JP5337648B2 - Inverted pendulum type moving body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、倒立姿勢を維持しつつ移動する倒立振子型移動体に関する。より詳しくは、倒立振子型移動体を上下２分割構造として上部構造体を交換可能にした場合に、下部構造体に取り付けられる上部構造体の重心の位置や重量等に応じて、適切な倒立振子制御を行うことができる倒立振子型移動体に関する。 The present invention relates to an inverted pendulum type moving body that moves while maintaining an inverted posture. More specifically, when the inverted pendulum type moving body is divided into two upper and lower parts and the upper structure can be exchanged, an appropriate inverted pendulum according to the position of the center of gravity and the weight of the upper structure attached to the lower structure The present invention relates to an inverted pendulum type movable body that can be controlled.
別個の電動モータによってそれぞれ駆動される一対の駆動体と、これら一対の駆動体の間に挟持され、駆動体から摩擦力を受けて駆動される１つの主輪とから構成される走行ユニットを備えた倒立振子型移動体が公知になっている（例えば、特許文献１）。特許文献１に係る主輪は、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。
A traveling unit comprising a pair of driving bodies respectively driven by separate electric motors, and one main wheel sandwiched between the pair of driving bodies and driven by receiving frictional force from the driving bodies. An inverted pendulum type moving body is known (for example, Patent Document 1). A main wheel according to
このような倒立振子型移動体において、フレームを上下２分割構造とし、倒立振子制御に必須となる走行ユニットを下部構造体に配置し、上部構造体を交換可能にしたいという要求がある。例えば、上部構造体に着座ユニットが形成または取り付けられた構造の場合には、上部構造体を交換可能にすることによって、使用者の体格や嗜好に応じた着座ユニットを提供することができる。また、荷物かごや背もたれ、ハンドル等の付加部材を備えた上部構造体や、デザインを変更した上部構造体等を複数用意すれば使用者の選択自由度を増やすことができ、商品価値を向上させることができる。 In such an inverted pendulum type moving body, there is a demand for a frame having a vertically divided structure, a traveling unit that is essential for the inverted pendulum control being disposed in the lower structure, and the upper structure being replaceable. For example, in the case of a structure in which a seating unit is formed or attached to the upper structure, the seating unit according to the user's physique and preference can be provided by making the upper structure replaceable. Also, if you prepare multiple upper structures with additional items such as luggage baskets, backrests, handles, etc., or modified upper structures, etc., it will be possible to increase the user's freedom of choice and improve product value Can do.
しかしながら、任意の上部構造体を用いる場合、上部構造体の構成（重量や形状等）に応じて重心の位置が異なるため、倒立振子型移動体全体の重心の位置が初期の位置から変化する。倒立振子型移動体全体の重心の位置が変化すると、倒立振子型移動体の安定姿勢が変化するため、初期の安定姿勢を制御目標とする倒立振子制御では、適切に倒立姿勢を維持することができないという問題がある。 However, when an arbitrary upper structure is used, the position of the center of gravity differs depending on the configuration (weight, shape, etc.) of the upper structure, so that the position of the center of gravity of the entire inverted pendulum type moving body changes from the initial position. When the position of the center of gravity of the entire inverted pendulum type moving body changes, the stable posture of the inverted pendulum type moving body changes. Therefore, in the inverted pendulum control with the initial stable posture as the control target, the inverted posture can be properly maintained. There is a problem that you can not.
本発明は以上の問題を鑑みてなされたものであって、交換可能な上部構造体を有する倒立振子移動体において、重心の位置が相違する上部構造体を取り付けても、適切に倒立振子制御を行うことができる倒立振子型移動体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in an inverted pendulum moving body having a replaceable upper structure, even if an upper structure having a different center of gravity is attached, inverted pendulum control is appropriately performed. An object is to provide an inverted pendulum type moving body that can be used.
上記課題を解決するために、第１の発明は、倒立振子型移動体（１）であって、所定の基準軸線（Ｂ）を有する下部構造体（１４）と、前記下部構造体に着脱自在に取り付けられた上部構造体（１３）と、前記下部構造体に設けられ、前記下部構造体の床面に対する移動および姿勢制御の用に供される走行ユニット（３）と、鉛直方向に対する前記基準軸線の傾斜角を検出する傾斜角検出手段（７）と、前記下部構造体に設けられ、前記傾斜角検出手段が検出した前記傾斜角に基づいて、当該傾斜角を制御目標である基準角に維持すべく、前記走行ユニットを駆動制御する倒立振子制御部（５）とを有し、前記上部構造体は、重心の位置が異なる各種の前記上部構造体と交換可能であり、各種の前記上部構造体に固有の情報を保持する情報保持手段（２８４）を有し、前記倒立振子制御部は、前記情報保持手段から前記情報を取得し、当該情報に応じて前記基準角を設定することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the first invention is an inverted pendulum type moving body (1), which has a lower structure (14) having a predetermined reference axis (B), and is detachable from the lower structure. An upper structure (13) attached to the lower structure, a traveling unit (3) provided in the lower structure and used for movement and posture control of the lower structure with respect to the floor, and the reference for the vertical direction An inclination angle detection means (7) for detecting an inclination angle of the axis, and a reference angle which is a control target based on the inclination angle provided in the lower structure and detected by the inclination angle detection means. An inverted pendulum control unit (5) for driving and controlling the traveling unit, and the upper structure can be replaced with various upper structures having different positions of the center of gravity. Information storage that holds information specific to the structure And means (284), the inverted pendulum control unit acquires the information from the information holding means, and setting the reference angle in response to the information.
この構成によれば、上部構造体が保持する上部構造体に固有の情報に基づいて、倒立振子制御の基準角を設定するため、重心の位置や重量が異なる各種の上部構造体を取り付けても倒立振子型移動体は適切に倒立姿勢を維持することができる。また、上記の発明において、前記情報保持手段が保持する固有の情報は、上部構造体を下部構造体に取り付けた際の基準角や、上部構造体の重量や形状、重心の位置等であるとよい。
According to this configuration, since the reference angle for the inverted pendulum control is set based on information unique to the upper structure held by the upper structure, various types of upper structures with different positions and weights of the center of gravity can be attached. The inverted pendulum type moving body can appropriately maintain the inverted posture. Further, in the above invention, specific information that the information holding means for holding the reference angle and when fitted with a superstructure in the lower structure, the weight and shape of the upper structure, if it is position of the center of gravity Good.
第２の発明は、第１の発明において、前記情報保持手段は、目標基準角を記憶したメモリ（２８４）であり、前記倒立振子制御部は、前記目標基準角を前記基準角に設定することを特徴とする。 In a second aspect based on the first aspect, the information holding means is a memory (284) storing a target reference angle, and the inverted pendulum control unit sets the target reference angle to the reference angle. It is characterized by.
この構成によれば、各上部構造体に固有の目標基準角を基準角に設定するだけであるため、倒立振子制御部における基準角の算出を省略できるとともに、メモリが保持する情報
量を少なくすることができる。
According to this configuration, since the target reference angle unique to each upper structure is only set as the reference angle, calculation of the reference angle in the inverted pendulum control unit can be omitted, and the amount of information held in the memory is reduced. be able to.
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記上部構造体は、前記下部構造体に着脱自在に取り付けられた上部フレーム（２１）と、前記走行ユニットに電力を供給するバッテリ（２８１）と、前記バッテリからの給電を制御する給電制御手段（２８５）とを有し、前記情報保持手段は、前記バッテリ制御手段に設けられたメモリ（２８４）であることを特徴とする。 According to a third invention, in the first or second invention, the upper structure includes an upper frame (21) detachably attached to the lower structure, and a battery (281 for supplying electric power to the traveling unit. ) And power supply control means (285) for controlling power supply from the battery, and the information holding means is a memory (284) provided in the battery control means.
この構成によれば、基準角を設定するための上部構造体に固有の情報を、上部構造体に設けられるバッテリ制御手段のメモリに保持させたため、別途にメモリを設ける必要がない。 According to this configuration, the information unique to the upper structure for setting the reference angle is held in the memory of the battery control means provided in the upper structure, so there is no need to provide a separate memory.
以上の構成によれば、交換可能な上部構造体を有する倒立振子移動体において、重心の位置等が相違する上部構造体を取り付けても、適切に倒立振子制御を行うことができる。 According to the above configuration, the inverted pendulum control can be appropriately performed even when the upper pendulum moving body having the replaceable upper structure is attached with the upper structure whose center of gravity is different.
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。 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.
＜倒立振子型移動体の全体構成＞
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。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。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を倒立姿勢に維持する。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。
<Overall configuration of inverted pendulum type moving body>
As shown in FIGS. 1 to 5, an inverted pendulum type moving body (hereinafter simply referred to as a moving body) 1 includes a
＜フレームの構成＞
図１に示されているように、フレーム２は、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。また、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を有する。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。フレーム２は、左右方向から見て略８の字状を呈する。フレーム２は、そのくびれ部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。
<Frame structure>
As shown in FIG. 1, 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。また、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。
As shown in FIG. 5, the
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、下方を向く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１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
図５に示されているように、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等が装着されて上部構造体１３を構成し、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）が装着されて下部構造体１４を構成する。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。
As shown in FIG. 5, a
＜着座ユニットの構成＞
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。
<Configuration of the seating unit>
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。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。
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。
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２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２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＞
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。
<Configuration of traveling unit>
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。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。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。
The
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。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
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。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。なお、走行ユニット３を下部フレーム２２に取り付ける際に、左右のマウント部材８１Ｌ，８１Ｒと下部フレーム２２との間に、それぞれ円環状の走行ユニットカバー１８９Ｌ，１８９Ｒを介装してもよい。走行ユニットカバー１８９Ｌ，１８９Ｒは、主輪８５および駆動体８４Ｌ，８４Ｒの側部を覆い、異物の侵入を防止する。
As shown in FIGS. 4 and 8, left and right step bases 180L and 180R are provided outside the left and
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，８１Ｒと当接している。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 lower inner surface of each of the step bases 180L and 180R passes through the space formed between the projecting
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。
As shown in FIGS. 1 to 4, a
＜電装ユニットの構成＞
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。
<Configuration of electrical unit>
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、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、マイクロコンピュータを構成するＣＰＵを有し、電動モータ８２Ｌ，８２Ｒ等の制御に供される制御回路２６１を備えた基板である。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（図示しない）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。
When the
＜バッテリユニットの構成＞
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２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。各バッテリマネジメント基板２８２は、マイクロコンピュータを構成するＣＰＵと、メモリ２８４とを備えたバッテリマネジメント回路２８５が形成されており、各バッテリ２８１に連結されている。バッテリマネジメント回路２８５は、各バッテリ２８１の充放電や使用するバッテリ２８１の選択を行う。
<Configuration of battery unit>
As shown in FIGS. 5 and 6, there are two
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。
A
＜上部構造体と下部構造体の連結構造＞
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。
<Connection structure of upper structure and lower structure>
11 and FIG. 11 show a connecting 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。
With the above connection structure, the
＜倒立振子制御系の構成＞
図１３に示されているように、制御回路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のメモリ２８４からの信号が入力される。制御回路２６１は、倒立振子制御を行うものであって、入力される各種信号に基づいて、移動体１を倒立状態に維持すべく、左ドライバ回路２５３および右ドライバ回路２５４を駆動させるためのＰＷＭ信号を生成する。
<Inverted pendulum control system configuration>
As shown in FIG. 13, the
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、制御回路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、制御回路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制御回路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、制御回路２６１に出力する。バッテリマネジメント回路２８５のメモリ２８４は、後述する基準角データを記憶しており、基準角データを制御回路２６１に出力する。
The
制御回路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、制御回路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
制御回路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。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とをとることができる。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。
The
制御回路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。
The
制御回路２６１は、傾斜センサ７からの信号に基づいて、下部構造体１４の軸線Ｂと鉛直軸線Ｃとのなす角度である傾斜角θを所定の演算処理により算出する。下部構造体１４の軸線Ｂは、図３および図１５Ａに示すように、下部フレーム２２の長軸（すなわち、上下方向に延在する線）に沿った線である。傾斜角θは、前後方向をｘ軸、左右方向をｙ軸、鉛直方向をｚ軸とするｘｙｚ座標系を想定すると、ｘ軸方向への傾斜角であるｘ成分θｘと、ｙ軸方向への傾斜角であるｙ成分θｙとで表される。また、制御回路２６１は、傾斜角θを時間で微分することによって、傾斜角速度θｄを算出する。傾斜角速度θｄは、ｘ軸方向への傾斜角速度であるｘ成分θｄｘと、ｙ軸方向への傾斜角速度であるｙ成分θｄｙとで表される。
Based on the signal from the
制御回路２６１は、傾斜角θおよび傾斜角速度θｄ等に基づいて倒立振子制御を行う。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θを制御目標値である基準角θｔ（θ１，θ２，θ３）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θｔは移動体１の非搭乗状態（θ１）、着座搭乗状態（θ２）、起立搭乗状態（θ３）の各状態において設定されている。
The
図１５Ａに示すように、本実施形態に係る移動体１は、非搭乗状態において、上部構造体１３および下部構造体１４が前後方向および左右方向において概ね対称形をなすため、上部構造体１３の重心ＧＵおよび下部構造体１４の重心ＧＬ、移動体１全体の重心Ｇ１は、概ね軸線Ｂ上に配置される。そのため、下部構造体１４の軸線Ｂは鉛直軸線Ｃと概ね一致し、非搭乗状態における基準角θｔ１は略０°に設定されている。図中のＧは床面を表している。
As illustrated in FIG. 15A, the
図１５Ｂに示すように、着座搭乗状態においては、脚部を前方に折り曲げて乗る搭乗者Ｈの重心ＧＨが、軸線Ｂよりも前方に位置するため、移動体１全体および搭乗者Ｈを含む重心Ｇ２が軸線Ｂよりも前方に配置される。そのため、重心Ｇ２を走行ユニット３の接地点の概ね真上に位置させるべく、軸線Ｂを後方側に傾斜させる基準角θｔ２が設定される。なお、搭乗者Ｈおよび移動体１は左右方向において概ね対称をなすため、傾斜角θ２のｙ成分θ２ｙは０である。
As shown in FIG. 15B, in the sitting passenger enters, the center of gravity G H of the rider H ride by bending the leg forward, because they are located in front of the axis B, incl entire moving
図示は省略するが、起立搭乗状態においても同様に、起立状態にある搭乗者と移動体１全体の重心Ｇ３（図示しない）が走行ユニット３の接地点の概ね真上に位置させるべく、基準角θ３が設定される。なお、基準角θ３のｙ成分θ３ｙは０である。
Although not shown in the figure, the reference angle is also set so that the center of gravity G3 (not shown) of the occupant in the standing state and the entire moving
バッテリマネジメント回路２８５のメモリ２８４は、上部構造体１３の重心に応じた非搭乗状態、着座搭乗状態、起立搭乗状態の各状態における基準角データθ１，θ２，θ３を記憶している。メモリ２８４に記憶された基準角データは、下部構造体１４の形状や重量から導き出される下部構造体１４の重心ＧＬと、上部構造体１３の形状や重量から導き出される上部構造体１３の重心ＧＵと、着座状態または起立状態で搭乗する搭乗者の想定される重心ＧＨとに基づいて算出された移動体１全体および搭乗者Ｈを含む重心Ｇｔから予め設定された値である。
The
制御回路２６１は、バッテリマネジメント回路２８５のメモリ２８４から受け取った基準角データを制御目標値である基準角θ１〜θ３に設定する。そして、制御回路２６１は、傾斜角θを基準角θ１〜θ３に一致させるべく、左ドライバ回路２５３および右ドライバ回路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および右ドライバ回路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
制御回路２６１による倒立振子制御手順を図１６のフロー図に示す。図１６の倒立振子制御手順は、所定の制御処理周期で実行される。最初に、制御回路２６１は、傾斜センサ７からの出力を取得する（Ｓ１）。そして、制御回路２６１は、取得した傾斜センサ７の出力に基づいて所定の演算を行い、傾斜角θおよび傾斜角速度θｄを算出する（Ｓ２）。
The procedure for controlling the inverted pendulum by the
次に、制御回路２６１は、上部荷重センサ６およびステップ荷重センサ８からの出力を取得する（Ｓ３）。そして、制御回路２６１は、上部荷重センサ６の出力値が示す荷重が所定値よりも大きいか否か、すなわち着座ユニット４に搭乗者が着座しているか否かを判定する（Ｓ４）。判定がＹｅｓの場合には、着座搭乗状態であるとして基準角θｔにθ２を設定し（Ｓ５）、判定がＮｏの場合にはステップＳ６に進む。ステップＳ６では、制御回路２６１は、ステップ荷重センサ８の出力値が示す荷重が所定値よりも大きいか否か、すなわちステップ１８３Ｌ，１８３Ｒ上に搭乗者が起立しているか否かを判定する。判定がＹｅｓの場合には、起立搭乗状態であるとして基準角θｔにθ３を設定し（Ｓ７）、判定がＮｏの場合には移動体１に搭乗者は搭乗していない（非搭乗状態）として基準角θｔにθ１を設定する（Ｓ８）。
Next, the
ステップＳ５〜Ｓ８で基準角θｔを設定した後は、制御回路２６１は、傾斜角θ、傾斜角速度θｄ、基準角θｔ等に基づいて傾斜角θを基準角θｔに一致させるべく、所定の演算に基づいて左右の電動モータ８２Ｌ，８２Ｒの速度指令値を設定する（Ｓ９）。そして、速度指令値に基づいたＰＷＭ信号を生成し、電動モータ８２Ｌ，８２Ｒを駆動する（Ｓ１０）。
After the reference angle θt is set in steps S5 to S8, the
以上の構成によって、移動体１は、倒立振子制御によって、軸線Ｂが基準角θ１〜θ３に一致した倒立状態に維持される。移動体１の走行操作は、搭乗者の体重移動によって行われる。搭乗者が進みたい方向に体重移動することによって、軸線Ｂが進みたい方向に傾倒する。すると、制御回路２６１は、傾斜角θを各搭乗状態に応じた基準角θ２〜３に一致させようとして走行ユニット３を駆動し、その結果、移動体１は搭乗者が進みたい方向に移動する。
With the above configuration, the moving
＜実施形態の作用効果＞
本実施形態では、上部構造体１３に取り付けられるバッテリマネジメント回路２８５のメモリ２８４に、基準角データを記憶させたことによって、重心ＧＵの位置が異なる上部構造体１３を各種用意し、それらを下部構造体１４に交換可能に取り付けても適切に倒立振子制御を行うことができる。上述したように、上部構造体１３の重心ＧＵの位置が変化すると、移動体の各状態における移動体１全体および搭乗者Ｈを含む重心Ｇ１〜Ｇ３が変化し、基準角θ１〜θ３が変化する。そのため、各上部構造体１３に固有の重心ＧＵの位置および各上部構造体１３の形状に起因する搭乗者の重心ＧＨの位置を考慮した固有の基準角θ１〜θ３に関する情報を予め各上部構造体１３に記憶させ、制御回路２６１が各上部構造体１３から固有の基準角θ１〜θ３を受け取って制御目標値として使用することで、各上部構造体１３の重心ＧＵの位置に応じた適切な倒立振子制御を行うことができる。
<Effects of Embodiment>
In the present embodiment, the
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、実施形態では、メモリ２８４に基準角データを記憶させたが、これに代えて、上部構造体１３の重心ＧＵの位置や、各搭乗姿勢において予想される搭乗者の重心ＧＨの位置に関するデータを記憶させてもよい。そして、制御回路２６１が、下部構造体１４の重心ＧＬ、上部構造体１３の重心ＧＵ、各搭乗姿勢において予想される搭乗者の重心ＧＨに基づいて移動体１全体および搭乗者Ｈを含む重心Ｇ１〜Ｇ３を算出し、各重心Ｇ１〜Ｇ３に基づいて基準角を算出するようにしてもよい。その他、メモリ２８４に記憶させる情報には、制御回路２６１が基準角を算出するために必要な情報であって、上部構造体１３に固有のあらゆる情報が含まれる。また、上部構造体１３に固有の重心位置に応じた情報を保持する情報保持手段は、半導体のメモリ２８４に限られず、情報を形状として保持したコネクタ等であってもよい。
Although the description of the specific embodiment is finished as described above, the present invention is not limited to the above embodiment and can be widely modified. For example, in the embodiment, although stores the reference angle data in
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…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、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、２５３…左ドライバ回路、２５４…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 (4)
所定の基準軸線を有する下部構造体と、
前記下部構造体に着脱自在に取り付けられる上部構造体と、
前記下部構造体に設けられ、前記下部構造体の床面に対する移動および姿勢制御に供される走行ユニットと、
鉛直方向に対する前記基準軸線の傾斜角を検出する傾斜角検出手段と、
前記下部構造体に設けられ、前記傾斜角検出手段が検出した前記傾斜角に基づいて、当該傾斜角を制御目標である基準角に維持すべく、前記走行ユニットを駆動制御する倒立振子制御部とを有し、
前記上部構造体は、重心の位置が異なる各種の前記上部構造体と交換可能であり、各種の前記上部構造体に固有の情報を保持する情報保持手段を有し、
前記倒立振子制御部は、前記情報保持手段から前記情報を取得し、当該情報に応じて前記基準角を設定することを特徴とする倒立振子型移動体。 An inverted pendulum type moving body,
A lower structure having a predetermined reference axis;
An upper structure that is removably attached to the lower structure,
A traveling unit provided in the lower structure and used for movement and posture control of the lower structure with respect to a floor surface;
An inclination angle detecting means for detecting an inclination angle of the reference axis with respect to a vertical direction;
An inverted pendulum control unit that is provided in the lower structure and that drives and controls the traveling unit to maintain the inclination angle at a reference angle that is a control target based on the inclination angle detected by the inclination angle detection unit; Have
The upper structure can be exchanged with various upper structures having different positions of the center of gravity, and has information holding means for holding information unique to the various upper structures,
The inverted pendulum control unit is characterized in that the inverted pendulum control unit acquires the information from the information holding unit and sets the reference angle according to the information.
前記倒立振子制御部は、前記目標基準角を前記基準角に設定することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の倒立振子型移動体。 The information holding means is a memory storing a target reference angle,
The inverted pendulum type moving body according to claim 1 or 2 , wherein the inverted pendulum control unit sets the target reference angle to the reference angle.
前記情報保持手段は、前記バッテリ制御手段に設けられたメモリであることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１つの項に記載の倒立振子型移動体。 The upper structure includes an upper frame that is detachably attached to the lower structure, a battery that supplies power to the traveling unit, and a power supply control unit that controls power supply from the battery.
The inverted pendulum type moving body according to any one of claims 1 to 3, wherein the information holding unit is a memory provided in the battery control unit.
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