JP2011079426A - 倒立振子型移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】 倒立振子型移動体に、搭載バッテリの残量が低下した場合のフェイルセーフ機能を設ける。
【解決手段】 倒立振子移動体１であって、フレーム２と、フレームの下部に設けられ、フレームを床面上において任意の方向に走行させるともに、フレームの姿勢制御に供される走行ユニット３と、走行ユニットを駆動制御する倒立振子制御装置５と、走行ユニットに給電するバッテリ２８１と、バッテリの残量を検出するバッテリ残量検出手段２８５とを備え、倒立振子制御装置は、バッテリ残量検出手段によって検出されたバッテリ残量に基づいて、走行ユニットによる走行速度を制限することを特徴とする。
【選択図】 図７

Description

本発明は、倒立振子型移動体に係り、詳しくは、バッテリ残量の低下時に円滑に走行を停止する技術に関する。

別個の電動モータによってそれぞれ駆動される一対の駆動体と、これら一対の駆動体の間に挟持され、駆動体から摩擦力を受けて駆動される１つの主輪とから構成される走行ユニットを備えた倒立振子型移動体が公知になっている（例えば、特許文献１）。特許文献１に係る主輪は、無端円環状の環状体と、環状体の環方向に複数個配置され、各々自身の配置位置における環状体の接線方向と平行な回転軸回りに回転可能なドリブンローラとを備え、ドリブンローラが駆動体と接触して駆動される。ドリブンローラが、環状体の接線方向の回転軸回りに回転（自転）する場合には、倒立振子型移動体は左右方向に推力を得て、ドリブンローラが環状体の環方向に回転（公転）する場合には、倒立振子型移動体は前後方向に推力を得る。

その他、倒立振子型移動体には左右一対の車輪を有するもの等の様々な構成が案出されているが、いずれの倒立振子型移動体も様々な状況に応じて起立状態（倒立状態）を維持することが必要となる。例えば、倒立振子型移動体が、障害物に接触したような場合においても、起立状態を維持するようにしたものがある（例えば、特許文献２、３）。

国際公開第０８／１３２７７９号パンフレット 特開２００９−１０１４８４号公報 特開２００９−１０１９０８号公報

しかしながら、搭載バッテリから電力の供給を受ける倒立振子型移動体は、バッテリからの電力供給が減少すると、起立状態を維持することができないという問題がある。特に、走行時にバッテリからの電力供給が減少すると、搭乗者の意志に反して起立状態の維持が困難になる可能性がある。

本発明は以上の背景を鑑みてなされたものであって、搭載バッテリの残量が低下した場合に、搭乗者に円滑に降車を促すことができるフェイルセーフ機能を備えた倒立振子型移動体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、第１の発明は、倒立振子移動体（１）であって、フレーム（２）と、前記フレームの下部に設けられ、前記フレームを床面上において任意の方向に走行させるともに、前記フレームの姿勢制御に供される走行ユニット（３）と、前記走行ユニットを駆動制御する倒立振子制御装置（５）と、前記走行ユニットに給電するバッテリ（２８１）と、前記バッテリの残量を検出するバッテリ残量検出手段（２８５）とを備え、前記倒立振子制御装置は、前記バッテリ残量検出手段によって検出されたバッテリ残量に基づいて、前記走行ユニットによる走行速度を制限することを特徴とする。

この構成によれば、バッテリ残量の低下を速度制限によって搭乗者に認識させるとともに、バッテリ残量の低下時に倒立振子型移動体を緩やかに減速して停止せることができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記走行ユニットは、円盤状をなし、互いに対向するように設けられた左右一対の駆動体（８４Ｌ，８４Ｒ）と、前記駆動体をそれぞれ回転させる左右一対のモータ（８２Ｌ，８２Ｒ）と、前記左右一対の駆動体の間に挟持されて前記駆動体によって回転させられる１つの主輪（８５）とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、１つの主輪によって床面上に起立する倒立振子型移動体のバッテリ残量の低下時に走行速度を制限することができる。

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記フレームは、前記走行ユニットが設けられた下部フレーム（２２）と、前記下部フレームの上部に接続された上部フレーム（２１）とを備え、前記上部フレームには、前記バッテリ（２８１）と搭乗者が着座するための着座ユニット（４）とが設けられたことを特徴とする。

この構成によれば、バッテリを上部フレームに設けることによって、重心位置が高い位置に配置された倒立振子型移動体であっても、バッテリ残量に応じて適宜走行速度を制限することができる。

第４の発明は、第１〜第３のいずれかの発明において、前記倒立振子制御装置は、前記バッテリ残量が低下するに伴って、前記走行速度を低減させることを特徴とする。

この構成によれば、バッテリ残量の低下時の減速を円滑にすることができる。また、バッテリ残量に応じた速度制限が加わることにより、搭乗者におおよそのバッテリ残量を認識させることができる。

第５の発明は、第１〜第４のいずれかの発明において、前記倒立振子制御装置は、前記バッテリ残量が所定の閾値より低下した場合に、前記走行速度を０へと変化させることを特徴とする。

この構成によれば、バッテリ残量が０となって走行ユニットの駆動が停止する前に走行速度が０に近づけられるため、制御可能な範囲で移動体を停止させることができる。走行速度を０へと変化させる際の減速度を適宜設定することによって、倒立振子型移動体を円滑に停止させることができる。

第６の発明は、第１〜第５のいずれかの発明において、前記フレームの所定の軸線と鉛直軸線とのなす角度を傾斜角として検出する傾斜角検出手段（７）を備え、前記倒立振子制御装置は、前記バッテリ残量が所定の閾値より低下した場合であって、当該倒立振子制御装置が前記走行ユニットを駆動制御するために算出した目標速度が所定の閾値より小さく、かつ前記フレームの所定の軸線と鉛直軸線とのなす角度が所定の閾値より小さい場合に、当該倒立振子型移動体の走行を禁止することを特徴とする。

この構成によれば、倒立振子型移動体が比較的安定した状態で起立しているときに、倒立振子型移動体を停止させるため、搭乗者は安定した状態で降車することができる。

以上の構成によれば、倒立振子型移動体は、バッテリ残量の低下を速度制限によって搭乗者に認識させるとともに、バッテリ残量の低下時に倒立振子型移動体を緩やかに減速して停止せることができる。

倒立振子型移動体を示す斜視図 倒立振子型移動体を示す分解斜視図 倒立振子型移動体を一部破断して示す側面図 図１のIV−IV断面図 倒立振子型移動体の制御系を示すブロック図 搭乗者が倒立振子型移動体に搭乗した状態を示す側面図 バッテリ残量低下時の移動体の停止手順を示すフロー図

以下、図面を参照して、本発明を適用した倒立振子型移動体の一実施形態について詳細に説明する。

＜倒立振子型移動体の概略構成＞
図１〜図３に示されているように、倒立振子型移動体（以下、単に移動体と略称する）１は、概ね上下方向に延在する骨格構造としてのフレーム２と、フレーム２の下部に設けられた走行ユニット３と、フレーム２の上部に設けられた着座ユニット４と、フレーム２の内部に設けられた電装ユニット１１と、フレーム２の上部に設けられ、各ユニットおよびセンサに電力を供給するバッテリユニット１０とを主要構成要素として有している。電装ユニット１１は、倒立振子制御ユニット（倒立振子制御装置。以下、単に制御ユニットと略称する）５と、上部荷重センサ６と、傾斜センサ（傾斜角検出手段）７とを備えている。制御ユニット５は、倒立振子制御に基づいて各種センサからの入力信号に応じて走行ユニット３を駆動制御し、移動体１を起立（倒立）姿勢に維持する。また、移動体１は、電装ユニット１１とは別体に、ステップ荷重センサ８やロータリエンコーダ９Ｌ，９Ｒ（図４参照）を適所に備えている。

フレーム２は、中空の外殻構造をなし、上下方向における中央に全周にわたってくびれ部２Ａを有し、左右方向から見て略８の字状を呈する。フレーム２は、そのくびれ部２Ａにおいて上下に分割されており、別体の上部フレーム２１と下部フレーム２２とから構成されている。上部フレーム２１および下部フレーム２２は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）で構成されている。上部フレーム２１と下部フレーム２２とは、後述する上部荷重センサ６を介して連結されている（図３参照）。

図２および図３に示されているように、下部フレーム２２は、上部開口部３１および下部開口部３２を有して筒状に形成されている。下部フレーム２２の内部には、走行ユニット３が収容される。下部フレーム２２の左右の側壁３３には、下部開口部３２に連続する略半円状の切欠部３６Ｌ，３６Ｒがそれぞれ形成されている。下部フレーム２２の左右の側壁３３における上部開口部３１付近の内壁には、電装ユニット１１を支持するための一対の金属製のブラケット５３がそれぞれ接着されている。図１および図２に示されているように、下部フレーム２２の前部には、ＬＥＤからなる警告灯４０１が取り付けられている。

図１に示されているように、上部フレーム２１は、中央部に左右方向に貫通するサドル格納部２４を形成するように環状に形成され、その環状部分が中空に形成されている。上部フレーム２１の下端部には、下方に向けて開口する下部開口部２５が形成されており、環状部分の内部空間と外部とが連通している。また、図３に示されているように、サドル格納部２４の下壁部分であって下部開口部２５の上方に位置する部分には、サドル格納部２４から下方に向けて凹設された接続凹部２９が形成されており、接続凹部２９の底部の中央部には、貫通孔である連結孔３０が形成されている。また、サドル格納部２４の上壁部分には、環状部分の内部空間とサドル格納部２４とを連通するサドル取付孔２８が形成されている。

上部フレーム２１の上部に上部開口部２７が形成されており、上部開口部２７には着座ユニット４が設けられている。着座ユニット４は、環状部分の内部空間に固定されたベース本体６１と、基端がベース本体６１に回動自在に支持され、他端がサドル取付孔を通過して延出する左右一対のサドルアーム６２Ｌ，６２Ｒと、サドルアーム６２Ｌ，６２Ｒの先端に設けられた円盤状のサドル６３Ｌ，６３Ｒとを有している。サドルアーム６２Ｌ，６２Ｒは、左右方向に延在する使用位置（図１参照）と、上下方向に延在する格納位置（図２参照）との間で回動可能となっており、使用位置および格納位置において位置が保持されるようになっている。図１に示すように、サドルアーム６２Ｌ，６２Ｒが使用位置にある状態ではサドル６３Ｌ，６３Ｒの座面が上方を向き、搭乗者が着座可能となっている。図２に示すように、サドルアーム６２Ｌ，６２Ｒが格納位置にある状態ではサドル６３Ｌ，６３Ｒがサドル格納部２４を閉塞している。ベース本体６１の上壁部は、上部開口部２７を閉塞している。また、ベース本体６１の上壁部には、移動体１を持ち運ぶためのハンドル７１が設けられている。

図２および図３に示されているように、下部フレーム２２のブラケット５３Ｌ，５３Ｒ上には電装ユニット１１の骨格となる電装マウントフレーム２０２が取り付けられる。上部荷重センサ６は、センサ基盤を内蔵するボディ部２０５と、このボディ部２０５から上方に突出する入力軸２０６とを有し、ボディ部２０５において電装マウントフレーム２０２上に締結されている。入力軸２０６は、円柱状に形成され、検出する外力が入力される。入力軸２０６の外周には基端から先端にわたって雄ねじ溝が形成されており、その基端部には連結部材ベース２１０が螺着されている。電装マウントフレーム２０２の内部には、傾斜センサ７がねじによって締結されている。電装マウントフレーム２０２の下部には、制御ユニット５が取り付けられている。

図３に示されているように、下部フレーム２２と上部フレーム２１との連結は、上部荷重センサ６を介して行われる。上部荷重センサ６の入力軸２０６は、上部フレーム２１の連結孔３０を下方から上方に向けて貫通し、その先端部にナット３１４が螺着される。これにより、入力軸２０６に連結された連結部材ベース２１０の上面とナット３１４との間に上部フレーム２１の接続凹部２９の底部が挟持される。このようにして、上部フレーム２１と上部荷重センサ６の入力軸２０６とが連結される。

図４に示されているように、走行ユニット３は、支持部材としての左右一対のマウント部材８１Ｌ，８１Ｒと、左右一対のマウント部材８１Ｌ，８１Ｒにそれぞれ取り付けられた左右一対の電動モータ８２Ｌ，８２Ｒと、電動モータ８２Ｌ，８２Ｒの出力を減速して伝達する減速装置としての波動歯車装置８３Ｌ，８３Ｒと、マウント部材８１Ｌ，８１Ｒにそれぞれ回転自在に支持されるとともに波動歯車装置８３Ｌ，８３Ｒを介して電動モータ８２Ｌ，８２Ｒにそれぞれ回転させられる駆動体８４Ｌ，８４Ｒと、左右の駆動体８４Ｌ，８４Ｒによって回転させられる主輪８５とを備えている。

左右のマウント部材８１Ｌ，８１Ｒは、円筒状部材であって、左右方向における外端に径方向外側に延出するフランジ部９２Ｌ，９２Ｒを複数備えている。マウント部材８１Ｌの円筒部の内部には、電動モータ８２Ｌのハウジングが固定されている。

駆動体８４Ｌ，８４Ｒは円盤状のドライブディスク１２１Ｌ，１２１Ｒと、ドライブディスク１２１Ｌ，１２１Ｒの外周部に支持された複数のドライブローラ１２２Ｌ，１２２Ｒとを備えている。主輪８５は、角柱体により構成された無端円環状の環状体１６１と、環状体１６１の外周部にベアリングを介して回転可能に支持された複数の筒状のドリブンローラ１６４とにより構成されている。ドリブンローラ１６４とドライブローラ１２２Ｌ，１２２Ｒとは互いに接触し、ドリブンローラ１６４はドライブローラ１２２Ｌ，１２２Ｒから摩擦力を受けて駆動させられる。走行ユニット３は、電動モータ８２Ｌ，８２Ｒによって駆動体８４Ｌ，８４Ｒを回転させることで、ドリブンローラ７４を自身の中心軸線周りに回転（自転）させ、およびまたは主輪８５の周方向に回転（公転）させ、前後左右を含む平面上を全方向に推力を発生させる。

図２に示されているように、下部フレーム２２の左右の切欠部３６Ｌ，３６Ｒの外方には、ステップベース１８０Ｌ，１８０Ｒが取り付けられる。ステップベース１８０Ｌ，１８０Ｒには、ステップ１８３Ｌ，１８３Ｒが回動可能に支持されている。各ステップ１８３Ｌ，１８３Ｒは、基端部において概ね前後方向に延在する回動軸をもってステップベース１８０Ｌ，１８０Ｒに支持されており、その先端部が基端部の概ね上方に位置し、下部フレーム２２に概ね沿った状態となる格納位置と、その先端部が基端部の概ね左右方向に位置し、下部フレーム２２から突出した状態となる使用位置との間で回動可能となっている。

図２に示されているように、走行ユニット３は、その回転軸が左右方向と平行になるように下部フレーム２２の内部にその上半部が配置される。走行ユニット３は、ステップベース１８０Ｌ，１８０Ｒとの間に左右の切欠部３６Ｌ，３６Ｒの周縁部を挟み込むようにして、ステップベース１８０Ｌ，１８０Ｒにボルト締結され、下部フレーム２２に固定される。

図２に示されているように、下部フレーム２２の下端部には、走行ユニット３の下半部を路面との接地部位を除いて隠蔽するための下部カバー１８５が取り付けられる。また、下部フレーム２２の左右の側壁３３の外側面には、各ステップ１８３Ｌ，１８３Ｒを除いて各ステップベース１８０Ｌ，１８０Ｒを隠蔽するためのサイドカバー１８６Ｌ，１８６Ｒが取り付けられる。

図３に示されているように、バッテリユニット１０は前後に２つあり、各バッテリユニット１０は、複数個のセルを備えたバッテリ２８１と、１つのバッテリマネジメント基板２８２とを備えている。各バッテリマネジメント基板２８２は、ＣＰＵやメモリが設けられたマイクロコンピュータであり、バッテリマネジメント回路２８５（図５参照）を構成している。バッテリマネジメント回路２８５は、バッテリ残量検出部２８６を備え、各バッテリ２８１の電位に基づいて各バッテリの残量を算出するとともに、算出した各バッテリ２８１の残量（％）に基づいて走行ユニット３に給電するバッテリ２８１を選択する。

＜倒立振子制御系の構成＞
図５に示されているように、制御ユニット５は、電動モータ８２Ｌ，８２Ｒ等の制御に供される制御回路２６１と、バッテリ２８１から供給された電源電圧を所定の電圧に変換する電圧制御回路（図示しない）と、左電動モータ８２ＬのＰＷＭ制御に使用される左ドライバ回路（インバータ回路）２５３と、右電動モータ８２ＲのＰＷＭ制御に使用される左ドライバ回路２５４と、入力インターフェース回路２６５と、出力インターフェース回路２６６とを備えている。

制御回路２６１は、ＣＰＵや、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたマイクロコンピュータであり、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行する。図５に示されているように、制御回路２６１には、入力インターフェース回路２６５を介して、上部荷重センサ６、傾斜センサ７、ステップ荷重センサ８、ロータリエンコーダ９Ｌ，９Ｒ、バッテリマネジメント回路２８５からの信号が入力される。制御回路２６１は、倒立振子制御を行うものであって、入力される各種信号に基づいて、移動体１を倒立状態に維持すべく、左ドライバ回路２５３および右ドライバ回路２５４を駆動させるためのパルス信号を生成する。

上部荷重センサ６は入力軸２０６に入力される荷重に応じた信号を、ステップ荷重センサ８はステップ１８３Ｌ，１８３Ｒに加わる荷重に応じた信号を、傾斜センサ７は所定の基準線に対する自身の傾きに応じた信号を、左右のロータリエンコーダ９Ｌ，９Ｒはロータ軸９６Ｌ，９７Ｒの回転位置に応じた信号を、バッテリマネジメント回路２８５は、各バッテリの残量に応じた信号をそれぞれ制御回路２６１に出力する。

制御回路２６１は、傾斜角算出部３０１、全バッテリ残量算出部３０２、速度リミット設定部３０３、倒立振子制御部３０４、駆動禁止部３０５を備えている。

傾斜角算出部３０１は、傾斜センサ７からの信号に基づいて、移動体１の所定の軸線Ｂと鉛直軸線Ｃとのなす角度である傾斜角θを所定の演算処理により算出する。移動体１の軸線Ｂは、図６に示すように、左右方向から見て走行ユニット３の回転軸線Ａとサドル格納部２４の中心を通り、前後方向からみて左右対称に形成された移動体の中央を通るように設定されている。傾斜角θは、前後方向をｘ軸（前方向を正、後方向を負とする）、左右方向をｙ軸（右方向を正、左方向を負とする）、鉛直方向をｚ軸（上方向を正、下方向を負とする）とするｘｙｚ座標系を想定すると、ｘ軸方向への傾斜角である前後傾斜角θｘと、ｙ軸方向への傾斜角である左右傾斜角θｙとで表される。また、傾斜角算出部３０１は、傾斜角θを時間で微分することによって傾斜角速度ωを算出する。傾斜角速度ωは、ｘ軸方向への傾斜角速度である前後傾斜角速度ωｘと、ｙ軸方向への傾斜角速度である左右傾斜角速度ωｙとで表される。

全バッテリ残量算出部３０２は、バッテリマネジメント回路２８５から入力された各バッテリの残量に応じた信号に基づいて、全体としてのバッテリの残量である全バッテリ残量Ｂｔ（％）を算出する。

速度リミット設定部３０３は、全バッテリ残量算出部３０２が算出した全バッテリ残量Ｂｔに基づいて所定のマップを参照し、移動体１の速度リミットベース値Ｖｌ＿ｂ（ｋｍ／ｈ）を設定する。速度リミットベース値Ｖｌ＿ｂは、ｘ軸方向への速度リミットベース値である前後速度リミットベース値Ｖｌｘ＿ｂと、ｙ軸方向への速度リミットである左右速度リミットベース値Ｖｌｙ＿ｂとで表される。本実施形態では、全バッテリ残量Ｂｔが０〜５％の範囲で、速度リミット値Ｖｌの絶対値が全バッテリ残量Ｂｔに比例するようにマップで設定されている。マップの全バッテリ残量Ｂｔが５％より大きい範囲では、速度リミット値Ｖｌは任意の値であってよい。

速度リミット設定部３０３は、全バッテリ残量Ｂｔが５％より小さくなったときからの経過時間を計測し、経過時間に応じた補正値を設定する。本実施形態では、補正値は経過時間が増加するに伴って連続的に増加するように設定されている。補正値は、例えば１秒経過する毎に前後速度リミットベース値Ｖｌｘ＿ｂおよび左右速度リミットベース値Ｖｌｙ＿ｂの絶対値が１（ｋｍ／ｈ）低下するように設定されている。速度リミット設定部３０３は、前後速度リミットベース値Ｖｌｘ＿ｂおよび左右速度リミットベース値Ｖｌｙ＿ｂに補正値を減算することによって前後速度リミット値Ｖｌｘおよび左右速度リミット値Ｖｌｙを算出する。これにより、全バッテリ残量Ｂｔが５％より小さくなったときからの経過時間が長くなるほど速度リミット値Ｖｌの絶対値が小さくなる。

倒立振子制御部３０４は、傾斜角算出部３０１によって算出された前後傾斜角θｘおよび左右傾斜角θｙと、前後傾斜角速度ωｘおよび左右傾斜角速度ωｙとに基づいて所定の演算を行い、移動体１の目標速度ベース値Ｖｏｂｊ＿ｂを設定する。目標速度ベース値Ｖｏｂｊ＿ｂは、ｘ軸方向への速度である前後目標速度ベース値Ｖｏｂｊｘ＿ｂと、ｙ軸方向への速度である左右目標速度ベース値Ｖｏｂｊｙ＿ｂとで表される。そして、倒立振子制御部３０４は、設定した前後目標速度ベース値Ｖｏｂｊｘ＿ｂおよび左右目標速度ベース値Ｖｏｂｊｙ＿ｂと、速度リミット設定部３０３が設定した前後速度リミット値Ｖｌｘおよび左右速度リミット値Ｖｌｙとを比較し、絶対値が小さい方の値を移動体１の前後目標速度Ｖｏｂｊｘおよび左右目標速度Ｖｏｂｊｙとして設定する。

なお、倒立振子制御部３０４は、後述する駆動禁止部３０５から前後走行禁止信号を受けた場合には前後目標速度Ｖｏｂｊｘを０に設定し、左右走行禁止信号を受けた場合には左右目標速度Ｖｏｂｊｙを０に設定する。

そして、倒立振子制御部３０４は、前後傾斜角θｘおよび左右傾斜角θｙと、前後傾斜角速度ωｘおよび左右傾斜角速度ωｙと、前後目標速度Ｖｏｂｊｘおよび左右目標速度Ｖｏｂｊｙとに基づいて所定の演算を行い、左右の電動モータ８２Ｌ，８２Ｒの目標駆動量を設定する。

駆動禁止部３０５は、全バッテリ残量算出部３０２が算出した全バッテリ残量Ｂｔと、傾斜角算出部３０１によって算出された前後傾斜角θｘおよび左右傾斜角θｙと、倒立振子制御部３０４が設定した前後目標速度Ｖｏｂｊｘおよび左右目標速度Ｖｏｂｊｙとに基づいて、前後（ｘ軸）方向への走行を禁止する前後走行禁止信号および左右（ｙ軸）方向への走行を禁止する左右走行禁止信号を生成する。本実施形態では、駆動禁止部３０５は、全バッテリ残量Ｂｔが所定の閾値Ｂｓｈ（例えば、５％）より小さく、前後目標速度Ｖｏｂｊｘが所定の閾値Ｖｘｓｈ（例えば、０．５ｋｍ／ｈ）より小さく、前後傾斜角θｘが所定の閾値θｘｓｈ（例えば、５°）より小さい場合に前後走行禁止信号を生成し、全バッテリ残量Ｂｔが所定の閾値Ｂｓｈ（例えば、５％）より小さく、左右目標速度Ｖｏｂｊｙが閾値Ｖｙｓｈ（例えば、０．５ｋｍ／ｈ）より小さく、左右傾斜角θｙが所定の閾値θｙｓｈ（例えば、５°）より小さい場合に左右走行禁止信号を生成する。

次に、図７に示されているフロー図を参照して、制御回路２６１が行うバッテリ残量低下時の移動体１の停止手順について説明する。図７に示されている制御は、１０ｍｓ毎に行われる。最初に、駆動禁止部３０５は、全バッテリ残量Ｂｔが所定の閾値Ｂｓｈ（本実施形態では、５％）より小さいか否かを判定する（Ｓ１）。全バッテリ残量Ｂｔが閾値Ｂｓｈ以上である場合（Ｎｏ）はリターンに進み、全バッテリ残量Ｂｔが閾値Ｂｓｈより小さい場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ２に進む。

ステップＳ２〜Ｓ６では、移動体１の左右方向の走行を禁止する。ステップＳ２では、駆動禁止部３０５は、左右方向への走行が禁止されているか否か、すなわち既に左右走行禁止信号が生成されているか否かを判定する。判定がＹｅｓの場合にはステップＳ７に進み、Ｎｏの場合にはステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、駆動禁止部３０５は、左右目標速度Ｖｏｂｊｙの絶対値が閾値Ｖｙｓｈ（本実施形態では、０．５ｋｍ／ｈ）より小さいか否かを判定する。すなわち、左右方向への目標速度が十分に小さく、左右方向において概ね静止状態であるか否かを判定する。判定がＹｅｓの場合にはステップＳ４に進み、Ｎｏの場合にはステップＳ５で速度リミット設定部３０３が左右速度リミット値を経過時間に依存した補正値によって低下させた後、ステップＳ７に進む。

ステップＳ４では、駆動禁止部３０５は、左右傾斜角θｙの絶対値が所定の閾値θｙｓｈ（本実施形態では、５°）より小さいか否かを判定する。すなわち、左右方向への傾斜角θが十分に小さく、左右方向において移動体１が概ね直立状態であり、安定した姿勢であるか否かを判定する。判定がＹｅｓの場合にはステップＳ６に進み、判定がＮｏの場合にはステップＳ７に進む。ステップＳ６では、駆動禁止部３０５は左右走行禁止信号を生成して倒立振子制御部３０４に出力し、倒立振子制御部３０４は左右走行禁止信号に基づいて左右目標速度Ｖｏｂｊｙを０に設定する。これにより、移動体１の左右方向への移動が禁止される。以上のＳ２〜Ｓ６のステップによって、移動体１は、左右方向において概ね静止した状態となり、かつ傾斜角が小さく安定した状態で左右方向の移動が禁止される。

ステップＳ７〜Ｓ１１では、移動体１の前後方向の走行を禁止する。ステップＳ７では、駆動禁止部３０５は、前後方向への走行が禁止されているか否か、すなわち既に前後走行禁止信号が生成されているか否かを判定する。判定がＹｅｓの場合にはリターンに進み、Ｎｏの場合にはステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、駆動禁止部３０５は、前後目標速度Ｖｏｂｊｘの絶対値が閾値Ｖｘｓｈ（本実施形態では、０．５ｋｍ／ｈ）より小さいか否かを判定する。すなわち、前後方向への目標速度が十分に小さく、前後方向において概ね静止状態であるか否かを判定する。判定がＹｅｓの場合にはステップＳ９に進み、Ｎｏの場合にはステップＳ１０で速度リミット設定部３０３が前後速度リミット値を経過時間に依存した補正値によって低下させた後、リターンに進む。

ステップＳ９では、駆動禁止部３０５は、前後傾斜角θｘの絶対値が所定の閾値θｘｓｈ（本実施形態では、５°）より小さいか否かを判定する。すなわち、前後方向への傾斜角θが十分に小さく、前後方向において移動体１が概ね直立状態であり、安定した姿勢であるか否かを判定する。判定がＹｅｓの場合にはステップＳ１１に進み、判定がＮｏの場合にはリターンに進む。ステップＳ１１では、駆動禁止部３０５は前後走行禁止信号を生成して倒立振子制御部３０４に出力し、倒立振子制御部３０４は前後走行禁止信号に基づいて左右目標速度Ｖｏｂｊｘを０に設定する。これにより、移動体１の前後方向への移動が禁止される。以上のＳ７〜Ｓ１１のステップによって、移動体１は、前後方向において概ね静止した状態となり、かつ傾斜角が小さく安定した状態で前後方向の移動が禁止される。

＜実施形態の作用効果＞
実施形態に係る移動体１は、全バッテリ残量Ｂｔに応じて前後および左右方向の速度が制限されるため、搭乗者は移動体１の挙動からバッテリ２８１の残量が少ないことを認識することができる。そのため、搭乗者は移動体１からの降車準備や、自身の足で移動体１が倒れないように補助する等の動作やその準備をすることができる。また、バッテリの残量が０になって移動体１の制御が強制的に終了する前に、移動体１を直立状態に近い安定した姿勢で静止させるため、搭乗者は安全に移動体１から降車することができる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、全バッテリ残量Ｂｔが閾値Ｂｓｈより少なくなった場合に、下部フレーム２２の前面に設けられた警告灯４０１を発光させ、バッテリ２８１の残量が少ないことを搭乗者に知覚的に認識させてもよい。また、移動体１にスピーカを設け、全バッテリ残量Ｂｔが閾値Ｂｓｈより少なくなった場合に、警告音を発生させるようにしてもよい。実施形態中で示したバッテリ残量の閾値Ｂｓｈ（５％）や、目標速度の閾値Ｖｘｓｈ，Ｖｙｓｈ（０．５ｋｍ／ｈ）、傾斜角の閾値θｘｓｈ，θｙｓｈ（５°）等は例示であって適宜変更が可能である。また、本実施形態では、移動体１の所定の軸線Ｂと鉛直軸線Ｃとのなす角度である傾斜角θに基づいて判定を行ったが、移動体１を所定の基準傾斜角に傾斜させた状態に制御する場合には、基準傾斜角からの差に対して閾値を設定し、判定を行うようにしてもよい。

本実施形態では、全バッテリ残量が所定の閾値より低下し、目標速度が所定の閾値より低下し、傾斜角が所定の閾値より低下した際に走行を禁止するようにしたが、他の実施例においては、傾斜角が所定の閾値より低下するという条件は設けなくてもよい。

１…倒立振子型移動体、２…フレーム、３…走行ユニット、４…着座ユニット、５…倒立振子制御ユニット（倒立振子制御装置）、６…上部荷重センサ、７…傾斜センサ、８…ステップ荷重センサ、１０…バッテリユニット、１１…電装ユニット、２１…上部フレーム、２２…下部フレーム、２４…サドル格納部、８２Ｌ，８２Ｒ…電動モータ、８４Ｌ，８４Ｒ…駆動体、８５…主輪、２８１…バッテリ、２８５…バッテリマネジメント回路（バッテリ残量検出手段）、２８６…バッテリ残量検出部、３０１…傾斜角算出部、３０２…全バッテリ残量算出部、３０３…速度リミット設定部、３０４…倒立振子制御部、３０５…駆動禁止部

Claims (6)

1. 倒立振子移動体であって、
   フレームと、
   前記フレームの下部に設けられ、前記フレームを床面上において任意の方向に走行させるともに、前記フレームの姿勢制御に供される走行ユニットと、
   前記走行ユニットを駆動制御する倒立振子制御装置と、
   前記走行ユニットに給電するバッテリと、
   前記バッテリの残量を検出するバッテリ残量検出手段と
   を備え、
   前記倒立振子制御装置は、前記バッテリ残量検出手段によって検出されたバッテリ残量に基づいて、前記走行ユニットによる走行速度を制限することを特徴とする倒立振子型移動体。
2. 前記走行ユニットは、円盤状をなし、互いに対向するように設けられた左右一対の駆動体と、前記駆動体をそれぞれ回転させる左右一対のモータと、前記左右一対の駆動体の間に挟持されて前記駆動体によって回転させられる１つの主輪とを備えることを特徴とする、請求項１に記載の倒立振子型移動体。
3. 前記フレームは、前記走行ユニットが設けられた下部フレームと、前記下部フレームの上部に接続された上部フレームとを備え、
   前記上部フレームには、前記バッテリと搭乗者が着座するための着座ユニットとが設けられたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の倒立振子型移動体。
4. 前記倒立振子制御装置は、前記バッテリ残量が低下するに伴って、前記走行速度を低減させることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかの項に記載の倒立振子型移動体。
5. 前記倒立振子制御装置は、前記バッテリ残量が所定の閾値より低下した場合に、前記走行速度を０へと変化させることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかの項に記載の倒立振子型移動体。
6. 前記フレームの所定の軸線と鉛直軸線とのなす角度を傾斜角として検出する傾斜角検出手段を備え、
   前記倒立振子制御装置は、前記バッテリ残量が所定の閾値より低下した場合であって、当該倒立振子制御装置が前記走行ユニットを駆動制御するために算出した目標速度が所定の閾値より小さく、かつ前記フレームの所定の軸線と鉛直軸線とのなす角度が所定の閾値より小さい場合に、当該倒立振子型移動体の走行を禁止することを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかの項に記載の倒立振子型移動体。

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