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自律走行車 コモンズ

国内特許コード P180014917
整理番号 GI-H29-43
掲載日 2018年4月27日
出願番号 特願2018-062750
公開番号 特開2018-167827
出願日 平成30年3月28日(2018.3.28)
公開日 平成30年11月1日(2018.11.1)
優先権データ
  • 特願2017-065740 (2017.3.29) JP
発明者
  • 伊藤 聡
  • 増田 裕也
  • 野原 俊平
  • 丹羽 康輔
  • 杉浦 翔哉
  • 森田 亮介
出願人
  • 国立大学法人岐阜大学
発明の名称 自律走行車 コモンズ
発明の概要 【課題】単一のモータにより走行及び操舵を行うことができる自律走行車を提供する。
【解決手段】自律走行車10は車体の前部及び後部において、時計回り方向及び反時計回り方向へそれぞれ旋回自在の前輪14及び後輪16を有する。自律走行車10は、駆動モータ22のトルクを前輪14及び後輪16に対して、相互に逆位相であって、絶対量が同じ操舵角で旋回させるトルク伝達機構30と、前輪14及び後輪16の時計回り方向及び反時計回り方向への旋回をそれぞれ同じ絶対量の規制角度で停止させる回転規制部50を有する。駆動モータ22が正転制御及び逆転制御されている際に、フライホイール部材26により車体12にヨーモーメントが付与され、このヨーモーメントによりトルクリミッタ40によってトルク伝達が遮断された後の規制角度の操舵で車体12が走行する。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要


特許文献1の二輪スケートボードは、一般的なスケートボードと相違して、二輪で不安定な車体(ボード)に乗った操縦者が、腰の捻りや前後に配置したボードを足で捩らせる動作を行うことにより、地面をけらないで車体(ボード)を推進することが行われる。



上記二輪スケートボードでは、車輪は直接駆動させない受動車輪のみから構成されており、車体(ボード)には、操縦者が車体(ボード)の中心回りにヨーモーメントを付与するという操作と、前後のボードをロール軸方向に捩ることで生じる操舵角の調節操作の2つの操作を組み合わせて走行する。



<二輪スケートボードの数理モデルについて>
ここで、図9(a)及び図9(b)を参照して、前記二輪スケートボードの数理モデルについて説明する。この数理モデルは、下記の3つの仮定を前提とする。



(1)車体(スケートボード)の平衡は常に保たれており、推進のみを考慮する。
(2)車体のロール軸回転で前後の車輪の操舵角が逆位相で変化し、その絶対量は等しい。すなわち、前後輪の操舵角は対称となる。



前記二輪スケートボードは、ロール軸周りの捻じれが車輪の操舵角を決めるため、これを操作量とすることで、車体は剛体として扱う。同時に操縦者の動きの対称性を仮定して前後の車輪の操舵角も対称とみなす。これにより車輪の操舵に必要な操作量は一つであるとみることができる。



(3)操縦者が車体に与える力は中心周りのヨーモーメントのみが作用する。
操縦者が車体中央の重心上で腰を捻っていると仮定すると、側方向にかかる力ゼロになり、車体には重心周りのヨーモーメントのみ働くと単純化できる。



上記仮定により、車体(スケートボード)を推進させるために必要な操作量は2つとなる。
以上の仮定を前提にして車体の動きはx-y座標上を動く二次元平面とすることができる。操作量は車体の中心周りのヨーモーメントτと車体のねじれの代わりに車輪の操舵角αを考えることで車体を剛体として数理モデル化できる。前後車輪を取り付けたスケートボードモデルを図9(a)及び図9(b)に示す。二輪スケートボードの運動方程式は



【数1】


となる。



【数2】




【数3】




【数4】




【数5】




【数6】


式(1)~式(6)中の記号を下記に示す。



【数7】


なお、式中、Tは転置行列である。



上記のヨーモーメントを利用して走行する自律走行車が、非特許文献1で提案されている。この自律走行車では、前記操縦者に代えて、車体(ボード)の中心回りにヨーモーメントを付与する能動機構と、前後の受動車輪の操舵角の調節を2つのモータでそれぞれ行うようにしている。



非特許文献2は、出願時の技術水準を示す他の自律走行車に関するものである。

産業上の利用分野


本発明は、自律走行車に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
車体の前部及び後部において、第1方向及び第1方向とは反対方向の第2方向へそれぞれ旋回自在にそれぞれ設けられた前輪及び後輪と、前記車体に設けられ、正転及び逆転を交互に行う単一の駆動モータと、前記駆動モータに作動連結され、前記駆動モータの正転時または逆転時に前記車体に対して相互に反対方向のヨーモーメントを付与するフライホイール部材と、前記駆動モータのトルクを前記前輪及び前記後輪に対して、相互に逆位相であって、絶対量が同じ操舵角で旋回させるトルク伝達機構と、前記前輪及び前記後輪の第1方向及び第2方向への旋回をそれぞれ同じ絶対量の規制角度で停止させる回転規制部と、を備え、前記トルク伝達機構は、前記回転規制部による前記前輪及び前記後輪の旋回の停止時に、前記前輪及び前記後輪への旋回に要する前記トルクの伝達を遮断するトルクリミッタを含み、前記駆動モータが正転及び逆転を交互に行っている際に、前記フライホイール部材により前記車体に前記ヨーモーメントが付与され、前記規制角度の操舵で走行する自律走行車。

【請求項2】
前記回転規制部は、前記トルク伝達機構に含まれる請求項1に記載の自律走行車。

【請求項3】
前記トルク伝達機構は、ベルト伝達機構を含む請求項2に記載の自律走行車。

【請求項4】
前記トルク伝達機構は、歯車機構を含み、
前記歯車機構は、前記前輪及び前記後輪に対して同じ減速比で前記トルク伝達を行う請求項2に記載の自律走行車。

【請求項5】
前記駆動モータに正転指令と逆転指令を交互に駆動モータに付与する制御部を備え、
前記正転指令及び逆転指令を前記駆動モータにそれぞれ付与する正転指令付与時間及び前記逆転指令を付与する逆転指令付与時間は、同じ時間である請求項1乃至請求項4のうちいずれか1項に記載の自律走行車。

【請求項6】
前記駆動モータに正転指令と逆転指令を交互に駆動モータに付与する制御部を備え、
前記正転指令及び逆転指令を前記駆動モータにそれぞれ付与する正転指令付与時間及び前記逆転指令を付与する逆転指令付与時間のうち、いずれか一方の付与時間は、他方の付与時間よりも長い時間である請求項1乃至請求項4のうちいずれか1項に記載の自律走行車。

【請求項7】
車体の前部及び後部において、第1方向及び第1方向とは反対方向の第2方向へそれぞれ旋回自在にそれぞれ設けられた前輪及び後輪と、
前記車体に対し旋回自在に取付られるとともに正転及び逆転を交互に行う単一の駆動モータと、
前記駆動モータに連結部を介して連結され、前記駆動モータの正転時または逆転時に前記車体に対して相互に反対方向のヨーモーメントを付与するフライホイール部材と、
前記駆動モータの正転時または逆転時に前記ヨーモーメントによって該駆動モータに作用する反力を利用して前記前輪及び前記後輪に対して相互に逆位相であって、絶対量が同じ操舵角で旋回させる前後輪逆位相旋回機構と、
前記前輪及び前記後輪の第1方向及び第2方向への前記反力による旋回をそれぞれ同じ絶対量の規制角度で停止させる回転規制部と、を備え、
前記駆動モータが正転及び逆転を交互に行っている際に、前記回転規制部によって前記前輪及び前記後輪の規制角度で停止した以後は、前記フライホイール部材により前記車体に前記ヨーモーメントが付与されて前記規制角度の操舵で走行する自律走行車。

【請求項8】
前記連結部は、前記フライホイール部材を自由旋回自在に支持し、
前記フライホイール部材と、前記連結部との間には、前記フライホイール部材が相互に反対方向に旋回する際に交互に蓄力及び蓄力を開放する一対の付勢部材が連係されている請求項7に記載の自律走行車。

【請求項9】
前記フライホイール部材には、荷物積載部が付設されている請求項1乃至請求項8のうちいずれか1項に記載の自律走行車。

【請求項10】
前記駆動モータに対して、相互に同じ回転量とした正転指令と逆転指令を交互に付与することにより、前記車体を蛇行させながら直進走行させる制御部を備える請求項7乃至請求項9のうちいずれか1項に記載の自律走行車。

【請求項11】
前記駆動モータに対して、前記フライホイール部材に偏り旋回する正転指令と逆転指令を交互に付与することにより、前記車体を蛇行させながら旋回走行させる制御部を備える請求項7乃至請求項9のうちいずれか1項に記載の自律走行車。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2018062750thum.jpg
出願権利状態 公開
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