移动体及其控制方法

专利名称：移动体及其控制方法
技术领域：
本发明涉及移动体及其控制方法，特别具体涉及通过倒立摆控制而移动的移动体 及其控制方法。
背景技术：
倒立二轮车等倒立车轮型移动体通常通过驱动左右驱动轮来修正重心位置以维 持稳定状态，并进行控制以使其进行移动。并且公开了为了使倒立状态稳定而驱动设置在 车轮上方的惯性体的结构(专利文献1)。该倒立车轮型移动体在行驶期间使惯性体滑行移 动。由此，重心位置在车轴的铅垂线上迅速移动，因此能够使倒立稳定。另外，在货车(台 車)主体上搭载有用于驱动马达的蓄电池。在这样的倒立车轮型移动体中，例如根据来自 陀螺传感器的输出来控制车轮，以维持倒立状态。即，需要在前后方向上控制车轮，以使整 个移动体的重心位置处于车轴上方。
另外，还公开了设置有用于防止跌倒的支柱的移动体(专利文献2)。在该文献中， 通过使支柱倾斜地向前后伸长来防止跌倒。
现有技术文献
专利文献1 日本专利文献特开2006-205839号公报；
专利文献2 日本专利文献特表2000-514680号公报。发明内容
发明要解决的问题
在这样的倒立车轮型移动体中，需要从稳定状态转变到倒立状态。例如，当考虑人 搭乘移动体时，优选在稳定状态下进行上下车。但是，如上所述，在拉长支柱的结构中，在驱 动轮的前后需要用于拉长支柱的空间。由此，难以确保坐下时的脚的位置。即，在拉长了支 柱时，需要通过设计使得支柱不与脚或其他部件相碰。例如，如果设置承载搭乘者的脚的脚 踏板，脚踏板和支柱就会发生冲突。因此，设计变得困难。另外，在改变驱动轮的位置的结 构中，需要大的机构、执行器，从而导致移动体变大。
本发明就是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够通过简单的结 构来进行稳定状态和倒立状态之间的转变的移动体。
用于解决问题的手段
根据本发明第一方式的移动体是一种通过倒立摆控制而移动的一动器，其包括 搭乘座席，用于搭乘者搭乘；底盘，被配置在所述搭乘座席的下侧；车轮，能够旋转地被安 装在所述底盘上；第一驱动部，旋转驱动所述车轮；前方可动杆，比所述底盘更向前方侧突 出；第二驱动部，旋转驱动所述前方可动杆；脚踏板，被安装在所述前方可动杆上，用于载 置所述搭乘者的脚；和控制部，控制所述第二驱动部；其中，所述控制部通过使所述脚踏板 上升以使其离开地面，来转变到倒立状态，或者通过使所述脚踏板下降以使其接触地面，来 转变到稳定状态。由此，不需要前后伸缩的支柱。另外，能够提高乘坐舒适性。因此，能够进行稳定状态与倒立状态之间的转变。
根据本发明第二方式的移动体在上述移动体的基础上还包括后方可动杆，比所 述底盘更向后方侧突出；以及第三驱动部，旋转驱动所述后方可动杆。由此，能够以简单的 结构进行稳定状态与倒立状态之间的转变。
根据本发明第三方式的移动体在上述移动体的基础上采用以下方式所述控制部 控制所述第二和第三驱动部，以使所述前方可动杆和所述后方可动杆同步旋转。由此能够 顺畅地进行稳定状态与倒立状态之间的转变。
根据本发明第四方式的移动体在上述移动体的基础上还包括辅助轮，所述辅助轮 能够旋转地设置在所述前方可动杆和所述后方可动杆中的至少一者上。由此，能够顺畅地 进行稳定状态与倒立状态之间的转变。
根据本发明第五方式的移动体在上述移动体的基础上还设置有限制所述脚踏板 旋转的止动器。由此，能够顺畅地进行稳定状态与倒立状态之间的转变。
本发明第六方式是一种移动体的控制方法，其中，所述移动体通过倒立摆控制而 移动，并包括搭乘座席，用于搭乘者搭乘；底盘，被配置在所述搭乘座席的下侧；以及车 轮，能够旋转地被安装在所述底盘上；所述移动体的控制方法旋转驱动比所述底盘更向前 侧突出的前方可动杆，通过旋转驱动所述前方可动杆，使得脚踏板上升以使其离开地面，由 此转变到倒立状态，或者使得所述脚踏板下降以使其接触地面，由此转变到稳定状态，其中 所述脚踏板被安装在所述前方可动杆上，用于载置所述搭乘者的脚。由此，不需要前后伸缩 的支柱。另外，能够提高乘坐舒适性。因此，能够以简单的结构进行稳定状态与倒立状态之 间的转变。
根据本发明第七方式的移动体的控制方法在上述控制方法的基础上还采用以下 方式所述移动体还包括比所述底盘更向后侧突出的后方可动杆，所述移动体在从使所述 前方可动杆和所述后方可动杆接地的状态向使所述前方可动杆和所述后方可动杆离地的 状态转变时，与所述前方可动杆的旋转驱动同步地旋转驱动所述后方可动杆。
根据本发明第八方式的移动体的控制方法在上述控制方法的基础上还采用以下 方式在通过同步驱动所述前方可动杆和所述后方可动杆而使所述移动体成为后倾姿态之 后，使所述前方可动杆离地，并在使所述前方可动杆离地之后，在进行倒立摆控制的情况下 旋转驱动所述后方可动杆，由此使所述后方可动杆离地。
根据本发明第九方式的移动体的控制方法在上述控制方法的基础上还采用以下 方式所述移动体还包括比所述底盘更向后侧突出的后方可动杆，所述移动体在从使所述 前方可动杆和所述后方可动杆离地的状态向使所述前方可动杆和所述后方可动杆接地的 状态转变时，与所述前方可动杆的旋转驱动同步地旋转驱动所述后方可动杆。
发明效果
本发明的目的在于提供能够通过简单的结构来进行稳定状态与倒立状态之间的 转变的移动体及其控制方法。


图1是示出根据本发明实施方式的移动体的结构的主视图2是示出根据本发明实施方式的移动体的结构的图3是示出搭乘者搭乘在移动体上的状态的立体图4是示出设置在根据本发明实施方式的移动体上的底盘的结构的侧视图5是示出设置在移动体上的前方杆的单元结构的立体图6是示出设置在移动体上的后方杆的单元结构的立体图7是用于说明移动体的倒立开始动作和倒立结束动作的流程的侧视图8是示出根据本发明实施方式的移动体的控制系统的结构的框图。
标号说明
10 框架
11搭乘座席
Ila 座位
lib座位靠背
12 底盘
13 盖罩
14前方杆
15后方杆
16 肘靠
17脚踏板
18右驱动轮
20左驱动轮
21操作模块
22 车身
31蓄电池
32控制箱
33陀螺传感器
；34 马达
36 马达
38编码器
39编码器
41前辅助轮
42 马达
43减速器
44蜗轮蜗杆机构
45止动器
46 螺栓
47 基座
48可动杆
49减速器
51前辅助轮
52 马达
53减速器
54蜗轮蜗杆机构
56螺栓
57基座
58可动杆
80搭乘者
100移动体
Cl车轴
C2驱动轴
C3旋转轴
C4驱动轴
C5旋转轴
0座标中心具体实施方式
根据本实施方式的移动体是通过倒立摆控制而移动的倒立车轮型移动体。移动体 通过驱动与地面接触的车轮而移动到预定位置。并且，通过根据来自陀螺传感器等的输出 来驱动车轮，能够维持倒立状态。另外，移动体在维持倒立状态的情况下根据操作者操作的 操作量来移动。
使用图1至图3来说明根据本实施方式的移动体100的结构。图1是示意性地示 出移动体100的结构的立体图，图2是示意性地示出移动体100的结构的图，图2的左侧示 出了侧视图，右侧示出了前视图。图3示出了搭乘者搭乘在移动体100上的情形。如图1、 图2所示，将移动体100的前方向作为+X方向，将左方向作为+Y方向，将上方向作为+Z方 向。另外，在图1、图2中，透视示出了一部分的结构，以使说明更加清楚。
移动体100是倒立车轮型的移动体(行驶体)，如图2所示，包括被配置在同一轴 上的右驱动轮18以及左驱动轮20。这里，将右驱动轮18和左驱动轮20的旋转轴作为车轴 Cl。移动体100具有搭乘者搭乘的搭乘座席11。因此，移动体100是可在人坐下的状态下 移动的乘坐型机动机器人。另外，移动体100在未乘坐人的状态下也能够移动。例如，如果 希望搭乘的用户远程操作，则移动体100会移动到该用户的位置。例如，通过用户按下呼叫 按钮等，移动体100会移动到用户附近。并且，在移动体100移动到用户前面之后，用户进 行搭乘。
在移动体100中设置有作为其骨架的框架10。框架10通过重量轻的铝管等构成。 并且设置有覆盖框架10的盖罩13。盖罩13覆盖后述的底盘12等。在移动体100上设置 有椅子形状的搭乘座席11。搭乘座席11被固定在盖罩13和框架10上。框架10和盖罩 13沿搭乘座席11的形状弯曲。
搭乘座席11具有座位Ila以及座位靠背lib。座位Ila是搭乘者80落座的座面， 因此被大致水平地配置。通过搭乘者80坐在座位Ila上，能够如图3所示在搭乘了搭乘者 80的状态下移动。座位靠背lib被形成为向斜后方向延伸，成为支承搭乘者80的脊背的背 倚靠部。因此，移动体100在搭乘者80倚靠在座位靠背lib上的状态下移动。7
在搭乘座席11的正下方配置有底盘12。在底盘12上安装有右驱动轮18以及左 驱动轮20。右驱动轮18和左驱动轮20可旋转地被底盘12支承。右驱动轮18和左驱动轮 20是用于使移动体100移动的车轮(驱动轮)。右驱动轮18和左驱动轮20绕车轴Cl旋 转。即，右驱动轮18和左驱动轮20被配置在同一轴上。底盘12被安装在框架10上。
在该底盘12上搭载有用于驱动右驱动轮18、左驱动轮20的马达(没有图示)等。 另外，移动体100是倒立车轮型移动体，因此包括搭乘座席11等在内的车身22 (上体部) 绕车轴Cl倾斜。即，包括搭乘座席11等在内的车身22被可旋转地支承。车身22成为以 车轴Cl为旋转中心而旋转的上体部。换言之，以车轴Cl为旋转中心而倾斜的部分为车身 22。该车身22包括框架10、盖罩13以及搭乘座席11等。另外，底盘12的一部分或全部也 可以被包含在车身22中。在倒立状态下，通过右驱动轮18和左驱动轮20的驱动，车身22 的倾斜角发生变化。在车身22上设置有用于测定倾斜角度的陀螺传感器等。如图1所示， 将右驱动轮18和左驱动轮20的中间作为旋转中心0。即，作为座标系的原点的座标中心0 存在于车轴Cl上。移动体100的行进方向在水平面内成为垂直于车轴Cl的方向。
在底盘12的前方设置有脚踏板17。搭乘者80暂先踏在脚踏板17上之后坐到搭 乘座席11上。脚踏板17被安装在搭乘座席11的下侧。另外，脚踏板17向搭乘座席11的 前方延伸。如图3所示，搭乘者80的两脚放置在脚踏板17上。脚踏板17被安装在底盘12 上。
另外，在脚踏板17的中途设置有用于防止跌倒的前方杆14。另外，在底盘12的后 方设置有用于防止跌倒的后方杆15。S卩，通过比车轴Cl配置在前侧的前方杆14以及比车 轴Cl配置在后侧的后方杆15，能够防止向前向后跌倒。前方杆14向底盘12的前侧突出， 后方杆15向底盘12的后侧突出。因此，一旦过度前倾，前方杆14的顶端就与地面接触，一 旦过度后倾，后方杆15的顶端就与地面接触。
前方杆14和后方杆15能够旋转驱动。前方杆14和后方杆15的旋转轴比右驱动 轮18、左驱动轮20的车轴Cl配置在下侧(-Z侧)。另外，在前方杆14和后方杆15的前端 设置有辅助轮。在倒立状态下，包括辅助轮的前方杆14和后方杆15离开地面。另外，在搭 乘者80上下车时，包括辅助轮的前方杆14和后方杆15与地面接触。关于前方杆14和后 方杆15的单元结构，将在后面进行说明。
在搭乘座席11的两侧设置有肘靠16。肘靠16被固定在框架10和/或盖罩13上。 肘靠16从比搭乘者80的肘稍低的位置向前方延伸。肘靠16被配置在比座位Ila高的位 置。另外，肘靠16与座位Ila大致平行。肘靠16分别配置在搭乘座席11的左右两侧。由 此，搭乘者80能够将两臂放置在肘靠16上。肘靠16被安装在座位靠背lib的中段。如图 3所示，搭乘者80在坐下的状态下将两臂放置在肘靠16上。
另外，在肘靠16上设置有操作模块21。这里，操作模块21被安装在右侧的肘靠16 上。另外，操作模块21被安装在肘靠16的前端侧。由此，操作模块21被配置在搭乘者80 的右手位置，因此能够改善操作性。在操作模块21上设置有操作杆(没有图示)以及制动 杆(没有图示)。操作杆是用于搭乘者80调整移动体100的行驶速度和行驶方向的操作部 件。搭乘者80通过调整操作杆的操作量，能够调整移动体100的移动速度。另外，搭乘者 80通过调整操作杆的操作方向，能够指定移动体100的移动方向。移动体100能够根据施 加到操作杆上的操作来进行前进、停止、后退、左转弯(left turn)、右转弯(right turn),左旋转(left rotation)、右旋转(right rotation) 0搭乘者80通过放倒制动杆，能够制 动移动体100。当然，操作模块21也可以安装在左侧的肘靠16上，或者安装在两侧的肘靠 16上。另外，操作模块21还可以安装在肘靠16以外的位置。
在底盘12上搭载有蓄电池31以及控制箱32。蓄电池31和控制箱32相对于车轴 Cl的前后位置根据车身22的倾斜角度而变化。蓄电池31和控制箱32被载置在设置于底 盘12上的基座板上。因此，蓄电池31和控制箱32被配置在座位Ila的正下方。这里，在 控制箱32的前侧配置有两个蓄电池31。两个蓄电池31沿Y方向排列。蓄电池31是可充 放电的二次电池。由控制箱32控制蓄电池31的充放电。
控制箱32 具有 CPU (Central Processing Unit，中央处理器)、ROM (Read Only Memory,只读存储器)、RAM (Random Access Memory,随机存取存储器)、以及用于通信的接 口等，控制移动体100的各种动作。并且，该控制箱32例如按照ROM中所存储的控制程序 来执行各种控制。控制箱32根据操作模块21中的操作，通过强健控制、状态反馈控制、PID 控制等公知的反馈控制来控制马达等，以获得期望的加速度和目标速度，并维持移动体100 的倒立状态。由此，移动体100在根据操作模块21中的操作进行加减速的情况下行驶。
另外，蓄电池31和控制箱32设置在比车轴Cl靠上的位置。蓄电池31比车轴Cl 配置在前侧(+X侧)，控制箱32比车轴Cl配置在后侧(-X侧)。这里，控制箱32和蓄电池 31分开配置。即，蓄电池31和控制箱32隔开一定的间隙被相对配置在车轴Cl的正上方。 通过将蓄电池31配置在车轴Cl的前侧，能够将车身22的重心位置容易地保持在车轴Cl的 正上方。不论有无搭乘者80，在相同的倾斜角度下，重心位置处于车轴Cl的大致正上方。
接着，使用图4来说明底盘12的结构。图4是示出底盘12的结构的侧视图。在底 盘12上设置有基座板23。在该基座板23上搭载有蓄电池31和控制箱32。例如，在蓄电 池31中容纳有蓄电池组。另外，在控制箱32中容纳有CPU等。该基座板23以相对于车轴 Cl可旋转的方式被设置。即，如果基座板23的上表面的角度相对于地面倾斜，移动体100 的姿态就会变化。另外，在基座板23上安装有框架10。框架10从基座板23的两端向上方 延伸。并且，从该框架10延伸设置有肘靠16。另外，在底盘12上设置有检测后方侧的障碍 物的激光传感器37。
在基座板23的前侧设置有前方杆14。前方杆14向基座板23的前侧突出。前方 杆14以驱动轴C2为中心旋转驱动。前辅助轮41被支承在底盘12的前端。前辅助轮41 是从动轮，以旋转轴C3为中心旋转。另外，脚踏板17被安装在前方杆14的前侧。脚踏板 17的前端比前方杆14的前端、即前辅助轮41配置在前侧。
另外，在基座板23的后侧设置有后方杆15。后方杆15以驱动轴C4为中心旋转 驱动。后辅助轮51可旋转地被支承在后方杆15的后端。后辅助轮51是从动轮，以旋转轴 C5为中心旋转。这样，前方杆14和后方杆15相对于基座板23沿箭头方向摆动。
接着，使用图5和图6来说明前方杆14和后方杆15的结构。图5是示出前方杆 14的单元结构的立体图，图6是示出后方杆15的单元结构的立体图。
首先，说明前方杆14的单元。在前方杆14的单元中设置有前辅助轮41、马达42、 减速器43、蜗轮蜗杆机构44、止动器45、螺栓46、基座47、可动杆48。
螺栓46将基座47固定在基座板23上。S卩，基座47通过螺栓46而被载置在基座 板23上。在基座47上设置有用于驱动可动杆48的马达42。马达42与减速器43连结。减速器43与蜗轮蜗杆机构44连结。可动杆48可旋转地被蜗轮蜗杆机构44支承。来自马 达42的驱动力经由减速器43和蜗轮蜗杆机构44传递给可动杆48。由此，可动杆48绕驱 动轴C2旋转驱动。驱动轴C2与Y方向平行。可动杆48的角度相对于基座47而改变。这 里，在蜗轮蜗杆机构44的两侧分别设置有可动杆48。即，可动杆48被安装在蜗轮蜗杆机构 44的+Y侧和-Y侧。
另外，在可动杆48的前端安装有用于防止跌倒的前辅助轮41。这里，设置了在Y 方向上分开配置的两个前辅助轮41。前辅助轮41绕旋转轴C3旋转。旋转轴C3与Y方向 平行。即使在移动体100过度前倾的情况下，由于前辅助轮41接地，因此也能够防止向前方 跌倒。另外，如果在倒立移动中可动杆48绕驱动轴C2旋转，则前辅助轮41和地面的距离就 会发生变化。例如，如果使可动杆48向下旋转，则前辅助轮41和地面的距离变近，如果使 可动杆48向上旋转，则前辅助轮41和地面的距离变远。这里，在可动杆48的旋转方向中， 将前辅助轮41和地面的距离变近的方向作为接近方向，将其相反方向作为分离方向。艮口， 接近方向是可动杆48的前端侧(前辅助轮41侧)相对于基端侧(蜗轮蜗杆机构44侧) 下降的方向。分离方向是可动杆48的前端侧(前辅助轮41侧)相对于基端侧(蜗轮蜗杆 机构44侧)上升的方向。
在可动杆48上安装有脚踏板17。脚踏板17可旋转地被支承在可动杆48上。这 里，脚踏板17绕旋转轴C3转动。脚踏板17相对于可动杆48的角度发生变化。另外，在可 动杆48上设置有用于限制脚踏板17的旋转动作的止动器45。止动器45防止脚踏板17的 前端过度下降。通过止动器45，即使在前辅助轮41离地的状态下也能够保持脚踏板17的 倾斜角度。由此，通过驱动可动杆48，脚踏板17上升。即，通过旋转驱动可动杆48，脚踏板 17被提起并离地。
这里，在马达42与可动杆48之间设置有蜗轮蜗杆机构44。因此，马达42的驱 动力经由蜗轮蜗杆机构44传递给可动杆48。蜗轮蜗杆机构44的蜗轮被设置在可动杆48 侧，蜗杆被设置在马达42侧。通过如此设置蜗轮蜗杆机构44，能够消除反向驱动性(kick drivability)。由此，能够防止可动杆48在不期望的时刻旋转。由此，能够准确地控制可 动杆48的角度。
除了脚踏板17和止动器45的有无以外，后方杆15的单元结构与前方杆14的单 元大致相同。即，在后方杆15上没有设置脚踏板17，因此没有设置止动器。除这点以外的 后方杆15的结构和动作基本上与前方杆14相同。在后方杆15的单元中设置有后辅助轮 51、马达52、减速器53、蜗轮蜗杆机构M、螺栓56、基座57、可动杆58。
螺栓56将基座57固定在基座板23上。S卩，基座57通过螺栓56而被载置在基座 板23上。在基座57上设置有用于驱动可动杆58的马达52。马达52与减速器53连结。 减速器53与蜗轮蜗杆机构M连结。可动杆58可旋转地被蜗轮蜗杆机构M支承。来自马 达52的驱动力经由减速器53和蜗轮蜗杆机构M传递给可动杆58。由此，可动杆58绕驱 动轴C4旋转驱动。驱动轴C4与Y方向平行。可动杆58的角度相对于基座57而改变。
另外，在可动杆58的前端安装有用于防止跌倒的后辅助轮51。这里，设置了在Y 方向分开配置的两个前辅助轮51。后辅助轮51绕旋转轴C5旋转。旋转轴C5与Y方向平 行。即使在移动体100过度后倾的情况下，由于后辅助轮51接地，因此能够防止向后方跌 倒。另外，如果在倒立移动中可动杆58绕驱动轴C4旋转，则后辅助轮51和地面的距离就会发生变化。例如，如果使可动杆58向下旋转，则后辅助轮51和地面的距离变近，如果使 可动杆58向上旋转，则后辅助轮51和地面的距离变远。这里，在可动杆58的旋转方向中， 将后辅助轮51和地面的距离变近的方向作为接近方向，将其相反方向作为分离方向。艮口， 接近方向是可动杆58的前端侧(后辅助轮51侧)相对于基端侧(蜗轮蜗杆机构M侧) 下降的方向。分离方向是可动杆58的前端侧(后辅助轮51侧)相对于基端侧(蜗轮蜗杆 机构讨侧)上升的方向。
这里，在马达52与可动杆58之间设置有蜗轮蜗杆机构M。因此，马达42的驱动 力经由蜗轮蜗杆机构M传递给可动杆58。蜗轮蜗杆机构M的蜗轮被设置在可动杆58侧， 蜗杆被设置在马达52侧。通过如此设置蜗轮蜗杆机构M，能够消除反向驱动性。因此，能 够防止可动杆58在不期望的时刻旋转。由此，能够准确地控制可动杆58的角度。
在开始倒立的时刻以及结束倒立的时刻，同步地驱动设置于前方杆14的马达42 和设置于后方杆15的马达52。即，控制箱32控制马达42和马达52，以同时驱动可动杆48 和可动杆58。由此，可动杆48相对于基座板23的角度、以及可动杆58相对于基座板23的 角度逐渐变化。通过马达42旋转驱动前方杆14，能够控制前辅助轮41在接地状态和离地 状态之间的转变。另外，通过马达52旋转驱动后方杆15，能够控制后辅助轮51在接地状态 和离地状态之间的转变。即，通过马达42和马达52的动作，能够控制稳定状态和倒立状态 之间的转变。
使用图7来说明上述马达42、马达52的控制。图7是用于说明倒立开始动作和倒 立结束动作的图，并且是从侧面观看移动体100的图。另外，在图7的上侧示出了倒立开始 动作，在图7的下侧示出了倒立结束动作。在各动作中，移动体100以从左至右的顺序动作。 即，在倒立开始动作中，移动体100的姿态以从图7的A至F的顺序变化，在倒立结束动作 中，移动体100的姿态以从图7的G至J的顺序变化。另外，在图7的右侧为移动体100的 前方方向。
首先，对倒立开始动作进行说明。首先，在移动体100没有搭乘搭乘者80并且停 车的状态下，前辅助轮41和后辅助轮51接地(图7A)。S卩，通过马达42，可动杆48和可动 杆58处于下降到下侧的状态。在停车时，移动体100处于前倾姿态。在该状态下，搭乘者 80乘车(图7B)。通过使移动体100处于前倾姿态，容易乘车。
然后，搭乘者80对操作模块21进行操作，转变到倒立模式。例如，一旦搭乘者80 按下设置在操作模块21上的倒立开始按钮，则转变到倒立模式。于是，为了进行倒立开始 动作，首先移动体100变为后倾姿态(图7C)。在接近方向上驱动前方杆14的可动杆48， 并且在分离方向上驱动后方杆15的可动杆58。即，通过使马达42和马达52同步地动作， 将移动体100变为后倾姿态。在此情况下，姿态在移动体100的前侧离开地面、后侧接近地 面的方向上变化。在此期间，前辅助轮41和后辅助轮51保持与地面接触的状态。如果姿 态这样变化，则施加到前辅助轮41上的力减少，施加到后辅助轮51上的力增加。
之后，通过旋转驱动前方杆14的可动杆48来使脚踏板17上升(图7D)。S卩，通过 驱动马达42，使可动杆48在分离方向上旋转。由此，在成为后倾姿态的状态下，脚踏板17 和辅助轮41离地。另外，由于处于施加到前辅助轮41上的力小的姿态，因此由脚踏板17 的上升引起的姿态变化小。即，在保持后倾姿态下脚踏板17离地。另外，在前方杆14上设 置有限制脚踏板17旋转的止动器45。因此，当可动杆48在分离方向上旋转一定角度时，脚踏板17离开地面。
在脚踏板17上升后，变成前倾姿态(图7E)。即，在分离方向上旋转驱动后方杆15 的可动杆58。由此，移动体100逐渐变成前倾姿态。在该时刻，倒立摆控制已经被执行。因 此，在后方杆15旋转驱动的期间，右驱动轮18和左驱动轮20通过倒立摆控制来驱动。为 了维持倒立状态，右驱动轮18和左驱动轮20旋转。这样，在控制右驱动轮18、左驱动轮20 的情况下，使后方杆15的可动杆58在分离方向上旋转。由此，能够使可动杆58离地。艮口， 即使可动杆58在分离方向上旋转了某个一定角度以上，右驱动轮18和左驱动轮20也向后 方向旋转。于是，重心位置移到车轴Cl的正上方，因此倒立状态被维持。由此，后方杆15 的单元不与地面接触。然后，倒立行驶开始(图7F)。如此，能够通过简单的控制来进行从 停车模式向倒立模式的转变。能够顺畅地进行稳定状态与倒立状态之间的转变。另外，在 乘车的时刻，由于前辅助轮41和后辅助轮51接地，因此能够安全搭乘。
接着，对倒立结束控制进行说明。即，对从倒立模式转变到下车模式时的控制进行 说明。首先，搭乘者80对操作模块21进行操作，按压倒立行驶结束按钮(图7G)。由此， 用于结束倒立行驶的控制开始。首先，前方杆14的可动杆48和后方杆15的可动杆58旋 转，从而使脚踏板17下降(图7H)。这里，可动杆48和可动杆58同步地在接近方向上旋 转。由此，前辅助轮41和后辅助轮51接地。另外，在该状态下，脚踏板17也接地。然后， 通过旋转后方杆15的可动杆58，将移动体100变为前倾姿态(图71)。S卩，通过驱动马达 52使可动杆58在接近方向上旋转，并且通过驱动马达42使可动杆48在分离方向上旋转。 然后，当移动体100变成前倾姿态之后，搭乘者80下车(图7J)。通过如此变成前倾姿态， 搭乘者80容易下车。另外，图7J的下车状态是与图7A的停车状态相同的状态。在下车状 态下，由于前辅助轮41和后辅助轮51接地，因此处于静态稳定的稳定状态。因此，搭乘者 80能够从移动体100安全地下车。如此，能够通过简单的控制来进行从停车模式向倒立模 式的转变。能够顺畅地进行稳定状态与倒立状态之间的转变。
如上所述，同步地控制马达42和马达52。由此，能够安全且迅速地进行从停车状 态向倒立状态的转变或者从倒立状态向下车状态的转变。即，能够容易地进行辅助轮接地 从而使移动体100静态稳定这样的稳定状态与辅助轮离地从而维持倒立状态这样的倒立 状态之间的转变。由于不需要在前后方向上伸缩的支柱等，因此能够实现移动体100的小 型化。即，与支柱伸长的状态相比能够减小前后方向的全长。另外，在设计上能够容易地防 止前后杆单元与脚踏板17、底盘12冲突。因此，设计的自由度变大。另外，由于不需要改变 驱动轮的高度，因此不必要执行器等。由此，能够简化结构，能够减轻重量。另外，由于设置 有前辅助轮41和后辅助轮51，因此在接地中也能够容易旋转驱动。
另外，如上所述，脚踏板17随着可动杆48的旋转驱动而上升或下降。因此，当搭 乘者80想要在停车状态(或下车状态)下乘车(或下车)时，由于脚踏板17也根据可动 杆48的旋转驱动而下降并与地面接触，因此搭乘者80能够容易地乘车(或下车)。并且， 在搭乘者80乘车之后(或下车之前)，通过可动杆48的旋转驱动，脚踏板17也上升(或 下降)，因此当在稳定状态与倒立状态之间进行转变时，能够通过更加简单的结构使脚踏板 17上升(或下降)。
接着，使用图8来说明移动体100的控制系统的结构。图8是示出包括控制箱32 的控制系统的结构的框图。
来自设置在车身22上的陀螺传感器33的信号被输入给控制箱32。S卩，由陀螺传 感器33检测出的倾斜角度被输入给控制箱32。陀螺传感器33例如被设置在车身22上。 具体地说，陀螺传感器33被固定在座标中心0附近的底盘12上。另外，操作模块21中的 操作量被输入给控制箱32。例如，前后方向上的平移速度或左右的转弯速度等作为操作量 从操作模块21输入。从编码器38、39向控制箱32输入马达34、36的转速。
控制箱32基于这些输入向驱动右驱动轮18和左驱动轮20的马达34、36输出指 令转矩。即，马达34根据指令转矩对右驱动轮18进行旋转驱动，马达36根据指令转矩对 左驱动轮20进行旋转驱动。另外，来自马达34、36的动力也可以经由带轮等被传递到右驱 动轮18和左驱动轮20。
控制箱32基于来自操作模块21的操作量和来自陀螺传感器33的检测信号进行 倒立控制计算，算出控制目标值。另外，控制箱32算出马达的当前转速和与控制目标值相 应的目标转速的偏差。并且，控制箱32向该偏差乘以预定的反馈增益，进行反馈控制。控 制箱32经由放大器等向马达34、36输出与驱动转矩相应的指令值。由此，移动体100以与 操作量相应的速度和方向移动。
另外，控制箱32根据操作模块21中的操作来控制马达42和马达52。例如，当在 操作模块21中进行了倒立开始操作时，驱动马达42和马达52，以从停车状态转变到倒立状 态。由此，如图7的A F所示，前方杆14和后方杆15动作。另外，当在操作模块21中进 行了倒立结束操作时，驱动马达42和马达52，以从倒立状态转变到下车状态。由此，如图7 的G J所示，前方杆14和后方杆15动作。当然，也可以对马达42、马达52设置编码器， 并进行反馈控制。
另外，蓄电池31向控制箱32的各电气设备、操作模块21、陀螺传感器33、马达34、 36、编码器38、39、马达42、马达52等供应电源。即，移动体100上搭载的全部或者一部分 电气设备通过从蓄电池31供应的电源电压而动作。
另外，当通过陀螺传感器33检测出的车身22的检测角度超过了阈值时，从倒立状 态转变到下车状态。即，使前辅助轮41和后辅助轮51着地。例如，将车身22未倾斜的状 态设为0°，并前后分别设置10°的裕量。即，移动体被设计成根据机械上的限制能够倾斜 到士 10°。在此情况下，在超过了士8°的时间点，通过驱动前方杆14和后方杆15，使前辅 助轮41和后辅助轮51着地。由此，当发生异常从而倾斜角度变大了时，能够迅速地转变到 安全的下车状态。为了独立控制前方杆14和后方杆15，分别设置了马达42和马达52。并 且，控制箱32同步地控制个别的马达42、52。由此，能够进行适当的动作控制。
在上述的例子中，对二轮型移动体进行了说明，但不限于此。即，也能够应用于一 轮移动体或三轮以上的移动体。
以上，参考实施方式说明了本发明，但本发明不受上述的限定。能够在发明的范围 内对本发明的结构和细节进行本领域技术人员可理解的各种变更。
本申请要求基于2008年11月27日申请的日本申请特愿2008-302314的优先权， 将其公开的全部内容合并于此。
产业上的可利用性
本发明涉及移动体及其控制方法，尤其具体地能够作为通过倒立摆控制而移动的 移动体及其控制方法来使用。
权利要求
1.一种移动体，所述移动体通过倒立摆控制而移动，其特征在于，包括 搭乘座席，用于搭乘者搭乘；底盘，被配置在所述搭乘座席的下侧； 车轮，能够旋转地被安装在所述底盘上； 第一驱动部，旋转驱动所述车轮； 前方可动杆，比所述底盘更向前方侧突出； 第二驱动部，旋转驱动所述前方可动杆；脚踏板，被安装在所述前方可动杆上，用于载置所述搭乘者的脚；和 控制部，控制所述第二驱动部；其中，所述控制部通过使所述脚踏板上升以使其离开地面，来转变到倒立状态，或者通 过使所述脚踏板下降以使其接触地面，来转变到稳定状态。
2.如权利要求1所述的移动体，其特征在于，还包括 后方可动杆，比所述底盘更向后方侧突出；以及 第三驱动部，旋转驱动所述后方可动杆。
3.如权利要求2所述的移动体，其特征在于，所述控制部控制所述第二和第三驱动部，以使所述前方可动杆和所述后方可动杆同步旋转。
4.如权利要求2所述的移动体，其特征在于，还包括辅助轮，所述辅助轮能够旋转地设置在所述前方可动杆和所述后方可动杆中的 至少一者上。
5.如权利要求1所述的移动体，其特征在于， 还设置有限制所述脚踏板旋转的止动器。
6.一种移动体的控制方法，其中，所述移动体通过倒立摆控制而移动，并包括搭乘座 席，用于搭乘者搭乘；底盘，被配置在所述搭乘座席的下侧；以及车轮，能够旋转地被安装 在所述底盘上；所述移动体的控制方法的特征在于， 旋转驱动比所述底盘更向前侧突出的前方可动杆，通过旋转驱动所述前方可动杆，使得脚踏板上升以使其离开地面，由此转变到倒立状 态，或者使得所述脚踏板下降以使其接触地面，由此转变到稳定状态，其中，所述脚踏板被 安装在所述前方可动杆上，用于载置所述搭乘者的脚。
7.如权利要求6所述的移动体的控制方法，其特征在于， 所述移动体还包括比所述底盘更向后侧突出的后方可动杆，所述移动体在从使所述前方可动杆和所述后方可动杆接地的状态向使所述前方可动 杆和所述后方可动杆离地的状态转变时，与所述前方可动杆的旋转驱动同步地旋转驱动所 述后方可动杆。
8.如权利要求7所述的移动体的控制方法，其特征在于，在通过同步驱动所述前方可动杆和所述后方可动杆而使所述移动体成为后倾姿态之 后，使所述前方可动杆离地，在使所述前方可动杆离地之后，在进行倒立摆控制的情况下旋转驱动所述后方可动杆，由此使所述后方可动杆离地。
9.如权利要求6所述的移动体的控制方法，其特征在于， 所述移动体还包括比所述底盘更向后侧突出的后方可动杆，所述移动体在从使所述前方可动杆和所述后方可动杆离地的状态向使所述前方可动 杆和所述后方可动杆接地的状态转变时，与所述前方可动杆的旋转驱动同步地旋转驱动所 述后方可动杆。
全文摘要
提供能够以简单的结构进行稳定状态与倒立状态之间的转变的移动体及其控制方法。根据本发明一个方式的移动体是通过倒立摆控制而移动的移动体，并包括搭乘座席(11)；底盘(12)；右驱动轮(18)、左驱动轮(20)；旋转驱动右驱动轮(18)、左驱动轮(20)的马达(34、36)；比底盘(12)更向前方侧突出的前方杆(14)；旋转驱动前方杆(14)的马达(42)；脚踏板(17)，被安装在所述前方杆(14)上，用于载置搭乘者(80)的脚；以及控制部(32)，对马达(42)进行控制。控制部(32)通过使脚踏板(17)上升以使其离开地面，来转变到倒立状态，或者通过使脚踏板(17)下降以使其接触地面，来转变到稳定状态。
文档编号B62K17/00GK102036874SQ20098011801
公开日2011年4月27日 申请日期2009年8月20日 优先权日2008年11月27日
发明者河田则彦, 菊地贡 申请人:丰田自动车株式会社