JP5959927B2 - 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と共に、当該倒立振子型車両を旋回させることの要求が有る場合に、前記左右方向における前記第1の移動動作部及び第2の移動動作部のそれぞれの移動速度が互いに異なる速度になるように、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制御手段とを備え、
前記制御手段は、少なくとも当該倒立振子型車両の旋回時において、少なくとも前記要求に応じて決定した当該倒立振子型車両のヨー軸周り方向の角速度の目標値に応じて前記左右方向における第2の移動動作部の移動速度の基本目標値を決定する基本目標値決定手段と、該基本目標値と前記左右方向における前記第2の移動動作部の実際の移動速度である左右方向実移動速度の観測値又は該観測値の代用推定値との差である制限前偏差の大きさを所定のリミット幅以下の大きさに制限するリミット処理により、該基本目標値の制限後の値としての制限後目標値を決定するリミット処理手段と、該制限後目標値に応じて前記第2のアクチュエータ装置を制御するアクチュエータ制御手段と、少なくとも前記第2の移動動作部の実際の移動速度の観測値又は該観測値の代用推定値に応じて前記リミット幅を変化させるように該リミット幅を可変的に設定するリミット幅設定手段とを備えていることを基本構成とする。
また、上記第7〜第9発明では、前記基本目標値決定手段は、前記角速度の目標値と、該角速度の実際の値の観測値との偏差である角速度偏差をゼロに近づけるフィードバック制御処理を用いて前記基本目標値を決定するように構成されていることが好ましい(第10発明)。
これによれば、前記角速度の目標値に対する実際の角速度の追従性を高めることができる。
また、上記第11発明又は第12発明では、前記基本目標値決定手段は、前記角速度の目標値と、該角速度の実際の値の観測値との偏差である角速度偏差をゼロに近づけるフィードバック制御処理を用いて前記基本目標値を決定するように構成されていることが好ましい(第13発明)。
これによれば、前記角速度の目標値に対する実際の角速度の追従性を高めることができる。
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・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。
DVw1_cmd_x=Kvb_x・(Vb_cmpn_cmd_x−Vb_estm1_x)
−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。
Vw2_act_y=Vw1_act_y−L・ωz_act ……(5a)
Vw2_cmd_ff_y=Vw1_cmd_y−L・ωz_cmd ……(5b)
Vw2_cmd_fb_y=Kw2・(Vw2_cmd_ff_y−Vw2_act_y) ……(5c)
Vw2_cmd1_y=Vw2_cmd_ff_y+Vw2_cmd_fb_y ……(5d)
式(5a)の左辺のVw2_act_yは、第2の移動動作部4のY軸方向の実際の移動速度である。そして、式(5a)は、Vw2_act_yの観測値(又は代用推定値)を算出する演算である。なお、Lは、前記した如く、第1の移動動作部3の接地点と第2の移動動作部4の接地点との間のX軸方向の距離である。
Iw2_cmd=K2・(Vw2_cmd_y−Vw2_act_y) ……(6)
この場合、Vw2_act_yの値(観測値又は代用推定値)としては、基本目標値決定部41で前記式(5a)により算出された値(最新値)が用いられる。なお、電流指令値Iw2_cmdを比例則の代わりに、例えば比例・微分則(PD則)により決定するようにしてもよい。
Claims (14)
- 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と共に、当該倒立振子型車両を旋回させることの要求が有る場合に、前記左右方向における前記第1の移動動作部及び第2の移動動作部のそれぞれの移動速度が互いに異なる速度になるように、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制御手段とを備え、
前記制御手段は、少なくとも当該倒立振子型車両の旋回時において、少なくとも前記要求に応じて決定した当該倒立振子型車両のヨー軸周り方向の角速度の目標値に応じて前記左右方向における第2の移動動作部の移動速度の基本目標値を決定する基本目標値決定手段と、該基本目標値と前記左右方向における前記第2の移動動作部の実際の移動速度である左右方向実移動速度の観測値又は該観測値の代用推定値との差である制限前偏差の大きさを所定のリミット幅以下の大きさに制限するリミット処理により、該基本目標値の制限後の値としての制限後目標値を決定するリミット処理手段と、該制限後目標値に応じて前記第2のアクチュエータ装置を制御するアクチュエータ制御手段と、少なくとも前記第2の移動動作部の実際の移動速度の観測値又は該観測値の代用推定値に応じて前記リミット幅を変化させるように該リミット幅を可変的に設定するリミット幅設定手段とを備えており、
前記基本目標値決定手段は、少なくとも前記角速度の目標値に応じて決定した前記基本目標値のフィードフォワード成分と、前記角速度の目標値と該角速度の実際の値の観測値との偏差である角速度偏差をゼロに近づけるフィードバック制御処理により決定した前記基本目標値のフィードバック成分とを加え合わせることにより前記基本目標値を決定する手段であり、
前記リミット幅設定手段は、前記左右方向実移動速度の観測値又は該観測値の代用推定値と、前記フィードフォワード成分とのうちの少なくともいずれか一方に応じて前記リミット幅を変化させるように該リミット幅を設定することを特徴とする倒立振子型車両。 - 請求項1記載の倒立振子型車両において、
前記リミット幅設定手段は、前記左右方向実移動速度の観測値又は該観測値の代用推定値と、前記フィードフォワード成分とのうち、絶対値が大きい方の値に応じて前記リミット幅を変化させるように該リミット幅を設定することを特徴とする倒立振子型車両。 - 請求項1又は2記載の倒立振子型車両において、
前記リミット幅設定手段は、前記左右方向実移動速度の観測値又は該観測値の代用推定値の絶対値と前記フィードフォワード成分の絶対値とのうちの大きい方の絶対値が大きいほど、前記リミット幅が大きくなるように、該リミット幅を設定することを特徴とする倒立振子型車両。 - 請求項1記載の倒立振子型車両において、
前記リミット幅設定手段は、前記左右方向実移動速度の観測値又は該観測値の代用推定値と前記フィードフォワード成分とのうちの少なくともいずれか一方と、前記前後方向における前記第2の移動動作部の実際の移動速度である前後方向実移動速度の観測値又は該観測値の代用推定値とに応じて前記リミット幅を変化させるように該リミット幅を設定することを特徴とする倒立振子型車両。 - 請求項4記載の倒立振子型車両において、
前記リミット幅設定手段は、前記左右方向実移動速度の観測値又は該観測値の代用推定値と前記フィードフォワード成分とのうちの少なくともいずれか一方に応じて前記リミット幅の第1候補値を決定する第1候補値決定手段と、前記前後方向実移動速度の観測値又は該観測値の代用推定値に応じて前記リミット幅の第2候補値を決定する第2候補値決定手段とを有しており、前記第1候補値及び第2候補値のうちの大きい方の候補値以上の大きさとなるように前記リミット幅を設定することを特徴とする倒立振子型車両。 - 請求項5記載の倒立振子型車両において、
前記第1候補値決定手段は、前記左右方向実移動速度の観測値又は該観測値の代用推定値の絶対値と前記フィードフォワード成分の絶対値とのうちの大きい方の絶対値が大きいほど、前記第1候補値が大きくなるように、該第1候補値を決定し、
前記第2候補値決定手段は、前記前後方向実移動速度の観測値又は該観測値の代用推定値の絶対値が大きいほど、前記第2候補値が大きくなるように、該第2候補値を決定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と共に、当該倒立振子型車両を旋回させることの要求が有る場合に、前記左右方向における前記第1の移動動作部及び第2の移動動作部のそれぞれの移動速度が互いに異なる速度になるように、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制御手段とを備え、
前記制御手段は、少なくとも当該倒立振子型車両の旋回時において、少なくとも前記要求に応じて決定した当該倒立振子型車両のヨー軸周り方向の角速度の目標値に応じて前記左右方向における第2の移動動作部の移動速度の基本目標値を決定する基本目標値決定手段と、該基本目標値と前記左右方向における前記第2の移動動作部の実際の移動速度である左右方向実移動速度の観測値又は該観測値の代用推定値との差である制限前偏差の大きさを所定のリミット幅以下の大きさに制限するリミット処理により、該基本目標値の制限後の値としての制限後目標値を決定するリミット処理手段と、該制限後目標値に応じて前記第2のアクチュエータ装置を制御するアクチュエータ制御手段と、前記左右方向実移動速度の観測値又は該観測値の代用推定値と前記前後方向における前記第2の移動動作部の実際の移動速度である前後方向実移動速度の観測値又は該観測値の代用推定値とに応じて前記リミット幅を変化させるように該リミット幅を可変的に設定するリミット幅設定手段とを備え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、
前記リミット幅設定手段は、前記左右方向実移動速度の観測値又は該観測値の代用推定値に応じて前記リミット幅の第1候補値を決定する第1候補値決定手段と、前記前後方向実移動速度の観測値又は該観測値の代用推定値に応じて前記リミット幅の第2候補値を決定する第2候補値決定手段とを有しており、前記第1候補値及び第2候補値のうちの大きい方の候補値以上の大きさとなるように前記リミット幅を設定することを特徴とする倒立振子型車両。 - 請求項8記載の倒立振子型車両において、
前記第1候補値決定手段は、前記左右方向実移動速度の観測値又は該観測値の代用推定値の絶対値が大きいほど、前記第1候補値が大きくなるように該第1候補値を決定し、
前記第2候補値決定手段は、前記前後方向実移動速度の観測値又は該観測値の代用推定値の絶対値が大きいほど、前記第2候補値が大きくなるように、該第2候補値を決定することを特徴とする倒立振子型車両。 - 請求項7〜9のいずれか1項に記載の倒立振子型車両において、
前記基本目標値決定手段は、前記角速度の目標値と、該角速度の実際の値の観測値との偏差である角速度偏差をゼロに近づけるフィードバック制御処理を用いて前記基本目標値を決定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。
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と共に、当該倒立振子型車両を旋回させることの要求が有る場合に、前記左右方向における前記第1の移動動作部及び第2の移動動作部のそれぞれの移動速度が互いに異なる速度になるように、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制御手段とを備え、
前記制御手段は、少なくとも当該倒立振子型車両の旋回時において、少なくとも前記要求に応じて決定した当該倒立振子型車両のヨー軸周り方向の角速度の目標値に応じて前記左右方向における第2の移動動作部の移動速度の基本目標値を決定する基本目標値決定手段と、該基本目標値と前記左右方向における前記第2の移動動作部の実際の移動速度である左右方向実移動速度の観測値又は該観測値の代用推定値との差である制限前偏差の大きさを所定のリミット幅以下の大きさに制限するリミット処理により、該基本目標値の制限後の値としての制限後目標値を決定するリミット処理手段と、該制限後目標値に応じて前記第2のアクチュエータ装置を制御するアクチュエータ制御手段と、少なくとも前記前後方向における前記第2の移動動作部の実際の移動速度である前後方向実移動速度の観測値又は該観測値の代用推定値に応じて前記リミット幅を変化させるように該リミット幅を可変的に設定するリミット幅設定手段とを備えていることを特徴とする倒立振子型車両。 - 請求項11記載の倒立振子型車両において、
前記リミット幅設定手段は、前記前後方向実移動速度の観測値又は該観測値の代用推定値の絶対値が大きいほど、前記リミット幅が大きくなるように、該リミット幅を設定することを特徴とする倒立振子型車両。 - 請求項11又は12記載の倒立振子型車両において、
前記基本目標値決定手段は、前記角速度の目標値と、該角速度の実際の値の観測値との偏差である角速度偏差をゼロに近づけるフィードバック制御処理を用いて前記基本目標値を決定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。
いることを特徴とする倒立振子型車両。 - 請求項1〜13のいずれか1項に記載の倒立振子型車両において、
前記リミット幅設定手段は、前記リミット幅を、ゼロよりも大きい値であらかじめ定めた最小リミット幅以上の大きさに制限するように設定することを特徴とする倒立振子型車両。
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