JP2011063238A - Mobile body, control device, and control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、移動体、制御装置、および、制御方法に関する。 The present invention relates to a moving body, a control device, and a control method.
床面上を全方向（２次元的な全方向）に移動可能な全方向移動車両としては、例えば、特許文献１、２に見られるものが本願出願人により提案されている。これらの特許文献１、２に見られる全方向移動車両にあっては、床面に接地しながら該床面上を全方向に移動可能な、球体状又は車輪状又はクローラ状の移動動作部と、該移動動作部を駆動する電動モータ等を有するアクチュエータ装置とが車両の基体に組付けられている。そして、この車両は、アクチュエータ装置により移動動作部を駆動することによって、床面上を移動する。
As the omnidirectional vehicle that can move in all directions (two-dimensional omnidirectional) on the floor surface, for example, those shown in
また、この種の全方向移動車両の移動動作を制御する技術としては、例えば特許文献３に見られる技術が本願出願人により提案されている。この技術では、車両の基体が球体状の移動動作部に対して前後・左右に傾動自在に設けられている。そして、基体の傾き角を計測し、この傾き角を所要の角度に保つように、移動動作部を駆動する電動モータのトルクを制御することによって、基体の傾動動作に応じて車両を移動させるようにしている。
Further, as a technique for controlling the moving operation of this type of omnidirectional vehicle, for example, a technique found in
ところで、上述したような全方向移動車両（移動体）に、荷物などの物体が掛けられた場合において、たとえば、全方向移動車両が移動すると、掛けられた荷物などの物体が揺れてしまう可能性があるという問題があった。 By the way, when an object such as luggage is hung on the omnidirectional vehicle (moving body) as described above, for example, when the omnidirectional vehicle moves, the object such as the loaded luggage may be shaken. There was a problem that there was.
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、荷物などの物体が掛けられた場合であっても、掛けられた荷物などの物体の揺れを低減することができる移動体、制御装置、および、制御方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and the object of the present invention is to provide a movable body that can reduce shaking of an object such as a loaded luggage even when the object such as a luggage is hung. It is providing a control device and a control method.
上記問題を解決するために、請求項１に記載した発明は、走行面を移動可能な被駆動機構と、前記被駆動機構を駆動する駆動力を発生させる駆動部（たとえば、アクチュエータ装置７）と、前記被駆動機構および前記駆動部が組み付けられた基体（たとえば、基体９）と、を有する移動体であって、前記移動体は、前記基体の傾斜角度を検出する角度検出部（たとえば、傾斜センサ５２）と、物体を係止する係止部（たとえば、係止部１１０）であって、前記基体に設けられた係止部と、前記係止部に掛かる力を測定する力センサ（たとえば、力センサ１１１）と、前記力センサの測定した力に基づいて、前記係止部が係止する物体の揺れ角を推定する揺れ角推定部（たとえば、揺れ角推定部１３４）と、前記角度検出部により検出された前記傾斜角度と、前記揺れ角推定部により推定された前記揺れ角とに基づいて、前記駆動部を制御する駆動制御部（たとえば、姿勢制御演算部８０）と、を備えることを特徴とする移動体である。
これにより、駆動制御部が、角度検出部により検出された傾斜角度と、揺れ角推定部により推定された揺れ角とに基づいて、駆動部を制御することがきる。よって、荷物などの物体が掛けられた場合であっても、掛けられた荷物などの物体の揺れを低減することができる。
In order to solve the above problem, the invention described in
As a result, the drive control unit can control the drive unit based on the tilt angle detected by the angle detection unit and the swing angle estimated by the swing angle estimation unit. Therefore, even when an object such as a luggage is hung, the shaking of the object such as the loaded luggage can be reduced.
請求項２に記載した発明は、入力された目標傾斜角度を補正する補正値であって、前記物体を係止することにより傾斜する前記基体の傾きに基づいた補正値である目標傾斜角度補正値（基体傾斜角度目標値θb_x_obj）を、前記力センサの測定した力に基づいて算出する目標傾斜角度補正値算出部（たとえば、目標傾斜角度補正値算出部１４４）、を備えており、前記駆動制御部は、前記角度検出部により検出された前記傾斜角度と、前記揺れ角推定部により推定された前記揺れ角と、前記入力された目標傾斜角度と、前記目標傾斜角度補正値算出部により算出された前記目標傾斜角度補正値とに基づいて、前記駆動部を制御する、ことを特徴とする。
これにより、入力された目標傾斜角度を補正することができるため、荷物などの物体が掛けられた場合であっても、倒立することができる。
The invention described in claim 2 is a correction value for correcting the input target tilt angle, and is a correction value based on the tilt of the base body tilted by locking the object. A target tilt angle correction value calculation unit (for example, a target tilt angle correction value calculation unit 144) that calculates (base tilt angle target value θb_x_obj) based on the force measured by the force sensor; Is calculated by the tilt angle detected by the angle detector, the swing angle estimated by the swing angle estimator, the input target tilt angle, and the target tilt angle correction value calculator. Further, the drive unit is controlled based on the target inclination angle correction value.
Thereby, since the input target inclination angle can be corrected, even when an object such as luggage is hung, it can be inverted.
請求項３に記載した発明は、前記目標傾斜角度補正値算出部は、前記力センサの測定した力に基づいて、前記係止部が係止する前記物体の質量を推定し、当該推定した前記物体の質量と、予め定められている自移動体の質量、当該自移動体の重心位置、および、前記係止部が設けられている位置とに基づいて、前記物体と自移動体との重心位置を算出し、当該算出した重心位置に基づいて、前記目標傾斜角度補正値を算出する、ことを特徴とする。
これにより、物体と自移動体との重心位置に基づいて、目標傾斜角度補正値を算出することができる。よって、荷物などの物体が掛けられた場合であっても、倒立することができる。
According to a third aspect of the present invention, the target inclination angle correction value calculation unit estimates the mass of the object locked by the locking unit based on the force measured by the force sensor, and the estimated Based on the mass of the object, the predetermined mass of the moving body, the position of the center of gravity of the moving body, and the position where the locking portion is provided, the center of gravity of the object and the moving body A position is calculated, and the target inclination angle correction value is calculated based on the calculated center-of-gravity position.
As a result, the target inclination angle correction value can be calculated based on the center-of-gravity position between the object and the self-moving body. Therefore, even when an object such as a luggage is hung, it can be inverted.
請求項４に記載した発明は、前記目標傾斜角度補正値算出部は、前記算出した重心位置と自移動体の接地点とを結ぶ方向が鉛直方向と成す角度を、前記基体の目標傾斜角度補正値として算出する、ことを特徴とする。
これにより、算出した重心位置と自移動体の接地点とを結ぶ方向が鉛直方向と成す角度を、目標傾斜角度補正値として算出することができる。よって、荷物などの物体が掛けられた場合であっても、倒立することができる。
In the invention described in claim 4, the target inclination angle correction value calculation unit calculates an angle formed by a direction in which the calculated center of gravity position and the ground contact point of the moving body form a vertical direction, as a target inclination angle correction of the base body. It is calculated as a value.
Thereby, the angle formed by the direction connecting the calculated center of gravity position and the ground contact point of the mobile body with the vertical direction can be calculated as the target inclination angle correction value. Therefore, even when an object such as a luggage is hung, it can be inverted.
請求項５に記載した発明は、前記力センサの測定した力の高調波成分を除去するフィルタ部（たとえば、フィルタ部１４２）、を備えており、前記目標傾斜角度補正値算出部は、前記フィルタ部により高調波成分を除去された前記力に基づいて、前記係止部が係止する前記物体の質量を推定する、ことを特徴とする。
これにより、高調波成分を除去された力に基づいて、物体の質量を推定することができる。よって、物体が揺れることにより力センサからの出力が変動するような場合でも、この変動による影響を減じて、物体の質量を推定することができる。
The invention described in
Thereby, the mass of the object can be estimated based on the force from which the harmonic component is removed. Therefore, even when the output from the force sensor fluctuates due to shaking of the object, the mass of the object can be estimated by reducing the influence of the fluctuation.
請求項６に記載した発明は、前記力センサの測定した力に基づいて、前記係止部が係止する物体の揺れ角速度を推定する揺れ角速度推定部（たとえば、揺れ角速度推定部１３６）、を備えており、前記駆動制御部は、前記角度検出部により検出された前記傾斜角度と、前記揺れ角推定部により推定された前記揺れ角と、前記入力された目標傾斜角度と、前記目標傾斜角度補正値算出部により算出された前記目標傾斜角度と、前記揺れ角速度推定部により推定された前記揺れ角速度に基づいて、前記駆動部を制御する、ことを特徴とする。
これにより、物体の揺れ角速度基づいて、駆動部を制御することができる。よって、荷物などの物体が掛けられた場合であっても、掛けられた荷物などの物体の揺れを低減することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a swing angular velocity estimation unit (for example, a swing angular velocity estimation unit 136) that estimates a swing angular velocity of an object locked by the locking unit based on a force measured by the force sensor. The drive control unit includes the tilt angle detected by the angle detection unit, the swing angle estimated by the swing angle estimation unit, the input target tilt angle, and the target tilt angle. The drive unit is controlled based on the target inclination angle calculated by the correction value calculation unit and the swing angular velocity estimated by the swing angular velocity estimation unit.
Thereby, the drive unit can be controlled based on the shaking angular velocity of the object. Therefore, even when an object such as a luggage is hung, the shaking of the object such as the loaded luggage can be reduced.
請求項７に記載した発明は、前記駆動制御部は、前記角度検出部により検出された前記傾斜角度と前記揺れ角推定部により推定された前記揺れ角との差に、第１の係数（たとえば、式１３ｘ，１３ｙのゲイン係数K4_xy）を乗じた第１の値と、前記目標傾斜角度補正値算出部により算出された前記目標傾斜角度補正値に基づいて補正された前記入力された目標傾斜角度と、前記角度検出部により検出された前記傾斜角度との差に、第２の係数（たとえば、式１３ｘ，１３ｙのゲイン係数K1_xy）を乗じた第２の値と、前記揺れ角速度推定部により推定された前記揺れ角速度に、第３の係数（たとえば、式１３ｘ，１３ｙのゲイン係数K5_xy）を乗じた第３の値と、を加算した合計値に基づいて、前記駆動部を制御する、ことを特徴とする。
これにより、駆動制御部は、傾斜角度と揺れ角との差に第１の係数を乗じた第１の値と、目標傾斜角度補正値に基づいて補正された目標傾斜角度と傾斜角度との差に第２の係数を乗じた第２の値と、揺れ角速度に第３の係数を乗じた第３の値とを加算した合計値に基づいて、駆動部を制御することができる。よって、荷物などの物体が掛けられた場合であっても、掛けられた荷物などの物体の揺れを低減することができる。
According to the seventh aspect of the present invention, the drive control unit calculates a first coefficient (for example, a difference between the tilt angle detected by the angle detection unit and the swing angle estimated by the swing angle estimation unit). The inputted target inclination angle corrected based on the first value multiplied by the gain coefficient K4_xy) of the expressions 13x and 13y and the target inclination angle correction value calculated by the target inclination angle correction value calculation unit. And a difference between the tilt angle detected by the angle detector and a second value obtained by multiplying the difference by a second coefficient (for example, the gain coefficient K1_xy of the equations 13x and 13y) and the swing angular velocity estimator The drive unit is controlled based on a total value obtained by adding a third value obtained by multiplying the shake angular velocity by a third coefficient (for example, the gain coefficient K5_xy of the expressions 13x and 13y). Features.
As a result, the drive control unit determines the difference between the first value obtained by multiplying the difference between the tilt angle and the swing angle by the first coefficient, and the target tilt angle and the tilt angle corrected based on the target tilt angle correction value. The drive unit can be controlled based on a total value obtained by adding the second value obtained by multiplying the second coefficient by the second value and the third value obtained by multiplying the swing angular velocity by the third coefficient. Therefore, even when an object such as a luggage is hung, the shaking of the object such as the loaded luggage can be reduced.
請求項８に記載した発明は、走行面を移動可能な被駆動機構と、前記被駆動機構を駆動する駆動力を発生させる駆動部と、前記被駆動機構および前記駆動部が組み付けられた基体と、を有する移動体であって、前記移動体は、前記基体の傾斜角度を検出する角度検出部と、物体を係止する係止部であって、前記基体に設けられた係止部と、前記係止部に掛かる力を測定する力センサと、入力された目標傾斜角度を補正する補正値であって、前記物体を係止することにより傾斜する前記基体の傾きに基づいた補正値である目標傾斜角度補正値を、前記力センサの測定した力に基づいて算出する目標傾斜角度補正値算出部と、前記角度検出部により検出された前記傾斜角度と、前記入力された目標傾斜角度と、前記目標傾斜角度補正値算出部により算出された前記目標傾斜角度補正値とに基づいて、前記駆動部を制御する駆動制御部と、を備えることを特徴とする移動体である。
これにより、入力された目標傾斜角度と、目標傾斜角度補正値算出部により算出された目標傾斜角度補正値とに基づいて、駆動部を制御することができる。よって荷物などの物体が掛けられた場合であっても、倒立することができる。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a driven mechanism capable of moving a traveling surface, a driving unit that generates a driving force for driving the driven mechanism, a base body on which the driven mechanism and the driving unit are assembled, and The movable body includes an angle detection unit that detects an inclination angle of the base, a locking unit that locks an object, and a locking unit that is provided on the base. A force sensor that measures the force applied to the locking portion, and a correction value that corrects the input target tilt angle, and is a correction value that is based on the tilt of the base that is tilted by locking the object. A target tilt angle correction value calculation unit that calculates a target tilt angle correction value based on the force measured by the force sensor; the tilt angle detected by the angle detection unit; and the input target tilt angle; By the target inclination angle correction value calculation unit Calculated on the basis on the target tilt angle correction value, a moving body, characterized in that it comprises a drive control unit for controlling the drive unit.
Accordingly, the drive unit can be controlled based on the input target tilt angle and the target tilt angle correction value calculated by the target tilt angle correction value calculation unit. Therefore, even when an object such as a luggage is hung, it can be inverted.
請求項９に記載した発明は、走行面を移動可能な被駆動機構と、前記被駆動機構を駆動する駆動力を発生させる駆動部と、前記被駆動機構および前記駆動部が組み付けられた基体と、を有する移動体であって、前記移動体は、前記基体の傾斜角度を検出する角度検出部と、物体を係止する係止部であって、前記基体に設けられた係止部と、前記係止部に掛かる力を測定する力センサと、前記力センサの測定した力に基づいて、前記係止部が係止する物体の揺れ角速度を推定する揺れ角速度推定部と、前記角度検出部により検出された前記傾斜角度と、前記揺れ角速度推定部により推定された前記揺れ角速度に基づいて、前記駆動部を制御する駆動制御部と、を備えることを特徴とする移動体である。
これにより、傾斜角度と揺れ角速度に基づいて、駆動部を制御することができる。よって、荷物などの物体が掛けられた場合であっても、掛けられた荷物などの物体の揺れを低減することができる。
The invention described in
Accordingly, the drive unit can be controlled based on the tilt angle and the swing angular velocity. Therefore, even when an object such as a luggage is hung, the shaking of the object such as the loaded luggage can be reduced.
請求項１０に記載した発明は、走行面を移動可能な被駆動機構と、前記被駆動機構を駆動する駆動力を発生させる駆動部と、前記被駆動機構および前記駆動部が組み付けられた基体と、前記基体の傾斜角度を検出する角度検出部と、を有する移動体を制御する制御装置（たとえば、制御ユニット５０）であって、前記基体に設けられた係止部に掛かる力を測定する力センサにより測定された力に基づいて、前記係止部が係止する物体の揺れ角を推定し、当該推定した揺れ角と、前記角度検出部により検出された前記傾斜角度とに基づいて、前記駆動部を制御する、ことを特徴とする移動体を制御する制御装置である。
これにより、揺れ角と傾斜角度とに基づいて、前記駆動部を制御することができる。よって、荷物などの物体が掛けられた場合であっても、掛けられた荷物などの物体の揺れを低減することができる。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a driven mechanism capable of moving a traveling surface, a driving unit that generates a driving force for driving the driven mechanism, a base on which the driven mechanism and the driving unit are assembled, and A control device (for example, control unit 50) for controlling a moving body having an angle detection unit for detecting an inclination angle of the base, and a force for measuring a force applied to a locking part provided on the base Based on the force measured by the sensor, estimate the swing angle of the object locked by the locking portion, based on the estimated swing angle and the tilt angle detected by the angle detection unit, It is a control apparatus which controls a moving body characterized by controlling a drive part.
Thereby, the drive unit can be controlled based on the swing angle and the tilt angle. Therefore, even when an object such as a luggage is hung, the shaking of the object such as the loaded luggage can be reduced.
請求項１１に記載した発明は、走行面を移動可能な被駆動機構と、前記被駆動機構を駆動する駆動力を発生させる駆動部と、前記被駆動機構および前記駆動部が組み付けられた基体と、前記基体の傾斜角度を検出する角度検出部と、を有する移動体を制御する制御方法であって、制御部（たとえば、制御ユニット５０）が、前記基体に設けられた係止部に掛かる力を測定する力センサにより測定された力に基づいて、前記係止部が係止する物体の揺れ角を推定し、当該推定した揺れ角と、前記角度検出部により検出された前記傾斜角度とに基づいて、前記駆動部を制御する、ことを特徴とする移動体を制御する制御方法である。
これにより、揺れ角と傾斜角度とに基づいて、前記駆動部を制御することができる。よって、荷物などの物体が掛けられた場合であっても、掛けられた荷物などの物体の揺れを低減することができる。
The invention described in
Thereby, the drive unit can be controlled based on the swing angle and the tilt angle. Therefore, even when an object such as a luggage is hung, the shaking of the object such as the loaded luggage can be reduced.
請求項１に記載した発明によれば、駆動制御部が、角度検出部により検出された傾斜角度と、揺れ角推定部により推定された揺れ角とに基づいて、駆動部を制御することがきる。よって、荷物などの物体が掛けられた場合であっても、掛けられた荷物などの物体の揺れを低減することができる。 According to the first aspect of the present invention, the drive control unit can control the drive unit based on the tilt angle detected by the angle detection unit and the swing angle estimated by the swing angle estimation unit. . Therefore, even when an object such as a luggage is hung, the shaking of the object such as the loaded luggage can be reduced.
請求項２に記載した発明によれば、入力された目標傾斜角度を補正することができるため、荷物などの物体が掛けられた場合であっても、倒立することができる。 According to the second aspect of the present invention, since the inputted target inclination angle can be corrected, even when an object such as a luggage is hung, it can be inverted.
請求項３に記載した発明によれば、物体と自移動体との重心位置に基づいて、目標傾斜角度補正値を算出することができる。よって、荷物などの物体が掛けられた場合であっても、倒立することができる。 According to the third aspect of the present invention, the target inclination angle correction value can be calculated based on the barycentric positions of the object and the self-moving body. Therefore, even when an object such as a luggage is hung, it can be inverted.
請求項４に記載した発明によれば、算出した重心位置と自移動体の接地点とを結ぶ方向が鉛直方向と成す角度を、目標傾斜角度補正値として算出することができる。よって、荷物などの物体が掛けられた場合であっても、倒立することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the angle formed by the direction connecting the calculated center of gravity position and the ground contact point of the mobile body with the vertical direction can be calculated as the target inclination angle correction value. Therefore, even when an object such as a luggage is hung, it can be inverted.
請求項５に記載した発明によれば、高調波成分を除去された力に基づいて、物体の質量を推定することができる。よって、物体が揺れることにより力センサからの出力が変動するような場合でも、この変動による影響を減じて、物体の質量を推定することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the mass of the object can be estimated based on the force from which the harmonic component is removed. Therefore, even when the output from the force sensor fluctuates due to shaking of the object, the mass of the object can be estimated by reducing the influence of the fluctuation.
請求項６に記載した発明によれば、物体の揺れ角速度基づいて、駆動部を制御することができる。よって、荷物などの物体が掛けられた場合であっても、掛けられた荷物などの物体の揺れを低減することができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the drive unit can be controlled based on the shaking angular velocity of the object. Therefore, even when an object such as a luggage is hung, the shaking of the object such as the loaded luggage can be reduced.
請求項７に記載した発明によれば、駆動制御部は、傾斜角度と揺れ角との差に第１の係数を乗じた第１の値と、目標傾斜角度補正値に基づいて補正された目標傾斜角度と傾斜角度との差に第２の係数を乗じた第２の値と、揺れ角速度に第３の係数を乗じた第３の値とを加算した合計値に基づいて、駆動部を制御する、ことができる。よって、荷物などの物体が掛けられた場合であっても、掛けられた荷物などの物体の揺れを低減することができる。 According to the seventh aspect of the invention, the drive control unit corrects the target based on the first value obtained by multiplying the difference between the tilt angle and the swing angle by the first coefficient and the target tilt angle correction value. The drive unit is controlled based on a total value obtained by adding the second value obtained by multiplying the difference between the tilt angle and the second angle by the second coefficient and the third value obtained by multiplying the angular velocity of the swing by the third coefficient. can do. Therefore, even when an object such as a luggage is hung, the shaking of the object such as the loaded luggage can be reduced.
請求項８に記載した発明によれば、入力された目標傾斜角度と、目標傾斜角度補正値算出部により算出された目標傾斜角度補正値とに基づいて、駆動部を制御することができる。よって荷物などの物体が掛けられた場合であっても、倒立することができる。 According to the eighth aspect of the invention, the drive unit can be controlled based on the input target tilt angle and the target tilt angle correction value calculated by the target tilt angle correction value calculation unit. Therefore, even when an object such as a luggage is hung, it can be inverted.
請求項９に記載した発明によれば、傾斜角度と揺れ角速度に基づいて、駆動部を制御することができる。よって、荷物などの物体が掛けられた場合であっても、掛けられた荷物などの物体の揺れを低減することができる。
According to the invention described in
請求項１０に記載した発明によれば、揺れ角と傾斜角度とに基づいて、前記駆動部を制御することができる。よって、荷物などの物体が掛けられた場合であっても、掛けられた荷物などの物体の揺れを低減することができる。 According to the invention described in claim 10, the drive unit can be controlled based on the swing angle and the tilt angle. Therefore, even when an object such as a luggage is hung, the shaking of the object such as the loaded luggage can be reduced.
請求項１１に記載した発明によれば、揺れ角と傾斜角度とに基づいて、前記駆動部を制御することができる。よって、荷物などの物体が掛けられた場合であっても、掛けられた荷物などの物体の揺れを低減することができる。 According to the eleventh aspect of the present invention, the drive unit can be controlled based on the swing angle and the tilt angle. Therefore, even when an object such as a luggage is hung, the shaking of the object such as the loaded luggage can be reduced.
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を以下に説明する。まず、図１〜図６を参照して、本実施形態における全方向移動車両の構造を説明する。
[First Embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described below. First, with reference to FIGS. 1-6, the structure of the omnidirectional vehicle in this embodiment is demonstrated.
図１及び図２に示すように、本実施形態における全方向移動車両１は、乗員（運転者）の搭乗部３と、床面に接地しながら該床面上を全方向（前後方向及び左右方向を含む２次元的な全方向）に移動可能な移動動作部５と、この移動動作部５を駆動する動力を該移動動作部５に付与するアクチュエータ装置７と、これらの搭乗部３、移動動作部５及びアクチュエータ装置７が組付けられた基体９とを備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, the omnidirectional
また、この基体９には、荷物などの物体を係止する係止部１１０が設けられている。この係止部１１０は、全方向移動車両１に荷物などの物体を掛ける場合に、この荷物などの物体を係止することができるように、フック状の形状をしている。なお、この係止部１１０は、一例としては、基体９において、搭乗部３の下部に設けられている。
The
また、基体９には、係止部１１０に掛かる力を測定する力センサ１１１が設けられている。この力センサ１１１は、たとえば、６軸力センサであり、係止部１１０に荷物などの物体を係止されている場合に、この荷物などの物体が揺れることにより係止部１１０に加えられる力を、３軸の方向について検出する。
なお、一例としては、力センサ１１１は、基体９の上部と下部との間に配置されている。そして、力センサ１１１は、基体９の上部と下部との間のねじれを検出することにより、係止部１１０に掛かる力を測定する。
The
As an example, the
ここで、本実施形態の説明では、「前後方向」、「左右方向」は、それぞれ、搭乗部３に標準的な姿勢で搭乗した乗員の上体の前後方向、左右方向に一致もしくはほぼ一致する方向を意味する。なお、「標準的な姿勢」は、搭乗部３に関して設計的に想定されている姿勢であり、乗員の上体の体幹軸を概ね上下方向に向け、且つ、上体を捻ったりしていない姿勢である。
Here, in the description of the present embodiment, “front-rear direction” and “left-right direction” respectively match or substantially coincide with the front-rear direction and the left-right direction of the upper body of the occupant who has boarded the
この場合、図１においては、「前後方向」、「左右方向」はそれぞれ、紙面に垂直な方向、紙面の左右方向であり、図２においては、「前後方向」、「左右方向」はそれぞれ、紙面の左右方向、紙面に垂直な方向である。また、本実施形態の説明では、参照符号に付する添え字「Ｒ」，「Ｌ」は、それぞれ車両１の右側、左側に対応するものという意味で使用する。
In this case, in FIG. 1, the “front-rear direction” and the “left-right direction” are the direction perpendicular to the paper surface and the left-right direction of the paper surface, respectively. In FIG. It is the left-right direction of the paper surface and the direction perpendicular to the paper surface. In the description of the present embodiment, the suffixes “R” and “L” attached to the reference numerals are used to mean the right side and the left side of the
なお、前後方向及び左右方向、すなわち、互いに直交する第１の方向及び第２の方向について、ここでいう「直交」は厳密な意味での直交であることが必須ではなく、本発明の本質を逸脱しない範囲で、厳密な意味での直交から若干のずれがあってもよい。 It should be noted that in the front-rear direction and the left-right direction, that is, the first direction and the second direction orthogonal to each other, the term “orthogonal” here is not essential in the strict sense, but the essence of the present invention. There may be a slight deviation from orthogonal in the strict sense without departing from the scope.
基体９は、移動動作部５及びアクチュエータ装置７とが組付けられた下部フレーム１１と、この下部フレーム１１の上端から上方に延設された支柱フレーム１３とを備える。
支柱フレーム１３の上部には、該支柱フレーム１３から前方側に張り出したシートフレーム１５が固定されている。そして、このシートフレーム１５上に、乗員が着座するシート３が装着されている。本実施形態では、このシート３が乗員の搭乗部となっている。従って、本実施形態における全方向移動車両１（以降、単に車両１という）は、乗員がシート３に着座した状態で、床面上を移動するものである。
The
A
なお、本実施形態の説明において、「床」は、通常的な意味での床（屋内の床など）だけを意味するものではなく、屋外の地面もしくは路面をも含むものとして使用する。また、この床には、凹凸があってもよい。 In the description of the present embodiment, “floor” does not mean a floor in a normal sense (such as an indoor floor) but also includes an outdoor ground or road surface. Further, the floor may be uneven.
また、シート３の左右には、シート３に着座した乗員が必要に応じて把持するためのグリップ１７Ｒ，１７Ｌが配置され、これらのグリップ１７Ｒ，１７Ｌがそれぞれ、支柱フレーム１３（又はシートフレーム１５）から延設されたブラケット１９Ｒ，１９Ｌの先端部に固定されている。
Further, on the left and right sides of the
下部フレーム１１は、左右方向に間隔を存して二股状に対向するように配置された一対のカバー部材２１Ｒ，２１Ｌを備える。これらのカバー部材２１Ｒ，２１Ｌの上端部（二股の分岐部分）は、前後方向の軸心を有するヒンジ軸２３を介して連結され、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの一方が他方に対して相対的にヒンジ軸２３の周りに揺動可能となっている。この場合、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌは、図示を省略するバネによって、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの下端部側（二股の先端側）が狭まる方向に付勢されている。
The
また、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌのそれぞれの外面部には、前記シート３に着座した乗員の右足を載せるステップ２５Ｒと左足を載せるステップ２５Ｌとが各々、右向き、左向きに張り出すように突設されている。
Further, on each outer surface portion of the
移動動作部５及びアクチュエータ装置７は、下部フレーム１１のカバー部材２１Ｒ，２１Ｌの間に配置されている。これらの移動動作部５及びアクチュエータ装置７の構造を図３〜図６を参照して説明する。
The moving
なお、本実施形態で例示する移動動作部５及びアクチュエータ装置７は、例えば前記特許文献２の図１に開示されているものと同じ構造のものである。従って、本実施形態の説明においては、移動動作部５及びアクチュエータ装置７の構成に関して、前記特許文献２に記載された事項については、簡略的な説明に留める。
The moving
本実施形態では、移動動作部５は、ゴム状弾性材により円環状に形成された車輪体であり、ほぼ円形の横断面形状を有する。この移動動作部５（以降、車輪体５という）は、その弾性変形によって、図５及び図６の矢印Ｙ１で示す如く、円形の横断面の中心Ｃ１（より詳しくは、円形の横断面中心Ｃ１を通って、車輪体５の軸心と同心となる円周線）の周りに回転可能となっている。
In the present embodiment, the moving
この車輪体５は、その軸心Ｃ２（車輪体５全体の直径方向に直交する軸心Ｃ２）を左右方向に向けた状態で、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの間に配置され、該車輪体５の外周面の下端部にて床面に接地する。
The
そして、車輪体５は、アクチュエータ装置７による駆動（詳細は後述する）によって、図５の矢印Ｙ２で示す如く車輪体５の軸心Ｃ２の周りに回転する動作（床面上を輪転する動作）と、車輪体５の横断面中心Ｃ１の周りに回転する動作とを行なうことが可能である。その結果、車輪体５は、それらの回転動作の複合動作によって、床面上を全方向に移動することが可能となっている。
The
アクチュエータ装置７は、車輪体５と右側のカバー部材２１Ｒとの間に介装される回転部材２７Ｒ及びフリーローラ２９Ｒと、車輪体５と左側のカバー部材２１Ｌとの間に介装される回転部材２７Ｌ及びフリーローラ２９Ｌと、回転部材２７Ｒ及びフリーローラ２９Ｒの上方に配置されたアクチュエータとしての電動モータ３１Ｒと、回転部材２７Ｌ及びフリーローラ２９Ｌの上方に配置されたアクチュエータとしての電動モータ３１Ｌとを備える。
The
電動モータ３１Ｒ，３１Ｌは、それぞれのハウジングがカバー部材２１Ｒ，２１Ｌに各々取付けられている。なお、図示は省略するが、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの電源（蓄電器）は、支柱フレーム１３等、基体９の適所に搭載されている。
The
回転部材２７Ｒは、左右方向の軸心を有する支軸３３Ｒを介してカバー部材２１Ｒに回転可能に支持されている。同様に、回転部材２７Ｌは、左右方向の軸心を有する支軸３３Ｌを介してカバー部材２１Ｌに回転可能に支持されている。この場合、回転部材２７Ｒの回転軸心（支軸３３Ｒの軸心）と、回転部材２７Ｌの回転軸心（支軸３３Ｌの軸心）とは同軸心である。
The rotating
回転部材２７Ｒ，２７Ｌは、それぞれ電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの出力軸に、減速機としての機能を含む動力伝達機構を介して接続されており、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌからそれぞれ伝達される動力（トルク）によって回転駆動される。各動力伝達機構は、例えばプーリ・ベルト式のものである。すなわち、図３に示す如く、回転部材２７Ｒは、プーリ３５Ｒとベルト３７Ｒとを介して電動モータ３１Ｒの出力軸に接続されている。同様に、回転部材２７Ｌは、プーリ３５Ｌとベルト３７Ｌとを介して電動モータ３１Ｌの出力軸に接続されている。
The rotating
なお、上記動力伝達機構は、例えば、スプロケットとリンクチェーンとにより構成されるもの、あるいは、複数のギヤにより構成されるものであってもよい。また、例えば、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを、それぞれの出力軸が各回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同軸心になるように各回転部材２７Ｒ，２７Ｌに対向させて配置し、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの出力軸を回転部材２７Ｒ，２７Ｌに各々、減速機（遊星歯車装置等）を介して連結するようにしてもよい。
The power transmission mechanism may be constituted by, for example, a sprocket and a link chain, or may be constituted by a plurality of gears. In addition, for example, the
各回転部材２７Ｒ，２７Ｌは、車輪体５側に向かって縮径する円錐台と同様の形状に形成されており、その外周面がテーパ外周面３９Ｒ，３９Ｌとなっている。
Each rotating
回転部材２７Ｒのテーパ外周面３９Ｒの周囲には、回転部材２７Ｒと同心の円周上に等間隔で並ぶようにして、複数のフリーローラ２９Ｒが配列されている。そして、これらのフリーローラ２９Ｒは、それぞれ、ブラケット４１Ｒを介してテーパ外周面３９Ｒに取付けられ、該ブラケット４１Ｒに回転自在に支承されている。
A plurality of
同様に、回転部材２７Ｌのテーパ外周面３９Ｌの周囲には、回転部材２７Ｌと同心の円周上に等間隔で並ぶようにして、複数（フリーローラ２９Ｒと同数）のフリーローラ２９Ｌが配列されている。そして、これらのフリーローラ２９Ｌは、それぞれ、ブラケット４１Ｌを介してテーパ外周面３９Ｌに取付けられ、該ブラケット４１Ｌに回転自在に支承されている。
Similarly, a plurality (the same number as the
前記車輪体５は、回転部材２７Ｒ側のフリーローラ２９Ｒと、回転部材２７Ｌ側のフリーローラ２９Ｌとの間に挟まれるようにして、回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同軸心に配置されている。
The
この場合、図１及び図６に示すように、各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌは、その軸心Ｃ３が車輪体５の軸心Ｃ２に対して傾斜すると共に、車輪体５の直径方向（車輪体５をその軸心Ｃ２の方向で見たときに、該軸心Ｃ２と各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌとを結ぶ径方向）に対して傾斜する姿勢で配置されている。そして、このような姿勢で、各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌのそれぞれの外周面が車輪体５の内周面に斜め方向に圧接されている。
In this case, as shown in FIGS. 1 and 6, each of the free rollers 29 </ b> R and 29 </ b> L has the axis C <b> 3 inclined with respect to the axis C <b> 2 of the
より一般的に言えば、右側のフリーローラ２９Ｒは、回転部材２７Ｒが軸心Ｃ２の周りに回転駆動されたときに、車輪体５との接触面で、軸心Ｃ２周りの方向の摩擦力成分（車輪体５の内周の接線方向の摩擦力成分）と、車輪体５の前記横断面中心Ｃ１の周り方向の摩擦力成分（円形の横断面の接線方向の摩擦力成分）とを車輪体５に作用させ得るような姿勢で、車輪体５の内周面に圧接されている。左側のフリーローラ２９Ｌについても同様である。
More generally speaking, the
この場合、前記したように、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌは、図示しないバネによって、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの下端部側（二股の先端側）が狭まる方向に付勢されている。このため、この付勢力によって、右側のフリーローラ２９Ｒと左側のフリーローラ２９Ｌとの間に車輪体５が挟持されると共に、車輪体５に対する各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌの圧接状態（より詳しくはフリーローラ２９Ｒ，２９Ｌと車輪体５との間で摩擦力が作用し得る圧接状態）が維持される。
In this case, as described above, the
以上説明した構造を有する車両１においては、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌによりそれぞれ、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを同方向に等速度で回転駆動した場合には、車輪体５が回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同方向に軸心Ｃ２の周りに回転することとなる。これにより、車輪体５が床面上を前後方向に輪転して、車両１の全体が前後方向に移動することとなる。なお、この場合は、車輪体５は、その横断面中心Ｃ１の周りには回転しない。
In the
また、例えば、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを互いに逆方向に同じ大きさの速度で回転駆動した場合には、車輪体５は、その横断面中心Ｃ１の周りに回転することとなる。これにより、車輪体５がその軸心Ｃ２の方向（すなわち左右方向）に移動し、ひいては、車両１の全体が左右方向に移動することとなる。なお、この場合は、車輪体５は、その軸心Ｃ２の周りには回転しない。
Further, for example, when the
さらに、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを、互いに異なる速度（方向を含めた速度）で、同方向又は逆方向に回転駆動した場合には、車輪体５は、その軸心Ｃ２の周りに回転すると同時に、その横断面中心Ｃ１の周りに回転することとなる。
Furthermore, when the
この時、これらの回転動作の複合動作（合成動作）によって、前後方向及び左右方向に対して傾斜した方向に車輪体５が移動し、ひいては、車両１の全体が車輪体５と同方向に移動することとなる。この場合の車輪体５の移動方向は、回転部材２７Ｒ，２７Ｌの回転方向を含めた回転速度（回転方向に応じて極性が定義された回転速度ベクトル）の差に依存して変化するものとなる。
At this time, the
以上のように車輪体５の移動動作が行なわれるので、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転速度（回転方向を含む）を制御し、ひいては回転部材２７Ｒ，２７Ｌの回転速度を制御することによって、車両１の移動速度及び移動方向を制御できることとなる。
Since the moving operation of the
次に、本実施形態の車両１の動作制御のための構成を説明する。なお、以降の説明では、図１及び図２に示すように、前後方向の水平軸をＸ軸、左右方向の水平軸をＹ軸、鉛直方向をＺ軸とするＸＹＺ座標系を想定し、前後方向、左右方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向と言うことがある。
Next, the structure for operation control of the
まず、車両１の概略的な動作制御を説明すると、本実施形態では、基本的には、シート３に着座した乗員がその上体を傾けた場合（詳しくは、乗員と車両１とを合わせた全体の重心点の位置（水平面に投影した位置）を動かすように上体を傾けた場合）に、該上体を傾けた側に基体９がシート３と共に傾動する。そして、この時、基体９が傾いた側に車両１が移動するように、車輪体５の移動動作が制御される。例えば、乗員が上体を前傾させ、ひいては、基体９をシート３と共に前傾させると、車両１が前方に移動するように、車輪体５の移動動作が制御される。
First, schematic operation control of the
すなわち、本実施形態では、乗員が上体を動かし、ひいては、シート３と共に基体９を傾動させるという動作が、車両１に対する１つの基本的な操縦操作（車両１の動作要求）とされ、その操縦操作に応じて車輪体５の移動動作がアクチュエータ装置７を介して制御される。
That is, in the present embodiment, the operation of the occupant moving the upper body and thus tilting the
ここで、本実施形態の車両１は、その全体の接地面としての車輪体５の接地面が、車両１とこれに搭乗する乗員との全体を床面に投影した領域に比して面積が小さい単一の局所領域となり、その単一の局所領域だけに床反力が作用する。このため、基体９が傾倒しないようにするためには、乗員及び車両１の全体の重心点が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置するように、車輪体５を動かす必要がある。
Here, in the
そこで、本実施形態では、乗員及び車両１の全体の重心点が、車輪体５の中心点（軸心Ｃ２上の中心点）のほぼ真上に位置する状態（より正確には当該重心点が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態）での基体９の姿勢を目標姿勢とし、基本的には、基体９の実際の姿勢を目標姿勢に収束させるように、車輪体５の移動動作が制御される。
Therefore, in the present embodiment, the center of gravity of the entire occupant and
また、車両１を発進させる場合等において、アクチュエータ装置７による推進力とは別に、例えば乗員が必要に応じて自身の足により床を蹴り、それにより車両１の移動速度を増速させる推進力（乗員の足平と床との摩擦力による推進力）を、付加的な外力として車両１に作用させた場合には、それに応じて車両１の移動速度（より正確には、乗員及び車両の全体の重心点の移動速度）が増速するように、車輪体５の移動動作が制御される。なお、当該推進力の付加が停止された状態では、車両１の移動速度が一旦、一定速度に保持された後、減衰して、該車両１が停止するように、車輪体５の移動動作が制御される（車輪体５の制動制御が行なわれる）。
In addition, when starting the
さらに、車両１に乗員が搭乗していない状態では、車両１の単体の重心点が、車輪体５の中心点（軸心Ｃ２上の中心点）のほぼ真上に位置する状態（より正確には当該重心点が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態）での基体９の姿勢を目標姿勢とし、該基体９の実際の姿勢を目標姿勢に収束させ、ひいては、基体９が傾倒することなく車両１が自立するように、車輪体５の移動動作が制御される。
Further, in a state where no occupant is on board the
本実施形態では、以上の如き車両１の動作制御を行なうために、図１及び図２に示すように、マイクロコンピュータや電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのドライブ回路ユニットなどを含む電子回路ユニットにより構成された制御ユニット５０と、基体９の所定の部位の鉛直方向（重力方向）に対する傾斜角θb及びその変化速度（＝dθb/dt）を計測するための傾斜センサ５２と、車両１に乗員が搭乗しているか否かを検知するための荷重センサ５４と、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの出力軸の回転角度及び回転角速度を検出するための角度センサとしてのロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌがそれぞれ、車両１の適所に搭載されている。
In the present embodiment, in order to control the operation of the
この場合、制御ユニット５０及び傾斜センサ５２は、例えば、基体９の支柱フレーム１３の内部に収容された状態で該支柱フレーム１３に取付けられている。また、荷重センサ５４は、シート３に内蔵されている。また、ロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌは、それぞれ、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌと一体に設けられている。なお、ロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌは、それぞれ、回転部材２７Ｒ，２７Ｌに装着してもよい。
In this case, the
上記傾斜センサ５２は、より詳しくは、加速度センサとジャイロセンサ等のレートセンサ（角速度センサ）とから構成され、これらのセンサの検出信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、傾斜センサ５２の加速度センサ及びレートセンサの出力を基に、所定の計測演算処理（これは公知の演算処理でよい）を実行することによって、傾斜センサ５２を搭載した部位（本実施形態では支柱フレーム１３）の、鉛直方向に対する傾斜角度θbの計測値とその変化速度（微分値）である傾斜角速度θbdotの計測値とを算出する。
More specifically, the
この場合、計測する傾斜角度θb（以降、基体傾斜角度θbということがある）は、より詳しくは、それぞれ、Ｙ軸周り方向（ピッチ方向）の成分θb_xと、Ｘ軸周り方向（ロール方向）の成分θb_yとから成る。同様に、計測する傾斜角速度θbdot（以降、基体傾斜角速度θbdotということがある）も、Ｙ軸周り方向（ピッチ方向）の成分θbdot_x（＝dθb_x/dt）と、Ｘ軸周り方向（ロール方向）の成分θbdot_y（＝dθb_y/dt）とから成る。 In this case, the tilt angle θb to be measured (hereinafter also referred to as the base body tilt angle θb) is more specifically, the component θb_x in the Y axis direction (pitch direction) and the X axis direction (roll direction), respectively. It consists of component θb_y. Similarly, the measured tilt angular velocity θbdot (hereinafter also referred to as the base tilt angular velocity θbdot) is also measured in the Y-axis direction (pitch direction) component θbdot_x (= dθb_x / dt) and the X-axis direction (roll direction). Component θbdot_y (= dθb_y / dt).
なお、本実施形態の説明では、上記基体傾斜角度θbなど、Ｘ軸及びＹ軸の各方向（又は各軸周り方向）の成分を有する運動状態量等の変数、あるいは、該運動状態量に関連する係数等の変数に関しては、その各成分を区別して表記する場合に、該変数の参照符号に、添え字“_x”又は“_y”を付加する。 In the description of the present embodiment, a variable such as a motion state quantity having a component in each direction of the X axis and the Y axis (or a direction around each axis) such as the base body inclination angle θb, or a relation to the motion state quantity. For a variable such as a coefficient to be processed, a suffix “_x” or “_y” is added to the reference symbol of the variable when each component is expressed separately.
この場合において、並進速度等の並進運動に係わる変数については、そのＸ軸方向の成分に添え字“_x”を付加し、Ｙ軸方向の成分に添え字“_y”を付加する。 In this case, for a variable related to translational motion such as translational speed, a subscript “_x” is added to the component in the X-axis direction, and a subscript “_y” is added to the component in the Y-axis direction.
一方、角度、回転速度（角速度）、角加速度など、回転運動に係わる変数については、並進運動に係わる変数と添え字を揃えるために、便宜上、Ｙ軸周り方向の成分に添え字“_x”を付加し、Ｘ軸周り方向の成分に添え字“_y”を付加する。 On the other hand, for variables related to rotational motion, such as angle, rotational speed (angular velocity), angular acceleration, etc., the subscript “_x” is added to the component around the Y axis for convenience in order to align the subscript with the variable related to translational motion. In addition, the subscript “_y” is added to the component around the X axis.
さらに、Ｘ軸方向の成分（又はＹ軸周り方向の成分）と、Ｙ軸方向の成分（又はＸ軸周り方向の成分）との組として変数を表記する場合には、該変数の参照符号に添え字“_xy”を付加する。例えば、上記基体傾斜角度θbを、Ｙ軸周り方向の成分θb_xとＸ軸周り方向の成分θb_yの組として表現する場合には、「基体傾斜角度θb_xy」というように表記する。 Further, when a variable is expressed as a set of a component in the X-axis direction (or a component around the Y-axis) and a component in the Y-axis direction (or a component around the X-axis), the reference numeral of the variable The subscript “_xy” is added. For example, when the base body tilt angle θb is expressed as a set of a component θb_x around the Y axis and a component θb_y around the X axis, it is expressed as “base body tilt angle θb_xy”.
前記荷重センサ５４は、乗員がシート３に着座した場合に該乗員の重量による荷重を受けるようにシート３に内蔵され、その荷重に応じた検出信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、この荷重センサ５４の出力により示される荷重の計測値に基づいて、車両１に乗員が搭乗しているか否かを判断する。
The
なお、荷重センサ５４の代わりに、例えば、乗員がシート３に着座したときにＯＮとなるようなスイッチ式のセンサを用いてもよい。
Instead of the
ロータリーエンコーダ５６Ｒは、電動モータ３１Ｒの出力軸が所定角度回転する毎にパルス信号を発生し、このパルス信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、そのパルス信号を基に、電動モータ５３Ｒの出力軸の回転角度を計測し、さらにその回転角度の計測値の時間的変化率（微分値）を電動モータ５３Ｒの回転角速度として計測する。電動モータ３１Ｌ側のロータリーエンコーダ５６Ｌについても同様である。
The
制御ユニット５０は、上記の各計測値を用いて所定の演算処理を実行することによって、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度の目標値である速度指令を決定し、その速度指令に従って、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度をフィードバック制御する。
The
なお、電動モータ３１Ｒの出力軸の回転角速度と、回転部材２７Ｒの回転角速度との間の関係は、該出力軸と回転部材２７Ｒとの間の一定値の減速比に応じた比例関係になるので、本実施形態の説明では、便宜上、電動モータ３１Ｒの回転角速度は、回転部材２７Ｒの回転角速度を意味するものとする。同様に、電動モータ３１Ｌの回転角速度は、回転部材２７Ｌの回転角速度を意味するものとする。
The relationship between the rotational angular velocity of the output shaft of the
以下に、制御ユニット５０の制御処理をさらに詳細に説明する。
制御ユニット５０は、所定の制御処理周期で図７のフローチャートに示す処理（メインルーチン処理）を実行する。
Hereinafter, the control process of the
The
まず、ステップＳ１において、制御ユニット５０は、傾斜センサ５２の出力を取得する。
次いで、ステップＳ２に進んで、制御ユニット５０は、取得した傾斜センサ５２の出力を基に、基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sと、基体傾斜角速度θbdotの計測値θbdot_xy_sとを算出する。
First, in step S <b> 1, the
Next, the process proceeds to step S2, and the
なお、以降の説明では、上記計測値θb_xy_sなど、変数（状態量）の実際の値の観測値（計測値又は推定値）を参照符号により表記する場合に、該変数の参照符号に、添え字“_s”を付加する。 In the following description, when an observed value (measured value or estimated value) of an actual value of a variable (state quantity) such as the measured value θb_xy_s is represented by a reference symbol, a subscript is added to the reference symbol of the variable. Add “_s”.
次いで、制御ユニット５０は、ステップＳ３において、荷重センサ５４の出力を取得した後、ステップＳ４の判断処理を実行する。この判断処理においては、制御ユニット５０は、取得した荷重センサ５４の出力が示す荷重計測値があらかじめ設定された所定値よりも大きいか否かによって、車両１に乗員が搭乗しているか否か（シート３に乗員が着座しているか否か）を判断する。
Next, after acquiring the output of the
そして、制御ユニット５０は、ステップＳ４の判断結果が肯定的である場合には、基体傾斜角度θbの目標値θb_xy_objを設定する処理と、車両１の動作制御用の定数パラメータ（各種ゲインの基本値など）の値を設定する処理とを、それぞれステップＳ５、６で実行する。
If the determination result in step S4 is affirmative, the
ステップＳ５においては、制御ユニット５０は、基体傾斜角度θbの目標値θb_xy_objとして、あらかじめ定められた搭乗モード用の目標値を設定する。
ここで、「搭乗モード」は、車両１に乗員が搭乗している場合での車両１の動作モードを意味する。この搭乗モード用の目標値θb_xy_objは、車両１とシート３に着座した乗員との全体の重心点（以降、車両・乗員全体重心点という）が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態となる基体９の姿勢において、傾斜センサ５２の出力に基づき計測される基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sに一致又はほぼ一致するようにあらかじめ設定されている。
In step S5, the
Here, the “boarding mode” means an operation mode of the
また、ステップＳ６においては、制御ユニット５０は、車両１の動作制御用の定数パラメータの値として、あらかじめ定められた搭乗モード用の値を設定する。なお、定数パラメータは、後述するｈx，ｈy，Ｋi_a_x，Ｋi_b_x，Ｋi_a_y，Ｋi_b_y（ｉ＝１，２，３）等である。
In step S <b> 6, the
一方、ステップＳ４の判断結果が否定的である場合には、ステップＳ７において、制御ユニット５０は、係止部１１０に荷物などの物体が掛けられているか否かを判定する。具体的には、制御ユニット５０は、力センサ１１１から出力される検出信号に基づいて、係止部１１０に鉛直下向きの力が加えられているか否かを判定することにより、係止部１１０に荷物などの物体が掛けられているか否かを判定する。なお、搭乗者の荷重を検出するための荷重センサと荷物用の荷重センサとを別個に備えるようにしてもよく、この場合、人と荷物の力のセンシングを個別に行うため、搭乗の有無によらず、荷物ありのときは「係止モード」に移行することもできる。
On the other hand, if the determination result in step S4 is negative, in step S7, the
このステップＳ７の判断結果が否定的である場合には、制御ユニット５０は、基体傾斜角度θb_xyの目標値θb_xy_objを設定する処理と、車両１の動作制御用の定数パラメータの値を設定する処理とを、ステップＳ８、９で実行する。
If the determination result in step S7 is negative, the
ステップＳ８においては、制御ユニット５０は、傾斜角度θbの目標値θb_xy_objとして、あらかじめ定められた自立モード用の目標値を設定する。
ここで、「自立モード」は、車両１に乗員が搭乗しておらず、かつ、車両１に荷物などの物体が掛けられていない場合での車両１の動作モードを意味する。この自立モード用の目標値θb_xy_objは、車両１単体の重心点（以降、車両単体重心点という）が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態となる基体９の姿勢において、傾斜センサ５２の出力に基づき計測される基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sに一致又はほぼ一致するようにあらかじめ設定されている。この自立モード用の目標値θb_xy_objは、搭乗モード用の目標値θb_xy_objと一般的には異なる。
In step S8, the
Here, the “self-supporting mode” means an operation mode of the
また、ステップＳ９においては、制御ユニット５０は、車両１の動作制御用の定数パラメータの値として、あらかじめ定められた自立モード用の値を設定する。この自立モード用の定数パラメータの値は、搭乗モード用の定数パラメータの値と異なる。
In step S <b> 9, the
一方、ステップＳ７の判断結果が肯定的である場合には、制御ユニット５０は、基体傾斜角度θb_xyの目標値θb_xy_objを設定する処理と、車両１の動作制御用の定数パラメータの値を設定する処理とを、ステップＳ１０、１１で実行する。
On the other hand, if the determination result in step S7 is affirmative, the
ステップＳ１０においては、制御ユニット５０は、傾斜角度θbの目標値θb_xy_objとして、あらかじめ定められた係止モード用の目標値を設定する。
ここで、「係止モード」は、車両１に乗員が搭乗しておらず、かつ、車両１に荷物などの物体が掛けられている場合での車両１の動作モードを意味する。この係止モード用の目標値θb_xy_objは、車両１単体の重心点（以降、車両単体重心点という）と荷物などの物体の重心点とを合わせた重心点が、車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態となる基体９の姿勢において、傾斜センサ５２の出力に基づき計測される基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sに一致又はほぼ一致するように設定される。この係止モード用の目標値θb_xy_objは、搭乗モード用の目標値θb_xy_objまたは自立モードの目標値θb_xy_objと一般的には異なる。
In step S10, the
Here, the “locking mode” means an operation mode of the
また、ステップＳ１１においては、制御ユニット５０は、車両１の動作制御用の定数パラメータの値として、あらかじめ定められた係止モード用の値を設定する。この係止モード用の定数パラメータの値は、搭乗モード用の定数パラメータの値または自立モード用の定数パラメータの値と異なる。
In step S11, the
搭乗モードと自立モードと係止モードとで、上記定数パラメータの値を異ならせるのは、それぞれのモードで上記重心点の高さや、全体質量等が異なることに起因して、制御入力に対する車両１の動作の応答特性が互いに異なるからである。
The reason why the constant parameter values are different in the boarding mode, the self-supporting mode, and the locking mode is that the
なお、上記の説明においては、ステップＳ７において、制御ユニット５０は、係止部１１０に荷物などの物体が掛けられているか否かを判定するものとして説明したが、スイッチなどにより係止モードが選択されてもよい。この場合、ステップＳ７において、制御ユニット５０は、係止モードを選択するスイッチが、オンされているか否かを判定することにより、係止モードが選択されているか否かを判定する。
In the above description, it has been described that in step S7, the
以上のステップＳ４〜１１の処理によって、搭乗モード、自立モード、及び、係止モードの動作モード毎に個別に、基体傾斜角度θb_xyの目標値θb_xy_objと定数パラメータの値とが設定される。 Through the processes in steps S4 to S11 described above, the target value θb_xy_obj of the base body inclination angle θb_xy and the value of the constant parameter are individually set for each operation mode of the boarding mode, the self-supporting mode, and the locking mode.
なお、ステップＳ５，６の処理、ステップＳ８，９の処理、又は、ステップＳ１０，１１の処理は、制御処理周期毎に実行することは必須ではなく、ステップＳ４の判断結果、または、ステップＳ７の判断結果が変化した場合にだけ実行するようにしてもよい。
補足すると、搭乗モード及び自立モードのいずれにおいても、基体傾斜角速度θbdotのＹ軸周り方向の成分θbdot_xの目標値とＸ軸周り方向の成分θbdot_yの目標値とは、いずれも“０”である。このため、基体傾斜角速度θbdot_xyの目標値を設定する処理は不要である。
In addition, it is not indispensable to perform the process of step S5, 6 process, the process of step S8, 9 or the process of step S10, 11 for every control processing period, The determination result of step S4, or step S7 It may be executed only when the judgment result changes.
Supplementally, in both the boarding mode and the self-supporting mode, the target value of the component θbdot_x around the Y axis and the target value of the component θbdot_y around the X axis of the base body tilt angular velocity θbdot are both “0”. For this reason, the process which sets the target value of base | substrate inclination angular velocity (theta) bdot_xy is unnecessary.
なお、係止モードにおいては、基体傾斜角速度θbdot_x, θbdot_yの目標値は“０”であるが、基体傾斜角θbのＹ軸周り方向の成分θb_xの目標値とＸ軸周り方向の成分θb_yの目標値とは、車両１単体の重心点（以降、車両単体重心点という）と荷物などの物体の重心点とを合わせた重心点が、車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態とするために、一般には“０”ではなく、荷物などの物体の質量に依存する。
ただし、荷物などの物体の質量が変化しない場合には、車両１単体の重心点（以降、車両単体重心点という）と荷物などの物体の重心点とを合わせた重心点にも変化がないため、ステップＳ１０，１１の処理は、制御処理周期毎に実行することは必須ではなく、ステップＳ４の判断結果、または、ステップＳ７の判断結果が変化した場合にだけ実行するようにしてもよい。
In the locking mode, the target values of the base body tilt angular velocities θbdot_x and θbdot_y are “0”. However, the target value of the component θb_x around the Y axis and the target θb_y around the X axis of the base body tilt angle θb. The value is a state in which the center of gravity of the
However, if the mass of an object such as a baggage does not change, the barycentric point obtained by combining the center of gravity of the
以上の如くステップＳ５，６の処理、ステップＳ８，９の処理、又は、ステップＳ１０，１１の処理を実行した後、制御ユニット５０は、次にステップＳ１２において、車両制御演算処理を実行することによって、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの速度指令を決定する。この車両制御演算処理の詳細は後述する。
After executing the processing in steps S5 and S6, the processing in steps S8 and S9, or the processing in steps S10 and 11 as described above, the
次いで、ステップＳ１３に進んで、制御ユニット５０は、ステップＳ１２で決定した速度指令に応じて電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの動作制御処理を実行する。この動作制御処理では、制御ユニット５０は、ステップＳ１２で決定した電動モータ３１Ｒの速度指令と、ロータリーエンコーダ５６Ｒの出力に基づき計測した電動モータ３１Ｒの回転速度の計測値との偏差に応じて、該偏差を“０”に収束させるように電動モータ３１Ｒの出力トルクの目標値（目標トルク）を決定する。そして、制御ユニット５０は、その目標トルクの出力トルクを電動モータ３１Ｒに出力させるように該電動モータ３１Ｒの通電電流を制御する。左側の電動モータ３１Ｌの動作制御についても同様である。
以上が、制御ユニット５０が実行する全体的な制御処理である。
Next, the process proceeds to step S13, and the
The above is the overall control process executed by the
＜搭乗モードと自立モードとの場合＞
次に、上記ステップＳ１２の車両制御演算処理の詳細を説明する。ここでは、まず、搭乗モードと自立モードとの場合について説明する。
なお、以降の説明においては、前記搭乗モードにおける車両・乗員全体重心点と、前記自立モードにおける車両単体重心点とを総称的に、車両系重心点という。該車両系重心点は、車両１の動作モードが搭乗モードである場合には、車両・乗員全体重心点を意味し、自立モードである場合には、車両単体重心点を意味する。
<In boarding mode and independent mode>
Next, details of the vehicle control calculation process in step S12 will be described. Here, the case of boarding mode and independent mode will be described first.
In the following description, the vehicle / occupant overall center-of-gravity point in the boarding mode and the vehicle single body center-of-gravity point in the autonomous mode are collectively referred to as a vehicle system center-of-gravity point. When the operation mode of the
また、以降の説明では、制御ユニット５０が各制御処理周期で決定する値（更新する値）に関し、現在の（最新の）制御処理周期で決定する値を今回値、その１つ前の制御処理周期で決定した値を前回値ということがある。そして、今回値、前回値を特にことわらない値は、今回値を意味する。
In the following description, regarding the value (value to be updated) determined by the
また、Ｘ軸方向の速度及び加速度に関しては、前方向きを正の向きとし、Ｙ軸方向の速度及び加速度に関しては、左向きを正の向きとする。 Further, regarding the speed and acceleration in the X-axis direction, the forward direction is a positive direction, and regarding the speed and acceleration in the Y-axis direction, the left direction is a positive direction.
本実施形態では、前記車両系重心点の動力学的な挙動（詳しくは、Ｙ軸方向からこれに直交する面（ＸＺ平面）に投影して見た挙動と、Ｘ軸方向からこれに直交する面（ＹＺ平面）に投影して見た挙動）が、近似的に、図８に示すような、倒立振子モデルの挙動（倒立振子の動力学的挙動）によって表現されるものとして、ステップＳ１２の車両制御演算処理が行なわれる。すなわち、本実施形態による車両１は、倒立振子制御型移動体である。
In the present embodiment, the dynamic behavior of the center of gravity of the vehicle system (specifically, the behavior seen by projecting from the Y-axis direction onto a plane (XZ plane) orthogonal thereto, and orthogonal to the X-axis direction) As shown in FIG. 8, the behavior of the inverted pendulum model (the dynamic behavior of the inverted pendulum) is approximately expressed as the behavior projected on the plane (YZ plane). Vehicle control calculation processing is performed. That is, the
なお、図８において、括弧を付していない参照符号は、Ｙ軸方向から見た倒立振子モデルに対応する参照符号であり、括弧付きの参照符号は、Ｘ軸方向から見た倒立振子モデルに対応する参照符号である。 In FIG. 8, reference numerals without parentheses are reference numerals corresponding to the inverted pendulum model viewed from the Y-axis direction, and reference numerals with parentheses refer to the inverted pendulum model viewed from the X-axis direction. Corresponding reference sign.
この場合、Ｙ軸方向から見た挙動を表現する倒立振子モデルは、車両系重心点に位置する質点６０_xと、Ｙ軸方向に平行な回転軸６２a_xを有して床面上を輪転自在な仮想的な車輪６２_x（以降、仮想車輪６２_xという）とを備える。そして、質点６０_xが、仮想車輪６２_xの回転軸６２a_xに直線状のロッド６４_xを介して支持され、該回転軸６２a_xを支点として該回転軸６２a_xの周りに揺動自在とされている。 In this case, the inverted pendulum model expressing the behavior seen from the Y-axis direction has a mass point 60_x located at the center of gravity of the vehicle system and a rotation axis 62a_x parallel to the Y-axis direction. Wheel 62_x (hereinafter referred to as virtual wheel 62_x). The mass point 60_x is supported by the rotation shaft 62a_x of the virtual wheel 62_x via the linear rod 64_x, and can swing around the rotation shaft 62a_x with the rotation shaft 62a_x as a fulcrum.
この倒立振子モデルでは、質点６０_xの運動が、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の運動に相当する。また、鉛直方向に対するロッド６４_xの傾斜角度θbe_xがＹ軸周り方向での基体傾斜角度計測値θb_x_sと基体傾斜角度目標値θb_x_objとの偏差θbe_x_s（＝θb_x_s−θb_x_obj）に一致するものとされる。また、ロッド６４_xの傾斜角度θbe_xの変化速度（＝dθbe_x/dt）がＹ軸周り方向の基体傾斜角速度計測値θbdot_x_sに一致するものとされる。また、仮想車輪６２_xの移動速度Ｖw_x（Ｘ軸方向の並進移動速度）は、車両１の車輪体５のＸ軸方向の移動速度に一致するものとされる。
In this inverted pendulum model, the motion of the mass point 60_x corresponds to the motion of the vehicle system center of gravity as viewed from the Y-axis direction. Further, the inclination angle θbe_x of the rod 64_x with respect to the vertical direction coincides with the deviation θbe_x_s (= θb_x_s−θb_x_obj) between the measured base body tilt angle value θb_x_s and the base body tilt angle target value θb_x_obj in the direction around the Y axis. Further, the changing speed (= dθbe_x / dt) of the inclination angle θbe_x of the rod 64_x is set to coincide with the measured body inclination angular velocity θbdot_x_s in the direction around the Y axis. Further, the movement speed Vw_x (translation movement speed in the X-axis direction) of the virtual wheel 62_x is the same as the movement speed in the X-axis direction of the
同様に、Ｘ軸方向から見た挙動を表現する倒立振子モデル（図８の括弧付きの符号を参照）は、車両系重心点に位置する質点６０_yと、Ｘ軸方向に平行な回転軸６２a_yを有して床面上を輪転自在な仮想的な車輪６２_y（以降、仮想車輪６２_yという）とを備える。そして、質点６０_yが、仮想車輪６２_yの回転軸６２a_yに直線状のロッド６４_yを介して支持され、該回転軸６２a_yを支点として該回転軸６２a_yの周りに揺動自在とされている。 Similarly, an inverted pendulum model (refer to the reference numerals in parentheses in FIG. 8) expressing the behavior seen from the X-axis direction includes a mass point 60_y located at the center of gravity of the vehicle system and a rotation axis 62a_y parallel to the X-axis direction. And virtual wheels 62_y (hereinafter referred to as virtual wheels 62_y) that can rotate on the floor surface. The mass point 60_y is supported by the rotation shaft 62a_y of the virtual wheel 62_y via a linear rod 64_y, and can swing around the rotation shaft 62a_y with the rotation shaft 62a_y as a fulcrum.
この倒立振子モデルでは、質点６０_yの運動が、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の運動に相当する。また、鉛直方向に対するロッド６４_yの傾斜角度θbe_yがＸ軸周り方向での基体傾斜角度計測値θb_y_sと基体傾斜角度目標値θb_y_objとの偏差θbe_y_s（＝θb_y_s−θb_y_obj）に一致するものとされる。また、ロッド６４_yの傾斜角度θbe_yの変化速度（＝dθbe_y/dt）がＸ軸周り方向の基体傾斜角速度計測値θbdot_y_sに一致するものとされる。また、仮想車輪６２_yの移動速度Ｖw_y（Ｙ軸方向の並進移動速度）は、車両１の車輪体５のＹ軸方向の移動速度に一致するものとされる。
In this inverted pendulum model, the motion of the mass point 60_y corresponds to the motion of the vehicle system center-of-gravity point viewed from the X-axis direction. In addition, the inclination angle θbe_y of the rod 64_y with respect to the vertical direction coincides with the deviation θbe_y_s (= θb_y_s−θb_y_obj) between the measured base body tilt angle value θb_y_s and the base body tilt angle target value θb_y_obj in the direction around the X axis. In addition, the change speed (= dθbe_y / dt) of the inclination angle θbe_y of the rod 64_y coincides with the measured base body inclination angular velocity θbdot_y_s in the direction around the X axis. Further, the moving speed Vw_y (translational moving speed in the Y-axis direction) of the virtual wheel 62_y is set to coincide with the moving speed in the Y-axis direction of the
なお、仮想車輪６２_x，６２_yは、それぞれ、あらかじめ定められた所定値Ｒw_x，Ｒw_yの半径を有するものとされる。
また、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度ωw_x，ωw_yと、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R，ω_L（より正確には、回転部材２７Ｒ，２７Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R，ω_L）との間には、次式０１ａ，０１ｂの関係が成立するものとされる。
The virtual wheels 62_x and 62_y have predetermined radii of predetermined values Rw_x and Rw_y, respectively.
Further, the rotational angular velocities ωw_x and ωw_y of the virtual wheels 62_x and 62_y and the rotational angular velocities ω_R and ω_L of the
ωw_x＝（ω_Ｒ＋ω_L）／２ ……式０１ａ
ωw_y＝Ｃ・（ω_Ｒ−ω_L）／２ ……式０１ｂ
ωw_x = (ω_R + ω_L) / 2 Equation 01a
ωw_y = C · (ω_R−ω_L) / 2 …… Formula 01b
なお、式０１ｂにおける“Ｃ”は、前記フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌと車輪体５との間の機構的な関係や滑りに依存する所定値の係数である。
Note that “C” in the expression 01b is a coefficient of a predetermined value depending on the mechanical relationship between the
ここで、図８に示す倒立振子モデルの動力学は、次式０３ｘ，０３ｙにより表現される。なお、式０３ｘは、Ｙ軸方向から見た倒立振子モデルの動力学を表現する式、式０３ｙは、Ｘ軸方向から見た倒立振子モデルの動力学を表現する式である。 Here, the dynamics of the inverted pendulum model shown in FIG. 8 is expressed by the following equations 03x and 03y. The expression 03x is an expression expressing the dynamics of the inverted pendulum model viewed from the Y-axis direction, and the expression 03y is an expression expressing the dynamics of the inverted pendulum model viewed from the X-axis direction.
ｄ2θbe_x／dt2＝α_x・θbe_x＋β_x・ωwdot_x ……式０３ｘ
ｄ2θbe_y／dt2＝α_y・θbe_y＋β_y・ωwdot_y ……式０３ｙ
d 2 θbe_x / dt 2 = α_x · θbe_x + β_x · ωwdot_x ...... Formula 03x
d 2 θbe_y / dt 2 = α_y · θbe_y + β_y · ωwdot_y ...... Formula 03y
式０３ｘにおけるωwdot_xは仮想車輪６２_xの回転角加速度（回転角速度ωw_xの１階微分値）、α_xは、質点６０_xの質量や高さｈ_xに依存する係数、β_xは、仮想車輪６２_xのイナーシャ（慣性モーメント）や半径Ｒw_xに依存する係数である。式０３ｙにおけるωwdot_y、α_y、β_yについても上記と同様である。 In equation 03x, ωwdot_x is the rotational angular acceleration of the virtual wheel 62_x (first-order differential value of the rotational angular velocity ωw_x), α_x is a coefficient that depends on the mass and height h_x of the mass 60_x, and β_x is the inertia (moment of inertia of the virtual wheel 62_x ) And the radius Rw_x. The same applies to ωwdot_y, α_y, and β_y in Expression 03y.
これらの式０３ｘ，０３ｙから判るように、倒立振子の質点６０_x，６０_yの運動（ひいては車両系重心点の運動）は、それぞれ、仮想車輪６２_xの回転角加速度ωwdot_x、仮想車輪６２_yの回転角加速度ωwdot_yに依存して規定される。 As can be seen from these equations 03x and 03y, the motions of the mass points 60_x and 60_y of the inverted pendulum (and hence the motion of the center of gravity of the vehicle system) are the rotational angular acceleration ωwdot_x of the virtual wheel 62_x and the rotational angular acceleration ωwdot_y of the virtual wheel 62_y, respectively. It is defined depending on.
そこで、本実施形態では、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の運動を制御するための操作量（制御入力）として、仮想車輪６２_xの回転角加速度ωwdot_xを用いると共に、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の運動を制御するための操作量（制御入力）として、仮想車輪６２_yの回転角加速度ωwdot_yを用いる。 Therefore, in the present embodiment, the rotational angular acceleration ωwdot_x of the virtual wheel 62_x is used as an operation amount (control input) for controlling the motion of the vehicle system center of gravity point viewed from the Y-axis direction, and viewed from the X-axis direction. The rotational angular acceleration ωwdot_y of the virtual wheel 62_y is used as an operation amount (control input) for controlling the motion of the vehicle system center of gravity.
そして、ステップＳ１２の車両制御演算処理を概略的に説明すると、制御ユニット５０は、Ｘ軸方向で見た質点６０_xの運動と、Ｙ軸方向で見た質点６０_yの運動とが、車両系重心点の所望の運動に対応する運動となるように、操作量としての上記回転角加速度ωwdot_x，ωwdot_yの指令値（目標値）である仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdを決定する。さらに、制御ユニット５０は、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdをそれぞれ積分してなる値を、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度ωw_x，ωw_yの指令値（目標値）である仮想車輪回転角速度指令ωw_x_cmd，ωw_y_cmdとして決定する。
The vehicle control arithmetic processing in step S12 will be schematically described. The
そして、制御ユニット５０は、仮想車輪回転角速度指令ωw_x_cmdに対応する仮想車輪６２_xの移動速度（＝Ｒw_x・ωw_x_cmd）と、仮想車輪回転角速度指令ωw_y_cmdに対応する仮想車輪６２_yの移動速度（＝Ｒw_y・ωw_y_cmd）とを、それぞれ、車両１の車輪体５のＸ軸方向の目標移動速度、Ｙ軸方向の目標移動速度とし、それらの目標移動速度を実現するように、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの速度指令ω_R_cmd，ω_L_cmdを決定する。
Then, the
なお、本実施形態では、操作量（制御入力）としての上記仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdは、それぞれ、後述する式０７ｘ，０７ｙに示す如く、３個の操作量成分を加え合わせることによって決定される。 In this embodiment, the virtual wheel rotation angular acceleration commands ωwdot_x_cmd and ωwdot_y_cmd as the operation amount (control input) are obtained by adding three operation amount components as shown in equations 07x and 07y described later, respectively. It is determined.
制御ユニット５０は、上記の如き、ステップＳ１２の車両制御演算処理を実行するための機能として、図９のブロック図で示す機能を備えている。
すなわち、制御ユニット５０は、基体傾斜角度計測値θb_xy_sと基体傾斜角度目標値θb_xy_objとの偏差である基体傾斜角度偏差計測値θbe_xy_sを算出する偏差演算部７０と、前記車両系重心点の移動速度である重心速度Ｖb_xyの観測値としての重心速度推定値Ｖb_xy_sを算出する重心速度算出部７２と、乗員等による車両１の操縦操作（車両１に推進力を付加する操作）によって要求されていると推定される上記重心速度Ｖb_xyの要求値としての要求重心速度Ｖｂ_xy_aimを生成する要求重心速度生成部７４と、これらの重心速度推定値Ｖb_xy_s及び要求重心速度Ｖｂ_xy_aimから、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの回転角速度の許容範囲に応じた制限を加味して、重心速度Ｖb_xyの目標値としての制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfdを決定する重心速度制限部７６と、後述する式０７ｘ，０７ｙのゲイン係数の値を調整するためのゲイン調整パラメータＫr_xyを決定するゲイン調整部７８とを備える。
As described above, the
That is, the
制御ユニット５０は、さらに、前記仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを算出する姿勢制御演算部８０と、この仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを、右側の電動モータ３１Ｒの速度指令ω_R_cmd（回転角速度の指令値）と左側の電動モータ３１Ｌの速度指令ω_L_cmd（回転角速度の指令値）との組に変換するモータ指令演算部８２とを備える。
なお、図９中の参照符号８４を付したものは、姿勢制御演算部８０が制御処理周期毎に算出する仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを入力する遅延要素を示している。該遅延要素８４は、各制御処理周期において、仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdの前回値ωw_xy_cmd_pを出力する。
The
In FIG. 9, the
前記ステップＳ１２の車両制御演算処理では、これらの上記の各処理部の処理が以下に説明するように実行される。
すなわち、制御ユニット５０は、まず、偏差演算部７０の処理と重心速度算出部７２の処理とを実行する。
In the vehicle control calculation process in step S12, the processes of the above-described respective processing units are executed as described below.
That is, the
偏差演算部７０には、前記ステップＳ２で算出された基体傾斜角度計測値θb_xy_s（θb_x_s及びθb_y_s）と、前記ステップＳ５又はステップＳ８で設定された目標値θb_xy_obj（θb_x_obj及びθb_y_obj）とが入力される。そして、偏差演算部７０は、θb_x_sからθb_x_objを減算することによって、Ｙ軸周り方向の基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_s（＝θb_x_s−θb_x_obj）を算出すると共に、θb_y_sからθb_y_objを減算することによって、Ｘ軸周り方向の基体傾斜角度偏差計測値θbe_y_s（＝θb_y_s−θb_y_obj）を算出する。
The
なお、偏差演算部７０の処理は、ステップＳ１２の車両制御演算処理の前に行なうようにしてもよい。例えば、前記ステップＳ５又は７の処理の中で、偏差演算部７０の処理を実行してもよい。
The process of the
前記重心速度算出部７２には、前記ステップＳ２で算出された基体傾斜角速度計測値θbdot_xy_s（θbdot_x_s及びθbdot_y_s）の今回値が入力されると共に、仮想車輪速度指令ωw_xy_cmdの前回値ωw_xy_cmd_p（ωw_x_cmd_p及びωw_y_cmd_p）が遅延要素８４から入力される。そして、重心速度算出部７２は、これらの入力値から、前記倒立振子モデルに基づく所定の演算式によって、重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）を算出する。
The center-of-gravity
具体的には、重心速度算出部７２は、次式０５ｘ，０５ｙにより、Ｖb_x_s及びＶb_y_sをそれぞれ算出する。
Specifically, the center-of-gravity
Ｖb_x_s＝Ｒw_x・ωw_x_cmd_p＋ｈ_x・θbdot_x_s ……０５ｘ
Ｖb_y_s＝Ｒw_y・ωw_y_cmd_p＋ｈ_y・θbdot_y_s ……０５ｙ
Vb_x_s = Rw_x · ωw_x_cmd_p + h_x · θbdot_x_s ...... 05x
Vb_y_s = Rw_y · ωw_y_cmd_p + h_y · θbdot_y_s …… 05y
これらの式０５ｘ，０５ｙにおいて、Ｒw_x，Ｒw_yは、前記したように、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの半径であり、これらの値は、あらかじめ設定された所定値である。また、ｈ_x，ｈ_yは、それぞれ倒立振子モデルの質点６０_x，６０_yの高さである。この場合、本実施形態では、車両系重心点の高さは、ほぼ一定に維持されるものとされる。そこで、ｈ_x，ｈ_yの値としては、それぞれ、あらかじめ設定された所定値が用いられる。補足すると、高さｈ_x，ｈ_yは、前記ステップＳ６又は８において値を設定する定数パラメータに含まれるものである。 In these expressions 05x and 05y, Rw_x and Rw_y are the respective radii of the virtual wheels 62_x and 62_y as described above, and these values are predetermined values set in advance. H_x and h_y are the heights of the mass points 60_x and 60_y of the inverted pendulum model, respectively. In this case, in the present embodiment, the height of the vehicle system center-of-gravity point is maintained substantially constant. Therefore, predetermined values set in advance are used as the values of h_x and h_y, respectively. Supplementally, the heights h_x and h_y are included in the constant parameters whose values are set in step S6 or 8.
上記式０５ｘの右辺の第１項は、仮想車輪６２_xの速度指令の前回値ωw_x_cmd_pに対応する該仮想車輪６２_xのＸ軸方向の移動速度であり、この移動速度は、車輪体５のＸ軸方向の実際の移動速度の現在値に相当するものである。また、式０５ｘの右辺の第２項は、基体９がＹ軸周り方向にθbdot_x_sの傾斜角速度で傾動することに起因して生じる車両系重心点のＸ軸方向の移動速度（車輪体５に対する相対的な移動速度）の現在値に相当するものである。これらのことは、式０５ｙについても同様である。
The first term on the right side of the formula 05x is the moving speed in the X-axis direction of the virtual wheel 62_x corresponding to the previous value ωw_x_cmd_p of the speed command of the virtual wheel 62_x, and this moving speed is the X-axis direction of the
なお、前記ロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌの出力を基に計測される電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度の計測値（今回値）の組を、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度の組に変換し、それらの回転角速度を、式０５ｘ、０５ｙのωw_x_cmd_p、ωw_y_cmd_pの代わりに用いてもよい。ただし、回転角速度の計測値に含まれるノイズの影響を排除する上では、目標値であるωw_x_cmd_p、ωw_y_cmd_pを使用することが有利である。
Note that a set of measured values (current values) of the respective rotational angular velocities of the
次に、制御ユニット５０は、要求重心速度生成部７４の処理とゲイン調整部７８の処理とを実行する。この場合、要求重心速度生成部７４及びゲイン調整部７８には、それぞれ、重心速度算出部７２で上記の如く算出された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）が入力される。
Next, the
そして、要求重心速度生成部７４は、詳細は後述するが、車両１の動作モードが搭乗モードである場合に、入力された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）を基に、要求重心速度Ｖｂ_xy_aim（Ｖｂ_x_aim，Ｖｂ_y_aim）を決定する。なお、本実施形態では、車両１の動作モードが自立モードである場合には、要求重心速度生成部７４は、要求重心速度Ｖｂ_x_aim及びＶｂ_y_aimをいずれも“０”とする。
The required center-of-gravity
また、ゲイン調整部７８は、入力された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）を基に、前記ゲイン調整パラメータＫr_xy（Ｋr_x及びＫr_y）を決定する。
Further, the
このゲイン調整部７８の処理を図１０及び図１１を参照して以下に説明する。
図１０に示すように、ゲイン調整部７８は、入力された重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sをリミット処理部８６に入力する。このリミット処理部８６では、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度の許容範囲に応じた制限を適宜、加えることによって、出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1を生成する。出力値Ｖw_x_lim1は、前記仮想車輪６２_xのＸ軸方向の移動速度Ｖw_xの制限後の値、出力値Ｖw_y_lim1は、前記仮想車輪６２_yのＹ軸方向の移動速度Ｖw_yの制限後の値としての意味を持つ。
The processing of the
As shown in FIG. 10, the
このリミット処理部８６の処理を、図１１を参照してさらに詳細に説明する。なお、図１１中の括弧付きの参照符号は、後述する重心速度制限部７６のリミット処理部１０４の処理を示すものであり、リミット処理部８６の処理に関する説明では無視してよい。
リミット処理部８６は、まず、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sをそれぞれ処理部８６a_x，８６a_yに入力する。処理部８６a_xは、Ｖb_x_sを仮想車輪６２_xの半径Ｒw_xで除算することによって、仮想車輪６２_xのＸ軸方向の移動速度をＶb_x_sに一致させたと仮定した場合の該仮想車輪６２_xの回転角速度ωw_x_sを算出する。同様に、処理部８６a_yは、仮想車輪６２_yのＹ軸方向の移動速度をＶb_y_sに一致させたと仮定した場合の該仮想車輪６２_yの回転角速度ωw_y_s（＝Ｖb_y_s／Ｒw_y）を算出する。
The processing of the
First, the
次いで、リミット処理部８６は、ωw_x_s，ωw_y_sの組を、ＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂにより、電動モータ３１Ｒの回転角速度ω_R_sと電動モータ３１Ｌの回転角速度ω_L_sとの組に変換する。
Next, the
この変換は、本実施形態では、前記式０１ａ，０１ｂのωw_x，ωw_y，ω_R，ω_Lをそれぞれ、ωw_x_s，ωw_y_s，ω_R_s，ω_L_sに置き換えて得られる連立方程式を、ω_R_s，ω_L_sを未知数として解くことにより行なわれる。 In this embodiment, this conversion is performed by solving simultaneous equations obtained by replacing ωw_x, ωw_y, ω_R, and ω_L in the equations 01a and 01b with ωw_x_s, ωw_y_s, ω_R_s, and ω_L_s, with ω_R_s and ω_L_s as unknowns. Done.
次いで、リミット処理部８６は、ＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂの出力値ω_R_s，ω_L_sをそれぞれ、リミッタ８６c_R，８６c_Lに入力する。このとき、リミッタ８６c_Rは、ω_R_sが、あらかじめ設定された所定値の上限値（＞０）と下限値（＜０）とを有する右モータ用許容範囲内に収まっている場合には、ω_R_sをそのまま出力値ω_R_lim1として出力する。また、リミッタ８６c_Rは、ω_R_sが、右モータ用許容範囲から逸脱している場合には、該右モータ用許容範囲の上限値と下限値とのうちのω_R_sに近い方の境界値を出力値ω_R_lim1として出力する。これにより、リミッタ８６c_Rの出力値ω_R_lim1は、右モータ用許容範囲内の値に制限される。
Next, the
同様に、リミッタ８６c_Lは、ω_L_sが、あらかじめ設定された所定値の上限値（＞０）と下限値（＜０）とを有する左モータ用許容範囲内に収まっている場合には、ω_L_sをそのまま出力値ω_L_lim1として出力する。また、リミッタ８６c_Lは、ω_L_sが、左モータ用許容範囲から逸脱している場合には、該左モータ用許容範囲の上限値と下限値とのうちのω_L_sに近い方の境界値を出力値ω_L_lim1として出力する。これにより、リミッタ８６c_Lの出力値ω_L_lim1は、左モータ用許容範囲内の値に制限される。 Similarly, when the limiter 86c_L is within the allowable range for the left motor having a predetermined upper limit value (> 0) and lower limit value (<0), the limiter 86c_L keeps ω_L_s as it is. Output as output value ω_L_lim1. Further, when ω_L_s deviates from the left motor allowable range, the limiter 86c_L outputs the boundary value closer to ω_L_s between the upper limit value and the lower limit value of the left motor allowable range as the output value ω_L_lim1. Output as. As a result, the output value ω_L_lim1 of the limiter 86c_L is limited to a value within the left motor allowable range.
上記右モータ用許容範囲は右側の電動モータ３１Ｒの回転角速度（絶対値）が高くなり過ぎないようにし、ひいては、電動モータ３１Ｒが出力可能なトルクの最大値が低下するのを防止するために設定された許容範囲である。このことは、左モータ用許容範囲についても同様である。
The allowable range for the right motor is set so that the rotational angular velocity (absolute value) of the right
次いで、リミット処理部８６は、リミッタ８６c_R，８６c_Lのそれぞれの出力値ω_R_lim1，ω_L_lim1の組を、ＲＬ−ＸＹ変換部８６ｄにより、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度ωw_x_lim1，ωw_y_lim1の組に変換する。
Next, the
この変換は、前記ＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂの変換処理の逆変換の処理である。この処理は、前記式０１ａ，０１ｂのωw_x，ωw_y，ω_R，ω_Lをそれぞれ、ωw_x_lim1，ωw_y_lim1，ω_R_lim1，ω_L_lim1に置き換えて得られる連立方程式を、ωw_x_lim1，ωw_y_lim1を未知数として解くことにより行なわれる。
This conversion is a reverse conversion process of the conversion process of the XY-
次いで、リミット処理部８６は、ＲＬ−ＸＹ変換部８６ｄの出力値ωw_x_lim1，ωw_y_lim1をそれぞれ処理部８６e_x，８６e_yに入力する。処理部８６e_xは、ωw_x_lim1に仮想車輪６２_xの半径Ｒw_xを乗じることによって、ωw_x_lim1を仮想車輪６２_xの移動速度Ｖw_x_lim1に変換する。同様に、処理部８６e_yは、ωw_y_lim1を仮想車輪６２_yの移動速度Ｖw_y_lim1（＝ωw_y_lim1・Ｒw_y）に変換する。
Next, the
以上のリミット処理部８６の処理によって、仮想車輪６２_xのＸ軸方向の移動速度Ｖw_xと、仮想車輪６２_yのＹ軸方向の移動速度Ｖw_yとをそれぞれ重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに一致させたと仮定した場合（換言すれば、車輪体５のＸ軸方向の移動速度とＹ軸方向の移動速度とをそれぞれ、Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに一致させたと仮定した場合）に、それらの移動速度を実現するために必要な電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R_s，ω_L_sが、両方とも、許容範囲内に収まっている場合には、Ｖb_x_s，Ｖb_y_sにそれぞれ一致する出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の組がリミット処理部８６から出力される。
It is assumed that the movement speed Vw_x of the virtual wheel 62_x in the X-axis direction and the movement speed Vw_y of the virtual wheel 62_y in the Y-axis direction are made to coincide with the center-of-gravity speed estimated values Vb_x_s and Vb_y_s, respectively, by the above processing of the
一方、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R_s，ω_L_sの両方又は一方が許容範囲から逸脱している場合には、その両方又は一方の回転角速度が強制的に許容範囲内に制限された上で、その制限後の電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R_lim1，ω_L_lim1の組に対応する、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の移動速度Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の組がリミット処理部８６から出力される。
On the other hand, when both or one of the rotational angular velocities ω_R_s and ω_L_s of the
従って、リミット処理部８６は、その出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の組に対応する電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が許容範囲を逸脱しないことを必須の必要条件として、その必要条件下で可能な限り、出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1をそれぞれＶb_x_s，Ｖb_y_sに一致させるように、出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の組を生成する。
Therefore, the
図１０の説明に戻って、ゲイン調整部７８は、次に、演算部８８_x，８８_yの処理を実行する。演算部８８_xには、Ｘ軸方向の重心速度推定値Ｖb_x_sと、リミット処理部８６の出力値Ｖw_x_lim1とが入力される。そして、演算部８８_xは、Ｖw_x_lim1からＶb_x_sを減算してなる値Ｖover_xを算出して出力する。また、演算部８８_yには、Ｙ軸方向の重心速度推定値Ｖb_y_sと、リミット処理部８６の出力値Ｖw_y_lim1とが入力される。そして、演算部８８_yは、Ｖw_y_lim1からＶb_y_sを減算してなる値Ｖover_yを算出して出力する。
Returning to the description of FIG. 10, the
この場合、リミット処理部８６での出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の強制的な制限が行なわれなかった場合には、Ｖw_x_lim1＝Ｖb_x_s、Ｖw_y_lim1＝Ｖb_y_sとなるので、演算部８８_x，８８_yのそれぞれの出力値Ｖover_x，Ｖover_yはいずれも“０”となる。
In this case, when the output values Vw_x_lim1 and Vw_y_lim1 are not forcibly limited by the
一方、リミット処理部８６の出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1が、入力値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに対して強制的な制限を施して生成された場合には、Ｖw_x_lim1のＶb_x_sからの修正量（＝Ｖw_x_lim1−Ｖb_x_s）と、Ｖw_y_lim1のＶb_y_sからの修正量（＝Ｖw_y_lim1−Ｖb_y_s）とがそれぞれ、演算部８８_x，８８_yから出力される。
On the other hand, when the output values Vw_x_lim1 and Vw_y_lim1 of the
次いで、ゲイン調整部７８は、演算部８８_xの出力値Ｖover_xを処理部９０_x，９２_xに順番に通すことによって、ゲイン調整パラメータＫr_xを決定する。また、ゲイン調整部７８は、演算部８８_yの出力値Ｖover_yを処理部９０_y，９２_yに順番に通すことによって、ゲイン調整パラメータＫr_yを決定する。なお、ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yは、いずれも“０”から“１”までの範囲内の値である。
Next, the
上記処理部９０_xは、入力されるＶover_xの絶対値を算出して出力する。また、処理部９２_xは、その出力値Ｋr_xが入力値｜Ｖover_x｜に対して単調に増加し、且つ、飽和特性を有するようにＫr_xを生成する。該飽和特性は、入力値がある程度大きくなると、入力値の増加に対する出力値の変化量が“０”になるか、もしくは、“０”に近づく特性である。 The processing unit 90_x calculates and outputs the absolute value of the input Vover_x. Further, the processing unit 92_x generates Kr_x so that the output value Kr_x monotonously increases with respect to the input value | Vover_x | and has a saturation characteristic. The saturation characteristic is a characteristic in which the change amount of the output value with respect to the increase of the input value becomes “0” or approaches “0” when the input value increases to some extent.
この場合、本実施形態では、処理部９２_xは、入力値｜Ｖover_x｜があらかじめ設定された所定値以下である場合には、該入力値｜Ｖover_x｜に所定値の比例係数を乗じてなる値をＫr_xとして出力する。また、処理部９２_xは、入力値｜Ｖover_x｜が所定値よりも大きい場合には、“１”をＫr_xとして出力する。なお、上記比例係数は、｜Ｖover_x｜が所定値に一致するときに、｜Ｖover_x｜と比例係数との積が“１”になるように設定されている。 In this case, in this embodiment, when the input value | Vover_x | is equal to or less than a predetermined value set in advance, the processing unit 92_x sets a value obtained by multiplying the input value | Vover_x | by a proportional coefficient of the predetermined value. Output as Kr_x. In addition, when the input value | Vover_x | is larger than a predetermined value, the processing unit 92_x outputs “1” as Kr_x. The proportional coefficient is set so that the product of | Vover_x | and the proportional coefficient is “1” when | Vover_x | matches a predetermined value.
また、処理部９０_y，９２_yの処理は、それぞれ上記した処理部９０_x，９２_xの処理と同様である。 The processing of the processing units 90_y and 92_y is the same as the processing of the above-described processing units 90_x and 92_x, respectively.
以上説明したゲイン調整部７８の処理によって、リミット処理部８６での出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の強制的な制限が行なわれなかった場合、すなわち、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度Ｖw_x，Ｖw_yを、それぞれ、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに一致させるように電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを動作させても、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が許容範囲内に収まるような場合には、ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yはいずれも“０”に決定される。
When the output values Vw_x_lim1 and Vw_y_lim1 are not forcibly limited by the
一方、リミット処理部８６の出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1が、入力値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに対して強制的な制限を施して生成された場合、すなわち、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度Ｖw_x，Ｖw_yを、それぞれ、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに一致させるように電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを動作させると、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのいずれかの回転角速度が許容範囲を逸脱してしまう場合（いずれかの回転角速度の絶対値が高くなり過ぎる場合）には、前記修正量Ｖover_x，Ｖover_yのそれぞれの絶対値に応じて、ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yの値がそれぞれ決定される。この場合、Ｋr_xは、“１”を上限値して、修正量Ｖx_overの絶対値が大きいほど、大きな値になるように決定される。このことは、Ｋr_yについても同様である。
On the other hand, when the output values Vw_x_lim1 and Vw_y_lim1 of the
図９の説明に戻って、制御ユニット５０は、重心速度算出部７２及び要求重心速度生成部７４の処理を前記した如く実行した後、次に、重心速度制限部７６の処理を実行する。
この重心速度制限部７６には、重心速度算出部７２で算出された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）と、要求重心速度生成部７４で決定された要求重心速度Ｖｂ_xy_aim（Ｖｂ_x_aim及びＶｂ_y_aim）とが入力される。そして、重心速度制限部７６は、これらの入力値を使用して、図１２のブロック図で示す処理を実行することによって、制御用目標重心速度Ｖ_xy_mdfd（Ｖ_x_mdfd及びＶ_y_mdfd）を決定する。
Returning to the description of FIG. 9, the
The center-of-
具体的には、重心速度制限部７６は、まず、定常偏差算出部９４_x，９４_yの処理を実行する。
この場合、定常偏差算出部９４_xには、Ｘ軸方向の重心速度推定値Ｖb_x_sが入力されると共に、Ｘ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdの前回値Ｖb_x_mdfd_pが遅延要素９６_xを介して入力される。そして、定常偏差算出部９４_xは、まず、入力されるＶb_x_sが比例・微分補償要素（ＰＤ補償要素）９４a_xに入力する。この比例・微分補償要素９４_xは、その伝達関数が１＋Ｋd・Ｓにより表される補償要素であり、入力されるＶb_x_sと、その微分値（時間的変化率）に所定値の係数Ｋdを乗じてなる値とを加算し、その加算結果の値を出力する。
Specifically, the center-of-gravity
In this case, the steady-state deviation calculating unit 94_x receives the estimated center-of-gravity velocity value Vb_x_s in the X-axis direction and the previous value Vb_x_mdfd_p of the control target center-of-gravity velocity Vb_x_mdfd in the X-axis direction via the delay element 96_x. . The steady deviation calculating unit 94_x first inputs the input Vb_x_s to the proportional / differential compensation element (PD compensation element) 94a_x. The proportional / differential compensation element 94_x is a compensation element whose transfer function is represented by 1 + Kd · S, and is obtained by multiplying the input Vb_x_s and its differential value (time change rate) by a predetermined coefficient Kd. Add the value and output the result of the addition.
次いで、定常偏差算出部９４_xは、入力されるＶb_x_mdfd_pを、比例・微分補償要素９４_xの出力値から減算してなる値を演算部９４b_xにより算出した後、この演算部９４b_xの出力値を、位相補償機能を有するローパスフィルタ９４c_xに入力する。このローパスフィルタ９４c_xは、伝達関数が（１＋Ｔ2・Ｓ）／（１＋Ｔ1・Ｓ）により表されるフィルタである。そして、定常偏差算出部９４_xは、このローパスフィルタ９４c_xの出力値Ｖb_x_prdを出力する。 Next, the steady deviation calculating unit 94_x calculates a value obtained by subtracting the input Vb_x_mdfd_p from the output value of the proportional / differential compensation element 94_x by the calculating unit 94b_x, and then outputs the output value of the calculating unit 94b_x to the phase compensation It inputs into the low-pass filter 94c_x which has a function. The low-pass filter 94c_x is a filter whose transfer function is represented by (1 + T2 · S) / (1 + T1 · S). The steady deviation calculating unit 94_x outputs the output value Vb_x_prd of the low-pass filter 94c_x.
また、定常偏差算出部９４_yには、Ｙ軸方向の重心速度推定値Ｖb_y_sが入力されると共に、Ｙ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdの前回値Ｖb_y_mdfd_pが遅延要素９６_yを介して入力される。 In addition, the steady-state deviation calculating unit 94_y receives the Y-axis centroid speed estimated value Vb_y_s and the previous value Vb_y_mdfd_p of the Y-axis control target centroid speed Vb_y_mdfd via the delay element 96_y.
そして、定常偏差算出部９４_yは、上記した定常偏差算出部９４_xと同様に、比例・微分補償要素９４a_y、演算部９４b_y及びローパスフィルタ９４c_yの処理を順次実行し、ローパスフィルタ９４c_yの出力値Ｖb_y_prdを出力する。 Then, similarly to the above-described steady deviation calculation unit 94_x, the steady deviation calculation unit 94_y sequentially executes the processing of the proportional / differential compensation element 94a_y, the calculation unit 94b_y, and the low-pass filter 94c_y, and outputs the output value Vb_y_prd of the low-pass filter 94c_y. To do.
ここで、定常偏差算出部９４_xの出力値Ｖb_x_prdは、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の現在の運動状態（換言すればＹ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_xの運動状態）から推測される、将来のＸ軸方向の重心速度推定値の収束予測値の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdに対する定常偏差としての意味を持つものである。同様に、定常偏差算出部９４_y出力値Ｖb_y_prdは、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の現在の運動状態（換言すればＸ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_yの運動状態）から推測される、将来のＹ軸方向の重心速度推定値の収束予測値の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdに対する定常偏差としての意味を持つものである。以降、定常偏差算出部９４_x，９４_yのそれぞれの出力値Ｖb_x_prd，Ｖb_y_prdを重心速度定常偏差予測値という。 Here, the output value Vb_x_prd of the steady deviation calculating unit 94_x is based on the current motion state of the vehicle system center of gravity as viewed from the Y-axis direction (in other words, the motion state of the mass point 60_x of the inverted pendulum model as viewed from the Y-axis direction). It has a meaning as a steady deviation with respect to the control target center-of-gravity speed Vb_x_mdfd of the estimated predicted center-of-gravity speed estimated value in the X-axis direction. Similarly, the steady deviation calculating unit 94_y output value Vb_y_prd is estimated from the current motion state of the vehicle system center of gravity as viewed from the X-axis direction (in other words, the motion state of the mass point 60_y of the inverted pendulum model as viewed from the X-axis direction). The convergence predicted value of the estimated center-of-gravity speed value in the future Y-axis direction has a meaning as a steady deviation with respect to the control target center-of-gravity speed Vb_y_mdfd. Hereinafter, the respective output values Vb_x_prd and Vb_y_prd of the steady deviation calculation units 94_x and 94_y are referred to as center-of-gravity velocity steady deviation prediction values.
重心速度制限部７６は、上記の如く定常偏差算出部９４_x，９４_yの処理を実行した後、定常偏差算出部９４_xの出力値Ｖb_x_prdに要求重心速度Ｖb_x_aimを加算する処理と、定常偏差算出部９４_yの出力値Ｖb_y_prdに要求重心速度Ｖb_y_aimを加算する処理とをそれぞれ、演算部９８_x，９８_yにより実行する。
The center-of-
従って、演算部９８_xの出力値Ｖb_x_tは、Ｘ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prdに、Ｘ軸方向の要求重心速度Ｖb_x_aimを付加した速度となる。同様に、演算部９８_yの出力値Ｖb_y_tは、Ｙ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_y_prdに、Ｙ軸方向の要求重心速度Ｖb_y_aimを付加した速度となる。 Therefore, the output value Vb_x_t of the calculation unit 98_x is a speed obtained by adding the required center-of-gravity speed Vb_x_aim in the X-axis direction to the center-of-gravity speed steady-state deviation predicted value Vb_x_prd in the X-axis direction. Similarly, the output value Vb_y_t of the calculation unit 98_y is a speed obtained by adding the requested center-of-gravity speed Vb_y_aim in the Y-axis direction to the center-of-gravity speed steady-state deviation predicted value Vb_y_prd in the Y-axis direction.
なお、車両１の動作モードが自立モードである場合等、Ｘ軸方向の要求重心速度Ｖb_x_aimが“０”である場合には、Ｘ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prdがそのまま、演算部９８_xの出力値Ｖb_x_tとなる。同様に、Ｙ軸方向の要求重心速度Ｖb_y_aimが“０”である場合には、Ｙ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_y_prdがそのまま、演算部９８_yの出力値Ｖb_y_tとなる。
Note that, when the required center-of-gravity velocity Vb_x_aim in the X-axis direction is “0”, such as when the operation mode of the
次いで、重心速度制限部７６は、演算部９８_x，９８_yのそれぞれの出力値Ｖb_x_t，Ｖb_y_tを、リミット処理部１００に入力する。このリミット処理部１００の処理は、前記したゲイン調整部７８のリミット処理部８６の処理と同じである。この場合、図１１に括弧付きに参照符号で示す如く、リミット処理部１００の各処理部の入力値及び出力値だけがリミット処理部８６と相違する。
Next, the center-of-gravity
具体的には、リミット処理部１００では、前記仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの移動速度Ｖw_x，Ｖw_yを、Ｖb_x_t，Ｖb_y_tにそれぞれ一致させたと仮定した場合の各仮想車輪６２_x，６２_yの回転角速度ωw_x_t，ωw_y_tがそれぞれ処理部８６a_x，８６a_yにより算出される。そして、この回転角速度ωw_x_t，ωw_y_tの組が、ＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂにより、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの回転角速度ω_R_t，ω_L_tの組に変換される。
Specifically, in the
さらに、これらの回転角速度ω_R_t，ω_L_tが、リミッタ８６c_R，８６c_Lによって、それぞれ、右モータ用許容範囲内の値と左モータ用許容範囲内の値とに制限される。そして、この制限処理後の値ω_R_lim2，ω_L_lim2が、ＲＬ−ＸＹ変換部８６ｄによって、仮想車輪６２_x，６２_yの回転角速度ωw_x_lim2，ωw_y_lim2に変換される。
Further, these rotational angular velocities ω_R_t and ω_L_t are limited by the limiters 86c_R and 86c_L to values within the allowable range for the right motor and values within the allowable range for the left motor, respectively. Then, the values ω_R_lim2 and ω_L_lim2 after the restriction process are converted into the rotational angular velocities ωw_x_lim2 and ωw_y_lim2 of the virtual wheels 62_x and 62_y by the RL-
次いで、この各回転角速度ωw_x_lim2，ωw_y_lim2に対応する各仮想車輪６２_x，６２_yの移動速度Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2がそれぞれ処理部８６e_x，８６e_yによって算出され、これらの移動速度Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2がリミット処理部１００から出力される。
Next, the moving speeds Vw_x_lim2 and Vw_y_lim2 of the virtual wheels 62_x and 62_y corresponding to the rotational angular velocities ωw_x_lim2 and ωw_y_lim2 are calculated by the processing units 86e_x and 86e_y, respectively, and the moving speeds Vw_x_lim2 and Vw_y_lim2 are output from the
以上のリミット処理部１００の処理によって、リミット処理部１００は、リミット処理部８６と同様に、その出力値Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2の組に対応する電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が許容範囲を逸脱しないことを必須の必要条件として、その必要条件下で可能な限り、出力値Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2をそれぞれＶb_x_t，Ｖb_y_tに一致させるように、出力値Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2の組を生成する。
By the above processing of the
なお、リミット処理部１００における右モータ用及び左モータ用の各許容範囲は、リミット処理部８６における各許容範囲と同一である必要はなく、互いに異なる許容範囲に設定されていてもよい。
Note that the permissible ranges for the right motor and the left motor in the
図１２の説明に戻って、重心速度制限部７６は、次に、演算部１０２_x，１０２_yの処理を実行することによって、それぞれ制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdを算出する。この場合、演算部１０２_xは、リミット処理部１００の出力値Ｖw_x_lim2から、Ｘ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prdを減算してなる値をＸ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdとして算出する。同様に、演算部１０２_yは、リミット処理部１００の出力値Ｖw_y_lim2から、Ｙ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_y_prdを減算してなる値をＹ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdとして算出する。
Returning to the description of FIG. 12, the center-of-gravity
以上のようにして決定される制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdは、リミット処理部１００での出力値Ｖ_x_lim2，Ｖ_y_lim2の強制的な制限が行なわれなかった場合、すなわち、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度を、それぞれ、演算部９８_xの出力値Ｖb_x_tと演算部９８_yの出力値Ｖb_y_tとに一致させるように電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを動作させても、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が許容範囲内に収まるような場合には、要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimがそれぞれ、そのまま、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdとして決定される。
The control target center-of-gravity velocities Vb_x_mdfd and Vb_y_mdfd determined as described above are obtained when the output values V_x_lim2 and V_y_lim2 in the
なお、この場合、Ｘ軸方向の要求重心速度Ｖb_x_aimが“０”であれば、Ｘ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdも“０”となり、Ｙ軸方向の要求重心速度Ｖb_y_aimが“０”であれば、Ｙ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdも“０”となる。 In this case, if the required center-of-gravity speed Vb_x_aim in the X-axis direction is “0”, the control target center-of-gravity speed Vb_x_mdfd in the X-axis direction is also “0”, and the required center-of-gravity speed Vb_y_aim in the Y-axis direction is “0”. If there is, the control target center-of-gravity velocity Vb_y_mdfd in the Y-axis direction is also “0”.
一方、リミット処理部１００の出力値Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2が、入力値Ｖb_x_t，Ｖb_y_tに対して強制的な制限を施して生成された場合、すなわち、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度を、それぞれ、演算部９８_xの出力値Ｖb_x_tと演算部９８_yの出力値Ｖb_y_tとに一致させるように電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを動作させると、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのいずれかの回転角速度が許容範囲を逸脱してしまう場合（いずれかの回転角速度の絶対値が高くなり過ぎる場合）には、Ｘ軸方向については、リミット処理部１００の出力値Ｖw_x_lim2の入力値Ｖb_x_tからの修正量（＝Ｖw_x_lim2−Ｖb_x_t）だけ、要求重心速度Ｖb_x_aimを補正してなる値（当該修正量をＶb_x_aimに加算した値）が、Ｘ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdとして決定される。
On the other hand, when the output values Vw_x_lim2 and Vw_y_lim2 of the
また、Ｙ軸方向については、リミット処理部１００の出力値Ｖw_y_lim2の入力値Ｖb_y_tからの修正量（＝Ｖw_y_lim2−Ｖb_y_t）だけ、要求重心速度Ｖb_y_aimを補正してなる値（当該修正量をＶb_y_aimに加算した値）が、Ｙ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdとして決定される。 For the Y-axis direction, a value obtained by correcting the requested center-of-gravity velocity Vb_y_aim by the correction amount (= Vw_y_lim2-Vb_y_t) from the input value Vb_y_t of the output value Vw_y_lim2 of the limit processing unit 100 (the correction amount is added to Vb_y_aim) Is determined as the control target center-of-gravity velocity Vb_y_mdfd in the Y-axis direction.
この場合において、例えばＸ軸方向の速度に関し、要求重心速度Ｖb_x_aimが“０”でない場合には、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdは、要求重心速度Ｖb_x_aimよりも“０”に近づくか、もしくは、要求重心速度Ｖb_x_aimと逆向きの速度となる。また、要求重心速度Ｖb_x_aimが“０”である場合には、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdは、定常偏差算出部９４_xが出力するＸ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prdと逆向きの速度となる。これらのことは、Ｙ軸方向の速度に関しても同様である。
以上が、重心速度制限部７６の処理である。
In this case, for example, regarding the speed in the X-axis direction, if the requested center-of-gravity speed Vb_x_aim is not “0”, the control target center-of-gravity speed Vb_x_mdfd is closer to “0” than the requested center-of-gravity speed Vb_x_aim or The speed is opposite to the speed Vb_x_aim. When the required center-of-gravity speed Vb_x_aim is “0”, the control target center-of-gravity speed Vb_x_mdfd is a speed opposite to the X-axis center of gravity speed steady deviation predicted value Vb_x_prd output by the steady deviation calculating unit 94_x. . The same applies to the velocity in the Y-axis direction.
The above is the process of the gravity center
図９の説明に戻って、制御ユニット５０は、以上の如く重心速度算出部７２、重心速度制限部７６、ゲイン調整部７８、及び偏差演算部７０の処理を実行した後、次に、姿勢制御演算部８０の処理を実行する。
Returning to the description of FIG. 9, the
この姿勢制御演算部８０の処理を、以下に図１３を参照して説明する。なお、図１３において、括弧を付していない参照符号は、Ｘ軸方向に輪転する仮想車輪６２_xの回転角速度の目標値である前記仮想車輪回転角速度指令ωw_x_comを決定する処理に係わる参照符号であり、括弧付きの参照符合は、Ｙ軸方向に輪転する仮想車輪６２_yの回転角速度の目標値である前記仮想車輪回転角速度指令ωw_y_comを決定する処理に係わる参照符号である。
The processing of the attitude
姿勢制御演算部８０には、偏差演算部７０で算出された基体傾斜角度偏差計測値θbe_xy_sと、前記ステップＳ２で算出された基体傾斜角速度計測値θbdot_xy_sと、重心速度算出部７２で算出された重心速度推定値Ｖb_xy_sと、重心速度制限部７６で算出された目標重心速度Ｖb_xy_cmdと、ゲイン調整部７８で算出されたゲイン調整パラメータＫr_xyとが入力される。
The posture
そして、姿勢制御演算部８０は、まず、これらの入力値を用いて、次式０７ｘ，０７ｙにより、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_comを算出する。
Then, the attitude
ωwdot_x_cmd＝K1_x・θbe_x_s＋K2_x・θbdot_x_s
＋K3_x・(Ｖb_x_s−Ｖb_x_mdfd) ……式０７ｘ
ωwdot_y_cmd＝K1_y・θbe_y_s＋K2_y・θbdot_y_s
＋K3_y・(Ｖb_y_s−Ｖb_y_mdfd) ……式０７ｙ
ωwdot_x_cmd = K1_x ・ θbe_x_s + K2_x ・ θbdot_x_s
+ K3_x ・ (Vb_x_s−Vb_x_mdfd) ...... Formula 07x
ωwdot_y_cmd = K1_y ・ θbe_y_s + K2_y ・ θbdot_y_s
+ K3_y · (Vb_y_s−Vb_y_mdfd) ...... Formula 07y
従って、本実施形態では、Ｙ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_xの運動（ひいては、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の運動）を制御するための操作量（制御入力）としての仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_comと、Ｘ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_yの運動（ひいては、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の運動）を制御するための操作量（制御入力）としての仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_y_comとは、それぞれ、３つの操作量成分（式０７ｘ，０７ｙの右辺の３つの項）を加え合わせることによって決定される。 Therefore, in the present embodiment, as an operation amount (control input) for controlling the motion of the mass point 60_x of the inverted pendulum model viewed from the Y-axis direction (and hence the motion of the vehicle system center-of-gravity point viewed from the Y-axis direction). Virtual wheel rotation angular acceleration command ωdotw_x_com and the operation amount (control input) for controlling the motion of the mass point 60_y of the inverted pendulum model viewed from the X-axis direction (and hence the motion of the vehicle system center-of-gravity point viewed from the X-axis direction) The virtual wheel rotation angular acceleration command ωdotw_y_com is determined by adding three manipulated variable components (three terms on the right side of equations 07x and 07y).
この場合、式０７ｘにおける各操作量成分に係わるゲイン係数Ｋ1_x，Ｋ2_x，Ｋ3_xは、ゲイン調整パラメータＫr_xに応じて可変的に設定され、式０７ｙにおける各操作量成分に係わるゲイン係数Ｋ1_y，Ｋ2_y，Ｋ3_yは、ゲイン調整パラメータＫr_yに応じて可変的に設定される。以降、式０７ｘにおけるゲイン係数Ｋ1_x，Ｋ2_x，Ｋ3_xのそれぞれを第１ゲイン係数Ｋ1_x、第２ゲイン係数Ｋ2_x、第３ゲイン係数Ｋ3_xということがある。このことは、式０７ｙにおけるゲイン係数Ｋ1_y，Ｋ2_y，Ｋ3_yについても同様とする。 In this case, the gain coefficients K1_x, K2_x, K3_x related to each manipulated variable component in the expression 07x are variably set according to the gain adjustment parameter Kr_x, and the gain coefficients K1_y, K2_y, K3_y related to each manipulated variable component in the expression 07y. Is variably set according to the gain adjustment parameter Kr_y. Hereinafter, the gain coefficients K1_x, K2_x, and K3_x in Expression 07x may be referred to as a first gain coefficient K1_x, a second gain coefficient K2_x, and a third gain coefficient K3_x, respectively. The same applies to the gain coefficients K1_y, K2_y, and K3_y in Expression 07y.
式０７ｘにおける第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）と、式０７ｙにおける第ｉゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）とは、図１３中にただし書きで示した如く、次式０９ｘ、０９ｙにより、ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yに応じて決定される。 The i-th gain coefficient Ki_x (i = 1, 2, 3) in Expression 07x and the i-th gain coefficient Ki_y (i = 1, 2, 3) in Expression 07y are as follows. It is determined according to the gain adjustment parameters Kr_x and Kr_y by the equations 09x and 09y.
Ｋi_x＝（１−Ｋr_x）・Ｋi_a_x＋Ｋr_x・Ｋi_b_x ……式０９ｘ
Ｋi_y＝（１−Ｋr_y）・Ｋi_a_y＋Ｋr_y・Ｋi_b_y ……式０９ｙ
（ｉ＝１，２，３）
Ki_x = (1−Kr_x) · Ki_a_x + Kr_x · Ki_b_x ...... Expression 09x
Ki_y = (1−Kr_y) · Ki_a_y + Kr_y · Ki_b_y ...... Equation 09y
(I = 1, 2, 3)
ここで、式０９ｘにおけるＫi_a_x、Ｋi_b_xは、それぞれ、第ｉゲイン係数Ｋi_xの最小側（“０”に近い側）のゲイン係数値、最大側（“０”から離れる側）のゲイン係数値としてあらかじめ設定された定数値である。このことは、式０９ｙにおけるＫi_a_y、Ｋi_b_yについても同様である。 Here, Ki_a_x and Ki_b_x in Expression 09x are preliminarily set as the gain coefficient value on the minimum side (side closer to “0”) and the gain coefficient value on the maximum side (side away from “0”) of the i-th gain coefficient Ki_x, respectively. It is a set constant value. The same applies to Ki_a_y and Ki_b_y in Expression 09y.
従って、式０７ｘの演算に用いる各第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）は、それぞれに対応する定数値Ｋi_a_x、Ｋi_b_xの重み付き平均値として決定される。そして、この場合、Ｋi_a_x、Ｋi_b_xにそれぞれ掛かる重みが、ゲイン調整パラメータＫr_xに応じて変化させられる。このため、Ｋr_x＝０である場合には、Ｋi_x＝Ｋi_a_xとなり、Ｋr_x＝１である場合には、Ｋi_x＝Ｋi_b_xとなる。そして、Ｋr_xが“０”から“１”に近づくに伴い、第ｉゲイン係数Ｋi_xはＫi_a_xからＫi_b_x近づいていく。 Accordingly, each i-th gain coefficient Ki_x (i = 1, 2, 3) used in the calculation of Expression 07x is determined as a weighted average value of the corresponding constant values Ki_a_x and Ki_b_x. In this case, the weights applied to Ki_a_x and Ki_b_x are changed according to the gain adjustment parameter Kr_x. Therefore, when Kr_x = 0, Ki_x = Ki_a_x, and when Kr_x = 1, Ki_x = Ki_b_x. As Kr_x approaches “1” from “0”, the i-th gain coefficient Ki_x approaches Ki_b_x from Ki_a_x.
同様に、式０７ｙの演算に用いる各第ｉゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）は、それぞれに対応する定数値Ｋi_a_y、Ｋi_b_yの重み付き平均値として決定される。そして、この場合、Ｋi_a_y、Ｋi_b_yにそれぞれ掛かる重みが、ゲイン調整パラメータＫr_yに応じて変化させられる。このため、Ｋi_xの場合と同様に、Ｋr_yの値が“０”から“１”の間で変化するに伴い、第ｉゲイン係数Ｋi_yの値が、Ｋi_a_yとＫi_b_yとの間で変化する。
補足すると、上記定数値Ｋi_a_x、Ｋi_b_x及びＫi_a_y，Ｋi_b_y（ｉ＝１，２，３）は、前記ステップＳ６又は８において値が設定される定数パラメータに含まれるものである。
Similarly, each i-th gain coefficient Ki_y (i = 1, 2, 3) used for the calculation of Expression 07y is determined as a weighted average value of the corresponding constant values Ki_a_y and Ki_b_y. In this case, the weights applied to Ki_a_y and Ki_b_y are changed according to the gain adjustment parameter Kr_y. Therefore, as in the case of Ki_x, as the value of Kr_y changes between “0” and “1”, the value of the i-th gain coefficient Ki_y changes between Ki_a_y and Ki_b_y.
Supplementally, the constant values Ki_a_x, Ki_b_x and Ki_a_y, Ki_b_y (i = 1, 2, 3) are included in the constant parameters whose values are set in step S6 or 8.
姿勢制御演算部８０は、上記の如く決定した第１〜第３ゲイン係数Ｋ1_x，Ｋ2_x，Ｋ3_xを用いて前記式０７ｘの演算を行なうことで、Ｘ軸方向に輪転する仮想車輪６２_xに係わる仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmdを算出する。
The attitude
さらに詳細には、図１３を参照して、姿勢制御演算部８０は、基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_sに第１ゲイン係数Ｋ1_xを乗じてなる操作量成分ｕ1_xと、基体傾斜角速度計測値θbdot_x_sに第２ゲイン係数Ｋ2_xを乗じてなる操作量成分ｕ2_xとをそれぞれ、処理部８０ａ，８０ｂで算出する。さらに、姿勢制御演算部８０は、重心速度推定値Ｖb_x_sと制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdとの偏差（＝Ｖb_x_s−Ｖb_x_mdfd）を演算部８０ｄで算出し、この偏差に第３ゲイン係数Ｋ3_xを乗じてなる操作量成ｕ3_xを処理部８０ｃで算出する。そして、姿勢制御演算部８０は、これらの操作量成分u1_x，ｕ2_x，ｕ3_xを演算部８０ｅにて加え合わせることにより、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_comを算出する。
In more detail, with reference to FIG. 13, the posture
同様に、姿勢制御演算部８０は、上記の如く決定した第１〜第３ゲイン係数Ｋ1_y，Ｋ2_y，Ｋ3_yを用いて前記式０７ｙの演算を行なうことで、Ｙ軸方向に輪転する仮想車輪６２_yに係わる仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_y_cmdを算出する。
Similarly, the posture
この場合には、姿勢制御演算部８０は、基体傾斜角度偏差計測値θbe_y_sに第１ゲイン係数Ｋ1_yを乗じてなる操作量成分ｕ1_yと、基体傾斜角速度計測値θbdot_y_sに第２ゲイン係数Ｋ2_yを乗じてなる操作量成分ｕ2_yとをそれぞれ、処理部８０ａ，８０ｂで算出する。さらに、姿勢制御演算部８０は、重心速度推定値Ｖb_y_sと制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdとの偏差（＝Ｖb_y_s−Ｖb_y_mdfd）を演算部８０ｄで算出し、この偏差に第３ゲイン係数Ｋ3_yを乗じてなる操作量成分ｕ3_yを処理部８０ｃで算出する。そして、姿勢制御演算部８０は、これらの操作量成分u1_y，ｕ2_y，ｕ3_yを演算部８０ｅにて加え合わせることにより、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_y_comを算出する。
In this case, the posture
ここで、式０７ｘの右辺の第１項（＝第１操作量成分ｕ1_x）及び第２項（＝第２操作量成分ｕ2_x）は、Ｙ軸周り方向での基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_sを、フィードバック制御則としてのＰＤ則（比例・微分則）により“０”に収束させる（基体傾斜角度計測値θb_x_sを目標値θb_x_objに収束させる）ためのフィードバック操作量成分としての意味を持つ。 Here, the first term (= first manipulated variable component u1_x) and the second term (= second manipulated variable component u2_x) on the right side of the expression 07x are the measured values of the base body tilt angle deviation θbe_x_s in the direction around the Y axis. It has a meaning as a feedback manipulated variable component for converging to “0” (converging the base body tilt angle measurement value θb_x_s to the target value θb_x_obj) by the PD law (proportional / differential law) as a feedback control law.
また、式０７ｘの右辺の第３項（＝第３操作量成分ｕ3_x）は、重心速度推定値Ｖb_x_sと目標重心速度Ｖb_x_mdfdとの偏差をフィードバック制御則としての比例則により“０”に収束させる（Ｖb_x_sをＶb_x_mdfdに収束させる）ためのフィードバック操作量成分としての意味を持つ。
これらのことは、式０７ｙの右辺の第１〜第３項（第１〜第３操作量成分ｕ1_y，ｕ2_y，ｕ3_y）についても同様である。
The third term (= third manipulated variable component u3_x) on the right side of Expression 07x converges the deviation between the center of gravity speed estimated value Vb_x_s and the target center of gravity speed Vb_x_mdfd to “0” by a proportional law as a feedback control law ( It has a meaning as a feedback manipulated variable component for converging Vb_x_s to Vb_x_mdfd).
The same applies to the first to third terms (first to third manipulated variable components u1_y, u2_y, u3_y) on the right side of Expression 07y.
姿勢制御演算部８０は、上記の如く、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_com，ωwdot_y_comを算出した後、次に、これらのωwdot_x_com，ωwdot_y_comをそれぞれ積分器８０ｆにより積分することによって、前記仮想車輪回転速度指令ωw_x_com，ωw_y_comを決定する。
以上が姿勢制御演算部８０の処理の詳細である。
After calculating the virtual wheel rotation angular acceleration commands ωwdot_x_com and ωwdot_y_com as described above, the attitude
The above is the details of the processing of the attitude
補足すると、式０７ｘの右辺の第３項を、Ｖb_x_sに応じた操作量成分（＝K3_x・Ｖb_x_s）と、Ｖb_x_mdfdに応じた操作量成分（＝−K3_x・Ｖb_x_mdfd)とに分離した式によって、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_comを算出するようにしてよい。同様に、式０７ｙの右辺の第３項を、Ｖb_y_sに応じた操作量成分（＝K3_y・Ｖb_y_s）と、Ｖb_y_mdfdに応じた操作量成分（＝−K3_y・Ｖb_y_mdfd)とに分離した式によって、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_y_comを算出するようにしてよい。 Supplementally, the third term on the right side of the expression 07x is virtually divided into an operation amount component (= K3_x · Vb_x_s) according to Vb_x_s and an operation amount component (= −K3_x · Vb_x_mdfd) according to Vb_x_mdfd The wheel rotation angular acceleration command ωdotw_x_com may be calculated. Similarly, the third term on the right side of Expression 07y is divided into an operation amount component (= K3_y · Vb_y_s) according to Vb_y_s and an operation amount component (= −K3_y · Vb_y_mdfd) according to Vb_y_mdfd, The wheel rotation angular acceleration command ωdotw_y_com may be calculated.
また、本実施形態では、車両系重心点の挙動を制御するための操作量（制御入力）として、仮想車輪６２_x，６２_yの回転角加速度指令ωw_x_cmd，ωw_y_cmdを用いるようにしたが、例えば、仮想車輪６２_x，６２_yの駆動トルク、あるいは、この駆動トルクに各仮想車輪６２_x，６２_yの半径Ｒw_x，Ｒw_yを乗じてなる並進力（すなわち仮想車輪６２_x，６２_yと床面との間の摩擦力）を操作量として用いるようにしてもよい。 In the present embodiment, the rotational angular acceleration commands ωw_x_cmd and ωw_y_cmd of the virtual wheels 62_x and 62_y are used as the operation amount (control input) for controlling the behavior of the vehicle system center-of-gravity point. 62_x, 62_y, or a translational force obtained by multiplying the driving torque by the radii Rw_x, Rw_y of the virtual wheels 62_x, 62_y (that is, frictional forces between the virtual wheels 62_x, 62_y and the floor surface). You may make it use as.
図９の説明に戻って、制御ユニット５０は、次に、姿勢制御演算部８０で上記の如く決定した仮想車輪回転速度指令ωw_x_com，ωw_y_comをモータ指令演算部８２に入力し、該モータ指令演算部８２の処理を実行することによって、電動モータ３１Ｒの速度指令ω_R_comと電動モータ３１Ｌの速度指令ω_L_comとを決定する。このモータ指令演算部８２の処理は、前記リミット処理部８６（図１１参照）のＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂの処理と同じである。
Returning to the description of FIG. 9, the
具体的には、モータ指令演算部８２は、前記式０１ａ，０１ｂのωw_x，ωw_y，ω_R，ω_Lをそれぞれ、ωw_x_com，ωw_y_com，ω_R_cmd，ω_L_cmdに置き換えて得られる連立方程式を、ω_R_cmd，ω_L_cmdを未知数として解くことによって、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの速度指令ω_R_com，ω_L_comを決定する。
以上により前記ステップＳ１２の車両制御演算処理が完了する。
Specifically, the motor
Thus, the vehicle control calculation process in step S12 is completed.
以上説明した如く制御ユニット５０が制御演算処理を実行することによって、前記搭乗モード及び自立モードのいずれの動作モードにおいても、基本的には、基体９の姿勢が、前記基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_s，θbe_y_sの両方が“０”となる姿勢（以下、この姿勢を基本姿勢という）に保たれるように、換言すれば、車両系重心点（車両・乗員全体重心点又は車両単体重心点）の位置が、車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態に保たれるように、操作量（制御入力）としての仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_comが決定される。より詳しく言えば、基体９の姿勢を前記基本姿勢に保ちつつ、車両系重心点の移動速度の推定値としての重心速度推定値Ｖb_xy_sを制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfdに収束させるように、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_comが決定される。なお、制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfdは、通常は（詳しくは搭乗モードで乗員等が車両１の付加的な推進力を付与しない限り）、“０”である。この場合には、基体９の姿勢を前記基本姿勢に保ちつつ、車両系重心点がほぼ静止するように、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_comが決定されることとなる。
As described above, the
そして、ωdotw_xy_comの各成分を積分してなる仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_comを変換してなる電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの速度指令ω_R_cmd，ω_L_cmdとして決定される。さらに、その速度指令ω_R_cmd，ω_L_cmdに従って、各電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの回転速度が制御される。ひいては車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度が、ωw_x_comに対応する仮想車輪６２_xの移動速度と、ωw_y_comに対応する仮想車輪６２_yの移動速度とに各々一致するように制御される。
Then, the rotational angular velocities of the
このため、例えば、Ｙ軸周り方向で、実際の基体傾斜角度θb_xが目標値θb_x_objから前傾側にずれると、そのずれを解消すべく（θbe_x_sを“０”に収束させるべく）、車輪体５が前方に向かって移動する。同様に、実際のθb_xが目標値θb_x_objから後傾側にずれると、そのずれを解消すべく（θbe_x_sを“０”に収束させるべく）、車輪体５が後方に向かって移動する。
For this reason, for example, if the actual base body tilt angle θb_x shifts forward from the target value θb_x_obj in the direction around the Y axis, the
また、例えば、Ｘ軸周り方向で、実際の基体傾斜角度θb_yが目標値θb_y_objから右傾側にずれると、そのずれを解消すべく（θbe_y_sを“０”に収束させるべく）、車輪体５が右向きに移動する。同様に、実際のθb_yが目標値θb_y_objから左傾側にずれると、そのずれを解消すべく（θbe_y_sを“０”に収束させるべく）、車輪体５が左向きに移動する。
Further, for example, when the actual base body tilt angle θb_y shifts to the right tilt side from the target value θb_y_obj in the direction around the X axis, the
さらに、実際の基体傾斜角度θb_x，θb_yの両方が、それぞれ目標値θb_x_obj，θb_y_objからずれると、θb_xのずれを解消するための車輪体５の前後方向の移動動作と、θb_yのずれを解消するための車輪体５の左右方向の移動動作とが合成され、車輪体５がＸ軸方向及びＹ軸方向の合成方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方向に対して傾斜した方向）に移動することとなる。
Further, when both the actual base body tilt angles θb_x and θb_y deviate from the target values θb_x_obj and θb_y_obj, respectively, in order to eliminate the shift operation of the
このようにして、基体９が前記基本姿勢から傾くと、その傾いた側に向かって、車輪体５が移動することとなる。従って、例えば前記搭乗モードにおいて、乗員が意図的にその上体を傾けると、その傾けた側に、車輪体５が移動することとなる。
Thus, when the
なお、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdが“０”である場合には、基体９の姿勢が基本姿勢に収束すると、車輪体５の移動もほぼ停止する。また、例えば、基体９のＹ軸周り方向の傾斜角度θb_xを基本姿勢から傾いた一定の角度に維持すると、車輪体５のＸ軸方向の移動速度は、その角度に対応する一定の移動速度（制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdと一定の定常偏差を有する移動速度）に収束する。このことは、基体９のＸ軸周り方向の傾斜角度θb_yを基本姿勢から傾いた一定の角度に維持した場合も同様である。
When the control target center-of-gravity speeds Vb_x_mdfd and Vb_y_mdfd are “0”, the movement of the
また、例えば、前記要求重心速度生成部７４で生成される要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimの両方が“０”となっている状況において、基体９の前記基本姿勢からの傾き量（基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_s，θbe_y_s）が比較的大きくなり、それを解消し、もしくはその傾き量を維持するために必要な車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向の一方又は両方の移動速度（これらの移動速度は、それぞれ、図１２に示した前記重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prd、Ｖb_y_prdに相当する）が、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの一方又は両方の回転角速度を許容範囲から逸脱させてしまうような、過大な移動速度になるような状況では、該車輪体５の移動速度に対して逆向きとなる速度（詳しくは、Ｖw_x_lim2−Ｖb_x_prd及びＶw_y_lim2−Ｖb_y_prd）が制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdとして決定される。そして、制御入力を構成する操作量成分のうちの操作量成分ｕ3_x，ｕ3_yが、この制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdに重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sをそれぞれ収束させるように決定される。このため、基体９の前記基本姿勢からの傾き量が過大になるのを予防し、ひいては、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの一方又は両方の回転角速度が高速になり過ぎるのが防止される。
Further, for example, in a situation where both the required center-of-gravity speeds Vb_x_aim and Vb_y_aim generated by the required center-of-gravity
さらに、前記ゲイン調整部７８では、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sの一方又は両方が大きくなり、ひいては、基体９の前記基本姿勢からの傾きを解消し、もしくはその傾き量を維持するために必要な車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向の一方又は両方の移動速度が、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの一方又は両方の回転角速度を許容範囲から逸脱させてしまうような、過大な移動速度になる恐れがある状況では、その逸脱が顕著になるほど（詳しくは、図１０に示すＶover_x，Ｖover_yの絶対値が大きくなるほど）、前記ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yの一方又は両方が“０”から“１”に近づけられる。
Further, in the
この場合、前記式０９ｘにより算出される各第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）は、Ｋr_xが“１”に近づくほど、最小側の定数値Ｋi_a_xから最大側の定数値Ｋi_b_xに近づく。このことは、前記式０９ｙにより算出される各第ｉゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）についても同様である。 In this case, each i-th gain coefficient Ki_x (i = 1, 2, 3) calculated by the expression 09x is changed from the minimum constant value Ki_a_x to the maximum constant value Ki_b_x as Kr_x approaches “1”. Get closer. The same applies to each i-th gain coefficient Ki_y (i = 1, 2, 3) calculated by the expression 09y.
そして、上記ゲイン係数の絶対値が大きくなることによって、基体９の傾きの変化に対する操作量（仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmd，ωdotw_y_cmd）の感度が高まる。従って、基体９の基本姿勢からの傾き量が大きくなろうとすると、それを素早く解消するように、車輪体５の移動速度が制御されることとなる。従って、基体９が基本姿勢から大きく傾くことが強めに抑制され、ひいては、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向の一方又は両方の移動速度が、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの一方又は両方の回転角速度を許容範囲から逸脱させてしまうような、過大な移動速度になるのを防止することができる。
As the absolute value of the gain coefficient increases, the sensitivity of the operation amount (virtual wheel rotation angular acceleration commands ωdotw_x_cmd, ωdotw_y_cmd) with respect to a change in the tilt of the
また、搭乗モードにおいて、要求重心速度生成部７４が、乗員等の操縦操作による要求に応じて要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aim（Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimの一方又は両方が“０”でない要求重心速度）を生成した場合には、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの一方又は両方の回転角速度が許容範囲を逸脱するような高速の回転角速度にならない限り（詳しくは図１２に示すＶw_x_lim2，Ｖw_y_lim2がＶb_x_t，Ｖb_y_tにそれぞれ一致する限り）、要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimがそれぞれ前記制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdとして決定される。このため、要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimを実現するように（実際の重心速度が要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimに近づくように）、車輪体５の移動速度が制御される。
Further, in the boarding mode, the requested center-of-gravity
次に、説明を後回しにした、前記要求重心速度生成部７４の処理の詳細を説明する。
要求重心速度生成部７４は、本実施形態では、車両１の動作モードが自立モードである場合には、前記したように、要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimを“０”とする。
一方、要求重心速度生成部７４は、車両１の動作モードが搭乗モードである場合には、乗員等による車両１の操縦操作（車両１に推進力を付加する操作）に応じて、該操作により要求されると推定される要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimを決定する。
Next, details of the processing of the required center-of-gravity
In the present embodiment, the required center-of-gravity
On the other hand, when the operation mode of the
ここで、例えば、車両１の乗員が、車両１の発進時等において、車両１の移動速度（車両系重心点の移動速度）を積極的に増速させようとする場合には、自身の足により床を蹴り、それにより車両１に移動速度を増速させる推進力（乗員の足平と床との摩擦力による推進力）を車両１に付加する。あるいは、例えば、車両１の乗員の要求に応じて、外部の補助者等が、車両１にその移動速度を増速させる推進力を付加する場合もある。
Here, for example, when an occupant of the
このような場合に、要求重心速度生成部７４は、車両系重心点の実際の速度ベクトル（以降、重心速度ベクトル↑Ｖbという）の大きさ（絶対値）の時間的変化率に基づいて、車両１の移動速度を増加させる要求としての加速要求が発生したか否かを判断しつつ、それに応じて、↑Ｖbの目標値としての要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aim（要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimを２つの成分とする速度ベクトル）を逐次決定する。
In such a case, the required center-of-gravity
その処理を概略的に説明すると、上記加速要求が発生した場合には、該加速要求が解消するまでの間、要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aimの大きさを増加させるように、要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aimが決定される。そして、上記加速要求が解消すると、要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aimの大きさを段階的に減衰させていくように、要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aimが決定される。この場合、本実施形態では、基本的には、加速要求が解消してから、所定時間の期間、要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aimの大きさが一定に保たれる。そして、その後に、要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aimの大きさが“０”まで連続的に減衰させられる。なお、この減衰時には、適宜、要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aimの向きがＸ軸方向に近づけられる。 The process is schematically described. When the acceleration request is generated, the requested gravity center velocity vector ↑ Vb_aim is increased so that the magnitude of the requested gravity center velocity vector ↑ Vb_aim is increased until the acceleration request is canceled. Is determined. When the acceleration request is resolved, the required center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_aim is determined so as to attenuate the magnitude of the required center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_aim stepwise. In this case, in the present embodiment, basically, the magnitude of the required center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_aim is kept constant for a predetermined time period after the acceleration request is canceled. After that, the magnitude of the required center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_aim is continuously attenuated to “0”. At the time of this attenuation, the direction of the required center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_aim is brought closer to the X axis direction as appropriate.
［第２実施形態］
＜係止モードの場合＞
次に、第２実施形態として、係止モードの場合について、説明する。ここでは、上記に説明した搭乗モードと自立モードとの場合との相違点についてのみ説明する。係止モードの場合として、たとえば図１４に示すように、荷物などの物体Ａが、係止部１１０に予め定められている固定長ｈＬで係止されているとする。なお、ここでいう荷物などの物体Ａとは、たとえば、長さが変化しない取っ手を備えた袋などに入れられた荷物のことである。
[Second Embodiment]
<In case of locking mode>
Next, as a second embodiment, the case of the locking mode will be described. Here, only the differences between the boarding mode and the self-supporting mode described above will be described. As the case of the locking mode, for example, as shown in FIG. 14, the object A, such as luggage, and are locked in fixed length h L predetermined for the locking
この場合、物体Ａと車両１とは、物体Ａと車両１とが係止部１１０の位置で連結された振子モデルと見做せる。なお、図８を用いて説明したように、車両１は、自身が近似的な倒立振子モデルである。よって、この物体Ａと車両１とは、２重倒立振子モデルとして見做せる。
In this case, the object A and the
本実施形態の係止モードの場合においては、物体Ａと車両１とを２重倒立振子モデルとして、物体Ａが揺れることを低減しつつ、上述したように車両１が倒立振子制御型移動体として移動する。
In the case of the locking mode of the present embodiment, the
このように物体Ａが揺れることを低減しつつ、車両１が倒立振子制御型移動体として移動するために、制御ユニット５０は、図７のステップＳ１２で説明した車両制御演算処理を実行するための機能として、図９のブロック図で示す機能に代えて、図１６のブロック図で示す機能を備えている。
Thus, in order to move the
この図１６のブロック図に示すように、制御ユニット５０は、図９のブロック図で示した構成に加えて、更に、変換部１３２と、揺れ角推定部１３４と、揺れ角速度推定部１３６と、フィルタ部１４２と、目標傾斜角度補正値算出部１４４と、目標傾斜角度補正部１４６と、を備えている。
また、この図１６のブロック図に示すように、制御ユニット５０には、図９のブロック図で説明した入力信号に加えて、更に、力センサ１１１により検出された力であって、係止部１１０に加えられる力が入力される。ここでは、この力センサ１１１により検出された力が、３軸方向に対応して、信号Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚとして入力される。
As shown in the block diagram of FIG. 16, in addition to the configuration shown in the block diagram of FIG. 9, the
Further, as shown in the block diagram of FIG. 16, in addition to the input signal described in the block diagram of FIG. 9, the
変換部１３２は、信号Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを、信号Ｆｘ’、Ｆｙ’、Ｆｚ’に変換する。ここで、力センサ１１１から出力される信号Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚは、力センサ１１１の位置を原点としたローカル座標系における力に対応する信号である。しかし、物体Ａは、係止部１１０の位置を中心として振動している。そのため、この変換部１３２は、この変換において、グローバル座標に変換するとともに、原点を、力センサ１１１の位置から係止部１１０の位置に変換している。
The
揺れ角推定部１３４は、変換部１３２により変換された信号Ｆｘ’、Ｆｙ’、Ｆｚ’に基づいて、係止部１１０が係止する物体Ａの揺れ角θL_xyを推定し、推定した揺れ角θL_xyを姿勢制御演算部８０に出力する。
The swing
揺れ角速度推定部１３６は、変換部１３２により変換された信号Ｆｘ’、Ｆｙ’、Ｆｚ’に基づいて、係止部１１０が係止する物体Ａの揺れ角速度θLdot_xyを推定し、推定した揺れ角速度θLdot_xyを姿勢制御演算部８０に出力する。なお、揺れ角速度を推定する場合、変換部１３２により変換された信号Ｆｘ’、Ｆｙ’、Ｆｚ’から揺れ角度を推定し、その揺れ角度を微分することで揺れ角速度を求めることが好ましい。
The swing angular
フィルタ部１４２は、変換部１３２により変換された信号Ｆｘ’、Ｆｙ’、Ｆｚ’の高調波成分を除去する。なお、このフィルタ部１４２は、変換部１３２により変換された信号Ｆｚ’の高調波成分を除去して、信号Ｆｚ’’として目標傾斜角度補正値算出部１４４に出力すればよい。これは、目標傾斜角度補正値算出部１４４においては、変換部１３２により変換された信号のうち、信号Ｆｚ’のみしか用いられないからである。なお、高調波成分を除去するのは、信号Ｆｚ’から、物体Ａの揺れの影響を除去するためである。
The
目標傾斜角度補正値算出部１４４は、入力された基体傾斜角度目標値θb_x_objを補正する補正値であって、物体Ａを係止することにより傾斜する基体９の傾きに基づいた補正値である目標傾斜角度補正値θb_xy_obj_biasを、フィルタ部１４２から出力された信号Ｆｚ’’に基づいて算出する。
The target tilt angle correction
ここで、図１７を用いて、この目標傾斜角度補正値θb_xy_obj_biasについて説明する。図１７では、車輪体５の中心を原点として、鉛直方向の軸ＺＡと、軸ＹＡとの平面の場合について説明する。
車両１の重心の位置を（ｙｂ、ｚｂ）とし、車両１の質量をｍｂとする。また、物体Ａの重心の位置を（ｙｌ、ｚｌ）とし、物体Ａの質量をｍｌとする。この場合、車両１と物体Ａとを合わせた重心は、次式１０ｙ、式１０ｚにより、その次の式１１ｙ、１１ｚとして、算出される。
Here, the target inclination angle correction value θb_xy_obj_bias will be described with reference to FIG. In FIG. 17, the case where the center of the
The position of the center of gravity of the
（ｍｂ＋ｍｌ）ｇ・ｙｇ＝ｍｂ・ｇ・ｙｂ＋ｍｌ・ｇ・ｙｌ ……式１０ｙ
（ｍｂ＋ｍｌ）ｇ・ｚｇ＝ｍｂ・ｇ・ｚｂ＋ｍｌ・ｇ・ｚｌ ……式１０ｚ
(Mb + ml) g · yg = mb · g · yb + ml · g · yl …… Formula 10y
(Mb + ml) g · zg = mb · g · zb + ml · g · zl Equation 10z
ｙｇ＝（ｍｂ・ｙｂ＋ｍｌ・ｙｌ）／（ｍｂ＋ｍｌ） ……式１１ｙ
ｚｇ＝（ｍｂ・ｚｂ＋ｍｌ・ｚｌ）／（ｍｂ＋ｍｌ） ……式１１ｚ
yg = (mb · yb + ml · yl) / (mb + ml) ...... Formula 11y
zg = (mb · zb + ml · zl) / (mb + ml) ...... Formula 11z
すなわち、車両１のみの場合に対比して、車両１に物体Ａが掛けられたことにより、車両１と物体Ａとを合わせた全体の重心位置が、車両１のみの場合の重心位置から、ずれたことになる。このような場合に、基体９が傾倒しないようにするためには、車両１及び物体Ａの全体の重心点が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置するように、する必要がある。具体的には、図１７に示すように、角度θb_y_obj_bias分だけ、ずれることになる。この角度θb_y_obj_biasは、次式１２により、算出される。
That is, as compared with the case of the
θb_y_obj_bias＝ｔａｎ-1（ｙｇ／ｚｇ） ……式１２ θb_y_obj_bias = tan −1 (yg / zg) (12)
なお、係止モードにおいて、この物体Ａは車両１に掛けられているため、本実施形態においては、物体Ａによる車両１及び物体Ａの全体の重心点の角度θb_y_obj_biasを、基体傾斜角度目標値θb_y_objのオフセット角度とする。すなわち、角度θb_y_objを、目標傾斜角度補正値θb_y_obj_biasとする。
In this embodiment, since the object A is hung on the
このように、基体傾斜角度目標補正値算出部１４４は、力センサ１１１の測定した力に基づいて、係止部１１０が係止する物体Ａの質量を推定し、当該推定した物体Ａの質量と、予め定められている車両１の質量、当該車両１の重心位置、および、係止部１１０が設けられている位置とに基づいて、物体Ａと車両１との重心位置を算出する。
In this way, the base body tilt angle target correction
そして、基体傾斜角度目標補正値算出部１４４は、算出した重心位置と車輪体５の中心位置とを結ぶ方向が鉛直方向と成す角度を、目標傾斜角度補正値θb_y_obj_biasとして算出する。
Then, the base body tilt angle target correction
なお、この図１７を用いた説明においては、車輪体５の中心を原点として説明したが、車輪体５の接地点を原点としてもよい。この場合には、基体傾斜角度目標補正値算出部１４４は、算出した重心位置と車輪体５の接地点とを結ぶ方向（すなわち、算出した重心位置と車両１の接地点とを結ぶ方向）が、鉛直方向と成す角度を、基体９の基体傾斜角度目標補正値θb_y_obj_biasとして算出してもよい。
In the description using FIG. 17, the center of the
また、この図１７では、鉛直方向の軸ＺＡと、軸ＹＡとの平面の場合について説明したが、鉛直方向の軸ＺＡと、軸ＸＡとの平面の場合についても、同様である。このようにして、基体傾斜角度目標補正値算出部１４４は、算出された目標傾斜角度補正値θb_xy_obj_biasを、目標傾斜角度補正部１４６に出力する。
In FIG. 17, the case of the plane of the vertical axis ZA and the axis YA has been described, but the same applies to the case of the plane of the vertical axis ZA and the axis XA. In this way, the base body tilt angle target correction
目標傾斜角度補正部１４６は、入力された基体傾斜角度目標値θb_xy_objを、基体傾斜角度目標補正値算出部１４４により算出された目標傾斜角度補正値θb_xy_obj_biasにより、補正する。
具体的には、目標傾斜角度補正部１４６は、基体傾斜角度目標値θb_xy_objから、目標傾斜角度補正値θb_xy_obj_biasを減算して補正する。そして、この目標傾斜角度補正部１４６により補正された基体傾斜角度目標値θb_xy_obj（＝θb_xy_obj_mdfd）が、偏差演算部７０に、入力される。以降、この補正された基体傾斜角度目標値θb_xy_objを、補正後基体傾斜角度目標値θb_xy_obj_mdfdとする。
The target tilt
Specifically, the target tilt
なお、偏差演算部７０は、基体傾斜角度計測値θb_xy_sと、目標傾斜角度補正部１４６により補正された基体傾斜角度目標値θb_xy_obj（補正後基体傾斜角度目標値θb_xy_obj_mdfd）とに基づいて、図９の場合と同様に、基体傾斜角度偏差計測値θbe_xy_sを算出する。そして、偏差演算部７０は、算出した基体傾斜角度偏差計測値θbe_xy_sを、姿勢制御演算部８０に出力する。
The
姿勢制御演算部８０は、上記に図９の場合に説明した式０７ｘ，０７ｙに代えて、次の式１３ｘ，１３ｙにより、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_comを算出する。
The attitude
ωwdot_x_cmd＝K1_x・（θbe_x_s）＋K2_x・θbdot_x_s
＋K3_x・(Ｖb_x_s−Ｖb_x_mdfd)＋K4_x・(θL_x−θbe_x_s)
＋K5_x・θLdot_x ……式１３ｘ
ωwdot_x_cmd = K1_x ・ (θbe_x_s) + K2_x ・ θbdot_x_s
+ K3_x ・ (Vb_x_s−Vb_x_mdfd) + K4_x ・ (θL_x−θbe_x_s)
+ K5_x · θLdot_x …… Formula 13x
ωwdot_y_cmd＝K1_y・（θbe_y_s）＋K2_y・θbdot_y_s
＋K3_y・(Ｖb_y_s−Ｖb_y_mdfd)＋K4_y・(θL_y−θbe_y_s)
＋K5_y・θLdot_y ……式１３ｙ
ωwdot_y_cmd = K1_y · (θbe_y_s) + K2_y · θbdot_y_s
+ K3_y ・ (Vb_y_s−Vb_y_mdfd) + K4_y ・ (θL_y−θbe_y_s)
+ K5_y · θLdot_y …… Formula 13y
この式１３ｘにおける各操作量成分に係わるゲイン係数Ｋ1_x，Ｋ2_x，Ｋ3_x，Ｋ4_x，Ｋ5_xは、式０７ｘの場合と同様に、ゲイン調整パラメータＫr_xに応じて可変的に設定されてもよい。また、同様に、式１３ｙにおける各操作量成分に係わるゲイン係数Ｋ1_y，Ｋ2_y，Ｋ3_y，Ｋ4y，Ｋ5_yは、式０７ｙの場合と同様に、ゲイン調整パラメータＫr_yに応じて可変的に設定されてもよい。 The gain coefficients K1_x, K2_x, K3_x, K4_x, and K5_x related to each manipulated variable component in the equation 13x may be variably set according to the gain adjustment parameter Kr_x, as in the equation 07x. Similarly, the gain coefficients K1_y, K2_y, K3_y, K4y, and K5_y related to each manipulated variable component in Expression 13y may be variably set according to the gain adjustment parameter Kr_y, as in Expression 07y. .
なお、式０７ｘ、式０７ｙの基体傾斜角度偏差計測値θbe_xy_sは、基体傾斜角度計測値θb_xy_sと基体傾斜角度目標値θb_xy_objとの偏差θbe_xy_s（＝θb_xy_s−θb_xy_obj）である。これに対して、この式１３ｘ、式１３ｙの基体傾斜角度偏差計測値θbe_xy_sは、基体傾斜角度計測値θb_xy_sと、目標傾斜角度補正部１４６により補正された基体傾斜角度目標値θb_xy_obj（補正後基体傾斜角度目標値θb_xy_obj_mdfd）との偏差である点が相違する。 Note that the base body tilt angle deviation measurement value θbe_xy_s in Expression 07x and Expression 07y is a deviation θbe_xy_s (= θb_xy_s−θb_xy_obj) between the base body tilt angle measurement value θb_xy_s and the base body tilt angle target value θb_xy_obj. On the other hand, the base body tilt angle deviation measurement value θbe_xy_s of the expressions 13x and 13y is the base body tilt angle measurement value θb_xy_s and the base body tilt angle target value θb_xy_obj (corrected base body tilt corrected by the target tilt angle correction unit 146). This is different from the angle target value θb_xy_obj_mdfd).
具体的には、この式１３ｘ，式１３ｙの第１項は、次式１４ｘ，１４ｙのようになる。 Specifically, the first terms of the expressions 13x and 13y are as shown in the following expressions 14x and 14y.
K1_x・（θbe_x_s）＝ K1_x・（θb_x_s−θb_x_obj_mdfd）
＝K1_x・（θb_x_s−（θb_x_obj−θb_x_obj_bias）） ……式１４ｘ
K1_x · (θbe_x_s) = K1_x · (θb_x_s−θb_x_obj_mdfd)
= K1_x · (θb_x_s− (θb_x_obj−θb_x_obj_bias)) …… Formula 14x
K1_y・（θbe_y_s）＝ K1_y・（θb_y_s−θb_y_obj_mdfd）
＝K1_y・（θb_y_s−（θb_y_obj−θb_y_obj_bias）） ……式１４ｙ
K1_y · (θbe_y_s) = K1_y · (θb_y_s−θb_y_obj_mdfd)
= K1_y · (θb_y_s− (θb_y_obj−θb_y_obj_bias)) …… Equation 14y
上述した式１３ｘ，１３ｙの第１項、すなわち、式１４ｘ，１４ｙにより、基体傾斜角度目標値θb_x_objが目標傾斜角度補正値θb_xy_obj_biasにより補正されているために、車両１に物体Ａが掛けられたことにより、車両１と物体Ａとを合わせた全体の重心位置が、車両１のみの場合の重心位置からずれる場合でも、基体９が傾倒しないようにすることができる。
Since the base inclination angle target value θb_x_obj is corrected by the target inclination angle correction value θb_xy_obj_bias according to the first term of the expressions 13x and 13y described above, that is, the expressions 14x and 14y, the object A is applied to the
また、上述した式１３ｘ，１３ｙの第４項により、物体Ａと車両１の基体９とが成す角度に依存して、物体Ａの揺れを減じることができる。
たとえば、車両１が加速運動している場合においては、慣性力により物体Ａは鉛直下方からずれた方向になるが、この場合にも、この第４項により、物体Ａと車両１との相対角を減じることができる
なお、車両１が等速運動している場合、または、停止している場合は、物体Ａに慣性力が働かないため、物体Ａは鉛直下方に位置するが、この場合、車両１も倒立しているため、その相対角はゼロとなる。
Further, the swing of the object A can be reduced depending on the angle formed by the object A and the
For example, when the
また、上述した式１３ｘ，１３ｙの第５項により、物体Ａの速度に依存した項が入っているために、物体Ａの揺れの変化に対する応答を早くして、物体Ａの揺れを減じることができる。 In addition, since the fifth term of the above-described equations 13x and 13y includes a term depending on the speed of the object A, the response to the change of the swing of the object A can be accelerated and the swing of the object A can be reduced. it can.
なお、上述した式１３ｘ，１３ｙの第４項のゲイン係数Ｋ4_x、Ｋ4_yの値は、０としてもよい。これは、物体Ａの揺れの角速度をゼロに収束させる項（式１３ｘ，１３ｙの第５項）が式１３ｘ，１３ｙには入っており、この項だけでも揺れは抑えられるからである。また、このゲイン係数Ｋ4_x、Ｋ4_yの値を０とすれば、物体Ａと車両１の基体９との相対角がゼロでない状況で、物体Ａが揺れずに安定しているような場合に、車両１は、揺れずに安定しているのに、自身との相対角がゼロでない物体Ａに応答して、移動する必要がなくなる。
Note that the values of the gain coefficients K4_x and K4_y in the fourth term of the expressions 13x and 13y described above may be zero. This is because the term (the fifth term of the equations 13x and 13y) for converging the angular velocity of the shaking of the object A to zero is included in the equations 13x and 13y, and the shaking can be suppressed by this term alone. Further, if the gain coefficients K4_x and K4_y are set to 0, the vehicle can be used when the object A is stable without shaking in a situation where the relative angle between the object A and the
また、図１６において、目標傾斜角度補正部１４６と偏差演算部７０と姿勢制御演算部８０とを一体にし、姿勢制御演算部８０としてもよい。そして、このように一体とされた姿勢制御演算部８０が、上記に説明した式１３ｘ，１３ｙの演算を実行する場合に、上記に説明した式１４ｘ，１４ｙの演算を実行するようにしてもよい。
In FIG. 16, the target inclination
次に、図１８のフローチャートを用いて、制御ユニット５０による、図７のステップＳ１２の処理について、詳細に説明する。ここでは、係止モードにより追加または変更される処理についてのみ説明する。
Next, the process of step S12 of FIG. 7 by the
まず、ステップＳ１００において、制御ユニット５０は、力センサ１１１により検出された力であって、係止部１１０に加えられる力を、信号Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚとして取得する。
First, in step S100, the
次に、ステップＳ１０２において、制御ユニット５０の変換部１３２は、力センサ１１１から取得した信号Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを、信号Ｆｘ’、Ｆｙ’、Ｆｚ’に変換する。この変換は、ローカル座標系からグローバル座標系への変換である。
Next, in step S102, the
次に、ステップＳ１０４において、制御ユニット５０の揺れ角推定部１３４は、変換部１３２により変換された信号Ｆｘ’、Ｆｙ’、Ｆｚ’に基づいて、係止部１１０が係止する物体Ａの揺れ角θL_xyを推定する。
Next, in step S104, the swing
次に、ステップＳ１０６において、制御ユニット５０の揺れ角速度推定部１３６は、変換部１３２により変換された信号Ｆｘ’、Ｆｙ’、Ｆｚ’に基づいて、係止部１１０が係止する物体Ａの揺れ角速度θLdot_xyを推定する。
Next, in step S106, the swing angular
次に、ステップＳ１０８において、制御ユニット５０の目標傾斜角度補正値算出部１４４は、フィルタ部１４２から出力された信号Ｆｚ’’に基づいて、目標傾斜角度補正値θb_xy_obj_biasを算出する。このフィルタ部１４２から出力された信号Ｆｚ’’とは、制御ユニット５０のフィルタ部１４２により、変換部１３２により変換された信号Ｆｚ’の高調波成分が除去された信号である。
Next, in step S108, the target inclination angle correction
次に、ステップＳ１１０において、制御ユニット５０の姿勢制御演算部８０は、上記に説明した式１３ｘ，１３ｙにより、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_comを算出する。
Next, in step S110, the attitude
次に、ステップＳ１１２において、制御ユニット５０の姿勢制御演算部８０は、ステップＳ１１０で算出した仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_comを積分して、仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを算出する。
Next, in step S112, the attitude
以降、図７のステップＳ１３の処理が実行される。これにより、制御ユニット５０は、物体Ａが揺れることを低減しつつ、車両１が倒立振子制御型移動体として移動するように、制御することができる。
Thereafter, the process of step S13 in FIG. 7 is executed. Thereby, the
なお、図１８のステップＳ１０８において算出した目標傾斜角度補正値θb_xy_obj_biasは、図７の係止モードにおいても説明したように、荷物などの物体Ａの質量が変化しない場合には、車両１単体の重心点（以降、車両単体重心点という）と荷物などの物体Ａの重心点とを合わせた重心点にも変化がない。そのために、図１８のステップＳ１０８で毎回実行する必要は必ずしもなく、図７のステップＳ１０またはＳ１１で実行するようにしてもよい。更に、この図７のステップＳ１０またはＳ１１は、ステップＳ４の判断結果、または、ステップＳ７の判断結果が変化した場合にだけ実行するようにしてもよい。
Note that the target inclination angle correction value θb_xy_obj_bias calculated in step S108 in FIG. 18 is the center of gravity of the
上記に説明した第２実施形態の構成において、搭乗モードおよび自立モードの場合には、第１実施形態に追加した構成を機能しないようにすれば、この第２実施形態による車両１は、第１実施形態の場合と同様に機能する。よって、この第２実施形態による車両１は、搭乗モード、自立モード、および、係止モードのいずれのモードの場合にも、対応可能である。
In the configuration of the second embodiment described above, in the boarding mode and the self-supporting mode, if the configuration added to the first embodiment is not functioned, the
上記の説明においては、係止部１１０としてフック状の形状をしているものについて説明し、力センサ１１１は基体９の上部と下部との間に配置されているものとして説明した。しかし、係止部１１０と力センサ１１１は、これに限られるものではない。
In the above description, the
また、物体Ａの振り子の長さ（たとえば、図１４の長さｈｌ参照）は、物体Ａが揺れる振動数を求め、この求めた振動数より、物体Ａの振り子の長さを算出してもよい。そして、この物体Ａの振り子に基づいて、ゲインを計算してもよい。
また、たとえば、目標傾斜角度補正値算出部１４４は、物体Ａの振り子の長さと、推定した物体Ａの質量と、予め定められている車両１の質量、当該車両１の重心位置、および、係止部１１０が設けられている位置とに基づいて、物体Ａと車両１との重心位置を算出してもよい。そして、目標傾斜角度補正値算出部１４４は、この物体Ａの振り子の長さに基づいて算出された物体Ａと車両１との重心位置に基づいて、目標傾斜角度補正値θb_xy_obj_biasを算出するようにしてもよい。これにより、目標傾斜角度補正値算出部１４４は、より正確に、目標傾斜角度補正値θb_xy_obj_biasを算出することができる。
Further, the length of the pendulum of the object A (for example, refer to the length hl in FIG. 14) is obtained by calculating the vibration frequency of the object A, and calculating the length of the pendulum of the object A from the calculated frequency. Good. Then, the gain may be calculated based on the pendulum of the object A.
Further, for example, the target inclination angle correction
なお、前記各実施形態では、図１及び図２に示した構造の車両１を例示したが、本発明における全方向移動車両１は、本実施形態で例示した車両に限られるものではない。
具体的には、本実施形態の車両１の移動動作部としての車輪体５は一体構造のものであるが、例えば、前記特許文献２の図１０に記載されているような構造のものであってもよい。すなわち、剛性を有する円環状の軸体に、複数のローラをその軸心が該軸体の接線方向に向くようにして回転自在に外挿し、これらの複数のローラを軸体に沿って円周方向に配列させることによって、車輪体を構成してもよい。
さらに移動動作部は、例えば、特許文献１の図３に記載されているようなクローラ状の構造のものであってもよい。
あるいは、例えば、前記特許文献１の図５、特許文献２の図７、もしくは特許文献３の図１に記載されているように、移動動作部を球体により構成し、この球体を、アクチュエータ装置（例えば前記車輪体５を有するアクチュエータ装置）によりＸ軸周り方向及びＹ軸周り方向に回転駆動するように車両を構成してもよい。
また、本実施形態では、乗員の搭乗部としてシート３を備えた車両１を例示したが、本発明における全方向移動車両は、例えば特許文献２の図８に見られるように、乗員が両足を載せるステップと、そのステップ上で起立した乗員が把持する部分とを基体に組付けた構造の車両であってもよい。
In each of the above embodiments, the
Specifically, the
Further, the moving operation unit may have a crawler-like structure as described in FIG.
Alternatively, for example, as described in FIG. 5 of
Moreover, in this embodiment, although the
このように本発明は、前記特許文献１〜３等に見られる如き、各種の構造の全方向移動車両に適用することが可能である。
さらには、本発明における全方向移動車両は、床面上を全方向に移動可能な移動動作部を複数（例えば、左右方向に２つ、あるいは、前後方向に２つ、あるいは、３つ以上）備えていてもよい。この場合、例えば、移動動作部を３つ以上備えた場合には、基体が傾動しないようにして、該基体の傾斜角度の制御を省略してもよい。
As described above, the present invention can be applied to omnidirectional vehicles having various structures as seen in
Furthermore, the omnidirectional vehicle according to the present invention includes a plurality of moving operation units that can move in all directions on the floor surface (for example, two in the left-right direction, two in the front-rear direction, or three or more). You may have. In this case, for example, when three or more moving operation units are provided, the control of the tilt angle of the base body may be omitted by preventing the base body from tilting.
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design and the like within a scope not departing from the gist of the present invention.
１…全方向移動車両（移動体）、７…アクチュエータ装置（駆動部）、９…基体、５２…傾斜センサ（角度検出部）、８０…姿勢制御演算部（駆動制御部）、１１０…係止部、１１１…力センサ、１３４…揺れ角推定部、１３６…揺れ角速度推定部、フィルタ部１４２、１４４…目標傾斜角度補正値算出部、K4_xy…ゲイン係数（第１の係数）、K1_xy…ゲイン係数（第２の係数）、K5_xy…ゲイン係数（第３の係数）
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記被駆動機構を駆動する駆動力を発生させる駆動部と、
前記被駆動機構および前記駆動部が組み付けられた基体と、
を有する移動体であって、
前記移動体は、
前記基体の傾斜角度を検出する角度検出部と、
物体を係止する係止部であって、前記基体に設けられた係止部と、
前記係止部に掛かる力を測定する力センサと、
前記力センサの測定した力に基づいて、前記係止部が係止する物体の揺れ角を推定する揺れ角推定部と、
前記角度検出部により検出された前記傾斜角度と、前記揺れ角推定部により推定された前記揺れ角とに基づいて、前記駆動部を制御する駆動制御部と、
を備えることを特徴とする移動体。 A driven mechanism capable of moving the traveling surface;
A drive unit for generating a drive force for driving the driven mechanism;
A base on which the driven mechanism and the driving unit are assembled; and
A moving body having
The moving body is
An angle detection unit for detecting an inclination angle of the substrate;
A locking portion for locking an object, the locking portion provided on the base;
A force sensor for measuring a force applied to the locking portion;
Based on the force measured by the force sensor, a swing angle estimation unit that estimates a swing angle of an object locked by the locking unit;
A drive control unit that controls the drive unit based on the tilt angle detected by the angle detection unit and the swing angle estimated by the swing angle estimation unit;
A moving object comprising:
を備えており、
前記駆動制御部は、
前記角度検出部により検出された前記傾斜角度と、前記揺れ角推定部により推定された前記揺れ角と、前記入力された目標傾斜角度と、前記目標傾斜角度補正値算出部により算出された前記目標傾斜角度補正値とに基づいて、前記駆動部を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の移動体。 The target inclination angle correction value, which is a correction value for correcting the input target inclination angle and is a correction value based on the inclination of the base body that is inclined by engaging the object, is measured by the force sensor. A target inclination angle correction value calculation unit to be calculated based on
With
The drive control unit
The tilt angle detected by the angle detection unit, the swing angle estimated by the swing angle estimation unit, the input target tilt angle, and the target tilt angle correction value calculation unit calculated by the target Controlling the drive unit based on an inclination angle correction value;
The moving body according to claim 1.
前記力センサの測定した力に基づいて、前記係止部が係止する前記物体の質量を推定し、当該推定した前記物体の質量と、予め定められている自移動体の質量、当該自移動体の重心位置、および、前記係止部が設けられている位置とに基づいて、前記物体と自移動体との重心位置を算出し、当該算出した重心位置に基づいて、前記目標傾斜角度補正値を算出する、
ことを特徴とする請求項２に記載の移動体。 The target inclination angle correction value calculation unit
Based on the force measured by the force sensor, the mass of the object locked by the locking portion is estimated, the estimated mass of the object, the mass of the predetermined moving body, the self-moving Based on the center of gravity position of the body and the position where the locking portion is provided, the center of gravity position of the object and the self-moving body is calculated, and the target inclination angle correction is performed based on the calculated center of gravity position. Calculate the value,
The moving body according to claim 2.
前記算出した重心位置と自移動体の接地点とを結ぶ方向が鉛直方向と成す角度を、前記基体の目標傾斜角度補正値として算出する、
ことを特徴とする請求項３に記載の移動体。 The target inclination angle correction value calculation unit
Calculating the angle formed by the direction connecting the calculated gravity center position and the ground contact point of the mobile body with the vertical direction as a target inclination angle correction value of the base body;
The moving body according to claim 3.
を備えており、
前記目標傾斜角度補正値算出部は、
前記フィルタ部により高調波成分を除去された前記力に基づいて、前記係止部が係止する前記物体の質量を推定する、
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の移動体。 A filter unit for removing harmonic components of the force measured by the force sensor;
With
The target inclination angle correction value calculation unit
Based on the force from which the harmonic component has been removed by the filter unit, the mass of the object locked by the locking unit is estimated.
The moving body according to claim 3 or 4, wherein
を備えており、
前記駆動制御部は、
前記角度検出部により検出された前記傾斜角度と、前記揺れ角推定部により推定された前記揺れ角と、前記入力された目標傾斜角度と、前記目標傾斜角度補正値算出部により算出された前記目標傾斜角度と、前記揺れ角速度推定部により推定された前記揺れ角速度に基づいて、前記駆動部を制御する、
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の移動体。 Based on the force measured by the force sensor, a swing angular velocity estimation unit that estimates a swing angular velocity of an object locked by the locking unit,
With
The drive control unit
The tilt angle detected by the angle detection unit, the swing angle estimated by the swing angle estimation unit, the input target tilt angle, and the target tilt angle correction value calculation unit calculated by the target Control the drive unit based on the tilt angle and the swing angular velocity estimated by the swing angular velocity estimation unit,
The moving body according to any one of claims 1 to 5, characterized in that:
前記角度検出部により検出された前記傾斜角度と前記揺れ角推定部により推定された前記揺れ角との差に、第１の係数を乗じた第１の値と、
前記目標傾斜角度補正値算出部により算出された前記目標傾斜角度補正値に基づいて補正された前記入力された目標傾斜角度と、前記角度検出部により検出された前記傾斜角度との差に、第２の係数を乗じた第２の値と、
前記揺れ角速度推定部により推定された前記揺れ角速度に、第３の係数を乗じた第３の値と、
を加算した合計値に基づいて、前記駆動部を制御する、
ことを特徴とする請求項６に記載の移動体。 The drive control unit
A first value obtained by multiplying a difference between the tilt angle detected by the angle detection unit and the swing angle estimated by the swing angle estimation unit by a first coefficient;
The difference between the input target inclination angle corrected based on the target inclination angle correction value calculated by the target inclination angle correction value calculation section and the inclination angle detected by the angle detection section is A second value multiplied by a factor of 2;
A third value obtained by multiplying the shaking angular velocity estimated by the shaking angular velocity estimation unit by a third coefficient;
Controlling the drive unit based on the total value obtained by adding
The moving body according to claim 6.
前記被駆動機構を駆動する駆動力を発生させる駆動部と、
前記被駆動機構および前記駆動部が組み付けられた基体と、
を有する移動体であって、
前記移動体は、
前記基体の傾斜角度を検出する角度検出部と、
物体を係止する係止部であって、前記基体に設けられた係止部と、
前記係止部に掛かる力を測定する力センサと、
入力された目標傾斜角度を補正する補正値であって、前記物体を係止することにより傾斜する前記基体の傾きに基づいた補正値である目標傾斜角度補正値を、前記力センサの測定した力に基づいて算出する目標傾斜角度補正値算出部と、
前記角度検出部により検出された前記傾斜角度と、前記入力された目標傾斜角度と、前記目標傾斜角度補正値算出部により算出された前記目標傾斜角度補正値とに基づいて、前記駆動部を制御する駆動制御部と、
を備えることを特徴とする移動体。 A driven mechanism capable of moving the traveling surface;
A drive unit for generating a drive force for driving the driven mechanism;
A base on which the driven mechanism and the driving unit are assembled; and
A moving body having
The moving body is
An angle detection unit for detecting an inclination angle of the substrate;
A locking portion for locking an object, the locking portion provided on the base;
A force sensor for measuring a force applied to the locking portion;
The target inclination angle correction value, which is a correction value for correcting the input target inclination angle and is a correction value based on the inclination of the base body that is inclined by engaging the object, is measured by the force sensor. A target inclination angle correction value calculation unit for calculating based on
The drive unit is controlled based on the tilt angle detected by the angle detection unit, the input target tilt angle, and the target tilt angle correction value calculated by the target tilt angle correction value calculation unit. A drive control unit,
A moving object comprising:
前記被駆動機構を駆動する駆動力を発生させる駆動部と、
前記被駆動機構および前記駆動部が組み付けられた基体と、
を有する移動体であって、
前記移動体は、
前記基体の傾斜角度を検出する角度検出部と、
物体を係止する係止部であって、前記基体に設けられた係止部と、
前記係止部に掛かる力を測定する力センサと、
前記力センサの測定した力に基づいて、前記係止部が係止する物体の揺れ角速度を推定する揺れ角速度推定部と、
前記角度検出部により検出された前記傾斜角度と、前記揺れ角速度推定部により推定された前記揺れ角速度に基づいて、前記駆動部を制御する駆動制御部と、
を備えることを特徴とする移動体。 A driven mechanism capable of moving the traveling surface;
A drive unit for generating a drive force for driving the driven mechanism;
A base on which the driven mechanism and the driving unit are assembled; and
A moving body having
The moving body is
An angle detection unit for detecting an inclination angle of the substrate;
A locking portion for locking an object, the locking portion provided on the base;
A force sensor for measuring a force applied to the locking portion;
Based on the force measured by the force sensor, a swing angular velocity estimation unit that estimates a swing angular velocity of an object locked by the locking unit;
A drive control unit that controls the drive unit based on the tilt angle detected by the angle detection unit and the swing angular velocity estimated by the swing angular velocity estimation unit;
A moving object comprising:
前記被駆動機構を駆動する駆動力を発生させる駆動部と、
前記被駆動機構および前記駆動部が組み付けられた基体と、
前記基体の傾斜角度を検出する角度検出部と、
を有する移動体を制御する制御装置であって、
前記基体に設けられた係止部に掛かる力を測定する力センサにより測定された力に基づいて、前記係止部が係止する物体の揺れ角を推定し、当該推定した揺れ角と、前記角度検出部により検出された前記傾斜角度とに基づいて、前記駆動部を制御する、
ことを特徴とする移動体を制御する制御装置。 A driven mechanism capable of moving the traveling surface;
A drive unit for generating a drive force for driving the driven mechanism;
A base on which the driven mechanism and the driving unit are assembled; and
An angle detection unit for detecting an inclination angle of the substrate;
A control device for controlling a moving body having
Based on the force measured by the force sensor that measures the force applied to the locking portion provided on the base body, the swing angle of the object locked by the locking portion is estimated, the estimated swing angle, Controlling the drive unit based on the tilt angle detected by the angle detection unit;
The control apparatus which controls the moving body characterized by the above-mentioned.
前記被駆動機構を駆動する駆動力を発生させる駆動部と、
前記被駆動機構および前記駆動部が組み付けられた基体と、
前記基体の傾斜角度を検出する角度検出部と、
を有する移動体を制御する制御方法であって、
制御部が、
前記基体に設けられた係止部に掛かる力を測定する力センサにより測定された力に基づいて、前記係止部が係止する物体の揺れ角を推定し、当該推定した揺れ角と、前記角度検出部により検出された前記傾斜角度とに基づいて、前記駆動部を制御する、
ことを特徴とする移動体を制御する制御方法。 A driven mechanism capable of moving the traveling surface;
A drive unit for generating a drive force for driving the driven mechanism;
A base on which the driven mechanism and the driving unit are assembled; and
An angle detection unit for detecting an inclination angle of the substrate;
A control method for controlling a moving body having
The control unit
Based on the force measured by the force sensor that measures the force applied to the locking portion provided on the base body, the swing angle of the object locked by the locking portion is estimated, the estimated swing angle, Controlling the drive unit based on the tilt angle detected by the angle detection unit;
A control method for controlling a moving body.
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