JP2016097904A - Attitude control device and control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両や運搬機等の移動中の姿勢を少なくとも制御する姿勢制御装置および制御方法に関する。 The present invention relates to an attitude control device and a control method for controlling at least the attitude of a vehicle, a transporter, or the like during movement.
自動車等の車両に搭載されるサスペンション装置は、ばねおよびショックアブソーバ等の要素を用いて、パッシブまたはアクティブに路面からの振動を抑制したり、あるいは、車体の姿勢を制御したりしている(例えば特許文献1参照)。このようなサスペンション装置により、操縦安定性や乗り心地の向上が図られる。 Suspension devices mounted on vehicles such as automobiles use elements such as springs and shock absorbers to passively or actively suppress vibration from the road surface or control the posture of the vehicle body (for example, Patent Document 1). With such a suspension device, it is possible to improve steering stability and ride comfort.
しかしながら、近年では、乗り心地のさらなる向上が求められており、サスペンション装置のみでは、その要求への対応が難しくなってきている。 However, in recent years, further improvement in riding comfort has been demanded, and it has become difficult to meet the demand only with the suspension device.
また、物を載せて運搬する運搬機では、運搬中であっても、被運搬物によってはその姿勢を適切な姿勢に保つことを要求される場合がある。 Further, in a transporter that loads and transports an object, it may be required to maintain the posture in an appropriate posture depending on the object to be transported even during transport.
本発明の目的は、快適な乗り心地を実現し、あるいは、物の運搬中において被運搬物の姿勢を適切な姿勢に保つことができる姿勢制御装置およびその制御方法を提供することにある。 The objective of this invention is providing the attitude | position control apparatus which can implement | achieve comfortable riding comfort, or can maintain the attitude | position of a to-be-conveyed object in a suitable attitude | position during conveyance of an object, and its control method.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る姿勢制御装置は、傾斜機構と、検出部と、制御部とを具備する。
前記傾斜機構は、制御対象を傾斜させることが可能に構成される。
前記検出部は、前記制御対象に取り付けられ、前記制御対象が任意の姿勢にある状態で前記制御対象に働く少なくとも重力方向以外の方向の加速度を検出可能である。
前記制御部は、前記検出部により検出された前記重力方向以外の方向の加速度が減るように、前記傾斜機構を制御する。
本発明の制御部は、制御対象が任意の姿勢にある状態での制御対象に働く重力以外の、検出部による加速度の出力値が減るように、傾斜機構を制御するので、制御対象が利用者が座るシートであれば、快適な乗り心地を実現することができる。あるいは、制御対象が被運搬物であれば、制御対象の姿勢に応じてその姿勢を変化させ、被運搬物に適切な姿勢を維持させることができる。
In order to achieve the above object, an attitude control device according to an aspect of the present invention includes a tilt mechanism, a detection unit, and a control unit.
The tilt mechanism is configured to tilt the control target.
The detection unit is attached to the control target, and can detect acceleration in a direction other than the gravitational direction acting on the control target in a state where the control target is in an arbitrary posture.
The control unit controls the tilt mechanism so that acceleration in a direction other than the gravity direction detected by the detection unit is reduced.
Since the control unit of the present invention controls the tilt mechanism so that the acceleration output value by the detection unit other than the gravity acting on the control target in a state where the control target is in an arbitrary posture is controlled, the control target is the user. If the seat is seated, a comfortable ride can be achieved. Or if a control object is a conveyed product, the attitude | position can be changed according to the attitude | position of a controlled object, and an appropriate attitude | position can be maintained at the conveyed object.
前記傾斜機構は、マウント部と、駆動機構とを有していてもよい。
前記マウント部は、ベース部に減衰機構および弾性機構のうち少なくとも一方を介して接続される。
前記駆動機構は、前記マウント部と前記制御対象とを接続し、前記制御部から発せられる制御指令値を取得し、前記制御指令値に基づき前記制御対象を駆動する。
これにより傾斜機構を実現することができる。傾斜機構に、減衰機構または弾性機構が含まれる構成であってもよい。
The tilt mechanism may have a mount portion and a drive mechanism.
The mount portion is connected to the base portion via at least one of a damping mechanism and an elastic mechanism.
The drive mechanism connects the mount unit and the control target, acquires a control command value issued from the control unit, and drives the control target based on the control command value.
Thereby, an inclination mechanism can be realized. The inclination mechanism may include a damping mechanism or an elastic mechanism.
前記傾斜機構は、前記駆動機構と前記マウント部との間、および、前記駆動機構と前記制御対象との間のうち、少なくとも一方に設けられた関節部をさらに有ていてもよい。
これにより、駆動機構および/または制御対象が、関節部の駆動方向で傾斜しやすくなり、傾斜機構は、制御対象に発生する当該関節の駆動方向の外力に対して、機械的な応答精度が向上する。
The tilt mechanism may further include a joint portion provided at least one of the drive mechanism and the mount portion and between the drive mechanism and the control target.
As a result, the drive mechanism and / or the control target can easily be tilted in the joint drive direction, and the tilt mechanism has improved mechanical response accuracy with respect to the external force generated in the control target in the joint drive direction. To do.
前記駆動機構は、リニアモータを有する1以上のリニア駆動ユニットを含んでいてもよい。
リニアモータを有するリニア駆動ユニットが用いられることにより、回転運動をリニア運動に変換する時の回転の慣性力を発生しない。したがって、駆動機構の応答速度を高め、高周波振動が制御対象に伝達されることを抑制することができる。
The drive mechanism may include one or more linear drive units having a linear motor.
By using a linear drive unit having a linear motor, no rotational inertia force is generated when the rotational motion is converted into linear motion. Therefore, the response speed of the drive mechanism can be increased and the transmission of high-frequency vibrations to the controlled object can be suppressed.
前記駆動機構は、1以上のダンパを含み、前記傾斜機構は、前記マウント部と前記制御対象とを接続する弾性部材をさらに有していてもよい。
これにより、制御部は、例えばセミアクティブサスペンション技術を利用した制御を実現することができる。
The drive mechanism may include one or more dampers, and the tilt mechanism may further include an elastic member that connects the mount portion and the control target.
Thereby, the control part can implement | achieve control using a semi-active suspension technique, for example.
前記検出部は、前記傾斜機構による前記制御対象の傾斜が発生していないときに重力方向に一致する方向に沿って設けられた、振動による加速度の検出軸を有していてもよい。そして、前記制御部は、前記検出軸で検出された加速度に基づき、前記駆動機構をさらに制御してもよい。
これにより、制御部は、制御対象に働く振動を制御することができる。
The detection unit may include a detection axis for acceleration due to vibration provided along a direction coinciding with the direction of gravity when the tilt of the control target is not generated by the tilt mechanism. The control unit may further control the drive mechanism based on the acceleration detected by the detection axis.
Thereby, the control part can control the vibration which acts on a control object.
前記駆動機構は、前記検出軸で検出された加速度の方向の振動を減衰させる1以上のダンパを含んでいてもよい。
これにより、制御部は、上記のようにセミアクティブサスペンション技術を利用して、制御対象に概ね上下方向に働く振動を減衰させることができる。
The drive mechanism may include one or more dampers that attenuate vibrations in the direction of acceleration detected by the detection shaft.
Thereby, the control part can attenuate the vibration which acts on a controlled object substantially up and down using the semi-active suspension technology as described above.
本発明の他の姿勢制御装置は、傾斜機構と、ダンパと、検出部と、制御部とを具備する。
前記傾斜機構は、重力方向以外の方向の外力が制御対象に働くことで、前記制御対象の傾きをパッシブに制御することが可能に構成される。
前記ダンパは、前記傾斜機構と前記制御対象とを接続する。
前記検出部は、前記傾斜機構による前記制御対象の傾斜が発生していないときに重力方向に一致する方向に沿って設けられた、振動による加速度の検出軸を有する。
前記制御部は、前記検出部の検出軸で検出された加速度から得られる速度に基づき、前記ダンパの減衰特性を制御する。
この姿勢制御装置は、傾斜機構により制御対象を傾斜させることにより、姿勢制御を行い、かつ、検出部の検出軸で検出された加速度から得られる速度に基づき、ダンパの減衰特性を制御することにより、振動制御を行うことができる。これにより、快適な乗り心地を実現し、あるいは、物の運搬中において被運搬物の姿勢を適切な姿勢に保つことができる。
Another attitude control device of the present invention includes a tilt mechanism, a damper, a detection unit, and a control unit.
The tilt mechanism is configured to be capable of passively controlling the tilt of the control target by applying an external force in a direction other than the gravitational direction to the control target.
The damper connects the tilt mechanism and the control target.
The detection unit includes a detection axis for acceleration due to vibration provided along a direction that coincides with the direction of gravity when the tilt of the control target is not generated by the tilt mechanism.
The control unit controls the damping characteristic of the damper based on the speed obtained from the acceleration detected by the detection axis of the detection unit.
This attitude control device performs attitude control by inclining the controlled object by an inclination mechanism, and controls the damping characteristics of the damper based on the speed obtained from the acceleration detected by the detection axis of the detection unit. Vibration control can be performed. Thereby, a comfortable riding comfort can be realized, or the posture of the object to be transported can be kept in an appropriate posture during transportation of the object.
本発明に係る制御方法は、制御対象に取り付けられた検出部により、前記制御対象が任意の姿勢にある状態で前記制御対象に働く少なくとも重力方向以外の方向の加速度を検出することを含む。
前記検出部により検出された前記重力方向以外の方向の加速度が減るように、前記制御対象を傾斜させることが可能な傾斜機構が、制御部により制御される。
The control method according to the present invention includes detecting an acceleration in a direction other than the gravitational direction acting on the control target in a state where the control target is in an arbitrary posture by a detection unit attached to the control target.
An inclination mechanism capable of inclining the control target is controlled by the control unit so that acceleration in a direction other than the gravity direction detected by the detection unit is reduced.
本発明の他の制御方法は、重力方向以外の方向の外力が制御対象に働くことで、前記制御対象の傾きを傾斜機構によりパッシブに制御することを含む。
前記傾斜機構による前記制御対象の傾斜が発生していないときに重力方向に一致する方向に沿って設けられた検出軸であって、制御対象に取り付けられた検出部の検出軸により、振動の加速度が検出される。
前記振動による加速度から得られる速度に基づき、前記傾斜機構と前記制御対象とを接続するダンパの減衰特性が制御される。
Another control method of the present invention includes passively controlling the tilt of the control object by an inclination mechanism by applying an external force in a direction other than the gravitational direction to the control object.
Acceleration of vibration by a detection axis provided along a direction that coincides with the direction of gravity when the tilt of the control target by the tilt mechanism does not occur, and by a detection axis of a detection unit attached to the control target Is detected.
Based on the speed obtained from the acceleration due to the vibration, the damping characteristic of the damper connecting the tilt mechanism and the control target is controlled.
以上、本発明によれば、快適な乗り心地を実現し、あるいは、物の運搬中において被運搬物の姿勢を適切な姿勢に保つことができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to realize a comfortable ride or to keep the posture of the object to be transported in an appropriate posture during the transportation of the object.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施形態]
(姿勢制御装置の構成)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る姿勢制御装置が、車両のシート10に適用された例を示す図である。図2は、シート10上から見た姿勢制御装置(駆動機構35)の模式図である。
[First Embodiment]
(Configuration of attitude control device)
FIG. 1 is a diagram showing an example in which the attitude control device according to the first embodiment of the present invention is applied to a
姿勢制御装置100を構成する主なハードウェアは、主にシート10の下部に配置されている。なお、シート10は車両に搭載されるものに限られず、例えば飛行機、船舶などの航行体や、その他の乗り物に適用されるシートであってもよい。
Main hardware constituting the
姿勢制御装置100は、加速度センサ(検出部)60、傾斜機構30、および制御部50を備える。加速度センサ60は、例えば姿勢制御の制御対象となるシート10の基部10aの下部に取り付けられている。制御対象が剛体であれば、制御原理上は、加速度センサ60は、制御対象のどの部分に配置されていてもよい。典型的には、加速度センサ60は、シート10の基部10aの中心あるいは重心に配置される。
The
加速度センサ60は、シート10が任意の姿勢にある状態でシート10に働く少なくとも重力方向以外の方向の加速度を検出するように構成される。典型的には、加速度センサ60は、重力方向も含む直交3軸の検出軸を有する。
The
以降では、説明の便宜上、加速度センサ60に固定の座標系を(x'、y'、z')軸で表し、地球上の慣性座標系、つまり3次元空間内の座標系を(x、y、z)軸で表す。(x'、y'、z')軸が加速度センサ60の直交3軸の検出軸となる。z軸は重力方向に沿う鉛直軸である。重力方向とは、文字通り、地球の中心に向かう方向である。そして、シート10に座った利用者の前後方向(車両の前後方向)をy軸に沿う方向とし、図1中左方向を前方向(車両の進行方向)とし、右方向を後ろ方向とする。
Hereinafter, for convenience of explanation, a coordinate system fixed to the
なお、xまたはyの1軸周りのみのシート10の傾きを制御する場合、加速度センサ60はそれに対応する1軸のみの検出軸を有していればよい。
When controlling the inclination of the
制御対象に働く重力方向以外の方向として、例えば慣性力が挙げられる。また、制御対象がたとえ静止している場合でも、水平面(x−y平面)から傾いている場合には、その傾斜に沿う方向も、重力方向以外の方向である。後述するベース部15上のマウント部31の平面が、水平面(x−y平面)に平行である時、加速度センサ60の検出軸の3軸(x'、y'、z')が、(x、y、z)の各軸に一致する。
As a direction other than the direction of gravity acting on the controlled object, for example, an inertia force can be cited. Moreover, even when the controlled object is stationary, when it is tilted from the horizontal plane (xy plane), the direction along the tilt is also a direction other than the gravitational direction. When the plane of the
傾斜機構30は、制御対象を傾斜させることが可能に構成されており、例えばマウント部31、減衰ばね機構20、および駆動機構35を有する。マウント部31は、シャーシやフレーム等で構成されるベース部15上に減衰ばね機構20を介して設けられている。すなわち、減衰ばね機構20により、ベース部15とマウント部31とが接続されている。なお、傾斜機構30は、減衰ばね機構20を含まない概念であってもよい。
The
減衰ばね機構20は、例えば減衰機能(減衰機構)および弾性機能(弾性機構)を発揮する構成であれば、どのような構成であってもよい。例えば減衰ばね機構20は、減衰機構としてパッシブダンパ24、および、弾性機構としてコイルばね22により構成される。もちろんコイルばね22に限られず、ゴム、空気ばね、板ばね等であってもよい。おおよそ10Hz〜20Hzといった比較的高い周波数成分を持つ振動を抑制するように、減衰ばね機構20の減衰係数、ばね定数、構造等が設計され、また、パッシブダンパ24の数やコイルばね22の数が設計される。パッシブダンパ24およびコイルばね22のうちいずれか一方のみが設けられていてもよい。
The damping
駆動機構35は、マウント部31とシート10とを接続している。駆動機構35は、リニアサーボモータ等のリニアモータ(図示せず)を有するリニア駆動ユニット350を含む。リニアモータは、回転モータのように回転駆動力を発生しないため、回転運動をリニア運動に変換する時の慣性力が発生せず、応答速度を上げることができる。また、当該変換時の慣性力が発生することによって減衰ばね機構20では除去しきれない高周波振動が制御対象に伝達される、という懸念を解消することができる。
The
リニア駆動ユニット350の数は単数でもよいが、複数設けられることが好ましい。複数の場合、2つでもよいが、例えばz方向で見て三角形の頂点に3つ、または、四角形の頂点に4つ設けられることが好ましい。あるいは、5つ以上であってもよい。
Although the number of
リニア駆動ユニット350の数が1、または2つの場合、姿勢制御装置100は、z軸に直交する任意の1軸(例えばx軸)周りの傾きを制御することで、シート10の姿勢を制御することができる。リニア駆動ユニット350の数が3つ以上の場合、姿勢制御装置100は、x−y平面に平行な任意の複数の軸周りの傾きを制御することで、シート10の任意の方向の姿勢を制御することができる。原理上、リニア駆動ユニット350の数が増えるほど、対応可能な制御方向は増える。以下では、基本的には、4つのリニア駆動ユニット350(図2において、符号350F(350F1、350F2)、350R(350R1、350R2)で示す。)が設けられる形態を説明する。
When the number of the
駆動機構35とマウント部31との間、また、駆動機構35とシート10との間に、関節部としてスフェリカルジョイント38がそれぞれ設けられている。これにより、シート10は、マウント部31に対してシート10が3軸の自由度で傾くような姿勢を取ることができる。
A spherical joint 38 is provided as a joint between the
なお、1軸周りのみの姿勢を制御する場合、関節部は少なくとも1軸の自由度を有するジョイントであればよい。関節部、例えばスフェリカルジョイント38は、駆動機構35とマウント部31との間にのみ設けられていもよいし、または、駆動機構35とシート10との間にのみ設けられていてもよい。
When controlling the posture only around one axis, the joint may be a joint having at least one degree of freedom. The joint part, for example, the spherical joint 38 may be provided only between the
マウント部31とシート10の間とには、弾性部材としてのばね33が設けられている。ばね33の数、配置、ばね定数等は、適宜設計される。また、マウント部31には、シート10の傾きを規制するストッパ39が設置されている。ストッパ39の数、配置等も適宜設計される。ストッパ39はコイルばねであってもよい。
A
制御部50は、加速度センサ60からの出力される信号、すなわち加速度信号を取得し、その加速度に基づき、傾斜機構30のうち駆動機構35の駆動を制御する。本実施形態では、制御部50は、上述の重力方向以外の方向の加速度に基づき、その加速度が減るように、例えばその加速度がゼロになるように、各リニア駆動ユニット350に制御信号である制御指令値を出力する。各リニア駆動ユニット350はその制御指令値を受け、これに従い、シート10の姿勢(傾き)を制御する。リニア駆動ユニット350がリニアサーボモータを駆動源とする場合、制御指令値は電流値または電圧値となる。
The
制御部50は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等のコンピュータに用いられるハードウェア要素および必要なソフトウェアにより実現され得る。CPUに代えて、またはこれに加えて、FPGA(Field Programmable Gate Array)等のPLD(Programmable Logic Device)、あるいは、DSP(Digital Signal Processor)等が用いられてもよい。
The
(姿勢制御装置による姿勢制御の方法)
次に、姿勢制御装置100による姿勢制御の方法を説明する。ここでは、「姿勢制御」のみを説明するため、路面からの振動による加速度(主にz方向の振動加速度)を無視する。「振動制御」については後述する。
(Attitude control method by attitude control device)
Next, a method of posture control by the
図3A〜Dは、車両の任意の走行状態に応じて、シート10の姿勢が制御された状態を示す。具体的には、図3Aは、車両が加速して前進する場合に、シート10の姿勢が制御された状態を示し、図3Bは、車両がブレーキ力により減速する場合に、シート10の姿勢が制御された状態を示す。図3Cは、車両が左カーブを走行または左折する場合に場合に、シート10の姿勢が制御された状態であってシートを後ろ側から見た状態を示す。図3Dは、車両が右カーブを走行または右折する場合に、シート10の姿勢が制御された状態であってシートを後ろ側から見た状態を示す。なお、図1は、シート10に重力のみが働いている状態を示す。
3A to 3D show a state in which the posture of the
図3A、Bに示すように、シート10の前後の傾きを制御する場合、駆動機構35のうち、前後のリニア駆動ユニット350Fおよび350Rの駆動が制御される。図3C、Dに示すように、シート10の左右の傾きを制御する場合、駆動機構35のうち、リニア駆動ユニット[350F1および350R1]および/または[350F2および350R2]の駆動が制御される。実際には、駆動機構35は、図3A〜Dに示した駆動を複合的に実行する。例えば、車両が右カーブを走行しながら加速する場合、駆動機構35は、図3AおよびDに示した両方の駆動を行う。
As shown in FIGS. 3A and 3B, when the front / rear inclination of the
図4Aに示すように、車両が加速する時、加速度センサ60は、重力以外の外力である慣性力によるy'軸後ろ方向の加速度を検出する。制御部50は、検出されたy'軸後ろ方向の加速度を減らすように、あるいはゼロにするようにするための力の指令値を演算し、これを駆動機構35へ出力する。これにより、駆動機構35は、図3Aおよび図4Bに示すように、シート10の後部を上げ、および/または、シート10の前部を下げるようにして、シート10を傾ける。これにより、検出されたy'軸後ろ方向の加速度を減らし、またはゼロにすることができる。すなわち、駆動機構35は、y'軸前方向に傾きによる重力成分の加速度(図4B参照)を与えるように、シート10を駆動することにより、検出されたy'軸後ろ方向の加速度を減らし、またはゼロにすることができる。
As shown in FIG. 4A, when the vehicle accelerates, the
一方、図5Aに示すように、車両が減速する時、加速度センサ60は、重力以外の外力である慣性力によるy'軸前方向の加速度を検出する。制御部50は、検出されたy'軸前方向の加速度を減らすように、あるいはゼロにするようにするための指令値を演算し、これを駆動機構35へ出力する。これにより、駆動機構35は、図3Bおよび図5Bに示すように、シート10の後部を下げ、および/または、シート10の前部を上げるようにして、シート10を傾ける。これにより、検出されたy'軸前方向の加速度を減らし、またはゼロにすることができる。すなわち、駆動機構35は、y'軸後ろ方向に傾きによる重力成分の加速度(図5B参照)を与えるように、シート10を駆動することにより、検出されたy'軸前方向の加速度を減らし、またはゼロにすることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 5A, when the vehicle decelerates, the
図3C、Dに示すように、左右方向の傾き(y軸周りの傾き)駆動原理につても、上述した前後方向の傾き(x軸周りの傾き)駆動原理と同様である。 As shown in FIGS. 3C and 3D, the principle of driving in the horizontal direction (tilt around the y-axis) is the same as the principle of driving in the front-rear direction (tilt around the x-axis) described above.
なお、制御部50は、検出された加速度と、リニア駆動ユニット350の駆動量(ストローク量)を得るための制御指令値とが関連付けられたルックアップテーブルを持っていてもよい。この場合、リニア駆動ユニット350は複数設けられるので、各リニア駆動ユニット350ごとにルックアップテーブルがあればよい。
The
以上のような制御により、利用者は、車両の加速および減速により、後方および前方に力を受けても、その力が減るように、または打ち消されるように、身体が傾くので乗り心地が向上する。また利用者は、カーブ、あるいは右左折により、左右に力を受けても、その力が減るように、または打ち消されるように、身体が傾くので乗り心地が向上する。例えば、走行中に、飲料物を飲む場合であっても、利用者および当該飲料物に働く外力が低減されるので、飲料物をこぼさずに飲むことができる。また走行中に、例えば新聞、雑誌、書籍等が読みやすくなり、あるいは走行中にコンピュータを使用して仕事をしたり等、快適な移動環境を提供することができる。 By the control as described above, even if the user receives a force backward and forward due to acceleration and deceleration of the vehicle, the user leans so that the force is reduced or canceled so that the riding comfort is improved. . In addition, even if the user receives a force from side to side due to a curve or a left or right turn, the body tilts so that the force is reduced or canceled, so that the riding comfort is improved. For example, even when drinking a beverage while traveling, the external force acting on the user and the beverage is reduced, so that the beverage can be drunk without spilling. In addition, it is possible to provide a comfortable moving environment such as easy reading of newspapers, magazines, books, etc. during traveling, or working using a computer during traveling.
また、本実施形態では、関節部としてスフェリカルジョイント38が設けられることにより、シート10に発生するあらゆる方向の外力に対して、機械的な応答精度が向上する。
In the present embodiment, since the spherical joint 38 is provided as the joint portion, the mechanical response accuracy is improved with respect to the external force generated in all directions in the
なお、本姿勢制御装置100を構成するハードウェアは、乗用車であれば後部座席の全部または一部にのみ設けるようにしてもよい。
Note that the hardware constituting the
[第2の実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。これ以降の説明では、上記第1の実施形態に係る姿勢制御装置100が含む機構や機能等について同様のものは説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。本実施形態に係る姿勢制御装置200のハードウェア構成の説明には、少なくとも図1を用いれば足りるのでそれを参照する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the following description, description of the same mechanism, function, and the like included in the
本実施形態に係る姿勢制御装置200は、例えば上記姿勢制御に加えて、主にz軸に沿う方向(振動方向)の振動を制御する。この振動周波数は、おおよそ1Hz〜2Hz(〜数Hz)といった比較的低い周波数である。
The
上記第1の実施形態では、駆動機構35としてリニアモータによるリニア駆動ユニット350が用いられたが、この姿勢制御装置200では、z'方向の振動を制御するために、駆動機構35が有する駆動ユニットとして1つ以上のダンパ360(図6参照)が用いられる。ダンパ360は、例えばアクティブサスペンション、またはセミアクティブサスペンション方式で利用されるショックアブソーバである。ダンパ360の数は、第1実施形態と同じく3、4、あるいは5つ以上であることが好ましい。
In the first embodiment, the
加速度センサ60は、例えば、直交3軸(x'、y'、z')の検出軸を有する。振動制御に用いられる検出軸はz'軸である。z'軸方向の検出軸は、「傾斜機構による制御対象の傾斜が発生していないときに重力方向に一致する方向に設けられた検出軸」である。本実施形態に係る姿勢制御装置200は、このz'軸方向の振動の加速度を抑制するものである。
The
図6は、この第2の実施形態に係る姿勢制御装置200の構成を示すブロック図である。制御部55は、姿勢制御指令値演算部51、積分演算部53、振動制御指令値演算部52を備える。
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of the
加速度センサ60で検出された加速度は、姿勢制御指令値演算部51に入力され、上記第1の実施形態と同様に、姿勢制御ための指令値が演算される。
The acceleration detected by the
また、加速度センサ60で検出された加速度は、積分演算部53に入力され、積分されることにより、速度が算出される。算出された速度は、振動制御指令値演算部52に入力され、振動制御指令値演算部52は、その速度に基づき、振動制御のための指令値を算出する。制御部55は、例えばダンパ360の減衰係数(減衰特性)とダンパ速度(ピストン速度)との関係を示すルックアップテーブルを有しており、これに基づいて、振動制御のための制御指令値(電流値や電圧値)を出力する。すなわち、加速度センサ60で得られたz'方向の加速度を積分して得られる速度(ダンパ速度に対応)に基づいて、ダンパ360の減衰係数を設定することにより、適切な減衰力が得られる。
In addition, the acceleration detected by the
加速度センサ60で得られたz'方向の加速度を積分して得られる速度とは、つまり、シート10のz'方向成分の振動による速度である。
The speed obtained by integrating the acceleration in the z ′ direction obtained by the
制御部55は、姿勢制御指令値演算部51で算出された指令値と、振動制御指令値演算部52で算出された指令値とを加算して、これを各ダンパ360に出力する。これにより、駆動機構35は、上記第1の実施形態と同様の姿勢制御のための駆動と、z'方向の振動制御のための駆動とを同時に行うことができる。その結果、振動が抑制され、さらに快適な乗り心地を実現することができる。
The
[第3の実施形態]
図7は、本発明の第3の実施形態に係る姿勢制御装置の構成を示す図である。この姿勢制御装置300は、曲面状、典型的には球面を有するベース部115上に搭載される。具体的には、姿勢制御装置300は、主に、ベース部115上に設けられた、制御対象であるシート10を傾斜させることが可能に構成された傾斜機構70を備え、また、シート10と傾斜機構70とを接続する駆動機構75として、ダンパ750等を備える。また、ダンパ750に並列してばね等の弾性機構73も設けられている。ダンパ750は1つでもよいが、複数設けられることが好ましい。
[Third Embodiment]
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of an attitude control device according to the third embodiment of the present invention. This
傾斜機構70は、重力方向以外の方向の外力がシート10に働くことで、パッシブにシート10を傾斜させてこの傾きを制御するように構成される。例えば傾斜機構70は、マウント部71と、マウント部71とベース部115との間に設けられた複数のボール72とを有する。これらのボール72は、定位置で回転自在に設けられている。
The tilt mechanism 70 is configured to passively tilt the
マウント部71の少なくとも下面はベース部115の表面に沿う曲面状、球面状に形成される。すなわち、マウント部71は、ベース部115上の曲面、球面上での回転の自由度を持つ。本実施形態では、ダンパ750とシート10との間、あるいは、ダンパ750とマウント部71との間には、上述したスフェリカルジョイント等の関節部は設けられていない。したがって、傾斜機構70により、発進時加速やブレーキ減速による慣性力等の重力以外の外力がシート10およびマウント部71等に働くと、シート10およびマウント部71が自ずと(パッシブに)その外力の方向に一体に移動して傾く。
At least the lower surface of the
なお、マウント部71の周囲には、マウント部71の移動範囲を規制する複数のストッパ39が配置されている。また、
A plurality of
本実施形態では、制御部150が、ダンパ750を制御することでz'方向の振動制御を行う。シート10に取り付けられた加速度センサ60は、少なくともz'方向の1軸の加速度を検出するものであればよい。制御部150は、検出されたz'方向の加速度を、上記第2の実施形態と同様に積分し、得られた速度に基づき、ダンパ750の減衰特性を制御するために、ダンパ750に制御指令値を出力する。これにより、適切な減衰力が得られる。
In the present embodiment, the
以上のように、傾斜機構70によりシート10の姿勢制御をパッシブに行い、制御部150によりシート10の振動制御を行うことによっても、快適な乗り心地を実現できる。
As described above, a comfortable riding comfort can also be realized by passively controlling the posture of the
[第4の実施形態]
(姿勢制御装置の原理的な説明)
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。図8Bに示す液体2が入った容器1に、ブレーキや発進に伴う加速度が働くと、液体2に慣性力が働き、図8A、Cに示すように、その慣性力により液面が傾く。本実施形態に係る姿勢制御の趣旨は、図8D、Eに示すように、容器1に対する液面の傾きをなくすように、つまり、液体2がこぼれないように、容器1の傾きを制御することである。つまり、本実施形態は、制御対象に働く重力方向以外の方向の加速度が減るように傾斜機構を制御する、という上記第1、2の実施形態と共通の特徴を有している。
[Fourth Embodiment]
(Principle explanation of attitude control device)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. When acceleration accompanying braking or starting acts on the
図9は、本実施形態に係る姿勢制御装置400を示す模式的な図であり、その原理を説明するための図である。この姿勢制御装置400は、典型的には、二輪車等の車両に搭載される出前品運搬機に適用される装置である。この姿勢制御装置400は、上記第1または2の実施形態に係る姿勢制御装置100、200の上下を逆にしたような構成を有している。例えば、車両に固定されるフレーム12に、この姿勢制御装置400を構成するハードウェアが接続されている。図において、説明の便宜上、y軸の左方向を車両が前進する方向とし、その逆である右方向を車両の後ろ方向とする。
FIG. 9 is a schematic diagram showing the
姿勢制御装置400は、マウント部31と、このマウント部31と側部から見てL字状のフレーム12とを接続する減衰ばね機構20と、マウント部31と制御対象である収容箱(一般的に「岡持ち」と呼ばれる)11とを接続する駆動機構35(例えばリニア駆動ユニット350)およびばね33とを備える。減衰ばね機構20は、比較的高周波(例えば10Hz〜20Hz)の振動を抑制するように構成される。収容箱11内に設けられた載置部11aに、飲食物が入った容器1(例えばどんぶり)が置かれ、例えば載置部11aの下部に加速度センサ60が固定されて配置されている。ばね33は、例えばマウント部31および収容箱11の中心または重心に接続される。
The
少なくとも、マウント部31および駆動機構35により、傾斜機構30が構成される。
The
第1の実施形態のように姿勢制御のみを行う場合、加速度センサ60の検出軸は、z'軸に垂直な水平面内の任意の少なくとも1軸(x'またはy'軸)を有していればよい。この場合、前後、左右の姿勢制御を行う場合は、x'およびy'軸の両方が必要になる。
When only attitude control is performed as in the first embodiment, the detection axis of the
上記第2の実施形態のように、姿勢制御および振動制御の両方を行う場合、少なくとも、上記水平面内の任意の1軸と、上下方向の振動加速度を検出するz'軸とを有していればよい。 When performing both posture control and vibration control as in the second embodiment, at least one arbitrary axis in the horizontal plane and a z ′ axis for detecting vibration acceleration in the vertical direction are provided. That's fine.
姿勢制御装置400は、加速度センサ60から得られた加速度を取得し、これに基づき、駆動機構35を制御する制御部50を備える。姿勢制御のみを行う場合、駆動機構35としては、上述したリニア駆動ユニット350が用いられる。リニア駆動ユニット350は、1つまたは複数設けられる。
The
姿勢制御および振動制御の両方を行う場合、駆動機構35としては、上述したダンパ360が用いられる。この場合、制御部としては、上述した制御部55(図6参照)が用いられる。
When performing both attitude control and vibration control, the above-described
駆動機構35およびマウント部31の間、また、駆動機構35および収容箱11の間には、関節部としてのスフェリカルジョイント38が設けられている。駆動機構35による振動制御の対象となる振動の周波数領域は、例えば1Hz〜2Hz(〜数Hz)である。
Between the
姿勢制御装置400が姿勢制御を行う場合において、例えば車両のブレーキ力により、加速度センサ60が、重力以外の外力による加速度として、y'軸の前方向の加速度を検出したとする(図9参照)。この時、収容箱11(容器1)がそのままの姿勢を維持すると、図8Aに示すように、容器1内の飲食物が前方向に移動し、これを放置するとスロッシング現象も起こる可能性がある。
When the
しかし、制御部50は、図10に示すように、y'軸の前方向の加速度が減るように、またはゼロとなるように、制御部50が駆動機構35に制御指令値を出力して、収容箱11を傾ける。この場合、前側のリニア駆動ユニット350を縮め、後ろ側のリニア駆動ユニット350を伸ばすことにより、収容箱11の前側が上に移動し、後ろ側が下に移動するように傾くので、y'軸の前方向の加速度が減る。y'軸の前方向の加速度の大きさによっては、前側のリニア駆動ユニット350のみを縮め、または、後ろ側のリニア駆動ユニット350のみを伸ばすように駆動してもよい。
However, as shown in FIG. 10, the
あるいは、姿勢制御装置400が姿勢制御を行う場合において、例えば車両の前進方向の加速度が働くことにより、加速度センサ60が、重力以外の外力による加速度として、y'軸の後ろ方向の加速度を検出したとする。この時、収容箱11(容器1)がそのままの姿勢を維持すると、図8Cに示すように、容器1内の飲食物が後ろ方向に移動し、これを放置するとスロッシング現象も起こる可能性がある。
Alternatively, when the
しかし、制御部50は、図示しないが、y'軸の後ろ方向の加速度が減るように、またはゼロとなるように、制御部50が駆動機構35に制御指令値を出力して、収容箱11を傾ける。この場合、後ろ側のリニア駆動ユニット350を縮め、前側のリニア駆動ユニット350を伸ばすことにより、収容箱11の後ろ側が上に移動し、前側が下に移動するように傾くので、y'軸の後ろ方向の加速度が減る。y'軸の後ろ方向の加速度の大きさによっては、後ろ側のリニア駆動ユニット350のみを縮め、または、前側のリニア駆動ユニット350のみを伸ばすように駆動してもよい。
However, although not shown, the
以上の動作により、収容箱11および容器1の姿勢を適切な姿勢に保つことができるので、容器1内の飲食物がこぼれることや、スロッシング現象が発生することなどを抑制することができる。
With the above operation, the posture of the
また、z'方向の振動制御により、その振動加速度が抑制されるので、上記の容器1内の飲食物がこぼれること、また、スロッシング現象が発生することの抑制に寄与する。
Moreover, since the vibration acceleration is suppressed by the vibration control in the z ′ direction, it contributes to the suppression of the spilling of food and drink in the
(姿勢制御装置の構造例)
次に、上記第4の実施形態に係る姿勢制御装置400の構造例を説明する。図11は、その構造の一部を示す斜視図である。図12は、その平面図である。図13は、この姿勢制御装置400'の分解斜視図である。
(Structural example of attitude control device)
Next, a structural example of the
この構造例に係る姿勢制御装置400'は、板状またはフレーム状のマウント部31を備える。マウント部31は例えば矩形状に構成される。図13に示すように、マウント部31の下面側であってその4つのコーナに、弾性機能を有する空気ばね21(ブラダ:bladder)の上端が接続される。空気ばね21には、例えば小さい孔が設けられており、これにより減衰機能を実現し、その結果、減衰ばね機構20が構成される。
The
空気ばね21の下端には、ベース部となるベースフレーム12'が接続される。ベースフレーム12'は、上述のL字状のフレーム12に固定される。なお、ベースフレーム12'は、平面で見て放射状に広がる脚部12'aを有し、これら脚部12'aの端部に空気ばね21がそれぞれ接続されている。
A
図11〜13に示すように、マウント部31の下面側であって、各4つの辺の中央にはスフェリカルジョイント38を介して、駆動機構35が接続されている。駆動機構35は、上述した複数のリニア駆動ユニット350(またはダンパ360でもよい)である。マウント部31の中央には、ばね33の上端が接続されている。
As shown in FIGS. 11 to 13, a
駆動機構35の下端には、スフェリカルジョイント38を介して、制御対象となる収容箱11が接続されている(図11参照)。また、ばね33は、ベースフレーム12'に設けられた中央の穴12'bを介して、ベースフレーム12'の下方に導出され、ばね33の下端に収容箱11が接続される。ばね33は、マウント部31および収容箱11の実質的に中心または重心にそれぞれ接続されることが好ましい。これにより、収容箱11は静止時にそのばねを中心としてバランスすることができる。
A
この構造例に係る姿勢制御装置400'が図9に示した姿勢制御装置400の構造と異なる点は、ベースフレーム12'がマウント部31の下に配置されている点である。しかしながら、両者は動作原理は同じである。すなわち、以上のような構造例に係る姿勢制御装置400'により、図9、10に示した姿勢制御装置400の動作および効果を実現することができる。
The
この構造例に係る姿勢制御装置400'において、収容箱11の傾斜角度の上限を設定するため、ばね33の動きを規制する規制手段を設けるようにしてもよい。図14Aは、その規制手段を実現する規制部材40を含む姿勢制御装置の要部を示す。規制部材40は、軸方向(図では上下方向)において、一端部(上端部)から他端部(下端部)に向かうにしたがい外径および内径が広くなる形状を有する筒状の部材である。つまり、その形状はスカート状、コーン状である。
In the
規制部材40の上端部がマウント部31の下面に取り付けられて固定され、下端部は開放されている。規制部材40の両端部は開口され、マウント部31と収容箱11とを接続するばね33は、この規制部材40の内部に挿入されて配置されている。
The upper end portion of the restricting
収容箱11の上面11b(静止時に水平面に実質的に平行な面)に対する、規制部材40の下端部の側面の角度が所定の角度αに設定される。その角度αは例えば20〜45°、あるいは30〜45°である。これにより、図14Bに示すように、ばね33の屈曲角度が上記角度αに制限され、その角度αを超える収容箱11の傾斜を防止することができる。
The angle of the side surface of the lower end portion of the regulating
規制部材40の下端部の側面の角度αの最大値を45°とした理由は次の通りである。例えば、前進加速やブレーキ力等の慣性力は、0.5G程度を見積もれば問題ない。しかし、共振等も考慮して当該慣性力を1G程度見積もると、それと重力1Gとの合力により、原理的には、収容箱11は最大45°傾斜するからである。
The reason why the maximum value of the angle α of the side surface of the lower end portion of the regulating
なお、規制部材40の形状は図のような形状に限られない。規制部材は、制御すべき軸(例えばx軸周りの傾き、またはy軸周りの傾きなど)、およびそれによりばね33が屈曲する方向に応じて、その屈曲角度を規制することができる形状であれば、どのような形状であってもよい。その場合、規制部材は、必要な位置に複数分離されて配置されていてもよい。
The shape of the restricting
[第5の実施形態]
図15は、第5の実施形態に係る姿勢制御装置を模式的に示す図である。この姿勢制御装置500は、動作原理上、上記第3の実施形態(図7参照)と同様な構造を有する。
[Fifth Embodiment]
FIG. 15 is a diagram schematically illustrating an attitude control device according to the fifth embodiment. This
例えば、姿勢制御装置500は、制御対象である収容箱11を、重力以外の外力によってパッシブに傾斜させる傾斜機構170を有する。傾斜機構170は、例えばスフェリカルジョイント178および減衰機構172等(弾性機構を含んでいてもよい)と、これらを介してフレーム12に接続されたマウント部171とを有する。このような構成の傾斜機構170により、パッシブに収容箱11の傾斜が制御される。
For example, the
駆動機構75の駆動ユニットとしてのダンパ175は、マウント部171と収容箱11とを接続し、主にz'軸方向の振動を抑制するように、制御部150によりその駆動が制御される。すなわち、制御部150は、加速度センサ60で検出されたz'方向の加速度に基づき(積分して速度を求め)、減衰特性を制御することにより、z'方向の振動を抑制することができる。また、マウント部171と収容箱11との間にはばね33が設けられている。なお、収容箱11には、取付部材19を介して、駆動機構75やばね33が取り付けられている。
The
以上の構成により、姿勢制御装置500は、傾斜機構170により収容箱11の姿勢制御をパッシブに行い、かつ、制御部150により収容箱11の振動を制御する。これにより、被運搬物の姿勢を適切な姿勢に保つことができる。
With the above configuration, the
[その他の実施形態]
本発明は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the embodiment described above, and other various embodiments can be realized.
上記第3の実施形態では、xおよびy軸周り、つまり2軸周りの自由度でシート10の傾きを制御する傾斜機構30等を示したが、傾斜機構30等は、x軸周りのみ、またはy軸周りのみ、つまり1軸周りの自由度で傾きを制御する構成であってもよい。
In the third embodiment, the
姿勢制御および振動制御の両方を行う場合、駆動機構35として、例えばリニア駆動ユニット350およびダンパ360の両方が用いられてもよい。
When performing both attitude control and vibration control, for example, both the
上記各実施形態に係る駆動機構35は、ダンパ360またはリニア駆動ユニット350であったが、他の駆動機構(傾斜機構)として、多関節リンク機構が用いられてもよい。ただし、多関節リンク機構が用いられる場合、回転モータを使用するため、上述したように回転の慣性力が発生することに注意する必要がある。
The
上記第4、5の実施形態に係る姿勢制御装置400、500は、出前品の運搬機に適用される例を示した。しかし、姿勢制御装置は、被運搬物は収容箱11に収容された飲食物に限られず、姿勢を保って運搬される必要がある他の被運搬物を運搬する運搬機にも適用可能である。
The
以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも2つの特徴部分を組み合わせることも可能である。 It is also possible to combine at least two feature portions among the feature portions of each embodiment described above.
10…シート
11…収容箱
15、115…ベース部
20…減衰ばね機構
30、70、170…傾斜機構
31、71、171…マウント部
33…ばね
35、75…駆動機構
38…スフェリカルジョイント
40…規制部材
50、55、150…制御部
51…姿勢制御指令値演算部
52…振動制御指令値演算部
53…積分演算部
60…加速度センサ
100、200、300、400、400'、500…姿勢制御装置
350…リニア駆動ユニット
360、750…ダンパ
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記制御対象に取り付けられ、前記制御対象が任意の姿勢にある状態で前記制御対象に働く少なくとも重力方向以外の方向の加速度を検出可能な検出部と、
前記検出部により検出された前記重力方向以外の方向の加速度が減るように、前記傾斜機構を制御する制御部と
を具備する姿勢制御装置。 A tilt mechanism configured to tilt the control target; and
A detection unit that is attached to the control target and that can detect acceleration in a direction other than at least a gravitational direction acting on the control target in a state where the control target is in an arbitrary posture;
An attitude control device comprising: a control unit that controls the tilt mechanism so that acceleration in a direction other than the gravitational direction detected by the detection unit decreases.
前記傾斜機構は、
ベース部に減衰機構および弾性機構のうち少なくとも一方を介して接続されたマウント部と、
前記マウント部と前記制御対象とを接続し、前記制御部から発せられる制御指令値を取得し、前記制御指令値に基づき前記制御対象を駆動する駆動機構とを有する
姿勢制御装置。 The attitude control device according to claim 1,
The tilt mechanism is
A mount portion connected to the base portion via at least one of a damping mechanism and an elastic mechanism;
An attitude control apparatus comprising: a drive mechanism that connects the mount unit and the control target, acquires a control command value issued from the control unit, and drives the control target based on the control command value.
前記傾斜機構は、前記駆動機構と前記マウント部との間、および、前記駆動機構と前記制御対象との間のうち、少なくとも一方に設けられた関節部をさらに有する
姿勢制御装置。 The attitude control device according to claim 2,
The inclination control device further includes a joint portion provided at least one of the drive mechanism and the mount portion and between the drive mechanism and the control target.
前記駆動機構は、リニアモータを有する1以上のリニア駆動ユニットを含む
姿勢制御装置。 The attitude control device according to claim 2 or 3,
The drive mechanism includes at least one linear drive unit having a linear motor.
前記駆動機構は、1以上のダンパを含み、
前記傾斜機構は、前記マウント部と前記制御対象とを接続する弾性部材をさらに有する
姿勢制御装置。 The attitude control device according to claim 2 or 3,
The drive mechanism includes one or more dampers,
The inclination control device further includes an elastic member that connects the mount unit and the control target.
前記検出部は、前記傾斜機構による前記制御対象の傾斜が発生していないときに重力方向に一致する方向に沿って設けられた、振動による加速度の検出軸を有し、
前記制御部は、前記検出軸で検出された加速度に基づき、前記駆動機構をさらに制御する
姿勢制御装置。 The attitude control device according to any one of claims 2 to 5,
The detection unit includes a detection axis of acceleration caused by vibration provided along a direction that coincides with the direction of gravity when the tilt of the control target by the tilt mechanism is not generated,
The control unit further controls the drive mechanism based on the acceleration detected by the detection axis.
前記駆動機構は、前記検出軸で検出された加速度の方向の振動を減衰させる1以上のダンパを含む
姿勢制御装置。 The attitude control device according to claim 6,
The attitude control device, wherein the drive mechanism includes one or more dampers that attenuate vibrations in the direction of acceleration detected by the detection shaft.
前記傾斜機構と前記制御対象とを接続するダンパと、
前記傾斜機構による前記制御対象の傾斜が発生していないときに重力方向に一致する方向に沿って設けられた、振動による加速度の検出軸を有する検出部と、
前記検出部の検出軸で検出された加速度から得られる速度に基づき、前記ダンパの減衰特性を制御する制御部と
を具備する姿勢制御装置。 An inclination mechanism configured to be able to passively control the inclination of the control object by applying an external force in a direction other than the gravitational direction to the control object;
A damper connecting the tilt mechanism and the control object;
A detection unit having a detection axis of acceleration due to vibration, provided along a direction coinciding with the direction of gravity when the tilt of the control object by the tilt mechanism is not generated;
An attitude control device comprising: a control unit that controls a damping characteristic of the damper based on a speed obtained from an acceleration detected by a detection axis of the detection unit.
前記検出部により検出された前記重力方向以外の方向の加速度が減るように、前記制御対象を傾斜させることが可能な傾斜機構を、制御部により制御する
制御方法。 A detection unit attached to the control object detects acceleration in a direction other than the gravitational direction acting on the control object in a state where the control object is in an arbitrary posture;
A control method for controlling, by the control unit, a tilting mechanism capable of tilting the control target so that acceleration in a direction other than the gravitational direction detected by the detection unit is reduced.
前記傾斜機構による前記制御対象の傾斜が発生していないときに重力方向に一致する方向に沿って設けられた検出軸であって、制御対象に取り付けられた検出部の検出軸により、振動の加速度を検出し、
前記振動による加速度から得られる速度に基づき、前記傾斜機構と前記制御対象とを接続するダンパの減衰特性を制御する
制御方法。 As the external force in the direction other than the gravitational direction acts on the control object, the inclination of the control object is passively controlled by the tilt mechanism,
Acceleration of vibration by a detection axis provided along a direction that coincides with the direction of gravity when the tilt of the control target by the tilt mechanism does not occur, and by a detection axis of a detection unit attached to the control target Detect
A control method for controlling a damping characteristic of a damper connecting the tilt mechanism and the control target based on a speed obtained from acceleration due to the vibration.
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