JP2015051647A - Inverted pendulum type two-wheel barrow moving body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は倒立二輪車移動体に関する。 The present invention relates to an inverted motorcycle moving body.
倒立二輪車において、搭乗者が降車を行う際に、車輪の前方又は後方側で設置する補助バーを有するものが知られている。特許文献1には、補助バーを有する倒立二輪車が記載されている。
2. Description of the Related Art Inverted motorcycles are known that have an auxiliary bar that is installed on the front or rear side of a wheel when a passenger gets off.
しかしながら、特許文献1に記載の倒立二輪車においては、例えば搭乗者の操作や、バランス訓練時の外乱等によって、倒立二輪車に搭乗者が搭乗中に補助バーが接地してしまう可能性がある。補助バーが接地すると、倒立二輪車の車輪が空転する等の問題が発生する。
However, in the inverted motorcycle described in
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、より補助バーの接地リスクを低下させた倒立二輪車を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an inverted motorcycle that further reduces the risk of contact with the auxiliary bar.
本発明にかかる倒立二輪車は、アクチュエータにより駆動される車輪と、前記車輪に連結され、搭乗者が搭乗するためのステップと、前記ステップに連結されたハンドルと、前記車輪の前方側又は後方側に設けられ、昇降可能な1以上の接地モジュールと、前記接地モジュールの上下の位置を検出するモジュール昇降センサと、前記車輪の回転角度又は回転角速度を測定する回転角測定センサと、前記ステップの姿勢を測定する姿勢測定センサと、前記モジュール昇降センサ、前記回転角測定センサ及び前記姿勢測定センサの測定結果と、前記ハンドルからの入力と、に基づき、前記アクチュエータへの駆動指令を作成するアクチュエータ駆動部と、を有するものである。これにより、補助バー11の高さに応じて、倒立二輪車1の速度を制御することが可能となる。
An inverted two-wheeled vehicle according to the present invention includes a wheel driven by an actuator, a step connected to the wheel for a passenger to board, a handle connected to the step, and a front side or a rear side of the wheel. One or more grounding modules that can be moved up and down, a module lifting sensor that detects the vertical position of the grounding module, a rotation angle measuring sensor that measures the rotation angle or rotation angular velocity of the wheel, and the attitude of the step An attitude measurement sensor to be measured; an actuator driving unit that generates a drive command to the actuator based on measurement results of the module elevation sensor, the rotation angle measurement sensor, and the attitude measurement sensor; and an input from the handle; , Has. Thereby, the speed of the inverted two-
本発明によれば、より補助バーの接地リスクを低下させた倒立二輪車を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the inverted two-wheeled vehicle which reduced the contact risk of the auxiliary bar more can be provided.
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、本実施の形態にかかる倒立二輪車1の側面を示す概要図である。なお以後の説明において、倒立二輪車上の搭乗者から見た前後左右を基準とする。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a side surface of an inverted
倒立二輪車1は、車輪10と、接地モジュールとしての補助バー11と、ステップ12と、コントローラ13と、アクチュエータ14と、ハンドル15と、を有するものである。
The inverted
車輪10は、平行にかつ同軸上に配置された2つの車輪である。2つの車輪10には、それぞれアクチュエータ14が接続され、車輪10はアクチュエータ14により駆動される。ここでは図示していないが、2つの車輪10にはそれぞれ回転角度又は回転角速度を測定する回転角測定センサ101が接続されている。
The
ステップ12は車輪10の軸上に設けられ、側面からみてハンドル15とL字型になるように連結されている。搭乗者は、ステップ12の上に搭乗した状態で、ハンドル15を前後に傾斜したり、ステップ12上で体重移動することにより、倒立二輪車1を前後、左右方向に操縦する。また、ここには図示されていないが、ステップ12には、ステップ12の姿勢を測定する姿勢測定センサ121を備える。
The
補助バー11は、倒立二輪車1上の搭乗者から見て、車輪10より前方側に設けられる。また、補助バー11はここではハンドル15の一部である。補助バー11は、昇降アクチュエータ111を有する。昇降アクチュエータ111は、補助バー11を昇降する。なお、ここでは補助バー11は昇降アクチュエータ111により昇降されるが、搭乗者の手動により昇降されるようにしてもよい。補助バー11は、補助バー11の上下の位置を検出するモジュール昇降センサ112を有する。
The
アクチュエータ14は、具体的にはモータ等で構成され、車輪10を駆動する。アクチュエータ14は、コントローラ13に接続され、コントローラ13からの駆動指令を受けて駆動する。
The actuator 14 is specifically composed of a motor or the like, and drives the
コントローラ13は、ハンドル15からの入力と、回転角測定センサ101、姿勢測定センサ121及びモジュール昇降センサ112のそれぞれの測定結果と、に基づき、アクチュエータ14に駆動指令を送信する。
The
図2(a)は、本実施の形態にかかる倒立二輪車1を示す図である。倒立二輪車1は、搭乗者のハンドル操作により、進行方向と、速度と、が決定される。例えば、前方に進む場合、ハンドル15を前方に傾斜させる。
FIG. 2A is a diagram showing the inverted
図2(b)は、ハンドル15の傾斜角度と倒立二輪車1の速度との関係を示すグラフである。倒立二輪車1では、ハンドル15を大きく傾斜させるほど、倒立二輪車1の速度は速くなる。コントローラ13は、補助バー11と地面とのクリアランスを算出して、補助バー11が地面に接地しないように、アクチュエータ14を制御し、倒立二輪車1の速度を抑制する。これにより、倒立二輪車1の補助バーが地面に設置することを抑制し、例えば走行中に車輪が空転することを防ぐことができる。
FIG. 2B is a graph showing the relationship between the inclination angle of the
次に、倒立二輪車1の制御方法について更に詳細に説明する。図3は、補助バー11のクリアランスを示す図である。例えば補助バー11が地面に対してほぼ垂直である場合、クリアランスLは補助バー11の地面からの高さhとなる。
Next, the control method of the inverted
また、例えばハンドル15が地面からの鉛直方向に対して角度θで傾いている場合、ハンドル15の付け根部分から補助バー11の端部までの長さをdとして、クリアランスLは補助バー11の高さhより補助バー11の傾き分(d・sinθ)だけ低くなる。そのため、クリアランスLはh−d・sinθとなる。
For example, when the
次に、補助バー11と速度の関係について説明する。図4は、補助バー11のクリアランスと速度制御についての関係を示すフローチャートである。ここでは、コントローラ13は、第1許容閾値と第2許容閾値とを有する。第1許容閾値は補助バー11が地面に接地しないように、速度抑制制御を実施するための閾値である。第2許容閾値は、補助バー11が地面に接地したと判断するための閾値である。
Next, the relationship between the
まず、コントローラ13はモジュール昇降センサ112から補助バー11の高さ(下降量)を取得する(ステップS1)。次に、姿勢測定センサ121から倒立二輪車1のピッチ角角度を取得し(ステップS2)、ピッチ角度と補助バー11の高さhと、から地面からのクリアランスLを算出する(ステップS3)。
First, the
クリアランスLが第1許容閾値以上である場合(ステップS4:No)、ステップ1に戻る。クリアランスLが第1許容閾値より小さかった場合(ステップS4:Yes)、クリアランスLに応じた速度抑制制御を行う(ステップS5)。
If the clearance L is equal to or greater than the first allowable threshold (step S4: No), the process returns to
次に、クリアランスLと第2許容閾値とを比較し、クリアランスLが第2許容閾値以上である場合(ステップS6:No)、ステップS5に戻り、クリアランスLに応じた速度抑制制御を行う。クリアランスLが第2許容閾値より小さい場合(ステップS6:Yes)、アクチュエータ14への動力を遮断する。 Next, the clearance L is compared with the second allowable threshold value. If the clearance L is equal to or larger than the second allowable threshold value (step S6: No), the process returns to step S5, and the speed suppression control according to the clearance L is performed. When the clearance L is smaller than the second allowable threshold (step S6: Yes), the power to the actuator 14 is shut off.
図5は、速度抑制ゲインAを示すグラフである。速度抑制ゲインAは、車体速度が高いときは、補助バー11と地面とのクリアランスLを確保するようにブレーキ制御を実施するものである。速度抑制ゲインAは、クリアランスLが第1許容閾値より小さく第2許容閾値より大きい場合、クリアランスLと速度抑制ゲインAとがほぼ比例するように、クリアランスLが大きくなるにつれて、速度抑制ゲインAも大きくなるように設定される。クリアランスLが第1許容閾値以上である場合、速度抑制ゲインAは1で一定となる。
FIG. 5 is a graph showing the speed suppression gain A. The speed suppression gain A is used to perform brake control so as to ensure a clearance L between the
本実施の形態にかかる倒立二輪車1は、クリアランスLに応じて速度制御を行うことにより、例えば補助バー11が下方に動かされた場合等に、強制的に倒立二輪車1を徐々に減速させることができる。また、補助バー11の地面とのクリアランスに応じて速度リミットを設定し、補助バー11が接地すると、倒立二輪車1のアクチュエータ14の制御を強制的に遮断する。これにより、補助バー11のクリアランスLが小さい場合には、倒立二輪車1の前後方向への姿勢角度変動量が小さくなるため、補助バーが地面に接地するリスクが小さくなる。また、もし補助バー11が地面に設置しても、速度が抑制されているために、車輪10のスリップが抑制されるため、安全性を高めることができる。
The inverted two-
なお、ここではクリアランスLを正確に算出する方法を記載したが、補助バー11の下降を検知して、補助バー11が最下端(最悪条件)で許容できる速度抑制を実施していればよく、クリアランスに応じた抑制でなくてもよい。さらに、倒立二輪車1の走行速度が一定速度以下であることと、倒立二輪車1の傾きが、補助バー側に傾斜していることと、を満たす条件下であれば、動力遮断を実施するように構成してもよい。この場合、補助バー11を昇降アクチュエータ111で昇降する必要はなく、モジュール昇降センサ112は、補助バー11が上に位置しているか、下に位置しているかを検知出来ればよい。
In addition, although the method of calculating the clearance L correctly was described here, the lowering of the
次に、コントローラ13の制御処理について更に説明する。図6は、コントローラ13の制御プログラムを示す図である。コントローラ13は、速度制御部131と、電流制御部132と、姿勢制御133と、姿勢演算139と、を含む。速度制御部131は、速度制御134と、電流制御部132と、を含む。電流制御部132は、電流制御135と、モータ136と、を含む。なお、ここでは、モータ136と、負荷137と、に対して外乱の影響を考慮するものとする。
Next, the control process of the
まず、コントローラ13に状態指令が入力されると、姿勢制御133は状態指令から速度指令を生成し、速度制御134に入力される。速度制御134は、速度指令を受けて、トルク(電流)指令を電流制御135に入力する。電流制御135は電流をモータ136に入力する。モータ136は、電流制御135からの電流で駆動し、トルクを負荷137に与える。
First, when a state command is input to the
モータ136の速度は速度制御134にネガティブフィードバックされる。モータ136の電流は電流制御135にネガティブフィードバックされる。更にモータのレゾルバは変換138でモータ角度に変換され、姿勢制御133に入力される。これらの処理は、モータ136の外乱の影響を補正するためのものである。
The speed of the
ここで、速度制御134のトルク(電流)指令について、更に説明する。まず、速度制御134が通常の倒立制御を行う場合は以下のようになる。
Here, the torque (current) command of the
次に、地面とのクリアランスが予め定められた閾値より大きい場合は以下のようになる。 Next, when the clearance from the ground is larger than a predetermined threshold value, the following occurs.
次に、地面とのクリアランスが予め定められた閾値と同じか、それより小さい場合は以下のようになる。 Next, when the clearance from the ground is equal to or smaller than a predetermined threshold value, the following occurs.
これにより、モータの外乱や負荷の外乱の影響を補正しつつ、かつクリアランスLに応じた速度制御を行うことができ、より倒立二輪車1を適切に制御することができる。
Thereby, speed control according to the clearance L can be performed while correcting the influence of the disturbance of the motor and the disturbance of the load, and the
次に、補助バー11を下降する際の制御について説明する。図7は、コントローラ13の制御を示すフローチャートである。コントローラ13は、補助バー11のクリアランスLと、車体の走行速度から、補助バー11の下降制御が可能であるか判定して、補助バー11の下降制御を行う。
Next, control when the
補助バー11の下降が入力されると、コントローラ13は、補助バー11の下降量をモジュール昇降センサ112から取得し(ステップS10)、回転角測定センサ101から倒立二輪車1の車体速度を取得する(ステップS11)。
When the lowering of the
車体速度より補助バー11の昇降ロック閾値速度が小さい場合(ステップS12:Yes)、補助バー11の昇降をロックする(ステップS13)。そして、速度リミットを設定し(ステップS14)、減速制御を行う(ステップS15)。車体速度が速度リミット閾値より大きい場合(ステップS16:Yes)、ステップS15の減速制御に戻る。車体速度が速度リミット閾値以下である場合(ステップS16:No)、ステップS11に戻る。
When the raising / lowering lock threshold speed of the
車体速度が補助バー11の昇降ロック閾値速度以上であった場合(ステップS12:No)、補助バー11の昇降ロックは解除され(ステップS17)、補助バー11は下降制御される(ステップS18)。
When the vehicle body speed is equal to or higher than the lifting lock threshold speed of the auxiliary bar 11 (step S12: No), the lifting lock of the
本実施の形態にかかる倒立二輪車1では、補助バー11の下降量に合わせて速度制御を行い、車体速度が速度リミット閾値より大きい場合には補助バー11を下降しない。そのため、倒立二輪車1の補助バー11の接地のリスクをより抑制することができ、安全性をより高めることが可能である。
In the inverted two-
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 倒立二輪車
10 車輪
11 補助バー
12 ステップ
13 コントローラ
14 アクチュエータ
15 ハンドル
101 回転角測定センサ
111 昇降アクチュエータ
112 モジュール昇降センサ
121 姿勢測定センサ
131 速度制御部
132 電流制御部
133 姿勢制御
134 速度制御
135 電流制御
136 モータ
137 負荷
138 変換
139 姿勢演算
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記車輪に連結され、搭乗者が搭乗するためのステップと、
前記ステップに連結されたハンドルと、
前記車輪の前方側又は後方側に設けられ、昇降可能な1以上の接地モジュールと、
前記接地モジュールの上下の位置を検出するモジュール昇降センサと、
前記車輪の回転角度又は回転角速度を測定する回転角測定センサと、
前記ステップの姿勢を測定する姿勢測定センサと、
前記モジュール昇降センサ、前記回転角測定センサ及び前記姿勢測定センサの測定結果と、前記ハンドルからの入力と、に基づき、前記アクチュエータへの駆動指令を作成するアクチュエータ駆動部と、を有する倒立二輪車。 Wheels driven by actuators;
Coupled to the wheel for a passenger to board;
A handle coupled to the step;
One or more grounding modules provided on the front side or the rear side of the wheel and capable of moving up and down;
A module lifting sensor for detecting the vertical position of the ground module;
A rotation angle measurement sensor for measuring the rotation angle or rotation angular velocity of the wheel;
An attitude measurement sensor for measuring the attitude of the step;
An inverted two-wheeled vehicle comprising: an actuator driving unit that creates a drive command to the actuator based on measurement results of the module lift sensor, the rotation angle measurement sensor, and the attitude measurement sensor, and an input from the handle.
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