JP5066746B2 - Inverted pendulum type four-wheel travel device - Google Patents

Inverted pendulum type four-wheel travel device Download PDF

Info

Publication number
JP5066746B2
JP5066746B2 JP2009269329A JP2009269329A JP5066746B2 JP 5066746 B2 JP5066746 B2 JP 5066746B2 JP 2009269329 A JP2009269329 A JP 2009269329A JP 2009269329 A JP2009269329 A JP 2009269329A JP 5066746 B2 JP5066746 B2 JP 5066746B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wheel
wheels
inverted pendulum
handle
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2009269329A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2011111048A (en
Inventor
秀樹 取田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor East Japan Inc
Original Assignee
Toyota Motor East Japan Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor East Japan Inc filed Critical Toyota Motor East Japan Inc
Priority to JP2009269329A priority Critical patent/JP5066746B2/en
Publication of JP2011111048A publication Critical patent/JP2011111048A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5066746B2 publication Critical patent/JP5066746B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Automatic Cycles, And Cycles In General (AREA)
  • Motorcycle And Bicycle Frame (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inverted pendulum type four-wheeled traveling device, capable of longitudinal movement, turning at an as-is status and lateral movement without changing a vehicle direction, and a sufficient level difference riding force even when a level difference exists during longitudinal movement or lateral movement. <P>SOLUTION: First to fourth wheels 10a to 10d of omnidirectional wheels are supported on a device frame 20 in such a layout that contact points of the respective wheels are arranged in order on the identical straight line. The device frame 20 is provided on an inverted pendulum type oscillating with the axle lines of the first to fourth wheels as the rotational center. In plan view of the first, second, third and fourth wheels, the other end side is brought near to open one end side. Drive motors 15a to 15d are mounted on the first to fourth wheels. Moreover, there is also provided a controller 40 for controlling the drive motors based on an inverted pendulum type control model by inputting a signal of an inclination angle sensor 41 which detects an inclination angle of the device frame 20. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、前後方向の移動だけでなく装置自体の向きを変えずに横方向への移動が可能な倒立振子型四輪走行装置に関する。   The present invention relates to an inverted pendulum type four-wheel travel device that can move not only in the front-rear direction but also in the lateral direction without changing the orientation of the device itself.

従来の倒立振子型走行装置には、二輪走行装置と三輪走行装置とが知られている。特許文献1に記載された倒立振子型台車ロボットは、二輪走行装置であり、台車本体の左右両側に車軸が同一直線上に配置された主車輪を備えると共に各車輪に対応してモータを備え、台車本体の傾動方向の位置に配置されたジャイロセンサが検出する台車本体の傾斜角速度信号を台車本体に備えた台車制御装置に入力し、台車制御装置が倒立振子制御モデルの演算を行い指令信号を各モータに出力し、各モータが対応する主車輪を駆動する構成である。   Two-wheel traveling devices and three-wheel traveling devices are known as conventional inverted pendulum type traveling devices. The inverted pendulum type cart robot described in Patent Document 1 is a two-wheel travel device, and includes main wheels in which axles are arranged on the same straight line on the left and right sides of the cart body, and motors corresponding to the wheels, The tilt angular velocity signal of the cart body detected by the gyro sensor located at the position of the cart body in the tilting direction is input to the cart controller equipped with the cart body, and the cart controller calculates the inverted pendulum control model and sends the command signal. It is the structure which outputs to each motor and drives the main wheel which each motor respond | corresponds.

特許文献2に記載された同軸二輪車は、倒立振子型二輪走行装置であり、車輪軸の両端に車輪を備え、車輪軸上に傾動可能にベースを備え、ベースに備えた制御装置が各車輪に対応するモータに倒立振子制御モデルに基づいた作動指令を送り、各モータが対応する車輪を駆動する構成である。   The coaxial two-wheeled vehicle described in Patent Document 2 is an inverted pendulum type two-wheel travel device, which includes wheels at both ends of a wheel shaft, a base that can be tilted on the wheel shaft, and a control device provided at the base on each wheel. An operation command based on an inverted pendulum control model is sent to a corresponding motor, and each motor drives a corresponding wheel.

特許文献3に記載された三輪走行装置は、倒立振子型であり、第1の車輪、第2の車輪及び第3の車輪が、車輪外周に沿って複数配設された各回転軸に回転自由な回転体を備え全方向移動し得る全方向車輪で構成され、第1の車輪と第2の車輪が、車軸が同一直線上となるように配置され、第3の車輪が、第1の車輪と第2の車輪との間に配置されかつ車軸が第1の車輪及び第2の車輪の車軸延長線と直交する水平な直線上に配置され、第1の車輪、第2の車輪及び第3の車輪のそれぞれにホイールインモータを備え、制御装置が、倒立振子制御モデルに基づいた作動指令を各車輪に送り、かつ第1の車輪及び第2の車輪を駆動させる際に第3の車輪を駆動させず、第3の車輪を駆動させる際に第1の車輪及び第2の車輪を駆動させない構成である。   The three-wheel travel device described in Patent Document 3 is an inverted pendulum type, and the first wheel, the second wheel, and the third wheel are freely rotatable on each rotation shaft disposed along the outer periphery of the wheel. The first wheel and the second wheel are arranged such that the axles are on the same straight line, and the third wheel is the first wheel. Between the first wheel and the second wheel and the axle is disposed on a horizontal straight line perpendicular to the axle extension line of the first wheel and the second wheel, the first wheel, the second wheel and the third wheel. Each of the wheels is provided with a wheel-in motor, and the control device sends an operation command based on the inverted pendulum control model to each wheel, and drives the first wheel and the second wheel when the third wheel is driven. A configuration in which the first wheel and the second wheel are not driven when the third wheel is driven without being driven. A.

特開2004−345030号公報JP 2004-345030 A 特開2005−1554号公報JP 2005-1554 A 特開2009−40165号公報JP 2009-40165 A

しかし、特許文献1、2に記載された倒立振子型二輪走行装置は、短い距離を移動するときの移動方法と、長い距離を移動するときの移動方法とで相違がある。
まず、図12に示すように、Aの位置から右横方向に短い距離の、Bの位置へ移動するときは、Aの位置からAとBとの中間位置に対応する後方のCの位置へ方向を変えながら後進し、次いでCの位置からBの位置へ方向を変えながら前進する、という移動方法をとる。従って、後方スペースが必要であること及び後進と前進時にはバランスを取りながら正しい経路で方向変換する必要であること、が問題点として挙げられる。
次に、図13に示すように、Aの位置から右横方向に長い距離の、Dの位置へ移動するときは、Aの位置で右回りに90度旋回してからDの位置へ向かって直進し、Dの位置へ到達したら左回りに90度旋回する、という移動方法をとる。従って、Aの位置での90度旋回を正確に行う必要があること、直進移動でDの位置へ正確に止まる必要があること、Dの位置での90度旋回を正確に行う必要があること、が問題点として挙げられる。
上記2通りの移動方法から分かるように、特許文献1,2に係る倒立振子型二輪移動体は、横方向に移動する場合には切り返しが必要となるために操縦が難しく、安全にも気を使っていた。
However, the inverted pendulum type two-wheel travel device described in Patent Documents 1 and 2 is different between a moving method for moving a short distance and a moving method for moving a long distance.
First, as shown in FIG. 12, when moving from the position A to the position B, which is a short distance in the right lateral direction, from the position A to the position C at the back corresponding to the intermediate position between the positions A and B. The moving method is to move backward while changing the direction and then move forward from the position C to the position B. Therefore, the problem is that the rear space is necessary and that it is necessary to change the direction along the correct route while keeping a balance when moving backward and forward.
Next, as shown in FIG. 13, when moving to the position D, which is a long distance from the position A to the right, turn 90 degrees clockwise at the position A and then move toward the position D. Go straight and turn 90 degrees counterclockwise when you reach position D. Therefore, it is necessary to accurately perform the 90-degree turn at the position A, it is necessary to accurately stop at the position D by linear movement, and the 90-degree turn at the position D must be accurately performed. Can be cited as a problem.
As can be seen from the above two moving methods, the inverted pendulum type two-wheeled mobile body according to Patent Documents 1 and 2 is difficult to maneuver because it needs to be turned back when moving in the lateral direction, and safety is also a concern. I was using it.

これに対し、特許文献3に記載された倒立振子型三輪走行装置は、横方向に移動したい場合には、そのまま横方向に移動でき、切り返しが不要である特徴を有している。しかしながら、第1の車輪及び第2の車輪による前後進時に段差を乗り越える必要がある箇所では、第3の車輪が全方向車輪で構成されているものの、段差乗り越え力が小さいために円滑な前後進が行えない場合が生じる虞があるので、段差の無い屋内などでの使用に限られていた。   On the other hand, the inverted pendulum type three-wheel travel device described in Patent Document 3 has a feature that, when it is desired to move in the lateral direction, it can be moved in the lateral direction as it is and no turnover is required. However, in places where it is necessary to overcome the step when moving forward and backward with the first wheel and the second wheel, the third wheel is composed of omnidirectional wheels, but the step overcoming force is small, so smooth forward and backward movement is achieved. Since there is a possibility that it may not be possible, it has been limited to use indoors where there is no step.

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、前後進及びそのままの位置で旋回できることに加え、車体の方向を変えずに横方向に移動可能であり、前後進時及び横方向移動時に段差があっても十分な段差乗り越え力を備えていて、しかも操縦が容易である、倒立振子型四輪走行装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above points. In addition to being able to move forward and backward and turn at the same position, the present invention can be moved laterally without changing the direction of the vehicle body. It is an object of the present invention to provide an inverted pendulum type four-wheel travel device that has sufficient step overcoming force even when there is a step, and is easy to control.

上記目的を達成するため、本発明の倒立振子制御型四輪走行装置は、車輪外周に沿って複数配設された各回転軸に回転自由な回転体を備え全方向移動し得る全方向車輪で構成された第1〜第4の車輪を有し、第1〜第4の車輪が、各車輪の接地点を同一直線上に順に並んだ配置で装置フレームに支持されると共に、装置フレームが第1〜第4の車輪の車軸線を回転中心として揺動する倒立振子型に設けられ、さらに第1の車輪と第2の車輪並びに第3の車輪と第4の車輪が、平面視において一端側が近接し他端側が開いていると共に、第2の車輪と第3の車輪が、平面視において他端側が近接し一端側が開いており、第1〜第4の車輪のそれぞれを走行駆動する駆動モータを備え、装置フレームの倒れ角を検出する倒れ角センサの信号を入力して倒立振子型の制御モデルに基づいて駆動モータを制御するコントローラを備えたことを特徴とする。
駆動モータは、小型でコンパクトな倒立振子制御型四輪走行装置を実現するために、第1〜第4の車輪のそれぞれに組み込まれるホイールインモータであることが好ましい。
In order to achieve the above object, the inverted pendulum control type four-wheel travel device of the present invention is an omnidirectional wheel that is provided with a rotating body that is freely rotatable on each rotating shaft arranged along the outer periphery of the wheel and can move in all directions. The first to fourth wheels are configured, and the first to fourth wheels are supported by the device frame in an arrangement in which the grounding points of the wheels are sequentially arranged on the same straight line, and the device frame is 1 to 4 are provided in an inverted pendulum type that swings around the axle of the fourth wheel, and the first wheel and the second wheel, and the third wheel and the fourth wheel are arranged at one end in plan view. The drive motor which drives each of the 1st-4th wheel while the other end side is open and the other end side adjoins in plan view, while the other end side is open in proximity. With a tilt angle sensor signal to detect the tilt angle of the device frame Characterized by comprising a controller for controlling the drive motor on the basis of the inverted pendulum type control model of Te.
The drive motor is preferably a wheel-in motor incorporated in each of the first to fourth wheels in order to realize a small and compact inverted pendulum control type four-wheel travel device.

運転者が乗ってスイッチオンすると、コントローラが倒立振子制御を行い、停止状態を記憶する。前進走行運転するには、運転者が運転指示手段であるハンドルシャフトを前傾させ、または運転指示手段であるレバーハンドル等を介して前進走行の指示信号を入力すると、コントローラが、この指示信号の入力に基づいて、倒立振子制御を加味した所要の演算を行って第1〜第4の車輪を前進させる制御信号を各駆動モータに出力する。それによって、第1〜第4の車輪が所要等速度で前進回転し、この際、第1〜第4の車輪が側横方向の成分速度を打ち消し合い、前進方向の成分速度で前進走行する。   When the driver gets on and switches on, the controller performs inverted pendulum control and stores the stop state. In order to drive forward, the controller tilts the handle shaft, which is the driving instruction means, or inputs a forward driving instruction signal via the lever handle, etc., which is the driving instruction means. Based on the input, a required calculation including the inverted pendulum control is performed, and a control signal for advancing the first to fourth wheels is output to each drive motor. As a result, the first to fourth wheels rotate forward at the required equal speed, and at this time, the first to fourth wheels cancel the lateral component speeds and travel forward at the forward component speeds.

前進状態から、運転者がハンドルシャフトを復帰させ、またはレバーハンドル等を介して走行停止の指示信号を入力すると、各駆動モータに備えているブレーキをかけ、第1〜第4の車輪が前進走行を停止する。   When the driver returns the handle shaft or inputs a travel stop instruction signal via a lever handle or the like from the forward state, the brakes provided for each drive motor are applied, and the first to fourth wheels travel forward. To stop.

運転者がハンドルシャフトを後傾させ、またはレバーハンドル等を介して後進走行の指示信号を入力すると、コントローラは、この指示信号の入力に基づいて、倒立振子制御を加味した所要の演算を行って第1〜第4の車輪を後進させる制御信号を各駆動モータに出力する。それによって、第1〜第4の車輪が所要等速度で後進回転し、この際、第1〜第4の車輪が側横方向の成分速度を打ち消し合い、後進方向の成分速度で後進走行する。   When the driver tilts the handle shaft backwards or inputs an instruction signal for reverse travel via the lever handle, the controller performs a required calculation taking into account the inverted pendulum control based on the input of the instruction signal. A control signal for moving the first to fourth wheels backward is output to each drive motor. As a result, the first to fourth wheels rotate backward at the required equal speed, and at this time, the first to fourth wheels cancel each other in the lateral lateral component speed and travel backward at the reverse component speed.

運転者がハンドルを右回転させると、コントローラがハンドル回転角センサの信号を入力し、第1〜第4の車輪の接地点を結ぶ直線と、ハンドルシャフトの中心を通り前記の接地点を結ぶ直線に垂直に交差する垂線と、の交点を回転中心として、倒立振子制御型四輪走行装置が右回転する。左回転は、コントローラが第1〜第4の車輪に対し左右勝手反対に駆動制御することで行われる。   When the driver rotates the steering wheel to the right, the controller inputs a signal of the steering wheel rotation angle sensor, and a straight line connecting the ground contact points of the first to fourth wheels and a straight line connecting the ground contact point through the center of the handle shaft. The inverted pendulum control type four-wheel travel device rotates clockwise around the intersection of the perpendicular line perpendicular to the vertical axis. The counterclockwise rotation is performed by the controller controlling the first to fourth wheels in the opposite direction.

運転者がハンドルを右に傾かせると、コントローラがハンドル傾き角センサの信号を入力し、第1と第3の車輪を前進回転、第2と第4の車輪を後進回転させ、これに伴い、第1〜第4の車輪を構成している回転体がそれぞれ回転し、第1〜第4の車輪は、合成回転速度で方向変換しないで右進する。方向変換しない左進については、方向変換しないで右進と左右対称に異なる動作になる。   When the driver tilts the steering wheel to the right, the controller inputs a signal of the steering wheel tilt angle sensor, forwardly rotates the first and third wheels, and reversely rotates the second and fourth wheels. The rotating bodies constituting the first to fourth wheels rotate, and the first to fourth wheels move right without changing direction at the combined rotation speed. The leftward movement without changing the direction is different from the rightward movement without changing the direction.

運転者がハンドルを右に回しながら右下がりに傾かせると、コントローラが、ハンドル回転角センサとハンドル傾き角センサの信号を入力し、第1と第3の車輪を大きな前進回転速度で回転させると共に、また第2と第4の車輪を小さな前進回転速度で回転させ、それによって、第2と第4の車輪を構成している回転体がそれぞれ回転し、倒立振子制御型四輪走行装置は、前方向に対して30°右に向いて右進する。方向変換しない斜め方向に右進左進については、方向変換しないで斜め方向に右進と左右対称に異なる動作になる。   When the driver turns the steering wheel to the right and tilts it to the lower right, the controller inputs signals from the steering wheel rotation angle sensor and the steering wheel inclination angle sensor, and rotates the first and third wheels at a large forward rotation speed. Further, the second and fourth wheels are rotated at a small forward rotational speed, whereby the rotating bodies constituting the second and fourth wheels are rotated respectively, and the inverted pendulum control type four-wheel traveling device is Turn right 30 ° to the right. As for the rightward and leftward movement in the diagonal direction without changing the direction, the operation is different from the rightward and leftward and rightward in the diagonal direction without changing the direction.

本発明の倒立振子制御型四輪走行装置は、好ましい一形態として、装置フレームを、第1の車輪と第2の車輪との三角スペース、並びに第3の車輪と第4の車輪との三角スペースに足を載せるステップを備えた立ち乗り型に形成された構成とすることができる。   The inverted pendulum control type four-wheel travel device of the present invention has a device frame, a triangular space between the first wheel and the second wheel, and a triangular space between the third wheel and the fourth wheel as a preferred embodiment. It can be set as the structure formed in the standing type | mold type | mold provided with the step which puts a foot on.

本発明の倒立振子制御型四輪走行装置は、好ましい他の形態として、装置フレームを第1〜第4の車輪の上に座席を有して形成された構成とすることができる。   The inverted pendulum control type four-wheel travel device of the present invention may be configured such that the device frame has a seat on the first to fourth wheels as another preferred embodiment.

本発明の倒立振子制御型四輪走行装置は、装置フレームを立ち乗り型に構成した場合、倒立振子制御に対する立ち乗りでの体重移動による良好な操縦性を得るために、装置フレームより立設され第1〜第4の車輪の配列方向垂直面に対して伏仰する方向に変位するハンドルシャフトを備え、倒れ角センサが、ハンドルシャフトの傾き角度を検出するように備えられ、コントローラが、第1〜第4の車輪に対応する駆動モータに対し倒立振子型制御を行う構成とすることが好ましい。   The inverted pendulum control type four-wheel travel device of the present invention is installed upright from the device frame in order to obtain good maneuverability due to weight shift in standing riding with respect to the inverted pendulum control when the device frame is configured to stand up. The first to fourth wheels are provided with a handle shaft that is displaced in a direction that is inclined with respect to a vertical plane, a tilt angle sensor is provided so as to detect an inclination angle of the handle shaft, and a controller includes: It is preferable to use an inverted pendulum type control for the drive motor corresponding to the fourth wheel.

そして、立ち乗りでの良好なハンドル操縦性・運転操作性を得るために、ハンドルシャフトの上端に第1〜第4の車輪の配列方向垂直面に沿ってT字状となるようにハンドルを備え、ハンドルが、水平状態から右方向及び左方向に傾き自在でありかつ弾性手段により水平状態に復帰自在であり、さらに、水平面内に一定角度内で右回動及び左回動でありかつ弾性手段により水平状態に復帰自在であり、ハンドルシャフトとハンドルとの交差部に、ハンドルの回動角度を検出する回動角センサと、ハンドルの傾き角度を検出する傾き角センサと、を備えていて、コントローラが、倒立振子型制御を行うことに加え、回動角センサの信号を入力したときはその信号に応じ、第1〜第4の車輪の合成出力が右回転又は左回転となるように第1〜第4の車輪に対応する駆動モータに対し駆動信号を出力し、また傾き角センサの信号を入力したときはその信号に応じ、第1〜第4の車輪の合成出力が方向変換しないで右進又は方向変換しないで左進となるように第1〜第4の車輪に対応する駆動モータに対し駆動信号を出力するように構成することが好ましい。   And, in order to obtain good steering maneuverability and driving operability when standing, a handle is provided at the upper end of the handle shaft so as to be T-shaped along the vertical direction of the first to fourth wheels in the arrangement direction. The handle is tiltable in the right and left directions from the horizontal state and can be returned to the horizontal state by elastic means, and further, the handle is rotated right and left within a certain angle within a horizontal plane and is elastic means. Can be returned to a horizontal state by a rotation angle sensor that detects the rotation angle of the handle and an inclination angle sensor that detects the tilt angle of the handle at the intersection of the handle shaft and the handle, In addition to performing the inverted pendulum type control, when the controller inputs a rotation angle sensor signal, the first to fourth wheel combined outputs are rotated clockwise or counterclockwise according to the signal. 1st to 4th When a drive signal is output to the drive motor corresponding to the wheel, and a tilt angle sensor signal is input, the combined output of the first to fourth wheels does not change the direction or changes direction according to the signal. It is preferable that the drive signal is output to the drive motors corresponding to the first to fourth wheels so that the vehicle travels leftward.

本発明の倒立振子制御型四輪走行装置は、好ましい他の形態として、装置フレームを第1〜第4の車輪の上に座席を有して形成された構成とすることができる。   The inverted pendulum control type four-wheel travel device of the present invention may be configured such that the device frame has a seat on the first to fourth wheels as another preferred embodiment.

座席を有して座り乗り型に構成する場合は、良好な乗降性を得るため及び良好なハンドル操縦性・運転操作性を得るために、本発明者の発明に係る特許文献3に示しているフレーム構造と同様の構造を採用するのが好ましい。すなわち、第1〜第4の車輪の上に座席を備え、該座席が、懸架装置を介して下側の装置フレームに支持され、さらに該座席には座席へ座る際には設置面近傍に位置し倒立振子型制御を行う際には設置面近傍から上方へ離れた位置する可動ステップを備えた構成とすることが好ましい。   In the case of having a seat and being configured as a seated riding type, in order to obtain good getting on and off and to obtain good steering maneuverability and driving operability, it is shown in Patent Document 3 according to the inventor's invention. It is preferable to adopt a structure similar to the frame structure. That is, a seat is provided on the first to fourth wheels, the seat is supported by the lower device frame via the suspension device, and the seat is positioned near the installation surface when sitting on the seat. When the inverted pendulum type control is performed, it is preferable to have a configuration including a movable step located upward from the vicinity of the installation surface.

本発明によれば、前後進及びそのままの位置で旋回できることに加え、車体の方向を変えずに横方向に移動可能であり、前後進時及び横方向移動時に段差があっても車輪が段差に平行にはならないので十分な段差乗り越え力を備えていてしかも操縦が容易である、倒立振子型四輪走行装置を提供することができる。   According to the present invention, in addition to being able to move forward and backward and turn as it is, it is possible to move in the lateral direction without changing the direction of the vehicle body, and even if there is a step during forward and backward movement and lateral movement, the wheel becomes a step. It is possible to provide an inverted pendulum type four-wheel travel device that does not become parallel and has sufficient step overcoming force and is easy to control.

本発明の第1実施形態に係る倒立振子制御型四輪走行装置を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an inverted pendulum control type four-wheel travel device according to a first embodiment of the present invention. 図1の四輪走行装置の正面図である。It is a front view of the four-wheeled travel apparatus of FIG. 図1の四輪走行装置の平面図である。It is a top view of the four-wheeled traveling apparatus of FIG. 図1の四輪走行装置の第1〜第4の車輪について、一部切欠き断面した概略正面図である。It is the schematic front view which carried out the notch cross section about the 1st-4th wheel of the four-wheel drive apparatus of FIG. 図1の四輪走行装置の制御系のブロック図である。It is a block diagram of the control system of the four-wheel drive apparatus of FIG. (a)は、図1の四輪走行装置のハンドルシャフトとハンドルとの交差部の斜視図、(b)は、要部縦断面図である。(A) is a perspective view of the intersection part of the handle shaft and handle | steering-wheel of the four-wheel drive apparatus of FIG. 1, (b) is a principal part longitudinal cross-sectional view. 図1の四輪走行装置の前進走行を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the forward drive of the four-wheel drive apparatus of FIG. 図1の四輪走行装置の後進走行を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the reverse drive of the four-wheel drive apparatus of FIG. 図1の四輪走行装置で右回転させる動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation | movement rotated right by the four-wheel drive apparatus of FIG. 図1の四輪走行装置で方向変換しないで右進させる動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation | movement made to go right without changing direction with the four-wheel drive apparatus of FIG. 図1の四輪走行装置で方向変換しないで斜め右進させる動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation | movement made to move diagonally right without changing direction in the four-wheeled travel apparatus of FIG. 本発明の第2実施形態に係る倒立振子制御型四輪走行装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the inverted pendulum control type four-wheel drive apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 特許文献1、2に記載された、公知の倒立振子型二輪走行装置の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the well-known inverted pendulum type two-wheeled travel apparatus described in patent document 1,2. 特許文献1、2に記載された、公知の倒立振子型二輪走行装置の他の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating other operation | movement of the well-known inverted pendulum type two-wheeled travel apparatus described in patent document 1,2.

以下、本発明の倒立振子制御型四輪走行装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第1の実施形態〕
図1〜図3に示すように、この実施形態の倒立振子制御型四輪走行装置1は、第1〜第4の車輪10a〜10dと、装置フレーム20と、駆動モータ13a〜13dと、コントローラ40と、倒れ角速度センサ41と、ハンドル回転角センサ42と、ハンドル傾き角センサ43と、補助脚44a,44bと、を備え、特に後述するハンドルシャフト31と、ハンドル32と、ステップ24a,24bと、を備え、立ち乗り型に構成されている。
Embodiments of an inverted pendulum control type four-wheel travel device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
As shown in FIGS. 1 to 3, the inverted pendulum control type four-wheel travel device 1 of this embodiment includes first to fourth wheels 10 a to 10 d, a device frame 20, drive motors 13 a to 13 d, and a controller. 40, a tilt angular velocity sensor 41, a handle rotation angle sensor 42, a handle tilt angle sensor 43, and auxiliary legs 44a and 44b, in particular, a handle shaft 31, a handle 32, and steps 24a and 24b described later. , And is configured to stand up.

第1〜第4の車輪10a〜10dは、図3に示すように、平地に対する各車輪の接地点P1,P2,P3,P4が同一直線L上に順に並んだ配置で装置フレーム20に支持される。第1〜第4の車輪10a〜10dは、それぞれの上側半分を安全カバー15a〜15dにより保護されている。安全カバー15a〜15dは、後述するステップ24a,24bに取り外し可能に固定されている。   As shown in FIG. 3, the first to fourth wheels 10 a to 10 d are supported by the device frame 20 in an arrangement in which the ground contact points P1, P2, P3, and P4 of the wheels with respect to the flat ground are arranged in order on the same straight line L. The As for 1st-4th wheel 10a-10d, each upper half is protected by safety covers 15a-15d. The safety covers 15a to 15d are detachably fixed to steps 24a and 24b described later.

第1の車輪10aと第2の車輪10b並びに第3の車輪10cと第4の車輪10dは、平面視において一端側(進行方向前側)が近接し他端側(進行方向後側)が開いていると共に、第2の車輪10bと第3の車輪10cは、平面視において一端側(進行方向前側)が開いていると共に、他端側(進行方向後側)が近接している。権利限定するものではないが、この実施形態では、後述するハンドルシャフト31が垂直なときに、図3に示すように、各車輪間を平面視した開き角が60°であり、かつ隣接の車輪同士の距離S1,S2,S3が等しいものとする。   The first wheel 10a and the second wheel 10b, and the third wheel 10c and the fourth wheel 10d are close to one end side (front side in the traveling direction) and open the other end side (rear side in the traveling direction) in plan view. In addition, the second wheel 10b and the third wheel 10c are open at one end side (front side in the traveling direction) and close to the other end side (rear side in the traveling direction) in plan view. Although not limited to the right, in this embodiment, when a handle shaft 31 (described later) is vertical, as shown in FIG. Assume that the distances S1, S2, and S3 are equal.

第1〜第4の車輪10a〜10dは、図4に示すように、全方向に移動し得る全方向車輪が採用されている。全方向車輪は、例えば、特開2002−137602号公報、特開2003−154802号公報及び特開2004−344289号公報等に開示されており、この実施形態でも、同等のものが使用されている。全方向車輪は、図4に示すように、車輪外周に沿って複数配設された各回転軸11に回転自由な回転体12を備えていることで車輪全体としての能動回転と接地している回転体12の受動回転とで全方向に移動し得る機能を有している。各回転体12は、先端部の直径が後端部の直径より小さくしたカップ状に形成されている。これにより、車輪自体が車軸方向側(即ち、図示のX側)に移動しようとするとき、地面等に接地している回転体12はその回転軸11の周りに回転することにより、地面等を転動して、車輪自体が方向転換することなく、車輪は横方向への移動を円滑に行うことができる。
第1〜第4の車輪10a〜10dは、同じ寸法、同じ形状に構成され、各回転の中心が同じ高さになるように、装置フレーム20に取り付けられている。平地に走行装置1が置かれた状態で各車輪10a〜10dは地面に接触する。
As shown in FIG. 4, omnidirectional wheels that can move in all directions are employed for the first to fourth wheels 10 a to 10 d. The omnidirectional wheel is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-137602, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-154802, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-344289, and the like. . As shown in FIG. 4, the omnidirectional wheel is grounded to the active rotation of the entire wheel by providing a rotating body 12 that is freely rotatable on each rotating shaft 11 arranged along the outer periphery of the wheel. It has a function capable of moving in all directions by the passive rotation of the rotating body 12. Each rotating body 12 is formed in a cup shape in which the diameter of the front end portion is smaller than the diameter of the rear end portion. As a result, when the wheel itself is about to move in the axle direction side (that is, the X side in the drawing), the rotating body 12 that is in contact with the ground or the like rotates around the rotation shaft 11, thereby removing the ground or the like. The wheels can smoothly move in the lateral direction without rolling and turning the wheels themselves.
The first to fourth wheels 10a to 10d are configured to have the same dimensions and the same shape, and are attached to the device frame 20 so that the centers of each rotation have the same height. Each wheel 10a-10d contacts the ground with the traveling device 1 placed on a flat ground.

第1〜第4の駆動モータ13a〜13dは、第1〜第4の車輪10a〜10dのそれぞれホイールに組み込まれるホイールインモータであり、第1〜第4の車輪10a〜10dのそれぞれを走行駆動する。ホイールインモータは従来から各種の構造のものが知られており、本実施形態では様々のタイプのものを適用可能であるが、特にステータ(stator)とそのまわりを回転するロータ(rotor)を備えた装置を使用するのが望ましい。具体的には、ステータを装置フレーム20に固定し、このステータのまわりを回転するロータに第1〜第4の車輪10a〜10dを同軸状に取り付ける。このような構成によって、各車輪はロータと共に回転する。   The first to fourth drive motors 13a to 13d are wheel-in motors incorporated in the respective wheels of the first to fourth wheels 10a to 10d, and each of the first to fourth wheels 10a to 10d is driven to travel. To do. Various types of wheel-in motors have been known in the past, and various types of wheel-in motors can be applied in the present embodiment. In particular, the wheel-in motor includes a stator and a rotor that rotates around the stator. It is desirable to use a suitable device. Specifically, the stator is fixed to the apparatus frame 20, and the first to fourth wheels 10a to 10d are coaxially attached to a rotor that rotates around the stator. With such a configuration, each wheel rotates together with the rotor.

装置フレーム20は、メインフレーム21と、左側のサブフレーム22aと、右側のサブフレーム22bと、左側のブラケット23aと、右側のブラケット23bと、右側の扇形のステップ24aと、左側の扇形のステップ24bと、中央の機器設置用ブラケット24cと、を有してなる。メインフレーム21、左右のサブフレーム22a ,22b及び左右のブラケット23a,23bは剛体フレームである。左側のブラケット23aは左側のサブフレーム22aのフレーム軸線に関して回動可能に取り付けられ、また右側のブラケット23bは右側のサブフレーム22bのフレーム軸線に関して回動可能に取り付けられている。これによって、第1の車輪10aと第2の車輪10bが、第3の車輪10cと第4の車輪10dと独立して2点接地になると共に、第3の車輪10cと第4の車輪10dが、第1の車輪10aと第2の車輪10bと独立して2点接地になるので、第1〜第4の車輪10a〜10dは、路面の凹凸に追従して常に4輪走行になり、確実な走行が期待できる。   The apparatus frame 20 includes a main frame 21, a left subframe 22a, a right subframe 22b, a left bracket 23a, a right bracket 23b, a right sector step 24a, and a left sector step 24b. And a central device installation bracket 24c. The main frame 21, the left and right subframes 22a and 22b, and the left and right brackets 23a and 23b are rigid frames. The left bracket 23a is attached to be rotatable with respect to the frame axis of the left subframe 22a, and the right bracket 23b is attached to be rotatable with respect to the frame axis of the right subframe 22b. As a result, the first wheel 10a and the second wheel 10b are grounded at two points independently of the third wheel 10c and the fourth wheel 10d, and the third wheel 10c and the fourth wheel 10d are Since the first wheel 10a and the second wheel 10b are two-point grounded independently, the first to fourth wheels 10a to 10d always follow the road surface irregularities and always travel four wheels, so that Can be expected.

メインフレーム21は、走行方向前側において、一端が第1の車輪10aの前側付近に対応し他端が第4の車輪10dの前側付近に対応するように水平に伸びている。   The main frame 21 extends horizontally so that one end corresponds to the vicinity of the front side of the first wheel 10a and the other end corresponds to the vicinity of the front side of the fourth wheel 10d on the front side in the traveling direction.

サブフレーム22aは、メインフレーム21に先端を固定され第1の車輪10aと第2の車輪10bとの間を車軸とほぼ等しい高さで後方へ水平に伸びている。サブフレーム22bは、メインフレーム21に先端を固定され第3の車輪10cと第4の車輪10dとの間を後方に伸びている。   The sub-frame 22a is fixed at the front end to the main frame 21, and extends horizontally between the first wheel 10a and the second wheel 10b rearward at a height substantially equal to the axle. The sub-frame 22b has a tip fixed to the main frame 21, and extends rearward between the third wheel 10c and the fourth wheel 10d.

左側のブラケット23aと右側のブラケット23bは、それぞれに対応するサブフレーム22a又は22bに固定され、第1の車輪10a及び第2の車輪10b又は第3の車輪10c及び第4の車輪10dを回転可能に支持している。各車輪に対応して備える第1〜第4の駆動モータ13a〜13dは、この実施形態では、上述したタイプのホイールインモータを採用していて、ブラケット23a,23bは、モータ本体を支持するように構成される。   The left bracket 23a and the right bracket 23b are fixed to the corresponding subframes 22a or 22b, respectively, and can rotate the first wheel 10a and the second wheel 10b or the third wheel 10c and the fourth wheel 10d. I support it. In this embodiment, the first to fourth drive motors 13a to 13d provided for the respective wheels employ the wheel-in motor of the type described above, and the brackets 23a and 23b support the motor body. Configured.

ステップ24a,24bは、第1の車輪と第2の車輪との三角スペース及び第3の車輪と第4の車輪との三角スペースに後方へ延びているサブフレーム12a,12bに受承固定され、ステップ24a,24bの下側で電動式パワーシリンダ構造の補助脚44a,44bがサブフレーム12a,12bに固定されている。補助脚44a,44bは、詳細な構成を図示していないが、倒立振子制御が行われる前はシリンダ内に備えるばねによりピストンが下方へ伸張していて、かつロック手段がピストンの移動をロックしており、倒立振子制御が行われると、ロック手段がロック解除してピストンが縮小動作するようになっている。これにより、ステップ24a,24bに立ち乗り可能となっている。なお、倒立振子制御を終了するときに、ピストンが下方へ伸張し、次いでロック手段がピストンの移動をロックする。   Steps 24a and 24b are received and fixed to the subframes 12a and 12b extending backward in the triangular space between the first wheel and the second wheel and the triangular space between the third wheel and the fourth wheel, The auxiliary legs 44a and 44b of the electric power cylinder structure are fixed to the subframes 12a and 12b below the steps 24a and 24b. Although the detailed structure of the auxiliary legs 44a and 44b is not shown, before the inverted pendulum control is performed, the piston is extended downward by the spring provided in the cylinder, and the lock means locks the movement of the piston. When the inverted pendulum control is performed, the locking means is unlocked and the piston is contracted. Thereby, it is possible to stand on the steps 24a and 24b. When the inverted pendulum control is finished, the piston extends downward, and then the locking means locks the movement of the piston.

機器設置用ブラケット24cは、第2の車輪10bと第3の車輪10cとの間の三角エリアに備えられメインフレーム21に支持されている。図3に示すように、機器設置用ブラケット24c上には、コントローラ40と、第1〜第4の駆動モータ13a〜13dの駆動信号を生成するモータドライバ14a〜14d、バッテリ45が設置されている。   The equipment installation bracket 24c is provided in a triangular area between the second wheel 10b and the third wheel 10c and supported by the main frame 21. As shown in FIG. 3, a controller 40, motor drivers 14a to 14d for generating drive signals for the first to fourth drive motors 13a to 13d, and a battery 45 are installed on the device installation bracket 24c. .

装置フレーム20は、第1の車輪10aと第2の車輪10bとの車軸方向及び第3の車輪10cと第4の車輪10dとの車軸方向がそれぞれ60°相違する状態に、第1〜第4の車輪10a〜10dの各車軸を軸支し倒立振子運動を行い得るように備えられている。   The device frame 20 is in a state in which the axle directions of the first wheel 10a and the second wheel 10b and the axle directions of the third wheel 10c and the fourth wheel 10d are different from each other by 60 °. These wheels 10a to 10d are provided so as to be able to perform an inverted pendulum motion by pivotally supporting each axle.

装置フレーム20と、第1〜第4の車輪10a〜10dとの取付関係は、ハンドルシャフト31が垂直に立っているときに、平面視した各車輪間の開き角が60°であり、かつ前述したように隣接の車輪同士の接地距離S1,S2,S3が等しくなるように設定されているので、倒立振子走行時にハンドルシャフト31が垂直状態から前傾状態になるときには、距離S1=距離S3>距離S2の関係になってハンドルシャフト31の倒れ角の変動に応じて接地距離S1,S2,S3を変動する。しかし、接地距離S1,S2,S3を変動しても、絶えず第1〜第4の車輪10a〜10dの接地点P1,P2,P3,P4が同一直線L上に順に並んだ配置に保たれる。   The mounting relationship between the device frame 20 and the first to fourth wheels 10a to 10d is such that when the handle shaft 31 stands vertically, the opening angle between the wheels viewed in plan is 60 °, and As described above, since the ground contact distances S1, S2, and S3 between adjacent wheels are set to be equal to each other, when the handle shaft 31 changes from the vertical state to the forward tilt state during the inverted pendulum travel, the distance S1 = distance S3> The ground contact distances S1, S2, and S3 are changed in accordance with the change in the tilt angle of the handle shaft 31 because of the relationship of the distance S2. However, even if the ground contact distances S1, S2, and S3 are changed, the ground contact points P1, P2, P3, and P4 of the first to fourth wheels 10a to 10d are continuously arranged in order on the same straight line L. .

ハンドルシャフト31は、例えばステンレス鋼管からなり、メインフレーム21の上面中央から垂直に立ち上がった状態に固設されている。倒れ角速度センサ41は、コントローラ40の若干上方に位置してハンドルシャフト31に固定して備えられ、ハンドルシャフト31の傾き角速度を検出する。倒れ角速度センサ41には、ジャイロセンサが用いられる。   The handle shaft 31 is made of, for example, a stainless steel pipe, and is fixed in a state where the handle shaft 31 rises vertically from the center of the upper surface of the main frame 21. The tilt angular velocity sensor 41 is provided slightly above the controller 40 and fixed to the handle shaft 31 and detects the tilt angular velocity of the handle shaft 31. A gyro sensor is used as the falling angular velocity sensor 41.

図6(a),(b)に示すように、ハンドル32は、ハンドルシャフト31の上端に、下側のメインフレーム21と平行に伸びて、第1〜第4の車輪10a〜10dの配列方向垂直面に沿ってT字状となるように備えられ、両端にグリップ33,33を有している。   As shown in FIGS. 6A and 6B, the handle 32 extends in parallel with the lower main frame 21 at the upper end of the handle shaft 31, and the arrangement direction of the first to fourth wheels 10a to 10d. It is provided so as to be T-shaped along the vertical surface, and has grips 33 and 33 at both ends.

ハンドル32は、ハンドルシャフト31の上端を水平に貫通しかつ軸方向に移動不能に弾持されている。ハンドルシャフト31とハンドル32との交差部、詳しくは、ハンドルシャフト31内のハンドル32が貫通する部分には、ハンドル32の水平回動及び垂直回動を取り出すためのメカニカル機構34を備えている。   The handle 32 penetrates the upper end of the handle shaft 31 horizontally and is held so as not to move in the axial direction. At the intersection of the handle shaft 31 and the handle 32, specifically, at the portion where the handle 32 passes through the handle shaft 31, a mechanical mechanism 34 for taking out the horizontal rotation and vertical rotation of the handle 32 is provided.

このメカニカル機構34は、ハンドルシャフト31の、ハンドル32が貫通する両側部分に、外方に張出している円筒部34a,34aを備え、各円筒部34aでゴムリング34bを保持している。ハンドル32は、ハンドルシャフト31に水平に貫通されゴムリング34b,34bにより水平状態に両端支持されている。   The mechanical mechanism 34 includes cylindrical portions 34a and 34a projecting outward on both side portions of the handle shaft 31 through which the handle 32 passes, and holds a rubber ring 34b in each cylindrical portion 34a. The handle 32 extends horizontally through the handle shaft 31 and is supported at both ends in a horizontal state by rubber rings 34b and 34b.

従って、ハンドル32は、右側又は左側のグリップ33を手前に引くことにより、図1中の矢印Mで示すように、水平面内に一定角度内で右回動又は左回動自在であり、グリップ33に掛ける力を解除すると、ゴムリング34b,34bの弾性復帰力により平面視において正面方向に対して直角方向に復帰自在である。さらに、ハンドル32は、右側又は左側のグリップ33を押し下げることにより、図1中の矢印Nで示すように、水平状態から右側又は左側に傾き自在であり、グリップ33に掛ける力を解除すると、ゴムリング34b,34bの弾性復帰力により水平状態に復帰自在である。   Therefore, the handle 32 can be rotated right or left within a certain angle within a horizontal plane as shown by an arrow M in FIG. When the force applied to is released, the elastic return force of the rubber rings 34b, 34b can be returned in a direction perpendicular to the front direction in plan view. Furthermore, the handle 32 can be tilted rightward or leftward from the horizontal state as shown by an arrow N in FIG. 1 by depressing the grip 33 on the right or left side, and when the force applied to the grip 33 is released, the rubber is released. The ring 34b, 34b can be returned to a horizontal state by the elastic return force.

さらに、このメカニカル機構34は、ハンドルシャフト31の空間内においてハンドル32を取り巻く短管34cと、短管34cの上側と下側においてそれぞれハンドルシャフト31の内面に固定された上側固定板34d及び下側固定板34eと、短管34cの上面中央に下端を固定され上端を上側固定板34dの中央の孔に回転可能に通されている上側ピボット軸34fと、短管34cの下面中央に上端を固定され下端を下側固定板34eの中央の孔に回転可能に支持されている下側ピボット軸34gと、ハンドル32の長さ中央に固定され一方の側面より水平に突出して短管34cに開けられた孔に回転可能に通されている水平回転軸34hと、を有している。   Further, the mechanical mechanism 34 includes a short pipe 34c surrounding the handle 32 in the space of the handle shaft 31, an upper fixing plate 34d fixed to the inner surface of the handle shaft 31 on the upper side and the lower side of the short pipe 34c, and a lower side. Fixed plate 34e, upper pivot shaft 34f whose lower end is fixed at the center of the upper surface of short tube 34c and whose upper end is rotatably passed through the central hole of upper fixed plate 34d, and its upper end is fixed at the center of the lower surface of short tube 34c The lower pivot shaft 34g is rotatably supported in the center hole of the lower fixing plate 34e, and the handle 32 is fixed to the center of the length of the handle 32 and protrudes horizontally from one side surface to be opened in the short tube 34c. A horizontal rotation shaft 34h that is rotatably passed through the hole.

そして、ハンドル回転角センサ42が、上側ピボット軸34fの回転が入力となるように上側固定板に備えられ、またハンドル傾き角センサ43が、水平回転軸34hの回転が入力となるように短管34cの外面に備えられている。   A handle rotation angle sensor 42 is provided on the upper fixed plate so that rotation of the upper pivot shaft 34f is input, and a handle inclination angle sensor 43 is a short tube so that rotation of the horizontal rotation shaft 34h is input. 34c is provided on the outer surface.

従って、ハンドル32を右回動又は左回動すると、この回動が水平回転軸34hを介して短管34cと上側ピボット軸34fに伝わり、ハンドル回転角センサ42に入力するので、ハンドル回転角センサ42が、ハンドルシャフト31のシャフト中心線を回転軸線とするハンドル32の回動角度を検出する。   Therefore, when the handle 32 is turned right or left, this rotation is transmitted to the short pipe 34c and the upper pivot shaft 34f via the horizontal rotation shaft 34h and is input to the handle rotation angle sensor 42. Therefore, the handle rotation angle sensor 42 detects the rotation angle of the handle 32 with the shaft center line of the handle shaft 31 as the rotation axis.

またハンドル32を右側又は左側に傾けると、この傾き角が水平回転軸34hに伝わりさらにハンドル傾き角センサ43に入力するので、ハンドル傾き角センサ43が、ハンドルシャフト31のシャフト中心線に対する垂直線(水平回転軸34hの軸線)に関して、ハンドル32の左方向又は右方向への傾き角度を検出する。   Further, when the handle 32 is tilted to the right or left, this tilt angle is transmitted to the horizontal rotation shaft 34h and further input to the handle tilt angle sensor 43. Therefore, the handle tilt angle sensor 43 is perpendicular to the shaft center line of the handle shaft 31 ( With respect to the axis of the horizontal rotation shaft 34h), the tilt angle of the handle 32 in the left direction or the right direction is detected.

この実施形態の倒立振子制御型四輪走行装置1は、ハンドルシャフト31を垂直に保持したときに、第1〜第4の車輪10a〜10dを除く構成部分の重心が、第1〜第4の車輪10a〜10dの接地点を結ぶ直線を通る円直面よりも例えば数cm後方に位置するように設定されているものとする。従って、この実施形態の倒立振子制御型四輪走行装置1は、ハンドルシャフト31を垂直に保持した状態から手を離すと、重力作用でハンドルシャフト31が後方へ倒れるようになっており、そこで、補助脚44a,44bのピストンをシリンダ内に備えるばねの弾発力下方へ伸張させかつロック手段でピストンの移動をロックさせた構成としていることで、ハンドルシャフト31を垂直に保持し、左右のステップ24a,24bを略水平に保ち、運転者がステップ24a,24bに乗って立てるようになっている。   In the inverted pendulum control type four-wheel travel device 1 of this embodiment, when the handle shaft 31 is held vertically, the center of gravity of the constituent parts excluding the first to fourth wheels 10a to 10d has the first to fourth. It is assumed that the position is set, for example, several centimeters behind the circle face passing through a straight line connecting the grounding points of the wheels 10a to 10d. Accordingly, in the inverted pendulum control type four-wheel travel device 1 of this embodiment, when the hand is released from the state in which the handle shaft 31 is held vertically, the handle shaft 31 is tilted backward by the gravitational action. Since the pistons of the auxiliary legs 44a and 44b are extended below the spring force of the spring provided in the cylinder and the movement of the piston is locked by the locking means, the handle shaft 31 is held vertically, and the left and right steps The drivers 24a and 24b are kept substantially horizontal so that the driver can stand on the steps 24a and 24b.

コントローラ40の機能について図5を参照して説明する。
(1)運転者がステップ24a,24bに乗って図示しない起動スイッチをオンすると、バッテリ45から給電されるコントローラ40は、装置フレーム20の倒れ角を検出する倒れ角速度センサ41の信号を入力して倒立振子型の制御モデルに基づいてモータドライバ14a〜14dを介して第1〜第4の車輪10a〜10dのホイール内に組み込まれた駆動モータ13a〜13dに対し倒立振子型制御を行う。
(2)コントローラ40は、倒立振子制御を開始すると同時に、補助脚44a,44bのロック手段をロック解除し、ばねの付勢に抗してピストンを縮小動作させる。
(3)制御開始時においては、コントローラ40は、第1〜第4の車輪10a〜10dを前進も後進もしない状態に倒立振子型制御を行う。
(4)運転者が体重移動により、ハンドルシャフト31をニュートラル角度(停止角度)よりも前方に倒せば、第1〜第4の車輪10a〜10dは前進走行し、またハンドルシャフト31をニュートラル角度よりも手前に引けば(後方に倒せば)、第1〜第4の車輪10a〜10dは後進走行する。
(5)ハンドルシャフト31がニュートラル角度になった後は、運転者がハンドル32を右回動又は左回動すれば、この回動に応じた信号をハンドル回転角センサ42がコントローラ40に入力し、コントローラ40は、右回転又は左回転するように第1〜第4の車輪10a〜10dを回転制御する。
(6)またハンドルシャフト31がニュートラル角度になった後は、運転者がハンドル32を右側又は左側に傾ければ、この傾き角に応じた信号をハンドル傾き角センサ43がコントローラ40に入力し、コントローラ40は、左方向又は右方向へ前進するように第1〜第4の車輪10a〜10dを回転制御する。
The function of the controller 40 will be described with reference to FIG.
(1) When the driver gets on the start switch (not shown) in Steps 24a and 24b, the controller 40 supplied with power from the battery 45 inputs the signal of the tilt angular velocity sensor 41 that detects the tilt angle of the device frame 20. Based on the inverted pendulum type control model, the inverted pendulum type control is performed on the drive motors 13a to 13d incorporated in the wheels of the first to fourth wheels 10a to 10d via the motor drivers 14a to 14d.
(2) At the same time as starting the inverted pendulum control, the controller 40 unlocks the locking means of the auxiliary legs 44a and 44b and causes the piston to contract against the spring bias.
(3) At the start of control, the controller 40 performs the inverted pendulum type control so that the first to fourth wheels 10a to 10d do not move forward or backward.
(4) If the driver falls the handle shaft 31 forward from the neutral angle (stop angle) due to weight shift, the first to fourth wheels 10a to 10d travel forward, and the handle shaft 31 is moved from the neutral angle. If the wheel is pulled forward (tilt backward), the first to fourth wheels 10a to 10d travel backward.
(5) After the handle shaft 31 has reached the neutral angle, if the driver rotates the handle 32 to the right or left, the handle rotation angle sensor 42 inputs a signal corresponding to this rotation to the controller 40. The controller 40 controls the rotation of the first to fourth wheels 10a to 10d so as to rotate clockwise or counterclockwise.
(6) After the handle shaft 31 reaches the neutral angle, if the driver tilts the handle 32 to the right or left, the handle tilt angle sensor 43 inputs a signal corresponding to the tilt angle to the controller 40, The controller 40 controls the rotation of the first to fourth wheels 10a to 10d so as to advance in the left direction or the right direction.

続いて、全方向車輪を用いた第1〜第4の車輪10a〜10dにより、前進、後進、右回転、左回転、方向変換しない右進、方向変換しない左進、斜め右進及び斜め左進を行うことについて図7〜図11を参照して詳述する。   Subsequently, by the first to fourth wheels 10a to 10d using omnidirectional wheels, forward, backward, right rotation, left rotation, rightward without direction change, leftward without direction change, diagonal rightward and diagonally leftward Will be described in detail with reference to FIGS.

〔前進走行〕
図7(a)に示すように、運転者Pが乗ってスイッチオンすると、コントローラ40が倒立振子制御を行い、車輪を含まない装置重量と運転者の体重との合成の重心位置が4つの車輪の接地線を通る垂直面にあるように倒立振子制御のアルゴリズムによって決定する。この場合、運転者がステップ24a,24bに乗ったことにより、第1〜第4の車輪10a〜10dを除く装置構成部分と運転者の体重の合計の重心位置が後方へずれる場合には、コントローラ40は、演算によってこの重心の位置が、第1〜第4の車輪10a〜10dの接地点を結ぶ直線を通る円直面上に来るように倒立振子型制御を行う。従って、コントローラ40は、ハンドルシャフト31を垂直状態よりも所要前側に傾けた状態を停止状態として記憶する。
そして、図7(b)に示すように、運転者Pが体重移動により、ハンドルシャフト31をニュートラル角度(停止角度)よりも前方に倒せば、このときの傾き角α1及び傾き角α1になる変化率、すなわち傾き角速度を倒れ角速度センサ41が検出してセンサ信号がコントローラ40に入力する。コントローラ40は、倒立振子制御を加味した所要の演算を行って第1〜第4の車輪10a〜10dを前進させる制御信号をサーボモータに出力し、それによってサーボモータが出力するモータ駆動信号で駆動モータ13a〜13dが所要速度で回転する。
図7(c)に示すように、コントローラ40は、ハンドルシャフト31の傾き角α1及び傾き角速度に応じて、第1〜第4の車輪10a〜10dの、各接地位置の回転体12の回転速度H1xy,H2xy,H3xy,H4xyを加味し、第1〜第4の車輪10a〜10dの前進方向のy成分速度H1y,H2y,H3y,H4yが等しくなるように、第1〜第4の車輪10a〜10dの前進回転速度H1,H2,H3,H4を決定し制御信号を出力する。従って、倒立振子制御型四輪走行装置1は、前進方向のy成分速度H1y(=H2y,H3y,H4y)で前進走行する。
[Forward travel]
As shown in FIG. 7A, when the driver P gets on and switches on, the controller 40 performs the inverted pendulum control, and the center of gravity position of the combined weight of the device not including the wheel and the weight of the driver is four wheels. It is determined by an inverted pendulum control algorithm so that it lies in a vertical plane passing through the ground line. In this case, when the driver gets on the steps 24a and 24b, the total center of gravity position of the device components excluding the first to fourth wheels 10a to 10d and the driver's weight shifts backward. No. 40 performs inverted pendulum type control so that the position of the center of gravity is on the face of a circle passing through a straight line connecting the grounding points of the first to fourth wheels 10a to 10d by calculation. Accordingly, the controller 40 stores a state where the handle shaft 31 is tilted to the required front side from the vertical state as a stopped state.
Then, as shown in FIG. 7B, if the driver P tilts the handle shaft 31 forward from the neutral angle (stop angle) due to weight shift, the change to the inclination angle α1 and the inclination angle α1 at this time is achieved. The tilt angular velocity sensor 41 detects the rate, that is, the tilt angular velocity, and the sensor signal is input to the controller 40. The controller 40 performs a required calculation in consideration of the inverted pendulum control and outputs a control signal for advancing the first to fourth wheels 10a to 10d to the servo motor, and is driven by the motor drive signal output by the servo motor. The motors 13a to 13d rotate at a required speed.
As shown in FIG. 7C, the controller 40 determines the rotational speeds of the rotating bodies 12 at the ground contact positions of the first to fourth wheels 10a to 10d according to the inclination angle α1 and the inclination angular speed of the handle shaft 31. In consideration of H1xy, H2xy, H3xy, and H4xy, the first to fourth wheels 10a to 10a are set so that the y component speeds H1y, H2y, H3y, and H4y in the forward direction of the first to fourth wheels 10a to 10d are equal. 10d forward rotational speeds H1, H2, H3, H4 are determined and a control signal is output. Accordingly, the inverted pendulum control type four-wheel travel device 1 travels forward at a y-component speed H1y (= H2y, H3y, H4y) in the forward direction.

〔後進走行〕
倒立振子制御型四輪走行装置1が図7(b)に示す前進状態から、図8(a)に示すように、運転者Pが体重移動によりハンドル32を後方に引いて、ハンドルシャフト31が、ニュートラル角度よりも小さい角度になるときは、コントローラ40は、前進信号の出力中における倒れ角速度センサ41からの入力が後進であることを判断して、駆動モータ13a〜13dに備えているブレーキをかける。
また倒立振子制御型四輪走行装置1が図7(a)に示す停止状態から、図8(a)に示すように、運転者Pが体重移動によりハンドル32を後方に引いて、ハンドルシャフト31が、ニュートラル角度よりも小さい角度になるときは、コントローラ40は、後進信号を出力する。すなわち、コントローラ40は、倒れ角速度センサ41が検出したマイナス方向の倒れ角および倒れ角速度を入力すると、第1〜第4の車輪10a〜10dの全てが後進回転となるようにかつ倒れ角速度に対応した等しい回転数となるように制御する。
図8(b)に示すように、コントローラ40は、ハンドルシャフト31の傾き角−α1及び傾き角速度に応じて、第1〜第4の車輪10a〜10dの、各接地位置の回転体12の回転速度H5xy,H6xy,H7xy,H8xyを加味し、第1〜第4の車輪10a〜10dの後進方向のy成分速度H5y,H6y,H7y,H8yが等しくなるように、第1〜第4の車輪10a〜10dの後進回転速度H5,H6,H7,H8を決定し制御信号を出力する。従って、倒立振子制御型四輪走行装置1は、後進方向のy成分速度H5y(=H6y,H7y,H8y)で後進走行する。
[Backward travel]
As shown in FIG. 8 (a), the inverted pendulum control type four-wheel travel device 1 pulls the handle 32 backward by moving the body weight, as shown in FIG. 8 (a). When the angle is smaller than the neutral angle, the controller 40 determines that the input from the falling angular velocity sensor 41 during the output of the forward signal is reverse, and applies brakes provided to the drive motors 13a to 13d. Call.
In addition, as shown in FIG. 8A, the inverted pendulum control type four-wheel travel device 1 pulls the handle 32 rearward by moving the body weight as shown in FIG. When the angle becomes smaller than the neutral angle, the controller 40 outputs a reverse signal. That is, when the controller 40 inputs the tilt angle and the tilt angular velocity in the negative direction detected by the tilt angular velocity sensor 41, the controller 40 corresponds to the tilt angular velocity so that all of the first to fourth wheels 10a to 10d rotate backward. It controls so that it may become equal rotation speed.
As shown in FIG. 8B, the controller 40 rotates the rotating body 12 at each contact position of the first to fourth wheels 10a to 10d according to the inclination angle −α1 and the inclination angular velocity of the handle shaft 31. In consideration of the speeds H5xy, H6xy, H7xy, and H8xy, the first to fourth wheels 10a are set so that the y component speeds H5y, H6y, H7y, and H8y in the reverse direction of the first to fourth wheels 10a to 10d are equal. -10d reverse rotational speed H5, H6, H7, H8 is determined and a control signal is output. Accordingly, the inverted pendulum control type four-wheel travel device 1 travels backward at the y-component speed H5y (= H6y, H7y, H8y) in the reverse direction.

〔右回転〕
倒立振子制御型四輪走行装置1が図7(a)に示す停止状態から、図9(a)に示すように、運転者Pがハンドル32を右回転させると、この右回転をハンドル回転角センサ42が検出してセンサ信号がコントローラ40に入力する。コントローラ40は、図9(b)に示すように平面視において、第1〜第4の車輪10a〜10dの接地点を結ぶ直線Lと、ハンドルシャフト31の中心を通り前記の接地点を結ぶ直線Lに垂直に交差する垂線と、の交点Roを回転中心として、倒立振子制御型四輪走行装置1が右回転するように制御信号を出力する。コントローラ40は、第1の車輪10aと第4の車輪10dがサークルRad上を接線速度H9y,H12y(=H9y)で旋回し、かつ第2の車輪10bと第3の車輪10cがサークルRcd上を接線速度H10y,H11y(=H10y)で旋回するように、第1〜第4の車輪10a〜10dの、各接地位置の回転体12の回転速度H9xy,H10xy,H11xy,H12xyを加味し、第1〜第4の車輪10a〜10dの実回転速度H9,H10,H11,H12を算出する演算を行い、駆動制御信号を出力する。
左回転については、右回転と対称に異なる動作になるので説明を省略する。
〔Right rotation〕
When the inverted pendulum control type four-wheel travel device 1 rotates the handle 32 clockwise as shown in FIG. 9A from the stop state shown in FIG. 7A, this right rotation is changed to the handle rotation angle. The sensor 42 detects and a sensor signal is input to the controller 40. 9B, the controller 40 has a straight line L connecting the grounding points of the first to fourth wheels 10a to 10d and a straight line passing through the center of the handle shaft 31 and connecting the grounding point in plan view. A control signal is output so that the inverted pendulum control type four-wheel travel device 1 rotates clockwise with an intersection Ro of a perpendicular line perpendicular to L as the center of rotation. The controller 40 makes the first wheel 10a and the fourth wheel 10d turn on the circle Rad at tangential speeds H9y and H12y (= H9y), and the second wheel 10b and the third wheel 10c move on the circle Rcd. Considering the rotational speeds H9xy, H10xy, H11xy, H12xy of the rotating body 12 of each grounding position of the first to fourth wheels 10a to 10d so as to turn at tangential speeds H10y, H11y (= H10y), the first -Calculates the actual rotational speeds H9, H10, H11, and H12 of the fourth wheels 10a to 10d, and outputs a drive control signal.
The left rotation is different from the right rotation and is not described here.

〔方向変換しない右進〕
倒立振子制御型四輪走行装置1が図7(a)に示す停止状態から、図10(a)に示すように、運転者Pがハンドル32を右に傾かせると、この傾き角をハンドル傾き角センサ43が検出してセンサ信号がコントローラ40に入力する。コントローラ40は、図10(b)に示すように、第1の車輪10aを実回転速度H13で前進回転、第2の車輪10bを実回転速度H14(=|H13|)で後進回転、第3の車輪10cを実回転速度H15(=H13)で前進回転、第4の車輪10dを実回転速度H16(=|H13|)で後進回転させるように制御する。このとき、|H13|=|H14|=|H15|=|H16|である。すると、第1〜第4の車輪10a〜10dの実回転に伴い、第1〜第4の車輪10a〜10dを構成している回転体12がそれぞれH13xy,H14xy,H15xy,H16xyで回転する。このとき、|H13xy|=|H14xy|=|H15xy|=|H16xy|である。従って、第1〜第4の車輪10a〜10dは、合成回転速度H13g,H14g,H15g,H16gで回転する。このとき、H13g=H14g=H15g=Hgである。すなわち、倒立振子制御型四輪走行装置1は、方向変換しないでH13gの速度で右進する。
方向変換しない左進については、方向変換しないで右進と左右対称に異なる動作になるので説明を省略する。
[Right turn without direction change]
When the inverted pendulum control type four-wheel travel device 1 tilts the steering wheel 32 to the right as shown in FIG. 10A from the stopped state shown in FIG. The angle sensor 43 detects and a sensor signal is input to the controller 40. As shown in FIG. 10B, the controller 40 rotates the first wheel 10a forward at the actual rotational speed H13, reversely rotates the second wheel 10b at the actual rotational speed H14 (= | H13 |), The wheel 10c is rotated forward at an actual rotational speed H15 (= H13), and the fourth wheel 10d is controlled to rotate backward at an actual rotational speed H16 (= | H13 |). At this time, | H13 | = | H14 | = | H15 | = | H16 |. Then, with the actual rotation of the first to fourth wheels 10a to 10d, the rotating bodies 12 constituting the first to fourth wheels 10a to 10d rotate at H13xy, H14xy, H15xy, and H16xy, respectively. At this time, | H13xy | = | H14xy | = | H15xy | = | H16xy |. Accordingly, the first to fourth wheels 10a to 10d rotate at the combined rotational speeds H13g, H14g, H15g, and H16g. At this time, H13g = H14g = H15g = Hg. That is, the inverted pendulum control type four-wheel drive device 1 moves right at a speed of H13g without changing its direction.
Since the leftward movement without changing the direction is different from the rightward movement without changing the direction, the description is omitted.

〔方向変換しない斜め方向の右進〕
倒立振子制御型四輪走行装置1が図7(a)に示す停止状態から、図11(a)に示すように、運転者がハンドル32を右に回しながら右下がりに傾かせると、このときの回転角と傾き角をハンドル回転角センサ42とハンドル傾き角センサ43がそれぞれに検出して両センサ信号がコントローラ40に入力する。コントローラ40は、両センサ42,43からの信号入力に基づいて、図11(b)に示すように、第1〜第4の車輪10a〜10dをそれぞれ実回転速度H17,H18,H19,H20で前進回転させるように制御する。このとき、|H18|=|H20|,|H19|=|H17|とする。さらに、第2及び第4の車輪10b,10dの接地位置の回転体12の回転速度H18xy,H20xyと、の合成回転速度H18g,H20gが、第1及び第3の車輪10a,10cの実回転速度H17,H19に等しくなるように設定される。それによって、倒立振子制御型四輪走行装置1は、前方向に対して30°右に向いて右進する。
方向変換しない斜め方向に右進左進については、方向変換しないで斜め方向に右進と左右対称に異なる動作になるので説明を省略する。
[Right direction without changing direction]
When the inverted pendulum control type four-wheel drive device 1 is tilted downward from the stop state shown in FIG. 7A while turning the handle 32 clockwise as shown in FIG. Are detected by the handle rotation angle sensor 42 and the handle tilt angle sensor 43, and both sensor signals are input to the controller 40. Based on the signal input from the sensors 42 and 43, the controller 40 moves the first to fourth wheels 10a to 10d at actual rotational speeds H17, H18, H19, and H20, respectively, as shown in FIG. Control to rotate forward. At this time, | H18 | = | H20 |, | H19 | = | H17 |. Further, the combined rotational speeds H18g and H20g of the rotating body 12 at the ground contact position of the second and fourth wheels 10b and 10d and the combined rotational speeds H18g and H20g are the actual rotational speeds of the first and third wheels 10a and 10c. It is set to be equal to H17 and H19. As a result, the inverted pendulum control type four-wheel travel device 1 moves to the right by 30 ° to the right with respect to the forward direction.
The description of the rightward and leftward movement in the diagonal direction without changing the direction will be omitted because the operation is different from the rightward and leftward movement in the diagonal direction without changing the direction.

上記の動作の説明において、回転速度の大きさは、ハンドルシャフト31の倒れ角及び倒れ角速度、ハンドル32の回転角、傾き角に応じた大きさがコントローラ40から出力される。   In the above description of the operation, the magnitude of the rotation speed is output from the controller 40 according to the tilt angle and tilt angle speed of the handle shaft 31, the rotation angle of the handle 32, and the tilt angle.

〔第2の実施形態〕
図12に示すように、この実施形態の倒立振子制御型四輪走行装置1Aは、第1〜第4の車輪10a〜10dと、座席202を有する装置フレーム20Aと、各車輪のフレーム内に設けられた駆動モータ(図中に符号なし)と、コントローラ40Aと、座席202の下面に備えられた倒れ角速度センサ41と、座席202の下面に備えられた補助脚44c,44dと、操縦レバー46と、を備えて構成されている。
装置フレーム20Aは、第1の車輪10aと第2の車輪10bの間に立ち上がる基台フレーム201a,201bと、座席202と、ステップ203とを有してなる。図示しないが、基台フレーム201a,201bに、第1の実施形態において示した左側のブラケット23aと、右側のブラケット23bとが設けられる。この実施形態では、補助脚44c,44dが前後配置に設けられることで、非運転時における座席202の水平を保持する。
この実施形態では、第1の実施形態のハンドルシャフト31と、ハンドル32とを備えていない。またハンドル回転角センサ42と、ハンドル傾き角センサ43を備えておらず、この2つのセンサの機能を操縦レバー46の入力操作で処理している。コントローラ40Aは、上述した第1の実施形態のコントローラ40が行う前進、後進、右回転、左回転、方向変換しない右進・左進や斜め右進・左進の各動作を操縦レバー46の入力操作に基づいて行う。
[Second Embodiment]
As shown in FIG. 12, an inverted pendulum control type four-wheel travel device 1A of this embodiment is provided in first to fourth wheels 10a to 10d, a device frame 20A having a seat 202, and a frame of each wheel. Drive motor (not shown in the figure), a controller 40A, a tilt angular velocity sensor 41 provided on the lower surface of the seat 202, auxiliary legs 44c and 44d provided on the lower surface of the seat 202, and a control lever 46. , And is configured.
The device frame 20A includes base frames 201a and 201b that rise between the first wheel 10a and the second wheel 10b, a seat 202, and a step 203. Although not shown, the base frames 201a and 201b are provided with the left bracket 23a and the right bracket 23b shown in the first embodiment. In this embodiment, the auxiliary legs 44c and 44d are provided in the front-rear arrangement, so that the level of the seat 202 is maintained during non-driving.
In this embodiment, the handle shaft 31 and the handle 32 of the first embodiment are not provided. Further, the steering wheel rotation angle sensor 42 and the steering wheel tilt angle sensor 43 are not provided, and the functions of these two sensors are processed by the input operation of the control lever 46. The controller 40A inputs the forward, backward, right rotation, left rotation, rightward / leftward movement and diagonal rightward / leftward movement without direction change performed by the controller 40 of the first embodiment described above to the control lever 46. Based on the operation.

第2の実施形態は、1人乗り座席を有する倒立振子制御型四輪走行装置を示したが、第2の車輪10bと第3の車輪10cとの間隔を大きくして、2人乗り座席を有する倒立振子制御型四輪走行装置として構成することができる。   In the second embodiment, an inverted pendulum control type four-wheel travel device having a one-seater seat is shown. However, the distance between the second wheel 10b and the third wheel 10c is increased to provide a two-seater seat. It can be configured as an inverted pendulum control type four-wheel travel device.

以上詳述したが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施することができる。
本発明の走行装置は、産業、学術、家庭用の器具、装置、機械、玩具が移動するための手段として適用可能である。例えば、移動型ロボットの脚として上記走行装置を適用できる。また人が移動するための手段や物を搬送するための運搬具或いは、農作業用の移動する機械の移動手段として、また遊園地やテーマパークなどのレジャー施設における遊具の移動機構としても利用可能である。さらに、本発明は、老人や体の不自由な障害者などが利用する介助・福祉用の機械・器具にも利用できる。
Although detailed above, the present invention can be implemented in various forms without departing from the spirit of the present invention.
The traveling device of the present invention can be applied as a means for moving industrial, academic, and household appliances, devices, machines, and toys. For example, the traveling device can be applied as a leg of a mobile robot. It can also be used as a means for moving people, a transporting tool for transporting things, a moving means for moving machines for agricultural work, and a mechanism for moving playground equipment at leisure facilities such as amusement parks and theme parks. is there. Furthermore, the present invention can also be used for assistance and welfare machines and appliances used by elderly people and persons with disabilities.

1,1A 倒立振子制御型四輪走行装置
10a 第1の車輪
10b 第2の車輪
10c 第3の車輪
10d 第4の車輪
11 回転軸
12 回転体
13a 第1の駆動モータ
13b 第2の駆動モータ
13c 第3の駆動モータ
13d 第4の駆動モータ
14a〜14d モータドライバ
20,20A 装置フレーム
24a,24b ステップ
201a,201b 基台フレーム
202 座席
203 ステップ
31 ハンドルシャフト
32 ハンドル
34 メカニカル機構
40,40A コントローラ
41 倒れ角速度センサ
42 ハンドル回転角センサ
43 ハンドル傾き角センサ
44a〜44d 補助脚
45 バッテリ
46 操縦レバー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A Inverted pendulum control type four-wheel traveling apparatus 10a 1st wheel 10b 2nd wheel 10c 3rd wheel 10d 4th wheel 11 Rotating shaft 12 Rotating body 13a 1st drive motor 13b 2nd drive motor 13c Third drive motor 13d Fourth drive motor 14a to 14d Motor driver 20, 20A Device frame 24a, 24b Step 201a, 201b Base frame 202 Seat 203 Step 31 Handle shaft 32 Handle 34 Mechanical mechanism 40, 40A Controller 41 Inclination angular velocity Sensor 42 Handle rotation angle sensor 43 Handle tilt angle sensor 44a to 44d Auxiliary leg 45 Battery 46 Control lever

Claims (9)

車輪外周に沿って複数配設された各回転軸に回転自由な回転体を備え全方向移動し得る全方向車輪で構成された第1〜第4の車輪を有し、該第1〜第4の車輪が、各車輪の接地点を同一直線上に順に並んだ配置で装置フレームに支持されると共に、該装置フレームが上記第1〜第4の車輪の車軸線を回転中心として揺動する倒立振子型に設けられ、さらに第1の車輪と第2の車輪並びに第3の車輪と第4の車輪が、平面視において一端側が近接し他端側が開いていると共に、第2の車輪と第3の車輪が、平面視において他端側が近接し一端側が開いており、上記第1〜第4の車輪のそれぞれを走行駆動する駆動モータを備え、上記装置フレームの倒れ角を検出する倒れ角センサの信号を入力して倒立振子型の制御モデルに基づいて上記駆動モータを制御するコントローラを備えたことを特徴とする、倒立振子制御型四輪走行装置。   A plurality of rotating shafts arranged along the outer periphery of the wheel have first to fourth wheels configured with omnidirectional wheels that include a freely rotating body and can move in all directions. The wheels are supported by the device frame in such a manner that the grounding points of the wheels are arranged in order on the same straight line, and the device frame swings around the axles of the first to fourth wheels. Further, the first wheel and the second wheel, and the third wheel and the fourth wheel are provided in a pendulum type, and one end side is close and the other end side is open in a plan view, and the second wheel and the third wheel are open. Of the tilt angle sensor for detecting the tilt angle of the device frame, the other end being close and the other end being open in the plan view, provided with a drive motor for driving each of the first to fourth wheels. Based on the inverted pendulum type control model by inputting the signal, the above drive mode Characterized by comprising a controller for controlling the motor, an inverted pendulum-controlled four-wheel traveling device. 前記装置フレームが、前記第1の車輪と前記第2の車輪との三角スペース、並びに前記第3の車輪と前記第4の車輪との三角スペースに足を載せるステップを備えた立ち乗り型に形成された構成である、請求項1に記載の倒立振子制御型四輪走行装置。   The apparatus frame is formed in a standing riding type including a step of placing a foot in a triangular space between the first wheel and the second wheel and a triangular space between the third wheel and the fourth wheel. The inverted pendulum control type four-wheeled travel device according to claim 1, wherein the inverted pendulum control type four-wheel travel device is configured. 前記装置フレームより立設され、該装置フレームの前記第1〜第4の車輪に対する回転中心の周りに揺動するハンドルシャフトを備え、
前記倒れ角センサが、上記ハンドルシャフトの傾き角度を検出するように備えられ、
前記コントローラが、上記第1〜第4の車輪に対応する駆動モータに対し前記倒立振子型制御を行う構成である、請求項1又は2に記載の倒立振子制御型四輪走行装置。
A handle shaft that is erected from the device frame and swings around a rotation center of the device frame with respect to the first to fourth wheels;
The tilt angle sensor is provided to detect the tilt angle of the handle shaft;
The inverted pendulum control type four-wheel travel device according to claim 1 or 2, wherein the controller is configured to perform the inverted pendulum type control on a drive motor corresponding to the first to fourth wheels.
前記ハンドルシャフトの上端に前記第1〜第4の車輪の配列方向垂直面に沿ってT字状となるようにハンドルを備え、
該ハンドルが、水平状態から右方向及び左方向に傾き自在でありかつ弾性手段により水平状態に復帰自在であり、さらに、水平面内に一定角度内で右回動及び左回動でありかつ弾性手段により水平状態に復帰自在であり、
上記ハンドルシャフトと上記ハンドルとの交差部に、上記ハンドルの回動角度を検出するハンドル回転角センサと、上記ハンドルの傾き角度を検出するハンドル傾き角センサと、を備えていて、
前記コントローラが、上記倒立振子型制御を行うことに加え、上記ハンドル回転角センサの信号を入力したときはその信号に応じ、前記第1〜第4の車輪の合成出力が右回転又は左回転となるように前記第1〜第4の車輪に対応する駆動モータに対し駆動信号を出力し、また上記ハンドル傾き角センサの信号を入力したときはその信号に応じ、前記第1〜第4の車輪の合成出力が方向変換しないで右進又は方向変換しないで左進となるように前記第1〜第4の車輪に対応する駆動モータに対し駆動信号を出力するように構成された、請求項3に記載の倒立振子制御型四輪走行装置。
A handle is provided at the upper end of the handle shaft so as to be T-shaped along the vertical direction of the arrangement direction of the first to fourth wheels,
The handle is tiltable in the right and left directions from the horizontal state and can be returned to the horizontal state by elastic means, and further, is rotated right and left within a certain angle within a horizontal plane and is elastic means. Can be returned to the horizontal state by
A handle rotation angle sensor that detects a rotation angle of the handle and a handle tilt angle sensor that detects a tilt angle of the handle at an intersection of the handle shaft and the handle,
In addition to performing the inverted pendulum type control, when the controller inputs a signal of the handle rotation angle sensor, the combined output of the first to fourth wheels is a right rotation or a left rotation according to the signal. When a drive signal is output to the drive motors corresponding to the first to fourth wheels, and when a signal of the steering wheel tilt angle sensor is input, the first to fourth wheels according to the signal. The driving signal is output to the driving motors corresponding to the first to fourth wheels so that the combined output of the vehicle is rightward without changing direction or leftward without changing direction. An inverted pendulum control type four-wheel traveling device as described in 1.
前記第1〜第4の車輪の上に座席を有し、該座席が懸架装置を介して下側の前記装置フレームに支持された構成である、請求項1に記載の倒立振子制御型四輪走行装置。   2. The inverted pendulum control type four-wheeled vehicle according to claim 1, wherein a seat is provided on the first to fourth wheels, and the seat is supported by the lower device frame via a suspension device. 3. Traveling device. 接地面近傍に下降して位置し倒立振子型制御を行う際には設置面近傍から上昇して位置する可動ステップを備えた構成である、請求項5に記載の倒立振子制御型四輪走行装置。 6. The inverted pendulum control type four-wheel travel device according to claim 5, wherein the inverted pendulum control type four-wheel travel device is configured to include a movable step that is positioned so as to descend from the vicinity of the ground plane and to perform an inverted pendulum type control. . 前記倒れ角センサが、前記座席の水平面に対する傾斜角度を検出するように備えられ、
前記コントローラが、上記倒れ角センサの信号を入力して上記第1〜第4の車輪に対応する駆動モータに対し上記倒立振子型制御を行う構成である、請求項又はに記載の倒立振子制御型四輪走行装置。
The tilt angle sensor is provided to detect an inclination angle of the seat with respect to a horizontal plane;
The inverted pendulum according to claim 5 or 6 , wherein the controller inputs the signal of the tilt angle sensor and performs the inverted pendulum type control on the drive motors corresponding to the first to fourth wheels. Control type four-wheel travel device.
前記座席に座った操作者が操作できる位置に、右回転又は左回転の指示並びに右方向又は左方向に変換しつつ前進することの4通りのいずれかを指示するハンドルを備え、
上記ハンドルが指示する右回転又は左回転を検出するハンドル回転角センサと、上記ハンドルが指示する右方向又は左方向に変換しつつ前進する指示を検出するハンドル傾き角センサと、を備えていて、
前記コントローラが、上記倒立振子型制御を行うことに加え、上記ハンドル回転角センサの信号を入力したときはその信号に応じ、前記第1〜第4の車輪の合成出力が右回転又は左回転となるように前記第1〜第4の車輪に対応する駆動モータに対し駆動信号を出力し、また上記ハンドル傾き角センサの信号を入力したときはその信号に応じ、前記第1〜第4の車輪の合成出力が方向変換しないで右進又は方向変換しないで左進となるように前記第1〜第4の車輪に対応する駆動モータに対し駆動信号を出力するように構成された、請求項7に記載の倒立振子制御型四輪走行装置。
Provided with a handle for instructing one of four directions of a right rotation or a left rotation and a forward movement while converting to a right direction or a left direction at a position that can be operated by an operator sitting on the seat;
A handle rotation angle sensor that detects a right rotation or a left rotation indicated by the handle, and a handle tilt angle sensor that detects an instruction to move forward while converting to the right direction or the left direction indicated by the handle,
In addition to performing the inverted pendulum type control, when the controller inputs a signal of the handle rotation angle sensor, the combined output of the first to fourth wheels is a right rotation or a left rotation according to the signal. When a drive signal is output to the drive motors corresponding to the first to fourth wheels, and when a signal of the steering wheel tilt angle sensor is input, the first to fourth wheels according to the signal. 8. The drive signal is output to the drive motor corresponding to the first to fourth wheels so that the combined output of the left or right direction does not change direction and moves rightward or leftward without changing direction. An inverted pendulum control type four-wheel traveling device as described in 1.
前記駆動モータは、第1〜第4の車輪のそれぞれに組み込まれるホイールインモータである、請求項1乃至8のいずれかに記載の倒立振子制御型四輪走行装置。   The inverted pendulum control type four-wheel travel device according to any one of claims 1 to 8, wherein the drive motor is a wheel-in motor incorporated in each of the first to fourth wheels.
JP2009269329A 2009-11-26 2009-11-26 Inverted pendulum type four-wheel travel device Expired - Fee Related JP5066746B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009269329A JP5066746B2 (en) 2009-11-26 2009-11-26 Inverted pendulum type four-wheel travel device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009269329A JP5066746B2 (en) 2009-11-26 2009-11-26 Inverted pendulum type four-wheel travel device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011111048A JP2011111048A (en) 2011-06-09
JP5066746B2 true JP5066746B2 (en) 2012-11-07

Family

ID=44233711

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009269329A Expired - Fee Related JP5066746B2 (en) 2009-11-26 2009-11-26 Inverted pendulum type four-wheel travel device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5066746B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020157465A1 (en) 2019-01-30 2020-08-06 The University Of Sheffield Vehicle

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5691827B2 (en) * 2011-05-17 2015-04-01 トヨタ自動車株式会社 Inverted two-wheeled vehicle, its operating method, and program
JP6034593B2 (en) * 2012-05-14 2016-11-30 本田技研工業株式会社 Inverted pendulum type vehicle
JP6111119B2 (en) * 2013-03-29 2017-04-05 本田技研工業株式会社 Inverted pendulum type vehicle
JP6081271B2 (en) * 2013-03-29 2017-02-15 本田技研工業株式会社 Inverted pendulum type vehicle
JP6081270B2 (en) * 2013-03-29 2017-02-15 本田技研工業株式会社 Inverted pendulum type vehicle
JP6062785B2 (en) * 2013-03-29 2017-01-18 本田技研工業株式会社 Inverted pendulum type vehicle
JP6748013B2 (en) * 2017-03-30 2020-08-26 株式会社Soken Inverted pendulum type moving device

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1228007A (en) * 1984-05-01 1987-10-13 Jeffrey Farnam Four-wheel drive wheelchair with compound wheels
JP2003127605A (en) * 2001-10-19 2003-05-08 Kawasaki Heavy Ind Ltd Wheel structure for omni-directional moving vehicle
JP2005047312A (en) * 2003-07-30 2005-02-24 Kanto Auto Works Ltd Omnidirectional moving vehicle
JP4583834B2 (en) * 2004-08-09 2010-11-17 トヨタ自動車株式会社 Omnidirectional vehicle
JP2009040166A (en) * 2007-08-07 2009-02-26 Kanto Auto Works Ltd Amphibious vehicle
JP4868243B2 (en) * 2007-08-07 2012-02-01 関東自動車工業株式会社 Three-wheel travel device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020157465A1 (en) 2019-01-30 2020-08-06 The University Of Sheffield Vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011111048A (en) 2011-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5066746B2 (en) Inverted pendulum type four-wheel travel device
JP4734666B2 (en) 3-wheeled passenger car
JP5398445B2 (en) Omnidirectional vehicle
JP3981733B2 (en) Parallel two-wheel passenger cart
JP5062361B2 (en) Moving body
JP5358374B2 (en) vehicle
JP4957769B2 (en) Traveling apparatus and control method thereof
JP4868243B2 (en) Three-wheel travel device
JP4833776B2 (en) Passenger moving vehicle
JP4724845B2 (en) Leg wheel separation type robot
JP2008126936A (en) Moving device
JP5369999B2 (en) vehicle
JP3560403B2 (en) Omnidirectional vehicle and control method thereof
JP2009101898A (en) Inverted wheel type moving body and control method thereof
JP5182401B2 (en) Traveling apparatus and control method thereof
JP2011046297A (en) Vehicle
JP2011025877A (en) Bicycle
WO2002012111A1 (en) Fork lift with traverse motion system
JP3501044B2 (en) Omni-directional mobile trolley
JP5927031B2 (en) Inverted pendulum type vehicle
JP2014073806A (en) Electrically-driven mobility
JP4888451B2 (en) Coaxial motorcycle and control method thereof
JP5751130B2 (en) Transfer device and transfer device control method
JP2011046275A (en) Vehicle
WO2017169806A1 (en) Vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20111020

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111115

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120112

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120703

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120724

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150824

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees