JP2007076413A - Travel body and operation adjusting method of travel body - Google Patents
Travel body and operation adjusting method of travel body Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007076413A JP2007076413A JP2005263918A JP2005263918A JP2007076413A JP 2007076413 A JP2007076413 A JP 2007076413A JP 2005263918 A JP2005263918 A JP 2005263918A JP 2005263918 A JP2005263918 A JP 2005263918A JP 2007076413 A JP2007076413 A JP 2007076413A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vehicle body
- deviation
- angle
- coefficient
- angular velocity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
- B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
- B62K11/00—Motorcycles, engine-assisted cycles or motor scooters with one or two wheels
- B62K11/007—Automatic balancing machines with single main ground engaging wheel or coaxial wheels supporting a rider
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
- B62K3/00—Bicycles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2220/00—Electrical machine types; Structures or applications thereof
- B60L2220/40—Electrical machine applications
- B60L2220/46—Wheel motors, i.e. motor connected to only one wheel
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
- B60L2240/10—Vehicle control parameters
- B60L2240/14—Acceleration
- B60L2240/20—Acceleration angular
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
- B60L2240/40—Drive Train control parameters
- B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
- B60L2240/423—Torque
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
- B60L2240/40—Drive Train control parameters
- B60L2240/46—Drive Train control parameters related to wheels
- B60L2240/461—Speed
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Transportation (AREA)
- Motorcycle And Bicycle Frame (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
Description
本発明は、車体と、同一車軸上に配置されている少なくとも2つの駆動輪を備える倒立振子型の走行体に関する。 The present invention relates to an inverted pendulum type traveling body including a vehicle body and at least two drive wheels disposed on the same axle.
車体と、同一車軸上に配置されている少なくとも2つの駆動輪を備える倒立振子型の走行体が、例えば特許文献1に開示されている。この種の走行体は、主に、駆動輪の回転角と、駆動輪の回転角速度と、車体の傾斜角と、車体の傾斜角速度の4つの状態量を制御することによって、倒立姿勢を維持しながら走行したり静止したりする。この種の走行体は、少なくとも上記の4つの状態量に関して、倒立姿勢を維持しながら走行することを可能とする指示値を設定する設定手段と、少なくとも上記の4つの状態量を検出する検出手段と、設定手段によって設定された指示値と検出手段によって検出された検出値との偏差に所定の係数を乗じた指標を状態量毎に算出し、算出した指標群を合算することによって駆動輪に加えるべきトルクを計算する計算手段と、計算手段によって計算されたトルクを駆動輪に加えるアクチュエータ等を備えている。計算手段が各状態量の偏差に乗じるゲインは、各状態量に関して別個に定められている。
倒立振子型の走行体では、各状態量の偏差に乗じるゲインを調整することによって、走行体の制御特性を調整することができる。例えば、駆動輪の回転角や回転角速度の偏差に乗じるゲインを大きくすることによって、駆動輪の回転角に関する制御性を高めることができる。この場合、走行体は指示に従って正しく走行することが可能となる。あるいは、車体の傾斜角や傾斜角速度の偏差に乗じるゲインを大きくすることによって、車体の傾斜角に関する制御性を高めることができる。この場合、例えば車体に外乱力等が作用したときでも車体の姿勢を速やかに立て直すことが可能となる。
In the inverted pendulum type traveling body, the control characteristic of the traveling body can be adjusted by adjusting the gain by which the deviation of each state quantity is multiplied. For example, the controllability relating to the rotation angle of the drive wheel can be enhanced by increasing the gain by which the deviation of the rotation angle or rotation angular velocity of the drive wheel is increased. In this case, the traveling body can travel correctly according to the instruction. Alternatively, the controllability relating to the inclination angle of the vehicle body can be enhanced by increasing the gain by which the deviation of the inclination angle or inclination angular velocity of the vehicle body is increased. In this case, for example, even when a disturbance force or the like is applied to the vehicle body, the vehicle body posture can be quickly reset.
倒立振子型の走行体では、駆動輪の回転角に対する制御性と、車体の傾斜角に対する制御性との間に、トレードオフの関係が存在する。
例えば、駆動輪の回転角や回転角速度の偏差に乗じるゲインを大きくすると、駆動輪の回転角や回転角速度の偏差に対して駆動輪は大きく動作するようになるが、その駆動輪の動作によって車体の傾斜角や傾斜角速度の偏差が増大してしまうことがある。即ち、駆動輪の回転角に関する制御性を高めると、車体の傾斜角に関する制御性は低下してしまう。この場合、走行体は指示に従って正しく走行することができるが、例えば車体が大きく傾斜したときなどに、車体の姿勢を速やかに立て直すことができないことがある。
それに対して、車体の傾斜角や傾斜角速度の偏差に乗じるゲインを大きくすると、車体の傾斜角や傾斜角速度の偏差に応じて駆動輪は大きく動作することとなるが、その駆動輪の動作によって駆動輪の回転角や回転角速度の偏差が増大してしまうことがある。即ち、車体の傾斜角に関する制御性を高めると、駆動輪の回転角に関する制御性は低下してしまう。この場合、車体が大きく傾斜したときでも車体の姿勢を速やかに立て直すことができるが、例えば走行体が指示に反して移動したり、静止することができずにずるずると移動し続けてしまうことがある。
従来の技術では、車体の姿勢の安定性を確保するためには、走行体が指示に反して移動してしまうことを容認する必要がある。逆に、走行体が指示に従って正しく移動するようにするためには、車体の姿勢の安定性を犠牲にする必要がある。車体の姿勢の安定性を確保しながら、指示に従って正しく移動することができる走行体を具現化するための技術が必要とされている。
本発明は、上記の課題を解決する。本発明は、車体の姿勢の安定性を確保しながら、指示に従って正しく移動することができる走行体を具現化するための技術を提供する。
In the inverted pendulum type traveling body, there is a trade-off relationship between the controllability with respect to the rotation angle of the drive wheel and the controllability with respect to the inclination angle of the vehicle body.
For example, if the gain multiplied by the deviation of the rotation angle or rotation angular velocity of the drive wheel is increased, the drive wheel operates greatly with respect to the deviation of the rotation angle or rotation angular velocity of the drive wheel. The deviation of the inclination angle and the inclination angular velocity may increase. That is, if the controllability related to the rotation angle of the drive wheel is increased, the controllability related to the tilt angle of the vehicle body is lowered. In this case, the traveling body can travel correctly in accordance with the instruction, but the posture of the vehicle body may not be promptly reset, for example, when the vehicle body is largely inclined.
On the other hand, if the gain multiplied by the deviation of the tilt angle or tilt angular velocity of the vehicle body is increased, the drive wheel operates greatly according to the deviation of the tilt angle or tilt angular velocity of the vehicle body. Deviations in the rotation angle and rotation angular velocity of the wheel may increase. In other words, if the controllability related to the tilt angle of the vehicle body is increased, the controllability related to the rotation angle of the drive wheels is reduced. In this case, the posture of the vehicle body can be promptly reestablished even when the vehicle body is greatly inclined, but for example, the traveling body may move against the instruction or may continue to move if it cannot move still. is there.
In the conventional technology, in order to ensure the stability of the posture of the vehicle body, it is necessary to allow the traveling body to move against the instruction. Conversely, in order for the traveling body to move correctly in accordance with the instructions, it is necessary to sacrifice the stability of the posture of the vehicle body. There is a need for a technique for realizing a traveling body that can move correctly in accordance with instructions while ensuring the stability of the posture of the vehicle body.
The present invention solves the above problems. The present invention provides a technique for realizing a traveling body that can move correctly in accordance with instructions while ensuring the stability of the posture of the vehicle body.
本発明の技術は、車体と、第1車軸上に配置されている少なくとも2つの駆動輪を備える倒立振子型の走行体に具現化することができる。この走行体は、駆動輪の回転角と駆動輪の回転角速度と車体の傾斜角と車体の傾斜角速度の少なくとも4つの状態量に関する指示値を設定する設定手段と、駆動輪の回転角と駆動輪の回転角速度と車体の傾斜角と車体の傾斜角速度の少なくとも4つの状態量を検出する検出手段と、設定手段によって設定された指示値と検出手段によって検出された検出値との偏差に所定の係数を乗じた指標を状態量毎に算出し、算出した指標群を合算することによって駆動輪に加えるべきトルクを計算する計算手段と、計算手段によって計算されたトルクを駆動輪に加えるアクチュエータと、計算手段が各状態量の偏差に乗じる前記所定の係数のなかで、駆動輪の回転角の偏差に乗じる第1係数と、駆動輪の回転角速度の偏差に乗じる第2係数と、車体の傾斜角の偏差に乗じる第3係数と、車体の傾斜角速度の偏差に乗じる第4係数の少なくとも1つを、検出手段によって検出された車体の傾斜角に応じて増減調整する調整手段を備えている。 The technology of the present invention can be embodied in an inverted pendulum type traveling body including a vehicle body and at least two drive wheels disposed on a first axle. The traveling body includes setting means for setting instruction values regarding at least four state quantities of a rotation angle of the drive wheel, a rotation angular velocity of the drive wheel, a tilt angle of the vehicle body, and a tilt angle velocity of the vehicle body, and the rotation angle of the drive wheel and the drive wheel. Detecting means for detecting at least four state quantities of the rotational angular velocity, the vehicle body inclination angle, and the vehicle body inclination angular velocity, and a predetermined coefficient for the deviation between the indication value set by the setting device and the detection value detected by the detection device A calculation means for calculating the torque to be applied to the drive wheel by adding the calculated index group for each state quantity, an actuator for applying the torque calculated by the calculation means to the drive wheel, and calculation Among the predetermined coefficients by which the means multiplies each state quantity deviation, a first coefficient that multiplies the deviation of the rotational angle of the drive wheel, a second coefficient that multiplies the deviation of the rotational angular velocity of the drive wheel, and the tilt of the vehicle body. A third coefficient to be multiplied by the deviation of the corner, at least one of the fourth coefficient to be multiplied by the deviation of the vehicle body tilt angular velocity, and a regulating means for increasing or decreasing adjusted according to the inclination angle of the vehicle body detected by the detecting means.
倒立振子型の走行体では、倒立姿勢を維持しながら静止している時(倒立静止時)、駆動輪を除いた走行体の重心が車軸の鉛直上方に位置するように、車体の傾斜角は調節される。この倒立静止時における姿勢に対して車体が大きく傾斜すると、駆動輪を除いた走行体の重心が車軸の鉛直上方から大きく離れることとなり、走行体に作用する重力が車体の傾斜角を大きく変化させるようになる。この場合、車体の傾斜角や傾斜角速度に生じている偏差を減じるためには、駆動輪を大きく動かすことが必要となる。従って、倒立静止時における姿勢に対して車体が大きく傾斜しているときには、車体の傾斜角に関する制御性を高めるとともに、駆動輪の回転角に関する制御性を低下させることが有効である。
一方、倒立静止時における姿勢に対して車体が小さく傾斜しているときには、駆動輪を除いた走行体の重心が車軸の鉛直上方の近くに位置しているので、走行体に作用する重力が車体の傾斜角に与える影響は小さくなる。この場合、駆動輪を比較的に小さく動かすことによって、車体の傾斜角や傾斜角速度に生じている偏差を減じることができる。従って、倒立静止時における姿勢に対して車体が小さく傾斜しているときには、車体の傾斜角に対する制御性を低下させ、駆動輪の回転角に対する制御性を高めることが可能となる。
以上のことから、倒立静止時における姿勢に対して車体が大きく傾斜しているときには車体の傾斜角に関する制御性を優先し、倒立静止時における姿勢に対して車体が小さく傾斜しているときには駆動輪の回転角に関する制御性を優先する制御特性が、倒立振子型の走行体にとって有効といえる。
In an inverted pendulum type traveling body, when the vehicle is stationary while maintaining an inverted posture (when standing upside down), the inclination angle of the vehicle body is such that the center of gravity of the traveling body excluding the drive wheels is positioned vertically above the axle. Adjusted. If the vehicle body is greatly inclined with respect to the posture in the inverted stationary state, the center of gravity of the traveling body excluding the driving wheel is greatly separated from the vertical upper side of the axle, and the gravity acting on the traveling body greatly changes the inclination angle of the vehicle body. It becomes like this. In this case, in order to reduce the deviation occurring in the tilt angle and the tilt angular velocity of the vehicle body, it is necessary to move the driving wheel greatly. Therefore, when the vehicle body is greatly inclined with respect to the posture at the time of standing stationary, it is effective to improve the controllability regarding the inclination angle of the vehicle body and reduce the controllability regarding the rotation angle of the drive wheels.
On the other hand, when the vehicle body is slightly inclined with respect to the posture at the time of standing stationary, the gravity center of the traveling body excluding the drive wheels is located near the vertical upper side of the axle so that the gravity acting on the traveling body is The influence on the inclination angle of the is small. In this case, the deviation generated in the tilt angle and the tilt angular velocity of the vehicle body can be reduced by moving the driving wheel relatively small. Therefore, when the vehicle body is inclined slightly with respect to the posture at the time of standing stationary, the controllability with respect to the inclination angle of the vehicle body can be reduced, and the controllability with respect to the rotation angle of the drive wheels can be improved.
From the above, priority is given to the controllability regarding the inclination angle of the vehicle body when the vehicle body is largely inclined with respect to the posture at the time of standing stationary, and the drive wheel when the vehicle body is slightly inclined with respect to the posture at the time of standing stationary. It can be said that the control characteristics giving priority to the controllability related to the rotation angle of the vehicle are effective for the inverted pendulum type traveling body.
本発明によって具現化される走行体では、検出した車体の傾斜角に応じて、駆動輪の回転角の偏差に乗じる第1係数と、駆動輪の回転角速度の偏差に乗じる第2係数と、車体の傾斜角の偏差に乗じる第3係数と、車体の傾斜角速度の偏差に乗じる第4係数の少なくとも1つを調整することができる。例えば、第1係数と第2係数の少なくとも一方を減少させるか、第3係数と第4係数の少なくとも一方を増大させることによって、車体の傾斜角に関する制御性を優先する制御特性を実現することができる。また、第1係数と第2係数の少なくとも一方を増大させるか、第3係数と第4係数の少なくとも一方を減少させることによって、駆動輪の回転角に関する制御性を優先する制御特性を実現することができる。第1係数と第2係数と第3係数と第4係数の少なくとも一つを、検出した車体の傾斜角に応じて増減調整することによって、走行体の制御特性を適切に調整することが可能となる。倒立静止時における車体の傾斜角に対して車体が大きく傾斜しているときには車体の傾斜角に関する制御性を優先し、倒立静止時における車体の傾斜角に対して車体が小さく傾斜しているときには駆動輪の回転角に関する制御性を優先する制御特性を実現することもできる。
この走行体によると、車体の姿勢の安定性を確保しながら、指示に従って正しく移動することができる。
In the traveling body embodied by the present invention, a first coefficient that multiplies the deviation of the rotational angle of the drive wheel, a second coefficient that multiplies the deviation of the rotational angular speed of the drive wheel, and the vehicle body according to the detected tilt angle of the vehicle body. It is possible to adjust at least one of a third coefficient that multiplies the deviation of the inclination angle of the vehicle and a fourth coefficient that multiplies the deviation of the inclination angular velocity of the vehicle body. For example, by reducing at least one of the first coefficient and the second coefficient or increasing at least one of the third coefficient and the fourth coefficient, it is possible to realize a control characteristic that gives priority to controllability related to the lean angle of the vehicle body. it can. In addition, by increasing at least one of the first coefficient and the second coefficient or decreasing at least one of the third coefficient and the fourth coefficient, a control characteristic that gives priority to controllability related to the rotation angle of the drive wheel is realized. Can do. It is possible to appropriately adjust the control characteristics of the traveling body by adjusting at least one of the first coefficient, the second coefficient, the third coefficient, and the fourth coefficient according to the detected inclination angle of the vehicle body. Become. When the vehicle body is largely tilted with respect to the tilt angle of the vehicle body in the inverted stationary state, priority is given to the controllability related to the vehicle body tilt angle. Control characteristics giving priority to controllability related to the rotation angle of the wheel can also be realized.
According to this traveling body, it is possible to move correctly according to the instruction while ensuring the stability of the posture of the vehicle body.
調整手段は、倒立静止時における車体の傾斜角と検出された車体の傾斜角との差分が大きいときほど、第1係数と第2係数の少なくとも一方を減少させることが好ましい。あるいは、第3係数と第4係数の少なくとも一方を増大させることが好ましい。あるいは、第1係数と第2係数の少なくとも一方を減少させるとともに、第3係数と第4係数の少なくとも一方を増大させることが好ましい。
それにより、倒立静止時における車体の傾斜角に対して車体が大きく傾斜しているときには車体の傾斜角に関する制御性を優先し、倒立静止時における車体の傾斜角に対して車体が小さく傾斜しているときには駆動輪の回転角に関する制御性を優先する制御特性を実現することができる。
The adjustment means preferably decreases at least one of the first coefficient and the second coefficient as the difference between the tilt angle of the vehicle body in the inverted stationary state and the detected tilt angle of the vehicle body increases. Alternatively, it is preferable to increase at least one of the third coefficient and the fourth coefficient. Alternatively, it is preferable to decrease at least one of the first coefficient and the second coefficient and increase at least one of the third coefficient and the fourth coefficient.
As a result, when the vehicle body is largely inclined with respect to the inclination angle of the vehicle body in the stationary stationary state, priority is given to the controllability regarding the vehicle body inclination angle, and the vehicle body is inclined slightly with respect to the inclination angle of the vehicle body in the stationary stationary state. It is possible to realize control characteristics giving priority to controllability related to the rotation angle of the drive wheels.
調整手段は、倒立静止時における車体の傾斜角と検出された車体の傾斜角との差分が所定の閾値角度を越えるときに、第1係数をゼロに調整することが好ましい。
駆動輪の回転角の偏差に乗じる第1係数をゼロに設定することによって、車体の傾斜角に関する制御性が強く優先されることとなり、大きく傾斜している車体を速やかに立て直すことが可能となる。
The adjusting means preferably adjusts the first coefficient to zero when the difference between the lean angle of the vehicle body in the inverted stationary state and the detected lean angle of the vehicle body exceeds a predetermined threshold angle.
By setting the first coefficient to be multiplied by the deviation of the rotation angle of the drive wheel to zero, the controllability regarding the tilt angle of the vehicle body is strongly prioritized, and it becomes possible to quickly rebuild a vehicle body that is largely tilted. .
本発明の技術は、車体と、第1車軸上に配置されている少なくとも2つの駆動輪を備える倒立振子型の走行体の動作を調節する方法に具現化することもできる。この走行体の動作調節方法は、駆動輪の回転角と駆動輪の回転角速度と車体の傾斜角と車体の傾斜角速度の少なくとも4つの状態量に関する指示値を設定する設定工程と、駆動輪の回転角と駆動輪の回転角速度と車体の傾斜角と車体の傾斜角速度の少なくとも4つの状態量を検出する検出工程と、設定工程において設定された指示値と検出工程において検出された検出値との偏差に所定の係数を乗じた指標を状態量毎に算出し、算出した指標群を合算することによって駆動輪に加えるべきトルクを計算する計算工程と、駆動輪にトルクを加えるアクチュエータを制御して、計算工程において計算されたトルクを駆動輪に加える工程と、計算工程において各状態量の偏差に乗じる前記所定の係数のなかで、駆動輪の回転角の偏差に乗じる第1係数と、駆動輪の回転角速度の偏差に乗じる第2係数と、車体の傾斜角の偏差に乗じる第3係数と、車体の傾斜角速度の偏差に乗じる第4係数の少なくとも1つを、検出工程によって検出された車体の傾斜角に応じて増減調整する調整工程を備えている。
この方法によると、車体の姿勢の安定性を確保しながら、走行体を指示に従って正しく移動させることができる。
The technology of the present invention can also be embodied in a method for adjusting the operation of an inverted pendulum type traveling body including a vehicle body and at least two drive wheels disposed on a first axle. The operation adjustment method of the traveling body includes a setting step of setting instruction values for at least four state quantities of a rotation angle of the drive wheel, a rotation angular velocity of the drive wheel, a tilt angle of the vehicle body, and a tilt angle velocity of the vehicle body, A detection step of detecting at least four state quantities of an angle, a rotational angular velocity of a driving wheel, a vehicle body inclination angle, and a vehicle body inclination angular velocity, and a deviation between an instruction value set in the setting step and a detection value detected in the detection step A calculation step for calculating a torque to be applied to the drive wheel by calculating an index obtained by multiplying the predetermined coefficient by each state quantity, and adding the calculated index group, and controlling an actuator for applying the torque to the drive wheel, A step of applying torque calculated in the calculation step to the drive wheel, and a first factor for multiplying the deviation of the rotation angle of the drive wheel in the predetermined coefficient by which the deviation of each state quantity is multiplied in the calculation step. And detecting at least one of a second coefficient that multiplies the deviation of the rotational angular velocity of the drive wheel, a third coefficient that multiplies the deviation of the inclination angle of the vehicle body, and a fourth coefficient that multiplies the deviation of the inclination angle velocity of the vehicle body. An adjustment step of adjusting the increase / decrease according to the tilt angle of the vehicle body is provided.
According to this method, the traveling body can be correctly moved in accordance with the instructions while ensuring the stability of the posture of the vehicle body.
本発明によって、車体の姿勢が不安定になることがなく、指示に従って正しく移動する走行体を具現化することが可能となる。例えば、車体を傾斜させることによって接地する従動輪やスタンド等の支持手段を備える走行体では、車体を大きく傾斜させて支持手段を接地させている状態から、支持手段を浮遊させて倒立姿勢を維持する状態へと速やかに移行することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to embody a traveling body that moves correctly in accordance with instructions without causing the posture of the vehicle body to become unstable. For example, in a traveling body equipped with support means such as a driven wheel or a stand that is grounded by tilting the vehicle body, the support device is floated to maintain an inverted posture from a state where the vehicle body is largely tilted and the support device is grounded. It becomes possible to shift to the state to be done promptly.
最初に、以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
(形態1) 走行体は、人が着席可能な搭乗シートを備えており、搭乗者を乗せて走行することができる。
(形態2) 走行体は、搭乗者が走行体を操作するための操作装置を備えている。
(形態3) 走行体は、車体を傾斜させることによって接地する従動輪を備えている。
(形態4) ゲイン調整部は、倒立静止時における車体の傾斜角と検出された車体の傾斜角との差分が大きいときほど、傾斜角の偏差に乗じる第3係数と傾斜角速度の偏差に乗じる第4係数の少なくとも一方を増大させる。
First, the main features of the embodiments described below are listed.
(Mode 1) The traveling body includes a boarding seat on which a person can be seated, and can travel with the passenger on board.
(Mode 2) The traveling body includes an operation device for a passenger to operate the traveling body.
(Mode 3) The traveling body includes a driven wheel that is grounded by inclining the vehicle body.
(Mode 4) The gain adjustment unit multiplies the third coefficient that multiplies the deviation of the inclination angle and the deviation of the inclination angular velocity as the difference between the inclination angle of the vehicle body in the inverted stationary state and the detected inclination angle of the vehicle body increases. Increase at least one of the four coefficients.
本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図1は、本実施例の走行体10の全体構成を模式的に示している。走行体10は、車体12と、車体12に設けられている第1駆動輪34と第2駆動輪44と従動前輪50を備えている。第1駆動輪34と第2駆動輪44は、第1車軸C1の回りに回転可能となっている。従動前輪50は、第2車軸C2の回りに回転可能となっている。第1車軸C1は車体12の後部に位置しており、第2車軸C2は車体12の前部に位置している。第2車軸C2は、スラストベアリンク48を介して車体12に設けられており、その向き(走行方向)が受動的に変化するようになっている。走行体10には、人が着席可能な搭乗シート22が設けられている。走行体10は、人を乗せて走行することができる。
走行体10は、第1駆動輪34を駆動する第1モータ32と、第2駆動輪44を駆動する第2モータ42と、両モータ32、42に電力を供給するバッテリモジュール40を備えている。走行体10では、各駆動輪34、44のそれぞれにアクチュエータであるモータ32、42が用意されており、各駆動輪34、44のそれぞれを独立して駆動することが可能な構成となっている。
走行体10は、第1モータ32と第2モータ42の動作を制御する制御モジュール14と、走行体10の搭乗者が操作する操作モジュール20を備えている。制御モジュール14は、走行体10の搭乗者が操作モジュール20に加えた操作に追従して、第1モータ32と第2モータ42の動作を制御する。
走行体10は、車体12の傾斜角速度を検出するジャイロ38と、第1駆動輪34の回転角を検出する第1エンコーダ36と、第2駆動輪44の回転角を検出する第2エンコーダ46を備えている。車体12の傾斜角速度とは、車体12の傾斜角の変化速度である。車体12の傾斜角とは、車体12の第1車軸C1回りの姿勢角(回転角)を示すものである。図2に示すように、本実施例では、駆動輪34、44を除く走行体10の重心Mが、第1車軸C1の鉛直上方に位置するときの車体12の傾斜角を、傾斜角ηの基準(傾斜角ηがゼロ)とする。走行体10では、倒立姿勢を維持しながら静止する時(倒立静止時)に、車体12の傾斜角ηがゼロとなるように調整される。また、車体12が従動前輪50側に傾く方向を傾斜角ηの正方向とする。各駆動輪34、44の回転角とは、各駆動輪34、44の車体12に対する相対回転角である。なお、図2中には、第2駆動輪44の回転角θ2が図示されている。なお、第1駆動輪34の回転角をθ1と記すことがある。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows the overall configuration of the traveling
The traveling
The traveling
The traveling
操作モジュール20には、操作レバー18と、切換スイッチ16が設けられている。操作レバー18は、搭乗者が走行体10の走行速度や走行方向を調整するための操作部材である。搭乗者は、操作レバー18の操作量を調整することによって走行体10の走行速度を調整することができる。また搭乗者は、操作レバー18の操作方向を調整することによって走行体10の走行速度を調整することができる。走行体10は、操作レバー18に加えられた操作に応じて、前進、停止、後退、左折、右折、左旋回、右旋回することができる。切換スイッチ16は、走行体10の走行姿勢を切り換えるための操作部材である。走行体10の搭乗者は、切換スイッチ16を操作することによって、走行体10の姿勢を倒立姿勢と安定姿勢のいずれかに切り換えることができる。
図2は、倒立姿勢をとるときの走行体10を模式的に示している。図2に示すように、倒立姿勢とは、従動前輪50が浮遊して第1駆動輪34と第2駆動輪44の2輪のみが接地する姿勢である。走行体10は、倒立姿勢を維持しながら、走行、旋回、略静止することができる。倒立姿勢では、重心Mが第1車軸C1のおよそ鉛直上方に位置しており、車体12の傾斜角ηはゼロに近い値に維持されている。図2では、車体12の傾斜角ηの定義を明瞭にするために、車体12の傾斜角ηの大きさが誇張して示されている。
図3は、安定姿勢をとるときの走行体10を模式的に示している。図3に示すように、安定姿勢とは、従動前輪50と第1駆動輪34と第2駆動輪44の3輪を接地させた姿勢である。走行体10は、安定姿勢を維持しながら、走行、旋回、静止することができる。ここで、図3中のηzは、走行体10が水平面上において安定姿勢をとるときの車体12の傾斜角を示している。この角度ηzを、接地傾斜角度ということがある。
The
FIG. 2 schematically shows the traveling
FIG. 3 schematically shows the traveling
次に、走行体10の制御系について説明する。図4は、走行体10の制御系の構成を示すブロック図である。図4に示すように、制御ユニット14には、主に、第1モータ32と第2モータ42の動作を調節するコントローラ60や、第1微分回路72や、第2微分回路74や、積分回路76等が内蔵されている。
第1微分回路72は、第1エンコーダ36の出力信号を入力し、その微分値を出力する回路である。即ち、第1微分回路72は、第1エンコーダ36によって検出された第1駆動輪34の回転角θ1を入力し、その微分値である第1駆動輪34の回転角速度dθ1/dtを出力する。なお、図中において上部にドットが付された変数は、その変数の微分値を表している。第1エンコーダ36と第1微分回路72は、コントローラ60に接続されている。コントローラ60には、検出された第1駆動輪34の回転角θ1と回転角速度dθ1/dtが逐次入力される。
第2微分回路74は、第2エンコーダ46の出力信号を入力し、その微分値を出力する回路である。即ち、第2微分回路74は、第2エンコーダ46によって検出された第2駆動輪44の回転角θ2を入力し、その微分値である第2駆動輪44の回転角速度dθ2/dtを出力する。第2エンコーダ46と第2微分回路74は、コントローラ60に接続されている。コントローラ60には、検出された第2駆動輪44の回転角θ2と回転角速度dθ2/dtが逐次入力される。
積分回路76は、ジャイロ38の出力信号を入力し、その積分値を出力する回路である。即ち、積分回路76は、ジャイロ38によって検出された車体12の傾斜角速度dη/dtを入力し、その積分値である車体12の傾斜角ηを出力する。積分回路76とジャイロ38は、コントローラ60に接続されている。コントローラ60には、検出された車体12の傾斜角ηと傾斜角速度dη/dtが逐次入力される。
Next, the control system of the traveling
The
The
The integrating
コントローラ60は、CPU、ROM、RAM等によって構成されている。コントローラ60は、機能的に、車輪指示値設定部64と、傾斜指示値設定部66と、トルク計算部62等を備えている。トルク計算部62には、ゲイン調整部68が設けられている。
車輪指示値設定部64は、主に操作レバー18の操作状態に基づいて、第1駆動輪34の回転角に関する指示値θ1*と、第1駆動輪34の回転角速度に関する指示値dθ1*/dtと、第2駆動輪44の回転角に関する指示値θ2*と、第2駆動輪44の回転角速度に関する指示値dθ2*/dtを設定する。各指示値θ1*、dθ1*/dt、θ2*、dθ2*/dtは、操作レバー18の操作方向や操作量に応じて設定される。設定された各指示値θ1*、dθ1*/dt、θ2*、dθ2*/dtは、トルク計算部62に入力される。
The
The wheel command
傾斜指示値設定部66は、主に操作レバー18と切換スイッチ16の操作状態に基づいて、車体12の傾斜角に関する指示値(指示傾斜角)η*と、車体12の傾斜角速度に関する指示値(指示傾斜角速度)dη*/dtを設定する。
傾斜指示値設定部66は、走行体10が倒立姿勢を維持しながら操作レバー18の操作状態に追従して走行(あるいは静止)することを可能とする車体12の傾斜角と傾斜角速度を計算することができる。傾斜指示値設定部66は、切換スイッチ16が倒立姿勢側に切り換えられている場合、走行体10が倒立姿勢を維持しながら操作レバー18の操作状態に追従して走行(あるいは静止)することを可能とする車体12の傾斜角と傾斜角速度を逐次計算し、計算した傾斜角と傾斜角速度をそれぞれ指示傾斜角η*と指示傾斜角速度dη*/dtに設定する。一方、切換スイッチ16が安定姿勢側に切り換えられている場合、車体12の傾斜角をフィードバック制御する必要がないことから、傾斜指示値設定部66は指示傾斜角η*と指示傾斜角速度dη*/dtの設定を行わない。傾斜指示値設定部66は、切換スイッチ16が安定姿勢側から倒立姿勢側に切り換えられた時点において、指示傾斜角η*と指示傾斜角速度dη*/dtの設定を開始する。
The inclination instruction
The tilt instruction
トルク計算部62は、車輪指示値設定部64や傾斜指示値設定部66から入力した各指示値と、エンコーダ36、46やジャイロ38や微分回路72、74や積分回路76から入力した各検出値との各偏差と、それらの各偏差に乗じる所定のフィードバックゲインを用いて、第1モータ32が出力すべき第1トルクτ1と、第2モータ42が出力すべき第2トルクτ2を計算する。即ち、第1トルクτ1と第2トルクτ2は、次式を用いて表現することができる。
τ1=K1・x1+K2・x2+K3・x5+K4・x6
τ2=K1・x3+K2・x4+K3・x5+K4・x6
ここで、x1は第1駆動輪34の回転角に関する指示値θ1*と検出値θ1との偏差θ1*−θ1である。x2は第1駆動輪34の回転角速度に関する指示値dθ1*/dtと検出値dθ1/dtとの偏差dθ1*/dt−dθ1/dtである。x3は第2駆動輪44の回転角に関する指示値θ2*と検出値θ2との偏差θ2*−θ2である。x4は第2駆動輪44の回転角速度に関する指示値dθ2*/dtと検出値dθ2/dtとの偏差dθ2*/dt−dθ2/dtである。x5は車体12の傾斜角に関する指示値η*と検出値ηとの偏差η*−ηである。x6は車体12の傾斜角速度に関する指示値dη*/dtと検出値dη/dtとの偏差dη*/dt−dη/dtである。K1は各駆動輪34、44の回転角の偏差x1、x3に乗じる第1のフィードバックゲインである。K2は各駆動輪34、44の回転角速度の偏差x2、x4に乗じる第2のフィードバックゲインである。K3は車体12の傾斜角の偏差x5に乗じる第3のフィードバックゲインである。K4は車体12の傾斜角速度の偏差x6に乗じる第4のフィードバックゲインである。なお、各トルクτ1、τ2の計算式は、上記の式に限定されるものではない。汎用のフィードバック制御に用いられる様々な計算式を採用することができる。また、切換スイッチ16が安定姿勢側に切り換えられている場合は、車体12の傾斜角をフィードバック制御する必要がないことから、第3フィードバックゲインK3と第4フィードバックゲインK4をゼロと設定することができる。
The
τ1 = K1 · x1 + K2 · x2 + K3 · x5 + K4 · x6
τ2 = K1 · x3 + K2 · x4 + K3 · x5 + K4 · x6
Here, x1 is a deviation θ1 * −θ1 between the instruction value θ1 * related to the rotation angle of the
ゲイン調整部68は、積分回路76からコントローラ60へと入力される車体12の傾斜角の検出値ηに応じて、トルク計算部62が用いるフィードバックゲインK1、K2、K3、K4を増減調整する。ゲイン調整部68には、車体12の傾斜角に対応付けてフィードバックゲインK1、K2、K3、K4を記述しているゲイン調整データが予め記憶されている。ゲイン調整部68は、車体12の傾斜角の検出値ηを入力し、入力した検出値ηに対応するフィードバックゲインK1、K2、K3、K4を、記憶しているゲイン調整データから読み出す。トルク計算部62は、ゲイン調整部68によって読み出されたフィードバックゲインK1、K2、K3、K4を用いて、第1トルクτ1と第2トルクτ2を計算する。
The
図5に、ゲイン調整データの一例を示す。図5(a)は、各駆動輪34、44の回転角の偏差x1、x3に乗じる第1フィードバックゲインK1を示している。図5(b)は、各駆動輪34、44の回転角速度の偏差x2、x4に乗じる第2フィードバックゲインK2を示している。図5(c)は、車体12の傾斜角の偏差x5に乗じる第3フィードバックゲインK3を示している。図5(d)は、車体12の傾斜角速度の偏差x6に乗じる第4フィードバックゲインK4を示している。
図5(a)に示すように、第1フィードバックゲインK1は、車体12の傾斜角ηに応じて略二段階に変化しており、車体12の傾斜角ηが閾値角度ηyを超える範囲において、その値がゼロと設定されている。従って、車体12が従動前輪50側へと大きく前傾し、車体12の傾斜角が閾値角度ηyを超えている場合には、トルクτ1、τ2の計算において、各駆動輪34、44の回転角の偏差x1、x3は無視されるようになっている。
図5(b)に示すように、第2フィードバックゲインK2は、車体12の傾斜角ηに応じて略二段階に変化しており、車体12の傾斜角ηが閾値角度ηyを超える範囲において、その値が小さく設定されている。従って、車体12が従動前輪50側へと大きく前傾し、車体12の傾斜角が閾値角度ηyを超えている場合には、トルクτ1、τ2の計算において、各駆動輪34、44の回転角速度の偏差x2、x4が小さく加味されるようになっている。
FIG. 5 shows an example of gain adjustment data. FIG. 5A shows the first feedback gain K1 that is multiplied by the deviations x1 and x3 of the rotation angles of the
As shown in FIG. 5A, the first feedback gain K1 changes in approximately two steps according to the inclination angle η of the
As shown in FIG. 5B, the second feedback gain K2 changes in approximately two steps according to the inclination angle η of the
図5(c)に示すように、第3フィードバックゲインK3は、車体12の傾斜角ηに応じて略二段階に変化しており、車体12の傾斜角ηが閾値角度ηyを超える範囲において、その値が大きく設定されている。従って、車体12が従動前輪50側へと大きく前傾し、車体12の傾斜角が閾値角度ηyを超えている場合には、トルクτ1、τ2の計算において、車体12の傾斜角の偏差x5が大きく加味されるようになっている。
図5(d)に示すように、第4フィードバックゲインK4は、車体12の傾斜角ηに応じて略二段階に変化しており、車体12の傾斜角ηが閾値角度ηyを超える範囲において、その値が大きく設定されている。従って、車体12が従動前輪50側へと大きく前傾し、車体12の傾斜角が閾値角度ηyを超えている場合には、トルクτ1、τ2の計算において、車体12の傾斜角速度の偏差x6が大きく加味されるようになっている。
As shown in FIG. 5C, the third feedback gain K3 changes in approximately two stages according to the inclination angle η of the
As shown in FIG. 5D, the fourth feedback gain K4 changes in approximately two stages according to the inclination angle η of the
コントローラ60は、第1モータ32が出力するトルクを、トルク計算部62によって計算した第1トルクτ1に調節する。また、第2モータ42が出力するトルクを、トルク計算部62によって計算した第2トルクτ2に調節する。第1駆動輪34には第1モータ32から第1トルクτ1が加えられ、第2駆動輪44には第2モータ42から第2トルクτ2が加えられる。それにより、第1駆動輪34の回転角θ1と、第1駆動輪34の回転角速度dθ1/dtと、第2駆動輪44の回転角θ2と、第2駆動輪44の回転角速度dθ2/dtと、車体12の傾斜角ηと、車体12の傾斜角速度dη/dtが、それぞれの指示値θ1*、dθ*/dt、θ2*、dθ2*/dt、η*、dη*/dtに調節される。走行体10は、操作モジュール20に加えられた操作に追従して、倒立姿勢を維持しながら走行したり、安定姿勢を維持しながら走行したり、倒立姿勢と安定姿勢の間で姿勢変化する。
The
図6は、走行体10が安定姿勢から倒立姿勢へと移行する際に、コントローラ60が実行する動作フローを示している。図6に示すフローに沿って、走行体10が安定姿勢から倒立姿勢へと移行するときの動作について説明する。なお、ここでは説明を明瞭にするために、走行体10は安定姿勢で静止しており、操作レバー18には操作が加えられていないものとする。この場合、第1駆動輪34と第2駆動輪44は同様に動作する。即ち、第1駆動輪34の回転角θ1と第2駆動輪44の回転角θ2は等しくなり、第1駆動輪34の回転角速度dθ1/dtと第2駆動輪44の回転角dθ2/dtは等しくなる。
FIG. 6 shows an operation flow executed by the
コントローラ60は、切換スイッチ16が安定姿勢側から倒立姿勢側へと切り換えられた時に、図6に示す動作フローをスタートさせる。
ステップS2では、安定姿勢から倒立姿勢へと移行するために、駆動輪34、44の回転角に関する指示値θ*(=θ1*=θ2*)と、駆動輪34、44の回転角速度に関する指示値dθ*/dt(=dθ1*/dt=dθ2*/dt)と、車体12の傾斜角に関する指示値η*と、車体12の傾斜角速度に関する指示値dη*/dtのそれぞれに、ゼロを設定する。駆動輪34、44の回転角がゼロとなり、駆動輪34、44の回転角速度がゼロとなり、車体12の傾斜角がゼロとなり、車体12の傾斜角速度がゼロとなると、走行体10は倒立姿勢で静止する状態となる。
ステップS4では、駆動輪34、44の回転角の検出値θ(=θ1=θ2)と、駆動輪34、44の回転角速度の検出値dθ/dt(=dθ1/dt=dθ2/dt)と、車体12の傾斜角の検出値ηと、車体12の傾斜角速度の検出値dη/dtを入力する。
ステップS6では、ステップS4において入力した車体12の傾斜角の検出値ηに基づいて、フィードバックゲインK1、K2、K3、K4を決定する。先に説明したように、ゲイン調整部68は、検出値ηに対応するフィードバックゲインK1、K2、K3、K4を、ゲイン調整データから読み出す。フィードバックゲインK1、K2、K3、K4は、車体12の傾斜角の検出値ηに応じて変化する。
The
In step S2, in order to shift from the stable posture to the inverted posture, the instruction value θ * (= θ1 * = θ2 * ) relating to the rotation angle of the
In step S4, the detected value θ (= θ1 = θ2) of the rotation angle of the
In step S6, feedback gains K1, K2, K3, and K4 are determined based on the detected value η of the tilt angle of the
ステップS8では、ステップS2で設定した各指示値とステップS4で入力した各検出値との偏差に、ステップS6で決定したフィードバックゲインK1、K2、K3、K4を乗じることによって、モータ32、42が出力すべきトルクτ(=τ1=τ2)を計算する。
ステップS10では、モータ32、42が出力するトルクを、ステップS8で計算したトルクτに調節する。
ステップS12では、安定姿勢への移行指令が入力されているのか否かが判定される。例えば搭乗者が切換スイッチ16を倒立姿勢側から安定姿勢側へと切り換えると、このステップS12の判定においてイエスとなる。この場合、コントローラ60は図6の動作フローを終了し、走行体10は安定姿勢へと移行する。一方、切換スイッチ16が倒立姿勢側に維持されていれば、このステップS12の判定においてノーとなり、ステップS4からステップS10のフィードバック制御が継続される。それにより、走行体10は安定姿勢から倒立姿勢へと移行し、倒立姿勢を維持して静止する。この状態から搭乗者が操作モジュール20の操作レバー18に操作を加えれば、それに応じた各指示値θ1*、dθ*/dt、θ2*、dθ2*/dt、η*、dη*/dtが設定され、走行体10は倒立姿勢を維持しながら搭乗者の指示に従って正しく走行する。
In step S8, the
In step S10, the torque output from the
In step S12, it is determined whether or not a command to shift to a stable posture is input. For example, if the passenger switches the
図7は、安定姿勢から倒立姿勢への移行動作を実施するときの走行体10の様子を経時的に示している。図7(a)は移行動作の開始時点であって、車体12の傾斜角ηが接地傾斜角度ηzとなっている走行体10を示している。図7(b)は移行動作の実施中であって、車体12の傾斜角が閾値角度ηyとなっている走行体10を示している。図7(c)は移行動作の完了時点であって、車体12の傾斜角ηがゼロとなっている走行体10を示している。図7(a)(b)(c)に示すように、安定姿勢から倒立姿勢への移行動作期間において、車体12の傾斜角ηは閾値角度ηyを跨いで大きく変化する。
走行体10の重心Mは、車体12の傾斜角ηが大きいときほど、第1車軸C1を通る鉛直方向Gから大きく外れる。それにより、車体12の傾斜角ηが大きいときほど、走行体10に作用する重力は、車体12の傾斜角ηを大きく変化させるようとする。そのことから、車体12の傾斜角ηが大きいときには、車体12の傾斜角や傾斜角速度の偏差に対して、駆動輪34、44を大きく動かす必要がある。従って、車体12の傾斜角ηが大きいときほど、車体12の傾斜角の偏差に乗じる第3フィードバックゲインK3や、車体12の傾斜角速度の偏差に乗じる第4フィードバックゲインK4を大きくすることが有効といえる。
FIG. 7 shows the state of the traveling
The center of gravity M of the traveling
倒立振子型の走行体10では、駆動輪34、44の回転角に対する制御性と車体12の傾斜角に対する制御性との間に、トレードオフの関係が存在する。即ち、駆動輪34、44の回転角に対する制御性を高めれば、車体12の傾斜角に対する制御性は低下する。また、車体12の傾斜角に対する制御性を高めれば、駆動輪34、44の回転角に対する制御性は低下する。そのことから、駆動輪34、44の回転角の制御性を低下させることによって、車体12の傾斜角に対する制御性を向上することができる。従って、車体12の傾斜角ηが大きいときには、駆動輪34、44の回転角の偏差に乗じる第1フィードバックゲインK1や、駆動輪34、44の回転角速度の偏差に乗じる第2フィードバックゲインK2を小さくすることも有効といえる。
本発明者は、上記の知見に基づいてさらに研究を進めた結果、車体12の傾斜角が閾値角度ηyを越えるときに、駆動輪34、44の回転角に関する第1フィードバックゲインK1をゼロに調整することによって、車体12の安定性が著しく向上することを確認した。安定姿勢から倒立姿勢への移行動作時には、車体12の姿勢が速やかに倒立姿勢へと移行するとともに、その移行時に走行体10が移動する距離も短縮されることが確認された。
In the inverted pendulum
As a result of further research based on the above knowledge, the present inventor adjusts the first feedback gain K1 relating to the rotation angle of the
本実施例の走行体10では、上記した知見が活用されている。走行体10では、トルク計算部62が用いるフィードバックゲインK1、K2、K3、K4が、トルク調整データを用いて調整される。即ち、車体12の傾斜角ηが大きいときほど、車体12の傾斜角の偏差に乗じる第3フィードバックゲインK3や、車体12の傾斜角速度の偏差に乗じる第4フィードバックゲインK4が大きな値へと調整される。また、車体12の傾斜角ηが大きいときほど、駆動輪34、44の回転角の偏差に乗じる第1フィードバックゲインK1や、駆動輪34、44の回転角速度の偏差に乗じる第2フィードバックゲインK2が小さな値へと調整される。また、車体12の傾斜角ηが閾値角度ηyを越えるときには、駆動輪34、44の回転角の偏差に乗じる第1フィードバックゲインK1がゼロに調整される。それにより、車体12の傾斜角ηが閾値角度ηyを超えているときには、車体12の傾斜角ηに関する制御性が優先され、車体12の姿勢が速やかに立て直される。車体12の傾斜角ηが閾値角度ηyを下回ると、駆動輪34、44の回転角に関する制御性が優先され、走行体10が搭乗者の指示に従って正しく走行するようになる。
In the traveling
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
上記では、車体の傾斜角に応じて、フィードバックゲインK1、K2、K3、K4を概して二段階に調整する例を説明したが、さらに多段階に調整してもよいし、連続的に変化するように調整してもよい。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
In the above description, the feedback gains K1, K2, K3, and K4 are generally adjusted in two stages according to the inclination angle of the vehicle body. However, the feedback gains K1, K2, K3, and K4 are generally adjusted in two stages. You may adjust it.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
10・・走行体
12・・車体
14・・制御モジュール
20・・操作モジュール
22・・搭乗シート
32、42・・モータ
34、44・・駆動輪
36、46・・エンコーダ
38・・ジャイロ
40・・バッテリモジュール
60・・コントローラ
62・・トルク計算部
64・・車輪指示値設定部
66・・傾斜指示値設定部
68・・ゲイン調整部
72、74・・微分回路
76・・積分回路
10 .. traveling
Claims (4)
駆動輪の回転角と駆動輪の回転角速度と車体の傾斜角と車体の傾斜角速度の少なくとも4つの状態量に関する指示値を設定する設定手段と、
駆動輪の回転角と駆動輪の回転角速度と車体の傾斜角と車体の傾斜角速度の少なくとも4つの状態量を検出する検出手段と、
設定手段によって設定された指示値と検出手段によって検出された検出値との偏差に所定の係数を乗じた指標を状態量毎に算出し、算出した指標群を合算することによって駆動輪に加えるべきトルクを計算する計算手段と、
計算手段によって計算されたトルクを駆動輪に加えるアクチュエータと、
計算手段が各状態量の偏差に乗じる前記所定の係数のなかで、駆動輪の回転角の偏差に乗じる第1係数と、駆動輪の回転角速度の偏差に乗じる第2係数と、車体の傾斜角の偏差に乗じる第3係数と、車体の傾斜角速度の偏差に乗じる第4係数の少なくとも1つを、検出手段によって検出された車体の傾斜角に応じて増減調整する調整手段と、
を備える走行体。 An inverted pendulum type traveling body comprising a vehicle body and at least two drive wheels disposed on the same axle,
Setting means for setting instruction values relating to at least four state quantities of the rotational angle of the driving wheel, the rotational angular velocity of the driving wheel, the inclination angle of the vehicle body, and the inclination angular velocity of the vehicle body;
Detection means for detecting at least four state quantities of a rotation angle of the drive wheel, a rotation angular velocity of the drive wheel, a vehicle body inclination angle, and a vehicle body inclination angular velocity;
An index obtained by multiplying the deviation between the indication value set by the setting means and the detection value detected by the detection means by a predetermined coefficient is calculated for each state quantity, and the calculated index group should be added to the drive wheel A calculation means for calculating torque;
An actuator for applying torque calculated by the calculation means to the drive wheel;
Among the predetermined coefficients by which the calculation means multiplies the deviation of each state quantity, a first coefficient that multiplies the deviation of the rotational angle of the drive wheel, a second coefficient that multiplies the deviation of the rotational angular speed of the drive wheel, and the inclination angle of the vehicle body Adjusting means for increasing / decreasing at least one of a third coefficient to be multiplied by the deviation and a fourth coefficient to be multiplied to the deviation of the vehicle body inclination angular velocity according to the vehicle body inclination angle detected by the detection means;
A traveling body comprising:
駆動輪の回転角と駆動輪の回転角速度と車体の傾斜角と車体の傾斜角速度の少なくとも4つの状態量に関する指示値を設定する設定工程と、
駆動輪の回転角と駆動輪の回転角速度と車体の傾斜角と車体の傾斜角速度の少なくとも4つの状態量を検出する検出工程と、
設定工程において設定された指示値と検出工程において検出された検出値との偏差に所定の係数を乗じた指標を状態量毎に算出し、算出した指標群を合算することによって駆動輪に加えるべきトルクを計算する計算工程と、
駆動輪にトルクを加えるアクチュエータを制御して、計算工程において計算されたトルクを駆動輪に加える工程と、
計算工程において各状態量の偏差に乗じる前記所定の係数のなかで、駆動輪の回転角の偏差に乗じる第1係数と、駆動輪の回転角速度の偏差に乗じる第2係数と、車体の傾斜角の偏差に乗じる第3係数と、車体の傾斜角速度の偏差に乗じる第4係数の少なくとも1つを、検出工程によって検出された車体の傾斜角に応じて増減調整する調整工程と、
を備える走行体の動作調節方法。 A method for adjusting the operation of an inverted pendulum type traveling body comprising a vehicle body and at least two drive wheels disposed on the same axle,
A setting step for setting instruction values relating to at least four state quantities of the rotational angle of the driving wheel, the rotational angular velocity of the driving wheel, the inclination angle of the vehicle body, and the inclination angular velocity of the vehicle body;
A detection step of detecting at least four state quantities: a rotation angle of the drive wheel, a rotation angular velocity of the drive wheel, a tilt angle of the vehicle body, and a tilt angle velocity of the vehicle body;
An index obtained by multiplying the deviation between the indicated value set in the setting process and the detected value detected in the detection process by a predetermined coefficient should be calculated for each state quantity, and the calculated index group should be added to the drive wheel A calculation process for calculating torque;
Controlling the actuator that applies torque to the drive wheels, and applying the torque calculated in the calculation step to the drive wheels;
Among the predetermined coefficients that are multiplied by the deviation of each state quantity in the calculation step, a first coefficient that is multiplied by the deviation of the rotational angle of the driving wheel, a second coefficient that is multiplied by the deviation of the rotational angular speed of the driving wheel, and the inclination angle of the vehicle body An adjustment step of increasing / decreasing at least one of a third coefficient to be multiplied by the deviation of the vehicle body and a fourth coefficient to be multiplied by the deviation of the inclination angular velocity of the vehicle body according to the inclination angle of the vehicle body detected by the detection step;
A method for adjusting the operation of a traveling body comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005263918A JP4600223B2 (en) | 2005-09-12 | 2005-09-12 | Running body and method of adjusting running body |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005263918A JP4600223B2 (en) | 2005-09-12 | 2005-09-12 | Running body and method of adjusting running body |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007076413A true JP2007076413A (en) | 2007-03-29 |
JP4600223B2 JP4600223B2 (en) | 2010-12-15 |
Family
ID=37937143
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005263918A Expired - Fee Related JP4600223B2 (en) | 2005-09-12 | 2005-09-12 | Running body and method of adjusting running body |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4600223B2 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009054207A1 (en) * | 2007-10-23 | 2009-04-30 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Inverted type movable body and control method thereof |
JP2010035330A (en) * | 2008-07-29 | 2010-02-12 | Toyota Motor Corp | Travel device and control method of travel device |
JP2010247723A (en) * | 2009-04-17 | 2010-11-04 | Toyota Motor Corp | Traveling device and its control method |
JP2011057169A (en) * | 2009-09-14 | 2011-03-24 | Toyota Motor Corp | Inverted type traveling device and method for controlling the same |
JP2011068218A (en) * | 2009-09-24 | 2011-04-07 | Honda Motor Co Ltd | Electric vehicle |
KR101506791B1 (en) * | 2013-06-28 | 2015-03-30 | 재단법인 인천광역시정보산업진흥원 | Uprising system and the method for the same |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04201793A (en) * | 1990-11-30 | 1992-07-22 | Honda Motor Co Ltd | Running control device for unstable vehicle |
JP2003502002A (en) * | 1999-06-04 | 2003-01-14 | デカ・プロダクツ・リミテッド・パートナーシップ | Personal mobile vehicle and method |
JP2004129435A (en) * | 2002-10-04 | 2004-04-22 | Sony Corp | Conveying apparatus, control method and drive mechanism |
JP2005006435A (en) * | 2003-06-12 | 2005-01-06 | Sony Corp | Coaxial two-wheeled vehicle |
-
2005
- 2005-09-12 JP JP2005263918A patent/JP4600223B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04201793A (en) * | 1990-11-30 | 1992-07-22 | Honda Motor Co Ltd | Running control device for unstable vehicle |
JP2003502002A (en) * | 1999-06-04 | 2003-01-14 | デカ・プロダクツ・リミテッド・パートナーシップ | Personal mobile vehicle and method |
JP2004129435A (en) * | 2002-10-04 | 2004-04-22 | Sony Corp | Conveying apparatus, control method and drive mechanism |
JP2005006435A (en) * | 2003-06-12 | 2005-01-06 | Sony Corp | Coaxial two-wheeled vehicle |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009054207A1 (en) * | 2007-10-23 | 2009-04-30 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Inverted type movable body and control method thereof |
JP2009104360A (en) * | 2007-10-23 | 2009-05-14 | Toyota Motor Corp | Inverted vehicle and method of controlling inverted vehicle |
CN101836171B (en) * | 2007-10-23 | 2012-07-04 | 丰田自动车株式会社 | Inverted type movable body and control method thereof |
US8560152B2 (en) | 2007-10-23 | 2013-10-15 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Inverted type moving body and method of controlling same |
JP2010035330A (en) * | 2008-07-29 | 2010-02-12 | Toyota Motor Corp | Travel device and control method of travel device |
JP4600539B2 (en) * | 2008-07-29 | 2010-12-15 | トヨタ自動車株式会社 | TRAVEL DEVICE AND TRAVEL DEVICE CONTROL METHOD |
JP2010247723A (en) * | 2009-04-17 | 2010-11-04 | Toyota Motor Corp | Traveling device and its control method |
JP2011057169A (en) * | 2009-09-14 | 2011-03-24 | Toyota Motor Corp | Inverted type traveling device and method for controlling the same |
JP2011068218A (en) * | 2009-09-24 | 2011-04-07 | Honda Motor Co Ltd | Electric vehicle |
KR101506791B1 (en) * | 2013-06-28 | 2015-03-30 | 재단법인 인천광역시정보산업진흥원 | Uprising system and the method for the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4600223B2 (en) | 2010-12-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4802622B2 (en) | Running body and method of adjusting running body | |
JP4872276B2 (en) | Traveling body | |
JP4600223B2 (en) | Running body and method of adjusting running body | |
US8997911B2 (en) | Vehicle | |
JP4605204B2 (en) | Inverted pendulum type moving body and control method thereof | |
US10232871B2 (en) | Pushcart | |
US6840346B2 (en) | Steering apparatus for a vehicle | |
JP2000318632A (en) | Steering device for vehicle | |
JP4327566B2 (en) | Traveling body capable of switching between grounding and floating of front wheel and traveling state switching method | |
JP2010000989A (en) | Two-wheeled automobile | |
JP5360178B2 (en) | Traveling body | |
US20200317017A1 (en) | Vehicle controller | |
JP2004338507A (en) | Motorcycle | |
JP5507854B2 (en) | Attitude stabilization control apparatus, vehicle equipped with the attitude stabilization control apparatus, and computer program | |
JP4624307B2 (en) | Work vehicle travel control device | |
JP4788412B2 (en) | Inverted pendulum type moving body | |
JP3320962B2 (en) | Vehicle operating device | |
JP2003118618A (en) | Steering device for vehicle | |
JP2005263392A (en) | Forklift truck | |
JPH11139392A (en) | Method for controlling rudder of underwater sailing body | |
US10421516B2 (en) | Vehicle | |
JP3320961B2 (en) | Vehicle speed control device | |
JPH09130921A (en) | Speed controller for motor vehicle | |
JP5402435B2 (en) | Inverted traveling device and method for controlling traveling device | |
JP2009101817A (en) | Inverted wheel type movable body and its control method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080506 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20091119 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100112 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100208 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100831 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100913 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131008 Year of fee payment: 3 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4600223 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131008 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |