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JP4327566B2 - Traveling body capable of switching between grounding and floating of front wheel and traveling state switching method - Google Patents
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JP4327566B2 - Traveling body capable of switching between grounding and floating of front wheel and traveling state switching method - Google Patents

Traveling body capable of switching between grounding and floating of front wheel and traveling state switching method Download PDF

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Description

本発明は、同軸に配置された1対の駆動輪と少なくとも一つの従動前輪を有し、従動前輪が接地して走行する状態と、従動前輪が浮遊して走行する状態を切換えることのできる走行体に関する。特に、走行状態切換え時に安定して走行し続けることのできる切換え技術に関する。   The present invention has a pair of drive wheels arranged coaxially and at least one driven front wheel, and can switch between a state in which the driven front wheel is grounded and a state in which the driven front wheel is floating and traveling. About the body. In particular, the present invention relates to a switching technique that can continue to travel stably when the traveling state is switched.

同軸に配置された1対の駆動輪と少なくとも一つの従動前輪を有する走行体において、駆動輪と従動前輪の双方が接地して走行する状態と、駆動輪だけが接地して従動前輪が浮遊して走行する状態を切換える技術が、特許文献1、非特許文献1等に開示されている。駆動輪と従動前輪の双方が接地して走行する状態では、走行体は安定して走行し続ける。駆動輪だけが接地して従動前輪が浮遊して走行する状態では、小回りが利く。また搭乗者の位置を高く持上げることができる。例えば、4輪が接地している車椅子に搭乗しているときには手の届かなかった高さにあった物に対して、従動前輪が浮遊する状態に切換えることによって搭乗者が高く持上げられて手が届くといったことが可能となる。また、従動前輪が浮遊して走行する場合には、急な上り坂でも急な下り坂でも基本的には垂直な姿勢を維持して走行することができる。段差がある時には、前輪を浮遊させることによって前輪を上段に持上げて接地させることが可能となる。後輪と前輪の双方が接地して走行する状態と、後輪輪だけが接地して前輪が浮遊して走行する状態を切換えることができると、走行体の利用範囲が拡大するものと期待されている。
米国特許第6,553,271号明細書 高橋 良彦、他2名、「人間支援ロボット(第1報)ウィリーする車椅子の試作」、日本機械学会(No.99-9)ロボティクス・メカトロニクス講演会’99講演論文集、1999年6月,1A1−75−106(1)〜1A1−75−106(2)
In a traveling body having a pair of coaxially arranged driving wheels and at least one driven front wheel, both the driving wheel and the driven front wheel are in contact with the ground, and only the driving wheel is grounded and the driven front wheel floats. Patent Document 1, Non-Patent Document 1, etc. disclose a technique for switching the traveling state. In a state where both the driving wheel and the driven front wheel are grounded and travel, the traveling body continues to travel stably. In a state where only the driving wheel is grounded and the driven front wheel is floating, a small turn is effective. In addition, the position of the passenger can be raised high. For example, when you are in a wheelchair where four wheels are in contact with the ground, the passenger is lifted high by switching to a state where the front wheels are floating for objects that were out of reach of the hand. It becomes possible to reach. Further, when the driven front wheel is floating and traveling, it is possible to travel while maintaining a vertical posture basically on a steep uphill or a steep downhill. When there is a level difference, the front wheel can be lifted to the upper stage by floating the front wheel so that it can be grounded. It is expected that the range of use of the traveling body will be expanded if it is possible to switch between the state where both the rear wheel and the front wheel are grounded and the state where only the rear wheel is grounded and the front wheel is floating. ing.
US Pat. No. 6,553,271 Yoshihiko Takahashi and two others, "Human Support Robot (1st Report) Prototype of Wheelchair to Wheelie", The Japan Society of Mechanical Engineers (No.99-9) Robotics and Mechatronics Lecture '99 Lecture, June 1999, 1A1 -75-106 (1) to 1A1-75-106 (2)

現状では、前輪が接地して走行する状態から前輪が浮遊して走行する状態に切換えるためには、走行体自体が形状を変更する必要がある。
特許文献1の走行体では、前輪が接地している状態から前輪が浮遊する状態に切換えるために、走行を一旦停止し、走行体自体の形状を変更して走行体の前輪を持上げて後輪の真上に配置する。このとき走行体は自らの重心位置を計算し、走行体に作用するモーメントがゼロとなる点(以下、ゼロモーメントポイントまたはZMPと称する)と後輪接地点が一致するように後輪を回転させる。走行体の形状を変更するのと同時に後輪を回転させることによって、ゼロモーメントポイントと後輪接地点を一致させることができ、走行体は後輪のみを接地して前輪を浮遊した状態でバランスをとることができる。特許文献1の走行体では、後輪のみを接地して前輪を浮遊した状態でバランスをとりながら走行することもできる。
非特許文献1の走行体は、同軸に配置された1対の駆動輪と、同軸に配置された1対の従動前輪を備えた車椅子であり、駆動輪を駆動するモータと、角度センサと、走行体の目標角度の値と角度センサの測定値を基にして駆動輪のトルクをフィードバック制御する制御手段と、後輪を前輪側にスライドさせるスライド手段を備えている。前輪が接地して走行する状態から前輪が浮遊して走行する状態に切換える時は、加速走行を行うと同時に、スライド手段によって後輪を前輪側にスライドさせて重心を前輪側に移動させる。加速走行と重心位置の移動を組合わせることによって前輪を浮遊させる。前輪が浮遊した後には、前記した制御手段が前輪を浮遊した状態で走行し続けるのに必要なモータトルク値を計算し、計算結果に基づいてモータを制御し、駆動輪を回転して走行する。傾斜角によってフィードバック制御することによって前輪を浮遊した状態で走行し続けることができる。
At present, in order to switch from a state in which the front wheels are grounded and traveling to a state in which the front wheels are floating and traveling, it is necessary to change the shape of the traveling body itself.
In the traveling body of Patent Document 1, in order to switch from the state in which the front wheels are grounded to the state in which the front wheels are floating, the traveling is temporarily stopped, the shape of the traveling body itself is changed, the front wheels of the traveling body are lifted, and the rear wheels Place directly above. At this time, the traveling body calculates its center of gravity and rotates the rear wheel so that the point at which the moment acting on the traveling body becomes zero (hereinafter referred to as zero moment point or ZMP) coincides with the rear wheel ground contact point. . By rotating the rear wheel at the same time as changing the shape of the traveling body, the zero moment point and the rear wheel grounding point can be matched, and the traveling body is balanced with only the rear wheel grounded and the front wheel floating. Can be taken. In the traveling body of Patent Document 1, it is possible to travel while maintaining a balance in a state where only the rear wheel is grounded and the front wheel is floated.
The traveling body of Non-Patent Document 1 is a wheelchair provided with a pair of drive wheels arranged coaxially and a pair of driven front wheels arranged coaxially, a motor for driving the drive wheels, an angle sensor, Control means for feedback controlling the torque of the drive wheel based on the value of the target angle of the traveling body and the measured value of the angle sensor, and slide means for sliding the rear wheel to the front wheel side are provided. When switching from a state in which the front wheels are grounded and traveling to a state in which the front wheels are floating, the vehicle is accelerated, and at the same time, the rear wheel is slid to the front wheels by the sliding means to move the center of gravity to the front wheels. The front wheels are floated by combining acceleration travel and movement of the center of gravity. After the front wheel floats, the above-mentioned control means calculates the motor torque value necessary to continue traveling with the front wheel floating, controls the motor based on the calculation result, and rotates the drive wheel to travel . By performing feedback control according to the inclination angle, it is possible to continue traveling with the front wheels floating.

同軸に配置された1対の駆動輪と少なくとも1つの従動前輪を有する走行体が、前輪が接地して走行する状態と前輪が浮遊して走行する状態を切換えるためには、走行体の形状を変更することが必要であった。このため従来の走行体は、走行体の形状を変更する機構を必要とし、走行体の形状を変更するのに動力を必要とする。
本発明では、走行体の形状を変更しないで、前輪が接地して走行する状態と前輪が浮遊して走行する状態を切換えられるようにする。本発明によると、走行体の形状を変更する機構が不必要であり、走行体の構造が簡単化される。また、走行状態の切換えのために特別な動力を必要とせず、走行のための動力源で走行状態を切換えることができる。さらには、消費エネルギーも少なくてすみ、一度の充電で使用可能な時間等を長時間化することができる。
In order for a traveling body having a pair of drive wheels and at least one driven front wheel arranged coaxially to switch between a state in which the front wheels are grounded and a state in which the front wheels are floating and traveling, the shape of the traveling body is changed. It was necessary to change. For this reason, the conventional traveling body requires a mechanism for changing the shape of the traveling body, and requires power to change the shape of the traveling body.
In the present invention, without changing the shape of the traveling body, it is possible to switch between a state where the front wheels are grounded and traveling and a state where the front wheels are floating and traveling. According to the present invention, a mechanism for changing the shape of the traveling body is unnecessary, and the structure of the traveling body is simplified. In addition, no special power is required for switching the running state, and the running state can be switched with a power source for running. Furthermore, less energy is consumed, and the time that can be used with one charge can be extended.

請求項1の発明は、同軸に配置された1対の駆動輪と少なくとも1つの従動前輪を有しており、前輪が接地して走行する状態と前輪が浮遊して走行する状態を切換えることができる走行体に関する。本発明の走行体は、走行しながら前輪が浮遊している状態に切換えるが、前輪が浮遊してしまえば、前輪が浮遊した状態で静止することもできる。
走行体は、駆動輪を駆動するモータと、指示トルクを入力してモータトルクを指示トルクに調整するモータトルク調整回路と、走行体の傾斜角度を検出する角度センサまたは傾斜角速度を検出する角速度センサと、後述する指示速度パターンに追従して走行するのに必要なトルクを計算する第1トルク計算手段と、角度センサまたは角速度センサの出力に基づいて、走行体が次第に後傾していくときには指示速度に係わらず走行体を減速させるトルクを計算し、走行体が次第に前傾していくときには指示速度に係わらず走行体を増速させるトルクを計算する第2トルク計算手段と、前輪が接地して走行しているときの第1速度から前輪浮遊させるのに十分な加速度で加速した後に第2速度に移行する指示速度パターンを生成する手段と、1トルク計算手段で計算されたトルクをモータトルク調整回路に入力し、角度センサまたは角速度センサによって前輪が浮遊した状態または走行体の後傾状態が検出され、しかも、第1トルク計算手段の計算結果と第2トルク計算手段の計算結果が一致した時に、第2トルク計算手段で計算されたトルクをモータトルク調整回路に入力するように切換える手段とを備えている。
ここで、走行体の後傾状態とは、走行体の重心位置が後輪接地点を通る鉛直線に近づく状態をいい、前傾状態とは、前記重心位置が前記鉛直線から離れる状態をいう。
The invention of claim 1 has a pair of driving wheels and at least one driven front wheel arranged coaxially, and can switch between a state in which the front wheels are grounded and traveling and a state in which the front wheels are floating and traveling. It relates to a traveling body that can. The traveling body of the present invention switches to a state in which the front wheels are floating while traveling. However, if the front wheels are floating, the traveling body can be stationary with the front wheels floating.
The traveling body includes a motor for driving the driving wheels, a motor torque adjustment circuit for inputting the instruction torque to adjust the motor torque to the instruction torque, and an angle sensor for detecting the inclination angle of the traveling body or an angular velocity sensor for detecting the inclination angular velocity. And a first torque calculating means for calculating a torque required to travel following an instruction speed pattern , which will be described later, and an instruction when the traveling body gradually tilts backward based on the output of the angle sensor or the angular velocity sensor. A second torque calculating means for calculating a torque for decelerating the traveling body regardless of the speed and calculating a torque for accelerating the traveling body regardless of the instruction speed when the traveling body gradually tilts forward; means for generating an instruction speed patterns to shift to the second speed from the first speed after accelerated with sufficient acceleration to cause the floating front wheels when the vehicle travels Te, the The torque calculated by the torque calculation means is input to the motor torque adjustment circuit, and the angle sensor or the angular velocity sensor detects the state where the front wheel is floating or the backward tilt state of the traveling body, and the calculation result of the first torque calculation means And a means for switching so that the torque calculated by the second torque calculating means is inputted to the motor torque adjusting circuit when the calculation results of the second torque calculating means coincide with each other.
Here, the backward tilted state of the traveling body refers to a state in which the center of gravity position of the traveling body approaches a vertical line passing through the rear wheel ground contact point, and the forward tilted state refers to a state in which the center of gravity position separates from the vertical line. .

本発明者らの検証によって、前輪が接地して走行している状態から適度の加速度で加速することにより、走行体の形状を変えないでも走行体を後傾させて前輪を浮遊させられることが明らかとなった。更に、前輪を浮遊させた状態で定速走行することが可能なことも確認された。本発明の走行体は、第1速度から、前輪を浮遊させるのに必要な加速度で加速し、前輪浮遊後は第2速度に移行する指示速度パターンを生成する。生成された指示速度パターンで走行することにより、走行体の形状を変更することなく、前輪を接地して走行する状態から前輪を浮遊させて走行する状態に切換えられる。前輪浮遊状態に切換えられた後は、前輪浮遊状態を維持しながら走行速度を変化させることが可能であり、必要なら前輪浮遊状態で静止することもできる。 According to the verification by the present inventors, by accelerating at an appropriate acceleration from the state where the front wheel is in contact with the ground, the front wheel can be floated by tilting the traveling body backward without changing the shape of the traveling body. It became clear. Furthermore, it was confirmed that it was possible to run at a constant speed with the front wheels floating. The traveling body of the present invention generates an instruction speed pattern that accelerates from the first speed at an acceleration required to float the front wheel and shifts to the second speed after the front wheel floats. By traveling with the generated instruction speed pattern , the vehicle can be switched from the state of traveling with the front wheels grounded to the state of traveling with the front wheels floating without changing the shape of the traveling body. After switching to the front wheel floating state, it is possible to change the traveling speed while maintaining the front wheel floating state, and if necessary, the vehicle can stand still in the front wheel floating state.

更に検討した結果、前輪接地状態から前輪浮遊状態に切換える場合、前輪浮遊状態を維持するために必要なモータトルクに切換えるタイミングが難しいことが判明した。前輪が浮遊した直後に前輪浮遊状態を維持するために必要なモータトルクに切換えると、転倒を防止するためにZMPと後輪接地点を急激に一致させようとして駆動輪に過大なトルクをかけてしまう。そこである程度は遅れたタイミングで前輪浮遊状態を維持するために必要なモータトルクに切換える必要があるが、そのタイミングが判然とせず、走行状態切換え時の走行姿勢が安定しない。
種々の検討の結果、前輪が浮遊した時に前輪浮遊状態を維持するために必要なモータトルクの計算を始めるが、前輪が浮遊したというだけでは前輪浮遊状態を維持するために必要なモータトルクには切換えず、指示速度パターンに追従して走行し続けるのに必要なモータトルクを採用しつづける。そして、指示速度パターンに追従して走行し続けるのに必要なモータトルクと前輪浮遊状態を維持するために必要なモータトルクが一致したときに、前輪浮遊状態を維持するために必要なモータトルクに切換えるようにすると、走行状態切換え時のショックが低減し、走行状態切の換えが安定することが判明した。
本発明の走行体は、指示速度パターンに追従して走行するのに必要なトルクを計算する第1トルク計算手段と、走行体が次第に後傾していくときには指示速度に係わらず走行体を減速させるトルクを計算し、走行体が次第に前傾していくときには指示速度に係わらず走行体を増速させるトルクを計算する第2トルク計算手段の双方を備えているために、同時に、異なる走行状態で必要とされるモータのトルク値を求めておくことができる。両者が一致した時に、活用するトルク計算手段を切換える手段を備えているために、活用するトルク計算手段を最適のタイミングで切換えることができる。
As a result of further investigation, it has been found that when switching from the front wheel grounding state to the front wheel floating state, it is difficult to switch to the motor torque necessary to maintain the front wheel floating state. When switching to the motor torque necessary to maintain the front wheel floating state immediately after the front wheel floats, excessive torque is applied to the drive wheel in an attempt to make ZMP and the rear wheel ground contact point suddenly coincide with each other in order to prevent the vehicle from falling. End up. Therefore, it is necessary to switch to the motor torque necessary to maintain the front wheel floating state at a timing delayed to some extent, but the timing is not clear and the traveling posture at the time of switching the traveling state is not stable.
As a result of various studies, calculation of the motor torque necessary to maintain the front wheel floating state when the front wheel floats begins, but the motor torque necessary to maintain the front wheel floating state only by the front wheel floating Without switching, the motor torque necessary to continue running following the commanded speed pattern is continuously used. When the motor torque required to keep running following the command speed pattern matches the motor torque required to maintain the front wheel floating state, the motor torque required to maintain the front wheel floating state is obtained. It has been found that when switching is performed, the shock at the time of switching the traveling state is reduced, and the switching of the traveling state is stabilized.
The traveling body of the present invention includes a first torque calculating means for calculating a torque required to travel following the commanded speed pattern, and decelerating the traveling body regardless of the commanded speed when the traveling body gradually tilts backward. Since both the second torque calculation means for calculating the torque to be calculated and calculating the torque for increasing the speed of the traveling body regardless of the instruction speed when the traveling body gradually tilts forward , different traveling states are simultaneously provided. Thus, the torque value of the motor required can be obtained. Since the means for switching the torque calculation means to be used is provided when the two coincide, the torque calculation means to be used can be switched at an optimum timing.

本発明はまた、前輪が接地して走行する状態から前輪が浮遊して走行する状態に切換える方法を創作した。本発明の走行状態の切換え方法は、同軸に配置された1対の駆動輪と少なくとも1つの従動前輪を有する走行体に適用することができる。本発明の走行状態切換え方法は、前輪が接地して走行する第1速度から前輪を浮遊させるのに十分な加速度で加速した後に第2速度に移行する指示速度パターンを生成する工程と、示速度パターンに追従して走行するのに必要なトルクを計算する第1トルク計算工程と、走行体が次第に後傾していくときには指示速度に係わらず走行体を減速させるトルクを計算し、走行体が次第に前傾していくときには指示速度に係わらず走行体を増速させるトルクを計算する第2トルク計算工程と、動輪を駆動するモータのトルクを第1トルク計算工程で計算されたトルクに調整する工程と、前輪が浮遊した状態または走行体の後傾状態が検出され、しかも、第1トルク計算工程の計算結果と第2トルク計算工程の計算結果が一致した時以降は、駆動輪を駆動するモータのトルクを第2トルク計算工程で計算されたトルクに調整するように切換える工程とを備えている。
本発明の走行状態切換え方法により、走行体は形状を変えることなく、前輪接地状態から前輪浮遊状態に移行し、安定して走行し続けることができる。
The present invention has also created a method of switching from a state where the front wheels are grounded and traveling to a state where the front wheels are floating and traveling. The traveling state switching method of the present invention can be applied to a traveling body having a pair of drive wheels and at least one driven front wheel arranged coaxially. Running state switching method of the present invention includes the steps of generating an instruction speed pattern wheel is transferred to the second speed after accelerated with sufficient acceleration to cause the floating front wheels from the first speed to travel to ground, the fingers A first torque calculating step for calculating a torque required to travel following the indicated speed pattern, and a torque for decelerating the traveling body regardless of the indicated speed when the traveling body gradually tilts backward. torque body calculated by the first torque calculation step and the second torque calculation step of calculating a torque to be accelerated to running body regardless of the instruction speed, the torque of the motor for driving the drive wheels when going tilted forward gradually After the adjustment process and the front wheel floating state or the backward tilting state of the traveling body are detected, and the calculation result of the first torque calculation process and the calculation result of the second torque calculation process coincide, And a step of switching as to adjust the torque of the torque of the motor which drives calculated by the second torque calculation step a.
According to the traveling state switching method of the present invention, the traveling body can shift from the front wheel grounding state to the front wheel floating state without changing the shape, and can continue traveling stably.

本発明の走行体と走行状態切換え方法によると、前輪が接地して走行する状態から前輪が浮遊して走行する状態に切換える際には、走行体の指示速度生成手段が、そのときの走行速度である第1速度から加速して第2速度に上げ、第2速度に達したら第2速度に維持する指示速度パターンを生成する。加速度を適度に設定することによって、走行体は後傾して前輪が浮遊する。
この間、第1トルク計算手段が、示速度パターンに追従して走行するのに必要なトルクを計算し、第2トルク計算手段が、前輪浮遊状態で行するのに必要なトルクを計算する。前輪が接地して走行する状態では第1トルク計算手段で計算されたトルクをモータトルク調整回路に入力する。第1トルク計算手段の計算結果と第2トルク計算手段の計算結果が一致した時に、第2トルク計算手段で計算されたトルクをモータトルク調整回路に入力するように切換える。これにより、走行体は、前輪接地状態から前輪浮遊状態に切換わり、安定して走行を続けることができる。
According to the traveling body and the traveling state switching method of the present invention, when switching from the state where the front wheels are grounded and traveling to the state where the front wheels are floating and traveling, the traveling speed indicated by the traveling body is the traveling speed at that time. From the first speed, the speed is increased to the second speed, and when the second speed is reached, an instruction speed pattern for maintaining the second speed is generated. By appropriately setting the acceleration, the traveling body tilts backward and the front wheels float.
During this time, the first torque calculating means calculates the torque required for traveling to follow the finger示速degree pattern, the second torque calculation unit calculates the torque required to line run in front suspension . In the state where the front wheels are in contact with the ground, the torque calculated by the first torque calculating means is input to the motor torque adjusting circuit. When the calculation result of the first torque calculation means coincides with the calculation result of the second torque calculation means, the torque calculated by the second torque calculation means is switched to be input to the motor torque adjustment circuit. Thus, the traveling body is switched from the front wheel ground state in the front wheel suspension, Ru can continue to stably travel.

以下に、本発明を実施するための最良の形態を列記する。
(形態1)走行体に設けられた入力手段から、走行体の目標速度と、目標方向と、前輪が接地した走行状態と前輪が浮遊した走行状態を切換える指示が入力される。走行体の指示速度生成手段は、前輪接地状態から前輪浮遊状態への切換え指示が入力されると、そのときの速度から加速して加速後に定速走行に移行する指示速度パターンを生成する。
(形態2)走行体に設けられた入力手段から、走行体の目標速度と、目標方向と、前輪が浮遊した走行状態と前輪が接地した走行状態を切換える指示が入力される。走行体の指示速度生成手段は、前輪浮遊状態から前輪接地状態への切換え指示が入力されると、そのときの速度から加速して加速後に定速走行に移行する指示速度パターンを生成する。
(形態3)走行体は、前輪の接地走行中に加速すると、後傾姿勢を強める。走行体の加速度が大きいと後傾角度が大きくなり、加速度が小さいと後傾角度が小さくなる。
(形態4)走行体は、前輪の浮遊走行中に加速すると、前傾姿勢を強める。走行体の加速度が大きいと前傾角度が大きくなり、加速度が小さいと前傾角度が小さくなる。
(形態5)走行体は、現在の速度を計算する手段と、現在の位置を計算する手段と、現在の走行方向を計算する手段を備えている。
(形態6)第1トルク計算手段は、現在速度と指示速度の偏差と、現在位置と指示位置の偏差と、現在走行方向と指示走行方向の偏差を考慮して駆動輪のトルクを計算する。第2トルク計算手段は、現在速度と指示速度の偏差と、現在位置と指示位置の偏差と、傾斜角速度センサが出力する走行体の傾斜角速度を考慮して、駆動輪のトルクを計算する。
The best modes for carrying out the present invention are listed below.
(Mode 1) From the input means provided on the traveling body, an instruction to switch the traveling speed of the traveling body, the target direction, the traveling state in which the front wheels are grounded and the traveling state in which the front wheels are floating is input. When an instruction to switch from the front-wheel grounding state to the front-wheel floating state is input, the instruction speed generation means of the traveling body generates an instruction speed pattern that accelerates from the current speed and shifts to constant speed driving after acceleration.
(Mode 2) From the input means provided on the traveling body, an instruction to switch the traveling speed of the traveling body, the target direction, the traveling state in which the front wheels float and the traveling state in which the front wheels are grounded is input. When an instruction to switch from the front wheel floating state to the front wheel grounding state is input, the instruction speed generation means of the traveling body generates an instruction speed pattern that accelerates from the speed at that time and shifts to constant speed after acceleration.
(Mode 3) When the traveling body accelerates during the grounding traveling of the front wheels, the traveling body strengthens the backward leaning posture. When the acceleration of the traveling body is large, the rearward tilt angle increases, and when the acceleration is small, the rearward tilt angle decreases.
(Mode 4) When the traveling body accelerates while the front wheels are floating, the forward leaning posture is strengthened. When the acceleration of the traveling body is large, the forward tilt angle increases, and when the acceleration is small, the forward tilt angle decreases.
(Mode 5) The traveling body includes means for calculating the current speed, means for calculating the current position, and means for calculating the current traveling direction.
(Mode 6) The first torque calculation means calculates the torque of the drive wheel in consideration of the deviation between the current speed and the command speed, the deviation between the current position and the command position, and the deviation between the current travel direction and the command travel direction. The second torque calculation means calculates the torque of the drive wheels in consideration of the deviation between the current speed and the indicated speed, the deviation between the current position and the indicated position, and the inclination angular velocity of the traveling body output from the inclination angular velocity sensor.

以下に、本発明を具現化した実施例を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図1に、本実施例の走行体2の後面図を示す。図2に走行体2の側面図を示す。図2(a)は、前輪接地状態の走行体2を示し、図2(b)は、後傾しながら前輪浮遊状態に移行する途中の走行体2を示し、図2(c)は、前輪浮遊状態の走行体2を示している。
走行体2は、同軸に配置された一対の駆動輪4a,4bと、1つの従動前輪6を備えている。走行体2の車体8には、蓄電池12が配置されており、駆動輪4aを動かすモータ14aと駆動輪4bを動かすモータ14bに電力を供給する。モータ14aのトルクを制御するトルク制御回路16aとモータ14bのトルクを制御するトルク制御回路16bが設けられており、モータ14aとモータ14bのトルクが独立に制御されて、駆動輪4aと4bをそれぞれ異なるトルクで回転することができる。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
In FIG. 1, the rear view of the traveling body 2 of a present Example is shown. FIG. 2 shows a side view of the traveling body 2. FIG. 2A shows the traveling body 2 in a state where the front wheels are grounded, FIG. 2B shows the traveling body 2 in the middle of shifting to the front wheel floating state while tilting backward, and FIG. The traveling body 2 in a floating state is shown.
The traveling body 2 includes a pair of drive wheels 4 a and 4 b disposed coaxially and one driven front wheel 6. A storage battery 12 is disposed on the vehicle body 8 of the traveling body 2 and supplies power to a motor 14a that moves the drive wheels 4a and a motor 14b that moves the drive wheels 4b. A torque control circuit 16a for controlling the torque of the motor 14a and a torque control circuit 16b for controlling the torque of the motor 14b are provided, and the torques of the motor 14a and the motor 14b are independently controlled to control the drive wheels 4a and 4b, respectively. Can rotate with different torque.

走行体2の車体8には角速度センサ10が固定されており、車体8の傾斜角速度を検出する。本実施例の角速度センサ10は、車体8が次第に前傾していくときには正の速度を検出し、次第に後傾していくときには負の速度を検出するように設定されている。一定の角度が維持されているとき、角速度センサ10の出力は0となる。
走行体2の車体8には、CPUモジュール18と入出力モジュール20が備えられており、角速度センサ10の検出した傾斜角速度は、入出力モジュール20を経由してCPUモジュール18に入力される。
An angular velocity sensor 10 is fixed to the vehicle body 8 of the traveling body 2 and detects the inclination angular velocity of the vehicle body 8. The angular velocity sensor 10 of the present embodiment is set to detect a positive speed when the vehicle body 8 gradually leans forward, and to detect a negative speed when the vehicle body 8 gradually leans backward. When the constant angle is maintained, the output of the angular velocity sensor 10 is zero.
The vehicle body 8 of the traveling body 2 includes a CPU module 18 and an input / output module 20, and the tilt angular velocity detected by the angular velocity sensor 10 is input to the CPU module 18 via the input / output module 20.

走行体2には、目標方向と目標速度を入力する入出力手段としてジョイスティック22が接続されている。ジョイスティック22は、スティック24を倒す方向で目標方向を入力し、スティック24を倒した量で目標速度を入力する。また、ジョイスティック22に付属したボタン26によって、前輪接地走行から前輪浮遊走行への切換えと、前輪浮遊走行から前輪接地走行への切換えを指定することができる。ジョイスティック22によって前進/後進を切換えることもできる。
ジョイスティック22から指定された目標方向と目標速度と走行状態の切換え指令と前後進の指令は、入出力モジュール20を経由してCPUモジュール18に伝えられる。
A joystick 22 is connected to the traveling body 2 as input / output means for inputting a target direction and a target speed. The joystick 22 inputs the target direction in the direction in which the stick 24 is tilted, and inputs the target speed in the amount by which the stick 24 is tilted. In addition, a button 26 attached to the joystick 22 can be used to specify switching from front wheel ground traveling to front wheel floating traveling and switching from front wheel floating traveling to front wheel ground traveling. It is also possible to switch between forward / reverse with the joystick 22.
The target direction, target speed, traveling state switching command, and forward / reverse command specified from the joystick 22 are transmitted to the CPU module 18 via the input / output module 20.

CPUモジュール18は、図3に示すように、ジョイスティック22の指示に従って走行体2が走行するために必要なモータ14aとモータ14bのトルクを計算するためのプログラムを記憶している。CPUモジュール18は、前輪接地状態から前輪浮遊状態に切換える際には、その時の第1速度から加速して第2速度に増速して第2速度に達したら第2速度を維持する速度パターンを生成し、前輪浮遊状態から前輪接地状態に切換える際には、その時の第3速度から加速して第4速度に増速して第4速度に達したら第4速度を維持する速度パターンを生成するプログラム104と、前輪6が接地した状態で指示速度で走行するのに必要なトルクを計算する第1トルク計算プログラム106と、前輪6が浮遊した状態で指示速度で走行するのに必要なトルクを計算する第2トルク計算プログラム108と、第1トルク計算プログラム106の計算結果を有効化するか、又は第2トルク計算プログラム108の計算結果を有効化するかを切換えるトルク計算手段切換えプログラムを記憶している。また、CPUモジュール18は、指示速度を積分して指示位置を計算するプログラム112と、指示速度の絶対値を計算するプログラム114と、現在速度と現在位置を計算するプログラム118、116と、現在速度を計算するプログラム117等を記憶している。指示速度の絶対値は、前後進に応じて正負で示される。   As shown in FIG. 3, the CPU module 18 stores a program for calculating the torque of the motor 14 a and the motor 14 b necessary for the traveling body 2 to travel according to the instruction of the joystick 22. When the CPU module 18 switches from the front wheel grounding state to the front wheel floating state, the CPU module 18 accelerates from the first speed at that time, increases to the second speed, and maintains the second speed when the second speed is reached. When generating and switching from the front wheel floating state to the front wheel grounding state, a speed pattern is generated that accelerates from the third speed at that time to increase to the fourth speed and maintains the fourth speed when the fourth speed is reached. The program 104, the first torque calculation program 106 for calculating the torque required for traveling at the indicated speed with the front wheel 6 in contact with the ground, and the torque required for traveling at the indicated speed with the front wheel 6 floating. Switching between the calculation result of the second torque calculation program 108 and the calculation result of the first torque calculation program 106 or whether the calculation result of the second torque calculation program 108 is validated Stores torque calculation means switching program. Further, the CPU module 18 integrates the command speed to calculate the command position, a program 114 to calculate the absolute value of the command speed, programs 118 and 116 to calculate the current speed and the current position, and the current speed. Is stored. The absolute value of the command speed is shown as positive or negative depending on forward / backward travel.

ジョイスティック22から、走行体の目標速度と、前後進のいずれかと、目標方向と、走行状態の切換え指示が入力されたときに、CPUモジュール18が行う制御内容を、図3を参照しつつ説明する。図3は、走行体2で行われるモータ14a,14bのトルク制御内容を示すブロック図である。   The contents of control performed by the CPU module 18 when a target speed of the traveling body, one of forward / backward travel, a target direction, and a traveling state switching instruction are input from the joystick 22 will be described with reference to FIG. . FIG. 3 is a block diagram showing the contents of torque control of the motors 14a and 14b performed in the traveling body 2. As shown in FIG.

ジョイスティック22から、走行体2の目標速度と、前後進のいずれかと、目標方向が入力されると、指示速度生成プログラム104は、入力値を予め内部に定義されている2次元の全体座標系の値に変換して、指示速度のX方向成分と、指示速度のY方向成分と、前後進のいずれかを指令する指示と、指示方向と、指示方向の回転速度を示す指示方向速度を出力する。
ジョイスティック22から走行状態の切換え指示が入力されると、指示速度生成プログラム104は、走行状態を切換える前の定速走行の期間と、走行状態を切換えるための加速期間と、走行状態切換え後の定速走行の期間から構成される指示速度パターンを出力する。指示速度生成プログラム104には、走行体2を後傾させて前輪6を安定な位置まで浮遊させる加速度の値と、走行体2を前傾させて前輪6を地面に近づけるための加速度の値が予め定義されており、加速期間の速度はこの加速度に基づいて生成される。加速期間内の目標速度は、単位時間毎に変化する速度の値として出力される。
When the target speed of the traveling body 2, one of the forward and backward movements, and the target direction are input from the joystick 22, the instruction speed generation program 104 uses a two-dimensional global coordinate system in which input values are defined in advance. Are converted into values, and an X direction component of the indicated speed, a Y direction component of the indicated speed, an instruction for instructing any one of the forward and backward directions, an indicated direction, and an indicated direction speed indicating the rotational speed of the indicated direction are output .
When a driving state switching instruction is input from the joystick 22, the command speed generation program 104 reads a constant speed driving period before switching the driving state, an acceleration period for switching the driving state, and a constant after the driving state switching. An instruction speed pattern composed of a high-speed driving period is output. The command speed generation program 104 includes an acceleration value for tilting the traveling body 2 to float the front wheel 6 to a stable position, and an acceleration value for tilting the traveling body 2 forward and bring the front wheel 6 closer to the ground. It is predefined and the speed of the acceleration period is generated based on this acceleration. The target speed within the acceleration period is output as a speed value that changes every unit time.

指示速度から指示位置を計算するプログラム112は、指示速度のX方向成分とY方向成分を入力して各々積分することで、指示位置のX方向位置とY方向位置を計算する。計算結果は、第1トルク計算プログラム106のトルク計算に利用される。
走行体2の指示速度の絶対値を計算するプログラム114は、指示速度のX方向成分とY方向成分の2乗の和の平方根から指示速度の絶対値を計算する。前進時には計算結果をプラスの値とし、後進時には計算結果をマイナスの値とする、即ち、前進時には計算結果に+1を乗算し、後進時には計算結果を−1を乗算する。計算された指示速度は、第2トルク計算プログラム108のトルク計算に利用される。
The program 112 for calculating the indicated position from the indicated speed calculates the X direction position and the Y direction position of the indicated position by inputting the X direction component and the Y direction component of the indicated speed and integrating each. The calculation result is used for torque calculation of the first torque calculation program 106.
The program 114 for calculating the absolute value of the command speed of the traveling body 2 calculates the absolute value of the command speed from the square root of the sum of the squares of the X-direction component and the Y-direction component of the command speed. The calculation result is set to a positive value at the time of forward movement, and the calculation result is set to a negative value at the time of backward movement. That is, the calculation result is multiplied by +1 at the time of forward movement, and is multiplied by -1 at the time of backward movement. The calculated command speed is used for torque calculation of the second torque calculation program 108.

走行体2には、駆動輪4a,4bの回転速度を計測するロータリーエンコーダが搭載されている。ロータリーエンコーダで計測された駆動輪4a,4bの回転速度は、ヤコビ変換によって2次元の全体座標系と同じ座標系の成分に正規化する。この変換によって、走行体2の現在速度は、全体座標系でのX方向速度とY方向速度で表される。
走行体2の現在速度と現在位置を計算するプログラム116は、ヤコビ変換して得られた現在速度のX方向成分とY方向成分を積分し、現在位置のX座標とY座標を求める。またヤコビ変換して得られた方向速度を積分し、現在の走行方向を求める。
The traveling body 2 is equipped with a rotary encoder that measures the rotational speed of the drive wheels 4a and 4b. The rotational speeds of the drive wheels 4a and 4b measured by the rotary encoder are normalized to the same coordinate system component as the two-dimensional global coordinate system by Jacobian transformation. By this conversion, the current speed of the traveling body 2 is represented by the X-direction speed and the Y-direction speed in the overall coordinate system.
A program 116 for calculating the current speed and the current position of the traveling body 2 integrates the X-direction component and the Y-direction component of the current speed obtained by the Jacobian conversion, and obtains the X coordinate and the Y coordinate of the current position. In addition, the current traveling direction is obtained by integrating the direction speed obtained by the Jacobian conversion.

偏差演算手段201では、X方向の位置の偏差を計算する。偏差演算手段203では、Y方向の位置の偏差を計算する。偏差演算手段205では、走行方向の偏差を計算する。偏差演算手段207では、X方向の速度の偏差を計算する。偏差演算手段209では、Y方向の速度の偏差を計算する。偏差演算手段211では、走行方向の変化速度の偏差を演算する。
ゲイン乗算手段126では、X方向の位置の偏差にゲインを乗じる。ゲイン乗算手段128では、Y方向の位置の偏差にゲインを乗じる。ゲイン乗算手段129では、走行方向の偏差にゲインを乗じる。ゲイン乗算手段130では、X方向の速度の偏差にゲインを乗じる。ゲイン乗算手段132では、Y方向の速度の偏差にゲインを乗じる。ゲイン乗算手段133では、走行方向の変化速度の偏差にゲインを乗じる。
The deviation calculation means 201 calculates the deviation of the position in the X direction. The deviation calculation means 203 calculates the deviation of the position in the Y direction. The deviation calculating means 205 calculates a deviation in the traveling direction. The deviation calculation means 207 calculates the deviation of the speed in the X direction. The deviation calculation means 209 calculates the deviation of the speed in the Y direction. The deviation calculating means 211 calculates the deviation of the change speed in the traveling direction.
The gain multiplication unit 126 multiplies the position deviation in the X direction by a gain. The gain multiplying unit 128 multiplies the position deviation in the Y direction by a gain. The gain multiplication unit 129 multiplies the deviation in the traveling direction by the gain. The gain multiplying unit 130 multiplies the X-direction speed deviation by a gain. The gain multiplier 132 multiplies the Y-direction speed deviation by a gain. The gain multiplying unit 133 multiplies the deviation of the change speed in the traveling direction by the gain.

偏差合算手段213では、X方向の位置の偏差と速度の偏差を総合する。偏差合算手段215では、Y方向の位置の偏差と速度の偏差を総合する。偏差合算手段217では、走行方向の偏差と走行方向の回転速度の偏差を総合する。
第1トルク計算プログラム106では、これらの偏差を転置ヤコビ変換し、偏差を解消するモータ14a,14bのトルクを計算し、計算したトルクをトルク制御回路16a,16bに出力する。
ゲイン乗算回路126,128,129,130,132,133で用いるゲインの値を切換えることにより、第1トルク計算プログラム106を機能させたり、機能させなかったりすることができる。ゲイン乗算回路126,128,130,132で用いるゲインの値をゼロに切換えることにより、第1トルク計算プログラム106の台車前後方向に関する部分は無効化される。ゲイン乗算回路126,128,129,130,132,133で用いるゲインの値を適性値に切換えることにより、第1トルク計算プログラム106は有効化される。
In the deviation summing unit 213, the position deviation in the X direction and the speed deviation are integrated. The deviation summing means 215 synthesizes the position deviation in the Y direction and the speed deviation. The deviation summing unit 217 integrates the deviation in the traveling direction and the deviation in the rotational speed in the traveling direction.
In the first torque calculation program 106, these deviations are transposed Jacobi converted, the torques of the motors 14a and 14b that eliminate the deviations are calculated, and the calculated torques are output to the torque control circuits 16a and 16b.
By switching the gain values used in the gain multiplication circuits 126, 128, 129, 130, 132, and 133, the first torque calculation program 106 can be made to function or can not be made to function. By switching the gain value used in the gain multiplication circuits 126, 128, 130, and 132 to zero, the portion related to the front-rear direction of the bogie of the first torque calculation program 106 is invalidated. The first torque calculation program 106 is validated by switching the gain values used in the gain multiplication circuits 126, 128, 129, 130, 132, and 133 to appropriate values.

第2トルク計算プログラム108は、傾斜角速度センサ10の値を入力する。第2トルク計算プログラム108に入力される傾斜角速度102は、ローパスフィルタ120によってノイズが除去されており、安定した数値をとる。第2トルク計算プログラム108は、傾斜角速度102の値が負となり走行体2が次第に後傾していくときには、目標速度に係わらず走行体2を一時的に減速させるトルクを出力し、傾斜角速度の値が正となり走行体2が次第に前傾していくときには、目標速度に係わらず走行体2を一時的に増速させるトルクを出力して走行体2の傾きを軽減するようにプログラムされている。いわゆる倒立振子モデルによって走行体2の転倒を防止する。
第2トルク計算プログラム108は、指示速度と現在速度の偏差を(偏差演算部219で計算される)を入力する。同様に、指示位置と現在位置の偏差を(偏差演算部227で計算される)を入力する。第2トルク計算プログラム108は、傾斜角速度センサ10の値と、速度の偏差と、位置の偏差を入力してトルク値を計算する。第2トルク計算プログラム108は、前輪が浮遊した状態で指示速度で指示位置に走行するのに必要なトルクを計算する。
第2トルク計算手段108とトルク制御手段16a、16bの間にはゲイン乗算回路122,124が用意されている。ゲイン122,124で用いるゲインの値をゼロに切換えることにより、第2トルク計算プログラム108は無効化される。ゲイン122,124で用いるゲインの値を適性値に切換えることにより、第2トルク計算プログラム108は有効化される。ゲイン134,136,138の値をゼロに切換えても、第2トルク計算プログラム108は無効化される。
The second torque calculation program 108 inputs the value of the tilt angular velocity sensor 10. The inclination angular velocity 102 input to the second torque calculation program 108 has a stable numerical value with noise removed by the low-pass filter 120. The second torque calculation program 108 outputs a torque that temporarily decelerates the traveling body 2 regardless of the target speed when the value of the inclination angular velocity 102 is negative and the traveling body 2 gradually tilts backward. When the value becomes positive and the traveling body 2 gradually tilts forward, it is programmed to reduce the inclination of the traveling body 2 by outputting torque that temporarily increases the traveling body 2 regardless of the target speed. . The so-called inverted pendulum model prevents the traveling body 2 from falling.
The second torque calculation program 108 inputs the deviation between the command speed and the current speed (calculated by the deviation calculator 219). Similarly, the deviation between the indicated position and the current position (calculated by the deviation calculation unit 227) is input. The second torque calculation program 108 inputs a value of the tilt angular velocity sensor 10, a speed deviation, and a position deviation to calculate a torque value. The second torque calculation program 108 calculates the torque required to travel to the indicated position at the indicated speed with the front wheels floating.
Gain multiplication circuits 122 and 124 are provided between the second torque calculation means 108 and the torque control means 16a and 16b. The second torque calculation program 108 is invalidated by switching the gain values used in the gains 122 and 124 to zero. The second torque calculation program 108 is validated by switching the gain values used in the gains 122 and 124 to appropriate values. Even if the values of the gains 134, 136, and 138 are switched to zero, the second torque calculation program 108 is invalidated.

トルク計算手段切換えプログラムは、ゲイン122,124,126,128,130,132,134,136,138の値を切換えることにより、トルク制御回路16a,16bに出力するトルク値を切換える。ゲインを切換えるために、トルク計算手段切換えプログラムは、傾斜角速度センサ10の出力する傾斜角速度102を監視し、走行体2の走行状態が前輪接地状態であるのか、前輪浮遊状態であるのか、前傾状態であるのか、後傾状態であるのかを検出している。また、第1トルク計算プログラム106と、第2トルク計算プログラム108の計算結果を監視し、監視結果に基づいてトルク制御回路16a,16bに出力するトルク値を切換える。   The torque calculation means switching program switches the torque values output to the torque control circuits 16a and 16b by switching the values of the gains 122, 124, 126, 128, 130, 132, 134, 136, and 138. In order to switch the gain, the torque calculation means switching program monitors the inclination angular velocity 102 output from the inclination angular velocity sensor 10 and determines whether the traveling state of the traveling body 2 is the front wheel grounding state, the front wheel floating state, or the forward inclination. It is detected whether it is in a state or a backward tilt state. Also, the calculation results of the first torque calculation program 106 and the second torque calculation program 108 are monitored, and the torque value output to the torque control circuits 16a and 16b is switched based on the monitoring results.

トルク計算手段切換えプログラムは、第1トルク計算プログラム106から出力されるトルクと、第2トルク計算プログラム108から出力されるトルクのいずれかの値を選択してトルク制御回路16a、16bに入力する。トルク制御回路16aは、モータ14aのトルクを入力されたトルクに制御し、駆動輪4aを回転させる。トルク制御回路16bは、モータ14bのトルクを入力されたトルクに制御し、駆動輪4bを回転させる。
走行体2の現在速度を計算するプログラム118は、ロータリーエンコーダを利用して駆動輪4a,4bの回転から走行体2の速度を計算する。計算された速度は、走行体2の現在速度計算プログラム117に入力されるとともに、プログラム116に入力される。
The torque calculation means switching program selects either the torque output from the first torque calculation program 106 or the torque output from the second torque calculation program 108 and inputs the selected value to the torque control circuits 16a and 16b. The torque control circuit 16a controls the torque of the motor 14a to the input torque, and rotates the driving wheel 4a. The torque control circuit 16b controls the torque of the motor 14b to the input torque, and rotates the drive wheel 4b.
The program 118 for calculating the current speed of the traveling body 2 calculates the speed of the traveling body 2 from the rotation of the drive wheels 4a and 4b using a rotary encoder. The calculated speed is input to the current speed calculation program 117 of the traveling body 2 and also to the program 116.

停止している走行体2が、前輪接地状態から前輪浮遊状態への切換えを指示された場合に、CPUモジュール18内で行われる制御内容と、実際の走行状態を図4,5を参照しつつ更に詳細に説明する。図4は、トルク計算手段切換えプログラムが走行状態に応じて変化させるゲインの値を示している。図5は、前輪接地状態から前輪浮遊状態へ切換える場合の経過時間(横軸)に対する、指示速度生成プログラム104が生成した目標速度(図5で2点鎖線で表される)と、プログラム116、118が検出する現在の走行体2の速度(破線であり実際の速度)と、傾斜角速度センサ10によって測定した傾斜角速度の値(1点鎖線)と、第1トルク計算プログラム106の計算結果(太い実線)と、第2トルク計算プログラム108の計算結果(細い実線)を示している。図5では、トルク出力が負のときに走行体が正の速度で走行する関係にとられている。図6も同様である。   When the stopped traveling body 2 is instructed to switch from the front wheel grounding state to the front wheel floating state, the control contents performed in the CPU module 18 and the actual traveling state will be described with reference to FIGS. Further details will be described. FIG. 4 shows the value of the gain that the torque calculation means switching program changes in accordance with the running state. 5 shows a target speed (indicated by a two-dot chain line in FIG. 5) generated by the instruction speed generation program 104 with respect to an elapsed time (horizontal axis) when switching from the front wheel grounding state to the front wheel floating state, The current speed of the traveling body 2 detected by 118 (a broken line and an actual speed), the value of the tilt angular velocity measured by the tilt angular velocity sensor 10 (one-dot chain line), and the calculation result of the first torque calculation program 106 (thick) A solid line) and a calculation result (thin solid line) of the second torque calculation program 108 are shown. In FIG. 5, the traveling body travels at a positive speed when the torque output is negative. The same applies to FIG.

指示速度生成プログラム104は、入力された目標速度と目標方向と走行状態の切換え指示に従って、前輪が接地して走行するときの速度と、前輪を浮遊させるための加速度と、前輪が浮遊して走行するときの速度を示す指示速度パターンを生成し、指示方向のデータと共に順次出力する。本実施例では、ジョイスティック22から入力された前輪浮遊走行の目標速度が、加速走行終了後の走行体2の速度よりも遅い。このために、指示速度生成プログラム104は、移行前期で加速を始めてから、定速・減速・定速の指示速度パターンを生成する。   The command speed generation program 104 follows the input target speed, target direction, and driving state switching instructions, the speed when the front wheels are grounded, the acceleration for floating the front wheels, and the front wheels are floating An instruction speed pattern indicating the speed at the time of generation is generated and sequentially output together with data in the instruction direction. In the present embodiment, the target speed of the front wheel floating traveling input from the joystick 22 is slower than the speed of the traveling body 2 after the acceleration traveling ends. For this purpose, the command speed generation program 104 generates a command speed pattern of constant speed / deceleration / constant speed after starting acceleration in the first half of the transition.

走行体2は、前輪6を接地して運転を開始する。CPUモジュール18の制御状態は、図5の前輪接地状態に入る。このとき、トルク計算手段切換えプログラムは、図4上段に示される前輪接地走行時のゲインの値をとる。即ち、ゲイン126の値をk1とし、ゲイン128の値をk2とし、ゲイン130の値をk3とし、ゲイン132の値をk4とし、ゲイン122,124,134,136,138の値を0とする。これにより、第2トルク計算プログラム108の出力結果は無効化される。ゲイン126,128,130,132が定数をとることによって、第1トルク計算プログラム106が、前輪接地状態で指示速度生成プログラム104が出力した速度と方向で走行するためのトルクを出力しはじめる。   The traveling body 2 touches the front wheel 6 and starts driving. The control state of the CPU module 18 enters the front wheel grounding state of FIG. At this time, the torque calculation means switching program takes the value of the gain when the front wheels are in contact with the ground shown in the upper part of FIG. That is, the value of the gain 126 is k1, the value of the gain 128 is k2, the value of the gain 130 is k3, the value of the gain 132 is k4, and the values of the gains 122, 124, 134, 136, and 138 are 0. . As a result, the output result of the second torque calculation program 108 is invalidated. When the gains 126, 128, 130, and 132 take constant values, the first torque calculation program 106 starts to output torque for traveling at the speed and direction output by the command speed generation program 104 in the front wheel ground contact state.

トルク制御回路16aは、第1トルク計算プログラム106から出力されるトルクを入力して、モータ14aを制御し、駆動輪4aを回転させる。トルク制御回路16bは、第1トルク計算プログラム106から出力されるトルクを入力して、モータ14bを制御し、駆動輪4bを回転させる。走行体2が前輪接地走行を開始する。   The torque control circuit 16a receives the torque output from the first torque calculation program 106, controls the motor 14a, and rotates the drive wheels 4a. The torque control circuit 16b receives the torque output from the first torque calculation program 106, controls the motor 14b, and rotates the drive wheels 4b. The traveling body 2 starts the front wheel ground traveling.

走行体2が走行を開始すると、プログラム116とプログラム118によって走行体2の現在位置と現在速度が計算されて第1トルク計算プログラム106に計算結果がフィードバック制御され、走行体2はより適切な速度で走行する。
前輪接地状態において、指示速度生成プログラム104が出力する指示速度は、この場合、静止している走行体2が一定期間加速しながら走行を始め、その後は定速走行する。実際の走行速度は、指示速度生成プログラム104が出力する指示速度によく追従して変化し、定速走行にはいると指示速度に等しくなる。
When the traveling body 2 starts traveling, the current position and current speed of the traveling body 2 are calculated by the program 116 and the program 118, and the calculation result is feedback-controlled by the first torque calculation program 106, so that the traveling body 2 has a more appropriate speed. Drive on.
In this case, the commanded speed output by the commanded speed generation program 104 in the front wheel contact state is that the stationary traveling body 2 starts traveling while accelerating for a certain period, and then travels at a constant speed. The actual travel speed changes following the command speed output from the command speed generation program 104 well, and becomes equal to the command speed when the vehicle travels at a constant speed.

前輪接地走行状態から前輪浮遊走行状態に移行するために、指示速度生成プログラム104が加速を指示しはじめると、走行体2の走行状態は、図5の移行期にはいる。
第1トルク計算プログラム106は、指示速度生成プログラム104が出力した加速走行を実現する指示速度と指示方向に従って、走行体2が走行するためのトルクを計算し続ける。第1トルク計算プログラム106の計算結果に従ってモータ14a,14bが制御され、走行体2が加速走行を行う。加速走行によって、走行体2は図2(b)に示すように、形状変化を起こすことなく後傾姿勢をとりはじめ、前輪6が徐々に浮遊する。走行体2の傾斜角速度センサ10が示す傾斜角速度の値102は、負の値に変化する。
When the commanded speed generation program 104 starts instructing acceleration in order to shift from the front wheel grounding traveling state to the front wheel floating traveling state, the traveling state of the traveling body 2 enters the transition period of FIG.
The first torque calculation program 106 continues to calculate the torque for the traveling body 2 to travel according to the command speed and the command direction that realize the accelerated travel output from the command speed generation program 104. The motors 14a and 14b are controlled according to the calculation result of the first torque calculation program 106, and the traveling body 2 performs accelerated traveling. As shown in FIG. 2 (b), the traveling body 2 starts to take a rearward leaning posture without causing a shape change, and the front wheels 6 gradually float. The inclination angular velocity value 102 indicated by the inclination angular velocity sensor 10 of the traveling body 2 changes to a negative value.

トルク計算手段切換えプログラムは、監視している傾斜角速度102の値が負の最大値に達してからゼロに復帰すると、第2トルク計算プログラム108の計算を開始させる。即ち、第2トルク計算プログラム108に入力する値に乗じるゲイン134,136,138の値を1とする。この切換えタイミング前を移行前期といい、この切換えタイミング後を移行後期という。移行前期では、第2トルク計算プログラム108は計算しない。移行後期では、第2トルク計算プログラム108が計算を開始する。ただし、移行後期では、ゲイン122,124の値がゼロに切換えられており、第2トルク計算プログラム108は活用されない。移行後期では、第2トルク計算プログラム108が計算を開始するものの、実際のモータトルクは第1トルク計算プログラム106で計算されたものに調整される。
移行後期では、第1トルク計算プログラム106と第2トルク計算プログラム108の計算結果を比較する。両者が等しくなるまでの間は、第2トルク計算プログラム108の計算結果を有効化するゲイン122,124の値をゼロに維持し、第1トルク計算プログラム106の計算結果を採用する。第1トルク計算プログラム106の計算結果によってモータ16a,16bのトルクが制御されることにより走行状態が安定し、前輪6は充分に持上げられる。
走行体2の前輪6が浮遊してから一定期間の間は傾斜角速度102の値が負に変化していき、最も大きく後傾した時に傾斜角速度はゼロに戻る。その時点で、第2トルク計算プログラム108の入力ゲイン134,136,138の値がゼロから1に切換えられ、第2トルク計算プログラム108が計算を開始する。計算結果切換えプログラムは、第2トルク計算プログラム108の計算結果を監視しており、加速走行が行われている間はゲイン122と124の値をゼロに維持し、第2トルク計算プログラムの計算結果をトルク制御回路16a,16bに出力しない。トルク計算手段切換えプログラムによって、第1トルク計算プログラム106の計算結果がトルク制御回路16a,16bに入力される。第1トルク計算プログラム106の計算結果によってモータ16a,16bのトルクが制御されることにより走行状態が安定し、前輪6は充分に持上げられる。
The torque calculation means switching program starts calculation of the second torque calculation program 108 when the value of the monitored tilt angular velocity 102 returns to zero after reaching the negative maximum value. That is, the values of the gains 134, 136, and 138 multiplied by the value input to the second torque calculation program 108 are set to 1. The period before this switching timing is called the first half of the transition, and the period after this switching timing is called the second half of the transition. In the first half of the transition, the second torque calculation program 108 does not calculate. In the second half of the transition, the second torque calculation program 108 starts calculation. However, in the latter half of the transition, the values of the gains 122 and 124 are switched to zero, and the second torque calculation program 108 is not utilized. In the latter half of the transition, the second torque calculation program 108 starts calculation, but the actual motor torque is adjusted to the one calculated by the first torque calculation program 106.
In the latter half of the transition, the calculation results of the first torque calculation program 106 and the second torque calculation program 108 are compared. Until both are equal, the gains 122 and 124 that validate the calculation result of the second torque calculation program 108 are maintained at zero, and the calculation result of the first torque calculation program 106 is adopted. By controlling the torques of the motors 16a and 16b according to the calculation result of the first torque calculation program 106, the running state is stabilized and the front wheels 6 are sufficiently lifted.
The value of the tilt angular velocity 102 changes negatively for a certain period after the front wheel 6 of the traveling body 2 floats, and the tilt angular velocity returns to zero when it tilts the most backward. At that time, the values of the input gains 134, 136 and 138 of the second torque calculation program 108 are switched from zero to 1, and the second torque calculation program 108 starts calculation. The calculation result switching program monitors the calculation result of the second torque calculation program 108, maintains the values of the gains 122 and 124 at zero during acceleration running, and calculates the calculation result of the second torque calculation program. Is not output to the torque control circuits 16a and 16b. The calculation result of the first torque calculation program 106 is input to the torque control circuits 16a and 16b by the torque calculation means switching program. By controlling the torques of the motors 16a and 16b according to the calculation result of the first torque calculation program 106, the running state is stabilized and the front wheels 6 are sufficiently lifted.

指示速度生成プログラム104は、走行体2が前輪6を浮遊させるために充分な加速走行を指示した後、ジョイスティック22で指定された速度で前輪浮遊走行をするための指示速度と指示方向を生成する。加速走行によって、前輪6を浮遊させ始めた走行体2は、加速走行の終了に僅かに遅れて図2(c)のように前輪6を充分浮遊させた後傾姿勢に到達する。加速走行が終了したことにより走行体2の後傾姿勢はそれ以上進まず、傾斜角速度102の値はほぼ0となる。   The instructed speed generation program 104 generates an instructed speed and an instructed direction to make the front wheel float at a speed specified by the joystick 22 after the traveling body 2 has instructed sufficient acceleration to float the front wheel 6. . The traveling body 2 that has started to float the front wheel 6 by the acceleration traveling reaches a rearward tilted posture with the front wheel 6 sufficiently suspended as shown in FIG. When the acceleration traveling is finished, the backward tilting posture of the traveling body 2 does not proceed any further, and the value of the inclination angular velocity 102 becomes almost zero.

走行体2が前輪浮遊走行を開始して傾斜角速度102の値がほぼ0となった直後には、第2トルク計算プログラムの計算結果と第1トルク計算プログラムの計算結果が一致しているとは限られない。トルク計算手段の切換えの前後でトルク制御回路16a,16bに入力される値が変化すると、走行体2の走行状態にショックが生じる。このためトルク計算手段切換えプログラムは、引き続きゲイン122とゲイン124の値を0に維持して、第2トルク計算プログラム108の計算結果をトルク制御回路16a,16bに出力しない状態を継続する。トルク計算手段切換えプログラムは、移行後期になっても、トルク制御回路16a,16bに第1トルク計算プログラム106の計算結果を出力し続ける。   Immediately after the traveling body 2 starts the front wheel floating traveling and the value of the inclination angular velocity 102 becomes almost zero, the calculation result of the second torque calculation program and the calculation result of the first torque calculation program are the same. Not limited. If the values input to the torque control circuits 16a and 16b change before and after the switching of the torque calculation means, a shock occurs in the traveling state of the traveling body 2. For this reason, the torque calculation means switching program continues to maintain the values of the gain 122 and the gain 124 at 0 and does not output the calculation result of the second torque calculation program 108 to the torque control circuits 16a and 16b. The torque calculation means switching program continues to output the calculation result of the first torque calculation program 106 to the torque control circuits 16a and 16b even at the later stage of the transition.

トルク計算手段切換えプログラムは、移行後期の間、第1トルク計算プログラム106の計算結果と第2トルク計算プログラム108の計算結果を比較しつづける。両者は等しくなった時に、ゲインを図4最下段の値に切り換える。即ち、ゲイン122の値をk5に設定し、ゲイン124の値をk6に設定して、第2トルク計算プログラム108の計算結果をトルク制御回路16a,16bに出力する。また、ゲイン126,128,130,132の値を0に設定し、第1トルク計算プログラム106の計算結果のうち、走行方向の偏差の値のみをトルク制御回路16a,16bに出力する。走行体2の走行状態は、図5の前輪浮遊状態に入る。   The torque calculation means switching program continues to compare the calculation result of the first torque calculation program 106 and the calculation result of the second torque calculation program 108 during the latter half of the transition. When both are equal, the gain is switched to the lowest value in FIG. That is, the value of the gain 122 is set to k5, the value of the gain 124 is set to k6, and the calculation result of the second torque calculation program 108 is output to the torque control circuits 16a and 16b. Further, the values of the gains 126, 128, 130, and 132 are set to 0, and only the deviation value in the running direction is output to the torque control circuits 16a and 16b among the calculation results of the first torque calculation program 106. The traveling state of the traveling body 2 enters the front wheel floating state of FIG.

図5に示すように、第1トルク計算プログラム106の計算結果と第2トルク計算プログラム108の計算結果が等しくなった時に切換えるので、走行体2の走行状態にショックが生じることはない。第2トルク計算プログラムは、走行体2の傾きをしめす傾斜角速度102を考慮してトルクを計算しているので、走行体2の前輪浮遊走行は安定する。   As shown in FIG. 5, since the switching is performed when the calculation result of the first torque calculation program 106 and the calculation result of the second torque calculation program 108 become equal, no shock occurs in the traveling state of the traveling body 2. Since the second torque calculation program calculates the torque in consideration of the inclination angular velocity 102 that indicates the inclination of the traveling body 2, the traveling of the traveling body 2 on the front wheel is stabilized.

第2トルク計算プログラム108の計算結果によって、モータ14a,14bのトルクが制御されて走行体2が安定した前輪浮遊走行を行っているとき、駆動輪4a,4bだけが接地した状態で静止させることが可能となる。ジョイスティック22から入力する目標速度を0にすることで走行体2の前輪浮遊状態での静止が指定できる。静止命令が出されると、第2トルク計算プログラム108が出力するトルク値は徐々に小さくなり、角速度102の値のみを考慮して走行体2の姿勢を微調整するためのトルクを出力する。走行体2は、その場で静止する。
走行体2に前輪浮遊状態での静止から再び前輪浮遊走行を開始させるときは、ジョイスティック22から目標速度と目標方向を再び入力する。計算手段切換えプログラムが第2トルク計算プログラム108による計算結果をトルク制御回路16a,16bに入力して、走行体2が再び前輪浮遊走行を開始する。
When the torque of the motors 14a and 14b is controlled according to the calculation result of the second torque calculation program 108 and the traveling body 2 is performing stable front wheel floating traveling, only the driving wheels 4a and 4b are kept stationary while being grounded. Is possible. By setting the target speed input from the joystick 22 to 0, it is possible to designate the stationary state of the traveling body 2 in the front wheel floating state. When the stationary command is issued, the torque value output by the second torque calculation program 108 gradually decreases, and the torque for finely adjusting the posture of the traveling body 2 is output considering only the value of the angular velocity 102. The traveling body 2 stops on the spot.
When the traveling body 2 is to start the front wheel floating again from the stationary state in the front wheel floating state, the target speed and the target direction are input again from the joystick 22. The calculation means switching program inputs the calculation result of the second torque calculation program 108 to the torque control circuits 16a and 16b, and the traveling body 2 starts the front wheel floating again.

このように走行体2は、前輪接地走行から加速走行を行って、形状を変更することなく前輪浮遊走行を開始することができる。更に、前輪浮遊走行を開始してから、移行期間中はモータ14a,14bのトルクを、前輪接地走行のための計算結果である第1トルク計算プログラム106の出力に基づいて制御し、第1トルク計算プログラム106の計算結果と第2トルク計算プログラム108の計算結果が等しくなった時以降は、第2トルク計算プログラム108の計算結果に基づいて制御することで、走行状態の切換え前後の走行体2を安定して走行させることができる。   As described above, the traveling body 2 can start the front wheel floating traveling without changing the shape by performing the accelerated traveling from the front wheel ground traveling. Further, after starting the front wheel floating travel, during the transition period, the torque of the motors 14a and 14b is controlled based on the output of the first torque calculation program 106, which is the calculation result for front wheel ground travel, and the first torque After the calculation result of the calculation program 106 becomes equal to the calculation result of the second torque calculation program 108, control is performed based on the calculation result of the second torque calculation program 108. Can be driven stably.

本実施例のCPUモジュール18の制御によって、走行体2は充分安定して前輪接地走行から前輪浮遊走行に切換わることができる。さらにスムーズに走行状態を切換えて走行を続けるためには、走行体2が加速に伴って後傾するときの角度を一定にすることが好ましい。また、加速走行終了後に走行体2の傾斜角度に応じた速度を指示することで、より一層スムーズな走行を行うことができる。   By the control of the CPU module 18 of the present embodiment, the traveling body 2 can be switched from the front wheel ground traveling to the front wheel floating traveling with sufficient stability. In order to continue traveling by switching the traveling state more smoothly, it is preferable to make the angle when the traveling body 2 tilts backward with acceleration constant. In addition, it is possible to perform smoother running by instructing the speed according to the inclination angle of the traveling body 2 after the acceleration running.

以下に、前輪浮遊走行を行っている走行体2が、前輪接地走行への切換えを指示された場合に、CPUモジュール18内で行われる制御内容を、図6を参照しつつ説明する。図6は、前輪浮遊走行から前輪接地走行に切換える場合の、経過時間(横軸)に対する、指示速度生成プログラム104が生成した指示速度(図6で2点鎖線で表される)と、プログラム118が検出する現在の走行体2の速度(破線であり実際の速度とも言う)と、傾斜角速度センサ10によって測定した傾斜角速度の値(1点鎖線)と、第1計算プログラム106の計算結果(太い実線)と、第2計算プログラム108の計算結果(細い実線)を示している。   Hereinafter, the control contents performed in the CPU module 18 when the traveling body 2 performing the front wheel floating traveling is instructed to switch to the front wheel ground traveling will be described with reference to FIG. 6. FIG. 6 shows an instruction speed generated by the instruction speed generation program 104 (represented by a two-dot chain line in FIG. 6) with respect to the elapsed time (horizontal axis) when switching from front wheel floating traveling to front wheel ground traveling, and a program 118. Detects the current speed of the traveling body 2 (broken line, also called actual speed), the value of the tilt angular velocity measured by the tilt angular velocity sensor 10 (one-dot chain line), and the calculation result of the first calculation program 106 (thick) A solid line) and a calculation result (thin solid line) of the second calculation program 108 are shown.

指示速度生成プログラム104は、入力された指示速度と指示方向と走行状態の切換え指示に従って、そのときの定速走行状態から、走行体2を前傾させるために加速し、加速後に定速走行する指示速度パターンを生成し、指示方向のデータと共に順次出力する。本実施例では、前輪6を接地させて定速走行する時の入力された目標速度が、加速走行終了後の走行体2の速度よりも遅いために、指示速度生成プログラム104は、加速走行の後に速度を調整するための減速走行を指示速度パターンに加えている。   The command speed generation program 104 accelerates the traveling body 2 to tilt forward from the constant speed travel state at that time according to the input command speed, command direction, and travel state switching instruction, and travels at a constant speed after acceleration. A command speed pattern is generated and sequentially output together with data in the command direction. In this embodiment, since the input target speed when traveling at a constant speed with the front wheel 6 in contact with the ground is slower than the speed of the traveling body 2 after the end of the acceleration travel, the command speed generation program 104 performs the acceleration travel. Later, deceleration traveling for adjusting the speed is added to the instruction speed pattern.

図6の前輪浮遊期間では、走行体2は前輪を浮遊させた状態で走行している。トルク計算手段切換えプログラムは、ゲイン122の値をk5に設定し、ゲイン124の値をk6に設定し、トルク制御回路16a,16bに第2トルク計算プログラム108の計算結果を入力している。トルク制御回路16a,16bには、第1トルク計算プログラム106から走行方向の偏差の値も入力される。
前輪浮遊走行から前輪接地走行に移行するために、指示速度生成プログラム104が加速走行となる指示速度と指示方向を出力しはじめると、走行体2は加速度に応じて前傾姿勢をとる。第2トルク計算プログラム108は、指示速度生成プログラム104の出力する指示速度と指示方向に従って前輪浮遊走行を行うためのトルクを安定して出力する。計算手段切換えプログラムは、加速走行が行われている間のゲインを変更することなく、トルク制御回路16a,16bに第2トルク計算プログラム108の計算結果を入力し続ける。走行体2は、加速走行によって形状変化を起こすことなく前傾姿勢をとり、前傾角度が最も大きくなると、走行体2の傾斜角速度センサ10が示す角速度の値102は、ほぼ0となる。
In the front wheel floating period of FIG. 6, the traveling body 2 is traveling with the front wheel floating. The torque calculation means switching program sets the value of the gain 122 to k5, sets the value of the gain 124 to k6, and inputs the calculation result of the second torque calculation program 108 to the torque control circuits 16a and 16b. The torque control circuits 16a and 16b also receive a deviation value in the traveling direction from the first torque calculation program 106.
When the command speed generation program 104 starts outputting the command speed and command direction for acceleration travel in order to shift from front wheel floating travel to front wheel ground travel, the traveling body 2 takes a forward leaning posture according to the acceleration. The second torque calculation program 108 stably outputs the torque for performing the front-wheel floating traveling according to the instruction speed and the instruction direction output from the instruction speed generation program 104. The calculation means switching program continues to input the calculation result of the second torque calculation program 108 to the torque control circuits 16a and 16b without changing the gain during acceleration running. The traveling body 2 takes a forward tilt posture without causing a shape change due to acceleration travel, and when the forward tilt angle becomes the largest, the angular velocity value 102 indicated by the tilt angular velocity sensor 10 of the traveling body 2 becomes substantially zero.

トルク計算手段切換えプログラムは、監視している傾斜角速度102の値がほぼ0となると、前傾姿勢が完了したものと判定して、第1トルク計算プログラム106に入力するゲイン126,128,130,132の値を前輪接地走行時の値に切換え、第1トルク計算プログラムに計算を開始させて、トルク制御回路16a,16bに第1トルク計算プログラム106の計算結果を入力する。同時に、ゲイン122,124,134,136,138の値を0にして、第2トルク計算プログラムを無効化する。これ以降には、傾斜角速度102を考慮した制御は行われないので、走行体2は前傾を続け、最終的には前輪が接地する。前輪浮遊状態が終了すると、走行体2は、第1トルク計算プログラム106のトルク計算結果を用いて、前輪接地状態で定速走行を開始する。   The torque calculation means switching program determines that the forward leaning posture is completed when the value of the monitored tilt angular velocity 102 becomes almost zero, and gains 126, 128, 130, and 130 that are input to the first torque calculation program 106. The value of 132 is switched to the value at the time of front wheel ground running, the first torque calculation program is started, and the calculation result of the first torque calculation program 106 is input to the torque control circuits 16a and 16b. At the same time, the values of the gains 122, 124, 134, 136, and 138 are set to 0, and the second torque calculation program is invalidated. After this, since control in consideration of the inclination angular velocity 102 is not performed, the traveling body 2 continues to incline forward, and finally the front wheels are grounded. When the front wheel floating state ends, the traveling body 2 starts traveling at a constant speed with the front wheel in contact with the ground using the torque calculation result of the first torque calculation program 106.

このように走行体2は、加速走行を行うことによって、形状を変更することなく前輪浮遊走行から前輪接地走行に移行する。前輪浮遊走行時のトルクに第2トルク計算プログラムの計算結果を用い、前傾角度が最大に達すると同時に第1トルク計算プログラムの計算結果を用いることで、前輪を接地させることができ、制御の切換え前後の走行体2の姿勢を変化を極力小さくして走行させることができる。   Thus, the traveling body 2 shifts from the front wheel floating traveling to the front wheel ground traveling without changing the shape by performing the acceleration traveling. By using the calculation result of the second torque calculation program for the torque when the front wheel is floating, the front wheel can be grounded by using the calculation result of the first torque calculation program at the same time as the forward tilt angle reaches the maximum. The posture of the traveling body 2 before and after switching can be traveled with as little change as possible.

前輪浮遊走行から前輪接地走行に、更にスムーズに移行するためには、前輪が接地したか否かを確認するためのロードセルや光電センサを設けることが好ましい。これらのセンサで前輪6と地面の距離を測定することにより、前輪が接地した瞬間を確認して、トルク制御回路16a,16bに入力する計算結果を第2トルク計算プログラム108から第1トルク計算プログラム106に切り換えることが可能となる。これにより、前輪6のバウンドを防いでより安定した走行を行うことができる。更に、加速走行時の加速度を最適化することでも、スムーズな接地が可能となる。   In order to make a smooth transition from the front wheel floating traveling to the front wheel ground traveling, it is preferable to provide a load cell and a photoelectric sensor for confirming whether or not the front wheel is grounded. By measuring the distance between the front wheel 6 and the ground with these sensors, the moment when the front wheel is grounded is confirmed, and the calculation result input to the torque control circuits 16a and 16b is sent from the second torque calculation program 108 to the first torque calculation program. It is possible to switch to 106. Thereby, the bounding of the front wheel 6 can be prevented and more stable running can be performed. Furthermore, smooth grounding is also possible by optimizing the acceleration during acceleration travel.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、実施例では走行体2は1個の従動前輪を有するが、2以上の前輪を有する走行体についても、本発明は適用できる。実施例では、傾斜角速度センサの出力値を用いて各ゲインの切換えタイミングを決めているが、傾斜角速度に代えて傾斜角度を利用してもよい。傾斜角度は傾斜角度センサから入手してもよいし、傾斜角速度を積分して入手してもよい。逆に、傾斜角度センサの出力を微分して傾斜角速度を入手してもよい。切換えタイミングの判定に用いる傾斜角速度や傾斜角度の基準値は、走行体の形状や重量、あるいは走行パターンに応じて適宜に変更することができる。指示速度生成プログラムが生成する速度パターンは、走行体2の形状や重量に応じて設定を変更することができる。走行体2が安定して走行するために、第1トルク計算プログラムによるトルク計算と第2トルク計算プログラムのトルク計算では、他のセンサからの入力値や補正値を加えてトルクを求めることができる。その他、CPUモジュールによる制御のフローは、同一の効果が得られる範囲で自由に変更することができる。   Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. For example, although the traveling body 2 has one driven front wheel in the embodiment, the present invention can also be applied to a traveling body having two or more front wheels. In the embodiment, the switching timing of each gain is determined using the output value of the tilt angular velocity sensor, but a tilt angle may be used instead of the tilt angular velocity. The tilt angle may be obtained from a tilt angle sensor or may be obtained by integrating the tilt angular velocity. Conversely, the tilt angular velocity may be obtained by differentiating the output of the tilt angle sensor. The reference value of the inclination angular velocity and the inclination angle used for the determination of the switching timing can be appropriately changed according to the shape and weight of the traveling body or the traveling pattern. The setting of the speed pattern generated by the instruction speed generation program can be changed according to the shape and weight of the traveling body 2. In order for the traveling body 2 to travel stably, in the torque calculation by the first torque calculation program and the torque calculation by the second torque calculation program, the torque can be obtained by adding input values and correction values from other sensors. . In addition, the flow of control by the CPU module can be freely changed within a range where the same effect can be obtained.

実施例の走行体の後面図Rear view of traveling body of embodiment 実施例の走行体の側面図Side view of traveling body of embodiment 実施例のCPUモジュールの制御内容を示すブロック図The block diagram which shows the control contents of the CPU module of execution example 実施例のゲインの設定内容を示す図The figure which shows the setting contents of the gain of an Example 実施例の走行体が前輪接地走行から前輪浮遊走行に切換わるときのトルクと走行状態を示す図。The figure which shows the torque and driving | running | working state when the traveling body of an Example switches from front-wheel grounding driving | running | working to front-wheel floating driving | running | working. 実施例の走行体が前輪浮遊走行から前輪接地走行に切換わるときのトルクと走行状態を示す図。The figure which shows the torque and driving | running | working state when the traveling body of an Example switches from front-wheel floating driving | running | working to front-wheel grounding driving | running | working.

符号の説明Explanation of symbols

2・・走行体
4a,4b・・駆動輪
6・・前輪
8・・車体
10・・角度センサ
12・・電池
14a,14b・・モータ
16a,16b・・トルク制御回路
18・・CPUモジュール
20・・入出力モジュール
22・・ジョイスティック
102・・角速度
104・・指示速度生成プログラム
106・・第1トルク計算プログラム
108・・第2トルク計算プログラム
112・・積分計算プログラム
114・・指示速度の絶対値計算プログラム
116・・現在速度と現在位置計算プログラム
118・・現在速度の絶対値計算プログラム
120・・ローパスフィルタ
122,124,126,128,130,132,134,136,138・・ゲイン
2. Driving bodies 4a, 4b ... Driving wheel 6 ... Front wheel 8 ... Body 10 ... Angle sensor 12 ... Battery 14a, 14b ... Motor 16a, 16b ... Torque control circuit 18 ... CPU module 20 · Input / output module 22 · · Joystick 102 · · Angular velocity 104 · · Instructed velocity generation program 106 · · First torque calculation program 108 · · Second torque calculation program 112 · · Integration calculation program 114 · · Absolute value calculation of indicated velocity Program 116 ··· Current speed and current position calculation program 118 · · Absolute value calculation program 120 of current velocity · · Low-pass filter 122, 124, 126, 128, 130, 132, 134, 136, 138 · · Gain

Claims (2)

同軸に配置された1対の駆動輪と少なくとも1つの従動前輪を有し、前輪が接地して走行する状態と前輪が浮遊して走行する状態が切換え可能な走行体であり、
駆動輪を駆動するモータと、
指示トルクを入力し、モータトルクを指示トルクに調整するモータトルク調整回路と、
走行体の傾斜角度を検出する角度センサまたは傾斜角速度を検出する角速度センサと、
前輪が接地して走行しているときの第1速度から前輪を浮遊させるのに十分な加速度で加速した後に第2速度に移行する指示速度パターンを生成する手段と、
前記指示速度パターンに追従して走行するのに必要なトルクを計算する第1トルク計算手段と、
角度センサまたは角速度センサの出力に基づいて、走行体が次第に後傾していくときには指示速度に係わらず走行体を減速させるトルクを計算し、走行体が次第に前傾していくときには指示速度に係わらず走行体を増速させるトルクを計算する第2トルク計算手段と、
1トルク計算手段で計算されたトルクをモータトルク調整回路に入力し、角度センサまたは角速度センサによって前輪が浮遊した状態または走行体の後傾状態が検出され、しかも、第1トルク計算手段の計算結果と第2トルク計算手段の計算結果が一致した時に、第2トルク計算手段で計算されたトルクをモータトルク調整回路に入力するように切換える手段とを備えている走行体。
A traveling body having a pair of driving wheels arranged coaxially and at least one driven front wheel, wherein the front wheel is in contact with the ground and the front wheel is floating and the state in which the front wheel is floating can be switched;
A motor for driving the drive wheels;
A motor torque adjustment circuit for inputting the instruction torque and adjusting the motor torque to the instruction torque;
An angle sensor for detecting the inclination angle of the traveling body or an angular velocity sensor for detecting the inclination angular velocity;
Means for generating an instruction speed pattern for shifting to the second speed after accelerating at an acceleration sufficient to float the front wheel from the first speed when the front wheel is grounded;
A first torque calculation means for calculating a torque required for traveling to follow the instruction speed pattern,
Based on the output of the angle sensor or angular velocity sensor, the torque for decelerating the traveling body is calculated regardless of the instruction speed when the traveling body gradually tilts backward, and the torque is related to the instruction speed when the traveling body gradually tilts forward. Second torque calculating means for calculating torque for accelerating the traveling body ,
The torque calculated by the first torque calculating means is input to the motor torque adjusting circuit, and the state in which the front wheels are floating or the backward tilting state of the traveling body is detected by the angle sensor or the angular velocity sensor, and the calculation by the first torque calculating means is performed. And a means for switching so that the torque calculated by the second torque calculating means is input to the motor torque adjusting circuit when the result matches the calculation result of the second torque calculating means.
同軸に配置された1対の駆動輪と少なくとも1つの従動前輪を有する走行体を制御して前輪が接地して走行する状態から前輪が浮遊して走行する状態に切換える方法であり、
前輪が接地して走行する第1速度から前輪を浮遊させるのに十分な加速度で加速した後に第2速度に移行する指示速度パターンを生成する工程と、
前記指示速度パターンに追従して走行するのに必要なトルクを計算する第1トルク計算工程と、
走行体が次第に後傾していくときには指示速度に係わらず走行体を減速させるトルクを計算し、走行体が次第に前傾していくときには指示速度に係わらず走行体を増速させるトルクを計算する第2トルク計算工程と、
動輪を駆動するモータのトルクを、第1トルク計算工程で計算されたトルクに調整する工程と、
前輪が浮遊した状態または走行体の後傾状態が検出され、しかも、第1トルク計算工程の計算結果と第2トルク計算工程の計算結果が一致した時以降は、駆動輪を駆動するモータのトルクを、第2トルク計算工程で計算されたトルクに調整するように切換える工程とを備えている走行状態切換え方法。
It is a method of controlling a traveling body having a pair of drive wheels arranged coaxially and at least one driven front wheel to switch from a state where the front wheel is grounded and traveling to a state where the front wheel is floating and traveling.
Generating an instruction speed pattern for shifting to the second speed after accelerating at a sufficient acceleration to float the front wheel from the first speed at which the front wheel is grounded ; and
A first torque calculating step of calculating a torque required to travel following the indicated speed pattern ;
When the traveling body gradually leans backward, the torque for decelerating the traveling body is calculated regardless of the instruction speed, and when the traveling body gradually leans forward, the torque for increasing the traveling body is calculated regardless of the instruction speed. A second torque calculating step;
And adjusting the torque of the motor for driving the drive wheel, the torque calculated by the first torque calculation step,
After the state in which the front wheel is floating or the backward tilting state of the traveling body is detected, and the calculation result in the first torque calculation step matches the calculation result in the second torque calculation step, the torque of the motor that drives the drive wheels Is switched to adjust to the torque calculated in the second torque calculation step.
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