JP2011031762A - 移動体およびその制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】移動体が周囲の障害物に接触した場合に、移動体が姿勢を崩す以前にサポートすることで、搭乗者に対してより安定感を与えることが可能な移動体を提供する。
【解決手段】車体３６と、車体３６の走行方向に直交した回転軸を中心にそれぞれ回転し、車体３６の両側に配設された第１の車輪および第２の車輪１８と、第１の車輪および第２の車輪１８の駆動を制御することで、走行制御および車体３６の姿勢制御を行う制御部１４と、車体３６の周囲の少なくとも１か所に取り付けられた接触検知手段２４と、接触検知手段２４が接触を検知した場合に、車体３６の周囲の走行面３０に接地する接地部材２２と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、車輪の駆動を制御して倒立制御を行う移動体、特に、移動体が障害物に接触した場合に、該移動体の姿勢が不安定になることを未然に防ぐ移動体に関する。

従来から、人間を搭乗させて走行する倒立制御の移動体が知られており、該移動体の倒立制御が正常に動作している場合には、移動体は自律的に安定して倒立走行する。倒立制御では、移動体の重心位置が車軸の真上になるように、該移動体の速度の加減速を繰り返して制御する。

また、特許文献１では、同軸二輪の移動体についての、転倒防止機構が開示されている。特許文献１の転倒防止機構は、移動体の傾斜を検知した場合であって、通常の制御で転倒回避ができないときは接地部材（特許文献１では車輪１８）を接地させる。

特許文献２では、超音波センサやレーザレーダなどの検知手段を用いて、障害物を検出し、音声や光などで搭乗者に注意を促す。また、走行速度および姿勢の制御の状態ならびに前記検知手段で検出される障害物に応じて補助輪駆動部を駆動して補助輪を接地させる。

特表２０００−５１４６８０号公報 特開２００４−７４８１４号公報

特許文献１の移動体では、障害物の有無によらずに、移動体の質量中心のモーメントに基づいて接地部材を展開しており、車体に所定値以上のモーメントが加わった場合に接地部材が駆動する。

また、特許文献２の移動体は、障害物の存在を事前に検知し、搭乗者に通知する。しかし、搭乗者が操作を誤るなどして、障害物に接触した場合には、特許文献１の場合と同様に、移動体が障害物に接触しただけでは接地部材は駆動せず、走行速度および姿勢の制御の状態に応じて接地部材が駆動する。

つまり、特許文献１および２に開示の移動体においては、障害物に接触し、転倒するおそれが出る程度に傾斜した後に接地部材が駆動するため、搭乗者が該移動体の搭乗中に移動体の不安定を感じるおそれがある。

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、移動体が周囲の障害物に接触した場合に、移動体が姿勢を崩す以前にサポートすることで、搭乗者に対してより安定感を与えることが可能な移動体を提供することを目的とする。

本発明に係る移動体は、車体と、前記車体の走行方向に直交した回転軸を中心にそれぞれ回転し、前記車体の両側に配設された第１の車輪および第２の車輪と、前記第１の車輪および第２の車輪の駆動を制御することで、走行制御および前記車体の姿勢制御を行う制御部と、前記車体の周囲の少なくとも１か所に取り付けられた接触検知手段と、前記接触検知手段が接触を検知した場合に、前記車体の周囲の走行面に接地する前記接地部材と、を備える。このような構成により、移動体が周囲の障害物に接触した場合に、移動体が姿勢を崩す以前にサポートをすることが可能となり、搭乗者に対して、より安定感を与えることができる。

また、前記接触検知手段は、前記車体の前方であって、前記第１の車輪および第２の車輪の少なくとも一方の回転軸の高さ以下に設置されることで、搭乗者がより顕著に移動体から安定感を得ることができる。移動体の進行方向前方であって車輪の回転軸の高さ以下の部分が、障害物と衝突した場合には、移動体は走行方向前方に向かって傾斜するとともに、移動体および搭乗者が受ける慣性力により、搭乗者が走行方向前方に投げ出されるおそれがある。よって、接触を検知した段階で接地部材を接地させることで、走行方向前方への傾斜を抑制することができる。

さらに、前記制御部は、前記接地部材が接地した場合に、前記移動体を後退させてもよい。これにより、障害物に接触したのち、搭乗者が再度操縦するに際して、あらためて後退の制御をする必要なく前進できるため、操縦性が向上する。

さらにまた、前記接触検知手段は、前記移動体が走行中に、前記移動体の走行方向前方の最も突出した部位に備えられていることが好ましい。接触を最も検知しやすいからである。

あるいは、前記接地部材を複数備える移動体であって、前記接触検知手段が接触を検知した場所に基づいて、前記車体が傾斜することを抑制する位置に前記接地部材を接地させてもよい。車体が接触する位置に応じて、車体が受けるモーメントの方向は変化する。これにより、方向の異なるモーメントを抑制することが可能である。

前記接地部材は、前記車体の姿勢を補助する補助輪であることが好ましい。接地部材として車輪を用いることにより、制動力を発揮させずに、車体の安定感を増すことができる。また、接地部材が接地している状態において、走行することが容易である。

本発明により、移動体が障害物に接触した場合に、バランスを崩す前に姿勢を補助することが可能な移動体を提供することができる。

実施の形態１に係るブロック図。 移動体の構成を示す斜視図。 移動体の構成を示す説明図。 搭乗者が搭乗した移動体の斜視図。 移動体に設けられた車台の構成を示す側面図。 前方の接地部材の駆動手段を示す斜視図。 後方の接地部材の駆動手段を示す斜視図。 移動体の倒立制御フローおよび接地制御フローの説明図。

以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一要素には同一の符合が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。

＜発明の実施の形態１＞
図１は発明の実施の形態１に係る移動体１０の各センサ１２、接触検知手段２４、制御部１４、車輪駆動手段１６、第１および第２の車輪１８、接地部材駆動手段２０、接地部材２２ならびに操作モジュール２６のブロック図である。

各種センサ１２は、例えば、安全監視センサ１２１、ピッチ角検出センサ１２２、ロール角検出センサ１２３およびヨー角検出センサ１２４を有する。
ピッチ角検出センサ１２２、ロール角検出センサ１２３およびヨー角検出センサ１２４は、たとえば、ジャイロや、回転角度に応じて抵抗値が変化する回転式可変抵抗器の回転軸に対して重量中心が回転軸からずれた剛性の錘を備えたものである。
安全監視センサ１２１は、例えば、制動部材や補助輪（図示しない）の飛び出し機構の不具合または制御部１４の異常を常時監視し、移動体１０の走行の信頼性を確保するために用いられる。
なお、ピッチ角検出センサ１２２、ロール角検出センサ１２３およびヨー角検出センサ１２４ならびに安全監視センサ１２１の取り付け位置に制限はない。また、移動体１０は、前記センサに限られず、他のセンサを備えていてもよい。

接触検知手段２４は、例えば、図２の接触検知センサ２４１のような、センサが走行面３０上に存在する障害物に触れた場合に、センサの検知部分と障害物が接触したことを検知するセンサを用いればよい。接触検知センサが接触を検知した場合には、制御部１４に対して接触があった旨の信号を出力する。

制御部１４は、搭乗者３８による操作モジュール２６への入力による操作に応じた回転信号に基づいて、車輪１８の回転を制御する。
また、搭乗者３８の操作に加えて、ピッチ角検出センサ１２２、ロール角検出センサ１２３およびヨー角検出センサ１２４ならびに安全監視センサ１２１からの検出信号を基に、車輪駆動手段１６によって車輪１８の回転を制御することが好ましい。

制御部１４は、接触検知手段２４から接触を検知した旨の信号を受信したときは、接地部材駆動手段２０に対して制御信号を出力する。
また、制御部１４は、ピッチ角検出センサ１２２、ロール角検出センサ１２３およびヨー角検出センサ１２４ならびに安全監視センサ１２１からの検出信号を基に、接地部材駆動手段２０に対して制御信号を出力することが好ましい。
さらに、制御部１４は、操作モジュール２６への搭乗者３８からの入力信号を基に、接地部材駆動手段２０に対して制御信号を出力してもよい。
なお、前記制御部１４は、移動体１０の速度、加速度、姿勢または車輪の回転等の移動体自身の状態にかかわらず、異常を検出した際には、異常検知の制御信号を接地部材駆動手段２０に出力してもよい。これにより、異常時に自動で接地部材２２を接地させることが可能である。
なお、異常検知による接地部材駆動手段２０への制御信号が出力される条件としては、非常停止スイッチが押された場合、バッテリ電圧が低下した場合、各センサ１２やモータ等と制御部１４等との通信異常が発生した場合等様々な要因がある。

車輪駆動手段１６は、駆動回路１６１および１６２、モータ１６３および１６４を有する。駆動回路１６１および１６２は、制御装置１４からの制御信号を基に駆動信号を生成し、これをモータ１６３および１６４に出力する。各モータは駆動信号に従い各車輪１８を回転させる。

第１および第２の車輪１８は、走行方向に直交した回転軸を中心にそれぞれ回転し、前記車体３６の同軸に配設されている。このような車輪１８の配置により、移動体１０が一定の場所で方向だけを変えることなども可能となり、病院や家庭などの限られた空間内でもより利用しやすくなる。また、一定の場所で方向転換できるため、障害物に接触した場合も、容易に方向転換をすることが可能である。

接地部材駆動手段２０は、制御部１４からの制御信号を基に駆動信号を生成し、これに基づいて接地部材２２を走行面３０に向かって駆動させる。

接地部材２２は、キャスターなどの姿勢を補助するための補助輪であってもよいし、制動部材のように移動体１０の速度を減速させ、姿勢を補助する部材であってもよい。本実施の形態では、接地部材２２として前補助輪２２１および後補助輪２２２を用いている。制動部材を用いた場合には、移動体１０の転倒を防ぐとともに、床面との摩擦接触による制動も可能である。
また、接地部材２２として、補助輪を用いた場合には、移動体１０の転倒を防ぐとともに、３点以上で移動体１０を支えて走行できるため、安定した走行が可能である。
さらに、接地部材２２がゴムやバネなどの弾性体であって、衝撃を吸収できる場合には、移動体１０および搭乗者にかかる衝撃を軽減することが可能である。

次に、図２から図４を用いて、本実施の形態にかかる移動体１０の構成例について説明する。図２は移動体１０の構成を模式的に示す斜視図であり、図３は移動体１０の構成を模式的に示す図であり、左側に側面図、右側に正面図が示されている。図４は、移動体１０に搭乗者３８が搭乗した様子を示している。なお、図２、図３に示すように、移動体１０の前方向を＋Ｘ方向とし、左方向を＋Ｙ方向とし、上方向を＋Ｚ方向としている。また、図２、図３では、説明の明確化のため、一部の構成について透視して示している。

移動体１０は、倒立二輪型の移動体であり、図３に示されるように、同軸上に配置された車輪１８を備えている。ここで、車輪１８の回転軸を車軸Ｃ１とする。移動体１０は、搭乗者３８が搭乗する搭乗席４１を有している。したがって、移動体１０は、人が座った状態で移動が可能な、座り乗り型モビリティロボットである。また、移動体１０は、人が乗っていない状態でも移動可能である。例えば、搭乗したいユーザが遠隔で操作すると、移動体１０がそのユーザの位置まで移動する。例えば、ユーザが呼び出しボタンなどを押すことで、移動体１０がユーザの近傍まで移動する。そして、移動体がユーザの前まで移動した後、ユーザが搭乗する。
なお、本実施の形態では移動体１０は座り乗り型モビリティロボットを用いて説明するが、本発明は立ち乗り型モビリティロボットにおいても適用可能である。

移動体１０には、その骨格となるフレーム４０が設けられている。フレーム４０は、軽量なアルミニウムパイプなどによって構成されている。さらに、フレーム４０を覆うカバー４３が設けられている。カバー４３は、後述する車台４２などを覆っている。移動体１０には、椅子形状の搭乗席４１が設けられている。搭乗席４１は、カバー４３やフレーム４０に固定されている。フレーム４０及びカバー４３は、搭乗席４１の形状に沿って屈曲している。

搭乗席４１は、シート４１ａと、シートバック４１ｂとを有している。シート４１ａは、搭乗者３８が座る座面となるため、ほぼ水平に配置されている。搭乗者３８がシート４１ａの上に座ることで、図４に示すように搭乗者３８が搭乗した状態での移動が可能となる。シートバック４１ｂは、斜め後ろ方向に延びるように形成され、搭乗者３８の背中を支える背もたれ部となる。したがって、搭乗者３８はシートバック４１ｂにもたれた状態で、移動体１０を移動させることができる。

搭乗席４１の直下には、車台４２が配置されている。車台４２には、右側と左側に車輪１８が取り付けられている。車台４２は、左右の車輪１８を回転可能に支持している。左右の車輪１８は、移動体１０を移動させるための車輪（駆動輪）となる。左右の車輪１８は、車軸Ｃ１周りに回転する。すなわち、左右の車輪１８は同軸上に配置されている。車台４２は、フレーム４０に取り付けられている。

この車台４２には、左右の車輪を駆動するためのモータ（図示せず）等が搭載されている。また、移動体１０は倒立二輪型移動体であるため、搭乗席４１などを含む車体３６が車軸Ｃ１回りに傾斜する。すなわち、搭乗席４１などを含む車体３６が回転可能に支持されている。車体３６は、車軸Ｃ１を回転中心として回転する。換言すると、車軸Ｃ１を回転中心として、傾斜する部分が車体３６である。この車体３６は、フレーム４０やカバー４３や搭乗席４１などを含んでいる。さらには、車台４２の一部、又は全部が車体３６に含まれていてもよい。倒立状態では、左右の車輪１８の駆動によって、車体３６の傾斜角が変化する。車体３６には、傾斜角度を測定するためのジャイロセンサなどの各姿勢検知センサ（ピッチ角検出センサ、ロール角検出センサ、ヨー角検出センサ等）が設けられている。なお、図２に示すように、左右の車輪１８の中間を座標中心Ｏとしている。すなわち、座標系の原点となる座標中心Ｏは、車軸Ｃ１上に存在する。移動体１０の進行方向は、水平面内において、車軸Ｃ１と垂直な方向になる。

車台４２の前方には、フットステップ４７が設けられている。搭乗者３８は、フットステップ４７に一度乗った後、搭乗席４１に座ることができる。フットステップ４７は、搭乗席４１の下方に取り付けられている。また、フットステップ４７は、搭乗席４１の前方に延びている。図４に示すように、フットステップ４７には、搭乗者３８の両足が載置される。フットステップ４７は、車台４２に取り付けられていればよい。

フットステップ４７の先端には接触検知センサ２４１が取り付けられている。フットステップ４７が走行面３０にある障害物に接触した場合には、接触を検知して接触を検知した旨の信号を制御部１４に出力する。移動体１０の進行方向前方の最も先端の部分は、段差等に接触しやすい部分であるため、移動体１０と障害物との接触を効率的に検知可能である。

また、接触検知センサ２４１は、フットステップ４７の先端に限らず、車体３６の周囲であって、障害物と接触する可能性がある部分に取り付けられていてもよい。例えば、車体３６の後方（−Ｘ側）であって車軸Ｃ１より上方、もしくは車軸Ｃ１より下方、または車体３６の前方（＋Ｘ側）であって車軸Ｃ１より上方などのうち少なくとも１個所に取り付けられていればよい。
車体前方かつ車軸Ｃ１より下方または車体後方かつ車軸Ｃ１より上方で接触を検知した場合には、次の瞬間に車体３６は前傾する可能性がある。車体前方かつ車軸Ｃ１より上方または車体後方かつ車軸Ｃ１より下方で接触を検知した場合には、次の瞬間に車体３６は後傾する可能性がある。
例えば、移動体１０が＋Ｘ方向へ前進中に、障害物と該部分で衝突した場合には、移動体１０は走行方向前方に向かって傾斜するとともに、移動体１０および搭乗者３８が受ける慣性力により、搭乗者３８が走行方向前方に投げ出されるおそれがある。車体３６の前方であって、車軸Ｃ１の高さ以下に接触検知センサ２４１が取り付けられていた場合には、移動体の進行方向前方であって車輪の回転軸の高さ以下の部分が障害物と接触したことを検知することができる。よって、移動体１０が姿勢を崩す以前に姿勢制御をサポートすることが可能となり、搭乗者３８に対して、より安定感を与えることができる。

さらに、前記各部分に複数の接触検知センサ２４１が取り付けられている場合には、接触を検知した場所によって、接地部材２２の接地場所を決めることで、より適切な姿勢制御のサポートが可能である。

車台４２の前方には、転倒を防止するための前方バー４４が設けられている。また、車台４２の後方には、転倒を防止するための後方バー４５が設けられている。前方バー４４および後方バー４５は、図１で示す接地部材駆動手段２０に含まれる。すなわち、車軸Ｃ１よりも前側に配置された前方バー４４、及び車軸Ｃ１よりも後ろ側に配置された後方バー４５を介して接地部材２２を接地させることによって、前後方向への転倒を防止することができる。

前方バー４４、及び後方バー４５は、回転駆動できるようになっている。前方バー４４、及び後方バー４５の回転軸は、左右の車輪１８の車軸Ｃ１よりも下側（−Ｚ側）に配置されている。また、前方バー４４、及び後方バー４５の先端には、接地部材２２として補助輪が取り付けられている。倒立制御状態においては、前方バー４４、及び後方バー４５の先端の接地部材２２は、地面から離れている。
また、フットステップ４７先端の接触センサ２４１が障害物との接触を検知したときは、接地部材２２を接地させる。これにより移動体１０が周囲の障害物に接触した場合に、移動体１０が姿勢を崩す以前にサポートすることが可能となり、搭乗者に対して、より安定感を与えることができる。
さらに、搭乗者３８が乗り降りするタイミングでも、前方バー４４及び後方バー４５の先端の接地部材を走行面３０と接触させてもよい。なお、前方バー４４および後方バー４５ならびに接地部材２２の接地部材駆動手段２０の構成については後述する。

搭乗席４１の両側には、アームレスト４６が設けられている。アームレスト４６は、フレーム４０やカバー４３に固定されている。アームレスト４６は搭乗者３８の肘よりも若干低い位置から前方に伸びている。アームレスト４６はシート４１ａよりも高い位置に配置されている。また、アームレスト１６はシート４１ａとほぼ平行になっている。アームレスト４６は、搭乗席４１の左右両側に、それぞれ配置されている。これにより、搭乗者３８は、両腕をアームレスト４６上に載置することができる。アームレスト４６は、シートバック４１ｂの中段に取り付けられている。図４示すように、搭乗者３８が座った状態で、アームレスト４６の上に両腕が載せられる。

さらに、アームレスト４６には、操作モジュール２６が設けられている。ここでは、操作モジュール２６が右側のアームレスト４６上に搭載されている。また、操作モジュール２６は、アームレスト４６の先端側に取り付けられている。これにより、搭乗者３８の右手の位置に、操作モジュール２６が配置されるため、操作性を向上することができる。操作モジュール２６には、操作レバー（図示せず）及びブレーキレバー（図示せず）が設けられている。操作レバーは、搭乗者が移動体１０の走行速度や走行方向を調整するための操作部材である、搭乗者は、操作レバーの操作量を調整することによって移動体１０の移動速度を調整することができる。また、搭乗者は、操作レバーの操作方向を調整することによって移動体１０の移動方向を指定することができる。移動体１０は、操作レバーに加えられた操作に応じて、前進、停止、後退、左折、右折、左旋回、右旋回することができる。搭乗者がブレーキレバーを倒すことによって、移動体１０を制動することができる。もちろん、操作モジュール２６は左側のアームレスト４６に搭載してもよく、両側のアームレスト４６に搭載してもよい。さらには、アームレスト４６以外に操作モジュール２６を搭載してもよい。

車台４２には、バッテリ２８、及び制御ボックス４８が搭載されている。バッテリ２８及び制御ボックス４８は、車体３６の傾斜角度に応じて、車軸Ｃ１に対する前後位置が変化する。車台４２に設けられているベースプレートの上に、バッテリ２８、及び制御ボックス４８が載置されている。したがって、バッテリ２８、及び制御ボックス４８は、シート４１ａの直下に配置されることになる。ここでは、制御ボックス４８の前側に２つのバッテリ２８が配置されている。２つのバッテリ２８は、Ｙ方向に沿って配列されている。バッテリ２８は、充放電可能な二次電池である。制御ボックス４８によって、バッテリ２８の充放電が制御されている。

制御ボックス４８は、図１で示す制御部１４を具体化したものであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、通信用のインターフェースなどを有し、移動体１０の各種動作を制御する。そして、この制御ボックス４８は、例えばＲＯＭに格納された制御プログラムに従って各種の制御を実行する。制御ボックス４８は、操作モジュール２６での操作に応じて、所望の加速度、及び目標速度になるように、また、移動体１０が倒立を維持するように、ロバスト制御、状態フィードバック制御、ＰＩＤ制御などの周知のフィードバック制御により、モータ等を制御する。これにより、移動体１０が、操作モジュール２６での操作に応じて加減速しながら走行する。

また、バッテリ２８、及び制御ボックス４８は、車軸Ｃ１よりも上方に設置されている。バッテリ２８は、車軸Ｃ１よりも前側（＋Ｘ側）に配置され、制御ボックス４８は、車軸Ｃ１よりも後ろ側（−Ｘ側）に配置される。ここでは、制御ボックス４８とバッテリ２８とが離間して配置されている。すなわち、車軸Ｃ１の直上には、一定の隙間を隔てて、バッテリ２８と制御ボックス４８が対向配置されている。バッテリ２８を車軸Ｃ１の前側に配置することで、車体３６の重心位置を容易に車軸Ｃ１の直上に持って来ることができる。搭乗者３８の有無に関わらず、同じ傾斜角度で、重心位置が車軸Ｃ１のほぼ直上になる。

次に、車台４２の構成について図５を用いて説明する。図５は、車台４２の構成を示す側面図である。車台４２には、ベースプレート４９が設けられている。このベースプレート４９上に、バッテリ２８、及び制御ボックス４８が搭載されている。例えば、バッテリ２８の中には、バッテリパックが収納されている。また、制御ボックス４８の中には、ＣＰＵなどが収納されている。このベースプレート４９は、車軸Ｃ１に対して回転可能に設けられている。すなわち、ベースプレート４９の上面の角度が地面に対して傾斜すると、移動体１０の姿勢が変化する。さらに、ベースプレート４９には、フレーム４０が取り付けられている。ベースプレート４９の両端から、フレーム４０が上方に延びている。そして、このフレーム４０からアームレスト４６が延設されている。

前方バー４４は、車台４２のベースプレート４９の前側に取り付けられている。前方バー４４は、ベースプレート４９の前側に突出している。前方バー４４は、駆動軸Ｃ２を中心として回転駆動する。車台４２の先端には、接地部材２２が支持されている。本実施の形態では、接地部材２２として、前補助輪２２１が回転可能に取り付けられている。前補助輪２２１は、従動輪であり、回転軸Ｃ３を中心として回転する。さらに、前方バー４４の前側には、フットステップ４７が取り付けられている。フットステップ４７の先端は、前方バー４４の先端、すなわち前補助輪２２１よりも前側に配置されている。

また、ベースプレート４９の後ろ側には、後方バー４５が設けられている。後方バー４５は、駆動軸Ｃ４を中心として回転駆動する。後方バー４５の後端には、後補助輪２２２が回転可能に支持されている。後補助輪２２２は接地部材２２に相当する。後補助輪２２２は、従動輪であり、回転軸Ｃ５を中心として回転する。このように、前方バー４４、及び前方バー４５は、ベースプレート４９に対して矢印方向に揺動する。

次に、接地部材２２である前補助輪２２１および後補助輪２２２を接地させる接地部材駆動手段２０の構成について、図６、及び図７を用いて説明する、図６は、車台４２の前方の接地部材駆動手段２０を示す斜視図であり、図７は、車台４２の後方に配置された接地部材駆動手段２０を示す斜視図である。

まず、前補助輪２２１を接地させる接地部材駆動手段２０について説明する。前補助輪２２１の接地部材駆動手段２０には、前方バー４４、モータ５０、減速機５１、ウォームギヤホイール５２、ストッパ５３、ボルト５４、ベース５５が設けられている。

ボルト５４はベース５５をベースプレート４９に固定する。すなわち、ベース５５は、ボルト５４によって、ベースプレート４９上に載置される。ベース５５には、前方バー４４を駆動するためのモータ５０が設けられている。モータ５０は、減速機５１に連結されている。減速機５１は、ウォームギヤホイール５２と連結されている。ウォームギヤホイール５２は、前方バー４４を回転可能に支持している。モータ５０からの駆動力は、減速機５１、及びウォームギヤホイール５２を介して前方バー４４に伝達する。これにより、前方バー４４が駆動軸Ｃ２周りに回転駆動する。駆動軸Ｃ２は、Ｙ方向と平行になっている。前方バー４４の角度がベース５５に対して変化する。ここでは、ウォームギヤホイール５２の両側にそれぞれ前方バー４４が設けられている。すなわち、ウォームギヤホイール５２の＋Ｙ側と−Ｙ側に前方バー４４が取り付けられている。

また、前方バー４４の先端には、転倒防止用の前補助輪２２１が取り付けられている。ここでは、Ｙ方向において離間配置された２つの前補助輪２２１が設けられている。前補助輪２２１は、回転軸Ｃ３周りに回転する。回転軸Ｃ３は、Ｙ方向と平行になっている。倒立移動中に前方バー４４が駆動軸Ｃ２周りに回転すると、前補助輪２２１と地面との距離が変化する。例えば、前方バー４４を下方向に回転させると、前補助輪２２１と地面との距離が近くなり、上方向に回転させると前補助輪２２１と走行面３０との距離が遠くなる。ここで、前方バー４４の回転方向のうち、前補助輪２２１と走行面３０との距離が近くなる方向を接近方向とし、その反対方向を離隔方向とする。すなわち、接近方向は、前方バー４４の先端側（前補助輪２２１側）が根元側（ウォームギヤホイール５２側）に対して下がっていく方向である。離隔方向は、前方バー４４の先端側（前補助輪２２１側）が根元側（ウォームギヤホイール５２側）に対して上がっていく方向である

前方バー４４には、フットステップ４７が取り付けられている。フットステップ４７は、前方バー４４に対して回転可能に支持されている。ここでは、フットステップ４７が回転軸Ｃ３周りに回動する。フットステップ４７の前方バー４４に対する角度が変化する。また、前方バー４４には、フットステップ４７の回転動作を制限するためのストッパ５３が設けられている。ストッパ５３は、フットステップ４７の先端が下がり過ぎるのを防止している。ストッパ５３によって、前補助輪２２１が離地した状態でも、フットステップ４７の傾斜角度を保持することができる。よって、前方バー４４を駆動することで、フットステップ４７が上昇する。すなわち、前方バー４４を回転駆動することでフットステップ４７が持ち上げられ、離地する。

ここで、モータ５０と前方バー４４の間には、ウォームギヤホイール５２が設けられていることが好ましい。これにより、モータ５０の駆動力がウォームギヤホイール５２を介して、前方バー４４に伝達する。前方バー４４側が、ウォームギヤホイール５２のウォームホイールが設けられ、モータ５０側にウォームが設けられている。このようにウォームギヤホイール５２を設けることによって、バックドライバビリティを無くすことができる。よって、意図しないタイミングにおいて、前方バー４４が回転するのを防ぐことができる。これにより、前方バー４４の角度を正確に制御することができる。

後補助輪２２２を接地させる接地部材駆動手段２０は、フットステップ４７、及びストッパ５３の有無以外、前方バー４４のユニットとほぼ同じになっている。すなわち、後方バー４５には、フットステップ４７が設けられていないため、ストッパが設けられていない。この点以外における後方バー４５の構成、及び動作は、基本的に前方バー４４と同じである。後補助輪２２２の接地部材駆動手段２０には、後方バー４５、モータ５７、減速機５８、ウォームギヤホイール５９、ボルト６０、ベース６１が設けられている。

ボルト６０はベース６１をベースプレート４９に固定する。すなわち、ベース６１は、ボルト６０によって、ベースプレート４９上に載置される。ベース６１には、後方バー４５を駆動するためのモータ５７が設けられている。モータ５７は、減速機５８に連結されている。減速機５８は、ウォームギヤホイール５９と連結されている。ウォームギヤホイール５９は、後方バー４５を回転可能に支持している。モータ５７からの駆動力は、減速機５８、及びウォームギヤホイール５９を介して後方バー４５に伝達する。これにより、後方バー４５が駆動軸Ｃ４周りに回転駆動する。駆動軸Ｃ４は、Ｙ方向と平行になっている。後方バー４５の角度がベース６１に対して変化する。

また、後方バー４５の先端には、転倒防止用の後補助輪２２２が取り付けられている。ここでは、Ｙ方向において離間配置された２つの後補助輪２２２が設けられている。後補助輪２２２は、回転軸Ｃ５周りに回転する。回転軸Ｃ５は、Ｙ方向と平行になっている。倒立移動中に後方バー４５が駆動軸Ｃ４周りに回転すると、後補助輪２２２と走行面３０との距離が変化する。例えば、後方バー４５を下方向に回転させると、後補助輪２２２と走行面３０との距離が近くなり、上方向に回転させると後補助輪２２２と走行面３０との距離が遠くなる。ここで、後方バー４５の回転方向のうち、後補助輪２２２と走行面３０との距離が近くなる方向を接近方向とし、その反対方向を離隔方向とする。すなわち、接近方向は、後方バー４５の先端側（後補助輪２２２側）が根元側（ウォームギヤホイール５９側）に対して下がっていく方向である。離隔方向は、後方バー４５の先端側（後補助輪２２２側）が根元側（ウォームギヤホイール５９側）に対して上がっていく方向である

ここで、モータ５７と後方バー４５の間には、ウォームギヤホイール５９が設けられていることが好ましい。これにより、モータ５７の駆動力がウォームギヤホイール５９を介して、後方バー４５に伝達する。後方バー４５側が、ウォームギヤホイール５９のウォームホイールが設けられ、モータ５７側にウォームが設けられている。このようにウォームギヤホイール５９を設けることによって、バックドライバビリティを無くすことができる。よって、意図しないタイミングにおいて、後方バー４５が回転するのを防ぐことができる。これにより、後方バー４５の角度を正確に制御することができる。

また、倒立を開始するタイミング、及び倒立を終了するタイミングでは、前方バー４４に設けられたモータ５０と後方バー４５に設けられたモータ５７を同期して駆動してもよい。すなわち、前方バー４４および後方バー４５が同時に駆動するように、制御ボックス４８がモータ５０、及びモータ５７を制御する。これにより、ベースプレート４９に対する前方バー４４、及び後方バー４５の角度が徐々に変化していく。モータ５０が、前方バー４４を回転駆動することで、前補助輪２２１の接地状態と離地状態間の移行を制御することができる。また、モータ５７は、後方バー４５を回転駆動することで、後補助輪２２２の接地状態と離地状態間の移行を制御することができる。すなわち、モータ５０、及びモータ５７の動作によって、安定状態と倒立状態間の移行が制御される。

このモータ５０、５７の制御について、図８を用いて説明する。図８は、倒立制御開始動作、及び障害物７０との接触による倒立制御終了（接地制御開始）動作を説明するための図であり、移動体１０を側面から見た図である。また、図８では、上側に倒立制御開始動作が示され、下側に倒立制御終了動作が示されている。各動作において、移動体１０が左から右の順で動作している。すなわち、倒立制御開始動作においては、図８のＡからＦの順に移動体１０の姿勢が変化する。また、障害物７０との接触による倒立制御終了動作において、図８のＧからＪの順に移動体１０の姿勢が変化していく。また、図８では、右側が移動体１０の前方方向になっている。

まず、倒立開始動作について説明する。まず、移動体１０に搭乗者が搭乗しておらず、駐車している状態では、前補助輪２２１、及び後補助輪２２２が接地している（図８Ａ）。すなわち、前方バー４４が下側に降りた状態になっている。駐車時では、移動体１０が前傾姿勢になっている。この状態で、搭乗者３８が乗車する（図８Ｂ）。なお、移動体１０を前傾姿勢にしておくことで、乗りやすくなる。

そして、搭乗者３８が操作モジュール２６を操作して、倒立モードに移行する。例えば、操作モジュール２６に設けられている倒立開始ボタンを搭乗者３８が押すと、倒立モードに移行する。すると、倒立開始動作を行うため、まず、移動体１０が後傾姿勢になる（図８Ｃ）。前方バー４４を接近方向に駆動するとともに、後方バー４５を離隔方向に駆動する。すなわち、モータ５０とモータ５７とを同期して動作させて、移動体１０を後傾姿勢にする。この場合、移動体１０の前側が地面から離れ、後ろ側が地面と接近する方向に姿勢が変化する。なお、この間、前補助輪２２１、及び後補助輪２２２は走行面３０と接触したままとなっている。このように姿勢が変化すると、前補助輪２２１に加わる力が減少し、後補助輪２２２に加わる力が増加する。

このあと、前方バー４４を回転駆動して、フットステップ４７を上昇する（図８Ｄ）。すなわち、モータ５０を駆動して、前方バー４４を離隔方向に回転させる。これにより、後傾姿勢となった状態で、フットステップ４７、及び前補助輪２２１が離地する。また、前補助輪２２１に加わる力が軽減されているため、フットステップ４７の上昇に伴う姿勢変化は小さくなっている。すなわち、後傾姿勢のままフットステップ４７が離地する。

フットステップ４７を上昇させたら、前傾姿勢にする（図８Ｅ）。すなわち、後方バー４５を離隔方向に回転駆動する。これにより、移動体１０が徐々に前傾姿勢になっていく。このタイミングでは、既に倒立振子制御が実行されている。従って、後方バー４５の回転駆動中に、倒立振子制御によって、左右の車輪１８が駆動する。すなわち、倒立状態を維持するために、左右の車輪１８が回転する。このように、左右の車輪１８を制御しながら、後方バー４５を離隔方向に回転させる。これにより、後方バー４５を離地させることができる。すなわち、後方バー４５がある一定角度以上、離隔方向に回転したとしても、左右の車輪１８が後ろ方向に回転する。すると、重心位置が車軸Ｃ１の真上に来るため、倒立状態が維持される。よって、後方バー４５の先端の後補助輪２２２が走行面３０と接触しなくなる。そして、倒立走行が開始する（図８Ｆ）。このようにすることで、簡便な制御で、駐車モードから倒立モードへの移行を実施することができる。安定状態と倒立状態との間の移行をスムーズに行うことができる。また、乗車するタイミングでは、前補助輪２２１、及び後補助輪２２２が接地しているため、安全に搭乗することができる。

次に、倒立制御終了動作について説明する。すなわち、倒立走行モードから接地走行モードに移行するときの制御について説明する。まず、搭乗者３８が搭乗した移動体１０が障害物７０に接触したことをトリガとして、走行モードの移行を開始する。障害物７０との接触をトリガとして接地走行を開始することにより、移動体１０および障害物７０に加わる力を抑制することが可能である。正常時の倒立走行モードでは、移動体１０は多少の前傾姿勢ならば通常の倒立制御で姿勢の回復が可能であるため、移動体を加速させることによって移動体の姿勢を起こそうとするからである。つまり、移動体１０は障害物と接触しているにも関わらず、さらに力を加えるからである。

図８Ｇには、移動体１０の先端が障害物７０に接触した場合を示す。すると、まず、前方バー４４が走行面３０に接近する方向に回転して、前補助輪２２１が接地する（図８Ｈ）。これにより、移動体１０が進行方向前方に傾斜することを未然に防止し、搭乗者３８が前方に投げ出されるにくい状態を保つ。
さらに、後方バー４５が走行面３０に接近する方向に回転して、後補助輪２２２が接地する（図８Ｉ）。これにより、移動体１０が障害物に衝突した反動で進行方向後方に傾斜することを未然に防止する。
このように、各接地部材２２を接地させることで、搭乗者３８に対して、より安定感を与えることが可能である。
なお、前方バー４４と後方バー４５の駆動は、同期して同時に接地するようにしてもよい。

次に、図８Ｊのように、接地走行状態になった移動体１０は、障害物７０との接触状態を解消するように後退してもよい。自動で後退することにより、搭乗者３８が再度操縦を開始するに際して、あらためて後退の制御をする必要なく前進できるため、操縦性が向上する。
また、後退する方向としては、移動体１０が走行してきた方向に向かって後退する。これにより、新たな障害物に衝突する可能性が減少する。
さらに、後退する距離は、移動体１０が、その場で方向転換できる程度の距離だけ後退する。すなわち移動体１０が回転する際に障害物と接触しない場所まで後退する。これにより、移動体１０が自動で移動する距離を短くでき、自動操縦による周囲への衝突のおそれを減少させることができる。

なお、図８Ｉの接地走行状態は、図８Ａの駐車状態と同じ状態である。接地走行状態では、前補助輪２２１及び後補助輪２２２が接地している安定状態になっている。よって、搭乗者３８が移動体１０を安定的に操縦できるとともに、移動体１０を停止後に早期に安全に降車することができる。このようにすることで、簡便な制御で、駐車（接地走行）モードから倒立モードへの移行を実施することができ、さらには、安定状態と倒立状態との間の移行をスムーズに行うことができる。

上述した移動体１０に係る前補助輪２２１および後補助輪２２２の接地手法は、図８で説明した処理手順が記述された接地部材駆動プログラムをマイクロプロセッサ等のコンピュータに実行させることによって実現することが可能である。

接地部材駆動プログラムは、様々な種類の記憶媒体に格納することが可能であり、また、通信媒体を介して伝達されることが可能である。ここで、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、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、インターネットも含まれる。

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。

１０ ・・・移動体
１２ ・・・センサ
１２１ ・・・安全監視センサ
１２２ ・・・ピッチ角検出センサ
１２３ ・・・ロール角検出センサ
１２４ ・・・ヨー角検出センサ
１４ ・・・制御部
１６ ・・・車輪駆動手段
１６１ ・・・第１の駆動回路
１６２ ・・・第２の駆動回路
１６３ ・・・第１のモータ
１６４ ・・・第２のモータ
１８ ・・・車輪
２０ ・・・接地部材駆動手段
２２ ・・・接地部材
２２１ ・・・前補助輪
２２２ ・・・後補助輪
２４ ・・・接触検知手段
２４１ ・・・接触検知センサ
２６ ・・・操作モジュール
２８ ・・・バッテリ
３０ ・・・走行面
３６ ・・・車体
３８ ・・・搭乗者
４０ ・・・フレーム
４１ ・・・搭乗席
４１ａ ・・・シート
４１ｂ ・・・シートバック
４２ ・・・車台
４３ ・・・カバー
４４ ・・・前方バー
４５ ・・・後方バー
４６ ・・・アームレスト
４７ ・・・フットステップ
４８ ・・・制御ボックス
４９ ・・・ベースプレート
５０ ・・・モータ
５１ ・・・減速機
５２ ・・・ウォームギヤホイール
５３ ・・・ストッパ
５４ ・・・ボルト
５５ ・・・ベース
５７ ・・・モータ
５８ ・・・減速機
５９ ・・・ウォームギヤホイール
６０ ・・・ボルト
６１ ・・・ベース
７０ ・・・障害物
Ｃ１ ・・・車軸
Ｃ２ ・・・駆動軸
Ｃ３ ・・・回転軸
Ｃ４ ・・・駆動軸
Ｃ５ ・・・回転軸
Ｏ ・・・座標中心

Claims (7)

1. 車体と、
   前記車体の走行方向に直交した回転軸を中心にそれぞれ回転し、前記車体の両側に配設された第１の車輪および第２の車輪と、
   前記第１の車輪および第２の車輪の駆動を制御することで、走行制御および前記車体の姿勢制御を行う制御部と、
   前記車体の周囲の少なくとも１か所に取り付けられた接触検知手段と、
   前記接触検知手段が接触を検知した場合に、前記車体の周囲の走行面に接地する前記接地部材と、
   を備える移動体。
2. 前記接触検知手段は、前記車体の前方であって、前記第１の車輪および第２の車輪の少なくとも一方の回転軸の高さ以下に設置される請求項１に記載の移動体。
3. 前記制御部は、前記接地部材が接地した場合に、前記移動体を後退させる請求項１または２に記載の移動体。
4. 前記接触検知手段は、前記移動体が走行中に前記移動体の走行方向前方の最も突出した部位に配置された請求項１から３のいずれか一項に記載の移動体。
5. 前記接地部材を複数備える移動体であって、
   前記接触検知手段が接触を検知した場所に基づいて、前記車体が傾斜することを抑制する位置に前記接地部材を接地させる請求項１から４のいずれか一項に記載の移動体。
6. 前記接地部材は、前記車体の姿勢を補助する補助輪である請求項１から５のいずれか一項に記載の移動体。
7. 車体に配設された第１の車輪および第２の車輪の駆動を制御して、走行制御および姿勢制御をする移動体の制御をコンピュータに行わせるプログラムであって、
   前記制御は、前記車体の周囲が障害物に接触したことを検知する接触検知ステップと、
   前記接触の検知に応じて接地部材を接地させるように駆動する接地部材駆動ステップと、
   を備える移動体の制御プログラム。

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