JP5325724B2 - Inverted pendulum type moving body and its control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、倒立振子型移動体およびその制御装置に関し、より詳しくは、一輪式の倒立振子型移動体および当該倒立振子型移動体の制御装置に関する。 The present invention relates to an inverted pendulum type moving body and a control apparatus therefor, and more particularly to a single-wheel inverted pendulum type moving body and a control apparatus for the inverted pendulum type moving body.
別個の電動モータによってそれぞれ駆動される左右一対の駆動体と、これら一対の駆動体より挟持され、駆動体から摩擦力を受けて駆動される一つの主輪とから構成される走行ユニットを備え、倒立振子制御装置による倒立振子制御のもとに自立した姿勢で移動する倒立振子型移動体が知られている（例えば、特許文献１）。 A traveling unit comprising a pair of left and right drive bodies respectively driven by separate electric motors, and one main wheel that is sandwiched by these pair of drive bodies and driven by receiving frictional force from the drive bodies, There is known an inverted pendulum type moving body that moves in an independent posture under inverted pendulum control by an inverted pendulum control device (for example, Patent Document 1).
この倒立振子型移動体に用いられる主輪は、無端円環状の環状体と、環状体の環方向に複数個配置され、各々自身の配置位置における環状体の接線方向と平行な回転軸回りに回転可能なドリブンローラとを備え、ドリブンローラが駆動体と接触して駆動される。ドリブンローラが、環状体の接線方向の回転軸回りに回転（自転）する場合には、倒立振子型移動体は左右方向に推力を得て、ドリブンローラが環状体の環方向に回転（公転）する場合には、倒立振子型移動体は前後方向に推力を得る。 The main wheel used for the inverted pendulum type moving body is arranged with an endless annular ring body and a plurality of rings arranged in the ring direction of the ring body, each around a rotation axis parallel to the tangential direction of the ring body at the position of its own arrangement. And a driven roller that is rotatable, and the driven roller is driven in contact with the driving body. When the driven roller rotates (rotates) around the rotation axis in the tangential direction of the annular body, the inverted pendulum type moving body obtains thrust in the left-right direction, and the driven roller rotates (revolves) in the ring direction of the annular body When doing so, the inverted pendulum type moving body obtains thrust in the front-rear direction.
このような倒立振子型移動体は、倒立振子制御装置による倒立振子制御によって自立した姿勢(起立姿勢）を維持し、人が搭乗したり、非搭乗で紐で引っ張ったりすることができる。 Such an inverted pendulum type moving body can maintain a self-supporting posture (standing posture) by the inverted pendulum control by the inverted pendulum control device, and can be boarded by a person or pulled by a string without riding.
上述の倒立振子型移動体では、基体(車体)に対して主輪の向きが不変で、主輪が転舵できない。このため、倒立振子型移動体を紐で引っ張る場合、倒立振子型移動体は引っ張る人に対して向きを変えることなく直進する。このため、倒立振子型移動体の取り扱い性が悪くなる。 In the above-described inverted pendulum type moving body, the direction of the main wheel is unchanged with respect to the base body (vehicle body), and the main wheel cannot be steered. For this reason, when the inverted pendulum type moving body is pulled with a string, the inverted pendulum type moving body goes straight without changing its direction with respect to the pulling person. For this reason, the handleability of the inverted pendulum type moving body is deteriorated.
本発明が解決しようとする課題は、倒立振子型移動が紐で引っ張られる場合の倒立振子型移動体の取り扱い性を改善することである。 The problem to be solved by the present invention is to improve the handleability of an inverted pendulum type moving body when the inverted pendulum type movement is pulled by a string.
本発明による倒立振子型移動体は、基体に、一つの主輪を含む走行ユニットと、倒立振子制御装置とが取り付けられ、前記倒立振子制御装置による前記走行ユニットの制御によって前記基体が起立する倒立振子型移動体であって、前記基体のうち、起立姿勢において前記主輪の回転中心を通過する鉛直線より離間した部位に、牽引索体を連結される連結部が設けられている。 In an inverted pendulum type moving body according to the present invention, a traveling unit including one main wheel and an inverted pendulum control device are attached to a base, and the base is erected by the control of the traveling unit by the inverted pendulum control device. In the pendulum type moving body, a connecting portion to which the tow rope body is connected is provided in a portion of the base body that is separated from a vertical line passing through the center of rotation of the main wheel in the standing posture.
本発明による倒立振子型移動体の制御装置は、基体に一つの主輪を含む走行ユニットが取り付けられ、前記基体のうち、起立姿勢において前記主輪の回転中心を通過する鉛直線より離間した部位に、牽引索体を連結される連結部が設けられている倒立振子型移動体の制御装置であって、前記連結部に連結された牽引索体によって倒立振子型移動体が牽引される牽引モードであることを検出する牽引モード検出手段と、前記基体の傾斜角を検出する傾斜角検出手段と、前記傾斜角検出手段によって検出された傾斜角に基づいて前記走行ユニットを制御し前記基体の前後方向の倒立振子制御を行う前後倒立振子制御手段と、前記傾斜角検出手段によって検出された傾斜角に基づいて前記走行ユニットを制御し前記基体の左右方向の倒立振子制御を行う左右倒立振子制御手段と、牽引モード検出手段によって牽引モードであることが検出された場合には、非牽引モード時に比して前記左右倒立振子制御手段の速度制御応答が前記前後倒立振子制御手段の速度制御応答より速くなるように制御パラメータを設定する制御パラメータ設定手段とを有する。 An inverted pendulum type moving body control device according to the present invention has a traveling unit including one main wheel attached to a base, and a portion of the base that is separated from a vertical line passing through the center of rotation of the main wheel in a standing posture. And a control unit for the inverted pendulum type moving body provided with a connecting portion to which the towing rope body is connected, wherein the inverted pendulum type moving body is pulled by the towing rope body connected to the connecting portion. A traction mode detecting means for detecting the inclination angle, an inclination angle detecting means for detecting the inclination angle of the base, and the traveling unit is controlled based on the inclination angle detected by the inclination angle detecting means to Inverted pendulum control means for controlling the inverted pendulum in the direction, and the traveling unit is controlled on the basis of the inclination angle detected by the inclination angle detection means, and the horizontal inverted pendulum control of the base body is performed. When the traction mode is detected by the left and right inverted pendulum control means and the traction mode detection means, the speed control response of the left and right inverted pendulum control means is greater than that in the non-traction mode. Control parameter setting means for setting the control parameter to be faster than the speed control response.
本発明による倒立振子型移動体によれば、起立姿勢において主輪の回転中心を通過する鉛直線より離間した部位に牽引索体を連結される連結部があることにより、当該連結部が連結される牽引索体によって倒立振子型移動体が主輪の向きと異なる方向へ引っ張られると、主輪の回転中心を通過する鉛直線を中心した回転モーメントが倒立振子型移動体に作用し、主輪の最下部がなす接地部が接地面に対して滑り状態で回動変位し、主輪の向きが牽引索体による引っ張り方向と同じ方向になる。 According to the inverted pendulum type moving body according to the present invention, in the standing posture, there is a connecting portion to which the towing rope body is connected at a portion separated from the vertical line passing through the rotation center of the main wheel, so that the connecting portion is connected. When the inverted pendulum type moving body is pulled in a direction different from the direction of the main wheel by the towing cable body, a rotational moment around the vertical line passing through the center of rotation of the main wheel acts on the inverted pendulum type moving body, The grounding portion formed by the lowermost part of the ground is rotated and displaced in a sliding state with respect to the grounding surface, and the direction of the main wheel becomes the same direction as the pulling direction by the tow rope.
これにより、倒立振子型移動体は引っ張る人に対して向きを変え、倒立振子型移動体の取り扱い性が改善される。 As a result, the inverted pendulum type moving body changes its direction with respect to the pulling person, and the handleability of the inverted pendulum type moving body is improved.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る倒立振子型移動体の詳細について説明する。説明にあたり、倒立振子型移動体およびその構成要素の方向は、鉛直方向を上下方向とし、鉛直方向に直交する水平面において互いに直交する前後方向および左右方向を図示のように定める。なお、左右対称に設けられる同一の部材に関しては、番号の添え字にＬ、Ｒを付し、一方についてのみ説明する。
＜倒立振子型移動体の全体構成＞
Hereinafter, details of an inverted pendulum type moving body according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description, the direction of the inverted pendulum type moving body and its constituent elements is determined as shown in the figure, with the vertical direction being the vertical direction and the front-rear direction and the left-right direction being orthogonal to each other on a horizontal plane perpendicular to the vertical direction. In addition, about the same member provided symmetrically, L and R are attached | subjected to the subscript of a number, and only one is demonstrated.
<Overall configuration of inverted pendulum type moving body>
図１〜図５に示されているように、倒立振子型移動体（以下、単に移動体と略称する）１は、概ね上下方向に延在する骨格構造としてのフレーム２と、フレーム２の下部に設けられた走行ユニット３と、フレーム２の上部に設けられた着座ユニット４と、フレーム２の内部に設けられた電装ユニット１１と、フレーム２の上部に設けられ、各ユニットおよびセンサに電力を供給するバッテリユニット１０とを主要構成要素として有している。
As shown in FIGS. 1 to 5, an inverted pendulum type moving body (hereinafter simply referred to as a moving body) 1 includes a
電装ユニット１１は、倒立振子制御ユニット（倒立振子制御部。以下、単に制御ユニットと略称する）５と、上部荷重センサ６と、傾斜センサ（傾斜角検出手段）７とを備えている。また、移動体１は、電装ユニット１１とは別体に、ステップ荷重センサ８やロータリエンコーダ９Ｌ，９Ｒを適所に備えている。
The
制御ユニット５は、倒立振子制御に基づいて各種センサからの入力信号に応じて走行ユニット３を駆動制御し、移動体１を起立姿勢に維持する。
＜フレームの構成＞
The
<Frame structure>
図１、図２に示されているように、フレーム２は、移動体１の基体をなすものであり、中空の外殻構造をなし、前後方向の幅が左右方向の幅に比べて大きい扁平形状を呈している。フレーム２は、上下方向における中央に全周にわたってくびれ部２Ａを有し、くびれ部２Ａでは前後方向が左右方向よりも大きく凹んでいる。これにより、フレーム２は左右方向から見て略８の字状を呈する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
フレーム２は、くびれ部２Ａにおいて上下に分割されており、図４に示されているように、別体の上部フレーム２１と下部フレーム２２とから構成されている。上部フレーム２１および下部フレーム２２は、それぞれカーボンプリプレグシートを熱硬化させることによって形成されたドライカーボン（炭素繊維強化樹脂：ＣＦＲＰ）で構成されている。上部フレーム２１と下部フレーム２２とは、後述する上部荷重センサ６（図５）を介して連結されている。
The
図５に示されているように、上部フレーム２１は、中央部に左右方向に貫通するサドル格納部２４を形成するように環状に形成され、その環状部分が中空に形成されている。環状部分に形成される内部空間２６は、サドル格納部２４を基準として前部内部空間２６Ａ、後部内部空間２６Ｂ、上部内部空間２６Ｃ、下部内部空間２６Ｄとする。上部フレーム２１の下端部には、下方に向けて開口する下部開口部２５が形成されており、下部内部空間２６Ｄと外部とが連通している。
As shown in FIG. 5, the
上部フレーム２１の上端部には、上方に向けて開口する上部開口部２７が形成されており、上部開口部２７によって上部内部空間２６Ｃと外部とが連通している。サドル格納部２４の上壁部分には、上部内部空間２６Ｃとサドル格納部２４とを連通するサドル取付孔２８が形成されている。サドル格納部２４の下壁部分であって下部開口部２５の上方に位置する部分には、サドル格納部２４から下方に向けて凹設された接続凹部２９が形成されており、接続凹部２９の底部の中央部には、貫通孔である連結孔３０が形成されている。接続凹部２９および連結孔３０は、後述する下部構造体１４との接続部をなす。
An
図３に示されているように、上部フレーム２１の後部外面には、スイッチ盤４０が埋設されている。スイッチ盤４０は、移動体１の主電源をオンオフする電源スイッチ４１と、移動体１の主電源のオンオフ状態を表示する電源ランプ４２とを備えている。
As shown in FIG. 3, a
図１〜図４に示されているように、上部フレーム２１の前側部分と後側部分には、アイボルト等による索体連結具５０Ｆ，５０Ｒが取り付けられている。索体連結具５０Ｆ，５０Ｒには、移動体牽引用ロープ５２の端部に取り付けられたフック５４によって移動体牽引用ロープ５２が取り外し可能に連結される。索体連結具５０Ｆ，５０Ｒに連結される牽引索体としては、繊維製のロープ５２以外に、革紐、金属製ワイヤ、チェーン等がある。
As shown in FIG. 1 to FIG. 4, cable body connectors 50 </ b> F and 50 </ b> R such as eyebolts are attached to the front part and the rear part of the
索体連結具５０Ｆ，５０Ｒの配置位置、移動体牽引用ロープ５２を用いた移動体１の牽引については、詳しく後述する。
The arrangement positions of the
図６に示されているように、上部フレーム２１の下部内部空間２６Ｄの内壁には、接続凹部２９を挟んで左右方向に位置するように、一対の金属製の支持ベース５１Ｌ，５１Ｒが接着されている。各支持ベース５１Ｌ，５１Ｒは、水平面を有して前後方向に延在し、下方を向いて開口する雌ねじ孔を有している。
As shown in FIG. 6, a pair of metal support bases 51 </ b> L and 51 </ b> R are bonded to the inner wall of the lower
図４に示されているように、下部フレーム２２は、上部開口部３１および下部開口部３２を有して筒状に形成されている。下部フレーム２２の左右の側壁３３は概ね上下方向に延在し、かつ互いに平行となっている。下部フレーム２２の前後の壁３４は、上側から下側に進むにつれて前後方向に膨出し、左右方向から見て下部フレーム２２の下部は半円状となっている。この下部フレーム２２の半円状をなす下部は、走行ユニット３の上半部を収容する収容空間３５を画成している。
As shown in FIG. 4, the
左右の側壁３３には、下部開口部３２に連続する半円状の切欠部３６がそれぞれ形成されている。左右の切欠部３６は、左右方向の軸線をもって、互いに同軸に配置されている。切欠部３６と下部開口部３２の境界部分には、切欠部３６の周縁を延長するように下方へと延出する突片３７が前後に一つずつ形成されている。前後の壁３４の上部であってくびれ部２Ａを形成する部分には、通気孔３９がそれぞれ形成されている。通気孔３９は、左右方向に延在する長孔状の貫通孔であって、上下方向に複数個が平行に列設されている。
The left and
下部フレーム２２の左右の側壁３３における上部開口部３１付近の内壁には、一対の金属製の支持ベース５３Ｌ，５３Ｒがそれぞれ接着されている。各支持ベース５３は前後方向に延在し、その上面は水平面となっている。各支持ベース５３の前後端近傍には、上下方向に貫通する雌ねじ孔５４（図１１）がそれぞれ形成されている。
A pair of
上述したように、上部フレーム２１には、着座ユニット４、バッテリユニット１０等が装着され、これらによって上部構造体１３が構成されている。また、下部フレーム２２には、走行ユニット３、電装ユニット１１、各種センサ８，９等（図４、図８）が装着され、これらによって下部構造体１４が構成されている。そして、上部構造体１３と下部構造体１４とは、互いに分離可能となっている。
＜着座ユニットの構成＞
As described above, the
<Configuration of the seating unit>
図７に示されているように、着座ユニット４は、ベース本体６１と、左右一対のサドルアーム６２Ｌ，６２Ｒと、左右一対のサドル６３Ｌ，６３Ｒとを備えている。ベース本体６１は、上部フレーム２１の上部開口部２７を通して上部内部空間２６Ｃに配置され、その上壁が上部開口部２７を閉塞している。ベース本体６１は、その下部に前後方向に延設された支持軸６５を備えている。
As shown in FIG. 7, the
支持軸６５には、左右一対のサドルアーム６２Ｌ，６２Ｒの基端部６６Ｌ，６６Ｒが枢支されている。各サドルアーム６２Ｌ，６２Ｒは、基端部６６Ｌ，６６Ｒから上部フレーム２１のサドル取付孔２８を通過して延出し、先端部６７Ｌ，６７Ｒが上部フレーム２１の外部に位置している。左サドルアーム６２Ｌは、その先端部６７Ｌが基端部６６Ｌに対して下方、すなわちサドル格納部２４内に位置する格納位置から、基端部６６Ｌに対して概ね左方に位置する使用位置（展開位置）へと回動可能になっている。同様に、右サドルアーム６２Ｒは、その先端部６７Ｒが基端部６６Ｒに対して概ね下方に位置する格納位置から、基端部６６Ｒに対して概ね右方に位置する使用位置（展開位置）へと回動可能になっている。左右のサドルアーム６２Ｌ，６２Ｒは、それぞれ使用位置において下に凸となるように湾曲した形状に形成されている。
The
各サドルアーム６２Ｌ，６２Ｒは、図示しないリンク機構を介して互いに連結されており、一方が格納位置にある場合には他方も格納位置に位置し、一方が使用位置にある場合には他方も格納位置に位置するように連動して回動するようになっている。また、ベース本体６１は図示しないロック機構を備えている。ロック機構は、各サドルアーム６２Ｌ，６２Ｒが格納位置または使用位置に位置する状態で、各サドルアーム６２Ｌ，６２Ｒに設けられた係合孔に選択的に係合して各サドルアーム６２Ｌ，６２Ｒを格納位置または使用位置に保持する。
The
各サドルアーム６２Ｌ，６２Ｒの先端部６７Ｌ，６７Ｒには、それぞれサドル６３Ｌ，６３Ｒが設けられている。各サドル６３Ｌ，６３Ｒは、先端部６７Ｌ，６７Ｒに連結された支持部６９Ｌ，６９Ｒと、支持部６９Ｌ，６９Ｒに取り付けられた円盤状のクッション部７０Ｌ，７０Ｒとを備えている。クッション部７０Ｌ，７０Ｒは、一側面が支持部６９Ｌ，６９Ｒに取り付けられ、他側面が着座面を形成する。
図２に示されているように、サドルアーム６２Ｌ，６２Ｒが使用位置に位置する状態において、クッション部７０Ｌ，７０Ｒは、支持部６９Ｌ，６９Ｒの上方に配置され、着座面が上方を向く。クッション部７０Ｌ，７０Ｒの着座面には、搭乗者（着座者）の左右の臀部や大腿部が載せられる。このようにして、搭乗者の荷重は、サドル６３Ｌ，６３Ｒ、サドルアーム６２Ｌ，６２Ｒ、ベース本体６１を介して上部フレーム２１に加わるようになっている。
As shown in FIG. 2, in a state where the
図１に示されているように、サドルアーム６２Ｌ，６２Ｒが格納位置に位置する状態では、サドル６３Ｌ，６３Ｒの支持部６９Ｌ，６９Ｒはサドル格納部２４内に位置し、クッション部７０Ｌ，７０Ｒはその着座面が左方外方または右方外方を向き、サドル格納部２４を閉塞する。
As shown in FIG. 1, in the state where the
ベース本体６１の上面を形成する上壁には、操作者による移動体１の支持に供される格納式のハンドル７１が設けられている。ハンドル７１は、不使用時はベース本体６１の上壁に凹設されたハンドル格納部７２に格納され、図１中の実線で示される状態になる。一方、使用時には、ハンドル７１は、図１中の２点鎖線で示すように、前後の脚部７１Ａが上方にスライドしてベース本体６１の上方に突出する。操作者は、ハンドル７１を把持して、移動体１を持ち上げて運んだり、運転停止中の移動体１を支えてその傾倒を防止したりすることができる。
On the upper wall forming the upper surface of the
＜走行ユニットの構成＞ <Configuration of traveling unit>
図８および図９に示されているように、走行ユニット３は、支持部材としての左右一対のマウント部材８１Ｌ，８１Ｒと、左右一対のマウント部材８１Ｌ，８１Ｒにそれぞれ取り付けられた左右一対の電動モータ８２Ｌ，８２Ｒと、電動モータ８２Ｌ，８２Ｒの出力を減速して伝達する減速装置としての波動歯車装置８３Ｌ，８３Ｒと、波動歯車装置８３Ｌ，８３Ｒを介して電動モータ８２Ｌ，８２Ｒにそれぞれ回転させられる駆動体８４Ｌ，８４Ｒと、左右の駆動体８４Ｌ，８４Ｒによって回転させられる主輪８５とを備えている。マウント部材８１Ｌ，８１Ｒ、電動モータ８２Ｌ，８２Ｒ、波動歯車装置８３Ｌ，８３Ｒは、左右対称形であるため、左方の構成について説明し、右方の構成については説明を省略する。なお、駆動体８４Ｌ，８４Ｒは、一部の構成が左右で異なるため、同一の構成については右側の説明を省略し、異なる構成についてのみ右側も説明する。
8 and 9, the traveling
図８に示されているように、マウント部材８１Ｌは、一端に底部９１Ｌを有する一方、他端が開口した円筒状部材であって、開口端に径方向外側に延出するフランジ部９２Ｌを複数備えている。マウント部材８１Ｌの底部９１Ｌの中心部には貫通孔９３Ｌが形成されている。マウント部材８１Ｌの円筒部の内部には、電動モータ８２Ｌが配置されている。
As shown in FIG. 8, the
電動モータ８２ＬはブラシレスＤＣモータであって、ステータコイル（図示しない）等を備えた円筒状のステータハウジング９５Ｌと、ステータハウジング９５Ｌ内に回転自在に支持されるともに永久磁石を備え、一端がステータハウジング９５Ｌの外方に延出したロータ軸９６Ｌとを備えている。ステータハウジング９５Ｌの外周部には、その径方向に向けてフランジ部９７Ｌが突設されている。フランジ部９７Ｌは、スペーサ９８Ｌを介してマウント部材８１Ｌの底部９１Ｌにボルト締結されている。これにより、フランジ部９７Ｌと底部９１Ｌとの間には空間が形成されている。
The
このようにして、ロータ軸９６Ｌの軸線が、マウント部材８１Ｌの軸線と一致するように、電動モータ８２Ｌはマウント部材８１Ｌに固定されている。ロータ軸９６Ｌは、マウント部材８１Ｌの貫通孔９３Ｌを通過して、マウント部材８１Ｌの外部へと延出している。
In this way, the
ロータ軸９６Ｌの先端には、波動歯車装置８３Ｌが設けられている。また、ロータ軸９６Ｌの他端側には、ロータリエンコーダ９Ｌが設けられている。ロータリエンコーダ９Ｌは、公知のものであってよく、そのケーシングがステータハウジング９５Ｌに取り付けられ、ロータ軸９６Ｌの回転位置を検出する。
A
波動歯車装置８３Ｌは、周知の構造のものであり、高剛性かつ外周が楕円形状に形成された入力部材としてのウェーブプラグ１０１Ｌと、ウェーブプラグ１０１Ｌの外周部に嵌め込み装着された可撓性のウェーブベアリング１０２Ｌと、ウェーブベアリング１０２Ｌの外周面に嵌め込み装着され、外周面に外歯が形成された薄肉円筒形状の可撓性の外歯部材１０３Ｌと、内周面に外歯部材１０３Ｌの外歯と噛み合う内歯が形成された高剛性かつリング形状の出力部材としての内歯部材１０４Ｌとを有する。外歯部材１０３Ｌの一側は、マウント部材８１Ｌの貫通孔９３Ｌを通過してマウント部材８１Ｌの円筒部の内部へと延び、径方向外方へと延びるフランジ部１０５Ｌを備えている。
The
フランジ部１０５Ｌは、マウント部材８１Ｌの底部９１Ｌと電動モータ８２Ｌのフランジ部９７Ｌとの間に配置されている。ウェーブプラグ１０１Ｌは、ロータ軸９６Ｌと同軸に連結されており、ロータ軸９６Ｌによってウェーブプラグ１０１Ｌが回転させられることによって、内歯部材１０４Ｌが減速された回転速度で回転させられる。内歯部材１０４Ｌは、後述する駆動体８４Ｌのドライブディスク１２１Ｌに連結されている。
The
図８〜図９に示されているように、駆動体８４Ｌは、ドライブディスク１２１Ｌと、ドライブディスク１２１Ｌに支持された複数のドライブローラ１２２Ｌとを備えている。ドライブディスク１２１Ｌは、円盤状部材であって、その回転中心に貫通孔１３３Ｌを備えた円板部１２３Ｌと、円板部１２３Ｌの外周部から円板部１２３Ｌの回転軸方向における一側に全周方向にわたって突設された大径環部１２４Ｌと、円板部１２３Ｌから円板部１２３Ｌの回転軸方向における他側に回転軸と同軸に突設された小径環部１２５Ｌとを備えている。ドライブディスク１２１Ｌの大径環部１２４Ｌの内径は、マウント部材８１Ｌの円筒部よりも大径に形成されている。
As shown in FIGS. 8 to 9, the drive body 84L includes a
大径環部１２４Ｌは、ローラ軸１２６Ｌによって回転可能に支持されたドライブローラ１２２Ｌを円周方向に等間隔に複数個備えている。ドライブローラ１２２Ｌは、金属や硬質プラスチック等の高剛性材料により構成されている。
The large-
各ドライブローラ１２２Ｌは、それぞれの回転面がドライブディスク１２１Ｌの軸線（回転中心）に対して直交でも平行でもないように配置され、かつそれぞれの回転面がドライブディスク１２１Ｌの軸線を回転中心とする回転対称となるように配置されている。ドライブディスク１２１Ｌに対するドライブローラ１２２Ｌの位置関係は、はす歯傘歯車に対する歯部の位置関係に近似している。より詳細な説明が必要であれば、国際公開２００８／１３９７４０号パンフレットを参照されたい。ドライブローラ１２２Ｌの外周部は、大径環部１２４Ｌの外周面より外方に突出するようにローラ軸１２６Ｌの位置が調整されている。
Each
ここで、右ドライブディスク１２１Ｒと左ドライブディスク１２１Ｌとでは、小径環部１２５Ｌ，１２５Ｒの構造が相違している。右ドライブディスク１２１Ｒの小径環部１２５Ｒの内径は、左ドライブディスク１２１Ｌの小径環部１２５Ｒの外径よりも大きく形成されている。右ドライブディスク１２１Ｒの他の構成は、左ドライブディスク１２１Ｌの構成と同様である。
Here, the
ドライブディスク１２１Ｌは大径環部１２４Ｌの内周部において、クロスローラ軸受１３５Ｌを介してマウント部材８１Ｌの円筒部の外周部に回転自在に支持されている。この状態で、ドライブディスク１２１Ｌの軸線（回転軸）は、マウント部材８１Ｌの軸線と同軸になっている。クロスローラ軸受１３５Ｌは、ラジアル荷重とアキシャル荷重（スラスト荷重）を支持することができるころがり軸受である。クロスローラ軸受１３５Ｌは、ドライブディスク１２１Ｌおよびマウント部材８１Ｌにそれぞれ締結される締結リング１３７Ｌ，１３８Ｌによって抜け止めがなされている。この構成により、ドライブディスク１２１Ｌは、マウント部材８１Ｌに対して、相対位置が固定されている。
The
ドライブディスク１２１Ｌがマウント部材８１Ｌに支持された状態で、ドライブディスク１２１Ｌの円板部１２３Ｌの貫通孔１３３Ｌ内には、波動歯車装置８３Ｌが配置された状態となる。そして、波動歯車装置８３Ｌの内歯部材１０４Ｌは、その外周部においてドライブディスク１２１Ｌの円板部１２３Ｌとボルト締結されている。以上の構成により、電動モータ８２Ｌの出力が波動歯車装置８３Ｌを介して減速された後、ドライブディスク１２１Ｌに伝達されるようになっている。
With the
左右のドライブディスク１２１Ｌ、１２１Ｒは、互いの小径環部１２５Ｌ，１２５Ｒがクロスローラ軸受１４０を介して同軸に設けられている。クロスローラ軸受１４０は、左ドライブディスク１２１Ｌの小径環部１２５Ｌの外周部に嵌着されるとともに、右ドライブディスク１２１Ｒの小径環部１２５Ｒの内周部に嵌着されている。クロスローラ軸受１４０は、左ドライブディスク１２１Ｌの小径環部１２５Ｌおよび右ドライブディスク１２１Ｒの小径環部１２５Ｒにそれぞれ締結される締結リング１４１，１４２によって抜け止めがなされている。この構成により、左右のドライブディスク１２１Ｌ，１２５Ｒは、その軸線方向における相対位置が互いに固定されている。
The left and right drive disks 121 </ b> L and 121 </ b> R are provided with the small-diameter ring portions 125 </ b> L and 125 </ b> R coaxially through the
以上の構成によって、左右のマウント部材８１Ｌ，８１Ｒの軸線、左右の電動モータ８２Ｌ，８２Ｒの軸線（回転中心）、左右の波動歯車装置８３Ｌ，８３Ｒの回転中心、左右のドライブディスク１２１Ｌ、１２１Ｒの軸線（回転中心）は全て同軸上に配置されている。以下、これらの一致した軸線を走行ユニット３の回転軸線Ａという。
With the above configuration, the axis of the left and
左右のドライブディスク１２１Ｌ、１２１Ｒが連結された状態（すなわち、左右の駆動体８４Ｌ，８４Ｒが組みつけられた状態）において、左右のドライブローラ１２２Ｌ，１２２Ｒは、所定の距離だけ離間した位置に配置され、左右のドライブローラ１２２Ｌ，１２２Ｒの間には主輪８５が配置される。
In a state in which the left and
主輪８５は、角柱体により構成された無端円環状の環状体１６１と、環状体１６１の外周部に嵌着された複数個のインナスリーブ１６２と、各インナスリーブ１６２の外周部にボール軸受１６３を介して回転可能に支持された複数の筒状のドリブンローラ１６４とにより構成されている。ドリブンローラ１６４は、ボール軸受１６３の外周部に嵌着される金属製円筒部１６４Ａと、金属製円筒部１６４Ａの外周面に加硫接着されたゴム製円筒部１６４Ｂとにより構成されている。ゴム製円筒部１６４Ｂの材質は、ゴムに限られず、可撓性を有する他の樹脂材料等であってもよい。ドリブンローラ１６４のゴム製円筒部１６４Ｂは、移動体１の使用状態（走行状態）において、路面に接地する。
The
ドリブンローラ１６４は、インナスリーブ１６２とともに環状体１６１の環方向（周方向）に複数個設けられ、主輪８５の外端面をなす。また、各ドリブンローラ１６４は、自身の配置位置における環状体１６１の接線方向に平行な回転軸回りに回転可能になっている。このドリブンローラ１６４の環状体１６１の接線方向に平行な回転軸回りに回転を自転という。隣り合うドリブンローラ１６４間には、円盤状のカバー１６６が装着されており、ボール軸受１６３に異物が噛み込むことを防止している。
A plurality of driven
ドリブンローラ１６４によって形成される主輪８５の内径は、ドライブローラ１２２Ｌ，１２２Ｒによって形成される駆動体８４Ｌ，８４Ｒの外径よりも小さく設定されている。一方、主輪８５の外径は、駆動体８４Ｌ，８４Ｒの外径よりも大きく形成されている。ここで、主輪８５の外径および内径は、各ドリブンローラ１６４同士を結ぶ仮想線に対して定められる。同様に、駆動体８４Ｌ，８４Ｒの外径は、各ドライブローラ１２２Ｌ，１２２Ｌ同士を結ぶ仮想線に対して定められる。主輪８５を介装して左右の駆動体８４Ｌ，８４Ｒを組み合わせることによって、主輪８５は左右の駆動体８４Ｌ，８４Ｒ間に挟持される。
The inner diameter of the
主輪８５が左右の駆動体８４Ｌ，８４Ｒに組みつけられた状態において、ドリブンローラ１６４のゴム製円筒部１６４Ｂの外周面と、左右のドライブローラ１２２Ｌ，１２２Ｒの外周面とが接触し、摩擦によってドライブディスク１２１Ｌ，１２１Ｒの回転力（推進力）がドライブローラ１２２Ｌ，１２２Ｒを介してドリブンローラ１６４に伝達される。
In a state where the
ドリブンローラ１６４と左右のドライブローラ１２２Ｌ，１２２Ｒとの個数上の関係は、最下部分において路面に接地しているドリブンローラ１６４のそれぞれに、少なくとも左右一組のドライブローラ１２２Ｌ，１２２Ｒが接触するように設定されている。これにより、路面に接地しているドリブンローラ１６４のそれぞれに、ドライブローラ１２２Ｌ，１２２Ｒを介してドライブディスク１２１Ｌ，１２１Ｒの回転力が与えられる。
The number relationship between the driven
本実施形態に係る走行ユニット３は、左右の電動モータ８２Ｌ，８２Ｒによって左右のドライブディスク１２１Ｌ，１２１Ｒの回転方向あるいは（および）回転速度を互いに相違させると、ドライブローラ１２２Ｌ，１２２Ｒによって、左右のドライブディスク１２１Ｌ，１２１Ｒの回転力による円周（接線）方向の力に対して直交する向きの分力が、左右のドライブローラ１２２Ｌ，１２２Ｒとドリブンローラ１６４との接触面に作用する。この分力により、ドリブンローラ１６４は、自身の中心軸線周りに回転（自転）することになる。
In the traveling
このドリブンローラ１６４の回転は、左右のドライブディスク１２１Ｌ，１２１Ｒの回転速度差によって定まる。例えば、左右のドライブディスク１２１Ｌ，１２１Ｒを互いに同一速度で逆向きに回転させると、ドリブンローラ１６４は主輪８５の周方向に回転（公転）せず、ドリブンローラ１６４の自転だけが生じる。すなわち、主輪８５は左右方向の駆動力（推進力）を生じさせる。
The rotation of the driven
これに対し、左右のドライブディスク１２１Ｌ，１２１Ｒの回転方向および回転速度が同一である場合には、ドリブンローラ１６４は自転することがなく主輪８５の周方向に回転し、主輪８５が回転する。すなわち、主輪８５は前後方向の駆動力（推進力）を生じさせる。このドリブンローラ１６４の主輪８５の周方向への回転（主輪８５の輪中心回りの回転）を公転という。
On the other hand, when the rotational directions and rotational speeds of the left and
以上のように、ドリブンローラ１６４の自転および公転を任意の割合で組み合わせることにより、走行ユニット３は前後左右の任意の方向に駆動力を生じさせることができる。
As described above, by combining the rotation and revolution of the driven
次に、走行ユニット３の下部フレーム２２への固定構造について説明する。図４に示されているように、走行ユニット３は、その軸線Ａが左右方向と平行になるように下部フレーム２２の収容空間３５の内部にその上半部が配置される。この状態で、図８に示されているように、走行ユニット３の左右マウント部材８１Ｌ，８１Ｒのフランジ部９２Ｌ，９２Ｒが、下部フレーム２２の左右の側壁３３における切欠部３６の周縁部および突片３７の内側面に当接する。
Next, a structure for fixing the traveling
図４および図８に示されているように、下部フレーム２２の左右の側壁３３のそれぞれの外部には、左右のステップベース１８０Ｌ，１８０Ｒが設けられる。各ステップベース１８０Ｌ，１８０Ｒは、金属材料から形成されて環形状をなし、切欠部３６の周縁部および２つの突片３７に沿う形状に形成されている。左右のマウント部材８１Ｌ，８１Ｒのフランジ部９２Ｌ，９２Ｒには適所にボルト孔が形成されており、切欠部３６の周縁部および２つの突片３７、ステップベース１８０Ｌ，１８０Ｒのボルト孔に対応する適所には貫通孔が形成されている。ステップベース１８０Ｌ，１８０Ｒと走行ユニット３の左右のマウント部材８１Ｌ，８１Ｒのフランジ部９２Ｌ，９２Ｒとは、切欠部３６の周縁部および２つの突片３７を介装した状態でボルト締結される。
As shown in FIGS. 4 and 8, left and right step bases 180L and 180R are provided outside the left and
これにより、ステップベース１８０Ｌ，１８０Ｒおよび走行ユニット３が下部フレーム２２に固定される。
Thereby, the step bases 180L and 180R and the traveling
図８に示されているように、各ステップベース１８０Ｌ，１８０Ｒの下部の内側面は、両突片３７間に形成された空間を通過してマウント部材８１Ｌと８１Ｒとに当接している。一方、各ステップベース１８０Ｌ，１８０Ｒの下部の外側面からは左右方向に突出するとともに下方へと垂れ下がった舌片状の突出部１８１Ｌ，１８１Ｒが形成されている。突出部１８１Ｌ，１８１Ｒは放熱板として機能し、走行ユニット３の電動モータ８２Ｌ，８２Ｒで発生した熱が、マウント部材８１Ｌと８１Ｒを介してステップベース１８０Ｌ，１８０Ｒに伝わり、突出部１８１Ｌ，１８１Ｒから主として外部に放熱される。
As shown in FIG. 8, the inner surfaces of the lower portions of the
各突出部１８１Ｌ，１８１Ｒには、ステップ１８３Ｌ，１８３Ｒが回動可能に支持されている。各ステップ１８３Ｌ，１８３Ｒは、基端部において概ね前後方向に延在する回動軸をもって各突出部１８１Ｌ，１８１Ｒに支持されており、その先端部が基端部の概ね上方に位置し、下部フレーム２２に概ね沿った状態となる格納位置と、その先端部が基端部の概ね左右方向に位置し、下部フレーム２２から突出した状態となる使用位置との間で回動可能となっている。
図４に示されているように、左右のステップベース１８０Ｌ，１８０Ｒの外表面には、ステップ荷重センサ８が貼付されている。ステップ荷重センサ８は、公知のひずみゲージであって、ステップ１８３Ｌ，１８３Ｒに荷重が加わった際のステップベース１８０Ｌ，１８０Ｒのひずみを検出する。
As shown in FIG. 4,
図１〜図４に示されているように、下部フレーム２２の下端部には、走行ユニット３の下半部を路面との接地部位を除いて隠蔽するための下部カバー１８５が取り付けられる。また、下部フレーム２２の左右の側壁３３の外側面には、各突出部１８１Ｌ，１８１Ｒおよび各ステップ１８３Ｌ，１８３Ｒを除いて各ステップベース１８０Ｌ，１８０Ｒを隠蔽するためのサイドカバー１８６Ｌ，１８６Ｒが取り付けられている。
＜電装ユニットの構成＞
As shown in FIGS. 1 to 4, a
<Configuration of electrical unit>
図１０に示されているように、電装ユニット１１を構成する制御ユニット５と、上部荷重センサ６と、傾斜センサ(傾斜角検出手段）７とは、骨格となる電装マウントフレーム２０２に取り付けられて一体となっている。以下の電装ユニット１１の説明では、電装ユニット１１が下部フレーム２２に取り付けられた状態を基準にして、前後、左右、上下の方向を設定する。
As shown in FIG. 10, the
電装マウントフレーム２０２は、略矩形状をなし、中央部に空間を備えたフレーム部材である。図１１に示されているように、電装マウントフレーム２０２は、下部フレーム２２の左右の支持ベース５３Ｌ，５３Ｒ間を架橋可能に左右方向の長さが設定されている。すなわち、電装マウントフレーム２０２は、その周縁部が左右の支持ベース５３Ｌ，５３Ｒ上に載置可能な大きさに設定されている。電装マウントフレーム２０２は、左右の支持ベース５３Ｌ，５３Ｒ上に載置された状態において、左右の支持ベース５３Ｌ、５３Ｒの各雌ねじ孔５４に対応する位置に上下方向に貫通する貫通孔２０３を備えている。
The
上部荷重センサ６は、ｚ軸方向（鉛直方向）の力およびｘ軸（前後方向）、ｙ軸（左右方向）回りのモーメントを検出可能な３軸力センサから構成されている。上部荷重センサ６は、センサ基盤を内蔵するボディ部２０５と、このボディ部２０５から上方に突出する入力軸２０６とを有している。入力軸２０６は、円柱状に形成され、検出する外力が入力される。入力軸２０６の外周には基端から先端にわたって雄ねじ溝が形成されている。ボディ部２０１は、電装マウントフレーム上に載置され、ねじ締結されている。
The
入力軸２０６の基端部の外周部には、板状の連結部材ベース２１０が取り付けられている。連結部材ベース２１０は、中央に雌ねじ孔を有し、この雌ねじ孔が基端部２０６Ｂの雄ねじ溝と螺合することによって入力軸２０６に固定されている。なお、入力軸２０６の先端は、連結部材ベース２１０が入力軸２０６に取り付けられた状態で、連結部材ベース２１０の上方に突出している。
A plate-like connecting
連結部材ベース２１０の前部には、前方に延出する第１コネクタベース２１１がねじ締結されている。連結部材ベース２１０の後部には、後方に延出する第２コネクタベース２１２がねじ締結されている。
A
第１コネクタベース２１１には、後述する電源基板２４２から延びる配線の一端に設けられた第１コネクタ２１４がねじ締結されている。また、第１コネクタベース２１１には、上方へと向けて突出する柱状の第１ガイドピン２１５が設けられている。
A
第２コネクタベース２１２には、後述する制御基板２４１から延びる配線の一端に設けられた第２コネクタ２１６がねじ締結されている。また、第２コネクタベース２１２には、上方へと向けて突出する柱状の第２ガイドピン２１７が設けられている。
A
傾斜センサ７は、公知のジャイロスコープである。傾斜センサ７は、電装マウントフレーム２０２の内部から下部へと延在するように配置され、電装マウントフレーム２０２にねじ締結されている。傾斜センサ７は、鉛直方向（上下方向）を基準にして、フレーム２の鉛直方向からの傾斜角度を検出する。
The
図１０に示されているように、制御ユニット５は、制御基板２４１と、電源基板２４２と、左モータドライバ基板２４３と、右モータドライバ基板２４４と、Ｉ／Ｏインターフェース基板２４５と、送風ファン２４７とを備えている。
As shown in FIG. 10, the
制御基板２４１は、ＣＰＵを含むマイクロコンピュータによって、電動モータ８２Ｌ，８２Ｒ等の制御に供される移動体制御部２６１を構成している。制御基板２４１は、スペーサを介して電装マウントフレーム２０２の後方に取り付けられている。制御基板２４１は、基板面が前後方向を向くように上下方向に延設されており、電装マウントフレーム２０２の後方から下方へと延出している。
The
電源基板２４２は、バッテリユニット１０から供給された電源電圧を所定の電圧に変換する電圧制御回路を備えた基板である。電源基板２４２は、電装マウントフレーム２０２の前端部から下方へと延出する連結部材２５１によって電装マウントフレーム２０２の下方に、前後方向かつ左右方向に延在するように取り付けられている。また、電源基板２４２の後端は、連結部材２５２を介して制御基板２４１の下端と連結されている。
The
左モータドライバ基板２４３および右モータドライバ基板２４４は、それぞれ電動モータ８２Ｌ，８２ＲのＰＷＭ制御に供される左または右ドライバ回路（インバータ回路）２５３，２５４を備えた基板である。左モータドライバ基板２４３は、スペーサを介して電源基板２４２の下方に、電源基板２４２と平行に取り付けられている。右モータドライバ基板２４４は、スペーサを介して左モータドライバ基板２４３の下方に、左モータドライバ基板２４３と平行に取り付けられている。この構成により、電源基板２４２と左モータドライバ基板２４３との間と、左モータドライバ基板２４３と右モータドライバ基板２４４との間には、前後方向に延在する通気路が形成される。
The left
Ｉ／Ｏインターフェース基板２４５は、入力インターフェース回路２６５および出力インターフェース回路２６６を備えた基板である。Ｉ／Ｏインターフェース基板２４５は、スペーサを介して制御基板２４１の後方に、制御基板２４１と平行に取り付けられている。
The I /
送風ファン２４７は、軸流ファンである。送風ファン２４７は、連結部材２５１の下端に締結され、左モータドライバ基板２４３および右モータドライバ基板２４４の前方に配置されている。このとき、送風ファン２４７の吸い込み口が前方を向き、吐き出し口が後方を向くように配置されている。
The
次に、電装ユニット１１の下部フレーム２２への固定構造について説明する。図１１に示されているように、電装マウントフレーム２０２の各貫通孔２０３には、可撓性を有するゴムブッシュ２７０が装着される。ゴムブッシュ２７０は、両端が開口した円筒部と、円筒部の一端および他端に径方向外方にむけて形成されたフランジ部とを有する。ゴムブッシュ２７０は、各貫通孔２０３に装着された状態において、各フランジ部が貫通孔２０３の上端および下端の周縁を覆う。ゴムブッシュ２７０が装着された電装マウントフレーム２０２を下部フレーム２２の左右の支持ベース５３Ｌ，５３Ｒ上に載置し、各ゴムブッシュ２７０にボルト２７２を挿通し、ボルト２７２の先端を支持ベース５３Ｌ，５３Ｒの各雌ねじ孔５４に螺着させる。以上のようにして、電装マウントフレーム２０２は、ゴムブッシュ２７０を介して支持ベース５３Ｌ，５３Ｒに支持される。以上の固定構造によって、下部フレーム２２からの振動は、ゴムブッシュ２７０で緩衝（遮断）され、電装ユニット１１に伝達され難くなっている。
Next, a structure for fixing the
電装ユニット１１は、下部フレーム２２に取り付けられた状態において、下部フレーム２２のくびれ部２Ａ内に位置し、送風ファン２４７、左モータドライバ基板２４３、右モータドライバ基板２４４は、下部フレーム２２の前後の壁３４に形成された通気孔３９間に配置される。この構成により、前方の通気孔３９から導入された冷却空気は、送風ファン２４７を通過して、左モータドライバ基板２４３と右モータドライバ基板２４４との間に形成された通気路を通過し、後方の通気孔３９から排出される。このため、電装ユニット１１の中でも特に発熱量が大きい左および右モータドライバ基板２４３，２４４を効率良く冷却することができる。また、電装ユニット１１が下部フレーム２２のくびれ部２Ａ内に配置されていることから、通気孔３９間の流路長が短く、電装ユニット１１を効率良く冷却することができる。
＜バッテリユニットの構成＞
When the
<Configuration of battery unit>
図５および図６に示されているように、バッテリユニット１０は前後に二つあり、各バッテリユニット１０は、複数個のバッテリ２８１と、１つのバッテリマネジメント基板２８２とを備えている。各バッテリユニットにおける複数個のバッテリ２８１は、それぞれ円柱状を呈し、それぞれが円柱状の側面において互いに連結されて１組にまとめられている。
As shown in FIGS. 5 and 6, there are two
バッテリマネジメント基板２８２はバッテリマネジメント回路２８５を構成している。バッテリマネジメント回路２８５は、バッテリ２８１に連結され、バッテリ２８１の充放電の状態を管理する。
The
各バッテリユニット１０は、上部フレーム２１の下部開口部２５を通して、上部フレーム２１の前部内部空間２６Ａと、後部内部空間２６Ｂとに分離して挿入され、上部フレーム２１の各支持ベース５１Ｌ，５１Ｒにねじ締結されたバッテリブラケット２９１によって下方から支持されている。
Each
バッテリブラケット２９１の前部には、前方に延出する第３コネクタベース２９４がねじ締結されている。バッテリブラケット２９１の後部には、後方に延出する第４コネクタベース２９５がねじ締結されている。
A
第３コネクタベース２９４には、バッテリマネジメント基板２８２から延びる配線の一端に設けられた第３コネクタ２９７がねじ締結されている。第３コネクタ２９７は、第１コネクタ２１４と結合可能なように相補的な形状に形成されている。また、第３コネクタベース２９４には、上下方向に延在する第１ガイド孔２９８が設けられている。
A
第４コネクタベース２９５には、スイッチ盤４０から延びる配線の一端に設けられた第４コネクタ３０１がねじ締結されている。第４コネクタ３０１は、第２コネクタ２１６と結合可能なように相補的な形状に形成されている。また、第４コネクタベース２９５には、上下方向に延在する第２ガイド孔３０２が設けられている。
＜上部構造体と下部構造体の連結構造＞
A
<Connection structure of upper structure and lower structure>
上部フレーム２１、着座ユニット４、バッテリユニット１０等から構成される上部構造体１３と、下部フレーム２２、走行ユニット３、電装ユニット１１等から構成させる下部構造体１４との連結構造を、図１１および図１２を参照して説明する。図１１の斜視図では、説明のため、一部の構成を取り除いて図示している。図１１および図１２に示されるように上部フレーム２１の下部開口部２５と下部フレーム２２の上部開口部３１とを対向させるようにして配置し、上部構造体１３の第１ガイド孔２９８に下部構造体１４の第１ガイドピン２１５を挿入するとともに、上部構造体１３の第２ガイド孔３０２に下部構造体１４の第２ガイドピン２１７を挿入し、上部構造体１３と下部構造体１４とを組み合わせる。この状態で、第１コネクタ２１４は第３コネクタ２９７に連結され、第２コネクタ２１６は第４コネクタ３０１に連結される。これにより、上部構造体１３と下部構造体１４とが電気的に接続され、両者の間で電力供給や制御信号の送受が可能となる。
The connection structure of the
また、上部フレーム２１の接続凹部２９の下面は、上部荷重センサ６の入力軸２０６に連結された連結部材ベース２１０の上面に当接し、入力軸２０６の先端部は接続凹部２９の連結孔３０を下方から上方に向けて貫通する。この状態で、入力軸２０６の先端部にナット３１４を螺合させ、連結部材ベース２１０とナット３１４との間に接続凹部２９の底部を挟持させる。このようにして、上部フレーム２１と上部荷重センサ６の入力軸２０６とが連結される。このとき、下部フレーム２２の上部開口部３１を画成する周縁部は、上部フレーム２１の下部開口部２５を画成する周縁部よりもやや小径に形成されており、上部開口部３１を画成する周縁部は、上部フレーム２１の下部開口部２５を画成する周縁部の内側に遊嵌された状態になる。
The lower surface of the
以上の連結構造によって、上部構造体１３は上部荷重センサ６を介して下部構造体１４に支持される。そのため、搭乗者が着座ユニット４に着座すると、搭乗者の荷重は上部構造体１３を介して上部荷重センサ６の入力軸２０６に入力される。
＜倒立振子制御系の構成＞
With the above connection structure, the
<Inverted pendulum control system configuration>
図１３に示されているように、移動体制御部２６１には、入力インターフェース回路２６５を介して、上部荷重センサ６、傾斜センサ７、ステップ荷重センサ８、ロータリエンコーダ９Ｌ，９Ｒ、バッテリマネジメント回路２８５からの信号が入力される。
As shown in FIG. 13, the moving
移動体制御部２６１は、前後倒立振子制御部２６１１と、左右倒立振子制御部２６１２と、ゲイン設定部２６１３と、牽引モード判定部２６１４とを含み、倒立振子制御によって移動体１を起立状態に維持する制御および走行制御を行う。
The moving
上部荷重センサ６は、入力軸２０６に入力される荷重に応じた信号を、移動体制御部２６１に出力する。ステップ荷重センサ８は、ステップ１８３Ｌ，１８３Ｒに加わる荷重に応じた信号を、移動体制御部２６１に出力する。傾斜センサ７は、所定の基準線に対する自身の傾きに応じた信号を移動体制御部２６１に出力する。左右のロータリエンコーダ９Ｌ，９Ｒは、ロータ軸９６Ｌ，９７Ｒの回転位置に応じた信号を、移動体制御部２６１に出力する。
The
移動体制御部２６１は、上部荷重センサ６からの信号に基づいて、入力軸２０６に入力される荷重を算出し、算出した荷重と所定の閾値とを比較して、着座ユニット４に搭乗者が着座しているか否かを判定する。また、移動体制御部２６１は、ステップ荷重センサ８からの信号に基づいて、ステップ１８３Ｌ，１８３Ｒに加わる荷重を算出し、算出した荷重と所定の閾値とを比較して、ステップ１８３Ｌ，１８３Ｒに搭乗者が足を乗せているか否かを判定する。
The moving
移動体制御部２６１は、着座ユニット４に着座しているか否かの判定結果と、ステップ１８３Ｌ，１８３Ｒへ足を乗せているか否かの判定結果とに基づいて、移動体１への搭乗者の有無および搭乗者の搭乗姿勢を判定する。
Based on the determination result of whether or not the user is seated on the
本実施形態に係る移動体１では、図１４に示されるように、搭乗者は、着座ユニット４に着座して搭乗する着座搭乗姿勢（図中Ａ）と、左右のステップ１８３Ｌ，１８３Ｒ上に起立し、格納位置にある着座ユニット４のクッション部を膝部および大腿部で挟みこむようにして搭乗する起立搭乗姿勢（図中Ａ）とを取ることができる。更に、移動体１は、非搭乗状態で、索体連結具５０Ｆあるいは５０Ｒに掛けられた移動体牽引用ロープ５２による牽引モードを取ることができる。
In the
着座ユニット４に着座していないと判定され、ステップ１８３Ｌ，１８３Ｒへ足を乗せていないと判定された場合には、移動体１に搭乗者はない（非搭乗状態）と判定される。着座ユニット４に着座していると判定された場合には、移動体１に搭乗者が着座搭乗姿勢で搭乗している（着座搭乗状態）と判定される。着座ユニット４に着座していないと判定され、ステップ１８３Ｌ，１８３Ｒに足を乗せていると判定された場合には、移動体１に搭乗者が起立搭乗姿勢で搭乗している（起立搭乗状態）と判定される。
If it is determined that the user is not seated on the
移動体制御部２６１は、ロータリエンコーダ９Ｌ，９Ｒからの信号に基づいて、左右の電動モータ８２Ｌ，８２Ｒの回転速度を算出し、左右の電動モータ８２Ｌ，８２Ｒの駆動制御に用いる。移動体制御部２６１は、傾斜センサ７からの信号に基づいて、下部構造体１４の上下方向の軸線と鉛直軸線とがなす前後方向の傾斜角と左右方向の傾斜角を所定の演算処理により算出する。
The moving
前後倒立振子制御部２６１１は、傾斜センサ７の信号より求められる前後方向の傾斜角に基づいて移動体１の前後方向の倒立振子制御を行う。前後方向の倒立振子制御では、移動体１全体および搭乗者を含む重心を、走行ユニット３（主輪８５）の接地点の概ね真上に位置させるように、傾斜角を制御目標値である基準角に一致させる。搭乗者の有無および搭乗姿勢によって移動体１全体および搭乗者を含む重心の位置が変化するため、基準角は、移動体１の非搭乗状態、着座搭乗状態、起立搭乗状態の各状態において個別に設定されている。
The front / rear inverted
左右倒立振子制御部２６１２は、傾斜センサ７の信号より求められる左右方向の傾斜角に基づいて左右方向の倒立振子制御を行う。左右方向の倒立振子制御は、前後方向の倒立振子制御とは異なり、移動体１の左右方向の傾きをなくして移動体１を常に鉛直に起立させる制御である。
The left / right inverted
移動体制御部２６１は、少なくとも前後倒立振子制御部２６１１による倒立振子の制御目標と左右倒立振子制御部２６１２による倒立振子の制御目標が達成されるように左ドライバ回路２５３と右ドライバ回路２５４を制御するためのＰＷＭ信号を生成する。左ドライバ回路２５３、右ドライバ回路２５４は、ＰＷＭ信号に応じて左右の電動モータ８２Ｌ，８２Ｒに電力を供給し、左右の電動モータ８２Ｌ，８２Ｒを駆動する。
The moving
ゲイン設定部２６１３は、倒立振子制御における速度制御応答の制御パラメータを設定する制御パラメータ設定手段であり、前後倒立振子制御部２６１１の速度制御ゲインと左右倒立振子制御部２６１２の速度制御ゲインとを個別に可変設定する。
The
ゲイン設定部２６１３は、牽引モード判定部２６１４より牽引モードであるか否かを示す信号を入力し、牽引モード時には、非牽引モード時に比して左右倒立振子制御部２６１２の速度制御応答が前後倒立振子制御部２６１１の速度制御応答より速くなるよう、前後倒立振子制御部２６１１と左右倒立振子制御部２６１２の速度制御ゲインを設定する。
The
牽引モード判定部２６１４は、索体連結具５０Ｆ，５０Ｒに連結された移動体牽引用ロープ５２によって移動体１が牽引される牽引モードであることを検出するものである。本実施例では、上部フレーム２１と下部フレーム２２との連結部に上部荷重センサ６があり、上部フレーム２１に索体連結具５０Ｆ，５０Ｒが取り付けられていることから、索体連結具５０Ｆ，５０Ｒに連結された移動体牽引用ロープ５２によって移動体１が牽引されることを上部荷重センサ６の出力信号によって検出することができる。
The towing
なお、移動体牽引用ロープ５２によって移動体１が牽引されることの検出は、索体連結具５０Ｆ，５０Ｒの取付部に、ロードセルや歪みセンサを取り付けることによっても行うことができる。
The detection that the moving
＜移動体の牽引＞ <Towing a moving body>
前述の索体連結具５０Ｆ，５０Ｒの配置位置は、当該索体連結具５０Ｆ，５０Ｒに連結される移動体牽引用ロープ５２によって移動体１が後述する主輪８５の向きと異なる方向へ引っ張られると、後述する前後、左右の倒立振子制御によってフレーム２が起立した姿勢において主輪８５の回転中心(回転軸線Ａ）を通過する鉛直線Ｃを中心した回転モーメントＭが移動体１に作用する位置である。
As for the arrangement positions of the above-mentioned
このことを満足する索体連結具５０Ｆ，５０Ｒの配置位置の一例は、図１５に示されているように、前後、左右の倒立振子制御によってフレーム２が起立した姿勢において、主輪８５の回転中心(回転軸線Ａ）を通過する鉛直線Ｃより離間した部位である。索体連結具５０Ｆ，５０Ｒの配置位置は、好ましくは、大きい回転モーメントＭを得るべく、鉛直線Ｃより可及的に大きく離間した部位である。
An example of the arrangement positions of the
より好ましくは、鉛直線Ｃは、移動体牽引用ロープ５２による移動体１の牽引操作の左右対称性を得るため、主輪８５の回転中心(回転軸線Ａ）と主輪８５の軸線方向幅の１／２を通る幅方向中央線Ｂとが交差する点を通過する鉛直線に特化される。
More preferably, the vertical line C has a rotational center (rotation axis A) of the
図１５に示されているように、前側の索体連結具５０Ｆに連結された索体牽引用ロープ５２によって移動体１が、主輪８５の向きと異なる方向である斜め前方へ引っ張られると、主輪８５の回転中心を通過する鉛直線Ｃを中心した回転モーメントＭが移動体１に作用する。
As shown in FIG. 15, when the
これにより、図１５に仮想線によって示されているように、主輪８５の最下部がなす接地部が接地面に対して滑り状態で、主輪８５の向きと索体牽引用ロープ５２とが一直線になる回動角θｄだけ、移動体１が回動変位する。この結果、主輪８５の向きが索体牽引用ロープ５２による引っ張り方向と同じ方向になり、引っ張る人に対する移動体の位置が一定になる。これにより、移動体１の取り扱い性がよくなる。
As a result, as shown by phantom lines in FIG. 15, the grounding portion formed by the lowermost portion of the
主輪８５の接地面に対する滑りは、最下位にあるドリブンローラ１６４が接地するだけの小さい接地面積をもって行われるので、大きい力を必要とすることなく行われる。
Since the sliding of the
また、主輪８５の向きが索体牽引用ロープ５２による引っ張り方向と同じ方向になることにより、移動体１は、引っ張る人の真後ろを直進するようになり、牽引時に大きい横幅を必要とすることが回避される。
In addition, since the direction of the
移動体牽引用ロープ５２による移動体１の牽引モード時には、ゲイン設定部２６１３により、非牽引モード時に比して左右倒立振子制御部２６１２の速度制御応答が前後倒立振子制御部２６１１の速度制御応答より速くなるから、移動体１の左右方向の起立姿勢への復帰が速くなり、その結果、移動体１の左右方向の移動が少なくなる。
In the pulling mode of the moving
このことによっても、移動体１が主輪８５の向きと異なる方向へ引っ張られた際に、移動体１が引っ張る人の真後ろを直進し易くなる。
Also by this, when the moving
後側の索体連結具５０Ｒは、他の移動体１をロープで繋げて複数台の移動体１を一斉に牽引移動させる場合に用いられる。複数台の移動体１を一斉に牽引移動させる場合も、１台目、２台目と、順次、主輪８５の向きが索体牽引用ロープ５２による引っ張り方向と同じ方向になり、複数台の移動体１が連なって引っ張る人の真後ろを直進するようになる。
The rear
索体連結具５０Ｆ，５０Ｒの配置位置は、図１５に示されている実施例に限られることはなく、移動体牽引用ロープ５２によって移動体１が後述する主輪８５の向きと異なる方向へ引っ張られた場合に、フレーム２が起立した姿勢において主輪８５の回転中心(回転軸線Ａ）を通過する鉛直線Ｃを中心した回転モーメントＭが移動体１に作用する位置であればよく、図１５に示されているように、索体連結具５０Ｆ，５０Ｒが、各々、２点に設けられていてもよい。
The arrangement positions of the
この場合、索体連結具５０Ｆ，５０Ｒは、主輪８５の回転中心(回転軸線Ａ）を通過する鉛直線Ｃより離間した部位で、一つの仮想平面において、主輪８５の幅方向中央線Ｂの両側の対称位置に配置されることが、移動体牽引用ロープ５２による移動体１の牽引操作の左右対称性を得るために好ましい。
In this case, the
この実施例では、二股分岐の移動体牽引用ロープ５２が用いられることにより、索体連結具５０Ｆと５０Ｒの二箇所に張力が作用し、引っ張り操作が安定する。
In this embodiment, by using the bifurcated branch moving
なお、索体連結具５０Ｆ、５０Ｒの配置位置は、中心軸線Ａを含む仮想垂直面上で、主輪８５の幅方向中央線Ｂの両側の対称位置に配置されてもよい。また、索体連結具５０Ｆ、５０Ｒは、主輪８５の幅方向中央線Ｂの両側の非対称位置に設けられてもよく、非対称度により、移動体１は引っ張る人の真後ろを直進することになる。
The arrangement positions of the
１…倒立振子型移動体、２…フレーム、３…走行ユニット、４…着座ユニット、５…制御ユニット、５…倒立振子制御ユニット（倒立振子制御部）、６…上部荷重センサ、７…傾斜センサ（傾斜角検出手段）、１０…バッテリユニット、１１…電装ユニット、１３…上部構造体、１４…下部構造体、２１…上部フレーム、２２…下部フレーム、２４…サドル格納部、２９…接続凹部、３６…切欠部、５０Ｆ，５０Ｒ…索体連結具、５２…移動体牽引用ロープ、６３Ｌ，６８Ｒ…サドル、８２Ｌ，８２Ｒ…電動モータ、８４Ｌ，８４Ｒ…駆動体、８５…主輪、１２１Ｌ，１２１Ｒ…ドライブディスク、１２２Ｌ，１２２Ｒ…ドライブローラ、１６１…環状体、１６４…ドリブンローラ、１８０Ｌ，１８０Ｒ…ステップベース、１８３Ｌ，１８３Ｒ…ステップ、２６１…制御回路、２６１１…前後倒立振子制御部、２６１２…左右倒立振子制御部材、２６１３…ゲイン設定部、２６１４…牽引モード判定部、２６３…左ドライバ回路、２６４…右ドライバ回路、２６５…入力インターフェース回路、２６６…出力インターフェース回路、２８１…バッテリ、２８４…メモリ、２８５…バッテリマネジメント回路（給電制御手段）
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記連結部に連結された牽引索体によって倒立振子型移動体が牽引される牽引モードであることを検出する牽引モード検出手段と、
前記基体の傾斜角を検出する傾斜角検出手段と、
前記傾斜角検出手段によって検出された傾斜角に基づいて前記走行ユニットを制御し前記基体の前後方向の倒立振子制御を行う前後倒立振子制御手段と、
前記傾斜角検出手段によって検出された傾斜角に基づいて前記走行ユニットを制御し前記基体の左右方向の倒立振子制御を行う左右倒立振子制御手段と、
牽引モード検出手段によって牽引モードであることが検出された場合には、非牽引モード時に比して前記左右倒立振子制御手段の速度制御応答が前記前後倒立振子制御手段の速度制御応答より速くなるように制御パラメータを設定する制御パラメータ設定手段と、
を有する倒立振子型移動体の制御装置。 A traveling unit including one main wheel is attached to the base body, and a connecting portion for connecting the towing rope body is provided in a portion of the base body that is separated from a vertical line passing through the rotation center of the main wheel in the standing posture. An inverted pendulum type moving body control device,
Traction mode detecting means for detecting that the inverted pendulum type moving body is towed by the tow rope connected to the connecting portion;
An inclination angle detecting means for detecting an inclination angle of the substrate;
Front and rear inverted pendulum control means for controlling the traveling unit based on the inclination angle detected by the inclination angle detection means and performing inverted pendulum control in the front-rear direction of the base body;
Left and right inverted pendulum control means for controlling the traveling unit based on the inclination angle detected by the inclination angle detection means and performing the inverted pendulum control in the horizontal direction of the base body;
When the traction mode detection means detects that the traction mode is selected, the speed control response of the left / right inverted pendulum control means is faster than the speed control response of the front / rear inverted pendulum control means compared to the non-traction mode. Control parameter setting means for setting control parameters in
Inverted pendulum type moving body control apparatus.
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