JP2014046851A - 倒立振子型車両、及び倒立振子型車両の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】乗員の熟練した操縦技術等を必要とせずに、車両を容易に旋回できる倒立振子型車両を提供する。
【解決手段】車両の制御装置は、移動動作部を乗員搭乗部の傾動に応じて移動させるように第１のアクチュエータ装置を制御するように構成された第１制御部２４と、ジョイスティックから旋回指令が出力された場合に、車両を上方から見たときの車輪の操舵方向を、移動動作部の移動速度ベクトルＶの方向に対して傾斜させるように電動モータを制御するように構成された第２制御部２５とを備える。
【選択図】図９

Description

本発明は、床面上を移動可能な倒立振子型車両、及び倒立振子型車両の制御方法に関する。

床面上を移動する移動動作部と、この移動動作部を駆動するアクチュエータ装置とが組み付けられた基体に、鉛直方向に対して傾動自在な乗員搭乗部が組み付けられた倒立振子型車両が従来より知られている（特許文献１）。この倒立振子型車両は、乗員が搭乗した乗員搭乗部が傾倒しないようにするために、倒立振子の支点を動かすような形態で、移動動作部の移動動作を制御するようにした車両である。

例えば特許文献１等には、乗員搭乗部の傾動等に応じて移動動作部を駆動することで、床面上を、乗員の前後方向及び左右方向を含む全方向に移動可能とした倒立振子型車両が本願出願人により提案されている。

国際公開第２０１１／３３５７５号

ところで、特許文献１に見られる如き従来の倒立振子型車両では、車両の移動方向を徐々に変化させるように乗員が上体を動かすことで、車両の旋回を行うことは可能であるものの、その旋回をスムーズに行うためには一般には、乗員の熟練した操縦技術を必要としていた。特に、倒立振子型車両が停止している状態又は当該倒立振子型車両の移動速度が予め定められた所定値未満のように低速で走行している準移動停止状態であるときには、熟練した乗員であっても倒立振子型車両の旋回を行うことは難しいものとなっていた。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、乗員の熟練した操縦技術等を必要とせずに、車両を容易に旋回できる倒立振子型車両及び倒立振子型車両の制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、床面上を移動可能な移動動作部と、該移動動作部を駆動する第１のアクチュエータ装置と、前記移動動作部及び前記第１のアクチュエータ装置が組み付けられた基体と、鉛直方向に対して傾動自在に前記基体に組み付けられた乗員搭乗部とを少なくとも備え、前記移動動作部が、前記第１のアクチュエータ装置の駆動力によって前記乗員搭乗部に搭乗した乗員の前後方向及び左右方向を含む全方向に移動可能に構成された倒立振子型車両であって、前記移動動作部と前記前後方向に間隔を存して該移動動作部又は前記基体に連結され、床面上を転動自在に構成されると共に、ヨー方向に操舵可能に設けられた車輪と、前記車輪を前記ヨー方向に操舵する第２のアクチュエータ装置と、当該倒立振子型車両を旋回させるための旋回指令を出力する旋回指令出力部と、前記第１のアクチュエータ装置及び前記第２のアクチュエータ装置の作動を制御するように構成された制御装置とを備え、前記制御装置は、前記移動動作部を少なくとも前記乗員搭乗部の傾動に応じて移動させるように前記第１のアクチュエータ装置を制御するように構成された第１制御部と、前記旋回指令出力部から前記旋回指令が出力された場合に、当該倒立振子型車両を上方から見たときの前記車輪の操舵方向を、前記移動動作部の移動速度ベクトルの方向に対して傾斜させるように前記第２のアクチュエータ装置を制御するように構成された第２制御部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、制御装置は、旋回指令に応じた旋回をするために、第２のアクチュエータ装置を作動させて車輪のヨー方向の操舵方向を制御する。これにより、車輪の転動方向が移動動作部の移動速度ベクトルの方向に対して傾斜した状態となる。この状態で、制御装置が、第１のアクチュエータ装置を作動させて移動動作部を移動させると、当該移動動作部の移動方向に対して車輪の転動方向が傾斜しているので、乗員の熟練した操縦技術等を必要とせずに、当該倒立振子型車両を容易に旋回させることができる。

本発明において、前記第１制御部は、少なくとも前記乗員搭乗部の傾斜角の目標値である目標傾斜角度と、前記乗員搭乗部の傾斜角の観測値との偏差に応じて前記移動動作部の移動速度を前記第１のアクチュエータ装置を介して制御するように構成されており、前記移動動作部の移動が停止している移動停止状態又は該移動動作部の移動速度の大きさが予め定められた所定値未満となる準移動停止状態で前記旋回指令出力部から前記旋回指令が出力された場合に、前記第１制御部による前記偏差に応じた前記移動動作部の移動速度の制御によって該移動動作部の前記左右方向への移動速度成分の大きさが、前記移動停止状態又は準移動停止状態よりも大きくなるように前記目標傾斜角度を設定する目標傾斜角度設定部を備えることが好ましい。

これにより、移動停止状態又は準移動停止状態のように、倒立振子型車両の旋回が困難な場合には、目標傾斜角度設定部が、移動動作部の左右方向への移動速度成分の大きさが大きくなるように、目標傾斜角度を設定する。これにより、倒立振子型車両が少なくとも左右方向に移動する。このため、車輪の操舵によって倒立振子型車両を容易に旋回できる。

本発明において、前記旋回指令は、当該倒立振子型車両のヨー方向の角速度の目標値を示す角速度指令値を含んでおり、前記目標傾斜角度設定部は、前記移動停止状態又は前記準移動停止状態において、前記旋回指令出力部から前記旋回指令が出力された場合に、前記角速度指令値により示される角速度の目標値の大きさが大きい程、前記移動動作部の前記左右方向への移動速度成分の大きさが大きくなるように前記目標傾斜角度を設定することが好ましい。

これにより、旋回指令に含まれる角速度指令値が大きい場合、すなわち、倒立振子型車両が旋回するときに要求されている角速度が大きい場合には、目標傾斜角度設定部は、倒立振子型車両の少なくとも左右方向への移動速度を大きく設定するので、角速度指令値を満たすように倒立振子型車両を容易に旋回できる。

本発明において、前記目標傾斜角度設定部は、前記準移動停止状態において前記旋回指令出力部から前記旋回指令が出力された場合に、前記準移動停止状態においての前記移動動作部の移動速度の大きさが小さい程、前記移動動作部の前記左右方向への移動速度成分の大きさがより大きくなるように前記目標傾斜角度を設定することが好ましい。

これにより、準移動停止状態における移動動作部の移動速度が小さい程、移動動作部の左右方向への移動速度が大きくなるので、車輪の操舵によって倒立振子型車両を容易に旋回できる。また、準移動停止状態における移動動作部の移動速度が大きいときに、移動動作部の左右方向への移動速度が増大することを抑制できる。

本発明において、前記第２制御部は、前記車輪の操舵に応じた当該倒立振子型車両のヨー方向の回転挙動を表現するモデルに基づいて、前記移動動作部の実際の移動速度の観測値又は目標値と、当該倒立振子型車両のヨー方向の角速度の観測値又は目標値とを用いて前記車輪の操舵角の目標値である目標操舵角を決定し、該目標操舵角に応じて前記第２のアクチュエータ装置を制御することが好ましい。これにより、車輪の操舵に応じた当該倒立振子型車両のヨー方向の回転挙動を表現するモデルに基づいて目標操舵角が決定されるので、車輪の操舵角が倒立振子型車両を旋回するために適切な角度となり、倒立振子型車両を容易に旋回できる。

本発明は、基体と、鉛直方向に対して傾動自在に前記基体に組み付けられた乗員搭乗部と、前記基体に組付けられ、床面上を、前記乗員搭乗部に搭乗した乗員の前後方向及び左右方向を含む全方向に移動可能に構成された移動動作部と、前記基体に組付けられ、該移動動作部を駆動する第１のアクチュエータ装置と、前記移動動作部と前記前後方向に間隔を存して該移動動作部又は前記基体に連結され、床面上を転動自在に構成されると共に、ヨー方向に操舵可能に設けられた車輪と、前記車輪を前記ヨー方向に操舵する第２のアクチュエータ装置と、旋回指令を出力する旋回指令出力部とを少なくとも備える倒立振子型車両の制御方法であって、前記旋回指令出力部から前記旋回指令が出力された場合に、前記乗員搭乗部の傾斜角の目標値である目標傾斜角度を設定するステップと、前記目標傾斜角度と、前記乗員搭乗部の傾斜角の観測値との偏差に応じて、前記移動動作部の移動速度を前記第１のアクチュエータ装置を介して制御するステップと、前記旋回指令出力部から前記旋回指令が出力された場合に、当該倒立振子型車両を上方から見たときの前記車輪の操舵方向を、前記移動動作部の移動速度ベクトルの方向に対して傾斜させるように前記第２のアクチュエータ装置を制御するステップとを備え、前記目標傾斜角度を設定するステップは、前記移動動作部の移動が停止している移動停止状態又は該移動動作部の移動速度の大きさが予め定められた所定値未満となる準移動停止状態で前記旋回指令出力部から前記旋回指令が出力された場合に、前記移動動作部の前記左右方向への移動速度成分の大きさが、前記移動停止状態又は準移動停止状態よりも大きくなるように前記目標傾斜角度を設定することを特徴とする。

本発明によれば、移動停止状態又は準移動停止状態のように、倒立振子型車両の旋回が困難な場合には、移動動作部の左右方向への移動速度成分の大きさが大きくなるように目標傾斜角度が設定される。また、旋回指令に応じた旋回をするために、車輪の操舵方向が制御されることで、車輪の転動方向が移動動作部の移動速度ベクトルの方向に対して傾斜した状態となる。従って、倒立振子型車両が移動したときに、乗員の熟練した操縦技術等を必要とせずに、倒立振子型車両を容易に旋回できる。

本発明の第１実施形態の倒立振子型車両の外観斜視図。 第１実施形態の倒立振子型車両の側面図。 第１実施形態の倒立振子型車両の制御のための構成を示すブロック図。 図３に示す第１制御部の処理を示すブロック線図。 図３に示す第１制御部の処理に用いる倒立振子モデルを説明するための図。 図５の倒立振子モデルに関する挙動を示すブロック線図。 図４に示す動作指令生成部の処理を示すブロック線図。 図４に示す重心ずれ推定部の処理を示すブロック線図。 旋回指令が出力されているときの第１制御部及び第２制御部の制御処理を示すブロック線図。 移動動作部、車輪、移動速度ベクトル及び目標操舵角の関係を表す図。

本発明の実施形態の倒立振子型車両について説明する。図１及び図２に示すように本実施形態の倒立振子型車両１（以降、単に車両１ということがある）は、基体２と、床面上を移動可能な移動動作部３と、車輪４と、乗員が搭乗する乗員搭乗部５とを備える。

移動動作部３は、図２に示す円環状の芯体６（以下、環状芯体６という）と、この環状芯体６の円周方向（軸心周り方向）に等角度間隔で並ぶようにして該環状芯体６に装着された複数の円環状のローラ７とを備える。各ローラ７は、その回転軸心を環状芯体６の円周方向に向けて環状芯体６に外挿されている。そして、各ローラ７は、環状芯体６の軸心周りに該環状芯体６と一体に回転可能とされていると共に、該環状芯体６の横断面の中心軸（環状芯体６の軸心を中心とする円周軸）周りに回転可能とされている。

これらの環状芯体６及び複数のローラ７を有する移動動作部３は、環状芯体６の軸心を床面と平行に向けた状態で、ローラ７（環状芯体６の下部に位置するローラ７）を介して床面上に接地される。この接地状態で、環状芯体６をその軸心周りに回転駆動することで、環状芯体６及び各ローラ７の全体が輪転し、それにより移動動作部３が環状芯体６の軸心と直交する方向に床面上を移動するようになっている。また、上記接地状態で、各ローラ７をその回転軸心周りに回転駆動することで、移動動作部３が、環状芯体６の軸心方向に移動するようになっている。

さらに、環状芯体６の回転駆動と各ローラ７の回転駆動とを行なうことで、環状芯体６の軸心と直交する方向と、環状芯体６の軸心方向とに対して傾斜した方向に移動動作部３が移動するようになっている。

これにより、移動動作部３は、床面上を全方向に移動することが可能となっている。以降の説明では、図１及び図２に示す如く、移動動作部３の移動方向のうち、環状芯体６の軸心と直交する方向をＸ軸方向、該環状芯体６の軸心方向をＹ軸方向とし、鉛直方向をＺ軸方向とする。なお、前方向をＸ軸の正方向、左方向をＹ軸の正方向、上方向をＺ軸の正方向とする。

基体２には、上記移動動作部３が組み付けられている。より詳しくは、基体２は、床面に接地させた移動動作部３の下部を除く部分の周囲を覆うように設けられている。そして、この基体２に移動動作部３の環状芯体６が、その軸心周りに回転自在に支持されている。

この場合、基体２は、移動動作部３の環状芯体６の軸心を支点として、その軸心周りに（Ｙ軸周りに）傾動自在とされていると共に、移動動作部３と共に床面に対して傾くことで、移動動作部３の接地部を支点として、環状芯体６の軸心と直交するＸ軸周りに傾動自在とされている。従って、基体２は、鉛直方向に対して２軸周りに傾動自在とされている。

また、基体２の内部には、図２に示す如く、移動動作部３を移動させる駆動力を発生する第１のアクチュエータ装置８が搭載されている。この第１のアクチュエータ装置８は、環状芯体６を回転駆動するアクチュエータとしての電動モータ８ａと、各ローラ７を回転駆動するアクチュエータとしての電動モータ８ｂとから構成される。そして、電動モータ８ａ，８ｂは、それぞれ図示を省略する動力伝達機構を介して環状芯体６、各ローラ７に回転駆動力を付与するようにしている。なお、該動力伝達機構は公知の構造のものでよい。

なお、移動動作部３は、上記の構造と異なる構造のものであってもよい。例えば、移動動作部３及びその駆動系の構造として、ＰＣＴ国際公開公報ＷＯ／２００８／１３２７７８、あるいは、ＰＣＴ国際公開公報ＷＯ／２００８／１３２７７９にて本願出願人が提案した構造のものを採用してもよい。

また、基体２には、乗員搭乗部５が組み付けられている。この乗員搭乗部５は、乗員が着座するシートにより構成されており、その基体２の上端部に固定されている。そして、乗員は、その前後方向をＸ軸方向、左右方向をＹ軸方向に向けて、乗員搭乗部５に着座することが可能となっている。また、乗員搭乗部５（シート）は、基体２に固定されているので、該基体２と一体に鉛直方向に対して傾動自在とされている。

基体２には、さらに乗員搭乗部５に着座した乗員がその足を載せる一対の足載せ部９，９と、該乗員が把持する一対の把持部１０，１０とが組み付けられている。

足載せ部９，９は、基体２の両側部の下部に突設されている。なお、図１及び図２では、一方側（右側）の足載せ部９の図示は省略されている。

また、把持部１０，１０は、乗員搭乗部５の両側にＸ軸方向（前後方向）に延在して配置されたバー状のものであり、それぞれ、基体２から延設されたロッド１１を介して基体２に固定されている。そして、把持部１０，１０のうちの一方の把持部１０（図では右側の把持部１０）には、旋回指令出力部としてのジョイスティック１２が取り付けられている。

このジョイスティック１２は、前後方向（Ｘ軸方向）及び左右方向（Ｙ軸方向）に揺動操作可能とされている。そして、該ジョイスティック１２は、その前後方向（Ｘ軸方向）の揺動量を示す操作信号を、車両１を前方又は後方に移動させる指令として出力し、左右方向（Ｙ軸方向）の揺動量を示す操作信号を、車両１を右周り（時計周り）又は左周り（反時計周り）に旋回させるための指令（旋回指令）として出力する。なお、本実施形態では、ジョイスティック１２の前後方向の揺動量（すなわち、Ｙ軸周りの回転量）は、前向きの揺動量が正、後向きの揺動量が負である。また、ジョイスティック１２の左右方向の揺動量（すなわち、Ｘ軸周りの回転量）は、左向きの揺動量が正、右向きの揺動量が負である。

車輪４は、移動動作部３と前後方向に間隔を存して、該移動動作部３の後方に配置されている。このとき、車輪４は、床面に接地されている。また、車輪４は、基体２に連結されている。より詳しくは、車輪４の上方には、電動モータ１４のロータ（図示省略）等が格納されたハウジング１４ｃが配置されている。ハウジング１４ｃには、基体２から後方に延設されたアーム１５が連結されている。アーム１５は、移動動作部３の環状芯体６の軸心周りに揺動し得るように基体２に軸支されている。そして、ハウジング１４ｃからは、電動モータ１４の回転出力を外部に出力する出力軸１４ａが延設されている。このとき、出力軸１４ａは、上下方向の軸心周りに回転するように延設されている。そして、出力軸１４ａには、車輪４を、その転動の回転軸心周りに回転自在に軸支する支持部１４ｂが連結されている。このように、車輪４は、ハウジング１４ｃ、出力軸１４ａ及び支持部１４ｂを介して基体２に連結されている。

そして、ハウジング１４ｃは、アーム１５の揺動によって前記移動動作部３の環状芯体６の軸心周りに基体２に対して揺動自在とされる。これにより、移動動作部３と車輪４との両方を接地させたまま、乗員搭乗部５を基体２と共にＹ軸周りに傾動させることが可能となっている。

なお、アーム１５を移動動作部３の環状芯体６の軸心部に軸支して、移動動作部３に車輪４をアーム１５を介して連結するようにしてもよい。

また、車輪４は、電動モータ１４の駆動により、ヨー方向に操舵可能となっている。ここで、ヨー方向とは、Ｚ軸周りの回転方向である。

また、基体２には、アーム１５の揺動範囲を制限する一対のストッパ１６，１６が設けられており、該アーム１５は、ストッパ１６，１６の間の範囲内で揺動することが可能となっている。これにより、移動動作部３の環状芯体６の軸心周りでの車輪４の揺動範囲、ひいては、基体２及び乗員搭乗部５のＹ軸周りの傾動範囲が制限され、該基体２及び乗員搭乗部５が乗員の後ろ側に過大に傾くのが防止されるようになっている。

なお、車輪４は、床面に押し付けられるようにバネにより付勢されていてもよい。

以上が本実施形態における車両１の機構的な構成である。

図１及び図２での図示は省略したが、本実施形態の車両１の基体２には、該車両１の動作制御（移動動作部３及び車輪４の動作制御）のための構成として、図３に示す如く、ＣＰＵ、ＲＡＭ、及びＲＯＭ等を含む電子回路ユニットにより構成された制御装置２１と、鉛直方向に対する乗員搭乗部５の傾斜角度（基体２の傾斜角度）を計測するための傾斜センサ２２と、車両１のヨー軸周りの角速度を計測するためのヨーレートセンサ２３とが搭載されている。

そして、制御装置２１には、前記ジョイスティック１２の出力と、傾斜センサ２２及びヨーレートセンサ２３の検出信号とが入力されるようになっている。

なお、制御装置２１は、相互に通信可能な複数の電子回路ユニットに構成されていてもよい。

上記傾斜センサ２２は、例えば加速度センサとジャイロセンサ等の角速度センサとにより構成される。そして、制御装置２１は、これらの加速度センサ及び角速度センサの検出信号から、乗員搭乗部５の傾斜角度（換言すれば基体２の傾斜角度）の計測値を公知の手法を用いて取得する。その手法としては、例えば特許４１８１１１３号にて本願出願人が提案した手法を採用することができる。

なお、本実施形態における乗員搭乗部５の傾斜角度（又は基体２の傾斜角度）というのは、より詳しくは、車両１と、その乗員搭乗部５に既定の姿勢（標準姿勢）で搭乗した乗員とを併せた全体の重心が、移動動作部３の接地部の直上（鉛直方向上方）に位置する状態での乗員搭乗部５（又は基体２）の姿勢を基準（ゼロ：０）とする傾斜角度（Ｘ軸周り方向の傾斜角度とＹ軸周り方向の傾斜角度との組）である。

また、ヨーレートセンサ２３は、ジャイロセンサ等の角速度センサにより構成される。そして、制御装置２１は、その検出信号に基づいて、車両１のヨー軸周りの角速度の計測値を取得する。

また、制御装置２１は、実装されるプログラム等により実現される機能（ソフトウェアにより実現される機能）又はハードウェアにより構成される機能として、上記の如く計測値を取得する機能の他、第１のアクチュエータ装置８を構成する電動モータ８ａ，８ｂを制御することで移動動作部３の移動動作を制御する第１制御部２４と、第２のアクチュエータ装置としての電動モータ１４を制御することで車輪４のヨー方向の操舵を制御する第２制御部２５と備える。また、第１制御部２４は、乗員搭乗部５の傾斜角の目標値である目標傾斜角度を設定する目標傾斜角度設定部８０（詳細は後述）を備える。

第１制御部２４は、後述する演算処理を実行することで、移動動作部３の移動速度（詳しくは、Ｘ軸方向の並進速度とＹ軸方向の並進速度との組）の目標値である目標並進速度Ｖw1_cmd_xyを逐次算出し、移動動作部３の実際の移動速度を、目標並進速度Ｖw1_cmd_xyに一致させるように電動モータ８ａ，８ｂの回転速度を制御する。

この場合、電動モータ８ａ，８ｂのそれぞれの回転速度と、移動動作部３の実際の移動速度との間の関係はあらかじめ定められており、移動動作部３の目標並進速度Ｖw1_cmd_xyに応じて、各電動モータ８ａ，８ｂの回転速度の目標値が規定されるようになっている。そして、電動モータ８ａ，８ｂの回転速度を目標並進速度Ｖw1_cmd_xyに応じて規定される目標値にフィードバック制御することで、移動動作部３の実際の移動速度が、目標並進速度Ｖw1_cmd_xyに制御される。

また、第２制御部２５は、後述する演算処理を実行することで、車輪４の操舵角の目標値である目標操舵角θrz_cmd（詳細は後述）を逐次算出し、車輪４の実際の操舵角θrz_actを、目標操舵角θrz_cmdに一致させるように電動モータ１４の回転角度を制御する。ここで、操舵角は、ヨー方向すなわちＺ軸周りに回転するときの角度であり、その値は、車輪４の転動方向が前後方向となるときに０であり、車両１を上方から見て反時計周りの向きが正の向きである。

この場合、電動モータ１４の回転角度と、車輪４の実際の操舵角θrz_actとの間の関係はあらかじめ定められており、車輪４の目標操舵角θrz_cmdに応じて、電動モータ１４の回転角度の目標値が規定されるようになっている。そして、電動モータ１４の回転角度を目標操舵角θrz_cmdに応じて規定される目標値にフィードバック制御することで、車輪４の実際の操舵角θrz_actが、目標操舵角θrz_cmdに制御される。

次に、上記第１制御部２４及び第２制御部２５の処理をさらに詳細に説明する。まず、図４〜図８を参照して第１制御部２４及び第２制御部２５の処理を説明する。

第１制御部２４は、図４に示すように、その主要な機能部として、ジョイスティック１２から入力される操作信号により示される該ジョイスティック１２の前後方向の揺動量（Ｙ軸周りの回転量）Ｊs_x及び左右方向の揺動量（Ｘ軸周りの回転量）Ｊs_yから車両１の移動のための速度指令に変換する動作指令生成部３１と、車両１とその乗員搭乗部５に搭乗した乗員とを併せた全体の重心（以降、車両系全体重心という）の目標速度を決定する重心目標速度決定部３２と、車両系全体重心の速度を推定する重心速度推定部３３と、推定した車両系全体重心の速度を目標速度に追従させつつ、乗員搭乗部５の姿勢（基体２の姿勢）を安定化するように移動動作部３の移動速度の目標値を決定する姿勢制御演算部３４とを備える。そして、第１制御部２４は、これらの各機能部の処理を、制御装置２１の所定の演算処理周期で実行する。

なお、本実施形態では、車両系全体重心というのは、車両１の代表点の一例としての意味を持つものである。従って、車両系全体重心の速度というのは、その代表点の並進移動速度を意味するものである。

ここで、第１制御部２４の各機能部の処理を具体的に説明する前に、その処理の基礎となる事項を説明しておく。車両系全体重心の動力学的な挙動（詳しくは、Ｙ軸方向から見た挙動と、Ｘ軸方向から見た挙動）は、近似的に、図５に示すような倒立振子モデルの挙動により表現される。第１制御部２４の処理のアルゴリズムは、この挙動を基礎として構築されている。

なお、図５の参照符号を含めて、以降の説明では、添え字“_x”はＹ軸方向から見た場合の変数等の参照符号を意味し、添え字“_y”はＸ軸方向から見た場合の変数等の参照符号を意味する。また、図５では、Ｙ軸方向から見た場合の倒立振子モデルと、Ｘ軸方向から見た場合の倒立振子モデルとを併せて図示するために、Ｙ軸方向から見た場合の変数の参照符号に括弧を付さないものとし、Ｘ軸方向から見た場合の変数の参照符号に括弧を付している。

Ｙ軸方向から見た車両系全体重心の挙動を表す倒立振子モデルは、Ｙ軸方向と平行な回転軸心を有して床面上を輪転自在な仮想的な車輪６１_x（以降、仮想車輪６１_xという）と、該仮想車輪６１_xの回転中心から延設されて、該仮想車輪６１_xの回転軸周りに（Ｙ軸周り方向に）揺動自在なロッド６２_xと、このロッド６２_xの先端部（上端部）である基準部Ｐs_xに連結された質点Ｇa_xとを備える。

この倒立振子モデルでは、質点Ｇa_xの運動が、Ｙ軸方向から見た車両系全体重心の運動に相当し、鉛直方向に対するロッド６２_xの傾斜角度θb_x（Ｙ軸周り方向の傾斜角度）が、乗員搭乗部５（又は基体２）のＹ軸周り方向の傾斜角度に一致するものとされる。また、移動動作部３のＸ軸方向の並進運動が、仮想車輪６１_xの輪転によるＸ軸方向の並進運動に相当するものとされる。

そして、仮想車輪６１_xの半径ｒ_xと、基準部Ｐs_x及び質点Ｇa_xの床面からの高さｈ_xとは、あらかじめ設定された既定値（一定値）とされる。

同様に、Ｘ軸方向から見た車両系全体重心の挙動を表す倒立振子モデルは、Ｘ軸方向と平行な回転軸心を有して床面上を輪転自在な仮想的な車輪６１_y（以降、仮想車輪６１_yという）と、該仮想車輪６１_yの回転中心から延設されて、該仮想車輪６１_yの回転軸周りに（Ｘ軸周り方向に）揺動自在なロッド６２_yと、このロッド６２_yの先端部（上端部）である基準部Ｐs_yに連結された質点Ｇa_yとを備える。

この倒立振子モデルでは、質点Ｇa_yの運動が、Ｘ軸方向から見た車両系全体重心の運動に相当し、鉛直方向に対するロッド６２_yの傾斜角度θb_y（Ｘ軸周り方向の傾斜角度）が、乗員搭乗部５（又は基体２）のＸ軸周り方向の傾斜角度に一致するものとされる。また、移動動作部３のＹ軸方向の並進運動が、仮想車輪６１_yの輪転によるＹ軸方向の並進運動に相当するものとされる。

そして、仮想車輪６１_yの半径ｒ_yと、基準部Ｐs_y及び質点Ｇa_yの床面からの高さｈ_yとは、あらかじめ設定された既定値（一定値）とされる。なお、Ｘ軸方向で見た基準部Ｐs_y及び質点Ｇa_yの床面からの高さｈ_yは、Ｙ軸方向で見た基準部Ｐs_x及び質点Ｇa_xの床面からの高さｈ_xと同じである。そこで、以降、ｈ_x＝ｈ_y＝ｈとおく。

ここで、Ｙ軸方向から見た場合の上記基準部Ｐs_xと質点Ｇa_xとの位置関係ついて補足すると、基準部Ｐs_xの位置は、乗員搭乗部５に搭乗（着座）した乗員が、該乗員搭乗部５に対してあらかじめ定められた中立姿勢のまま不動であると仮定した場合における車両系全体重心の位置に相当している。従って、この場合には、質点Ｇa_xの位置は、基準部Ｐs_xの位置に一致する。このことは、Ｘ軸方向から見た場合の上記基準部Ｐs_yと質点Ｇa_yとの位置関係ついても同様である。

ただし、実際には、乗員搭乗部５に搭乗した乗員が、その上体等を乗員搭乗部５（又は基体２）に対して動かすことで、実際の車両系全体重心のＸ軸方向の位置及びＹ軸方向の位置は、一般には、それぞれ基準部Ｐs_x，Ｐs_yの位置から水平方向にずれることとなる。このため、図５では、質点Ｇa_x，Ｇa_yの位置をそれぞれ、基準部Ｐs_x，Ｐs_yの位置からずらした状態で図示している。

上記のような倒立振子モデルで表現される車両系全体重心の挙動は、次式（１ａ）、（１ｂ）、（２ａ）、（２ｂ）により表現される。この場合、式（１ａ），（１ｂ）は、Ｙ軸方向で見た挙動、式（２ａ），（２ｂ）は、Ｘ軸方向で見た挙動を表している。

Ｖb_x＝Ｖw1_x＋ｈ・ωb_x ……（１ａ）
dＶb_x／dt＝(ｇ／ｈ)・(θb_x・(ｈ−ｒ_x)＋Ｏfst_x)＋ωz・Ｖb_y ……（１ｂ）
Ｖb_y＝Ｖw1_y＋ｈ・ωb_y ……（２ａ）
dＶb_y／dt＝(ｇ／ｈ)・(θb_y・(ｈ−ｒ_y)＋Ｏfst_y)−ωz・Ｖb_x ……（２ｂ）
ここで、Ｖb_xは車両系全体重心のＸ軸方向の速度（並進速度）、Ｖw1_xは仮想車輪６１_xのＸ軸方向の移動速度（並進速度）、θb_xは乗員搭乗部５（又は基体２）のＹ軸周り方向の傾斜角度、ωb_xはθb_xの時間的変化率（＝ｄθb_x／dt）、Ｏfst_xは車両系全体重心のＸ軸方向の位置（質点Ｇa_xのＸ軸方向の位置）の、前記基準部Ｐs_xの位置からのＸ軸方向のずれ量、Ｖb_yは車両系全体重心のＹ軸方向の速度（並進速度）、Ｖw1_yは仮想車輪６１_yのＹ軸方向の移動速度（並進速度）、θb_yは乗員搭乗部５（又は基体２）のＸ軸周り方向の傾斜角度、ωb_yはθb_yの時間的変化率（＝ｄθb_y／dt）、Ｏfst_yは車両系全体重心のＹ軸方向の位置（質点Ｇa_yのＹ軸方向の位置）の、前記基準部Ｐs_yの位置からのＹ軸方向のずれ量である。また、ωzは車両１の旋回時のヨーレート（ヨー軸周り方向の角速度）、ｇは重力加速度定数である。なお、θb_x、ωb_xの正方向は、車両系全体重心がＸ軸の正方向（前向き）に傾く方向、θb_y、ωb_yの正方向は、車両系全体重心がＹ軸の正方向（左向き）に傾く方向である。また、ωzの正方向は、車両１を上方から見た場合に、反時計周り方向である。

式（１ａ）の右辺第２項（＝ｈ・ωb_x）は、乗員搭乗部５のＹ軸周り方向の傾動によって生じる基準部Ｐs_xのＸ軸方向の並進速度成分、式（２ａ）右辺第２項（＝ｈ・ωb_y）は、乗員搭乗部５のＸ軸周り方向の傾動によって生じる基準部Ｐs_yのＹ軸方向の並進速度成分である。

補足すると、式（１ａ）におけるＶw1_xは、詳しくは、ロッド６２_xに対する（換言すれば乗員搭乗部５又は基体２に対する）相対的な仮想車輪６１_xの周速度である。このため、Ｖw1_xには、床面に対する仮想車輪６１_xの接地点のＸ軸方向の移動速度（床面に対する移動動作部３の接地点のＸ軸方向の移動速度）に加えて、ロッド６２_xの傾動に伴う速度成分（＝ｒ_x・ωb_x）が含まれている。このことは、式（１ｂ）におけるＶw1_yについても同様である。

また、式（１ｂ）の右辺の第１項は、車両系全体重心のＸ軸方向の位置（質点Ｇa_xのＸ軸方向の位置）の、仮想車輪６１_xの接地部（Ｙ軸方向から見た移動動作部３の接地部）の鉛直上方位置からのずれ量（＝θb_x・(ｈ−ｒ_x)＋Ｏfst_x）に応じて仮想車輪６１_xの接地部に作用する床反力（図５のＦ）のＸ軸方向成分（図５のＦ_x）によって車両系全体重心に発生するＸ軸方向の加速度成分、式（１ｂ）の右辺の第２項は、ωzのヨーレートでの旋回時に車両１に作用する遠心力によって発生するＸ軸方向の加速度成分である。

同様に、式（２ｂ）の右辺の第１項は、車両系全体重心のＹ軸方向の位置（質点Ｇa_yのＹ軸方向の位置）の、仮想車輪６１_yの接地部（Ｘ軸方向から見た移動動作部３の接地部）の鉛直上方位置からのずれ量（＝θb_y・(ｈ−ｒ_y)＋Ｏfst_y）に応じて仮想車輪６１_yの接地部に作用する床反力（図５のＦ）のＹ軸方向成分（図５のＦ_y）によって車両系全体重心に発生するＹ軸方向の加速度成分、式（２ｂ）の右辺の第２項は、ωzのヨーレートでの旋回時に車両１に作用する遠心力によって発生するＹ軸方向の加速度成分である。

上記の如く、式（１ａ）、（１ｂ）により表現される挙動（Ｘ軸方向で見た挙動）は、ブロック線図で表現すると、図６に示すように表される。図中の１／ｓは積分演算を表している。

そして、図６における参照符号Ａを付した演算部の処理が、式（１ａ）の関係式に該当しており、参照符号Ｂを付した演算部の処理が、式（１ｂ）の関係式に該当している。

なお、図６中のｈ・θb_xは、近似的には、図５に示したDiff_xに一致する。

一方、式（２ａ）、（２ｂ）により表現される挙動（Ｙ軸方向で見た挙動）を表現するブロック線図は、図６中の添え字“_x”を“_y”に置き換え、参照符号Ｃを付した加算器への入力の一つである図中下側の加速度成分（遠心力によって発生する加速度成分）の符号“＋”を“−”に置き換えることによって得られる。

本実施形態では、第１制御部２４の処理のアルゴリズムは、上記の如く車両系全体重心の基準部Ｐs_x，Ｐs_yからのずれ量と、遠心力とを考慮した車両系全体重心の挙動モデル（倒立振子モデル）に基づいて構築されている。

以上を前提として、第１制御部２４の処理をより具体的に説明する。なお、以降の説明では、Ｙ軸方向から見た挙動に関する変数の値と、Ｘ軸方向から見た挙動に関する変数の値との組を添え字“_xy”を付加して表記する場合がある。

図４を参照して、第１制御部２４は、制御装置２１の各演算処理周期において、まず、動作指令生成部３１の処理と、前記重心速度推定部３３の処理とを実行する。

図７に示すように、動作指令生成部３１は、ジョイスティック１２のＸ軸方向への揺動量（すなわちＹ軸周りの回転量）Ｊs_xと、ジョイスティック１２のＹ軸方向への揺動量（すなわちＸ軸周りの回転量）Ｊs_yとに応じて、移動動作部３のＸ軸方向への移動速度（並進速度）の基本指令値である基本速度指令Ｖf_xと、車両１の旋回時のヨー軸周り方向の角速度の基本指令値である目標旋回角速度ωz_cmdとを決定する。

上記基本速度指令Ｖf_xは、処理部３１ａにて、ジョイスティック１２のＸ軸方向への揺動量Ｊs_xに応じて決定される。具体的には、揺動量Ｊs_xが正方向の揺動量（前向きの揺動量）である場合には、Ｘ軸方向の基本速度指令Ｖf_xは、車両１の前進方向への速度指令（正の速度指令）とされ、揺動量Ｊs_xが負方向の揺動量（後向きの揺動量）である場合には、Ｘ軸方向の基本速度指令Ｖf_xは、車両１の後進方向への速度指令（負の速度指令）とされる。また、この場合、Ｘ軸方向の基本速度指令Ｖf_xの大きさは、ジョイスティック１２のＸ軸方向（前向き又は後向き）への揺動量Ｊs_xの大きさが大きいほど、既定の上限値以下で、大きくなるように決定される。

なお、ジョイスティック１２の正方向又は負方向への揺動量Ｊs_xの大きさが十分に微小なものとなる所定の範囲を不感帯域として、その不感帯域内の揺動量では、Ｘ軸方向の基本速度指令Ｖf_xをゼロに設定するようにしてもよい。図７の処理部３１ａ中に示すグラフは、上記不感帯域を有する場合の入力（Ｊs_x）と、出力（Ｖf_x）との間の関係を示している。

なお、本実施形態では、Ｙ軸方向の基本速度指令Ｖf_yは０に設定される。

また、図７に示す如く、処理部３１ｂの処理によって、ジョイスティック１２のＹ軸方向への揺動量Ｊs_yに応じて、車両１の旋回時のヨー軸周りの方向の角速度の目標値である目標旋回角速度ωz_cmdが決定される。この場合、ジョイスティック１２の揺動量Ｊs_yが負方向の揺動量（右向きの揺動量）である場合には、目標旋回角速度ωz_cmdは、右周り（時計周り）の旋回の角速度指令（負の角速度指令）とされ、ジョイスティック１２の揺動量Ｊs_yが正方向の揺動量（左向きの揺動量）である場合には、目標旋回角速度ωz_cmdは、左周り（反時計周り）の旋回の角速度指令（正の角速度指令）とされる。この場合、目標旋回角速度ωz_cmdの大きさは、ジョイスティック１２のＹ軸方向への揺動量の大きさが大きいほど、既定の上限値以下で、大きくなるように決定される。

ただし、目標旋回角速度ωz_cmdの大きさは、ジョイスティック１２のＹ軸方向への揺動量の大きさが十分に微小なものとなる所定の範囲を不感帯域として、その不感帯域内の揺動量では、目標旋回角速度ωz_cmdをゼロに設定するようにしてもよい。図７の処理部３１ｂ中に示すグラフは、上記不感帯域を有する場合の入力（Ｊs_y）と、出力（ωz_cmd）との間の関係を示している。

前記重心速度推定部３３は、前記倒立振子モデルにおける前記式（１ａ），（２ａ）に表される幾何学的な（運動学的な）関係式に基づいて、車両系全体重心の速度の推定値Ｖb_estm1_xyを算出する。

具体的には、図４のブロック線図で示す如く、移動動作部３の実際の並進速度Ｖw1_act_xyの値と、乗員搭乗部５の傾斜角度θb_xyの実際の時間的変化率（傾斜角速度）ωb_act_xyに、車両系全体重心の高さｈを乗じてなる値とを加え合せることにより、車両系全体重心の速度の推定値Ｖb_estm1_xyを算出する。

すなわち、車両系全体重心のＸ軸方向の速度の推定値Ｖb_estm1_xとＹ軸方向の速度の推定値Ｖb_estm1_yとがそれぞれ、次式（３ａ），（３ｂ）により算出される。

Ｖb_estm1_x＝Ｖw1_act_x＋ｈ・ωb_act_x ……（３ａ）
Ｖb_estm1_y＝Ｖw1_act_y＋ｈ・ωb_act_y ……（３ｂ）
ただし、車両系全体重心の位置の基準部Ｐs_xyの位置からの前記ずれ量Ｏfst_xy（以降、重心ずれ量Ｏfst_xyという）の時間的変化率は、Ｖb_estm1_xyに比べ十分に小さく無視できるものとした。

この場合、上記演算におけるＶw1_act_x，Ｖw1_act_yの値としては、本実施形態では、前回の演算処理周期で姿勢制御演算部３４により決定された移動動作部３の移動速度の目標値Ｖw1_cmd_x，Ｖw1_cmd_y（前回値）が用いられる。

ただし、例えば、電動モータ８ａ，８ｂのそれぞれの回転速度をロータリエンコーダ等の回転速度センサにより検出し、それらの検出値から推定したＶw1_act_x，Ｖw1_act_yの最新値（換言すれば、Ｖw1_act_x，Ｖw1_act_yの計測値の最新値）を式（３ａ），（３ｂ）の演算に用いるようにしてもよい。

また、ωb_act_x，ωb_act_yの値としては、本実施形態では、前記傾斜センサ２２の検出信号に基づく乗員搭乗部５の傾斜角度θbの計測値の時間的変化率の最新値（換言すれば、ωb_act_x，ωb_act_yの計測値の最新値）が用いられる。

第１制御部２４は上記の如く動作指令生成部３１及び重心速度推定部３３の処理を実行した後、次に、図４に示す重心ずれ推定部３５ａの処理を実行することで、前記重心ずれ量Ｏfst_xyの推定値である重心ずれ量推定値Ｏfst_estm_xyを決定する。

この重心ずれ推定部３５ａの処理は、図８のブロック線図により示される処理である。なお、図８は、重心ずれ量推定値Ｏfst_estm_xyのうちのＸ軸方向の重心ずれ量推定値Ｏfst_estm_xの決定処理を代表的に表している。

図８の処理を具体的に説明すると、重心ずれ推定部３５ａは、傾斜センサ２２の検出信号から得られた乗員搭乗部５のＹ軸周り方向の実際の傾斜角度θb_act_xの計測値（最新値）と、ヨーレートセンサ２３の検出信号から得られた車両１の実際のヨーレートωz_actの計測値（最新値）と、重心速度推定部３３により算出された車両系全体重心のＹ軸方向の速度の第１推定値Ｖb_estm1_y（最新値）と、前回の演算処理周期で決定したＸ軸方向の重心ずれ量推定値Ｏfst_estm_x（前回値）とを用いて、前記式（１ｂ）の右辺の演算処理を演算部３５a1で実行することにより、車両系全体重心のＸ軸方向の並進加速度の推定値DVb_estm_xを算出する。

さらに重心ずれ推定部３５ａは、車両系全体重心のＸ軸方向の並進加速度の推定値DVb_estm_xを積分する処理を演算部３５a2で実行することにより、車両系全体重心のＸ軸方向の速度の第２推定値Ｖb_estm2_xを算出する。

次いで、重心ずれ推定部３５ａは、車両系全体重心のＸ軸方向の速度の第２推定値Ｖb_estm2_x（最新値）と、第１推定値Ｖb_estm1_x（最新値）との偏差を算出する処理を演算部３５a3で実行する。

さらに、重心ずれ推定部３５ａは、この偏差に所定値のゲイン（−Ｋｐ）を乗じる処理を演算部３５a4で実行することにより、Ｘ軸方向の重心ずれ量推定値Ｏfst_estm_xの最新値を決定する。

Ｙ軸方向の重心ずれ量推定値Ｏfst_estm_yの決定処理も上記と同様に実行される。具体的には、この決定処理を示すブロック線図は、図８中の添え字“_x”と“_y”とを入れ替え、加算器３５a５への入力の一つである図中右側の加速度成分（遠心力によって発生する加速度成分）の符号“＋”を“−”に置き換えることによって得られる。

このような重心ずれ推定部３５ａの処理によって、重心ずれ量推定値Ｏfst_estm_xyを逐次更新しつつ決定することによって、Ｏfst_estm_xyを実際の値に収束させるように決定することができる。

第１制御部２４は、次に、図４に示す重心ずれ影響量算出部３５ｂの処理を実行することによって、重心ずれ影響量Ｖofs_xyを算出する。

重心ずれ影響量Ｖofs_xyは、後述する姿勢制御演算部３４において、車両系全体重心の位置が倒立振子モデルにおける前記基準部Ｐs_xyの位置からずれることを考慮せずにフィードバック制御を行った場合の車両系全体重心の目標速度に対する実際の重心速度のずれを表す。

具体的には、この重心ずれ影響量算出部３５ｂは、新たに決定された重心ずれ量推定値Ｏfst_estm_xyの各成分に、(Ｋth_xy／（ｈ-ｒ_xy))／Ｋvb_xyという値を乗じることにより、前記重心ずれ影響量Ｖofs_xyを算出する。

なお、Ｋth_xyは、後述する姿勢制御演算部３４の処理において、乗員搭乗部５の傾斜角度を目標傾斜角度に近づけるように機能する操作量成分を決定するためのゲイン値である。また、Ｋvb_xyは、後述する姿勢制御演算部３４の処理において、後述の重心ずれ補償後目標速度Ｖb_cmpn_cmd_xyと該車両系全体重心の速度の第１推定値Ｖb_estm1_xyとの偏差をゼロに近づけるように機能する操作量成分を決定するためのゲイン値である。

第１制御部２４は、次に、図４に示す重心目標速度決定部３２の処理を実行することによって、前記動作指令生成部３１により決定された基本速度指令Ｖf_xと、前記重心ずれ影響量算出部３５ｂにより決定された重心ずれ影響量Ｖofs_xyとに基づいて、制限後重心目標速度Ｖb_cmd_xyを算出する。

重心目標速度決定部３２は、まず、図４に示す処理部３２ｃの処理を実行する。この処理部３２ｃは、重心ずれ影響量Ｖofs_xyの値に関する不感帯処理とリミット処理とを実行することで、車両系全体重心の目標値のうちの重心ずれに応じた成分としての目標重心速度加算量Vb_cmd_by_ofs_xyを決定する。

具体的には、本実施形態では、重心目標速度決定部３２は、Ｘ軸方向の重心ずれ影響量Ｖofs_xの大きさがゼロ近辺の所定の範囲である不感帯域内の値（比較的ゼロに近い値）である場合には、Ｘ軸方向の目標重心速度加算量Vb_cmd_by_ofs_xをゼロにする。

また、重心目標速度決定部３２は、Ｘ軸方向の重心ずれ影響量Ｖofs_xの大きさが不感帯域内から逸脱した値である場合には、Ｘ軸方向の目標重心速度加算量Vb_cmd_by_ofs_xを、Ｖofs_xと同極性で、その大きさが、Ｖofs_xの大きさの増加に伴い大きくなるように決定する。ただし、目標重心速度加算量Vb_cmd_by_ofs_xの値は、所定の上限値（＞０）と下限値（≦０）との間の範囲内に制限される。

Ｙ軸方向の目標重心速度加算量Vb_cmd_by_ofs_yの決定処理は、上記と同様である。

次いで、重心目標速度決定部３２は、前記動作指令生成部３１により決定された基本速度指令Ｖf_xに目標重心速度加算量Vb_cmd_by_ofs_xyを加え合わせてなる目標速度Ｖ1_xyを決定する処理を図４に示す処理部３２ｄで実行する。すなわち、Ｖ1_x＝Ｖf_x＋Vb_cmd_by_ofs_x、Ｖ1_y＝Ｖf_y＋Vb_cmd_by_ofs_yという処理によって、Ｖ1_xy（Ｖ1_xとＶ1_yとの組）を決定する。

さらに、重心目標速度決定部３２は、処理部３２ｅの処理を実行する。この処理部３２ｅでは、移動動作部３のアクチュエータ装置８としての電動モータ８ａ，８ｂのそれぞれの回転速度を、所定の許容範囲から逸脱させることのないようにするために、目標速度Ｖ1_xとＶ1_yとの組み合わせを制限してなる車両系全体重心の目標速度としての制限後重心目標速度Ｖb_cmd_xy（Ｖb_cmd_x，Ｖb_cmd_yの組）を決定するリミット処理が実行される。

この場合、処理部３２ｄで求められた目標速度Ｖ1_x，Ｖ1_yの組が、目標速度Ｖ1_xの値を縦軸、目標速度Ｖ1_yの値を横軸とする座標系上で所定の領域（例えば８角形状の領域）内に在る場合には、その目標速度Ｖ1_xyがそのまま制限後重心目標速度Ｖb_cmd_xyとして決定される。

また、処理部３２ｄで求められた目標速度Ｖ1_x，Ｖ1_yの組が、上記座標系上の所定の領域から逸脱している場合には、該所定の領域の境界上の組に制限したものが、制限後重心目標速度Ｖb_cmd_xyとして決定される。

以上のごとく、前記基本速度指令Ｖf_xと、前記重心ずれ影響量Ｖofs_xy（または、重心ずれ）とに基づいて、重心目標速度Ｖb_cmd_xyが決定されるので、乗員は、ジョイスティック１２の操作と、乗員の身体の姿勢の変化（体重移動）によって、車両１を操縦することができる。

以上の如く重心目標速度決定部３２の処理を実行した後、第１制御部２４は、次に、姿勢制御演算部３４の処理を実行する。この姿勢制御演算部３４は、図４のブロック線図で示す処理によって、移動動作部３の移動速度（並進速度）の目標値である目標並進速度Ｖw1_cmd_xyを決定する。

より詳しくは、姿勢制御演算部３４は、まず、前記制限後重心目標速度Ｖb_cmd_xyの各成分から、重心ずれ影響量Ｖofs_xyの各成分を減じる処理を演算部３４ｂで実行することにより重心ずれ補償後目標速度Ｖb_cmpn_cmd_xy（最新値）を決定する。

次いで、姿勢制御演算部３４は、上記演算部３４ｂと、積分演算を行う積分演算部３４ａとを除く演算部の処理によって、移動動作部３の接地点の並進加速度の目標値である目標並進加速度DVw1_cmd_xyのうちのＸ軸方向の目標並進加速度DVw1_cmd_xと、Ｙ軸方向の目標並進加速度DVw1_cmd_yとをそれぞれ次式（４ａ），（４ｂ）の演算により算出する。

DVw1_cmd_x＝Ｋvb_x・(Ｖb_cmpn_cmd_x−Ｖb_estm1_x)
＋Ｋth_x・（θb_cmd_x−θb_act_x）
−Ｋw_x・ωb_act_x ……（４ａ）
DVw1_cmd_y＝Ｋvb_y・(Ｖb_cmpn_cmd_y−Ｖb_estm1_y)
＋Ｋth_y・（θb_cmd_y−θb_act_y）
−Ｋw_x・ωb_act_y ……（４ｂ）
式（４ａ），（４ｂ）におけるＫvb_xy、Ｋth_xy、Ｋw_xyはあらかじめ設定された所定のゲイン値である。なお、乗員搭乗部５のＹ軸周りの方向の目標傾斜角度θb_cmd_xは常にゼロに設定される。また、乗員搭乗部５のＸ軸周りの方向の目標傾斜角度θb_cmd_yは、車両１を並進移動させるように制御装置２１が制御する場合（ジョイスティック１２から旋回指令が出力されていない場合、すなわち、動作指令生成部３１により決定される目標旋回角速度ωz_cmdがゼロである場合）にゼロに設定され、車両１を旋回させるように制御装置２１が制御する場合（ジョイスティック１２から旋回指令が出力されている場合、すなわち、動作指令生成部３１により決定される目標旋回角速度ωz_cmdがゼロではない場合）には、後述するように旋回を適切に行うための値に設定される（図９参照）。

また、式（４ａ）の右辺の第１項は、車両系全体重心のＸ軸方向の重心ずれ補償後目標速度Ｖb_cmpn_cmd_xy（最新値）と第１推定値Ｖb_estm1_x（最新値）との偏差に応じたフィードバック操作量成分である。また、式（４ａ）の右辺の第２項は、乗員搭乗部５のＹ軸周り方向の目標傾斜角度θb_cmd_x（最新値）と実際の傾斜角度θb_act_xの計測値（最新値）との偏差に応じたフィードバック操作量成分である。また、式（４ａ）の右辺の第３項は、乗員搭乗部５のＹ軸周り方向の実際の傾斜角速度ωb_act_xの計測値（最新値）に応じたフィードバック操作量成分である。そして、Ｘ軸方向の目標並進加速度DVw1_cmd_xは、これらのフィードバック操作量成分の合成操作量として算出される。

同様に、式（４ｂ）の右辺の第１項は、車両系全体重心のＹ軸方向の重心ずれ補償後目標速度Ｖb_cmpn_cmd_y（最新値）と第１推定値Ｖb_estm1_y（最新値）との偏差に応じたフィードバック操作量成分である。また、式（４ｂ）の右辺の第２項は、乗員搭乗部５のＸ軸周り方向の目標傾斜角度θb_cmd_y（最新値）と実際の傾斜角度θb_act_yの計測値（最新値）との偏差に応じたフィードバック操作量成分である。また、式（４ｂ）の右辺の第３項は、乗員搭乗部５のＸ軸周り方向の実際の傾斜角速度ωb_act_yの計測値（最新値）に応じたフィードバック操作量成分である。そして、Ｙ軸方向の目標並進加速度DVw1_cmd_yは、これらのフィードバック操作量成分の合成操作量として算出される。

次いで、姿勢制御演算部３４は、積分演算部３４ａによって、目標並進加速度DVw1_cmd_xyの各成分を積分することによって、移動動作部３の目標並進速度Ｖw1_cmd_xy（最新値）を決定する。

そして、第１制御部２４は、上記の如く決定した目標並進速度Ｖw1_cmd_xyにしたがって移動動作部３のアクチュエータ装置８としての電動モータ８ａ，８ｂを制御する。より詳しくは、第１制御部２４は、目標並進速度Ｖw1_cmd_xyにより規定される各電動モータ８ａ，８ｂの回転速度の目標値に、実際の回転速度（計測値）を追従させるように、フィードバック制御処理により各電動モータ８ａ，８ｂの電流指令値を決定し、この電流指令値に従って、各電動モータ８ａ，８ｂの通電を行なう。

以上の処理により、前記制限後重心目標速度Ｖb_cmd_xyが一定値であって、車両１の運動が整定し、車両１が一定速度で直進している状態においては、車両系全体重心は、移動動作部３の接地点の真上に存在する。この状態では、乗員搭乗部５の実際の傾斜角度θb_act_xyは、式（１ｂ）、（２ｂ）に基づいて、−Ofst_xy／（ｈ−ｒ_xy）となる。また、乗員搭乗部５の実際の傾斜角速度ωb_act_xyはゼロ、目標並進加速度DVw1_cmd_xyはゼロとなる。このことと、図４のブロック線図から、Ｖb_estm1_xyとＶb_cmd_xyとが一致することが導き出される。

すなわち、移動動作部３の目標並進速度Ｖw1_cmd_xyは、基本的には、車両系全体重心の制限後重心目標速度Ｖb_cmd_xyと第１推定値Ｖb_estm1_xyとの偏差をゼロに収束させるように決定される。

また、車両系全体重心の位置が、倒立振子モデルにおける前記基準部Ｐs_xyの位置からずれることの影響を補償しつつ、前記処理部３２eの処理によって、移動動作部３のアクチュエータ装置８としての電動モータ８ａ，８ｂのそれぞれの回転速度が、所定の許容範囲から逸脱することのないように制御される。

以上が、本実施形態における第１制御部２４の処理の詳細である。

また、車両１を並進移動させるとき、第２制御部２５は、車輪４の転動方向が、移動動作部３の移動方向に一致するように車輪４の操舵角を制御する。詳細には、第２制御部２５は、次式（５）で示されるように、Ｙ軸方向の目標並進速度Ｖw1_cmd_yをＸ軸方向の目標並進速度Ｖw1_cmd_xで除算した値に対して、逆正接関数を適用することで、車両１の前後方向に対する車輪４の転動方向（移動動作部３の移動方向）の傾斜角度、すなわち、目標操舵角θrz_cmdを決定する。

θrz_cmd＝tan^-1(Ｖw1_cmd_y／Ｖw1_cmd_x) ……（５）
そして、第２制御部２５は、車輪４の実際の操舵角θrz_actが、該決定された目標操舵角θrz_cmdとなるように、電動モータ１４を制御する。

次に、図９及び図１０を参照して、ジョイスティック１２から旋回指令が出力されている場合、すなわち、動作指令生成部３１により決定される目標旋回角速度ωz_cmdがゼロではない場合における第１制御部２４及び第２制御部２５の処理について説明する。

旋回指令が出力されている場合には、第１制御部２４は、目標傾斜角度設定部８０によって、乗員搭乗部５のＸ軸周りの方向の目標傾斜角度θb_cmd_yを設定する。なお、このとき、第１制御部２４は、上述したように、並進移動するときと同様に、乗員搭乗部５のＹ軸周りの方向の目標傾斜角度θb_cmd_xをゼロに設定する。そして、該設定された目標傾斜角度θb_cmd_xyを用いて、前述した姿勢制御演算部３４によって、移動動作部３の目標並進速度Ｖw1_cmd_xyが決定される。この処理は、乗員搭乗部５のＸ軸周りの方向の目標傾斜角度θb_cmd_yの値を除いて、車両１を並進移動させる場合の姿勢制御演算部３４の処理と同じである。

すなわち、旋回指令が出力されている場合の第１制御部２４の処理は、旋回指令が出力されていない場合（車両１が並進移動する場合）の第１制御部２４の処理に比べて、乗員搭乗部５のＸ軸周りの方向の目標傾斜角度θb_cmd_yが常にゼロに設定されるわけではない点のみが異なっている。

また、旋回指令が出力されている場合には、第２制御部２５は、主に、目標旋回角速度ωz_cmd及び目標並進速度Ｖw1_cmd_xyに応じて、目標操舵角θrz_cmd（図１０参照）を決定する。

このとき、第２制御部２５は、ジョイスティック１２から旋回指令が出力されているときに、車輪４のヨー方向の操舵を制御して、該車輪４の転動方向Ｒが移動動作部３の移動速度ベクトルＶの方向に対して傾斜した状態となるように目標操舵角θrz_cmdを決定する。

従って、この状態で、第１制御部２４が、上記のようにして決定された移動動作部３の目標並進速度Ｖw1_cmd_xyに従って、第１のアクチュエータ装置８を制御して移動動作部３を移動させたときに、操舵角が目標操舵角θrz_cmdとなるように車輪４が操舵されることで円滑に旋回できる。このとき、移動動作部３の移動方向（移動速度ベクトルＶの方向）に対して車輪４の転動方向Ｒが傾斜しているので、乗員の熟練した操縦技術等を必要とせずに、当該車両１を容易に旋回させることができる。

以下、ジョイスティック１２から旋回指令が出力されている場合における、第１制御部２４及び第２制御部２５の処理の詳細について説明する。

まず、第１制御部２４の処理の詳細について図９を参照して説明する。第１制御部２４は、旋回指令が出力されている場合に、目標傾斜角度設定部８０の処理によって、目標傾斜角度θb_cmd_xyを設定する。目標傾斜角度設定部８０は、第１処理部８０１〜第１０処理部８１０を備える。

目標傾斜角度設定部８０は、「移動動作部３の現在の移動速度ベクトルＶの大きさ（該ベクトルＶのノルム||Ｖ||）が所定値Ｖα（詳細は後述）以上の大きさのとき」には、第１処理部８０１、第８処理部８０８及び第９処理部８０９によって、傾斜角度オフセットθb_ofs_y（詳細は後述）をゼロに設定する。本実施形態では、移動動作部３の現在の移動速度ベクトルＶとしては、目標並進速度の前回値Ｖw1_cmd_xy(k-1)を用いている。ここで、目標並進速度の前回値Ｖw1_cmd_xy(k-1)とは、前回の演算処理周期で、目標並進速度Ｖw1_cmd_xyとして設定された速度を示す。このように、本実施形態では、現在の移動動作部３の移動速度ベクトルＶを近似するベクトルとして、目標並進速度の前回値Ｖw1_cmd_xy(k-1)を用いている。

また、目標傾斜角度設定部８０は、「目標旋回角速度ωz_cmdの大きさが所定値ωα未満の大きさのとき」且つ「現在の移動速度ベクトルＶの大きさが所定値Ｖα未満の大きさのとき」には、第２処理部８０２、第７処理部８０７、第８処理部８０８及び第１０処理部８１０によって、傾斜角度オフセットθb_ofs_yをゼロに設定する。

また、目標傾斜角度設定部８０は、「目標旋回角速度ωz_cmdの大きさが所定値ωα以上の大きさのとき」且つ「現在の移動速度ベクトルＶの大きさが所定値Ｖα未満の大きさのとき」には、第１処理部８０１〜第８処理部８０８によって、傾斜角度オフセットθb_ofs_yを、目標旋回角速度ωz_cmd及び現在の移動速度ベクトルＶに応じて設定する。

以下、これらの目標傾斜角度設定部８０の処理の詳細について説明する。

目標傾斜角度設定部８０は、第１処理部８０１において、現在の移動速度ベクトルＶの大きさが、所定値Ｖα以上の大きさか否かを判定する。ここで、所定値Ｖαは、車両１が円滑に旋回を行うことが可能な速度に設定される。本実施形態では、例えば、所定値Ｖαを0.05[m/s]に設定している。なお、本実施形態では、移動動作部３が所定値Ｖα未満で走行している状態を準移動停止状態と定義し、移動動作部３が停止している状態を停止状態と定義している。

第１処理部８０１において、現在の移動速度ベクトルＶの大きさが所定値Ｖα未満の大きさと判定される場合には、第２処理部８０２によって、目標旋回角速度ωz_cmdの大きさが所定値ωα以上の大きさか否かを判定する。ここで、所定値ωαは、ジョイスティック１２の操作によって、実質的に車両１に旋回指令が出力されていると見做せる角速度に設定される。本実施形態では、例えば、ωαを1.0[rad/s]に設定している。

すなわち、本実施形態では、ジョイスティック１２のＹ軸方向（左右方向）への揺動操作に応じて決定される目標旋回角速度ωz_cmdの大きさが所定値ωα以上の大きさの状態が、車両１の旋回の要求が実質的に有る状態に相当し、ωz_cmdが所定値ωα未満となる状態が、車両１の旋回の要求が実質的に無い状態に相当する。

第２処理部８０２において、目標旋回角速度ωz_cmdの大きさが所定値ωα以上の大きさであった場合には、第３処理部８０３によって、目標旋回角速度ωz_cmdに応じて第１比率Ｒ１が設定される。ここで、第３処理部８０３では、目標旋回角速度ωz_cmdの大きさが大きい程、第１比率Ｒ１が大きくなるように設定される。なお、第１比率Ｒ１は、その絶対値の最大値は１に設定され、最小値（目標旋回角速度ωz_cmdの大きさがゼロのとき）はゼロに設定される。また、目標旋回角速度ωz_cmdが正の場合には、第１比率Ｒ１は負に設定され、目標旋回角速度ωz_cmdが負の場合には、第１比率Ｒ１は正に設定される。

また、このとき、第４処理部８０４によって、現在の移動速度ベクトルＶの大きさが大きい程、ジョイスティック１２から旋回指令が出力されていない状態且つ移動動作部３が停止している状態における目標傾斜角度θb_cmd_xyに近づくように、すなわち、０に近づくように第２比率Ｒ２が設定される（換言すると、現在の移動速度ベクトルＶの大きさが小さい程、第２比率Ｒ２が大きくなるように設定される）。なお、第２比率Ｒ２は、その最大値（現在の移動速度ベクトルＶの大きさがゼロのとき）は１に設定され、最小値（現在の移動速度ベクトルＶの大きさが所定値Ｖαのとき）はゼロに設定される。

そして、第５処理部８０５によって、第３処理部８０３によって設定された第１比率Ｒ１と、第４処理部８０４によって設定された第２比率Ｒ２とが乗算される。そして、第６処理部８０６によって、第５処理部８０５によって乗算されて得られた値に所定のゲインＫofsが乗算されて、傾斜角度オフセットθb_ofs_yが得られる。ここで、傾斜角度オフセットθb_ofs_yとは、ジョイスティック１２から旋回指令が出力されたときに、車両１を円滑に旋回させるために必要な乗員搭乗部５のＸ軸周りの方向の傾斜角度を表す。

そして、第７処理部８０７は、目標旋回角速度ωz_cmdの大きさが所定値ωα以上の大きさの場合に、第６処理部８０６から出力された傾斜角度オフセットθb_ofs_yを出力し、目標旋回角速度ωz_cmdの大きさが所定値ωα未満の大きさの場合に、後述する第１０処理部８１０から出力された傾斜角度オフセットθb_ofs_yを出力する。

第８処理部８０８は、現在の移動速度ベクトルＶの大きさが所定値Ｖα未満の大きさの場合に、第７処理部８０７から出力された傾斜角度オフセットθb_ofs_yを出力し、現在の移動速度ベクトルＶの大きさが所定値Ｖα以上の大きさの場合に、後述する第９処理部８０９から出力された傾斜角度オフセットθb_ofs_yを出力する。

なお、第１処理部８０１において、現在の移動速度ベクトルＶの大きさが所定値Ｖα以上の大きさであった場合には、第９処理部８０９によって、傾斜角度オフセットθb_ofs_yがゼロに設定され、第８処理部８０８は、傾斜角度オフセットθb_ofs_yとしてゼロを出力する。また、第２処理部８０２において、目標旋回角速度ωz_cmdの大きさが所定値ωα未満の大きさであった場合には、第１０処理部８１０において、傾斜角度オフセットθb_ofs_yがゼロに設定され、第７処理部８０７は、傾斜角度オフセットθb_ofs_yとしてゼロを出力する。そして、第８処理部８０８から出力された傾斜角度オフセットθb_ofs_yが目標傾斜角度θb_cmd_xyとして、目標傾斜角度設定部８０から出力される。

以上をまとめると、目標傾斜角度設定部８０は、「現在の移動速度ベクトルＶの大きさが所定値Ｖα未満の大きさであった場合」且つ「目標旋回角速度ωz_cmdの大きさが所定値ωα以上の大きさの場合」に、第１比率Ｒ１と第２比率Ｒ２と所定のゲインＫofsとを全て乗算して得られる目標傾斜角度θb_cmd_xyを出力する。

また、目標傾斜角度設定部８０は、「現在の移動速度ベクトルＶの大きさが所定値Ｖα未満の大きさであった場合」且つ「目標旋回角速度ωz_cmdの大きさが所定値ωα未満の大きさの場合」に、目標傾斜角度θb_cmd_xyとして０を出力する。

また、目標傾斜角度設定部８０は、「現在の移動速度ベクトルＶの大きさが所定値Ｖα以上の大きさであった場合」にも、目標傾斜角度θb_cmd_xyとして０を出力する。

以上が、本実施形態における目標傾斜角度設定部８０の処理の詳細である。目標傾斜角度設定部８０から出力された目標傾斜角度θb_cmd_xyは、前述した第１制御部２４の姿勢制御演算部３４に入力される。このとき、姿勢制御演算部３４には、目標傾斜角度θb_cmd_xyに加え、前述したように、車両系全体重心の目標速度Ｖb_cmd_xyと、重心ずれ影響量Ｖofs_xyと、重心速度推定部３３によって推定された車両系全体重心の速度Ｖb_estm1_xyと、乗員搭乗部５の実傾斜角度θb_act_xyと、乗員搭乗部５の傾斜角度θb_xyの実際の傾斜角速度ωb_act_xyとが入力される。姿勢制御演算部３４は、これらの入力に基づいて、前述したように式（４ａ）及び式（４ｂ）によって得られた結果を積分することで、目標並進速度Ｖw1_cmd_xyを決定する。

このとき決定される目標並進速度Ｖw1_cmd_xyは、目標傾斜角度設定部８０の処理によって設定された傾斜角度オフセットθb_ofs_yが反映された目標傾斜角度θb_cmd_xyに基づいて決定されている。これにより、目標並進速度Ｖw1_cmd_xyは、車両１が旋回指令に応じて円滑に旋回できるような値に決定される。

次に、ジョイスティック１２から旋回指令が出力されている場合における、第２制御部２５の処理の詳細について、図９を参照して説明する。第２制御部２５は、第１処理部２５１〜第６処理部２５６を備える。第２制御部２５は、第１処理部２５１及び第５処理部２５５の処理によって、目標旋回角速度ωz_cmdの大きさが所定値ωα以上の大きさのとき、第２処理部２５２〜第４処理部２５４によって決定された目標操舵角θrz_cmdを出力し、目標旋回角速度ωz_cmdの大きさが所定値ωα未満の大きさのとき、第６処理部２５６によって決定された目標操舵角θrz_cmdを出力する。

まず、目標旋回角速度ωz_cmdの大きさが所定値ωα以上の大きさのときの第２制御部２５の処理について説明する。この場合には、第２処理部２５２から、伝達関数が「1/(1+Ts)」で表されるローパス特性のフィルタリング処理が施された目標旋回角速度ωz_cmdが出力される。

そして、第３処理部２５３は、車輪４の操舵に応じた車両１のヨー方向の回転挙動を表現する幾何学モデル（運動学モデル）を表す下記の式（６ａ）に基づいて得られる式（６ｂ）に従って、車輪４の目標操舵角θrz_cmdを決定する。

-A+B・tan(θrz)=0 ……（６ａ）
但し、
A=Ｖw1_y・Δt-L・sin(ωz・Δt) ……（６ａ１）
B=Ｖw1_x・Δt-L・cos(ωz・Δt)+L ……（６ａ２）
θrz=tan^-1(A/B) ……（６ｂ）
ここで、Δｔは演算処理周期[sec]であり、Ｌは図１０に示されるように、車両１を上方から見たときの移動動作部３の中心（環状芯体６の回転中心軸）と車輪４の回転中心との間の長さである。また、ωzは車両１の旋回角速度であり、Ｖw1_xは、車両１の前後方向（Ｘ軸方向）への並進速度であり、Ｖw1_yは、車両１の左右方向（Ｙ軸方向）への並進速度である。

また、図１０に示されるように、目標操舵角θrz_cmdは、車両１の前方向であるＸ方向に対して、車輪４の転動方向Ｒの傾斜角度を示す。

第３処理部２５３は、式（６ａ１）及び式（６ａ２）の、ωzには第２処理部２５２から出力された目標旋回角速度ωz_cmdを用い、Ｖw1_xには第１制御部２４から出力された前後方向（Ｘ軸方向）への目標並進速度Ｖw1_cmd_xを用い、Ｖw1_yには第１制御部２４から出力された左右方向（Ｙ軸方向）への目標並進速度Ｖw1_cmd_yを用いることで、式（６ａ１）及び式（６ａ２）により定義されるＡ及びＢを決定する。そして、このＡ及びＢの決定された値から式（６ｂ）により、目標操舵角θrz_cmdを決定する。

そして、第４処理部２５４は、第３処理部２５３で決定された目標操舵角θrz_cmdが所定の上限値を超えていた場合に、該所定の上限値に制限するリミット処理を施して得られた値を新たな目標操舵角θrz_cmdとして出力する。このとき、第４処理部２５４から出力された目標操舵角θrz_cmdが、第２制御部２５の出力となる。

次に、目標旋回角速度ωz_cmdの大きさが所定値ωα未満の大きさのときの第２制御部２５の処理について説明する。この場合には、第６処理部２５６によって、目標操舵角θrz_cmdがゼロに設定され、該ゼロに設定された目標操舵角θrz_cmdが第２制御部２５の出力となる。

そして、第２制御部２５は、車輪４の操舵角が目標操舵角θrz_cmdとなるように、第２のアクチュエータ装置である電動モータ１４を作動させる。

以上のように、第２制御部２５は、目標旋回角速度ωz_cmdの大きさが所定値ωα以上の大きさのときに、車両１を上方から見たときの車輪４の操舵方向を、第１制御部２４の姿勢制御演算部３４によって新たに設定された目標並進速度Ｖw1_cmd_xyによって表される移動速度ベクトルＶ（以下、「新たな移動速度ベクトルＶ」という）の方向に対して傾斜させるように目標操舵角θrz_cmdを決定し、車輪４の操舵角が該目標操舵角θrz_cmdになるように、第２のアクチュエータ装置である電動モータ１４を制御する。

これにより、車輪４の転動方向が移動動作部３の新たな移動速度ベクトルＶの方向に対して傾斜した状態となる。この状態で、第１制御部２４が、第１のアクチュエータ装置８を作動させて移動動作部３を移動させると、当該移動動作部３の移動方向に対して車輪の転動方向Ｒが傾斜しているので、乗員の熟練した操縦技術等を必要とせずに、車両１を容易に旋回させることができる。

また、このとき、第２制御部２５は、式（６ａ），（６ａ１），（６ａ２）で示されるように、車輪４の操舵に応じた車両１のヨー方向の回転挙動を表現する幾何学モデル（運動学モデル）に基づいて得られる式（６ｂ）に従って、車輪４の目標操舵角θrz_cmdを決定している。これにより、車輪４の操舵角が車両１を旋回するために適切な角度となり、車両１を容易に旋回できる。

また、第１制御部２４の目標傾斜角度設定部８０によって、「現在の移動速度ベクトルＶの大きさが所定値Ｖα未満の大きさのとき」且つ「目標旋回角速度ωz_cmdの大きさが所定値ωα以上の大きさのとき」には、現在の移動速度ベクトルＶと目標旋回角速度ωz_cmdとに応じて、乗員搭乗部５の傾斜角度オフセットθb_ofs_yが設定される。これにより、移動停止状態又は準移動停止状態のように、車両１の旋回が困難な場合には、目標傾斜角度設定部８０が、移動動作部３の左右方向への移動速度Ｖw1_cmd_yの大きさが大きくなるように、傾斜角度オフセットθb_ofs_yを設定する。これにより、車両１が左右方向に移動するので車両１を容易に旋回できる。

また、このとき、目標傾斜角度設定部８０は、目標傾斜角度θb_cmd_xyを、現在の移動速度ベクトルＶの大きさが大きい程、ジョイスティック１２から旋回指令が出力されていない状態且つ移動動作部３が停止している状態における目標傾斜角度θb_cmd_xyに近づくように、すなわち、０に近づくように第２比率Ｒ２を設定する。すなわち、目標傾斜角度設定部８０は、現在の移動速度ベクトルＶの大きさが小さい程、第２比率Ｒ２（ひいては傾斜角度オフセットθb_ofs_y）を大きく設定する。

これにより、車両１の旋回が困難な準移動停止状態において、移動速度ベクトルＶの大きさが小さい程旋回指令が出力されていない状態且つ移動動作部３が停止している状態から離れるように、すなわち移動動作部３の左右方向への移動速度成分Ｖw1_cmd_yの大きさが大きくなるように、目標傾斜角度θb_cmd_xyが設定される。これにより、準移動停止状態における移動動作部３の移動速度ベクトルＶが小さい程、移動動作部３の左右方向への移動速度Ｖw1_cmd_yが大きくなるので、車輪４の操舵によって車両１を容易に旋回できる。

また、これにより、例えば、移動動作部３の現在の移動速度ベクトルＶの大きさが、「所定値Ｖα以上から所定値Ｖα未満の大きさに切り替わるとき」又は「所定値Ｖα未満から所定値Ｖα以上の大きさに切り替わるとき」において、傾斜角度オフセットθb_ofs_yが急に変化することを抑制し、車両１の急な挙動変化を抑制することができる。

また、目標傾斜角度設定部８０は、目標旋回角速度ωz_cmdの大きさが大きい程、移動動作部３の左右方向への移動速度Ｖw1_cmd_yの大きさが大きくなるように、傾斜角度オフセットθb_ofs_yを大きく設定する。これにより、目標旋回角速度ωz_cmdの大きさが大きい場合、目標傾斜角度設定部８０は、車両１の左右方向への移動速度Ｖw1_cmd_yを大きく設定するので、目標旋回角速度ωz_cmdを満たすように車両１を容易に旋回できる。

また、目標傾斜角度設定部８０は、現在の移動速度ベクトルＶの大きさが所定値Ｖα以上の大きさである場合には、円滑に旋回できる速度で移動しているので、旋回のために乗員搭乗部５を更に傾動させる必要はないので、傾斜角度オフセットθb_ofs_yをゼロに設定している。これにより、車両１を不要に傾動させることを防止できる。

なお、本実施形態の目標傾斜角度設定部８０の処理が、本発明における「前記乗員搭乗部の傾斜角の目標値である目標傾斜角度を設定するステップ」に相当する。また、本実施形態の第１制御部２４によって、移動動作部３の移動速度を、姿勢制御演算部３４によって出力された目標並進速度Ｖw1_cmd_xyとなるように、第１のアクチュエータ装置８を作動させる処理が、本発明における「前記移動動作部の移動速度を前記第１のアクチュエータ装置を介して制御するステップ」に相当する。また、本実施形態の第２制御部２５によって、車輪４の操舵角を、目標操舵角θrz_cmdとなるように、第２のアクチュエータ装置である電動モータ１４を作動させる処理が、本発明における「当該倒立振子型車両を上方から見たときの前記車輪の操舵方向を、前記移動動作部の移動速度ベクトルの方向に対して傾斜させるように前記第２のアクチュエータ装置を制御するステップ」に相当する。

なお、本実施形態では、第１制御部２４の目標傾斜角度設定部８０が目標傾斜角度θb_cmd_xyを設定する際、及び第２制御部２５が目標操舵角θrz_cmdを設定する際に、該第１制御部２４及び第２制御部２５に入力される現在の移動速度ベクトルＶとして、目標並進速度の前回値Ｖw1_cmd_xy(k-1)を用いているが、現在の乗員搭乗部５の移動速度を表すことができるものであればこれに限らない。例えば、移動動作部３の移動速度を検知できるセンサ等を設け、当該センサの観測値によって得られた移動速度を、現在の移動速度ベクトルＶとして用いてもよい。

また、本実施形態では、第２制御部２５は、目標旋回角速度ωz_cmd及び目標並進速度Ｖw1_cmd_xyのように目標値を用いて、目標操舵角θrz_cmdを設定しているが、車両１の旋回角速度を検知するセンサ、及び車両１の並進速度を検知するセンサ等を用いることで、観測値を用いて目標操舵角θrz_cmdを設定してもよい。この場合、旋回角速度及び並進速度の各々に対して、独立して目標値及び観測値のいずれかを用いることができる。

また、本実施形態では、第２制御部２５は、幾何学モデル（運動学モデル）に基づいて、目標旋回角速度ωz_cmdと目標並進速度Ｖw1_cmd_xyを用いて、目標操舵角θrz_cmdを設定しているが、これに限らず、動力学モデルを用いて目標操舵角θrz_cmdを設定してもよい。この場合には、旋回角速度、旋回角加速度、並進速度及び並進加速度の各々に対して、独立して目標値及び観測値のいずれかを用いることができる。

また、本実施形態では、目標傾斜角度設定部８０は、現在の移動速度ベクトルＶの大きさが所定値Ｖα未満であるとき、当該大きさが小さい程、第２比率Ｒ２（ひいては傾斜角度オフセットθb_ofs_y）を大きく設定しているがこれに限らない。例えば、現在の移動速度ベクトルＶのＸ方向成分の大きさが所定値Ｖα未満であるとき、当該大きさが小さい程、第２比率Ｒ２（ひいては傾斜角度オフセットθb_ofs_y）を大きく設定してもよい。

また、本実施形態では、目標旋回角速度ωz_cmdに応じて決定される第１比率Ｒ１と、移動速度ベクトルＶに応じて決定される第２比率Ｒ２と、所定のゲインＫofsとから傾斜角度オフセットθb_ofs_y（ひいては目標傾斜角度θb_cmd_xy）を設定しているが、これに限らない。例えば、目標旋回角速度ωz_cmdと移動速度ベクトルＶとから、予め定められたマップに応じて目標傾斜角度θb_cmd_xyを設定してもよい。

また、本実施形態では、ジョイスティック１２から出力される旋回指令に、目標旋回角速度ωz_cmdが含まれているが、これに限らない。例えば、旋回指令が出力されたときに、目標旋回角速度ωz_cmdを、大きさが０ではない一定の角速度に設定するような構成であってもよい。

また、目標傾斜角度設定部８０は、第３処理部８０３及び第４処理部８０４の全てを備えていなくともよいし、又はこれらの処理部８０３及び８０４のうち少なくとも何れかを備えていなくともよい。この場合であっても、傾斜角度オフセットθb_ofs_y及び目標操舵角θrz_cmdが設定されることで、本発明の効果である、乗員の熟練した操縦技術等を必要とせずに車両を容易に旋回できるという効果が得られる。

また、本実施形態において、ジョイスティック１２が、本発明における旋回指令出力部として構成されているが、旋回指令を出力するものであれば、これに限らない。例えば、旋回指令出力部は、レバー形状の操作機器、ボタン又はタッチパネル機器によるソフトウェアで実現されたボタン等であってもよい。

１…倒立振子型車両、２…基体、３…移動動作部、４…車輪、５…乗員搭乗部、８…第１のアクチュエータ装置、１２…ジョイスティック（旋回指令出力部）、１４…電動モータ（第２のアクチュエータ装置）、２１…制御装置、２４…第１制御部（制御装置）、２５…第２制御部（制御装置）、８０…目標傾斜角度設定部、Ｖw1_cmd_xy…目標並進速度（移動速度）、Ｖ…移動速度ベクトル、ωz_cmd…目標旋回角速度、θrz_cmd…目標操舵角。

Claims (6)

1. 床面上を移動可能な移動動作部と、該移動動作部を駆動する第１のアクチュエータ装置と、前記移動動作部及び前記第１のアクチュエータ装置が組み付けられた基体と、鉛直方向に対して傾動自在に前記基体に組み付けられた乗員搭乗部とを少なくとも備え、前記移動動作部が、前記第１のアクチュエータ装置の駆動力によって前記乗員搭乗部に搭乗した乗員の前後方向及び左右方向を含む全方向に移動可能に構成された倒立振子型車両であって、
   前記移動動作部と前記前後方向に間隔を存して該移動動作部又は前記基体に連結され、床面上を転動自在に構成されると共に、ヨー方向に操舵可能に設けられた車輪と、
   前記車輪を前記ヨー方向に操舵する第２のアクチュエータ装置と、
   当該倒立振子型車両を旋回させるための旋回指令を出力する旋回指令出力部と、
   前記第１のアクチュエータ装置及び前記第２のアクチュエータ装置の作動を制御するように構成された制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記移動動作部を少なくとも前記乗員搭乗部の傾動に応じて移動させるように前記第１のアクチュエータ装置を制御するように構成された第１制御部と、前記旋回指令出力部から前記旋回指令が出力された場合に、当該倒立振子型車両を上方から見たときの前記車輪の操舵方向を、前記移動動作部の移動速度ベクトルの方向に対して傾斜させるように前記第２のアクチュエータ装置を制御するように構成された第２制御部とを備えることを特徴とする倒立振子型車両。
2. 請求項１に記載の倒立振子型車両において、
   前記第１制御部は、
   少なくとも前記乗員搭乗部の傾斜角の目標値である目標傾斜角度と、前記乗員搭乗部の傾斜角の観測値との偏差に応じて前記移動動作部の移動速度を前記第１のアクチュエータ装置を介して制御するように構成されており、
   前記移動動作部の移動が停止している移動停止状態又は該移動動作部の移動速度の大きさが予め定められた所定値未満となる準移動停止状態で前記旋回指令出力部から前記旋回指令が出力された場合に、前記第１制御部による前記偏差に応じた前記移動動作部の移動速度の制御によって該移動動作部の前記左右方向への移動速度成分の大きさが、前記移動停止状態又は準移動停止状態よりも大きくなるように前記目標傾斜角度を設定する目標傾斜角度設定部を備えることを特徴とする倒立振子型車両。
3. 請求項２に記載の倒立振子型車両において、前記旋回指令は、当該倒立振子型車両のヨー方向の角速度の目標値を示す角速度指令値を含んでおり、前記目標傾斜角度設定部は、前記移動停止状態又は前記準移動停止状態において、前記旋回指令出力部から前記旋回指令が出力された場合に、前記角速度指令値により示される角速度の目標値の大きさが大きい程、前記移動動作部の前記左右方向への移動速度成分の大きさが大きくなるように前記目標傾斜角度を設定することを特徴とする倒立振子型車両。
4. 請求項２又は３に記載の倒立振子型車両において、前記目標傾斜角度設定部は、前記準移動停止状態において前記旋回指令出力部から前記旋回指令が出力された場合に、前記準移動停止状態においての前記移動動作部の移動速度の大きさが小さい程、前記移動動作部の前記左右方向への移動速度成分の大きさがより大きくなるように前記目標傾斜角度を設定することを特徴とする倒立振子型車両。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の倒立振子型車両において、前記第２制御部は、前記車輪の操舵に応じた当該倒立振子型車両のヨー方向の回転挙動を表現するモデルに基づいて、前記移動動作部の実際の移動速度の観測値又は目標値と、当該倒立振子型車両のヨー方向の角速度の観測値又は目標値とを用いて前記車輪の操舵角の目標値である目標操舵角を決定し、該目標操舵角に応じて前記第２のアクチュエータ装置を制御することを特徴とする倒立振子型車両。
6. 基体と、
   鉛直方向に対して傾動自在に前記基体に組み付けられた乗員搭乗部と、
   前記基体に組付けられ、床面上を、前記乗員搭乗部に搭乗した乗員の前後方向及び左右方向を含む全方向に移動可能に構成された移動動作部と、
   前記基体に組付けられ、該移動動作部を駆動する第１のアクチュエータ装置と、
   前記移動動作部と前記前後方向に間隔を存して該移動動作部又は前記基体に連結され、床面上を転動自在に構成されると共に、ヨー方向に操舵可能に設けられた車輪と、
   前記車輪を前記ヨー方向に操舵する第２のアクチュエータ装置と、
   旋回指令を出力する旋回指令出力部とを少なくとも備える倒立振子型車両の制御方法であって、
   前記旋回指令出力部から前記旋回指令が出力された場合に、前記乗員搭乗部の傾斜角の目標値である目標傾斜角度を設定するステップと、
   前記目標傾斜角度と、前記乗員搭乗部の傾斜角の観測値との偏差に応じて、前記移動動作部の移動速度を前記第１のアクチュエータ装置を介して制御するステップと、
   前記旋回指令出力部から前記旋回指令が出力された場合に、当該倒立振子型車両を上方から見たときの前記車輪の操舵方向を、前記移動動作部の移動速度ベクトルの方向に対して傾斜させるように前記第２のアクチュエータ装置を制御するステップとを備え、
   前記目標傾斜角度を設定するステップは、前記移動動作部の移動が停止している移動停止状態又は該移動動作部の移動速度の大きさが予め定められた所定値未満となる準移動停止状態で前記旋回指令出力部から前記旋回指令が出力された場合に、前記移動動作部の前記左右方向への移動速度成分の大きさが、前記移動停止状態又は準移動停止状態よりも大きくなるように前記目標傾斜角度を設定することを特徴とする倒立振子型車両の制御方法。