JP2019151300A - Method for estimating degree of handle operation of inverted coaxial two-wheel vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、倒立同軸二輪車両のハンドル操作の程度推定方法に関するものである。 The present invention relates to a method for estimating the degree of steering operation of an inverted coaxial two-wheel vehicle.
ジャイロセンサや加速度センサなどの検出信号から自己の姿勢情報を検出して、倒立制御等を行うことにより、自己の姿勢を維持するように車輪の回転を制御する、倒立同軸二輪車両が知られている。特許文献1には、バーを介して搭乗者が把持可能なハンドルが設けられた倒立同軸二輪車両が開示されている。 There is known an inverted coaxial two-wheeled vehicle that controls rotation of a wheel so as to maintain its own posture by detecting its own posture information from detection signals from a gyro sensor, an acceleration sensor, etc., and performing an inversion control or the like. Yes. Patent Document 1 discloses an inverted coaxial two-wheel vehicle provided with a handle that can be gripped by a passenger via a bar.
上記倒立同軸二輪車両は、搭乗者の身体機能やバランス機能の改善を図るための訓練装置として利用されている。すなわち、訓練装置としての倒立同軸二輪車両では、倒立状態の安定性を意図的に低下させた状態で、搭乗者が身体の重心移動等によって走行操作を行う。しかしながら、特許文献1に開示された倒立同軸二輪車両では、搭乗者は、身体の重心移動をしなくても、腕、手によってハンドルを前後操作することによって車両の前後移動の操作をすることができる。このため、搭乗者は、身体の重心移動よりも容易である、腕、手によるハンドルの前後操作に頼りがちになる傾向がある。搭乗者がハンドルの前後操作によって車両の前後移動の操作をする場合、期待したバランス訓練の効果が得られないという問題がある。 The inverted coaxial two-wheel vehicle is used as a training device for improving the physical function and balance function of a passenger. That is, in an inverted coaxial two-wheeled vehicle as a training device, a passenger performs a traveling operation by moving the center of gravity of the body or the like while intentionally reducing the stability of the inverted state. However, in the inverted coaxial two-wheeled vehicle disclosed in Patent Document 1, the passenger can operate the vehicle to move back and forth by operating the handle back and forth with arms and hands without moving the center of gravity of the body. it can. For this reason, the occupant tends to rely on the front and back operation of the handle by the arm and hand, which is easier than the movement of the center of gravity of the body. When the passenger operates the vehicle to move back and forth by operating the steering wheel, there is a problem that the expected balance training effect cannot be obtained.
このような問題を回避するため、ハンドルの操作量を推定するセンサシステムを設置して、推定したハンドルの操作量が規定値以上担った場合に、ハンドルの前後操作に頼っている旨を警報等により搭乗者に通知して重心移動による操作を促すことが考えられる。しかしながら、ハンドルの操作量を推定するセンサシステムを設置すると、荷重センサやその制御機器、取り付け部品などが必要になるため、大幅なコストアップになる。 In order to avoid such problems, a sensor system that estimates the amount of operation of the handle is installed, and when the estimated amount of operation of the handle bears more than the specified value, an alarm etc. It is conceivable to notify the passenger by prompting an operation by moving the center of gravity. However, if a sensor system that estimates the amount of operation of the handle is installed, a load sensor, its control device, attachment parts, and the like are required, resulting in a significant cost increase.
本発明は、以上の背景に鑑みなされるものであり、大幅なコストアップを招くことなく、倒立同軸二輪車両の前後移動におけるハンドル操作に依存する程度を推定することができる、倒立同軸二輪車両のハンドル操作の程度推定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above background, and it is possible to estimate the degree of dependence on the steering operation in the longitudinal movement of the inverted coaxial two-wheeled vehicle without incurring a significant cost increase. An object of the present invention is to provide a method for estimating the degree of steering operation.
本発明は、搭乗者の足が乗る搭乗部が設けられた台車部と、前記台車部の前方に立設されたハンドルと、前記台車部に設けられ、駆動部によって駆動される左右一対の車輪と、前記搭乗部における、前方側の位置と後方側の位置に夫々設けられ、該前方側の位置と該後方側の位置にかかる荷重をそれぞれ検出する荷重センサと、前記台車部のピッチ角速度を検出するピッチ角速度センサと、を備え、搭乗者が搭乗し倒立状態を維持して走行する倒立同軸二輪車両のハンドル操作の程度推定方法であって、前記荷重センサによりそれぞれ検出された前方側及び後方側の荷重を用いて、基準位置における、前方側モーメントと後方側モーメントとの差分であるモーメント差分を算出し、算出した前記モーメント差分と、前記ピッチ角速度センサが検出したピッチ角速度と、を用いて、搭乗者がどの程度、前記ハンドルの操作に依存しているか推定するものである。 The present invention relates to a carriage unit provided with a riding part on which a rider's foot rides, a handle erected in front of the carriage part, and a pair of left and right wheels provided in the carriage part and driven by a drive unit A load sensor that is provided at each of the front side position and the rear side position in the riding section and detects a load applied to the front side position and the rear side position, respectively, and a pitch angular velocity of the carriage unit. A pitch angular velocity sensor for detecting, a method for estimating the degree of steering operation of an inverted coaxial two-wheeled vehicle that a passenger rides and travels while maintaining an inverted state, the front side and the rear detected by the load sensor, respectively A moment difference that is a difference between a front moment and a rear moment at a reference position is calculated using the load on the side, and the calculated moment difference and the pitch angular velocity sensor The pitch angular velocity out, using, what extent the passenger is to estimate whether relies on operation of the handle.
搭乗者が倒立同軸二輪車両を重心移動だけで操作している場合、モーメント差分と倒立同軸二輪車両のピッチ角速度との間には相関があることが分かっている。すなわち、搭乗者が倒立同軸二輪車両を重心移動だけで操作している場合、モーメント差分と倒立同軸二輪車両における台車部のピッチ角速度との関係はほぼ比例することが分かっている。このため、モーメント差分から算出した理論上の台車部のピッチ角速度と、ピッチ角速度センサで検出した台車部のピッチ角速度と、を比較することによって、搭乗者がどの程度ハンドル操作に依存しているか推定することができる。また、倒立同軸二輪車両において、荷重センサやピッチ角速度センサは、駆動部の制御のために装備されているケースも多い。これらの荷重センサやピッチ角速度センサを用いて、搭乗者がどの程度、前記ハンドルの操作に依存しているか推定するので、大幅なコストアップを招くことはない。 It is known that there is a correlation between the moment difference and the pitch angular velocity of the inverted coaxial two-wheeled vehicle when the passenger operates the inverted coaxial two-wheeled vehicle only by moving the center of gravity. That is, when the occupant operates the inverted coaxial two-wheeled vehicle only by moving the center of gravity, it is known that the relationship between the moment difference and the pitch angular velocity of the carriage unit in the inverted coaxial two-wheeled vehicle is substantially proportional. Therefore, by comparing the theoretical pitch angular velocity of the trolley calculated from the moment difference with the pitch angular velocity of the trolley detected by the pitch angular velocity sensor, it is estimated how much the passenger depends on the steering operation. can do. Further, in an inverted coaxial two-wheel vehicle, a load sensor and a pitch angular velocity sensor are often provided for controlling the drive unit. By using these load sensors and pitch angular velocity sensors, it is estimated how much the occupant is dependent on the operation of the steering wheel, so there is no significant cost increase.
本発明によれば、大幅なコストアップを招くことなく、倒立同軸二輪車両の前後移動におけるハンドル操作に依存する程度を推定することができる。 According to the present invention, it is possible to estimate the degree of dependence on the steering wheel operation in the longitudinal movement of the inverted coaxial two-wheel vehicle without incurring a significant cost increase.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る倒立同軸二輪車両の概略的な構成を示す概略図である。本実施形態に係る倒立同軸二輪車両1は、搭乗者が搭乗し倒立状態を維持して走行するもので、搭乗者の身体機能やバランス機能の改善を図るための訓練装置として利用される。すなわち、倒立同軸二輪車両1を訓練装置として利用する場合、例えば、倒立状態の安定性を意図的に低下させた状態で、搭乗者が身体の重心移動等によって走行操作を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an inverted coaxial two-wheel vehicle according to an embodiment of the present invention. The inverted coaxial two-wheel vehicle 1 according to the present embodiment travels while the passenger is on board and maintains an inverted state, and is used as a training device for improving the physical function and balance function of the passenger. That is, when the inverted coaxial two-wheel vehicle 1 is used as a training device, for example, the passenger performs a traveling operation by moving the center of gravity of the body or the like in a state where the stability of the inverted state is intentionally reduced.
倒立同軸二輪車両1は、例えば、搭乗者が搭乗する台車部2と、台車部2の前方に立設され搭乗者が操作するハンドル3と、台車部2に回転可能に設けられた一対の車輪4と、を備えている。 The inverted coaxial two-wheel vehicle 1 includes, for example, a carriage unit 2 on which a rider rides, a handle 3 standing in front of the carriage unit 2 and operated by the rider, and a pair of wheels provided on the carriage unit 2 so as to be rotatable. 4 is provided.
台車部2の上面には、搭乗者の左右足が夫々乗る左右一対のステップ部21が設けられている。ステップ部21は、搭乗部の一具体例である。台車部2の左右側面には、左右一対の車輪4が回転可能に夫々設けられている。ハンドル3は、例えば、台車部2の前方側かつ中央付近に前後方向へ傾斜可能に設けられている。 A pair of left and right step portions 21 on which the rider's left and right feet ride respectively are provided on the upper surface of the carriage unit 2. Step unit 21 is a specific example of the boarding unit. A pair of left and right wheels 4 are rotatably provided on the left and right side surfaces of the carriage unit 2. The handle 3 is provided so as to be able to incline in the front-rear direction, for example, on the front side and near the center of the carriage unit 2.
本実施形態に係る倒立同軸二輪車両1には各種センサが取り付けられている。すなわち、本実施形態に係る倒立同軸二輪車両1は、ピッチ角速度センサとしての姿勢センサ5と、左右一対の回転センサ6と、ステップ部21にかかる荷重を検出する第1荷重センサ11、第2荷重センサ12、第3荷重センサ13及び第4荷重センサ14と、を備えている。 Various sensors are attached to the inverted coaxial two-wheel vehicle 1 according to the present embodiment. That is, the inverted coaxial two-wheel vehicle 1 according to the present embodiment includes an attitude sensor 5 as a pitch angular velocity sensor, a pair of left and right rotation sensors 6, a first load sensor 11 that detects a load applied to the step unit 21, and a second load. A sensor 12, a third load sensor 13, and a fourth load sensor 14.
第1荷重センサ11は、右側のステップ部21の前方側に設けられている。第1荷重センサ11は、搭乗者の右足の爪先による荷重を検出する。第2荷重センサ12は、右側のステップ部21の後方側に設けられている。第2荷重センサ12は、搭乗者の右足の踵による荷重を検出する。 The first load sensor 11 is provided on the front side of the step portion 21 on the right side. The 1st load sensor 11 detects the load by a toe of a passenger's right foot. The second load sensor 12 is provided on the rear side of the right step portion 21. The second load sensor 12 detects the load caused by the heel of the passenger's right foot.
第3荷重センサ13は、左側のステップ部21の前方側に設けられている。第3荷重センサ13は、搭乗者の左足の爪先による荷重を検出する。第4荷重センサ14は、左側のステップ部21の後方側に設けられている。第4荷重センサ14は、搭乗者の左足の踵による荷重を検出する。 The third load sensor 13 is provided on the front side of the left step portion 21. The third load sensor 13 detects a load caused by the toe of the left foot of the passenger. The fourth load sensor 14 is provided on the rear side of the left step portion 21. The fourth load sensor 14 detects the load caused by the heel of the passenger's left foot.
ピッチ角速度センサとしての姿勢センサ5は、例えば、ジャイロセンサを含み、搭乗者が重心を前後へ移動させることで生じた台車部2のピッチ角度(傾斜角度)の速度(ピッチ角速度)を検出する。姿勢センサ5は、ジャイロセンサの他に、加速度センサ、角度センサなどを含んでいてもよく、これらによって、ピッチ角度、ピッチ角加速度、ロール角度、ロール角速度、ロール角加速度、ヨー角度、ヨー角速度、ヨー角加速度等の姿勢情報を検出するようにしてもよい。 The posture sensor 5 serving as a pitch angular velocity sensor includes, for example, a gyro sensor, and detects the velocity (pitch angular velocity) of the pitch angle (inclination angle) of the carriage unit 2 that is generated when the passenger moves the center of gravity back and forth. In addition to the gyro sensor, the attitude sensor 5 may include an acceleration sensor, an angle sensor, and the like. By these, the pitch angle, the pitch angle acceleration, the roll angle, the roll angular velocity, the roll angular acceleration, the yaw angle, the yaw angular velocity, Attitude information such as yaw angular acceleration may be detected.
回転センサ6は、台車部2に設けられた左右の車輪4にそれぞれ設けられ、左右の車輪4のそれぞれの回転数、回転角度、回転速度、回転加速度等の回転情報を検出する。回転センサ6は、例えば、エンコーダである。 The rotation sensor 6 is provided in each of the left and right wheels 4 provided in the carriage unit 2 and detects rotation information such as the rotation speed, rotation angle, rotation speed, and rotation acceleration of each of the left and right wheels 4. The rotation sensor 6 is, for example, an encoder.
図2は、本実施形態に係る倒立同軸二輪車両の概略的なシステム構成を示すブロック図である。
各車輪駆動ユニット7は、駆動部の一具体例である。各車輪駆動ユニット7は、台車部2に回転可能に設けられた各車輪4を夫々駆動することで、台車部2を走行させる。各車輪駆動ユニット7は、例えば、モータと、モータの回転軸に動力伝達可能に連結された減速ギアなどによって構成することができる。モータを駆動する駆動回路10は、例えば、モータドライバIC(Integrated Circuit)やMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)などである。各車輪駆動ユニット7は、制御装置8に接続されており、制御装置8からの制御信号(回転指令値)に応じて、各車輪4を駆動する。
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic system configuration of the inverted coaxial two-wheel vehicle according to the present embodiment.
Each wheel drive unit 7 is a specific example of a drive unit. Each wheel drive unit 7 drives the carriage unit 2 by driving each wheel 4 rotatably provided on the carriage unit 2. Each wheel drive unit 7 can be constituted by, for example, a motor and a reduction gear connected to a rotating shaft of the motor so as to be able to transmit power. The drive circuit 10 that drives the motor is, for example, a motor driver IC (Integrated Circuit) or a MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor). Each wheel drive unit 7 is connected to the control device 8 and drives each wheel 4 in accordance with a control signal (rotation command value) from the control device 8.
第1荷重センサ11、第2荷重センサ12、第3荷重センサ13及び第4荷重センサ14は、それぞれ、ステップ部21にかかる荷重の検出値を制御装置8に出力する。姿勢センサ5は、制御装置8に接続されており、検出した姿勢情報を制御装置8に対して出力する。回転センサ6は、制御装置8に接続されており、検出した回転情報を制御装置8に対して出力する。 The first load sensor 11, the second load sensor 12, the third load sensor 13, and the fourth load sensor 14 each output a detected value of a load applied to the step unit 21 to the control device 8. The posture sensor 5 is connected to the control device 8 and outputs the detected posture information to the control device 8. The rotation sensor 6 is connected to the control device 8 and outputs the detected rotation information to the control device 8.
制御装置8は、台車部2が、例えば、倒立状態を維持する倒立制御を行いつつ、所望の走行(前進、後進、加速、減速、停止、左旋回、右旋回等)を行うように、各車輪駆動ユニット7を制御して、各車輪4の回転を制御する。制御装置8は、姿勢センサ5により検出された台車部2の姿勢情報と、回転センサ6により検出された各車輪4の回転情報と、に基づいて、フィードバック制御、ロバスト制御等の周知の制御を行う。また、制御装置8は、倒立同軸二輪車両1のハンドル操作の程度を推定する。倒立同軸二輪車両1のハンドル操作の程度を推定する方法の詳細については後述する。 For example, the control unit 8 performs desired traveling (forward, reverse, acceleration, deceleration, stop, left turn, right turn, etc.) while performing the inverted control to maintain the inverted state, for example, Each wheel drive unit 7 is controlled to control the rotation of each wheel 4. The control device 8 performs known control such as feedback control and robust control based on the posture information of the carriage unit 2 detected by the posture sensor 5 and the rotation information of each wheel 4 detected by the rotation sensor 6. Do. In addition, the control device 8 estimates the degree of handle operation of the inverted coaxial two-wheel vehicle 1. Details of the method of estimating the degree of steering operation of the inverted coaxial two-wheel vehicle 1 will be described later.
なお、制御装置8は、例えば、制御処理、演算処理等と行うCPU(Central Processing Unit)8a、CPU8aによって実行される制御プログラム、演算プログラム等が記憶されたROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)からなるメモリ8b、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部(I/F)8c、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。CPU8a、メモリ8b、及びインターフェイス部8cは、データバスなどを介して相互に接続されている。 The control device 8 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) 8a that performs control processing, arithmetic processing, and the like, a ROM (Read Only Memory) or a RAM (Random) that stores a control program executed by the CPU 8a, an arithmetic program, and the like. A hardware configuration is mainly made up of a microcomputer including a memory 8b including an access memory and an interface unit (I / F) 8c for inputting / outputting signals to / from the outside. The CPU 8a, the memory 8b, and the interface unit 8c are connected to each other via a data bus or the like.
次に、倒立同軸二輪車両1のハンドル操作の程度を推定する方法について説明する。なお、以下の説明では図1も適宜参照する。 Next, a method for estimating the degree of steering operation of the inverted coaxial two-wheel vehicle 1 will be described. In the following description, FIG. 1 is also referred to as appropriate.
図3は、基準位置における、前方側モーメントと後方側モーメントとの差分(モーメント差分)について説明する模式図である。ここで、前方側荷重F1は、第1荷重センサ11及び第3荷重センサ13によりそれぞれ検出された荷重に基づいて算出された、倒立同軸二輪車両1におけるステップ部21の前方側にかかる荷重である。例えば、前方側荷重F1は、第1荷重センサ11及び第3荷重センサ13によりそれぞれ検出された荷重の和により求める。また、後方側荷重F2は、第2荷重センサ12及び第4荷重センサ14によりそれぞれ検出された荷重に基づいて算出された、倒立同軸二輪車両1におけるステップ部21の後方側にかかる荷重である。例えば、前方側荷重F2は、第2荷重センサ12及び第4荷重センサ14によりそれぞれ検出された荷重の和により求める。なお、本実施の形態では、図3に示すように、車輪4の中心を基準位置P1としている。 FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the difference (moment difference) between the front side moment and the rear side moment at the reference position. Here, the front load F1 is a load applied to the front side of the step portion 21 in the inverted coaxial two-wheel vehicle 1 calculated based on the loads detected by the first load sensor 11 and the third load sensor 13, respectively. . For example, the front side load F1 is obtained by the sum of the loads detected by the first load sensor 11 and the third load sensor 13, respectively. Further, the rear load F2 is a load applied to the rear side of the step portion 21 in the inverted coaxial two-wheel vehicle 1 calculated based on the loads detected by the second load sensor 12 and the fourth load sensor 14, respectively. For example, the front side load F2 is obtained from the sum of the loads detected by the second load sensor 12 and the fourth load sensor 14, respectively. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the center of the wheel 4 is set as the reference position P1.
前方側荷重F1の作用する位置の基準位置P1からの距離をL1とすると、前方側モーメントM1は式(1)で表される。
M1=F1・L1 ・・・(1)
後方側荷重F2の作用する位置の基準位置P1からの距離をL2とすると、後方側モーメントM2は式(2)で表される。
M2=F2・L2 ・・・(2)
When the distance from the reference position P1 of the position where the forward load F1 acts is L1, the forward moment M1 is expressed by the equation (1).
M1 = F1 · L1 (1)
When the distance from the reference position P1 of the position on which the rear load F2 acts is L2, the rear moment M2 is expressed by Expression (2).
M2 = F2 · L2 (2)
よって、基準位置に対する前方側モーメントM1と後方側モーメントM2の差であるモーメント差分ΔMは式(3)で表される。
ΔM=M1―M2=F1・L1−F2・L2 ・・・(3)
Therefore, the moment difference ΔM, which is the difference between the front moment M1 and the rear moment M2 with respect to the reference position, is expressed by Expression (3).
ΔM = M1-M2 = F1, L1-F2, L2 (3)
モーメント差分ΔMがプラスかマイナスかにより、倒立同軸二輪車両1が前方側、後方側のいずれに傾いているかを判定することができる。すなわち、モーメント差分ΔMが、プラスである場合は前方側に、マイナスである場合は後方側に傾いていると判定できる。このように、モーメント差分ΔMは各荷重センサ(第1乃至第4荷重センサ11、12、13、14)によって検出された前後荷重より算出することができる。 It can be determined whether the inverted coaxial two-wheel vehicle 1 is inclined forward or backward depending on whether the moment difference ΔM is positive or negative. That is, when the moment difference ΔM is positive, it can be determined that it is inclined forward, and when it is negative, it is determined that the moment difference ΔM is inclined backward. Thus, the moment difference ΔM can be calculated from the longitudinal loads detected by the load sensors (first to fourth load sensors 11, 12, 13, 14).
搭乗者が倒立同軸二輪車両1を重心移動だけで操作している場合、モーメント差分ΔMと倒立同軸二輪車両1における台車部2のピッチ角速度との間には相関があることが分かっている。すなわち、搭乗者が倒立同軸二輪車両1を重心移動だけで操作している場合、モーメント差分ΔMと倒立同軸二輪車両1のピッチ角速度との関係はほぼ比例することが分かっている。このため、モーメント差分から算出した理論上の台車部2のピッチ角速度と、姿勢センサ5に含まれるジャイロセンサで検出した台車部2のピッチ角速度と、を比較することによって、搭乗者がどの程度ハンドル操作に依存しているか推定することができる。 It is known that there is a correlation between the moment difference ΔM and the pitch angular velocity of the carriage unit 2 in the inverted coaxial two-wheel vehicle 1 when the passenger operates the inverted coaxial two-wheel vehicle 1 only by moving the center of gravity. That is, it is known that when the passenger operates the inverted coaxial two-wheel vehicle 1 only by moving the center of gravity, the relationship between the moment difference ΔM and the pitch angular velocity of the inverted coaxial two-wheel vehicle 1 is substantially proportional. For this reason, by comparing the theoretical pitch angular velocity of the carriage unit 2 calculated from the moment difference with the pitch angular velocity of the carriage unit 2 detected by the gyro sensor included in the attitude sensor 5, how much the passenger handles It can be estimated whether it depends on the operation.
倒立同軸二輪車両において、荷重センサやピッチ角速度センサは、車輪を駆動する駆動部の制御のために装備されているケースも多い。本実施形態にかかる倒立同軸二輪車両1では、荷重センサとしての第1乃至第4荷重センサ11〜14やピッチ角速度センサとしての姿勢センサ5を用いて、搭乗者がどの程度、ハンドル3の操作に依存しているか推定するので、部品追加などによる大幅なコストアップを招くことはない。 In an inverted coaxial two-wheel vehicle, a load sensor and a pitch angular velocity sensor are often provided for controlling a drive unit that drives a wheel. In the inverted coaxial two-wheel vehicle 1 according to the present embodiment, the degree to which the occupant operates the handle 3 using the first to fourth load sensors 11 to 14 as load sensors and the attitude sensor 5 as a pitch angular velocity sensor. Since it is estimated whether it depends, there is no significant cost increase due to the addition of parts.
図4は、搭乗者が、重心移動により倒立同軸二輪車両1を前後移動させた場合のモーメント差分と台車部2(図1参照)のピッチ角速度との関係の一例を示すグラフである。図5は、搭乗者が、重心移動とハンドル操作の両方により倒立同軸二輪車両1を前後移動させた場合のモーメント差分と台車部2のピッチ角速度との関係の一例を示すグラフである。図4及び図5において、実線はモーメント差分と台車部2のピッチ角速度との関係の理論線を、破線は上限線を、一点鎖線は下限線を表す。なお、上限線は理論線に対しピッチ角速度の測定誤差分(例えば0.05[rad/s])をプラスしたもの)、下限線は理論線に対しピッチ角速度の測定誤差分をマイナスしたものである。 FIG. 4 is a graph showing an example of the relationship between the moment difference and the pitch angular velocity of the carriage unit 2 (see FIG. 1) when the passenger moves the inverted coaxial two-wheel vehicle 1 back and forth by moving the center of gravity. FIG. 5 is a graph showing an example of the relationship between the moment difference and the pitch angular velocity of the carriage unit 2 when the passenger moves the inverted coaxial two-wheel vehicle 1 back and forth by both the movement of the center of gravity and the steering wheel operation. 4 and 5, the solid line represents the theoretical line of the relationship between the moment difference and the pitch angular velocity of the carriage unit 2, the broken line represents the upper limit line, and the alternate long and short dash line represents the lower limit line. Note that the upper limit line is obtained by adding a pitch angular velocity measurement error (for example, 0.05 [rad / s]) to the theoretical line, and the lower limit line is obtained by subtracting the pitch angular velocity measurement error from the theoretical line. is there.
図4に示すように、搭乗者が重心移動により倒立同軸二輪車両1を前後移動させた場合、ピッチ角速度の測定結果のプロット点群は上限線と下限線の間に収まっている。これに対し、図5に示すように、搭乗者が、重心移動とハンドル操作の両方により倒立同軸二輪車両1を前後移動させた場合、ピッチ角速度の測定結果のプロット点群は上限線と下限線の間を逸脱している。この逸脱の程度が大きければ大きい程、搭乗者がハンドル操作に依存する程度が大きいと推定することができる。このように、各荷重センサにより検出された前後荷重から算出したモーメント差分に対する、姿勢センサ5が検出した台車部2のピッチ角速度をプロットすることにより、倒立同軸二輪車両のハンドル操作の程度を推定することができる。 As shown in FIG. 4, when the occupant moves the inverted coaxial two-wheel vehicle 1 back and forth by moving the center of gravity, the plot point group of the measurement result of the pitch angular velocity is within the upper limit line and the lower limit line. On the other hand, as shown in FIG. 5, when the occupant moves the inverted coaxial two-wheel vehicle 1 back and forth by both the movement of the center of gravity and the steering wheel operation, the plot point group of the measurement result of the pitch angular velocity is the upper limit line and the lower limit line. Deviate between. It can be estimated that the greater the degree of deviation, the greater the degree that the occupant is dependent on the steering wheel operation. In this way, the degree of steering operation of the inverted coaxial two-wheel vehicle is estimated by plotting the pitch angular velocity of the carriage unit 2 detected by the attitude sensor 5 against the moment difference calculated from the longitudinal load detected by each load sensor. be able to.
次に、訓練において、倒立同軸二輪車両1のハンドル操作の程度を推定する処理の流れについて説明する。なお、以下の説明では図1も適宜参照する。 Next, a flow of processing for estimating the degree of steering operation of the inverted coaxial two-wheel vehicle 1 in training will be described. In the following description, FIG. 1 is also referred to as appropriate.
図6は、倒立同軸二輪車両1のハンドル操作の程度を推定する処理の流れの一例を示すフローチャートである。図6に示すように、まず、各荷重センサにより、台車部2の前方側の位置と後方側の位置にかかる荷重をそれぞれ検出するとともに、姿勢センサ5に含まれるジャイロセンサにより、ピッチ角速度を検出する(ステップS101)。 FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of a flow of processing for estimating the degree of steering operation of the inverted coaxial two-wheel vehicle 1. As shown in FIG. 6, first, each load sensor detects the load applied to the front side position and the rear side position of the carriage unit 2, and the gyro sensor included in the attitude sensor 5 detects the pitch angular velocity. (Step S101).
ステップS101に続いて、荷重センサによりそれぞれ検出された台車部2の前方側及び後方側の荷重を用いて、基準位置における、前方側モーメントと後方側モーメントとの差分であるモーメント差分を算出する(ステップS102)。次に、算出したモーメント差分を用いて、理論上のピッチ角速度を算出する(ステップS103)。 Subsequent to step S101, a moment difference, which is a difference between the front moment and the rear moment at the reference position, is calculated using the front and rear loads detected by the load sensors, respectively ( Step S102). Next, a theoretical pitch angular velocity is calculated using the calculated moment difference (step S103).
ステップS103に続いて、姿勢センサ5に含まれるジャイロセンサにより検出されたピッチ角速度と、理論上のピッチ角速度と、の差分(ピッチ角速度の検出値と理論値との差分)の絶対値が所定の閾値以下であるか否かを判定する(ステップS104)。ピッチ角速度の検出値と理論値との差分の絶対値が所定の閾値以下であるか否かの判断は、すなわち、図4及び図5を参照して説明したように、ピッチ角速度の検出値が、理論線を基準として設定した上限線と下限線との間の範囲内に収まっているか否かの判断により行う。 Following step S103, the absolute value of the difference between the pitch angular velocity detected by the gyro sensor included in the attitude sensor 5 and the theoretical pitch angular velocity (difference between the detected value of the pitch angular velocity and the theoretical value) is a predetermined value. It is determined whether or not it is equal to or less than the threshold (step S104). The determination as to whether or not the absolute value of the difference between the detected value of the pitch angular velocity and the theoretical value is equal to or smaller than a predetermined threshold value, that is, as described with reference to FIGS. The determination is made based on whether or not it is within the range between the upper limit line and the lower limit line set with reference to the theoretical line.
ステップS104において、ピッチ角速度の検出値と理論値との差分の絶対値が所定の閾値以下である場合(YESの場合)、処理をステップS101に戻す。ステップS104において、ピッチ角速度の検出値と理論値との差分の絶対値が所定の閾値を超えている場合(NOの場合)、搭乗者に対して警告を行う(ステップS105)。なお、警告は、例えば、警報を鳴らす、操作画面に警告メッセージを表示する、などによって行う。 In step S104, when the absolute value of the difference between the detected value of the pitch angular velocity and the theoretical value is equal to or smaller than a predetermined threshold (in the case of YES), the process returns to step S101. In step S104, when the absolute value of the difference between the detected value of the pitch angular velocity and the theoretical value exceeds a predetermined threshold (in the case of NO), a warning is given to the passenger (step S105). The warning is performed, for example, by sounding an alarm or displaying a warning message on the operation screen.
訓練を終了するか否かを判断する(ステップS106)。ステップS106において、訓練を終了する場合(YESの場合)、処理を終了する。ステップS106において、訓練を終了しない場合(NOの場合)、処理をステップS101に戻す。 It is determined whether or not to end the training (step S106). In step S106, when training is finished (in the case of YES), the process is finished. In step S106, when the training is not finished (in the case of NO), the process returns to step S101.
倒立同軸二輪車両1を用いた訓練では、搭乗者は、この倒立同軸二輪車両1の所定動作に応じて、例えば、倒立同軸二輪車両1が静止又は一定範囲内に収まるように、重心を前後もしくは左右に移動させる走行操作を行う。これにより、搭乗者はバランス機能の改善を図ることができる。しかしながら、搭乗者が倒立同軸二輪車両1の前後移動をハンドル操作に依存して行うと、意図した訓練効果が得られない。上述したように、本実施形態にかかる倒立同軸二輪車両1では、算出したモーメント差分と、ピッチ角速度センサが検出したピッチ角速度と、を用いて、搭乗者がどの程度、ハンドルの操作に依存しているか推定する。この推定により、搭乗者がハンドルの操作に依存する程度が大きいことが分かった場合には、搭乗者に対し警告を行う。これにより、訓練中、ハンドル操作での前後移動を極力行わないよう、搭乗者の注意を喚起することができ、効率的な訓練を行うことが可能になる。 In the training using the inverted coaxial two-wheel vehicle 1, the occupant moves, for example, back and forth or at the center of gravity so that the inverted coaxial two-wheel vehicle 1 is stationary or within a certain range according to a predetermined operation of the inverted coaxial two-wheel vehicle 1. Perform the driving operation to move left and right. Thereby, the passenger can improve the balance function. However, if the passenger moves the inverted coaxial two-wheel vehicle 1 back and forth depending on the steering operation, the intended training effect cannot be obtained. As described above, in the inverted coaxial two-wheel vehicle 1 according to the present embodiment, how much the passenger depends on the operation of the steering wheel using the calculated moment difference and the pitch angular velocity detected by the pitch angular velocity sensor. I guess. If it is found from this estimation that the occupant is highly dependent on the steering wheel operation, a warning is given to the occupant. Thereby, during training, a passenger's attention can be drawn so that it may not move back and forth by steering operation as much as possible, and it becomes possible to perform efficient training.
[変形例1]
訓練をゲーム形式で行う場合、ハンドル操作に依存している程度に応じてペナルティを加算するようにしてもよい。図7は、倒立同軸二輪車両のハンドル操作の程度を推定する処理の流れの図6とは別の一例を示すフローチャートである。なお、図7に示す処理の流れは、図6に示す処理の流れに対して、ステップS205の処理のみ異なる。すなわち、図7における、ステップS201〜ステップS204、ステップS206の処理は、それぞれ、図6における、ステップS101〜ステップS104、ステップS106の処理と同じである。よって、ステップS205の処理のみ説明する。
[Modification 1]
When training is performed in a game format, a penalty may be added according to the degree of dependence on the handle operation. FIG. 7 is a flowchart showing another example of the process flow for estimating the degree of steering operation of the inverted coaxial two-wheel vehicle, different from FIG. Note that the processing flow shown in FIG. 7 differs from the processing flow shown in FIG. 6 only in the processing in step S205. That is, the processes in steps S201 to S204 and step S206 in FIG. 7 are the same as the processes in steps S101 to S104 and step S106 in FIG. 6, respectively. Therefore, only the process of step S205 will be described.
ステップS204において、ピッチ角速度の検出値と理論値との差分が所定の閾値を超えている場合(NOの場合)、ペナルティを加算する(ステップS205)。訓練終了時のレベル判定は、倒立同軸二輪車両1の操作速度、操作精度とともに、ペナルティの値についても加味する。例えば、操作速度、操作精度が所定の要件を満たし、かつ、ペナルティの値が一定以下である場合にレベルアップするようにする。これにより、搭乗者はゲーム感覚で楽しみながら、バランス機能を効率的に向上させることができる。 In step S204, if the difference between the detected value of the pitch angular velocity and the theoretical value exceeds a predetermined threshold (in the case of NO), a penalty is added (step S205). The level determination at the end of training takes into account the penalty value as well as the operation speed and operation accuracy of the inverted coaxial two-wheel vehicle 1. For example, the level is increased when the operation speed and the operation accuracy satisfy predetermined requirements and the penalty value is below a certain value. Thereby, the passenger can efficiently improve the balance function while enjoying the game feeling.
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
また、上述の実施形態では、本発明をハードウェアの構成として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、任意の処理を、制御装置8のCPU8a(図2参照)にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。 In the above-described embodiment, the present invention has been described as a hardware configuration, but the present invention is not limited to this. The present invention can also realize arbitrary processing by causing the CPU 8a (see FIG. 2) of the control device 8 to execute a computer program.
上述の例において、コンピュータプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体(例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ)、光磁気記録媒体(例えば光磁気ディスク)、CD−ROM(Read Only Memory)、CD−R、CD−R/W、半導体メモリ(例えば、マスクROM、PROM(Programmable ROM)、EPROM(Erasable PROM)、フラッシュROM、RAM(Random Access Memory))を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium)によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。 In the above example, the computer program can be stored and provided to a computer using various types of non-transitory computer readable media. Non-transitory computer readable media include various types of tangible storage media. Examples of non-transitory computer-readable media include magnetic recording media (for example, flexible disks, magnetic tapes, hard disk drives), magneto-optical recording media (for example, magneto-optical disks), CD-ROMs (Read Only Memory), CD-Rs, CD-R / W, semiconductor memory (for example, mask ROM, PROM (Programmable ROM), EPROM (Erasable PROM), flash ROM, RAM (Random Access Memory)) are included. The program may also be supplied to the computer by various types of transitory computer readable media. Examples of transitory computer readable media include electrical signals, optical signals, and electromagnetic waves. The temporary computer-readable medium can supply the program to the computer via a wired communication path such as an electric wire and an optical fiber, or a wireless communication path.
1 倒立同軸二輪車両
2 台車部
3 ハンドル
4 車輪
5 姿勢センサ
6 回転センサ
7 車輪駆動ユニット
8 制御装置
11 第1荷重センサ
12 第2荷重センサ
13 第3荷重センサ
14 第4荷重センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inverted coaxial two-wheel vehicle 2 Carriage part 3 Handle 4 Wheel 5 Attitude sensor 6 Rotation sensor 7 Wheel drive unit 8 Control apparatus 11 1st load sensor 12 2nd load sensor 13 3rd load sensor 14 4th load sensor
Claims (1)
前記台車部の前方に立設されたハンドルと、
前記台車部に設けられ、駆動部によって駆動される左右一対の車輪と、
前記搭乗部における、前方側の位置と後方側の位置に夫々設けられ、該前方側の位置と該後方側の位置にかかる荷重をそれぞれ検出する荷重センサと、
前記台車部のピッチ角速度を検出するピッチ角速度センサと、
を備え、搭乗者が搭乗し倒立状態を維持して走行する倒立同軸二輪車両のハンドル操作の程度推定方法であって、
前記荷重センサによりそれぞれ検出された前方側及び後方側の荷重を用いて、基準位置における、前方側モーメントと後方側モーメントとの差分であるモーメント差分を算出し、
算出した前記モーメント差分と、前記ピッチ角速度センサが検出したピッチ角速度と、を用いて、搭乗者がどの程度、前記ハンドルの操作に依存しているか推定する、倒立同軸二輪車両のハンドル操作の程度推定方法。 A carriage section provided with a boarding section on which a passenger's foot rides;
A handle erected in front of the cart,
A pair of left and right wheels provided in the carriage unit and driven by a drive unit;
A load sensor for detecting a load applied to the front side position and the rear side position, respectively, provided at a front side position and a rear side position in the riding section;
A pitch angular velocity sensor for detecting a pitch angular velocity of the carriage unit;
A method for estimating the degree of steering operation of an inverted coaxial two-wheeled vehicle that the passenger rides and travels while maintaining an inverted state,
Using the load on the front side and the rear side detected respectively by the load sensor, the moment difference that is the difference between the front side moment and the rear side moment at the reference position is calculated,
Using the calculated moment difference and the pitch angular velocity detected by the pitch angular velocity sensor, it is estimated how much the occupant is dependent on the operation of the steering wheel. Method.
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