JP2012224260A - Inverted pendulum type uni-cycle - Google Patents

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博行 牧野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inverted pendulum type uni-cycle to be freely turned by a driver with simple operation without requiring skills and experiences.SOLUTION: The inverted pendulum type uni-cycle is configured to be turned without requiring the movement of the weight into a direction, which the driver desires, by operating a right and a left footrest pedals 26 provided in a driver frame 12 of the inverted pendulum type uni-cycle so as to tilt a wheel support frame 34 and a wheel unit 42 around a front-rear directional axis X relative to the driver frame 12 to generate the steering operation in the tilting direction.

Description

本発明は、倒立振子型一輪車に関し、特に、前後方向の倒立振子制御を行われる倒立振子型一輪車に関する。   The present invention relates to an inverted pendulum type unicycle, and more particularly to an inverted pendulum type unicycle that performs inverted pendulum control in the front-rear direction.

乗り物として、車輪が原動機によって回転駆動される動力付き一輪車や、前後方向の倒立振子制御を行われる倒立振子型一輪車が知られている(例えば、特許文献1、2、3)。   As a vehicle, a powered unicycle whose wheels are driven to rotate by a prime mover and an inverted pendulum type unicycle that performs inverted pendulum control in the front-rear direction are known (for example, Patent Documents 1, 2, and 3).

特開平6−156352号公報JP-A-6-156352 特表2003−502002号公報Special table 2003-502002 gazette 特開2005−335678号公報JP 2005-335678 A

動力付き一輪車や倒立振子型一輪車は静止時に左右方向のバランスを取って自立することが難しい。また、その車輌の旋回は、ペダル漕ぎ式の一輪車と同様に、サドルに腰掛けたり、ボード上に起立したりしている乗員が曲がりたい側に体重移動を行い、車輪を接地面に対して傾けることにより行われる。しかし、体重移動によってバランスを崩すことなく思い通りの旋回を行うには、訓練、慣れが必要であり、このことが動力付き一輪車や倒立振子型一輪車の操作を難しくしている。   Powered unicycles and inverted pendulum unicycles are difficult to stand by being balanced in the left-right direction when stationary. In addition, the turn of the vehicle is similar to that of a pedal-riding unicycle, and the occupant sitting on the saddle or standing on the board moves the weight to the side where he wants to turn, and tilts the wheel with respect to the ground plane. Is done. However, training and familiarization are required to perform the desired turn without losing balance by shifting weight, which makes it difficult to operate a powered unicycle or an inverted pendulum unicycle.

本発明が解決しようとする課題は、訓練、慣れを要することなく簡単な操作によって乗員の思い通りに倒立振子型一輪車が静止時の左右方向のバランスを取りやすくすると共に、旋回できるようにすることである。   The problem to be solved by the present invention is to make it easier for the inverted pendulum type unicycle to balance in the left and right directions at rest and to turn as desired by the occupant by simple operation without requiring training and familiarity. is there.

本発明による倒立振子型一輪は、前後方向の倒立振子制御を行われる倒立振子型一輪車であって、運転者が搭乗する搭乗者フレーム(12、102)と、前記搭乗者フレーム(12、102)に前後方向に延在する軸線周りに回動可能に取り付けられた車輪支持フレーム(34、124)と、前記車輪支持フレーム(34、124)に横方向に延在する軸線周りに回転可能に取り付けられた車輪(46、134)と、前記車輪(46、134)を前後方向の倒立振子制御と前後進走行のために回転駆動する駆動部(48、136)と、前記搭乗者フレーム(12、102)に設けられ、運転者によって操作される操舵部材(26、114)と、前記操舵部材(26、114)の操作によって前記車輪支持フレーム(34、124)を前記搭乗者フレーム(12、102)とに対して前後方向軸線周りに傾動させる傾動駆動部(50、52、54、58、138、140)とを有する。   An inverted pendulum type single wheel according to the present invention is an inverted pendulum type unicycle that performs an inverted pendulum control in the front-rear direction, and includes a passenger frame (12, 102) on which a driver rides, and the passenger frame (12, 102). And a wheel support frame (34, 124) rotatably attached to an axis extending in the front-rear direction, and a wheel support frame (34, 124) attached to the wheel support frame (34, 124) so as to be rotatable around an axis extending in the lateral direction. Wheels (46, 134), a drive unit (48, 136) for rotating the wheels (46, 134) for the inverted pendulum control in the front-rear direction and the forward-reverse travel, and the passenger frame (12, 102), the steering member (26, 114) operated by the driver, and the wheel support frame (34, 124) by the operation of the steering member (26, 114). A tilt drive unit for tilting about a longitudinal axis relative to the frame (12 and 102) and (50,52,54,58,138,140).

この構成によれば、搭乗者が操舵部材(26、114)を操作することにより、車輪支持フレーム(34、124)が前後方向軸線周りに傾動し、左右方向に車輪(46、134)の接地点を移動させることができるため、静止時の左右方向のバランスを取りやすくすると共に、傾動方向にステア作用が生じるから、旋回したい方向への体重移動を要することなく旋回する。   According to this configuration, when the passenger operates the steering member (26, 114), the wheel support frame (34, 124) tilts around the longitudinal axis, and the wheel (46, 134) contacts in the left-right direction. Since the point can be moved, it is easy to balance in the left and right direction when stationary, and a steer action occurs in the tilting direction, so that the body turns without requiring weight movement in the direction of turning.

本発明による倒立振子型一輪は、好ましい一つの実施形態として、前記操舵部材は前記搭乗者フレームに各々個別に取り付けられた左右のペダル(26)であり、前記傾動駆動部(50、52、54、58)は前記左右のペダル(26)の変位を前記搭乗者フレーム(12)に対する前記車輪支持フレーム(34)の前後方向軸線周りの回動に変換する。   In one preferred embodiment of the inverted pendulum type wheel according to the present invention, the steering member is a left and right pedal (26) individually attached to the occupant frame, and the tilt drive unit (50, 52, 54). 58) converts the displacement of the left and right pedals (26) into rotation about the longitudinal axis of the wheel support frame (34) with respect to the passenger frame (12).

この構成によれば、左右のペダル(26)の踏み込みと云う簡単な操作で倒立振子型一輪(10)が旋回する。   According to this configuration, the inverted pendulum type single wheel (10) turns by a simple operation of depressing the left and right pedals (26).

本発明による倒立振子型一輪は、好ましい他の一つの実施形態として、前記操舵部材は前記搭乗者フレーム(102)に回動可能に取り付けられたハンドル(114)であり、前記傾動駆動部(138、140)は前記ハンドル(114)の回動を前記搭乗者フレーム(102)に対する前記車輪支持フレーム(124)の前後方向軸線周りの回動に変換する。   In another preferred embodiment of the inverted pendulum type wheel according to the present invention, the steering member is a handle (114) rotatably attached to the passenger frame (102), and the tilt drive unit (138). 140) converts the rotation of the handle (114) into rotation about the longitudinal axis of the wheel support frame (124) with respect to the passenger frame (102).

この構成によれば、自転車のハンドル操作と同等のハンドル(114)の操作によって倒立振子型一輪(100)が旋回する。   According to this configuration, the inverted pendulum type single wheel (100) turns by the operation of the handle (114) equivalent to the handle operation of the bicycle.

本発明による倒立振子型一輪は、好ましくは、更に、前記車輪が接地面に対して直立する中立位置に前記搭乗者フレームに対して前記車輪支持フレームを付勢する付勢部材を有する。   The inverted pendulum type single wheel according to the present invention preferably further includes an urging member that urges the wheel support frame against the passenger frame at a neutral position where the wheel stands upright with respect to the ground plane.

この構成によれば、旋回操作を行っていない時には、車輪(46、134)が接地面に対して直立する中立位置で安定するので、直進走行が容易になる。   According to this configuration, when the turning operation is not performed, the wheels (46, 134) are stable at the neutral position where the wheels (46, 134) stand upright with respect to the ground contact surface, so that the straight traveling is facilitated.

本発明による倒立振子型一輪は、好ましい一つの実施形態として、前記車輪(46、134)の接地面が樽形に湾曲している。   In one preferred embodiment of the inverted pendulum type wheel according to the present invention, the ground contact surface of the wheels (46, 134) is curved in a barrel shape.

この構成によれば、車輪(46、134)の傾動が滑らかに行われ、良好な旋回性が得られる。   According to this configuration, the wheels (46, 134) are smoothly tilted, and good turning performance is obtained.

本発明による倒立振子型一輪は、好ましい他の一つの実施形態として、前記車輪(142)の接地面が、扁平面(142A)と前記扁平面(124A)の横方向両側に各々連続する湾曲面(142B)とにより構成されている。   Another preferred embodiment of the inverted pendulum type wheel according to the present invention is a curved surface in which the ground contact surface of the wheel (142) is continuous on both lateral sides of the flat surface (142A) and the flat surface (124A). (142B).

この構成によれば、車輪(142)の直立性が高まる。   According to this configuration, the uprightness of the wheel (142) is enhanced.

本発明による倒立振子型一輪車によれば、搭乗者が操舵部材を操作することにより、車輪支持フレームが前後方向軸線周りに傾動し、静止時においては左右方向に車輪の接地点を移動させることができるため、左右方向のバランスを取りやすくする。また走行時においては車輪の傾動方向にステア作用が生じるから、旋回したい方向への体重移動を要することなく旋回する。これにより、訓練、慣れを要することなく、搭乗者(乗員)の思い通りに倒立振子型一輪車を静止時に左右方向のバランスを取りやすくすると共に、旋回させることができる。   According to the inverted pendulum type unicycle of the present invention, when the rider operates the steering member, the wheel support frame tilts around the longitudinal axis, and when stationary, the wheel contact point can be moved in the left-right direction. Because it can, it makes it easier to balance left and right. In addition, when the vehicle is running, a steering action occurs in the direction of tilting of the wheels, so the vehicle turns without requiring weight movement in the direction of turning. Thus, the inverted pendulum type unicycle can be easily balanced while left and right, and can be turned as required by the passenger (occupant) without training and habituation.

本発明による倒立振子型一輪車の一つの実施形態を示す全体斜視図。1 is an overall perspective view showing one embodiment of an inverted pendulum type unicycle according to the present invention. 本実施形態による倒立振子型一輪車の分解斜視図。The disassembled perspective view of the inverted pendulum type unicycle by this embodiment. 本実施形態による倒立振子型一輪車の正面図。The front view of the inverted pendulum type unicycle by this embodiment. 本実施形態による倒立振子型一輪車の側面図。The side view of the inverted pendulum type unicycle by this embodiment. 本実施形態による倒立振子型一輪車の拡大平面図。The enlarged plan view of the inverted pendulum type unicycle by this embodiment. 本実施形態による倒立振子型一輪車の要部の拡大側面図。The enlarged side view of the principal part of the inverted pendulum type unicycle by this embodiment. 本実施形態による倒立振子型一輪車の要部の直進時の拡大正面図。The enlarged front view at the time of the rectilinear advance of the principal part of the inverted pendulum type unicycle by this embodiment. 本実施形態による倒立振子型一輪車の要部の左旋回時の拡大正面図。The enlarged front view at the time of the left turn of the principal part of the inverted pendulum type unicycle by this embodiment. 本発明による倒立振子型一輪車の他の実施形態を示す全体斜視図。The whole perspective view which shows other embodiment of the inverted pendulum type unicycle by this invention. 他の実施形態による倒立振子型一輪車の要部の分解斜視図。The disassembled perspective view of the principal part of the inverted pendulum type unicycle by other embodiment. 他の実施形態による倒立振子型一輪車の側面図。The side view of the inverted pendulum type unicycle by other embodiment. 他の実施形態による倒立振子型一輪車の正面図。The front view of the inverted pendulum type unicycle by other embodiment. 本発明による倒立振子型一輪車に用いられる車輪の他の実施形態を示す正面図。The front view which shows other embodiment of the wheel used for the inverted pendulum type unicycle by this invention.

以下に、本発明による倒立振子型一輪車の一つの実施形態を、図1〜図8を参照して説明する。なお、以下の説明において、左側、右側は、搭乗者自身の左右方向であり、左手側が左側、右手側が右側であり、時計廻り方向、反時計廻り方向は車体後方より見た回動方向である。   Hereinafter, an embodiment of an inverted pendulum type unicycle according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the following description, the left side and the right side are the passenger's own left and right directions, the left hand side is the left side and the right hand side is the right side, and the clockwise direction and the counterclockwise direction are rotation directions viewed from the rear of the vehicle body. .

本実施形態による倒立振子型一輪車10は搭乗者フレーム(車体)12を有する。搭乗者フレーム12は、平面視で四角枠状をなす鋼管製の下部フレーム14と、下部フレーム14に固定されて垂直方向に延在する一本のポール16と、ポール16の上端に固定されて水平方向に延在するハンドルバー18とを有する。ハンドルバー18の左右両端には搭乗者が手で握るグリップ20が取り付けられている。   The inverted pendulum type unicycle 10 according to the present embodiment has a passenger frame (vehicle body) 12. The passenger frame 12 includes a lower frame 14 made of a steel pipe having a square frame shape in plan view, a single pole 16 fixed to the lower frame 14 and extending in a vertical direction, and fixed to an upper end of the pole 16. And a handle bar 18 extending in the horizontal direction. Grips 20 that are held by the passenger are attached to the left and right ends of the handlebar 18.

下部フレーム14の左側部分と右側部分には各々ペダル支持プレート22が固定されている。左右のペダル支持プレート22にはそれぞれ水平方向に突出したペダル支持軸24が固定されている。左右のペダル支持軸24はそれぞれ板状のペダル部材26がペダル支持軸24の中心軸線周りに回動可能に取り付けられている。ペダル部材26は、左右個別のものであり、ペダル支持軸24による下部フレーム14よりの支持位置がペダル部材26の前後方向の1/2位置より車体後方側にあることにより、ペダル支持軸24による回動支持位置により車体前方側に長い踏み込み部分26Aを有している。   Pedal support plates 22 are fixed to the left and right portions of the lower frame 14, respectively. A pedal support shaft 24 that protrudes in the horizontal direction is fixed to the left and right pedal support plates 22. The left and right pedal support shafts 24 are each mounted with a plate-like pedal member 26 so as to be rotatable around the central axis of the pedal support shaft 24. The pedal member 26 is separate on the left and right, and the support position from the lower frame 14 by the pedal support shaft 24 is on the rear side of the vehicle body with respect to the 1/2 position of the pedal member 26 in the front-rear direction. A long stepping portion 26 </ b> A is provided on the front side of the vehicle body by the rotation support position.

ペダル部材26と下部フレーム14との間には引張コイルばね28が取り付けられている。引張コイルばね28は、ペダル部材26をペダル支持軸24の中心軸線周りに図4で見て反時計廻り方向に付勢している。これにより、ペダル部材26は、図4に示されているように、踏み込み部分26Aが踏み込まれていない状態では、下底面がペダル支持プレート22の上縁面に当接することによって略水平な状態を維持する。   A tension coil spring 28 is attached between the pedal member 26 and the lower frame 14. The tension coil spring 28 urges the pedal member 26 around the central axis of the pedal support shaft 24 in the counterclockwise direction as viewed in FIG. Thereby, as shown in FIG. 4, the pedal member 26 is in a substantially horizontal state by the lower bottom surface coming into contact with the upper edge surface of the pedal support plate 22 when the stepped portion 26 </ b> A is not depressed. maintain.

下部フレーム14の前部分と後部分には前部軸支凹部30と後部軸支凹部32とが前後方向に水平に延在する一つの軸線X上に形成されている。   A front shaft support recess 30 and a rear shaft support recess 32 are formed on one axis X extending horizontally in the front-rear direction at the front portion and the rear portion of the lower frame 14.

倒立振子型一輪車10は、搭乗者フレーム12とは別に、車輪支持フレーム34を有する。車輪支持フレーム34は、平面視で下部フレーム14より一回り小さい四角枠状をしており、前部分と後部分とに形成された前部軸支凸部36と後部軸支凸部38とが前部軸支凹部30と後部軸支凹部32とに回動可能に嵌合していることにより、水平軸線X周りに回動可能に搭乗者フレーム12に連結されている。   The inverted pendulum type unicycle 10 has a wheel support frame 34 in addition to the passenger frame 12. The wheel support frame 34 has a square frame shape that is slightly smaller than the lower frame 14 in a plan view, and a front shaft support projection 36 and a rear shaft support projection 38 formed on the front portion and the rear portion are formed. By being fitted to the front pivot support recess 30 and the rear pivot support recess 32 so as to be rotatable, the front pivot support recess 30 is connected to the passenger frame 12 so as to be rotatable about the horizontal axis X.

車輪支持フレーム34の左側部分と右側部分には各々車輪支持プレート40が固定されている。左右の車輪支持プレート40は一つの車輪ユニット42を両持ち支持している。車輪ユニット42は、ホイール44と、ホイール44の外周に取り付けられたゴムタイヤ46と、ホイール44内に配置され固定側を車輪支持プレート40に固定連結され、回転出力側をホイール44に固定連結されたホイールモータと呼ばれる電動モータ48とを含んでいる。電動モータ48は、回転中心軸線が横方向(左右方向)に延在する配置になっており、ホイール44とゴムタイヤ46とを横方向(左右方向)に延在する軸線Y周りに正逆回転駆動する。ゴムタイヤ46の外周面は接地面であり、車体前後方向の正面から見て幅方向中央が盛り上がった樽形に湾曲している。   A wheel support plate 40 is fixed to each of the left and right portions of the wheel support frame 34. The left and right wheel support plates 40 both support one wheel unit 42. The wheel unit 42 is disposed in the wheel 44, a rubber tire 46 attached to the outer periphery of the wheel 44, and is fixedly connected to the wheel support plate 40 on the fixed side and fixedly connected to the wheel 44 on the rotation output side. An electric motor 48 called a wheel motor is included. The electric motor 48 is arranged such that the rotation center axis extends in the horizontal direction (left and right direction), and the wheel 44 and the rubber tire 46 are rotated forward and backward around the axis Y extending in the horizontal direction (left and right direction). To do. The outer peripheral surface of the rubber tire 46 is a ground contact surface, and is curved into a barrel shape that is raised at the center in the width direction when viewed from the front in the longitudinal direction of the vehicle body.

車輪支持フレーム34は、前部の横幅方向(軸線Y方向)の中央位置(1/2の位置)に上下方向に長いキー形状の突部50が形成されている。突部50には左右方向(軸線Y方向)に延在する横リンク部材52の中央位置(1/2の位置)に形成されている上下方向に長い長孔54にスライド可能に嵌合している。横リンク部材52の左右両端部には、各々ピン56によって縦リンク部材58の上端部が回動可能に連結されている。左右の縦リンク部材58の下端部はピン60によって左右のペダル部材26の前端部に回動可能に連結されている。   The wheel support frame 34 has a key-shaped protrusion 50 that is long in the vertical direction at a central position (1/2 position) in the front width direction (axis Y direction). The protrusion 50 is slidably fitted in a long hole 54 that is formed at the center position (1/2 position) of the lateral link member 52 extending in the left-right direction (axis Y direction). Yes. The upper and lower ends of the vertical link member 58 are rotatably connected to the left and right ends of the horizontal link member 52 by pins 56, respectively. The lower end portions of the left and right vertical link members 58 are rotatably connected to the front end portions of the left and right pedal members 26 by pins 60.

左右何れのペダル部材26も踏み込まれていない状態では、左右の引張コイルばね28のばね力が上述のリンク機構によって横リンク部材52に均等に作用することにより、突部50と長孔54との嵌合のもとに、図7に示されているように、ゴムタイヤ46が接地面に対して直立する中立位置に、車輪支持フレーム34が搭乗者フレーム12に対して付勢され、この状態が維持される。   In a state where neither the left or right pedal member 26 is depressed, the spring force of the left and right tension coil springs 28 acts evenly on the lateral link member 52 by the above-described link mechanism, so that the protrusion 50 and the elongated hole 54 are separated. Under the fitting, as shown in FIG. 7, the wheel support frame 34 is urged against the passenger frame 12 in a neutral position where the rubber tire 46 stands upright with respect to the ground contact surface. Maintained.

図6に示されているように、左側のペダル部材26の前側が引張コイルばね28のばね力に抗して踏み込まれると、その踏込量に応じて左側の縦リンク部材58が引き下げられ、車体後方から見て横リンク部材52が長孔54と突部50との嵌合部を回動中心として反時計廻り方向に回動する。この横リンク部材52の回動により、図8に示されているように、車輪支持フレーム34ならびにゴムタイヤ46が搭乗者フレーム12に対してX軸周りに車体後方から見て反時計廻り方向に回動し、左側のペダル部材26の踏み込み量に応じて左側に傾く。   As shown in FIG. 6, when the front side of the left pedal member 26 is depressed against the spring force of the tension coil spring 28, the left vertical link member 58 is lowered according to the depression amount, and the vehicle body When viewed from the rear, the lateral link member 52 rotates counterclockwise around the fitting portion between the elongated hole 54 and the protrusion 50 as a rotation center. Due to the rotation of the lateral link member 52, as shown in FIG. 8, the wheel support frame 34 and the rubber tire 46 rotate in the counterclockwise direction around the X axis as viewed from the rear of the vehicle body with respect to the passenger frame 12. And moves to the left according to the amount of depression of the left pedal member 26.

これとは反対に、右側のペダル部材26の前側が引張コイルばね28のばね力に抗して踏み込まれると、その踏込量に応じて右側の縦リンク部材58が引き下げられ、車体後方から見て横リンク部材52が長孔54と突部50との嵌合部を回動中心として時計廻り方向に回動する。この横リンク部材52の回動により、車輪支持フレーム34がX軸周りに搭乗者フレーム12に対して車体後方から見て時計廻り方向に回動し、右側のペダル部材26の踏込量に応じて右側に傾く。   On the other hand, when the front side of the right pedal member 26 is depressed against the spring force of the tension coil spring 28, the right vertical link member 58 is pulled down according to the amount of depression, and viewed from the rear of the vehicle body. The horizontal link member 52 rotates in the clockwise direction with the fitting portion between the elongated hole 54 and the protrusion 50 as the rotation center. By the rotation of the lateral link member 52, the wheel support frame 34 rotates around the X axis in the clockwise direction as viewed from the rear of the vehicle body with respect to the passenger frame 12, and according to the amount of depression of the right pedal member 26 Tilt to the right.

このようにして、左右のペダル部材26が操舵部材をなし、長孔54をもって車輪支持フレーム34の突部50に係合している横リンク部材52と左右の縦リンク部材58が左右のペダル部材26の踏込量(変位)を、搭乗者フレーム12に対する車輪支持フレーム34の前後方向軸線(軸線X)周りの回動に変換する傾動駆動部をなす。   In this manner, the left and right pedal members 26 form steering members, and the lateral link member 52 and the left and right vertical link members 58 engaged with the protrusions 50 of the wheel support frame 34 through the long holes 54 are the left and right pedal members. The tilting drive unit converts the stepping amount (displacement) 26 into rotation around the longitudinal axis (axis X) of the wheel support frame 34 with respect to the passenger frame 12.

搭乗者フレーム12のポール16には、電動モータ48の電源ユニット62と制御装置64とが取り付けられている。電源ユニット62は、再充電可能な二次電池を含んでおり、制御装置64にも電力供給を行う。制御装置64は、ジャイロセンサ、傾斜角センサ、加速度センサ等を含み、前後方向の倒立振子制御と、搭乗者の前後方向の重心移動検知に基づく前後進走行のための電動モータ48の回転駆動を制御する。   A power supply unit 62 and a control device 64 of an electric motor 48 are attached to the pole 16 of the passenger frame 12. The power supply unit 62 includes a rechargeable secondary battery and also supplies power to the control device 64. The control device 64 includes a gyro sensor, an inclination angle sensor, an acceleration sensor, and the like, and controls the inverted pendulum control in the front-rear direction and the rotational drive of the electric motor 48 for the forward-reverse travel based on the detection of the center of gravity movement of the passenger in the front-rear direction. Control.

この倒立振子型一輪車10は、前後方向の倒立振子制御によってポール16が前後方向に傾動しない前後方向姿勢を維持する。この倒立振子制御下で、搭乗者は、左右の手で左右のグリップ20を握り、左右の足を左右のペダル部材26上に載せることにより、倒立振子型一輪車10に直立搭乗した状態になる。   The inverted pendulum type unicycle 10 maintains a posture in the front-rear direction in which the pole 16 does not tilt in the front-rear direction by the inverted pendulum control in the front-rear direction. Under this inverted pendulum control, the occupant gets on the inverted pendulum type unicycle 10 upright by gripping the left and right grips 20 with the left and right hands and placing the left and right feet on the left and right pedal members 26.

この搭乗状態で、搭乗者が前側に体重移動(重心移動)を行うと、倒立振子制御下のもとに、倒立振子型一輪車10は、前側への体重移動の大きさに比例した速度で前進走行する。これに対し、搭乗者が後側に体重移動を行うと、倒立振子制御下のもとに、倒立振子型一輪車10は、後側への体重移動の大きさに比例した速度で後進走行する。   In this boarding state, when the occupant moves the weight forward (moving the center of gravity), the inverted pendulum type unicycle 10 moves forward at a speed proportional to the magnitude of the forward weight shift under the inverted pendulum control. Run. On the other hand, when the passenger moves the weight to the rear side, the inverted pendulum type unicycle 10 travels backward at a speed proportional to the magnitude of the weight movement to the rear side under the inverted pendulum control.

直進走行したい場合には、左右のペダル部材26の双方に、ペダル支持軸24の真上あるいはこれより後方に体重をかける。この場合には、図7に示されているように、横リンク部材52が略水平姿勢を保ち、車輪支持フレーム34が搭乗者フレーム12に対して左右何れにも傾斜せず、ゴムタイヤ46が幅方向中央部で接地点Aをもって接地して接地面に対し直立する。この状態では、倒立振子型一輪車10は、左右何れの方向にもステア作用を及ぼされずに直進する。   When traveling straight, the weight is applied to both the left and right pedal members 26 directly above or behind the pedal support shaft 24. In this case, as shown in FIG. 7, the lateral link member 52 maintains a substantially horizontal posture, the wheel support frame 34 is not inclined to the left or right with respect to the passenger frame 12, and the rubber tire 46 has a width. Ground with a ground point A at the center of the direction and stand upright with respect to the ground plane. In this state, the inverted pendulum type unicycle 10 travels straight without being steered in either direction.

左側に旋回走行したい場合には、図6に示されているように、左側のペダル部材26の踏み込み部分26Aを引張コイルばね28のばね力に抗して下方へ踏み込む。この左側のペダル部材26の踏み込みにより、踏込量に応じて左側の縦リンク部材58が引き下げられ、車体後方から見て横リンク部材52が長孔54と突部50との嵌合部を回動中心として車体後方から見て反時計廻り方向に回動する。この横リンク部材52の回動により、図8に示されているように、車輪支持フレーム34が搭乗者フレーム12に対し左側のペダル部材26の踏み込み量に応じて左側に傾き、ゴムタイヤ46は接地面に対し左側に傾き、左側の肩部寄りに移動した接地点Bで接地するようになる。この状態では、倒立振子型一輪車10は、左側のペダル部材26の踏込量に応じた左方向のステア作用を及ぼされることになり、踏込量が大きいほど、小さい旋回半径で左旋回する。   When it is desired to make a left turn, as shown in FIG. 6, the stepped portion 26 </ b> A of the left pedal member 26 is depressed downward against the spring force of the tension coil spring 28. By depressing the left pedal member 26, the left vertical link member 58 is pulled down in accordance with the amount of depression, and the horizontal link member 52 rotates the fitting portion between the long hole 54 and the protrusion 50 when viewed from the rear of the vehicle body. It turns in the counterclockwise direction when viewed from the rear of the vehicle body as the center. As the horizontal link member 52 rotates, the wheel support frame 34 is tilted to the left side according to the amount of depression of the left pedal member 26 with respect to the passenger frame 12 as shown in FIG. Inclination to the left with respect to the ground, and comes to ground at the ground contact point B moved to the left shoulder. In this state, the inverted pendulum type unicycle 10 is steered in the left direction according to the depression amount of the left pedal member 26, and the left depression amount is increased as the depression amount is increased.

右側に旋回走行したい場合には、右側のペダル部材26の踏み込み部分26Aを引張コイルばね28のばね力に抗して下方へ踏み込む。この右側のペダル部材26の踏み込みにより、踏込量に応じて右側の縦リンク部材58が引き下げられ、車体後方から見て横リンク部材52が長孔54と突部50との嵌合部を回動中心として車体後方から見て時計廻り方向に回動する。この横リンク部材52の回動により、車輪支持フレーム34が搭乗者フレーム12に対し右側のペダル部材26の踏み込み量に応じて右側に傾き、ゴムタイヤ46は接地面に対し右側に傾き、右側の肩部寄りに移動した接地点で接地するようになる。この状態では、倒立振子型一輪車10は、右側のペダル部材26の踏込量に応じた左方向のステア作用を及ぼされることになり、踏込量が大きいほど、小さい旋回半径で右旋回する。   When turning rightward, the stepping portion 26A of the right pedal member 26 is depressed downward against the spring force of the tension coil spring 28. By depressing the right pedal member 26, the right vertical link member 58 is pulled down according to the amount of depression, and the horizontal link member 52 rotates the fitting portion between the elongated hole 54 and the protrusion 50 when viewed from the rear of the vehicle body. It turns clockwise as seen from the rear of the car. By the rotation of the lateral link member 52, the wheel support frame 34 is tilted to the right with respect to the passenger frame 12 in accordance with the depression amount of the right pedal member 26, and the rubber tire 46 is tilted to the right with respect to the ground contact surface. It comes to be grounded at the grounding point moved closer to the part. In this state, the inverted pendulum type unicycle 10 is steered in the left direction in accordance with the amount of depression of the right pedal member 26, and the larger the amount of depression, the more right turns with a smaller turning radius.

これにより、搭乗者は、直立した姿勢のまま、左右のペダル部材26の踏み込みだけで、旋回したい方向への体重移動を要することなく旋回することができる。これにより、訓練、慣れを要することなく、左右のペダル部材26の踏み込みと云う簡単な操作によって搭乗者(乗員)の思い通りに倒立振子型一輪車10を旋回させることができる。   As a result, the passenger can turn without having to move the weight in the direction in which he wants to turn by simply stepping on the left and right pedal members 26 while keeping his upright posture. Thus, the inverted pendulum type unicycle 10 can be turned as desired by the passenger (occupant) by a simple operation such as stepping on the left and right pedal members 26 without requiring training and familiarity.

また、静止時に右側に重心が移動した場合には、右側のペダル部材26を踏み込むことでゴムタイヤ46を右側に傾動させ、ゴムタイヤ46の接地点を右側へ移動させることができる。これにより、移動した重心位置の鉛直下方向に接地点を位置させることができるため、バランスを容易に取ることが可能となる。   Further, when the center of gravity moves to the right side when stationary, the rubber tire 46 can be tilted to the right side by depressing the right pedal member 26, and the contact point of the rubber tire 46 can be moved to the right side. As a result, the grounding point can be positioned vertically downward from the moved center of gravity, so that it is possible to easily balance.

以下に、本発明による倒立振子型一輪車のもう一つの実施形態を、図9〜図11を参照して説明する。   Hereinafter, another embodiment of the inverted pendulum type unicycle according to the present invention will be described with reference to FIGS.

本実施形態による倒立振子型一輪車100は搭乗者フレーム(車体)102を有する。搭乗者フレーム102は、前後方向にヨーク形状(ステープル形状)をなす基部104と、基部104上に立設されたサドル支持パイプ106に固定されたサドル108と、基部104に固定された軸受スリーブ110を回転可能に貫通して基部104より回動可能に支持されたハンドルコラム112と、ハンドルコラム112の上端に固定されて水平方向に延在する操舵部材であるハンドルバー114と、基部104の左右両側に固定されたステップ支持アーム116と、ステップ支持アーム116の先端に取り付けられたステッププレート118とを有する。ハンドルバー114の左右両端には搭乗者が手で握るグリップ120が取り付けられている。   The inverted pendulum type unicycle 100 according to the present embodiment has a passenger frame (vehicle body) 102. The passenger frame 102 includes a base portion 104 having a yoke shape (staple shape) in the front-rear direction, a saddle 108 fixed to a saddle support pipe 106 erected on the base portion 104, and a bearing sleeve 110 fixed to the base portion 104. A handle column 112 that is rotatably supported by the base 104, a handle bar 114 that is a steering member that is fixed to the upper end of the handle column 112 and extends in the horizontal direction, and the left and right sides of the base 104. It has a step support arm 116 fixed to both sides, and a step plate 118 attached to the tip of the step support arm 116. Grips 120 held by the passenger are attached to the left and right ends of the handle bar 114.

基部104は、前後方向に水平に延在する支持軸122を両持ち支持している。支持軸122は車輪支持フレーム124の上部スリーブ126を自身の中心軸線周り(軸線X周り)に回転可能に支持している。上部スリーブ126の左右両側には車輪支持アーム128が固定されている。左右の車輪支持アーム128は、上部スリーブ126と協働して二股形状をなし、一つの車輪ユニット130を両持ち支持している。   The base 104 supports both ends of a support shaft 122 that extends horizontally in the front-rear direction. The support shaft 122 supports the upper sleeve 126 of the wheel support frame 124 so as to be rotatable about its own central axis (around the axis X). Wheel support arms 128 are fixed to the left and right sides of the upper sleeve 126. The left and right wheel support arms 128 have a bifurcated shape in cooperation with the upper sleeve 126 and support one wheel unit 130 at both ends.

車輪ユニット130は、ホイール132と、ホイール132の外周に取り付けられたゴムタイヤ134と、ホイール132内に配置され固定側を車輪支持アーム128の先端に固定連結され、回転出力側をホイール132に固定連結されたホイールモータと呼ばれる電動モータ136とを含んでいる。電動モータ136は、回転中心軸線が横方向(左右方向)に延在する配置になっており、ホイール132とゴムタイヤ134とを横方向(左右方向)に延在する軸線Y周りに正逆回転駆動する。ゴムタイヤ134の外周面は接地面であり、幅方向中央が盛り上がった樽形に湾曲している。   The wheel unit 130 includes a wheel 132, a rubber tire 134 attached to the outer periphery of the wheel 132, and is disposed in the wheel 132. The fixed side is fixedly connected to the tip of the wheel support arm 128, and the rotation output side is fixedly connected to the wheel 132. And an electric motor 136 called a wheel motor. The electric motor 136 is arranged such that the rotation center axis extends in the horizontal direction (left and right direction), and the wheel 132 and the rubber tire 134 are driven to rotate forward and backward around the axis Y extending in the horizontal direction (left and right direction). To do. The outer peripheral surface of the rubber tire 134 is a contact surface, and is curved in a barrel shape with a raised center in the width direction.

ハンドルコラム112の下端部は軸受スリーブ110を貫通して基部104の下方にあり、この下端部にベベル歯車138が固定されている。上部スリーブ126の外周部にはベベル歯車138と噛合するベベル歯車140が固定されている。ベベル歯車138と140とは、ハンドルバー114の回動を搭乗者フレーム102に対する車輪支持フレーム124の前後方向軸線(軸線X)周りの回動に変換する傾動駆動部をなす。   A lower end portion of the handle column 112 passes through the bearing sleeve 110 and is below the base portion 104, and a bevel gear 138 is fixed to the lower end portion. A bevel gear 140 that meshes with the bevel gear 138 is fixed to the outer peripheral portion of the upper sleeve 126. The bevel gears 138 and 140 form a tilt drive unit that converts the rotation of the handle bar 114 into the rotation around the longitudinal axis (axis X) of the wheel support frame 124 with respect to the passenger frame 102.

これにより、ハンドルコラム112を回動中心としてハンドルバー114を左側に廻すと、ベベル歯車138と140との噛み合いによって上部スリーブ126が軸線X周りに車体後方より見て反時計廻り方向に回動する。この回動により、車輪支持フレーム124が搭乗者フレーム102に対しハンドルバー114の操作量に応じて左側に傾く。   Thus, when the handle bar 114 is turned to the left with the handle column 112 as the center of rotation, the upper sleeve 126 rotates about the axis X in the counterclockwise direction when viewed from the rear of the vehicle body by meshing with the bevel gears 138 and 140. . By this rotation, the wheel support frame 124 is tilted to the left with respect to the passenger frame 102 in accordance with the operation amount of the handle bar 114.

これとは反対に、ハンドルコラム112を回動中心としてハンドルバー114を右側に廻すと、ベベル歯車138と140との噛み合いによって上部スリーブ126が軸線X周りに車体後方より見て時計廻り方向に回動する。この回動により、車輪支持フレーム124が搭乗者フレーム102に対しハンドルバー114の操作量に応じて右側に傾く。   On the other hand, when the handle bar 114 is rotated to the right with the handle column 112 as the center of rotation, the upper sleeve 126 rotates about the axis X in the clockwise direction as viewed from the rear of the vehicle body by meshing with the bevel gears 138 and 140. Move. By this rotation, the wheel support frame 124 is tilted to the right according to the operation amount of the handle bar 114 with respect to the passenger frame 102.

搭乗者フレーム102のサドル支持パイプ106には、電動モータ136の電源ユニット142と制御装置144とが取り付けられている。電源ユニット142は、再充電可能な二次電池を含んでおり、制御装置144にも電力供給を行う。制御装置144は、ジャイロセンサ、傾斜角センサ、加速度センサ等を含み、前後方向の倒立振子制御と、搭乗者の前後方向の重心移動検知に基づく前後進走行のための電動モータ136の回転駆動を制御する。   A power supply unit 142 and a control device 144 of the electric motor 136 are attached to the saddle support pipe 106 of the passenger frame 102. The power supply unit 142 includes a rechargeable secondary battery and also supplies power to the control device 144. The control device 144 includes a gyro sensor, an inclination angle sensor, an acceleration sensor, and the like, and controls the rotation of the electric motor 136 for forward / reverse running based on the inverted pendulum control in the front-rear direction and the detection of the center of gravity movement of the passenger in the front-rear direction. Control.

この倒立振子型一輪車100は、前後方向の倒立振子制御によってハンドルコラム112およびサドル支持パイプ106が前後方向に傾動しない前後方向姿勢を維持する。この倒立振子制御下で、搭乗者は、左右の手で左右のグリップ120を握り、サドル108に腰掛け、左右の足を左右のステッププレート118上に載せることにより、倒立振子型一輪車100に着座搭乗した状態になる。   The inverted pendulum type unicycle 100 maintains the front-rear posture in which the handle column 112 and the saddle support pipe 106 do not tilt in the front-rear direction by the inverted pendulum control in the front-rear direction. Under this inverted pendulum control, the occupant sits on the inverted pendulum type unicycle 100 by holding the left and right grips 120 with the left and right hands, sitting on the saddle 108, and placing the left and right feet on the left and right step plates 118. It will be in the state.

この搭乗状態で、搭乗者が前側に体重移動(重心移動)を行うと、倒立振子制御下のもとに、倒立振子型一輪車100は、前側への体重移動の大きさに比例した速度で前進走行する。これに対し、搭乗者が後側に体重移動を行うと、倒立振子制御下のもとに、倒立振子型一輪車100は、後側への体重移動の大きさに比例した速度で後進走行する。   In this boarding state, when the occupant moves the weight forward (movement of the center of gravity), the inverted pendulum type unicycle 100 moves forward at a speed proportional to the magnitude of the forward weight movement under the inverted pendulum control. Run. On the other hand, when the passenger moves the weight backward, under the inverted pendulum control, the inverted pendulum unicycle 100 travels backward at a speed proportional to the magnitude of the weight shift to the rear side.

直進走行したい場合には、ハンドルバー114の延在方向が軸線Yと平行になる中立位置に位置させる。この場合には、車輪支持フレーム124が搭乗者フレーム102に対して左右何れにも傾斜せず、ゴムタイヤ134が幅方向中央部で接地して接地面に対し直立する。この状態では、倒立振子型一輪車100は、左右何れの方向にもステア作用を及ぼされずに直進する。   When it is desired to travel straight, the handle bar 114 is positioned at a neutral position where the extending direction of the handle bar 114 is parallel to the axis Y. In this case, the wheel support frame 124 is not inclined to the left or right with respect to the passenger frame 102, and the rubber tire 134 is grounded at the center in the width direction and stands upright with respect to the ground plane. In this state, the inverted pendulum type unicycle 100 goes straight without being steered in either direction.

左側に旋回走行したい場合には、ハンドルバー114を左側に回動させる。この回動によってハンドルコラム112、ベベル歯車138、140が回動し、車輪支持フレーム124が搭乗者フレーム102に対しハンドルバー114の操作量に応じて左側に傾き、ゴムタイヤ134は接地面に対し左側に傾き、左側の肩部で接地するようになる。この状態では、倒立振子型一輪車100は、ハンドルバー114の左側への操作量に応じた左方向のステア作用を及ぼされることになり、操作量が大きいほど、小さい旋回半径で左旋回する。   When it is desired to turn to the left, the handle bar 114 is turned to the left. By this rotation, the handle column 112 and the bevel gears 138 and 140 are rotated, the wheel support frame 124 is tilted to the left with respect to the passenger frame 102 according to the operation amount of the handle bar 114, and the rubber tire 134 is on the left with respect to the grounding surface. Tilt to ground and come to ground with the left shoulder. In this state, the inverted pendulum type unicycle 100 is steered in the left direction according to the amount of operation to the left side of the handlebar 114, and the larger the amount of operation, the left turns with a smaller turning radius.

右側に旋回走行したい場合には、ハンドルバー114を右側に回動させる。この回動によってハンドル112、ベベル歯車138、140が回動し、車輪支持フレーム124が搭乗者フレーム102に対しハンドルバー114の操作量に応じて右側に傾き、ゴムタイヤ134は接地面に対し右側に傾き、右側の肩部で接地するようになる。この状態では、倒立振子型一輪車100は、ハンドルバー114の右側への操作量に応じた左方向のステア作用を及ぼさることになり、操作量が大きいほど、小さい旋回半径で右旋回する。   If it is desired to turn to the right, the handle bar 114 is turned to the right. By this rotation, the handle 112 and the bevel gears 138 and 140 are rotated, the wheel support frame 124 is tilted to the right with respect to the passenger frame 102 according to the operation amount of the handle bar 114, and the rubber tire 134 is moved to the right with respect to the ground plane. Tilt and come to ground on the right shoulder. In this state, the inverted pendulum type unicycle 100 exerts a leftward steering operation in accordance with the amount of operation to the right side of the handlebar 114, and the larger the amount of operation, the more right turns with a smaller turning radius.

これにより、搭乗者は、着座した姿勢のまま、自転車のハンドル操作と同等のハンドルバー114の操作だけで、旋回したい方向への体重移動を要することなく旋回することができる。これにより、訓練、慣れを要することなく、ハンドル操作と云う簡単な操作によって搭乗者(乗員)の思い通りに倒立振子型一輪車100を旋回させることができる。   As a result, the passenger can turn without having to move his / her weight in the direction in which he / she wants to turn by only operating the handle bar 114 equivalent to the handle operation of the bicycle while in the sitting position. As a result, the inverted pendulum type unicycle 100 can be turned as desired by the occupant (occupant) by a simple operation such as a handle operation without requiring training and familiarity.

上述の何れの実施形態でも、ゴムタイヤ46、134は、接地面が車体前後方向の正面から見て樽形に湾曲しているものが用いられているから、傾動が滑らかに行われ、良好な旋回性が得られるが、ゴムタイヤ46、134は、図13に示されているように、扁平面142Aと扁平面142Aの横方向両側に各々連続するR状の湾曲面142Bを有するゴムタイヤ142が用いられてもよい。このゴムタイヤ142による場合には、扁平面142Aの存在により、樽形のものより、ゴムタイヤ142の直立性が高まる。   In any of the above-described embodiments, the rubber tires 46 and 134 have a ground contact surface that is curved in a barrel shape when viewed from the front in the front-rear direction of the vehicle body. As shown in FIG. 13, the rubber tires 46 and 134 are rubber tires 142 each having a flat surface 142A and R-shaped curved surfaces 142B that are continuous on both lateral sides of the flat surface 142A. May be. In the case of the rubber tire 142, the uprightness of the rubber tire 142 is enhanced by the presence of the flat surface 142A than that of the barrel shape.

10 倒立振子型一輪車
12 搭乗者フレーム
26 ペダル部材
28 引張コイルばね
34 車輪支持フレーム
42 車輪ユニット
46 ゴムタイヤ
48 電動モータ
50 突部
52 横リンク部材
54 長孔
58 縦リンク部材
100 倒立振子型一輪車
102 搭乗者フレーム
108 サドル
112 ハンドルコラム
114 ハンドルバー
118 ステッププレート
122 支持軸
124 車輪支持フレーム
130 車輪ユニット
134 ゴムタイヤ
136 電動モータ
138、140 べベル歯車
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Inverted pendulum type unicycle 12 Passenger frame 26 Pedal member 28 Tension coil spring 34 Wheel support frame 42 Wheel unit 46 Rubber tire 48 Electric motor 50 Protrusion 52 Lateral link member 54 Long hole 58 Vertical link member 100 Inverted pendulum type unicycle 102 Passenger Frame 108 Saddle 112 Handle column 114 Handle bar 118 Step plate 122 Support shaft 124 Wheel support frame 130 Wheel unit 134 Rubber tire 136 Electric motor 138, 140 Bevel gear

Claims (6)

前後方向の倒立振子制御を行われる倒立振子型一輪車であって、
運転者が搭乗する搭乗者フレームと、
前記搭乗者フレームに前後方向に延在する軸線周りに回動可能に取り付けられた車輪支持フレームと、
前記車輪支持フレームに横方向に延在する軸線周りに回転可能に取り付けられた車輪と、
前記車輪を前後方向の倒立振子制御と前後進走行のために回転駆動する駆動部と、
前記搭乗者フレームに設けられ、運転者によって操作される操舵部材と、
前記操舵部材の操作によって前記車輪支持フレームを前記搭乗者フレームに対して前後方向軸線周りに傾動させる傾動駆動部と、
を有する倒立振子型一輪車。
An inverted pendulum type unicycle that performs inverted pendulum control in the front-rear direction,
A passenger frame on which the driver is boarded;
A wheel support frame attached to the passenger frame so as to be rotatable about an axis extending in the front-rear direction;
A wheel rotatably mounted about an axis extending laterally to the wheel support frame;
A drive unit that rotationally drives the wheels for front and rear inverted pendulum control and fore-and-aft travel; and
A steering member provided on the passenger frame and operated by a driver;
A tilt drive unit that tilts the wheel support frame about a front-rear axis with respect to the passenger frame by operating the steering member;
An inverted pendulum unicycle with
前記操舵部材は前記搭乗者フレームに各々個別に取り付けられた左右のペダルであり、 前記傾動駆動部は前記左右のペダルの変位を前記搭乗者フレームに対する前記車輪支持フレームの前後方向軸線周りの回動に変換する請求項1に記載の倒立振子型一輪車。   The steering member is a left and right pedal individually attached to the occupant frame, and the tilt drive unit rotates the left and right pedals around the longitudinal axis of the wheel support frame with respect to the occupant frame. The inverted pendulum type unicycle according to claim 1, wherein the inverted pendulum type unicycle is converted into the following. 前記操舵部材は前記搭乗者フレームに回動可能に取り付けられたハンドルであり、
前記傾動駆動部は前記ハンドルの回動を前記搭乗者フレームに対する前記車輪支持フレームの前後方向軸線周りの回動に変換する請求項1に記載の倒立振子型一輪車。
The steering member is a handle rotatably attached to the passenger frame;
2. The inverted pendulum type unicycle according to claim 1, wherein the tilt drive unit converts rotation of the handle into rotation about a longitudinal axis of the wheel support frame with respect to the passenger frame.
前記車輪が接地面に対して直立する中立位置に戻るように、前記搭乗者フレームに対して前記車輪支持フレームを付勢する付勢部材を有する請求項1から3の何れか一項に記載の倒立振子型一輪車。   4. The biasing member according to claim 1, further comprising a biasing member that biases the wheel support frame with respect to the occupant frame such that the wheel returns to a neutral position where the wheel stands upright with respect to the ground surface. Inverted pendulum type unicycle. 前記車輪の接地面が樽形に湾曲している請求項1から4の何れか一項に記載の倒立振子型一輪車。   The inverted pendulum type unicycle according to any one of claims 1 to 4, wherein a ground contact surface of the wheel is curved in a barrel shape. 前記車輪の接地面が、扁平面と扁平面の横方向両側に各々連続する湾曲面とにより構成されている請求項1から4の何れか一項に記載の倒立振子型一輪車。   The inverted pendulum type unicycle according to any one of claims 1 to 4, wherein the ground contact surface of the wheel includes a flat surface and curved surfaces that are continuous on both sides of the flat surface in the lateral direction.
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