JP2012507448A - 動的自己平衡車両を制御する装置および方法 - Google Patents

Abstract

表面上で積載物を輸送するための装置および方法が提供される。車両（１６００）は、筐体（１６０２）によって部分的に包囲された支持体（１６０４）を用いて積載物を支持する。２つの横方向に配置された接地要素（１６１０）は、筐体または支持体のうちの少なくとも１つに結合されている。電動駆動部は接地要素に結合されている。駆動部に結合されたコントローラは、車両の均衡を動的に制御するために、少なくとも車両の重心の位置に応じて駆動部の動作を支配する；筐体および／または支持体の結合により、これらは接地要素に対して移動することができ、これによって重心（１６４０）の位置を変化させることができる。

Description

本発明は、車両の制御に関し、具体的には、車両の移動を制御することに関する。

人間対象を輸送するための、様々な車両および方法が知られている。一般的に、そのような車両は静的安定性に依存しており、下層表面との接地部材の配置の予測される全ての条件の下での安定性のために設計されている。たとえば、自動車の重心に作用する重力ベクトルは自動車の車輪の接地点の間を通過し、自動車のサスペンションは、常時自動車を安定させるように、地面上の全ての車輪を維持する。しかしながら、さもなければ安定している車両を不安定にする条件（たとえば、速度の増加または減少、急カーブ、および急勾配）がある。

平衡車両としても知られている動的安定化車両は、車両が動作している間に車両の安定性を積極的に維持する制御システムを有するタイプの車両である。たとえば、横方向に配置された２つの車輪しか持たない車両において、制御システムは、車両の配向を連続的に検知し、安定性を維持するために必要な修正動作を決定し、修正動作を実行するようにホイールモータに命令することによって、車両の前後安定性を維持する。たとえば部品の故障または十分な力の欠如などを通じて、車両が安定性を維持する能力を喪失した場合には、人間対象は急激な平衡の欠落を経験する可能性がある。

安定したフットプリントを維持する車両にとって、操舵制御と車両の前進移動の制御との間の結合は、あまり関係がない。典型的な道路状況の下で、安定性は、カーブの間を通じてならびに加速および減速の間に地面と接触している車輪のおかげで維持される。しかし、横方向に配置された２つの車輪を備える平衡車両において、１つ以上の車輪に印加されるいかなるトルクも、車両の安定性に影響を及ぼす。

米国特許第５，８７１，０９１号明細書に示される自己平衡車両など、先行技術のシステムにおいて、個人用車両は自己推進式およびユーザ案内可能であってもよく、さらに、２つ以下の車輪が同時に接地しているときなど、前後または左右平面の一方または両方における安定化を伴ってもよい。この種の車両は、加速を含む車両の移動（直線およびカーブの両方）が、車両に乗っている対象によって引き起こされる車両の傾きによって部分的または完全に命令されるモードにおいて、操作されてもよい。いくつかのこのような車両は、参照によって本願に組み込まれる米国特許出願第０８／３８４，７０５号明細書に記載されている。

このような平衡車両は静的安定性を欠如している可能性がある。たとえば、先行技術による個人用輸送車が示されて全体として参照番号１８が付されている図１Ａを参照すると、対象１０は支持プラットフォーム１２上に立ち、プラットフォーム１２に取り付けられたハンドル１６上のグリップ１４を握持しており、この実施形態の車両１８がスクータと同じ方法で操作されてもよいようになっている。対象の傾きの結果としてプラットフォームの傾きが生じ、この結果として同様に車軸２２の周りの車輪２０にトルクを印加し、それによって車両の加速を生じさせるように、制御ループが設けられてもよい。しかし、車両１８は静的に不安定であり、そして、動的安定性を維持するための制御ループの動作の不存在のため、対象１０はもはや立ち姿勢で支持されることはなく、プラットフォーム１２から落下する可能性がある。別の先行技術による平衡車両が図１Ｂに示されて、全体として参照番号２４が付されている。個人用車両２４は、図１Ａの車両１８の特徴、すなわち対象１０およびプラットフォーム１２に取り付けられたハンドル１６上のグリップ１４を支持するための支持プラットフォーム１２を共有し、この実施形態の車両２４もまたスクータと同じ方法で操作されてもよいようになっている。図１Ｂは、車両２４は各々複数の車輪２８を有するクラスタ２６を有してもよいが、その一方で車両２４が静的に不安定なままであり、そして、動的安定性を維持するための制御ループの動作の不存在のため、対象１０はもはや立ち姿勢で支持されることはなく、プラットフォーム１２から落下する可能性があることを示す。

車両３０の立位の乗り手１０は、自身の両足をプラットフォーム上に置き、比較的広く平坦な経路３３において体重を前後に移動させる。この円弧を横断する重力および慣性に逆らうために必要とされるわずかな量の力は、平均的なユーザの筋肉の力および協調の範囲内に十分収まっている。車両および乗り手３５の重心は、乗り手が前方または後方に傾くにつれて、弓状に移動する。このような車両に座席が追加されると、上述のような重心の移動が不可能となり、重心を移動させるための代替機構が必要とされる。この機構は、乗り手が重力および慣性に逆らうことを可能にしながら、十分な移動範囲を提供する必要がある。

米国特許第５，８７１，０９１号明細書 米国特許出願第０８／３８４，７０５号明細書

一態様において、本発明は、表面上で積載物を輸送するための車両を特徴とする。車両は、積載物を支持するための支持体、および積載物を少なくとも部分的に包囲するための筐体を含む。車両はまた、筐体または支持体のうち少なくとも１つに結合された、２つの横方向に配置された接地要素（たとえば、車輪、軌道、ローラ、脚）も含む。車両はまた、接地要素に結合された駆動部も含む。車両はまた、車両の均衡を動的に制御するために少なくとも車両の重心の位置に応じて駆動部の動作を支配するために、駆動部に結合されたコントローラも含む。

いくつかの実施形態において、駆動部は、地面に沿って接地要素を推進させる。いくつかの実施形態において、筐体は支持体に結合されている。いくつかの実施形態において、車両は支持体および筐体を接地要素に結合する構造体を有し、この構造体が重心の位置の多様性を許容する。いくつかの実施形態において、重心の位置は、車両の前後、水平、および垂直平面のうちの１つ以上において変化する。いくつかの実施形態において、構造体は、筐体および支持体を接地要素に対して摺動させることが可能なレールを含む。いくつかの実施形態において、構造体は、支持体および筐体を接地要素に結合し、筐体および支持体を接地要素に対して旋回させることが可能な、旋回機構を含む。

いくつかの実施形態において、積載物は人間対象であって車両は入力装置を含み、人間対象が入力装置を押すかまたは引いて、人間対象、支持体、および筐体を接地要素に対して移動させることができる。

いくつかの実施形態において、車両は１つ以上（たとえば２つ）の４節リンクを含み、各４節リンクは、接地要素を支持体および筐体に結合し、筐体および支持体を接地要素に対して移動させることができる。いくつかの実施形態において、筐体は接地要素に結合されている。

いくつかの実施形態において、車両は支持体を筐体および接地要素に結合する構造体を含み、この構造体が重心の位置の多様性を許容する。いくつかの実施形態において、構造体は、支持体を筐体および接地要素に対して（たとえば前後に）摺動させることが可能なレールを含む。いくつかの実施形態において、構造体は、支持体を筐体および接地要素に結合し、支持体を筐体および接地要素に対して旋回させることが可能な、旋回機構を含む。

いくつかの実施形態において、車両は２つの４節リンクを含み、各４節リンクは、支持体を筐体および接地要素に結合し、支持体を接地要素に対して移動させることができる。いくつかの実施形態において、積載物は人間対象であって構造体は入力装置を含み、人間対象が入力装置に対して押すかまたは引いて、人間対象および支持体を筐体および接地要素に対して移動させることができる。

いくつかの実施形態において、車両は、接地要素に対する支持体、積載物、または筐体のうちの１つ以上の重心の位置を制御するアクチュエータを含む。いくつかの実施形態において、車両は、選択された操作モードに基づいて制御される。いくつかの実施形態において、操作モードは遠隔制御モードであるか、または積載物が人間対象であって操作モードは人間対象制御モードである。いくつかの実施形態において、積載物は、車両を減速させるために、車両に結合された足部材（たとえばプラットフォーム、支持体、または筐体）に圧力を印加する人間対象である。いくつかの実施形態において、人間対象は、車両を加速させるために、車両に結合された足部材に圧力を印加する。

いくつかの実施形態において、重心の位置を後方に移動させることで、車両の減速（たとえば最初に前方に移動している場合）を生じさせる。いくつかの実施形態において、重心の位置を後方に移動させることで、車両の加速（たとえば最初に停止しているかまたは後方に移動している場合）を生じさせる。いくつかの実施形態において、重心の位置を前方に移動させることで、車両の前方加速を生じさせる。いくつかの実施形態において、重心の位置を前方に移動させることで、最初に後方に移動しているときに、車両の減速を生じさせる。いくつかの実施形態において、車両は、車両を静的に安定させるために（たとえば動的に安定していないときなど）、車両上に位置する安定器接地要素を含む。いくつかの実施形態において、安定器接地要素は引き込み可能である。いくつかの実施形態において、安定器接地要素は、ａ）地面に接触する安定器接地要素、またはｂ）安定器接地要素と地面との間に印加される力、のうちの少なくとも１つを検出するためのセンサを含む。いくつかの実施形態において、安定器接地要素は、１つ以上の車輪、滑材、ボール、またはポストを含む。

いくつかの実施形態において、車両は、車両の重心の位置の変化を検出するための１つ以上のセンサを含む。いくつかの実施形態において、１つ以上のセンサは、力センサ、位置センサ、ピッチセンサ、またはピッチ・レート・センサのうちの１つ以上である。

いくつかの実施形態において、開始モードは車両の重心の位置の変化をきっかけに始動し、重心の位置の変化は、車両がもはや安定器接地要素によって安定化されないように、平衡車両の動的安定化を開始する。いくつかの実施形態において、安定器接地要素は車両の前に向かって位置し、重心の位置は、たとえば開始モードを始動するために、後方に移動する。いくつかの実施形態において、安定器接地要素は車両の後方に位置し、重心の位置は、たとえば開始モードを始動するために、前方に移動する。いくつかの実施形態において、閾値を超える車両の重心の位置の移動は、車両を減速させる停止モードを始動する。

いくつかの実施形態において、積載物は人間対象であって車両は入力装置を含み、人間対象が入力装置を前方に押すと車両が前方に向かって加速（または後方に向かって減速）し、人間対象が入力装置を後方に引くと車両が前方に向かって減速（または後方に向かって加速）するように、入力装置はリンクによって車両に結合されている。

いくつかの実施形態において、駆動部は、車両の均衡を動的に制御するために接地要素の回転を発生させるため、接地要素に動力を伝達する。いくつかの実施形態において、駆動部は電動駆動部である。いくつかの実施形態において、駆動部は、車両の均衡を動的に制御するために、接地要素を車両の前後に移動させる。

いくつかの実施形態において、車両は、車両を前後に推進する（たとえば接地要素の回転をひきおこす）ために、接地要素に動力を伝達するための第二駆動部を含む。いくつかの実施形態において、車両は、たとえば車両を前後に推進するために接地要素の回転を発生させるために接地要素に動力を伝達するための第二駆動部に結合された、内燃エンジン、ペダル、またはクランクを含む。

本発明は、別の態様において、車両を用いて表面上で積載物を輸送する方法を特徴とする。本方法は、支持体で積載物を支持すること、および支持体を筐体で少なくとも部分的に包囲することを、包含する。本方法はまた、車両の均衡を動的に制御するために車両の重心の位置に応じて駆動部の動作を制御することを包含し、ここで駆動部は、筐体または支持体のうちの少なくとも１つに結合された、２つの横方向に配置された接地要素に結合されている。

いくつかの実施形態において、伝達された動力は、車両の姿勢（たとえばピッチ）に対応する。いくつかの実施形態において、筐体は支持体に結合され、支持体および筐体は、車両の重心の位置を変化させるために、接地要素に対して移動する。いくつかの実施形態において、筐体は接地要素に結合され、支持体は、車両の重心の位置を変化させるために、筐体および接地要素に対して移動する。いくつかの実施形態において、支持体および筐体は、接地要素に対して摺動する。いくつかの実施形態において、支持体は筐体および接地要素に対して摺動する。いくつかの実施形態において、支持体および筐体は接地要素に対して旋回する。いくつかの実施形態において、支持体は筐体および接地要素に対して旋回する。

いくつかの実施形態において、本方法は、車両を減速させるために、車両に結合された足部材に圧力を印加することを包含する。いくつかの実施形態において、本方法は、平衡車両の減速を生じさせるために、重心の位置を後方に移動させることを包含する。いくつかの実施形態において、本方法は、平衡車両の加速を生じさせるために、重心の位置を前方に移動させることを包含する。いくつかの実施形態において、本方法は、平衡車両の加速を生じさせるために重心を後方に移動させることを包含する。いくつかの実施形態において、本方法は、車両上に位置する安定器接地要素を用いて平衡車両を安定させることを包含する。いくつかの実施形態において、本方法は、車両が動的に平衡しているときに、安定器接地要素を引き込むことを包含する。

いくつかの実施形態において、本方法は、車両に実装されたセンサが重心位置移動の変化を検出したときに開始モードを始動すること、および車両の動的安定化を開始することを、包含する。いくつかの実施形態において、本方法は、車両の動的安定化を開始するために、重心の位置を後方に移動させることを包含する。いくつかの実施形態において、本方法は、車両の動的安定化を開始するために、重心の位置を前方に移動することを包含する。いくつかの実施形態において、本方法は、閾値を超えて車両の重心の位置を移動させることによって車両の停止モードを始動すること、および平衡車両を減速させることを、包含する。

いくつかの実施形態において、本方法は、重心の位置を後方に移動させるために、プラットフォームまたは筐体のうち少なくとも１つに結合された足部材に圧力を印加することを、包含する。いくつかの実施形態において、接地要素に対する積載物の相対位置は、コントローラへの入力である。いくつかの実施形態において、入力は、車両の所望のピッチを変更することおよび車両の重心の位置を移動させることによって、命令された車両の加速または減速に加算されるかまたはそこから減算される。いくつかの実施形態において、入力は、車両の速度を制御するために使用される速度制限アルゴリズムの所望のピッチを変更する。

いくつかの実施形態において、本方法は、車両の均衡を動的に制御するために接地要素の回転を発生させるため、駆動部から接地要素に動力を伝達することを包含する。本方法はまた、車両の均衡を動的に制御するために、駆動部が接地要素を車両の前後に移動させることも、包含する。いくつかの実施形態において、本方法は、車両を前後に移動させるために接地要素の回転を発生させるため、第二駆動部から接地要素に動力を伝達することを包含する。

本発明は、別の態様において、表面上で積載物を輸送するための車両を特徴とする。車両は、積載物を支持するための支持体、および積載物を少なくとも部分的に包囲するための筐体を含む。車両はまた、筐体または支持体のうち少なくとも１つに結合された、２つの横方向に配置された接地要素も含む。車両はまた、接地要素に結合された駆動部も含む。車両はまた、車両の均衡を動的に制御するために少なくとも車両の重心の位置および／またはタイリングに対応して駆動部の動作を支配する手段も含む。

本発明は、別の態様において、表面上で積載物を輸送するための車両を特徴とする。車両は、積載物を支持するための支持体、および積載物を少なくとも部分的に包囲するための筐体を含む。車両はまた、筐体または支持体のうち少なくとも１つに結合された、２つの横方向に配置された接地要素も含む。車両はまた、接地要素に結合された第一駆動部も含む。車両はまた、車両の均衡を動的に制御するために接地要素を車両の前後に移動させるため、少なくとも車両の重心の位置に応じて第一駆動部の動作を支配するために、第一駆動部に結合されたコントローラも含む。車両はまた、車両を前後に推進するために接地要素に動力を伝達するため、接地要素に結合された第二駆動部も含む。

いくつかの実施形態において、車両は、接地要素に動力を伝達するために、第二駆動部に結合された内燃機関を含む。いくつかの実施形態において、車両は、車両の均衡を動的に制御するために車両の前後に移動するように第一駆動部から接地要素に命令させることを可能にする、接地要素に結合されたレールを含む。

本発明は、別の態様において、車両を用いて表面上で積載物を輸送する方法を特徴とする。本方法は、支持体で積載物を支持すること、および支持体を筐体で少なくとも部分的に包囲することを、包含する。本方法はまた、車両の均衡を動的に制御するために接地要素を車両の前後に移動させるため、車両の重心の位置に応じて、筐体または支持体のうちの少なくとも１つに結合された、第一駆動部の動作を制御することも、包含する。本方法はまた、車両を前後に推進するために接地要素に動力を伝達するため、２つの横方向に配置された接地要素に結合された第二駆動部の動作を制御することも、包含する。

本発明は、別の態様において、表面上で人間対象を輸送するための装置を特徴とする。装置は、均衡を取るための制御ループを有する動的平衡車両である。装置は、前後平面を定義するプラットフォームを含む。プラットフォームは、人間対象を含む積載物を支持する。１つ以上の車輪であってもよい接地モジュールが含まれる。接地部材はプラットフォームに動作可能に結合されている。装置および装置上のいかなる積荷も、接地部材に対して定義される重心を有する。装置は、支持体をさらに含む。支持体は、対象を支持するための座席であってもよく、支持体は、支持体の少なくとも一部の平行移動および回転によって前後平面において重心の位置の変化を許容するような方法で、プラットフォームに結合されている。支持体の少なくとも一部の平行移動および回転は、一実施形態において機械的に結合されている。

輸送装置は、接地モジュールに結合されて、重心の位置に対応するような方法で接地モジュールに動力を伝達する、駆動部をさらに含む。駆動部は、車両を平衡させるように、力を印加する。一実施形態において、支持体は、支持体の上方に位置する仮想支点の周りを回転する。支持体の構造により、支持体は円弧状またはその他の経路の周りで揺動することができる。

支持体は、４節リンクなどの機械的リンクを含んでもよい。一実施形態において、４節リンクの各節は、旋回軸にともに結合されている。座席を保持するために、構造体（たとえば、第五節）が含まれてもよい。構造体は、４節リンクの旋回軸のうちの１つに取り付けられている。別の実施形態において、構造体は、４節リンクの節のうちの１つに取り付けられている。一実施形態において、４節リンクは平行四辺形を形成し、車両のユーザが座席上で動いて重心を移動するにつれて形状を変化させる。

一実施形態において、装置は、運転者または積載物が存在するときに、駆動部を起動して制御ループをアクティブにさせるための、圧力センサを含む。圧力センサは起動のためにプラットフォーム内に配置されてもよく、あるいは圧力センサは座席内に配置されてもよい。さらに別の実施形態において、プラットフォームに結合された圧力センサに接触する機械的接触部が支持体に取り付けられている。

本発明の別の実施形態において、支持体は、摺動可能に実装された座席を含む。支持体は、座席を摺動させるために１つ以上のレールを含む。座席は、このような実施形態において、車両のピッチ軸の周りを回転可能である必要はないが、しかし車両を制御するためにユーザが重心を変化させることができるようにする。摺動座席の別の変形例において、摺動座席は車両のピッチ軸の周りを回転する。座席がレールに沿って摺動すると、機構が車両のピッチ軸の周りで座席を回転させる。一実施形態において、レールは、座席に結合された突起と係合して、こうして座席がレール上を転がる際に回転を発生させる、１つ以上のスプロケットを含む。別の実施形態において、支持体は、座席が１つ以上のレールに沿って摺動するのを補助する、１つ以上の滑車を含んでもよい。さらに別の実施形態において、座席は、摩擦面に乗る摩擦車に結合されている。

一実施形態において、支持体は、ユーザが体重を移動させるのに対応して支持体が揺動できるようにする、凸状半径基部を含む。凸状半径基部は、座席の運動とともに前後に平行移動する支点において、プラットフォームに結合されてもよい。別の実施形態において、凸状半径基部は、その凸面に沿って、異なる曲率半径を有してもよい。
特定の実施形態において、支持体は、摺動運動に抵抗して望ましくない制御システムの振動を減衰するためのダンパを含んでもよい。一実施形態において、支持体は好ましくは、支持体に力が印加されていないときに車両が実質的に静止したままになるように、定位置に戻る。このような実施形態において、制御ループが車両を平衡させる際に車両はまだわずかに動いていてもよい。

いくつかの実施形態において、コントローラは、駆動部または駆動部の一部のいずれかに結合されており、コントローラは、車両の傾斜角の変化に対応する制御ループの一部である。特定の実施形態において、座席は、共通旋回軸によってプラットフォームに結合されてもよい。別の実施形態において、座席は制御レバーに結合されてもよい。

本発明の上記の特徴は、以下の添付図面を参照して得られる、以下の詳細な説明を参照することによって、より容易に理解されるであろう。

図１Ａは、本発明の一実施形態が有利に採用されてもよいタイプの、先行技術による動的平衡車両の側面図である。 図１Ｂは、本発明の一実施形態が有利に採用されてもよいタイプの、さらなる先行技術による動的平衡車両の側面図である。 図２Ａは、弧を描いて回転するプラットフォームを有する、先行技術による動的平衡車両を示す図である。 図２Ｂは、弧を描いて回転するプラットフォームを有する、先行技術による動的平衡車両を示す図である。 図３は、座席を有する動的平衡車両を示す図である。 図３Ａは、座席が制御レバーに結合されている、動的平衡車両を示す図である。 図３Ｂは、座席が旋回軸によってプラットフォームに結合されている、動的平衡車両を示す図である。 図３Ｃは、座席が摺動可能に実装されている、動的平衡車両を示す図である。 図３Ｄは、座席を有する動的平衡車両を示す図である。 図４Ａは、４節リンク上に実装された動的平衡車両の座席を示す図である。 図４Ｂは、乗り手が後方に傾いて重心を後方向に移動させた場合に起こるであろう４節リンクの位置の１つを示す図である。 図４Ｃは、座席の平行移動および回転があるように４節リンクが揺動運動をシミュレートする様子を示す図である。 図４Ｄは、座席が平行移動および回転の両方を行っているときに直線を描いて平行移動する重心を示す図である。 図４Ｅは、１つ以上の節が可撓性である、平行移動および回転のための節リンク機構を示す図である。 図５Ａは、座席が旋回軸を通じて節に取り付けられている、動的平衡車両の一実施形態を示す図である。 図５Ｂは、滑車が回転の制御を補助する、支点の周りの摺動子に取り付けられた座席を示す一実施形態の図である。 図５Ｃは、少なくとも部分的に湾曲したレールの上に乗っている摺動子に結合されている座席を示す図である。 図５Ｄは、座席が平行移動および回転の両方を行う、摩擦車を含む軌道に結合された座席を示す図である。 図５Ｅは、プラットフォームのくぼみと係合することになる複数のピンを有する支持構造体を示す図である。 図６は、取り外し可能な揺動座席を備える動的平衡車両の一実施形態の側面図である。 図６Ａは、張力を受けている単純なケーブルを通じてプラットフォームに取り付けられた支持構造体を示す図である。 図６Ｂは、底部弓状面上およびプラットフォーム上にも一連の歯を含む支持構造体を示す図である。 図６Ｃは、支点の周りでプラットフォームに結合された支持構造体を示す図である。 図７Ａは、乗り手が座席に着座しているかのように座席が位置している、動的平衡車両に取り付けられることが可能な折り畳み座席を示す図である。 図７Ｂは、折り畳み座席上に着座している乗り手を示す図である。 図７Ｃは、乗り手が車両に乗車／下車しているときの折り畳み座席の位置を示す図である。 図７Ｄは、膝支持体を有する動的平衡車両の一実施形態を示す図である。 図８は、平行移動用および回転用の両方の機械的アクチュエータを含む支持構造体の一実施形態を示す図である。 図８Ａは、平行移動用および回転用の両方の機械的アクチュエータを含む支持構造体の一実施形態を示す図である。 図９は、本発明の具体例による、車両の三次元図である。 図１０は、本発明の具体例による、車両の安定性を動的に制御するための制御システムのブロック図である。 図１０Ａは、車両の接地要素に対する車両の重心の位置のブロック図である。 図１０Ｂは、車両の接地要素に対する図１０Ａの車両の重心の代替位置のブロック図である。 図１１Ａは、本発明の具体例による、車両の模式図である。 図１１Ｂは、本発明の具体例による、車両の模式図である。 図１１Ｃは、本発明の具体例による、車両の模式図である。 図１１Ｄは、本発明の具体例による、車両の模式図である。 図１２Ａは、本発明の具体例による、車両の模式図である。 図１２Ｂは、本発明の具体例による、車両の模式図である。 図１２Ｃは、本発明の具体例による、車両の模式図である。 図１２Ｄは、本発明の具体例による、車両の模式図である。 図１３Ａは、本発明の一実施形態による、車両の三次元図である。 図１３Ｂは、図１３Ａの車両の代替構成を示す図である。 図１４は、本発明の具体例による、車両の模式図である。

平衡車両が図３に示される。平衡車両は、図示される実施形態において、モータによって動力供給される一対の同軸車輪である、接地モジュール３２を含む。コントローラは、乗り手とともに車両を含むアセンブリの重心の変化に応じて制御信号を提供するために、モータに結合されている。乗り手１０が車両に乗ると、コントローラモジュールが重心３６の変化を検知し、制御ループを使用して前後平面４２の周りの重心３６への変化に基づいて、車輪３２への動力を制御する。重心３６が前方向に前方移動すると、車輪に動力が供給され、車両は前方へ移動する。乗り手の動きに対応して重心が後方向へ移動すると、車両は減速して、車両が後方向へ移動するように方向を転換する。重心の変化が検知されると、制御ループおよび車輪アクチュエータ（図示せず）の動作によって車両の１つ以上の車輪（またはその他の接地部材）にトルクが印加される。

車両のピッチもまた検知されて制御ループを補ってもよい。制御モジュールは、重心の位置の変化を検知するためのジャイロスコープを含む。図示される車両は、乗り手ならびに制御レバー１４および１６を支持するためのプラットフォーム１２を含む。左方向および右方向の傾きを検知するために適当な力変換器が設けられてもよく、検知された傾きの結果として左折および右折を生じるために、関連する制御が提供されてもよい。傾きはまた、近接センサを使用して検知されてもよい。同様に、この実施形態の車両は、対象がプラットフォーム１２に接触すると自動的に車両に動力を供給するようにスイッチが閉鎖されるような方法で、車両を作動するためにプラットフォーム１２上に位置する足（または力）作動スイッチを備えてもよい。この実施形態は、乗り手のための支持体３４、３８、４０をさらに含む；支持体は、乗り手が着座することができる座席３４を含んでもよい。
第一の実施形態において、座席３４は、図３Ａに示されるように、制御レバー１６に取り付けられている。乗り手１０はその後自分の体および推進力を使用して、車両および乗り手の組合せの重心を前方または後方向のいずれかに移動させる。別の実施形態において、座席３４は、図３Ｂに示されるように、支点４４を通じてプラットフォーム１２に取り付けられている。旋回軸は、旋回軸が前後方向にのみ移動する単純な旋回軸であってもよく、あるいは旋回軸は、座席がいずれの方向にも旋回するように共通旋回軸であってもよい。共通旋回軸の一例は、バネである。さらに、旋回軸は車輪の軸に沿ってプラットフォームに実装されてもよく、あるいは旋回軸は、プラットフォームの後縁に沿ってなど、その他の位置に実装されてもよい。

さらに別の実施形態において、座席は、図３Ｃに示されるように、座席３４がその上を摺動する１つ以上のレール４６を使用して、プラットフォームに取り付けられている。このような実施形態において、乗り手による座席３４の運動は、車両およびその積荷の重心の位置の変化を生じさせる。座席が前方向に移動する場合、センサはその結果生じる車両の傾斜を検知して、車両に前方向の速度を増加させる。座席が後方向に摺動する場合、車両３０はこれに応じて減速する。本発明の特定の実施形態において、バネなどのセンタリング機構が、旋回または摺動座席のいずれかと組み合わせられてもよく、そのため乗り手が車両から降りると車両が実質的に静止するように、座席が定位置に戻る。別の実施形態において、図３Ｄに示されるように、座席５０がプラットフォーム１２に取り付けられている。プラットフォームの座席およびリンク５２は、旋回軸を含まない。この実施形態の座席は、好ましくはプラットフォームの長さにわたって延在する。乗り手が車両に乗車して座席に着座しているとき、乗り手は座席の長さに沿って自身の体を摺動させることによって、重心を調整してもよい。

さらなる実施形態において、車両は、図４Ａに示されるように、制御レバーに取り付けられた、４節リンクなどの節リンク機構を含む。４節リンク機構もまた、４節リンクの共通支点の周りで４節リンクに結合された、またはリンクの節に結合された、別の節（座席ポスト）によって、座席に取り付けられている。４節リンク機構は、図４Ｃに示されるように、基礎プラットフォームの周りの揺り椅子と同様の揺動運動をシミュレートする円弧を描くように、座席が移動できるようにする。図４Ｂは、乗り手が重心を後方向に移動させながら後方に傾いた場合に起こるであろう４節リンク５５の位置の１つを示す。乗り手は、後方に移動するとともに後方に回転もし、この両方により、平行移動および回転が連結される。見方を変えると、４節リンクは仮想支点の周りで弧を描くように、座席が移動できるようにする。仮想支点は、座席の上方の点に位置することができる。別の実施形態において、仮想支点は座席の下方に位置してもよい。座席３４は平行移動および回転の両方を行うので、重心３５は、図４Ｄに示されるように、前後平面において直線上を移動する。

別の実施形態において、重心は直線上を移動する必要はなく、重心の位置は異なってもよい。座席の運動により、乗り手は、図３Ａ〜３Ｄについて上記で論じられた座席とは異なる経験をする。この実施形態において、座席が自動的に戻る位置は存在しない。このため、重心を移動させるために必要とされるエネルギー量に関して、ピークまたは井戸というものは存在しない。この実施形態において、図３Ａ〜３Ｃに示される単純および共通旋回軸の場合と同様に、車軸に対する重心の位置を維持するために、腕の力は必要とされない。これにより、ピッチ制御が容易になり、車両が実質的に静止するように車両の車軸の上方に重心位置を見つける乗り手の能力も可能になる。仮想旋回機構は、着座した乗り手に、立位の乗り手が有するのと同じ動的平衡車両上の経験を有することができるようにする。

図４Ａ〜４Ｅに関して記載されるバージョンの車両において、制御レバーは、制御レバーから延在する一対のハンドグリップによって、乗り手によって保持される。乗り手が座席に着座すると、座席は前後平面の周りを移動することができ、乗り手が動くと座席は移動および回転し、こうして重心を変化させる。

上に示された実施形態は回転および平行移動の組合せを提供するリンク機構を有しているが、たとえば、ただしこれらに限定されないが、その他の構造およびシステムが、図５Ａ〜Ｅおよび図６、６Ａ、６Ｂ、および６Ｃに示されるものなど、この機能を提供するように設計されることも可能であり、本発明は機械的リンクに限定されると意図されるものではない。

さらなる実施形態において、４節リンクは、曲がることが可能な非合成部材を含む。たとえば、図４Ｅは、部材ＢおよびＣがそれぞれ曲がり、部材Ｄが、部材ＢおよびＣのプラットフォームＡへの結合と同様に剛性である、支持構造体を示す。この実施形態において、部材ＢおよびＣは、２つの部材が内側に傾いて部材Ｄに当たるように示されている。乗り手によって部材Ｄを通じて座席に前後方向の力が与えられると、部材ＢおよびＣが曲がり、座席の上方に位置する仮想支点を中心とする揺動運動において座席が移動する。部材ＢおよびＣの運動は、点線によって図４Ｅに示される。このように、座席を支持する部材Ｄは平行移動および回転の両方を行う。さらに、リンクが旋回および曲がりの両方を行うように、このような実施形態には旋回軸が含まれてもよい。たとえば、旋回軸は、図示されるように部材Ｄが部材ＢおよびＣと接触する点に配置されてもよい。さらに別の変形例において、部材ＢおよびＣは内向きに傾くよりむしろこのように位置してもよく、２つの部材は外向きに傾く。このタイプの実施形態において、座席は揺り椅子とそっくりに移動する。乗り手が前方向に傾くと、座席は前方向に平行移動して、座席の最前部が座席の最後部よりも低くなるように、座席が回転する。これは、乗り手が座席を前方向に平行移動させると座席の最前部が座席の最後部に比較して高くなるように座席が回転する、図４Ｅに示される実施形態とは異なる。

図５Ａ〜５Ｅの各々は、平行移動および回転の両方が連結された、異なる実施形態を示す。図５Ａにおいて、座席３４は旋回軸６０を通じて節５８に取り付けられている。座席は、スプロケット６４と一致する円弧を描くように形成された、一連の突起６２をさらに含む。スプロケット６４は、節５８に取り付けられており、軸６６の周りを回転することができる。節は、中心軸６９の周りを回転することが可能な、第二スプロケット６７を含む。スプロケット６４、６７は各々、スプロケット６４、６７と一致する突起７２を含むストリップ／軌道７０上に位置する。車両のユーザが前後方向に座席を移動すると、円弧状に形成されて座席と結合している突起６２のため、座席は平行移動および回転を行う。別の実施形態において、座席が摺動する軌道は、異なるプロファイルを有してもよい。たとえば、軌道は凸状、凹状であってもよく、あるいはその長さにわたって変化するプロファイルを有してもよい。軌道が変化するプロファイルを有する場合、乗り手は軌道の特定の部分に沿って座席を移動させるために、より大きい力を印加する必要がある。このため、重心の経路を形作るために異なる軌道プロファイルが採用されてもよく、重心は直線上を移動する必要がない。

図５Ｂにおいて、座席３４は支点７６の周りで摺動子７５に取り付けられている。摺動子はレール７８に適合し、摺動子７５はレール７８上を摺動することができる。座席の摺動子には、少なくとも２つの滑車７９、８０が取り付けられている。滑車７９、８０は、摺動子の周りで座席の対向する両端に向かって位置している。１つ以上のワイヤまたはケーブル８１が、座席、およびレールなどの車両の固定部に取り付けられている。ケーブル８１は、滑車８０、７９と係合する。座席が乗り手によって前後方向に摺動すると、滑車はケーブルの張力の変化によって座席を傾斜させる。ケーブルは、レールのいずれかの末端８５、８６、または車両のその他の部品に結合され、対向する両端８３、８４において座席にも結合されている。図示される実施形態において、２つの異なるケーブルがあり、そのうちの１つはレール末端８６から滑車７９を超えて伸びて８４で座席に取り付けられる。第二のケーブルは、８３で座席に取り付けられ、滑車８０を超えて、レール末端８５に取り付けられる。座席が後方向に移動すると、後方向の座席の縁が回転して低くなる。同様に、座席が乗り手によって前方向に移動すると、座席の最前部が回転して低くなる。

図５Ｃにおいて、座席は支点８８の周りで摺動子８７に結合されている。摺動子８７は、レール８９上に位置し、前後方向に摺動する座席を提供する。座席はまた、各々がそこに実装された２つの車輪９０を有する、２つの延伸部３４Ａ、３４Ｂも含む。各組の車輪の間は、軌道の各末端に円弧８９Ａ、８９Ｂを含む、直線軌道である。座席が前後いずれかの方向に摺動すると、車輪が円弧に沿って転がり、支点の周りで座席を傾斜させる。軌道の中心部分がそれ自体湾曲して、中心と比較して両端の方がより大きい曲率半径を有するように、軌道が変動曲率を有することが、想像され得る。

図５Ｄにおいて、座席３４は軌道２００に乗っている。座席３４は、旋回軸２２０によってトランスミッション２１０に結合されている。トランスミッションは、一対の摩擦車２２５、２３０に結合されている。この実施形態において、座席３４の平行移動は、座席の回転と直接的に連結している。座席が乗り手によって移動され、摩擦車が軌道に沿って回転すると、座席もまた回転する。図示される実施形態において、車輪は、座席を回転させる旋回よりも大きく回転する。したがってトランスミッションは、摩擦車のわずかな回転で、座席を旋回／回転させる。図５Ａ〜５Ｄに示される軌道の全てがプラットフォームと同じ長さであるか、または前後方向でプラットフォームの長さを超えて延在するか、またはプラットフォームの長さよりも短くてもよいことは、理解されるべきである。支持構造体はまた、適切な座面高で軌道を維持するための機構も含むことになる。たとえば、軌道は制御レバーに実装されてもよく、またはプラットフォームに結合された自身の実装構造体上に位置してもよい。たとえば、実装構造体はシャフトであってもよい。

図６は、取り外し可能な揺動座席を備える動的平衡車両の一実施形態の側面図を示す。揺動座席は支持構造体９５を含む。支持構造体の底部はプラットフォームに接触し、座席３４を揺動させることができる円弧９７のような形状である。支持構造体９５の円弧型下部部材９７は、移動接点を通じてプラットフォーム１２に結合されている。円弧型部材９７は、この実施形態で前後平面において均等に回転する。別の実施形態においてであるが、回転は前後いずれかの方向に限定されてもよい。支持構造体はまた、一対のレールを通じてプラットフォームに結合されてもよい。この実施形態において、支持構造体はレール上に位置するので、レールは、支持構造体が前後平面以外のいずれかの平面において移動するのを制約する機構を含む。このような実施形態において、支持構造体の円弧型の下部は、接点においてプラットフォームに結合されていない。このような実施形態において、円弧型部材は、一連のレールまたは車輪の上を転がってもよい。別の実施形態において、支持構造体は、支持構造体を通じて延在し、支持構造体の片側のレールによって包囲されている、案内ピンを含んでもよい。このような実施形態において、座席は、座席の上方にある仮想旋回軸の周りを前後方向に揺動することができる。仮想支点は座席の上方にある必要はなく、特定の実施形態において、仮想支点がたとえば座席の下方に存在してもよいことは、理解されるべきである。

円弧状に形成された支持構造体の下面が半径をいくつ有してもよいことは、認識されるべきである。たとえば、支持構造体がその中心部の周りを揺動する際には、そこでの平行移動の各単位が回転度に比例するが、しかし支持構造体が縁に向かってさらに揺動すると、平行移動の各単位に対して回転度がより大きくなるように、下面は、縁においてより大きい曲率、およびその中心においてより小さい曲率を有してもよい。

別のバージョンにおいて、支持構造体１５０の下面は、図５Ｅに示されるように、円弧の両縁に２つのピン１６０、１６５を含む。支持構造体１７０が縁まで揺動すると、ピン１６０または１６５のうちの１つがプラットフォーム１２のくぼみ１６０Ａまたは１６５Ａと係合する。乗り手が同じ方向に傾き続けると、支持構造体がピン１６０または１６５の周りを回転する。このため、この実施形態では、平行移動と回転との間に２つの異なる比率が存在する。支持構造体１７０が円弧の周りを揺動すると、ピンがプラットフォームのくぼみに係合するときに平行移動のない回転があるピン１６０または１６５の周りの運動と比較して、平行移動の各単位に対して、回転がより小さい。

支持構造体が下面として円弧を有する図６の実施形態は、多くの方法のうちのいずれか１つによって、プラットフォームに結合されてもよい。たとえば、重力が支持構造体をプラットフォーム１２上に保持してもよい。さらに、プラットフォーム表面および支持構造体の底面は、摩擦係数の高い材料で形成されてもよい。別の実施形態において、図６Ａに示されるように、支持構造体３００は、張力を受けている単純ケーブル３１０（バネ３１０Ａを含む）を通じてプラットフォーム１２に取り付けられてもよい。この実施形態において、支持構造体が底面３００Ａの円弧の周りを揺動すると、バネ３１０Ａが伸長し、このため図示されるように中心位置に支持構造体３００を戻す復元力が生じる。図６Ｂに示されるように、支持構造体４００は、底部弓状面４００Ａ上に一連の歯４１０を含んでもよく、プラットフォーム１２は底面と噛み合う一連の歯４２０を含んでもよい。支持構造体が揺動すると、底面およびプラットフォームの歯が噛み合う。

図６Ｃにおいて、支持構造体５００は、支点５１０の周りでプラットフォーム１２に結合されている。旋回軸５１０は、プラットフォームを通じて下方に延在し、この実施形態においては一対の車輪５３０に乗っている、部材５２０に結合されている。この実施形態において、部材５２０は剛性である。乗り手によって支持構造体５００に対して前後方向に力が印加されると、支持構造体５００は平行移動し、車輪５３０が図示されるようにプラットフォームの底側で回転する。支持構造体５００もまた、支持構造体のアーチ状底側５００Ａのため、支点５１０の周りを回転する。この実施形態において、支持構造体５００は、起伏の多い地形上を含み、常にプラットフォームとの接触を維持する。繰り返しになるが、支持構造体をプラットフォームに結合するためのその他の機構が想定され得ること、および本発明が本明細書に示される実施形態によって限定されるべきではないことは、認識されるべきである。

一実施形態において、車両のプラットフォームは、乗り手が車両に乗車しているかまたは下車しているのを検知するための、１つ以上の圧力センサを含む。乗り手が車両に動力を供給して車両に乗車するとき、車両は平衡モードになる。重心の位置の変化を検知し、その変化に対して車両を移動させる制御ループが、動作状態になる。車両が座席を含む場合、乗り手の足がプラットフォームと接触しない可能性があり、乗り手がプラットフォームから足を離す可能性があるので、乗り手は圧力センサに乗らないかも知れない。この問題を克服するために、圧力センサなどのセンサが座席に含まれてもよい。別の実施形態において、乗り手が車両に乗車するときにプラットフォームと接触するために、リンクまたは管などの機械的装置が採用されてもよい。

支持構造体は、乗り手が車両により良く乗車／下車できるように、および衝撃吸収のためにも、折り畳みまたは圧縮するように設計されてもよい。たとえば図７Ａ〜Ｃは、先に記載された車両とともに採用されてもよい、折り畳み座席を示す。図７Ａにおいて、座席は全体が見えており、乗り手が座席に着座しているかのような位置にある。座席上に体重が乗ると、座席の側面がアコーディオンのように外向きに拡張する。図７Ｂは、座席に着座している乗り手を示す。図７Ｃは、乗り手１０が車両に乗車／下車しているときの座席の位置を示す。乗り手がすでに車両に乗っている場合、乗り手が立ち上がると座席３４がせり上がって折り畳まれ、支持構造体９２は内向きに収縮して支持体のサイズを減少させる。

座席用の支持構造体はまた、車両の前後平面に対して実質的に直交する平面内で側方運動を可能にするための機構も含んでもよい。車両は、側方運動を検知するためのセンサを含んでもよい。乗り手が右に傾くと左の車輪により大きい力が印加されて車両を右折させることができるように、センサは制御ループ内に結びつけられることが可能である。支持構造体の別の実施形態において、側方運動はセンサおよび制御ループに結びつけられなくてもよく、起伏の多い地形上で乗り手が容易に自身の体重を移動させることができるようにする機能を、単純に実行してもよい。

支持構造体はまた、乗り手と車両とのより確実な結合を可能にし、姿勢の優位性および／または部分的な身体支持を提供するために、図７Ｄに示されるような膝置き２９０も含んでもよい。

図８は、座席３４が平行移動および回転の両方を行う、別の実施形態を示す。平行移動および回転は、連結されていることが好ましい。この実施形態において、座席内に力センサ１２０がある。乗り手が座席３４上で体重を移動させると、力センサ１２０がこの変化を検知する。力の変化に基づいて、線形アクチュエータ１２５および回転アクチュエータ１３０の両方が連動する。力センサＢよりもＡにより重力がかかるように乗り手が体重を移動すると、線形アクチュエータ１２５が前方向への座席の平行移動を生じさせる。さらに、座席の最前部が低くなり座席の最後部が上昇するように、回転アクチュエータ１３０によって座席が前方向に回転させられる。図示される実施形態はまた、垂直方向の線形運動を提供する線形アクチュエータ１３５も含む。このアクチュエータ１３５は、車両との係合および分離をより容易にする。この実施形態において、平行移動および回転の両方が、機械的アクチュエータによって制御される。座席の平行移動および回転を提供するために機械的アクチュエータを使用することで、乗り手が座席の位置を手動で移動させ、自身の力で体重を大いに移動し、自身の筋力を利用して、前または後方向のいずれかの傾きの位置を維持する必要がある、より単純な機械設計と比較すると、より少ない体力能力を有する個人を補助する。

図９は、本発明の具体例による、車両１１００の三次元図である。人間対象（図示せず）が、少なくとも部分的に人間対象を包囲する筐体１１０４内の支持体１１０２上に座る。車両１１００は、少なくとも２つの接地要素１１０８、１１１０を含む。２つの接地要素１１０８、１１１０は、プラットフォーム１１０６に結合されている。接地要素１１０８は、接地要素１１１０の横方向に設けられている。接地要素は各々が車軸１１１４の周りを回転し、少なくとも１つの駆動部１１１６（たとえば電動駆動部）によって動力供給される。コントローラ（１１６０）は、車両の配向（たとえばピッチ）および車両１１００の重心１１１２の位置の変化に反応して制御信号を提供するために、駆動部１１１６に結合されている。

接地要素１１０８および１１１０は、本発明のこの実施形態において、車輪である。本明細書で使用される用語として、接地要素（たとえば接地要素１１０８および１１１０）は、車輪、または下層表面に対して車両を支持し、車両の移動および／または均衡を制御する、その他のいかなる構造であってもよい。いくつかの実施形態において、車両の１つ以上の接地要素は、軌道、ローラ、ボール、弓状要素、または脚である。

人間対象が車両１１００に乗車すると、コントローラ１１６０が制御ループを実行して、前後平面における重心１１１２の位置の変化から生じ得る車両１１００の配向の変化を検知し、そして重心１１１２の位置に対する変化に基づいて、接地要素１１０８および１１１０に供給される動力を制御する。車両１１１０の配向の変化および重心１１１２の位置の変化に反応して、車両１１００を動的に安定させるために、接地要素１１０８および１１１０にトルクが印加される。

一実施形態において、重心１１１２の位置が前方向に（負のＸ軸方向に向かって）移動すると、駆動部１１１６が、車両１１００を前方向に（負のＸ軸方向に向かって）移動させるのに十分な動力を、２つの接地要素１１０８、１１１０に供給する。重心１１１２が後方向に（正のＸ軸方向に向かって）移動すると、駆動部１１１６は、車両１１００を減速させて、車両１１００が後方に（正のＸ軸方向に向かって）移動するように、方向を転換させるのに十分な動力を、２つの接地要素１１０８、１１１０に供給する。いくつかの実施形態において、重心１１１２の位置が横方向に（正または負のＺ軸に沿って）移動すると、駆動部品１１１６は、車両１１００を左折または右折させるのに十分な動力を、２つの接地要素１１０８、１１１０に供給する。右折するために、左側の接地要素により大きな動力が印加されてもよい。いくつかの実施形態において、右折するためには右側の接地要素により小さい動力が供給される。いくつかの実施形態において、右折するためには左側の接地要素により大きな動力が供給され、右側の接地要素により小さい動力が供給される。

車両１１００のピッチ（車両１１００の車軸１１１４についての車両１１００の角度配向）もまた、制御ループにおいて検知および補償されてもよい。コントローラは、重心１１１２の位置の変化から生じる可能性のある車両１１００の配向を検知するための、ジャイロスコープを含む。左方向および右方向の傾きを検知するために適切な力変換器が設けられてもよく、検知された傾きの結果として左折および右折を生じるために、関連する制御が提供されてもよい。傾きはまた、近接センサを使用して検知されてもよい。同様に、この実施形態の車両は、対象がプラットフォーム１１０６に接触すると自動的に車両１１００に動力を供給するようにスイッチが閉鎖されるような方法で、車両１１００を作動するために、たとえばプラットフォーム１１０６または支持体１１０２上に位置する、足（または力）作動スイッチを備えてもよい。

別の実施形態において、重心１１１２が前方向に（負のＸ軸方向に向かって）移動すると、駆動部１１１６が、車両１１００を後方向に（正のＸ軸方向に向かって）移動させるのに十分な動力を、２つの接地要素１１０８、１１１０に供給する。重心１１１２が後方向に（正のＸ軸方向に向かって）移動すると、駆動部１１１６は、車両１１００を減速させて、車両１１００が前方に（負のＸ軸方向に向かって）移動するように方向を転換させるのに十分な動力を、２つの接地要素１１０８、１１１０に供給する。

車両１１００のピッチ変動は、ピッチの変化に反応するよりむしろ重心１１１２の位置の変化に基づいて車両１１００が動的に安定しているときの動作中に、減少する。これはまた、車両１１００が加速および／または減速命令に応答するのにかかる時間も短縮する。車両１１００は、接地要素１１０８および１１１０が地面に接触している場所の上で車両１１００の重心１１１２の位置を復元することによって、加速および／または減速する。車両１１００がピッチの変化に反応して加速および／または減速される場合、車両１１００のコントローラは、まず定常状態位置に対する重心１１１２の位置の変化を誘発し、その後、接地要素が地面に接触する場所の上に重心１１１２を配置するような方法で接地要素１１０８および１１１０を操作するように、駆動部１１１６に命令する。定常状態位置に戻る重心１１１２の位置の変化を誘発するために必要とされる時間は、重心の位置の変化に応える加速および／または減速と比較したときの、車両１１００が加速および／または減速命令に応える時間遅延である。重心１１１２の位置の変化は加速および／または減速命令に受け継がれているので、車両１１００は、重心１１１２の位置の定常状態からの変化を誘発する必要はない。加速および／または減速命令は、加速および／または減速が開始できるように、重心１１１２を正しい位置に配置するための車両１１００の配向の変化を必要とする。

図１０は、本発明の具体例による、車両（たとえば図９において先に論じられた車両１１００）の安定性を動的に制御するための制御システム１２００のブロック図である。コントローラ１２０２が、センサモジュール１２０４から、車両の重心（たとえば図９において先に論じられた重心１１１２）の位置の入力特性を受信する。少なくともセンサモジュール１２０４によって提供された重心の位置に基づいて、コントローラ１２０２は、左電動駆動部１２０６または右電動駆動部１２０８のうちの少なくとも１つのトルクＴ（たとえば、対応する接地要素に印加されるトルク）を命令する。

図１０Ａおよび１０Ｂは、本発明の具体例による、車両１２３０の重心１２２２の位置の車両１２３０の動作に対する影響を示すブロック図である。車両１２３０は、総質量Ｍ₂（Ｍ₂ｇの重量）を有する。積載物および車両１２３０の一部の質量は、重心１２２２の質量に対応するＭ₁（Ｍ₁ｇの重量）として示される。２つの横方向に配置された接触要素１２２０の質量は、質量Ｍ₀（Ｍ₀ｇの重量）として示される。車両１２３０の重量は、以下のように表される：
Ｍ₂ｇ＝Ｍ₁ｇ＋Ｍ₀ｇ （数式１）
接地要素１２２０の位置に対してＸ軸方向に沿って移動することが可能な車両１２３０の部分は、重心１２２２によって表される。図１０Ａを参照すると、重心１２２２は、接地要素１２２０が地面に接触する場所１２３８の上方の初期場所１２３４に位置している。

図１０Ｂを参照すると、重心１２２２は、初期場所１２３４に対して負のＸ軸方向に沿って距離Ｌだけ離れた、場所１２４２に位置している。一実施形態において、重心１２２２は、人間対象が車両１２３０の重心の位置を移動させることによって（たとえば、図９に関連して本明細書に記載されたのと同様に）、場所１２４２に位置付けられる。（図１０の）センサモジュール１２０４は、重心１２２２の位置１２４２が変化するにつれて変化する、車両１２３０のピッチおよび車両１２３０の配向を、コントローラ１２０２に提供する。車両１２３０の均衡を維持するために上記の場所１２３８から重心１２２２が移動させられた方向に（たとえば、負のＸ軸方向に沿って前方に）接地要素１２２０を移動させるために、接地要素１２２０にトルク［Ｔ＝（Ｍ₁ｇ）（Ｌ）］を印加するために、コントローラ１２０２は左電導駆動部１２０６および右電導駆動部１２０８に信号を出力する。

車両１２３０の質量は、加速および減速性能を最大化するために、積載物と関連構造体（集合的に１２２２）および接地要素と関連構造体（集合的に１２２０）の間で有利に分散されることが可能である。一実施形態において、加速および減速性能を最大化するために、車両１２３０の移動部分を伴う（すなわち積載物および関連構造体１２２２を伴う）より大きい割合の総車両１２３０質量を配置することが、有利である。移動部分１２２２を伴うより大きい総車両１２３０質量を配置することで、より大きい質量が、車両１２３０の加速または減速に必要とされる運動命令の生成に貢献することができるようになる。しかし、より多くの総車両１２３０質量が接地要素および関連構造体１２２０とともに配置された場合、より大きい割合の質量が、車両１２３０が車両１２３０全体の一部として移動させる必要がある積荷となる。

コントローラ１２０２はまた、ユーザインターフェース１２１０および車輪回転センサ１２１２とも連絡している。ユーザインターフェース１２１０は、たとえば、車両の起動または停止、あるいは車両の異なる操作モードの始動（たとえば、図１３Ａおよび１３Ｂに関連して記載される操作モード）の制御を含むことができる。

センサモジュール１２０４は、車両の重心の位置の変化を判断するために、１つ以上の車両パラメータを検出する。一実施形態において、センサモジュール１２０４は、時間内の別の一瞬における重心の位置に対する、時間内の一瞬における重心の位置の変化を示す信号を、生成する。たとえば、バネに取り付けられた距離センサ、荷重センサ、傾斜計、ジャイロスコープ、触覚および／または角速度センサが、車両の重心の変化を判断するために使用され得る。その他のセンサ（たとえば、光学センサおよび／または磁気センサ）が採用されることも可能であり、したがってこれらは本発明の範囲に含まれる。

コントローラ１２０２は、重心の位置に基づいて、左電導駆動部１２０６および／または右電導駆動部１２１０によって印加されるトルク量を決定するための、制御アルゴリズムを含む。制御アルゴリズムは、たとえば、リアルタイムでの車両の設計の間に、車両の現在の操作モード、車両が経験した動作条件、ならびに人間対象の優先傾向に基づいて、構成されることが可能である。コントローラ１２０２は、たとえば制御ループを使用することによって、制御アルゴリズムを実行することができる。制御ループの動作は、電気機械工学の分野において周知であり、たとえば、参照によって本願に組み込まれる、Ｆｒａｓｅｒ ＆ Ｍｉｌｎｅ， Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ＩＥＥＥ Ｐｒｅｓｓ （１９９４）、特に第１１章の“Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ”に、まとめられている。

限定する意図はなく、一例として、制御アルゴリズムは以下の形態を取ることができる：
トルク命令＝Ｋ・（Ｃ＋Ｏ） （数式２）
ここで、Ｋは利得、Ｃは車両の重心の位置を定義するベクトル、そしてＯは補正値である。重心の位置Ｃは、所望の重心の位置から検知された重心の位置を引いた差として定義される誤差項の形態を取ることができる。所望の重心の位置は、たとえば、制御アルゴリズムにおける所定の定数であってもよい。あるいは、車両内の人間対象が、ユーザインターフェースを通じて重心の位置を設定することができる。この実施形態において、車両の始動時に、および車両を移動させる前に、人間対象は、センサモジュールから受信した入力に基づいて所望の重心の位置の決定を始動する、車両のスイッチを起動することができる。これにより、人間対象は、既知の重心の初期位置を獲得することができ、重心の位置の変化を生じるように、人間対象はこの位置から逸脱することができる。

利得Ｋは、所定の定数であってもよく、あるいはユーザインターフェース１２１０を通じて人間対象によって入力または調整されることが可能である。利得Ｋは、最も一般的には、利得と重心変位ベクトルの位置とのスカラー積として決定されるトルクを備える、ベクトルである。重心の位置の変化に対する車両の応答性は、Ｋによって支配され得る。たとえば、ベクトルＫの少なくとも１つの要素の規模の増加は、重心の位置の小さな変化の結果として大きなトルク命令を生じるという点において、人間対象により厳しい反応を認識させる。

補正値Ｏは、Ｃの直接的な影響に加えて、あるいはこれとは別に、左電導駆動部１２０６および右電導駆動部１２０８に印加されるトルクを支配するために、制御アルゴリズムに組み込まれることが可能である。このため、たとえば、人間対象はユーザインターフェース１２１０によって入力を提供することができ、入力は、たとえば重心の位置の変化と等しく、コントローラ１２０２によって処理される。

一実施形態において、操舵は、左電導駆動部１２０６に望まれるトルクと右電導駆動部１２０８に望まれるトルクとを別々に計算することによって、実現されることが可能である。さらに、左車輪運動および右車輪運動の両方を追跡することによって、制御技術分野の当業者には周知のように、望ましくない車両の転向を防止し、左電導駆動部１２０６と右電導駆動部１２０８との間の性能ばらつきを明らかにするために、調整を行うことができるようにする。

いくつかの実施形態において、重心の位置の変化は、前後平面および／または横平面内で検知される。横平面内で重心の位置の変化を検知することにより、横平面内の傾斜に対する安定性を確保する。このような実施形態において、重心の位置の横方向の変化は、抗傾斜機構を始動するか、さもなければ車両性能の動作を修正（たとえば１つ以上の接地要素に印加されるトルクを変更）するために、使用される。いくつかの実施形態において、重心の位置の横方向の変化は、車両に左折または右折するように命令するために使用される。

操舵は、少なくとも２つの横方向に配置された接地要素（たとえば左右の車輪）を有する一実施形態において、たとえば左右の接地要素に個別のモータを提供することによって、実現されてもよい。左のモータに望まれるトルクおよび右のモータに望まれるトルクは、別々に計算されることが可能である。さらに、接地要素回転センサ１２１２により左側接地要素の運動および右側接地要素の運動の両方を追跡することによって、制御技術分野の当業者には周知のように、望ましくない車両の転向を防止し、２つのモータ間の性能ばらつきを明らかにするために、調整を行うことができるようにする。いくつかの実施形態において、操舵感度は、たとえば高速での操舵を容易にするために、車両が低速のときには好感度に、車両が高速のときには低感度に調整される。

いくつかの実施形態において、制御システム１２００は、車両（たとえば、図９において先に論じられた車両１００）の速度を制限する。速度制限は、たとえば、車両の操作モードに関連づけられた最高速度（たとえば図１３Ａおよび図１３Ｂに関連して以下に論じられるとおり）、または人間対象からの入力に基づいて、設定されることが可能である。
一実施形態において、制御システム１２００は、車両のピッチを制御することによって車両の速度を規制する、速度制限アルゴリズムを含む。コントローラ１２０２は、重心の位置を移動させる車両のピッチを変化させる。重心の位置の変化は、重心がどの方向に移動したかに応じて、車両を加速または減速させる。速度制限アルゴリズムは、所望のピッチ角度Θ_Dを調整することによって、コントローラ１２０２に車両を加速または減速させる。システム１２００のピッチ制御ループは、所望のピッチ角度Θ_Dを達成することによって、システム１２００を制御する。

所望のピッチ角度Θ_Dの調整は、以下の関係に基づいて決定される：

（数式３）
ここで、Ｖ_速度制限は車両の現在の最高速度であり、Ｖ_cmは車両の速度であり、Ｋ２は車両の速度制限と車両の実際の速度との差に比例する利得であり、Ｋ３は積分速度誤差上の利得であって、これは車両の制限速度と車両の実際の速度との積分差であり、Ｋ４は車両の加速における利得であり、Ｋ１は、たとえば車両の重心の位置の関数となり得る、総合的に計算された所望のピッチにおける利得であり、そしてΘ_Dは所望のピッチ角度である。数式３における項Ａ、Ｂ、およびＣの累積効果は、速度制限を超過したときに、車両を後方に傾斜させて減速配向にすることである。所望のピッチ角度Θ_Dの値は、車両の速度を制御するための制御システム１２００において変化する。

一実施形態において、所望のピッチ角度Θ_Dは一定のままである（たとえば、車両は地平面に対して水平なままである）。所定の最大速度制限に達すると、制御システム１２００は、車両が最大速度制限を超過するのを防止するために、車両を減速するための値に所望のピッチ角度Θ_Dを設定することによって反応する。これは、車両の速度を低下させる、後方に傾斜するように車両に命令する制御システム１２００の効果を有する。

いくつかの実施形態において、制御システム１２００は、車両に減速するように命令する人間対象に依存するように構成されている。人間対象が重心の位置を後方に移動させたと制御システム１２００が判断すると、コントローラが利得Ｋ１の値を減少させる。利得Ｋ１の値を減少させることによって、制御システム１２００内のピッチ角度項（たとえば数式３によって支配される）は重視されなくなる。制御システム１２００がピッチ角度項を重視しないので、制御システム１２００は、車両に減速するように命令する人間対象が不在の場合ほど後方に傾斜するように車両に命令しない。いくつかの実施形態において、人間対象および支持体は、車両の速度が低下するにつれて、地面に対してより水平な配向に戻る。

図１１Ａは、本発明の具体例による、車両１３００の模式図である。車両１３００は、支持体１３０４に結合された筐体１３０２を含む。車両１３００はまた、プラットフォーム１３１２に結合された、少なくとも１つの接地要素１３１０も含む。接地要素１３１０は、プラットフォーム１３１２に結合された車軸１３１４の周りを回転する。いくつかの実施形態において、接地要素１３１０は車輪である。いくつかの実施形態において、車両１３００は、車両１３００に横方向の安定性を提供するのに役立つ、２つ以上の横方向に配置された接地要素１３１０を含む。いくつかの実施形態において、接地要素１３１０は、車軸１３１４の周りに設けられた車輪または弓状要素のクラスタである。車輪または弓状要素のクラスタは、車両１３００に横方向の安定性を提供するときに、車軸１３１４の周りを回転する。

構造体（レール１３１６およびレールガイド１３１８の組合せ）は、筐体１３０２および支持体１３０４をプラットフォーム１３１２および接地要素１３１０に結合する。筐体１３０２および支持体１３０４は、レール１３１６に結合されている。筐体１３０２、支持体１３０４、およびレール１３１６は、接地要素１３１０のプラットフォーム１３１２に結合されたレールガイド１３１８に対して摺動する。この実施形態において、人間対象（図示せず）は、車両１３００の重心１３４０の位置を変化させるために、入力装置１３０６を操作する。入力装置１３０６は、リンク１３０８に結合されている。リンク１３０８は支持体１３０４に結合されている。入力装置１３０６は、たとえば、操縦かん、ヨーク、操舵輪、またはハンドルバーであってもよい。

人間対象は入力装置１３０６を前方に（負のＸ軸方向に向かって）押し、これによって筐体１３０２および支持体１３０４を接地要素１３１０に対して前方に（負のＸ軸方向に向かって）移動させる。車両１３００の重心１３４０の位置は、筐体１３０２および支持体１３０４が前方に移動するのに応えて、前方に移動する。車両１３００の重心１３４０が前方に移動するのに応えて、接地要素１３１０によって前進トルクが発生する。人間対象は入力装置１３０６を後方に（正のＸ軸方向に沿って人間対象の身体に向かって）引き、これによって筐体１３０２および支持体１３０４を接地要素１３１０に対して後方に（正のＸ軸方向に向かって）移動させる。車両１３００の重心１３４０の位置は、筐体１３０２および支持体１３０４が後方に移動するのに応えて、後方に移動する。車両１３００の重心１３４０の位置が後方に移動するのに応えて、接地要素１３１０によって負のトルクが発生する。一実施形態において、車両１３００はプラットフォーム１３１２を有しておらず、レールガイド１３１６は、少なくとも１つの接地要素１３１０に取り付けられた構造体（たとえば、２つの横方向に配置された接地要素を結合する横棒）に結合されている。

いくつかの実施形態において、筐体１３０２、支持体１３０４、およびレール１３１６がレールガイド１３１８、プラットフォーム１３１２、および接地要素１３１０に対して前方または後方に摺動するとき、筐体１３０２、支持体１３０４、およびレール１３１６は地面に対して水平（または実質的に水平）なままである。代替実施形態において、筐体１３０２、支持体１３０４、およびレール１３１６がレールガイド１３１８、プラットフォーム１３１２、および接地要素１３１０に対して前方または後方に摺動するとき、筐体１３０２、支持体１３０４、およびレール１３１６は、地面に対して傾斜する。車両１３００は、筐体１３０２、支持体１３０４、およびレール１３１６が前方に摺動するときに筐体１３０２、支持体１３０４、およびレール１３１６が前方に傾斜するようになっているか、あるいは筐体１３０２、支持体１３０４、およびレール１３１６が前方に摺動するときに筐体１３０２、支持体１３０４、およびレール１３１６が後方に傾斜するようになっていてもよい。

いくつかの実施形態において、人間対象は、筐体１３０２、支持体１３０４、およびレール１３１６をレールガイド１３１８、プラットフォーム１３１２、および接地要素１３１０に対して移動させることなく、車両を前方または後方にそれぞれ移動させるために重心の位置を移動させるため、体重を前後に移動させる。

いくつかの実施形態において、リンク１３０８は、たとえば車両への特定のタイプの入力を強化するため、および／または人間対象の経験を強化するため、リンク１３０８の運動に剛性または減衰を提供する装置に、結合されている。いくつかの実施形態において、装置は、重心１３４０の位置が変化できる速度を制限する、リンク１３０８が移動できる速度を制限し、したがって車両１３００の速度の変化率を制限する。

いくつかの実施形態において、装置は、車両１３００の動作を制御するコントローラのピッチ制御ループおよび／または重心制御ループにおいて振動を低減するために、リンク１３０８の運動における振動を減衰する。装置が存在しないとき、たとえば人間対象が入力装置１３０６を押すかまたは引くことによってリンク１３０８において誘発される振動は、車両１３００のピッチおよび／または速度における振動を生じる。

いくつかの実施形態において、レール１３１６および／またはレールガイド１３１８は、たとえば外乱または車上擾乱のため、レール１３１６がレールガイド１３１８に対して位相がずれるほど移動するとき、車両１３００の速度が振動するのを防止するための、ダンパを含む。たとえば、車両１３００が隆起上を走行するとき、レール１３１６はレールガイド１３１８に対して移動してもよく、それによって車両１３００の重心１３４０の位置を移動させる。重心１３４０の位置の移動は、車両１３００を加速または減速させる。したがって、レール１３１６をレールガイド１３１８に結合するダンパは、さもなければ隆起によって誘発される高周波運動を減少させ、隆起による車両１３００の速度の変動を低減する。ダンパは、たとえば車両の重心１３４０の位置に対する変化を命令するために人間対象が入力装置１３０６を押すことによって導入される低周波運動は、減衰しない。いくつかの実施形態において、ダンパは、高周波振動またはインパルスを減衰するように構成されている。ダンパは、レール１３１６をレールガイド１３１８に結合する、機械的ダンパであってもよい。いくつかの実施形態において、ダンパは、コントローラ（たとえば先に論じられたコントローラ１２０２）において実現される減衰項である。

いくつかの実施形態において、車両１３００は、前後平面以外の平面内で重心１３４０の位置を変化させることができるようにする、追加機構を含む。一実施形態において、車両１３００は、横方向に（すなわちＺ軸方向に沿って）重心１３４０の位置を変化させることができるようにする、第二のレール／レールガイド対を含む。

代替実施形態において、車両１３００は、プラットフォーム１３１２に結合された足部材を含む。人間対象が足部材に対して押すと、支持体１３０４および筐体１３０２が、接地要素１３１０に対して後方に（正のＸ軸方向に沿って）移動する。筐体１３０２および支持体１３０４が後方に移動するのに応えて、車両１３００の重心１３４０が後方に移動する。車両１３００の重心１３４０が後方に移動するのに応えて、接地要素１３１０によって負のトルクが発生する。

図１１Ｂは、本発明の具体例による、車両１３００の模式図である。筐体１３０２は支持体１３０４に結合されている。少なくとも１つの接地要素１３１０は、プラットフォーム１３１２に結合されている。接地要素１３１０は、車軸１３１４の周りを回転する。この実施形態において、構造体（旋回部材１３２０）は、支持体１３０２および筐体１３０４をプラットフォーム１３１２および接地要素１３１０に結合する。筐体１３０２および支持体１３０４は、旋回部材１３２０の第一末端１３４８に位置する旋回機構１３２２を備える、旋回部材１３２０に結合されている。旋回部材１３２０は、旋回部材１３２０の第二末端１３４４でプラットフォーム１３１２に結合されている。筐体１３０２および支持体１３０４は、旋回機構１３２２の周りを旋回する。

この実施形態において、人間対象（図示せず）は支持体１３０４上に着座し、車両１３００の重心１３４０の位置を変化させるために入力装置１３０６を操作する。入力装置１３０６はリンク１３０８に結合されている。リンク１３０８は支持体１３０４に結合されている。人間対象は入力装置１３０６を前方に（負のＸ軸方向に向かって）押し、これによって筐体１３０２および支持体１３０４を旋回機構１３２２の周りで（Ｚ軸の周りで）旋回させ、筐体１３０２および支持体１３０４を接地要素１３１０に対して前方に（負のＸ軸方向に向かって）移動させる。車両１３００の重心１３４０の位置は、筐体１３０２および支持体１３０４が前方に移動するのに応えて、前方に移動する。車両１３００の重心１３４０の位置が前方に移動するのに応えて、接地要素１３１０によって前進トルクが発生する。

人間対象は入力装置１３０６を後方に（正のＸ軸方向に沿って人間対象の身体に向かって）引き、これによって筐体１３０２および支持体１３０４を旋回機構１３２２の周りで旋回させ、筐体１３０２および支持体１３０４を接地要素１３１０に対して後方に（正のＸ軸方向に向かって）移動させる。車両１３００の重心１３４０の位置は、筐体１３０２および支持体１３０４が後方に移動するのに応えて、後方に移動する。車両１３００の重心の位置が後方に移動するのに応えて、接地要素１３１０によって負のトルクが発生する。

いくつかの実施形態において、旋回機構１３２２は、２つ以上の自由度において、筐体１３０２および支持体１３０４の運動を可能にする。筐体１３０２および支持体１３０４は、Ｘ軸の周りも旋回する。筐体１３０２および支持体１３０４は、Ｚ軸（ピッチの変化）およびＸ軸（ロール角の変化）の両方の周りを回転する。いくつかの実施形態において、ロール角の変化は、車両１３００を左折または右折させる。いくつかの実施形態において、重心１３４０の位置は、３つの自由度において（すなわちＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に沿って）移動する。

図１１Ｃは、本発明の具体例による、車両１３００の模式図である。筐体１３０２は支持体１３０４に結合されている。少なくとも１つの接地要素１３１０は、プラットフォーム１３１２に結合されている。接地要素１３１０は、車軸１３１４の周りを回転する。筐体１３０２および支持体１３０４は、少なくとも１つの４節リンク１３２４（第一節１３２４ａおよび第二節１３２４ｂ）に結合されている。第一節１３２４ａの第一末端１３５２ａは支持体１３０４に結合されている。第一節１３２４ａの第二末端１３５６ａはプラットフォーム１３１２に結合されている。第二節１３２４ｂの第一末端１３５２ｂは支持体１３０４に結合されている。第二節１３２４ｂの第二末端１３５６ｂはプラットフォーム１３１２に結合されている。

筐体１３０２および支持体１３０４は、Ｘ−Ｙ平面内での接地要素１３１０の車軸１３１４の周りの４節リンク１３２４の回転によって定義される経路１３６０に沿って移動する。この実施形態において、人間対象（図示せず）は、車両１３００の重心１３４０の位置を変化させるために入力装置１３０６を操作する。入力装置１３０６はリンク１３０８に結合されている。リンク１３０８は支持体１３０４に結合されている。人間対象は入力装置１３０６を前方に（負のＸ軸方向に向かって）押し、これによって筐体１３０２および支持体１３０４を、４節リンク１３２４の回転によって定義される経路１３６０に沿って移動させ、筐体１３０２および支持体１３０４を接地要素１３１０に対して前方に（負のＸ軸方向に向かって）移動させる。車両１３００の重心１３４０の位置は、筐体１３０２および支持体１３０４が前方に移動するのに応えて、前方に移動する。車両１３００の重心１３４０の位置が前方に移動するのに応えて、接地要素１３１０によって前進トルクが発生する。

人間対象は入力装置１３０６を後方に（正のＸ軸方向に沿って人間対象の身体に向かって）引き、これによって筐体１３０２および支持体１３０４を、４節リンク１３２４の回転によって定義される経路１３６０に沿って移動させ、筐体１３０２および支持体１３０４を接地要素１３１０に対して後方に（正のＸ軸方向に向かって）移動させる。車両１３００の重心１３４０の位置は、筐体１３０２および支持体１３０４が後方に移動するのに応えて、後方に移動する。車両１３００の重心１３４０の位置が後方に移動するのに応えて、接地要素１３１０によって負のトルクが発生する。

いくつかの実施形態において、車両１３００は、２つの横方向に配置された接地要素を含む。車両はまた、２つの４節リンク（たとえば２つの４節リンク１３２４）も含む。各４節リンクは、図１１Ｃに関して記載されたのと同様に、２つの横方向に配置された接地要素のうちの１つに結合されている。

いくつかの実施形態において、１つ以上の４節リンクは可撓節である。可撓節は曲がって、たとえば筐体および支持体が経路（たとえば図１１Ｃの経路１３６０）に沿って移動できるようにする。

図１１Ｄは、本発明の具体例による、車両１３００の模式図である。筐体１３０２は支持体１３０４に結合されている。少なくとも１つの接地要素１３１０は、プラットフォーム１３１２に結合されている。接地要素１３１０は、車軸１３１４の周りを回転する。構造体（レール１３１６およびレールガイド１３１８の組合せ）は、筐体１３０２および支持体１３０４をプラットフォーム１３１２および接地要素１３１０に結合する。筐体１３０２および支持体１３０４は、レール１３１６に結合されている。レールガイド１３１８は、接地要素１３１０のプラットフォーム１３１２に結合されている。筐体１３０２、支持体１３０４、およびレール１３１６は、レールガイド１３１８に対して摺動する。

この実施形態において、人間対象（図示せず）は、車両１３００の重心１３４０の位置を変化させるために、入力装置１３０６を操作する。この実施形態は、リンク（たとえば図１３Ａ、１３Ｂ、および１３Ｃのリンク１３０８）が欠如している。人間対象は入力装置１３０６を後方に（正のＸ軸方向に沿って）引き、これによって筐体１３０２および支持体１３０４を接地要素１３１０に対して前方に（負のＸ軸方向に向かって）移動させる。車両１３００の重心１３４０の位置は、筐体１３０２および支持体１３０４が前方に移動するのに応えて、前方に移動する。車両１３００の重心１３４０の位置が前方に移動するのに応えて、接地要素１３１０によって前進トルクが発生する。人間対象は入力装置１３０６を前方に（負のＸ軸方向に沿って人間対象の身体から離れる方へ）押し、これによって筐体１３０２および支持体１３０４を接地要素１３１０に対して後方に（正のＸ軸方向に向かって）移動させる。車両１３００の重心１３４０の位置は、筐体１３０２および支持体１３０４が後方に移動するのに応えて、後方に移動する。車両１３００の重心１３４０の位置が後方に移動するのに応えて、接地要素１３１０によって後進トルクが発生する。

図１２Ａは、本発明の具体例による、車両１４００の模式図である。車両１４００は、プラットフォーム１４１２に結合された筐体１４０２を含む。車両１４００はまた、プラットフォーム１４１２に結合された、少なくとも１つの接地要素１４１０も含む。接地要素１４１０は、車軸１４１４の周りを回転する。構造体（レール１４１６およびレールガイド１４１８の組合せ）は、支持体１４０４を、プラットフォーム１４１２、筐体１４０２、および接地要素１４１０の組合せに結合する。支持体１４０４はレール１４１６に結合されている。支持体１４０４およびレール１４１６は、プラットフォーム１４１２に結合されたレールガイド１４１８に対して摺動する。いくつかの実施形態において、レールガイド１４１８は、代わりに筐体１４０２に結合されている。

この実施形態において、人間対象（図示せず）は、車両１４００の重心１４４０の位置を変化させるために、入力装置１４０６を操作する。入力装置１４０６は、リンク１４０８に結合されている。リンク１４０８は支持体１４０４に結合されている。人間対象は入力装置１４０６を前方に（負のＸ軸方向に向かって）押し、これによって支持体１４０４を筐体１４０２、プラットフォーム１４１２、および接地要素１４１０に対して前方に（負のＸ軸方向に向かって）移動させる。車両１４００の重心１４４０の位置は、支持体１４０４が前方に移動するのに応えて、前方に移動する。車両１４００の重心１４４０が前方に移動するのに応えて、接地要素１４１０によって前進トルクが発生する。人間対象は入力装置１４０６を後方に（正のＸ軸方向に沿って人間対象の身体に向かって）引き、これによって支持体１４０４を筐体１４０２、プラットフォーム１４１２、および接地要素１４１０に対して後方に（正のＸ軸方向に向かって）移動させる。車両１４００の重心１４４０の位置は、筐体１４０２および支持体１４０４が後方に移動するのに応えて、後方に移動する。車両１４００の重心１４４０の位置が後方に移動するのに応えて、接地要素１４１０によって負のトルクが発生する。

図１２Ｂは、本発明の具体例による、車両１４００の模式図である。筐体１４０２はプラットフォーム１４１２に結合されている。少なくとも１つの接地要素１４１０はプラットフォーム１４１２に結合されている。接地要素１４１０は車軸１４１４の周りを回転する。構造体（旋回部材１４２０）は、支持体１４０２をプラットフォーム１４１２、筐体１４０２、および接地要素１４１０に結合する。支持体１４０４は、旋回部材１４２０の第一末端１４４８に位置する旋回機構１４２２を備える、旋回部材１４２０に結合されている。旋回部材１４２０は、旋回部材１４２０の第二末端１４４４でプラットフォーム１４１２に結合されている。支持体１４０４は、旋回機構の周りを（Ｚ軸の周りを）旋回する。

この実施形態において、人間対象（図示せず）は車両１４００の重心の位置を変化させるために入力装置１４０６を操作する。入力装置１４０６はリンク１４０８に結合されている。リンク１４０８は支持体１４０４に結合されている。人間対象は入力装置１４０６を前方に（負のＸ軸方向に向かって）押し、これによって支持体１４０４を筐体１４０２、プラットフォーム１４１２、および接地要素１４１０に対して前方に（負のＸ軸方向に向かって）移動させる。車両１４００の重心１４４０の位置は、支持体１４０４が前方に移動するのに応えて、前方に移動する。車両１４００の重心１４４０の位置が前方に移動するのに応えて、接地要素１４１０によって前進トルクが発生する。人間対象は入力装置１４０６を後方に（正のＸ軸方向に沿って人間対象の身体に向かって）引き、これによって支持体１４０４を筐体１４０２、プラットフォーム１４１２、および接地要素１４１０に対して後方に（正のＸ軸方向に向かって）移動させる。車両１４００の重心１４４０の位置は、旋回部材１４２０および支持体１４０４が後方に移動するのに応えて、後方に移動する。車両１４００の重心の位置が後方に移動するのに応えて、接地要素１４１０によって負のトルクが発生する。

図１２Ｃは、本発明の具体例による、車両１４００の模式図である。筐体１４０２はプラットフォーム１４１２に結合されている。少なくとも１つの接地要素１４１０はプラットフォーム１４１２に結合されている。接地要素１４１０は車軸１４１４の周りを回転する。支持体１４０４は少なくとも１つの４節リンク１４２４（第一節１４２４ａおよび第二節１４２４ｂ）に結合されている。第一節１４２４ａの第一末端１４５２ａは支持体１３０４に結合されている。第一節１４２４ａの第二末端１４５６ａはプラットフォーム１４１２に結合されている。第二節１４２４ｂの第一末端１４５２ｂは支持体１４０４に結合されている。第二節１４２４ｂの第二末端１４５６ｂはプラットフォーム１４１２に結合されている。

支持体１４０４は、Ｘ−Ｙ平面内での接地要素１４１０の車軸１４１４の周りの４節リンク１４２４の回転によって定義される経路１４６０に沿って移動する。この実施形態において、人間対象（図示せず）は、車両１４００の重心の位置を変化させるために入力装置１４０６を操作する。入力装置１４０６はリンク１４０８に結合されている。リンク１４０８は支持体１４０４に結合されている。人間対象は入力装置１４０６を前方に（負のＸ軸方向に向かって）押し、これによって筐体１４０２および支持体１４０４を筐体１４０２、プラットフォーム１４１２、および接地要素１４１０に対して前方に（負のＸ軸方向に向かって）移動させる。車両１４００の重心１４４０の位置は、支持体１４０４が前方に移動するのに応えて、前方に移動する。車両１４００の重心１４４０の位置が前方に移動するのに応えて、接地要素１４１０によって前進トルクが発生する。人間対象は入力装置１４０６を後方に（正のＸ軸方向に沿って人間対象の身体に向かって）引き、これによって筐体１４０２および支持体１４０４を筐体１４０２、プラットフォーム１４１２、および接地要素１４１０に対して後方に（正のＸ軸方向に向かって）移動させる。車両１４００の重心１４４０の位置は、支持体１４０４が後方に移動するのに応えて、後方に移動する。車両１４００の重心１４４０の位置が後方に移動するのに応えて、接地要素１４１０によって負のトルクが発生する。

いくつかの実施形態において、車両１４００は２つの横方向に配置された接地要素を含む。車両はまた、２つの４節リンク（たとえば２つの４節リンク１４２４）も含む。各４節リンクは、図１２Ｃに関して記載されたのと同様に、２つの横方向に配置された接地要素のうちの１つに結合されている。

いくつかの実施形態において、１つ以上の４節リンクは可撓節である。可撓節は曲がって、たとえば筐体および支持体が経路（たとえば図１２Ｃの経路１４６０）に沿って移動できるようにする。

図１２Ｄは、本発明の具体例による、車両１４００の模式図である。筐体１４０２はプラットフォーム１４１２に結合されている。接地要素１４１０はプラットフォーム１４１２に結合されている。接地要素１４１０は車軸１４１４の周りを回転する。構造体（レール１４１６およびレールガイド１４１８の組合せ）は、支持体１４０４をプラットフォーム１４１２、筐体１４０２、および接地要素１４１０に結合する。支持体１４０４はレール１４１６に結合されている。支持体１４０４およびレール１４１６は、プラットフォーム１４１０に結合されたレールガイド１４１８に対して摺動する。

この実施形態において、人間対象（図示せず）は、車両１４００の重心１４４０を変化させるために、入力装置１４０６を操作する。この実施形態は、リンク（たとえば図１４Ａ、１４Ｂ、および１４Ｃのリンク１４０８）が欠如している。人間対象は入力装置１４０６を前方に（負のＸ軸方向に向かって）押し、これによって支持体１４０４を筐体１４０２、プラットフォーム１４１２、および接地要素１４１０に対して後方に（正のＸ軸方向に向かって）移動させる。車両１４００の重心１４４０の位置は、支持体１４０４が後方に移動するのに応えて、後方に移動する。車両１４００の重心１４４０の位置が後方に移動するのに応えて、接地要素１４１０によって逆トルクが発生する。人間対象は入力装置１４０６を後方に（正のＸ軸方向に沿って人間対象の身体に向かって）引き、これによって支持体１４０４を筐体１４０２、プラットフォーム１４１２、および接地要素１４１０に対して前方に（負のＸ軸方向に向かって）移動させる。車両１４００の重心１４４０の位置は、支持体１４０４が前方に移動するのに応えて、前方に移動する。車両１４００の重心の位置が前方に移動するのに応えて、接地要素１４１０によって前進トルクが発生する。

いくつかの実施形態において、支持体（たとえば図１２Ａの支持体１４０４）は筐体（たとえば図１２Ａの筐体１４０２）に対して移動する。筐体は、車両の重心の位置を効果的に変化させるために支持体が筐体内で移動するように、構成されている。

いくつかの実施形態において、支持体（たとえば図１１Ａの支持体１３０４）および筐体（たとえば図１１Ａの筐体１３０２）は相互に結合しており、協働して、車両の重心の位置を効果的に変化させるために、接地要素（たとえば図１１Ａの接地要素１３１０）に対して移動する。支持体および筐体が一緒に移動するので、筐体の内容積は、そうでない場合に筐体内に支持体の移動を収めるのに必要とされるであろうよりも小さくすることができる。いくつかの実施形態において、車両はシートベルト（またはその他の人間対象または積載物拘束具）を含む。支持体および筐体は一緒に移動するので、シートベルトは筐体に固定されることが可能である。支持体が筐体に対して移動する場合には、シートベルトアセンブリは、支持体上に配置された積載物または人間対象を保護する役割をシートベルトがまだ遂行することを確実にするために、筐体に対する支持体の運動に適応するように設計される必要があるだろう。

いくつかの実施形態において、リンク（たとえば、図１１Ａ、１１Ｂ、および１１Ｃのリンク１３０８または図１２Ａ、１２Ｂ、および１２Ｃのリンク１４０８）は、調節可能なリンク比率を有する。いくつかの実施形態において、車両制御合成、応答、および／または感覚を変化させるために、調節可能リンク比率が設定される（たとえばユーザ、製造者によって、または車両モジュールによって）。

いくつかの実施形態において、車両は、１人以上の人間対象を支持する支持体を有する。いくつかの実施形態において、車両はいずれかの人間対象によって制御されることが可能である。

いくつかの実施形態において、車両は、足置きである入力装置を有する。足置きの人間対象運動が車両の重心の位置を変化させる。いくつかの実施形態において、足置きはリンクによって車両のプラットフォームに結合されており、人間対象から離れる足置きの運動は、重心の位置を接地要素に対して後方に移動させる。いくつかの実施形態において、入力装置は制御ヨークおよび足置きの両方を含み、人間対象から離れる制御ヨークおよび足置きの運動は重心の位置を後方に移動させ、人間対象に近づく制御ヨークおよび足置きの運動は重心の位置を前方に移動させる。

いくつかの実施形態において、車両の重心の位置の変化は、ａ）車両の１つ以上の接地要素、またはｂ）車両の命令された速度、に印加されるトルクの、等しい、より小さい、またはより大きい変化を生じる。たとえば、接地要素に印加されるトルクの変化は、車両の重心の位置の変化との非直線関係（たとえば二次関係）を有することができる。一実施形態において、非直線関係は、熟練した人間対象の重心の位置の変化の効果を増幅し、および／または経験の浅い人間対象の重心の位置の変化の効果を縮小する。

いくつかの実施形態において、小さい運動（すなわち、重心の位置の変化）は、緩やかな加速または減速を伴って車両の比較的水平なプラットフォームを形成する。いくつかの実施形態において、大きい運動（すなわち重心の位置の変化）は、車両のピッチの大きな変化および高速の加速または減速を生じる。

いくつかの実施形態において、重心の位置の変化の効果は、たとえば、１つ以上の接地要素に提供される命令信号に対して車両ピッチ関連パラメータを加算または減算することによって、変化する。

いくつかの実施形態において、車両の一部に結合されたアクチュエータが、車両の重心の位置を変化させる。たとえば、いくつかの実施形態において、アクチュエータは車両の可動部品（たとえば図１２Ｄの支持体１４０４）に結合されており、車両はアクチュエータに（たとえば有線または無線によって）接続された入力装置を有する。入力装置の運動がアクチュエータに移動するように命令し、これによって車両の接地要素に対して支持体を移動させる。接地要素に対して前方への支持体の移動は、車両の重心の位置を前方へ移動させ、これによって車両を前方へ移動させる。いくつかの実施形態において、車両は人間対象を支持するためには使用されず、車両の重心の位置の変化を命令するためにアクチュエータが使用されることが可能である。

いくつかの実施形態において、アクチュエータは、車両の重心の変化を妨げるロックアウト機構を含む。たとえば、図１１Ａを参照して記載される本発明の代替実施形態において、車両１３００は、ロックアウト機構を備えるアクチュエータを含む。ロックアウト機構は、プラットフォーム１３１２に結合されたレールガイド１３１８に対する支持体１３０４に結合されたレール１３１６の移動を制限または防止する。ロックアウト機構は、レールガイド１３１８内に位置する複数の対応する開口部のうちの１つに挿入される、レール１３１６内のピンであってもよい。ロックアウト機構は、レール１３１６およびレールガイド１３１８に結合されたブレーキ（摩擦またはディスクブレーキ）であってもよい。いくつかの実施形態において、ロックアウト機構は、レール１３１６およびレールガイド１３１８に結合された１つ以上の機械的止め具を含む。いくつかの実施形態において、１つ以上の機械的止め具は、所定の条件（たとえば車両の急激な減速）に反応して係合する。機械的止め具は、車両１３００の緊急停止が必要とされる場合に始動され得る。

図１３Ａおよび１３Ｂは、本発明の具体例による、車両１５００の三次元図である。人間対象（図示せず）が、少なくとも部分的に人間対象を包囲する筐体１５０４内の支持体１５０２上に座る。車両１５００は、少なくとも３つの接地要素１５０８、１５１０、１５２０を含む。３つの接地要素１５０８、１５１０、１５２０はプラットフォーム１５０６に結合されている。接地要素１５２０は安定器接地要素である。

接地要素１５０８、１５１０は、相互に対して横方向に配置されており、車軸１５１４の周りを回転する。接地要素１５０８は駆動部１５１６によって動力供給され、接地要素１５１０は駆動部（説明目的の明確さのため図示せず）によって動力供給される。第三接地要素１５２０は、プラットフォーム１５０６の前方に向かって配置されている（２つの接地要素１５０８および１５１０に対して負のＸ軸方向に向かって位置する）。第三接地要素１５２０は、車軸１５２２の周りを回転する。代替実施形態において、接地要素１５０８、１５１０はプラットフォーム１５０６に結合され、接地要素１５２０は筐体１５０４に結合されている。

図１３Ａを参照すると、車両１５００の均衡が取れているとき、第三接地は名目上、車両１５００が直立位置にあってプラットフォーム１５０６が地面と平行であるときに第三接地要素１５２０が地面に触れないような位置にある。図１３Ｂに示されるように、車両１５００の均衡が取れていないとき、車両１５００は、第三接地要素１５２０上に保たれる車両１５００の静的安定性を提供するために、前方に傾斜する。

いくつかの実施形態において、第三接地要素１５２０は、車輪、滑材、ボール、またはポストを含む。代替実施形態において、第三接地要素１５２０は、車両１５００が後方に傾斜して第三接地要素１５２０に保たれるように、プラットフォーム１５０６の後方に向かって配置される。いくつかの実施形態において、第三接地要素１５２０は、車両１５００の後方に向かって位置することが望ましい。たとえば緊急停止が始動する場合など、非常に迅速に停止することが望ましい状況において、プラットフォーム１５０６の後方に向かって第三接地要素１５２０を配置することは、車両１５００の後方部が停止中に地面に触れず、その代わり第三接地要素１５２０上に保たれることを保証するのに役立つ。２つの横方向に配置された接地要素１５０８、１５１０に減速トルクが印加される間、第三接地要素１５２０が車両１５００を安定させる。

いくつかの実施形態において、第四接地要素（図示せず）があり、第三接地要素１５２０および第四接地要素はいずれも車両１５００の前方に向かって（２つの接地要素１５０８および１５１０に対して負のＸ軸方向に向かって）位置する。第三接地要素１５２０および第四接地要素は、第三接地要素１５２０および第四接地要素が地面に接触しているときにさらなる横方向の安定性を車両１５００に提供するために、相互に対して横方向に配置されている。いくつかの実施形態において、第三接地要素１５２０および第四接地要素は、プラットフォームの後方に向かって設けられている。

いくつかの実施形態において、接地要素１５０８、１５１０、および１５２０の各々は１つ以上の電動機駆動部に結合されており、正または負のトルクが接地要素１５０８、１５１０、１５２０のいずれかに印加されるようにする。

様々な実施形態において、第三接地要素１５２０は引き込み可能である。引き込み可能な第三接地要素１５２０は、たとえば車両１５００に取り付けられたアクチュエータによって、展開および引き込みされる。いくつかの実施形態において、第三接地要素は入力装置（たとえば、先に論じられた入力装置１３０６または１４０６）に結びつけられている。入力装置の運動は、第三接地要素１５２０を拡張または引き込みさせることができる。いくつかの実施形態において、第三接地要素１５２０は、少なくとも車両１５００の減速を補助するためのブレーキを含む。

いくつかの実施形態において、車両１５００は、入力装置およびリンク（たとえば図１１Ａの入力装置１３０６およびリンク１３０８）を含む。車両１５００が前方に傾斜（負のＸ軸方向に向かって傾斜）しているとき、これは第三接地要素１５２０上に保たれている。入力装置はリンクに結合されているので、入力装置は、車両１５００の前方に向かって（負のＸ軸方向に向かって）位置しており、人間対象にとって車両１５００に乗降（出入り）しやすくなっている筐体内の位置に入力装置を配置している。

いくつかの実施形態において、人間対象が着座する（または積載物が配置される）支持体１５０２の部分は、車両１５００が第三接地要素１５２０上に保たれているとき、地平面と平行である。人間対象が着座する支持体１５０２の部分が地平面と平行なので、人間対象にとって、車両１５００の乗降（出入り）がしやすい。車両１５００が後方に傾斜して平行モードになっているとき、人間対象が着座する（または積載物が配置される）支持体１５０２の部分は後方に傾斜して、人間対象にとって快適なリクライニング位置（または積載物を安定させるのに役立つ位置）をもたらす。

コントローラ１５６０（たとえば図１０のコントローラ１２００）は、車両１５００の重心１５１２の位置の変化に応えて制御信号を提供するために、駆動部１５１６に結合されている。一実施形態において、コントローラ１５６０は、少なくとも、開始モード、動的安定化モード、および停止モードにおいて動作する。車両１５００は、当初はオフモードにおいて３つの接地要素１５０８、１５１０、および１５２０によって支持されている。
人間対象は、オフ状態で車両１５００に乗車する。車両がオンになり、車両１５００の重心１５１２の位置の変化によって開始モードが始動する。この実施形態において、人間対象は重心１５１２を後方に（正のＸ軸方向に向かって）移動させ、開始モードを始動する。開始モードの間、重心１５１２は、第三接地要素１５２０が地面に接触しなくなるまで（たとえば人間対象によって命令された通りに）後方に移動する。

第三接地要素１５２０がもはや地面と接触しなくなると、動的安定化モードが始動し、車両１５００は２つの横方向に配置された接地要素１５０８および１５１０の上で均衡が取られる。その後人間対象が、本明細書に記載されるのと同様に、車両１５００を操作する。

この実施形態において、停止モードは、操作者がコントローラ１５６０に命令を発すること（たとえばコントローラに接続されたボタンを押下するかまたはタッチパネル画面を押すこと）によって、始動する。車両１５００は、停止モードの始動に応えて、前方に傾斜して第三接地要素１５２０上に保たれる。

いくつかの実施形態において、停止モードは、車両１５００の重心の位置における所定の変化によって始動する。人間対象が重心１５１２を所定の重心閾値を超えて前方に（負のＸ軸方向に向かって）移動させると、停止モードが始動する。車両１５００は、前方に傾斜して第三接地要素１５２０上に保たれる前に、減速して完全に停止する。あるいは、車両１５００は、車両が減速する際に前方に傾斜し始め、車両が所定の（たとえば安全な）速度に到達するときに第三接地要素１５２０が地面に接触する。

車両１５００の様々な操作モードを始動および動作するための、様々な実施形態が存在する。たとえば、開始および／または停止モードは、入力装置（たとえば携帯型または車載プロセッサ）を通じて、人間対象によって指定されることが可能である。いくつかの実施形態において、人間対象またはユーザは、動的安定化モードを開始する。開始および／または停止モードの重心閾値は、人間対象の経験レベルに基づいて、および／または前回車両１５００が操作されたときに保存された重心位置に基づいて、コントローラ１５６０によって指定または決定されることが可能である。

本発明のいくつかの実施形態は、付加的な操作モードを含む。いくつかの実施形態において、車両１５００は、車両１５００の均衡が取れており、名目上地平面に対する１つの場所に位置している、位置保持モードを含む。位置保持モードで動作している間、車両１５００がたとえば（たとえば赤信号で）停止している間に人間対象に安定した乗車経験をさせるため、車両の均衡が取れて名目上１つのに位置することができるようにするために、車両１５００の重心の位置の変化に対する車両１５００の感度が上昇する。車両１５００は、均衡を維持して、車両１５００の重心の位置に対する摂動（たとえば小さいまたは大きい）があっても、重心の摂動と反対の方向への車両の傾斜を生じることによって静止したままでいる。

一実施形態において、位置保持モードは、接地要素１５０８および１５１０の速度が所定の閾値未満、接地要素１５０８および１５１０のヨー速度が所定の閾値未満、および重心１５１２の位置が閾値未満のときに、車両１５００が入る操作モードである。位置保持モードからの解除は、これらのパラメータのいずれかが同じ（または異なる）閾値を超過したときをきっかけに始動する。

本発明の一実施形態において、以下の条件が存在するときに、車両１５００は位置保持モードに入る：１）左側および右側接地要素１５０８および１５１０の平均速度が０．７ＭＰＨ（０．３１３ｍ／秒）未満；２）車両のヨー速度が２０度／秒未満；３）左側接地要素１５０８に取り付けられたシャフトの速度が０．７ＭＰＨ（０．３１３ｍ／秒）未満；４）右側接地要素１５０８に取り付けられたシャフトの速度が０．７ＭＰＨ（０．３１３ｍ／秒）未満；５）Ｘ軸に沿った所定の中立位置に対する支持体１５０２の位置が、前方向に０．５インチ（１２．７ｍｍ）以内；６）Ｘ軸に沿った所定の中立位置に対する支持体１５０２の位置が、後方向に１．５インチ（３８．１ｍｍ）以内；７）車両のピッチが、所定の中立配向から４．０度未満；および８）ピッチレート値が１５．０度／秒未満。
一実施形態において、以下の条件のうち少なくとも１つが存在するときに、車両１５００は位置保持モードを終了する：１）Ｘ軸に沿った所定の中立位置に対する支持体１５０２の位置が、前方向に１．２５インチ（３１．８ｍｍ）より大きい；２）Ｘ軸に沿った所定の中立位置に対する支持体１５０２の位置が、後方向に２．５インチ（６３．５ｍｍ）より大きい；３）左側接地要素１５０８に取り付けられたシャフトの速度が１．５ＭＰＨ（０．６７１ｍ／秒）より大きい；または４）右側接地要素１５０８に取り付けられたシャフトの速度が１．５ＭＰＨ（０．６７１ｍ／秒）より大きい。

いくつかの実施形態において、車両１５００は、静的および動的モードを含む。一実施形態において、車両は均衡が取れていて静止モードで動作しており、コントローラ１５６０は、車両の重心の位置が後方に移動した場合に車両１５００が後方にのみ移動するように、車両１５００の後方傾斜を許容しない片側ピッチコントローラを動作させる。重心の位置が前方に移動している場合、コントローラ１５６０は、安定器接地要素１５２０が地面に接触するまで、車両１５００の前方傾斜を許容する。いくつかの実施形態において、車両は均衡が取れており、コントローラ１５６０は、車両１５００が所定の速度および／または過速度未満で移動するようになるまで、停止モードを始動する要求を無視する静止モードで動作するように構成されている。いくつかの実施形態において、コントローラ１５６０は、車両１５００の急停車の後に、車両１５００が直ちに車両の後方移動の開始に応えないように、構成されている。車両１５００は、たとえば、停止するときに車両を前方に傾斜させることによって、または車両の重心の位置を変化させるようにアクチュエータに命令すること（たとえば接地要素に対して支持体および筐体を移動させるようにアクチュエータに命令すること）によって、このように反応するように命令されることが可能である。

いくつかの実施形態において、車両１５００の意図しない移動を回避するために、開始および／または停止モードの間、人間対象からの入力は無視される。一実施形態において、車両１５００は、人間対象にとって快適になるように開始モードから動的安定化モードに円滑に移行させる、円滑化機能を有する。たとえば、一実施形態において、円滑化機能は、車両が開始モードから動的安定化モードに移行する際に高周波運動（たとえば震えている人間対象の命令）を排除するロー・パス・フィルタを含む。

トリガ命令（たとえば開始および／または停止モードトリガ）を検出するための、様々な実施形態が存在する。一実施形態において、第三接地要素１５２０に結合された力センサが第三接地要素１５２０の地面との接触を検出し、または位置センサ（接触または非接触位置センサ）が、たとえば地面または車両１５００上の静止位置に対する第三接地要素１５２０の位置を検出する。いくつかの実施形態において、たとえばレート・ジャイロ・センサに基づいて、動的な安定化または停止モードを可能にするために、コントローラが車両１５００のピッチおよび／またはピッチレートを検知する。

いくつかの実施形態において、車両が動的に安定している間に、コントローラ１５６０は第三接地部材１５２０の地面との意図しない接触を補償する。たとえば、上り坂走行の間、プラットフォーム１５０６、筐体１５０４、および支持体１５０２は、人間対象の直立位置（地面垂直軸に対して）を維持するために、前方に傾斜することが可能である。車両１５００が前方に傾斜するので、引き込み可能ではなくプラットフォーム１５０６の前方に向かって位置している第三接地要素１５２０は、意図に反して地面に接触する。第三接地要素１５２０の不慮の地面接触は、車両１５００にかかる力を発生させ、重心１５１２の位置の意図しない変化を生じさせる。先に論じられたように、重心１５１２の位置の変化は、車両１５００を加速または減速させる。このように、コントローラ１５６０は、第三接地要素１５２０の地面との接触を検知し、地面によって第三接地要素１５２０にかけられる力に比例する重心１５１２の位置の変化を無視するように、構成されることが可能である。これにより、第三接地要素１５２０の地面との意図しない接触を補償する。

本発明のさらなる実施形態において、車両１５００を操作するために、遠隔制御が使用される。遠隔制御は、たとえば、操作者が車両１５００のピッチに対する変化を命令することによって、あるいは車両１５００の重心１５１２の位置を変化させるために作動重心移動機構を制御することによって、重心１５１２の位置を変化させるために使用される。一実施形態において、重心移動機構は、ロックされることによって停止され得る。別の実施形態において、遠隔制御は、車両１５００が３つの接地要素１５０８、１５１０、および１５２０の全ての上で移動するように命令されるように、３つの接地要素１５０８、１５１０、および１５２０を制御する。接地要素１５０８、１５１０、および１５２０のうちの１つ以上にトルク命令が提供されてもよい。さらに、遠隔制御は、重心１５１２の位置の変化に対する車両１５００の反応を停止することができる。

図１４は、本発明の具体例による、車両１６００の模式図である。車両１６００は、支持体１６０４に結合された筐体１６０２を含む。車両１６００はまた、プラットフォーム１６１２に結合された、少なくとも１つの接地要素１６１０も含む。接地要素１６１０は、プラットフォーム１６１２に結合された車軸１６１４の周りを回転する。車両１６００は、第一駆動部１６７２（駆動部品１６７２ａおよび駆動部品１６７２ｂの組合せ）を含む。第一駆動部１６７２は、接地要素１６１０およびプラットフォーム１６１２（駆動部品１６７２ｂに結合されている）に対する筐体１６０２および支持体１６０４（駆動部品１６７２ａに結合されている）の移動を可能にする。第一駆動部１６７２に結合された制御システム（たとえば図１０に示される制御システム１２００）が、接地要素１６１０およびプラットフォーム１６１２（駆動部品１６７２ｂに結合されている）に対する筐体１６０２および支持体１６０４（駆動部品１６７２ａに結合されている）の位置に応じて、車両１６００の平行を制御する。いくつかの実施形態において、第一駆動部１６７２は、前後方向の車両の平行を維持するために接地要素１６１０が地面に接触している場所の上に車両１６００の重心１６４０の位置を維持するために、電気的に作動する。

車両１６００はまた、プラットフォーム１６１２および接地要素１６１０に結合された第二駆動部１６８０も含む。第二駆動部１６８０（たとえば電動駆動部）は、車両を前に（負のＸ軸方向に向かって）および後に（正のＸ軸方向に向かって）移動させるために接地要素の回転を生じさせるため、接地要素１６１０に動力を伝達する。第二駆動部は、たとえば、接地要素に動力を伝達するために第二駆動部に結合された、内燃機関、ペダル、またはクランクを含むことができる。いくつかの実施形態において、車両１６００は、車両１６００に横方向の安定性を提供するのに役立つ、２つ以上の横方向に配置された接地要素１６１０を含む。

車両１６００は入力装置１６０６を含む。人間対象（図示せず）は、車両を前後方向に移動させるために接地要素１６１０の回転を命令するように第二駆動部１６８０に命令するため、入力装置１３０６を操作する。

様々な実施形態において、開示された方法は、コンピュータシステムとともに使用されるコンピュータプログラム製品として実現されることが可能である。このような実現は、コンピュータ読み取り可能媒体（たとえばディスケット、ＣＤ−ＲＯＭ、ＲＯＭ、または固定ディスク）などの有形媒体上に固定されるか、あるいはモデムまたは媒体上でネットワークに接続された通信アダプタなどのその他のインターフェース装置を通じてコンピュータシステムに送信可能な、一連のコンピュータ命令を含むことができる。媒体は、有形媒体（たとえば光またはアナログ通信回線）または無線技術（たとえばマイクロ波、赤外線、またはその他の伝送技術）を用いて実現される媒体であってもよい。一連のコンピュータ命令は、システムに関して本明細書に先に記載された機能の全てまたは一部を具体化する。当業者は、このようなコンピュータ命令が、多くのコンピュータアーキテクチャまたはオペレーティングシステムとともに使用するための多数のプログラミング言語で記述され得ることを、理解すべきである。

さらに、このような命令は、半導体、磁気、光、またはその他の記憶装置など、いずれかの記憶装置に記憶されることが可能であり、光、赤外線、マイクロ波、またはその他の伝送技術など、いずれかの通信技術を使用して伝送されることが可能である。このようなコンピュータプログラム製品は、コンピュータシステムに（たとえばシステムＲＯＭまたは固定ディスク上に）事前実装されるか、あるいはサーバまたはネットワーク（たとえばインターネットまたはワールド・ワイド・ウェブなど）上の電子掲示板から配布される、印刷または電子文書（たとえば市販ソフトウェア）を伴う取り外し可能媒体として、配布されることが可能である。当然ながら、本発明のいくつかの実施形態は、ソフトウェア（たとえばコンピュータプログラム製品）およびハードウェアの組合せとして実現されることが可能である。本発明のさらに別の実施形態は、完全にハードウェア、または完全にソフトウェア（たとえばコンピュータプログラム製品）として実現される。

本発明の記載された実施形態は、例示的であるようにのみ意図され、多くの変形例および変更例が、当業者にとって明らかとなる。このような変形例および変更例は、いずれかの添付請求項に定義される本発明の範囲に含まれると意図される。

Claims (69)

1. 表面上で積載物を輸送するための車両において、
   積載物を支持するための支持体と、
   積載物を少なくとも部分的に包囲するための筐体と、
   筐体または支持体のうちの少なくとも１つに結合された、２つの横方向に配置された接地要素と、
   接地要素に結合された駆動部と、
   車両の均衡を動的に制御するために少なくとも車両の重心の位置に応じて駆動部の動作を支配するための、駆動部に結合されたコントローラと、を含む車両。
2. 筐体が支持体に結合されている、請求項１に記載の車両。
3. 支持体および筐体を接地要素に結合する構造体を含み、構造体が重心の位置の多様性を許容する、請求項２に記載の車両。
4. 構造体が、筐体および支持体を接地要素に対して摺動させることが可能なレールを含む、請求項３に記載の車両。
5. 構造体が、支持体および筐体を接地要素に結合し、筐体および支持体を接地要素に対して旋回させることが可能な旋回機構を含む、請求項３に記載の車両。
6. 積載物が人間対象であって車両が入力装置を含み、人間対象が入力装置を押すかまたは引いて、人間対象、支持体、および筐体を接地要素に対して移動させることができる、請求項３に記載の車両。
7. ２つの４節リンクを含み、各４節リンクは、接地要素を支持体および筐体に結合し、筐体および支持体を接地要素に対して移動させることができる、請求項２に記載の車両。
8. 筐体が接地要素に結合されている、請求項１に記載の車両。
9. 支持体を筐体および接地要素に結合する構造体を含み、構造体が重心の位置の多様性を許容する、請求項８に記載の車両。
10. 構造体が、支持体を筐体および接地要素に対して摺動させることが可能なレールを含む、請求項９に記載の車両。
11. 構造体が、支持体を筐体および接地要素に結合し、支持体を筐体および接地要素に対して旋回させることが可能な旋回機構を含む、請求項９に記載の車両。
12. ２つの４節リンクを含み、各４節リンクは、支持体を筐体および接地要素に結合し、支持体を接地要素に対して移動させることができる、請求項８に記載の車両。
13. 積載物が人間対象であって構造体が入力装置を含み、人間対象が入力装置に対して押すかまたは引いて、人間対象および支持体を筐体および接地要素に対して移動させることができる、請求項８に記載の車両。
14. 接地要素に対する支持体、積載物、または筐体のうちの１つ以上の重心の位置を制御するアクチュエータを含む、請求項１に記載の車両。
15. 車両が選択された操作モードに基づいて制御される、請求項１に記載の車両。
16. 操作モードが遠隔制御モードであるか、または積載物が人間対象であって操作モードが人間対象制御モードである、請求項１５に記載の車両。
17. 積載物が、車両を減速させるために車両に結合された足部材に圧力を印加する人間対象である、請求項１に記載の車両。
18. 重心の位置を後方に移動させることで車両の減速または後方への加速を生じる、請求項１に記載の車両。
19. 重心の位置を前方に移動させることで車両の前方加速を生じる、請求項１に記載の車両。
20. 車両を静的に安定させるために車両上に位置する安定器接地要素を含む、請求項１に記載の車両。
21. 安定器接地要素が引き込み可能である、請求項２２に記載の車両。
22. 安定器接地要素が、安定器接地要素の接地または安定器接地要素と地面との間に印加される力のうち少なくとも１つを検出するためのセンサを含む、請求項２０に記載の車両。
23. 安定器接地要素が、１つ以上の車輪、滑材、ボール、またはポストを含む、請求項２２に記載の車両。
24. 車両の重心の変化を検出するための、１つ以上のセンサを含む、請求項１５に記載の車両。
25. １つ以上のセンサが、力センサ、位置センサ、ピッチセンサ、またはピッチ・レート・センサのうちの１つ以上である、請求項１５に記載の車両。
26. 車両の重心の位置の変化をきっかけに始動する開始モードを含み、車両がもはや安定器接地要素によって安定化されないように、重心の位置の変化が平衡車両の動的安定化を開始する、請求項１５に記載の車両。
27. 安定器接地要素が車両の前方に向かって位置し、重心の位置が後方に移動する、請求項２６に記載の車両。
28. 安定器接地要素が車両の後方に位置し、重心の位置が前方に移動する、請求項２６に記載の車両。
29. 閾値を超える車両の重心の位置の変化が、車両を減速させる停止モードを始動させる、請求項１に記載の車両。
30. 積載物が人間対象であって車両が入力装置を含み、人間対象が入力装置を前方に押すと車両が加速し、人間対象が入力装置を後方に引くと車両が減速するように、入力装置がリンクによって車両に結合されている、請求項１に記載の車両。
31. 駆動部が、車両の均衡を動的に制御するために接地要素の回転を発生させるため、接地要素に動力を伝達する、請求項１に記載の車両。
32. 車両の均衡を動的に制御するために、駆動部が接地要素を車両の前後に移動させる、請求項１に記載の車両。
33. 車両を前後に推進するために接地要素に動力を伝達するための第二駆動部を含む、請求項３２に記載の車両。
34. 接地要素に動力を伝達するために第二駆動部に結合された内燃機関を含む、請求項３３に記載の車両。
35. 駆動部が電動駆動部である、請求項１に記載の車両。
36. 駆動部に結合されたコントローラが、車両の均衡を動的に制御するために、少なくとも車両のピッチ応じて駆動部の動作を支配する、請求項１に記載の車両。
37. 接地要素が協調して移動する、請求項７に記載の車両。
38. 接地要素が協調して移動する、請求項１２に記載の車両。
39. 車両を用いて表面上で積載物を輸送する方法において、
    支持体で積載物を支持するステップと、
    支持体を筐体で少なくとも部分的に包囲するステップと、
    車両の均衡を動的に制御するために、車両の重心の位置に応じて、筐体または支持体のうちの少なくとも１つに結合された、２つの横方向に配置された接地要素に結合された駆動部の動作を制御するステップと、を含む方法。
40. 伝達された動力が車両の姿勢に対応する、請求項３９に記載の方法。
41. 筐体が支持体に結合され、支持体および筐体が、車両の重心の位置を変化させるために、接地要素に対して移動する、請求項３９に記載の方法。
42. 筐体が接地要素に結合され、支持体が、車両の重心の位置を変化させるために、筐体および接地要素に対して移動する、請求項３９に記載の方法。
43. 支持体および筐体が接地要素に対して摺動する、請求項４１に記載の方法。
44. 支持体が筐体および接地要素に対して摺動する、請求項４２に記載の方法。
45. 支持体および筐体が接地要素に対して旋回する、請求項４１に記載の方法。
46. 支持体が筐体および接地要素に対して旋回する、請求項４２に記載の方法。
47. 車両を減速させるために、車両に結合された足部材に圧力を印加するステップを含む、請求項３９に記載の方法。
48. 平衡車両の減速を生じさせるために、重心の位置を後方に移動させるステップを含む、請求項３９に記載の方法。
49. 平衡車両の加速を生じさせるために、重心の位置を前方に移動させるステップを含む、請求項３９に記載の方法。
50. 車両上に位置する安定器接地要素を用いて平衡車両を静的に安定させるステップを含む、請求項３９に記載の方法。
51. 車両が動的に並行しているときに安定器接地要素を引き込むステップを含む、請求項５０に記載の方法。
52. 車両に実装されたセンサが重心位置移動の変化を検出したときに開始モードを始動し、車両の動的安定化を開始するステップを含む、請求項４８に記載の方法。
53. 車両の動的安定化を開始するために重心の位置を後方に移動させるステップを含む、請求項５２に記載の方法。
54. 車両の動的安定化を開始するために重心の位置を前方に移動させるステップを含む、請求項５２に記載の方法。
55. 閾値を超えて車両の重心の位置を移動させることによって車両の停止モードを始動し、平衡車両を減速させるステップを含む、請求項３９に記載の方法。
56. 重心の位置を後方に移動させるために、プラットフォームまたは筐体のうち少なくとも１つに結合された足部材に圧力を印加するステップを含む、請求項３９に記載の方法。
57. 接地要素に対する積載物の相対位置がコントローラへの入力である、請求項３９に記載の方法。
58. 入力が、車両の重心の位置を移動させる車両の所望のピッチを変更することによって、命令された車両の加速または減速に加算されるかまたはそこから減算される、請求項５７に記載の方法。
59. 入力が、車両の速度を制御するために使用される速度制限アルゴリズムの所望のピッチを変更する、請求項５７に記載の方法。
60. 車両の均衡を動的に制御するために接地要素の回転を発生させるため、駆動部から接地要素に動力を伝達するステップを含む、請求項３９に記載の方法。
61. 車両の均衡を動的に制御するために、駆動部が接地要素を車両の前後に移動させる、請求項３９に記載の方法。
62. 車両を前後に移動させるために接地要素の回転を発生させるため、第二駆動部から接地要素に動力を伝達するステップを含む、請求項６１に記載の方法。
63. 表面上で積載物を輸送するための車両において、
    積載物を支持するための支持体と、
    積載物を少なくとも部分的に包囲するための筐体と、
    筐体または支持体のうちの少なくとも１つに結合された、２つの横方向に配置された接地要素と、
    接地要素に結合された駆動部と、
    車両の均衡を動的に制御するために、少なくとも車両の重心の位置に対応して駆動部の動作を支配する手段と、を含む車両。
64. 表面上で積載物を輸送するための車両において、
    積載物を支持するための支持体と、
    積載物を少なくとも部分的に包囲するための筐体と、
    筐体または支持体のうちの少なくとも１つに結合された、２つの横方向に配置された接地要素と、
    接地要素に結合された第一駆動部と、
    車両の均衡を動的に制御するために接地要素を車両の前後に移動させるため、少なくとも車両の重心の位置に応じて第一駆動部の動作を支配するために、第一駆動部に結合されたコントローラと、
    車両を前後に推進するために接地要素に動力を伝達するため、接地要素に結合された第二駆動部と、を含む車両。
65. 第二駆動部が車両の均衡を動的に制御する、請求項６４に記載の車両。
66. 接地要素に動力を伝達するために第二駆動部に結合された内燃機関を含む、請求項６４に記載の車両。
67. 車両の均衡を動的に制御するために車両の前後に移動するように第一駆動部から接地要素に命令させることを可能にする、接地要素に結合されたレールを含む、請求項６４に記載の車両。
68. 車両を用いて表面上で積載物を輸送する方法において、
    支持体で積載物を支持するステップと、
    支持体を筐体で少なくとも部分的に包囲するステップと、
    車両の均衡を動的に制御するために接地要素を車両の前後に移動させるため、車両の重心の位置に応じて、筐体または支持体のうちの少なくとも１つに結合された、２つの横方向に配置された接地要素に結合された第一駆動部の動作を制御するステップと、
    車両を前後に推進するために接地要素に動力を伝達するため、２つの横方向に配置された接地要素に結合された第二駆動部の動作を制御するステップと、を含む方法。
69. 第二駆動部が車両の均衡を動的に制御する、請求項６８に記載の車両。

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