[发明专利]移动方向控制装置及计算机程序

说明书

技术领域

本发明涉及即使是单轮车、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。

背景技术

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yaw direction)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

发明内容

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。

本发明是鉴于上述问题而发明的，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，第一发明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，第二发明的移动方向控制装置的特征在于，在第一发明中，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，第三发明的移动方向控制装置的特征在于，在第二发明中，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，第四发明的移动方向控制装置的特征在于，在第二发明中，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。