JP2015095095A - 移動体及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハンドルの傾斜角度を牽引アシストモードの停止角度内に容易に調整すること。【解決手段】移動体は、台車と、台車に回転可能に設けられた車輪と、台車に設けられたハンドルと、車輪を駆動する駆動手段と、ハンドルの傾斜角度を検出する角度検出手段と、角度検出手段により検出されたハンドルの傾斜角度に応じて前記駆動手段の駆動を制御する制御手段と、を備えている。制御手段は、角度検出手段により検出された傾斜角度に基づいてハンドルの傾斜方向に車輪を回転させることで台車の牽引を補助するように駆動手段を制御する牽引アシストモードを有している。牽引アシストモードには、角度検出手段により検出された傾斜角度に応じた駆動手段の駆動を停止する停止角度が設定されている。制御手段は、牽引アシストモード時に角度検出手段により検出された傾斜角度に基づいて停止角度を変更する。【選択図】図６

Description

本発明は、牽引を補助する制御を行う移動体及びその制御方法に関するものである。

台車に設けられたハンドルの傾斜角度に基づいてハンドルの傾斜方向に車輪を回転させ、台車の牽引を補助するように駆動手段を制御する牽引アシストモードを有する倒立型移動体が提案されている（特許文献１参照）。牽引アシストモードには、上記ハンドルの傾斜角度に応じた駆動手段の駆動を停止するための停止角度が設定されている。

特願２０１３−１３８７７号公報

しかしながら、上記倒立型移動体において、ユーザは、ハンドルの傾斜角度に応じた駆動手段の駆動を停止させたい場合、ハンドルの傾斜角度が停止角度内になるように調整を行うこととなる。この場合、ユーザの体格によっては、ハンドルの傾斜角度を停止角度内に調整するのが困難となることがある。例えば、体格の小さいユーザは、ハンドルを通常より大きく傾ける必要があるため、ハンドルの傾斜角度を停止角度内に調整するのが困難となることがある。一方、ハンドルの長さをユーザの体格に合わせて可変に構成した場合、ハンドルの構造が複雑となり、コスト増加を招く虞がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、ハンドルの傾斜角度を牽引アシストモードの停止角度内に容易に調整できる移動体及びその制御方法を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、台車と、該台車に回転可能に設けられた車輪と、前記台車に設けられたハンドルと、前記車輪を駆動する駆動手段と、前記ハンドルの傾斜角度を検出する角度検出手段と、前記角度検出手段により検出された前記ハンドルの傾斜角度に応じて前記駆動手段の駆動を制御する制御手段と、を備える移動体であって、前記制御手段は、前記角度検出手段により検出された前記傾斜角度に基づいて前記ハンドルの傾斜方向に前記車輪を回転させることで前記台車の牽引を補助するように前記駆動手段を制御する牽引アシストモードを有しており、前記牽引アシストモードには、前記角度検出手段により検出された前記傾斜角度に応じた前記駆動手段の駆動を停止する停止角度が設定されており、前記制御手段は、前記牽引アシストモード時に前記角度検出手段により検出された傾斜角度に基づいて前記停止角度を変更する、ことを特徴とする移動体である。
この一態様において、前記制御手段は、前記牽引アシストモード起動時に前記角度検出手段により検出された傾斜角度に基づいて、前記停止角度を前記ハンドルの傾斜方向にシフトさせてもよい。
この一態様において、前記制御手段は、前記牽引アシストモード起動時に前記角度検出手段により検出された傾斜角度が増加するに従がって、前記停止角度の前記ハンドル傾斜方向へのシフト量を増加させてもよい。
この一態様において、前記制御手段は、前記台車を倒立状態に維持するように前記駆動手段を制御する倒立制御モードを更に有しており、前記制御手段の前記牽引アシストモードと前記倒立制御モードとを切り替える切替手段を更に備えていてもよい。
この一態様において、前記制御手段は、前記牽引アシストモード起動時に前記角度検出手段により検出された傾斜角度に基づいて、前記停止角度の幅を変更してもよい。
この一態様において、前記制御手段は、前記牽引アシストモード起動時に前記角度検出手段により検出された傾斜角度が増加するに従がって、前記停止角度の幅を増加させてもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、台車に設けられたハンドルの傾斜角度に応じて前記台車の車輪の駆動を制御する移動体の制御方法であって、前記ハンドルの傾斜角度に基づいて前記ハンドルの傾斜方向に前記車輪を回転させることで前記台車の牽引を補助するように前記車輪の駆動を制御する牽引アシストモードに設定するステップと、 前記牽引アシストモード時に検出された前記ハンドルの傾斜角度に基づいて、前記ハンドルの傾斜角度に応じた前記車輪の駆動を停止する停止角度を変更するステップと、を含む、ことを特徴とする移動体の制御方法であってもよい。

本発明によれば、ハンドルの傾斜角度を牽引アシストモードの停止角度内に容易に調整できる移動体及びその制御方法を提供することを主たる目的とする。

本発明の一実施の形態に係る移動体の概略構成例を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る制御装置の制御システムの概略構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態に係る牽引アシストモードにおける、ハンドルの傾斜角度と各車輪に付与するアシストトルクとの関係の一例を示す図である。 ハンドルの傾斜角度と停止角度との関係の一例を示す図である。 ユーザの体格差によるハンドル傾斜角度の差を示す図である。 停止角度をハンドルの傾斜方向にシフトさせた状態を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る移動体の制御処理フローを示すフローチャートである。

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、本発明の一実施の形態に係る移動体の概略構成例を示す図である。図２は、本実施の形態に係る制御装置の制御システムの概略構成例を示すブロック図である。本実施の形態に係る移動体１は、台車２と、台車２に回転可能に設けられた左右一対の車輪３Ｒ、３Ｌと、各車輪３Ｒ、３Ｌを駆動する左右一対の駆動部４Ｒ、４Ｌと、台車２に取り付けられたハンドル５と、台車２及びハンドル５の傾斜角度を検出するセンサ６と、各駆動部４Ｒ、４Ｌの駆動を制御する制御装置７と、を備えている。
移動体１は、例えば、センサ６により検出されたハンドル５の傾斜角度に応じて、倒立状態を維持しつつ、所望の走行を行う同軸二輪車として構成されている。ユーザは、例えば、台車２に搭乗し、その重心移動により台車２及びハンドル５を傾斜させることで、移動体１を前後進、左右旋回、加減速などさせることができる。

各駆動部４Ｒ、４Ｌは、駆動手段の一具体例であり、各車輪３Ｒ，３Ｌを独立して回転駆動する。各車輪３Ｒ，３Ｌは、同軸上に設けられている。各車輪３Ｒ，３Ｌは、台車２の側面にそれぞれ平行となるように設けられている。ユーザは台車２に搭乗することが可能であり、また、対象物を台車２に積載し運搬することも可能である。

ハンドル５は、例えば、略Ｔ状に構成されており、その下端部は台車２の前方部分に連結されており、上端部は水平方向に延在している。ユーザは、台車２及びハンドル５を傾斜させることで、その傾斜方向に移動体１を移動させることができる。なお、上記移動体１の構成は一例であり、これに限らず、台車２及びハンドル５の傾斜に応じて倒立状態を維持しつつ、所望の走行を行う任意の倒立型移動体として構成されてもよい。

各駆動部４Ｒ、４Ｌは、制御装置７から出力されるトルク指令信号に応じた回転トルクを各車輪３Ｒ，３Ｌに与える。各駆動部４Ｒ、４Ｌは、例えば、アクチュエータ（電動モータ）、アクチュエータの回転軸に動力伝達可能に連結された減速ギア、各車輪３Ｒ，３Ｌの回転数を検出するためのカウンタ、等で構成されている。

センサ６は、角度検出手段の一具体例であり、例えば、加速度センサやジャイロセンサなどで構成されている。図１に示すように、移動体１の進行方向（前後方向）に伸びる軸をロール軸Ｒ、移動体１の左右方向に伸びる軸をピッチ軸Ｐ、移動体１の鉛直方向（上下方向）に伸びる軸をヨー軸Ｙとした場合に、センサ６は、ピッチ軸Ｐ周りにおけるハンドル５の傾斜角度（ピッチ軸Ｐ周りの台車２の傾斜角度）を検出できる。また、センサ６は、ロール軸Ｒ周りにおけるハンドル５の傾斜角度（ロール軸Ｒ周りの台車２の傾斜角度）を検出できる。

制御装置７は、制御手段の一具体例であり、センサ６により検出された台車２の傾斜角度に応じて各駆動部４Ｒ、４Ｌの駆動を制御する。制御装置７は、制御手段の一具体例であり、移動体１の姿勢情報を算出する演算部７１と、各駆動部４Ｒ、４Ｌを制御する制御部７２と、を有している。制御装置７は、例えば、制御処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵによって実行される制御プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）からなるメモリと、を有するマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。また、これらＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭは、データバスによって相互に接続されている。

制御装置７の演算部７１は、センサ６から出力されるハンドル５の傾斜角度に基づいて移動体１の姿勢情報を算出し、算出した移動体１の姿勢情報を制御部７２に出力する。

制御装置７の制御部７２は、演算部７１から出力される移動体１の姿勢情報に基づいて、各駆動部４Ｒ、４Ｌを制御するためのトルク指令信号を生成し、生成したトルク指令信号を各駆動部４Ｒ、４Ｌに出力する。制御部７２は、センサ６により検出された傾斜角度に基づいてハンドル５の傾斜方向に各車輪３Ｒ、３Ｌを回転させることで台車２の牽引を補助するように各駆動部４Ｒ、４Ｌを制御する牽引アシストモードを有している。

制御装置７の制御部７２には、制御部７２を牽引アシストモードに切り替えるためのトリガー信号を出力するモードスイッチ（切替手段の一具体例）８が接続されている。モードスイッチ８は、例えば、切替操作が可能なスイッチであり、台車２やハンドル５などに設けられている。ユーザは、例えば、移動体１を牽引する場合、モードスイッチ８を牽引アシストモード（オン状態）に切り替える。モードスイッチ８は、牽引アシストモードに切り替えられると、トリガー信号を制御部７２に出力する。

制御装置７の制御部７２は、演算部７１から出力される姿勢情報と、モードスイッチ８から出力されるトリガー信号と、基づいて、予め定められた判定条件に従って、牽引アシストモードを起動する。制御部７２は、牽引アシストモードを起動すると、センサ６により検出された傾斜角度に応じてハンドル５の傾斜方向に各車輪３Ｒ、３Ｌを回転させるように各駆動部４Ｒ、４Ｌを制御する。このようなアシストトルクを各車輪３Ｒ、３Ｌに与えることで、ユーザーは、移動体１を容易に牽引し運搬することができる。

なお、制御装置７の制御部７２は、モードスイッチ８から出力されるトリガー信号に応じて、牽引アシストモードに切替わっているが、これに限らず、任意のトリガー条件に応じて牽引アシストモードに切替わってもよい。例えば、台車２に搭乗者（または積載物）の有無を検出するステップスイッチが設けられている場合、制御部７２は、該ステップスイッチがオフ状態（降車状態）であり、かつ、各車輪３Ｒ，３Ｌの回転速度が０（停止状態）である判定したとき、牽引アシストモードに切替わっても良い。制御部７２は、移動体１のセンサから出力される任意のトリガー信号を用いて、牽引アシストモードに切替わってもよい。

制御装置７の制御部７２は、牽引アシストモードにおいて、例えば、予め測定した各駆動部４Ｒ、４Ｌと車輪３Ｒ，３Ｌとの間に発生する抵抗力（アクチュエータの内部抵抗力、減速ギア列間の抵抗力、軸受けと各車輪３Ｒ、３Ｌの間の抵抗力など）に対応するトルクがアシストトルクとして各車輪３Ｒ，３Ｌに生じるような、トルク指令信号を生成する。

図３は、本実施の形態に係る牽引アシストモードにおける、ハンドルの傾斜角度と各車輪に付与するアシストトルクとの関係の一例を示す図である。図４は、ハンドルの傾斜角度と停止角度との関係の一例を示す図である。

図４に示すように、例えば、ハンドル５の傾斜角度θ（−θ_１≦θ≦θ_１）は、移動体１の誤動作を防止するための停止角度Ｘとなっている。通常、ハンドル５の垂直状態（傾斜角度０°）から±所定角度内に停止角度Ｘが設定されている。このように、牽引アシストモードには、センサ６により検出された傾斜角度に応じた各駆動部４Ｒ、４Ｌの駆動を停止する停止角度Ｘが設定されている。制御装置７の制御部７２は、牽引アシストモードにおいて、センサ６により検出されたハンドル５の傾斜角度が停止角度Ｘの角度範囲内の場合、各車輪３Ｒ、３Ｌに対するアシストトルクが０となるようなトルク指令信号を生成し、各駆動部４Ｒ、４Ｌに出力する。

また、例えば、ハンドル５の傾斜角度θ（−θ_２≦θ≦−θ_１及びθ_１≦θ≦θ_２）においては、ハンドル５の傾斜角度の絶対値が増加するに従がって各車輪３Ｒ、３Ｌに対するアシストトルクの大きさも増加する。ハンドル５の傾斜角度の絶対値がθ_２を超えた場合には、各車輪３Ｒ、３Ｌに対するアシストトルクの大きさは、一定の値Ｔｍａｘとなっている。

ところで、上述のように、ユーザは、台車２の牽引補助制御を停止させたい場合、ハンドル５の傾斜角度が停止角度Ｘ内になるように、ハンドル５の傾斜角度の調整を行う。このとき、例えば、体格の小さいユーザは、体格の大きいユーザに比して、自ずとハンドル５をより大きく傾斜させる（θａ＜θｂ）こととなる（図５）。
このため、従来、体格の小さいユーザは、ハンドルの傾斜角度を停止角度の傾斜角度に調整するのが困難となる問題が生じていた。

そこで、本実施の形態に係る移動体１において、制御装置７の制御部７２は、牽引アシストモード時にセンサ６により検出されたハンドル５の傾斜角度に基づいて停止角度Ｘを変更する。これにより、ユーザの体格の大きさに応じた停止角度Ｘが設定されるため、ユーザはハンドル５の傾斜角度を牽引アシストモードの停止角度Ｘ内に容易に調整できる。一方、ハンドル５などの構造を変えることなく、停止角度Ｘの変更のみで上記効果を奏するため、コスト増加を抑えることもできる。

例えば、体格の小さいユーザは、上記牽引アシストモードを利用する際にハンドル５を手前（進行方向）により大きく傾ける必要がある（図５）。これに対し、本実施の形態に係る制御装置７の制御部７２は、牽引アシストモード時にセンサ６により検出されたハンドル５の傾斜角度に基づいて停止角度Ｘを、ユーザの体格に合わせるように、図４に示す状態から図６に示す状態に、ハンドル５の傾斜方向（進行方向）にシフトさせる。これにより、停止角度Ｘがハンドル５の傾斜方向（ユーザ側）にシフトして設定されるため、体格の小さいユーザでも、ハンドル５の傾斜角度を牽引アシストモードの停止角度Ｘ内に容易に調整できる。

制御装置７の制御部７２は、例えば、牽引アシストモード起動時にセンサ６により検出されたハンドル５の傾斜角度が進行方向へ増加するに従がって、停止角度Ｘのハンドル傾斜方向へのシフト量を増加させる。

次に、本実施の形態に係る移動体の制御方法について詳細に説明する。図７は、本実施の形態に係る移動体の制御処理フローを示すフローチャートである。制御装置７の制御部７２は、演算部７１から出力される姿勢情報と、モードスイッチ８から出力されるトリガー信号と、基づいて、予め定められた判定条件に従って、牽引アシストモードを起動するか否かを判断する（ステップＳ１０１）。

次に、制御装置７の制御部７２は、上記判定条件に従って牽引アシストモードを起動し（ステップＳ１０２）、その起動時にセンサ６により検出されたハンドル５の傾斜角度を上記メモリなどに記憶させる（ステップＳ１０３）。
制御装置７の制御部７２は、上記メモリに記憶された牽引アシストモード起動時のハンドル５の傾斜角度に基づいて、停止角度Ｘをハンドル５の傾斜方向にシフトさせる（例えば、図７）（ステップＳ１０４）。

制御装置７の制御部７２は、センサ６により検出されたハンドル５の傾斜角度が停止角度Ｘ内にあるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。

制御装置７の制御部７２は、センサ６により検出されたハンドル５の傾斜角度が停止角度Ｘ内にあると判定したとき（ステップＳ１０５のＹＥＳ）、各車輪３Ｒ、３Ｌに対するアシストトルクが０となるようなトルク指令信号を生成し、各駆動部４Ｒ、４Ｌに出力する（ステップＳ１０６）。これにより、移動体１の誤動作を容易に防止することができる。
一方、制御部７２は、センサ６により検出されたハンドル５の傾斜角度が停止角度Ｘ内にない（有効範囲内にある）と判定したとき（ステップＳ１０５のＮＯ）、センサ６により検出された傾斜角度に応じてアシストトルクが各車輪３Ｒ、３Ｌに生じるトルク指令信号を生成し、各駆動部４Ｒ、４Ｌに出力する（ステップＳ１０７）。これにより、ハンドル５が傾いた方向に各車輪３Ｒ，３Ｌが回転駆動するため、ユーザーは移動体１を容易に牽引し運搬することができる。

以上、本実施の形態に係る移動体１において、牽引アシストモード時にセンサ６により検出されたハンドル５の傾斜角度に基づいて停止角度Ｘを変更する。これにより、ユーザの体格の大きさに応じた停止角度Ｘが設定されるため、ユーザはハンドル５の傾斜角度を牽引アシストモードの停止角度Ｘ内に容易に調整できる。

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。
上記実施の形態において、制御装置７の制御部７２は、上記牽引アシストモードと、台車２を倒立状態に維持するように各駆動部４Ｒ、４Ｌを制御する倒立制御モードと、を有している。制御部７２は、モードスイッチ８から出力されるトリガー信号に応じて、牽引アシストモードと、倒立制御モードと、に切替わる。ユーザは、モードスイッチ８を切替え操作することで、制御部７２を牽引アシストモードと、倒立制御モードと、に切り替えることができる。これにより、ユーザは、モードスイッチ８を操作するだけで容易に、例えば、移動体１を牽引する状態から倒立状態に変更し乗車、あるいは、倒立状態から牽引状態に変更し移動体１を運搬することができる。

上記実施の形態において、制御装置７の制御部７２は、牽引アシストモード時にセンサ６により検出されたハンドル５の傾斜角度に基づいて、停止角度をハンドル５の傾斜方向にシフトさせているが、これに限らず、停止角度の幅を変更してもよい。制御部７２は、牽引アシストモード起動時にセンサ６により検出されたハンドル５の傾斜角度が増加するに従がって、停止角度幅を増加させる。

例えば、制御部７２は、牽引アシストモード起動時にセンサ６により検出されたハンドル５の傾斜角度に基づいて、停止角度幅（−θ_１≦θ≦θ_１）から停止角度幅（−θ_３≦θ≦θ_３、θ_１＜θ_３）に増加させる。これにより、停止角度Ｘがユーザ側に設定されるため、体格の小さいユーザでも、ハンドル５の傾斜角度を牽引アシストモードの停止角度Ｘ内に容易に調整できる。なお、制御部７２は、牽引アシストモード時にセンサ６により検出されたハンドル５の傾斜角度に基づいて、停止角度をハンドル５の傾斜方向にシフトさせつつ、停止角度幅を変更してもよい。

また、本発明は、例えば、図７に示す処理を、ＣＰＵにコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。

プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。

また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

１ 移動体
２ 台車
３Ｒ、３Ｌ 車輪
４Ｒ、４Ｌ 駆動部
５ ハンドル
６ センサ
７ 制御装置
８ モードスイッチ

Claims (7)

1. 台車と、該台車に回転可能に設けられた車輪と、前記台車に設けられたハンドルと、前記車輪を駆動する駆動手段と、前記ハンドルの傾斜角度を検出する角度検出手段と、前記角度検出手段により検出された前記ハンドルの傾斜角度に応じて前記駆動手段の駆動を制御する制御手段と、を備える移動体であって、
   前記制御手段は、前記角度検出手段により検出された前記傾斜角度に基づいて前記ハンドルの傾斜方向に前記車輪を回転させることで前記台車の牽引を補助するように前記駆動手段を制御する牽引アシストモードを有しており、
   前記牽引アシストモードには、前記角度検出手段により検出された前記傾斜角度に応じた前記駆動手段の駆動を停止する停止角度が設定されており、
   前記制御手段は、前記牽引アシストモード時に前記角度検出手段により検出された傾斜角度に基づいて前記停止角度を変更する、ことを特徴とする移動体。
2. 請求項１記載の移動体であって、
   前記制御手段は、前記牽引アシストモード起動時に前記角度検出手段により検出された傾斜角度に基づいて、前記停止角度を前記ハンドルの傾斜方向にシフトさせる、ことを特徴とする移動体。
3. 請求項２記載の移動体であって、
   前記制御手段は、前記牽引アシストモード起動時に前記角度検出手段により検出された傾斜角度が増加するに従がって、前記停止角度の前記ハンドル傾斜方向へのシフト量を増加させる、ことを特徴とする移動体。
4. 請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の移動体であって、
   前記制御手段は、前記台車を倒立状態に維持するように前記駆動手段を制御する倒立制御モードを更に有しており、
   前記制御手段の前記牽引アシストモードと前記倒立制御モードとを切り替える切替手段を更に備える、ことを特徴とする移動体。
5. 請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の移動体であって、
   前記制御手段は、前記牽引アシストモード起動時に前記角度検出手段により検出された傾斜角度に基づいて、前記停止角度の幅を変更する、ことを特徴とする移動体。
6. 請求項５記載の移動体であって、
   前記制御手段は、前記牽引アシストモード起動時に前記角度検出手段により検出された傾斜角度が増加するに従がって、前記停止角度の幅を増加させる、ことを特徴とする移動体。
7. 台車に設けられたハンドルの傾斜角度に応じて前記台車の車輪の駆動を制御する移動体の制御方法であって、
   前記ハンドルの傾斜角度に基づいて前記ハンドルの傾斜方向に前記車輪を回転させることで前記台車の牽引を補助するように前記車輪の駆動を制御する牽引アシストモードに設定するステップと、
   前記牽引アシストモード時に検出された前記ハンドルの傾斜角度に基づいて、前記ハンドルの傾斜角度に応じた前記車輪の駆動を停止する停止角度を変更するステップと、を含む、ことを特徴とする移動体の制御方法。

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