JP5430317B2 - Control device for inverted pendulum type vehicle - Google Patents

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Description

本発明は、床面上を移動可能な倒立振子型車両の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for an inverted pendulum type vehicle that can move on a floor surface.

倒立振子型車両は、床面上を移動する移動動作部と、この移動動作部を駆動するアクチュエータ装置とが組み付けられた基体に、鉛直方向に対して傾動自在な運搬対象物体の搭載部が組み付けられた車両であり、搭載部の傾斜角度をある目標傾斜角度に保つために(搭乗部が傾倒しないようにするために)、倒立振子の支点を動かすような形態で、移動動作部を移動させる必要がある車両である。   In an inverted pendulum type vehicle, a mounting unit for a transportable object that can be tilted with respect to a vertical direction is assembled to a base on which a moving operation unit that moves on a floor surface and an actuator device that drives the moving operation unit are assembled. In order to maintain the inclination angle of the mounting portion at a certain target inclination angle (in order to prevent the riding portion from tilting), the moving operation portion is moved in such a manner that the fulcrum of the inverted pendulum is moved. It is a necessary vehicle.

この種の倒立振子型車両の制御技術としては、例えば、特許文献1に見られるものが本願出願人により提案されている。   As a control technique for this type of inverted pendulum type vehicle, for example, the one shown in Patent Document 1 has been proposed by the present applicant.

この特許文献1には、運搬対象物体の搭載部としての乗員の搭乗部が組み付けられた車両の基体が球体状の移動動作部に対して前後方向の軸周りと左右方向の軸周りとの2軸周りに傾動自在に設けられた倒立振子型車両の制御技術が記載されている。この技術では、基体の傾斜角度(=搭乗部の傾斜角度)の計測値と目標傾斜角度との偏差を“0”に近づけると共に、アクチュエータ装置としてのモータの速度(ひいては移動動作部の移動速度)の計測値と目標速度との偏差を“0”に近づけるようにモータの駆動トルクが逐次決定される。そして、その決定した駆動トルクに応じて、移動動作部の移動動作がモータを介して制御される。   This Patent Document 1 discloses that a vehicle base on which an occupant riding part as a carrying part for an object to be transported is assembled has a sphere-like moving action part, which has two axes, a longitudinal axis and a lateral axis. A control technique of an inverted pendulum type vehicle provided to be tiltable around an axis is described. In this technique, the deviation between the measured value of the tilt angle of the base body (= the tilt angle of the riding section) and the target tilt angle is brought close to “0”, and the speed of the motor as the actuator device (and thus the moving speed of the moving operation section) The drive torque of the motor is sequentially determined so that the deviation between the measured value and the target speed approaches “0”. Then, the movement operation of the movement operation unit is controlled via the motor in accordance with the determined drive torque.

なお、倒立振子型車両として機能し得る車両としては、例えば、特許文献2、3に見られるものも本願出願人により提案されている。   In addition, as a vehicle which can function as an inverted pendulum type vehicle, for example, those found in Patent Documents 2 and 3 have been proposed by the applicant of the present application.

特許第3070015号Patent No.3070015 PCT国際公開公報WO/2008/132778PCT International Publication WO / 2008/132778 PCT国際公開公報WO/2008/132779PCT International Publication WO / 2008/127279

ところで、特許文献1に見られるように、乗員が搭乗部もしくは基体を傾動させることで移動させるようにした倒立振子型車両では、不使用時にも当該車両を倒立状態もしくはそれに近い状態に維持させておき、使用開始時に倒立状態から円滑に使用を開始できることが望ましい。   By the way, as seen in Patent Document 1, in an inverted pendulum type vehicle in which an occupant is moved by tilting a riding section or a base, the vehicle is maintained in an inverted state or a state close thereto even when not in use. It is desirable that the use can be started smoothly from the inverted state at the start of use.

ここで、不使用時に当該車両を簡易に倒立状態もしくはそれに近い状態に維持させておくために基体にスタンドを設けると、当該車両の使用の終了時に、移動動作部の制御動作との関係で以下のような不都合を生じる。   Here, when a stand is provided on the base in order to keep the vehicle in an inverted state or a state close to it when not in use, at the end of use of the vehicle, the following is related to the control operation of the moving operation unit. This causes inconvenience.

すなわち、移動動作部の制御動作をOFF状態にした後で、基体をスタンドで接地支持させる場合には、移動動作部の制御動作がOFF状態となったタイミングで当該車両は自立性を失うため、ユーザは当該車両の荷重を支えながらスタンドを作動させる必要があり、終了処理が煩雑となる。   That is, after the control operation of the moving operation unit is turned off, when the base is grounded and supported by the stand, the vehicle loses its independence at the timing when the control operation of the moving operation unit is turned off. The user needs to operate the stand while supporting the load of the vehicle, and the termination process is complicated.

一方、移動動作部の制御動作をON状態のままで、基体をスタンドで接地支持させる場合には、当該車両の自立性は維持されるが、スタンドが接地して床反力を受けることにより、(これが移動動作部の制御動作の外乱となり兼ねず、)基体をスタンドでスムーズに接地支持させることが難しい。   On the other hand, in the case where the control operation of the moving operation unit is in the ON state and the base is grounded and supported by the stand, the independence of the vehicle is maintained, but the stand is grounded and receives the floor reaction force, (This can be a disturbance of the control operation of the moving operation unit.) It is difficult to smoothly ground and support the base with the stand.

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、使用終了時に当該車両を簡易に接地支持することができる倒立振子型車両の制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide an inverted pendulum type vehicle control device that can easily ground and support the vehicle at the end of use.

上記目的を達成するために、本発明は、床面上を移動可能な移動動作部と、該移動動作部を駆動するアクチュエータ装置と、該移動動作部およびアクチュエータ装置が組み付けられた基体とを備えた倒立振子型車両の制御装置であって、
前記移動動作部に付与する駆動力を規定する制御用操作量を決定し、その決定した制御用操作量に応じて前記移動動作部の移動動作を前記アクチュエータ装置を介して制御する移動動作部制御手段を備え、
前記基体には、前記移動動作部を設置支持可能なスタンド装置が設けられ、
前記移動動作部制御手段は、
所定の終了条件が成立した場合に、床面上前記移動動作部の接地点と前記スタンド装置の接地点とを結ぶ第1の方向において、前記倒立振子車両の重心点が前記移動動作部の床面上の接地点よりも前記スタンド装置側に位置するように前記基体から前記スタンド装置へ向かう向きとは反対の向きに前記移動動作部を前記基体に対して移動動作させるように該第1の方向に関する前記制御用操作量を決定した後に、前記第1の方向に関する前記制御用操作量を下げることを特徴とする(第1発明)。
In order to achieve the above object, the present invention includes a moving operation unit that is movable on a floor surface, an actuator device that drives the moving operation unit, and a base body on which the moving operation unit and the actuator device are assembled. A control device for an inverted pendulum type vehicle,
A moving operation unit control that determines a control operation amount that defines a driving force applied to the moving operation unit, and controls the moving operation of the moving operation unit via the actuator device according to the determined control operation amount. With means,
The base is provided with a stand device capable of installing and supporting the moving operation unit,
The moving operation unit control means includes:
When a predetermined end condition is satisfied , the center of gravity of the inverted pendulum vehicle is the floor of the moving operation unit in a first direction connecting the ground point of the moving operation unit and the contact point of the stand device on the floor surface. The first moving unit is moved relative to the base in a direction opposite to the direction from the base toward the stand so as to be positioned on the stand side relative to the ground contact point on the surface. After determining the control operation amount related to the direction, the control operation amount related to the first direction is lowered (first invention).

この第1発明によれば、当該車両の使用を終了する所定の終了条件が成立した場合に、移動動作部の接地点とスタンド装置の接地点とを結ぶ第1の方向において、前記倒立振子車両の重心点が前記移動動作部の床面上の接地点よりも前記スタンド装置側に位置するように前記基体から前記スタンド装置へ向かう向きとは反対の向きに前記移動動作部を前記基体に対して移動動作させるように該第1の方向に関する前記制御用操作量が決定される。これにより、第1方向において、基体からスタンド装置へ向かう方向とは反対の向きに移動動作部を基体に対して移動させることで、基体は、所定の終了条件が成立する前の状態からスタンド装置の接地点側へ傾いてスタンド装置により接地支持された状態となり、移動動作部の移動に伴って第1方向において基体の下端部が移動動作部の移動する向き(すなわち、基体の上端部の変位向きとは反対の向き)に変位するので、第1方向において移動動作部を基体の傾動方向に移動させて停車する場合(又は第1方向において移動動作部を移動させず基体を傾動させて移動する場合)に比べて基体の上端部の変位量を小さく抑制することができ、これにより、基体の上端部付近の乗員の身体の変位量が小さくなり、降車時に乗員の違和感を軽減させることができる。このとき、スタンド装置の接地点が車両の片側に1つある場合には、当該接地点の方向へ基体を軽く傾斜させることで基体はそのまま接地点側に傾いて、スタンド装置により接地支持させることができる。また、スタンド装置の接地点が車両の両側に2つある場合には、(いずれの接地点側へ傾いたとしても)最終的にはスタンド装置が接地することにより支持される。 According to the first invention, when a predetermined end condition for ending use of the vehicle is satisfied , the inverted pendulum vehicle in the first direction connecting the ground point of the moving operation unit and the ground point of the stand device. The moving operation unit is directed to the base in a direction opposite to the direction from the base toward the stand device so that the center of gravity of the base is located closer to the stand device than the ground point on the floor of the moving operation unit. Then, the control operation amount related to the first direction is determined so as to move. As a result, in the first direction, the base is moved from the state before the predetermined end condition is satisfied by moving the moving operation unit with respect to the base in a direction opposite to the direction from the base toward the stand device. Inclined to the grounding point side and is in a state of being grounded and supported by the stand device, and with the movement of the moving operation unit, the lower end of the base moves in the first direction (ie, the displacement of the upper end of the base moves) When moving the moving operation unit in the first direction in the tilting direction of the base and stopping (or moving the base by tilting without moving the moving operation unit in the first direction) The amount of displacement of the upper end portion of the base body can be suppressed smaller than that of the case), thereby reducing the amount of displacement of the occupant's body near the upper end portion of the base body and reducing the occupant's discomfort when getting off It can be. At this time, when there is one stand point of the stand device on one side of the vehicle, the substrate is tilted slightly toward the ground point in the direction of the ground point, and the stand device is tilted to the ground point side and supported by the stand device. Can do. Further, when there are two grounding points of the stand device on both sides of the vehicle, the stand device is finally supported by grounding (even if it is inclined to any grounding point side).

このように本発明によれば、使用終了時に当該車両を簡易に接地支持することができる。   Thus, according to the present invention, the vehicle can be easily grounded and supported at the end of use.

なお、本発明において、「床」は、通常的な意味での床(屋内の床など)だけを意味するものではなく、屋外の地面もしくは路面をも含むものとして使用する。   In the present invention, “floor” does not mean a floor in a normal sense (such as an indoor floor) but also includes an outdoor ground or road surface.

また、上記目的を達成するために、本発明は、床面上を移動可能な移動動作部と、該移動動作部を駆動するアクチュエータ装置と、該移動動作部およびアクチュエータ装置が組み付けられた基体とを備えた倒立振子型車両の制御装置であって、
前記移動動作部に付与する駆動力を規定する制御用操作量を決定し、その決定した制御用操作量に応じて前記移動動作部の移動動作を前記アクチュエータ装置を介して制御する移動動作部制御手段を備え、
前記基体には、前記移動動作部を設置支持可能なスタンド装置が設けられ、
前記移動動作部制御手段は、
所定の終了条件が成立した場合に、床面上前記移動動作部の接地点と前記スタンド装置の接地点とを結ぶ第1の方向に関する前記制御用操作量を下げると共に、床面上第1の方向と異なる第2の方向に関する制御状態を維持するように該第2の方向に関する前記制御用操作量を決定し、
前記スタンド装置が接地した後、前記第2の方向に関する前記制御用操作量を下げることを特徴とする(第2発明)。
In order to achieve the above object, the present invention includes a moving operation unit that can move on a floor surface, an actuator device that drives the moving operation unit, and a base body on which the moving operation unit and the actuator device are assembled. An inverted pendulum type vehicle control device comprising:
A moving operation unit control that determines a control operation amount that defines a driving force applied to the moving operation unit, and controls the moving operation of the moving operation unit via the actuator device according to the determined control operation amount. With means,
The base is provided with a stand device capable of installing and supporting the moving operation unit,
The moving operation unit control means includes:
When a predetermined termination condition is satisfied, the control operation amount related to the first direction connecting the ground point of the moving operation unit and the ground point of the stand device on the floor surface is reduced, and the first on the floor surface is Determining the control operation amount related to the second direction so as to maintain the control state related to the second direction different from the direction;
After the stand device is grounded, the control operation amount in the second direction is reduced (second invention).

この第2発明によれば、当該車両の使用を終了する所定の終了条件が成立した場合に、移動動作部の接地点とスタンド装置の接地点とを結ぶ第1の方向に関する制御用操作量が下げられると共に、第1の方向と異なる第2の方向に関しては制御状態が維持される。これにより、当該車両は、第1の方向についてある程度の自由度が与えられる。このとき、スタンド装置の接地点が車両の片側に1つある場合には、当該接地点の方向へ基体を軽く傾斜させることで基体はそのまま接地点側に傾いて、スタンド装置により接地支持される。また、スタンド装置の接地点が車両の両側に2つある場合には、(いずれの接地点側へ傾いたとしても)最終的にはスタンド装置が接地することにより支持される。 According to the second aspect of the invention, when a predetermined end condition for ending use of the vehicle is satisfied, the control operation amount related to the first direction connecting the ground point of the moving operation unit and the ground point of the stand device is obtained. While being lowered, the control state is maintained with respect to the second direction different from the first direction. As a result, the vehicle is given a certain degree of freedom in the first direction. At this time, when there is one grounding point of the stand device on one side of the vehicle, the base body is tilted toward the grounding point side by slightly tilting the base body toward the grounding point, and is supported by the stand device. . Further, when there are two grounding points of the stand device on both sides of the vehicle, the stand device is finally supported by grounding (even if it is inclined to any grounding point side).

このとき、第2の方向に関しては制御状態が維持されているため、第2の方向へ基体が倒れ込むことを防止することができる。さらに、接地した際に受ける床反力は基体が傾く第1の方向へ作用し、これが第2方向の制御動作の外乱となることもない。   At this time, since the control state is maintained with respect to the second direction, it is possible to prevent the base body from falling in the second direction. Furthermore, the floor reaction force received when the ground is touched acts in the first direction in which the base body tilts, and this does not cause disturbance in the control operation in the second direction.

そして、スタンド装置が接地した後で、第2の方向に関する制御用操作量を下げることで、ユーザは当該車両の荷重を支える必要がなく、スムーズに基体をスタンド装置で接地支持させることができる。   Then, after the stand device is grounded, the user does not need to support the load of the vehicle by reducing the control operation amount in the second direction, and the base can be smoothly supported by the stand device.

このように本発明によれば、使用終了時に当該車両を簡易に接地支持することができる。   Thus, according to the present invention, the vehicle can be easily grounded and supported at the end of use.

かかる第2発明における倒立振子型車両において、第1の方向および第2の方向は、床面上互いに直交する2つの方向であってもよく、直交でなくとも互いに交差する方向であってもよい。   In the inverted pendulum type vehicle according to the second aspect of the invention, the first direction and the second direction may be two directions orthogonal to each other on the floor surface, or may be directions that intersect with each other even if they are not orthogonal. .

また、本発明の車両は、第1の方向及び第2の方向を含む全方向に移動可能に構成されてもよい。この場合、前記移動動作部が、「第1の方向及び第2の方向を含む全方向に移動可能」ということは、該第1の方向及び第2の方向に直交する軸方向で見た場合における各瞬間での該移動動作部の速度ベクトルの向きが、前記アクチュエータ装置による移動動作部の駆動によって、上記軸方向の周りの任意の角度方向の向きを採り得るということを意味する。この場合、上記軸方向は、概ね、上下方向又は床面に垂直な方向である。   The vehicle of the present invention may be configured to be movable in all directions including the first direction and the second direction. In this case, the movement operation unit is “movable in all directions including the first direction and the second direction” when viewed in the axial direction orthogonal to the first direction and the second direction. This means that the direction of the velocity vector of the moving operation unit at each instant in can take any angle direction around the axial direction by driving the moving operation unit by the actuator device. In this case, the axial direction is generally a vertical direction or a direction perpendicular to the floor surface.

2発明において、例えば、前記移動動作部制御手段は、所定の終了条件が成立した場合に、前記第1の方向において前記基体から前記スタンド装置へ向かう向きとは反対の向きに前記移動動作部を移動動作させるように該第1の方向に関する前記制御用操作量を決定した後に、または、前記第1の方向において前記基体から前記スタンド装置へ向かう向きに該基体を傾斜させるように該第1の方向に関する前記制御用操作量を決定した後に、前記第1の方向に関する前記制御用操作量を下げる(第3発明)。 In the second invention, for example, the moving operation unit control means may move the moving operation unit in a direction opposite to a direction from the base toward the stand device in the first direction when a predetermined end condition is satisfied. After the control operation amount relating to the first direction is determined so as to move the base, or the base body is inclined in the direction from the base body toward the stand device in the first direction. After the control operation amount related to the first direction is determined, the control operation amount related to the first direction is lowered (third invention).

この第3発明によれば、当該車両の使用を終了する所定の終了条件が成立した場合に、基体を接地点側へ傾けるように第1の方向に関する制御用操作量が決定される。これにより、基体は直立した状態(正確には車両の重心点が床面上の接地点の直上に位置する状態)から接地点側へ僅かに傾いた状態となる。その上で、かかる第1の方向に関する制御用操作量を下げることで、基体は、接地点側へ傾いて、スタンド装置により接地支持される。 According to the third aspect of the present invention, when a predetermined end condition for ending use of the vehicle is satisfied, the control operation amount related to the first direction is determined so that the base body is tilted toward the ground point. As a result, the base body is slightly tilted toward the grounding point side from an upright state (precisely, a state where the center of gravity of the vehicle is located immediately above the grounding point on the floor surface). On top of that, by lowering the control operation amount with respect to such first direction, the substrate is inclined to the contact point side, is grounded supported by a stand device.

このように第3発明によれば、スタンド装置の接地点の方向へ予め基体を傾かせることで、スタンド装置の接地点が車両の片側に1つあるような場合にも、該接地点で当該車両を確実かつ簡易に倒立状態で接地支持することができる。   Thus, according to the third aspect of the present invention, by tilting the base body in the direction of the grounding point of the stand device in advance, even when there is one grounding point of the stand device on one side of the vehicle, the grounding point The vehicle can be grounded and supported in an inverted state reliably and easily.

実施形態の倒立振子型車両の正面図。The front view of the inverted pendulum type vehicle of embodiment. 実施形態の倒立振子型車両の側面図。The side view of the inverted pendulum type vehicle of embodiment. 実施形態の倒立振子型車両の下部を拡大して示す図。The figure which expands and shows the lower part of the inverted pendulum type vehicle of embodiment. 実施形態の倒立振子型車両の下部の斜視図。The perspective view of the lower part of the inverted pendulum type vehicle of embodiment. 実施形態の倒立振子型車両の移動動作部(車輪体)の斜視図。The perspective view of the movement operation part (wheel body) of the inverted pendulum type vehicle of embodiment. 実施形態の倒立振子型車両の移動動作部(車輪体)とフリーローラとの配置関係を示す図。The figure which shows the arrangement | positioning relationship between the movement operation part (wheel body) and free roller of the inverted pendulum type vehicle of embodiment. 実施形態の倒立振子型車両の制御ユニットの処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the process of the control unit of the inverted pendulum type vehicle of embodiment. 実施形態の倒立振子型車両の動力学的挙動を表現する倒立振子モデルを示す図。The figure which shows the inverted pendulum model expressing the dynamic behavior of the inverted pendulum type vehicle of embodiment. 図7のSTEP9の処理に係わる処理機能を示すブロック図。FIG. 8 is a block diagram showing processing functions related to STEP 9 in FIG. 7. 図9に示すゲイン調整部の処理機能を示すブロック図。The block diagram which shows the processing function of the gain adjustment part shown in FIG. 図10に示すリミット処理部(又は図12に示すリミット処理部)の処理機能を示すブロック図。The block diagram which shows the processing function of the limit process part (or limit process part shown in FIG. 12) shown in FIG. 図9に示す重心速度制限部76の処理機能を示すブロック図。The block diagram which shows the processing function of the gravity center speed restriction | limiting part 76 shown in FIG. 図9に示す姿勢制御演算部80の処理機能を示すブロック図。The block diagram which shows the processing function of the attitude | position control calculating part 80 shown in FIG. 図9に示す姿勢制御演算部80における終了モードの演算処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the calculation process of the end mode in the attitude | position control calculating part 80 shown in FIG.

本発明の一実施形態を以下に説明する。まず、図1〜図6を参照して、本実施形態における倒立振子型車両の構造を説明する。   One embodiment of the present invention will be described below. First, the structure of an inverted pendulum type vehicle in the present embodiment will be described with reference to FIGS.

図1及び図2に示すように、本実施形態における倒立振子型車両1は、乗員(運転者)の搭乗部3と、床面に接地しながら該床面上を全方向(前後方向及び左右方向を含む2次元的な全方向)に移動可能な移動動作部5と、この移動動作部5を駆動する動力を該移動動作部5に付与するアクチュエータ装置7と、これらの搭乗部3、移動動作部5及びアクチュエータ装置7が組付けられた基体9とを備える。   As shown in FIGS. 1 and 2, the inverted pendulum type vehicle 1 according to the present embodiment is omnidirectional (front-rear direction and left-right direction) on the floor surface while being grounded to the riding section 3 of the occupant (driver) and the floor surface. A moving operation unit 5 movable in all directions including two directions), an actuator device 7 for applying power for driving the moving operation unit 5 to the moving operation unit 5, and the riding unit 3, And a base 9 on which the operating unit 5 and the actuator device 7 are assembled.

ここで、本実施形態の説明では、「前後方向」、「左右方向」は、それぞれ、搭乗部3に標準的な姿勢で搭乗した乗員の上体の前後方向、左右方向に一致もしくはほぼ一致する方向を意味する。なお、「標準的な姿勢」は、搭乗部3に関して設計的に想定されている姿勢であり、乗員の上体の体幹軸を概ね上下方向に向け、且つ、上体を捻ったりしていない姿勢である。   Here, in the description of the present embodiment, “front-rear direction” and “left-right direction” respectively match or substantially coincide with the front-rear direction and the left-right direction of the upper body of the occupant who has boarded the riding section 3 in a standard posture. Means direction. Note that the “standard posture” is a posture assumed by design with respect to the riding section 3, and the trunk axis of the occupant's upper body is generally directed vertically and the upper body is not twisted. It is posture.

この場合、図1においては、「前後方向」、「左右方向」はそれぞれ、紙面に垂直な方向、紙面の左右方向であり、図2においては、「前後方向」、「左右方向」はそれぞれ、紙面の左右方向、紙面に垂直な方向である。また、本実施形態の説明では、参照符号に付する添え字「R」,「L」は、それぞれ車両1の右側、左側に対応するものという意味で使用する。   In this case, in FIG. 1, the “front-rear direction” and the “left-right direction” are the direction perpendicular to the paper surface and the left-right direction of the paper surface, respectively. In FIG. It is the left-right direction of the paper surface and the direction perpendicular to the paper surface. In the description of the present embodiment, the suffixes “R” and “L” attached to the reference numerals are used to mean the right side and the left side of the vehicle 1, respectively.

基体9は、移動動作部5及びアクチュエータ装置7とが組付けられた下部フレーム11と、この下部フレーム11の上端から上方に延設された支柱フレーム13とを備える。   The base 9 includes a lower frame 11 in which the moving operation unit 5 and the actuator device 7 are assembled, and a support frame 13 extending upward from the upper end of the lower frame 11.

支柱フレーム13の上部には、該支柱フレーム13から前方側に張り出したシートフレーム15が固定されている。そして、このシートフレーム15上に、乗員が着座するシート3が装着されている。本実施形態では、このシート3が乗員の搭乗部となっている。従って、本実施形態における倒立振子型車両1(以降、単に車両1という)は、乗員がシート3に着座した状態で、床面上を移動するものである。   A seat frame 15 projecting forward from the column frame 13 is fixed to the upper portion of the column frame 13. A seat 3 on which an occupant sits is mounted on the seat frame 15. In this embodiment, this seat 3 is a passenger's boarding part. Therefore, the inverted pendulum type vehicle 1 (hereinafter, simply referred to as the vehicle 1) in the present embodiment moves on the floor surface while the occupant is seated on the seat 3.

また、シート3の左右には、シート3に着座した乗員が必要に応じて把持するためのグリップ17R,17Lが配置され、これらのグリップ17R,17Lがそれぞれ、支柱フレーム13(又はシートフレーム15)から延設されたブラケット19R,19Lの先端部に固定されている。   Further, on the left and right sides of the seat 3, grips 17R and 17L are disposed for the passengers seated on the seat 3 to grip as necessary. These grips 17R and 17L are respectively provided to the support frame 13 (or the seat frame 15). It is being fixed to the front-end | tip part of bracket 19R, 19L extended from.

下部フレーム11は、左右方向に間隔を存して二股状に対向するように配置された一対のカバー部材21R,21Lを備える。これらのカバー部材21R,21Lの上端部(二股の分岐部分)は、前後方向の軸心を有するヒンジ軸23を介して連結され、カバー部材21R,21Lの一方が他方に対して相対的にヒンジ軸23の周りに揺動可能となっている。この場合、カバー部材21R,21Lは、図示を省略するバネによって、カバー部材21R,21Lの下端部側(二股の先端側)が狭まる方向に付勢されている。   The lower frame 11 includes a pair of cover members 21R and 21L arranged so as to face each other in a bifurcated manner with a space in the left-right direction. The upper end portions (bifurcated branch portions) of these cover members 21R and 21L are connected via a hinge shaft 23 having a longitudinal axis, and one of the cover members 21R and 21L is hinged relative to the other. It can swing around the shaft 23. In this case, the cover members 21R and 21L are urged by a spring (not shown) in a direction in which the lower end side (the bifurcated tip side) of the cover members 21R and 21L is narrowed.

また、カバー部材21R,21Lのそれぞれの外面部には、前記シート3に着座した乗員の右足を載せるステップ25Rと左足を載せるステップ25Lとが各々、右向き、左向きに張り出すように突設されている。   Further, on each outer surface portion of the cover members 21R and 21L, a step 25R for placing the right foot of the occupant seated on the seat 3 and a step 25L for placing the left foot are respectively projected so as to protrude rightward and leftward. Yes.

さらに、一方のカバー部材21Lの側面には、基体を接地支持することが可能なスタンド装置26が設けられている。スタンド装置26は、接地部材をなすアーム26aと、カバー部材21Lの側面に設けられたブラケット26bと、アーム26aの昇降を行うアクチュエータ26cとを備える。アーム26aは、その下端部に接地用の鍔部が形成されると共に、その上端がブラケット26bの、前後方向に延びる枢軸に連結されており、枢軸がブラケット26bに枢支されている。さらに、この枢軸は、図示しない減速機等を介してアクチュエータ26cの回転軸に連結されている。これにより、アクチュエータ26cの回転によりアーム26aは、ブラケット26bの枢軸を中心に昇降し、その鍔部が床面に触れない非接地状態または床面に接触した接地状態に変化する。   Further, a stand device 26 capable of supporting the base on the ground is provided on the side surface of the one cover member 21L. The stand device 26 includes an arm 26a serving as a grounding member, a bracket 26b provided on a side surface of the cover member 21L, and an actuator 26c that moves the arm 26a up and down. The arm 26a has a grounding flange formed at the lower end thereof, and the upper end thereof is connected to a pivot that extends in the front-rear direction of the bracket 26b, and the pivot is pivotally supported by the bracket 26b. Further, this pivot is connected to the rotation shaft of the actuator 26c via a speed reducer (not shown). As a result, the arm 26a moves up and down around the pivot axis of the bracket 26b by the rotation of the actuator 26c, and changes to a non-grounded state in which the buttocks do not touch the floor surface or a grounded state in contact with the floor surface.

移動動作部5及びアクチュエータ装置7は、下部フレーム11のカバー部材21R,21Lの間に配置されている。これらの移動動作部5及びアクチュエータ装置7の構造を図3〜図6を参照して説明する。   The moving operation unit 5 and the actuator device 7 are disposed between the cover members 21R and 21L of the lower frame 11. The structures of the moving operation unit 5 and the actuator device 7 will be described with reference to FIGS.

なお、本実施形態で例示する移動動作部5及びアクチュエータ装置7は、例えば前記特許文献2の図1に開示されているものと同じ構造のものである。従って、本実施形態の説明においては、移動動作部5及びアクチュエータ装置7の構成に関して、前記特許文献2に記載された事項については、簡略的な説明に留める。   The moving operation unit 5 and the actuator device 7 exemplified in the present embodiment have the same structure as that disclosed in FIG. Therefore, in the description of the present embodiment, the matters described in Patent Document 2 regarding the configurations of the moving operation unit 5 and the actuator device 7 are simply described.

本実施形態では、移動動作部5は、ゴム状弾性材により円環状に形成された車輪体であり、ほぼ円形の横断面形状を有する。この移動動作部5(以降、車輪体5という)は、その弾性変形によって、図5及び図6の矢印Y1で示す如く、円形の横断面の中心C1(より詳しくは、円形の横断面中心C1を通って、車輪体5の軸心と同心となる円周線)の周りに回転可能となっている。   In the present embodiment, the moving operation unit 5 is a wheel body formed in an annular shape from a rubber-like elastic material, and has a substantially circular cross-sectional shape. Due to its elastic deformation, the moving operation unit 5 (hereinafter referred to as the wheel body 5) has a circular cross section center C1 (more specifically, a circular cross section center C1 as shown by an arrow Y1 in FIGS. 5 and 6). And can be rotated around a circumferential line that is concentric with the axis of the wheel body 5.

この車輪体5は、その軸心C2(車輪体5全体の直径方向に直交する軸心C2)を左右方向に向けた状態で、カバー部材21R,21Lの間に配置され、該車輪体5の外周面の下端部にて床面に接地する。   The wheel body 5 is disposed between the cover members 21R and 21L with its axis C2 (axis C2 orthogonal to the diameter direction of the entire wheel body 5) directed in the left-right direction. Ground to the floor at the lower end of the outer peripheral surface.

そして、車輪体5は、アクチュエータ装置7による駆動(詳細は後述する)によって、図5の矢印Y2で示す如く車輪体5の軸心C2の周りに回転する動作(床面上を輪転する動作)と、車輪体5の横断面中心C1の周りに回転する動作とを行なうことが可能である。その結果、車輪体5は、それらの回転動作の複合動作によって、床面上を全方向に移動することが可能となっている。   The wheel body 5 rotates around the axis C2 of the wheel body 5 as shown by an arrow Y2 in FIG. 5 (operation to rotate on the floor surface) by driving by the actuator device 7 (details will be described later). And an operation of rotating around the cross-sectional center C1 of the wheel body 5 can be performed. As a result, the wheel body 5 can move in all directions on the floor surface by a combined operation of these rotational operations.

アクチュエータ装置7は、車輪体5と右側のカバー部材21Rとの間に介装される回転部材27R及びフリーローラ29Rと、車輪体5と左側のカバー部材17Lとの間に介装される回転部材27L及びフリーローラ29Lと、回転部材27R及びフリーローラ29Rの上方に配置されたアクチュエータとしての電動モータ31Rと、回転部材27L及びフリーローラ29Lの上方に配置されたアクチュエータとしての電動モータ31Lとを備える。   The actuator device 7 includes a rotating member 27R and a free roller 29R interposed between the wheel body 5 and the right cover member 21R, and a rotating member interposed between the wheel body 5 and the left cover member 17L. 27L and a free roller 29L, an electric motor 31R as an actuator disposed above the rotating member 27R and the free roller 29R, and an electric motor 31L as an actuator disposed above the rotating member 27L and the free roller 29L. .

電動モータ31R,31Lは、それぞれのハウジングがカバー部材21R,21Lに各々取付けられている。なお、図示は省略するが、電動モータ31R,31Lの電源(蓄電器)は、支柱フレーム13等、基体9の適所に搭載されている。   The electric motors 31R and 31L have their respective housings attached to the cover members 21R and 21L. Although illustration is omitted, the power sources (capacitors) of the electric motors 31 </ b> R and 31 </ b> L are mounted at appropriate positions on the base 9 such as the support frame 13.

回転部材27Rは、左右方向の軸心を有する支軸33Rを介してカバー部材21Rに回転可能に支持されている。同様に、回転部材27Lは、左右方向の軸心を有する支軸33Lを介してカバー部材21Lに回転可能に支持されている。この場合、回転部材27Rの回転軸心(支軸33Rの軸心)と、回転部材27Lの回転軸心(支軸33Lの軸心)とは同軸心である。   The rotating member 27R is rotatably supported by the cover member 21R via a support shaft 33R having a horizontal axis. Similarly, the rotation member 27L is rotatably supported by the cover member 21L via a support shaft 33L having a horizontal axis. In this case, the rotation axis of the rotation member 27R (axis of the support shaft 33R) and the rotation axis of the rotation member 27L (axis of the support shaft 33L) are coaxial.

回転部材27R,27Lは、それぞれ電動モータ31R,31Lの出力軸に、減速機としての機能を含む動力伝達機構を介して接続されており、電動モータ31R,31Lからそれぞれ伝達される動力(トルク)によって回転駆動される。各動力伝達機構は、例えばプーリ・ベルト式のものである。すなわち、図3に示す如く、回転部材27Rは、プーリ35Rとベルト37Rとを介して電動モータ31Rの出力軸に接続されている。同様に、回転部材27Lは、プーリ35Lとベルト37Lとを介して電動モータ31Lの出力軸に接続されている。   The rotating members 27R and 27L are connected to the output shafts of the electric motors 31R and 31L via power transmission mechanisms including functions as speed reducers, respectively, and the power (torque) transmitted from the electric motors 31R and 31L, respectively. It is rotationally driven by. Each power transmission mechanism is of a pulley-belt type, for example. That is, as shown in FIG. 3, the rotating member 27R is connected to the output shaft of the electric motor 31R via the pulley 35R and the belt 37R. Similarly, the rotating member 27L is connected to the output shaft of the electric motor 31L via a pulley 35L and a belt 37L.

なお、上記動力伝達機構は、例えば、スプロケットとリンクチェーンとにより構成されるもの、あるいは、複数のギヤにより構成されるものであってもよい。また、例えば、電動モータ31R,31Lを、それぞれの出力軸が各回転部材27R,27Lと同軸心になるように各回転部材27R,27Lに対向させて配置し、電動モータ31R,31Lのそれぞれの出力軸を回転部材27R,27Lに各々、減速機(遊星歯車装置等)を介して連結するようにしてもよい。   The power transmission mechanism may be constituted by, for example, a sprocket and a link chain, or may be constituted by a plurality of gears. In addition, for example, the electric motors 31R and 31L are arranged to face the rotating members 27R and 27L so that the respective output shafts are coaxial with the rotating members 27R and 27L, and the electric motors 31R and 31L are respectively arranged. The output shaft may be connected to each of the rotating members 27R and 27L via a speed reducer (such as a planetary gear device).

各回転部材27R,27Lは、車輪体5側に向かって縮径する円錐台と同様の形状に形成されており、その外周面がテーパ外周面39R,39Lとなっている。   Each rotating member 27R, 27L is formed in the same shape as a truncated cone that decreases in diameter toward the wheel body 5, and its outer peripheral surface is a tapered outer peripheral surface 39R, 39L.

回転部材27Rのテーパ外周面39Rの周囲には、回転部材27Rと同心の円周上に等間隔で並ぶようにして、複数のフリーローラ29Rが配列されている。そして、これらのフリーローラ29Rは、それぞれ、ブラケット41Rを介してにテーパ外周面39Rに取付けられ、該ブラケット41Rに回転自在に支承されている。   A plurality of free rollers 29R are arranged around the tapered outer peripheral surface 39R of the rotating member 27R so as to be arranged at equal intervals on a circumference concentric with the rotating member 27R. Each of these free rollers 29R is attached to the tapered outer peripheral surface 39R via a bracket 41R and is rotatably supported by the bracket 41R.

同様に、回転部材27Lのテーパ外周面39Lの周囲には、回転部材27Lと同心の円周上に等間隔で並ぶようにして、複数(フリーローラ29Rと同数)のフリーローラ29Lが配列されている。そして、これらのフリーローラ29Lは、それぞれ、ブラケット41Lを介してにテーパ外周面39Lに取付けられ、該ブラケット41Lに回転自在に支承されている。   Similarly, a plurality (the same number as the free rollers 29R) of free rollers 29L are arranged around the tapered outer peripheral surface 39L of the rotating member 27L so as to be arranged at equal intervals on a circumference concentric with the rotating member 27L. Yes. Each of these free rollers 29L is attached to the taper outer peripheral surface 39L via the bracket 41L, and is rotatably supported by the bracket 41L.

前記車輪体5は、回転部材27R側のフリーローラ29Rと、回転部材27L側のフリーローラ29Lとの間に挟まれるようにして、回転部材27R,27Lと同軸心に配置されている。   The wheel body 5 is disposed coaxially with the rotating members 27R and 27L so as to be sandwiched between the free roller 29R on the rotating member 27R side and the free roller 29L on the rotating member 27L side.

この場合、図1及び図6に示すように、各フリーローラ29R,29Lは、その軸心C3が車輪体5の軸心C2に対して傾斜すると共に、車輪体5の直径方向(車輪体5をその軸心C2の方向で見たときに、該軸心C2と各フリーローラ29R,29Lとを結ぶ径方向)に対して傾斜する姿勢で配置されている。そして、このような姿勢で、各フリーローラ29R,29Lのそれぞれの外周面が車輪体5の内周面に斜め方向に圧接されている。   In this case, as shown in FIGS. 1 and 6, each of the free rollers 29 </ b> R and 29 </ b> L has the axis C <b> 3 inclined with respect to the axis C <b> 2 of the wheel body 5 and the diameter direction of the wheel body 5 (the wheel body 5. When viewed in the direction of the axis C2, it is arranged in a posture inclined with respect to the radial direction connecting the axis C2 and the free rollers 29R and 29L. In such a posture, the outer peripheral surfaces of the free rollers 29R and 29L are in pressure contact with the inner peripheral surface of the wheel body 5 in an oblique direction.

より一般的に言えば、右側のフリーローラ29Rは、回転部材27Rが軸心C2の周りに回転駆動されたときに、車輪体5との接触面で、軸心C2周りの方向の摩擦力成分(車輪体5の内周の接線方向の摩擦力成分)と、車輪体5の前記横断面中心C1の周り方向の摩擦力成分(円形の横断面の接線方向の摩擦力成分)とを車輪体5に作用させ得るような姿勢で、車輪体5の内周面に圧接されている。左側のフリーローラ29Lについても同様である。   More generally speaking, the free roller 29R on the right side has a frictional force component in the direction around the axis C2 at the contact surface with the wheel body 5 when the rotating member 27R is driven to rotate around the axis C2. (The frictional force component in the tangential direction of the inner periphery of the wheel body 5) and the frictional force component in the direction around the cross-sectional center C1 of the wheel body 5 (the tangential frictional force component in the circular cross section) The wheel body 5 is pressed against the inner peripheral surface in such a posture that it can act on the wheel body 5. The same applies to the left free roller 29L.

この場合、前記したように、カバー部材21R,21Lは、図示しないバネによって、カバー部材21R,21Lの下端部側(二股の先端側)が狭まる方向に付勢されている。このため、この付勢力によって、右側のフリーローラ29Rと左側のフリーローラ29Lとの間に車輪体5が挟持されると共に、車輪体5に対する各フリーローラ29R,29Lの圧接状態(より詳しくはフリーローラ29R,29Lと車輪体5との間で摩擦力が作用し得る圧接状態)が維持される。   In this case, as described above, the cover members 21R and 21L are urged in a direction in which the lower end side (the bifurcated tip side) of the cover members 21R and 21L is narrowed by a spring (not shown). Therefore, the wheel body 5 is sandwiched between the right free roller 29R and the left free roller 29L by this urging force, and the free rollers 29R and 29L are in pressure contact with the wheel body 5 (more specifically, free The pressure contact state in which a frictional force can act between the rollers 29R and 29L and the wheel body 5 is maintained.

以上説明した構造を有する車両1においては、電動モータ31R,31Lによりそれぞれ、回転部材27R,27Lを同方向に等速度で回転駆動した場合には、車輪体5が回転部材27R,27Lと同方向に軸心C2の周りに回転することとなる。これにより、車輪体5が床面上を前後方向に輪転して、車両1の全体が前後方向に移動することとなる。なお、この場合は、車輪体5は、その横断面中心C1の周りには回転しない。   In the vehicle 1 having the structure described above, when the rotating members 27R and 27L are driven to rotate at the same speed in the same direction by the electric motors 31R and 31L, the wheel body 5 has the same direction as the rotating members 27R and 27L. Will rotate around the axis C2. Thereby, the wheel body 5 rotates on the floor surface in the front-rear direction, and the entire vehicle 1 moves in the front-rear direction. In this case, the wheel body 5 does not rotate around the center C1 of the cross section.

また、例えば、回転部材27R,27Lを互いに逆方向に同じ大きさの速度で回転駆動した場合には、車輪体5は、その横断面中心C1の周りに回転することとなる。これにより、車輪体4がその軸心C2の方向(すなわち左右方向)に移動し、ひいては、車両1の全体が左右方向に移動することとなる。なお、この場合は、車輪体5は、その軸心C2の周りには回転しない。   Further, for example, when the rotating members 27R and 27L are rotationally driven in opposite directions at the same speed, the wheel body 5 rotates around the center C1 of the cross section. As a result, the wheel body 4 moves in the direction of the axis C2 (that is, the left-right direction), and as a result, the entire vehicle 1 moves in the left-right direction. In this case, the wheel body 5 does not rotate around the axis C2.

さらに、回転部材27R,27Lを、互いに異なる速度(方向を含めた速度)で、同方向又は逆方向に回転駆動した場合には、車輪体5は、その軸心C2の周りに回転すると同時に、その横断面中心C1の周りに回転することとなる。   Furthermore, when the rotating members 27R and 27L are rotationally driven at different speeds (speeds including directions) in the same direction or in the opposite direction, the wheel body 5 rotates around its axis C2, It will rotate about the cross-sectional center C1.

この時、これらの回転動作の複合動作(合成動作)によって、前後方向及び左右方向に対して傾斜した方向に車輪体5が移動し、ひいては、車両1の全体が車輪体5と同方向に移動することとなる。この場合の車輪体5の移動方向は、回転部材27R,27Lの回転方向を含めた回転速度(回転方向に応じて極性が定義された回転速度ベクトル)の差に依存して変化するものとなる。   At this time, the wheel body 5 moves in a direction inclined with respect to the front-rear direction and the left-right direction by a combined operation (composite operation) of these rotational operations, and as a result, the entire vehicle 1 moves in the same direction as the wheel body 5. Will be. The moving direction of the wheel body 5 in this case changes depending on the difference in rotational speed (rotational speed vector in which the polarity is defined according to the rotational direction) including the rotational direction of the rotating members 27R and 27L. .

以上のように車輪体5の移動動作が行なわれるので、電動モータ31R,31Lのそれぞれの回転速度(回転方向を含む)を制御し、ひいては回転部材27R,27Lの回転速度を制御することによって、車両1の移動速度及び移動方向を制御できることとなる。   Since the moving operation of the wheel body 5 is performed as described above, by controlling the respective rotational speeds (including the rotational direction) of the electric motors 31R and 31L, and by controlling the rotational speeds of the rotating members 27R and 27L, The moving speed and moving direction of the vehicle 1 can be controlled.

なお、シート3及び基体9は、車輪体5の軸心C2を支点として、左右方向の軸心C2周りに傾動自在となっていると共に、車輪体5の接地面(下端面)を支点として、前後方向の軸周りに該車輪体5と共に傾動自在となっている。   The seat 3 and the base body 9 are tiltable around the axis C2 in the left-right direction with the axis C2 of the wheel body 5 as a fulcrum, and with the ground contact surface (lower end surface) of the wheel body 5 as a fulcrum. It can be tilted together with the wheel body 5 around an axis in the front-rear direction.

次に、本実施形態の車両1の動作制御のための構成を説明する。なお、以降の説明では、図1及び図2に示すように、前後方向の水平軸をX軸、左右方向の水平軸をY軸、鉛直方向をZ軸とするXYZ座標系を想定し、前後方向、左右方向をそれぞれX軸方向、Y軸方向と言うことがある。   Next, the structure for operation control of the vehicle 1 of this embodiment is demonstrated. In the following description, as shown in FIGS. 1 and 2, an XYZ coordinate system is assumed in which the horizontal axis in the front-rear direction is the X axis, the horizontal axis in the left-right direction is the Y axis, and the vertical direction is the Z axis. The direction and the left-right direction may be referred to as the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively.

まず、車両1の概略的な動作制御を説明すると、本実施形態では、基本的には、シート3に着座した乗員がその上体を傾けた場合(詳しくは、乗員と車両1とを合わせた全体の重心点の位置(水平面に投影した位置)を動かすように上体を傾けた場合)に、該上体を傾けた側に基体9がシート3と共に傾動する。そして、この時、基体9が傾いた側に車両1が移動するように、車輪体5の移動動作が制御される。例えば、乗員が上体を前傾させ、ひいては、基体9をシート3と共に前傾させると、車両1が前方に移動するように、車輪体5の移動動作が制御される。   First, schematic operation control of the vehicle 1 will be described. In the present embodiment, basically, when an occupant seated on the seat 3 tilts its upper body (specifically, the occupant and the vehicle 1 are combined). When the upper body is tilted so as to move the position of the entire center of gravity (the position projected on the horizontal plane), the base body 9 tilts together with the sheet 3 to the side on which the upper body is tilted. At this time, the moving operation of the wheel body 5 is controlled so that the vehicle 1 moves to the side on which the base body 9 is inclined. For example, when the occupant tilts the upper body forward and, as a result, tilts the base body 9 together with the seat 3, the movement operation of the wheel body 5 is controlled so that the vehicle 1 moves forward.

すなわち、本実施形態では、乗員が上体を動かし、ひいては、シート3と共に基体9を傾動させるという動作が、車両1に対する1つの基本的な操縦操作(車両1の動作要求)とされ、その操縦操作に応じて車輪体5の移動動作がアクチュエータ装置7を介して制御される。   That is, in the present embodiment, the operation of the occupant moving the upper body and thus tilting the base body 9 together with the seat 3 is one basic control operation (operation request of the vehicle 1) for the vehicle 1, and the control The moving operation of the wheel body 5 is controlled via the actuator device 7 in accordance with the operation.

ここで、本実施形態の車両1は、その全体の接地面としての車輪体5の接地面が、車両1とこれに搭乗する乗員との全体を床面に投影した領域に比して面積が小さい単一の局所領域となり、その単一の局所領域だけに床反力が作用する。このため、基体9が傾倒しないようにするためには、乗員及び車両1の全体の重心点が車輪体5の接地面のほぼ真上に位置するように、車輪体5を動かす必要がある。   Here, in the vehicle 1 of the present embodiment, the ground contact surface of the wheel body 5 as the entire ground contact surface has an area compared to a region where the entire vehicle 1 and the passengers riding on the vehicle 1 are projected on the floor surface. It becomes a small single local region, and the floor reaction force acts only on the single local region. For this reason, in order to prevent the base body 9 from tilting, it is necessary to move the wheel body 5 so that the center of gravity of the occupant and the vehicle 1 is positioned almost directly above the ground contact surface of the wheel body 5.

そこで、本実施形態では、乗員及び車両1の全体の重心点(より詳しくは、乗員および車両1の全体のうち、乗員およびシード3と一体的に傾動可能な系の全体の重心点)が、車輪体5の中心点(軸心C2上の中心点)のほぼ真上に位置する状態(より正確には当該重心点が車輪体5の接地面のほぼ真上に位置する状態)での基体9の姿勢を目標姿勢とし、基本的には、基体9の実際の姿勢を目標姿勢に収束させるように、車輪体5の移動動作が制御される。   Therefore, in the present embodiment, the center of gravity of the entire occupant and vehicle 1 (more specifically, the entire center of gravity of the system that can tilt integrally with the occupant and seed 3 out of the entire occupant and vehicle 1) Substrate in a state where it is located almost directly above the center point of wheel body 5 (center point on axis C2) (more precisely, the center of gravity is located almost directly above the ground contact surface of wheel body 5). The movement operation of the wheel body 5 is controlled so that the posture of 9 is a target posture and basically the actual posture of the base body 9 is converged to the target posture.

さらに、車両1に乗員が搭乗していない状態では、車両1の単体の重心点が、車輪体5の中心点(軸心C2上の中心点)のほぼ真上に位置する状態(当該重心点が車輪体5の接地面のほぼ真上に位置する状態)での基体9の姿勢を目標姿勢とし、該基体9の実際の姿勢を目標姿勢に収束させ、ひいては、基体9が傾倒することなく車両1が自立するように、車輪体5の移動動作が制御される。   Further, in a state where no occupant is on board the vehicle 1, the center of gravity of the single vehicle 1 is positioned almost directly above the center point of the wheel body 5 (center point on the axis C <b> 2). Is the target posture, the actual posture of the base body 9 is converged to the target posture, and the base body 9 is not tilted. The movement operation of the wheel body 5 is controlled so that the vehicle 1 is independent.

また、車両1に乗員が搭乗している状態と搭乗していない状態とのいずれの状態においても、基体9の実際の姿勢の目標姿勢からずれが大きいほど、車両1の移動速度が速くなると共に、基体9の実際の姿勢の目標姿勢に一致する状態では、車両1の移動が停止するように車輪体5の移動動作が制御される。   In addition, in both the state where the occupant is on board the vehicle 1 and the state where the occupant is not on board, the moving speed of the vehicle 1 increases as the deviation from the target posture of the base body 9 increases. In a state where the actual posture of the base body 9 coincides with the target posture, the moving operation of the wheel body 5 is controlled so that the movement of the vehicle 1 is stopped.

補足すると、「姿勢」は空間的な向きを意味する。本実施形態では、基体9がシート3と共に傾動することで、基体9やシート3の姿勢が変化する。また、本実施形態では、基体9とシート3とは一体的に傾動するので、基体9の姿勢をその目標姿勢に収束させるということは、シート3の姿勢を該シート3に対応する目標姿勢(基体9の姿勢が基体9の目標姿勢に一致する状態でのシート3の姿勢)に収束させるということと等価である。   Supplementally, “posture” means a spatial orientation. In the present embodiment, the base body 9 and the sheet 3 are tilted to change the postures of the base body 9 and the sheet 3. Further, in the present embodiment, the base body 9 and the sheet 3 are integrally tilted, so that the posture of the base body 9 is converged to the target posture, which means that the posture of the sheet 3 is the target posture corresponding to the seat 3 ( This is equivalent to converging to the posture of the sheet 3 in a state where the posture of the base 9 matches the target posture of the base 9.

本実施形態では、以上の如き車両1の動作制御を行なうために、図1及び図2に示すように、マイクロコンピュータや電動モータ31R,31Lのドライブ回路ユニットなどを含む電子回路ユニットにより構成された制御ユニット50と、基体9の所定の部位の鉛直方向(重力方向)に対する傾斜角θb及びその変化速度(=dθb/dt)を計測するための傾斜センサ52と、車両1に乗員が搭乗しているか否かを検知するための荷重センサ54と、電動モータ31R,31Lのそれぞれの出力軸の回転角度及び回転角速度を検出するための角度センサとしてのロータリエンコーダ56R,56Lがそれぞれ、車両1の適所に搭載されている。   In the present embodiment, in order to control the operation of the vehicle 1 as described above, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, it is constituted by an electronic circuit unit including a microcomputer and drive circuit units of the electric motors 31R and 31L. An occupant is on board the control unit 50, an inclination sensor 52 for measuring the inclination angle θb of the predetermined portion of the base body 9 with respect to the vertical direction (the direction of gravity) and its changing speed (= dθb / dt), and the vehicle 1. A load sensor 54 for detecting whether or not there is a rotary encoder 56R, 56L as an angle sensor for detecting the rotational angle and rotational angular velocity of the output shafts of the electric motors 31R, 31L, respectively It is mounted on.

この場合、制御ユニット50及び傾斜センサ52は、例えば、基体9の支柱フレーム13の内部に収容された状態で該支柱フレーム13に取付けられている。また、荷重センサ54は、シート3に内蔵されている。また、ロータリエンコーダ56R,56Lは、それぞれ、電動モータ31R,31Lと一体に設けられている。なお、ロータリエンコーダ56R,56Lは、それぞれ、回転部材27R,27Lに装着してもよい。   In this case, the control unit 50 and the inclination sensor 52 are attached to the column frame 13 in a state of being accommodated in the column frame 13 of the base body 9, for example. The load sensor 54 is built in the seat 3. The rotary encoders 56R and 56L are provided integrally with the electric motors 31R and 31L, respectively. The rotary encoders 56R and 56L may be attached to the rotating members 27R and 27L, respectively.

上記傾斜センサ52は、より詳しくは、加速度センサとジャイロセンサ等のレートセンサ(角速度センサ)とから構成され、これらのセンサの検出信号を制御ユニット50に出力する。そして、制御ユニット50が、傾斜センサ52の加速度センサ及びレートセンサの出力を基に、所定の計測演算処理(これは公知の演算処理でよい)を実行することによって、傾斜センサ52を搭載した部位(本実施形態では支柱フレーム13)の、鉛直方向に対する傾斜角度θbの計測値とその変化速度(微分値)である傾斜角速度θbdotの計測値とを算出する。   More specifically, the tilt sensor 52 includes an acceleration sensor and a rate sensor (angular velocity sensor) such as a gyro sensor, and outputs detection signals of these sensors to the control unit 50. Then, the control unit 50 performs a predetermined measurement calculation process (this may be a known calculation process) based on the outputs of the acceleration sensor and the rate sensor of the tilt sensor 52, and thereby the part on which the tilt sensor 52 is mounted. The measured value of the inclination angle θb with respect to the vertical direction (the column frame 13 in this embodiment) and the measured value of the inclination angular velocity θbdot, which is the change speed (differential value) thereof, are calculated.

この場合、計測する傾斜角度θb(以降、基体傾斜角度θbということがある)は、より詳しくは、それぞれ、Y軸周り方向(ピッチ方向)の成分θb_xと、X軸周り方向(ロール方向)の成分θb_yとから成る。同様に、計測する傾斜角速度θbdot(以降、基体傾斜角速度θbdotということがある)も、Y軸周り方向(ピッチ方向)の成分θbdot_x(=dθb_x/dt)と、X軸周り方向(ロール方向)の成分θbdot_y(=dθb_y/dt)とから成る。   In this case, the tilt angle θb to be measured (hereinafter also referred to as the base body tilt angle θb) is more specifically, the component θb_x in the Y axis direction (pitch direction) and the X axis direction (roll direction), respectively. It consists of component θb_y. Similarly, the measured tilt angular velocity θbdot (hereinafter also referred to as the base tilt angular velocity θbdot) is also measured in the Y-axis direction (pitch direction) component θbdot_x (= dθb_x / dt) and the X-axis direction (roll direction). Component θbdot_y (= dθb_y / dt).

補足すると、本実施形態では、基体9の支柱フレーム13と一体にシート3が傾動するので、基体傾斜角度θbは、搭乗部3の傾斜角度としての意味も持つ。   Supplementally, in the present embodiment, since the seat 3 tilts integrally with the support frame 13 of the base body 9, the base body tilt angle θb also has a meaning as the tilt angle of the riding section 3.

なお、本実施形態の説明では、上記基体傾斜角度θbなど、X軸及びY軸の各方向(又は各軸周り方向)の成分を有する運動状態量等の変数、あるいは、該運動状態量に関連する係数等の変数に関しては、その各成分を区別して表記する場合に、該変数の参照符号に、添え字“_x”又は“_y”を付加する。   In the description of the present embodiment, a variable such as a motion state quantity having a component in each direction of the X axis and the Y axis (or a direction around each axis) such as the base body inclination angle θb, or a relation to the motion state quantity. For a variable such as a coefficient to be processed, a suffix “_x” or “_y” is added to the reference symbol of the variable when each component is expressed separately.

この場合において、並進速度等の並進運動に係わる変数については、そのX軸方向の成分に添え字“_x”を付加し、Y軸方向の成分に添え字“_y”を付加する。   In this case, for a variable related to translational motion such as translational speed, a subscript “_x” is added to the component in the X-axis direction, and a subscript “_y” is added to the component in the Y-axis direction.

一方、角度、回転速度(角速度)、角加速度など、回転運動に係わる変数については、並進運動に係わる変数と添え字を揃えるために、便宜上、Y軸周り方向の成分に添え字“_x”を付加し、X軸周り方向の成分に添え字“_y”を付加する。   On the other hand, for variables related to rotational motion, such as angle, rotational speed (angular velocity), angular acceleration, etc., the subscript “_x” is added to the component around the Y axis for convenience in order to align the subscript with the variable related to translational motion. In addition, the subscript “_y” is added to the component around the X axis.

さらに、X軸方向の成分(又はY軸周り方向の成分)と、Y軸方向の成分(又はX軸周り方向の成分)との組として変数を表記する場合には、該変数の参照符号に添え字“_xy”を付加する。例えば、上記基体傾斜角度θbを、Y軸周り方向の成分θb_xとX軸周り方向の成分θb_yの組として表現する場合には、「基体傾斜角度θb_xy」というように表記する。   Further, when a variable is expressed as a set of a component in the X-axis direction (or a component around the Y-axis) and a component in the Y-axis direction (or a component around the X-axis), the reference numeral of the variable The subscript “_xy” is added. For example, when the base body tilt angle θb is expressed as a set of a component θb_x around the Y axis and a component θb_y around the X axis, it is expressed as “base body tilt angle θb_xy”.

前記荷重センサ54は、乗員がシート3に着座した場合に該乗員の重量による荷重を受けるようにシート3に内蔵され、その荷重に応じた検出信号を制御ユニット50に出力する。そして、制御ユニット50が、この荷重センサ54の出力により示される荷重の計測値に基づいて、車両1に乗員が搭乗しているか否かを判断する。   The load sensor 54 is built in the seat 3 so as to receive a load due to the weight of the occupant when the occupant sits on the seat 3, and outputs a detection signal corresponding to the load to the control unit 50. Then, the control unit 50 determines whether or not an occupant is on the vehicle 1 based on the measured load value indicated by the output of the load sensor 54.

なお、荷重センサ54の代わりに、例えば、乗員がシート3に着座したときにONとなるようなスイッチ式のセンサを用いてもよい。   Instead of the load sensor 54, for example, a switch type sensor that is turned on when an occupant sits on the seat 3 may be used.

ロータリエンコーダ56Rは、電動モータ31Rの出力軸が所定角度回転する毎にパルス信号を発生し、このパルス信号を制御ユニット50に出力する。そして、制御ユニット50が、そのパルス信号を基に、電動モータ53Rの出力軸の回転角度を計測し、さらにその回転角度の計測値の時間的変化率(微分値)を電動モータ53Rの回転角速度として計測する。電動モータ31L側のロータリエンコーダ56Lについても同様である。   The rotary encoder 56 </ b> R generates a pulse signal each time the output shaft of the electric motor 31 </ b> R rotates by a predetermined angle, and outputs this pulse signal to the control unit 50. Then, the control unit 50 measures the rotational angle of the output shaft of the electric motor 53R based on the pulse signal, and further calculates the temporal change rate (differential value) of the measured value of the rotational angle as the rotational angular velocity of the electric motor 53R. Measure as The same applies to the rotary encoder 56L on the electric motor 31L side.

制御ユニット50は、上記の各計測値を用いて所定の演算処理を実行することによって、電動モータ31R,31Lのそれぞれの回転角速度の目標値である速度指令を決定し、その速度指令に従って、電動モータ31R,31Lのそれぞれの回転角速度をフィードバック制御する。   The control unit 50 determines a speed command that is a target value of the rotational angular speed of each of the electric motors 31R and 31L by executing a predetermined calculation process using each of the measured values, and the electric motor is operated according to the speed command. The rotational angular velocities of the motors 31R and 31L are feedback controlled.

なお、電動モータ31Rの出力軸の回転角速度と、回転部材27Rの回転角速度との間の関係は、該出力軸と回転部材27Rとの間の一定値の減速比に応じた比例関係になるので、本実施形態の説明では、便宜上、電動モータ31Rの回転角速度は、回転部材27Rの回転角速度を意味するものとする。同様に、電動モータ31Lの回転角速度は、回転部材27Lの回転角速度を意味するものとする。   The relationship between the rotational angular velocity of the output shaft of the electric motor 31R and the rotational angular velocity of the rotating member 27R is proportional to the constant reduction ratio between the output shaft and the rotating member 27R. In the description of this embodiment, for the sake of convenience, the rotational angular velocity of the electric motor 31R means the rotational angular velocity of the rotating member 27R. Similarly, the rotational angular velocity of the electric motor 31L means the rotational angular velocity of the rotating member 27L.

以下に、制御ユニット50の制御処理をさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the control process of the control unit 50 will be described in more detail.

制御ユニット50は、所定の制御処理周期で図7のフローチャートに示す処理(メインルーチン処理)を実行する。   The control unit 50 executes the process (main routine process) shown in the flowchart of FIG. 7 at a predetermined control process cycle.

まず、STEP1において、制御ユニット50は、傾斜センサ52の出力を取得する。   First, in STEP 1, the control unit 50 acquires the output of the tilt sensor 52.

次いで、STEP2に進んで、制御ユニット50は、取得した傾斜センサ52の出力を基に、基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sと、基体傾斜角速度θbdotの計測値θbdot_xy_sとを算出する。   Next, proceeding to STEP 2, the control unit 50 calculates the measured value θb_xy_s of the base body tilt angle θb and the measured value θbdot_xy_s of the base body tilt angular velocity θbdot based on the acquired output of the tilt sensor 52.

なお、以降の説明では、上記計測値θb_xy_sなど、変数(状態量)の実際の値の観測値(計測値又は推定値)を参照符号により表記する場合に、該変数の参照符号に、添え字“_s”を付加する。   In the following description, when an observed value (measured value or estimated value) of an actual value of a variable (state quantity) such as the measured value θb_xy_s is represented by a reference symbol, a subscript is added to the reference symbol of the variable. Add “_s”.

次いで、制御ユニット50は、STEP3において、荷重センサ54の出力を取得した後、STEP4の判断処理を実行する。この判断処理においては、制御ユニット50は、取得した荷重センサ54の出力が示す荷重計測値があらかじめ設定された所定値よりも大きいか否かによって、車両1に乗員が搭乗しているか否か(シート3に乗員が着座しているか否か)を判断する。   Next, after acquiring the output of the load sensor 54 in STEP 3, the control unit 50 executes the determination process in STEP 4. In this determination process, the control unit 50 determines whether or not an occupant is on the vehicle 1 depending on whether or not the load measurement value indicated by the acquired output of the load sensor 54 is larger than a predetermined value set in advance ( Whether or not an occupant is seated on the seat 3).

そして、制御ユニット50は、STEP4の判断結果が肯定的である場合には、基体傾斜角度θbの目標値θb_xy_objを設定する処理と、車両1の動作制御用の定数パラメータ(各種ゲインの基本値など)の値を設定する処理とを、それぞれSTEP5、6で実行する。   If the determination result in STEP 4 is affirmative, the control unit 50 sets the target value θb_xy_obj of the base body tilt angle θb, and constant parameters for controlling the operation of the vehicle 1 (basic values of various gains, etc.) ) Is set in STEPs 5 and 6, respectively.

STEP5においては、制御ユニット50は、基体傾斜角度θbの目標値θb_xy_objとして、あらかじめ定められた搭乗モード用の目標値を設定する。   In STEP 5, the control unit 50 sets a predetermined target value for the boarding mode as the target value θb_xy_obj of the base body tilt angle θb.

ここで、「搭乗モード」は、車両1に乗員が搭乗している場合での車両1の動作モードを意味する。この搭乗モード用の目標値θb_xy_objは、車両1とシート3に着座した乗員との全体の重心点(以降、車両・乗員全体重心点という)が車輪体5の接地面のほぼ真上に位置する状態となる基体9の姿勢において、傾斜センサ52の出力に基づき計測される基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sに一致又はほぼ一致するようにあらかじめ設定されている。   Here, the “boarding mode” means an operation mode of the vehicle 1 when an occupant is on the vehicle 1. The target value θb_xy_obj for the boarding mode is such that the overall center of gravity of the vehicle 1 and the occupant seated on the seat 3 (hereinafter referred to as the vehicle / occupant overall center of gravity) is located almost directly above the ground contact surface of the wheel body 5. The posture of the base body 9 in a state is set in advance so as to coincide with or substantially coincide with the measured value θb_xy_s of the base body tilt angle θb measured based on the output of the tilt sensor 52.

また、STEP6においては、制御ユニット50は、車両1の動作制御用の定数パラメータの値として、あらかじめ定められた搭乗モード用の値を設定する。なお、定数パラメータは、後述するhx,hy,Ki_a_x,Ki_b_x,Ki_a_y,Ki_b_y(i=1,2,3)等である。   In STEP 6, the control unit 50 sets a predetermined value for the boarding mode as the value of the constant parameter for controlling the operation of the vehicle 1. The constant parameters are hx, hy, Ki_a_x, Ki_b_x, Ki_a_y, Ki_b_y (i = 1, 2, 3), which will be described later.

一方、STEP4の判断結果が否定的である場合には、制御ユニット50は、基体傾斜角度θb_xyの目標値θb_xy_objを設定する処理と、車両1の動作制御用の定数パラメータの値を設定する処理とを、STEP7、8で実行する。   On the other hand, if the determination result in STEP 4 is negative, the control unit 50 performs processing for setting the target value θb_xy_obj of the base body tilt angle θb_xy, and processing for setting constant parameter values for operation control of the vehicle 1. Are executed in STEP7 and STEP8.

STEP7においては、制御ユニット50は、傾斜角度θbの目標値θb_xy_objとして、あらかじめ定められた自立モード用の目標値を設定する。   In STEP 7, the control unit 50 sets a predetermined target value for the independent mode as the target value θb_xy_obj of the inclination angle θb.

ここで、「自立モード」は、車両1に乗員が搭乗していない場合での車両1の動作モードを意味し、後述するように、「自立モード」には、停止状態に維持する「停止モード」と、スタンド装置26を作動させて電源をOFFする「終了モード」との2つのモードがある。この自立モード用の目標値θb_xy_objは、車両1単体の重心点(以降、車両単体重心点という)が車輪体5の接地面のほぼ真上に位置する状態となる基体9の姿勢において、傾斜センサ52の出力に基づき計測される基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sに一致又はほぼ一致するようにあらかじめ設定されている。この自立モード用の目標値θb_xy_objは、搭乗モード用の目標値θb_xy_objと一般的には異なる。   Here, the “self-supporting mode” means an operation mode of the vehicle 1 when no occupant is in the vehicle 1. As will be described later, the “self-supporting mode” includes a “stop mode for maintaining the stop state. ”And“ end mode ”in which the power is turned off by operating the stand device 26. The target value θb_xy_obj for the self-supporting mode is an inclination sensor in the posture of the base body 9 in which the center of gravity point of the vehicle 1 (hereinafter referred to as the vehicle center of gravity point) is located almost directly above the ground contact surface of the wheel body 5. It is set in advance so as to coincide with or substantially coincide with the measured value θb_xy_s of the base body tilt angle θb measured based on the output of 52. The target value θb_xy_obj for the self-supporting mode is generally different from the target value θb_xy_obj for the boarding mode.

また、STEP8においては、制御ユニット50は、車両1の動作制御用の定数パラメータの値として、あらかじめ定められた自立モード用の値を設定する。この自立モード用の定数パラメータの値は、搭乗モード用の定数パラメータの値と異なる。   In STEP 8, the control unit 50 sets a predetermined value for the independent mode as a constant parameter value for controlling the operation of the vehicle 1. The value of the constant parameter for the independent mode is different from the value of the constant parameter for the boarding mode.

搭乗モードと自立モードとで、上記定数パラメータの値を異ならせるのは、それぞれのモードで上記重心点の高さや、全体質量等が異なることに起因して、制御入力に対する車両1の動作の応答特性が互いに異なるからである。   The difference in the value of the constant parameter between the boarding mode and the independent mode is due to the difference in the height of the center of gravity, the overall mass, etc. in each mode, and the response of the operation of the vehicle 1 to the control input. This is because the characteristics are different from each other.

以上のSTEP4〜8の処理によって、搭乗モード及び自立モードの各動作モード毎に各別に、基体傾斜角度θb_xyの目標値θb_xy_objと定数パラメータの値とが設定される。   Through the processing in STEPs 4 to 8 described above, the target value θb_xy_obj of the base body tilt angle θb_xy and the value of the constant parameter are set separately for each operation mode of the boarding mode and the self-supporting mode.

なお、STEP5,6の処理、又はSTEP7,8の処理は、制御処理周期毎に実行することは必須ではなく、STEP4の判断結果が変化した場合にだけ実行するようにしてもよい。   Note that the processing in STEP 5 and 6 or the processing in STEP 7 and 8 is not essential to be executed every control processing cycle, and may be executed only when the determination result in STEP 4 changes.

補足すると、搭乗モード及び自立モードのいずれにおいても、基体傾斜角速度θbdotのY軸周り方向の成分θbdot_xの目標値とX軸周り方向の成分θbdot_yの目標値とは、いずれも“0”である。このため、基体傾斜角速度θbdot_xyの目標値を設定する処理は不要である。   Supplementally, in both the boarding mode and the self-supporting mode, the target value of the component θbdot_x around the Y axis and the target value of the component θbdot_y around the X axis of the base body tilt angular velocity θbdot are both “0”. For this reason, the process which sets the target value of base | substrate inclination angular velocity (theta) bdot_xy is unnecessary.

以上の如くSTEP5,6の処理、又はSTEP7,8の処理を実行した後、制御ユニット50は、次にSTEP9において、車両制御演算処理を実行することによって、電動モータ31R,31Lのそれぞれの速度指令を決定する。この車両制御演算処理の詳細は後述する。   After executing the processing of STEPs 5 and 6 or the processing of STEPs 7 and 8 as described above, the control unit 50 next executes the vehicle control calculation processing in STEP 9 to thereby control the respective speed commands of the electric motors 31R and 31L. To decide. Details of this vehicle control calculation processing will be described later.

次いで、STEP10に進んで、制御ユニット50は、STEP9で決定した速度指令に応じて電動モータ31R,31Lの動作制御処理を実行する。この動作制御処理では、制御ユニット50は、STEP9で決定した電動モータ31Rの速度指令と、ロータリエンコーダ56Rの出力に基づき計測した電動モータ31Rの回転速度の計測値との偏差に応じて、該偏差を“0”に収束させるように電動モータ31Rの出力トルクの目標値(目標トルク)を決定する。そして、制御ユニット50は、その目標トルクの出力トルクを電動モータ31Rに出力させるように該電動モータ31Rの通電電流を制御する。左側の電動モータ31Lの動作制御についても同様である。   Next, proceeding to STEP 10, the control unit 50 executes an operation control process for the electric motors 31R and 31L in accordance with the speed command determined in STEP 9. In this operation control process, the control unit 50 determines the deviation according to the deviation between the speed command of the electric motor 31R determined in STEP 9 and the measured value of the rotational speed of the electric motor 31R measured based on the output of the rotary encoder 56R. The target value (target torque) of the output torque of the electric motor 31R is determined so as to converge to “0”. Then, the control unit 50 controls the energization current of the electric motor 31R so that the output torque of the target torque is output to the electric motor 31R. The same applies to the operation control of the left electric motor 31L.

以上が、制御ユニット50が実行する全体的な制御処理である。   The above is the overall control process executed by the control unit 50.

次に、上記STEP9の車両制御演算処理の詳細を説明する。   Next, the details of the vehicle control calculation process in STEP 9 will be described.

なお、以降の説明においては、前記搭乗モードにおける車両・乗員全体重心点と、前記自立モードにおける車両単体重心点とを総称的に、車両系重心点という。該車両系重心点は、車両1の動作モードが搭乗モードである場合には、車両・乗員全体重心点を意味し、自立モードである場合には、車両単体重心点を意味する。   In the following description, the vehicle / occupant overall center-of-gravity point in the boarding mode and the vehicle single body center-of-gravity point in the autonomous mode are collectively referred to as a vehicle system center-of-gravity point. When the operation mode of the vehicle 1 is the boarding mode, the vehicle system center-of-gravity point means the vehicle / occupant overall center-of-gravity point, and when it is in the self-supporting mode, it means the vehicle single body center-of-gravity point.

また、以降の説明では、制御ユニット50が各制御処理周期で決定する値(更新する値)に関し、現在の(最新の)制御処理周期で決定する値を今回値、その1つ前の制御処理周期で決定した値を前回値ということがある。そして、今回値、前回値を特にことわらない値は、今回値を意味する。   In the following description, regarding the value (value to be updated) determined by the control unit 50 in each control processing cycle, the value determined in the current (latest) control processing cycle is the current value, and the control processing immediately before that The value determined by the cycle may be referred to as the previous value. A value not particularly different from the current value and the previous value means the current value.

また、X軸方向の速度及び加速度に関しては、前方向きを正の向きとし、Y軸方向の速度及び加速度に関しては、左向きを正の向きとする。   Further, regarding the speed and acceleration in the X-axis direction, the forward direction is a positive direction, and regarding the speed and acceleration in the Y-axis direction, the left direction is a positive direction.

本実施形態では、前記車両系重心点の動力学的な挙動(詳しくは、Y軸方向からこれに直交する面(XZ平面)に投影して見た挙動と、X軸方向からこれに直交する面(YZ平面)に投影して見た挙動)が、近似的に、図8に示すような、倒立振子モデルの挙動(倒立振子の動力学的挙動)によって表現されるものとして、STEP9の車両制御演算処理が行なわれる。   In the present embodiment, the dynamic behavior of the center of gravity of the vehicle system (specifically, the behavior seen by projecting from the Y-axis direction onto a plane (XZ plane) orthogonal thereto, and orthogonal to the X-axis direction) The vehicle of STEP9 is assumed that the behavior (projected and projected on the plane (YZ plane)) is approximately expressed by the behavior of the inverted pendulum model (the dynamic behavior of the inverted pendulum) as shown in FIG. Control arithmetic processing is performed.

なお、図8において、括弧を付していない参照符号は、Y軸方向から見た倒立振子モデルに対応する参照符号であり、括弧付きの参照符号は、X軸方向から見た倒立振子モデルに対応する参照符号である。   In FIG. 8, reference numerals without parentheses are reference numerals corresponding to the inverted pendulum model viewed from the Y-axis direction, and reference numerals with parentheses refer to the inverted pendulum model viewed from the X-axis direction. Corresponding reference sign.

この場合、Y軸方向から見た挙動を表現する倒立振子モデルは、車両系重心点に位置する質点60_xと、Y軸方向に平行な回転軸62a_xを有して床面上を輪転自在な仮想的な車輪62_x(以降、仮想車輪62_xという)とを備える。そして、質点60_xが、仮想車輪62_xの回転軸62a_xに直線状のロッド64_xを介して支持され、該回転軸62a_xを支点として該回転軸62a_xの周りに揺動自在とされている。   In this case, the inverted pendulum model expressing the behavior seen from the Y-axis direction has a mass point 60_x located at the center of gravity of the vehicle system and a rotation axis 62a_x parallel to the Y-axis direction. Wheel 62_x (hereinafter referred to as virtual wheel 62_x). The mass point 60_x is supported by the rotation shaft 62a_x of the virtual wheel 62_x via the linear rod 64_x, and can swing around the rotation shaft 62a_x with the rotation shaft 62a_x as a fulcrum.

この倒立振子モデルでは、質点60_xの運動が、Y軸方向から見た車両系重心点の運動に相当する。また、鉛直方向に対するロッド64_xの傾斜角度θbe_xがY軸周り方向での基体傾斜角度計測値θb_x_sと基体傾斜角度θb_xの目標値θb_x_objとの偏差θbe_x_s(=θb_x_s−θb_x_obj)に一致するものとされる。また、ロッド64_xの傾斜角度θbe_xの変化速度(=dθbe_x/dt)がY軸周り方向の基体傾斜角速度計測値θbdot_x_sに一致するものとされる。また、仮想車輪62_xの移動速度Vw_x(X軸方向の並進移動速度)は、車両1の車輪体5のX軸方向の移動速度に一致するものとされる。   In this inverted pendulum model, the motion of the mass point 60_x corresponds to the motion of the vehicle system center of gravity as viewed from the Y-axis direction. Further, the inclination angle θbe_x of the rod 64_x with respect to the vertical direction coincides with the deviation θbe_x_s (= θb_x_s−θb_x_obj) between the measured value θb_x_s of the base body tilt angle in the direction around the Y axis and the target value θb_x_obj of the base body tilt angle θb_x. . Further, the changing speed (= dθbe_x / dt) of the inclination angle θbe_x of the rod 64_x is set to coincide with the measured body inclination angular velocity θbdot_x_s in the direction around the Y axis. Further, the movement speed Vw_x (translation movement speed in the X-axis direction) of the virtual wheel 62_x is the same as the movement speed in the X-axis direction of the wheel body 5 of the vehicle 1.

同様に、X軸方向から見た挙動を表現する倒立振子モデル(図8の括弧付きの符号を参照)は、車両系重心点に位置する質点60_yと、X軸方向に平行な回転軸62a_yを有して床面上を輪転自在な仮想的な車輪62_y(以降、仮想車輪62_yという)とを備える。そして、質点60_yが、仮想車輪62_yの回転軸62a_yに直線状のロッド64_yを介して支持され、該回転軸62a_yを支点として該回転軸62a_yの周りに揺動自在とされている。   Similarly, an inverted pendulum model (refer to the reference numerals in parentheses in FIG. 8) expressing the behavior viewed from the X-axis direction includes a mass point 60_y located at the vehicle system center of gravity and a rotation axis 62a_y parallel to the X-axis direction. And virtual wheels 62_y (hereinafter referred to as virtual wheels 62_y) that can rotate on the floor surface. The mass point 60_y is supported by the rotation shaft 62a_y of the virtual wheel 62_y via a linear rod 64_y, and can swing around the rotation shaft 62a_y with the rotation shaft 62a_y as a fulcrum.

この倒立振子モデルでは、質点60_yの運動が、X軸方向から見た車両系重心点の運動に相当する。また、鉛直方向に対するロッド64_yの傾斜角度θbe_yがX軸周り方向での基体傾斜角度計測値θb_y_sと基体傾斜角度θb_yの目標値θb_y_objとの偏差θbe_y_s(=θb_y_s−θb_y_obj)に一致するものとされる。また、ロッド64_yの傾斜角度θbe_yの変化速度(=dθbe_y/dt)がX軸周り方向の基体傾斜角速度計測値θbdot_y_sに一致するものとされる。また、仮想車輪62_yの移動速度Vw_y(Y軸方向の並進移動速度)は、車両1の車輪体5のY軸方向の移動速度に一致するものとされる。   In this inverted pendulum model, the motion of the mass point 60_y corresponds to the motion of the vehicle system center-of-gravity point viewed from the X-axis direction. Further, the inclination angle θbe_y of the rod 64_y with respect to the vertical direction coincides with the deviation θbe_y_s (= θb_y_s−θb_y_obj) between the measured value θb_y_s of the base body tilt angle in the direction around the X axis and the target value θb_y_obj of the base body tilt angle θb_y. . In addition, the change speed (= dθbe_y / dt) of the inclination angle θbe_y of the rod 64_y coincides with the measured base body inclination angular velocity θbdot_y_s in the direction around the X axis. Further, the moving speed Vw_y (translational moving speed in the Y-axis direction) of the virtual wheel 62_y is set to coincide with the moving speed in the Y-axis direction of the wheel body 5 of the vehicle 1.

なお、仮想車輪62_x,62_yは、それぞれ、あらかじめ定められた所定値Rw_x,Rw_yの半径を有するものとされる。   The virtual wheels 62_x and 62_y are assumed to have predetermined radii of predetermined values Rw_x and Rw_y, respectively.

また、仮想車輪62_x,62_yのそれぞれの回転角速度ωw_x,ωw_yと、電動モータ31R,31Lのそれぞれの回転角速度ω_R,ω_L(より正確には、回転部材27R,27Lのそれぞれの回転角速度ω_R,ω_L)との間には、次式01a,01bの関係が成立するものとされる。   Further, the rotational angular velocities ωw_x and ωw_y of the virtual wheels 62_x and 62_y and the rotational angular velocities ω_R and ω_L of the electric motors 31R and 31L (more precisely, the rotational angular velocities ω_R and ω_L of the rotating members 27R and 27L), respectively. The relationship of the following formulas 01a and 01b is established.


ωw_x=(ω_R+ω_L)/2 ……式01a
ωw_y=C・(ω_R−ω_L)/2 ……式01b

ωw_x = (ω_R + ω_L) / 2 Equation 01a
ωw_y = C · (ω_R−ω_L) / 2 …… Formula 01b

なお、式01bにおける“C”は、前記フリーローラ29R,29Lと車輪体5との間の機構的な関係や滑りに依存する所定値の係数である。また、ωw_x,ω_R,ω_Lの正の向きは、仮想車輪62_xが前方に向かって輪転する場合の該仮想車輪62_xの回転方向、ωw_yの正の向きは、仮想車輪62_yが左向きに輪転する場合の該仮想車輪62_yの回転方向である。   Note that “C” in the expression 01b is a coefficient of a predetermined value depending on the mechanical relationship between the free rollers 29R and 29L and the wheel body 5 and slippage. Further, the positive directions of ωw_x, ω_R, and ω_L are the rotation direction of the virtual wheel 62_x when the virtual wheel 62_x rotates forward, and the positive direction of ωw_y is the case when the virtual wheel 62_y rotates leftward. This is the rotation direction of the virtual wheel 62_y.

ここで、図8に示す倒立振子モデルの動力学は、次式03x,03yにより表現される。なお、式03xは、Y軸方向から見た倒立振子モデルの動力学を表現する式、式03yは、X軸方向から見た倒立振子モデルの動力学を表現する式である。   Here, the dynamics of the inverted pendulum model shown in FIG. 8 is expressed by the following equations 03x and 03y. The expression 03x is an expression expressing the dynamics of the inverted pendulum model viewed from the Y-axis direction, and the expression 03y is an expression expressing the dynamics of the inverted pendulum model viewed from the X-axis direction.


2θbe_x/dt2=α_x・θbe_x+β_x・ωwdot_x ……式03x
2θbe_y/dt2=α_y・θbe_y+β_y・ωwdot_y ……式03y

d 2 θbe_x / dt 2 = α_x · θbe_x + β_x · ωwdot_x ...... Formula 03x
d 2 θbe_y / dt 2 = α_y · θbe_y + β_y · ωwdot_y ...... Formula 03y

式03xにおけるωwdot_xは仮想車輪62_xの回転角加速度(回転角速度ωw_xの1階微分値)、α_xは、質点60_xの質量や高さh_xに依存する係数、β_xは、仮想車輪62_xのイナーシャ(慣性モーメント)や半径Rw_xに依存する係数である。式03yにおけるωwdot_y、α_y、β_yについても上記と同様である。   In equation 03x, ωwdot_x is the rotational angular acceleration of the virtual wheel 62_x (first-order differential value of the rotational angular velocity ωw_x), α_x is a coefficient that depends on the mass and height h_x of the mass 60_x, and β_x is the inertia (moment of inertia of the virtual wheel 62_x ) And the radius Rw_x. The same applies to ωwdot_y, α_y, and β_y in Expression 03y.

これらの式03x,03yから判るように、倒立振子の質点60_x,60_yの運動(ひいては車両系重心点の運動)は、それぞれ、仮想車輪62_xの回転角加速度ωwdot_x、仮想車輪62_yの回転角加速度ωwdot_yに依存して規定される。   As can be seen from these equations 03x and 03y, the motions of the mass points 60_x and 60_y of the inverted pendulum (and hence the motion of the vehicle system center of gravity) are respectively the rotational angular acceleration ωwdot_x of the virtual wheel 62_x and the rotational angular acceleration ωwdot_y of the virtual wheel 62_y. It is defined depending on.

そこで、本実施形態では、Y軸方向から見た車両系重心点の運動を制御するための操作量(制御入力)として、仮想車輪62_xの回転角加速度ωwdot_xを用いると共に、X軸方向から見た車両系重心点の運動を制御するための操作量(制御入力)として、仮想車輪62_yの回転角加速度ωwdot_yを用いる。   Therefore, in the present embodiment, the rotational angular acceleration ωwdot_x of the virtual wheel 62_x is used as an operation amount (control input) for controlling the motion of the vehicle system center of gravity point viewed from the Y-axis direction, and viewed from the X-axis direction. The rotational angular acceleration ωwdot_y of the virtual wheel 62_y is used as an operation amount (control input) for controlling the motion of the vehicle system center of gravity.

そして、STEP9の車両制御演算処理を概略的に説明すると、制御ユニット50は、X軸方向で見た質点60_xの運動と、Y軸方向で見た質点60_yの運動とが、車両系重心点の所望の運動に対応する運動となるように、操作量としての上記回転角加速度ωwdot_x,ωwdot_yの指令値(目標値)である仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd,ωwdot_y_cmdを決定する。さらに、制御ユニット50は、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd,ωwdot_y_cmdをそれぞれ積分してなる値を、仮想車輪62_x,62_yのそれぞれの回転角速度ωw_x,ωw_yの指令値(目標値)である仮想車輪回転角速度指令ωw_x_cmd,ωw_y_cmdとして決定する。   Then, the vehicle control arithmetic processing in STEP 9 will be schematically described. The control unit 50 determines that the motion of the mass point 60_x seen in the X-axis direction and the motion of the mass point 60_y seen in the Y-axis direction are Virtual wheel rotational angular acceleration commands ωwdot_x_cmd and ωwdot_y_cmd, which are command values (target values) of the rotational angular accelerations ωwdot_x and ωwdot_y as operation amounts, are determined so as to achieve a motion corresponding to a desired motion. Further, the control unit 50 integrates the virtual wheel rotation angular acceleration commands ωwdot_x_cmd and ωwdot_y_cmd, and the virtual wheel rotation that is the command values (target values) of the respective rotation angular velocities ωw_x and ωw_y of the virtual wheels 62_x and 62_y. The angular velocity commands are determined as ωw_x_cmd and ωw_y_cmd.

そして、制御ユニット50は、仮想車輪回転角速度指令ωw_x_cmdに対応する仮想車輪62_xの移動速度(=Rw_x・ωw_x_cmd)と、仮想車輪回転角速度指令ωw_y_cmdに対応する仮想車輪62_yの移動速度(=Rw_y・ωw_y_cmd)とを、それぞれ、車両1の車輪体5のX軸方向の目標移動速度、Y軸方向の目標移動速度とし、それらの目標移動速度を実現するように、電動モータ31R,31Lのそれぞれの速度指令ω_R_cmd,ωL_cmdを決定する。   Then, the control unit 50 moves the virtual wheel 62_x corresponding to the virtual wheel rotational angular velocity command ωw_x_cmd (= Rw_x · ωw_x_cmd) and the virtual wheel 62_y corresponding to the virtual wheel rotational angular velocity command ωw_y_cmd (= Rw_y · ωw_y_cmd). ) As the target movement speed in the X-axis direction and the target movement speed in the Y-axis direction of the wheel body 5 of the vehicle 1, and the respective speeds of the electric motors 31 </ b> R and 31 </ b> L so as to realize these target movement speeds. The commands ω_R_cmd and ωL_cmd are determined.

なお、本実施形態では、操作量(制御入力)としての上記仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd,ωwdot_y_cmdは、それぞれ、後述する式07x,07yに示す如く、3個の操作量成分を加え合わせることによって決定される。   In this embodiment, the virtual wheel rotation angular acceleration commands ωwdot_x_cmd and ωwdot_y_cmd as the operation amount (control input) are obtained by adding three operation amount components as shown in equations 07x and 07y described later, respectively. It is determined.

補足すると、本実施形態における操作量(制御入力)としての上記仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd,ωwdot_y_cmdのうち、ωwdot_x_cmdは、X軸方向に移動する仮想車輪62_xの回転角加速度であるから、車輪体5をX軸方向に移動させるために該車輪体5に付与すべき駆動力を規定する操作量として機能するものとなる。また、ωwdot_y_cmdは、Y軸方向に移動する仮想車輪62_yの回転角加速度であるから、車輪体5をY軸方向に移動させるために該車輪体5に付与すべき駆動力を規定する操作量として機能するものとなる。   Supplementally, among the virtual wheel rotation angular acceleration commands ωwdot_x_cmd and ωwdot_y_cmd as the operation amount (control input) in the present embodiment, ωwdot_x_cmd is the rotation angular acceleration of the virtual wheel 62_x moving in the X-axis direction. In order to move 5 in the X-axis direction, it functions as an operation amount that defines the driving force to be applied to the wheel body 5. Further, since ωwdot_y_cmd is the rotational angular acceleration of the virtual wheel 62_y that moves in the Y-axis direction, as an operation amount that defines the driving force to be applied to the wheel body 5 in order to move the wheel body 5 in the Y-axis direction. It will be functional.

制御ユニット50は、上記の如き、STEP9の車両制御演算処理を実行するための機能として、図9のブロック図で示す機能を備えている。   The control unit 50 has the function shown in the block diagram of FIG. 9 as a function for executing the vehicle control calculation process of STEP 9 as described above.

すなわち、制御ユニット50は、基体傾斜角度計測値θb_xy_sと基体傾斜角度目標値θb_xy_objとの偏差である基体傾斜角度偏差計測値θbe_xy_sを算出する偏差演算部70と、前記車両系重心点の移動速度である重心速度Vb_xyの観測値としての重心速度推定値Vb_xy_sを算出する重心速度算出部72と、電動モータ31R,31Lの回転角速度の許容範囲に応じた制限を加味して、重心速度Vb_xyの目標値としての制御用目標重心速度Vb_xy_mdfdを決定する重心速度制限部76と、後述する式07x,07yのゲイン係数の値を調整するためのゲイン調整パラメータKr_xyを決定するゲイン調整部78とを備える。   That is, the control unit 50 calculates the base body tilt angle deviation measurement value θbe_xy_s, which is a deviation between the base body tilt angle measurement value θb_xy_s and the base body tilt angle target value θb_xy_obj, and the moving speed of the vehicle system center-of-gravity point. A target value of the center-of-gravity speed Vb_xy in consideration of a center-of-gravity speed calculation unit 72 that calculates an estimated center-of-gravity speed value Vb_xy_s as an observed value of a certain center-of-gravity speed Vb_xy As a control target center of gravity speed Vb_xy_mdfd, and a gain adjustment section 78 for determining a gain adjustment parameter Kr_xy for adjusting the values of gain coefficients of equations 07x and 07y described later.

制御ユニット50は、さらに、前記仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを算出する姿勢制御演算部80と、この仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを、右側の電動モータ31Rの速度指令ω_R_cmd(回転角速度の指令値)と左側の電動モータ31Lの速度指令ω_L_cmd(回転角速度の指令値)との組に変換するモータ指令演算部82とを備える。   The control unit 50 further calculates the virtual wheel rotation angular velocity command ωw_xy_cmd, the attitude control calculation unit 80, and the virtual wheel rotation angular velocity command ωw_xy_cmd from the speed command ω_R_cmd (rotational angular velocity command value) of the right electric motor 31R. And a motor command calculation unit 82 for converting into a set with a speed command ω_L_cmd (rotation angular velocity command value) of the left electric motor 31L.

なお、図9中の参照符号84を付したものは、姿勢制御演算部70が制御処理周期毎に算出する仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを入力する遅延要素を示している。該遅延要素84は、各制御処理周期において、仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdの前回値ωw_xy_cmd_pを出力する。   Note that the reference numeral 84 in FIG. 9 indicates a delay element for inputting the virtual wheel rotation angular velocity command ωw_xy_cmd calculated by the attitude control calculation unit 70 for each control processing cycle. The delay element 84 outputs the previous value ωw_xy_cmd_p of the virtual wheel rotation angular velocity command ωw_xy_cmd in each control processing cycle.

前記STEP9の車両制御演算処理では、これらの上記の各処理部の処理が以下に説明するように実行される。   In the vehicle control calculation process in STEP 9, the processes of the above-described respective processing units are executed as described below.

すなわち、制御ユニット50は、まず、偏差演算部70の処理と重心速度算出部62の処理とを実行する。   That is, the control unit 50 first executes the process of the deviation calculation unit 70 and the process of the gravity center speed calculation unit 62.

偏差演算部70には、前記STEP2で算出された基体傾斜角度計測値θb_xy_s(θb_x_s及びθb_y_s)と、前記STEP5又はSTEP7で設定された目標値θb_xy_obj(θb_x_obj及びθb_y_obj)とが入力される。そして、偏差演算部70は、θb_x_sからθb_x_objを減算することによって、Y軸周り方向の基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_s(=θb_x_s−θb_x_obj)を算出すると共に、θb_y_sからθb_y_objを減算することによって、X軸周り方向の基体傾斜角度偏差計測値θbe_y_s(=θb_y_s−θb_y_obj)を算出する。   The deviation calculating unit 70 receives the measured base body tilt angle value θb_xy_s (θb_x_s and θb_y_s) calculated in STEP 2 and the target values θb_xy_obj (θb_x_obj and θb_y_obj) set in STEP 5 or STEP 7. Then, the deviation calculating unit 70 subtracts θb_x_obj from θb_x_s to calculate a measured body tilt angle deviation value θbe_x_s (= θb_x_s−θb_x_obj) around the Y axis, and subtracts θb_y_obj from θb_y_s to obtain X A base body tilt angle deviation measurement value θbe_y_s (= θb_y_s−θb_y_obj) in the direction around the axis is calculated.

なお、偏差演算部70の処理は、STEP9の車両制御演算処理の前に行なうようにしてもよい。例えば、前記STEP5又は7の処理の中で、偏差演算部70の処理を実行してもよい。   The process of the deviation calculating unit 70 may be performed before the vehicle control calculation process of STEP9. For example, the process of the deviation calculating unit 70 may be executed in the process of STEP 5 or 7.

前記重心速度算出部62には、前記STEP2で算出された基体傾斜角速度計測値θbdot_xy_s(θbdot_x_s及びθbdot_y_s)の今回値が入力されると共に、仮想車輪速度指令ωw_xy_cmdの前回値ωw_xy_cmd_p(ωw_x_cmd_p及びωw_y_cmd_p)が遅延要素84から入力される。そして、重心速度算出部62は、これらの入力値から、前記倒立振子モデルに基づく所定の演算式によって、重心速度推定値Vb_xy_s(Vb_x_s及びVb_y_s)を算出する。   The center-of-gravity velocity calculation unit 62 receives the current value of the base body tilt angular velocity measurement value θbdot_xy_s (θbdot_x_s and θbdot_y_s) calculated in STEP 2 and the previous value ωw_xy_cmd_p (ωw_x_cmd_p and ωw_y_cmd_p) of the virtual wheel speed command ωw_xy_cmd. Input from the delay element 84. Then, the center-of-gravity speed calculation unit 62 calculates the center-of-gravity speed estimated values Vb_xy_s (Vb_x_s and Vb_y_s) from these input values using a predetermined arithmetic expression based on the inverted pendulum model.

具体的には、重心速度算出部62は、次式05x,05yにより、Vb_x_s及びVb_y_sをそれぞれ算出する。   Specifically, the center-of-gravity velocity calculation unit 62 calculates Vb_x_s and Vb_y_s by the following equations 05x and 05y, respectively.


Vb_x_s=Rw_x・ωw_x_cmd_p+h_x・θbdot_x_s ……05x
Vb_y_s=Rw_y・ωw_y_cmd_p+h_y・θbdot_y_s ……05y

Vb_x_s = Rw_x · ωw_x_cmd_p + h_x · θbdot_x_s ...... 05x
Vb_y_s = Rw_y · ωw_y_cmd_p + h_y · θbdot_y_s …… 05y

これらの式05x,05yにおいて、Rw_x,Rw_yは、前記したように、仮想車輪62_x,62_yのそれぞれの半径であり、これらの値は、あらかじめ設定された所定値である。また、h_x,h_yは、それぞれ倒立振子モデルの質点60_x,60_yの高さである。この場合、本実施形態では、車両系重心点の高さは、ほぼ一定に維持されるものとされる。そこで、h_x,h_yの値としては、それぞれ、あらかじめ設定された所定値が用いられる。補足すると、高さh_x,h_yは、前記STEP6又は8において値を設定する定数パラメータに含まれるものである。   In these expressions 05x and 05y, Rw_x and Rw_y are the respective radii of the virtual wheels 62_x and 62_y as described above, and these values are predetermined values set in advance. H_x and h_y are the heights of the mass points 60_x and 60_y of the inverted pendulum model, respectively. In this case, in the present embodiment, the height of the vehicle system center-of-gravity point is maintained substantially constant. Therefore, predetermined values set in advance are used as the values of h_x and h_y, respectively. Supplementally, the heights h_x and h_y are included in the constant parameters whose values are set in STEP 6 or 8.

上記式05xの右辺の第1項は、仮想車輪62_xの速度指令の前回値ωw_x_cmd_pに対応する該仮想車輪62_xのX軸方向の移動速度であり、この移動速度は、車輪体5のX軸方向の実際の移動速度の現在値に相当するものである。また、式05xの右辺の第2項は、基体9がY軸周り方向にθbdot_x_sの傾斜角速度で傾動することに起因して生じる車両系重心点のX軸方向の移動速度(車輪体5に対する相対的な移動速度)の現在値に相当するものである。これらのことは、式05yについても同様である。   The first term on the right side of the formula 05x is the moving speed in the X-axis direction of the virtual wheel 62_x corresponding to the previous value ωw_x_cmd_p of the speed command of the virtual wheel 62_x, and this moving speed is the X-axis direction of the wheel body 5 This corresponds to the current value of the actual movement speed. Further, the second term on the right side of the expression 05x is the movement speed in the X-axis direction of the vehicle system center-of-gravity point caused by the base body 9 tilting at the inclination angular velocity of θbdot_x_s around the Y axis (relative to the wheel body 5). This is equivalent to the current value of the movement speed. The same applies to Formula 05y.

なお、前記ロータリーエンコーダ56R,56Lの出力を基に計測される電動モータ31R,31Lのそれぞれの回転角速度の計測値(今回値)の組を、仮想車輪62_x,62_yのそれぞれの回転角速度の組に変換し、それらの回転角速度を、式05x、05yのωw_x_cmd_p、ωw_y_cmd_pの代わりに用いてもよい。ただし、回転角速度の計測値に含まれるノイズの影響を排除する上では、目標値であるωw_x_cmd_p、ωw_y_cmd_pを使用することが有利である。   Note that a set of measured values (current values) of the respective rotational angular velocities of the electric motors 31R and 31L measured based on the outputs of the rotary encoders 56R and 56L becomes a set of rotational angular velocities of the virtual wheels 62_x and 62_y. The rotational angular velocities may be converted and used in place of ωw_x_cmd_p and ωw_y_cmd_p in equations 05x and 05y. However, it is advantageous to use the target values ωw_x_cmd_p and ωw_y_cmd_p in order to eliminate the influence of noise included in the measured value of the rotational angular velocity.

次に、制御ユニット50は、重心速度制限部76の処理とゲイン調整部78の処理とを実行する。この場合、重心速度制限部76及びゲイン調整部78には、それぞれ、重心速度算出部72で上記の如く算出された重心速度推定値Vb_xy_s(Vb_x_s及びVb_y_s)が入力される。   Next, the control unit 50 executes the process of the gravity center speed limiting unit 76 and the process of the gain adjusting unit 78. In this case, the center-of-gravity speed limiter 76 and the gain adjustment unit 78 are input with the center-of-gravity speed estimated values Vb_xy_s (Vb_x_s and Vb_y_s) calculated by the center-of-gravity speed calculator 72 as described above.

そして、ゲイン調整部78は、入力された重心速度推定値Vb_xy_s(Vb_x_s及びVb_y_s)を基に、前記ゲイン調整パラメータKr_xy(Kr_x及びKr_y)を決定する。   Then, the gain adjustment unit 78 determines the gain adjustment parameter Kr_xy (Kr_x and Kr_y) based on the input center-of-gravity velocity estimated value Vb_xy_s (Vb_x_s and Vb_y_s).

このゲイン調整部78の処理を図10及び図11を参照して以下に説明する。   The processing of the gain adjusting unit 78 will be described below with reference to FIGS.

図10に示すように、ゲイン調整部78は、入力された重心速度推定値Vb_x_s,Vb_y_sをリミット処理部86に入力する。このリミット処理部86では、重心速度推定値Vb_x_s,Vb_y_sに、電動モータ31R,31Lのそれぞれの回転角速度の許容範囲に応じた制限を適宜、加えることによって、出力値Vw_x_lim1,Vw_y_lim1を生成する。出力値Vw_x_lim1は、前記仮想車輪62_xのX軸方向の移動速度Vw_xの制限後の値、出力値Vw_y_lim1は、前記仮想車輪62_yのY軸方向の移動速度Vw_yの制限後の値としての意味を持つ。   As shown in FIG. 10, the gain adjustment unit 78 inputs the input center-of-gravity velocity estimated values Vb_x_s and Vb_y_s to the limit processing unit 86. In the limit processing unit 86, output values Vw_x_lim1 and Vw_y_lim1 are generated by appropriately adding limits corresponding to the allowable ranges of the rotational angular velocities of the electric motors 31R and 31L to the gravity center speed estimated values Vb_x_s and Vb_y_s. The output value Vw_x_lim1 has a meaning after limiting the moving speed Vw_x in the X-axis direction of the virtual wheel 62_x, and the output value Vw_y_lim1 has a meaning as a value after limiting the moving speed Vw_y in the Y-axis direction of the virtual wheel 62_y. .

このリミット処理部86の処理を、図11を参照してさらに詳細に説明する。なお、図11中の括弧付きの参照符号は、後述する重心速度制限部76のリミット処理部104の処理を示すものであり、リミット処理部86の処理に関する説明では無視してよい。   The processing of the limit processing unit 86 will be described in more detail with reference to FIG. Note that the reference numerals in parentheses in FIG. 11 indicate processing of the limit processing unit 104 of the gravity center speed limiting unit 76 described later, and may be ignored in the description of the processing of the limit processing unit 86.

リミット処理部86は、まず、重心速度推定値Vb_x_s,Vb_y_sをそれぞれ処理部86a_x,86a_yに入力する。処理部86a_xは、Vb_x_sを仮想車輪62_xの半径Rw_xで除算することによって、仮想車輪62_xのX軸方向の移動速度をVb_x_sに一致させたと仮定した場合の該仮想車輪62_xの回転角速度ωw_x_sを算出する。同様に、処理部86a_yは、仮想車輪62_yのY軸方向の移動速度をVb_y_sに一致させたと仮定した場合の該仮想車輪62_yの回転角速度ωw_y_s(=Vb_y_s/Rw_y)を算出する。   First, the limit processing unit 86 inputs the center-of-gravity velocity estimated values Vb_x_s and Vb_y_s to the processing units 86a_x and 86a_y, respectively. The processing unit 86a_x divides Vb_x_s by the radius Rw_x of the virtual wheel 62_x to calculate the rotational angular velocity ωw_x_s of the virtual wheel 62_x when it is assumed that the moving speed in the X-axis direction of the virtual wheel 62_x matches Vb_x_s. . Similarly, the processing unit 86a_y calculates the rotational angular velocity ωw_y_s (= Vb_y_s / Rw_y) of the virtual wheel 62_y when it is assumed that the moving speed of the virtual wheel 62_y in the Y-axis direction matches Vb_y_s.

次いで、リミット処理部86は、ωw_x_s,ωw_y_sの組を、XY−RL変換部86bにより、電動モータ31Rの回転角速度ω_R_sと電動モータ31Lの回転角速度ω_L_sとの組に変換する。   Next, the limit processing unit 86 converts the set of ωw_x_s and ωw_y_s into a set of the rotation angular velocity ω_R_s of the electric motor 31R and the rotation angular velocity ω_L_s of the electric motor 31L by the XY-RL conversion unit 86b.

この変換は、本実施形態では、前記式01a,01bのωw_x,ωw_y,ω_R,ω_Lをそれぞれ、ωw_x_s,ωw_y_s,ω_R_s,ω_L_sに置き換えて得られる連立方程式を、ω_R_s,ω_L_sを未知数として解くことにより行なわれる。   In this embodiment, this conversion is performed by solving simultaneous equations obtained by replacing ωw_x, ωw_y, ω_R, and ω_L in the equations 01a and 01b with ωw_x_s, ωw_y_s, ω_R_s, and ω_L_s, with ω_R_s and ω_L_s as unknowns. Done.

次いで、リミット処理部86は、XY−RL変換部86bの出力値ω_R_s,ω_L_sをそれぞれ、リミッタ86c_R,86c_Lに入力する。このとき、リミッタ86c_Rは、ω_R_sが、あらかじめ設定された所定値の上限値(>0)と下限値(<0)とを有する右モータ用許容範囲内に収まっている場合には、ω_R_sをそのまま出力値ω_R_lim1として出力する。また、リミッタ86c_Rは、ω_R_sが、右モータ用許容範囲から逸脱している場合には、該右モータ用許容範囲の上限値と下限値とのうちのω_R_sに近い方の境界値を出力値ω_R_lim1として出力する。これにより、リミッタ86c_Rの出力値ω_R_lim1は、右モータ用許容範囲内の値に制限される。   Next, the limit processing unit 86 inputs the output values ω_R_s and ω_L_s of the XY-RL conversion unit 86b to the limiters 86c_R and 86c_L, respectively. At this time, if the limiter 86c_R is within the allowable range for the right motor having a predetermined upper limit value (> 0) and lower limit value (<0), the limiter 86c_R keeps ω_R_s as it is. Output as output value ω_R_lim1. Further, when ω_R_s deviates from the right motor allowable range, the limiter 86c_R outputs the boundary value closer to ω_R_s between the upper limit value and the lower limit value of the right motor allowable range as the output value ω_R_lim1. Output as. As a result, the output value ω_R_lim1 of the limiter 86c_R is limited to a value within the allowable range for the right motor.

同様に、リミッタ86c_Lは、ω_L_sが、あらかじめ設定された所定値の上限値(>0)と下限値(<0)とを有する左モータ用許容範囲内に収まっている場合には、ω_L_sをそのまま出力値ω_L_lim1として出力する。また、リミッタ86c_Lは、ω_L_sが、左モータ用許容範囲から逸脱している場合には、該左モータ用許容範囲の上限値と下限値とのうちのω_L_sに近い方の境界値を出力値ω_L_lim1として出力する。これにより、リミッタ86c_Lの出力値ω_L_lim1は、左モータ用許容範囲内の値に制限される。   Similarly, when the limiter 86c_L is within the allowable range for the left motor having a predetermined upper limit value (> 0) and lower limit value (<0), the limiter 86c_L keeps ω_L_s as it is. Output as output value ω_L_lim1. Further, when ω_L_s deviates from the left motor allowable range, the limiter 86c_L outputs the boundary value closer to ω_L_s between the upper limit value and the lower limit value of the left motor allowable range as the output value ω_L_lim1. Output as. As a result, the output value ω_L_lim1 of the limiter 86c_L is limited to a value within the left motor allowable range.

上記右モータ用許容範囲は右側の電動モータ31Rの回転角速度(絶対値)が高くなり過ぎないようにし、ひいては、電動モータ31Rが出力可能なトルクの最大値が低下するのを防止するために設定された許容範囲である。このことは、左モータ用許容範囲についても同様である。   The allowable range for the right motor is set so that the rotational angular velocity (absolute value) of the right electric motor 31R does not become too high, and in turn prevents the maximum value of torque that can be output by the electric motor 31R from decreasing. Tolerance. The same applies to the allowable range for the left motor.

次いで、リミット処理部86は、リミッタ86c_R,86c_Lのそれぞれの出力値ω_R_lim1,ω_L_lim1の組を、RL−XY変換部86dにより、仮想車輪62_x,62_yのそれぞれの回転角速度ωw_x_lim1,ωw_y_lim1の組に変換する。   Next, the limit processing unit 86 converts the set of output values ω_R_lim1 and ω_L_lim1 of the limiters 86c_R and 86c_L into sets of rotational angular velocities ωw_x_lim1 and ωw_y_lim1 of the virtual wheels 62_x and 62_y by the RL-XY conversion unit 86d. .

この変換は、前記XY−RL変換部86bの変換処理の逆変換の処理である。この処理は、前記式01a,01bのωw_x,ωw_y,ω_R,ω_Lをそれぞれ、ωw_x_lim1,ωw_y_lim1,ω_R_lim1,ω_L_lim1に置き換えて得られる連立方程式を、ωw_x_lim1,ωw_y_lim1を未知数として解くことにより行なわれる。   This conversion is a reverse conversion process of the conversion process of the XY-RL conversion unit 86b. This processing is performed by solving simultaneous equations obtained by replacing ωw_x, ωw_y, ω_R, and ω_L in the equations 01a and 01b with ωw_x_lim1, ωw_y_lim1, ω_R_lim1, and ω_L_lim1 as ωw_x_lim1 and ωw_y_lim1.

次いで、リミット処理部86は、RL−XY変換部86dの出力値ωw_x_lim1,ωw_y_lim1をそれぞれ処理部86e_x,86e_yに入力する。処理部86e_xは、ωw_x_lim1に仮想車輪62_xの半径Rw_xを乗じることによって、ωw_x_lim1を仮想車輪62_xの移動速度Vw_x_lim1に変換する。同様に、処理部86e_yは、ωw_y_lim1を仮想車輪62_yの移動速度Vw_y_lim1(=ωw_y_lim1・Rw_y)に変換する。   Next, the limit processing unit 86 inputs the output values ωw_x_lim1 and ωw_y_lim1 of the RL-XY conversion unit 86d to the processing units 86e_x and 86e_y, respectively. The processing unit 86e_x converts ωw_x_lim1 into the moving speed Vw_x_lim1 of the virtual wheel 62_x by multiplying ωw_x_lim1 by the radius Rw_x of the virtual wheel 62_x. Similarly, the processor 86e_y converts ωw_y_lim1 into the moving speed Vw_y_lim1 (= ωw_y_lim1 · Rw_y) of the virtual wheel 62_y.

以上のリミット処理部86の処理によって、仮想車輪62_xのX軸方向の移動速度Vw_xと、仮想車輪62_yのY軸方向の移動速度Vw_yとをそれぞれ重心速度推定値Vb_x_s,Vb_y_sに一致させたと仮定した場合(換言すれば、車輪体5のX軸方向の移動速度とY軸方向の移動速度とをそれぞれ、Vb_x_s,Vb_y_sに一致させたと仮定した場合)に、それらの移動速度を実現するために必要な電動モータ31R,31Lのそれぞれの回転角速度ω_R_s,ω_L_sが、両方とも、許容範囲内に収まっている場合には、Vb_x_s,Vb_y_sにそれぞれ一致する出力値Vw_x_lim1,Vw_y_lim1の組がリミット処理部86から出力される。   It is assumed that the movement speed Vw_x of the virtual wheel 62_x in the X-axis direction and the movement speed Vw_y of the virtual wheel 62_y in the Y-axis direction are made to coincide with the center-of-gravity speed estimated values Vb_x_s and Vb_y_s, respectively, by the above processing of the limit processing unit 86. In other words (in other words, assuming that the moving speed in the X-axis direction and the moving speed in the Y-axis direction of the wheel body 5 are respectively matched with Vb_x_s and Vb_y_s), it is necessary to realize those moving speeds. When the rotational angular velocities ω_R_s and ω_L_s of the electric motors 31R and 31L are both within the allowable range, a set of output values Vw_x_lim1 and Vw_y_lim1 that respectively match Vb_x_s and Vb_y_s is obtained from the limit processing unit 86. Is output.

一方、電動モータ31R,31Lのそれぞれの回転角速度ω_R_s,ω_L_sの両方又は一方が許容範囲から逸脱している場合には、その両方又は一方の回転角速度が強制的に許容範囲内に制限された上で、その制限後の電動モータ31R,31Lのそれぞれの回転角速度ω_R_lim1,ω_L_lim1の組に対応する、X軸方向及びY軸方向の移動速度Vw_x_lim1,Vw_y_lim1の組がリミット処理部86から出力される。   On the other hand, when both or one of the rotational angular velocities ω_R_s and ω_L_s of the electric motors 31R and 31L deviate from the allowable range, both or one of the rotational angular velocities is forcibly limited within the allowable range. Thus, the limit processing unit 86 outputs a set of movement speeds Vw_x_lim1 and Vw_y_lim1 in the X-axis direction and the Y-axis direction corresponding to the set of rotational angular velocities ω_R_lim1 and ω_L_lim1 of the electric motors 31R and 31L after the limitation.

従って、リミット処理部86は、その出力値Vw_x_lim1,Vw_y_lim1の組に対応する電動モータ31R,31Lのそれぞれの回転角速度が許容範囲を逸脱しないことを必須の必要条件として、その必要条件下で可能な限り、出力値Vw_x_lim1,Vw_y_lim1をそれぞれVb_x_s,Vb_y_sに一致させるように、出力値Vw_x_lim1,Vw_y_lim1の組を生成する。   Therefore, the limit processing unit 86 can make the rotation angular velocities of the electric motors 31R and 31L corresponding to the set of the output values Vw_x_lim1 and Vw_y_lim1 not to deviate from the permissible range under the necessary conditions. As long as the output values Vw_x_lim1 and Vw_y_lim1 coincide with Vb_x_s and Vb_y_s, a set of output values Vw_x_lim1 and Vw_y_lim1 is generated.

図10の説明に戻って、ゲイン調整部78は、次に、演算部88_x,88_yの処理を実行する。演算部88_xには、X軸方向の重心速度推定値Vb_x_sと、リミット処理部86の出力値Vw_x_lim1とが入力される。そして、演算部88_xは、Vw_x_lim1からVb_x_sを減算してなる値Vover_xを算出して出力する。また、演算部88_yには、Y軸方向の重心速度推定値Vb_y_sと、リミット処理部86の出力値Vw_y_lim1とが入力される。そして、演算部88_yは、Vw_y_lim1からVb_y_sを減算してなる値Vover_yを算出して出力する。   Returning to the description of FIG. 10, the gain adjustment unit 78 next executes the processing of the calculation units 88_x and 88_y. The calculation unit 88_x receives the estimated center-of-gravity velocity value Vb_x_s in the X-axis direction and the output value Vw_x_lim1 of the limit processing unit 86. Then, the calculation unit 88_x calculates and outputs a value Vover_x obtained by subtracting Vb_x_s from Vw_x_lim1. Further, the Y-axis direction center of gravity velocity estimated value Vb_y_s and the output value Vw_y_lim1 of the limit processing unit 86 are input to the arithmetic unit 88_y. The computing unit 88_y calculates and outputs a value Vover_y obtained by subtracting Vb_y_s from Vw_y_lim1.

この場合、リミット処理部86での出力値Vw_x_lim1,Vw_y_lim1の強制的な制限が行なわれなかった場合には、Vw_x_lim1=Vb_x_s、Vw_y_lim1=Vb_y_sとなるので、演算部88_x,88_yのそれぞれの出力値Vover_x,Vover_yはいずれも“0”となる。   In this case, if the output values Vw_x_lim1 and Vw_y_lim1 are not forcibly limited by the limit processing unit 86, Vw_x_lim1 = Vb_x_s and Vw_y_lim1 = Vb_y_s, and thus the output values Vover_x of the arithmetic units 88_x and 88_y, respectively. , Vover_y is “0”.

一方、リミット処理部86の出力値Vw_x_lim1,Vw_y_lim1が、入力値Vb_x_s,Vb_y_sに対して強制的な制限を施して生成された場合には、Vw_x_lim1のVb_x_sからの修正量(=Vw_x_lim1−Vb_x_s)と、Vw_y_lim1のVb_y_sからの修正量(=Vw_y_lim1−Vb_y_s)とがそれぞれ、演算部88_x,88_yから出力される。   On the other hand, when the output values Vw_x_lim1 and Vw_y_lim1 of the limit processing unit 86 are generated by forcibly limiting the input values Vb_x_s and Vb_y_s, the correction amount (= Vw_x_lim1−Vb_x_s) of Vw_x_lim1 from Vb_x_s , And Vw_y_lim1 are corrected from Vb_y_s (= Vw_y_lim1-Vb_y_s) from the arithmetic units 88_x and 88_y, respectively.

次いで、ゲイン調整部78は、演算部88_xの出力値Vover_xを処理部90_x,92_xに順番に通すことによって、ゲイン調整パラメータKr_xを決定する。また、ゲイン調整部78は、演算部88_yの出力値Vover_yを処理部90_y,92_yに順番に通すことによって、ゲイン調整パラメータKr_yを決定する。なお、ゲイン調整パラメータKr_x,Kr_yは、いずれも“0”から“1”までの範囲内の値である。   Next, the gain adjustment unit 78 determines the gain adjustment parameter Kr_x by sequentially passing the output value Vover_x of the calculation unit 88_x through the processing units 90_x and 92_x. Further, the gain adjustment unit 78 determines the gain adjustment parameter Kr_y by sequentially passing the output value Vover_y of the calculation unit 88_y through the processing units 90_y and 92_y. The gain adjustment parameters Kr_x and Kr_y are both values in the range from “0” to “1”.

上記処理部90_xは、入力されるVover_xの絶対値を算出して出力する。また、処理部92_xは、その出力値Kr_xが入力値|Vover_x|に対して単調に増加し、且つ、飽和特性を有するようにKr_xを生成する。該飽和特性は、入力値がある程度大きくなると、入力値の増加に対する出力値の変化量が“0”になるか、もしくは、“0”に近づく特性である。   The processing unit 90_x calculates and outputs the absolute value of the input Vover_x. Further, the processing unit 92_x generates Kr_x so that the output value Kr_x monotonously increases with respect to the input value | Vover_x | and has a saturation characteristic. The saturation characteristic is a characteristic in which the change amount of the output value with respect to the increase of the input value becomes “0” or approaches “0” when the input value increases to some extent.

この場合、本実施形態では、処理部92_xは、入力値|Vover_x|があらかじめ設定された所定値以下である場合には、該入力値|Vover_x|に所定値の比例係数を乗じてなる値をKr_xとして出力する。また、処理部92_xは、入力値|Vover_x|が所定値よりも大きい場合には、“1”をKr_xとして出力する。なお、上記比例係数は、|Vover_x|が所定値に一致するときに、|Vover_x|と比例係数との積が“1”になるように設定されている。   In this case, in this embodiment, when the input value | Vover_x | is equal to or less than a predetermined value set in advance, the processing unit 92_x sets a value obtained by multiplying the input value | Vover_x | by a proportional coefficient of the predetermined value. Output as Kr_x. In addition, when the input value | Vover_x | is larger than a predetermined value, the processing unit 92_x outputs “1” as Kr_x. The proportional coefficient is set so that the product of | Vover_x | and the proportional coefficient is “1” when | Vover_x | matches a predetermined value.

また、処理部90_y,92_yの処理は、それぞれ上記した処理部90_x,92_xの処理と同様である。   The processing of the processing units 90_y and 92_y is the same as the processing of the above-described processing units 90_x and 92_x, respectively.

以上説明したゲイン調整部78の処理によって、リミット処理部86での出力値Vw_x_lim1,Vw_y_lim1の強制的な制限が行なわれなかった場合、すなわち、車輪体5のX軸方向及びY軸方向のそれぞれの移動速度Vw_x,Vw_yを、それぞれ、重心速度推定値Vb_x_s,Vb_y_sに一致させるように電動モータ31R,31Lを動作させても、電動モータ31R,31Lのそれぞれの回転角速度が許容範囲内に収まるような場合には、ゲイン調整パラメータKr_x,Kr_yはいずれも“0”に決定される。従って、通常は、Kr_x=Kr_y=0である。   When the output values Vw_x_lim1 and Vw_y_lim1 are not forcibly limited by the limit processing unit 86 by the processing of the gain adjusting unit 78 described above, that is, in the X axis direction and the Y axis direction of the wheel body 5 respectively. Even if the electric motors 31R and 31L are operated so that the movement speeds Vw_x and Vw_y coincide with the center-of-gravity speed estimated values Vb_x_s and Vb_y_s, the respective rotational angular velocities of the electric motors 31R and 31L are within the allowable range. In this case, the gain adjustment parameters Kr_x and Kr_y are both determined to be “0”. Therefore, normally, Kr_x = Kr_y = 0.

一方、リミット処理部86の出力値Vw_x_lim1,Vw_y_lim1が、入力値Vb_x_s,Vb_y_sに対して強制的な制限を施して生成された場合、すなわち、車輪体5のX軸方向及びY軸方向のそれぞれの移動速度Vw_x,Vw_yを、それぞれ、重心速度推定値Vb_x_s,Vb_y_sに一致させるように電動モータ31R,31Lを動作させると、電動モータ31R,31Lのいずれかの回転角速度が許容範囲を逸脱してしまう場合(いずれかの回転角速度の絶対値が高くなり過ぎる場合)には、前記修正量Vover_x,Vover_yのそれぞれの絶対値に応じて、ゲイン調整パラメータKr_x,Kr_yの値がそれぞれ決定される。この場合、Kr_xは、“1”を上限値して、修正量Vx_overの絶対値が大きいほど、大きな値になるように決定される。このことは、Kr_yについても同様である。   On the other hand, when the output values Vw_x_lim1 and Vw_y_lim1 of the limit processing unit 86 are generated by forcibly limiting the input values Vb_x_s and Vb_y_s, that is, in the X axis direction and the Y axis direction of the wheel body 5 respectively. If the electric motors 31R and 31L are operated so that the moving speeds Vw_x and Vw_y coincide with the center-of-gravity speed estimated values Vb_x_s and Vb_y_s, respectively, the rotational angular speed of either of the electric motors 31R and 31L deviates from the allowable range. In the case (when the absolute value of one of the rotational angular velocities becomes too high), the gain adjustment parameters Kr_x and Kr_y are determined according to the absolute values of the correction amounts Vover_x and Vover_y, respectively. In this case, Kr_x is determined to have a larger value as the absolute value of the correction amount Vx_over increases with “1” as the upper limit. The same applies to Kr_y.

また、前記重心速度制限部76は、入力された重心速度推定値Vb_xy_s(Vb_x_s及びVb_y_s)を使用して、図12のブロック図で示す処理を実行することによって、制御用目標重心速度Vb_xy_mdfd(Vb_x_mdfd及びVb_y_mdfd)を決定する。   Further, the center-of-gravity speed limiter 76 uses the input estimated center-of-gravity speed value Vb_xy_s (Vb_x_s and Vb_y_s) to execute the processing shown in the block diagram of FIG. 12, thereby controlling the target gravity center speed Vb_xy_mdfd (Vb_x_mdfd). And Vb_y_mdfd).

具体的には、重心速度制限部76は、まず、定常偏差算出部94_x,94_yの処理を実行する。   Specifically, the center-of-gravity speed limiting unit 76 first executes the processes of the steady deviation calculating units 94_x and 94_y.

この場合、定常偏差算出部94_xには、X軸方向の重心速度推定値Vb_x_sが入力されると共に、X軸方向の制御用目標重心速度Vb_x_mdfdの前回値Vb_x_mdfd_pが遅延要素96_xを介して入力される。そして、定常偏差算出部94_xは、まず、入力されるVb_x_sが比例・微分補償要素(PD補償要素)94a_xに入力する。この比例・微分補償要素94_xは、その伝達関数が1+Kd・Sにより表される補償要素であり、入力されるVb_x_sと、その微分値(時間的変化率)に所定値の係数Kdを乗じてなる値とを加算し、その加算結果の値を出力する。   In this case, the steady-state deviation calculating unit 94_x receives the estimated center-of-gravity velocity value Vb_x_s in the X-axis direction and the previous value Vb_x_mdfd_p of the control target center-of-gravity velocity Vb_x_mdfd in the X-axis direction via the delay element 96_x. . The steady deviation calculating unit 94_x first inputs the input Vb_x_s to the proportional / differential compensation element (PD compensation element) 94a_x. The proportional / differential compensation element 94_x is a compensation element whose transfer function is represented by 1 + Kd · S, and is obtained by multiplying the input Vb_x_s and its differential value (time change rate) by a predetermined coefficient Kd. Add the value and output the result of the addition.

次いで、定常偏差算出部94_xは、入力されるVb_x_mdfd_pを、比例・微分補償要素94_xの出力値から減算してなる値を演算部94b_xにより算出した後、この演算部94b_xの出力値を、位相補償機能を有するローパスフィルタ94c_xに入力する。このローパスフィルタ94c_xは、伝達関数が(1+T2・S)/(1+T1・S)により表されるフィルタである。そして、定常偏差算出部94_xは、このローパスフィルタ94c_xの出力値Vb_x_prdを出力する。   Next, the steady deviation calculating unit 94_x calculates a value obtained by subtracting the input Vb_x_mdfd_p from the output value of the proportional / differential compensation element 94_x by the calculating unit 94b_x, and then outputs the output value of the calculating unit 94b_x to the phase compensation It inputs into the low-pass filter 94c_x which has a function. The low-pass filter 94c_x is a filter whose transfer function is represented by (1 + T2 · S) / (1 + T1 · S). The steady deviation calculating unit 94_x outputs the output value Vb_x_prd of the low-pass filter 94c_x.

また、定常偏差算出部94_yには、Y軸方向の重心速度推定値Vb_y_sが入力されると共に、Y軸方向の制御用目標重心速度Vb_y_mdfdの前回値Vb_y_mdfd_pが遅延要素96_yを介して入力される。   In addition, the steady-state deviation calculating unit 94_y receives the Y-axis centroid speed estimated value Vb_y_s and the previous value Vb_y_mdfd_p of the Y-axis control target centroid speed Vb_y_mdfd via the delay element 96_y.

そして、定常偏差算出部94_yは、上記した定常偏差算出部94_xと同様に、比例・微分補償要素94a_y、演算部94b_y及びローパスフィルタ94c_yの処理を順次実行し、ローパスフィルタ94c_yの出力値Vb_y_prdを出力する。   Then, similarly to the above-described steady deviation calculation unit 94_x, the steady deviation calculation unit 94_y sequentially executes the processing of the proportional / differential compensation element 94a_y, the calculation unit 94b_y, and the low-pass filter 94c_y, and outputs the output value Vb_y_prd of the low-pass filter 94c_y. To do.

ここで、定常偏差算出部94_xの出力値Vb_x_prdは、Y軸方向から見た車両系重心点の現在の運動状態(換言すればY軸方向から見た倒立振子モデルの質点60_xの運動状態)から推測される、将来のX軸方向の重心速度推定値の収束予測値の制御用目標重心速度Vb_x_mdfdに対する定常偏差としての意味を持つものである。同様に、定常偏差算出部94_y出力値Vb_y_prdは、X軸方向から見た車両系重心点の現在の運動状態(換言すればX軸方向から見た倒立振子モデルの質点60_yの運動状態)から推測される、将来のY軸方向の重心速度推定値の収束予測値の制御用目標重心速度Vb_y_mdfdに対する定常偏差としての意味を持つものである。以降、定常偏差算出部94_x,94_yのそれぞれの出力値Vb_x_prd,Vb_y_prdを重心速度定常偏差予測値という。   Here, the output value Vb_x_prd of the steady deviation calculating unit 94_x is based on the current motion state of the vehicle system center of gravity as viewed from the Y-axis direction (in other words, the motion state of the mass point 60_x of the inverted pendulum model as viewed from the Y-axis direction). It has a meaning as a steady deviation with respect to the control target center-of-gravity speed Vb_x_mdfd of the estimated predicted center-of-gravity speed estimated value in the X-axis direction. Similarly, the steady deviation calculating unit 94_y output value Vb_y_prd is estimated from the current motion state of the vehicle system center of gravity as viewed from the X-axis direction (in other words, the motion state of the mass point 60_y of the inverted pendulum model as viewed from the X-axis direction). The convergence predicted value of the estimated center-of-gravity speed value in the future Y-axis direction has a meaning as a steady deviation with respect to the control target center-of-gravity speed Vb_y_mdfd. Hereinafter, the respective output values Vb_x_prd and Vb_y_prd of the steady deviation calculation units 94_x and 94_y are referred to as center-of-gravity velocity steady deviation prediction values.

重心速度制限部76は、上記の如く定常偏差算出部94_x,94_yの処理を実行した後、上記重心速度定常偏差予測値Vb_x_prd,Vb_y_prdをリミット処理部100に入力する。このリミット処理部100の処理は、前記したゲイン調整部78のリミット処理部86の処理と同じである。この場合、図11に括弧付きに参照符号で示す如く、リミット処理部100の各処理部の入力値及び出力値だけがリミット処理部86と相違する。   The center-of-gravity speed limiter 76 executes the processes of the steady-state deviation calculators 94_x and 94_y as described above, and then inputs the center-of-gravity speed steady-state deviation predicted values Vb_x_prd and Vb_y_prd to the limit processor 100. The processing of the limit processing unit 100 is the same as the processing of the limit processing unit 86 of the gain adjustment unit 78 described above. In this case, only the input value and the output value of each processing unit of the limit processing unit 100 are different from the limit processing unit 86, as indicated by reference numerals in parentheses in FIG.

具体的には、リミット処理部100では、前記仮想車輪62_x,62_yのそれぞれの移動速度Vw_x,Vw_yを、Vb_x_prd,Vb_y_prdにそれぞれ一致させたと仮定した場合の各仮想車輪62_x,62_yの回転角速度ωw_x_t,ωw_y_tがそれぞれ処理部86a_x,86a_yにより算出される。そして、この回転角速度ωw_x_t,ωw_y_tの組が、XY−RL変換部86bにより、電動モータ31R,31Lの回転角速度ω_R_t,ω_L_tの組に変換される。   Specifically, in the limit processing unit 100, it is assumed that the moving speeds Vw_x and Vw_y of the virtual wheels 62_x and 62_y coincide with Vb_x_prd and Vb_y_prd, respectively, and the rotational angular velocities ωw_x_t, ωw_y_t is calculated by the processing units 86a_x and 86a_y, respectively. Then, a set of the rotational angular velocities ωw_x_t and ωw_y_t is converted into a set of rotational angular velocities ω_R_t and ω_L_t of the electric motors 31R and 31L by the XY-RL converter 86b.

さらに、これらの回転角速度ω_R_t,ω_L_tが、リミッタ86c_R,86c_Lによって、それぞれ、右モータ用許容範囲内の値と左モータ用許容範囲内の値とに制限される。そして、この制限処理後の値ω_R_lim2,ω_L_lim2が、RL−XY変換部86dによって、仮想車輪62_x,62_yの回転角速度ωw_x_lim2,ωw_y_lim2に変換される。   Further, these rotational angular velocities ω_R_t and ω_L_t are limited by the limiters 86c_R and 86c_L to values within the allowable range for the right motor and values within the allowable range for the left motor, respectively. Then, the values ω_R_lim2 and ω_L_lim2 after the restriction process are converted into the rotational angular velocities ωw_x_lim2 and ωw_y_lim2 of the virtual wheels 62_x and 62_y by the RL-XY conversion unit 86d.

次いで、この各回転角速度ωw_x_lim2,ωw_y_lim2に対応する各仮想車輪62_x,62_yの移動速度Vw_x_lim2,Vw_y_lim2がそれぞれ処理部86e_x,86e_yによって算出され、これらの移動速度Vw_x_lim2,Vw_y_lim2がリミット処理部100から出力される。   Next, the moving speeds Vw_x_lim2 and Vw_y_lim2 of the virtual wheels 62_x and 62_y corresponding to the rotational angular velocities ωw_x_lim2 and ωw_y_lim2 are calculated by the processing units 86e_x and 86e_y, respectively, and the moving speeds Vw_x_lim2 and Vw_y_lim2 are output from the limit processing unit 100. The

以上のリミット処理部100の処理によって、リミット処理部100は、リミット処理部86と同様に、その出力値Vw_x_lim2,Vw_y_lim2の組に対応する電動モータ31R,31Lのそれぞれの回転角速度が許容範囲を逸脱しないことを必須の必要条件として、その必要条件下で可能な限り、出力値Vw_x_lim2,Vw_y_lim2をそれぞれVb_x_t,Vb_y_tに一致させるように、出力値Vw_x_lim2,Vw_y_lim2の組を生成する。   By the above processing of the limit processing unit 100, the limit processing unit 100, like the limit processing unit 86, has the rotational angular velocities of the electric motors 31R and 31L corresponding to the set of output values Vw_x_lim2 and Vw_y_lim2 deviate from the allowable range. It is an essential requirement that the output values Vw_x_lim2 and Vw_y_lim2 are generated so that the output values Vw_x_lim2 and Vw_y_lim2 coincide with Vb_x_t and Vb_y_t, respectively, as much as possible under the necessary conditions.

なお、リミット処理部100における右モータ用及び左モータ用の各許容範囲は、リミット処理部86における各許容範囲と同一である必要はなく、互いに異なる許容範囲に設定されていてもよい。   Note that the permissible ranges for the right motor and the left motor in the limit processing unit 100 need not be the same as the permissible ranges in the limit processing unit 86, and may be set to different permissible ranges.

図12の説明に戻って、重心速度制限部76は、次に、演算部102_x,102_yの処理を実行することによって、それぞれ制御用目標重心速度Vb_x_mdfd,Vb_y_mdfdを算出する。この場合、演算部102_xは、リミット処理部100の出力値Vw_x_lim2から、X軸方向の重心速度定常偏差予測値Vb_x_prdを減算してなる値をX軸方向の制御用目標重心速度Vb_x_mdfdとして算出する。同様に、演算部102_yは、リミット処理部100の出力値Vw_y_lim2から、Y軸方向の重心速度定常偏差予測値Vb_y_prdを減算してなる値をY軸方向の制御用目標重心速度Vb_y_mdfdとして算出する。   Returning to the description of FIG. 12, the center-of-gravity speed limiting unit 76 next calculates the control target center-of-gravity speeds Vb_x_mdfd and Vb_y_mdfd by executing the processing of the calculation units 102_x and 102_y, respectively. In this case, the calculation unit 102_x calculates a value obtained by subtracting the X-axis direction center-of-gravity velocity steady deviation predicted value Vb_x_prd from the output value Vw_x_lim2 of the limit processing unit 100 as the control target center-of-gravity velocity Vb_x_mdfd. Similarly, the calculation unit 102_y calculates a value obtained by subtracting the Y-axis direction center-of-gravity velocity steady-state deviation predicted value Vb_y_prd from the output value Vw_y_lim2 of the limit processing unit 100 as the Y-axis direction control center-of-gravity velocity Vb_y_mdfd.

以上のようにして決定される制御用目標重心速度Vb_x_mdfd,Vb_y_mdfdは、リミット処理部100での出力値V_x_lim2,V_y_lim2の強制的な制限が行なわれなかった場合、すなわち、車輪体5のX軸方向及びY軸方向のそれぞれの移動速度を、それぞれ、重心速度定常偏差予測値Vb_x_prd,Vb_y_prdに一致させるように電動モータ31R,31Lを動作させても、電動モータ31R,31Lのそれぞれの回転角速度が許容範囲内に収まるような場合には、制御用目標重心速度Vb_x_mdfd,Vb_y_mdfdはいずれも“0”に決定される。従って、通常は、Vb_x_mdfd=Vb_y_mdfd=0である。   The control target center-of-gravity velocities Vb_x_mdfd and Vb_y_mdfd determined as described above are obtained when the output values V_x_lim2 and V_y_lim2 in the limit processing unit 100 are not forcibly limited, that is, in the X-axis direction of the wheel body 5. Even if the electric motors 31R and 31L are operated so that the respective movement speeds in the Y-axis direction coincide with the center-of-gravity speed steady-state deviation predicted values Vb_x_prd and Vb_y_prd, the rotational angular speeds of the electric motors 31R and 31L are allowed. When it falls within the range, the control target center-of-gravity speeds Vb_x_mdfd and Vb_y_mdfd are both determined to be “0”. Therefore, normally, Vb_x_mdfd = Vb_y_mdfd = 0.

一方、リミット処理部100の出力値Vw_x_lim2,Vw_y_lim2が、入力値Vb_x_t,Vb_y_tに対して強制的な制限を施して生成された場合、すなわち、車輪体5のX軸方向及びY軸方向のそれぞれの移動速度を、それぞれ、重心速度定常偏差予測値Vb_x_prd,Vb_y_prdに一致させるように電動モータ31R,31Lを動作させると、電動モータ31R,31Lのいずれかの回転角速度が許容範囲を逸脱してしまう場合(いずれかの回転角速度の絶対値が高くなり過ぎる場合)には、X軸方向については、リミット処理部100の出力値Vw_x_lim2の入力値Vb_x_prdからの修正量(=Vw_x_lim2−Vb_x_prd)が、X軸方向の制御用目標重心速度Vb_x_mdfdとして決定される。   On the other hand, when the output values Vw_x_lim2 and Vw_y_lim2 of the limit processing unit 100 are generated by forcibly limiting the input values Vb_x_t and Vb_y_t, that is, the X axis direction and the Y axis direction of the wheel body 5 respectively. When the electric motors 31R and 31L are operated so that the moving speeds coincide with the center-of-gravity speed steady deviation predicted values Vb_x_prd and Vb_y_prd, respectively, the rotational angular speed of either of the electric motors 31R and 31L deviates from the allowable range. (When the absolute value of one of the rotational angular velocities is too high), the correction amount (= Vw_x_lim2-Vb_x_prd) from the input value Vb_x_prd of the output value Vw_x_lim2 of the limit processing unit 100 is X axis in the X axis direction. This is determined as the target control center of gravity velocity Vb_x_mdfd.

また、Y軸方向については、リミット処理部100の出力値Vw_y_lim2の入力値Vb_y_prdからの修正量(=Vw_y_lim2−Vb_y_prd)が、Y軸方向の制御用目標重心速度Vb_y_mdfdとして決定される。   For the Y-axis direction, a correction amount (= Vw_y_lim2-Vb_y_prd) from the input value Vb_y_prd of the output value Vw_y_lim2 of the limit processing unit 100 is determined as the control target center-of-gravity velocity Vb_y_mdfd in the Y-axis direction.

この場合において、例えばX軸方向の速度に関し、制御用目標重心速度Vb_x_mdfdは、定常偏差算出部94_xが出力するX軸方向の重心速度定常偏差予測値Vb_x_prdと逆向きの速度となる。このことは、Y軸方向の速度に関しても同様である。   In this case, for example, regarding the speed in the X-axis direction, the control target center-of-gravity speed Vb_x_mdfd is a speed opposite to the X-axis direction center-of-gravity speed steady deviation predicted value Vb_x_prd output by the steady deviation calculating unit 94_x. The same applies to the speed in the Y-axis direction.

以上が、重心速度制限部76の処理である。   The above is the process of the gravity center speed limiting unit 76.

図9の説明に戻って、制御ユニット50は、以上の如く重心速度制限部76、ゲイン調整部78、及び偏差演算部70の処理を実行した後、次に、姿勢制御演算部80の処理を実行する。   Returning to the description of FIG. 9, the control unit 50 executes the processing of the gravity center speed limiting unit 76, the gain adjusting unit 78, and the deviation calculating unit 70 as described above, and then performs the processing of the attitude control calculating unit 80. Run.

この姿勢制御演算部80の基本的な処理を、以下に図13を参照して説明する。なお、車両1の動作モードが「自立モード」である場合に、「停止モード」と「終了モード」とに応じた個別の処理ついては詳細を後述することにし、ここでは、各モードに共通する姿勢制御演算部80の基本的な処理を説明する。また、図13において、括弧を付していない参照符号は、X軸方向に輪転する仮想車輪62_xの回転角速度の目標値である前記仮想車輪回転角速度指令ωw_x_cmdを決定する処理に係わる参照符号であり、括弧付きの参照符合は、Y軸方向に輪転する仮想車輪62_yの回転角速度の目標値である前記仮想車輪回転角速度指令ωw_y_cmdを決定する処理に係わる参照符号である。   The basic processing of the attitude control calculation unit 80 will be described below with reference to FIG. In addition, when the operation mode of the vehicle 1 is the “self-supporting mode”, details of individual processing according to the “stop mode” and the “end mode” will be described later. Here, the attitude common to each mode A basic process of the control calculation unit 80 will be described. In FIG. 13, reference numerals without parentheses are reference numerals relating to processing for determining the virtual wheel rotation angular velocity command ωw_x_cmd which is a target value of the rotation angular velocity of the virtual wheel 62_x rotating in the X-axis direction. The reference numerals in parentheses are reference numerals related to the process of determining the virtual wheel rotation angular velocity command ωw_y_cmd that is the target value of the rotation angular velocity of the virtual wheel 62_y rotating in the Y-axis direction.

姿勢制御演算部80には、偏差演算部70で算出された基体傾斜角度偏差計測値θbe_xy_sと、前記STEP2で算出された基体傾斜角速度計測値θbdot_xy_sと、重心速度算出部72で算出された重心速度推定値Vb_xy_sと、重心速度制限部76で算出された目標重心速度Vb_xy_mdfdと、ゲイン調整部78で算出されたゲイン調整パラメータKr_xyとが入力される。   The posture control calculation unit 80 includes a base body tilt angle deviation measurement value θbe_xy_s calculated by the deviation calculation unit 70, a base body tilt angular velocity measurement value θbdot_xy_s calculated in STEP2, and a center of gravity speed calculated by the center of gravity speed calculation unit 72. The estimated value Vb_xy_s, the target center-of-gravity speed Vb_xy_mdfd calculated by the center-of-gravity speed limiting unit 76, and the gain adjustment parameter Kr_xy calculated by the gain adjustment unit 78 are input.

そして、姿勢制御演算部80は、まず、これらの入力値を用いて、次式07x,07yにより、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_cmdを算出する。   The attitude control calculation unit 80 first calculates a virtual wheel rotation angular acceleration command ωdotw_xy_cmd by using the following expressions 07x and 07y using these input values.


ωwdot_x_cmd=K1_x・θbe_x_s+K2_x・θbdot_x_s
+K3_x・(Vb_x_s−Vb_x_mdfd) ……式07x
ωwdot_y_cmd=K1_y・θbe_y_s+K2_y・θbdot_y_s
+K3_y・(Vb_y_s−Vb_y_mdfd) ……式07y

ωwdot_x_cmd = K1_x ・ θbe_x_s + K2_x ・ θbdot_x_s
+ K3_x ・ (Vb_x_s−Vb_x_mdfd) ...... Formula 07x
ωwdot_y_cmd = K1_y ・ θbe_y_s + K2_y ・ θbdot_y_s
+ K3_y · (Vb_y_s−Vb_y_mdfd) ...... Formula 07y

従って、本実施形態では、Y軸方向から見た倒立振子モデルの質点60_xの運動(ひいては、Y軸方向から見た車両系重心点の運動)を制御するための操作量(制御入力)としての仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmdと、X軸方向から見た倒立振子モデルの質点60_yの運動(ひいては、X軸方向から見た車両系重心点の運動)を制御するための操作量(制御入力)としての仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_y_cmdとは、それぞれ、3つの操作量成分(式07x,07yの右辺の3つの項)を加え合わせることによって決定される。   Therefore, in the present embodiment, as an operation amount (control input) for controlling the motion of the mass point 60_x of the inverted pendulum model viewed from the Y-axis direction (and hence the motion of the vehicle system center-of-gravity point viewed from the Y-axis direction). Virtual wheel rotation angular acceleration command ωdotw_x_cmd and operation amount (control input) for controlling the motion of the mass point 60_y of the inverted pendulum model viewed from the X-axis direction (and hence the motion of the center of gravity of the vehicle system viewed from the X-axis direction) The virtual wheel rotation angular acceleration command ωdotw_y_cmd is determined by adding three manipulated variable components (three terms on the right side of equations 07x and 07y).

これらの式07x,07yにおけるゲイン係数K1_x,K1_yは、基体9(又はシート3)の傾斜角度に関するフィードバックゲイン、ゲイン係数K2_x,K2_yは、基体9(又はシート3)の傾斜角速度(傾斜角度の時間的変化率)に関するフィードバックゲイン、ゲイン係数K3_x,K3_yは、車両系重心点(車両1の所定の代表点)の移動速度に関するフィードバックゲインとしての意味を持つものである。   In these equations 07x and 07y, the gain coefficients K1_x and K1_y are feedback gains related to the inclination angle of the base 9 (or the sheet 3), and the gain coefficients K2_x and K2_y are the inclination angular velocities (time of the inclination angle) of the base 9 (or the sheet 3). The feedback gain and gain coefficients K3_x and K3_y related to the dynamic change rate have a meaning as a feedback gain related to the moving speed of the vehicle system center-of-gravity point (a predetermined representative point of the vehicle 1).

この場合、式07xにおける各操作量成分に係わるゲイン係数K1_x,K2_x,K3_xは、ゲイン調整パラメータKr_xに応じて可変的に設定され、式07yにおける各操作量成分に係わるゲイン係数K1_y,K2_y,K3_yは、ゲイン調整パラメータKr_yに応じて可変的に設定される。以降、式07xにおけるゲイン係数K1_x,K2_x,K3_xのそれぞれを第1ゲイン係数K1_x、第2ゲイン係数K2_x、第3ゲイン係数K3_xということがある。このことは、式07yにおけるゲイン係数K1_y,K2_y,K3_yについても同様とする。   In this case, the gain coefficients K1_x, K2_x, K3_x related to each manipulated variable component in the expression 07x are variably set according to the gain adjustment parameter Kr_x, and the gain coefficients K1_y, K2_y, K3_y related to each manipulated variable component in the expression 07y. Is variably set according to the gain adjustment parameter Kr_y. Hereinafter, the gain coefficients K1_x, K2_x, and K3_x in Expression 07x may be referred to as a first gain coefficient K1_x, a second gain coefficient K2_x, and a third gain coefficient K3_x, respectively. The same applies to the gain coefficients K1_y, K2_y, and K3_y in Expression 07y.

式07xにおける第iゲイン係数Ki_x(i=1,2,3)と、式07yにおける第iゲイン係数Ki_y(i=1,2,3)とは、図13中にただし書きで示した如く、次式09x、09yにより、ゲイン調整パラメータKr_x,Kr_yに応じて決定される。   The i-th gain coefficient Ki_x (i = 1, 2, 3) in Expression 07x and the i-th gain coefficient Ki_y (i = 1, 2, 3) in Expression 07y are as follows. It is determined according to the gain adjustment parameters Kr_x and Kr_y by the equations 09x and 09y.


Ki_x=(1−Kr_x)・Ki_a_x+Kr_x・Ki_b_x ……式09x
Ki_y=(1−Kr_y)・Ki_a_y+Kr_y・Ki_b_y ……式09y
(i=1,2,3)

Ki_x = (1−Kr_x) · Ki_a_x + Kr_x · Ki_b_x ...... Expression 09x
Ki_y = (1−Kr_y) · Ki_a_y + Kr_y · Ki_b_y ...... Equation 09y
(I = 1, 2, 3)

ここで、式09xにおけるKi_a_x、Ki_b_xは、それぞれ、第iゲイン係数Ki_xの最小側(“0”に近い側)のゲイン係数値、最大側(“0”から離れる側)のゲイン係数値としてあらかじめ設定された定数値である。このことは、式09yにおけるKi_a_y、Ki_b_yについても同様である。   Here, Ki_a_x and Ki_b_x in Expression 09x are preliminarily set as the gain coefficient value on the minimum side (side closer to “0”) and the gain coefficient value on the maximum side (side away from “0”) of the i-th gain coefficient Ki_x, respectively. It is a set constant value. The same applies to Ki_a_y and Ki_b_y in Expression 09y.

従って、式07xの演算に用いる各第iゲイン係数Ki_x(i=1,2,3)は、それぞれに対応する定数値Ki_a_x、Ki_b_xの重み付き平均値として決定される。そして、この場合、Ki_a_x、Ki_b_xにそれぞれ掛かる重みが、ゲイン調整パラメータKr_xに応じて変化させられる。このため、Kr_x=0である場合には、Ki_x=Ki_a_xとなり、Kr_x=1である場合には、Ki_x=Ki_b_xとなる。そして、Kr_xが“0”から“1”に近づくに伴い、第iゲイン係数Ki_xはKi_a_xからKi_b_x近づいていく。   Accordingly, each i-th gain coefficient Ki_x (i = 1, 2, 3) used in the calculation of Expression 07x is determined as a weighted average value of the corresponding constant values Ki_a_x and Ki_b_x. In this case, the weights applied to Ki_a_x and Ki_b_x are changed according to the gain adjustment parameter Kr_x. Therefore, when Kr_x = 0, Ki_x = Ki_a_x, and when Kr_x = 1, Ki_x = Ki_b_x. As Kr_x approaches “1” from “0”, the i-th gain coefficient Ki_x approaches Ki_b_x from Ki_a_x.

同様に、式07yの演算に用いる各第iゲイン係数Ki_y(i=1,2,3)は、それぞれに対応する定数値Ki_a_y、Ki_b_yの重み付き平均値として決定される。そして、この場合、Ki_a_y、Ki_b_yにそれぞれ掛かる重みが、ゲイン調整パラメータKr_yに応じて変化させられる。このため、Ki_xの場合と同様に、Kr_yの値が“0”から“1”の間で変化するに伴い、第iゲイン係数Ki_yの値が、Ki_a_yとKi_b_yとの間で変化する。   Similarly, each i-th gain coefficient Ki_y (i = 1, 2, 3) used in the calculation of Expression 07y is determined as a weighted average value of the corresponding constant values Ki_a_y and Ki_b_y. In this case, the weights applied to Ki_a_y and Ki_b_y are changed according to the gain adjustment parameter Kr_y. Therefore, as in the case of Ki_x, as the value of Kr_y changes between “0” and “1”, the value of the i-th gain coefficient Ki_y changes between Ki_a_y and Ki_b_y.

なお、前記したように、Kr_x,Kr_yは、通常は(詳しくはゲイン調整部78のリミット処理部86での出力値Vw_x_lim1,Vw_y_lim1の強制的な制限が行なわれなかった場合)、“0”である。従って、通常は、第iゲイン係数Ki_x,Ki_y(i=1,2,3)は、通常は、それぞれ、Ki_x=Ki_a_x,Ki_y=Ki_a_yとなる。   As described above, Kr_x and Kr_y are normally “0” (specifically, when the output values Vw_x_lim1 and Vw_y_lim1 in the limit processing unit 86 of the gain adjusting unit 78 are not forcibly limited). is there. Therefore, normally, the i-th gain coefficients Ki_x and Ki_y (i = 1, 2, 3) are usually Ki_x = Ki_a_x and Ki_y = Ki_a_y, respectively.

補足すると、上記定数値Ki_a_x、Ki_b_x及びKi_a_y,Ki_b_y(i=1,2,3)は、前記STEP6又は8において値が設定される定数パラメータに含まれるものである。   Supplementally, the constant values Ki_a_x, Ki_b_x and Ki_a_y, Ki_b_y (i = 1, 2, 3) are included in the constant parameters whose values are set in STEP 6 or 8.

姿勢制御演算部80は、上記の如く決定した第1〜第3ゲイン係数K1_x,K2_x,K3_xを用いて前記式07xの演算を行なうことで、X軸方向に輪転する仮想車輪62_xに係わる仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmdを算出する。   The attitude control calculation unit 80 calculates the expression 07x using the first to third gain coefficients K1_x, K2_x, and K3_x determined as described above, so that the virtual wheel related to the virtual wheel 62_x that rotates in the X-axis direction. Rotational angular acceleration command ωwdot_x_cmd is calculated.

さらに詳細には、図13を参照して、姿勢制御演算部80は、基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_sに第1ゲイン係数K1_xを乗じてなる操作量成分u1_xと、基体傾斜角速度計測値θbdot_x_sに第2ゲイン係数K2_xを乗じてなる操作量成分u2_xとをそれぞれ、処理部80a,80bで算出する。さらに、姿勢制御演算部80は、重心速度推定値Vb_x_sと制御用目標重心速度Vb_x_mdfdとの偏差(=Vb_x_s−Vb_x_mdfd)を演算部80dで算出し、この偏差に第3ゲイン係数K3_xを乗じてなる操作量成u3_xを処理部80cで算出する。そして、姿勢制御演算部80は、これらの操作量成分u1_x,u2_x,u3_xを演算部80eにて加え合わせることにより、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmdを算出する。   In more detail, with reference to FIG. 13, the posture control calculation unit 80 sets the manipulated variable component u1_x obtained by multiplying the base body tilt angle deviation measured value θbe_x_s by the first gain coefficient K1_x and the base body tilt angular velocity measured value θbdot_x_s. The operation amount component u2_x obtained by multiplying the two gain coefficients K2_x is calculated by the processing units 80a and 80b, respectively. Further, the attitude control calculation unit 80 calculates a deviation (= Vb_x_s−Vb_x_mdfd) between the estimated center-of-gravity velocity value Vb_x_s and the target gravity center velocity for control Vb_x_mdfd (= Vb_x_s−Vb_x_mdfd), and multiplies this deviation by the third gain coefficient K3_x. The operation amount u3_x is calculated by the processing unit 80c. Then, the posture control calculation unit 80 calculates the virtual wheel rotation angular acceleration command ωwdot_x_cmd by adding these manipulated variable components u1_x, u2_x, u3_x in the calculation unit 80e.

同様に、姿勢制御演算部80は、上記の如く決定した第1〜第3ゲイン係数K1_y,K2_y,K3_yを用いて前記式07yの演算を行なうことで、Y軸方向に輪転する仮想車輪62_yに係わる仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_y_cmdを算出する。   Similarly, the posture control calculation unit 80 calculates the expression 07y using the first to third gain coefficients K1_y, K2_y, and K3_y determined as described above, so that the virtual wheel 62_y that rotates in the Y-axis direction is obtained. The related virtual wheel rotation angular acceleration command ωwdot_y_cmd is calculated.

この場合には、姿勢制御演算部80は、基体傾斜角度偏差計測値θbe_y_sに第1ゲイン係数K1_yを乗じてなる操作量成分u1_yと、基体傾斜角速度計測値θbdot_y_sに第2ゲイン係数K2_yを乗じてなる操作量成分u2_yとをそれぞれ、処理部80a,80bで算出する。さらに、姿勢制御演算部80は、重心速度推定値Vb_y_sと制御用目標重心速度Vb_y_mdfdとの偏差(=Vb_y_s−Vb_y_mdfd)を演算部80dで算出し、この偏差に第3ゲイン係数K3_yを乗じてなる操作量成u3_yを処理部80cで算出する。そして、姿勢制御演算部80は、これらの操作量成分u1_y,u2_y,u3_yを演算部80eにて加え合わせることにより、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmdを算出する。   In this case, the posture control calculation unit 80 multiplies the operation amount component u1_y obtained by multiplying the base body tilt angle deviation measurement value θbe_y_s by the first gain coefficient K1_y and the base body tilt angular velocity measurement value θbdot_y_s by the second gain coefficient K2_y. The operation amount component u2_y is calculated by the processing units 80a and 80b, respectively. Further, the attitude control calculation unit 80 calculates a deviation (= Vb_y_s−Vb_y_mdfd) between the center-of-gravity velocity estimated value Vb_y_s and the control target center-of-gravity velocity Vb_y_mdfd by the calculation unit 80d, and multiplies this deviation by the third gain coefficient K3_y. The operation amount u3_y is calculated by the processing unit 80c. Then, the attitude control calculation unit 80 calculates the virtual wheel rotation angular acceleration command ωwdot_x_cmd by adding these manipulated variable components u1_y, u2_y, u3_y in the calculation unit 80e.

ここで、式07xの右辺の第1項(=第1操作量成分u1_x)及び第2項(=第2操作量成分u2_x)は、X軸周り方向での基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_sを、フィードバック制御則としてのPD則(比例・微分則)により“0”に収束させる(基体傾斜角度計測値θb_x_sを目標値θb_x_objに収束させる)ためのフィードバック操作量成分としての意味を持つ。   Here, the first term (= the first manipulated variable component u1_x) and the second term (= the second manipulated variable component u2_x) on the right side of the expression 07x are the body tilt angle deviation measured values θbe_x_s in the direction around the X axis, It has a meaning as a feedback manipulated variable component for converging to “0” (converging the base body tilt angle measurement value θb_x_s to the target value θb_x_obj) by the PD law (proportional / differential law) as a feedback control law.

また、式07xの右辺の第3項(=第3操作量成分u3_x)は、重心速度推定値Vb_x_sと制御用目標重心速度Vb_x_mdfdとの偏差をフィードバック制御則としての比例則により“0”に収束させる(Vb_x_sをVb_x_mdfdに収束させる)ためのフィードバック操作量成分としての意味を持つ。   In addition, the third term (= third manipulated variable component u3_x) on the right side of Expression 07x converges to “0” by the proportional law as the feedback control law for the deviation between the center of gravity speed estimated value Vb_x_s and the control target center of gravity speed Vb_x_mdfd. It has a meaning as a feedback manipulated variable component for causing Vb_x_s to converge to Vb_x_mdfd.

これらのことは、式07yの右辺の第1〜第3項(第1〜第3操作量成分u1_y,u2_y,u3_y)についても同様である。   The same applies to the first to third terms (first to third manipulated variable components u1_y, u2_y, u3_y) on the right side of Expression 07y.

なお、前記したように通常は(より詳しくは、前記重心速度制限部76のリミット処理部100での出力値V_x_lim2,V_y_lim2の強制的な制限が行なわれなかった場合)、制御用目標重心速度Vb_x_mdfd,Vb_y_mdfdは“0”である。そして、Vb_x_mdfd=Vb_y_mdfd=0となる通常の場合は、第3操作量成分u3_x,u3_yは、それぞれ、重心速度推定値Vb_x_s,Vb_y_sに第3ゲイン係数K3_x,K3_yを乗じた値に一致する。   Normally, as described above (more specifically, when the output values V_x_lim2 and V_y_lim2 are not forcibly limited by the limit processing unit 100 of the centroid speed limiting unit 76), the control target centroid speed Vb_x_mdfd , Vb_y_mdfd is “0”. In the normal case where Vb_x_mdfd = Vb_y_mdfd = 0, the third manipulated variable components u3_x and u3_y match the values obtained by multiplying the center-of-gravity velocity estimated values Vb_x_s and Vb_y_s by the third gain coefficients K3_x and K3_y, respectively.

姿勢制御演算部80は、上記の如く、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd,ωwdot_y_cmdを算出した後、次に、これらのωwdot_x_cmd,ωwdot_y_cmdをそれぞれ積分器80fにより積分することによって、前記仮想車輪回転速度指令ωw_x_cmd,ωw_y_cmdを決定する。   After calculating the virtual wheel rotation angular acceleration commands ωwdot_x_cmd and ωwdot_y_cmd as described above, the attitude control calculation unit 80 then integrates the ωwdot_x_cmd and ωwdot_y_cmd by the integrator 80f, thereby obtaining the virtual wheel rotation speed command. Determine ωw_x_cmd and ωw_y_cmd.

以上が姿勢制御演算部80の処理の詳細である。   The above is the details of the processing of the attitude control calculation unit 80.

補足すると、式07xの右辺の第3項を、Vb_x_sに応じた操作量成分(=K3_x・Vb_x_s)と、Vb_x_mdfdに応じた操作量成分(=−K3_x・Vb_x_mdfd)とに分離した式によって、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmdを算出するようにしてよい。同様に、式07yの右辺の第3項を、Vb_y_sに応じた操作量成分(=K3_y・Vb_y_s)と、Vb_y_mdfdに応じた操作量成分(=−K3_y・Vb_y_mdfd)とに分離した式によって、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_y_cmdを算出するようにしてよい。   Supplementally, the third term on the right side of the expression 07x is virtually divided into an operation amount component (= K3_x · Vb_x_s) according to Vb_x_s and an operation amount component (= −K3_x · Vb_x_mdfd) according to Vb_x_mdfd The wheel rotation angular acceleration command ωdotw_x_cmd may be calculated. Similarly, the third term on the right side of Expression 07y is divided into an operation amount component (= K3_y · Vb_y_s) according to Vb_y_s and an operation amount component (= −K3_y · Vb_y_mdfd) according to Vb_y_mdfd, The wheel rotation angular acceleration command ωdotw_y_cmd may be calculated.

また、本実施形態では、車両系重心点の挙動を制御するための操作量(制御入力)として、仮想車輪62_x,62_yの回転角加速度指令ωw_x_cmd,ωw_y_cmdを用いるようにしたが、例えば、仮想車輪62_x,62_yの駆動トルク、あるいは、この駆動トルクを各仮想車輪62_x,62_yの半径Rw_x,Rw_yで除算してなる並進力(すなわち仮想車輪62_x,62_yと床面との間の摩擦力)を操作量として用いるようにしてもよい。   In the present embodiment, the rotational angular acceleration commands ωw_x_cmd and ωw_y_cmd of the virtual wheels 62_x and 62_y are used as the operation amount (control input) for controlling the behavior of the vehicle system center-of-gravity point. The driving torque of 62_x, 62_y or a translational force obtained by dividing this driving torque by the radii Rw_x, Rw_y of the virtual wheels 62_x, 62_y (that is, the frictional force between the virtual wheels 62_x, 62_y and the floor surface) is manipulated. It may be used as a quantity.

図9の説明に戻って、制御ユニット50は、次に、姿勢制御演算部80で上記の如く決定した仮想車輪回転速度指令ωwdot_x_cmd,ωwdot_y_cmdをモータ指令演算部82に入力し、該モータ指令演算部82の処理を実行することによって、電動モータ31Rの速度指令ω_R_cmdと電動モータ31Lの速度指令ω_L_cmdとを決定する。このモータ指令演算部82の処理は、前記リミット処理部86(図11参照)のXY−RL変換部86bの処理と同じである。   Returning to the description of FIG. 9, the control unit 50 next inputs the virtual wheel rotational speed commands ωwdot_x_cmd and ωwdot_y_cmd determined as described above by the attitude control calculation unit 80 to the motor command calculation unit 82, and the motor command calculation unit By executing the process 82, the speed command ω_R_cmd of the electric motor 31R and the speed command ω_L_cmd of the electric motor 31L are determined. The processing of the motor command calculation unit 82 is the same as the processing of the XY-RL conversion unit 86b of the limit processing unit 86 (see FIG. 11).

具体的には、モータ指令演算部82は、前記式01a,01bのωw_x,ωw_y,ω_R,ω_Lをそれぞれ、ωw_x_cmd,ωw_y_cmd,ω_R_cmd,ω_L_cmdに置き換えて得られる連立方程式を、ω_R_cmd,ω_L_cmdを未知数として解くことによって、電動モータ31R,31Lのそれぞれの速度指令ω_R_cmd,ω_L_cmdを決定する。   Specifically, the motor command calculation unit 82 replaces ωw_x, ωw_y, ω_R, and ω_L in the equations 01a and 01b with ωw_x_cmd, ωw_y_cmd, ω_R_cmd, and ω_L_cmd, respectively, and sets ω_R_cmd and ω_L_cmd as unknowns. By solving, the respective speed commands ω_R_cmd and ω_L_cmd of the electric motors 31R and 31L are determined.

以上により前記STEP9の車両制御演算処理が完了する。   Thus, the vehicle control calculation process of STEP 9 is completed.

以上説明した如く制御ユニット50が制御演算処理を実行することによって、前記搭乗モード及び自立モードのいずれの動作モードにおいても、基本的には、シート3及び基体9の姿勢が、前記基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_s,θbe_y_sの両方が“0”となる姿勢(以下、この姿勢を基本姿勢という)に保たれている状態では、車両系重心点が静止するように操作量(制御入力)としての仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_cmdが決定される。そして、シート3及び基体9の姿勢を前記基本姿勢に対して傾けると、換言すれば、車両系重心点(車両・乗員全体重心点又は車両単体重心点)の水平方向位置を、車輪体5の接地面のほぼ真上に位置する状態から変位させると、シート3及び基体9の姿勢を基本姿勢に復元させるように(θbe_x_s,θbe_y_sを“0”に近づけるか、もしくは“0”に保持するように)、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_cmdが決定される。   As described above, the control unit 50 executes the control calculation process, so that the attitude of the seat 3 and the base body 9 basically changes in the base body tilt angle deviation in both the riding mode and the self-supporting mode. In a state where both of the measured values θbe_x_s and θbe_y_s are “0” (hereinafter, this posture is referred to as a basic posture), a virtual as an operation amount (control input) is performed so that the vehicle system center of gravity is stationary. A wheel rotation angular acceleration command ωdotw_xy_cmd is determined. When the posture of the seat 3 and the base body 9 is tilted with respect to the basic posture, in other words, the horizontal position of the vehicle system center of gravity (the vehicle / occupant overall center of gravity or the vehicle single body center of gravity) is When the seat 3 and the base body 9 are displaced from a state almost directly above the ground plane, the postures of the seat 3 and the base 9 are restored to the basic posture (θbe_x_s and θbe_y_s are brought close to “0” or held at “0”). And) the virtual wheel rotation angular acceleration command ωdotw_xy_cmd is determined.

そして、ωdotw_xy_cmdの各成分を積分してなる仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを変換してなる電動モータ31R,31Lのそれぞれの回転角速度が、電動モータ31R,31Lの速度指令ω_R_cmd,ω_L_cmdとして決定される。さらに、その速度指令ω_R_cmd,ω_L_cmdに従って、各電動モータ31R,31Lの回転速度が制御される。ひいては車輪体5のX軸方向及びY軸方向のそれぞれの移動速度が、ωw_x_cmdに対応する仮想車輪62_xの移動速度と、ωw_y_cmdに対応する仮想車輪62_yの移動速度とに各々一致するように制御される。   Then, the respective rotational angular velocities of the electric motors 31R and 31L obtained by converting the virtual wheel rotational angular velocity command ωw_xy_cmd obtained by integrating the components of ωdotw_xy_cmd are determined as the speed commands ω_R_cmd and ω_L_cmd of the electric motors 31R and 31L. Further, the rotational speeds of the electric motors 31R and 31L are controlled according to the speed commands ω_R_cmd and ω_L_cmd. As a result, the moving speeds of the wheel body 5 in the X-axis direction and the Y-axis direction are controlled so as to coincide with the moving speed of the virtual wheel 62_x corresponding to ωw_x_cmd and the moving speed of the virtual wheel 62_y corresponding to ωw_y_cmd, respectively. The

このため、例えば、Y軸周り方向で、実際の基体傾斜角度θb_xが目標値θb_x_objから前傾側にずれると、そのずれを解消すべく(θbe_x_sを“0”に収束させるべく)、車輪体5が前方に向かって移動する。同様に、実際のθb_xが目標値θb_x_objから後傾側にずれると、そのずれを解消すべく(θbe_x_sを“0”に収束させるべく)、車輪体5が後方に向かって移動する。   For this reason, for example, if the actual base body tilt angle θb_x shifts forward from the target value θb_x_obj in the direction around the Y axis, the wheel body 5 is adjusted to eliminate the shift (to converge θbe_x_s to “0”). Move forward. Similarly, when the actual θb_x shifts backward from the target value θb_x_obj, the wheel body 5 moves rearward in order to eliminate the shift (to converge θbe_x_s to “0”).

また、例えば、X軸周り方向で、実際の基体傾斜角度θb_yが目標値θb_y_objから右傾側にずれると、そのずれを解消すべく(θbe_y_sを“0”に収束させるべく)、車輪体5が右向きに移動する。同様に、実際のθb_yが目標値θb_y_objから左傾側にずれると、そのずれを解消すべく(θbe_y_sを“0”に収束させるべく)、車輪体5が左向きに移動する。   Further, for example, when the actual base body tilt angle θb_y shifts to the right tilt side from the target value θb_y_obj in the direction around the X axis, the wheel body 5 faces right to eliminate the shift (to converge θbe_y_s to “0”). Move to. Similarly, when the actual θb_y shifts to the left tilt side from the target value θb_y_obj, the wheel body 5 moves to the left in order to eliminate the shift (to converge θbe_y_s to “0”).

さらに、実際の基体傾斜角度θb_x,θb_yの両方が、それぞれ目標値θb_x_obj,θb_y_objからずれると、θb_xのずれを解消するための車輪体5の前後方向の移動動作と、θb_yのずれを解消するための車輪体5の左右方向の移動動作とが合成され、車輪体5がX軸方向及びY軸方向の合成方向(X軸方向及びY軸方向の両方向に対して傾斜した方向)に移動することとなる。   Further, when both the actual base body tilt angles θb_x and θb_y deviate from the target values θb_x_obj and θb_y_obj, respectively, in order to eliminate the shift operation of the wheel body 5 to eliminate the shift of θb_x and the shift of θb_y. And the horizontal movement of the wheel body 5 are combined, and the wheel body 5 moves in the X-axis direction and the Y-axis direction (direction inclined with respect to both the X-axis direction and the Y-axis direction). It becomes.

このようにして、シート3及び基体9の姿勢が前記基本姿勢から傾くと、その傾いた側に向かって、車輪体5が移動することとなる。従って、例えば前記搭乗モードにおいて、乗員が意図的にその上体をシート3及び基体9と共に傾けると、その傾けた側に、車輪体5が移動することとなる。   In this way, when the postures of the seat 3 and the base body 9 are tilted from the basic posture, the wheel body 5 moves toward the tilted side. Therefore, for example, in the boarding mode, when the occupant intentionally tilts the upper body together with the seat 3 and the base body 9, the wheel body 5 moves to the tilted side.

次に、説明を後回しにした、車両1の動作モードが「自立モード」である場合の「停止モード」と「終了モード」とに応じた、姿勢制御演算部80の個別の処理について、図14を参照して説明する。   Next, the individual processing of the attitude control calculation unit 80 according to the “stop mode” and “end mode” when the operation mode of the vehicle 1 is the “self-sustained mode” will be described later. Will be described with reference to FIG.

姿勢制御演算部80は、車両1の動作モードが搭乗モードである場合および自立モードのうちで停止モードの場合には、前述のように、前式07x,07yにより、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmd,ωdotw_y_cmdを決定する。   When the operation mode of the vehicle 1 is the boarding mode and when the vehicle 1 is in the stand-alone mode, the attitude control calculation unit 80, as described above, uses the virtual wheel rotation angular acceleration command ωdotw_x_cmd according to the previous expressions 07x and 07y. , Ωdotw_y_cmd is determined.

一方、姿勢制御演算部80は、スタンド装置26を作動させて電源をOFFする終了モードの場合には、終了処理の進捗状況に応じて、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmd,ωdotw_y_cmdを個別に決定する。   On the other hand, in the end mode in which the stand device 26 is operated and the power is turned off, the attitude control calculation unit 80 individually determines the virtual wheel rotation angular acceleration commands ωdotw_x_cmd and ωdotw_y_cmd according to the progress of the end process. .

具体的には、姿勢制御演算部80は、図14のフローチャートに示す処理を所定の制御処理周期で逐次実行することによって、X軸方向の仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmdおよびY軸方向の仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_y_cmdを決定する。   Specifically, the posture control calculation unit 80 sequentially executes the processing shown in the flowchart of FIG. 14 at a predetermined control processing cycle, thereby causing the virtual wheel rotation angular acceleration command ωdotw_x_cmd in the X-axis direction and the virtual wheel in the Y-axis direction. The rotational angular acceleration command ωdotw_y_cmd is determined.

以下説明すると、姿勢制御演算部80は、まず、STEP20の処理を実行する。この処理では、車両1の動作モードが自立モードであるか否かを判断する。この判断は、図7のSTEP4の判断に基づいて行われる。   In the following, the attitude control calculation unit 80 first executes the processing of STEP20. In this process, it is determined whether or not the operation mode of the vehicle 1 is the self-supporting mode. This determination is made based on the determination in STEP 4 of FIG.

そして、姿勢制御演算部80は、STEP20で車両1の動作モードが自立モードでない場合、すなわち、搭乗モードである場合には、リターンする。一方、車両1の動作モードが自立モードである場合には、STEP21に進んで、当該車両1の使用を終了する終了条件が成立しているか否かを判断する。   Then, when the operation mode of the vehicle 1 is not the independent mode in STEP 20, that is, when it is the boarding mode, the attitude control calculation unit 80 returns. On the other hand, when the operation mode of the vehicle 1 is the self-supporting mode, the process proceeds to STEP 21 to determine whether or not an end condition for ending use of the vehicle 1 is satisfied.

ここで、終了条件の成否の判断要素としては、種々のものが考えられるが、本実施形態で、姿勢制御演算部80は、図示しない車両1のメインスイッチがOFF状態とされた場合には終了条件が成立していると判断し、メインスイッチがON状態に維持されている場合には終了条件が成立していないと判断する。   Here, various factors can be considered as factors for determining whether or not the end condition is satisfied. In this embodiment, the attitude control calculation unit 80 ends when the main switch (not shown) of the vehicle 1 is turned off. It is determined that the condition is satisfied, and if the main switch is maintained in the ON state, it is determined that the end condition is not satisfied.

なお、上記のように終了条件の成否を判断する代わりに、姿勢制御演算部80は、動作モードが搭乗モードから自立モードに切り替えられた後一定時間が経過している場合に、終了条件が成立していると判断し、一定時間が経過していない場合に、終了条件が成立していないと判断してもよい。   Instead of determining whether or not the end condition is satisfied as described above, the posture control calculation unit 80 satisfies the end condition when a certain time has elapsed after the operation mode is switched from the boarding mode to the self-supporting mode. If the predetermined time has not elapsed, it may be determined that the end condition is not satisfied.

例えば、オート電源OFF機能による終了処理のように、自立モードへの切替からタイマがタイムアップしている場合には、終了条件が成立していると判断し、タイマがタイムアップしていない場合には、終了条件が成立していないと判断してもよい。   For example, when the timer has timed out from switching to the self-sustaining mode, as in the termination process with the auto power off function, it is determined that the termination condition has been met, and the timer has not expired. May determine that the termination condition is not satisfied.

さらに、その代わりに、車両1の所定位置に停止モードと終了モードを切り替える切替スイッチを設け、姿勢制御演算部80は、切替スイッチの出力に応じて終了条件の成否を判断するようにしてもよい。すなわち、切替スイッチの出力が終了モードの選択を示す出力状態である場合には終了条件が成立していると判断し、停止モードの選択を示す出力状態である場合には終了条件が成立していないと判断するようにしてもよい。   Further, instead, a changeover switch for switching between the stop mode and the end mode may be provided at a predetermined position of the vehicle 1, and the attitude control calculation unit 80 may determine whether or not the end condition is satisfied according to the output of the changeover switch. . That is, when the output of the changeover switch is in an output state indicating the selection of the end mode, it is determined that the end condition is satisfied, and when the output is in the output state indicating the selection of the stop mode, the end condition is satisfied. You may make it judge that it is not.

さらに、上記の判断要素を含む複数の判断要素の組み合わせにより、終了条件が成立しているか否かを判断するようにしてもよい。   Further, it may be determined whether or not the end condition is satisfied by a combination of a plurality of determination elements including the above determination elements.

そして、姿勢制御演算部80は、STEP21の終了条件が成立していない場合には、
リターンする。この場合、姿勢制御演算部80は、前述のように、前式07x,07yにより、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmd,ωdotw_y_cmdを決定する。
When the end condition of STEP 21 is not satisfied, the attitude control calculation unit 80
Return. In this case, the attitude control calculation unit 80 determines the virtual wheel rotation angular acceleration commands ωdotw_x_cmd and ωdotw_y_cmd according to the previous expressions 07x and 07y as described above.

一方、終了条件が成立している場合には、姿勢制御演算部80は、STEP22に進んで、スタンド装置26を作動させる。具体的には、アクチュエータ26cを駆動してスタンド部材26aを床面側へ降下させ、接地させる処理を実行する。なお、既に、スタンド装置26が作動している場合にはその作動状態を継続させる。   On the other hand, if the end condition is satisfied, the attitude control calculation unit 80 proceeds to STEP 22 and operates the stand device 26. Specifically, a process is performed in which the actuator 26c is driven to lower the stand member 26a to the floor surface and to ground it. If the stand device 26 is already operating, the operating state is continued.

次いで、姿勢制御演算部80は、STEP23に進んで、傾斜角度θbの目標値θb_xy_objのうちのY軸方向(基体9に対してスタンド装置26が設けられている方向)について、目標値θb_y_objを終了処理のための値に設定する。   Next, the posture control calculation unit 80 proceeds to STEP 23 and ends the target value θb_y_obj in the Y-axis direction (the direction in which the stand device 26 is provided with respect to the base body 9) of the target value θb_xy_obj of the inclination angle θb. Set to a value for processing.

具体的には、姿勢制御演算部80は、Y軸方向の目標値θb_y_objとして、基体9がスタンド装置26側へ(正確には、スタンド部材26が接地する接地点側へ)傾斜する所定の傾斜角度を設定する。すなわち、姿勢制御演算部80は、次式に示すように、図7のSTEP7で設定された基体傾斜角度θb_yの目標値(初期値θb_y_int_obj)に、所定の傾斜オフセット量θb_y_offsetを増減させた値をY軸方向の目標値θb_y_objとして設定する。   Specifically, the posture control calculation unit 80 uses a predetermined inclination in which the base body 9 is inclined toward the stand device 26 side (more precisely, toward the grounding point where the stand member 26 is grounded) as the target value θb_y_obj in the Y-axis direction. Set the angle. That is, as shown in the following equation, the posture control calculation unit 80 increases or decreases a predetermined tilt offset amount θb_y_offset to the target value (initial value θb_y_int_obj) of the base body tilt angle θb_y set in STEP 7 of FIG. Set as the target value θb_y_obj in the Y-axis direction.


θb_y_obj=θb_y_int_obj±θb_y_offset ……式11y

θb_y_obj = θb_y_int_obj ± θb_y_offset …… Equation 11y

ここで、上式11yの右辺の「±」は、基体9に対してスタンド装置26が左右いずれの側に取り付けられているかにより、目標値θb_y_objの傾動方向がスタンド装置26の取り付け側となるように、「+」,「−」のいずれか一方に決定される。   Here, “±” on the right side of the above expression 11y indicates that the tilt direction of the target value θb_y_obj is on the attachment side of the stand device 26 depending on which side the stand device 26 is attached to the base 9 on the left or right side. In addition, either “+” or “−” is determined.

また、傾斜オフセット量θb_y_offsetは、0より大きな値であって、後述する接地時傾斜角度θb_y_stand(STEP26参照)未満の微小な値に設定されている。   Further, the inclination offset amount θb_y_offset is a value larger than 0, and is set to a minute value less than a grounding inclination angle θb_y_stand (see STEP 26) described later.

次いで、姿勢制御演算部80は、STEP24へ進んで、基体傾斜角度計測値θb_xy_sのY軸方向成分θb_y_sがSTEP23で設定された目標値θb_y_obj以上となっているか判断する。   Next, the posture control calculation unit 80 proceeds to STEP 24 and determines whether the Y-axis direction component θb_y_s of the base body tilt angle measurement value θb_xy_s is equal to or larger than the target value θb_y_obj set in STEP23.

そして、姿勢制御演算部80は、基体傾斜角度計測値θb_xy_sのY軸方向成分θb_y_sが目標値θb_y_obj以上となるまでリターンし、目標値θb_y_obj以上となった時点でSTEP25へ進んで、Y軸方向の仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_y_cmdを“0”に決定する。なお、この場合の“0”は、厳密な意味での“0”に限定されるものではなく、“0”に近い値であってもよい(以下、X軸方向の仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmdについても同じ)。   Then, the attitude control calculation unit 80 returns until the Y-axis direction component θb_y_s of the base body tilt angle measurement value θb_xy_s becomes equal to or larger than the target value θb_y_obj, and proceeds to STEP 25 when the target value θb_y_obj becomes equal to or larger than the target value θb_y_obj. The virtual wheel rotation angular acceleration command ωdotw_y_cmd is determined to be “0”. In this case, “0” is not limited to “0” in a strict sense, but may be a value close to “0” (hereinafter, a virtual wheel rotation angular acceleration command in the X-axis direction). The same applies to ωdotw_x_cmd).

このとき、X軸方向については、前式07xに基づいて仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmdが決定され、その制御状態が維持される。   At this time, for the X-axis direction, the virtual wheel rotation angular acceleration command ωdotw_x_cmd is determined based on the previous expression 07x, and the control state is maintained.

これにより、基体9は、STEP22の処理により接地点側へ僅かに傾いた状態から、その方向に自由度が与えられて、そのまま接地点側へ傾く。そして、程無く、スタンド部材26aが床面に接地して、基体9は、スタンド部材26aにより接地支持される。   Thereby, the base body 9 is tilted to the grounding point side as it is by giving a degree of freedom in the direction from the state slightly tilted to the grounding point side by the processing of STEP22. Soon, the stand member 26a is grounded to the floor surface, and the base 9 is grounded and supported by the stand member 26a.

このとき、X軸方向については、その制御状態が維持されているため、基体9の姿勢はX軸方向側へ傾いて倒れこむようなことがなく、確実に接地点側へ基体9を傾け、スタンド部材9aにより基体9aを接地支持することができる。   At this time, since the control state is maintained in the X-axis direction, the posture of the base body 9 is not tilted toward the X-axis direction side, and the base body 9 is reliably tilted toward the grounding point side. The base member 9a can be grounded and supported by the stand member 9a.

また、このように確実に基体9を接地点側へ傾斜させることで、接地した際に受ける床反力がX軸方向に作用して、X軸方向の制御動作の外乱となることもなく、基体9をスタンドでスムーズに接地支持させることが可能となる。   In addition, by reliably inclining the base body 9 toward the grounding point in this way, the floor reaction force received when touching the ground acts in the X-axis direction without causing disturbance in the control operation in the X-axis direction. The base 9 can be smoothly grounded and supported by the stand.

次いで、姿勢制御演算部80は、STEP26へ進んで、基体傾斜角度計測値θb_xy_sのY軸方向成分θb_y_sが、スタンド部材26aが接地した場合に想定される接地時傾斜角度θb_y_standと等しいか否かを判断する。   Next, the posture control calculation unit 80 proceeds to STEP 26 and determines whether or not the Y-axis direction component θb_y_s of the base body tilt angle measurement value θb_xy_s is equal to the ground tilt angle θb_y_stand assumed when the stand member 26a is grounded. to decide.

ここでは、「等しいか否か」の判断は、基体傾斜角度計測値θb_xy_sのY軸方向成分θb_y_sが、接地時傾斜角度θb_y_standと一致する場合のほか、接地時傾斜角度θb_y_standとの差の大きさが一定の範囲内の場合に、これらは等しいと判断され、差の大きさが一定の範囲を超える場合には等しくないと判断される。   Here, whether or not they are equal is determined by determining whether the Y-axis direction component θb_y_s of the measured base body tilt angle value θb_xy_s matches the ground tilt angle θb_y_stand, as well as the magnitude of the difference from the ground tilt angle θb_y_stand Are determined to be equal if they are within a certain range, and not equal if the magnitude of the difference exceeds a certain range.

そして、姿勢制御演算部80は、基体傾斜角度計測値θb_xy_sのY軸方向成分θb_y_sが、接地時傾斜角度θb_y_standと等しくない場合には、これらの値が等しくなるまでリターンし、これらの値が等しくなった時点で、STEP27へ進んで、X軸方向の仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmdを“0”に決定し、この処理を終了する。   Then, when the Y-axis direction component θb_y_s of the base body tilt angle measured value θb_xy_s is not equal to the ground tilt angle θb_y_stand, the posture control calculation unit 80 returns until these values are equal, and these values are equal. At this point, the process proceeds to STEP 27, where the virtual wheel rotation angular acceleration command ωdotw_x_cmd in the X-axis direction is determined to be “0”, and this process ends.

このように、スタンド部材26aが接地した後でX軸方向の仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmdを“0”に決定することで、ユーザはかかる終了処理の間、当該車両の荷重を支える必要がない。また、X軸方向の制御処理のみを維持することで、スムーズに基体9をスタンド装置26で接地支持させることができる。   As described above, by determining the virtual wheel rotation angular acceleration command ωdotw_x_cmd in the X-axis direction to “0” after the stand member 26a is grounded, the user does not need to support the load of the vehicle during the termination process. . Further, by maintaining only the control processing in the X-axis direction, the base body 9 can be smoothly grounded and supported by the stand device 26.

以上、詳しく説明したように本実施形態の倒立振子型車両1によれば、使用終了時に当該車両1を簡易に倒立状態で接地支持することができる。   As described above in detail, according to the inverted pendulum type vehicle 1 of the present embodiment, the vehicle 1 can be grounded and supported in an inverted state at the end of use.

ここで、前記実施形態の車両1と本発明との対応関係を補足しておく。   Here, the correspondence between the vehicle 1 of the embodiment and the present invention will be supplemented.

本実施形態では、車両1に搭乗する乗員の前後方向(X軸方向)、左右方向(Y軸方向)が、それぞれ、本発明における第2の方向、第1の方向に相当する。   In the present embodiment, the front-rear direction (X-axis direction) and the left-right direction (Y-axis direction) of a passenger boarding the vehicle 1 correspond to the second direction and the first direction in the present invention, respectively.

制御ユニット50が実行する図7のSTEP9,10の処理によって、本発明における移動動作部制御手段が実現される。また、前記仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmd,ωdotw_y_cmdがそれぞれの本発明における制御用操作量に相当する。   By the processing of STEPs 9 and 10 of FIG. The virtual wheel rotation angular acceleration commands ωdotw_x_cmd and ωdotw_y_cmd correspond to the control operation amounts in the present invention.

次に、以上説明した実施形態に係わる変形態様に関して説明しておく。   Next, the deformation | transformation aspect concerning embodiment described above is demonstrated.

前記本実施形態では、車両系重心点(詳しくは車両・乗員全体重心点)を車両1の所定の代表点としたが、該代表点を例えば、車輪体5の中心点や、基体9の所定の部位(例えば支持フレーム13)の点等に設定してもよい。   In the present embodiment, the vehicle system center-of-gravity point (specifically, the vehicle / occupant overall center-of-gravity point) is set as a predetermined representative point of the vehicle 1, but the representative point is, for example, the center point of the wheel body 5 or the predetermined base 9. You may set to the point of this part (for example, support frame 13), etc.

また、本実施形態において、第1の方向および第2の方向に相当するY軸方向およびX軸方向は、互いに直交する直交座標系となっているが、これに限定されるものではなく、X軸方向とY軸方向とは互いに交差する座標系であればよい。また、その場合、X軸方向およびY軸方向は、必ずしも車両1の前後方向および左右方向でなくともよい。   In the present embodiment, the Y-axis direction and the X-axis direction corresponding to the first direction and the second direction are orthogonal coordinate systems orthogonal to each other, but the present invention is not limited to this. Any coordinate system may be used as long as the axial direction and the Y-axis direction intersect each other. In that case, the X-axis direction and the Y-axis direction are not necessarily the front-rear direction and the left-right direction of the vehicle 1.

また、本実施形態では、基体9を接地点側へ傾斜させるべく、図14のSTEP23の処理を行ったが、ユーザに自ら基体9を接地点側へ傾動させるようにして、この処理を省略してもよい。   Further, in this embodiment, the processing of STEP23 in FIG. 14 is performed in order to incline the base body 9 toward the grounding point side, but this processing is omitted by allowing the user to tilt the base body 9 toward the grounding point side. May be.

さらに、本実施形態では、基体9の片側にスタンド装置26を有する構成について説明したが、これに限定されるものではなく、基体9の両側にスタンド装置26を設けてもよい。この場合には、基体9は、(スタンド部材26aが接地するまでの間に)Y軸方向であれば左右いずれに傾斜してもよいため、図14のSTEP23およびSTEP24の処理を省略することができる。   Furthermore, in this embodiment, although the structure which has the stand apparatus 26 in the one side of the base | substrate 9 was demonstrated, it is not limited to this, You may provide the stand apparatus 26 in the both sides of the base | substrate 9. FIG. In this case, since the base body 9 may be tilted to the left or right as long as it is in the Y-axis direction (until the stand member 26a is grounded), the processing of STEP23 and STEP24 in FIG. 14 may be omitted. it can.

また、本実施形態では、図14のSTEP24およびSTEP26で、基体9の接地点側への傾斜角度(傾き具合)を、基体傾斜角度計測値θb_xy_sのY軸方向成分θb_y_sに基づいて判断したが、これに限定されるものでなく、タイマにより時間管理するようにしてもよい。すなわち、STEP23の処理を実行した後、第1の所定時間経過後に、基体傾斜角度θb_yがその目標値θb_y_objとなったものとしてSTEP25の処理を実行してよく、第2の所定時間経過後に、スタンド部材26cが接地したものとしてSTEP27の処理を実行するようにしてもよい。   Further, in this embodiment, in STEP 24 and STEP 26 of FIG. 14, the inclination angle (inclination degree) of the base body 9 toward the ground point is determined based on the Y-axis direction component θb_y_s of the base body tilt angle measurement value θb_xy_s. However, the present invention is not limited to this, and time management may be performed using a timer. That is, after the processing of STEP23, the processing of STEP25 may be performed after the first predetermined time has elapsed, assuming that the base body tilt angle θb_y has reached its target value θb_y_obj. The processing of STEP 27 may be executed assuming that the member 26c is grounded.

さらに、本実施形態では、図14のSTEP21の終了条件が成立する場合に、スタンド装置26を介してスタンド部材26cを自動で降下させる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ユーザが自らスタンド部材26cを降下させてもよい。この場合には、ユーザによるスタンド部材26cの降下動作を、STEP21の終了条件の成立として、(STEP22の処理を省略して)STEP23以降の処理を実行するようにすればよい。   Furthermore, in the present embodiment, a case has been described in which the stand member 26c is automatically lowered via the stand device 26 when the end condition of STEP 21 in FIG. 14 is satisfied, but the present invention is not limited to this. However, the stand member 26c may be lowered by itself. In this case, the lowering operation of the stand member 26c by the user may be executed as the completion of the condition for STEP 21 (the process of STEP 22 is omitted) and the processes after STEP 23 are executed.

また、本実施形態において、姿勢制御演算部80は、STEP25で、Y軸方向の仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_y_cmdを“0”に決定したが、これに代えて、ゲイン調整部78を介して、第1〜第3ゲイン係数K1_y〜K3_yの値を下げ(制限して)、Y軸方向の仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_y_cmdの値を下げてもよい。同様に、STEP27で、X軸方向の仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmdを“0”に決定する場合も同様に、第1〜第3ゲイン係数K1_x〜K3_xの値を下げ(制限して)、X軸方向の仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmdの値を下げてもよい。   In the present embodiment, the attitude control calculation unit 80 determines the virtual wheel rotation angular acceleration command ωdotw_y_cmd in the Y-axis direction to be “0” in STEP 25, but instead, via the gain adjustment unit 78, The values of the first to third gain coefficients K1_y to K3_y may be lowered (restricted), and the value of the virtual wheel rotation angular acceleration command ωdotw_y_cmd in the Y-axis direction may be lowered. Similarly, when the virtual wheel rotation angular acceleration command ωdotw_x_cmd in the X-axis direction is determined to be “0” in STEP 27, similarly, the values of the first to third gain coefficients K1_x to K3_x are decreased (limited), The value of the axial virtual wheel rotation angular acceleration command ωdotw_x_cmd in the axial direction may be lowered.

さらに、本実施形態において、姿勢制御演算部80は、STEP23で、Y軸方向の目標傾斜角度を調整することにより、基体9をスタンド装置26側へ傾斜させたが、これに限定されるものではなく、車輪体5をスタンド側とは反対の向きに移動させることにより(そのようにY軸方向の仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_y_cmdを決定することにより)、基体9をスタンド装置26側へ傾斜させるようにしてもよい。   Furthermore, in this embodiment, the posture control calculation unit 80 tilts the base body 9 toward the stand device 26 by adjusting the target tilt angle in the Y-axis direction in STEP 23, but the present invention is not limited to this. Without moving the wheel body 5 in the direction opposite to the stand side (by determining the virtual wheel rotation angular acceleration command ωdotw_y_cmd in the Y-axis direction), the base body 9 is inclined toward the stand device 26 side. You may do it.

また、前記各実施形態では、図1及び図2に示した構造の車両1を例示したが、本発明における倒立振子型車両1は、本実施形態で例示した車両に限られるものではない。   Moreover, in each said embodiment, although the vehicle 1 of the structure shown in FIG.1 and FIG.2 was illustrated, the inverted pendulum type vehicle 1 in this invention is not restricted to the vehicle illustrated in this embodiment.

具体的には、本実施形態の車両1の移動動作部としての車輪体5は一体構造のものであるが、例えば、前記特許文献3の図10に記載されているような構造のものであってもよい。すなわち、剛性を有する円環状の軸体に、複数のローラをその軸心が該軸体の接線方向に向くようにして回転自在に外挿し、これらの複数のローラを軸体に沿って円周方向に配列させることによって、車輪体を構成してもよい。   Specifically, the wheel body 5 as the moving operation unit of the vehicle 1 according to the present embodiment has an integral structure. For example, the wheel body 5 has a structure as shown in FIG. May be. That is, a plurality of rollers are extrapolated on a rigid annular shaft body so that the shaft centers in the tangential direction of the shaft body, and the plurality of rollers are circumferentially arranged along the shaft body. You may comprise a wheel body by arranging in a direction.

さらに移動動作部は、例えば、特許文献2の図3に記載されているようなクローラ状の構造のものであってもよい。   Further, the moving operation unit may have a crawler-like structure as described in FIG.

あるいは、例えば、前記特許文献2の図5、特許文献3の図7、もしくは特許文献1の図1に記載されているように、移動動作部を球体により構成し、この球体を、アクチュエータ装置(例えば前記車輪体5を有するアクチュエータ装置)によりX軸周り方向及びY軸周り方向に回転駆動するように車両を構成してもよい。   Alternatively, for example, as described in FIG. 5 of Patent Document 2, FIG. 7 of Patent Document 3, or FIG. 1 of Patent Document 1, the moving operation unit is configured by a sphere, and the sphere is connected to an actuator device ( For example, the vehicle may be configured to be rotationally driven in the direction around the X axis and the direction around the Y axis by an actuator device having the wheel body 5).

また、本実施形態では、乗員の物体搭載部としてシート3を備えた車両1を例示したが、本発明における倒立振子型車両は、例えば特許文献3の図8に見られるように、乗員が両足を載せるステップと、そのステップ上で起立した乗員が把持する部分とを基体に組付けた構造の車両であってもよい。   Moreover, in this embodiment, although the vehicle 1 provided with the seat 3 as the occupant's object mounting portion is illustrated, the inverted pendulum type vehicle according to the present invention is, for example, as shown in FIG. The vehicle may have a structure in which the step of placing the vehicle and the portion gripped by the occupant standing on the step are assembled to the base.

このように本発明は、前記特許文献1〜3等に見られる如き、各種の構造の倒立振子型車両に適用することが可能である。   Thus, the present invention can be applied to an inverted pendulum type vehicle having various structures as seen in Patent Documents 1 to 3 and the like.

さらには、本発明における倒立振子型車両は、床面上を全方向に移動可能な移動動作部を複数(例えば、左右方向に2つ、あるいは、前後方向に2つ、あるいは、3つ以上)備えていてもよい。   Furthermore, the inverted pendulum type vehicle according to the present invention includes a plurality of moving operation units that can move in all directions on the floor surface (for example, two in the left-right direction, two in the front-rear direction, or three or more). You may have.

また、本発明における倒立振子型車両は、基体が乗員の物体搭載部と共に傾動することは必須ではない。例えば、複数の移動動作部を有する場合に、これらの移動動作部を組付ける基体が床面に対して傾動しないようにすると共に、この基体に対して物体搭載部を傾動自在に組付けるようにしてもよい。   In the inverted pendulum type vehicle according to the present invention, it is not essential that the base body tilts together with the occupant's object mounting portion. For example, in the case of having a plurality of moving operation units, the base on which these moving operation units are assembled is prevented from tilting with respect to the floor surface, and the object mounting unit is tilted with respect to the base. May be.

1…倒立振子型全方向移動車両、3…シート(搭乗部)、5…車輪体(移動動作部)、7…アクチュエータ装置、9…基体、26…スタンド装置、50…制御ユニット(移動動作部制御手段)、80…姿勢制御演算部(移動動作部制御手段)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inverted pendulum type omnidirectional moving vehicle, 3 ... Seat (boarding part), 5 ... Wheel body (moving operation part), 7 ... Actuator apparatus, 9 ... Base | substrate, 26 ... Stand apparatus, 50 ... Control unit (moving operation part) Control means), 80... Posture control calculation section (moving motion section control means).

Claims (3)

床面上を移動可能な移動動作部と、該移動動作部を駆動するアクチュエータ装置と、該移動動作部およびアクチュエータ装置が組み付けられた基体とを備えた倒立振子型車両の制御装置であって、
前記移動動作部に付与する駆動力を規定する制御用操作量を決定し、その決定した制御用操作量に応じて前記移動動作部の移動動作を前記アクチュエータ装置を介して制御する移動動作部制御手段を備え、
前記基体には、前記移動動作部を設置支持可能なスタンド装置が設けられ、
前記移動動作部制御手段は、
所定の終了条件が成立した場合に、床面上前記移動動作部の接地点と前記スタンド装置の接地点とを結ぶ第1の方向において、前記倒立振子車両の重心点が前記移動動作部の床面上の接地点よりも前記スタンド装置側に位置するように前記基体から前記スタンド装置へ向かう向きとは反対の向きに前記移動動作部を前記基体に対して移動動作させるように該第1の方向に関する前記制御用操作量を決定した後に、前記第1の方向に関する前記制御用操作量を下げることを特徴とする倒立振子型車両の制御装置。
A control device for an inverted pendulum type vehicle, comprising: a moving operation unit movable on the floor; an actuator device for driving the moving operation unit; and a base body on which the moving operation unit and the actuator device are assembled.
A moving operation unit control that determines a control operation amount that defines a driving force applied to the moving operation unit, and controls the moving operation of the moving operation unit via the actuator device according to the determined control operation amount. With means,
The base is provided with a stand device capable of installing and supporting the moving operation unit,
The moving operation unit control means includes:
When a predetermined end condition is satisfied , the center of gravity of the inverted pendulum vehicle is the floor of the moving operation unit in a first direction connecting the ground point of the moving operation unit and the contact point of the stand device on the floor surface. The first moving unit is moved relative to the base in a direction opposite to the direction from the base toward the stand so as to be positioned on the stand side relative to the ground contact point on the surface. A control device for an inverted pendulum type vehicle, wherein the control operation amount related to the first direction is lowered after the control operation amount related to the direction is determined.
床面上を移動可能な移動動作部と、該移動動作部を駆動するアクチュエータ装置と、該移動動作部およびアクチュエータ装置が組み付けられた基体とを備えた倒立振子型車両の制御装置であって、
前記移動動作部に付与する駆動力を規定する制御用操作量を決定し、その決定した制御用操作量に応じて前記移動動作部の移動動作を前記アクチュエータ装置を介して制御する移動動作部制御手段を備え、
前記基体には、前記移動動作部を設置支持可能なスタンド装置が設けられ、
前記移動動作部制御手段は、
所定の終了条件が成立した場合に、床面上前記移動動作部の接地点と前記スタンド装置の接地点とを結ぶ第1の方向に関する前記制御用操作量を下げると共に、床面上第1の方向と異なる第2の方向に関する制御状態を維持するように該第2の方向に関する前記制御用操作量を決定し、
前記スタンド装置が接地した後、前記第2の方向に関する前記制御用操作量を下げることを特徴とする倒立振子型車両の制御装置。
A control device for an inverted pendulum type vehicle, comprising: a moving operation unit movable on the floor; an actuator device for driving the moving operation unit; and a base body on which the moving operation unit and the actuator device are assembled.
A moving operation unit control that determines a control operation amount that defines a driving force applied to the moving operation unit, and controls the moving operation of the moving operation unit via the actuator device according to the determined control operation amount. With means,
The base is provided with a stand device capable of installing and supporting the moving operation unit,
The moving operation unit control means includes:
When a predetermined termination condition is satisfied, the control operation amount related to the first direction connecting the ground point of the moving operation unit and the ground point of the stand device on the floor surface is reduced, and the first on the floor surface is Determining the control operation amount related to the second direction so as to maintain the control state related to the second direction different from the direction;
A control device for an inverted pendulum type vehicle, wherein the control operation amount related to the second direction is lowered after the stand device is grounded.
請求項2に記載の倒立振子型車両の制御装置において、
前記移動動作部制御手段は、所定の終了条件が成立した場合に、前記第1の方向において前記基体から前記スタンド装置へ向かう向きとは反対の向きに前記移動動作部を移動動作させるように該第1の方向に関する前記制御用操作量を決定した後に、または、前記第1の方向において前記基体から前記スタンド装置へ向かう向きに該基体を傾斜させるように該第1の方向に関する前記制御用操作量を決定した後に、前記第1の方向に関する前記制御用操作量を下げることを特徴とする倒立振子型車両の制御装置。
In the control apparatus for an inverted pendulum type vehicle according to claim 2 ,
The movement operation unit control means moves the movement operation unit in a direction opposite to a direction from the base toward the stand device in the first direction when a predetermined end condition is satisfied. After the control operation amount relating to the first direction is determined, or the control operation relating to the first direction so that the base body is inclined in the direction from the base body toward the stand device in the first direction. The control apparatus for an inverted pendulum type vehicle, wherein the control operation amount related to the first direction is lowered after the amount is determined.
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