JP2011063235A - Mobile body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、移動体に関するものである。 The present invention relates to a moving body.
床面上を全方向（２次元的な全方向）に移動可能な全方向移動車両（移動体）としては、例えば、特許文献１、２に見られるものが本願出願人により提案されている。これらの特許文献１、２に見られる全方向移動車両にあっては、床面に接地しながら該床面上を全方向に移動可能な、球体状または車輪状またはクローラ状の移動動作部と、該移動動作部を駆動する電動モータなどを有するアクチュエータ装置と、が車両の基体に組み付けられている。そして、この車両は、アクチュエータ装置により移動動作部を駆動することによって、床面上を移動する。
As the omnidirectional vehicle (moving body) that can move in all directions (two-dimensional omnidirectional) on the floor surface, for example, those shown in
また、この種の全方向移動車両の移動動作を制御する技術としては、例えば特許文献３に見られる技術が本願出願人により提案されている。この技術では、車両の基体が球体状の移動動作部に対して前後・左右に傾動自在に設けられている。そして、基体の傾き角を計測し、この傾き角を所要の角度に保つように、移動動作部を駆動する電動モータのトルクを制御することによって、基体の傾動動作に応じて車両を移動させるようにしている。
Further, as a technique for controlling the moving operation of this type of omnidirectional vehicle, for example, a technique found in
ここで、話が変わるが、廊下の床磨きのためにモップを持って何度も往復することは、単純でありながら労力のかかる繰り返し作業である。同様に、野球グラウンドやテニスコートの整備では、トンボで均したり、ブラシをかける作業が存在する。
このような作業を人が自ら実施する際には、道具を持ち替えるだけで済むが、機械に実施させる場合には、専用の機械を使い分けなければならない。
また、人が両手に荷物を持って移動している最中に、雨が降ってきて傘がさせないという状況や点滴をしている人が移動する際に点滴を吊り下げた治具を自分で押して移動しなければならないという状況がある。
Here, the story changes, but going back and forth many times with a mop to polish the floor in the hallway is a simple but laborious and repetitive task. Similarly, in the maintenance of baseball grounds and tennis courts, there are tasks of leveling with a dragonfly and brushing.
When a person carries out such an operation by himself / herself, it is only necessary to change the tool, but when the machine is to carry out such work, a dedicated machine must be used properly.
In addition, while a person is moving with luggage in both hands, it is raining and the umbrella is not allowed to move, and the person who is instilling the drip is suspended by himself There are situations where you have to push and move.
そこで、本願出願人は、上記特許文献で提案した全方向移動車両を上記したような作業などに利用できないかを検討した。
ところで、上記した作業などに全方向移動車両を用いる際に、該全方向移動車両にかかる負荷が大きくなると、全方向移動車両の移動がスムーズに行われないという問題がある。
Therefore, the applicant of the present application examined whether the omnidirectional vehicle proposed in the above-mentioned patent document can be used for the above-described work.
By the way, when an omnidirectional vehicle is used for the above-described work or the like, there is a problem that the omnidirectional vehicle is not smoothly moved when a load applied to the omnidirectional vehicle increases.
そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、人間にとって手間のかかる作業などをスムーズに実行することが可能な移動体を提供するものである。 Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a moving body capable of smoothly performing operations that are troublesome for humans.
上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、走行面を移動可能な被駆動機構（例えば、実施形態における車輪体５）と、前記被駆動機構を駆動する駆動力を発生させる駆動部（例えば、実施形態におけるアクチュエータ装置７）と、前記被駆動機構および前記駆動部が組み付けられた基体（例えば、実施形態における基体９）と、を有する移動体（例えば、実施形態における全方向移動車両１）であって、前記基体に、該基体の重心（例えば、実施形態における重心Ｇ）に対して上下方向に亘って溝部（例えば、実施形態における溝部４４）が形成され、該溝部に沿って移動可能な係止部材（例えば、実施形態におけるフック４５）が設けられていることを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in
請求項２に記載した発明は、走行面を移動可能な回転体（例えば、実施形態における車輪体５）を有する被駆動機構と、前記被駆動機構を駆動する駆動力を発生させる駆動部と、前記被駆動機構および前記駆動部が組み付けられた基体と、を有する移動体であって、前記基体に、前記回転体の回転中心に対して上下方向に亘って溝部が形成され、該溝部に沿って移動可能な係止部材が設けられていることを特徴としている。
The invention described in claim 2 includes a driven mechanism having a rotating body (for example, the
請求項３に記載した発明は、前記移動体を引っ張るように移動させる際にその引張力が最小となる第１の位置（例えば、実施形態における上端４４ａ）および前記移動体が物体を引っ張りながら移動する際にその引張力が最小となる第２の位置（例えば、実施形態における下端４４ｂ）において、前記係止部材が固定可能に構成されていることを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, the first position (for example, the
請求項４に記載した発明は、前記基体が側面視において略瓢箪形状に形成されており、前記基体の外形における上側の第１の凸部（例えば、実施形態における第１の凸部１４４ａ）と下側の凸部（例えば、実施形態における第２の凸部１４４ｂ）との間に亘って前記溝部が形成されていることを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, the base is formed in a substantially bowl shape in a side view, and an upper first convex part (for example, the
請求項５に記載した発明は、前記基体と、該基体に、ある回転軸線周りに互いに同軸的に回転可能に保持される第１の駆動力伝達体（例えば、実施形態における回転部材２７Ｒ）および第２の駆動力伝達体（例えば、実施形態における回転部材２７Ｌ）と、該第１の駆動力伝達体および第２の駆動力伝達体をそれぞれ回転駆動する第１の駆動ユニット（例えば、実施形態における電動モータ３１Ｒ）および第２の駆動ユニット（例えば、実施形態における電動モータ３１Ｌ）と、前記第１の駆動力伝達体に回転可能に支持され、かつ第１の同心円に沿って配置され、さらに前記第１の駆動力伝達体の回転軸線に対してねじれの関係をなす回転軸線を有する複数の第１のフリーローラ（例えば、実施形態におけるフリーローラ２９Ｒ）と、前記第２の駆動力伝達体に回転可能に支持され、かつ第２の同心円に沿って配置され、さらに前記第２の駆動力伝達体の回転軸線に対してねじれの関係をなす回転軸線を有する複数の第２のフリーローラ（例えば、実施形態におけるフリーローラ２９Ｌ）と、断面中心線周りの回転が可能な環状体を有し、かつ前記第１のフリーローラおよび前記第２のフリーローラにより接触される主輪（例えば、実施形態における車輪体５）と、を有し、各フリーローラの横力が前記主輪に伝達され、該主輪の周方向に沿う周方向運動および前記断面中心線周りの回転運動を引き起こすようにしたことを特徴としている。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the first driving force transmission body (for example, the rotating
請求項６に記載した発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の移動体は、倒立振子制御型の車両であることを特徴としている。
The invention described in
請求項１に記載した発明によれば、移動体にある物体を載置した状態で人が係止部材に紐などを引っ掛けて引っ張る場合と、係止部材にある物体を係止した状態で移動体がその物体を引っ張る場合と、で係止部材の係止位置を変えることができる。また、係止部材が移動体の基体の重心に対して上下方向に亘って移動できるため、移動体にかかる力を調節でき、最適な位置に係止部材が配された状態では、移動体の移動を効率よく行うことができる。したがって、人間にとって手間のかかる作業などをスムーズに実行することが可能となる。 According to the first aspect of the present invention, when a person hooks a string on the locking member and pulls the object while the object is placed on the moving body, and moves while the object is locked on the locking member. When the body pulls the object, the locking position of the locking member can be changed. In addition, since the locking member can move in the vertical direction with respect to the center of gravity of the base body of the moving body, the force applied to the moving body can be adjusted, and in a state where the locking member is arranged at an optimal position, The movement can be performed efficiently. Therefore, it is possible to smoothly perform operations that are troublesome for humans.
請求項２に記載した発明によれば、移動体にある物体を載置した状態で人が係止部材に紐などを引っ掛けて引っ張る場合と、係止部材にある物体を係止した状態で移動体がその物体を引っ張る場合と、で係止部材の係止位置を変えることができる。また、係止部材が移動体の回転体の回転中心に対して上下方向に亘って移動できるため、移動体にかかる力を調節でき、最適な位置に係止部材が配された状態では、移動体の移動を効率よく行うことができる。したがって、人間にとって手間のかかる作業などをスムーズに実行することが可能となる。 According to the second aspect of the present invention, when a person hooks a string or the like on the locking member and pulls the object while the object is placed on the moving body, and moves while the object is locked on the locking member. When the body pulls the object, the locking position of the locking member can be changed. In addition, since the locking member can move in the vertical direction with respect to the rotation center of the rotating body of the moving body, the force applied to the moving body can be adjusted. The body can be moved efficiently. Therefore, it is possible to smoothly perform operations that are troublesome for humans.
請求項３に記載した発明によれば、移動体にある物体を載置した状態で人が係止部材に紐などを引っ掛けて引っ張る場合には係止部材を第１の位置で固定するとともに、係止部材にある物体を係止した状態で移動体がその物体を引っ張る場合には係止部材を第２の位置に固定することにより、移動体にかかる力を最小にすることができ、移動体の移動を効率よく行うことができる。したがって、人間にとって手間のかかる作業などをより確実にスムーズに実行することが可能となる。
According to the invention described in
請求項４に記載した発明によれば、略瓢箪形状の基体の側面に溝部を形成し、側面視で上側の第１の凸部に係止部材を配することにより、移動体にある物体を載置した状態で人が係止部材に紐などを引っ掛けて引っ張る場合に最小の力で引っ張ることができる。また、下側の第２の凸部に係止部材を配することにより、係止部材にある物体を係止した状態で移動体がその物体を引っ張る場合に最小の力で引っ張ることができる。したがって、人間にとって手間のかかる作業などをより確実にスムーズに実行することが可能となる。 According to the fourth aspect of the present invention, the groove portion is formed on the side surface of the substantially bowl-shaped base, and the locking member is disposed on the first convex portion on the upper side in a side view, whereby the object on the moving body is When a person puts a string or the like on the locking member and pulls it while being placed, it can be pulled with a minimum force. Further, by disposing the locking member on the second convex portion on the lower side, it is possible to pull the object with the minimum force when the moving body pulls the object while the object on the locking member is locked. Therefore, it is possible to more reliably and smoothly perform operations that are troublesome for humans.
請求項５に記載した発明によれば、左右の回転部材（駆動力伝達体）を、駆動手段によって同一方向かつ同一速度に回転させると、フリーローラを介して主輪は、左右の回転部材の回転方向と同じ方向へ回転（対称軸周り回転）し、前後方向の駆動力を主輪の接地面に作用させる。左右の回転部材を、駆動手段によって、互いに異なる方向あるいは（および）互いに異なる速度で回転させると、フリーローラが主輪の中心軸線周りの回転方向に対して傾斜して主輪に接しているため、フリーローラの傾斜角度に応じた分力が主輪の外表面に作用し、主輪は円形横断面形状の中心を中心として回転（断面中心周りの回転）し、左右方向の駆動力を主輪の接地面に作用させる。したがって、駆動手段によって左右の回転部材の回転方向、回転速度を個別に制御することにより、前後方向の駆動力と左右方向の駆動力との合成により、全方向への駆動力を発生させることができる。このような移動体に溝部を形成し、該溝部に沿って移動可能な係止部材を設けることにより、移動体にある物体を載置した状態で人が係止部材に紐などを引っ掛けて引っ張る場合と、係止部材にある物体を係止した状態で移動体がその物体を引っ張る場合と、で係止部材の位置を変えることができる。また、係止部材が移動体の基体の重心に対して上下方向に亘って移動できるため、移動体にかかる力を調節でき、最適な位置に係止部材が配された状態では、移動体の移動を効率よく行うことができる。したがって、人間にとって手間のかかる作業などをスムーズに実行することが可能となる。 According to the fifth aspect of the present invention, when the left and right rotating members (driving force transmitting bodies) are rotated in the same direction and at the same speed by the driving means, the main wheel is connected to the left and right rotating members via the free rollers. It rotates in the same direction as the rotation direction (rotates around the axis of symmetry), and a driving force in the front-rear direction is applied to the ground contact surface of the main wheel. When the left and right rotating members are rotated at different speeds or different speeds by the driving means, the free rollers are inclined with respect to the rotational direction around the central axis of the main wheel and are in contact with the main wheel. , A component force according to the inclination angle of the free roller acts on the outer surface of the main wheel, and the main wheel rotates around the center of the circular cross-sectional shape (rotates around the center of the cross section) to generate the driving force in the left-right direction. Act on the ground contact surface of the ring. Therefore, the driving force in all directions can be generated by combining the driving force in the front-rear direction and the driving force in the left-right direction by individually controlling the rotation direction and rotation speed of the left and right rotating members by the driving means. it can. By forming a groove in such a moving body and providing a locking member that can move along the groove, a person hooks a string or the like on the locking member while the object is placed on the moving body. The position of the locking member can be changed between the case and the case where the moving body pulls the object while the object on the locking member is locked. In addition, since the locking member can move in the vertical direction with respect to the center of gravity of the base body of the moving body, the force applied to the moving body can be adjusted, and in a state where the locking member is arranged at an optimal position, The movement can be performed efficiently. Therefore, it is possible to smoothly perform operations that are troublesome for humans.
請求項６に記載した発明によれば、倒立振子制御型の移動体を用いて、人間にとって手間のかかる作業などをスムーズに実行することが可能となる。 According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to smoothly perform operations that are troublesome for humans using an inverted pendulum control type moving body.
次に、本発明の実施形態を図１〜図１３に基づいて説明する。まず、図１〜図６を参照して、本実施形態における全方向移動車両の構造を説明する。
図１、図２に示すように、本実施形態における全方向移動車両（移動体）１は、乗員（運転者）の搭乗部３と、床面（走行面）に接地しながら該床面上を全方向（前後方向および左右方向を含む２次元的な全方向）に移動可能な移動動作部（被駆動機構）５と、この移動動作部５を駆動する動力を該移動動作部５に付与するアクチュエータ装置（駆動部）７と、これらの搭乗部３、移動動作部５およびアクチュエータ装置７が組み付けられた基体９と、を備えた倒立振子型の移動体である。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, with reference to FIGS. 1-6, the structure of the omnidirectional vehicle in this embodiment is demonstrated.
As shown in FIGS. 1 and 2, the omnidirectional vehicle (moving body) 1 according to the present embodiment is placed on the floor surface (traveling surface) of the occupant (driver) while touching the floor (traveling surface). Is moved in all directions (two-dimensional all directions including the front-rear direction and the left-right direction), and a power for driving the
ここで、本実施形態の説明では、「前後方向」、「左右方向」は、それぞれ、搭乗部３に標準的な姿勢で搭乗した乗員の上体の前後方向、左右方向に一致もしくは略一致する方向を意味する。なお、「標準的な姿勢」は、搭乗部３に関して設計的に想定されている姿勢であり、乗員の上体の体幹軸を概ね上下方向に向け、かつ、上体を捻ったりしていない姿勢である。
Here, in the description of the present embodiment, “front-rear direction” and “left-right direction” respectively match or substantially coincide with the front-rear direction and the left-right direction of the upper body of the occupant who has boarded the
この場合、図１においては、「前後方向」、「左右方向」はそれぞれ紙面に垂直な方向、紙面の左右方向であり、図２においては、「前後方向」、「左右方向」はそれぞれ紙面の左右方向、紙面に垂直な方向である。また、本実施形態の説明では、参照符号に付する添え字「Ｒ」，「Ｌ」は、それぞれ全方向移動車両１の右側、左側に対応するものという意味で使用する。
In this case, in FIG. 1, the “front-rear direction” and “left-right direction” are the direction perpendicular to the paper surface and the left-right direction of the paper surface, respectively. In FIG. The horizontal direction is a direction perpendicular to the paper surface. In the description of the present embodiment, the suffixes “R” and “L” attached to the reference numerals are used to mean the right side and the left side of the
基体９は、移動動作部５およびアクチュエータ装置７が組み付けられた下部フレーム１１と、この下部フレーム１１の上端から上方に延設された支柱フレーム１３と、を備えている。
The
ここで、本実施形態の支柱フレーム１３における前面には、支柱フレーム１３の軸方向に沿って溝部４４が形成されている。この溝部４４は、全方向移動車両１の重心Ｇ（全方向移動車両１単体の重心。すなわち、装置重心。）の上下方向に亘って形成されている。また、溝部４４には、該溝部４４に沿って移動できるように構成されたフック４５が設けられている。例えば、フック４５に紐などを引っ掛けて人が紐を引っ張ることにより、全方向移動車両１を所望の方向に移動させることや、フック４５にある物体を引っ掛けた状態で全方向移動車両１を移動させることにより物体を所望の方向へ移動させることができる（後に詳述する）。さらに、フック４５は溝部４４における両端部において位置を固定できるように構成されている。
Here, a
支柱フレーム１３の上部には、該支柱フレーム１３から前方側に張り出したシートフレーム１５が固定されている。そして、このシートフレーム１５上に、乗員が着座するシート３が装着されている。本実施形態では、このシート３が乗員の搭乗部となっている。したがって、本実施形態における全方向移動車両１（以降、単に車両１という）は、乗員がシート３に着座した状態で、床面上を移動することができるものである。
A
また、シート３の左右には、シート３に着座した乗員が必要に応じて把持するためのグリップ１７Ｒ，１７Ｌが配置され、これらのグリップ１７Ｒ，１７Ｌがそれぞれ支柱フレーム１３（またはシートフレーム１５）から延設されたブラケット１９Ｒ，１９Ｌの先端部に固定されている。
Further, on the left and right sides of the
下部フレーム１１は、左右方向に間隔を存して二股状に対向するように配置された一対のカバー部材２１Ｒ，２１Ｌを備えている。これらのカバー部材２１Ｒ，２１Ｌの上端部（二股の分岐部分）は、前後方向の軸心を有するヒンジ軸２３を介して連結され、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの一方が他方に対して相対的にヒンジ軸２３の周りに揺動可能となっている。この場合、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌは、図示を省略するバネによって、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの下端部側（二股の先端側）が狭まる方向に付勢されている。
The
また、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌのそれぞれの外面部には、シート３に着座した乗員の右足を載せるステップ２５Ｒと左足を載せるステップ２５Ｌとがそれぞれ右向き、左向きに張り出すように突設されている。
Further, on each outer surface portion of the
移動動作部５およびアクチュエータ装置７は、下部フレーム１１のカバー部材２１Ｒ，２１Ｌの間に配置されている。これらの移動動作部５およびアクチュエータ装置７の構造を図３〜図６を参照して説明する。
The moving
本実施形態では、移動動作部５は、ゴム状弾性材により円環状に形成された車輪体であり、略円形の横断面形状を有する。この移動動作部５（以降、車輪体５という）は、その弾性変形によって、図５および図６の矢印Ｙ１で示す如く、円形の横断面の中心Ｃ１（より詳しくは、円形の横断面中心Ｃ１を通って、車輪体５の軸心と同心となる円周線）の周りに回転可能となっている。
In the present embodiment, the moving
この車輪体５は、その軸心Ｃ２（車輪体５全体の直径方向に直交する軸心Ｃ２）を左右方向に向けた状態で、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの間に配置され、該車輪体５の外周面の下端部にて床面に接地する。
The
そして、車輪体５は、アクチュエータ装置７による駆動によって、図５の矢印Ｙ２で示す如く車輪体５の軸心Ｃ２の周りに回転する動作（床面上を輪転する動作）と、車輪体５の横断面中心Ｃ１の周りに回転する動作とを行うことが可能である。その結果、車輪体５は、それらの回転動作の複合動作によって、床面上を全方向に移動することが可能となっている。
The
アクチュエータ装置７は、車輪体５と右側のカバー部材２１Ｒとの間に介装される回転部材２７Ｒおよびフリーローラ２９Ｒと、車輪体５と左側のカバー部材２１Ｌとの間に介装される回転部材２７Ｌおよびフリーローラ２９Ｌと、回転部材２７Ｒおよびフリーローラ２９Ｒの上方に配置された駆動ユニットとしての電動モータ３１Ｒと、回転部材２７Ｌおよびフリーローラ２９Ｌの上方に配置された駆動ユニットとしての電動モータ３１Ｌと、を備えている。
The
電動モータ３１Ｒ，３１Ｌは、それぞれのハウジングがカバー部材２１Ｒ，２１Ｌに各々取り付けられている。なお、図示は省略するが、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの電源（蓄電器）は、支柱フレーム１３など基体９の適所に搭載されている。
The
回転部材２７Ｒは、左右方向の軸心を有する支軸３３Ｒを介してカバー部材２１Ｒに回転可能に支持されている。同様に、回転部材２７Ｌは、左右方向の軸心を有する支軸３３Ｌを介してカバー部材２１Ｌに回転可能に支持されている。この場合、回転部材２７Ｒの回転軸心（支軸３３Ｒの軸心）と、回転部材２７Ｌの回転軸心（支軸３３Ｌの軸心）とは同軸心である。
The rotating
回転部材２７Ｒ，２７Ｌは、それぞれ電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの出力軸に、減速機としての機能を含む動力伝達機構を介して接続されており、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌからそれぞれ伝達される動力（トルク）によって回転駆動される。各動力伝達機構は、例えばプーリ・ベルト式のものである。すなわち、図３に示す如く、回転部材２７Ｒは、プーリ３５Ｒとベルト３７Ｒとを介して電動モータ３１Ｒの出力軸に接続されている。同様に、回転部材２７Ｌは、プーリ３５Ｌとベルト３７Ｌとを介して電動モータ３１Ｌの出力軸に接続されている。
The rotating
なお、上記動力伝達機構は、例えば、スプロケットとリンクチェーンとにより構成されるもの、あるいは、複数のギヤにより構成されるものであってもよい。また、例えば、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌをそれぞれの出力軸が各回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同軸心になるように各回転部材２７Ｒ，２７Ｌに対向させて配置し、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの出力軸を回転部材２７Ｒ，２７Ｌに各々減速機（遊星歯車装置など）を介して連結するようにしてもよい。
The power transmission mechanism may be constituted by, for example, a sprocket and a link chain, or may be constituted by a plurality of gears. Further, for example, the
各回転部材２７Ｒ，２７Ｌは、車輪体５側に向かって縮径する円錐台形状に形成されており、その外周面がテーパ外周面３９Ｒ，３９Ｌとなっている。
Each of the
回転部材２７Ｒのテーパ外周面３９Ｒの周囲には、回転部材２７Ｒと同心の円周上に略等間隔で並ぶようにして、複数のフリーローラ２９Ｒが配列されている。そして、これらのフリーローラ２９Ｒは、それぞれ、ブラケット４１Ｒを介してテーパ外周面３９Ｒに取り付けられ、該ブラケット４１Ｒに回転自在に支承されている。
A plurality of
同様に、回転部材２７Ｌのテーパ外周面３９Ｌの周囲には、回転部材２７Ｌと同心の円周上に略等間隔で並ぶようにして、複数（フリーローラ２９Ｒと同数）のフリーローラ２９Ｌが配列されている。そして、これらのフリーローラ２９Ｌは、それぞれ、ブラケット４１Ｌを介してテーパ外周面３９Ｌに取り付けられ、該ブラケット４１Ｌに回転自在に支承されている。
Similarly, a plurality (the same number as the
車輪体５は、回転部材２７Ｒ側のフリーローラ２９Ｒと、回転部材２７Ｌ側のフリーローラ２９Ｌとの間に挟まれるようにして、回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同軸心に配置されている。
The
この場合、図１および図６に示すように、各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌは、その軸心Ｃ３が車輪体５の軸心Ｃ２に対して傾斜するとともに、車輪体５の直径方向（車輪体５をその軸心Ｃ２の方向で見たときに、該軸心Ｃ２と各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌとを結ぶ径方向）に対して傾斜する姿勢で配置されている。そして、このような姿勢で、各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌのそれぞれの外周面が車輪体５の内周面に斜め方向に圧接されている。
In this case, as shown in FIG. 1 and FIG. 6, each
より一般的に言えば、右側のフリーローラ２９Ｒは、回転部材２７Ｒが軸心Ｃ２の周りに回転駆動されたときに、車輪体５との接触面で、軸心Ｃ２周りの方向の摩擦力成分（車輪体５の内周の接線方向の摩擦力成分）と、車輪体５の前記横断面中心Ｃ１の周り方向の摩擦力成分（円形の横断面の接線方向の摩擦力成分）とを車輪体５に作用させ得るような姿勢で、車輪体５の内周面に圧接されている。左側のフリーローラ２９Ｌについても同様である。
More generally speaking, the
この場合、前記したように、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌは、図示しないバネによって、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの下端部側（二股の先端側）が狭まる方向に付勢されている。このため、この付勢力によって、右側のフリーローラ２９Ｒと左側のフリーローラ２９Ｌとの間に車輪体５が挟持されるとともに、車輪体５に対する各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌの圧接状態（より詳しくはフリーローラ２９Ｒ，２９Ｌと車輪体５との間で摩擦力が作用し得る圧接状態）が維持される。
In this case, as described above, the
以上説明した構造を有する車両１においては、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌによりそれぞれ、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを同方向に等速度で回転駆動した場合には、車輪体５が回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同方向に軸心Ｃ２の周りに回転することとなる。これにより、車輪体５が床面上を前後方向に輪転して、車両１の全体が前後方向に移動することとなる。なお、この場合は、車輪体５は、その横断面中心Ｃ１の周りには回転しない。
In the
また、例えば、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを互いに逆方向に同じ大きさの速度で回転駆動した場合には、車輪体５は、その横断面中心Ｃ１の周りに回転することとなる。これにより、車輪体５がその軸心Ｃ２の方向（すなわち左右方向）に移動し、ひいては、車両１の全体が左右方向に移動することとなる。なお、この場合は、車輪体５は、その軸心Ｃ２の周りには回転しない。
Further, for example, when the
さらに、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを、互いに異なる速度（方向を含めた速度）で、同方向または逆方向に回転駆動した場合には、車輪体５は、その軸心Ｃ２の周りに回転すると同時に、その横断面中心Ｃ１の周りに回転することとなる。
Further, when the
この時、これらの回転動作の複合動作（合成動作）によって、前後方向および左右方向に対して傾斜した方向に車輪体５が移動し、ひいては、車両１の全体が車輪体５と同方向に移動することとなる。この場合の車輪体５の移動方向は、回転部材２７Ｒ，２７Ｌの回転方向を含めた回転速度（回転方向に応じて極性が定義された回転速度ベクトル）の差に依存して変化するものとなる。
At this time, the
以上のように車輪体５の移動動作が行なわれるため、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転速度（回転方向を含む）を制御し、ひいては回転部材２７Ｒ，２７Ｌの回転速度を制御することによって、車両１の移動速度及び移動方向を制御できることとなる。
Since the moving operation of the
次に、本実施形態の車両１の動作制御のための構成を簡単に説明する。なお、以降の説明では、図１および図２に示すように、前後方向の水平軸をＸ軸、左右方向の水平軸をＹ軸、鉛直方向をＺ軸とするＸＹＺ座標系を想定し、前後方向、左右方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向と言うことがある。また、下記の説明ではシート３に乗員が着座した状態で車両１を移動させる場合の動作制御について説明する。
Next, the structure for operation control of the
まず、車両１の概略的な動作制御を説明すると、例えば、シート３に着座した乗員がその上体を傾けた場合（詳しくは、乗員と車両１とを合わせた全体の重心点の位置（水平面に投影した位置）を動かすように上体を傾けた場合）に、該上体を傾けた側に基体９がシート３とともに傾動する。そして、この時、基体９が傾いた側に車両１が移動するように、車輪体５の移動動作が制御される。例えば、乗員が上体を前傾させ、ひいては、基体９をシート３とともに前傾させると、車両１が前方に移動するように、車輪体５の移動動作が制御される。
First, schematic operation control of the
すなわち、本実施形態では、基体９を傾動させるという動作が、車両１に対する１つの基本的な操縦操作（車両１の動作要求）とされ、その操縦操作に応じて車輪体５の移動動作がアクチュエータ装置７を介して制御される。なお、基体９を傾動させる動作には、上述したようにシート３に着座した乗員の動きに合わせて傾動させる方法や、単に車両１を人が引っ張ることにより傾動させる方法などがある。
That is, in this embodiment, the operation of tilting the
ここで、本実施形態の車両１は、その全体の接地面としての車輪体５の接地面が、車両１とこれに搭乗する乗員との全体を床面に投影した領域に比して面積が小さい単一の局所領域となり、その単一の局所領域だけに床反力が作用する。このため、基体９が傾倒しないようにするためには、乗員および車両１の全体の重心点が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置するように、車輪体５を動かす必要がある。
Here, in the
そこで、本実施形態では、乗員および車両１の全体の重心点が、車輪体５の中心点（軸心Ｃ２上の中心点）のほぼ真上に位置する状態（より正確には当該重心点が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態）での基体９の姿勢を目標姿勢とし、基本的には、基体９の実際の姿勢を目標姿勢に収束させるように、車輪体５の移動動作が制御される。
Therefore, in the present embodiment, the center of gravity of the entire occupant and
また、車両１を発進させる場合などにおいて、アクチュエータ装置７による推進力とは別に、例えば乗員が必要に応じて自身の足により床を蹴り、それにより車両１の移動速度を増速させる推進力（乗員の足平と床との摩擦力による推進力）を、付加的な外力として車両１に作用させた場合には、それに応じて車両１の移動速度（より正確には、乗員および車両１の全体の重心点の移動速度）が増速するように、車輪体５の移動動作が制御される。なお、当該推進力の付加が停止された状態では、車両１の移動速度が一旦、一定速度に保持された後、減衰して、該車両１が停止するように、車輪体５の移動動作が制御される（車輪体５の制動制御が行なわれる）。
In addition, when starting the
さらに、車両１に乗員が搭乗していない状態では、車両１の単体の重心点Ｇが、車輪体５の中心点（軸心Ｃ２上の中心点）のほぼ真上に位置する状態（より正確には当該重心点Ｇが車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態）での基体９の姿勢を目標姿勢とし、該基体９の実際の姿勢を目標姿勢に収束させ、ひいては、基体９が傾倒することなく車両１が自立するように、車輪体５の移動動作が制御される。
Further, in a state where no occupant is on board the
本実施形態では、以上の如き車両１の動作制御を行なうために、図１および図２に示すように、マイクロコンピュータや電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのドライブ回路ユニットなどを含む電子回路ユニットにより構成された制御ユニット５０と、基体９の所定の部位の鉛直方向（重力方向）に対する傾斜角θb及びその変化速度（＝dθb/dt）を計測するための傾斜センサ５２と、車両１に乗員が搭乗しているか否かを検知するための荷重センサ５４と、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの出力軸の回転角度及び回転角速度を検出するための角度センサとしてのロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌがそれぞれ、車両１の適所に搭載されている。
In the present embodiment, in order to control the operation of the
この場合、制御ユニット５０および傾斜センサ５２は、例えば、基体９の支柱フレーム１３の内部に収容された状態で該支柱フレーム１３に取付けられている。また、荷重センサ５４は、シート３に内蔵されている。また、ロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌは、それぞれ、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌと一体に設けられている。なお、ロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌは、それぞれ、回転部材２７Ｒ，２７Ｌに装着してもよい。
In this case, the
上記傾斜センサ５２は、より詳しくは、加速度センサとジャイロセンサなどのレートセンサ（角速度センサ）とから構成され、これらのセンサの検出信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、傾斜センサ５２の加速度センサおよびレートセンサの出力を基に、所定の計測演算処理（これは公知の演算処理でよい）を実行することによって、傾斜センサ５２を搭載した部位（本実施形態では支柱フレーム１３）の、鉛直方向に対する傾斜角度θbの計測値と、その変化速度（微分値）である傾斜角速度θbdotの計測値とを算出する。
More specifically, the
この場合、計測する傾斜角度θb（以降、基体傾斜角度θbということがある）は、より詳しくは、それぞれ、Ｙ軸周り方向（ピッチ方向）の成分θb_xと、Ｘ軸周り方向（ロール方向）の成分θb_yとから成る。同様に、計測する傾斜角速度θbdot（以降、基体傾斜角速度θbdotということがある）も、Ｙ軸周り方向（ピッチ方向）の成分θbdot_x（＝dθb_x/dt）と、Ｘ軸周り方向（ロール方向）の成分θbdot_y（＝dθb_y/dt）とから成る。 In this case, the tilt angle θb to be measured (hereinafter also referred to as the base body tilt angle θb) is more specifically, the component θb_x in the Y axis direction (pitch direction) and the X axis direction (roll direction), respectively. It consists of component θb_y. Similarly, the measured tilt angular velocity θbdot (hereinafter also referred to as the base tilt angular velocity θbdot) is also measured in the Y-axis direction (pitch direction) component θbdot_x (= dθb_x / dt) and the X-axis direction (roll direction). Component θbdot_y (= dθb_y / dt).
なお、本実施形態の説明では、上記基体傾斜角度θbなど、Ｘ軸およびＹ軸の各方向（または各軸周り方向）の成分を有する運動状態量などの変数、あるいは、該運動状態量に関連する係数などの変数に関しては、その各成分を区別して表記する場合に、該変数の参照符号に、添え字“_x”又は“_y”を付加する。 In the description of the present embodiment, a variable such as a motion state quantity having a component in each direction of the X axis and the Y axis (or a direction around each axis) such as the base body tilt angle θb, or a relation to the motion state quantity. For a variable such as a coefficient to be processed, when each component is described separately, a subscript “_x” or “_y” is added to the reference symbol of the variable.
この場合において、並進速度などの並進運動に係わる変数については、そのＸ軸方向の成分に添え字“_x”を付加し、Ｙ軸方向の成分に添え字“_y”を付加する。 In this case, for variables relating to translational motion such as translational speed, a subscript “_x” is added to the component in the X-axis direction, and a subscript “_y” is added to the component in the Y-axis direction.
一方、角度、回転速度（角速度）、角加速度など、回転運動に係わる変数については、並進運動に係わる変数と添え字を揃えるために、便宜上、Ｙ軸周り方向の成分に添え字“_x”を付加し、Ｘ軸周り方向の成分に添え字“_y”を付加する。 On the other hand, for variables related to rotational motion, such as angle, rotational speed (angular velocity), angular acceleration, etc., the subscript “_x” is added to the component around the Y axis for convenience in order to align the subscript with the variable related to translational motion. In addition, the subscript “_y” is added to the component around the X axis.
さらに、Ｘ軸方向の成分（またはＹ軸周り方向の成分）と、Ｙ軸方向の成分（またはＸ軸周り方向の成分）との組として変数を表記する場合には、該変数の参照符号に添え字“_xy”を付加する。例えば、上記基体傾斜角度θbを、Ｙ軸周り方向の成分θb_xとＸ軸周り方向の成分θb_yの組として表現する場合には、「基体傾斜角度θb_xy」というように表記する。 Further, when a variable is expressed as a set of a component in the X-axis direction (or a component around the Y-axis) and a component in the Y-axis direction (or a component around the X-axis), the reference number of the variable The subscript “_xy” is added. For example, when the base body tilt angle θb is expressed as a set of a component θb_x around the Y axis and a component θb_y around the X axis, it is expressed as “base body tilt angle θb_xy”.
前記荷重センサ５４は、乗員がシート３に着座した場合に該乗員の重量による荷重を受けるようにシート３に内蔵され、その荷重に応じた検出信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、この荷重センサ５４の出力により示される荷重の計測値に基づいて、車両１に乗員が搭乗しているか否かを判断する。なお、荷重センサ５４の代わりに、例えば、乗員がシート３に着座したときにＯＮとなるようなスイッチ式のセンサを用いてもよい。
The
ロータリーエンコーダ５６Ｒは、電動モータ３１Ｒの出力軸が所定角度回転する毎にパルス信号を発生し、このパルス信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、そのパルス信号を基に、電動モータ３１Ｒの出力軸の回転角度を計測し、さらにその回転角度の計測値の時間的変化率（微分値）を電動モータ３１Ｒの回転角速度として計測する。電動モータ３１Ｌ側のロータリーエンコーダ５６Ｌについても同様である。
The
制御ユニット５０は、上記の各計測値を用いて所定の演算処理を実行することによって、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度の目標値である速度指令を決定し、その速度指令に従って、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度をフィードバック制御する。
The
なお、電動モータ３１Ｒの出力軸の回転角速度と、回転部材２７Ｒの回転角速度との間の関係は、該出力軸と回転部材２７Ｒとの間の一定値の減速比に応じた比例関係になるため、本実施形態の説明では、便宜上、電動モータ３１Ｒの回転角速度は、回転部材２７Ｒの回転角速度を意味するものとする。同様に、電動モータ３１Ｌの回転角速度は、回転部材２７Ｌの回転角速度を意味するものとする。
Note that the relationship between the rotational angular velocity of the output shaft of the
以下に、制御ユニット５０の制御処理をさらに詳細に説明する。
制御ユニット５０は、所定の制御処理周期で図７のフローチャートに示す処理を実行する。
まず、ステップＳ１において、制御ユニット５０は、傾斜センサ５２の出力を取得する。
Hereinafter, the control process of the
The
First, in step S <b> 1, the
次いで、ステップＳ２に進んで、制御ユニット５０は、取得した傾斜センサ５２の出力を基に、基体傾斜角度θb_xyの計測値θb_xy_sと、基体傾斜角速度θbdot_xyの計測値θbdot_xy_sとを算出する。
なお、以降の説明では、上記計測値θb_xy_sなど、変数（状態量）の実際の値の観測値（計測値または推定値）を参照符号により表記する場合に、該変数の参照符号に、添え字“_s”を付加する。
Next, the process proceeds to step S2, and the
In the following description, when an observed value (measured value or estimated value) of an actual value of a variable (state quantity), such as the measured value θb_xy_s, is represented by a reference symbol, a subscript is added to the reference symbol of the variable. Add “_s”.
次いで、制御ユニット５０は、ステップＳ３において、荷重センサ５４の出力を取得した後、ステップＳ４の判断処理を実行する。この判断処理においては、制御ユニット５０は、取得した荷重センサ５４の出力が示す荷重計測値が、あらかじめ設定された所定値よりも大きいか否かによって、車両１に乗員が搭乗しているか否か（シート３に乗員が着座しているか否か）を判断する。
Next, after acquiring the output of the
そして、制御ユニット５０は、ステップＳ４の判断結果がＹＥＳである場合には、基体傾斜角度θb_xyの目標値θb_xy_objを設定する処理と、車両１の動作制御用の定数パラメータ（各種ゲインの基本値など）の値を設定する処理とを、それぞれステップＳ５、ステップＳ６で実行する。
If the determination result in step S4 is YES, the
ステップＳ５においては、制御ユニット５０は、基体傾斜角度θb_xyの目標値θb_xy_objとして、あらかじめ定められた搭乗モード用の目標値を設定する。
ここで、「搭乗モード」は、車両１に乗員が搭乗している場合での車両１の動作モードを意味する。この搭乗モード用の目標値θb_xy_objは、車両１とシート３に着座した乗員との全体の重心点（以降、車両・乗員全体重心点という）が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態となる基体９の姿勢において、傾斜センサ５２の出力に基づき計測される基体傾斜角度θb_xyの計測値θb_xy_sに一致または略一致するようにあらかじめ設定されている。
In step S5, the
Here, the “boarding mode” means an operation mode of the
また、ステップＳ６においては、制御ユニット５０は、車両１の動作制御用の定数パラメータの値として、あらかじめ定められた搭乗モード用の値を設定する。なお、定数パラメータは、後述するｈx，ｈy，Ｋi_a_x，Ｋi_b_x，Ｋi_a_y，Ｋi_b_y（ｉ＝１，２，３）などである。
In step S <b> 6, the
一方、ステップＳ４の判断結果がＮＯである場合には、制御ユニット５０は、基体傾斜角度θb_xyの目標値θb_xy_objを設定する処理と、車両１の動作制御用の定数パラメータの値を設定する処理とを、ステップＳ７、ステップＳ８で実行する。
On the other hand, if the determination result in step S4 is NO, the
ステップＳ７においては、制御ユニット５０は、傾斜角度θb_xyの目標値θb_xy_objとして、あらかじめ定められた自立モード用の目標値を設定する。
ここで、「自立モード」は、車両１に乗員が搭乗していない場合での車両１の動作モードを意味する。この自立モード用の目標値θb_xy_objは、車両１単体の重心点（以降、車両単体重心点という）が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態となる基体９の姿勢において、傾斜センサ５２の出力に基づき計測される基体傾斜角度θb_xyの計測値θb_xy_sに一致または略一致するようにあらかじめ設定されている。この自立モード用の目標値θb_xy_objは、搭乗モード用の目標値θb_xy_objと一般的には異なる。
In step S7, the
Here, the “self-supporting mode” means an operation mode of the
また、ステップＳ８においては、制御ユニット５０は、車両１の動作制御用の定数パラメータの値として、あらかじめ定められた自立モード用の値を設定する。この自立モード用の定数パラメータの値は、搭乗モード用の定数パラメータの値と異なる。
In step S <b> 8, the
搭乗モードと自立モードとで、上記定数パラメータの値を異ならせるのは、それぞれのモードで上記重心点の高さや、全体質量等が異なることに起因して、制御入力に対する車両１の動作の応答特性が互いに異なるからである。
The difference in the value of the constant parameter between the boarding mode and the independent mode is due to the difference in the height of the center of gravity, the overall mass, etc. in each mode, and the response of the operation of the
以上のステップＳ４〜８の処理によって、搭乗モードおよび自立モードの各動作モード毎に、基体傾斜角度θb_xyの目標値θb_xy_objと定数パラメータの値とが設定される。 Through the processes in steps S4 to S8 described above, the target value θb_xy_obj of the base body tilt angle θb_xy and the value of the constant parameter are set for each operation mode of the boarding mode and the self-supporting mode.
なお、ステップＳ５，ステップＳ６の処理、又はステップＳ７，ステップＳ８の処理は、制御処理周期毎に実行することは必須ではなく、ステップＳ４の判断結果が変化した場合にだけ実行するようにしてもよい。 Note that it is not essential to execute the processing of step S5, step S6, or the processing of step S7, step S8 every control processing cycle, and may be executed only when the judgment result of step S4 changes. Good.
補足すると、搭乗モードおよび自立モードのいずれにおいても、基体傾斜角速度θbdotのＹ軸周り方向の成分θbdot_xの目標値とＸ軸周り方向の成分θbdot_yの目標値とは、いずれも“０”である。このため、基体傾斜角速度θbdot_xyの目標値を設定する処理は不要である。 Supplementally, in both the boarding mode and the self-supporting mode, the target value of the component θbdot_x around the Y axis and the target value of the component θbdot_y around the X axis of the base body tilt angular velocity θbdot are both “0”. For this reason, the process which sets the target value of base | substrate inclination angular velocity (theta) bdot_xy is unnecessary.
以上の如くステップＳ５，ステップＳ６の処理、又はステップＳ７，ステップＳ８の処理を実行した後、制御ユニット５０は、次にステップＳ９において、車両制御演算処理を実行することによって、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの速度指令を決定する。
After executing the processing of step S5 and step S6 or the processing of step S7 and step S8 as described above, the
次いで、ステップＳ１０に進んで、制御ユニット５０は、ステップＳ９で決定した速度指令に応じて電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの動作制御処理を実行する。この動作制御処理では、制御ユニット５０は、ステップＳ９で決定した電動モータ３１Ｒの速度指令と、ロータリーエンコーダ５６Ｒの出力に基づき計測した電動モータ３１Ｒの回転速度の計測値との偏差に応じて、該偏差を“０”に収束させるように電動モータ３１Ｒの出力トルクの目標値（目標トルク）を決定する。そして、制御ユニット５０は、その目標トルクの出力トルクを電動モータ３１Ｒに出力させるように該電動モータ３１Ｒの通電電流を制御する。左側の電動モータ３１Ｌの動作制御についても同様である。以上が、制御ユニット５０が実行する全体的な制御処理である。
Next, the process proceeds to step S10, and the
次に、上述のように構成された車両１を人が引っ張る場合について説明する。
図８に示すように、人が車両１を引っ張る場合とは、例えば、両手に荷物を持った状態で、さらに傘を差したい場合などに車両１を利用する場合である。この場合、車両１のフック４５を溝部４４の上端４４ａに固定し、フック４５に紐４６を引っ掛けるとともに、傘４７を固定する。このようにフック４５を重心Ｇよりも高い位置に固定することにより、小さな力で車両１を移動させることができる。なお、このように使用する場合には、シートフレーム１５およびシート３が折り畳まれるか、取り外しができるようになっている。
Next, a case where a person pulls the
As shown in FIG. 8, the case where a person pulls the
つまり、図９に示すように、フック４５を上端４４ａに固定した状態で、引張力Ｆ１で引っ張るとする。すると、引張力Ｆ１は、Ｆ１ｍとＦ１ｃとに分解され、車両１の支点である接地点６０とフック４５との距離をｒ１とすると、上端４４ａにおいてはＦ１ｍ×ｒ１のモーメントが働くことになる。
That is, as shown in FIG. 9, the
一方、フック４５を溝部４４の下端４４ｂに固定した状態で、引張力Ｆ２で引っ張るとする。すると同様に、引張力Ｆ２は、Ｆ２ｍとＦ２ｃとに分解され、車両１の支点である接地点６０とフック４５との距離をｒ２とすると、下端４４ｂにおいてはＦ２ｍ×ｒ２のモーメントが働くことになる。
On the other hand, it is assumed that the
ここで、引張力Ｆ１とＦ２とが同じであれば、Ｆ１ｍ＞Ｆ２ｍとなり、ｒ１＞ｒ２であるから、Ｆ１ｍ×ｒ１＞Ｆ２ｍ×ｒ２となる。つまり、車両１を引っ張る位置が高い方が、少ない力で大きなモーメントが働くこととなる。言い換えれば、車両１を少ない力で引っ張ることができる。この場合、車両１の上部が進行方向へ大きく傾くようになるため、進行方向へ進む駆動力を発生させながら基体９（車両１）がついてくることとなり、車両１は人が引っ張る方向（所望の方向）へと移動させることができる。なお、本実施形態では、人が車両１を引っ張って移動させる際にその引張力が最小となる位置が溝部４４の上端４４ａとなるように溝部４４の上端位置を設定している。また、このように人が車両１を引っ張るモードは、上述した自立モードと同じ制御ロジックとなる。
Here, if the tensile forces F1 and F2 are the same, F1m> F2m and r1> r2, and therefore F1m × r1> F2m × r2. In other words, the higher the position at which the
次に、上述のように構成された車両１に物体を取り付けた状態で車両１が物体を引っ張る場合について説明する。
図１０に示すように、車両１が物体を引っ張る場合とは、例えば、車両１にテニスコートを整備するためのブラシ６１を取り付けた状態で、車両１を移動させてブラシ６１によりテニスコートを整備する場合である。
Next, the case where the
As shown in FIG. 10, when the
この場合、車両１のフック４５を溝部４４の下端４４ｂに固定し、フック４５にブラシ６１の柄を固定する。このようにフック４５を重心Ｇよりも低い位置に固定することにより、小さな力でブラシ６１を引っ張りながら車両１を移動させることができる。本実施形態では、車両１がブラシ６１を引っ張る場合には、車両１は後進することになる。
In this case, the
つまり、図１１に示すように、フック４５を下端４４ｂに固定した状態で、引張力Ｆ２で引っ張るとする。すると、引張力Ｆ２は、Ｆ２ｍとＦ２ｃとに分解され、車両１の支点である接地点６０とフック４５との距離をｒ２とすると、下端４４ｂにおいてはＦ２ｍ×ｒ２のモーメントが働くことになる。
That is, as shown in FIG. 11, it is assumed that the
一方、フック４５を溝部４４の上端４４ａに固定した状態で、引張力Ｆ１で引っ張るとする。すると同様に、引張力Ｆ１は、Ｆ１ｍとＦ１ｃとに分解され、車両１の支点である接地点６０とフック４５との距離をｒ１とすると、上端４４ａにおいてはＦ１ｍ×ｒ１のモーメントが働くことになる。
On the other hand, it is assumed that the
ここで、引張力Ｆ１とＦ２とが同じであれば、Ｆ１ｍ＞Ｆ２ｍとなり、ｒ１＞ｒ２であるから、Ｆ１ｍ×ｒ１＞Ｆ２ｍ×ｒ２となる。つまり、車両１でブラシ６１を引っ張る場合には、その引っ張り位置が接地点６０に近い方が、基体９（車両１）の支点周りに働くモーメントを小さくすることができる。したがって、少ない力でブラシ６１を引っ張ることができる。なお、本実施形態では、車両１がブラシ６１を引っ張りながら移動する際にその引張力が最小となる位置が溝部４４の下端４４ｂとなるように溝部４４の下端位置を設定している。また、引っ張り位置が高いと、後方（ブラシ６１側）へ倒れるようなモーメントが大きく働くため、釣り合いをとって静止位置（初期状態）にもってくるまで、大きく前傾させなければならない。
Here, if the tensile forces F1 and F2 are the same, F1m> F2m and r1> r2, and therefore F1m × r1> F2m × r2. That is, when the
また、車両１がブラシ６１を引っ張る際に、支柱フレーム１３の傾斜角度をどのように推定するかについて説明する。
図１２に示すように、支柱フレーム１３を鉛直方向に対してθboffset傾いた状態で吊り合いが取れているとする。また、車両１の重量をｍｇとすると、支柱フレーム１３がθboffset傾いた状態でｍｇｈ・ｓｉｎθboffsetのモーメントが働いている。ここで、ｈは、車輪体５の中心と車両１の重心Ｇとの高低差である。
In addition, how the inclination angle of the
As shown in FIG. 12, it is assumed that the
また、ブラシ６１の床摩擦力推定値をＦＬestimとし、接地点６０とブラシ６１の柄とを結ぶ垂線の距離をｌとすると、ｍｇｈ・ｓｉｎθboffset＝ＦＬestim・ｌとなる。したがって、この式が成り立つθboffsetを求める必要がある。なお、ｌについては、フック４５の位置が固定される場合は、ｌの値は既知となるが、フック４５の位置が移動する場合には、フック４５の位置（ｌの値）を位置検出により検出したり、フック４５のスライド量を計測したりして推定することが必要になる。
Further, assuming that the estimated value of the floor friction force of the
ブラシ６１の床摩擦力推定値ＦＬestimは、車両１でブラシ６１を牽引している場合には、次の式が成り立つ。
The floor frictional force estimated value F Lestim of the
ここで、モータトルクおよび電流については検出することができるため、ＦＬestimの値を求めることができる。
また、θboffsetについては、上述の関係より以下の式が導かれる。
Here, since the motor torque and current can be detected, the value of F Lestim can be obtained.
For θ boffset , the following equation is derived from the above relationship.
したがって、上記式（１）および式（２）からθboffsetを求めることができる。
このようにしてθboffsetが求められると、仮想車輪回転角速度指定ωwcmdが以下の式から求められる。
Therefore, θ boffset can be obtained from the above equations (1) and (2).
When θ boffset is obtained in this way, the virtual wheel rotation angular velocity designation ω wcmd is obtained from the following equation.
この式を満たすように車両１が移動することにより、車両１がブラシ６１と吊り合いを取りながら所望の方向へブラシ６１を移動させることができる。
なお、このように車両１にブラシ６１を取り付けた状態で所望の方向へ移動させるには、例えば、リモコンなどを用いて車両１を強制的に移動したい方向に傾けるように指令値を与えればよい。この場合、リモコンなどにより、指令値として速度指令値Ｖｂｃｍｄをユーザの任意の値として与えることもできるし、予めプログラムされたタスクを実行するようにしてもよい。
By moving the
In order to move the
本実施形態によれば、車両１に傘４７などを固定した状態で人がフック４５に紐などを引っ掛けて引っ張る場合と、フック４５にブラシ６１などを係止した状態で車両１がブラシ６１を引っ張る場合と、でフック４５の位置を変えることができるように構成した。また、フック４５が車両１の基体９の重心Ｇに対して上下方向に亘って移動できるように構成したため、車両１にかかる力を調節でき、最適な位置にフック４５を配することができる。したがって、車両１の移動を効率よく行うことができる。したがって、人間にとって手間のかかる作業などをスムーズに実行することが可能となる。
According to the present embodiment, when the person hooks a string or the like on the
また、フック４５を溝部４４の所定の位置に固定できるように構成したため、車両１にかかる力を最小にすることができ、車両１の移動を効率よく行うことができる。したがって、人間にとって手間のかかる作業などをより確実にスムーズに実行することが可能となる。
Further, since the
尚、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や形状などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications made to the above-described embodiment without departing from the spirit of the present invention. That is, the specific structure and shape described in the embodiment are merely examples, and can be changed as appropriate.
例えば、図１３に示すように、全方向移動車両１０１の基体１０９として、側面視で略瓢箪形状に形成されたものを採用し、該基体１０９の正面１０９ａに溝部１４４を形成し、側面視で上側の第１の凸部１４４ａにフック１４５を配することにより、車両１０１に傘などを載置した状態で人がフック１４５に紐などを引っ掛けて引っ張る場合に最小の力で引っ張ることができる。また、下側の第２の凸部１４４ｂにフック１４５を配することにより、フック１４５にブラシなどを係止した状態で車両１０１がブラシなどを引っ張る場合に最小の力で引っ張ることができる。したがって、人間にとって手間のかかる作業などをより確実にスムーズに実行することが可能となる。
For example, as shown in FIG. 13, as the
また、本実施形態では、基体の正面側（前進側）に溝部およびフックを設けた場合の説明をしたが、基体の背面側（後進側）、または側面側に溝部およびフックを設けてもよく、そのいずれの面に複数設けてもよい。
さらに、本実施形態では、基体の重心に対して上下方向に亘って溝部を形成した場合の説明をしたが、これに限らず、車輪体の回転中心に対して上下方向に亘って溝部を形成してもよい。この場合、車両が物体を引っ張る場合は、車輪体の回転中心よりも上方に位置する箇所においてフックが固定されていることが好ましい。
Further, in this embodiment, the case where the groove and the hook are provided on the front side (advance side) of the base has been described, but the groove and the hook may be provided on the back side (reverse side) or the side of the base. A plurality of surfaces may be provided on any of the surfaces.
Furthermore, in this embodiment, although the case where a groove part was formed over the up-down direction with respect to the gravity center of a base | substrate was demonstrated, not only this but a groove part is formed over the up-down direction with respect to the rotation center of a wheel body. May be. In this case, when the vehicle pulls the object, it is preferable that the hook is fixed at a position located above the rotation center of the wheel body.
１…車両（移動体） ５…車輪体（主輪，被駆動機構） ７…アクチュエータ装置（駆動部） ９…基体 ２７Ｒ…回転部材（第１の駆動力伝達体） ２７Ｌ…回転部材（第２の駆動力伝達体） ２９Ｒ…フリーローラ（第１のフリーローラ） ２９Ｌ…フリーローラ（第２のフリーローラ） ３１Ｒ…電動モータ（第１の駆動ユニット） ３１Ｌ…電動モータ（第２の駆動ユニット） ４４…溝部 ４４ａ…上端（第１の位置） ４４ｂ…下端（第２の位置） ４５…フック（係止部材） １４４…溝部 １４４ａ…第１の凸部 １４４ｂ…第２の凸部 Ｇ…重心
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記被駆動機構を駆動する駆動力を発生させる駆動部と、
前記被駆動機構および前記駆動部が組み付けられた基体と、を有する移動体であって、
前記基体に、該基体の重心に対して上下方向に亘って溝部が形成され、該溝部に沿って移動可能な係止部材が設けられていることを特徴とする移動体。 A driven mechanism capable of moving the traveling surface;
A drive unit for generating a drive force for driving the driven mechanism;
A movable body having the driven mechanism and the base body on which the driving unit is assembled,
A moving body, wherein a groove portion is formed in the base body in a vertical direction with respect to the center of gravity of the base body, and a locking member that is movable along the groove portion is provided.
前記被駆動機構を駆動する駆動力を発生させる駆動部と、
前記被駆動機構および前記駆動部が組み付けられた基体と、を有する移動体であって、
前記基体に、前記回転体の回転中心に対して上下方向に亘って溝部が形成され、該溝部に沿って移動可能な係止部材が設けられていることを特徴とする移動体。 A driven mechanism having a rotating body capable of moving on the traveling surface;
A drive unit for generating a drive force for driving the driven mechanism;
A movable body having the driven mechanism and the base body on which the driving unit is assembled,
A moving body, wherein a groove portion is formed in the base body in a vertical direction with respect to a rotation center of the rotating body, and a locking member that is movable along the groove portion is provided.
前記基体の外形における上側の凸部と下側の凸部との間に亘って前記溝部が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の移動体。 The base is formed in a substantially bowl shape in a side view;
The moving body according to any one of claims 1 to 3, wherein the groove is formed between an upper convex portion and a lower convex portion in the outer shape of the base body.
該基体に、ある回転軸線周りに互いに同軸的に回転可能に保持される第１の駆動力伝達体および第２の駆動力伝達体と、
該第１の駆動力伝達体および第２の駆動力伝達体をそれぞれ回転駆動する第１の駆動ユニットおよび第２の駆動ユニットと、
前記第１の駆動力伝達体に回転可能に支持され、かつ第１の同心円に沿って配置され、さらに前記第１の駆動力伝達体の回転軸線に対してねじれの関係をなす回転軸線を有する複数の第１のフリーローラと、
前記第２の駆動力伝達体に回転可能に支持され、かつ第２の同心円に沿って配置され、さらに前記第２の駆動力伝達体の回転軸線に対してねじれの関係をなす回転軸線を有する複数の第２のフリーローラと、
断面中心線周りの回転が可能な環状体を有し、かつ前記第１のフリーローラおよび前記第２のフリーローラにより接触される主輪と、を有し、
各フリーローラの横力が前記主輪に伝達され、該主輪の周方向に沿う周方向運動および前記断面中心線周りの回転運動を引き起こすようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の移動体。 The substrate;
A first driving force transmission body and a second driving force transmission body, which are rotatably held coaxially with each other around a certain rotation axis;
A first drive unit and a second drive unit for rotationally driving the first drive force transmission body and the second drive force transmission body, respectively;
The first driving force transmission body is rotatably supported, and is arranged along a first concentric circle, and further has a rotation axis that forms a twisted relationship with the rotation axis of the first driving force transmission body. A plurality of first free rollers;
The second driving force transmission body is rotatably supported and is disposed along a second concentric circle, and further has a rotation axis that forms a twist relationship with the rotation axis of the second driving force transmission body. A plurality of second free rollers;
A main ring that has an annular body that can rotate around a cross-sectional center line and that is in contact with the first free roller and the second free roller;
The lateral force of each free roller is transmitted to the main wheel to cause a circumferential motion along the circumferential direction of the main wheel and a rotational motion around the center line of the cross section. The moving body according to any one of the above.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2009218163A JP2011063235A (en) | 2009-09-18 | 2009-09-18 | Mobile body |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| JP2009218163A Pending JP2011063235A (en) | 2009-09-18 | 2009-09-18 | Mobile body |
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| JP (1) | JP2011063235A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102642584A (en) * | 2012-04-11 | 2012-08-22 | 浙江易力车业有限公司 | Self-balancing electric manned monocycle |
| DE102011056561A1 (en) * | 2011-12-16 | 2013-06-20 | Technische Universität Chemnitz | Modular electric vehicle has base modules, which are movable over electric drive, energy storage and electronic control unit in free manner, where one base module is formed in form of passenger module |
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2009
- 2009-09-18 JP JP2009218163A patent/JP2011063235A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE102011056561A1 (en) * | 2011-12-16 | 2013-06-20 | Technische Universität Chemnitz | Modular electric vehicle has base modules, which are movable over electric drive, energy storage and electronic control unit in free manner, where one base module is formed in form of passenger module |
| DE102011056561B4 (en) | 2011-12-16 | 2018-04-26 | Technische Universität Chemnitz | Modular electric vehicle |
| CN102642584A (en) * | 2012-04-11 | 2012-08-22 | 浙江易力车业有限公司 | Self-balancing electric manned monocycle |
| CN102642584B (en) * | 2012-04-11 | 2014-06-04 | 浙江易力车业有限公司 | Self-balancing electric manned monocycle |
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