倒立型移動體控制裝置、其控制方法及程序的製作方法
2023-06-14 06:30:51
倒立型移動體控制裝置、其控制方法及程序的製作方法
【專利摘要】倒立型移動體控制裝置，配備有：設置在倒立型移動體上的多個驅動車輪，分別驅動多個車輪的多個驅動機構，檢測多個驅動車輪與路面的打滑狀態的打滑檢測機構，取得搭乘者的操作信息的操作信息取得機構，控制驅動機構的驅動、控制多個驅動車輪的控制機構。控制機構基於由操作信息取得機構2取得的操作信息，控制打滑檢測機構未檢測出打滑的驅動車輪，以使倒立型移動體在立起來的方向產生來自於路面的對驅動車輪的摩擦反作用力的方式，控制由打滑檢測機構檢測出打滑的驅動車輪。
【專利說明】倒立型移動體控制裝置、其控制方法及程序
【技術領域】
[0001]本發明涉及控制倒立型移動體的倒立型移動體控制裝置、其控制方法及程序。
【背景技術】
[0002]搭乘者搭乘並維持倒立狀態來進行所希望的行駛的倒立型移動體是已知的。這種倒立型移動體，例如，在水窪等低摩擦路面上行駛的情況下確保其穩定性成為問題。
[0003]對此，例如，在判斷為驅動車輪相對於路面開始打滑時，直到該驅動車輪的打滑消失為止，使附加到各個驅動車輪上的驅動轉矩減小的倒立型移動體控制裝置是已知的(參照專利文獻I)。
[0004]現有技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本特許第4162995號公報
【發明內容】
[0007]發明所要解決的課題
[0008]但是，在上述專利文獻I中所述的倒立型移動體控制裝置中，在低摩擦路面上在行駛中驅動車輪的打滑量大的情況下，由於只是簡單地減小驅動車輪的轉矩，所以，不能安全地保持行駛或者安全地停止。
[0009]本發明是為了解決這種問題而做出的，其主要目的是提供一種即使在低摩擦的路面上也能夠使倒立型移動體安全地行駛或者使之安全地停止的倒立型移動體控制裝置、其控制方法及程序。
[0010]解決課題的手段
[0011]用於達到上述目的的本發明的一種形式，是一種倒立型移動體的控制裝置，配備有:設置在倒立型移動體上的多個驅動車輪；分別驅動所述多個驅動車輪的多個驅動機構；檢測所述多個驅動車輪與路面的打滑狀態的打滑檢測機構；取得搭乘者的操作信息的操作信息取得機構；和控制所述驅動機構的驅動以控制所述多個驅動車輪的控制機構，其特徵在於，所述控制機構，基於由所述操作信息取得機構取得的所述操作信息，控制未被所述打滑檢測機構檢測出打滑的所述驅動車輪，控制被所述打滑檢測機構檢測出打滑的所述驅動車輪，以便在使所述倒立型移動體立起來的方向上產生由路面對所述驅動車輪產生的摩擦反作用力。根據該一種形式，即使在低摩擦路面上，也能夠使倒立型移動體安全地行駛或者停止。
[0012]在該一種形式中，也可以還配備有:檢測所述倒立型移動體的縱傾角度的縱傾角度檢測機構；和計算所述倒立型移動體的驅動車輪的水平方向的速度的車輪水平速度計算機構，所述控制機構，基於由所述縱傾角度檢測機構檢測出的所述倒立型移動體的縱傾角度和由所述車輪水平速度計算機構計算出的所述驅動車輪的水平方向的速度，控制被所述打滑檢測機構檢測出打滑的所述驅動車輪。[0013]在該一種形式中，所述控制機構也可以具有:車輪角速度指令計算機構，所述車輪角速度指令計算機構基於由所述操作信息取得機構取得的操作信息、由所述車輪水平速度計算機構計算出的所述驅動車輪的水平方向的移動速度、和由所述打滑檢測機構檢測出的所述驅動車輪的打滑信息，計算所述驅動車輪的角速度指令；和安全控制機構，所述安全控制機構基於由所述車輪角速度指令計算機構計算出的所述驅動車輪的角速度指令，控制所述驅動機構的驅動，以保持所述倒立型移動體的倒立狀態。
[0014]在該一種形式中，所述車輪角速度指令計算機構可以利用下述公式計算對於被所述打滑檢測機構檢測出打滑的所述驅動車輪的角速度指令。
[0015]在該一種形式中，所述操作信息取得機構可以具有行進方向速度輸入機構，所述行進方向速度輸入機構基於由搭乘者輸入的操作信息，輸出所述倒立型移動體的行進方向及速度。
[0016]在該一種形式中，可以還配備有:檢測所述驅動車輪的角速度的車輪角速度檢測機構；檢測所述倒立型移動體的橫擺角度的橫擺角度檢測機構；和車輪水平加速度計算機構，所述車輪水平加速度計算機構基於由所述車輪角速度檢測機構檢測出的所述驅動車輪的角速度、由所述縱傾角度檢測機構檢測出的所述倒立型移動體的縱傾角度、由所述橫擺角度檢測機構檢測出的所述倒立型移動體的橫擺角度、和控制所述驅動機構的控制信號，計算所述驅動車輪的水平方向的加速度。
[0017]在該一種形式中，所述打滑檢測機構可以具有打滑參數計算機構，所述打滑參數計算機構基於由所述車輪角速度檢測機構檢測出的所述驅動車輪的角速度和由所述車輪水平加速度計算機構計算出的所述驅動車輪的水平方向的加速度，計算表示所述驅動車輪是否打滑的打滑參數，並將所述打滑參數輸出給所述控制機構。
[0018]在該一種形式中，所述車輪水平加速度計算機構可以利用下述公式計算所述第一驅動車輪及所述第二驅動車輪的水平方向的加速度。
[0019]在該一種形式中，所述安全控制機構可以利用下述公式計算對於打滑的所述驅動車輪的驅動轉矩T。
[0020]另一方面，為了達到上述目的的本發明的一種形式，也可以是一種倒立型移動體控制裝置的控制方法，其特徵在於，包括:檢測設置在倒立型移動體上的多個驅動車輪與路面的打滑狀態的步驟；取得搭乘者的操作信息的步驟；基於所述取得的操作信息，控制未被檢測出所述打滑的所述驅動車輪，控制被所述打滑檢測機構檢測出打滑的所述驅動車輪，以便在使所述倒立型移動體立起來的方向上產生由路面對所述驅動車輪產生的摩擦反作用力的步驟。
[0021]另外，為了達到上述目的的本發明的一種形式，也可以是一種倒立型移動體控制裝置的程序，其特徵在於，所述程序使計算機執行以下處理:
[0022]檢測設置在倒立型移動體上的多個驅動車輪與路面的打滑狀態的處理；基於搭乘者的操作信息，控制未被檢測出打滑的所述驅動車輪，控制被檢測出打滑的所述驅動車輪，以便在使所述倒立型移動體立起來的方向上產生由路面對所述驅動車輪產生的摩擦反作用力的處理。
[0023]發明的效果
[0024]根據本發明，可以提供即使在低摩擦路面上，也能夠使倒立型移動體安全地行駛 或停止的倒立型移動體控制裝置、其控制方法及程序。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是表示根據本發明的一種實施方式的倒立型移動體控制裝置的概略的系統結構的框圖。
[0026]圖2是表示由根據本發明的一種實施方式的倒立型移動體控制裝置進行的模擬的結果的圖，是表示平臺的縱傾角度隨著時間的變化的圖。
[0027]圖3是表示由根據本發明的一種實施方式的倒立型移動體控制裝置進行的模擬的結果的圖，是表示第一電動機轉矩的隨著時間的變化的圖。
[0028]圖4是表示根據本發明的一種實施方式的倒立型移動體的概略結構的透視圖。【具體實施方式】
[0029]下面，參照附圖對於本發明的實施方式進行說明
[0030]根據本發明的一種實施方式的倒立型移動體控制裝置100，是控制圖4所示的倒立型移動體110的行駛的裝置。根據本實施方式的倒立型移動體110配備有:搭乘者搭乘的平臺401、可旋轉地設置在平臺401的兩側的一對第一及第二驅動車輪402、可擺動地設置在平臺401上且搭乘者把持進行操作的手柄403、內置於平臺401中的控制機構111。倒立型移動體110根據搭乘者的行駛操作，一邊保持倒立狀態，一邊進行所希望的行駛。
[0031]圖1是表示根據本實施方式的倒立型移動體控制裝置的概略的系統結構的框圖。根據本實施方式的倒立型移動體控制裝置100配備有:控制機構111、檢測搭乘者對手柄403的操作狀態的行進方向速度輸入器112、驅動第一及第二驅動車輪402的一對第一及第二電動機113、檢測第一及第二驅動車輪402的角速度的車輪角速度檢測器114、檢測平臺401的縱傾角度的縱傾角度檢測器115、檢測平臺401的橫擺角度的橫擺角度檢測器116、控制各個第一及第二電動機113的驅動的控制裝置120。
[0032]行進方向速度輸入器112是行進方向速度輸入機構的一個具體的例子，設置於手柄403，在操作者使手柄403向所希望的方向傾斜來進行操作時，檢測該手柄403的傾斜角度，計算與該傾斜角度相對應的倒立型移動體110的行進方向及移動速度，作為行進方向速度信息對控制裝置120輸出。
[0033]第一及第二電動機113是驅動機構的一個具體的例子，內置於平臺401中，經由減速器等連接到第一及第二驅動車輪402的驅動軸上。第一及第二電動機113根據來自於控制裝置120的控制信號，分別獨立地旋轉驅動第一及第二驅動車輪402，一面保持倒立型移動體110的倒立狀態，一面以所希望的行進方向及速度使之行駛。
[0034]車輪角速度檢測器114是車輪角速度檢測機構的一個具體的例子，設置於第一及第二驅動車輪402的驅動軸等，檢測第一及第二驅動車輪402的角速度，作為車輪角速度檢測值向控制裝置120輸出。
[0035]縱傾角度檢測器115是縱傾角度檢測機構的一個具體的例子，設置於平臺401，檢測平臺401的縱傾角度，作為縱傾角度檢測值向控制裝置120輸出。
[0036]橫擺角度檢測器116是橫擺角度檢測機構的一個具體的例子，設置於平臺401，檢測平臺401的橫擺角度，作為橫擺角度檢測值向控制裝置120輸出。[0037]控制裝置120包括:車輪角速度指令運算器121、安全控制器122、車輪水平加速度運算器123、打滑參數運算器124和車輪水平速度運算器125。
[0038]另外，控制裝置120的硬體構成例如以微型計算機為中心，所述微型計算機包括:進行運算處理、控制處理等的CPU (中央處理器)；存儲由CPU執行的運算程序、控制處理程序等的ROM (只讀存儲器);暫時存儲處理數據等的RAM (隨機存儲器)。另外，這些CPU、R0M及RAM由數據總線等相互連接。
[0039]車輪水平加速度運算器123是車輪水平加速度運算機構的一個具體的例子，基於來自於車輪角速度檢測器114的車輪角速度檢測值、來自於縱傾角度檢測器115的縱傾角度檢測值、來自於橫擺角度檢測器116的橫擺角度檢測值、和從安全控制器122輸出給第一及第二電動機113的電動機電流(控制信號)，計算表示第一及第二驅動車輪402的向水平方向的加速度的車輪水平加速度，輸出給打滑參數運算器124及車輪水平速度運算器125。
[0040]打滑參數運算器124是打滑參數運算機構的一個具體的例子，基於來自於車輪水平加速度運算器123的車輪水平加速度和來自於車輪角速度檢測器114的車輪角速度檢測值，計算表示第一及第二驅動車輪402的打滑狀態的第一及第二打滑參數，輸出給車輪角速度指令運算器121。
[0041]車輪水平速度運算器125是車輪水平速度運算機構的一個具體的例子，對來自於車輪水平加速度運算器123的車輪水平加速度進行積分處理，計算表示第一及第二驅動車輪402的水平方向的速度的車輪水平速度，輸出給車輪角速度指令運算器121。
[0042]車輪角速度指令運算器121是車輪角速度指令運算機構的一個具體的例子，基於來自於行進方向速度輸入器112的行進方向速度信息、來自於車輪水平速度運算器125的車輪水平速度、來自於打滑參數運算器124的第一及第二打滑參數、和來自於縱傾角度檢測器115的縱傾角度檢測值，計算用於使倒立型移動體110安全地行駛或停止的、對於第一及第二驅動車輪402的第一及第二車輪角速度指令，輸出給安全控制器122。
[0043]安全控制器122是安全控制機構的一個具體的例子，基於來自於車輪角速度指令運算器121的第一及第二車輪角速度指令，對應於第一及第二驅動車輪402與路面的打滑狀態，計算能夠產生最安全的電動機轉矩的電動機電流，輸出給第一及第二電動機113。
[0044]更具體地說，安全控制器122基於搭乘者的操作信息，控制未檢測出打滑的第一或第二驅動車輪402，並且，以在使所述倒立型移動體110立起來的方向上產生從路面相對於第一或者第二驅動車輪402產生的摩擦反作用力的方式控制檢測出打滑的第一或者第二述驅動車輪402。藉此，通過不僅恰當地控制沒有打滑的驅動車輪402，而且恰當地控制打滑的驅動車輪402的驅動，能夠儘可能地保持倒立型移動體110的倒立狀態。進而，即使在不能維持倒立狀態的情況下，也能夠將其著地的衝擊抑制到最小限度，可以安全地使搭乘者下車。
[0045]其次，對於根據本實施方式的倒立型移動體控制裝置100的動作原理詳細地進行說明。首先，作為控制對象的倒立型移動體110的運動方程式可以如下述(I)式至(9)式那樣推導出來。
[0046][公式I]
【權利要求】
1.一種倒立型移動體的控制裝置，配備有: 設置在倒立型移動體上的多個驅動車輪； 分別驅動所述多個驅動車輪的多個驅動機構； 檢測所述多個驅動車輪與路面的打滑狀態的打滑檢測機構； 取得搭乘者的操作信息的操作信息取得機構；和 控制所述驅動機構的驅動以控制所述多個驅動車輪的控制機構，其特徵在於， 所述控制機構， 基於由所述操作信息取得機構取得的所述操作信息，控制未被所述打滑檢測機構檢測出打滑的所述驅動車輪， 控制被所述打滑檢測機構檢測出打滑的所述驅動車輪，以便在使所述倒立型移動體立起來的方向上產生由路面對所述驅動車輪產生的摩擦反作用力。
2.如權利要求1所述的倒立型移動體控制裝置，其特徵在於， 還配備有: 檢測所述倒立型移動體的縱傾角度的縱傾角度檢測機構；和計算所述倒立型移動體的驅動車輪的水平方向的速度的車輪水平速度計算機構，所述控制機構，基於由所述縱傾角度檢測機構檢測出的所述倒立型移動體的縱傾角度和由所述車輪水平速度計算 機構計算出的所述驅動車輪的水平方向的速度，控制被所述打滑檢測機構檢測出打滑的所述驅動車輪。
3.如權利要求1或2所述的倒立型移動體控制裝置，其特徵在於， 所述控制機構具有: 車輪角速度指令計算機構，所述車輪角速度指令計算機構基於由所述操作信息取得機構取得的操作信息、由所述車輪水平速度計算機構計算出的所述驅動車輪的水平方向的移動速度、和由所述打滑檢測機構檢測出的所述驅動車輪的打滑信息，計算所述驅動車輪的角速度指令；和 安全控制機構，所述安全控制機構基於由所述車輪角速度指令計算機構計算出的所述驅動車輪的角速度指令，控制所述驅動機構的驅動，以保持所述倒立型移動體的倒立狀態。
4.如權利要求3所述的倒立型移動體控制裝置，其特徵在於， 所述車輪角速度指令計算機構利用下述公式計算對於被所述打滑檢測機構檢測出打滑的所述驅動車輪的角速度指令， [公式I]
5.如權利要求1至4中任何一項所述的倒立型移動體控制裝置，其特徵在於，所述操作信息取得機構具有行進方向速度輸入機構，所述行進方向速度輸入機構基於由搭乘者輸入的操作信息，輸出所述倒立型移動體的行進方向及速度。
6.如權利要求1至5中任何一項所述的倒立型移動體控制裝置，其特徵在於，還配備有: 檢測所述驅動車輪的角速度的車輪角速度檢測機構； 檢測所述倒立型移動體的橫擺角度的橫擺角度檢測機構；和 車輪水平加速度計算機構，所述車輪水平加速度計算機構基於由所述車輪角速度檢測機構檢測出的所述驅動車輪的角速度、由所述縱傾角度檢測機構檢測出的所述倒立型移動體的縱傾角度、由所述橫擺角度檢測機構檢測出的所述倒立型移動體的橫擺角度、和控制所述驅動機構的控制信號，計算所述驅動車輪的水平方向的加速度。
7.如權利要求6所述的倒立型移動體控制裝置，其特徵在於， 所述打滑檢測機構具有打滑參數計算機構，所述打滑參數計算機構基於由所述車輪角速度檢測機構檢測出的所述驅動車輪的角速度和由所述車輪水平加速度計算機構計算出的所述驅動車輪的水平方向的加速度，計算表示所述驅動車輪是否打滑的打滑參數，並將所述打滑參數輸出給所述控制機構。
8.如權利要求6或7所述的倒立型移動體控制裝置，其特徵在於， 所述車輪水平加速度計算機構利用下述公式計算所述第一驅動車輪及所述第二驅動車輪的水平方向的加速度，
9.如權利要求2或3所述的倒立型移動體控制裝置，其特徵在於， 所述安全控制機構利用下述公式計算對於打滑的所述驅動車輪的驅動轉矩T， [公式 4]T = M sgn(q)
10.一種倒立型移動體控制裝置的控制方法，其特徵在於，包括: 檢測設置在倒立型移動體上的多個驅動車輪與路面的打滑狀態的步驟； 取得搭乘者的操作信息的步驟； 基於所述取得的操作信息，控制未被檢測出所述打滑的所述驅動車輪，控制被所述打滑檢測機構檢測出打滑的所述驅動車輪，以便在使所述倒立型移動體立起來的方向上產生由路面對所述驅動車輪產生的摩擦反作用力的步驟。
11.一種倒立型移動體控制裝置的程序，其特徵在於，所述程序使計算機執行以下處理:檢測設置在倒立型移動體上的多個驅動車輪與路面的打滑狀態的處理； 基於搭乘者的操作信息，控制未被檢測出打滑的所述驅動車輪，控制被檢測出打滑的所述驅動車輪，以便在使所述倒立型移動體立起來的方向上產生由路面對所述驅動車輪產生的摩擦反作用力的處理。
【文檔編號】B62K3/00GK103687783SQ201180072387
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2011年7月22日 優先權日:2011年7月22日
【發明者】安藤玄 申請人:豐田自動車株式會社