JP5123123B2 - Mobile body and control method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、移動体、及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a moving body and a control method thereof.
近年、搭乗者を搭乗させた状態で移動する移動体が開発されている(特許文献1、2)。例えば、特許文献1〜3では、搭乗者が搭乗する搭乗面(座面)に力センサ(圧力センサ)を設けている。そして、力センサからの出力によって、車輪を駆動している。すなわち、力センサが操作手段となって、入力が行われている。
In recent years, a moving body that moves in a state where a passenger is on board has been developed (
特許文献1の移動体では、進みたい方向に体重をかけることで移動している。例えば、前方に進みたい場合、搭乗者が上体を前方に傾ける。すなわち、搭乗者が前傾姿勢になる。そして、前傾姿勢になると搭乗席に加わる力が変化する。そして、この力を力センサで検出する。力センサの検出結果によって、球状タイヤを駆動している。特許文献1の図14には、搭乗者が搭乗席に座った状態で、倒立振子制御を行っている。特許文献2には、車椅子型の移動体が開示されている。この移動体には、椅子とフットレストが設けられている。
The moving body of
また、特許文献3には、利用者の動作を能動的に検知して、それに応じて自律的に動作する移動体が開示されている。例えば、複数の圧力センサによって、利用者の重心を計算している。この重心位置に応じて、車椅子形状の移動体が動作している(図2)。 Further, Patent Document 3 discloses a moving body that actively detects a user's operation and operates autonomously in response thereto. For example, the center of gravity of the user is calculated by a plurality of pressure sensors. A wheelchair-shaped moving body operates according to the position of the center of gravity (FIG. 2).
さらに、特許文献4では、2足歩行型の移動体を動作させるためのインタフェイス装置が開示されている。このインタフェイス装置は、椅子型形状を有している。そして、椅子の背面と座面に複数の力センサを設けている。4つの力センサによって、搭乗者の骨盤旋回を検知して、歩行意思を推定している。そして、力センサによって推定された歩行意志に応じて両脚を駆動している。また、このインタフェイス装置には、足置き台が設けられている。
Further,
特許文献1〜3では、実際に移動体に搭乗している搭乗者の姿勢によって、移動している。これにより、実際に移動している環境に応じた操作が可能になる。例えば、搭乗者は、以下のように操作を行うことができる。前進したい場合、搭乗者が前方に上体を移動させる。すなわち、搭乗者が前傾姿勢になる。すると、重心位置が前方になって、力センサに加わる力が変化する。これにより、センサが前進入力を検知する。反対に、後方に移動したい場合は、搭乗者が後傾姿勢になる。すると、重心位置が後方になり、後傾入力が検知される。また、左右に移動する場合は、搭乗者が左右方向に重心を移動する。これにより、旋回入力が検知される。このように、旋回入力、前進入力、後退入力に応じて移動することができる。 In patent documents 1-3, it is moving according to the posture of the passenger actually boarding the moving body. Thereby, operation according to the environment which is actually moving is attained. For example, the passenger can perform an operation as follows. When he wants to move forward, the passenger moves his upper body forward. That is, the passenger is in a forward leaning posture. Then, the position of the center of gravity becomes forward, and the force applied to the force sensor changes. Thereby, the sensor detects the forward input. On the other hand, when the user wants to move backward, the occupant is tilted backward. Then, the position of the center of gravity becomes backward, and a backward tilt input is detected. When moving left and right, the passenger moves the center of gravity in the left-right direction. Thereby, the turning input is detected. Thus, it can move according to the turning input, the forward input, and the backward input.
ところで、搭乗者が搭乗する搭乗面に力センサが設けられている移動体では、以下に示す問題点がある。例えば、搭乗者は、移動体を椅子としても利用したい場合がある。すなわち、このような搭乗者が搭乗する移動体は、搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体として利用可能であるのに加えて、オフィスなどで用いる椅子としても利用可能であることが強く求められている。従って、搭乗者の利用状況に応じて、移動体としての制御モードと、椅子としての制御モードとの間を切替える技術が必要とされる。 By the way, in the moving body in which the force sensor is provided on the boarding surface on which the passenger is boarded, there are the following problems. For example, the passenger may want to use the moving body as a chair. That is, in addition to being able to be used as a moving body that moves according to the weight shift of the passenger, such a moving body on which such a passenger is boarded can be used as a chair used in an office or the like. It has been demanded. Therefore, a technique for switching between a control mode as a moving body and a control mode as a chair is required according to the use situation of the passenger.
しかし、従来の移動体では、搭乗者の利用状況に応じて、移動体を駆動するモータへの指令値を変更する手法について言及されていない。また、移動体を椅子として利用したい場合に、移動体のロール、ピッチ、ヨー軸をあたかも椅子のようにアクティブに制御可能な機構及び制御手法についても言及されていない。例えば、移動体を椅子として利用する場合に、移動体の制御を全て落としてしまうと、座り位置を直すことができないなどの問題が生じ、座り心地の悪い椅子となってしまう。 However, in the conventional mobile body, there is no mention of a method of changing the command value to the motor that drives the mobile body according to the use situation of the passenger. Also, there is no mention of a mechanism and a control method that can actively control the roll, pitch, and yaw axis of a moving body as if it were a chair when the moving body is desired to be used as a chair. For example, when the moving body is used as a chair, if all the controls of the moving body are dropped, a problem arises that the sitting position cannot be corrected, and the chair becomes uncomfortable.
このように、従来の移動体では、搭乗者の利用状況に応じて、移動体の制御モードを切替える技術については考慮されていないため、搭乗者の意図通りに、操作することができないという問題点がある。 As described above, in the conventional mobile body, since the technology for switching the control mode of the mobile body is not considered in accordance with the use situation of the passenger, there is a problem in that the mobile body cannot be operated as intended by the passenger. There is.
本発明は、搭乗者の利用状況に応じて、移動体の制御モードを切替えることで、高い操作性を有する移動体、及びその制御方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a moving body having high operability and a control method therefor by switching the control mode of the moving body according to the use situation of a passenger.
本発明の第1の態様に係る移動体は、搭乗者が搭乗する搭乗席と、前記搭乗席を支持する本体部と、前記本体部を移動させる移動機構と、前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測信号を出力するセンサと、前記センサからの出力に応じて、前記移動機構を駆動するための指令値を算出する制御計算部と、移動体モードと、前記移動体モードの場合よりも前記移動機構の駆動を制限して椅子としての使用を可能とする椅子モードとの間で動作モードを切替えるモード切替手段と、を備えるものである。これにより、搭乗者の利用状況に応じて、移動体の制御モードを切替えることができるため、操作性を向上することができる。 A moving body according to a first aspect of the present invention is added to a boarding seat on which a passenger gets on, a main body that supports the boarding seat, a moving mechanism that moves the main body, and a seating surface of the boarding seat. In the case of a sensor that outputs a measurement signal corresponding to a force, a control calculation unit that calculates a command value for driving the moving mechanism according to an output from the sensor, a moving body mode, and the moving body mode Moreover, mode switching means for switching the operation mode between the chair mode that enables the use of the moving mechanism as a chair by restricting the driving of the moving mechanism. Thereby, since the control mode of a mobile body can be switched according to a passenger's utilization condition, operativity can be improved.
本発明の第2の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記モード切替手段は、搭乗者が接触しているか否かを判別する接触センサを含み、前記センサからの出力と前記接触センサからの判別結果とに基づいて、前記移動体モードと前記椅子モードとの間の動作モードの切替を行うことを特徴とするものである。 A mobile body according to a second aspect of the present invention is the mobile body described above, wherein the mode switching means includes a contact sensor that determines whether or not a passenger is in contact with an output from the sensor. The operation mode is switched between the moving body mode and the chair mode based on the determination result from the contact sensor.
本発明の第3の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記モード切替手段は、前記移動体モードと前記椅子モードとの間の動作モードの切替を入力するスイッチを含むことを特徴とするものである。 The mobile body according to a third aspect of the present invention is the mobile body described above, wherein the mode switching means includes a switch for inputting switching of an operation mode between the mobile body mode and the chair mode. It is characterized by.
本発明の第4の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記モード切替手段は、前記椅子モードの場合に、前記制御計算部が前記移動機構を駆動するための指令値を算出するときのゲインを、前記移動体モードの場合よりも小さくすることを特徴とするものである。 A mobile body according to a fourth aspect of the present invention is the mobile body described above, wherein the mode switching means outputs a command value for the control calculation unit to drive the mobile mechanism in the chair mode. The gain at the time of calculation is smaller than that in the moving body mode.
本発明の第5の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記モード切替手段は、前記ゲインの大きさを調整する調整器を含むことを特徴とするものである。 A moving body according to a fifth aspect of the present invention is the above-described moving body, wherein the mode switching means includes an adjuster that adjusts the magnitude of the gain.
本発明の第6の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記搭乗席の座面の角度を変えるように、前記搭乗席を駆動する搭乗席駆動機構を更に備え、前記制御計算部は、前記搭乗席駆動機構の駆動量と前記搭乗席の平衡位置姿勢と前記センサからの計測信号とに基づいて、前記移動機構、及び前記搭乗席駆動機構を駆動するための指令値を算出することを特徴とするものである。 A mobile body according to a sixth aspect of the present invention is the mobile body described above, further comprising a boarding seat drive mechanism that drives the boarding seat so as to change an angle of a seating surface of the boarding seat, and the control The calculation unit calculates command values for driving the moving mechanism and the passenger seat drive mechanism based on the driving amount of the passenger seat drive mechanism, the equilibrium position and posture of the passenger seat, and the measurement signal from the sensor. It is characterized by calculating.
本発明の第7の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記搭乗席駆動機構の駆動量と前記搭乗席の平衡位置姿勢と前記センサからの計測信号に基づいて、前記搭乗席駆動機構の目標駆動量を算出し、前記搭乗席駆動機構の目標駆動量に基づいて、前記移動体の前後進移動速度が算出されることを特徴とするものである。 A mobile body according to a seventh aspect of the present invention is the mobile body described above, wherein the boarding seat is based on a driving amount of the boarding seat drive mechanism, an equilibrium position and orientation of the boarding seat, and a measurement signal from the sensor. A target drive amount of the seat drive mechanism is calculated, and a forward / reverse movement speed of the moving body is calculated based on the target drive amount of the passenger seat drive mechanism.
本発明の第8の態様に係る移動体の制御方法は、搭乗者が搭乗する搭乗席と、前記搭乗席を支持する本体部と、前記本体部を移動させる移動機構と、前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測信号を出力するセンサと、を備えた移動体の制御方法であって、前記センサからの出力に応じて、前記移動機構を駆動するための指令値を算出するステップと、移動体モードと、前記移動体モードの場合よりも前記移動機構の駆動を制限して椅子としての使用を可能とする椅子モードとの間で動作モードを切替えるステップと、を備えるものである。これにより、搭乗者の利用状況に応じて、移動体の制御モードを切替えることができるため、操作性を向上することができる。 A method for controlling a moving body according to an eighth aspect of the present invention includes a boarding seat on which a passenger gets on, a main body that supports the boarding seat, a moving mechanism that moves the main body, and a seat on the boarding seat. A sensor that outputs a measurement signal corresponding to a force applied to the surface, and a step of calculating a command value for driving the moving mechanism according to an output from the sensor And a step of switching the operation mode between the moving body mode and a chair mode that enables the use of the moving mechanism as a chair by restricting the driving of the moving mechanism as compared with the case of the moving body mode. . Thereby, since the control mode of a mobile body can be switched according to a passenger's utilization condition, operativity can be improved.
本発明の第9の態様に係る移動体の制御方法は、上記の移動体の制御方法であって、搭乗者が接触しているか否かを判別する接触センサにより、前記センサからの出力と前記接触センサからの判別結果とに基づいて、前記移動体モードと前記椅子モードとの間の動作モードの切替を行うことを特徴とするものである。 A control method for a moving body according to a ninth aspect of the present invention is the above-described control method for a mobile body, wherein a contact sensor that determines whether or not a passenger is in contact with the output from the sensor and the The operation mode is switched between the moving body mode and the chair mode based on the determination result from the contact sensor.
本発明の第10の態様に係る移動体の制御方法は、上記の移動体の制御方法であって、スイッチにより前記移動体モードと前記椅子モードとの間の動作モードの切替を行うことを特徴とするものである。 A mobile body control method according to a tenth aspect of the present invention is the mobile body control method described above, wherein the operation mode is switched between the mobile body mode and the chair mode by a switch. It is what.
本発明の第11の態様に係る移動体の制御方法は、上記の移動体の制御方法であって、前記椅子モードの場合に、前記制御計算部が前記移動機構を駆動するための指令値を算出するときのゲインを、前記移動体モードの場合よりも小さくすることを特徴とするものである。 A mobile body control method according to an eleventh aspect of the present invention is the mobile body control method described above, wherein in the chair mode, a command value for the control calculation unit to drive the mobile mechanism is obtained. The gain at the time of calculation is smaller than that in the moving body mode.
本発明の第12の態様に係る移動体の制御方法は、上記の移動体の制御方法であって、調整器により、前記ゲインの大きさを調整することを特徴とするものである。 A mobile body control method according to a twelfth aspect of the present invention is the mobile body control method described above, wherein the magnitude of the gain is adjusted by an adjuster.
本発明の第13の態様に係る移動体の制御方法は、上記の移動体の制御方法であって、前記移動体は、前記搭乗席の座面の角度を変えるように、前記搭乗席を駆動する搭乗席駆動機構を更に備え、前記搭乗席駆動機構の駆動量と前記搭乗席の平衡位置姿勢と前記センサからの計測信号とに基づいて、前記移動機構、及び前記搭乗席駆動機構を駆動するための指令値を算出することを特徴とするものである。 A mobile body control method according to a thirteenth aspect of the present invention is the mobile body control method described above, wherein the mobile body drives the passenger seat so as to change an angle of a seating surface of the passenger seat. A boarding seat drive mechanism that drives the movement mechanism and the boarding seat drive mechanism based on a driving amount of the boarding seat drive mechanism, an equilibrium position and posture of the boarding seat, and a measurement signal from the sensor. The command value for calculating is calculated.
本発明の第14の態様に係る移動体の制御方法は、上記の移動体の制御方法であって、前記搭乗席駆動機構の駆動量と前記搭乗席の平衡位置姿勢と前記センサからの計測信号に基づいて、前記搭乗席駆動機構の目標駆動量を算出し、前記搭乗席駆動機構の目標駆動量に基づいて、前記移動体の前後進移動速度が算出されることを特徴とするものである。 A mobile body control method according to a fourteenth aspect of the present invention is the mobile body control method described above, wherein the drive amount of the passenger seat drive mechanism, the equilibrium position and orientation of the passenger seat, and the measurement signal from the sensor Based on the above, a target drive amount of the passenger seat drive mechanism is calculated, and a forward / rearward movement speed of the moving body is calculated based on the target drive amount of the passenger seat drive mechanism. .
本発明によれば、高い操作性を有する移動体、及びその制御方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the moving body which has high operativity, and its control method can be provided.
以下、本発明に係る小型車両の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。 Hereinafter, embodiments of a small vehicle according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In addition, for clarity of explanation, the following description and drawings are simplified as appropriate.
発明の実施の形態1.
実施形態1に係る移動体1について、図1、図2を用いて説明する。図1は、移動体1の構成を模式的に示す正面図であり、図2は、移動体1の構成を模式的に示す側面図である。なお、図1、及び図2には、XYZの直交座標系が示されている。Y軸が移動体1の左右方向を示し、X軸が移動体1の前後方向を示し、Z軸が鉛直方向を示している。従って、X軸がロール軸に対応し、Y軸がピッチ軸、Z軸がヨー軸となる。図1、2において、+X方向が移動体1の前方向であるとして説明する。
A moving
図1に示すように移動体1は、搭乗部3、及び車台13を有している。車台13は、移動体1の本体部であり、搭乗部3を支持している。車台13は、姿勢検出部4、車輪6、フットレスト10、筐体11、制御計算部51、バッテリ52等を備えている。車輪6は、前輪601と後輪602から構成されている。ここでは、1つの前輪601と2つの後輪602からなる3輪型の移動体1を説明する。
As shown in FIG. 1, the moving
搭乗部3は、搭乗席8、及び力センサ9を有している。そして、搭乗席8の上面が座面8aとなる。すなわち、座面8aの上に、搭乗者が乗った状態で移動体1が移動する。座面8aは平面でもよいし、臀部の形に合わせた形状となっていてもよい。さらに、搭乗席8に背もたれを設けてもよい。すなわち、搭乗席8を車椅子形状としてもよい。乗り心地を向上するために、搭乗席8にクッション性を持たせてもよい。移動体1が水平面上にある場合、座面8aが水平になっている。力センサ9は、搭乗者の体重移動を検知する。すなわち、力センサ9は、搭乗席8の座面8aに加わる力を検出する。そして、力センサ9は、座面8aに加わる力に応じた計測信号を出力する。力センサ9は、搭乗席8の下側に配置される。すなわち、車台13と搭乗席8の間に、力センサ9が配設されている。
The boarding unit 3 includes a
力センサ9としては、例えば、6軸力センサを用いることができる。この場合、図3に示すように、3軸方向の並進力(SFx、SFy、SFz)と各軸周りのモーメント(SMx、SMy、SMz)を計測する。これらの並進力とモーメントは、力センサ9の中心を原点に取った値である。移動体1のセンサ処理部に出力する計測信号をモーメント(Mx、My、Mz)とし、それらのモーメントの制御座標原点を図2に示す(a、b、c)とすると、Mx、My、Mzは、それぞれ以下のように表すことができる。
Mx=SMx+c・SFy−b・SFz
My=SMy+a・SFz−c・SFx
Mz=SMz+b・SFx−a・SFy
なお、図3は、各軸を説明するための図である。力センサ9として、モーメント(Mx、My、Mz)を計測できるものであればよい。各軸周りのモーメント(SMx、SMy、SMz)を計測できる3軸力センサを制御座標原点に配置して、Mx,My、Mzを直接計測してもよい。また、1軸の力センサを3つ設けてもよい。さらには、歪みゲージや、ポテンショを用いたアナログジョイスティックなどでもよい。すなわち、直接的又は間接的に3軸周りのモーメントを計測できるものであればよい。そして、力センサ9は、3つのモーメント(Mx、My、Mz)を計測信号として出力する。
As the
Mx = SMx + c · SFy−b · SFz
My = SMy + a · SFz−c · SFx
Mz = SMz + b.SFx-a.SFy
FIG. 3 is a diagram for explaining each axis. Any
移動体1の本体部分となる車台13には、姿勢検出部4、車輪6、フットレスト10、筐体11、制御計算部51、及びバッテリ52等が設けられている。筐体11は、箱形状を有しており、前方下側が突出している。そして、この突出した部分の上にフットレスト10が配設されている。フットレスト10は、搭乗席8の前方側に設けられている。従って、搭乗者が搭乗席8に搭乗した状態では、搭乗者の両足がフットレスト10上に乗せられている。
A
フットレスト10には、搭乗者の足裏が接触しているか否かを判別するための判別部12が含まれている。判別部12は、例えば、複数の接触センサなどを有している。複数の接触センサは、例えば、フットレスト10の上面に、アレイ状に配列されている。そして、各接触センサは、その上面が何かに接触している状態で、接触信号を出力する。この接触信号に基づいて、搭乗者の足裏が接触しているか否かを判別している。接触している接触センサの集合が、足裏形状に似ている場合は、搭乗者の足裏が接触していると判別する。すなわち、接触している領域が、足裏の形状に似ているか否かで、搭乗者の足裏が接触しているか否かを判別する。さらに、搭乗者が乗っているか、搭乗者以外の物体が乗っているかを判別することができる。力センサ9ではなく、フットレスト10に設けられた判別部12で搭乗者の有無を判別することで、確実に判別することができるようになる。すなわち、搭乗席8に物体を載置した場合でも、搭乗者の足裏が接触していると誤って認識するのを防ぐことができる。
The
筐体11には、駆動モータ603、姿勢検出部4、制御計算部51、及びバッテリ52が内蔵されている。バッテリ52は、駆動モータ603、姿勢検出部4、制御計算部51、及び力センサ9などの各電気機器に電源を供給する。姿勢検出部4は、例えば、ジャイロセンサまたは加速度センサなどを有しており、移動体1の姿勢を検出する。すなわち、車台13が傾斜すると、姿勢検出部4は、その傾斜角度や傾斜角速度を検出する。姿勢検出部4は、ロール軸周りにおける姿勢の傾斜角度、及びピッチ軸周りにおける姿勢の傾斜角度を検出する。そして、姿勢検出部4は、姿勢検出信号を制御計算部51に出力する。
The
筐体11には、車輪6が回転可能に取り付けられている。ここでは、円盤上の車輪6が3つ設けられている。車輪6の一部は、筐体11の下面よりも下側に突出している。従って、車輪6が床面と接触している。2つの後輪602は、筐体11の後部に設けられている。後輪602は、駆動輪であり、駆動モータ603によって回転する。すなわち、駆動モータ603が駆動することによって、後輪602がその車軸周りに回転する。後輪602は、左右両側に設けられている。なお、後輪602には、その回転速度を読み取るためのエンコーダが内蔵されている。2つの後輪602は、同軸上に配置されている。左の後輪602の車軸と、右の後輪602の車軸は、同一直線上に配置されている。
また、車輪6には前輪601が含まれている。そして、1つの前輪601が筐体11の前部中央に設けられている。従って、Y方向において、2つの後輪602の間に、前輪601が配設されている。X方向において、前輪601の車軸と後輪602の車軸との間に、搭乗席8が設けられている。前輪601は、従動輪(補助輪)であり、移動体1の移動に応じて回転する。すなわち、後輪602の回転によって移動する方向、及び速度に応じて、前輪601が回転する。このように、後輪602の前に補助輪である前輪601を設けることで、転倒を防ぐことができる。前輪601は、フットレスト10の下方に設けられている。
Further, the
制御計算部51はCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、通信用のインタフェイスなどを有する演算処理装置である。また、制御計算部51は、着脱可能なHDD、光ディスク、光磁気ディスク等を有し、各種プログラムや制御パラメータなどを記憶し、そのプログラムやデータを必要に応じてメモリ(不図示)等に供給する。もちろん、制御計算部51は、物理的に一つの構成に限られるものではない。制御計算部51には、力センサ9からの出力に応じて駆動モータ603の動作を制御するための処理を行う。また、姿勢検出部4からの出力に応じて、車台13の傾きを制御するための処理を行う。すなわち、移動体1の姿勢が、車台13の傾きに応じて変化する。筐体11の内部には、姿勢を変化させるための機構が内蔵されている。この機構が動作することで搭乗席8が変位する。この構成については後述する。
The
次に、移動体1を移動させるための制御系について、図4を用いて説明する。図4は、移動体1を移動させるための制御系の構成を示すブロック図である。まず、力センサ9によって、座面8aにかかる力を検出する。センサ処理部53は、力センサ9からの計測信号に対して処理を行う。すなわち、力センサ9から出力される計測信号に対応する計測データに対して、演算処理を行う。これにより、制御計算部51に入力される入力モーメント値が算出される。なお、センサ処理部53は、力センサ9に内蔵されていてもよく、制御計算部51に内蔵されていてもよい。
Next, a control system for moving the moving
このように、力センサ9で計測されたモーメント(Mx、My、Mz)が各軸周りの入力モーメント値(Mx'、My'、Mz')に変換される。そして、入力モーメント値が各後輪602を動作させるために入力される入力値となる。このように、センサ処理部53は、各軸毎に入力値を算出する。入力モーメント値の大きさは、モーメントの大きさに応じて決まる。入力モーメント値の符号は、計測されたモーメントの符号によって決まる。すなわち、モーメントが正の場合、入力モーメント値も正となり、モーメントが負の場合、入力モーメント値も負となる。例えば、モーメントMxが正の場合、入力モーメント値Mx'も正となる。従って、この入力モーメント値が搭乗者の意図する操作に対応する入力値となる。
In this manner, the moments (Mx, My, Mz) measured by the
制御計算部51は、入力モーメント値(Mx'、My'、Mz')に基づいて、入力トルクτiを求める。例えば、入力トルクτi=(Mx'、My'、Mz')となる。そして、このトルクτiに基づいて制御計算を行う。これにより、駆動モータ603を駆動するための指令値が算出される。通常、トルクτiが大きいほど、指令値が大きくなる。この指令値は、駆動モータ603に出力される。なお、本実施形態では、左右の後輪602が駆動輪であるため、2つの駆動モータ603が図示されている。そして、一方の駆動モータ603が右の後輪602を回転させ、他方の駆動モータ603が左の後輪602を回転させる。駆動モータ603は、指令値に基づいて後輪602を回転させる。すなわち、駆動モータ603は、駆動輪である後輪602を回転させるための指令トルクを与える。もちろん、駆動モータ603は、減速機などを介して、後輪602に回転トルクを与えてもよい。例えば、制御計算部51から、指令値として指令トルクが入力された場合、その指令トルクで、駆動モータ603が回転する。これにより、後輪602が回転して、移動体1が所望の方向に、所望の速度で移動する。もちろん、指令値は、駆動モータ603のトルクに限らず、回転速度、回転数であってもよい。
The
さらに、駆動モータ603にはそれぞれ、エンコーダ603aが内蔵されている。このエンコーダ603aは、駆動モータ603の回転速度等を検出する。そして、検出された回転速度は、制御計算部51に入力される。制御計算部51は、現在の回転速度と、目標となる回転速度とに基づいてフィードバック制御を行う。例えば、目標回転速度と現在回転速度との差分に、適当なゲインを乗じて、指令値を算出する。もちろん、左右の駆動モータ603に出力される指令値は、異なる値であってもよい。すなわち、前方、又は後方に直進する場合は、左右の後輪602の回転速度が同じになるように制御し、左右に旋回する場合は、左右の後輪602が、同じ方向で異なる回転速度になるよう制御する。また、その場旋回する場合は、左右の後輪602が反対方向に回転するように制御する。
Furthermore, each of the
例えば、搭乗者が前傾姿勢になると、搭乗席8にピッチ軸周りの力が加わる。すると、力センサ9が+Myのモーメントを検出する(図3参照)。この+Myのモーメントによって、センサ処理部53は、移動体1を並進させるための入力モーメント値My'を算出する。同様に、センサ処理部53は、Mxに基づいて入力モーメント値Mx'を算出し、Mzに基づいて、入力モーメント値Mz'を算出する。これにより、トルクτiが求められる。
For example, when the occupant assumes a forward leaning posture, a force around the pitch axis is applied to the
制御計算部51が、入力モーメント値とエンコーダの読み値に基づいて、指令値を算出する。これにより、左右の後輪602が所望の回転速度で回転する。同様に、右方向に曲がる場合は、搭乗者が右側に体重移動する。これにより、搭乗席にロール軸周りの力が加わり、力センサ9が+Mxのモーメントを検出する。この+Mxのモーメントによって、センサ処理部53は、移動体1を右方向に旋回させるための入力モーメント値Mx'を算出する。すなわち、移動体1が移動する方向に対応する舵角が求められる。そして、入力モーメント値に応じて、制御計算部51が指令値を算出する。この指令値に応じて、左右の後輪602が異なる回転速度で回転する。すなわち、左側の後輪602が右側の後輪602よりも速い回転速度で回転する。
The
My'に基づいて、前後方向の並進移動に対する成分が求められる。すなわち、左右の後輪602を同じ方向に同じ回転速度で駆動するための駆動トルクなどが決定する。従って、My'、すなわち、Myが大きいほど、移動体1の移動速度が速くなる。Mx'に基づいて、移動方向、すなわち、舵角に対する成分が求められる。すなわち、左右の後輪602の回転トルク差が決定される。従って、Mx'、すなわち、Mxが大きいほど、左右の後輪602の回転速度の違いが大きくなる。
Based on My ′, a component for translational movement in the front-rear direction is obtained. That is, the driving torque for driving the left and right
Mz'に基づいて、その場旋回に対する成分が求められる。すなわち、左右の後輪602を反対方向に回転させて、その場旋回するための成分が求められる。従って、Mz'、すなわち、Mzが大きいほど、左右の後輪602における反対方向の回転速度が大きくなる。例えば、Mz'が正の場合、上側から見て、左周りにその場旋回する駆動トルクなどが算出される。すなわち、右側の後輪602が前方に回転し、左側の後輪602が同じ回転速度で後方に回転することとなる。
Based on Mz ′, a component for in-situ turning is determined. That is, a component for turning on the spot by rotating the left and right
そして、それぞれの入力モーメント値Mx'、My'、Mz'に基づいて算出された3つの成分を合成して、2つの後輪602を駆動するための指令値を算出する。これにより、左右の後輪602に対する指令値がそれぞれ算出される。駆動トルクや回転速度などが指令値として算出される。すなわち、入力モーメント値Mx'、My'、Mz'に対応する成分毎に算出された値を合成することで左右の後輪602に対する指令値が算出される。このように、計測されたモーメントMx、My、Mzに基づいて算出された入力モーメント値Mx'、My'、Mz'によって、移動体1が移動する。すなわち、搭乗者の体重移動によるモーメントMx、My、Mzによって、移動体1の移動方向、及び移動速度が決定する。
Then, the three components calculated based on the respective input moment values Mx ′, My ′, and Mz ′ are combined to calculate a command value for driving the two
このように、搭乗者の動作によって、移動体1を移動させるための入力が行われる。すなわち、搭乗者の姿勢変化によって、各軸周りのモーメントが検出される。そして、これらのモーメントの計測値に基づいて、移動体1が移動する。これにより、搭乗者が、移動体1を簡便に操作することができる。すなわち、ジョイスティックやハンドルなどの操作が不要となり、体重移動のみでの操作が可能となる。例えば、右斜め前方に移動したい場合は、体重を右前方にかける。また、左斜め後方に移動したい場合は、体重を左後方にかける。これにより、搭乗者の重心位置が変化して、その変化量に応じた入力が行われる。すなわち、搭乗者の重心移動に応じたモーメントを検出することで、直感的に操作することができる。
Thus, the input for moving the
制御計算部51には、判別部12からの判別信号が入力されている。判別部12には、接触センサ58と判別情報処理部59が設けられている。接触センサ58は、上記のように、フットレスト10の上面において、アレイ状に配列されている。そして、各接触センサ58は、上に何かが接触しているときに接触信号を出力する。判別情報処理部59は、この接触信号に基づいて処理を行い、搭乗者の足裏が接触しているかを判別する。すなわち、接触信号を出力している接触センサの分布に応じて、足裏がフットレスト10に接触しているか否かを判別する。接触信号を出力している接触センサの分布が足裏形状に近い場合は、搭乗者の足裏が接触していると判別し、それ以外の時は人以外の物が接触していると判別する。
A determination signal from the
なお、センサ処理部53及び判別情報処理部59など各処理部は、制御計算部51と同様に、CPUやRAMなどから構成されている。そして、所定のプログラムにしたがって、演算処理を行う。もちろん、各処理部や制御計算部51は、物理的に同じ構成であってもよい。すなわち、1つの演算処理回路において、処理や演算を行ってもよい。
Each processing unit such as the
本実施の形態では、判別部12において、搭乗者の足裏が接触しているか否かを判別している。例えば、図5に示すように、フットレスト10に接触センサ58を設ける。接触センサ58は、フットレスト10の表面にアレイ状に配列されている。したがって、接触信号を出力する接触センサ58の分布によって、接触している対象の形状が認識される。接触している対象の形状が、一般的な足裏形状に近く、足裏が2つある場合、搭乗者71の足裏が接触していると判断する。反対に、接触している対象の形状が一般的な足裏形状と大きく異なっている場合、搭乗者の足裏が接触していないと判断する。このように、フットレスト10に接触センサ58を設けることで、搭乗者の足裏の接触の有無を容易かつ確実に判別することができる。
In the present embodiment, the
本実施の形態では、接触センサ58からの判別結果と力センサ9からの出力とに基づいて、移動体1の動作モードを切替える。すなわち、移動体モードと椅子モードとの間の動作モードの切替を行う。ここでは、移動体モードは、移動体としての制御モードであり、搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体として利用可能とする。椅子モードは、椅子としての制御モードであり、移動体モードの場合よりも後輪602の駆動を制限して椅子としての使用を可能とする。これにより、搭乗者の利用状況に応じて、移動体の制御モードを切替えることで、高い操作性を実現することができる。
In the present embodiment, the operation mode of the moving
さらに、移動体1には、搭乗席8を駆動するための駆動部5が設けられている。この駆動部5に対する制御について説明する。駆動部5は、ヨー軸機構501とピッチ軸機構502とロール軸機構503を有している。ヨー軸機構501とピッチ軸機構502とロール軸機構503は、回転関節であり、これらが動作することで、搭乗席8の姿勢が変化する。ヨー軸機構501は、搭乗席8をヨー軸周りに回転させる。ピッチ軸機構502は搭乗席8をピッチ軸周りに回転させる。ロール軸機構503は、搭乗席8をロール軸周りに回転させる。これにより、車台13に対する座面8aの角度が変化する。すなわち、車台13に対して座面8aが傾くようになる。したがって、駆動部5が搭乗席8を駆動する駆動部として、ヨー軸機構501とピッチ軸機構502とロール軸機構503はそれぞれ、関節駆動用のモータや減速器を有している。そして、その関節モータの回転角を検出するためのエンコーダ501a、502a、503aがそれぞれ設けられている。
Furthermore, the moving
制御計算部51は、上記のように、センサ処理部53からのトルクに応じて、制御計算を行う。そして、制御計算部51は、ヨー軸機構501、ピッチ軸機構502、及びロール軸機構503の関節を駆動するための指令値を出力する。すなわち、制御計算部51は、トルクに基づいて、各軸機構の目標関節角度を算出する。そして、制御計算部51は、目標関節角度に応じた指令値を算出して、各モータに出力する。これにより、ヨー軸機構501、ピッチ軸機構502、及びロール軸機構503の各関節が目標関節角度になる。すなわち、目標関節角度に追従するように、各軸機構が駆動する。よって、移動体1の姿勢が変化して、搭乗席8の座面8aを所望の角度にすることができる。
As described above, the
このように、力センサ9に対する入力に応じて座面8aの傾斜角度が変化する。これにより、搭乗者が入力値を直感的に把握することができる。よって、操作性を向上することができる。
Thus, the inclination angle of the
次に、移動体1の姿勢を変化させるための構成について、図6を用いて説明する。図6は、姿勢を変化させるための機構の構成を示す図であり、車台13の内部構成を示している。図6に示すように、車台13には、姿勢を制御するためのフレーム部2が設けられている。フレーム部2は、筐体11内に配設される。フレーム部2は、第1の平行リンク機構201と第2の平行リンク機構202とが、交差部分で相互の回転を拘束しないように、平面視T字状に連結されている。
Next, the structure for changing the attitude | position of the
第1の平行リンク機構201は、前後方向に配置されている。この第1の平行リンク機構201は、四本の横リンク201a、前後の縦リンク201bを備えている。横リンク201aは、全て等しい長さとされている。横リンク201aの両端には、図示を省略したが、縦リンク201bとの連結軸を嵌め込む嵌合穴が形成されている。二本の横リンク201aは上下に配置されており、当該二本の横リンク201aを一組として、縦リンク201bを挟み込むように、当該縦リンク201bの左右両側に配置されている。
The first
縦リンク201bの左右両側部からは、図示を省略したが、それぞれ上下方向に等しい間隔を開けて相対峙する配置で、横リンク201aとの連結軸が左右方向に突出している。この連結軸は、横リンク201aと縦リンク201bとの回転軸として、横リンク201aの嵌合穴に軸受け等を介して嵌め込まれている。
Although not shown from the left and right side portions of the
本実施形態の前側の縦リンク201bはL字形状に形成されている。縦リンク201bの垂直片の上下端部に、横リンク201aが連結軸を介して回転可能に連結されている。縦リンク201bの水平片の先端に、車輪6として自在式のキャスターが設けられている。移動体1の移動方向が変化すると、その変化に応じてキャスターの方向が回転する。後側の縦リンク201bは、下側の横リンク201aより下方に突出する突出部を備えている。この突出部の前後両側部からは、図示を省略したが、それぞれ相対峙する配置で第2の平行リンク機構202との連結軸が前後方向に突出している。さらに後側の縦リンク201bの前後両側部における上下の横リンク201aの間の部分からも、図示を省略したが、それぞれ相対峙する配置で第2の平行リンク機構202との連結軸が前後方向に突出している。
The
第2の平行リンク機構202は、左右方向に配置されている。この第2の平行リンク機構202は、四本の横リンク202a、左右の縦リンク202bを備えている。横リンク202aは、全て等しい長さとされている。横リンク202aの両端には、図示を省略したが、縦リンク202bとの連結軸を嵌め込む嵌合穴が形成されている。さらに横リンク202aの長手方向の略中央位置には、図示を省略したが、第1の平行リンク機構201との連結軸を嵌め込む嵌合穴が形成されている。二本の横リンク202aは上下に配置されており、当該二本の横リンク202aを一組として、縦リンク202b及び第1の平行リンク機構201の後側の縦リンク201bを挟み込むように、当該縦リンク202b及び第1の平行リンク機構201の後側の縦リンク201bの前後両側に配置されている。第1の平行リンク機構201の後側の縦リンク201bから突出する連結軸は、第1の平行リンク機構201と第2の平行リンク機構202との回転軸として、横リンク202aの略中央位置の嵌合穴に軸受け等を介して嵌め込まれている。
The second
縦リンク202bの前後両側部からは、図示を省略したが、それぞれ上下方向に等しい間隔を開けて相対峙する配置で、横リンク202aとの連結軸が前後方向に突出している。この連結軸は、横リンク202aと縦リンク202bとの回転軸として、横リンク202aの端部の嵌合穴に軸受け等を介して嵌め込まれている。
Although not shown from the front and rear side portions of the
その結果、第1の平行リンク機構201は、第2の平行リンク機構202に拘束されることなく、前後方向に回転可能な構成となる。一方、第2の平行リンク機構202は、第1の平行リンク機構201に拘束されることなく、左右方向に回転可能な構成となる。
As a result, the first
搭乗部3は、姿勢検出部4の上に設けられ、フレーム部2の回転に連動する。具体的にいうと、搭乗部3は、第1の平行リンク機構201の上下の横リンク201aに支持軸301を介して連結されている。この支持軸301の上部及び下部の左右両側部からは、図示を省略したが、第1の平行リンク機構201の上下の横リンク201aとの連結軸が左右方向に突出している。第1の平行リンク機構201の横リンク201aにおける長手方向の略中央位置には、図示を省略したが、支持軸301から突出する連結軸を嵌め込む嵌合穴が形成されている。支持軸301は、縦リンク201bを挟み込むように、当該縦リンク201bの左右に配置された横リンク201aの間に挿入されている。支持軸301から突出する連結軸は、第1の平行リンク機構201の嵌合穴に軸受け等を介して嵌め込まれている。その結果、第1の平行リンク機構201が前後方向に回転すると、支持軸301と縦リンク201bとは平行状態を維持した状態で連動する。
The boarding unit 3 is provided on the
駆動部5が駆動することで、フレーム部2が動作する。これにより、移動体1の姿勢が変化する。車台13が傾くことで、搭乗部3の角度が変化する。なお、駆動部5には、ヨー軸周りに回転するヨー軸機構501と、ピッチ軸周りに回転するピッチ軸機構502と、ロール軸周りに回転するロール軸機構503が設けられている。ヨー軸機構501は、例えば、支持軸301と姿勢検出部4の間に設けられている。すなわち、ヨー軸機構501が3つの機構の中で、最も搭乗部3側に設けられている。なお、ヨー軸機構501は、搭乗部3をヨー軸周りに旋回させる旋回関節であり、ピッチ軸機構502及びロール軸機構503は搭乗部3を軸周りに回転させる回転関節である。
When the driving
次に、移動体1の制御方法について図7を用いて説明する。図7は、移動体1の制御方法を示すフローチャートである。図7は、移動体1の制御における1サイクルを示している。このフローチャートにしたがって、移動体1の移動制御と、姿勢制御が行われる。すなわち、図7には、後輪602の駆動と、駆動部5の駆動の制御方法が示されている。
Next, a method for controlling the moving
まず、ヨー軸機構501、ピッチ軸機構502、ロール軸機構503の関節角を検出する(ステップS101)。すなわち、各軸機構に設けられているエンコーダ501a、502a、503aによって、それぞれの関節の角度を検出する。移動体1は、この関節角度に応じた姿勢となっている。次に、力センサ9によって、モーメントの値を検出する(ステップS102)。すなわち、モーメント(Mx,My、Mz)を測定する。そして、力センサ9のオフセット修正を行う(ステップS103)。すなわち、搭乗者が座っている位置がずれている場合に、その位置に対してオフセットを与える。入力されるモーメントに対して、搭乗位置の位置ずれを補正するように、制御目標原点にオフセットを与える。これにより、位置ずれを補正したモーメント(Mx',My'、Mz')を算出することができる。なお、ステップS101とステップS102の順番は反対でもよく、ステップS101とステップS102を並行して行ってもよい。
First, the joint angles of the
座面の平衡位置姿勢φidを入力する(ステップS104)。上記のように、移動体1が平坦な床を移動している時に、座面8aが水平になる位置が平衡位置姿勢となっている。この時のヨー軸機構501、ピッチ軸機構502、ロール軸機構503の関節角度が平衡位置姿勢に対応する。したがって、本実施の形態では、平衡位置姿勢が一定になっている。すなわち、移動状況によらず、各軸の関節角度が一定になるような平衡位置姿勢が選ばれている。
The equilibrium position and orientation φid of the seat surface is input (step S104). As described above, when the moving
次に、コンプライアンス補償を行う(ステップS105)。ここでのコンプライアンス制御によって、ヨー軸機構501、ピッチ軸機構502、ロール軸機構503の目標関節角度が決定する。コンプライアンス制御とは、バネ特性、ダンピング特性を擬似的に備えている振る舞いをする制御である。ヨー軸機構501、ピッチ軸機構502、ロール軸機構503の動作によってバネ特性、ダンピング特性が示される。このコンプライアンス制御を導入することで、搭乗者の力に応じて、座面8aを傾けることが可能になる。ここでは、ヨー軸機構501、ピッチ軸機構502、ロール軸機構503の関節角度、力センサ9のモーメント、座面8aの平衡位置姿勢を用いて、コンプライアンス制御が行われる。これにより、ヨー軸機構501、ピッチ軸機構502、ロール軸機構503の目標関節角度が算出される。このステップの詳細については、後述する。
Next, compliance compensation is performed (step S105). The target joint angles of the
そして、座面8aを制御する(ステップS106)。すなわち、ヨー軸機構501、ピッチ軸機構502、ロール軸機構503がそれぞれ目標関節角度になるように、各軸に設けられているモータを駆動する。これにより、座面8aの傾きが変化して、現在目標位置姿勢となる。ここでは、力センサ9の出力に応じて、座面8aの傾きが変化している。すなわち、座面8aに対する力に応じて、搭乗者が座面8aから力を受ける。よって、搭乗者19が力センサ9への入力を直感的に把握することができる。これにより、操作性が向上し、搭乗者19の意図通りに移動することができる。
Then, the
次に動作モードの切替判断を行う(ステップS107)。すなわち、接触センサ58からの判別結果と力センサ9からの出力とに基づいて、移動体1の動作モードを切替えるか否かを判別する。まず、アレイ状に配列された接触センサ58で接触しているか否かを判別する。そして、搭乗者の足裏が接触しているか否かを判別情報処理部59が判別する。ここでは、足裏が2つある場合に、搭乗者の足裏が接触していると判別している。そして、搭乗者の足裏が接触していると判別し、かつ、力センサ9からの出力がある場合に、椅子モードへと切替える。それ以外の場合には、移動体モードとなる。椅子モードとなった場合、後述するステップS111において制御計算部51が駆動モータ603を駆動するための指令値を算出するときのゲインを変更する。ここでは、ゲインを移動体モードの場合よりも、小さくする。そして、変更したゲインを適用して、駆動モータ603を駆動する。移動体モードの場合には、ゲインを変更せずに、駆動モータ603を駆動する。
Next, the operation mode switching determination is performed (step S107). That is, based on the determination result from the
次に、車輪回転角、速度、トルクを検出する(ステップS108)。すなわち、エンコーダ603aの出力に基づいて、左右の後輪602の動作状態を検知する。そして、ピッチ軸周りの目標関節角度から、移動体1の前後進速度を算出する(ステップS109)。このとき、ステップS105で求めた現在目標位置姿勢φiに基づいて、前後進速度を算出している。すなわち、制御計算部51は、ピッチ軸機構502の目標関節角度に基づいて前後進速度を算出している。よって、目標となる前後進速度は、力センサ9のモーメントと、座面の平衡位置姿勢と、各関節角度によって、決まる。
Next, the wheel rotation angle, speed, and torque are detected (step S108). That is, the operating state of the left and right
さらに、ロール軸、ヨー軸の関節角度から移動体1の旋回速度を算出する(ステップS110)。制御計算部51は、ステップS105で求めた現在目標位置姿勢φiに基づいて旋回速度を算出している。すなわち、制御計算部51は、ヨー軸機構501、ロール軸機構503の目標関節角度に基づいて前後進速度を算出している。よって、目標となる前後進速度は、力センサ9のモーメントと、座面の平衡位置と、各関節角度によって、決まる。
Further, the turning speed of the moving
そして、前後進速度と、旋回速度とを合成して、左右の後輪602の回転トルクを算出する(ステップS111)。すなわち、後輪602を回転させるための回転トルクを、計算する。左右の後輪602のトルクが指令値となって、駆動モータ603に出力される。ここでは、ステップS108で検出された後輪602の回転角と目標速度とを用いてフィードバック制御を行う。制御計算部51が駆動モータ603を駆動するための指令値を出力する。これにより、ステップS109で算出された前後進速度、かつステップS110で算出された旋回速度に近い速度で移動体1が移動する。したがって、力センサ9による入力に応じて、移動体1が搭乗者の意図通りに移動する
Then, the forward / reverse speed and the turning speed are combined to calculate the rotational torque of the left and right rear wheels 602 (step S111). That is, the rotational torque for rotating the
ステップS111において、制御計算部51は、搭乗者の体重移動に応じて指令値を算出する。ここで、ステップS107で椅子モードに切替えられた場合には、指令値を算出する際のゲインが変更されている。すなわち、ゲインを移動体モードの場合よりも、小さな値に変更されている。これにより、搭乗者の体重移動に対して、駆動モータ603への指令値を抑えることができ、移動体1の位置をゆっくりと移動させることができる。言い換えると、椅子モードの場合には、移動体1を不用意に移動させずに、かつ、あたかも椅子に座っているかのように、搭乗者の体重移動に応じて移動体1を動作させることができる。さらに、ゲインを0に変更した場合には、駆動モータ603の制御を行わないことになり、移動体1の位置を移動させないようにすることもできる。すなわち、移動体1の位置をその場に固定し、搭乗者の体重移動に応じて座面のみを動作させることもできる。なお、移動体モードの場合には、ゲインを変更せずに、駆動モータ603を駆動するため、搭乗者の体重移動に応じて移動体1と座面を動作させる。さらには、座面を固定し、かつ、車輪6についても動作させないものとし、椅子としても利用することが可能である。これにより、搭乗者の利用状況に応じて、移動体の制御モードを切替えることで、高い操作性を実現することができる。
In step S111, the
次に、ステップS105のコンプライアンス補償について、図8を用いて説明する。図8は、コンプライアンス制御の詳細を示すフローチャートである。まず、搭乗者が体重移動する(ステップS201)。すなわち、移動体1を移動させるため、体重移動によって入力を行う。これにより、力センサ9にかかる力が変化する。座面8aにかかる3軸周りのトルクτiを力センサ9で感知する(ステップS201)。このトルクτiは、入力モーメントから算出することができる。ヨー軸周りのトルクτθz(=Mz')、ピッチ軸周りのトルクτθy(=My')、ロール軸周りのトルクτθx(=Mx')がそれぞれ算出される。このように、τiは、トルクであり、ロール、ピッチ、ヨーに対する成分を含んでいる。すなわち、τiは、τθx、τθy、τθzの3成分を含んでいる。
Next, the compliance compensation in step S105 will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart showing details of the compliance control. First, the passenger moves weight (step S201). That is, in order to move the
また、ステップS201、S202と並行して、座面の平衡位置姿勢φidを入力する(ステップS203)。この平衡位置姿勢φidはヨー軸機構501、ピッチ軸機構502、ロール軸機構503の基準となる基準位置を示すものとなる。すなわち、各軸機構の基準となる関節角度が制御計算部51に入力される。本実施の形態では、座面の平衡位置姿勢φidの値が固定されている。制御計算部51のメモリ等に、平衡位置姿勢φidとなる関節角度が記憶されている。そして、この関節角度を読み出すことによって、平衡位置姿勢φidが入力される。移動体1が平坦な床を移動している時に、座面8aが水平になる位置が平衡位置となっている。したがって、各軸機構における一定の関節角度が平衡位置姿勢φidを示すことになる。平衡位置姿勢φidは各軸周りに対して決められている。平衡位置姿勢φidは、ロール軸周り平衡位置姿勢φθxd、ピッチ軸周りの平衡位置姿勢φθyd、ヨー軸周りの平衡位置姿勢φθzdの3成分から構成されている。これらは、各軸機構の基準となる関節角度に対応している。
In parallel with steps S201 and S202, an equilibrium position and orientation φid of the seating surface is input (step S203). This equilibrium position / orientation φid indicates a reference position that serves as a reference for the
次に、トルクτiと平衡位置姿勢φidから座面の現在目標位置姿勢φiを求める(ステップS204)。ここでは、ステップS204に記載されている数式に基づいて、制御計算部51が搭乗部3の現在目標位置姿勢φiを算出している。すなわち、ステップS204に記載されている方程式を解くことで、現在目標位置姿勢φiを算出することができる。現在目標位置姿勢φiは、例えば、ヨー軸機構501の目標関節角度、ピッチ軸機構502の目標関節角度、ロール軸機構503における目標関節角度から構成されている。したがって、現在目標位置姿勢φiはφθx、φθy、φθzの3成分から構成されている。各軸機構における目標関節角度が、トルクτiと平衡位置姿勢φidに基づいて算出される。
Next, the current target position / posture φi of the seating surface is obtained from the torque τi and the equilibrium position / posture φid (step S204). Here, the
ステップS204の方程式において、Miは慣性行列、Diは粘性係数行列、Kiは剛性行列であり、これらは、3×3の行列である。慣性行列、粘性係数行列、剛性行列は、移動体1の構成、動作に応じて設定することができる。また、φi、φidの上に付されている・(ドット)は、時間微分を示している。ドットが1個付されている場合は、1回微分を、2個付されている場合は、2回微分を示している。例えば、φiの上に1個のドットが付されていると、目標姿勢速度となり、2個のドットが付されていると、目標姿勢加速度となる。同様に、φidの上に1個のドットが付されていると、平衡位置姿勢速度となり、2個のドットが付されていると、平衡位置姿勢加速度となる。本実施形態では、平衡位置姿勢φidが固定されているため、平衡位置姿勢速度、平衡位置姿勢加速度は、基本的に0となる。
In the equation of step S204, Mi is an inertia matrix, Di is a viscosity coefficient matrix, Ki is a stiffness matrix, and these are 3 × 3 matrices. The inertia matrix, the viscosity coefficient matrix, and the stiffness matrix can be set according to the configuration and operation of the moving
次に、モードに応じてゲインを変更する(ステップS205)。椅子モードである場合には、ゲインをより小さなものに変更する。移動体モードである場合には、ゲインを変更しない。 Next, the gain is changed according to the mode (step S205). In the case of the chair mode, the gain is changed to a smaller one. When in the mobile mode, the gain is not changed.
そして、現在目標位置姿勢φiに基づいて移動制御を行う(ステップS206)。さらに、移動制御と並行して、座面の傾き制御を行う(ステップS207)。移動制御では、ステップS109、及びステップS110に示したように、現在目標位置姿勢φiに基づいて前後進速度、及び旋回速度を算出する。すなわち、現在目標位置姿勢φθyに応じて、移動体1の前後進速度が決まる。φθyの値が大きいほど、前後進速度が大きくなる。また、現在目標位置姿勢φθx、φθzに応じて移動体1の旋回速度が決まる。φθx、φθzの値が大きいほど、旋回速度が大きくなる。そして、前後進速度、及び旋回速度から、左右の後輪602の回転トルクを算出する。ここでは、前後進速度と旋回速度を合成して、左右の後輪602に対する目標回転速度を算出する。そして、現在の回転速度と目標回転速度との差分から、回転トルクを算出するためのフィードバック制御を行っている。制御計算部51は、この回転トルクを指令値として、駆動モータ603に出力する。このようにして、移動制御が行われる。
Then, movement control is performed based on the current target position and orientation φi (step S206). Further, in parallel with the movement control, tilt control of the seating surface is performed (step S207). In the movement control, as shown in step S109 and step S110, the forward / reverse speed and the turning speed are calculated based on the current target position / posture φi. That is, the forward / reverse speed of the moving
座面8aの傾き制御も現在目標位置姿勢φiに基づいて行われる。すなわち、現在目標位置姿勢φiを入力として、各軸機構に対する指令値を算出する。現在目標位置姿勢φiに基づいて、各軸機構の指令値が算出される。そして、この指令値に応じて、ヨー軸機構501、ピッチ軸機構502、ロール軸機構503が駆動する。よって、ヨー軸機構501の目標関節角度、ピッチ軸機構502の目標関節角度、ロール軸機構503における目標関節角度になるように座面8aの傾きが変化する。このように、各軸機構が目標関節角度に追従するように駆動する。これにより、搭乗部3の姿勢が変化して、座面8aの傾きが変化する。よって、搭乗者が座面8aから力を受ける。そして、座面8aが現在目標位置姿勢φiになる。
The inclination control of the
このように、現在目標位置姿勢φiを利用して、移動制御と、座面8aの傾き制御が行われている。すなわち、各モータに対する指令値が現在目標位置姿勢φiに基づいて算出されている。制御計算部51は、搭乗席を駆動する駆動部5の駆動量と、座面8aの平衡位置姿勢と、力センサ9からの計測信号とに基づいて、後輪602、及び駆動部5を駆動するための指令値を算出する。
Thus, the movement control and the tilt control of the
このように、車台13に搭乗席8を固定する方法が、剛体結合ではなく、入力に対してある程度変形、変位する構造となっている。よって、バネのような柔らかい動きをさせる制御をすることができる。すなわち、自動車で表すならサスペンションとして、駆動部5が機能する。そして、力センサ9での検出結果に基づいて、駆動部5を制御する。
Thus, the method of fixing the
これにより、操作性を向上することができる。すなわち、各軸周りの機構が駆動することで、どのくらいの操作量で操作しているかを直感的に把握することができる。実際の操作量と意図する操作量の違いを認識することができる。よって、意図する操作量に対する実際の操作量のずれを抑制することができる。また、搭乗者が遠心力を受けている場合でも、意図する移動を行うための操作が可能となる。すなわち、必要以上にスピードが出たり、必要以上にスピードが低下したりするのを防ぐことができる。これにより、操作性の高い移動体1を実現することができる。
Thereby, operability can be improved. That is, by driving the mechanism around each axis, it is possible to intuitively understand how much operation is being performed. The difference between the actual operation amount and the intended operation amount can be recognized. Therefore, the shift of the actual operation amount with respect to the intended operation amount can be suppressed. Further, even when the occupant is receiving centrifugal force, an operation for performing the intended movement is possible. That is, it is possible to prevent the speed from being increased more than necessary or the speed from being decreased more than necessary. Thereby, the
本実施の形態では、移動状況によらず平衡位置姿勢となる関節角度が一定となっている。搭乗者が操作量を把握し易くなる。例えば、搭乗者が力を抜いた場合、座面8aが平衡位置姿勢に戻る。これにより、操作性を向上することができる。また、移動制御も現在目標位置姿勢φiに基づいて行われている。これにより、搭乗者の意図通りに、前後進速度、及び旋回速度を算出することができる。よって、操作性を向上することができる。制御計算部51は、駆動部5の駆動量と搭乗席8の平衡位置姿勢φidと力センサ9からの計測信号とに基づいて、後輪602、及び駆動部5を駆動するための指令値を算出する。よって、的確に指令値を算出することができ、搭乗者の意図通りに移動することができる。
In the present embodiment, the joint angle at which the equilibrium position / posture becomes constant regardless of the movement state. It becomes easier for the passenger to grasp the operation amount. For example, when the passenger removes the force, the
尚、平衡位置姿勢の入力は動的に変化させる構成としてもよい。例えば、移動体1が傾斜面や段差面を移動する場合、その傾斜面等に応じて、座面8aが傾く。そこで、傾斜面に応じて、駆動部5を駆動するようにしてもよい。例えば、傾斜面であっても座面が水平に近づくように駆動部5を駆動することで、傾斜面や片輪段差を移動する場合でも、操作性が高くなる。
The input of the equilibrium position / posture may be dynamically changed. For example, when the moving
実施の形態2.
本実施の形態では、実施の形態1に比べて、移動体モードと椅子モードとの間で動作モードを切替えるモード切替手段が異なっている。すなわち、本実施の形態では、移動体モードと椅子モードとの間の動作モードの切替を入力するスイッチを備えている。なお、以下に特に説明する点を除いて、他の構成、及び制御については、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
In the present embodiment, the mode switching means for switching the operation mode is different between the moving body mode and the chair mode as compared with the first embodiment. That is, in the present embodiment, a switch is provided for inputting switching of the operation mode between the moving body mode and the chair mode. Except for the points specifically described below, other configurations and controls are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
本実施の形態にかかる移動体1のモード切替手段の構成について、図9を用いて説明する。図9は、本実施の形態に係る搭乗席の構成を示す図である。搭乗席8には、肘掛部20及び背もたれ部21が設けられている。肘掛部20は、搭乗席8の両側に設けられ、搭乗者の肘を支持する。背もたれ部21は、搭乗席8の後側に設けられ、搭乗者の背中を支持する。すなわち、搭乗者は、肘掛部20及び背もたれ部21により支持される。これにより、搭乗者を搭乗席の所定の位置に規定することができる。従って、予め制約された搭乗位置に対して、搭乗者の座る位置の前後左右のずれを効果的に抑制することができる。尚、肘掛部20及び背もたれ部21の形状は、図9に示した形状に限定されない。例えば、肘掛部20は、座面8aの上方位置に配置され、背もたれ部21の両側から前方に延びるように設けてもよい。
The configuration of the mode switching means of the moving
尚、図9においては、肘掛部20及び背もたれ部21の両方を備えるものとして説明したが、肘掛部20及び背もたれ部21の少なくとも一つを有していればよい。すなわち、肘掛部20のみ、または、背もたれ部21のみを有する場合であっても、搭乗者の座る位置のずれを効果的に抑制することができる。また、肘掛部20は、搭乗席8の少なくとも一側に設けるようにしてもよい。さらに、搭乗席8には、搭乗者の胴部を保持するシートベルトを有するようにしてもよい。これにより、搭乗者を固定することで、搭乗者の座る位置をより限定することができる。よって、より効果的に搭乗者の座る位置のずれを抑制することができる。
In addition, in FIG. 9, although demonstrated as what has both the
肘掛部20には、移動体モードと椅子モードとの間の動作モードの切替えを入力するスイッチ22が設けられている。すなわち、搭乗者71は、スイッチ22を操作することで、移動体モードと椅子モードとの間の動作モードの切替えを行うことができる。これにより、上述したステップS107での切替判断が行われる。そして、椅子モードとなった場合、ゲインが変更される。ここでは、ゲインを移動体モードの場合よりも、小さな値に変更される。そして、変更されたゲインが適用されて、駆動モータ603が駆動される。移動体モードの場合には、ゲインは変更されずに、駆動モータ603が駆動される。
The
これにより、椅子モードの場合には、搭乗者の体重移動に対して、駆動モータ603の応答性を低下させることで、移動体1の位置をゆっくりと移動させることができる。言い換えると、椅子モードの場合には、移動体1を不用意に移動させずに、かつ、あたかも椅子に座っているかのように、搭乗者の体重移動に応じて座面を動作させることができる。
ここでは、図9に示すように搭乗席8に背もたれ部21を設けることで、椅子モードの場合には、例えば、背もたれにもたれかかっているかのように、搭乗者は感じることができる。移動体モードの場合には、搭乗者の体重移動に応じて移動体1と座面を動作させる。これにより、搭乗者の利用状況に応じて、移動体の制御モードを切替えることで、高い操作性を実現することができる。
Thereby, in the case of the chair mode, the position of the
Here, as shown in FIG. 9, by providing the
その他の実施の形態
上述した実施の形態では、椅子モードの場合に、ゲインを変更するものとして説明したが、ゲインの変更方法としてはさまざま変更方法が考えられる。例えば、移動体1にゲインの大きさを調整する調整器を更に設けて、搭乗者1による調整器の操作量に応じて、ゲインの大きさを変更するようにしてもよい。これにより、搭乗者の体重移動に対して、駆動モータ603の応答性を変化させることで、例えば、椅子モードの場合には、移動体1の位置をゆっくりと移動させることができる。また、調整器の操作量に応じて、椅子モードと移動体モードとの間を切替えるようにしてもよい。これにより、搭乗者の利用状況に応じて、より柔軟に移動体の制御モードを切替えることができ、高い操作性を実現することができる。
Other Embodiments In the above-described embodiment, it has been described that the gain is changed in the chair mode, but various changing methods are conceivable as a method of changing the gain. For example, an adjuster that adjusts the magnitude of the gain may be further provided in the moving
また、本発明は、車輪型の移動体1に限らず、歩行型の移動体においても適用可能である。すなわち、車台13などの本体部を床面に対して移動させる移動機構が設けられているものであればよい。
The present invention is not limited to the wheel-
1 移動体、 2 フレーム部、 3 搭乗部、 4 姿勢検出部、 5 駆動部、
501 ヨー軸機構、 501a エンコーダ、
502 ピッチ軸機構、 502a エンコーダ、
503 ロール軸機構、 503a エンコーダ、
603 駆動モータ、 603a エンコーダ、
6 車輪、 601 前輪、 602 後輪、
603 駆動モータ、 603a エンコーダ、
8 搭乗席、 8a 座面、 9 力センサ、 10 フットレスト、
11 筐体、 12 判別部、 13 車台、
20 肘掛部、 21 背もたれ部、 22 スイッチ、
51 制御計算部、 52 バッテリ、 53 センサ処理部
58 接触センサ、 59 判別情報処理部、
201 第1の平行リンク機構、 201a 横リンク、 201b 縦リンク、
202 第2の平行リンク機構、 202a 横リンク、 202b 縦リンク、
301 支持軸
DESCRIPTION OF
501 yaw axis mechanism, 501a encoder,
502 pitch axis mechanism, 502a encoder,
503 roll shaft mechanism, 503a encoder,
603 drive motor, 603a encoder,
6 wheels, 601 front wheels, 602 rear wheels,
603 drive motor, 603a encoder,
8 Passenger seat, 8a Seat, 9 Force sensor, 10 Footrest,
11 housing, 12 discriminating part, 13 chassis,
20 armrests, 21 backrests, 22 switches,
51 control calculation unit, 52 battery, 53 sensor processing unit, 58 contact sensor, 59 discrimination information processing unit,
201 first parallel link mechanism, 201a horizontal link, 201b vertical link,
202 second parallel link mechanism, 202a horizontal link, 202b vertical link,
301 Support shaft
Claims (10)
前記搭乗席を支持する本体部と、
前記本体部を移動させる移動機構と、
前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測信号を出力するセンサと、
前記搭乗席の座面の角度を変えるように、前記搭乗席を駆動する搭乗席駆動機構と、
前記搭乗席駆動機構の駆動量と前記搭乗席の平衡位置姿勢と前記センサからの計測信号とに基づいて、前記移動機構、及び前記搭乗席駆動機構を駆動するための指令値を算出する制御計算部と、
移動体モードと、前記移動体モードの場合よりも前記移動機構の駆動を制限して椅子としての使用を可能とする椅子モードとの間で動作モードを切替えるモード切替手段と、を備え、
前記モード切替手段は、
前記椅子モードの場合に、前記制御計算部が前記移動機構を駆動するための指令値を算出するときのゲインを、前記移動体モードの場合よりも小さくする、
移動体。 The boarding seat where the passenger boarded,
A main body for supporting the boarding seat;
A moving mechanism for moving the main body,
A sensor that outputs a measurement signal corresponding to the force applied to the seating surface of the passenger seat;
A boarding seat drive mechanism for driving the boarding seat so as to change the angle of the seating surface of the boarding seat;
Control calculation for calculating command values for driving the moving mechanism and the passenger seat drive mechanism based on the driving amount of the passenger seat drive mechanism, the equilibrium position and posture of the passenger seat, and the measurement signal from the sensor And
E Bei a mobile mode, and a mode switching means for switching the operation mode between the chair mode to enable use as a chair by limiting the driving of the moving mechanism than in the mobile mode,
The mode switching means is
In the case of the chair mode, the gain when the control calculation unit calculates a command value for driving the moving mechanism is made smaller than in the case of the moving body mode.
Moving body.
前記センサからの出力と前記接触センサからの判別結果とに基づいて、前記移動体モードと前記椅子モードとの間の動作モードの切替を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の移動体。 The mode switching means includes a contact sensor that determines whether or not the passenger is in contact with the passenger,
The moving body according to claim 1, wherein an operation mode is switched between the moving body mode and the chair mode based on an output from the sensor and a determination result from the contact sensor.
ことを特徴とする請求項1に記載の移動体。 The mobile body according to claim 1, wherein the mode switching means includes a switch for inputting switching of an operation mode between the mobile body mode and the chair mode.
前記ゲインの大きさを調整する調整器を含む
ことを特徴とする請求項1〜3いずれか1項に記載の移動体。 The mode switching means is
The moving body according to claim 1 , further comprising an adjuster that adjusts the magnitude of the gain.
前記搭乗席駆動機構の目標駆動量に基づいて、前記移動体の前後進移動速度が算出されることを特徴とする請求項1〜4いずれか1項に記載の移動体。 Based on the driving amount of the passenger seat driving mechanism, the equilibrium position and posture of the passenger seat and the measurement signal from the sensor, the target driving amount of the passenger seat driving mechanism is calculated,
The moving body according to any one of claims 1 to 4 , wherein a forward / backward moving speed of the moving body is calculated based on a target drive amount of the passenger seat drive mechanism.
前記搭乗席を支持する本体部と、
前記本体部を移動させる移動機構と、
前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測信号を出力するセンサと、
前記搭乗席の座面の角度を変えるように、前記搭乗席を駆動する搭乗席駆動機構と、を備えた移動体の制御方法であって、
前記搭乗席駆動機構の駆動量と前記搭乗席の平衡位置姿勢と前記センサからの計測信号とに基づいて、前記移動機構、及び前記搭乗席駆動機構を駆動するための指令値を算出するステップと、
移動体モードと、前記移動体モードの場合よりも前記移動機構の駆動を制限して椅子としての使用を可能とする椅子モードとの間で動作モードを切替えるステップと、を備え、
前記椅子モードの場合に、前記移動機構、及び前記搭乗席駆動機構を駆動するための指令値を算出するときのゲインを、前記移動体モードの場合よりも小さくする、
移動体の制御方法。 The boarding seat where the passenger boarded,
A main body for supporting the boarding seat;
A moving mechanism for moving the main body,
A sensor that outputs a measurement signal corresponding to the force applied to the seating surface of the passenger seat;
A boarding seat drive mechanism for driving the boarding seat so as to change the angle of the seating surface of the boarding seat ,
Calculating a command value for driving the moving mechanism and the passenger seat drive mechanism based on a driving amount of the passenger seat drive mechanism, an equilibrium position and posture of the passenger seat, and a measurement signal from the sensor ; ,
E Bei a mobile mode, and a step of switching the operation mode between the chair mode to enable use as a chair by limiting the driving of the moving mechanism than in the mobile mode,
In the case of the chair mode, the gain when calculating the command value for driving the moving mechanism and the passenger seat drive mechanism is made smaller than in the case of the moving body mode.
Control method for moving objects.
前記センサからの出力と前記接触センサからの判別結果とに基づいて、前記移動体モードと前記椅子モードとの間の動作モードの切替を行う
ことを特徴とする請求項6に記載の移動体の制御方法。 A contact sensor that determines whether the passenger is in contact,
Based on the determination result from the contact sensor and the output from the sensor, the moving body according to claim 6, characterized in that for switching the operation mode between the mobile mode and the chair mode Control method.
ことを特徴とする請求項6に記載の移動体の制御方法。 The method for controlling a moving body according to claim 6, wherein an operation mode is switched between the moving body mode and the chair mode by a switch.
ことを特徴とする請求項6〜8いずれか1項に記載の移動体の制御方法。 The method for controlling a moving body according to any one of claims 6 to 8 , wherein the gain is adjusted by an adjuster.
前記搭乗席駆動機構の目標駆動量に基づいて、前記移動体の前後進移動速度が算出されることを特徴とする請求項6〜9いずれか1項に記載の移動体の制御方法。 Based on the driving amount of the passenger seat driving mechanism, the equilibrium position and posture of the passenger seat and the measurement signal from the sensor, the target driving amount of the passenger seat driving mechanism is calculated,
The method for controlling a moving body according to any one of claims 6 to 9 , wherein the moving speed of the moving body is calculated based on a target drive amount of the passenger seat drive mechanism.
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