JP2005138631A - Traveling device and its control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば人間を搭乗させて二輪で走行する乗り物に使用して好適な走行装置及びその制御方法に関する。詳しくは、例えば減速時や下り坂を走行する際に発生する回生エネルギを効率の良く充電して、良好な走行を実現できるようにしたものである。 The present invention relates to a traveling device suitable for use in, for example, a vehicle that travels on two wheels with a human being on board, and a control method therefor. Specifically, for example, the regenerative energy generated when the vehicle decelerates or travels on a downhill is efficiently charged so that a favorable travel can be realized.
例えば人間を搭乗させて二輪で走行する乗り物が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 For example, a vehicle that travels on two wheels with a human being on board has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
例えば、人間を搭乗させて二輪で走行する乗り物として、本願出願人は先に以下に述べるような走行装置を提案(特願2003−168224号)した。 For example, the applicant of the present application has previously proposed a traveling apparatus as described below (Japanese Patent Application No. 2003-168224) as a vehicle that travels on two wheels with a human being on board.
先ず、本願出願人が提案した同軸二輪車の一実施形態の外観斜視図を図18に示す。図18に示す同軸二輪車1において、車輪軸2の両端には一対の車輪3(右車輪3R及び左車輪3L)が止着されている。この車輪3は、柔軟な特性を有するゴム材で形成されており、その内部には空気や窒素ガス等が充填される。このガス圧を調整して車輪3の柔軟性を調整することにより、機体の振動を吸収し、路面の凹凸による振動や段差による衝撃を低減することができる。
First, an external perspective view of an embodiment of a coaxial two-wheeled vehicle proposed by the present applicant is shown in FIG. In the coaxial two-
また、車輪軸2には、例えば人間が立ち姿勢で搭乗するための板状体の下に後述する制御装置等が格納される略直方体形状の筐体が接合されたベース4が、車輪軸2回りに傾動可能に支持されている。なお、以下の説明においては、両輪を結ぶ車輪軸2の中間点をX−Y−Z座標系の原点Oと仮定し、この原点Oを通りベース4の主面と平行で且つ車輪軸2に垂直な方向をX軸又はロール軸、原点Oを通る車輪軸方向をY軸又はピッチ軸、原点Oを通りベース4の主面と垂直な方向をZ軸又はヨー軸と定義する。また、同軸二輪車1の前方をX軸の正方向、左方をY軸の正方向、上方をZ軸の正方向とそれぞれ定義する。
Further, the
ベース4には、図19に示すように、正逆回転可能なモータ10(10R及び10L)が装着されており、モータ10に隣接して、モータ10の回転位置を検出するためのロータリエンコーダ11(11R及び11L)が設けられている。また、モータ10と車輪3との間には、歯車又はタイミングベルトによる減速器12(12R及び12L)が介在されており、モータ10の回転がこの減速器12及びジョイント(図示せず)を介して車輪3に伝達される。
As shown in FIG. 19, a motor 10 (10 </ b> R and 10 </ b> L) that can rotate forward and backward is mounted on the
さらに、ベース4には、ベース4のピッチ軸、ヨー軸回りの角速度ωp、ωyawを検出するためのジャイロセンサ13のほか、X、Y、Z軸方向のリニア加速度Ax、Ay、Az及びピッチ軸、ロール軸、ヨー軸回りの角加速度αp、αr、αyawを検出するための加速度センサ14や、ベース4上の負荷重量を検出するための圧力センサ15等の各種センサが内蔵されている。
Further, the
このうち、圧力センサ15は、図20のAの平面図及び図20のBの側面図に示すようにベース4の板状体を構成する支持台4aと可動台4bとの間の四隅に設けられており、この4つの圧力センサ151、152、153、154のセンサ信号から、ベース4上の負荷の重心座標(Xg、Yg)とその負荷重量Wgとを検出することができる。
Among these, the
すなわち、圧力センサ151〜154のセンサ信号がそれぞれPS1、PS2、PS3、PS4であり、無荷重状態で圧力センサ151〜154にかかる自重がW0である場合、負荷重量Wgは、以下の式(1)のように求められる。
That is, when the sensor signals of the
また、圧力センサ151、152、153、154の座標が、それぞれ(Xps,Yps)、(−Xps,Yps)、(―Xps,―Yps)、(Xps,―Yps)である場合に、重心座標(Xg,Yg)は、以下の式(2)のように求められる。
The coordinates of the
この式(2)において、W14は無荷重状態で圧力センサ151、154にかかる自重を示し、W23は無荷重状態で圧力センサ152、153にかかる自重を示し、W12は無荷重状態で圧力センサ151、152にかかる自重を示し、W34は無荷重状態で圧力センサ153、154にかかる自重を示す。
In this equation (2), W 14 represents the weight applied to the
このようにして、圧力センサ15によりベース4上の負荷による負荷荷重トルクT1が計算できるため、モータ10にその反作用のモーメントを与えることにより、ベース4上でバランスを保ち、姿勢を安定化することが可能となる。
In this way, the load load torque T 1 due to the load on the
さらにまた、ベース4の下部筐体には、マイクロコンピュータからなる制御装置16が搭載されており、この制御装置16に各種センサ信号、検出信号が入力される。制御装置16は、これらの入力信号に基づいて、後述するようにベース4のピッチ軸角度、ヨー軸角度を適切な値に保ちながら、機体を前進・後退・旋回させるモータトルクを発生するように制御する。
Furthermore, a
また、この同軸二輪車1は、図21に示すように、車輪軸2回りに傾動可能とされるベース4の重量中心Mが車輪軸2よりも下方に位置するように構成されている。これにより、停止時にも機体の重心位置が最も安定な位置に保たれ、転倒しにくくなる。なお、この図21ではベース4の上面の高さが車輪軸2よりも高くなっているが、ベース4の上面が車輪軸2より低くなっていても構わない。
Further, as shown in FIG. 21, the coaxial two-
ここで、ベース4上で姿勢を保つための制御概念について説明する。図22に示すように、ベース4上の負荷、例えば人間の体重による負荷荷重トルクT1に対して、同じモーメントを発生するようにモータトルクTmを制御すると、ベース4はシーソーのように支点を中心にバランスを保つ。このバランスを保つ支点に相当する点、すなわち車輪軸2回りの回転モーメントがゼロとなる点をZMP(Zero Moment Point)と呼ぶ。このZMPが車輪3の路面との接地点に一致するとき、或いは路面との接地面内にあるとき、バランスが保たれてベース4上で姿勢を保つことができる。
Here, a control concept for maintaining the posture on the
この同軸二輪車1に体重Whの人間が搭乗した場合、図23に示すように、人間の傾き角θに応じてベース4の重量中心Mが車輪軸2を中心に傾く。このとき、車輪軸2がバランスをとるための車輪軸トルクT0は以下の式(3)で表され、姿勢を保つためのモータトルクTmは減速器12の減速比をN:1としてT0/Nで表される。
When a person with a weight Wh gets on the coaxial two-
このようにして、上述の同軸二輪車1では、上述の如くベース4の重量中心Mが車輪軸2よりも下方に位置するように構成されているため、式(3)のように、人間の体重Whによるモーメントとベース4の重量Wmによるモーメントとの差分を車輪軸トルクT0として加えるのみでよく、比較的小さいモータトルクでバランスを保つことができる。
Thus, in the above-described coaxial two-
さらに、ベース4上で姿勢を保つための力学モデルについて、図24に示すX−Z座標系を用いて詳細に説明する。ここで図24では簡単のため、車輪3は1つであるものとして説明する。また、車輪3、ベース4、及びベース4上の人間をそれぞれリンクとみなし、その重心位置座標をそれぞれ(x0,z0)、(x1,z1)、(x2,z2)とする。さらに、各リンクの質量をそれぞれm0、m1、m2とし、慣性モーメントをI0、I1、I2とする。
Further, a dynamic model for maintaining the posture on the
定義した点Ω(σ,φ)回りの第iリンク(i=0,1,2)の各運動量は、重心位置座標を(xi,zi)とすると、以下の式(4)で表される。ここで、式(4)においてx、zの上に付されている1つの点は、x、zの1階微分であることを示している。 The momentum of the i-th link (i = 0, 1, 2) around the defined point Ω (σ, φ) is expressed by the following formula (4), where the center-of-gravity position coordinates are (x i , z i ). Is done. Here, one point given above x and z in Equation (4) indicates that it is the first derivative of x and z.
したがって、全リンクの慣性力によるモーメントは、以下の式(5)で表される。ここで、式(5)においてx、zの上に付されている2つの点は、x、zの2階微分であることを示している。また、全リンクの重力によるモーメントは、重力加速度をgとして以下の式(6)で表される。 Accordingly, the moment due to the inertial force of all links is expressed by the following equation (5). Here, the two points on x and z in the equation (5) indicate the second-order differentiation of x and z. The moment due to gravity of all links is expressed by the following equation (6), where g is the acceleration of gravity.
この慣性力によるモーメントと重力によるモーメントとの和により、式(7)に示すように、点Ω(σ,φ)回りのモーメントMΩが与えられる。 The sum of the moment due to the inertial force and the moment due to gravity gives a moment MΩ around the point Ω (σ, φ) as shown in Equation (7).
質量m0である車輪3の重力によるモーメントを除けば、点Ω(σ,φ)を原点にとることで、上述のモーメントMΩは車輪軸2回りのモーメントMaとなる。この車輪軸2回りのモーメントMaは、以下の式(8)で表される。
Excluding the moment due to the gravity of the
このモーメントMaを用いて上述のモーメントMΩを表せば、x0=0であるとき、すなわち車輪3の重心位置が車輪軸2上にあるとき、以下の式(9)で与えられる。
If the moment MΩ is expressed using this moment Ma, when x 0 = 0, that is, when the center of gravity of the
ここで、ZMPはモーメントMΩが0である床面上の点と定義される。そこで、車輪軸2の高さをh、ZMPの座標を(σzmp,−h)として式(7)に代入すると、以下の式(10)のようになる。この式(10)をσzmpについて解くことで、ZMPをリンク位置、加速度及び質量により表すことができる。
Here, ZMP is defined as a point on the floor where the moment MΩ is zero. Therefore, when the height of the
また、上述した式(9)にZMPの座標(σzmp,−h)を代入すると、以下の式(11)のようになる。なお、この式(11)は、車輪軸2回りのモーメントのつり合いの式を示す。
Further, when the ZMP coordinates (σzmp, −h) are substituted into the above equation (9), the following equation (11) is obtained. In addition, this Formula (11) shows the formula of the balance of the moments around the
ここで、ZMPに作用する力を図25に図示する。図25において、FNは床反力、FTは転がり摩擦力、FはFNとFTとの合成ベクトルを表す。なお、床反力FNは実際には車輪3の接地面全体に分布するが、図25ではZMPに集約するものとして表している。この図から車輪軸2回りのモーメントのつり合いの式を表すと、以下の式(12)のようになる。
Here, the force acting on the ZMP is illustrated in FIG. In FIG. 25, FN represents a floor reaction force, FT represents a rolling friction force, and F represents a combined vector of FN and FT. Note that the floor reaction force FN is actually distributed over the entire ground contact surface of the
なお、この式(12)に、以下の式(13)〜(15)を代入すると、上述した式(11)と同じものになる。 If the following formulas (13) to (15) are substituted into the formula (12), the formula (11) is the same as the above-described formula (11).
ベース4上の姿勢が安定するには、式(12)においてσzmp=0となればよい。すなわち、車輪軸トルクT0=−FT*hが成立すれば姿勢を保つことができる。したがって、T0=FT=0を満たす以下の式(16)に示す状態変数を制御することにより、姿勢を安定させることができる。
In order to stabilize the posture on the
このとき、x0、x1は、機構構造により一意に定まるが、m2、I2、x2、z2は、人間であるため不定値である。このm2、I2、x2、z2によるベース4上でのモーメントMtは、以下の式(17)で与えられる。但し、ベース4は、図26のように水平に保たれるものとする。
At this time, x 0 and x 1 are uniquely determined by the mechanism structure, but m 2 , I 2 , x 2 , and z 2 are undefined values because they are human. The moment Mt on the
ここで、負荷が人間である場合には角速度ω2が十分に小さいため、ω2≒0と近似すると、式(18)においてx2とその2階微分値をゼロにするときモーメントMtがゼロになる。x2とその2階微分値をゼロにすることは、ベース4上での負荷荷重トルクT1がゼロとなるようにx0及びx1を制御することと等価と考えてよい。また、この負荷荷重トルクT1によるモーメントMtは、力F2でベース4上の作用点(xf,L)に作用することと等価である。したがって、このxfをゼロにするx0、x1を与えることができればT1=0となり、姿勢を安定に保つ条件を満足することができる。
Here, when the load is a human, the angular velocity ω 2 is sufficiently small. Therefore, when approximating ω 2 ≈0, the moment Mt is zero when x 2 and its second-order differential value are zero in the equation (18). become. that the x 2 and its second-order differential value to zero, may be considered equivalent to load induced torque T 1 of the on the
図26に示すように、ベース4上のジャイロセンサ信号をフィードバック制御してモータトルクTmを与えることによりx0=x1を保つように制御されているとき、xf=x0となるようにモータトルクTmを制御することで姿勢を安定に保つことができる。
As shown in FIG. 26, when it is controlled so as to keep the x 0 = x 1 by feedback controlled gyro sensor signal on the
具体的には、誤差Ef=xf−x0とするとき、Ef>0であればx0を正の方向に変位させるためにモータトルクTmを負として機体を前進させ、Ef<0であればx0を負の方向に変位させるためにモータトルクTmを正として機体を後退させることで、誤差Efをゼロに収束させることができる。すなわち、A0を正の定数として、Tm=−A0*EfとなるモータトルクTmを与えることでEfをゼロに収束させ、姿勢を安定に保つことができるようになる。
Specifically, when the error Ef = xf-x 0, Ef > a x 0 if 0 to advance the machine body of the motor torque Tm to be displaced in the positive direction as negative, if Ef <0 the motor torque Tm to displace the x 0 in the negative direction by retracting the fuselage as positive, it is possible to converge the error Ef to zero. That is, A 0 is a positive constant, the Ef by giving the motor torque Tm to be Tm = -
実際には、例えば図27のようにベース4がピッチ軸回りに角度θ0だけ傾いた場合、体重Mの人間によりT1(=Mτ×L)の負荷荷重トルクが発生するため、その負荷荷重トルクT1と逆方向の車輪軸トルクT0を与えるようにモータトルクTmを制御することで、ZMPを車輪3の接地点と一致させ、姿勢を安定に保つことができるようになる。
Actually, for example, when the
ここで、ベース4上に人間が搭乗した場合、個人差はあるものの通常1〜2秒の周期で姿勢を保つために足裏に作用させる力を変動させているため、人間の体重による負荷荷重トルクT1は不確定に変化する。したがって、リアルタイムにバランスがとれるようなトルクをモータ10に加算し、負荷変動に対してベース4の角度を一定に保つ必要がある。
Here, when a person rides on the
そこで、上述の同軸二輪車1は、このような負荷変動をリアルタイムに相殺するために、制御装置16内に図28に示すような制御機構を有している。図28において、減算器20では、姿勢指令であるベース角度指令θrefとジャイロセンサ13及び加速度センサ14によって検出した現在のベース角度θ0との偏差がとられ、この偏差が姿勢制御器21に供給される。姿勢制御器21は、このベース角度指令θrefと現在のベース角度θ0とからモータトルク電流値Tgyr[A]を計算する。
Therefore, the above-described coaxial two-
また、調整器22では、圧力センサ15のセンサ信号PS1、PS2、PS3、PS4を用いて負荷荷重トルクT1を推定し、これを相殺するための推定負荷荷重トルク電流値T1′/Km[A]を計算する。ここでKmはモータ定数[Nm/A]である。負荷の重心座標が(Xg、Yg)であり、負荷重量がWgである場合、推定負荷荷重トルクT1′は、以下の式(18)のように与えられる。
Further, the
そして減算器23では、モータトルク電流値Tgyrと推定負荷荷重トルク電流値T1′/Kmとの偏差がとられ、この偏差がモータ電流I[A]としてモータ24に与えられる。モータ24はこのモータ電流Iによって回転することによりモータトルクTmを発生し、加算器25では、このモータトルクTmと負荷荷重トルクT1とが加算されてベース26に伝えられる。
Then, the
このように、負荷荷重トルクT1を相殺するためのモータトルクTmをモータ24に加算することにより、停止時においては負荷変動に対してベース角度を一定に保つことができる。 Thus, by adding the motor torque Tm to cancel the load induced torque T 1 to the motor 24, at the time of stopping it can be kept constant base angle to the load fluctuation.
以上の制御機構により姿勢安定制御を行うことができるが、この状態で走行するには、さらに走行制御のための制御機構が必要となる。そこで、上述の同軸二輪車1は、実際には姿勢安定制御のためのモータトルクと走行制御のためのモータトルクとを独立して求める二輪構造の制御機構を有している。
Although the posture stability control can be performed by the above control mechanism, in order to travel in this state, a control mechanism for travel control is further required. Therefore, the above-described coaxial two-
このような二輪構造の制御機構の物理モデルを図29に示す。なお、この図29においても、簡単のため、車輪3は1つであるものとして説明する。図29に示すように、ベース4にはジャイロセンサ13、加速度センサ14、圧力センサ15等の各種センサが内蔵されており、その下部にはモータステータ30、ロータリエンコーダ31、モータロータ32が存在し、モータロータ32の回転は減速器33及びジョイント34を介して車輪3に伝達される。
A physical model of such a two-wheel structure control mechanism is shown in FIG. In FIG. 29, for the sake of simplicity, description will be made assuming that there is one
姿勢制御/調整器40は、姿勢指令であるベース角度指令θref、ジャイロセンサ13及び加速度センサ14によって検出した現在のベース角度θ0、及び圧力センサ15のセンサ信号PS1、PS2、PS3、PS4から、上述したモータトルクTgyr及び推定負荷荷重トルクT1′を計算する。また、モータ制御器41は、走行指令であるモータロータ32の回転位置指令Prefとロータリエンコーダ31によって検出したモータロータ32の現在の回転位置θrとから、走行のためのモータトルクを計算する。
The posture controller /
そして、加算器42において、モータトルクTgyr及び推定負荷荷重トルクT1′と走行のためのモータトルクとが加算され、この加算値がモータロータ32に供給される。
The
ここで、上述したベース角度指令θrefとは、搭乗者が安定に乗ることができるように、X軸方向の加速度Axに応じて設定されるベース角度の目標値である。具体的には、X軸加速度Axがゼロのときベース4が水平になるように、X軸加速度Axが正のときベース4を前方に傾けるように、X軸加速度Axが負のときベース4を後方に傾けるように、それぞれ設定される。
Here, the base angle command θref described above is a target value of the base angle that is set according to the acceleration Ax in the X-axis direction so that the passenger can ride stably. Specifically, the
そこで、例えばX軸加速度Axが正の場合、図30に示すように、慣性力と重力との合成ベクトルの方向にZMPが位置するようにベース4を傾けると、搭乗者は姿勢を安定に保つことができる。なお、このベース角度指令θrefは、X軸加速度Axに比例して変化する。
Therefore, for example, when the X-axis acceleration Ax is positive, as shown in FIG. 30, if the
制御機構のブロック図を図31に示す。減算器50では、姿勢指令であるベース角度指令θrefとジャイロセンサ13(及び加速度センサ14)によって検出した現在のベース角度θ0との偏差がとられ、この偏差が姿勢制御器51に供給される。姿勢制御器51は、このベース角度指令θrefと現在のベース角度θ0とからモータトルクTgyrを計算し、このモータトルクTgyrを加算器54に供給する。
A block diagram of the control mechanism is shown in FIG. In the
一方、減算器52では、走行指令であるモータロータ57の回転位置指令Prefとロータリエンコーダ58によって検出したモータロータ57の現在の回転位置θrとの偏差がとられ、この偏差がモータ制御器53に供給される。モータ制御器53は、この回転位置指令Prefと現在の回転位置θrとから、走行のためのモータトルクを計算し、このモータトルクを加算器54に供給する。
On the other hand, the
また、ベース4に負荷荷重トルクT1が加えられると、圧力センサ15のセンサ信号PS1、PS2、PS3、PS4が調整器55に供給され、調整器55は、このセンサ信号に基づいて上述した推定負荷荷重トルクT1′を計算する。
When the load torque T 1 is applied to the
加算器54では、姿勢制御器51からのモータトルクTgyrとモータ制御器53からのモータトルクとが加算され、減算器56では、この加算値から推定負荷荷重トルクT1′が減算される。これが最終的なモータトルクTmとなり、モータロータ57に与えられる。加算器59では、このモータトルクTmの反作用力と負荷荷重トルクT1とが加算され、この加算値がモータステータ/ベース60に与えられる。
The
モータロータ57は、モータトルクTmに応じて回転制御される。このモータロータ57の回転位置θrは、減速比N:1の減速器61によって1/Nに変換され車輪3に伝達される。すなわち、車輪3の回転位置θwは、モータロータ57の回転位置θrの1/Nである。ロータリエンコーダ58は、このモータロータ57の回転位置θrを検出し、検出信号を減算器52に供給する。
The rotation of the
一方、モータステータ/ベース60には、上述したように、モータトルクTmの反作用力と負荷荷重トルクT1との加算値が加わるが、それらが相互に打ち消されるため、モータステータ/ベース60の傾動は抑えられる。
On the other hand, the motor stator /
図32は、図31に示したブロック図における処理を、ラプラス演算子を用いて数学モデルとして表現したものである。上述の如く、姿勢制御器51には、ベース角度指令θrefと現在のベース角度θ0との偏差が与えられ、モータ制御器53には、モータロータ57の回転位置指令Prefと現在の回転位置θrとの偏差が与えられる。この姿勢制御器51及びモータ制御器53では、例えばPID(比例・積分・微分)演算を行うフィードバック制御により各モータトルクが計算される。
FIG. 32 represents the process in the block diagram shown in FIG. 31 as a mathematical model using a Laplace operator. As described above, the
すなわち、Kp0、Kp1が比例ゲインとなり、Ki0、Ki1が積分ゲインとなり、Kd0、Kd1が微分ゲインとなる。これらの制御ゲインによって、モータが姿勢指令θref及び走行指令Prefに対して応答する追従性が変化する。例えば、モータロータ57は、比例ゲインKp0,Kp1を小さくすると、ゆっくりとした追従遅れをもって動くようになり、比例ゲインKp0、Kp1を大きくすると、高速に追従するようになる。このように、制御ゲインを変化させることにより、姿勢指令θref、走行指令Prefと、実際の動きの誤差の大きさや応答時間とを調整することが可能となる。
That is, Kp 0 and Kp 1 are proportional gains, Ki 0 and Ki 1 are integral gains, and Kd 0 and Kd 1 are differential gains. With these control gains, the followability of the motor responding to the attitude command θref and the travel command Pref changes. For example, when the proportional gains Kp 0 and Kp 1 are reduced, the
また、モータロータ57には、姿勢制御器51からのモータトルクとモータ制御器53からのモータトルクとの加算値から推定負荷荷重トルクT1′が減算されたモータトルクTmが与えられ、回転角度θrだけ回転する。ここで、Jrはモータロータ57のイナーシャ(inertia)であり、Drはモータロータ57の粘性抵抗(ダンパ係数)である。
The
一方、モータステータ/ベース60には、上述の如くモータトルクTmの反作用力と負荷荷重トルクT1との加算値が加わるが、それらが相互に打ち消されるため傾動が抑えられる。ここで、Jはモータステータ/ベース60のイナーシャであり、Dはモータステータ/ベース60の粘性抵抗(ダンパ係数)である。
On the other hand, the motor stator /
この図32に示した数学モデルは、より詳細には例えば図33に示すようになる。図33に示すように、姿勢制御器70は、ベース角度指令θrefと現在のベース角度θ0との偏差に対してPID制御を行うことで姿勢制御のためのモータトルクTgyrを生成し、モータ制御器71は、モータ10の回転位置指令Prefと現在の回転位置θrとの偏差に対してPID制御を行うことで走行制御のためのモータトルクを生成する。
More specifically, the mathematical model shown in FIG. 32 is as shown in FIG. As shown in FIG. 33, the
また、調整器72は、圧力センサ15のセンサ信号から推定負荷荷重トルクT1′を生成する。加算器73ではこれらの各トルクが加算され、得られたモータトルクTmがモータ10に与えられる。モータ10は、このモータトルクTmにより回転駆動され、その回転が減速比16:1の減速器74によって1/16に変換され車輪3に伝達される。
Further, the
以上、図29乃至図33では、簡単のため車輪3が1つであるものとして説明したが、左右2つの車輪3R,3Lを有する実際の同軸二輪車1では、例えば図31における姿勢制御器51が左右の車輪3R,3Lで共通に用いられる一方で、モータ制御器53が左右独立に設けられる。
As described above, in FIG. 29 to FIG. 33, for the sake of simplicity, it has been described that there is one
この場合の制御機構のブロック図を図34に示す。ジャイロセンサ13からのセンサ値ωpは例えば通過帯域が0.1〜50Hzであるバンドパスフィルタ(BPF)80を介して角度算出器82に送られ、加速度センサ14からのセンサ値αpは例えば遮断周波数が0.1Hzのローパスフィルタ(LPF)81を介して角度算出器82に送られる。角度算出器82では、これらのセンサ値に基づいて現在のベース角度θ0が算出される。
A block diagram of the control mechanism in this case is shown in FIG. The sensor value ωp from the
また、減算器83では、姿勢指令であるベース角度指令θrefと現在のベース角度θ0との偏差がとられ、この偏差が姿勢制御器84に供給される。姿勢制御器84は、このベース角度指令θrefと現在のベース角度θ0とから、上述したモータトルクTgyrを計算する。
Further, the
一方、減算器85Rでは、右車輪3R用の走行指令であるモータロータ92Rの回転位置指令Prefrとロータリエンコーダ93Rによって検出したモータロータ92Rの現在の回転位置θrとの偏差がとられ、この偏差が位置比例制御器86Rに供給される。位置比例制御器86Rは、この偏差に対して位置比例(P)制御を行い、比例制御結果を減算器87Rに供給する。
On the other hand, the
また、微分器88Rは、ロータリエンコーダ93Rから供給されたモータロータ92Rの回転位置θrを微分し、微分結果を減算器87Rに供給する。そして減算器87Rでは、位置比例制御器86Rからの比例制御結果と微分器88Rからの微分結果との偏差がとられ、この偏差が速度比例制御器89Rに供給される。速度比例制御器89Rは、この偏差に対して速度比例(P)制御を行い、比例制御結果を加算器90Rに供給する。
The differentiator 88R differentiates the rotational position θr of the
加算器90Rでは、この比例制御結果とモータトルクTgyrと調整器94において圧力センサ15のセンサ信号PS1、PS2、PS3、PS4から求めた推定負荷荷重トルクT1′とが加算され、加算値が電流制御アンプ91Rに供給される。電流制御アンプ91Rは、この加算値に基づいてモータ電流を生成し、モータロータ92Rを駆動する。このモータロータ92Rの回転位置は、減算器85Rと共に微分器88Rに供給される。左車輪3Lについても同様であるため、説明を省略する。
In the
このように、上述の同軸二輪車1では、左右の車輪3R,3Lで共通な姿勢安定制御用の制御機構と、左右独立な走行制御用の制御機構とを有し、それらが独立した制御を行うため、姿勢安定制御と走行制御とを安定して両立することができる。
Thus, the above-described coaxial two-
次に、上述の同軸二輪車1における速度制御について説明する。
Next, speed control in the above-described coaxial two-
上述したように、上述の同軸二輪車1では、ベース4の四隅に設けられた4つの圧力センサ151〜154のセンサ信号PS1、PS2、PS3、PS4からベース4上の負荷の重心座標(Xg,Yg)とその負荷重量Wgとを検出し、負荷荷重トルクT1を求めているが、さらに、この重心座標(Xg,Yg)を走行する方向、速度の制御指令として用いる。具体的には、負荷重量Wgが所定の値以上である場合に、重心位置のX座標Xgに基づき速度指令Vxを変化させる。
As described above, in the coaxial two-
その様子を図35に示す。ここで図35において、X3からX1までの範囲は停止領域であり、この範囲内では指令走行速度をゼロとする。この停止領域は、車輪3の路面との接地面のX座標範囲とすることが好ましい。この場合、例えば負荷重量Wgが大きいときや車輪3のガス圧が低いときには車輪3の路面との接地面積が大きくなるため、停止領域の範囲も大きくなる。このように停止領域(不感帯)を設けることで、搭乗者の意図しない僅かな重心移動によって機体が前進・後退することを防止することができる。
This is shown in FIG. In Figure 35, where a range from X 3 to X 1 is stopping area, the command speed to zero within this range. This stop area is preferably the X coordinate range of the contact surface with the road surface of the
X座標がX1以上になると、前進最大速度SfMAX に達するまで、X座標の大きさに応じて指令速度が増加する。また、X座標がX2以上になると強制的に減速停止し、再び停止領域内で姿勢を安定させるまで停止する。このように、強制的に減速停止する領域を設けることで、最大速度で走行している際の搭乗者の安全性を確保することができる。 If X-coordinate is X 1 or more, until it reaches the maximum forward speed SFmax, command speed is increased in accordance with the magnitude of the X coordinate. Further, X-coordinate is forcibly decelerate to a stop becomes X 2 or more, and stops until stabilizing the posture at the stop area again. Thus, by providing the area where the vehicle is forcibly decelerated and stopped, the safety of the passenger when traveling at the maximum speed can be ensured.
同様に、X座標がX3以下になると、後退最大速度SbMAXに達するまで、X座標の大きさに応じて指令速度が増加する。なお、この後退最大速度SbMAXは、前進最大速度SfMAXよりも小さいことが好ましい。また、X座標がX4以下になると強制的に減速停止し、再び停止領域内で姿勢を安定させるまで停止する。 Similarly, when the X coordinate is X 3 below, until reaching the retracted maximum speed SB max, the command speed is increased in accordance with the magnitude of the X coordinate. The maximum reverse speed SbMAX is preferably smaller than the maximum forward speed SfMAX. Further, X-coordinate is forcibly decelerate to a stop becomes X 4 below, to stop until stabilizing the posture at the stop area again.
X座標がX1からX2まで、或いはX3からX4までの間では、そのX座標Xgに応じて、例えば以下の式(19)により、モータ10Rの回転位置指令Prefrとモータ10Lの回転位置指令Preflとが生成される。ここで、式(19)において、G0は正の一定ゲインであり、例えば負荷重量Wgに応じて可変にすることができる。
X coordinate from X 1 to X 2, or in the period from X 3 to X 4, in accordance with the X-coordinate Xg, for example, by the following equation (19), the rotation of the rotational position command Prefr the
なお、時刻t=0での速度指令がVx0であり、時刻t=t1での速度指令がVx1である場合、加速度を連続的に変化させ、機構的な共振振動を生じさせないように走行することが好ましい。この場合、Vx1に到達するまでの時間をΔtとすると、時刻t(0≦t≦t1)での走行速度指令Vref(t)は、例えば以下の式(20)により算出することができる。 When the speed command at time t = 0 is Vx 0 and the speed command at time t = t 1 is Vx 1 , the acceleration is continuously changed so as not to cause mechanical resonance vibration. It is preferable to travel. In this case, assuming that the time required to reach Vx 1 is Δt, the traveling speed command Vref (t) at time t (0 ≦ t ≦ t 1 ) can be calculated by the following equation (20), for example. .
このとき、モータ10の回転位置指令Pref(t)は、式(20)の走行速度指令Vref(t)を積分した値となり、以下の式(21)に示すような5次関数で与えられる。ここで、式(21)において、Pref0は時刻t=0での回転位置指令である。
At this time, the rotational position command Pref (t) of the
また、前進・後退させるのみでなく、負荷重量Wgが所定の値以上である場合、重心位置のY座標Ygに基づき、例えば図36に示すように旋回速度指令Vrを変化させることもできる。ここで図36において、−Y1からY1までの範囲は停止領域であり、この範囲内では指令旋回速度をゼロとする。 In addition to forward / backward movement, when the load weight Wg is equal to or greater than a predetermined value, the turning speed command Vr can be changed based on the Y coordinate Yg of the center of gravity position, for example, as shown in FIG. Here, in FIG. 36, a range from −Y 1 to Y 1 is a stop region, and the command turning speed is set to zero within this range.
なお、この停止領域は、原点O近傍で任意に設定することができる。このように停止領域(不感帯)を設けることで、搭乗者の意図しない僅かな重心移動によって機体が旋回することを防止することができる。Y座標がY1以上になると、右回り最大速度CWMAXに達するまで、Y座標の大きさに応じて指令旋回速度が増加する。同様に、Y座標が−Y1以下になると、左回り最大速度CCWMAXに達するまで、Y座標の大きさに応じて指令旋回速度が増加する。 This stop area can be arbitrarily set in the vicinity of the origin O. By providing the stop region (dead zone) in this way, it is possible to prevent the aircraft from turning due to a slight center of gravity movement that is not intended by the passenger. When the Y coordinate becomes Y 1 or more, the command turning speed increases according to the size of the Y coordinate until the clockwise maximum speed CWMAX is reached. Similarly, when the Y coordinate becomes −Y 1 or less, the command turning speed increases according to the magnitude of the Y coordinate until the counterclockwise maximum speed CCWMAX is reached.
Y座標がY1以上又は−Y1以下では、そのY座標Ygに応じて、モータ10Rの回転位置指令Rrefrとモータ10Lの回転位置指令Rreflとが生成される。走行速度がゼロである場合、モータ10Rの回転位置指令Rrefrとモータ10Lの回転位置指令Rreflとは、例えば以下の式(22)に示すような逆位相指令となる。ここで、式(22)において、G1は正の一定ゲインであり、例えば負荷重量Wgに応じて可変にすることができる。
When the Y coordinate is Y 1 or more or −Y 1 or less, a rotational position command Rrefr of the
一方、走行速度がゼロでない場合、モータ10Rの回転位置指令Rrefrとモータ10Lの回転位置指令Rreflとは、例えば以下の式(23),(24)に示すような同位相指令となる。ここで、式(23),(24)において、G2は正の一定ゲインであり、例えば負荷重量Wgに応じて可変にすることができる。
On the other hand, when the traveling speed is not zero, the rotational position command Rrefr of the
ここで、不整地路面等の凹凸を有する路面や傾斜路面を走行する場合には、左右のモータ10R,10Lの回転位置指令で与えられる目標方向に走行することが困難になり、目標方向と実際の走行方向とにずれが生じる虞がある。また、左右の車輪3R,3Lのガス圧の違いにより車輪3の有効直径が異なる場合にも、同様に目標方向と実際の走行方向とにずれが生じる虞がある。
Here, when traveling on uneven road surfaces such as uneven road surfaces and inclined road surfaces, it becomes difficult to travel in the target direction given by the rotational position commands of the left and
そこで、上述の同軸二輪車1では、ヨー軸回りの角速度ωyawを検出するジャイロセンサ13により実際の走行方向を検出し、左右のモータ10R,10Lの回転速度を独立に制御することで、目標方向と実際の走行方向とのずれを解消する。
Therefore, in the above-described coaxial two-
一例として、図37のAに示すように右車輪3Rよりも左車輪3Lの方の有効直径が短く、図37のBに示すように、直進する際にヨー軸回りのジャイロセンサ信号としてωyaw1[rad/sec]が検出される場合について説明する。このような場合、回転速度指令Vrefr,Vreflの加算平均をVref0としたとき、以下の式(25)、(26)に示すように、左右のモータ10R、10Lに与える回転速度指令Vrefr,Vreflを補正することにより、機体を直進させることができる。ここで、式(25)、(26)において、K0は正の定数である。
As an example, the effective diameter of the
また、図37のCに示すように目標方向としてDref[rad/sec]が与えられている場合には、以下の式(27)、(28)に示すように左右の車輪に回転速度指令Vrefr、Vreflを与える。 Further, when Dref [rad / sec] is given as the target direction as shown in FIG. 37C, the rotational speed command Vrefr is applied to the left and right wheels as shown in the following equations (27) and (28). , Vrefl is given.
このようにして得られた回転速度指令Vrefr、Vreflは、それぞれ以下の式(29)、(30)により車輪の回転位置指令Prefr、Preflに変換される。ここで、式(29)、(30)において、kはサンプリング回数を表す整数であり、Pref(k)はkサンプリングでの回転位置指令を示す。 The rotational speed commands Vrefr and Vrefl thus obtained are converted into wheel rotational position commands Prefr and Prefl by the following equations (29) and (30), respectively. Here, in Expressions (29) and (30), k is an integer representing the number of samplings, and Pref (k) indicates a rotational position command in k sampling.
同様に、旋回する場合についても、左右の車輪3R、3Lのガス圧の違いや路面状況の違いなどから、旋回速度にずれが生じる虞がある。この場合にも、ヨー軸回りの角速度ωyawを検出するジャイロセンサ13により実際の旋回速度を検出し、左右のモータ10R、10Lの回転速度を独立に制御することで、目標となる旋回速度と実際の旋回速度とのずれを解消することができる。
Similarly, when turning, there is a possibility that the turning speed may be shifted due to a difference in gas pressure between the left and
一例として、右車輪3Rよりも左車輪3Lの方の有効直径が短く、旋回する際にヨー軸回りのジャイロセンサ信号としてωyaw2[rad/sec]が検出されている場合について説明する。右車輪3Rの回転位置指令Rrefr及び左車輪3Lの回転位置指令Rreflを微分した信号をそれぞれVrefr、Vreflとすると、旋回速度の誤差ωerrは以下の式(31)で表される。
As an example, the case where the effective diameter of the
この場合、以下の式(32)、(33)に示すように、左右のモータ10R、10Lに与える回転位置指令Rrefr、Rreflを補正することにより、機体を目標通りに旋回させることができる。ここで、式(32)、(33)において、G3は正の一定ゲインであり、例えば負荷重量Wgに応じて可変にすることができる。
In this case, as shown in the following equations (32) and (33), the airframe can be turned as intended by correcting the rotational position commands Rrefr and Rrefl given to the left and
このように、上述の同軸二輪車1では、ヨー軸回りの角速度ωyawを検出するジャイロセンサ13により実際の走行方向、旋回速度を検出し、左右のモータ10R、10Lの回転速度を独立に制御することで、目標方向(旋回速度)と走行方向(旋回速度)とのずれを解消することができる。
Thus, in the above-described coaxial two-
さらにこのような同軸二輪車1のソフトウェア構成を、図38を用いて説明する。図38に示すように、最下位層のハードウェア・レイヤ150から順に、カーネル・レイヤ151、オンボディ・レイヤ152、ネットワーク・レイヤ153、そして最上位層のアプリケーション・レイヤ154という階層構造で構成される。
Further, the software configuration of the coaxial two-
ハードウェア・レイヤ150は、回路の階層であり、例えばモータ制御回路、中央制御回路、センサ回路の制御回路等が含まれる。カーネル・レイヤ151は、モータサーボ演算や姿勢制御演算、走行制御演算、或いはリアルタイム走行目標値演算等の各種演算を行う階層である。このハードウェア・レイヤ150及びカーネル・レイヤ151において、基本的な姿勢安定制御と走行制御とが実現される。オンボディ・レイヤ152は、走行目標値演算、障害物回避軌道の生成等を行う階層である。
The
これらの各階層は、それぞれ異なるサンプリングの制御周期で実行され、上位階層ほどその周期は長くなる。例えば最下位層のハードウェア・レイヤ150では、その制御周期が0.1msecと短い周期であるのに対して、カーネル・レイヤ151では1msec、オンボディ・レイヤ152では10msecと長い周期になっている。
Each of these hierarchies is executed with a different sampling control cycle, and the cycle becomes longer as the upper hierarchies. For example, in the
続いて、同軸二輪車1における回路の全体構成について説明する。図39に示すように、センサ回路200には、圧力センサ151〜154からのセンサ信号PS1,PS2,PS3,PS4が供給される。センサ回路200は、このセンサ信号のほか、ピッチ軸回り及びヨー軸回りの角速度を検出するジャイロセンサ13からのセンサ信号ωp,ωyawと、X,Y,Z軸方向のリニア加速度及びピッチ軸,ロール軸,ヨー軸回りの角加速度を検出する加速度センサ14からのセンサ信号Ax,Ay,Az,αp,αr,αyawとを合わせて、制御装置16に供給する。
Next, the overall circuit configuration of the coaxial two-
制御装置16は、これらのセンサ信号に基づいて、上述したようにモータトルクTgyrや、走行指令であるモータロータの回転位置指令Prefを生成し、これらを左右のモータドライバ203R,203Lに供給する。モータドライバ203R,203Lは、このモータトルクTgyr、モータロータの回転位置指令Pref等に基づいて、例えば200Wのモータ10R,10Lを駆動するための最適なモータ電流を算出し、モータ10R,10Lに供給する。このモータ10R,10Lの回転位置は、ロータエンコーダ11R,11Lによって求められ、モータドライバ203R,203Lにフィードバックされる。
Based on these sensor signals, the
サーボオン/パワースイッチ204は、制御装置16及び電源スイッチ205と接続されており、電源スイッチ205からの信号は電源管理回路206に供給される。この電源管理回路206は、バッテリ207と接続されており、制御装置16、音声処理回路201及び画像処理回路202に24Vの制御用電源を供給するほか、モータドライバ203R,203Lにモータ電源を供給する。電源管理回路206には、モータドライバ203R,203Lを介してモータ10R,10Lの回生電力が供給され、電源管理回路206は、この回生電力を用いてバッテリ207を充電する。
The servo-on / power switch 204 is connected to the
図39に示した全体構成の詳しい内部構成を、図40を用いて説明する。図40に示すように、センサ回路200には、圧力センサ151〜154からのセンサ信号PS1,PS2,PS3,PS4、ジャイロセンサ131,132からのセンサ信号ωp,ωyaw、加速度センサ14からのセンサ信号Ax,Ay,Az,αp,αr,αyawが供給される。センサ回路200は、圧力センサ15からのセンサ信号PS1,PS2,PS3,PS4を例えば10mv/Nの圧力ゲインでゲイン調整し、さらに図示しないアナログ−デジタル変換器を介してデジタル信号に変換した後、制御装置16の重心演算部210に供給する。
A detailed internal configuration of the overall configuration shown in FIG. 39 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 40, the
また、センサ回路200は、ジャイロセンサ131,132からのセンサ信号ωp,ωyawを例えば1.6V/(rad/sec)の姿勢ゲインでゲイン調整すると共に、加速度センサ14からのセンサ信号Ax,Ay,Az,αp,αr,αyawを例えば1.6V/(rad/sec2)の姿勢ゲインでゲイン調整し、さらに図示しないアナログ−デジタル変換器を介してデジタル信号に変換した後、信号前処理部211に供給する。この信号前処理部211は、入力された信号に対してデジタルフィルタを施したり、オフセット調整や姿勢位置すなわちベース角度θ0の算出をしたりする前処理を行う。
The
重心演算部210は、圧力センサ151〜154からのセンサ信号PS1,PS2,PS3,PS4に基づいて前述したようにベース4上の負荷の重心位置座標(Xg、Yg)とその負荷重量Wgとを計算し、この重心位置座標(Xg、Yg)及び負荷重量Wgの情報を走行指令算出器212に供給すると共に、重心位置のY座標Yg及び負荷重量Wgの情報を旋回指令発生器215に供給する。
The center-of-
走行指令算出器212は、例えば図35に示したような重心位置X座標−走行速度特性に基づき速度指令Vxを生成し、回転速度指令発生器213は、この速度指令Vxに基づいて前述した5次関数演算を行うことにより、回転速度指令Vref(t)を生成する。回転速度指令発生器213は、回転位置指令Pref(t)を回転位置指令発生器214、旋回指令発生器215、及び姿勢指令発生器216に供給する。
For example, the
旋回指令発生器215は、重心演算部210から供給された重心位置のY座標Yg及び負荷重量Wg、信号前処理部211から供給されたヨー軸回りの回転角速度ωyaw、及び回転速度指令発生器213から供給された回転速度指令Vref(t)に基づいて旋回する際の位相指令、例えばYg*G1を生成し、この位相指令を回転位置指令発生器214に供給する。
The turning command generator 215 includes the Y coordinate Yg and the load weight Wg of the center of gravity supplied from the center of
回転位置指令発生器214は、回転速度指令発生器213から供給された回転速度指令Vref(t)を積分して回転位置指令Pref(t)を生成し、左右のモータドライバに回転位置指令Prefr(t),Prefl(t)を供給する。この際、回転位置指令発生器214は、旋回指令発生器215からの位相指令を考慮して回転位置指令Prefr(t),Prefl(t)を生成する。
The rotational
姿勢指令発生器216は、回転速度指令発生器213から供給された回転速度指令Vref(t)に基づき、図30を用いて説明したように姿勢指令であるベース角度指令θrefを計算し、このベース角度指令θrefを減算器217に供給する。減算器217では、このベース角度指令θrefから信号前処理部211で求められた現在のベース角度θ0が減算され、偏差が姿勢制御器218に供給される。姿勢制御器218は、この偏差を元にしてPID制御を行い、モータトルクTgyrを求める。
The
なお、PID制御を行う際には、ベース4上の負荷重量Wgに応じてPIゲインを変更するようにしてもよい。具体的には、負荷重量Wgが大きくなると比例ゲインを大きくし、積分ゲインを小さくすることが好ましい。姿勢制御部218は、このモータトルクTgyrを左右のモータドライバ203R,203Lに供給する。
When performing PID control, the PI gain may be changed according to the load weight Wg on the
右車輪3R用のモータドライバ203Rにおいて、減算器230Rでは、モータ10R用の走行指令である回転位置指令Prefrとロータリエンコーダ11Rによって検出したモータ10Rの現在の回転位置θrとの偏差がとられ、この偏差が位置比例制御器231Rに供給される。位置比例制御器231Rは、この偏差に対して位置比例(P)制御を行い、比例制御結果を減算器232Rに供給する。また、微分器233Rは、ロータリエンコーダ11Rから供給されたモータ10Rの回転位置θrを微分し、微分結果を減算器232Rに供給する。
In the
そして減算器232Rでは、位置比例制御器231Rからの比例制御結果と微分器233Rからの微分結果との偏差がとられ、この偏差が速度比例・積分制御器234Rに供給される。速度比例・積分制御器234Rは、この偏差に対して速度比例・積分(PI)制御を行い、比例・積分制御結果を加算器235Rに供給する。加算器235Rでは、この比例・積分制御結果とモータトルクTgyrとが加算され、加算値が電流制御アンプ236Rに供給される。
The subtractor 232R takes a deviation between the proportional control result from the position
電流制御アンプ236Rは、この加算値に基づいてモータ電流を生成し、例えば200Wのモータ10Rを駆動する。このモータ10Rの回転位置は、減算器230Rと共に微分器233Rに供給される。左車輪3Lについても同様であるため、説明を省略する。
The
電源管理回路206は、例えば24Vのバッテリ207と接続されており、制御装置16に24V,1Aの制御用電源を供給するほか、モータドライバ203R,203Lにそれぞれ24V,30Aのモータ電源を供給する。電源管理回路206には、モータドライバ203R,203Lを介してモータ10R,10Lの回生電力が供給され、電源管理回路206は、この回生電力を用いてバッテリ207を充電する。
The
以上説明したように、本願発明者が先に提案した同軸二輪車1では、ジャイロセンサ13及び加速度センサ14を用いてベース4の角度制御を行うモータトルクTgyrと、圧力センサ15を用いて負荷荷重トルクを相殺するモータトルクT1'とを生成する、左右の車輪3R,3Lで共通な姿勢制御器と、圧力センサ15を用いて走行制御を行うモータトルクを生成する、左右独立なモータ制御器とを設け、それらが独立した制御を行うため、姿勢安定制御と走行制御とを安定して両立することができる。
As described above, in the coaxial two-
また、本願発明者が先に提案した同軸二輪車1では、ベース4上の負荷の重心座標に応じて走行制御を行うが、車輪3の路面との接地面のX座標範囲、Y座標範囲に停止領域(不感帯)を設けているため、搭乗者の意図しない僅かな重心移動によって機体が前進・後退・旋回することを防止することができる。
Moreover, in the coaxial two-
さらに、本願発明者が先に提案した同軸二輪車1では、ヨー軸回りの角速度ωyawを検出するジャイロセンサ13により実際の走行方向、旋回速度を検出し、左右のモータ10R,10Lの回転速度を独立に制御することで、目標方向(旋回速度)と走行方向(旋回速度)とのずれを解消することができる。
このような同軸二輪車による走行装置を、本願出願人は先に提案した。
Further, in the coaxial two-
The applicant of the present application has previously proposed a traveling device using such a coaxial two-wheeled vehicle.
ところで、例えば上述の特許文献1に示した走行装置においては、倒立振子の制御原理により搭乗者が重心位置の姿勢を変化して走行する。このため大きな段差のある路面を走行して車輪が路面から離れて空中で自由落下する場合、車輪は制御装置により高速回転する問題がある。このように高速回転した車輪が路面に着地すると機体は急に走行して姿勢は不安定となり、搭乗者は姿勢を保てられずに転倒して危険な状態となる問題がある。
Incidentally, for example, in the traveling device shown in
一方、上述の本願発明者が先に提案した同軸二輪車1は、人間の重心バランスだけで自在に方向変更する装置である。この場合においては、重心の移動を測定するために各種のセンサが設けられており、これらのセンサを用いて車両が自由落下している状態を検知することが可能である
On the other hand, the coaxial two-
この出願はこのような点に鑑みて成されたものであって、解決しようとする問題点は、従来の装置では、大きな段差のある路面を走行して車輪が路面から離れて空中で自由落下する場合、車輪は制御装置により高速回転し、高速回転した車輪が路面に着地すると機体は急に走行して姿勢は不安定となり、搭乗者は姿勢を保てられずに転倒して危険な状態となる虞があったというものである。 This application has been made in view of the above points, and the problem to be solved is that the conventional apparatus travels on a road surface with a large step and the wheels are free-falling in the air away from the road surface. If the wheel is rotated at high speed by the control device, the aircraft will suddenly run and the posture becomes unstable when the wheel that has rotated at high speed lands on the road surface, and the passenger falls over without maintaining the posture and is in a dangerous state There was a risk of becoming.
このため本発明においては、路面段差を機体の重力方向(Z軸)の加速度センサの変化により予測し、段差から落下する状態に対して車輪の回転を制御するようにしたものであって、これによれば、大きな段差のある路面を走行して車輪が路面から離れて空中で自由落下する場合においても、安全な着地を実現することができる。 Therefore, in the present invention, the road surface step is predicted by the change of the acceleration sensor in the gravity direction (Z-axis) of the aircraft, and the rotation of the wheel is controlled with respect to the state of falling from the step. According to the above, even when the vehicle travels on a road surface having a large level difference and the wheels are free from the road surface and fall free in the air, a safe landing can be realized.
請求項1の発明によれば、複数の車輪を独立に駆動する手段と、複数の車輪を連結する筐体とを有し、筐体には搭乗者の重心の移動を検出する手段が設けられて、検出された重心の移動の情報に従って複数の車輪の回転数をそれぞれ設定して走行を行う走行装置であって、筐体に重力方向の加速度を検出する検出手段を設け、重力方向の加速度の変化を検知して複数の車輪の回転数に所定の制御を加える制御手段を有することにより、車輪が路面から離れて空中で自由落下する場合においても安全な着地を実現することができるものである。 According to the first aspect of the present invention, there is provided means for independently driving a plurality of wheels and a casing for connecting the plurality of wheels, and the casing is provided with means for detecting movement of the center of gravity of the passenger. A traveling device that sets the number of rotations of each of the wheels according to the detected information on the movement of the center of gravity, and includes a detection means for detecting acceleration in the gravitational direction on the casing, and the acceleration in the gravitational direction. It is possible to realize a safe landing even when the wheels are free-falling in the air away from the road surface by having a control means for detecting a change in the number of wheels and applying predetermined control to the rotational speeds of the plurality of wheels. is there.
また、請求項2の発明によれば、複数の車輪は回転軸が一直線上に配置された二輪からなり、制御手段による制御は、複数の車輪の回転数の設定には筐体を水平に保つ要素を含むことによって、安定な走行を行うことができるものである。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、重力方向の加速度の検出により筐体の落下が検知されたときは、制御手段で、複数の車輪に回転トルクを与えない制御を行うことによって、安全な着地を実現することができるものである。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、筐体にピッチ軸の角速度を検出するジャイロセンサを設け、重力方向の加速度の検出により筐体の落下が検知されたときは、制御手段で、ジャイロセンサの出力により筐体が所望の角度となるように複数の車輪の回転数に所定のトルクの制御を加えると共に、筐体の角度が目標値の半分となった時点から複数の車輪を等しいトルクで逆回転させる制御を行うことによって、筐体を水平に保つことができるものである。
According to the invention of
請求項5の発明によれば、筐体に前後方向の加速度を検出する検出手段と複数の車輪の回転角速度の検出手段とをさらに設け、制御手段で、ジャイロセンサの出力と前後方向の加速度の積分値と複数の車輪の回転角速度の検出値とを用いて車輪の回転と路面との相対速度をゼロとする制御を行うことによって、着地時に良好な走行を行うことができるものである。 According to the fifth aspect of the present invention, the casing is further provided with detecting means for detecting the longitudinal acceleration and detecting means for detecting the rotational angular velocities of the plurality of wheels, and the control means controls the output of the gyro sensor and the longitudinal acceleration. By performing control to make the relative speed between the rotation of the wheel and the road surface zero using the integrated value and the detected value of the rotational angular velocity of the plurality of wheels, good running can be performed at the time of landing.
さらに請求項6の発明によれば、複数の車輪を独立に駆動すると共に、複数の車輪を連結する筐体を有し、筐体には搭乗者の重心の移動を検出する手段が設けられて、検出された重心の移動の情報に従って複数の車輪の回転数をそれぞれ設定して走行を行う走行装置の制御方法であって、筐体に重力方向の加速度を検出し、重力方向の加速度の変化を検知して複数の車輪の回転数に所定の制御を加えるようにしたことにより、車輪が路面から離れて空中で自由落下する場合においても安全な着地を実現することができるものである。 According to the sixth aspect of the present invention, the plurality of wheels are independently driven, and the housing has a housing for connecting the plurality of wheels, and the housing is provided with means for detecting movement of the center of gravity of the passenger. A method of controlling a traveling device that performs traveling by setting the number of rotations of a plurality of wheels according to detected movement information of the center of gravity, and detects acceleration in the gravitational direction on a casing, and changes in acceleration in the gravitational direction By detecting the above and applying predetermined control to the rotational speeds of the plurality of wheels, a safe landing can be realized even when the wheels are free-falling in the air away from the road surface.
また、請求項7の発明によれば、複数の車輪は回転軸が一直線上に配置された二輪からなり、所定の制御には、複数の車輪の回転数の設定には筐体を水平に保つ要素を含むことによって、安定な走行を行うことができるものである。
According to the invention of
請求項8の発明によれば、重力方向の加速度の検出により筐体の落下が検知されたときは、複数の車輪に回転トルクを与えない制御を行うことによって、安全な着地を実現することができるものである。
According to the invention of
請求項9の発明によれば、筐体のピッチ軸の角速度を検出し、重力方向の加速度の検出により筐体の落下が検知されたときは、ピッチ軸の角速度の検出出力により筐体が所望の角度となるように複数の車輪の回転数に所定のトルクの制御を加えると共に、筐体の角度が目標値の半分となった時点から複数の車輪を等しいトルクで逆回転させる制御を行うことによって、筐体を水平に保つことができるものである。 According to the ninth aspect of the present invention, when the angular velocity of the pitch axis of the casing is detected and the fall of the casing is detected by detecting the acceleration in the gravitational direction, the casing is desired by the detection output of the angular velocity of the pitch axis. In addition to applying a predetermined torque control to the rotational speeds of the plurality of wheels so that the angle becomes the angle, the control is performed to reversely rotate the plurality of wheels with the same torque from the time when the angle of the housing becomes half of the target value. By this, the casing can be kept horizontal.
請求項10の発明によれば、筐体に前後方向の加速度を検出すると共に複数の車輪の回転角速度を検出し、ピッチ軸の角速度の検出出力と前後方向の加速度の積分値と複数の車輪の回転角速度の検出値とを用いて車輪の回転と路面との相対速度をゼロとする制御を行うことによって、着地時に良好な走行を行うことができるものである。
According to the invention of
これによって、従来の装置では、大きな段差のある路面を走行して車輪が路面から離れて空中で自由落下する場合、車輪は制御装置により高速回転し、高速回転した車輪が路面に着地すると機体は急に走行して姿勢は不安定となり、搭乗者は姿勢を保てられずに転倒して危険な状態となる虞があったものを、本発明によればこのような問題点を容易に解消することができるものである。 As a result, in the conventional device, when the wheel travels on a road surface with a large step and the wheel freely falls in the air away from the road surface, the wheel rotates at a high speed by the control device, and when the wheel that rotates at high speed lands on the road surface, The present invention can easily solve such problems according to the present invention, which suddenly travels and the posture becomes unstable, and the rider may fall into a dangerous state without being able to maintain the posture. Is something that can be done.
以下、図面を参照して本発明を説明するに、図1は本発明による走行装置及びその制御方法を適用した同軸二輪車の一実施形態の構成を示す正面図(A)及び側面図(B)である。 The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view (A) and a side view (B) showing a configuration of an embodiment of a coaxial two-wheeled vehicle to which a traveling device and a control method thereof according to the present invention are applied. It is.
図1において、例えば左右2個の車輪101、102が設けられる。これらの左右の車輪101、102は、テーブル(筐体)103によって、それぞれの車軸104、105が一直線上になるように配置される。さらにテーブル103には、左右のモータ106、107がそれぞれ車輪101、102に近接して配置され、これらの左右のモータ106、107の回転軸108、109がそれぞれ伝達部(減速機)110、111を通じて車軸104、105に連結されて、車輪101、102が回転駆動されるようになっている。
In FIG. 1, for example, left and right wheels 101 and 102 are provided. These left and right wheels 101 and 102 are arranged by a table (housing) 103 so that the
また、テーブル103には、搭乗者の姿勢を検出するためのジャイロセンサや加速度センサ等のセンサ回路112が搭載される。そしてこのセンサ回路112にて検出されたセンサ信号が制御装置113に供給されてモータ106、107の駆動の制御が行われ、ロール軸及びピッチ軸に対するテーブル103の姿勢の制御が行われると共に、この制御装置113に併設される充電回路114(図示せず)による二次電池115(図示せず)への回生エネルギの充電の制御が行われる。
In addition, a
さらに本発明による走行装置及びその制御方法を適用した同軸二輪車の一実施形態の装置全体のシステム構成は、上述の図39に示したものと同等である。そしてこのような装置において、具体的な動作は以下に説明するようになる。 Furthermore, the system configuration of the entire apparatus of one embodiment of the coaxial two-wheeled vehicle to which the traveling apparatus and the control method thereof according to the present invention are applied is the same as that shown in FIG. The specific operation of such an apparatus will be described below.
すなわち図2に示すように、モータ制御による二輪車が段差のある床を走行すると走行速度により定まる軌跡で自然落下する。このときテーブルは床反力が無くなるためモータ制御で姿勢を保つことが不可能となる。また落下中は床反力が存在しないためテーブル姿勢角度が変化するとモータは高速回転して危険な状態となる。 That is, as shown in FIG. 2, when a two-wheeled vehicle controlled by a motor travels on a stepped floor, it naturally falls along a locus determined by the traveling speed. At this time, since the floor reaction force is lost, it becomes impossible to maintain the posture by motor control. Further, since there is no floor reaction force during the fall, if the table posture angle changes, the motor rotates at a high speed and becomes in a dangerous state.
一方、このときモータ回転方向や回転速度はテーブル姿勢角度により変化するため着地時の方向が定められず、極めて不安定になり搭乗者が転倒し災害を生じる問題がある。本発明はそうした危険な状態を回避して安全に制御する方法を提案するものである。 On the other hand, since the motor rotation direction and rotation speed vary depending on the table posture angle, the landing direction cannot be determined, and there is a problem that the passenger falls down and causes a disaster. The present invention proposes a method of safely controlling while avoiding such a dangerous state.
ところで、従来の制御は倒立振子の制御原理により二輪走行車は制御されていた。こうした倒立振子の制御では、例えば図2のような床に大きな段差がある場合、落下する直前の位置(走行位置(2))になると搭乗者は前向き方向(走行方向)に傾く姿勢をとるため制御演算により落下方向へ高速に前進する力が車輪に作用する。 By the way, in the conventional control, the two-wheeled vehicle is controlled by the control principle of the inverted pendulum. In such an inverted pendulum control, for example, when there is a large level difference on the floor as shown in FIG. 2, the occupant takes a posture of leaning forward (traveling direction) when it reaches the position immediately before falling (traveling position (2)). A force that moves forward in the drop direction at high speed acts on the wheel by the control calculation.
このためモータは高速回転した状態で着地して着地時に機体は高速に前進するようになる。このように着地時に高速に前進すると搭乗者は姿勢を保てなくなり転倒する危険に曝されて極めて危険な状況になる。こうした問題を解決するため、本発明では倒立振子による制御ではなくZMPによる姿勢制御を用いる。 For this reason, the motor lands in a state of high-speed rotation, and the aircraft moves forward at high speed when landing. Thus, if the vehicle moves forward at a high speed when landing, the passenger cannot maintain his / her posture and is exposed to the risk of falling down, resulting in a very dangerous situation. In order to solve these problems, the present invention uses attitude control by ZMP instead of control by an inverted pendulum.
すなわち、このとき機体の状態信号(姿勢位置、X−Y−Z軸の位置/速度/加速度、ピッチ−ロール−ヨー軸の角度/角加速度/角加速度)を用いることにより落下状態を推定し落下時に車輪が高速回転しないよう制御することにより、着地時に走行速度を抑えるようにして安全に着地することができる。 That is, the fall state is estimated by using the state signals of the aircraft (posture position, XYZ position / velocity / acceleration, pitch-roll-yaw angle / angular acceleration / angular acceleration). By controlling so that the wheel does not rotate at high speed sometimes, it is possible to land safely so as to suppress the traveling speed at the time of landing.
なお、倒立振子制御による場合、機体が走行方向に進むと段差のある時点で姿勢変化するとき、姿勢を保つよう制御するためタイヤ回転速度Ω(t)[rad/sec]は高速回転する。このため着地時には路面反力により機体は矢印のように大きな走行速度で進み搭乗者は危険な状態となる。 In the case of the inverted pendulum control, when the body moves in the traveling direction, the tire rotation speed Ω (t) [rad / sec] rotates at a high speed to control the posture when the posture changes at a time when there is a step. For this reason, at the time of landing, the aircraft advances at a high traveling speed as indicated by an arrow due to the road surface reaction force, and the passenger enters a dangerous state.
ここで、図3に示すように段差があるとき床の段差位置では床面積が狭くなる。するとタイヤは変形しZ軸に変化が生じる(走行位置(2))。ここでさらに機体が前進して落下方向に進むとタイヤはさらに変形してZ軸の変化が大きくなる。このようにZ軸変化を検出して段差を認識して落下状態を事前に予測することができ、安全に着地するように車輪回転速度を制御することができる。すなわち、走行位置(1)から走行位置(2)まではZMPは床反力上にあるように制御することが可能であるため姿勢を安定に保つことができる。 Here, when there is a step as shown in FIG. 3, the floor area becomes narrow at the step position of the floor. Then, the tire is deformed and changes in the Z-axis (traveling position (2)). Here, when the airframe further advances and proceeds in the falling direction, the tire is further deformed and the change in the Z-axis is increased. Thus, the Z-axis change is detected, the step is recognized, the fall state can be predicted in advance, and the wheel rotation speed can be controlled so as to land safely. That is, since the ZMP can be controlled to be on the floor reaction force from the traveling position (1) to the traveling position (2), the posture can be kept stable.
これに対して、走行位置(2)ではZ軸変化が生じてZ軸加速度センサにより検出される。こうして段差位置が特定されるので、走行位置(2)では図3のようにテーブル角度を変化させて搭乗者重心位置を、落下を回避する方向となるように姿勢を変化することができる。このときZMPは、走行位置(2)の矢印のような方向に変化して段差から落下する速度が減衰される。こうしてZMPを変化させて段差から落下する状態を回避する方向に車両を動かすことができる。 In contrast, at the travel position (2), a Z-axis change occurs and is detected by the Z-axis acceleration sensor. Since the step position is specified in this way, at the traveling position (2), the table angle can be changed as shown in FIG. 3 to change the posture of the occupant's center of gravity so as to be in the direction to avoid falling. At this time, the ZMP changes in the direction indicated by the arrow of the travel position (2), and the speed at which the ZMP falls from the step is attenuated. Thus, the vehicle can be moved in a direction to avoid the state where the ZMP is changed to fall from the step.
一方、走行方向(+X方向)速度が早いと機体と搭乗者の慣性力により段差を越えてしまい落下する。このような場合、上記と同じく走行位置(2)ではテーブル姿勢角度を変化させて走行速度を減衰させるが、走行速度が大きいとZMPが段差を超えて落下する。落下状態はZ軸の加速度センサ信号出力が急激に変化して落下状態を検出できる。このZ軸加速度センサにより落下加速度[1G](9.8m/sec2)を検出されるとモータトルク出力をゼロとする。 On the other hand, if the speed in the traveling direction (+ X direction) is high, the vehicle will fall over the step due to the inertial force of the aircraft and the passenger. In such a case, similarly to the above, at the travel position (2), the table posture angle is changed to attenuate the travel speed. However, when the travel speed is high, the ZMP falls beyond the step. In the fall state, the Z-axis acceleration sensor signal output changes abruptly so that the fall state can be detected. When the fall acceleration [1 G] (9.8 m / sec 2 ) is detected by this Z-axis acceleration sensor, the motor torque output is set to zero.
するとタイヤは外力により容易に回転されるようになる。このようにモータトルクをゼロにした状態で着地するとタイヤは接触路面の反力により自由に回転される。このため着地時にタイヤが床反力から自由回転して運動エネルギを吸収するため搭乗者は路面からの床反力が減衰される。 Then, the tire is easily rotated by an external force. Thus, when landing with the motor torque set to zero, the tire is freely rotated by the reaction force of the contact road surface. For this reason, since the tire freely rotates from the floor reaction force and absorbs the kinetic energy at the time of landing, the rider attenuates the floor reaction force from the road surface.
またテーブル姿勢角度は搭乗者の姿勢により変化するが、慣性の法則により落下する状態では落下する直前の姿勢が維持される。つまり落下前には安定姿勢の状態であるため、その状態の姿勢の容姿で落下される。この状態で着地するとタイヤは路面に接触したとき路面の状況に応じて自由に回転することにより床反力によるX方向の変化は吸収され、慣性の法則により姿勢を安定に保つことが容易になる。 Further, the table posture angle changes depending on the posture of the occupant, but the posture immediately before dropping is maintained in the state of dropping due to the law of inertia. That is, since it is in a stable posture before dropping, it is dropped in the posture of that state. When landing in this state, when the tire touches the road surface, it freely rotates according to the road surface condition, so that the change in the X direction due to the floor reaction force is absorbed, and it becomes easy to keep the posture stable by the law of inertia. .
しかし着地直後は搭乗者が姿勢を安定に保つ作用だけであるためテーブル姿勢角度は不安定になる。このためモータは速やかに制御を回復してテーブル姿勢角度を安定に制御をする必要がある。着地する状態は図4のようにタイヤが変形して復元するようにZ軸変化が生じてZ軸加速度センサ信号が変化することから着地状態を検出される。着地後、速やかにモータは姿勢を制御してテーブル姿勢角度をZMPが床反力上にあるよう姿勢を制御して安定に制御するようにして搭乗者は安定に姿勢を保つことができる。 However, the table posture angle becomes unstable immediately after landing because it is only an action for the passenger to keep his posture stable. For this reason, the motor needs to quickly recover control and stably control the table posture angle. The landing state is detected because the Z-axis change occurs and the Z-axis acceleration sensor signal changes so that the tire is deformed and restored as shown in FIG. Immediately after landing, the motor can stably maintain the posture by controlling the posture so that the table posture angle is controlled stably so that the ZMP is on the floor reaction force.
こうして搭乗者は落下後に着地をしても姿勢を保ちながら走行を継続することが可能となる。なおこのとき搭乗者は、落下中はテーブル角度に依らず姿勢を保つよう容姿を変化することにより着地に備える容姿をすることを前提とする。また制御装置は、図5、6、7のフローチャートによる制御を行い、姿勢を保つことが可能となる。 In this way, the passenger can continue traveling while maintaining his / her posture even after landing after falling. At this time, it is assumed that the occupant prepares for landing by changing his appearance so as to maintain his posture regardless of the table angle during the fall. In addition, the control device can perform control according to the flowcharts of FIGS.
すなわち図5において、走行運転中に、ステップ〔1〕でZ軸加速度の変化の有無が判断され、変化しているとき(Yes)は、ステップ〔2〕で図6に示すような落下防止制御が行われる。さらにステップ〔3〕で再度Z軸加速度の変化の有無が判断され、変化しているとき(Yes)は、ステップ〔4〕で図7に示すような落下着地制御が行われる。 That is, in FIG. 5, during traveling operation, whether or not there is a change in the Z-axis acceleration is determined in step [1], and when it is changed (Yes), the fall prevention control as shown in FIG. 6 is performed in step [2]. Is done. Further, in step [3], it is determined again whether or not there is a change in the Z-axis acceleration, and when it has changed (Yes), drop landing control as shown in FIG. 7 is performed in step [4].
なお、ステップ〔1〕でZ軸加速度が変化していないとき(No)は、ステップ〔5〕で上述の図34に示したような走行制御が行われる。また、ステップ〔3〕でZ軸加速度が変化していないとき(No)はステップ〔1〕に戻される。さらにステップ〔4〕、〔5〕の処理が行われた後は、ステップ〔6〕で走行が停止したか否か判断され、停止していないとき(No)のときはステップ〔1〕に戻され、停止のときは処理が終了される。 When the Z-axis acceleration does not change in step [1] (No), the travel control as shown in FIG. 34 is performed in step [5]. If the Z-axis acceleration has not changed in step [3] (No), the process returns to step [1]. Further, after the processing in steps [4] and [5] is performed, it is determined in step [6] whether or not the traveling has stopped. If not (No), the process returns to step [1]. When it is stopped, the process is terminated.
また、上述の図6の落下防止制御では、この処理が呼ばれると、ステップ〔7〕でZ軸加速度が変化する方向の反方向に姿勢角度θREFを傾けて、ZMPを図3のように方向を変化させる。これにより、搭乗者の身体重心もZMPのように変化して落下防止方向に機体が進む。そして処理後に元のルーティンに戻される。このようにして、ステップ〔2〕の落下防止制御が行われる。 In the above-described fall prevention control of FIG. 6, when this process is called, the posture angle θREF is tilted in the opposite direction to the direction in which the Z-axis acceleration changes in step [7], and the ZMP is changed to the direction as shown in FIG. Change. As a result, the center of gravity of the occupant's body also changes like ZMP, and the aircraft advances in the fall prevention direction. After processing, the original routine is restored. In this way, the fall prevention control in step [2] is performed.
さらに図7の落下着地制御では、この処理が呼ばれると、ステップ〔8〕で上述の図22に示した走行指令Pref1,2をゼロとし、同時にモータトルクTmをゼロとする。さらにステップ〔9〕でZ軸落下加速度を判別し、落下中のとき(Yes)はステップ〔8〕に戻され、落下が終了したとき(No)は、元のルーティンに戻される。このようにして、ステップ〔4〕の落下着地制御が行われる。 Further, in the falling landing control of FIG. 7, when this process is called, in step [8], the travel commands Pref1, 2 shown in FIG. 22 are set to zero, and at the same time, the motor torque Tm is set to zero. Further, in step [9], the Z-axis fall acceleration is determined. When the fall is in progress (Yes), the process returns to step [8]. When the fall is completed (No), the original routine is restored. In this way, the drop landing control in step [4] is performed.
なお、上述の装置において、ZMPを検出するための荷重センサは、例えば図8のように構成されている。そしてこの構成において、重心の座標(Xg、Yg)は下式で求められる。 In the above-described apparatus, the load sensor for detecting ZMP is configured as shown in FIG. 8, for example. In this configuration, the coordinates of the center of gravity (Xg, Yg) are obtained by the following equation.
W =PS1+PS2+PS3+PS4−W0 〔N〕:W0は無負荷での自重
W1=(PS1+PS4)/2−W10 〔N〕:W10は無負荷での自重
W2=(PS2+PS3)/2−W20 〔N〕:W20は無負荷での自重
W3=(PS1+PS2)/2−W30 〔N〕:W30は無負荷での自重
W4=(PS3+PS4)/2 W40 〔N〕:W40は無負荷での自重
Xg=L0*(W1−W2)/(W1+W2) 〔m〕
Yg=L1*(W3−W4)/(W3+W4) 〔m〕
W = PS1 + PS2 + PS3 + PS4-W0 [N]: W0 is its own weight without load W1 = (PS1 + PS4) / 2−W10 [N]: W10 is its own weight without load W2 = (PS2 + PS3) / 2−W20 [N]: W20 Is unloaded self weight W3 = (PS1 + PS2) / 2−W30 [N]: W30 is unloaded self weight W4 = (PS3 + PS4) / 2 W40 [N]: W40 is unloaded self weight Xg = L0 * ( W1-W2) / (W1 + W2) [m]
Yg = L1 * (W3-W4) / (W3 + W4) [m]
ここで、Wがある重さ以上にあるとき、値Xgの符号と大きさにより前進・後進が行われる。そのときの時刻tでのタイヤの指令は下式となる。
Prefx(t)=Xg×Gx×t 〔rad〕 (Gxは正の定数)
Pref1(t)=Pref2(t)=Prefx(t) 〔rad〕
Here, when W is greater than or equal to a certain weight, the forward / backward movement is performed according to the sign and size of the value Xg. The tire command at time t at that time is given by the following equation.
Prefx (t) = Xg × Gx × t [rad] (Gx is a positive constant)
Pref1 (t) = Pref2 (t) = Prefx (t) [rad]
一方、負荷トルク補正指令として負荷荷重トルクTlにより圧力センサ信号が変化し、上式により負荷荷重トルクTlは測定される。この測定値から下式によりTlを相殺するトルクを算出する。この算出した信号を荷重負荷トルク推定値T′lとする。
T′l=W×Xg/2 〔Nm〕
この演算は図22,Oの調整器により実行される。
On the other hand, the pressure sensor signal is changed by the load load torque Tl as a load torque correction command, and the load load torque Tl is measured by the above equation. From this measured value, a torque that cancels Tl is calculated by the following equation. This calculated signal is defined as a load / load torque estimated value T′l.
T′l = W × Xg / 2 [Nm]
This calculation is executed by the regulator of FIG.
さらに旋回指令の概要を説明する。すなわち圧力センサの出力を用いて旋回する場合、PMは図8の重心座標信号Ygとする。
PM=Yg
Further, an outline of the turning command will be described. That is, when turning using the output of the pressure sensor, PM is the barycentric coordinate signal Yg in FIG.
PM = Yg
ここで、時刻tでの左右の車輪の位置指令をRref1(t)、Rref2(t) [rad] とすると走行速度Prefx(t)/dtがゼロの場合、逆位相指令となり右車輪と左車輪の指令は下式となる。
Rref1(t)=PM×G0×t 〔rad〕:右車輪指令(G0は正の定数値)
Rref2(t)=−PM×G0×t 〔rad〕:左車輪指令
Here, if the position commands of the left and right wheels at time t are Rref1 (t) and Rref2 (t) [rad], if the traveling speed Prefx (t) / dt is zero, the phase command is reversed and the right wheel and the left wheel The command is as follows.
Rref1 (t) = PM × G0 × t [rad]: Right wheel command (G0 is a positive constant value)
Rref2 (t) = − PM × G0 × t [rad]: Left wheel command
従って、走行速度Prefx(t)/dtがゼロでない場合、同位相指令となり右車輪と左車輪の指令は下式となる。
Rref1(t)=Prefx(t)+PM×G1×t 〔rad〕:右車輪指令(G1は正の定数値)
Rref2(t)=Prefx(t)−PM×G1×t 〔rad〕:左車輪指令
このときRref1(t)、Rref2(t)は、Prefx(t)と符号が同じであるものとする。また、符号が異なる場合はRref1(t) 、Rref2(t)の値はゼロとする。
Therefore, when the traveling speed Prefx (t) / dt is not zero, the command is the same phase, and the commands for the right wheel and the left wheel are as follows.
Rref1 (t) = Prefx (t) + PM × G1 × t [rad]: Right wheel command (G1 is a positive constant value)
Rref2 (t) = Prefx (t) −PM × G1 × t [rad]: Left wheel command At this time, it is assumed that Rref1 (t) and Rref2 (t) have the same sign as Prefx (t). If the signs are different, the values of Rref1 (t) and Rref2 (t) are set to zero.
このRref1(t) 、Rref2(t)により左右タイヤは、図34に示す回路において回転速度Ω1とΩ2[rad/sec]で回転する。そしてこのΩ1とΩ2の差により、旋回半径Rと旋回速度ωyawが定まる。さらに旋回速度ωyawは、図35に定めた旋回速度により上限が規定されるので搭乗者は安定に姿勢を保ち旋回することができるようになる。 With these Rref1 (t) and Rref2 (t), the left and right tires rotate at the rotational speeds Ω1 and Ω2 [rad / sec] in the circuit shown in FIG. The turning radius R and the turning speed ωyaw are determined by the difference between Ω1 and Ω2. Further, the upper limit of the turning speed ωyaw is defined by the turning speed defined in FIG. 35, so that the passenger can keep a stable posture and turn.
さらに上述の実施形態において、段差落下時のバウンズの制御方法は以下に述べるようになる。すなわち、重力加速度センサ信号またはテーブル上に実装された荷重センサ信号は、落下時に床反力が無くなるため信号はゼロになる。これらの信号がゼロであるとき、すなわち空中にあるとき、姿勢制御するにはタイヤ・イナーシャとテーブル・イナーシャにモータトルクを作用することにより制御は可能となる。 Further, in the above-described embodiment, the bounce control method when the step is dropped is described below. That is, the gravitational acceleration sensor signal or the load sensor signal mounted on the table is zero because the floor reaction force disappears when dropped. When these signals are zero, that is, in the air, the posture can be controlled by applying motor torque to the tire inertia and the table inertia.
そこで、例えば図9の走行位置(2)から(3)の間は、例えば図12のようにモータトルクにより姿勢を制御することができる。しかしながら落下時間が不確定である場合、こうした空中でイナーシャを利用した慣性モーメント力の制御には路面と接地するまでの時間で制御する必要があるために制御する時間に限界がある。 Therefore, for example, during the travel positions (2) to (3) in FIG. 9, the posture can be controlled by the motor torque as shown in FIG. However, when the fall time is uncertain, the control of the moment of inertia force using the inertia in the air needs to be controlled by the time until contact with the road surface, so the control time is limited.
これに対して、本発明はモータ電流をゼロとして車輪回転はタイヤに外部から作用する力(床反力や接地摩擦力)により回転される状態とすることにより着地時の床反力をタイヤにより回転力を吸収してテーブルの姿勢はテーブルの慣性力により保持して、バウンズ後に安定になった状態を加速度センサ信号または荷重センサ信号により検出して姿勢制御できる状態になったときに姿勢制御を行うことにより安定になるよう制御する(図9参照)。こうしてタイヤのバウンズの問題を回避して姿勢を制御するようにできる。 On the other hand, in the present invention, the motor current is set to zero and the wheel rotation is rotated by a force (a floor reaction force or a ground friction force) acting on the tire from the outside, so that the floor reaction force at the time of landing is changed by the tire. The posture of the table is held by the inertial force of the table by absorbing the rotational force, and the posture control is performed when the posture can be controlled by detecting the stable state after the bounce using the acceleration sensor signal or the load sensor signal. Control is performed so as to be stable (see FIG. 9). In this way, the tire bounce problem can be avoided and the posture can be controlled.
さらに、段差から落下してバウンズ後、安定して接地する間は図10に示すように機体上の加速度センサと荷重センサの信号が変化する。すなわち、落下状態、バウンズ状態にあるとき、モータ電流はゼロとしてモータは外力により回転する。このためテーブルの姿勢は慣性力により姿勢を保つ状態となる。落下後に路面に安定に接地した状態は荷重センサと加速度センサが設定された値になったことから判別される(図9参照)。こうして接地した状態を検知した後に、姿勢制御により搭乗者は安定に姿勢を保つことができるようになる。 Furthermore, after falling from the step and bounce, the signals of the acceleration sensor and the load sensor on the fuselage change as shown in FIG. That is, when in the fall state or the bounce state, the motor current is zero and the motor is rotated by an external force. For this reason, the posture of the table is maintained by the inertial force. The state in which the vehicle is stably grounded on the road surface after the fall is determined from the values set by the load sensor and the acceleration sensor (see FIG. 9). After detecting the grounded state in this way, the occupant can stably maintain the posture by the posture control.
また、上述の実施形態において、自由落下での姿勢制御の方法は以下に述べるようになる。すなわち、例えば図11の構成される機構で自由落下時にモータトルクτm[Nm]を与えるとテーブル回転速度、タイヤ回転速度は図12により変化する。このようにモータトルクを生成することにより落下時のテーブル回転角度を制御することができる。 In the above-described embodiment, a method for attitude control in free fall is as follows. That is, for example, when the motor torque τm [Nm] is applied at the time of free fall by the mechanism shown in FIG. 11, the table rotation speed and the tire rotation speed change according to FIG. Thus, the table rotation angle at the time of dropping can be controlled by generating the motor torque.
一方、図11、12のようにモータトルクとしてステップ信号を与えるとテーブルの慣性モーメントに反比例して回転する、そのときの回転角度をジャイロセンサによりテーブル角度を検出して目標テーブル角度に対し半分の値になるときの時間t0[SEC]とすると、t0[SEC]以降のモータトルクを同じ大きさで反方向のトルク、−τm[Nm]を与えると2×t0秒後は目標テーブル角になる(図13参照)。 On the other hand, when a step signal is given as the motor torque as shown in FIGS. 11 and 12, the table rotates by inversely proportional to the moment of inertia of the table. The rotation angle at that time is detected by the gyro sensor and the half of the target table angle is detected. If the time t0 [SEC] when the value is reached is given, the motor torque after t0 [SEC] will be the same magnitude in the reverse direction, and -τm [Nm] will give the target table angle after 2 x t0 seconds (See FIG. 13).
こうして、自由落下時に角加速度を与えるモータトルクを発生すると、タイヤとテーブルの慣性モーメントを利用してテーブルを回転させて着地時に安定になるテーブル姿勢位置、この場合は水平位置になるように制御することができる。また、このようにモータ電流を制御して落下時に床反力がないときテーブルの傾き角度を水平に保つように角加速度トルクを発生してテーブルを回転させ、テーブルを水平に保つことが可能となる(図11参照)。 Thus, when a motor torque that gives angular acceleration during free fall is generated, the table is rotated using the moment of inertia of the tire and the table to control the table to be stable at the time of landing, in this case the horizontal position. be able to. In addition, by controlling the motor current in this way, when there is no floor reaction force when falling, it is possible to generate angular acceleration torque so as to keep the table tilt angle horizontal, rotate the table, and keep the table horizontal (See FIG. 11).
さらに、自由落下での姿勢制御の方法は以下に述べるようになる。すなわち、図11は自由落下時のタイヤとテーブルの回転速度、回転角度の関係を説明した。すなわち自由落下であってもモータトルクによりタイヤとテーブルを目的の角速度と角度を制御することができる。ここでは自由落下時にタイヤ回転速度を路面に対する相対速度ゼロ速度とする場合を示す。なお、両輪または片輪での落下にも適応される。 Furthermore, the method of attitude control in free fall will be described below. That is, FIG. 11 explains the relationship between the rotation speed and rotation angle of the tire and table during free fall. That is, even if the vehicle falls freely, the target angular velocity and angle of the tire and the table can be controlled by the motor torque. Here, the case where the tire rotation speed is set to zero relative speed with respect to the road surface during free fall is shown. It is also applicable to dropping on both wheels or one wheel.
そこで図14の機構で自由落下状態はテーブルに実装した加速度センサZ軸信号Gzから検出する。加速度センサから落下状態が式〔Gz<1[G]〕の条件から判別されると、
Gz<1[G] であるとき REF=Kv×ΔVEL
Gz<1[G] でないとき REF=θref
となる図15の指令切替器により指令値をタイヤ速度制御器出力にし、同時に図15のピッチ軸ジャイロセンサ信号ωb[rad/sec]とロータ回転角速度検出器信号ωr[rad/sec]と加速度センサX軸信号Ax[m/sec2]の積算値Vx[rad/sec]を加算し、路面とタイヤ間の相対速度ΔVELを〔ΔVEL=ωb[rad/sec]+ωr[rad/sec]+Vx[rad/sec]〕の式で算出する。
Therefore, the free fall state is detected from the acceleration sensor Z-axis signal Gz mounted on the table by the mechanism of FIG. When the fall state is determined from the condition of the formula [Gz <1 [G]] from the acceleration sensor,
When Gz <1 [G] REF = Kv × ΔVEL
When Gz <1 [G] is not satisfied REF = θref
15 becomes a tire speed controller output by the command changer shown in FIG. 15, and simultaneously the pitch axis gyro sensor signal ωb [rad / sec], the rotor rotational angular velocity detector signal ωr [rad / sec] and the acceleration sensor shown in FIG. Add the integrated value Vx [rad / sec] of the X-axis signal Ax [m / sec 2 ] and set the relative speed ΔVEL between the road surface and the tire [ΔVEL = ωb [rad / sec] + ωr [rad / sec] + Vx [rad / sec]].
こうして得られた路面−タイヤ相対速度信号ΔVELについて、タイヤ速度制御器(比例制御器またはPD制御器)で〔Vx[rad/sec]= R ×∫Ax dt 、R=タイヤ半径〕となる演算をし、その演算値を姿勢制御器の指令値REFとして与える〔REF=Kv×ΔVEL〕ことにより、タイヤと路面との相対速度をゼロとすることができる。 For the road surface-tire relative speed signal ΔVEL thus obtained, the tire speed controller (proportional controller or PD controller) calculates [Vx [rad / sec] = R × ∫Ax dt, R = tire radius]. Then, by giving the calculated value as the command value REF of the attitude controller [REF = Kv × ΔVEL], the relative speed between the tire and the road surface can be made zero.
すなわち上述の演算地を用いてモータ制御して着地することにより、路面とタイヤの相対速度差から生じる接触摩擦力を小さくでき、着地後に図15の指令切替器を〔REF=Kv×ΔVEL〕から姿勢指令θrefに切替ても、路面摩擦力から引き起こされる回転モーメント力を生じさせずにテーブル角度を水平となる姿勢制御に移行することができる。 That is, by controlling the motor using the above-mentioned calculation place and landing, the contact frictional force resulting from the relative speed difference between the road surface and the tire can be reduced, and after landing, the command switcher of FIG. 15 is changed from [REF = Kv × ΔVEL]. Even when switching to the attitude command θref, it is possible to shift to attitude control in which the table angle becomes horizontal without generating a rotational moment force caused by a road surface frictional force.
このようにして、上述の実施形態によれば、自由落下時にモータトルクを制御してタイヤを回転させ、着地時に路面とタイヤ間の相対速度をゼロにし、接触摩擦力を小さくでき、着地時の接触摩擦力による生じる回転モーメント力を小さくできるためテーブル姿勢を安定に保つことができるようになる。なお、図15は右タイヤの制御図であるが左タイヤも同様に記述される。また、図15は上述した図40の制御システム・ブロック内部構成図において付加する回路を示すものである。 Thus, according to the above-described embodiment, the motor torque is controlled at the time of free fall to rotate the tire, the relative speed between the road surface and the tire can be made zero at the time of landing, the contact friction force can be reduced, Since the rotational moment force generated by the contact friction force can be reduced, the table posture can be kept stable. FIG. 15 is a control diagram of the right tire, but the left tire is described in the same manner. FIG. 15 shows a circuit added in the control system block internal configuration diagram of FIG. 40 described above.
こうして上述の実施形態によれば、
1.重力中心が車輪の軸以下にあることにより、制御装置に異常が生じて動作しなくなっても機体はタイヤの摩擦により停止し機体は重心位置がもっとも安定な位置に保つようになる、このため機体はタイヤの摩擦により水平に保ち転倒しにくくなり重大な事故を未然に防ぐことができる。(図16参照)
2.モータにより車輪を回転するモータトルクを発生するとき、機体は重心が安定な姿勢を保ちながら機体を移動することができる。
3.モータにより車輪を回転するモータトルクを発生するとき、水平を保ちながら機体を移動することができる。
4.荷重が検出できるので荷重の変動に対して安定で一定な性能が保つとこができる。(図16参照)
5.圧力センサにより人間が搭乗しなくても安定に走行することが可能となる。
6.圧力センサによりハンドルがなくても人間が体重重心位置を移動して、その重心位置から走行方向と走行速度を決めて運転したり、静止時に左右の重心位置を変化させて旋回駆動する運転することができる。
7.ヨー軸ジャイロセンサをフィードバック制御することにより、二輪の空気圧の差によりタイヤ半径の差があっても左右の車輪の回転速度を可変して直線に走行することが可能となる。
また左右車輪の路面差があっても左右の車輪の回転速度を可変して直線に走行することが可能となる。
8.柔軟なタイヤのため路面の接地面積が大きくなり、転がり摩擦抵抗が大きくなる。このため人間が乗っても安定に立つことが可能となる。
Thus, according to the above-described embodiment,
1. Because the center of gravity is below the wheel axis, the aircraft will stop due to tire friction even if the control device malfunctions and will not operate, and the aircraft will keep the center of gravity in the most stable position. Can be kept horizontal due to the friction of the tires, making it difficult to tip over and prevent serious accidents. (See Figure 16)
2. When generating motor torque for rotating the wheels by the motor, the aircraft can move the aircraft while maintaining a stable posture with the center of gravity.
3. When generating motor torque for rotating the wheels by the motor, the aircraft can be moved while maintaining the level.
4). Since the load can be detected, it is possible to maintain a stable and constant performance against the fluctuation of the load. (See Figure 16)
5). It is possible to travel stably without a human being boarded by the pressure sensor.
6). Even if there is no handle by the pressure sensor, the human body moves the center of gravity position and determines the travel direction and travel speed based on the center of gravity position. Can do.
7). By performing feedback control of the yaw axis gyro sensor, it is possible to travel in a straight line by varying the rotational speed of the left and right wheels even if there is a difference in tire radius due to a difference in air pressure between the two wheels.
Further, even if there is a road surface difference between the left and right wheels, it is possible to travel in a straight line by changing the rotational speed of the left and right wheels.
8). A flexible tire increases the contact area of the road surface and increases rolling frictional resistance. For this reason, it is possible to stand stably even if a person rides.
さらに上述の実施形態において、使用されるタイヤ構造としては図17に示すようなものを採用することができる。図17のタイヤ構造においては、防振性をもつ柔軟な材質のゴム材(天然ゴム、クロロプレンゴム)で左右側に交互に凸部をずらして配置した凸凹のタイヤである。また、タイヤの中央部は溝になり、防振性ゴムの突起部により路面の凹凸を吸収して振動を防止する。中央部は溝となり、凹凸の面積は同じ面積比となる。 Furthermore, in the above-described embodiment, a tire structure as shown in FIG. 17 can be adopted. The tire structure shown in FIG. 17 is a rugged tire in which the convex portions are alternately shifted on the left and right sides with a flexible rubber material (natural rubber, chloroprene rubber) having vibration proof properties. Moreover, the center part of a tire becomes a groove | channel, and the unevenness | corrugation of a road surface is absorbed by the projection part of a vibration-proof rubber, and a vibration is prevented. The central part is a groove, and the area of the unevenness is the same area ratio.
さらに、タイヤと路面の接地部分は機体の重さにより、凸部が変形して接触面積を大きくして転がり摩擦抵抗が大きくなるタイヤであり、タイヤがCW(時計方向)、CCW(反時計方向)に回転しても左右側の位相差により表面の凹凸があっても一様な路面抵抗を有し、機体が倒立振子の制御、またはZMP(ゼロモーメントポイント)制御によって容易に機体姿勢を制御できるようになる。なおタイヤの溝面積と突起面積は同じであるため路面と接地している部位は突起が変形して路面全体に接地して転がり摩擦が大きくなる。 Furthermore, the tire and the ground contact portion of the road surface are tires in which the convex portion is deformed due to the weight of the fuselage to increase the contact area and the rolling friction resistance is increased, and the tires are CW (clockwise) and CCW (counterclockwise). ), Even if there is unevenness on the surface due to the phase difference on the left and right sides, it has uniform road resistance, and the aircraft can easily control the attitude of the aircraft by controlling the inverted pendulum or ZMP (zero moment point) control become able to. In addition, since the groove area and the protrusion area of the tire are the same, the protrusion is deformed at a portion that is in contact with the road surface, and the entire road surface is contacted to increase rolling friction.
従って、このようなタイヤ構造によれば、大きな転がり摩擦が得られるので安定な姿勢を保つことができる。また、こうした構造によりX軸には低剛性で、Y軸方向の剛性は高くできるので機体のY軸の振動やロール軸の揺れを小さくできるものである。 Therefore, according to such a tire structure, a large rolling friction can be obtained, so that a stable posture can be maintained. In addition, such a structure allows the X-axis to have low rigidity and high Y-axis rigidity, so that the Y-axis vibration and roll axis swing of the machine can be reduced.
こうして上述の走行装置によれば、複数の車輪を独立に駆動する手段と、複数の車輪を連結する筐体とを有し、筐体には搭乗者の重心の移動を検出する手段が設けられて、検出された重心の移動の情報に従って複数の車輪の回転数をそれぞれ設定して走行を行う走行装置であって、筐体に重力方向の加速度を検出する検出手段を設け、重力方向の加速度の変化を検知して複数の車輪の回転数に所定の制御を加える制御手段を有することにより、車輪が路面から離れて空中で自由落下する場合においても安全な着地を実現することができるものである。 Thus, according to the traveling device described above, the vehicle has means for independently driving a plurality of wheels and a housing for connecting the plurality of wheels, and the housing is provided with means for detecting movement of the center of gravity of the passenger. A traveling device that sets the number of rotations of each of the wheels according to the detected information on the movement of the center of gravity, and includes a detection means for detecting acceleration in the gravitational direction on the casing, and the acceleration in the gravitational direction. It is possible to realize a safe landing even when the wheels are free-falling in the air away from the road surface by having a control means for detecting a change in the number of wheels and applying predetermined control to the rotational speeds of the plurality of wheels. is there.
また、上述の走行装置の制御方法によれば、複数の車輪を独立に駆動すると共に、複数の車輪を連結する筐体を有し、筐体には搭乗者の重心の移動を検出する手段が設けられて、検出された重心の移動の情報に従って複数の車輪の回転数をそれぞれ設定して走行を行う走行装置の制御方法であって、筐体に重力方向の加速度を検出し、重力方向の加速度の変化を検知して複数の車輪の回転数に所定の制御を加えるようにしたことにより、車輪が路面から離れて空中で自由落下する場合においても安全な着地を実現することができるものである。 Further, according to the above-described control method of the traveling device, the plurality of wheels are independently driven, and the housing includes a housing that connects the plurality of wheels, and the housing includes means for detecting movement of the center of gravity of the occupant. A traveling device control method is provided for traveling by setting the rotational speeds of a plurality of wheels according to detected movement information of the center of gravity, and detecting acceleration in the gravitational direction on a casing, By detecting a change in acceleration and applying predetermined control to the number of rotations of multiple wheels, it is possible to achieve safe landing even when the wheels fall free from the road surface in the air. is there.
なお、本発明は、重力中心が車輪の軸以下にある自律走行する車両で、姿勢センサ信号をフィードバックする姿勢制御装置により機体を安定に自律する車両に人が搭乗して体重の重心を変化させて車両を前進、後進、旋回する装置、また二足自律ロボットの装置で、ブレーキやアクセルの機構を持たない移動車両、またはロボットにも適応される。さらに本発明は、上述の説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の精神を逸脱することなく種々の変形が可能とされるものである。 The present invention is a vehicle that travels autonomously with the center of gravity below the wheel axis, and the posture control device that feeds back the posture sensor signal changes the weight center of gravity by a person riding on a vehicle that stably stabilizes the fuselage. It is a device that moves forward, reverse, or turns a vehicle, or a biped autonomous robot device, and is also applicable to a moving vehicle or robot that does not have a brake or accelerator mechanism. Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
101,102…車輪、103…テーブル、104,105…車軸、106,107…モータ、108,109…回転軸、110,111…伝達部、112…センサ回路、113…制御装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101,102 ... Wheel, 103 ... Table, 104, 105 ... Axle, 106, 107 ... Motor, 108, 109 ... Rotating shaft, 110, 111 ... Transmission part, 112 ... Sensor circuit, 113 ... Control device
Claims (10)
前記筐体に重力方向の加速度を検出する検出手段を設け、
前記重力方向の加速度の変化を検知して前記複数の車輪の回転数に所定の制御を加える制御手段を有する
ことを特徴とする走行装置。 Means for independently driving a plurality of wheels; and a housing for connecting the plurality of wheels, wherein the housing is provided with means for detecting movement of the center of gravity of the occupant, and the detected center of gravity. A traveling device configured to travel by setting the rotational speeds of the plurality of wheels according to the movement information of
A detection means for detecting acceleration in the gravitational direction is provided in the housing,
A traveling device comprising: a control unit that detects a change in acceleration in the direction of gravity and applies predetermined control to the rotational speeds of the plurality of wheels.
前記制御手段による制御は、前記複数の車輪の回転数の設定には前記筐体を水平に保つ要素を含む
ことを特徴とする請求項1記載の走行装置。 The plurality of wheels are composed of two wheels whose rotational axes are arranged in a straight line,
The travel device according to claim 1, wherein the control by the control means includes an element for keeping the casing horizontal in setting the rotation speeds of the plurality of wheels.
前記制御手段で、前記複数の車輪に回転トルクを与えない制御を行う
ことを特徴とする請求項1記載の走行装置。 When the fall of the housing is detected by detecting the acceleration in the gravitational direction,
The traveling device according to claim 1, wherein the control unit performs control so as not to apply rotational torque to the plurality of wheels.
前記重力方向の加速度の検出により前記筐体の落下が検知されたときは、
前記制御手段で、前記ジャイロセンサの出力により前記筐体が所望の角度となるように前記複数の車輪の回転数に所定のトルクの制御を加えると共に、前記筐体の角度が目標値の半分となった時点から前記複数の車輪を等しいトルクで逆回転させる制御を行う
ことを特徴とする請求項1記載の走行装置。 A gyro sensor for detecting the angular velocity of the pitch axis is provided in the housing,
When the fall of the housing is detected by detecting the acceleration in the gravitational direction,
The control means applies a predetermined torque control to the rotation speeds of the plurality of wheels so that the casing has a desired angle based on the output of the gyro sensor, and the angle of the casing is half of the target value. The traveling device according to claim 1, wherein the control is performed to reversely rotate the plurality of wheels with an equal torque from the point of time.
前記制御手段で、前記ジャイロセンサの出力と前記前後方向の加速度の積分値と前記複数の車輪の回転角速度の検出値とを用いて前記車輪の回転と路面との相対速度をゼロとする制御を行う
ことを特徴とする請求項4記載の走行装置。 The housing further includes detection means for detecting acceleration in the front-rear direction and detection means for rotational angular velocities of the plurality of wheels,
The control means performs control for setting the relative speed between the rotation of the wheel and the road surface to zero using the output value of the gyro sensor, the integral value of the acceleration in the longitudinal direction, and the detected value of the rotational angular velocity of the plurality of wheels. The travel device according to claim 4, wherein the travel device is performed.
前記筐体に重力方向の加速度を検出し、
前記重力方向の加速度の変化を検知して前記複数の車輪の回転数に所定の制御を加える
ことを特徴とする走行装置の制御方法。 A plurality of wheels are independently driven, and a housing for connecting the plurality of wheels is provided, and the housing is provided with means for detecting movement of the center of gravity of the occupant, and the movement of the detected center of gravity is provided. A traveling device control method for traveling by setting the rotational speeds of the plurality of wheels according to the information of
Detect acceleration in the direction of gravity in the housing,
A method for controlling a traveling device, comprising: detecting a change in acceleration in the direction of gravity and applying predetermined control to the rotational speeds of the plurality of wheels.
前記所定の制御には、前記複数の車輪の回転数の設定には前記筐体を水平に保つ要素を含む
ことを特徴とする請求項6記載の走行装置の制御方法。 The plurality of wheels are composed of two wheels whose rotational axes are arranged in a straight line,
The method for controlling the traveling device according to claim 6, wherein the predetermined control includes an element for keeping the casing horizontal in setting the rotation speeds of the plurality of wheels.
前記複数の車輪に回転トルクを与えない制御を行う
ことを特徴とする請求項7記載の走行装置の制御方法。 When the fall of the housing is detected by detecting the acceleration in the gravitational direction,
The method for controlling the traveling device according to claim 7, wherein the control is performed so as not to apply a rotational torque to the plurality of wheels.
前記重力方向の加速度の検出により前記筐体の落下が検知されたときは、
前記ピッチ軸の角速度の検出出力により前記筐体が所望の角度となるように前記複数の車輪の回転数に所定のトルクの制御を加えると共に、
前記筐体の角度が目標値の半分となった時点から前記複数の車輪を等しいトルクで逆回転させる制御を行う
ことを特徴とする請求項6記載の走行装置の制御方法。 Detecting the angular velocity of the pitch axis of the housing;
When the fall of the housing is detected by detecting the acceleration in the gravitational direction,
A predetermined torque control is applied to the rotational speeds of the plurality of wheels so that the casing has a desired angle based on the angular velocity detection output of the pitch axis, and
The method for controlling the traveling device according to claim 6, wherein control is performed to reversely rotate the plurality of wheels with an equal torque from a time point when the angle of the housing becomes half of the target value.
前記ピッチ軸の角速度の検出出力と前記前後方向の加速度の積分値と前記複数の車輪の回転角速度の検出値とを用いて前記車輪の回転と路面との相対速度をゼロとする制御を行う
ことを特徴とする請求項9記載の走行装置の制御方法。 Detecting acceleration in the front-rear direction on the housing and detecting rotational angular velocities of the plurality of wheels;
Performing control to set the relative speed between the rotation of the wheel and the road surface to zero using the detected output of the angular velocity of the pitch axis, the integrated value of the acceleration in the longitudinal direction, and the detected value of the rotational angular velocity of the plurality of wheels. The method for controlling a traveling device according to claim 9.
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