DE112011105397T5

DE112011105397T5 - Beweglicher Körper vom Typ inverses Pendel mit Geschwindigkeitsplanungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112011105397T5
Application number: DE112011105397.5T
Authority: DE
Inventors: Azusa Amino; Ryosuke Nakamura; Taishi Ueda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2011-06-28
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2014-04-24
Anticipated expiration: 2031-07-14
Also published as: KR20140031339A; US20140114559A1; WO2013001658A1; DE112011105397B4; US9180926B2; KR101567456B1

Abstract

Es wird erwartet, dass ein sich bewegender Körper (1) vom Typ inverses Pendel eine aktive Rolle einnehmen wird als ein Personentransportmittel, ein Serviceroboter und als ein Fahrgestell zum Transportieren von Gegenständen, da seine Grundfläche sehr klein ist. Es ist daher wichtig, bei Störungen seiner Haltung diese schnell zu korrigieren und auf kürzester Strecke anzuhalten, um Sicherheit zu gewährleisten. Die vorliegende Erfindung gibt einen sich bewegenden Körper (1) vom Typ inverses Pendel an, der aufweist: ein Radpaar (13R, 13L), das an einem Körper des sich bewegenden Körpers (1) aufgehängt ist, der einen Boden als Bewegungsebene verwendet und senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung angeordnet ist, der ferner einen Antriebsmechanismus (11, 12R, 12L) für den Drehantrieb der Räder (13R, 13L) aufweist, Mittel (5) zur Messung der Haltung und zum Messen einer Winkelgeschwindigkeit des oberen Körpers (2), wobei der Winkel (θ) zwischen einer geraden Linie, die den Schwerpunkt des Körpers des sich bewegenden Körpers (1) und die Achse des Radpaares (13R, 13L) verbindet, und einer vertikalen Richtung gebildet wird, und wobei der sich bewegende Körper (1) ein Mechanismussteuerungsbauteil aufweist zum Beibehalten des inversen Zustands des Körpers des sich bewegenden Körpers (1) durch Steuerung des Antriebsmechanismus (11; 12R, 12L), durch Vorsehen einer Geschwindigkeitsplanungsvorrichtung (24) zum Ausführen des Bewegungsplans, wenn die Notwendigkeit, die Geschwindigkeit zu ändern, während einer Bewegung des sich bewegenden Körpers (1) auftritt, sodass die Winkelgeschwindigkeit des oberen Körpers (2) und der Neigungswinkel (θ) des oberen Körpers (2) zueinander in Form einer quadratischen Funktion in Beziehung stehen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen beweglichen Körper vom Typ inverses Pendel mit einer Geschwindigkeitsplanungsvorrichtung.
Zum Stand der Technik auf diesem technischen Gebiet zählt die JP 2007-168603 A (Patentliteratur 1). Gemäß diesem Stand der Technik hat ein zweirädriges Fahrgestell ein Antriebsrad, ein Betriebsbauteil, ein Bauteil zur Erfassung eines Hindernisses und ein Steuerbauteil zum Antreiben und Steuern des Antriebsrads, und das Fahrgestell ist so gestaltet, dass ein Stoppbefehlssignal von dem Betriebsbauteil an das Steuerbauteil ausgegeben werden kann, wenn der Anwender das Anhalten des Fahrgestells befiehlt, während sich das Fahrgestell bewegt, oder von dem Bauteil zur Erfassung eines Hindernisses, wenn das Vorhandensein eines Hindernisses erfasst wird.
Das Steuerbauteil ist so gestaltet, dass es einen Wert einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit multipliziert mit –1 als Fahrzeugzielgeschwindigkeit festlegt, und das Antriebsrad mit einer der Fahrzeugzielgeschwindigkeit entsprechenden Drehzahl auf der Grundlage des Stoppbefehlssignals antreibt. Aus diesem Grund wird eine Kraft auf den Fahrzeugkörper in einer Richtung entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung angelegt, und der Bremsweg zum Zeitpunkt des Anhaltens wird kurz. Außerdem wird die Fahrzeugzielgeschwindigkeit verändert, um sich nach und nach Null zu nähern, wenn das Fahrzeug anhält. Da die Fahrzeugzielgeschwindigkeit verändert werden kann, während die Haltung des Fahrzeugkörpers durch dieses Steuerbauteil gesteuert wird, ist ein Notstopp des Fahrzeugkörpers in einer stabilen Stellung möglich.
Zum Stand der Technik gehört ferner die JP 2007-319991 A (Patentliteratur 2). In diesem Dokument des Stands der Technik ist ein sich bewegender Roboter beschrieben, der einen Bewegungsmechanismus mit linken und rechten Rädern aufweist sowie einen Antriebsmotor zum Antreiben dieser Räder zu einer Drehbewegung und eine Steuervorrichtung zum Steuern eines oberen Körpers, der von diesem Bewegungsmechanismus getragen wird, und des Bewegungsmechanismus.
Diese Steuereinheit weist ein Fahrbewegungsziel-Erzeugungsbauteil zum Erzeugen von einer Vielzahl von Zeitreihenzielwerten, und dieses Fahrbewegungsziel-Erzeugungsbauteil ist so gestaltet, dass es Zeitreihenwerte eines charakteristischen Punkts, der eine lineare Summe aus einer Position und einer Neigung des sich bewegenden Roboters ist, der sich oberhalb eines Aufstützpunktes des sich bewegenden Roboters befindet, derart erzeugt, dass ein Bewegungszustand durch die Vielzahl von Zeitreihenzielwerten erfüllt wird.
Patentliteraturliste

Patentliteratur 1: JP 2007-168603 A
Patentliteratur 2: JP 2007-319991 A

Technisches Problem
Da die Grundfläche des sich bewegenden Körpers vom Typ inverses Pendel klein ist, sind Fälle denkbar, bei denen der sich bewegende Körper verwendet wird zum Personentransport oder als Fahrgestell zum Tragen von Gegenständen, wie beispielsweise ein Serviceroboter, etc. Es wird somit erwartet, dass der sich bewegende Körper vom Typ inverses Pendel eine aktive Rolle in allen Umgebungen in Koexistenz mit dem Menschen einnimmt.
Es ist wichtig für einen sich bewegenden Körper vom Typ inverses Pendel, der in der Nähe von Menschen betrieben wird, bei Störung der Haltung, hervorgerufen durch Losfahren und Etwas-Berühren an einer Ecke eines Weges und beim Aufprall beim Überschreiten einer Höhendifferenz, schnell seine Haltung wieder einzunehmen und in kürzestem Abstand anzuhalten, um Sicherheit zu gewährleisten.
Da jedoch die Technik gemäß Patentliteratur 1 ein maximales Drehmoment des Antriebsrads nicht berücksichtigt, und der sich bewegende Körper vom Typ inverses Pendel nicht notwendigerweise eine maximale Beschleunigung erfährt, ist es schwer, auf kürzeste Distanz anzuhalten. Außerdem, wenn eine übermäßige Beschleunigung erforderlich ist, kann dies zu einem Umkippen führen.
Außerdem, obwohl die Technik gemäß Patentliteratur 2 einen Bewegungsplan ausführt, der das maximale Drehmoment berücksichtigt, ist es unmöglich, einen solchen Plan während einer Beschleunigung/einer Verzögerung in einem Zustand gestörter Haltung durchzuführen. Daher kann ein solcher Plan in einer Situation, in der vorherzusehen ist, dass eine Geschwindigkeitsänderung während der Bewegung und der Störung der Haltung schwer durchzuführen ist, nicht durchgeführt werden. Außerdem ist es ebenfalls schwer, in kürzester Distanz anzuhalten, da die maximale Beschleunigung nicht beibehalten wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen sich bewegenden Körper vom Typ inverses Pendel anzugeben, der eine Geschwindigkeitsänderung einschließlich eines sicheren Notstopps ermöglicht, selbst aus einer Situation heraus, in der seine Haltung während der Beschleunigung/Verzögerung gestört ist und während des Überschreitens einer Höhendifferenz.
Lösung des Problems
Die oben genannte Aufgabe wird gelöst mit einem sich bewegenden Körper vom Typ inverses Pendel, welcher aufweist: ein Radpaar, das an einem Körper des sich bewegenden Körpers aufgehängt ist, der einen Boden als Bewegungsebene verwendet und senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung angeordnet ist, der ferner einen Antriebsmechanismus für den Drehantrieb dieser Räder aufweist, Mittel zur Messung der Haltung zum Messen einer Winkelgeschwindigkeit des oberen Körpers, wobei der Winkel gebildet wird zwischen einer geraden Linie, die den Schwerpunkt des Körpers des sich bewegenden Körpers und die Achse des Radpaars verbindet, und einer vertikalen Richtung, und wobei der sich bewegende Körper ein Mechanismussteuerbauteil aufweist zum Beibehalten des inversen Zustands des Körpers des sich bewegenden Körpers durch Steuerung des Antriebsmechanismus, durch Vorsehen einer Geschwindigkeitsplanungsvorrichtung zum Ausführen des Bewegungsplans, wenn die Notwendigkeit, die Geschwindigkeit zu ändern, während einer Bewegung des sich bewegenden Körpers auftritt, sodass die Winkelgeschwindigkeit des oberen Körpers und der Neigungswinkel des oberen Körpers zueinander in Form einer quadratischen Funktion in Beziehung stehen.
Ferner ist es zur Lösung der oben genannten Aufgabe wünschenswert, dass der sich bewegende Körper eine Geschwindigkeitsplanungsvorrichtung aufweist, um, wenn die Notwendigkeit einer Geschwindigkeitsänderung während der Bewegung des sich bewegenden Körpers auftritt, einen Bewegungsplan durchzuführen, sodass die Winkelgeschwindigkeit des oberen Körpers und der Winkel des oberen Körpers in Form einer quadratischen Funktion in Beziehung stehen, nachdem eine fest vorgegebene Radantriebskraft erzeugt wurde.
Ferner ist es zur Lösung der oben genannten Aufgabe wünschenswert, eine Geschwindigkeitsplanungsvorrichtung zu haben zum Planen von Zielwerten, derart, dass der Winkel des oberen Körpers nicht Null ist, und die Winkelgeschwindigkeit des oberen Körpers für eine fest vorgegebene Zeitspanne Null ist.
Ferner ist es zur Lösung der oben genannten Aufgabe wünschenswert, eine Geschwindigkeitsplanungsvorrichtung zu haben, die keine Werte ausgibt, wenn die Geschwindigkeit geändert wird, sodass der Winkel des oberen Körpers Null ist und die Winkelgeschwindigkeit des oberen Körpers Null ist, als Zielwerte, bis die Geschwindigkeitsänderung abgeschlossen ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung macht es der sich bewegende Körper vom Typ inverses Pendel möglich, die Geschwindigkeit zu andern, einschließlich eines sicheren Notstopps, selbst aus einer Situation heraus, in der seine Haltung während einer Beschleunigung/Verzögerung gestört ist und während des Überschreitens eines Höhenunterschieds.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt ein Grundaufbaudiagramm eines sich bewegenden Körpers vom Typ inverses Pendel, auf den die vorliegende Erfindung gerichtet ist.
2 zeigt ein Flussdiagramm einer Systemkonfiguration des erfindungsgemäßen sich bewegenden Körpers vom Typ inverses Pendel.
3 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Betriebs eines Aktionsentscheidungsbauteils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt im Diagramm die Bestimmung eines Kontakts mit einem Hindernis durch das Aktionsentscheidungsbauteil nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise eines Geschwindigkeitsplanungsbauteils nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt im Diagramm ein Beispiel der Erstellung eines Modells des sich bewegenden Körpers vom Typ inverses Pendel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Flussdiagramm, welches eine Verarbeitung eines Notstoppvorgangs durch das Geschwindigkeitsplanungsbauteil nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Verarbeitung eines Notstoppvorgangs durch das Geschwindigkeitsplanungsbauteil nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt ein graphisches Diagramm, welches ein Simulationsergebnis eines Effekts nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Erste Ausführungsform
Ein Aufbau des Mechanismus eines sich bewegenden Körpers vom Typ inverses Pendel gemäß dieser Ausführungsform wird mit Bezug auf 1 erläutert. 1A ist eine Seitenansicht zur Erläuterung der Mechanismusanordnung des sich bewegenden Körpers 1 vom Typ inverses Pendel gemäß dieser Ausführungsform, und 1B zeigt eine Frontansicht des sich bewegenden Körpers 1 vom Typ inverses Pendel.
In den 1A und 1B ist gezeigt, dass der sich bewegende Körper 1 vom Typ inverses Pendel im Wesentlichen einen Bewegungsmechanismus 10 und einen oberen Körper 2 aufweist. Der Bewegungsmechanismus 10 weist ein Paar rechte und linke Räder 13R, 13L auf derselben Achse auf, ein Steuerungsbauteil 11 für den Mechanismus und Motoren 12R, 12L, wobei die Räder 13R, 13L mit den jeweils unabhängigen Motoren 12R, 12L verbunden sind. Die Motoren 12R, 12L sind mit dem Mechanismussteuerungsbauteil 11 verbunden und werden gesteuert, um ein vorgegebenes Drehmoment zu erzeugen. Ein Drehwinkel und eine Drehwinkelgeschwindigkeit der Räder 13R, 13L werden vom Mechanismussteuerbauteil 11 durch die Motoren 12R, 12L empfangen.
Der obere Körper 2 ist über dem Bewegungsmechanismus 10 vorgesehen. Der obere Körper 2 weist einen Computer 3 auf zur Durchführung später beschriebener arithmetischer Operationen, einen Umgebungssensor 4 zum Erfassen einer Umgebungssituation und einen Haltungssensor 5 zum Messen eines Neigungswinkels θ, gebildet zwischen einer geraden Linie, die den Schwerpunkt und die Achse des sich bewegenden Körpers 1 vom Typ inverses Pendel außer den Rädern 13R, 13L verbindet, und einer Vertikalen, und zum Messen der Neigungswinkelgeschwindigkeit dθ. Der Computer 3 und der Bewegungsmechanismus 10 sind zum Informationsaustausch miteinander verbunden.
Als nächstes wird eine Systemkonfiguration eines sich bewegenden Körpers 1 vom Typ inverses Pendel mit Bezug auf 2 beschrieben. 2 ist ein Flussdiagramm, welches die Systemkonfiguration des sich bewegenden Körpers vom Typ inverses Pendel, auf den sich die vorliegende Erfindung bezieht, darstellt.
In 2 weist der Computer 3 ein Hinderniserkennungsbauteil 21, ein Aktionsentscheidungsbauteil 22, ein Pfadplanungsbauteil 23, ein Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24 und ein Inversionssteuerbauteil 25 auf. Der Computer 3 ist an den Umgebungssensor 4, den Haltungssensor 5 und den Bewegungsmechanismus 10 angeschlossen. Der Umgebungssensor 4 ist ein Sensor zum Beobachten einer Situation außerhalb des sich bewegenden Körpers 1 vom Typ inverses Pendel und kann einen Abstand zu einem Objekt in der Umgebung zweidimensional oder dreidimensional messen, zum Beispiel durch Verwendung eines Laserscanners. Außerdem kann der Abstand zu dem Objekt in der Umgebung ähnlich erkannt werden, zum Beispiel durch Verwendung einer Stereokamera. Der Haltungssensor 5 ist zum Beispiel ausgeführt unter Verwendung eines Gyrosensors und kann daher den Neigungswinkel θ und die Neigungswinkelgeschwindigkeit dθ des oberen Körpers 2 messen. Das Hinderniserkennungsbauteil 21 korrigiert den Abstand zu dem Objekt in der Umgebung, der von dem Umgebungssensor 4 erhalten wird unter Verwendung des Neigungswinkels θ, der von dem Haltungssensor 5 erhalten wird, z. B. durch Multiplikation mit cosθ, und berechnet die Position, die Geschwindigkeit und die Form des Hindernisses.
Als Berechnungstechnik für ein Hindernis gibt es ein Verfahren, das z. B. in der JP 2008-65755 A beschrieben ist.
Durch dieses Verfahren wird zuerst ein Punkt schneller Veränderung eines Winkels eines Abstandswerts, der durch den Laserscanner zu einer bestimmten Zeit t erhalten wurde, erfasst, und eine Datenreihe wird für jede Cloud kontinuierlicher Punkte dividiert, um einige Segmente zu erhalten. Dadurch werden Merkmalsgrößen, wie eine repräsentative Lage eines Schwerpunkts eines jeden Segments zu einer Zeit t, eine Form, usw., erhalten. Als nächstes wird eine ähnliche Berechnung zur Zeit t + Δt durchgeführt, um Merkmalsgrößen eines jeden Segments zu erhalten. Dann werden die Merkmalsgrößen des Segments, erhalten zur Zeit t, und die Merkmalsgrößen des Segments, erhalten zur Zeit t + Δt, miteinander verglichen, und die Segmente, deren Merkmalsgrößen nahe beieinanderliegen werden als dasselbe Hindernis betrachtet, und eine Geschwindigkeit des Hindernisses wird aus einer Änderung der repräsentativen Lage berechnet. Ferner wird eine Form des Hindernisses aus einer Datenreihe berechnet, von der erkannt wird, dass sie vom selben Hindernis stammt, und Mittenkoordinaten eines Kreises, der in die erhaltene Form eingeschrieben ist, werden berechnet. Ferner wird ein Hindernis, dessen Bewegungsgeschwindigkeit fast Null ist, als ein ruhendes Hindernis betrachtet, und jeder Datenpunkt wird von dem Laserscanner als ein Hindernis mit der Breite Null betrachtet. Da die oben beschriebene Verarbeitung für jedes Segment ausgeführt wird, kann eine Vielzahl von Hindernissen erkannt werden. Das Hinderniserkennungsbauteil 21 berechnet Lagen, Geschwindigkeiten und Formen eines einzelnen Hindernisses oder einer Mehrzahl von Hindernissen durch Durchführen der oben beschriebenen Verarbeitung.
Das Aktionsentscheidungsbauteil 22 entscheidet über das Verhalten des sich bewegenden Körpers 1 vom Typ inverses Pendel unter Zugrundelegung des Folgenden: einer Lage, einer Geschwindigkeit und einer Form des Hindernisses, erhalten von dem Hinderniserkennungsbauteil 21, des Neigungswinkels θ und der Neigungswinkelgeschwindigkeit dθ, erhalten von dem Haltungssensor 5, eines Pfadplans, erhalten von dem Pfadplanungsbauteil 23, und eines Geschwindigkeitsplans, erhalten von dem Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24.
Im Folgenden wird eine Aktionsentscheidungsverarbeitung in dem Aktionsentscheidungsbauteil 22 mit Bezug auf die 3 und 4 erläutert.
3 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Verarbeitung in dem Aktionsentscheidungsbauteil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Bestimmung eines Kontakts mit dem Hindernis durch das Aktionsentscheidungsbauteil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 3 gezeigt, empfängt das Aktionsentscheidungsbauteil 22 ein sich bewegendes Ziel, das im Voraus festgelegt wurde, oder das durch ein Programm entschieden wurde, oder welches von einer Person im Schritt S22_1 eingegeben wurde. Das sich bewegende Ziel umfasst eine Bewegungsrichtungsposition pr, eine Bewegungsrichtungsdrehrichtung ωr, eine maximale Bewegungsgeschwindigkeit vr, und ein maximales Motordrehmoment τr.
In Schritt S22_2 überträgt das Aktionsentscheidungsbauteil 22 das sich bewegende Ziel zusammen mit einem Prüfbefehl an das Pfadplanungsbauteil 23 und empfängt den Pfadplan und den Geschwindigkeitsplan vom dem Pfadplanungsbauteil 22 und dem Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24. Eine interne Verarbeitung in dem Pfadplanungsbauteil 23 und dem Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24 wird später beschrieben.
Im Schritt S22_3 empfängt das Aktionsentscheidungsbauteil 22 den Neigungswinkel θ und die Neigungswinkelgeschwindigkeit dθ vom dem Haltungssensor 5 und empfängt eine aktuelle Position p des sich bewegenden Köpers 1 vom Typ inverses Pendel vom dem Inversionssteuerbauteil 25 durch das Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24.
Im Schritt S22_4 beurteilt das Aktionsentscheidungsbauteil 22, ob die Haltung des sich bewegenden Körpers 1 vom Typ inverses Pendel umgestürzt ist, indem es die Formel 1 verwendet.
Formel 1

|θ| > θ1u ⋃ (dθ > dθu ⋂ θ > θ2u) ⋃ (dθ < dθu ⋂ θ < θ2u) (Formel 1)

θ1u, dθu und θ2u sind jedoch Konstanten, die durch Eigenschaften des sich bewegenden Körpers 1 vom Typ inverses Pendel bestimmt werden, und es gilt: θ1u > 0, dθu > 0, und θ2u > 0. Wenn die Formel 1 erfüllt ist, lässt das Aktionsentscheidungsbauteil 22 die Verarbeitung fortschreiten zu Schritt S22_10, andernfalls lässt es die Verarbeitung fortschreiten zu Schritt S22_5.
In Schritt S22_5 empfängt das Aktionsentscheidungsbauteil 22 eine Position po, eine Geschwindigkeit vo, und einen Radius r von dem Hinderniserkennungsbauteil 21, durch Näherung der Form des Hindernisses mit einem Kreis.
Im Schritt S22_6 bestimmt das Aktionsentscheidungsbauteil 22, ob der sich bewegende Körper 1 vom Typ inverses Pendel und das Hindernis sich berühren, aus Informationen des Hindernisses, welche erhalten werden durch den Schritt S22_5 und den Pfadplan und den Geschwindigkeitsplan, die durch den Schritt S22_5 erhalten werden. Um die Berührung zu bestimmen, wird die Berührung zwischen dem sich bewegenden Körper 1 vom Typ inverses Pendel und dem Hindernis durch die Formel 2 vorhergesagt, wobei die Geschwindigkeit zum Zeitpunkt t des sich bewegenden Körpers 1 vom Typ inverses Pendel mit v(t) bezeichnet wird, die Position durch eine Funktion p(∫v(t)dt) gefunden wird, wobei eine Geschwindigkeit zum aktuellen Zeitpunkt bis zu einem Zeitpunkt nach t0 Sekunden als ein Argument entlang des Pfadplans verwendet wird, und wobei eine Form des sich bewegenden Körpers 1 vom Typ inverses Pendel als ein Kreis mit einem Radius w, wie bei dem Hindernis, angenommen wird, wie in 4 gezeigt ist.
Wenn Formel 2 nicht erfüllt wird, bestimmt das Aktionsentscheidungsbauteil 22, dass keine Berührung auftritt zwischen dem sich bewegenden Körper 1 vom Typ inverses Pendel und dem Hindernis, und führt die Verarbeitung in Schritt S22_7 fort. Wenn die Formel 2 erfüllt ist, führt das Aktionsentscheidungsbauteil 22 die Verarbeitung in Schritt S22_10 fort.
Im Schritt S22_7 bestimmt das Aktionsentscheidungsbauteil 22, ob ein Bewegungsbefehl ausgegeben wird, nachdem das sich bewegende Ziel im Schritt S22_1 erhalten wurde, und wenn der Bewegungsbefehl nicht ausgegeben wird, sendet das Aktionsentscheidungsbauteil 22 das sich bewegende Ziel und den in Schritt S22_2 ausgegebenen Bewegungsbefehl zu dem Pfadplanungsbauteil 23 und dem Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24 und führt ferner die Verarbeitung in Schritt S22_9 fort. Wenn der Bewegungsbefehl ausgegeben worden ist, schreitet das Aktionsentscheidungsbauteil 22 in der Verarbeitung zum Schritt S22_9 fort.
Im Schritt S22_9 vergleicht das Aktionsentscheidungsbauteil 22 das im Schritt S22_3 erhaltene sich bewegende Ziel und die aktuelle Position p, die durch den Schritt S22_1 erhalten wurde, unter Verwendung der Formel 3. ε > ||p_r – p|| (Formel 3)
Hier ist ε eine im Voraus festgelegte Konstante. Wenn Formel 3 erfüllt ist, vervollständigt das Aktionsentscheidungsbauteil 22 die Bewegungsentscheidungsverarbeitung. Wenn Formel 3 nicht erfüllt ist, kehrt das Aktionsentscheidungsbauteil 22 mit der Verarbeitung zu Schritt S22_3 zurück und wiederholt diese Verarbeitung.
Im Schritt S22_10 gibt das Aktionsentscheidungsbauteil 22 einen Notstoppbefehl an das Pfadplanungsbauteil 23 weiter und beendet die Verarbeitung. Das Pfadplanungsbauteil 23 empfängt das sich bewegende Ziel von dem Aktionsentscheidungsbauteil 22 und erzeugt einen Pfad. Das Pfaderzeugungsverfahren verbindet die aktuelle Position p, erhalten von dem Bewegungsmechanismus 10, durch das Fahrplanungsbauteil 24 und die Bewegungsrichtungslage pr mit einer geraden Linie. Außerdem kann, wenn die angezielte Drehrichtung ωr von der aktuellen Drehrichtung ω an der Bewegungsrichtungsposition pr und der aktuellen Position p abweicht, die Bezier-Kurve oder die Spline-Kurve, die die aktuelle Position p und die Bewegungsrichtungsposition pr gleichmäßig verbindet, als der Pfad bezeichnet werden. Außerdem überträgt der Pfadplanungsteil erzeugte Pfadinformationen an das Aktionsentscheidungsbauteil 22 und das Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24 als eine Datengruppe von Positionskoordinaten von Punkten, die auf dem Pfad existieren und überträgt den Prüfungsbefehl und den Bewegungsbefehl, die von dem Aktionsentscheidungsbauteil 22 erhalten wurden, zu dem Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24.
Das Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24 erzeugt den Geschwindigkeitsplan, indem es Folgendes empfängt: das sich bewegende Ziel von dem Aktionsentscheidungsbauteil 22, den Pfadplan von dem Pfadplanungsbauteil 23, den Neigungswinkel θ und die Neigungswinkelgeschwindigkeit dθ des oberen Teils des Körpers von dem Haltungssensor 5, und die Radgeschwindigkeit dφ vom dem Bewegungsmechanismus 10 durch das Inversionssteuerungsbauteil 25. Darüber hinaus überträgt es den erzeugten Geschwindigkeitsplan und den empfangenen Pfadplan zu dem Inversionsteuerungsbauteil 25. Im Folgenden wird eine Geschwindigkeitsplanverarbeitung in dem Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24 beschrieben unter Bezugnahme auf das in 5 gezeigte Flussdiagramm. Darüber hinaus werden Details des Verarbeitungsschritts S24_7 im in 5 gezeigten Flussdiagramm unter Bezugnahme auf das in 7 gezeigte Flussdiagramm beschrieben.
5 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Verarbeitung in dem Geschwindigkeitsplanungsbauteil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt im Diagramm ein Beispiel einer Modellbildung eines sich bewegenden Körpers vom Typ inverses Pendel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Im Schritt S24_1 in 5 empfängt das Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24 das sich bewegende Ziel und den Bewegungsbefehl oder den Prüfbefehl von dem Aktionsentscheidungsbauteil 22. Im Schritt S24_2 empfängt das Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24 die Pfadinformation von dem Pfadplanungsbauteil 23. Im Schritt S24_3 berechnet das Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24 eine Bewegungslänge 1 aus der empfangenen Pfadinformation. Die Berechnung der Bewegungslänge 1 erfolgt mit Formel 4, da die Pfadinformation eine Datengruppe aus Positionskoordinaten mit n Punkten ist.
Hier bedeutet hi (i = 1, ..., n): einzelner Punkt der Pfadinformation.
Im Schritt S24_4 empfängt das Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24 den Neigungswinkel θ und die Neigungswinkelgeschwindigkeit dθ des oberen Körperteils von dem Haltungssensor 5, und empfängt die Radwinkelgeschwindigkeit dφ und die aktuelle Position des Inversionssteuerbauteils 25.
In Schritt S24_5 beurteilt das Geschwindigkeitsplanungsbauteil, ob der Notstoppbefehl von dem Aktionsentscheidungsbauteil 22 empfangen wurde. Wenn der Notstoppbefehl nicht empfangen wurde, schreitet es in der Verarbeitung zu Schritt S24_6 weiter; wenn er empfangen wurde, wird die Verarbeitung mit Schritt S24_7 fortgesetzt.
In Schritt S24_6 erzeugt das Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24 den Geschwindigkeitsplan auf der Grundlage der maximalen Bewegungsgeschwindigkeit vr, extrahiert aus dem sich bewegenden Ziel, dem maximalen Motordrehmoment vr, der berechneten Bewegungslänge l und dem Neigungswinkel θ und der Neigungswinkelgeschwindigkeit dθ, empfangen von dem Haltungssensor. Der Geschwindigkeitsplan wird gemäß einer Gleichung der Bewegung des sich bewegenden Körpers 1 vom Typ inverses Pendel erzeugt. Ein Modell für die Berechnung der Bewegungsgleichung ist in 6 gezeigt, und die Bewegungsgleichungen sind in den Formeln 5 dargestellt.
Dabei bedeuten: R Radius des Rads 13, M0 die Masse des Rads, J0 das Trägheitsmoment des Rads, M1 die Masse eines Teils des sich bewegenden Körpers 1 vom Typ inverses Pendel außer dem Rad, J1 dessen Trägheitsmoment, L den Abstand zwischen dem Schwerpunkt und der Achse des Rads 13, φ den Drehwinkel des Rads bezüglich einer geraden Linie, die den Schwerpunkt und die Achse enthält, dφ die Drehwinkelgeschwindigkeit, und g die Erdbeschleunigung.
Die Formeln 5 basieren auf dem in 6 gezeigten Modell und sind in der Nähe von θ = 0 durch eine Lagrange-Gleichung linearisiert. Darüber hinaus sind konstante Gleichungsteile zur Vereinfachung der Formel ersetzt durch S, T, U und V.
Ferner gelten die in Formeln 6 angegebenen Beziehungen zwischen dem Neigungswinkel θ, der Neigungswinkelgeschwindigkeit dθ, dem Radwinkel φ, der Radwinkelgeschwindigkeit dφ und dem Motordrehmoment τ, welche Zustandsgrößen sind, wobei ein Parameter q in die Formeln 5 eingesetzt wird.
Dabei stellt q⁽ⁱ⁾[i = 1, 2 und 3] das i^te Differential von q dar. Alle Zustandsgrößen können festgelegt werden, indem man einen festen Wert q aus den Formeln 6 bestimmt. Wenn der sich bewegende Körper 1 vom Typ inverses Pendel seine Geschwindigkeit ändert, müssen sich die Räder 13 zeitweise von einer rückwärtigen Richtung in eine Richtung, in die er sich bewegen will, bewegen, und zwar mehr als der obere Körper aufgrund seiner dynamischen Eigenschaften. Ein Drehmittelpunkt der Gesamtheit des sich bewegenden Körpers 1 vom Typ inverses Pendel liegt zu dieser Zeit bei q.
Das aus Patentliteratur 2 bekannte Verfahren zur Bestimmung von q kann verwendet werden, wenn der Neigungswinkel θ und die Neigungswinkelgeschwindigkeit dθ zum Zeitpunkt des Beginns der Bewegung (ts) und zum Zeitpunkt der Beendigung der Bewegung (te) als Null angesehen werden können. Zu diesem Zeitpunkt nimmt q(4) einen der Werte 0, k, und –k (k > 0) an, q(i) (ts) = q(i)(te) = 0 [i = 1, 2 und 3] wird abgeleitet unter der Bedingung, dass die Zustände zum Zeitpunkt des Starts der Bewegung (Zeit ts) und zum Zeitpunkt der Beendigung der Bewegung (Zeit te) stabil sind, und q(4) wird festgelegt unter Verwendung der Bewegungslänge l, der maximalen Bewegungsgeschwindigkeit vr und des maximalen Motordrehmoments τr. Alle Zustandsgrößen werden bestimmt durch Integrieren von q(4) und Konvertieren von q(4) mit einer Beziehung aus den Formeln 6. Eine Datenreihe bestehend aus dem Neigungswinkel θ, der Neigungswinkelgeschwindigkeit dθ, dem Radwinkel φ, und der Radwinkelgeschwindigkeit dφ, die mit einer Zeitreihe einhergehen, wird als der Geschwindigkeitsplan erzeugt.
In Schritt S24_8 schreitet das Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24 mit der Verarbeitung zu Schritt S24_9 fort, wenn der von dem Aktionsentscheidungsbauteil 22 empfangene Befehl ein Prüfungsbefehl ist, und wenn der Befehl ein Bewegungsbefehl ist, schreitet die Verarbeitung fort zu Schritt S24_10.
In Schritt S24_9 überträgt das Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24 den erzeugten Geschwindigkeitsplan an das Aktionsentscheidungsbauteil 22 und beendet diesen.
In Schritt S24_10 überträgt das Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24 den erzeugten Geschwindigkeitsplan zu dem Aktionsentscheidungsbauteil 22 und dem Inversionssteuerungsbauteil 25 und beendet ihn.
In Schritt S24_7 führt das Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24 einen Notstopp aus, bei dem eine aktuelle Zustandsgröße als Startpunkt ausgewählt wird, und beendet ihn.
In diesem Fall ist das Verfahren gemäß Patentliteratur 2 nicht anwendbar, da Zustände zum Zeitpunkt des Starts der Bewegung (Zeit ts) und zum Zeitpunkt der Beendigung der Bewegung (Zeit te) nicht stabil sind.
Dann wird ein Stoppplan aufgestellt unter Verwendung eines in den 7 und 8 gezeigten Flussdiagramms.
7 ist ein Flussdiagramm, welches eine Notstoppverarbeitung des Geschwindigkeitsplanungsbauteils nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Notstoppverarbeitung des Geschwindigkeitsplanungsbauteils nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt ein Diagramm, in dem q⁽²⁾ auf der horizontalen Achse aufgetragen ist und q⁽³⁾ auf der vertikalen Achse aufgetragen ist, wobei diese Parameter eine Beziehung zwischen der Beschleunigung des sich bewegenden Körpers 1 vom Typ inverses Pendel und einer Änderungsrate der Beschleunigung zeigen.
In den 7 und 8 kann, obwohl bei dieser Ausführungsform ein Zeitraum behandelt wird zwischen einem Zeitpunkt, an dem die Radgeschwindigkeit dφ positiv ist, und einem Zeitpunkt, an dem das Rad auf die Geschwindigkeit Null verzögert ist, durch geeignete Wahl des Vorzeichens das Rad auf die Geschwindigkeit Null beschleunigt werden, selbst in dem Fall, in dem die Radgeschwindigkeit dφ negativ ist.
Im Schritt S24_7_1 berechnet das Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24 die durch die Formel 7 ausgedrückte Verzögerungskurve 101, wobei in Formel 7 k auf einen konstanten Wert gesetzt ist, und die Verzögerungskurve 100 durch Formel 8 ausgedrückt wird.
In den Formeln 7 und 8 ist k (> 0) üblich und zeitinvariant, ist gleich dem absoluten Betrag von q⁽⁴⁾ und wird berechnet zum Beispiel durch Verwendung einer Beziehung von dφ, die erhalten wird mit dem maximalen Motordrehmoment τr, der maximalen Bewegungsgeschwindigkeit vr und dem Radius des Rads 13 und den Formeln 6. q⁽⁴⁾ nimmt einen der Werte k oder –k (k > 0) ein, wenn das Drehmoment durch den Plan nicht direkt spezifiziert ist. Außerdem, wenn k, nämlich der Absolutbetrag von q⁽⁴⁾ aus Formeln 6 bestimmt ist, steht das maximale Motordrehmoment τr in einer Beziehung einer linearen Funktion von dem Neigungswinkel θ des oberen Körpers. Wenn dieses Verfahren verwendet wird, ist C berechenbar durch Lösen der oben genannten linearen Funktion für den Fall q⁽³⁾ = 0, wobei der Absolutbetrag von θ maximal wird, wenn der Absolutbetrag des erforderlichen Motordrehmoments maximal wird. Durch Verfolgen dieses Plans, d. h. entlang dieser Verzögerungskurve, kann der sich bewegende Körper 1 vom Typ inverses Pendel eine maximale Verzögerung erfahren und aus einer beliebigen Haltung heraus anhalten, selbst nachdem die Motoren 12 mit dem maximalen Motordrehmoment gefahren wurden.
In Schritt S24_7_2 empfängt das Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24 den Neigungswinkel θ und die Neigungswinkelgeschwindigkeit dθ von dem Haltungssensor 5, wandelt sie in q(2) und q(3) unter Verwendung der Beziehung in Formeln 6 und bestimmt, ob der Punkt sich auf der rechten Seite der Verzögerungskurve 100 in 8 oder auf der linken Seite befindet. Wenn er sich auf der rechten Seite der Verzögerungskurve 100 befindet, wird die Verarbeitung mit Schritt S24_7_3 weitergeführt, und wenn der Punkt sich in der Nähe der Verzögerungskurve 100 befindet, wird die Verarbeitung mit Schritt S24_7_4 weitergeführt, und wenn der Punkt sich ausreichend weit von der Kurve entfernt auf der linken Seite befindet, wird die Verarbeitung mit Schritt S24_7_5 weitergeführt.
In Schritt S24_7_3 sendet das Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24 einen Befehl zu dem Inversionssteuerungsbauteil 25, sodass das Motordrehmoment τ das maximale Motordrehmoment τr werden kann, und führt die Verarbeitung zurück zu Schritt S24_7_2. Wie in 8 gezeigt, bewegt sich während des Schrittes S24_7_3 der sich bewegende Körper 1 vom Typ inverses Pendel nach unten links in der Figur.
In Schritt S24_7_4 empfängt das Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24 die Radwinkelgeschwindigkeit dφ, den Neigungswinkel θ und die Neigungswinkelgeschwindigkeit dθ von dem Haltungssensor 5 und dem Mechanismussteuerungsbauteil 11 durch das Inversionssteuerungsbauteil 25 und erzeugt q⁽ⁱ⁾[i = 1, 2 und 3] durch Konvertierung dieser Zustandsgrößen unter Verwendung der Beziehung aus den Formeln 6. Das Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24 erzeugt durch Festlegen von q⁽ ⁴ ⁾ als q⁽ ⁴ ⁾ = 4 zu dem erhaltenen q⁽ⁱ⁾ mit der Beziehung aus Formeln 6 und durch Integrieren von q⁽⁴⁾ den Geschwindigkeitsplan in Übereinstimmung mit der Verzögerungskurve 100 und überträgt einen Teil davon, bei dem die Neigungswinkelgeschwindigkeit dθ = q⁽ ³ ⁾ = 0 ist, zu dem Inversionssteuerungsbauteil 25. Wenn die Neigungswinkelgeschwindigkeit dθ zu dθ = q⁽ ³ ⁾ = 0 wird, schreitet die Verarbeitung fort zu Schritt S24_7_7. Wie in 8 gezeigt, bewegt sich während des Schrittes S24_7_4 der sich bewegende Körper 1 vom Typ inverses Pendel entlang der Verzögerungskurve 100.
Im Schritt S24_7_5 sendet das Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24 einen Befehl zu dem Inversionssteuerungsbauteil 25, sodass das Motordrehmoment τ Null werden kann, bewirkt, dass der sich bewegende Körper 1 vom Typ inverses Pendel umkippt, und beendet die Bewegung.
In Schritt S24_7_6 bestimmt das Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24, ob die Radwinkelgeschwindigkeit dφ Null wird in einem Plan, bei dem der sich bewegende Körper gemäß der Verzögerungskurve 100 wie in Schritt S24_7_4 verzögert wird, und verzögert diesen weiter entlang der Verzögerungskurve 101, nachdem q⁽⁴⁾ = –k an einem Kreuzungspunkt der Verzögerungskurve 100 und der Verzögerungskurve 101 gesetzt wurde, wenn q⁽²⁾ = q⁽³⁾ = 0 erfüllt ist. Wenn das Bestimmungsergebnis unzutreffend ist, behält das Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24 die Verzögerung bei und führt eine Schleifenverarbeitung aus durch Beibehalten des Zielneigungswinkels und der Zielneigungswinkelgeschwindigkeit, bis das Bestimmungsergebnis gültig wird. Wenn das Bestimmungsergebnis gültig ist, schreitet das Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24 mit der Verarbeitung zu Schritt S24_7_7 fort und überträgt den Verzögerungsplan, dessen Bestimmungsergebnis gültig ist, zu dem Inversionssteuerungsbauteil 25 und beendet die Verarbeitung.
Das Inversionssteuerungsbauteil 25 überträgt einen Befehl zur Steuerung der Motoren 12R, 12L an das Mechanismussteuerungsbauteil 11 auf der Grundlage eines Plans oder einer Drehmomentrichtung, welche von dem Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24 gesendet wurde, sowie die Drehwinkelgeschwindigkeit dφR, L der Räder 13R, 13L, welche von dem Bewegungsmechanismus 10 erhalten wurden. In dem Fall, in dem das Empfangen als der Plan durchgeführt wird, wird ein Zielwert, der dem aktuellen Zeitpunkt entspricht, gemäß einer Zeitreihe des Plans verwendet. Außerdem wird eine aktuelle Position p(t0) des sich bewegenden Körpers 1 vom Typ inverses Pendel berechnet. Eine Berechnungsmethode der Position zu einer aktuellen Zeit t0 basiert auf Formeln 9.
t stellt die Zeit dar, und der Radwinkel φR, L und die Drehwinkelgeschwindigkeit dφR, L werden als Funktionen von t beschrieben. Darüber hinaus ist f ein Abstand der Räder 13R und 13L voneinander.
Wenn der Plan die Zustandsgrößen von dem Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24 als Ziel empfängt, wird ein Motordrehmoment τs für eine Translationsbewegung gemäß Formel 10 berechnet.
Hier sind K_(i)[i = 1, 2, 3 und 4] skalare Größen, die heuristisch bestimmt werden können oder mittels einer LQR und H∞-Steuerungstheorie. Außerdem sind θr, dθr, φ und dφ ein Zielwert für den oberen Körperwinkel, ein Zielwert für die Winkelgeschwindigkeit des oberen Körpers, ein Zielwert für den Radwinkel und ein Zielwert für die Radwinkelgeschwindigkeit. Darüber hinaus ist φ ein Mittelwert der Raddrehwinkel φR, L und dφ ist ein Mittelwert der Raddrehwinkelgeschwindigkeiten dφR, L. Wenn der Raddrehwinkel φR nicht spezifiziert ist, wie zum Zeitpunkt des Notstopps, so wird ein Teil, der sich auf den Raddrehwinkel bezieht, nicht beachtet. Wenn ein Befehl für ein maximales Drehmoment oder ein Wendebefehl von dem Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24 empfangen wird, so wird der empfangene Motordrehmomentzielwert an das Mechanismussteuerungsbauteil 11, so wie er ist, übertragen.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Berechnen eines Drehmoments τc eines Rotationsmotors zum Folgen des Pfadplans beschrieben. Der Pfadplan weist Daten einer Punktgruppe auf dem Pfad, wie oben beschrieben, auf und wird dargestellt durch h[i](i = 1, 2, ..., n). Das Inversionssteuerungsbauteil 25 berechnet einen Abstand H von einem Punkt h[j] auf dem Pfadplan, der der aktuellen Position am nächsten liegt, zu einem Punkt h[j]. Als nächstes werden eine Zieldrehrichtung ωr an dem Punkt h[j] und dessen Drehradius η berechnet unter Verwendung der Punkte h[j + 1], h[j – 1], die auf dem Pfadplan vor und hinter dem Punkt h[j] liegen. Als nächstes wird die aktuelle Zielbewegungsgeschwindigkeit vr dividiert durch den Drehradius η, um die Zieldrehwinkelgeschwindigkeit dωr zu erhalten. Gemäß Formel 11 wird das Motordrehmoment τc für das Drehen berechnet unter Verwendung des Obigen.
K_(i)[i = 5, 6 und 7] ist jedoch eine skalare Größe und kann heuristisch entwickelt werden oder mit verschiedenen oben beschriebenen Steuertheorien. Das Inversionssteuerungsbauteil 25 überträgt eine Summe aus τs und τc als ein Drehmoment, das der Motor 12L an das Mechanismussteuerungsbauteil 11 abgibt, und überträgt die Differenz von τs und τc als ein Drehmoment, das der Motor 12R ausgibt.
Wenn der Bewegungsmechanismus 10 den Stopp-Steuerbefehl erhält, nimmt das Mechanismussteuerungsbauteil 11 die Steuerung so vor, dass die Motoren 12R, L kein Drehmoment ausgeben. Darüber hinaus misst er den Winkel und die Winkelgeschwindigkeit der Räder 13R, 13L durch die Motoren 12R, 12L und überträgt diese an den Inversionssteuerungsbauteil 25.
Der sich bewegende Körper 1 vom Typ inverses Pendel, der wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann durch maximale Beschleunigung stoppen, wobei die maximale Beschleunigung gleich dem maximalen Motordrehmoment ist, selbst aus einem Zustand heraus, in dem die Haltung gestört war. Darüber hinaus, da die Beschleunigung in der Mitte dieser Operation nicht Null wird, gibt es kein Szenario, in dem der Neigungswinkel des oberen Körpers und die Neigungswinkelgeschwindigkeit des oberen Körpers Null werden, außer für einen Punkt der Beendigung des Plans. 9 zeigt eine Simulation eines Verhaltens, wenn der Notstoppvorgang des sich bewegenden Körpers 1 vom Typ eines inversen Pendels gemäß dieser Ausführungsform durchgeführt wird.
9 ist ein Diagramm, welches die Simulationsergebnisse eines Effekts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. In 9 ist ein Beispiel, bei dem der Notplan dieser Ausführungsform während einer Beschleunigung des sich bewegenden Körpers 1 vom Typ inverses Pendel ausgeführt wird, mit einer durchgezogenen Linie dargestellt, und der Notstoppplan, wenn nur die Radwinkelgeschwindigkeit dφ, der Neigungswinkel θ und die Neigungswinkelgeschwindigkeit dθ auf Null gesetzt sind, durch eine unterbrochene Linie dargestellt. Während die herkömmliche Technik keinen schnellen Zielwertwechsel unterstützen kann, was zu einem Umfallen führt, kann die Technik gemäß dieser Ausführungsform die Geschwindigkeitsänderung und den Stopp meistern.
Zweite Ausführungsform
Obwohl bei der ersten Ausführungsform gezeigt wurde, dass der Notstopp erfolgte, wenn die Geschwindigkeit während einer Vorwärtsbewegung auf Null reduziert wurde, kann die vorliegende Erfindung ebenfalls auf den Fall angewendet werden, bei dem die Geschwindigkeit während einer Rückwärtsbewegung auf Null reduziert wird, oder auf einen Fall, bei dem die aktuelle Geschwindigkeit auf eine beliebige Geschwindigkeit verändert wird. Außerdem kann, obwohl die Verarbeitung auf der Grundlage der empfangenen aktuellen Informationen in dem ersten Ausführungsbeispiel vorangetrieben wurde, z. B. in den Schritten S24_7_2 und S24_7_6, eine Simulation durchgeführt werden auf der Grundlage einer Situation zum Startzeitpunkt des Plans, ein Timing zu beschließen, und der vollständige Plan kann im Voraus erzeugt werden.
Dritte Ausführungsform
Obwohl bei der ersten Ausführungsform der Pfad in dem Pfadplanungsbauteil 23 erzeugt wurde, kann ein im Voraus in dem Aktionsentscheidungsbauteil 22 festgelegter Pfad empfangen werden, oder Pfadinformationen können direkt von Außen empfangen werden. Darüber hinaus können, wenn der Pfadplan an das Geschwindigkeitsplanungsbauteil 24 übertragen wird, Pfadplaninformationen als eine Funktion der Zeit, als ein Parameter oder als eine Datengruppe, in der Zeit und Koordinaten gekoppelt sind, wobei Daten der Koordinaten nicht übertragen werden, übertragen werden.
Vierte Ausführungsform
Wenngleich bei der Durchführung eines Notstopps gemäß der ersten Ausführungsform zuvor angenommen wird, dass der Stopp bei maximaler Beschleunigung erfolgt, wenn eine Geschwindigkeit nach der Änderung einen kleinen Unterschied zu der aktuellen Geschwindigkeit vor der Änderung aufweist, so kann eine geeignet kleine Beschleunigung verwendet werden und nicht die maximale Beschleunigung. Außerdem ist es nicht notwendig, das maximale Drehmoment ebenfalls in Schritt S24_7_3 zu verwenden, bei dem die Haltung zur Verzögerungskurve bewegt wird.
Fünfte Ausführungsform
Obwohl bei der ersten Ausführungsform vorausgesetzt wird, dass der Neigungswinkel des oberen Körpers von dem Haltungssensor empfangen wird, so kann der Haltungssensor nur die Neigungswinkelgeschwindigkeit messen und der Computer kann den Neigungswinkel durch Integration der Neigungswinkelgeschwindigkeit nach ihrem Empfang berechnen.
Bezugszeichenliste

1: sich bewegender Körper vom Typ inverses Pendel
2: oberer Körper
3: Computer
4: Umgebungssensor
5: Haltungssensor
10: Bewegungsmechanismus
11: Mechanismussteuerungsbauteil
12: Motor
13: Rad

Claims

Sich bewegender Körper (1) vom Typ inverses Pendel, welcher aufweist: ein Radpaar (13R, 13L), das an einem Körper des sich bewegenden Körpers (1) aufgehängt ist und einen Boden als Bewegungsebene verwendet und senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung angeordnet ist, einen Antriebsmechanismus (11, 12R, 12L) für den Drehantrieb der Räder (13R, 13L), Mittel (5) zur Messung der Haltung zur Messung einer Neigungswinkelgeschwindigkeit des oberen Körpers (2), wobei der Winkel (θ) zwischen einer geraden Linie, die den Schwerpunkt des Körpers des sich bewegenden Körpers (1) und die Achse des Radpaars (13R, 13L) verbindet, und einer vertikalen Richtung gebildet wird, und ein Mechanismussteuerungsbauteil zum Beibehalten des inversen Zustands des Körpers des sich bewegenden Körpers (1) durch Steuerung des Antriebsmechanismus (11, 12R, 12L), wobei der sich bewegende Körper (1) vom Typ inverses Pendel eine Geschwindigkeitsplanungsvorrichtung (24) aufweist zum Ausführen des Bewegungsplans, wenn die Notwendigkeit, die Geschwindigkeit zu ändern, während einer Bewegung des sich bewegenden Körpers (1) auftritt, sodass die Neigungswinkelgeschwindigkeit des oberen Körpers (2) und der Neigungswinkel (θ) des oberen Körpers (2) zueinander in Form einer quadratischen Funktion in Beziehung stehen.
Sich bewegender Körper (1) vom Typ inverses Pendel nach Anspruch 1, mit einer Geschwindigkeitsplanungsvorrichtung (24), um, wenn die Notwendigkeit einer Geschwindigkeitsänderung während der Bewegung des sich bewegenden Körpers (1) auftritt, einen Bewegungsplan durchzuführen, sodass die Neigungswinkelgeschwindigkeit des oberen Körpers (2) und der Neigungswinkel (θ) des oberen Körpers (2) in Form einer quadratischen Funktion in Beziehung stehen, nachdem eine fest vorgegebene Radantriebskraft erzeugt wurde.
Sich bewegender Körpers (1) vom Typ inverses Pendel nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Geschwindigkeitsplanungsvorrichtung (24) zum Planen von Zielwerten, derart, dass der Winkel (θ) des oberen Körpers (2) nicht Null ist, und die Geschwindigkeit des oberen Körpers (2) für eine fest vorgegebene Zeitspanne Null ist.
Sich bewegender Körper vom Typ inverses Pendel nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Geschwindigkeitsplanungsvorrichtung (24), die keine Werte ausgibt, wenn die Geschwindigkeit geändert wird, sodass der Winkel (θ) des oberen Körpers (2) Null ist und die Neigungswinkelgeschwindigkeit des oberen Körpers (2) Null ist, als Zielwerte, bis die Geschwindigkeitsänderung abgeschlossen ist.