では、駆動モータ２２は車体１２に対してストッパ１４４に、可動ディスク１４２が係止されるまでの間、遊び回転され、この遊び回転を利用して前輪１４及び後輪１６が逆位相で操舵される。

従って、可動ディスク１４２の旋回可動範囲（可動ディスク１４２がストッパ１４４に当接する迄の範囲）を種々の値に設定することで、車輪の操舵角を機械的に制御することも可能である。

可動ディスク１４２がストッパ１４４に係止された後も、フライホイール部材２６は、時計回り方向（図１４（ｃ）のＢ矢印方向）に駆動モータ２２から回転力を得つづける。ただし、この回転力を得続けるためには、正弦駆動の振幅を十分大きくしておくと必要がある。フライホイール部材２６からの反力として、車体１２には前後方向の中央、すなわち、中心回りに反時計回りにヨーモーメントが付与される。このヨーモーメントの作用により、正転指令が出ている間、車体１２は左前方へ前進（推進）する。

次に、制御部７０は、目標角度を正弦波状の入力にしていることから、上記のように駆動モータ２２が正転した後、制御部７０から逆転指令が出力されて駆動モータ２２は逆転する。すなわち、制御部７０の目標角度の正弦波状の駆動モータ２２への入力は、駆動モータ２２に対して、フライホイール部材の振動中心を一定にし、相互に同じ回転量とした正転指令と逆転指令を交互に駆動モータ２２に付与することである。

図１４（ｃ）の状態で、制御部７０からの逆転指令に基づいて駆動モータ２２が逆転すると、フライホイール部材２６を左回転させるように駆動モータ２２はフライホイール部材２６に対して反時計回り方向の回転力を生成する。

すると、フライホイール部材２６により発生するヨーモーメントにより、駆動モータ２２自体が車体１２に対して旋回可能に設けられているため、反力により、反対方向に旋回する。このときの駆動モータ２２の車体１２に対する旋回が、タイミングプーリ１５０、タイミングベルト１５１、タイミングプーリ１３５を介して旋回軸２０に伝達される。これにより、旋回軸２０はストッパ１４４の他方のストッパ面１４５に当接するまで旋回し、すなわち、旋回軸２０に取付けられた前輪１４は、規制角度－αｄを操舵角αとして右旋回で操舵される。

一方、駆動モータ２２自体の車体１２に対する旋回により、歯車１５２、１５５の歯車列、並びに軸１５３、旋回軸１８のタイミングプーリ１５４、１３９、及びタイミングベルト１５６のベルト伝達機構により、旋回軸１８に取付けられた後輪１６は、絶対量を同じくして、逆位相の規制角度αｄを操舵角αとして操舵される。すなわち、後輪１６は、左旋回で操舵される。

このようにして、本実施形態では、駆動モータ２２は車体１２に対してストッパ１４４に、可動ディスク１４２が係止されるまでの間、遊び回転され、この遊び回転を利用して前輪１４及び後輪１６が逆位相で操舵される。

可動ディスク１４２がストッパ１４４に係止された後、フライホイール部材２６は、反時計回り方向に駆動モータ２２から回転力を得つづける。ただし、この回転力を得続けるためには、正弦駆動の振幅を十分大きくしておく必要がある。フライホイール部材２６からの反力として、車体１２には前後方向の中央、すなわち、中心回りに時計回りにヨーモーメントが付与される。このヨーモーメントの作用により、逆転指令が出ている間、車体１２は右前方へ前進（推進）する。

上記のようにして、車輪の操舵角とヨーモーメントの方向を±切り換えて、左右のヨーモーメントが均等であるとき、すなわち、式（１０）で表される目標角度を正弦波状の入力とする場合は、τａ＝τｂとなり、車体１２は、蛇行しながら直進する（図１５（ａ）参照）。なお、τａは反時計回り方向のヨーモーメント、τｂは時計回り方向のヨーモーメントである。

また、車輪の操舵角とヨーモーメントの方向を±切り換えて、左右のヨーモーメントが不均等であるとき、たとえば、τａ＞τｂの場合、車体１２は、蛇行しながら左旋回する（図１５（ａ）参照）。また、図示はしないが、車輪の操舵角とヨーモーメントの方向を±切り換えて、左右のヨーモーメントが不均等であって、τａ＜τｂの場合、車体１２は、蛇行しながら右旋回する。

車体１２が蛇行しながら右または左旋回する場合、目標角度を下記式（１１）で表す。
τ＝Ｋ_p（Ｑ_ｄ－Ｑ）－ K_d dQ/dt
Ｑ_ｄ＝Ａsin(２πｆｔ) ＋ Ｂｔ ……（１１）
なお、Ｋ_pは比例ゲイン、K_dは微分ゲイン、Ｑはモータ角度、Ｑ_ｄは目標角度、dQ/dtはモータ回転速度、Ａは目標角度の振幅、ｆは周波数、Ｂは振動中心の振動係数、ｔは時間を表わしている。角度はいずれも反時計回りを正としている。式（１１）では、正弦波状の目標角度に対してさらに時間とともに線形増加するオフセットを加えたものをＱ_ｄとしている。振動係数Ｂを大きく、または小さくすることで、車体１２の蛇行しながら旋回の度合いも変化することになる。

すなわち、制御部７０は、正弦波状の目標角度に対してさらに時間とともに線形増加するオフセットを加えたものに基づいてτを算出し、このτに基づいて駆動モータ２２を制御することから、駆動モータ２２は時計・反時計回りの回転量が変化し、その反力に左右で差が生ずる。すなわち、フライホイール部材２６の回転に偏りが生ずる。たとえば、オフセットがマイナス値のときは、フライホイール部材２６は右回り（時計回り方向）に相対的に強く回るため、車体１２は、その反力方向の左回りに蛇行旋回する。

また、オフセットがプラス値のときは、フライホイール部材２６は左回り（反時計回り方向）に相対的に強く回るため、車体１２は、その反力方向の右回りに蛇行旋回する。このようにして、制御部７０は、駆動モータ２２に対して、フライホイール部材２６に偏り旋回する正転指令と逆転指令を交互に付与することにより、前記車体を蛇行させながら旋回走行させる。

図１０に示すように、本実施形態では、図示しない積荷を積載する載置板１６２が設けられているため、載置板１６２に荷物を積載した分だけフライホイール部材２６が旋回した場合、ヨーモーメントの増大に寄与できるものとなる。

特に、駆動モータ２２を正弦波の目標角度に追従させて制御する場合、駆動モータ２２の最大トルク連続トルクを超えない範囲であれば、ヨーモーメントを増大させる荷物は積載した分だけ車体１２の推進力を高め、単位時間あたりの移動距離（走行距離）を伸ばすことができる。

なお、駆動モータ２２の制御トルクを正弦波状に入力するとともに、この制御トルクを目標値として追従制御させる場合、トルク入力が予め決められた値から変化しない。このため、載置板１６２に積載する荷物の質量が小さい場合は、ヨーモーメントが小さくなって、推進のための反力が小さくなるため、単位時間あたりの移動距離は小さくなる。また、載置板１６２に積載する荷物の質量が大きい場合は、駆動モータ２２がパワー不足となり、単位時間あたりの移動距離は小さくなる。従って、この場合は、フライホイール部材２６の質量を予め軽く設定しておけば、載置板１６２に積載する荷物の量を最適化して積載することも可能となる。

本実施形態では、下記の特徴を有する。
（１）自律走行車１０は、車体１２の前部及び後部において、第１方向及び第１方向とは反対方向の第２方向へそれぞれ旋回自在にそれぞれ設けられた前輪１４及び後輪１６と、車体１２に対し旋回自在に取付られるとともに正転及び逆転を交互に行う単一の駆動モータ２２を備える。また、自律走行車１０は、駆動モータ２２にカップリング１６０（連結部）を介して連結され、駆動モータ２２の正転時または逆転時に車体１２に対して相互に反対方向のヨーモーメントを付与するフライホイール部材２６を備える。自律走行車１０は、駆動モータ２２の正転時または逆転時にヨーモーメントによって駆動モータ２２に作用する反力を利用して前輪１４及び後輪１６に対して相互に逆位相であって、絶対量が同じ操舵角で旋回させる前後輪逆位相旋回機構を備える。前後輪逆位相旋回機構は、タイミングプーリ１５０、１３５及びタイミングベルト１５１のベルト伝達機構、歯車１５２、１５５の歯車列、タイミングプーリ１５４、１３９及びタイミングベルト１５６のベルト伝達機構よりなる。自律走行車１０は、前輪１４及び後輪１６の第１方向及び第２方向への反力による旋回をそれぞれ同じ絶対量の規制角度で停止させるストッパ１４４（回転規制部）を備える。そして、自律走行車１０は、駆動モータ２２が正転及び逆転を交互に行っている際に、ストッパ１４４（回転規制部）によって前輪１４及び後輪１６の規制角度で停止した以後は、フライホイール部材２６により車体１２にヨーモーメントが付与されて規制角度の操舵で走行する。この結果、単一のモータにより、走行及び操舵を行うことができる。

また、駆動モータの遊び回転が最初に起きることにより、遊び回転が終わってフライホイール部材２６による反力の車体１２への本格的な伝達が起きる前に、車輪の操舵を終了できる。このことから、車輪の操舵を車体の走行前に制御することができ、効果的な力伝達ができる。

（２）本実施形態では、フライホイール部材２６には、載置板１６２（荷物積載部）が付設されている。この結果、載置板１６２に荷物を積載した分だけフライホイール部材２６が旋回した場合、ヨーモーメントの増大に寄与でき、車体１２の単位時間あたりの移動距離を、荷物がない場合に比して伸ばすように設計が可能である。

（３）本実施形態の自律走行車１０の制御部７０は、駆動モータ２２に対して、フライホイール部材の振動中心を一定にし、相互に同じ回転量とした正転指令と逆転指令を交互に駆動モータ２２に付与することにより、車体１２を蛇行させながら直進走行させることができる。

（４）本実施形態の自律走行車１０の制御部７０は、駆動モータ２２に対して、フライホイール部材２６に偏り旋回する正転指令と逆転指令を交互に付与することにより、車体１２を蛇行させながら旋回走行させることができる。

（第４実施形態）
図１４（ａ）、図１４（ｃ）、図１４（ｄ）及び図１６を参照して第４実施形態の自律走行車１０を説明する。

第３実施形態の自律走行車１０ではフライホイール部材２６がカップリング１６０の上部部材１６０ｂに一体に連結されているのに対して、本実施形態では、前記上部部材１６０ｂに対して図示しないスラストベアリングにより旋回自在に支持されているところが異なっている。また、本実施形態では、図１６に示すようにフライホイール部材２６下面の相互に１８０度反対位置であって、カップリング１６０の旋回中心から等距離に位置する部位とカップリング１６０の上部部材１６０ｂとの間には、取り付けボルトを介して一対の引張バネ１７０が付勢部材として取り付けられている。なお、図１４（ｄ）では、第３実施形態の図１４（ａ）等と同じく一部の構成部材が省略されて、簡略化されている。引張バネ１７０のバネ定数は、フライホイール部材２６が正逆回転した際に、その正逆回転と共振する値に設定することが好ましい。

たとえば、蛇行しながら直進走行する場合は、第３実施形態と同様に、車輪の操舵角とヨーモーメントの方向を±切り換えて、左右のヨーモーメントが均等となるように、式（１０）で表される目標角度を正弦波状の入力とする。

この直進走行する場合を説明する。なお、説明の便宜上、第３実施形態の作用で説明した図１４（ａ）の状態から説明するものとする。
制御部７０からの正転指令に基づいて駆動モータ２２が正転すると、カップリング１６０の上部部材１６０ｂが時計回り方向の回転力を生成する。この回転力は、引張バネ１７０を蓄力し、蓄力完了後にはフライホイール部材２６は引張バネ１７０に引っ張られて右回転する。これにより、駆動モータ２２はフライホイール部材２６に対して時計回り方向の回転力を生成する。以後、第３実施形態と同様に、フライホイール部材２６により発生するヨーモーメントにより、駆動モータ２２自体が車体１２に対して旋回可能に設けられているため、反力により、反対方向（図１４（ａ）において、Ａ矢印方向）に旋回する。

この後の制御部７０からの正転指令中の各部材の作動は第３実施形態と同様である。
次に、図１４（ｃ）の状態で、制御部７０から逆転指令が入力されて駆動モータ２２が逆転すると、引張バネ１７０の蓄力が解放される。この結果、フライホイール部材２６が勢いよく回転する。この蓄力が解放された後は、逆転指令に基づく駆動モータ２２の逆転により、カップリング１６０の上部部材１６０ｂが反時計回り方向の回転力を生成する。この回転力は、引張バネ１７０を蓄力し、蓄力完了後にはフライホイール部材２６は引張バネ１７０に引っ張られて左回転する。

これにより、駆動モータ２２はフライホイール部材２６に対して反時計回り方向の回転力を生成する。以後、第３実施形態と同様に、フライホイール部材２６により発生するヨーモーメントにより、駆動モータ２２自体が車体１２に対して旋回可能に設けられているため、反力により、反対方向に旋回する。この後の制御部７０からの逆転指令中の各部材の作動は第３実施形態と同様である。

このように構成すると、フライホイール部材２６の往復運動時の運動エネルギーが、引張バネ１７０の弾性エネルギーとして蓄えられ、駆動モータ２２が正転逆転を繰返す毎に蓄えられたエネルギーを利用できる。この結果、単位距離を移動するために必要なエネルギーを少なくとすることができる。

本実施形態では、下記の特徴を有する。
（１）本実施形態の自律走行車１０では、カップリング１６０（連結部）は、フライホイール部材２６を自由旋回自在に支持し、フライホイール部材２６と、カップリング１６０との間には、フライホイール部材２６が相互に反対方向に旋回する際に交互に蓄力及び蓄力を開放する一対の引張バネ１７０（付勢部材）が連係されている。

この結果、単位距離を移動するために必要なエネルギーを少なくとすることができ、移動効率を向上することができる。
なお、本発明の実施形態は前記実施形態に限定されるものではなく、上記構成の設計的変更は勿論のこと、下記のように変更しても良い。

・第１、第２実施形態では、係合部材５２、５３の初期位置は、従動軸４６を中心とした、一組のストッパピン５６、５７間の離間角度２φの１／２の角度φとなる位置としたが、この位置に限定するものではなく、初期位置を任意の位置としてもよい。

・第１、第２実施形態では、前輪１４と床面及び後輪１６と床面との摩擦は共に大きいことを前提としている。仮に前輪１４と床面及び後輪と床面との摩擦が小さい場合には、逆走することもある。

・第１実施形態では、回転規制部５０は、トルク伝達機構３０に含まれるようにしたが、トルク伝達機構に含めることに限定しない。例えば、回転規制部を前輪１４及び後輪１６に直接的に係止することにより、回転を規制してもよい。

・前記実施形態を、例えば、工場内の無人搬送車、ショッピングカート或いは押さなくても移動するスーツケース等に適用してもよい。
・第３実施形態では、載置板１６２を荷物積載部としたが、第３実施形態のフライホイール部材２６の形状を第１実施形態のフライホイール部材２６と同じ円盤状に形成し、フライホイール部材２６を荷物積載部としてもよい。

・第３実施形態の連結部は、カップリングに限定するものではなく、例えば、駆動モータ２２の出力軸に、フライホイール部材２６を直結した部分を連結部としてもよい。
・第４実施形態の連結部は、カップリングに限定するものではなく、例えば、駆動モータ２２の出力軸に、フライホイール部材２６を旋回自在に支持する軸受部を直結した構成を連結部としてもよい。

１０…自律走行車、１２…車体、１４…前輪、１６…後輪、
１８、２０…旋回軸、２２…駆動モータ、２２ａ…モータケース、
２４…出力軸、２６…フライホイール部材、３０…トルク伝達機構、
４０…トルクリミッタ、４２…駆動側部材、４４…被動側部材、
４６…従動軸、５０…回転規制部、５２、５３…係合部材、
５４…ストッパ支持部材、５６、５７…ストッパピン、６０…歯車機構、
６２、６４、６６、６８…平歯車、７０…制御部、８０…ベルト伝達機構、
１２１…下部枠、１２２…前枠、１２３…後枠、１２４…上部枠、
１２５…横桟、１２６…回動軸、１２７…カップリング、１２８…伝達軸、
１２９…被動軸、１３０、１３１、１３２、１３４…平歯車、
１３４、１３５…タイミングプーリ、１３６…タイミングベルト、
１３７…脚部材、１４０…ボールローラ、
１４２…可動ディスク、１４３…当接面、１４４…ストッパ、
１４５…ストッパ面、１４７…１４７…………
１５０…タイミングプーリ、１５１…タイミングベルト、１５２…歯車、
１５３…軸、１５４…タイミングプーリ、１５５…歯車、
１５６…タイミングベルト、１６０…カップリング、
１６２…載置板（荷物積載部）。

Claims (2)

1. 車体の前部及び後部において、第１方向及び第１方向とは反対方向の第２方向へそれぞれ旋回自在にそれぞれ設けられた前輪及び後輪と、前記車体に設けられ、正転及び逆転を交互に行う単一の駆動モータと、前記駆動モータに作動連結され、前記駆動モータの正転時または逆転時に前記車体に対して相互に反対方向のヨーモーメントを付与するフライホイール部材と、前記駆動モータのトルクを前記前輪及び前記後輪に対して、相互に逆位相であって、絶対量が同じ操舵角で旋回させるトルク伝達機構と、前記前輪及び前記後輪の第１方向及び第２方向への旋回をそれぞれ同じ絶対量の規制角度で停止させる回転規制部と、を備え、前記トルク伝達機構は、前記回転規制部による前記前輪及び前記後輪の旋回の停止時に、前記前輪及び前記後輪への旋回に要する前記トルクの伝達を遮断するトルクリミッタを含み、前記駆動モータが正転及び逆転を交互に行っている際に、前記フライホイール部材により前記車体に前記ヨーモーメントが付与され、前記規制角度の操舵で走行する自律走行車。
2. 車体の前部及び後部において、第１方向及び第１方向とは反対方向の第２方向へそれぞれ旋回自在にそれぞれ設けられた前輪及び後輪と、
   前記車体に対し旋回自在に取付られるとともに正転及び逆転を交互に行う単一の駆動モータと、
   前記駆動モータに連結部を介して連結され、前記駆動モータの正転時または逆転時に前記車体に対して相互に反対方向のヨーモーメントを付与するフライホイール部材と、
   前記駆動モータの正転時または逆転時に前記ヨーモーメントによって該駆動モータに作用する反力を利用して前記前輪及び前記後輪に対して相互に逆位相であって、絶対量が同じ操舵角で旋回させる前後輪逆位相旋回機構と、
   前記前輪及び前記後輪の第１方向及び第２方向への前記反力による旋回をそれぞれ同じ絶対量の規制角度で停止させる回転規制部と、を備え、
   前記駆動モータが正転及び逆転を交互に行っている際に、前記回転規制部によって前記前輪及び前記後輪の規制角度で停止した以後は、前記フライホイール部材により前記車体に前記ヨーモーメントが付与されて前記規制角度の操舵で走行する自律走行車。

Images