移动方向控制装置及移动方向控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术的目的在于提供一种能够以简单的结构来高精度地控制单轮车的移动方向的移动方向控制装置及计算机程序。利用伴随转子的旋转而产生的反作用转矩，来控制主体的偏转方向的旋转角。接收对作为移动方向的目标的车轮的偏转角的指定，获取与摩擦转矩相关的信息。基于接收到指定的偏转角，来计算偏转方向的旋转角加速度，基于计算出的偏转方向的旋转角加速度，来计算反作用力矩。基于计算出的反作用转矩和获取的与摩擦转矩相关的信息，来生成偏转用电动机的动作指令。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术申请是国际申请号为PCT/JP2010/051836，国际申请日为2010年2月9日，进入中国国家阶段的申请号为201080012662.0，名称为“移动方向控制装置及计算机程序”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及即使是单轮车、也能向偏转方向自由地转换方向的移动控制装置及计算机程序。
技术介绍
以往，在使单轮车移动时，主体朝以大致前后方向为轴的旋转方向(以下，称为摇摆)、以及以大致左右方向为轴的旋转方向(以下，称为俯仰方向)进行摇动，因此，需要对动作进行控制，从而通过控制摇摆方向及旋转方向的平衡进行控制，以使得主体进行移动或停止而不会摔倒。为了控制摇摆方向及俯仰方向的平衡而需要正确地检测主体的倾斜度，例如采用通过利用角速度传感器来检测角速度并对检测出的角速度进行积分以推定主体的倾斜度的方法等(参照专利文献1)。另外，在单轮车的情况下，无法像双轮车那样通过改变前轮的角度而轻易地转换方向，大多数情况下例如通过将主体摇动至摇摆方向及俯仰方向，从而在以主体的大致垂直方向为轴的旋转方向(以下，称为偏转方向yawdirection)上进行旋转，以改变前进方向。即，如非专利文献1所揭示的那样，对摇摆方向及俯仰方向施加正弦波输入，改变所施加的两个正弦波输入的相位，以改变偏转角变化量，对车辆的摇摆角进行反馈控制，从而向着所希望的移动方向来转换方向。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开2007/063665号非专利文献非专利文献1：笠井崇史著，“单轮车的姿势控制”，筑波大学研究生院博士课程系统信息学研究科硕士论文，2005年1月，p.1－37专利技术内容但是，在非专利文献1的单轮车中，虽然利用加速度传感器来测量主体相对于重力方向(垂直方向)的倾斜度，但对于摇摆方向及俯仰方向，垂直方向也未必是平衡状态。因此，在垂直方向不是平衡状态的情况下，存在无法修正成平衡状态的问题。此外，为了推定主体的倾斜度，除了陀螺传感器之外，还需要多个加速度传感器，因此，存在难以使装置结构简化并小型化的问题。另外，在双轮车的情况下，通过控制致动器的动作，能够向着所希望的移动方向来转换方向，上述致动器能够操纵设置于主体的前部的、可进行掌舵的前轮。然而，在单轮车中，由于方向轮和驱动轮一致，在移动时和停止时摩擦系数大不相同，因此存在相对于所希望的旋转角难以确定所要施加的转矩的问题。本专利技术是鉴于上述问题而专利技术的，其目的在于提供一种能够以简单的结构来高精度地控制单轮车的移动方向的移动方向控制装置及计算机程序。为了达成上述目的，第一专利技术的移动方向控制装置的特征在于，包括：车轮，该车轮朝前后方向旋转来进行移动；以及主体，该主体与该车轮的旋转轴连接，且在该车轮的上方朝俯仰方向及摇摆方向摇动，该主体中包括：偏转用角速度传感器，该偏转用角速度传感器检测偏转方向的旋转角速度即偏转角速度；转子，该转子将主体的大致垂直方向设为旋转中心轴；以及偏转用电动机，该偏转用电动机使该转子旋转，根据伴随上述转子的旋转而产生的反作用转矩，来控制上述主体的偏转方向的旋转角。另外，第二专利技术的移动方向控制装置的特征在于，在第一专利技术中，包括：偏转角指定接收部，该偏转角指定接收部接收作为移动方向目标的所述车轮的偏转角的指定；摩擦转矩信息获取单元，该摩擦转矩信息获取单元获取与包含摩擦转矩的大小及方向的摩擦转矩相关的信息；偏转方向角加速度计算部，该偏转方向角加速度计算部基于接收到指定的偏转角，来计算偏转方向的偏转角加速度；反作用转矩计算单元，该反作用转矩计算单元基于计算出的偏转方向的旋转角加速度来计算反作用转矩；以及偏转用电动机动作指令生成部，该偏转用电动机动作指令生成部基于与计算出的反作用转矩和获得的摩擦转矩相关的信息，来生成上述偏转用电动机的动作指令。另外，第三专利技术的移动方向控制装置的特征在于，在第二专利技术中，上述摩擦转矩信息获取单元包括对摩擦转矩的大小及方向的指定进行接收的摩擦转矩接收单元。另外，第四专利技术的移动方向控制装置的特征在于，在第二专利技术中，上述摩擦转矩信息获取单元包括：偏转角检测单元，该偏转角检测单元检测车轮的偏转方向的旋转角；变动转矩检测单元，该变动转矩检测单元对偏转方向的旋转角开始变动的时刻的偏转方向的转矩进行检测；以及静摩擦转矩计算单元，该静摩擦转矩计算单元基于所检测出的偏转方向的转矩，来计算静摩擦转矩的大小，获取所计算出的静摩擦转矩来作为上述摩擦转矩。另外，第五专利技术的移动方向控制装置的特征在于，在第二或第四专利技术中，上述摩擦转矩信息获取单元包括：收敛转矩检测单元，该收敛转矩检测单元对偏转方向的旋转角开始收敛时刻的偏转方向的转矩进行检测；以及动摩擦转矩计算单元，该动摩擦转矩计算单元基于所检测出的偏转方向的转矩，来计算动摩擦转矩的大小，获取所计算出的动摩擦转矩来作为上述摩擦转矩。接着，为了达成上述目的，第六专利技术的计算机程序是安装于移动方向控制装置的计算机所能执行的计算机程序，上述移动方向控制装置包括：车轮，该车轮朝前后方向旋转来进行移动；以及主体，该主体与该车轮的旋转轴连接，且在该车轮的上方，向俯仰方向及摇摆方向摇动，该主体中包括：偏转用角速度传感器，该偏转用角速度传感器检测偏转方向的旋转角速度即偏转角速度；转子，该转子将主体的大致垂直方向设为旋转中心轴；以及偏转用电动机，该偏转用电动机使该转子旋转，上述计算机程序的特征在于，能够使上述计算机作为以下单元来起作用，上述单元根据伴随上述转子的旋转而产生的反作用转矩，来控制上述主体的偏转方向的旋转角。另外，第七专利技术的计算机程序的特征在于，在第六专利技术中，使上述计算机作为以下单元来起作用，即：偏转角指定接收部，该偏转角指定接收部接收作为移动方向目标的所述车轮的偏转角的指定；摩擦转矩信息获取单元，该摩擦转矩信息获取单元获取与包含摩擦转矩的大小及方向的摩擦转矩相关的信息；偏转方向角加速度计算部，该偏转方向角加速度计算部基于接收到指定的偏转角，来计算偏转方向的偏转角加速度；反作用转矩计算单元，该反作用转矩计算单元基于计算出的偏转方向的旋转角加速度计算反作用转矩；以及偏转用电动机动作指令生成部，该偏转用电动机动作指令生成部基于与计算出的反作用转矩和获得的摩擦转矩相关的信息，来生成上述偏转用电动机的动作指令。另外，第八专利技术的计算机程序的特征在于，在第七专利技术中，使上述摩擦转矩信息获取单元作为摩擦转矩接收单元起作用，上述摩擦转矩接收单元对摩擦转矩的大小及方向的指定进行接收。另外，第九专利技术的计算机程序的特征在于，在第七专利技术中，使上述摩擦转矩信息获取单元作为以下单元来起作用，即：偏转角检测单元，该偏转角检测单元检测车轮的偏转方向的旋转角；变动转矩检测单元，该变动转矩检测单元对偏转方向的旋转角开始变动的时刻的偏转方向的转矩进行检测；静摩擦转矩计算单元，该静摩擦转矩计算单元基于所检测出的偏转方向的转矩，来计算静摩擦转矩的大小；以及获取所计算出的静摩擦转矩来作为上述摩擦转矩的单元。另外，第十专利技术的计算机程序的特征在于，在第七或第九专利技术中，使上述摩擦转矩信息获取单元作为以下单元来起作用，即：收敛转矩检测单元，该收敛转矩检测单元对偏转方向的旋转角开始收敛时刻的偏转方向的转矩进行检测；动摩擦转矩计算单元，该动摩擦转矩计算单元基于所检测出的偏转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种移动方向控制装置，其特征在于，包括：一个车轮，该车轮朝前后方向旋转来进行移动；以及主体，该主体与所述车轮的旋转轴连接，且在所述车轮的上方，向俯仰方向及摇摆方向摇动，所述主体中包括：偏转用角速度传感器，该偏转用角速度传感器检测偏转方向的旋转角速度即偏转角速度；偏转用惯性转子，该偏转用惯性转子将主体的大致垂直方向设为旋转中心轴；偏转用电动机，该偏转用电动机使所述偏转用惯性转子旋转；摇摆用惯性转子，该摇摆用惯性转子朝摇摆方向旋转；以及摇摆用电动机，该摇摆用电动机使所述摇摆用惯性转子旋转，根据伴随所述偏转用惯性转子的旋转而产生的反作用转矩，来控制所述主体和所述车轮的偏转方向的旋转角，仅在要改变所述车轮的前进方向时，使所述偏转用惯性转子进行旋转。

【技术特征摘要】
2009.03.16 JP 2009-0621771.一种移动方向控制装置，其特征在于，包括：一个车轮，该车轮朝前后方向旋转来进行移动；以及主体，该主体与所述车轮的旋转轴连接，且在所述车轮的上方，向俯仰方向及摇摆方向摇动，所述主体中包括：偏转用角速度传感器，该偏转用角速度传感器检测偏转方向的旋转角速度即偏转角速度；偏转用惯性转子，该偏转用惯性转子将主体的大致垂直方向设为旋转中心轴；偏转用电动机，该偏转用电动机使所述偏转用惯性转子旋转；摇摆用惯性转子，该摇摆用惯性转子朝摇摆方向旋转；以及摇摆用电动机，该摇摆用电动机使所述摇摆用惯性转子旋转，根据伴随所述偏转用惯性转子的旋转而产生的反作用转矩，来控制所述主体和所述车轮的偏转方向的旋转角，仅在要改变所述车轮的前进方向时，使所述偏转用惯性转子进行旋转。2.如权利要求1所述的移动方向控制装置，其特征在于，包括：偏转角指定接收部，该偏转角指定接收部接收作为移动方向目标的所述车轮的偏转角的指定；摩擦转矩信息获取单元，该摩擦转矩信息获取单元获取与包含摩擦转矩的大小及方向的摩擦转矩相关的信息；偏转方向角加速度计算部，该偏转方向角加速度计算部基于接收到指定的偏转角，来计算偏转方向的旋转角加速度；反作用转矩计算单元，该反作用转矩计算单元基于计算出的偏转方向的旋转角加速度来计算反作用转矩；以及偏转用电动机动作指令生成部，该偏转用电动机动作指令生成部基于与计算出的反作用转矩和获得的摩擦转矩相关的信息，来生成所述偏转用电动机的动作指令。3.如权利要求2所述的移动方向控制装置，其特征在于，所述摩擦转矩信息获取单元对摩擦转矩的大小及方向的指定进行接收。4.如权利要求2所述的移动方向控制装置，其特征在于，所述摩擦转矩信息获取单元将与所述主体开始沿偏转方向旋转的时刻的偏转方向的转矩相对应的静摩擦转矩作为所述摩擦转矩。5.如权利要求2所述的移动方向控制装置，其特征在于，所述摩擦转矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：辻滋，福永茂树，名村光弘，河合康治，白土贤一，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP