JP3981733B2 - Parallel two-wheel passenger cart - Google Patents
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Description
本発明は、台車上に乗った利用者のバランスを検出することにより、モータで駆動する平行2輪車の駆動制御を行って自立させるとともに前後進を行い、また利用者の体重移動のみによって自由な方向に操行することができるようにした平行2輪乗用台車に関する。 The present invention detects the balance of a user riding on a carriage, thereby controlling and driving the parallel two-wheeled vehicle driven by a motor so that it can move forward and backward, and can be freely moved only by shifting the weight of the user. The present invention relates to a parallel two-wheeled carriage that can be operated in any direction.
従来より、台車を備えた平行2輪車の各々の車輪を、互いに独立して作動するモータにより駆動するとともに、台車に乗った利用者を含めた台車にかかる重力バランスを検出して各モータの作動を制御し、台車を自立可能とするとともに、利用者の前後方向の重心移動を検出することにより前後進の意志及びその程度を推定して台車全体の前後進制御を行い、更に利用者による別途操作指示により操行方向の制御を行うようにした平行2輪乗用台車が提案され一部実用化がなされている。 Conventionally, each wheel of a parallel two-wheeled vehicle provided with a carriage is driven by a motor that operates independently of each other, and a gravity balance applied to the carriage including a user riding on the carriage is detected to detect each of the motors. By controlling the operation and making the cart independent, it is possible to estimate the will and degree of forward and backward movement by detecting the center of gravity movement of the user in the longitudinal direction, and to perform the forward and backward control of the entire cart, and further by the user Separately, a parallel two-wheeled carriage that controls the direction of operation by operating instructions has been proposed and partially put into practical use.
このような平行2輪乗用台車としては例えば図3(a)に示すような平行2輪形式のスクータが存在する。この平行2輪形式のスクータにおいては、台車41の両側に各々が互いに平行に、かつ台車41に対して独立して回転可能に支持した車輪42、43を備え、台車41にアルミニウム製ステアリングロッド44を固定している。
As such a parallel two-wheeled carriage, for example, there is a parallel two-wheel type scooter as shown in FIG. This parallel two-wheeled scooter includes
この台車41は図3(b)にその主要構成部品を分解状態で示しているように、ケーシング45の両側に第1モータ46及び第2モータ47を備え、その下方に配置するバッテリ48、48をその駆動電源とし、各モータに対応する車輪42、43を減速機を介して駆動している。このモータは2馬力程度のブラシレス形式で、高効率で耐久性が高く、メンテナンスフリーのものが用いられる。
As shown in FIG. 3B, the main components are disassembled, and the
また、バッテリ48はニッカド(NiCd)電池、或いはニッケルメタルハイドライドを用いた電池が採用され、110kg程度の人が34kgの荷物を持って乗っても作動可能とし、バッテリの1回の充電で最大28km走行可能であり、通常の作動状態では17km程度走行可能とし、時速20kmの速度で走行することができるようにしている。また、これらのモータによる車輪を駆動する部分には減速機を備え、24:1程度の減速比のヘリカルギアを用いて車輪を駆動している。
In addition, the
ケーシング内にはバランスセンサ50を備え、1自由度につき少なくとも2つのレートジャイロによりその作動を検出し、合計5個のレートジャイロを備えており、また傾斜センサ(加速度センサ)を備えている。更に、一対の制御回路基板51を備えており、この制御回路基板51は上記ジャイロと傾斜センサの信号等の種々の信号を入力して両モータ46、47の正逆方向の回転制御を行い、車輪型倒立振り子の安定化制御法によってこの台車を自立可能としている。また、ステアリングロッド44の上端にはハンドル52を備え、このハンドル52の片側に設けたグリップ53を回転操作することにより両側のモータの回転速度を調節し、ステアリングを可能としている。
A
ケーシング45の上方には、このケーシング45を密封して覆うことができるシャーシ54を備え、その上面に利用者が乗るゴム製の踏み台55を備えている。このゴム製の踏み台55内にはダイヤフラムスイッチを備え、利用者がこの上に乗るとスイッチがオンしてこの平行2輪形式のスクータが作動状態となり、降りるとオフして作動停止状態となるようにしている。この踏み台の高さは20cm程度であり、広さは48×64cm程度である。
Above the
また、図3(a)に示すようにステアリングロッド44はハンドル52の高さ調節のため伸縮自在とし、そのハンドル52にキー67及び表示部68を設け、キー67により盗難防止機能の他速度制限セット機能も備え、表示部68においては装置のオンオフ状態、モード状態、バッテリ残量等を表示している。
Further, as shown in FIG. 3A, the
このような構成をなす平行2輪形式のスクータの制御装置部分の構成については、図4に示すように左右の車輪42、43を駆動する左右のモータ46、47は制御装置60内の左右の各モータ制御部61、62によってその駆動が制御される。制御装置60には前記バランスセンサ50におけるレートジャイロ63及び傾斜センサ64、更には踏み台55の踏み台センサ65の信号が入力し、またハンドル52に設けた左右のグリップ53における操行用のグリップ操作量センサ66、66の信号、及びキースイッチ67の信号が入力し、各モータ制御部61、62に対する総合制御を行うとともに、表示部68に対して表示信号を出力する。
As shown in FIG. 4, the left and
上記のような構成をなす平行2輪形式のスクータにおいては、利用者がキー67を操作して機器を作動状態にし、この台車41における踏み台65上に乗るとこのスクータのバランス制御等が作動状態となる。この状態ではレートジャイロと傾斜センサを備えたバランスセンサ50により台車41上の利用者を含んだ全体の重量バランスを検出し、また台車の傾斜を検出することにより車輪型倒立振り子の安定化制御法によって左右のモータ46、47の駆動制御を行い、自立状態を維持している。
In the parallel two-wheel type scooter configured as described above, when the user operates the
また、台車41上における利用者の前後方向の重心移動を検出し、その重心移動が所定以上の時には利用者がその方向に移動することを希望しているものとして、その移動の程度に合わせた車輪の回転数調節を行い、希望する速度での前後進を行うようにしている。更に、利用者はハンドル52の両端に設けた左右のグリップ53の回動を行うことにより、左右の車輪の回転数調節を行い、進行方向を調節するステアリング操作を行うことができるようにしている。
Further, the movement of the center of gravity of the user in the front-rear direction on the
上記のような作動を行わせるため、この装置においては図4に示すような制御システムを備え、その中心をなす制御装置60には左右のモータ46、47の駆動を制御するモータ制御部61、62を備えている。この制御装置60に対してバランスセンサ50のレートジャイロ63と傾斜センサ64の信号を入力して車輪型倒立振り子の安定化制御法により自立制御を行う。また、踏み台センサ65の信号を入力し、踏み台65に利用者が乗ったか否かを検出する。また、前記傾斜センサ64により前後方向の傾斜を検出して前後進制御を行い、ハンドル52のグリップ操作量センサ66の信号を入力して左右のモータの回転数、或いは回転方向を制御し操行制御を行う。更にハンドル52上のキースイッチ67の信号を入力し、更にハンドル52に設けた表示部68に必要な表示を行うことができるようにしている。なお、同軸二輪車における姿勢制御方法に関する技術として下記の特許文献が存在する。
従来の平行2輪乗用台車としての平行2輪形式のスクータにおいては図3に示すように、台車41からステアリングロッド44を突出させ、その上端部に設けたハンドル52の片端部にグリップ53を設け、このグリップ53を独立して回動操作することにより左右の車輪用モータの回転速度を調節してステアリングを行っている。
As shown in FIG. 3, in a conventional parallel two-wheeled scooter as a parallel two-wheeled carriage, a
そのため、比較的身長が低い人でもまた高い人でも、台車41上に立った利用者が容易にこのステアリング操作を行うことができるように、ハンドル52を比較的低い位置から高位置迄延ばすことができるように、ステアリングロッド44を伸縮自在にしておく必要がある。
Therefore, the
したがってハンドル部分をできる限り軽量化するためにアルミニウム合金を用いたとしても、身長の高い人に合わせてステアリングロッドを構成し、更にハンドルを備えるため、全体の重量は重くならざるを得ない。また、このようなハンドルを台車上に設けると、全体が嵩張らざるを得ず、前記のような重量の増大と相まって、この平行2輪乗用台車の持ち運びが困難となり、例えば電車等への持ち込み、走行路上の段差部分でのも持ち上げ、階段の上り下りに際しての持ち運び、収納等が不便であり、特に女性や子供等の力の弱い人にはその取り扱いは困難とならざるを得ない。 Therefore, even if an aluminum alloy is used to reduce the weight of the handle portion as much as possible, the steering rod is configured for a tall person and the handle is further provided, so the overall weight must be increased. In addition, when such a handle is provided on the carriage, the whole must be bulky, and coupled with the increase in weight as described above, it becomes difficult to carry this parallel two-wheeled carriage, for example, bringing it into a train, It is inconvenient to lift even at the stepped portion on the road, carry around when going up and down the stairs, store, etc., and handling is especially difficult for weak people such as women and children.
更に、上記従来の平行2輪乗用台車においては、グリップ53によって操行制御を行っているため、操行方向の調節時には少なくとも片手でグリップを操作する必要があり、例えば両手に荷物を持っている時には操作できず、また片手に荷物を持っているときも適切な操行調節をすることが困難になるという問題もある。
Further, in the above conventional parallel two-wheeled carriage, since the operation is controlled by the
したがって本発明は、ハンドルを設けることなく、利用者の意志に沿って操行方向を自由に制御することができるようにした平行2輪乗用台車を提供することを主たる目的とする。 Therefore, a main object of the present invention is to provide a parallel two-wheeled carriage that can freely control the operation direction in accordance with the user's intention without providing a handle.
本発明は上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、左右に平行な車輪を備えた基台と、前記基台上における前記左右の車輪の間に配置され、左右方向に揺動自在に設けた搭乗台と、前記左右の車輪を独立して駆動するモータ及びモータ回転角度を検出する回転角度センサと、基台の前後方向のバランスを検出する基台傾斜角センサ、基台傾斜角速度センサと、搭乗台の基台に対する左右方向の相対角度を検出する搭乗台傾斜検出手段と、少なくとも前記センサの信号により前記モータの回転を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は前記信号により乗用台車のバランス制御を行い、基台の前後方向の傾斜角度により前後進を、また搭乗台の基台に対する左右方向の相対角度により操行方向を各々制御することを特徴とする平行2輪乗用台車としたものである。 Since the present invention is to solve the above problems, the invention according to claim 1 includes a base having a parallel wheels to the right and left, is arranged between the left and right wheels definitive on the base, in the lateral direction rocking A boarding table provided movably, a motor that independently drives the left and right wheels, a rotation angle sensor that detects a motor rotation angle, a base tilt angle sensor that detects a balance in the front-rear direction of the base, and a base An inclination angular velocity sensor; boarding board inclination detecting means for detecting a relative angle in the left-right direction with respect to the board base; and a control device for controlling rotation of the motor by at least a signal of the sensor, The parallel control is performed by controlling the balance of the passenger carriage by the signal, controlling the forward / rearward movement by the inclination angle of the base in the front-rear direction, and controlling the operation direction by the relative angle in the horizontal direction with respect to the base of the boarding base It is obtained by a passenger truck.
また、請求項2に係る発明は、前記搭乗台傾斜検出手段は、搭乗台に設けた搭乗台傾斜センサと当該搭乗台傾斜センサに対応して基台に設けた基台傾斜センサの信号により検出するものであることを特徴とする請求項1記載の平行2輪乗用台車としたものである。 According to a second aspect of the present invention, the boarding tilt detecting means is detected by a boarding tilt sensor provided on the boarding board and a signal from a base tilt sensor provided on the base corresponding to the boarding tilt sensor. The parallel two-wheeled carriage according to claim 1, wherein:
また、請求項3に係る発明は、前記搭乗台傾斜検出手段は、基台に対して搭乗台を左右方向に傾斜自在に支持する傾動支持部の回転角度を検出するものであることを特徴とする請求項1記載の平行2輪乗用台車としたものである。
Further, the invention according to
本発明は上記のように構成したので、従来のもののような搭乗台車から突出するハンドルを設ける必要がなく、小型軽量化することができ、路面の段差、或いは階段において、更には電車においてこれを持ち運ぶことが容易となり、使用しやすい平行2輪乗用台車とすることができる。また従来のもののような左右のグリップの回転操作により操行調整を行う必要がなくなり、操行方向を利用者の体重移動によって制御することができるので、両手に荷物を持って移動することも可能となり、特に手の不自由な人でも容易に利用可能となる。_ Since the present invention is configured as described above, it is not necessary to provide a handle that protrudes from a boarding carriage like the conventional one, and it can be reduced in size and weight, and this can be achieved on a road step or staircase, and further on a train. It is easy to carry and can be used as a parallel two-wheel passenger cart that is easy to use. In addition, it is no longer necessary to adjust the operation by rotating the left and right grips like the conventional one, and the operation direction can be controlled by the user's weight movement, so it is also possible to move with both hands on the luggage, In particular, it can be easily used even by a handicapped person. _
本発明は、ハンドルを設けることなく、利用者の意志に沿って操行方向を自由に制御することができるようにした平行2輪乗用台車とするため、左右に平行な車輪を備えた基台と、前記基台上に左右方向に揺動自在に設けた搭乗台と、前記左右の車輪を独立して駆動するモータ及びモータ回転角度を検出する回転角度センサと、基台のバランスを検出する傾斜角度センサ、傾斜角速度センサと、搭乗台の基台に対する左右方向の相対角度を検出する搭乗台傾斜検出手段と、少なくとも前記センサの信号により前記モータの回転を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は前記信号により乗用台車のバランス制御を行い、基台の前後方向の傾斜角度により前後進を、また搭乗台の基台に対する左右方向の相対角度により操行方向を各々制御する。 The present invention provides a parallel two-wheel passenger carriage that can freely control the direction of operation according to the user's will without providing a handle. A boarding base provided on the base so as to be swingable in the left-right direction, a motor for independently driving the left and right wheels, a rotation angle sensor for detecting a motor rotation angle, and an inclination for detecting a balance of the base An angle sensor, an inclination angular velocity sensor, a boarding board inclination detecting means for detecting a relative angle in the left-right direction with respect to the base of the boarding board, and a control device for controlling the rotation of the motor based on at least a signal of the sensor; The device controls the balance of the passenger car based on the signals, controls the forward / backward movement based on the inclination angle of the base in the front-rear direction, and controls the steering direction based on the relative angle in the left-right direction with respect to the base of the boarding base. .
本発明の実施例を図面に沿って説明する。図1には本発明による平行2輪乗用台車1を示しており、その概要は同図(a)に示すように前記図3に示す従来の平行2輪乗用台車からステアリングロッド44、及びハンドル52並びにその片端に設けたグリップ53を取り除いた構成をなしている。即ち、図1(a)に示す平行2輪乗用台車1は前記従来例と同様に台車2の左右両側に互いに平行な車輪3、4を回転自在に配置し、後述するように各々対応するモータによって互いに独立して回転可能としている。台車1上部には利用者がその上に立って乗る搭乗台5を備え、また図示の例においては前記図3に示す従来のものと同様にキースイッチ6、表示部7を備えている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a parallel two-wheeled carriage 1 according to the present invention. As shown in FIG. 1A, the outline thereof is changed from the conventional parallel two-wheeled carriage shown in FIG. 3 to a
この平行2輪乗用台車1は図1(b)の概略構成を示す断面図に示すように、台車2については主要構成部材を備える基台8と、その上に載置する搭乗台5とからなり、搭乗台5は図示実施例においては基台8の傾動支持部10により、基台8に対して左右方向に自由に傾動可能に支持されている。
As shown in the cross-sectional view of the schematic configuration of FIG. 1B, the parallel two-wheeled carriage 1 includes a
また、この搭乗台5と基台8との間には、前記傾動支持部10を中心としてその前後左右部分にスプリング11を設けており、それにより搭乗台5上に乗った利用者の体重が左右方向に移動するとき、搭乗台5がそれに対応して左右に傾斜可能としている。
In addition, springs 11 are provided between the
更にこの搭乗台5の下面には、前記スプリング11と同様に、傾動支持部10を中心として左右位置に搭乗台傾斜センサ13を設け、基台8の上面にはその搭乗台傾斜センサ13に対応した位置に基台傾斜センサ14を設けている。この両傾斜センサの信号によって、搭乗台5の基台8に対する相対的な傾斜角度を左右方向に対応して検出することができるようにしている。
Further, on the lower surface of the
基台8にはその左右両側にモータ15、16を備え、各モータによって左右の車輪3、4を互いに独立して回転可能としている。図示実施例においては各モータ15、16に各々回転角度センサ22、23を設け、モータの回転角度、即ちこのモータにより図示されない減速機を介して駆動される車輪3及び車輪4の回転角度を検出可能としている。また、図示実施例においては基台8の下方にバッテリ17を搭載しており、また上方には回路基板18を備えている。更に図示実施例においては基台8の空所にレートジャイロ20、基台傾斜センサ21を設け、このレートジャイロ20、基台傾斜センサ21、モータ回転角度センサ22、23からの信号を回路基板18の制御回路で処理し、車輪型倒立振り子の安定化制御法による前記従来のものと同様の作動により、この平行2輪乗用台車1を自立可能としている。
The
上記のような構成からなる図示実施例の平行2輪乗用台車1においては、前記のような種々のセンサの信号を入力し所定の作動を行うものであるが、その際には例えば図2に示すような制御システムによって作動させることができる。即ち、制御装置25には制御装置全体の統合制御を行うソフトウエアで作動するシステム制御部26を備え、搭乗台5に対して前記のように左右位置に設けた搭乗台傾斜センサ13の各センサ信号を入力し、基台8に対して同様に前後左右位置に設けた基台傾斜センサ14の各センサ信号を入力している。更に基台8内に設けたレートジャイロ20、及び基台傾斜センサ21の信号、キースイッチ6の信号、モータ15の回転を検出するモータ回転角度センサ22、及びモータ16の回転を検出するモータ回転角度センサ23の信号を入力している。
In the parallel two-wheeled carriage 1 of the illustrated embodiment having the above-described configuration, the signals of the various sensors as described above are input and a predetermined operation is performed. It can be activated by a control system as shown. That is, the
制御装置25には、特にレートジャイロ20、基台傾斜センサ21の信号により乗用台車の自立制御を行うバランス制御部28、特に基台傾斜センサ21の信号により車両の前後進を制御する前後進制御部27、特に搭乗台傾斜センサ13の左右方向の信号と基台傾斜センサ14の左右方向の信号とにより車両の進行方向制御する操行制御部29、及びモータ15の回転数、回転方向を制御するモータ制御部30、同様にモータ16の回転数、回転方向を制御するモータ制御部31を備えている。また、制御装置25にはキースイッチ6の信号を入力し、表示部7に対して必要な表示信号を出力している。
The
本発明による平行2輪乗用台車は上記のような構成、及び制御システムを採用することにより、搭乗台5の踏み台9に乗った利用者が前後方向に所定以上の重心移動を行うときには、前後方向に関しては、基台傾斜センサ21の信号とシステム制御部26により推定される前後方向の重心移動状態を検出し、前後進制御部27がその傾斜の程度に比例して左右のモータ15、16を同方向に回転させ、前後進の制御を行う。
The parallel two-wheeled carriage according to the present invention employs the above-described configuration and control system, so that when the user who has stepped on the
また、搭乗台5の踏み台9に乗った利用者が左右方向に所定以上の重心移動を行うときには、左右方向に配置した搭乗台傾斜センサ13の信号と基台傾斜センサ14の信号により、利用者の上記の体重移動状態を検出し、操行制御部29がその傾斜の程度に比例して左右のモータ15、16を異なる方向、或いは異なる速度で回転させ、進行方向の制御を行う。なお、上記踏み台には、前記従来のものと同様にダイアフラムスイッチ等を用いてもよい。
Further, when the user who has stepped on the
本発明は上記のような実施例の他、例えば傾斜センサを傾動支持部10に設け、この傾動支持部10の傾斜角度を検出するセンサを用いてもよく、その際には基台8に対する搭乗台5の相対角度を直接検出する等、種々の態様で実施することができる。
In addition to the above-described embodiments, the present invention may use, for example, a sensor that detects a tilt angle of the
本発明による平行2輪乗用台車は、特に携帯用台車として適するものであるが、より大型の台車にも適用でき、更に同様の技術を車輪走行可能な2足2輪ロボット等のロボットに対しても適用することができる。 The parallel two-wheeled carriage according to the present invention is particularly suitable as a portable carriage, but can also be applied to a larger carriage, and the same technology can be applied to a robot such as a two-legged two-wheel robot capable of running on wheels. Can also be applied.
1 平行2輪乗用台車
2 台車
3、4 車輪
5 搭乗台
6 キースイッチ
7 表示部
8 基台
9 踏み台
10 傾動支持部
11 スプリング
13 搭乗台傾斜センサ(左右方向)
14 基台傾斜センサ(左右方向)
15、16 モータ
17 バッテリ
18 回路基板
20 レートジャイロ(前後方向)
21 基台傾斜センサ(前後方向)
22、23 モータ回転角度センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Parallel 2-wheel passenger cart 2
14 Base tilt sensor (left-right direction)
15, 16
21 Base tilt sensor (back and forth direction)
22, 23 Motor rotation angle sensor
Claims (3)
前記基台上における前記左右の車輪の間に配置され、左右方向に揺動自在に設けた搭乗台と、
前記左右の車輪を独立して駆動するモータ及びモータ回転角度を検出する回転角度センサと、
基台の前後方向のバランスを検出する基台傾斜角センサ、基台傾斜角速度センサと、
搭乗台の基台に対する左右方向の相対角度を検出する搭乗台傾斜検出手段と、
少なくとも前記センサの信号により前記モータの回転を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は前記信号により乗用台車のバランス制御を行い、基台の前後方向の傾斜角度により前後進を、また搭乗台の基台に対する左右方向の相対角度により操行方向を各々制御することを特徴とする平行2輪乗用台車。
A base with wheels parallel to the left and right;
Is disposed between the left and right wheels definitive on said base, a boarding platform provided swingably in the left-right direction,
A motor that independently drives the left and right wheels, and a rotation angle sensor that detects a motor rotation angle;
A base tilt angle sensor, a base tilt angular velocity sensor that detects a balance in the longitudinal direction of the base ,
Boarding board inclination detecting means for detecting a relative angle in the left-right direction with respect to the base of the boarding board;
A control device for controlling rotation of the motor by at least the signal of the sensor,
The control device performs balance control of the passenger carriage based on the signal, and controls forward and backward movement based on a tilt angle in the front-rear direction of the base, and controls a steering direction based on a relative angle in the left-right direction with respect to the base of the boarding base. A parallel two-wheeled carriage.
2. The parallel two-wheel riding system according to claim 1, wherein the boarding tilt detection means detects a rotation angle of a tilting support portion that tilts the boarding base in a left-right direction with respect to a base. Trolley.
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