JP2010274759A - 走行装置、その制御方法、及び制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】より安全性を向上させた走行装置、その制御方法、及び制御プログラムを提供すること。
【解決手段】走行装置は、倒立制御を行いつつ所望の走行を行う。また、走行装置は、路面に対して接地状態又は非接地状態となるように動作する接地部材と、接地部材を駆動する駆動手段と、駆動手段の駆動を制御する制御手段と、走行状態の異常度合を算出する異常度合算出手段と、異常度合算出手段により算出された走行状態の異常度合に応じて、接地部材と路面との距離の上限値を変更する上限値算出手段と、を備えている。制御手段は、接地部材と路面との距離が上限値算出手段により算出された上限値以下となるように、駆動手段の駆動を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、倒立制御を行いつつ所望の走行を行うことができる走行装置、その制御方法及び制御プログラムに関し、より詳細には、路面に接地する接地部材を備える走行装置、その制御方法、及び制御プログラムに関するものである。

例えば、倒立状態での走行中に異常等を検知した場合、安全に停車するために接地部材を路面に接地させることで、より安全に転倒を防止する走行装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−０７４８１４号公報

しかしながら、一般に、異常等が発生してから接地部材が路面に接地するまでに僅かな時間しかないため、例えば、接地部材を路面に接近させる動作速度が十分でないと、接地部材を路面に接地させるための準備が十分に行われない可能性がある。したがって、その転倒防止等の効果が十分に発揮されず、当該走行装置の安全性が低下する虞がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、より安全性を向上させた走行装置、その制御方法、及び制御プログラムを提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、路面に対して接地状態又は非接地状態となるように動作する接地部材と、前記接地部材を駆動する駆動手段と、前記駆動手段の駆動を制御する制御手段と、を備え、倒立制御を行いつつ所望の走行を行う走行装置であって、走行状態の異常度合を算出する異常度合算出手段と、前記異常度合算出手段により算出された前記走行状態の異常度合に応じて、前記接地部材と路面との距離の上限値を変更する上限値算出手段と、を備え、前記制御手段は、前記接地部材と路面との距離が前記上限値算出手段により算出された前記上限値以下となるように、前記駆動手段の駆動を制御する、ことを特徴とする走行装置である。

この一態様において、前記上限値算出手段は、異常度合算出手段により算出された前記走行状態の異常度合が増加するほど、前記上限値を減少させてもよい。

また、この一態様において、当該走行装置の状態量を検出するセンサ手段を更に備え、前記走行状態の異常度合は、前記センサ手段により検出された前記走行装置の状態量と該状態量の目標値との偏差と、該偏差の最大値との比であってもよい。

さらに、この一態様において、前記走行状態の異常度合は、当該走行装置の姿勢状態、駆動輪の回転状態、及び当該走行装置の走行速度の異常度合を含んでいてもよい。

さらにまた、この一態様において、前記走行状態の異常度合は、実際の姿勢角度と目標の姿勢角度との姿勢角偏差と、該姿勢角偏差の最大値との比であってもよい。

さらにまた、この一態様において、前記走行状態の異常度合は、実際の駆動輪の回転角度と、目標の駆動輪の回転角度との駆動輪偏差と、該駆動輪偏差の最大値との比であってもよい。

さらにまた、この一態様において、前記走行状態の異常度合は、走行速度と、該走行速度の最大値との比であってもよい。

なお、この一態様において、前記異常度合算出手段は、複数の前記走行状態の異常度合を算出し、該算出した複数の異常度合のうち最大値となる前記異常度合を選択し、前記上限値算出手段は、前記異常度合算出手段により前記選択された異常度合と、前記異常度合と前記上限値との関係を示すマップ情報と、に基づいて、前記上限値を変更してもよい。

他方、上記目的を達成するための本発明の一態様は、路面に対して接地状態又は非接地状態となるように動作する接地部材と、前記接地部材を駆動する駆動手段と、を備え、倒立制御を行いつつ所望の走行を行う走行装置の制御方法であって、走行状態の異常度合を算出する工程と、前記算出された前記走行状態の異常度合に応じて、前記接地部材と路面との距離の上限値を変更する工程と、を備え、前記接地部材と路面との距離が前記算出された上限値以下となるように、前記駆動手段の駆動を制御する、ことを特徴とする走行装置の制御方法であってもよい。

また、上記目的を達成するための本発明の一態様は、路面に対して接地状態又は非接地状態となるように動作する接地部材と、前記接地部材を駆動する駆動手段と、を備え、倒立制御を行いつつ所望の走行を行う走行装置の制御プログラムであって、走行状態の異常度合を算出する処理と、前記算出された前記走行状態の異常度合に応じて、前記接地部材と路面との距離の上限値を変更する処理と、前記接地部材と路面との距離が前記算出された上限値以下となるように、前記駆動手段の駆動を制御する処理と、をコンピュータに実行させることを特徴とする走行装置の制御プログラムであってもよい。

本発明によれば、より安全性を向上させた走行装置、その制御方法、及び制御プログラムを提供することができる。

（ａ）本発明の一実施形態に係る走行装置の２次元モデルを示すモデル図であり、側方から見た側面図である。（ｂ）本発明の一実施形態に係る走行装置の２次元モデルを示すモデル図であり、側方から見た側面図である。 本発明の一実施形態に係る走行装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。 走行状態の異常度合と補助輪高さの上限値との関係の一例を示す図である。 走行状態の異常度合が変化する状態の一例を示す図である。 目標の補助輪高さが上限値により抑えられた状態の一例を示す図である。 （ａ）従来の走行装置が後傾状態になったときの補助輪の状態を示す図である。（ｂ）従来の走行装置が前傾状態となり、補助輪が接地した状態の一例を示す図である。 （ａ）本実施形態に係る走行装置が後傾状態になったときの補助輪の状態を示す図である。（ｂ）本実施形態に係る走行装置が前傾状態となり、補助輪が接地した状態の一例を示す図である。 （ａ）従来の走行装置が高速状態になったときの補助輪の状態を示す図である。（ｂ）従来の走行装置の補助輪が接地した状態の一例を示す図である。 （ａ）本実施形態に係る走行装置が高速状態になったときの補助輪の状態を示す図である。（ｂ）本実施形態に係る走行装置の補助輪が接地した状態の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る走行装置の制御処理フローの一例を示すフローチャートである。 本発明の変形例に係る、異常度合と上限値との関係を示すマップ情報を示す図である。 本発明の変形例に係る、異常度合と上限値との関係を示すマップ情報を示す図である。

以下、本発明を実施するための実施形態について、添付図面を参照して説明する。図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る走行装置の２次元モデルを示すモデル図であり、側方から見た側面図である。また、図１（ａ）は、補助輪が接地状態にある走行装置の一例を示す図であり、図１（ｂ）は、補助輪が非接地状態で、倒立状態にある走行装置の一例を示す図である。さらに、図２は、本発明の一実施形態に係る走行装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。

本実施形態に係る走行装置１０は、搭乗者が乗車するための車両本体１と、車両本体１に設けられた一対の駆動輪１１と、路面Ｅに接地して車両本体１を安定化させるための一対の補助輪１２と、車両本体１等の各種の情報を検出するセンサ部２と、補助輪１２を補助バー１３を介して揺動させる補助バー駆動部１４と、車両本体１の駆動輪１１を回転駆動する車輪駆動部１５と、補助バー駆動部１４及び車輪駆動部１５を駆動制御する制御ユニット３と、を備えている。

車両本体１は、例えば、車椅子型の車両として構成されており、その両側に車両本体１を走行させるための左右一対の駆動輪１１が回転可能に夫々設けられている。また、車両本体１の前方及び後方には、夫々、路面Ｅに接地して車両本体１を安定化させるための補助輪１２が補助バー１３を介して設けられている。

なお、本実施形態において、車両本体１は車椅子型の車両として構成されているが、これに限らず、例えば、立乗り型の同軸二輪車等で構成されていてもよく、倒立制御を行う任意の車両として構成することができる。また、車両本体１の前方及び後方に、補助バー１３を介して、補助輪１２が設けられているが、これに限らず、例えば、後方のみ、若しくは前方のみに補助輪１２が設けられる構成であってもよく、設けられる補助輪１２の数及び位置は任意でよい。さらに、車両本体１に補助バー１３を介して補助輪１２が設けられ、補助輪１２を路面Ｅに接地させる構成であるが、これに限らず、例えば、車両本体１に補助バー１３のみが設けられ、補助バー１３の先端部を路面Ｅに接地させる構成であってよく、任意の接地部材が適用可能である。

各補助バー１３の一端は車両本体１に上下方向へ揺動可能に設けられており、各補助バー１３の他端には補助輪１２が回転可能に設けられている。各補助バー１３が下方向へ揺動することで、各補助輪１２が路面Ｅに接近し接地する接地状態となる。一方、各補助バー１３が上方へ揺動することで、各補助輪１２が路面Ｅから離間する非接地状態になる。

本実施形態に係る走行装置１０は、例えば、図１（ａ）に示す如く、各補助輪１２を路面Ｅに接地させる接地状態になることで、倒立制御を行うことなく、車両本体１を安定的に走行又は停止させることができる。一方、走行装置１０は、図１（ｂ）に示す如く、補助バー１３を上方へ揺動させ、補助輪１２を路面Ｅから離間して倒立状態になることで、その倒立状態を維持する倒立制御を行いつつ、搭乗者の走行操作に応じて所望の走行（前進、後進、左旋回、右旋回、加速、減速、停止等）を行うことができる。

なお、搭乗者は、走行装置１０に対する各種の操作情報を、例えば、車両本体１に設けられ、制御ユニット３に接続されたＨＭＩ（Human Machine Interface）装置４を介して入力することができる。ＨＭＩ装置４には、ジョイスティック、スイッチ等が設けられており、搭乗者はこれらを操作することで操作情報を入力することができる。

車両本体１には、車両本体１、補助バー１３等の各種の情報（状態量）を検出するための複数のセンサからなるセンサ部（センサ手段）２が設けられている。センサ部２は、車両本体１の姿勢情報を検出する姿勢センサ２１と、各駆動輪１１の回転情報を検出する回転センサ２２と、補助バー１３の揺動角度を検出する角度センサ２３と、路面情報を検出する路面センサ２４と、を有している。

姿勢センサ２１としては、例えば、ジャイロセンサ、加速度センサなどが用いられており、車両本体１の傾斜角度（姿勢角度）、傾斜角速度（姿勢角速度）、傾斜角加速度（姿勢角加速度）などを検出することができる。また、回転センサ２２は、例えば、各駆動輪１１の車軸に設けられており、各駆動輪１１の回転角度、回転角速度、回転角加速度等を夫々検出することができる。さらに、角度センサ２３は、例えば、ロ―タリエンコーダ、ポテンショメータなどが用いられており、各補助バー１３に設けられている。そして、角度センサ２３は、各補助バー１３の揺動角度を検出することができる。路面センサ２４は、例えば、カメラ、超音波センサ、レーダセンサ等が用いられており、路面Ｅの高さ、凹凸、傾斜、摩擦係数、路面Ｅ上の障害物等の路面情報を検出することができる。センサ部２は、制御ユニット３に接続されており、検出した検出値を制御ユニット３に対して出力する。

補助バー駆動部（駆動手段）１４は、各補助バー１３に設けられ、各補助バー１３を揺動させることができるモータや減速機等で構成されている。補助バー駆動部１４は、駆動回路１６を介して制御ユニット３に接続されており、制御ユニット３からの制御信号に応じて、各補助バー１３を上下方向へ揺動させる。

車輪駆動部１５は、車両本体１に設けられ、一対の駆動輪１１を独立して回転駆動できる一対のモータや減速機等で構成されている。車輪駆動部１５は、駆動回路１７を介して制御ユニット３に接続されており、制御ユニット３からの制御信号に応じて、各駆動輪１１を駆動する。

制御ユニット３は、補助バー駆動部１４を制御して各補助バー１３の揺動を制御することで、各補助輪１２を路面Ｅに対し接地状態又は非接地状態に制御する。また、制御ユニット３は、車輪駆動部１５を制御して各駆動輪１１の回転トルクを制御することで、倒立制御を行いつつ所望の走行を行う制御を実行する。

制御ユニット３は、制御指令値生成部３１と、偏差算出部３２と、倒立制御部３３と、実高さ算出部３４と、異常度合算出部３５と、上限値算出部３６と、補助バー制御部３７と、を有している。

なお、制御ユニット３は、例えば、制御処理、演算処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵによって実行される制御プログラム、演算プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）、処理データ等を一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等からなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されていてもよい。

制御指令値生成部３１は、ＨＭＩ装置４を介して入力された操作情報に基づいて、補助バー駆動部１４及び車輪駆動部１５を制御するための制御指令値を生成する。制御指令値としては、例えば、車両本体１の目標姿勢角度、目標姿勢角速度、目標姿勢角加速度、駆動輪１１の目標駆動輪回転角度、目標駆動輪回転角速度、目標駆動輪回転角加速度、目標駆動輪併進方向、目標駆動輪旋回方向、補助バー１３の目標補助バー回転角度、走行装置１０の目標走行速度（目標並進方向速度）、目標走行加速度などが含まれる。制御指令値生成部３１は、生成した制御指令値を偏差算出部３２に対して出力する。

偏差算出部３２は、制御指令値生成部３１により生成された制御指令値とセンサ部２により検出された検出値との偏差を算出する。例えば、偏差算出部３２は、制御指令値生成部３１により生成された車両本体１の目標姿勢角度と、センサ部２の姿勢センサ２１により検出された車両本体１の姿勢角度との姿勢角偏差Δηを算出する。また、偏差算出部３２は、制御指令値生成部３１により生成された目標駆動輪回転角度と、センサ部２の回転センサ２２により検出された駆動輪回転角度との駆動輪偏差ΔＷを算出する。さらに、偏差算出部３２は、例えば、駆動輪１１の併進方向への偏差である駆動輪併進方向偏差ΔＸ、もしくは駆動輪１１の旋回方向への偏差である駆動輪旋回方向偏差ΔФ、駆動輪１１の回転トルク偏差ΔＴ（電流偏差ΔＩ）などを算出してもよい。偏差算出部３２は、算出した複数の偏差を倒立制御部３３及び異常度合算出部３５に対して出力する。

倒立制御部３３は、偏差算出部３２により算出された各偏差に基づいて、車輪駆動部１５を制御するための制御信号を生成する。倒立制御部３３は、例えば、偏差算出部３２により算出された各偏差を０に収束させるような制御信号を生成することで、走行装置１０の倒立制御を行いつつ、所望の走行を行うことができる。倒立制御部３３は、駆動回路１７を介して、生成した制御信号を車輪駆動部１５に対して出力し、各駆動輪１１の回転トルクを制御する。なお、倒立制御部３３は、上記駆動輪１１に対する回転トルク制御を、例えば、状態フィードバック制御、ロバスト制御等の周知の制御方法を用いて行ってもよい。

実高さ算出部３４は、センサ部２の姿勢センサ２１により検出された車両本体１の姿勢角度と、角度センサ２３により検出された補助バー１３の揺動角度と、路面センサ２４により検出された路面情報とに基づいて、補助輪１２と路面Ｅとの距離、すなわち、路面Ｅから補助輪１２の最下点（接地点）までの高さｈ（以下、補助輪高さｈと称す）を算出する。実高さ算出部３４は、算出した補助輪高さｈを補助バー制御部３７に対して出力する。

異常度合算出部（異常度合算出手段）３５は、偏差算出部３２により算出された偏差と、その偏差の最大値（最大偏差）との比（割合）である、走行状態の異常度合Ｒを算出する。ここで、偏差の最大値とは、例えば、走行装置１０の機械的もしくは電気的なハードウェアによる制約によって予め決定される値であり、機械的もしくは電気的な限界値である。

例えば、異常度合算出部３５は、偏差算出部３２により算出された姿勢偏差Δηと、最大姿勢偏差η_maxとの比Rate_ηを、姿勢偏差の異常度合Ｒとして下記（１）式により算出する。
Rate_η＝｜Δη／η_max｜ （１）式

同様に、異常度合算出部３５は、偏差算出部３２により算出された駆動輪偏差ΔＷと、最大駆動輪偏差Ｗ_maxとの比Rate_Ｗを、駆動輪偏差の異常度合Ｒとして下記（２）式により算出する。
Rate_Ｗ＝｜ΔＷ／Ｗ_max｜ （２）式

なお、異常度合算出部３５は、センサ部２により検出された走行速度Ｖと、最大走行速度Ｖ_maxとの比Rate_Ｖを、速度異常度合Ｒとして下記（３）式により算出してもよい。
Rate_Ｖ＝｜Ｖ／Ｖmax｜ （３）式

このように、異常度合算出部３５は、センサ部２により検出された任意の検出値と、その最大値との比を異常度合Ｒとして算出してもよく、また、センサ部２により検出された任意の検出値を異常度合Ｒとしてもよく、走行状態の異常度合Ｒを示す任意の値が適用可能である。なお、異常度合算出部３５は、路面センサ２４により検出された路面情報等のセンサ部２により検出された検出値を用いて、走行状態の異常度合Ｒをより高精度に算出してもよい。

異常度合算出部３５は、上述のようにして、同時に複数の異常度合Ｒを算出する。そして、異常度合算出部３５は、算出した複数の異常度合Ｒのうち、最大値となる異常度合Ｒを選択し、選択した異常度合Ｒを上限値算出部３６に対して出力する。なお、異常度合算出部３５は、算出した複数の異常度合Ｒの平均を算出し、この平均の異常度合Ｒを上限値算出部３６に対して出力してもよい。

上限値算出部（上限値算出手段）３６は、異常度合算出部３５により算出された異常度合Ｒと、予め設定されたマップ情報とに基づいて、補助輪高さｈの上限値Ｈを算出する。ここで、マップ情報は、例えば、図３に示すような異常度合Ｒと上限値Ｈとの関係が予め上記ＲＡＭに設定されている。

図３に示すように、例えば、異常度合Ｒが増加するほど、上限値Ｈが減少するように設定されているのが好ましい。より具体的には、異常度合Ｒが０からＲ１の場合（０≦Ｒ≦Ｒ１）、上限値ＨはＨ１で一定となり、異常度合ＲがＲ１からＲ２の場合（Ｒ１≦Ｒ≦Ｒ２）、異常度合Ｒが増加するに従って上限値Ｈは漸減し、異常度合ＲがＲ２以上となる場合（Ｒ≧Ｒ２）、上限値ＨはＨ２で一定となる。なお、異常度合Ｒと上限値Ｈとの関係は、上記関係に限らず、異常度合Ｒが増加するに従って上限値Ｈが減少するように設定されていれば任意の関係が適用可能である。

このように、走行状態の異常度合Ｒが増加するに従って、補助輪高さｈの上限値Ｈを減少させ、補助輪高さｈを予め低く抑えることで、補助輪１１の接地の準備を十分に行う。これにより、走行装置１０の走行状態に異常が生じた場合でも、補助輪１２をより確実かつ迅速に接地させ、転倒等をより最適に防止することができる。上限値算出部３６は、算出した補助輪高さｈの上限値Ｈを、補助バー制御部３７に対して出力する。

補助バー制御部（制御手段）３７は、角度センサ２３により検出された補助バー１３の揺動角度が設定した目標角度となるように、補助バー駆動部１４を制御する。また、補助バー制御部３７は、実高さ算出部３４により算出された補助輪高さｈが上限値算出部３６により算出された補助輪高さｈの上限値Ｈ以下となるように、補助バー駆動部１４を制御して、補助バー１３の揺動を制御する。

例えば、図４に示すように、時刻ｔ１のとき異常度合ＲはＲ１となり、時刻ｔ２のとき異常度合ＲはＲ２となり、時間ｔが経過するに従って異常度合Ｒが漸増する場合を想定する。また、マップ情報において、図３に示すように上限値Ｈと異常度合Ｒとの関係が設定されているものとする。

この場合、図５に示すように、時刻０から時刻ｔ１２（ｔ１<ｔ１２<ｔ２）においては、上限値Ｈの方が通常の目標の補助輪高さよりも大きくなるため、その目標の補助輪高さに、実際の補助輪高さｈが維持される（図５の実線（１）、実際の補助輪高さｈ＝目標の補助輪高さ）。また、異常度合Ｒが増加し上限値Ｈが減少すると、時刻ｔ１２以降において、補助バー制御部３７による本制御が行われなかった場合、目標の補助輪高さの方が上限値Ｈよりも大きくなる（図５の点線（２））。

一方、本実施形態において、補助バー制御部３７は、異常度合Ｒが増加するに従って上限値Ｈを減少させ、かつ補助輪高さｈがその上限値Ｈ以下となるように補助バー１３の揺動を制御する。これにより、時刻ｔ１２以降において、目標の補助輪高さが上限値Ｈによって抑えられ、目標の補助輪高さは上限値Ｈに沿って変化し、減少する（図５の実線（３）、上限値Ｈ＝目標の補助輪高さ＝実際の補助輪高さｈ）。

ここで、例えば、走行装置１０が倒立制御を行いつつ、所望の走行を行っている間に、何らかの外乱により、後傾した場合を想定する。この場合、従来の走行装置１００においては、姿勢偏差Δηの異常度合Ｒが増加し、後傾状態（図６（ａ））から前傾状態になり、前方の補助輪が接地することがある（図６（ｂ））。このとき、前方の補助輪は、その補助輪高さｈが大きな後傾状態（図６（ａ））から、一気に、前傾状態となり路面Ｅに強く接地するため（図６（ｂ））、補助輪には大きな衝撃が生じる。

一方、本実施形態に係る走行装置１０において、後傾状態で、姿勢偏差Δηの異常度合Ｒが増加すると、上限値算出部３６は補助輪高さｈの上限値Ｈを減少させる。これにより、補助バー制御部３７は、補助輪高さｈがこの減少した上限値Ｈ以下となり、予め、補助輪１２が路面Ｅにより近付くように補助バー１３の揺動を制御する。したがって、補助輪１２は、その補助輪高さｈが予め小さな状態（図７（ａ））から、それほど動作することなく、補助輪高さｈが０となる接地状態（図７（ｂ））になるため、補助輪１２に生じる衝撃を小さく抑えることができる。

同様に、走行装置１０おいて、加速後に高速状態で、駆動輪偏差ΔＷ又は走行速度Ｖの異常度合Ｒが増加することがある。このとき、従来の走行装置１００において、補助輪は高速状態で、その補助輪高さｈの状態（図８（ａ））から、そのまま前傾し強く接地するため（図８（ｂ））、補助輪には大きな衝撃が生じる。

一方、本実施形態に係る走行装置１０において、加速後に高速状態で、駆動輪偏差ΔＷ又は走行速度Ｖの異常度合Ｒが増加すると、上限値算出部３６は補助輪高さｈの上限値Ｈを減少させる。これにより、補助バー制御部３７は、補助輪高さｈがこの減少した上限値Ｈ以下となり、予め、補助輪１２が路面Ｅにより近付くように補助バー１３の揺動を制御する。したがって、補助輪１２は、その補助輪高さｈが予め小さな状態（図９（ａ））から、それほど動作することなく、補助輪高さｈが０となる接地状態（図９（ｂ））になるため、補助輪１２に生じる衝撃を小さく抑えることができる。

図１０は、本実施形態に係る走行装置の制御処理フローの一例を示すフローチャートである。

制御指令値生成部３１は、ＨＭＩ装置４に入力された操作情報に基づいて、補助バー駆動部１４及び車輪駆動部１５を制御するための制御指令値を複数生成し（ステップＳ１０１）、生成した制御指令値を偏差算出部３２に対して出力する。

偏差算出部３２は、制御指令値生成部３１により生成された各制御指令値とセンサ部２により検出された各検出値との偏差を夫々算出し（ステップＳ１０２）、算出した偏差を倒立制御部３３及び異常度合算出部３５に対して出力する。

実高さ算出部３４は、センサ部２の姿勢センサ２１により検出された車両本体１の姿勢角度と、角度センサ２３により検出された補助バー１３の揺動角度と、路面センサ２４により検出された路面情報とに基づいて、補助輪高さｈを算出し（ステップＳ１０３）、算出した補助輪高さｈを補助バー制御部３７に対して出力する。

異常度合算出部３５は、偏差算出部３２により算出された各偏差と、その最大偏差との比である、走行状態の異常度合Ｒを夫々算出し（ステップＳ１０４）、算出した複数の異常度合Ｒの中で最大値となる異常度合Ｒを上限値算出部３６に対して出力する。

上限値算出部３６は、異常度合算出部３５により算出された異常度合Ｒと、予め設定されたマップ情報とに基づいて、補助輪高さｈの上限値Ｈを算出し（ステップＳ１０５）、算出した上限値Ｈを補助バー制御部３７に対して出力する。

補助バー制御部３７は、実高さ算出部３４により算出された補助輪高さｈが上限値算出部３６により算出された補助輪高さｈの上限値Ｈ以下となるように、補助バー駆動部１４を制御して、補助バー１３の揺動を制御する（ステップＳ１０６）。

以上、本実施形態に係る走行装置１０において、上限値算出部３６は、異常度合算出部３５により算出された走行状態の異常度合Ｒが増加するほど、補助輪高さｈの上限値Ｈを減少させる。これにより、走行状態の異常度合Ｒが増加し、不安定さが増したときに、補助輪１２を予め路面Ｅにより近付け、その後に接地に十分に備えることができる。このため、例えば、補助輪１２が接地したときに、その衝撃を小さく抑えることができ、走行装置１０の安全性をより向上させることができる。

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

例えば、上記一実施形態の、異常度合Ｒと上限値Ｈとの関係を示すマップ情報において、異常度合Ｒ１及びＲ２近傍で、上限値Ｈをより滑らかに減少させるようにしてもよい（図１１）。これにより、補助バー１３の動作をより滑らかにすることができる。また、異常度合ＲがＲ１からＲ２へ増加するに従って、上限値Ｈを２次以上の多項式を用いて減少させるようにしてもよい。

さらに、上記一実施形態において、異常度合Ｒが増加（Ｉ）するときと、減少（ＩＩ）するときとで、ヒステリシスを設けるようにしてもよい（図１２）。これにより、補助バー１３の揺動を制御する際の所謂ハンチング動作を抑制することができ、走行装置１０のエネルギー効率を向上させることができる。

上述の実施形態では、本発明をハードウェアの構成として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、任意の処理を、ＣＰＵ（Central Processing Unit）にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。この場合、コンピュータプログラムは、記録媒体に記録して提供することも可能であり、また、インターネットその他の通信媒体を介して伝送することにより提供することも可能である。また、記憶媒体には、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＲＯＭカートリッジ、バッテリバックアップ付きＲＡＭメモリカートリッジ、フラッシュメモリカートリッジ、不揮発性ＲＡＭカートリッジ等が含まれる。また、通信媒体には、電話回線等の有線通信媒体、マイクロ波回線等の無線通信媒体等が含まれる。

本発明は、例えば、車両を安定化させる接地部材を備え、倒立制御を行いつつ所望の走行を行う走行装置に利用可能である。

１ 車両本体
２ センサ部
３ 制御ユニット
１０ 走行装置
１１ 駆動輪
１２ 補助輪
１３ 補助バー
１４ 補助バー駆動部
１５ 車輪駆動部
３１ 制御指令値生成部
３２ 偏差算出部
３３ 倒立制御部
３４ 実高さ算出部
３５ 異常度合算出部
３６ 上限値算出部
３７ 補助バー制御部

Claims (10)

1. 路面に対して接地状態又は非接地状態となるように動作する接地部材と、
   前記接地部材を駆動する駆動手段と、
   前記駆動手段の駆動を制御する制御手段と、を備え、
   倒立制御を行いつつ所望の走行を行う走行装置であって、
   走行状態の異常度合を算出する異常度合算出手段と、
   前記異常度合算出手段により算出された前記走行状態の異常度合に応じて、前記接地部材と路面との距離の上限値を変更する上限値算出手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記接地部材と路面との距離が前記上限値算出手段により算出された前記上限値以下となるように、前記駆動手段の駆動を制御する、ことを特徴とする走行装置。
2. 請求項１記載の走行装置であって、
   前記上限値算出手段は、異常度合算出手段により算出された前記走行状態の異常度合が増加するほど、前記上限値を減少させる、ことを特徴とする走行装置。
3. 請求項１又は２記載の走行装置であって、
   当該走行装置の状態量を検出するセンサ手段を更に備え、
   前記走行状態の異常度合は、前記センサ手段により検出された前記走行装置の状態量と該状態量の目標値との偏差と、該偏差の最大値との比である、ことを特徴とする走行装置。
4. 請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の走行装置であって、
   前記走行状態の異常度合は、当該走行装置の姿勢状態、駆動輪の回転状態、及び当該走行装置の走行速度の異常度合を含む、ことを特徴とする走行装置。
5. 請求項４記載の走行装置であって、
   前記走行状態の異常度合は、実際の姿勢角度と目標の姿勢角度との姿勢角偏差と、該姿勢角偏差の最大値との比である、ことを特徴とする走行装置。
6. 請求項４記載の走行装置であって、
   前記走行状態の異常度合は、実際の駆動輪の回転角度と、目標の駆動輪の回転角度との駆動輪偏差と、該駆動輪偏差の最大値との比である、ことを特徴とする走行装置。
7. 請求項４記載の走行装置であって、
   前記走行状態の異常度合は、走行速度と、該走行速度の最大値との比である、ことを特徴とする走行装置。
8. 請求項１乃至７のうちいずれか１項記載の走行装置であって、
   前記異常度合算出手段は、複数の前記走行状態の異常度合を算出し、該算出した複数の異常度合のうち最大値となる前記異常度合を選択し、
   前記上限値算出手段は、前記異常度合算出手段により前記選択された異常度合と、前記異常度合と前記上限値との関係を示すマップ情報と、に基づいて、前記上限値を変更する、ことを特徴とする走行装置。
9. 路面に対して接地状態又は非接地状態となるように動作する接地部材と、前記接地部材を駆動する駆動手段と、を備え、倒立制御を行いつつ所望の走行を行う走行装置の制御方法であって、
   走行状態の異常度合を算出する工程と、
   前記算出された前記走行状態の異常度合に応じて、前記接地部材と路面との距離の上限値を変更する工程と、を備え、
   前記接地部材と路面との距離が前記算出された上限値以下となるように、前記駆動手段の駆動を制御する、ことを特徴とする走行装置の制御方法。
10. 路面に対して接地状態又は非接地状態となるように動作する接地部材と、前記接地部材を駆動する駆動手段と、を備え、倒立制御を行いつつ所望の走行を行う走行装置の制御プログラムであって、
    走行状態の異常度合を算出する処理と、
    前記算出された前記走行状態の異常度合に応じて、前記接地部材と路面との距離の上限値を変更する処理と、
    前記接地部材と路面との距離が前記算出された上限値以下となるように、前記駆動手段の駆動を制御する処理と、をコンピュータに実行させることを特徴とする走行装置の制御プログラム。

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