立乘式移动装置的制作方法

本发明涉及立乘式移动装置。

背景技术：

最近，已经对用于辅助人们运动的个人移动性(personalmobility)进行了研究和开发。日本专利申请公报no.h9-010375(jph9-010375a)公开了一种其上安装有驱动单元的自推进式滚轮板的技术。jph9-010375a中公开的自推进式滚轮板构造成根据骑乘者的重量移位来控制停止、向前运动、向后运动等。

技术实现要素：

在jph9-010375a中公开的自推进式滚轮板中，在自推进式滚轮板的前部和后部中设置有压力传感器，并且基于由压力传感器检测到的压力来控制安装于自推进式滚轮板上的驱动单元。机械地连接至前轮的转动控制板设置在自推进式滚轮板的前部中。当骑乘者用他或她的脚使转动控制板转动而改变前轮的方向时，自推进式滚轮板的行进方向改变。

然而，在jph9-010375a中公开的自推进式滚轮板中，由于轮机械地连接至转动控制板，路面的高度差或倾斜经由轮及转动控制板传递至骑乘者的脚。因此，存在对自推进式滚轮板的骑乘者失去身体平衡的顾虑。例如，当自推进式滚轮板行进在粗糙的道路上时，路面与轮之间的阻力增大，并且因而当骑乘者使转动控制板旋转时，骑乘者感觉到转动控制板较沉。因此，存在当骑乘者使转动控制板旋转时骑乘者失去身体平衡和具有不稳定姿势的可能性。

本发明提供一种能够稳定骑乘者姿势的立乘式移动装置。

根据本发明的一方面，提供了一种立乘式移动装置，其包括：板，骑乘者骑乘所述板；轮，所述轮设置在所述板的行进方向上的前侧和后侧的左右两侧；第一驱动单元，所述第一驱动单元构造成在所述板的所述行进方向上的所述前侧和所述后侧中的至少一侧独立地以旋转的方式对设置在所述板的所述行进方向上的右侧的所述轮进行驱动；第二驱动单元，所述第二驱动单元构造成独立地以旋转的方式对设置在所述板的所述行进方向上的左侧而与由所述第一驱动单元以旋转的方式驱动的所述轮相对应的轮进行驱动；第一传感器，所述第一传感器构造成检测骑乘着所述板的所述骑乘者的重心移位；转向板，所述转向板设置在所述板的所述行进方向上的所述前侧和所述后侧中的至少一侧并且能够绕沿竖向方向延伸的旋转轴线旋转；第二传感器，所述第二传感器构造成获取所述转向板的旋转信息；以及控制单元，所述控制单元构造成控制所述第一驱动单元和所述第二驱动单元。除了严格意义上的竖向方向之外，本文提到的“竖向方向”包括当根据常规一般技术知识观察时可以被认为是竖向方向的“大致竖向方向”的概念。所述控制单元基于由所述第一传感器检测到的所述骑乘者的所述重心移位来控制所述第一驱动单元的旋转速度和所述第二驱动单元的旋转速度以控制所述板在所述行进方向上的速度，并且，所述控制单元通过基于由所述第二传感器获取的所述旋转信息独立地控制所述第一驱动单元的所述旋转速和所述第二驱动单元的所述旋转速度而使所述板沿与所述旋转信息相对应的方向转弯。

在本发明的该方面中，通过基于由第二传感器(旋转传感器)获取的转向板的旋转信息独立地控制第一驱动单元的旋转速度和第二驱动单元的旋转速度而使板沿与旋转信息相对应的方向转弯。在具有这种构型的根据本发明的立乘式移动装置中，由于转向板和轮未机械地彼此连接，因此能够防止路面的高度差或倾斜传递到骑乘者的脚。由于使用第二传感器(旋转传感器)来获取转向板的旋转信息并且使用该旋转信息来控制第一驱动单元和第二驱动单元，因此转向板即使在行进于粗糙的道路上的期间也不会变沉。因此，能够防止骑乘者失去身体平衡。从而能够提供一种可以稳定骑乘者姿势的立乘式移动装置。

在本发明的该方面中，所述控制单元可以控制所述第一驱动单元和所述第二驱动单元，使得所述板进行转弯的转动半径随着所述第一驱动单元和所述第二驱动单元的所述旋转速度增大而增大。

以这种方式，通过将板进行转弯的转动半径设定成随着第一驱动单元和第二驱动单元的旋转速度增大而增大，即，随着板的速度增大而增大，能够防止骑乘者在转弯时由于离心力而从板上被甩落。

在本发明的该方面中，所述控制单元可以控制所述第一驱动单元和所述第二驱动单元，使得所述板进行转弯的转动半径随着所述第一驱动单元和所述第二驱动单元的所述旋转速度减小而减小。

在本发明的该方面中，所述控制单元可以控制所述第一驱动单元和所述第二驱动单元，使得在所述第一驱动单元和所述第二驱动单元的所述旋转速度低于预定旋转速度时，所述板进行转弯的转动半径关于由所述第二传感器获取的所述转向板的所述旋转信息线性地变化。

通过该控制，由于板的转动半径关于转向板的旋转信息线性地变化，因此，骑乘者可以直观地使板沿预定方向转动。

在本发明的该方面中，所述立乘式移动装置还可以包括设置在所述板与所述轮之间的矩形框架，并且所述第一传感器可以设置在所述框架的四个角部处、位于所述框架与所述板之间。

在本发明的该方面中，所述板可以包括凹入部分，所述转向板以可旋转的方式设置在所述凹入部分中。

在本发明的该方面中，第二传感器可以是旋转角度传感器。

在本发明的该方面中，第二传感器可以是扭矩传感器。

在本发明的该方面中，第一传感器可以是设置在板的中心的多轴传感器。

根据本发明，能够提供一种可以稳定骑乘者姿势的立乘式移动装置。

附图说明

下面将参照附图描述本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且在附图中：

图1是示出了根据实施方式的立乘式移动装置的立体图；

图2是示出了根据实施方式的立乘式移动装置的使用示例的图示；

图3是示出了根据实施方式的立乘式移动装置的分解立体图；

图4是示出了根据实施方式的立乘式移动装置的系统配置的框图；

图5是示出了根据实施方式的立乘式移动装置的控制示例(加速)的图示；

图6是示出了根据实施方式的立乘式移动装置的控制示例(加速)的俯视图；

图7是示出了根据实施方式的立乘式移动装置的控制示例(减速)的图示；

图8是示出了根据实施方式的立乘式移动装置的控制示例(减速)的俯视图；

图9是示出了根据实施方式的立乘式移动装置的控制示例(左转向)的俯视图；

图10是示出了根据实施方式的立乘式移动装置的控制示例(右转向)的俯视图；

图11是示出了根据实施方式的立乘式移动装置的构型的另一示例的俯视图；

图12是示出了根据实施方式的立乘式移动装置的构型的另一示例的俯视图；以及

图13是示出了根据实施方式的立乘式移动装置的构型的另一示例的俯视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的实施方式。图1是示出了根据本实施方式的立乘式移动装置的立体图。如图1中所示，根据该实施方式的立乘式移动装置1包括板10、转向板11以及轮16a至16d。

板10由具有平坦表面的板状构件形成，并且骑乘者乘载在板10的顶表面上。转向板11设置于板10的行进方向上的前侧。在本说明书中，假定板10包括转向板11，并且“骑乘者乘载在板10上”指的是骑乘者乘载在板10和转向板11的顶表面上。具体地，这指的是下述状态：骑乘者的一只脚位于板10的顶表面上并且另一只脚位于转向板11的顶表面上(参见图2)。轮16a至16d设置在板10的前侧部和后侧部的左右两侧上。

图2是示出了根据此实施方式的立乘式移动装置的使用示例的图示。根据此实施方式的立乘式移动装置1的速度可以根据在骑乘着板10的骑乘者30的重心在前后方向上的移位(换句话说，骑车人的重量转移)来调整。骑乘着板10的骑乘者30可以通过用他或她的脚31(图2中的左脚)旋转转向板11而使板10(立乘式移动装置1)转弯。

下面将参照图3中示出的分解立体图描述根据本实施方式的立乘式移动装置1的详细构造。如图3中所示，立乘式移动装置11包括板10、转向板11、旋转传感器(第二传感器)12、载荷传感器(第一传感器)13a至13d、控制单元14、驱动单元15a和15b、轮16a至16d、悬架17a至17d、框架18和电池19。

框架18呈矩形并且可以由例如金属材料制成。轮16a至16d设置在框架18的四个角部的下方。悬架17a至17d设置在轮16a至16d与框架18之间。通过设置悬架17a至17d，能够抑制从路面传递到轮16a至16d的振动被传递到框架18。在图3中示出的立乘式移动装置1中，轮16a和轮16b是前轮并且轮16c和轮16d是后轮。

轮16a和轮16b设置有分别独立地以旋转方式驱动轮16a和轮16b的驱动单元15a和驱动单元15b。例如，驱动单元15a和驱动单元15b可以例如使用马达来构成。能够绕与竖向方向平行的旋转轴线旋转的脚轮可以用作轮16c和轮16d。也就是说，在根据本实施方式的立乘式移动装置1中，轮16a和轮16b构造成使用驱动单元15a和驱动单元15b独立地驱动，并且轮16c和轮16d构造成使用脚轮。因此，通过将驱动单元15a和驱动单元15b的旋转速度控制成彼此不同，板10(立乘式移动装置1)可以左右转动。

具体地，通过将驱动单元15a(轮16a)的旋转速度控制成高于驱动单元15b(轮16b)的旋转速度，板10可以左转。通过将驱动单元15b(轮16b)的旋转速度控制成高于驱动单元15a(轮16a)的旋转速度，板10可以右转。

减速齿轮可以附接至轮16a和轮16b。例如，减速齿轮可以使用行星齿轮构成。控制单元14和电池19附接至框架18。电池19对控制单元14以及驱动单元15a和驱动单元15b供应电力。例如，锂离子二次电池可以用作电池19。

载荷传感器13a至13d设置在框架18的四个角部处。也就是说，当板10附接至框架18时，可以通过将载荷传感器13a至13d设置在框架18与板10之间来检测骑乘着板10的骑乘者的载荷。换句话说，可以使用载荷传感器13a至13d来检测骑乘者的重心移位(重量移位)。例如，使用压电元件的传感器或使用应变计的传感器可以用作载荷传感器13a至13d。由载荷传感器13a至13d检测到的信号被提供至控制单元14。

板10附接至框架18的顶部。转向板11设置在板10的行进方向上的前侧而能够绕在竖向方向上延伸的旋转轴线20旋转。也就是说，在板10的行进方向上的前侧上形成有形状与转向板11相对应的凹入部分10a，并且转向板11以可旋转的方式附接至凹入部分10a。

获取转向板11的旋转信息的旋转传感器12设置在转向板11的下方。由旋转传感器12获取的旋转信息被提供至控制单元14。例如，转向板11的旋转信息是转向板11的旋转角度。在这种情况下，旋转角度传感器用作旋转传感器12。

转向板11可以构造成在转向板11旋转时产生扭矩。在这种情况下，扭矩传感器可以用作旋转传感器12。也就是说，在这种情况下，通过使用扭矩传感器检测使转向板11旋转所需的扭矩来获取转向板11的旋转信息。例如，通过为转向板11设置弹簧(未示出)来施加用于使转向板回到中间位置的力，在转向板11旋转时可以产生扭矩。

下面将参照图4中示出的框图描述根据本实施方式的立乘式移动装置1的系统配置。如图4中所示，由载荷传感器13a至13d获取的载荷信息被提供至控制单元14。由旋转传感器12获取的转向板11的旋转信息被提供至控制单元14。控制单元14使用由载荷传感器13a至13d和旋转传感器12获取的信息来产生用于控制驱动单元15a和驱动单元15b的控制信号，并且将所产生的控制信号提供至驱动单元15a和驱动单元15b。驱动单元15a和驱动单元15b基于从控制单元14提供的控制信号分别旋转地驱动轮16a和轮16b。

具体地，控制单元14根据由载荷传感器13a至13d检测到的骑乘者30重心的移位来控制驱动单元15a和驱动单元15b的旋转速度，以控制板10在行进方向上的速度。板10通过基于由旋转传感器12获取的转向板11的旋转信息独立地控制驱动单元15a的旋转速度和驱动单元15b的旋转速度而沿与旋转信息相对应的方向转向。

首先，下面将详细描述立乘式移动装置1的加速操作和减速操作。控制单元14基于由载荷传感器13a至13d检测到的载荷(对应于骑乘者重心的移位)来控制驱动单元15a和控制驱动单元15b的旋转速度。具体地，当由设置在前侧的载荷传感器13a和载荷传感器13b检测到的载荷的总和被定义为wf并且由所有载荷传感器13a至13d检测到的载荷的总和被定义为wa时，板10的加速度可以由以下等式来表达。

加速度＝(wf/wa-0.5)×k等式1

在此，wf/wa表示对前侧施加的载荷的比率。另外，k是任意系数。

当由载荷传感器13a和载荷传感器13b检测到的载荷的总和与由载荷传感器13c和载荷传感器13d检测到的载荷的总和相等时，即，当骑乘者的重心定位在中心处时，wf/wa等于0.5并且因而加速度为零。

当骑乘者30用他或她的左脚31施加的重量比用他或她的右脚32施加的重量大时，如图5和图6中所示，骑乘者30的重心向板10的在行进方向上的前侧移位。在这种情况下，由载荷传感器13a和载荷传感器13b检测到的载荷的总和大于由载荷传感器13c和载荷传感器13d检测到的载荷的总和并且等式1中的wf/wa的值大于0.5。因此，加速度变为正值以使立乘式移动装置加速。此时，加速度随着wf的值增大而增大。

当骑乘者30用他或她的右脚32施加的重量比用他或她的左脚31施加的重量大时，如图7和图8中所示，骑乘者30的重心向板10的在行进方向上的后侧移位。在这种情况下，由载荷传感器13c和载荷传感器13d检测到的载荷的总和大于由载荷传感器13a和载荷传感器13b检测到的载荷的总和并且等式1中的wf/wa的值小于0.5。因此，加速度变为负值以使立乘式移动装置减速。此时，加速度随着wf的值减小而减小。

图4中示出的控制单元14控制驱动单元15a和驱动单元15b，使得板10的加速度等于使用等式1计算的加速度。例如，控制单元14使用在等式1中计算的加速度来确定驱动单元15a和驱动单元15b的目标旋转速度，并且控制驱动单元15a和驱动单元15b使得驱动单元15a的旋转速度和驱动单元15b的旋转速度等于目标旋转速度。驱动单元15a的旋转速度和驱动单元15b的旋转速度对应于轮16a的旋转速度和轮16b的旋转速度。

下面将详细描述使立乘式移动装置1转弯的操作。图4中示出的控制单元14基于由旋转传感器12获取的转向板11的旋转信息(即，旋转方向和相对于中间位置的旋转角度)独立地控制驱动单元15a的旋转速度和控制单元15b的旋转速度，以使板10沿与旋转信息相对应的方向转动。

具体地，当由骑乘者用他或她的左脚31操作的转向板11的旋转方向是如图9中所示的向左方向时，控制单元14将设置在板10的行进方向上的右侧上的驱动单元15a(轮16a)的旋转速度设定为高于设置在板10的行进方向上的左侧上的驱动单元15b(轮16b)的旋转速度。因此，板10左转。此时的转动量根据转向板11的旋转角度来确定。也就是说，板10的转动量随着转向板11的旋转角度增大而增大。

具体地，当由骑乘者用他或她的左脚31操作的转向板11的旋转方向是如图10中所示的向右方向时，控制单元14将设置在板10的行进方向上的左侧上的驱动单元15b(轮16b)的旋转速度设定为高于设置在板10的行进方向上的右侧上的驱动单元15a(轮16a)的旋转速度。因此，板10右转。此时的转动量根据转向板11的旋转角度来确定。也就是说，板10的转动量随着转向板11的旋转角度增大而增大。

具体地，当转向板11沿顺时针方向的旋转角度被定义为θ(rad)并且其转动增益被定义为k1(1/s)时，驱动单元15a(位于右侧)的旋转速度ωr(rad/s)和驱动单元15b(位于左侧)的旋转速度ωl(rad/s)可以由等式2和等式3来表达。

ωr＝ω-k1ωθ等式2

ωl＝ω+k1ωθ等式3

在此，ω(rad/s)表示驱动单元15a和驱动单元15b在转向板11未转动时——即直行时——的旋转速度。

当左轮与右轮之间的间隙被定义为2d(m)时，转动时的转动半径r(m)可以由以下等式来表达。

r＝d/(k1·θ)(θ≠0)等式4

在这种情况下，如等式4所表达的，仅根据转向板11的旋转角度θ(即，等式4中的唯一变量是θ)来确定转弯时的转动半径r。也就是说，由于板10的转动量(对应于转动半径r)相对于转向板11的旋转角度θ线性地变化，骑乘者可以直观地使板10按预定方向转动。当r具有正值时，板右转，当r具有负值时，板左转。

在根据本实施方式的立乘式移动装置1中，控制单元14可以控制驱动单元15a和驱动单元15b，使得板10在其转弯时的转动半径随着驱动单元15a和驱动单元15b的旋转速度的增大而增大(即，随着板10的速度增大而增大)。换句话说，控制单元14可以控制驱动单元15a和驱动单元15b，使得与转向板11的旋转角度相关的板10的转动量随着驱动单元15a和驱动单元15b的旋转速度的增大而减小。

具体地，当转向板11沿顺时针方向的旋转角度被定义为θ(rad)且其转动增益被定义为k2(1/s)时，驱动单元15a(位于右侧)的旋转速度ωr(rad/s)和驱动单元15b(位于左侧)的旋转速度ωl(rad/s)可以由等式5和等式6来表达。

ωr＝ω-k2ωθ等式5

ωl＝ω+k2ωθ等式6

在此，ω(rad/s)表示驱动单元15a和驱动单元15b在转向板11未转动时——即直行时——的旋转速度。

当左轮与右轮之间的间隙被定义为2d(m)时，转弯时的转动半径r(m)可以由以下等式来表达。

r＝dω/(k2·θ)(θ≠0)等式7

在这种情况下，如由等式7所表达的，根据转向板11的旋转角度θ以及直行时驱动单元15a和驱动单元15b的旋转速度ω来确定转弯时的转动半径r。也就是说，转动半径r随着直行时驱动单元15a和驱动单元15b的旋转速度ω增大而增大。因此，板10在其转弯时的转动半径随着板10的速度增大而增大。因此，能够防止骑乘者由于转弯时的离心力而从板10上被甩落。

在根据本实施方式的立乘式移动装置1中，使用等式2至4的控制与使用等式5至7的控制可以结合。也就是说，当驱动单元15a和驱动单元15b直行时的旋转速度ω低于预定旋转速度ω0时(以低速运行时)使用等式2至4来控制驱动单元15a和驱动单元15b(低速控制)，并且当驱动单元15a和驱动单元15b直行时的旋转速度ω等于或高于该预定旋转速度ω0时(以高速运行时)可以使用等式5至7来控制驱动单元15a和驱动单元15b(高速控制)。

也就是说，在以低速运行(ω＜ω0)期间，由于板10的转动量(对应于转动半径r)如由等式4所表达的关于转向板11的旋转角度θ线性地变化，因此骑乘者可以直观地操作板10的转动方向。另一方面，在以高速运行(ω0≤ω)期间，转动半径r随着驱动单元15a和驱动单元15b的旋转速度ω增大而增大，如由等式7所表达的。因此，能够防止骑乘者在转弯时由于离心力而从板10上被甩落。ω0的值可以任意确定。

当低速控制与高速控制结合时，转动增益k1和转动增益k2需要满足等式8，使得低速控制和高速控制不间断地进行切换。

k2＝k1ω0等式8

上文描述了使用转向板11的旋转角度θ控制驱动单元15a和驱动单元15b的示例，但是，在根据使用扭矩传感器作为旋转传感器12的实施方式的立乘式移动装置1中可以执行相同的控制。也就是说，当扭矩传感器用作旋转传感器12时，使用由扭矩传感器获取的转向板11的扭矩t(nm)和转动增益扭矩k3和k4(nms)以相同的方式来控制驱动单元15a和驱动单元15b。此时，等式中的θ用t来取代，并且转动增益k1和k2(1/s)分别用转动增益k3和k4(nms)来取代。

在jph9-010375a中公开的自推进式滚轮板中，通过骑乘者用他或她的脚使设置在自推进式滚轮板的前侧的转动控制板旋转以改变前轮的方向而改变该自推进式滚轮板的行进方向。然而，在jph9-010375a中公开的自推进式滚轮板中，由于轮机械地连接至转动控制板，路面的高度差或倾斜经由轮和转动控制板传递到骑乘者的脚。因此，存在对自推进式滚轮板的骑乘者失去身体平衡的顾虑。例如，当自推进式滚轮板在粗糙的道路上行进时，路面与轮之间的阻力增大，并且因而在骑乘者旋转转动控制板时转动控制板变沉。因此，当骑乘者旋转转动控制板时，存在骑乘者失去身体平衡以及呈不稳定姿势的可能性。

另一方面，在根据本实施方式的立乘式移动装置1中，通过基于由旋转传感器12获取的转向板11的旋转信息独立地控制驱动单元15a的旋转速度和驱动单元15b的旋转速度而使板10沿与旋转信息相对应的方向转动。在具有该构型的根据本实施方式的立乘式移动装置1中，由于转向板11以及轮16a和轮16b未机械地彼此连接，能够防止路面的高度差或倾斜传递到骑乘者的脚。由于使用旋转传感器12来获取转向板11的旋转信息并且使用该旋转信息来控制驱动单元15a和驱动单元15b，因此即使在粗糙的道路上行进期间转向板11也不会变沉。因此，能够防止骑乘者失去身体平衡。从而能够提供一种可以使骑乘者姿势稳定的立乘式移动装置。

上文描述了骑乘者在他或她的左脚31位于前侧的情况下骑乘的示例(参见图2)，但是骑乘者可以在他或她的右脚位于前侧的情况下骑乘。在这种情况下，以上描述中的左脚和右脚进行转换。

上文描述了转向板11设置在板10的行进方向上的前侧上的示例(参见图1)。然而，在根据本实施方式的立乘式移动装置1中，转向板11可以设置于板10的行进方向上的前侧和后侧中的任一侧上。例如，如图11中所示，转向板11可以设置于板10的行进方向上的后侧。

上文描述了前轮16a和前轮16b分别设置有驱动单元15a和驱动单元15b的示例(参见图3)。然而，在根据本实施方式的立乘式移动装置1中，驱动单元可以设置在设置于板的行进方向上的前侧和后侧中的至少一侧的左右两侧上的轮中，并且例如，后轮16c和后轮16d可以分别设置有驱动单元。所有的轮16a至16d可以设置有驱动单元。上文描述了脚轮用作后轮16c和后轮16d的示例(参见图3)，但全向轮也可以用作轮16c和轮16d。

上文描述了使用四个载荷传感器13a至13d来检测骑乘者重心的移位(重量移位)的示例(参见图3)。然而，在根据本实施方式的立乘式移动装置1中，可以如图12中所示在板10的中心处设置单个多轴传感器23。例如，多轴传感器23可以使用检测多轴方向(例如，三个轴向方向)上的变形的力传感器来构成。当使用三轴力传感器时，力矢量随着骑乘者的载荷在前后方向上的位置变化而在前后方向上变化，并且因而可以检测到重心移位。如图13中所示，载荷传感器24a和载荷传感器24b可以分别设置在板10的前侧和后侧。

尽管上文已经参照实施方式描述了本发明，但本发明不局限于实施方式的构造，而是包括由本领域技术人员在所附权利要求中描述的本发明的范围内可以做出的各种改型、修正和组合。