(57)【要約】【課題】減速の遅れ及び急加速の発生を抑制する立ち乗り型移動装置の提供。【解決手段】立ち乗り型移動装置（１０）の制御装置（２０）では、第１の時定数（τｆ）を有する第１のローパスフィルタ（２３２）は前側荷重の大きさを表す前側荷重信号から高周波成分を除去し、第１のゲインアンプ（２３３）は前側荷重信号に第１のゲイン係数（Ｇ１）を乗算して加速要求量（Ａ１）を算出する。第１の時定数（τｆ）よりも小さな第２の時定数（τｂ）を有する第２のローパスフィルタ（２４２）は後側荷重の大きさを表す後側荷重信号から高周波成分を除去する。第２のゲインアンプ（２４３）は後側荷重信号に第１のゲイン係数（Ｇ１）よりも大きな第２のゲイン係数（Ｇ２）を乗算して減速要求量（Ａ２）を算出する。目標加速度算出部（２５）は加速要求量（Ａ１）と減速要求量（Ａ２）に基づいて目標加速度（Ａｔ）を算出する。【選択図】図３
2017176209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボードに設けられた車輪と、
前記車輪を駆動する駆動装置と、
前記ボードの搭乗者の荷重の重心位置を取得するための荷重センサと、
前記荷重センサによって取得された前側荷重と、前記荷重センサによって取得された後側荷重と、に基づいて、前記駆動装置を制御する制御装置と、を備える立ち乗り型移動装置であって、
前記制御装置は、
第１の時定数を有する第１のローパスフィルタと、
第１及び第２のゲインアンプと、
前記第１の時定数よりも小さな第２の時定数を有する第２のローパスフィルタと、
目標加速度算出部と、を備え、
前記第１のローパスフィルタは、前記前側荷重の大きさを表す前側荷重信号から、高周波成分を除去し、
前記第１のゲインアンプは、高周波成分が除去された前記前側荷重信号に、第１のゲイン係数を乗算することによって、加速要求量を算出し、
前記第２のローパスフィルタは、前記後側荷重の大きさを表す後側荷重信号から、高周波成分を除去し、
前記第２のゲインアンプは、高周波成分が除去された前記後側荷重信号に、前記第１のゲイン係数よりも大きな第２のゲイン係数を乗算することによって、減速要求量を算出し、
前記目標加速度算出部は、前記加速要求量と、前記減速要求量とに基づいて、目標加速度を算出する、
立ち乗り型移動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は立ち乗り型移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
立ち乗り型移動装置の一例として、自走するための駆動装置を備えるボードがある。例えば、特許文献１には、荷重センサが前後に設けられ、前後の荷重の差に応じて、前進、後退の速度調整をする自走式ローラーボードが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−０１０３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示される自走式ローラーボードに、搭乗者が搭乗したとき、例えば、外乱が生じることによって、搭乗者の姿勢が崩れて、搭乗者の意図しない荷重が前側にかかると、急加速が発生するおそれがあった。また、前方に障害物が現れた場合など、搭乗者が走行中に急に減速させようとしても、減速が遅れてしまうおそれがあった。
【０００５】
本発明に係る立ち乗り型移動装置は、減速の遅れ、及び急加速が発生することを抑制するものとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る立ち乗り型移動装置は、
ボードに設けられた車輪と、
前記車輪を駆動する駆動装置と、
前記ボードの搭乗者の荷重の重心位置を取得するための荷重センサと、
前記荷重センサによって取得された前側荷重と、前記荷重センサによって取得された後側荷重と、に基づいて、前記駆動装置を制御する制御装置と、を備える立ち乗り型移動装置であって、
前記制御装置は、
第１の時定数を有する第１のローパスフィルタと、
第１及び第２のゲインアンプと、
前記第１の時定数よりも小さな第２の時定数を有する第２のローパスフィルタと、
目標加速度算出部と、を備え、
前記第１のローパスフィルタは、前記前側荷重の大きさを表す前側荷重信号（例えば、差分処理後の前側荷重時のみの荷重割合Ｒｆ１）から、高周波成分を除去し、
前記第１のゲインアンプ（例えば、加速ゲインアンプ２３３）は、高周波成分が除去された前記前側荷重信号に、第１のゲイン係数を乗算することによって、加速要求量を算出し、
前記第２のローパスフィルタは、前記後側荷重の大きさを表す後側荷重信号（例えば、差分処理後の後側荷重時のみの荷重割合Ｒｂ１）から、高周波成分を除去し、
前記第２のゲインアンプ（例えば、減速ゲインアンプ２４３）は、高周波成分が除去された前記後側荷重信号に、前記第１のゲイン係数よりも大きな第２のゲイン係数を乗算することによって、減速要求量を算出し、
前記目標加速度算出部は、前記加速要求量と、前記減速要求量とに基づいて、目標加速度を算出する。
このような構成によれば、加速要求量と比例する前側荷重信号を、第１の時定数を有するローパスフィルタ等を用いて、フィルタ処理して、第１のゲイン係数を掛けて増幅する。さらに、減速要求量と比例する後側荷重信号を、第１の時定数よりも小さな第２の時定数を有するローパスフィルタ等を用いて、フィルタ処理して、第１のゲイン係数よりも大きな第２のゲイン係数を掛けて増幅する。これらによって、搭乗者の意図しない荷重が前側にかかっても、急加速の発生を抑制することができる。また、搭乗者が走行中に急に減速させようとしても、立ち乗り型移動装置が素早く応答して減速するため、減速が遅れることを抑制することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る立ち乗り型移動装置立ち乗り型移動装置は、減速の遅れ、及び急加速が発生することを抑制する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る立ち乗り型移動装置の斜視図である。
【図２】実施の形態１に係る立ち乗り型移動装置の使用例を示す図である。
【図３】実施の形態１に係る立ち乗り型移動装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図４】実施の形態１に係る立ち乗り型移動装置の制御装置の一動作を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態１に係る立ち乗り型移動装置のシステム構成の一部の一具体例を示すブロック図である。
【図６】実施の形態１に係る立ち乗り型移動装置のシステム構成の一部の一具体例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１
図１を参照して実施の形態１に係る立ち乗り型移動装置について説明する。図１は、実施の形態１に係る立ち乗り型移動装置の斜視図である。
【００１０】
図１に示すように、立ち乗り型移動装置１０は、ボード１と、車輪２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと、荷重センサ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄとを含む。
【００１１】
ボード１は、ステアリングボード１ａと、ボード本体１ｂとを含む。ボード本体１ｂは表面が平坦な板状部材で構成されており、ボード本体１ｂの上面には搭乗者が両足を載せることで、搭乗する。ボード本体１ｂは、その進行方向の前端且つ下部から前方に延びる、ステアリングボード１ａを支持するステアリングボード支持部（図示略）を有する。ボード本体１ｂの前側の左右には、車輪２ａ、２ｂがそれぞれ設けられており、ボード本体１ｂの後側の左右には、車輪２ｃ、２ｄがそれぞれ設けられている。車輪２ａ、２ｂは立ち乗り型移動装置１０の前輪であり、車輪２ｃ、２ｄは立ち乗り型移動装置１０の後輪である。ボード本体１ｂの前側の左右には、荷重センサ３ａ、３ｂがそれぞれ設けられており、ボード本体１ｂの後側の左右には、荷重センサ３ｃ、３ｄがそれぞれ設けられている。言い換えると、ボード本体１ｂの四隅に、荷重センサ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄがそれぞれ設けられている。荷重センサ３ａ、３ｂは、ボード本体１ｂの前側にかかる荷重を検出することができ、荷重センサ３ｃ、３ｄは、ボード本体１ｂの後側にかかる荷重を検出することができる。なお、荷重センサ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの代わりに、ボード１の搭乗者の荷重の重心位置を取得するための荷重センサを用いてもよい。このような荷重センサとして、具体的には、多軸方向（例えば、３軸方向）の歪みを検出する力センサが挙げられる。３軸の力センサを、例えばボード本体１ｂの真ん中に設けることによって、搭乗者の荷重の前後位置の変化に従い力ベクトルが前後方向に変化するため、取得した力の３次元ベクトルの向きにより前荷重の割合を計算して、重心移動を検出することができる。
【００１２】
なお、ボード１は、車輪２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄなどの立ち乗り型移動装置１０の各構成要素を作動させるための電流を供給する電源（図示略）を備え、このような電源として、リチウムイオン二次電池を用いることができる。または、ボード１は、車輪２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄなどの立ち乗り型移動装置１０の各構成要素を制御させるための制御装置２０（後述）を搭載する。または、ボード１は、車輪２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを駆動させるための駆動部群４（後述）を搭載する。
【００１３】
図２は、本実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置の使用例を示す図である。立ち乗り型移動装置１０では、ボード１に搭乗している搭乗者３０の前後の重心移動（換言すると、搭乗者の体重移動）に応じて速度を調整することができる。より具体的には、搭乗者３０が前に重心移動すると、立ち乗り型移動装置１０は加速する一方で、搭乗者３０が後ろに重心移動すると、立ち乗り型移動装置１０は減速する。また、ボード１に搭乗している搭乗者３０が足３１（図２に示す場合は左足）でステアリングボード１ａを回転させることで、ボード１（立ち乗り型移動装置１０）を旋回させてもよい。なお、本明細書において、「搭乗者３０が立ち乗り型移動装置１０に搭乗する」とは、搭乗者３０がボード本体１ｂおよびステアリングボード１ａの上面に搭乗していることを意味する。具体的には、搭乗者の一方の足がボード本体１ｂの上面に位置し、他方の足がステアリングボード１ａの上面に位置している状態を意味する。
【００１４】
次に、図３を参照して、本実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置１０のシステム構成について説明する。図３に示すように、本実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置１０はシステム構成として、荷重センサ群３と、制御装置２０と、駆動部群４とを含む。
【００１５】
荷重センサ群３は、荷重センサ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ（図１参照）を含む。制御装置２０は、前後荷重割合計算部２１と、前後荷重分離部２２と、加速計算部２３と、減速計算部２４と、目標加速度算出部２５とを含む。
前後荷重割合計算部２１は、荷重センサ群３で取得された荷重値等の荷重情報から、前後の荷重割合情報を算出し、これを前後荷重分離部２２に供給する。
前後荷重分離部２２は、前後荷重割合計算部２１で算出された前後の荷重割合情報から、前側荷重時のみの荷重割合と、後側荷重のみの荷重割合とに分離する。前後荷重分離部２２は、前側荷重時のみの荷重割合を加速計算部２３に供給し、後側荷重のみの荷重割合を減速計算部２４に供給する。
加速計算部２３は、前後荷重分離部２２で分離した前側荷重時のみの荷重割合による、立ち乗り型移動装置１０の加速に際し、外乱等により不意の前荷重状態が起こった等の影響を緩和するため、前側荷重時のみの荷重割合についてフィルタ処理等の信号処理をし、その結果にゲインを乗算して、加速要求量を求める。さらに、加速計算部２３は、加速要求量を目標加速度算出部２５に供給する。
減速計算部２４は、前後荷重分離部２２で分離した後側荷重時のみの荷重割合による、立ち乗り型移動装置１０の減速に際し、外乱等により不意の前荷重状態が起こった等の影響を緩和するため、後側荷重時のみの荷重割合についてフィルタ処理等の信号処理をし、その結果にゲインを乗算して、減速要求量を求める。さらに、加速計算部２３は、減速要求量を目標加速度算出部２５に供給する。加速時の応答は遅くかつ弱く、減速時の応答は速くかつ強くしたいため、加速要求量を求める際のフィルタは減速要求量を求める際のフィルタよりも強めのローパスフィルタを設定し、また加速要求量を求める際に乗算するゲインは減速要求量を求める際に乗算するゲインよりも小さく設定する。
目標加速度算出部２５は、加速計算部２３で求めた加速要求量と、減速計算部２４で求めた減速要求量とを合計し、立ち乗り型移動装置１０の目標加速度を算出する。
【００１６】
駆動部群４は、車輪２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのそれぞれに設置された駆動部（図示略）を備え、この駆動部は、目標加速度算出部２５で算出された加速度に応じて、各々の車輪２ａ〜２ｄを独立して回転駆動させる。これによって、立ち乗り型移動装置１０を目標加速度算出部２５で算出された加速度で加速させる。駆動部群４は、例えば、モータ等の駆動装置を複数用いて、構成することができる。
【００１７】
荷重センサ群３で取得された荷重情報は、制御装置２０に供給される。制御装置２０は、荷重センサ群３（荷重センサ３ａ〜３ｄ）で取得した情報を用いて、駆動部群４を制御するための制御信号を生成し、生成した制御信号を駆動部群４に供給する。駆動部群４に含まれる駆動部（図示略）は、制御装置２０から供給された制御信号に応じて各々の車輪２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのそれぞれを独立して回転駆動する。
【００１８】
具体的には、制御装置２０は、荷重センサ群３で検出した搭乗者３０の重心移動に応じて、駆動部群４による車輪２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのそれぞれの回転速度を制御して、立ち乗り型移動装置１０の進行方向における速度を制御する。
【００１９】
なお、ステアリングボード１ａの回転情報に応じて駆動部群４の回転速度を各々独立に制御することで、立ち乗り型移動装置１０を回転情報と対応する方向に旋回させるようにしてもよい。このような旋回を立ち乗り型移動装置１０にさせる場合、回転センサ（図示略）をステアリングボード１ａに設け、その回転センサで取得されたステアリングボード１ａの回転情報を制御装置２０に供給するようにするとよい。
【００２０】
（動作の一具体例）
次に、図３〜図６を参照して、立ち乗り型移動装置１０の動作の一具体例について説明する。具体的には、立ち乗り型移動装置１０が、搭乗者３０を搭乗させた状態で、走行中の動作の一具体例について説明する。図４は、立ち乗り型移動装置１０の制御装置の一動作を示すフローチャートである。図５及び図６は、時間に対する前荷重割合を示すグラフである。
【００２１】
まず、図２に示すように、立ち乗り型移動装置１０が、搭乗者３０を搭乗させて進行方向に進行し、段差（図示略）に乗り上げる。すると、図３に示すように、荷重センサ群３は、荷重情報を順次取得し続ける。荷重センサ群３は、取得し続けた荷重情報を、制御装置２０の前後荷重割合計算部２１に順次供給する。前後荷重割合計算部２１は、荷重センサ群３で取得された荷重情報から、前後の荷重割合情報を順次算出し、これを前後荷重分離部２２に順次供給する。具体的には、前荷重割合Ｒｆと、ボード本体１ｂの前側に設けられた荷重センサ３ａ、３ｂ（図１参照）が取得した荷重量の総和Ｌｆ１と、全ての荷重センサ３ａ〜３ｄ（図１参照）が取得した荷重量の総和Ｌａ１との関係は、以下の関係式１で表わせる。また、前荷重割合Ｒｆと、後荷重割合Ｒｂとの関係は、以下の関係式２で表わせる。関係式１及び関係式２を用いて、後荷重割合Ｒｂを求めることができる。
Ｒｆ＝Ｌｆ１／Ｌａ１      （…関係式１）
Ｒｂ＝１−Ｒｆ      （…関係式２）
【００２２】
続いて、図４に示すように、具体的には、前後荷重分離部２２は、前側荷重時のみの荷重割合Ｒｆ１と、後側荷重のみの荷重割合Ｒｂ１とに順次分離する。言い換えると、前後荷重分離部２２は、前側荷重時のみの荷重割合Ｒｆ１と、後側荷重のみの荷重割合Ｒｂ１とを順次生成する。ここで、前側荷重時のみの荷重割合Ｒｆ１は、前荷重割合Ｒｆのうち、立ち乗り型移動装置１０を加速させることに寄与する時点における前荷重割合Ｒｆに相当する。後側荷重のみの荷重割合Ｒｂ１は、前荷重割合Ｒｆのうち、立ち乗り型移動装置１０を減速させることに寄与する時点における前荷重割合Ｒｆに相当する。
【００２３】
具体的には、前側荷重時のみの荷重割合Ｒｆ１と、後側荷重時のみの荷重割合Ｒｂ１とを、並列して順次求める。
前後荷重分離部２２は、順次供給される前後の荷重割合情報から、前荷重割合Ｒｆが０．５以上か否かを順次判断する（前荷重割合判定ステップＳ１１）。
【００２４】
前荷重割合Ｒｆが０．５以上であるとき（前荷重割合判定ステップＳ１１：ＹＥＳ）、現状、つまり、その時点における前側荷重時のみの荷重割合Ｒｆ１は、前荷重割合Ｒｆと同じ値に設定し（前側荷重時のみの荷重割合Ｒｆ１設定ステップＳ１２）、その時点における後側荷重時のみの荷重割合Ｒｂ１は、０．５に設定とした（後側荷重時のみの荷重割合Ｒｂ１設定ステップＳ１３）。
【００２５】
前荷重割合Ｒｆが０．５以上でない、言い換えると０．５未満であるとき（前荷重割合判定ステップＳ１１：ＮＯ）、その時点における前側荷重時のみの荷重割合Ｒｆ１は、０．５に設定し（前側荷重時のみの荷重割合Ｒｆ１設定ステップＳ２２）、現状、つまり、その時点における後側荷重時のみの荷重割合Ｒｂ１は、前荷重割合Ｒｆと同じ値に設定とした（後側荷重時のみの荷重割合Ｒｂ１設定ステップＳ２３）。
【００２６】
続いて、加速計算部２３は、前側荷重時のみの荷重割合Ｒｆ１について所定の信号処理を実施する。
【００２７】
図５に示すように、加速計算部２３は、差分処理部２３１と、第１のローパスフィルタ２３２と、加速ゲインアンプ２３３とを含む。差分処理部２３１は、以下の計算式１を用いて、前側荷重時のみの荷重割合Ｒｆ１から０．５を差分し、差分処理後の前側荷重時のみの荷重割合Ｒｆ２を算出する。
Ｒｆ２＝Ｒｆ１−０．５      （…計算式１）
第１のローパスフィルタ２３２は、以下の伝達関数Ｇｆ（ｓ）で表される。
【数１】
2017176209.tif 000003
第１のローパスフィルタ２３２は、差分処理後の前側荷重時のみの荷重割合Ｒｆ２を示す信号から、高周波成分を除去する。差分処理後の前側荷重時のみの荷重割合Ｒｆ２は、前側荷重の大きさを表す。加速ゲインアンプ２３３は、高周波成分が除去された信号に、第１のゲイン係数Ｇ１を乗算することによって、加速要求量Ａ１を算出する。
【００２８】
続いて、減速計算部２４は、後側荷重時のみの荷重割合Ｒｂ１について所定の信号処理を実施する。
【００２９】
図６に示すように、減速計算部２４は、差分処理部２４１と、第２のローパスフィルタ２４２と、減速ゲインアンプ２４３とを含む。差分処理部２４１は、以下の計算式２を用いて、後側荷重時のみの荷重割合Ｒｂ１から０．５を差分し、差分処理後の後側荷重時のみの荷重割合Ｒｂ２を算出する。
Ｒｂ２＝Ｒｂ１−０．５      （…計算式２）
第２のローパスフィルタ２４２は、以下の伝達関数Ｇｂ（ｓ）で表される。
【数２】
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第２のローパスフィルタ２４２は、差分処理後の後側荷重時のみの荷重割合Ｒｂ２を示す信号から、高周波成分を除去する。差分処理後の後側荷重時のみの荷重割合Ｒｂ２は、後側荷重の大きさを表す。減速ゲインアンプ２４３は、高周波成分が除去された信号に、第２のゲイン係数Ｇ２を乗算することによって、減速要求量Ａ２を算出する。
【００３０】
ここで、第２の時定数τｂは、第１の時定数τｆよりも小さく設定されている。つまり、加速要求量を求める際に、高周波成分を除去する第１のローパスフィルタ２３２は、減速要求量を求める際に第２のローパスフィルタ２４２よりも、強い除去能力を有するように設定されている。
また、第２のゲイン係数Ｇ２は、第１のゲイン係数Ｇ１よりも大きく設定されている。つまり、加速ゲインアンプ２３３によって加速要求量を求める際に乗算するゲインは、減速ゲインアンプ２４３によって減速要求量を求める際に乗算するゲインよりも小さく設定されている。
これらのような設定がなされると、前後荷重分離部２２で分離した前側荷重時のみの荷重割合による、立ち乗り型移動装置１０の加速への寄与を、前後荷重分離部２２で分離した後側荷重時のみの荷重割合による、立ち乗り型移動装置１０の減速への寄与よりも減少させることができる。言い換えると、立ち乗り型移動装置１０の加速時の応答は遅くかつ弱く、減速時の応答は速くかつ強くすることができる。
【００３１】
続いて、目標加速度算出部２５は、加速要求量Ａ１と、減速要求量Ａ２とを合計し、立ち乗り型移動装置１０の目標加速度Ａｔを算出する。また、算出した目標加速度Ａｔを積分することによって、立ち乗り型移動装置１０の目標速度Ｖｔを求めることができる。
【００３２】
以上、実施の形態１にかかる立ち乗り型移動装置１０によれば、加速要求量Ａ１と比例する前側荷重時のみの荷重割合Ｒｆ２を示す前側荷重信号を、第１の時定数τｆを有する第１のローパスフィルタ２３２を用いて、フィルタ処理して、第１のゲイン係数Ｇ１を掛けて増幅する。さらに、減速要求量Ａ２と比例する後側荷重時のみの荷重割合Ｒｂ２を示す後側荷重信号を、第１の時定数τｆよりも小さな第２の時定数τｂを有する第２のローパスフィルタ２４２を用いて、フィルタ処理して、第１のゲイン係数Ｇ１よりも大きな第２のゲイン係数Ｇ２を掛けて増幅する。これらによって、搭乗者の意図しない荷重が前側にかかっても、急加速の発生を抑制することができる。また、搭乗者が走行中に急に減速させようとしても、立ち乗り型移動装置が素早く応答して減速するため、減速が遅れることを抑制することができる。
【００３３】
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】
【００３４】
１０  立ち乗り型移動装置
３  荷重センサ群                          ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  荷重センサ
４  駆動部群
２０  制御装置
２３  加速計算部                          ２４  減速計算部
２５  目標加速度算出部
２３１、２４１  差分処理部                ２３２  第１のローパスフィルタ
２３３、２４３  加速（減速）ゲインアンプ  ２４２  第２のローパスフィルタ
Ａ１  加速要求量                          Ａ２  減速要求量
Ａｔ  目標加速度
Ｇ１  ゲイン係数                          Ｇ２  ゲイン係数
Ｇｂ、Ｇｆ  伝達関数
τｂ  第１の時定数                          τｆ  第２の時定数
【図１】
2017176209.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
2017176209.tif 000008
【図５】
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【図６】
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