CN111770877B - 搭乘型移动体的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种搭乘型移动体的控制装置。搭乘型移动体(1)的控制装置(20)至少根据搭乘者的操纵操作决定搭乘型移动体(1)的目标速度，并对应于该目标速度来进行搭乘型移动体(1)的移动控制。在目标速度的决定处理中，根据被设定在搭乘型移动体(1)的移动环境中的虚拟壁与搭乘型移动体(1)的位置关系来限制目标速度。由此，利用虚拟壁进行对搭乘型移动体的移动限制，并确保搭乘者的舒适性。

Description

搭乘型移动体的控制装置

技术领域

本发明涉及搭乘型移动体的控制装置。

背景技术

作为能够通过搭乘的搭乘者的操纵操作而在各种场所简便地移动的小型搭乘型移动体，例如已知有如在专利文献1中所见到的搭乘型移动体。该专利文献1所公开的搭乘型移动体为倒立摆型车辆，搭乘者通过活动其上身或者对车辆的操作器进行操作，能够在保持包括搭乘者在内的车辆整体重心的平衡的方式进行移动。

另外，例如在专利文献2中记载了以避开自边界信号发送机输出的边界信号的方式使移动机器人(清扫机器人)移动的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-237324号公报

专利文献2：日本特开2003-228421号公报

发明内容

发明要解决的课题

在各种设施、会场中使用如专利文献1所公开的搭乘型移动体的情况下，为了防止该搭乘型移动体进入或接近禁止进入场所、不适合该搭乘型移动体移动的场所，考虑在搭乘型移动体的移动环境中设定虚拟壁(virtualwall)，并利用该虚拟壁限制搭乘型移动体的移动。

这里，作为与此相关的技术，例如还已知有在上述专利文献2中公开的技术。然而，在专利文献2中公开的技术中，若移动机器人检测到作为相当于虚拟壁的物体的边界信号是，会随意地进行方向转换。因此，若直接应用专利文献2所公开的技术，则搭乘型移动体的移动动作容易带给搭乘者不适感。

本发明是鉴于这样的背景而完成的，其目的在于提供一种能够在进行利用虚拟壁限制搭乘型移动体的移动的同时确保搭乘者的舒适性的搭乘型移动体的控制装置。

为了实现上述目的，本发明的搭乘型移动体的控制装置是而能够在搭乘者搭乘的状态下移动的搭乘型移动体的控制装置，该搭乘型移动体的控制装置的特征在于，具备：

目标速度决定部，至少根据所述搭乘者的操纵操作，决定所述搭乘型移动体的目标速度，和

移动控制部，根据所述目标速度进行所述搭乘型移动体的移动控制，

所述目标速度决定部通过下述方式构成：包括速度限制部，该速度限制部执行根据设定于所述搭乘型移动体的移动环境中的虚拟壁与该搭乘型移动体的位置关系来限制所述目标速度的处理(本发明的第一方面)。

需要说明的是，在本发明中，所谓搭乘型移动体的目标速度，是指搭乘型移动体的代表点的移动速度的目标值。另外，限制该目标速度是指，使该目标速度的至少一个方向的分量的大小小于根据所述操纵操作而被要求的搭乘型移动体的速度的该分量的大小。

根据本发明的上述第一方面，以至少根据所述搭乘者的操纵操作来决定搭乘型移动体的目标速度为前提，根据所述虚拟壁与搭乘型移动体之间的位置关系来限制所述目标速度。因此，以能够反映基于所述操纵操作的搭乘者的意向且根据所述位置关系来限制搭乘型移动体的移动的方式决定所述目标速度。然后，根据该目标速度进行搭乘型移动体的移动控制。

因此，根据本发明的第一方面，能够在利用虚拟壁对搭乘型移动体进行移动限制的同时确保搭乘者的舒适性。

在上述第一方面中，更具体而言，优选所述速度限制部通过下述方式构成：进行以下处理来限制所述目标速度，该处理为，根据所述位置关系来修正根据所述操纵操作而被要求的所述搭乘型移动体的速度(本发明的第二方面)。

由此，能够适当地实现在反映基于所述操纵操作的搭乘者的意向的同时根据所述位置关系来限制搭乘型移动体的移动。

在本发明的上述第一方面或第二方面中，优选的是，所述速度限制部通过下述方式构成：以所述搭乘型移动体与所述虚拟壁之间的距离小于规定值为必要条件，执行限制所述目标速度的处理(本发明的第三方面)。

由此，能够适当地进行搭乘型移动体在虚拟壁附近的移动的限制，并能够防止在离虚拟壁较远的场所限制搭乘型移动体的移动。

在本发明的上述第一～第三方面中，优选的是，所述速度限制部通过下述方式构成：在执行限制所述目标速度的处理时，所述搭乘型移动体与所述虚拟壁之间的距离越小，将所述目标速度的限制程度设置得越高(本发明的第四方面)。

由此，搭乘型移动体越接近虚拟壁，则上述目标速度的限制程度越高，因此能够适当地防止搭乘型移动体与虚拟壁接触或与虚拟壁过度接近。

在上述第一～第四方面中，优选的是，所述速度限制部通过下述方式构成：在执行限制所述目标速度的处理时，根据所述搭乘型移动体相对于所述虚拟壁的方位，使所述目标速度的限制程度发生变化(本发明的第五方面)。

由此，能够在结合所述方位使所述目标速度的限制程度发生变化的搭乘型移动体容易接近虚拟壁的状况下，防止所述限制程度变得不足，或者能够防止在搭乘型移动体接近虚拟壁的可能性低的状况下，所述限制程度变得过大。因此，能够防止该限制程度过量或不足。

在上述第一～第五方面中，优选的是，所述速度限制部通过下述方式构成：在执行限制所述目标速度的处理时，将所述目标速度的限制程度的时间变化率的大小控制在规定的上限值以下(本发明的第六方面)。

由此，能够防止所述目标速度的限制程度的时间变化率(每单位时间的变化量)变得过大。因此，能够防止在进行所述目标速度的限制的状况下的搭乘型移动体的实际速度的变化变得过大。进而，能够防止损害搭乘者的搭乘舒适性。

在上述第一～第六方面中，可以采用以下形态，在所述目标速度决定部构成为决定所述搭乘型移动体的前后方向的目标速度和左右方向的目标速度的组的情况下，所述速度限制部通过下述方式构成：能够根据所述位置关系来设定表示与所述搭乘型移动体的向前的速度相关的速度限制程度的第1指标值、表示与所述搭乘型移动体的向右的速度相关的速度限制程度的第2指标值、以及表示与所述搭乘型移动体的向左的速度相关的速度限制程度的第3指标值，并在执行限制所述目标速度的处理时，根据所述第1指标值限制所述搭乘型移动体的向前的目标速度，根据所述第2指标值或第3指标值来限制所述搭乘型移动体的左右方向的目标速度(本发明的第七方面)。

由此，能够容易地实现采用与上述目标速度对应的搭乘型移动体的移动方向、搭乘型移动体与虚拟壁之间的距离、以及搭乘型移动体相对于虚拟壁的方位对应的合适的形态来限制目标速度。

附图说明

图1是作为本发明实施方式的搭乘型移动体的倒立摆型车辆的立体图。

图2是实施方式的倒立摆型车辆的侧视图。

图3是表示实施方式的倒立摆型车辆的控制所涉及的构成的框图。

图4是表示图3所示的第1控制处理部的主要部分的处理的框图。

图5是用于说明图3所示的第1控制处理部的处理中所使用的倒立摆模型的图。

图6是表示图4所示的操作指令变换部的处理的框图。

图7是表示图4所示的重心偏移推定部的处理的框图。

图8是与图4所示的速度限制系数设定部的处理相关的说明图。

图9是表示图4所示的速度限制系数设定部的处理的框图。

图10是用于说明图9所示的第1限制率设定部的处理的线图。

图11A、图11B及图11C是用于说明图9所示的第2限制率设定部的处理的线图。

图12是表示图3所示的第2控制处理部的主要部分的处理的框图。

具体实施方式

以下，参照图1～图12对本发明的一个实施方式进行说明。如图1及图2所示，本实施方式的搭乘型移动体1例如是倒立摆型车辆，具备基体2、能够在地板面上移动的第1移动动作部3及第2移动动作部4、搭乘者所搭乘的搭乘者搭乘部5。以下，在本实施方式的说明中，将搭乘型移动体1简称为车辆1。需要说明的是，“地板面”不限于通常意义上的地板面，也可以是地面、路面等。

第1移动动作部3具备图2所示的圆环状的芯体6(以下称为环状芯体6)和在该环状芯体6的圆周方向(轴心方向)上以等角度间隔排列且装设在该环状芯体6上的多个圆环状的辊7。各辊7以其旋转轴心朝向环状芯体6的圆周方向的方式外插于环状芯体6上。并且，各辊7能够绕环状芯体6的轴心与该环状芯体6一体地旋转，并且能够绕该环状芯体6的横截面的中心轴(以环状芯体6的轴心为中心的圆周轴)旋转。

例如如图1及图2所示，具有上述环状芯体6及多个辊7的第1移动动作部3在使环状芯体6的轴心朝向与地板面平行(或大致平行)的状态下能够经由滚轮7(位于环状芯体6的下部的滚轮7)与地板面接触。在该触地状态下，通过驱动环状芯体6使其绕其轴心旋转，环状芯体6及各辊7整体进行轮转。由此，第1移动动作部3能够在与环状芯体6的轴心正交的方向(详细而言，是与将环状芯体6的轴心投影于地板面而形成的方向正交的方向)上在地板面上移动。另外，在上述触地状态下，通过驱动各辊7使其绕其旋转轴心旋转，第1移动动作部3能够在环状芯体6的轴心方向(详细而言，将环状芯体6的轴心投影到地板面上的方向)上移动。

而且，通过进行环状芯体6的旋转驱动和各辊7的旋转驱动，第1移动动作部3能够在相对于与环状芯体6的轴心正交的方向和环状芯体6的轴心方向倾斜的方向上移动。

由此，第1移动动作部3能够在地板面上沿所有方向移动。在之后的说明中，如图1及图2所示，将第1移动动作部3的移动方向(向水平面投影观察的移动方向)中与环状芯体6的轴心正交的方向设为X轴方向，将该环状芯体6的轴心方向设为Y轴方向，将铅垂方向设为Z轴方向。X轴方向换言之相当于车辆1的前后方向，Y轴方向换言之相当于车辆1的左右方向。需要说明的是，将车辆1的前方设为X轴的正方向，将左方设为Y轴的正方向，将上方设为Z轴的正方向。

在基体2上组装有上述第1移动动作部3。该基体2设置成覆盖第1移动动作部3的除了与地板面接触的下部以外的部分的周围。而且，第1移动动作部3的环状芯体6以绕其轴心旋转自如的方式受该基体2支承。在该情况下，基体2以第1移动动作部3的环状芯体6的轴心为支点，绕其轴心方向(绕Y轴方向)倾动自如。另外，该基体2通过与第1移动动作部3一起相对于地板面倾斜，以第1移动动作部3的触地部为支点，绕与环状芯体6的轴心正交的X轴方向倾动自如。因此，基体2相对于铅垂方向绕两个轴倾动自如。

另外，如图2所示，在基体2的内部搭载有第1致动器装置8，用于产生使第1移动动作部3移动的驱动力。该第1致动器装置8由作为驱动环状芯体6旋转的致动器的电动马达8a和作为驱动各辊7旋转的致动器的电动马达8b构成。并且，电动马达8a、8b分别经由省略图示的动力传递机构对环状芯体6、各辊7施加旋转驱动力。该动力传递机构可以是公知的构造。

需要说明的是，第1移动动作部3也可以是与上述构造不同的构造。例如，作为第1移动动作部3及其驱动系统的构造，能够采用PCT国际公开公报WO/2008/132778、或者PCT国际公开公报WO/2008/132779中申请人提案的构造。

另外，在基体2上组装有搭乘者搭乘部5。该搭乘者搭乘部5由搭乘者就座的座椅构成，并固定于基体2的上端部。而且，搭乘者能够以其前后方向朝向X轴方向、左右方向朝向Y轴方向的方式就座于搭乘者搭乘部5。另外，搭乘者搭乘部5(座椅)固定在基体2上，因此能够与基体2一体地相对铅垂方向倾动自如。

在基体2上还组装有供就座在搭乘者搭乘部5上的搭乘者放置其脚的一对脚踏部9、9、搭乘者把持的一对把持部10、10。脚踏部9、9在基体2的两侧部的下部突出设置。需要说明的是，在图1及图2中，省略了一侧(右侧)的脚踏部9的图示。

另外，把持部10、10是在搭乘者搭乘部5的两侧沿X轴方向(前后方向)延伸配置的杆状构件，并分别经由从基体2延伸设置的杆11固定在基体2上。而且，在把持部10、10中的一方的把持部10(图中为右侧的把持部10)上安装有作为操作器的操纵杆(joystick)12。

该操纵杆12能够沿前后方向(绕Y轴方向)及左右方向(绕X轴方向)进行摆动操作。然后，在本实施方式中，操纵杆12将表示其前后方向(绕Y轴方向)的摆动量的操作信号作为用于使车辆1向前方或向后方移动的指令进行输出，操纵杆12将表示左右方向(绕X轴方向)的摆动量的操作信号作为用于使车辆1向右(沿顺时针)或向左(沿逆时针)转向的指令(转向指令)输出。

在本实施方式中，第2移动动作部4由所谓的全向轮(オムニホイール)(注册商标)构成。作为第2移动动作部4的全向轮(オムニホイール)(注册商标)是具备同轴心的一对环状芯体(省略图示)和多个桶状的滚轮13的公知构造，其中，滚轮13以其旋转轴心朝向该环状芯体的圆周方向而旋转自如地外插在各环状芯体上。

在该情况下，第2移动动作部4以其一对环状芯体的轴心朝向X轴方向(前后方向)的方式配置在第1移动动作部3的后方，并经由滚轮13与地板面接触。

需要说明的是，上述一对环状芯体的一方的环状芯体的辊13和另一方的环状芯体的辊13在该环状芯体的周向上错开相位地配置。因此，在该一对环状芯体旋转时，该一对环状芯体中一方的环状芯体的辊13和另一方的环状芯体的辊13中的任一方环状芯体的辊13与地板面接触。

由上述全向轮构成的第2移动动作部4与基体2连结。更详细而言，第2移动动作部4具备覆盖全向轮(一对环状芯体以及多个辊13的整体)的上侧部分的壳体14。全向轮的一对环状芯体以绕其轴心旋转自如的方式受该壳体14轴支承。并且，从壳体14向基体2侧延伸设置的臂15以能够绕上述第1移动动作部3的环状芯体6的轴心摆动的方式受基体2轴支承。由此，第2移动动作部4经由臂15与基体2连结。

而且，第2移动动作部4通过臂15的摆动而绕第1移动动作部3的环状芯体6的轴心相对于基体2摆动自如。由此，能够在使第1移动动作部3和第2移动动作部4双方触地的状态下，使搭乘者搭乘部5与基体2一起绕Y轴方向倾动。

需要说明的是，也可以将臂15轴支承在第1移动动作部3的环状芯体6的轴心部上，来将第2移动动作部4经由臂15连结于第1移动动作部3。

另外，在基体2上设置有限制臂15的摆动范围的一对止动件16、16。而且，该臂15能够在止动件16、16之间的范围内摆动。由此，限制第2移动动作部4绕第1移动动作部3的环状芯体6的轴心的摆动范围，进而限制基体2及搭乘者搭乘部5绕Y轴方向的倾动范围。因此，能够防止该基体2及搭乘者搭乘部5向搭乘者的后侧过度倾斜。需要说明的是，第2移动动作部4也可以利用弹簧等施力而被按压于地板面。

如上所述，第2移动动作部4通过进行该一对环状芯体的旋转以及辊13的旋转中的一方的旋转或双方的旋转，能够与第1移动动作部3同样地在地板面上沿包括X轴方向和Y轴方向的全方向上移动。详细而言，通过环状芯体的旋转，第2移动动作部4能够沿Y轴方向(左右方向)移动，通过辊13的旋转，第2移动动作部4能够沿X轴方向(前后方向)移动。

另外，在第2移动动作部4的壳体14上安装有电动马达17，电动马达17作为驱动第2移动动作部4的第2致动器装置。该电动马达17以驱动第2移动动作部4的一对环状芯体旋转的方式与该一对环状芯体连结。

因此，在本实施方式中，第2移动动作部4在X轴方向上的移动追随第1移动动作部3在X轴方向上的移动而从动地进行。另外，第2移动动作部4在Y轴方向上的移动通过利用电动马达17驱动第2移动动作部4的一对环状芯体旋转来进行。

以上是本实施方式中的车辆1的机构性结构。需要说明的是，第2移动动作部4也可以是与第1移动动作部3相同的构造。另外，本实施方式的车辆1是具备第2移动动作部4的移动体，但也可以是不具备第2移动动作部4的移动体。在该情况下，则不需要第2致动器装置(电动马达17)以及后述的第2控制处理部22。

图1及图2中虽然省略了图示，作为用于车辆1的动作控制(第1移动动作部3以及第2移动动作部4的动作控制)的构成，如图3所示，在本实施方式的车辆1的基体2上搭载有如下装置等：控制装置20、检测基体2的3轴方向的加速度的加速度传感器50、检测绕3轴的角速度的角速度传感器51、检测电动马达8a的旋转速度的旋转速度传感器52a、检测电动马达8b的旋转速度的旋转速度传感器52b、检测电动马达17的旋转速度的旋转速度传感器53。角速度传感器51例如由陀螺仪传感器等构成，旋转速度传感器52a、52b、53例如由旋转编码器、旋转变压器等构成。

控制装置20由包括微型计算机、处理器、存储器、接口电路等在内的一个以上的电子电路单元构成。该控制装置20被输入操纵杆12的输出(操作信号)、加速度传感器50、角速度传感器51以及旋转速度传感器52a、52b、53的各检测信号。

并且，控制装置20具有作为通过所安装的硬件结构以及程序(软件结构)中的一方或者双方来实现的以下一个功能：根据作为惯性传感器的加速度传感器50以及角速度传感器51各自的检测信号，使用捷联式方法(strapped-down method)等公知的方法来获取基体2的平移加速度(X轴方向以及Y轴方向的平移加速度)的测量值和搭乘者搭乘部5的倾斜角度(＝基体2的倾斜角度)的测量值的功能。

需要说明的是，本实施方式中的搭乘者搭乘部5的倾斜角度(或者基体2的倾斜角度)更详细而言，是以车辆1的整体重心(搭乘者搭乘在搭乘者搭乘部5上的状态下的包含该搭乘者的整体重心)位于第1移动动作部3的触地部的正上方(铅垂方向的上方)或几乎正上方的状态下的搭乘者搭乘部5(或基体2)的姿势为基准(零)的倾斜角度(绕X轴方向的倾斜角度与绕Y轴方向的倾斜角度的组)。

控制装置20作为上述功能以外的功能还具备下述各功能：通过控制构成第1致动器装置8的电动机8a、8b来控制第1移动动作部3的移动动作的第1控制处理部21；通过控制作为第2致动器装置的电动马达17来控制第2移动动作部4的移动动作的第2控制处理部22；在车辆1的移动环境中设定虚拟壁(virtualwall)的虚拟壁设定部23。需要说明的是，在本实施方式中，第1控制处理部21以及第2控制处理部22整体构成本发明中的移动控制部。

第1控制处理部21通过执行后述的运算处理，依次计算第1移动动作部3的移动速度(详细而言，X轴方向的平移速度与Y轴方向的平移速度的组)的目标值、即目标速度，以使第1移动动作部3的实际的移动速度与该目标速度一致的方式控制电动马达8a、8b的旋转速度。

在该情况下，电动马达8a、8b的各自的旋转速度与第1移动动作部3的实际的移动速度(详细而言，第1移动动作部3与地板面之间无滑动时的移动速度)之间的关系由电动马达8a、8b与第1移动动作部3之间的动力传递机构的结构而事先被确定，并根据第1移动动作部3的目标速度规定各电动马达8a、8b的转速的目标值。

而且，第1控制处理部21将电动马达8a、8b的旋转速度反馈控制为根据第1移动动作部3的目标速度而规定的目标值，由此将第1移动动作部3的实际的移动速度控制成与目标速度一致。

另外，第2控制处理部22通过执行后述的运算处理，依次计算第2移动动作部4的移动速度(详细而言，Y轴方向的平移速度)的目标值即目标速度，并以使Y轴方向上的第2移动动作部4的实际的移动速度与该目标速度一致的方式控制电动马达17的旋转速度。

在该情况下，与第1移动动作部3的情况同样，电动马达17的旋转速度与Y轴方向上的第2移动动作部4的实际的移动速度(详细而言，第2移动动作部4与地板面之间无滑动时的移动速度)之间的关系事先被确定，并根据第2移动动作部4的目标速度规定电动马达17的旋转速度的目标值。

而且，第2控制处理部22将电动马达17的旋转速度反馈控制为根据第2移动动作部4的目标速度而规定的目标值，由此将Y轴方向上的第2移动动作部4的实际的移动速度控制成与目标速度一致。

作如下补充，在本实施方式中，第2移动动作部4的X轴方向上的移动追随第1移动动作部3的X轴方向的移动而从动地进行。因此，不需要设定第2移动动作部4在X轴方向上的移动速度的目标值。

另外，虚拟壁设定部23在车辆1的电源接通后的移动开始时(例如在解除未图示的停车用脚架的操作时)，将相当于车辆1的可动区域的边界的虚拟壁设定在车辆1的周围。在该情况下，虚拟壁设定部23例如将车辆1开始移动时的位置作为基准位置，在从该基准位置起具有规定的位置关系的位置(例如，距基准位置规定距离的位置等)设定虚拟壁。

需要说明的是，虚拟壁的设定方式不限于上述方式。例如，虚拟壁设定部23也可以基于车辆1的移动环境的地图信息、从搭载于车辆1的相机等外界传感器或外部的服务器获取的障碍物信息(车辆1的周围的障碍物的位置信息)等来设定虚拟壁。另外，也可以在外部的服务器等设定虚拟壁，控制装置20能够适当地取得(下载)该虚拟壁。

接着，进一步详细说明上述第1控制处理部21以及第2控制处理部22所执行的处理。首先，参照图4～图11，对第1控制处理部21所执行的处理进行说明。

如图4所示，第1控制处理部21具有：作为第1控制处理部21的主要的功能部的操作指令变换部31，其将根据从操纵杆12输入的操作信号所表示的该操纵杆12的前后方向的摆动量(绕Y轴方向的旋转量)Js_x以及左右方向的摆动量(绕X轴方向的旋转量)Js_y的组变换成用于车辆1的移动的速度指令；重心目标速度决定部32，其决定车辆1的整体重心(以下，称为车辆系统整体重心)的目标速度Vb_cmd_xy；重心速度推定部33，其推定车辆系统整体重心的实际的速度Vb；姿势控制运算部34，其使车辆系统整体重心的速度Vb追随目标速度Vb_cmd_xy，并且以使搭乘者搭乘部5的姿势(基体2的姿势)维持稳定化的方式决定第1移动动作部3的目标速度Vw1_cmd_xy；重心偏移推定部35，其推定车辆系统整体重心的后述的重心偏移量Ofst_xy；重心偏移影响量计算部36，其计算出由该重心偏移量Ofst_xy引起的后述的重心偏移影响量Vofs_xy。需要说明的是，重心目标速度决定部32相当于本发明中的目标速度决定部。

而且，第1控制处理部21通过以规定的运算处理周期依次执行这些各功能部的处理，来决定第1移动动作部3的目标速度Vw1_cmd_xy。需要说明的是，在本实施方式的说明中，使搭乘者搭乘部5的姿势(基体2的姿势)维持稳定化意思是使车辆系统整体重心如倒立摆质点那样保持平衡。

另外，在本说明书的实施方式的说明中，标注下标“_x”的参照符号是指从Y轴方向观察车辆1时(投影到ZX平面后进行观察时)与车辆1的行为相关的状态量或参数，标注下标“_y”的参照符号是指从X轴方向观察车辆1时(投影到YZ平面后进行观察时)与车辆1的行为相关的状态量或参数。

而且，标注下标“_xy”的参照符号是指从X轴方向观察车辆1时的状态量或参数、和从Y轴方向观察车辆1时的状态量或参数的组。例如，第1移动动作部3的目标速度Vw1_cmd_xy是指从Y轴方向观察车辆1时的第1移动动作部3的目标速度Vw1_cmd_x(即，X轴方向的目标速度)和从X轴方向观察车辆1时的第1移动动作部3的目标速度Vw1_cmd_y(即，Y轴方向的目标速度)的组。

这里，在具体说明第1控制处理部21的各功能部的处理之前，先说明构成该处理的基础的事项。车辆系统整体重心的动力学的行为(详细而言，从Y轴方向观察的行为和从X轴方向观察的行为)近似地通过图5所示的倒立摆模型的行为来进行表现。第1控制处理部21的处理的算法以该行为为基础而进行构建。

需要说明的是，在图5中，为了一并图示从Y轴方向观察时的倒立摆模型和从X轴方向观察时的倒立摆模型，不对从Y轴方向观察时的变量的参照标号添加括号，而对从X轴方向观察时的变量的参照标号添加括号。

表示从Y轴方向观察时的车辆系统整体重心的行为的倒立摆模型具备：具有与Y轴方向平行的旋转轴心且在地板面上轮转自如的虚拟的车轮61_x(以下，称为虚拟车轮61_x)；从该虚拟车轮61_x的旋转中心延伸设置并绕该虚拟车轮61_x的旋转轴(绕Y轴方向)摆动自如的杆62_x；以及与该杆62_x的顶端部(上端部)即基准部Ps_x连结的质点Ga_x。

在该倒立摆模型中，质点Ga_x的运动相当于从Y轴方向观察的车辆系统整体重心的运动，杆62_x相对于铅直方向的倾斜角度θb_x(绕Y轴方向的倾斜角度)与搭乘者搭乘部5(或基体2)的绕Y轴方向的倾斜角度一致。另外，第1移动动作部3的X轴方向的平移运动相当于因虚拟车轮61_x的轮转而产生的X轴方向的平移运动。

而且，虚拟车轮61_x的半径r_x、基准部Ps_x及质点Ga_x的距离地板面的高度h_x是预先设定好的既定值(固定值)。

同样地，表示从X轴方向观察的车辆系统整体重心的行为的倒立摆模型具备：具有与X轴方向平行的旋转轴心且在地板面上轮转自如的虚拟的车轮61_y(以下，称为虚拟车轮61_y)；从该虚拟车轮61_y的旋转中心延伸设置且绕该虚拟车轮61_y的旋转轴(绕X轴方向)摆动自如的杆62_y；以及与该杆62_y的顶端部(上端部)即基准部Ps_y连结的质点Ga_y。

在该倒立摆模型中，质点Ga_y的运动相当于从X轴方向观察的车辆系统整体重心的运动，杆62_y相对于铅直方向的倾斜角度θb_y(绕X轴方向的倾斜角度)与搭乘者搭乘部5(或基体2)的绕X轴方向的倾斜角度一致。另外，第1移动动作部3的Y轴方向的平移运动相当于因虚拟车轮61_y的轮转而产生的Y轴方向的平移运动。

而且，虚拟车轮61_y的半径r_y、基准部Ps_y及质点Ga_y的距离地板面的高度h_y是预先设定好的既定值(固定值)。需要说明的是，在X轴方向上观察到的基准部Ps_y及质点Ga_y距离地板面的高度h_y与在Y轴方向上观察到的基准部Ps_x及质点Ga_x距离地板面的高度h_x相同。因此，在下文中，h_x＝h_y＝h。

这里，对从Y轴方向观察的情况下的上述基准部Ps_x与质点Ga_x的位置关系进行如下补充，基准部Ps_x的位置相当于搭乘(就座)于搭乘者搭乘部5的搭乘者在假设为相对于该搭乘者搭乘部5以预先确定的中立姿势而保持不动的情况下的车辆系统整体重心的位置。

因此，在这种情况下，质点Ga_x的位置与基准部Ps_x的位置一致。这一点对于从X轴方向观察时上述基准部Ps_y与质点Ga_y的位置关系也同样。

但是，实际上，搭乘于搭乘者搭乘部5的搭乘者通过使其上身等相对于搭乘者搭乘部5(或者基体2)活动，实际的车辆系统整体重心在X轴方向上的位置以及在Y轴方向上的位置一般分别从基准部Ps_x、Ps_y的位置向水平方向偏移。因此，在图5中，以质点Ga_x，Ga_y的位置分别从基准部Ps_x，Ps_y的位置偏移的状态进行表示。

由如上所述的倒立摆模型表现的车辆系统整体重心的行为通过下面的式(1a)、(1b)、(2a)、(2b)进行表现。式(1a)和式(1b)表示在Y轴方向上观察时的行为，式(2a)和式(2b)表示在X轴方向上观察时的行为。

Vb_x＝Vw1_x+h·ωb_x…(1a)

dVb_x/dt

＝(g/h)·(θb_x·(h-r_x)+Ofst_x)+ωz·Vb_y…(1b)

Vb_y＝Vw1_y+h_y·ωb_y…(2a)

dVb_y/dt

＝(g/h)·(θb_y·(h-r_y)+Ofst_y)-ωz·Vb_x…(2b)

这里，Vb_x是车辆系统整体重心的X轴方向的速度(平移速度)，θb_x是搭乘者搭乘部5(或基体2)的绕Y轴方向的倾斜角度，Vw1_x是虚拟车轮61_x的X轴方向的移动速度(平移速度)，ωb_x是θb_x的时间变化率(＝dθb_x/dt)，Ofst_x是车辆系统整体重心的X轴方向的位置(质点Ga_x的X轴方向的位置)距上述基准部Ps_x的位置的X轴方向的偏移量，Vb_y是车辆系统整体重心的Y轴方向的速度(平移速度)，Vw1_y是虚拟车轮61_y的Y轴方向的移动速度(平移速度)，θb_y是搭乘者搭乘部5(或基体2)的绕X轴方向的倾斜角度，ωb_y是θb_y的时间变化率(＝dθb_y/dt)，Ofst_y是车辆系统整体重心的Y轴方向的位置(质点Ga_y的Y轴方向的位置)距上述基准部Ps_y的位置的Y轴方向的偏移量。另外，ωz是车辆1转向时的横摆率(绕横摆轴方向的角速度)，g是重力加速度常数。

需要说明的是，在式(1a)、(1b)、(2a)和(2b)中，θb_x、ωb_x的正方向是车辆系统整体重心向X轴的正方向(向前)倾斜的方向，θb_y、ωb_y的正方向是车辆系统整体重心向Y轴的正方向(向左)倾斜的方向。另外，ωz的正方向是从上方观察车辆1时绕逆时针的方向。

另外，式(1a)的右边第2项(＝h·ωb_x)是因搭乘者搭乘部5的绕Y轴方向的倾动而产生的基准部Ps_x的X轴方向的平移速度分量，式(2a)右边第2项(＝h·ωb_y)是因搭乘者搭乘部5的绕X轴方向的倾动而产生的基准部Ps_y的Y轴方向的平移速度分量。

另外，式(1b)右边的第一项表示地板面反力F的X轴方向分量F_x(参照图5)引起的车辆系统整体重心产生的X轴方向的加速度分量，其中，上述地板面反力F是根据偏移量(＝θb_x·(h-r_x)+Ofst_x)而作用于虚拟车轮61_x的触地部的分量，上述偏移量是车辆系统整体重心的X轴方向的位置(质点Ga_x的X轴方向的位置)相对于虚拟车轮61_x的触地部(从Y轴方向观察时第1移动动作部3的触地部)的铅垂上方位置的偏移量(＝θb_x·(h-r_x)+Ofst_x)。式(1b)右边第二项表示以横摆率ωz转向时对车辆1作用的离心力所产生的X轴方向的加速度分量。

同样地，式(2b)右边的第一项表示地板面反力F的Y轴方向分量F_y(参照图5)引起的车辆系统整体重心产生的Y轴方向的加速度分量，其中，上述地板面反力F是根据偏移量(＝θb_y·(h-r_y)+Ofst_y)而作用于虚拟车轮61_y的触地部的分量，上述偏移量是车辆系统整体重心的Y轴方向的位置(质点Ga_y的Y轴方向的位置)相对于虚拟车轮61_y的触地部(从X轴方向观察时第1移动动作部3的触地部)的铅垂上方位置的偏移量(＝θb_y·(h-r_y)+Ofst_y)。式(2b)右边第二项表示以横摆率ωz转向时对车辆1作用的离心力所产生的Y轴方向的加速度分量。

在本实施方式中，第1控制处理部21的处理的算法是基于考虑了上述车辆系统整体重心相对于基准部Ps_x、Ps_y的偏移量和离心力的车辆系统整体重心的行为模型(倒立摆模型)而构建的。

以上述内容为前提，更为具体地说明第1控制处理部21的处理。参照图4，第1控制处理部21在各运算处理周期中首先执行操作指令变换部31的处理和重心速度推定部33的处理。

如图6所示，操作指令变换部31根据操纵杆12的Y轴方向上的摆动量(绕X轴的旋转量)Js_y和操纵杆12的X轴方向上的摆动量(绕Y轴的旋转量)Js_x，决定作为第1移动动作部3的移动速度(平移速度)的基本指令值即基本速度指令Vjs_xy和作为车辆1转向时的绕横摆轴方向的角速度的指令值即转向角速度指令ωjs。

在该情况下，基本速度指令Vjs_xy中的X轴方向上的基本速度指令Vjs_x在处理部31a中根据操纵杆12的X轴方向上的摆动量Js_x而被决定。例如，在图6的处理部31a中的图表所例示的方式中，由处理部31a决定该基本速度指令Vjs_x，以使X轴方向的基本速度指令Vjs_x的朝向(极性)及大小对应于操纵杆12的X轴方向上的摆动量Js_x的朝向(极性)及大小发生变化。

另外，转向角速度指令ωjs和基本速度指令Vjs_xy中的Y轴方向的基本速度指令Vjs_y由处理部31b、31c根据向操纵杆12的Y轴方向上的摆动量Js_y来被决定。例如，在图6的处理部31b中的图表中所例示的方式中，由处理部31b决定转向角速度指令ωjs，以使该转向角速度指令ωjs的朝向(极性)和大小根据操纵杆12的Y轴方向的摆动量Js_y的朝向(极性)和大小发生变化。

并且，在处理部31c中，通过对转向角速度指令ωjs乘以规定值K(K＞0)，来决定第1移动动作部3的Y轴方向上的基本速度指令Vjs_y。上述规定值K是作为车辆1的瞬时转向中心(车辆1转向时的各运算处理周期中的绕横摆轴方向的瞬间的旋转中心)与第1移动动作部3的触地点之间的X轴方向上的距离而被事先设定好的值。

需要说明的是，在操纵杆12向X轴方向(前后方向)及Y轴方向(左右方向)同时被操作的情况下，也可以根据操纵杆12在X轴方向上的摆动量或X轴方向上的基本速度指令Vjs_x而使Y轴方向的基本速度指令Vjs_y的大小发生变化。

作如下补充，在本实施方式中，作为用于设定基本速度指令Vjs_xy以及转向角速度指令ωjs的操作器，例示了操纵杆12。但是，用于进行基本速度指令Vjs_xy以及转向角速度指令ωjs的设定操作的操作器，也可以是操纵杆12以外的操作器。例如，在控制装置20构成为能够与搭乘者所持有的智能手机等便携终端进行通信的情况下，也能够将该便携终端作为用于进行基本速度指令Vjs_xy以及转向角速度指令ωjs的设定操作的操作器而进行使用。

所述重心速度推定部33基于上述式(1a)和式(2a)所表示的运动学的关系式，计算出车辆系统整体重心的速度Vb的推定值Vb_estm1_xy。

具体而言，如图4所示，通过将第1移动动作部3的实际的平移速度Vw1_act_xy的值和搭乘者搭乘部5的倾斜角度θb_xy的实际的时间变化率(倾斜角速度)ωb_act_xy乘以车辆系统整体重心的高度h后得到的值相加，来计算出车辆系统整体重心的速度Vb的推定值Vb_estm1_xy。

即，车辆系统整体重心的X轴方向的速度Vb_x的推定值Vb_estm1_x与Y轴方向的速度Vb_y的推定值Vb_estm1_y分别通过下式(3a)，(3b)来计算。

Vb_estm1_x＝Vw1_act_x+h·ωb_act_x…(3a)

Vb_estm1_y＝Vw1_act_y+h·ωb_act_y…(3b)

在该情况下，在本实施方式中，使用上一次的运算处理周期中由姿势控制运算部34决定的第1移动动作部3的目标速度Vw1_cmd_x，Vw1_cmd_y(上一次值)作为上述运算中的Vw1_act_x，Vw1_act_y的值。

但是，例如也可以将利用旋转速度传感器52a、52b检测电动马达8a、8b各自的旋转速度并根据这些检测值推定出的Vw1_act_x，Vw1_act_y的最新值(换言之，Vw1_act_x，Vw1_act_y的测量值的最新值)用于式(3a)，式(3b)的运算中。

另外，在本实施方式中，使用基于加速度传感器50和角速度传感器51的检测信号的搭乘者搭乘部5的倾斜角度θb_x，θb_y的测量值的时间变化率的最新值(换言之，ωb_act_x，ωb_act_y的测量值的最新值)作为ωb_act_x，ωb_act_y的值。

第1控制处理部21在如上所述执行了操作指令变换部31以及重心速度推定部33的处理之后，接着执行图4所示的重心偏移推定部35的处理，来决定作为上述重心偏移量Ofst_xy的推定值的重心偏移量推定值Ofst_estm_xy。需要说明的是，在下文关于重心偏移推定部35的说明中，将重心速度推定部33计算出的车辆系统整体重心的速度的推定值Vb_estm1_x，Vb_estm1_y分别称为第1推定值Vb_estm1_x，Vb_estm1_y。

在本实施方式中，重心偏移推定部35的处理例如如图7的框线图所示的方式被执行。需要说明的是，图7代表性地示出了重心偏移量推定值Ofst_estm_xy中X轴方向的重心偏移量推定值Ofst_estm_x的决定处理。

具体说明图7的处理，重心偏移推定部35使用根据加速度传感器50及角速度传感器51的检测信号得到的搭乘者搭乘部5的Y轴方向的实际的倾斜角度θb_act_x的计测值(最新值)和车辆1的实际的横摆率ωb_act的测量值(最新值)、由重心速度推定部33计算出的车辆系统整体重心的Y轴方向上的速度的第1推定值Vb_estm1_x(上一次值)、以及在上一次的运算处理周期中决定的X轴方向的重心偏移量推定值Ofst_estm_xy(上一次值)，由运算部35a执行上述式(1b)的右边项的运算处理，计算出车辆系统整体重心的X轴方向上的平移加速度的推定值DVb_estm_x。

并且，重心偏移推定部35通过由运算部35b执行对车辆系统整体重心的X轴方向上的平移加速度的推定值DVb_estm_x进行积分的处理，来计算出车辆系统整体重心的X轴方向上的速度的第2推定值Vb_estm2_x。

接着，重心偏移推定部35通过运算部35c执行计算车辆系统整体重心的X轴方向上的速度的第2推定值Vb_estm2_x(最新值)与第1推定值Vb_estm1_x(最新值)的偏差的处理。

并且，重心偏移推定部35通过在运算部35d中执行对该偏差乘以规定值的增益(gain)(-Kp)的处理，来决定X轴方向的重心偏移量推定值Ofst_estm_x的最新值。

Y轴方向的重心偏移量推定值Ofst_estm_y的决定处理也与上述方式同样地执行。具体而言，表示该决定处理的框线图通过更换图7中的下标“_x”和“_y”，将作为输入到加法器35e的数据之一的图中右侧的加速度分量(因离心力而产生的加速度分量)的符号“+”置换为“-”而得到。

通过这样的重心偏移推定部35的处理，依次更新并决定重心偏移量推定值Ofst_estm_xy，由此能够使Ofst_estm_xy收敛于实际的值的方式决定该Ofst_estm_xy。

接着，第1控制处理部21通过执行图4所示的重心偏移影响量计算部36的处理，计算出重心偏移影响量Vofs_xy。

重心偏移影响量Vofs_xy表示实际的速度相对于下述情况下的车辆系统整体重心的目标速度的偏差，其中，该情况是指，在后述的姿势控制运算部34中不考虑车辆系统整体重心的位置从倒立摆模型中的所述基准部Ps_xy的位置偏移而进行了反馈控制的情况。

该重心偏移影响量计算单元36通过将新决定的重心偏移量推定值Ofst_estm_xy的各分量乘以值(Kth_xy/(h-r_xy))/Kvb_xy来计算出重心偏移影响量Vofs_xy。

需要说明的是，Kth_xy是在后述的姿势控制运算部34的处理中用于决定操作量分量的增益值，其中，该操作量分量起到使搭乘者搭乘部5的倾斜角度接近零的作用。另外，Kvb_xy是在后述的姿势控制运算部34的处理中用于决定操作量分量的增益值，其中，该操作量分量起到使车辆系统整体重心的目标速度Vb_cmd_xy与该车辆系统整体重心的速度的第1推定值Vb_estm1_xy之间的偏差接近零的作用。

接着，第1控制处理部21通过执行图4所示的重心目标速度决定部32的处理，来决定各运算处理周期的每一周期中的车辆系统整体重心的目标速度Vb_cmd_xy(以下，称为重心目标速度Vb_cmd_xy)。

在该情况下，重心目标速度决定部32首先根据由操作指令变换部31决定的基本速度指令Vjs_xy(最新值)和由重心偏移影响量计算部36决定的重心偏移影响量Vofs_xy(最新值)，决定重心目标速度Vb_cmd_xy的基本值V1_xy。该基本值V1_xy相当于与操纵杆12的操作和重心偏移量推定值Ofst_estm_xy对应的车辆系统整体重心的速度的要求值。以下，将基本值V1_xy称为重心速度基本要求值V1_xy。

具体而言，重心目标速度决定部32通过在处理部32a中执行针对重心偏移影响量Vofs_xy的死区处理和限制处理，来决定作为重心速度基本要求值V1_xy中的与重心偏移量推定值Ofst_estm_xy对应的分量的重心速度加法量Vb_cmd_by_ofs_xy。

更详细而言，在本实施方式中，在X轴方向的重心偏移影响量Vofs_x的大小是在死区、也即零附近的规定范围内的值(比较接近零的值)时，重心目标速度决定部32将X轴方向的重心速度加法量Vb_cmd_by_ofs_x设为零。

另外，在X轴方向的重心偏移影响量Vofs_x的大小是脱离死区区域的值时，重心目标速度决定部32将X轴方向的重心速度加法量Vb_cmd_by_ofs_x决定为与Vofs_x是同极性且其大小随着Vofs_x的大小的增加而增大。其中，重心速度加法量Vb_cmd_by_ofs_x的值被限制在规定的上限值(＞0)与下限值(≤0)之间的范围内。Y轴方向的重心速度加法量Vb_cmd_by_ofs_y的决定处理也与上述方式相同。

接着，重心目标速度决定部32通过在处理部32b中执行对由操作指令变换部31决定的基本速度指令Vjs_xy的各分量和重心速度加法量Vb_cmd_by_ofs_xy的各分量进行相加的处理，来计算出重心速度基本要求值V1_xy。即，通过V1_x＝Vjs_x+Vb_cmd_by_ofs_x，V1_y＝Vjs_y+Vb_cmd_by_ofs_y这样的处理，来决定重心速度基本要求值V1_xy(V1_x，V1_y的组)。

进行如下补充，在本实施方式的车辆1(搭乘型移动体)中，操纵杆12的操作和伴随搭乘者上身的移动(体重移动)的重心偏移量Ofst_xy的变化相当于车辆1的操纵操作。另外，车辆系统整体重心具有作为车辆1的代表点的意思，该车辆系统整体重心的速度Vb相当于本发明中的搭乘型移动体的速度。因此，上述重心速度基本要求值V1_xy相当于根据搭乘者的操纵操作而被要求的车辆1(搭乘型移动体)的速度。

另外，重心目标速度决定部32根据由虚拟壁设定部23设定的虚拟壁与车辆1的当前的(当前的运算处理周期中的)位置关系，通过速度限制系数设定部32c设定用于对重心速度基本要求值V1_xy施加限制的速度限制系数α_xy(α_x，α_y的组)。速度限制系数α_xy中的α_x是为了对X轴方向的重心速度基本要求值V1_x施加限制而被用于乘以该重心速度基本要求值V1_x的系数；α_y是为了对Y轴方向的重心速度基本要求值V1_y施加限制而被用于乘以该重心速度基本要求值V1_y的系数。并且，各速度限制系数α_x，α_y是“0”至“1”的范围内的值。

在上述速度限制系数设定部32c中，作为表示虚拟壁与车辆1的位置关系的信息，被输入车辆1与虚拟壁之间的距离d和表示车辆1相对于虚拟壁的方位的方位角φ。参照图8，在本实施方式中，上述距离d是车辆1的代表点Pa(例如第1移动动作部3的触地点等)与虚拟壁之间的最短距离、方位角φ是车辆1的前后方向(X轴方向)相对于距离d的方向的倾斜角度(横摆方向上的倾斜角度)。需要说明的是，在图8中，模式化地对车辆1进行记载。

在该情况下，在车辆1的前后方向(X轴方向)与距离d的方向相一致且在车辆1的正前方(X轴的正方向)上存在虚拟壁的情况下，上述方位角φ为零。另外，车辆1的正前方的方向从距离d的方向向逆时针方向倾斜时的方位角φ的极性为正，从距离d的方向向顺时针方向倾斜时的方位角φ的极性为负。因此，方位角φ是-π[rad]和+π[rad]之间的范围的角度。需要说明的是，在图8所示的例子中，φ＞0。

在此，在本实施方式中，控制装置20除了上述功能之外，还具有例如使用惯性导航的方法、GNSS(Global Navigation Satellite System：全球导航卫星系统)等依次推定车辆1在移动开始后的位置及朝向的功能。然后，控制装置20基于车辆1的位置及朝向的推定值、以及由虚拟壁设定部23设定的虚拟壁的配置信息，依次计算出上述距离d及方位角φ。需要说明的是，车辆1的位置及朝向也可以通过车辆1的外部的测量仪器进行测量。

速度限制系数设定部32c根据所被输入的距离d及方位角φ执行图9的框线图所示的处理，由此来决定速度限制系数α_xy。具体而言，速度限制系数设定部32c在第1限制率设定部32c1中执行根据所被输入的距离d来设定第1限制率β(d)_xy(β(d)_x，β(d)_y的组)的处理，并在第2限制率设定部32c2中执行根据所被输入的方位角φ来设定第2限制率β(φ)_xy(β(φ)_x，β(φ)_y的组)的处理。

与距离d对应的第1限制率β(d)_xy中的β(d)_x和与方位角φ对应的第2限制率β(φ)_xy中的β(φ)_x分别是表示重心目标速度Vb_cmd_x相对于X轴方向的重心速度基本要求值V1_x的限制程度的要求的参数，在本实施方式中，该参数被设定为从“0”到“1”的范围内的值。而且，β(d)_x，β(φ)_x各自的值越大(越接近“1”)，表示使X轴方向的重心目标速度Vb_cmd_x相比重心速度基本要求值V1_x要更接近“0”的要求越高(增大Vb_cmd_x相对于V1_x的限制程度的要求越高)。

同样地，第1限制率β(d)_xy中的β(d)_y和第2限制率β(φ)_xy中的β(φ)_y分别是表示重心目标速度Vb_cmd_y相对于Y轴方向的重心速度基本要求值V1_y的限制程度的要求的参数，在本实施方式中，该参数被设定为从“0”到“1”的范围内的值。而且，β(d)_y和β(φ)_y各自的值越大(越接近“1”)，表示使Y轴方向的重心目标速度Vb_cmd_y相比重心速度基本要求值V1_y要更接近“0”的要求越高(增大Vb_cmd_y相对于V1_y的限制程度的要求越高)。

第1限制率设定部32c1根据被输入到速度限制系数设定部32c的距离d并利用例如图10的图表所示的方式设定上述第1限制率β(d)_xy的各分量(β(d)_x，β(d)_y)。即，在距离d比规定值d1大的情况下(车辆1远离虚拟壁的情况下)，第1限制率β(d)_xy的各分量被设定为零。同时，在距离d为规定值d1以下的情况下(车辆1接近虚拟壁的情况下)，第1限制率β(d)_xy的各分量被设定为随着距离d变小而从“0”单调增加至“1”。

需要说明的是，在图10所例示的图表中，在d≤d1的情况下，第1限制率β(d)_xy的各分量相对于距离d的变化而线性地变化。但是，在d≤d1的情况下，也可以将β(d)_xy的各分量设定为相对于距离d的变化而曲线地单调变化。另外，上述规定值d1也可以考虑车辆1在X轴方向及Y轴方向上的长度的差异、或者行为特性的差异等而设定为相对于第1限制率β(d)_xy的各分量互不相同的值。

在重心速度基本要求值V1_xy中的X轴方向的分量V1_x为车辆1的朝向前方的速度的情况下(V1_x＞0的情况下)，第2限制率设定部32c2根据被输入到速度限制系数设定部32c中的方位角φ并利用事先制作好的运算映射表(map)或运算式、例如是图11A的图表所示的方式设定第2限制率β(φ)_xy中的β(φ)_x。

即，在方位角φ为-π/2[rad]≤φ≤π/2[rad]的范围内的值的情况下，β(φ)_x被设定为“1”。因此，在假设以车辆系统整体重心按照重心速度基本要求值V1_xy的X轴方向的分量V1_x(＞0)而向车辆1的前方侧移动的方式移动车辆1时，被预测为车辆1进一步接近虚拟壁或者这种可能性较高的状况下，β(φ)_x被设定为“1”。

另外，在方位角φ是-π[rad]≤φ＜-π/2[rad]这一范围内的值、或者是π/2[rad]＜φ≤π[rad]这一范围内的值时，β(φ)_x被设定成伴随方位角φ接近-π[rad]或π[rad]而从“1”单调减少到“0”。因此，在假设车辆系统整体重心按照重心速度基本要求值V1_xy的X轴方向的分量V1_x而向车辆1的前方侧移动的方式移动车辆1时，被预测为车辆1从虚拟壁离开或者这种可能性较高的状况下，β(φ)_x被设定成比“1”小的值。在该情况下，β(φ)_x被设定成车辆1远离虚拟壁的可能性越高越接近“0”。

需要说明的是，在本实施方式中，在V1_x＜0的情况下，第2限制率设定部32c2将β(φ)_x与方位角φ无关地设定为“0”。这是因为，在本实施方式中，通过后述的处理部32e的处理，X轴方向的重心目标速度Vb_cmd_x被限制为值足够小的负的规定值以上的值(或者零以上的值)。

另外，第2限制率设定部32c2根据被输入到速度限制系数设定部32中的方位角φ，并利用预先制作好的运算映射表或运算式、例如是图11B或图11C的图表所示的方式设定第2限制率β(φ)_xy中的β(φ)_y。更详细而言，在重心速度基本要求值V1_xy中的Y轴方向的分量V1_y为车辆1的向左的速度的情况下(V1_y＞0)的情况下，第2限制率设定部32c2根据方位角φ并利用图11B的图表所示的方式设定β(φ)_y。

即，在方位角φ为-π/2[rad]≤φ≤0[rad]的范围内的值的情况下，β(φ)_y被设定为“1”。因此，在假设车辆系统整体重心按照重心速度基本要求值V1_xy的Y轴方向的分量V1_y而向车辆1的左侧移动的方式移动车辆1时，被预测为车辆1进一步接近虚拟壁或者这种可能性较高的状况下，β(φ)_y被设定为“1”。

另外，在方位角φ为-π[rad]≤φ＜-π/2[rad]的范围内的值、或者0＜φ≤π/2[rad]这一范围内的值的情况下，β(φ)_y被设定成伴随方位角φ接近-π[rad]或π/2[rad]而从“1”单调减少到“0”。并且，当方位角φ为π/2[rad]＜φ≤π[rad]这一范围内的值时，β(φ)_y被设定为“0”。

因此，在假设车辆系统整体重心按照重心速度基本要求值V1_xy的Y轴方向的分量V1_y而向车辆1的左侧移动的方式移动车辆1时，被预测为车辆1从虚拟壁离开或者这种可能性较高的状况下，β(φ)_y被设定为比“1”小的值。在该情况下，β(φ)_y被设定为车辆1远离虚拟壁的可能性越高越接近“0”或被维持在“0”。

另外，在重心速度基本要求值V1_xy中的Y轴方向的分量V1_y为车辆1的向右的速度的情况下(V1_y＜0)的情况下，第2限制率设定部32c2根据方位角φ并利用图11C的图表所示的方式设定β(φ)_y。

即，在方位角φ为0≤φ≤π/2[rad]的范围内的值的情况下，β(φ)_y被设定为“1”。因此，在假设车辆系统整体重心按照重心速度基本要求值V1_xy的Y轴方向的分量V1_y(＜0)而向车辆1的右侧移动的方式移动车辆1时，被预测为车辆1进一步接近虚拟壁或者这种可能性较高的状况下，β(φ)_y被设定为“1”。

另外，在方位角φ为-π/2[rad]≤φ＜0这一范围内的值、或者π/2[rad]＜φ≤π[rad]这一范围内的值的情况下，β(φ)_y被设定为伴随方位角φ接近-π/2[rad]或π[rad]而从“1”单调减少到“0”。并且，在方位角φ为-π[rad]≤φ＜-π/2[rad]这一范围内的值时，β(φ)_y设定为“0”。

因此，在假设车辆系统整体重心按照重心速度基本要求值V1_xy的Y轴方向的分量V1_y(＜0)而向车辆1的右侧移动的方式移动车辆1时，被预测为车辆1从虚拟壁离开或者这种可能性较高的状况下，β(φ)_y被设定为比“1”小的值。在该情况下，β(φ)_y被设定为车辆1远离虚拟壁的可能性越高越接近“0”或被维持在“0”。

需要说明的是，第2限制率β(φ)_x，β(φ)_y从“1”单调减少到“0”时的变化形态也可以与图11A～图11C所例示的形态不同。该变化形态例如也可以是直线状形态、正弦波状形态等。

速度限制系数设定部32c在如上所述的方式决定了第1限制率β(d)_xy及第2限制率β(φ)_xy之后，处理部32c3执行将与第1限制率β(d)_xy以及第2限制率β(φ)_xy分别对应的分量彼此相乘的处理，从而计算出合成限制率β1_xy(β1_x，β1_y的组)。即，通过β1_x＝β(d)_x·β(φ)_x、β1_y＝β(d)_y·β(φ)_y这一运算，计算出合成限制率β1_xy的各分量。需要说明的是，这里计算出的合成限制率β1_xy是暂定值，因此，在下文中称之为暂定合成限制率β1_xy。

进行如下补充，暂定合成限制率β1_xy中的β1_x相当于本发明中的第1指标值。另外，使用第2限制率β(φ)_y而决定的β1_y相当于本发明中的第2指标值，其中，该第2限制率β(φ)_y是在重心速度基本要求值V1_xy中的Y轴方向的分量V1_y为车辆1的向右的速度的情况下(V1_y＜0的情况下)而被设定的值；使用第2限制率β(φ)_y而决定的β1_y相当于本发明中的第3指标值，其中，该第2限制率β(φ)_y是在重心速度基本要求值V1_xy中的Y轴方向的分量V1_y为车辆1的向左的速度的情况下(V1_y＞0的情况下)而设定的值。

接着，通过由速率限制器32c4实施对暂定合成限制率β1_xy的限制处理，速度限制系数设定部32c决定确定合成限制率β2_xy，该确定合成限制率β2_xy即是为了决定上述速度限制系数α_xy而实际使用的合成限制率。该速率限制器32c4执行的限制处理是用于限制确定合成限制率β2_xy的时间变化率(每单位时间的变化量)的处理。

在该限制处理中，判断在第1控制处理部21的这一次(当前的)运算处理周期中计算出的暂定合成限制率β1_xy与在上一次的运算处理周期中所被决定的确定合成限制率β2_xy_p之间的各分量的每一分量的偏差Δβ_xy(Δβ_x＝β1_x-β2_x_p，Δβ_y＝β1_y-β2_y_p)的绝对值是否分别收敛于规定的上限值Δβmax_xy以下的范围内。需要说明的是，偏差Δβ1_xy相当于作为表示重心目标速度Vb_cmd_xy的各分量的限制程度的指标值的暂定合成限制率β1_xy的时间变化率。

然后，根据Δβ_xy中的Δβ_x的绝对值是否收敛于上限值Δβmax_x以下的范围内，通过下述方式决定这一次的(当前的)运算处理周期中的确定合成限制率β2_xy中的β2_x。即，在Δβ_x的绝对值收敛于上限值Δβmax_x以下的范围内的情况下，将由处理部32c3计算出的暂定合成限制率β1_x直接决定为这一次的运算处理周期中的确定合成限制率β2_x。

另外，在Δβ_x的绝对值大于上限值Δβmax_x时，这一次的运算处理周期中的确定合成限制率β2_x被限制为对上一次运算处理周期中的确定合成限制率β2_x_p加上Δβmax_x或-Δβmax_x而得到的值。更详细而言，当Δβ_x＜-Δβmax_x时，通过进行β2_x＝β2_x_p-Δβmax_x这一运算，决定这一次的运算处理周期中的确定合成限制率β2_x。另外，当Δβ_x＞Δβmax_x时，通过进行β2_x＝β2_x_p+Δβmax_x这一运算，决定这一次的运算处理周期中的确定合成限制率β2_x。

另外，根据Δβ_xy中的Δβ_y的绝对值是否收敛于上限值Δβmax_y以下的范围，通过与上述相同的方式决定这一次的(当前的)运算处理周期中的确定合成限制率β2_xy中的β2_y。

通过如上所述的方式决定确定合成限制率β2_xy，该确定合成限制率β2_xy被决定为抑制了急剧的变化且渐渐收敛于暂定合成限制率β1_xy。

接着，速度限制系数设定部32c在处理部32c5中执行从“1”中减去以上述方式决定的确定合成限制率β2_xy的各分量的处理，由此来决定上述速度限制系数α_xy。即，利用α_x＝1-β2_x，α_y＝1-β2_y来决定速度限制系数α_xy的各分量。

因此，以确定合成限制率β2_x越大(换言之，增大重心目标速度Vb_cmd_x相对于X轴方向的重心速度基本要求值V1_x的限制程度的要求越高)速度限制系数α_xy中的α_x越小(越接近“0”)的方式，决定该速度限制系数α_xy中的α_x。

同样地，以确定合成限制率β2_y越大(换言之，增大重心目标速度Vb_cmd_y相对于Y轴方向的重心速度基本要求值V1_y的限制程度的要求越高)速度限制系数α_xy中的α_y(越接近“0”)的方式，决定该速度限制系数α_xy中的α_y。

返回到图4的说明，重心目标速度决定部32以如上所述的方式决定重心速度基本要求值V1_xy和速度限制系数α_xy之后，通过在处理部32d中执行对V1_xy的各分量乘以α_xy的各分量的处理，来计算出作为重心目标速度Vb_cmd_xy的暂定值的暂定重心目标速度V2_xy。即，通过V2_x＝V1_x·α_x，V2_y＝V1_y·α_y这一运算，计算出暂定重心目标速度V2_xy的各分量。

接着，重心目标速度决定部32通过在处理部32e实施对暂定重心目标速度V2_xy的限制处理，来决定重心目标速度Vb_cmd_xy。在该处理部32e的限制处理中，使作为第1移动动作部3的致动器装置8的电动马达8a、8b的各自的旋转速度不脱离规定的允许范围，并以将X轴方向的重心目标速度Vb_cmd_x限制为值足够小的负的规定值以上的值(或零以上的值)的方式决定重心目标速度Vb_cmd_xy(Vb_cmd_x，Vb_cmd_y的组)的处理。

在该限制处理中，在由处理部32d计算出的暂定重心目标速度V2_x，V2_y的组例如在以V2_x值为纵轴、以V2_y值为横轴的坐标系上位于规定的区域内的情况下，将暂定重心目标速度V2_xy原样地决定为重心目标速度Vb_cmd_xy。

另外，在由处理部32d计算出的暂定重心目标速度V2_x，V2_y的组脱离了上述坐标系上的规定区域的情况下，将该暂定重心目标速度V2_x，V2_y的组限制为该规定区域的边界上的V2_x，V2_y值的组被决定为重心目标速度Vb_cmd_xy。

进行如下补充，在本实施方式中，利用速度限制系数设定部32c和处理部32d来实现本发明中的速度限制部。

如上所述，在执行了重心目标速度决定部32的处理之后，第1控制处理部21接着执行姿势控制运算部34的处理。该姿势控制运算部34通过图4的框线图所示的处理，以使搭乘者搭乘部5及基体2的姿势保持稳定化的方式决定第1移动动作部3的目标速度Vw1_cmd_xy。

更详细而言，姿势控制运算部34首先由运算部34a执行从上述重心目标速度Vb_cmd_xy的各分量减去重心偏移影响量Vofs_xy的各分量的处理，由此来决定重心偏移补偿后目标速度Vb_cmpn_cmd_xy。

接着，姿势控制运算部34分别通过下式(4a)，(4b)的运算来计算出目标平移加速度DVw1_cmd_xy中X轴方向的目标平移加速度DVw1_cmd_x和Y轴方向的目标平移加速度DVw1_cmd_y，作为第1移动动作部3的触地点的平移加速度的目标值。该运算处理是图4所示的姿势控制运算部34中除了上述运算部34a和进行积分运算的积分运算部34b以外的运算部的处理。

DVw1_cmd_x＝Kvb_x·(Vb_cmpn_cmd_x-Vb_estm1_x)-Kth_x·θb_act_x-Kw_x·ωb_act_x…(4a)

DVw1_cmd_y＝Kvb_y·(Vb_cmpn_cmd_y-Vb_estm1_y)-Kth_y·θb_act_y-Kw_y·ωb_act_y…(4b)

式(4a)，(4b)中的Kvb_xy，Kth_xy，Kw_xy是事先设定好的规定的增益值。

另外，式(4a)的右边第1项是与车辆系统整体重心的X轴方向的重心偏移补偿后目标速度Vb_cmpn_cmd_x(最新值)和车辆系统整体重心的速度的第1推定值Vb_estm1_x(最新值)的偏差对应的反馈操作量分量；右边第2项是与搭乘者搭乘部5的绕Y轴方向的实际的倾斜角θb_act_x的计测值(最新值)对应的反馈操作量分量；右边第3项是与搭乘者搭乘部5的Y轴方向的实际的倾斜角速度ωb_act_x的计测值(最新值)对应的反馈操作量分量。然后，作为这些反馈操作量分量的合成操作量计算出X轴方向的目标平移加速度DVw1_cmd_x。

同样地，式(4b)的右边的第1项是与车辆系统整体重心的Y轴方向的重心偏移补偿后目标速度Vb_cmpn_cmd_y(最新值)和车辆系统整体重心的速度的第1推定值Vb_estm1_y(最新值)的偏差对应的反馈操作量分量；右边第2项是与搭乘者搭乘部5的绕X轴方向的实际的倾斜角θb_act_y的计测值(最新值)对应的反馈操作量分量；右边第3项是与搭乘者搭乘部5的绕X轴方向的实际的倾斜角速度ωb_act_y的计测值(最新值)对应的反馈操作量分量。然后，作为这些反馈操作量分量的合成操作量计算出Y轴方向的目标平移加速度DVw1_cmd_y。

需要说明的是，上述式(4a)，(4b)分别能够改写成为下式(4a)’，(4b)’。

DVw1_cmd_x＝Kvb_x·(Vb_cmd_x-Vb_estm1_x)-Kth_x·(Ofst_estm_x/(h-r_x)+θb_act_x)-Kw_x·ωb_act_x…(4a)’

DVw1_cmd_y＝Kvb_y·(Vb_cmd_y-Vb_estm1_y)-Kth_y·(Ofst_estm_y/(h-r_y)+θb_act_y)-Kw_y·ωb_act_y…(4b)’

在该情况下，式(4a)’，(4b)’的右边第2项具有作为用于使X轴方向及Y轴方向上的实际的车辆系统整体重心的位置成为第1移动动作部3的触地部的正上方的位置的反馈操作量分量的含义。

接着，姿势控制运算部34利用积分运算部34b对目标平移加速度DVw1_cmd_xy的各分量进行积分，由此决定第1移动动作部3的目标速度Vw1_cmd1_xy(最新值)。

在各运算处理周期中，以上述方式执行第1控制处理部21的处理。通过该处理，以能够稳定地保持车辆1的搭乘者搭乘部5及基体2的姿势并使车辆系统整体重心的移动速度(水平方向的移动速度)收敛于重心目标速度Vb_cmd_xy的方式决定第1移动动作部3的目标速度Vw1_cmd1_xy。

第1控制处理部21控制电动马达8a、8b，以使第1移动动作部3的实际的移动速度追随通过上述方式决定的目标速度Vw1_cmd_xy。

接着，参照图12对第2控制处理部22的处理进行说明。在所述操作指令变换部31所决定的转向角速度指令ωjs为零的状况下，为了使车辆1进行平移移动，第2控制处理部22将第2移动动作部4的Y轴方向的移动速度(平移速度)的目标值即目标速度Vw2_cmd_y决定为与第1移动动作部3的Y轴方向的目标速度Vw1_cmd_y相一致。

另外，当上述转向角速度指令ωjs不为零的状况下，为了进行车辆1的转向，第2控制处理部22将第2移动动作部4的Y轴方向的目标速度Vw2_cmd_y决定为与第1移动动作部3的Y轴方向的目标速度Vw1_cmd_y不同。

具体而言，参照图12，第2控制处理部22首先通过运算部22a执行对上述转向角速度指令ωjs乘以第1移动动作部3与第2移动动作部4之间的X轴方向上的距离L的(-1)倍的值的处理。由此，决定用于以转向角速度指令ωjs的角速度进行车辆1的转向的相对速度指令Vjs2_y，其中，该相对速度指令Vjs2_y也即第2移动动作部4相对于第1移动动作部3的Y轴方向上的相对速度的指令值。

接着，第2控制处理部22利用运算部22b执行将上述相对速度指令Vjs2_y(最新值)加到由第1控制处理部21所决定的第1移动动作部3的Y轴方向的目标速度Vw1_cmd_y(最新值)上的处理。由此，决定第2移动动作部4的Y轴方向上的目标速度Vw2_cmd_y。

然后，第2控制处理部22控制电动马达17，使得第2移动动作部4的Y轴方向的实际的移动速度追随于通过上述方式决定的目标速度Vw2_cmd_y。

根据以上说明的实施方式，基本上根据与作为车辆1的操作器的操纵杆12的操作对应而设定的所述基本速度指令Vjs_xy、以及伴随于搭乘者的上身移动(体重移动)的所述重心偏移影响量Vofs_xy(或者重心偏移量Ofst_xy)决定重心目标速度Vb_cmd_xy，来作为车辆1的代表点的目标速度。并且，以实现该重心目标速度Vb_cmd_xy的方式控制第1移动动作部3和第2移动动作部4的移动动作。因此，搭乘者能够通过操作器的操作(操纵杆12的操作)和搭乘者的上身活动(体重移动)中的一方或者双方来操纵车辆1。

在该情况下，能够对应于虚拟壁与车辆1的位置关系而相对于重心速度基本要求值V1_xy而适当地限制重心目标速度Vb_cmd_xy，其中，该重心速度基本要求值V1_xy作为根据搭乘者的操纵操作而被要求的车辆系统整体重心(车辆1的代表点)的速度。

更详细而言，当虚拟壁与车辆1之间的距离d是上述规定值d1以上的值时，上述第1限制率β(d)_xy为β(d)_x＝β(d)_y＝0，因而，暂定合成限制率β1_xy为β1_x＝β1_y＝0。因此，在该状况下，重心目标速度Vb_cmd_xy不会对应于虚拟壁与车辆1的位置关系而被限制。

另一方面，当虚拟壁与车辆1之间的距离d比上述规定值d1小时，合成限制率(暂定合成限制率)β1_xy根据距离d和方位角φ而被设定为比零大的值。因此，重心目标速度Vb_cmd_xy被限制到重心速度基本要求值V1_xy。由此，能够在反映了搭乘者的操纵操作的同时，以能够适当地防止车辆1过于接近虚拟壁的方式，依次决定重心目标速度Vb_cmd_xy。

需要说明的是，本发明并不限定于以上所说明的实施方式。以下，对其他几个实施方式进行说明。

在上述实施方式中，构成重心目标速度Vb_cmd_xy的基础的重心速度基本要求值V1_xy根据搭乘者对操作器的操作(操纵杆12的操作)和搭乘者上身的运动(体重移动)而被设定。但是，重心速度基本要求值V1_xy也可以仅根据搭乘者对操作器的操作(操纵杆12的操作)和搭乘者的上身活动(体重移动)中的任意一方来进行设定。

另外，在上述实施方式中，在分别地决定了与车辆1和虚拟壁之间的距离d对应的第1限制率β(d)_xy以及与车辆1相对于虚拟壁的方位角φ对应的第2限制率β(φ)_xy的基础上，再决定将它们统合后的合成限制率(暂定合成限制率)β1_xy。但是，例如也可以根据距离d和方位角φ并使用运算映射表等直接决定各个合成限制率β1_x，β1_y(或者，1-β1_x以及1-β1_y)。

另外，在上述实施方式中，分别独立地决定了合成限制率β1_xy的各分量以及速度限制系数α_xy的各分量。但是，例如，也可以将通过上述方式决定的合成限制率β1_x，β1_y中较大一方的值(＝max(β1_x，β1_y))决定为与X轴方向及Y轴方向各自的速度相关的共用的限制率，或者，将通过上述方式决定的速度限制系数α_x，α_y中的较小一方的值(＝min(α_x，α_y))决定为与X轴方向及Y轴方向各自的速度相关的共用的速度限制系数。在这种情况下，能够使由重心速度基本要求值V1_xy(V1_x，V1_y的组)规定的速度矢量的方向与由重心目标速度Vb_cmd_xy(Vb_cmd_x，Vb_cmd_y的组)规定的速度矢量的朝向一致。

另外，在上述实施方式中，车辆1的朝后的重心目标速度Vb_cmd_x与车辆1和虚拟壁之间的位置关系无关地通过上述处理部32e来进行限制。但是，也可以根据车辆1和虚拟壁之间的位置关系来限制车辆1的朝后的重心目标速度Vb_cmd_x。

另外，在上述实施方式中，例示了倒立摆型车辆1作为搭乘型移动体。但是，本发明中的搭乘型移动体不限于倒立摆型的移动体，例如也可以是电动轮椅、电动推车等。

Claims (5)

1.一种搭乘型移动体的控制装置，其能够在搭乘者搭乘的状态下移动，该搭乘型移动体的控制装置的特征在于，具备：

目标速度决定部，其至少根据所述搭乘者的操纵操作，决定所述搭乘型移动体的目标速度；和

移动控制部，其根据所述目标速度进行所述搭乘型移动体的移动控制，

所述目标速度决定部通过下述方式构成：包括速度限制部，该速度限制部执行根据设定于所述搭乘型移动体的移动环境中的虚拟壁与该搭乘型移动体的位置关系来限制所述目标速度的处理，

所述速度限制部通过下述方式构成：在执行限制所述目标速度的处理时，根据所述搭乘型移动体相对于所述虚拟壁的方位，使所述目标速度的限制程度发生变化，

所述目标速度决定部构成为决定所述搭乘型移动体的前后方向的目标速度和左右方向的目标速度的组，

所述速度限制部构成为：能够根据所述位置关系来设定表示与所述搭乘型移动体的向前的速度相关的速度限制程度的第1指标值、表示与所述搭乘型移动体的向右的速度相关的速度限制程度的第2指标值、以及表示与所述搭乘型移动体的向左的速度相关的速度限制程度的第3指标值，并在执行限制所述目标速度的处理时，根据所述第1指标值限制所述搭乘型移动体的向前的目标速度，根据所述第2指标值或第3指标值来限制所述搭乘型移动体的左右方向的目标速度，

所述速度限制部构成为：在执行限制所述目标速度的处理时，在所述搭乘型移动体相对于所述虚拟壁的方位角所指定的范围内，限制向前、向右和向左的各个目标速度。

2.根据权利要求1所述的搭乘型移动体的控制装置，其特征在于，

所述速度限制部通过下述方式构成：进行以下处理来限制所述目标速度，该处理为，根据所述位置关系来修正根据所述操纵操作而被要求的所述搭乘型移动体的速度。

3.根据权利要求1所述的搭乘型移动体的控制装置，其特征在于，

所述速度限制部通过下述方式构成：以所述搭乘型移动体与所述虚拟壁之间的距离小于规定值为必要条件，执行限制所述目标速度的处理。

4.根据权利要求1所述的搭乘型移动体的控制装置，其特征在于，

所述速度限制部通过下述方式构成：在执行限制所述目标速度的处理时，所述搭乘型移动体与所述虚拟壁之间的距离越小，将所述目标速度的限制程度设置得越高。

5.根据权利要求1所述的搭乘型移动体的控制装置，其特征在于，

所述速度限制部通过下述方式构成：在执行限制所述目标速度的处理时，将所述目标速度的限制程度的时间变化率的大小控制在规定的上限值以下。

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