JP2011073628A - Control device for inverted pendulum type moving body - Google Patents

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透 竹中
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一志 秋元
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device for an inverted pendulum type moving body, which changes the position of the inverted pendulum type moving body by manual operation. <P>SOLUTION: The inverted pendulum type moving body 1 includes a base body 9, a moving motion part 5 and an actuator device 7 connected to the base body 9 and allowing the base body 9 to move in the back/forth and right/left directions, a control unit 50 controlling the moving motion part 5 and the actuator device 7, and a command detector 10 sensing the motion of the hands of an operator positioned outside the inverted pendulum type moving body 1 and detecting the contents of the command by the motion of the operator's hands. The control unit 50 controls the moving motion part 5 and the actuator device 7 according to the detected contents of the command. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、床面上を全方向に移動可能な倒立振子型移動体の制御装置に関する。   The present invention relates to an inverted pendulum type moving body control apparatus that can move in all directions on a floor surface.

倒立振子型移動体として、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がある。全方向移動車両は、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。
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。
As an inverted pendulum type moving body, there is an omnidirectional vehicle that can move in all directions (two-dimensional all directions) on a floor surface. As the omnidirectional vehicle, for example, those found in Patent Documents 1 and 2 have been proposed by the present applicant. In the omnidirectional mobile vehicle found in these Patent Documents 1 and 2, a spherical or wheel-like or crawler-like moving operation unit capable of moving in all directions on the floor surface while being in contact with the floor surface; An actuator device having an electric motor or the like for driving the moving operation unit is assembled to a vehicle body. And this vehicle moves on a floor surface by driving a movement operation part with an actuator device.
Further, as a technique for controlling the moving operation of this type of omnidirectional vehicle, for example, a technique found in Patent Document 3 has been proposed by the present applicant. In this technique, a vehicle base is provided so as to be tiltable in the front-rear and left-right directions with respect to a spherical moving operation unit. Then, the vehicle is moved according to the tilting motion of the base by measuring the tilt angle of the base and controlling the torque of the electric motor that drives the moving operation unit so as to keep the tilt angle at a required angle. I have to.

国際公開第08/132778号パンフレットInternational Publication No. 08/132778 Pamphlet 国際公開第08/132779号パンフレットInternational Publication No. 08/1327979 Pamphlet 特許第3070015号公報Japanese Patent No. 3070015

ところで、全方向に移動可能な倒立振子型移動体の移動制御を行う場合、ユーザの直感的な操作により移動体の位置を変更させることが望ましい状況が多々ある。例えば、倒立振子にゴムひもを結びつけ、他端を人が持って操作することにより倒立振子型移動体の移動制御を行ったりする場合である。   By the way, when performing movement control of an inverted pendulum type moving body that can move in all directions, there are many situations in which it is desirable to change the position of the moving body by a user's intuitive operation. For example, the movement of the inverted pendulum type moving body is controlled by tying a rubber string to the inverted pendulum and operating the other end by a person.

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、倒立振子型移動体の外部後方にいる操作者が直感的な操作を行うことにより、倒立振子型移動体の位置を変更可能にした倒立振子型移動体の制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a background, and the inverted pendulum type moving body is capable of changing the position of the inverted pendulum type moving body by performing an intuitive operation by an operator behind the inverted pendulum type moving body. An object is to provide a control device for a pendulum type moving body.

上記課題を解決するために、請求項1に記載した発明は、基体(例えば、実施形態における基体9)と、該基体に接続され、前記基体を前後左右方向に移動可能とする移動部(例えば、実施形態における移動動作部5及びアクチュエータ装置7)と、該移動部を制御する制御部(例えば、実施形態における制御ユニット50)と、当該倒立振子型移動体(例えば、実施形態における倒立振子型移動体1)の外部に位置する操作者の手の動きを検知して、その手の動きによる指令内容を検出する指令検出手段(例えば、実施形態における指令検出器10)と、を備え、前記指令検出手段が検出した指令内容に応じて前記制御部が前記移動部の制御を行うことを特徴とする倒立振子型移動体の制御装置が提供される。これにより、手の動きによる指令内容を検出する指令検出手段の指令内容に応じて制御部が移動部の制御を行うので、手の動きにより倒立振子型移動体の移動制御を行うことができる。   In order to solve the above-described problems, the invention described in claim 1 includes a base (for example, the base 9 in the embodiment) and a moving unit (for example, the base 9 that is connected to the base and is movable in the front-rear and left-right directions). The moving operation unit 5 and the actuator device 7 in the embodiment, the control unit (for example, the control unit 50 in the embodiment) that controls the moving unit, and the inverted pendulum type moving body (for example, the inverted pendulum type in the embodiment) Command detecting means (for example, command detector 10 in the embodiment) for detecting the movement of the hand of the operator located outside the moving body 1) and detecting the command content by the movement of the hand, There is provided an inverted pendulum type moving body control device in which the control unit controls the moving unit according to the command content detected by the command detecting means. As a result, the control unit controls the moving unit according to the command content of the command detection means for detecting the command content based on the movement of the hand, so that the movement control of the inverted pendulum type moving body can be performed by the movement of the hand.

請求項2に記載した発明は、手の動きの周波数が高い場合に、当該倒立振子移動体の位置を変更すべく、当該倒立振子型移動体を移動させるようにしたことを特徴とする。これにより、手の動きの周波数が低い通常の手操作では、倒立振子型移動体は移動制御されない。   The invention described in claim 2 is characterized in that the inverted pendulum type moving body is moved in order to change the position of the inverted pendulum moving body when the frequency of hand movement is high. Thereby, the movement of the inverted pendulum type moving body is not performed in a normal manual operation with a low hand movement frequency.

請求項3に記載した発明は、前記指令検出手段に、前記操作者により操作されるひも状体(例えば、実施形態におけるゴムひも10a)を接続し、前記指令検出手段は、前記操作者により操作されることにより前記ひも状体に作用する張力変化及びその張力変化の周波数を検出し、その張力変化の周波数に応じて当該倒立振子型移動体の位置を変更すべく当該倒立振子型移動体を移動させるようにしたことを特徴とする。これにより、指令検出手段は、ひも状体を介してその張力変化及びその張力変化の周波数を検出することにより操作者の手の動きによる指令内容を検出することができる。   According to a third aspect of the present invention, a string-like body (for example, a rubber string 10a in the embodiment) operated by the operator is connected to the command detection means, and the command detection means is operated by the operator. The tension change acting on the string-like body and the frequency of the tension change are detected, and the inverted pendulum type moving body is changed to change the position of the inverted pendulum type moving body according to the frequency of the tension change. It is made to move. Thereby, the command detection means can detect the command content by the movement of the operator's hand by detecting the tension change and the frequency of the tension change via the string-like body.

請求項4に記載した発明は、前記制御部が、前記検出された指令内容に応じて、当該倒立振子型移動体の移動方向及び移動速度の少なくともいずれか一方を決定することを特徴とする。これにより、制御部は、指令検出手段が検出した操作者の手の動きによる指令内容に応じて倒立振子型移動体の種々の移動方向や移動速度を決定する。   The invention described in claim 4 is characterized in that the control unit determines at least one of a moving direction and a moving speed of the inverted pendulum type moving body according to the detected command content. Thereby, a control part determines the various moving directions and moving speed of an inverted pendulum type mobile body according to the command content by the motion of the operator's hand which the command detection means detected.

請求項1に記載した発明によれば、手の動きによる指令内容を検出する指令検出手段の指令内容に応じて制御部が移動部の制御を行うので、操作者の手の操作という直感的な動作により倒立振子型移動体を動作させることができる。   According to the first aspect of the present invention, since the control unit controls the moving unit in accordance with the command content of the command detection means for detecting the command content based on the movement of the hand, an intuitive operation of the operator's hand is performed. The inverted pendulum type moving body can be operated by the operation.

請求項2に記載した発明によれば、手の動きの周波数が高い場合に、当該倒立振子移動体の位置を変更すべく、当該倒立振子型移動体を移動させるようにすることにより、手の動きの周波数が低い通常の手操作では、倒立振子型移動体は移動制御されないので、操作者が単に歩行時に手を振った場合等に反応してしまうという誤動作を防止することができる。   According to the second aspect of the present invention, when the frequency of hand movement is high, the inverted pendulum type moving body is moved so as to change the position of the inverted pendulum moving body. In a normal manual operation with a low frequency of movement, the inverted pendulum type moving body is not controlled to move, and therefore, it is possible to prevent a malfunction that occurs when the operator simply shakes his / her hand while walking.

請求項3に記載した発明によれば、指令検出手段は、ひも状体を介してその張力変化及びその張力変化の周波数を検出することにより操作者の手の動きによる指令内容を検出することができるので、指令検出手段はひも状体という簡単な構成で操作者の手の動きによる指令内容を検出することができ、ひいては、簡単な構成で当該倒立振子型移動体の位置変更を達成できる。   According to the invention described in claim 3, the command detection means can detect the command content by the movement of the operator's hand by detecting the tension change and the frequency of the tension change via the string-like body. Therefore, the command detection means can detect the command content by the movement of the operator's hand with a simple configuration of a string-like body, and by extension, the position change of the inverted pendulum type mobile body can be achieved with a simple configuration.

請求項4に記載した発明によれば、指令検出手段が検出した操作者の手の動きによる指令内容に応じて制御部が倒立振子型移動体の移動方向や移動速度を決定するので、操作者の手の動きという簡単な操作で倒立振子型移動体を任意の方向にかつ任意の速度で移動させることができる。   According to the invention described in claim 4, since the control unit determines the moving direction and the moving speed of the inverted pendulum type moving body according to the command content by the movement of the operator's hand detected by the command detecting means, the operator The inverted pendulum type moving body can be moved in an arbitrary direction and at an arbitrary speed by a simple operation of moving the hand.

実施形態の倒立振子型移動体の正面図。The front view of the inverted pendulum type moving body of embodiment. 実施形態の倒立振子型移動体の側面図。The side view of the inverted pendulum type moving body of embodiment. 実施形態の倒立振子型移動体の下部を拡大して示す図。The figure which expands and shows the lower part of the inverted pendulum type mobile body of embodiment. 実施形態の倒立振子型移動体の下部の斜視図。The perspective view of the lower part of the inverted pendulum type moving body of embodiment. 実施形態の倒立振子型移動体の移動動作部(車輪体)の斜視図。The perspective view of the movement operation part (wheel body) of the inverted pendulum type moving body of embodiment. 実施形態の倒立振子型移動体の移動動作部(車輪体)とフリーローラとの配置関係を示す図。The figure which shows the arrangement | positioning relationship between the movement operation part (wheel body) and free roller of the inverted pendulum type moving body of embodiment. 実施形態の倒立振子型移動体の制御ユニットの処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the process of the control unit of the inverted pendulum type moving body of embodiment. 実施形態の倒立振子型移動体の動力学的挙動を表現する倒立振子モデルを示す図。The figure which shows the inverted pendulum model expressing the dynamic behavior of the inverted pendulum type mobile body of embodiment. 図7のステップS9の処理に係わる処理機能を示すブロック図。FIG. 8 is a block diagram showing processing functions related to the processing in step S9 of FIG. 図9に示すゲイン調整部の処理機能を示すブロック図。The block diagram which shows the processing function of the gain adjustment part shown in FIG. 図10に示すリミット処理部(又は図12に示すリミット処理部)の処理機能を示すブロック図。The block diagram which shows the processing function of the limit process part (or limit process part shown in FIG. 12) shown in FIG. 図9に示す重心速度制限部76の処理機能を示すブロック図。The block diagram which shows the processing function of the gravity center speed restriction | limiting part 76 shown in FIG. 図9に示す姿勢制御演算部80の処理機能を示すブロック図。The block diagram which shows the processing function of the attitude | position control calculating part 80 shown in FIG. 図9に示す要求重心速度生成部74の処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the process of the request | requirement gravity center speed production | generation part 74 shown in FIG. 図14のステップS23のサブルーチン処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the subroutine process of step S23 of FIG. 図14のステップS24のサブルーチン処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the subroutine process of step S24 of FIG. 図14のステップS25のサブルーチン処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the subroutine process of step S25 of FIG. 図1、図2及び図9に示される指令検出器10によって検出される、手の動きによって生成される信号の波形を示す図。The figure which shows the waveform of the signal produced | generated by the motion of the hand detected by the command detector 10 shown by FIG.1, FIG2 and FIG.9. 図1、図2及び図9に示される指令検出器10によって検出される、手の動きによって生成される信号の波形を示す図。The figure which shows the waveform of the signal produced | generated by the motion of the hand detected by the command detector 10 shown by FIG.1, FIG2 and FIG.9.

[第1実施形態]
本発明の実施形態を以下に説明する。まず、図1〜図6を参照して、本実施形態における倒立振子型移動体の構造を説明する。
[First Embodiment]
Embodiments of the present invention will be described below. First, with reference to FIGS. 1-6, the structure of the inverted pendulum type mobile body 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倒立振子型移動体(以下、「車両」という)1は、乗員(運転者)の搭乗部(シート)3と、床面に接地しながら該床面上を全方向(前後方向及び左右方向を含む2次元的な全方向)に移動可能な移動動作部5と、この移動動作部5を駆動する動力を該移動動作部5に付与するアクチュエータ装置7と、これらの搭乗部3、移動動作部5及びアクチュエータ装置7が組付けられた基体9とを備える。   As shown in FIGS. 1 and 2, the inverted pendulum type moving body (hereinafter referred to as “vehicle”) 1 according to the present embodiment is in contact with the riding section (seat) 3 of the occupant (driver) and the floor surface. A moving operation unit 5 capable of moving in all directions (two-dimensional all directions including the front-rear direction and the left-right direction) on the floor surface, and power for driving the moving operation unit 5 are applied to the moving operation unit 5. The actuator device 7 is provided with a base 9 on which the boarding unit 3, the moving operation unit 5, and the actuator device 7 are assembled.

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

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

基体9は、移動動作部5及びアクチュエータ装置7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の後方側面には、本発明の制御を実施するための指令検出器10が取り付けられており、該指令検出器10には、例えばゴムひも10a(ひも状体)が繋がれている。後述するように、指令伝達媒体すなわちゴムひも10aの他端を把持する図示しない操作者が、ゴムひも10aを左右に振ることによる指令または水平面内前方に輪を描くように振ることによる指令を出すと、その指令内容を指令検出器10が検出し、指令内容に応じて全方向移動車両1を左右に移動させたり前方に移動させたりするための移動指令信号Vb_comを出力する。この場合、指令検出器10としては、例えば、3軸力センサ等の張力を検出可能なセンサを用いることができる。
The base body 9 includes a lower frame 11 in which the moving operation unit 5 and the actuator device 7 are assembled, and a support frame 13 extending upward from the upper end of the lower frame 11.
A command detector 10 for carrying out the control of the present invention is attached to the rear side surface of the support frame 13, and, for example, a rubber string 10 a (string-like body) is connected to the command detector 10. . As will be described later, a command transmission medium, that is, an operator (not shown) holding the other end of the rubber string 10a issues a command by swinging the rubber string 10a to the left or right, or a command by swinging to draw a ring forward in a horizontal plane. Then, the command detector 10 detects the command content and outputs a movement command signal Vb_com for moving the omnidirectional vehicle 1 to the left or right or moving forward according to the command content. In this case, as the command detector 10, for example, a sensor capable of detecting tension such as a triaxial force sensor can be used.

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。   A seat frame 15 projecting forward from the column frame 13 is fixed to the upper portion of the column frame 13. A seat 3 on which an occupant sits is mounted on the seat frame 15. In this embodiment, this seat 3 is a passenger's boarding part. Therefore, the omnidirectional vehicle 1 (hereinafter simply referred to as the vehicle 1) in the present embodiment moves on the floor surface while the occupant is seated on the seat 3.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

また、例えば、回転部材27R,27Lを互いに逆方向に同じ大きさの速度で回転駆動した場合には、車輪体5は、その横断面中心C1の周りに回転することとなる。これにより、車輪体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 rotating members 27R and 27L are rotationally driven in opposite directions at the same speed, the wheel body 5 rotates around the center C1 of the cross section. As a result, the wheel body 5 moves in the direction of the axis C2 (that is, the left-right direction), and as a result, the entire vehicle 1 moves in the left-right direction. In this case, the wheel body 5 does not rotate around the axis C2.

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

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

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

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

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

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

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

そこで、本実施形態では、乗員及び車両1の全体の重心点が、車輪体5の中心点(軸心C2上の中心点)のほぼ真上に位置する状態(より正確には当該重心点が車輪体5の接地面のほぼ真上に位置する状態)での基体9の姿勢を目標姿勢とし、基本的には、基体9の実際の姿勢を目標姿勢に収束させるように、車輪体5の移動動作が制御される。   Therefore, in the present embodiment, the center of gravity of the entire occupant and vehicle 1 is positioned almost directly above the center point of the wheel body 5 (center point on the axis C2) (more precisely, the center of gravity point is The posture of the base body 9 in a state (which is located almost directly above the ground contact surface of the wheel body 5) is set as a target posture, and basically, the actual posture of the base body 9 is converged to the target posture. The movement operation is controlled.

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 vehicle 1 and the like, apart from the propulsive force by the actuator device 7, for example, the occupant kicks the floor with his / her foot as necessary, thereby increasing the moving speed of the vehicle 1 ( When the driving force (the propulsive force generated by the frictional force between the occupant's foot and the floor) is applied to the vehicle 1 as an additional external force, the moving speed of the vehicle 1 (more precisely, the occupant and the entire vehicle) The movement operation of the wheel body 5 is controlled so that the movement speed of the center of gravity of the wheel body increases. In the state where the addition of the propulsive force is stopped, the moving operation of the wheel body 5 is performed so that the moving speed of the vehicle 1 is once held at a constant speed and then attenuated to stop the vehicle 1. Control is performed (braking control of the wheel body 5 is performed).

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 vehicle 1, a state where the center of gravity of the single vehicle 1 is located almost directly above the center point of the wheel body 5 (center point on the axis C <b> 2) (more accurately, (The state where the center of gravity is located almost directly above the ground contact surface of the wheel body 5) is the target posture, and the actual posture of the base 9 is converged to the target posture. The movement operation of the wheel body 5 is controlled so that the vehicle 1 can stand on its own without tilting.

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 vehicle 1 as described above, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, it is constituted by an electronic circuit unit including a microcomputer and drive circuit units of the electric motors 31R and 31L. An occupant is on board the control unit 50, an inclination sensor 52 for measuring the inclination angle θb of the predetermined portion of the base body 9 with respect to the vertical direction (the direction of gravity) and its changing speed (= dθb / dt), and the vehicle 1. A load sensor 54 for detecting whether or not there is a rotary encoder 56R, 56L as an angle sensor for detecting the rotational angle and rotational angular velocity of the output shafts of the electric motors 31R, 31L, respectively. It is mounted on.

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

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

この場合、計測する傾斜角度θb(以降、基体傾斜角度θbということがある)は、より詳しくは、それぞれ、Y軸周り方向(ピッチ方向)の成分θb_xと、X軸周り方向(ロール方向)の成分θb_yとから成る。同様に、計測する傾斜角速度θbdot(以降、基体傾斜角速度θbdotということがある)も、Y軸周り方向(ピッチ方向)の成分θbdot_x(=dθb_x/dt)と、X軸周り方向(ロール方向)の成分θbdot_y(=dθb_y/dt)とから成る。
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 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).
In the description of the present embodiment, a variable such as a motion state quantity having a component in each direction of the X axis and the Y axis (or a direction around each axis) such as the base body inclination angle θb, or a relation to the motion state quantity. For a variable such as a coefficient to be processed, a suffix “_x” or “_y” is added to the reference symbol of the variable when each component is expressed separately.

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

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

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

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

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

ロータリーエンコーダ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 rotary encoder 56R generates a pulse signal every time the output shaft of the electric motor 31R rotates by a predetermined angle, and outputs this pulse signal to the control unit 50. Then, the control unit 50 measures the rotational angle of the output shaft of the electric motor 53R based on the pulse signal, and further calculates the temporal change rate (differential value) of the measured value of the rotational angle as the rotational angular velocity of the electric motor 53R. Measure as The same applies to the rotary encoder 56L on the electric motor 31L side.

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

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

以下に、制御ユニット50の制御処理をさらに詳細に説明する。
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 control unit 50 will be described in more detail.
The control unit 50 executes the process (main routine process) shown in the flowchart of FIG. 7 at a predetermined control process cycle.

まず、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 S1, the control unit 50 acquires the output of the tilt sensor 52.
Next, proceeding to step S2, the control unit 50 calculates the measured value θb_xy_s of the base body tilt angle θb and the measured value θbdot_xy_s of the base body tilt angular velocity θbdot based on the acquired output of the tilt sensor 52.

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

次いで、制御ユニット50は、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, the control unit 50 acquires the output of the load sensor 54 in step S3, and then executes the determination process in step S4. In this determination process, the control unit 50 determines whether or not an occupant is on the vehicle 1 depending on whether or not the load measurement value indicated by the acquired output of the load sensor 54 is larger than a predetermined value set in advance ( Whether or not an occupant is seated on the seat 3).

そして、制御ユニット50は、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、S6で実行する。   If the determination result in step S4 is affirmative, the control unit 50 sets a target value θb_xy_obj for the base body tilt angle θb, and constant parameters for controlling the operation of the vehicle 1 (basic values for various gains). Etc.) are set in steps S5 and S6, respectively.

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。   In step S5, the control unit 50 sets a predetermined target value for the boarding mode as the target value θb_xy_obj of the base body tilt angle θb.

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

また、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 S6, the control unit 50 sets a predetermined value for the boarding mode as the value of the constant parameter for controlling the operation of the vehicle 1. The constant parameters are hx, hy, Ki_a_x, Ki_b_x, Ki_a_y, Ki_b_y (i = 1, 2, 3), which will be described later.

一方、ステップS4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S7、S8で実行する。   On the other hand, if the determination result in step S4 is negative, the control unit 50 sets the target parameter θb_xy_obj of the base body tilt angle θb_xy and sets the constant parameter value for controlling the operation of the vehicle 1. Are executed in steps S7 and S8.

ステップS7においては、制御ユニット50は、傾斜角度θbの目標値θb_xy_objとして、あらかじめ定められた自立モード用の目標値を設定する。   In step S7, the control unit 50 sets a predetermined target value for the independent mode as the target value θb_xy_obj of the inclination angle θb.

ここで、「自立モード」は、車両1に乗員が搭乗していない場合での車両1の動作モードを意味する。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。   Here, the “self-supporting mode” means an operation mode of the vehicle 1 when no occupant is on the vehicle 1. The target value θb_xy_obj for the self-supporting mode is an inclination sensor in the posture of the base body 9 in which the center of gravity point of the vehicle 1 (hereinafter referred to as the vehicle center of gravity point) is located almost directly above the ground contact surface of the wheel body 5. It is set in advance so as to coincide with or substantially coincide with the measured value θb_xy_s of the base body tilt angle θb measured based on the output of 52. The target value θb_xy_obj for the self-supporting mode is generally different from the target value θb_xy_obj for the boarding mode.

また、ステップS8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 S8, the control unit 50 sets a predetermined value for the independent mode as a constant parameter value for controlling the operation of the vehicle 1. The value of the constant parameter for the independent mode is different from the value of the constant parameter for the boarding mode.

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

以上のステップS4〜S8の処理によって、搭乗モード及び自立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 S8 described above, the target value θb_xy_obj of the base body tilt angle θb_xy and the value of the constant parameter are individually set for each operation mode of the boarding mode and the independent mode.

なお、ステップS5,S6の処理、又はステップS7,S8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の判断結果が変化した場合にだけ実行するようにしてもよい。   Note that it is not essential to execute the processes in steps S5 and S6 or the processes in steps S7 and S8 every control process cycle, and may be executed only when the determination result in step S4 changes.

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

以上の如くステップS5,S6の処理、又はステップS7,S8の処理を実行した後、制御ユニット50は、次にステップS9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 processes of steps S5 and S6 or the processes of steps S7 and S8 as described above, the control unit 50 next executes the vehicle control calculation process in step S9, whereby each of the electric motors 31R and 31L is executed. Determine the speed command. Details of this vehicle control calculation processing will be described later.

次いで、ステップS10に進んで、制御ユニット50は、ステップS9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S9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 S10, and the control unit 50 executes an operation control process for the electric motors 31R and 31L according to the speed command determined in step S9. In this operation control process, the control unit 50 determines the difference between the speed command of the electric motor 31R determined in step S9 and the measured value of the rotational speed of the electric motor 31R measured based on the output of the rotary encoder 56R. The target value (target torque) of the output torque of the electric motor 31R is determined so that the deviation converges to “0”. Then, the control unit 50 controls the energization current of the electric motor 31R so that the output torque of the target torque is output to the electric motor 31R. The same applies to the operation control of the left electric motor 31L.
The above is the overall control process executed by the control unit 50.

次に、上記ステップS9の車両制御演算処理の詳細を説明する。
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。
Next, details of the vehicle control calculation process in step S9 will be described.
In the following description, the vehicle / occupant overall center-of-gravity point in the boarding mode and the vehicle single body center-of-gravity point in the autonomous mode are collectively referred to as a vehicle system center-of-gravity point. When the operation mode of the vehicle 1 is the boarding mode, the vehicle system center-of-gravity point means the vehicle / occupant overall center-of-gravity point, and when it is in the self-supporting mode, it means the vehicle single body center-of-gravity point.

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

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

本実施形態では、前記車両系重心点の動力学的な挙動(詳しくは、Y軸方向からこれに直交する面(XZ平面)に投影して見た挙動と、X軸方向からこれに直交する面(YZ平面)に投影して見た挙動)が、近似的に、図8に示すような、倒立振子モデルの挙動(倒立振子の動力学的挙動)によって表現されるものとして、ステップS9の車両制御演算処理が行なわれる。   In the present embodiment, the dynamic behavior of the center of gravity of the vehicle system (specifically, the behavior seen by projecting from the Y-axis direction onto a plane (XZ plane) orthogonal thereto, and orthogonal to the X-axis direction) 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.

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 point 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 wheel body 5 of the vehicle 1.

同様に、X軸方向から見た挙動を表現する倒立振子モデル(図8の括弧付きの符号を参照)は、車両系重心点に位置する質点60_yと、X軸方向に平行な回転軸62a_yを有して床面上を輪転自在な仮想的な車輪62_y(以降、仮想車輪62_yという)とを備える。そして、質点60_yが、仮想車輪62_yの回転軸62a_yに直線状のロッド64_yを介して支持され、該回転軸62a_yを支点として該回転軸62a_yの周りに揺動自在とされている。   Similarly, an inverted pendulum model (refer to the reference numerals in parentheses in FIG. 8) expressing the behavior 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 wheel body 5 of the vehicle 1.

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

また、仮想車輪62_x,62_yのそれぞれの回転角速度ωw_x,ωw_yと、電動モータ31R,31Lのそれぞれの回転角速度ω_R,ω_L(より正確には、回転部材27R,27Lのそれぞれの回転角速度ω_R,ω_L)との間には、次式01a,01bの関係が成立するものとされる。

ωw_x=(ω_R+ω_L)/2 ……式01a
ωw_y=C・(ω_R−ω_L)/2 ……式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。
Further, the rotational angular velocities ωw_x and ωw_y of the virtual wheels 62_x and 62_y and the rotational angular velocities ω_R and ω_L of the electric motors 31R and 31L (more precisely, the rotational angular velocities ω_R and ω_L of the rotating members 27R and 27L), respectively. The relationship of the following formulas 01a and 01b is established.

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

Note that “C” in the expression 01b is a coefficient of a predetermined value depending on the mechanical relationship between the free rollers 29R and 29L and the wheel body 5 and slippage.

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。

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

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。
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.

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

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S9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 S9 will be described schematically. The control unit 50 determines that the motion of the mass point 60_x seen in the X-axis direction and the motion of the mass point 60_y seen in the Y-axis direction are the vehicle system center of gravity. Virtual wheel rotational angular acceleration commands ωwdot_x_cmd and ωwdot_y_cmd, which are command values (target values) of the rotational angular accelerations ωwdot_x and ωwdot_y as operation amounts, are determined so as to correspond to the desired motion. Further, the control unit 50 integrates the virtual wheel rotation angular acceleration commands ωwdot_x_cmd and ωwdot_y_cmd, and the virtual wheel rotation that is the command values (target values) of the respective rotation angular velocities ωw_x and ωw_y of the virtual wheels 62_x and 62_y. The angular velocity commands are determined as ωw_x_cmd and ωw_y_cmd.

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

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

制御ユニット50は、上記の如き、ステップS9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、図1及び図2に示すゴムひも(指令伝達媒体)10aにより伝達される図示しない操作者からの指令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 control unit 50 has the function shown in the block diagram of FIG. 9 as a function for executing the vehicle control calculation process of step S9.
That is, the control unit 50 calculates the base body tilt angle deviation measured value θbe_xy_s, which is a deviation between the base body tilt angle measured value θb_xy_s and the base body tilt angle target value θb_xy_obj, and the moving speed of the vehicle system center-of-gravity point. A command from a not-shown operator transmitted by a center-of-gravity velocity calculation unit 72 for calculating a center-of-gravity velocity estimated value Vb_xy_s as an observed value of a certain center-of-gravity velocity Vb_xy, and a rubber string (command transmission medium) 10a shown in FIGS. The required center-of-gravity speed generation unit 74 that generates the required center-of-gravity speed Vb_xy_aim as the required value of the center-of-gravity speed Vb_xy estimated to be required by the above-mentioned, and the electric motor 31R based on the estimated center-of-gravity speed Vb_xy_s , 31L, a control target center-of-gravity speed Vb_xy_mdfd as a target value of the center-of-gravity speed Vb_xy is determined in consideration of the limit corresponding to the allowable range of the rotational angular speed of 31L. The center-of-gravity speed limiting unit 76 and a gain adjustment unit 78 that determines a gain adjustment parameter Kr_xy for adjusting the gain coefficient values of equations 07x and 07y described later.

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

なお、図9中の参照符号84を付したものは、姿勢制御演算部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。   In FIG. 9, the reference numeral 84 indicates a delay element for inputting the virtual wheel rotation angular velocity command ωw_xy_cmd calculated by the attitude control calculation unit 80 every control processing cycle. The delay element 84 outputs the previous value ωw_xy_cmd_p of the virtual wheel rotation angular velocity command ωw_xy_cmd in each control processing cycle.

前記ステップS9の車両制御演算処理では、これらの上記の各処理部の処理が以下に説明するように実行される。   In the vehicle control calculation process of step S9, the processes of the above-described respective processing units are executed as described below.

すなわち、制御ユニット50は、まず、偏差演算部70の処理と重心速度算出部72の処理とを実行する。   That is, the control unit 50 first executes the process of the deviation calculating unit 70 and the process of the gravity center speed calculating unit 72.

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S7で設定された目標値θb_xy_obj(θb_x_obj及びθb_y_obj)とが入力される。そして、偏差演算部70は、θb_x_sからθb_x_objを減算することによって、Y軸周り方向の基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_s(=θb_x_s−θb_x_obj)を算出すると共に、θb_y_sからθb_y_objを減算することによって、X軸周り方向の基体傾斜角度偏差計測値θbe_y_s(=θb_y_s−θb_y_obj)を算出する。   The deviation calculation unit 70 receives the measured base body tilt angle value θb_xy_s (θb_x_s and θb_y_s) calculated in step S2 and the target values θb_xy_obj (θb_x_obj and θb_y_obj) set in step S5 or step S7. . Then, the deviation calculating unit 70 subtracts θb_x_obj from θb_x_s to calculate a measured body tilt angle deviation value θbe_x_s (= θb_x_s−θb_x_obj) around the Y axis, and subtracts θb_y_obj from θb_y_s to obtain X A base body tilt angle deviation measurement value θbe_y_s (= θb_y_s−θb_y_obj) in the direction around the axis is calculated.

なお、偏差演算部70の処理は、ステップS9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S7の処理の中で、偏差演算部70の処理を実行してもよい。   The process of the deviation calculation unit 70 may be performed before the vehicle control calculation process of step S9. For example, you may perform the process of the deviation calculating part 70 in the process of the said step S5 or S7.

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 velocity calculation unit 72 receives the current value of the base body tilt angular velocity measurement value θbdot_xy_s (θbdot_x_s and θbdot_y_s) calculated in step S2 and the previous value ωw_xy_cmd_p (ωw_x_cmd_p and ωw_y_cmd_p) of the virtual wheel speed command ωw_xy_cmd. Is input from the delay element 84. Then, the center-of-gravity speed calculation unit 72 calculates the center-of-gravity speed estimated values Vb_xy_s (Vb_x_s and Vb_y_s) from these input values using a predetermined arithmetic expression based on the inverted pendulum model.

具体的には、重心速度算出部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。

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S8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。
Specifically, the center-of-gravity velocity calculation unit 72 calculates Vb_x_s and Vb_y_s by the following equations 05x and 05y, respectively.

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

In these expressions 05x and 05y, Rw_x and Rw_y are the radii of the virtual wheels 62_x and 62_y, respectively, 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 S8.

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

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

次に、制御ユニット50は、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 control unit 50 executes the processing of the required center-of-gravity velocity generation unit 74 and the processing of the gain adjustment unit 78. In this case, the center-of-gravity speed estimation value Vb_xy_s (Vb_x_s and Vb_y_s) calculated by the center-of-gravity speed calculation unit 72 as described above is input to the required center-of-gravity speed generation unit 74 and the gain adjustment unit 78, respectively.

そして、要求重心速度生成部74は、詳細は後述するが、図1及び2に示す倒立振子型移動体すなわち車両1の後方に位置する図示しない操作者が、倒立振子移動体1に移動指令を出すべく手操作を行ったときに、ゴムひも(指令伝達媒体)10aにより伝達される該手操作により要求される移動指令に従って要求重心速度Vb_x_aim,Vb_y_aimを決定する。   The required center-of-gravity velocity generation unit 74, as will be described in detail later, is an inverted pendulum type moving body shown in FIGS. 1 and 2, that is, an operator (not shown) located behind the vehicle 1 issues a movement command to the inverted pendulum moving body 1. When a manual operation is performed to obtain the required center of gravity speed Vb_x_aim, Vb_y_aim according to the movement command required by the manual operation transmitted by the rubber band (command transmission medium) 10a.

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 gain adjustment unit 78 determines the gain adjustment parameter Kr_xy (Kr_x and Kr_y) based on the input center-of-gravity velocity estimated value Vb_xy_s (Vb_x_s and Vb_y_s).

このゲイン調整部78の処理を図10及び図11を参照して以下に説明する。
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 gain adjusting unit 78 will be described below with reference to FIGS.
As shown in FIG. 10, the gain adjustment unit 78 inputs the input center-of-gravity velocity estimated values Vb_x_s and Vb_y_s to the limit processing unit 86. In the limit processing unit 86, output values Vw_x_lim1 and Vw_y_lim1 are generated by appropriately adding limits corresponding to the allowable ranges of the rotational angular velocities of the electric motors 31R and 31L to the gravity center speed estimated values Vb_x_s and Vb_y_s. The output value Vw_x_lim1 has a meaning after limiting the moving speed Vw_x in the X-axis direction of the virtual wheel 62_x, and the output value Vw_y_lim1 has a meaning as a value after limiting the moving speed Vw_y in the Y-axis direction of the virtual wheel 62_y. .

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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。   Returning to the description of FIG. 9, the control unit 50 executes the processes of the center-of-gravity speed calculation unit 72 and the requested center-of-gravity speed generation unit 74 as described above, and then executes the processing of the center-of-gravity speed limiter 76.

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V_xy_aim(V_x_aim及びV_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。   The center-of-gravity speed limiting unit 76 includes an estimated center-of-gravity speed value Vb_xy_s (Vb_x_s and Vb_y_s) calculated by the center-of-gravity speed calculation unit 72, and a requested center-of-gravity speed V_xy_aim (V_x_aim and V_y_aim) determined by the required center-of-gravity speed generation unit 74. Is entered. Then, the center-of-gravity speed limiter 76 uses these input values to determine the control target center-of-gravity speed V_xy_mdfd (V_x_mdfd and V_y_mdfd) by executing the processing shown in the block diagram of FIG.

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 speed limiting unit 76 first executes the processes of the steady deviation calculating units 94_x and 94_y.
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-gravity speed limiter 76 executes the processes of the steady-state deviation calculators 94_x and 94_y as described above, and then adds the requested center-of-gravity speed Vb_x_aim to the output value Vb_x_prd of the steady-state deviation calculator 94_x and the steady-state deviation calculator 94_y. Processing for adding the requested center-of-gravity velocity Vb_y_aim to the output value Vb_y_prd is executed by the calculation units 98_x and 98_y, respectively.

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 vehicle 1 is the self-sustaining mode, the calculation unit 98_x Output value Vb_x_t. Similarly, when the required center-of-gravity speed Vb_y_aim in the Y-axis direction is “0”, the predicted center-of-gravity speed deviation deviation value Vb_y_prd in the Y-axis direction is directly used as the output value Vb_y_t of the calculation unit 98_y.

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 speed limiting unit 76 inputs the output values Vb_x_t and Vb_y_t of the calculation units 98_x and 98_y to the limit processing unit 100, respectively. The processing of the limit processing unit 100 is the same as the processing of the limit processing unit 86 of the gain adjustment unit 78 described above. In this case, only the input value and the output value of each processing unit of the limit processing unit 100 are different from the limit processing unit 86, as indicated by reference numerals in parentheses in FIG.

具体的には、リミット処理部100では、前記仮想車輪62_x,62_yのそれぞれの移動速度Vw_x,Vw_yを、Vb_x_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 limit processing unit 100, it is assumed that the moving speeds Vw_x and Vw_y of the virtual wheels 62_x and 62_y respectively match the Vb_x_t and Vb_y_t, respectively. ωw_y_t is calculated by the processing units 86a_x and 86a_y, respectively. Then, a set of the rotational angular velocities ωw_x_t and ωw_y_t is converted into a set of rotational angular velocities ω_R_t and ω_L_t of the electric motors 31R and 31L by the XY-RL converter 86b.

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

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

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

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

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

以上のようにして決定される制御用目標重心速度Vb_x_mdfd,Vb_y_mdfdは、リミット処理部100での出力値V_x_lim2,V_y_lim2の強制的な制限が行なわれなかった場合、すなわち、車輪体5のX軸方向及びY軸方向のそれぞれの移動速度を、それぞれ、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 limit processing unit 100 are not forcibly limited, that is, in the X-axis direction of the wheel body 5. Even if the electric motors 31R and 31L are operated so that the respective movement speeds in the Y-axis direction coincide with the output value Vb_x_t of the calculation unit 98_x and the output value Vb_y_t of the calculation unit 98_y, respectively. When the respective rotation angular velocities fall within the allowable range, the required center-of-gravity speeds Vb_x_aim and Vb_y_aim are determined as control target center-of-gravity speeds Vb_x_mdfd and Vb_y_mdfd, respectively.

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 limit processing unit 100 are generated by forcibly limiting the input values Vb_x_t and Vb_y_t, that is, the X axis direction and the Y axis direction of the wheel body 5 respectively. When the electric motors 31R and 31L are operated so that the moving speeds coincide with the output value Vb_x_t of the calculation unit 98_x and the output value Vb_y_t of the calculation unit 98_y, the rotational angular speed of either of the electric motors 31R and 31L is allowed. When the value deviates from the range (when the absolute value of one of the rotational angular velocities becomes too high), the correction amount (= Vw_x_lim2) from the input value Vb_x_t of the output value Vw_x_lim2 of the limit processing unit 100 in the X-axis direction. A value obtained by correcting the required center-of-gravity speed Vb_x_aim by (−Vb_x_t) (a value obtained by adding the correction amount to Vb_x_aim) is determined as the control center-of-gravity speed Vb_x_mdfd in the X-axis direction. 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 speed limiting unit 76.

図9の説明に戻って、制御ユニット50は、以上の如く重心速度算出部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 control unit 50 executes the processes of the center-of-gravity speed calculation unit 72, the center-of-gravity speed limit unit 76, the gain adjustment unit 78, and the deviation calculation unit 70 as described above, and then performs posture control. The processing of the calculation unit 80 is executed.

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 control calculation unit 80 will be described below with reference to FIG. In FIG. 13, reference numerals without parentheses are reference numerals related to processing for determining the virtual wheel rotation angular velocity command ωw_x_com that is a target value of the rotation angular velocity of the virtual wheel 62_x rotating in the X-axis direction. The reference numerals with parentheses are reference numerals related to the process of determining the virtual wheel rotational angular velocity command ωw_y_com that is the target value of the rotational angular velocity of the virtual wheel 62_y that rotates in the Y-axis direction.

姿勢制御演算部80には、偏差演算部70で算出された基体傾斜角度偏差計測値θbe_xy_sと、前記ステップ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 control calculation unit 80 includes the base body tilt angle deviation measurement value θbe_xy_s calculated by the deviation calculation unit 70, the base body tilt angular velocity measurement value θbdot_xy_s calculated in step S2, and the center of gravity calculated by the center of gravity speed calculation unit 72. The estimated speed value Vb_xy_s, the target center-of-gravity speed Vb_xy_cmd calculated by the center-of-gravity speed limiting unit 76, and the gain adjustment parameter Kr_xy calculated by the gain adjustment unit 78 are input.

そして、姿勢制御演算部80は、まず、これらの入力値を用いて、次式07x,07yにより、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_comを算出する。

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
The attitude control calculation unit 80 first calculates a virtual wheel rotation angular acceleration command ωdotw_xy_com by using the following expressions 07x and 07y using these input values.

ωwdot_x_cmd = K1_x ・ θbe_x_s + K2_x ・ θbdot_x_s
+ K3_x ・ (Vb_x_s−Vb_x_mdfd) ...... 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。

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)

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

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”), respectively, of the i-th gain coefficient Ki_x. It is a set constant value. The same applies to Ki_a_y and Ki_b_y in Expression 09y.

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

同様に、式07yの演算に用いる各第iゲイン係数Ki_y(i=1,2,3)は、それぞれに対応する定数値Ki_a_y、Ki_b_yの重み付き平均値として決定される。そして、この場合、Ki_a_y、Ki_b_yにそれぞれ掛かる重みが、ゲイン調整パラメータKr_yに応じて変化させられる。このため、Ki_xの場合と同様に、Kr_yの値が“0”から“1”の間で変化するに伴い、第iゲイン係数Ki_yの値が、Ki_a_yとKi_b_yとの間で変化する。   Similarly, each i-th gain coefficient Ki_y (i = 1, 2, 3) used 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.

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S8において値が設定される定数パラメータに含まれるものである。   Supplementally, the constant values Ki_a_x, Ki_b_x and Ki_a_y, Ki_b_y (i = 1, 2, 3) are included in the constant parameters whose values are set in step S6 or S8.

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

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

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

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

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

また、式07xの右辺の第3項(=第3操作量成分u3_x)は、重心速度推定値Vb_x_sと目標重心速度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。   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).

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

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 control calculation unit 80 then integrates the ωwdot_x_com and ωwdot_y_com by the integrator 80f, thereby obtaining the virtual wheel rotation speed command. ωw_x_com and ωw_y_com are determined.
The above is the details of the processing of the attitude control calculation unit 80.

補足すると、式07xの右辺の第3項を、Vb_x_sに応じた操作量成分(=K3_x・Vb_x_s)と、Vb_x_mdfdに応じた操作量成分(=−K3_x・Vb_x_mdfd)とに分離した式によって、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_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 control unit 50 next inputs the virtual wheel rotational speed commands ωw_x_com and ωw_y_com determined by the attitude control calculation unit 80 as described above to the motor command calculation unit 82, and the motor command calculation unit By executing the process 82, the speed command ω_R_com of the electric motor 31R and the speed command ω_L_com of the electric motor 31L are determined. The processing of the motor command calculation unit 82 is the same as the processing of the XY-RL conversion unit 86b of the limit processing unit 86 (see FIG. 11).

具体的には、モータ指令演算部82は、前記式01a,01bのωw_x,ωw_y,ω_R,ω_Lをそれぞれ、ωw_x_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S9の車両制御演算処理が完了する。
Specifically, the motor command calculation unit 82 replaces ωw_x, ωw_y, ω_R, and ω_L in the equations 01a and 01b with ωw_x_com, ωw_y_com, ω_R_cmd, and ω_L_cmd, respectively, and sets ω_R_cmd and ω_L_cmd as unknowns. By solving, the speed commands ω_R_com and ω_L_com of the electric motors 31R and 31L are determined.
Thus, the vehicle control calculation process in step S9 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 control unit 50 executes the control calculation process, so that the attitude of the base body 9 basically has the base body tilt angle deviation measured value θbe_x_s in any of the operation modes of the boarding mode and the independent mode. , Θbe_y_s so as to maintain a posture where both are “0” (hereinafter, this posture is referred to as a basic posture), in other words, the vehicle system center-of-gravity point (vehicle / occupant overall center of gravity point or vehicle individual center-of-gravity point) The virtual wheel rotation angular acceleration command ωdotw_xy_com as the operation amount (control input) is determined so that the position is maintained almost directly above the ground contact surface of the wheel body 5. More specifically, the virtual wheel rotation is performed so that the center-of-gravity speed estimated value Vb_xy_s as the estimated value of the moving speed of the vehicle system center-of-gravity point converges to the control target center-of-gravity speed Vb_xy_mdfd while keeping the attitude of the base body 9 in the basic attitude. An angular acceleration command ωdotw_xy_com is determined. Note that the control target center-of-gravity velocity Vb_xy_mdfd is normally “0” (specifically, unless the passenger or the like gives additional propulsive force of the vehicle 1 in the boarding mode). In this case, the virtual wheel rotation angular acceleration command ωdotw_xy_com is determined so that the center of gravity of the vehicle system is almost stationary while maintaining the posture of the base body 9 in the basic posture.

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 electric motors 31R and 31L obtained by converting the virtual wheel rotational angular velocity command ωw_xy_com obtained by integrating the components of ωdotw_xy_com are determined as the speed commands ω_R_cmd and ω_L_cmd of the electric motors 31R and 31L. Further, the rotational speeds of the electric motors 31R and 31L are controlled according to the speed commands ω_R_cmd and ω_L_cmd. As a result, the moving speeds of the wheel body 5 in the X-axis direction and the Y-axis direction are controlled so as to coincide with the moving speed of the virtual wheel 62_x corresponding to ωw_x_com and the moving speed of the virtual wheel 62_y corresponding to ωw_y_com, respectively. The

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

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

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

このようにして、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 base body 9 is tilted from the basic posture, the wheel body 5 moves toward the tilted side. Therefore, for example, in the boarding mode, when the occupant intentionally tilts the upper body, the wheel body 5 moves to the tilted side.

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 wheel body 5 almost stops when the posture of the base body 9 converges to the basic posture. Further, for example, if the inclination angle θb_x in the direction around the Y axis of the base body 9 is maintained at a constant angle inclined from the basic posture, the moving speed of the wheel body 5 in the X axis direction is a constant moving speed ( The target center-of-gravity speed Vb_x_mdfd and the movement speed having a constant steady deviation are converged. The same applies to the case where the inclination angle θb_y of the base 9 in the direction around the X axis is maintained at a constant angle inclined from the basic posture.

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 speed generation unit 74 are “0”, the tilt amount of the base body 9 from the basic posture (base tilt angle deviation measurement) The values θbe_x_s and θbe_y_s) are relatively large, and are eliminated or one or both of the moving speeds of the wheel body 5 in the X-axis direction and the Y-axis direction necessary to maintain the inclination amount (the moving speeds thereof) (Corresponding to the center-of-gravity velocity steady deviation predicted values Vb_x_prd and Vb_y_prd shown in FIG. 12, respectively)) In the situation where the moving speed is reached, the speeds that are opposite to the moving speed of the wheel body 5 (specifically, Vw_x_lim2-Vb_x_prd and Vw_y_lim2-Vb_y_prd) are the control target center-of-gravity speed Vb_x_mdfd. , Vb_y_mdfd. Then, the operation amount components u3_x and u3_y among the operation amount components constituting the control input are determined so as to converge the center-of-gravity speed estimated values Vb_x_s and Vb_y_s to the control target center-of-gravity speeds Vb_x_mdfd and Vb_y_mdfd, respectively. For this reason, it is prevented that the inclination amount of the base body 9 from the basic posture becomes excessive, and consequently, the rotational angular velocity of one or both of the electric motors 31R and 31L is prevented from becoming too high.

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 gain adjusting unit 78, one or both of the center-of-gravity velocity estimated values Vb_x_s and Vb_y_s are increased, and as a result, it is necessary for eliminating the inclination of the base body 9 from the basic posture or maintaining the inclination amount. The moving speed of one or both of the X-axis direction and the Y-axis direction of the wheel body 5 may be an excessive moving speed that causes the rotational angular speed of one or both of the electric motors 31R and 31L to deviate from the allowable range. In some circumstances, as the deviation becomes more prominent (specifically, as the absolute values of Vover_x and Vover_y shown in FIG. 10 increase), one or both of the gain adjustment parameters Kr_x and Kr_y change from “0” to “1”. It can be approached.

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 base body 9 increases. Therefore, if the inclination amount of the base body 9 from the basic posture is increased, the moving speed of the wheel body 5 is controlled so as to quickly eliminate the inclination amount. Accordingly, it is strongly suppressed that the base body 9 is largely inclined from the basic posture, and consequently, the moving speed of one or both of the wheel body 5 in the X-axis direction and the Y-axis direction is the rotation of one or both of the electric motors 31R and 31L. It is possible to prevent an excessive movement speed that causes the angular speed to deviate from the allowable range.

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 speed generation unit 74 generates the requested center-of-gravity speeds Vb_x_aim and Vb_y_aim (the requested center-of-gravity speed where one or both of Vb_x_aim and Vb_y_aim are not “0”) in response to a request by a steering operation such as a passenger In this case, unless one or both of the electric motors 31R and 31L have a high rotational angular velocity that deviates from the allowable range (specifically, as long as Vw_x_lim2 and Vw_y_lim2 shown in FIG. 12 match Vb_x_t and Vb_y_t, respectively) ), The required center-of-gravity speeds Vb_x_aim and Vb_y_aim are determined as the control target center-of-gravity speeds Vb_x_mdfd and Vb_y_mdfd, respectively. For this reason, the moving speed of the wheel body 5 is controlled so as to realize the required center-of-gravity speeds Vb_x_aim and Vb_y_aim (so that the actual center-of-gravity speed approaches the required center-of-gravity speeds Vb_x_aim and Vb_y_aim).

次に、本発明の実施形態による指令検出器10の処理の詳細を説明する。   Next, details of processing of the command detector 10 according to the embodiment of the present invention will be described.

指令検出器10は、図1及び2に示す車両1の後方に位置する図示しない操作者が、車両1に移動指令を出すべく手操作を行ったときに、ゴムひも10aにより伝達される該手操作により要求される移動指令を検出し、指令検出器10が検出して出力する移動指令信号Vb_comを制御ユニット50に伝送し、制御ユニット50における要求重心速度生成部74は、該移動指令に基づいて要求重心速度Vb_x_aim,Vb_y_aimを決定する。   When the operator (not shown) located behind the vehicle 1 shown in FIGS. 1 and 2 performs a manual operation to issue a movement command to the vehicle 1, the command detector 10 is transmitted by the elastic band 10a. The movement command requested by the operation is detected, and the movement command signal Vb_com detected and output by the command detector 10 is transmitted to the control unit 50, and the requested center-of-gravity velocity generation unit 74 in the control unit 50 is based on the movement command. Thus, the required center-of-gravity speeds Vb_x_aim and Vb_y_aim are determined.

手操作により要求される移動指令は、例えば以下の通りであり、図18及び図19を用いて説明する。図18及び図19は、操作者の手の動きによって生成される信号の波形を示すものであり、波形のそれぞれにおいて、手の動きを水平面上に操作したときの軌跡と、手の動きをx_h軸、y_h軸成分に分解した時間経過に応じた変化(波形図)を示す。なお、x_h軸の方向は、手の位置と車両1とを結んだ直線方向であり、y_h軸の方向は、それに直交する方向である。   The movement command requested by manual operation is as follows, for example, and will be described with reference to FIGS. 18 and 19 show waveforms of signals generated by the movement of the operator's hand. In each waveform, the trajectory when the movement of the hand is operated on the horizontal plane and the movement of the hand are represented by x_h. A change (waveform diagram) according to the passage of time decomposed into the axis and y_h axis components is shown. The direction of the x_h axis is a linear direction connecting the position of the hand and the vehicle 1, and the direction of the y_h axis is a direction orthogonal to the direction.

(1)図18(a)に示すように、操作者がゴムひも10aを把持する手を水平方向左回りに所定の手の速度や加速度以上で円を描くと、図18(a)の右の波形図に示すように、x_h軸方向で検出される正弦波に対してy_h軸方向で検出される正弦波の位相は90度遅れ、指令検出器10はこれを検出する。これにより指令検出器10は、操作者が左回りに円を描く指令を出したことを検出することができる。この指令により、車両1には、操作者の手と車両1とを結んだ直線に対して直交する左方向に移動する指令が与えられるものとする。なお、左回りに円を描く手の旋回速度に応じて車両1に与えられる移動速度指令が決定される。すなわち、指令検出器10は、円を描く旋回速度が速ければ早いほど、大きな移動指令信号Vb_comを制御ユニット50に出力するものとする。   (1) As shown in FIG. 18 (a), if the operator draws a circle with a predetermined speed or acceleration in the counterclockwise direction of the hand holding the elastic band 10a, the right of FIG. 18 (a) As shown in the waveform diagram, the phase of the sine wave detected in the y_h axis direction is delayed by 90 degrees with respect to the sine wave detected in the x_h axis direction, and the command detector 10 detects this. As a result, the command detector 10 can detect that the operator has issued a command to draw a circle counterclockwise. By this command, the vehicle 1 is given a command to move in the left direction orthogonal to the straight line connecting the operator's hand and the vehicle 1. A moving speed command to be given to the vehicle 1 is determined according to the turning speed of the hand that draws a circle in the counterclockwise direction. That is, the command detector 10 outputs a larger movement command signal Vb_com to the control unit 50 as the turning speed of drawing a circle increases.

(2)図18(b)に示すように、操作者がゴムひも10aを把持する手を水平方向右回りに所定の手の速度や加速度以上で円を描くと、図18(b)の右の波形図に示すように、x_h軸方向で検出される正弦波に対してy_h軸方向で検出される正弦波の位相は90度進み、指令検出器10はこれを検出する。これにより指令検出器10は、操作者が右回りに円を描く指令を出したことを検出することができる。この指令により、車両1には、操作者の手と車両1とを結んだ直線に対して直交する右方向に移動する指令が与えられるものとする。なお、右回りに円を描く手の速度に応じて車両1に与えられる移動速度指令が決定される。すなわち、指令検出器10は、円を描く速度が速ければ早いほど、大きな移動指令信号Vb_comを制御ユニット50出力するものとする。   (2) As shown in FIG. 18 (b), if the operator draws a circle with a predetermined speed or acceleration of the hand holding the elastic band 10a clockwise in the horizontal direction, the right side of FIG. 18 (b) As shown in the waveform diagram, the phase of the sine wave detected in the y_h axis direction advances by 90 degrees with respect to the sine wave detected in the x_h axis direction, and the command detector 10 detects this. Thereby, the command detector 10 can detect that the operator has issued a command to draw a circle in the clockwise direction. By this command, the vehicle 1 is given a command to move in the right direction perpendicular to the straight line connecting the operator's hand and the vehicle 1. Note that a moving speed command to be given to the vehicle 1 is determined according to the speed of the hand drawing a circle in the clockwise direction. That is, the command detector 10 outputs a larger movement command signal Vb_com to the control unit 50 as the speed of drawing a circle increases.

(3)図18(c)に示すように、操作者がゴムひも10aを把持する手を左前方から右後方に向かって所定の手の速度や加速度以上で振ると、図18(c)の右の波形図に示すように、x_h軸方向で検出される信号(正弦波)とy_h軸方向で検出される信号(正弦波)とは同相となり、指令検出器10はこれを検出する。これにより指令検出器10は、操作者が左前方から右後方に向かって手を振る指令を出したことを検出することができる。この指令により、車両1には、操作者の手と車両1とを結んだ直線に対して前方左斜め方向に移動する指令が与えられるものとする。なお、左前方右後方方向に手を振る速度及び振幅に応じて車両1の移動速度指令が決定される。すなわち、指令検出器10は、手を振る速度が速いほどそして手の振り幅が大きい程、大きな移動指令信号Vb_comを制御ユニット50に出力するものとする。   (3) As shown in FIG. 18 (c), when the operator shakes the hand holding the elastic band 10a from the left front toward the right rear at a speed or acceleration higher than a predetermined hand, As shown in the right waveform diagram, the signal (sine wave) detected in the x_h axis direction and the signal (sine wave) detected in the y_h axis direction are in phase, and the command detector 10 detects this. As a result, the command detector 10 can detect that the operator has issued a command to wave his hand from the left front toward the right rear. By this command, it is assumed that the vehicle 1 is given a command to move forward and diagonally with respect to a straight line connecting the operator's hand and the vehicle 1. Note that the moving speed command of the vehicle 1 is determined according to the speed and amplitude of waving in the left front right rear direction. That is, the command detector 10 outputs a larger movement command signal Vb_com to the control unit 50 as the hand-shaking speed is faster and the hand-swinging width is larger.

(4)図18(d)に示すように、操作者がゴムひも10aを把持する手を右前方から左後方に向かって所定の手の速度や加速度以上で振ると、図18(d)の右の波形図に示すように、x_h軸方向で検出される信号(正弦波)とy_h軸方向で検出される信号(正弦波)とは位相が反転され、指令検出器10はこれを検出する。これにより指令検出器10は、操作者が右前方から左後方に向かって手を振る指令を出したことを検出することができる。この指令により、車両1には、操作者の手と車両1とを結んだ直線に対して前方右斜め方向に移動する指令が与えられるものとする。なお、右前方左後方方向に手を振る速度及び振幅に応じて車両1に与えられる移動速度指令が決定される。すなわち、指令検出器10は、手を振る速度が速いほどそして手の振り幅が大きい程、大きな移動指令信号Vb_comを制御ユニット50に出力するものとする。   (4) As shown in FIG. 18 (d), when the operator shakes the hand holding the elastic band 10a from the right front side to the left rear side at a predetermined hand speed or acceleration or more, the FIG. As shown in the right waveform diagram, the phase of the signal detected in the x_h axis direction (sine wave) and the signal detected in the y_h axis direction (sine wave) are inverted, and the command detector 10 detects this. . As a result, the command detector 10 can detect that the operator has issued a command to wave his / her hand from the right front to the left rear. By this command, it is assumed that the vehicle 1 is given a command to move forward and diagonally with respect to a straight line connecting the operator's hand and the vehicle 1. In addition, the moving speed command given to the vehicle 1 is determined according to the speed and amplitude of waving in the right front left rear direction. That is, the command detector 10 outputs a larger movement command signal Vb_com to the control unit 50 as the hand-shaking speed is faster and the hand-swinging width is larger.

(5)図19(a)に示すように、操作者がゴムひも10aを把持する手を横方向に左右等速で所定の手の速度や加速度以上で振ると、図19(a)の右の波形図に示すように、x_h軸方向には信号が発生せず、y_h軸方向だけに三角波が発生し、指令検出器10はこれを検出する。これにより指令検出器10は、操作者が横方向に左右等速で手を振る指令を出したことを検出することができる。この指令により、車両1には、操作者の手と車両1とを結んだ直線に対して前方に移動する指令が与えられるものとする。なお、横方向に手を振る速度及び振幅に応じて車両1に与えられる移動速度指令が決定される。すなわち、指令検出器10は、手を振る速度が早いほどそして手の振り幅が大きい程、大きな移動指令信号Vb_comを制御ユニット50に出力するものとする。   (5) As shown in FIG. 19 (a), when the operator shakes the hand holding the elastic band 10a in the lateral direction at a constant right and left speed at a predetermined hand speed or acceleration, the right of FIG. 19 (a) As shown in the waveform diagram, no signal is generated in the x_h axis direction, and a triangular wave is generated only in the y_h axis direction, and the command detector 10 detects this. As a result, the command detector 10 can detect that the operator has issued a command to shake his / her hand in the horizontal direction at a constant left / right speed. By this command, the vehicle 1 is given a command to move forward with respect to a straight line connecting the operator's hand and the vehicle 1. Note that a moving speed command to be given to the vehicle 1 is determined according to the speed and amplitude of shaking hands. That is, it is assumed that the command detector 10 outputs a larger movement command signal Vb_com to the control unit 50 as the hand waving speed is faster and the hand swing width is larger.

なお、図19(a)では速度を加速させる指令の場合について説明したが、減速指令の場合には、操作者がゴムひも10aを引っ張れば、車両1が操作者側に傾くため減速させることができる。もしくは、引っ張りの張力に応じてVb_sよりも小さなVb_comの値が決定されるようにしても良い。   In FIG. 19A, the case of a command for accelerating the speed has been described. However, in the case of a deceleration command, if the operator pulls the elastic band 10a, the vehicle 1 tilts toward the operator side, so that the vehicle 1 can be decelerated. it can. Alternatively, a value of Vb_com smaller than Vb_s may be determined according to the tension of tension.

(6)図19(b)に示すように、操作者がゴムひも10aを把持する手を横方向に左には早く振り右には遅く振るようにして、所定の手の速度や加速度以上で振ると、図19(b)の右の波形図に示すように、x_h軸方向には信号が発生せず、y_h軸方向だけに、前縁が急峻に立ち上がって後縁が緩やかに下がるのこぎり波が発生し、指令検出器10はこれを検出する。これにより指令検出器10は、操作者が、手を横方向に左に早く振り右に遅く振る指令を出したことを検出することができる。この指令により、車両1には、Y軸の正の方向、すなわち、車両1の左方向へ移動する指令が与えられるものとする。なお、横方向左に手を振る速度に応じて車両1に与えられる移動速度指令が決定される。すなわち、指令検出器10は、横方向左に手を振る速度が早いほどそして手のふり幅が大きい程、大きな移動指令信号Vb_comを制御ユニット50に出力するものとする。   (6) As shown in FIG. 19 (b), the operator grasps the elastic band 10a by swinging the hand in the horizontal direction fast to the left and slowly slowing to the right. As shown in the waveform diagram on the right side of FIG. 19B, no signal is generated in the x_h axis direction, and a sawtooth wave in which the leading edge rises sharply and the trailing edge gently falls only in the y_h axis direction. The command detector 10 detects this. As a result, the command detector 10 can detect that the operator has issued a command to swing the hand quickly to the left in the lateral direction and then to the right. By this command, the vehicle 1 is given a command to move in the positive direction of the Y axis, that is, the left direction of the vehicle 1. A moving speed command to be given to the vehicle 1 is determined according to the speed of waving his hand to the left in the horizontal direction. That is, it is assumed that the command detector 10 outputs a larger movement command signal Vb_com to the control unit 50 as the speed of waving the hand to the left in the horizontal direction is faster and the swing width of the hand is larger.

(7)図19(c)に示すように、操作者がゴムひも10aを把持する手を横方向に左には遅く振り右には早く振るようにして、所定の手の速度や加速度以上で振ると、図19(c)の右の波形図に示すように、x_h軸方向には信号が発生せず、y_h軸方向だけに、前縁が緩やかに立ち上がって後縁が急峻に下がるのこぎり波が発生し、指令検出器10はこれを検出する。これにより指令検出器10は、操作者が、手を横方向に左に遅く振り右に早く振る指令を出したことを検出することができる。この指令により、車両1には、Y軸の負の方向、すなわち、車両1の右方向へ移動する指令が与えられるものとする。なお、横方向右に手を振る速度に応じて車両1に与えられる移動速度指令が決定される。すなわち、指令検出器10は、横方向右に手を振る速度が早いほどそして手の振り幅が大きい程、大きな移動指令信号Vb_comを制御ユニット50に出力するものとする。
以上、例として7通りの指令内容を記載したが、これはあくまでも例であり、他にも様々な手操作指令や種々の指令内容が考えられるところである。例えば手を上下方向に振る操作や前後方向に振る操作等が考えられる。手を上下方向に振る操作で指令検出器10は、x_h軸やy_h軸方向における波形信号の検出に加えてz_h軸方向の波形信号を検出することとなる。また、手を前後方向に振る操作では、指令検出器10は、y_h軸方向の波形信号は検出せず、x_h軸方向の波形信号だけを検出することとなる。
(7) As shown in FIG. 19 (c), the operator grips the elastic band 10a by swinging the hand slowly to the left and swinging fast to the right so that the speed or acceleration exceeds a predetermined hand. As shown in the waveform diagram on the right side of FIG. 19 (c), no signal is generated in the x_h axis direction, and the leading edge gently rises and the trailing edge sharply falls only in the y_h axis direction. The command detector 10 detects this. As a result, the command detector 10 can detect that the operator has issued a command to swing the hand slowly to the left in the lateral direction and to swing to the right. By this command, the vehicle 1 is given a command to move in the negative direction of the Y axis, that is, in the right direction of the vehicle 1. Note that a moving speed command to be given to the vehicle 1 is determined according to the speed of waving his hand to the right in the horizontal direction. That is, it is assumed that the command detector 10 outputs a larger movement command signal Vb_com to the control unit 50 as the speed of waving the hand to the right in the horizontal direction is faster and the swing width of the hand is larger.
As described above, seven types of command contents have been described as examples. However, this is merely an example, and various other manual operation commands and various command contents can be considered. For example, an operation of shaking the hand up and down, an operation of shaking up and down, and the like can be considered. The command detector 10 detects the waveform signal in the z_h axis direction in addition to the detection of the waveform signal in the x_h axis direction and the y_h axis direction by the operation of shaking the hand up and down. Further, in the operation of shaking the hand in the front-rear direction, the command detector 10 does not detect the waveform signal in the y_h axis direction, but detects only the waveform signal in the x_h axis direction.

上記所定の手の速度や加速度の検出に用いられるしきい値は、操作者が単に歩くときに手を振る等の動作と混同しないような高い値に設定される。指令検出器10は、上記(1)〜(7)の指令を、上記したように、所定の手の速度や加速度に基づいて発生するゴムひも10aの張力の大きさと方向で検出する。   The threshold value used for detecting the speed and acceleration of the predetermined hand is set to a high value so as not to be confused with an operation such as shaking the hand when the operator simply walks. The command detector 10 detects the commands (1) to (7) based on the magnitude and direction of the tension of the elastic band 10a generated based on the speed and acceleration of a predetermined hand as described above.

このような場合に、要求重心速度生成部74は、指令検出器10が検出した人の手の動きによる移動指令に応じた移動指令信号Vb_comに基づいて、車両(倒立振子型移動体)1を移動させる要求が発生したか否かを判断しつつ、移動指令があった場合には、それに応じて倒立振子型移動体の移動方向や速度を表す、↑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 velocity generation unit 74 determines the vehicle (inverted pendulum type moving body) 1 based on the movement command signal Vb_com corresponding to the movement command based on the movement of the human hand detected by the command detector 10. When there is a movement command while determining whether or not a request for movement has occurred, the required center of gravity speed vector as the target value of ↑ Vb, which indicates the movement direction and speed of the inverted pendulum type moving body accordingly ↑ Vb_aim (speed vector having the required center of gravity speeds Vb_x_aim and Vb_y_aim as two components) is sequentially determined.

その処理を概略的に説明すると、上記移動指令が発生した場合には、該移動指令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、上記移動指令が解消すると、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、移動指令が解消してから、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。   The process will be schematically described. When the movement command is generated, the required 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 movement command is canceled. Is determined. When the movement command is canceled, the required center-of-gravity speed vector ↑ Vb_aim is determined so that the magnitude of the required center-of-gravity speed vector ↑ Vb_aim is gradually attenuated. 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 movement command is canceled. After that, the magnitude of the required center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_aim is continuously attenuated to “0”.

このような処理を実行する指令検出器10及び要求重心速度生成部74を、図14〜図20のフローチャートを参照して以下に詳細に説明する。
図14を参照して、要求重心速度生成部74の処理に先立ち、指令検出器10は、まず、ステップS20a及びS20bの処理を実行する。これらのステップでは、上述のように移動指令の有無をゴムひも10aの張力の大きさと方向に応じて手の速度や加速度を算出し、それに基づいて移動指令信号Vb_comを決定する。
The command detector 10 and the required center-of-gravity velocity generation unit 74 that execute such processing will be described in detail below with reference to the flowcharts of FIGS.
Referring to FIG. 14, prior to the process of required center-of-gravity velocity generation unit 74, command detector 10 first executes the processes of steps S20 a and S20 b. In these steps, as described above, the presence or absence of a movement command is calculated according to the magnitude and direction of the tension of the elastic band 10a, and the speed and acceleration of the hand are calculated, and the movement command signal Vb_com is determined based on the calculated speed.

指令検出器10における手の速度と加速度の算出は以下のように行われる。
まず、指令検出器10は、該指令検出器10に連結されたひも状体10aの張力に応じた検出信号を制御ユニット50における要求重心速度生成部74に出力する。この場合、指令検出器10は、3軸方向の並進力を検出可能な3軸力センサを含み、その検出軸の方向がそれぞれ車両1の前後方向、左右方向、上下方向となるように配置されている。より詳しくは、基本傾斜角度θb_xyが例えば後述する自立モード用の目標値θb_xy_objに一致する状態で、3軸力センサの検出軸の方向が、それぞれ前記X軸方向、Y軸方向、Z軸方向に一致するように3軸力センサが配置されている。そして、指令検出器10が、この3軸力センサの出力に基づいて、ひも状体10aの張力のうちのX軸方向成分Fxの計測値とY軸方向成分Fyの計測値とZ軸方向成分Fzの計測値とを求める。
The calculation of the hand speed and acceleration in the command detector 10 is performed as follows.
First, the command detector 10 outputs a detection signal according to the tension of the string-like body 10 a connected to the command detector 10 to the required center-of-gravity velocity generation unit 74 in the control unit 50. In this case, the command detector 10 includes a triaxial force sensor capable of detecting a translational force in the triaxial direction, and is arranged so that the directions of the detection axes are the front-rear direction, the left-right direction, and the up-down direction of the vehicle 1, respectively. ing. More specifically, in the state where the basic inclination angle θb_xy coincides with, for example, a target value θb_xy_obj for a self-supporting mode described later, the directions of the detection axes of the three-axis force sensor are the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, respectively A triaxial force sensor is arranged so as to match. Based on the output of the three-axis force sensor, the command detector 10 determines the measured value of the X-axis direction component Fx, the measured value of the Y-axis direction component Fy, and the Z-axis direction component of the tension of the string-like body 10a. Obtain the measured value of Fz.

この場合、指令検出器10は、この3軸力センサの出力のうち、車両1の前後方向に対応する検出軸に係る出力が示す並進力をFxの計測値、車両1の左右方向に対応する検出軸に係る出力が示す並進力をFyの計測値、車両1の上下方向に対応する検出軸に係る出力が示す並進力をFzの計測値として求める。なお、3軸力センサは、基体9と一体に傾動し、基体傾斜角度θb_xyが自立モード用の目標値θb_xy_objに一致しない状態では、3軸力センサの3つの検出軸の方向は、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向に対してずれを生じる。従って、指令検出器10は、より正確にFx、Fy、Fzの計測値を求めるために、3軸力センサの出力が示すひも状体10aの張力F(3軸力センサに固定された座標系上で認識される力ベクトル)を、前記傾斜センサ52の出力に基づく基体傾斜角度計測値θb_xy_sに応じて座標変換することによって、Fx、Fy、Fzの計測値を求めるようにしても良い。   In this case, the command detector 10 corresponds to the translational force indicated by the output related to the detection axis corresponding to the front-rear direction of the vehicle 1 among the outputs of the three-axis force sensor, the measured value of Fx, and the left-right direction of the vehicle 1. The translational force indicated by the output related to the detection axis is obtained as a measured value of Fy, and the translational force indicated by the output related to the detection axis corresponding to the vertical direction of the vehicle 1 is obtained as a measured value of Fz. Note that the three-axis force sensor tilts integrally with the base 9, and in the state where the base tilt angle θb_xy does not coincide with the target value θb_xy_obj for the self-supporting mode, the directions of the three detection axes of the three-axis force sensor are the X-axis direction. Deviation occurs with respect to the Y-axis direction and the Z-axis direction. Accordingly, the command detector 10 determines the tension F of the string-like body 10a indicated by the output of the triaxial force sensor (a coordinate system fixed to the triaxial force sensor) in order to obtain the measured values of Fx, Fy, and Fz more accurately. The force vector recognized above may be coordinate-converted according to the base body tilt angle measurement value θb_xy_s based on the output of the tilt sensor 52 to obtain the measurement values of Fx, Fy, and Fz.

次いで、指令検出器10は、このように計測された3軸力センサの出力、すなわち、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向の3方向成分Fx、Fy、Fzを取得する。これにより、指令検出器10では、指令検出器10に連結されたひも状体10aに作用する力F、すなわち、ひも状体10aの張力Fを取得することができる。   Next, the command detector 10 acquires the output of the three-axis force sensor thus measured, that is, the three-direction components Fx, Fy, and Fz in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. Thereby, in the command detector 10, the force F acting on the string-like body 10a connected to the command detector 10, that is, the tension F of the string-like body 10a can be acquired.

次いで、指令検出器10は、3軸力センサの出力から当該車両1とひも状体10aの他端を支持する図示しない操作者との推定距離を算出する。
具体的には、ひも状体10aの張力Fの鉛直方向成分Fzと水平方向成分Fxyとの比から当該車両1と操作者との推定距離D_sを算出する。
Next, the command detector 10 calculates an estimated distance between the vehicle 1 and an operator (not shown) that supports the other end of the string 10a from the output of the triaxial force sensor.
Specifically, the estimated distance D_s between the vehicle 1 and the operator is calculated from the ratio of the vertical component Fz and the horizontal component Fxy of the tension F of the string 10a.

ここで、指令検出器10に連結されるひも状体10aは、予め長さが規定されており、その中間部分が空中で弛んでいる。そのため、図2に模式的に示すように、鉛直面における張力Fの向きと、当該車両1と操作者との間の距離とを一義的に決めることができる。図2は、ひも状体10aの張力Fを鉛直方向成分Fzと水平方向成分Fxyとに分解した場合の、これら2つの分解力Fz、Fxyの両方を含む鉛直面における力の関係を示している。   Here, the string-like body 10a connected to the command detector 10 has a predetermined length, and an intermediate portion thereof is slack in the air. Therefore, as schematically shown in FIG. 2, the direction of the tension F on the vertical plane and the distance between the vehicle 1 and the operator can be uniquely determined. FIG. 2 shows the relationship between forces in a vertical plane including both of these two resolving forces Fz and Fxy when the tension F of the string 10a is decomposed into a vertical component Fz and a horizontal component Fxy. .

指令検出器10は、ひも状体10aの張力FのX軸方向成分FxとY軸方向成分Fyから水平方向成分Fxy(=sqrt(Fx2+Fy2))を算出する。そして、算出した張力Fの水平方向成分Fxyと、既に取得している張力FのZ軸方向成分Fzとの比から、張力Fと水平方向成分Fxyとの間の挟角θαを算出する。より具体的には、Fxy・tanθα=Fzの関係式から挟角θαを算出する。 The command detector 10 calculates the horizontal component Fxy (= sqrt (Fx 2 + Fy 2 )) from the X-axis direction component Fx and the Y-axis direction component Fy of the tension F of the string-like body 10a. Then, the included angle θ α between the tension F and the horizontal component Fxy is calculated from the ratio between the calculated horizontal component Fxy of the tension F and the Z-axis component Fz of the tension F that has already been acquired. More specifically, the included angle θ α is calculated from the relational expression Fxy · tan θ α = Fz.

ここで、算出した挟角θαは、鉛直面におけるひも状体10aの指令検出器10との連結部での張力Fの向きを示しており、ひも状体10aの弛み具合(張り具合)、すなわち、ひも状体の他端との距離に対応している。指令検出器10は、予め挟角θαとひも状体の両端の距離との関係を規定した関係式やデータテーブル、マップ等のいずれか1つまたは複数のものを記憶保持しており、算出した挟角θαから関係式等を参照することにより、当該車両1とひも状体10aの他端を保持する操作者の手との間の推定距離D_sを算出する。図14のステップS20a及びS20bにおいては、この推定距離D_sの変化率より手の速度が、該手の速度を微分することで手の加速度が算出される。 Here, the calculated included angle θ α indicates the direction of the tension F at the connecting portion of the string-like body 10a with the command detector 10 in the vertical plane, and the slackness (tension) of the string-like body 10a, That is, it corresponds to the distance from the other end of the string-like body. The command detector 10 stores and holds in advance one or a plurality of relational expressions, data tables, maps, and the like that define the relationship between the included angle θ α and the distance between the ends of the string. by referring to the included angle θ relationship from α, etc., to calculate the estimated distance D_s between the operator's hand holding the other end of the vehicle 1 and the string-like body 10a. In steps S20a and S20b in FIG. 14, the hand speed is calculated by differentiating the hand speed from the rate of change of the estimated distance D_s.

このようにしてステップS20a及びS20bで手の速度や加速度が算出されると、指令検出器10は、それに基づいて前述のように移動指令信号Vb_comを決定する。次に、ステップS21の処理を実行する。ステップS21では、要求重心速度生成部74は、重心速度推定値Vb_x_s,Vb_y_sを2つの成分とする速度ベクトル(実際の重心速度ベクトル↑Vbの観測値)である推定重心速度ベクトル↑Vb_sの大きさ|↑Vb_s|(=sqrt(Vb_x_s2+Vb_y_s2))の時間的変化率(微分値)DVb_sを算出する。このDVb_sは、実際の重心速度ベクトル↑Vbの大きさの時間的変化率の目標値(指令値)としての意味を持つ。以降、DVb_sを推定重心速度絶対値変化率DVb_sという。なお、上記sqrt( )は、平方根関数である。 When the hand speed and acceleration are calculated in steps S20a and S20b in this way, the command detector 10 determines the movement command signal Vb_com as described above based on the calculated speed and acceleration. Next, the process of step S21 is executed. In step S21, the requested center-of-gravity velocity generation unit 74 determines the magnitude of the estimated center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_s, which is a velocity vector (actual observation value of the center-of-gravity velocity vector ↑ Vb) having the centroid velocity estimated values Vb_x_s and Vb_y_s as two components. The rate of temporal change (differential value) DVb_s of | ↑ Vb_s | (= sqrt (Vb_x_s 2 + Vb_y_s 2 )) is calculated. This DVb_s has a meaning as a target value (command value) of the temporal change rate of the magnitude of the actual center-of-gravity velocity vector ↑ Vb. Hereinafter, DVb_s is referred to as an estimated gravity center velocity absolute value change rate DVb_s. The sqrt () is a square root function.

さらに、ステップS21では、要求重心速度生成部74は、重心速度推定値Vb_x_s,Vb_y_sのそれぞれの時間的変化率(微分値)である重心加速度推定値Vbdot_x_s,Vbdot_y_sを決定する。なお、Vbdot_x_s,Vbdot_y_sを2つの成分とするベクトルは、車両系重心点の加速度ベクトルを意味する。   Further, in step S21, the required center-of-gravity velocity generation unit 74 determines the center-of-gravity acceleration estimated values Vbdot_x_s and Vbdot_y_s, which are the temporal change rates (differential values) of the center-of-gravity velocity estimated values Vb_x_s and Vb_y_s. A vector having two components of Vbdot_x_s and Vbdot_y_s means an acceleration vector of the vehicle system center-of-gravity point.

次いで、ステップS22に進んで、要求重心速度生成部74は、要求重心速度Vb_x_aimを算出するための現在の演算処理モードが、どのモードであるかを判断する。   Next, the process proceeds to step S22, and the requested center-of-gravity speed generation unit 74 determines which mode is the current arithmetic processing mode for calculating the requested center-of-gravity speed Vb_x_aim.

ここで、本実施形態では、要求重心速度生成部74は、要求重心速度ベクトル↑Vb_aimの基本値(以降、基本要求重心速度ベクトル↑Vb_aim1という)を決定した上で、この基本要求重心速度ベクトル↑Vb_aim1に要求重心速度ベクトル↑Vb_aimを追従させるように(定常的には一致させるように)、要求重心速度ベクトル↑Vb_aimを決定する。   Here, in the present embodiment, the requested center-of-gravity velocity generation unit 74 determines a basic value of the requested center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_aim (hereinafter, referred to as a basic requested center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_aim1), and then the basic requested gravity-center velocity vector ↑. The requested center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_aim is determined so that the requested center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_aim follows Vb_aim1 (in a consistent manner).

上記演算処理モードは、上記基本要求重心速度ベクトル↑Vb_aim1の決定の仕方の種別を表すものである。そして、本実施形態では、該演算処理モードとしては、制動モード、速度追従モード、速度ホールドモードの3種類のモードがある。   The arithmetic processing mode represents a type of how to determine the basic required center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_aim1. In this embodiment, there are three types of calculation processing modes: a braking mode, a speed tracking mode, and a speed hold mode.

制動モードは、基本要求重心速度ベクトル↑Vb_aim1の大きさを“0”に減衰させていくか、又は“0”に保持するように基本要求重心速度ベクトル↑Vb_aim1を決定するモードである。また、速度追従モードは、基本要求重心速度ベクトル↑Vb_aim1を、推定重心速度ベクトル↑Vb_sに追従させるように(一致又はほぼ一致させるように)決定するモードである。また、速度ホールドモードは、基本要求重心速度ベクトル↑Vb_aim1の大きさを一定に保つように↑Vb_aim1を決定するモードである。   The braking mode is a mode in which the basic required center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_aim1 is determined so that the magnitude of the basic required center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_aim1 is attenuated to “0” or held at “0”. The speed follow-up mode is a mode in which the basic required center-of-gravity speed vector ↑ Vb_aim1 is determined so as to follow (match or substantially match) the estimated center-of-gravity speed vector ↑ Vb_s. The speed hold mode is a mode for determining ↑ Vb_aim1 so as to keep the magnitude of the basic required center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_aim1 constant.

なお、制御ユニット50の起動時等に該制御ユニット50が初期化された状態での演算処理モード(初期演算処理モード)は、制動モードである。   Note that the calculation processing mode (initial calculation processing mode) in a state in which the control unit 50 is initialized when the control unit 50 is started is a braking mode.

要求重心速度生成部74は、上記ステップS22において、現在の演算処理モードが制動モードである場合と、速度追従モードである場合と、速度ホールドモードである場合とで、それぞれ、次に、ステップS23の演算処理、ステップS24の演算処理、ステップS25の演算処理を実行し、基本要求重心速度ベクトル↑Vb_aim1を決定する。   The requested center-of-gravity speed generation unit 74 determines whether the current calculation processing mode is the braking mode, the speed follow-up mode, or the speed hold mode in step S22. The calculation process of step S24, the calculation process of step S24, and the calculation process of step S25 are executed to determine the basic required center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_aim1.

これらの各モードに対応する演算処理は、次のように実行される。
ステップS23における制動モードの演算処理は、図15のフローチャートに示す如く実行される。具体的には、要求重心速度生成部74は、まず、手の加速度(もしくは手の周波数)が基準値よりも大きいか否かを判断し、大きければVb_comの指令が有ったとして、前記ステップS20a及びS20bで算出された手の速度や加速度に基づいて前述のように決定された移動指令信号Vb_comに関して、Vb_com>基準値、という条件が成立するか否かをステップS23−1で判断する。この判断処理は、車両1の移動速度を増速させようとする移動指令が有るか否かを判断する処理である。
Arithmetic processing corresponding to each of these modes is executed as follows.
The braking mode calculation process in step S23 is executed as shown in the flowchart of FIG. Specifically, the requested center-of-gravity velocity generation unit 74 first determines whether or not the hand acceleration (or hand frequency) is greater than a reference value. In step S23-1, it is determined whether or not the condition that Vb_com> reference value is satisfied with respect to the movement command signal Vb_com determined as described above based on the hand speed and acceleration calculated in S20a and S20b. This determination process is a process for determining whether or not there is a movement command for increasing the movement speed of the vehicle 1.

ここで、上記基準値は、あらかじめ設定された正の値の第1基準値(>0)である。そして、Vb_com>基準値であるということは、実際の重心速度ベクトル↑Vbの大きさ|↑Vb|が第1基準値よりも大きな時間的変化率で増加させる状況を意味する。   Here, the reference value is a preset first positive reference value (> 0). Then, Vb_com> reference value means a situation where the magnitude | ↑ Vb | of the actual center-of-gravity velocity vector ↑ Vb increases at a temporal change rate larger than the first reference value.

従って、ステップS23−1の判断結果が肯定的になる状況は、操作者が手を振り続けることによりもしくは操作者の手の速度上昇及び加速度上昇により重心速度ベクトル↑Vbの大きさを増加させようとする操作(車両1に推進力を付加する操作)を行う状況である。   Therefore, the situation in which the determination result in step S23-1 is affirmative is that the magnitude of the center of gravity velocity vector ↑ Vb is increased when the operator continues to shake his hand or when the operator's hand speed increases and acceleration increases. This is a situation in which an operation (operation for adding a propulsive force to the vehicle 1) is performed.

ステップS23−1の判断結果が否定的となる場合、すなわち、操作者の手の操作の速度及び加速度による移動指令もしくは車両(倒立振子型移動体)1の加速要求が無い場合には、ステップS23−4で目標速度は0に設定される。さらに、後述のフィルタ処理にて用いるフィルタ時定数を、予め定められる設定時定数2とする。   If the determination result in step S23-1 is negative, that is, if there is no movement command based on the speed and acceleration of the operation of the operator's hand or an acceleration request for the vehicle (inverted pendulum type moving body) 1, step S23 is executed. The target speed is set to 0 at -4. Further, a filter time constant used in the filter processing described later is set as a preset time constant 2.

前記ステップS23−1の判断結果が肯定的である場合、すなわち、車両1の移動指令もしくは加速要求が有る場合には、要求重心速度生成部74は、ステップS23−2で目標速度を前述の移動指令信号Vb_comに設定する。さらに、後述のフィルタ処理にて用いるフィルタ時定数を、予め定められる設定時定数1とする。要求重心速度生成部74は、ステップS23−3で演算処理モードを制動モードから速度追従モードに変更し、図15の処理を終了する。
以上が、ステップS23における制動モードの演算処理である。
If the determination result in step S23-1 is affirmative, that is, if there is a movement command or acceleration request for the vehicle 1, the requested center-of-gravity speed generation unit 74 sets the target speed to the above-described movement in step S23-2. Set to command signal Vb_com. Further, a filter time constant used in the filter processing described later is set as a preset time constant 1. The requested center-of-gravity speed generation unit 74 changes the calculation processing mode from the braking mode to the speed follow-up mode in step S23-3, and ends the process of FIG.
The above is the calculation process of the braking mode in step S23.

なお、ステップS23−1の判断結果が否定的となる場合には、演算処理モードは変更されないので、次回の制御処理周期においても、演算処理モードは、制動モードに維持されることとなる。   When the determination result in step S23-1 is negative, the arithmetic processing mode is not changed, and therefore the arithmetic processing mode is maintained in the braking mode even in the next control processing cycle.

次に、ステップS24における速度追従モードの演算処理は、図16のフローチャートに示す如く実行される。具体的には、要求重心速度生成部74は、ステップS24−1の処理を実行する。このステップS24−1では、要求重心速度生成部74は、基本要求重心速度ベクトル絶対値|↑Vb_aim1|を決定する。すなわち、|↑Vb_x_s|*γの値が|↑Vb_aim1|として決定される。さらに、後述のフィルタ処理に用いるフィルタ時定数を予め定められる設定時点数3とする。   Next, the speed follow-up mode calculation process in step S24 is executed as shown in the flowchart of FIG. Specifically, the requested center-of-gravity velocity generation unit 74 executes the process of step S24-1. In step S24-1, the required center-of-gravity velocity generation unit 74 determines a basic required center-of-gravity velocity vector absolute value | ↑ Vb_aim1 |. That is, the value of | ↑ Vb_x_s | * γ is determined as | ↑ Vb_aim1 |. Further, a filter time constant used for filter processing described later is set to a predetermined number of set points of three.

次いで、要求重心速度生成部74は、ステップS24−2において、前記推定重心速度絶対値変化率DVb_s(ステップS21で算出した値)が、あらかじめ設定された第2基準値よりも小さいか否かを判断する。この第2基準値は、本実施形態では、(“0”に近い)負の所定値に設定されている。なお、第2基準値は、“0”もしくは“0”よりも若干大きい正の値(ただし、前記第1基準値よりも小さい値)に設定されていてもよい。   Next, in step S24-2, the requested center-of-gravity speed generation unit 74 determines whether or not the estimated center-of-gravity speed absolute value change rate DVb_s (value calculated in step S21) is smaller than a preset second reference value. to decide. In the present embodiment, this second reference value is set to a negative predetermined value (close to “0”). The second reference value may be set to “0” or a positive value slightly larger than “0” (however, a value smaller than the first reference value).

このステップS24−2の判断処理は、速度追従モードから、前記速度ホールドモードへの移行タイミングを判断するものである。そして、要求重心速度生成部74は、ステップS24−2の判断結果が肯定的である場合には、そのまま図16の処理を終了する。この場合には、演算処理モードは変更されないので、次回の制御処理周期においても、演算処理モードは、速度追従モードに維持されることとなる。   The determination process in step S24-2 is to determine the transition timing from the speed following mode to the speed hold mode. Then, when the determination result of step S24-2 is affirmative, the requested center-of-gravity velocity generation unit 74 ends the process of FIG. In this case, since the arithmetic processing mode is not changed, the arithmetic processing mode is maintained in the speed tracking mode even in the next control processing cycle.

また、ステップS24−2の判断結果が否定的である場合には、要求重心速度生成部74は、車両1の加速要求が完了した(すなわち操作者の手の操作が終了した)ものとみなして、ステップS24−3において、カウントダウンタイマを初期化する。すなわち、デクリメントカウンタに規定値をセットする。そして、要求重心速度生成部74は、ステップS24−4にて演算処理モードを速度追従モードから速度ホールドモードに変更し、図16の処理を終了する。   Further, when the determination result of step S24-2 is negative, the requested center-of-gravity speed generation unit 74 considers that the acceleration request for the vehicle 1 has been completed (that is, the operation of the operator's hand has been completed). In step S24-3, the countdown timer is initialized. That is, a specified value is set in the decrement counter. Then, the requested center-of-gravity velocity generation unit 74 changes the calculation processing mode from the velocity tracking mode to the velocity hold mode in step S24-4, and ends the processing of FIG.

上記カウントダウンタイマは、次回の制御処理周期から開始する速度ホールドモードの開始後の経過時間を計時するタイマである。そして、ステップS24−3では、該タイマの計時値CNTに、あらかじめ設定された初期値Tmがセットされる。初期値Tm_xは、速度ホールドモードを継続させようとする時間の設定値を意味する。
以上が、ステップS24における速度追従モードの演算処理である。
The countdown timer is a timer that measures the elapsed time after the start of the speed hold mode that starts from the next control processing cycle. In step S24-3, a preset initial value Tm is set in the timer value CNT. The initial value Tm_x means a set value of time for which the speed hold mode is to be continued.
The above is the speed follow-up mode calculation process in step S24.

次に、ステップS25における速度ホールドモードの演算処理は、図17のフローチャートに示す如く実行される。具体的には、要求重心速度生成部74は、まず、前記ステップS23−1と同じ判断処理、すなわち、操作者の手の操作の速度及び加速度による移動指令もしくは車両1の加速要求が有るか否かの判断処理をステップS25−1で実行する。   Next, the speed hold mode calculation processing in step S25 is executed as shown in the flowchart of FIG. Specifically, the requested center-of-gravity speed generation unit 74 first determines whether or not there is the same determination process as in step S23-1, that is, whether there is a movement command or an acceleration request for the vehicle 1 based on the speed and acceleration of the operator's hand operation. This determination process is executed in step S25-1.

そして、ステップS25−1の判断結果が肯定的である場合(すなわち、操作者の手の操作の速度及び加速度による車両1の移動指令もしくは加速要求が再び発生した場合)には、Vb_com>基準値が満足される状態なので、要求重心速度生成部74は、ステップS25−2において、前記ステップS23−2と同じ処理、すなわち、目標速度を移動指令信号Vb_comに設定する。そして後述のフィルタ処理にて用いるフィルタ時定数を予め定められる設定時定数3とする。   And when the judgment result of step S25-1 is affirmative (that is, when the movement command or acceleration request of the vehicle 1 by the speed and acceleration of the operation of the hand of the operator occurs again), Vb_com> reference value Is satisfied, the requested center-of-gravity velocity generation unit 74 sets the same processing as that in step S23-2, that is, the target velocity in the movement command signal Vb_com in step S25-2. A filter time constant used in filter processing described later is set as a predetermined time constant 3.

さらに、要求重心速度生成部74は、ステップS25−3において、演算処理モードを速度ホールドモードから速度追従モードに変更し、図17の処理を終了する。   Further, the requested center-of-gravity velocity generation unit 74 changes the calculation processing mode from the velocity hold mode to the velocity follow-up mode in step S25-3, and ends the processing of FIG.

前記ステップS25−1の判断結果が否定的である場合(手の操作による移動指令もしくは加速要求が無い状態が継続している場合)には、要求重心速度生成部74は、ステップS25−4において、前記カウントダウンタイマの計時値CNT(デクリメントカウンタのカウンタ値)をデクリメントする。すなわち、計時値CNTの現在値から所定値ΔT(制御処理周期の時間)を差し引くことによって、計時値CNTを更新する。   When the determination result of step S25-1 is negative (when there is no movement command or acceleration request by hand operation), the requested center-of-gravity velocity generation unit 74 determines whether the determination result is step S25-4. The count value CNT (counter value of the decrement counter) of the countdown timer is decremented. That is, the time value CNT is updated by subtracting the predetermined value ΔT (time of the control processing cycle) from the current value of the time value CNT.

次いで、要求重心速度生成部74は、カウントダウンタイマの計時値CNT(カウンタ値)が“0”よりも大きいか否か、すなわち、カウントダウンタイマの計時が終了したか否かをステップS25−5にて判断する。   Next, the requested center-of-gravity velocity generation unit 74 determines whether or not the count value CNT (counter value) of the countdown timer is greater than “0”, that is, whether or not the countdown timer has ended in step S25-5. to decide.

このステップS25−5の判断結果が肯定的である場合は、ステップS25−6では、速度ホールドモードが開始してから、カウントダウンタイマの前記初期値Tmにより表される時間が未だ経過していない場合である。この場合には、要求重心速度生成部74は、演算処理モードを速度ホールドモードに維持するものとして、基本要求重心速度ベクトル絶対値|↑Vb_aim1|(目標速度)を決定して、また、後述のフィルタ処理にて用いるフィルタ時定数を予め定められる設定時定数1として、図17の処理を終了する。   If the determination result in step S25-5 is affirmative, in step S25-6, the time represented by the initial value Tm of the countdown timer has not elapsed since the start of the speed hold mode. It is. In this case, the required center-of-gravity velocity generation unit 74 determines the basic required center-of-gravity velocity vector absolute value | ↑ Vb_aim1 | (target velocity) and maintains the calculation processing mode in the velocity hold mode. The filter time constant used in the filter processing is set to a predetermined setting time constant 1, and the processing in FIG.

この場合、ステップS25−6では、基本要求重心速度ベクトル絶対値|↑Vb_aim1|の今回値は、前回値|↑Vb_aim1_p|と同じ値に決定される。すなわち目標速度は前回目標速度と同じに設定される。従って、基本要求重心速度ベクトル↑Vb_aim1_pの前回値がそのまま、↑Vb_aim1の今回値の速度ベクトルとして決定される。   In this case, in step S25-6, the current value of the basic required center-of-gravity velocity vector absolute value | ↑ Vb_aim1 | is determined to be the same value as the previous value | ↑ Vb_aim1_p |. That is, the target speed is set to be the same as the previous target speed. Accordingly, the previous value of the basic required center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_aim1_p is determined as it is as the velocity vector of the current value of ↑ Vb_aim1.

なお、ステップS25−5の判断結果が肯定的である場合には、演算処理モードは変更されないので、次回の制御処理周期においても、演算処理モードは、速度ホールドモードに維持されることとなる。   If the determination result in step S25-5 is affirmative, the arithmetic processing mode is not changed, and therefore the arithmetic processing mode is maintained in the speed hold mode even in the next control processing cycle.

前記ステップS25−5の判断結果が否定的となった場合、すなわち、速度ホールドモードが開始されてから、カウントダウンタイマの前記初期値Tmにより表される所定時間が経過した場合には、要求重心速度生成部74は、ステップS25−7において、目標速度を0に設定し、また、後述のフィルタ処理にて用いるフィルタ時定数を予め定められる設定時定数2とする。さらに、要求重心速度生成部74は、ステップS25−8にて、演算処理モードを速度ホールドモードから制動モードに変更し、図17の処理を終了する。
以上が、ステップS25における速度ホールドモードの演算処理である。
If the determination result in step S25-5 is negative, that is, if the predetermined time represented by the initial value Tm of the countdown timer has elapsed since the start of the speed hold mode, the required gravity center speed In step S25-7, the generation unit 74 sets the target speed to 0, and sets the filter time constant used in the filter processing described later as a predetermined set time constant 2. Further, the requested center-of-gravity velocity generation unit 74 changes the calculation processing mode from the velocity hold mode to the braking mode in step S25-8, and ends the processing of FIG.
The above is the calculation process of the speed hold mode in step S25.

図14の説明に戻って、要求重心速度生成部74は、以上の如くステップS23〜S25のいずれかの演算処理を実行した後、次に、その演算処理により決定した基本要求重心速度ベクトル絶対値|↑Vb_aim1|をフィルタに入力する処理(フィルタリング処理)をステップS26にて実行する。   Returning to the description of FIG. 14, the requested center-of-gravity velocity generation unit 74 executes the arithmetic processing in any one of steps S23 to S25 as described above, and then performs the basic required center-of-gravity velocity vector absolute value determined by the arithmetic processing. A process (filtering process) of inputting | ↑ Vb_aim1 | into the filter is executed in step S26.

ここで、|↑Vb_aim1|を入力するフィルタは、特に、演算処理モードが制動モードから速度追従モードに変更された直後に、要求重心速度ベクトル↑Vb_aimの大きさ|↑Vb_aim|がステップ状に急変するのを防止するための一次遅れ特性のローパスフィルタである。この場合、|↑Vb_aim|を入力するフィルタの時定数は比較的短い時定数(前述の設定時定数1〜3)に設定されており、|↑Vb_aim1|が急変した直後以外の状況では該フィルタの出力値が|↑Vb_aim1|に一致又はほぼ一致するようになっている。
なお、前述の設定時定数1〜3は、車両1の特性に応じて予め定められる値である。
Here, in the filter for inputting | ↑ Vb_aim1 |, the magnitude of the required center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_aim | ↑ Vb_aim | suddenly changes stepwise immediately after the arithmetic processing mode is changed from the braking mode to the speed following mode. This is a low-pass filter having a first-order lag characteristic for preventing this. In this case, the time constant of the filter for inputting | ↑ Vb_aim | is set to a relatively short time constant (the above-described setting time constants 1 to 3), and in the situation other than immediately after | ↑ Vb_aim1 | Output value coincides with or nearly coincides with | ↑ Vb_aim1 |.
The set time constants 1 to 3 described above are values determined in advance according to the characteristics of the vehicle 1.

次いで、ステップS27に進んで、要求重心速度生成部74は、|↑Vb_aim1|を入力したフィルタの出力値を、リミッタに通してなる値を、最終的に要求重心速度ベクトル↑Vb_aimの大きさ|↑Vb_aim|(以降、要求重心速度ベクトル絶対値|↑Vb_aim|という)として決定する。この場合、該リミッタは、|↑Vb_aim|が過大になるのを防止するためのものであり、|↑Vb_aim1|を入力したフィルタの出力値があらかじめ設定された所定の上限値以下である場合には、該フィルタの出力値をそのまま|↑Vb_aim|として出力する。また、該リミッタは、フィルタの出力値が上記上限値を超えている場合には、該上限値を|↑Vb_aim|として出力する。換言すれば、該リミッタは、フィルタの出力値と上記上限値とのうちの小さい方の値を|↑Vb_aim|として出力する。   Next, the process proceeds to step S27, where the required center-of-gravity velocity generation unit 74 passes the output value of the filter to which | ↑ Vb_aim1 | is input to the limiter, and finally the magnitude of the required center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_aim ↑ Vb_aim | (hereinafter referred to as a required gravity center velocity vector absolute value | ↑ Vb_aim |). In this case, the limiter is for preventing | ↑ Vb_aim | from becoming excessive. When the output value of the filter to which | ↑ Vb_aim1 | is input is equal to or lower than a predetermined upper limit value set in advance. Outputs the output value of the filter as | ↑ Vb_aim | as it is. Further, when the output value of the filter exceeds the upper limit value, the limiter outputs the upper limit value as | ↑ Vb_aim |. In other words, the limiter outputs the smaller value of the output value of the filter and the upper limit value as | ↑ Vb_aim |.

次いで、ステップS28に進んで、要求重心速度生成部74は、上記の如く決定した|↑Vb_aim|から、要求重心速度ベクトル↑Vb_aimのX軸方向成分(X軸方向の要求重心速度)Vb_x_aimと、Y軸方向の成分(Y軸方向の要求重心速度)Vb_y_aimとを算出する。
以上が要求重心速度生成部74の処理の詳細である。
Next, the process proceeds to step S28, and the required center-of-gravity velocity generation unit 74 determines the X-axis direction component (required center-of-gravity velocity in the X-axis direction) Vb_x_aim of the required center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_aim from | ↑ Vb_aim | determined as described above. A component in the Y-axis direction (required center of gravity speed in the Y-axis direction) Vb_y_aim is calculated.
The above is the details of the processing of the required center-of-gravity velocity generation unit 74.

以上説明した要求重心速度生成部74の処理によって、要求重心速度ベクトル↑Vb_aimは(ひいては要求重心速度Vb_x_aim,Vb_y_aim)は、以下のような態様で決定されることとなる。   By the processing of the requested center-of-gravity velocity generation unit 74 described above, the requested center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_aim (and thus the requested center-of-gravity velocity Vb_x_aim, Vb_y_aim) is determined in the following manner.

すなわち、例えば、図1及び2に示す車両1の後方に位置する図示しない操作者が、車両1に移動指令を出すべく手操作を行ったときに、指令検出器10がゴムひも10aにより伝達される該手操作により要求される移動指令を検出し、それを制御ユニット50に伝送し、制御ユニット50における要求重心速度生成部74は、該移動指令に基づいて要求重心速度Vb_x_aim,Vb_y_aimを決定し、それが、前記ステップS23−1の判断結果が肯定的となるような推進力を付加する場合を想定する。   That is, for example, when an operator (not shown) located behind the vehicle 1 shown in FIGS. 1 and 2 performs a manual operation to issue a movement command to the vehicle 1, the command detector 10 is transmitted by the elastic band 10a. The movement command requested by the manual operation is detected and transmitted to the control unit 50, and the requested center-of-gravity velocity generation unit 74 in the control unit 50 determines the requested gravity center velocity Vb_x_aim, Vb_y_aim based on the movement command. It is assumed that a driving force is added so that the determination result of step S23-1 is positive.

なお、推進力を付加する前の演算処理モードは、前記制動モードであるとする。また、ここでは、理解の便宜上、図14のステップS26で|↑Vb_aim1|を入力するフィルタの出力値は、ステップS27でのリミッタによる強制的な制限がかからない程度の範囲内に収まる値(該リミッタの上限値以下の値)であるとする。同様に、重心速度推定値Vb_x_s,Vb_y_sが、前記リミット処理部104での出力値V_x_lim2,V_y_lim2の強制的な制限が行なわれない程度の範囲内に収まるものとする。   It is assumed that the arithmetic processing mode before applying the propulsive force is the braking mode. Here, for convenience of understanding, the output value of the filter that inputs | ↑ Vb_aim1 | in step S26 in FIG. 14 is a value that falls within a range in which the limit is not forcibly limited by the limiter in step S27 (the limiter). It is assumed that the value is equal to or less than the upper limit value. Similarly, it is assumed that the estimated center-of-gravity speed values Vb_x_s and Vb_y_s are within a range where the output values V_x_lim2 and V_y_lim2 in the limit processing unit 104 are not forcibly limited.

この場合、車両1に推進力を付加することによって、前記ステップS23−1の判断結果が肯定的となると、図15のステップS23−3の処理によって、演算処理モードが制動モードから速度追従モードに変更されることとなる。   In this case, if the determination result in step S23-1 becomes affirmative by applying a propulsive force to the vehicle 1, the processing mode is changed from the braking mode to the speed following mode by the processing in step S23-3 in FIG. Will be changed.

この速度追従モードでは、推定重心速度ベクトル↑Vb_sの今回値(現在値)に、所定値の比率γを乗じてなるベクトル、すなわち、↑Vb_sよりも大きさが若干小さく、且つ、↑Vb_sと同じ向きの速度ベクトルが、基本要求重心速度ベクトル↑Vb_aim1として逐次決定される。   In this speed tracking mode, a vector obtained by multiplying the current value (current value) of the estimated center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_s by a predetermined ratio γ, that is, slightly smaller than ↑ Vb_s and the same as ↑ Vb_s. The direction velocity vector is sequentially determined as the basic required center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_aim1.

このため、要求重心速度生成部74が逐次決定する要求重心速度ベクトル↑Vb_aimは、車両1に付加された推進力によって増速する(大きさが増加する)実際の重心速度ベクトル↑Vbにほぼ一致する速度ベクトル↑Vb_aim1(=γ*↑Vb_s)に追従するように、決定されることとなる。   Therefore, the requested center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_aim, which is sequentially determined by the requested center-of-gravity velocity generation unit 74, substantially matches the actual center-of-gravity velocity vector ↑ Vb that is accelerated (increased in magnitude) by the propulsive force applied to the vehicle 1. The speed vector ↑ Vb_aim1 (= γ * ↑ Vb_s) to be followed is determined.

そして、このように決定される要求重心速度ベクトル↑Vb_aimのX軸方向成分とY軸方向成分とが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。さらに、各仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmd,ωdotw_y_cmdにそれぞれ含まれる操作量成分u3_x,u3_yは、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を各々収束させるように決定される。   Then, the X-axis direction component and the Y-axis direction component of the required center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_aim determined in this way are determined as the control target center-of-gravity velocity Vb_x_mdfd and Vb_y_mdfd. Further, the operation amount components u3_x and u3_y included in the virtual wheel rotation angular acceleration commands ωdotw_x_cmd and ωdotw_y_cmd are determined so that the center-of-gravity speed estimated values Vb_x_s and Vb_y_s converge to the control target center-of-gravity speeds Vb_x_mdfd and Vb_y_mdfd, respectively.

この結果、手操作により車両1に付加された推進力による車両系重心点の実際の移動速度の増速が速やかに行なわれるように、車輪体5の移動速度が制御されることとなる。従って、車両1が付加された推進力によって円滑に加速することとなる。   As a result, the moving speed of the wheel body 5 is controlled so that the actual moving speed of the vehicle system center-of-gravity point is quickly increased by the propulsive force applied to the vehicle 1 by manual operation. Therefore, the vehicle 1 is smoothly accelerated by the added driving force.

次に、速度追従モードにおいて、手操作の加速指令による推進力の付加が終了し、推定重心速度絶対値変化率DVb_sが前記第2基準値DV2よりも小さくなると(図16のステップS24−2の判断結果が否定的になると)、図16のステップS24−4の処理によって、演算処理モードが速度追従モードから速度ホールドモードに変更されることとなる。   Next, in the speed follow-up mode, the addition of the propulsive force by the manual operation acceleration command is completed, and when the estimated gravity center speed absolute value change rate DVb_s becomes smaller than the second reference value DV2 (in step S24-2 in FIG. 16). When the determination result is negative), the processing mode is changed from the speed follow mode to the speed hold mode by the process of step S24-4 in FIG.

この速度ホールドモードでは、加速要求及び減速要求が発生しない状況(図17のステップS25−1の判断結果が否定的となる状況)で、カウントダウンタイマの計時が終了するまで、基本要求重心速度ベクトル↑Vb_aim1は、前回値の速度ベクトル↑Vb_aim1_pと同じ速度ベクトルに設定される。   In this speed hold mode, the basic required center-of-gravity speed vector ↑ until the countdown timer finishes counting in a situation in which neither an acceleration request nor a deceleration request occurs (a situation in which the determination result in step S25-1 in FIG. 17 is negative). Vb_aim1 is set to the same velocity vector as the previous velocity vector ↑ Vb_aim1_p.

従って、速度ホールドモードの開始後、カウントダウンタイマの計時が終了するまでの所定時間(カウントダウンタイマの初期値Tmの時間)の期間において、基本要求重心速度ベクトル↑Vb_aim1は、速度ホールドモードが開始する直前に決定された速度ベクトルと同じ速度ベクトルで一定に保持されることとなる。   Therefore, the basic required center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_aim1 is set immediately before the start of the speed hold mode in a predetermined time period (the time of the initial value Tm of the countdown timer) after the start of the speed hold mode. Thus, the speed vector is held constant at the same speed vector as the determined speed vector.

このため、↑Vb_aim1に追従するように決定される要求重心速度ベクトル↑Vb_aimも、一定の速度ベクトル(速度ホールドモードが開始する直前に決定された↑Vb_aimと一致又はほぼ一致する速度ベクトル)に保たれるように決定されることとなる。   For this reason, the required center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_aim determined so as to follow ↑ Vb_aim1 is also maintained at a constant velocity vector (a velocity vector that coincides with or substantially coincides with ↑ Vb_aim determined immediately before the velocity hold mode starts). It will be decided to sag.

そして、上記の如く決定される要求重心速度ベクトル↑Vb_aimのX軸方向成分とY軸方向成分とが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。さらに、各仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmd,ωdotw_y_cmdにそれぞれ含まれる操作量成分u3_x,u3_yは、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を各々収束させるように決定される。   Then, the X-axis direction component and the Y-axis direction component of the required center-of-gravity velocity vector ↑ Vb_aim determined as described above are determined as the control target center-of-gravity velocity Vb_x_mdfd and Vb_y_mdfd. Further, the operation amount components u3_x and u3_y included in the virtual wheel rotation angular acceleration commands ωdotw_x_cmd and ωdotw_y_cmd are determined so that the center-of-gravity speed estimated values Vb_x_s and Vb_y_s converge to the control target center-of-gravity speeds Vb_x_mdfd and Vb_y_mdfd, respectively.

この結果、車両1の増速後に、カウントダウンタイマの計時が終了するまでの期間(前記初期値Tmにより表される時間の期間)において、車両系重心点の実際の速度ベクトル↑Vbの大きさ及び向きが一定に保たれるように該車輪体5の移動速度が制御されることとなる。従って、この状況での車両1の実際の走行状態は、ほぼ一定の速度ベクトルで滑走するような状態となる。   As a result, after the vehicle 1 has accelerated, the magnitude of the actual velocity vector ↑ Vb of the vehicle system center-of-gravity point and the period until the countdown timer finishes counting (the period of time represented by the initial value Tm) The moving speed of the wheel body 5 is controlled so that the direction is kept constant. Therefore, the actual traveling state of the vehicle 1 in this situation is a state where the vehicle 1 slides at a substantially constant speed vector.

なお、速度ホールドモードにおいて、再び手操作により車両1に推進力を付加することによって、図17のステップS25−1の判断結果が肯定的になると(加速要求が発生すると)、演算処理モードが前記速度追従モードに戻る。このため、車両1が再び加速することとなる。   In addition, in the speed hold mode, if the determination result in step S25-1 in FIG. 17 becomes affirmative by adding propulsive force to the vehicle 1 by manual operation again (when an acceleration request is generated), the arithmetic processing mode is Return to speed following mode. For this reason, the vehicle 1 is accelerated again.

次に、速度ホールドモードにおいて、加速要求が発生しない状況(図17のステップS25−1の判断結果が否定的となる状況)が保たれたまま、前記カウントダウンタイマの計時が終了すると、図17のステップS25−8の処理によって、演算処理モードが速度ホールドモードから制動モードに変更されることとなる。   Next, in the speed hold mode, when the countdown timer finishes counting while the situation where no acceleration request is generated (the situation where the determination result of step S25-1 in FIG. 17 is negative) is maintained, FIG. By the processing in step S25-8, the calculation processing mode is changed from the speed hold mode to the braking mode.

この制動モードでは、加速要求が発生しない状況(図15のステップS23−1の判断結果が否定的となる状況)で、基本要求重心速度ベクトル絶対値|↑Vb_aim1|が、“0”に保持される。   In this braking mode, the basic required center-of-gravity velocity vector absolute value | ↑ Vb_aim1 | is held at “0” in a situation where no acceleration request is generated (a situation where the determination result in step S23-1 in FIG. 15 is negative). The

以上の総合動作としては、結果的に、操作者が手を振ることにより移動指令を出すと、その指令内容に従って、速度ホールドモード及び制動モードを経て、倒立振子型移動体はその指令された方向に一定距離もしくは一定時間移動して停止することになる。操作者が手を振る動作を何回も行ったり継続させたりすると、速度ホールドモードから速度追従モードそして制動モードを経て、上記一定距離もしくは一定時間よりも長い間移動して停止することになる。このようにして倒立振子型移動体の位置を変更することが可能である。   As a result of the above overall operation, as a result, when the operator issues a movement command by waving his hand, the inverted pendulum type moving body moves in the commanded direction through the speed hold mode and the braking mode according to the content of the command. Will move to a certain distance or for a certain time and stop. If the operator shakes his / her hand many times or continues, the user moves from the speed hold mode to the speed follow-up mode and the braking mode and stops for a longer time than the predetermined distance or time. In this way, the position of the inverted pendulum type moving body can be changed.

[第2実施形態]
以上の第1実施形態では、操作する手の速度や加速度に基づいて車両1を所定の速度で所定の方向に移動させるようにしたものを示したが、第2実施形態では、操作する手の速度や加速度に基づいて、車両1の演算処理モード(制動モード、速度追従モード、速度ホールドモード)を変更するようにしたものを説明する。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, the vehicle 1 is moved in a predetermined direction at a predetermined speed based on the speed and acceleration of the operating hand. However, in the second embodiment, the operating hand is operated. A description will be given of an operation processing mode (braking mode, speed follow-up mode, speed hold mode) of the vehicle 1 that is changed based on speed and acceleration.

例えば、図19の(a)に示した手を等速で横に振る操作が指令検出器10で検出されたときに、第1実施形態では、操作者の手と車両1とを結んだ直線に対して前方に車両1を移動させる指令が制御ユニット50に与えられるものを示したが、第2実施形態では、この手を等速で横に振る操作により、制御ユニット50には演算処理モードを変更する指令Msが与えられるものとする。このモード変更指令Msは、演算処理モードを変更するものであり、車両1の速度変更や方向変更は行わない。その点、車両1の速度変更や方向変更を行う第1実施形態における移動指令信号Vb_comを用いるものとは異なるものである。すなわち、このモード変更指令Msは、制動モードや速度ホールドモードであるときに、速度追従モードに変更する指令であり、速度追従モードであるときにはそのまま速度追従モードが続行されるものとする。そしてモード変更指令Msが入力されると、車両1の速度変更は行われず、モードだけが変更される結果として、図15のステップS23−2や図17のS25−2では、第1実施形態で説明した処理とは異なる処理が行われる。その異なる処理を以下に一層詳細に説明する。   For example, in the first embodiment, a straight line connecting the operator's hand and the vehicle 1 is detected when the operation shown in FIG. In the second embodiment, an instruction to move the vehicle 1 forward is given to the control unit 50. However, in the second embodiment, the control unit 50 is operated in the arithmetic processing mode by shaking the hand at a constant speed. It is assumed that a command Ms for changing is given. This mode change command Ms changes the arithmetic processing mode, and does not change the speed or direction of the vehicle 1. In this respect, the movement command signal Vb_com in the first embodiment for changing the speed or direction of the vehicle 1 is different. That is, the mode change command Ms is a command to change to the speed follow mode when in the braking mode or the speed hold mode, and the speed follow mode is continued as it is in the speed follow mode. When the mode change command Ms is input, the speed of the vehicle 1 is not changed, and only the mode is changed. As a result, in step S23-2 in FIG. 15 and S25-2 in FIG. Processing different from the processing described is performed. The different processes are described in more detail below.

ステップS23における制動モードのときに、上記モード変更指令Msが入力された場合を説明する。制動モードのときにモード変更指令Msが入力された場合の動作は、図15のフローチャートの動作とほとんど類似しているので、図15との相違部分を示しながら図15を用いて説明する。要求重心速度生成部74は、モード変更指令Msが入力されると、図15のステップS23−1において判断結果が肯定的(YES)になる。   A case where the mode change command Ms is input in the braking mode in step S23 will be described. The operation when the mode change command Ms is input in the braking mode is almost similar to the operation of the flowchart of FIG. 15, and will be described with reference to FIG. 15 while showing the difference from FIG. When the mode change command Ms is input, the requested center-of-gravity velocity generation unit 74 makes a positive determination (YES) in step S23-1 in FIG.

前記ステップS23−1の判断結果が肯定的である場合、すなわち、モード変更指令Msが入力された場合は、要求重心速度生成部74は、ステップS23−2で基本要求重心速度ベクトル絶対値|↑Vb_aim1|を決定する。さらに、後述のフィルタ処理にて用いるフィルタ時定数を、予め定められる設定時定数1とする。要求重心速度生成部74は、ステップS23−3で演算処理モードを制動モードから速度追従モードに変更し、図15の処理を終了する。   When the determination result of step S23-1 is affirmative, that is, when the mode change command Ms is input, the required center-of-gravity velocity generation unit 74 determines the basic required center-of-gravity velocity vector absolute value | ↑ in step S23-2. Vb_aim1 | is determined. Further, a filter time constant used in the filter processing described later is set as a preset time constant 1. The requested center-of-gravity velocity generation unit 74 changes the calculation processing mode from the braking mode to the velocity follow-up mode in step S23-3, and ends the processing in FIG.

上記ステップS23−2では、実速度に設定比率を乗じたものを目標速度として決定するが、具体的には、前記実速度重心速度ベクトル↑Vb_s(実速度)の大きさ|↑Vb_s|(=sqrt(Vb_x_s2+Vb_y_s2))に、あらかじめ設定された所定値の比率γ(設定比率)を乗じてなる値(|↑Vb_x_s*γ|)が、基本要求重心速度ベクトル絶対値|↑Vb_aim1|として決定される。上記比率γは、本実施形態では、“1”よりも若干小さい正の値(例えば0.8)に設定されている。 In step S23-2, the target speed is determined by multiplying the actual speed by the set ratio. Specifically, the magnitude of the actual speed center-of-gravity speed vector ↑ Vb_s (actual speed) | ↑ Vb_s | (= A value (| ↑ Vb_x_s * γ |) obtained by multiplying sqrt (Vb_x_s 2 + Vb_y_s 2 )) by a preset ratio γ (setting ratio) as a basic required center-of-gravity velocity vector absolute value | ↑ Vb_aim1 | It is determined. In the present embodiment, the ratio γ is set to a positive value (for example, 0.8) slightly smaller than “1”.

このようなステップS23−2の処理は、|↑Vb_x_aim1|の決定の仕方を、次回の制御処理サイクルから開始する速度追従モードに合わせるものである。
以上が、ステップS23における制動モードのときにモード変更指令Msが入力された場合の演算処理である。
Such processing of step S23-2 is to match the method of determining | ↑ Vb_x_aim1 | with the speed tracking mode starting from the next control processing cycle.
The above is the calculation process when the mode change command Ms is input in the braking mode in step S23.

なお、ステップS23−1の判断結果が否定的となる場合には、第1実施形態と同じ動作であり、演算処理モードは変更されないので、次回の制御処理周期においても、演算処理モードは、制動モードに維持されることとなる。   If the determination result in step S23-1 is negative, the operation is the same as in the first embodiment, and the arithmetic processing mode is not changed. Therefore, the arithmetic processing mode is set to braking in the next control processing cycle. The mode will be maintained.

次に、ステップS24における速度追従モードの演算処理は、第1実施形態と同様な動作であり、図16のフローチャートに示す如く実行されるので、説明は省略する。   Next, the calculation process in the speed follow-up mode in step S24 is the same operation as that in the first embodiment and is executed as shown in the flowchart of FIG.

次に、ステップS25における速度ホールドモードの演算処理時に上記モード変更指令Msが入力された場合の動作を説明する。速度ホールドモードのときにモード変更指令Msが入力された場合の動作は、図17のフローチャートの動作とほとんど類似しているので、図17のフローチャートとの相違部分を示しながら図17を用いて説明する。要求重心速度生成部74は、モード変更指令Msが入力されると、図17のステップS25−1において判断結果が肯定的(YES)になる。   Next, the operation when the mode change command Ms is input during the speed hold mode calculation process in step S25 will be described. The operation when the mode change command Ms is input in the speed hold mode is almost similar to the operation of the flowchart of FIG. 17, and will be described with reference to FIG. 17 while showing the difference from the flowchart of FIG. 17. To do. When the mode change command Ms is input, the requested center-of-gravity velocity generation unit 74 makes a positive determination (YES) in step S25-1 in FIG.

前記ステップS25−1の判断結果が肯定的である場合、すなわち、モード変更指令Msが入力された場合は、要求重心速度生成部74は、ステップS25−2で基本要求重心速度ベクトル絶対値|↑Vb_aim1|を決定する。さらに、後述のフィルタ処理にて用いるフィルタ時定数を、予め定められる設定時定数3とする。要求重心速度生成部74は、ステップS25−3で演算処理モードを制動モードから速度追従モードに変更し、図17の処理を終了する。   If the determination result in step S25-1 is affirmative, that is, if the mode change command Ms is input, the required center-of-gravity velocity generation unit 74 determines the basic required center-of-gravity velocity vector absolute value | ↑ in step S25-2. Vb_aim1 | is determined. Further, a filter time constant used in the filter processing described later is set as a preset time constant 3. The requested center-of-gravity velocity generation unit 74 changes the calculation processing mode from the braking mode to the velocity follow-up mode in step S25-3, and ends the processing in FIG.

ステップS25における速度ホールドモードの演算処理では、図17に示すフローチャートにおけるステップS25−2は、ステップS23−2と同じ処理を実行することによって、基本要求重心速度ベクトル絶対値|↑Vb_aim1|を決定する。すなわち、|↑Vb_x_s|*γの値が|↑Vb_aim1|として決定される。   In the calculation process of the speed hold mode in step S25, step S25-2 in the flowchart shown in FIG. 17 executes the same process as step S23-2, thereby determining the basic required centroid speed vector absolute value | ↑ Vb_aim1 |. . That is, the value of | ↑ Vb_x_s | * γ is determined as | ↑ Vb_aim1 |.

前記ステップS25−1の判断結果が否定的である場合には、第1実施形態の動作と同様なので説明は省略する。
以上が、ステップS25における速度ホールドモードのときにモード変更指令Msが入力された場合の演算処理である。
If the determination result of step S25-1 is negative, the operation is the same as that of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
The calculation processing when the mode change command Ms is input in the speed hold mode in step S25 has been described above.

次に、以上説明した実施形態に係わる変形態様に関していくつか説明しておく。
前記各実施形態では、車両系重心点(詳しくは車両・乗員全体重心点)を車両1の所定の代表点としたが、該代表点を例えば、車輪体5の中心点や、基体9の所定の部位(例えば支持フレーム13)の点等に設定してもよい。
Next, some modifications relating to the embodiment described above will be described.
In each of the above-described embodiments, the vehicle system center of gravity (specifically, the vehicle / occupant overall center of gravity) is set as a predetermined representative point of the vehicle 1, but the representative point is, for example, the center point of the wheel body 5 or a predetermined point of the base body 9. You may set to the point of this part (for example, support frame 13), etc.

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

具体的には、本実施形態の車両1の移動動作部としての車輪体5は一体構造のものであるが、例えば、前記特許文献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。   Specifically, the wheel body 5 as the moving operation unit of the vehicle 1 according to the present embodiment has an integral structure. For example, the wheel body 5 has a structure as shown in FIG. May be. That is, a plurality of rollers are extrapolated on a rigid annular shaft body so that the shaft centers in the tangential direction of the shaft body, and the plurality of rollers are circumferentially arranged along the shaft body. You may comprise a wheel body by arranging in a direction.

さらに移動動作部は、例えば、特許文献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。   Furthermore, the moving operation unit may have a crawler-like structure as described in FIG.

あるいは、例えば、前記特許文献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。   Alternatively, for example, as described in FIG. 5 of Patent Document 1, FIG. 7 of Patent Document 2, or FIG. 1 of Patent Document 3, the moving operation unit is configured by a sphere, and this sphere is used as an actuator device ( For example, the vehicle may be configured to be rotationally driven in the direction around the X axis and the direction around the Y axis by an actuator device having the wheel body 5).

また、本実施形態では、乗員の搭乗部としてシート3を備えた車両1を例示したが、本発明における倒立振子型移動体は、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(全方向移動車両)であってもよい。   Moreover, in this embodiment, although the vehicle 1 provided with the seat 3 as an occupant's boarding portion was illustrated, the inverted pendulum type moving body according to the present invention has two legs as shown in FIG. And a vehicle (an omnidirectional vehicle) having a structure in which a portion gripped by an occupant standing up on the step is mounted on the base body.

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。   As described above, the present invention can be applied to omnidirectional vehicles having various structures as seen in Patent Documents 1 to 3 and the like.

さらには、本発明における倒立振子型移動体は、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。   Furthermore, the inverted pendulum type moving body 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.

なお、本実施形態では、車両1への移動指令は、指令検出器10とひも状体10aとを用いて行うこととしたが、ひも状体10aは、ゴム材などの弾性を有する材質が望ましい。   In the present embodiment, the movement command to the vehicle 1 is performed using the command detector 10 and the string-like body 10a. However, the string-like body 10a is preferably made of an elastic material such as a rubber material. .

また、指令検出器10をカメラとカメラで撮像された映像信号に基づいた画像処理を行う画像処理部としても良い。指令検出器10は、その画像処理を行うことにより、操作者の手の動きを検出することとしても良い。この検出処理では、手の特徴抽出や重心検出などの一般的な方法を用いることにより、手の移動する早さ、方向などを検出することができる。   The command detector 10 may be an image processing unit that performs image processing based on a camera and a video signal captured by the camera. The command detector 10 may detect the movement of the operator's hand by performing the image processing. In this detection process, the speed and direction of hand movement can be detected by using general methods such as hand feature extraction and barycenter detection.

さらに、第1実施形態では、手の速度や加速度が所定値を超えたか否かに基づいて移動指令信号Vb_comを生成していたが、移動指令信号Vb_comを手の動きのパターンに基づいて生成するようにしても良い。   Furthermore, in the first embodiment, the movement command signal Vb_com is generated based on whether or not the hand speed or acceleration exceeds a predetermined value. However, the movement command signal Vb_com is generated based on the hand movement pattern. You may do it.

なお、本実施形態における各種処理の構成は一例を示したものであり、本構成に制限されず、例えば、指令検出器10は、要求重心速度生成部74と一体構成のものであっても良い。   The configuration of various processes in the present embodiment is an example, and is not limited to this configuration. For example, the command detector 10 may be configured integrally with the required gravity center speed generation unit 74. .

また、本実施形態では、検出された指令内容に応じて、倒立振子型移動体の移動方向及び移動速度の双方を制御するものを示したが、該移動方向及び移動速度のいずれか一方を制御するようにしても良い。   Moreover, in this embodiment, although what controlled both the moving direction and moving speed of an inverted pendulum type mobile body according to the detected command content was shown, either one of this moving direction and moving speed is controlled. You may make it do.

さらに、本実施形態では、移動指令信号Vb_comの算出は、図18や図19に示すような手の動きのパターンに基づいて行うようにしたものを示したが、単に手の加速度が基準値を超えたときの手の速度と方向から移動指令信号Vb_comの大きさと方向を決定しても良い。   Further, in the present embodiment, the movement command signal Vb_com is calculated based on the hand movement pattern as shown in FIGS. 18 and 19, but the hand acceleration is simply set to the reference value. The magnitude and direction of the movement command signal Vb_com may be determined from the speed and direction of the hand when exceeding.

1…車両(倒立振子型移動体)、3…シート、5…車輪体(移動部)、7…アクチュエータ装置(移動部)、9…基体、10…移動検出器(移動検出手段)、10a…ゴムひも(ひも状体)、50…制御ユニット(制御部)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vehicle (inverted pendulum type moving body), 3 ... Seat, 5 ... Wheel body (moving part), 7 ... Actuator apparatus (moving part), 9 ... Base | substrate, 10 ... Movement detector (movement detection means), 10a ... Rubber string (string-like body), 50... Control unit (control unit).

Claims (4)

基体と、
該基体に接続され、前記基体を前後左右方向に移動可能とする移動部と、
該移動部を制御する制御部と、
当該倒立振子型移動体の外部に位置する操作者の手の動きを検知して、その手の動きによる指令内容を検出する指令検出手段と、
を備え、前記指令検出手段が検出した指令内容に応じて前記制御部が前記移動部の制御を行うことを特徴とする倒立振子型移動体の制御装置。
A substrate;
A moving unit connected to the base body and capable of moving the base body in the front-rear and left-right directions;
A control unit for controlling the moving unit;
Command detecting means for detecting the movement of the operator's hand located outside the inverted pendulum type moving body and detecting the command content by the movement of the hand;
And the control unit controls the moving unit according to the command content detected by the command detecting means.
前記手の動きの周波数が高い場合に、当該倒立振子移動体の位置を変更すべく、当該倒立振子型移動体を移動させるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の倒立振子型移動体の制御装置。   The inverted pendulum type movement according to claim 1, wherein the inverted pendulum type moving body is moved to change the position of the inverted pendulum moving body when the frequency of the hand movement is high. Body control device. 前記指令検出手段に、前記操作者により操作されるひも状体を接続し、前記指令検出手段は、前記操作者により操作されることにより前記ひも状体に作用する張力変化及びその張力変化の周波数を検出し、その張力変化の周波数に応じて当該倒立振子型移動体の位置を変更すべく当該倒立振子型移動体を移動させるようにしたことを特徴とする請求項1又は2に記載の倒立振子型移動体の制御装置。   A string-like body operated by the operator is connected to the command detection means, and the command detection means is a tension change acting on the string-like body when operated by the operator and a frequency of the tension change. The inverted pendulum type moving body is moved so as to change the position of the inverted pendulum type moving body according to the frequency of the tension change. A control device for a pendulum type moving body. 前記制御部は、前記検出された指令内容に応じて、当該倒立振子型移動体の移動方向及び移動速度の少なくともいずれか一方を決定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の倒立振子型移動体の制御装置。   The said control part determines at least any one of the moving direction and moving speed of the said inverted pendulum type mobile body according to the said detected command content, The any one of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. The control apparatus of the inverted pendulum type moving body described in 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016049951A (en) * 2014-09-02 2016-04-11 トヨタ自動車株式会社 Inverted two-wheel type moving body and control method therefor

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