KR101478599B1 - 도립진자형 차량 - Google Patents

Abstract

제 1 제어 처리부(24)는 조이스틱(12)의 조작에 따른 전후 방향 및 좌우 방향의 기본 속도 지령(Vjs_xy)과, 승차인의 체중이동에 따른 전후 방향 및 좌우 방향의 목표 무게중심 속도 가산량(Vb_cmd_by_ofs_xy)을 가산하여, 목표 속도(V1xy)를 결정한다. 전후 이동속도 지령 제한부(26)는, 기본 선회 각속도 지령 값(ωjs)가 높을수록, 조이스틱(12)의 전후 방향의 조작량(Js_y)에 따른 기본 속도 지령(Vjs_x)과 승차인의 체중이동에 따른 무게중심 벗어남 영향량(Vofs_x)에 따른 목표 무게중심 속도 가산량(Vb_cmd_by_ofs_x)을 작게 설정한다.

Description

도립진자형 차량{INVERTED PENDULUM TYPE VEHICLE}

본 발명은, 바닥면 위를 이동 가능한 도립진자형 차량에 관한 것이다.

바닥면 위를 이동하는 이동동작부와, 이 이동동작부를 구동하는 액추에이터가 조립된 기체에, 연직 방향에 대하여 경동(傾動) 자유로운 승차인 탑승부가 조립된 도립진자형 차량이 종래부터 알려져 있다(예를 들면, 일본 특개 2011-068165호 공보 참조).

도립진자형 차량의 탑승자는 체중 이동에 의한 조작 또는 조이스틱 등의 조작부의 조작에 의해 이동을 행하지만, 자신이 의도하는 대로 도립진자형 차량을 이동시키기 위해서는, 어느 정도의 숙련이 필요하다. 그 때문에, 조작이 익숙하지 않은 초심자가 도립진자형 차량을 자신이 의도하는 대로 조작하는 것은 어려웠다.

본 발명은 이러한 배경을 감안하여 이루어진 것으로, 탑승자에 의한 이동 조작을 용이하게 한 도립진자형 차량을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 이루어진 것으로,

바닥면 위를 이동 가능한 제 1 이동동작부와,

상기 제 1 이동동작부를 구동하는 제 1 액추에이터 장치와,

상기 제 1 이동동작부 및 상기 제 1 액추에이터 장치가 조립된 기체와,

연직 방향에 대하여 경동 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 차량에 관한 것이다.

그리고, 제 1 발명의 도립진자형 차량은,

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

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

상기 승차인 탑승부에 탑승한 승차인에 의한, 상기 도립진자형 차량의 상기 전후 방향의 이동을 지시하는 전후 이동 조작과, 상기 도립진자형 차량의 상기 좌우 방향의 이동을 지시하는 좌우 이동 조작과, 상기 도립진자형 차량의 선회를 지시하는 선회 조작을 받아들이는 조작부와,

상기 전후 이동 조작의 조작량에 따른 지령 속도로, 상기 도립진자형 차량을 상기 전후 방향으로 이동시키기 위한 전후 이동속도 지령과, 상기 좌우 이동 조작의 조작량에 따른 지령 속도로, 상기 도립진자형 차량을 상기 좌우 방향으로 이동시키기 위한 좌우 이동속도 지령과, 상기 선회 조작의 조작량에 따른 지령 속도로, 상기 도립진자형 차량을 선회시키기 위한 선회 속도 지령을 출력하는 속도 지령 출력부와,

상기 전후 이동속도 지령과 상기 좌우 이동속도 지령과 상기 선회 속도 지령에 따라, 상기 제 1 액추에이터 장치와 상기 제 2 액추에이터 장치의 작동에 의해, 상기 제 1 이동동작부와 상기 제 2 이동동작부의 이동동작을 제어하는 제어 처리부와,

상기 조작부에 대하여, 상기 선회 조작과 상기 전후 이동 조작이 행해졌을 때에, 상기 선회 조작의 조작량이 많을수록, 상기 전후 이동 조작에 따른 상기 전후 이동속도 지령을 낮게 설정하는 전후 이동속도 지령 제한부를 구비한 것을 특징으로 한다.

제 1 발명의 도립진자형 차량에 있어서, 상기 승차인 탑승부에 탑승한 승차인에 의해, 상기 조작부에 대하여 상기 선회 조작과 상기 전후 이동 조작이 행해졌을 때에, 상기 선회 조작의 조작량이 많아졌을 때에는, 승차인이 도립진자형 차량을 더욱 선회시키는 것을 의도하고 있는 것으로 상정된다.

그래서, 상기 전후 이동속도 지령 제한부에 의해, 상기 선회 조작의 조작량이 많을수록 상기 전후 이동 조작에 따른 상기 전후 이동속도 지령을 낮게 설정함으로써, 상기 도립진자형 차량의 선회를 하기 쉽게 하여, 승차인에 의한 도립진자형 차량의 조작을 용이하게 할 수 있다.

또한 제 2 발명의 도립진자형 차량은,

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

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

상기 승차인 탑승부에 탑승한 승차인에 의한, 상기 도립진자형 차량의 상기 전후 방향의 이동을 지시하는 전후 이동 조작과, 상기 도립진자형 차량의 상기 좌우 방향의 이동을 지시하는 좌우 이동 조작과, 상기 도립진자형 차량의 선회를 지시하는 선회 조작을 받아들이는 조작부와,

상기 전후 이동 조작의 조작량에 따른 지령 속도로, 상기 도립진자형 차량을 상기 전후 방향으로 이동시키기 위한 전후 이동속도 지령과, 상기 좌우 이동 조작의 조작량에 따른 지령 속도로, 상기 도립진자형 차량을 상기 좌우 방향으로 이동시키기 위한 좌우 이동속도 지령과, 상기 선회 조작의 조작량에 따른 지령 속도로, 상기 도립진자형 차량을 선회시키기 위한 선회 속도 지령을 출력하는 속도 지령 출력부와,

상기 전후 이동속도 지령과 상기 좌우 이동속도 지령과 상기 선회 속도 지령에 따라, 상기 제 1 액추에이터 장치와 상기 제 2 액추에이터 장치의 작동에 의해, 상기 제 1 이동동작부와 상기 제 2 이동동작부의 이동동작을 제어하는 제어 처리부와,

상기 조작부에 대하여, 상기 선회 조작과 상기 전후 이동 조작이 행해졌을 때에, 상기 전후 이동 조작의 조작량이 적을수록, 상기 선회 조작에 따른 상기 선회 속도 지령을 낮게 설정하는 선회 속도 지령 제한부를 구비한 것을 특징으로 한다.

제 2 발명의 도립진자형 차량에 있어서, 상기 승차인 탑승부에 탑승한 승차인에 의해, 상기 조작부에 대하여 상기 선회 조작과 상기 전후 이동 조작이 행해졌을 때에, 상기 전후 이동 조작의 조작량이 적을 때에는, 승차인은 도립진자형 차량을 저속으로 이동시키는 것을 의도하고 있다고 상정된다.

그래서, 상기 선회 속도 지령 제한부에 의해, 상기 전후 이동 조작의 조작량이 적을수록, 상기 선회 조작에 따른 상기 선회 속도 지령을 낮게 설정함으로써, 도립진자형 차량을 저속으로 이동시키려고 하고 있는 승차인의 의지에 반하여, 상기 도립진자형 차량이 고속으로 선회하는 것을 억제하여, 승차인에 의한 도립진자형 차량의 조작을 용이하게 할 수 있다.

또한 제 3 발명의 도립진자형 차량은,

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

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

상기 승차인 탑승부에 탑승한 승차인에 의한, 상기 도립진자형 차량의 상기 전후 방향의 이동을 지시하는 전후 이동 조작과, 상기 도립진자형 차량의 상기 좌우 방향의 이동을 지시하는 좌우 이동 조작과, 상기 도립진자형 차량의 선회를 지시하는 선회 조작을 받아들이는 조작부와,

상기 전후 이동 조작의 조작량에 따른 지령 속도로, 상기 도립진자형 차량을 상기 전후 방향으로 이동시키기 위한 전후 이동속도 지령과, 상기 좌우 이동 조작의 조작량에 따른 지령 속도로, 상기 도립진자형 차량을 상기 좌우 방향으로 이동시키기 위한 좌우 이동속도 지령과, 상기 선회 조작의 조작량에 따른 지령 속도로, 상기 도립진자형 차량을 선회시키기 위한 선회 속도 지령을 출력하는 속도 지령 출력부와,

상기 전후 이동속도 지령과 상기 좌우 이동속도 지령과 상기 선회 속도 지령에 따라, 상기 제 1 액추에이터 장치와 상기 제 2 액추에이터 장치의 작동에 의해, 상기 제 1 이동동작부와 상기 제 2 이동동작부의 이동동작을 제어하는 제어 처리부와,

상기 조작부에 대하여, 상기 선회 조작과 상기 좌우 이동 조작이 행해졌을 때에, 상기 좌우 이동 조작의 조작량이 클수록, 상기 선회 조작에 따른 상기 선회 속도 지령을 낮게 설정하는 선회 속도 지령 제한부를 구비한 것을 특징으로 한다.

제 3 발명의 도립진자형 차량에 있어서, 상기 제어 처리부는, 상기 도립진자형 차량을 상기 좌우 방향으로 이동시킬 때는, 상기 제 1 이동동작부와 상기 제 2 이동동작부를 상기 좌우 방향으로 동일한 속도로 이동시키고, 상기 도립진자형 차량을 선회시킬 때에는, 상기 제 1 이동동작부와 상기 제 2 이동동작부를 상기 좌우 방향으로 상이한 속도로 이동시킨다. 그 때문에 상기 제 2 이동동작부의 이동속도는 선회 속도와 상기 좌우 방향의 이동속도와의 합성속도에 의해 결정된다.

그래서, 상기 승차인 탑승부에 탑승한 승차인에 의해, 상기 조작부에 대하여 상기 선회 조작과 상기 좌우 이동 조작이 행해졌을 때에, 상기 선회 속도 지령 제한부는, 상기 좌우 이동 조작의 조작량이 많을수록, 상기 선회 조작에 따른 상기 선회 속도 지령을 낮게 설정한다. 이것에 의해, 상기 도립진자형 차량의 상기 좌우 방향의 이동을 우선하여, 상기 제 2 액추에이터 장치의 작동 한계의 범위 내에서 상기 선회 속도 지령이 출력되어, 승차인에 의한 상기 도립진자형 차량의 상기 좌우 방향의 이동 조작을 용이하게 할 수 있다.

또한 제 4 발명의 도립진자형 차량은,

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

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

상기 승차인 탑승부에 탑승한 승차인에 의한, 상기 도립진자형 차량의 상기 전후 방향의 이동을 지시하는 전후 이동 조작과, 상기 도립진자형 차량의 상기 좌우 방향의 이동을 지시하는 좌우 이동 조작과, 상기 도립진자형 차량의 선회를 지시하는 선회 조작을 받아들이는 조작부와,

상기 전후 이동 조작의 조작량에 따른 지령 속도로, 상기 도립진자형 차량을 상기 전후 방향으로 이동시키기 위한 전후 이동속도 지령과, 상기 좌우 이동 조작의 조작량에 따른 지령 속도로, 상기 도립진자형 차량을 상기 좌우 방향으로 이동시키기 위한 좌우 이동속도 지령과, 상기 선회 조작의 조작량에 따른 지령 속도로, 상기 도립진자형 차량을 선회시키기 위한 선회 속도 지령을 출력하는 속도 지령 출력부와,

상기 전후 이동속도 지령과 상기 좌우 이동속도 지령과 상기 선회 속도 지령에 따라, 상기 제 1 액추에이터 장치와 상기 제 2 액추에이터 장치의 작동에 의해, 상기 제 1 이동동작부와 상기 제 2 이동동작부의 이동동작을 제어하는 제어 처리부와,

상기 조작부에 대하여, 상기 선회 조작과 상기 좌우 이동 조작이 행해졌을 때에, 상기 선회 조작의 조작량이 많을수록, 상기 좌우 이동속도 지령을 낮게 설정하는 좌우 이동속도 지령 제한부를 구비한 것을 특징으로 한다.

제 4 발명의 도립진자형 차량에 있어서, 상기 제어 처리부는, 상기 도립진자형 차량을 상기 좌우 방향으로 이동시킬 때는, 상기 제 1 이동동작부와 상기 제 2 이동동작부를 상기 좌우 방향으로 동일한 속도로 이동시키고, 상기 도립진자형 차량을 선회시킬 때에는, 상기 제 1 이동동작부와 상기 제 2 이동동작부를 상기 좌우 방향으로 상이한 속도로 이동시킨다. 그 때문에 상기 제 2 이동동작부의 이동속도는 선회 속도와 상기 좌우 방향의 이동속도의 합성속도에 의해 결정된다.

그래서, 상기 승차인 탑승부에 탑승한 승차인에 의해, 상기 조작부에 대하여 상기 선회 조작과 상기 좌우 이동 조작이 행해졌을 때에, 상기 좌우 이동속도 지령 제한부는, 상기 선회 조작의 조작량이 많을수록, 상기 좌우 이동 조작에 따른 상기 좌우 이동속도 지령을 낮게 설정한다. 이것에 의해, 상기 선회 속도 지령을 우선하여, 상기 제 2 액추에이터 장치의 작동 한계의 범위 내에서 상기 좌우 이동속도 지령이 출력되어, 승차인에 의한 상기 도립진자형 차량의 선회 조작을 용이하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 1실시형태의 도립진자형 차량의 외관 사시도.
도 2는 실시형태의 도립진자형 차량의 측면도.
도 3은 실시형태의 도립진자형 차량의 제어를 위한 구성을 도시하는 블럭도.
도 4는 도 3에 도시하는 제 1 제어 처리부의 처리를 나타내는 블록선도.
도 5는 도 3에 도시하는 제 1 제어 처리부의 처리에 사용하는 도립진자 모델을 설명하기 위한 도면.
도 6은 도 5의 도립진자 모델에 관한 거동을 나타내는 블록선도.
도 7은 도 4에 도시하는 조작 지령 변환부의 처리를 나타내는 블록선도.
도 8은 도 4에 도시하는 무게중심 벗어남 추정부의 처리를 나타내는 블록선도.
도 9는 도 3에 도시하는 제 2 제어 처리부의 처리를 나타내는 블록선도.
도 10A~도 10C는 체중이동에 의한 전후 이동속도 지령의 설정 맵의 설명도.
도 11A~도 11C는 조이스틱에 의한 전후 이동속도 지령의 설정 맵의 설명도.
도 12A~도 12C는 체중이동에 의한 좌우 이동속도 지령의 설정 맵의 설명도.
도 13A~도 13C는 합성속도 지령에 의한 좌우 이동속도 지령의 설정 맵의 설명도.
도 14A~도 14C는 체중이동에 의한 좌우 이동속도 지령의 설정 맵의 설명도.
도 15A~도 15C는 합성속도 지령에 의한 좌우 이동속도 지령의 설정 맵의 설명도.
도 16A~도 16C는 전후 이동속도에 따른 선회 속도 지령의 설정 맵의 설명도.

본 발명의 1실시형태를 도 1∼도 16을 참조하여 설명한다. 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이 본 실시형태의 도립진자형 차량(1)(이후, 단지 차량(1)이라고도 함)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)에 동일한 각도 간격으로 배열하도록 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 향하게 하여 환상 심체(6)에 외삽되어 있다. 그리고, 각 롤러(7)는 환상 심체(6)의 축심 둘레로 이 환상 심체(6)와 일체로 회전 가능하게 되어 있음과 아울러, 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 접지 상태에서, 환상 심체(6)를 그 축심 둘레로 회전 구동함으로써, 환상 심체(6) 및 각 롤러(7)의 전체가 윤전하고, 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 회전 구동함으로써 제 1 이동동작부(3)가 환상 심체(6)의 축심 방향으로 이동하게 되어 있다.

또한, 환상 심체(6)의 회전 구동과 각 롤러(7)의 회전 구동을 행함으로써 환상 심체(6)의 축심과 직교하는 방향과, 환상 심체(6)의 축심 방향에 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 축심 방향을 Y축 방향으로 하고, 연직 방향을 Z축 방향으로 한다. 또한, 전측 방향을 X축의 정방향, 좌측 방향을 Y축의 정방향, 상측 방향을 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 둘레(Y축 둘레)로 경동 자유롭게 되어 있음과 아울러, 제 1 이동동작부(3)와 함께 바닥면에 대하여 기욺으로써, 제 1 이동동작부(3)의 접지부를 지지점으로 하여, 환상 심체(6)의 축심과 직교하는 X축 둘레로 경동 자유롭게 되어 있다. 따라서, 기체(2)는 연직 방향에 대하여 2축 둘레로 경동 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 회전 구동하는 액추에이터로서의 전동 모터(8a)와, 각 롤러(7)를 회전 구동하는 액추에이터로서의 전동 모터(8b)로 구성된다. 그리고, 전동 모터(8a, 8b)는 각각 도시를 생략한 동력전달 기구를 통하여 환상 심체(6), 각 롤러(7)에 회전 구동력을 부여하도록 하고 있다. 또한, 이 동력전달 기구는 공지의 구조의 것이어도 된다.

또한, 제 1 이동동작부(3)는 상기의 구조와 다른 구조의 것이어도 된다. 예를 들면, 제 1 이동동작부(3) 및 그 구동계의 구조로서 PCT 국제공개공보 WO/2008/132778, 또는, PCT 국제공개공보 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, 기체(2)와 일체로 연직 방향에 대하여 경동 자유롭게 되어 있다.

기체(2)에는 또한 승차인 탑승부(5)에 착석한 승차인이 그 발을 올리는 한 쌍의 발받침부(9, 9)와, 승차인이 파지하는 한 쌍의 파지부(10, 10)가 조립되어 있다. 발받침부(9, 9)는 기체(2)의 양측부의 하부에 돌출 설치되어 있다. 또한, 도 1 및 도 2에서는, 일방측(우측의 발받침부(9)의 도시는 생략되어 있다.

또한 파지부(10, 10)는 승차인 탑승부(5)의 양측에 X축 방향(전후 방향)으로 뻗어 배치된 바 형상의 것이며, 각각, 기체(2)로부터 연장하여 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)(본 발명의 조작부를 구성함)이 부착되어 있다.

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

또한, 본 실시형태에서는 조이스틱(12)의 전후 방향의 요동량(즉, Y축 둘레의 회전량, 본 발명의 전후 이동 조작의 조작량에 상당함)은 전향(前向)의 요동량이 정, 후향(後向)의 요동량이 부이다. 또한 조이스틱(12)의 좌우 방향의 요동량(즉, X축 둘레의 회전량, 본 발명의 선회 조작의 조작량에 상당함)은 좌향(左向)의 요동량이 정, 우향(右向)의 요동량이 부이다.

제 2 이동동작부(4)는 본 실시형태에서는, 소위, 옴니휠에 의해 구성되어 있다. 제 2 이동동작부(4)로서의 옴니휠은 동일 축심의 한 쌍의 환상 심체(도시 생략)와, 각 환상 심체에, 회전축심을 이 환상 심체의 원주 방향을 향하여 회전 자유롭게 외삽한 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 향하게 하여 제 1 이동동작부(3)의 후방에 배치되고, 롤러(13)를 통하여 바닥면에 접지되어 있다.

또한, 상기한 쌍의 환상 심체의 일방의 롤러(13)와, 타방의 롤러(13)는 이 환상 심체의 둘레 방향으로 위상을 비켜 배치되어 있고, 이 한 쌍의 환상 심체의 회전시에, 이 한 쌍의 환상 심체의 일방측의 롤러(13)와, 타방측의 롤러(13) 중의 어느 일방이 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 있고, 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)는 암(15)을 통하여 기체(2)에 연결되어 있다.

그리고, 제 2 이동동작부(4)는 암(15)의 요동에 의해 제 1 이동동작부(3)의 환상 심체(6)의 축심 둘레로 기체(2)에 대하여 요동 자유롭게 되고, 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 경동시키는 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 있고, 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 경동 범위가 제한되어, 이 기체(2) 및 승차인 탑승부(5)가 승차인의 후방측으로 과대하게 기우는 것이 방지되게 되어 있다.

또한, 제 2 이동동작부(4)는 바닥면에 밀어 붙여지도록 스프링 등에 의해 가압되어 있어도 된다.

상기한 바와 같이, 제 2 이동동작부(4)는 그 한 쌍의 환상 심체의 회전과, 롤러(13)의 회전 중의 일방 또는 양방을 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, 롤러(13)의 회전에 의해, 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 행해진다. 또한 제 2 이동동작부(4)의 Y축 방향에서의 이동은 전동 모터(17)에 의해 제 2 이동동작부(4)의 한 쌍의 환상 심체를 회전 구동함으로써 행해진다.

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 도시한 바와 같이, CPU, RAM, ROM 등을 포함하는 전자회로 유닛에 의해 구성된 제어 장치(20)와, 기체(2)의 3축 방향의 가속도를 검출하는 가속도 센서(50)와, 이 3축 둘레의 각속도를 검출하는 각속도 센서(51)(자이로 센서 등)와, 전동 모터(8a)의 회전속도를 검출하는 회전속도 센서(52a)(인코더 등)와, 전동 모터(8b)의 회전속도를 검출하는 회전속도 센서(52b)와, 전동 모터(17)의 회전속도를 검출하는 회전속도 센서(53)가 탑재되어 있다.

그리고, 제어 장치(20)에는 조이스틱(12)의 출력과, 가속도 센서(50), 각속도 센서(51), 회전 속도 센서(52a), 회전 속도 센서(52b), 및 회전속도 센서(53)의 각 검출 신호가 입력되게 되어 있다.

제어 장치(20)는, 가속도 센서(50) 및 각속도 센서(51)의 검출 신호로부터, 승차인 탑승부(5)의 경사각도(=기체(2)의 경사각도)의 계측값을, 공지의 수법을 사용하여 취득한다. 이 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 미리 정해진 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 제어 장치(20)는 각속도 센서(51)의 검출 신호에 기초하여, 차량(1)의 요잉축 둘레의 각속도의 계측값을 취득한다.

제어 장치(20)는, 실장되는 프로그램 등에 의해 실현되는 기능으로서, 상기한 바와 같이 계측값을 취득하는 기능 이외에, 제 1 액추에이터 장치(8)를 구성하는 전동 모터(8a, 8b)를 제어함으로써 제 1 이동동작부(3)의 이동동작을 제어하는 제 1 제어 처리부(24)와, 제 2 액추에이터 장치로서의 전동 모터(17)를 제어함으로써 제 2 이동동작부(4)의 이동동작을 제어하는 제 2 제어 처리부(25)와, 차량(1)의 전후 방향의 이동속도 지령을 제한하는 전후 이동속도 지령 제한부(26)와, 차량(1)의 좌우 방향의 이동속도 지령을 제한하는 좌우 이동속도 지령 제한부(27)와, 차량(1)의 선회속도 지령을 제한하는 선회속도 지령 제한부(28)를 구비하고 있다. 제 1 제어 처리부(24)는 본 발명의 조작부와 속도 지령 출력부와 제어 처리부의 기능을 포함하고 있다.

제 1 제어 처리부(24)는, 후술하는 연산 처리를 실행함으로써, 제 1 이동동작부(3)의 이동속도(상세하게는, X축 방향의 병진속도와 Y축 방향의 병진속도와의 쌍)의 목표값인 제 1 목표 속도를 축차 산출하고, 제 1 이동동작부(3)의 실제의 이동속도를 제 1 목표 속도에 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 있고, 제 1 이동동작부(3)의 제 1 목표 속도에 따라, 각 전동 모터(8a, 8b)의 회전속도의 목표값이 규정되게 되어 있다.

그리고, 제 1 제어 처리부(24)는 전동 모터(8a, 8b)의 회전속도를 제 1 목표 속도에 따라 규정되는 목표값에 피드백 제어함으로써, 제 1 이동동작부(3)의 실제의 이동속도를 제 1 목표 속도로 제어한다.

또한 제 2 제어 처리부(25)는, 후술하는 연산 처리를 실행함으로써, 제 2 이동동작부(4)의 이동속도(상세하게는 Y축 방향의 병진속도)의 목표값인 제 2 목표 속도를 축차 산출하고, Y축 방향에서의 제 2 이동동작부(4)의 실제의 이동속도를 제 2 목표 속도에 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 있어, 제 2 이동동작부(4)의 제 2 목표 속도에 따라, 전동 모터(17)의 회전속도의 목표값이 규정되게 되어 있다.

그리고, 제 2 제어 처리부(25)는, 전동 모터(17)의 회전속도를 제 2 목표 속도에 따라 규정되는 목표값에 피드백 제어함으로써, Y축 방향에서의 제 2 이동동작부(4)의 실제의 이동속도를 제 2 목표 속도로 제어한다.

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 예고하지 않는 한, 제 1 이동동작부(3)의 접지점의 이동속도를 의미한다. 마찬가지로, 제 2 이동동작부(4)의 속도는, 특별히 예고하지 않는 한, 제 2 이동동작부(4)의 접지점의 이동속도를 의미한다.

다음에 상기 제 1 제어 처리부(24) 및 제 2 제어 처리부(25)에 의한 처리를 더욱 상세하게 설명한다. 우선, 도 4∼도 8을 참조하여, 제 1 제어 처리부(24)에 의한 처리에 대하여 설명한다.

제 1 제어 처리부(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 조작 지령 변환부(31)와, 차량(1)과 그 승차인 탑승부(5)에 탑승한 승차인을 합친 전체의 무게중심(이후, 차량계 전체 무게중심이라고 함)의 목표 속도를 결정하는 무게중심 목표 속도 결정부(32)와, 차량계 전체 무게중심의 속도를 추정하는 무게중심 속도 추정부(33)와, 추정한 차량계 전체 무게중심의 속도를 목표 속도에 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 제어 처리부(24)는 이들 각 기능부의 처리를 제어 장치(20)의 소정의 연산 처리 주기에서 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 병진이동 속도를 의미하는 것이다.

여기에서, 제 1 제어 처리부(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 제어 처리부(24)에 의한 처리의 알고리즘은 이 거동을 기초로 하여 구축되어 있다.

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

Y축 방향에서 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 설치되어, 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 방향에서 본 차량계 전체 무게중심의 운동에 상당하고, 연직 방향에 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 방향에서 본 차량계 전체 무게중심의 거동을 나타내는 도립진자 모델은 X축 방향에 평행한 회전축심을 가지고 바닥면 위를 윤전 자유로운 가상적인 차륜(61_y)(이후, 가상 차륜(61_y)이라고 함)과, 이 가상 차륜(61_y)의 회전 중심으로부터 연장 설치되고, 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 방향에서 본 차량계 전체 무게중심의 운동에 상당하고, 연직 방향에 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 된다. 또한 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 병진 운동이 가상 차륜(61_y)의 윤전에 의한 Y축 방향의 병진 운동에 상당하는 것으로 된다.

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 같다. 그래서, 이후, h_x=h_y=h로 둔다.

여기에서, Y축 방향에서 본 경우의 상기 기준부(Ps_x)와 질점(Ga_x)과의 위치관계에 대하여 보충하면, 기준부(Ps_x)의 위치는 승차인 탑승부(5)에 탑승(착석)한 승차인이 이 승차인 탑승부(5)에 대하여 미리 정해진 중립 자세인 채로 부동이라고 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 방향에서 본 경우의 상기 기준부(Ps_y)와 질점(Ga_y)과의 위치관계에 대해서도 동일하다.

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 수평 방향으로 벗어나게 된다. 이 때문에, 도 5에서는, 질점(Ga_x, Ga_y)의 위치를 각각 기준부(Ps_x, Ps_y)의 위치로부터 비켜 놓은 상태로 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.

Vb_x=Vw1_x+h·ωb_x ……(1a)

dVb_x/dt=(g/h)·(θb_x·(h-r_x)+Ofst_x)+ωz·Vb_y ……(1b)

Vb_y=Vw1_y+h_y·ωb_y ……(2a)

dVb_y/dt=(g/h)·(θb_y·(h-r_y)+Ofst_y)-ωz·Vb_x ……(2b)

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 경동에 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 경동에 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 경동에 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 방향에서 본 제 1 이동동작부(3)의 접지부)의 연직 상방 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 성분이다. 식 (1b)의 우변의 제2항은 ωz의 요잉레이트에서의 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 방향에서 본 제 1 이동동작부(3)의 접지부)의 연직 상방 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 요잉레이트에서의 선회시에 차량(1)에 작용하는 원심력에 의해 발생하는 Y축 방향의 가속도 성분이다.

상기한 바와 같이 식 (1a), (1b)에 의해 표현되는 거동(X축 방향에서 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 제어 처리부(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 제어 처리부(24)의 처리를 보다 구체적으로 설명한다. 또한, 이후의 설명에서는, Y축 방향에서 본 거동에 관한 변수의 값과, X축 방향에서 본 거동에 관한 변수의 값의 쌍을 첨자 “_xy”를 부가하여 표기하는 경우가 있다.

도 4를 참조하여, 제 1 제어 처리부(24)는, 제어 장치(20)의 각 연산 처리 주기에 있어서, 우선, 조작 지령 변환부(31)의 처리와 무게중심 속도 추정부(33)의 처리를 실행한다.

도 7에 도시하는 바와 같이, 조작 지령 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 기본 속도 지령(Vjs_xy)과, 차량(1)의 선회시의 요잉축 둘레 방향의 각속도의 기본 지령값인 기본 선회 각속도 지령(ωjs)을 결정한다.

상기 기본 속도 지령(Vjs_xy) 중, X축 방향의 기본 속도 지령(Vjs_x)은, 처리부(31a)에 의해, 조이스틱(12)의 X축 방향으로의 요동량(Js_x)에 따라 결정된다. 구체적으로는, 요동량(Js_x)이 정방향의 요동량(전향의 요동량)인 경우에는, X축 방향의 기본 속도 지령(Vjs_x)은 차량(1)의 전진 방향으로의 속도 지령(정의 속도 지령)으로 되고, 요동량(Js_x)이 부방향의 요동량(후향의 요동량)인 경우에는, X축 방향의 기본 속도 지령(Vjs_x)은 차량(1)의 후진 방향으로의 속도 지령(부의 속도 지령)으로 된다.

또한 이 경우, X축 방향의 기본 속도 지령(Vjs_x)의 크기는, 조이스틱(12)의 X축 방향(전향 또는 후향)으로의 요동량(Js_x)의 크기가 클수록, 기정의 상한값 이하에서, 커지도록 결정된다.

또한, 조이스틱(12)의 정방향 또는 부방향으로의 요동량(Js_x)의 크기가 충분히 미소한 것이 되는 소정의 범위를 불감대역으로 하여, 그 불감대역 내의 요동량에서는, X축 방향의 기본 속도 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 기본 속도 지령(Vjs_xy) 중, Y축 방향의 기본 속도 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)인 경우에는, Y축 방향의 기본 속도 지령(Vjs_y)은 차량(1)의 좌향으로의 속도 지령(정의 속도 지령)이 되고, 요동량(Js_y)이 정방향의 요동량(좌향의 요동량)인 경우에는, Y축 방향의 기본 속도 지령(Vjs_y)은 차량(1)의 우향으로의 속도 지령(부의 속도 지령)으로 된다. 이 경우, Y축 방향의 기본 속도 지령(Vjs_y)의 크기는 조이스틱(12)의 Y축 방향으로의(우향 또는 좌향으로의) 요동량의 크기가 클수록, 기정의 상한값 이하에서, 커지도록 결정된다.

보다 구체적으로는, 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 둘레의 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)는 우회전(시계방향 회전)의 선회의 각속도 지령(부의 각속도 지령)으로 되고, 조이스틱(12)의 요동량(Js_y)이 정방향의 요동량(좌향의 요동량)인 경우에는, 기본 선회 각속도 지령(ωjs)는 좌회전(반시계방향 회전)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 기본 속도 지령(Vjs_y)이 결정된다.

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

단, 기본 속도 지령(Vjs_y) 또는 기본 선회 각속도 지령(ωjs)의 크기는 조이스틱(12)의 Y축 방향으로의 요동량의 크기가 충분히 미소한 것으로 되는 소정의 범위를 불감대역으로 하여, 그 불감대역 내의 요동량에서는, Y축 방향의 기본 속도 지령(Vjs_y) 또는 기본 선회 각속도 지령(ωjs)을 제로로 설정하도록 해도 된다. 도 7의 처리부(31b) 중에 도시하는 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 양쪽으로 조작되어 있는 경우에는, Y축 방향의 기본 속도 지령(Vjs_y)의 크기를, 조이스틱(12)의 X축 방향으로의 요동량 또는 X축 방향의 기본 속도 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 기본 속도 지령(Vjs_y))이 제로가 아닌 상태가 조이스틱(12)으로부터 선회 지령이 출력되고 있는 상태에 상당하고, 또한 ωjs(또는 Vjs_y)가 제로가 되는 상태가 조이스틱(12)으로부터 선회 지령이 출력되고 있지 않은 상태에 상당한다.

여기에서, 전후 이동속도 지령 제한부(26)는 처리부(31a)에서 조이스틱(12)의 요동량(Js_x)(본 발명의 전후 이동 조작의 조작량에 상당함)에 따라 결정되는, X축 방향(전후 방향)의 기본 속도 지령(Vjs_x)을 제한하는 처리를 행한다. 전후 이동속도 지령 제한부(26)는, 도 11A∼도 11C에 예시한 조이스틱(12)의 요동량(Js_x)(입력)에 대한 기본 속도 지령(Vjs_x)(출력)의 설정 맵에 의해, 요동량(Js_x)에 대한 기본 속도 지령(Vjs_x)을 기본 선회 각속도 지령(ωjs)에 따라 변경한다.

도 11A∼도 11C의 어느 하나의 설정 맵에 의해, 전후 이동속도 지령 제한부(26)는, 기본 선회 각속도 지령(ωjs)이 높을수록, 조이스틱(12)의 요동량(Js_x)의 입력에 대하여 출력하는 기본 속도 지령(Vjs_x)을 낮게 설정한다. 예를 들면, 도 11C의 설정 맵에서는, 동일한 Js_x에 대한 Vjs_x가 전역에 걸쳐서 |ωjs1|(<|ωjs2|)일 때보다도 |ωjs2|일 때 쪽이 낮아지도록 설정되어 있다.

그리고, 이것에 의해, 기본 선회 각속도 지령(ωjs)이 높고, 승차인이 고속 선회를 의도한 조작을 행하고 있을 때에, 차량(1)의 전후 방향의 속도를 낮게 유지해서 차량(1)을 선회하기 하여, 승차인에 의한 차량(1)의 선회 조작을 용이하게 하고 있다.

다음에, 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, 무게중심 속도 추정부(33)는 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 합침으로써, 차량계 전체 무게중심의 속도의 추정값(Vb_estm1_xy)을 산출한다.

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.

Vb_estm1_x=Vw1_act_x+h·ωb_act_x ……(3a)

Vb_estm1_y=Vw1_act_y+h·ωb_act_y ……(3b)

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 연산 처리 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 회전속도 센서(52a, 52b)에 의해 검출하고, 그들 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, 가속도 센서(50) 및 각속도 센서(51)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 제어 처리부(24)는 상기한 바와 같이 조작 지령 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 가속도 센서(50) 및 각속도 센서(51)의 검출 신호로부터 얻어진 승차인 탑승부(5)의 Y축 둘레 방향의 실제의 경사각도(θb_act_x)의 계측값(최신값)과, 각속도 센서(51)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 연산 처리 주기에서 결정한 X축 방향의 무게중심 벗어남량 추정값(Ofst_estm_x)(전회값)을 사용하여, 상기 식 (1b)의 우변의 연산 처리를 연산부(35a1)에서 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”와 “_y”를 바꾸고, 가산기(35a5)로의 입력 중 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 값에 수렴하도록 결정할 수 있다.

제 1 제어 처리부(24)는, 다음에 도 4에 도시하는 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, 무게중심 벗어남 영향량(Vofs_xy)을 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 추정값에 있어서의 Vb_estm1_xy와의 편차를 제로에 근접시키도록 기능하는 조작량 성분을 결정하기 위한 게인값이다.

제 1 제어 처리부(24)은, 다음에 도 4에 도시하는 무게중심 목표 속도 결정부(32)의 처리를 실행함으로써, 조작 지령 변환부(31)에 의해 결정된 기본 속도 지령(Vjs_xy)과, 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 목표 속도 결정부(32)는, 우선, 도 4에 도시하는 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 목표 속도 결정부(32)는 X축 방향의 무게중심 벗어남 영향량(Vofs_x)의 크기가 제로 부근의 소정의 범위인 불감대역 내의 값(비교적 제로에 가까운 값)인 경우에는, X축 방향의 목표 무게중심 속도 가산량(Vb_cmd_by_ofs_x)을 제로로 한다.

또한 무게중심 목표 속도 결정부(32)는, X축 방향의 무게중심 벗어남 영향량(Vofs_x)의 크기가 불감대역 내에서 일탈한 값인 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 내에 제한된다.

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

또한, 무게중심 속도 추정부(33)와, 무게중심 벗어남 추정부(35a)와, 무게중심 벗어남 영향량 산출부(35b)에 의해, 승차인의 체중이동에 의한 무게중심 벗어남 영향량(승차인의 체중이동에 의한 전후 방향 및 좌우 방향의 속도 지령 조작의 조작량)을 구하는 구성은 본 발명의 조작부의 기능에 상당하고, 이 구성과 조이스틱(12)에 의해, 본 발명의 조작부가 구성된다.

여기에서, 전후 이동속도 지령 제한부(26)는 처리부(32c)에서 무게중심 벗어남 영향량(Vofs_x)(X축 방향의 체중이동에 의한 속도 지령, 본 발명의 전후 이동 조작의 조작량에 상당함)에 따라 결정되는, X축 방향(전후 방향)의 목표 무게중심 속도 가산량(Vb_cmd_by_ofs_x)을 제한하는 처리를 행한다.

전후 이동속도 지령 제한부(26)는, 도 10A∼도 10C에 예시한 무게중심 벗어남 영향량(Vofs_x)(입력)에 대한 목표 무게중심 속도 가산량(Vb_cmd_by_ofs_x)(출력)의 설정 맵에 의해, 무게중심 벗어남 영향량(Vofs_x)에 대한 목표 무게중심 속도 가산량(Vb_cmd_by_ofs_x)을 기본 선회 각속도 지령(ωjs)에 따라 변경한다.

도 10A∼도 10C의 설정 맵에 의해, 전후 이동속도 지령 제한부(26)는, 기본 선회 각속도 지령(ωjs)이 높을수록, 무게중심 벗어남 영향량(Vofs_x)의 입력에 대하여 출력하는 목표 무게중심 속도 가산량(Vb_cmd_by_ofs_x)을 작게 설정한다. 예를 들면, 도 10C의 설정 맵에서는, 동일한 Vost_x에 대한 Vb_cmd_by_ofs_x가 불감대를 제외한 전역에 걸쳐, |ωjs1|(<|ωjs2|)일 때보다도 |ωjs2|일 때 쪽이 낮아지도록 설정되어 있다.

그리고, 이것에 의해, 기본 선회 각속도 지령(ωjs)이 높고, 승차인이 고속 선회를 의도한 조작을 행하고 있을 때에, 차량(1)의 전후 방향의 속도를 낮게 유지해서 차량(1)을 선회하기 쉽게 하여, 승차인에 의한 차량(1)의 선회 조작을 용이하게 하고 있다.

또한 좌우 이동속도 지령 제한부(27)는 처리부(32c)에 있어서 무게중심 벗어남 영향량(Vofs_y)(Y축 방향의 체중이동에 의한 속도 지령, 본 발명의 좌우 이동 조작의 조작량에 상당함)에 따라 결정되는, Y축 방향(좌우 방향)의 목표 무게중심 속도 가산량(Vb_cmd_by_ofs_y)을 제한하는 처리를 행한다.

좌우 이동속도 지령 제한부(27)는, 도 12A∼도 12C 및 도 14A∼도 14C에 예시 한 무게중심 벗어남 영향량(Vofs_y)(입력)에 대한 목표 무게중심 속도 가산량(Vb_cmd_by_ofs_y)(출력)의 설정 맵에 의해, 무게중심 벗어남 영향량(Vofs_y)에 대한 목표 무게중심 속도 가산량(Vb_cmd_by_ofs_y)을 기본 선회 각속도 지령(ωjs)에 따라 변경한다.

도 12A∼도 12C는 기본 선회 각속도 지령(ωjs)에 의한 차량(1)의 선회 방향과, 무게중심 벗어남 영향량(Vofs_y)에 의한 좌우의 이동방향이 반대인 경우, 즉, ωjs가 우회전의 각속도 지령(부의 각속도 지령)이며 Vofs_y가 좌방향으로의 이동 지령인 경우, 및, ωjs가 좌회전의 각속도 지령(정의 각속도 지령)이며 Vofs_y가 우방향으로의 이동 지령인 경우를 대상으로 하고 있다.

기본 선회 각속도(ωjs)에 의한 차량(1)의 선회 방향과, 무게중심 벗어남 영향량(Vofs_y)에 의한 좌우의 이동방향이 반대인 경우에, Vofs_y에 의한 좌우 방향의 이동속도 지령이 높으면, 제 2 이동동작부(4)의 전동 모터(17)에 대한 속도 지령이 과잉하게 될 우려가 있다.

그래서, 좌우 이동속도 지령 제한부(27)는, 도 12A∼도 12C의 어느 하나의 설정 맵에 의해, 기본 선회 각속도(ωjs)가 높을수록, 무게중심 벗어남 영향량(Vofs_y)의 입력에 대하여 출력하는 목표 무게중심 속도 가산량(Vb_cmd_by_ofs_y)을 작게 설정한다. 예를 들면, 도 12C의 설정 맵에서는, 동일한 Vofs_y에 대한 Vb_cmd_by_ofs_y가 불감대를 제외한 전역에 걸쳐서 ωjs1, -ωjs1(|ωjs1| <|ωjs2|)일 때보다도 ωjs2, -ωjs2일 때 쪽이 낮게 되도록 설정되어 있다.

그리고, 이것에 의해, 전동 모터(17)의 속도한계의 범위 내에서, 차량(1)을 선회시킬 수 있기 때문에, 승차인에 의한 차량(1)의 선회 조작을 용이하게 할 수 있다.

다음에 도 14A∼도 14C는 기본 선회 각속도 지령(ωjs)에 의한 차량(1)의 선회 방향과, 무게중심 벗어남 영향량(Vofs_y)에 의한 좌우의 이동방향이 동일한 경우, 즉, ωjs가 우회전의 각속도 지령(부의 각속도 지령)이며 Vofs_y가 우방향으로의 이동 지령인 경우, 및, ωjs가 좌회전의 각속도 지령(정의 각속도 지령)이며 Vofs_y가 좌방향으로의 이동 지령인 경우를 대상으로 하고 있다.

기본 선회 속도 지령(ωjs)에 의한 차량(1)의 선회 방향과, 무게중심 벗어남 영향량(Vofs_y)에 의한 좌우의 이동방향이 동일한 경우에, Vofs_y에 의한 좌우 방향의 이동속도 지령이 높으면, 차량(1)의 선회가 방해될 우려가 있다.

그래서, 좌우 이동속도 지령 제한부(27)는, 도 14A∼도 14C의 어느 하나의 설정 맵에 의해, 기본 선회 각속도 지령(ωjs)이 높을수록, 무게중심 벗어남 영향량(Vofs_y)에 대하여 출력하는 목표 무게중심 속도 가산량(Vb_cmd_by_ofs_y)을 낮게 설정한다. 예를 들면, 도 14C의 설정 맵에서는, 동일한 Vofs_y에 대한Vb_cmd_by_ofs_y가 불감대 이외의 전역에 걸쳐서 ωjs1, -ωjs1(|ωjs1|<|ωjs2|)일 때보다도 ωjs2, -ωjs2일 때 쪽이 낮아지도록 설정되어 있다.

그리고, 이것에 의해 차량(1)의 선회 조작을 우선하여, 승차인에 의한 차량(1)의 선회 조작을 용이하게 하고 있다.

이어서, 무게중심 목표 속도 결정부(32)는 조작 지령 변환부(31)에 의해 결정된 기본 속도 지령(Vjs_xy)의 각 성분에 목표 무게중심 속도 가산량(Vb_cmd_by_ofs_xy)의 각 성분을 더해 합쳐서 이루어지는 목표 속도(V1_xy)를 결정하는 처리를 도 4에 도시하는 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 목표 속도 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, 목표 속도 V1_x가 V1_y와의 조합을 제한하여 이루어지는 차량계 전체 무게중심의 목표 속도로서의 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 목표 속도 V1_x, V1_y의 쌍이, 목표 속도 V1_x의 값을 세로축, 목표 속도 V1_y의 값을 가로축으로 하는 좌표계 상에서 소정의 영역(예를 들면, 8각형 형상의 영역) 내에 있는 경우에는, 그 목표 속도(V1_xy)가 그대로 제한후 무게중심 목표 속도(Vb_cmd_xy)로서 결정된다.

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

여기에서, 전후 이동속도 지령 제한부(26)는, 처리부(32e)에서 목표 속도(V1_x)(본 발명의 전후 이동 조작에 상당함)에 따라 설정되는, X축 방향(전후 방향)의 제한후 무게중심 목표 속도(Vb_cmd_x)(본 발명의 전후 이동속도 지정에 상당함)를 제한하는 처리를 행한다. 전후 이동속도 지령 제한부(26)는, 상기한 도 7의 처리부(31a)와 동일하게, 도 11A∼도 11C에 나타낸 설정 맵과 동일한 설정 맵(목표 속도(V1_x)를 입력하여, 제한후 무게중심 목표 속도(Vb_cmd_x)를 출력하는 맵)에 의해, 기본 선회 각속도 지령(ωjs)이 높을수록, 목표 속도(V1_x)의 입력에 대하여 출력하는 제한후 무게중심 목표 속도(Vb_cmd_x)를 낮게 설정한다.

또한 좌우 이동속도 지령 제한부(27)는, 처리부(32e)에서 기본 속도 지령(Vjs_y)과 목표 무게중심 속도 가산량(Vb_cmd_by_ofs_y)을 합성한 목표 속도(V1_y)(본 발명의 좌우 이동 조작의 조작량에 상당함)에 따라 결정되는, Y축 방향(좌우 방향)의 제한후 무게중심 목표 속도(Vb_cmd_y)를 제한하는 처리를 행한다. 좌우 이동속도 지령 제한부(27)는, 도 13A∼도 13C 및 도 15A∼도 15C에 예시한, 목표 속도(V1_y)(입력)에 대한 제한후 무게중심 목표 속도(Vb_cmd_y)(출력)의 설정 맵에 의해, 목표 속도(V1_y)에 대한 제한후 무게중심 목표 속도(Vb_cmd_y)를 기본 선회 각속도 지령(ωjs)에 따라 변경한다.

도 13A∼도 13C는, 기본 선회 각도 지령(ωjs)에 의한 차량(1)의 선회 방향과, 목표 속도(V1_y)에 의한 좌우의 이동방향이 반대인 경우, 즉, ωjs가 우회전의 각속도 지령(부의 각속도 지령)이며 V1_y가 좌방향으로의 이동 지령인 경우, 및, ωjs가 좌회전의 각속도 지령(정의 각속도 지령)이며 V1_y가 우방향으로의 이동 지령인 경우를 대상으로 하고 있다.

기본 선회 각도 지령(ωjs)에 의한 차량(1)의 선회 방향과, 목표 속도(V1_y)에 의한 좌우의 이동방향이 반대인 경우에, 목표 속도(V1_y)에 의한 좌우 방향의 이동속도 지령이 높으면, 제 2 이동동작부(4)의 전동 모터(17)에 대한 속도 지령이 과잉하게 될 우려가 있다.

그래서, 좌우 이동속도 지령 제한부(27)는, 도 13A∼도 13C의 어느 하나의 설정 맵에 의해, 기본 선회 각속도(ωjs)가 높을수록, 목표 속도(V1_y)의 입력에 대하여 출력하는 제한후 무게중심 목표 속도(Vb_cmd_y)를 낮게 설정한다. 예를 들면, 도 13C의 설정 맵에서는, 동일한 V1_y에 대한 Vb_cmd_y가 전역에 걸쳐 ωjs1, -ωjs1(|ωjs1|<|ωjs2|)일 때보다도 ωjs2, -ωjs2일 때 쪽이 낮아지도록 설정되어 있다.

그리고, 이것에 의해, 전동 모터(17)의 속도 한계의 범위 내에서, 차량(1)을 선회시킬 수 있기 때문에, 승차인에 의한 차량(1)의 선회 조작을 용이하게 할 수 있다.

다음에 도 15A∼도 15C는 기본 선회 각속도 지령(ωjs)에 의한 차량(1)의 선회 방향과, 목표 속도(V1_y)에 의한 좌우의 이동방향이 동일한 경우, 즉, ωjs가 우회전의 각속도 지령(부의 각속도 지령)이며 V1_y가 우방향으로의 이동 지령인 경우, 및, ωjs가 좌회전의 각속도 지령(정의 각속도 지령)이며 V1_y가 좌방향으로의 이동 지령인 경우를 대상으로 하고 있다.

기본 선회 속도 지령(ωjs)에 의한 차량(1)의 선회 방향과, 목표 속도(V1_y)에 의한 좌우의 이동 방향이 동일한 경우에, V1_y에 의한 좌우 방향의 이동속도 지령이 높으면, 차량(1)의 선회를 방해할 수 있을 우려가 있다.

그래서, 좌우 이동속도 지령 제한부(27)는, 도 15A∼도 15C의 어느 하나의 설정 맵에 의해, 기본 선회 각속도 지령(ωjs)이 높을수록, 목표 속도(V1_y)에 대하여 출력하는 제한후 무게중심 목표 속도(Vb_cmd_y)를 낮게 설정한다. 예를 들면, 도 15C의 설정 맵에서는, 동일한 V1_y에 대한 Vb_cmd_y가, 전역에 걸쳐 ωjs1, -ωjs1(|ωjs1|<|ωjs2|)일 때보다도 ωjs2, -ωjs2일 때 쪽이 낮아지도록 설정되어 있다.

그리고, 이것에 의해, 차량(1)의 선회 조작을 우선하여, 승차인에 의한 차량(1)의 선회 조작을 용이하게 하고 있다.

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

이상과 같이 무게중심 목표 속도 결정부(32)의 처리를 실행한 후, 제 1 제어 처리부(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 목표 속도(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 목표 속도(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.

DVw1_cmd_x =Kvb_x·(Vb_cmpn_cmd_x-Vb_estm1_x)

-Kth_x·θb_act_x-Kw_x·ωb_act_x ……(4a)

DVw1_cmd_y =Kvb_y·(Vb_cmpn_cmd_y-Vb_estm1_y)

-Kth_y·θb_act_y-Kw_y·ωb_act_y ……(4b)

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 목표 속도(Vb_cmpn_cmd_xy)(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 목표 속도(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 목표 속도(Vw1_cmd_xy)(최신값)를 결정한다.

그리고, 제 1 제어 처리부(24)는, 상기한 바와 같이 결정한 제 1 목표 속도(Vw1_cmd_xy)에 따라 제 1 이동동작부(3)의 액추에이터 장치(8)로서의 전동 모터(8a, 8b)를 제어한다. 보다 상세하게는, 제 1 제어 처리부(24)는, 제 1 목표 속도(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 결정하고, 이 전류 지령값에 따라, 각 전동 모터(8a, 8b)의 통전을 행한다. 이와 같이, 제 1 목표 속도(Vw1_cmd_xy)에 따라, 제 1 이동동작부(3)의 전동 모터(8a, 8b)의 작동을 제어하는 구성이 본 발명의 제어 처리부에 상당한다.

이상의 처리에 의해, 상기 제한후 무게중심 목표 속도(Vb_cmd_xy)가 일정값이고, 차량(1)의 운동이 정정되고, 차량(1)이 일정 속도로 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 목표 속도(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 제어 처리부(24)의 처리의 상세이다.

다음에 상기 제 2 제어 처리부(25)의 처리를 도 9를 참조하여 설명한다. 제 2 제어 처리부(25)는, 그 처리를 개략적으로 말하면, 상기 조작 지령 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 목표 속도(Vw2_cmd_y)를, 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 제 1 목표 속도(Vw1_cmd_y)에 일치시키도록 결정한다.

또한 제 2 제어 처리부(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 목표 속도(Vw2_cmd_y)를, 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 제 1 목표 속도(Vw1_cmd_y)와 달라지도록 결정한다.

이러한 제 2 제어 처리부(25)의 처리는, 구체적으로는 다음과 같이 행해진다. 즉, 도 9를 참조하여, 제 2 제어 처리부(25)는, 우선, 처리부(41)에서, 선회 속도 지령 제한부(28)에 의해 기본 선회 속도 지령(ωjs)을 제한하는 처리를 행한다. 선회 속도 지령 제한부(28)는, 도 16A∼도 16C에 예시한 기본 선회 각속도 지령(ωjs)(입력)에 대한 제한후 선회 각속도 지령(ωjsc)(출력)의 설정 맵에 의해, 기본 선회 각속도 지령(ωjs)에 대한 제한후 선회 각속도 지령(ωjsc)을 X축 방향(전후 방향)의 이동속도의 목표값(Vw1_cmd_x)에 따라 설정한다.

도 16A∼도 16C의 어느 하나의 설정 맵에 의해, 선회 속도 지령 제한부(28)는, 이동속도의 목표값(Vw1_cmd_x)이 낮을수록, 기본 선회 각속도 지령(ωjs)의 입력에 대하여 출력하는 제한후 선회 각속도 지령(ωjsc)을 낮게 설정한다. 도 16A∼도 16C는 이동속도의 목표값(Vw1_cmd_x)이 정(차량(1)의 전진을 지시하는 목표값)인 경우를 나타내고 있고, 예를 들면, 도 16C의 설정 맵에서는, 동일한 ωjs에 대한 ωjsc가 전역에 걸쳐 +Vw1_cmd_x2(>+Vw1_cmd_x1)일 때보다도 +Vw1_cmd_x1일 때 쪽이 낮아지도록 설정되어 있다.

그리고, 이것에 의해, 전진을 지시하는 이동속도의 목표값(Vw1_cmd_x)이 낮아, 승차인이 저속으로의 이동을 의도하고 있을 때에, 고속으로의 선회 각속도 지령이 행해지는 것을 억제하고 있다.

또한 좌우 방향의 이동속도의 목표값(Vw1_cmd_y)에 대하여, 선회 속도 지령 제한부(28)에 의해, Vw1_cmd_y가 높을수록(좌우 이동 조작의 조작량이 많을수록), 기본 선회 각속도 지령(ωjs)의 입력에 대하여 출력하는 제한후 선회 각속도 지령(ωjsc)을 낮게 설정하도록 해도 된다. 이것에 의하면, 차량(1)의 좌우 방향의 이동을 우선하여, 전동 모터(17)의 작동 한계의 범위 내에서 제한후 선회 각속도 지령(ωjsc)을 출력하고, 승차인에 의한 차량(1)의 좌우 방향의 이동 조작을 용이하게 할 수 있다.

다음에 제 2 제어 처리부(25)는 연산부(42)의 처리를 실행한다. 이 연산부(42)는, 제한후 선회 각속도 지령(ωjsc)에, 제 1 이동동작부(3)와 제 2 이동동작부(4) 사이의 X축 방향의 거리(L)(미리 정해진 값)의 -1배의 값을 승산함으로써, 기본 상대속도 지령(Vjs2_y)을 결정한다. 기본 상대속도 지령(Vjs2_y)은 제한후 선회 각속도 지령(ωjsc)의 각속도로 차량(1)의 선회를 행하기 위한, 제 1 이동동작부(3)에 대한 제 2 이동동작부(4)의 Y축 방향의 상대속도의 지령값이다.

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

이어서, 제 2 제어 처리부(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 목표 속도(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, 다음 식 (5)의 연산에 의해 전동 모터(17)의 전류 지령값(Iw2_cmd)을 결정하고, 또한, 모터 드라이버에 의해, 전동 모터(17)의 실제의 전류를 Iw2_cmd로 제어한다.

Iw2_cmd=K2·(Vw2_cmd_y-Vw2_act_y)…… (5)

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 계측값과의 편차를 사용해도 된다.

이상의 제 2 제어 처리부(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 목표 속도(Vw2_cmd_y)는 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 제 1 목표 속도(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 목표 속도(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 목표 속도(Vw1_cmd_y)(최신값)에 더한 값으로 결정된다. 즉, 상기 제 2 목표 속도(Vw2_cmd_y)는 Vw1_cmd_y+Vjs2_y에 일치하도록 결정된다.

따라서, 상기 제 2 목표 속도(Vw2_cmd_y)는, 차량(1)의 선회가 행해지도록, 제 1 이동동작부(3)의 Y축 방향의 제 1 목표 속도(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 목표 속도(Vw1_cmd_y)가 좌향의 속도인 경우에는, 제 2 이동동작부(4)의 Y축 방향의 제 2 목표 속도(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 목표 속도(Vw1_cmd_y)가 우향의 속도인 경우에는, 제 2 이동동작부(4)의 Y축 방향의 제 2 목표 속도(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 목표 속도(Vw1_cmd_y)가 우향의 속도인 경우에는, 제 2 이동동작부(4)의 Y축 방향의 제 2 목표 속도(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 목표 속도(Vw1_cmd_y)가 좌향의 속도인 경우에는, 제 2 이동동작부(4)의 Y축 방향의 제 2 목표 속도(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 제어 처리부(25)의 처리의 상세이다.

또한, 조작 지령 변환부(31)에 의해, 기본 선회 각속도 지령(ωjs) 및 기본 속도 지령(Vjs_xy)을 출력하는 구성과, 무게중심 벗어남 추정부(35a)와 무게중심 벗어남 영향량 산출부(35b)와 무게중심 목표 속도 결정부에 의해, 목표 무게중심 속도 가산량(Vb_cmd_by_ofs_xy) 및 제한후 무게중심 목표 속도(Vb_cmd_xy)를 출력하는 구성에 의해, 본 발명의 속도 지령 출력부가 구성되어 있다.

또한 이동속도의 목표값(Vw1_cmd_xy)에 따라, 제 1 제어 처리부(24)가 제 1 이동동작부(3)의 전동 모터(8a, 8b)의 통전 제어를 행하고, 또한 제 2 제어 처리부(25)가 제 2 이동동작부(4)의 전동 모터(17)의 통전 제어를 행하는 구성이 본 발명의 제어 처리부에 상당한다.

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) 경동에 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) 경동에 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 목표 속도(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)가 조이스틱(12)의 좌우 방향의 요동량에 따른 Y축 방향의 속도 성분으로서의 기본 속도 지령(Vjs_y)을 조이스틱(12)의 좌우 방향의 조작이 없다고 가정한 경우의 목표 속도에 부가하여 설정된다.

이 속도 성분(Vjs_y)은 조이스틱(12)으로부터의 선회 지령이 차량(1)을 좌측(좌회전 방향)으로 선회시키려고 하는 지령인 경우에는, 우향의 속도가 되고, 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 목표 속도(Vw1_cmd_y)와, 제 2 이동동작부(4)의 Y축 방향의 제 2 목표 속도(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 목표 속도(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 기본 속도 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 제어 처리부(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 목표 속도(제한후 무게중심 목표 속도)(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 기우는 것을 방지할 수 있다.

다음에 본 실시형태의 변형태양을 몇 개 설명한다.

상기 실시형태에서는 선회 지령 등을 출력하기 위한 조작기로서 조이스틱(12)을 사용했지만, 조이스틱 대신에, 트랙볼이나, 터치패드를 사용해도 되고, 또는, 승차인에 의한 접촉 개소를 검지하는 하중 센서나 승차인이 파지하는 자세 센서 등을 사용해도 된다.

또한 제 2 이동동작부(4)는 상기한 바와 같은 한 쌍의 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. 옴니휠 이외의 구조, 예를 들면, 제 1 이동동작부(3)와 동일한 구조의 것이어도 된다.

또한 본 실시형태에서는, 가속도 센서(50) 및 각속도 센서(51)의 검출 신호에 기초하여 접지점 속도를 산출했지만, 다른 종류의 센서를 사용하여 접지점 속도를 검출하도록 해도 된다.

또한 본 실시형태에서는, 전후 이동속도 지령 제한부(26)에 의한 전후 방향의 이동속도의 제한과, 좌우 이동속도 지령 제한부(27)에 의한 좌우 방향의 이동속도의 제한과, 선회 속도 지령 제한부(28)에 의한 선회 속도의 제한을 행했지만, 이들 제한 중 적어도 하나를 행함으로써, 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 바닥면 위를 이동 가능한 제 1 이동동작부와,
   상기 이동동작부를 구동하는 제 1 액추에이터 장치와,
   상기 제 1 이동동작부 및 상기 제 1 액추에이터 장치가 조립된 기체와,
   연직 방향에 대하여 경동 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 상기 제 1 이동동작부 또는 상기 기체에 연결되고, 바닥면 위를 상기 전체 방향으로 이동 가능하게 구성된 제 2 이동동작부와,
   상기 제 2 이동동작부의 적어도 상기 좌우 방향으로의 이동을 행하게 하는 구동력을 발생하는 제 2 액추에이터 장치와,
   상기 승차인 탑승부에 탑승한 승차인에 의한, 상기 도립진자형 차량의 상기 전후 방향의 이동을 지시하는 전후 이동 조작과, 상기 도립진자형 차량의 상기 좌우 방향의 이동을 지시하는 좌우 이동 조작과, 상기 도립진자형 차량의 선회를 지시하는 선회 조작을 받아들이는 조작부와,
   상기 전후 이동 조작의 조작량에 따른 지령 속도로, 상기 도립진자형 차량을 상기 전후 방향으로 이동시키기 위한 전후 이동속도 지령과, 상기 좌우 이동 조작의 조작량에 따른 지령 속도로, 상기 도립진자형 차량을 상기 좌우 방향으로 이동시키기 위한 좌우 이동속도 지령과, 상기 선회 조작의 조작량에 따른 지령 속도로, 상기 도립진자형 차량을 선회시키기 위한 선회 속도 지령을 출력하는 속도 지령 출력부와,
   상기 전후 이동속도 지령과 상기 좌우 이동속도 지령과 상기 선회 속도 지령에 따라, 상기 제 1 액추에이터 장치와 상기 제 2 액추에이터 장치의 작동에 의해, 상기 제 1 이동동작부와 상기 제 2 이동동작부의 이동동작을 제어하는 제어 처리부와,
   상기 조작부에 대하여, 상기 선회 조작과 상기 전후 이동 조작이 행해졌을 때에, 상기 전후 이동 조작의 조작량이 적을수록, 상기 선회 조작에 따른 상기 선회 속도 지령을 낮게 설정하는 선회 속도 지령 제한부를 구비한 것을 특징으로 하는 도립진자형 차량.
3. 바닥면 위를 이동 가능한 제 1 이동동작부와,
   상기 이동동작부를 구동하는 제 1 액추에이터 장치와,
   상기 제 1 이동동작부 및 상기 제 1 액추에이터 장치가 조립된 기체와,
   연직 방향에 대하여 경동 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 상기 제 1 이동동작부 또는 상기 기체에 연결되고, 바닥면 위를 상기 전체 방향으로 이동 가능하게 구성된 제 2 이동동작부와,
   상기 제 2 이동동작부의 적어도 상기 좌우 방향으로의 이동을 행하게 하는 구동력을 발생하는 제 2 액추에이터 장치와,
   상기 승차인 탑승부에 탑승한 승차인에 의한, 상기 도립진자형 차량의 상기 전후 방향의 이동을 지시하는 전후 이동 조작과, 상기 도립진자형 차량의 상기 좌우 방향의 이동을 지시하는 좌우 이동 조작과, 상기 도립진자형 차량의 선회를 지시하는 선회 조작을 받아들이는 조작부와,
   상기 전후 이동 조작의 조작량에 따른 지령 속도로, 상기 도립진자형 차량을 상기 전후 방향으로 이동시키기 위한 전후 이동속도 지령과, 상기 좌우 이동 조작의 조작량에 따른 지령 속도로, 상기 도립진자형 차량을 상기 좌우 방향으로 이동시키기 위한 좌우 이동속도 지령과, 상기 선회 조작의 조작량에 따른 지령 속도로, 상기 도립진자형 차량을 선회시키기 위한 선회 속도 지령을 출력하는 속도 지령 출력부와,
   상기 전후 이동속도 지령과 상기 좌우 이동속도 지령과 상기 선회 속도 지령에 따라, 상기 제 1 액추에이터 장치와 상기 제 2 액추에이터 장치의 작동에 의해, 상기 제 1 이동동작부와 상기 제 2 이동동작부의 이동동작을 제어하는 제어 처리부와,
   상기 조작부에 대하여, 상기 선회 조작과 상기 좌우 이동 조작이 행해졌을 때에, 상기 좌우 이동 조작의 조작량이 많을수록, 상기 선회 조작에 따른 상기 선회 속도 지령을 낮게 설정하는 선회 속도 지령 제한부를 구비한 것을 특징으로 하는 도립진자형 차량.
4. 바닥면 위를 이동 가능한 제 1 이동동작부와,
   상기 이동동작부를 구동하는 제 1 액추에이터 장치와,
   상기 제 1 이동동작부 및 상기 제 1 액추에이터 장치가 조립된 기체와,
   연직 방향에 대하여 경동 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 상기 제 1 이동동작부 또는 상기 기체에 연결되고, 바닥면 위를 상기 전체 방향으로 이동 가능하게 구성된 제 2 이동동작부와,
   상기 제 2 이동동작부의 적어도 상기 좌우 방향으로의 이동을 행하게 하는 구동력을 발생하는 제 2 액추에이터 장치와,
   상기 승차인 탑승부에 탑승한 승차인에 의한, 상기 도립진자형 차량의 상기 전후 방향의 이동을 지시하는 전후 이동 조작과, 상기 도립진자형 차량의 상기 좌우 방향의 이동을 지시하는 좌우 이동 조작과, 상기 도립진자형 차량의 선회를 지시하는 선회 조작을 받아들이는 조작부와,
   상기 전후 이동 조작의 조작량에 따른 지령 속도로, 상기 도립진자형 차량을 상기 전후 방향으로 이동시키기 위한 전후 이동속도 지령과, 상기 좌우 이동 조작의 조작량에 따른 지령 속도로, 상기 도립진자형 차량을 상기 좌우 방향으로 이동시키기 위한 좌우 이동속도 지령과, 상기 선회 조작의 조작량에 따른 지령 속도로, 상기 도립진자형 차량을 선회시키기 위한 선회 속도 지령을 출력하는 속도 지령 출력부와,
   상기 전후 이동속도 지령과 상기 좌우 이동속도 지령과 상기 선회 속도 지령에 따라, 상기 제 1 액추에이터 장치와 상기 제 2 액추에이터 장치의 작동에 의해, 상기 제 1 이동동작부와 상기 제 2 이동동작부의 이동동작을 제어하는 제어 처리부와,
   상기 조작부에 대하여, 상기 선회 조작과 상기 좌우 이동 조작이 행해졌을 때에, 상기 선회 조작의 조작량이 많을수록, 상기 좌우 이동속도 지령을 낮게 설정하는 좌우 이동속도 지령 제한부를 구비한 것을 특징으로 하는 도립진자형 차량.
   

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