機構と制御系の最適設計を指向した低重心型同軸平行二輪ビークルの開発

以机构和控制系统优化设计为目标开发低重心同轴并联两轮车

• 批准号: 22K14209
• 负责人: 佐郷 幸法
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: National Institute of Technology, Toyota College
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14209/
• 关键词: 同軸平行二輪ビークル; 移動ロボット; 重心移動; 姿勢制御; メカトロニクス; 機械力学

申請者はこれまでに，車両の走行制御には車輪の駆動力を用い，車体の倒立制御にはビークルの重量物を重りとして移動させる重心移動を用いる「低重心型同軸平行二輪ビークル」を開発している．低重心型同軸平行二輪ビークルは経験的・実験的に製作されてきたため，様々な用途に適用を拡大するには仕様に合わせて寸法や重量，重心位置の制限，重心移動を行うアクチュエータなどの機構を最適に設計する必要がある．また，申請者のこれまでの研究において，本ビークルの機構だけでなく搭乗者や搬送物の寸法や質量，重心位置の違いにより，車体揺動の減衰比や固有角周波数などの挙動特性がそれぞれ異なることが明らかになっており，搭乗者や搬送物を含めた本ビークルの挙動特性の変化に対応した最適な制御系設計が必要である．令和4年度では，搭乗者や搬送物に相当する重りを様々に変更できる機構を低重心型同軸平行二輪ビークルに構築した．従来研究では，移動方向と同一方向の1軸駆動で重りを移動させて重心位置を変化させた. 本研究では，ビークルの移動方向である前後方向に加えて上下方向の駆動を増加させた2軸方向に駆動可能な「2自由度重心移動機構」を構築した．前後方向の移動はラックギヤとピニオンギヤ, 上下方向の移動はボールねじをそれぞれ使用し，DCギヤードモータを接続して駆動させる．重りの位置は高分解能のロータリエンコーダにより計測可能である．令和4年度に開発した「任意の質量の重りを任意の位置に設置可能な機構」と様々に変更可能な重りを使用することで機構や制御系の最適設計の条件に与える影響を定量的に評価することが可能になった．また，有線操作のケーブルが車体の揺動に与える影響を考慮して，無線による遠隔操作システムを構築した．

The applicant responded to this question by developing a "low center of gravity coaxial parallel two-wheel drive" for use in the vehicle's travel control, wheel power, and inverted control of the vehicle body. Low center of gravity coaxial parallel wheels are suitable for large size, combination of size and weight, restriction of center of gravity position, movement of center of gravity, optimum design of mechanism, etc. In the research of the applicant, the mechanism of this application is divided into two parts: the size of the carrier, the mass, the position of the center of gravity, the attenuation ratio of the vehicle body motion, the inherent angular frequency, and the dynamic characteristics. In the fourth year of the order, the carrier and the carrier are equivalent to each other. To study, the direction of movement and 1-axis movement in the same direction are changed. In this study, the direction of motion of the object is increased in the front-rear direction, and the movement in the up-down direction is increased in the two-axis direction. The movement in the forward and backward directions is different from that in the backward and forward directions, and the movement in the upward and downward directions is different from that in the backward and forward directions. The position of the heavy layer is high, and the decomposition energy is high. In order to achieve this goal, we will develop a quantitative evaluation of the impact of "arbitrary mass, arbitrary position, possible mechanism," more likely use, and optimal design conditions of the mechanism control system. Wired operation takes into account the influence of vehicle body movement and remote operation.