JP6020328B2 - 移動体制御装置、移動体制御方法、及び制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、倒立状態を維持して走行する倒立型移動体の制御を行う移動体制御装置、移動体制御方法、及び制御プログラムに関するものである。

移動体の倒立状態を維持しつつその傾斜に応じて、前後進などの所望の走行を行う倒立型移動体が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特表２０１０−５００２２０号公報

ところで、上述の倒立型移動体においては、例えば、制動を行う場合に倒立型移動体を進行方向と逆方向に傾斜する必要が生じる。一方、倒立型移動体の移動速度が速い状態のとき、倒立型移動体は進行方向に大きく傾斜している。そのため、この状態から制動を行う場合、素早く進行方向の逆方向に倒立型移動体を傾斜させることが困難となり、制動距離が伸びる虞がある。なお、制動を容易にするため、移動体の傾斜の大きさを常時制限する制御を行った場合、倒立型移動体の速度が制限されることとなる。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、通常時の倒立型移動体の移動速度を制限することなく、制動距離が短い制動を行うことができる移動体制御装置、移動体制御方法、及び制御プログラムを提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、倒立型移動体の姿勢角を検出する姿勢角検出手段と、前記姿勢角検出手段により検出された姿勢角に基づいて前記倒立型移動体の姿勢角速度指令値を生成する指令値生成手段と、前記指令値生成手段により生成された前記姿勢角速度指令値に基づいて前記倒立型移動体の駆動を制御する制御手段と、を備える移動体制御装置であって、前記倒立型移動体が所定時間以上、一定方向に進行しているか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により前記所定時間以上、一定方向に進行していると判定されたとき、前記指令値生成手段により生成された姿勢角速度指令値を加減する加減速指令手段と、を備えることを特徴とする移動体制御装置である。
この一態様において、前記加減速指令手段は、正弦波状の加減速指令値を生成しており、前記加減速指令手段により生成された正弦波状の加減速指令値と、前記指令値生成手段により生成された姿勢角速度指令値と、を加算する加算手段を更に備えていてもよい。
この一態様において、前記加減速指令手段は、前記判定手段により前記所定時間以上、一定方向に進行していると判定されたとき、前記倒立型移動体の重心位置の平均移動速度が一定となるように、前記指令値生成手段により生成された姿勢角速度指令値を加減してもよい。
この一態様において、前記加減速指令手段は、前記判定手段により前記所定時間以上、一定方向に進行していると判定されたとき、前記指令値生成手段により生成された姿勢角速度指令値を加減し前記倒立型移動体の駆動車輪の移動速度を加減することで、該倒立型移動体の傾きを搖動させてもよい。
この一態様において、前記加減速指令手段は、前記倒立型移動体が移動する環境情報に応じて、前記正弦波状の加減速指令値の周期を増減させてもよい。
この一態様において、前記加減速指令手段は、前記倒立型移動体が屋内環境を移動していると判断したとき、前記正弦波状の加減速指令値の周期を減少させ、前記倒立型移動体が屋外環境を移動していると判断したとき、前記正弦波状の加減速指令値の周期を増加させてもよい。
この一態様において、前記倒立型移動体の走行情報を記憶する記憶手段を更に備え、前記加減速指令手段は、前記記憶手段に記憶された前記倒立型移動体の走行情報に応じて、前記正弦波状の加減速指令値の周期を増減させてもよい。
この一態様において、前記加減速指令手段は、前記倒立型移動体の走行情報の変動が大きいとき、前記正弦波状の加減速指令値の周期を減少させ、前記倒立型移動体の走行情報の変動が小さいとき、前記正弦波状の加減速指令値の周期を増加させてもよい。
この一態様において、前記倒立型移動体の走行情報は、該倒立型移動体の姿勢角、姿勢角速度、姿勢角加速度、移動距離、移動速度、及び移動加速度のうち少なくとも１つを含んでいても良い。
この一態様において、前記加減速指令手段は、前記判定手段により前記所定時間以上、一定方向に前進、後進又は旋回していると判定されたとき、前記指令値生成手段により生成された姿勢角速度指令値を加減してもよい。
この一態様において、搭乗者が搭乗し、左右方向に傾斜するステップ部と、前記ステップ部を左右方向へ傾斜させる駆動手段と、を更に備え、前記加減速指令手段は、前記判定手段により前記所定時間以上、一定方向に旋回していると判定されたとき、前記指令値生成手段により生成された姿勢角速度指令値を加減しつつ、前記駆動手段を制御して前記ステップ部の傾斜を制御してもよい。
この一態様において、前記加減速指令手段は、前記生成した正弦波状の加減速指令値が負値のとき、前記駆動手段を制御して、前記ステップ部の傾斜角を旋回外側へ減少させ、前記生成した正弦波状の加減速指令値が正値のとき、前記駆動手段を制御して、前記ステップ部の傾斜角を旋回内側へ増加させてもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、倒立型移動体の姿勢角を検出するステップと、前記検出された姿勢角に基づいて前記倒立型移動体の姿勢角速度指令値を生成するステップと、前記生成された姿勢角速度指令値に基づいて前記倒立型移動体の駆動を制御するステップと、を含む移動体制御方法であって、前記倒立型移動体が所定時間以上、一定方向に進行しているか否かを判定するステップと、前記所定時間以上、一定方向に進行していると判定されたとき、前記生成された姿勢角速度指令値を加減するステップと、を含むことを特徴とする移動体制御方法であってもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、検出された倒立型移動体の姿勢角に基づいて前記倒立型移動体の姿勢角速度指令値を生成する処理と、前記生成された姿勢角速度指令値に基づいて前記倒立型移動体の駆動を制御する処理と、前記倒立型移動体が所定時間以上以上、一定方向に進行しているか否かを判定する処理と、前記所定時間以上、一定方向に進行していると判定されたとき、前記生成された姿勢角速度指令値を加減する処理と、をコンピュータに実行させることを特徴とする制御プログラムであってもよい。

本発明によれば、通常時の倒立型移動体の移動速度を制限することなく、制動距離が短い制動を行う移動体制御装置、移動体制御方法、及び制御プログラムを提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る倒立型移動体を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る移動体制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。 倒立型移動体の傾きの搖動を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る移動体制御装置による制御方法の制御処理フローを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３に係る制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態４に係る制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。本発明の実施の形態１に係る移動体制御装置は、例えば、図１に示すような倒立状態を維持して走行する倒立型移動体１の走行を制御するものである。

倒立型移動体１は、例えば、車両本体２と、車両本体２に取り付けられ搭乗者が搭乗する左右一対のステップ部３と、車両本体２に傾動可能に取り付けられ搭乗者が把持する操作ハンドル４と、車両本体２に回転可能に取り付けられた左右一対の駆動車輪５と、を備えている。

倒立型移動体１は、例えば、各駆動車輪５が同軸状に配置され、倒立状態を維持して走行する同軸二輪車として構成されている。倒立型移動体１は、搭乗者の重心を前後に移動させ、車両本体２の各ステップ部３を前後に傾斜させることで前後進を行い、搭乗者の重心を左右に移動させ、車両本体２のステップ部３を左右に傾斜させることで左右旋回を行うように構成されている。なお、倒立型移動体１としては、上述したような同軸二輪車が適用されているが、これに限らず、倒立状態を維持して走行する任意の移動体に適用可能である。

図２は、本実施の形態１に係る移動体制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施の形態１に係る移動体制御装置１０は、各駆動車輪５を駆動する一対の車輪駆動ユニット６と、車両本体２の姿勢を検出する姿勢センサ７と、各駆動車輪５の回転情報を検出する一対の回転センサ８と、各車輪駆動ユニット６を制御する制御装置９と、搭乗者の各ステップ部３への足の乗降を検出する一対のステップセンサ１３と、を備えている。

各車輪駆動ユニット６は、車両本体２に内蔵されており、左右一対の駆動車輪５を夫々駆動する。各車輪駆動ユニット６は、一対の駆動車輪５を独立して回転駆動することができる。各車輪駆動ユニット６は、例えば、モータ６１と、モータ６１の回転軸に動力伝達可能に連結された減速ギア６２と、によって構成することができる。

姿勢センサ７は、姿勢角検出手段の一具体例であり、車両本体２に設けられ、車両本体２や操作ハンドル４等の姿勢角（傾斜角度）、姿勢角速度（傾斜角速度）、姿勢角加速度（傾斜角加速度）などの姿勢情報を検出する。姿勢センサ７は、倒立型移動体１の走行時における姿勢情報を検出するのもで、例えば、ジャイロセンサ、加速度センサなどから構成されている。搭乗者が操作ハンドル４を前方または後方に傾けると、各ステップ部３が同方向に傾くことになるが、この姿勢センサ７は、かかる傾斜に対応した姿勢情報を検出する。姿勢センサ７は、検出した姿勢情報を制御装置９に対して出力する。

各回転センサ８は、各駆動車輪５などに夫々設けられ、各駆動車輪５の回転角度、回転角速度、回転角加速度など回転情報を検出できる。各回転センサ８は、例えば、ロータリーエンコーダ、レゾルバ、などで構成されている。各回転センサ８は、検出した回転情報を制御装置９に出力する。

制御装置９は、移動体１に搭載された各種センサから出力される検出値に基づいて、各車輪駆動ユニット６を駆動制御するための制御信号を生成し、出力する。制御装置９は、例えば、姿勢センサ７から出力される姿勢情報、各回転センサ８から出力される各駆動車輪５の回転情報等に基づいて所定の演算処理を実行し、必要な制御信号を各車輪駆動ユニット６に対して出力する。制御装置９は、各車輪駆動ユニット６を制御することで、例えば、倒立型移動体１の倒立状態を維持する倒立制御を実行する。

なお、制御装置９は、例えば、制御処理、演算処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、ＣＰＵ９１によって実行される演算プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）からなるメモリ９２、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）９３、などからなるマイクロコンピュータを、中心にしてハードウェア構成されている。ＣＰＵ９１、メモリ９２、及びインターフェイス部９３は、データバス９４などを介して相互に接続されている。

ところで、例えば、倒立型移動体が制動を行う場合に、その姿勢を進行方向と逆方向に傾斜させる必要が生じる。一方、倒立型移動体の移動速度が速い状態のとき、倒立型移動体は進行方向に大きく傾斜している。そのため、この状態から制動を行う場合、素早く進行方向の逆方向に倒立型移動体を傾斜させることが困難となり、制動距離が伸びる虞がある。なお、制動を容易にするため、例えば、倒立型移動体の傾斜の大きさを常時制限する制御を行った場合、倒立型移動体の速度が制限されることとなる。

そこで、本実施の形態１においては、倒立型移動体１が所定時間以上、一定方向に進行しているとき、姿勢角速度指令値を加減し駆動車輪５の移動速度を加減することで、倒立型移動体１の傾きを搖動させる（図３）。これにより、搭乗者は、倒立型移動体１が周期的に後傾したタイミングで、容易に制動を行うことができるため、制動距離を短縮することができる。さらに、上述の如く、倒立型移動体１の傾きを意図的に搖動させるだけなので、通常時の倒立型移動体１の移動速度を制限する必要もない。

ここで、上述した制御を実現するための本実施の形態１に係る制御装置９の構成について詳細に説明する。図４は、本実施の形態１に係る制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施の形態１に係る制御装置９は、倒立制御演算部９５と、判定部９６と、加減速指令演算部９７と、加算部９８と、モータ制御部９９と、を有している。

倒立制御演算部９５は、指令値生成手段の一具体例であり、姿勢センサ７から出力される車両本体２の姿勢角に基づいて、倒立型移動体１が倒立状態を維持するような倒立型移動体１の姿勢角速度の指令値（以下、姿勢角速度指令値と称す）を生成する。倒立制御演算部９５は、生成した姿勢角速度指令値を判定部９６及び加算部９８に出力する。

判定部９６は、判定手段の一具体例であり、倒立型移動体１が所定時間以上、一定方向に進行しているか否かを判定する。

判定部９６は、例えば、姿勢センサ７から出力される車両本体２の姿勢角と、倒立制御演算部９５から出力される姿勢角速度指令値と、に基づいて、倒立型移動体１が所定時間（例えば、３秒程度の短時間）以上、一定方向に進行しているか否かを判定する。判定部９６は、各回転センサ８から出力される回転情報に基づいて、倒立型移動体１の移動速度を算出し、算出した移動速度に基づいて倒立型移動体１が所定時間以上、一定方向に進行しているか否かを判定してもよい。

なお、上記所定時間は、倒立型移動体１が移動する周辺環境及び走行情報に基づいて最適値が設定される。例えば、倒立型移動体１が屋内などの比較的障害物が多い環境で走行する場合は、所定時間を通常より短く設定する。一方、倒立型移動体１が屋外などの比較的障害物が少ない環境で走行する場合は、所定時間を通常より長く設定する。例えば、制御装置９に蓄積された倒立型移動体１の走行情報（移動速度、移動加速度など）に基づいて、その走行情報の変動が大きい場合は、所定時間を通常より短く設定する。一方、制御装置９に蓄積された倒立型移動体１の走行情報に基づいて、その走行情報の変動が小さい場合は、所定時間を通常より長く設定する。また、上記一定方向とは、例えば、一定方向に前進及び後進すること、及び、一定方向に旋回することを含むものとする。

判定部９６は、例えば、姿勢センサ７から出力される車両本体２の姿勢角と、倒立制御演算部９５から出力される姿勢角速度指令値と、に基づいて、倒立型移動体１が所定時間以上、一定方向に進行していると判定したとき、その旨を示すオン信号を加減速指令演算部９７に出力する。

加減速指令演算部９７は、加減速指令手段の一具体例であり、判定部９６により倒立型移動体１が所定時間以上、一定方向に進行していると判定されたとき、倒立制御演算部９５により生成された姿勢角速度指令値を加減する。例えば、加減速指令演算部９７は、正弦波状の加減速指令値を生成しており、判定部９６からオン信号を受信すると、生成した加減速指令値を加算部９８に出力する。加算部９８は、加減速指令演算部９７から加減速指令値が出力されると、その正弦波状の加減速指令値を、倒立制御演算部９５から出力される姿勢角速度指令値に加算する。これにより、倒立型移動体１が所定時間以上、一定方向に進行しているとき、倒立制御演算部９５により生成された姿勢角速度指令値が加減される。

加減速指令演算部９７は、例えば、下記（１）式を用いて正弦波状の加減速指令値を生成する。下記（１）式において、Ａは予め設定された加減速指令値（姿勢角速度指令値）の振幅［ｒａｄ／ｓ］である。Ｔは予め設定された加減速指令値（姿勢角速度指令値）の周期［ｓ］である。
加減速指令値＝Ａ・ｓｉｎ（２π／Ｔ）ｔ （１）式
加減速指令演算部９７は、判定部９６からオン信号を受信すると、上記（１）式を用いて算出した加減速指令値を加算部９８に出力する。

加算部９８は、加減速指令演算部９７から加減速指令値が出力されないとき、倒立制御演算部９５から出力される姿勢角速度指令値をそのままモータ制御部９９に出力する。この場合、倒立型移動体１は、その姿勢角速度指令値に従って、通常の倒立制御を行う。

一方、加算部９８は、加減速指令演算部９７から正弦波状の加減速指令値が出力されると、その出力された加減速指令値と、倒立制御演算部９５から出力される姿勢角速度指令値と、を下記（２）式で加算して、補正後の姿勢角速度指令値を算出する。
補正後の姿勢角速度指令値＝加減速指令値＋姿勢角速度指令値 （２）式

これにより、加算部９８は、補正された姿勢角速度指令値を算出し、モータ制御部９９に出力する。この場合、倒立型移動体１は、その補正された姿勢角速度指令値に従って、その傾きを搖動させつつ倒立制御を行う（図３）。

なお、加減速指令演算部９７は、倒立型移動体１の重心位置Ｇの平均移動速度が一定となるように、上述したような正弦波状の加減速指令値を加算部９５に出力し、倒立制御演算部９５から出力される姿勢角速度指令値を加減する。この場合、図３に示す如く、駆動車輪５は加減を繰り返し、倒立型移動体１の傾きは搖動するが、重心位置Ｇは略一定速度となる。したがって、搭乗は倒立型移動体１の傾きが搖動した場合でも違和感を感じ難くく、走行フィーリングを良好に維持できる。

モータ制御部９９は、加算部９８から出力される姿勢角速度指令値に基づいて、各車輪駆動ユニット６を制御するための制御信号を生成し、各車輪駆動ユニット６に対して出力する。各車輪駆動ユニット６のモータ６１は、モータ制御部９９から出力される制御信号に応じて各駆動車輪５を回転駆動させる。

図５は、本実施の形態１に係る移動体制御装置による制御方法の制御処理フローを示すフローチャートである。なお、図５に示す制御処理は、所定時間毎に繰り返し実行される。

姿勢センサ７は、車両本体２の姿勢角を検出し（ステップＳ１０１）、制御装置９の倒立制御演算部９５及び判定部９６に出力する。

倒立制御演算部９５は、姿勢センサ７から出力される車両本体２の姿勢角に基づいて、姿勢角速度指令値を生成し（ステップＳ１０２）、判定部９６及び加算部９８に出力する。

判定部９６は、姿勢センサ７から出力される車両本体２の姿勢角と、倒立制御演算部９５から出力される姿勢角速度指令値と、に基づいて、倒立型移動体１が所定時間以上、一定方向に進行しているか否かを判定する（ステップＳ１０３）。

判定部９６は、倒立型移動体１が所定時間以上、一定方向に進行していると判定したとき（ステップＳ１０３のＹＥＳ）、その旨を示すオン信号を加減速指令演算部９７に出力する。加減速指令演算部９７は、判定部９６からオン信号を受信すると、上記（１）式を用いて正弦波状の加減速指令値を算出し（ステップＳ１０４）、加算部９８に出力する。加算部９８は、加減速指令演算部９７から出力された加減速指令値と、倒立制御演算部９５から出力される姿勢角速度指令値と、を加算して、補正後の姿勢角速度指令値を算出し（ステップＳ１０５）、モータ制御部９９に出力する。

一方、判定部９６が、倒立型移動体１が所定時間以上、一定方向に進行していないと判定したとき（ステップＳ１０３のＮＯ）、本制御処理を終了する。

モータ制御部９９は、加算部９８から出力される姿勢角速度指令値に基づいて、各車輪駆動ユニット６を制御する（ステップＳ１０６）。

以上、本実施の形態１に係る移動体制御装置１０において、倒立型移動体１が所定時間以上、一定方向に進行しているとき、姿勢角速度指令値を加減する。これにより、倒立型移動体１が周期的に後傾したタイミングで、容易に制動を行うことができ、制動距離を短縮することができる。さらに、上述の如く、倒立型移動体１の傾きを意図的に搖動させるだけなので、通常時の倒立型移動体１の移動速度を制限する必要もない。すなわち、通常時の倒立型移動体１の移動速度を制限することなく、制動距離が短い制動を行うことができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２においては、倒立型移動体１が移動する周辺環境に応じて、正弦波状の加減速指令値の周期を増減させる点を特徴とする。図３に示す如く、倒立型移動体１が一定時間以上、一定方向に進行しているとき、その傾きが搖動する。この状態において、倒立型移動体１が後傾し容易に制動可能となるタイミング（以下、制動タイミングと称す）が周期的に生じることとなる。

本実施の形態２において、加減速指令演算部９７は、倒立型移動体１の周辺環境に応じて、正弦波状の加減速指令値の周期を増減させ、上記制動タイミングの長さをその周辺環境に最適な長さに調整する。

例えば、屋内などの障害物の多い周辺環境において搭乗者は比較的短い周期（高頻度）で倒立型移動体１を制動させることが予測される。したがって、この短い周期の制動に合わせて、正弦波状の加減速指令値の周期を短く設定するのが好ましい。

加減速指令演算部９７は、例えば、倒立型移動体１の現在位置情報に基づいて、倒立型移動体１が屋内を走行していると判断したときは、上記（１）式の周期Ｔを減少させる。これにより、上記制動タイミングが比較的短い周期で生じるため、搭乗者はその短い周期の制動タイミングに合わせて機敏に制動を行うことが可能となる。

一方、屋外などの障害物の少ない周辺環境（長い距離直進する環境など）において、搭乗者は比較的長い周期（低頻度）で倒立型移動体１を制動させることが予測される。したがって、この長い周期の制動に合わせて、正弦波状の加減速指令値の周期を長く設定するのが好ましい。

加減速指令演算部９７は、例えば、倒立型移動体１の現在位置情報に基づいて、倒立型移動体１が屋外を走行していると判断したときは、上記（１）式の周期Ｔを増加させる。これにより、上記制動タイミングが比較的長い周期で生じる。搭乗者はその長い周期の制動タイミングに合わせて、確実に制動を行うことができる。

なお、加減速指令演算部９７は、例えば、各回転センサ８から出力される回転情報に基づいて倒立型移動体１の移動距離及び移動方向を算出し、算出した移動距離及び移動方向と予め設定された地図情報と、に基づいて上記倒立型移動体１の現在位置情報を算出することができる。あるいは、加減速指令演算部９７は、倒立型移動体１に搭載されたＧＰＳ（Global Positioning System）装置１１から出力される位置情報に基づいて上記倒立型移動体１の現在位置情報を算出してもよく（図６）、任意の方法を用いて、上記倒立型移動体１の現在位置情報することができる。

さらに、加減速指令演算部９７は、カメラ１２により撮影される倒立型移動体周辺の画像情報に基づいて、倒立型移動体周辺の障害物を検出し、その周辺環境における障害物の密度を算出してもよい。加減速指令演算部９７は、算出した障害物の密度が所定閾値以上で高いと判断したとき、上記（１）式の周期Ｔを増加させる。一方、加減速指令演算部９７は、算出した障害物の密度が所定閾値以下で低いと判断したとき、上記（１）式の周期Ｔを減少させる。

本実施の形態２において、他の構成は上記実施の形態１と略同一であるため、同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

以上、本実施の形態２において、倒立型移動体１が移動する周辺環境に応じて、正弦波状の加減速指令値の周期を増減させる。これにより、倒立型移動体１の周辺環境に応じて、正弦波状の加減速指令値の周期を増減させることで、倒立型移動体１が後傾し容易に制動可能となる制動タイミングをその周辺環境に最適な長さに調整できる。したがって、通常時の倒立型移動体１の移動速度を制限することなく、制動距離がより短い制動を行うことができる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３においては、倒立型移動体１の走行情報に応じて、加減速指令演算部９７により算出される正弦波状の加減速指令値の周期を増減させる点を特徴とする。

例えば、倒立型移動体１の過去の走行情報（姿勢角、姿勢角速度、姿勢角加速度、回転角度、回転角速度、回転角加速度、移動速度、移動加速度、移動距離など）の変動が大きい場合、搭乗者は比較的短い周期で制動を行うことが予測される。したがって、この短い周期の制動に合わせて、正弦波状の加減速指令値の周期を短く設定するのが好ましい。一方、倒立型移動体１の走行情報の変動が小さい場合、搭乗者は比較的長い周期で制動を行うことが予測される。したがって、この長い周期の制動に合わせて、正弦波状の加減速指令値の周期を長く設定するのが好ましい。

加減速指令演算部９７は、例えば、過去の倒立型移動体１の移動速度の情報に基づいて、移動速度の変動が大きい（変動量が第１所定閾値以上）と判断したときは、上記（１）式の周期Ｔを減少させる。これにより、上記制動タイミングが比較的短い周期で生じるため、搭乗者はその短い周期の制動タイミングに合わせて機敏に制動を行うことが可能となる。

一方、加減速指令演算部９７は、例えば、過去の倒立型移動体１の移動速度の情報に基づいて、移動速度の変動が小さい（変動量が第２所定閾値以下）と判断したときは、上記（１）式の周期Ｔを増加させる。これにより、上記制動タイミングが比較的長い周期で生じる。搭乗者はその長い周期の制動タイミングに合わせて、確実に制動を行うことができる。

なお、倒立型移動体１には、例えば、走行中の倒立型移動体１の走行情報を蓄積するドライブレコーダ（記憶手段の一具体例）１３などが搭載されている（図７）。加減速指令演算部９７は、このドライブレコーダ１３に蓄積された過去の倒立型移動体１の走行情報を用いて、上記走行情報の変動を判定することができる。

本実施の形態３において、他の構成は上記実施の形態１と略同一であるため、同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

以上、本実施の形態３において、倒立型移動体１の走行情報に応じて、正弦波状の加減速指令値の周期を増減させる。これにより、倒立型移動体１の走行情報に応じて、正弦波状の加減速指令値の周期を増減させることで、倒立型移動体１が後傾し容易に制動可能となる制動タイミングをその走行情報に合わせた長さに調整できる。したがって、通常時の倒立型移動体１の移動速度を制限することなく、制動距離がより短い制動を行うことができる。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４においては、倒立型移動体１が所定時間以上、一定方向に旋回しているとき、姿勢角速度指令値を加減して傾きを搖動させつつ、車両本体２の各ステップ部３の傾斜を制御する点を特徴とする。

各ステップ部３は、例えば、車両本体２の平行リンク機構１４によって、ロール方向へ姿勢変更可能に夫々支持されている（図８）。この平行リンク機構１４は、互いに平行をなして上下に配置された車体上部材及び車体下部材と、互いに平行をなして左右に配置されると共に車体上部材及び車体下部材と回動可能に連結された一対の側面部材と、を有している。車体上部材と車体下部材との間には、車体上部材及び車体下部材と一対の側面部材とがなす角度をそれぞれ直角に維持するように、ばね力を発生する一対のコイルばねが介在されている。この平行リンク機構により、搭乗者が左右方向へ重心移動を行うと、この重心移動に応じて、各ステップ部３が左右方向に平行に傾斜する。なお、上述した平行リンク機構１４の構成は一例であり、これに限らず、各ステップ部３を平行に傾斜させられれば任意の構成が適用可能である。

平行リンク機構１４には、例えば、平行リンク機構１４を平行に傾斜させるアクチュエータ（駆動手段の一具体例）１５が設けられている。アクチュエータ１５は、制御装置９の加減速指令演算部９７から出力される制御信号に応じて、平行リンク機構１４を傾斜させることで、各ステップ部３を傾斜させる。

ここで、倒立型移動体１の旋回中において、加減速指令演算部９７が姿勢角速度指令値を加減させると、この倒立移動体１の加減速度に応じて搭乗者に対する遠心力も変動する。したがって、この搭乗者に対する遠心力の変動を打ち消す方向に車両本体２の各ステップ部３の傾斜を制御するのが好ましい。これにより、倒立型移動体１の旋回中において、姿勢角速度指令値を加減させたときでも、その遠心力の変動による影響を抑制し、倒立型移動体１の安定性を向上させることができる。

例えば、加減速指令演算部９７から加減速指令値が負値となるときは、姿勢角速度指令値が減少し倒立型移動体１の移動速度が減速される。このとき、搭乗者に対する遠心力も減少する。したがって、その遠心力の減少を打ち消すように、車両本体２の各ステップ部３の傾斜角（旋回内側への傾斜）を減少させる制御を行うのが好ましい。この場合、加減速指令演算部９７は、算出して加減速指令値が負値であると判断すると、アクチュエータを制御して、車両本体２の各ステップ部３の傾斜角を旋回外側へ減少させる制御を行う。

一方、加減速指令演算部９７から加減速指令値が正値となるときは、姿勢角速度指令値が増加し倒立型移動体１の移動速度が加速される。このとき、搭乗者に対する遠心力も増加する。したがって、その遠心力の増加を打ち消すように、車両本体２の各ステップ部３の傾斜角（旋回内側への傾斜）を増加させる制御を行う。この場合、加減速指令演算部９７は、算出した加減速指令値が正値であると判断すると、アクチュエータを制御して、車両本体２の各ステップ部３の傾斜角を旋回内側へ増加させる制御を行う。

本実施の形態４において、他の構成は上記実施の形態１と略同一であるため、同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

以上、本実施の形態４において、倒立型移動体が所定時間以上、一定方向に旋回している判断したとき、姿勢角速度指令値を加減して傾きを搖動させつつ、車両本体２の各ステップ部３の傾斜を制御する。これにより、倒立型移動体１が旋回中において、姿勢角速度指令値を加減させたときの遠心力の変動による影響を抑制し、倒立型移動体１の安定性を向上させることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

本発明は、例えば、図５に示す処理を、ＣＰＵ９１にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。

プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。

また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

１ 倒立型移動体
２ 車両本体
３ ステップ部
４ 操作ハンドル
５ 駆動車輪
６ 車輪駆動ユニット
７ 姿勢センサ
８ 回転センサ
９ 制御装置
１０ 移動体制御装置
９５ 倒立制御演算部
９６ 判定部
９７ 加減速指令演算部
９８ 加算部
９９モータ制御部

Claims (11)

1. 倒立型移動体の姿勢角を検出する姿勢角検出手段と、
   前記姿勢角検出手段により検出された姿勢角に基づいて前記倒立型移動体の姿勢角速度指令値を生成する指令値生成手段と、
   前記指令値生成手段により生成された前記姿勢角速度指令値に基づいて前記倒立型移動体の駆動を制御する制御手段と、を備える移動体制御装置であって、
   前記倒立型移動体が所定時間以上、一定方向に進行しているか否かを判定する判定手段と、
   正弦波状の加減速指令値を生成し、該生成した正弦波状の加減速指令値と、前記指令値生成手段により生成された姿勢角速度指令値と、を加算することで、前記指令値生成手段により生成された姿勢角速度指令値を加減する加減速指令手段と、を備え、
   前記加減速指令手段は、前記判定手段により前記所定時間以上、一定方向に進行していると判定されたとき、前記倒立型移動体の重心位置の平均移動速度が一定となるように、前記指令値生成手段により生成された姿勢角速度指令値を加減し前記倒立型移動体の駆動車輪の移動速度を加減することで前記倒立型移動体の傾きを搖動させ、前記倒立型移動体が後傾し容易に制動可能となる制動タイミングを周期的に生じさせる
   ことを特徴とする移動体制御装置。
2. 請求項１記載の移動体制御装置であって、
   前記加減速指令手段は、前記倒立型移動体が移動する環境情報に応じて、前記正弦波状の加減速指令値の周期を増減させる、ことを特徴とする移動体制御装置。
3. 請求項２記載の移動体制御装置であって、
   前記加減速指令手段は、
   前記倒立型移動体が屋内環境を移動していると判断したとき、前記正弦波状の加減速指令値の周期を減少させ、
   前記倒立型移動体が屋外環境を移動していると判断したとき、前記正弦波状の加減速指令値の周期を増加させる、ことを特徴とする移動体制御装置。
4. 請求項１記載の移動体制御装置であって、
   前記倒立型移動体の走行情報を記憶する記憶手段を更に備え、
   前記加減速指令手段は、前記記憶手段に記憶された前記倒立型移動体の走行情報に応じて、前記正弦波状の加減速指令値の周期を増減させる、ことを特徴とする移動体制御装置。
5. 請求項４記載の移動体制御装置であって、
   前記加減速指令手段は、
   前記倒立型移動体の走行情報の変動が大きいとき、前記正弦波状の加減速指令値の周期を減少させ、
   前記倒立型移動体の走行情報の変動が小さいとき、前記正弦波状の加減速指令値の周期を増加させる、ことを特徴とする移動体制御装置。
6. 請求項４又は５に記載の移動体制御装置であって、
   前記倒立型移動体の走行情報は、該倒立型移動体の姿勢角、姿勢角速度、姿勢角加速度、移動距離、移動速度、及び移動加速度のうち少なくとも１つを含む、ことを特徴とする移動体制御装置。
7. 請求項１乃至６のうちいずれか１項記載の移動体制御装置であって、
   前記加減速指令手段は、前記判定手段により前記所定時間以上、一定方向に前進、後進又は旋回していると判定されたとき、前記指令値生成手段により生成された姿勢角速度指令値を加減する、ことを特徴とする移動体制御装置。
8. 請求項７記載の移動体制御装置であって、
   搭乗者が搭乗し、左右方向に傾斜するステップ部と、
   前記ステップ部を左右方向へ傾斜させる駆動手段と、を更に備え、
   前記加減速指令手段は、前記判定手段により前記所定時間以上、一定方向に旋回していると判定されたとき、前記指令値生成手段により生成された姿勢角速度指令値を加減しつつ、前記駆動手段を制御して前記ステップ部の傾斜を制御する、ことを特徴とする移動体制御装置。
9. 請求項８記載の移動体制御装置であって、
   前記加減速指令手段は、
   前記生成した正弦波状の加減速指令値が負値のとき、前記駆動手段を制御して、前記ステップ部の傾斜角を旋回外側へ減少させ、
   前記生成した正弦波状の加減速指令値が正値のとき、前記駆動手段を制御して、前記ステップ部の傾斜角を旋回内側へ増加させる、ことを特徴とする移動体制御装置。
10. 倒立型移動体の姿勢角を検出するステップと、
    前記検出された姿勢角に基づいて前記倒立型移動体の姿勢角速度指令値を生成するステップと、
    前記生成された姿勢角速度指令値に基づいて前記倒立型移動体の駆動を制御するステップと、を含む移動体制御方法であって、
    前記倒立型移動体が所定時間以上、一定方向に進行しているか否かを判定するステップと、
    正弦波状の加減速指令値を生成し、該生成した正弦波状の加減速指令値と、前記生成された姿勢角速度指令値と、を加算することで、該姿勢角速度指令値を加減するステップと、
    を含み、
    前記所定時間以上、一定方向に進行していると判定されたとき、前記倒立型移動体の重心位置の平均移動速度が一定となるように、前記生成された姿勢角速度指令値を加減し前記倒立型移動体の駆動車輪の移動速度を加減することで前記倒立型移動体の傾きを搖動させ、前記倒立型移動体が後傾し容易に制動可能となる制動タイミングを周期的に生じさせる
    ことを特徴とする移動体制御方法。
11. 検出された倒立型移動体の姿勢角に基づいて前記倒立型移動体の姿勢角速度指令値を生成する処理と、
    前記生成された姿勢角速度指令値に基づいて前記倒立型移動体の駆動を制御する処理と、
    前記倒立型移動体が所定時間以上、一定方向に進行しているか否かを判定する処理と、
    正弦波状の加減速指令値を生成し、該生成した正弦波状の加減速指令値と、前記生成された姿勢角速度指令値と、を加算することで、該姿勢角速度指令値を加減する処理と、
    をコンピュータに実行させ、
    前記所定時間以上、一定方向に進行していると判定されたとき、前記倒立型移動体の重心位置の平均移動速度が一定となるように、前記生成された姿勢角速度指令値を加減し前記倒立型移動体の駆動車輪の移動速度を加減することで前記倒立型移動体の傾きを搖動させ、前記倒立型移動体が後傾し容易に制動可能となる制動タイミングを周期的に生じさせる
    ことを特徴とする制御プログラム。

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