JP2009101897A - Inverted wheel type moving body and control method thereof - Google Patents

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快之 仙波
Hideki Kajima
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inverted wheel type moving body improved in safety, and to provide a control method thereof. <P>SOLUTION: This inverted wheel type moving body includes motors 34 and 36 for driving a right driving wheel 18 and a left driving wheel 20 to rotate, a driver seat 74 turnably supported by mounts 26 and 28 through swing arms 17 and 19, and a slide mechanism 68 for driving the driver seat 74. A control section 80 detects the weight of a car body 77 based on the driving force of the motors 34 and 36 or the slide mechanism 68. When the weight of the car body exceeds a threshold value or when the weight of the car body reaches an end of a drive range of the slide mechanism 68, the car body is lowered. When the driving force of the slide mechanism does not exceed a threshold value and while the slide mechanism 68 does not reach a slide end, the control section controls to move the car body, being inverted. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は倒立車輪型移動体、及びその制御方法に関する。   The present invention relates to an inverted wheel type moving body and a control method thereof.

倒立二輪車両などの倒立車輪型移動体は、通常、左右の駆動輪を駆動して安定状態を維持するように重心位置を修正しつつ、移動を行なうように制御している。さらに、倒立状態を安定させるため、車輪上方に設けられた慣性体を駆動する構成が開示されている(特許文献1)。この倒立車輪型移動体では、走行中に、慣性体をスライド移動させている。これにより、重心位置が車軸の鉛直線上に速やかに移動するため、倒立を安定させることができる。さらに、倒立車輪型移動体には、転倒を防止するための補助輪を設けることがある。
特開2006−205839号公報
An inverted wheel type moving body such as an inverted two-wheeled vehicle is normally controlled to move while correcting the center of gravity so as to maintain the stable state by driving the left and right drive wheels. Furthermore, in order to stabilize an inverted state, the structure which drives the inertial body provided above the wheel is disclosed (patent document 1). In this inverted wheel type moving body, the inertial body is slid and moved during traveling. Thereby, since a gravity center position moves rapidly on the vertical line of an axle, inversion can be stabilized. Furthermore, the inverted wheel type moving body may be provided with auxiliary wheels for preventing the fall.
JP 2006-205839 A

このような、倒立車輪型移動体に、搭乗物や搭乗者を乗せる。そして、搭乗者等が乗っている状態で倒立を安定させるために車輪を駆動する。しかしながら、倒立車輪型移動体には、搭乗者や搭乗物の重量や、重心位置ずれの大きさに限界がある。この限界値を越えた状態で、倒立動作を行うと、転倒(フェール)や暴走(補助輪接地)を起こしてしまうおそれがある。すなわち、重量やモーメントの限界値オーバなのに、倒立させようとすると、駆動モータのスペック以上の指令が出力されてしまう。また、重心位置ずれが限界値よりも大きいのに倒立制御を続けると、メカバランスが悪く補助輪が地面に衝突してしまう。したがって、重量や重心位置ずれが限界値を越えてしまうと、転倒や暴走を招いてしまうおそれがある。重量を検知するセンサを設けることもできるが、電気配線の増加やコストの増加につながってしまう。また、搭乗者や搭乗物の状態によっては、重量を正確に検知できないこともある。このように、従来の倒立車輪型移動体では、安全に倒立動作を行うことができないという問題点がある。   A vehicle or a passenger is placed on such an inverted wheel type moving body. And a wheel is driven in order to stabilize inversion in the state in which a passenger etc. are riding. However, the inverted wheel type moving body has a limit in the weight of the passenger or the vehicle and the size of the displacement of the center of gravity. If the inverted operation is performed in a state where the limit value is exceeded, there is a risk of falling (failing) or running away (grounding of the auxiliary wheel). In other words, if it is attempted to invert the weight or moment limit value, a command exceeding the specifications of the drive motor will be output. Further, if the inversion control is continued even though the displacement of the center of gravity is larger than the limit value, the mechanical balance is poor and the auxiliary wheel collides with the ground. Therefore, if the weight or the center-of-gravity position deviation exceeds the limit value, there is a risk of falling or running away. A sensor for detecting the weight can be provided, but this leads to an increase in electrical wiring and an increase in cost. In addition, the weight may not be detected accurately depending on the state of the passenger or the vehicle. As described above, the conventional inverted wheel type moving body has a problem that the inversion operation cannot be performed safely.

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、安全に倒立動作を行うことができる倒立車輪型移動体、及びその制御方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide an inverted wheel type moving body that can safely perform an inverted operation, and a control method thereof.

本発明の第1の態様にかかる倒立車輪型移動体は、車輪を回転可能に支持する車台と、前記車輪を回転駆動する第1の駆動部と、支持部材を介して前記車台に対して回動可能に支持された車体部と、前記車体部を駆動する第2の駆動部と、前記車体部の高さを変化させる第3の駆動部と、前記第1の駆動部、前記第2の駆動部、及び第3の駆動部を制御する制御部と、を備える倒立車輪型移動体であって、前記制御部が、前記第1又は前記第2の駆動部の駆動力がしきい値を越えた時、又は前記第2の駆動部の駆動範囲の端に到達した時に、前記車体部を低くするように前記第3の駆動部を制御し、前記第1又は前記第2の駆動部の駆動力がしきい値を越えておらず、かつ前記第2の駆動部が駆動範囲の端に到達していない時に、前記倒立車輪型移動体を倒立させつつ移動するように、前記第1及び第2の駆動部を制御するものである。これにより、重量やモーメントが限界値を超えるときは、車高が低くなる。よって、倒立車輪型移動体の転倒を防ぐことができるため、安全性を向上することができる。   An inverted wheel type moving body according to a first aspect of the present invention includes a chassis that rotatably supports a wheel, a first drive unit that rotationally drives the wheel, and a rotating member that rotates with respect to the chassis via a support member. A movably supported vehicle body part, a second drive part for driving the vehicle body part, a third drive part for changing the height of the vehicle body part, the first drive part, and the second drive part An inverted wheel type moving body comprising: a drive unit; and a control unit that controls a third drive unit, wherein the control unit has a threshold value for the driving force of the first or second drive unit. When it exceeds or reaches the end of the drive range of the second drive unit, the third drive unit is controlled to lower the vehicle body unit, and the first or second drive unit When the driving force does not exceed the threshold value and the second driving unit has not reached the end of the driving range, the inverted vehicle Type mobile so as to move while inverted, and controls the first and second driving portions. As a result, when the weight or moment exceeds the limit value, the vehicle height decreases. Therefore, since the inverted wheel type moving body can be prevented from overturning, safety can be improved.

本発明の第2の態様にかかる倒立車輪型移動体は、上記の倒立車輪型移動体であって、前記倒立車輪型移動体の姿勢の傾斜角速度が変化しない状態、又はしきい値を超えていない状態で、前記駆動範囲の端に到達した時に、前記制御部が車体部を低くするように前記第3の駆動部を制御するものである。これにより、簡便かつ確実に倒立可能か否かを判定することができ、安全性を向上することができる。   An inverted wheel type moving body according to a second aspect of the present invention is the above-described inverted wheel type moving body, wherein the inclination angular velocity of the posture of the inverted wheel type moving body does not change or exceeds a threshold value. In this state, when the vehicle reaches the end of the drive range, the control unit controls the third drive unit to lower the vehicle body unit. Thereby, it can be determined whether it can be inverted easily and reliably, and safety can be improved.

本発明の第3の態様にかかる倒立車輪型移動体は、上記の倒立車輪型移動体であって、前記第2の駆動部が前記車体部を前後にスライドさせるスライド機構を有しており、前記第2の駆動部のスライド力がしきい値を超えていないときに、前記制御部が前記車体部を低くするように制御するものである。これにより、簡便に重量を倒立可能か否かを判定するため、部品点数を削減することができる。   An inverted wheel type moving body according to a third aspect of the present invention is the above inverted wheel type moving body, wherein the second drive unit has a slide mechanism that slides the vehicle body part back and forth. When the sliding force of the second drive unit does not exceed a threshold value, the control unit controls the vehicle body unit to be lowered. Thereby, since it is determined whether a weight can be inverted easily, the number of parts can be reduced.

本発明の第4の態様にかかる倒立車輪型移動体は、上記の倒立車輪型移動体であって、前記第3の駆動部が駆動することで上下に移動する補助輪をさらに備え、前記第1又は前記第2の駆動部の駆動力がしきい値を越えた時、又は前記第2の駆動部の駆動範囲の端に到達した時に、前記制御部が前記第3の駆動部を制御して前記補助輪を接地させるものである。これにより、移動体の転倒、及び暴走を防ぐことができ、安全性を向上することができる。   An inverted wheel type moving body according to a fourth aspect of the present invention is the above inverted wheel type moving body, further comprising auxiliary wheels that move up and down when the third drive unit is driven, When the driving force of one or the second driving unit exceeds a threshold value, or when the driving force reaches the end of the driving range of the second driving unit, the control unit controls the third driving unit. The auxiliary wheel is grounded. As a result, the mobile body can be prevented from falling and running away, and safety can be improved.

本発明の第5の態様にかかる倒立車輪型移動体の制御方法は、車輪を回転可能に支持する車台と、前記車輪を回転駆動する第1の駆動部と、支持部材を介して前記車台に対して回動可能に支持された車体部と、前記車体部を駆動する第2の駆動部と、前記車輪と離間して設けられた補助輪と、前記補助輪が接地した接地状態と離地した離地状態とを切り替える第3の駆動部と、を備える倒立車輪型移動体の制御方法であって、前記第1又は前記第2の駆動部の駆動力がしきい値を越えた時、又は前記第2の駆動部の駆動範囲の端に到達した時に、前記車体部を低くするように前記第3の駆動部を制御するステップと、前記第1又は前記第2の駆動部の駆動力がしきい値を越えておらず、かつ前記第2の駆動部の駆動範囲の端に到達していない時に、前記倒立車輪型移動体を倒立させつつ移動するように、前記第1及び第2の駆動部を制御するステップとを有するものである。これにより、重量やモーメントが限界値を超えるときは、車高が低くなる。よって、倒立車輪型移動体の転倒を防ぐことができるため、安全性を向上することができる。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of controlling an inverted wheel type moving body comprising: a chassis that rotatably supports a wheel; a first drive unit that rotationally drives the wheel; A vehicle body portion rotatably supported by the vehicle body; a second drive unit that drives the vehicle body portion; an auxiliary wheel that is provided apart from the wheel; And a third driving unit that switches between the separated state and an inverted wheel type moving body, wherein when the driving force of the first or second driving unit exceeds a threshold value, Or the step of controlling the third drive unit to lower the vehicle body part when reaching the end of the drive range of the second drive unit, and the driving force of the first or second drive unit Does not exceed the threshold value and does not reach the end of the driving range of the second driving unit. To the to move while inverted to inverted wheel type moving body, and has a step of controlling the first and second driving portions. As a result, when the weight or moment exceeds the limit value, the vehicle height decreases. Therefore, since the inverted wheel type moving body can be prevented from overturning, safety can be improved.

本発明の第6の態様にかかる倒立車輪型移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、前記倒立車輪型移動体の姿勢の傾斜角速度が変化しない状態、又はしきい値を超えていない状態で、前記駆動範囲の端に到達した時に、前記制御部が車体部を低くするように前記第3の駆動部を制御するものである。これにより、簡便かつ確実に倒立可能か否かを判定することができ、安全性を向上することができる。   The control method of the inverted wheel type moving body according to the sixth aspect of the present invention is the above control method, wherein the tilt angular velocity of the posture of the inverted wheel type moving body does not change or exceeds a threshold value. In this state, when the vehicle reaches the end of the drive range, the control unit controls the third drive unit to lower the vehicle body unit. Thereby, it can be determined whether it can be inverted easily and reliably, and safety can be improved.

本発明の第7の態様にかかる倒立車輪型移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、前記第2の駆動部が前記車体部を前後にスライドさせるスライド機構を有しており、前記スライド機構のスライド力がしきい値を超えていないときに、前記車体部を低くするものである。これにより、簡便に倒立可能かを判定することができるため、部品点数を削減することができる。   The inverted wheel type mobile body control method according to the seventh aspect of the present invention is the control method described above, wherein the second drive unit includes a slide mechanism that slides the vehicle body part back and forth. The vehicle body is lowered when the sliding force of the sliding mechanism does not exceed a threshold value. Thereby, since it can be determined whether it can invert easily, a number of parts can be reduced.

本発明の第8の態様にかかる倒立車輪型移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、前記第3の駆動部が駆動することで上下に移動する補助輪をさらに備え、前記第1又は前記第2の駆動部の駆動力がしきい値を越えた時、又は前記第2の駆動部の駆動範囲の端に到達した時に、前記補助輪を接地させるものである。これにより、移動体の転倒、及び暴走を防ぐことができ、安全性を向上することができる。   An inverted wheel type moving body control method according to an eighth aspect of the present invention is the above-described control method, further comprising an auxiliary wheel that moves up and down when the third driving unit is driven, The auxiliary wheel is grounded when the driving force of one or the second driving unit exceeds a threshold value or reaches the end of the driving range of the second driving unit. As a result, the mobile body can be prevented from falling and running away, and safety can be improved.

本発明は、安全に倒立動作を行うことができる倒立車輪型移動体、及びその制御方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an inverted wheel type moving body that can safely perform an inverted operation, and a control method thereof.

本実施の形態にかかる移動体は倒立振子制御によって移動する倒立車輪型移動体である。移動体は、地面に接地した車輪を駆動することによって、所定の位置まで移動する。さらに、ジャイロセンサ等からの出力に応じて車輪を駆動することによって、倒立状態を維持することができる。また、移動体は、倒立状態を維持したまま、操作者が操作する操作量に応じて移動する。   The moving body according to the present embodiment is an inverted wheel type moving body that moves by the inverted pendulum control. The moving body moves to a predetermined position by driving a wheel grounded on the ground. Furthermore, the inverted state can be maintained by driving the wheel according to the output from the gyro sensor or the like. Further, the moving body moves according to the operation amount operated by the operator while maintaining the inverted state.

図1及び図2を用いて、本実施の形態にかかる移動体100の構成について説明する。図1は移動体100の構成を模式的に示す側面図であり、図2は移動体100の構成を模式的に示す正面図である。   The configuration of the moving body 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a side view schematically showing the configuration of the moving body 100, and FIG. 2 is a front view schematically showing the configuration of the moving body 100.

図2に示されるように、移動体100は、倒立車輪型の移動体(走行体)であり、右駆動輪18と、左駆動輪20と、右スイングアーム17と、左スイングアーム19と、車体12と、を備えている。車体12は、右駆動輪18、及び左駆動輪20の上方に配置された移動体100の上体部の一部である。ここで、移動体100の進行方向(図2の紙面と垂直方向)を前後方向とし、水平面において前後方向に垂直な方向を左右方向(横方向)とする。よって、図2は、進行方向前側から移動体100を見た図であり、図1は、左側から移動体100を見た図である。   As shown in FIG. 2, the moving body 100 is an inverted wheel type moving body (running body), and includes a right driving wheel 18, a left driving wheel 20, a right swing arm 17, a left swing arm 19, A vehicle body 12. The vehicle body 12 is a part of the upper body portion of the moving body 100 disposed above the right drive wheel 18 and the left drive wheel 20. Here, the traveling direction of the moving body 100 (perpendicular to the paper surface of FIG. 2) is defined as the front-rear direction, and the direction perpendicular to the front-rear direction on the horizontal plane is defined as the left-right direction (lateral direction). Therefore, FIG. 2 is a view of the moving body 100 viewed from the front side in the traveling direction, and FIG. 1 is a view of the moving body 100 viewed from the left side.

走行時において、右スイングアーム17、及び左スイングアーム19は、車高を調整する。さらに、一方、又は両方のスイングアームを駆動して、車体12の地面に対する左右の傾斜角度を調整する。例えば、水平な地面を走行中に、右駆動輪18のみが段差に乗り上げたり、地面が右上がりの傾斜面に変わったりしたとする。この場合、右駆動輪18が左駆動輪20よりも高くなる。このため、右スイングアーム17の関節を駆動して右駆動輪18を車体12の方向により近づけるようにする。これにより、右駆動輪18が高くなった分を吸収でき、横方向(左右方向)において車体12を水平にすることができる。   During traveling, the right swing arm 17 and the left swing arm 19 adjust the vehicle height. Furthermore, one or both swing arms are driven to adjust the left and right inclination angles of the vehicle body 12 with respect to the ground. For example, it is assumed that only the right drive wheel 18 rides on a step while traveling on a horizontal ground, or the ground changes to an upwardly inclined surface. In this case, the right drive wheel 18 is higher than the left drive wheel 20. For this reason, the joint of the right swing arm 17 is driven so that the right driving wheel 18 is brought closer to the direction of the vehicle body 12. As a result, the height of the right drive wheel 18 can be absorbed, and the vehicle body 12 can be leveled in the lateral direction (left-right direction).

右スイングアーム17側端側には右マウント26が固定され、車軸30を介して右駆動輪18を回転可能に支持する。右駆動輪18は、車軸30を介して右輪駆動モータ34の回転軸C1に固定されている。右輪駆動モータ34は、右マウント26内に固定され、車輪用駆動部(アクチュエータ)として機能する。   A right mount 26 is fixed to the right swing arm 17 side end side, and the right drive wheel 18 is rotatably supported via an axle 30. The right drive wheel 18 is fixed to the rotation shaft C <b> 1 of the right wheel drive motor 34 via the axle 30. The right wheel drive motor 34 is fixed in the right mount 26 and functions as a wheel drive unit (actuator).

左スイングアーム19の側端側には左マウント28が固定され、車軸32を介して左駆動輪20を回転可能に支持する。左駆動輪20は、車軸32を介して左輪駆動モータ36の回転軸C2に固定されている。左輪駆動モータ36は、左マウント28内に固定され、車輪用駆動部(アクチュエータ)として機能する。右駆動輪18と左駆動輪20は、地面と接地し、略同軸上で回転する一対の車輪である。右駆動輪18と左駆動輪20が、回転することによって、移動体100が移動する。また、右輪駆動モータ34、及び左輪駆動モータ36が車輪を駆動させる駆動輪モータとなる。右マウント26、及び左マウント28が左右の駆動輪を回転可能に支持する車台となる。   A left mount 28 is fixed to the side end side of the left swing arm 19 and supports the left driving wheel 20 via an axle 32 so as to be rotatable. The left drive wheel 20 is fixed to the rotation shaft C <b> 2 of the left wheel drive motor 36 via the axle 32. The left wheel drive motor 36 is fixed in the left mount 28 and functions as a wheel drive unit (actuator). The right driving wheel 18 and the left driving wheel 20 are a pair of wheels that are in contact with the ground and rotate substantially coaxially. As the right driving wheel 18 and the left driving wheel 20 rotate, the moving body 100 moves. Further, the right wheel drive motor 34 and the left wheel drive motor 36 serve as drive wheel motors for driving the wheels. The right mount 26 and the left mount 28 serve as a chassis that rotatably supports the left and right drive wheels.

右輪駆動モータ34及び左輪駆動モータ36(以下、モータ34、36と称することもある。)は例えば、サーボモータである。尚、車輪用アクチュエータは、電気的なモータに限らず、空圧、油圧を使用したアクチュエータでもよい。なお、以下の説明において、右駆動輪18と左駆動輪20をまとめて、駆動輪と呼ぶこともある。   The right wheel drive motor 34 and the left wheel drive motor 36 (hereinafter also referred to as motors 34 and 36) are, for example, servo motors. The wheel actuator is not limited to an electric motor, and may be an actuator using pneumatic pressure or hydraulic pressure. In the following description, the right driving wheel 18 and the left driving wheel 20 may be collectively referred to as driving wheels.

また、右マウント26は、右輪エンコーダ52を備えている。右輪エンコーダ52は、右駆動輪18の回転量としての回転角を検出する。左マウント28は、左輪エンコーダ54を備えている。左輪エンコーダ54は、左駆動輪20の回転量としての回転角を検出する。   The right mount 26 includes a right wheel encoder 52. The right wheel encoder 52 detects a rotation angle as a rotation amount of the right drive wheel 18. The left mount 28 includes a left wheel encoder 54. The left wheel encoder 54 detects a rotation angle as a rotation amount of the left drive wheel 20.

右スイングアーム17は、右上リンク21と、右スイング軸62と、右スイングアーム駆動モータ60を有している。左スイングアーム19は、左上リンク22と、左スイング軸66と、左スイングアーム駆動モータ64を有している。車体12の下部には、右上リンク21及び左上リンク22が固定されている。右上リンク21には、右スイングアーム駆動モータ60が固定され、右スイング軸62を介して、回転軸C4回りに、右スイングアーム17を駆動する。左スイング軸66には、左スイングアーム駆動モータ64が固定され、左スイング軸66を介して、回転軸C5周りに左スイングアーム19を駆動する。このように、右スイングアーム17には、回転軸C4回りに回転する回転関節が設けられ、左スイングアーム19には、回転軸C5回りに回転する回転関節が設けられている。右スイングアーム17及び左スイングアーム19(以下、スイングアーム17、19と称することもある。)に設けられた関節をスイングアーム関節とする。   The right swing arm 17 includes an upper right link 21, a right swing shaft 62, and a right swing arm drive motor 60. The left swing arm 19 includes an upper left link 22, a left swing shaft 66, and a left swing arm drive motor 64. An upper right link 21 and an upper left link 22 are fixed to the lower portion of the vehicle body 12. A right swing arm drive motor 60 is fixed to the upper right link 21 and drives the right swing arm 17 around the rotation axis C4 via the right swing shaft 62. A left swing arm drive motor 64 is fixed to the left swing shaft 66, and drives the left swing arm 19 around the rotation axis C5 via the left swing shaft 66. Thus, the right swing arm 17 is provided with a rotary joint that rotates about the rotation axis C4, and the left swing arm 19 is provided with a rotary joint that rotates about the rotation axis C5. The joints provided on the right swing arm 17 and the left swing arm 19 (hereinafter also referred to as swing arms 17 and 19) are referred to as swing arm joints.

車体12には、搭乗席駆動モータ70、ラックアンドピニオン72、ジャイロセンサ48、及び搭乗席74が取り付けられている。また、車体12には、対向して、右上リンク21及び左上リンク22が取り付けられている。   A passenger seat drive motor 70, a rack and pinion 72, a gyro sensor 48, and a passenger seat 74 are attached to the vehicle body 12. Further, an upper right link 21 and an upper left link 22 are attached to the vehicle body 12 so as to face each other.

車体12の中央近傍には、ラックアンドピニオン72が設けられている。ラックアンドピニオンのラックは、前後方向に沿って設けられている。ラックアンドピニオン72によって、搭乗席74が支持されている。即ち、搭乗席74は、ラックアンドピニオン72を介して車体12に取り付けられている。搭乗席74は、搭乗者が座ることができる椅子の形状を有する。なお、ラックアンドピニオン72の代わりにボールネジなどを用いてスライドさせてもよい。   A rack and pinion 72 is provided near the center of the vehicle body 12. The rack of the rack and pinion is provided along the front-rear direction. The boarding seat 74 is supported by the rack and pinion 72. That is, the boarding seat 74 is attached to the vehicle body 12 via the rack and pinion 72. The passenger seat 74 has a shape of a chair on which a passenger can sit. Instead of the rack and pinion 72, it may be slid using a ball screw or the like.

車体12の上部には、搭乗席駆動モータ70が固定されている。搭乗席74と搭乗席駆動モータ70は、ラックアンドピニオン72によって連結されている。搭乗席駆動モータ70は、回転軸C3回りに回転する。これにより、ラックアンドピニオン72のピニオンに回転力が加えられる。搭乗席駆動モータ70の回転運動は、ラックアンドピニオン72によって、直線運動に変換される。すなわち、搭乗席駆動モータ70を駆動すると、車体12に対する搭乗席74の位置が前後にスライドする。このとき、搭乗席74と搭乗者又は搭乗物との合成重心位置が、車体12に対して前後に変化する。なお、車体12に対して、搭乗席74と搭乗者又は搭乗物との合成重心位置を変化させる手段としては、スライド機構の他に、回転軸機構、旋回機構などで実現することも可能である。また、搭乗席駆動モータ70の動力をギアやベルトやプーリなどを介して、搭乗席74に伝達してもよい。ここで、搭乗席駆動モータ70によって前後に移動する構成全体を車体部77とする。車体部77には、搭乗席74や操作モジュール46等が含まれる。もちろん、車体12を駆動するアクチュエータを備える場合は、車体部77に車体12も含まれる。また、搭乗席駆動モータ70には、スライド位置を計測するためのエンコーダ(図示せず)が設けられている。   A passenger seat drive motor 70 is fixed to the upper portion of the vehicle body 12. The passenger seat 74 and the passenger seat drive motor 70 are connected by a rack and pinion 72. The passenger seat drive motor 70 rotates about the rotation axis C3. Thereby, a rotational force is applied to the pinion of the rack and pinion 72. The rotational motion of the passenger seat drive motor 70 is converted into a linear motion by the rack and pinion 72. That is, when the passenger seat drive motor 70 is driven, the position of the passenger seat 74 with respect to the vehicle body 12 slides back and forth. At this time, the position of the center of gravity of the passenger seat 74 and the occupant or the vehicle changes forward and backward with respect to the vehicle body 12. As a means for changing the position of the center of gravity of the passenger seat 74 and the occupant or the vehicle with respect to the vehicle body 12, in addition to the slide mechanism, a rotating shaft mechanism, a turning mechanism, or the like can be realized. . Further, the power of the passenger seat drive motor 70 may be transmitted to the passenger seat 74 via a gear, a belt, a pulley, or the like. Here, the entire structure that moves back and forth by the passenger seat drive motor 70 is referred to as a vehicle body portion 77. The vehicle body portion 77 includes a boarding seat 74, an operation module 46, and the like. Of course, when an actuator for driving the vehicle body 12 is provided, the vehicle body 12 is also included in the vehicle body portion 77. The passenger seat drive motor 70 is provided with an encoder (not shown) for measuring the slide position.

回転軸C3は回転軸C1及びC2と平行であり、回転軸C1及びC2の上方に位置する。回転軸C3と回転軸C1との間に右スイングアーム17が設けられ、回転軸C3と回転軸C2との間に左スイングアーム19が設けられている。右スイングアーム駆動モータ60は、右スイングアーム17を回転軸C4回りに回転させ、左スイングアーム駆動モータ64は、左スイングアーム19を回転軸C5回りに回転させる。通常の走行時には、回転軸C1〜回転軸C5は水平になっている。   The rotation axis C3 is parallel to the rotation axes C1 and C2, and is located above the rotation axes C1 and C2. A right swing arm 17 is provided between the rotation axis C3 and the rotation axis C1, and a left swing arm 19 is provided between the rotation axis C3 and the rotation axis C2. The right swing arm drive motor 60 rotates the right swing arm 17 around the rotation axis C4, and the left swing arm drive motor 64 rotates the left swing arm 19 around the rotation axis C5. During normal travel, the rotation axis C1 to the rotation axis C5 are horizontal.

さらに、移動体100には、転倒を防止するために、2つの補助輪51が設けられている。補助輪51は、補助輪支持ブロック55に対して回転可能に支持されている。そして、補助輪支持ブロック55は車体12に取り付けられている。ここでは、一方の補助輪51は、駆動輪の前方側に配置され、他方の補助輪51は駆動輪の後方側に配置されている。補助輪51は、従動輪であり、移動体100の移動にしたがって回転する。   Furthermore, the moving body 100 is provided with two auxiliary wheels 51 in order to prevent the mobile body 100 from falling. The auxiliary wheel 51 is rotatably supported with respect to the auxiliary wheel support block 55. The auxiliary wheel support block 55 is attached to the vehicle body 12. Here, one auxiliary wheel 51 is disposed on the front side of the driving wheel, and the other auxiliary wheel 51 is disposed on the rear side of the driving wheel. The auxiliary wheel 51 is a driven wheel and rotates as the moving body 100 moves.

通常の走行を開始するときには、スイングアーム関節を伸ばすことによって、補助輪51を離地させる。すなわち、車体12が上方に移動するように、スイングアーム関節を移動して、補助輪51を上方に移動させる。停止状態では、スイングアーム関節を縮めることによって、補助輪51を接地させる。すなわち、スイングアーム関節を屈曲させていくことで、車体12が地面に近づき、補助輪51が下方に移動する。このように、補助輪51を上下に移動させることで、補助輪51が接地した接地状態と、離地して二輪で走行する離地状態とを切換えることができる。このように、移動体100は、立ち上がり時にスイングアームを使って、4輪の接地状態から2輪状態の離地状態へと移行していく。   When starting normal travel, the auxiliary wheel 51 is released by extending the swing arm joint. That is, the swing arm joint is moved so that the vehicle body 12 moves upward, and the auxiliary wheel 51 is moved upward. In the stop state, the auxiliary wheel 51 is grounded by contracting the swing arm joint. That is, by bending the swing arm joint, the vehicle body 12 approaches the ground, and the auxiliary wheel 51 moves downward. In this way, by moving the auxiliary wheel 51 up and down, it is possible to switch between a grounded state in which the auxiliary wheel 51 is grounded and a grounded state in which the vehicle is separated and travels on two wheels. In this way, the moving body 100 shifts from the grounded state of the four wheels to the ground-off state of the two-wheel state using the swing arm when standing up.

一方の補助輪51の回転軸は、回転軸C1、C2よりも前側上方にあり、他方の補助輪51の回転軸は、回転軸C1,C2よりも後側上方にある。すなわち、補助輪51の一方は、駆動輪の車軸よりも前方に配置され、他方は、駆動輪の車軸よりも後方に配置される。これにより、移動体100が前後に転倒するのを防止することができる。なお、補助輪以外の転倒防止部材によって、転倒を防止してもよい。例えば、前後方向に突出したストッパなどで転倒を防止することができる。   The rotation axis of one auxiliary wheel 51 is located on the front side above the rotation axes C1 and C2, and the rotation axis of the other auxiliary wheel 51 is located on the rear side above the rotation axes C1 and C2. That is, one of the auxiliary wheels 51 is disposed in front of the axle of the driving wheel, and the other is disposed in the rear of the axle of the driving wheel. Thereby, it can prevent that the mobile body 100 falls forward and backward. In addition, you may prevent a fall by the fall prevention member other than an auxiliary wheel. For example, the fall can be prevented by a stopper or the like protruding in the front-rear direction.

車体12には、バッテリーモジュール44と、センサ58が収納されている。センサ58は、例えば、光学式の障害物検知センサであり、移動体100の前方に障害物を検知すると、検知信号を出力する。また、センサ58は、障害物センサ以外のセンサであってもよい。例えば、センサ58として、加速度センサを用いることも可能である。もちろん、センサ58として、2以上のセンサが用いられていてもよい。センサ58は移動体100の状態に応じて変化する変化量を検出する。バッテリーモジュール44は、センサ58、ジャイロセンサ48、右輪駆動モータ34、左輪駆動モータ36、右スイングアーム駆動モータ60、左スイングアーム駆動モータ64、搭乗席駆動モータ70、及び制御部80等に対して電力を供給する。   A battery module 44 and a sensor 58 are housed in the vehicle body 12. The sensor 58 is an optical obstacle detection sensor, for example, and outputs a detection signal when an obstacle is detected in front of the moving body 100. The sensor 58 may be a sensor other than the obstacle sensor. For example, an acceleration sensor can be used as the sensor 58. Of course, two or more sensors may be used as the sensor 58. The sensor 58 detects a change amount that changes in accordance with the state of the moving body 100. The battery module 44 has a sensor 58, a gyro sensor 48, a right wheel drive motor 34, a left wheel drive motor 36, a right swing arm drive motor 60, a left swing arm drive motor 64, a passenger seat drive motor 70, a control unit 80, and the like. Supply power.

車体12上には、ジャイロセンサ48が設けられている。ジャイロセンサ48は、車体12の傾斜角に対する角速度を検出する。ここで、車体12の傾斜角は、移動体100の重心位置が車軸30、32の鉛直上方に伸びる軸からの傾斜度合いであり、例えば移動体100の進行方向前方に車体12が傾斜している場合を「正」とし、移動体100の進行方向後方に車体12が傾斜している場合を「負」として表わす。したがって、車体12が水平になっている状態では、傾斜角度が0°になる。そして、通常の走行時には、傾斜角度の制御目標値が0°なっている。この制御目標値に追従するように、フィードバック制御されている。また、前後方向における傾斜角度を移動体100の姿勢の傾斜角度とする。   A gyro sensor 48 is provided on the vehicle body 12. The gyro sensor 48 detects an angular velocity with respect to the inclination angle of the vehicle body 12. Here, the inclination angle of the vehicle body 12 is a degree of inclination from the axis at which the center of gravity of the moving body 100 extends vertically above the axles 30 and 32. For example, the vehicle body 12 is inclined forward in the traveling direction of the moving body 100. The case is represented as “positive”, and the case where the vehicle body 12 is inclined rearward in the traveling direction of the moving body 100 is represented as “negative”. Therefore, when the vehicle body 12 is horizontal, the tilt angle is 0 °. During normal traveling, the control target value of the tilt angle is 0 °. Feedback control is performed so as to follow the control target value. Further, the inclination angle in the front-rear direction is set as the inclination angle of the posture of the moving body 100.

また、進行方向の前後方向に加えて、左右方向の傾斜角速度はロール、ピッチ、ヨーの3軸のジャイロセンサ48を用いて測定される。このように、ジャイロセンサ48は、車体12の傾斜角の変化を、車体12の傾斜角速度として測定する。もちろん、ジャイロセンサ48は他の箇所に取り付けられていてもよい。ジャイロセンサ48で測定された傾斜角速度は、移動体100の姿勢の変化に応じて変化する。即ち、傾斜角速度は、車軸の位置に対する車体12の重心位置に応じて変化する変化量である。従って、外乱などによって、姿勢の傾斜角度が急激に変化すると、傾斜角速度の値が大きくなる。   In addition to the front-rear direction of the traveling direction, the tilt angular velocity in the left-right direction is measured using a three-axis gyro sensor 48 of roll, pitch, and yaw. Thus, the gyro sensor 48 measures the change in the tilt angle of the vehicle body 12 as the tilt angular velocity of the vehicle body 12. Of course, the gyro sensor 48 may be attached to another location. The tilt angular velocity measured by the gyro sensor 48 changes according to the change in the posture of the moving body 100. That is, the inclination angular velocity is a change amount that changes according to the position of the center of gravity of the vehicle body 12 with respect to the position of the axle. Therefore, when the inclination angle of the posture changes suddenly due to disturbance or the like, the value of the inclination angular velocity increases.

搭乗席74の側面には、操作モジュール46が設けられている。操作モジュール46には、操作レバー(図示せず)及びブレーキレバー(図示せず)が設けられている。操作レバーは、搭乗者が移動体100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、操作レバーの操作量を調整することによって移動体100の移動速度を調整することができる。また、搭乗者は、操作レバーの操作方向を調整することによって移動体100の移動方向を指定することができる。移動体100は、操作レバー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。搭乗者がブレーキレバーを倒すことによって、移動体100を制動することができる。移動体100の進行方向は、水平面内において、車軸30、32と垂直な方向になる。また、操作モジュール46には、制御モードを切換えるスイッチが設けられている。   An operation module 46 is provided on the side surface of the boarding seat 74. The operation module 46 is provided with an operation lever (not shown) and a brake lever (not shown). The operating lever is an operating member for the passenger to adjust the traveling speed and traveling direction of the moving body 100. The passenger adjusts the moving speed of the moving body 100 by adjusting the operation amount of the operating lever. Can do. Moreover, the passenger can specify the moving direction of the moving body 100 by adjusting the operating direction of the operating lever. The moving body 100 can make forward, stop, reverse, left turn, right turn, left turn, and right turn according to the operation applied to the operation lever. The moving body 100 can be braked when the passenger tilts the brake lever. The traveling direction of the moving body 100 is a direction perpendicular to the axles 30 and 32 in the horizontal plane. The operation module 46 is provided with a switch for switching the control mode.

さらに、搭乗席74の背もたれ部分には、制御部80が実装されている。制御部80は、搭乗者が操作モジュール46に対して行なった操作に追従して、右輪駆動モータ34及び左輪駆動モータ36を制御し、移動体100の走行(移動)を制御する。制御部80は、操作モジュールでの操作に応じて、右輪駆動モータ34及び左輪駆動モータ36を制御する。これにより、操作モジュール46での操作に応じた加速度、速度指令値で右輪駆動モータ34及び左輪駆動モータ36が駆動する。   Further, a control unit 80 is mounted on the backrest portion of the boarding seat 74. The control unit 80 controls the right wheel drive motor 34 and the left wheel drive motor 36 in accordance with the operation performed by the occupant on the operation module 46, and controls the travel (movement) of the moving body 100. The control unit 80 controls the right wheel drive motor 34 and the left wheel drive motor 36 in accordance with an operation on the operation module. As a result, the right wheel drive motor 34 and the left wheel drive motor 36 are driven with the acceleration and speed command values according to the operation of the operation module 46.

制御部80は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、通信用のインターフェースなどを有し、移動体100の各種動作を制御する。そして、この制御部80は、例えばROMに格納された制御プログラムに従って各種の制御を実行する。制御部80は、操作モジュール46での操作に応じて、所望の加速度、及び目標速度になるように、また、移動体100が倒立を維持するように、ロバスト制御、状態フィードバック制御、PID制御などの周知のフィードバック制御により、右輪駆動モータ34及び左輪駆動モータ36を制御する。これにより、移動体100が、操作モジュール46での操作に応じて加減速しながら走行する。   The control unit 80 includes a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), a communication interface, and the like, and controls various operations of the mobile unit 100. And this control part 80 performs various control according to the control program stored, for example in ROM. The control unit 80 performs robust control, state feedback control, PID control, or the like so as to achieve a desired acceleration and target speed according to an operation in the operation module 46, and so that the moving body 100 is maintained upside down. The right wheel drive motor 34 and the left wheel drive motor 36 are controlled by the known feedback control. As a result, the moving body 100 travels while accelerating / decelerating in accordance with the operation of the operation module 46.

すなわち、操作モジュール46は、搭乗者の操作によって与えられた操作量を取得し、この操作量を操作信号として、制御部80に出力する。そして、制御部80は、操作信号に基づいて、移動体100の目標加速度や、目標速度を算出し、これに追従するように、移動体100をフィードバック制御する。これにより、移動体100を倒立させつつ、移動させることができる。   That is, the operation module 46 acquires the operation amount given by the passenger's operation, and outputs this operation amount to the control unit 80 as an operation signal. Then, the control unit 80 calculates a target acceleration and a target speed of the moving body 100 based on the operation signal, and feedback-controls the moving body 100 so as to follow the target acceleration and target speed. Thereby, the moving body 100 can be moved while being inverted.

また、制御部80は、右輪駆動モータ34、左輪駆動モータ36、右スイングアーム駆動モータ60、左スイングアーム駆動モータ64、及び搭乗席駆動モータ70を制御する。ここで、搭乗席駆動モータ70が右輪駆動モータ34及び左輪駆動モータ36と協調して動作するよう、制御部80が制御を行う。すなわち、倒立を安定させるように、駆動輪を回転駆動するとともに搭乗席74をスライド移動させる。これにより、車体12の傾斜角度が小さくなり、倒立を安定させることができる。このようにして、搭乗席駆動モータ70が右スイングアーム駆動モータ60、左スイングアーム駆動モータ64、及び搭乗席駆動モータ70と協調して動作する。   Further, the control unit 80 controls the right wheel drive motor 34, the left wheel drive motor 36, the right swing arm drive motor 60, the left swing arm drive motor 64, and the passenger seat drive motor 70. Here, the control unit 80 performs control so that the passenger seat drive motor 70 operates in cooperation with the right wheel drive motor 34 and the left wheel drive motor 36. That is, the driving wheel is rotated and the boarding seat 74 is slid so as to stabilize the inversion. Thereby, the inclination angle of the vehicle body 12 becomes small, and the inversion can be stabilized. In this manner, the passenger seat drive motor 70 operates in cooperation with the right swing arm drive motor 60, the left swing arm drive motor 64, and the passenger seat drive motor 70.

次に、上記の制御を行う制御部80の構成について図3を用いて説明する。図3は、制御部80を含む制御系の構成を示すブロック図である。図3に示すように、制御部80は、スイングアーム制御部81と、駆動輪・スライド協調制御部82とを備えている。また、センサ類83は、移動体100に設けられている各種センサを示すものであり、例えば、ジャイロセンサ48、右輪エンコーダ52、左輪エンコーダ54、センサ58等を含んでいる。そして、制御部80は、倒立制御計算を行い、制御目標値を算出する。そして、制御目標値と現在値との偏差を求める。尚、現在値は、例えば、センサ類83からの出力に基づいて算出することができる。そして、この偏差に所定のフィードバックゲインを乗じて、フィードバック制御を行う。   Next, the configuration of the control unit 80 that performs the above control will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a control system including the control unit 80. As shown in FIG. 3, the control unit 80 includes a swing arm control unit 81 and a drive wheel / slide cooperative control unit 82. Sensors 83 indicate various sensors provided in the moving body 100, and include, for example, a gyro sensor 48, a right wheel encoder 52, a left wheel encoder 54, a sensor 58, and the like. And the control part 80 performs an inversion control calculation, and calculates a control target value. Then, a deviation between the control target value and the current value is obtained. The current value can be calculated based on the output from the sensors 83, for example. Then, feedback control is performed by multiplying the deviation by a predetermined feedback gain.

また、移動体100には、各モータを駆動制御するアンプが設けられている。ここで、右輪駆動モータ34、左輪駆動モータ36、右スイングアーム駆動モータ60、左スイングアーム駆動モータ64、搭乗席駆動モータ70に設けられているアンプをそれぞれ、アンプ34a、アンプ36a、アンプ60a、アンプ64a、アンプ70aとする。各アンプは、制御部80からの制御信号に基づいて動作する。制御部80は、搭乗席駆動モータ70のアンプ70aにスライド速度やスライド位置やスライド力に応じた制御信号を出力する。また、モータ34、36のアンプ34a、36aに車輪トルクに応じた制御信号を出力する。   In addition, the moving body 100 is provided with an amplifier that drives and controls each motor. Here, the amplifiers provided in the right wheel drive motor 34, the left wheel drive motor 36, the right swing arm drive motor 60, the left swing arm drive motor 64, and the passenger seat drive motor 70 are an amplifier 34a, an amplifier 36a, and an amplifier 60a, respectively. , Amplifier 64a and amplifier 70a. Each amplifier operates based on a control signal from the control unit 80. The control unit 80 outputs a control signal corresponding to the slide speed, slide position, and slide force to the amplifier 70 a of the passenger seat drive motor 70. Further, a control signal corresponding to the wheel torque is output to the amplifiers 34a and 36a of the motors 34 and 36.

スイングアーム制御部81は、右スイングアーム駆動モータ60、及び左スイングアーム駆動モータ64を制御する。例えば、スイングアーム制御部81は制御信号を出力して、スイングアームが伸縮するようにスイングアーム関節67を駆動する。これにより、補助輪51が接地している接地状態と、離地している離地状態とを切換えることができる。また、傾斜面を走行するときは、ジャイロセンサ48などの出力に基づいて、制御信号を出力する。これにより、傾斜面の角度が吸収され、車体12が水平になる。スイングアーム制御部81からの制御信号は、アンプ60a、64aを介して、右スイングアーム駆動モータ60、左スイングアーム駆動モータ64に入力され、右スイングアーム駆動モータ60、左スイングアーム駆動モータ64が駆動する。なお、スイングアーム関節の回転角を検出するエンコーダを設けて、フィードバック制御してもよい。すなわち、スイングアーム関節67の関節角度や関節角速度に応じてフィードバック制御することができる。   The swing arm control unit 81 controls the right swing arm drive motor 60 and the left swing arm drive motor 64. For example, the swing arm control unit 81 outputs a control signal to drive the swing arm joint 67 so that the swing arm expands and contracts. Thereby, it is possible to switch between a grounded state where the auxiliary wheel 51 is grounded and a grounded state where the auxiliary wheel 51 is grounded. When traveling on an inclined surface, a control signal is output based on the output of the gyro sensor 48 or the like. Thereby, the angle of the inclined surface is absorbed and the vehicle body 12 becomes horizontal. A control signal from the swing arm control unit 81 is input to the right swing arm drive motor 60 and the left swing arm drive motor 64 via the amplifiers 60a and 64a, and the right swing arm drive motor 60 and the left swing arm drive motor 64 To drive. An encoder that detects the rotation angle of the swing arm joint may be provided to perform feedback control. That is, feedback control can be performed according to the joint angle and joint angular velocity of the swing arm joint 67.

駆動輪・スライド協調制御部82は、右輪駆動モータ34、左輪駆動モータ36、及び搭乗席駆動モータ70を協調して制御する。すなわち、駆動輪・スライド協調制御部82は、右輪駆動モータ34、左輪駆動モータ36、及び搭乗席駆動モータ70に対する制御目標値を算出する。例えば、姿勢の傾斜角度、姿勢の傾斜角速度、並びに駆動輪の回転速度、及び搭乗席74のスライド速度が制御目標値として算出される。そして、制御目標値に追従するようにフィードバック制御する。具体的には、各モータに対する駆動トルクを指令値として出力する。車体12の傾斜角速度は、ジャイロセンサ48で測定される。そして、傾斜角速度を積分することによって、車体12の傾斜角度が求まる。例えば、倒立走行時には、姿勢の目標傾斜角度が0°になるようにフィードバック制御する。また、その場で停止させる場合は、目標傾斜角速度が0になるようにフィードバック制御する。   The drive wheel / slide cooperative control unit 82 controls the right wheel drive motor 34, the left wheel drive motor 36, and the passenger seat drive motor 70 in a coordinated manner. That is, the drive wheel / slide cooperative control unit 82 calculates control target values for the right wheel drive motor 34, the left wheel drive motor 36, and the passenger seat drive motor 70. For example, the posture inclination angle, the posture inclination angular velocity, the rotation speed of the driving wheel, and the sliding speed of the passenger seat 74 are calculated as control target values. Then, feedback control is performed so as to follow the control target value. Specifically, the drive torque for each motor is output as a command value. The inclination angular velocity of the vehicle body 12 is measured by the gyro sensor 48. Then, the inclination angle of the vehicle body 12 is obtained by integrating the inclination angular velocity. For example, during inverted traveling, feedback control is performed so that the target inclination angle of the posture becomes 0 °. When stopping on the spot, feedback control is performed so that the target inclination angular velocity becomes zero.

また、駆動輪78の回転速度は、右輪エンコーダ52、及び左輪エンコーダ54の出力によって、求めることができる。スライド機構68のスライド速度は、搭乗席駆動モータ70に設けられているエンコーダの出力により求めることができる。また、スライド機構68は、搭乗席駆動モータ70の回転トルクにより求めることができる。そして、これらの制御目標値と、現在値との偏差に適切なフィードバックゲインをかけることで、フィードバック制御が行われる。もちろん、駆動輪・スライド協調制御部82による、右輪駆動モータ34、左輪駆動モータ36、及び搭乗席駆動モータ70の協調制御は、上記の制御に限られるものではない。   Further, the rotational speed of the drive wheel 78 can be obtained from the outputs of the right wheel encoder 52 and the left wheel encoder 54. The slide speed of the slide mechanism 68 can be obtained from the output of an encoder provided in the passenger seat drive motor 70. The slide mechanism 68 can be obtained from the rotational torque of the passenger seat drive motor 70. Then, feedback control is performed by applying an appropriate feedback gain to the deviation between the control target value and the current value. Of course, the cooperative control of the right wheel drive motor 34, the left wheel drive motor 36, and the passenger seat drive motor 70 by the drive wheel / slide cooperative control unit 82 is not limited to the above control.

また、制御部80は、重量やモーメントが限界値オーバの場合、補助輪を接地状態にする。すなわち、重量やモーメントが予め設定されているしきい値を超えている場合は、限界値オーバと判定して、スイングアーム関節67を駆動する。これにより、車体12が下降して、補助輪51が接地する。移動体100の転倒や暴走を防ぐことができ、安全性を向上することができる。   Further, when the weight or moment exceeds the limit value, the control unit 80 places the auxiliary wheel in a grounded state. That is, if the weight or moment exceeds a preset threshold value, it is determined that the limit value is exceeded, and the swing arm joint 67 is driven. As a result, the vehicle body 12 is lowered and the auxiliary wheel 51 is grounded. The mobile body 100 can be prevented from falling or running away, and safety can be improved.

次に、移動体100の補助輪51が着地状態から離地状態に移行して、移動するときの制御について図4を用いて説明する。図4(a)〜図4(d)は、移動体100の動作を模式的に示す側面図である。なお、図4では、右駆動輪18及び左駆動輪20を駆動輪78として示している。また、図4では、車体部77をスライド移動させる機構をスライド機構68として示し、スイングアームに設けられた回転関節をスイングアーム関節67として示している。したがって、搭乗席駆動モータ70及びラックアンドピニオン72などを含むスライド機構68を駆動することで、車体12に対して車体部77が前後にスライドする。さらに、車体部77と車体12を合わせて上体部76としている。したがって、スイングアームによって支持されている構成全体が上体部76となる。   Next, control when the auxiliary wheel 51 of the moving body 100 moves from the landing state to the takeoff state will be described with reference to FIG. 4A to 4D are side views schematically showing the operation of the moving body 100. In FIG. 4, the right driving wheel 18 and the left driving wheel 20 are shown as driving wheels 78. In FIG. 4, a mechanism for sliding the vehicle body 77 is shown as a slide mechanism 68, and a rotary joint provided on the swing arm is shown as a swing arm joint 67. Therefore, by driving the slide mechanism 68 including the passenger seat drive motor 70 and the rack and pinion 72, the vehicle body portion 77 slides back and forth with respect to the vehicle body 12. Furthermore, the vehicle body portion 77 and the vehicle body 12 are combined to form an upper body portion 76. Therefore, the entire configuration supported by the swing arm is the upper body portion 76.

まず、接地状態(4輪接地)から離地状態(2輪接地)に移行するため、図4(a)に示すように、スイングアーム関節67を駆動する。すなわち、右スイングアーム駆動モータ60、及び左スイングアーム駆動モータ64を回転させて、各スイングアームを伸ばしていく。これにより、車体12が地面から離れて行き、補助輪支持ブロック55を介して車体12に取り付けられた補助輪51が上方に移動する。このとき、上体部76の重心位置(車体部77と車体12の合成重心位置)が車軸の鉛直線上から前方にずれて、移動体100が前傾姿勢になる。このため、初めに後方側の補助輪51が離地し、その次に前方側の補助輪51が離地していくことになる。   First, in order to shift from the grounding state (four-wheel grounding) to the ground-off state (two-wheel grounding), the swing arm joint 67 is driven as shown in FIG. That is, the swing arm is extended by rotating the right swing arm drive motor 60 and the left swing arm drive motor 64. As a result, the vehicle body 12 moves away from the ground, and the auxiliary wheel 51 attached to the vehicle body 12 moves upward via the auxiliary wheel support block 55. At this time, the gravity center position of the upper body portion 76 (the combined gravity center position of the vehicle body portion 77 and the vehicle body 12) is shifted forward from the vertical line of the axle, and the movable body 100 assumes a forward leaning posture. For this reason, first, the auxiliary wheel 51 on the rear side is released, and then the auxiliary wheel 51 on the front side is released.

すると、姿勢を元に戻そうとして、図4(b)に示すように、スライド機構68がスライド移動する。図4(b)では、後方側の補助輪51が離地し、前方側の補助輪51が接地した3輪状態になっている。移動体100が前傾姿勢になっているため、車体部77が後方にスライドしていく。すなわち、上体部76の重心位置が車軸の鉛直線上に近づくように、スライド機構68が制御される。なお、このタイミングでは、まだ駆動輪78が回転駆動していない。   Then, as shown in FIG. 4B, the slide mechanism 68 slides to return the posture. In FIG. 4B, the rear side auxiliary wheel 51 is separated from the ground and the front side auxiliary wheel 51 is grounded. Since the moving body 100 is in the forward leaning posture, the vehicle body portion 77 slides backward. That is, the slide mechanism 68 is controlled so that the position of the center of gravity of the upper body portion 76 approaches the vertical line of the axle. At this timing, the drive wheel 78 has not yet been driven to rotate.

このとき、スライド機構68を動かすスライド力Fを計測することで、車体部77の重量を検知する。そして、車体部77の重量が予め設定されているしきい値(限界値)を越えているか否かを判定する。具体的には、スライド力Fと車体部77の重量の関係を予め求めておくことで、スライド力Fから車体部77の重量を求めることができる。スライド力Fは、搭乗席駆動モータ70のトルク値から求めることができる。   At this time, the weight of the vehicle body 77 is detected by measuring the sliding force F that moves the sliding mechanism 68. Then, it is determined whether or not the weight of the vehicle body portion 77 exceeds a preset threshold value (limit value). Specifically, the weight of the vehicle body portion 77 can be obtained from the slide force F by obtaining the relationship between the slide force F and the weight of the vehicle body portion 77 in advance. The sliding force F can be obtained from the torque value of the passenger seat drive motor 70.

スライド力Fがしきい値を超えている場合は、重量オーバーと判定して、接地状態に回復する。すなわち、スイングアーム関節67を縮ませていき、車体12を地面に近づけていく。これにより、、図4(c)に示すように、補助輪51が下方に移動して行く。そして、移動体100が接地状態に戻る。このように、スライド力Fがしきい値を越えた場合は、重量オーバと判定する。そして、接地状態から離地状態に移行するのを停止して、接地状態に戻す。   When the sliding force F exceeds the threshold value, it is determined that the weight is over and the grounding state is restored. That is, the swing arm joint 67 is contracted to bring the vehicle body 12 closer to the ground. Thereby, as shown in FIG.4 (c), the auxiliary wheel 51 moves below. Then, the moving body 100 returns to the ground state. Thus, when the sliding force F exceeds the threshold value, it is determined that the weight is over. Then, the transition from the grounded state to the ground-off state is stopped, and the grounded state is restored.

スライド力Fがしきい値未満の場合、重量オーバでないと判定して、スライド機構68の駆動を継続する。このとき、移動体100が前傾姿勢になっている。このため、スライド機構68をさらに後方に駆動して、倒立を安定させようとする。ここで、スライド機構68がスライドエンドに到達するまでに傾斜が変化するか否かを判定する。具体的には、まず、姿勢の傾斜角速度がしきい値(規定値)を超えたかを調べる。傾斜角速度がしきい値を超えた場合は、姿勢の変化が大きくなるため、重心位置を元に戻すことが可能となる。すなわち、安定に倒立させることができると判定して、接地状態から離地状態への移行を継続する。そして、図4(d)に示すように、離地状態への移行を完了して、協調制御を行う。   When the sliding force F is less than the threshold value, it is determined that the weight is not over and the driving of the sliding mechanism 68 is continued. At this time, the moving body 100 is in a forward tilt posture. For this reason, the slide mechanism 68 is further driven rearward so as to stabilize the inversion. Here, it is determined whether or not the inclination changes before the slide mechanism 68 reaches the slide end. Specifically, first, it is checked whether the inclination angular velocity of the posture exceeds a threshold value (specified value). When the tilt angular velocity exceeds the threshold value, the posture changes greatly, so that the center of gravity position can be restored. That is, it is determined that it can be stably inverted, and the transition from the grounded state to the off-ground state is continued. Then, as shown in FIG. 4D, the transition to the takeoff state is completed and cooperative control is performed.

傾斜角速度がしきい値を超えていない場合は、スライド機構68が、スライドエンドに到達しているかを判定する。スライドエンドに到達している場合は、離地状態への移行を中止して、接地状態に戻す。スライドエンドに到達していない場合は、スライドエンドに到達するまでに、傾斜角速度がしきい値を超える可能性がある。このため、スライドエンドに到達するまでは離地状態への移行を続行する。そして、図4(d)に示すように、離地状態への移行を完了して、協調制御を行う。   If the tilt angular velocity does not exceed the threshold value, it is determined whether the slide mechanism 68 has reached the slide end. If the slide end has been reached, stop the transition to the ground-off state and return to the grounding state. If the slide end has not been reached, the tilt angular velocity may exceed the threshold before reaching the slide end. For this reason, the transition to the takeoff state is continued until the slide end is reached. Then, as shown in FIG. 4D, the transition to the takeoff state is completed and cooperative control is performed.

このように制御することで、スライド駆動によって、姿勢が反対側(後方側)に変化可能か否かがわかる。すなわち、スイングアームを駆動することによって前傾して、傾斜角度が正になった後で、スライド機構68を駆動することによって、前傾姿勢から回復できるかを調べる。すなわち、重心位置ずれが限界値を超えておらず、スライド機構68による重心位置の移動で、姿勢が回復可能かを判定する。例えば、傾斜角速度が負のしきい値を超えない段階で、スライド機構がスライドエンドまで到達してしまった場合、それ以上、スライド機構68を駆動することができない。このため、協調制御により、制御目標値を算出しても、スライド機構68がそれ以上動かない。傾斜角度が目標傾斜角度にならず、駆動輪78を駆動させても、倒立を安定させることができない。すなわち、スライド機構68をさらに駆動することができないため、目標スライド速度に追従することができない。制御目標値に追従させるために必要な回転トルクが駆動輪78のモータ34、36のスペックを超えてしまう。倒立を安定させることができず、移動体100の転倒や暴走を招いてしまう。したがって、車体12を下降するようにスイングアームを駆動して、補助輪51を接地させる。これにより、モーメントが小さくなり、移動体100の転倒や暴走を防ぐことができ、安全性をさらに向上することができる。   By controlling in this way, it can be determined whether or not the posture can be changed to the opposite side (rear side) by slide driving. That is, it is examined whether it can be recovered from the forward inclined posture by driving the slide mechanism 68 after the inclination angle becomes positive by driving the swing arm and the inclination angle becomes positive. In other words, it is determined whether the center of gravity position deviation does not exceed the limit value and the posture can be recovered by the movement of the center of gravity position by the slide mechanism 68. For example, when the slide mechanism reaches the slide end at a stage where the tilt angular velocity does not exceed the negative threshold, the slide mechanism 68 cannot be driven any more. For this reason, even if the control target value is calculated by cooperative control, the slide mechanism 68 does not move any further. The tilt angle does not become the target tilt angle, and even if the drive wheel 78 is driven, the inversion cannot be stabilized. That is, since the slide mechanism 68 cannot be further driven, it cannot follow the target slide speed. The rotational torque required to follow the control target value exceeds the specifications of the motors 34 and 36 of the drive wheels 78. Inverting cannot be stabilized, and the moving body 100 will fall or runaway. Therefore, the swing arm is driven so as to lower the vehicle body 12, and the auxiliary wheel 51 is grounded. Thereby, a moment becomes small, the fall and runaway of the mobile body 100 can be prevented, and safety can be further improved.

一方、傾斜角速度がしきい値を超えた場合、又はスライドエンドに到達していない場合は、接地状態から離地状態への移行を継続する。すなわち、重心位置ずれを回復可能と判断して、離地状態での倒立制御を開始する。   On the other hand, when the inclination angular velocity exceeds the threshold value or when it has not reached the slide end, the transition from the ground contact state to the takeoff state is continued. That is, it is determined that the center-of-gravity position shift can be recovered, and the inversion control in the detached state is started.

このように、スライドエンドまでに傾斜が変化する場合は、倒立制御を開始する。すなわち、図4(d)に示すように、駆動輪78の駆動をして、倒立させる。具体的には、制御部80で協調制御の計算を行い、制御目標値を算出する。そして、制御目標値に応じたトルク値で、駆動輪78のアンプ34a、36aに指令する。また、制御目標値であるスライド速度に追従するように、アンプ70aに指令する。そして、目標値(倒立安定)になるまでフィードバック制御を行う。これにより、安定して接地状態から離地状態へと移行することができる。また、重量を検知するために、新たなセンサを設ける必要がないため、電気配線の増加、及びコストの増加を防ぐことができる。すなわち、倒立制御に使用されるジャイロセンサ48、搭乗席駆動モータ70やそのエンコーダを利用して、倒立制御可能かを判定することができる。よって、部品点数の増加を防ぐことができる。   Thus, when the inclination changes until the slide end, the inversion control is started. That is, as shown in FIG. 4D, the drive wheels 78 are driven to invert. Specifically, the control unit 80 calculates cooperative control and calculates a control target value. Then, the amplifiers 34a and 36a of the drive wheels 78 are commanded with a torque value corresponding to the control target value. Further, the amplifier 70a is instructed to follow the slide speed that is the control target value. Then, feedback control is performed until the target value (inverted stable) is reached. Thereby, it can transfer to a detached state from a grounding state stably. Moreover, since it is not necessary to provide a new sensor to detect the weight, it is possible to prevent an increase in electrical wiring and an increase in cost. That is, it is possible to determine whether the inversion control is possible by using the gyro sensor 48 used for the inversion control, the passenger seat drive motor 70 and the encoder thereof. Therefore, an increase in the number of parts can be prevented.

本実施の形態では、スライド力Fがしきい値よりも小さく、かつスライド機構68がスライドエンドまで移動しない場合、接地状態から離地状態への移行が完了する。そして、倒立しながら、移動していく。すなわち、接地状態から離地状態への移行中において、スライド力Fがしきい値よりも小さく、かつスライドエンドまで到達しなければ、離地状態への移行を完了して、協調制御により倒立走行を行う。また、接地状態から離地状態への移行中において、スライド力Fがしきい値よりも大きい場合、又はスライドエンドまで到達する場合は、離地状態への移行を中止して、接地状態に戻す。これにより、前後の補助輪51が接地して、安定な姿勢となる。   In the present embodiment, when the slide force F is smaller than the threshold value and the slide mechanism 68 does not move to the slide end, the transition from the ground contact state to the ground release state is completed. Then, move upside down. That is, when the sliding force F is smaller than the threshold value and does not reach the sliding end during the transition from the grounded state to the ground-off state, the transition to the ground-off state is completed and the vehicle is inverted by cooperative control. I do. Further, when the sliding force F is larger than the threshold during the transition from the grounding state to the grounding state, or when reaching the sliding end, the transition to the grounding state is stopped and returned to the grounding state. . As a result, the front and rear auxiliary wheels 51 are brought into contact with the ground and become in a stable posture.

スライド機構68がスライドエンドまで到達したら、さらに車体部77を後方にスライド移動させることができなくなる。従って、スライド機構68がスライドエンドに到達した状態では、駆動輪78の駆動のみによって、倒立を維持しなければならなくなる。重心位置ずれの限界値オーバとなって、安定走行することが困難になる。そのため、協調制御を実施すると、転倒や暴走を起こしてしまうおそれがある。すなわち、駆動輪78の駆動のみによって走行させなければならないため、駆動輪78のモータ34、36に対する負荷が大きくなる。このため、急激な加速が必要となり、暴走してしまうおそれがある。右輪駆動モータ34、及び左輪駆動モータ36のスペック以上の制御目標値が出力されてしまう。この場合、倒立を維持することができず、補助輪51が地面と衝突してしまったり、移動体100が転倒してしまうおそれがある。スライド機構68がスライドエンドまで到達した場合も、重心位置ずれの限界値オーバと判定して、接地状態に回復する。   When the slide mechanism 68 reaches the slide end, the vehicle body 77 cannot be further slid backward. Therefore, when the slide mechanism 68 reaches the slide end, it is necessary to maintain the inversion only by driving the drive wheels 78. Since the limit value of the deviation of the center of gravity is over, it becomes difficult to travel stably. For this reason, if cooperative control is performed, there is a risk of falling or running away. That is, since the vehicle must be driven only by driving the drive wheels 78, the load on the motors 34 and 36 of the drive wheels 78 increases. For this reason, rapid acceleration is required and there is a risk of runaway. Control target values exceeding the specifications of the right wheel drive motor 34 and the left wheel drive motor 36 are output. In this case, the inversion cannot be maintained, and the auxiliary wheel 51 may collide with the ground, or the moving body 100 may fall. Even when the slide mechanism 68 reaches the slide end, it is determined that the limit value of the center-of-gravity position shift is exceeded, and the grounding state is restored.

このように、重量、重心位置ずれの限界値オーバの場合、接地状態に戻す。これにより、移動体100の暴走や、転倒を防ぐことができる。よって、接地状態から離地状態へ移行する際の安全性をより向上することができる。これにより、より安全に、接地状態から離地状態を経由して、走行させることができる。   As described above, when the limit values of the weight and the displacement of the center of gravity are exceeded, the grounding state is restored. Thereby, the runaway of the mobile body 100 and a fall can be prevented. Therefore, the safety at the time of shifting from the grounded state to the off-ground state can be further improved. As a result, the vehicle can travel more safely from the grounded state via the ground-off state.

なお、上記の説明では、車体部77の重心位置を前後に移動させる機構をスライド機構68として説明したが、本実施の形態はこれに限るものではない。例えば、車体部77を回転軸C3回りに回転させる回転機構であってもよい。この場合、スライド機構と同様に、回転機構のメカエンドまで到達すると、接地状態に戻す。このように、車体部77の重心位置を前後に移動させる駆動部が駆動範囲を有する場合、その駆動範囲の端に到達した時に、接地状態に回復すればよい。なお、駆動範囲はメカ的に駆動可能な範囲でよいし、センサなどによって決まる範囲であってもよい。また、回転機構やスライド機構68の駆動力がしきい値を超えた場合、接地状態に回復すればよい。   In the above description, the mechanism for moving the position of the center of gravity of the vehicle body portion 77 back and forth has been described as the slide mechanism 68, but the present embodiment is not limited to this. For example, a rotation mechanism that rotates the vehicle body 77 around the rotation axis C3 may be used. In this case, similarly to the slide mechanism, when reaching the mechanical end of the rotating mechanism, the grounding state is restored. In this way, when the drive unit that moves the center of gravity of the vehicle body 77 back and forth has a drive range, it may be restored to the grounded state when it reaches the end of the drive range. The driving range may be a mechanically drivable range or a range determined by a sensor or the like. Further, when the driving force of the rotation mechanism or the slide mechanism 68 exceeds the threshold value, the ground state may be recovered.

また、上記の説明では、傾斜角速度がしきい値を超えたか否かによって、重心位置ずれが限界値オーバか否かを判定したが、本実施の形態は、これに限られるものではない。例えば、傾斜角速度が変化したか否かによって、重心位置ずれが限界値オーバか否かを判定してもよい。すなわち、傾斜角速度が変化していないにスライドエンドに到達してしまうと、姿勢を回復することができない。一方、スライド機構68の駆動によって、傾斜が変化する場合は、移動体100の姿勢が大きく変化する。重心位置ずれを回復することができる。一方、傾斜角速度が変化していない場合、スライド機構68の動作によって、姿勢が回復できない。すなわち、重心位置ずれの限界値オーバであり、図4(b)に示すような3輪接地状態で停止してしまう。このような場合は、協調制御によって姿勢を回復することができないと判定する。そして、スイングアーム関節67を駆動して、補助輪51を接地させる。   In the above description, it is determined whether the displacement of the center of gravity is over the limit value depending on whether the tilt angular velocity exceeds the threshold value. However, the present embodiment is not limited to this. For example, it may be determined whether or not the center-of-gravity position shift exceeds a limit value depending on whether or not the tilt angular velocity has changed. That is, the posture cannot be recovered if the slide end is reached without changing the inclination angular velocity. On the other hand, when the inclination changes due to the driving of the slide mechanism 68, the posture of the moving body 100 changes greatly. The center-of-gravity position shift can be recovered. On the other hand, when the tilt angular velocity has not changed, the posture cannot be recovered by the operation of the slide mechanism 68. That is, the limit value of the center-of-gravity position shift is exceeded, and the vehicle stops in a three-wheel grounding state as shown in FIG. In such a case, it is determined that the posture cannot be recovered by cooperative control. Then, the swing arm joint 67 is driven to ground the auxiliary wheel 51.

さらに、上記の説明では、重心位置ずれの限界値オーバと判定した場合、補助輪51を接地させたが、本実施の形態は、これに限られるものではない。例えば、補助輪を完全に接地させずに、車体12の高さを低くして、モーメントを低くしてもよい。モーメントを低くすることで、重心位置ずれの許容範囲を広くすることができる。これにより、重心位置ずれの限界値オーバとならず、協調制御によって倒立させることができる。このような制御によっても、安全性を向上することができる。   Further, in the above description, the auxiliary wheel 51 is grounded when it is determined that the limit value of the center-of-gravity position shift is exceeded, but the present embodiment is not limited to this. For example, the height of the vehicle body 12 may be lowered and the moment may be lowered without completely grounding the auxiliary wheel. By lowering the moment, it is possible to widen the allowable range of the displacement of the center of gravity. As a result, the limit value of the center-of-gravity position shift does not exceed the limit value and can be inverted by cooperative control. Safety can also be improved by such control.

次に、本実施の形態にかかる移動体100の制御方法について、図5を用いて説明する。図5は、制御方法を示すフローチャートである。まず、スイングアーム関節67を指定の角度に動かす(ステップS101)。これにより、車体部77が上昇して、接地状態から離地状態へ移行していく。そして、倒立を維持するために、スライドを動かす(ステップS102)。ここでは、移動体100の姿勢が前方に傾斜するため、スライド機構68を後方にスライド移動させる。また、予め定められたスライド量だけスライド移動させるようにしてもよい。そして、計測したスライドトルク値によってスライド力Fを求め、スライド力Fが許容範囲内か否かを判定する(ステップS103)。搭乗席駆動モータ70から出力されるトルク値から、スライド力Fを求める。そして、このスライド力Fは、車体部77の重量に対応するため、搭乗席駆動モータ70の駆動力によって重量を検知することができる。そして、スライド力Fが、許容範囲内か許容範囲外かを判定する。   Next, a method for controlling the moving body 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a flowchart showing a control method. First, the swing arm joint 67 is moved to a specified angle (step S101). As a result, the vehicle body portion 77 moves up and shifts from the ground contact state to the ground release state. Then, to maintain the inverted position, the slide is moved (step S102). Here, since the posture of the moving body 100 is inclined forward, the slide mechanism 68 is slid back. Alternatively, the slide may be moved by a predetermined slide amount. Then, the slide force F is obtained from the measured slide torque value, and it is determined whether or not the slide force F is within an allowable range (step S103). The sliding force F is obtained from the torque value output from the passenger seat drive motor 70. Since the sliding force F corresponds to the weight of the vehicle body 77, the weight can be detected by the driving force of the passenger seat driving motor 70. Then, it is determined whether the sliding force F is within the allowable range or outside the allowable range.

このように、スライド力Fとしきい値とを比較することで、車体部77の重量が規定の重量を超えているか否かが分かる。スライド力Fがしきい値を越えていた場合、重量オーバと判定し、スイングアーム関節67の角度を元に戻す(ステップS104)。これにより、車体12が下降して、補助輪51が接地した4輪状態で制御が終了する。   In this way, by comparing the sliding force F with the threshold value, it can be determined whether or not the weight of the vehicle body portion 77 exceeds the prescribed weight. If the sliding force F exceeds the threshold value, it is determined that the weight is over, and the angle of the swing arm joint 67 is restored (step S104). As a result, the control ends in the four-wheel state in which the vehicle body 12 is lowered and the auxiliary wheel 51 is grounded.

ステップS103において、スライド力Fが許容範囲内である場合、さらにスライドを動かす(ステップS105)。その後、傾斜角速度計測を行い、傾斜角速度が変化している否かを判定する(ステップS106)。すなわち、スライド機構68がスライドすることで、ジャイロセンサ48で測定した傾斜角速度が変化しているかを調べる。これにより、スライドエンドまでに、傾斜が変化するかを判定することができる。例えば、スライド機構68の駆動によって、傾斜角速度が変化する場合、移動体100の姿勢が変化している。スライド機構68の駆動によって、傾斜角速度が変化すると、姿勢を回復できる。なお、このステップでは、傾斜角速度が変化しているか否かを判定するのではなく、上記のように、傾斜角速度がしきい値を超えたか否かを判定してもよい。   If the slide force F is within the allowable range in step S103, the slide is further moved (step S105). Thereafter, the tilt angular velocity is measured, and it is determined whether or not the tilt angular velocity has changed (step S106). That is, it is examined whether the tilt angular velocity measured by the gyro sensor 48 is changed by the sliding mechanism 68 sliding. Thereby, it can be determined whether the inclination changes before the slide end. For example, when the tilt angular velocity changes due to the driving of the slide mechanism 68, the posture of the moving body 100 changes. When the tilt angular velocity is changed by driving the slide mechanism 68, the posture can be recovered. In this step, instead of determining whether or not the tilt angular velocity has changed, it may be determined whether or not the tilt angular velocity has exceeded a threshold value as described above.

傾斜角速度が変化していない場合、スライド機構68のスライド位置を計測して、メカエンド(スライドエンド)に到達したか否かを判定する(ステップS107)。スライド機構68のスライド位置は、例えば、搭乗席駆動モータ70に設けられているエンコーダなどによって計測することができる。メカエンドに到達した場合は、スイングアーム関節67の角度を元に戻す(ステップS108)すなわち、メカエンドに到達した場合、移動体100を回復することができないと判定し、協調制御による倒立を断念する。補助輪51が接地した4輪状態で制御が終了する。メカエンドに到達していない場合は、ステップS106に戻り、傾斜角速度が変化しているかを判定する。   If the tilt angular velocity has not changed, the slide position of the slide mechanism 68 is measured to determine whether or not the mechanical end (slide end) has been reached (step S107). The slide position of the slide mechanism 68 can be measured by, for example, an encoder provided in the passenger seat drive motor 70. When reaching the mechanical end, the angle of the swing arm joint 67 is returned to the original (step S108). That is, when reaching the mechanical end, it is determined that the moving body 100 cannot be recovered, and the inversion by the cooperative control is abandoned. Control ends when the auxiliary wheel 51 is in a four-wheel state with the ground. If the mechanical end has not been reached, the process returns to step S106 to determine whether the tilt angular velocity has changed.

ステップS106において傾斜角速度が変化していると判定した場合、倒立制御を開始する(ステップS109)。ここでは、駆動輪78とスライド機構68の協調制御計算を行い、制御目標値を算出する。その目標制御値に基づいて、駆動輪78、及びスライド機構68を協調して駆動する(ステップS110、ステップS111)。これにより、倒立させつつ、移動することが可能になる。そして、目標位置に収束したか否かを判定する(ステップS112)。例えば、スイングアーム関節67が目標角度になり、移動体100が操作モジュール46からの入力に応じた目標位置や目標速度になったか否かを判定する。あるいは、その場に停止する場合は、傾斜角度が目標傾斜角度、傾斜角速度が0に収束するまでフィードバック制御する。目標位置に収束した場合は、2つの補助輪51離地した倒立2輪状態で、制御を終了する。目標位置に収束していない場合は、ステップS109からの制御を繰り返す。   When it is determined in step S106 that the tilt angular velocity has changed, the inversion control is started (step S109). Here, cooperative control calculation of the drive wheel 78 and the slide mechanism 68 is performed to calculate a control target value. Based on the target control value, the drive wheel 78 and the slide mechanism 68 are driven in a coordinated manner (step S110, step S111). This makes it possible to move while inverting. And it is determined whether it converged to the target position (step S112). For example, it is determined whether or not the swing arm joint 67 has reached the target angle and the moving body 100 has reached the target position and target speed according to the input from the operation module 46. Alternatively, when stopping on the spot, feedback control is performed until the tilt angle converges to the target tilt angle and the tilt angular velocity reaches zero. When it converges to the target position, the control is finished in the inverted two-wheel state in which the two auxiliary wheels 51 have left the ground. If it has not converged to the target position, the control from step S109 is repeated.

このように、制御することで、接地状態から離地状態へ移行する際の安全性を向上することができる。すなわち、重量や重心位置ずれが限界値を超えている場合は、協調制御による倒立が実施されないため、転倒や暴走を防ぐことができ、安全性を向上することができる。また、スライド力Fから重量を検知するとともに、スライドエンドまでのスライド移動で重心位置のバランスを調べている。この2つから倒立可能かを調べることができ、確実に転倒や暴走を防ぐことができる。   Thus, by controlling, the safety at the time of shifting from the grounded state to the off-ground state can be improved. That is, when the weight or the center of gravity shift exceeds the limit value, the inversion by the cooperative control is not performed, so that the overturn or the runaway can be prevented and the safety can be improved. Further, the weight is detected from the sliding force F, and the balance of the center of gravity is examined by sliding movement to the slide end. From these two, it is possible to check whether it is possible to invert, and it is possible to reliably prevent a fall or runaway.

なお、上記の説明では、スライド力Fによって、重量を検知したが、本実施の形態は、これに限られるものではない。例えば、駆動輪にステップトルクを与えて、重量を検知してもよい。すなわち、駆動輪78に対して、ステップ的にトルクを与える。具体的には、トルクを与える期間と与えない期間を交互に繰り返す。そして、ステップトルクによって駆動する駆動輪78の回転角速度をエンコーダ52、54で検出する。これにより、車体部77の重量を推定することができる。
このように、駆動輪78を駆動するモータ34、36や、スライド機構68を駆動する搭乗席駆動モータ70の駆動力によって、重量を検知することができる。そして、検知した重量によって、重量オーバか否かを判定する。これにより、専用の重量センサを設ける必要がなく、部品点数を削減することができる。また、搭乗者の状態が変化しても、正確に重量を検知することができる。すなわち、通常の重量センサを用いた場合、重量センサ上に搭乗者が乗っていないと、正確に重量を検知することができない。しかしながら、本実施の形態のように、モータなどの駆動部の駆動力に応じて重量を検知することで、正確に重量を検知することができる。これにより、倒立可能かを確実に判定することができ、倒立動作の安全性をより向上することができる。
In the above description, the weight is detected by the sliding force F, but the present embodiment is not limited to this. For example, the weight may be detected by applying a step torque to the drive wheels. That is, torque is applied to the drive wheels 78 in a stepwise manner. Specifically, the period for applying torque and the period for not applying torque are alternately repeated. Then, the encoders 52 and 54 detect the rotational angular velocity of the driving wheel 78 driven by the step torque. Thereby, the weight of the vehicle body part 77 can be estimated.
Thus, the weight can be detected by the driving force of the motors 34 and 36 that drive the drive wheels 78 and the passenger seat drive motor 70 that drives the slide mechanism 68. Then, it is determined whether the weight is over based on the detected weight. Thereby, it is not necessary to provide a dedicated weight sensor, and the number of parts can be reduced. Further, the weight can be accurately detected even if the passenger's state changes. That is, when a normal weight sensor is used, the weight cannot be accurately detected unless a passenger is on the weight sensor. However, as in the present embodiment, the weight can be accurately detected by detecting the weight according to the driving force of the driving unit such as a motor. Thereby, it can be determined reliably whether it can be inverted and the safety | security of an inversion operation | movement can be improved more.

本実施の形態では、2輪型の移動体100について説明したが、駆動輪の数は、これに限られるものではない。1輪型の移動体でもよく、3以上の駆動輪を有する移動体であってもよい。もちろん、スイングアームを構成するアームの本数は、2本でも、3本以上でもよい。搭乗席74を駆動する関節は、直動関節に限られるものではなく、例えば、回動関節であってもよい。この場合、回動関節は、搭乗席74を前後方向に回動させて、搭乗席74及び搭乗者の重心位置を変化させる。また、前方への移動に限らず、後方への移動も同様に制御することができる。   Although the two-wheeled moving body 100 has been described in the present embodiment, the number of driving wheels is not limited to this. A single-wheel-type moving body or a moving body having three or more driving wheels may be used. Of course, the number of arms constituting the swing arm may be two or three or more. The joint that drives the passenger seat 74 is not limited to a linear motion joint, and may be a rotating joint, for example. In this case, the rotating joint rotates the boarding seat 74 in the front-rear direction to change the position of the center of gravity of the boarding seat 74 and the passenger. Further, not only forward movement but also backward movement can be controlled in the same manner.

上記の例では、操作者が移動体100に搭乗しているものとして説明したが、これに限るものではない。例えば、遠隔で操縦を行なう移動体に対しても適用することができる。さらに、上記の説明では、搭乗席74を有する移動体100について説明したが、物体運搬用の移動台車であってもよい。もちろん、移動ロボットなどのその他の移動体であってもよい。   In the above example, it is described that the operator is on the moving body 100, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied to a mobile body that is operated remotely. Furthermore, in the above description, the moving body 100 having the boarding seat 74 has been described. However, a moving carriage for object transportation may be used. Of course, other mobile bodies such as a mobile robot may be used.

本発明の実施の形態にかかる移動体の構成を示す側面図である。It is a side view which shows the structure of the moving body concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる移動体の構成を示す正面図である。It is a front view which shows the structure of the mobile body concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる移動体の制御系の構成を示すブロック図であるIt is a block diagram which shows the structure of the control system of the moving body concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる移動体の姿勢を説明するための側面図である。It is a side view for demonstrating the attitude | position of the mobile body concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる移動体の制御方法を示すフローチャートであるIt is a flowchart which shows the control method of the moving body concerning embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

12 車体、17 右スイングアーム、19 左スイングアーム、
18 右駆動輪、20 左駆動輪、21 右上リンク、22 左上リンク、
26 右マウント、28 左マウント、
30 車軸、32 車軸、34 右輪駆動モータ、36 左輪駆動モータ、
41 本体部、42 操作レバー、43 操作角センサ、44 バッテリモジュール、
46 操作モジュール、48 ジャイロセンサ、51 補助輪、
52 右輪エンコーダ、54 左輪エンコーダ、55 補助輪支持ブロック、
58 センサ、60 右スイングアーム駆動モータ、62 右スイング軸
64 左スイングアーム駆動モータ、66 左スイング軸
67 スイングアーム関節、68 スライド機構、
70 搭乗席駆動モータ、72 ラックアンドピニオン、74 搭乗席、
76 上体部、77 車体部、78 駆動輪、
80 制御部、81 スイングアーム制御部、82 駆動輪・スライド協調制御部、
83 センサ類、100 移動体、
12 body, 17 right swing arm, 19 left swing arm,
18 right drive wheel, 20 left drive wheel, 21 upper right link, 22 upper left link,
26 Right mount, 28 Left mount,
30 axles, 32 axles, 34 right wheel drive motor, 36 left wheel drive motor,
41 main body, 42 operation lever, 43 operation angle sensor, 44 battery module,
46 operation module, 48 gyro sensor, 51 auxiliary wheel,
52 right wheel encoder, 54 left wheel encoder, 55 auxiliary wheel support block,
58 sensor, 60 right swing arm drive motor, 62 right swing shaft 64 left swing arm drive motor, 66 left swing shaft 67 swing arm joint, 68 slide mechanism,
70 Boarding seat drive motor, 72 Rack and pinion, 74 Boarding seat,
76 upper body part, 77 car body part, 78 drive wheel,
80 control unit, 81 swing arm control unit, 82 driving wheel / slide cooperative control unit,
83 sensors, 100 moving objects,

Claims (8)

車輪を回転可能に支持する車台と、
前記車輪を回転駆動する第1の駆動部と、
支持部材を介して前記車台に対して回動可能に支持された車体部と、
前記車体部を駆動する第2の駆動部と、
前記車体部の高さを変化させる第3の駆動部と、
前記第1の駆動部、前記第2の駆動部、及び第3の駆動部を制御する制御部と、を備える倒立車輪型移動体であって、
前記制御部が、
前記第1又は前記第2の駆動部の駆動力がしきい値を越えた時、又は前記第2の駆動部の駆動範囲の端に到達した時に、前記車体部を低くするように前記第3の駆動部を制御し、
前記第1又は前記第2の駆動部の駆動力がしきい値を越えておらず、かつ前記第2の駆動部が駆動範囲の端に到達していない時に、前記倒立車輪型移動体を倒立させつつ移動するように、前記第1及び第2の駆動部を制御する倒立車輪型移動体。
A chassis that rotatably supports the wheels;
A first drive unit that rotationally drives the wheels;
A vehicle body part rotatably supported with respect to the chassis via a support member;
A second drive section for driving the vehicle body section;
A third drive section for changing the height of the vehicle body section;
A control unit that controls the first drive unit, the second drive unit, and the third drive unit, and an inverted wheel type moving body comprising:
The control unit is
When the driving force of the first or second driving unit exceeds a threshold value, or when reaching the end of the driving range of the second driving unit, the third body unit is lowered to lower the vehicle body unit. Control the drive of the
When the driving force of the first or second driving unit does not exceed a threshold value and the second driving unit has not reached the end of the driving range, the inverted wheel type moving body is inverted. An inverted wheel type moving body that controls the first and second drive units so as to move while moving.
前記倒立車輪型移動体の姿勢の傾斜角速度が変化しない状態、又はしきい値を超えていない状態で、前記駆動範囲の端に到達した時に、前記制御部が車体部を低くするように前記第3の駆動部を制御する請求項1に記載の倒立車輪型移動体。   The control unit lowers the vehicle body part when the end of the driving range is reached when the tilt angular velocity of the posture of the inverted wheel type moving body does not change or does not exceed the threshold value. The inverted wheel type moving body according to claim 1, wherein the three driving units are controlled. 前記第2の駆動部が前記車体部を前後にスライドさせるスライド機構を有しており、
前記第2の駆動部のスライド力がしきい値を超えていないときに、前記制御部が前記車体部を低くするように制御する請求項1、又は2に記載の倒立車輪型移動体。
The second drive unit has a slide mechanism that slides the vehicle body part back and forth,
The inverted wheel type moving body according to claim 1 or 2, wherein when the sliding force of the second drive unit does not exceed a threshold value, the control unit controls the vehicle body unit to be lowered.
前記第3の駆動部が駆動することで上下に移動する補助輪をさらに備え、
前記第1又は前記第2の駆動部の駆動力がしきい値を越えた時、又は前記第2の駆動部の駆動範囲の端に到達した時に、前記制御部が前記第3の駆動部を制御して前記補助輪を接地させる請求項1乃至3のいずれか1項に記載の倒立車輪型移動体。
An auxiliary wheel that moves up and down when the third drive unit is driven;
When the driving force of the first or second driving unit exceeds a threshold value or reaches the end of the driving range of the second driving unit, the control unit controls the third driving unit. The inverted wheel type moving body according to any one of claims 1 to 3, wherein the auxiliary wheel is grounded by control.
車輪を回転可能に支持する車台と、
前記車輪を回転駆動する第1の駆動部と、
支持部材を介して前記車台に対して回動可能に支持された車体部と、
前記車体部を駆動する第2の駆動部と、
前記車輪と離間して設けられた補助輪と、
前記補助輪が接地した接地状態と離地した離地状態とを切り替える第3の駆動部と、を備える倒立車輪型移動体の制御方法であって、
前記第1又は前記第2の駆動部の駆動力がしきい値を越えた時、又は前記第2の駆動部の駆動範囲の端に到達した時に、前記車体部を低くするように前記第3の駆動部を制御するステップと、
前記第1又は前記第2の駆動部の駆動力がしきい値を越えておらず、かつ前記第2の駆動部の駆動範囲の端に到達していない時に、前記倒立車輪型移動体を倒立させつつ移動するように、前記第1及び第2の駆動部を制御するステップとを有する倒立車輪型移動体の制御方法。
A chassis that rotatably supports the wheels;
A first drive unit that rotationally drives the wheels;
A vehicle body part rotatably supported with respect to the chassis via a support member;
A second drive section for driving the vehicle body section;
An auxiliary wheel provided apart from the wheel;
A third drive unit that switches between a grounded state where the auxiliary wheel is grounded and a grounded state where the auxiliary wheel is grounded, and a control method for an inverted wheel type moving body comprising:
When the driving force of the first or second driving unit exceeds a threshold value, or when reaching the end of the driving range of the second driving unit, the third body unit is lowered to lower the vehicle body unit. Controlling the drive unit of
When the driving force of the first or second driving unit does not exceed a threshold value and does not reach the end of the driving range of the second driving unit, the inverted wheel type moving body is inverted. And a step of controlling the first and second drive units so as to move while moving the inverted wheel type moving body.
前記倒立車輪型移動体の姿勢の傾斜角速度が変化しない状態、又はしきい値を超えていない状態で、前記駆動範囲の端に到達した時に、前記制御部が車体部を低くするように前記第3の駆動部を制御する請求項5に記載の倒立車輪型移動体の制御方法。   The control unit lowers the vehicle body part when the end of the driving range is reached when the tilt angular velocity of the posture of the inverted wheel type moving body does not change or does not exceed the threshold value. The control method of the inverted wheel type moving body of Claim 5 which controls 3 drive parts. 前記第2の駆動部が前記車体部を前後にスライドさせるスライド機構を有しており、
前記スライド機構のスライド力がしきい値を超えていないときに、前記車体部を低くする請求項5、又は6に記載の倒立車輪型移動体の制御方法。
The second drive unit has a slide mechanism that slides the vehicle body part back and forth,
The method for controlling an inverted wheel type moving body according to claim 5 or 6, wherein the vehicle body is lowered when a sliding force of the sliding mechanism does not exceed a threshold value.
前記第3の駆動部が駆動することで上下に移動する補助輪をさらに備え、
前記第1又は前記第2の駆動部の駆動力がしきい値を越えた時、又は前記第2の駆動部の駆動範囲の端に到達した時に、前記補助輪を接地させる請求項5乃至7のいずれか1項に記載の倒立車輪型移動体の制御方法。
An auxiliary wheel that moves up and down when the third drive unit is driven;
The auxiliary wheel is grounded when a driving force of the first or second driving unit exceeds a threshold value or when an end of a driving range of the second driving unit is reached. The control method of the inverted wheel type moving body according to any one of the above.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2010130179A1 (en) * 2009-05-15 2010-11-18 北京工业大学 Flexible two-wheel self-balance robot system and motion control method thereof
JP2010280343A (en) * 2009-06-08 2010-12-16 Toyota Motor Corp Inverted mobile body, and method for controlling inversion of the mobile body

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