CN102574560A

CN102574560A - 倒立摆型移动体

Info

Publication number: CN102574560A
Application number: CN2009801620348A
Authority: CN
Inventors: 五味洋; 小桥慎一郎; 小山泰司; 和泉秀治; 桑原和也; 竹中透
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2029-09-18
Also published as: US8522902B2; WO2011033575A1; JP5426681B2; US20120168235A1; JPWO2011033575A1; CN102574560B

Abstract

倒立摆型移动体(1)具有：基体(2)，对具有在地面(G)上滚动的主轮(85)的行驶单元(3)进行保持；和落座单元(4)，安装在该基体上，并支承搭乘者(H)的臀部，其中，落座单元具有鞍座(63L、63R)，相对于连结主轮的旋转中心(A)和倒立摆型移动体的重心(Gt1)的轴线(B)，至少该鞍座的中心(C)被配置在前方。由此，即使在后方的地面上有障碍物的情况下，也能够防止在该地面上滚动的主轮与障碍物接触，且搭乘者的乘坐变得容易。

Description

倒立摆型移动体

技术领域

本发明涉及通过车轮等移动的倒立摆型移动体。

背景技术

以往，公知有通过基于倾斜传感器(陀螺仪传感器等)的检测结果的倒立摆控制来维持倒立姿势并移动的倒立摆型移动体。在这种倒立摆型移动体中，公知有这样的技术，即：使车身(即，搭乘者落座的座椅的支承面)向前方倾斜直到止动装置接地而稳定地停止，从而能够使搭乘者的乘车或下车变得容易(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2008-189017号公报

然而，在上述以往的倒立摆型移动体中，当使车身倾斜直到止动装置接地时，需要使规定的转矩作用于基体，利用其反作用使驱动轮旋转并移动。但是，例如若在驱动轮移动的后方存在障碍物(例如，路肩等)，则驱动轮会碰撞到该障碍物，其移动被限制，存在妨碍搭乘者乘车的问题。

发明内容

本发明是鉴于这样的现有技术的课题而提出的，其目的是提供倒立摆型移动体，其即使在后方的地面上有障碍物的情况下，也能够防止在该地面上滚动的主轮与障碍物接触，并使搭乘者的乘坐变得容易。

为了解决上述课题的第一发明是，一种倒立摆型移动体1，在通过倒立摆控制来维持倒立姿势的同时，在地面G上移动，其中，具有：基体2，对具有在所述地面上滚动的主轮85的行驶单元3进行保持；和落座单元4，安装在所述基体上，并支承搭乘者H的臀部，所述落座单元具有鞍座63L、63R，相对于连结所述主轮的旋转中心A和倒立摆型移动体的重心Gt1的轴线B，至少该鞍座的中心C被配置在前方。

另外，作为第二发明，在没有搭乘者乘坐的所述基体的倒立姿势下，所述鞍座的落座面70La、70Ra相对于水平方向向前下方倾斜。

发明的效果

根据上述第一发明，在搭乘者乘车时，倒立摆型移动体(包含被鞍座支承的搭乘者)的重心位置向前方位移，由此执行倒立摆控制以使主轮向前方移动，因此，即使在后方的地面上有障碍物的情况下，也能够发挥防止在该地面上滚动的主轮与障碍物接触并使搭乘者的乘坐变得容易这样的良好效果。

另外，根据上述第二发明，提高了搭乘者相对于鞍座的乘坐性(坐上去的容易度)。

附图说明

图1是表示倒立摆型移动体的可搭乘状态(鞍座及踏板的展开状态)的立体图。

图2是表示倒立摆型移动体的收纳状态(鞍座及踏板的收纳状态)的立体图。

图3是倒立摆型移动体的分解立体图。

图4是沿图1的IV-IV线的剖视图。

图5是沿图1的V-V线的剖视图

图6是沿图1的VI-VI线的剖视图。

图7是局部剖切地表示倒立摆型移动体的缩颈部的立体图。

图8是表示倒立摆型移动体的控制系统的关键部位的框图。

图9(A)是表示非搭乘状态的倒立摆型移动体的倒立姿势的侧视图，图9(B)是表示落座搭乘状态的倒立摆型移动体的倒立姿势的侧视图。

图10是表示图9(A)的落座单元的变更例的侧视图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式的倒立摆型移动体的详细情况。在说明中，倒立摆型移动体及其构成要素的方向是以铅直方向为上下方向，在与铅直方向正交的水平面中，如图所示地确定相互正交的前后方向及左右方向。

<倒立摆型移动体的整体结构>

如图1及图3～图5所示，倒立摆型移动体(以下简称为移动体)1的主要构造具有：大致沿上下方向延伸的成为骨架构造的作为基体的框架2；设置在框架2的下部的行驶单元3；设置在框架2的上部的落座单元4；设置在框架2的内部的电气安装单元11；向各单元及传感器供给电力的电池单元10。电气安装单元11具有：倒立摆控制单元(以下简称为控制单元)5；荷重传感器6；倾斜传感器7。控制单元5基于倒立摆控制根据来自各种传感器的输入信号驱动控制行驶单元3，将移动体1维持在倒立姿势。另外，移动体1在适当位置与电气安装单元11分体地具应变传感器8L、8R和旋转编码器9L、9R。

<框架的结构>

如图1所示，框架2为中空的外壳构造，呈前后方向的宽度比左右方向的宽度大的扁平形状。另外，框架2在上下方向的中央具有缩颈部2A，缩颈部2A以其前后方向的宽度比左右方向的宽度大的方式凹陷。在该缩颈部2A中收纳有电气安装单元11。由此，从左右方向观察框架2的外缘呈大致8字形。如图3所示，框架2在其缩颈部2A处能够上下分隔，由相互分体的上部框架21和下部框架22构成。上部框架21及下部框架22分别是通过使碳预浸片热固化而形成的干碳纤(碳纤维增强塑料：CFRP)。如后所述，上部框架21和下部框架22经由荷重传感器6而连结。

如图4所示，在上部框架21上形成有环状部分，在该环状部分的中央部形成沿左右方向贯穿的鞍座收纳部24。该环状部分是中空的，具有收纳电池单元10等的内部空间26。在上部框架21的下端部形成有朝向下方开口的下部开口部25(参照图3)，另外，在上部框架21的上端部形成有朝向上方开口的上部开口部27。在鞍座收纳部24的上壁部分形成有将内部空间26和鞍座收纳部24连通的鞍座安装孔28。在位于下部开口部25的上方的鞍座收纳部24的下壁部分，形成有从鞍座收纳部24朝向下方凹设的连接凹部29。在该连接凹部29的底部的中央部形成有是通孔的连结孔30。在移动体1中，上部框架21的内部空间26中的前部内部空间26A及后部内部空间26B形成用于收纳电池单元10的环状的电池收纳部。

如图3所示，下部框架22具有上部开口部31及下部开口部32并形成为筒状。下部框架22的左右侧壁33大致沿上下方向延伸，并且相互平行。下部框架22的前后侧壁34随着从上侧趋向下侧而沿前后方向鼓出，从左右方向观察，下部框架22的下部为半圆状。该下部框架22的呈半圆状的下部划出用于收纳行驶单元3的上半部的收纳空间35。

在各左右侧壁33上分别形成有与下部开口部32连续的半圆状的切缺部36。左右的切缺部36以具有左右方向的轴线并相互同轴的方式配置。在切缺部36和下部开口部32的边界部分，以沿着切缺部36的周缘延长的方式形成有向下方延伸的突片37。在前后侧壁34各自的上部且形成缩颈部2A的部分，分别形成有通气孔39。通气孔39是沿左右方向延伸的长孔状的通孔，并沿上下方向平行地并列设置有多个。

如图7所示，在下部框架22的左右侧壁33上的上部开口部31附近的内壁，分别粘接有一对金属制的支承基座53L、53R。各支承基座53L、53R沿前后方向延伸，其上表面为水平面。在各支承基座53的前后端形成有连结部54，在连结部54上设有沿上下方向贯穿的内螺纹孔54a。

<落座单元的结构>

如图6所示，落座单元4具有基座主体61、左右一对鞍座臂62L、62R和左右一对鞍座63L、63R。基座主体61通过上部框架21的上部开口部27而配置在上部内部空间26C中，通过与基座主体61的上部连接的上壁封闭上部开口部27。另外，在基座主体61的下部具有沿前后方向延伸设置的支承轴65。

在支承轴65上枢支有左右一对鞍座臂62L、62R的基端部66L、66R。各鞍座臂62L、62R从基端部66L、66R通过上部框架21的鞍座安装孔28，向位于上部框架21的外部的前端部67L、67R延伸。右鞍座臂62R能够在收纳位置和使用位置之间转动，在收纳位置，其前端部67R位于基端部66R的下方的鞍座收纳部24内，在使用位置，前端部67R相对于基端部66R大致向右方展开。右鞍座臂62R形成为在使用位置向下方凸出地弯曲的形状。同样，具有与右鞍座臂62R大致左右对称的结构的左鞍座臂62L能够在收纳位置和使用位置之间转动，并形成为在使用位置向下方凸出地弯曲的形状。

两鞍座臂62L、62R通过未图示的连杆机构相互连结，并连动地位移，使得当其中一方位于收纳位置的情况下，另一方也位于收纳位置，当其中一方位于使用位置的情况下，另一方也位于使用位置。另外，基座主体具有未图示的锁定机构。在各鞍座臂62L、62R位于收纳位置或使用位置的情况下，锁定机构与各鞍座臂62L、62R卡合而将各鞍座臂62L、62R保持在收纳位置或使用位置。

各鞍座63L、63R具有：与鞍座臂62L、62R的前端部67L、67R连结的支承部69L、69R；安装在支承部69L、69R上的圆盘状的座垫部70L、70R。座垫部70L、70R具有载置搭乘者(即，搭乘在移动体1上的操作者)的左右的臀部和大腿部的落座面。在鞍座臂62L、62R位于使用位置(参照图6中的双点划线)的情况下，座垫部70L、70R被配置在支承部69L、69R的上方，落座面朝向上方。落座的搭乘者的荷重经由鞍座63L、63R、鞍座臂62L、62R、基座主体61而施加于上部框架21。

在鞍座臂62L、62R位于收纳位置(参照图2)的情况下，鞍座63L、63R的支承部69L、69R位于鞍座收纳部24内，座垫部70L、70R的落座面朝向左方外侧或右方外侧，并封闭鞍座收纳部24。

如图9所示，各鞍座63L、63R具有如下结构：相对于连结主轮85的旋转中心A和倒立摆型移动体的重心Gt1的轴线B，至少其落座面70La、70Ra的中心C被配置在前方。另外，在图9(A)所示的、搭乘者H乘车之前的非搭乘状态的移动体1上，各鞍座63L、63R的落座面70La、70Ra如假想线D所示相对于水平方向(前后方向)向前下方倾斜。这样的结构是通过使从侧面观察支承鞍座63L、63R的鞍座臂的前端部67L、67R的延伸方向而成的假想线E相对于轴线B向前方倾斜而实现的。另外，同样的结构如图10的变更例所示，也可以通过变更座垫部70L、70R的形状来实现。

此外，移动体1中的落座单元4不限于本实施方式那样用于搭载搭乘者，也可以是能够支承任意的装载物(例如，操作者运输的行李等)的结构。该情况下，鞍座63L、63R的形状也可以根据支承对象进行各种变更。

<把手的结构>

在基座主体61的上壁设有供操作者支承移动体的收纳式的把手71。把手71在不使用时，如图2中的实线所示被收纳在凹设于基座主体61的上壁的把手收纳部72。另一方面，把手71在使用时，如图2中的双点划线所示，通过前后的腿部71A向上方滑动而向基座主体61的上方突出。操作者把持把手71，能够提起并携带移动体1，或是支承停止驾驶过程中的移动体1而防止其倾倒。

<行驶单元的结构>

如图3～图5所示，行驶单元3具有：作为支承部件的左右一对安装座部件81L、81R；分别安装在这些安装座部件81L、81R上的左右一对电动机82L、82R；经由波动齿轮装置83L、83R而分别由电动机82L、82R旋转驱动的驱动体84L、84R；通过左右的驱动体84L、84R而旋转的主轮85。由DC电动机构成的电动机82L、82R及波动齿轮装置83L、83R具有公知的结构。电动机82L、82R的输出分别经由波动齿轮装置83L、83R被减速之后，被传递到驱动体84L、84R(驱动盘121L、121R)。

驱动体84L、84R具有驱动盘121R和能够旋转地被驱动盘121L支承的多个驱动辊122L、122R。左右驱动辊122L、122R在连结有左右驱动盘121L、121R的状态(即，左右的驱动体84L、84R被组装的状态)下，被配置在以规定的距离分开的位置。在左右驱动辊122L、122R之间配置有主轮85。

主轮85由以下部件构成：由棱柱体构成的无缝圆环状的环状体161；嵌合在环状体161的外周部的多个内套筒162；经由滚珠轴承163能够旋转地被支承在各内套筒162的外周部的多个筒状的从动辊164。从动辊164由以下部件构成：嵌合在滚珠轴承163的外周部的金属制圆筒部164A；硫化粘接在金属制圆筒部164A的外周面的橡胶制圆筒部164B。橡胶制圆筒部164B的材质不限于橡胶，也可以是具有挠性的其他树脂材料等。从动辊164的橡胶制圆筒部164B在移动体1的使用状态(行驶状态)下与路面接触。

多个从动辊164连同内套筒162一起设置在环状体161的环方向(周方向)上，成为主轮85的实质的外周面。另外，各从动辊164能够围绕自身的配置位置处的环状体161的切线旋转(自转)。

主轮85被夹装在左右的驱动体84L、84R之间，并与驱动体84L、84R一起组装。在该状态下，主轮85中的从动辊164的橡胶制圆筒部164B的外周面与左右的驱动辊122L、122R的外周面接触，通过摩擦将驱动盘121L、121R的旋转力(推进力)经由驱动辊122L、122R传递到从动辊164。此外，关于驱动辊122L、122R和主轮85的配置关系、主轮85的驱动方式，不需要更详细的说明，请参照国际公开2008/139740号公报。

<踏板的结构>

如图3所示，在下部框架22的左右侧壁33的外侧，设置有左右踏板基座180L、180R。各踏板基座180L、180R由金属材料形成并呈环形状，且形成为沿着切缺部36的周缘部及两个突片37而成的形状。在各踏板基座180L、180R上分别支承有能够转动的踏板183L、183R。各踏板183L、183R在基端部具有大致沿前后方向延伸的转动轴并被支承在各突出部181L、181R附近，并能够在收纳位置(参照图2)和使用位置(参照图1)之间转动，在收纳位置，其前端部位于基端部的大致上方并成为大致沿着下部框架22的状态，在使用状态，其前端部位于基端部的大致左右方向并成为从下部框架22向左右突出的状态。

踏板基座180L、180R和行驶单元3的左右安装座部件81L、81R在夹装有切缺部36的周缘部及两个突片37的状态下通过螺栓紧固。由此，踏板基座180L、180R及行驶单元3被固定在下部框架22。

在各踏板基座180L、180R的内表面粘贴有应变传感器8L、8R。应变传感器8L、8R是公知的应变计，用于检测有荷重施加在踏板183L、183R上时的踏板基座180L、180R的应变。

在下部框架22的下端部安装有除了与路面的接触部位以外将行驶单元3的下半部隐蔽起来的下部盖罩185。另外，在下部框架22的左右侧壁33的外侧面，安装有除了各突出部181L、181R及各踏板183L、183R以外将各踏板基座180L、180R隐蔽起来的侧罩186L、186R。

<电气安装单元的结构>

如图7所示，构成电气安装单元11的控制单元5(这里未图示)、荷重传感器6和倾斜传感器7分别被安装在成为骨架的电气安装座架202上而成为一体。在以下对电气安装单元11的说明中，以电气安装单元11安装在下部框架22上的状态为基准，设定前后、左右、上下的方向。

电气安装座架202是中央部具有空间的大致矩形形状的架部件，并被设定成其周缘部能够载置在左右的支承基座53L、53R上的大小。另外，电气安装座架202具有连结部203，在电气安装座架202被载置在下部框架22的左右的支承基座53L、53R上的状态下，连结部203在与左右的支承基座53L、53R的设有内螺纹孔54a的连结部54对应的位置设有沿上下方向贯穿的通孔203a。

荷重传感器6由能够检测z轴方向(铅直方向)的力及围绕x轴、y轴的力矩的三轴力传感器构成。荷重传感器6具有：内置有传感器基盘的主体部205；和从该主体部205向上方突出的输入轴206。输入轴206形成为圆柱状，供所检测的外力输入。在输入轴206的外周，在从基端到前端的范围形成有外螺纹槽。主体部205被载置在电气安装座架202上，并被螺纹紧固。

在输入轴206的基端部的外周部安装有板状的连结部件基座210。连结部件基座210在中央具有内螺纹孔，该内螺纹孔与输入轴206的基端部206B(参照图4)的外螺纹槽螺合，由此连结部件基座210被固定在输入轴206上。此外，输入轴206的前端向连结部件基座210的上方突出。

在连结部件基座210被安装在输入轴206上的状态下，在连结部件基座210的前部螺纹紧固有向前方侧延伸的第一连接器基座211。在连结部件基座210的后部螺纹紧固有第二连接器基座212。

倾斜传感器7是公知的陀螺仪。倾斜传感器7配置在作为其壳体发挥功能的电气安装座架202的内部，并被螺纹紧固在电气安装座架202上。倾斜传感器7是以铅直方向(上下方向)为基准检测从铅直方向的倾斜角度。

<电池单元的结构>

如图4所示，电池单元10具有：两个电池281、281；分别安装在这些电池281、281上的两个电池管理基板282、282。各电池管理基板282具有构成未图示的微型计算机的CPU和存储器，以进行各电池281、281的充放电及要使用的电池281、281的选择。

电池281、281与上部框架21上的环状部分的内部空间26的形状对应地以规定的曲率形成为弯曲状。由此，电池281、281通过上部框架21的下部开口部25而被分开地插入于上部框架21的前部内部空间26A和后部内部空间26B中，并由被螺纹紧固在上部框架21的各支承基座51L、51R上的电池托架291从下方支承。

<倒立摆控制系统的结构>

如图4所示，控制单元5包括：控制基板241，具有用于控制电动机82L、82R等的控制电路261(参照图8)；电源基板242，将从电池单元10供给的电源电压转换成规定的电压；左右的电动机驱动基板243、244，分别具有用于电动机82L、82R的PWM控制的左右的驱动电路(逆变电路)253、254(参照图8)；I/O端口基板245，具有输入端口电路265及输出端口电路266(一并参照图8)；以及冷却用的风扇247。

如图8所示，通过输入端口电路265将来自荷重传感器6、倾斜传感器7、应变传感器8L、8R的信号输入到控制电路261。该控制电路261用于进行倒立摆控制，其基于被输入的各种信号，为维持移动体1的倒立姿势而生成用于使左右驱动电路253、254进行驱动的PWM信号。

荷重传感器6将与被输入到输入轴206的荷重相应的信号输出到控制电路261。应变传感器8L、8R将与施加到踏板183L、183R的荷重相应的信号输出到控制电路261。倾斜传感器7将与自身相对于规定的基准线的倾斜相应的信号输出到控制电路261。

控制电路261基于来自荷重传感器6的信号，算出被输入到输入轴206的荷重，并对算出的荷重和规定的阈值进行比较，判定在落座单元4上是否有搭乘者H落座。另外，控制电路261基于来自应变传感器8L、8R的信号，算出施加到踏板183L、183R上的荷重，并对算出的荷重和规定的阈值进行比较，判定在踏板183L、183R上是否有搭乘者H的脚放置。而且，控制电路261基于是否在落座单元4上落座的判定结果和在踏板183L、183R上是否有脚放置的判定结果来判定移动体1上是否有搭乘者以及搭乘者的搭乘姿势。

另外，控制电路261基于来自倾斜传感器7的信号，通过规定的运算处理算出移动体1中的轴线B和铅直轴线V所成的角度即倾斜角θ(在图9(A)、(B)中示出了θ＝0的状态)。在假定前后方向为x轴、左右方向为y轴、铅直方向为z轴的xyz坐标系的情况下，倾斜角θ由向x轴方向的倾斜角即x分量θx和向y轴方向的倾斜角即y分量θy构成。

而且，控制电路261基于倾斜角θ进行倒立摆控制。在倒立摆控制中，使倾斜角θ与控制目标值即基准角θt一致，以使得移动体1整体的重心(即，不包括搭乘者H的重心Gt1或包括落座的搭乘者H的重心Gt2)位于行驶单元3(主轮85)的接地点的大致正上方。移动体1整体及包括搭乘者的重心位置随搭乘者的有无及搭乘姿势而变化，因此，在移动体1的非搭乘状态、落座搭乘状态、站立搭乘状态各状态下设定基准角θt。

控制电路261具有预先设定的多个动作模式，当判定为有操作者搭乘的情况下，选择搭乘模式来作为动作模式。而且，控制电路261根据由荷重传感器6检测出的包括搭乘者的荷重在内的移动体1整体的重心Gt2来设定移动体1的倾斜角θ的目标值(基准角θt)等，设定搭乘模式用的值来作为倒立摆控制用的各种参数。另外，控制电路261当判定为没有操作者搭乘的情况下，选择自立模式来作为动作模式，并根据不包括搭乘者的荷重的移动体1整体的重心Gt1来设定移动体1的倾斜角θ的目标值等，设定自立模式用的值来作为倒立摆控制用的各种参数。

在上述结构的移动体1中，如图9(A)所示，在搭乘者H乘车时，搭乘者H的重量施加在鞍座63L、63R上，由此，包括搭乘者H在内的移动体1的重心向前方位移(在图9(A)中用重心Gt2表示)。此时，控制电路261如图9(B)所示执行倒立摆控制，以使重心Gt2来到主轮85的接地点G0的正上方。然后，主轮85在地面G上向前方(即，朝向搭乘者H的两脚间的空间)移动。由此，即使在后方的地面G上存在障碍物(未图示)的情况下，也能够防止在该地面G上转动的主轮85与障碍物接触，且搭乘者H的乘车变得容易。尤其是，由于各鞍座63L、63R的落座面70La、70Ra向前方倾斜，所以，搭乘者H相对于鞍座63L、63R的乘坐性(坐上去的容易度)提高。另外，在搭乘者H乘车后的非行驶时，鞍座63L、63R的落座面70La、70Ra如假想线D所示成为水平。

基于特定的实施方式详细说明了本发明，但这些实施方式只不过是例示，本发明不被这些实施方式限定。例如，本发明的倒立摆型移动体特别适合独轮车，但不限于此，也可以是具有多个车轮(主轮)的结构。此外，上述实施方式所示的本发明的倒立摆型移动体的各构成要素并非全部是必需的，只要至少不脱离本发明的范围，就能够适当取舍选择。

附图标记的说明

1 倒立摆型移动体

2 框架(基体)

2A 缩颈部

3 行驶单元

4 落座单元(物体支承部)

5 倒立摆控制单元

6 荷重传感器

7 倾斜传感器

8L、8R 应变传感器

10 电池单元

11 电气安装单元

13 上部构造体

14 下部构造体

21 上部框架

22 下部框架

24 鞍座收纳部

26 内部空间

28 鞍座安装孔

29 连接凹部

30 连结孔

39 通气孔

63L、63R 鞍座

70La、70Ra 落座面

71 把手

82L、82R 电动机

84L、84R 驱动体

85 主轮

183L、183R 踏板

185 下部盖罩

186L、186R 侧罩

202 电气安装座架

205 主体部

206 输入轴

210 连结部件基座

241 控制基板

242 电源基板

243 电动机驱动基板

244 电动机驱动基板

246 气体通路

247 风扇

261 控制电路

281 电池

282 电池管理基板

Claims

1.一种倒立摆型移动体，在通过倒立摆控制维持倒立姿势的同时，在地面上移动，其特征在于，具有：

基体，对具有在所述地面上滚动的主轮的行驶单元进行保持；和

落座单元，安装在所述基体上，并支承搭乘者的臀部，

所述落座单元具有鞍座，相对于连结所述主轮的旋转中心和倒立摆型移动体的重心的轴线，至少该鞍座的中心被配置在前方。

2.如权利要求1所述的倒立摆型移动体，其特征在于，

在没有搭乘者乘坐的所述基体的倒立姿势下，所述鞍座的落座面相对于水平方向向前下方倾斜。