JP5228560B2 - Inverted traveling robot and control method thereof - Google Patents

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JP5228560B2 JP2008077407A JP2008077407A JP5228560B2 JP 5228560 B2 JP5228560 B2 JP 5228560B2 JP 2008077407 A JP2008077407 A JP 2008077407A JP 2008077407 A JP2008077407 A JP 2008077407A JP 5228560 B2 JP5228560 B2 JP 5228560B2
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Description

本発明は、倒立走行ロボット及びその制御方法に関する。   The present invention relates to an inverted traveling robot and a control method thereof.

一対の車輪を有する倒立走行ロボットは、車体部の重心位置を車輪の接地位置に対して鉛直方向に維持するように車輪を駆動することで、倒立状態を維持しつつ移動を行うことができる。倒立走行ロボットは、その重心を前方へ移動させることで、移動した重心位置の真下に車輪の接地位置がくるように車輪が駆動され、前方へ移動することができる。倒立走行ロボットは、物体を載置して移動させる台車や、人間が搭乗して移動を行うための移動手段として利用されている。このような倒立走行ロボットは、特許文献1〜4に記載されている。   An inverted traveling robot having a pair of wheels can move while maintaining an inverted state by driving the wheels so that the center of gravity of the vehicle body is maintained in the vertical direction with respect to the ground contact position of the wheels. By moving the center of gravity of the inverted traveling robot forward, the wheels are driven so that the ground contact position of the wheel is directly below the moved center of gravity, and the robot can move forward. The inverted traveling robot is used as a carriage for placing and moving an object, or a moving means for a person to board and move. Such inverted traveling robots are described in Patent Documents 1 to 4.

特許文献1、2には、車体上の荷重を計測するセンサを用いた倒立走行ロボットが記載されている。特許文献1には、把持する重量物の種類に応じて、重量物把持装置を台車進行方向前後にスライド移動する機構を備える倒立振子型台車ロボットが記載されている。特許文献2には、荷台にベルトコンベアを配置し、荷物を姿勢の安定化方向に移動させることにより、合成重心位置が常に設計位置付近にあるように補正動作を行う2輪走行型荷物運搬ロボットが記載されている。   Patent Documents 1 and 2 describe an inverted traveling robot using a sensor for measuring a load on a vehicle body. Patent Document 1 describes an inverted pendulum type cart robot that includes a mechanism that slides a heavy load gripping device back and forth in the traveling direction of the cart depending on the type of the heavy item to be gripped. In Patent Document 2, a two-wheel travel type luggage transport robot that performs a correction operation so that the combined center of gravity position is always near the design position by disposing a belt conveyor on the loading platform and moving the load in the direction of stabilizing the posture. Is described.

特許文献3には、外力により発生する外力モーメントを推定し、車体の重心の重力モーメントが外力モーメントと釣り合うように車体の目標傾斜角度を設定し、目標傾斜角度に基づきトルク指令値を算出する2輪型の移動台車が記載されている。特許文献4には、姿勢センサの変化から人間の意図を判定し、動作モードを決定する倒立2輪走行ロボットが記載されている。
特開2004−345030号公報 特開2006−123854号公報 特開2007−11634号公報 特開2006−123014号公報
In Patent Document 3, an external force moment generated by an external force is estimated, a target inclination angle of the vehicle body is set so that the gravity moment of the center of gravity of the vehicle body is balanced with the external force moment, and a torque command value is calculated based on the target inclination angle 2 A ring-shaped mobile trolley is described. Patent Document 4 describes an inverted two-wheeled traveling robot that determines a human intention from a change in posture sensor and determines an operation mode.
JP 2004-345030 A JP 2006-123854 A JP 2007-11634 A JP 2006-123014 A

倒立走行ロボットでは、人が搭乗する際には一対の車輪と接地部材の両方が床面に接した着地状態となっており、人が搭乗した後に接地部材が床面から離れ一対の車輪のみが床面に接した倒立状態となる。壁際等の障害物が近くにある状態で倒立制御を開始するとき、搭乗者の姿勢によっては障害物のほうに重心が偏ってしまい、倒立走行ロボットが障害物のある方向へ移動し、障害物に接触・衝突するおそれがある。   In an inverted traveling robot, when a person boarded, both the pair of wheels and the grounding member are in contact with the floor, and after the person has boarded, the grounding member is separated from the floor and only the pair of wheels are Inverted state in contact with the floor. When starting upside down control with an obstacle such as a wall nearby, depending on the occupant's posture, the center of gravity is biased toward the obstacle, and the inverted traveling robot moves in the direction of the obstacle. There is a risk of contact or collision.

本発明は、このような事情を背景としてなされたものであり、本発明の目的は、障害物の近傍で着地状態から倒立状態へ移行する際に、障害物への接触・衝突を回避することができる倒立走行ロボット及びその制御方法を提供することを目的とする。   The present invention was made against the background of such circumstances, and an object of the present invention is to avoid contact and collision with an obstacle when shifting from a landing state to an inverted state in the vicinity of the obstacle. It is an object of the present invention to provide an inverted traveling robot capable of performing the above and a control method thereof.

本発明の第1の態様に係る倒立走行ロボットは、駆動軸回りに回転する車輪と、前記車輪と離間して設けられ、接地可能な接地部材と、前記車輪を回転駆動させる車輪駆動部と、前記車輪を保持する車台と、支持部材を介して前記車台に対して回動可能に支持された車体部と、前記車体部に含まれ、車体フレームに対して前後方向に移動可能に支持される可動台と、前記車体フレームに対して前記可動台を相対的に移動させる可動台駆動部と、前記支持部材を駆動し、前記車輪と前記接地部材とが床面に接した着地状態から、前記車輪が床面に接し前記接地部材が床面から離れる倒立状態とする立ち上がり駆動部と、前記車輪駆動部を制御して床面に接する前記車輪の回転駆動を制御することで、前記車部の倒立状態を維持する制御部とを備える倒立走行ロボットであって、前記制御部は、前記倒立走行ロボットを前記着地状態から前記倒立状態とする際に、前記倒立走行ロボットの周囲の障害物から前記可動台を遠ざける方向に移動させるように前記可動台駆動部を制御し、前後方向における前記車体部の重心位置を、前記駆動軸よりも前記障害物から遠ざける、又は、前記駆動軸と略同じ位置となるようにするものである。これにより、車体部の重心を障害物から遠ざける方向にずらすことができ、障害物との衝突を回避することができる。   An inverted traveling robot according to a first aspect of the present invention includes a wheel that rotates about a drive shaft, a grounding member that is provided apart from the wheel and that can be grounded, a wheel drive unit that rotationally drives the wheel, A chassis that holds the wheels, a vehicle body that is rotatably supported with respect to the chassis via a support member, and a vehicle body that is included in the vehicle body and is supported to be movable in the front-rear direction with respect to the vehicle body frame. From the landing state where the movable table, a movable table driving unit that moves the movable table relative to the body frame, the support member, and the wheel and the grounding member are in contact with the floor surface, A rising drive unit in which the wheel is in contact with the floor surface and the grounding member is separated from the floor surface, and the wheel drive unit is controlled to control the rotational drive of the wheel in contact with the floor surface. With a control unit to maintain the inverted state When the inverted traveling robot is changed from the landing state to the inverted state, the control unit is configured to move the movable platform away from obstacles around the inverted traveling robot. The movable table driving unit is controlled so that the position of the center of gravity of the vehicle body unit in the front-rear direction is further away from the obstacle than the driving shaft, or substantially the same position as the driving shaft. As a result, the center of gravity of the vehicle body can be shifted away from the obstacle, and collision with the obstacle can be avoided.

本発明の第2の態様に係る倒立走行ロボットは、上記の倒立走行ロボットにおいて、前記障害物を検出する検出部をさらに備え、前記制御部は、前記検出部の検出結果に基づいて前記可動台を移動させることを特徴とするものである。これにより、障害物がある位置を検出して倒立走行ロボットの重心を傾けることができ、障害物との衝突を回避することができる。   An inverted traveling robot according to a second aspect of the present invention further includes a detection unit that detects the obstacle in the inverted traveling robot, and the control unit is configured to detect the obstacle based on a detection result of the detection unit. It is characterized by moving. Thereby, the position where the obstacle is located can be detected and the center of gravity of the inverted traveling robot can be tilted, and the collision with the obstacle can be avoided.

本発明の第3の態様に係る倒立走行ロボットは、上記の倒立走行ロボットにおいて、前記制御部は、前記倒立走行ロボットの重心変動予想量を算出し、前記倒立走行ロボットを前記着地状態から前記倒立状態とする前に、前記可動台を前記重心変動予想量に応じたシフト量だけ移動させることを特徴とするものである。これにより、障害物との衝突をより確実に回避することができる。   In the inverted traveling robot according to a third aspect of the present invention, in the above inverted traveling robot, the control unit calculates an estimated amount of center-of-gravity variation of the inverted traveling robot, and moves the inverted traveling robot from the landing state to the inverted position. Before the state is set, the movable table is moved by a shift amount corresponding to the predicted center-of-gravity variation amount. Thereby, collision with an obstacle can be avoided more reliably.

本発明の第4の態様に係る倒立走行ロボットは、上記の倒立走行ロボットにおいて、前記車体部の重心位置を求める重心検出部を備え、前記制御部は、前記重心検出部の検出結果に基づいて、前記倒立走行ロボットを着地状態から倒立状態とする際に前記倒立走行ロボットの床面に対する相対位置が略変化しないように、前記可動台を移動させることを特徴とするものである。これにより、車輪の接地位置から移動せずに倒立状態へと移行することができ、障害物との衝突を回避することが可能となる。   An inverted traveling robot according to a fourth aspect of the present invention includes, in the above-described inverted traveling robot, a center of gravity detection unit that obtains a center of gravity position of the vehicle body, and the control unit is based on a detection result of the center of gravity detection unit. The movable platform is moved so that the relative position of the inverted traveling robot with respect to the floor surface does not substantially change when the inverted traveling robot is changed from the landing state to the inverted state. Thereby, it can transfer to an inverted state, without moving from the contact position of a wheel, and it becomes possible to avoid the collision with an obstacle.

本発明の第5の態様に係る倒立走行ロボットの制御方法は、車台と、前記車台に取り付けられ駆動軸回りに回転する車輪と、前記車輪と離間して設けられ接地可能な接地部材と、前記車輪を回転駆動させる車輪駆動部と、支持部材を介して前記車台に対して回動可能に支持された車体部と、前記車体部に含まれ、車体フレームに対して前後方向に移動可能に支持される可動台と、前記車体フレームに対して前記可動台を相対的に移動させる可動台駆動部と、前記支持部材を駆動し、前記車輪と前記接地部材とが床面に接した着地状態から、前記車輪が床面に接し前記接地部材が床面から離れる倒立状態とする立ち上がり駆動部とを備える倒立走行ロボットの制御方法であって、前記倒立走行ロボットを前記着地状態から前記倒立状態とする際に、前記倒立走行ロボットの周囲の障害物から前記可動台を遠ざける方向に移動させるように前記可動台駆動部を制御し、前後方向における前記車体部の重心位置を、前記駆動軸よりも前記障害物から遠ざける、又は、前記駆動軸と略同じ位置となるようにするステップと、前記車輪駆動部を制御して床面に接する前記車輪の回転駆動を制御することで、前記車体部の倒立状態を維持するステップとを含む。これにより、車体部の重心を障害物から遠ざける方向に傾けることができ、障害物との衝突を回避することができる。   A control method for an inverted traveling robot according to a fifth aspect of the present invention includes: a chassis; a wheel attached to the chassis and rotating around a drive shaft; a grounding member provided apart from the wheel and capable of grounding; A wheel drive unit that rotates the wheel, a vehicle body unit that is rotatably supported with respect to the chassis via a support member, and a vehicle body unit that is included in the vehicle body unit and that is movable in the front-rear direction with respect to the vehicle body frame. A movable table, a movable table driving unit that moves the movable table relative to the body frame, and the support member that drives the wheel and the grounding member in contact with the floor surface. And a control method for an inverted traveling robot comprising a rising drive unit in which the wheels are in contact with the floor surface and the grounding member is separated from the floor surface, wherein the inverted traveling robot is changed from the landing state to the inverted state. When Controlling the movable platform drive unit so as to move the movable platform away from the obstacles around the inverted traveling robot so that the position of the center of gravity of the vehicle body in the front-rear direction is greater than that of the drive shaft. The vehicle body part is turned upside down by controlling the wheel drive unit to be in contact with the floor surface by controlling the wheel drive unit, Maintaining. As a result, the center of gravity of the vehicle body can be tilted away from the obstacle, and collision with the obstacle can be avoided.

本発明の第6の態様に係る倒立走行ロボットの制御方法は、上記の制御方法において、前記障害物を検出するステップを含み、前記障害物の検出結果に基づいて前記可動台を移動させる。これにより、障害物がある位置を検出して倒立走行ロボットの重心を傾けることができ、障害物との衝突を回避することができる。   A control method for an inverted traveling robot according to a sixth aspect of the present invention includes the step of detecting the obstacle in the control method described above, and moves the movable base based on the detection result of the obstacle. Thereby, the position where the obstacle is located can be detected and the center of gravity of the inverted traveling robot can be tilted, and the collision with the obstacle can be avoided.

本発明の第7の態様に係る倒立走行ロボットの制御方法は、上記の制御方法において、前記倒立走行ロボットの重心変動予想量を算出するステップを含み、前記倒立走行ロボットを前記着地状態から前記倒立状態とする前に、前記可動台を前記重心変動予想量に応じたシフト量だけ移動させる。これにより、障害物との衝突をより確実に回避することができる。   A control method for an inverted traveling robot according to a seventh aspect of the present invention includes the step of calculating an estimated amount of center-of-gravity variation of the inverted traveling robot in the above control method, wherein the inverted traveling robot is inverted from the landing state. Before entering the state, the movable base is moved by a shift amount corresponding to the predicted center-of-gravity variation. Thereby, collision with an obstacle can be avoided more reliably.

本発明の第8の態様に係る倒立走行ロボットの制御方法は、上記の制御方法において、前記車体部の重心位置を求め前記重心位置の変化に基づいて、前記倒立走行ロボットを着地状態から倒立状態とする際に前記倒立走行ロボットの床面に対する相対位置が略変化しないように、前記可動台を移動させる。これにより、車輪の接地位置から移動せずに倒立状態へと移行することができ、障害物との衝突を回避することが可能となる。   An inverted traveling robot control method according to an eighth aspect of the present invention is the above-described control method, wherein the center of gravity position of the vehicle body is obtained and the inverted traveling robot is inverted from the landing state based on the change in the center of gravity position. The movable platform is moved so that the relative position of the inverted traveling robot with respect to the floor surface does not substantially change. Thereby, it can transfer to an inverted state, without moving from the contact position of a wheel, and it becomes possible to avoid the collision with an obstacle.

本発明によれば、障害物の近傍で着地状態から倒立状態へ移行する際に、障害物への接触・衝突を回避することができる倒立走行ロボット及びその制御方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when changing from a landing state to an inverted state in the vicinity of an obstacle, the inverted traveling robot which can avoid the contact and collision to an obstacle, and its control method can be provided.

本発明の実施の形態に係る倒立走行ロボットについて、図1〜4を参照して説明する。図1は、本実施の形態に係る倒立走行ロボット1の構成を示す図である。図2は、図1に示す倒立走行ロボット1を側方から見た様子を概念的なモデルを用いて示す概念図である。倒立走行ロボット1は、移動領域である床面P上を、搭乗者を載置した状態で該搭乗者の操作により移動することができる。   An inverted traveling robot according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an inverted traveling robot 1 according to the present embodiment. FIG. 2 is a conceptual diagram showing a state in which the inverted traveling robot 1 shown in FIG. 1 is viewed from the side using a conceptual model. The inverted traveling robot 1 can move on the floor surface P, which is a moving area, by an operation of the passenger with the passenger placed.

図1、図2に示すように、倒立走行ロボット1は、可動台11、車体フレーム16、車台20、第1車輪31、第2車輪32、接地部材33を備えている。図2に示すように、車体部10は、搭乗者を載置する可動台11、接続部材17、車体フレーム16を含む。スイングアーム34に支持される全てのものを車体部10とする。可動台11は、所定形状のフレームで構成されている。可動台11は、搭乗者が着座するための平面板状の座席12と、搭乗者の背面を支持するための背当て部13と、脚支持部14と、足載置部15を有する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the inverted traveling robot 1 includes a movable base 11, a vehicle body frame 16, a chassis 20, a first wheel 31, a second wheel 32, and a grounding member 33. As shown in FIG. 2, the vehicle body unit 10 includes a movable base 11 on which a passenger is placed, a connection member 17, and a vehicle body frame 16. Everything supported by the swing arm 34 is referred to as a vehicle body portion 10. The movable table 11 is composed of a frame having a predetermined shape. The movable table 11 includes a flat plate-like seat 12 on which a passenger is seated, a backrest portion 13 for supporting the back surface of the passenger, a leg support portion 14, and a foot placement portion 15.

背当て部13は座席12に対して上方に向けて略垂直方向に起立するように固定され、着座した搭乗者が後方に向かって重心をかけた際に背中全体と接触し、その体重を支持する。同様に、脚支持部14は、着座した搭乗者の脚部に接触し、その重量を部分的に支持するように、座席12に対して略鉛直下方に伸びるように一端が固定されており、その他端に足載置部15が固定されている。そして、足載置部15は、着座した搭乗者の脚部の膝部分が略垂直に曲がった状態で足平底面が面接触するように、所定の形状および大きさに設計されている。   The backrest portion 13 is fixed so as to stand in a substantially vertical direction upward with respect to the seat 12, and when the seated passenger puts the center of gravity rearward, it contacts the entire back and supports its weight. To do. Similarly, one end of the leg support portion 14 is fixed to extend substantially vertically downward with respect to the seat 12 so as to contact the leg portion of the seated occupant and partially support the weight thereof. The foot rest 15 is fixed to the other end. The footrest 15 is designed to have a predetermined shape and size so that the bottom surface of the foot comes into surface contact with the knee portion of the seated passenger's leg bent substantially vertically.

可動台11と車体フレーム16とは、接続部材17により接続されている。接続部材17は、一端が可動台11に対して固定されるとともに、他端が可動台11を車体フレーム16に対して前後方向(倒立走行ロボット1の進行方向)に回動自在となるように接続されている。図3に、可動台11が車体フレーム16に対して移動する様子を示す。図示しないモータ等の可動台駆動部により、制御部18からの信号によって可動台11を回動するタイミングや回動量が制御され、車体フレーム16に対して可動台11を相対的に移動させることができる。すなわち、可動台11は、車体フレーム16に対して相対的に移動可能である。なお、ラックアンドピニオンギア等を用いて、可動台11が車体フレーム16に対して直線的に倒立走行ロボット1の進行方向の前後方向に移動可能に接続されていても良い。ラックアンドピニオンギアの代わりにボールネジなどを用いてスライドさせることも可能である。   The movable base 11 and the vehicle body frame 16 are connected by a connection member 17. The connection member 17 has one end fixed to the movable base 11 and the other end so that the movable base 11 can be pivoted in the front-rear direction (advancing direction of the inverted traveling robot 1) with respect to the vehicle body frame 16. It is connected. FIG. 3 shows how the movable base 11 moves with respect to the vehicle body frame 16. The timing and amount of rotation of the movable table 11 are controlled by a signal from the control unit 18 by a movable table driving unit such as a motor (not shown), and the movable table 11 can be moved relative to the vehicle body frame 16. it can. That is, the movable table 11 is movable relative to the vehicle body frame 16. The movable base 11 may be connected to the vehicle body frame 16 so as to be movable in the front-rear direction of the traveling direction of the inverted traveling robot 1 using a rack and pinion gear or the like. It is also possible to slide using a ball screw or the like instead of the rack and pinion gear.

車体フレーム16には、支持部材であるスイングアーム34が取り付けられている。スイングアーム34は、スイングアーム軸C3により車体フレーム16と結合され、床面に略平行な車体フレーム16をスイング可能に構成されている。立ち上がり駆動部であるモータ35により、スイングアーム34がスイングアーム軸C3を中心に回転することで、車体フレーム16が持ち上げられる。すなわち、スイングアーム34が駆動されることで、車輪31、32と接地部材33とが床面に接した着地状態から、車輪31、32が床面に接し接地部材33が床面から離れる倒立状態となる。   A swing arm 34 as a support member is attached to the body frame 16. The swing arm 34 is coupled to the vehicle body frame 16 by a swing arm axis C3, and is configured to be able to swing the vehicle body frame 16 substantially parallel to the floor surface. The body frame 16 is lifted by the swing arm 34 rotating around the swing arm axis C3 by the motor 35 which is a rising drive unit. That is, when the swing arm 34 is driven, an inverted state in which the wheels 31 and 32 are in contact with the floor surface and the grounding member 33 is separated from the floor surface from a landing state in which the wheels 31 and 32 and the grounding member 33 are in contact with the floor surface. It becomes.

スイングアーム34のスイングアーム軸C3とは反対側には、駆動軸C1、C2が設けられている。スイングアーム34は、駆動軸C1、C2により車台20に結合されている。すなわち、車体部10は、支持部材であるスイングアーム34を介して車台20に対して回動可能に支持されている。   Drive shafts C1 and C2 are provided on the opposite side of the swing arm 34 from the swing arm axis C3. The swing arm 34 is coupled to the chassis 20 by drive shafts C1 and C2. That is, the vehicle body 10 is supported so as to be rotatable with respect to the chassis 20 via a swing arm 34 as a support member.

第1車輪31、第2車輪32は、一対の対向する車輪である。車輪31、32は、車台20に回転可能に保持されている。車体フレーム16には、第1車輪31、第2車輪32の回転駆動を制御するための制御部18が設けられている。駆動軸C1、C2を中心にそれぞれ車輪31、32が回転駆動され、倒立走行ロボット1が移動する。可動台11においては制御部18に操作信号を送信するためのジョイスティック等の操作レバーを備える操作部が設けられており、可動台11に搭乗する搭乗者が該操作部を操作することで、倒立走行ロボット1の移動方向や移動速度が制御される。   The first wheel 31 and the second wheel 32 are a pair of opposed wheels. The wheels 31 and 32 are rotatably held on the chassis 20. The body frame 16 is provided with a control unit 18 for controlling the rotational drive of the first wheel 31 and the second wheel 32. The wheels 31 and 32 are driven to rotate about the drive axes C1 and C2, respectively, and the inverted traveling robot 1 moves. The movable table 11 is provided with an operation unit including an operation lever such as a joystick for transmitting an operation signal to the control unit 18, and an occupant who rides on the movable table 11 operates the operation unit to invert it. The moving direction and moving speed of the traveling robot 1 are controlled.

接続部材17には、車体部10の鉛直方向(図2でいう線分Mの伸びる方向)に対する傾斜角度および傾斜角速度を測定するためのジャイロ17aが取り付けられている。ジャイロ17a、自身の位置が鉛直方向から所定時間の間に傾斜する量、例えば傾斜角速度を検出し、検出した角速度を電気信号に変換して出力可能に構成されており、検出した傾斜角速度に基づいた傾斜角速度信号を制御部18に送信する。   A gyro 17a for measuring an inclination angle and an inclination angular velocity with respect to the vertical direction of the vehicle body 10 (the direction in which the line segment M extends in FIG. 2) is attached to the connection member 17. The gyro 17a is configured to detect an amount of its own position tilted from the vertical direction for a predetermined time, for example, a tilt angular velocity, convert the detected angular velocity into an electrical signal, and output the electrical signal. Based on the detected tilt angular velocity The tilt angular velocity signal is transmitted to the control unit 18.

制御部18は、ジャイロ17a等からの出力に応じて車輪駆動部であるモータ21、22を制御して床面に接する車輪31、32の回転駆動を制御することで、倒立状態を維持する。また、制御部18は、倒立状態を維持しながら、倒立走行ロボット1の移動をコントロールする。制御部18は、所定のCPUやメモリなどの記憶領域18aを備える小型のコンピュータである。記憶領域18aには、入力される信号に基づいて車輪31、32を駆動する駆動量を決定するための所定のプログラムとともに、移動する移動領域に関するマップ情報などが記憶されている。   The control unit 18 maintains the inverted state by controlling the motors 21 and 22 that are the wheel drive units according to the output from the gyro 17a and the like to control the rotational drive of the wheels 31 and 32 that are in contact with the floor surface. The control unit 18 controls the movement of the inverted traveling robot 1 while maintaining the inverted state. The control unit 18 is a small computer including a storage area 18a such as a predetermined CPU or memory. The storage area 18a stores a predetermined program for determining the driving amount for driving the wheels 31 and 32 based on the input signal, and map information related to the moving area.

車体フレーム16の下面の前方及び後方それぞれには、車輪31、32を補助するための接地部材33が車輪31、32と離間して設けられている。接地部材33としては、補助輪、ストッパ等を用いることができる。搭乗者が乗り降りする際には、図2(a)に示すように、車輪31、32が床面に接地するとともに、接地部材33が接地して安定な状態を実現する。この車輪31、32及び前後それぞれの接地部材33が設置している状態を着地状態とする。   A grounding member 33 for assisting the wheels 31 and 32 is provided at a distance from the wheels 31 and 32 on the front and rear sides of the lower surface of the body frame 16. As the ground member 33, an auxiliary wheel, a stopper, or the like can be used. When the passenger gets on and off, as shown in FIG. 2A, the wheels 31 and 32 are grounded to the floor surface, and the grounding member 33 is grounded to realize a stable state. The state in which the wheels 31 and 32 and the front and rear grounding members 33 are installed is referred to as a landing state.

倒立走行ロボット1が移動する際には、図2(b)に示すように、接地部材33が床面から離れ、車輪31、32のみが床面に接地する状態となる。この接地部材33が床面から離れ、車輪31、32のみが床面に接地している状態を倒立状態とする。倒立状態では、後述する制御部18により、車輪31、32の回転駆動が制御され、車輪31、32だけで倒立した状態を維持することができる。   When the inverted traveling robot 1 moves, as shown in FIG. 2B, the grounding member 33 is separated from the floor surface, and only the wheels 31 and 32 are in contact with the floor surface. A state in which the grounding member 33 is separated from the floor surface and only the wheels 31 and 32 are in contact with the floor surface is an inverted state. In the inverted state, the rotational drive of the wheels 31 and 32 is controlled by the control unit 18 described later, and the inverted state can be maintained only by the wheels 31 and 32.

走行司令が与えられた際は、倒立安定状態を維持したまま、指令走行パターンに応じて走行する。走行が終了したら、適切なタイミングで図2(a)に示す状態に戻る。なお、ここでは、車体フレーム16の進行方向の前後に接地部材33をそれぞれ設けた例について説明しているが、これに限定するものではなく、車輪の前後の少なくとも一方でロボット全体を支え、安定静止状態を維持できるストッパなどでもよい。また、車体フレーム16の上下駆動機構としては、スイングアームに限定されず、鉛直方向に立ちあがるためのスライド機構等を用いてもよい。   When the travel command is given, the vehicle travels according to the command travel pattern while maintaining the inverted stable state. When the traveling is finished, the state returns to the state shown in FIG. Here, an example in which the grounding members 33 are respectively provided before and after the vehicle body frame 16 in the traveling direction has been described. However, the present invention is not limited to this. A stopper capable of maintaining a stationary state may be used. Further, the vertical drive mechanism of the vehicle body frame 16 is not limited to the swing arm, and a slide mechanism or the like for rising in the vertical direction may be used.

なお、本実施の形態のように、車体フレーム16の上下動作にスイングアーム34を用いる場合には、スイングアーム34が動くにつれて重心が移動してしまう。前後に障害物がない状態では、搭乗者が設計時に定めた所定の姿勢にあると仮定し、その重心が駆動軸C1、C2上にあるように、可動台11を車体フレーム16に対して所定のスライド量だけ前後に動かす。具体的には、スイングアーム34による重心のズレ量を算出して、そのズレ量にあわせて可動台11をスライドさせ、車体部10の重心位置を駆動軸C1、C2からずれないようにする。これにより、搭乗者が設計時に定めた所定の姿勢にある場合には、倒立状態へ移行するときに、倒立走行ロボット1が前後に移動せず、その場での立ち上がり動作(着地状態から倒立状態への移行)をすることができる。   When the swing arm 34 is used for the vertical movement of the vehicle body frame 16 as in the present embodiment, the center of gravity moves as the swing arm 34 moves. In a state where there are no obstacles before and after, it is assumed that the passenger is in a predetermined posture determined at the time of design, and the movable base 11 is predetermined with respect to the vehicle body frame 16 so that the center of gravity is on the drive shafts C1 and C2. Move back and forth by the amount of slide. Specifically, the shift amount of the center of gravity by the swing arm 34 is calculated, and the movable base 11 is slid in accordance with the shift amount so that the position of the center of gravity of the vehicle body 10 does not deviate from the drive shafts C1 and C2. As a result, when the passenger is in a predetermined posture determined at the time of design, the inverted traveling robot 1 does not move back and forth when shifting to the inverted state, and the stand-up operation on the spot (from the landing state to the inverted state) Can be made).

図4に示すように、車台20には、モータ21、22、バッテリー23が設けられている。第1車輪31、第2車輪32は、それぞれ駆動軸C1、C2で支持されている。モータ21、22は、車輪31、32を駆動軸C1、C2を中心として回転駆動する車輪駆動部である。モータ21、22は、車輪31、32を各々独立して駆動する。制御部18からの制御信号により車輪31、32に回転トルクを与えることで、車輪31、32のそれぞれの回転数を変化させ、倒立走行ロボット1の進行方向を変化させたり、旋回動作を行うことを可能とする。なお、モータ21、22には、電力供給により過熱状態となることを検出するための図示しない温度センサが設けられ、この温度センサにより過熱状態を検出し、後述する制御部に検出信号を出力することで、モータによる最大トルクの出力ができなくなるといった状態を回避することができる。   As shown in FIG. 4, the chassis 20 is provided with motors 21 and 22 and a battery 23. The first wheel 31 and the second wheel 32 are supported by drive shafts C1 and C2, respectively. The motors 21 and 22 are wheel drive units that rotationally drive the wheels 31 and 32 around the drive shafts C1 and C2. The motors 21 and 22 drive the wheels 31 and 32 independently of each other. By applying rotational torque to the wheels 31 and 32 by a control signal from the control unit 18, the rotational speed of each of the wheels 31 and 32 is changed, the traveling direction of the inverted traveling robot 1 is changed, and the turning operation is performed. Is possible. The motors 21 and 22 are provided with a temperature sensor (not shown) for detecting that the motor 21 and 22 are overheated due to power supply. The temperature sensor detects the overheat state and outputs a detection signal to a control unit described later. Thus, it is possible to avoid a state in which the maximum torque cannot be output by the motor.

バッテリー23は、該モータ21、22に電力を供給する。バッテリー23は、車台20の表面から突出して設けられた図示しない被充電用端子に対して電気的に導通しており、充電ステーションに設けられた充電用端子と、前述の被充電用端子とを接触させることで、電力を供給され充電される。   The battery 23 supplies power to the motors 21 and 22. The battery 23 is electrically connected to a terminal to be charged (not shown) provided so as to protrude from the surface of the chassis 20, and the charging terminal provided at the charging station and the terminal to be charged described above are connected. By making contact, electric power is supplied and charged.

車体フレーム16の下方の前面及び後面には、検出部19が設置されている。検出部19は、移動する床面の形状等や障害物等を光学的に認識する。検出部19としては、カメラ、3Dカメラ、レーザレンジセンサ、超音波センサ等の1つ又は2つ以上を組み合わせて用いることができる。例えば、検出部19としてレーザレンジセンサを用いた場合、各々のセンサに設けられた光源から赤外線レーザを照射するとともに、そのレーザの照射方向を水平方向および鉛直方向について揺動するように変化させ、その反射光を受光することで、車体フレーム16の前面下方の床面形状、あるいは、障害物等までの距離を検出することができる。   Detection units 19 are installed on the front and rear surfaces below the body frame 16. The detection unit 19 optically recognizes the shape of the moving floor, an obstacle, and the like. As the detection unit 19, one or two or more of a camera, a 3D camera, a laser range sensor, an ultrasonic sensor, and the like can be used. For example, when a laser range sensor is used as the detection unit 19, an infrared laser is emitted from a light source provided in each sensor, and the irradiation direction of the laser is changed so as to swing in the horizontal direction and the vertical direction. By receiving the reflected light, it is possible to detect the floor surface shape below the front surface of the vehicle body frame 16 or the distance to the obstacle.

制御部18は、この検出部19により検出された障害物等に関する情報によって、床面上に存在する段差部や障害物等の存在を検知し、これらの障害物等を回避するための経路探索の作成等を行う。また、障害物の近傍で倒立走行ロボット1を車輪31、32と接地部材33とが床面に接した着地状態から、車輪31、32が床面に接し接地部材33が床面から離れる倒立状態とする際に、制御部18は倒立走行ロボット1の周囲の障害物から可動台11を遠ざける方向に移動させる。   The control unit 18 detects the presence of a stepped portion or an obstacle existing on the floor surface based on the information on the obstacle detected by the detection unit 19 and searches for a route to avoid these obstacles. To make. Further, the inverted traveling robot 1 in the vicinity of the obstacle is in an inverted state in which the wheels 31 and 32 and the grounding member 33 are in contact with the floor surface, and the wheels 31 and 32 are in contact with the floor surface and the grounding member 33 is separated from the floor surface. Then, the control unit 18 moves the movable base 11 in a direction away from the obstacles around the inverted traveling robot 1.

倒立走行ロボット1は、接地部材33が床面Pから離れ、車輪31、32の2輪のみで接地している倒立状態となったとき、車体部10全体の重心位置が駆動軸C1、C2の真上に来ていないと、重心がずれた方向に移動してしまう。上述のように、スイングアーム34の移動に応じて可動台11を車体フレーム16に対して移動させたとしても、搭乗者の姿勢によっては、重心位置が倒立走行ロボット1の進行方向の前後にずれてしまうことがある。   When the inverted traveling robot 1 is in an inverted state in which the ground contact member 33 is separated from the floor surface P and is in contact with only two wheels 31, 32, the center of gravity position of the entire vehicle body 10 is set to the drive shafts C1, C2. If it is not directly above, it moves in the direction where the center of gravity is shifted. As described above, even if the movable base 11 is moved with respect to the vehicle body frame 16 in accordance with the movement of the swing arm 34, the center of gravity shifts forward and backward in the traveling direction of the inverted traveling robot 1 depending on the posture of the occupant. May end up.

図5に示すように、障害物Bが倒立走行ロボット1の後方にある場合を考える。障害物Bの近傍で倒立動作を行う場合、障害物Bがある倒立走行ロボット1の後方には余裕がなく、倒立走行ロボット1が移動すると接触・衝突するおそれがある。一方、倒立走行ロボット1の前方には余裕があり、移動したとしても接触するおそれがない。   As shown in FIG. 5, consider a case where the obstacle B is behind the inverted traveling robot 1. When an inverted operation is performed in the vicinity of the obstacle B, there is no room behind the inverted traveling robot 1 with the obstacle B, and there is a risk of contact and collision when the inverted traveling robot 1 moves. On the other hand, there is a margin in front of the inverted traveling robot 1 and there is no possibility of contact even if it moves.

このため、本実施の形態では、検出部19により検出された障害物Bに関する情報に基づいて、倒立走行ロボット1の周囲の障害物Bから可動台11を遠ざける方向に移動させる。これにより、倒立走行ロボットの周囲の障害物Bから前後方向における車体部10の重心位置を、駆動軸C1、C2よりも障害物Bから遠ざける、又は、駆動軸C1、C2と略同じ位置となるようにする。図5に示す例においては、図中矢印で示す左側の方向に、可動台11を車体フレーム16に対して移動させる。このように、可動台11を倒立走行ロボット1の周囲の障害物Bから遠ざける方向に移動させることで、車体部10の重心を駆動軸C1、C2よりも障害物Bから遠ざける、又は、前記駆動軸と略同じ位置となるようにずらすことができる。このため、着地状態から倒立状態に移行する際に、倒立走行ロボット1は、障害物Bとは反対方向に移動する又は移動しないこととなり、障害物Bとの衝突を回避することができる。   For this reason, in this Embodiment, based on the information regarding the obstacle B detected by the detection unit 19, the movable platform 11 is moved away from the obstacle B around the inverted traveling robot 1. As a result, the center of gravity position of the vehicle body 10 in the front-rear direction from the obstacle B around the inverted traveling robot is further away from the obstacle B than the drive axes C1 and C2, or is substantially the same position as the drive axes C1 and C2. Like that. In the example shown in FIG. 5, the movable base 11 is moved with respect to the vehicle body frame 16 in the left direction indicated by the arrow in the drawing. Thus, by moving the movable base 11 in the direction away from the obstacle B around the inverted traveling robot 1, the center of gravity of the vehicle body 10 is moved away from the obstacle B rather than the drive axes C1 and C2, or the drive The position can be shifted so that the position is substantially the same as the axis. For this reason, when shifting from the landing state to the inverted state, the inverted traveling robot 1 moves or does not move in the direction opposite to the obstacle B, and the collision with the obstacle B can be avoided.

また、搭乗者が可動台11に乗った際の倒立走行ロボット1の進行方向前後方向の重心変動予想量をあらかじめ算出することが好ましい。重心変動予想量とは、搭乗者の姿勢によって変化し得る重心位置の前方限界から後方限界までの範囲をいう。そして、倒立走行ロボット1を着地状態から倒立状態とする前に、可動台11を重心変動予想量に応じたシフト量だけ車体フレーム16に対してあらかじめ移動させる。図5に示す例では、倒立走行ロボット1の後方に障害物Bがあるため、重心の後方限界まで可動台11を移動させる。これにより、搭乗者が倒立走行ロボット1の後ろのほうへ最大限重心をかけたとしても、倒立走行ロボット1を意図的に障害物Bがない前方へ移動させることができる。   In addition, it is preferable to calculate in advance an estimated amount of center-of-gravity variation in the front-rear direction of the traveling robot 1 when the passenger gets on the movable platform 11. The predicted center-of-gravity change amount is a range from the front limit to the rear limit of the center of gravity position that can change depending on the posture of the passenger. Then, before moving the inverted traveling robot 1 from the landing state to the inverted state, the movable platform 11 is moved in advance with respect to the vehicle body frame 16 by the shift amount corresponding to the predicted center of gravity variation. In the example shown in FIG. 5, since the obstacle B is behind the inverted traveling robot 1, the movable base 11 is moved to the rear limit of the center of gravity. Thereby, even if a passenger puts the center of gravity to the rear of the inverted traveling robot 1 as much as possible, the inverted traveling robot 1 can be intentionally moved forward without the obstacle B.

本実施の形態のようにスイングアーム34を用いた場合には、スイングアーム34による重心位置変化に対応する可動台11のスライド量に加えて、さらに、検出部19の検出結果に基づいて重心変動予想量に応じたシフト量を加算して可動台11を移動させる。これにより、搭乗者の姿勢等により重心位置が変化したとしても、倒立走行ロボット1が障害物Bのある方へ移動するのを防ぐことができる。なお、可動台11の車体フレーム16に対するシフト量は、検出部19によって検出された障害物Bまでの距離及び重心変動予想量によって、適宜設定することができる。   In the case where the swing arm 34 is used as in the present embodiment, in addition to the slide amount of the movable base 11 corresponding to the change in the center of gravity position by the swing arm 34, the center of gravity change is further based on the detection result of the detection unit 19. The movable table 11 is moved by adding a shift amount corresponding to the expected amount. Thereby, even if a gravity center position changes with a passenger | crew's attitude | position etc., it can prevent that the inverted traveling robot 1 moves to the direction with the obstruction B. FIG. Note that the shift amount of the movable base 11 with respect to the vehicle body frame 16 can be appropriately set according to the distance to the obstacle B detected by the detection unit 19 and the predicted center of gravity variation.

次に、図6を参照して、本実施の形態に係る倒立走行ロボット1の制御方法について説明する。図6は、本実施の形態に係る倒立走行ロボット1の制御方法を説明するためのフロー図である。ここでは、補助輪が接地した状態から立ち上がり動作により2輪倒立状態に遷移する動作について説明する。   Next, a method for controlling the inverted traveling robot 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a flowchart for explaining a control method of the inverted traveling robot 1 according to the present embodiment. Here, the operation of transition from the state where the auxiliary wheel is grounded to the two-wheel inverted state by the rising operation will be described.

まず、検出部19により障害物を検出し、障害物までの距離を測定する(ステップS1)。ここで、倒立走行ロボット1の前方の障害物までの距離を前距離Lf、後方の障害物までの距離を後距離Lrとする。次に、予め定められた許容値Lと、障害物までの前距離Lf、後距離Lrを比較し、許容値Lよりも長いか否かを確認する(ステップS2)。なお、許容値Lは、搭乗者が乗車したとき」の重心位置のバラツキを考慮しても、2輪倒立時に倒立走行ロボット1が移動して障害物に接触しない距離である。   First, the obstacle is detected by the detector 19 and the distance to the obstacle is measured (step S1). Here, the distance to the obstacle ahead of the inverted traveling robot 1 is the front distance Lf, and the distance to the obstacle behind is the rear distance Lr. Next, the predetermined allowable value L is compared with the front distance Lf and the rear distance Lr to the obstacle, and it is confirmed whether or not the allowable value L is longer than the allowable value L (step S2). Note that the allowable value L is a distance at which the inverted traveling robot 1 moves and does not come into contact with an obstacle when the two wheels are inverted even if the variation in the center of gravity position when the passenger gets on is taken into consideration.

障害物までの距離Lf、Lrがいずれも許容値Lよりも長い場合(Lf>LかつLb>L)(ステップS2YES)、倒立走行ロボット1が前後に移動しても、障害物に接触することはない。この場合には、可動台11の車体フレーム16に対するシフト量を0とする(ステップS3)。そして、着地状態から倒立状態へと移行する前に、可動台11のシフト量制御を行う(ステップS4)。この場合、シフト量は0であるため、スイングアーム34の移動に応じて、可動台11を所定のスライド量だけ移動させ、着地状態から倒立状態へと立ち上がり動作を開始する(ステップS5)。なお、障害物が倒立走行ロボット1の近傍にないときでも、立ち上がり動作の際の倒立走行ロボット1の移動を小さくするために、所定のシフト量を設定することも可能である。   When the distances Lf and Lr to the obstacle are both longer than the allowable value L (Lf> L and Lb> L) (step S2 YES), even if the inverted traveling robot 1 moves back and forth, it will contact the obstacle. There is no. In this case, the shift amount of the movable base 11 with respect to the vehicle body frame 16 is set to 0 (step S3). Then, before shifting from the landing state to the inverted state, the shift amount of the movable table 11 is controlled (step S4). In this case, since the shift amount is 0, the movable base 11 is moved by a predetermined slide amount according to the movement of the swing arm 34, and the rising operation is started from the landing state to the inverted state (step S5). Even when the obstacle is not in the vicinity of the inverted traveling robot 1, a predetermined shift amount can be set in order to reduce the movement of the inverted traveling robot 1 during the standing-up operation.

一方、障害物までの距離Lf、Lrのいずれかが許容値L以下である場合(Lf≦L又はLb≦L)(ステップS2NO)、障害物までの距離Lf、Lrがいずれも許容値L以下である(Lf≦LかつLb≦L)であるか否かが判定される(ステップS6)。障害物までの距離Lf、Lrがいずれも許容値L以下である(Lf≦LかつLb≦L)である場合には(ステップS6YES)、倒立走行ロボット1が立ち上がり動作時に前後に移動すると、障害物に接触する。この場合には、警告を発令し(ステップS7)、倒立動作を行わないよう倒立不可信号が制御部18に送信される。   On the other hand, when either of the distances Lf and Lr to the obstacle is less than or equal to the allowable value L (Lf ≦ L or Lb ≦ L) (NO in step S2), the distances Lf and Lr to the obstacle are both less than or equal to the allowable value L. It is determined whether or not (Lf ≦ L and Lb ≦ L) (step S6). When the distances Lf and Lr to the obstacle are both less than or equal to the permissible value L (Lf ≦ L and Lb ≦ L) (YES in step S6), if the inverted traveling robot 1 moves back and forth during the rising motion, the obstacle Contact objects. In this case, a warning is issued (step S7), and an inversion impossible signal is transmitted to the control unit 18 so as not to perform the inversion operation.

また、障害物までの距離Lf、Lrがいずれか一方は許容値L以下であるが、他方は許容値Lよりも長い場合(Lf>L、Lb≦L又はLf≦L、Lb>L)(ステップS6NO)、倒立走行ロボット1が立ち上がり動作時に、許容値L以下の方向に移動する場合には、傷害物に接触するものの、許容値Lよりも長い方向に移動すれば障害物に接触しない。この場合には、可動台11を許容値Lよりも長い方向に移動させるシフト量Xが算出される(ステップS8)。すなわち、可動台11を障害物から遠ざける方向にシフトさせる。   Further, when one of the distances Lf and Lr to the obstacle is equal to or less than the allowable value L, but the other is longer than the allowable value L (Lf> L, Lb ≦ L or Lf ≦ L, Lb> L) ( In step S6 NO), when the inverted traveling robot 1 moves in the direction of the allowable value L or less during the standing-up operation, it touches the obstacle, but does not touch the obstacle if it moves in the direction longer than the allowable value L. In this case, a shift amount X for moving the movable base 11 in a direction longer than the allowable value L is calculated (step S8). That is, the movable base 11 is shifted in a direction away from the obstacle.

例えば、Lf>L、Lb≦Lの場合には、倒立走行ロボット1の前方に余裕があるため、可動台11を前方にシフトさせる。また、Lf≦L、Lb>Lの場合には、倒立走行ロボット1の後方に余裕があるため、可動台11を後方にシフトさせる。シフト量については、上述したように、障害物までの距離あるいは重心変動予測量に基づいて決定することができる。   For example, in the case of Lf> L and Lb ≦ L, there is a margin in front of the inverted traveling robot 1, so the movable base 11 is shifted forward. Further, when Lf ≦ L and Lb> L, there is a margin behind the inverted traveling robot 1, and therefore the movable base 11 is shifted backward. As described above, the shift amount can be determined based on the distance to the obstacle or the predicted center of gravity variation.

そして、倒立動作を開始する前に、算出されたシフト量だけ可動台11をシフトさせ(ステップS3)、その後、倒立動作を開始する(ステップS4)。図7に、後方に障害物があるときの、可動台11のシフト動作例を示す。図7において、シフト量が+(0よりも大きい)が、可動台11を倒立走行ロボット1の前方に移動させることを表しており、−(0よりも小さい)が後方に移動させることを表している。後方の障害物がLf>L、Lb≦Lの場合には、可動台11を前方(図7中+側)にシフトさせる。図7に示すように、障害物に接触しないようなシフト量だけ、可動台11を移動させる。そして、可動台11の移動が完了した後に、倒立動作を開始する。これにより、倒立するときに後ろに動くことを防いで、障害物との接触を回避することができる。そして、倒立動作が完了した後に可動台11のシフト量を0に戻し、安定倒立状態とする。なお、倒立動作開始後、シフト量を徐々に減少させ、倒立完了前にシフト量を0にして安定倒立状態に移行してもよい。   Then, before starting the inversion operation, the movable base 11 is shifted by the calculated shift amount (step S3), and then the inversion operation is started (step S4). FIG. 7 shows an example of the shift operation of the movable table 11 when there is an obstacle behind. In FIG. 7, the shift amount + (greater than 0) represents that the movable platform 11 is moved in front of the inverted traveling robot 1, and − (smaller than 0) represents that it is moved backward. ing. When the rear obstacle is Lf> L and Lb ≦ L, the movable base 11 is shifted forward (+ side in FIG. 7). As shown in FIG. 7, the movable base 11 is moved by a shift amount that does not contact the obstacle. Then, after the movement of the movable table 11 is completed, the inverted operation is started. As a result, it is possible to prevent the object from moving backward when it is inverted and to avoid contact with an obstacle. Then, after the inversion operation is completed, the shift amount of the movable table 11 is returned to 0, and a stable inverted state is established. Note that after the inversion operation is started, the shift amount may be gradually decreased, and the shift amount may be set to 0 before the inversion is completed to shift to a stable inversion state.

また、倒立動作を行うときに、シフト量に加えて、スイングアーム34の移動に応じて、可動台11を所定のスライド量だけ移動させ、着地状態から倒立状態への移行を行う。これにより、着地状態から倒立状態に移行する際に、倒立走行ロボット1が障害物と衝突するのを回避することができる。   Further, when performing the inversion operation, the movable base 11 is moved by a predetermined slide amount in accordance with the movement of the swing arm 34 in addition to the shift amount, and the transition from the landing state to the inverted state is performed. Thereby, when shifting from the landing state to the inverted state, it is possible to avoid the inverted traveling robot 1 from colliding with an obstacle.

実施の形態2.
本発明の実施の形態2に係る倒立走行ロボット1について図8を参照して説明する。図8は、本実施の形態に係る倒立走行ロボット1の構成を示す図である。本実施の形態において、実施の形態1と異なる点は、可動台11の下に重心検出部を備える点である。図8において、図2と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
Embodiment 2. FIG.
An inverted traveling robot 1 according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram showing a configuration of the inverted traveling robot 1 according to the present embodiment. The present embodiment is different from the first embodiment in that a center of gravity detection unit is provided below the movable table 11. In FIG. 8, the same components as those in FIG.

図8に示すように、本実施の形態に係る倒立走行ロボット1は、可動台11の下に設けられた重心検出部36を備えている。重心検出部36は、少なくとも1軸方向以上の力を計測できるセンサである。重心検出部36により、倒立走行ロボット1の重心位置を求めることができる。重心検出部36としては、例えば、荷重センサ、6軸センサ等を用いることができる。これにより、倒立動作の開始前にあるいは、倒立動作中の、搭乗者による重心位置の変化を検出することができる。なお、図8では、重心検出部36として荷重センサを設ける例について図示している。図8に示すように、重心検出部36は、車輪31、32の駆動軸C1、C2を挟んで前後に、可動台11の四隅に配置することができる。なお、重心検出部36として6軸センサを用いる場合には、可動台11の下面の略中央部に1つ配置することができる。   As shown in FIG. 8, the inverted traveling robot 1 according to the present embodiment includes a center-of-gravity detection unit 36 provided below the movable table 11. The center-of-gravity detection unit 36 is a sensor that can measure a force in at least one axial direction. The center-of-gravity detection unit 36 can determine the position of the center of gravity of the inverted traveling robot 1. For example, a load sensor, a six-axis sensor, or the like can be used as the center of gravity detection unit 36. Thereby, the change of the gravity center position by the passenger can be detected before the start of the inversion operation or during the inversion operation. In FIG. 8, an example in which a load sensor is provided as the gravity center detection unit 36 is illustrated. As shown in FIG. 8, the center-of-gravity detection unit 36 can be disposed at the four corners of the movable table 11 in front of and behind the drive shafts C <b> 1 and C <b> 2 of the wheels 31 and 32. When a 6-axis sensor is used as the center of gravity detection unit 36, one sensor can be arranged at the substantially central portion of the lower surface of the movable table 11.

本実施の形態では、実施の形態1と同様に、検出部19により検出された障害物等に関する情報に基づいて、倒立走行ロボット1の周囲の障害物から可動台11を遠ざかる方向に移動させる。そして、車体部10の重心位置を駆動軸C1、C2よりも障害物から遠ざける、又は、駆動軸C1、C2と略同じ位置となるように制御する。また、重心検出部36は、倒立動作を行っている間、搭乗者の重心位置の変化を監視し、検出信号を制御部18に出力する。制御部18は、入力された重心位置の検出信号から、倒立走行ロボット1の重心位置の変化を求め、検出された重心位置に基づいて着地状態から倒立状態とする際に倒立走行ロボット1の床面に対する相対位置が略変化しないように、可動台11を移動させる。これにより、倒立状態へ移行するときに、倒立走行ロボット1が前後に移動せずその場での立ち上がり動作をすることができ、障害物との衝突を回避することが可能となる。   In the present embodiment, similar to the first embodiment, the movable base 11 is moved away from the obstacles around the inverted traveling robot 1 based on the information about the obstacles detected by the detection unit 19. Then, the center of gravity position of the vehicle body 10 is controlled to be farther from the obstacle than the drive shafts C1 and C2, or to be substantially the same position as the drive shafts C1 and C2. In addition, the center-of-gravity detection unit 36 monitors a change in the center of gravity position of the occupant during the inversion operation and outputs a detection signal to the control unit 18. The control unit 18 obtains a change in the center of gravity position of the inverted traveling robot 1 from the input detection signal of the center of gravity position, and changes the floor of the inverted traveling robot 1 when changing from the landing state to the inverted state based on the detected center of gravity position. The movable table 11 is moved so that the relative position with respect to the surface does not substantially change. As a result, when shifting to the inverted state, the inverted traveling robot 1 can move up and down without moving back and forth, and collision with an obstacle can be avoided.

ここで、本実施の形態に係る倒立走行ロボット1の動作について説明する。本実施の形態に係る倒立走行ロボット1では、まず、検出部19により障害物を検出し、障害物までの距離を測定する。そして、重心検出部36により、搭乗者の重心位置の変化を検出する。倒立走行ロボット1の四隅の下側に対応して設けられた重心検出部36により、搭乗者の重心位置の変化による各重心検出部36にかかる荷重を計測する。この荷重を測定することで、重心位置(重心バランス)を算出することができる。   Here, the operation of the inverted traveling robot 1 according to the present embodiment will be described. In the inverted traveling robot 1 according to the present embodiment, first, an obstacle is detected by the detection unit 19 and the distance to the obstacle is measured. Then, the center of gravity detection unit 36 detects a change in the center of gravity position of the passenger. The center of gravity detecting unit 36 provided corresponding to the lower side of the four corners of the inverted traveling robot 1 measures the load applied to each center of gravity detecting unit 36 due to the change in the center of gravity position of the passenger. By measuring this load, the center of gravity position (center of gravity balance) can be calculated.

上述の通り、障害物の位置・距離を考慮して、倒立走行ロボット1の周囲の障害物から可動台11を遠ざける方向に移動させ障害物との接触を回避する。また、立ち上がり動作中には、ロボットの重心バランスを考慮して、車輪31、32の回転駆動を制御する。これにより、倒立走行ロボット1が前後に移動せずその場での立ち上がり動作をすることができ、障害物との衝突を回避することが可能となる。   As described above, in consideration of the position and distance of the obstacle, the movable base 11 is moved away from the obstacle around the inverted traveling robot 1 to avoid contact with the obstacle. Further, during the stand-up operation, the rotational drive of the wheels 31 and 32 is controlled in consideration of the center of gravity balance of the robot. As a result, the inverted traveling robot 1 can move up and down without moving back and forth, and can avoid collision with an obstacle.

以上説明したように、本発明によれば、検出部19により検出された障害物等に関する情報に基づいて、倒立走行ロボット1の周囲の障害物から可動台11を車体フレーム16よりも遠ざかるように移動させることができる。これにより、倒立走行ロボット1が障害物に接触するのを防止することが可能となる。   As described above, according to the present invention, the movable base 11 is moved away from the body frame 16 from the obstacles around the inverted traveling robot 1 based on the information about the obstacles detected by the detection unit 19. Can be moved. Thereby, it becomes possible to prevent the inverted traveling robot 1 from coming into contact with an obstacle.

なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

実施の形態1に係る倒立走行ロボットの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the inverted traveling robot which concerns on Embodiment 1. FIG. 図1に示す倒立走行ロボットを側方から見た様子を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows a mode that the inverted traveling robot shown in FIG. 1 was seen from the side. 図1に示す倒立走行ロボットにおいて、可動台が車体に対して移動する様子を示す図である。In the inverted traveling robot shown in FIG. 1, it is a figure which shows a mode that a movable stand moves with respect to a vehicle body. 実施の形態1に係る倒立走行ロボットに用いられる制御部を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a control unit used in the inverted traveling robot according to the first embodiment. 障害物がある場合の、可動台のシフト動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the shift operation | movement of a movable stand when there exists an obstruction. 本実施の形態1に係る倒立走行ロボットの制御方法を説明するためのフロー図である。It is a flowchart for demonstrating the control method of the inverted traveling robot which concerns on this Embodiment 1. FIG. 障害物がある場合の、可動台のシフト動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the shift operation | movement of a movable stand when there exists an obstruction. 実施の形態2に係る倒立走行ロボットの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the inverted traveling robot which concerns on Embodiment 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 倒立走行ロボット
10 車体部
11 可動台
12 座席
13 背当て部
14 脚支持部
15 足載置部
16 車体フレーム
17 接続部材
18 制御部
18a 記憶領域
19 検出部
20 車台
21、22 モータ
23 バッテリー
31、32 車輪
33 接地部材
34 スイングアーム
35 モータ
36 重心検出部
C1、C2 駆動軸
C3 スイングアーム軸
P 床面
B 障害物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inverted traveling robot 10 Car body part 11 Movable base 12 Seat 13 Backrest part 14 Leg support part 15 Foot mounting part 16 Body frame 17 Connection member 18 Control part 18a Storage area 19 Detection part 20 Chassis 21, 22 Motor 23 Battery 31, 32 Wheel 33 Grounding member 34 Swing arm 35 Motor 36 Center of gravity detector C1, C2 Drive shaft C3 Swing arm shaft P Floor B Obstacle

Claims (6)

駆動軸回りに回転する車輪と、
前記車輪と離間して設けられ、接地可能な接地部材と、
前記車輪を回転駆動させる車輪駆動部と、
前記車輪を保持する車台と、
支持部材を介して前記車台に対して回動可能に支持された車体部と、
前記車体部に含まれ、車体フレームに対して前後方向に移動可能に支持される可動台と、
前記車体フレームに対して前記可動台を相対的に移動させる可動台駆動部と、
前記支持部材を駆動し、前記車輪と前記接地部材とが床面に接した着地状態から、前記車輪が床面に接し前記接地部材が床面から離れる倒立状態とする立ち上がり駆動部と、
前記車輪駆動部を制御して床面に接する前記車輪の回転駆動を制御することで、前記車部の倒立状態を維持する制御部と、
を備える倒立走行ロボットであって、
前記制御部は、前記倒立走行ロボットを前記着地状態から前記倒立状態とする際に、前記倒立走行ロボットの周囲の障害物から前記可動台を遠ざける方向に移動させるように前記可動台駆動部を制御し、前後方向における前記車体部の重心位置を、前記駆動軸よりも前記障害物から遠ざける、又は、前記駆動軸と略同じ位置となるようにし、
前記制御部は、搭乗者の姿勢によって変化し得る前記倒立走行ロボットの重心変動予想量を算出し、
前記倒立走行ロボットが前記倒立状態となったときに前記障害物から遠ざかる方向に移動するように、前記倒立走行ロボットを前記着地状態から前記倒立状態とする前に、前記可動台を前記重心変動予想量に応じたシフト量だけ移動させる倒立走行ロボット。
Wheels rotating around the drive shaft;
A grounding member provided separately from the wheel and capable of grounding;
A wheel drive unit for rotating the wheel;
A chassis holding the wheels;
A vehicle body part rotatably supported with respect to the chassis via a support member;
A movable base that is included in the vehicle body portion and supported to be movable in the front-rear direction with respect to the vehicle body frame;
A movable table driving section for moving the movable table relative to the body frame;
Driving the support member, from a landing state in which the wheel and the grounding member are in contact with the floor surface, a rising drive unit that is in an inverted state in which the wheel is in contact with the floor surface and the grounding member is separated from the floor surface;
By controlling the wheel drive unit to control the rotational drive of the wheel in contact with the floor, a control unit for maintaining the inverted state of the vehicle unit;
An inverted traveling robot comprising:
The control unit controls the movable platform drive unit to move the movable platform away from obstacles around the inverted traveling robot when the inverted traveling robot is changed from the landing state to the inverted state. And, the center of gravity position of the vehicle body part in the front-rear direction is moved away from the obstacle than the drive shaft, or is substantially the same position as the drive shaft ,
The control unit calculates an estimated amount of center of gravity fluctuation of the inverted traveling robot that can change depending on the posture of the passenger,
Before moving the inverted traveling robot from the landing state to the inverted state, the movable platform is moved to the center of gravity change prediction so that the inverted traveling robot moves away from the obstacle when the inverted traveling robot is in the inverted state. An inverted traveling robot that moves by a shift amount according to the amount .
前記障害物を検出する検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記検出部の検出結果に基づいて前記可動台を移動させることを特徴とする請求項1に記載の倒立走行ロボット。
A detector for detecting the obstacle;
The inverted traveling robot according to claim 1, wherein the control unit moves the movable base based on a detection result of the detection unit.
前記車体部の重心位置を求める重心検出部を備え、
前記制御部は、前記重心検出部の検出結果に基づいて、前記倒立走行ロボットを着地状態から倒立状態とする際に前記倒立走行ロボットの床面に対する相対位置が略変化しないように、前記可動台を移動させることを特徴とする請求項1又は2に記載の倒立走行ロボット。
A center of gravity detection unit for obtaining a center of gravity position of the vehicle body,
Based on the detection result of the center-of-gravity detection unit, the control unit is configured so that the relative position of the inverted traveling robot with respect to the floor surface does not substantially change when the inverted traveling robot is changed from the landing state to the inverted state. The inverted traveling robot according to claim 1, wherein the inverted traveling robot is moved.
車台と、前記車台に取り付けられ駆動軸回りに回転する車輪と、前記車輪と離間して設けられ接地可能な接地部材と、前記車輪を回転駆動させる車輪駆動部と、支持部材を介して前記車台に対して回動可能に支持された車体部と、前記車体部に含まれ、車体フレームに対して前後方向に移動可能に支持される可動台と、前記車体フレームに対して前記可動台を相対的に移動させる可動台駆動部と、前記支持部材を駆動し、前記車輪と前記接地部材とが床面に接した着地状態から、前記車輪が床面に接し前記接地部材が床面から離れる倒立状態とする立ち上がり駆動部とを備える倒立走行ロボットの制御方法であって、
前記倒立走行ロボットを前記着地状態から前記倒立状態とする際に、前記倒立走行ロボットの周囲の障害物から前記可動台を遠ざける方向に移動させるように前記可動台駆動部を制御し、前後方向における前記車体部の重心位置を、前記駆動軸よりも前記障害物から遠ざける、又は、前記駆動軸と略同じ位置となるようにするステップと、
前記車輪駆動部を制御して床面に接する前記車輪の回転駆動を制御することで、前記車体部の倒立状態を維持するステップと
搭乗者の姿勢によって変化し得る前記倒立走行ロボットの重心変動予想量を算出するステップと、を含み、
前記倒立走行ロボットが前記倒立状態となったときに前記障害物から遠ざかる方向に移動するように、前記倒立走行ロボットを前記着地状態から前記倒立状態とする前に、前記可動台を前記重心変動予想量に応じたシフト量だけ移動させる倒立走行ロボットの制御方法。
A chassis, a wheel attached to the chassis and rotating around a drive shaft, a grounding member that is provided apart from the wheel and can be grounded, a wheel drive unit that rotates the wheel, and a support member A vehicle body portion rotatably supported with respect to the vehicle body, a movable base included in the vehicle body portion and supported to be movable in the front-rear direction with respect to the vehicle body frame, and the movable base relative to the vehicle body frame. From the landing state where the wheel and the grounding member are in contact with the floor surface, and the wheel is in contact with the floor surface and the grounding member is separated from the floor surface. A control method of an inverted traveling robot including a rising drive unit to be in a state,
When the inverted traveling robot is changed from the landing state to the inverted state, the movable platform driving unit is controlled so as to move the movable platform in a direction away from the obstacles around the inverted traveling robot. The center of gravity position of the vehicle body part is further away from the obstacle than the drive shaft, or is substantially the same position as the drive shaft;
Maintaining the inverted state of the vehicle body part by controlling the wheel drive part to control the rotational drive of the wheel in contact with the floor surface ;
Calculating an estimated amount of center of gravity variation of the inverted traveling robot that can change depending on the posture of the passenger,
Before moving the inverted traveling robot from the landing state to the inverted state, the movable platform is moved to the center of gravity change prediction so that the inverted traveling robot moves away from the obstacle when the inverted traveling robot is in the inverted state. A method for controlling an inverted traveling robot that moves by a shift amount corresponding to the amount .
前記障害物を検出するステップを含み、
前記障害物の検出結果に基づいて前記可動台を移動させる請求項に記載の倒立走行ロボットの制御方法。
Detecting the obstacle,
The method for controlling an inverted traveling robot according to claim 4 , wherein the movable platform is moved based on a detection result of the obstacle.
前記車体部の重心位置を求め
前記重心位置の変化に基づいて、前記倒立走行ロボットを着地状態から倒立状態とする際に前記倒立走行ロボットの床面に対する相対位置が略変化しないように、前記可動台を移動させる請求項4又は5に記載の倒立走行ロボットの制御方法。
The center of gravity position of the vehicle body is obtained. Based on the change in the center of gravity position, the movable position is set so that the relative position of the inverted traveling robot with respect to the floor surface does not substantially change when the inverted traveling robot is changed from the landing state to the inverted state. The method for controlling an inverted traveling robot according to claim 4 or 5 , wherein the platform is moved.
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