KR101445566B1 - 도립진자형 차량 - Google Patents

Abstract

승차인 탑승부(5)가 경사 자유로운 도립진자형 차량(1)은 전후 방향으로 간격을 두고 배치된 전체 방향으로 이동 가능한 제 1 이동동작부(3)와 제 2 이동동작부(4)와, 선회 지령을 출력하는 조작기(12)를 구비한다. 적어도 제 1 이동동작부가 전후 방향으로 이동하고 있거나 정지하고 있는 상황에서, 조작기(12)로부터 선회 지령이 출력된 경우에, 승차인의 좌우 방향에서의 제 1 이동동작부(3)의 접지점의 이동속도와 제 2 이동동작부(4)의 접지점의 이동속도를 서로 상이한 속도가 되도록 제어한다.

Description

도립진자형 차량{INVERTED PENDULUM TYPE VEHICLE}

본 발명은 바닥면(床面) 위를 이동 가능한 도립진자형(倒立振子型) 차량에 관한 것이다.

바닥면 위를 이동하는 이동동작부와, 이 이동동작부를 구동하는 액추에이터 장치가 조립된 기체(基體)에, 연직 방향에 대하여 경동(傾動) 자유로운 승차인(乘員) 탑승부가 조립된 도립진자형 차량이 종래부터 알려져 있다. 이 도립진자형 차량은, 승차인이 탑승한 승차인 탑승부를 자립적으로 안정화시키기 위하여, 도립진자의 지지점을 움직이는 것과 같은 형태로, 이동동작부의 이동동작을 제어하도록 한 차량이다.

예를 들면, 일본 특개 2011-068165호 공보(이하, 특허문헌 1이라고 함) 등에는, 승차인 탑승부의 경동 등에 따라, 이동동작부를 구동함으로써 바닥면 위를, 승차인의 전후 방향 및 좌우 방향을 포함하는 전체 방향으로 이동 가능하게 한 도립진자형 차량이 본원 출원인에 의해 제안되어 있다.

(발명의 요약)

그런데, 특허문헌 1에 개시되는 것과 같은 종래의 도립진자형 차량에서는, 차량의 이동방향을 서서히 변화시키도록 승차인이 상체를 움직임으로써 차량의 선회를 행하는 것은 가능하다. 단, 그 선회를 원활하게 행하기 위해서는 일반적으로는 승차인의 숙련된 조종 기술을 필요로 하고 있었다.

특히, 차량의 전진 주행을 저속으로 행하고 있는 상황이나, 차량이 거의 정차하고 있는 것과 같은 상황에서, 차량의 선회(방향전환)를 행하는 것은 숙련된 승차인이어도 어려운 것으로 되어 있었다.

본 발명은 이러한 배경을 감안하여 이루어진 것으로, 차량의 조종성을 높여, 차량의 선회를 용이하게 행할 수 있는 도립진자형 차량을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 도립진자형 차량은, 이러한 목적을 달성하기 위하여, 바닥면 위를 이동 가능한 제 1 이동동작부와, 이 제 1 이동동작부를 구동하는 제 1 액추에이터 장치와, 상기 제 1 이동동작부 및 제 1 액추에이터 장치가 조립된 기체와, 연직방향에 대하여 경사 자유롭게 상기 기체에 조립된 승차인 탑승부를 적어도 구비하고, 상기 제 1 이동동작부가 상기 제 1 액추에이터 장치의 구동력에 의해 상기 승차인 탑승부에 탑승한 승차인의 전후 방향 및 좌우 방향을 포함하는 전체 방향으로 이동 가능하게 구성된 도립진자형 차량으로서,

상기 제 1 이동동작부와 상기 전후 방향으로 간격을 두고 이 제 1 이동동작부 또는 상기 기체에 연결되고, 바닥면 위를 상기 전체 방향으로 이동 가능하게 구성된 제 2 이동동작부와,

적어도 이 제 2 이동동작부의 상기 좌우 방향으로의 이동을 행하게 하는 구동력을 발생하는 제 2 액추에이터 장치와,

상기 승차인 탑승부에 탑승한 승차인에 의한 조작에 따라, 적어도 상기 도립진자형 차량의 선회를 행하게 하기 위한 선회 지령을 출력하는 조작기와,

상기 제 1 액추에이터 장치를 제어함으로써 상기 제 1 이동동작부의 이동동작을 제어하는 제 1 제어 수단과,

상기 제 2 액추에이터 장치를 제어함으로써 상기 제 2 이동동작부의 이동동작을 제어하는 제 2 제어 수단을 구비하고,

상기 제 1 제어 수단은 상기 조작기로부터 상기 선회 지령이 출력되고 있는 경우 및 이 선회 지령이 출력되고 있지 않은 경우중 어느 하나의 경우에서도, 적어도 상기 승차인 탑승부의 상기 전후 방향 및 좌우 방향의 일방 또는 양쪽 방향으로의 경사에 따라 상기 제 1 이동동작부를 이동시키도록 상기 제 1 액추에이터 장치를 제어하고,

상기 제 2 제어 수단은, 적어도 상기 제 1 이동동작부가 상기 전후 방향으로 이동하고 있거나 또는 정지하고 있는 상황에서, 상기 조작기로부터 상기 선회 지령이 출력된 경우에는, 상기 좌우 방향에서의 상기 제 2 이동동작부의 접지점의 이동속도가 상기 좌우 방향에서의 상기 제 1 이동동작부의 접지점의 이동속도와 상이한 속도가 되도록 상기 제 2 액추에이터 장치를 제어하는 것을 특징으로 한다(제 1 발명).

이러한 제 1 발명에 의하면, 상기 제 1 이동동작부 및 제 1 액추에이터 장치에 더하여, 상기 선회 지령을 출력하는 조작기와, 상기 제 1 이동동작부와 전후 방향으로 간격을 두고 배치되고, 전체 방향으로 이동 가능한 제 2 이동동작부와, 이 제 2 이동동작부를 상기 좌우 방향으로 이동시키는 구동력을 발생하는 제 2 액추에이터 장치가 도립진자형 차량에 구비되어 있다.

그리고, 상기 조작기로부터 상기 선회 지령이 출력되고 있지 않은 경우 및 이 선회 지령이 출력되고 있지 않은 경우중 어느 경우에도, 적어도 상기 승차인 탑승부의 상기 전후 방향 및 좌우 방향의 일방 또는 양쪽 방향으로의 경사에 따라 상기 제 1 이동동작부를 이동시키도록 상기 제 1 액추에이터 장치가 제 1 제어 수단에 의해 제어된다.

한편, 상기 제 2 제어 수단은, 적어도 상기 제 1 이동동작부가 상기 전후 방향으로 이동하고 있거나 또는 정지해 있는 상황에서, 상기 조작기로부터 상기 선회 지령이 출력된 경우에는, 상기 좌우 방향에서의 상기 제 2 이동동작부의 접지점의 이동속도가 상기 좌우 방향에서의 상기 제 1 이동동작부의 접지점의 이동속도와 상이한 속도가 되도록 상기 제 2 액추에이터 장치를 제어한다.

이 때문에, 제 1 이동동작부와 제 2 이동동작부에서는 각각의 접지점의 좌우 방향의 이동속도의 속도차가 발생한다. 이것에 의해, 전후 방향에서의 도립진자형 차량의 이동속도에 의하지 않고, 도립진자형 차량의 선회(방향전환을 포함함)가 행해진다.

따라서, 제 1 발명의 도립진자형 차량에 의하면, 승차인 탑승부에 탑승한 승차인은, 이 승차인 탑승부를 경사시킴으로써 차량의 이동을 행하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 조작기를 조작하여, 선회 지령을 출력시킴으로써 승차인 탑승부의 복잡한 경사 동작을 행하게 하지 않고, 차량을 선회시킬 수 있다.

따라서, 제 1 발명의 도립진자형 차량에 의하면, 차량의 조종성을 높여, 차량의 선회를 용이하게 행할 수 있다.

이러한 제 1 발명에서는, 상기 제 2 이동동작부는, 예를 들면, 상기 제 1 이동동작부의 후방측에 배치된다. 그리고, 이 경우, 상기 제 2 제어 수단은, 상기 도립진자형 차량을 우측으로 선회시키기 위한 상기 선회 지령이 상기 조작기로부터 출력되고 있는 경우에는, 상기 제 1 이동동작부의 접지점에 대한 상기 제 2 이동동작부의 접지점의 상기 좌우 방향에서의 상대적인 이동속도가 좌향의 상대속도로 되도록 상기 제 2 액추에이터 장치를 제어하고, 상기 도립진자형 차량을 좌측으로 선회시키기 위한 상기 선회 지령이 상기 조작기로부터 출력되어 있는 경우에는, 상기 제 1 이동동작부의 접지점에 대한 상기 제 2 이동동작부의 접지점의 상기 좌우 방향에서의 상대적인 이동속도가 우향의 상대속도로 되도록 상기 제 2 액추에이터 장치를 제어한다(제 2 발명).

이 제 2 발명에 의하면, 상기 제 1 이동동작부의 접지점에 대한 상기 제 2 이동동작부의 접지점의 상기 좌우 방향에서의 상대적인 이동속도의 방향이 상기 선회 지령에 의해 규정되는 차량의 선회 방향에 대응하는 방향이 된다. 이 때문에, 차량의 우측 또는 좌측으로의 선회를 원활하게 행할 수 있다.

상기 제 1 발명 또는 제 2 발명에서는, 상기 제 1 이동동작부의 이동이 행해지고 있지 않은 상태에서, 차량의 선회를 행하는 것도 가능하다. 단, 그 경우, 제 1 이동동작부와 바닥면 사이의 마찰력에 의해, 차량의 선회가 원활하게 행해지지 않을 우려가 있다.

그래서, 상기 제 1 발명 또는 제 2 발명에서는, 상기 제 1 제어 수단은 적어도 상기 좌우 방향에서의 상기 제 1 이동동작부의 접지점의 이동속도가 제로로 되어 있는 상황에서, 상기 조작기로부터 상기 선회 지령이 출력된 경우에는, 상기 제 1 이동동작부를 상기 좌우 방향으로 이동시키도록 상기 제 1 액추에이터 장치를 제어하는 것이 바람직하다(제 3 발명).

또한, 제 3 발명에 있어서, 상기 좌우 방향에서의 제 1 이동동작부의 접지점의 이동속도가 제로로 되어 있는 상황이라고 하는 것은 이 이동속도가 엄밀하게 제로인 상황만을 의미하는 것은 아니고, 이 이동속도의 크기가 충분히 미소한 것(거의 제로)으로 되어 있는 상황을 포함하는 것이다.

이 제 3 발명에 의하면, 상기 제 1 이동동작부의 상기 좌우 방향으로의 이동이 행해지면서, 차량의 선회가 행해진다. 이 때문에, 상기 제 1 이동동작부와 바닥면 사이의 마찰력이 경감된다. 그 결과, 차량의 선회를 원활하게 행할 수 있다.

또한 상기 제 2 발명에서는, 상기 제 1 제어 수단은, 적어도 상기 전후 방향 및 좌우 방향에서의 상기 제 1 이동동작부의 접지점의 이동속도가 제로가 되어 있는 상황인 제 1 상황에서, 상기 도립진자형 차량을 우측으로 선회시키기 위한 상기 선회 지령이 상기 조작기로부터 출력된 경우에는, 상기 제 1 이동동작부를 좌향으로 이동시키도록 상기 제 1 액추에이터 장치를 제어하고, 상기 제 1 상황에서, 상기 도립진자형 차량을 좌측으로 선회시키기 위한 상기 선회 지령이 상기 조작기로부터 출력된 경우에는, 상기 제 1 이동동작부를 우향으로 이동시키도록 상기 제 1 액추에이터 장치를 제어하는 것이 바람직하다(제 4 발명).

또한, 제 4 발명에 있어서, 상기 전후 방향 및 좌우 방향에서의 제 1 이동동작부의 접지점의 이동속도가 제로로 되어 있는 상황(제 1 상황)이라고 하는 것은 이 전후 방향 및 좌우 방향의 이동속도가 엄밀하게 제로인 상황만을 의미하는 것이 아니라, 이 전후 방향 또는 좌우 방향의 이동속도의 크기가 충분히 미소한 것(거의 제로)으로 되어 있는 상황을 포함하는 것이다.

이 제 4 발명에 의하면, 상기 제 1 상황에서, 도립진자형 차량을 우측으로 선회시키기 위한 선회 지령이 조작기로부터 출력된 경우에는, 제 1 이동동작부는 좌우 방향 중 좌향으로 이동하도록 제어된다.

또한 상기 제 1 상황에서, 도립진자형 차량을 좌측으로 선회시키기 위한 선회 지령이 조작기로부터 출력된 경우에는, 제 1 이동동작부는 좌우 방향 중 우향으로 이동하도록 제어된다.

또한 제 2 이동동작부는 상기 좌우 방향 중 제 1 이동동작부와 동일한 방향으로, 제 1 이동동작부보다도 빠른 이동속도로 이동하도록 제어된다.

이 때문에, 상기 제 1 상황에서의 상기 선회 지령에 따른 차량의 선회는 제 1 및 제 2 이동동작부의 접지면의 전방의 영역에 순간 선회 중심이 존재하도록 행해지게 된다. 또한, 본 명세서에 있어서의 순간 선회 중심이라고 하는 것은 차량의 선회 중의 각 순간에서의 요잉축 둘레 방향의 차량의 회전 운동의 회전 중심을 의미한다.

이 결과, 승차인 탑승부에 탑승하고 있는 승차인은 차량의 선회 거동을 체감적으로 인식하기 쉬워진다. 나아가서는, 이 승차인은 차량의 선회 거동의 인식을 적절하게 행하면서, 원하는 선회 거동이 얻어지도록 조작기를 조작할 수 있다.

또한 제 1 이동동작부 및 제 2 이동동작부의 양쪽이 좌우 방향으로 이동하면서, 차량의 선회가 행해지므로, 이 선회가 각 이동동작부와 바닥면 사이의 마찰력에 의해 저해되는 것을 방지할 수 있다. 나아가서는, 이 선회를 원활하게 행할 수 있다.

또한 상기 제 4 발명에서는, 상기 제 1 제어 수단 및 제 2 제어 수단은, 적어도 상기 제 1 이동동작부가 상기 전후 방향으로 이동하고 있는 상황인 제 2 상황에서, 상기 조작기로부터 상기 선회 지령이 출력된 경우에는, 상기 좌우 방향에서의 상기 제 1 이동동작부의 접지점의 이동속도가 상기 제 2 이동동작부의 접지점의 이동속도와 동일한 방향으로 제로 이상의 이동속도로 됨과 아울러, 상기 좌우 방향에서의 제 2 이동동작부의 접지점의 이동속도의 크기가 상기 제 1 이동동작부의 접지점의 이동속도보다도 커지도록 상기 제 1 액추에이터 장치 및 제 2 액추에이터 장치의 각각을 제어하는 것이 바람직하다(제 5 발명).

이 제 5 발명에 의하면, 상기 제 1 이동동작부가 상기 전후 방향으로 이동하고 있는 제 2 상황, 즉, 차량이 전후 방향으로 이동하고 있는 상황에서, 상기 조작기로부터 상기 선회 지령이 출력된 경우에는, 제 1 이동동작부 및 제 2 이동동작부의 접지점의 이동속도가 상기한 바와 같이 제어된다. 이것에 의해, 차량은 제 1 이동동작부의 접지면 내 혹은 이 접지면보다도 전방의 영역으로 순간 선회 중심이 존재하도록 선회하게 된다.

이 때문에, 승차인 탑승부에 탑승해 있는 승차인은, 차량의 선회 거동을 체감적으로 용이하게 인식하면서, 원하는 선회 거동이 얻어지도록 조작기를 조작할 수 있다.

상기 제 5 발명에서는, 상기 제 1 제어 수단 및 제 2 제어 수단은, 상기 제 2 상황에서, 상기 조작기로부터 상기 선회 지령이 출력된 경우에는, 상기 좌우 방향에서의 상기 제 2 이동동작부의 접지점의 이동속도의 크기에 대한 상기 제 1 이동동작부의 접지점의 이동속도의 크기의 비율을, 기정의 소정값에 유지하도록 상기 제 1 액추에이터 장치 및 제 2 액추에이터 장치의 각각을 제어하도록 하는 것도 가능하다.

단, 상기 제 1 제어 수단 및 제 2 제어 수단은, 상기 제 2 상황에서, 상기 조작기로부터 상기 선회 지령이 출력된 경우에는, 상기 좌우 방향에서의 상기 제 2 이동동작부의 접지점의 이동속도의 크기에 대한 상기 제 1 이동동작부의 접지점의 이동속도의 크기의 비율을, 상기 도립진자형 차량의 미리 정한 대표점의 상기 전후 방향에서의 이동속도의 크기가 클수록, 제로에 근접시키도록 상기 제 1 액추에이터 장치 및 제 2 액추에이터 장치의 각각을 제어하는 것이 바람직하다(제 6 발명).

또한, 도립진자형 차량의 대표점으로서는 이 차량의 전체의 무게 중심점, 또는, 상기 기체 또는 승차인 탑승부에 대하여 고정된 위치의 점, 또는, 상기 제 1 이동동작부와 상기 전후 방향의 이동속도가 동일하게 되는 점 등을 채용할 수 있다.

이 제 6 발명에 의하면, 상기 선회 지령에 따라 차량의 선회를 행할 때에, 도립진자형 차량의 대표점의 전후 방향에서의 이동속도가 클수록, 상기 비율이 제로에 근접한다. 이 때문에, 제 1 이동동작부 및 제 2 이동동작부의 좌우 방향에서의 이동이 적어져, 차량의 선회 경로를 원하는 경로를 따르게 하기 쉬워진다. 나아가서는, 차량을 전후 방향으로 이동시키면서, 원하는 방향으로 선회시키기 위한 조작기의 조작이 용이하게 된다.

또한 상기 도립진자형 차량의 대표점의 상기 전후 방향에서의 이동속도가 작을 경우에는, 상기 선회 지령에 따른 차량의 선회시에는 제 1 이동동작부 및 제 2 이동동작부가 좌우 방향으로 이동하면서 차량의 선회가 행해진다. 이 때문에, 상기 도립진자형 차량의 대표점의 상기 전후 방향에서의 이동속도가 작은 상황에서의 차량의 선회가 각 이동동작부와 바닥면 사이의 마찰력에 의해 저해되는 것을 방지할 수 있다. 나아가서는, 이 선회를 원활하게 행할 수 있다.

또한 본 발명의 도립진자형 차량은, 상기 제 1 발명에 있어서, 상기 제 2 이동동작부는, 예를 들면, 상기 제 1 이동동작부의 후방측에 배치된다. 그리고, 이 경우, 상기 제 1 제어 수단 및 제 2 제어 수단은 적어도 상기 전후 방향 및 좌우 방향에서의 상기 제 1 이동동작부의 접지점의 이동속도가 제로로 되어 있는 상황인 제 1 상황에서, 상기 조작기로부터 상기 선회 지령이 출력된 경우에는, 상기 도립진자형 차량이 선회하고, 또한, 상기 제 1 이동동작부의 접지면의 전방의 영역에 순간 선회 중심이 존재하도록, 상기 좌우 방향에서의 상기 제 1 이동동작부 및 제 2 이동동작부의 접지점의 이동속도를 각각 상기 제 1 액추에이터 장치 및 제 2 액추에이터 장치를 통하여 제어하는 것이 바람직하다(제 7 발명).

또한, 제 7 발명에 있어서, 상기 전후 방향 및 좌우 방향에서의 상기 제 1 이동동작부의 접지점의 이동속도가 제로로 되어 있는 상황(제 1 상황)이라는 것은 제 4 발명의 경우와 마찬가지로, 이 전후 방향 및 좌우 방향의 이동속도가 엄밀하게 제로인 상황만을 의미하는 것이 아니고, 이 전후 방향 또는 좌우 방향의 이동속도의 크기가 충분히 미소한 것 (거의 제로)로 되어 있는 상황을 포함하는 것이다.

이 제 7 발명에 의하면, 제 4 발명과 마찬가지로, 상기 제 1 상황에서의 상기 선회 지령에 따른 차량의 선회는 제 1 및 제 2 이동동작부의 접지면의 전방의 영역에 순간 선회 중심이 존재하도록 행해지게 된다.

이 결과, 승차인 탑승부에 탑승하고 있는 승차인은 차량의 선회 거동을 체감적으로 인식하기 쉬워진다. 나아가서는, 이 승차인은 차량의 선회 거동의 인식을 적절하게 행하면서, 원하는 선회 거동이 얻어지도록 조작기를 조작할 수 있다.

또한 제 1 이동동작부 및 제 2 이동동작부의 양쪽이 좌우 방향으로 이동하면서, 차량의 선회가 행해진다. 이 때문에, 이 선회가 각 이동동작부와 바닥면 사이의 마찰력에 의해 저해되는 것을 방지할 수 있다. 나아가서는 이 선회를 원활하게 행할 수 있다.

또한, 제 7 발명에서는, 상기 좌우 방향에서의 제 1 이동동작부 및 제 2 이동동작부의 접지점의 이동속도를 상기 제 4 발명과 동일하게 제어함으로써 제 1 이동동작부의 전방의 영역으로 순간 선회 중심이 존재하도록 차량을 선회시키도록 할 수 있다.

또한 상기 제 7 발명에서는, 상기 제 1 제어 수단 및 제 2 제어 수단은 적어도 상기 제 1 이동동작부가 상기 전후 방향으로 이동하고 있는 상황인 제 2 상황에서, 상기 조작기로부터 상기 선회 지령이 출력된 경우에는, 상기 도립진자형 차량이 선회하고, 또한, 상기 제 1 이동동작부의 접지면 내 또는 이 접지면보다도 전방의 영역으로 순간 선회 중심이 존재하도록, 상기 좌우 방향에서의 상기 제 1 이동동작부 및 제 2 이동동작부의 접지점의 이동속도를 각각 상기 제 1 액추에이터 장치 및 제 2 액추에이터 장치를 통하여 제어하는 것이 바람직하다(제 8 발명).

이 제 8 발명에 의하면, 상기 제 1 이동동작부가 상기 전후 방향으로 이동하고 있는 제 2 상황, 즉, 차량이 전후 방향으로 이동하고 있는 상황에서, 상기 조작기로부터 상기 선회 지령이 출력된 경우에는, 제 5 발명과 마찬가지로, 차량은, 제 1 이동동작부의 접지면 내 혹은, 이 접지면보다도 전방의 영역에 순간 선회 중심이 존재하도록 선회하게 된다.

이 때문에, 승차인 탑승부에 탑승하고 있는 승차인은 차량의 선회 거동을 체감적으로 용이하게 인식하면서, 원하는 선회 거동이 얻어지도록 조작기를 조작할 수 있다.

또한, 제 8 발명에서는, 상기 좌우 방향에서의 제 1 이동동작부 및 제 2 이동동작부의 접지점의 이동속도를 상기 제 5 발명과 마찬가지로 제어함으로써 상기 제 1 이동동작부의 접지면 내 혹은, 이 접지면보다도 전방의 영역에 순간 선회 중심이 존재하도록 차량을 선회시키도록 할 수 있다.

상기 제 8 발명에서는, 상기 제 1 제어 수단 및 제 2 제어 수단은, 상기 제 2 상황에서, 상기 조작기로부터 상기 선회 지령이 출력된 경우에 있어서의 차량의 순간 선회 중심을 차량에 대하여 일정한 위치가 되도록 하는 것도 가능하다.

단, 상기 제 1 제어 수단 및 제 2 제어 수단은, 상기 제 2 상황에서, 상기 조작기로부터 상기 선회 지령이 출력된 경우에는, 상기 순간 선회 중심을, 상기 도립진자형 차량의 미리 정한 대표점의 상기 전후 방향에서의 이동속도의 크기가 클수록, 상기 제 1 이동동작부의 접지면의 전방측으로부터 이 접지면에 근접하도록 상기 좌우 방향에서의 상기 제 1 이동동작부 및 제 2 이동동작부의 접지점의 이동속도를 각각 상기 제 1 액추에이터 장치 및 제 2 액추에이터 장치를 통하여 제어하는 것이 바람직하다(제 9 발명).

또한, 도립진자형 차량의 대표점으로서는 상기 제 6 발명과 마찬가지로, 이 차량의 전체의 무게중심점(重心點), 상기 기체 또는 승차인 탑승부에 대하여 고정된 위치의 점, 상기 제 1 이동동작부와 상기 전후 방향의 이동속도가 동일하게 되는 점 등을 채용할 수 있다.

이 제 9 발명에 의하면, 상기 선회 지령에 따라 차량의 선회를 행할 때에, 상기 제 6 발명과 마찬가지로, 상기 도립진자형 차량의 대표점의 상기 전후 방향에서의 이동속도의 크기가 클수록, 제 1 이동동작부 및 제 2 이동동작부의 좌우 방향에서의 이동이 적어져, 차량의 선회 경로를 원하는 경로를 따르게 하기 쉬워진다. 나아가서는, 차량을 전후 방향으로 이동시키면서, 원하는 선회시키기 위한 조작기의 조작이 용이하게 된다.

또한 상기 도립진자형 차량의 대표점의 상기 전후 방향에서의 이동속도가 작을 경우에는, 상기 제 6 발명과 마찬가지로, 상기 선회 지령에 따른 차량의 선회시에는, 제 1 이동동작부 및 제 2 이동동작부가 좌우 방향으로 이동하면서 차량의 선회가 행해진다. 이 때문에, 상기 도립진자형 차량의 대표점의 상기 전후 방향에서의 이동속도가 작은 상황에서의 차량의 선회가 각 이동동작부와 바닥면 사이의 마찰력에 의해 저해되는 것을 방지할 수 있다. 나아가서는, 이 선회를 원활하게 행할 수 있다.

또한, 제 9 발명에서는, 상기 제 2 상황에서, 상기 조작기로부터 상기 선회 지령이 출력된 경우에, 상기 제 1 이동동작부 및 제 2 이동동작부의 접지점의 이동속도를 상기 제 6 발명과 마찬가지로 제어함으로써 상기 순간 선회 중심을, 상기 도립진자형 차량의 대표점의 상기 전후 방향에서의 이동속도의 크기가 클수록, 상기 제 1 이동동작부의 접지면의 전방측으로부터 이 접지면에 근접하도록 할 수 있다.

보충하면, 본 발명의 도립진자형 차량은 다음과 같은 형태를 채용할 수도 있다. 즉, 예를 들면, 상기 승차인 탑승부가 상기 기체와 일체로 경사 자유로운 경우에는, 상기 제 2 이동동작부를 상기 제 1 이동동작부의 후방측에 배치하고, 이 제 2 이동동작부를 상기 좌우 방향의 축 둘레에서 상기 기체에 대하여 요동 자유롭게 설치한다. 그리고, 이 경우, 상기 기체에 대한 제 2 이동동작부의 요동 범위를 제한하는 기구를 상기 차량에 구비해 둔다.

이와 같이 함으로써 승차인 탑승부가 후방측에 과잉하게 기우는 것을 방지할 수 있다.

또한 상기 제 2 이동동작부를 바닥면에 대하여 내리누르는 스프링 등의 가압 수단을 구비하도록 해도 된다. 이와 같이 함으로써 제 2 이동동작부의 슬립이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한 상기 조작기는 상기 승차인 탑승부에 탑승한 승차인에 의한 조작에 따라, 상기 도립진자형 차량의 전진 또는 후진을 행하게 하기 위한 전진·후진 지령을 출력하는 기능을 더 구비하도록 해도 된다. 그리고, 이 경우, 상기 제 1 제어 수단은, 이 조작기로부터 전진·후진 지령이 출력되고 있는 경우에, 상기 제 1 이동동작부를 상기 전후 방향으로 이동시키도록 상기 제 1 액추에이터 장치를 제어하도록 해도 된다.

본 발명은 이러한 배경을 감안하여 이루어진 것으로, 차량의 조종성을 높여, 차량의 선회를 용이하게 행할 수 있는 도립진자형 차량을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태의 도립진자형 차량의 외관 사시도,
도 2는 제 1 실시형태의 도립진자형 차량의 측면도,
도 3은 제 1 실시형태의 도립진자형 차량의 제어를 위한 구성을 도시하는 블럭도,
도 4는 도 3에 도시하는 제 1 제어처리부의 처리를 나타내는 블록선도,
도 5는 도 3에 도시하는 제 1 제어처리부의 처리에 사용하는 도립진자 모델을 설명하기 위한 도면,
도 6은 도 5의 도립진자 모델에 관한 거동을 나타내는 블록선도, 도 7은 도 4에 나타내는 조작지령 변환부의 처리를 나타내는 블록선도,
도 8은 도 4에 도시하는 무게중심(중심)(重心) 벗어남 추정부의 처리를 나타내는 블록선도,
도 9는 도 3에 도시하는 제 2 제어처리부의 처리를 나타내는 블록선도,
도 10은 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 제 1 제어처리부의 주요부의 처리를 나타내는 블럭도이다.

(실시예)

[제 1 실시형태]

본 발명의 제 1 실시형태를 도 1∼도 9를 참조하여 설명한다. 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 도립진자형 차량(1)(이후, 단지 차량(1)이라고 하는 경우가 있음)은 기체(2)와, 바닥면 위를 이동 가능한 제 1 이동동작부(3) 및 제 2 이동동작부(4)와, 승차인이 탑승하는 승차인 탑승부(5)를 구비한다.

제 1 이동동작부(3)는, 도 2에 도시하는 둥근 고리 형상의 심체(芯體)(6)(이하, 환상 심체(6)라고 함)와, 이 환상 심체(6)의 원주 방향(축심 둘레 방향)으로 동일한 각도 간격으로 배열되도록 하여 이 환상 심체(6)에 장착된 복수의 둥근 고리 형상의 롤러(7)를 구비한다. 각 롤러(7)는 그 회전축심을 환상 심체(6)의 원주 방향을 향하여 환상 심체(6)에 외부에서 삽입되어 있다. 그리고, 각 롤러(7)는 환상 심체(6)의 축심 둘레로 이 환상 심체(6)와 일체로 회전 가능하게 되어 있다. 또한, 각 롤러(7)는 이 환상 심체(6)의 횡단면의 중심축(환상 심체(6)의 축심을 중심으로 하는 원주축) 둘레로 회전 가능하게 되어 있다.

이들 환상 심체(6) 및 복수의 롤러(7)를 갖는 제 1 이동동작부(3)는 환상 심체(6)의 축심을 바닥면과 평행하게 한 상태에서, 롤러(7)(환상 심체(6)의 하부에 위치하는 롤러(7))를 통하여 바닥면 위에 접지된다. 이 접지상태에서, 환상 심체(6)를 그 축심 둘레로 회전구동함으로써 환상 심체(6) 및 각 롤러(7)의 전체가 윤전(輪轉)한다. 그것에 의해 제 1 이동동작부(3)가 환상 심체(6)의 축심과 직교하는 방향으로 바닥면 위를 이동하게 되어 있다. 또한 상기 접지 상태에서, 각 롤러(7)를 그 회전축심 둘레로 회전구동함으로써 제 1 이동동작부(3)가 환상 심체(6)의 축심방향으로 이동하게 되어 있다.

또한, 환상 심체(6)의 회전구동과 각 롤러(7)의 회전구동을 행함으로써 환상 심체(6)의 축심과 직교하는 방향과, 환상 심체(6)의 축심방향에 대하여 경사진 방향으로 제 1 이동동작부(3)가 이동하게 되어 있다.

이것에 의해, 제 1 이동동작부(3)는 바닥면 위를 전체 방향으로 이동하는 것이 가능하게 되어 있다. 이후의 설명에서는, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 제 1 이동동작부(3)의 이동방향 중, 환상 심체(6)의 축심과 직교하는 방향을 X축 방향, 이 환상 심체(6)의 축심방향을 Y축 방향으로 하고, 연직방향을 Z축 방향으로 한다. 또한, 전방향을 X축의 정방향, 좌방향을 Y축의 정방향, 상방향을 Z축의 정방향으로 한다.

기체(2)에는 상기 제 1 이동동작부(3)가 조립되어 있다. 보다 상세하게는, 기체(2)는 바닥면에 접지시킨 제 1 이동동작부(3)의 하부를 제외한 부분의 주위를 덮도록 설치되어 있다. 그리고, 이 기체(2)에 제 1 이동동작부(3)의 환상 심체(6)가 그 축심 둘레로 회전 자유롭게 지지되어 있다.

이 경우, 기체(2)는 제 1 이동동작부(3)의 환상 심체(6)의 축심을 지지점으로 하여, 그 축심 둘레로(Y축 둘레로) 경사 자유롭게 되어 있다. 또한 기체(2)는 제 1 이동동작부(3)와 함께 바닥면에 대하여 기울어짐으로써 제 1 이동동작부(3)의 접지부를 지지점으로 하여, 환상 심체(6)의 축심과 직교하는 X축 둘레로 경사 자유롭게 하고 있다. 따라서, 기체(2)는 연직방향에 대하여 2축 둘레로 경사 자유롭게 되어 있다.

또한 기체(2)의 내부에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제 1 이동동작부(3)를 이동시키는 구동력을 발생하는 제 1 액추에이터 장치(8)가 탑재되어 있다. 이 제 1 액추에이터 장치(8)는 환상 심체(6)를 회전구동하는 액추에이터로서의 전동 모터(8a)와, 각 롤러(7)를 회전구동하는 액추에이터로서의 전동 모터(8b)로 구성된다. 그리고, 전동 모터(8a, 8b)는 각각 도시를 생략하는 동력 전달 기구를 통하여 환상 심체(6), 각 롤러(7)에 회전구동력을 부여하도록 하고 있다. 또한, 이 동력 전달 기구는 공지의 구조의 것이어도 된다.

또한, 제 1 이동동작부(3)는 상기의 구조와 상이한 구조의 것이어도 된다. 예를 들면, 제 1 이동동작부(3) 및 그 구동계의 구조로서 PCT 국제공개 공보 WO/2008/132778, 또는, PCT 국제공개 공보 WO/2008/132779에서 본원 출원인이 제안한 구조의 것을 채용해도 된다.

또한 기체(2)에는 승차인 탑승부(5)가 조립되어 있다. 이 승차인 탑승부(5)는 승차인이 착석하는 시트에 의해 구성되어 있고, 기체(2)의 상단부에 고정되어 있다. 그리고, 승차인은, 그 전후 방향을 X축 방향, 좌우 방향을 Y축 방향을 향하여, 승차인 탑승부(5)에 착석하는 것이 가능하게 되어 있다. 또한 승차인 탑승부(5)(시트)는 기체(2)에 고정되어 있으므로, 이 기체(2)와 일체로 연직방향에 대하여 경사 자유롭게 되어 있다.

기체(2)에는, 또한 승차인 탑승부(5)에 착석한 승차인이 그 발을 올려놓는 한 쌍의 발걸이부(9, 9)와, 이 승차인이 파지하는 한 쌍의 파지부(10, 10)가 조립되어 있다.

발걸이부(9, 9)는 기체(2)의 양측부의 하부에 돌출 설치되어 있다. 또한, 도 1 및 도 2에서는, 일방측(우측)의 발걸이부(9)의 도시는 생략되어 있다.

또한 파지부(10, 10)는 승차인 탑승부(5)의 양측에 X축 방향(전후 방향)으로 뻗어 배치된 바 형상의 것으로, 각각, 기체(2)로부터 연장 설치된 로드(11)를 통하여 기체(2)에 고정되어 있다. 그리고, 파지부(10, 10) 중 일방의 파지부(10)(도면에서는 우측의 파지부(10))에는 조작기로서의 조이스틱(12)이 부착되어 있다.

이 조이스틱(12)은 전후 방향(X축 방향) 및 좌우 방향(Y축 방향)으로 요동 조작 가능하게 되어 있다. 그리고, 이 조이스틱(12)은 그 전후 방향(X축 방향)의 요동량을 나타내는 조작 신호를 차량(1)을 전방 또는 후방으로 이동시키는 지령으로서 출력한다. 또한 이 조이스틱(12)은 좌우 방향(Y축 방향)의 요동량을 나타내는 조작 신호를 차량(1)을 우회전(시계방향) 또는 좌회전(반시계방향)으로 선회시키기 위한 지령(선회 지령)으로서 출력한다.

또한, 본 실시형태에서는, 조이스틱(12)의 전후 방향의 요동량(즉, Y축 둘레의 회전량)은 전향(前向)의 요동량이 정, 후향의 요동량이 부이다. 또한 조이스틱(12)의 좌우 방향의 요동량(즉, X축 둘레의 회전량)은 좌향의 요동량이 정, 우향의 요동량이 부이다.

제 2 이동동작부(4)는, 본 실시형태에서는, 소위, 옴니휠에 의해 구성되어 있다. 제 2 이동동작부(4)로서의 옴니휠은 동축심의 한 쌍의 환상 심체(도시 생략)와, 각 환상 심체에, 회전축심을 이 환상 심체의 원주 방향을 향하여 회전 자유롭게 외부 삽입된 복수의 술통 형상의 롤러(13)를 구비하는 공지의 구조의 것이다.

이 경우, 제 2 이동동작부(4)는 그 한 쌍의 환상 심체의 축심을 X축 방향(전후 방향)을 향하여 제 1 이동동작부(3)의 후방에 배치되고, 롤러(13)를 통하여 바닥면에 접지되어 있다.

또한, 상기 한 쌍의 환상 심체의 일방측의 롤러(13)와 타방측의 롤러(13)는 이 환상 심체의 둘레 방향에 위상을 비켜 놓아 배치되어 있다. 그리고, 이 한 쌍의 환상 심체의 회전시에, 이 한 쌍의 환상 심체의 일방측의 롤러(13)와, 타방측의 롤러(13) 중 어느 한쪽이 바닥면에 접지하게 되어 있다.

상기 옴니휠에 의해 구성된 제 2 이동동작부(4)는 기체(2)에 연결되어 있다. 보다 상세하게는, 제 2 이동동작부(4)는 옴니휠(한 쌍의 환상 심체 및 복수의 롤러(13)의 전체)의 상부측의 부분을 덮는 케이싱(14)을 구비하고 있다. 이 케이싱(14)에 옴니휠의 한 쌍의 환상 심체가 그 축심 둘레로 회전 자유롭게 축지지되어 있다. 또한, 케이싱(14)으로부터 기체(2)측으로 연장 설치된 암(15)이 상기 제 1 이동동작부(3)의 환상 심체(6)의 축심 둘레로 요동할 수 있도록 기체(2)에 축지지되어 있다. 이것에 의해, 제 2 이동동작부(4)가 암(15)을 통하여 기체(2)에 연결되어 있다.

그리고, 제 2 이동동작부(4)는 암(15)의 요동에 의해 상기 제 1 이동동작부(3)의 환상 심체(6)의 축심 둘레로 기체(2)에 대하여 요동 자유롭게 되어 있다. 이것에 의해, 제 1 이동동작부(3)와 제 2 이동동작부(4)의 양쪽을 접지시킨 채, 승차인 탑승부(5)를 기체(2)와 함께 Y축 둘레로 경사시키는 것이 가능하게 되어 있다.

또한, 암(15)을 제 1 이동동작부(3)의 환상 심체(6)의 축의 중심부에 축지지하고, 제 1 이동동작부(3)에 제 2 이동동작부(4)를 암(15)을 통하여 연결하도록 해도 된다.

또한 기체(2)에는 암(15)의 요동 범위를 제한하는 한 쌍의 스토퍼(16, 16)가 설치되어 있다. 그리고, 이 암(15)은 스토퍼(16, 16) 사이의 범위 내에서 요동하는 것이 가능하게 되어 있다. 이것에 의해, 제 1 이동동작부(3)의 환상 심체(6)의 축심 둘레에서의 제 2 이동동작부(4)의 요동 범위, 나아가서는, 기체(2) 및 승차인 탑승부(5)의 X축 둘레의 경사 범위가 제한된다. 그 결과, 이 기체(2) 및 승차인 탑승부(5)가 승차인의 후방측으로 과대하게 기울어지는 것이 방지되게 되어 있다.

또한, 제 2 이동동작부(4)는 바닥면에 내리눌리도록 스프링에 의해 가압되어 있어도 된다.

상기한 바와 같이 제 2 이동동작부(4)는 그 한 쌍의 환상 심체의 회전과, 롤러(13)의 회전 중의 한쪽 또는 양쪽을 행함으로써 제 1 이동동작부(3)와 마찬가지로, 바닥면 위를 X축 방향 및 Y축 방향을 포함하는 전체 방향으로 이동하는 것이 가능하게 되어 있다. 상세하게는, 환상 심체의 회전에 의해, 제 2 이동동작부(4)가 Y축 방향(좌우 방향)으로 이동 가능하게 되어 있다. 또한, 롤러(13)의 회전에 의해, 제 2 이동동작부(4)가 X축 방향(전후 방향)으로 이동 가능하게 되어 있다.

또한 제 2 이동동작부(4)의 케이싱(14)에는 제 2 이동동작부(4)를 구동하는 제 2 액추에이터 장치로서의 전동 모터(17)가 부착되어 있다. 이 전동 모터(17)는 제 2 이동동작부(4)의 한 쌍의 환상 심체를 회전 구동하도록 이 한 쌍의 환상 심체에 연결되어 있다.

따라서, 본 실시형태에서는, 제 2 이동동작부(4)의 X축 방향에서의 이동은 제 1 이동동작부(3)의 X축 방향에서의 이동에 추종하여 종동적으로 행해지게 되어 있다. 또한 제 2 이동동작부(4)의 Y축 방향에서의 이동은 전동 모터(17)에 의해 제 2 이동동작부(4)의 한 쌍의 환상 심체를 회전구동함으로써 행해지게 되어 있다.

보충하면, 제 2 이동동작부(4)는 제 1 이동동작부(3)와 동일한 구조의 것이어도 된다.

이상이 본 실시형태에 있어서의 차량(1)의 기구적인 구성이다.

도 1 및 도 2에서의 도시는 생략했지만, 본 실시형태의 차량(1)의 기체(2)에는, 이 차량(1)의 동작 제어(제 1 이동동작부(3) 및 제 2 이동동작부(4)의 동작 제어)를 위한 구성으로서, 도 3에 도시하는 바와 같이, CPU, RAM, ROM 등을 포함하는 전자회로 유닛에 의해 구성된 제어 장치(21)와, 연직 방향에 대한 승차인 탑승부(5)의 경사각도(기체(2)의 경사각도)를 계측하기 위한 경사 센서(22)와, 차량(1)의 요잉축 둘레의 각속도를 계측하기 위한 요잉레이트 센서(23)가 탑재되어 있다.

그리고, 제어 장치(21)에는, 상기 조이스틱(12)의 출력과, 경사 센서(22) 및 요잉레이트 센서(23)의 검출 신호가 입력되게 되어 있다.

또한, 제어 장치(21)는 서로 통신 가능한 복수의 전자회로 유닛으로 구성되어 있어도 된다.

상기 경사 센서(22)는, 예를 들면, 가속도 센서와 자이로 센서 등의 각속도 센서로 구성된다. 그리고, 제어 장치(21)는 이들 가속도 센서 및 각속도 센서의 검출 신호로부터, 승차인 탑승부(5)의 경사각도(바꾸어 말하면 기체(2)의 경사각도)의 계측값을 공지의 수법을 사용하여 취득한다. 그 수법으로서는, 예를 들면, 일본 특허 4181113호에서 본원 출원인이 제안한 수법을 채용할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서의 승차인 탑승부(5)의 경사각도(또는 기체(2)의 경사각도)라고 하는 것은, 보다 상세하게는, 차량(1)과, 그 승차인 탑승부(5)에 기정의 자세(표준자세)로 탑승한 승차인을 합친 전체의 무게중심이, 제 1 이동동작부(3)의 접지부의 바로 위(연직 방향 상방)에 위치하는 상태에서의 승차인 탑승부(5)(또는 기체(2))의 자세를 기준(제로)으로 하는 경사각도(X축 둘레 방향의 경사각도와 Y축 둘레 방향의 경사각도와의 쌍)이다.

또한 요잉레이트 센서(23)는 자이로 센서 등의 각속도 센서에 의해 구성된다. 그리고, 제어 장치(21)는 그 검출 신호에 기초하여, 차량(1)의 요잉축 둘레의 각속도의 계측값을 취득한다.

또한 제어 장치(21)는 실장되는 프로그램 등에 의해 실현되는 기능(소프트웨어에 의해 실현되는 기능) 또는 하드웨어에 의해 구성되는 기능으로서, 상기한 바와 같이 계측값을 취득하는 기능 외에, 제 1 액추에이터 장치(8)를 구성하는 전동 모터(8a, 8b)를 제어함으로써 제 1 이동동작부(3)의 이동동작을 제어하는 제 1 제어처리부(24)와, 제 2 액추에이터 장치로서의 전동 모터(17)를 제어함으로써 제 2 이동동작부(4)의 이동동작을 제어하는 제 2 제어처리부(25)를 구비한다. 이들 제 1 제어처리부(24) 및 제 2 제어처리부(25)는, 각각, 본 발명에 있어서의 제 1 제어 수단, 제 2 제어 수단에 상당하는 것이다.

제 1 제어처리부(24)는 후술하는 연산처리를 실행함으로써 제 1 이동동작부(3)의 이동속도(상세하게는 X축 방향의 병진속도와 Y축 방향의 병진속도와의 쌍)의 목표값인 제 1 목표속도를 축차 산출한다. 그리고, 제 1 제어처리부(24)는 제 1 이동동작부(3)의 실제의 이동속도를 제 1 목표속도에 일치시키도록 전동 모터(8a, 8b)의 회전속도를 제어한다.

이 경우, 전동 모터(8a, 8b)의 각각의 회전속도와, 제 1 이동동작부(3)의 실제의 이동속도 사이의 관계는 미리 정해져 있다. 따라서, 제 1 이동동작부(3)의 제 1 목표속도에 따라, 각 전동 모터(8a, 8b)의 회전속도의 목표값이 규정되게 되어 있다. 그리고, 전동 모터(8a, 8b)의 회전속도를 제 1 목표 속도에 따라 규정되는 목표값에 피드백 제어함으로써, 제 1 이동동작부(3)의 실제의 이동속도가 제 1 목표속도로 제어된다.

또한 제 2 제어처리부(25)는 후술하는 연산처리를 실행함으로써 제 2 이동동작부(4)의 이동속도(상세하게는, Y축 방향의 병진속도)의 목표값인 제 2 목표속도를 축차 산출한다. 그리고, 제 2 제어처리부(25)는 Y축 방향에서의 제 2 이동동작부(4)의 실제의 이동속도를, 제 2 목표속도에 일치시키도록 전동 모터(17)의 회전속도를 제어한다.

이 경우, 제 1 이동동작부(3)의 경우와 마찬가지로, 전동 모터(17)의 회전속도와, Y축 방향에서의 제 2 이동동작부(4)의 실제의 이동속도 사이의 관계는 미리 정해져 있다. 따라서, 제 2 이동동작부(4)의 제 2 목표속도에 따라, 전동 모터(17)의 회전속도의 목표값이 규정되게 되어 있다. 그리고, 전동 모터(17)의 회전속도를 제 2 목표속도에 따라 규정되는 목표값으로 피드백 제어함으로써, Y축 방향에서의 제 2 이동동작부(4)의 실제의 이동속도가 제 2 목표속도로 제어된다.

보충하면, 본 실시형태에서는, 제 2 이동동작부(4)의 X축 방향에서의 이동은 제 1 이동동작부(3)의 X축 방향의 이동에 추종하여 종동적으로 행해진다. 이 때문에, X축 방향에서의 제 2 이동동작부(4)의 이동속도의 목표값을 설정할 필요는 없다.

또한, 본 명세서의 실시형태의 설명에서는, 제 1 이동동작부(3)의 속도는, 특별히 설명하지 않는 한, 제 1 이동동작부(3)의 접지점의 이동속도를 의미한다. 마찬가지로, 제 2 이동동작부(4)의 속도는, 특별히 설명하지 않는 한, 제 2 이동동작부(4)의 접지점의 이동속도를 의미한다.

다음에 상기 제 1 제어처리부(24) 및 제 2 제어처리부(25)의 처리를 더욱 상세하게 설명한다. 우선, 도 4∼도 7을 참조하여 제 1 제어처리부(24)의 처리를 설명한다.

제 1 제어처리부(24)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 그 주요한 기능부로서 조이스틱(12)으로부터 입력되는 조작 신호에 의해 표시되는 이 조이스틱(12)의 전후 방향의 요동량(Y축 둘레의 회전량)(Js_x) 및 좌우 방향의 요동량(X축 둘레의 회전량)(Js_y)으로부터 차량(1)의 이동을 위한 속도 지령으로 변환하는 조작지령 변환부(31)와, 차량(1)과 그 승차인 탑승부(5)에 탑승한 승차인을 합친 전체의 무게중심(이후, 차량계 전체 무게중심이라고 함)의 목표속도를 결정하는 무게중심 목표속도 결정부(32)와, 차량계 전체 무게중심의 속도를 추정하는 무게중심 속도 추정부(33)와, 추정한 차량계 전체 무게중심의 속도를 목표속도에 추종시키면서, 승차인 탑승부(5)의 자세(기체(2)의 자세)를 안정화하도록 제 1 이동동작부(3)의 이동속도의 목표값을 결정하는 자세 제어 연산부(34)를 구비한다. 그리고, 제 1 제어처리부(24)는 이들 각 기능부의 처리를 제어 장치(21)의 소정의 연산처리 주기로 실행한다.

또한, 본 실시형태에서는, 차량계 전체 무게중심이라고 하는 것은 차량(1)의 대표점의 일례로서의 의미를 갖는 것이다. 따라서, 차량계 전체 무게중심의 속도라고 하는 것은 그 대표점의 병진이동속도를 의미하는 것이다.

여기에서, 제 1 제어처리부(24)의 각 기능부의 처리를 구체적으로 설명하기 전에, 그 처리의 기초가 되는 사항을 설명해 둔다. 차량계 전체 무게중심의 동역학적인 거동(상세하게는 Y축 방향에서 본 거동과, X축 방향에서 본 거동)은 근사적으로, 도 5에 도시하는 바와 같은 도립진자 모델의 거동에 의해 표현된다. 제 1 제어처리부(24)의 처리의 알고리즘은 이 거동을 기초로 하여 구축되어 있다.

또한, 도 5의 참조부호를 포함하여, 이후의 설명에서는, 첨자 “_x”는 Y축 방향으로 본 경우의 변수 등의 참조부호를 의미하고, 첨자 “_y”는 X축 방향으로 본 경우의 변수 등의 참조부호를 의미한다. 또한 도 5에서는, Y축 방향으로 본 경우의 도립진자 모델과, X축 방향으로 본 경우의 도립진자 모델을 합쳐서 도시하기 위하여, Y축 방향으로 본 경우의 변수의 참조부호에 괄호를 붙이지 않는 것으로 하고, X축 방향으로 본 경우의 변수의 참조부호에 괄호를 붙이고 있다.

Y축 방향으로 본 차량계 전체 무게중심의 거동을 나타내는 도립진자 모델은 Y축 방향과 평행한 회전축심을 가지고 바닥면 위를 윤전 자유로운 가상적인 차륜(61_x)(이후, 가상 차륜(61_x)이라고 함)과, 이 가상 차륜(61_x)의 회전 중심으로부터 연장 설치되고, 이 가상 차륜(61_x)의 회전축 둘레로(Y축 둘레 방향으로) 요동 자유로운 로드(62_x)와, 이 로드(62_x)의 선단부(상단부)인 기준부(Ps_x)에 연결된 질점(Ga_x)을 구비한다.

이 도립진자 모델에서는, 질점(Ga_x)의 운동이 Y축 방향으로 본 차량계 전체 무게중심의 운동에 상당하고, 연직방향에 대한 로드(62_x)의 경사각도(θb_x)(Y축 둘레 방향의 경사각도)가 승차인 탑승부(5)(또는 기체(2))의 Y축 둘레 방향의 경사각도에 일치하는 것으로 된다. 또한 제 1 이동동작부(3)의 X축 방향의 병진 운동이 가상 차륜(61_x)의 윤전에 의한 X축 방향의 병진 운동에 상당하는 것으로 된다.

그리고, 가상 차륜(61_x)의 반경(r_x)과, 기준부(Ps_x) 및 질점(Ga_x)의 바닥면으로부터의 높이(h_x)는 미리 설정된 기정값(일정값)으로 된다.

마찬가지로, X축 방향으로 본 차량계 전체 무게중심의 거동을 나타내는 도립진자 모델은, X축 방향에 평행한 회전축심을 갖고 바닥면 위를 윤전 자유로운 가상적인 차륜(61_y)(이후, 가상 차륜(61_y)라고 함)과, 이 가상 차륜(61_y)의 회전 중심으로부터 연장 설치되어, 이 가상 차륜(61_y)의 회전축 둘레로(X축 둘레 방향으로) 요동 자유로운 로드(62_y)와, 이 로드(62_y)의 선단부(상단부)인 기준부(Ps_y)에 연결된 질점(Ga_y)을 구비한다.

이 도립진자 모델에서는, 질점(Ga_y)의 운동이, X축 방향으로 본 차량계 전체 무게중심의 운동에 상당하고, 연직방향에 대한 로드(62_y)의 경사각도(θb_y)(X축 둘레 방향의 경사각도)가 승차인 탑승부(5)(또는 기체(2))의 X축 둘레 방향의 경사각도에 일치하는 것으로 간주한다. 또한 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 병진 운동이 가상 차륜(61_y)의 윤전에 의한 Y축 방향의 병진 운동에 상당하는 것으로 간주한다.

그리고, 가상 차륜(61_y)의 반경(r_y)과, 기준부(Ps_y) 및 질점(Ga_y)의 바닥면으로부터의 높이(h_y)는 미리 설정된 기정값(일정값)으로 된다. 또한, X축 방향에서 본 기준부(Ps_y) 및 질점(Ga_y)의 바닥면으로부터의 높이(h_y)는 Y축 방향에서 본 기준부(Ps_x) 및 질점(Ga_x)의 바닥면으로부터의 높이(h_x)와 동일하다. 그래서, 이후, h_x=h_y=h로 둔다.

여기에서, Y축 방향으로 본 경우의 상기 기준부(Ps_x)와 질점(Ga_x)과의 위치관계에 대하여 보충한다. 기준부(Ps_x)의 위치는, 승차인 탑승부(5)에 탑승(착석)한 승차인이 이 승차인 탑승부(5)에 대하여 미리 정해진 중립자세인 채로 부동이라도 가정한 경우에 있어서의 차량계 전체 무게중심의 위치에 상당하고 있다. 따라서, 이 경우에는, 질점(Ga_x)의 위치는 기준부(Ps_x)의 위치에 일치한다. 이것은, X축 방향으로 본 경우의 상기 기준부(Ps_y)와 질점(Ga_y)과의 위치관계에 대해서도 마찬가지이다.

단, 실제로는, 승차인 탑승부(5)에 탑승한 승차인이 그 상체 등을 승차인 탑승부(5)(또는 기체(2))에 대하여 움직임으로써, 실제의 차량계 전체 무게중심의 X축 방향의 위치 및 Y축 방향의 위치는, 일반적으로는, 각각 기준부(Ps_x, Ps_y)의 위치로부터 수평방향으로 벗어나게 된다. 이 때문에, 도 5에서는, 질점(Ga_x, Ga_y)의 위치를 각각, 기준부(Ps_x, Ps_y)의 위치로부터 비켜 놓은 상태에서 도시하고 있다.

상기와 같은 도립진자 모델에서 표현되는 차량계 전체 무게중심의 거동은 다음 식 (1a), (1b), (2a), (2b)에 의해 표현된다. 이 경우, 식 (1a), (1b)는 Y축 방향에서 본 거동, 식 (2a), (2b)는 X축 방향에서 본 거동을 나타내고 있다.

여기에서, Vb_x는 차량계 전체 무게중심의 X축 방향의 속도(병진속도), θb_x는 승차인 탑승부(5)(또는 기체(2))의 Y축 둘레 방향의 경사각도, Vw1_x는 가상 차륜(61_x)의 X축 방향의 이동속도(병진속도), ωb_x는 θb_x의 시간적 변화율(=dθb_x/dt), Ofst_x는 차량계 전체 무게중심의 X축 방향의 위치(질점(Ga_x)의 X축 방향의 위치)의, 상기 기준부(Ps_x)의 위치로부터의 X축 방향의 벗어남량, Vb_y는 차량계 전체 무게중심의 Y축 방향의 속도(병진속도), Vw1_y는 가상 차륜(61_y)의 Y축 방향의 이동속도(병진속도), θb_y는 승차인 탑승부(5)(또는 기체(2))의 X축 둘레 방향의 경사각도, ωb_y는 θb_y의 시간적 변화율(=dθb_y/dt), Ofst_y는 차량계 전체 무게중심의 Y축 방향의 위치(질점(Ga_y)의 Y축 방향의 위치)의, 상기 기준부(Ps_y)의 위치로부터의 Y축 방향의 벗어남량이다.

또한 ωz는 차량(1)의 선회시의 요잉레이트(요잉축 둘레 방향의 각속도), g는 중력가속도 정수이다. 또한, θb_x, ωb_x의 정방향은 차량계 전체 무게중심이 X축의 정방향(전향)으로 기우는 방향, θb_y, ωb_y의 정방향은 차량계 전체 무게중심이 Y축의 정방향(좌향)으로 기우는 방향이다. 또한 ωz의 정방향은 차량(1)을 상방에서 본 경우에, 반시계방향이다.

식 (1a)의 우변 제2항(=h·ωb_x)은 승차인 탑승부(5)의 Y축 둘레 방향의 경사에 의해 발생하는 기준부(Ps_x)의 X축 방향의 병진속도 성분, 식 (2a) 우변 제2항(=h·ωb_y)은 승차인 탑승부(5)의 X축 둘레 방향의 경사에 의해 발생하는 기준부(Ps_y)의 Y축 방향의 병진속도 성분이다.

보충하면, 식 (1a)에 있어서의 Vw1_x는, 상세하게는, 로드(62_x)에 대한(바꾸어 말하면 승차인 탑승부(5) 또는 기체(2)에 대한) 상대적인 가상 차륜(61_x)의 원주속도이다. 이 때문에, Vw1_x에는, 바닥면에 대한 가상 차륜(61_x)의 접지점의 X축 방향의 이동속도(바닥면에 대한 제 1 이동동작부(3)의 접지점의 X축 방향의 이동속도)에 더하여, 로드(62_x)의 경사에 수반되는 속도 성분(=r_x·ωb_x)이 포함되어 있다. 이것은 식 (1b)에 있어서의 Vw1_y에 대해서도 동일하다.

또한 식 (1b)의 우변의 제1항은, 차량계 전체 무게중심의 X축 방향의 위치(질점(Ga_x)의 X축 방향의 위치)의, 가상 차륜(61_x)의 접지부(Y축 방향으로 본 제 1 이동동작부(3)의 접지부)의 연직상방 위치로부터의 벗어남량(=θb_x·(h-r_x)+Ofst_x) 에 따라 가상 차륜(61_x)의 접지부에 작용하는 상반력(도 5의 F)의 X축 방향 성분(도 5의 F_x)에 의해 차량계 전체 무게중심에 발생하는 X축 방향의 가속도 성분, 식 (1b)의 우변의 제2항은, ωz의 요잉레이트로의 선회시에 차량(1)에 작용하는 원심력에 의해 발생하는 X축 방향의 가속도 성분이다.

마찬가지로, 식 (2b)의 우변의 제1항은, 차량계 전체 무게중심의 Y축 방향의 위치(질점(Ga_y)의 Y축 방향의 위치)의, 가상 차륜(61_y)의 접지부(X축 방향으로 본 제 1 이동동작부(3)의 접지부)의 연직상방 위치로부터의 벗어남량(=θb_y·(h-r_y)+Ofst_y)에 따라 가상 차륜(61_y)의 접지부에 작용하는 상반력(도 5의 F)의 Y축 방향 성분(도 5의 F_y)에 의해 차량계 전체 무게중심에 발생하는 Y축 방향의 가속도 성분, 식 (2b)의 우변의 제2항은 ωz의 요잉레이트로의 선회시에 차량(1)에 작용하는 원심력에 의해 발생하는 Y축 방향의 가속도 성분이다.

상기한 바와 같이, 식 (1a), (1b)에 의해 표현되는 거동(X축 방향으로 본 거동)은, 블록선도로 표현하면, 도 6에 도시하는 바와 같이 표시된다. 도면 중의 1/s는 적분 연산을 나타내고 있다.

그리고, 도 6에 있어서의 참조부호 A를 붙인 연산부의 처리가, 식 (1a)의 관계식에 해당하고 있고, 참조부호 B를 붙인 연산부의 처리가 식 (1b)의 관계식에 해당하고 있다.

또한, 도 6 중의 h·θb_x는, 근사적으로는, 도 5에 도시한 Diff_x에 일치한다.

한편, 식 (2a), (2b)에 의해 표현되는 거동(Y축 방향으로 본 거동)을 표현하는 블록선도는 도 6 중의 첨자 “_x”를 “_y”로 치환하고, 참조부호 C를 붙인 가산기로의 입력의 하나인 도면 중 하측의 가속도 성분(원심력에 의해 발생하는 가속도 성분)의 부호 “+”를 “-”로 치환함으로써 얻어진다.

본 실시형태에서는, 제 1 제어처리부(24)의 처리의 알고리즘은 상기한 바와 같이 차량계 전체 무게중심의 기준부(Ps_x, Ps_y)로부터의 벗어남량과, 원심력을 고려한 차량계 전체 무게중심의 거동 모델(도립진자 모델)에 기초하여 구축되어 있다.

이상을 전제로 하여, 제 1 제어처리부(24)의 처리를 보다 구체적으로 설명한다. 또한, 이후의 설명에서는, Y축 방향에서 본 거동에 관한 변수의 값과, X축 방향으로 본 거동에 관한 변수의 값의 쌍을 첨자 “_xy”를 부가하여 표기하는 경우가 있다.

도 4를 참조하여, 제 1 제어처리부(24)는 제어 장치(21)의 각 연산처리 주기에 있어서, 우선, 조작지령 변환부(31)의 처리와, 상기 무게중심 속도 추정부(33)의 처리를 실행한다.

도 7에 도시하는 바와 같이, 조작지령 변환부(31)는 조이스틱(12)의 Y축 방향으로의 요동량(즉, X축 둘레의 회전량)(Js_y)과, 조이스틱(12)의 X축 방향으로의 요동량(즉 Y축 둘레의 회전량)(Js_x)에 따라, 제 1 이동동작부(3)의 이동속도(병진속도)의 기본 지령값인 기본속도 지령(Vjs_xy)과, 차량(1)의 선회시의 요잉축 둘레 방향의 각속도의 기본 지령값인 기본 선회 각속도 지령(ωjs)을 결정한다.

상기 기본속도 지령(Vjs_xy) 중, X축 방향의 기본속도 지령(Vjs_x)은, 처리부(31a)에서, 조이스틱(12)의 X축 방향으로의 요동량(Js_x)에 따라 결정된다. 구체적으로는, 요동량(Js_x)이 정방향의 요동량(전향의 요동량)인 경우에는, X축 방향의 기본속도 지령(Vjs_x)은 차량(1)의 전진 방향으로의 속도 지령(정의 속도 지령)으로 된다. 또한 요동량(Js_x)이 부방향의 요동량(후향의 요동량)인 경우에는, X축 방향의 기본속도 지령(Vjs_x)은 차량(1)의 후진 방향으로의 속도 지령(부의 속도 지령)으로 된다. 이 경우, X축 방향의 기본속도 지령(Vjs_x)의 크기는 조이스틱(12)의 X축 방향(전향 또는 후향)으로의 요동량(Js_x)의 크기가 클수록, 기정의 상한값에서, 커지도록 결정된다.

또한, 조이스틱(12)의 정방향 또는 부방향으로의 요동량(Js_x)의 크기가 충분히 미소한 것이 되는 소정의 범위를 불감대역으로 하고, 그 불감대역 내의 요동량에서는, X축 방향의 기본속도 지령(Vjs_x)을 제로로 설정하도록 해도 된다. 도 7의 처리부(31a) 중에 나타내는 그래프는 상기 불감대역을 갖는 경우의 입력(Js_x)과, 출력(Vjs_x) 사이의 관계를 나타내고 있다.

또한 기본속도 지령(Vjs_xy) 중, Y축 방향의 기본속도 지령(Vjs_y)은, 차량(1)의 선회용의 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 속도 지령으로서, 조이스틱(12)의 Y축 방향으로의 요동량(Js_y)에 따라 결정된다. 구체적으로는 요동량(Js_y)이 부방향의 요동량(우향의 요동량)일 경우에는, Y축 방향의 기본속도 지령(Vjs_y)은 차량(1)의 좌향으로의 속도 지령(정의 속도 지령)으로 된다. 또한 요동량(Js_y)이 정방향의 요동량(좌향의 요동량)인 경우에는, Y축 방향의 기본속도 지령(Vjs_y)은 차량(1)의 우향으로의 속도 지령(부의 속도 지령)으로 된다. 이 경우, Y축 방향의 기본속도 지령(Vjs_y)의 크기는, 조이스틱(12)의 Y축 방향으로의(우향 또는 좌향으로의) 요동량의 크기가 클수록, 기정의 상한값 이하에서, 커지도록 결정된다.

보다 구체적으로는, Y축 방향의 기본속도 지령(Vjs_y)은, 기본 선회 각속도 지령(ωjs)과 아울러, 조이스틱(12)의 Y축 방향으로의 요동량(Js_y)에 따라 결정된다. 예를 들면, 도 7에 도시하는 바와 같이, 처리부(31b)의 처리에 의해, 조이스틱(12)의 Y축 방향으로의 요동량(Js_y)에 따라, 차량(1)의 선회시의 요잉축 둘레 방향의 각속도의 기본 지령값인 기본 선회 각속도 지령(ωjs)이 결정된다. 이 경우, 조이스틱(12)의 요동량(Js_y)이 부방향의 요동량(우향의 요동량)인 경우에는, 기본 선회 각속도 지령(ωjs)은 우회전(시계방향)의 선회의 각속도 지령(부의 각속도 지령)으로 된다. 또한 조이스틱(12)의 요동량(Js_y)이 정방향의 요동량(좌향의 요동량)인 경우에는, 기본 선회 각속도 지령(ωjs)은 좌회전(반시계방향)의 선회의 각속도 지령(정의 각속도 지령)으로 된다. 이 경우, 기본 선회 각속도 지령(ωjs)의 크기는, 조이스틱(12)의 Y축 방향으로의 요동량의 크기가 클수록, 기정의 상한값 이하에서, 커지도록 결정된다.

그리고, 처리부(31c)에 있어서, 이 기본 선회 각속도 지령(ωjs)에, 차량(1)의 순간 선회 중심과 제 1 이동동작부(3)의 접지점과의 X축 방향의 거리로서 미리 정해진 소정값(>0)의 (-1)배의 부의 값(K)을 곱함으로써, 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 기본속도 지령(Vjs_y)이 결정된다.

따라서, 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 기본속도 지령(Vjs_y)은 조이스틱(12)의 Y축 방향으로의 요동량(Js_y)에 따라 결정되는 기본 선회 각속도 지령(ωjs)에 비례하도록 결정된다.

단, 기본속도 지령(Vjs_y) 또는 기본 선회 각속도 지령(ωjs)의 크기는 조이스틱(12)의 Y축 방향으로의 요동량의 크기가 충분히 미소한 것이 되는 소정의 범위를 불감대역으로 하여, 그 불감대역 내의 요동량에서는, Y축 방향의 기본속도 지령(Vjs_y) 또는 기본 선회 각속도 지령(ωjs)을 제로로 설정하도록 해도 된다. 도 7의 처리부(31b) 중에 나타내는 그래프는 상기 불감대역을 갖는 경우의 입력(Js_y)과, 출력(ωjs) 사이의 관계를 나타내고 있다.

또한 조이스틱(12)이 X축 방향(전후 방향) 및 Y축 방향(좌우 방향)의 양방으로 조작되고 있는 경우에는, Y축 방향의 기본속도 지령(Vjs_y)의 크기를, 조이스틱(12)의 X축 방향으로의 요동량 또는 X축 방향의 기본속도 지령(Vjs_x)에 따라 변화시키도록 해도 된다.

또한, 본 실시형태에서는, 조이스틱(12)의 Y축 방향(좌우 방향)으로의 요동 조작에 따라 결정되는 기본 선회 각속도 지령(ωjs)(또는 Y축 방향의 기본속도 지령(Vjs_y))이 제로가 아닌 상태가 조이스틱(12)으로부터 선회 지령이 출력되고 있는 상태에 상당한다. 또한 ωjs(또는 Vjs_y)가 제로가 되는 상태가 조이스틱(12)으로부터 선회 지령이 출력되고 있지 않은 상태에 상당한다.

상기 무게중심 속도 추정부(33)는, 상기 도립진자 모델에 있어서의 상기 식 (1a), (2a)에 표시되는 기하학적인 (운동학적인)관계식에 기초하여, 차량계 전체 무게중심의 속도의 추정값(Vb_estm1_xy)을 산출한다.

구체적으로는, 도 4의 블록선도로 나타내는 바와 같이, 제 1 이동동작부(3)의 실제의 병진속도(Vw1_act_xy)의 값과, 승차인 탑승부(5)의 경사각도(θb_xy)의 실제의 시간적 변화율(경사각속도)(ωb_act_xy)에, 차량계 전체 무게중심의 높이(h)를 곱하여 이루어지는 값을 더해 합함으로써, 차량계 전체 무게중심의 속도의 추정값(Vb_estm1_xy)이 산출된다.

즉, 차량계 전체 무게중심의 X축 방향의 속도의 추정값(Vb_estm1_x)과 Y축 방향의 속도의 추정값(Vb_estm1_y)이 각각 다음 식 (3a), (3b)에 의해 산출된다.

단, 차량계 전체 무게중심의 위치의 기준부(Ps_xy)의 위치로부터의 상기 벗어남량(Ofst_xy)(이후, 무게중심 벗어남량(Ofst_xy)이라고 함)의 시간적 변화율은 Vb_estm1_xy에 비해 충분히 작아 무시할 수 있는 것으로 했다.

이 경우, 상기 연산에 있어서의 Vw1_act_x, Vw1_act_y의 값으로서는, 본 실시형태에서는, 전회의 연산처리 주기에서 자세 제어 연산부(34)에 의해 결정된 제 1 이동동작부(3)의 이동속도의 목표값(Vw1_cmd_x ,Vw1_cmd_y)(전회값)이 사용된다.

단, 예를 들면, 전동 모터(8a, 8b)의 각각의 회전속도를 로터리 인코더 등의 회전속도 센서에 의해 검출해도 된다. 그 경우에는, 그것들의 검출값으로부터 추정한 Vw1_act_x, Vw1_act_y의 최신값(바꾸어 말하면, Vw1_act_x, Vw1_act_y의 계측값의 최신값)을 식 (3a), (3b)의 연산에 사용하도록 해도 된다.

또한 ωb_act_x, ωb_act_y의 값으로서는, 본 실시형태에서는, 상기 경사 센서(22)의 검출 신호에 기초하는 승차인 탑승부(5)의 경사각도(θb)의 계측값의 시간적 변화율의 최신값(바꾸어 말하면, ωb_act_x, ωb_act_y의 계측값의 최신값)이 사용된다.

제 1 제어처리부(24)는 상기한 바와 같이 조작지령 변환부(31) 및 무게중심 속도 추정부(33)의 처리를 실행한 후, 다음에 도 4에 도시하는 무게중심 벗어남 추정부(35a)의 처리를 실행함으로써 상기 무게중심 벗어남량(Ofst_xy)의 추정값인 무게중심 벗어남량 추정값(Ofst_estm_xy)을 결정한다.

이 무게중심 벗어남 추정부(35a)의 처리는 도 8의 블록선도에 의해 표시되는 처리이다. 또한, 도 8은 무게중심 벗어남량 추정값(Ofst_estm_xy) 중 X축 방향의 무게중심 벗어남량 추정값(Ofst_estm_x)의 결정 처리를 대표적으로 나타내고 있다.

도 8의 처리를 구체적으로 설명하면 무게중심 벗어남 추정부(35a)는 경사 센서(22)의 검출 신호로부터 얻어진 승차인 탑승부(5)의 Y축 둘레 방향의 실제의 경사각도(θb_act_x)의 계측값(최신값)과, 요잉레이트 센서(23)의 검출 신호로부터 얻어진 차량(1)의 실제의 요잉레이트(ωz_act)의 계측값(최신값)과, 무게중심 속도 추정부(33)에 의해 산출된 차량계 전체 무게중심의 Y축 방향의 속도의 제 1 추정값(Vb_estm1_y)(최신값)과, 전회의 연산처리 주기에서 결정한 X축 방향의 무게중심 벗어남량 추정값(Ofst_estm_x)(전회값)을 사용하여, 상기 식 (1b)의 우변의 연산처리를 연산부(35a1)로 실행함으로써, 차량계 전체 무게중심의 X축 방향의 병진가속도의 추정값(DVb_estm_x)을 산출한다.

또한 무게중심 벗어남 추정부(35a)는 차량계 전체 무게중심의 X축 방향의 병진가속도의 추정값(DVb_estm_x)을 적분하는 처리를 연산부(35a2)에서 실행함으로써, 차량계 전체 무게중심의 X축 방향의 속도의 제 2 추정값(Vb_estm2_x)을 산출한다.

이어서, 무게중심 벗어남 추정부(35a)는 차량계 전체 무게중심의 X축 방향의 속도의 제 2 추정값(Vb_estm2_x)(최신값)과, 제 1 추정값(Vb_estm1_x)(최신값)과의 편차를 산출하는 처리를 연산부(35a3)에서 실행한다.

또한, 무게중심 벗어남 추정부(35a)는, 이 편차에 소정값의 게인(-Kp)을 곱하는 처리를 연산부(35a4)에서 실행함으로써, X축 방향의 무게중심 벗어남량 추정값(Ofst_estm_x)의 최신값을 결정한다.

Y축 방향의 무게중심 벗어남량 추정값(Ofst_estm_y)의 결정 처리도 상기와 마찬가지로 실행된다. 구체적으로는, 이 결정 처리를 나타내는 블록선도는 도 8 중의 첨자 “_x”과 “_y”를 교체하고, 또한 연산부(35a1)에 포함되는 가산기(35a5)로의 입력의 하나인 도면 중 우측의 가속도 성분(원심력에 의해 발생하는 가속도 성분)의 부호 “+”를 “-”로 치환함으로써 얻어진다.

이러한 무게중심 벗어남 추정부(35a)의 처리에 의해, 무게중심 벗어남량 추정값(Ofst_estm_xy)을 축차 갱신하면서 결정함으로써, Ofst_estm_xy를 실제의 값으로 수렴시키도록 결정할 수 있다.

제 1 제어처리부(24)는, 다음에 도 4에 나타내는 무게중심 벗어남 영향량 산출부(35b)의 처리를 실행함으로써, 무게중심 벗어남 영향량(Vofs_xy)을 산출한다.

무게중심 벗어남 영향량(Vofs_xy)은, 후술하는 자세 제어 연산부(34)에 있어서, 차량계 전체 무게중심의 위치가 도립진자 모델에 있어서의 상기 기준부(Ps_xy)의 위치로부터 벗어나는 것을 고려하지 않고 피드백 제어를 행한 경우의 차량계 전체 무게중심의 목표 속도에 대한 실제의 무게중심 속도의 벗어남을 나타낸다.

구체적으로는, 이 무게중심 벗어남 영향량 산출부(35b)는 새롭게 결정된 무게중심 벗어남량 추정값(Ofst_estm_xy)의 각 성분에 (Kth_xy/ (h-r_xy))/Kvb_xy라고 하는 값을 곱함으로써, 상기 무게중심 벗어남 영향량(Vofs_xy)를 산출한다.

또한, Kth_xy는, 후술하는 자세 제어 연산부(34)의 처리에 있어서, 승차인 탑승부(5)의 경사각도를 제로(목표 경사각도)에 근접시키도록 기능하는 조작량 성분을 결정하기 위한 게인값이다. 또한 Kvb_xy는, 후술하는 자세 제어 연산부(34)의 처리에 있어서, 차량계 전체 무게중심의 목표 속도(Vb_cmd_xy)와 이 차량계 전체 무게중심의 속도의 제 1 추정값(Vb_estm1_xy)과의 편차를 제로에 근접시키도록 기능하는 조작량 성분을 결정하기 위한 게인값이다.

제 1 제어처리부(24)는, 다음에 도 4에 나타내는 무게중심 목표속도 결정부(32)의 처리를 실행함으로써, 상기 조작지령 변환부(31)에 의해 결정된 기본속도 지령(Vjs_xy)과, 상기 무게중심 벗어남 영향량 산출부(35b)에 의해 결정된 무게중심 벗어남 영향량(Vofs_xy)에 기초하여, 제한후 무게중심 목표 속도(Vb_cmd_xy)를 산출한다.

무게중심 목표속도 결정부(32)는, 우선, 도 4에 나타내는 처리부(32c)의 처리를 실행한다. 이 처리부(32c)는 무게중심 벗어남 영향량(Vofs_xy)의 값에 관한 불감대 처리와 리미트 처리를 실행함으로써, 차량계 전체 무게중심의 목표값 중 무게중심 벗어남에 따른 성분으로서의 목표 무게중심 속도 가산량(Vb_cmd_by_ofs_xy)을 결정한다.

구체적으로는, 본 실시형태에서는, 무게중심 목표속도 결정부(32)는 X축 방향의 무게중심 벗어남 영향량(Vofs_x)의 크기가 제로 부근의 소정 범위인 불감대역 내의 값(비교적 제로에 가까운 값)일 경우에는, X축 방향의 목표 무게중심 속도 가산량(Vb_cmd_by_ofs_x)을 제로로 한다.

또한 무게중심 목표속도 결정부(32)는, X축 방향의 무게중심 벗어남 영향량(Vofs_x)의 크기가 불감대역 내에서 일탈한 값일 경우에는, X축 방향의 목표 무게중심 속도 가산량(Vb_cmd_by_ofs_x)을, Vofs_x와 동극성이고, 그 크기가 Vofs_x의 크기의 증가에 따라 커지도록 결정한다. 단, 목표 무게중심 속도 가산량(Vb_cmd_by_ofs_x)의 값은 소정의 상한값(>0)과 하한값(≤0) 사이의 범위 내로 제한된다.

Y축 방향의 목표 무게중심 속도 가산량(Vb_cmd_by_ofs_y)의 결정 처리도 상기와 동일하다.

이어서, 무게중심 목표속도 결정부(32)는 상기 조작지령 변환부(31)에 의해 결정된 기본속도 지령(Vjs_xy)의 각 성분에 목표 무게중심 속도 가산량(Vb_cmd_by_ofs_xy)의 각 성분을 서로 더하여 이루어지는 목표속도(V1_xy)를 결정하는 처리를 도 4에 나타내는 처리부(32d)에서 실행한다. 즉, V1_x=Vjs_x+Vb_cmd_by_ofs_x, V1_y=Vjs_y+Vb_cmd_by_ofs_y라고 하는 처리에 의해, V1_xy(V1_x와 V1_y와의 쌍)를 결정한다.

또한, 무게중심 목표속도 결정부(32)는 처리부(32e)의 처리를 실행한다. 이 처리부(32e)에서는 제 1 이동동작부(3)의 액추에이터 장치(8)로서의 전동 모터(8a, 8b)의 각각의 회전속도를, 소정의 허용 범위로부터 일탈시키지 않도록 하기 위하여, 목표속도 V1_x가 V1_y와의 조합을 제한하여 이루어지는 차량계 전체 무게중심의 목표속도로서의 제한후 무게중심 목표 속도(Vb_cmd_xy)(Vb_cmd_x ,Vb_cmd_y의 쌍)를 결정하는 리미트 처리가 실행된다.

이 경우, 처리부(32d)에서 구해진 목표속도 V1_x ,V1_y의 쌍이, 목표속도 V1_x의 값을 세로축, 목표속도 V1_y의 값을 가로축으로 하는 좌표계 상에서 소정의 영역(예를 들면, 8각형 형상의 영역) 내에 있는 경우에는, 그 목표속도(V1_xy)가 그대로 제한후 무게중심 목표 속도(Vb_cmd_xy)로서 결정된다.

또한 처리부(32d)에서 구해진 목표속도 V1_x, V1_y의 세트가 상기 좌표계 상의 소정의 영역으로부터 일탈해 있는 경우에는, 이 소정의 영역의 경계 상의 세트로 제한한 것이 제한후 무게중심 목표 속도(Vb_cmd_xy)로서 결정된다.

이상과 같이, 상기 기본속도 지령(Vjs_xy)과, 상기 무게중심 벗어남 영향량(Vofs_xy)(또는, 무게중심 벗어남)에 기초하여, 무게중심 목표 속도(Vb_cmd_xy)가 결정된다. 이 때문에, 승차인은 조작기의 조작(조이스틱(12)의 조작)과, 승차인의 신체의 자세의 변화(체중이동)에 의해, 차량(1)을 조종할 수 있다.

이상과 같이 무게중심 목표속도 결정부(32)의 처리를 실행한 후, 제 1 제어처리부(24)는 다음에 자세 제어 연산부(34)의 처리를 실행한다. 이 자세 제어 연산부(34)는, 도 4의 블록선도로 나타내는 처리에 의해, 제 1 이동동작부(3)의 이동속도(병진속도)의 목표값인 제 1 목표속도(Vw1_cmd_xy)를 결정한다.

보다 상세하게는, 자세 제어 연산부(34)는, 우선, 상기 제한후 무게중심 목표 속도(Vb_cmd_xy)의 각 성분으로부터, 무게중심 벗어남 영향량(Vofs_xy)의 각 성분을 빼는 처리를 연산부(34b)에서 실행함으로써 무게중심 벗어남 보상후 목표속도(Vb_cmpn_cmd_xy)(최신값)를 결정한다.

이어서, 자세 제어 연산부(34)는, 상기 연산부(34b)와, 적분연산을 행하는 적분연산부(34a)를 제외한 연산부의 처리에 의해, 제 1 이동동작부(3)의 접지점의 병진가속도의 목표값인 목표 병진가속도(DVw1_cmd_xy) 중 X축 방향의 목표 병진가속도(DVw1_cmd_x)와, Y축 방향의 목표 병진가속도(DVw1_cmd_y)를 각각 다음 식 (4a), (4b)의 연산에 의해 산출한다.

식 (4a), (4b)에 있어서의 Kvb_xy, Kth_xy, Kw_xy는 미리 설정된 소정의 게인값이다.

또한 식 (4a)의 우변의 제1항은 차량계 전체 무게중심의 X축 방향의 무게중심 벗어남 보상후 목표속도(Vb_cmpn_cmd_x)(최신값)와 제 1 추정값(Vb_estm1_x)(최신값)과의 편차에 따른 피드백 조작량 성분, 제2항은 승차인 탑승부(5)의 Y축 둘레 방향의 실제의 경사각도(θb_act_x)의 계측값(최신값)에 따른 피드백 조작량 성분, 제3항은 승차인 탑승부(5)의 Y축 둘레 방향의 실제의 경사각속도(ωb_act_x)의 계측값(최신값)에 따른 피드백 조작량 성분이다. 그리고, X축 방향의 목표 병진가속도(DVw1_cmd_x)는 이들 피드백 조작량 성분의 합성 조작량으로서 산출된다.

마찬가지로, 식 (4b)의 우변의 제1항은 차량계 전체 무게중심의 Y축 방향의 무게중심 벗어남 보상후 목표속도(Vb_cmpn_cmd_y)(최신값)와 제 1 추정값(Vb_estm1_y)(최신값)과의 편차에 따른 피드백 조작량 성분, 제2항은 승차인 탑승부(5)의 X축 둘레 방향의 실제의 경사각도(θb_act_y)의 계측값(최신값)에 따른 피드백 조작량 성분, 제3항은, 승차인 탑승부(5)의 X축 둘레 방향의 실제의 경사각속도(ωb_act_y)의 계측값(최신값)에 따른 피드백 조작량 성분이다. 그리고, Y축 방향의 목표 병진가속도(DVw1_cmd_y)는 이들 피드백 조작량 성분의 합성 조작량으로서 산출된다.

이어서, 자세 제어 연산부(34)는, 적분연산부(34a)에 의해, 목표 병진가속도(DVw1_cmd_xy)의 각 성분을 적분함으로써, 제 1 이동동작부(3)의 제 1 목표속도(Vw1_cmd_xy)(최신값)를 결정한다.

그리고, 제 1 제어처리부(24)는, 상기한 바와 같이 결정한 제 1 목표속도(Vw1_cmd_xy)에 따라 제 1 이동동작부(3)의 액추에이터 장치(8)로서의 전동 모터(8a, 8b)를 제어한다. 보다 상세하게는, 제 1 제어처리부(24)는, 제 1 목표속도(Vw1_cmd_xy)에 의해 규정되는 각 전동 모터(8a, 8b)의 회전속도의 목표값에, 실제의 회전속도(계측값)를 추종시키도록, 피드백 제어 처리에 의해 각 전동 모터(8a, 8b)의 전류 지령값을 결정한다. 그리고, 제 1 제어처리부(24)는 이 전류 지령값에 따라, 각 전동 모터(8a, 8b)의 통전을 행한다.

이상의 처리에 의해, 상기 제한후 무게중심 목표 속도(Vb_cmd_xy)가 일정값이고, 차량(1)의 운동이 정제된 상태, 즉, 차량(1)이 일정속도로 직진하고 있는 상태에서는, 차량계 전체 무게중심은 제 1 이동동작부(3)의 접지점의 바로 위에 존재한다. 이 상태에서는, 승차인 탑승부(5)의 실제의 경사각도(θb_act_xy)는 식 (1b), (2b)에 기초하여, -Ofst_xy/(h-r_xy)가 된다. 또한 승차인 탑승부(5)의 실제의 경사각속도(ωb_act_xy)는 제로, 목표 병진가속도(DVw1_cmd_xy)는 제로가 된다. 이것과, 도 4의 블록선도로부터, Vb_estm1_xy와 Vb_cmd_xy가 일치하는 것이 도출된다.

즉, 제 1 이동동작부(3)의 제 1 목표속도(Vw1_cmd_xy)는, 기본적으로는, 차량계 전체 무게중심의 제한후 무게중심 목표 속도(Vb_cmd_xy)와 제 1 추정값(Vb_estm1_xy)과의 편차를 제로에 수렴시키도록 결정된다.

또한 차량계 전체 무게중심의 위치가, 도립진자 모델에 있어서의 상기 기준부(Ps_xy)의 위치로부터 벗어나는 것의 영향을 보상하면서, 상기 처리부(32e)의 처리에 의해, 제 1 이동동작부(3)의 액추에이터 장치(8)로서의 전동 모터(8a, 8b)의 각각의 회전속도가 소정의 허용 범위로부터 일탈하지 않도록 제어된다.

이상이, 본 실시형태에 있어서의 제 1 제어처리부(24)의 처리의 상세이다.

다음에 상기 제 2 제어처리부(25)의 처리를 도 9를 참조하여 설명한다. 제 2 제어처리부(25)는, 그 처리를 개략적으로 말하면, 상기 조작지령 변환부(31)에 의해 결정되는 기본 선회 각속도 지령(ωjs)이 제로인 상황(조이스틱(12)의 Y축 방향으로의 요동량(Js_y)이 제로 혹은 거의 제로인 상황)에서는, 차량(1)의 병진이동을 행하게 하기 위하여, 제 2 이동동작부(4)의 Y축 방향의 이동속도(병진속도)의 목표값인 제 2 목표속도(Vw2_cmd_y)를, 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 제 1 목표속도(Vw1_cmd_y)에 일치시키도록 결정한다.

또한 제 2 제어처리부(25)는, 상기 기본 선회 각속도 지령(ωjs)이 제로가 아닌 상황에서는, 차량(1)의 선회를 행하게 하기 위하여, 제 2 이동동작부(4)의 Y축 방향의 제 2 목표속도(Vw2_cmd_y)를, 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 제 1 목표속도(Vw1_cmd_y)와 달라지도록 결정한다.

이러한 제 2 제어처리부(25)의 처리는, 구체적으로는 다음과 같이 행해진다. 즉, 도 9를 참조하여, 제 2 제어처리부(25)는, 우선, 연산부(42)의 처리를 실행한다. 이 연산부(42)는, 상기 기본 선회 각속도 지령(ωjs)에, 제 1 이동동작부(3)와 제 2 이동동작부(4) 사이의 X축 방향의 거리(L)(미리 정해진 값)의 (-1)배의 값을 곱한다. 이것에 의해, 제 2 제어처리부(25)는 기본 선회 각속도 지령(ωjs)의 각속도로 차량(1)의 선회를 행하기 위한, 제 1 이동동작부(3)에 대한 제 2 이동동작부(4)의 Y축 방향의 상대속도의 지령값인 기본 상대속도 지령(Vjs2_y)을 결정한다.

이어서, 제 2 제어처리부(25)는, 상기 기본 상대속도 지령(Vjs2_y)(최신값)을, 제 1 제어처리부(24)에서 결정된 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 제 1 목표속도(Vw1_cmd_y)(최신값)에 더하는 처리를 연산부(43)에서 실행함으로써, 제 2 이동동작부(4)의 Y축 방향의 제 2 목표속도(Vw2_cmda_y)를 결정한다.

이어서, 제 2 제어처리부(25)는, 도 9 중의 연산부(44)에서 나타내는 바와 같이, 제 2 이동동작부(4)의 Y축 방향에 있어서의 현재의 실제의 이동속도(Vw2_act_y)가 상기 제 2 목표속도(Vw2_cmd_y)(최신값)에 추종하도록 제 2 액추에이터 장치로서의 전동 모터(17)의 전류(나아가서는 제 2 이동동작부(4)의 구동력)를 제어한다.

구체적으로는, 제 2 제어처리부(25)는 다음 식 (5)의 연산에 의해 전동 모터(17)의 전류 지령값(Iw2_cmd)을 결정한다. 또한 제 2 제어처리부(25)는 모터 드라이버에 의해, 전동 모터(17)의 실제의 전류를 Iw2_cmd로 제어한다.

식 (5)에 있어서의 K2는 미리 설정된 소정의 게인값이다.

또한 Vw2_act_y의 값으로서는, 본 실시형태에서는, 전동 모터(17)의 회전속도의 검출값(도시하지 않은 로터리 인코더 등의 회전속도 센서에 의한 검출값)으로부터 추정한 값이 사용된다.

또한, 식 (5)의 Vw2_cmd_y-Vw2_act_y 대신에, Vw2_cmd_y에 의해 규정되는 전동 모터(17)의 회전속도의 목표값과, 이 회전속도의 검출값과의 편차를 사용해도 된다.

이상의 제 2 제어처리부(25)의 제어 처리에 의해, 조이스틱(12)으로부터 선회 지령이 출력되고 있지 않은 상황(기본 선회 각속도 지령(ωjs)이 제로인 상황)에서는, 상기 제 2 목표속도(Vw2_cmd_y)는 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 제 1 목표속도(Vw1_cmd_y)(최신값)에 일치하도록 결정되게 된다.

또한 조이스틱(12)으로부터 선회 지령이 출력되고 있는 상황(기본 선회 각속도 지령(ωjs)이 제로가 아닌 상황)에서는, 상기 제 2 목표속도(Vw2_cmd_y)는, 상기 기본 선회 각속도 지령(ωjs)에 따라 결정한 기본 상대속도 지령(Vjs2_y)(최신값)을 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 제 1 목표속도(Vw1_cmd_y)(최신값)에 더한 값으로 결정된다. 즉, 상기 제 2 목표속도(Vw2_cmd_y)는 Vw1_cmd_y+Vjs2_y에 일치하도록 결정된다.

따라서, 상기 제 2 목표속도(Vw2_cmd_y)는, 차량(1)의 선회가 행해지도록, 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 제 1 목표속도(Vw1_cmd_y)와 상이한 속도값으로 결정되게 된다.

보다 상세하게는, 조이스틱(12)으로부터의 선회 지령이 차량(1)을 우측(우회전 방향)으로 선회시키려고 하는 지령인 경우(ωjs가 시계방향의 각속도인 경우)에는 기본 상대속도 지령(Vjs2_y)은 좌향의 속도로 된다.

이 때, 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 제 1 목표속도(Vw1_cmd_y)가 좌향의 속도인 경우에는, 제 2 이동동작부(4)의 Y축 방향의 제 2 목표속도(Vw2_cmd_y)는 좌향의 속도이고, 또한, 그 크기가 Vw1_cmd_y보다도 큰 속도로 된다.

또한 조이스틱(12)으로부터의 선회 지령이 차량(1)을 우측(우회전 방향)으로 선회시키려고 하는 지령인 경우에 있어서, 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 제 1 목표속도(Vw1_cmd_y)가 우향의 속도인 경우에는, 제 2 이동동작부(4)의 Y축 방향의 제 2 목표속도(Vw2_cmd_y)는 우향의 속도이고, 또한, 그 크기가 Vw1_cmd_y보다도 작은 속도로 간주되거나, 또는, Vw1_cmd_y와 역방향(좌향)의 속도로 된다.

한편, 조이스틱(12)으로부터의 선회 지령이 차량(1)을 좌측(좌회전 방향)으로 선회시키려고 하는 지령인 경우(ωjs가 반시계방향의 각속도인 경우)에는, 기본 상대속도 지령(Vjs2_y)은 우향의 속도로 된다.

이 때, 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 제 1 목표속도(Vw1_cmd_y)가 우향의 속도인 경우에는, 제 2 이동동작부(4)의 Y축 방향의 제 2 목표속도(Vw2_cmd_y)는 우향의 속도이며, 또한, 그 크기가 Vw1_cmd_y보다도 큰 속도로 된다.

또한 조이스틱(12)으로부터의 선회 지령이 차량(1)을 좌측(좌회전 방향)으로 선회시키려고 하는 지령인 경우에 있어서, 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 제 1 목표속도(Vw1_cmd_y)가 좌향의 속도인 경우에는, 제 2 이동동작부(4)의 Y축 방향의 제 2 목표속도(Vw2_cmd_y)는 좌향의 속도이고, 또한, 그 크기가 Vw1_cmd_y보다도 작은 속도로 되거나, 또는, Vw1_cmd_y와 역방향(우향)의 속도로 된다.

이상이 제 2 제어처리부(25)의 처리의 상세이다.

이상에서 설명한 본 실시형태의 차량(1)에서는, 승차인 탑승부(5)에 탑승한 승차인의 신체의 움직임에 수반되는 이 승차인 탑승부(5)(또는 기체(2))의 전후 방향(X축 방향) 경사에 따라, 또는, 조이스틱(12)의 전후 방향의 요동 조작에 따라 X축 방향에서의 차량(1)의 병진이동을 행할 수 있다.

또한 승차인 탑승부(5)(또는 기체(2))의 좌우 방향(Y축 방향) 경사에 따라 Y축 방향에서의 차량(1)의 병진이동을 행할 수 있다.

또한 이들 병진이동을 복합하여, X축 방향 및 Y축 방향에 대하여 경사진 임의의 방향으로도 차량(1)의 병진이동을 행할 수도 있다.

또한 조이스틱(12)의 좌우 방향의 요동 조작에 따라 출력되는 선회 지령에 따라, 제 1 이동동작부(3) 및 제 2 이동동작부(4)의 각각의 Y축 방향의 이동속도를 달라지게 함으로써, 차량(1)의 좌우 중 이 선회 지령에 의해 규정되는 쪽으로의 차량(1)의 선회(방향 전환)를 행할 수도 있다.

따라서, 조이스틱(12) 등의 조작기의 복잡한 조작이나, 승차인의 신체의 복잡한 움직임을 필요로 하지 않고, 차량(1)의 병진이동이나 선회를 용이하게 행할 수 있다.

또한 차량(1)의 정차시 등, 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 이동속도가 제로 혹은 거의 제로로 되어 있는 상황(제 1 목표속도(Vw1_cmd_y)가 제로 혹은 거의 제로로 되어 있는 상황)에서, 차량(1)의 선회를 행하기 위해 승차인이 조이스틱(12)을 좌우 방향으로 요동시키면, 차량(1)의 대표점으로서의 차량계 전체 무게중심의 목표 속도(Vb_cmd_xy)에는, 조이스틱(12)의 좌우 방향의 요동량에 따른 Y축 방향의 속도 성분으로서의 기본속도 지령(Vjs_y)이 조이스틱(12)의 좌우 방향의 조작이 없다고 가정한 경우의 목표속도에 부가된다.

이 속도 성분(Vjs_y)은 조이스틱(12)으로부터의 선회 지령이 차량(1)을 좌측(좌회전 방향)으로 선회시키려고 하는 지령인 경우에는, 우향의 속도가 된다. 또한 속도 성분(Vjs_y)은 조이스틱(12)으로부터의 선회 지령이 차량(1)을 우측(우회전 방향)으로 선회시키려고 하는 지령인 경우에는, 좌향의 속도가 된다.

이 때문에, 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 제 1 목표속도(Vw1_cmd_y)와, 제 2 이동동작부(4)의 Y축 방향의 제 2 목표속도(Vw2_cmd_y)는, 기본적으로는, 서로 동일한 방향으로 됨과 아울러, Vw2_cmd_y가 Vw1_cmd_y보다도 큰 크기의 속도가 되도록, Vw1_cmd_y 및 Vw2_cmd_y가 설정된다.

이 때문에, 조이스틱(12)의 좌우 방향의 요동 조작에 따른 차량(1)의 선회(방향 전환)는, 그 선회 중의 각 순간에 있어서, 제 1 이동동작부(3) 및 제 2 이동동작부(4)의 접지면의 전방의 영역에 존재하는 순간 선회 중심을 회전 중심으로 하여, 요잉축 둘레 방향으로 이 차량(1)이 회전하도록 행해지게 된다.

이 결과, 승차인 탑승부(5)에 탑승해 있는 승차인은 차량(1)의 선회 거동을 체감적으로 인식하기 쉬워진다. 이 때문에, 차량(1)의 승차인은, 차량(1)의 선회 거동의 인식을 적절하게 행하면서, 원하는 선회 거동이 얻어지도록 조이스틱(12)을 조작할 수 있다.

또한, 예를 들면, 제 1 이동동작부(3)의 제 1 목표속도(Vw1_cmd_xy)가 제로 혹은 거의 제로로 설정되어 있는 상황에서, 조이스틱(12)으로부터 선회 지령이 출력된 경우에는, 제 1 이동동작부(3)에 관한 Y축 방향의 기본속도 지령(Vjs_y)으로서 선회용의 속도 지령(≠0)이 설정된다. 이 때문에, 제 1 이동동작부(3)를 Y축 방향으로 이동시키면서 차량(1)의 선회를 행할 수 있다.

이 때문에, 제 1 이동동작부(3)와 바닥면 사이의 마찰력이 경감되어, 차량(1)의 선회를 원활하게 행할 수 있다.

또한 본 실시형태에서는, 제 1 제어처리부(24)의 무게중심 벗어남 추정부(35a)는, 도 8에 나타낸 처리에 의해, 차량계 전체 무게중심의 상기 무게중심 벗어남량(Ofst_xy)을 추정한다. 그 때문에 이 무게중심 벗어남량을 정밀하게 추정할 수 있다. 그리고, 이 무게중심 벗어남량(Ofst_xy)의 추정값(Ofst_estm_xy)에 따라, 상기한 바와 같이 차량계 전체 무게중심의 목표속도(제한후 무게중심 목표속도)(Vb_cmd_xy)가 결정된다. 이 때문에, 상기 무게중심 벗어남량(Ofst_xy)이 차량(1)의 거동에 미치는 영향을 적절하게 보상할 수 있다.

또한 본 실시형태의 차량(1)에서는, 기체(2)에 대한 제 2 이동동작부(4)의 요동량(Y축 둘레 방향의 요동량)이 상기 스토퍼(16, 16)에 의해 규정되는 소정의 범위 내에 기구적으로 제한되므로, 특히, 승차인 탑승부(5)가 승차인이 시인하기 어려운 후방측으로 과도하게 시우는 것을 방지할 수 있다.

[제 2 실시형태]

다음에 본 발명의 제 2 실시형태를 도 10을 참조하여 설명한다. 또한, 본 실시형태에서는, 제 1 제어처리부(24)의 일부의 처리만이 제 1 실시실시형태와 상위한 것이다. 이 때문에, 본 실시형태의 설명에서는, 제 1 실시형태와 상위한 사항을 중심으로 설명하고, 제 1 실시형태와 동일한 사항에 대해서는 설명을 생략한다.

본 실시형태는, 제 1 이동동작부(3)의 기본속도 지령(Vjs_xy)을 결정하는 조작지령 변환부(31)의 일부의 처리(상세하게는 Y축 방향의 기본속도 지령(Vjs_y)을 결정하는 처리)가 제 1 실시형태와 상위한 것이다.

여기에서, 상기 제 1 실시형태에서는, 조이스틱(12)을 좌우 방향으로 조작하는 것에 의한 차량(1)의 선회시에는, 제 1 제어처리부(24)의 조작지령 변환부(31)에 의해, 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 기본속도 지령(Vjs_y)이 차량(1)의 선회시의 순간 선회 중심과, 제 1 이동동작부(3)의 접지점과의 X축 방향의 거리가 소정값(일정값)이 되도록 결정된다.

이에 반해, 본 실시형태에서는, 조작지령 변환부(31)는 제 1 이동동작부(3)의 접지점과 순간 선회 중심과의 X축 방향의 거리가 차량(1)의 대표점의 X축 방향에서의 이동속도, 예를 들면, 차량계 전체 무게중심의 X축 방향의 이동속도의 추정값(Vb_estm1_x)에 따라 변화되도록, 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 기본속도 지령(Vjs_y)을 결정한다.

도 10은 그 처리를 도시하는 블럭도이다. 이하, 설명하면 조작지령 변환부(31)는, 우선, 선회 각속도 결정부(51)의 처리를 실행함으로써, 조이스틱(12)의 좌우 방향의 요동량(Js_y)에 따라 기본 선회 각속도 지령(ωjs)을 결정한다. 이 처리는 제 1 실시형태에서의 도 7의 처리부(31b)의 처리와 동일하다.

이어서, 조작지령 변환부(31)는 연산부(52)의 처리를 실행한다. 이 연산부(52)는, 제 1 제어처리부(24)에서 결정된 차량계 전체 무게중심의 X축 방향의 속도의 추정값(Vb_estm1_x)에 따라, 순간 선회 중심과 제 1 이동동작부(3)의 접지점 사이의 X축 방향의 거리(L1)를 설정한다.

이 경우, 연산부(52)는 미리 설정된 맵 혹은 연산식에 기초하여, Vb_estm1_x의 크기가 클수록, L1을 제로에 근접시키도록 L1을 설정한다. 바꾸어 말하면, 연산부(42)는 Vb_estm1_x의 크기가 클수록, L1이 작아지도록 L1을 설정한다.

또한, Vb_estm1_x 대신에, 차량계 전체 무게중심의 X축 방향의 목표속도(제한후 무게중심 목표속도)(Vb_cmd_x)를 사용하여, L1을 결정하도록 해도 된다. 또는, 기체(2) 혹은 승차인 탑승부(5)에 대하여 고정된 임의의 위치의 대표점의 X축 방향의 이동속도의 추정값에 따라 L1을 결정해도 된다. 또한, 제 1 이동동작부(3)의 X축 방향의 제 1 목표속도(Vw1_cmd_x), 혹은, 그 검출값(전동 모터(8a)의 회전속도의 검출값으로부터 산출되는 제 1 이동동작부(3)의 X축 방향의 이동속도)에 따라 L1을 결정하도록 해도 된다.

그리고, 연산부(52)는, 이와 같이 설정한 거리(L1)의 (-1)배의 값(=-L1)을 기본 선회 각속도 지령(ωjs)에 곱함으로써, 제 1 이동동작부(3)의 접지점으로부터 전방측으로 거리(L1)를 두는 위치에 순간 선회 중심을 존재시킨 상태에서 기본 선회 각속도 지령(ωjs)의 각속도로의 차량(1)의 선회를 행하기 위한, 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 기본속도 지령(Vjs_y)을 결정한다.

본 실시형태는 이상에서 설명한 사항 이외는 제 1 실시형태와 동일하다.

이러한 본 실시형태에 의하면, 상기 제 1 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있음과 아울러, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉, 차량(1)의 대표점의 X축 방향의 이동속도로서의 차량계 전체 무게중심의 X축 방향의 속도의 추정값(Vb_estm1_x)의 크기가 클수록, 순간 선회 중심과 제 1 이동동작부(3)의 접지점과의 X축 방향의 거리(L1)가 제로에 근접하도록 결정된다.

이 경우, 기본 선회 각속도 지령(ωjs)이 일정한 경우, L1이 제로에 가까울수록, 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 기본속도 지령(Vjs_y)의 크기도 제로에 근접한다. 나아가서는, 기본적으로는, 제 2 이동동작부(4)의 Y축 방향의 목표 이동속도(Vw2_cmd_y)에 대한 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 목표 이동속도(Vw1_cmd_y)의 비율의 크기가 제로에 근접하도록, Vw1_cmd_y, Vw2_cmd_y가 결정된다.

그리고, 이 경우, 제 1 이동동작부(3) 및 제 2 이동동작부(4)의 Y축 방향의 이동량이 적어지도록, 차량(1)의 선회가 행해지게 된다. 이 때문에, 승차인은 차량(1)을 원하는 경로에 거의 따르게 하여 차량(1)의 선회를 행하도록, 조이스틱(12)의 조작을 행할 수 있다. 따라서, 차량(1)을 비교적 고속으로 선회시키는 경우의 조종성을 높일 수 있다.

또한 차량(1)의 이동속도(차량계 전체 무게중심의 X축 방향의 이동속도)가 비교적 작은 상황에서는, 상기 거리(L1)가 커지므로, 차량(1)의 선회는 제 1 이동동작부(3) 및 제 2 이동동작부(4)의 Y축 방향의 이동을 행하면서, 행해진다. 이 때문에, 제 1 이동동작부(3)와 바닥면 사이의 마찰력에 의해, 차량(1)의 선회가 저해되는 것을 방지할 수 있다.

다음에 이상에서 설명한 실시형태의 변형태양을 몇 개 설명한다.

상기 각 실시형태에서는 선회 지령 등을 출력하기 위한 조작기로서 조이스틱(12)을 사용했지만, 조이스틱 대신에, 트랙볼이나, 터치 패드를 사용해도 된다. 또는, 조이스틱(12) 대신에, 승차인에 의한 접촉 개소를 검지하는 하중 센서나, 승차인이 파지하는 자세 센서 등을 사용해도 된다. 또는, 예를 들면, 스마트폰 등의 휴대형 단말기를 조작기로서 사용하도록 할 수도 있다.

또한 제 2 이동동작부(4)는, 상기한 바와 같은 1쌍의 환상 심체 및 그것에 외부 삽입되는 복수의 롤러(13)로 구성되는 옴니휠 이외에, 하나의 환상 심체 및 그것에 외부 삽입되는 복수의 롤러로 구성되는 것이어도 된다. 또한 제 2 이동동작부(4)는, 옴니휠 이외의 구조, 예를 들면, 제 1 이동동작부(3)와 동일한 구조의 것이어도 된다.

또한 선회시에 있어서의 제 2 이동동작부(4)의 Y축 방향의 제 2 목표속도(Vw2_cmd_y)를, 상기 무게중심 벗어남량(Ofst_xy)의 Y축 방향의 추정값(Ofst_estm_y)에 따라 적당히 변화시키도록(Ofst_estm_y에 따라 결정한 속도 성분을 상기 기본 목표속도(Vw2_cmda_y)에 부가하도록) 해도 된다. 이와 같이 함으로써 선회시의 차량(1)의 조종성을 더한층 높일 수 있다.

또한 상기 제 1 실시형태에서는, 선회시에 있어서의 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 제 1 목표속도(Vw1_cmd_y)는, X축 방향의 제 1 목표속도(Vw1_cmd_x)의 크기가 비교적 큰 경우에, 조금 작은 속도로 제한하도록 해도 된다. 이와 같이 함으로써, 선회시의 차량(1)의 조종성을 높일 수 있다.

또한 차량(1)의 실제의 요잉레이트(ωz_act)의 계측값으로서는, 요잉레이트 센서(23)의 검출 신호를 사용하는 대신, 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 실제의 속도(혹은, 목표속도)와, 제 2 이동동작부(4)의 Y축 방향의 실제의 속도(혹은, 목표속도)의 차를, 제 1 이동동작부(3)와 제 2 이동동작부(4) 사이의 X축 방향의 거리(L)로 나눔으로써, 구해도 된다.

Claims (9)

1. 바닥면 위를 이동 가능한 제 1 이동동작부와, 이 제 1 이동동작부를 구동하는 제 1 액추에이터 장치와, 상기 제 1 이동동작부 및 제 1 액추에이터 장치가 조립된 기체와, 연직방향에 대하여 경사 자유롭게 상기 기체에 조립된 승차인 탑승부를 구비하고, 상기 제 1 이동동작부가 상기 제 1 액추에이터 장치의 구동력에 의해 상기 승차인 탑승부에 탑승한 승차인의 전후 방향 및 좌우 방향을 포함하는 전체 방향으로 이동 가능하게 구성된 도립진자형 차량으로서,
   상기 제 1 이동동작부와 상기 전후 방향으로 간격을 두고 이 제 1 이동동작부 또는 상기 기체에 연결되고, 바닥면 위를 상기 전체 방향으로 이동 가능하게 구성된 제 2 이동동작부와,
   이 제 2 이동동작부의 상기 좌우 방향으로의 이동을 행하게 하는 구동력을 발생하는 제 2 액추에이터 장치와,
   상기 승차인 탑승부에 탑승한 승차인에 의한 조작에 따라, 상기 도립진자형 차량의 선회를 행하게 하기 위한 선회 지령을 출력하는 조작기와,
   상기 제 1 액추에이터 장치를 제어함으로써 상기 제 1 이동동작부의 이동동작을 제어하는 제 1 제어 수단과,
   상기 제 2 액추에이터 장치를 제어함으로써 상기 제 2 이동동작부의 이동동작을 제어하는 제 2 제어 수단을 구비하고,
   상기 제 1 제어 수단은 상기 조작기로부터 상기 선회 지령이 출력되고 있는 경우 및 이 선회 지령이 출력되고 있지 않은 경우중 어느 경우에도, 상기 승차인 탑승부의 상기 전후 방향 및 좌우 방향의 일방 또는 양방의 방향으로의 경사에 따라 상기 제 1 이동동작부를 이동시키도록 상기 제 1 액추에이터 장치를 제어하며,
   상기 제 2 제어 수단은, 상기 제 1 이동동작부가 상기 전후 방향으로 이동하고 있거나 또는 정지하고 있는 상황에서, 상기 조작기로부터 상기 선회 지령이 출력된 경우에는, 상기 좌우 방향에서의 상기 제 2 이동동작부의 접지점의 이동속도가 상기 좌우 방향에서의 상기 제 1 이동동작부의 접지점의 이동속도와 상이한 속도가 되도록 상기 제 2 액추에이터 장치를 제어하며,
   상기 전후 방향은 상기 제 1 이동동작부의 환상 심체의 축심방향과 직교하고 연직 방향과 직교하는 방향이고, 상기 좌우 방향은 상기 전후 방향과 직교하고 연직 방향과 직교하는 방향이며,
   상기 제 2 이동동작부는 상기 제 1 이동동작부의 후방측에 배치되며,
   상기 제 2 제어 수단은, 상기 도립진자형 차량을 우측으로 선회시키기 위한 상기 선회 지령이 상기 조작기로부터 출력되고 있는 경우에는, 상기 제 1 이동동작부의 접지점에 대한 상기 제 2 이동동작부의 접지점의 상기 좌우 방향에서의 상대적인 이동속도가 좌향의 상대속도로 되도록 상기 제 2 액추에이터 장치를 제어하고, 상기 도립진자형 차량을 좌측으로 선회시키기 위한 상기 선회 지령이 상기 조작기로부터 출력되고 있는 경우에는, 상기 제 1 이동동작부의 접지점에 대한 상기 제 2 이동동작부의 접지점의 상기 좌우 방향에서의 상대적인 이동속도가 우향의 상대속도로 되도록 상기 제 2 액추에이터 장치를 제어하며,
   상기 제 1 제어 수단은, 상기 전후 방향 및 좌우 방향에서의 상기 제 1 이동동작부의 접지점의 이동속도가 제로로 되어 있는 상황인 제 1 상황에서, 상기 도립진자형 차량을 우측으로 선회시키기 위한 상기 선회 지령이 상기 조작기로부터 출력된 경우에는, 상기 제 1 이동동작부를 좌향으로 이동시키도록 상기 제 1 액추에이터 장치를 제어하고, 상기 제 1 상황에서, 상기 도립진자형 차량을 좌측으로 선회시키기 위한 상기 선회 지령이 상기 조작기로부터 출력된 경우에는, 상기 제 1 이동동작부를 우향으로 이동시키도록 상기 제 1 액추에이터 장치를 제어하며,
   상기 제 1 제어 수단 및 제 2 제어 수단은, 상기 제 1 이동동작부가 상기 전후 방향으로 이동하고 있는 상황인 제 2 상황에서, 상기 조작기로부터 선회 지령이 출력된 경우에는, 상기 좌우 방향에서의 상기 제 1 이동동작부의 접지점의 이동속도가 상기 제 2 이동동작부의 접지점의 이동속도와 동일한 방향으로 제로 이상의 이동속도로 됨과 아울러, 상기 좌우 방향에서의 제 2 이동동작부의 접지점의 이동속도의 크기가 상기 제 1 이동동작부의 접지점의 이동속도보다도 커지도록 상기 제 1 액추에이터 장치 및 제 2 액추에이터 장치의 각각을 제어하며,
   상기 제 1 제어 수단 및 제 2 제어 수단은, 상기 제 2 상황에서, 상기 조작기로부터 선회 지령이 출력된 경우에는, 상기 좌우 방향에서의 상기 제 2 이동동작부의 접지점의 이동속도의 크기에 대한 상기 제 1 이동동작부의 접지점의 이동속도의 크기의 비율을, 상기 도립진자형 차량의 미리 정한 대표점의 상기 전후 방향에서의 이동속도의 크기가 클수록, 제로에 근접시키도록 상기 제 1 액추에이터 장치 및 제 2 액추에이터 장치의 각각을 제어하는 것을 특징으로 하는 도립진자형 차량.
2. 바닥면 위를 이동 가능한 제 1 이동동작부와, 이 제 1 이동동작부를 구동하는 제 1 액추에이터 장치와, 상기 제 1 이동동작부 및 제 1 액추에이터 장치가 조립된 기체와, 연직방향에 대하여 경사 자유롭게 상기 기체에 조립된 승차인 탑승부를 구비하고, 상기 제 1 이동동작부가 상기 제 1 액추에이터 장치의 구동력에 의해 상기 승차인 탑승부에 탑승한 승차인의 전후 방향 및 좌우 방향을 포함하는 전체 방향으로 이동 가능하게 구성된 도립진자형 차량으로서,
   상기 제 1 이동동작부와 상기 전후 방향으로 간격을 두고 이 제 1 이동동작부 또는 상기 기체에 연결되고, 바닥면 위를 상기 전체 방향으로 이동 가능하게 구성된 제 2 이동동작부와,
   이 제 2 이동동작부의 상기 좌우 방향으로의 이동을 행하게 하는 구동력을 발생하는 제 2 액추에이터 장치와,
   상기 승차인 탑승부에 탑승한 승차인에 의한 조작에 따라, 상기 도립진자형 차량의 선회를 행하게 하기 위한 선회 지령을 출력하는 조작기와,
   상기 제 1 액추에이터 장치를 제어함으로써 상기 제 1 이동동작부의 이동동작을 제어하는 제 1 제어 수단과,
   상기 제 2 액추에이터 장치를 제어함으로써 상기 제 2 이동동작부의 이동동작을 제어하는 제 2 제어 수단을 구비하고,
   상기 제 1 제어 수단은 상기 조작기로부터 상기 선회 지령이 출력되고 있는 경우 및 이 선회 지령이 출력되고 있지 않은 경우중 어느 경우에도, 상기 승차인 탑승부의 상기 전후 방향 및 좌우 방향의 일방 또는 양방의 방향으로의 경사에 따라 상기 제 1 이동동작부를 이동시키도록 상기 제 1 액추에이터 장치를 제어하고,
   상기 제 2 제어 수단은, 상기 제 1 이동동작부가 상기 전후 방향으로 이동하고 있거나 또는 정지하고 있는 상황에서, 상기 조작기로부터 상기 선회 지령이 출력된 경우에는, 상기 좌우 방향에서의 상기 제 2 이동동작부의 접지점의 이동속도가 상기 좌우 방향에서의 상기 제 1 이동동작부의 접지점의 이동속도와 상이한 속도가 되도록 상기 제 2 액추에이터 장치를 제어하며,
   상기 전후 방향은 상기 제 1 이동동작부의 환상 심체의 축심방향과 직교하고 연직 방향과 직교하는 방향이고, 상기 좌우 방향은 상기 전후 방향과 직교하고 연직 방향과 직교하는 방향이며,
   상기 제 2 이동동작부는 상기 제 1 이동동작부의 후방측에 배치되며,
   상기 제 1 제어 수단 및 제 2 제어 수단은, 상기 전후 방향 및 좌우 방향에서의 상기 제 1 이동동작부의 접지점의 이동속도가 제로로 되어 있는 상황인 제 1 상황에서, 상기 조작기로부터 상기 선회 지령이 출력된 경우에는, 상기 도립진자형 차량이 선회하고, 또한, 상기 제 1 이동동작부의 전방의 영역으로 순간 선회 중심이 존재하도록, 상기 좌우 방향에서의 상기 제 1 이동동작부 및 제 2 이동동작부의 접지점의 이동속도를 각각 상기 제 1 액추에이터 장치 및 제 2 액추에이터 장치를 통하여 제어하며,
   상기 제 1 제어 수단 및 제 2 제어 수단은, 상기 제 1 이동동작부가 상기 전후 방향으로 이동하고 있는 상황인 제 2 상황에서, 상기 조작기로부터 상기 선회 지령이 출력된 경우에는, 상기 도립진자형 차량이 선회하고, 또한, 상기 제 1 이동동작부의 접지면 내 또는 이 접지면보다도 전방의 영역에 순간 선회 중심이 존재하도록, 상기 좌우 방향에서의 상기 제 1 이동동작부 및 제 2 이동동작부의 접지점의 이동속도를 각각 상기 제 1 액추에이터 장치 및 제 2 액추에이터 장치를 통하여 제어하며,
   상기 제 1 제어 수단 및 제 2 제어 수단은, 상기 제 2 상황에서, 상기 조작기로부터 상기 선회 지령이 출력된 경우에는, 상기 순간 선회 중심을, 상기 도립진자형 차량의 미리 정한 대표점의 상기 전후 방향에서의 이동속도의 크기가 클수록, 상기 제 1 이동동작부의 접지면의 전방측으로부터 이 접지면에 근접시키도록 상기 좌우 방향에서의 상기 제 1 이동동작부 및 제 2 이동동작부의 접지점의 이동속도를 각각 상기 제 1 액추에이터 장치 및 제 2 액추에이터 장치를 통하여 제어하는 것을 특징으로 하는 도립진자형 차량.
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