平成 22 年度日本大学理工学部学術講演会論文集 K6-84 運動解析のための自転車ロボットの製作 Development of the standing stability bicycle robot for motion analysis ○古田土直也 1，有松寛章 1，河村直紀 1，杉山嘉英 2，富永茂 3，岡野道治 3 *Naoya Kodato, Hiroaki Arimatsu, Naoki Kawamura, Yoshihide Sugiyama, Shigeru Tominaga, Michiharu Okano Bicycle is an easy transportation tool. But the safety precaution and the analysis are made some studied. And the rider may greatly influence the bicycle when we think about the system of the bicycle. It is necessary to think as a bicycle-rider system and we reproduce the movement of the bicycle when the rider controlled. We consider that the mechanism can control the steer part, and produce the standing stability bicycle robot. １．序論自転車ロボットは市販の折りたたみ自転車にモータ自転車は手軽な移動手段であるが四輪車と比較するセンサ等を搭載し改造することにより製作する．そのと安全対策や解析があまり行われていないのが現状で全体図を Figure 1.に示す．Figure 2.に操舵機構，Figure 3 ある．そこで自転車の運動特性の把握し運動の解析をに.駆動機構，Figure 4.に全体のシステムの接続図に関行う事とした．して示す．自転車の運動システムを考える場合自転車単体では直進走行においても不安定であるためライダによる操縦の影響を大きく受ける事を考慮しなければならない．そのため運動システムは自転車－ライダ系として考え３．操舵機構自転車走行時の方向安定を行うための操舵機構の組立図を Figure 2.に示す．なければならない．またライダは姿勢安定，方向安定の２つの操作によって自転車の動きを安定させている．姿勢安定はライダの上半身の左右の重心移動によって行われる安定であり，方向安定はハンドルの操作によって行われる安定である．そこで今回は自転車のハンドルを操作する事で方向安定を制御できる機構を考案し直立安定自転車ロボットを製作する．そしてライダ操縦時の自転車の直進運動を再現，制御することで自転車の運動特性の解析を行う．２．自転車ロボット Figure 2. Assembly drawing of control mechanism 構造としては自転車のサドル部分にモータを取り付け，そのモータに取り付けたシャフトとハンドル部をジョイントを用いて別のシャフトと接続しモータからの動力を伝達する．モータとハンドルをプーリー等を介してベルトで接続するのではなくシャフトで接続した理由としてはベルトを用いて接続した場合，滑り等によりモータからの動力伝達に誤差が生じる可能性があったためシャフトを用いての動力伝達を考案した．モータに取り付けたシャフトとハンドル部は平行になるように設置する．平行に設置しなかった場合，モータからハンドルへの動力伝達がスムーズに行われなくなるため平行に設置する事とした．操舵機構の寸法を Figure1. Overview of bicycle robot １：日大理工・学部・機械２：日大理工・院・機械３：日大理工・教員・機械 905 平成 22 年度日本大学理工学部学術講演会論文集を基に AC サーボモータを用いて出力する．走行速度 Table 1.に示す．に応じた制御を行うために走行速度毎の操舵角とロール角のデータを解析し制御プログラムに組み込む． Table 1. Specifications Names Length[mm] Handle 550 Shaft (Attach to motor) Shaft(use to connect) 545 600 ４．駆動機構自転車走行時の駆動機構を Figure 3.に示す．駆動機構としては，DC サーボモータを自転車の荷台に取り付け走行速度を変化させる．走行速度の設定は電源電圧を 0~5[V]の間で変化させる事によって行う．また速度 Figure4. Connection diagram の算出は駆動用モータから 1 回転につき 30 パルスを出力させ出力パルス数をカウンタで測定しその値とタイ６．今後の展開ヤの寸法を用いて算出する．モータとタイヤの回転数を等しくするために２つの CAD で作成した操舵機構の組み立てを行う．またプギア比を等しくした．出力可能な走行速度は，ログラムを作成し操舵機構の制御を可能にする．その 0.85~4.27[m/s]の間となっている．4.27[m/s]は時速に直後操舵機構の動作確認のために操舵角の測定を行う．すと 15.4[km/h]であり実際に人が自転車で走行する場また人による自転車での走行により近づけるために，合での平均速度と近い値である．自転車の運動特性のロール角の制御も必要となるためジャイロセンサでの解析を行うにあたり人による自転車での平均走行速度測定も行う．ジャイロセンサによって測定されたローに近づける事と，低速時のデータを測定する必要があル角にはドリフトが生じる．そのためドリフトの補正ったため出力速度範囲をこのように設定した．方法の検討を行う．実際に人が乗車している状態での直進走行実験も行い直立安定走行ロボットの製作後に人が乗車時の実験データと比較する．そして自転車ロボットによりライダ操縦時の自転車の運動特性の解析が可能か検討する．その後比較により生じた問題点を考慮し制御プログラムの改善を行い自転車の直立安定走行を実現する．７．参考文献 [1] 佐口太一，高橋正樹，吉田和夫：「自律走行自転車ロボットの安定化走行制御」，日本機械学会，2006 年発行 [2]永井正夫：「低速時における二輪車の走行制御」，自動車技術会，1986 年発行 Figure3. Drive mechanism [3]景山一郎，宮岸俊一，馬場雅之，内山一：「二輪車を操縦するロボットの構築」，自動車技術会，2004 年発５．接続方法自転車走行時に制御を行うための接続図を Figure 4. に示す．ロール角の測定はジャイロセンサで行う．そして測定した値と制御プログラムより出力した操舵角 906 行