JP6432060B2 - Two-wheeled vehicle, its control method and operation control method - Google Patents
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Description
本発明は、二輪ビークルと、その制御方法および操作制御方法に関し、特に、進行方向に対する傾倒に対する荷台部の姿勢を修正するとともにと、左右方向への傾斜に対する荷台部の姿勢を修正するように構成された二輪ビークルと、その制御方法および操作制御方法に関するものである。 The present invention relates to a two-wheeled vehicle, a control method thereof, and an operation control method, and in particular, is configured to correct a posture of a cargo bed portion with respect to a tilt in a traveling direction and to correct a posture of the cargo bed portion with respect to a tilt in a left-right direction. The present invention relates to a two-wheeled vehicle, its control method and operation control method.
搬送物や搭乗者を移動させるために二つの車輪を有する移動台車(これを二輪ビークルと称する)に関し、安定姿勢を保持するために、本願の発明者らは、低重心の二輪ビークルを提案し(特許文献1および非特許文献1参照)、走行の際に作用する加速度によって進行方向に傾倒する姿勢を、ウエイト移動によって安定させるように制御するとともに、制御が停止した状態においても安定姿勢を維持させることができる機構を開発した。 In order to maintain a stable posture with respect to a moving carriage having two wheels for moving a transported object or a passenger (this is referred to as a two-wheeled vehicle), the inventors of the present application have proposed a two-wheeled vehicle having a low center of gravity. (Refer to Patent Document 1 and Non-Patent Document 1) Controlling so that the posture tilted in the traveling direction by the acceleration applied during traveling is stabilized by weight movement, and also maintains the stable posture even when the control is stopped We have developed a mechanism that can be used.
ところが、上記の技術は、二輪ビークルの進行方向に対して前後方向に傾倒する荷台部の姿勢を安定するための機構であって、路面の起伏が激しく左右に傾斜した場合の安定機構を備えていなかった。そのため、例えば、農地や建設現場または災害地等のように、不整地地面を走行する際には、二輪ビークル全体が左右に傾斜しやすく、必然的に荷台部も左右に傾斜することとなり、搬送物や搭乗者が左右に移動することがあった。そこで、荷台部に対する左右の傾斜を修正する安定化機構が必要とされるものであった。また、前掲の技術は、専らジョイスティックで操作されるものであるため、ジョイスティックの操作に慣れなければ、操作を円滑に行えないという懸念もあった。そこで、パワーアシスト機能によって、感覚的な操作によって二輪ビークルを移動させることができることも必要とされていた。 However, the above-described technology is a mechanism for stabilizing the posture of the loading platform that tilts in the front-rear direction with respect to the traveling direction of the two-wheeled vehicle, and includes a stabilization mechanism in the case where the road surface is greatly undulated and tilted left and right. There wasn't. Therefore, for example, when traveling on rough terrain, such as farmland, construction sites, disaster areas, etc., the entire two-wheeled vehicle tends to tilt to the left and right, and the loading platform also inevitably tilts to the left and right. Objects and passengers sometimes moved from side to side. Therefore, a stabilization mechanism that corrects the right and left inclination with respect to the loading platform is required. Further, since the above-described technique is exclusively operated with a joystick, there is a concern that the operation cannot be performed smoothly unless the user is used to operating the joystick. Therefore, it has also been required that the two-wheeled vehicle can be moved by a sensory operation by the power assist function.
前掲の特許文献1において、左右の傾斜を修正するための装置として、車体基部と荷台部との間に、シリンダまたはアクチュエータ等の高さ調整装置を設置し、車体が傾斜する場合に、高さ調整装置を作動させて低位となる側を上昇させる機構が提案されている(特許文献2〜4、非特許文献2参照)。
In the above-mentioned Patent Document 1, as a device for correcting left and right inclination, a height adjustment device such as a cylinder or an actuator is installed between the vehicle body base and the loading platform, and the height of the vehicle is inclined. Mechanisms have been proposed in which the adjustment device is operated to raise the lower side (see
しかしながら、上記の構成は、左右の傾斜(場合によっては前後の傾倒を含む)を修正するために高さ調整装置を必須とするため、その機構が大型化することとなり、特にシリンダ装置を使用する場合には、コンプレッサを搭載しなければならず、二輪ビークル全体の大型化および重量化を招来させることとなっていた。さらに、特許文献4に記載の技術は、二輪ビークルに搭乗する者を含めた重心が車輪の回転中心よりも上方に位置し(いわゆる倒立型であり)、進行方向への傾倒に対してもモータ駆動のみで姿勢制御されることから、左右の傾斜に対する応答性もモータ特性に依存し、左右への傾斜が急激に変化する場合には、荷台部の姿勢安定が遅延することも懸念される。 However, since the above configuration requires a height adjusting device to correct left and right tilt (including tilting back and forth in some cases), the mechanism becomes larger, and in particular, a cylinder device is used. In some cases, a compressor must be installed, leading to an increase in size and weight of the entire two-wheeled vehicle. Furthermore, the technique described in Patent Document 4 is such that the center of gravity including a person who rides in a two-wheeled vehicle is located above the center of rotation of the wheel (so-called inverted type), and the motor is also resistant to tilting in the traveling direction. Since the attitude is controlled only by driving, the responsiveness to the left and right inclinations also depends on the motor characteristics, and when the right and left inclinations change abruptly, there is a concern that the stability of the attitude of the loading platform will be delayed.
他方、パワーアシスト機構に関しては、4輪の移動台車についてパワーアシスト駆動を可能にするものが提案されている(特許文献5および6参照)。しかしながら、これらの技術は、4輪の移動台車に関するものであることから、進行方向に対する傾倒を考慮する必要がなく、また、荷台部が左右に傾斜することも考慮されてはいない。また、特許文献5に開示される技術では、傾斜面において、重力の影響により荷台操作部である外枠の重量によるスラスト荷重やモーメントが、力覚センサによって検出されることとなり、操作力とは異なる外力によって移動台車が走行することも懸念されるものであった。
On the other hand, regarding a power assist mechanism, a mechanism that enables power assist driving for a four-wheeled mobile carriage has been proposed (see
本発明は、上記諸点にかんがみてなされたものであって、その目的とするところは、比較的小型の機構によって、荷台部の姿勢を安定化させることのできる二輪ビークルを提供し、さらに、その制御方法および操作制御方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described points, and an object of the present invention is to provide a two-wheeled vehicle that can stabilize the attitude of the loading platform by a relatively small mechanism. It is to provide a control method and an operation control method.
二輪ビークルに係る本発明は、左右に設置された二つの車輪の転動により進退方向への走行ならびに操舵および旋回を可能にしてなる二輪ビークルであって、適宜間隔を有しつつ前記両車輪を支持するフレームと、このフレームによって前記両車輪の間に支持される基部と、この基部に支持される荷台部と、この荷台部の下方において前記進退方向への移動を可能にしつつ設けられたウエイトと、このウエイトの移動のために駆動力を供給する第1の駆動手段と、前記荷台の姿勢を検知する姿勢検知手段と、この姿勢検知手段により得られる情報に基づき、前記駆動手段の駆動を制御する制御手段とを備える二輪ビークルにおいて、前記荷台部は、前記進退方向に向かって左右両側が昇降するように揺動する揺動機構と、この揺動機構による前記荷台部の揺動を駆動するための第2の駆動手段とを備え、この第2の駆動手段は、前記姿勢検知手段により得られる情報に基づいて前記制御手段により制御されるものであることを特徴とするものである。 The present invention relating to a two-wheeled vehicle is a two-wheeled vehicle that enables traveling in the advancing and retreating direction and steering and turning by rolling of two wheels installed on the left and right sides. A supporting frame, a base portion supported by the frame between the two wheels, a loading platform portion supported by the base portion, and a weight provided below the loading platform portion while allowing movement in the advancing and retreating direction. First driving means for supplying a driving force for moving the weight, attitude detecting means for detecting the attitude of the loading platform, and driving of the driving means based on information obtained by the attitude detecting means. In the two-wheeled vehicle including the control means for controlling, the loading platform portion swings so that both the left and right sides move up and down in the forward / backward direction, and the swing mechanism Second driving means for driving swinging of the loading platform, and the second driving means is controlled by the control means based on information obtained by the attitude detection means. It is characterized by.
上記構成によれば、姿勢検知手段により検知される荷台部の姿勢(傾斜状態)は、二輪ビークルの進退方向への傾倒と、左右方向への傾斜とに区分され、進退方向への傾倒に対しては、第1の駆動手段の操作によってウエイトを移動させることにより修正され、他方、左右方向への傾斜に対しては、第2の駆動手段を操作することにより、荷台部を揺動させることにより、傾斜角度を修正し、水平姿勢を維持させることができる。また、進退方向の傾倒と左右方向の傾斜が区分されて同時に修正できることから、車体(荷台部)が傾斜しながら傾倒するような複合的な角度となる場合であっても、荷台部を水平に維持させることが可能となる。 According to the above configuration, the attitude (tilt state) of the loading platform detected by the attitude detection means is divided into the forward / backward inclination of the two-wheeled vehicle and the inclination in the left / right direction. On the other hand, it is corrected by moving the weight by operating the first driving means. On the other hand, for the inclination in the left-right direction, the loading platform is swung by operating the second driving means. Thus, the inclination angle can be corrected and the horizontal posture can be maintained. In addition, since the tilt in the advancing / retreating direction and the tilting in the left / right direction are separated and can be corrected at the same time, even when the vehicle body (loading platform) tilts while tilting, the loading platform is leveled. It can be maintained.
上記構成においては、前記揺動機構が、前記進退方向に向かって左右両側に分かれて前記基部に設けられた少なくとも一組の軌道規制部と、この軌道規制部に沿って転動するように前記荷台部の両側に分かれて設けられた少なくとも一組の転動部材とで構成されるものとし、さらに、前記第2の駆動手段が、前記一組の転動部材のうち少なくとも1個に対して転動のための駆動力を供給するものであり、前記軌道規制部が、前記荷台部の揺動により左右両端が移動する軌跡の方向へ案内するように長尺に設けられるように構成してもよい。 In the above configuration, the swing mechanism is divided into the left and right sides in the forward / backward direction, and is provided so as to roll along the track restricting portion and at least one set of the track restricting portion provided in the base portion. It is composed of at least one set of rolling members provided separately on both sides of the loading platform, and the second driving means is provided for at least one of the set of rolling members. It is configured to supply a driving force for rolling, and is configured so that the trajectory restricting portion is provided in a long length so as to guide in a direction of a trajectory in which the left and right ends move due to the swinging of the loading platform portion. Also good.
上記のような構成によれば、荷台部の揺動は、軌道規制部によって規制されることとなり、荷台部の左右の傾斜を修正するために必要な方向への揺動のみが許容されることとなる。そこで、全ての転動部材について駆動力が伝達されることなく、例えば、一つの転動部材に対して駆動力が伝達されることによって、荷台部を所定の方向へ揺動させることにより、荷台部の左右への傾斜を修正させることが可能となる。 According to the configuration as described above, the swinging of the loading platform is restricted by the track regulating unit, and only the swinging in the direction necessary for correcting the left and right inclination of the loading platform is allowed. It becomes. Therefore, the driving force is not transmitted to all the rolling members, for example, the driving force is transmitted to one rolling member, so that the loading platform is swung in a predetermined direction, thereby allowing the loading platform to swing. It is possible to correct the inclination of the part to the left and right.
さらに、上記構成においては、一組の軌道規制部は、分かれて設置された個々の表面が相互に対向するように配置されるものであり、他方、一組の転動部材は、前記荷台部の左右両側において前記一組の軌道規制部の間に挟まれる状態で配置されるものと構成することができる。 Further, in the above-described configuration, the set of track regulating portions is arranged so that the individual surfaces that are separately provided face each other, while the set of rolling members is the loading platform portion. The left and right sides can be arranged so as to be sandwiched between the set of track regulating portions.
このような構成の場合には、荷台部の左右両側に配置される一組の転動部材が、基部に設けられる一組の軌道規制部に挟まれた状態であることから、転動部材の左右方向の位置が決定されることとなり、結果として荷台部の左右方向の位置が固定化されることとなる。そして、一組の転動部材のうちのいずれか一方を駆動させて荷台部を揺動させる場合には、他方の転動部材は、他方の軌道規制部に沿って転動することとなり、荷台部を所定の位置に規制しつつ揺動させることができる。 In the case of such a configuration, since the set of rolling members arranged on the left and right sides of the loading platform is sandwiched between the set of track regulating portions provided on the base, The position in the left-right direction is determined, and as a result, the position in the left-right direction of the loading platform is fixed. When one of the set of rolling members is driven to swing the loading platform, the other rolling member rolls along the other track regulating portion, and the loading platform is The part can be swung while being restricted to a predetermined position.
この場合において、前記軌道規制部は、表面に歯を刻設してなるラック状レールであり、前記転動部材は、前記ラック状レールの歯に噛合するピニオンギアで構成することができる。 In this case, the track restricting portion may be a rack-like rail having a surface engraved with teeth, and the rolling member may be constituted by a pinion gear that meshes with the teeth of the rack-like rail.
上記構成によれば、転動部材として機能するピニオンギアの歯が、ラック状レールの歯に噛合しており、ピニオンギアは、ラック状レールの表面上を確実に転動できることとなる。ラック状レールが固定されることから、ピニオンギアの回転により、ピニオンギアの回転軸(回転中心)が相対的に移動し、ラック状レールの長手方向に沿って昇降可能となる。ピニオンギアの回転軸が荷台部の左右両側に支持されることによって、当該回転軸の昇降に伴って荷台部の左右両端が昇降し、この両端の昇降により、荷台部全体が揺動することとなる。なお、前記は、ラックおよびピニオンによる機構を代表例として示したが、ネジ軸を前記ラック状レールのように構成し、ナット部を前記ピニオンと同様に構成することにより、ボールネジ式の作動機構とすることも可能である。 According to the said structure, the tooth | gear of the pinion gear which functions as a rolling member has meshed | engaged with the tooth | gear of the rack-shaped rail, and the pinion gear can roll on the surface of a rack-shaped rail reliably. Since the rack-shaped rail is fixed, the rotation of the pinion gear relatively moves the rotation axis (rotation center) of the pinion gear, and the rack-shaped rail can be moved up and down along the longitudinal direction of the rack-shaped rail. By supporting the rotating shaft of the pinion gear on both the left and right sides of the loading platform, the left and right ends of the loading platform are moved up and down as the rotating shaft is moved up and down, and the entire loading platform is swung by the lifting of both ends. Become. In the above, a mechanism using a rack and a pinion is shown as a representative example. However, by configuring the screw shaft like the rack-like rail and the nut part similarly to the pinion, It is also possible to do.
また、上記各構成において、前記荷台部は、揺動するための軸部を備え、この軸部を介して前記基部に支持されるように構成することができる。 Further, in each of the above-described configurations, the cargo bed portion may include a shaft portion for swinging, and may be configured to be supported by the base portion via the shaft portion.
上記構成によれば、荷台部は、基部との間で揺動可能な状態で設置されることとなり、また、荷台部に搭載される搬送物または搭乗者の重量は、軸部を介して基部によって支えられることとなることから、荷台部が揺動可能でありながら十分な重量の搬送物または搭乗者を積載することが可能となる。なお、荷台部の左右両側に設置される転動部が、基部の左右両側に設置される軌道規制部に接した状態で転動を停止させる構成の場合には、さらに、前記重量を分散して支持することも可能となる。 According to the above configuration, the loading platform is installed so as to be able to swing with the base, and the weight of the transported object or the passenger mounted on the loading platform is determined via the shaft. Therefore, it is possible to load a transported object or a passenger with a sufficient weight while the loading platform is swingable. In the case where the rolling parts installed on the left and right sides of the loading platform are in contact with the track regulating parts installed on the left and right sides of the base, the weight is further dispersed. Can also be supported.
前記各構成において、二つの車輪は、それぞれ個別に駆動するためのモータを備え、このモータは、前記制御手段によって回転方向、回転数および回転速度が制御されることによって、前進、後進、操舵および旋回ならびにこれらの速度を調整可能とすることができる。 In each configuration, each of the two wheels includes a motor for individually driving the motor, and the motor controls forward, reverse, steering, and rotation by controlling the rotational direction, rotational speed, and rotational speed by the control means. The turning as well as their speed can be adjustable.
上記構成によれば、二輪ビークルの走行のための車輪は、それぞれ独立して駆動されることから、同じ方向に同じ回転速度で駆動されることにより、直線的に前進または後進することが可能となり、左右の車輪の回転速度に差違を生じさせることにより操舵しつつ前進または後進させることも可能となる。さらに、一方のみを前進させ、他方を停止または後進させる場合には、旋回させることも可能となる。これらの両車輪を駆動するためのモータが制御手段によって制御されることから、操作者による操作指令は、制御手段によってそれぞれのモータの回転方向等を制御することとなり、二輪ビークルに対し所望の走行条件を実行させることとなる。 According to the above configuration, since the wheels for traveling the two-wheeled vehicle are independently driven, it is possible to move forward or backward linearly by being driven at the same rotational speed in the same direction. By making a difference between the rotational speeds of the left and right wheels, it is possible to move forward or backward while steering. Further, when only one side is moved forward and the other is stopped or moved backward, it is also possible to turn. Since the motors for driving both wheels are controlled by the control means, the operation command by the operator controls the rotation direction of the respective motors by the control means, so that the desired driving for the two-wheeled vehicle is performed. The condition will be executed.
また、上記構成におけるモータは、伝達機構を介して回転軸が個々の車輪の車軸に連結されるとともに、前記フレームに対してサスペンションを介して支持されることにより、該車輪および該モータが一体となって、該フレームとの相対的な位置関係を変化可能とすることができる。 In the motor having the above-described configuration, the rotating shaft is coupled to the axle of each wheel via a transmission mechanism, and the wheel and the motor are integrated with each other by being supported by the frame via a suspension. Thus, the relative positional relationship with the frame can be changed.
このような構成の場合には、モータによって生じる駆動力は、回転軸から伝達機構に伝達されたうえで車軸に伝達させることができる。そこで、例えば、減速機を含む伝達機構により減速しつつ車輪の車軸に伝達させることができる。モータの回転軸は、伝達機構を介して車軸に連結されるのに対し、モータ本体は、フレームに支持されることにより、モータ本体が固定された状態で回転軸のみを回転させることとなる。また、モータ本体は、フレームとの間にサスペンションが介在されていることから、その位置がサスペンションの稼働範囲において移動自在となっている。すなわち、車輪は、車軸および伝達機構を介してモータの回転軸に連結され、車輪とモータとが一体的になっていることから、車輪とフレームとの間には、サスペンションが介在されることとなる。そこで、このサスペンションによって、車輪が路面から与えられる振動や急激な上下動を吸収させることができるのである。 In such a configuration, the driving force generated by the motor can be transmitted from the rotating shaft to the transmission mechanism and then transmitted to the axle. Therefore, for example, it can be transmitted to the wheel axle while being decelerated by a transmission mechanism including a reduction gear. The rotation shaft of the motor is connected to the axle via a transmission mechanism, while the motor body is supported by the frame, so that only the rotation shaft is rotated while the motor body is fixed. In addition, since the suspension is interposed between the motor body and the frame, the position of the motor body is freely movable in the operating range of the suspension. That is, the wheel is connected to the rotating shaft of the motor via the axle and the transmission mechanism, and since the wheel and the motor are integrated, a suspension is interposed between the wheel and the frame. Become. Therefore, this suspension can absorb vibrations and a sudden vertical movement of the wheels from the road surface.
そして、上記構成の場合には、前記モータは、前記伝達機構とともに、前記基部の左右方向両側に摺接されるように配置され、該基部の左右両側の側面に設けられた規制部に沿って摺動可能とすることができる。 And in the case of the said structure, the said motor is arrange | positioned with the said transmission mechanism so that it may be slidably contacted by the both sides of the left-right direction of the said base, and along the regulation part provided in the side surface of the both sides of this base It can be made slidable.
上記構成によれば、サスペンションによる衝撃吸収に際して、フレーム(実質的にはこのフレームに支持される基部)との間の相対的な位置関係が変化することとなるため、その際の移動の方向を規制することができるのである。例えば、水平な地面に二輪ビークルが停車した状態で、モータとフレームとの間に鉛直方向の衝撃を吸収させるようにサスペンションを配置した場合、モータ等(モータおよびこれと一体的な車輪)が鉛直方向へ摺動できるように、その摺動方向を規制することにより、サスペンションによって吸収される衝撃の方向と、モータ等の移動方向が一致し、サスペンションによる円滑な衝撃吸収が可能となる。これと同時に、モータ等に対して、基部から離れる方向へ作用する外力にも抗することができる。 According to the above configuration, when the shock is absorbed by the suspension, the relative positional relationship with the frame (substantially the base portion supported by the frame) changes. It can be regulated. For example, when a suspension is arranged to absorb a shock in the vertical direction between the motor and the frame while the two-wheeled vehicle is stopped on a horizontal ground, the motor or the like (the motor and the wheel integrated therewith) is vertically By restricting the sliding direction so as to be able to slide in the direction, the direction of impact absorbed by the suspension and the moving direction of the motor or the like match, and smooth impact absorption by the suspension becomes possible. At the same time, it can resist an external force acting on the motor or the like in a direction away from the base.
また、上記各構成において、前記基部は、操作ハンドルと、この操作ハンドルを支持するハンドル支持部を備え、該ハンドル支持部は、前記操作ハンドルに作用する外力による力覚の変化を検出する力覚検知部を備え、該力覚検知部により検出される力覚の変化に応じて前記モータの回転状態を制御するように構成してもよい。 In each of the above configurations, the base portion includes an operation handle and a handle support portion that supports the operation handle, and the handle support portion detects a force sense change due to an external force acting on the operation handle. A detection unit may be provided, and the rotation state of the motor may be controlled in accordance with a change in force sense detected by the force sense detection unit.
このような構成の場合には、操作のために操作ハンドルに外力(操作力)を作用させることによって、その操作力をアシストするいわゆるパワーアシスト機能を発揮させることができる。すなわち、操作ハンドルは、二輪ビークルを操舵等するためのものではなく、アシストすべき操作力を検知するために設けられているのである。なお、車輪は、モータ等の駆動部によって駆動される構成の場合には、ジョイスティック等による操作によって、制御手段を介して駆動部を制御しつつ走行状態をコントロールすることも可能であるが、起伏の激しい路面を走行する場合には、微妙な方向へのコントロールが要求されることから、ジョイスティックに代えて操作ハンドルによる操作を可能にするのである。 In the case of such a configuration, by applying an external force (operation force) to the operation handle for operation, a so-called power assist function for assisting the operation force can be exhibited. That is, the operation handle is not for steering the two-wheel vehicle, but is provided for detecting the operation force to be assisted. In the case of a configuration in which the wheel is driven by a driving unit such as a motor, it is possible to control the running state while controlling the driving unit via the control means by operation with a joystick or the like. When traveling on an intense road surface, control in a subtle direction is required, so that operation with an operation handle is possible instead of a joystick.
二輪ビークルにおける荷台の姿勢制御方法に係る本発明は、前記各構成の二輪ビークルに関するものであって、前記姿勢検知手段により、水平面との比較により荷台部の傾斜状態を検知し、前記制御手段により、前記荷台部の傾斜状態を、進退方向の傾斜と左右方向の傾斜とに区分し、進退方向の傾斜に対しては第1の駆動手段を作動させて、前記ウエイトの移動によって該傾斜を修正し、左右方向の傾斜に対しては第2の駆動手段を作動させて、荷台を揺動させることにより該傾斜を修正するものであることを特徴とするものである。 The present invention relating to the attitude control method of a loading platform in a two-wheeled vehicle relates to the two-wheeled vehicle having each of the above-described configurations, wherein the attitude detection means detects the inclination state of the loading platform portion by comparison with a horizontal plane, and the control means The inclination state of the loading platform is divided into an inclination in the advancing / retreating direction and an inclination in the left / right direction, and the inclination is corrected by moving the weight by operating the first driving means for the inclination in the advancing / retreating direction. For the inclination in the left-right direction, the inclination is corrected by operating the second driving means and swinging the loading platform.
上記構成の制御方法によれば、姿勢検知手段として、例えば、荷台部が水平面である状態からの変位を検知するものとする場合、その変位は、あらゆる方向における変位が検出可能となる。この変位を修正して、荷台部を水平な状態に修正させるために、当該変位を前後方向と左右方向との2方向に分割し、この2方向について修正するのである。そして、当該2方向は、前後方向については、二輪ビークルの進退方向とし、左右方向については、二輪ビークルの左右方向とすることにより、進退方向の傾倒と、左右方向の傾斜とを、それぞれ第1および第2の駆動手段の作動により修正することが可能となるのである。 According to the control method of the above configuration, for example, when the displacement is detected from the state in which the loading platform is a horizontal plane as the posture detection means, the displacement can be detected in any direction. In order to correct this displacement and correct the loading platform in a horizontal state, the displacement is divided into two directions, the front-rear direction and the left-right direction, and the two directions are corrected. The two directions are the forward / backward direction of the two-wheeled vehicle for the front / rear direction, and the left / right direction of the two-wheeled vehicle for the left / right direction. And it becomes possible to correct by the action | operation of a 2nd drive means.
さらに、二輪ビークルにおける操作制御方法に係る本発明は、操作ハンドルおよびハンドル支持部を備える構成の二輪ビークルに関するものであって、前記操作ハンドルに対して所定方向の操作力を作用させることにより、前記力覚検知部が前記操作力を進退方向および左右方向の分力に分解しつつ前記制御部に検出値を入力し、前記制御部により、進退方向の値の変化により前記両車輪の回転速度および回転方向を制御し、左右方向の値の変化により両車輪の相対的な回転数を制御するように、両車輪を個別に駆動する個々のモータを作動させるものであることを特徴とするものである。 Furthermore, the present invention related to an operation control method in a two-wheeled vehicle relates to a two-wheeled vehicle having an operation handle and a handle support portion, and by applying an operation force in a predetermined direction to the operation handle, The force sense detection unit inputs the detection value to the control unit while decomposing the operation force into the forward / backward direction and the left / right component, and the control unit causes the rotation speeds of the wheels and Controlling the direction of rotation and operating individual motors that drive both wheels individually so as to control the relative rotational speed of both wheels by changing the value in the left-right direction. is there.
上記構成によれば、操作ハンドルに外力を作用させることによって、その外力が力覚検知部によって検知されることとなり、当該外力の方向を、二輪ビークルの進退方向と、左右方向とに分解することにより、進退方向および左右方向の操作力を区分しつつ検出することができる。この2方向の外力に応じて左右両側の車輪の回転を制御し、進退ならびに操舵および旋回のために必要な車輪の回転を制御するのである。このときの外力の大きさによって、車輪の回転速度を変化させることにより、前記進退ならびに操舵および旋回の速度を制御することができる。 According to the above configuration, by applying an external force to the operation handle, the external force is detected by the force sense detection unit, and the direction of the external force is decomposed into the forward / backward direction of the two-wheeled vehicle and the left-right direction. Thus, it is possible to detect the operation force in the forward / backward direction and the left / right direction while distinguishing them. The rotation of wheels on both the left and right sides is controlled in accordance with the external force in these two directions, and the rotation of the wheels necessary for forward / backward movement, steering and turning is controlled. By changing the rotational speed of the wheel according to the magnitude of the external force at this time, it is possible to control the forward / backward, steering and turning speeds.
二輪ビークルに係る本発明によれば、荷台部を左右方向に揺動させることにより、荷台部の傾斜を修正させるものであり、その揺動は、転動部材を回転させることによるため、シリンダ等を使用する場合に比較して、小型の機構によることができる。また、転動部材をピニオンギアと、このピニオンギアがラック状レールに噛合するように設けられる構成においては、当該ピニオンギアの転動による昇降を確実に行うことができる。 According to the present invention relating to a two-wheeled vehicle, the tilt of the loading platform is corrected by swinging the loading platform in the left-right direction, and the swing is caused by rotating the rolling member. Compared with the case of using a, it can be based on a small mechanism. Further, in the configuration in which the rolling member is provided so as to mesh with the pinion gear and the pinion gear meshes with the rack-shaped rail, the lifting and lowering by rolling of the pinion gear can be reliably performed.
また、車輪とフレームとの間にサスペンションを介在させる構成の場合には、路面におる振動等を吸収させることができることから、起伏の激しい路面での走行においても荷台部を安定させることができる。特に、車輪ごとに分けてモータを設置することにより、両車輪の回転状態を個別に制御し得ることから、二輪ビークルの進退のみならず、操舵および旋回も可能となる。 In addition, in the case of a configuration in which a suspension is interposed between the wheel and the frame, vibrations on the road surface can be absorbed, so that the platform can be stabilized even when traveling on a road surface with severe undulations. In particular, by installing the motor separately for each wheel, the rotational state of both wheels can be individually controlled, so that not only forward and backward movement of the two-wheel vehicle but also steering and turning are possible.
さらに、操作ハンドルと、ハンドル支持部とが設けられた構成においては、当該ハンドル支持部に力覚検知部が設けられることにより、操作ハンドルに外力を作用させることによって、操作力を検知でき、当該検知力に応じて車輪のモータを回転させることによってパワーアシスト機能を発揮させ得るものである。このパワーアシスト機能は、操作ハンドルに外力を作用させた程度に応じて作動することから、操作者の意思に沿った走行を可能にするものである。 Further, in the configuration in which the operation handle and the handle support portion are provided, the force sense detection portion is provided in the handle support portion, so that the operation force can be detected by applying an external force to the operation handle, The power assist function can be exhibited by rotating the wheel motor in accordance with the detection force. The power assist function operates according to the degree to which an external force is applied to the operation handle, and thus enables traveling according to the operator's intention.
他方、上記二輪ビークルにおける制御方法に係る本発明によれば、荷台部の傾き状態を進退方向と左右方向の2方向に区分しつつ、進退方向の傾倒に対してはウエイト移動により修正を可能にし、左右方向の傾斜に対しては荷台部の揺動により修正が可能である。この2方向の傾きに対する修正を制御することにより、荷台部の姿勢を安定させることができる。 On the other hand, according to the present invention relating to the control method for the two-wheeled vehicle, the tilt state of the loading platform is divided into two directions, the forward / backward direction and the left / right direction, and the tilt in the forward / backward direction can be corrected by weight movement. The inclination in the left-right direction can be corrected by swinging the loading platform. By controlling the correction to the inclination in the two directions, the posture of the loading platform can be stabilized.
また、操作制御方法に係る本発明によれば、操作ハンドルに作用する外力を、ハンドル支持部の力覚検知部によって、2方向に区分しつつ検知することができ、この2方向のうち、一方が進退方向に対する操作力とされ、他方が回転方向(操舵方向または旋回方向)に対する操作力とされるものである。このように2種類の操作力を区分しつつ制御することにより、前進および後進の際のパワーアシストが可能となるうえ、操舵時または旋回時においてもパワーアシスト機能を発揮させることができる。 Further, according to the present invention related to the operation control method, the external force acting on the operation handle can be detected while being divided into two directions by the force sense detection unit of the handle support portion, and one of the two directions is detected. Is the operating force for the forward / backward direction, and the other is the operating force for the rotational direction (steering direction or turning direction). Thus, by controlling the two types of operating forces while being divided, it is possible to perform power assist at the time of forward and reverse travel, and to exhibit the power assist function even at the time of steering or turning.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、二輪ビークルの実施形態を示す概略図である。この図に示すように、本実施形態は、二つの車輪1L,1Rが左右に分かれて配置され、その間に車体部分10が設けられる構成となっている。なお、以降において、車輪1L,1Rが転動する方向を進退方向といい、その進退方向に向かって横方向を左右方向という。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a two-wheeled vehicle. As shown in this figure, in the present embodiment, two
車体部分10の概略は、基部2および荷台部3とで構成され、基部2には、後述するウエイトおよび第1の駆動手段が設置されるとともに、荷台部3を支持するための機構が設けられている。また、車輪1L,1Rは個別にフレーム4L,4Rによって支持され、この両フレーム4L,4Rは、下部において基部2に固着されており、基部2がフレーム4L,4Rによって支持される構成となっている。なお、本実施形態では、フレーム4L,4Rが、略弧状に形成されており、湾曲部分を上向きに配置するとともに、この湾曲部分の上端と、左右の両車輪1L,1Rの車軸(または車軸に連結する部材)との間に、鉛直方向の衝撃を吸収させるためのサスペンション41L,41Rが介在されている。
The outline of the
ここで、各部の詳細について順次説明する。図2は、二輪ビークルの分解図である。この図に示されるように、基部2は、本体部分が上方を開口してなる箱形に形成されており、その箱形の内部にウエイト5および第1の駆動手段6が配置されるものである。
Here, the details of each part will be described sequentially. FIG. 2 is an exploded view of the two-wheeled vehicle. As shown in this figure, the
基部2の底面20には、ウエイト5が移動すべき方向を規制するためのレール21,22が設けられており、また、ウエイト5の底部には、このレール21,22が嵌入できる嵌入部51,52が設けられ、レール21,22に沿った方向へ移動自在となっている。このレール21,22の方向は、二輪ビークルの進退方向に一致されており、従って、ウエイト5は、二輪ビークルの進退方向へ移動可能となっているのである。
なお、ウエイト5は、重心調整のための専用錘を設置することも可能であるが、各部材への電源供給のためのバッテリを搭載させた構成としてもよい。本実施形態は、複数のバッテリを横列に搭載したものとしている。また、ウエイト5を移動するための機構として、本実施形態では、モータ23によって周方向に自転する親ネジ24と、この親ネジ54に螺合する雌ネジ部53をウエイト5に設ける構成としている。モータ23の回転によって、親ネジ24が回転することにより、当該回転数に応じて、雌ネジ部53が螺進するのである。この雌ネジ部53の螺進によってウエイト5の全体を進退方向へ移動させるのである。これらのモータ23、親ネジ24および雌ネジ部53によって第1の駆動手段が構成されているのである。
In addition, although the
ところで、上記基部2の左右用側の側壁25,26には、二組の軌道規制部27a,27b,28a,28bが設けられている。本実施形態では、この軌道規制部27a,27b,28a,28bをラック状レールによって構成している。すなわち、長尺な弧状に形成したフレキシブルラックの長手方向を上下方向に向けて配置し、その歯が上下方向に整列するように設けられているのである。そして、荷台部3の左右両側において水平軸31,32によって支持されるピニオンギア33a,33b,34a,34bと噛合することにより、このピニオンギア33a,33b,34a,34bが転動する際、軌道規制部27a,27b,28a,28bの表面に沿って昇降方向へ移動できるようになっている。
By the way, two sets of
このピニオンギア33a〜34bのうち、少なくとも1個は、第2の駆動手段によって駆動されるものであり、本実施形態では、片方の水平軸32を回転駆動させることにより、二つのピニオンギア33b,34bを同時に回転できるようにしている。このときの駆動力は、荷台部3の裏面側に設置されたモータ35によって得られるものであり、これの駆動力が水平軸32に伝達するように構成している。従って、この駆動力を生じさせるモータ35と、水平軸32とで第2の駆動手段を構成しているのである。なお、荷台部3は、揺動するものであるため、左右両端は弧状の軌跡を描くように昇降する。そこで、前記軌道規制部27a〜28bは、荷台部3の両端が揺動する際の弧状に沿った方向に配置されるものである。
At least one of the pinion gears 33a to 34b is driven by the second driving means, and in the present embodiment, the two pinion gears 33b, 34b can be rotated simultaneously. The driving force at this time is obtained by the motor 35 installed on the back surface side of the
また、荷台部3の裏面側には、後述の姿勢検知手段としての姿勢角センサ36が設けられ、荷台部3の傾斜の状態を検知できるようになっている。なお、姿勢角センサ36は、ジャイロセンサおよび加速度センサなどを統合化したセンサフュージョンによって構成されており、この姿勢角センサ36による検出値は、後述の制御部に入力され、傾斜方向および傾斜角ならびに角速度が検出されるとともに、制御部によって傾斜状態を修正するための指令が、第1の駆動手段のためのモータ23および第2の駆動手段のためのモータ35に出力されるのである。
In addition, an
さらに、本実施形態では、前記基部2と基部3との間には、ハンドル支持部6が設けられている。ハンドル支持部6は、平板状のベース部61の上面に設けられた力覚検知部60に接続され、このハンドル支持部6に操作ハンドル7が連結されている。
Furthermore, in this embodiment, a
具体的には、ベース部61の中央にひずみゲージで構成されたセンサ部62が設置され、このセンサ部62に操作力を伝達するための軸部63が固着されている。さらに、この軸部63に操作ハンドル7の操作力を伝達するための伝達部64が固着されている。伝達部64は、軸部63に対して平行に二個所で接する2本の直線部材64a,64bと、この直線部材64a,64bの両端同士を連結する連結部材64c,64dとで矩形に形成されたものであり、上記直線部材64a,64bが軸部63と接する位置において固着されているのである。直線部材64a,64bの長手方向は、二輪ビークルの進退方向と平行に配置されるものである。また、連結部材64c,64dは、操作ハンドル7から伝達される操作力を前記2本の直線部材64a,64bに分解しつつ伝達するものであると同時に、当該直線部材64a,64bとで形成される矩形を維持させるためのものである。
Specifically, a
そこで、操作ハンドル7は、その基部71を一方の連結部材64cに固着することにより、センサ部62、軸部63および伝達部64を介してベース部61に連結されているのである。また、操作ハンドル7の操作部72は、左右方向に延出した棒状部材で構成されており、進退方向への操作力のほかに、操舵および旋回のための操舵力を提示させることができる。
Therefore, the operation handle 7 is connected to the
このような構成から、操作ハンドル7の操作部72に対し外力(操作力)を作用させることにより、この操作力は、伝達部64を介して軸部63に伝達される。このとき、進退方向への操作力は、2本の直線部材64a,64bに対して同じ方向かつ同程度の操作力として、軸部63と接する(固着される)部分から、当該軸部63に伝達される。また、操舵または旋回のための操作力は、2本の直線部分64a,64に対して異なる方向への操作力として、または旋回方向のトルクとして伝達される。このように、伝達される操作力の状態がセンサ部62により検出され、電気的な情報として制御部へ出力されるのである。
With such a configuration, by applying an external force (operation force) to the
また、本実施形態のハンドル支持部6は、基部2に固定されて一体的に設けられるものである。従って、前記荷台部3は、このハンドル支持部6のベース部61の上方に配置されることとなる。そこで、荷台部3を揺動可能な状態でベース部61の上方に設置するため、本実施形態では、当該ベース部61の上面に支持部65,66を立設している。この支持部65,66は、先端に貫通孔を備えた棒状部材が、当該貫通孔を所定の高さとなるように立設したものである。他方、荷台部3の下面には、揺動軸37が設けられ、この揺動軸37を前記支持部65,66の貫通孔に挿通させることにより、荷台部3を揺動自在な状態で、ベース部61から適宜間隔を有しつつ荷台部3を支持することができるようにしている。なお、荷台部3に搭載される搬送物または搭乗者の重量に応じて、前記揺動軸37および支持部65,66の強度が調整され得るものであるが、支持部65,66の数を増加することによって対応することもあり得る。
Further, the
ところで、車輪1L,1Rは、フレーム4L,4Rによって支持されるものであるが、このフレーム4L,4Rは、車体10(具体的には基部2)の左右両側に連結されるものである。車輪1L,1Rとフレーム4L,4Rとの間には、サスペンション41L,41Rが介在されるものであり、実質的には、このサスペンション41L,41Rによって車軸11が支持されている状態となっている。
The
具体的には、車軸11は、駆動用のモータを内蔵する駆動部8から延出される回転軸81に接続され、この回転軸11はモータ軸に直接または伝達機構を介して構成され、モータから伝達される回転力が車軸11に伝達可能になっている。この駆動部8は、結果的には車輪1L,1Rと一体的に構成されるものであることから、サスペンション41L,41Rは、駆動部8に連結されることによって、車輪1L,1Rの衝撃を吸収し得る状態となるものである。
Specifically, the
また、モータを内蔵する駆動部8は、ケーシングによって全体が包囲されており、そのケーシングの一部が基部2に摺接されるとともに、所定方向への摺動が許容された状態となっている。すなわち、基部2に対向する側に配置されたケーシングの側面は、部分的に張り出した形状の摺接領域82を備えており、この摺接領域82を左右方向および進退方向の移動を規制しつつ上下方向への摺動を許容する規制部29が、基部2の側面に設けられている。
Further, the
このような構成は、駆動部8を含む車輪1L,1Rが、サスペンション41L,41Rによって支持されるとともに、車輪1L,1Rが衝撃を受ける際には、その衝撃を上下方向の移動として、サスペンション41L,41Rにより吸収させるものである。また、図示のように車輪1L,1Rを片持ち状態で支持する場合の車軸11を安定させる機能をも有している。
In such a configuration, the
なお、特に図示していないが、基部2に存在するスペースを利用して制御部が設置されるものであり、この制御部は、姿勢検知手段36および力覚検知部62によって検出される各種の検出値が入力されるとともに、第1および第2の駆動手段ならびに車輪駆動のためのモータ(駆動部)8に対する制御信号を出力するものである。
Although not particularly illustrated, a control unit is installed using a space existing in the
次に、本実施形態の作動態様を説明しつつ、制御方法および操作制御方法を併せて説明する。本実施形態は、上記のような構成であることから、第1の駆動手段によって基部2に設置されるウエイト5を移動させ、二輪ビークルの進退方向の重心を調整することができる。また、第2の駆動手段により、転動部材(ピニオンギア)33,34を軌道規制部(ラック状レール)27,28に沿って転動させることによって、荷台部3を揺動させ、荷台部3の左右方向の傾斜角度を調整することができるものである。なお、進退方向の傾倒および左右方向の傾斜については、前述のように、荷台部3の裏面に設けられた姿勢検知手段(姿勢角センサ)36によって同時に検出されるものである。
Next, the control method and the operation control method will be described together while explaining the operation mode of the present embodiment. Since the present embodiment is configured as described above, the center of gravity of the two-wheel vehicle in the advancing / retreating direction can be adjusted by moving the
そこで、まず、進退方向の重心の調整方法について説明する。図3は、ウエイト5の移動の状態を示す図である。この図に示すように、本実施形態では、基部2および荷台部3を含む車体10の全体は、車輪1L,1Rの車軸(回転中心)11よりも下位に設置されるように構成している。これにより、車体10の重心は回転中心11よりも下位となることから、全ての制御が停止している状態(非制御状態)において、車体10の重量により車輪1L,1Rに対して回転駆動が作用することなく、二輪ビークル全体の姿勢が安定することとなる。また、荷台部3には、搬送物が積載され、または搭乗者が搭乗することとなるが、その際の搬送物または搭乗者の重量を総合した時の重心位置が、回転中心11よりも下位となるように、その搬送物または搭乗者の重量を制限し、または積載・搭乗の高さを制限すれば、同様に非制御状態における姿勢が安定することとなる。なお、後述のように、ブレーキ装置を設ける場合には、ブレーキ装置により停車状態を安定させることができることから、車体の重心を回転中心11よりも上方に配置させても(いわゆる倒立型としても)よいが、ブレーキ装置を設けない場合には非制御状態における安定性を考慮して、本実施形態では重心を回転中心11よりも下位とするもの代表例として説明する。
First, a method for adjusting the center of gravity in the forward / backward direction will be described. FIG. 3 is a diagram illustrating a state of movement of the
制御装置による制御が作動している状態(制御状態)では、重心の位置が回転中心11の直下となるように制御されるものである。例えば、二輪ビークルの加速時や減速時、または搬送物を積載した際の重量バランスの変化などによって、重心の位置が変動することとなることから、これをウエイト5の移動により調整するのである。このウエイト5の移動方向は、前記のように、レール21,22によって規制され、その方向が二輪ビークルの進退方向となっている。
In a state where the control by the control device is operating (control state), the position of the center of gravity is controlled to be directly below the
このときの制御関係を図4に示す。この図に示されているように、荷台部3の傾倒による傾斜角およびその角速度は、姿勢検知手段(姿勢角センサ)によって計測され、同時に、ウエイト5の位置は、第1の駆動手段(モータ35)に設けられたロータリーエンコーダによって計測されて、それぞれの計測値が制御部に入力される。姿勢角センサは、逐次傾斜角および角速度を計測し、計測値を制御部に入力するため、その値が水平状態を示さない場合は、制御部からウエイト5を移動させるための信号(指令電圧)が出力される。なお、ロータリーエンコーダは、ウエイト5の位置と同時に、移動の速度および加速度を計測し、荷台部3の傾斜角の修正範囲を予想しながら、そのウエイト5の移動のための指令が出力される。なお、ウエイト5が移動することによる荷台部3の傾斜角が修正されているか否かは、姿勢角センサによって検証される。
The control relationship at this time is shown in FIG. As shown in this figure, the inclination angle and the angular velocity due to the inclination of the
次に、左右方向の傾斜の調整方法について説明する。図5は、二輪ビークルの状態と、基部2および荷台部3の関係を示す図である。図5(a)は水平な路面における状態を示し、図5(b)は右に傾斜(右側方が下位となるように傾斜)した路面における状態を示している。図5(a)に示されているように、水平な路面を走行する状態では、車体10が水平な状態であるから、荷台部3を揺動させる必要がない。そこで、転動部材(ピニオンギア)33,34は、軌道規制部(ラック状レール)27,28の中間的な位置に停止されるものである。
Next, a method for adjusting the inclination in the left-right direction will be described. FIG. 5 is a diagram showing the state of the two-wheeled vehicle and the relationship between the
これに対し、図5(b)に示されているように、傾斜した路面を走行する場合には、車体10が全体的に傾斜する。当初は、当然に荷台部3も傾斜することとなるが、ピニオンギア33,34を転動させることにより、ラック状レール27,28に沿って左右両端を上昇または下降させることにより、荷台部3を揺動させるのである。この揺動により、路面が傾斜する角度に反対の側へ荷台部を傾斜させ、全体として荷台部3を水平な状態とするのである。
On the other hand, as shown in FIG. 5B, when traveling on an inclined road surface, the
このときの制御関係を図6に示す。この図に示されるように、傾斜面に遭遇すると、車体の傾斜という条件が作用することとなり、このときの傾斜角および角速度は、姿勢角センサによって計測され、制御部に入力される。姿勢角センサによる計測値が傾斜状態を検出している場合には、第2の駆動手段(モータ35)に対し、ピニオンギア27,28を所定の方向へ転動させるための信号(指令電圧)が出力される。この駆動手段の作動により荷台部3が揺動して、車体10の全体(特に基部2)との間で相対的な傾斜角(相対角)を生じさせる。また、この駆動手段にはロータリーエンコーダが設けられ、駆動伝達によるピニオンギア27,28の転動状態が計測され、荷台部3の傾斜角および角速度として制御部に入力されるとともに、荷台部3が揺動した状態の当該荷台部3の傾斜角(絶対角)が姿勢角センサによって計測され、制御部に入力される。絶対角は逐次計測されることから、相対角の状態をロータリーエンコーダによって測定しつつ、早期に水平な状態に修正すべく、駆動手段による相対角の角速度が調整される。
The control relationship at this time is shown in FIG. As shown in this figure, when an inclined surface is encountered, the condition of vehicle body tilting acts, and the tilt angle and angular velocity at this time are measured by the attitude angle sensor and input to the control unit. When the measured value by the attitude angle sensor detects an inclined state, a signal (command voltage) for causing the second drive means (motor 35) to roll the pinion gears 27 and 28 in a predetermined direction. Is output. By this operation of the driving means, the
上記のように、単一の姿勢角センサ(姿勢検知手段)により計測される傾斜角および角速度は、それぞれ進退方向の傾倒と左右方向の傾斜とに区分されて、制御部に入力され、それぞれの傾倒または傾斜に対して異なる駆動手段を作動させることにより、荷台部3を水平な状態に修正することができるのである。
As described above, the inclination angle and the angular velocity measured by a single attitude angle sensor (attitude detection means) are divided into an inclination in the advancing / retreating direction and an inclination in the left / right direction, and are input to the control unit. By operating different driving means for tilting or tilting, the
次に、操作ハンドルを使用した操作方法について説明する。操作ハンドルは、図1に示したように、十分な高さに配置され、水平方向に延出する部分を持って操作することができる。車輪1L,1Rに駆動力を提示しない構成の場合には、操作ハンドル7を押し、引きして移動することができ、また、旋回も操作可能である。本実施形態は、車輪1L,1Rを駆動部(モータ)によって駆動する構成であるから、この駆動部によって得られる駆動力で進退、操舵、旋回を可能にしている。駆動部による駆動は、操作ハンドルに作用させる操作力に基づくパワーアシスト機能を発揮させるためのものである。
Next, an operation method using the operation handle will be described. As shown in FIG. 1, the operation handle is disposed at a sufficient height and can be operated with a portion extending in the horizontal direction. In the case of a configuration in which no driving force is presented to the
そこで、駆動部(モータ)による操作の制御方法について説明する。図7は、操作制御方法が理解しやすいように、荷台部を省略した状態を示す図である。この図に示されるように、ハンドル支持部6は、車体10の一部として、基部2に固定されるものである。そして、操作ハンドル7の操作力が、力覚検知部61に伝達されることによって、操作者の操作意図が判別される。具体的には、操作ハンドル7に作用する操作力は、進退方向への操作力と、回転方向の操作トルクとに区分されて検出され、これに基づいて制御部によって進退駆動力と回転駆動トルクが計算され、二輪1L,1Rに対する駆動力が制御される。
Therefore, a method for controlling operations by the drive unit (motor) will be described. FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which the loading platform is omitted so that the operation control method can be easily understood. As shown in this figure, the
このときの進退駆動力Fvと回転駆動トルクTvは、次式によって算出される。
そして、このときの左側の車輪1Lに対する駆動力flおよび右側の車輪1Rに対する駆動力frは、それぞれ次式で算出される。
さらに、各車輪1L,1Rを駆動するための駆動部(モータ)への電流指令は、次式により得ることができる。
このように算出される電流指令は制御部によって処理され、その指令データに基づいて両車輪1L,1Rに対する駆動力が制御される。その際、上述のように、操作ハンドル7に作用させる操作力に応じて、両車輪1L,1Rを駆動するための指令電流が変化するため、操作力の提示の状態に基づいたパワーアシスト機能が作用することとなる。
The current command calculated in this way is processed by the control unit, and the driving force for both
なお、上記におけるパワーアシスト機能は、操作ハンドル7への操作力に比例して車輪1L,1Rの駆動力を変化させるものである。従って、例えば、上り傾斜のような傾斜地では、二輪ビークルを押し上げようとして、操作力全体が増加する場合がある。そこで、このような傾斜地においても平地と同様のパワーアシスト操作を可能にすべく、左右の両車輪1L,1Rを駆動するためのモータに対して、速度フィードバック制御を備える構成とすることも可能である。
The power assist function described above changes the driving force of the
すなわち、二輪ビークルの進退方向に対する最大速度Vvmaxと回転方向への最大速度ωvmaxを設定することにより、二輪ビークルの速度Vvと回転速度ωvは、次式により得ることができる。
上式からも明らかなとおり、二輪ビークルの速度Vvと回転速度ωvは、操作力Fx(進退方向),Tz(回転方向)と比例することとなる。そこで、上記で求められる二輪ビークルの速度Vvと回転速度ωvから、両車輪1L,1Rのそれぞれが進む速度vl(左側の車輪速度),vr(右側の車輪の速度)は次式によって得ることができる。
さらに、両車輪1L,1Rを駆動するモータに構成されるフィードバック制御への速度指令は、次式のようになる。
このように、両車輪1L,1Rを駆動するモータに対してフィードバック制御を構築することにより、操作ハンドル7に作用させる操作力の割合に応じた進退への走行速度と回転速度により二輪ビークルを移動させることができる。従って、上り傾斜等における操作力は、平地における操作力と同様となり、その操作に違和感なく作動させることができる。
In this way, by constructing feedback control for the motors that drive both
なお、本実施形態では、操作ハンドル7が、片方にのみ設けられていることから、路面が左右のいずれかに傾斜する場合、操作ハンドル7の重量が力覚検知部62に対して旋回方向のトルクとして作用することとなる。この場合には、特に操舵または旋回のための操作力を作用させない場合でも操舵または旋回として誤認することがある。このような場合には、傾斜補正を行うことができる。なお、操作ハンドル7が、対称な位置にもう1個設置される場合は、左右の傾斜に際して旋回方向のトルクが生じないため補正の必要はないものである。
In the present embodiment, since the operation handle 7 is provided only on one side, when the road surface is inclined to the left or right, the weight of the operation handle 7 is in the turning direction with respect to the
そこで、上記傾斜補正について説明すれば、次式で示すように、補正値を旋回方向のトルクTvに与えることとなる。そうすると、補正後の旋回方向のトルクTV2は、次のようになる。
上記により補正された旋回方向のトルクTv2を車輪の駆動力の算出の際に使用することによって、左右に傾斜した際の操作ハンドルの自重の影響を排除させることができるのである。 By using the torque Tv2 in the turning direction corrected as described above when calculating the driving force of the wheel, it is possible to eliminate the influence of the weight of the operation handle when tilting left and right.
また、同様に、上り傾斜または下り傾斜のように、車体が進退方向に傾倒する場合、または、二輪ビークルの加速時もしくは減速時に車体が傾倒する場合には、操作ハンドルの重量が進退方向の操作力として作用することも想定される。通常は、前述のウエイト調整によって、傾倒状態は修正されるが、その傾倒状態が継続するような場合も想定すれば、車体が進退方向に傾倒した際の操作ハンドルの重量による操作力を補正する必要がある。そこで、このような操作力についても、傾斜補正を行うことができる。この場合の補正された進退方向の操作力Fv2は、次式で示すとおりとなる。
上記傾斜補正の操作力Fv2を車輪の駆動力の算出に使用することによって、車体が進退方向へ傾斜するような状態においても操作ハンドルの自重の影響を排除することができることとなる。 By using the operation force Fv2 for inclination correction for calculating the driving force of the wheel, the influence of the weight of the operation handle can be eliminated even in a state where the vehicle body is inclined in the forward / backward direction.
以上のとおり、本発明の実施形態と、その制御方法および操作制御方法について説明したが、上記実施形態は本発明の一例を示すものであって、この実施形態に限定される趣旨ではない。従って、上記実施形態の各構成部材を適宜変更することは可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention, its control method, and the operation control method were demonstrated, the said embodiment shows an example of this invention and is not the meaning limited to this embodiment. Therefore, it is possible to appropriately change each constituent member of the above embodiment.
例えば、軌道規制部27,28としてラック状レールを使用し、転動部材33,34としてピニオンギアを使用したが、十分な摩擦抵抗を有するレールと車輪とで荷台部3の左右を昇降させるように構成してもよい。また、ウエイト5の移動方向を規制するレール21,22および車輪1L,1Rを駆動するための駆動部8の上下方向の摺動を規制する規制部29は、その構成を理解しやすくするため、簡単な形状として図示したが、これらをリニアモーションレールによって構成してもよい。
For example, rack-shaped rails are used as the
さらに、実施形態における操作ハンドル7は、一個所にのみ設けられている。このような構成の場合には、通常、二輪ビークルの進退方向に対して後方側に設けられることとなる。しかし、そのような場合に限られず、対称な位置にもう一個所設ける構成としてもよい。例えば、図8に示すように、一方のハンドル7の反対側にもう一つのハンドル9を設けるような構成としてもよい。両者のハンドル7,8の重量による進退方向のバランスは、車体10の傾倒を修正するウエイト5の移動によって調整され、左右方向の傾斜に際して作用する旋回方向へのトルクは、前記進退方向の重量バランスに基づいて修正することができる。なお、上記重量バランスの形状両方のハンドル7,9が同じ大きさ・形状のものを使用し、ハンドル支持部6に設けられる伝達部の反対側にもう一つの操作ハンドル9の基部が接続される場合には、前後における重量バランスが保たれることから、左右に傾斜した状態における旋回方向へのトルクを補正するという操作を省略することが可能となる。
Furthermore, the operation handle 7 in the embodiment is provided only at one place. In the case of such a configuration, it is normally provided on the rear side with respect to the advancing / retreating direction of the two-wheeled vehicle. However, the present invention is not limited to such a case, and another configuration may be provided at a symmetrical position. For example, as shown in FIG. 8, another handle 9 may be provided on the opposite side of one
また、操作ハンドル7は、操作部72を操作者が手で掴んで操作することを前提とした場合には、図8において図示するように、ブレーキ操作部を設ける構成とすることも可能である。すなわち、操作ハンドル72の片側(または両側)にブレーキレバー73を設け、このブレーキレバー73の操作によって、ワイヤ74を作動させるように構成するのである。この場合には、車輪1L,1Rにブレーキ装置(例えば、ドラムブレーキやディスクブレーキなど)を設けて、車輪1L,1Rの転動を一時的または継続的に停止させるように構成することができる。なお、図8は、片方にのみブレーキレバー73を設けた形態を示しており、単一のブレーキレバー74によりワイヤ74を分岐させ両輪1L,1Rのブレーキ装置を同時に作動させるものを例示している。また、ブレーキ装置として、ディスクブレーキを装備させる場合には、制御部による制御信号(指令電圧等)が0値の場合の停車装置として機能させることができる。さらには、ブレーキ作動を継続させるような機構を設ければ、駐車時におけるパーキングブレーキとしても機能させることができる。なお、走行時には、操作者が掴むことができるような形状を例示しているが、ハンドル7(またはハンドル9)の形状は、当該操作ハンドル7,9に対し、進退方向および旋回方向への操作力を提示することができる方法であれば、これに限定されるものではない。例えば、この操作ハンドル77,9にロープ等を連結して引っ張るように使用する場合であってもよい。
Further, the operation handle 7 may be configured to have a brake operation unit as illustrated in FIG. 8 when it is assumed that the
また、車輪1L,1Rを支持するフレーム4L,4Rは、車輪1L,1Rの片側にのみ設けられ、車軸11が片持ち状態としているが、フレーム部分の大きさが制限されない場合には、フレーム4L,4Rを分岐させ、車輪1L,1Rの外側をも支持させるように構成してもよい。
The
1L 左側の車輪
1R 右側の車輪
2 基部
3 荷台部
4L 左側のフレーム
4R 右側のフレーム
5 ウエイト
6 ハンドル支持部
7,9 操作ハンドル
8 車輪駆動用の駆動部
10 車体
11 車軸
20 基部の底面
21,22 レール
23 モータ
24 親ネジ
25,26 基部側面
27a,27b,28a,28b 軌道規制部(ラック状レール)
29 規制部
31,32 水平軸
33a,33b,34a,34b 転動部材(ピニオンギア)
35 モータ
36 姿勢検知手段(姿勢角センサ)
41L,41R サスペンション
51,52 嵌入部
53 雌ネジ部
60 力覚検知部
61 ハンドル支持部のベース部
62 センサ部
63 軸部
64 伝達部
64a,64b 直線部材
64c,64d 連結部材
65,66 支持部
71 操作ハンドルの基部
72 操作ハンドルの操作部
73 ブレーキレバー
74 ブレーキ作動用ワイヤ
81 回転軸
82 摺接領域
29
35
41L,
Claims (11)
前記荷台部は、前記進退方向に向かって左右両側が昇降するように揺動する揺動機構と、この揺動機構による前記荷台部の揺動を駆動するための第2の駆動手段とを備え、この第2の駆動手段は、前記姿勢検知手段により得られる情報に基づいて前記制御手段により制御されるものであり、前記荷台部は、揺動するための軸部を備え、この軸部を介して前記基部に支持されるものであることを特徴とする二輪ビークル。 A two-wheeled vehicle that enables traveling in the forward / backward direction, steering and turning by rolling of two wheels installed on the left and right, a frame that supports the two wheels with appropriate intervals, and the frame A base supported between the wheels, a cargo bed supported by the base, a weight provided below the cargo bed while allowing movement in the advancing and retreating direction, and the movement of the weight Two wheels comprising: first driving means for supplying a driving force to the vehicle; attitude detecting means for detecting the attitude of the loading platform; and control means for controlling the driving of the driving means based on information obtained by the attitude detecting means. In the vehicle
The loading platform includes a rocking mechanism that rocks so that both the left and right sides move up and down in the advancing and retreating direction, and a second driving unit that drives the rocking of the loading platform by the rocking mechanism. the second drive means state, and are not controlled by the control means on the basis of the information obtained by the posture detecting means, wherein the loading platform unit comprises a shaft portion for swinging the shaft portion A two-wheeled vehicle characterized by being supported by the base via a base .
前記荷台部は、前記進退方向に向かって左右両側が昇降するように揺動する揺動機構と、この揺動機構による前記荷台部の揺動を駆動するための第2の駆動手段とを備え、この第2の駆動手段は、前記姿勢検知手段により得られる情報に基づいて前記制御手段により制御されるものであり、
前記揺動機構は、前記進退方向に向かって左右両側に分かれて前記基部に設けられた少なくとも一組の軌道規制部と、この軌道規制部に沿って転動するように前記荷台部の両側に分かれて設けられた少なくとも一組の転動部材とで構成されており、前記第2の駆動手段は、前記一組の転動部材のうち少なくとも1個に対して転動のための駆動力を供給するものであり、前記軌道規制部は、前記荷台部の揺動により左右両端が移動する軌跡の方向へ案内するように長尺に設けられていることを特徴とする二輪ビークル。 A two-wheeled vehicle that enables traveling in the forward / backward direction, steering and turning by rolling of two wheels installed on the left and right, a frame that supports the two wheels with appropriate intervals, and the frame A base supported between the wheels, a cargo bed supported by the base, a weight provided below the cargo bed while allowing movement in the advancing and retreating direction, and the movement of the weight Two wheels comprising: first driving means for supplying a driving force to the vehicle; attitude detecting means for detecting the attitude of the loading platform; and control means for controlling the driving of the driving means based on information obtained by the attitude detecting means. In the vehicle
The loading platform includes a rocking mechanism that rocks so that both the left and right sides move up and down in the advancing and retreating direction, and a second driving unit that drives the rocking of the loading platform by the rocking mechanism. The second drive means is controlled by the control means based on information obtained by the posture detection means.
The swing mechanism is divided into left and right sides in the forward / backward direction, at least one pair of track restriction portions provided on the base portion, and on both sides of the loading platform portion so as to roll along the track restriction portion. And the second drive means provides a driving force for rolling to at least one of the set of rolling members. The two-wheeled vehicle according to claim 1 , wherein the track restricting portion is provided in a long length so as to guide in a direction of a trajectory in which left and right ends move by swinging of the loading platform portion.
前記荷台部は、前記進退方向に向かって左右両側が昇降するように揺動する揺動機構と、この揺動機構による前記荷台部の揺動を駆動するための第2の駆動手段とを備え、この第2の駆動手段は、前記姿勢検知手段により得られる情報に基づいて前記制御手段により制御されるものである二輪ビークルにおける制御方法であって、 The loading platform includes a rocking mechanism that rocks so that both the left and right sides move up and down in the advancing and retreating direction, and a second driving unit that drives the rocking of the loading platform by the rocking mechanism. The second driving means is a control method in a two-wheeled vehicle that is controlled by the control means based on information obtained by the attitude detection means,
前記姿勢検知手段により、水平面との比較により荷台部の傾斜状態を検知し、 By the posture detection means, the inclination state of the cargo bed part is detected by comparison with a horizontal plane,
前記制御手段により、前記荷台部の傾斜状態を、進退方向の傾斜と左右方向の傾斜とに区分し、進退方向の傾斜に対しては第1の駆動手段を作動させて、前記ウエイトの移動によって該傾斜を修正し、左右方向の傾斜に対しては第2の駆動手段を作動させて、荷台を揺動させることにより該傾斜を修正するものであることを特徴とする二輪ビークルにおける荷台部の姿勢制御方法。 The control means divides the tilt state of the loading platform into an advancing / retreating direction inclination and a left / right direction inclination, and the first driving means is activated for the advancing / retreating direction inclination, and the weight is moved. The inclination of the loading platform in a two-wheeled vehicle is modified by correcting the inclination and correcting the inclination by oscillating the loading platform by operating the second driving means for the lateral tilt. Attitude control method.
前記姿勢検知手段により、水平面との比較により荷台部の傾斜状態を検知し、
前記制御手段により、前記荷台部の傾斜状態を、進退方向の傾斜と左右方向の傾斜とに区分し、進退方向の傾斜に対しては第1の駆動手段を作動させて、前記ウエイトの移動によって該傾斜を修正し、左右方向の傾斜に対しては第2の駆動手段を作動させて、荷台を揺動させることにより該傾斜を修正するものであることを特徴とする二輪ビークルにおける荷台部の姿勢制御方法。 A control method for a two-wheeled vehicle according to any one of claims 1 to 8 ,
By the posture detection means, the inclination state of the cargo bed part is detected by comparison with a horizontal plane,
The control means divides the tilt state of the loading platform into an advancing / retreating direction inclination and a left / right direction inclination, and the first driving means is activated for the advancing / retreating direction inclination, and the weight is moved. The inclination of the loading platform in a two-wheeled vehicle is modified by correcting the inclination and correcting the inclination by oscillating the loading platform by operating the second driving means for the lateral tilt. Attitude control method.
前記荷台の姿勢を制御するために、
前記姿勢検知手段により、水平面との比較により荷台部の傾斜状態を検知し、
前記制御手段により、前記荷台部の傾斜状態を、進退方向の傾斜と左右方向の傾斜とに区分し、進退方向の傾斜に対しては第1の駆動手段を作動させて、前記ウエイトの移動によって該傾斜を修正し、左右方向の傾斜に対しては第2の駆動手段を作動させて、荷台を揺動させることにより該傾斜を修正するものであり、
前記操作ハンドルに対して所定方向の操作力を作用させることにより、前記力覚検知部が前記操作力を進退方向および左右方向の分力に分解しつつ前記制御手段に検出値を入力し、
前記制御手段により、進退方向の値の変化により前記両車輪の回転速度および回転方向を制御し、左右方向の値の変化により両車輪の相対的な回転数を制御するように、両車輪を個別に駆動する個々のモータを作動させるものであることを特徴とする二輪ビークルにおける操作制御方法。
An operation control method for a two-wheeled vehicle according to claim 8 ,
In order to control the attitude of the loading platform,
By the posture detection means, the inclination state of the cargo bed part is detected by comparison with a horizontal plane,
The control means divides the tilt state of the loading platform into an advancing / retreating direction inclination and a left / right direction inclination, and the first driving means is activated for the advancing / retreating direction inclination, and the weight is moved. The inclination is corrected, and the inclination is corrected by operating the second driving means to swing the cargo bed for the inclination in the left-right direction,
By applying an operation force in a predetermined direction to the operation handle, the force sense detection unit inputs a detection value to the control means while breaking down the operation force into a forward / backward direction and a lateral force,
The control means controls the rotational speed and the rotational direction of both wheels by changing the value in the forward / backward direction, and controls both wheels individually so as to control the relative rotational speed of both wheels by changing the value in the left / right direction. An operation control method for a two-wheeled vehicle, characterized by operating individual motors that are driven by a motor.
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