JP2016078719A - 倒立型移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】倒立移動体に搭乗者以外の荷重がかかった場合でも、予期せぬ動作を抑制することを可能とする倒立型移動体を提供する。【解決手段】倒立型移動体１は、車両本体部１１と、ピッチ方向に傾斜可能であり、搭乗者Ｐが搭乗の際に足を乗せるステップ部１４と、搭乗者Ｐと車両本体部１１との距離Ｌを測定する距離測位計１３と、倒立型移動体１の速度Ｖを検出する速度検出センサと、検出される速度Ｖの大きさが閾値ｖ１未満である場合に、距離ＬがＬ１よりも大きいときにはステップ部１４のピッチ方向の目標角をマイナス方向に傾け、距離ＬがＬ２（Ｌ１＞Ｌ２）未満の距離であるときには目標角をプラス方向に傾ける制御を、距離ＬがＬ２以上Ｌ１以下になるまで実行し、距離ＬがＬ２以上Ｌ１以下になったときに目標角をそのときの目標角に設定する制御部を備える。【選択図】図１

Description

本発明は倒立型移動体に関する。

ユーザが搭乗して操作することが可能な倒立型移動体（以下、単に移動体とも記載）が提案されている。

例えば、特許文献１においては、搭乗者の足を乗せるステップ部を備えた同軸二輪車が開示されている。この同軸二輪車は、搭乗者が降車を行う場合に、搭乗者の降車方向に対するステップ部の傾斜角度を増加するように降車補助制御を実行する。具体的に、同軸二輪車は、搭乗者が後方に降りる場合には、ステップ部を後方に傾斜させ、搭乗者が前方に降りる場合には、ステップ部を前方に傾斜させている。同軸二輪車は、このようにして搭乗者の降りたい方向にステップ部が傾斜するため、搭乗者が容易に降車することができる。

特開２００９−１０１７６０号公報

買い物等の際に搭乗者が移動体を利用するとき、搭乗者が荷物を持ったり、移動体の一部に荷物を引っ掛けることにより、移動体に荷物を搭載させることが考えられる。このとき、荷物が搭載された場合の搭乗者及び荷物の重心（合成重心）は、荷物が搭載されていない場合の搭乗者の重心と位置が変化することが多い。この重心位置の変化に応じて、移動体が予期せぬ動作をする可能性がある。特に、搭乗者の重心位置に応じて動きを制御する移動体においては、予期せぬ動作をする可能性が高くなる。

図９は、上述の状態を図示したものである。図９において、移動体１００には、搭乗者Ｐ及び荷物Ｂだけでなく、新たな荷物ｂの荷重が加わる。この荷物ｂは、移動体１００の前側に搭載されるため、搭乗者Ｐ、荷物Ｂ及び荷物ｂの合成重心Ｇは移動体１００の前部（図９では移動体１００の車輪よりも前方）に位置する。そして、この移動体１００は、合成重心Ｇが位置する方向に動くように制御される。そのため、荷物ｂが搭載される前は移動体１００が停止した状態であっても、荷物ｂが搭載されることにより、移動体１００は前方に移動してしまう。

特許文献１にかかる同軸二輪車は、搭乗者が降車の際に、ステップ部が搭乗者の降車方向に傾斜するように制御されるものである。そのため、搭乗者が搭乗した同軸二輪車が停止している場合に、同軸二輪車上に搭乗者以外の荷重が搭載されて重心位置が移動したときでも同軸二輪車を停止させる制御を実行するものではなく、上述の課題を解決するものではない。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、倒立移動体に新たな荷重がかかった場合でも、予期せぬ動作を抑制することを可能とする倒立型移動体を提供することを目的とする。

本発明の一態様にかかる倒立型移動体は、倒立制御により倒立状態を維持しつつ搭乗者を乗せて走行する倒立型移動体である。倒立型移動体は、前記倒立型移動体の前部に設けられた移動体本体と、前記移動体本体の後部に接続され、ピッチ方向に傾斜可能であり、前記搭乗者が搭乗の際に足を乗せるステップ部と、前記搭乗者と前記移動体本体との距離を測定する距離測定部と、前記倒立型移動体の速度を検出する速度検出センサと、検出される前記速度の大きさが所定値未満である場合に、測定される前記距離が第１の距離よりも大きいときには前記ステップ部のピッチ方向の目標角を仰角方向に傾け、測定される前記距離が前記第１の距離よりも短い第２の距離未満の距離であるときには前記目標角を俯角方向に傾ける制御を、測定される前記距離が前記第２の距離以上前記第１の距離以下になるまで実行し、測定される前記距離が前記第２の距離以上前記第１の距離以下になったときに、前記目標角をそのときの目標角に設定する制御部と、を備える。

この倒立型移動体において、制御部は、検出される速度の大きさが所定値未満である場合に、測定される距離が第１の距離よりも大きいときにはステップ部のピッチ方向の目標角を仰角方向（前部が後部よりも高くなる方向）に傾け、測定される距離が第１の距離よりも短い第２の距離未満の距離であるときには目標角を俯角方向（後部が前部よりも高くなる方向）に傾ける制御を、測定される距離が第２の距離以上第１の距離以下になるまで実行する。そして、測定される距離が第２の距離以上第１の距離以下になったときに、目標角をそのときの目標角に設定する。一般に、搭乗者は、倒立型移動体の前部に荷重を搭載した場合には、搭乗者及び荷重の合成重心を移動体の中央部に位置させようとして、倒立型移動体の後部に体重をかけるために後方に傾くような姿勢をとると考えられる。このとき、搭乗者と移動体本体との距離は離れる。逆に、倒立型移動体の後部（例えば搭乗者の背中）に荷重を搭載した場合には、搭乗者及び荷重の合成重心を移動体の中央部に位置させようとして、倒立型移動体の前部に体重をかけるために前方に傾くような姿勢をとると考えられる。このとき、搭乗者と移動体本体との距離は近接する。これにより、制御部は、搭乗者と移動体本体との距離を判定することで、搭乗者以外の荷重が倒立型移動体に搭載されているか、また荷重が搭載されているとしたら倒立型移動体のどこに搭載されているかを判定することができる。

搭乗者と移動体本体との距離が第１の距離よりも大きいとき、つまり搭乗者と移動体本体との距離が離れているときには、倒立型移動体の前部に荷重が搭載されていると考えられる。そのため、搭乗者と移動体本体との距離が第２の距離以上第１の距離以下になるまでステップ部の目標角を仰角方向に傾けることにより、搭乗者が倒立型移動体上で後傾せず通常の姿勢をとっても、合成重心を倒立型移動体の中央部（即ち倒立型移動体が動きにくくなる位置）に位置させることができる。従って、倒立型移動体に新たな荷重がかかった場合でも、倒立型移動体の予期せぬ動作を抑制することができる。

逆に、搭乗者と移動体本体との距離が第１の距離よりも短い第２の距離未満の距離であるとき、つまり搭乗者と移動体本体との距離が近接しているときには、倒立型移動体の後部に荷重が搭載されていると考えられる。そのため、搭乗者と移動体本体との距離が第２の距離以上第１の距離以下になるまでステップ部の目標角を俯角方向に傾けることにより、搭乗者が倒立型移動体上で前傾せず通常の姿勢をとっても、合成重心を倒立型移動体の中央部（即ち倒立型移動体が動きにくくなる位置）に位置させることができる。従って、倒立型移動体に新たな荷重がかかった場合でも、倒立型移動体の予期せぬ動作を抑制することができる。

本発明により、倒立移動体に新たな荷重がかかった場合でも、予期せぬ動作を抑制することを可能とする倒立型移動体を提供することができる。

実施の形態１にかかる倒立型移動体の概略図である。 実施の形態１にかかる倒立型移動体の概略的なシステム構成を示すブロック図である。 実施の形態１にかかる制御部の概略的なシステム構成を示すブロック図である。 実施の形態１にかかる制御部の制御を示すフローチャートである。 実施の形態１において、移動体の前部に荷重を搭載した場合であって、搭乗者が後傾姿勢をとった状態を示した図である。 実施の形態１において、移動体の後部に荷重を搭載した場合であって、搭乗者が前傾姿勢をとった状態を示した図である。 実施の形態２において、距離測位計を水平方向から所定の角度だけ傾かせて車両本体部の下部に設けた状態を示した図である。 実施の形態２において、距離測位計を水平方向から所定の角度だけ傾かせてステップ部に設けた状態を示している。 関連技術にかかる移動体の予期せぬ移動の状態を示す図である。

［実施の形態１］
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１について説明する。図１に示すように、倒立型移動体１（以下、移動体１とも記載）は、車両本体部１１とグリップ部１２と距離測位計１３とステップ部１４と車輪１５Ｒ及び１５Ｌを備える。移動体１は、倒立制御により倒立状態を維持しつつ、車輪１５Ｒ及び１５Ｌをモータによって駆動することができる二輪車である。

なお、図１におけるｘ軸は前後方向、ｙ軸は左右方向、ｚ軸は上下方向を示す。また、図１において、水平方向（地面と平行な方向）を一点鎖線で示している。また、ピッチ方向（ｙ軸を中心として回転する方向）において、水平面を基準としたときに、仰角方向（前部が後部よりも高くなる方向）を−（マイナス）で示し、俯角方向（後部が前部よりも高くなる方向）を＋（プラス）で示している。以上の設定を、以下の説明及び図示においても用いる。

また、図１では、搭乗者Ｐ以外の荷重は移動体１に搭載されておらず、搭乗者Ｐは立ち上がった姿勢をとっていて、前傾又は後傾の状態ではない。また、搭乗者Ｐの重心Ｇは、移動体１の中央部に位置している。

車両本体部１１は、移動体１の前部を構成しているベースフレーム（支柱）である。グリップ部１２は、車両本体部１１の上部を構成する部品であり、搭乗者Ｐが搭乗の際に手で握るものである。

距離測位計１３は、グリップ部１２に設けられたセンサであり、搭乗者Ｐと車両本体部１１との距離を測定する。この例では、距離測位計１３は水平な状態であって、搭乗者Ｐの胸部と同じ高さに設けられている。これにより、距離測位計１３は、搭乗者Ｐの胸部と車両本体部１１との距離Ｌを測定している。この距離測位計１３は、レーザを使用して距離測定を行うため、正確に距離を測定することができる。

ステップ部１４は、車両本体部１１の後下部に連結されており、搭乗者Ｐが搭乗の際に両足を乗せて搭乗するものである。このステップ部１４は、図１におけるピッチ方向に傾斜可能である。つまり、ステップ部１４は、その前部１４ａが後部１４ｂに対して高くなるか、又はその後部１４ｂが前部１４ａに対して高くなる姿勢をとることができる。なお、図１においてステップ部１４は水平な状態（前部１４ａと後部１４ｂとの高さがほぼ同じ状態）にある。

車輪１５Ｒは、車両本体部１１の右下部に回転自在に支持された右駆動輪であり、車輪１５Ｌは、車両本体部１１の左下部に回転自在に支持された左駆動輪である。一対の車輪１５Ｒ及び１５Ｌは、車両本体部１１の走行方向（ｘ軸方向）と直交する方向（ｙ軸方向）の両側において、同軸上に配置されている。

図２は、移動体１の概略的なシステム構成を示すブロック図である。移動体１は、距離測位計１３と制御ユニット２０を備える。制御ユニット２０は、ステップ部１４の下部に設けられており、姿勢角センサ２１と制御部２２と駆動回路２３Ｒ及び２３Ｌと車輪駆動ユニット２４Ｒ及び２４Ｌとバッテリ２５と速度センサ２６Ｒ及び２６Ｌとステップ傾斜部２７を備える。以下、制御ユニット２０の各部について説明する。

姿勢角センサ２１は、車両本体部１１の角度を検出し、検出結果を制御部２２に出力する。例えば、姿勢角センサ２１は、ジャイロセンサ、加速度センサ等から構成され、車両本体部１１の傾斜角度、傾斜角速度、傾斜角加速度等の姿勢情報を検出することができる。姿勢角センサ２１が測定可能な傾斜方向は、例えばピッチ方向やロール方向（ｘ軸を中心として回転する方向）である。

制御部２２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算回路２２ａと、各種制御プログラムやデータなどが格納されたＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶部２２ｂを備えている。制御部２２は、姿勢角センサ２１の検出結果や速度センサ２６Ｒ及び２６Ｌからの速度情報等に基づいて所定の演算処理を実行し、駆動回路２３Ｒ及び２３Ｌに必要なトルク情報を生成する。制御部２２は、生成したトルク情報をトルク指令信号として駆動回路２３Ｒ及び２３Ｌに出力する。このトルク指令信号により制御部２２が駆動モータ２４ａ及び２４ｃの駆動を制御することで、移動体１は倒立状態を維持しつつ所望の走行を行う。

例えば、搭乗者Ｐが搭乗姿勢を変化することにより搭乗者Ｐや荷物等の合成重心を変化させた場合、姿勢角センサ２１は、車両本体部１１の傾斜角度が変化したことを検出し、検出結果を制御部２２に出力する。制御部２２は、検出結果に基づき、合成重心位置が移動したことを検出して、合成重心位置が移動した方向に移動体１を動かすように、駆動回路２３Ｒ及び２３Ｌに必要なトルク情報を生成する。具体的には、合成重心位置がステップ部１４の中央から前側に移動した場合に、制御部２２は、移動体１を前方に動かすようなトルク情報を生成する。逆に、合成重心位置がステップ部１４の中央から後側に移動した場合に、制御部２２は、移動体１を後方に動かすようなトルク情報を生成する。なお、合成重心位置がステップ部１４の中央にある場合には、制御部２２は移動体１を移動させない。換言すれば、制御部２２は、合成重心位置を車輪１５Ｒ及び１５Ｌが追い越そうとするように、移動体１の動作を制御する。

また、制御部２２は、速度センサ２６Ｒ及び２６Ｌからの回転情報等に基づき、ステップ部１４のピッチ方向の傾斜角を変更させるような制御をする。この詳細については後述する。

駆動回路２３Ｒは、制御部２２からのトルク指令信号に基づいて、車輪駆動ユニット２４Ｒを駆動する駆動電流を出力し、駆動回路２３Ｌは、制御部２２からのトルク指令信号に基づいて、車輪駆動ユニット２４Ｌを駆動する駆動電流を出力する。各駆動回路２３Ｒ、２３Ｌは、各車輪１５Ｒ、１５Ｌの回転速度や回転方向等を独立して制御するものであり、これらに各車輪駆動ユニット２４Ｒ、２４Ｌが個別に接続されている。

車輪駆動ユニット２４Ｒは、車輪１５Ｒを独立して回転駆動し、車輪駆動ユニット２４Ｌは、車輪１５Ｌを独立して回転駆動することができる。各車輪駆動ユニット２４Ｒ、２４Ｌは、例えば、各駆動モータ２４ａ、２４ｃと、その各駆動モータ２４ａ、２４ｃの回転軸に動力伝達可能に連結された各減速ギア２４ｂ、２４ｄによって構成することができる。なお、各駆動モータ２４ａ、２４ｃは、車両本体部１１に連結されたフレームにより、その位置が固定されている。

バッテリ２５は、制御部２２、車輪駆動ユニット２４Ｒ及び２４Ｌ、その他の電子機器、電気装置等に対して電力を供給する。

速度センサ２６Ｒは、車輪１５Ｒの速度情報を検出して制御部２２に出力し、速度センサ２６Ｌは、車輪１５Ｌの速度情報を検出して制御部２２に出力する。例えば、各速度センサ２６Ｒ、２６Ｌは、各駆動モータ２４ａ、２４ｃの回転情報（例えば回転数、回転角速度等の情報）を取得し、その回転情報に基づいて、各車輪１５Ｒ、１５Ｌの速度情報を検出する。なお、後述の通り、速度センサ２６Ｒ及び２６Ｌの検出結果から移動体１の速度が測定できるため、速度センサ２６Ｒ及び２６Ｌは、移動体１の速度を検出するセンサとして機能するといえる。

ステップ傾斜部２７は、制御部２２が指示したピッチ方向の目標角（以下、単に目標角と記載）に追従するように、ステップ部１４のピッチ方向の角度（以下、傾斜角と記載）を変更する。

図３は、制御部２２の概略的なシステム構成を示すブロック図である。図３に示すように、制御部２２は、速度判定部３１と距離判定部３２と目標角設定部３３を有する。制御部２２の各部は、それぞれ演算回路２２ａ及び記憶部２２ｂにより構成される。以下、ステップ部１４の目標角及び傾斜角を変更する制御について説明する。

速度判定部３１は、移動体１が停止しているとみなせるか否かを判定する。具体的に、速度判定部３１は、速度センサ２６Ｒから出力された車輪１５Ｒの前後方向の速度がＶ１、速度センサ２６Ｌから出力された車輪１５Ｌの前後方向の速度がＶ２である場合、速度判定部３１は、移動体１の前後方向の速度Ｖを、
Ｖ＝（Ｖ１＋Ｖ２）／２・・・（式１）
の通り求める。そして、速度判定部３１は、速度Ｖの絶対値（移動体１の速さ）が閾値ｖ１（ｖ１＞０）以上であるか否かを判定し、速度Ｖの絶対値が閾値ｖ１以上であれば移動体１は動いていると判定し、速度Ｖの絶対値が閾値ｖ１未満であれば移動体１は停止していると判定する。

なお、速度判定部３１は、上述の速度Ｖを、以下の通り求めてもよい。
Ｖ＝（｜Ｖ１｜＋｜Ｖ２｜）／２・・・（式２）
ここで｜Ｖ１｜、｜Ｖ２｜はそれぞれＶ１、Ｖ２の絶対値である。

距離判定部３２は、距離測位計１３が測定した搭乗者Ｐと車両本体部１１との距離を判定し、測定された距離と標準距離との差分が所定値よりも大きいか、又は所定値よりも小さいかを判定する。

例えば、測定された距離をＬ、標準距離をＬ０とすると、測定された距離Ｌと標準距離Ｌ０との差分ｄＬは、
ｄＬ＝｜Ｌ０−Ｌ｜・・・（式３）
で表される。ここで、標準距離Ｌ０は、搭乗者Ｐのみが移動体１に搭乗している場合であって、移動体１が停止している状態、即ち搭乗者Ｐの重心Ｇが移動体１の中央（車輪１５Ｒ及び１５Ｌの軸上）にある状態における搭乗者Ｐと車両本体部１１との距離である。図１は、以上の状態を示したものである。この標準距離Ｌ０の値は、予め記憶部２２ｂに格納されており、例えば実際の測定値が用いられてもよい。距離判定部３２は、差分ｄＬが所定値ｌ（ｌ＞０）よりも大きいか否かを判定する。

そして、距離判定部３２は、差分ｄＬが所定値ｌよりも大きい場合には、（Ｌ０−Ｌ）の値が正であるか負であるかを判定する。（Ｌ０−Ｌ）の値が正である場合には、測定された距離Ｌは小さいため、距離判定部３２は、搭乗者Ｐと車両本体部１１とは近接していると判定する。（Ｌ０−Ｌ）の値が負である場合には、測定された距離Ｌは大きいため、距離判定部３２は、搭乗者Ｐと車両本体部１１とは離れていると判定する。距離判定部３２は、以上の判定結果を目標角設定部３３に出力する。このようにして、距離判定部３２は、測定された距離Ｌが第１の距離Ｌ１（＝Ｌ０＋ｌ）よりも大きいか、又は測定された距離Ｌが第２の距離Ｌ２（＝Ｌ０−ｌ）よりも小さいかを判定する。

目標角設定部３３は、距離判定部３２から出力された判定結果に基づいて、ステップ部１４の目標角を変更する。そして、変更後の目標角をステップ傾斜部２７に出力する。

具体的には、搭乗者Ｐと車両本体部１１とが近接していると判定された場合、目標角設定部３３は、移動体１の後部（特に搭乗者Ｐの背中）に荷重が存在していると判断して、ステップ部１４の目標角を現在の目標角よりもプラス方向に傾けるように目標角を設定する。新たに設定する目標角をｓ１、現在の目標角をｓ０とすると、目標角設定部３３は、
ｓ１＝ｓ０＋α・・・（式４）
となるように目標角ｓ１を設定する。

搭乗者Ｐと車両本体部１１とは離れていると判定された場合、目標角設定部３３は、ステップ部１４の目標角が現在の目標角よりもマイナス方向に傾くように目標角を設定する。新たに設定する目標角ｓ１は、現在の目標角ｓ０を用いると
ｓ１＝ｓ０−α・・・（式５）
と設定される。以上のように設定した目標角を、目標角設定部３３はステップ傾斜部２７に出力する。ステップ傾斜部２７は、ステップ部１４の実際の傾斜角を、以上のように設定された目標角に合わせる制御を行う。なお、（式４）及び（式５）でαは０以上の値であり、１回の制御で変更される角度の値である。角度のプラス方向及びマイナス方向の定義は上述の通りである。

次に、制御部２２が実行するステップ部１４の目標角及び傾斜角の具体的な制御について、図４を参照して説明する。図４には、移動体１に搭乗者Ｐが乗車して倒立制御がなされてから降車するまでの間にループして実行される移動体１の制御方法が示されている。なお、上述で既に説明した箇所については、詳細な説明を省略する。

まず、速度判定部３１は、各速度センサ２６Ｒ、２６Ｌから各車輪１５Ｒ、１５Ｌの速度情報をそれぞれ取得し、取得した速度情報に基づいて、移動体１の速さが閾値未満か否かを判定する（ステップＳ１）。この判定の詳細については上述の通りである。移動体１の速さが閾値未満でない場合（ステップＳ１のＮｏ）、速度判定部３１はステップＳ１の判定を繰り返し実行する。

移動体１の速さが閾値未満である場合（ステップＳ１のＹｅｓ）、速度判定部３１は、その判定結果を距離判定部３２に出力する。距離判定部３２は、その判定結果に応じて、測定距離Ｌと標準距離Ｌ０との差分は所定値ｌよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２）。

測定距離Ｌと標準距離Ｌ０との差分が所定値ｌ以下である場合（ステップＳ２のＮｏ）、制御部２２はステップＳ１に戻って再度処理を行う。なお、１回目のフローにおいて測定距離Ｌと標準距離Ｌ０との差分が所定値ｌ以下であると判定される場合とは、搭乗者Ｐ以外の荷物はないか又は少なく、搭乗者Ｐが通常の姿勢をとっている（傾いていない）と想定される場合である。この場合には、搭乗者Ｐが通常の姿勢をとっていても、搭乗者Ｐ等の合成重心の位置はステップ部１４の中央部にあると考えられるため、ステップ部１４を傾斜させる制御を実行する必要はない。

測定距離Ｌと標準距離Ｌ０との差分が所定値ｌよりも大きい場合（ステップＳ２のＹｅｓ）、距離判定部３２は、標準距離Ｌ０が測定距離Ｌよりも長いか否かを判定する（ステップＳ３）。

標準距離Ｌ０が測定距離Ｌよりも短い場合（ステップＳ３のＮｏ）、距離判定部３２は、搭乗者Ｐと車両本体部１１とは離れていると判定し、その判定結果を目標角設定部３３に出力する。目標角設定部３３は、その出力結果に応じて、目標角を現在の目標角よりもマイナス方向に傾けるように設定する（ステップＳ４）。例えば、目標角設定部３３は、現在の目標角が０°である場合に、目標角を−α°（α＞０）に設定する。

ここで、ステップＳ４の制御を実行する状況について説明する。図５は、移動体１の前部に荷重Ｂを搭載した場合であって、搭乗者Ｐが移動体１の後部に体重をかけて後傾姿勢をとることにより、搭乗者Ｐ及び荷重Ｂの合成重心Ｇを移動体１の中央部に位置させるようにした状態を示している。このとき測定された距離Ｌｘは、第１の距離Ｌ１よりも大きい。このような場合に、制御部２２は、ステップＳ４の制御を実行する。

標準距離Ｌ０が測定距離Ｌよりも長い場合（ステップＳ３のＹｅｓ）、距離判定部３２は、搭乗者Ｐと車両本体部１１とは近接していると判定し、判定結果を目標角設定部３３に出力する。目標角設定部３３は、その判定結果に応じて、目標角を現在の目標角よりもプラス方向に傾けるように設定する（ステップＳ５）。例えば、目標角設定部３３は、現在の目標角が０°である場合に、目標角を＋α°（α＞０）に設定する。

ここで、ステップＳ５の制御を実行する状況について説明する。図６は、搭乗者Ｐが背中に荷重Ｂを背負った場合（つまり、移動体１の後部に荷重Ｂを搭載した場合）であって、搭乗者Ｐが移動体１の前部に体重をかけて前傾姿勢をとった状態を示している。この搭乗者Ｐの姿勢により、搭乗者Ｐ及び荷重Ｂの合成重心Ｇは移動体１の中央部に位置している。このとき測定された距離Ｌｙは、第２の距離Ｌ２よりも小さい。このような場合に、制御部２２は、ステップＳ５の制御を実行する。

目標角設定部３３は、以上のように変更した目標角をステップ傾斜部２７に出力し、ステップ傾斜部２７は、ステップ部１４の目標角を、出力された目標角に合わせるように制御する。

そして、速度判定部３１は、移動体１の速さが閾値未満か否かを、取得した車輪１５Ｒ及び１５Ｌの速度情報に基づいて再度判定する（ステップＳ１）。移動体１の速さが閾値未満ではない場合（ステップＳ１のＮｏ）、ステップＳ１の処理が再度実行される。

移動体１の速さが閾値未満である場合（ステップＳ１のＹｅｓ）、距離判定部３２は、測定距離Ｌと標準距離Ｌ０との差分は所定値ｌよりも大きいか否かを再度判定する（ステップＳ２）。測定距離Ｌと標準距離Ｌ０との差分は所定値ｌ以下である場合（ステップＳ２のＮｏ）、目標角設定部３３は、ステップＳ４又はＳ５の処理を実行しない。これにより、ステップ部１４の目標角は、最後に設定された目標角になるように制御される。

測定距離Ｌと標準距離Ｌ０との差分は所定値ｌよりも大きい場合（ステップＳ２のＹｅｓ）、目標角設定部３３は、ステップＳ４又はＳ５の処理を再度実行する。例えば、図５で示した状態において、ステップＳ１で移動体１が移動していないと判定され、ステップＳ３で目標角が０°から−α°（α＞０）に変更されると仮定する。ここで、目標角が変更されることにより、ステップ部１４の傾斜角は、水平の状態からα°だけマイナス方向に傾く状態に変更される。しかしながら、ステップ部１４の傾斜角がこのように変更されても、合成重心位置を移動体１の中央部に位置させるために、搭乗者Ｐが未だ後傾姿勢をとる必要がある場合が考えられる。この場合、測定距離Ｌは大きい値をとったまま（搭乗者Ｐと車両本体部１１との距離が離れたまま）である。以上の場合に、制御部２２は、ステップＳ２〜Ｓ４のフローを再度実行することにより、目標角を−α°から−β°（β＝２α）に変更する。これにより、ステップ部１４の傾斜角は−β°となって、さらにマイナス方向に傾く状態に変更される。

また、図６で示した状態において、ステップＳ１で移動体１が移動していないと判定され、ステップＳ３で目標角が０°から＋α°（α＞０）に変更される例も考えられる。ここで、目標角が変更されることにより、ステップ部１４の傾斜角は、水平の状態からα°だけプラス方向に傾く状態に変更される。しかしながら、ステップ部１４の傾斜角がこのように変更されても、合成重心位置を移動体１の中央部に位置させるために、搭乗者Ｐが未だ前傾姿勢をとる必要がある場合が考えられる。この場合、測定距離Ｌは小さい値をとったまま（搭乗者Ｐと車両本体部１１との距離が近接したまま）である。以上の場合に、制御部２２は、ステップＳ２、Ｓ３及びＳ５のフローを再度実行することにより、目標角を＋α°から＋β°（β＝２α）に変更する。これにより、ステップ部１４の傾斜角は＋β°となって、さらにプラス方向に傾く状態に変更される。

このようにして、制御部２２は、測定距離Ｌと標準距離Ｌ０との差分が所定値ｌ以下になるまで、ステップ部１４の目標角を変更する制御を実行する。これにより、搭乗者Ｐが通常の姿勢（前傾又は後傾姿勢ではない姿勢）を移動体１上でとっている場合に、荷物Ｂが移動体１の前部又は後部に搭載されたとしても、移動体１は自動でステップ部１４の目標角及び傾斜角を変更して、合成重心Ｇの位置を調整する。つまり、搭乗者Ｐは、合成重心Ｇの位置を調整するために、荷物Ｂの搭載場所を変更したり、自身の姿勢を前傾又は後傾姿勢に保ち続けたり、あるいは手動でステップ部１４の傾斜角を調整する必要がない。このようにして、移動体１は、搭乗者Ｐ及び荷物Ｂの合成重心Ｇを、移動体１の中央部（特に車輪１５Ｒ及び１５Ｌの軸上）に位置させることができるため、移動体１に搭乗者以外の荷重がかかった場合でも、予期せぬ動作を抑制することができる。

［実施の形態２］
実施の形態１では、グリップ部１２に距離測位計１３としてレーザを用いるものが設けられている例を説明した。しかしながら、距離測位計１３の例は以上に限られない。実施の形態２では、距離測位計１３のバリエーションについて説明する。

例えば、距離測位計１３は、超音波を使用して距離測定を行ってもよい。超音波は、光を屈折する物体（例えば鏡）に照射された場合でも、正確に物体との距離を測定することができる。そのため、車両本体部１１と搭乗者Ｐとの距離をより確実に測定することができる。

また、距離測位計１３は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）及びＰＤ（Photo Diode）素子により構成されてもよい。この構成により、距離測位計１３を安価にすることができる。

また、距離測位計１３は、撮像素子により構成されてもよい。撮像素子により、搭乗者Ｐの面を撮像して、撮像した面全体と車両本体部１１との距離が測定できるため、搭乗者Ｐの一点と車両本体部１１との距離を測定する場合と比較して、搭乗者Ｐと車両本体部１１との距離をより正確に測定することができる。特に、搭乗者Ｐの外形（例えば服）に凹凸があるような場合には、搭乗者Ｐの一点と車両本体部１１との距離を測定しても正確な距離が十分に測定できない可能性がある。これに対し、撮像素子により、搭乗者Ｐの面と車両本体部１１との距離を測定すれば、より正確な距離測定が可能となる。

実施の形態１において、距離測位計１３は、水平な状態で、搭乗者Ｐの胸部と同じ高さに設けられている。そのため、距離測位計１３は、自身と搭乗者Ｐとの距離を測定するだけで、搭乗者Ｐの胸部と車両本体部１１との距離を測定することができる。ただし、距離測位計１３が設けられる場所は、この例に限られない。

例えば、距離測位計１３は、水平な状態で、搭乗者Ｐの腰部又は足部と同じ高さに設けられていてもよい。なお、距離測位計１３は、車両本体部１１に設けられている。搭乗者によっては、移動体１の前部又は後部に荷重がある場合に、自身の姿勢を傾ける（胸部と車両本体部１１との距離を近づけるか又は遠ざける）ために、腰部又は足部（特に足首）を動かすことも考えられる。距離測位計１３は、車両本体部１１と腰部又は足部との距離を測定することで、腰部又は足部が動作したか否かを直接検出することができる。なお、測定方法は上述の通りである。これにより、搭乗者の姿勢変化を検出し、精度よく荷重の有無及び荷重がある場所を推定することが可能になる。

また、距離測位計１３は、任意の角度をつけて、車両本体部１１の任意の位置に設けられていてもよい。図７は、距離測位計１３を、水平方向から角度φだけ傾かせて車両本体部１１の下部に設けた状態を示している。距離測位計１３は、水平方向から角度φだけピッチ方向に傾いているため、搭乗者Ｐの胸部にレーザを照射することができる。これにより、距離測位計１３と搭乗者Ｐの胸部との距離を測定することができる。ここで、距離測位計１３が測定した搭乗者Ｐの胸部と距離測位計１３との距離をＬ_φとすると、搭乗者Ｐの胸部と車両本体部１１との距離Ｌは
Ｌ＝Ｌ_φ×ｃｏｓ（φ）・・・（式６）
で求めることができる。なお、角度φは、予め測定されている値である。距離測位計１３が測定する搭乗者Ｐの測定部位は胸部でなくてもよく、腰部、足部でもよい。

移動体１によっては、車両本体部１１の形状（例えば車両本体部１１の高さ）により、測定部位に対して、距離測位計１３を水平の状態で車両本体部１１に取付けられない場合が考えられる。このような場合に、予め角度φを測定しておくことにより、（式６）を用いて、搭乗者Ｐの測定部位と車両本体部１１との距離を測定することができる。

また、距離測位計１３は、任意の角度をつけて、ステップ部１４に設けられていてもよい。図８は、距離測位計１３を、水平方向から角度Ψだけ傾かせてステップ部１４に設けた状態を示している。ステップ部１４は、水平方向から角度Ψだけピッチ方向に傾いているため、搭乗者Ｐの胸部にレーザを照射することができる。これにより、距離測位計１３と搭乗者Ｐの胸部との距離を測定することができる。ここで、距離測位計１３が測定した搭乗者Ｐの胸部と距離測位計１３との距離をＬ_Ψとすると、搭乗者Ｐの胸部と車両本体部１１との距離Ｌは
Ｌ＝Ｌ_Ψ×ｃｏｓ（Ψ）・・・（式７）
で求めることができる。距離測位計１３が測定する測定部位は搭乗者Ｐの胸部でなくてもよく、腰部、足部でもよい。

移動体１によっては、車両本体部１１の形状により、距離測位計１３を車両本体部１１に設けることができず、ステップ部１４に設ける場合が考えられる。このような場合に、予め角度Ψを測定しておくことにより、（式７）を用いて、搭乗者Ｐの測定部位と車両本体部１１との距離を測定することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、図４におけるステップＳ１〜Ｓ３の処理は、順番を適宜変えてもよい。また、制御部２２が実行する処理は、ＣＰＵにコンピュータプログラムを実行させることにより実現させることも可能である。

１ 倒立型移動体
１１ 車両本体部
１２ グリップ部
１３ 距離測位計
１４ ステップ部
１５Ｒ、１５Ｌ 車輪
１６Ｒ、１６Ｌ 速度センサ
２０ 制御ユニット
２１ 姿勢角センサ
２２ 制御部
２２ａ 演算回路
２２ｂ 記憶部
２３Ｒ、２３Ｌ 駆動回路
２４Ｒ、２４Ｌ 車輪駆動ユニット
２４ａ、２４ｃ 駆動モータ
２４ｂ、２４ｄ 減速ギア
２５ バッテリ
２６Ｒ、２６Ｌ 速度センサ
２７ ステップ傾斜部
３１ 速度判定部
３２ 距離判定部
３３ 目標角設定部

Claims (1)

1. 倒立制御により倒立状態を維持しつつ搭乗者を乗せて走行する倒立型移動体であって、
   前記倒立型移動体の前部に設けられた移動体本体と、
   前記移動体本体の後部に接続され、ピッチ方向に傾斜可能であり、前記搭乗者が搭乗の際に足を乗せるステップ部と、
   前記搭乗者と前記移動体本体との距離を測定する距離測定部と、
   前記倒立型移動体の速度を検出する速度検出センサと、
   検出される前記速度の大きさが所定値未満である場合に、測定される前記距離が第１の距離よりも大きいときには前記ステップ部のピッチ方向の目標角を仰角方向に傾け、測定される前記距離が前記第１の距離よりも短い第２の距離未満の距離であるときには前記目標角を俯角方向に傾ける制御を、測定される前記距離が前記第２の距離以上前記第１の距離以下になるまで実行し、
   測定される前記距離が前記第２の距離以上前記第１の距離以下になったときに、前記目標角をそのときの目標角に設定する制御部と、を備える
   倒立型移動体。

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