倒立型移动体控制装置、其控制方法及程序的制作方法
【专利摘要】倒立型移动体控制装置，配备有：设置在倒立型移动体上的多个驱动车轮，分别驱动多个车轮的多个驱动机构，检测多个驱动车轮与路面的打滑状态的打滑检测机构，取得搭乘者的操作信息的操作信息取得机构，控制驱动机构的驱动、控制多个驱动车轮的控制机构。控制机构基于由操作信息取得机构2取得的操作信息，控制打滑检测机构未检测出打滑的驱动车轮，以使倒立型移动体在立起来的方向产生来自于路面的对驱动车轮的摩擦反作用力的方式，控制由打滑检测机构检测出打滑的驱动车轮。
【专利说明】倒立型移动体控制装置、其控制方法及程序
【技术领域】
[0001]本发明涉及控制倒立型移动体的倒立型移动体控制装置、其控制方法及程序。
【背景技术】
[0002]搭乘者搭乘并维持倒立状态来进行所希望的行驶的倒立型移动体是已知的。这种倒立型移动体，例如，在水洼等低摩擦路面上行驶的情况下确保其稳定性成为问题。
[0003]对此，例如，在判断为驱动车轮相对于路面开始打滑时，直到该驱动车轮的打滑消失为止，使附加到各个驱动车轮上的驱动转矩减小的倒立型移动体控制装置是已知的(参照专利文献I)。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特许第4162995号公报
【发明内容】
[0007]发明所要解决的课题
[0008]但是，在上述专利文献I中所述的倒立型移动体控制装置中，在低摩擦路面上在行驶中驱动车轮的打滑量大的情况下，由于只是简单地减小驱动车轮的转矩，所以，不能安全地保持行驶或者安全地停止。
[0009]本发明是为了解决这种问题而做出的，其主要目的是提供一种即使在低摩擦的路面上也能够使倒立型移动体安全地行驶或者使之安全地停止的倒立型移动体控制装置、其控制方法及程序。
[0010]解决课题的手段
[0011]用于达到上述目的的本发明的一种形式，是一种倒立型移动体的控制装置，配备有:设置在倒立型移动体上的多个驱动车轮；分别驱动所述多个驱动车轮的多个驱动机构；检测所述多个驱动车轮与路面的打滑状态的打滑检测机构；取得搭乘者的操作信息的操作信息取得机构；和控制所述驱动机构的驱动以控制所述多个驱动车轮的控制机构，其特征在于，所述控制机构，基于由所述操作信息取得机构取得的所述操作信息，控制未被所述打滑检测机构检测出打滑的所述驱动车轮，控制被所述打滑检测机构检测出打滑的所述驱动车轮，以便在使所述倒立型移动体立起来的方向上产生由路面对所述驱动车轮产生的摩擦反作用力。根据该一种形式，即使在低摩擦路面上，也能够使倒立型移动体安全地行驶或者停止。
[0012]在该一种形式中，也可以还配备有:检测所述倒立型移动体的纵倾角度的纵倾角度检测机构；和计算所述倒立型移动体的驱动车轮的水平方向的速度的车轮水平速度计算机构，所述控制机构，基于由所述纵倾角度检测机构检测出的所述倒立型移动体的纵倾角度和由所述车轮水平速度计算机构计算出的所述驱动车轮的水平方向的速度，控制被所述打滑检测机构检测出打滑的所述驱动车轮。[0013]在该一种形式中，所述控制机构也可以具有:车轮角速度指令计算机构，所述车轮角速度指令计算机构基于由所述操作信息取得机构取得的操作信息、由所述车轮水平速度计算机构计算出的所述驱动车轮的水平方向的移动速度、和由所述打滑检测机构检测出的所述驱动车轮的打滑信息，计算所述驱动车轮的角速度指令；和安全控制机构，所述安全控制机构基于由所述车轮角速度指令计算机构计算出的所述驱动车轮的角速度指令，控制所述驱动机构的驱动，以保持所述倒立型移动体的倒立状态。
[0014]在该一种形式中，所述车轮角速度指令计算机构可以利用下述公式计算对于被所述打滑检测机构检测出打滑的所述驱动车轮的角速度指令。
[0015]在该一种形式中，所述操作信息取得机构可以具有行进方向速度输入机构，所述行进方向速度输入机构基于由搭乘者输入的操作信息，输出所述倒立型移动体的行进方向及速度。
[0016]在该一种形式中，可以还配备有:检测所述驱动车轮的角速度的车轮角速度检测机构；检测所述倒立型移动体的横摆角度的横摆角度检测机构；和车轮水平加速度计算机构，所述车轮水平加速度计算机构基于由所述车轮角速度检测机构检测出的所述驱动车轮的角速度、由所述纵倾角度检测机构检测出的所述倒立型移动体的纵倾角度、由所述横摆角度检测机构检测出的所述倒立型移动体的横摆角度、和控制所述驱动机构的控制信号，计算所述驱动车轮的水平方向的加速度。
[0017]在该一种形式中，所述打滑检测机构可以具有打滑参数计算机构，所述打滑参数计算机构基于由所述车轮角速度检测机构检测出的所述驱动车轮的角速度和由所述车轮水平加速度计算机构计算出的所述驱动车轮的水平方向的加速度，计算表示所述驱动车轮是否打滑的打滑参数，并将所述打滑参数输出给所述控制机构。
[0018]在该一种形式中，所述车轮水平加速度计算机构可以利用下述公式计算所述第一驱动车轮及所述第二驱动车轮的水平方向的加速度。
[0019]在该一种形式中，所述安全控制机构可以利用下述公式计算对于打滑的所述驱动车轮的驱动转矩T。
[0020]另一方面，为了达到上述目的的本发明的一种形式，也可以是一种倒立型移动体控制装置的控制方法，其特征在于，包括:检测设置在倒立型移动体上的多个驱动车轮与路面的打滑状态的步骤；取得搭乘者的操作信息的步骤；基于所述取得的操作信息，控制未被检测出所述打滑的所述驱动车轮，控制被所述打滑检测机构检测出打滑的所述驱动车轮，以便在使所述倒立型移动体立起来的方向上产生由路面对所述驱动车轮产生的摩擦反作用力的步骤。
[0021]另外，为了达到上述目的的本发明的一种形式，也可以是一种倒立型移动体控制装置的程序，其特征在于，所述程序使计算机执行以下处理:
[0022]检测设置在倒立型移动体上的多个驱动车轮与路面的打滑状态的处理；基于搭乘者的操作信息，控制未被检测出打滑的所述驱动车轮，控制被检测出打滑的所述驱动车轮，以便在使所述倒立型移动体立起来的方向上产生由路面对所述驱动车轮产生的摩擦反作用力的处理。
[0023]发明的效果
[0024]根据本发明，可以提供即使在低摩擦路面上，也能够使倒立型移动体安全地行驶 或停止的倒立型移动体控制装置、其控制方法及程序。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是表示根据本发明的一种实施方式的倒立型移动体控制装置的概略的系统结构的框图。
[0026]图2是表示由根据本发明的一种实施方式的倒立型移动体控制装置进行的模拟的结果的图，是表示平台的纵倾角度随着时间的变化的图。
[0027]图3是表示由根据本发明的一种实施方式的倒立型移动体控制装置进行的模拟的结果的图，是表示第一电动机转矩的随着时间的变化的图。
[0028]图4是表示根据本发明的一种实施方式的倒立型移动体的概略结构的透视图。【具体实施方式】
[0029]下面，参照附图对于本发明的实施方式进行说明
[0030]根据本发明的一种实施方式的倒立型移动体控制装置100，是控制图4所示的倒立型移动体110的行驶的装置。根据本实施方式的倒立型移动体110配备有:搭乘者搭乘的平台401、可旋转地设置在平台401的两侧的一对第一及第二驱动车轮402、可摆动地设置在平台401上且搭乘者把持进行操作的手柄403、内置于平台401中的控制机构111。倒立型移动体110根据搭乘者的行驶操作，一边保持倒立状态，一边进行所希望的行驶。
[0031]图1是表示根据本实施方式的倒立型移动体控制装置的概略的系统结构的框图。根据本实施方式的倒立型移动体控制装置100配备有:控制机构111、检测搭乘者对手柄403的操作状态的行进方向速度输入器112、驱动第一及第二驱动车轮402的一对第一及第二电动机113、检测第一及第二驱动车轮402的角速度的车轮角速度检测器114、检测平台401的纵倾角度的纵倾角度检测器115、检测平台401的横摆角度的横摆角度检测器116、控制各个第一及第二电动机113的驱动的控制装置120。
[0032]行进方向速度输入器112是行进方向速度输入机构的一个具体的例子，设置于手柄403，在操作者使手柄403向所希望的方向倾斜来进行操作时，检测该手柄403的倾斜角度，计算与该倾斜角度相对应的倒立型移动体110的行进方向及移动速度，作为行进方向速度信息对控制装置120输出。
[0033]第一及第二电动机113是驱动机构的一个具体的例子，内置于平台401中，经由减速器等连接到第一及第二驱动车轮402的驱动轴上。第一及第二电动机113根据来自于控制装置120的控制信号，分别独立地旋转驱动第一及第二驱动车轮402，一面保持倒立型移动体110的倒立状态，一面以所希望的行进方向及速度使之行驶。
[0034]车轮角速度检测器114是车轮角速度检测机构的一个具体的例子，设置于第一及第二驱动车轮402的驱动轴等，检测第一及第二驱动车轮402的角速度，作为车轮角速度检测值向控制装置120输出。
[0035]纵倾角度检测器115是纵倾角度检测机构的一个具体的例子，设置于平台401，检测平台401的纵倾角度，作为纵倾角度检测值向控制装置120输出。
[0036]横摆角度检测器116是横摆角度检测机构的一个具体的例子，设置于平台401，检测平台401的横摆角度，作为横摆角度检测值向控制装置120输出。[0037]控制装置120包括:车轮角速度指令运算器121、安全控制器122、车轮水平加速度运算器123、打滑参数运算器124和车轮水平速度运算器125。
[0038]另外，控制装置120的硬件构成例如以微型计算机为中心，所述微型计算机包括:进行运算处理、控制处理等的CPU (中央处理器)；存储由CPU执行的运算程序、控制处理程序等的ROM (只读存储器);暂时存储处理数据等的RAM (随机存储器)。另外，这些CPU、R0M及RAM由数据总线等相互连接。
[0039]车轮水平加速度运算器123是车轮水平加速度运算机构的一个具体的例子，基于来自于车轮角速度检测器114的车轮角速度检测值、来自于纵倾角度检测器115的纵倾角度检测值、来自于横摆角度检测器116的横摆角度检测值、和从安全控制器122输出给第一及第二电动机113的电动机电流(控制信号)，计算表示第一及第二驱动车轮402的向水平方向的加速度的车轮水平加速度，输出给打滑参数运算器124及车轮水平速度运算器125。
[0040]打滑参数运算器124是打滑参数运算机构的一个具体的例子，基于来自于车轮水平加速度运算器123的车轮水平加速度和来自于车轮角速度检测器114的车轮角速度检测值，计算表示第一及第二驱动车轮402的打滑状态的第一及第二打滑参数，输出给车轮角速度指令运算器121。
[0041]车轮水平速度运算器125是车轮水平速度运算机构的一个具体的例子，对来自于车轮水平加速度运算器123的车轮水平加速度进行积分处理，计算表示第一及第二驱动车轮402的水平方向的速度的车轮水平速度，输出给车轮角速度指令运算器121。
[0042]车轮角速度指令运算器121是车轮角速度指令运算机构的一个具体的例子，基于来自于行进方向速度输入器112的行进方向速度信息、来自于车轮水平速度运算器125的车轮水平速度、来自于打滑参数运算器124的第一及第二打滑参数、和来自于纵倾角度检测器115的纵倾角度检测值，计算用于使倒立型移动体110安全地行驶或停止的、对于第一及第二驱动车轮402的第一及第二车轮角速度指令，输出给安全控制器122。
[0043]安全控制器122是安全控制机构的一个具体的例子，基于来自于车轮角速度指令运算器121的第一及第二车轮角速度指令，对应于第一及第二驱动车轮402与路面的打滑状态，计算能够产生最安全的电动机转矩的电动机电流，输出给第一及第二电动机113。
[0044]更具体地说，安全控制器122基于搭乘者的操作信息，控制未检测出打滑的第一或第二驱动车轮402，并且，以在使所述倒立型移动体110立起来的方向上产生从路面相对于第一或者第二驱动车轮402产生的摩擦反作用力的方式控制检测出打滑的第一或者第二述驱动车轮402。借此，通过不仅恰当地控制没有打滑的驱动车轮402，而且恰当地控制打滑的驱动车轮402的驱动，能够尽可能地保持倒立型移动体110的倒立状态。进而，即使在不能维持倒立状态的情况下，也能够将其着地的冲击抑制到最小限度，可以安全地使搭乘者下车。
[0045]其次，对于根据本实施方式的倒立型移动体控制装置100的动作原理详细地进行说明。首先，作为控制对象的倒立型移动体110的运动方程式可以如下述(I)式至(9)式那样推导出来。
[0046][公式I]
【权利要求】
1.一种倒立型移动体的控制装置，配备有: 设置在倒立型移动体上的多个驱动车轮； 分别驱动所述多个驱动车轮的多个驱动机构； 检测所述多个驱动车轮与路面的打滑状态的打滑检测机构； 取得搭乘者的操作信息的操作信息取得机构；和 控制所述驱动机构的驱动以控制所述多个驱动车轮的控制机构，其特征在于， 所述控制机构， 基于由所述操作信息取得机构取得的所述操作信息，控制未被所述打滑检测机构检测出打滑的所述驱动车轮， 控制被所述打滑检测机构检测出打滑的所述驱动车轮，以便在使所述倒立型移动体立起来的方向上产生由路面对所述驱动车轮产生的摩擦反作用力。
2.如权利要求1所述的倒立型移动体控制装置，其特征在于， 还配备有: 检测所述倒立型移动体的纵倾角度的纵倾角度检测机构；和计算所述倒立型移动体的驱动车轮的水平方向的速度的车轮水平速度计算机构，所述控制机构，基于由所述纵倾角度检测机构检测出的所述倒立型移动体的纵倾角度和由所述车轮水平速度计算 机构计算出的所述驱动车轮的水平方向的速度，控制被所述打滑检测机构检测出打滑的所述驱动车轮。
3.如权利要求1或2所述的倒立型移动体控制装置，其特征在于， 所述控制机构具有: 车轮角速度指令计算机构，所述车轮角速度指令计算机构基于由所述操作信息取得机构取得的操作信息、由所述车轮水平速度计算机构计算出的所述驱动车轮的水平方向的移动速度、和由所述打滑检测机构检测出的所述驱动车轮的打滑信息，计算所述驱动车轮的角速度指令；和 安全控制机构，所述安全控制机构基于由所述车轮角速度指令计算机构计算出的所述驱动车轮的角速度指令，控制所述驱动机构的驱动，以保持所述倒立型移动体的倒立状态。
4.如权利要求3所述的倒立型移动体控制装置，其特征在于， 所述车轮角速度指令计算机构利用下述公式计算对于被所述打滑检测机构检测出打滑的所述驱动车轮的角速度指令， [公式I]
5.如权利要求1至4中任何一项所述的倒立型移动体控制装置，其特征在于，所述操作信息取得机构具有行进方向速度输入机构，所述行进方向速度输入机构基于由搭乘者输入的操作信息，输出所述倒立型移动体的行进方向及速度。
6.如权利要求1至5中任何一项所述的倒立型移动体控制装置，其特征在于，还配备有: 检测所述驱动车轮的角速度的车轮角速度检测机构； 检测所述倒立型移动体的横摆角度的横摆角度检测机构；和 车轮水平加速度计算机构，所述车轮水平加速度计算机构基于由所述车轮角速度检测机构检测出的所述驱动车轮的角速度、由所述纵倾角度检测机构检测出的所述倒立型移动体的纵倾角度、由所述横摆角度检测机构检测出的所述倒立型移动体的横摆角度、和控制所述驱动机构的控制信号，计算所述驱动车轮的水平方向的加速度。
7.如权利要求6所述的倒立型移动体控制装置，其特征在于， 所述打滑检测机构具有打滑参数计算机构，所述打滑参数计算机构基于由所述车轮角速度检测机构检测出的所述驱动车轮的角速度和由所述车轮水平加速度计算机构计算出的所述驱动车轮的水平方向的加速度，计算表示所述驱动车轮是否打滑的打滑参数，并将所述打滑参数输出给所述控制机构。
8.如权利要求6或7所述的倒立型移动体控制装置，其特征在于， 所述车轮水平加速度计算机构利用下述公式计算所述第一驱动车轮及所述第二驱动车轮的水平方向的加速度，
9.如权利要求2或3所述的倒立型移动体控制装置，其特征在于， 所述安全控制机构利用下述公式计算对于打滑的所述驱动车轮的驱动转矩T， [公式 4]T = M sgn(q)
10.一种倒立型移动体控制装置的控制方法，其特征在于，包括: 检测设置在倒立型移动体上的多个驱动车轮与路面的打滑状态的步骤； 取得搭乘者的操作信息的步骤； 基于所述取得的操作信息，控制未被检测出所述打滑的所述驱动车轮，控制被所述打滑检测机构检测出打滑的所述驱动车轮，以便在使所述倒立型移动体立起来的方向上产生由路面对所述驱动车轮产生的摩擦反作用力的步骤。
11.一种倒立型移动体控制装置的程序，其特征在于，所述程序使计算机执行以下处理:检测设置在倒立型移动体上的多个驱动车轮与路面的打滑状态的处理； 基于搭乘者的操作信息，控制未被检测出打滑的所述驱动车轮，控制被检测出打滑的所述驱动车轮，以便在使所述倒立型移动体立起来的方向上产生由路面对所述驱动车轮产生的摩擦反作用力的处理。
【文档编号】B62K3/00GK103687783SQ201180072387
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2011年7月22日 优先权日:2011年7月22日
【发明者】安藤玄 申请人:丰田自动车株式会社