JPH1147454A - Bandstand control toy by rotation of rotor - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To keep a toy main body from falling down by putting the toy main body in an erect attitude in a plate-like narrow tooth provided on the lower part thereof, detecting inclination of the toy main body by an inclination detecting sensor, and controlling the rotating direction and the rotating speed of a motor for correcting the inclination to generate reaction couple. SOLUTION: A body 1 forming a toy main body is grounded at a plate-like narrow tooth 4 provided on the lower part thereof on the floor surface. A rotor 2 provided with an outer peripheral ring 3 is supported on the body 1 in such a manner that the rotation of a motor incorporated in the body 1 is decelerated by a gear train and transmitted to the rotor 2 to be rotated. An inclination detecting sensor is adapted to detect the reflection return light quantity from the floor surface of light from a light emitting element 5. The sensor is fitted to one side of the body 1. According to an inclination detected by the inclination detecting sensor, a motor 8 is driven through a control circuit, and the rotating speed of the rotor 8 is increased in the opposite direction to the direction for correcting the inclination to generate reaction couple, thereby keeping the erect attitude.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は床面との接地が不安定
で、姿勢制御を行なわないと倒れてしてしまうような形
態の玩具の倒立制御に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inversion control of a toy in which the ground contact with the floor surface is unstable and the toy falls down without posture control.

【０００２】[0002]

【従来の技術】 サーボモータでアクチュエータを動か
して、重心の位置移動によってバランスを取っていた。2. Description of the Related Art A servomotor is used to move an actuator to balance the position of the center of gravity.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】サーボモータを使用す
ると、ポテンショメータ等が必要になり玩具として適切
な価格のものを提供することが難しかった。また、アク
チュエータの移動は静的な力学的影響と同時に動的な力
学的影響を及ぼすので、この２つを考慮した制御には難
しさを伴うものがあった。When a servomotor is used, a potentiometer or the like is required, and it has been difficult to provide a toy having an appropriate price. In addition, since the movement of the actuator has a dynamic mechanical effect at the same time as a static mechanical effect, there are some difficulties in controlling in consideration of the two.

【０００４】[0004]

【課題を解決するための手段】傾きを補正する力を発生
させる手段として、慣性モーメントの大きな回転体２の
回転を制御させることにしたものである。回転体２の重
心は回転軸上にあるものとする。As means for generating a force for correcting the inclination, the rotation of the rotating body 2 having a large moment of inertia is controlled. The center of gravity of the rotating body 2 is on the rotation axis.

【０００５】[0005]

【作用】回転体２の重心は回転軸上にあるので回転体２
の角度による力学的影響は無く回転運動しか影響を及ぼ
さなくなる。回転体２の回転数を変化させれば、回転体
２以外の部分には角運動量保存則により、回転体２の回
転数変化方向と逆方向の偶力が発生する。したがって、
検出した傾きに応じて適切な傾き補正の力を得ることが
出来るように制御回路７により回転体２の回転を制御す
ることで倒立制御を行なうことができる。Since the center of gravity of the rotating body 2 is on the rotation axis, the rotating body 2
There is no mechanical effect due to the angle, and only the rotational movement has an effect. When the rotation speed of the rotating body 2 is changed, a couple in a direction other than the rotation speed changing direction of the rotating body 2 is generated in a portion other than the rotating body 2 by the law of conservation of angular momentum. Therefore,
The control circuit 7 controls the rotation of the rotating body 2 so that an appropriate tilt correction force can be obtained in accordance with the detected tilt, whereby the inverted control can be performed.

【０００６】[0006]

【実施例】本発明の実施例の斜視図を図１、側面図を図
２、正面図を図３に示し、以下図において説明する。図
２においては側面のカバーが無くて中が見える状態であ
る。FIG. 1 is a perspective view, FIG. 2 is a side view, and FIG. 3 is a front view of an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a state in which the inside can be seen without a side cover.

【０００７】ボティ１は板状の細い歯４が一本で床面に
接地しているので、制御しなければ左右どちらかに倒れ
てしまうことになる。回転体２は外周リング３が付いて
いて慣性モーメントを大きくしてある。回転体２の駆動
トルクを大きくするためにギア９ａとギア９ｂでモータ
８の回転を減速してから回転体のシャフト１０により回
転体２を回転させるようになっている。バッテリー１１
はモータ８と制御回路７の電源となる。転倒防止棒１２
は横倒しになって破損するのを防ぐためのものである。
傾き検出センサはボディの片側に取り付けられていて、
発光素子５からの光の床面からの反射戻り光量を受光素
子６で検出する。発光素子５は赤外線発光ダイオード、
受光素子６は赤外線フォトトランジスタを用いている。
ボディ１が傾いて床面との距離が小さくなったとき受光
素子６の受光量が増加し、離れたとき減少する。したが
って真っ直ぐに立った状態の受光量を標準値として差分
をとることにより傾きの検出とすることができる。傾き
検出センサで検出した傾きを制御回路７に入力し、制御
回路７にてモータ８を駆動し、傾きを補正すべき方向と
逆方向に回転体の回転数を上げて反作用偶力を発生させ
て復元力とする。Since the body 1 has a single thin plate-shaped tooth 4 that is in contact with the floor, the body 1 may fall to the left or right unless controlled. The rotating body 2 has an outer peripheral ring 3 to increase the moment of inertia. In order to increase the driving torque of the rotating body 2, the rotation of the motor 8 is reduced by the gears 9a and 9b, and then the rotating body 2 is rotated by the shaft 10 of the rotating body. Battery 11
Is a power source for the motor 8 and the control circuit 7. Fall prevention rod 12
Is to prevent it from falling down and being damaged.
The tilt detection sensor is attached to one side of the body,
The light receiving element 6 detects the amount of light returning from the floor surface of the light from the light emitting element 5. The light emitting element 5 is an infrared light emitting diode,
The light receiving element 6 uses an infrared phototransistor.
The amount of light received by the light receiving element 6 increases when the body 1 tilts and the distance from the floor surface decreases, and decreases when the body 1 separates. Therefore, the inclination can be detected by taking the difference using the amount of received light in a straight standing state as a standard value. The inclination detected by the inclination detection sensor is input to the control circuit 7, and the control circuit 7 drives the motor 8 to increase the rotation speed of the rotating body in a direction opposite to the direction in which the inclination is to be corrected, thereby generating a reaction couple. And resilience.

【０００８】図４は制御の流れを示したブロック図であ
る。センサアンプは傾き検出センサからの信号の増幅を
行ない、可変抵抗によりオフセットとゲインの調整を行
なうようになっていてそのアナログ信号を演算回路に出
力する。演算回路はセンサアンプからの信号によりＰＩ
Ｄ制御等の演算を行ないＰＷＭ回路にアナログ量を出力
する。またスタートボタンが押された時点で真っ直ぐに
立つ状態に置かれているものとして、このときの受光量
が傾き無しのゼロ点となるようにオフセットを設定する
この機能により異なった床面の反射率に対応して倒立制
御を行なうことができる演算回路からのアナログ量に従
ってＰＷＭ回路で一定の間隔でパルス幅変調した正転パ
ルスと逆転パルスをモータアンプに出力する。正転パル
スと逆転パルスはモータの回転方向指定になるのでどち
らか一方だけで同時に送出されることはない。モータア
ンプは正転パルスまたは逆転パルスをそのまま電流増幅
してモータを駆動し、正転パルスのときはモータを正転
させ、逆転パルスのときはモータを逆転するように極性
を切り替える。制御回路７はこのブロックのセンサアン
プ、演算回路、ＰＷＭ回路およびモータアンプを包含す
る物とする。この実施例では演算回路とＰＷＭ回路は通
常のアナログ回路であるが、この機能をＡＤコンバータ
とマイクロコンピュータで行なうこともできる。FIG. 4 is a block diagram showing the flow of control. The sensor amplifier amplifies the signal from the tilt detection sensor and adjusts the offset and the gain by using a variable resistor, and outputs the analog signal to the arithmetic circuit. The arithmetic circuit uses PI from the signal from the sensor amplifier.
An operation such as D control is performed, and an analog amount is output to the PWM circuit. This function sets the offset so that the received light amount at this time is set to a zero point with no inclination, assuming that it is placed in a state of standing upright when the start button is pressed. The PWM circuit outputs a forward rotation pulse and a reverse rotation pulse pulse-width-modulated at regular intervals according to an analog amount from an arithmetic circuit capable of performing inverted control in response to the motor amplifier. The forward rotation pulse and the reverse rotation pulse specify the rotation direction of the motor, so that only one of them is not transmitted simultaneously. The motor amplifier drives the motor by amplifying the current of the forward rotation pulse or the reverse rotation pulse as it is, and switches the polarity so that the motor rotates forward in the case of the forward rotation pulse and reverses the motor in the case of the reverse rotation pulse. The control circuit 7 includes the sensor amplifier, the arithmetic circuit, the PWM circuit, and the motor amplifier of this block. In this embodiment, the arithmetic circuit and the PWM circuit are ordinary analog circuits, but this function can be performed by an AD converter and a microcomputer.

【０００９】回転体２の回転運動による力学的影響は回
転数の変化に依存するので、モータ制御の対象は本来は
回転数の変化であるが、この実施例ではモータ８の回転
数は検出せず情報の流れは一方的にパルス幅を設定して
モータ８を回すだけの形となっている。試作品の実験に
よりこの制御方式で充分安定した倒立状態の継続を行な
うことができることを確認してある。Since the mechanical effect of the rotating motion of the rotating body 2 depends on a change in the number of revolutions, the object of motor control is originally a change in the number of revolutions. In this embodiment, however, the number of revolutions of the motor 8 is detected. First, the flow of information is configured such that the pulse width is unilaterally set and the motor 8 is simply turned. Experiments on prototypes have confirmed that this control method can maintain a sufficiently stable inverted state.

【０００１０】[00010]

【発明の効果】サーボモータを使用しないことと、回転
体２の回転運動は重心位置の移動を伴わないので制御的
な難しさを軽減することができるので低価格で倒立制御
玩具を提供することができる。また、通常傾きの検出は
ジャイロセンサが用いられるが、この実施例では発光素
子５と受光素子６を用いているので、これもコストを押
えることに繋がる。アクチュエータの位置による制御よ
りも動きが大きいので玩具として面白みがある。According to the present invention, a servomotor is not used, and the rotational movement of the rotating body 2 does not involve the movement of the position of the center of gravity. Can be. In addition, a gyro sensor is usually used to detect the inclination. In this embodiment, since the light emitting element 5 and the light receiving element 6 are used, this also leads to a reduction in cost. Since the movement is larger than the control based on the position of the actuator, the toy is interesting.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】 実施例の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of an embodiment.

【図２】 実施例の正面図である。FIG. 2 is a front view of the embodiment.

【図３】 実施例の側面図である。FIG. 3 is a side view of the embodiment.

【図４】 実施例の制御のブロック図である。FIG. 4 is a control block diagram of the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１・・ボディ ２・・回転体 ３・・外周リング ４・・歯 ５・・発光素子 ６・・受光素子 ７・・制御回路 ８・・モータ ９・・ギア １０・・回転体のシャフト １１・・バッテリ １２・・転倒防止棒 1. Body 2. Rotating body 3. Outer ring 4. Teeth 5. Light emitting element 6. Light receiving element 7. Control circuit 8. Motor 9. Gear 10. Rotating body shaft 11.・ Battery 12 ・ ・ Tip prevention rod

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 傾き検出センサで検出した傾きを制御回
路（７）に入力し、制御回路（７）にてモータ（８）を
駆動し、モータ（８）で回転体（２）を回転させて、傾
きを補正すべき方向と逆方向に回転体（２）の回転数を
上げて反作用偶力を発生させることにより倒れないよう
に制御することを特徴とした倒立制御玩具。An inclination detected by an inclination detection sensor is inputted to a control circuit (7), a motor (8) is driven by the control circuit (7), and a rotating body (2) is rotated by the motor (8). An inverted control toy characterized in that the rotational speed of the rotating body (2) is increased in the direction opposite to the direction in which the inclination is to be corrected, and a reaction couple is generated to control the rotating body (2) so as not to fall down. 【請求項２】 発光素子（５）から送出されて床面で反
射された光を受光素子（６）で受光量を測定することに
より傾きを検出する傾き検出センサを用いた請求項１記
載の倒立制御玩具。2. A tilt detecting sensor according to claim 1, wherein the tilt detecting sensor detects tilt by measuring the amount of light received by the light emitting element and reflected on the floor surface by the light receiving element. Inverted control toy. 【請求項３】 倒立制御を開始させた時の受光素子
（６）の受光量を傾き無しの標準値とする機能の制御回
路（７）を特徴とする請求項２記載の倒立制御玩具。3. The inverted control toy according to claim 2, wherein the control circuit has a function of setting the amount of light received by the light receiving element when the inverted control is started to a standard value without inclination.