JP5921950B2 - 倒立振子型車両 - Google Patents
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Description
前記第1の移動動作部と前記前後方向に間隔を存して該第1の移動動作部又は前記基体に連結され、床面上を前記全方向に移動可能に構成された第2の移動動作部と、
少なくとも該第2の移動動作部の前記左右方向への移動を行なわせる駆動力を発生する第2のアクチュエータ装置と、
少なくとも前記乗員搭乗部の傾動に応じて前記第1の移動動作部及び第2の移動動作部の移動動作を行なわせるように前記第1のアクチュエータ装置及び第2のアクチュエータ装置を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、当該倒立振子型車両のあらかじめ定められた所定の代表点又は前記第
1の移動動作部の左向き又は右向きへの移動が行なわれる状況において、該第1の移動動作部の接地点の後方側の旋回中心のまわりに当該倒立振子型車両を旋回させるように、前記左右方向における前記第1の移動動作部の移動速度と前記第2の移動動作部の移動速度とをそれぞれ前記第1のアクチュエータ装置及び第2のアクチュエータ装置を介して互いに異なる速度に制御する旋回制御処理を実行するように構成されていることを第1態様の基本構成とする。
前記第1の移動動作部と前記前後方向に間隔を存して該第1の移動動作部又は前記基体に連結され、床面上を前記全方向に移動可能に構成された第2の移動動作部と、
少なくとも該第2の移動動作部の前記左右方向への移動を行なわせる駆動力を発生する第2のアクチュエータ装置と、
少なくとも前記乗員搭乗部の傾動に応じて前記第1の移動動作部及び第2の移動動作部の移動動作を行なわせるように前記第1のアクチュエータ装置及び第2のアクチュエータ装置を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記乗員搭乗部に搭乗した乗員が、自身の重心を、前記乗員搭乗部に対して相対的に左側又は右側にずらした状況において、前記第1の移動動作部の接地点の後方側の旋回中心のまわりに当該倒立振子型車両を旋回させるように、前記左右方向における前記第1の移動動作部の移動速度と前記第2の移動動作部の移動速度とをそれぞれ前記第1のアクチュエータ装置及び第2のアクチュエータ装置を介して互いに異なる速度に制御する旋回制御処理を実行するように構成されていることを第2態様の基本構成とする。
前記第1の移動動作部と前記前後方向に間隔を存して該第1の移動動作部又は前記基体に連結され、床面上を前記全方向に移動可能に構成された第2の移動動作部と、
少なくとも該第2の移動動作部の前記左右方向への移動を行なわせる駆動力を発生する第2のアクチュエータ装置と、
少なくとも前記乗員搭乗部の傾動に応じて前記第1の移動動作部及び第2の移動動作部の移動動作を行なわせるように前記第1のアクチュエータ装置及び第2のアクチュエータ装置を制御する制御手段と、
前記乗員搭乗部に搭乗した乗員が、自身の重心を、前記乗員搭乗部に対して相対的に左側又は右側にずらすことに起因して発生する該乗員と当該倒立振子型車両との全体重心の前記乗員搭乗部に対する左右方向の相対的な移動量である左右方向全体重心ずれ量を推定する全体重心ずれ推定手段を備え、
前記制御手段は、前記乗員搭乗部に搭乗した乗員が、自身の重心を、前記乗員搭乗部に対して相対的に左側又は右側にずらした状況において、前記第1の移動動作部の接地点の
後方側の旋回中心のまわりに当該倒立振子型車両を旋回させるように、前記全体重心ずれ推定手段が推定した左右方向全体重心ずれ量に応じて、前記左右方向における前記第1の移動動作部の移動速度と前記第2の移動動作部の移動速度とをそれぞれ前記第1のアクチュエータ装置及び第2のアクチュエータ装置を介して制御する旋回制御処理を実行するように構成されていることを特徴とする(第6発明)。
されていることが好ましい(第7発明)。
Vb_estm1_y=Vw1_act_y+h・ωb_act_y ……(A)
DVb_estm_y=(θb_act_y・(h−r)+Ofst_estm_y(k-1))・(g/h)
+Vb_estm1_x・ωz_act ……(B)
ただし、
Vw1_act_y:第1の移動動作部の左右方向の移動速度の観測値
h:車両系全体重心の床面からの高さとしてあらかじめ定められた値
ωb_act_y:乗員搭乗部の前後方向の軸周り方向の傾動の角速度の観測値
θb_act_y:乗員搭乗部の前後方向の軸周り方向の傾斜角(鉛直方向に対する傾斜角)の観測値
r:乗員搭乗部の前後方向の軸周り方向の傾動中心の床面からの高さ
Ofst_estm_y(k-1):算出済の左右方向全体重心ずれ量の推定値のうちの最新値
g:重力加速度定数
Vb_estm1_x:次式(C)により算出される車両系全体重心の前後方向の移動速度の推定値
Vb_estm1_x=Vw1_act_x+h・ωb_act_x ……(C)
Vw1_act_x:第1の移動動作部の前後方向の移動速度の観測値
ωb_act_x:乗員搭乗部の左右方向の軸周り方向の傾動の角速度の観測値
ωz_act:車両のヨー軸周り方向の角速度
上記第7発明では、前記制御手段は、前記旋回制御処理において、少なくとも前記左右方向全体重心ずれ量の推定値に応じて当該倒立振子型車両の旋回角速度の目標値を決定し、該旋回角速度の目標値に応じて前記第1の移動動作部及び前記第2の移動動作部の左右方向の移動速度をそれぞれ前記第1のアクチュエータ装置及び第2のアクチュエータ装置を介して制御するように構成されていることが好ましい(第8発明)。
また、上記第1〜第9発明では、前記第2の移動動作部は、前記第1の移動動作部の前方側に配置するようにすることも可能であるが、前記第1の移動動作部の後方側に配置されていることがより好ましい(第10発明)。
この第10発明によれば、前記旋回制御処理のよる車両の旋回時における第2の移動動作部の左右方向の移動速度の大きさを、該第2の移動動作部が前記第1の移動動作部の前方側に配置されている場合に較べて小さくできる。そのため、第2の移動動作部のスリップの発生を抑制することができると共に、前記第2のアクチュエータ装置の要求能力を軽減できる。
本発明の第1実施形態を図1〜図8を参照して説明する。図1及び図2に示すように本実施形態の倒立振子型車両1(以降、単に車両1ということがある)は、基体2と、床面上を移動可能な第1の移動動作部3及び第2の移動動作部4と、乗員が搭乗する乗員搭乗部5とを備える。
Vb_x=Vw1_x+h・ωb_x ……(1a)
dVb_x/dt=(g/h)・(θb_x・(h−r_x)+Ofst_x)+ωz・Vb_y ……(1b)
Vb_y=Vw1_y+h_y・ωb_y ……(2a)
dVb_y/dt=(g/h)・(θb_y・(h−r_y)+Ofst_y)−ωz・Vb_x ……(2b)
ここで、Vb_xは、車両系全体重心のX軸方向の速度(並進速度)、Vw1_xは、仮想車輪61_xのX軸方向の移動速度(並進速度)、θb_xは乗員搭乗部5(又は基体2)のY軸周り方向の傾斜角度、ωb_xはθb_xの時間的変化率(=dθb_x/dt)、Ofst_xは車両系全体重心のX軸方向の位置(質点Ga_xのX軸方向の位置)の、前記基準部Ps_xの位置からのX軸方向のずれ量、Vb_yは、車両系全体重心のY軸方向の速度(並進速度)、Vw1_yは、仮想車輪61_yのY軸方向の移動速度(並進速度)θb_yは乗員搭乗部5(又は基体2)のX軸周り方向の傾斜角度、ωb_yはθb_yの時間的変化率(=dθb_y/dt)、Ofst_yは車両系全体重心のY軸方向の位置(質点Ga_yのY軸方向の位置)の、前記基準部Ps_yの位置からのY軸方向のずれ量である。また、ωzは車両1の旋回時のヨーレート(ヨー軸周り方向の角速度)、gは重力加速度定数である。なお、θb_x、ωb_xの正方向は、車両系全体重心がX軸の正方向(前向き)に傾く方向、θb_y、ωb_yの正方向は、車両系全体重心がY軸の正方向(左向き)に傾く方向である。また、ωzの正方向は、車両1を上方から見た場合に、反時計周り方向である。
Vb_estm1_x=Vw1_act_x+h・ωb_act_x ……(3a)
Vb_estm1_y=Vw1_act_y+h・ωb_act_y ……(3b)
ただし、車両系全体重心の位置の基準部Ps_xyの位置からの前記ずれ量Ofst_xy(以降、重心ずれ量Ofst_xyという)の時間的変化率は、Vb_estm1_xyに比べ十分に小さく無視できるものとした。
−Kth_x・θb_act_x−Kw_x・ωb_act_x ……(4a)
DVw1_cmd_y=Kvb_y・(Vb_cmpn_cmd_y−Vb_estm1_y)
−Kth_y・θb_act_y−Kw_y・ωb_act_y ……(4b)
式(4a),(4b)におけるKvb_xy、Kth_xy、Kw_xyはあらかじめ設定された所定のゲイン値である。
DVw1_cmd_x=Kvb・(Vb_cmd_x−Vb_estm1_x)
−Kth・(Ofst_estm_x/(h−r_x)+θb_act_x)
−Kw_x・ωb_act_x ……(4a)’
DVw1_cmd_y=Kvb・(Vb_cmd_y−Vb_estm1_y)
−Kth・(Ofst_estm_y/(h−r_y)+θb_act_y)
−Kw_y・ωb_act_y ……(4b)’
この場合、式(4a)’、(4b)’の右辺第2項は、X軸方向及びY軸方向における実際の車両系全体重心の位置が、第1の移動動作部3の接地部の直上の位置になるようにするためのフィードバック操作量成分としての意味を持つ。
次に、本発明の第2実施形態及び第3実施形態をそれぞれ図9(a)、図9(b)を参照して説明する。なお、第2実施形態及び第3実施形態は、前記第1実施形態と第2制御処理部25の一部の処理のみが相違するものである。従って、第2実施形態及び第3実施形態の説明では、第1実施形態と同一の事項の説明を省略する。
次に、以上説明した各実施形態の変形態様をいくつか説明する。
Claims (10)
- 床面上を移動可能な第1の移動動作部と、該第1の移動動作部を駆動する第1のアクチュエータ装置と、前記第1の移動動作部及び第1のアクチュエータ装置が組み付けられた基体と、鉛直方向に対して傾動自在に前記基体に組み付けられた乗員搭乗部とを少なくとも備え、前記第1の移動動作部が、前記第1のアクチュエータ装置の駆動力によって前記乗員搭乗部に搭乗した乗員の前後方向及び左右方向を含む全方向に移動可能に構成された倒立振子型車両であって、
前記第1の移動動作部と前記前後方向に間隔を存して該第1の移動動作部又は前記基体に連結され、床面上を前記全方向に移動可能に構成された第2の移動動作部と、
少なくとも該第2の移動動作部の前記左右方向への移動を行なわせる駆動力を発生する第2のアクチュエータ装置と、
少なくとも前記乗員搭乗部の傾動に応じて前記第1の移動動作部及び第2の移動動作部の移動動作を行なわせるように前記第1のアクチュエータ装置及び第2のアクチュエータ装置を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、当該倒立振子型車両のあらかじめ定められた所定の代表点又は前記第1の移動動作部の左向き又は右向きへの移動が行なわれる状況において、前記第1の移動動作部の接地点の後方側の旋回中心のまわりに当該倒立振子型車両を旋回させるように、前記左右方向における前記第1の移動動作部の移動速度と前記第2の移動動作部の移動速度とをそれぞれ前記第1のアクチュエータ装置及び第2のアクチュエータ装置を介して互いに異なる速度に制御する旋回制御処理を実行するように構成されており、
さらに該制御手段は、前記旋回制御処理において、前記所定の代表点又は前記第1の移動動作部の前方向の移動速度の目標値又は観測値の大きさが大きいほど、前記旋回中心の前後方向の位置が、前記乗員搭乗部に搭乗した乗員の後方側で、前方寄りの位置になるように、前記所定の代表点又は前記第1の移動動作部の前方向の移動速度の目標値又は観測値に応じて、前記左右方向における前記第1の移動動作部の移動速度と前記第2の移動動作部の移動速度とをそれぞれ前記第1のアクチュエータ装置及び第2のアクチュエータ装置を介して制御するように構成されていることを特徴とする倒立振子型車両。 - 床面上を移動可能な第1の移動動作部と、該第1の移動動作部を駆動する第1のアクチュエータ装置と、前記第1の移動動作部及び第1のアクチュエータ装置が組み付けられた基体と、鉛直方向に対して傾動自在に前記基体に組み付けられた乗員搭乗部とを少なくとも備え、前記第1の移動動作部が、前記第1のアクチュエータ装置の駆動力によって前記乗員搭乗部に搭乗した乗員の前後方向及び左右方向を含む全方向に移動可能に構成された倒立振子型車両であって、
前記第1の移動動作部と前記前後方向に間隔を存して該第1の移動動作部又は前記基体に連結され、床面上を前記全方向に移動可能に構成された第2の移動動作部と、
少なくとも該第2の移動動作部の前記左右方向への移動を行なわせる駆動力を発生する第2のアクチュエータ装置と、
少なくとも前記乗員搭乗部の傾動に応じて前記第1の移動動作部及び第2の移動動作部の移動動作を行なわせるように前記第1のアクチュエータ装置及び第2のアクチュエータ装置を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、当該倒立振子型車両のあらかじめ定められた所定の代表点又は前記第1の移動動作部の左向き又は右向きへの移動が行なわれる状況において、前記第1の移動動作部の接地点の後方側の旋回中心のまわりに当該倒立振子型車両を旋回させるように、前記左右方向における前記第1の移動動作部の移動速度と前記第2の移動動作部の移動速度とをそれぞれ前記第1のアクチュエータ装置及び第2のアクチュエータ装置を介して互いに異なる速度に制御する旋回制御処理を実行するように構成されており、
さらに該制御手段は、前記所定の代表点又は前記第1の移動動作部の左向き又は右向きへの移動速度の目標値又は観測値の大きさが所定値以上である状況において、前記旋回制御処理を実行し、該移動速度の目標値又は観測値の大きさが所定値よりも小さい状況では、前記左右方向における前記第1の移動動作部の移動速度と前記第2の移動動作部の移動速度とが互いに同一になるように前記第1のアクチュエータ装置及び第2のアクチュエータ装置を制御するように構成されていることを特徴とする倒立振子型車両。 - 請求項2記載の倒立振子型車両において、
前記制御手段は、前記乗員搭乗部に対して固定された点としてあらかじめ設定された前記所定の代表点の左向き又は右向きへの移動速度の観測値の大きさが所定値以上である状況において、前記旋回制御処理を実行することを特徴とする倒立振子型車両。 - 床面上を移動可能な第1の移動動作部と、該第1の移動動作部を駆動する第1のアクチュエータ装置と、前記第1の移動動作部及び第1のアクチュエータ装置が組み付けられた基体と、鉛直方向に対して傾動自在に前記基体に組み付けられた乗員搭乗部とを少なくとも備え、前記第1の移動動作部が、前記第1のアクチュエータ装置の駆動力によって前記乗員搭乗部に搭乗した乗員の前後方向及び左右方向を含む全方向に移動可能に構成された倒立振子型車両であって、
前記第1の移動動作部と前記前後方向に間隔を存して該第1の移動動作部又は前記基体に連結され、床面上を前記全方向に移動可能に構成された第2の移動動作部と、
少なくとも該第2の移動動作部の前記左右方向への移動を行なわせる駆動力を発生する第2のアクチュエータ装置と、
少なくとも前記乗員搭乗部の傾動に応じて前記第1の移動動作部及び第2の移動動作部の移動動作を行なわせるように前記第1のアクチュエータ装置及び第2のアクチュエータ装置を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、当該倒立振子型車両のあらかじめ定められた所定の代表点又は前記第1の移動動作部の左向き又は右向きへの移動が行なわれる状況において、前記第1の移動動作部の接地点の後方側の旋回中心のまわりに当該倒立振子型車両を旋回させるように、前記左右方向における前記第1の移動動作部の移動速度と前記第2の移動動作部の移動速度とをそれぞれ前記第1のアクチュエータ装置及び第2のアクチュエータ装置を介して互いに異なる速度に制御する旋回制御処理を実行するように構成されており、
さらに該制御手段は、前記旋回制御処理において、少なくとも前記所定の代表点又は前記第1の移動動作部の左向き又は右向きへの移動速度の目標値又は観測値に応じて当該倒立振子型車両の旋回角速度の目標値を決定し、該旋回角速度の目標値に応じて前記第1の移動動作部及び前記第2の移動動作部の左右方向の移動速度をそれぞれ前記第1のアクチュエータ装置及び第2のアクチュエータ装置を介して制御するように構成されていることを特徴とする倒立振子型車両。 - 床面上を移動可能な第1の移動動作部と、該第1の移動動作部を駆動する第1のアクチュエータ装置と、前記第1の移動動作部及び第1のアクチュエータ装置が組み付けられた基体と、鉛直方向に対して傾動自在に前記基体に組み付けられた乗員搭乗部とを少なくとも備え、前記第1の移動動作部が、前記第1のアクチュエータ装置の駆動力によって前記乗員搭乗部に搭乗した乗員の前後方向及び左右方向を含む全方向に移動可能に構成された倒立振子型車両であって、
前記第1の移動動作部と前記前後方向に間隔を存して該第1の移動動作部又は前記基体に連結され、床面上を前記全方向に移動可能に構成された第2の移動動作部と、
少なくとも該第2の移動動作部の前記左右方向への移動を行なわせる駆動力を発生する第2のアクチュエータ装置と、
少なくとも前記乗員搭乗部の傾動に応じて前記第1の移動動作部及び第2の移動動作部の移動動作を行なわせるように前記第1のアクチュエータ装置及び第2のアクチュエータ装置を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記乗員搭乗部に搭乗した乗員が、自身の重心を、前記乗員搭乗部に対して相対的に左側又は右側にずらした状況において、前記第1の移動動作部の接地点の後方側の旋回中心のまわりに当該倒立振子型車両を旋回させるように、前記左右方向における前記第1の移動動作部の移動速度と前記第2の移動動作部の移動速度とをそれぞれ前記第1のアクチュエータ装置及び第2のアクチュエータ装置を介して互いに異なる速度に制御する旋回制御処理を実行するように構成されており、
さらに該制御手段は、前記旋回制御処理において、当該倒立振子型車両のあらかじめ定められた所定の代表点又は前記第1の移動動作部の前方向の移動速度の目標値又は観測値の大きさが大きいほど、前記旋回中心の前後方向の位置が、前記乗員搭乗部に搭乗した乗員の後方側で、前方寄りの位置になるように、前記所定の代表点又は前記第1の移動動作部の前方向の移動速度の目標値又は観測値に応じて、前記左右方向における前記第1の移動動作部の移動速度と前記第2の移動動作部の移動速度とをそれぞれ前記第1のアクチュエータ装置及び第2のアクチュエータ装置を介して制御するように構成されていることを特徴とする倒立振子型車両。 - 床面上を移動可能な第1の移動動作部と、該第1の移動動作部を駆動する第1のアクチュエータ装置と、前記第1の移動動作部及び第1のアクチュエータ装置が組み付けられた基体と、鉛直方向に対して傾動自在に前記基体に組み付けられた乗員搭乗部とを少なくとも備え、前記第1の移動動作部が、前記第1のアクチュエータ装置の駆動力によって前記乗員搭乗部に搭乗した乗員の前後方向及び左右方向を含む全方向に移動可能に構成された倒立振子型車両であって、
前記第1の移動動作部と前記前後方向に間隔を存して該第1の移動動作部又は前記基体に連結され、床面上を前記全方向に移動可能に構成された第2の移動動作部と、
少なくとも該第2の移動動作部の前記左右方向への移動を行なわせる駆動力を発生する第2のアクチュエータ装置と、
少なくとも前記乗員搭乗部の傾動に応じて前記第1の移動動作部及び第2の移動動作部の移動動作を行なわせるように前記第1のアクチュエータ装置及び第2のアクチュエータ装置を制御する制御手段と、
前記乗員搭乗部に搭乗した乗員が、自身の重心を、前記乗員搭乗部に対して相対的に左側又は右側にずらすことに起因して発生する該乗員と当該倒立振子型車両との全体重心の前記乗員搭乗部に対する左右方向の相対的な移動量である左右方向全体重心ずれ量を推定する全体重心ずれ推定手段を備え、
前記制御手段は、前記乗員搭乗部に搭乗した乗員が、自身の重心を、前記乗員搭乗部に対して相対的に左側又は右側にずらした状況において、前記第1の移動動作部の接地点の
後方側の旋回中心のまわりに当該倒立振子型車両を旋回させるように、前記全体重心ずれ推定手段が推定した左右方向全体重心ずれ量に応じて、前記左右方向における前記第1の移動動作部の移動速度と前記第2の移動動作部の移動速度とをそれぞれ前記第1のアクチュエータ装置及び第2のアクチュエータ装置を介して制御する旋回制御処理を実行するように構成されていることを特徴とする倒立振子型車両。 - 請求項6記載の倒立振子型車両において、
前記制御手段は、前記左右方向全体重心ずれ量の推定値の大きさが所定値以上である状況において、前記旋回制御処理を実行し、該左右方向全体重心ずれ量の推定値の大きさが所定値よりも小さい状況では、前記左右方向における前記第1の移動動作部の移動速度と前記第2の移動動作部の移動速度とが互いに同一になるように前記第1のアクチュエータ装置及び第2のアクチュエータ装置を制御するように構成されていることを特徴とする倒立振子型車両。 - 請求項7記載の倒立振子型車両において、
前記制御手段は、前記旋回制御処理において、少なくとも前記左右方向全体重心ずれ量の推定値に応じて当該倒立振子型車両の旋回角速度の目標値を決定し、該旋回角速度の目標値に応じて前記第1の移動動作部及び前記第2の移動動作部の左右方向の移動速度をそれぞれ前記第1のアクチュエータ装置及び第2のアクチュエータ装置を介して制御するように構成されていることを特徴とする倒立振子型車両。 - 請求項6〜8のいずれか1項に記載の倒立振子型車両において、
前記制御手段は、前記旋回制御処理において、当該倒立振子型車両のあらかじめ定められた所定の代表点又は前記第1の移動動作部の前方向の移動速度の目標値又は観測値の大きさが大きいほど、前記旋回中心の前後方向の位置が、前記乗員搭乗部に搭乗した乗員の後方側で、前方寄りの位置になるように、前記所定の代表点又は前記第1の移動動作部の前方向の移動速度の目標値又は観測値に応じて、前記左右方向における前記第1の移動動作部の移動速度と前記第2の移動動作部の移動速度とをそれぞれ前記第1のアクチュエータ装置及び第2のアクチュエータ装置を介して制御するように構成されていることを特徴とする倒立振子型車両。 - 請求項1〜9のいずれか1項に記載の倒立振子型車両において、
前記第2の移動動作部は、前記第1の移動動作部の後方側に配置されていることを特徴とする倒立振子型車両。
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