JP2011063183A - 倒立振子型車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ステップから足を速やかに接地させることができる倒立振子型車両を提供する。
【解決手段】基体９と、基体９に接続され、基体９を前後左右方向に移動可能とする車輪体５と、車輪体５を駆動するアクチュエータ装置と、乗員Ｄが着座するシート３と、乗員Ｄの足部を載置するステップ２５Ｌとを有する車両１において、乗員Ｄの座り乗り状態において、ステップ本体６２は足部の載置面６１が前下がり状態となることができるように取り付けられていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、倒立振子型車両に関するものである。

近年、倒立振子制御を利用して、床面上を移動可能とする車両（倒立振子型車両）の開発が進められている。このような車両としては、乗員が着座する着座部と、着座部の下方に配置され、床面に接地しながら床面上を全方向に移動可能な、球体状、車輪状またはクローラ状の移動動作部と、移動動作部を駆動する電動モータ等を有するアクチュエータ装置とが基体に組み付けられているものがある。このような車両では、アクチュエータ装置により移動動作部を駆動することによって、乗員および車両の全体の重心点が、移動動作部の接地点のほぼ真上に位置するように動作制御される。

また、上述した車両において、着座部の下方には、着座部に搭乗した乗員の足部を載置するためのステップを有しているものがある。このステップは、床面における移動動作部の接地点よりも前方（着座部の前方）において、水平方向に沿って延在する平板状の部材であり、その上面（載置面）に足部を載置できるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、搭乗時において、足首の角度が９０度よりも狭い状態（すなわち、つま先上がりの状態）でステップに支持されていると、乗員は窮屈感を感じることがある。これに対して、上述した特許文献１では、ステップが基体の前側から水平方向に沿って延在しているため、足首は約９０度で支持されるようになっている。これにより、乗員の窮屈感を解消でき、乗員は快適な姿勢で搭乗できると考えられる。

特開２００７−２２３３９９号公報

しかしながら、上述した特許文献１の構成では、ステップが水平方向に沿って延在しているため、車両の停止時等において足を路面に接地させたい場合に、載置面から速やかに足を降ろすことが難しいという問題がある。

そこで本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであって、ステップから足を速やかに接地させることができる倒立振子型車両を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の倒立振子型車両は、基体と、該基体に接続され、該基体を前後左右方向に移動可能とする移動動作部と、該移動動作部を駆動する駆動部と、利用者が着座する着座部と、前記利用者の足部を載置するステップとを有する倒立振子型車両において、前記利用者の着座搭乗状態において、前記ステップは前記足部の載置面が前下がり状態となることができるように取り付けられていることを特徴とする。
る。

この構成によれば、利用者の着座搭乗状態（座り乗り状態）において、ステップは足部の載置面が前下がり状態となることができるように取り付けられているため、利用者の足部がつま先下がりの状態でステップに支持されることになり、ステップから足部を降ろし易くなる。その結果、倒立振子型車両の停止時等において足部を接地させたい場合に、足部を床面に速やかに接地させることができる。

また、前記ステップは、前記足部の前方向における位置決めを行う足位置規制部材を有していることを特徴とする。
この構成によれば、着座搭乗状態において、足部の位置が足位置規制部材に規制されることで、利用者の足部がステップから前側に滑り落ちることがない。また、基体に対する足部の前方向における位置が決定されるため、搭乗姿勢を一定に保ち易くなる。

また、前記ステップは、前記基体に設けられた左右方向に延びるステップ取付部周りに回動可能に支持されるとともに、前記基体には前記ステップの回動範囲を規制する回動規制部材が設けられていることを特徴とする。
利用者が着座部に着座せず、載置面に足部を載せた状態で立って搭乗する場合（立ち乗りの場合）は、移動動作部の接地点の直上にステップが水平に配置されていることが望ましい。ところが、座り乗りでこのステップを使用すると、足首が９０度以下になって窮屈感を感じる。
そこで、上述したようにステップは足部の載置面が前下がり状態となることができるように取り付けられているため、座り乗りする場合に利用者の足首が９０度以上の状態（すなわち、つま先下がりの状態）でステップに支持されることになる。これにより、利用者は、窮屈感を感じることがなく、快適な姿勢で搭乗することができる。
一方、本発明の構成によれば、回動規制部材によってステップの回動範囲が規制されることで、足首の角度が所望の角度範囲で支持されることになる。そのため、利用者が倒立振子型車両に立ち乗りする場合であっても、利用者が前傾や後傾姿勢になり過ぎることがなく、快適な姿勢で搭乗することができる。

また、前記ステップの前側は、上方に向けて付勢されていることを特徴とする。
この構成によれば、ステップの前側が、上方に向けて付勢されているため、例えば利用者が倒立振子型車両に立ち乗りする場合に、ステップの前側に大きな荷重が付与されたとしても、足首の角度が開き過ぎて、利用者が前傾姿勢になり過ぎることがない。そのため、立ち乗り時においても快適な姿勢で搭乗することができる。

また、前記ステップは接地可能に構成されていることを特徴とする。
この構成によれば、ステップが接地することで、床面とステップとの間で作用する摩擦力によって倒立振子型車両にブレーキをかけることができる。また、床面におけるステップの接地点を支点として、倒立振子型車両を旋回させることができるので、倒立振子型車両の旋回半径を比較的小さくすることができる。

本発明によれば、利用者の着座搭乗状態（座り乗り状態）において、ステップは足部の載置面が前下がり状態となることができるように取り付けられているため、利用者の足部がつま先下がりの状態でステップに支持されることになり、ステップから足部を降ろし易くなる。その結果、倒立振子型車両の停止時等において足部を接地させたい場合に、足部を床面に速やかに接地させることができる。

車両の正面図である。 車両の側面図である。 車両の下部（車輪体及びアクチュエータ装置）の拡大図である。 車両の下部（車輪体及びアクチュエータ装置）の拡大斜視図である。 車輪体の斜視図である。 車輪体とフリーローラとの配置関係を示す図である。 車両の拡大側面図である。 図７のＡ部拡大断面図である。 車両の動作を説明するための説明図であり、図７に相当する側面図である。 車両の動作を説明するための説明図であり、図８に相当する断面図である。 車両の動作を説明するための説明図であり、図３に相当する拡大図である。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、車両の正面図であり、図２は側面図である。
図１，図２に示すように、本実施形態の全方向移動車両１（倒立振子型車両：以下、車両１という）は、乗員（利用者）Ｄ（図２参照）が着座するためのシート（着座部）３と、床面Ｆに接地しながら床面Ｆ上を全方向（前後方向及び左右方向を含む２次元的な全方向）に移動可能な移動動作部５と、この移動動作部５を駆動する動力を移動動作部５に付与するアクチュエータ装置（駆動部）７と、これらのシート３、移動動作部５及びアクチュエータ装置７が組付けられた基体９とを備えている。なお、本実施形態の車両１は、乗員Ｄが立ち乗り状態或いは座り乗り状態のいずれの状態であっても運転することが可能とされ、床面Ｆ上を所望する方向に移動する全方向移動車両である（詳細は後述する）。

ここで、本実施形態の説明では、「前後方向」、「左右方向」は、それぞれ、シート３に標準的な姿勢で搭乗した乗員Ｄの上体の前後方向、左右方向に一致もしくはほぼ一致する方向を意味する。なお、「標準的な姿勢」は、シート３に関して設計的に想定されている姿勢であり、乗員Ｄの上体の体幹軸を概ね上下方向に向け、且つ、上体を捻ったりしていない姿勢である。
この場合、図１においては、「前後方向」、「左右方向」はそれぞれ、紙面に垂直な方向、紙面の左右方向であり、図２においては、「前後方向」、「左右方向」はそれぞれ、紙面の左右方向、紙面に垂直な方向である。また、本実施形態の説明では、参照符号に付する添え字「Ｒ」，「Ｌ」は、それぞれ車両１の右側、左側に対応するものという意味で使用する。

基体９は、移動動作部５及びアクチュエータ装置７が組付けられた下部フレーム１１と、この下部フレーム１１の上端から上方に延設された支柱フレーム１３とを備えている。
支柱フレーム１３の上部には、支柱フレーム１３から前方に向けて張り出したシートフレーム１５が固定されている。そして、このシートフレーム１５上に、乗員Ｄが着座するシート３が装着されている。シート３は、側面視Ｌ字状のものであり、前後方向に延在する座面部１０と、座面部１０の後端部から上方に向かって延在するシートバック１２とを備えている。そして、乗員Ｄの尻部及び大腿部が座面部１０に支持されることで、乗員Ｄの上下方向における位置が規制されるとともに、背部がシートバック１２に支持されることで、乗員Ｄの前後方向における位置が規制される。これにより、車両１に対する乗員Ｄの上半身位置が位置決めされ、乗員Ｄの搭乗姿勢が一定になるようになっている。

下部フレーム１１は、左右方向に間隔を存して二股状に対向するように配置された一対のカバー部材２１Ｒ，２１Ｌを備えている。これらのカバー部材２１Ｒ，２１Ｌの上端部（二股の分岐部分）は、前後方向の軸心を有するヒンジ軸２３を介して連結され、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの一方が他方に対して相対的にヒンジ軸２３（ロール軸）の周りに揺動可能となっている。この場合、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌは、図示しないバネによって、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの下端部側（二股の先端側）が狭まる方向に付勢されている。
また、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌのそれぞれの外面部には、シート３に着座した乗員Ｄの右足を載せるステップ２５Ｒと左足を載せるステップ２５Ｌとが各々、右向き、左向きに張り出すように突設されている。

図３は車両の下部（移動動作部及びアクチュエータ装置）の拡大断面図であり、図４は斜視図である。また、図５は移動動作部（車輪体）の斜視図であり、図６は移動動作部（主輪体）とフリーローラとの配置関係を示す図である。
図３〜図６に示すように、移動動作部５及びアクチュエータ装置７は、下部フレーム１１のカバー部材２１Ｒ，２１Ｌの間に配置されている。具体的に、移動動作部５は、ゴム状弾性材等により円環状に形成された車輪体であり、ほぼ円形の横断面形状を有する。移動動作部５（以下、車輪体５という）は、その弾性変形によって、図５，図６の矢印Ｙ１で示すように、円形の横断面の中心Ｃ１（より詳しくは、円形の横断面中心Ｃ１を通って、車輪体５の軸心と同心となる円周線）の周りに回転可能となっている。また車輪体５は、その軸心Ｃ２（車輪体５全体の直径方向に直交する軸心Ｃ２）を左右方向に向けた状態で、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの間に配置され、車輪体５の外周面の下端部にて床面に接地する。
そして、車輪体５は、アクチュエータ装置７による駆動（詳細は後述する）によって、図５の矢印Ｙ２で示すように車輪体５の軸心Ｃ２の周りに回転する動作（床面Ｆ上を輪転する動作）と、車輪体５の横断面中心Ｃ１の周りに回転する動作とを行なうことが可能である。その結果、車輪体５は、それらの回転動作の複合動作によって、床面Ｆ上を全方向に移動することが可能となっている。

アクチュエータ装置７は、車輪体５と右側のカバー部材２１Ｒとの間に介装される回転部材２７Ｒ及びフリーローラ２９Ｒと、車輪体５と左側のカバー部材２１Ｌとの間に介装される回転部材２７Ｌ及びフリーローラ２９Ｌと、回転部材２７Ｒ及びフリーローラ２９Ｒの上方に配置されたアクチュエータとしての電動モータ３１Ｒと、回転部材２７Ｌ及びフリーローラ２９Ｌの上方に配置されたアクチュエータとしての電動モータ３１Ｌとを備えている。
電動モータ３１Ｒ，３１Ｌは、それぞれのハウジングがカバー部材２１Ｒ，２１Ｌに各々取付けられている。なお、図示しないが、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの電源（蓄電器）は、支柱フレーム１３等、基体９の適所に搭載されている。

回転部材２７Ｒは、左右方向の軸心を有する支軸３３Ｒを介してカバー部材２１Ｒに回転可能に支持されている。同様に、回転部材２７Ｌは、左右方向の軸心を有する支軸３３Ｌを介してカバー部材２１Ｌに回転可能に支持されている。この場合、回転部材２７Ｒの回転軸心（支軸３３Ｒの軸心）と、回転部材２７Ｌの回転軸心（支軸３３Ｌの軸心）とは同軸心である。回転部材２７Ｒ，２７Ｌは、それぞれ電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの出力軸に、減速機としての機能を含む動力伝達機構を介して接続されており、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌからそれぞれ伝達される動力（トルク）によって回転駆動される。

各動力伝達機構は、例えばプーリ・ベルト式のものである。すなわち、図３に示すように、回転部材２７Ｒは、プーリ３５Ｒとベルト３７Ｒとを介して電動モータ３１Ｒの出力軸に接続されている。同様に、回転部材２７Ｌは、プーリ３５Ｌとベルト３７Ｌとを介して電動モータ３１Ｌの出力軸に接続されている。なお、動力伝達機構は、例えば、スプロケットとリンクチェーンとにより構成されるもの、あるいは、複数のギヤにより構成されるものであってもよい。また、例えば、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを、それぞれの出力軸が各回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同軸心になるように各回転部材２７Ｒ，２７Ｌに対向させて配置し、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの出力軸を回転部材２７Ｒ，２７Ｌに各々、減速機（遊星歯車装置等）を介して連結するようにしてもよい。

各回転部材２７Ｒ，２７Ｌは、車輪体５側に向かって縮径する円錐台と同様の形状に形成されており、その外周面がテーパ外周面３９Ｒ，３９Ｌとなっている。回転部材２７Ｒのテーパ外周面３９Ｒの周囲には、回転部材２７Ｒと同心の円周上に等間隔で並ぶようにして、複数のフリーローラ２９Ｒが配列されている。そして、これらのフリーローラ２９Ｒは、それぞれ、ブラケット４１Ｒを介してテーパ外周面３９Ｒに取付けられ、ブラケット４１Ｒに回転自在に支承されている。
同様に、回転部材２７Ｌのテーパ外周面３９Ｌの周囲には、回転部材２７Ｌと同心の円周上に等間隔で並ぶようにして、複数（フリーローラ２９Ｒと同数）のフリーローラ２９Ｌが配列されている。そして、これらのフリーローラ２９Ｌは、それぞれ、ブラケット４１Ｌを介してテーパ外周面３９Ｌに取付けられ、ブラケット４１Ｌに回転自在に支承されている。

上述した車輪体５は、回転部材２７Ｒ側のフリーローラ２９Ｒと、回転部材２７Ｌ側のフリーローラ２９Ｌとの間に挟まれるようにして、回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同軸心に配置されている。
この場合、図１及び図６に示すように、各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌは、その軸心Ｃ３が車輪体５の軸心Ｃ２に対して傾斜すると共に、車輪体５の直径方向（車輪体５をその軸心Ｃ２の方向で見たときに、軸心Ｃ２と各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌとを結ぶ径方向）に対して傾斜する姿勢で配置されている。そして、このような姿勢で、各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌのそれぞれの外周面が車輪体５の内周面に斜め方向に圧接されている。より一般的に言えば、右側のフリーローラ２９Ｒは、回転部材２７Ｒが軸心Ｃ２の周りに回転駆動されたときに、車輪体５との接触面で、軸心Ｃ２周りの方向の摩擦力成分（車輪体５の内周の接線方向の摩擦力成分）と、車輪体５の前記横断面中心Ｃ１の周り方向の摩擦力成分（円形の横断面の接線方向の摩擦力成分）とを車輪体５に作用させ得るような姿勢で、車輪体５の内周面に圧接されている。左側のフリーローラ２９Ｌについても同様である。

この場合、上述したように、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌは、図示しないバネによって、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの下端部側（二股の先端側）が狭まる方向に付勢されている。このため、この付勢力によって、右側のフリーローラ２９Ｒと左側のフリーローラ２９Ｌとの間に車輪体５が挟持されるとともに、車輪体５に対する各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌの圧接状態（より詳しくはフリーローラ２９Ｒ，２９Ｌと車輪体５との間で摩擦力が作用し得る圧接状態）が維持される。

以上説明した構造を有する車両１においては、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌによりそれぞれ、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを同方向に等速度で回転駆動した場合には、車輪体５が回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同方向に軸心Ｃ２の周りに回転することとなる。これにより、車輪体５が床面上を前後方向に輪転して、車両１の全体が前後方向に移動することとなる。なお、この場合は、車輪体５は、その横断面中心Ｃ１の周りには回転しない。
また、例えば、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを互いに逆方向に同じ大きさの速度で回転駆動した場合には、車輪体５は、その横断面中心Ｃ１の周りに回転することとなる。これにより、車輪体５がその軸心Ｃ２の方向（すなわち左右方向）に移動し、ひいては、車両１の全体が左右方向に移動することとなる。なお、この場合は、車輪体５は、その軸心Ｃ２の周りには回転しない。

さらに、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを、互いに異なる速度（方向を含めた速度）で、同方向又は逆方向に回転駆動した場合には、車輪体５は、その軸心Ｃ２の周りに回転すると同時に、その横断面中心Ｃ１の周りに回転することとなる。
この時、これらの回転動作の複合動作（合成動作）によって、前後方向及び左右方向に対して傾斜した方向に車輪体５が移動し、ひいては、車両１の全体が車輪体５と同方向に移動することとなる。この場合の車輪体５の移動方向は、回転部材２７Ｒ，２７Ｌの回転方向を含めた回転速度（回転方向に応じて極性が定義された回転速度ベクトル）の差に依存して変化するものとなる。

以上のように車輪体５の移動動作が行なわれるので、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転速度（回転方向を含む）を制御し、ひいては回転部材２７Ｒ，２７Ｌの回転速度を制御することによって、車両１の移動速度及び移動方向を制御できることとなる。

ここで、車両１の概略的な動作制御を説明すると、基本的には、基体９を傾けた場合（例えば、シート３に着座した乗員Ｄが、乗員Ｄと車両１とを合わせた全体の重心点の位置を動かすように上体を傾けた場合）に、基体９が傾いた側に車両１が移動するように、車輪体５の移動動作が制御される。例えば、乗員Ｄが上体を前傾させ、ひいては、基体９をシート３とともに前傾させると、車両１が前方に移動するように、車輪体５の移動動作が制御される。
すなわち、本実施形態では、乗員Ｄが上体を動かし、ひいては、シート３とともに基体９を傾動させるという動作が、車両１に対する１つの基本的な操縦操作（車両１の動作要求）とされ、その操縦操作に応じて車輪体５の移動動作がアクチュエータ装置７を介して制御される。

本実施形態の車両１において、基体９が傾倒しないようにするためには、乗員Ｄ及び車両１の全体の重心点（車両１に乗員Ｄが搭乗していない状態では、車両１の単体の重心点）が車輪体５の接地点Ｔのほぼ真上に位置するように、車輪体５を動かす必要がある。
そこで、本実施形態では、乗員Ｄ及び車両１の全体の重心点が、車輪体５の中心点（軸心Ｃ２上の中心点）のほぼ真上に位置する状態（より正確には重心点が車輪体５の接地点Ｔのほぼ真上に位置する状態）での基体９の姿勢を目標姿勢とし、基本的には、基体９の実際の姿勢を目標姿勢に収束させるように、車輪体５の移動動作が制御される。

以上のような動作制御を行なうために、本実施形態では図１，図２に示すように、マイクロコンピュータや電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのドライブ回路ユニットなどを含む電子回路ユニットにより構成された制御ユニット（制御部）５０と、基体９の所定の部位の鉛直方向（重力方向）に対する傾斜角θb及びその変化速度（＝ｄθｂ／ｄｔ）を計測するための傾斜センサ５２と、車両１に乗員Ｄが搭乗しているか否かを検知するための荷重センサ５４と、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの出力軸の回転角度及び回転角速度を検出するための角度センサとしてのロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌがそれぞれ、車両１の適所に搭載されている。なお上述した制御ユニット５０及び傾斜センサ５２は、例えば、基体９の支柱フレーム１３の内部に収容された状態で該支柱フレーム１３に取付けられている。また、荷重センサ５４は、シート３に内蔵されている。また、ロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌは、それぞれ、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌと一体に設けられている。なお、ロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌは、それぞれ、回転部材２７Ｒ，２７Ｌに装着してもよい。

傾斜センサ５２は、加速度センサとジャイロセンサ等のレートセンサ（角速度センサ）とから構成され、これらのセンサの検出信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、傾斜センサ５２の加速度センサ及びレートセンサの出力を基に、所定の計測演算処理（これは公知の演算処理でよい）を実行することによって、傾斜センサ５２を搭載した部位（本実施形態では支柱フレーム１３）の、鉛直方向に対する傾斜角度θｂの計測値とその変化速度（微分値）である傾斜角速度θｂｄｏｔの計測値とを算出する。

荷重センサ５４は、乗員Ｄがシート３に着座した場合に乗員Ｄの重量による荷重を受けるようにシート３に内蔵され、その荷重に応じた検出信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、この荷重センサ５４の出力により示される荷重の計測値に基づいて、車両１に乗員Ｄが搭乗しているか否かを判断する。なお、荷重センサ５４の代わりに、例えば、乗員Ｄがシート３に着座したときにＯＮとなるようなスイッチ式のセンサを用いてもよい。

ロータリーエンコーダ５６Ｒは、電動モータ３１Ｒの出力軸が所定角度回転する毎にパルス信号を発生し、このパルス信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、そのパルス信号を基に、電動モータ３１Ｒの出力軸の回転角度を計測し、さらにその回転角度の計測値の時間的変化率（微分値）を電動モータ３１Ｒの回転角速度として計測する。電動モータ３１Ｌ側のロータリーエンコーダ５６Ｌについても同様である。
制御ユニット５０は、荷重センサ５４の出力により、乗員Ｄが搭乗している場合における車両１の動作モードである搭乗モードと、乗員Ｄが搭乗していない場合における車両１の動作モードである自立モードとを区別して、基体傾斜角度の目標値を設定する。そして、傾斜センサ５２による傾斜角度θｂの計測値が各モードの目標値に一致するように、しかも傾斜角速度θｂｄｏｔが０になるように、各電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの回転数を制御する。各電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの回転数の制御は、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度の目標値である速度指令を決定し、その速度指令に従って、ロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌによって検出された電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度をフィードバック制御する。

（ステップ）
図７は車両の拡大側面図であり、図８は図７のＡ部断面図である。なお、ステップ２５Ｌ，２５Ｒは互いに左右対称の部材であるため、以下の説明ではステップ２５Ｌを例にして説明する。
図７，図８に示すように、ステップ２５Ｌは、乗員Ｄの足平を載置する載置面６１を有するステップ本体６２を備えている。このステップ本体６２は、前後方向を長手方向にして延在する平板状の部材であり、その上面が載置面６１として構成されている。そして、この載置面６１の面方向における前側には乗員Ｄのつま先が、後側にはかかとが載置されるようになっている。一方、ステップ本体６２の裏面における後側には、ステップ本体６２とカバー部材２１Ｌとを連結するリンク部６３が形成されている。リンク部６３は、左右方向を軸方向とする円筒状の部材であり、その上部外周面がステップ本体６２の裏面に連結されている。なお、リンク部６３は、車輪体５の接地点Ｔの直上に配置されるようになっている。これにより、ステップ２５Ｒ，２５Ｌの載置面６１は、接地点Ｔと車両１の重心点とを結ぶ軸線と交わるように配置されることになる。

一方、各カバー部材２１Ｌの外面には、それぞれ左右方向に沿って突出するシャフト（ステップ取付部）６４が形成されている。そして、これらシャフト６４がリンク部６３にそれぞれ挿通されることで、ステップ２５Ｌが、シャフト６４周り（ピッチ軸周り）に回動可能に支持されている（図７中矢印Ｂ参照）。なお、以下の説明において、ステップ２５Ｌの回動方向は、図７中反時計周りの方向を前傾側、時計回りの方向を後傾側とする。

また、カバー部材２１Ｌにおけるシャフト６４の後側には、シャフト６４の軸方向と平行に延在するストッパ６５が設けられている。このストッパ６５は、その上面がステップ本体６２の裏面に当接することでステップ２５Ｌの回動範囲を規制するものであり、本実施形態においてはステップ本体６２が水平方向と平行に配置された状態で、ストッパ６５に当接するようになっている。なお、ステップ２５Ｌは、図示しない付勢手段によってつま先側（ステップ本体６２の前側）が上方に向けて付勢されている。すなわち、ステップ２５Ｌは、付勢手段によって後傾側に付勢されている。これにより、載置面６１に足部が載置されていない初期状態では、ステップ本体６２の載置面６１はストッパ６５に当接して水平面と平行に配置されている（図１，３参照）。

また、ステップ本体６２の前端部には、上方に向かって規制部材（足位置規制部材）６６が立設されている。規制部材６６は、ステップ本体６２の載置面６１に直交するように立設された平板状の部材であり、その後端面に乗員Ｄのつま先が当接するようになっている。そして、規制部材６６につま先を当接させることで、搭乗時において、載置面６１上における乗員Ｄの足部の前後方向における位置が決定され、搭乗毎の乗員Ｄの搭乗姿勢が一定になるようになっている。

図８に示すように、ステップ本体６２の前端部における裏面には、裏面に向けて開口する収容部６７が形成され、この収容部６７内にボールキャスタ６８が収容されている。このボールキャスタ６８は、収容部６７の内周面を摺動可能に構成されている。また、ボールキャスタ６８の外周面における下端部は、収容部６７の開口から露出している。すなわち、ボールキャスタ６８の下端部は、ステップ本体６２の裏面から下方に向けて突出している。
また、収容部６７内には、コイルバネ等の付勢手段７１が収容されており、ボールキャスタ６８を下方（収容部６７の開口側）に向けて付勢している。

ここで、座り乗り状態においては、乗員Ｄの背部及び大腿部が車輪体５の上方に配置されたシート３に支持されるとともに、足部が接地点Ｔの上方に配置されたステップ２５Ｒ，２５Ｌに支持される関係で、脚部が「く」の字状に保持される。そのため、乗員Ｄは窮屈感を感じることがある。
これに対して、本実施形態では載置面６１上に乗員Ｄの足部が載置されることで、ステップ本体６２の主につま先側に荷重（以下、搭乗荷重という）が付与される。これにより、ステップ本体６２が前傾側に回動して後側から前側にかけて下方に向けて傾斜した状態となる。すなわち、乗員Ｄの足部は、かかと側からつま先側にかけて下方に向けて傾斜する、いわゆるつま先下がりの状態で保持されるようになっている。これにより、乗員Ｄの足首は９０度以上の角度でステップ本体６２に保持される。

そして、乗員Ｄの足部によって、ステップ本体６２の前側にさらに荷重を付与することで、ボールキャスタ６８の下端部が床面Ｆに接地可能に構成されている。この場合、車輪体５の駆動に従動して、ボールキャスタ６８が収容部６７内で回転することで、床面Ｆ上を全方向に移動可能に構成されている。なお、この状態で乗員Ｄの足部からステップ本体６２に付与される荷重を第１接地荷重（第１接地荷重＞搭乗荷重）とする。

さらに、収容部６７の内周面における上端側には、穴部６９の開口を取り囲むように高摩擦部材７３が配置されている。この高摩擦部材７３は、ゴム等の摩擦係数が比較的高いものからなり、収容部６７の内周面に倣って配置されている。高摩擦部材７３は、ボールキャスタ６８が付勢手段７１の付勢力に抗する方向に押し込まれた際に、ボールキャスタ６８の外周面に接触可能に構成されている。そして、ボールキャスタ６８と高摩擦部材７３とが接触することで、ボールキャスタ６８には、回転を妨げる方向に大きな摩擦力が作用する。これにより、ボールキャスタ６８の回転速度が減速したり、回転が停止したりするようになっている。なお、ボールキャスタ６８が高摩擦部材７３に接触するために乗員Ｄの足部からステップ本体６２に付与する荷重を第２接地荷重（第２接地荷重＞第１接地荷重）とする。

（作用）
次に、上述した車両１の作用について説明する。
ところで、後述するが車両１に立ち乗りする場合においては、車輪体５の接地点Ｔの直上にステップ本体６２が水平に配置されていることが望ましい。ところが、この状態で座り乗りを行うと、足首が９０度以下になって窮屈感を感じることがある。

そこで、はじめに座り乗りする場合について説明する。
まず乗員Ｄは、車両１のシート３に着座する。具体的に、乗員Ｄの尻部及び大腿部がシート３の座面部１０に支持されるとともに、背部がシートバック１２に支持される。これにより、車両１に対する乗員Ｄの上半身位置が位置決めされる。そして、乗員Ｄの上半身がシート３に支持された状態で、両足をステップ２５Ｒ，２５Ｌの載置面６１に載せる。この時、両足のつま先が規制部材６６の後端面に当接するように足部を載せる。これにより、基体９に対する乗員Ｄの足部の前方向における位置が位置決めされる。このように、乗員Ｄの上半身と足部とが位置決めされた状態で、乗員Ｄは車両１に搭乗することができるので、搭乗姿勢をほぼ一定に保つことができる。これにより、車両１の動作制御を行い易くなる。

ここで、乗員Ｄの足をステップ本体６２の載置面６１に載せると、ステップ本体６２には下方に向けて搭乗荷重が付与される。この場合、ステップ本体６２の後側にリンク部６３が配置されているため、搭乗荷重によってステップ本体６２が前傾側に回動する。これにより、乗員Ｄの足部は、ステップ２５Ｒ，２５Ｌにつま先下がりの状態で支持される。すなわち、足部が「く」の字状に保持された場合であっても、乗員Ｄの足は、足首の角度が９０度以上の状態でステップ２５Ｒ，２５Ｌに支持されるため、快適な搭乗姿勢を保つことができる。この時、上述したように乗員Ｄのつま先はステップ２５Ｒ．２５Ｌの規制部材６６に当接しているので、乗員Ｄの足部がステップ本体６２から前側に滑り落ちることもない。

そして、乗員Ｄは、車両１に搭乗した状態で進行方向に向けて上体を傾ける。すると、制御ユニット５０によって上述した動作制御が行われることで、乗員Ｄ及び車両１の全体の重心点が車輪体５の接地点Ｔのほぼ真上に位置するように、車輪体５が駆動することになる。これにより、車両１が床面Ｆ上の全方向に移動することになる。

図９は、車両の動作を説明するための説明図であり、図７に相当する側面図である。
また、図９に示すように、ステップ本体６２に第１接地荷重を付与すると、ステップ本体６２がさらに前傾することで、ボールキャスタ６８の下端部が床面Ｆに接地する。この場合、ボールキャスタ６８が収容部６７の内周面を摺動可能に構成されているため、ボールキャスタ６８は車両１の移動に従動するように回転する。これにより、車両１の接地点が増加するので、車両１をより安定した姿勢で走行させることができる。

図１０は、車両の動作を説明するための説明図であり、図８に相当する断面図である。また、図１１は図３に相当する拡大図である。
さらに、図１０，図１１に示すように、車両１を旋回させたい場合には、一方のステップ本体６２（旋回側に配置されたステップ本体６２）に第２接地荷重を付与する。すると、第２接地荷重によってボールキャスタ６８が付勢手段７１に抗する方向に押し込まれることで、ボールキャスタ６８の外周面が高摩擦部材７３に接触する。これにより、ボールキャスタ６８には、高摩擦部材７３との間で作用する摩擦力によって、ボールキャスタ６８の回転が減速または停止する。すると、ボールキャスタ６８と床面Ｆとの間で大きな摩擦力が作用する。そして、この状態で乗員Ｄが旋回方向に上体を傾けることで、基体９が旋回方向に傾くとともに、ボールキャスタ６８の接地点（床面Ｆにおけるボールキャスタ６８の接地点）を支点にして車輪体５の向きが旋回方向に向きながら車両１が走行することになる。これにより、車両１を旋回させ易くすることができるため、車輪体５のみで旋回させる場合に比べて、車両１の旋回半径を小さくすることができる。

また、車両１を停止させたい場合には、両ステップ本体６２に第２接地荷重を付与する。これにより、両ステップ本体６２のボールキャスタ６８の回転が減速または停止することで、車両１にブレーキをかけることができ、車両１を停止させることができる。

このように、本実施形態では、乗員Ｄの着座搭乗状態において、ステップ２５Ｒ，２５Ｌは足部の載置面６１がつま先下がり状態となることができるように取り付けられているため、乗員Ｄの足首が９０度以上の状態（すなわち、つま先下がりの状態）でステップ２５Ｒ、２５Ｌに支持されることになる。これにより、乗員Ｄは、窮屈感を感じることがなく、快適な姿勢で搭乗することができる。
特に、乗員Ｄの足部がつま先下がりの状態でステップ２５Ｒ、２５Ｌに支持されているので、ステップ２５Ｒ、２５Ｌから足部が降ろし易くなる。その結果、足部を接地させたい場合に、床面Ｆに向けて速やかに足部を降ろすことができる。その結果、車両１の停止動作や乗降動作等を速やかに行うことができる。

ここで、図１に示すように、車両１に立ち乗りをする場合は、シート３に跨りながらステップ本体６２に両足を載せるとともに、規制部材６６の後端面につま先を当接させることで、立ち乗りが完了する。なお、この状態においてステップ本体６２には、主にかかと側（後傾側）に荷重（以下、後傾荷重という）が付与された状態となる。そして、乗員Ｄは立ち乗りした状態で上体を進行方向に傾けることで、アクチュエータ装置７によって上述した動作制御が行われ、車両１が床面Ｆ上の全方向に移動することになる。

ところで、上述したように車両１に立ち乗りする場合においては、車輪体５の接地点Ｔの直上にステップ本体６２が水平に配置されていることが望ましい。そのため、車両１の立ち乗り時において、足首の角度が９０度よりも狭い状態でステップに支持されると、乗員Ｄは窮屈感を感じることがある。

そこで、本実施形態では立ち乗り状態において、ステップ本体６２に後傾荷重が付与され場合に、ステップ本体６２が後傾側に回動することになる。すると、ステップ本体６２は水平面と平行に配置された状態（初期状態）でストッパ６５に当接するため、ステップ本体６２がそれ以上後傾することはない。すなわち、ステップ本体６２に後傾側の荷重が付与された場合であっても、ステップ本体６２の角度（水平面に対する傾斜角）が所定の角度範囲で維持されることになる。そのため、立ち乗りした場合であっても、足首の角度が９０度よりも狭い角度に保持されることがなく、安定した姿勢に維持されることになる。

一方、立ち乗りする場合に、上述した座り乗り状態のようにステップ本体６２がつま先下がりの状態になっていると、乗員Ｄの姿勢が安定せず、乗り心地が悪い。
そこで、本実施形態においては、リンク部６３に設けられた付勢手段による付勢力が、後傾側に作用することで、ステップ本体６２の角度を初期状態に維持し易くなる。そのため、車両１に立ち乗りする場合に、ステップ本体６２に前傾側の大きな荷重が付与された場合であっても、足首の角度が開き過ぎて、乗員Ｄが前傾姿勢になり過ぎることがない。そのため、立ち乗り時においても快適な姿勢で搭乗することができる。

さらに、本実施形態ではステップ２５Ｒ，２５Ｌが車輪体５の接地点Ｔと車両１の重心点とを結ぶ軸線に交わるように取り付けられている。そのため、このステップ２５Ｒ，２５Ｌを利用して乗員Ｄが立ち乗り及び座り乗りのいずれの状態で乗車したとしても、乗員Ｄの重心位置が車輪体５の接地点Ｔと車両１の重心点とを結ぶ軸線上に一致し易い。したがって、乗員Ｄはバランスを取り易く、より安定した姿勢で運転することができる。

なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や形状などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、車輪体５をゴム状弾性材により円環状に形成した場合について説明したが、球状やクローラ状等でもよい。

また、上述した実施形態では、床面Ｆ上を全方向に移動可能なボールキャスタ６８をステップ２５Ｒ，２５Ｌに設ける構成について説明したが、これに限られない。また、一方向に移動可能な車輪状のものであっても構わない。
さらに、上述した付勢手段は後傾側に回動するにつれて付勢力が減衰するダンパー機能が付与されていても構わない。
また、上述した実施形態では、本発明を基体９に車輪体５が１つだけ設けられた一輪車に採用した場合について説明したが、これに限らず車輪体５を複数設けても構わない。さらに、少なくとも１つが全方向に移動可能な車輪体５であれば、他の車輪は車輪体５に従動して回転する従動輪であってもよい。

１…車両（倒立振子型車両） ３…シート（着座部） ５…車輪体 ７…アクチュエータ装置 ９…基体 ２５Ｒ，２５Ｌ…ステップ ６１…載置面 ６５…ストッパ（回動規制部材） ６６…規制部材（足位置規制部材）

Claims (5)

1. 基体と、
   該基体に接続され、該基体を前後左右方向に移動可能とする移動動作部と、
   該移動動作部を駆動する駆動部と、
   利用者が着座する着座部と、
   前記利用者の足部を載置するステップとを有する倒立振子型車両において、
   前記利用者の着座搭乗状態において、前記ステップは前記足部の載置面が前下がり状態となることができるように取り付けられていることを特徴とする倒立振子型車両。
2. 前記ステップは、前記足部の前方向における位置決めを行う足位置規制部材を有していることを特徴とする請求項１記載の倒立振子型車両。
3. 前記ステップは、前記基体に設けられた左右方向に延びるステップ取付部周りに回動可能に支持されるとともに、
   前記基体には前記ステップの回動範囲を規制する回動規制部材が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の倒立振子型車両。
4. 前記ステップの前側は、上方に向けて付勢されていることを特徴とする請求項３記載の倒立振子型車両。
5. 前記ステップは接地可能に構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の倒立振子型車両。

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