荷台水平運搬を実現する
低重心型平行二輪ビークル
山梨大学大学院総合研究部
工学域機械工学系(機械工学)
准教授 野田 善之
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研究の背景
農林業が抱える問題
・農林業従事者の高齢化
・農林業のグローバル化
収穫物や肥料などの運搬重筋作業を軽
減する技術開発が求められている。
◆運搬作業の環境
・農地は不整地や傾斜
地が多い。
・畝間などの狭い環境での
移動と旋回が必要。
畦道
ぶどう畑
桃畑 果樹園での草生栽培
ナス畑の畝間
不整地や傾斜地、狭い環境において、安全にかつ自在に
運搬作業ができる運搬支援技術が求められている。
2
従来技術とその問題点
◆実用化されている技術
動力を有する運搬台車や電動化された台車
が利用されている。近年では、畝間などの
狭い場所での移動も可能で、傾斜地や不整
地での走破性も高いクローラ式運搬車が利
用されつつある。
小回りが困難
人力運搬台車と比較して操作が難しい。
不整地や傾斜地で荷台を水平化できず荷崩れ
する恐れがある。
出典：(有）河島農具製作所HP
クローラ式運搬車では畝間の路面を荒らすこと
やエネルギー消費が大きい。
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シーズ技術１
低重心型平行二輪ビークル
◆特長
◆ビークル仕様
全長：1,100mm
・車体低重心化による構造的な安定姿勢を確保
全幅：900mm
・大径車輪による高い悪路走破性
全高：1,100mm
・坂道での車体水平姿勢保持
車輪直径：1,050mm
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シーズ技術２
車体水平化機能（アクティブマスシステム）
アクティブマス制御の有無
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開発技術
低重心型平行二輪ビークル機構を用いて、傾斜地での荷台
水平化、およびビークルを自在に操作できる低重心型平行
二輪運搬ビークルを開発する。
パワーアシスト操作ハンドル
サスペンション
台車
タイヤ直径
740mm
アクティブマスシステム
（内蔵）
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開発技術の特徴
サスペンション
パワーアシスト操作
車輪駆動モータ
（荷台を取り除いた状態）
操作ハンドル
全長：800mm
全幅：850mm
全高：730mm
車輪直径：730mm（29inch）
最低地上高：110mm
荷台のロール方向の傾斜を
姿勢角制御で水平化
【平地】
力覚センサ
車輪
荷台
アクティブマスシステム（車体内蔵）
車体のピッチ方向の揺れや傾斜をウエイト搬送
制御により抑制
搬送物
荷台
車体
姿勢角
センサ
【傾斜地】
姿勢角センサ
車輪
ウエイト
車体
ビークル側面
荷台ロール方向
姿勢制御機構
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制御システムの構成
車輪
姿勢角センサ
車載PC
車輪駆動指令
ハンドル
荷台傾動指令
荷台傾動角
力覚
荷台
荷台姿勢角
ウエイト位置
ウエイト搬送指令
力覚センサ
ウエイト
車体
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アクティブマス制御システム１
ビークルの数理モデル
車輪
車体
l2
l1
アクティブマス⇒バッテリー
m1
θ
b
m2
rw
アクティブ
マス
車体の運動方程式
2
2
( J θ + m1l1 + m2 (l2 + b 2 ))θ&& + m2l2b&& + (2m2b&b + dθ )θ& + m1 gl1 sin θ
+ m2 g (l2 sin θ + b cos θ ) = τ θ
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アクティブマス制御システム２
バックステッピング法によるフィードバック制御の構築
bref
{(
)
1
=
C (b, b&) − J (b)(c1 + c2 ) θ& + (K − J (b)(1 + c1c2 ))θ
m2 g
(
J (b ) = J θ + m1l12 + m2 l2 2 + b 2
C b, b& = 2m2bb& + dθ
K = −(m1l1 + m2l2 )g
( )
}
)
10
アクティブマス制御システム３
制御なし⇒
制御あり⇒
11
荷台ロール方向姿勢制御１
姿勢角センサ
モータ
凸凹走行での荷台水平化性能
複数段差の間隔に対する荷台の姿勢角
荷台ロール角
荷台傾動角
荷台傾動指令
ビークル速度
v=1.1[m/s]
車載
PC
0.1[m]
姿勢角センサにより、荷台ロール角を検
出し、荷台が水平化するように荷台傾動
角を制御する。
Pitch
車輪
段差
8
姿勢制御系
荷台傾斜：大
Angular Amplitude [deg]
フレキシブルラック＆ピニオン
6
制御なし
4
制御あり
2
ピッチ：長
0
0
2
4
6
Pitch [m]
8
10
12
荷台ロール方向姿勢制御２
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パワーアシスト操作システム１
車載PC
操作ハンドル
センサで検出される力
Fx 1 0 f 0 x
M = 0 L f
0 0y
z
力覚
力覚センサ
車輪駆動力
ビークル移動推進力指令、
モーメント指令
Fv max
kx
F
vr
Fx max
=
M
vr 0
0 ≤ kx ≤ 1
Fx
M v max M z
kz
M z max
0
0 ≤ kz ≤ 1
左右車輪への駆動力
1
1
f r 2 L Fvr
f = 1
1
M
l
− vr
L
2
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パワーアシスト操作システム２
坂道でのパワーアシスト操作の効果
15
パワーアシスト操作システム３
平地でのパワーアシスト操作の効果
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従来技術との比較
旋回性能
登坂能力
低重心型平行
二輪ビークル
クローラ式運搬車
四輪運搬車
手動一輪車
○
○
×
○
車両中心旋回可
車両中心旋回可
○
◎
△
×
15°傾斜以内
人力では困難
悪路走破性
○
○
△
×
荷台水平化
○
×
×
○
操作性
◎
×
×
○
軽量物限定
積載量
△
○
○
×
最大20kg, コンテナ1台
エネルギ消費
○
×
×
◎
価格
△
△
○
◎
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想定される用途
低重心型平行二輪ビークル
・安定運搬 ・自在操作
パーソナル
ビークル
農地
工場
市街地災害
移動ロボットの
プラットフォーム
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実用化に向けた課題
現在、荷台水平化運搬ビークルのプロトタイプ開発と基本性能検証
を実施中
【課題】
アクティブマスシステムの性能向上
登坂能力を維持しながら、走行速度の向上
追従機能の付加
利用時間の伸長（バッテリー容量の増大化）
積載容量の増大
具体的な適用先に向けたカスタマイズ
＜例＞ブドウ畑への適用
・搭載容量、重量の増大（コンテナ３台以上搭載可）
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企業への期待
ビークルをコンパクトに、動力性能を保ちつつ、搭載容
量を増大させるには、インホイルモータ化が求められる。
高トルクサーボモータ開発企業との共同研究を希望
一日稼働を可能にするバッテリー技術や回生エネルギー
技術の導入が求められる。
蓄電、エネルギー回生システム開発企業との共同研究
を希望
防塵、防滴機能を有し、環境に親和するプロダクトデザ
インが求められる。
運搬技術に、荷台水平化と自在操作の付加価値技術の導
入を検討している企業には、本技術の導入が有効と思わ
れる。
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本技術に関する知的財産権
•発明の名称：二輪ビークルならびにそ
の制御方法および操作制御方法
•出願番号 ：特願2014-21357
•出願人
：山梨大学
•発明者
：野田善之
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産学連携の経歴
2008年-2015年 ㈱ケーイーアール社と低重心型平行二輪
パーソナルビークルの共同研究実施
2014年-2015年 山梨大学新産業創出プロジェクト採択
（農地運搬支援ビークル開発）
2015年
国際ロボット展に低重心型平行二輪運搬
ビークルを出展
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お問い合わせ先
山梨大学 社会連携・知財管理センター
産学連携コーディネーター 服部 康弘
ＴＥＬ 055-220-8759
ＦＡＸ 055-220-8757
e-mail yhattori＠yamanashi.ac.jp
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