JP2002538891A

JP2002538891A - 車椅子用制御システム及び方法

Info

Publication number: JP2002538891A
Application number: JP2000604799A
Authority: JP
Inventors: カーメン，ディーン・エル; アムブロギ，ロバート・アール; アムズバリー，バール; ダスタス，スーザン・ディー; ダッガン，ロバート・ジェイ; ハインツマン，ジョン・デイヴィッド; ハインツマン，リチャード・カート; ハール，デイヴィッド・ダブリュー; カーウィン，ジョン・エム; モーレル，ジョン・ビー; スティーンソン，ジェイムズ・ヘンリー，ジュニアー
Original assignee: デカ・プロダクツ・リミテッド・パートナーシップ
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2002-11-19
Anticipated expiration: 2020-03-14
Also published as: TW425281B; AU774742B2; JP4564175B2; ATE300932T1; DE60021709D1; EP1161216B1; CA2367501A1; CA2625275C; EP1161216A1; WO2000054719A1; CA2367501C; DE60021709T2; US6571892B2; MXPA01009342A; US20020121394A1; WO2000054719A9; JP2010094533A; AU3743000A; MY125488A; CA2625275A1

Abstract

(57)【要約】装置が滑らかに動作するように装置を制御するシステム及び方法である。システムは、制御アーキテクチャ間で切り替わり、又は装置を制御するため制御ループで用いられる利得係数を変える。そのアーキテクチャ又は利得が切り換えられるとき、制御信号が平滑化され、それにより装置はそれが受け取る制御信号の突然の変化を被らない。一実施形態において、制御信号は、減衰オフセット値を制御信号に加えることにより平滑化されて、装置に印加される平滑化された制御信号を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［関連出願］本出願は、参照として本明細書に援用される１９９９年３月１５日に出願され
た発明の名称が「個人用車両の制御モード」である先に出願された仮り特許出願
第６０／１２４，４０３号の恩恵を主張する。

【０００２】［背景］１．発明の分野本発明は、制御スケジューリングの分野、特に異なった制御モード間で円滑な
変更を行う分野に関する。２．関連技術の説明人輸送装置は、人を表面上で移動させる働きをし、多くの異なった形態をとる
ことができる。たとえば、ここで使用する人輸送装置は、車椅子、動力付きカー
ト、自転車、オートバイ、自動車、ホバークラフトなどを含むことができるが、
それらに制限されることはない。一部の形式の人輸送装置は、装置が倒れて輸送
装置のユーザが負傷することがないようにするために、安定化機構を含むことが
できる。

【０００３】典型的な４輪形車椅子は、４つの車輪すべてで地面と接触する。車椅子および
ユーザを合わせたものの重心が車輪間の面積の上方にあれば、車椅子は転倒しな
いはずである。重心が輸送装置の接地部材の外側の上方に位置する場合、輸送装
置が不安定になってひっくり返るであろう。

【０００４】図１Ａを参照すると、典型的な車椅子１００が示されている。車椅子１００お
よびユーザ１０２がフレーム(frame)を定めている。フレームは、表面１０６の
垂直方向上方に配置された位置にある重心１０４を有する。ここで使用する用語
「表面」は、人輸送装置が載ることができるすべての表面を指すものとする。表
面の例として、平坦な地面、スロープなどの傾斜面、砂利道などがあり、互いに
垂直方向に変位した２つのほぼ平行な表面を垂直に連結した縁石（道路縁石など
）も含まれるであろう。

【０００５】表面１０６は、水平軸１０８に対して傾斜していてもよい。表面１０６が水平
軸１０８からずれている角度をここでは表面ピッチと呼び、θ_sの角度で表す。車椅子１００の前輪１１２および後輪１１０は、距離ｄだけ離れている。２つ
の車輪間の距離ｄは、線（たとえば、直線）距離として測定することができる。
システムの重心１０４が２つの車輪１１０及び１１２間の上方の位置にある場合
、車椅子１００は直立して比較的安定しているはずである。車輪１１０および１
１２は一般的に、車椅子の他方側に反対の車輪(opposing counerparts)（図示せ
ず）を有する。反対の車輪の各々は、それぞれ車輪１１０および１１２と軸を共
有しているであろう。これらの４つの車輪が地面と接触する点（接地部分が点よ
り多くを覆うような時、接地部分の外側部分）を結んだ多角形によって囲まれる
範囲が、車椅子が安定している時に重心１０４が位置することができる範囲であ
る。以下の説明の様々な箇所で、この範囲を装置のフットプリント(footprint)
と呼ぶであろう。ここで使用する用語としての「装置のフットプリント」は、車
輪間の範囲（面積）を水平面上に投影した時の投影図によって定められる。重心
がこの場所の上方にある場合、輸送装置は安定しているはずである。

【０００６】重心１０４が表面１０６の垂直方向上方でフットプリント（すなわち、車輪１
１０および１１２間の範囲を水平面上に投影したもの）の外側に変位している場
合、車椅子１００の安定性が低下して、車椅子１００が転倒するであろう。この
ことは、たとえば、車椅子が急勾配の表面上にある時に発生するであろう。急勾
配にある時、重心１０４が後方へ移動して、車椅子１００が後方へひっくり返る
であろう。これは、重心１０４が車椅子１００のフットプリントの外側の位置に
ある図１Ｂに示されている。重心１０４が、重心１０４を下方向に線形移動させ
る重力加速度ベクトル（ｇ）を含めて示されている。車椅子１００は、それが通
行中の表面と接触するまで、後輪１１０の軸を中心に回転するであろう。

【０００７】ユーザ１０２は、車椅子１００内で前傾することによって、重心１０４を車輪
１１０および１１２の間の範囲の上方の位置に戻すことを助けることができる。
重心１０４の位置をこのように限定的に制御できるとしても、車椅子などの人輸
送装置が縁石または段差などの凹凸表面を通行する時に大きな困難に直面するこ
とは明らかである。

【０００８】別の形式の人輸送装置は、輸送装置を２つの車輪上で釣り合わせることができ
る制御機構を含むであろう。２つの車輪は、車輪の中心を通る単一軸に連結する
ことができる。その軸は、装置の前後移動が軸に直交する方向になるようにして
車輪を連結する。制御機構は、重心を車輪軸の上方位置に保持できるように車輪
を前後方向に駆動することによって、装置およびユーザを安定的な直立位置に保
持することができる。そのような装置はさらに、重心を車輪軸から前後方向に一
定距離だけ変位させることができるようにし、重心をその位置に保持するように
車輪を回転させることによって、移動を行うことができる。そのような装置の例
が、米国特許第５，７０１，９６５号および第５，７１９，４２５号に開示され
ており、それらは参照として本明細書に援用される。

【０００９】［発明の概要］本発明の実施形態によれば、装置の第１作動モードおよび第２作動モード間の
転換を行うシステムが開示されている。この実施形態では、システムが、第１作
動モードでシステムを制御するために第１作動モードに対応した利得係数を用い
、第２作動モードで作動する時に第２作動モードに対応した利得係数を用いる制
御ループを含む。本実施形態では、システムはさらに、装置が第１作動モードか
ら第２作動モードに移行するのとほぼ同時に、第２作動モードに対応した係数を
使用して制御ループを作動させる利得セレクタも含む。

【００１０】本発明の別の実施形態によれば、制御信号に応答する装置を円滑に作動させる
方法が開示されている。この実施形態では、方法は、制御信号用の値を決定する
ステップと、制御信号を処理して修正された制御信号を生成するステップと、修
正された制御信号を装置に印加するステップとを含む。

【００１１】本発明の別の実施形態では、マルチモジュラー装置(multi-modular apparatus
)においてモード間の円滑な切り換えを行う方法が開示されている。この実施形
態の方法は、モード変更が行われたかを決定するステップと、モードが変更され
ている場合にオフセット値を決定するステップとを含む。この実施形態の方法は
また、平滑化された制御信号を生成するために、制御信号を装置に印加する前に
、制御信号に減衰オフセット値を加算するステップと、平滑化された制御信号を
装置に印加するステップとを含む。

【００１２】［詳細な説明］本発明の態様は、人輸送装置の作動のための様々な制御モードに関する。様々
なモードの各々によって異なった形式の制御が可能である。一部の実施形態では
、モードの一部ではユーザの入力コマンドに対する応答性が非常に高いが、別の
モードは、輸送装置を、従ってユーザを直立した安定位置に保持しようとして、
ユーザの入力コマンドを完全に無視するであろう。

【００１３】図２Ａは、本発明の態様を実施することができる輸送装置２００の一例を示し
ている。本発明の様々な内容が様々な輸送装置に関連させて説明されているが、
その説明の教示が人輸送装置での実施だけに制限されないことに注意されたい。
たとえば、様々な制御モードは、図２Ａに示されている輸送装置２００に似てい
ない輸送装置にも適用可能である。また、様々なモード間での円滑な移行を可能
にするシステムおよび方法は他の装置にも適用可能である。

【００１４】輸送装置２００は、ユーザの人（図示せず）を支持するのに適したプラットフ
ォーム２０２を含むことができる。プラットフォーム２０２は、図２Ａに示され
ているものと同様な、ユーザが座る椅子形プラットフォームにすることができる
。しかし、後述するように、プラットフォーム２０２は椅子形プラットフォーム
である必要はなく、ユーザの人を支持することができるいずれの形式のプラット
フォームでもよい。たとえば、プラットフォームは、ユーザが立つプラットフォ
ームにすることもできる。

【００１５】輸送装置２００はまた、椅子のアームに似たアーム２０４を含む。アームは、
ユーザが寄りかかったり、他の方法でユーザを支持する場所を提供することがで
きる。アーム２０４は、ユーザから方向コマンド入力を受け取ることができるジ
ョイスティックなどのユーザ・インターフェース２０６を含むことができる。ユ
ーザ・インターフェースの他の形式として、ローラ・ボール、タッチ・パッド、
息感知入力装置(breath sensitive input)、ユーザに、またはユーザが着用して
いる衣類に取り付けられた位置通報センサ、音声認識システム、押しボタン制御
装置などを含むことができるが、それらに制限されない。ユーザ・インターフェ
ース２０６がこれらの入力コマンドを輸送装置２００の制御ユニット２４０に中
継することによって、輸送装置２００の所望方向の移動を実施することができる
。ユーザ・インターフェース２０６はまた、移動速度を決定する(effect)ことも
できる。

【００１６】輸送装置２００はまた、接地部材２０８および２１０を含むことができる。図
２Ａに示されているように、接地部材２０８および２１０は車輪である。しかし
、接地部材２０８および２１０は車輪に制限されないことに注意されたい。たと
えば、接地部材は、キャスタ、剛直部材（たとえば、米国特許第５，７９１，４
２５号の図２２〜図２４に示されている弓形部材）、トレッド(treads)または他
の移動機構にすることができる。上記および他の接地部材を有する人輸送装置に
ついて以下に記載する。

【００１７】車輪２０８および２１０を含む実施形態では、車輪が表面と接触して、表面上
を移動できるようにしている。車輪２０８および２１０は、モータ（図示せず）
によって駆動することができる。また、各車輪２０８および２１０を輸送装置の
他方側の同軸的な車輪（図示せず）と左右逆転配置することによって、通行中の
表面と接触する４つの車輪を設けることができる。

【００１８】車輪２０８および２１０は、可動アーム２１２（またはクラスタ）に取り付け
ることができる。ここで使用する用語「可動アーム」および「クラスタ」は、接
地部材を取り付けることができるアセンブリを指すものとする。また、クラスタ
は、文脈によっては接地部材を含んでそれらを互いに連結したアセンブリ全体を
指すことも時々あるであろう。クラスタ２１２は剛直部材でもよいが、様々な軸
を中心に折り畳むことができる部材でもよい。たとえば、ここでクラスタ２１４
が第１部分２１６および第２部分２１８を有するように示されている図２Ｂを参
照すると、第１部分２１６および第２部分２１８は、ピボット点２２０で互いに
回動するように取り付けられているであろう。クラスタ２１４は、２つの車輪２
２２および２２４を含むであろう。２つの車輪２２２および２２４は、それぞれ
接触点２２６および２２８で表面と接触することができる。クラスタが水平面上
にあるために、本実施形態では接触点２２６と接触点２２８との間の距離が輸送
装置のフットプリントの長さ（ｌ）を定める。（もちろん、クラスタが傾斜上に
ある場合、フットプリントの長さは水平面上のＬの投射図の長さに等しいであろ
う。本実施形態では、クラスタ２１４の第１部分２１６および第２部分２１８間
のピボット点２２０のため、フットプリントの長さ（ｌ）が可変である。クラス
タ２１４の第１部分２１６とクラスタ２１４の第２部分２１８との間の角度θ_c
が約１８０°の時、フットプリントの長さ（ｌ）が最大である。

【００１９】１つの実施形態では、クラスタ２１４の第１部分２１６と第２部分２１８との
間の角度θ_cが極めて小さくなるように、クラスタのフットプリントの長さを短
くすることができる。そのような実施形態の一例が、図２Ｃに示されている。こ
の実施形態では、車輪２２２および２２４の外周が重なるであろう。もちろん、
この実施形態では、車輪２２２および２２４をＺ軸に沿って互いにずらせること
によって、車輪２２２および２２４が互いに接触して車輪の回転が妨害されるこ
とがないようにすることができる。

【００２０】再び図２Ａに戻ると、クラスタ２１２は、プラットフォーム支持体２３０によ
ってプラットフォーム２０２に取り付けることができる。プラットフォーム支持
体２３０は、上側部分２３２と下側部分２３４とを含むことができる。（プラッ
トフォーム支持体２３０を一体形部材にすることもできる。）１つの実施形態では、プラットフォーム支持体２３０の下側部分２３４をクラ
スタ２１２に回動可能に取り付けることができる。クラスタ２１４とプラットフ
ォーム２０２の底部との間の高さＨを調整するために、プラットフォーム支持体
２３０の下側部分２３４をクラスタ連結部ピボット点２３６中心に回転させて、
もっと垂直向きにすることができる。また、下側部分２３４を垂直向きに回転さ
せる時、上側部分２３２も支持体ピボット点２３８を中心に回転させて、プラッ
トフォームをさらに高くすることもできる。

【００２１】プラットフォーム２０２を降下させようとする時、下側部分２３４をクラスタ
２１２に接近するように移動させる。また、上側部分２３２を下側部分２３４お
よびクラスタ２１２の両方に接近するように移動させることもできる。

【００２２】輸送装置２００はまた、制御ユニット２４０（または電子機器ボックス）を含
むことができる。一般的に、制御ユニット２４０は、輸送装置２００を作動させ
るために輸送装置２００内に含むことができる様々なモータにコマンドを送る。
制御ユニット２４０は、傾斜センサ、速度センサ、加速度センサ、位置通報セン
サなどの様々なセンサを含むことができる。１つの実施形態では、制御ユニット
２００は、輸送装置２００を安定させるために、車輪２０８および２１０の位置
や、クラスタ２１２の角度向きを、またはその両方を調整することができる。ま
た、制御ユニット２４０は、ユーザ・インターフェース２０６から受け取った入
力コマンドに応答するために、クラスタ２１２および車輪２０８および２１０を
回転させることができる。１つの実施形態では、制御ユニット２４０は様々なセ
ンサ入力に基づいて、プラットフォーム２０２に対するクラスタ２１２の角度を
調整することによって、クラスタ２１２を通る軸２４２および車輪２０８および
２１０のそれぞれの車軸２４４および２４６を通行中の表面にほぼ平行にして、
プラットフォーム２０２を直立位置に保持することができる。輸送装置２００が
標準または強化モードで作動している時、このような向きが好ましい。標準モー
ドおよび強化モードなどの様々なモードについてさらに詳細に後述する。

【００２３】図２Ｄは、人輸送装置２００用のクラスタ２４８の変更実施形態を示している
。この実施形態では、クラスタ２４８は、モータ（図示せず）によって駆動され
る第１車輪２５０を含む。モータを駆動するコマンドは、制御ユニット２４０（
図２Ａ）から受け取ることができる。クラスタ２４８は、モータで駆動されない
第２車輪２５２も含むことができる。たとえば、第２車輪２５２は、クラスタ２
４８に固定されたキャスタ形車輪でもよい。これまでの図面は前進方向が左から
右方向であるように記載されているが、図２Ｄのクラスタ２４８はいずれの方向
に向けてもよいことを理解されたい。すなわち、動力付き車輪２５０を前輪にし
ても、第２車輪２５２を前輪にしてもよい。

【００２４】図２Ｅは、輸送装置２００の制御ユニット２４０に固定された非駆動(non-mot
orized)車輪２５４を含む輸送装置２００の一例を示している。この実施形態で
は、１つの作動モードにおいて、後輪２０８が表面と接触したままであるが、前
輪２１０が表面と接触しないようにクラスタ２１２を回転させることができる。
不安定状態にならないと仮定して、クラスタ２１２の回転によるトルクによって
、非駆動車輪２５４が表面と接触するまで輸送装置２４０が前方に傾くであろう
。この作動モードは、輸送装置２００が滑らかな平坦表面上で作動しているとき
に好ましいであろう。この向きでは、後輪２１２をモータで駆動するだけでよく
、したがって、輸送装置２００が消費する動力量を減少させることができること
に利点がある。

【００２５】クラスタに取り付けられた車輪２０８および２１０の両方が表面と接触するよ
うにクラスタ２１２を回転させた場合、非駆動車輪２５４が表面から持ち上がり
、輸送装置が４輪駆動装置になるであろう。そのような配置の輸送装置２００の
一例が、図２Ｆに示されている。図２Ｆでは、車輪２１０および２０８が表面２
７０と接触している。非駆動車輪２５４は表面２７０の上方に上昇している。こ
の実施形態では、クラスタ２１２およびプラットフォーム２０２が表面２７０に
ほぼ平行である。以上に人輸送装置２００の様々な実施形態を詳細に説明してき
た。車輪２０８および２１０を、各々が個別のモータで駆動される動力付き車輪
にしてもよいことに注意されたい。しかし、車輪２０８および２１０の両方を単
一のモータで駆動してもよい。また、車輪の一方だけをモータで駆動してもよい
。さらに、輸送装置２００を側面図だけで示してきた。側面図で示されている構
成要素を輸送装置２００の他方側に左右逆配置することができることを理解され
たい。たとえば、輸送装置は、輸送装置２００の各側にクラスタを含むことがで
きる。１つの実施形態では、クラスタを互いに固定連結して、それらが一体部材
として移動するようにしてもよい。しかし、各クラスタが互いに独立的に作動す
るように、クラスタを回転またはその他の方法で平行移動できるようにすること
も、本発明の範囲に入る。さらに、本発明は、上記の輸送装置で実現されること
に制限されないことにも注意されたい。たとえば、本説明に含まれる教示の一部
または全部は、ヘリコプター、航空機、自動車、オフロード車、原付自転車、オ
ートバイなどの輸送装置でも実施することができる。本発明の教示を実施できる
他の形式の輸送装置が、図３に示されている。

【００２６】図３は、ユーザが立つことができる人輸送装置３００を示している。輸送装置
は、立った姿勢のユーザの人３０４を支持するのに適したプラットフォーム３０
２を含むことができる。１つの実施形態では、人３０４がプラットフォーム３０
２上で所望の移動方向へ傾くことによって、装置３００の移動を制御することが
できる。この実施形態では、プラットフォーム３０２がベース・ユニット３０６
に回動可能に取り付けられている。ベース・ユニット３０６は、輸送装置３００
の移動と、おそらくは安定性とを制御することができる制御ユニット３０８を含
むことができる。ベース・ユニット３０６はまた、車輪３１２および３１４など
の接地部材を含むクラスタ３１０も含むことができる。人輸送装置はまた、ユー
ザから所望の移動コマンドを受け取るためのジョイスティック３１６などの第２
ユーザ入力装置も含むことができる。図３に示されているように、人輸送装置３
００は、傾斜プラットフォーム３０２およびジョイスティック３１６の両方を含
む。

【００２７】さらに具体的に言うと、ユーザが輸送装置３００の移動を指示することができ
るようにするために、プラットフォーム３０２またはジョイスティック３１６が
制御ユニット３０８に入力を送る。ユーザ入力に応答して、制御ユニット３０８
は車輪（３１２および３１４）およびクラスタ３１０のいずれか一方または両方
を回転させることができる。また、制御ユニット３０８は、重心３１８を輸送装
置３００のフットプリントの垂直方向上方に保持するために、時にはユーザ入力
に関係なく、クラスタ３１０の位置および車輪３１２および３１４の位置の両方
またはいずれか一方を調整することができる。図３に示されているように、重心
３１８は、車輪３１２および３１４の軸の間でクラスタ３１０の垂直方向上方に
変位する。１つの実施形態では、制御ユニット３０８は、重心３１８をクラスタ
３１０の中心点３２０の上方に維持する。重心３１８がクラスタ３１０の中心点
３２０の上方に位置する時、輸送装置３００は非常に安定しているであろう。

【００２８】便宜上、以下の説明の一部では、重心の位置が既知であるように述べるであろ
う。しかし、場合によっては、その位置は推定位置に基づく。重心を推定するシ
ステムおよび方法については後述する。さらに、重心を基準量として記載するが
、本説明の教示はそれに制限されず、輸送装置を効果的に安定させるために輸送
装置の他の特性を考慮するだけでもよいことに注意されたい。たとえば、重心の
位置の推定に依存する必要性の代わりに、（後述の）ピッチ率を考慮することも
できる。

【００２９】図４は、図２に示されている輸送装置２００の簡略形を示している。この例で
は、輸送装置がいわゆる「均衡モード」で作動している（図２〜図３の例のよう
な他の実施形態も、均衡モードで作動することができる。）。（輸送装置が静止
している）均衡モードでは、制御ユニットは、様々な入力に基づいて、接地車輪
４０４を通る横軸４０２の上方に重心４００を維持しようとする。このモードで
は、重心４００を接地車輪４０４の横軸４０２の垂直方向上方の位置に維持する
ために、接地車輪４０４を回転させることによって、安定化のほぼすべてが行わ
れる。このために、クラスタ４０８は、プラットフォーム２０２の底部に対して
固定位置に保持されるであろう。図４に示されている実施形態では、クラスタ４
０８がほぼ垂直位置に保持されている。（クラスタを他の相対角度に保持するこ
ともできる。）繰り返すと、均衡モードにある輸送装置２００は、重心４００を輸送装置２０
０が載っている接地車輪４０４の横軸４０２の垂直方向上方のいずれかの位置に
変位させるように、プラットフォーム２０２の位置を制御することによって作動
する。移動できるようにするために、装置が「FORE/AFT」方向に制御状態で落下
を開始するように、重心４００を接地車輪４０４の横軸４０２の前方または後方
のいずれかにわずかに変位させることができる。重心４００が横軸４０２に対し
て変位している時、本質的に重心４００を軸４０２に対して比較的接近している
がずれた位置に保持するように、接地車輪４０４を駆動する。このようにして、
装置は転倒しない。図４に示されているような輸送装置の均衡モードは、米国特
許第５，７０１，９６５号に開示されている。均衡モードのこの実施形態では、
輸送装置４００の安定化を助けるために、クラスタ４０６が適所位置にロックさ
れて、回転することはないであろう。このため、本実施形態では、均衡モードは
一般的に、人輸送装置を動的に安定させる「車輪のみ」の方法("wheel only" ap
proach)であると考えることができる。

【００３０】場合によっては、人輸送装置がユーザまたは他のいずれかの外的手助けの補助
をほとんど、またはまったく受けないで、階段の昇降を行うことが望ましいであ
ろう。このため、一部の人輸送装置は、階段を登る能力を発達させて、いわゆる
「階段」または「傾斜」モードで作動する。そのような装置の例が、米国特許第
５，７０１，９６５号および第５，７９１，４２５号に示されている。階段モー
ドでは、車輪をクラスタに「連動(slaved)」させることができる。すなわち、車
輪は、移動手段としてではなく、クラスタを回転させるためだけに運動すること
ができる。

【００３１】図５Ａおよび図５Ｂは、階段モードで作動している人輸送装置のクラスタ５０
０の相対向きの２つの例を示している。階段モードで作動する時、階段をどちら
の方向に進むか（すなわち、階段を登るのか、降りるのか）によって、後輪車軸
または前輪車軸のいずれかの上方に重心が位置するように、クラスタ５００を回
転させることができる。車輪５０２が階段５０８の前縁部５０６と接触した時、
車輪は階段に押し付けられた状態に保持される。重心が接触点５１４に向かって
移動する時、クラスタ５００は、図５Ｂに示されているように、上向きに回転し
始めるであろう。クラスタ５００が回転する時、連動車輪５０２はクラスタの回
転に応じてクラスタ５００に対して回転するので、車輪上の同一点が階段と接触
点５１０で接触している。車輪５０２が移動できるとすると、クラスタの回転に
よって車輪５０２が階段から離れる方向に移動するため、輸送装置が転倒するで
あろう。

【００３２】第２車輪５０４が階段５０８の上縁部５１２と接触点５１４で接触するまで、
クラスタ５００が（本例では、時計回り方向に）回転する。輸送装置が階段の上
部に達するまで、このプロセスが繰り返される。別の実施形態では、たとえば、
輸送装置が大きい縁石を横切っている場合、上記プロセスを一度実行するだけで
よいであろう。

【００３３】上記システムは、装置の均衡を効果的に維持するために、クラスタまたは車輪
のいずれかを使用している。しかし、場合によっては、ユーザが転倒しないよう
にする位置に重心を保持するために、車輪およびクラスタの両方を使用する方が
望ましいことが分かった。たとえば、凹凸表面を通過する時、プラットフォーム
を直立位置に保持するために、車輪およびクラスタが同時に回転することが望ま
しいであろう。

【００３４】このため、本発明の幾つかの実施形態の態様が、輸送制御の新しいモードに向
けられている。この新しいモードをここでは強化モードと呼ぶ。１つの実施形態
では、強化モードは、重心が輸送装置のフットプリントの上方に位置するか、そ
れに非常に接近した位置にあるように（または、輸送装置のフレームピッチ（ま
たはフレームピッチの関数）を所定範囲内のパラメータに保つなどの他の基準を
満たすように）、輸送装置の車輪およびクラスタの両方を制御することによって
、輸送装置の作動および安定化を制御する。

【００３５】図６は、人輸送装置の可能な作動モードを詳細に説明するブロック図である。
１つの実施形態では、人輸送装置は、標準モード６０２、均衡モード６０４およ
び階段モード６０６を含むことができる。本発明のある一定の実施形態の態様に
よれば、輸送装置は強化モード６０８も含むことができる。これらの様々な制御
モードは、装置の移動を行うために制御ユニット内に収容されたソフトウェアお
よびハードウェアによって使用される。各モードは、人輸送装置が異なったパラ
メータに従って作動できるようにする。人輸送装置は他の作動モードも含むこと
ができることに注意されたい。たとえば、人輸送装置は、モード間の移行を行う
モードや、システム故障を処理するモードを含むことができる。

【００３６】ここに説明した制御モードおよび関連のソフトウェアおよびハードウェアは、
図３に関連して以上に説明した制御ユニットなどの制御ユニット内に包含するこ
とができる。しかし、ソフトウェアおよびハードウェアの様々な部分を制御ユニ
ット以外の場所で使用することもできる。たとえば、プラットフォーム、クラス
タ、車輪、または人輸送装置の作動を効果的に制御するために望ましいか、必要
な他の場所に様々なセンサを配置することができる。

【００３７】均衡モード６０４および階段モード６０６は前述されており、例示のため、図
６の実施形態が上記説明に従って作動するものと仮定することができる。しかし
、均衡モード６０４および制御モード６０６の変更形が存在し、本説明に与えら
れている様々な制御計画に基づいて作動する輸送装置に完全に組み込むことがで
きることに注意されたい。

【００３８】ここで使用する用語「標準モード」は、動的安定化がまったく生じない作動モ
ードを指すものとする。標準モードでは、クラスタおよびプラットフォームが互
いに固定関係のままである。たとえば、ユーザが椅子形プラットフォーム（図２
）を有する人輸送装置を標準モードで作動させている場合、クラスタに対するプ
ラットフォームの角度を制御するモータは一定位置に保持される。輸送装置が傾
斜を上っている時、プラットフォームは後方に傾斜する。しかし、傾斜が急にな
りすぎると、システムの重心が、輸送装置のフットプリントの外側の位置にあっ
て、輸送装置が後方にひっくり返る可能性がある。

【００３９】標準モードでは、ユーザが輸送装置の移動を完全に制御することができる。す
なわち、制御ユニットは、ユーザ入力に非常に敏感である。１つの実施形態では
、ユーザ入力部から受け取った入力に高い利得係数（後述）を適用することによ
って、これを達成することができる。ユーザ入力部は、ジョイスティックか、ユ
ーザが作動させる他の適当な入力装置にすることができる。また、輸送装置は、
ユーザ入力部として機能する傾斜可能なプラットフォームを含むことができる。

【００４０】ある一定の実施形態によれば、標準モードは２つのサブモードを含むことがで
きる。第１のサブモードは、図２Ｅに示されているようなシステムで実行される
であろう。このサブモードでは、非駆動車輪２５４を輸送装置２００の制御ユニ
ット２４０に固定することができる。少なくとも装置が前傾して非駆動車輪２５
４が表面と接触するまで、クラスタ２１２が回転点２１３を中心に回転すること
ができる。このモードでは、ユーザコマンドに応答して移動を行うために、後輪
２０８を駆動するモータに電力が供給される。このように、クラスタ２１２の前
駆動車輪（たとえば、車輪２１０）に取り付けられたモータへの電力供給が停止
されているので、電力を温存することができる。この理由から、一般的に標準モ
ードは、特にこのサブモードは、限られた電源（たとえば、充電式バッテリ）を
有する輸送装置２００を長時間にわたって作動させようとする時に特に魅力的で
ある。また、このモードでは、エネルギを温存するために、輸送装置によって与
えられるいずれのタイプの安定化も使用不能になるであろう。また、非駆動車輪
がキャスタ形車輪で、高い操縦性を有することができるため、このモードでの旋
回半径が最小になるであろう。また、クラスタ２１２の各側に連結された各車輪
が独自の車輪モータを含むこともできる。両側の車輪の各々に異なった信号を送
ることによって、輸送装置２００は円を描いて旋回することができるであろう。
これは、一方の車輪に正のトルクを、他方に負のトルクを与えることによって達
成することができる。

【００４１】標準モードの別のサブモードは、図２Ｆに示されているように、４車輪すべて
が表面と接触し、非駆動車輪２５４が地面から離れた状態に保持されるようにク
ラスタを回転させるモードを含む。このサブモードでは、輸送装置２００は、４
輪駆動輸送装置として機能することができる。しかし、ユーザが標準モードのこ
のサブモードを後述の強化モードと混同しないように、このモードでは車輪がユ
ーザ入力コマンドに応答しないことが好ましい。

【００４２】前述したように、標準モードはプラットフォームをクラスタに対してほぼ一定
の角度関係に保持することができる。この場合、標準モードのいずれのサブモー
ドでも、クラスタをプラットフォームに対して位置決めするモータを使用不能に
することができる。

【００４３】図６に戻って説明すると、ユーザは、ユーザ・インターフェース上でユーザに
提示されたオプションを選択することによって、モード間の移行を行うことがで
きる。ユーザ・インターフェースは、たとえば、プラットフォーム２０２上に設
けられたアーム２０４（図２Ａ）に設けることができる。あるいは、モード移行
を自動的に行うこともできる。たとえば、供給電力が低レベルになると、電力を
節約するか、安全性を確保しようとして、輸送装置を自動的に均衡モードから標
準モードに移行させることができる。

【００４４】輸送装置は、様々なモードから別のモードに移行することができる。たとえば
、輸送装置は、矢印６２０で表されているように、標準モード６０２から均衡モ
ード６０４に移行したり、戻ることができる。輸送装置はまた、矢印６２１で表
されているように、均衡モード６０４から階段モード６０６に移行したり、戻る
ことができる。また、輸送装置は、矢印６２２で表されているように、標準モー
ドから階段モード６０６に移行したり、戻ることができる。ユーザがユーザ入力
装置からモード移行を選択した時、輸送装置は、矢印６２３で表されているよう
に、標準モード６０２、均衡モード６０４または階段モード６０６から強化モー
ド６０８に出入りすることができる。後述するように、強化モードは、移送装置
の他のいずれのモードより動的安定性を高くすることができる。そのため、輸送
装置が現在の作動モードでは不安定になっていると制御ユニットが決定した場合
、輸送装置は自動的に強化モードに入ることができる。

【００４５】幾つかの実施形態によれば、クラスタがほぼ垂直向きである時、強化モードに
自動的に入ることが防止される。輸送装置の現在の向きの幾つかのパラメータが
、モード変更を行った時に輸送装置が不安定になるような値でなければ、ほとん
どいつでも強化モードから出ることができるであろう。

【００４６】やはり後述するように、強化モードは、自動的に切り換えられる複数のサブモ
ードを含むことができる。また、後述する制御切り換えおよび利得スケジューリ
ング・システムおよび方法によって、強化モードを円滑かつ効果的にサブモード
間で切り換えることができる。

【００４７】図７Ａは、強化モードで作動することができる輸送装置７００の簡略化した側
面図である。輸送装置７００は一例として与えられているだけであって、ここに
記載する強化モードの作動の応用を決して制限するものではないことに注意され
たい。

【００４８】輸送装置７００は、プラットフォーム７０２を含む。前述したように、このプ
ラットフォームは、図２Ａに示されているような椅子形のプラットフォームでも
よいが、図３に示されているように、ユーザが立つプラットフォームでもよい。
しかし、強化モードでの輸送装置の相対角度の説明は、いずれの構造または他の
構造にも等しく当てはまる。以下の説明のため、図７Ａでは、時計回り方向を指
す矢印によって表された角度は正の値であり、反時計回り方向を指す矢印によっ
て表された角度は負の値であるように、角度を測定する。たとえば、φ_c（重力
に対するクラスタ位置）として示された角度は正の角度であり、θ₃として示さ
れた角度は負の角度である。

【００４９】重心７０４は、システム全体の重心を表す。これは、輸送装置７００、ユーザ
（図示せず）およびユーザが持っていると思われる（やはり図示せず）いずれの
ペイロードも含む。また、重心は、輸送装置の安定性を決定するために、推定お
よび試験の両方またはいずれか一方によって得ることができる輸送装置のパラメ
ータの一例として与えられているだけであることに注意されたい。

【００５０】制御ユニット７０６が発生する制御信号は、重心７０４を輸送装置７００のフ
ットプリントの上方に保持しようとする。繰り返すが、装置のフットプリントは
、クラスタの端部点の間に存在するものと定義することができ、さらに好ましく
は、前輪７１２および後輪７１４の横軸７０８および７１０の間にある。これら
の車輪は、クラスタ７１６に取り付けられ、その一部にすることができる。１つ
の実施形態では、強化モードにおいて重心はクラスタ７１６の中心点７１８の上
方に位置し続ける。

【００５１】プラットフォーム７０２は、プラットフォーム支持体７２０によって支持する
ことができる。ここで用いられるプラットフォーム高さ（Ｈ）は、プラットフォ
ーム７０２の底部と座部支持体７２０がクラスタ７１６に連結される場所との間
の距離を指すものとする。

【００５２】プラットフォーム支持体７２０の上側部分７２２および下側部分７２４間の角
度θ_hを変更することによって、座部高さＨを調整することができる。上側部分
７２２および下側部分７２４を回動式に連結するピボット点にモータを設けるこ
とができる。このモータは、座部高さコマンドに基づいて、上側部分７２２およ
び下側部分７２４間の角度θ_hを増減することができる。これは、ユーザが立っ
ている人の目の高さまで上昇する（またはそれに近づく）ことができるようにす
るため、好都合である。１つの実施形態では、プラットフォーム７２６および上
側部分７２２も、上側部分７２２の向きに関係なく、プラットフォーム７０２の
底部がほぼ水平方向であるように角度θ_sを設定するモータを含むことができる
。

【００５３】図９〜図１１に開示され、本明細書に参照として援用される米国特許第５，７
９１，４２５号の説明に関連した別の実施形態では、プラットフォーム・ホルダ
７２０が、プラットフォームに対して、また互いに対して調整することができる
上側および下側部分を有する関節式アームでもよい。この調整は、接触ピボット
点７２６、７２８および７３０に位置する動力付き駆動装置によって行うことが
できる（そこにおいて、下側部分７２４は、クラスタ７１６に回動式に連結して
いる。）。動力付き駆動装置を（たとえば、ベルトによって）互いに連結するこ
とによって、上側および下側部分間のピボット点７２８で連結された１つのモー
タの位置の変化が、プラットフォーム７０２および上側部分７２２間の角度θ_s
に対応する変化を生じることによって、プラットフォーム７０２の底部がほぼ水
平であるようにすることができる。

【００５４】座部高さが人輸送装置７００の作動に重要である理由は少なくとも２つある。
第１に、システム全体の重心７０４を推定するために、座部高さＨを利用するこ
とができる。また、座部高さは、重心が重力（ｇ）によって定められる垂直軸に
対して移動する速度に影響するであろう。座部が高いほど、重心が外乱に応答し
て移動する速度が遅くなるであろう。このため、座部高さは、輸送装置の動的安
定性を制御する時に考えられる変数であろう。たとえば、座部高さは、輸送装置
を制御する、または他の方法で安定させるために使用される特定の利得係数（後
述する）の大きさに影響を与える入力であろう。

【００５５】重心７０４がクラスタ７１６を通る垂直軸からずれる量を本説明では「フレー
ムピッチ」と呼び、図７Ａにθ₁で表す。このフレームピッチは、角変位に基づ
いた「回転」ピッチにすることができる。図示のように、垂直軸は、クラスタ７
１８の中心点７１８を通っている。しかし、強化モードでは、垂直軸が、車輪７
１４または車輪７１２の中心を通る横軸の間に位置するクラスタのいずれかの部
分（たとえば、フットプリント）を通ることができることに注意されたい。中心
点７１８を通らないクラスタ７１６の部分を軸が通ることが望ましい場合、クラ
スタ７１６を通る垂直軸がクラスタ７１６の中心点７１８から離れている距離を
考慮に入れるために、後述の安定化制御プロセスが変更されるであろう。

【００５６】重心７０４をクラスタ７１６の中心点７１８の上方に置くという制御目的は、
輸送装置の別の作動モードには適用できないこともあることに注意されたい。た
とえば、均衡モードでは、制御目的は、重心７０４をクラスタ７１６の車輪の１
つを通る横軸の上方に適当な関係で保持することであろう。

【００５７】前述したように、重心７０４の位置は、座部高さに依存した概算に基づくであ
ろう。重心７０４の位置はまた、プラットフォームが重力に関して移動する割合
に基づいて決定されるであろう。この割合を本説明ではピッチ率と呼ぶ。たとえ
ば、輸送装置７００上に配置された移動センサ（図示せず）によって、システム
が高率で前傾していることを感知することができる。この移動が、場合によって
は、輸送装置７００のフットプリントから外れるように重心７０４を変位させる
であろう。このため、装置のフットプリントを表面に対してピッチ率の方向に移
動させて、フットプリントが重心７０４の下方に位置するようにする必要がある
であろう。

【００５８】図７Ａは、制御ユニット７０６も示している。制御ユニット７０６の作動につ
いては後述する。制御ユニット７０６は、システムのピッチ率などを決定する様
々な動きセンサを含むことができる。センサは、いずれかの特定形式のセンサに
制限されることはなく、たとえば、加速度計、位置センサ、「レベル」センサ等
にすることができる。容易に理解できるように、ピッチ率は、測定または推定フ
レームピッチθ₁を時間に関して微分することによって、経験的に決定すること
ができる。制御ユニット７０６は、車輪７１２および７１４に取り付けられたモ
ータ、並びにクラスタ７１６に取り付けられたモータを制御することができる様
々なハードウェアおよびソフトウェアも含むことができる。また、制御ユニット
７０６は、輸送装置７００を安定化するように働く後述の様々な制御ループも含
むことができる。

【００５９】１つの実施形態では、制御ユニット７０６にクラスタ７１６を回動可能に取り
付けることができる。このため、垂線に対するクラスタ７１６の角度向きの変化
が制御ユニット７０６の向きに同じ変化を生じることはないであろう。制御ユニ
ット７０６の上部が水平線から変位している角度（制御ユニット角度θ_cで表す
）とクラスタ７１６が垂線から変位している角度（φ_c、重力に対するクラスタ
位置を表す）との差を本説明では相対クラスタ位置と呼び、角度θ_cで表す。角
度θ_cは、重心７０４に対する制御ユニット７０６の上部の角度向きを表す。

【００６０】繰り返すと、強化モードの包括的目的は、重心７０４を輸送装置７００のフッ
トプリントにほぼ入る位置に配置しようとすることである。一部の実施形態では
、強化モードは、重心７０４をクラスタ７１６の中心点７１８の上方に配置しよ
うとする。この実施形態は、重心がクラスタ７１６の中心点７１８の垂直方向上
方に位置した状態で輸送装置７００の４つの車輪すべてを表面上に配置しようと
する安定化であるとほぼ見なすことができる。この状態を満たした時、輸送装置
７００はほぼ安定した位置にある。また、プラットフォーム７０２の底部を水平
線にほぼ平行に保持することが好ましいであろう。プラットフォーム７０２の底
部が水平線にほぼ平行である場合、ユーザはより安定した感じを持ち、従ってよ
り快適であろう。

【００６１】クラスタ７１６の長手方向軸７４０が水平線から角変位した状態に示されてい
る。しかし、プラットフォーム７０２の底部は水平線にほぼ平行な状態のままで
ある。この状態は、たとえば、輸送装置７００が傾斜面を通る時に発生するであ
ろう。重心７０４を輸送装置７０４のフットプリント内に保持するために、クラ
スタ７１６と下側部分７２４との間の角度を減少させる必要がある。この減少は
、ピボット点７３０に連結されて、クラスタ７１６を反時計回り方向に回転させ
ると共に下部分７２４を前方を押し付けるモータによって行うことができる。

【００６２】前述したように、一部の状況では、垂線からのクラスタ変位量が小さすぎる（
すなわち、φ_c＝０）場合、クラスタ安定化ルーチンを設けるだけでは、輸送装
置を効果的に釣り合わせることができない。一部の実施形態では、車輪の回転を
使用して重心を装置のフットプリントの上方に（または、それに対して適当な関
係に）配置することを助けることによって、均衡を維持することもできる。また
、２つの車輪上で均衡をとることが、輸送装置の有用性を低下させる可能性があ
ることがわかった。たとえば、２つの車輪上だけで均衡をとることによって、凹
凸表面上をうまく進むことが困難になるであろう。たとえば、そのような２輪装
置で縁石を越える場合、輸送装置を直接的に上方に実質的に持ち上げるために車
輪に加える必要があるトルク量が過大になるであろう。車輪を垂直面で上昇させ
るためにすべてのトルクを加えた時、輸送装置をほぼ垂直位置に保持するために
必要な制御が大きく妨げられるであろう。

【００６３】幾つかの実施形態によれば、強化モードがこの問題を処理することができる。
強化モードは、重心を輸送装置のフットプリントを定める領域の垂直方向上方の
位置に保持しようとして、車輪釣り合い技術と共にクラスタ釣り合い技術の両方
の一部を利用する。クラスタおよび車輪釣り合いアルゴリズムの両方を利用する
ことによって、輸送装置が凹凸表面を進む時、従来技術より本来的に安定した輸
送装置が提供される。

【００６４】１つの実施形態では、この新しい強化モードが幾つかのサブモードを含むこと
ができる。たとえば、強化モードは、車輪ＰＤ（「比例微分」）モード、車輪Ｐ
ＯＣ（カート上の振子(pendulum-on-a-cart)）モード、および車輪均衡モードを
含むことができる（ラベルとして使用されている名前は制限または説明を意図し
ているものではない。これらの様々なサブモードの各々は、異なった状況で適用
可能である。１つの実施形態では、輸送装置の現在の作動特性に応じて、本発明
がこれらのサブモード間で移行する。

【００６５】これらの目的および図７Ａで定められたパラメータ（すなわち、角度）が与え
られると、制御ユニットは、輸送装置が多くの様々なタイプの異なった表面を進
む時にそれを安定させることができる。１つの実施形態では、制御ユニットは、
輸送装置の安定化を助けるための利得係数を実現する１つまたは幾つかの制御ル
ープを含むことができる。別の実施形態では、制御ユニットは、各モード用に異
なった制御アーキテクチャを含むことができる。

【００６６】図８は、本発明で実行することができる制御ループ８００の一例を示している
。制御ループ８００は、たとえば、モータと、輸送装置の様々なパラメータを監
視する複数のセンサとを含むプラント８０２を含むことができる。少なくとも１
つ、場合によっては幾つかのパラメータをプラント８０２から制御ループ８００
にフィードバックすることができる。たとえば、人輸送装置のフレーム・ピッチ
８０４およびピッチ率８０６をフィードバックすることができる。パラメータの
各々に利得係数（たとえば、利得係数８０８ａおよび８０８ｂ）を掛けることに
よって、最終的に再びプラントに加えられる制御信号（加算器８１０の出力）を
生成することができる。あるパラメータに掛ける係数の値が大きいほど、そのパ
ラメータが制御信号の値に与える影響が大きい。輸送装置に適用することができ
る制御ループのさらなる例について詳細に後述する（図２０および図２１）。

【００６７】再び図７Ａおよび図７Ｂの両方を参照すると、輸送装置の作動をモデル化する
１つの方法は、システムをクラスタ・ピボット連結点７３０で回動する倒立振子
としてモデル化することであろう。もちろん、システムを他の幾つかの方法でモ
デル化してもよい。システムの（位置エネルギおよび運動エネルギを含めた）全
エネルギ（Ｅ）は以下のように表される。

【００６８】

【数１】

【００６９】但し、Ｊは（輸送装置、ユーザおよびペイロードを含めた）フレーム慣性であり
、θ₁はフレーム・ピッチであり、θ₁’はピッチ率（θ₁の時間に対する導関数
）であり、ｍはフレーム質量であり、ｇは重力であり、Ｌ₁は重心７０４からク
ラスタ・ピボット連結点７３０までの距離である（Ｌ₁はプラットフォーム高さ
Ｈによって決まることに注意されたい）。この式は、余弦に小角近似値を使用し
て次のように簡略化することができる。

【００７０】

【数２】

【００７１】輸送装置７００は、全エネルギがゼロの時に最も安定している。このことは、
少なくとも２つの場合に起きる。第１の場合では、フレーム・ピッチθ₁および
ピッチ率θ₁’がゼロである。この場合、輸送装置７００は完全に静止している
。別の場合では、フレーム・ピッチθ₁が負（図７Ｂ）である一方、重心７０４
が前方へ移動中である。重心がフレーム・ピッチθ₁に対抗することができる大
きさのピッチ率θ₁’で前方移動している場合、やはり全エネルギが再びゼロに
戻るであろう。このため、上記等式がゼロになるように、フレーム・ピッチθ₁
およびフレーム率θ₁’間の関係を定めることが望ましい。上記の簡略化したエ
ネルギ等式をゼロに設定した場合、次の等式を導き出すことができる。

【００７２】

【数３】

【００７３】この等式は、２つの場合の一方でゼロになるであろう。一方は、ピッチ項θ₁（
ｍｇＬ₁／Ｊ）^1/2 をθ₁’に加える時であり、他方は、ピッチ項をθ₁’から減
算する時である。正の解は、輸送装置が垂直方向に戻っていることを表し、負の
解は、全エネルギがゼロのままであっても、装置が転倒し続けていることを表す
。このため、均衡インディケータｑ₀を決定するために正の解が選択され、この
ｑ₀は次の等式で定めることができる。

【００７４】

【数４】

【００７５】但し、ω_nは倒立振子の固有振動数（ｍｇＬ₁／Ｊ）^1/2 に等しい。以上から、ｑ ₀ ＝０の時、システムがうまく釣り合うことが明らかである。ゼロから上または
下への変動は、輸送装置が完全には釣り合っておらず、様々な補正を加えなけれ
ばならないことを表す。後述するように、ｑ₀の値は、輸送装置を強化モードの
様々なサブモード間で移行させる値として使用することができる。もちろん、輸
送装置をモデル化する仕方に応じて、ｑ₀以外の値を使用することもできる。強化モード繰り返すと、輸送装置の１つの作動モードが「強化モード」である。強化モー
ドは、スロープ、砂利道および縁石などの平坦でない地面を通行する能力を高め
るために適用することができる（しかし、そうでなくてもよい）。動的安定性を
与えるために、クラスタおよび車輪が一緒に使用される。強化モードはまた（あ
るいは）、何らかの理由から（すなわち、牽引力が失われることや、車輪が転動
できなくなることなど）均衡モードが安定性を維持できない場合に、動的安定性
を取り戻そうとする方法として使用することができる。

【００７６】輸送装置の様々な状態に応じて、強化モード内の異なったサブモードを実行す
る必要があるであろう。これらのサブモードについて以下に説明する。第１サブモードは、車輪ＰＤモードと呼ばれる。車輪ＰＤは、ユーザの移動コ
マンドに応答するモードであって、静的に安定しており、通行中の表面の緩やか
な変化に対応することができる。車輪ＰＤモードでは、輸送装置はユーザコマン
ドに厳密に従うであろう。一部の実施形態では、これによってユーザがスロープ
を上り、適所で旋回し、小さいこぶなどの様々な障害物を越えることができるで
あろう。車輪ＰＤ制御器は、車輪ＰＤモードである時の輸送装置がユーザ入力に
対して非常によく応答することを特徴とするであろう。これによって、ユーザは
輸送装置の移動をしっかり制御することができる。１つの実施形態では、これは
、車輪に伝達されるユーザ入力コマンドに高い利得値を適用することによって達
成されるであろう。ユーザ入力コマンドに高レベルの利得を適用すると、最大量
のトルクを車輪に得ることができるようになるであろう。しかし、車輪利得のこ
の本来的な硬直性のため、車輪加速度の急激な変化（すなわち、急発進または急
停止）によって重心が前後に傾くであろう。その結果、クラスタを回転させるこ
とによってシステムに補正トルクを加えようとする時、クラスタが１対の車輪を
地面から持ち上げるであろう。そのようなトルクが加えられた時、車輪ＰＤはお
そらく不適当である。このため、装置は第２モードの車輪ＰＯＣモードに切り換
わるであろう。

【００７７】車輪ＰＯＣの目的は、４つの車輪すべてが地面上にあり、重心がクラスタ上方
でクラスタの２つの端部点の間に位置するように輸送装置を安定させることであ
る。このモードでは、重心をフットプリントの内側の基準位置に配置しようとす
るために、車輪およびクラスタの両方が使用される。このモードでは、重心をフ
ットプリントの上方の位置に平行移動させるために、車輪がピッチ情報を使用す
る。重心をクラスタ連結部の上方中央に置くように車輪に指令することは、時に
はユーザが与えたコマンドと一致しないであろう。これを調整するために、車輪
ＰＯＣサブモードで制御ユニットが使用する利得またはアーキテクチャがピッチ
及びピッチ率信号に大きい影響力を与え、ユーザコマンドに小さい影響力を与え
る。一般的に、車輪ＰＯＣサブモードは、輸送装置の安定性が信頼できなくなっ
ている時に働くだけであろう。たとえば、大きい障害物や凹凸が非常に激しい表
面上を進む時、安定性を信頼できない状態が生じるであろう。

【００７８】当業者であれば容易にわかるように、重心がクラスタの端部点の間のほぼ中央
に位置する時に輸送装置を安定させるには、クラスタのみの回転だけで有効であ
ろう。ピッチ誤差（すなわち、重心がクラスタのほぼ中心の位置から変位する量
）が大きくなって、重心が１組の車輪の上方に位置するほどになると、クラスタ
の有効性が低下し、安定化の主要手段として車輪を使用する必要があるであろう
。このため、強化モードは、車輪均衡サブモードと呼ばれる第３のサブモードも
含む。車輪均衡サブモードの目的は２つあり、ピッチ変動が大きい場合に輸送装
置を安定させることと、重心およびクラスタを車輪ＰＤまたは車輪ＰＯＣサブモ
ードのいずれかが有効である向きに戻すことである。前述したように、クラスタ
が水平に近い時、車輪ＰＤおよび車輪ＰＯＣの方が有効であろう。車輪均衡は、
車輪作動の均衡モードに似ているが、クラスタを回転させる能力も含む。

【００７９】上記モードの各々は、制御ユニット内に含まれる単一の制御ループで実行する
ことができる。強化モードのどのサブモードで輸送装置が現在作動中であるかに
応じて、上記効果を達成するために様々な利得係数が制御ループに適用される。
各サブモード用の利得は、たとえば、ユーザが輸送装置を制御する量や、輸送装
置が自身の動的安定化を行う量を変化させることができる。また、各サブモード
を個別制御アーキテクチャとして実行することもできる。

【００８０】前述したように、輸送装置の制御ユニットは、強化モードで輸送装置の制御お
よび安定化を行うために、制御ループで様々な利得または制御アーキテクチャを
実行することができる。強化モードのサブモード間の切り換え時（したがって、
適当な実施形態では利得または制御アーキテクチャを切り換える時）を知るため
に、幾つかの基本的切り換え基準を定めなければならない。一部の実施形態では
、モード間の切り換え時を決定する基準として、上記量ｑ₀を使用することがで
きる。たとえば、ｑ₀を使用して、車輪ＰＤおよび車輪ＰＯＣ間の切り換えを行
うことができる。また、値φ_c（重力に対するクラスタ位置）も、車輪ＰＤまた
は車輪ＰＯＣのいずれかから車輪均衡モードへ切り換えるために使用することが
できる。（もちろん、他の実施形態では、他のパラメータを追加して、または代
わりに使用することもできる。）強化モード内の様々なモード間の切り換えは、重力に対するクラスタ位置φ_c
によって決まるであろう。図９は、φ_cの様々な値のグラフ表示９００を示して
いる。繰り返すが、φ_cは、重力に対するクラスタ位置を表し、垂直のクラスタ
位置でφ_cがゼロになり、水平のクラスタ位置でφ_cが９０°になるように測定が
行われる。図９のグラフ表示では、縦軸９０２が０°のφ_cを表し、水平軸９０
４が９０°のφ_cを表す。本実施形態では、角度φ_cが９０°に近い時、輸送装置
は車輪ＰＯＣまたは車輪ＰＤのいずれかに留まっているであろう。

【００８１】図９に示されているように、輸送装置が車輪ＰＯＣまたは車輪ＰＤのいずれか
に留まる領域は、水平軸９０４と射線(ray)９０８との間に位置する領域９０６
である。重力に対するクラスタ角度φ_cが射線９０８より下方にある場合、輸送
装置は車輪ＰＯＣまたは車輪ＰＤのいずれかに留まるであろう。φ_cが射線９１
０で表される値より高くなった場合、輸送装置は車両均衡モードに移行してそれ
に留まる。すなわち、φ_cは、縦軸９０２と射線９１０との間の領域９１２に留
まる間、輸送装置は車輪均衡に留まるであろう。しかし、本実施形態の適当な作
動モードの選択が困難な領域９１４が、射線９１０および９０８の間に存在する
。この領域９１４では、輸送装置を車輪均衡モードにするか、残りのモードの一
方にするかを決定するために、様々な他のファクタが考慮されるであろう。フレ
ーム角およびピッチ率によって決定されるように、重心が装置のフットプリント
に接近中か、その上方に位置する場合、輸送装置は車輪ＰＤまたは車輪ＰＯＣの
いずれかに移行するはずである。しかし、重心が接地部材のいずれかのほぼ上方
にある場合、輸送装置は車輪均衡モードに移行するはずである。射線９１０およ
び９０８の位置の角度値の例をそれぞれ３０°および６０°にすることができる
。

【００８２】１つの実施形態によれば、車輪ＰＤから車輪ＰＯＣへの、またはその逆の移行
は、制御スイッチ値σに基づいて決定され、σはｑ₀に関して次式で定めること
ができる。

【００８３】

【数５】

【００８４】但し、Ａ₁はスケーリング定数であり、ＬＰＦ（ｑ₀）は、ｑ₀の入力信号を与え
られた一次ロー・パス・フィルタの出力である。φ’_cは、通行中の表面の平滑
さを大まかに表す。たとえば、凹凸表面では、クラスタ向きが急激に変化するた
めに、φ’_cが大きい。同様に、平滑な表面ではφ’_cが小さくなるであろう。値
が１．６６のＡ₁が、幾つかの実施例の有効値であることが経験的に決定されて
いる。

【００８５】モード間のチャタリングを防止するために、モードの切り換え時にヒステリシ
ス形の決定を行うことができる。たとえば、σが入場値（たとえば、１）以上で
ある場合、輸送装置は車輪ＰＯＣに入る。σの値が、輸送装置が車輪ＰＤに移行
する点である退場値（たとえば、０．５）以下になるまで、輸送装置は車輪ＰＯ
Ｃにあるであろう。もちろん、輸送装置の作動特性に応じて、入場値および退場
値は変化するであろう。

【００８６】図１０は、σの値を決定することができる１つの実施形態のデータ・フロー図
を示している。外部入力は、データ・ブロック１００２に含まれるピッチ率（θ ₁ ’）、データ・ブロック１００４に含まれるフレーム・ピッチθ₁、およびデー
タ・ブロック１００６に含まれる重力に対するクラスタ速度φ_c’である。ブロ
ック１００６で、フレーム・ピッチθ₁に倒立振子の固有振動数ω_nを掛ける。加
算ブロック１００８で、データ・ブロック１００２から受け取ったピッチ率にブ
ロック１００６の出力を加算する。加算ブロック１００８の出力はｑ₀である。
次に、ブロック１０１０で値ｑ₀をロー・パス・フィルタに通す。次に、ブロッ
ク１０１２で、ローパス・フィルタリングされたｑ₀信号の絶対値を決定する。
次に、加算器１０１６で、データ・ブロック１００６のクラスタ速度φ_c’をブ
ロック１０１４でロー・パス・フィルタに通してから（ブロック１０２０で）絶
対値を決定した後の値にブロック１０１２の出力を加算する。次に、加算器１０
１６の出力をロー・パス・フィルタ１０１８に通し、そのロー・パス・フィルタ
１０１８の出力が、上記等式に従ったσの値である。

【００８７】図１１は、（本実施形態では）φ_cおよびσに基づいて強化モードのサブモー
ド間での移行を行う時を決定する方法のフローチャートの１つの実施形態を示し
ている。もちろん、輸送装置をモデル化する方法によって、様々な切り換え基準
を使用することができる。処理は、φ_cおよびσの現在値を受け取るブロック１
１０２で始まる。ブロック１１０４で、φ_cがＷＢ_onより小さいかどうかが決定
される。変数ＷＢ_onは、φ_cの、それ以下では輸送装置が常に車輪均衡モードで
なければならない角度値を表す。これは、図９に射線９１０および縦軸９０２の
間の領域９１２として示されている。

【００８８】 φ_cがＷＢ_onより小さい場合、ブロック１１０６で、輸送装置が現時点で車輪
均衡モードにあるかどうかが決定される。輸送装置が現時点で車輪均衡モードに
ある場合、それ以上の処理は必要なく、処理はブロック１１０２に戻る。しかし
、輸送装置がその時に車輪均衡モードにない場合、ブロック１１０８で、輸送装
置は車輪均衡モードに移行して、処理がブロック１１０２に戻る。

【００８９】 φ_cがＷＢ_on以上である場合、ブロック１１１０で、φ_cがＷＢ_offより大きい
かどうかが決定される。ＷＢ_offの値は、θ_cの、それ以下では輸送装置が車輪Ｐ
ＯＣモードまたは車輪ＰＤモードのいずれかでなければならない値である。ＷＢ _off は、図９に射線９０８として示されている。φ_cがＷＢ_offより大きい場合、
処理は車輪ＰＤ／車輪ＰＯＣヒステリシス処理セクション１１１２に移行する。
φ_cがＷＢ_off以下である場合、φ_cの値が図９の射線９１０および９０８の間の
領域（たとえば、領域９１４）にあることがわかる。前述したように、この領域
では、重心がクラスタの車輪の１つの軸に近い場合、輸送装置は車輪均衡モード
に移行しなければならない。このため、ブロック１１１４で、重心が車輪軸の１
つの近くにあるかどうかが決定される。重心が車輪軸の１つの近くにある場合、
ブロック１１１６で、輸送装置は車輪均衡モードに移行し、処理がブロック１１
０２に戻る。しかし、重心が車輪軸の１つの近くにない場合、処理は車輪ＰＤ／
車輪ＰＯＣヒステリシス処理ブロック１１１２に入る。前述したように、重心の
位置は、モードの切り換え時を決定する時に考慮するのに好都合な量である。し
かし、重心は実際には、輸送装置の作動特性に基づいた推定位置に過ぎないこと
に注意されたい。たとえば、重心は、輸送装置のフレーム・ピッチおよびピッチ
率の両方またはいずれか一方の表示にすることができる。これらの量（他のもの
と同様に）は、輸送装置内に含むことができる位置、速度および加速度センサか
ら求めることができる。

【００９０】ヒステリシス処理ブロック１１１２は、σの値に基づいた車輪ＰＯＣおよび車
輪ＰＤ間の移行に関する上記の機能を実行する。ブロック１１１２内で、輸送装
置が現時点で車輪ＰＯＣモードにあるかどうかがブロック１１１８で最初に決定
される。輸送装置が車輪ＰＯＣモードにある場合、ブロック１１２０で、σが０
．５より大きいかどうかが決定される。輸送装置がすでに車輪ＰＯＣにあること
がすでに決定されているので、車輪ＰＤモードに移行するためには、σの値が０
．５より小さくなければならない。このため、ブロック１１２０でσが０．５よ
り大きいと決定された場合、輸送装置は車輪ＰＯＣモードに留まらなければなら
ず、処理がブロック１１０２に戻る。しかし、σが０．５より小さくなっている
場合、ブロック１１２２で輸送装置が車輪ＰＤモードに移行して、処理がブロッ
ク１１０２に戻る。

【００９１】ブロック１１１８で、輸送装置が現時点で車輪ＰＯＣにないと決定された場合
、ブロック１１２４で、σが１より高くなっていないと決定されると、輸送装置
は車輪ＰＤモードに留まらなければならず、処理がブロック１１０２に戻る。し
かし、σが１より高くなっている場合、ブロック１１２６で、輸送装置は車輪Ｐ
ＯＣモードに移行し、処理がブロック１１０２に戻る。上記の切り換え用の値が
例示にすぎないことに注意されたい。これらの値は、ユーザの重量、輸送装置の
重量、輸送装置の様々なセンサの正確度などによって変わるであろう。

【００９２】上記の様々な切り換え処理は、各モード内の様々な安定化制御と共に、輸送装
置の車輪およびクラスタの両方を駆動することによって実施することができる。
各車輪を個別モータで独立的に駆動してもよい。あるいは、一部の車輪をモータ
で駆動しなかったり、共通軸に取り付けられた２つの車輪を単一のモータで駆動
してもよい。また、クラスタは個別のモータを含むことができる。

【００９３】輸送装置がどのような構造であるかに関係なく、強化モードのいずれのモード
においても輸送装置が安定しているように、車輪およびクラスタを制御するコマ
ンドは、それぞれ電圧Ｖ_wおよびＶ_cとして表される、すなわち、

【００９４】

【数６】

【００９５】電圧は、出力トルクを発生するために電気モータの駆動部に印加される電圧を
表す。もちろん、駆動部は電気的である必要はなく、また、いずれにしても、電
圧以外の値を使用してもよい。変数Ｘは、輸送装置の水平位置誤差を表し、輸送
装置の水平位置と輸送装置の所望水平位置との差である。’（プライム）記号は
、時間微分を表す。係数Ｋ₁〜Ｋ₈は、輸送装置が強化モードのどのサブモードで
作動しているかによって変わる。

【００９６】各モードで制御ユニットが使用する利得係数Ｋ₁〜Ｋ₈の相対値の例が、次の表
Ａに示されている。どの利得を使用するかに応じて、制御ユニットは適用可能な
サブモードに対応した様々な方法で輸送装置を制御するであろう。

【００９７】

【表１】

【００９８】表Ａに列記されている各利得値の相対強さおよび符号は、各サブモードを区別
するのに十分である。表Ａにおいて、＋＋の値は＋の値より大きい。ゼロ値は必
ずしも正確にゼロでなくてもよく、むしろ非常に小さい値を表すことができる。

【００９９】図１２Ａは、本発明に関連して使用することができる制御ユニット１２００の
ブロック図を示している。本実施形態の制御ユニット１２００は、クラスタおよ
びクラスタに取り付けられた車輪の両方を上記のＶ_cおよびＶ_wの等式に従って制
御するであろう。クラスタの主たる役割は、重力に対するフレーム動力学に基づ
いたトルクを加えることである（すなわち、プラットフォームを重力に対して所
望のピッチ角に保持するようにクラスタが回転する）。強化モードでは、２つの
基準を監視しながら、車輪がユーザからのコマンドに従うはずである。重力に対
するクラスタ位置が変化している（すなわち、地面傾斜が変化している）か、ｑ ₀ が大きい場合、位置／速度制御の代わりに均衡化制御を使用することによって
、車輪は、ユーザの制御から、クラスタがフレームを直立状態に保持するのを助
けるように切り換わることができる。重力に対するクラスタの角度が減少する（
すなわち、クラスタが垂直状態に接近していく）場合、目的は、移動距離を最小
限に抑えながら、クラスタをより水平向きに降下させることである。これは、ユ
ーザは輸送装置上に快適に支持されていることを確保するのに役立つ。

【０１００】制御ユニット１２００は、車輪制御器１２０２とクラスタ制御器１２０４とを
含む。車輪制御器１２００は、（たとえば、ジョイスティックから受け取った）
方向指示ユーザ入力と共に、輸送装置の現在の作動特性に関する様々な入力を受
け取ることができる。入力から、車輪制御器１２０２は、車輪モータを制御する
車輪制御電圧Ｖ_wを生成することができる。Ｖ_wの値によって車輪モータが輸送装
置の様々な車輪にトルクを加えることによって、輸送装置を「駆動」して表面を
進ませることができる。前述したように、輸送装置は、各車輪用にモータを含む
ことができ、各車輪のモータ用に個別の値Ｖ_wを生成することができる。このよ
うに、異なった車輪電圧を車輪に印加することによって、輸送装置の操縦を行う
ことができる。

【０１０１】クラスタ制御器１２０４も、クラスタ特定情報と共に、一般的に輸送装置に関
連した様々な位置入力を受け取ることができる。クラスタ制御器１２０４は、こ
の情報をクラスタ・モータ制御電圧Ｖ_cに変換する。クラスタ・モータは、この
信号Ｖ_cを受け取って、クラスタを軸中心に回転させる。

【０１０２】１つの実施形態では、車輪制御器１２０２は、データ・ブロック１２０６から
フレームのピッチ（θ₁）を表すデータから入力を受け取ることができる。上記
のデータは、確実に値として述べられていることに注意されたい。たとえば、フ
レーム・ピッチは、角度値として表されている。しかし、輸送装置の方向制御お
よび安定性の両方を制御するために使用される値はいずれも、あるパラメータが
所望位置からどれだけ離れているかを表す誤差項として、または多くの他の方法
で表現することができる。たとえば、フレーム・ピッチは、現在のフレーム・ピ
ッチが所望ピッチから異なっている値として表すことができる。すなわち、誤差
信号は、現在フレーム・ピッチと重心をクラスタの中心点の真上に配置するフレ
ーム・ピッチとの差に等しいであろう。また、ここでは様々な角度を度で表して
いるが、各角度をラジアンか、輸送装置がそのような値を受け取った時に所望の
応答を行うように目盛りを定めた「計数」（自然数値）で表現することもできる
。

【０１０３】車輪制御器１２０２はまた、データ・ブロック１２０８からフレーム率(frame
rate)を受け取ることができる。フレーム率は、フレームが移動している回転率
(rotational rate)を表し、データ・ブロック１２０８のフレーム・ピッチの時
間導関数として表すことができる。また、フレームが移動する率は、クラスタに
対するプラットフォームの高さによって決まるであろう。座部が上昇している時
、輸送装置を、また最終的にユーザを転倒しないようにするために、フレーム率
情報に対してもっと望ましい応答を行うように、フレーム率入力に適用される利
得（後述する）を変更することができる。

【０１０４】車輪制御器１２０２はまた、データ・ブロック１２１０から、各車輪が回転し
ている現在速度を受け取ることができる。この速度は、たとえば増分単位で表す
ことができるが、回転率に基づいてω_wheelsとして表すこともできる。

【０１０５】車輪制御器１２０２はまた、ジョイスティックなどのユーザ入力部からの幾つ
かの入力を受け取ることができる。一般的に、これらの入力は、データ・ブロッ
ク１２１２内に含まれる所望車輪速度として表される。所望車輪速度は、所望移
動方向および移動速度を含むことができるが、それに制限されない。車輪制御器
１２０２はまた、データ・ブロック１２１４から現在車輪位置の表示を受け取る
ことができる。ブロック１２１２で得られた所望車輪位置を車輪制御器１２０２
で現在車輪位置と比較することによって、ユーザ入力コマンドに応答するために
車輪を駆動すべき差分速度および方向を決定することができる。方向差分情報に
よって、異なった車輪に取り付けられた異なったモータが異なった車輪電圧Ｖ_w
を受け取ることことによって、輸送装置を旋回させることができる。

【０１０６】クラスタ制御器１２０４も、ブロック１２０６からのフレーム・ピッチと、車
輪制御器１２０２が受け取ったブロック１２０８からのフレーム率とを受け取る
。クラスタ制御器１２０４はまた、データ・ブロック１２１６からクラスタ位置
を受け取る。このクラスタ位置は、φ_cとして記載した。繰り返すと、クラスタ
制御器１２０４は、重心を輸送装置のフットプリントの上方に保持できるように
クラスタを回転しようとすることができる。

【０１０７】クラスタ制御器１２０４はまた、データ・ブロック１２１８からクラスタ速度
を受け取ることができる。クラスタ速度は、クラスタがクラスタを水平方向に通
る回転軸中心に回転する率として表される。このクラスタ率は、データ・ブロッ
ク１２１８から受け取ったクラスタ位置の時間に対する導関数であろう。位置お
よび速度の両方は、輸送装置内に含まれる適当なセンサによって決定することが
できる。適当なセンサとして、加速度計、速度センサおよび位置通報センサがあ
るが、これらに制限されない。

【０１０８】また、制御ユニットは、モード制御器１２２０を含むことができる。モード制
御器１２２０は、様々なモードから別のモードへの移行を制御することができる
。モード制御器１２２０は、個別の制御器でもよいが、車輪制御器１２０２およ
びクラスタ制御器１２０４のいずれか一方または両方に組み込むこともできる。

【０１０９】モード制御器１２２０は、現在モード１２２２を出力することができる。現在
モードは、データ・ブロック１２２４から受け取ったユーザ選択モードに基づく
ことができる。現在モードはまた、車輪制御器１２０２およびクラスタ制御器１
２０４が受け取った入力のいずれか又はすべてに基づいて、輸送装置が入ってい
るとモード制御器が決定した強化モードの特定のサブモードを指定することがで
きる。また、現在モードを制御ユニット１２００が使用して、それぞれ車輪およ
びクラスタ制御器１２０２および１２０４の両方またはいずれか一方の内部に存
在する制御ループに加える適正利得を、またはどの制御アーキテクチャを選択す
べきかを決定することができる。

【０１１０】１つの実施形態では、計算された電圧Ｖ_wおよびＶ_cを使用して電気モータを駆
動することができる。しかし、油圧アクチュエータや燃焼式エンジンなどの他の
形式のアクチュエータを使用してもよい。そのような実施形態では、アクチュエ
ータの様々な作動パラメータを考慮に入れることができる上記等式または同様な
等式に従って、電圧以外の制御信号を計算してアクチュエータに供給することが
できる。

【０１１１】Ｖ_wおよびＶ_cを使用して電気モータを駆動する実施形態では、電圧をバッテリ
電圧で割り算することによって、車輪モータおよびクラスタ・モータの各々に取
りつけられた増幅器に送るデューティサイクルコマンドを生成することができる
。

【０１１２】図１２Ｂは、制御ユニット１２００の機能ブロック図である。制御ユニット１
２００は、マイクロプロセッサ１２５０を含む。マイクロプロセッサ１２００
は、バス１２５６を介して車輪制御ループ１２５２およびクラスタ制御ループ１
２５４に連結されてそれらと連通することができる。マイクロプロセッサは、車
輪制御ループ１２５２およびクラスタ制御ループ１２５４から様々なセンサ入力
を受け取って、これらの入力から、図７Ａおよび図７Ｂに関連して説明した量の
いずれも決定することができる。たとえば、マイクロプロセッサは、車輪および
クラスタ制御ループ１２５２および１２５４のいずれか一方または両方の速度セ
ンサから受け取ったデータに基づいて、輸送装置のピッチ率を決定することがで
きる。これらの決定は、たとえば、マイクロプロセッサ１２５０内に含まれるソ
フトウェアまたはハードウェアによって行うことができる。また、マイクロプロ
セッサ１２５０は、後述するように、重心の位置と共に、それに基づいた所望の
向きを決定する計算を実行することができる。

【０１１３】マイクロプロセッサ１２５０は、電源１２５８（たとえば、バッテリ）から電
力を受け取ることができる。一部の実施形態では、マイクロプロセッサ１２５０
が、輸送装置の現在の作動モードなどに基づいて、車輪およびクラスタ制御ルー
プ１２５２および２５４が受け取る電力量を決定することができる。また、ユー
ザ入力をユーザ入力ブロック１２６０から受け取ることができる。これらのユー
ザ入力は、後述するように、輸送装置の特定の作動モードに基づいて制御ユニッ
ト１２００によって考慮量を変更して与えることができる。

【０１１４】図１３は、制御ユニット１３０２を含む制御ループ１３００である。制御ユニ
ット１３０２は、図１２Ａおよび図１２Ｂの制御ユニット１２００と同様にする
ことができる。この実施形態では、制御ユニット１３０２が様々な入力を受け取
り、車輪およびクラスタ制御電圧Ｖ_wおよびＶ_cを出力する。

【０１１５】制御ユニット１３０２は、ユーザ入力データ・ブロック１３０４からユーザ入
力を受け取ることができる。前述したように、これらのユーザ入力は、ユーザ入
力装置として機能するジョイスティックの方向偏差を感知することによって与え
ることができる。また、ユーザ入力は、前述のように、傾斜プラットフォーム上
でのユーザの傾動を表すこともできる。制御ユニット１３０２はまた、車輪モー
タ１３０６およびクラスタ・モータ１３０８からフィードバック情報を受け取る
ことができる。作動モード、ユーザ入力の値、および車輪モータ１３０６および
クラスタ・モータ１３０８から受け取った情報に基づいて、制御ユニット１３０
２は、それぞれ車輪モータおよびクラスタ・モータが車輪およびクラスタの相対
位置の変更を行うための値Ｖ_wおよびＶ_cを決定することができる。

【０１１６】一部のモードでは、ユーザ入力を車輪モータ電流の制御より優先することが望
ましい。そのようなモードの一例が、上記の標準モードである。そのようなモー
ドでは、制御ユニット１３０２が、ユーザ入力コマンドに対して、利得テーブル
または特定の制御アーキテクチャ１３１０から選択された高い感度を与える。こ
のようにして、ユーザは輸送装置の大幅な制御を行うことができる。しかし、そ
のようなモードでは、輸送装置の安定性が低下する可能性がある。別のモードで
は、輸送装置の安定性を高めることが望ましいであろう。そのようなモードでは
、ユーザ入力に対する感度を低くして、安定化ルーチンに高い感度を与える。こ
のように、制御ユニット１３１０内のソフトウェアまたはハードウェアのいずれ
かで具現できる制御パラメータに基づいて、輸送装置をさらに安定させることが
できる。

【０１１７】図１４は、本発明の態様に従って使用することができる利得テーブル１４００
の一例を示している。利得テーブル１４００は、３モード、すなわち、第１モー
ド１４０２、第２モード１４０４および第３モード１４０６を有する装置用にす
ることができる。本実施形態では、各モードが３つの利得係数Ｃ₁、Ｃ₂およびＣ ₃ を含むことができる。図１４の利得テーブル１４００は、例示のためのもので
あって、好適な利得値を反映するものではないことに注意されたい。すなわち、
図１４の値およびモードは、必ずしも上記の様々なモードの各々の好適な係数を
反映していない。

【０１１８】これらの係数を制御ユニットが使用して、一部の実施形態では一定の入力の効
果を増減させる。たとえば、係数Ｃ₁に輸送装置の位置誤差項を掛け算すること
によって、位置誤差項が輸送装置の作動に与える効果を変化させることができる
。

【０１１９】図１４の例では、係数Ｃ₁は、クラスタ・モータから受け取った値によって決
定されるクラスタ位置に適用される係数に対応するであろう。値Ｃ₂は、車輪モ
ータから受け取った車輪位置の値に適用される係数に対応するであろう。値Ｃ₃
は、ユーザ入力部から受け取った方向ベクトルに適用される係数であろう。利得
テーブル１４００において、特定係数に割り当てられた値が大きいほど、その利
得が適用される入力が制御システム内で受け取る優先度が大きいであろう。たと
えば、第１モードでは、クラスタ係数Ｃ₁の値が１である。１のような低い値を
有することは、第１モードではクラスタ位置が輸送装置の安定化にあまり利用さ
れないことを意味するであろう。第１モードの係数Ｃ₂の値は３である。このた
め、輸送装置の安定化において車輪がクラスタよりもっと活動的な部分である。
同様に、第１モードのＣ₃で値が７であることが示されている。Ｃ₃がこのように
大きい値であることは、第１モードがユーザ入力に非常によく応答することを意
味する。このため、第１モードは、安定性があまりないモードであり、存在する
安定性はすべて、車輪の回転によるものであって、ユーザの入力に対する応答に
非常によく一致する。したがって、第１モードは、上記の標準モードに似たモー
ドであろう。

【０１２０】同様に、第２モードはクラスタ利得がゼロで、車輪利得が比較的小さく（Ｃ₂
＝５）、Ｃ₃が比較的大きい値である（Ｃ₃＝６）ため、ユーザ入力によく従う。
このモードはまた、車輪が輸送装置の釣り合いの主たる責任を負い、クラスタが
固定位置に留まる均衡モードに似ているであろう。ユーザ入力によって大きく妨
害されることなく車輪が輸送装置を安定させるため、ユーザ入力Ｃ₃に対する応
答性は標準モード（すなわち、たとえば第１モード）より低い。しかし、均衡モ
ードでは、車輪が輸送装置を釣り合わせてほぼ直立位置に維持しながら、ユーザ
が表面を通行できるようにすることが望ましいため、ユーザ入力がゼロにセット
されていない。

【０１２１】第３モードのクラスタおよび車輪利得は、クラスタ位置および車輪位置が輸送
装置の安定性に関連し、それの自動制御に使用されるようなレベルに設定されて
いる。ユーザ入力利得Ｃ₃が非常に低いレベルまで減少しており、ユーザはまだ
輸送装置をある程度は制御できるが、主に安定化がクラスタおよび車輪によって
自動的に行われる。そのようなモードは、たとえば、輸送装置が比較的不安定で
あると決定された時、強化モードにすることができる。そのようなモードでは、
輸送装置の重心がクラスタの端部点の間に維持されるように、クラスタおよび車
輪が回転する。制御スケジューリング前述したように、強化モード制御器は、様々なモード間で切り換わることがで
きる。モード間で切り換える理由の１つは、人輸送装置の安定化を図ることであ
る。サブモード間の移行時に、制御ユニット内の制御ループに供給される利得を
変化させるか、制御アーキテクチャ自体を変化させることができる。しかし、利
得またはアーキテクチャを急激に変化させると、輸送装置の作動に急激な影響が
生じるであろう。これによって、重心が急加速されて、輸送装置の乗り心地が悪
くなるか、それが不安定さえなるであろう。また、急激な制御変化（利得または
アーキテクチャのいずれか）は、システムの摩耗を増加させるであろう。このた
め、モードの円滑な移行を行う何らかの方法が必要である。システムのモード間
の円滑な移行を行うためにここに記載されたシステムおよび方法は、人輸送装置
を制御する状況で効果的である。当業者であれば、円滑なモード間移行に関する
教示が人輸送装置への適用に制限されることはなく、モード間の移行を行ういず
れの多重モードシステムにも適用することができることを理解できるであろう。
このため、以下の説明では、人輸送装置の代わりに「システム」と言う。一部の
実施形態では、システムは、被制御装置からのフィードバックを含むシステムで
あるが、ここで説明するスケジューリングを制御するためにフィードバックは必
要ない。

【０１２２】他の状況でモード間の円滑な移行を行うために従来から使用されていた１つの
方法は、利得が新しいモードの利得になるまで、最初のモードから利得をスルー
変化させる(slew)ことであった。たとえば、第１作動モードで利得Ｋ₁の値が４
であるとする。第２モードでの利得係数Ｋ₁が、たとえば、１０であるとする。
この新しい利得値を直接的に適用すると、モードの変更時にシステムに急な外乱
が生じるであろう。急な外乱は、システムの作動に影響を与え、システムを不安
定にするであろう。このため、従来技術では、利得係数（たとえば、Ｋ₁）の値
を繰り返し増加させることによって、利得値を４から１０にゆっくりスルー変化
させる。たとえば、時間Ｔ₀で利得係数が４であり、時間Ｔ₁で利得係数が５であ
り、時間Ｔ₂で利得係数が６であるように、利得係数が最終的に１０に達するま
で続ける。

【０１２３】しかし、このような作動では、所望の新しいモードに合わせる(commiserate w
ith)ように応答しながら、システムの作動を安定させるために利得値が適正状態
に達するのに時間がかかりすぎることがわかっている。また、利得が新しい値に
スルー変化する前に、システムのモードが再び切り換わる可能性がある。そのよ
うな場合、システムは決して新しい作動モードに真に達することはなく、予測不
能であるモード間の準モードに留まる。予測不可能性は、システムの有効性を低
下させるシステム・エラーの原因になるであろう。

【０１２４】また、システムがモード変更を行っていない時でも、システムの制御コマンド
を平滑化することが望ましいであろう。たとえば、モータ制御器から受け取った
制御信号に大きい電圧不連続性があると、モータ駆動システムに損傷を与える可
能性がある。

【０１２５】このため、１つの実施形態では、制御ユニットからの制御コマンドを、被制御
装置に加える前に平滑化する。平滑化は、たとえば、制御ユニットの出力部と制
御ユニットによって制御される装置との間に配置されたスムーザによって行うこ
とができる。スムーザは、たとえば、制御信号が変化する割合を制限するいずれ
かの形式のフィルタか、制御信号にオフセット値を加算する加算器にすることが
できる。

【０１２６】図１５は、制御信号を被制御装置１５０２に印加する前に平滑化するために実
行することができるシステムの一例である。システムは、制御信号を生成する制
御ユニット１５０４を含むことができる。制御信号は、被制御装置の動作を制御
するために使用される。制御信号は、多くの理由から急激な値の変化を受けるで
あろう。制御信号の急激な変化の一例は、システムの作動モードの変化によるも
のであろう。スムーザ１５０６は、被制御装置１５０２に最終的に供給される制
御信号（すなわち、スムーザ１５０６の出力）が変化する割合を制限することが
できる。

【０１２７】スムーザ１５０６は、たとえば、フィルタ、オフセット値（おそらくは減衰オ
フセット値）を制御信号に加える加算器、ヒステリシス制御回路などであるが、
それらに制限されることはない。

【０１２８】図１６は、制御信号を平滑化する方法のブロック図である。処理はブロック１
６６０で始まり、ここで制御信号の値が決定される。制御信号は、ユーザ入力、
制御ループ出力、プリセット値などによって生成することができる。制御信号の
値は、電圧、電流、値のデジタル表示、アナログ信号などのいずれのタイプの単
位にすることもできる。

【０１２９】制御信号を決定した後、ブロック１６０２で移行処理が実行される。移行処理
は、制御信号の平滑化、制御信号へのオフセットの加算、制御信号の変化率の決
定、システムがモード間の移行を行ったかどうかの決定を含むことができるが、
これらに制限されることはない。場合によっては、移行処理は、制御信号に何も
しないステップを含むことができる。

【０１３０】ブロック１６０２で制御信号を処理し、必要な変更をすべて制御信号に加えた
後、変更制御信号を被制御装置システムに印加する。システムは、単一の被制御
装置または幾つかの被制御装置を含むことができる。

【０１３１】１つの実施形態では、本発明は、移行が円滑で、モード間の移行がほぼ瞬時で
あるようにモード間の移行を行うシステムおよび方法を含むことができる。１つ
の実施形態では、これは、第１係数を使用した時に被制御装置に印加される最後
の制御信号（すなわち、変更された制御信号）と新しい係数を使用して生成され
た非変更制御信号との差を経時的に順次減衰させながら、新しい利得係数セット
をシステムに瞬時にインストールすることによって達成することができる。別の
実施形態では、システムが、モードの変化時に制御アーキテクチャを変化させて
、制御信号の差を減衰できるようにする。オフセット（差）がどのように減衰さ
れて制御信号に加えられるかについては詳細に後述する。

【０１３２】図１７Ａは、円滑なモード間移行を行うために利得スケジューリング操作を実
施するように構成された制御ループ１７００のブロック図を示している。制御ル
ープ１７００は、フィードバックループの一部である制御ユニット１７０２を含
む。制御ユニット１７０２は、データ・ブロック１７１０からユーザ入力を受け
取ることができる。しかし、制御ユニットは、ユーザ入力を受け取る必要はなく
、完全な自己調整式にすることができる。制御ユニットはまた、制御信号受信器
１７１２から現在の作動特性を受け取ることができる。制御信号受信器１７１２
は、入力信号に応答するいずれの装置でもよい。たとえば、制御信号受信器１７
１２は、入力制御電圧のレベルに応じて回転する電気モータでもよい。この場合
、制御信号は制御電圧であろう。

【０１３３】制御ユニット１７００は、第１作動モード用の利得係数１７０４と、第２作動
モード用の利得係数１７０６とを含むことができる。これらの係数は単一の利得
テーブル内に記憶してもよいが、独自の個別テーブルにしてもよい。係数は、フ
ロッピー・ディスク（登録商標）、ＲＯＭ、ＲＡＭなどのいずれのコンピュータ
読み取り可能媒体に記憶してもよい。

【０１３４】現在モードデータ・ブロック１７１４に表される現在作動モードに基づいて、
セレクタ１７０８が第１モード用係数１７０４または第２モード用係数１７０６
のいずれを適用するかを選択することができる。セレクタ１７０８は、適正な係
数を選択して、それを制御ユニット１７０２用の制御係数１７１６として印加す
る。制御係数は、たとえば、人輸送装置の作動に適用される現在モード利得係数
を表すことができる。

【０１３５】さらに具体的に言うと、制御係数は、ユーザから、または制御信号受信器１７
１２から受け取られた様々な入力値に適用することができる。制御係数は、制御
ユニット１７０２の制御サブシステム１７１８によって使用することができる。
制御サブシステム１７１８は、制御係数１７１６を様々な入力に適用して制御信
号を生成することができる様々な制御ループを含むことができる。たとえば、制
御サブシステム１７１８は、上記のクラスタおよび車輪制御器を含むことができ
る。

【０１３６】システムはまた、オフセット・データ・ブロック１７２０からオフセット値を
受け取ることができる。オフセットの値は、システムがモードを切り換える直前
に制御信号受信器１７１２に加えられた最後の制御コマンド（すなわち、最後の
平滑化された制御信号）と、制御係数が変更された直後に生成された制御信号と
の値の差であろう。オフセット値をスムーザ１７２２が受け取って、オフセット
・データ・ブロック１７２０から受け取った値の減衰したものに現在制御信号を
繰り返し加算する。たとえば、平滑化された制御信号の、システムがモードを切
り換える直前の値が１００で、システムがモードを切り換えた直後の制御信号値
が１０である場合、システムがモードを切り換えた後に制御ループ１７００を最
初に通過する時、９０の値を制御信号に加算する。制御ループ１７００を次に通
過する時、この値を一定量だけ減衰して、再び制御信号に加算する。オフセット
値がゼロに比較的近くなるように減衰するまで、これを繰り返すことができる。
第１モード中に加えられる平滑化された制御信号および第２モードの開始時に生
成される新しい制御信号の値に応じて、オフセット値が正負のいずれの数値でも
よいことに注意されたい。

【０１３７】図１７Ｂは、モード間の円滑な移行を行うことができる別の制御システムのブ
ロック図を示している。この実施形態では、第１モードが第１制御アーキテクチ
ャ１７５０を含み、第２モードが第２制御アーキテクチャ１７５２を含む。各制
御アーキテクチャは、システムを異なった方法で制御する異なった制御信号を発
生することができる。制御信号受信器（図示せず）からの入力（１７５４）が両
制御アーキテクチャに加えられる。スイッチ１７５６は、現在モードに基づいて
、システムを制御する第１または第２アーキテクチャを選択する。上記のものと
同様にして、平滑化された制御信号を制御信号受信器（図示せず）に与えるため
に、スムーザ１７５８が減衰オフセットを加算する。

【０１３８】前述したように、制御器スケジューリング技術によって、制御モード間の円滑
な移行を行うことができる。輸送装置の作動を様々な形で参照しながら以上の説
明を行った。しかし、制御スケジューリングに関する教示がいずれの制御システ
ムにも適用可能であることは、容易に理解されるであろう。たとえば、航空機、
ヘリコプター、電気モータ、油圧モータ、燃焼式エンジンまたはジェット・エン
ジンのモード移行を制御する時に、この形式の制御器スケジューリングを使用す
ることができる。

【０１３９】図１８は、システムを制御するためにフィード・バック・システムで実行でき
る制御スケジューリング・プロセスのフローチャートである。処理は、判断ブロ
ック１８０２で始まり、ここで、プロセスを最後に通過した後にシステムのモー
ドが変更されているかどうかを決定する。モードが変更されている場合、ブロッ
ク１８０４でオフセット値を決定する。前述したように、オフセット値は、制御
信号受信器（図１７）へ送られた最後の制御信号からモード切り換え後に最初に
生成された制御信号を引いた値に等しいであろう。しかし、処理は必ずしも新し
いモードで最初に生成された制御信号を使用しなくてもよく、モード移行に近い
ある時点で生成された制御信号を使用してもよい。オフセット値を決定した後、
ブロック１８０６で、減衰オフセット値を制御信号に加算する。減衰オフセット
を生成する様々な方法を以下に説明する。

【０１４０】ブロック１８０８で、平滑化された出力制御信号の値を記憶して、後に使用で
きるようにする。それから、処理はブロック１８０２に戻る。ブロック１８０２で、モードが変更されていないと決定された場合、判断ブロ
ック１８１０で、現時点でオフセット減衰があるかどうかを決定する。オフセッ
トが減衰中である場合、ブロック１８０６で、減衰オフセットを制御信号に加算
することが好ましい。しかし、オフセットが減衰していない場合、ブロック１８
０８で処理が続く。オフセットが減衰しているかどうかを決定しなくてもよいこ
とは、容易に理解されるであろう。その場合、判断ブロック１８０１を省き、ブ
ロック１８０２で、モードが変更されていないことが決定された場合、処理が直
接的にブロック１８０６に進む。

【０１４１】オフセット値を減衰させることができる幾つかの異なった方法が存在するであ
ろう。たとえば、オフセットの値にそれを減衰させる係数（たとえば、１未満の
値）を掛けることができる。これは、先のオフセット値より小さい新しいオフセ
ット値を生成する。この小さいオフセット値を更新して現在オフセット値にして
、スムーザに送って次の制御信号に加算できるようにする。あるいは、オフセッ
トから固定値を繰り返し減算することによって、オフセットを減衰することもで
きる。

【０１４２】図１９は、図１７Ａおよび図１７Ｂの様々な位置に存在する様々な信号を示し
ている。信号１９０２は、制御ユニットが生成すると考えられる制御信号を表す
。時間ｔ₀で、制御信号の値はｙ₁である。時間ｔ₁で、制御信号の値がｙ₁からｙ ₂ に急激に変化する。この変化は、システムのモード移行によって発生するであ
ろう。信号１９０４は、制御信号１９０２に加算することができる減衰オフセッ
ト値を表す。ｔ₀で、オフセット値はほぼ０である。時間ｔ₁で、オフセット値が
ｙ₁−ｙ₂のレベルまで上昇する。即ち、もちろん、ｙ₁は、時間ｔ₁にシステムに
加えられた値に等しいとする。オフセット値は経時的に減衰して、時間ｔ₄でほ
ぼ０になる。

【０１４３】信号１９０６は、システムに加えられる平滑化された制御信号（すなわち、平
滑化された制御信号）の値を表す。信号１９０６の値は、信号１９０２の値に信
号１９０４の値を加えたものに等しい。信号１９０６は、制御信号が上昇し始め
る時間ｔ2まで、信号１９０４と同様に減衰する。制御信号１９０２が上昇する
ため、信号１９０６も上昇するであろう。制御信号１９０２が平坦になり始める
時間ｔ3で、平滑化された出力信号１９０６が再び減衰オフセット信号１９０４
に追従し始めて、減衰オフセット信号１９０４がほぼ０まで減衰する時間ｔ4ま
で続く。時間ｔ4では、点１９０８で示されているように、制御信号１９０２お
よび平滑化された出力信号１９０６がほぼ同一である。システム動作図２０および図２１は、輸送装置のクラスタおよび車輪の位置を制御する制御
ループの例を示している。これらの制御ループの例は、人輸送装置を安定させる
ために使用することができる。容易に理解できるように、制御ループは、クラス
タおよび車輪制御コマンドの両方を生成する単一の制御ループに統合してもよい
。また、輸送装置の機能的能力に応じて、これらの制御ループの様々な部分を省
略したり、別の部分を追加することができる。さらに、当業者であれば、図２０
および図２１に関連して説明する様々な制御ブロックをハードウェアまたはソフ
トウェアのいずれか、またはその両方の組み合わせで実行できることも容易に理
解できるであろう。

【０１４４】図２０を参照すると、車輪制御ループ２０００は、フレーム制御サブループ２
００２、車輪制御サブループ２００４、ヨー制御サブループ２００６およびクラ
スタ速度監視制御サブループ２００８を含む。図２０の制御ループは、単一の車
輪に関して与えられている。具体的に言うと、制御ループは、輸送装置の右車輪
（ＲＷ）を作動させることができる。一部の実施形態では、輸送装置の各車輪に
１つの制御器を設けることができる。しかし、単一の制御ループを使用して車輪
のすべてを制御することもできる。

【０１４５】フレーム制御サブループ２００２は、基準フレーム関連値および実際フレーム
関連値に基づいて、車輪の回転を制御することによってフレームの安定化を図る
信号を生成する。たとえば、輸送装置が縁石から落下したためにフレームが前傾
している場合、輸送装置のフットプリントの上方に重心を保持するために、フレ
ーム制御サブループ２００２は、車輪モータが車輪を高速で前方に駆動すること
ができるようにする。

【０１４６】車輪制御サブループ２００４は、輸送装置の性能を所望のユーザ入力に一致さ
せようとするために使用することができる。すなわち、車輪制御サブループ２０
０４は、車輪がユーザ入力に厳密に従うことができるようにする。また、主たる
安定化が車輪によって得られる車輪均衡モードおよび均衡モードにある時、車輪
の位置が重要であろう。そのため、システムが車輪均衡モードである時、車輪制
御サブループがユーザ入力２０１０から遮断されているであろう。

【０１４７】輸送装置が確実に旋回できるようにするために、ヨー制御サブループ２００６
を実行することができる。車輪モータ速度差およびユーザ入力に基づいて、ヨー
制御サブループ２００６は、車輪モータの各々に異なった車輪制御電圧が印加さ
れるようにする制御信号を発生することができる。

【０１４８】クラスタ速度監視制御ループ２００８は、クラスタの運動学的状態に関する情
報を使用して、車輪の動作に影響を与える。クラスタの車輪が地面から持ち上が
り始めた場合、Ｌ₂（cosφ_c）（ブロック２０７８）にローパス・フィルタ・ク
ラスタ速度（ブロック２０８０）を掛けた値がゼロ未満である。本例では、クラ
スタ速度監視制御サブループ２００８が、重心をフットプリントの上方に保持す
るために車輪を加速する信号を発生するであろう。Ｌ₂は、車輪軸からクラスタ
・ピボットまでの距離である。

【０１４９】車輪制御ループ２０００は、輸送装置のユーザからのユーザ入力２０１０をよ
り多く受け取ることができる。ユーザ入力は、たとえば、ジョイスティックから
受け取ることができる。ユーザ入力２０１０は、指令されたFORE/AFT速度２０１
２と、指令されたヨー（YAW）速度２０１４とを含む。輸送装置が装置のピッチ
を補正中であるか、車輪均衡サブモードに入っている時、指令されたFORE/AFT速
度２０１２および指令されたヨー（YAW）速度２０１４の両方がそれぞれスイッ
チ２０１６および２０１８によって遮断されるであろう。ピッチ補正中および車
輪均衡モードでスイッチ２０１６および２１０８を切る理由は、いずれの場合も
装置の安定化がユーザ入力コマンドに対する応答より重要になるからである。

【０１５０】たとえば、１組の車輪が地面から離れている強化モード（たとえば、図７Ａを
参照されたい）にある輸送装置の簡略化モデルによって、ピッチ加速度をそれぞ
れクラスタおよび車輪トルクτ_cおよびτ_wの関数とした関係が示される。

【０１５１】

【数７】

【０１５２】但し、Ｌ₂は車輪軸からクラスタ・ピボットまでの距離であり、ｒ_wは車輪の半径
である。クラスタ・トルクτ_cの前にある係数は、クラスタがピッチにどの程度
の影響を与えるかをよく表している。輸送装置が釣り合い車輪から傾斜する程度
が大きいほど、ピッチを正す際のクラスタの影響力が大きいであろう。反対に、
重心が後輪の上方付近にある場合、Ｌ₁sinθ₁≒Ｌ₂cosφ_cで、クラスタ・トルク
係数がゼロに近くなる。車輪均衡制御器に入る基準は、クラスタ・トルク係数の
大きさである。この係数が小さい時、車輪ＰＤおよび車輪ＰＯＣは、ピッチに影
響を与える主要手段として車輪を使用する車輪均衡制御器ほど有効でないであろ
う。また、１組の車輪だけが地面上にある可能性が高くなるほどクラスタ角度を
大きくしなければならない別の状態もある。このため、輸送装置を釣り合わせる
主要手段は車輪である。したがって、ユーザ入力コマンドを考慮に入れた場合、
輸送装置が輸送装置の安定化に対して有効でなくなるため、制御ループはそれを
考慮に入れようとしない。

【０１５３】再び図２０に戻ると、車輪均衡でピッチ補正しない時、FORE/AFT速度コマンド
２０１６は速度スルー（slew）・リミッタ２０２０を通り、それが前進速度の量
を制限する。たとえば、プラットフォームが高い位置にある時、速度を低くする
ことが望まれるであろう。

【０１５４】指令されたFOR/AFT速度２０１２を加算器２０２２で指令されたヨー（YAW）速
度２０１２と加算することによって、各車輪の所望速度を決定することができる
。この所望車輪速度を車輪制御サブシステム２００４が使用して、車輪速度誤差
、車輪位置誤差および車輪速度フィードフォワード入力を決定する。車輪速度誤
差を決定するために、加算器２０２２の出力を加算器２０２４で現在車輪速度と
組み合わされる。車輪速度誤差を誤差制限機能構成要素２０２６に通してから、
フィルタ２０２８でローパス・フィルタリングする。次に、ローパス・フィルタ
リングされた車輪速度誤差の出力に車輪速度誤差利得定数２０３０を掛けること
によって、車輪コマンドの一部を生成する。

【０１５５】車輪位置誤差を決定するために、加算器２０２４の出力を積分器２０３２で積
分してから、誤差リミッタ２０３４に通す。位置誤差に利得２０３６を掛けるこ
とによって、全車輪コマンドの一部を生成する。

【０１５６】所望の速度値（加算器２０２２の出力）をロー・パス・フィルタ２０３８に通
してから車輪速度フィードフォワード利得値２０４０を掛けることによって、車
輪速度フィードフォワード値を決定することができる。車輪速度のフィードフォ
ワードによって、制御システムは、大きい定常速度または位置誤差信号を処理し
なくても、指令された速度に必要なモータ電圧を実質的に推定することができる
。

【０１５７】車輪制御サブ制御ループ２００４内で生成された誤差信号の各々を加算器２０
４２に送り、他のすべての誤差決定値(determinations)に加えることによって、
車輪電圧Ｖ_wが生成される。

【０１５８】車輪制御ループ２００はまた、フレーム・ピッチ誤差およびピッチ率誤差を生
成するフレーム・ピッチ・パラメータ関連サブ制御ループ２００２を含むことが
できる。フレーム・ピッチ誤差は、加算器２０４６で現在フレーム・ピッチを所
望フレーム・ピッチと比較することによって生成される。所望フレーム・ピッチ
は、輸送装置のパラメータに基づいて推定することができる。１つの実施形態で
は、所望フレーム・ピッチ２０４４は、重心をクラスタの中心点の真上に配置す
ることができるフレーム・ピッチである。この所望フレーム・ピッチは、以下の
説明によって決定される重心の位置に基づくことができる。所望フレーム・ピッ
チと現在フレーム・ピッチとの間の差をロー・パス・フィルタ２０４８によって
フィルタリングしてから、フレーム・ピッチ利得２０５０を掛けることによって
、車輪コマンドの別の部分を決定することができる。

【０１５９】ピッチ率誤差は、加算器２０５４で現在ピッチ率を所望ピッチ率２０５２と比
較することによって決定することができる。１つの実施形態では、ピッチ率が０
であり、これは輸送装置が完全に安定していることを表す。現在フレーム・ピッ
チと所望ピッチ率との差をロー・パス・フィルタ２０５６でフィルタリングして
から、ピッチ率利得２０５８を掛けることによって、車輪コマンドの別の部分を
生成することができる。フレーム・ピッチおよびピッチ率誤差の両方が加算器２
０４２に与えられる。

【０１６０】輸送装置用のヨー誤差信号を制御するために、指令されたヨー（YAW）速度２
０１８をヨー（YAW）サブ制御ループ２００６に与えることができる。ヨー（YAW
）速度制御サブループ２００６で、ヨー（YAW）速度誤差およびヨー（YAW）位置
誤差を決定することができる。（加算器２０６０によって決定される）指令され
たヨー（YAW）速度２０１８と現在ヨー（YAW）速度との差をリミッタ２０６２お
よびロー・パス・フィルタ２０６４に通し、ロー・パス・フィルタ２０６４の出
力にヨー（YAW）速度利得２０６６を掛けることによって、ヨー（YAW）速度制御
信号が決定される。同様に、指令されたヨー（YAW）速度２０１８と現在ヨー（Y
AW）速度との差を積分器２０６８に通し、リミッタ２０７０で制限する。その制
限信号にヨー（YAW）位置利得２０７２を掛けることによって、ヨー（YAW）位置
コマンドを生成することができる。ヨー（YAW）速度コマンドおよびヨー（YAW）
位置コマンドの両方が加算器２０４２に与えられる。

【０１６１】車輪制御器２００はまた、クラスタ速度監視制御サブループ２００８を含み、
これは、φ_cにロー・パス・フィルタ・クラスタ速度を掛けた値（ブロック２０
８２で決定されるブロック２０７８および２０８０の積）がゼロ未満である場合
、スイッチ２０７６によって遮断される。

【０１６２】車輪コマンドのすべての部分をブロック２０４２で加算することによって、車
輪制御電圧Ｖ_wが生成される。前述したように、平滑電圧制御信号Ｖ_wsを生成す
るために、この電圧をスムーザ２０８６によって平滑化する。減衰フィルタ・オ
フセット２０８８をロー・パス・フィルタ２０９０に通してから、スムーザ２０
８６でＶ_wに加算することによって、上記のＶ_wsを生成することができる。Ｖ_ws
はプラント２０９２へ送られる。プラントは、車輪モータおよびクラスタ・モー
タの両方を含むことができ、特に、現在フレーム・ピッチ、現在ピッチ率、右車
輪（ＲＷ）速度、左車輪（ＬＷ）速度、クラスタ位置およびクラスタ速度を出力
することができる。

【０１６３】図２１は、クラスタ制御ループ２１００の一例を示している。車輪制御ループ
と同様に、クラスタ制御ループ２１００は、フレーム・ピッチ誤差およびピッチ
率誤差を生成するフレーム関連サブ制御ループ２１０２を含むことができる。こ
のフレーム関連サブ制御ループ２１０２は、上記のものと同一の制御ループでも
よいが、クラスタ制御ループ２１００内に維持された個別の制御ループでもよい
。

【０１６４】また、クラスタ制御ループは、最大クラスタ位置サブループを含むことができ
る。このサブループは、強化モードで利用可能な最大クラスタ角度であるφ_c,_st _{op angle} の値を受け取る。クラスタがφ_c,_{stop angle}より大きい角度である場合
、クラスタ位置制御器がスイッチ２１０６で遮断される。スイッチ２１０６が開
くと、加算器２１０８で現在クラスタ位置をφ_c,_{stop angle}から減算する。次に
、加算器２１０８の出力（クラスタ位置誤差）にクラスタ位置利得２１１０を掛
けることによって、クラスタ位置コマンドの一部を決定することができる。

【０１６５】クラスタ制御ループ２１００はさらに、クラスタ速度誤差を生成するクラスタ
速度サブ制御ループを含むことができる。クラスタ速度サブ制御ループ２１１２
では、加算器２１１６によって現在クラスタ速度を所望クラスタ速度２１１４か
ら減算する。１つの実施形態では、所望クラスタ速度がゼロに設定されるであろ
う。加算器２１１６の出力をロー・パス・フィルタ２１１８に通した後、クラス
タ速度利得２１２０を掛けてから、加算器２１２２に送る。それから、加算器２
１１２の出力を前述したようにスムーザ２１２２で平滑化することによって、プ
ラントに送られる信号Ｖ_csを生成することができる。強化モードの使用例１つの実施形態では、強化モードが、凹凸地面で使用するように構成されてい
る。この実施形態では、輸送装置は４つの接地車輪を使用することができ、FORE
/AFT面上の牽引力を増加するために、それらのすべてを動力付きにすることがで
きる。輸送装置が一例の強化モードでいかに作動するかの例を以下に示す。

【０１６６】表面の通行強化モードでは輸送装置を安定させるために、クラスタおよび車輪の両方を使
用することができるので、強化モードは凸凹の平坦でない表面上でうまく働くこ
とができる。１つの実施形態では、４つの車輪すべてを個別のモータで駆動する
ことができ、そのような実施形態では、輸送装置は滑りやすい表面もうまくこな
すことができる。たとえば、車輪の１つの車輪速度が大幅に増加した場合、制御
ユニットは、その車輪の速度が他の車輪の速度と同様になるまで、その車輪に供
給される動力量を減少させる。

【０１６７】障害物一部の実施形態では、強化モードは、輸送装置が縁石または石などの障害物を
越えることができるようにする。たとえば、縁石を越える時、ユーザは輸送装置
に（ユーザ入力装置を用いて）縁石と接触するように命令する。車輪が縁石と接
触している時でも、ユーザが輸送装置に前進を命令し続けると、車輪位置誤差項
（図２０を参照）が増加する。誤差項が増加すると、車輪に加えられるトルクに
よって前輪が縁石上に乗り上がる。前輪が縁石に上がった時、フレーム・ピッチ
をゼロ付近に保持するためにクラスタが回転する。上記動作がどの程度の速度で
実施されるかによって、制御ユニットは車輪ＰＤモードおよび車輪ＰＯＣモード
間で切り換わるであろう（クラスタが回転する率によって決まる）。後輪を縁石
上に乗せるために、ユーザが前方向に駆動し続けると、クラスタが逆方向に回転
する。

【０１６８】１つの実施形態において、（たとえば）約１５．２４ｃｍ（６インチ）の縁石
を登る場合、クラスタが回転するため、輸送装置は車輪均衡モードに切り換わる
。移行が生じるので、輸送装置を安定化するために、車輪が逆方向に駆動されて
縁石から離れる。このことは、越えようとしている縁石が大きすぎて回避すべき
であることをユーザに気付かせる有効な方法であろう。

【０１６９】縁石を降りるには、ユーザは縁石から離れるように輸送装置を簡単に駆動する
だけである。ゆっくり行えば、輸送装置は車輪ＰＤモードに保たれるであろう。
ユーザが高速で縁石から離れる場合、クラスタ回転が非常に大きくなって、少な
くとも４つの車輪すべてが再び地面に載るまで、輸送装置は車輪ＰＯＣモードに
移行する。縁石から高速で落下すると、輸送装置を車輪均衡モードに入れるほど
大きいクラスタ回転が生じるであろう。その時、輸送装置は、重心が装置のフッ
トプリントの上方に位置するように車輪を十分に前方向に駆動するために、それ
自体の制御を優先する（すなわち、ユーザ入力コマンドを無視する）。重心の推定以上の説明で時々、重心の位置を参照してきた。一部の実施形態では、輸送装
置は、直接的に重心の位置の推定値であろう。別の実施形態では、輸送装置は、
重心の位置の推定値に基づいた所望の構成要素向きを使用するであろう。たとえ
ば、図２０では、（ブロック２０４６で）現在フレーム・ピッチと比較した所望
ピッチ（たとえば、ブロック２０４４）は、重心の位置の推定値に基づくことが
できるフレーム・ピッチである。すなわち、所望ピッチは、輸送装置の一定の構
成要素が一定の向きにある時に重心を輸送装置のフットプリントの上方に位置さ
せることがわかっているフレーム・ピッチであろう。

【０１７０】装置の構成要素の所望の向きを決定するために、装置の重心をどのように推定
できるかについて、以下に詳細に説明する。人輸送装置の状況で重心に触れるが
、重心の位置の推定に関連した本説明の教示が、輸送装置用の重心の推定に制限
されないことは、容易に明らかになるであろう。そのため、以下の説明は、人輸
送装置に当てはまるのに加えて、重心の推定が必要ないずれの装置にも当てはま
るであろう。そのような装置を以下の説明でシステムと呼ぶ。

【０１７１】図２２Ａは、重心推定値を使用することができる制御ループの一例を示してい
る。制御ループ２２００は、制御信号発生器２２０２と、幾つかの構成要素を有
する装置２２０４とを含む。制御信号発生器２２０２は、装置２２０４内に含ま
れるアクチュエータ（図示せず）が装置２２０４の様々な構成要素の向きを変化
させることができるようにする制御信号を発生する。制御信号発生器２２０２は
、装置２２０４の構成要素の１つに包含してもよい。しかし、説明しやすくする
と共に、構成要素の１つの向きを変更するために制御信号発生器２２０２が装置
２２０４の少なくとも１つのアクチュエータに制御信号を与えることを明白に示
すために、制御信号発生器２２０２を個別のブロックとして示している。制御信
号発生器２２０２は、上記の輸送装置の制御ユニット（電子機器ボックス）と同
様にすることができる。

【０１７２】制御信号発生器２２０２への入力は、構成要素の１つの現在の向きと、所望の
向き２２０６との差（すなわち、オフセット）である。オフセットは、オフセッ
ト値を生じるために現在の向きを所望の向き２２０６から減算する加算器２２０
８の出力である。制御信号発生器２２０２は、オフセット値を受け取り、オフセ
ット値に基づいて、オフセットを減少させるように装置が構成要素の向きを変更
できるようにする制御信号を発生する。

【０１７３】図２２Ｂは、システムの構成要素の所望の向きを表す値を生じることができる
システムのブロック図である。所望の向き決定器２２１２が幾つかの入力を受け
取って、出力として構成要素の所望の向きを生成する。所望の向きは、制御され
ているシステムの作動モード（データブロック２２１３）に応じて変化するであ
ろう。１つの実施形態では、所望の向きは、システムを釣り合い状態にすること
がわかっている（または、計算されている）構成要素の向きに等しいであろう。
この情報は、データ・セット２２１４に含まれるであろう。データ・セットは、
おおまかには重心の位置の推定値と呼ぶことができる。すなわち、装置の一定の
構成要素が一定の向きにある時、装置の重心が特定位置にあると仮定することが
できる。これは、重心の位置の推定値と同じである。このデータ・セット２２１
４を作成する方法については後述する。

【０１７４】所望位置決定器２２１２は、システムの現在モード２２１３も受け取る。一部
のシステムには、重心の推定値を異なった方法で使用することができる異なった
作動モードがある。たとえば、装置は、ユーザが輸送装置から落下しないように
するために自己安定化を行う人輸送装置にすることができる。そのようなシステ
ムでは、重心の位置の推定値が、輸送装置を釣り合わせるように輸送装置を制御
する際に使用されるであろう。再び図２０を参照すると、ブロック２０４６の所
望フレーム・ピッチを決定するために、重心の推定値を使用することができる。
この推定値をどのように決定して使用するかについては後述する。

【０１７５】図２３は、重心２３０４が後輪２３０２の上方に変位している輸送装置の例を
示している。重心の位置２３０４は、輸送装置、ユーザおよびユーザが持ってい
るか、輸送装置に載置されている他のすべてのペイロードを含むシステム全体の
重心の位置を表す推定量であろう。重心２３０４は、電子機器ボックス２３０５
に対する座標値θ₃と、クラスタ軸２３０６に対する長さＬ₁とによって位置を定
めることができる。一部の実施形態では、角度θ₃が、使用される唯一の変数で
あろう。他の実施形態では、重心の位置を推定するためにθ₃およびＬ₁の両方が
使用されるであろう。

【０１７６】前述したように、電子機器ボックス２３０５（制御ユニット）は、クラスタ２
３０８および電子機器ボックス２３０５の向きを測定することができる様々なセ
ンサ、たとえば、ピッチセンサを含むであろう。また、クラスタ２３０８の向き
は、クラスタ上か、電子機器ボックス２３０５内に配置されたクラスタ速度セン
サの出力を積分することによって決定するか、クラスタ・モータによって報告す
ることができる。

【０１７７】輸送装置は、中心点２３１０を有する接地部材２３０２（この実施形態では、
車輪）を含むことができる。重心２３０４が中心点２３１０（または、安定性を
与える接地部材上のいずれかの他の点）の上方に位置する時、輸送装置は釣り合
う。

【０１７８】図２３では、時計回り方向を指す角度を表す矢印が正の値になるように、角度
を測定する。たとえば、電子機器ボックスに対するクラスタ位置θ_cには正の値
が割り当てられるであろう。

【０１７９】角度θ₃は、Ｌ₁と電子機器ボックス２３０５との間の角度である。電子機器ボ
ックス２３０５は、輸送装置の様々な構成要素の向きを決定する傾斜センサを含
むことができる。これらの傾斜センサは、直接的に水平線に対する電子機器ボッ
クスの角度θ_eを測定することができる。制御器（図示せず）が、電子機器ボッ
クス２３０５に対するクラスタの角度を監視することができる。距離Ｌ₂は、ク
ラスタの中心２３０８から地面と接触している車輪２３０２の中心点２３１０ま
での距離である。Ｌ₂は、使用中の特定の輸送装置によって決まる既知のパラメ
ータである。１つの実施形態では、車両の作動中にＬ₂が変化しないが、輸送装
置が用いるクラスタの形式によっては、Ｌ₂が変化するであろう。

【０１８０】重心２３０４が接地車輪の中心点２３１０の上方にある時、輸送装置をモデル
化する１つの方法が、

【０１８１】

【数８】

【０１８２】である。この等式の項を展開して整理すると、次のようになる。

【０１８３】

【数９】

【０１８４】この等式を解くことによって、たとえば、電子機器ボックス２３０５の所望の向
き（θ_e）を決定することができる。Ｌ₁およびθ₃は非線形三角関数であり、電
子機器ボックス２３０５内にあるマイクロプロセッサの処理能力は限られている
であろうから、三角関数を用いてθ_eを直接的に計算することを避ける方が効率
的であろう。そのような場合、ルックアップ・テーブルと曲線当てはめスキーム
とを使用して、θ_eの補正値を発生する。展開して整理した等式に基づいて曲線
当てはめを行うために、展開式を簡単にすると、

【０１８５】

【数１０】

【０１８６】となり、項を整理すると、

【０１８７】

【数１１】

【０１８８】になり、ここで、

【０１８９】

【数１２】

【０１９０】であり、そしてｈはプラットフォーム高さである。θ_eの２つの値がわかれば、
この等式をＫ₁（ｈ）およびＫ₂（ｈ）について解くことができる。Ｋ₁（ｈ）お
よびＫ₂（ｈ）の値がわかれば、簡単な三角関数計算を使用して、Ｌ₁およびθ₃
の両方の値を決定することができる。前述したように、Ｌ₁およびθ₃が与えられ
れば、重心の位置がわかる（もちろん、その位置は、輸送装置の場合、クラスタ
の中心点にすることができる基準位置を基準にしている。後述の曲線は、Ｋ₁（
ｈ）およびＫ₂（ｈ）を、従ってＬ₁およびθ₃を決定するために使用されるθ_eの
２つの値を決定する有効な方法を与える。

【０１９１】あるいは、電子機器ボックスの角度を重力に対するクラスタ角度φ_cの関数と
して求めることができ、これによって次式が得られる。

【０１９２】

【数１３】

【０１９３】繰り返すと、輸送装置を上記等式によってφ_cに基づいてモデル化した場合、Ｌ₁ およびθ₃を解くために、θ_eの２つの値が必要である。輸送装置がどの作動モードで作動しているかに応じて、重心を推定するために
電子機器ボックス角度またはクラスタ角度のいずれかを使用することができる。
たとえば、階段モードで作動している時、φ_cに基づいた所望電子機器ボックス
角度の推定値を使用することが好ましいであろう。

【０１９４】図２４は、重心の位置を推定するために使用することができる基準データ・セ
ットを作成することができる実施形態のフローチャートである。図２５Ａ〜図２
５Ｃと関連させて図２４を説明する。そのような基準データ・セットを作成する
理由は少なくとも２つある。第１に、データ・セットを個々のユーザに対してカ
スタマイズさせることができる。第２に、データ・セットは、後述するように、
輸送装置の構成要素の所望の向きの効率的な計算を可能にする。

【０１９５】本方法はステップ２４０２で始まり、ここで装置（たとえば、輸送装置）の構
成要素を特定配置に構成し、様々な構成要素の向きを記録する。たとえば、輸送
装置のクラスタを第１向きに配置して、この値を記録することができる。図２５
Ａは、クラスタ２５０２の可能な第１向きを示し、本例では、電子機器ボックス
２５０４およびクラスタが互いに平行であるため、これはθ_c＝０で表される。
また、初期パラメータとして、座部高さを記録する。１つの実施形態では、プラ
ットフォームの高さが可能な限り低いであろう。

【０１９６】ステップ２４０４で、輸送装置を第１位置に移動させる。第１位置は、重心を
クラスタの車輪の１つの上方に置く位置にすることができる。この時点で、重心
は既知ではなくまたは推定されていないが、輸送装置を移動させている人によっ
て安定化がほとんど、またはまったく必要とされない状態で輸送装置が均衡して
いるため、重心が車輪の軸の上方にあることは明らかである。

【０１９７】ステップ２４０４で輸送装置を第１位置に置いた後、ステップ２４０６で構成
要素の少なくとも１つの向きを記録する。向きの記録が行われる構成要素として
、電気機器ボックスの向き（θ₃）、重力に対するクラスタ位置（φ_c）および座
部高さがあるが、これらに制限されない。角度を物理的に測定するか、あるいは
電子機器ボックスのセンサを利用することによって、様々な向きの値を記録する
ことができる。マイクロプロセッサからデータをサンプリングすることによって
、または直接的にセンサの出力を読み取ることによって、センサを利用すること
ができる。

【０１９８】図２５Ｂは、第１位置にある輸送装置を示している。本例では、重心２５０６
が輸送装置の前輪２５０８の上方に位置している。電子機器ボックスの角度θ_e
は正の値であって、これを記録することができる。

【０１９９】ステップ２４０８で、輸送装置を第２位置に置く。第１位置と同様に、第２位
置は、重心２５０６を輸送装置の後輪２５１０の上方に置いて、輸送装置を釣り
合わせた位置（図２５Ｃを参照）にすることができる。ステップ２４１０で、第
２位置にある装置の構成要素の向きを記録する。

【０２００】たとえば初期クラスタ位置を異なった向きにして、上記のステップ２４０２〜
２４１０のすべてを繰り返すようにして、上記処理を繰り返すことができる。ま
た、処理を行う毎に、プラットフォームの高さも調整することができる。

【０２０１】図２６は、以上に概要を述べた処理を数回繰り返した結果のグラフである。重
心を装置のフットプリント（すなわち、２つの車輪間）の上方に配置する場合に
ついて、横軸が相対クラスタ向き（θ_c）をラジアンで示し、縦軸が対応の電子
機器ボックス向き（θ_e）をラジアンで示している。もちろん、θ_eをφ_cに関連
させた同様なグラフを作成することができる。第１の線２６０２は、最低のプラ
ットフォーム高さの場合の処理結果を表し、第２の線２６０４は、最高のプラッ
トフォーム高さの場合の処理結果を表す。前述したように、これらの線は上記等
式に比較的厳密に従う。そのため、これらの線をルックアップ・テーブルとして
用いることによって、クラスタ向きに基づいてθ_eの２つの値を容易に決定する
ことができる。前述したように、θ_eのこれらの２つの値によって、Ｌ₁およびθ ₃ をすぐに計算することができる。さらに、最高および最低プラットフォーム高
さの両方について曲線が作成されているので、すべてのクラスタ位置ですべての
座部高さについてすべての所望電子機器ボックス向きを決定することができる。
Ｌ₁およびθ₃をこれらの２つの値の間で線形推定することができることがわかっ
た。

【０２０２】再び図２６を参照すると、現在クラスタ位置が２６０６である場合、記録され
た２つの電子機器ボックス位置は２６０８および２６１０である。これは、線２
６１２（現在クラスタ位置）と２６１４および２６１６（可能な電子機器ボック
ス向き）とによってグラフに示されている。θ_eのこれらの２つの値を用いるこ
とによって、Ｌ₁およびθ₃について線形補間することができる。

【０２０３】Ｌ₁およびθ₃の値は、例えば、システムが作動しているモードに応じて、様々
な方法で使用することができる。たとえば、システムが輸送装置である場合、シ
ステムは、前述したように、均衡モード、階段モードおよび強化モードを含むこ
とができる。強化モードでの電子機器ボックスの所望の向きをthetaref＿fourwh
eelsと呼ぶ。θ₃の値だけに基づいて、thetaref＿fourwheelsについて解くこと
ができる。図２３を参照すると、重心をクラスタ２３０８の中心点２３１０の上
方に置く等式は、

【０２０４】

【数１４】

【０２０５】である。このため、θ₃を決定するだけで、所望電子機器ボックス角度が容易に
計算される。一部の実施形態では、この所望の向きをブロック２０４４（図２０
）の所望ピッチ値として使用することができる。

【０２０６】均衡モードにある時、Ｌ₁およびθ₃に基づいた重心の位置の推定値を使用して
、車軸の重心を接地車輪の上方に置く電気機器ボックス向き（theta＿balance)
を決定することができる。θ₃およびＬ1が与えられれば、等式

【０２０７】

【数１５】

【０２０８】を解くことによって、電子機器ボックス向きを計算することができる。以上に本発明の少なくとも説明的な実施形態を示してきたが、当業者には様々
な変更および改良を容易に考えることができると思われ、それらは本発明の範囲
に入るものとする。したがって、以上の説明は例示にすぎず、制限的ではないも
のとする。本発明は、特許請求の範囲およびそれと同等のものに定義されている
ものとして制限されるだけである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１Ａおよび図１Ｂは従来型車椅子の例を示している。

【図２】図２Ａ〜図２Ｆは人輸送装置の様々な実施形態を示している。

【図３】図３は人輸送装置の別の実施形態を示している。

【図４】図４は、図２Ａに示されている輸送装置の簡略形を示している。

【図５】図５Ａおよび図５Ｂは、階段モードで作動中の人輸送装置のクラスタの相対向
きを示している。

【図６】図６は、人輸送装置の可能な作動モードのブロック図を示している。

【図７】図７Ａ〜図７Ｂは、輸送装置の簡略化した側面図である。

【図８】図８は、本発明の態様に従って実行することができる制御ループの一例を示し
ている。

【図９】図９は、本発明の態様に従った切り換えモードに使用できる値の例をグラフで
示している。

【図１０】図１０は、制御切り換え値を決定する１つの実施形態のデータ・フロー図であ
る。

【図１１】図１１は、輸送装置の様々なサブモード間での移行時を決定する方法をフロー
チャートで示している。

【図１２】図１２Ａは、本発明と組み合わせて使用することができる制御ユニットの一例
を示している。図１２Ｂは、図１２Ａの制御ユニットの１つの実施形態の機能ブロック図を示
している。

【図１３】図１３は、本発明に従って実行することができる制御ループを示している。

【図１４】図１４は、本発明の態様に従って使用することができる利得テーブルの一例を
示す図である。

【図１５】図１５は、制御装置に印加する前に制御信号を平滑化するために実行されるシ
ステムの一例を示している。

【図１６】図１６は制御信号を平滑化する方法のブロック図を示している。

【図１７】図１７Ａは、本発明の態様に従って利得スケジューリング動作を実行するため
に構成された制御ループのブロック図を示している。図１７Ｂは、モード間で円滑に移行することができる制御システムの実施形態
を示している。

【図１８】図１８は、本発明の態様に従ってフィードバック制御システムで実行される制
御スケジューリング・プロセスのフローチャートを示している。

【図１９】図１９は、図１７Ａおよび図１７Ｂに存在する様々な信号をグラフで示してい
る。

【図２０】図２０は、輸送装置の車輪の位置を制御する制御ループの一例を示している。

【図２１】図２１は、輸送装置のクラスタの位置を制御する制御ループの一例を示してい
る。

【図２２】図２２Ａは、重心推定値を使用することができる制御ループの一例を示してい
る。図２２Ｂは、重心の位置の推定値に基づいて所望の向きを生成するシステムの
ブロック図を示している。

【図２３】図２３は、輸送装置のフリー・ボディ(free body)図の一例を示している。

【図２４】図２４は、装置の重心の位置を推定するためのデータ・セットを生成する方法
の一例を示している。

【図２５】図２５Ａ〜２５Ｃは、図２４の方法の各部分を図形で示している。

【図２６】図２６は、輸送装置の重心の位置を推定するために使用することができるデー
タ・セットのグラフを示している。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１３年４月１９日（２００１．４．１９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項８７】前記置くステップがまた、システムに含まれた人間を支え
ることができるプラットフォームの各位置での高さを記録するステップを含む請
求項８２記載の方法。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１３年５月２３日（２００１．５．２３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正書】

【提出日】平成１３年１０月９日（２００１．１０．９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

【図１０】

【図１１】

【図１２】

【図１３】

【図１４】

【図１５】

【図１６】

【図１７】

【図１８】

【図１９】

【図２０】

【図２１】

【図２２】

【図２３】

【図２４】

【図２５】

【図２６】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者アムブロギ，ロバート・アールアメリカ合衆国ニューハンプシャー州 03104，マンチェスター，アラー・ストリート 141 (72)発明者アムズバリー，バールアメリカ合衆国マサチューセッツ州02139，ケンブリッジ，ブルックライン・ストリート 164 (72)発明者ダスタス，スーザン・ディーアメリカ合衆国ニューハンプシャー州 03087，ウィンダム，ブレマー・ロード７ (72)発明者ダッガン，ロバート・ジェイアメリカ合衆国ニューハンプシャー州 03884，スタフォード，レイク・ショア・ドライブ，アールアールボックス 347 (72)発明者ハインツマン，ジョン・デイヴィッドアメリカ合衆国ニューハンプシャー州 03104，マンチェスター，ベルモント・ストリート 585 (72)発明者ハインツマン，リチャード・カートアメリカ合衆国ニューハンプシャー州 03043，フランセスタウン，ピー・オー・ボックス 272 (72)発明者ハール，デイヴィッド・ダブリューアメリカ合衆国ニューハンプシャー州 03223，コンプトン，アールアール２ 1548 (72)発明者カーウィン，ジョン・エムアメリカ合衆国ニューハンプシャー州 03102，マンチェスター，スターク・レイン 77 (72)発明者モーレル，ジョン・ビーアメリカ合衆国ニューハンプシャー州 03104，マンチェスター，ベルモント・ストリート 1365 (72)発明者スティーンソン，ジェイムズ・ヘンリー，ジュニアーアメリカ合衆国ニューハンプシャー州 03038，ダーリー，ジェイド・コート 22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可動腕部と、前記可動腕部に結合された接地部材と、自動平衡人輸送装置を平衡させるため前記腕部の動きを制御し、且つ前記自動
平衡人輸送装置を平衡させるため前記接地部材の動きを制御する制御ユニットと
を備える自動平衡人輸送装置。
【請求項２】前記可動腕部がクラスタである請求項１記載の自動平衡人輸
送装置。
【請求項３】前記接地部材が車輪である請求項１記載の自動平衡人輸送装
置。
【請求項４】前記可動腕部がクラスタであり、前記接地部材が前記クラス
タに装着された車輪である請求項１記載の自動平衡人輸送装置。
【請求項５】前記制御ユニットが、前記自動平衡人輸送装置を平衡させる
ため前記可動腕部及び前記接地部材の両方を同時に動かす請求項１記載の自動平
衡人輸送装置。
【請求項６】ａ）人輸送装置を平衡させるため腕部を動かすステップと、ｂ）ステップａ）の間に、前記人輸送装置を平衡させるため接地部材を動かす
ステップとを備える前記人輸送装置制御する方法。
【請求項７】ステップａ）が、前記人輸送装置の重心を決定するステップと、重心が前記腕部の上方に変位されるように前記腕部を動かすステップとを含む、請求項６記載の方法。
【請求項８】ステップｂ）が、前記人輸送装置の重心を決定するステップと、重心が前記腕部の上方に変位されるように前記接地部材を動かすステップとを含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】複数の作動モードで作動することができる人輸送装置におい
て、少なくとも１つの接地部材を有する回転可能なクラスタと、前記クラスタ及び前記接地部材を動かすための少なくとも１つのアクチュエー
タと、制御信号を前記クラスタに与える制御ユニットと、を備え、前記制御ユニットは、前記人輸送装置の重心が前記クラスタの両端部点間で垂
直に変位された位置に配置されるように前記アクチュエータが前記クラスタを回
転させ且つ前記接地部材を動かすように制御信号を与える、人輸送装置。
【請求項１０】少なくとも２つの接地部材が車輪であり、少なくとも１つの車輪モータと、重心の位置が前記クラスタの端部点の垂直上方に配置されるように前記車輪を
回転させるため制御信号を前記少なくとも１つの車輪モータの各々に与える車輪
制御器と、を更に備える請求項９記載の人輸送装置。
【請求項１１】前記人輸送装置が少なくとも４つの車輪を含み、前記車輪の第１の２つは、前記クラスタに前記人輸送装置の両側に装着され、
且つ前記車輪の第１の２つの中心を通る第１の共通軸を有し、前記車輪の第２の２つは、前記クラスタに前記人輸送装置の両側に装着され、
且つ前記車輪の第２の２つの中心を通る第２の共通軸を有する請求項１０記載の人輸送装置。
【請求項１２】前記車輪制御器は、第１の共通軸と第２の共通軸との間で
且つそれらの上方の位置に重心を保つため車輪の少なくとも１つを回転させる制
御信号を前記少なくとも１つの車輪モータに与える請求項１１記載の人輸送装置
。
【請求項１３】輸送装置及びユーザを含むシステムの重心が前記輸送装置
のフットプリントの中心の上方に変位されるように制御信号を前記輸送装置に与
える制御ユニットを備え、前記フットプリントが非ゼロの面積を有する輸送装置。
【請求項１４】少なくとも３つの接地部材を更に備える請求項１３記載の
輸送装置。
【請求項１５】前記接地部材が車輪である請求項１４記載の輸送装置。
【請求項１６】前記車輪の回転を制御する車輪制御器と、前記車輪が装着されるクラスタと、前記クラスタの回転を制御するクラスタ制御器とを更に備える請求項１５記載の輸送装置。
【請求項１７】前記車輪制御器及び前記クラスタ制御器が、前記輸送装置
を平衡させるため車輪及びクラスタをそれぞれ同時に制御する請求項１６記載の
輸送装置。
【請求項１８】人間の占有者を有する輸送装置であって、車輪が装着され
たクラスタと、その面積が約ゼロより大きいフットプリントとを有する輸送装置
を制御する方法において、人間の占有者を有する前記輸送装置の重心が当該輸送装置のフットプリントの
中心に向けて配置されるように前記クラスタの位置及び前記車輪の位置を同時に
制御するステップを備える方法。
【請求項１９】位置を制御する前記ステップが、重心の位置に応じてユー
ザ入力に対する前記輸送装置の応答を変えるステップを含む請求項１８記載の方
法。
【請求項２０】表面を通行して人間を輸送するシステムにおいて、少なくとも１つの可動腕部と、前記少なくとも１つの可動腕部に装着された少なくとも１つの車輪と、前記車輪を回転させて前記システムを進ませながら、前記システムを平衡させ
るため前記可動腕部を動かす制御ユニットとを備えるシステム。
【請求項２１】前記可動腕部がクラスタである請求項２０記載のシステム
。
【請求項２２】前記システムが２つの可動腕部を含み、その両方は、単体
部材として動くように一緒に連結されている請求項２０記載のシステム。
【請求項２３】非ゼロ面積を備えるフットプリントを有する輸送装置を制
御する方法において、ａ）前記輸送装置を平衡させるため当該輸送装置のクラスタを動かすステップ
と、ｂ）ステップａ）の間に、前記輸送装置の接地車輪を動かして当該輸送装置を
表面の上を進ませるステップとを備える方法。
【請求項２４】ステップｂ）は更に、前記輸送装置を平衡させるため前記
の接地部材を動かすステップを含む請求項２３記載のシステム。
【請求項２５】前記クラスタが、当該クラスタの中心点の周りに回転され
る請求項２３記載のシステム。
【請求項２６】複数のモードで作動する人輸送装置において、当該輸送装置の作動特性に応じて、当該輸送装置の現在の作動モードを変える
制御ユニットを備える人輸送装置。
【請求項２７】前記輸送装置の作動特性がフレーム・ピッチを含み、当該
フレーム・ピッチにより、前記人輸送装置及びユーザを含むフレームが所望の位
置から変位されている、請求項２６記載の人輸送装置。
【請求項２８】前記所望の位置は、前記人輸送装置のフットプリントの上
方に重心を置く位置である請求項２７記載の人輸送装置。
【請求項２９】前記所望の位置は、前記人輸送装置のクラスタの中心点の
上方に重心を置く位置である請求項２７記載の人輸送装置。
【請求項３０】前記輸送装置の作動特性がピッチ率を含み、当該ピッチ率
は、前記人輸送装置及びユーザを含むフレームが重力に関して走行しているレー
トを表す請求項２６記載の人輸送装置。
【請求項３１】前記ピッチ率が、所望のピッチ率と比較されて、ピッチ率
を実質的に所望のピッチ率に変えさせるピッチ率訂正信号を決定する請求項３０
記載の人輸送装置。
【請求項３２】前記所望のピッチが実質的にゼロに等しい請求項３１記載
の人輸送装置。
【請求項３３】前記制御ユニットが、少なくとも第１のモードと第２のモ
ードとの間で平衡インディケータの値に応じて切り換える請求項２６記載の人輸
送装置。
【請求項３４】前記平衡インディケータがフレーム・ピッチ値に関連し、
当該フレーム・ピッチ値は、少なくとも前記人輸送装置及びユーザを含むフレー
ムの重心が所望のフレーム・ピッチ値からオフセットされている量を表す請求項
３３記載の人輸送装置。
【請求項３５】前記所望のフレーム・ピッチ値が実質的にゼロに等しい請
求項３４記載の人輸送装置。
【請求項３６】前記制御ユニットが、少なくとも第１のモードと第２のモ
ードとの間の転送を、重力に関して前記輸送装置のクラスタの位置に基づいて生
じさせる請求項２６記載の人輸送装置。
【請求項３７】前記制御ユニットは、重力に関してクラスタ位置を表す値
が下側スレッショルド値より低い場合前記輸送装置を第１のモードに入らせる請
求項３６記載の人輸送装置。
【請求項３８】前記制御ユニットは、少なくとも第１のモードと第２のモ
ードとの間の転送を前記輸送装置のクラスタの速度に基づいて生じさせる請求項
２６記載の人輸送装置。
【請求項３９】前記制御ユニットは、重力に関してクラスタ位置を表す値
が上側スレッショルド値より上である場合前記輸送装置を第２のモードに入らせ
る請求項３６記載の人輸送装置。
【請求項４０】前記制御ユニットは、少なくとも第１のモードと第２のモ
ードとの間の転送を速度及び位置に基づいて生じさせる請求項２６記載の人輸送
装置。
【請求項４１】前記制御ユニットは、重力に関してクラスタ位置を表す値
が下側スレッショルド値より低い場合前記輸送装置を第１のモードに入らせ、及
び重力に関してクラスタ位置を表す値が上側スレッショルド値より上である場合
前記輸送装置を第２のモードに入らせる請求項３６記載の人輸送装置。
【請求項４２】前記制御ユニットは、重力に関してクラスタ位置を表す値
が上側スレッショルド値と下側スレッショルド値との間にあるとき、重心の位置
が前記クラスタの端部点近くにあるならば前記輸送装置を第１のモードに入らせ
る請求項４１記載の人輸送装置。
【請求項４３】前記制御ユニットは、重力に関してクラスタ位置を表す値
が上側スレッショルド値と下側スレッショルド値との間にあるとき、重心の位置
が前記クラスタの中心点近くにあるならば、前記輸送装置を第２のモードに入ら
せる請求項４１記載の人輸送装置。
【請求項４４】前記第２のモードが少なくとも２つのサブモードを含む請
求項３６記載の人輸送装置。
【請求項４５】前記制御ユニットは、制御スイッチ値が入場値より大きい
とき前記輸送装置を第２のモードの第１のサブモードに入らせる請求項４４記載
の人輸送装置。
【請求項４６】前記輸送装置は、前記制御スイッチ値が退場値より下にな
るまで第１のサブモードに留まる請求項４５記載の人輸送装置。
【請求項４７】入場値が退場値より大きい請求項４６記載の人輸送装置。
【請求項４８】輸送装置が実質的に垂直方向に留まる一方前記輸送装置の
プラットフォームが表面ピッチに関係なく実質的に水平に留まるように前記輸送
装置を制御する方法において、ａ）前記輸送装置の現在の作動特性を決定するステップと、ｂ）複数の作動モードの間で現在の作動特性に応じて自動的に変えるステップ
とを備える方法。
【請求項４９】ステップａ）が、平衡インディケータの値を決定するステ
ップを含み、ステップｂ）が、少なくとも第１のモードと第２のモードとの間で前記平衡イ
ンディケータの値に基づいて切り換えるステップを含む請求項４８記載の方法。
【請求項５０】前記平衡インディケータがフレーム・ピッチ値に関連し、
当該フレーム・ピッチ値は、少なくとも前記人輸送装置及びユーザを含むフレー
ムの重心が所望のフレーム・ピッチ値からオフセットされる量を表す請求項４９
記載の方法。
【請求項５１】ステップａ）が、重力に関して前記輸送装置のクラスタの
位置を決定するステップを含み、ステップｂ）が、少なくとも第１のモードと第２のモードとの間で重力に関し
て前記輸送装置のクラスタの位置に基づいて切り換えるステップを含む請求項４８記載の方法。
【請求項５２】ステップｂ）は、重力に関して前記のクラスタ位置を表す
値が下側スレッショルド値より下である場合第１のモードに入るステップを含む
請求項５１記載の方法。
【請求項５３】ステップｂ）は、重力に関して前記のクラスタ位置を表す
値が上側スレッショルド値より上である場合第２のモードに入るステップを含む
請求項５１記載の方法。
【請求項５４】ステップｂ）が、重力に関して前記のクラスタ位置を表す値が下側スレッショルド値より下であ
る場合第１のモードに入るステップと、重力に関して前記のクラスタ位置を表す値が上側スレッショルド値より上であ
る場合第２のモードに入るステップとを含む請求項５１記載の方法
【請求項５５】前記第２のモードが、少なくとも２つのサブモードを含む
請求項４９記載の方法。
【請求項５６】ステップｂ）が、制御スイッチ値が入場値より大きいとき
第２のモードの第１のサブモードに入るステップを含む請求項５５記載の方法。
【請求項５７】前記輸送装置は、前記制御スイッチ値が退場値より下にな
るまで第１のサブモードに留まる請求項５６記載の方法。
【請求項５８】入場値が退場値より大きい請求項５７記載の方法。
【請求項５９】少なくとも４つの車輪を含む装置を制御する制御ユニット
において、前記車輪の回転を制御する車輪制御器を備え、前記制御ユニットは、前記車輪制御器が前記装置の作動特性に基づいてユーザ
入力に応答する量を変える、制御ユニット。
【請求項６０】前記車輪制御器は、ユーザ入力及び前記装置の作動特性に
基づいて車輪制御コマンドを生成するフィードバック・ループを含む請求項５９
記載の制御ユニット。
【請求項６１】前記車輪制御器のフィードバック・ループは、前記車輪制
御器により受け取られたユーザ入力に利得係数を適用する請求項６０記載の制御
ユニット。
【請求項６２】前記利得係数の値は、前記装置が安定しているときより不
安定であるときの方が低い請求項６１記載の制御ユニット。
【請求項６３】外乱に遭遇した後に人輸送装置の人間のユーザが直立の位
置のままであるように安定状態に戻る人輸送装置において、ユーザの所望の位置入力コマンドを受け取るユーザ入力と、前記人輸送装置の少なくとも１つの部分の現在の方向に基づいてユーザ入力コ
マンドに対する前記人輸送装置の応答を変える制御ユニットとを備える人輸送装置。
【請求項６４】前記ユーザ入力がジョイスティックである請求項６３記載
の人輸送装置。
【請求項６５】前記ユーザ入力が傾斜可能なプラットフォームである請求
項６３記載の人輸送装置。
【請求項６６】前記制御ユニットは、ユーザ入力が前記人輸送装置の少な
くとも１つの部分の現在の方向に基づいて前記人輸送装置の少なくとも２つの車
輪の回転に影響を及ぼす量を低減する車輪制御器を含む請求項６３記載の人輸送
装置。
【請求項６７】前記車輪制御器は、利得係数を前記ユーザ入力に適用して
、車輪制御コマンドを決定し、当該利得係数の値は、前記人輸送装置が安定して
いるときより前記人輸送装置が不安定であるときの方が低い請求項６６記載の人
輸送装置。
【請求項６８】地上輸送装置を制御する方法において、前記輸送装置の作動パラメータの値を決定するステップと、当該作動パラメータの値に応じてユーザ入力に対する前記輸送装置の応答を変
えるステップとを備える方法。
【請求項６９】前記作動パラメータは、前記輸送装置のクラスタの位置で
ある請求項６８記載の方法。
【請求項７０】前記輸送装置は、前記クラスタがより垂直に向けられるよ
うになるにつれユーザ入力に対してより少なく応答する請求項６８記載の方法。
【請求項７１】輸送装置を平衡させるため動かされ得る複数の接地部材と
、少なくとも２つの組の利得係数を含む利得テーブルと、車輪の動きを制御する制御信号を生成するため少なくとも２つの組の利得係数
の１つを制御ユニットに対する入力に与える制御ユニットとを備え、前記制御ユニットにより与えられる利得係数の組が、前記輸送装置の作動中に
自動的に変わり得る、輸送装置。
【請求項７２】前記制御ユニットにより与えられるべき前記利得の組が、
前記輸送装置の可動腕部の角度方向に基づいて決定される請求項７１記載の方法
。
【請求項７３】前記可動腕部がクラスタである請求項７２記載の方法。
【請求項７４】人輸送装置が平らでない表面を通行するとき前記人輸送装
置を直立の位置に保つ方法において、ユーザ入力を受け取るステップと、前記輸送装置の少なくとも１つの部分の現在の方向を決定するステップと、前記輸送装置の少なくとも１つの部分の現在の方向に基づいて異なる利得係数
を前記ユーザ入力に選択的に適用するステップとを備える方法。
【請求項７５】前記輸送装置の少なくとも１つの部分が前記輸送装置の可
動腕部である請求項７４記載の方法。
【請求項７６】選択的に適用する前記ステップは、前記輸送装置の少なく
とも１つの部分の現在の方向に対応する１組の利得係数を利得テーブルから選択
するステップを含む請求項７４記載の方法。
【請求項７７】人輸送装置の重心がクラスタの両端部点間の位置の実質的
に垂直上方に変位されるままであるように前人間記輸送装置の前記クラスタ及び
少なくとも１つの接地部材を調整する制御ユニットを備える、前記人輸送装置を
制御する制御システム。
【請求項７８】前記制御ユニットが、車輪制御器及びクラスタ制御器を含
む請求項７７記載の制御システム。
【請求項７９】前記車輪制御器は、前記輸送装置の重心の位置が前記クラ
スタの中心点の上方に実質的に配置された位置に平行移動するため前記クラスタ
に装着された車輪を回転させる制御コマンドを与える請求項７８記載の制御シス
テム。
【請求項８０】前記車輪制御器は、重心及び前記クラスタの中心点を通る
軸が前記クラスタの中心点を通って実質的に垂直に延びる軸から正の角度に変位
されるとき、前記クラスタに装着された車輪を時計回り方向に回転させる制御コ
マンドを与える請求項７８記載の制御システム。
【請求項８１】前記車輪制御器は、重心及び前記クラスタの中心点を通る
軸が前記クラスタの中心点を通って実質的に垂直に延びる軸から負の角度に変位
されるとき、前記クラスタに装着された車輪を反時計回り方向に回転させる制御
コマンドを与える請求項７８記載の制御システム。
【請求項８２】前記クラスタ制御器は、前記輸送装置の重心が前記クラス
タの中心点の上方に実質的に配置された状態を保つため前記クラスタをクラスタ
回転軸の周りに回転させる制御コマンドを与える請求項７８記載の制御システム
。
【請求項８３】前記クラスタ制御器は、前記クラスタに接続された複数の
車輪の各々が前記輸送装置が通行している表面に接触している状態を保つため前
記クラスタをクラスタ回転軸の周りに回転させる制御コマンドを与える請求項７
８記載の制御システム。
【請求項８４】前記車輪制御器及びクラスタ制御器は、前記輸送装置の重
心と前記クラスタの中心点とが相互に実質的に垂直関係であるように、前記クラ
スタに装着された車輪及び前記クラスタをそれぞれ制御する請求項７８記載の制
御システム。
【請求項８５】前記車輪制御器は、前記輸送装置の重心が前記クラスタの
中心点の上方に実質的に配置される状態を保つため、前記クラスタに装着された
車輪を回転させる制御コマンドを与える請求項８４記載の制御システム。
【請求項８６】前記車輪制御器は、重心及び前記クラスタの中心点を通る
軸が前記クラスタの中心点から実質的に垂直に延びる軸から正の角度に変位され
るとき、前記クラスタに装着された車輪を時計回り方向に回転させる制御コマン
ドを与える請求項８４記載の制御システム。
【請求項８７】前記車輪制御器は、重心及び前記クラスタの中心点を通る
軸が前記クラスタの中心点から実質的に垂直に延びる軸から負の角度に変位され
るとき、前記クラスタに装着された車輪を反時計回り方向に回転させる制御コマ
ンドを与える請求項８４記載の制御システム。
【請求項８８】前記のクラスタ角度制御器は、前記輸送装置の重心が前記
クラスタの中心点の上方に実質的に配置された状態を保つため前記クラスタをク
ラスタ回転軸の周りに回転させる制御コマンドを与える請求項８４記載の制御シ
ステム。
【請求項８９】前記のクラスタ角度制御器は、前記クラスタに接続された
複数の車輪の各々が前記輸送装置が通行している表面に接触している状態を保つ
ため前記クラスタをクラスタ回転軸の周りに回転させる制御コマンドを与える請
求項８４記載の制御システム。
【請求項９０】前記制御器は、複数の作動モードを含む請求項７７記載の
制御システム。
【請求項９１】前記制御器は、前記輸送装置の重心が前記輸送装置のフッ
トプリントの実質的に垂直上方に変位された状態を保つため複数の作動モードの
間を切り換える請求項９０記載の制御システム。
【請求項９２】前記複数の作動モードは、前記クラスタの長手方向軸が前
記輸送装置により通行されている表面に対して実質的に平行であるように、前記
クラスタを中心軸の周りに回転させることにより前記輸送装置の重心が前記フッ
トプリントの実質的に垂直上方に変位された状態を維持する第１のモードを含む
請求項９０記載の制御システム。
【請求項９３】前記制御ユニットは、重心及び前記クラスタの中心点を通
る軸が前記クラスタの中心点から実質的に垂直に延びる軸から正の角度に変位さ
れた場合前記クラスタの長手方向軸を時計回り方向で且つ下向きに回転させる制
御コマンドを与える請求項９２記載の制御システム。
【請求項９４】前記制御ユニットは、重心及び前記クラスタの中心点を通
る軸が前記クラスタの中心点から実質的に垂直に延びる軸から負の角度に変位さ
れた場合前記クラスタの長手方向軸を反時計回り方向で且つ上向きに回転させる
制御コマンドを与える請求項９２記載の制御システム。
【請求項９５】前記複数のモードは、重心が前記クラスタに接続された車
輪の軸の垂直上方に位置された領域に配置されるとき、前記輸送装置のフットプ
リントの実質的に垂直上方に変位された位置へ前記輸送装置の重心を回復する第
２のモードを含む請求項９０記載の制御システム。
【請求項９６】前記第２のモードは、重心が前記クラスタの中心点を通る
垂直線からオフセットされる方向に前記クラスタに装着された車輪を回転させる
ことにより重心を回復する請求項９５記載の制御システム。
【請求項９７】前記第２のモードは、前記人輸送装置が位置される表面に
対して前記クラスタの長手方向軸を実質的に平行にさせる方向に前記クラスタを
中心クラスタ軸の周りに回転させる請求項９６記載の制御システム。
【請求項９８】利得テーブルを更に備え、前記複数のモードは第１のモード及び第２のモードを含み、前記利得テーブルがモード間の移行が生じる実質的に同じ瞬間に第２のモード
と関連した利得係数を含むように、第１のモードから第２のモードへの移行が前
記利得テーブル内の利得係数を変える請求項９１記載の制御システム。
【請求項９９】制御ループを更に備え、移行前に被制御要素に印加された制御信号と移行後に被制御要素のため制御器
により生成された信号との差が前記制御ループに対する入力として印加される請
求項９８記載の制御システム。
【請求項１００】人輸送装置で複数のモード間を切り換える方法において
、前記輸送装置の重心の位置を表す第１の値を決定するステップと、前記値に基づいて前記複数のモードのうちの２つの間で選択するステップとを備える方法。
【請求項１０１】装置の重心の位置を推定するのに使用するための基準デ
ータ・セットを生成する方法において、ａ）装置を第１の位置に置くステップと、ｂ）前記装置が第１の位置にある間に前記装置の第１の構成要素の第１の位置
を記録するステップと、ｃ）前記装置を第２の位置に置くステップと、ｄ）前記装置が第２の位置にある間に前記装置の第１の構成要素の第２の位置
を記録するステップとを備える方法。
【請求項１０２】前記第１の位置は、前記装置が平衡されている位置であ
る請求項１０１記載の方法。
【請求項１０３】前記第２の位置は、前記装置が平衡されている位置であ
る請求項１０１記載の方法。
【請求項１０４】前記装置が人輸送装置であり、前記第１の構成要素は前
記輸送装置の電子機器ボックスであり、前記第１の位置は重力に関する前記電子
機器ボックスの角度である請求項１０１記載の方法。
【請求項１０５】前記装置が人輸送装置であり、前記第１の構成要素は前
記輸送装置の可動腕部であり、前記第１の位置は重力に関する前記可動腕部の角
度である請求項１０１記載の方法。
【請求項１０６】前記装置が人輸送装置であり、人間を支えることができるプラットフォームの高さがまた、ステップｂ）及び
ｄ）で記録される請求項１０１記載の方法。
【請求項１０７】システムの重心の位置を決定する方法において、前記システムが平衡される少なくとも２つの位置に前記システムを置き、且つ
前記システムの少なくとも１つの構成要素の角度方向を各位置で記録するステッ
プと、各位置での前記少なくとも１つの構成要素の角度方向を含む適合曲線を生成す
るステップとを備える方法。
【請求項１０８】前記少なくとも１つの構成要素が前記システムの電子機
器ボックスである請求項１０７記載の方法。
【請求項１０９】前記置くステップは、前記生成するステップが実行され
る前に２回反復される請求項１０７記載の方法。
【請求項１１０】前記置くステップが行われる第１回は前記システムのク
ラスタが第１の方向であり、前記置くステップが行われる第２回は前記クラスタ
が第２の方向である請求項１０９記載の方法。
【請求項１１１】第１の方向が第２の方向と異なる請求項１１０記載の方
法。
【請求項１１２】前記置くステップがまた、前記システムに含まれた人間
を支えることができるプラットフォームの各位置での高さを記録するステップを
含む請求項１０７記載の方法。
【請求項１１３】動的システムを平衡させる方法において、前記システムの少なくとも１つの構成要素の所望の方向を表すデータ・セット
を受け取るステップと、現在の方向を前記所望の方向と比較するステップと、現在の方向と前記所望の方向との差に基づいて前記システムの少なくとも１つ
の構成要素を調整するステップとを備える方法。