JP2015047961A - 車両 - Google Patents

Abstract

【課題】傾斜面上において搭載部の水平状態を維持して全方向に走行できる車両を提供する。
【解決手段】制御装置８１の走行制御部８３は、走行面が傾斜面である場合、第二の搭載支持部３１が水平状態となるように、第一の搭載支持部回転アクチュエータ６０および第二の搭載支持部回転アクチュエータ７０を協調させて駆動する。これにより、傾斜面が、進行方向に対し左右方向および進行方向に対し前後方向に傾斜している場合であっても、第一の搭載支持部回転アクチュエータ６０は、第一の搭載支持部３４を進行方向に対し左右方向に傾斜している傾斜面の傾斜角度に応じて回転させ、第二の搭載支持部回転アクチュエータ７０は、第二の搭載支持部３１を進行方向に対し前後方向に傾斜している傾斜面の傾斜角度に応じて回転させ、第二の搭載支持部３１を水平状態にすることができる。よって、傾斜面上において第二の搭載支持部３１の水平状態を維持して、車両１の全方向の走行を安定させることができる。
【選択図】図８

Description

本発明は、物や人等の物体を搭載して走行可能な車両に関するものである。

例えば、特許文献１には、同軸二輪型の走行部（移動機構）と、進行方向に対して左右方向および進行方向に対して前後方向に揺動可能な本体部（上体）とを備えた車両（移動ロボット）が記載されている。この車両の制御装置は、平坦面や傾斜面において、車両の重心に働く遠心力および重力の合成ベクトルの延長線と、両車輪の接地面との交点を、両車輪の間の領域に維持するように本体部の揺動姿勢を制御するようになっている。

また、特許文献２には、四輪走行可能な走行部（車体）と、円弧の一部をなす曲り梁およびコロで走行部に連結された搭載部（座席）とを備えた車両（電動車椅子）が記載されている。この車両は、平坦面や傾斜面において、座席が重力と遠心力の合力の方向に自動的に水平移動させるようになっている。

また、特許文献３には、走行可能な走行部（台車）と、振子装置を介して走行部に連結された本体部（車体）とを備えた車両が記載されている。この車両は、平坦面や傾斜面において、本体部の傾斜角速度を小さくするように振子装置を制御するようになっている。

特開２００６−１３６９６２号公報 特開２００８−４８７６０号公報 特開昭６１−１０８０５３号公報

特許文献１に記載の車両では、進行方向に対し左右方向および進行方向に対し前後方向に傾斜している傾斜面上で走行する場合、本体部の上面を水平状態に維持することは可能である。しかし、この車両は、本体部の上面を傾斜面において水平に保つために本体部を揺動させるものではなく、上述のように車両の重心を考慮して本体部を揺動させるものであり、本体部の上面の水平状態の維持に関して特許文献１には記載されていない。

また、特許文献２,３に記載の車両では、進行方向に対し左右方向に傾斜している傾斜面上で走行する場合、搭載部又は本体部の上面を水平状態に維持することは可能であるが、進行方向に対し前後方向に傾斜している傾斜面上で走行する場合、搭載部又は本体部の上面を水平状態に維持することはできない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、傾斜面上において搭載部の水平状態を維持して全方向に走行できる車両を提供することを目的とする。

（請求項１）本手段に係る車両は、本体部と、前記本体部の下部に配置され、前記本体部において車軸回りに自転可能にそれぞれ支持された第一車輪および第二車輪と、前記本体部の上部に配置され、鉛直方向から見て前記車軸と直角な第一の搭載部軸回りに回転可能、且つ鉛直方向から見て前記車軸に平行な第二の搭載部軸回りに回転可能に前記本体部に支持され、物体の搭載が可能な搭載支持部と、前記第一車輪および第二車輪を各車軸回りに回転する車輪回転アクチュエータと、前記本体部に対して前記搭載支持部を前記第一の搭載部軸回りに回転する第一の搭載支持部回転アクチュエータと、前記本体部に対して前記搭載支持部を前記第二の搭載部軸回りに回転する第二の搭載支持部回転アクチュエータと、前記車輪回転アクチュエータ、前記第一の搭載支持部回転アクチュエータおよび前記第二の搭載支持部回転アクチュエータを駆動し、走行面上を走行させる制御装置と、を備える。

前記制御装置は、前記走行面が傾斜面である場合、前記搭載支持部が水平状態となるように、前記第一の搭載支持部回転アクチュエータおよび前記第二の搭載支持部回転アクチュエータを協調させて駆動する走行制御部、を備える。
これにより、傾斜面が、進行方向に対し左右方向および進行方向に対し前後方向に傾斜している場合であっても、第一の搭載支持部回転アクチュエータは、搭載支持部を進行方向に対し左右方向に傾斜している傾斜面の傾斜角度に応じて回転させ、第二の搭載支持部回転アクチュエータは、搭載支持部を進行方向に対し前後方向に傾斜している傾斜面の傾斜角度に応じて回転させ、搭載支持部を水平状態にすることができる。よって、傾斜面上において搭載支持部の水平状態を維持して、車両の全方向の走行を安定させることができる。

（請求項２）また、前記車両は、前記搭載支持部の水平状態からの回転角度を検出する角度検出センサを備える。
前記走行制御部は、前記角度検出センサからの前記回転角度に基づいて、前記第一の搭載支持部回転アクチュエータおよび前記第二の搭載支持部回転アクチュエータを協調させて駆動する。
これにより、第一、第二の搭載支持部回転アクチュエータの回転角度を高精度に制御することができるので、車両の安定した走行および安定した昇降階段を確保することができる。

（請求項３）また、前記走行制御部は、加速走行時に前記搭載支持部上に搭載されている物体に掛かる力を相殺するために、前記加速方向に前記搭載支持部が傾斜するように、前記第一の搭載支持部回転アクチュエータおよび前記第二の搭載支持部回転アクチュエータを協調させて駆動する。
これにより、加速走行時に搭載支持部上に搭載されている物体に掛かる力を相殺することができるので、搭載支持部からの物体の落下を防止することができ、車両の加速時の走行を安定させることができる。

（請求項４）また、前記車両は、前記本体部の下部に配置され、前記本体部を支持軸回りに回転可能に支持する支持部と、前記支持部に対して前記本体部を前記支持軸回りに回転する本体部回転アクチュエータと、を備える。
前記第一車輪および第二車輪は、前記支持部において前記支持軸に平行な車軸回りに自転可能にそれぞれ支持され、前記本体部に対して前記支持部を回転させることで前記支持軸に対してそれぞれ異なる位置にて公転可能に配置され、前記車輪回転アクチュエータは、前記第一車輪および第二車輪と前記支持部とを各車軸回りに相対的に回転する。

前記制御装置は、前記車輪回転アクチュエータ、前記本体部回転アクチュエータおよび前記第二の搭載支持部回転アクチュエータを協調させて駆動し、前記搭載支持部の水平状態を維持しつつ、前記第一車輪および前記第二車輪を階段のステップ面に交互に接地させて階段を昇降させる起立制御部、を備える。
これにより、車両が階段を昇降する際、本体部が昇降方向に傾斜しても、第二の搭載支持部回転アクチュエータは、搭載支持部を昇降方向に本体部の傾斜角度に応じて回転させ、搭載支持部を水平状態にすることができる。よって、搭載支持部の水平状態を維持して、車両の階段昇降を安定させることができる。

（請求項５）また、前記走行制御部は、前記走行面が傾斜面である場合、前記搭載支持部が水平状態となるように、前記本体部回転アクチュエータおよび前記第一の搭載支持部回転アクチュエータを協調させて駆動する。
これにより、傾斜面が、進行方向に対し左右方向に傾斜し、進行方向に対し前後方向に大きく傾斜している場合であっても、第一の搭載支持部回転アクチュエータは、搭載支持部を進行方向に対し左右方向に傾斜している傾斜面の傾斜角度に応じて回転させ、本体部回転アクチュエータは、搭載支持部を進行方向に対し前後方向に大きく傾斜している傾斜面の傾斜角度に応じて回転させ、搭載支持部を水平状態にすることができる。よって、傾斜面上において搭載支持部の水平状態を維持して、車両の全方向の走行を安定させることができる。

本発明の実施形態：車両を後方から見た図である。 車両を右方から見た図である。 車両を上方から見た図である。 車両の第一、第二の搭載支持部回転アクチュエータを示す模式図である。 車両の第三の回転アクチュエータを示す模式図である。 図１の車両を構成する制御装置の機能ブロック図である。 図６の切替部による切替処理を示すフローチャートである。 図６の走行制御部による走行制御処理を示すフローチャートである。 車両が水平な走行面を等速走行している状態であって、走行制御部による制御中の状態を車両の後方から見た示す図である。 車両が水平な走行面を等速走行している状態であって、走行制御部による制御中の状態を車両の右方から見た図である。 車両が水平な走行面を加速走行しているときの搭載物の状態を車両の右方から見た図である。 車両が傾斜した走行面を等速走行している状態であって、走行制御部による制御中の状態を車両の後方から見た図である。 車両が傾斜した走行面を等速走行している状態であって、走行制御部による制御中の状態を車両の右方から見た示す図である。 車両の角度検出センサにより検出されるＸ，Ｙ方向の検出信号を説明するための図である。 車両の角度検出センサの検出信号に基づく車両の第一、第二の搭載支持部の回転角度を説明するための図である。 車両が傾斜した走行面を等速走行しているときの重心位置を車両の右方から見た図である。 車両が大きく傾斜した走行面を等速走行しているときの重心位置を車両の右方から見た図である。 車両が水平な走行面を走行している状態であって、走行制御部による制御中の状態を示す図である。 車両の前輪が階段の壁面に当接した状態であって、起立制御部による制御に切り替えるときの状態を示す図である。 図１５Ｂの次の状態であって、車両の後輪が公転を開始した状態を示す図である。 図１５Ｃの次の状態であって、車両の後輪が公転して上死点に達した状態を示す図である。 図１５Ｄの次の状態であって、車両の後輪が上面ステップに接地した状態を示す図である。 図１５Ｅの次の状態であって、車両の前輪が公転を開始した状態を示す図である。

（１．車両の構成）
本発明の実施形態に係る車両について、図１〜図５を参照して説明する。本実施形態の車両１は、物（本発明の「物体」に相当する）を搭載して運搬する台車に適用する場合を説明するが、人（本発明の「物体」に相当する）が搭乗可能な車椅子に適用することも可能である。なお、以下の説明において、「前方向」および「後方向」とは、車両１の進行方向を指し、「左方向」および「右方向」は、車両１を後方から見たときの進行方向に対し水平面上で直角な方向を指す。

図１〜図３に示すように、車両１は、本体部１０と、走行部２０と、搭載部３０等とを備えて構成される。本体部１０は、フレーム部材等により直方体状に形成され、本体部１０の下部には走行部２０が配置され、上部には搭載部３０が配置されている。走行部２０は、本体部１０の左右両側のそれぞれに、一対の支持部２１と、一対の第一車輪２２および一対の第二車輪２３とを備えている。ここで、第一車輪２２と第二車輪２３は、進行方向前方に対して、前後逆転する場合がある。従って、以下において、前輪と称する場合は、進行方向前方に位置する車輪を意味し、後輪と称する場合には、進行方向後方に位置する車輪を意味する。

一対の支持部２１は、本体部１０の左右両側に配置され、図１〜図３に記載の前後方向に延びるような中空略直方体状に形成される。一対の支持部２１は、図２の紙面左右方向中央に位置する支持軸Ｃ_２１（図２に示す）の回りに、本体部１０を相対的に回転可能に支持する。

第一車輪２２および第二車輪２３は、支持部２１の両端（図２の紙面左右方向両端）に、車軸２２ａ，２３ａ（図２に示す）の回りに自転可能にそれぞれ支持されている。第一車輪２２および第二車輪２３の支持部２１に対する回転方向は、支持部２１に対する本体部１０の回転方向と同一方向である。すなわち、第一車輪２２の車軸２２ａおよび第二車輪２３の車軸２３ａは、支持軸Ｃ_２１に平行であることを意味する。つまり、第一車輪２２および第二車輪２３は、本体部１０に対して支持部２１を支持軸Ｃ_２１回りに回転する場合には、支持軸Ｃ_２１に対して公転することになる。

図１〜図３に示すように、搭載部３０は、フレーム部材等により直方体状に形成され、車軸２２ａ，２３ａと交差せず、鉛直方向から見て車軸２２ａ，２３ａ（支持軸Ｃ_２１）と直角な第一の搭載部軸Ｃ_３１（図１に示す）の回りに回転可能に本体部１０に支持される第一の搭載支持部３４（本発明の「搭載支持部」に相当する）と、フレーム部材等によりバスケット形状に形成され、車軸２２ａ，２３ａと交差せず、鉛直方向から見て車軸２２ａ，２３ａ（支持軸Ｃ_２１）に平行な第二の搭載部軸Ｃ_３２（図２に示す）の回りに回転可能に第一の搭載支持部３４に支持される第二の搭載支持部３１（本発明の「搭載支持部」に相当する）と、第二の搭載支持部３１の周囲を覆うように形成され、第二の搭載支持部３１に固定された略球状のカバー３２と、物体を搭載可能なようにカバー３２の上部に固定された矩形状のトレイ３３等とを備えている。

本体部１０内の左右両側には、走行部２０の第一車輪２２および第二車輪２３と支持部２１とを各車軸２２ａ，２３ａ回りに相対的に回転する一対の車輪回転アクチュエータ４０が配置されている。車輪回転アクチュエータ４０は、第一のモータ４１と、第一の減速機４２と、ギヤトレイン４３（図４参照）等とを備えている。

ギヤトレイン４３は、図４に示すように、横並びに噛み合わされた５つのスパーギヤ４３ａを備え、支持部２１内に回転可能に支持されている。本体部１０に配置された第一のモータ４１のモータ軸４１ａは、本体部１０に配置された第一の減速機４２に連結されている。第一の減速機４２の出力軸４２ａは、支持部２１の中央部分に一体的に突設された中空軸２１ａ内に貫装されている。ギヤトレイン４３の中央に配置されているスパーギヤ４３ａは、第一の減速機４２の出力軸４２ａに嵌合されている。

ギヤトレイン４３の両端に配置されているスパーギヤ４３ａは、第一車輪２２の車軸２２ａおよび第二車輪２３の車軸２３ａにそれぞれ嵌合されている。支持部２１の中空軸２１ａは、本体部１０と支持部２１とが相対回転可能なように、図略の軸受を介して本体部１０の下部に貫装されている。

図１，図２および図４に示すように、本体部１０内の左右両側には、支持部２１に対して本体部１０を支持軸Ｃ_２１回りに回転させる一対の本体部回転アクチュエータ５０が配置されている。本体部回転アクチュエータ５０は、第二のモータ５１と、第二の減速機５２と、ベルト機構５３等とを備えている。ベルト機構５３は、ベルト５３ａと、２つのプーリ５３ｂ，５３ｃとを備えている。

本体部１０に配置された第二のモータ５１のモータ軸５１ａは、本体部１０に配置された第二の減速機５２に連結されている。第二の減速機５２の出力軸５２ａには、プーリ５３ｂが嵌合されている。また、支持部２１の中空軸２１ａには、プーリ５３ｃが嵌合されている。そして、プーリ５３ｂとプーリ５３ｃとの間には、ベルト５３ａが架け渡されている。

また、図１〜図３および図５に示すように、本体部１０内には、本体部１０に対して第一の搭載支持部３４を第一の搭載部軸Ｃ_３１回りに回転させる第一の搭載支持部回転アクチュエータ６０が配置されている。第一の搭載支持部回転アクチュエータ６０は、第三のモータ６１と、第三の減速機６２と、ブレーキ６３等とを備える。第三のモータ６１および第三の減速機６２は、本体部１０内の左右の一方側に配置され、ブレーキ６３は、本体部１０内の左右の他方側に配置されている。

図１〜図３および図５に示すように、本体部１０に配置された第三のモータ６１のモータ軸６１ａは、本体部１０に配置された第三の減速機６２に連結され、第三の減速機６２の出力軸６２ａは、第一の搭載支持部３４の左右の一方側に装着された軸受６４ａに嵌合されている。ブレーキ６３のブレーキ軸６３ａは、第一の搭載支持部３４の左右の他方側に装着された軸受６４ｂに嵌合されている。ブレーキ６３は、第三のモータ６１がオフになった後でも第一の搭載支持部３４の状態を維持するために設けられている。

また、図１〜図３および図５に示すように、第一の搭載支持部３４内には、第一の搭載支持部３４に対して第二の搭載支持部３１を第二の搭載部軸Ｃ_３２回りに回転させる第二の搭載支持部回転アクチュエータ７０が配置されている。第二の搭載支持部回転アクチュエータ７０は、第四のモータ７１と、第四の減速機７２と、ブレーキ７３等とを備える。第三のモータ７１および第三の減速機７２は、第一の搭載支持部３４内の左右の一方側に配置され、ブレーキ７３は、第一の搭載支持部３４内の左右の他方側に配置されている。

図１〜図３および図５に示すように、第一の搭載支持部３４に配置された第四のモータ７１のモータ軸７１ａは、第一の搭載支持部３４に配置された第四の減速機７２に連結され、第四の減速機７２の出力軸７２ａは、第二の搭載支持部３１の左右の一方側に装着された軸受７４ａに嵌合されている。ブレーキ７３のブレーキ軸７３ａは、第二の搭載支持部３１の左右の他方側に装着された軸受７４ｂに嵌合されている。ブレーキ７３は、第四のモータ７１がオフになった後でもトレイ３３の水平状態を維持するために設けられている。

さらに、図１〜図３に示すように、本体部１０内には、車輪回転アクチュエータ４０、本体部回転アクチュエータ５０、第一の搭載支持部回転アクチュエータ６０、第二の搭載支持部回転アクチュエータ７０等の作動を制御する制御装置８１および各回転アクチュエータ４０，５０，６０，７０等に電力を供給する駆動用バッテリ８０、さらに図略のサーボアンプ、リレイ等の電装品が配置固定されている。

また、本体部１０の上面には、本体部１０の姿勢角、すなわち鉛直状態（角度０度）からの回転角度を検出する角度検出センサ９１が配置されている。この角度検出センサ９１としては、ジャイロセンサやモーションセンサなどが用いられる。また、搭載部３０のカバー３２とトレイ３３の間には、トレイ３３上に載置される物体の重量を検知する４つの重量検知センサ９２が矩形状のトレイ３３の四隅に配置されている。カバー３２と第二の搭載支持部３１の間には、トレイ３３の振動を抑制して物体の落下を防止するためにクッション材等でなる図略のダンパが配置されている。

（２．制御装置の構成）
次に、制御装置８１の構成について、図６を参照して説明する。図６に示すように、制御装置８１は、切替部８２と、走行制御部８３と、起立制御部８４とを備える。
切替部８２は、車両１の状態に応じて、走行制御部８３による制御、および、起立制御部８４による制御を切り替える。

走行制御部８３は、第一車輪２２および第二車輪２３を走行面に接地した状態において車両１の走行を制御すると共に、支持部２１が走行面に対して回転しないとして搭載部３０の姿勢を制御する。
起立制御部８４は、前輪による起立状態において、階段昇降を制御すると共に、前輪が位置決めされているとして搭載部３０の姿勢を制御する。つまり、起立制御部８４は、第一車輪２２および第二車輪２３の一方が、他方の車軸に対して公転輪となる状態を制御する。

（３．切替部による処理と走行制御部による車両の走行動作）
次に、制御装置８１の切替部８２による処理と走行制御部８３による車両１の走行動作について、図７、図８、図９Ａ，Ｂ、図１０、図１１Ａ，Ｂ、図１２Ａ，Ｂ、図１３、図１４、図１５Ａ〜Ｆを参照して説明する。ここでは、車両１が、走行制御部８３の制御により水平な走行面Ｓａおよび傾斜した走行面Ｓｂを走行する場合の動作について説明する。なお、図９Ａ，Ｂ、図１１Ａ，Ｂ、図１３、図１４、図１５Ａ〜Ｆでは、車両１の本体部１０、走行部２０、搭載部３０および搭載部３０に搭載された物体（搭載物）Ｗを簡略化したスケルトンにて示している。

先ず、図７、図１５Ａを参照して、切替部８２の処理の前半部分について説明する。切替部８２は、走行制御部８３により制御中であるか否かを判定する（Ｓ１）。走行制御部８３により制御中である場合には（Ｓ１：Ｙ）、続いて、前輪が階段の壁面Ｓｗ１に当接したか否かを判定する（Ｓ２）。ここで、前輪が階段の壁面Ｓｗ１に当接したことは、例えば、前輪の車軸に備えられている圧力センサや本体部１０に備えられた赤外線等による段差検出センサ等によって検知できる。その他には、車速センサによって検知することもでき、第一のモータ４１への指令値と第一のモータ４１の回転角度との違いから検知することもできる。そして、壁面Ｓｗ１に当接していなければ（Ｓ２：Ｎ）、走行制御部による制御を継続する（Ｓ３）。つまり、図１５Ａの状態を継続する。一方、壁面Ｓｗ１に当接した場合には（Ｓ２：Ｙ）、後述する起立制御部８４による制御に切り替える（Ｓ４）。

次に、図９Ａ，Ｂを参照して、水平な走行面Ｓａを等速走行する車両１の動作について説明する。なお、このときの支持部２１に平行な方向をＸ方向、支持部２１に直角な水平方向をＹ方向、支持部２１に直角な鉛直方向をＺ方向とする。水平な走行面Ｓａにおいて、車両１は、走行部２０の第一車輪２２の車軸２２ａおよび第二車輪２３の車軸２３ａ、支持部２１並びに搭載部３０の第二の搭載支持部３１（トレイ３３）が水平状態にあり、車両１と搭載物の合成重心Ｇが支持軸Ｃ_２１の鉛直線Ｌｖ上に位置する走行姿勢で走行面Ｓａ上を等速走行している。

詳細には、走行制御部８３は、車両１を走行させるために、支持部２１が走行面Ｓａに対して回転しないものとして、車輪回転アクチュエータ４０の第一のモータ４１の回転駆動を制御することで、第一車輪２２および第二車輪２３を前進方向（図９Ａの時計回り）に回転させる。そうすると、第一車輪２２および第二車輪２３は、走行面Ｓａに対して前進方向に回転することになり、車両１が前進する。

さらに、走行制御部８３は、本体部１０および搭載部３０の姿勢を制御する。ここで、合成重心Ｇは、予め把握している車両１自体の重心と、搭載物Ｗの重心とを合成したものである。搭載物Ｗの重心は、重量検知センサ９２の検出値から算出することができる。つまり、走行制御部８３は、重量検知センサ９２の検出値に基づいて合成重心Ｇを算出する。

そして、走行制御部８３は、合成重心Ｇを支持軸Ｃ_２１の鉛直線Ｌｖ上に位置させるように、かつ、第二の搭載支持部３１（トレイ３３）を水平状態とするように、角度検出センサ９１の検出値に基づいて、本体部回転アクチュエータ５０の第二のモータ５１、第一の搭載支持部回転アクチュエータ６０の第三のモータ６１、および第二の搭載支持部回転アクチュエータ７０の第四のモータ７１の回転駆動を制御する。なお、図９Ａ，Ｂにおいては、本体部１０および第一の搭載支持部３４が鉛直状態となるときに、合成重心Ｇが支持軸Ｃ_２１の鉛直線Ｌｖ上に位置するとしている。

次に、図１０を参照して、水平な走行面ＳａをＸ方向に加速走行する車両１の動作について説明する。車両１が、加速度ａでＸ方向に加速走行すると、慣性質量ｍの搭載物Ｗには、Ｘ方向に力Ｆ（＝ｍａ）が作用する。そこで、走行制御部８３は、搭載物Ｗに作用するＸ方向の力Ｆ（＝ｍａ）を搭載物Ｗの重力質量ｍｇで相殺するために、第二の搭載支持部回転アクチュエータ７０の第四のモータ７１の回転駆動を制御し、第二の搭載支持部３１（トレイ３３）をＹ軸回りに所定角度θ傾斜させる。

車両１の加速度ａと第二の搭載支持部３１（トレイ３３）の傾斜角度θとの関係は、ＸＺ座標を角度θ回転させたＸ１Ｚ１座標を考えると、次のようにして求めることができる。Ｚ方向の搭載物Ｗの重力質量ｍｇをＸ１方向の成分ｍｇ・ｓｉｎθとＺ１方向成分ｍｇ・ｃｏｓθとに分力し、さらにＺ１方向の成分ｍｇ・ｃｏｓθをＸ方向の成分ｍｇ・ｓｉｎθ・ｃｏｓ（π／２−θ）とＺ方向の成分ｍｇ・ｓｉｎθ・ｓｉｎ（π／２−θ）とに分力する。このＸ方向の成分ｍｇ・ｓｉｎθ・ｃｏｓ（π／２−θ）が、Ｘ方向に力Ｆ（＝ｍａ）と等しくなればよいので、次式（１）を導出することができる。

これにより、加速走行時に第二の搭載支持部３１（トレイ３３）上の搭載物Ｗに掛かる力を相殺することができるので、第二の搭載支持部３１（トレイ３３）からの搭載物Ｗの落下を防止することができ、車両１の加速時の走行を安定させることができる。なお、上述のように、車両１が、Ｘ方向に加速走行する場合、第二の搭載支持部回転アクチュエータ７０の回転駆動を制御すればよいが、車両１が、旋回して加速走行する場合、第一、第二の搭載支持部回転アクチュエータ６０，７０の回転駆動を協調制御すればよい。

次に、図１１Ａ，Ｂを参照して、Ｙ方向（進行方向に対し左右方向）に角度θ１傾斜し且つＸ方向（進行方向に対し前後方向）に角度θ２傾斜した走行面Ｓｂを走行する車両１の動作について説明する。車両１が、水平な走行面Ｓａから傾斜した走行面Ｓｂに移動すると、走行部２０の一対の支持部２１は、水平状態から角度θ１傾斜し、第一車輪２２の車軸２２ａおよび第二車輪２３の車軸２３ａは、水平状態から角度θ２傾斜した状態となる。

この状態で本体部回転アクチュエータ５０の第二のモータ５１、第一の搭載支持部回転アクチュエータ６０の第三のモータ６１、第二の搭載支持部回転アクチュエータ７０の回転駆動を制御しない場合、第二の搭載支持部３１（トレイ３３）は、鉛直状態からＹ方向に角度θ１傾斜し且つＸ方向に角度θ２傾斜した状態となる。そこで、走行制御部８３は、角度検出センサ９１の検出値に基づいて、第一、第二の搭載支持部回転アクチュエータ６０，７０を協調制御することにより、第二の搭載支持部３１（トレイ３３）を水平状態とする。

このとき、第一の搭載支持部回転アクチュエータ６０による目標動作角度までの時間と、第二の搭載支持部回転アクチュエータ７０による目標動作角度までの時間とが一致するようにする。つまり、角度検出センサ９１による検出時点から第一、第二の搭載支持部回転アクチュエータ６０，７０の協調制御完了時点までの間において、両アクチュエータ６０，７０による制御比率が同一、すなわち、第二の搭載支持部３１（トレイ３３）を傾斜状態から水平状態に戻す際の第一、第二の搭載支持部回転アクチュエータ６０，７０の制御の移動速度ベクトルが同一となるようにされる。

この協調制御について図１２Ａ，Ｂを参照して説明する。図１２Ａに示すように、角度検出センサ９１を中心としたＸＹＺ座標系（ＸＹ平面が水平面）を考える。車両１が、水平な走行面Ｓａから傾斜した走行面Ｓｂに移動すると、本体部１０は、Ｘ軸回りに角度θ１傾斜し且つＹ軸回りに角度θ２傾斜するが、その傾斜に伴って角度検出センサ９１も傾斜する。すなわち、角度検出センサ９１の上面から鉛直方向に延びるベクトルａ１（０，０，１）は、Ｘ軸回りに角度θ１回転してａ２となり、さらにＹ軸回りに角度θ２回転してａ３となる。

図１２Ｂに示すように、搭載部３０のトレイ３３の面は、本体部１０の上面と平行に設けられているため、角度検出センサ９１と同一座標系で考えることができる。そのため、走行制御部８３は、第一の搭載支持部３４を第一の搭載部軸Ｃ_３１回りに角度検出センサ９１で検出した角度θ１回転させ、第二の搭載支持部３１（トレイ３３）を第二の搭載部軸Ｃ_３２回りに角度検出センサ９１で検出した角度θ２回転させることで、第二の搭載支持部３１（トレイ３３）を水平状態にすることができる。
ここで、トレイ３３の面から鉛直方向に延びるベクトルをｂとして、角度θ１、θ２回転後のベクトルをｂｂとすると、ベクトルｂｂは、一般的な回転変換行列から次式（２）で表される。

なお、式（１）は、本体部１０の上面の角度検出センサ９１と搭載部３０のトレイ３３の面とが、平行状態にあるときからの相対角度移動量を示している。しかし、搭載部３０においては、本体部１０（角度検出センサ９１）に対する相対角度情報を持たないため、初期状態（本体部１０の上面と搭載部３０のトレイ３３の面とが平行状態）で、第三、第四モータ６１，７１に備えられているエンコーダの値から上記相対角度情報を記憶しておく必要がある。

次に、走行制御部８３による第二の搭載支持部３１（トレイ３３）の水平処理について、図８を参照して説明する。図８に示すように、走行制御部８３は、角度検出センサ９１で検出されるＹ軸回りおよびＸ軸回りの回転角度が０度から変化したか否かを判定する（Ｓ３１）。角度検出センサ９１で検出されるＹ軸回りおよびＸ軸回りの回転角度が０度から変化した場合（Ｓ３１：Ｙ）、Ｙ軸回りおよびＸ軸回りの回転角度が０度となるように、第一の搭載支持部回転アクチュエータ６０の第三のモータ６１および第二の搭載支持部回転アクチュエータ７０の第四のモータ７１の回転駆動を協調制御する（Ｓ３２）。

そして、走行制御部８３は、角度検出センサ９１で検出されるＹ軸回りおよびＸ軸回りの回転角度が０度になったか否かを判定し（Ｓ３３）、角度検出センサ９１で検出されるＹ軸回りおよびＸ軸回りの回転角度が０度になるまでステップＳ３２の処理を継続し、角度検出センサ９１で検出されるＹ軸回りおよびＸ軸回りの回転角度が０度になったら、ステップＳ３１に戻って上述の処理を繰り返す。

具体的には、走行制御部８３は、図１１Ａに示すように、第一の搭載支持部回転アクチュエータ６０の第三のモータ６１の回転駆動を制御し、第一の搭載支持部３４を第一の搭載部軸Ｃ_３１回りに角度θ１回転するとともに、図１１Ｂに示すように、第二の搭載支持部回転アクチュエータ７０の第四のモータ７１の回転駆動を制御し、第二の搭載支持部３１を第二の搭載部軸Ｃ_３２回りに角度θ２回転する。これにより、第二の搭載支持部３１（トレイ３３）を水平状態にすることができる。よって、傾斜面Ｓｂ上において第二の搭載支持部３１（トレイ３３）の水平状態を維持して、車両１の全方向の走行を安定させることができる。

ここで、図１３に示すように、車両１が、水平な走行面Ｓａから傾斜した走行面Ｓｂに移動したとき、車両１の転倒を防止するため、合成重心Ｇが、合成重心Ｇを通る鉛直線Ｌｇと第一車輪２２の車軸２２ａ、第二車輪２３の車軸２３ａ、および一対の支持部２１で囲まれた面とが交差する位置となるように、走行制御部８３は、第一、第二の搭載支持部回転アクチュエータ６０，７０の作動を制御する。

このため、走行面ＳｂのＸ方向の傾斜角度が大きな角度θ３（＞θ１）であった場合、第二の搭載支持部回転アクチュエータ７０の作動制御では、合成重心Ｇを通る鉛直線Ｌｇが上述の面の範囲から逸脱するので、車両１が転倒するおそれがある。その場合は、図１４に示すように、第二の搭載支持部回転アクチュエータ７０の作動を制御せず、第一の搭載支持部回転アクチュエータ６０および本体部回転アクチュエータ５０の作動を協調制御し、合成重心Ｇが、合成重心Ｇを通る鉛直線Ｌｇと第一車輪２２の車軸２２ａ、第二車輪２３の車軸２３ａ、および一対の支持部２１で囲まれた面とが交差する位置となるようにする。これにより、車両１の転倒を防止することができる。

（４．切替部による処理と起立制御部による車両の階段昇降動作）
次に、制御装置８１の切替部８２による処理と起立制御部８４による車両１の階段の昇降動作について、図７および図１５Ａ〜図１５Ｆを参照して説明する。ここでは、階段の水平な走行ステップ面Ｓｄ上に位置する車両１が、起立制御部８４の制御により上段のステップ面Ｓｕ１に昇る動作について説明する。なお、図１５Ａ〜図１５Ｆでは、車両１の本体部１０、走行部２０および搭載部３０を簡略化したスケルトンにて示している。

先ず、図７を参照して、切替部８２の処理の後半部分について説明する。切替部８２は、走行制御部８３により制御中でない場合（Ｓ１：Ｎ）およびＳ３，Ｓ４の処理の後には、起立制御部８４により制御中であるか否かを判定する（Ｓ１１）。起立制御部８４により制御中である場合には（Ｓ１１：Ｙ）、図１５Ｅに示すように、公転輪が次のステップ面Ｓｕ１に接地したか否かを判定する（Ｓ１２）。

公転輪が次のステップ面Ｓｕ１にまだ接地していない場合には（Ｓ１２：Ｎ）、起立制御部８４による制御を継続する（Ｓ１３）。一方、公転輪が次のステップ面Ｓｕ１に接地した場合には（Ｓ１２：Ｙ）、階段を昇降途中であるか否かを判定する（Ｓ１４）。昇降途中の場合には（Ｓ１４：Ｙ）、起立制御部８４による制御を継続し、階段の昇降を終了しているのであれば（Ｓ１４：Ｎ）、走行制御部８３による制御に切り替える（Ｓ１７）。

次に、図１５Ａ〜図１５Ｆを参照して、階段を昇降する車両１の動作について説明する。まず、図１５Ａに示すように、車両１は、走行部２０の支持部２１が水平状態にあり、本体部１０および搭載部３０が鉛直状態にある通常姿勢で、図中の左側から右側、すなわち前方に進行すると、図１５Ｂに示すように、前方に位置する第一車輪２２が階段Ｓの壁面Ｓｗ１に当接する。

ここで、起立制御部８４は、前輪である第一車輪２２による起立状態において階段昇降制御を行うと共に、第一車輪２２が走行ステップ面Ｓｄと壁面Ｓｗ１とによって位置決めされて回転しないものとして、本体部１０および搭載部３０の姿勢を制御する。すなわち、図１５Ｃに示すように、第一、第二、第四のモータ４１，５１，７１を駆動して、本体部１０と支持部２１とを支持軸Ｃ_２１回りに相対回転するとともに、第一の搭載支持部３１と第二の搭載支持部３１（トレイ３３）とを第二の搭載部軸Ｃ_３２回りに相対回転する。これにより、後方に位置する第二車輪２３が、走行ステップ面Ｓｄから持ち上がる状態（起立状態）に移行し、第一車輪２２の車軸２２ａを中心に公転する。また、本体部回転アクチュエータ５０および第二の搭載支持部回転アクチュエータ７０を協調させて駆動することにより、第二の搭載支持部３１（トレイ３３）は、水平状態が維持される。

続いて、起立制御部７３により起立制御を継続すると、図１５Ｄに示すように、公転輪である第二車輪２３が上死点に位置する状態となる。このときも、第二の搭載支持部３１（トレイ３３）は、水平状態が維持される。さらに続けて制御すると、図１５Ｅに示すように、公転輪である第二車輪２３が上段のステップ面Ｓｕ１に接地する。このときも、本体部回転アクチュエータ５０および第二の搭載支持部回転アクチュエータ７０を協調させて駆動することにより、第二の搭載支持部３１（トレイ３３）は、水平状態が維持される。ここで、公転輪である第二車輪２３が上段のステップ面Ｓｕ１に接地したことは、上述したように、前輪の第一車輪２２が階段の壁面Ｓｗ１に当接したことを検知したときと同様の方法により検知することができる。

そして、図１５Ｆに示すように、第一、第二、第四のモータ４１，５１，７１を駆動して、本体部１０と支持部２１とを支持軸Ｃ_２１回りに相対回転するとともに、第一の搭載支持部３１と第二の搭載支持部３１（トレイ３３）とを第二の搭載部軸Ｃ_３２回りに相対回転する。これにより、後方に位置する第一車輪２２が、走行ステップ面Ｓｄから持ち上がる状態（起立状態）に移行し、第二車輪２３の車軸２３ａを中心に公転する。このときも、本体部回転アクチュエータ５０および第二の搭載支持部回転アクチュエータ７０を協調させて駆動することにより、第二の搭載支持部３１（トレイ３３）は、水平状態が維持される。以降、図１５Ｄからの動作を繰り返すことにより、階段を昇ることができる。なお、階段を降りる場合も同様である。

なお、上述した実施形態では、階段昇降可能な車両１について説明したが、支持部２１および本体部回転アクチュエータ５０を備えず、本体部１０に一対の第一車輪２２および一対の第二車輪２３が直接取り付けられた走行のみ可能な車両に対しても同様に適用可能である。また、第一の搭載支持部回転アクチュエータ６０の代わりに、第一の搭載支持部３４の下部にカウンタウエイトを取り付けることにより、第一の搭載支持部３４を水平状態に保つ構成としてもよい。

１：車両１０：本体部、 ２０：走行部、 ２１：支持部、 ３０：搭載部、 ３１：第二の搭載支持部、 ３３：トレイ、 ３４：第一の搭載支持部、 ４０：車輪回転アクチュエータ、 ５０：本体部回転アクチュエータ、 ６０：第一の搭載支持部回転アクチュエータ、 ７０：第二の搭載支持部回転アクチュエータ、 ８１：制御装置、 ８２：切替部、 ８３：走行制御部、 ８４：起立制御部、 ９１：角度検出センサ

Claims (5)

1. 本体部と、
   前記本体部の下部に配置され、前記本体部において車軸回りに自転可能にそれぞれ支持された第一車輪および第二車輪と、
   前記本体部の上部に配置され、鉛直方向から見て前記車軸と直角な第一の搭載部軸回りに回転可能、且つ鉛直方向から見て前記車軸に平行な第二の搭載部軸回りに回転可能に前記本体部に支持され、物体の搭載が可能な搭載支持部と、
   前記第一車輪および第二車輪を各車軸回りに回転する車輪回転アクチュエータと、
   前記本体部に対して前記搭載支持部を前記第一の搭載部軸回りに回転する第一の搭載支持部回転アクチュエータと、
   前記本体部に対して前記搭載支持部を前記第二の搭載部軸回りに回転する第二の搭載支持部回転アクチュエータと、
   前記車輪回転アクチュエータ、前記第一の搭載支持部回転アクチュエータおよび前記第二の搭載支持部回転アクチュエータを駆動し、走行面上を走行させる制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記走行面が傾斜面である場合、前記搭載支持部が水平状態となるように、前記第一の搭載支持部回転アクチュエータおよび前記第二の搭載支持部回転アクチュエータを協調させて駆動する走行制御部、を備える車両。
2. 前記車両は、
   前記搭載支持部の水平状態からの回転角度を検出する角度検出センサを備え、
   前記走行制御部は、
   前記角度検出センサからの前記回転角度に基づいて、前記第一の搭載支持部回転アクチュエータおよび前記第二の搭載支持部回転アクチュエータを協調させて駆動する、請求項１の車両。
3. 前記走行制御部は、
   加速走行時に前記搭載支持部上に搭載されている物体に掛かる力を相殺するために、前記加速方向に前記搭載支持部が傾斜するように、前記第一の搭載支持部回転アクチュエータおよび前記第二の搭載支持部回転アクチュエータを協調させて駆動する、請求項１又は２の車両。
4. 前記車両は、
   前記本体部の下部に配置され、前記本体部を支持軸回りに回転可能に支持する支持部と、
   前記支持部に対して前記本体部を前記支持軸回りに回転する本体部回転アクチュエータと、
   を備え、
   前記第一車輪および第二車輪は、
   前記支持部において前記支持軸に平行な車軸回りに自転可能にそれぞれ支持され、前記本体部に対して前記支持部を回転させることで前記支持軸に対してそれぞれ異なる位置にて公転可能に配置され、
   前記車輪回転アクチュエータは、
   前記第一車輪および第二車輪と前記支持部とを各車軸回りに相対的に回転し、
   前記制御装置は、
   前記車輪回転アクチュエータ、前記本体部回転アクチュエータおよび前記第二の搭載支持部回転アクチュエータを協調させて駆動し、前記搭載支持部の水平状態を維持しつつ、前記第一車輪および前記第二車輪を階段のステップ面に交互に接地させて階段を昇降させる起立制御部、を備える請求項１から３の何れか一項の車両。
5. 前記走行制御部は、
   前記走行面が傾斜面である場合、前記搭載支持部が水平状態となるように、前記本体部回転アクチュエータおよび前記第一の搭載支持部回転アクチュエータを協調させて駆動する、請求項４の車両。

Images