JP2015024013A - Personal vehicle - Google Patents
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Abstract
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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-
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)2+(左右方向傾き信号)2}0.5])。
The
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-
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
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
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
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
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
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
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
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)
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.
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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