(57)【要約】      （修正有）【課題】より補助バーの接地リスクを低下させた倒立二輪車を提供すること。【解決手段】倒立二輪車１は、アクチュエータ１４により駆動される車輪１０と、車輪１０に連結され、搭乗者が搭乗するためのステップ１２と、ステップ１２に連結されたハンドル１５と、車輪の前方側又は後方側に設けられ、昇降可能な１以上の接地モジュール１１と、接地モジュール１１の上下の位置を検出するモジュール昇降センサと、車輪１０の回転角度又は回転角速度を測定する回転角測定センサと、ステップの姿勢を測定する姿勢測定センサと、モジュール昇降センサ、回転角測定センサ及び姿勢測定センサの測定結果と、ハンドル１５からの入力と、に基づき、アクチュエータ１４への駆動指令を作成するアクチュエータ駆動部１３と、を有するものである。【選択図】図１
2015051647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータにより駆動される車輪と、
前記車輪に連結され、搭乗者が搭乗するためのステップと、
前記ステップに連結されたハンドルと、
前記車輪の前方側又は後方側に設けられ、昇降可能な１以上の接地モジュールと、
前記接地モジュールの上下の位置を検出するモジュール昇降センサと、
前記車輪の回転角度又は回転角速度を測定する回転角測定センサと、
前記ステップの姿勢を測定する姿勢測定センサと、
前記モジュール昇降センサ、前記回転角測定センサ及び前記姿勢測定センサの測定結果と、前記ハンドルからの入力と、に基づき、前記アクチュエータへの駆動指令を作成するアクチュエータ駆動部と、を有する倒立二輪車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は倒立二輪車移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
倒立二輪車において、搭乗者が降車を行う際に、車輪の前方又は後方側で設置する補助バーを有するものが知られている。特許文献１には、補助バーを有する倒立二輪車が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１７８１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の倒立二輪車においては、例えば搭乗者の操作や、バランス訓練時の外乱等によって、倒立二輪車に搭乗者が搭乗中に補助バーが接地してしまう可能性がある。補助バーが接地すると、倒立二輪車の車輪が空転する等の問題が発生する。
【０００５】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、より補助バーの接地リスクを低下させた倒立二輪車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる倒立二輪車は、アクチュエータにより駆動される車輪と、前記車輪に連結され、搭乗者が搭乗するためのステップと、前記ステップに連結されたハンドルと、前記車輪の前方側又は後方側に設けられ、昇降可能な１以上の接地モジュールと、前記接地モジュールの上下の位置を検出するモジュール昇降センサと、前記車輪の回転角度又は回転角速度を測定する回転角測定センサと、前記ステップの姿勢を測定する姿勢測定センサと、前記モジュール昇降センサ、前記回転角測定センサ及び前記姿勢測定センサの測定結果と、前記ハンドルからの入力と、に基づき、前記アクチュエータへの駆動指令を作成するアクチュエータ駆動部と、を有するものである。これにより、補助バー１１の高さに応じて、倒立二輪車１の速度を制御することが可能となる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、より補助バーの接地リスクを低下させた倒立二輪車を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１にかかる倒立二輪車１の側面を示す概要図である。
【図２】実施の形態１にかかる倒立二輪車１を示す図である。
【図３】実施の形態１にかかる補助バー１１のクリアランスを示す図である。
【図４】実施の形態１にかかる補助バー１１のクリアランスと速度制御についての関係を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態１にかかる速度抑制ゲインＡを示すグラフである。
【図６】実施の形態２にかかるコントローラ１３の制御プログラムを示す図である。
【図７】実施の形態２にかかるコントローラ１３の制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる倒立二輪車１の側面を示す概要図である。なお以後の説明において、倒立二輪車上の搭乗者から見た前後左右を基準とする。
【００１０】
倒立二輪車１は、車輪１０と、接地モジュールとしての補助バー１１と、ステップ１２と、コントローラ１３と、アクチュエータ１４と、ハンドル１５と、を有するものである。
【００１１】
車輪１０は、平行にかつ同軸上に配置された２つの車輪である。２つの車輪１０には、それぞれアクチュエータ１４が接続され、車輪１０はアクチュエータ１４により駆動される。ここでは図示していないが、２つの車輪１０にはそれぞれ回転角度又は回転角速度を測定する回転角測定センサ１０１が接続されている。
【００１２】
ステップ１２は車輪１０の軸上に設けられ、側面からみてハンドル１５とＬ字型になるように連結されている。搭乗者は、ステップ１２の上に搭乗した状態で、ハンドル１５を前後に傾斜したり、ステップ１２上で体重移動することにより、倒立二輪車１を前後、左右方向に操縦する。また、ここには図示されていないが、ステップ１２には、ステップ１２の姿勢を測定する姿勢測定センサ１２１を備える。
【００１３】
補助バー１１は、倒立二輪車１上の搭乗者から見て、車輪１０より前方側に設けられる。また、補助バー１１はここではハンドル１５の一部である。補助バー１１は、昇降アクチュエータ１１１を有する。昇降アクチュエータ１１１は、補助バー１１を昇降する。なお、ここでは補助バー１１は昇降アクチュエータ１１１により昇降されるが、搭乗者の手動により昇降されるようにしてもよい。補助バー１１は、補助バー１１の上下の位置を検出するモジュール昇降センサ１１２を有する。
【００１４】
アクチュエータ１４は、具体的にはモータ等で構成され、車輪１０を駆動する。アクチュエータ１４は、コントローラ１３に接続され、コントローラ１３からの駆動指令を受けて駆動する。
【００１５】
コントローラ１３は、ハンドル１５からの入力と、回転角測定センサ１０１、姿勢測定センサ１２１及びモジュール昇降センサ１１２のそれぞれの測定結果と、に基づき、アクチュエータ１４に駆動指令を送信する。
【００１６】
図２（ａ）は、本実施の形態にかかる倒立二輪車１を示す図である。倒立二輪車１は、搭乗者のハンドル操作により、進行方向と、速度と、が決定される。例えば、前方に進む場合、ハンドル１５を前方に傾斜させる。
【００１７】
図２（ｂ）は、ハンドル１５の傾斜角度と倒立二輪車１の速度との関係を示すグラフである。倒立二輪車１では、ハンドル１５を大きく傾斜させるほど、倒立二輪車１の速度は速くなる。コントローラ１３は、補助バー１１と地面とのクリアランスを算出して、補助バー１１が地面に接地しないように、アクチュエータ１４を制御し、倒立二輪車１の速度を抑制する。これにより、倒立二輪車１の補助バーが地面に設置することを抑制し、例えば走行中に車輪が空転することを防ぐことができる。
【００１８】
次に、倒立二輪車１の制御方法について更に詳細に説明する。図３は、補助バー１１のクリアランスを示す図である。例えば補助バー１１が地面に対してほぼ垂直である場合、クリアランスＬは補助バー１１の地面からの高さｈとなる。
【００１９】
また、例えばハンドル１５が地面からの鉛直方向に対して角度θで傾いている場合、ハンドル１５の付け根部分から補助バー１１の端部までの長さをｄとして、クリアランスＬは補助バー１１の高さｈより補助バー１１の傾き分（ｄ・sinθ）だけ低くなる。そのため、クリアランスＬはｈ−ｄ・sinθとなる。
【００２０】
次に、補助バー１１と速度の関係について説明する。図４は、補助バー１１のクリアランスと速度制御についての関係を示すフローチャートである。ここでは、コントローラ１３は、第１許容閾値と第２許容閾値とを有する。第１許容閾値は補助バー１１が地面に接地しないように、速度抑制制御を実施するための閾値である。第２許容閾値は、補助バー１１が地面に接地したと判断するための閾値である。
【００２１】
まず、コントローラ１３はモジュール昇降センサ１１２から補助バー１１の高さ（下降量）を取得する（ステップＳ１）。次に、姿勢測定センサ１２１から倒立二輪車１のピッチ角角度を取得し（ステップＳ２）、ピッチ角度と補助バー１１の高さｈと、から地面からのクリアランスＬを算出する（ステップＳ３）。
【００２２】
クリアランスＬが第１許容閾値以上である場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、ステップ１に戻る。クリアランスＬが第１許容閾値より小さかった場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、クリアランスＬに応じた速度抑制制御を行う（ステップＳ５）。
【００２３】
次に、クリアランスＬと第２許容閾値とを比較し、クリアランスＬが第２許容閾値以上である場合（ステップＳ６：Ｎｏ）、ステップＳ５に戻り、クリアランスＬに応じた速度抑制制御を行う。クリアランスＬが第２許容閾値より小さい場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、アクチュエータ１４への動力を遮断する。
【００２４】
図５は、速度抑制ゲインＡを示すグラフである。速度抑制ゲインＡは、車体速度が高いときは、補助バー１１と地面とのクリアランスＬを確保するようにブレーキ制御を実施するものである。速度抑制ゲインＡは、クリアランスＬが第１許容閾値より小さく第２許容閾値より大きい場合、クリアランスＬと速度抑制ゲインＡとがほぼ比例するように、クリアランスＬが大きくなるにつれて、速度抑制ゲインＡも大きくなるように設定される。クリアランスＬが第１許容閾値以上である場合、速度抑制ゲインＡは１で一定となる。
【００２５】
本実施の形態にかかる倒立二輪車１は、クリアランスＬに応じて速度制御を行うことにより、例えば補助バー１１が下方に動かされた場合等に、強制的に倒立二輪車１を徐々に減速させることができる。また、補助バー１１の地面とのクリアランスに応じて速度リミットを設定し、補助バー１１が接地すると、倒立二輪車１のアクチュエータ１４の制御を強制的に遮断する。これにより、補助バー１１のクリアランスＬが小さい場合には、倒立二輪車１の前後方向への姿勢角度変動量が小さくなるため、補助バーが地面に接地するリスクが小さくなる。また、もし補助バー１１が地面に設置しても、速度が抑制されているために、車輪１０のスリップが抑制されるため、安全性を高めることができる。
【００２６】
なお、ここではクリアランスＬを正確に算出する方法を記載したが、補助バー１１の下降を検知して、補助バー１１が最下端（最悪条件）で許容できる速度抑制を実施していればよく、クリアランスに応じた抑制でなくてもよい。さらに、倒立二輪車１の走行速度が一定速度以下であることと、倒立二輪車１の傾きが、補助バー側に傾斜していることと、を満たす条件下であれば、動力遮断を実施するように構成してもよい。この場合、補助バー１１を昇降アクチュエータ１１１で昇降する必要はなく、モジュール昇降センサ１１２は、補助バー１１が上に位置しているか、下に位置しているかを検知出来ればよい。
【００２７】
次に、コントローラ１３の制御処理について更に説明する。図６は、コントローラ１３の制御プログラムを示す図である。コントローラ１３は、速度制御部１３１と、電流制御部１３２と、姿勢制御１３３と、姿勢演算１３９と、を含む。速度制御部１３１は、速度制御１３４と、電流制御部１３２と、を含む。電流制御部１３２は、電流制御１３５と、モータ１３６と、を含む。なお、ここでは、モータ１３６と、負荷１３７と、に対して外乱の影響を考慮するものとする。
【００２８】
まず、コントローラ１３に状態指令が入力されると、姿勢制御１３３は状態指令から速度指令を生成し、速度制御１３４に入力される。速度制御１３４は、速度指令を受けて、トルク（電流）指令を電流制御１３５に入力する。電流制御１３５は電流をモータ１３６に入力する。モータ１３６は、電流制御１３５からの電流で駆動し、トルクを負荷１３７に与える。
【００２９】
モータ１３６の速度は速度制御１３４にネガティブフィードバックされる。モータ１３６の電流は電流制御１３５にネガティブフィードバックされる。更にモータのレゾルバは変換１３８でモータ角度に変換され、姿勢制御１３３に入力される。これらの処理は、モータ１３６の外乱の影響を補正するためのものである。
【００３０】
ここで、速度制御１３４のトルク（電流）指令について、更に説明する。まず、速度制御１３４が通常の倒立制御を行う場合は以下のようになる。
【００３１】
【数１】
2015051647.tif 000003
【００３２】
次に、地面とのクリアランスが予め定められた閾値より大きい場合は以下のようになる。
【００３３】
【数２】
2015051647.tif 000004
【００３４】
次に、地面とのクリアランスが予め定められた閾値と同じか、それより小さい場合は以下のようになる。
【００３５】
【数３】
2015051647.tif 000005
Ａは０＜Ａ＜１であり、Ｂは任意の値である。
【００３６】
これにより、モータの外乱や負荷の外乱の影響を補正しつつ、かつクリアランスＬに応じた速度制御を行うことができ、より倒立二輪車１を適切に制御することができる。
【００３７】
次に、補助バー１１を下降する際の制御について説明する。図７は、コントローラ１３の制御を示すフローチャートである。コントローラ１３は、補助バー１１のクリアランスＬと、車体の走行速度から、補助バー１１の下降制御が可能であるか判定して、補助バー１１の下降制御を行う。
【００３８】
補助バー１１の下降が入力されると、コントローラ１３は、補助バー１１の下降量をモジュール昇降センサ１１２から取得し（ステップＳ１０）、回転角測定センサ１０１から倒立二輪車１の車体速度を取得する（ステップＳ１１）。
【００３９】
車体速度より補助バー１１の昇降ロック閾値速度が小さい場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、補助バー１１の昇降をロックする（ステップＳ１３）。そして、速度リミットを設定し（ステップＳ１４）、減速制御を行う（ステップＳ１５）。車体速度が速度リミット閾値より大きい場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、ステップＳ１５の減速制御に戻る。車体速度が速度リミット閾値以下である場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）、ステップＳ１１に戻る。
【００４０】
車体速度が補助バー１１の昇降ロック閾値速度以上であった場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、補助バー１１の昇降ロックは解除され（ステップＳ１７）、補助バー１１は下降制御される（ステップＳ１８）。
【００４１】
本実施の形態にかかる倒立二輪車１では、補助バー１１の下降量に合わせて速度制御を行い、車体速度が速度リミット閾値より大きい場合には補助バー１１を下降しない。そのため、倒立二輪車１の補助バー１１の接地のリスクをより抑制することができ、安全性をより高めることが可能である。
【００４２】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１  倒立二輪車
１０  車輪
１１  補助バー
１２  ステップ
１３  コントローラ
１４  アクチュエータ
１５  ハンドル
１０１  回転角測定センサ
１１１  昇降アクチュエータ
１１２  モジュール昇降センサ
１２１  姿勢測定センサ
１３１  速度制御部
１３２  電流制御部
１３３  姿勢制御
１３４  速度制御
１３５  電流制御
１３６  モータ
１３７  負荷
１３８  変換
１３９  姿勢演算
【図１】
2015051647.tif 000006
【図２】
2015051647.tif 000007
【図３】
2015051647.tif 000008
【図４】
2015051647.tif 000009
【図５】
2015051647.tif 000010
【図６】
2015051647.tif 000011
【図７】
2015051647.tif 000012