JPH1147454A - 回転体の回転による倒立制御玩具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サーボモータを使わず回転運動の制御のみで
倒立制御を行なう。 【構成】 慣性モーメントの大きな回転体２を回転させ
て、その反作用偶力により倒立制御を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の斜視図である。

【図２】 実施例の正面図である。

【図３】 実施例の側面図である。

【図４】 実施例の制御のブロック図である。

【符号の説明】

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

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。