JP2015024013A - Personal vehicle - Google Patents

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裕介 吉田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a personal vehicle which comprises means capable of detecting tangential velocity of the vehicle body at an inexpensive price.SOLUTION: An operation part possesses a pole-like member which is supported so as to be enabled to sway in the front, rear, left and right directions, and which inputs a target vehicle speed by the scale of a tilt in the front and back direction and inputs a target tangential velocity by the scale of a tilt in the right and left direction. Control to make the mean value of the turning angles αR, αL of casters 15R, 15L which are employed as front-wheels close to the swaying direction of the pole-like member is performed.

Description

本発明は電動式の車いす等のパーソナルビークルに関する。   The present invention relates to a personal vehicle such as an electric wheelchair.

車いす等のパーソナルビークルは、使用者が着座する着座部を有する車体と、車体に設けられ着座部に着座する使用者の左右に設けられた駆動輪である車輪とを有する。パーソナルビークルの車体等には、車体走行速度および車体の旋回角速度に関する指令値が入力される操作部が設けられており、左右の車輪の回転数を制御することにより車体の進行方向、速度を制御している。   A personal vehicle such as a wheelchair has a vehicle body having a seating portion on which a user is seated, and wheels that are drive wheels provided on the left and right of the user seated on the seating portion. The body of a personal vehicle is provided with an operation unit to which command values relating to the vehicle running speed and the turning angular velocity of the vehicle are input, and the vehicle traveling direction and speed are controlled by controlling the rotation speed of the left and right wheels. doing.

ところで、傾斜している路面を横切る方向等パーソナルビークルが左右の何れかに傾きながら直進走行(以降ではカント走行と記す)する際に、その車体のロール軸(前後方向の軸)を回転軸とするロール角度に応じて車体の直進性が低下するおそれがある。すなわち、カント走行を行っていると、パーソナルビークルが直進走行するように使用者が操作部を操作しているにもかかわらず、車体の傾きに起因して路面上で車体のずり落ち(片流れ)が発生し、パーソナルビークルの直進走行性が損なわれるおそれがある。具体的には車体が左右に傾くと、使用者が着座した状態におけるパーソナルビークルの重心位置が車輪の回転軸よりも前方にあるため車体が傾いている方向に曲げられる方向の旋回モーメントが発生し、車体が傾いている方向に旋回・ずり落ちてしまうことになる。   By the way, when the personal vehicle travels straight while tilting to the left or right, such as in a direction crossing an inclined road surface (hereinafter referred to as cant travel), the roll axis (front-rear direction axis) of the vehicle body is used as the rotation axis. Depending on the roll angle to be performed, there is a risk that the straight traveling performance of the vehicle body is reduced. In other words, when the cant is running, the vehicle body slips on the road surface due to the inclination of the vehicle body (single flow) even though the user operates the operation unit so that the personal vehicle runs straight ahead. May occur, and the straight running performance of the personal vehicle may be impaired. Specifically, when the vehicle body tilts to the left and right, the center of gravity of the personal vehicle in the state where the user is seated is ahead of the rotation axis of the wheel, so that a turning moment in a direction in which the vehicle body can be bent is generated. If the car body is tilted, it will turn and slide down.

本願出願人は、上記の問題を低減したパーソナルビークルを特許文献1に開示している。特許文献1のパーソナルビークルの制御装置は、パーソナルビークルがカント走行するにあたり、パーソナルビークルのロール角度が大きい場合であっても、操作部が直進するように操作されている限り車体のずり落ちが抑制され、パーソナルビークルの直進走行性が確保されるように制御する制御部を備えている。制御部は、車体の実際の旋回角速度と、使用者の操作で決まる旋回角速度指令値との差が小さくなるようにフィードバック補正等を行っている。従って、カント走行時等における直進性を向上するためには車体の旋回角速度を精確に検知する必要がある。   The applicant of the present application discloses a personal vehicle in which the above problems are reduced in Patent Document 1. The personal vehicle control device disclosed in Patent Document 1 suppresses slipping of the vehicle body as long as the operation unit is operated straight ahead even when the roll angle of the personal vehicle is large when the personal vehicle cant travel. And a control unit that controls the personal vehicle so as to ensure straight running performance. The control unit performs feedback correction or the like so that the difference between the actual turning angular velocity of the vehicle body and the turning angular velocity command value determined by the user's operation is reduced. Therefore, it is necessary to accurately detect the turning angular velocity of the vehicle body in order to improve straight running performance during cant traveling.

また、特許文献2では前輪のフリーキャスタに前輪転回抑制手段を設け、直進走行時(左右の車輪をそれぞれ駆動するモータへの電流が同じとき)には前輪の転回を抑制することによりカント走行時等におけるずり落ちが起きないように制限している。   Further, in Patent Document 2, a front wheel turning restraining means is provided in a free caster for the front wheels, and during straight running (when the currents to the motors that drive the left and right wheels are the same), the turning of the front wheels is restrained during canting. It is restricted so that it does not fall down.

そのため、特許文献2においては、直進走行時から左右に旋回を行うときに前輪転回抑制手段を解除してから旋回を開始する必要があるため旋回時の反応が遅くなって使用者が不快に感じたり、左右それぞれのモータの電流は直進時であっても相違することがあるため、直進時に電流が相違する場合には意図しない車体の動きになる可能性があったりする。また、左右のモータに供給する電流が同じ時に前輪のフリーキャスタの旋回を固定することにより直進性を確保する構成のため、路面の状況などにより電流の値が同じにならない場合には直進時でも直進性の低下を防ぐことは困難である。   For this reason, in Patent Document 2, it is necessary to start the turn after releasing the front wheel turning restraining means when turning left and right from straight running, so the reaction at the time of turning becomes slow and the user feels uncomfortable. In addition, since the currents of the left and right motors may be different even when the vehicle is traveling straight, if the currents are different when traveling straight, there is a possibility of unintended vehicle body movement. In addition, when the current supplied to the left and right motors is the same, the front wheel free caster turns are fixed to secure straight travel, so even if the current value is not the same due to road conditions, etc. It is difficult to prevent a decrease in straightness.

特開2010−193939号公報JP 2010-193939 A 特開平3−218756号公報JP-A-3-218756

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、車体の制御に利用するため、車体の旋回速度を安価に検知することが可能である手段を備えるパーソナルビークルを提供することを解決すべき課題とする。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is a problem to be solved to provide a personal vehicle having means capable of detecting the turning speed of the vehicle body at low cost for use in vehicle body control. And

上記課題を解決するための(1)の発明の構成上の特徴は、使用者が着座する着座部を有する車体と、
前記車体の左右に設けられた左右車輪と、
前記左右車輪を駆動する駆動部と、
前記車体の目標旋回角速度を含んだ指令値信号を入力するための操作部と、
前記指令値信号が入力されその指令値信号に基づき前記駆動部を制御する制御部と、
前記車体の前後方向の少なくとも一方に位置し、前記車体の動きに追従して自在に旋回回転する1または2以上のキャスタと、
前記キャスタのうちの少なくとも1つにおける実キャスタ旋回角度を検知するキャスタセンサと、
を有し、
前記制御部は、
前記指令値信号から前記キャスタの目標キャスタ旋回角度を算出する目標旋回角度算出部と、
前記目標キャスタ旋回角度と前記実キャスタ旋回角度との差が小さくなるように前記駆動部を制御するフィードバック制御部とを有する、ことである。
The structural feature of the invention of (1) for solving the above-mentioned problems is a vehicle body having a seating portion on which a user is seated,
Left and right wheels provided on the left and right of the vehicle body;
A drive unit for driving the left and right wheels;
An operation unit for inputting a command value signal including a target turning angular velocity of the vehicle body;
A control unit that receives the command value signal and controls the drive unit based on the command value signal;
One or more casters that are positioned in at least one of the longitudinal directions of the vehicle body and that freely rotate and follow the movement of the vehicle body;
A caster sensor for detecting an actual caster turning angle in at least one of the casters;
Have
The controller is
A target turning angle calculation unit for calculating a target caster turning angle of the caster from the command value signal;
And a feedback control unit that controls the drive unit so that a difference between the target caster turning angle and the actual caster turning angle is small.

本発明のパーソナルビークルにおいてはキャスタの動きを検知することにより車体の旋回角速度を精度良く検知することができる。また、キャスタの旋回角度を検知するセンサは車体の旋回角速度を検知するジャイロ等のセンサに比べて安価にできる。   In the personal vehicle of the present invention, the turning angular velocity of the vehicle body can be accurately detected by detecting the movement of the caster. Further, a sensor that detects the turning angle of the caster can be made cheaper than a sensor such as a gyro that detects the turning angular velocity of the vehicle body.

上記(1)の発明は以下に記す(2)の構成を任意に加えて採用できる。   The invention of the above (1) can be adopted by arbitrarily adding the structure of (2) described below.

(2)前記操作部は、前後方向への傾斜の大きさにより目標車速を入力し、左右方向への傾斜の大きさにより前記目標旋回角速度を入力する前後左右方向に揺動可能に支持された竿状部材をもち、
前記目標旋回角度算出部は、前記目標キャスタ旋回角度を前記竿状部材の揺動方向とする。
(2) The operation unit is supported so as to be able to swing in the front-rear and left-right directions for inputting the target vehicle speed according to the magnitude of the inclination in the front-rear direction and for inputting the target turning angular velocity according to the magnitude of the inclination in the left-right direction. It has a bowl-shaped member,
The target turning angle calculation unit sets the target caster turning angle as the swinging direction of the bowl-shaped member.

操作部として前後左右に揺動可能な竿状部材を用い、その竿状部材を倒す方向により車体を制御する構成(前後方向で目標車速、左右方向で目標旋回角速度)を採用するときに、竿状部材の倒した方向をそのままキャスタの目標旋回角度に採用することにより、使用者の意図する進行方向と車体の進行方向とを使用者の感覚的に一致させることができ、使用感が向上する。   When adopting a configuration (a target vehicle speed in the front-rear direction and a target turning angular velocity in the left-right direction) that uses a saddle-shaped member that can swing back and forth and left and right as the operation unit, By adopting the tilted direction of the shaped member as the target turning angle of the caster as it is, the traveling direction intended by the user and the traveling direction of the vehicle body can be matched sensibly to the user, and the feeling of use is improved. .

(3)上記課題を解決するための構成上の特徴は、使用者が着座する着座部を有する車体と、
前記車体の左右に設けられた左右車輪と、
前記左右車輪を駆動する駆動部と、
前記車体の目標旋回角速度を含んだ指令値信号を入力するための操作部と、
前記指令値信号が入力されその指令値信号に基づき前記駆動部を制御する制御部と、
前記車体の前後方向の少なくとも一方に位置し、前記車体の動きに追従して自在に旋回回転する1または2以上のキャスタと、
前記キャスタのうちの少なくとも1つにおける実キャスタ旋回角度を検知するキャスタセンサと、
前記左右車輪の実車輪回転速度を検知する回転速度センサと、
を有し、
前記制御部は、
前記実キャスタ旋回角度と前記実車輪回転速度とから前記車体の実旋回角速度を算出する実旋回角速度算出部と、 前記目標旋回角速度と前記実旋回角速度との差が小さくなるように前記駆動部を制御するフィードバック制御部とを有することである。
(3) A structural feature for solving the above problems is a vehicle body having a seating portion on which a user is seated;
Left and right wheels provided on the left and right of the vehicle body;
A drive unit for driving the left and right wheels;
An operation unit for inputting a command value signal including a target turning angular velocity of the vehicle body;
A control unit that receives the command value signal and controls the drive unit based on the command value signal;
One or more casters that are positioned in at least one of the longitudinal directions of the vehicle body and that freely rotate and follow the movement of the vehicle body;
A caster sensor for detecting an actual caster turning angle in at least one of the casters;
A rotational speed sensor for detecting an actual rotational speed of the left and right wheels;
Have
The controller is
An actual turning angular velocity calculation unit that calculates an actual turning angular velocity of the vehicle body from the actual caster turning angle and the actual wheel rotation speed; and the drive unit that reduces a difference between the target turning angular velocity and the actual turning angular velocity. And a feedback control unit to control.

本発明のパーソナルビークルにおいてはキャスタの動きと、車輪の回転速度から算出されたパーソナルビークルの速度とから車体の旋回角速度を精度良く検知することができる。また、キャスタの旋回角度を検知するセンサは車体の旋回角速度を検知するジャイロ等のセンサに比べて安価にできる。   In the personal vehicle of the present invention, the turning angular velocity of the vehicle body can be accurately detected from the motion of the caster and the speed of the personal vehicle calculated from the rotational speed of the wheels. Further, a sensor that detects the turning angle of the caster can be made cheaper than a sensor such as a gyro that detects the turning angular velocity of the vehicle body.

上記(1)〜(3)の発明は以下に記す(4)の構成を任意に加えて採用できる。   The above inventions (1) to (3) can be adopted by arbitrarily adding the structure of (4) described below.

(4)前記キャスタおよび前記キャスタセンサはそれぞれ2以上あり、
前記制御部は、
2以上の前記キャスタセンサが検知する2以上の前記実キャスタ旋回角度の間の差が所定値よりも大きい場合には前記フィードバック制御部を作動させない。
(4) There are two or more casters and caster sensors,
The controller is
When the difference between the two or more actual caster turning angles detected by the two or more caster sensors is larger than a predetermined value, the feedback control unit is not operated.

障害物を巻き込む等してキャスタの旋回が阻害されることがある。そのような場合、キャスタの旋回角度は車体の旋回角速度とは関係の無い値を示すことになる。そこでキャスタを2以上設け、それら複数のキャスタについて旋回角度を測定することにした。キャスタが複数有ってもそれらの旋回角度は原理的に同様の値を示すはずであるため、それらの測定値を相互に比較検証することにより、キャスタの旋回に問題が生じていないかを検証できる。   The turning of the caster may be obstructed by involving an obstacle. In such a case, the turning angle of the caster shows a value unrelated to the turning angular velocity of the vehicle body. Therefore, two or more casters were provided, and the turning angle of these casters was measured. Even if there are multiple casters, their swivel angles should show similar values in principle, so verifying these measurements against each other verifies that there are no problems with the swivel of the casters. it can.

(1)および(3)の発明においては、キャスタの動きを検知することにより車体の旋回角速度を精度良く検知することができる。つまり、キャスタは車体の動きに追従して旋回するので、キャスタの旋回角度から車体が進む方向や旋回角速度が分かる。車体が進む方向や旋回角速度が精度良く検知できるため、パーソナルビークルの制御を円滑に行うことができる。   In the inventions of (1) and (3), the turning angular velocity of the vehicle body can be accurately detected by detecting the movement of the casters. That is, since the caster turns following the movement of the vehicle body, the direction in which the vehicle body advances and the turning angular velocity can be known from the turning angle of the caster. Since the vehicle traveling direction and the turning angular velocity can be detected with high accuracy, the personal vehicle can be controlled smoothly.

(2)の構成を採用することにより、使用者による操作とパーソナルビークルの実際の動きとが一致しやすくなり、車体の動作を使用者の意図している方向に近づけることができる。   By adopting the configuration (2), the operation by the user and the actual movement of the personal vehicle can be easily matched, and the operation of the vehicle body can be brought closer to the direction intended by the user.

(4)の構成を採用することにより、キャスタの不具合発生時にも信頼性が高い制御が実現できる。   By adopting the configuration of (4), highly reliable control can be realized even when a caster malfunction occurs.

実施形態のパーソナルビークルが平地直進走行している状態を模式的に説明する側面図である。It is a side view explaining typically the state where the personal vehicle of an embodiment is running straight on a flat ground. 図1に示したパーソナルビークルが傾斜している路面を上がる方向に走行している状態を模式的に説明する側面図である。FIG. 2 is a side view schematically illustrating a state in which the personal vehicle illustrated in FIG. 1 is traveling in an upward direction on an inclined road surface. 実施形態のパーソナルビークルの制御装置の構成を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the structure of the control apparatus of the personal vehicle of embodiment. 加速度信号およびレートジャイロ信号に基づいた物理量をフィルタ処理して路面傾斜角度を算出する形態を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the form which filters the physical quantity based on an acceleration signal and a rate gyro signal, and calculates a road surface inclination angle. 図1に示したパーソナルビークルがカント走行している状態を模式的に説明する背面図である。FIG. 2 is a rear view schematically illustrating a state where the personal vehicle shown in FIG. 加速度信号およびレートジャイロ信号に基づいた物理量をフィルタ処理して路面のロール角度を算出する形態を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the form which filters the physical quantity based on an acceleration signal and a rate gyro signal, and calculates the roll angle of a road surface. 実施形態におけるパーソナルビークルが備える前輪の構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the front wheel with which the personal vehicle in embodiment is provided. 実施形態のパーソナルビークルが平地右旋回走行している状態を模式的に説明する平面図である。It is a top view explaining typically the state where the personal vehicle of an embodiment is carrying out the right turn turning of a flat ground. 実施形態2におけるパーソナルビークルが備える操作部の操作の様子を示す概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an operation state of an operation unit included in a personal vehicle according to a second embodiment. 変形形態1のパーソナルビークル制御装置に備わる制御部が実行する制御則を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control law which the control part with which the personal vehicle control apparatus of the modification 1 is provided.

(実施形態1)
本実施形態で、パーソナルビークル1(以下、単にビークル1と呼ぶ)は電動式の車いすに相当する。図1は、実施形態のビークル1が平地直進走行している状態を模式的に説明する側面図である。図1で、前方(矢印Fx方向)は、ビークル1に正規に着座している使用者の顔面が向いている方向を示し、かつビークル1が前進する方向を示す。後方(矢印Rx方向)は、ビークル1に正規に着座している使用者の顔面が背向している方向を示し、かつビークル1が後退する方向を示す。また、図2は、図1に示したパーソナルビークル1が傾斜している路面90を上がる方向に走行している状態を模式的に説明する側面図である。そして、図5は、図1に示したパーソナルビークル1が傾斜している路面90をその傾斜(右下がりの方向)に直交する方向(紙面奥側に向けて)に走行している状態を模式的に説明する背面図である。
(Embodiment 1)
In the present embodiment, the personal vehicle 1 (hereinafter simply referred to as the vehicle 1) corresponds to an electric wheelchair. FIG. 1 is a side view schematically illustrating a state in which the vehicle 1 of the embodiment is traveling straight on a flat ground. In FIG. 1, the front (arrow Fx direction) indicates the direction in which the face of the user who is normally seated on the vehicle 1 is facing, and the direction in which the vehicle 1 moves forward. The rear (arrow Rx direction) indicates the direction in which the face of the user who is normally seated on the vehicle 1 is facing away, and indicates the direction in which the vehicle 1 moves backward. FIG. 2 is a side view schematically illustrating a state in which the personal vehicle 1 shown in FIG. 1 is traveling in an upward direction on an inclined road surface 90. FIG. 5 schematically shows a state in which the road 90 on which the personal vehicle 1 shown in FIG. 1 is inclined is traveling in a direction (toward the back of the page) perpendicular to the inclination (downward direction). FIG.

ビークル1は、使用者が着座する着座部10をもつ車体11と、車体11の左右に取り付けられた回転可能な駆動輪である左右の車輪12R、12Lと、車輪12を回転駆動させる駆動源としての左右の車輪モータ13R、13Lと、車輪モータ13R、13Lの駆動を操作する操作部14と、車輪12の前方に位置して車体11に取り付けられた回転可能な左右の前輪15と、車輪12の後方に向けて延びるように車体11に取り付けられたサポート部材16と、サポート部材16の先端部16aに取り付けられた回転可能な後輪17とを備えている。着座部10は、使用者の臀部を支える座部10aと、使用者の背中を支える背もたれ部10bとを備えている。   The vehicle 1 includes a vehicle body 11 having a seating portion 10 on which a user is seated, left and right wheels 12R and 12L that are rotatable drive wheels attached to the left and right of the vehicle body 11, and a drive source that rotationally drives the wheels 12. Left and right wheel motors 13R and 13L, an operation unit 14 for operating the wheel motors 13R and 13L, a rotatable front wheel 15 positioned in front of the wheel 12 and attached to the vehicle body 11, and the wheel 12 The support member 16 is attached to the vehicle body 11 so as to extend rearward, and the rotatable rear wheel 17 is attached to the distal end portion 16a of the support member 16. The seating portion 10 includes a seat portion 10a that supports the user's buttocks and a backrest portion 10b that supports the user's back.

左右の車輪12R、12Lは回転軸にスポーク等により固定されたリムとそのリムに配設されたチューブラータイヤ等の弾性変形可能なタイヤとをもつ。左右の車輪12R、12Lの回転中心12a(図1および図2参照)を結んだ回転軸線は、ビークル1の前後方向において重心位置Gの直下またはその後付近に配置されている。前輪15は、左右の車輪12R、12Lの径よりも小さい径をもつキャスタである。前輪15は、左右に設けられているが、場合によっては車幅方向の中央付近に設けた単数でも良い。前輪15は、車輪152と車輪152を軸受150にて回動自在に支承するフォーク151とフォーク151を軸Sを旋回軸として自在に旋回可能に車体11に支承している。車体11にはポテンショメータ54を介して配設される。軸Sは天地方向(図1、2における±Z方向)に向いている。ポテンショメータ以外にもロータリエンコーダ等回転角度を検知可能なセンサが採用できる。   The left and right wheels 12R and 12L have a rim fixed to a rotating shaft by spokes or the like and an elastically deformable tire such as a tubular tire disposed on the rim. The rotation axis that connects the rotation centers 12a (see FIGS. 1 and 2) of the left and right wheels 12R and 12L is arranged directly below or near the center of gravity G in the front-rear direction of the vehicle 1. The front wheel 15 is a caster having a diameter smaller than the diameters of the left and right wheels 12R and 12L. The front wheels 15 are provided on the left and right, but in some cases, a single wheel may be provided near the center in the vehicle width direction. The front wheel 15 is supported on the vehicle body 11 such that the wheel 152 and the fork 151 for rotatably supporting the wheel 152 by the bearing 150 and the fork 151 can be turned freely about the axis S as a turning axis. The vehicle body 11 is disposed via a potentiometer 54. The axis S is oriented in the vertical direction (± Z direction in FIGS. 1 and 2). In addition to the potentiometer, a sensor capable of detecting the rotation angle such as a rotary encoder can be adopted.

フォーク151は旋回軸である軸Sと車輪152を支承する軸受150の軸とが、図7に示す間隔aだけ離れたねじれの関係にある。そのため、車体11の動きにより前輪15R,15Lは旋回する。具体的には軸Sにより支承されるフォーク151は、軸Sにより車体11の進行方向に引っ張られ、軸受150により進行方向とは逆方向に引っ張られ、結果として軸受150から軸Sに至る方向FR,FLが、車体11が前輪15R,15Lを支承する部分の動く方向に一致するように前輪15R,15Lは旋回することになる。軸Sとフォーク151とは自在に相対回転可能に配設されるため、前輪15R,15Lの旋回角度(実キャスタ旋回角度)は前輪15R,15Lが配設された位置における車体の速度(移動方向)を良く反映した角度になっている。そのため、前輪15の旋回角度を検知できれば、車体11における前輪15が支承された部位の移動方向が算出できる。ここで、間隔aの値は小さい方が車体の細かな動きに追従可能であり、旋回角速度が速やかに前輪15の旋回角度に反映され、間隔aの値が大きい方が旋回角速度に関係無い外乱の影響を排除できるため、必要な性能が得られるように間隔aの大きさが設定される。   In the fork 151, the axis S, which is a pivot axis, and the axis of the bearing 150 that supports the wheel 152 are in a torsional relationship with a distance a shown in FIG. Therefore, the front wheels 15R and 15L turn by the movement of the vehicle body 11. Specifically, the fork 151 supported by the shaft S is pulled in the traveling direction of the vehicle body 11 by the shaft S, pulled in the direction opposite to the traveling direction by the bearing 150, and as a result, the direction FR extending from the bearing 150 to the shaft S. , FL will turn so that the front wheels 15R, 15L will coincide with the direction of movement of the part where the vehicle body 11 supports the front wheels 15R, 15L. Since the shaft S and the fork 151 are arranged so as to be relatively rotatable with respect to each other, the turning angle (actual caster turning angle) of the front wheels 15R and 15L is the speed of the vehicle body at the position where the front wheels 15R and 15L are provided (moving direction). ) Is well reflected. Therefore, if the turning angle of the front wheel 15 can be detected, the moving direction of the portion of the vehicle body 11 on which the front wheel 15 is supported can be calculated. Here, the smaller the value of the distance a, the more detailed the movement of the vehicle body can be followed, and the turning angular velocity is quickly reflected in the turning angle of the front wheel 15, and the larger the value of the distance a, the disturbance not related to the turning angular velocity. Therefore, the size of the interval a is set so that necessary performance can be obtained.

以下、前輪15の旋回角度と車体の旋回角速度および各車輪12R、12Lの速度との関係について概略を説明する。図8に示すように、2つの前輪15R,15Lがそれぞれ左右の車輪12R、12Lから前方の延長線上に配設されている場合、つまり車輪12R,12Lの間の長さである駆動輪のトレッドTと、前輪15R,15Lの間の距離である前輪トレッドが同じである場合について考える。そうすると、前輪のトレッドが駆動輪のトレッドと同じであるため、右の車輪12Rの速度と右の前輪15Rの速度とが同じであり、左の車輪12Lの速度と左の前輪15Lの速度とが同じになる。   Hereinafter, the outline of the relationship between the turning angle of the front wheel 15, the turning angular speed of the vehicle body, and the speeds of the wheels 12R and 12L will be described. As shown in FIG. 8, when the two front wheels 15R and 15L are arranged on the front extension line from the left and right wheels 12R and 12L, that is, the tread of the driving wheel having a length between the wheels 12R and 12L. Consider the case where the front wheel tread, which is the distance between T and the front wheels 15R, 15L, is the same. Then, since the tread of the front wheel is the same as the tread of the driving wheel, the speed of the right wheel 12R and the speed of the right front wheel 15R are the same, and the speed of the left wheel 12L and the speed of the left front wheel 15L are Be the same.

この条件下でパーソナルビークルが右方向に旋回しながら前進する場合を想定する。まず、右車輪12Rの速度がVR、左車輪12Lの速度がVLであるとき、右に旋回しているため、VL>VRである。そして、車体の旋回角速度は双方ともωgyaw(=(VR−VL)/T)で同じであり、車体の回転中心からの距離に応じた速度で旋回方向に速度成分をもつことになる。   It is assumed that the personal vehicle moves forward while turning right under these conditions. First, when the speed of the right wheel 12R is VR and the speed of the left wheel 12L is VL, VL> VR because the vehicle is turning right. The turning angular velocities of the vehicle body are both equal to ωgyaw (= (VR−VL) / T), and have a speed component in the turning direction at a speed corresponding to the distance from the rotation center of the vehicle body.

従って、右の前輪15Rの旋回角度αRはVRと、ωgyawから算出される前輪15R,15L位置での旋回角速度由来の旋回速度とを合成した方向になり、左の前輪15Lの旋回角度αLはVLと、ωgyawとを合成した方向になる。そのため、前輪15R、15Lから検知した旋回角度αR,αLと、左右の車輪12R、12Lの回転速度から算出した左右の車輪12R,12Lの速度VR,VLとから、旋回角速度ωgyawが算出できる。パーソナルビークルの旋回中心としては重心の位置(パーソナルビークルの±Z方向で車輪12R、12Lの回転軸の高さにおいて重心が投影される位置G(重心からの鉛直線が車輪12R,12Lの回転軸がある水平面に交わる位置))であると近似できる。その場合にはロール角やピッチ角の大きさにより車体の傾きを求め、その傾きに応じて移動する重心の位置を考慮して旋回中心を推定し、その位置を反映して前輪15R、15Lの位置での旋回角速度を算出する。簡易的には重心の位置は変動がないものとして計算する方法、車輪12R,12Lの回転軸の中央Cであると近似する方法が例示できる。   Therefore, the turning angle αR of the right front wheel 15R is a direction obtained by combining VR and the turning speed derived from the turning angular speed at the positions of the front wheels 15R and 15L calculated from ωgyaw, and the turning angle αL of the left front wheel 15L is VL. And ωgyaw. Therefore, the turning angular velocity ωgyaw can be calculated from the turning angles αR, αL detected from the front wheels 15R, 15L and the speeds VR, VL of the left and right wheels 12R, 12L calculated from the rotational speeds of the left and right wheels 12R, 12L. The center of gravity of the personal vehicle is the position of the center of gravity (the position G where the center of gravity is projected at the height of the rotational axis of the wheels 12R, 12L in the ± Z direction of the personal vehicle (the vertical line from the center of gravity is the rotational axis of the wheels 12R, 12L) It can be approximated that there is a position that intersects a horizontal plane))). In that case, the inclination of the vehicle body is obtained by the size of the roll angle and the pitch angle, the turning center is estimated in consideration of the position of the center of gravity moving according to the inclination, and the position of the front wheels 15R, 15L is reflected by reflecting the position. The turning angular velocity at the position is calculated. For example, a method of calculating that the position of the center of gravity does not vary and a method of approximating the center C of the rotating shafts of the wheels 12R and 12L can be exemplified.

ここで、前輪15R,15Lの旋回角度は特にどこを基準としてもよいが、本明細書においては真っ直ぐ前方に走行したときの前輪15R,15Lの向きを0°(すなわち、軸Sに対して車輪152の回転軸が真後ろに存在する方向である)とし、そこを基準として左右に180°〜−180°の範囲でキャスタの旋回角度を表すこととする。   Here, the turning angle of the front wheels 15R and 15L may be any reference, but in this specification, the direction of the front wheels 15R and 15L when traveling straight forward is 0 ° (that is, the wheel with respect to the axis S). The rotation angle of the caster is expressed in the range of 180 ° to −180 ° to the left and right with reference to that.

このように旋回角速度を算出する場合に、右前輪15Rの旋回角度αRから算出された旋回角速度と、左前輪15Lの旋回角度αLから算出された旋回角速度との双方を用いて旋回角速度を算出することが望ましい。例えば、単純に相加平均を行うことができる。更に、両者の値を比較して一定以上の大きさの差が存在する場合には少なくとも一方の前輪について旋回角度が車体の運動状態を反映していないものと推測する。例えば、一定以上の差が存在する場合には前輪から算出した旋回角速度の値を用いないようにすることができる。また、駆動用の左右の車輪12R,12Lの回転数から両者の速度VR、VLを算出し、それらの値から旋回角速度を算出した値を旋回角速度としてそのまま用いたり、算出した値と、左右の前輪15R,15Lから検知した旋回角速度αR.αLの値と比較して、より近い値を精確な値であると推定して用いたりすることができる。   Thus, when calculating the turning angular velocity, the turning angular velocity is calculated using both the turning angular velocity calculated from the turning angle αR of the right front wheel 15R and the turning angular velocity calculated from the turning angle αL of the left front wheel 15L. It is desirable. For example, an arithmetic average can be simply performed. Furthermore, when both values are compared and a difference of a certain level or more exists, it is estimated that the turning angle of at least one of the front wheels does not reflect the motion state of the vehicle body. For example, when there is a certain difference or more, it is possible not to use the value of the turning angular velocity calculated from the front wheels. Moreover, both speeds VR and VL are calculated from the rotational speeds of the left and right wheels 12R and 12L for driving, and the value obtained by calculating the turning angular velocity from these values is used as the turning angular speed, or the calculated value and the left and right wheels The turning angular velocity αR. Detected from the front wheels 15R, 15L. Compared with the value of αL, a closer value can be estimated and used as an accurate value.

後輪17は、車体11の左右方向に配置され、左右に移動可能なオムニホイールが例示されるが、これに限定されない。なお、後輪17は車幅方向の中央に配置されても良く、後輪17の数も特に限定されない。なお、本実施形態においては前輪の旋回角度を求めて車体の旋回角速度を検知する構成であるが後輪に回転自在なキャスタを採用することにより後輪を用いた旋回角速度の検知手段を構成することも可能である。前輪、後輪のうちどちらを旋回角速度の検知に用いると望ましいかは前輪、後輪のうち常時路面に接地している状態に近い方を用いることが望ましい。   The rear wheel 17 is disposed in the left-right direction of the vehicle body 11 and is exemplified by an omni wheel that can move left and right, but is not limited thereto. In addition, the rear wheel 17 may be arrange | positioned in the center of the vehicle width direction, and the number of the rear wheels 17 is not specifically limited. In this embodiment, the turning angle of the front wheel is obtained and the turning angular velocity of the vehicle body is detected. However, by using a rotatable caster for the rear wheel, the turning angular velocity detecting means using the rear wheel is constituted. It is also possible. Which of the front wheels and the rear wheels is preferably used for detection of the turning angular velocity is preferably the front wheel or the rear wheel that is close to the state of being always in contact with the road surface.

図3は、実施形態のパーソナルビークルが備えるパーソナルビークル制御装置(制御装置)の構成を説明するブロック図である。図3に示すように、パーソナルビークル制御装置は、操作部14、センサ系、制御部2、および車輪駆動系で構成されている。   FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a personal vehicle control device (control device) included in the personal vehicle according to the embodiment. As shown in FIG. 3, the personal vehicle control device includes an operation unit 14, a sensor system, a control unit 2, and a wheel drive system.

操作部14は、着座部10に着座している使用者が操作し易いように、着座部10付近に設けられている。なお、操作部14を設ける位置や態様は、特に限定されず、車体11から分離するリモコン方式の操作部でもよい。操作部14は、制御部2内のAD変換器21を経由してCPU23に原指令値を入力するための部位であり、いわゆるジョイスティックで形成されている。操作部14は、車両走行速度を指令する速度指令部141と、旋回角速度を指令する旋回角速度指令部142とを備えている。操作部14を前方に傾けると、速度指令部141から前進指令が出力される。操作部14を後方に傾けると、速度指令部141から後退指令が出力される。そして、操作部14の前後方向の傾き角度に応じて、直進速度指令値Vrefが増加する方式が採用されている。また、操作部14を右方に傾けると、旋回角速度指令部142から車体11を右旋回させる指令が出力される。操作部14を左方に傾けると、旋回角速度指令部142から車体11を左旋回させる指令が出力される。そして、操作部14の右左方向の傾き角度に応じて、旋回角速度指令値(目標旋回角速度)ωrefの絶対値が増加する方式が採用されている。ただし、操作部14はジョイスティックを用いた方式に限定されるものではない。   The operation unit 14 is provided in the vicinity of the seating unit 10 so that a user sitting on the seating unit 10 can easily operate. In addition, the position and aspect in which the operation unit 14 is provided are not particularly limited, and may be a remote control type operation unit that is separated from the vehicle body 11. The operation unit 14 is a part for inputting an original command value to the CPU 23 via the AD converter 21 in the control unit 2 and is formed of a so-called joystick. The operation unit 14 includes a speed command unit 141 that commands a vehicle travel speed and a turning angular speed command unit 142 that commands a turning angular speed. When the operation unit 14 is tilted forward, a forward command is output from the speed command unit 141. When the operation unit 14 is tilted backward, a reverse command is output from the speed command unit 141. Then, a method is adopted in which the straight traveling speed command value Vref increases according to the tilt angle of the operation unit 14 in the front-rear direction. When the operation unit 14 is tilted to the right, a command for turning the vehicle body 11 to the right is output from the turning angular velocity command unit 142. When the operation unit 14 is tilted to the left, a command for turning the vehicle body 11 to the left is output from the turning angular velocity command unit 142. A method is employed in which the absolute value of the turning angular velocity command value (target turning angular velocity) ωref increases in accordance with the right / left inclination angle of the operation unit 14. However, the operation unit 14 is not limited to a method using a joystick.

図3に示すように、センサ系は、車体11に設けられたレートジャイロ(ピッチ軸、ロール軸を軸とする旋回角速度(ピッチレート、ロールレート)を検出する旋回角速度検出部を含む)51、加速度計52、右の車輪エンコーダ53R、および左の車輪エンコーダ53Lを備えている。レートジャイロ51および加速度計52の信号は、それぞれ制御部2内のAD変換器21を介してCPU23に入力される。各車輪エンコーダ53R、53Lの信号は、それぞれ制御部2内のカウンタ22を介してCPU23に入力される。   As shown in FIG. 3, the sensor system includes a rate gyro (including a turning angular velocity detection unit that detects a turning angular velocity (pitch rate, roll rate) about the pitch axis and the roll axis) provided in the vehicle body 11, An accelerometer 52, a right wheel encoder 53R, and a left wheel encoder 53L are provided. Signals from the rate gyro 51 and the accelerometer 52 are input to the CPU 23 via the AD converter 21 in the control unit 2. Signals from the wheel encoders 53R and 53L are input to the CPU 23 via the counter 22 in the control unit 2, respectively.

先述した旋回角速度ωgyawの算出はセンサ系から入力された種々の信号からCPU23上のロジックにより算出される。具体的にはポテンショメータ(前輪旋回角度センサ)54から入力される前輪15R、15Lの旋回角度、左右の車輪エンコーダ53R,53Lからカウンタ22を介して入力される左右の車輪12R、12Lの回転速度とから前述の方法にて算出する(実旋回角速度算出部)。   The above-described calculation of the turning angular velocity ωgyaw is calculated by the logic on the CPU 23 from various signals input from the sensor system. Specifically, the turning angles of the front wheels 15R and 15L inputted from the potentiometer (front wheel turning angle sensor) 54, the rotational speeds of the left and right wheels 12R and 12L inputted via the counter 22 from the left and right wheel encoders 53R and 53L, Is calculated by the above-described method (actual turning angular velocity calculation unit).

なお、左右車輪の車輪エンコーダ53R、53Lからカウンタ22を介して入力された左右の車輪12R、12Lの回転速度の差からヨーレートを検出する機能を設けても良い。つまり、左右車輪の回転速度をそれぞれの車輪エンコーダ53R、53Lから取得し、その回転速度差を算出した上で、それぞれの車輪の径を考慮することで車体11のヨーレートを検出することができる。   A function of detecting the yaw rate from the difference in rotational speed between the left and right wheels 12R and 12L input from the wheel encoders 53R and 53L of the left and right wheels via the counter 22 may be provided. In other words, the yaw rate of the vehicle body 11 can be detected by acquiring the rotational speeds of the left and right wheels from the respective wheel encoders 53R and 53L, calculating the rotational speed difference, and taking the diameters of the respective wheels into consideration.

レートジャイロ51によれば、車体11の重心位置Gを中心とするピッチ方向の角速度、ロール方向の角速度がそれぞれ検知される。ピッチ方向とは、ビークル1の前進後退方向(図2の矢印Fx、Rx方向)において、車輪12の径方向の中心12aの周りに回転運動する方向を意味する。なお、左右の車輪12R、12Lの回転中心12aを結んだ回転軸線は、ピッチ方向の運動の中心であるピッチ軸に相当する。   According to the rate gyro 51, the angular velocity in the pitch direction and the angular velocity in the roll direction around the center of gravity G of the vehicle body 11 are detected. The pitch direction means the direction of rotational movement around the radial center 12a of the wheel 12 in the forward and backward direction of the vehicle 1 (arrow Fx and Rx directions in FIG. 2). The rotation axis connecting the rotation centers 12a of the left and right wheels 12R and 12L corresponds to the pitch axis that is the center of movement in the pitch direction.

加速度計52は、ビークル1の車体11の前進後退方向(x方向)の加速度、車体11の左右移動方向(y方向)の加速度、車体11の上下方向(z方向)の加速度をそれぞれ検知することができる。加速度計52の出力値は、ビークル1がピッチ方向に傾斜しているとき、重力加速度gの影響を受ける。このため、加速度計52は、ビークル1のピッチ角度θ1(図2参照)やロール角度θ2を検知することができる。   The accelerometer 52 detects acceleration in the forward / backward direction (x direction) of the vehicle body 11 of the vehicle 1, acceleration in the horizontal movement direction (y direction) of the vehicle body 11, and acceleration in the vertical direction (z direction) of the vehicle body 11. Can do. The output value of the accelerometer 52 is affected by the gravitational acceleration g when the vehicle 1 is inclined in the pitch direction. For this reason, the accelerometer 52 can detect the pitch angle θ1 (see FIG. 2) and the roll angle θ2 of the vehicle 1.

このように、レートジャイロ51および加速度計52は、図2の水平線に対する路面90の路面傾斜角度αx、すなわち車体11のピッチ方向の傾斜角度θ1を求めるセンサとして機能することができる。更に、レートジャイロ51および加速度計52は、図5の水平線に対する路面90の路面傾斜角度αy、すなわち車体11のロール方向の傾斜角度θ2を求めるセンサとしても機能することができる。   As described above, the rate gyro 51 and the accelerometer 52 can function as sensors for determining the road surface inclination angle αx of the road surface 90 with respect to the horizontal line in FIG. 2, that is, the inclination angle θ1 of the vehicle body 11 in the pitch direction. Further, the rate gyro 51 and the accelerometer 52 can also function as sensors for determining the road surface inclination angle αy of the road surface 90 with respect to the horizontal line in FIG. 5, that is, the inclination angle θ2 of the vehicle body 11 in the roll direction.

路面傾斜角度αxの検知形態について、更に説明を加える。図4は、加速度信号およびレートジャイロ信号に基づいた物理量をフィルタ処理して路面傾斜角度αxを算出する形態を説明する説明図である。加速度計52は、路面90の路面傾斜角度αxを検知する傾斜計としての利用が可能である。しかしながら、加速度計52は車体11の前進後退の加速度の影響を受けるため、それが路面傾斜角度αxの計測誤差の要因となる。一方、レートジャイロ51が求めたレートジャイロ信号をCPU23で積分することにより路面傾斜角度αxが得られるが、積分によるドリフトの累積誤差が問題となる。ピッチ方向の路面傾斜角度αxにおける上述の説明はロール方向の路面傾斜角度αyについても同様に適用できる(図4における記載のうち、x軸方向をy軸方向に、ピッチ方向をロール方向にそれぞれ修正することによりロール方向の路面傾斜角度αyについての説明に変換できる。以下、「ピッチ方向の路面傾斜角度αxについての説明を行うことにより「ロール方向の路面傾斜角度αy」についての説明も併せて行う。)。   The detection form of the road surface inclination angle αx will be further described. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a form in which the road surface inclination angle αx is calculated by filtering the physical quantity based on the acceleration signal and the rate gyro signal. The accelerometer 52 can be used as an inclinometer that detects the road surface inclination angle αx of the road surface 90. However, since the accelerometer 52 is affected by the acceleration of the vehicle body 11 moving forward and backward, it causes a measurement error of the road surface inclination angle αx. On the other hand, the road surface inclination angle αx is obtained by integrating the rate gyro signal obtained by the rate gyro 51 by the CPU 23, but the accumulated error of drift due to integration becomes a problem. The above description regarding the road surface inclination angle αx in the pitch direction can be similarly applied to the road surface inclination angle αy in the roll direction (among the description in FIG. 4, the x-axis direction is corrected to the y-axis direction and the pitch direction is corrected to the roll direction, respectively). This can be converted into a description of the road surface inclination angle αy in the roll direction.Hereinafter, “the road surface inclination angle αy in the roll direction” will also be described by explaining “the road surface inclination angle αx in the pitch direction”. .)

そこで、図4に示すように、制御部2は、一方のセンサとしての加速度計52から求めたビークル1のx方向の加速度の出力accxに基づいて、重力加速度gを考慮し、sin−1(accx/g)の値を求める。更に、その値をローパスフィルタ(カットオフ周波数fc)でフィルタリングして、高周波域のノイズを除去した値θHL1xを求める。また、制御部2は、他方のセンサとしてのレートジャイロ51の出力値であるピッチ方向の旋回角速度ωgpitを時間積分した積分値を求め、その積分値をハイパスフィルタ(カットオフ周波数fc)でフィルタリングして、低周波域のノイズを除去した値θHL2xを求める。 Therefore, as shown in FIG. 4, the control unit 2 considers the gravitational acceleration g based on the acceleration accx in the x direction of the vehicle 1 obtained from the accelerometer 52 as one sensor, and sin −1 ( accx / g). Further, the value is filtered by a low-pass filter (cut-off frequency fc) to obtain a value θHL1x from which high-frequency noise is removed. Further, the control unit 2 obtains an integral value obtained by time-integrating the turning angular velocity ωgpit in the pitch direction that is an output value of the rate gyro 51 as the other sensor, and filters the integral value with a high-pass filter (cutoff frequency fc). Then, a value θHL2x from which noise in the low frequency range is removed is obtained.

制御部2は、2つの値θHL1xおよび値θHL2xを加算して路面傾斜角度αxを求める。上記したように加速度計52の出力値に基づく値θHL1xについては、ローパスフィルタによりフィルタリングしている。これに対して、レートジャイロ51の出力値に基づく値θHL2xについては、ハイパスフィルタによりフィルタリングしている。つまり、高周波域で精度が充分ではない加速度計52と、低周波域で精度が充分ではないレートジャイロ51とで、それぞれのセンサ特性を互いに補い合っている。これにより、低周波数域から高周波数域を通して路面傾斜角度αxの検知精度を高めることができる。なお、ローパスフィルタのカットオフ周波数fcはハイパスフィルタのカットオフ周波数fcと同値にするのが好ましく、これに限定されない。   The control unit 2 adds the two values θHL1x and the value θHL2x to obtain the road surface inclination angle αx. As described above, the value θHL1x based on the output value of the accelerometer 52 is filtered by the low-pass filter. On the other hand, the value θHL2x based on the output value of the rate gyro 51 is filtered by a high-pass filter. In other words, the accelerometer 52 whose accuracy is not sufficient in the high frequency range and the rate gyro 51 whose accuracy is not sufficient in the low frequency range complement each other. Thereby, the detection accuracy of the road surface inclination angle αx can be increased from the low frequency range to the high frequency range. The cut-off frequency fc of the low-pass filter is preferably the same value as the cut-off frequency fc of the high-pass filter, but is not limited to this.

右の車輪エンコーダ53Rは、右車輪12Rの回転角度θRを検知する右車輪センサであり、後述する左の車輪のエンコーダ53Lと併せてビークル1の速度センサとしても機能する。左の車輪エンコーダ53Lは、左車輪12Lの回転角度θLを検知する左車輪センサであり、右の車輪エンコーダ53Rと併せてビークル1の速度センサとしても機能する。CPU23により、右車輪12Rの回転角度θR、および左車輪12Lの回転角度θLをそれぞれ時間微分すると、右車輪12Rの回転角速度θドットR、および左車輪12Lの回転角速度θドットLが得られる。ドットは微分値を意味する。つまり、右左の車輪エンコーダ53R、53Lは、回転角速度θドットR、θドットLを検知する回転角速度センサとしても機能する。   The right wheel encoder 53R is a right wheel sensor that detects the rotation angle θR of the right wheel 12R, and also functions as a speed sensor of the vehicle 1 in combination with a left wheel encoder 53L described later. The left wheel encoder 53L is a left wheel sensor that detects the rotation angle θL of the left wheel 12L, and also functions as a speed sensor of the vehicle 1 together with the right wheel encoder 53R. When the CPU 23 differentiates the rotation angle θR of the right wheel 12R and the rotation angle θL of the left wheel 12L with respect to time, the rotation angular velocity θ dot R of the right wheel 12R and the rotation angular velocity θ dot L of the left wheel 12L are obtained. A dot means a differential value. That is, the right and left wheel encoders 53R and 53L also function as rotational angular velocity sensors that detect the rotational angular velocities θdot R and θdotL.

制御部2は、インターフェース機能をもつAD変換器21と、カウンタ22と、単数または複数のCPU23と、インターフェース機能をもつDA変換器24とを備える。AD変換器21は、操作部14、レートジャイロ51、ポテンショメータ54、および加速度計52から入力された信号をAD変換してCPU23に受け渡す。カウンタ22は、右の車輪エンコーダ53Rおよび左の車輪エンコーダ53Lから入力された信号をCPU23に受け渡す。CPU23は、AD変換器21およびカウンタ22から各種信号を受け取り、後述する各種の演算を行ってビークル1の走行制御に必要な実指令値を求める。DA変換器24は、CPU23の実指令値をDA変換して車両駆動系に出力する。   The control unit 2 includes an AD converter 21 having an interface function, a counter 22, one or more CPUs 23, and a DA converter 24 having an interface function. The AD converter 21 performs AD conversion on the signals input from the operation unit 14, the rate gyro 51, the potentiometer 54, and the accelerometer 52, and passes them to the CPU 23. The counter 22 delivers the signals input from the right wheel encoder 53R and the left wheel encoder 53L to the CPU 23. The CPU 23 receives various signals from the AD converter 21 and the counter 22, performs various calculations described later, and obtains an actual command value necessary for traveling control of the vehicle 1. The DA converter 24 DA-converts the actual command value of the CPU 23 and outputs it to the vehicle drive system.

車輪駆動系は、右の車輪モータ13R、右の車輪モータドライバ131、左の車輪モータ13L、および左の車輪モータドライバ132を備えている。右左の車輪モータドライバ131、132には、CPU23からDA変換器24を介して実指令値が入力される。右の車輪モータドライバ131により右の車輪モータ13Rが制御され、右車輪12Rの回転駆動が制御される。左の車輪モータドライバ132により左の車輪モータ13Lが制御され、左車輪12Lの回転駆動が制御される。   The wheel drive system includes a right wheel motor 13R, a right wheel motor driver 131, a left wheel motor 13L, and a left wheel motor driver 132. Actual command values are input from the CPU 23 to the right and left wheel motor drivers 131 and 132 via the DA converter 24. The right wheel motor driver 131 controls the right wheel motor 13R, and the rotation drive of the right wheel 12R is controlled. The left wheel motor driver 132 controls the left wheel motor 13L, and the rotation drive of the left wheel 12L is controlled.

着座部10に着座している使用者が操作部14を操作すると、操作部14の操作に応じて、ビークル1の直進速度指令値Vrefおよび旋回角速度指令値ωrefが制御部2へと出力される。制御部2で、直進速度指令値Vrefおよび旋回角速度指令値ωrefは、例えば、次の式(1)に基づいて右車輪12Rの回転角速度指令値θドットR_refに変換され、かつ、式(2)に基づいて左車輪12Lの回転角速度指令値θドットL_refに変換される。式(1)および式(2)において、Tは右車輪12Rと左車輪12Lとの間の距離(トレッド)を示す。R_rは右車輪12Rの半径を示す。R_lは左車輪12Lの半径を示す。   When a user sitting on the seating unit 10 operates the operation unit 14, the straight traveling speed command value Vref and the turning angular speed command value ωref of the vehicle 1 are output to the control unit 2 in accordance with the operation of the operation unit 14. . In the control unit 2, the straight traveling speed command value Vref and the turning angular speed command value ωref are converted into the rotational angular speed command value θ dot R_ref of the right wheel 12R based on the following formula (1), for example, and the formula (2) Is converted into a rotational angular velocity command value θ dot L_ref of the left wheel 12L. In the equations (1) and (2), T represents the distance (tread) between the right wheel 12R and the left wheel 12L. R_r indicates the radius of the right wheel 12R. R_l indicates the radius of the left wheel 12L.

Figure 2015024013
Figure 2015024013

Figure 2015024013
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式(1)および式(2)によれば、直進速度指令値Vrefが大きいほど、かつ、右車輪12Rの半径R_rおよび左車輪12Lの半径R_lが小さいほど、右車輪12Rの回転角速度指令値θドットR_refおよび左車輪12Lの回転角速度指令値θドットL_refは増加する。右左の回転角速度指令値θドットR_ref、θドットL_refは、実指令値である。   According to the equations (1) and (2), the greater the straight speed command value Vref, and the smaller the radius R_r of the right wheel 12R and the radius R_l of the left wheel 12L, the rotation angular velocity command value θ of the right wheel 12R. The dot R_ref and the rotational angular velocity command value θ dot L_ref of the left wheel 12L increase. The right and left rotational angular velocity command values θ dot R_ref and θ dot L_ref are actual command values.

更に、制御部2で、下記の式(3)に基づいて右車輪12Rの駆動トルクTRが求められ、同様に、下記の式(4)に基づいて左車輪12Lの駆動トルクTLが求められる。   Further, the control unit 2 obtains the drive torque TR of the right wheel 12R based on the following equation (3), and similarly obtains the drive torque TL of the left wheel 12L based on the following equation (4).

Figure 2015024013
Figure 2015024013

Figure 2015024013
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式(3)および式(4)において、KVRは右車輪12Rの回転角速度フィードバックゲインを示し、KVLは左車輪12Lの回転角速度フィードバックゲインを示す。また、KPRは右車輪12Rの回転角度フィードバックゲインを示し、KPLは左車輪12Lの回転角度フィードバックゲインを示す。θRは右車輪12Rの回転角度を示し、θLは左車輪12Lの回転角度を示す。θドットRは右車輪12Rの回転角度を時間で微分した回転角速度を示す。θドットLは左車輪12Lの回転角度を時間で微分した回転角速度を示す。求められた右左の駆動トルクTR、TLは実指令値である。   In equations (3) and (4), KVR represents the rotational angular velocity feedback gain of the right wheel 12R, and KVL represents the rotational angular velocity feedback gain of the left wheel 12L. KPR represents the rotation angle feedback gain of the right wheel 12R, and KPL represents the rotation angle feedback gain of the left wheel 12L. θR indicates the rotation angle of the right wheel 12R, and θL indicates the rotation angle of the left wheel 12L. The θ dot R indicates the rotation angular velocity obtained by differentiating the rotation angle of the right wheel 12R with respect to time. The θ dot L indicates the rotational angular velocity obtained by differentiating the rotational angle of the left wheel 12L with respect to time. The obtained right and left driving torques TR and TL are actual command values.

式(3)によれば、検知された右車輪12Rの回転角速度θドットRと、指令された右車輪12Rの回転角速度指令値θドットR_refとの差が大きいほど、右車輪12Rの駆動トルクTRが大きい。また式(4)によれば、検知された左車輪12Lの回転角速度θドットLと、指令された左車輪12Lの回転角速度指令値θドットL_refとの差が大きいほど、左車輪12Lの駆動トルクTLが大きい。   According to equation (3), the greater the difference between the detected rotational angular velocity θ dot R of the right wheel 12R and the commanded rotational angular velocity command value θ dot R_ref of the right wheel 12R, the greater the driving torque TR of the right wheel 12R. Is big. Further, according to the equation (4), the drive torque of the left wheel 12L increases as the difference between the detected rotational angular velocity θ dot L of the left wheel 12L and the commanded rotational angular velocity command value θ dot L_ref of the left wheel 12L increases. TL is large.

このように求められた右車輪12Rの駆動トルクTRおよび左車輪12Lの駆動トルクTLに基づいて、ビークル1の前進後退の制御および旋回の制御が制御部2により実現される。右車輪12Rの駆動トルクTRおよび左車輪12Lの駆動トルクTLが基本的に同一であれば、ビークル1は直進する。右車輪12Rの駆動トルクTRが左車輪12Lの駆動トルクTLよりも大きければ、ビークル1は左方に旋回走行する。左車輪12Lの駆動トルクTLが右車輪12Rの駆動トルクTRがよりも大きければ、ビークル1は右方に旋回走行する。   Based on the drive torque TR of the right wheel 12R and the drive torque TL of the left wheel 12L obtained in this way, control of forward and backward movement and turning of the vehicle 1 are realized by the control unit 2. If the drive torque TR of the right wheel 12R and the drive torque TL of the left wheel 12L are basically the same, the vehicle 1 goes straight. If the driving torque TR of the right wheel 12R is larger than the driving torque TL of the left wheel 12L, the vehicle 1 turns to the left. If the driving torque TL of the left wheel 12L is larger than the driving torque TR of the right wheel 12R, the vehicle 1 turns to the right.

なお、右車輪12Rおよび左車輪12Lの半径R_r、半径R_lは、基本的には通常ほぼ同じ長さであると考えられるため、次の式(5)が成立する。従って、式(1)および式(2)において式(5)を代入し、演算処理を簡素化してもよい。   Note that the radius R_r and the radius R_l of the right wheel 12R and the left wheel 12L are basically considered to be generally the same length, and therefore the following equation (5) is established. Therefore, the calculation process may be simplified by substituting the expression (5) in the expressions (1) and (2).

Figure 2015024013
Figure 2015024013

本実施形態においては直進走行性を向上するために車体のヨー軸周りの実際の旋回角速度(旋回角速度ωgyaw)を目標とする旋回角速度(旋回角速度指令値ωref)に近づけるようなフィードバック制御を行う。例えば、図5に例示されたカント走行時には車体のヨー軸周りの旋回角速度が存在するため、いわゆる片流れが生じるが、そのような片流れを解消することを目的として行うビークル1のずり落ちを防止して直進走行性を向上する制御である。また、片流れが生じない場合であっても予期せぬ事象により車体が旋回することも考えられ、その場合にはその予期せぬ旋回を回復することが望まれる。   In the present embodiment, feedback control is performed so that the actual turning angular speed (turning angular speed ωgyaw) around the yaw axis of the vehicle body approaches the target turning angular speed (turning angular speed command value ωref) in order to improve straight traveling performance. For example, during the cant travel illustrated in FIG. 5, there is a turning angular velocity around the yaw axis of the vehicle body, so that a so-called single flow occurs. This prevents the vehicle 1 from sliding down for the purpose of eliminating such single flow. This is a control that improves straight running performance. Even if a single flow does not occur, the vehicle body may turn due to an unexpected event. In this case, it is desirable to recover the unexpected turn.

旋回角速度に関する具体的な制御内容を以下に記載する。図5は、図1に示したパーソナルビークルがカント走行している状態を模式的に説明する背面図である。図5に示すように、路面90のロール角度αyが大きいとき、ビークル1がカント走行する場合に、ヨー軸回りのモーメントが発生するおそれがある。この場合、ビークル1に着座している使用者が、操作部14(ジョイスティック)で路面90を横切る方向(図5の紙面の垂直方向)に直進走行指令を入力しているにもかかわらず、路面90の斜面下方へ向けてビークル1が重力の影響でずり落ちるおそれがある(図5中の白抜きの幅広の矢印参照。片流れ。)。   Specific control contents regarding the turning angular velocity will be described below. FIG. 5 is a rear view schematically illustrating a state where the personal vehicle shown in FIG. As shown in FIG. 5, when the roll angle αy of the road surface 90 is large, a moment around the yaw axis may be generated when the vehicle 1 cant travels. In this case, even though the user sitting on the vehicle 1 inputs a straight traveling command in the direction crossing the road surface 90 (perpendicular to the plane of FIG. 5) with the operation unit 14 (joystick), the road surface There is a possibility that the vehicle 1 may slide down due to the influence of gravity toward the lower side of the slope of 90 (see the white broad arrow in FIG. 5; one-sided flow).

まず、操作部から入力された旋回角度に関する指令値と、ヨー軸に対する旋回角速度との差および原指令値に基づいて、その差が小さくなるように実指令値を求め、更に、操作部から入力された旋回角度に関する指令値と、ヨー軸に対する旋回角速度との差を時間積分した積分値を求め、求めた積分値および原指令値に基づいて、その差が小さくなるように実指令値を求める。   First, based on the difference between the command value related to the turning angle input from the operation unit and the turning angular velocity with respect to the yaw axis and the original command value, the actual command value is obtained so that the difference becomes smaller, and further input from the operation unit An integral value is obtained by time-integrating the difference between the command value related to the turning angle and the turning angular velocity with respect to the yaw axis, and an actual command value is obtained based on the obtained integrated value and original command value so that the difference is reduced. .

制御部2は、前輪15Rおよび15Lの旋回角度である実キャスタ旋回角度から旋回角速度ωgyawを上述した方法により算出する。制御部2は、次に、操作部14から入力された旋回角速度指令値ωrefを求める。制御部2は、更に、旋回角速度指令値ωrefと旋回角速度ωgyawとの差(ωref−ωgyaw)を求める。差(ωref−ωgyaw)が大きいほど、路面90をカント走行するビークル1はずり落ちるおそれが増加する。この差(ωref−ωgyaw)はフィードバック制御のいわゆる比例項として用いる。   The control unit 2 calculates the turning angular velocity ωgyaw from the actual caster turning angle that is the turning angle of the front wheels 15R and 15L by the method described above. Next, the control unit 2 obtains the turning angular velocity command value ωref input from the operation unit 14. The control unit 2 further obtains a difference (ωref−ωgyaw) between the turning angular velocity command value ωref and the turning angular velocity ωgyaw. The greater the difference (ωref−ωgyaw), the greater the risk that the vehicle 1 that cant travel on the road surface 90 will fall off. This difference (ωref−ωgyaw) is used as a so-called proportional term for feedback control.

つまり、制御部2は前述した式(1)に代えて式(6)を用いることができ、式(2)に代えて式(7)を用いることができる。式(1)や(2)を式(6)や(7)に切り替えることは常に行っても良いし何らかの条件(ロール角度の大きさなど)により切り替えても良い。以下、式(6)および(7)について詳述する。   That is, the control unit 2 can use the formula (6) instead of the above-described formula (1), and can use the formula (7) instead of the formula (2). Switching the formulas (1) and (2) to the formulas (6) and (7) may always be performed, or may be switched according to some condition (such as the roll angle). Hereinafter, formulas (6) and (7) will be described in detail.

制御部2は、式(6)に基づいて、差(ωref−ωgyaw)の大きさに応じて、右車輪12Rの回転角速度指令値θドットR_refを求める。更に、制御部2は、式(7)に基づいて、差(ωref−ωgyaw)の大きさに応じて、左車輪12Lの回転角速度指令値θドットL_refを求める。このような実指令値の演算は、原指令値である直進速度指令値Vrefおよび旋回角速度指令値ωrefに基づく演算およびフィードバック制御による補正演算で実現されている。   Based on the equation (6), the control unit 2 obtains the rotational angular velocity command value θ dot R_ref of the right wheel 12R according to the magnitude of the difference (ωref−ωgyaw). Further, the control unit 2 obtains the rotational angular velocity command value θ dot L_ref of the left wheel 12L according to the magnitude of the difference (ωref−ωgyaw) based on the equation (7). Such calculation of the actual command value is realized by calculation based on the straight command speed command value Vref and the turning angular speed command value ωref, which are original command values, and correction calculation by feedback control.

詳述すると、式(6)および式(7)の右辺は、3つの項で構成されている。右辺の第1項は直進速度指令値Vrefを車輪の半径R_r、R_lで除算した項であり、第2項は右左の車輪間距離T(トレッド)を車輪の半径R_r、R_lの2倍で除算して旋回角速度指令値ωrefを乗算した項である。つまり、第1項および第2項は原指令値に基づいた項である。また、差(ωref−ωgyaw)に旋回角速度フィードバックゲインKωを乗算した第3項は、第1演算則に係る項であり、換言すれば比例項を用いたフィードバック制御の項である。   More specifically, the right side of Equation (6) and Equation (7) is composed of three terms. The first term on the right side is the term obtained by dividing the straight speed command value Vref by the wheel radii R_r, R_l, and the second term is the right-to-left wheel distance T (tread) divided by twice the wheel radii R_r, R_l. And the product of the turning angular velocity command value ωref. That is, the first term and the second term are terms based on the original command value. The third term obtained by multiplying the difference (ωref−ωgyaw) by the turning angular velocity feedback gain Kω is a term relating to the first arithmetic rule, in other words, a term for feedback control using a proportional term.

第1項のみは、式(6)および式(7)でともに正符号である。また、第2項および第3項は、互いに絶対値が等しく、式(6)で正符号、式(7)で負符号となっている。なお、式(6)および式(7)の第3項は、差(ωref−ωgyaw)の代わりに旋回角速度指令値ωrefと旋回角速度ωgyawとの比率(ωref/ωgyaw)を含む項や、差(ωref−ωgyaw)および比率(ωref/ωgyaw)の両方を含む項に置き換えることもできる。   Only the first term is a plus sign in both equations (6) and (7). The second and third terms have the same absolute value, and have a positive sign in equation (6) and a negative sign in equation (7). Note that the third term of the equations (6) and (7) includes a term including a ratio (ωref / ωgyaw) between the turning angular velocity command value ωref and the turning angular velocity ωgyaow, instead of the difference (ωref−ωgyaw), and the difference ( It can also be replaced by a term that includes both (ωref−ωgyaw) and the ratio (ωref / ωgyaw).

そして、求められた回転角速度指令値θドットR_ref、θドットL_refが式(3)および式(4)に代入されることにより、右車輪12Rの駆動トルクTRおよび左車輪12Lの駆動トルクTLが求められる。これにより、路面90をカント走行するビークル1のずり落ちが抑制され、ビークル1の直進走行性が確保される。   Then, the calculated rotational angular velocity command values θ dot R_ref and θ dot L_ref are substituted into the equations (3) and (4), thereby obtaining the drive torque TR of the right wheel 12R and the drive torque TL of the left wheel 12L. It is done. Thereby, slipping of the vehicle 1 that cant travels on the road surface 90 is suppressed, and the straight traveling performance of the vehicle 1 is ensured.

ここで、式(6)および式(7)に基づけば、差(ωref−ωgyaw)が大きいほど、右車輪12Rの回転角速度指令値θドットR_refと左車輪12Lの回転角速度指令値θドットL_refとの差が増加する。かつ、差(ωref−ωgyaw)が小さいほど、右車輪12Rの回転角速度指令値θドットR_refと左車輪12Lの回転角速度指令値θドットL_refとの差が減少する。このためカント走行のときには、差(ωref−ωgyaw)を減少させるように(好ましくは0にさせるように)することが好ましい。式(6)、式(7)においては右車輪12Rの回転角速度指令値θドットR_refと左車輪12Lの回転角速度指令値θドットL_refとを直接導出しているが、計算の途中に種々の物理量を介して計算を行うことができるのは言う迄も無い。   Here, based on Expression (6) and Expression (7), as the difference (ωref−ωgyaw) is larger, the rotational angular velocity command value θ dot R_ref of the right wheel 12R and the rotational angular velocity command value θ dot L_ref of the left wheel 12L are The difference between Further, the smaller the difference (ωref−ωgyaw), the smaller the difference between the rotational angular velocity command value θ dot R_ref of the right wheel 12R and the rotational angular velocity command value θ dot L_ref of the left wheel 12L. For this reason, it is preferable to reduce the difference (ωref−ωgyaw) (preferably to zero) during cant traveling. In the equations (6) and (7), the rotational angular velocity command value θ dot R_ref of the right wheel 12R and the rotational angular velocity command value θ dot L_ref of the left wheel 12L are directly derived. It goes without saying that the calculation can be performed via

Figure 2015024013
Figure 2015024013
Figure 2015024013
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(実施形態2)
本形態のパーソナルビークルは、基本的な構成は前述の実施形態1のパーソナルビークルと同じ構成および作用効果を有する。以下では、異なる構成を中心に説明していく。
(Embodiment 2)
The personal vehicle according to the present embodiment has the same basic configuration and operational effects as those of the personal vehicle according to the first embodiment. Below, it demonstrates focusing on a different structure.

本形態のパーソナルビークルでは前述の操作部14に代えて、操作部14Aを採用する。操作部14Aは操作部14と同じ装置から構成され、前後左右方向に揺動自在でかつ操作しないときには基準位置B(前後方向および左右方向における中央)に復帰する竿状部材143を備える(図9)。   The personal vehicle of this embodiment employs an operation unit 14A in place of the operation unit 14 described above. The operation unit 14A includes the same device as the operation unit 14, and includes a hook-like member 143 that can swing in the front-rear and left-right directions and returns to the reference position B (the center in the front-rear direction and the left-right direction) when not operated (FIG. 9). ).

操作部14Aは、制御部2内のAD変換器21を経由してCPU23に原指令値を入力するための部位であり、いわゆるジョイスティックで形成されている。操作部14Aは、竿状部材143の前後方向の傾きの大きさを出力する前後方向傾き出力部141Aと、旋竿状部材143の左右方向の傾きの大きさを出力する左右方向傾き出力部142Aとを備えている。   The operation unit 14A is a part for inputting an original command value to the CPU 23 via the AD converter 21 in the control unit 2, and is formed of a so-called joystick. The operation unit 14A includes a front-rear direction tilt output unit 141A that outputs the magnitude of the front-rear direction tilt of the hook-shaped member 143, and a left-right direction tilt output unit 142A that outputs the magnitude of the left-right direction tilt of the lath-shaped member 143. And.

前後方向傾き出力部141Aは、竿状部材143を前方又は後方に傾けると、傾けた角度に応じた大きさの前後方向傾き信号を出力する(前方向が正、後ろ方向が負)。また、竿状部材143を右方又は左方に傾けると、左右方向傾き出力部142Aから傾けた角度に応じた大きさの左右方向傾き信号を出力する(右方向が正、左方向が負)。   When the hook-like member 143 is tilted forward or backward, the front-rear direction tilt output unit 141A outputs a front-rear direction tilt signal having a magnitude corresponding to the tilted angle (the forward direction is positive and the rear direction is negative). Further, when the hook-shaped member 143 is tilted to the right or left, a left-right direction tilt signal having a magnitude corresponding to the tilt angle is output from the left-right direction tilt output unit 142A (right direction is positive and left direction is negative). .

制御部2では前後方向傾き信号から直進速度指令値Vrefを算出し、前後方向傾き信号と左右方向傾き信号とから竿状部材143を傾けた方向である操作角度を算出する(例えば、(操作角度)=sin−1[(左右方向傾き信号)/{(前後方向傾き信号)+(左右方向傾き信号)0.5])。 The controller 2 calculates a straight speed command value Vref from the front / rear direction tilt signal, and calculates an operation angle that is a direction in which the hook-shaped member 143 is tilted from the front / rear direction tilt signal and the left / right direction tilt signal (for example, (operation angle ) = Sin −1 [(left / right direction tilt signal) / {(front / rear direction tilt signal) 2 + (left / right direction tilt signal) 2 } 0.5 ]).

以下、図9に基づいて具体的に説明を行う。図9は操作部14Aの竿状部材143の動きについて説明するための模式図であり、操作部14Aを竿状部材143の基準位置の延長線方向から見た図である。図9で示す基準位置Bが操作部14Aの竿状部材143について何も操作しない場合の基準の位置である。操作部14Aは、竿状部材143を図9のように前進方向から右方向に操作角度θだけ傾いた方向に揺動(図9では揺動の大きさは反映していない)するとき、前後進方向への揺動の大きさ(パーソナルビークルの前後方向への速度に関する指令値である前述の直進速度指令値Vref)と、竿状部材143が前進方向から左右方向に何度傾いているか(操作角度θ:前輪の目標旋回角度θ:右方向が正、左方向が負)とを出力する。   Hereinafter, a specific description will be given based on FIG. FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the movement of the hook-like member 143 of the operation portion 14A, and is a view of the operation portion 14A as viewed from the direction of the extension line of the reference position of the hook-like member 143. The reference position B shown in FIG. 9 is a reference position when no operation is performed on the hook-shaped member 143 of the operation unit 14A. The operation unit 14A moves back and forth when the hook-like member 143 swings in the direction inclined by the operation angle θ from the forward direction to the right as shown in FIG. 9 (the magnitude of the swing is not reflected in FIG. 9). The magnitude of the swing in the forward direction (the above-mentioned linear speed command value Vref, which is a command value related to the speed in the front-rear direction of the personal vehicle), and how many times the hook-like member 143 is tilted from the forward direction to the left-right direction ( Operation angle θ: front wheel target turning angle θ: right direction is positive and left direction is negative).

制御部2では前輪15R,15Lが向いている方向FR,FLから求めた旋回角度αR,αLの算術平均(実際の旋回角度α)が操作角度θ(目標旋回角度)に近づくように制御する。具体的には(操作角度θ)−(実際の旋回角度α)が正の場合には補正後操作角度θαを増加させ、負の場合には減少させる。   The control unit 2 performs control so that the arithmetic average (actual turning angle α) of the turning angles αR and αL obtained from the directions FR and FL in which the front wheels 15R and 15L are directed approaches the operation angle θ (target turning angle). Specifically, the corrected operation angle θα is increased when (operation angle θ) − (actual turning angle α) is positive, and is decreased when negative (negative).

例えば、図10に示すように、操作部14Aからの操作信号から操作角θを算出し、前輪15R,15Lから前輪の実際の角度である旋回角度αを算出する。つまり、算出した操作角度θから旋回角度αを減算した値(差分β)を用いて操作角度θの値を補正して補正後操作角度θαを算出する。具体的には差分βに比例定数Kkを乗じた値と、差分βの積分値βiに積分定数Kkiを乗じた値とを操作角度θに加算し、補正後の操作角度θαとする。差分βの絶対値、積分値βiのそれぞれについて一定の大きさを超えないように値を制限する。補正の結果、実際の旋回角度αが操作角度θに近づくような補正後操作角度θαが算出される。   For example, as shown in FIG. 10, the operation angle θ is calculated from the operation signal from the operation unit 14A, and the turning angle α that is the actual angle of the front wheels is calculated from the front wheels 15R and 15L. That is, the corrected operation angle θα is calculated by correcting the value of the operation angle θ using the value obtained by subtracting the turning angle α from the calculated operation angle θ (difference β). Specifically, a value obtained by multiplying the difference β by the proportional constant Kk and a value obtained by multiplying the integral value βi of the difference β by the integration constant Kki are added to the operation angle θ to obtain a corrected operation angle θα. The values are limited so that the absolute value of the difference β and the integral value βi do not exceed a certain magnitude. As a result of the correction, the corrected operation angle θα is calculated such that the actual turning angle α approaches the operation angle θ.

得られた補正後操作角度θαから旋回角速度指令値ωrefを算出する。すなわち、制御部2は補正後操作角度θαの値から反対に竿状部材143の前後方向の傾きと左右方向の傾きとを逆算する。制御部2は、得られた前後方向の傾きの大きさに応じた大きさをもつ、直進速度指令値Vrefと、得られた左右方向の傾きの大きさに応じた大きさをもつ、旋回角速度指令値(目標旋回角速度)ωrefとを算出する。直進速度指令値Vrefおよび目標旋回角速度ωrefを求めた以降の制御は実施形態1と同様である。すなわち直進速度指令値Vrefと目標旋回角速度ωrefとを用い、上記した制御方法に従い、左右の車輪12を駆動する。なお、直進速度指令値Vrefについては、操作部14Aから入力された、竿状部材143の前後方向傾き信号から、直接、算出しても良い。竿状部材143の前後方向の傾きはそのまま前後方向への速度を反映しているものと推測されるため、補正して変化させない方が良いことが考えられる。   A turning angular velocity command value ωref is calculated from the obtained corrected operation angle θα. That is, the control unit 2 reversely calculates the front-rear direction inclination and the left-right direction inclination of the bowl-shaped member 143 on the contrary from the value of the corrected operation angle θα. The control unit 2 has a straight traveling speed command value Vref having a magnitude corresponding to the magnitude of the obtained forward / backward inclination and a turning angular speed having a magnitude corresponding to the obtained right / left inclination. A command value (target turning angular velocity) ωref is calculated. The control after obtaining the straight speed command value Vref and the target turning angular velocity ωref is the same as in the first embodiment. That is, the left and right wheels 12 are driven according to the control method described above using the straight traveling speed command value Vref and the target turning angular speed ωref. The straight speed command value Vref may be calculated directly from the front-rear direction tilt signal of the bowl-shaped member 143 input from the operation unit 14A. Since it is presumed that the front-rear direction inclination of the hook-like member 143 reflects the speed in the front-rear direction as it is, it may be better not to correct it and change it.

ここで、操作部14Aが揺動する角度(操作角θ)も、前輪15R,15Lの旋回角度αも共に、パーソナルビークルの速度を前後方向、ヨー軸周りの旋回角速度を左右方向として合成して得られた角度である。そのため、両者を一致させる方向への制御を行うことにより使用者の意図がそのまま車体の動き(速度および旋回角速度)に反映されることになる。   Here, both the angle at which the operation unit 14A swings (operation angle θ) and the turning angle α of the front wheels 15R and 15L are combined with the speed of the personal vehicle as the front-rear direction and the turning angular speed around the yaw axis as the left-right direction. The obtained angle. Therefore, the user's intention is directly reflected in the movement (speed and turning angular velocity) of the vehicle body by performing control in the direction in which both are made coincident.

その他にも(操作角θ)−(実際の旋回角度α)が正の場合には左の車輪12Lの回転速度を大きく(右の車輪12Rの回転速度を小さく)したり、負の場合には左の車輪12Lの回転速度を小さく(右の車輪12Rの回転速度を大きく)したりしても実現可能である。更に、(操作角θ)−(実際の旋回角度α)が正の場合には旋回角速度指令値ωrefを大きく(右方向への旋回角速度を大きくする)したり、負の場合には旋回角速度指令値ωrefを小さく(左方向への旋回角速度を大きくする)したりしても実現可能である。   In addition, when (operation angle θ) − (actual turning angle α) is positive, the rotational speed of the left wheel 12L is increased (the rotational speed of the right wheel 12R is decreased), and when it is negative This can also be realized by decreasing the rotation speed of the left wheel 12L (increasing the rotation speed of the right wheel 12R). Further, when (operation angle θ) − (actual turning angle α) is positive, the turning angular velocity command value ωref is increased (increasing the turning angular velocity to the right), and when negative, the turning angular velocity command This can also be realized by decreasing the value ωref (increasing the turning angular velocity in the left direction).

旋回角度αについては前回値を記憶しておき、記憶した値と比較して急激に変動している場合には何らかの不具合の発生が疑われるため、旋回角度αの値を前回の値そのままとしたり、車輪12R、12Lの回転速度から求めた旋回角速度と置き換えたりできる。   For the turning angle α, the previous value is stored, and if there is a sudden fluctuation compared to the stored value, the occurrence of some malfunction is suspected, so the value of the turning angle α can be left as it is. The turning angular velocity obtained from the rotational speed of the wheels 12R and 12L can be replaced.

本実施形態では差(ωref−ωgyaw)に基づいたフィードバック制御(式(6)および(7))を行うが、本変形態様ではこのフィードバック制御は行わないこともできる。   In the present embodiment, feedback control (Equations (6) and (7)) based on the difference (ωref−ωgyaw) is performed. However, in the present modification, this feedback control may not be performed.

(変形形態1)
操作部として、前後左右方向に揺動可能な装置に代えて、前後方向と左右方向とのそれぞれに独立して揺動可能な2つの装置に置き換えたり、揺動の大きさ(角度)を変化させて指令値を入力する装置に代えて前後方向、左右方向に平行移動する移動距離の大きさにより指令値を入力する装置を採用することができる。
(Modification 1)
Instead of a device that can swing in the front-rear and left-right directions, the operation unit can be replaced with two devices that can swing independently in the front-rear direction and the left-right direction, or the size (angle) of the swing can be changed. Instead of the device that inputs the command value, a device that inputs the command value according to the magnitude of the movement distance that translates in the front-rear direction and the left-right direction can be employed.

(その他)
なお、本発明のパーソナルビークルは、上述した実施形態および変形形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができることは言うまでもない。
(Other)
Note that the personal vehicle of the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and can be variously modified and improved by those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, it can be implemented.

1 … パーソナルビークル 10 … 着座部
11 … 車体 12 … 車輪
12R… 右車輪 12L… 左車輪
14 … 操作部 141… 速度指令部
142… 旋回角速度指令部
15R… 右前輪 15L… 左前輪
2 … 制御部
51 … レートジャイロ(軸角度センサ) 52 … 加速度計(軸角度センサ)
53R… 右の車輪エンコーダ(車輪センサ)
53L… 左の車輪エンコーダ(車輪センサ)
accx … x方向加速度 R … 右左の車輪の半径の平均値
R_r … 右車輪の半径 R_l … 左車輪の半径
Vacc … 加速度計に基づく車体走行速度
Ven … 車輪センサに基づく車体走行速度
αy … ロール角度 θR … 右車輪の回転角度
θL … 左車輪の回転角度 θi … 旋回角速度の差の積分値
ωref … 旋回角速度指令値 ωgyaw… 車体の旋回角速度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Personal vehicle 10 ... Seating part 11 ... Car body 12 ... Wheel 12R ... Right wheel 12L ... Left wheel 14 ... Operation part 141 ... Speed command part 142 ... Turning angular speed command part 15R ... Right front wheel 15L ... Left front wheel 2 ... Control part 51 ... Rate gyro (shaft angle sensor) 52 ... Accelerometer (shaft angle sensor)
53R ... Right wheel encoder (wheel sensor)
53L ... Left wheel encoder (wheel sensor)
accx… x-direction acceleration R… average value of right and left wheel radius R_r… right wheel radius R_l… left wheel radius Vacc… vehicle speed based on accelerometer Ven… vehicle speed based on wheel sensor αy… roll angle θR … Rotation angle of right wheel θL… rotation angle of left wheel θi… integral value of difference in turning angular velocity ωref… turning angular velocity command value ωgyaw… turning angular velocity of vehicle body

Claims (4)

使用者が着座する着座部を有する車体と、
前記車体の左右に設けられた左右車輪と、
前記左右車輪を駆動する駆動部と、
前記車体の目標旋回角速度を含んだ指令値信号を入力するための操作部と、
前記指令値信号が入力されその指令値信号に基づき前記駆動部を制御する制御部と、
前記車体の前後方向の少なくとも一方に位置し、前記車体の動きに追従して自在に旋回回転する1または2以上のキャスタと、
前記キャスタのうちの少なくとも1つにおける実キャスタ旋回角度を検知するキャスタセンサと、
を有し、
前記制御部は、
前記指令値信号から前記キャスタの目標キャスタ旋回角度を算出する目標旋回角度算出部と、
前記目標キャスタ旋回角度と前記実キャスタ旋回角度との差が小さくなるように前記駆動部を制御するフィードバック制御部とを有する、
パーソナルビークル。
A vehicle body having a seating portion on which a user is seated;
Left and right wheels provided on the left and right of the vehicle body;
A drive unit for driving the left and right wheels;
An operation unit for inputting a command value signal including a target turning angular velocity of the vehicle body;
A control unit that receives the command value signal and controls the drive unit based on the command value signal;
One or more casters that are positioned in at least one of the longitudinal directions of the vehicle body and that freely rotate and follow the movement of the vehicle body;
A caster sensor for detecting an actual caster turning angle in at least one of the casters;
Have
The controller is
A target turning angle calculation unit for calculating a target caster turning angle of the caster from the command value signal;
A feedback control unit that controls the drive unit so that a difference between the target caster turning angle and the actual caster turning angle is small;
Personal vehicle.
前記操作部は、前後方向への傾斜の大きさにより目標車速を入力し、左右方向への傾斜の大きさにより前記目標旋回角速度を入力する前後左右方向に揺動可能に支持された竿状部材をもち、
前記目標旋回角度算出部は、前記目標キャスタ旋回角度を前記竿状部材の揺動方向とする、請求項1に記載のパーソナルビークル。
The operation unit inputs a target vehicle speed according to the magnitude of the inclination in the front-rear direction, and inputs the target turning angular velocity according to the magnitude of the inclination in the left-right direction. Have
The personal vehicle according to claim 1, wherein the target turning angle calculation unit sets the target caster turning angle as a swinging direction of the bowl-shaped member.
使用者が着座する着座部を有する車体と、
前記車体の左右に設けられた左右車輪と、
前記左右車輪を駆動する駆動部と、
前記車体の目標旋回角速度を含んだ指令値信号を入力するための操作部と、
前記指令値信号が入力されその指令値信号に基づき前記駆動部を制御する制御部と、
前記車体の前後方向の少なくとも一方に位置し、前記車体の動きに追従して自在に旋回回転する1または2以上のキャスタと、
前記キャスタのうちの少なくとも1つにおける実キャスタ旋回角度を検知するキャスタセンサと、
前記左右車輪の実車輪回転速度を検知する回転速度センサと、
を有し、
前記制御部は、
前記実キャスタ旋回角度と前記実車輪回転速度とから前記車体の実旋回角速度を算出する実旋回角速度算出部と、
前記目標旋回角速度と前記実旋回角速度との差が小さくなるように前記駆動部を制御するフィードバック制御部とを有する、
パーソナルビークル。
A vehicle body having a seating portion on which a user is seated;
Left and right wheels provided on the left and right of the vehicle body;
A drive unit for driving the left and right wheels;
An operation unit for inputting a command value signal including a target turning angular velocity of the vehicle body;
A control unit that receives the command value signal and controls the drive unit based on the command value signal;
One or more casters that are positioned in at least one of the longitudinal directions of the vehicle body and that freely rotate and follow the movement of the vehicle body;
A caster sensor for detecting an actual caster turning angle in at least one of the casters;
A rotational speed sensor for detecting an actual rotational speed of the left and right wheels;
Have
The controller is
An actual turning angular velocity calculation unit for calculating an actual turning angular velocity of the vehicle body from the actual caster turning angle and the actual wheel rotation speed;
A feedback control unit that controls the drive unit so that a difference between the target turning angular velocity and the actual turning angular velocity is small;
Personal vehicle.
前記キャスタおよび前記キャスタセンサはそれぞれ2以上あり、
前記制御部は、
2以上の前記キャスタセンサが検知する2以上の前記実キャスタ旋回角度の間の差が所定値よりも大きい場合には前記フィードバック制御部を作動させない請求項1〜3のうちの少なくとも1項に記載のパーソナルビークル。
There are two or more casters and caster sensors,
The controller is
The at least one of Claims 1-3 which does not operate the said feedback control part when the difference between the two or more said actual caster turning angles which the two or more said caster sensors detect is larger than predetermined value. Personal vehicle.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5567604U (en) * 1978-11-02 1980-05-09
JP2004105484A (en) * 2002-09-19 2004-04-08 Kayaba Ind Co Ltd Wheelchair with electric auxiliary motive power
US20050087375A1 (en) * 2003-10-24 2005-04-28 Angus Steele Active stability wheel chair based on positive angle sensors
JP2007068980A (en) * 2005-09-07 2007-03-22 Delphi Technologies Inc Method of castor management
JP2010193939A (en) * 2009-02-23 2010-09-09 Aisin Seiki Co Ltd Personal vehicle control device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5567604U (en) * 1978-11-02 1980-05-09
JP2004105484A (en) * 2002-09-19 2004-04-08 Kayaba Ind Co Ltd Wheelchair with electric auxiliary motive power
US20050087375A1 (en) * 2003-10-24 2005-04-28 Angus Steele Active stability wheel chair based on positive angle sensors
JP2007068980A (en) * 2005-09-07 2007-03-22 Delphi Technologies Inc Method of castor management
JP2010193939A (en) * 2009-02-23 2010-09-09 Aisin Seiki Co Ltd Personal vehicle control device

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