JP5261081B2 - 倒立車輪型移動体、及びその制御方法 - Google Patents
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Description
本実施の形態にかかる移動体は倒立振子制御によって移動する倒立車輪型移動体である。移動体は、地面に接地した車輪を駆動することによって、所定の位置まで移動する。さらに、ジャイロセンサ等からの出力に応じて車輪を駆動することによって、倒立状態を維持することができる。また、移動体は、倒立状態を維持したまま、操作者が操作する操作量に応じて移動する。
18 右駆動輪、20 左駆動輪、21 右上リンク、22 左上リンク、
26 右マウント、28 左マウント、
30 車軸、32 車軸、34 右輪駆動モータ、36 左輪駆動モータ、
41 本体部、42 操作レバー、43 操作角センサ、44 バッテリーモジュール、
46 操作モジュール、48 ジャイロセンサ、51 補助輪、
52 右輪エンコーダ、54 左輪エンコーダ、55 補助輪支持ブロック、
58 センサ、60 右スイングアーム駆動モータ、62 右スイング軸
64 左スイングアーム駆動モータ、66 左スイング軸
67 スイングアーム関節、68 スライド機構、
70 搭乗席駆動モータ、72 ラックアンドピニオン、74 搭乗席、
76 上体部、77 車体部、78 駆動輪、
80 制御部、83 センサ類、
91 協調制御部、92 指令値生成部、93 非線形補償部、
100 移動体、
Claims (8)
- それぞれ左右に設けられた左右の車輪を回転可能に支持する車台と、
前記左右の車輪をそれぞれ回転駆動する左右の駆動モータに相当する第1の駆動部と、
支持部材を介して前記車台に対して回動可能に支持された車体部と、
前記車体部に含まれる搭乗席の位置を前後にスライドさせる搭乗席駆動モータに相当する第2の駆動部と、
前記車体部を支持しながら鉛直方向に伸縮するアーム機構であって、前記車体の左右それぞれに設けられ、かつ、アームを回転軸周りに回転させる回転関節がそれぞれ設けられた、左右のスイングアームに相当する第3の駆動部と、
前記第1の駆動部、前記第2の駆動部、及び第3の駆動部を制御する制御部と、
前記車体部の鉛直方向に対する傾斜角度及び傾斜角速度を取得する姿勢傾斜測定部と、
前記第1の駆動部の駆動量を取得する第1の測定部と、
前記第2の駆動部の駆動量を取得する第2の測定部と、
前記第3の駆動部の駆動量を取得する第3の測定部と、を備える倒立車輪型移動体であって、
前記制御部が、
前記倒立車輪型移動体のモデルを、前記左右のスイングアームそれぞれの回転角度θ al 、θ ar に関する時間積分値I θal 、I θar と、前記車体の傾斜角θ by に関する時間積分値I θby と、前記左右のスイングアームそれぞれの回転角度θ al 、θ ar と、前記車体の傾斜角θ by と、前記車体に設けた原点からの前記搭乗席の重心位置であってx軸方向におけるスライド位置P gx と、前記左右の車輪それぞれの回転角速度θ tl (・) 、θ tr (・) と、前記左右のスイングアームそれぞれの回転角速度θ al (・) 、θ ar (・) と、前記車体の傾斜角速度θ by (・) と、前記スライド位置P gx の時間に関する一階微分であるスライドの移動速度P gx (・) と、を状態量として用いた状態方程式により表して、当該状態方程式に基づく線形フィードバックコントローラとして設計されており、
前記姿勢傾斜測定部により取得した前記傾斜角度及び傾斜角速度と目標傾斜角度及び目標傾斜角速度との姿勢偏差、前記第1の測定部により取得した駆動量と目標駆動量との第1の偏差、前記第2の測定部により取得した駆動量と目標駆動量との第2の偏差、及び前記第3の測定部により取得した駆動量と目標駆動量との第3の偏差を算出し、
当該算出した4つの偏差に前記線形フィードバックコントローラのフィードバックゲインを乗じて、前記第1の駆動部を駆動する第1の制御量、前記第2の駆動部を駆動する第2の制御量、及び前記第3の駆動部を駆動する第3の制御量を算出すると共に、前記フィードバックゲインのゲインパターンが予め複数設定されており、前記第3の測定部により取得した前記第3の駆動部の駆動量に応じて、前記ゲインパターンを切替える、
倒立車輪型移動体。 - 前記第3の偏差に積分演算値を含む
ことを特徴とする請求項1記載の倒立車輪型移動体。 - 前記第姿勢偏差に積分演算値を含む
ことを特徴とする請求項1又は2記載の倒立車輪型移動体。 - 前記制御部は、
重力を含む加速度による非線形負荷を補償するフィードフォワード量を算出し、当該算出したフィードフォワード量を前記第1の制御量、前記第2の制御量、及び前記第3の制御量に加算する
ことを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項記載の倒立車輪型移動体。 - それぞれ左右に設けられた左右の車輪を回転可能に支持する車台と、
前記左右の車輪をそれぞれ回転駆動する左右の駆動モータに相当する第1の駆動部と、
支持部材を介して前記車台に対して回動可能に支持された車体部と、
前記車体部に含まれる搭乗席の位置を前後にスライドさせる搭乗席駆動モータに相当する第2の駆動部と、
前記車体部を支持しながら鉛直方向に伸縮するアーム機構であって、前記車体の左右それぞれに設けられ、かつ、アームを回転軸周りに回転させる回転関節がそれぞれ設けられた、左右のスイングアームに相当する第3の駆動部と、
前記第1の駆動部、前記第2の駆動部、及び第3の駆動部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部が、
前記倒立車輪型移動体のモデルを、前記左右のスイングアームそれぞれの回転角度θ al 、θ ar に関する時間積分値I θal 、I θar と、前記車体の傾斜角θ by に関する時間積分値I θby と、前記左右のスイングアームそれぞれの回転角度θ al 、θ ar と、前記車体の傾斜角θ by と、前記車体に設けた原点からの前記搭乗席の重心位置であってx軸方向におけるスライド位置P gx と、前記左右の車輪それぞれの回転角速度θ tl (・) 、θ tr (・) と、前記左右のスイングアームそれぞれの回転角速度θ al (・) 、θ ar (・) と、前記車体の傾斜角速度θ by (・) と、前記スライド位置P gx の時間に関する一階微分であるスライドの移動速度P gx (・) と、を状態量として用いた状態方程式により表して、当該状態方程式に基づく線形フィードバックコントローラとして設計されている倒立車輪型移動体の制御方法であって、
前記車体部の鉛直方向に対する傾斜角度及び傾斜角速度を取得し、
前記第1の駆動部の駆動量、前記第2の駆動部の駆動量、及び前記第3の駆動部の駆動量を取得し、
前記取得した前記傾斜角度及び傾斜角速度と目標傾斜角度及び目標傾斜角速度との姿勢偏差、前記取得した前記第1の駆動部の駆動量と目標駆動量との第1の偏差、前記取得した前記第2の駆動部の駆動量と目標駆動量との第2の偏差、及び前記取得した前記第3の駆動部の駆動量と目標駆動量との第3の偏差を算出し、
当該算出した4つの偏差に前記線形フィードバックコントローラのフィードバックゲインを乗じて、前記第1の駆動部を駆動する第1の制御量、前記第2の駆動部を駆動する第2の制御量、及び前記第3の駆動部を駆動する第3の制御量を算出すると共に、前記フィードバックゲインのゲインパターンが予め複数設定されており、前記第3の測定部により取得した前記第3の駆動部の駆動量に応じて、前記ゲインパターンを切替える、
倒立車輪型移動体の制御方法。 - 前記第3の偏差に積分演算値を含む
ことを特徴とする請求項5記載の倒立車輪型移動体の制御方法。 - 前記第姿勢偏差に積分演算値を含む
ことを特徴とする請求項5又は6記載の倒立車輪型移動体の制御方法。 - 重力を含む加速度による非線形負荷を補償するフィードフォワード量を算出し、当該算出したフィードフォワード量を前記第1の制御量、前記第2の制御量、及び前記第3の制御量に加算する
ことを特徴とする請求項5乃至7いずれか1項記載の倒立車輪型移動体の制御方法。
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