CN113031585A - 移动体的控制装置 - Google Patents
移动体的控制装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113031585A CN113031585A CN202011548446.XA CN202011548446A CN113031585A CN 113031585 A CN113031585 A CN 113031585A CN 202011548446 A CN202011548446 A CN 202011548446A CN 113031585 A CN113031585 A CN 113031585A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- limitation
- movement
- distance
- degree
- speed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 202
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 76
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 22
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 67
- 238000000034 method Methods 0.000 description 48
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 35
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 20
- 230000006870 function Effects 0.000 description 20
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 20
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 18
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 13
- 101150098958 CMD1 gene Proteins 0.000 description 10
- 101100382321 Caenorhabditis elegans cal-1 gene Proteins 0.000 description 10
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 230000036544 posture Effects 0.000 description 6
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000037396 body weight Effects 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000035807 sensation Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
- G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
- B62K11/00—Motorcycles, engine-assisted cycles or motor scooters with one or two wheels
- B62K11/007—Automatic balancing machines with single main ground engaging wheel or coaxial wheels supporting a rider
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62J—CYCLE SADDLES OR SEATS; AUXILIARY DEVICES OR ACCESSORIES SPECIALLY ADAPTED TO CYCLES AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. ARTICLE CARRIERS OR CYCLE PROTECTORS
- B62J45/00—Electrical equipment arrangements specially adapted for use as accessories on cycles, not otherwise provided for
- B62J45/40—Sensor arrangements; Mounting thereof
- B62J45/41—Sensor arrangements; Mounting thereof characterised by the type of sensor
- B62J45/415—Inclination sensors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62J—CYCLE SADDLES OR SEATS; AUXILIARY DEVICES OR ACCESSORIES SPECIALLY ADAPTED TO CYCLES AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. ARTICLE CARRIERS OR CYCLE PROTECTORS
- B62J45/00—Electrical equipment arrangements specially adapted for use as accessories on cycles, not otherwise provided for
- B62J45/40—Sensor arrangements; Mounting thereof
- B62J45/41—Sensor arrangements; Mounting thereof characterised by the type of sensor
- B62J45/415—Inclination sensors
- B62J45/4151—Inclination sensors for sensing lateral inclination of the cycle
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62J—CYCLE SADDLES OR SEATS; AUXILIARY DEVICES OR ACCESSORIES SPECIALLY ADAPTED TO CYCLES AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. ARTICLE CARRIERS OR CYCLE PROTECTORS
- B62J45/00—Electrical equipment arrangements specially adapted for use as accessories on cycles, not otherwise provided for
- B62J45/40—Sensor arrangements; Mounting thereof
- B62J45/41—Sensor arrangements; Mounting thereof characterised by the type of sensor
- B62J45/415—Inclination sensors
- B62J45/4152—Inclination sensors for sensing longitudinal inclination of the cycle
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
- Motorcycle And Bicycle Frame (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
本发明提供一种移动体的控制装置。控制装置(20)根据障碍物与移动体的位置关系来修正移动体(1)基于操纵者的操纵操作的基本移动指令,并根据该修正后的移动指令进行移动体(1)的移动控制。控制装置(20)构成为:当障碍物与移动体(1)的距离(d)成为规定值(d1)以下时,修正基本移动指令,以使移动体(1)附加性地产生离开障碍物的方向的横摆率,并且修正基本移动指令,以使距离(d)越接近规定值(d1),横摆率的大小相对于距离减少的增加率越大。
Description
技术领域
本发明涉及根据操纵者的操纵操作而移动的移动体的控制装置。
背景技术
以往,作为这种移动体的控制装置,例如已知有专利文献1所看到的装置。在该装置中,当操纵者正在操纵移动体时,若移动体与障碍物的距离成为规定值以下,则设定反弹力和摩擦力。于是,该装置根据这些反弹力及摩擦力,从与操纵者的操纵操作对应的值对移动体的前进速度和横摆率进行修正,从而避免移动体与障碍物接触。
然而,在专利文献1所看到的技术中,即使移动体与障碍物的距离为上述规定值以下,在该距离接近该规定值的状况下,所设定的反弹力和摩擦力小,因此在上述距离刚成为规定值以下之后,无法充分地修正移动体的前进速度和横摆率。进而,移动体相对于障碍物的回避动作容易延迟。
另外,在移动体是如专利文献1所记载的轮椅那种操纵者搭乘的移动体的情况下,在上述距离刚成为规定值以下之后,移动体的移动动作难以受到设定的反弹力、摩擦力的影响,因此操纵者难以在体感上识别到过于接近障碍物的情况。因此,特别是在移动体的移动环境中设定了虚拟墙等假想性的障碍物的情况下,容易频繁地产生该假想性的障碍物与移动体过度接近的情况。
专利文献1:日本特开平7-110711号公报
发明内容
本发明是鉴于上述背景而完成的,其目的在于提供一种控制装置,在根据操纵者的操纵操作而移动移动体时,能够适当地防止移动体过于接近障碍物,且能够顺利地进行该移动体的移动。
为了实现上述目的,本发明的移动体的控制装置的第一方式内容如下,该控制装置是根据操纵者的操纵操作而移动的移动体的控制装置,
该移动体的控制装置的特征在于,具备:
基本移动指令生成部,生成基本移动指令,该基本移动指令是基于所述操纵者的操纵操作的所述移动体的移动指令;
移动指令修正部,根据存在于所述移动体的移动环境中或设定于该移动环境中的障碍物与所述移动体的位置关系来修正所述基本移动指令;和
移动控制部,根据修正后移动指令来进行所述移动体的移动控制,该修正后移动指令是由所述移动指令修正部修正后的基本移动指令;
所述移动指令修正部构成为:当所述障碍物与所述移动体的距离成为第一规定值以下时,以使所述移动体附加性地产生远离所述障碍物的方向的横摆率的方式修正所述基本移动指令,并且,以所述距离越接近所述第一规定值越增大所述横摆率的大小相对于所述距离减少的增加率的方式修正所述基本移动指令(发明的第一方面)。
需要说明的是,本发明中的“障碍物”不限于可能与移动体实际接触的物体,也可以是假想性地设定于移动体的移动环境中的障碍物(虚拟墙等障碍物)。
另外,在本发明中,使移动体“附加性地产生”横摆率是指,使通过移动体的实际的运动而产生的横摆率根据由根据操纵者的操纵操作而规定的移动体的运动而产生的横摆角速度发生变化的横摆率(根据操纵者的操纵操作而规定的移动体的运动而产生的横摆率的变化部分的横摆率)。
另外,“所述横摆率的大小相对于所述距离减少的增加率”是指,障碍物与移动体的距离的每单位减少量的所述横摆率(使移动体附加性地产生的横摆率)的增加量。
根据发明的上述第一方面,在障碍物与移动体的距离成为第一规定值以下时,修正上述基本移动指令,使得上述距离越接近第一规定值,横摆率(使移动体附加性地产生的横摆率且是使移动体从障碍物离开的方向的横摆率)相对于障碍物与移动体的距离减少的增加率越大。
因此,能够在所述距离刚成为第一规定值以下后,迅速地增加在移动体上产生的使移动体远离障碍物的方向上的横摆率。进而,在上述距离刚成为第一规定值以下之后,移动体能够向远离障碍部的方向顺利地转向。因此,能够迅速地避免移动体向障碍物的进一步接近。
另外,当移动体进一步接近障碍物时,则上述横摆率的增加率变小,因此能够抑制移动体在接近障碍物的位置处的行为变化。
因此,根据发明的第一方面,在根据操纵者的操纵操作使移动体移动时,能够适当地防止移动体过于接近障碍物,并且能够顺利地进行该移动体的移动。
在发明的上述第一方面中,优选的是,所述移动指令修正部构成为:以使附加性地产生于所述移动体的横摆率根据所述距离、所述移动体相对于所述障碍物的朝向、以及所述移动体的移动速度发生变化的方式修正所述基本移动指令(发明的第二方面)。
由此,能够在反映障碍物与移动体的距离、移动体相对于障碍物的朝向、以及移动体的移动速度的情况下控制附加性地产生于移动体的横摆率。因此,能够以有效地防止移动体过于接近障碍物的方式控制上述横摆率。
在发明的上述第一方面或第二方面中,优选的是,所述移动指令修正部还构成为:当所述距离成为所述第一规定值以下时,以将所述移动体的代表点的移动速度限制为绝对值比根据所述基本移动指令被规定的移动速度、即基本移动速度小的移动速度的方式修正所述基本移动指令,并且以所述距离越接近所述第一规定值越增大所述移动速度相对于所述距离减少的增加率的方式修正所述基本移动指令(发明的第三方面)。
需要说明的是,在发明的第三方面中,移动体的“移动速度的限制程度”是指,所述基本移动速度与所述限制后的移动速度之差的大小相对于某基准值(例如,所述基本移动速度的大小)的大小程度。
另外,“所述移动速度的限制程度相对于所述距离减少的增加率”是指,障碍物与移动体的距离的每单位减少量的、所述移动速度的限制程度的增加量。
根据发明的上述第三方面,在障碍物与移动体的距离成为第一规定值以下的距离时,修正上述基本移动指令,使得上述距离越接近第一规定值越增大移动速度(移动体的代表点的移动速度)的限制程度相对于障碍物与移动体的距离减少的增加率。
因此,在所述距离刚成为第一规定值以下之后,能够迅速地增加移动体的代表点的移动速度的限制程度。进而,在上述距离刚成为第一规定值以下之后,能够使移动体的代表点的移动速度迅速地减速。由此,能够迅速地抑制移动体进一步接近障碍物。
另外,当移动体进一步接近障碍物时,则上述移动速度的限制程度的增加率变小,因此能够抑制移动体在接近障碍物的位置处的行为变化。
在发明的上述第三方面中,优选的是,所述移动指令修正部构成为:在所述距离成为所述第一规定值以下时,执行设定表示与所述距离对应的所述移动速度的限制程度的第一限制程度指标值的处理,以及设定表示与所述移动体相对于所述障碍物的朝向对应的所述移动速度的限制程度的第二限制程度指标值的处理,并根据所述第一限制程度指标值及所述第二限制程度指标值来限制所述移动体的代表点的移动速度,并且在将由所述距离是比所述第一规定值小的第二规定值以下的距离时所设定的所述第二限制程度指标值表示的限制程度定义为第A限制程度、将由所述距离是比所述第二规定值大的距离时所设定的所述第二限制程度指标值表示的限制程度定义为第B限制程度时,在所述移动体的朝向的可变范围中的至少一部分范围内,以使所述第A限制程度大于所述第B限制程度的方式设定所述第二限制程度指标值(发明的第四方面)。
需要说明的是,在发明的第四方面中,“第一限制程度指标值”是指相对与所述距离对应的所述移动速度的限制程度单调变化(单调递增或单调递减)的指标值;“第二限制程度指标值”是指相对与所述移动体相对于所述障碍物的朝向对应的所述移动速度的限制程度单调变化(单调递增或单调递减)的指标值。
根据上述第四发明,在移动体相对于障碍物的朝向的可变范围中的至少一部分范围内,所述第一限制程度大于所述第二限制程度。因此,当障碍物与移动体的距离为第二规定值以下的距离时,与该距离是比第二规定值大的距离的情况相比,能够在移动体的朝向的广泛的范围内,以加强移动体的代表点的移动速度的限制程度的方式设定第二限制程度指标值。因此,能够在移动体的朝向的广泛的范围内,有效地抑制移动体比所述第二规定值的距离更接近障碍物。
另外,本发明的移动体的控制装置的第二方式内容如下,该控制装置是根据操纵者的操纵操作而移动的移动体的控制装置,
该移动体的控制装置的特征在于,具备:
基本移动指令生成部,生成基本移动指令,该基本移动指令是基于所述操纵者的操纵操作的所述移动体的移动指令;
移动指令修正部,根据存在于所述移动体的移动环境中或设定于该移动环境中的障碍物与所述移动体的位置关系来修正所述基本移动指令;
移动控制部,根据修正后移动指令来进行所述移动体的移动控制,该修正后移动指令是由所述移动指令修正部修正后的基本移动指令;
所述移动指令修正部构成为:当所述障碍物与所述移动体的距离成为第一规定值以下的距离时,以将所述移动体的代表点的移动速度限制为绝对值比根据所述基本移动指令规定的移动速度、即基本移动速度小的移动速度的方式修正所述基本移动指令,并且,以所述距离越接近所述第一规定值越增大所述移动速度相对于所述距离减少的增加率的方式修正所述基本移动指令(发明的第五方面)。
需要说明的是,在上述第五发明中,移动体的“移动速度的限制程度”的含义和“所述移动速度的限制程度相对于所述距离减少的增加率”的含义与发明的上述第三方面相同。
根据发明的上述第五方面,与上述第三方面相同,在障碍物与移动体的距离刚成为第一规定值以下之后,就能够迅速地增加移动体的代表点的移动速度的限制程度。进而,在上述距离刚成为第一规定值以下之后,能够使移动体的代表点的移动速度迅速地减速。由此,能够迅速地抑制移动体进一步接近于障碍物。
另外,若移动体进一步接近障碍物,则上述移动速度的限制程度的增加率变小,因此能够抑制移动体在接近障碍物的位置处的行为变化。
因此,根据发明的第五方面,在根据操纵者的操纵操作使移动体移动时,能够适当地防止移动体过于接近障碍物,并且能够顺利地进行该移动体的移动。
在上述第五方面中,所述移动指令修正部可以采用与上述第四方面相同的方式(第六方面)。由此,能够获得与本发明的第四方面相同的效果。
在本发明的上述第一方面至第四方面的移动体的控制装置中,优选适用所述移动体是具有供所述操纵者搭乘的搭乘部的搭乘型移动体的情况(发明的第七方面)。同样地,本发明的上述第五方面和第六方面的移动体的控制装置优选适用所述移动体是具有供所述操纵者搭乘的搭乘部的搭乘型移动体的情况(发明的第八方面)。即,在搭乘型移动体中,在障碍物与移动体的距离刚成为第一预定值以下之后,移动体会向远离障碍物的方向转向或者迅速地减速。因此,无论障碍物是实体还是假想物,操纵者都能够在体感上容易地识别出移动体过于接近障碍物。因此,操纵者能够迅速地对移动体实施操纵,以避免移动体进一步接近障碍物。
附图说明
图1是作为本发明的实施方式的移动体的倒立摆型车辆的立体图。
图2是实施方式的倒立摆型车辆的侧视图。
图3是示出实施方式的倒立摆型车辆的控制所涉及的构成的框图。
图4是示出图3所示的移动控制部的主要部分的处理的框图。
图5是用于说明在图3中所示的移动控制部的处理中所使用的倒立摆模型的图。
图6是示出图4所示的重心偏离推断部的处理的框图。
图7是与图4所示的速度限制系数设定部以及横摆率指令设定部的处理相关的说明图。
图8是示出图4所示的速度限制系数设定部的处理的框图。
图9是用于说明图8所示的第一限制率设定部的处理的曲线图。
图10A和图10B是用于说明图8所示的第二限制率设定部的处理的曲线图。
图11A和图11B是用于说明图8所示的第二限制率设定部的处理的曲线图。
图12A和图12B是用于说明图8所示的第二限制率设定部的处理的曲线图。
图13A和图13B是用于说明图8所示的第二限制率设定部的处理的曲线图。
图14是示出图4所示的横摆率指令设定部的处理的框图。
图15A是用于说明图14所示的横摆率基本值设定部的处理的曲线图。
图15B是用于说明图14所示的速度系数设定部的处理的曲线图。
具体实施方式
以下参照图1至图15B对本发明的一实施方式进行说明。如图1及图2所示,本实施方式的移动体1例如是作为搭乘型的移动体的倒立摆型车辆。以下,在本实施方式的说明中,将移动体1称为车辆1。该车辆1具备:基体2;能够在地板面上沿全部方向移动的移动动作部3;配置于移动动作部3的后方的尾轮4;以及,供车辆1的操纵者搭乘的搭乘部5。需要说明的是,“地板面”不限于通常意义上的地板面,也可以是地面、路面等。
在本实施方式中,移动动作部3例如是在日本特开2015-093651号公报等所看到的那种车轮状的移动动作部。该移动动作部3若概略地说明其结构,具备图2所示的圆环状的芯体6(以下,称为环状芯体6)和以等角度间隔在该环状芯体6的圆周方向(绕轴心方向)上排列的方式安装于该环状芯体6的多个圆环状的辊7,移动动作部3经由位于下端部的辊7而接触于地板面上。而且,通过进行环状芯体6的旋转驱动和辊7的旋转驱动中的一方驱动或双方驱动,移动动作部3能够在地板面上沿全部方向移动。该移动动作部3的详细结构在日本特开2015-093651号公报等中进行了详细说明,因此在本说明书中省略详细说明。
在以下的说明中,如图1及图2所示,设想将车辆1的前后方向设为X轴方向、将车辆1的左右方向设为Y轴方向、将上下方向(铅垂方向或大致铅垂的方向)设为Z轴方向的3轴正交坐标系,只要没有特别说明,X轴方向、Y轴方向和Z轴方向是指该坐标系的各坐标轴方向。在该情况下,X轴方向(车辆1的前后方向)是在旋转驱动在地板面上立起的状态的移动动作部3的环状芯体6时该移动动作部3滚动的方向,Y轴方向(车辆1的左右方向)是立起状态的移动动作部3的环状芯体6的轴心的方向。需要说明的是,X轴的正方向是车辆1的前方方向,Y轴的正方向是车辆1的左方方向,Z轴的正方向是上方方向。另外,将绕X轴的方向、绕Y轴的方向以及绕Z轴的方向分别称为侧倾(roll)方向、俯仰(pitch)方向以及横摆(yaw)方向。
在基体2上组装有上述移动动作部3。该基体2以覆盖移动动作部3的除了与地板面接触的下部以外的移动动作部3的部分的周围的方式进行设置。而且,移动动作部3的环状芯体6以绕其轴心旋转自如的方式支承于该基体2。在该情况下,基体2以移动动作部3的环状芯体6的轴心为支点,在俯仰方向上倾动自如,并且基体2与移动动作部3一起相对于地板面倾斜,由此,以移动动作部3的触地部为支点向侧倾方向倾动自如。
另外,在基体2的内部搭载有致动器8,产生使移动动作部3移动的驱动力。该致动器8由电动马达8a和电动马达8b构成,电动马达8a作为对环状芯体6进行旋转驱动的致动器;电动马达8b作为对各辊7进行旋转驱动的致动器。而且,电动马达8a、8b分别经由图示省略的动力传递机构对环状芯体6、各辊7赋予旋转驱动力。作为该动力传递机构,例如可以采用日本特开2015-093651号公报等中说明的公知的结构。
需要说明的是,移动动作部3也可以是与上述构造不同的结构。例如,作为移动动作部3及其驱动***的构造,可以采用PCT国际公开公报WO/2008/132778或者PCT国际公开公报WO/2008/132779中记载的结构。
另外,在基体2上组装有供操纵者搭乘的搭乘部5。该搭乘部5由供操纵者就座的座椅构成,以能够与基体2一体倾动的方式固定于该基体2的上端部。
在基体2上还组装有供就座在搭乘部5上的操纵者摆放其脚的一对搁脚部9、9和供操纵者把持的一对把持部10、10。搁脚部9、9从基体2的两侧部的下部突出设置。需要说明的是,在图1及图2中,省略了对一侧(右侧)的搁脚部9的图示。
另外,把持部10、10是在搭乘部5的两侧沿X轴方向(前后方向)延伸配置的杆状,分别经由从基体2延伸设置的杆11而固定在基体2上。而且,在把持部10、10中的一方的把持部10(图中为右侧的把持部10)上,以能够在俯仰方向和侧倾方向上摆动的方式安装有操纵杆12,操纵杆12作为用于车辆1的操纵操作的操作器。
尾轮4例如由全向轮(注册商标)或自由脚轮等构成,尾轮4经由臂15与基体2或移动动作部3连结。臂15以其顶端部能够绕移动动作部3的环状芯体6的轴心摆动的方式轴支承在基体2或移动动作部3上,并朝向基体2的后方延伸设置。另外,臂15能够在设置于基体2的挡块16、16之间的范围内摆动。并且,尾轮4在移动动作部3的后方与地板面接触,并以能够根据该移动动作部3的移动在地板面上移动或者旋转的方式安装在臂15的后端部上。需要说明的是,尾轮4也可以通过弹簧等向被按压到地板面上的方向被施力。
虽然在图1及图2中省略了图示,在本实施方式的车辆1的基体2上,作为用于该车辆1的动作控制(移动动作部3的移动控制)的构成,如图3所示搭载有控制装置20、检测基体2的3轴方向的加速度的加速度传感器50、检测绕3轴的角速度的角速度传感器51、检测电动马达8a的旋转速度的转速传感器52a、检测电动马达8b的旋转速度的旋转速度传感器52b。转速传感器52a、52b例如能够由旋转编码器、旋转变压器等构成。
控制装置20例如由包括微型计算机或处理器、存储器、接口电路等的一个以上的电子电路单元构成。对该控制装置20输入操纵杆12的输出(操作信号)、加速度传感器50、角速度传感器51以及转速传感器52a、52b的各检测信号。另外,控制装置20能够与未图示的外部的服务器等进行无线通信。
并且,作为由安装好的硬件结构以及程序(软件构成)中的一方或者双方实现的一个功能,控制装置20具有:根据作为惯性传感器的加速度传感器50以及角速度传感器51各自的检测信号,并利用捷联(strap-down)式等公知的惯性导航方法计测车辆1的自身位置的功能以及计测基体2的倾斜角度(=搭乘部5的倾斜角度)的功能。
需要说明的是,在车辆1的自身位置的计测处理中,不限于惯性导航的方法,例如也可以使用GNSS(Global Navigation Satellite System),或者使用搭载在车辆1上的外界传感器(相机、测距传感器)等的检测信息、或者/以及设置在车辆1上的移动环境中的相机的拍摄信息。另外,也可以在外部的服务器上执行计测车辆1的位置的处理。
另外,控制装置20通过与外部的服务器进行通信,能够从该服务器获取障碍物信息,该障碍物信息表示存在于车辆1周围的障碍物的位置。需要说明的是,障碍物不限于可能与车辆1实际发生接触的物体(静止物体或移动物体),也可以是假想性地设定在车辆1的禁止进入区域的边界等处的假想壁(虚拟壁)等假想性的障碍物。另外,例如也可以使用搭载在车辆1上的外界传感器(相机、测距传感器)等的检测信息、设置在车辆1的移动环境中的相机的拍摄信息等,由控制装置20自身识别障碍物信息。
控制装置20还具备作为移动控制部21的功能,通过控制作为致动器8的电动马达8a、8b来控制移动动作部3的移动动作。该移动控制部21通过执行后述的运算处理,依次计算移动动作部3的移动速度(详细而言,X轴方向的平移速度和Y轴方向的平移速度的组)的目标值、即目标速度。并且,移动控制部21以使移动动作部3的实际的移动速度与该目标速度相一致的方式决定电动马达8a、8b的旋转速度的目标值。而且,移动控制部21通过将电动马达8a、8b的旋转速度反馈控制到根据移动动作部3的目标速度而规定的目标值,从而进行控制以使移动动作部3的实际的移动速度与目标速度相一致。
接着,进一步详细说明上述移动控制部21执行的处理。如图4所示,作为其主要的功能部,移动控制部21具备:操作指令变换部31,其将由从操纵杆12输入的操作信号表示的该操纵杆12的前后方向的摆动量(俯仰方向的旋转量)Js_x以及左右方向的摆动量(侧倾方向的旋转量)Js_y的组变换为用于车辆1的移动的速度指令;重心目标速度决定部32,其决定车辆1的整体重心(以下,称为车辆***整体重心)的目标速度Vb_cmd_xy;重心速度推定部33,其推定车辆***整体重心的实际的速度Vb;姿势控制运算部34,其一边使车辆***整体重心的速度Vb追随目标速度Vb_cmd_xy,一边以使搭乘部5的姿势(基体2的姿势)稳定化的方式决定移动动作部3的目标速度Vw1_cmd_xy;重心偏离推定部35,其推定车辆***整体重心的后述的重心偏离量Ofst_xy;以及重心偏离影响量计算部36,其计算由该重心偏离量Ofst_xy引起的后述的重心偏离影响量Vofs_xy。
需要说明的是,在本实施方式中,车辆***整体重心的速度相当于本发明中的“移动体的代表点的移动速度”,车辆***整体重心的目标速度Vb_cmd_xy相当于本发明中的移动指令。并且,重心目标速度决定部32包含作为本发明中的基本移动指令生成部以及移动指令修正部的功能。
然后,移动控制部21通过以规定的运算处理周期依次执行这些功能部各自的处理,来决定移动动作部3的目标速度Vw1_cmd_xy。需要说明的是,在本实施方式的说明中,使搭乘部5的姿势(基体2的姿势)稳定化是指使车辆***整体重心如倒立摆质点那样趋于平衡。
另外,在本实施方式的说明中,标注有下标“_x”的参照标号是指与从Y轴方向观察车辆1的情况(投影到ZX平面来进行观察的情况)的车辆1的行为相关的状态量或参数,标注有下标“_y”的参考标号是指与从X轴方向观察车辆1的情况(投影到YZ平面观察的情况下)的车辆1的行为相关的状态量或参数。
并且,标注有下标“_xy”的参照标号是指从X轴方向观察车辆1时的状态量或参数和从Y轴方向观察车辆1时的状态量或参数的组。例如,移动动作部3的目标速度Vw1_cmd_xy是指从Y轴方向观察车辆1时的移动动作部3的目标速度Vw1_cmd_x(即,X轴方向的目标速度)与从X轴方向观察车辆1时的移动动作部3的目标速度Vw1_cmd_y(即,Y轴方向的目标速度)的组。
这里,在具体说明移动控制部21的各功能部的处理之前,对构成这些处理的基础的事项进行说明。车辆***整体重心的动力学上的行为(详细而言,从Y轴方向观察到的行为和从X轴方向观察到的行为)近似地通过图5所示的倒立摆模型的行为来进行表现。移动控制部21的处理的算法以该行为为基础来进行构建。
需要说明的是,在图5中,为了在图示中一并示出从Y轴方向观察到的倒立摆模型和从X轴方向观察到的倒立摆模型,在从Y轴方向观察时的变量的参照符号中不标注括号,而对从X轴方向观察时的变量的参照符号标注括号。
表示从Y轴方向观察的车辆***整体重心的行为的倒立摆模型具备:具有与Y轴方向平行的旋转轴心并在地板面上轮转自如的假想的车轮61_x(以下,称为假想车轮61_x);从该假想车轮61_x的旋转中心延伸设置并绕该假想车轮61_x的旋转轴(绕Y轴方向)摆动自如的杆62_x;以及与该杆62_x的顶端部(上端部)也即基准部Ps_x连结的质点Ga_x。
在该倒立摆模型中,质点Ga_x的运动相当于从Y轴方向观察的车辆***整体重心的运动,杆62_x相对于铅垂方向的倾斜角度θb_x(绕Y轴方向的倾斜角度)与搭乘部5(或基体2)的绕Y轴方向的倾斜角度一致。另外,移动动作部3的X轴方向的平移运动与基于假想车轮61_x的轮转的X轴方向的平移运动相当。
而且,假想车轮61_x的半径r_x、以及基准部Ps_x和质点Ga_x距地板面的高度h_x是预先设定的既定值(固定值)。
同样地,表示从X轴方向观察的车辆***整体重心的行为的倒立摆模型具备:具有与X轴方向平行的旋转轴心并在地板面上轮转自如的假想的车轮61_y(以下,称为假想车轮61_y);从该假想车轮61_y的旋转中心延伸设置并绕该假想车轮61_y的旋转轴(绕X轴方向)摆动自如的杆62_y;以及与该杆62_y的顶端部(上端部)也即基准部Ps_y连结的质点Ga_y。
在该倒立摆模型中,质点Ga_y的运动相当于从X轴方向观察时的车辆系整体重心的运动,杆62_y相对于铅垂方向的倾斜角度θb_y(绕X轴方向的倾斜角度)与搭乘部5(或基体2)的绕X轴方向的倾斜角度一致。另外,移动动作部3在Y轴方向上的平移运动相当于基于假想车轮61_y的轮转在Y轴方向上的平移运动。
而且,假想车轮61_y的半径r_y以及基准部Ps_y和质点Ga_y距地板面的高度h_y是预先设定的既定值(固定值)。需要说明的是,在X轴方向上观察到的基准部Ps_y以及质点Ga_y距地板面的高度h_y与在Y轴方向上观察到的基准部Ps_x及质点Ga_x距地板面的高度h_x相同。因此,在以下的说明中,h_x=h_y=h。
在此,若对从Y轴方向观察到的上述基准部Ps_x和质点Ga_x的位置关系进行补充,基准部Ps_x的位置相当于以下位置:在假定搭乘(就座)于搭乘部5的操纵者处于预先对该搭乘部5设定的中立姿势而保持不动时的车辆***整体重心的位置。
因此,在该情况下,质点Ga_x的位置与基准部Ps_x的位置一致。这对于从X轴方向观察时的上述基准部Ps_y和质点Ga_y的位置关系也相同。
但是,实际上,搭乘于搭乘部5的操纵者通过使其上身等相对于搭乘部5(或基体2)移动,由此,实际的车辆系整体重心在X轴方向上的位置及在Y轴方向上的位置一般分别从基准部Ps_x、Ps_y的位置向水平方向偏离。因此,在图5中示出了质点Ga_x、Ga_y的位置分别以从基准部Ps_x、Ps_y的位置偏离后的状态。
通过如上所述的倒立摆模型表现的车辆***整体重心的行为由下式(1a)、(1b)、(2a)和(2b)来表现。式(1a)、(1b)表示在Y轴方向上观察到的行为,式(2a)、(2b)表示在X轴方向上观察到的行为。
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)
其中,Vb_x是车辆***整体重心在X轴方向上的速度(平移速度);θb_x是搭乘部5(或基体2)的绕Y轴方向的倾斜角度;Vw1_x是假想车轮61_x的X轴方向的移动速度(平移速度);ωb_x是θb_x的时间变化率(=dθb_x/dt);Ofst_x是车辆***整体重心在X轴方向上的位置(质点Ga_x在X轴方向上的位置)相对于上述基准部Ps_x的位置的X轴方向上的偏离量;Vb_y是车辆***整体重心在Y轴方向上的速度(平移速度);Vw1_y是假想车轮61_y在Y轴方向上的移动速度(平移速度);θb_y是搭乘部5(或基体2)的绕X轴方向的倾斜角度;ωb_y是θb_y的时间变化率(=dθb_y/dt);Ofst_y是车辆***整体重心在Y轴方向上的位置(质点Ga_y在Y轴方向上的位置)相对于上述基准部Ps_y的位置的Y轴方向上的偏离量。另外,ωz是车辆1转向时的横摆率(绕横摆轴方向的角速度),g是重力加速度常数。
此外,在式(1a)、(1b)、(2a)和(2b)中,θb_x、ωb_x的正方向是车辆***整体重心向X轴的正方向(向前方)倾斜的方向,θb_y、ωb_y的正方向是车辆***整体重心向Y轴的正方向(向左方)倾斜的方向。另外,ωz的正方向是从上方观察车辆1时的逆时针方向。
在本实施方式中,移动控制部21的处理的算法如上所述是基于考虑了车辆***整体重心距基准部Ps_x、Ps_y的偏离量和离心力的车辆***整体重心的行为模型(倒立摆模型)而构建。
以上述为前提,更具体地说明移动控制部21的处理。参照图4,移动控制部21在各运算处理周期中首先执行操作指令变换部31的处理以及重心速度推定部33的处理。
操作指令变换部31根据操纵杆12的俯仰方向的摆动量(向前方的摆动量或向后方的摆动量),决定移动动作部3在X轴方向上的移动速度(平移速度)的基本指令值、即基本速度指令Vjs_x,并根据操纵杆12的侧倾方向的摆动量(向左方的摆动量或向右方的摆动量),决定移动动作部3在Y轴方向上的移动速度(平移速度)的基本指令值、即基本速度指令Vjs_y。
在该情况下,X轴方向的基本速度指令Vjs_x的朝向(极性)根据操纵杆12在俯仰方向上的摆动的方向(向前方或者向后方)来被决定,基本速度指令Vjs_x的大小根据操纵杆12在俯仰方向上的摆动量来被决定。同样地,Y轴方向的基本速度指令Vjs_y的朝向(极性)根据操纵杆12在侧倾方向上的摆动的方向(向左方或者向右方)来被决定,基本速度指令Vjs_y的大小根据侧操纵杆12在倾方向上的摆动量来被决定。
进行如下补充说明,在本实施方式中,作为用于设定基本速度指令Vjs_xy的操作器,例示了操纵杆12。但是,用于进行基本速度指令Vjs_xy的设定操作的操作器也可以是操纵杆12以外的操作器。例如,在以能够与操纵者所持有的智能手机等便携终端进行通信的方式构成控制装置20的情况下,也可以将该便携终端作为用于进行基本速度指令Vjs_xy的设定操作的操作器。
上述重心速度推定部33基于上述式(1a)、(2a)所示的运动学的关系式,计算车辆***整体重心的速度Vb的推定值Vb_estm1_xy。具体而言,如图4所示,根据移动动作部3的实际的平移速度Vw1_act_xy的值和搭乘部5的倾斜角度θb_xy的实际的时序变化率(倾斜角速度)ωb_act_xy乘以车辆***整体重心的高度h而得到的值,并利用下式(3a)、(3b)计算车辆***整体重心的速度Vb的推定值Vb_estm1_xy。
Vb_estm1_x=Vw1_act_x+h·ωb_act_x……(3a)
Vb_estm1_y=Vw1_act_y+h·ωb_act_y……(3b)
在该情况下,在本实施方式中,作为上述运算中的Vw1_act_x、Vw1_act_y的值,使用在上次的运算处理周期中由姿势控制运算部34决定的移动动作部3的目标速度Vw1_cmd_x、Vw1_cmd_y(上次值)。但是,例如也可以通过转速传感器52a、52b检测电动马达8a、8b各自的转速,并将根据它们的检测值推定出的Vw1_act_x、Vw1_act_y的最新值用于式(3a)、(3b)的运算中。
另外,在本实施方式中,作为ωb_act_x、ωb_act_y的值,使用基于加速度传感器50和角速度传感器51的检测信号的搭乘部5的倾斜角度θb_x、θb_y的测量值的时序变化率的最新值(换言之,是ωb_act_x、ωb_act_y的测量值的最新值)。
如上所述,移动控制部21在执行了操作指令变换部31和重心速度推定部33的处理之后,接着执行图4所示的重心偏离推定部35的处理,由此决定作为上述重心偏离量Ofst_xy的推定值、即重心偏离量推定值Ofst_estm_xy。需要说明的是,在以后的关于重心偏离推定部35的说明中,将由重心速度推定部33计算出的车辆***整体重心的速度的推定值Vb_estm1_x、Vb_estm1_y分别称为第一推定值Vb_estm1_x、Vb_estm1_y。
在本实施方式中,例如如图6的框线图所示的方式执行重心偏离推定部35的处理。需要说明的是,图6代表性地表示重心偏离量推定值Ofst_estm_xy中的X轴方向的重心偏离量推定值Ofst_estm_x的决定处理。
具体说明图6的处理,重心偏离推定部35使用根据加速度传感器50以及角速度传感器51的检测信号得到的搭乘部5的绕Y轴方向的实际的倾斜角度θb_act_x的计测值(最新值)以及车辆1的实际的横摆率ωz_act的计测值(最新值)、由重心速度推定部33计算出的车辆***整体重心的Y轴方向的速度的第一推定值Vb_estm1_y(最新值)、和在上次的运算处理周期中决定的X轴方向的重心偏离量推定值Ofst_estm_x(上次值),通过运算部35a执行上述式(1b)的右边的运算处理。由此,计算出车辆***整体重心的X轴方向的平移加速度的推定值DVb_estm_x。
进而,重心偏离推定部35通过由运算部35b执行对车辆***整体重心在X轴方向上的平移加速度的推定值DVb_estm_x进行积分的处理,来计算出车辆***整体重心在X轴方向上的速度的第二推定值Vb_estm2_x。
接着,重心偏离推定部35通过运算部35c执行计算车辆***整体重心的X轴方向的速度的第二推定值Vb_estm2_x(最新值)与第一推定值Vb_estm1_x(最新值)的偏差的处理。
并且,重心偏离推定部35通过由运算部35d执行对该偏差乘以规定值的增益(-Kp)的处理,来决定X轴方向的重心偏离量推定值Ofst_estm_x的最新值。
Y轴方向的重心偏离量推定值Ofst_estm_y的决定处理也与上述方式同样地执行。具体而言,表示该决定处理的框线图通过下述方式得到:将图6中的下标“_x”和“_y”进行互换,并将作为输入到加法器35e中的输入值之一的图中右侧的加速度分量(由离心力产生的加速度分量)的符号“+”置换为“-”。
接着,移动控制部21通过执行图4所示的重心偏离影响量计算部36的处理,计算出重心偏离影响量Vofs_xy。重心偏离影响量Vofs_xy表示在后述的姿势控制运算部34中不考虑车辆***整体重心的位置从倒立摆模型中的上述基准部Ps_xy的位置偏离而进行反馈控制的情况下的车辆***整体重心相对于目标速度的实际的速度偏离。
重心偏离影响量计算单元36通过在新确定的重心偏离量推定值Ofst_estm_xy的各分量上乘以(Kth_xy/(h-r_xy))/Kvb_xy的值来计算出重心偏离影响量Vofs_xy。
需要说明的是,Kth_xy是在后述的姿势控制运算部34的处理中用于决定操作量成分的增益值,其中,该操作量成分起到使搭乘部5的倾斜角度接近零的作用。另外,Kvb_xy是在后述的姿势控制运算部34的处理中用于决定操作量成分的增益值,其中,该操作量成分起到使车辆***整体重心的目标速度Vb_cmd_xy与该车辆***整体重心的速度的第一推定值Vb_estm1_xy之间的偏差接近零的作用。
接着,移动控制部21通过执行图4所示的重心目标速度决定部32的处理,来决定各运算处理周期的每个车辆***重心的目标速度Vb_cmd_xy(以下,称为重心目标速度Vb_cmd_xy)。
在该情况下,重心目标速度决定部32首先根据由操作指令变换部31决定的基本速度指令Vjs_xy(最新值)和由重心偏离影响量计算部36决定的重心偏离影响量Vofs_xy(最新值),决定重心目标速度Vb_cmd_xy的基本值V1_xy。该基本值V1_xy相当于与操纵杆12的操作和伴随操纵者的上身动作的重心偏离量推定值Ofst_estm_xy对应的车辆***整体重心的速度的要求值。以下,将基本值V1_xy称为重心速度基本要求值V1_xy。
具体而言,重心目标速度决定部32通过在处理部32a中执行对重心偏离影响量Vofs_xy的死区处理和限制处理,来决定作为与重心速度基本要求值V1_xy中的重心偏离量推定值Ofst_estm_xy对应的分量的重心速度相加量Vb_cmd_by_ofs_xy。
更详细而言,在本实施方式中,重心偏离影响量Vofs_x在X轴方向上的大小是规定范围在零附近的死区范围内的值(比较接近零的值)时,重心目标速度决定部32将重心速度相加量Vb_cmd_by_ofs_x的X轴方向的值设置为零。
当重心偏离影响量Vofs_x在X轴方向上的大小是脱离了死区的值时,重心目标速度决定部32将重心速度相加量Vb_cmd_by_ofs_x在X轴方向上的值决定为与Vofs_x相同极性,并将其大小决定成随着Vofs_x的大小的增大而增大。但是,重心速度相加量Vb_cmd_by_ofs_x的值被限制在规定的上限值(>0)和下限值(≤0)之间的范围内。Y轴方向的重心速度相加量Vb_cmd_by_ofs_y的决定处理也与上述相同。
接着,重心目标速度决定部32通过在处理部32b中执行由操作指令变换部31决定的基本速度指令Vjs_xy的各分量加上重心速度相加量Vb_cmd_by_ofs_xy的各分量的处理,来计算出重心速度基本要求值V1_xy。即,通过V1_x=Vjs_x+Vb_cmd_by_ofs_x、V1_y=Vjs_y+Vb_cmd_by_ofs_y这一处理,决定重心速度基本要求值V1_xy(V1_x,V1_y的组)。
进行如下补充说明,在本实施方式的车辆1中,操纵杆12的操作和伴随操纵者的上身动作(体重移动)的重心偏离量Ofst_xy的变化相当于车辆1的操纵操作。另外,重心速度基本要求值V1_xy相当于本发明中的基本移动指令。此外,重心目标速度决定部32中的处理部32a及处理部32b的处理相当于本发明中的基本移动指令生成部的处理。
重心目标速度决定部32进一步根据从外部的服务器等取得的障碍物信息和自身位置的计测值确定的车辆1与障碍物的位置关系,由速度限制系数设定部32c设定用于对重心速度基本要求值V1_xy施加限制的速度限制系数α_xy(α_x、α_y的组),并且由横摆率指令设定部32d设定横摆率指令ωz_cmd,作为附加性地使车辆1产生的横摆率的指令值。
速度限制系数α_xy的X轴方向成分及Y轴方向成分是为了对重心速度基本要求值V1_xy的X轴方向分量及Y轴方向分量分别施加限制而分别与该重心速度基本要求值V1_xy的X轴方向的分量及Y轴方向的分量相乘的系数,且是“0”至“1”的范围内的值。
将车辆1与障碍物之间的距离d和表示车辆1相对于障碍物的朝向的方位角φ作为表示障碍物与车辆1的位置关系的信息输入到上述速度限制系数设定部32c中。这些距离d和方位角φ根据从外部的服务器等取得的障碍物信息和自身位置的测量值来进行确定。
在此,参照图7,在本实施方式中,上述距离d是车辆1的代表点Pa(例如移动动作部3的触地点等)与障碍物之间的最短距离,方位角φ是车辆1的前后方向(X轴方向)相对于距离d的方向的倾斜角度(横摆方向上的倾斜角度)。需要说明的是,在图7中,示意性地记载了车辆1。
在该情况下,在车辆1的前后方向(X轴方向)与距离d的方向一致且车辆1的正面前方(X轴的正方向)存在障碍物的情况下,上述方位角φ为零。另外,车辆1的正面前方的方向从距离d的方向向逆时针方向倾斜时的方位角φ的极性为正,车辆1的正面前方的方向从距离d的方向向顺时针方向倾斜时的方位角φ的极性为负。因此,方位角φ是-180°与+180°之间的范围内的角度。需要说明的是,在图7所示的例子中,φ>0。
速度限制系数设定部32c根据所输入的距离d及方位角φ并执行图8的框线图所示的处理来决定速度限制系数α。具体而言,速度限制系数设定部32c在第一限制率设定部32c1中执行根据所输入的距离d来设定第一限制率β(d)的处理,并且在第二限制率设定部32c2中执行根据所输入的方位角φ来设定第二限制率β(φ)的处理。
第一限制率β(d)及第二限制率β(φ)分别是表示重心目标速度Vb_cmd_x相对于重心速度基本要求值V1_xy的限制程度的要求的参数,在本实施方式中设定成从“0”到“1”的范围内的值。并且,β(d)、β(φ)各自的值越大(越接近“1”),则表示使重心目标速度Vb_cmd_xy比重心速度基本要求值V1_xy要更接近“0”的要求越高(增大Vb_cmd_xy对V1_xy的限制程度的要求越高)。
第一限制率设定部32c1根据被输入到速度限制系数设定部32c中的距离d,利用例如由图9的图表所示的方式等预先制作好的映射(map)或运算式设定上述第一限制率β(d)。即,在距离d大于规定值d1的情况(车辆1充分远离障碍物的情况)下,第一限制率β(d)被设定为零。并且,在距离d处于规定值d1与规定值d2(<d1)之间的范围内的情况和距离d处于规定值d2与规定值d3(<d2)之间的范围内的情况下,第一限制率β(d)被设定为随着距离d的减少而从“0”增加到“1”。并且,在距离d为规定值d3以下的情况下,第一限制率β(d)被维持在“1”。
在该情况下,在d1~d2的范围内,以第一限制率β(d)相对于距离d的减少的增加率(距离d的单位减少量的β(d)的增加量)比在d2~d3的范围内的增加率大的方式设定第一限制率β(d)。因此,第一限制率β(d)被设定为,在d1~d3的范围内第一限制率β(d)相对于距离d的减少的增加率随着距离d的减少而变小。
进行如下补充说明,通过上述方式设定的第一限制率β(d)相当于本发明中的第一限制程度指标值。另外,距离d的规定值d1相当于本发明中的第一规定值。
第二限制率设定部32c2设定的第二限制率β(φ)由第二限制值率β(φ)_fd_x、第二限制值率β(φ)_bk_x、第二限制率β(φ)_L_y和第二限制值β(φ)_R_y构成,其中,第二限制值率β(φ)_fd_x用于限制在X轴方向上的向前方的(正极性的)重心速度基本要求值V1_x;第二限制值率β(φ)_bk_x用于限制在X轴方向上的向后方的(负极性的)重心速度基本要求值V1_x;第二限制率β(φ)_L_y用于限制在Y轴方向上的向左方的(正极性的)重心速度基本要求值V1_y;第二限制值β(φ)_R_y用于限制在Y轴方向上的向右方的(负极性的)重心速度基本要求值V1_y。
并且,第二限制率设定部32c2利用预先制作好的映射或运算式并根据被输入到速度限制系数设定部32c中的方位角φ和距离d设定这些第二限制率β(φ)_fd_x、β(φ)_bk_x、β(φ)_L_y和β(φ)_R_y。
具体而言,在距离d比上述规定值d3大时(换言之,在上述第一限制率β(d)被设定成比“1”小的值时),第二限制率设定部32c2根据方位角φ基本上以例如图10A、图11A、图12A和图13A的图表所示的函数形态分别设定β(φ)_fd_x、β(φ)_bk_x、β(φ)_L_y和β(φ)_R_y。其中,第二限制率β(φ)_fd_x、β(φ)_bk_x、β(φ)_L_y和β(φ)_R_y均为:比“0”稍大的规定值被设定成其下限值β(φ)_low。
在该情况下,针对向前方的重心速度基本要求值V1_x(>0)的第二限制率β(φ)_fd_x基本上如图10A的曲线图所示被设定成下述函数形态:在方位角φ为-90°~+90°的范围内,第二限制率β(φ)_fd_x随着φ接近0°而从“0”增加到“1”;在-90°~-180°的范围和+90°~+180°的范围内,第二限制率β(φ)_fd_x被设定为“0”。但是,当第二限制率β(φ)_fd_x在该函数形态中设定的值小于规定的下限值β(φ)_low时,被限制为该下限值β(φ)_low。
另外,针对向后方的重心速度基本要求值V1_x(<0)的第二限制率β(φ)_bk_x基本上如图11A的曲线图所示被设定成下述函数形态:在方位角φ为-90°~+90°的范围内,第二限制率β(φ)_bk_x被设定成“0”;在-90°~-180°范围以及+90°~+180°的范围内,随着方位角φ的大小(绝对值)变大,第二限制率β(φ)_bk_x被设定为从“0”增加到“1”。但是,第二限制率β(φ)_bk_x在该函数形态中被设定的值小于规定的下限值β(φ)_low的情况下,则被限制为该下限值β(φ)_low。
另外,针对向左方的重心速度基本要求值V1_y(>0)的第二限制率β(φ)_L_y基本上如图12A的图表所示被设定成下述函数形态:在方位角φ为0°~-180°的范围内,第二限制率β(φ)_L_y随着φ接近-90°而从“0”增加到“1”;在0°以上的范围中,第二限制率β(φ)_L_y被设定为“0”。但是,第二限制率β(φ)_L_y在该函数形态中被设定的值小于规定的下限值β(φ)_low的情况下,则被限制为该下限值β(φ)_low。
另外,针对向右方的重心速度基本要求值V1_y(<0)的第二限制率β(φ)_R_y基本上如图13A的曲线图所示被设定成下述函数形态:在方位角φ为0°~+180°的范围内,随着φ接近+90°,第二限制率β(φ)_R_y从“0”增加到“1”;在0°以下的范围,第二限制率β(φ)_R_y为“0”。但是,第二限制率β(φ)_R_y在该函数形态中被设定的值小于规定的下限值β(φ)_low的情况下,被限制为该下限值β(φ)_low。
另外,在距离d为所述规定值d3以下的情况下(换言之,在所述第一限制率β(d)被设定成“1”的情况下),第二限制率设定部32c2根据方位角φ基本上以例如图10B、图11B、图12B和图13B的图表所示的函数形态分别设定第二限制率β(φ)_fd_x、β(φ)_bk_x、β(φ)_L_y和β(φ)_R_y。
在该情况下,针对向前方的重心速度基本要求值V1_x(>0)的第二限制率β(φ)_fd_x基本上如图10B的曲线图所示被设定成下述函数形态:在方位角φ为-90°~+90°的范围内,第二限制率β(φ)_fd_x被设定成“1”;在-90°~-180°范围以及+90°~+180°的范围中,第二限制率β(φ)_fd_x随着φ的大小(绝对值)变小而从“0”增加到“1”。但是,第二限制率β(φ)_fd_x在该函数形态中被设定的值小于规定的下限值β(φ)_low的情况下,被限制为该下限值β(φ)_low。
另外,针对向后方的重心速度基本要求值V1_x(<0)的第二限制率β(φ)_bk_x基本上如图11B的曲线图所示被设定成下述函数形态:随着方位角φ的大小(绝对值)从“0”增大,第二限制率β(φ)_bk_x从“0”增加到“1”。但是,第二限制率β(φ)_bk_x在该函数形态中被设定的值小于规定的下限值β(φ)_low的情况下,被限制为该下限值β(φ)_low。
另外,针对向左方的重心速度基本要求值V1_y(>0)的第二限制率β(φ)_L_y基本上如图12B的曲线图所示设定成下述函数形态:在方位角φ为0°~-180°的范围内,第二限制率β(φ)_L_y为“1”;在0°~+180°的范围中,以随着φ与+90°之差的大小(绝对值)增大,第二限制率β(φ)_L_y从“0”增加到“1”。但是,第二限制率β(φ)_L_y在该函数形态中被设定的值小于规定的下限值β(φ)_low的情况下,被限制为该下限值β(φ)_low。
另外,针对向右方的重心速度基本要求值V1_y(<0)的第二限制率β(φ)_R_y基本上如图13B的曲线图所示设定成下述函数形态:在方位角φ为0°~+180°的范围内,第二限制率β(φ)_R_y为“1”;在0°~-180°的范围中,随着φ与-90°之差的大小(绝对值)变大,第二限制率β(φ)_R_y从“0”增加到“1”。但是,第二限制率β(φ)_R_y在该函数形态中设定的值小于规定的下限值β(φ)_low的情况下,被限制为该下限值β(φ)_low。
在距离d为上述规定值d3以下的情况下,第二限制率β(φ)_fd_x、β(φ)_bk_x、β(φ)_L_y和β(φ)_R_y如上所述根据方位角φ而被设定,因此在d≤d3的情况下的第二限制率β(φ)_fd_x、β(φ)_bk_x、β(φ)_L_y和β(φ)_R_y分别与d>d3的情况相比,成为“1”或与其接近的值的φ的范围扩大(换言之,下限值β(φ)_low或与其接近的值的φ的范围缩小)。
进行如下补充说明,通过上述方式设定的第二限制率β(φ)相当于本发明中的第二限制程度指标值。另外,与距离d相关的规定值d3相当于本发明中的第二规定值。
速度限制系数设定部32c在通过上述方式决定了第一限制率β(d)及第二限制率β(φ)(β(φ)_fd_x,β(φ)_bk_x,β(φ)_L_y,β(φ)_R_y)之后,通过在处理部32c3中执行将第一限制率β(d)与第二限制值β(φ)相乘的处理,从而计算出与X轴方向及Y轴方向各自的速度相关的合成限制率β1_xy(β1_x,β1_y的组)。
具体而言,在处理部32c3中,在X轴方向的重心速度基本要求值V1_x为向前方的速度的情况下,通过β1_x=β(d)·β(φ)_fd_x这一运算,计算出与X轴方向的速度相关的合成限制率β1_x,在X轴方向的重心速度基本要求值V1_x为向后方的速度的情况下,通过β1_x=β(d)·β(φ)_bk_x这一运算,计算出与X轴方向的速度相关的合成限制率β1_x。
另外,在Y轴方向的重心速度基本要求值V1_y为向左方的速度的情况下,通过β1_y=β(d)·β(φ)_L_y这一运算,计算出与Y轴方向的速度相关的合成限制率β1_y;在Y轴方向的重心速度基本要求值V1_y为向友方的速度的情况下,通过β1_y=β(d)·β(φ)_R_y这一运算,计算出与Y轴方向的速度相关的合成限制率β1_y。需要说明的是,在处理部32c3中计算出的合成限制率β1_xy是暂定值,因此以后称为暂定合成限制率β1_xy。
接着,速度限制系数设定部32c利用速率限制器32c4实施针对暂定合成限制率β1_xy的限制处理,来决定为了决定上述速度限制系数α_xy而实际使用的合成限制率、即确定合成限制率β2_xy。由该速率限制器32c4执行的限制处理是用于限制确定合成限制率β2_xy的时间变化率(每单位时间的变化量)的处理。
在该限制处理中,判断在移动控制部21的本次的(当前的)运算处理周期中算出的暂定合成限制率β1_xy与在上次的运算处理周期中决定的确定合成限制率β2_xy_p的各分量的偏差Δβ_xy(Δβ_x=β1_x-β2_x_p、Δβ_y=β1_y-β2_y_p)的绝对值是否分别收敛于规定的上限值Δβmax_xy以下的范围内。
并且,本次的(当前的)运算处理周期中的确定合成限制率β2_xy中的β2_x根据Δβ_xy中的Δβ_x的绝对值是否收敛于上限值Δβmax_x以下的范围内而通过下述方式被决定。即,在Δβ_x的绝对值收敛于上限值Δβmax_x以下的范围内的情况下,将由处理部32c3计算出的暂定合成限制率β1_x直接决定为本次的运算处理周期中的确定合成限制率β2_x。
另外,在Δβ_x的绝对值大于上限值Δβmax_x的情况下,本次的运算处理周期中的确定合成限制率β2_x被限制成对上次的运算处理周期中的确定合成限制率β2_x_p加上Δβmax_x或-Δβmax_x而得到的值。更详细而言,在Δβ_x<-Δβmax_x的情况下,通过β2_x=β2_x_p-Δβmax_x这一运算,决定本次的运算处理周期中的确定合成限制率β2_x;在Δβ_x>Δβmax_x的情况下,通过β2_x=β2_x_p+Δβmax_x这一运算,决定本次的运算处理周期中的确定合成限制率β2_x。
另外,本次的(当前的)运算处理周期中的确定合成限制率β2_xy中的β2_y根据Δβ_xy中的Δβ_y的绝对值是否收敛于上限值Δβmax_y以下的范围而与上述方式同样地被决定。通过上述方式决定确定合成限制率β2_xy,该确定合成限制率β2_xy被决定为在抑制急剧变化的同时收敛于暂定合成限制率β1_xy。
接着,速度限制系数设定部32c通过在处理部32c5中执行“1”减去通过上述方式决定的确定合成限制率β2_xy的各成分的处理,来决定上述速度限制系数α_xy。即,通过α_x=1-β2_x、α_y=1-β2_y这一运算来决定速度限制系数α_xy的各成分。
因此,确定合成限制率β2_x越大(换言之,增大重心目标速度Vb_cmd_x相对X轴方向的重心速度基本要求值V1_x的限制程度的要求越高),速度限制系数α_xy中的α_x被决定得越小(越接近于“0”)。
同样地,确定合成限制率β2_y越大(换言之,增大重心目标速度Vb_cmd_y相对Y轴方向的重心速度基本要求值V1_y的限制程度的要求越高),速度限制系数α_xy中的α_y被决定得越小(越接近于“0”)。
在横摆率指令设定部32d中,作为表示障碍物与车辆1的位置关系的信息,除了输入车辆1与障碍物之间的距离d和表示车辆1相对于障碍物的朝向的方位角φ之外,还输入由重心速度推定部33计算出的车辆***整体重心的X轴方向的速度推定值Vb_estm1_x。然后,横摆率指令设定部32d根据被输入的方位角φ、距离d以及车辆***整体重心的X轴方向的速度Vb_x的推定值Vb_estm1_x,并执行图14的框线图所示的处理,来决定横摆率指令ωz_cmd。
具体而言,横摆率指令设定部32d根据所输入的方位角φ,利用横摆率基本值设定部32d1执行设定作为横摆率指令ωz_cmd的基本值的横摆率基本值ωz_cmd1的处理。在该情况下,横摆率基本值设定部32d1根据输入于横摆率指令设定部32d的方位角φ,并利用预先制作好的映射或运算式、例如以图15A的图表所示的方式设定横摆率基本值ωz_cmd1。即,在方位角φ处于比+90°稍大的规定值+φ1到+180°的范围内、或者是处于-φ1的-180°的范围内时,横摆率基本值ωz_cmd1被设定成“0”。
另外,在方位角φ为比0°稍大的规定值+φ2到+φ1的范围内时,横摆率基本值ωz_cmd1被设定成随着方位角φ接近+φ2而向正方向(从上方观察为逆时针方向)增加。另外,在方位角φ处于-φ2到-φ1的范围内时,横摆率基本值ωz_cmd1被设定为随着方位角φ接近-φ2而向负方向(从上方观察时顺时针方向)增加。
并且,在方位角φ处于-φ2~+φ2的范围内时,横摆率基本值ωz_cmd1被设定成从与-φ2对应的负值连续地变化到与+φ2对应的正值。这是为了防止在方位角φ在零附近发生变化时横摆率基本值ω_cmd1出现不连续地变化的情况。
如上所述,通过根据方位角φ来设定横摆率基本值ωz_cmd1,ωz_cmd1被设定为在-φ1~+φ1的范围内使车辆1产生使车辆1的前方的朝向离开障碍物的方向的角速度。
横摆率指令设定部32d进一步通过第一限制率设定部32d2根据被输入的距离d设定上述第一限制率β(d)的处理,并且通过速度系数设定部32d3执行根据被输入的速度推定值Vb_estm1_x设定速度系数k(Vb_x)的处理。在该情况下,第一限制率设定部32d2的处理与上述速度限制系数设定部32c的第一限制率设定部32c1的处理相同。因此,在距离d为d1~d3的范围内,以第一限制率β(d)相对于距离d的减少的增加率随着距离d的减少而变小的方式设定第一限制率β(d)。
需要说明的是,由横摆率指令设定部32d设定的第一限制率β(d)相对于距离d的变化的模式也可以与由速度限制系数设定部32c设定的第一限制率β(d)相对于距离d的变化的模式不完全一致。例如,在d1至d3的范围内的β(d)的增加率的大小等也可以根据由横摆率指令设定部32d设定的第一限制率β(d)和由速度限制系数设定部32c设定的第一限制率β(d)而不同。
上述速度系数k(Vb_x)是从“0”到“1”范围内的值,速度系数设定部32d3根据被输入的速度推定值Vb_estm1_x并通过预先制作好的映射或运算式、例如以图15B的图表所示的方式设定该速度系数k(Vb_x)。
具体而言,在速度推定值Vb_estm1_x为规定值V1以下时,将速度系数k(Vb_x)设定成“0”,在从规定值V1到规定值V2(>V1)的范围内,速度系数k(Vb_x)被设定成随着速度推定值Vb_estm1_x的增加而从“0”增加到“1”。然后,当速度推定值Vb_estm1_x为规定值V2以上时,速度系数k(Vb_x)被维持为“1”。
横摆率指令设定部32d通过在处理部32d4中执行对通过上述方式根据方位角φ而设定的横摆率基本值ωz_cmd1乘以根据距离d而设定的第一限制率β(d)和根据速度推断值Vb_estm1_x而设定的速度系数k(Vb_x)的处理,来决定横摆率指令ωz_cmd。
返回图4的说明,重心目标速度决定部32通过在处理部32e执行对通过上述方式决定的横摆率指令ωz_cmd乘以车辆1的移动动作部3的触地部与尾轮4的触地部之间的距离L的处理,来计算使车辆1附加性地产生横摆率指令ωz_cmd的横摆率所需的车辆***整体重心的Y轴方向的速度V4_y(以下,称为横摆率附加用速度V4_y)。
另外,重心目标速度决定部32通过上述方式决定了重心速度基本要求值V1_xy和速度限制系数α_xy之后,通过由处理部32f执行对V1_xy的各分量乘以α_xy的各成分的处理,来计算出作为重心目标速度Vb_cmd_xy的第一暂定值的第一暂定重心目标速度V2_xy。即,通过V2_x=V1_x·α_x、V2_y=V1_y·α_y这一运算,来计算出第一暂定重心目标速度V2_xy的各分量。
接着,重心目标速度决定部32通过由处理部32g实施针对第一暂定重心目标速度V2_xy的限制处理,来决定作为重心目标速度Vb_cmd_xy的第二暂定值的第二暂定重心目标速度V3_xy。该处理部32g中的限制处理是以下一种处理,即,通过下述方式来决定第二暂定重心目标速度V3_xy的处理:使作为移动动作部3的致动器8的电动马达8a、8b各自的旋转速度不脱离规定的容许范围且将X轴方向的重心目标速度Vb_cmd_x限制为零附近的负的规定值或以零为下限值的范围内。
在该限制处理中,在由处理部32f计算出的第一暂定重心目标速度V2_x、V2_y的组例如在以V2_x的值为纵轴且以V2_y的值为横轴的坐标系上处于规定的区域内的情况下,将第一暂定重心目标速度V2_xy直接决定为第二暂定重心目标速度V3_xy。
另外,在由处理部32f计算出的第一暂定重心目标速度V2_x、V2_y的组脱离了上述坐标系上的规定的区域的情况下,将限制为该规定的区域的边界上的V2_x、V2_y的值的组的速度被决定为第二暂定重心目标速度V3_xy。
接着,重心目标速度决定部32通过在处理部32h中执行对第二暂定重心目标速度V3_xy加上上述横摆率附加用速度V4_y的处理,来决定重心目标速度Vb_cmd_xy。具体而言,将X轴方向的第二暂定重心目标速度V3_x直接决定为X轴方向的重心目标速度Vb_cmd_x,并且将对Y轴方向的第二暂定重心目标速度V3_y加上横摆率附加用速度V4_y而得到的值(=V3_y+V4_y)决定为Y轴方向的重心目标速度Vb_cmd_y。
进行如下补充说明,在本实施方式的车辆1中,重心目标速度决定部32中的速度限制系数设定部32c、横摆率指令设定部32d以及处理部32e、32f、32h的处理相当于本发明中的移动指令修正部的处理。
在执行如上所述的重心目标速度决定部32的处理之后,移动控制部21接着执行姿势控制运算部34的处理。该姿势控制运算部34通过图4的框线图所示的处理,以使搭乘部5及基体2的姿势稳定化的方式决定移动动作部3的目标速度Vw1_cmd_xy。
更详细而言,姿势控制运算部34首先在运算部34a中执行从上述重心目标速度Vb_cmd_xy的各分量减去重心偏离影响量Vofs_xy的各分量的处理,由此决定重心偏离补偿后目标速度Vb_cmpn_cmd_xy(补偿重心偏离的影响而得到的目标速度)。
接着,姿势控制运算部34通过下式(4a)、(4b)的运算分别计算出作为移动动作部3的触地点的平移加速度的目标值、即目标平移加速度DVw1_cmd_xy中的X轴方向的目标平移加速度DVw1_cmd_x和Y轴方向的目标平移加速度DVw1_cmd_y。该运算处理是图4所示的姿势控制运算部34中的除了上述运算部34a和进行积分运算的积分运算部34b以外的运算部的处理。
DVw1_cmd_x=Kvb_x·(Vb_cmpn_cmd_x-Vb_estm1_x)
-Kth_x·θb_act_x-Kw_x·ωb_act_x……(4a)
DVw1_cmd_y=Kvb_y·(Vb_cmpn_cmd_y-Vb_estm1_y)
-Kth_y·θb_act_y-Kw_y·ωb_act_y……(4b)
式(4a)、(4b)中的Kvb_xy、Kth_xy和Kw_xy是预先设定好的规定的增益值。另外,式(4a)的右边第一项是与车辆***整体重心的X轴方向的重心偏离补偿后目标速度Vb_cmpn_cmd_x(最新值)和车辆***整体重心的速度的第一推定值Vb_estm1_x(最新值)的偏差对应的反馈操作量成分;第二项是与搭乘部5的绕Y轴方向的实际的倾斜角度θb_act_x的计测值(最新值)对应的反馈操作量成分;第三项是与搭乘部5的绕Y轴方向的实际的倾斜角速度ωb_act_x的计测值(最新值)对应的反馈操作量成分。而且,作为这些反馈操作量成分的合成操作量而计算出X轴方向的目标平移加速度DVw1_cmd_x。
同样地,式(4b)的右边的第一项是与车辆***整体重心的Y轴方向的重心偏离补偿后目标速度Vb_cmpn_cmd_y(最新值)和车辆***整体重心的速度的第一推定值Vb_estm1_y(最新值)的偏差对应的反馈操作量成分,第二项是与搭乘部5的绕X轴方向的实际的倾斜角度θb_act_y的计测值(最新值)对应的反馈操作量成分,第三项是与搭乘部5的绕X轴方向的实际的倾斜角速度ωb_act_y的计测值(最新值)对应的反馈操作量成分。而且,作为这些反馈操作量成分的合成操作量而计算出Y轴方向的目标平移加速度DVw1_cmd_y。需要说明的是,上述式(4a)、(4b)分别能够改写为下式(4a)’、(4b)’。
DVw1_cmd_x=Kvb_x·(Vb_cmd_x-Vb_estm1_x)
-Kth_x·(Ofst_estm_x/(h-r_x)+θb_act_x)
-Kw_x·ωb_act_x……(4a)’
DVw1_cmd_y=Kvb_y·(Vb_cmd_y-Vb_estm1_y)
-Kth_y·(Ofst_estm_y/(h-r_y)+θb_act_y)
-Kw_y·ωb_act_y……(4b)’
在该情况下,式(4a)’、(4b)’的右边第二项具有作为反馈操作量分量的意思,该反馈操作量分量用于使在X轴方向及Y轴方向上的实际的车辆***整体重心的位置成为移动动作部3的触地部的正上方的位置。
接着,姿势控制运算部34通过由积分运算部34b对目标平移加速度DVw1_cmd_xy的各分量进行积分,来决定移动动作部3的目标速度Vw1_cmd1_xy(最新值)。
由移动控制部21决定移动动作部3的目标速度Vw1_cmd1_xy的处理在各运算处理周期中通过上述方式来执行。通过该处理,移动动作部3的目标速度Vw1_cmd1_xy被决定为能够实现稳定地保持车辆1的搭乘部5及基体2的姿势并且使车辆***整体重心的移动速度(水平方向的移动速度)收敛于重心目标速度Vb_cmd_xy。然后,移动控制部21对电动马达8a、8b进行反馈控制,以使移动动作部3的实际的移动速度追随通过上述方式决定的目标速度Vw1_cmd_xy。
根据以上说明的实施方式,根据与作为车辆1的操作器的操纵杆12的操作相应地设定的上述基本速度指令Vjs_xy和伴随操纵者的上身的动作(体重移动)的上述重心偏离影响量Vofs_xy(或者重心偏离量Ofst_xy),决定作为车辆1的代表点的目标速度的基本值的重心速度基本要求值V1_xy。而且,基本上,将重心速度基本要求值V1_xy设定为重心目标速度Vb_cmd_xy,并以实现该重心目标速度Vb_cmd_xy的方式控制移动动作部3的移动动作。因此,操纵者能够通过操作器的操作(操纵杆12的操作)和操纵者的上身的动作(体重移动)中的一方或者双方来操纵车辆1。
但是,当车辆1与障碍物之间的距离d成为规定值d1以下时,则以如上所述的方式设定速度限制系数α_xy,并且设定横摆率指令ωz_cmd。并且,根据速度限制系数α_xy,重心目标速度Vb_cmd_xy相对于重心速度基本要求值V1_xy被限制,并且用于使车辆1附加性地产生横摆率指令ωz_cmd的横摆率的横摆率附加用速度V4_y被附加于重心目标速度Vb_cmd_xy。
在该情况下,由于速度限制系数α_xy的设定用的第一限制率β(d)以如上所述的方式按照图9的线图所示的方式根据距离d来被设定,所以在距离d刚成为规定值d1以下之后,第一限制率β(d)迅速地增加(进而,速度限制系数α_xy的X轴方向成分及Y轴方向成分迅速变小)。
因此,重-心目标速度Vb_cmd_xy的各分量迅速地被限制成绝对值比重心速度基本要求值V1_xy的各分量小的速度。因此,在距离d刚成为规定值d1以下的值时,车辆1迅速减速,从而能够适当地抑制车辆1进一步接近障碍物。
另外,根据距离d、车辆1相对于障碍物的方位角φ来设定速度限制系数α_xy,因此,以能够适合于距离d和方位角φ的方式,重心目标速度Vb_cmd_xy的各分量被限制成重心速度基本要求值V1_xy的各分量。
而且,在距离d小于规定值d3的情况下(即,在车辆1移动至障碍物附近的情况下),根据方位角φ而设定的第二限制率β(φ)与距离d大于规定值d3的情况相比,在方位角φ的较宽的范围内被设定为“1”或与其接近的值。因此,在车辆1的方位角φ的广泛的范围内,能够提高抑制车辆1进一步接近障碍物的效果。
另一方面,在距离d大于规定值d3的情况下,第二限制率β(φ)被设定为“1”或与其接近的值的方位角φ的范围比距离d为规定值d3以下的情况下的方位角φ的范围小,因此能够提高操纵者移动车辆1的方向的自由度。
另外,横摆率指令ωz_cmd的设定用的第一限制率β(d)按照如上所述的图9的线图所示的形态根据距离d来进行设定,因此在距离d刚成为规定值d1以下之后,横摆率指令ωz_cmd的大小在车辆1从障碍物离开的方向上迅速增加。因此,在距离d刚成为规定值d1以下之后,进行移动动作部3的移动控制,以使车辆1附加性地产生使车辆1离开障碍物的方向的横摆率。由此,车辆1难以接近障碍物,能够适当地抑制车辆1进一步接近该障碍物。
另外,除了距离d以及方位角φ之外,还根据X轴方向上的车辆***重心的速度推定值Vb_estm1_x(车辆1的代表点的速度)来设定横摆率指令ωz_cmd,因此能够针对车辆1接近障碍物时的各种行为状态,抑制车辆1进一步接近障碍物,设定适当的横摆率指令ωz_cmd来控制车辆1的移动。
并且,在上述实施方式中,当距离d成为规定值d1以下时,如上所述,车辆***整体重心的速度迅速地受到限制,并且进行移动动作部3的移动控制,以使车辆1附加性地迅速地产生横摆率指令ωz_cmd的横摆率。因此,操纵者能够迅速且感知地识别车辆1过于接近障碍物的情况,而不管该障碍物是实体物还是假想物。因此,操纵者能够适当地实施对车辆1的移动操纵,以使车辆1不会过于接近障碍物。
另外,本发明并不限定于以上说明的实施方式。以下,就几个其他的实施方式进行说明。在上述实施方式中,成为重心目标速度Vb_cmd_xy的基础的重心速度基本要求值V1_xy根据操纵者对操作器的操作(对操纵杆12的操作)和操纵者上身的动作(体重移动)来进行设定。但是,重心速度基本要求值V1_xy也可以根据操纵者对操作器的操作(对操纵杆12的操作)和操纵者上身的动作(体重移动)中的任意一方来进行设定。
另外,在上述实施方式中,在分别决定了与车辆1和障碍物之间的距离d对应的第一限制率β(d)以及与车辆1相对于障碍物的方位角φ对应的第二限制率β(φ)的基础上,决定对它们实施统合的合成限制率(暂定合成限制率)β1_xy。但是,例如,也可以根据距离d和方位角φ,使用映射等直接决定合成限制率β1_x、β1_y的各个限制率(或者1-β1_x及1-β1_y的各个限制率)。
在上述实施方式中,作为车辆1的代表点而使用了车辆***整体重心,但该代表点也可以是例如移动动作部3的代表点。另外,在上述实施方式中,例示了倒立摆型的车辆1作为移动体。但是,本发明中的移动体例如可以是电动轮椅、电动推车等移动体,进一步还可以是不搭乘操纵者类型的移动体(操纵者进行远程操纵的移动体)。另外,移动体的搭乘部不限于操纵者能够就座的搭乘部,例如也可以是以操纵者能够站立搭乘的方式构成的搭乘部。
Claims (8)
1.一种移动体的控制装置,其是根据操纵者的操纵操作而移动的移动体的控制装置,
该移动体的控制装置的特征在于,具备:
基本移动指令生成部,其生成基本移动指令,该基本移动指令是基于所述操纵者的操纵操作的所述移动体的移动指令;
移动指令修正部,其根据存在于所述移动体的移动环境中或设定于该移动环境中的障碍物与所述移动体的位置关系来修正所述基本移动指令;以及
移动控制部,其根据修正后移动指令来进行所述移动体的移动控制,该修正后移动指令是由所述移动指令修正部修正后的基本移动指令;
所述移动指令修正部构成为:
当所述障碍物与所述移动体的距离成为第一规定值以下时,以使所述移动体附加性地产生远离所述障碍物的方向的横摆率的方式修正所述基本移动指令,并且,以所述距离越接近所述第一规定值越增大所述横摆率的大小相对于所述距离的减少的增加率的方式修正所述基本移动指令。
2.根据权利要求1所述的移动体的控制装置,其特征在于,
所述移动指令修正部构成为:
以使附加性地产生于所述移动体的横摆率根据所述距离、所述移动体相对于所述障碍物的朝向、以及所述移动体的移动速度发生变化的方式修正所述基本移动指令。
3.根据权利要求1所述的移动体的控制装置,其特征在于,
所述移动指令修正部还构成为:
当所述距离成为所述第一规定值以下时,以将所述移动体的代表点的移动速度限制为绝对值比根据所述基本移动指令被规定的移动速度、即基本移动速度小的移动速度的方式修正所述基本移动指令,并且以所述距离越接近所述第一规定值越增大所述移动速度相对于所述距离的减少的增加率的方式修正所述基本移动指令。
4.根据权利要求3所述的移动体的控制装置,其特征在于,
所述移动指令修正部构成为:
在所述距离成为所述第一规定值以下时,执行设定表示与所述距离对应的所述移动速度的限制程度的第一限制程度指标值的处理,以及设定表示与所述移动体相对于所述障碍物的朝向对应的所述移动速度的限制程度的第二限制程度指标值的处理,并根据所述第一限制程度指标值及所述第二限制程度指标值来限制所述移动体的代表点的移动速度,
并且在将由所述距离是比所述第一规定值小的第二规定值以下的距离时所设定的所述第二限制程度指标值表示的限制程度定义为第A限制程度、将由所述距离是比所述第二规定值大的距离时所设定的所述第二限制程度指标值表示的限制程度定义为第B限制程度时,在所述移动体的朝向的可变范围中的至少一部分范围内,以使所述第A限制程度大于所述第B限制程度的方式设定所述第二限制程度指标值。
5.根据权利要求1所述的移动体的控制装置,其特征在于,
所述移动体是具有供所述操纵者搭乘的搭乘部的搭乘型移动体。
6.一种移动体的控制装置,其是根据操纵者的操纵操作而移动的移动体的控制装置,
该移动体的控制装置的特征在于,具备:
基本移动指令生成部,其生成基本移动指令,该基本移动指令是基于所述操纵者的操纵操作的所述移动体的移动指令;
移动指令修正部,其根据存在于所述移动体的移动环境中或设定于该移动环境中的障碍物与所述移动体的位置关系来修正所述基本移动指令;以及
移动控制部,其根据修正后移动指令来进行所述移动体的移动控制,该修正后移动指令是由所述移动指令修正部修正后的基本移动指令;
所述移动指令修正部构成为:
当所述障碍物与所述移动体的距离成为第一规定值以下的距离时,以将所述移动体的代表点的移动速度限制为绝对值比根据所述基本移动指令规定的移动速度、即基本移动速度小的移动速度的方式修正所述基本移动指令,并且,以所述距离越接近所述第一规定值越增大所述移动速度相对于所述距离的减少的增加率的方式修正所述基本移动指令。
7.根据权利要求6所述的移动体的控制装置,
所述移动指令修正部构成为:
在所述距离成为所述第一规定值以下时,执行设定表示与所述距离对应的所述移动速度的限制程度的第一限制程度指标值的处理,以及设定表示与所述移动体相对于所述障碍物的朝向对应的所述移动速度的限制程度的第二限制程度指标值的处理,并根据所述第一限制程度指标值及所述第二限制程度指标值来限制所述移动体的代表点的移动速度,
并且在将由所述距离是比所述第一规定值小的第二规定值以下的距离时所设定的所述第二限制程度指标值表示的限制程度定义为第A限制程度、将由所述距离是比所述第二规定值大的距离时所设定的所述第二限制程度指标值表示的限制程度定义为第B限制程度时,在所述移动体的朝向的可变范围中的至少一部分范围内,以使所述第A限制程度大于所述第B限制程度的方式设定所述第二限制程度指标值。
8.根据权利要求6所述的移动体的控制装置,其特征在于,
所述移动体是具有供所述操纵者搭乘的搭乘部的搭乘型移动体。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019-234133 | 2019-12-25 | ||
JP2019234133A JP7065069B2 (ja) | 2019-12-25 | 2019-12-25 | 移動体の制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113031585A true CN113031585A (zh) | 2021-06-25 |
CN113031585B CN113031585B (zh) | 2024-07-05 |
Family
ID=76459065
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202011548446.XA Active CN113031585B (zh) | 2019-12-25 | 2020-12-24 | 移动体的控制装置 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11975787B2 (zh) |
JP (1) | JP7065069B2 (zh) |
CN (1) | CN113031585B (zh) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7332536B2 (ja) * | 2020-06-02 | 2023-08-23 | 本田技研工業株式会社 | 移動体の制御装置 |
JP7307706B2 (ja) * | 2020-06-24 | 2023-07-12 | 本田技研工業株式会社 | 移動体 |
US11790793B2 (en) * | 2021-01-08 | 2023-10-17 | Honeywell International Inc. | Systems and methods for model based vehicle navigation |
US11781836B2 (en) | 2021-03-04 | 2023-10-10 | Honeywell International Inc. | Systems and methods for model based inertial navigation for a spinning projectile |
JP7374245B2 (ja) | 2022-03-17 | 2023-11-06 | ソフトバンクロボティクス株式会社 | 自律走行装置 |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07110711A (ja) * | 1993-10-14 | 1995-04-25 | Nippondenso Co Ltd | 移動ロボット |
JP2005293154A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Hiroshima Univ | 障害物回避装置および移動体 |
KR20080099535A (ko) * | 2007-05-09 | 2008-11-13 | 주식회사 만도 | 조향 제어를 이용한 충돌회피 방법 및 장치 |
JP2012090409A (ja) * | 2010-10-19 | 2012-05-10 | Panasonic Corp | 全方向移動型電動車両およびその制御方向 |
CN103299208A (zh) * | 2011-01-12 | 2013-09-11 | 丰田自动车株式会社 | 行驶支持设备 |
CN103857550A (zh) * | 2011-08-03 | 2014-06-11 | 大陆-特韦斯贸易合伙股份公司及两合公司 | 用于适应式控制距离和速度并且用于机动车停车的方法和***以及借此运行的机动车 |
CN103959188A (zh) * | 2011-10-13 | 2014-07-30 | 克朗设备公司 | 用于物料搬运车辆的转向控制策略 |
JP2014193691A (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-09 | Hitachi Automotive Systems Ltd | 車両の運動制御装置 |
CN107738644A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-02-27 | 长安大学 | 一种车辆避碰控制方法 |
CN108275146A (zh) * | 2017-01-05 | 2018-07-13 | 重庆长安汽车股份有限公司 | 全自动泊车车速分段控制***及方法 |
US20190186948A1 (en) * | 2017-12-15 | 2019-06-20 | Regents Of The University Of Minnesota | Real-time lane departure detection using map shape points and trajectory histories |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8072309B2 (en) | 2006-09-14 | 2011-12-06 | Crown Equipment Corporation | Systems and methods of remotely controlling a materials handling vehicle |
US10737799B2 (en) * | 2015-11-04 | 2020-08-11 | Geoffrey S. M. Hedrick | Precision operator for an aircraft autothrottle or autopilot system with engine performance adjust |
US11834058B2 (en) * | 2019-01-04 | 2023-12-05 | Toyota Research Institute, Inc. | Systems and methods for controlling a vehicle based on vehicle states and constraints of the vehicle |
KR20200095976A (ko) * | 2019-02-01 | 2020-08-11 | 주식회사 만도 | 운전자 보조 장치 |
-
2019
- 2019-12-25 JP JP2019234133A patent/JP7065069B2/ja active Active
-
2020
- 2020-12-22 US US17/131,411 patent/US11975787B2/en active Active
- 2020-12-24 CN CN202011548446.XA patent/CN113031585B/zh active Active
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07110711A (ja) * | 1993-10-14 | 1995-04-25 | Nippondenso Co Ltd | 移動ロボット |
JP2005293154A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Hiroshima Univ | 障害物回避装置および移動体 |
KR20080099535A (ko) * | 2007-05-09 | 2008-11-13 | 주식회사 만도 | 조향 제어를 이용한 충돌회피 방법 및 장치 |
JP2012090409A (ja) * | 2010-10-19 | 2012-05-10 | Panasonic Corp | 全方向移動型電動車両およびその制御方向 |
CN103299208A (zh) * | 2011-01-12 | 2013-09-11 | 丰田自动车株式会社 | 行驶支持设备 |
CN103857550A (zh) * | 2011-08-03 | 2014-06-11 | 大陆-特韦斯贸易合伙股份公司及两合公司 | 用于适应式控制距离和速度并且用于机动车停车的方法和***以及借此运行的机动车 |
CN103959188A (zh) * | 2011-10-13 | 2014-07-30 | 克朗设备公司 | 用于物料搬运车辆的转向控制策略 |
JP2014193691A (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-09 | Hitachi Automotive Systems Ltd | 車両の運動制御装置 |
CN108275146A (zh) * | 2017-01-05 | 2018-07-13 | 重庆长安汽车股份有限公司 | 全自动泊车车速分段控制***及方法 |
CN107738644A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-02-27 | 长安大学 | 一种车辆避碰控制方法 |
US20190186948A1 (en) * | 2017-12-15 | 2019-06-20 | Regents Of The University Of Minnesota | Real-time lane departure detection using map shape points and trajectory histories |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20210197918A1 (en) | 2021-07-01 |
JP2021103416A (ja) | 2021-07-15 |
US11975787B2 (en) | 2024-05-07 |
JP7065069B2 (ja) | 2022-05-11 |
CN113031585B (zh) | 2024-07-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN113031585B (zh) | 移动体的控制装置 | |
JP5945477B2 (ja) | 倒立振子型車両、及び倒立振子型車両の制御方法 | |
JP5921950B2 (ja) | 倒立振子型車両 | |
KR101509884B1 (ko) | 도립진자형 차량 | |
JP6111119B2 (ja) | 倒立振子型車両 | |
KR20140016141A (ko) | 도립진자형 차량 | |
CN108725666B (zh) | 倒立摆车 | |
KR101478599B1 (ko) | 도립진자형 차량 | |
JP5927031B2 (ja) | 倒立振子型車両 | |
JP7332536B2 (ja) | 移動体の制御装置 | |
CN111770877B (zh) | 搭乘型移动体的控制装置 | |
JP6081270B2 (ja) | 倒立振子型車両 | |
JP5959927B2 (ja) | 倒立振子型車両 | |
JP5808289B2 (ja) | 倒立振子型車両 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant |