(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、倒立振子型移動機構で片輪空転が発生した際にこれを速やかに検出でき、空転持続時間が長い場合でも起立状態を維持できる倒立振子型移動機構を提供することにある。【解決手段】  左右の車輪を有する移動機構，移動機構に支持された上体，移動機構を制御する制御装置を備えた倒立振子型移動機構において、制御装置は、車輪の空転検出部で空転が検出されない場合に両輪起立走行制御を、空転が検出された場合に接地車輪による接地車輪起立制御を行い、空転車輪に対してトラクション復帰を促す空転車輪制御を行い、トラクション復帰検出部でトラクション復帰が検出されない場合に接地車輪起立制御へ戻り、トラクション復帰が検出された場合に両輪起立走行制御に復帰する空転対応制御を行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右の車輪及びこれらの車輪を回転駆動する走行モータを有する移動機構と、前記移動機構に支持された上体と、前記移動機構を制御する制御装置とを備えた倒立振子型移動機構において、
前記制御装置は、車輪の空転検出部及びトラクション復帰検出部を備え、前記空転検出部で空転が検出されない場合には両輪起立走行制御を行い、前記空転検出部で空転が検出された場合には接地車輪による接地車輪起立制御を行うと共に、
空転車輪に対してトラクション復帰を促す空転車輪制御を行い、前記トラクション復帰検出部でトラクション復帰が検出されない場合には前記接地車輪起立制御へ戻り、前記トラクション復帰検出部でトラクション復帰が検出された場合には前記両輪起立走行制御に復帰することにより、空転対応制御を行う倒立振子型移動機構。
【請求項２】
請求項１において、前記接地車輪起立制御は、前記移動機構が備えた接地車輪の回転運動を検出可能な角速度センサの情報と、前記上体が備えた前記上体の鉛直方向に対する傾斜角運動を検出可能な第１姿勢方位センサの情報と、前記上体が備えた前記上体のヨー軸周りの旋回角運動を検出可能な第２姿勢方位センサの情報とに基づいて、起立状態制御を行う倒立振子型移動機構。
【請求項３】
請求項２において、前記角速度センサの情報及び前記第２姿勢方位センサの情報は、前記上体のヨー軸周りの旋回運動成分を除いた前記接地車輪の運動情報となるように演算され、前記起立状態制御に用いられる倒立振子型移動機構。
【請求項４】
請求項１において、前記空転検出部は、前記左右の車輪の回転運動を各々検出可能な角速度センサの情報の差から算出されるヨー旋回運動量と、前記上体が備えたヨー旋回運動を検出可能な姿勢方位センサの情報から算出されるヨー旋回運動量との差分値を閾値と比較することによって、前記車輪の空転を検出する倒立振子型移動機構。
【請求項５】
請求項１において、前記空転車輪制御は、前記移動機構が備えた接地車輪の回転運動を検出可能な角速度センサの情報及び前記上体が備えたヨー旋回運動を検出可能な姿勢方位センサの情報から算出される、空転車輪と床との相対速度に車輪の粘性抵抗を乗じた値から、所望の最低復帰トラクション量に車輪半径を乗じた値を引いた値を、空転車輪への駆動トルクとする倒立振子型移動機構。
【請求項６】
請求項１において、前記トラクション復帰検出部は、空転車輪速度と、空転車輪と床との相対速度との差が一定の閾値以内にある摩擦負荷継続時間が、予め決定された復帰判定時間長を越えた時に、トラクションが復帰したと判定する倒立振子型移動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、片側車輪に空転が発生した際にも、起立状態の維持が可能な倒立振子型の移動機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
左右対称な倒立振子型移動機構に関しては特許文献１に、ヒトの移動手段として使用される移動機構に関しては特許文献２に記載されている。
【０００３】
特許文献１の倒立振子型移動機構は、一対の車輪と、両車輪間に架設された車軸と、車軸に支持された上体と、車輪駆動装置と、車輪を制御する制御装置とを備えている。移動機構の傾斜は上体の傾斜角度計測手段で検知され、車輪の回転角度は車輪回転角度検出手段で検知される。車輪駆動装置は、検知された上体の傾斜角度と車輪の回転角度を予め設定されている制御入力式に代入することで駆動トルクを演算し、車輪駆動用モータを制御する、両輪起立制御を行う。
【０００４】
特許文献２では、倒立振子型移動機構の起立走行中に、両車輪の加速度を制御周期毎に算出し、車輪と床との摩擦力（トラクション）が負荷した状態で取り得る最大加速度よりも、前記加速度が大きい場合に当該車輪が空転していると判断する。空転車輪に床からの摩擦力が負荷すると、それに追従するようなトルクフリー制御を行う。さらに、空転検出中の制御周期毎に空転車輪への駆動トルクと空転車輪の加速度から演算される慣性モーメントが、空転車輪の慣性モーメントより大きいと判定した場合に、トラクションが復帰したとして両輪起立制御に復帰する、トラクションコントロールがなされる。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−３０５０８２号公報
【特許文献２】米国特許第６２８８５０５号公報
【特許文献３】特開２００７−３１９９９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
倒立振子型移動機構が起立状態維持のための起立制御をしている際、特に走行移動を伴っている場合、片側車輪が空転する現象が発生することがある。この空転発生は、（ａ）走行中の床の摩擦係数が突然低くなる、（ｂ）車輪の急な加減速、（ｃ）床面の微小な凸凹や段差への乗上げ・落下に伴う一定期間の車輪の浮上現象などにより、本来想定していた床面と車輪間の摩擦反トルクよりも車輪への駆動トルクが大きくなり、車輪が急激に加減速する現象である。
【０００７】
この空転車輪について、空転前まで床から働いていたトラクションが減少することによってそれまで倒立振子型移動機構の起立状態維持に寄与していた、空転車輪から移動機構本体へ作用する力が減少することにより、起立制御が不安定化して転倒することがある。
しかしながら、安定な走行を維持する上で、転倒は可能な限り防止する必要がある。
【０００８】
この空転に伴う転倒を防止するためには、空転が発生した時に早期にこれを検出し、（ｄ）空転車輪の早期トラクション復帰を促す制御を行い、（ｅ）空転中は接地車輪のみで起立状態の維持を図ることが必要である。（ｄ）については、特許文献２にトラクションコントロールが記載されているが、（ｅ）に関しては開示されていない。
【０００９】
接地車輪から倒立振子型移動機構の上体へ作用する力には、床と車輪間のトラクションの反力が含まれるが、空転車輪から上体へ作用する力には、前記反力が含まれない。このため、上体に作用する力の不釣合からヨー軸周りに回転運動が起こり、起立制御に悪影響を及ぼす。特に倒立振子型移動機構の上体のヨー軸に関する慣性モーメントが小さい場合、この影響が顕著となる。
【００１０】
更に、空転発生時の傾斜角度が深い（大きい）場合や、空転持続時間が長い場合は、今まで両輪で起立状態を維持していたものを、接地車輪のみで起立状態を維持する必要があるため、接地車輪の駆動トルクを増加させる必要が考えられる。
【００１１】
また、空転検出も可能な限り頑健かつ確実に行う必要があるが、特許文献２のように、運動情報に関して車輪の回転角度情報のみを用いて空転を検出する方法では、車輪の回転角度情報に含まれるノイズ成分に反応しないように、フィルタ次数を上げたり、閾値を上げざるを得ず、空転検出に遅れが発生することがある。
【００１２】
本発明の目的は、倒立振子型移動機構で片輪空転が発生した際にこれを速やかに検出でき、空転持続時間が長い場合でも起立状態を維持できる倒立振子型移動機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の倒立振子型移動機構は、左右の車輪及びこれらの車輪を回転駆動する走行モータを有する移動機構と、移動機構に支持された上体と、移動機構を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、車輪の空転検出部及びトラクション復帰検出部を備え、空転検出部で空転が検出されない場合に両輪起立走行制御を、空転が検出された場合に接地車輪による接地車輪起立制御を行うと共に、空転車輪に対してトラクション復帰を促す空転車輪制御を行い、トラクション復帰検出部でトラクション復帰が検出されない場合に接地車輪起立制御へ戻り、トラクション復帰が検出された場合に両輪起立走行制御に復帰する空転対応制御を行う。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、片輪空転発生時に速やかにこれを検出し、接地車輪で起立状態を維持しつつ、空転車輪に対しては早期のトラクション復帰を支援し、且つトラクション復帰時にこれを検知して両輪接地起立制御に即座に移行させることにより、空転の発生から終わりまで起立状態を維持して転倒が発生しない倒立振子型移動機構を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施例に係る倒立振子型移動機構について、図１〜図６を用いて説明する。
【００１６】
まず、本実施例の移動ロボット１０１の構成を、図１を参照して説明する。図１Ａは本実施例の移動ロボットの構成を説明する正面図、図１Ｂは図１Ａの移動ロボットの側面図、図１Ｃは平面図（上面図）である。
【００１７】
移動ロボット１０１は、倒立振子型の移動ロボットであり、移動機構１０２と上体１０３とに大別される。移動機構１０２は、左右の車輪１０４及び１０５と、これらを回転駆動する左右の走行モータ１０６及び１０７とを備えている。上体１０３は、移動機構１０２の上部に回動可能に支持されている。移動機構１０２の上部には、鉛直方向を基準とした上体１０３の傾斜を検出する姿勢方位センサ１０８，移動ロボットのヨー軸周りの回転量（旋回量）を検出する姿勢方位センサ１０９が設けられている。上体１０３は、作業用のマニピュレータ１１０，対人インターフェース機能を持つ頭部１１１などの作業装置，ロボット全体を制御する制御装置１１２を備えている。
【００１８】
次に、移動ロボット１０１の制御系の構成について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、移動ロボットの制御系の構成図である。図３は、車輪の空転発生に対処するための空転対応の制御フローである。制御装置１１２は、移動目標生成部２０１，動作計画部２０２，目標モータ駆動トルク演算部２０３，左モータ駆動装置２０４，右モータ駆動装置２０５，空転検出部２０８，トラクション復帰検出部２０９，経路制御部２１０を備えている。
【００１９】
移動目標生成部２０１では、移動ロボット１０１の移動目標である、到着位置，移動時間，移動速度，最大移動加速度，最大モータ駆動トルクなどを生成する。動作計画部２０２では、移動目標生成部２０１から到着位置，移動時間，移動速度，最大移動加速度，最大モータ駆動トルクを目標として受け、移動ロボットの時系列毎の（時系列に沿った）目標位置，目標速度，目標傾斜角度，移動モータ駆動トルクを生成する。生成方法は、例えば特許文献３の方法を用いることができる。
【００２０】
経路制御部２１０では、移動目標生成部２０１から到着（到達）位置を取得し、到着位置までの経路を生成し、その経路上における旋回角度目標値及び旋回角速度目標値を計算する。以下、旋回角度目標値及び旋回角速度目標値を、纏めて旋回目標値と呼ぶ。
【００２１】
目標モータ駆動トルク演算部２０３では、空転検出部２０８から車輪の空転情報を、トラクション復帰検出部２０９から空転車輪のトラクション復帰情報を、動作計画部２０２から移動目標値を、経路制御部２１０から旋回目標値を、それぞれ取得する。更に、目標モータ駆動トルク演算部２０３は、左右のエンコーダ（角速度センサ）２０６及び２０７から左右の車輪の角速度ｄθL／ｄｔ及びｄθR／ｄｔを、姿勢方位センサ１０８から上体１０３の鉛直方向から傾斜角速度ｄθ1／ｄｔを、姿勢方位センサ１０９から上体１０３のヨー旋回角速度ｄθy／ｄｔを、それぞれ取得する。目標モータ駆動トルク演算部２０３は、これらの取得した情報を用いて、各制御周期において、図３に示す空転対応制御フローに従い、左右のモータ駆動装置２０４及び２０５へ、目標モータ駆動トルクτL_r及びτR_rを指定する。
【００２２】
次に、左右のモータ駆動装置２０４及び２０５は、目標モータ駆動トルク演算部２０３から目標モータ駆動トルクτL_r及びτR_rを、左右のエンコーダ２０６及び２０７から左右の車輪の角速度ｄθL／ｄｔ及びｄθR／ｄｔを、それぞれ取得し、左右の走行モータ１０６及び１０７のモータ駆動トルクτL及びτRが目標モータ駆動トルクτL_r及びτR_rに等しくなるように、それぞれ制御を行う。
【００２３】
目標モータ駆動トルク演算部２０３は、図３の空転対応制御フローのように、空転検出部２０８が車輪の空転を検出しなかった場合には両輪起立走行制御３０１を行う。一方、空転検出部２０８が車輪の空転を検出した場合には、非空転検出側の接地車輪について接地車輪起立制御３０２を行い、続いて空転車輪制御３０３を行い、トラクション復帰検出部２０９で空転車輪のトラクションが復帰しているか否かの情報を受け取る。トラクションが復帰していない場合は次の制御周期で接地車輪起立制御３０２に戻り、トラクションが復帰した場合は次の制御周期で空転検出部２０８による片輪空転検出に戻る。上記の両輪起立走行制御３０１における駆動トルク算出方法は、例えば特許文献３の方法を用いることができる。
【００２４】
次に、空転検出部２０８における片輪空転検出方法を図４のフローチャートを用いて説明する。図１Ｄのように、ＸＹ平面上で上体１０３の重心を通るヨー軸（Ｚ軸）の反時計まわりの回転変位角度をθyとした時、Ｓ４０１で、左右の車輪のエンコーダ２０６及び２０７の出力信号から演算可能な短時間内の車輪角度積算値ΔθL及びΔθRを用いて、短時間内の回転変位角度（旋回移動量）Δθy_odoを式（１）より算出する。ここで、式（１）のｒは車輪半径、ｗは車輪のトレッド幅である。
【００２５】
【数１】
2010082717.tif 000003
【００２６】
一方、Ｓ４０２で、姿勢方位センサ１０９の出力信号の短時間内積分値から、短時間内の回転変位角度（旋回移動量）Δθy_gyroを算出する。次に、Ｓ４０３で、Δθy_odoとΔθy_gyroとの差分Δθy_diff＝ａ・Δθy_gyro−Δθy_odoを算出し、その絶対値を予め設定されたΔθy_thresholdと比較する。ここで、ａはΔθy_gyroのΔθy_odoに対する重み付け係数である。
【００２７】
両車輪に充分なトラクションが発生している場合、両回転移動量は近い値をとるのでΔθy_diffの絶対値はΔθy_threshold未満の値となり、両輪が接地していると判断する。
一方、片側の車輪のトラクションが抜けた場合、例えば左車輪が空転した場合、空転車輪側から上体への反力がなくなるためヨー軸まわりに回転力が発生し、右モータ駆動トルクτRが正値であるとΔθy_gyroは正値に、τRが負値であるとΔθy_gyroは負値となる。
【００２８】
空転車輪については、左モータ駆動トルクτLが正値ならばｄθL／ｄｔは急激な加速を、τLが負値ならばｄθL／ｄｔは急激な減速をするため、式（１）から算出されるΔθy_odoは、実際の回転移動量に対して見かけ上反対の方向に大きな値を取る。即ち、Δθy_odoとΔθy_gyroは空転発生時に逆符号の値を取ることになり、Ｓ４０３でΔθy_diffの絶対値は空転発生後速やかにΔθy_thresholdより大きい値を取り、車輪の回転角速度情報のみを用いた時よりも迅速に空転検出が可能となる。
【００２９】
Ｓ４０３の条件を満たした場合は、Ｓ４０４でΔθy_diffの符号判定を行い、更にＳ４０５，Ｓ４０６で駆動トルクの符号判定によって、どちらの車輪が空転しているかを判定する（Ｓ４０７，Ｓ４０８）。
【００３０】
次に、図３の接地車輪起立制御３０２における移動ロボット１０１のモータ駆動トルクの算出方法について説明する。以下では、左車輪１０４が空転した例を示すが、右車輪１０５が空転した場合も同様な方法で対応可能である。
【００３１】
接地車輪起立制御３０２では、図５に示す制御系で、移動ロボット１０１の起立状態を維持するために必要な接地車輪（右車輪）１０５に関するモータ駆動トルクτR_rが演算される。本実施形態では、図５で用いる移動機構１０２の運動に関する状態量について、片輪空転に伴う上体１０３のヨー軸まわりの旋回運動成分を除いた接地車輪の運動情報を用いることにする。さらに、起立制御に必要なフィードバックゲインを、片輪空転状態を考慮して設定する。以下に、この状態変数及びフィードバックゲイン行列Ｋの演算方法について説明する。
【００３２】
接地車輪起立制御３０２で用いる移動機構１０２に関する運動情報について、接地車輪１０５のエンコーダ２０７から得られる車輪回転角速度情報ｄθR／ｄｔと、姿勢方位センサ１０９から得られるヨー軸まわりの旋回運動情報ｄθy／ｄｔとを用いて、上体１０３のヨー軸まわりの旋回運動成分を除いた補正速度情報（補正回転角速度）ｄθc／ｄｔを次式によって算出する。
【００３３】
【数２】
2010082717.tif 000004
【００３４】
図５の起立制御系において、式（２）で得られる速度情報及びその積算値を状態量として用いることにより、制御系を不安定化させる上体１０３のヨー旋回運動情報成分の混入を小さくすることが可能である。これは、特に制御装置１１２の制御周期が長い（遅い）場合、上体１０３のヨー軸周りの慣性モーメントが小さい場合に、効果的である。
【００３５】
次に、図５に示している接地車輪起立制御３０２のブロック線図中におけるフィードバックゲインＫを求める手順を示す。移動ロボット１０１の車輪の片輪が空転中は、空転車輪にはトラクションが全く負荷していないとして、起立状態維持のために必要な力のつりあい関係を、図１Ｂにおける上体１０３の重心を通るＸＺ平面上で考える。
【００３６】
ここで、移動ロボット１０１は移動機構１０２及び上体１０３から構成され、移動機構１０２は、左右の車輪１０４，１０５、左右の走行モータ１０６，１０７、及びこれらの車輪と走行モータとを接続する車軸からなり、車輪一つ当りの質量をｍ0、車軸の周りの慣性モーメントをＪ0とする。上体１０３はそれ以外の部分とし、その質量をｍ1、車軸からみた重心の傾斜に関する慣性モーメントをＪ1とし、車軸と重心の間の距離をｌとする質点で代表する。車輪の半径をｒ、各車輪駆動部と上体１０３の間の粘性抵抗をＤとする。これらのパラメータｍ0，ｍ1，Ｊ0，Ｊ1，ｌ，ｒ，Ｄは、実機を測定しても良いし、設計値から計算しても良い。
【００３７】
ＸＺ平面上で、車輪１０４，１０５と上体１０３とのなす回転角度をそれぞれθL，θRとし、上体１０３の鉛直方向からの傾きをθ1とする。走行モータ１０６，１０７の駆動トルクをそれぞれτL，τRとする。簡単のために、移動ロボット１０１の総質量をＭall＝（ｍ1＋２ｍ0）とする。
【００３８】
この時、θ1と、上述した接地車輪の補正回転角速度ｄθc／ｄｔを積算したθcに関する運動方程式について、θ1が十分に小さいとみなして線形簡略（近似）したものを式（３ａ），（３ｂ）に示す。
【００３９】
【数３】
2010082717.tif 000005
【００４０】
更に、式（３ａ），（３ｂ）を状態空間表現したものが式（４）である。ただし、τR_offset＝τR−Ｄ・ｄθR／ｄｔとおき、空転車輪の角加速度による上体１０３への反トルクの影響は小さいとして無視する。
【００４１】
【数４】
2010082717.tif 000006
【００４２】
この状態空間表現に関しては、公知の様々な制御理論に基づいて状態フィードバックゲイン行列Ｋを算出し、状態フィードバック制御を施すことにより、起立状態を保つことができる。この制御系を表したものが図５である。但し、図５のｆｒは動作計画部２０２からの動作計画目標値であり、経路制御部２１０からの旋回目標値は遮断されている。
【００４３】
よって、接地車輪１０５に関する目標駆動トルクτR_rは、式（５）のように、θc，θ1，ｄθC／ｄｔ，ｄθ1／ｄｔに対して状態フィードバックゲイン行列Ｋの各成分ｋ1，ｋ2，ｋ3，ｋ4を乗じて加算したものに、車輪の粘性抵抗をキャンセルするトルクを足し合わせたものとなる。
【００４４】
【数５】
2010082717.tif 000007
【００４５】
以上のように、上体１０３の重心鉛直下点における補正回転角速度ｄθc／ｄｔとその積算値θcを移動機構１０２に関する状態量とし、式（４）の状態空間表現から求められるフィードバックゲイン行列Ｋを用いた図５で表される状態フィードバック制御を施すことにより、両輪接地状態を仮定した起立制御に比べて、起立状態維持をより長く保つことが可能な制御系が構築される。
【００４６】
次に、図３の空転車輪制御３０３及びトラクション復帰検出部２０９について説明する。空転車輪制御３０３では、空転発生後のトラクション復帰を促し、且つ容易なトラクション復帰の検出が求められる。そこで、本実施形態では、τL_rを式（６）のように制御する。
【００４７】
【数６】
2010082717.tif 000008
【００４８】
ここで、ｄθL_ref／ｄｔは、接地車輪の角速度ｄθR／ｄｔと、ヨー軸周りの姿勢角速度（旋回角速度）ｄθy／ｄｔから式（６ｂ）によって求められる床と空転車輪との相対速度である。Ｆfrictionは、所望のトラクション復帰検出量であり、Ｄ・（ｄθL_ref／ｄｔ）／ｒよりも小さな値に設定しておく。この時、空転車輪の運動方程式は式（７）となる。
【００４９】
【数７】
2010082717.tif 000009
【００５０】
この運動方程式により、トルク指令を式（６）のように設定しておけば、空転車輪にトラクションが全く働かない状況が続くと、概ね床面との相対速度から（ｒ・Ｆfriction）／Ｄだけ遅い速度に近づいていくことがわかる。これにより、床面と空転車輪との間に摩擦力が働く際、摩擦係数が静止摩擦係数に近づくため、トラクション復帰が促される。
【００５１】
空転車輪制御３０３により、Ｆfriction以上の摩擦力が負荷すると自動的に空転車輪角速度ｒ・ｄθL／ｄｔが床との相対速度と一致するようになるので、空転車輪角速度ｒ・ｄθL／ｄｔが床との相対速度と等しい値となれば、Ｆfriction以上のトラクションが復帰したと判定することができる。
【００５２】
但し、空転発生直後に一旦空転が加速し、その後空転車輪制御３０３が機能し空転車輪が減速している際、一時的に空転車輪速度と床との相対速度が一致する状況があり得る。
そこで、本実施形態では、図６のフローチャートに従って、トラクション復帰検出部２０９がトラクション復帰の検出を行う。
【００５３】
まず、制御装置１１２の各制御周期において、Ｓ６０１で、接地車輪速度ｄθR／ｄｔ及び姿勢方位センサ出力ｄθgyro／ｄｔから算出される空転車輪速度（ｄθR／ｄｔ−ｗ・ｄθgyro／ｄｔ）と、ｄθL／ｄｔとの差分が閾値εv_threshold未満と判定した場合、即ちＦfriction以上の摩擦力が負荷していると判定した場合、Ｓ６０３で摩擦力の負荷継続時間をカウントし、Ｓ６０４で摩擦負荷継続時間がトラクション復帰判定に足る時間長以上か判定する。トラクション復帰と判定した場合は、Ｓ６０５で摩擦負荷継続時間を初期化する。Ｓ６０１の条件を満たしていないと判断した場合は、摩擦力が負荷していないと判定し、Ｓ６０２で摩擦負荷継続時間を初期化する。Ｓ６０１の条件を満たしつつＳ６０４の条件を満たしていない場合は、現状の摩擦負荷継続時間を維持したまま次の制御周期に戻る。Ｓ６０４の復帰判定時間長は、トラクション抜け時の空転車輪減速中に、一時的にＳ６０１の条件を満たす時間間隔より大きい値に対応するよう設定される。摩擦負荷継続時間は、移動ロボット１０１の起動時に自動的に初期化されるものとする。以上の実施形態により、空転車輪のトラクション復帰を精度良く検出することが可能となる。
【００５４】
以上、本実施形態によれば、倒立振子型移動機構において、常時左右の車輪の回転差から算出される旋回量（回転量）と、姿勢方位センサから算出される旋回量とを比較することにより、片輪の空転発生を速やかに検出できる。空転検出中は、接地車輪には、片輪接地を前提とした運動方程式から導かれ、片輪空転に伴う上体のヨー軸まわりの旋回運動成分を除いた接地車輪の運動情報を状態量として利用した起立制御が適用される。空転車輪は、トラクション復帰とその検出を援助（サポート）するように、空転車輪と床との相対速度，期待する床と空転車輪間の摩擦力，車輪の径，車輪の粘性抵抗値などに基づいて出力トルクが制御される。空転車輪の角速度が倒立振子型移動機構の移動速度と一定時間同じになった場合、空転車輪のトラクションが復帰したと判定し、両輪接地起立制御に復帰することにより、片輪の空転発生中も安定した起立状態を維持して、転倒を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１Ａ】本発明の一実施例に係る移動ロボットの機構構成を説明する正面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの移動ロボットの側面図である。
【図１Ｃ】図１Ａの移動ロボットの平面図（上面図）である。
【図１Ｄ】図１Ａの移動ロボットのヨー旋回運動の変位を示す平面図である。
【図２】図１の移動ロボットの制御系構成図である。
【図３】図１の移動ロボットの空転対処制御方法を示すフローチャートである。
【図４】図２の空転検出部による空転検出方法を示すフローチャートである。
【図５】図３の接地車輪起立制御のブロック線図である。
【図６】図２のトラクション復帰検出部のトラクション復帰検出方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５６】
１０１  移動ロボット
１０２  移動機構
１０３  上体
１０４，１０５  車輪
１０６，１０７  走行モータ
１０８，１０９  姿勢方位センサ
１１０  マニピュレータ
１１１  頭部
１１２  制御装置
２０１  移動目標生成部
２０２  動作計画部
２０３  目標モータ駆動トルク演算部
２０４  左モータ駆動装置
２０５  右モータ駆動装置
２０６，２０７  エンコーダ
２０８  空転検出部
２０９  トラクション復帰検出部
２１０  経路制御部
【図１Ａ】
2010082717.tif 000010
【図１Ｂ】
2010082717.tif 000011
【図１Ｃ】
2010082717.tif 000012
【図１Ｄ】
2010082717.tif 000013
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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