JP2015047962A - Inverted two-wheeled movable body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、倒立二輪移動体に関する。 The present invention relates to an inverted two-wheeled vehicle.
近年、倒立二輪移動体(車両)をリハビリ用乗り物として用い、バランスのトレーニングを行う研究がなされている。例えば、倒立二輪移動体に搭乗した人の前方に指示画面を設置し、指示画面の指示に従って操作を行うトレーニング方法が提案されている。 In recent years, studies have been conducted on balance training using an inverted two-wheeled vehicle (vehicle) as a vehicle for rehabilitation. For example, a training method has been proposed in which an instruction screen is installed in front of a person who has boarded an inverted two-wheeled vehicle, and an operation is performed in accordance with instructions on the instruction screen.
特許文献1には、カント路(移動体から見て、その左右方向に傾斜している傾斜面)を走行する場合に、運転者が意図しない旋回を防止する倒立二輪移動体について記載されている。
しかしながら、旋回禁止状態で倒立制御を継続した場合に、搭乗者の麻痺などの症状により重心位置と車両中心のずれなどが生じ、トレーニング中に倒立二輪車が旋回するという現象が発生する。またトレーニング開始時に、車両の正面にトレーニング指示画面が配置されている場合、旋回する現象により搭乗者は画面が見づらくなり、体を画面に向けようとしてバランスを崩す場合がある。そのため、継続的なリハビリトレーニングが難しいことがある。 However, when the inversion control is continued in a turn-inhibited state, a shift of the center of gravity and the center of the vehicle occurs due to symptoms such as paralysis of the occupant, causing a phenomenon that the inverted motorcycle turns during training. In addition, when a training instruction screen is arranged in front of the vehicle at the start of training, the passenger may find it difficult to see the screen due to a turning phenomenon, and the balance may be lost in order to turn the body toward the screen. Therefore, continuous rehabilitation training may be difficult.
本発明に係る倒立二輪移動体は、人が搭乗する車体と、前記車体の左右の同軸上に設けられた一対の車輪と、前記車体の前方部に連結して設けられた操作部と、前記車体が所定の方向を向いた状態を基準位置とし、基準位置から所定の第1の角度の旋回を検知する旋回検知部と、前記旋回検知部により車体の第1の角度の旋回を検知した場合に、旋回を抑制する方向に車体の方向を変更し、旋回角度が所定の第2の角度より小さくなるよう、車輪の動作を制御する制御部と、を備える。
これにより倒立二輪移動体が、搭乗者の意に反して旋回するのを抑制することができる。
An inverted two-wheel moving body according to the present invention includes a vehicle body on which a person rides, a pair of wheels provided on the left and right coaxial sides of the vehicle body, an operation unit provided connected to a front portion of the vehicle body, When the vehicle body is in a predetermined direction as a reference position, a turn detection unit that detects a turn at a predetermined first angle from the reference position, and a turn at the first angle of the vehicle body detected by the turn detection unit And a control unit that changes the direction of the vehicle body in a direction that suppresses turning, and controls the operation of the wheels so that the turning angle is smaller than a predetermined second angle.
Thereby, it can suppress that an inverted two-wheel mobile body turns contrary to a passenger's will.
継続的なリハビリトレーニングを実行できる。 Can perform continuous rehabilitation training.
実施の形態1
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は、倒立二輪移動体1の構成を示すブロック図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an inverted two-wheeled moving
倒立二輪移動体1は、車体11と、操作部12と、車輪13を備える。倒立二輪移動体1は、一組の車輪を個別に回転制御して移動する移動体である。図2は、倒立二輪移動体1の前方に指示画面2を配置し、搭乗者がトレーニングを行う状態を示す図である。
The inverted two-
車体11は、姿勢検知部111と、旋回検知部112と、演算部113と、制御部114と、動力部115を備える。
The
姿勢検知部111は、搭乗者の姿勢を検知する。典型的には姿勢検知部111は傾き角センサを備え、搭乗者の重心移動により変化した車体11の傾きを検知する。姿勢検知部111は、検知した傾き角の情報を制御部114に出力する。
The
旋回検知部112は、倒立二輪移動体1の旋回を検知する。例えば旋回検知部112は、角速度センサを有する。旋回検知部112は、倒立二輪移動体1の左右の車輪13の角速度をそれぞれ検知する。旋回検知部112は、検知した左右の車輪13の角速度を、それぞれ演算部113に出力する。典型的には、旋回検知部112は、動力部115に用いられているモーターの回転角を検知し、演算部113で演算を行うことにより、旋回状態を検知する。
The
演算部113は、例えばCPU等の演算装置である。演算部113は、旋回検知部112から入力された車輪13の角速度の検知量に基づいて、倒立二輪移動体1のヨー方向の旋回角度を算出する。より具体的には、演算部113は、車輪13の角速度の偏差を算出し、算出した車輪13の角速度の偏差に基づいて車輪13の角度を算出し、算出した車輪13の角度に基づいて車輪13の対地走行距離を算出し、算出した車輪13の対地走行距離に基づいて倒立二輪移動体1のヨー方向の旋回角度を算出する。また演算部113は、算出した倒立二輪移動体1のヨー方向の旋回角度が、所定の閾値を超えている場合に旋回検知フラグをONにする。さらに演算部113は、旋回検知フラグがONの場合には、旋回方向が右旋回であるか左旋回であるかを算出し、制御部114に算出結果を出力する。
The
制御部114は、姿勢検知部111から入力された車体11の傾き角の情報に基づいて、車輪13の動作を制御する。また制御部114は、旋回検知フラグがON状態のときに、演算部113から旋回方向に関する情報が入力された場合に、旋回を抑制するように車輪13の動作を制御する。なお典型的には、制御部114は、動力部115の動作を制御することにより、車輪13の動作を制御する。
The
動力部115は、車輪13に動力を与えるモーターである。動力部115は、制御部114からの制御に応じて、左右の車輪13のそれぞれを回転させる。
The
操作部12は、搭乗者が把持して操作を行うハンドルである。例えば操作部12は、車体11の前方部から略垂直方向に連結して設けられている。操作部12には、旋回角度初期化や、旋回禁止状態の開始を指示するスイッチ等が設けられていても良い。
The
車輪13は、倒立二輪移動体1の同軸上に設けられた1対の車輪である。車輪13は、動力部115から与えられた動力により動作する。
The
次に、倒立二輪移動体1の旋回抑制の手順について説明する。
Next, a procedure for suppressing turning of the inverted two-
図3は、倒立二輪移動体1の旋回制御の様子を示す図である。より具体的には、図3は、指示画面方向を向いている倒立二輪移動体1に旋回が発生し、一定の旋回が行われた場合には旋回状態を検知して旋回抑制を行い、旋回抑制を停止するまでの様子を示す。図3の点線は車体の正面方向を示し、一点鎖線は指示画面2の正面方向を示し、実線の矢印は旋回動作を示す。また図3には、旋回検知角度(第1の角度)θ1と、旋回抑制角度(第2の角度)θ2を示している。
FIG. 3 is a diagram showing a state of turning control of the inverted two-
初期状態では、倒立二輪移動体1は指示画面2に対向しており、旋回が発生していない状態である。この状態を、旋回角θBYaw=0とする。
In the initial state, the inverted two-wheeled
次に、倒立二輪移動体1は、搭乗者の操作により旋回が発生する。ここで倒立二輪移動体1は、旋回角θBYawがあらかじめ定めた第1の角度θ1以下であり、搭乗者の姿勢の検知に応じて動作を行う。
Next, the inverted two-wheeled
次に、倒立二輪移動体1は、旋回を検知する。具体的には、倒立二輪移動体1は、旋回角θBYawが第1の角度θ1より大きくなったことを検知する。
Next, the inverted two-
次に、倒立二輪移動体1は、旋回の抑制を行う。具体的には、倒立二輪移動体1は、旋回角θBYawがあらかじめ定めた第2の角度θ2より大きい状態である場合に、旋回抑制を継続して行う。
Next, the inverted two-
次に、倒立二輪移動体1は、旋回抑制を停止する。具体的には、倒立二輪移動体1は、旋回角θBYawが第2の角度θ2以下となった場合に、旋回抑制を停止する。
Next, the inverted two-
ここで典型的には、旋回検知に用いる第1の角度θ1と、旋回抑制角度である第2の角度θ2の関係は、θ1>θ2である。すなわち、倒立二輪移動体1のθ1以上に旋回が行き過ぎた場合に、所定のθ2以下の旋回角度となるように旋回抑制の制御が行われる。
Here, typically, the relationship between the first angle θ 1 used for turning detection and the second angle θ 2 that is the turning suppression angle is θ 1 > θ 2 . That is, when the turning of the inverted two-
図4は、倒立二輪移動体1の旋回抑制制御のフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart of the turning suppression control of the inverted two-
倒立二輪移動体1は、倒立制御を開始する(ステップS11)。具体的には、倒立二輪移動体1に人が搭乗した状態であり、倒立制御が行われて停止している状態である。
The inverted two-wheeled
旋回検知部112は、旋回角度を初期化する(ステップS12)。言い換えると、旋回検知部112は、倒立二輪移動体1が指示画面方向を向いている状態を、旋回角度が0°(基準位置)の状態とする。
The turning
倒立二輪移動体1は、旋回禁止状態を開始する(ステップS13)。例えば、搭乗者が操作部12に設けられたスイッチを操作することで、旋回禁止の状態を開始し、旋回を抑制するよう倒立二輪移動体1に指示する。
The inverted two-wheeled
倒立二輪移動体1は、旋回検知を開始する(ステップS14)。図5は、旋回検知の詳細なフローを示した図である。なお、初期状態では旋回検知フラグはOFF状態とする。
The inverted two-
旋回検知部112の車輪角速度センサは、角速度を取得することにより、センサ値を更新する(ステップS21)。旋回検知部112が取得した左右の車輪角速度のセンサ値は、それぞれ
演算部113は、車輪13の角速度偏差を算出する(ステップS22)。具体的には、演算部113は、前回算出した車輪角速度のセンサ値と、今回算出した車輪角速度のセンサ値との差分を用い、左右の車輪の角速度偏差
演算部113は、車輪13の角速度偏差に基づいて、車輪13の角度を算出する(ステップS23)。具体的には、演算部113は、ステップS22で求めた車輪の角速度偏差について、それぞれ積分することにより、
演算部113は、車輪13の対地走行距離を算出する(ステップS24)。具体的には演算部113は、左右の車輪13の対地走行距離を、ステップS23で算出した角速度偏差を用いて、それぞれ
演算部113は、旋回角度を算出する(ステップS25)。具体的には、演算部113は、旋回角度を、ステップS24で算出した差湯の車輪13の対地走行距離を用い、
演算部113は、現在の旋回角が第1の角度θ1より大きいか否かを判定する。言い換えると、演算部113は、ステップS25で算出した旋回角度の絶対値|θBYaw(t)|が、第1の角度θ1より大きいか否かを判定する(ステップS26)。旋回角度の絶対値|θBYaw(t)|が、θ1より大きければ(ステップS26でYes)、ステップS27に進む。旋回角度の絶対値|θBYaw(t)|がθ1以下であれば(ステップS26でNo)、ステップS15に進む。
The
倒立二輪移動体1は、旋回検知フラグをONにする(ステップS27)。すなわち、車体11が所定の角度以上旋回していることを検知した場合に、旋回検知フラグをONにする。その後、ステップS15に進む。
The inverted two-wheeled
倒立二輪移動体1は、旋回抑制制御を行う(ステップS15)。ここで図6は、旋回抑制の詳細なフローを示した図である。
The inverted two-
演算部113は、旋回検知フラグがONであるか否かを判定する(ステップS31)。旋回検知フラグがONであれば(ステップS31でYes)、ステップS32に進む。旋回フラグがOFFであれば(ステップS31でNo)、ステップS16に進む。
The
制御部114は、旋回角度θBYaw(t)に応じて、倒立二輪移動体1が旋回する方向を指示する(ステップS32)。より具体的には、制御部114は、旋回角度θBYaw(t)が0より小さければ、倒立二輪移動体1が左方向に旋回しているものとして、右方向に旋回するよう制御を行う。同様にして、制御部114は、旋回角度θBYaw(t)が0より大きければ、倒立二輪移動体1が右方向に旋回しているものとして、左方向に旋回するよう制御を行う。
The
演算部113は、旋回角度の絶対値|θBYaw(t)|と、第2の角度θ2を比較する(ステップS33)。旋回角度の絶対値|θBYaw(t)|が第2の角度θ2より大きければ(ステップS33でYes)、ステップS6に進む。旋回角度の絶対値|θBYaw(t)|が第2の角度θ2以下であれば(ステップS33でNo)、ステップS34に進む。
The
倒立二輪移動体1は、旋回検知フラグをOFFにする(ステップS34)。すなわち、車体11の旋回角度が所定の値以下であれば、旋回の抑制は不必要な状態になったものとする。その後、ステップS16に進む。
The inverted two-
演算部113は、倒立二輪移動体1が倒立制御を完了したか否かを判定する(ステップS16)。倒立制御が完了していれば(ステップS16でYes)、処理を終了する。倒立制御が完了していなければ(ステップS16でNo)、ステップS13に戻り、処理を繰り返し行う。
The calculating
これにより、倒立二輪移動体が旋回ずれを発生している場合に、一定量の旋回ずれを検知し、倒立二輪移動体の位置制御を行うことができる。したがって、搭乗者の意に反して倒立二輪移動体が旋回するのを抑制することができる。また、旋回のずれによる中断が行われずに、倒立二輪移動体の前方方向に指示画面がある状態を維持できるため、長時間の継続的なトレーニングを実施できる。 As a result, when the inverted two-wheel moving body generates a turning deviation, a certain amount of turning deviation can be detected and the position control of the inverted two-wheel moving body can be performed. Therefore, it can suppress that an inverted two-wheeled mobile body turns contrary to a passenger's will. Moreover, since the state with the instruction screen in the forward direction of the inverted two-wheel moving body can be maintained without being interrupted due to the deviation of the turning, long-time continuous training can be performed.
なお、旋回方向の位置制御は、搭乗者の重心を平衡点で安定化させる倒立二輪制御にとっては外乱として働くため、常に加わり続けるのは好ましくない。したがって、倒立二輪制御に必要なトルクが小さく、前後移動量が小さい、トレーニング目的などの外乱が許容される状況下でのみ旋回抑制制御を行うのが望ましい。 It should be noted that position control in the turning direction works as a disturbance for the inverted two-wheel control that stabilizes the center of gravity of the passenger at the equilibrium point, and therefore it is not preferable to continue to apply it constantly. Therefore, it is desirable to perform the turning suppression control only under a situation where a torque required for the inverted two-wheel control is small, a forward / backward movement amount is small, and a disturbance such as a training purpose is allowed.
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
1 倒立二輪移動体
2 指示画面
11 車体
12 操作部
13 車輪
111 姿勢検知部
112 旋回検知部
113 演算部
114 制御部
115 動力部
DESCRIPTION OF
Claims (1)
人が搭乗する車体と、
前記車体の左右の同軸上に設けられた一対の車輪と、
前記車体の前方部に連結して設けられた操作部と、
前記車体が所定の方向を向いた状態を基準位置とし、基準位置から所定の第1の角度の旋回を検知する旋回検知部と、
前記旋回検知部により車体の第1の角度の旋回を検知した場合に、旋回を抑制する方向に車体の方向を変更し、旋回角度が所定の第2の角度より小さくなるよう、車輪の動作を制御する制御部と、を備える、
倒立二輪移動体。 An inverted two-wheeled vehicle whose running state changes according to the posture of the passenger,
The body on which the person boarded,
A pair of wheels provided on the left and right coaxial sides of the vehicle body;
An operation unit connected to the front portion of the vehicle body;
A turn detection unit that detects a turn at a predetermined first angle from the reference position, with the vehicle body facing a predetermined direction as a reference position;
When the turning detection unit detects turning at the first angle of the vehicle body, the direction of the vehicle body is changed to a direction in which turning is suppressed, and the operation of the wheel is performed so that the turning angle becomes smaller than the predetermined second angle. A control unit for controlling,
Inverted two-wheeled vehicle.
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