JP2017169981A - 立ち乗り型移動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】搭乗者の姿勢を安定させることが可能な立ち乗り型移動装置を提供することである。
【解決手段】本発明にかかる立ち乗り型移動装置１は、ボード１０と、ボード１０の進行方向の前側および後側の各々の左右にそれぞれ配置された車輪１６ａ〜１６ｄと、ボード１０の進行方向の前側に配置された車輪１６ａ、１６ｂを各々独立に回転駆動する駆動部１５ａ、１５ｂと、ボード１０に搭乗した搭乗者の荷重を検出する荷重センサ１３ａ〜１３ｄと、ボード１０の進行方向の前側に設けられたステアリングボード１１と、ステアリングボード１１の回転情報を取得する回転センサ１２と、駆動部１５ａ、１５ｂを制御する制御部１４と、を備える。制御部１４は、旋回量算出部２１で算出された旋回量が、目標速度と荷重割合とに応じて求められた旋回可能領域の範囲内になるように旋回量を補正する旋回量補正部２４を備える。
【選択図】図１１

Description

本発明は立ち乗り型移動装置に関する。

近年、人の移動を補助するパーソナルモビリティの研究開発が行われている。特許文献１には、駆動装置を搭載した自走式ローラーボードに関する技術が開示されている。特許文献１に開示されている自走式ローラーボードでは、搭乗者の体重移動に応じて停止、前進、後退等の制御を行うことが可能なように構成されている。

特開平９−０１０３７５号公報

特許文献１に開示されている自走式ローラーボードでは、自走式ローラーボードの前後に圧力センサを設け、この圧力センサで検出された圧力に応じて自走式ローラーボードに搭載された駆動装置を制御している。また、自走式ローラーボードの前方には、前輪と機械的に接続された旋回操縦盤が設けられており、この旋回操縦盤を搭乗者が足で回転させて前輪の方向を変えることで、自走式ローラーボードの進行方向を変更している。

しかしながら、搭乗者が立った状態で搭乗する立ち乗り型移動装置では、立ち乗り型移動装置が高速で走行している状態で旋回動作を行うと、搭乗者に遠心力が働き搭乗者が立ち乗り型移動装置から落下するおそれがあるという問題がある。

上記課題に鑑み本発明の目的は、旋回時においても搭乗者が継続して搭乗することが可能な立ち乗り型移動装置を提供することである。

本発明にかかる立ち乗り型移動装置は、搭乗者が搭乗するボードと、前記ボードの進行方向の前側および後側の各々の左右にそれぞれ配置された車輪と、前記ボードの進行方向の前側および後側の少なくとも一方の左右にそれぞれ配置された車輪を各々独立に回転駆動する第１および第２の駆動部と、前記ボードに搭乗した搭乗者の荷重を検出する第１のセンサと、前記ボードの進行方向の前側および後側のうちのいずれか一方に設けられ、鉛直方向に伸びる回転軸を中心に回転可能なステアリングボードと、前記ステアリングボードの回転情報を取得する第２のセンサと、前記第１および第２の駆動部を制御する制御部と、を備える。前記制御部は、前記第１のセンサで検出した前記搭乗者の進行方向前後における荷重に応じて前記ボードの目標速度を設定する目標速度設定部と、前記第２のセンサで取得した回転情報に応じて前記ボードの旋回量を算出する旋回量算出部と、前記搭乗者の荷重の進行方向左側および右側の割合である荷重割合を算出する荷重割合算出部と、前記旋回量算出部で算出された前記旋回量が、前記目標速度と前記荷重割合とに応じて求められた旋回可能領域の範囲内になるように前記旋回量を補正する旋回量補正部と、を備え、前記旋回量補正部で補正された旋回量および前記目標速度に応じて前記第１および第２の駆動部の回転速度を各々独立に制御することで前記ボードを旋回させる。

本発明にかかる立ち乗り型移動装置では、旋回量算出部で算出された旋回量が旋回可能領域の範囲内になるように旋回量を補正している。ここで、旋回可能領域は、搭乗者の姿勢を安定させた状態でボードが旋回可能な旋回量の範囲であり、目標速度と荷重割合とに応じて求められる。つまり、旋回可能領域を設けて旋回量を制限することで、旋回時に搭乗者が遠心力によってバランスを崩すことを抑制でき、搭乗者がボードに継続して搭乗することが可能になる。

本発明により、旋回時においても搭乗者が継続して搭乗することが可能な立ち乗り型移動装置を提供することができる。

実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置を示す斜視図である。 実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置の使用例を示す図である。 実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置を示す分解斜視図である。 実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置のシステム構成を説明するためのブロック図である。 実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置の制御例（加速）を説明するための図である。 実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置の制御例（加速）を説明するための上面図である。 実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置の制御例（減速）を説明するための図である。 実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置の制御例（減速）を説明するための上面図である。 実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置の制御例（左旋回）を説明するための上面図である。 実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置の制御例（右旋回）を説明するための上面図である。 実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置が備える制御部の詳細を説明するためのブロック図である。 右荷重割合に対する許容される回転半径を示すグラフである。 右荷重割合に対する許容される回転半径を示すグラフである。 回転半径の補正例を示すグラフである。 右荷重割合に対する許容される遠心加速度を示すグラフである。 遠心加速度の補正例を示すグラフである。 実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置の他の構成例を示す上面図である。 実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置の他の構成例を示す上面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置を示す斜視図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置１は、ボード１０、ステアリングボード１１、及び車輪１６ａ〜１６ｄを備える。

ボード１０は表面が平坦な板状部材で構成されており、ボード１０の上面には搭乗者が搭乗する。ボード１０の進行方向の前側には、ステアリングボード１１が設けられている。なお、本明細書において、ボード１０にはステアリングボード１１が含まれており、「搭乗者がボード１０に搭乗する」とは、搭乗者がボード１０およびステアリングボード１１の上面に搭乗していることを意味するものとする。具体的には、搭乗者の一方の足がボード１０の上面に位置し、他方の足がステアリングボード１１の上面に位置している状態を意味する（図２参照）。ボード１０の前側および後側の各々の左右には、車輪１６ａ〜１６ｄが配置されている。

図２は、本実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置の使用例を示す図である。本実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置１では、ボード１０に搭乗している搭乗者３０の進行方向前後における荷重の割合に応じて（換言すると、搭乗者の重心移動に応じて）速度を調整することができる。また、ボード１０に搭乗している搭乗者３０が足３１（図２に示す場合は左足）でステアリングボード１１を回転させることで、ボード１０（立ち乗り型移動装置１）を旋回させることができる。

次に、本実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置１の詳細な構成について、図３に示す分解斜視図を用いて説明する。図３に示すように、立ち乗り型移動装置１は、ボード１０、ステアリングボード１１、回転センサ（第２のセンサ）１２、荷重センサ（第１のセンサ）１３ａ〜１３ｄ、制御部１４、駆動部１５ａ、１５ｂ、車輪１６ａ〜１６ｄ、サスペンション１７ａ〜１７ｄ、フレーム１８、及びバッテリ１９を備える。

フレーム１８は矩形状であり、例えば金属材料を用いて構成することができる。フレーム１８の４つの角の下側には車輪１６ａ〜１６ｄがそれぞれ設けられている。また、各々の車輪１６ａ〜１６ｄとフレーム１８との間にはサスペンション１７ａ〜１７ｄが設けられている。サスペンション１７ａ〜１７ｄを設けることで、路面から車輪１６ａ〜１６ｄに伝わった振動がフレーム１８に伝わることを抑制することができる。図３に示す立ち乗り型移動装置１では、車輪１６ａ、１６ｂは前輪であり、車輪１６ｃ、１６ｄは後輪である。

各々の車輪１６ａ、１６ｂには、各々の車輪１６ａ、１６ｂを独立に回転駆動する駆動部１５ａ、１５ｂがそれぞれ設けられている。駆動部１５ａ、１５ｂは、例えばモータを用いて構成することができる。また、車輪１６ｃ、１６ｄには、鉛直方向と平行な回転軸を中心に回転可能なキャスタを用いることができる。つまり、本実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置１では、車輪１６ａ、１６ｂを駆動部１５ａ、１５ｂを用いて各々独立に駆動可能に構成し、且つ車輪１６ｃ、１６ｄをキャスタを用いて構成している。よって、駆動部１５ａ、１５ｂの回転速度を各々異なるように制御することで、ボード１０（立ち乗り型移動装置１）を左右に旋回させることができる。

具体的には、駆動部１５ａ（車輪１６ａ）の回転速度を駆動部１５ｂ（車輪１６ｂ）の回転速度よりも速くすることで、ボード１０を左に旋回させることができる。また、駆動部１５ｂ（車輪１６ｂ）の回転速度を駆動部１５ａ（車輪１６ａ）の回転速度よりも速くすることで、ボード１０を右に旋回させることができる。

また、車輪１６ａ、１６ｂには減速機を取り付けてもよい。例えば、減速機は遊星歯車を用いて構成することができる。フレーム１８には、制御部１４およびバッテリ１９が取り付けられている。バッテリ１９は、制御部１４および駆動部１５ａ、１５ｂに電力を供給する。例えば、バッテリ１９にはリチウムイオン二次電池を用いることができる。

フレーム１８の４つの角には荷重センサ１３ａ〜１３ｄが設けられている。つまり、フレーム１８にボード１０を取り付けた際に、フレーム１８とボード１０との間に荷重センサ１３ａ〜１３ｄが挟まれるように配置されることで、ボード１０の上に搭乗した搭乗者の荷重を検出することができる。換言すると、荷重センサ１３ａ〜１３ｄを用いて搭乗者の重心移動（体重移動）を検出することができる。例えば、荷重センサ１３ａ〜１３ｄには、圧電素子を用いたセンサや歪みゲージを用いたセンサ等を用いることができる。荷重センサ１３ａ〜１３ｄで検出した信号は、制御部１４に供給される。

ボード１０は、フレーム１８の上側に取り付けられる。ボード１０の進行方向の前側には、鉛直方向に伸びる回転軸２０を中心に回転可能にステアリングボード１１が設けられている。つまり、ボード１０の進行方向の前側にはステアリングボード１１に対応した形状の凹部１０ａが形成されており、ステアリングボード１１はこの凹部１０ａに回転可能に取り付けられている。

ステアリングボード１１の下側には、ステアリングボード１１の回転情報を取得する回転センサ１２が設けられている。回転センサ１２で取得された回転情報は制御部１４に供給される。例えば、ステアリングボード１１の回転情報はステアリングボード１１の回転角であり、この場合は、回転センサ１２として回転角センサを用いる。

また、ステアリングボード１１は、ステアリングボード１１を回転させた際にトルクが発生するように構成してもよく、この場合は、回転センサ１２としてトルクセンサを用いることができる。つまり、この場合はステアリングボード１１を回転させるために必要なトルクをトルクセンサを用いて検出することで、ステアリングボード１１の回転情報を取得する。例えば、ステアリングボード１１にバネ（不図示）を設け、ステアリングボードが中立位置に戻るような力が働くように構成することで、ステアリングボード１１を回転させた際にトルクを発生させることができる。

次に、図４に示すブロック図を用いて、本実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置１のシステム構成について説明する。図４に示すように、荷重センサ１３ａ〜１３ｄで取得された荷重情報は制御部１４に供給される。また、回転センサ１２で取得されたステアリングボード１１の回転情報は制御部１４に供給される。制御部１４は、荷重センサ１３ａ〜１３ｄおよび回転センサ１２で取得した情報を用いて、駆動部１５ａ、１５ｂを制御するための制御信号を生成し、生成した制御信号を駆動部１５ａ、１５ｂに供給する。各々の駆動部１５ａ、１５ｂは、制御部１４から供給された制御信号に応じて各々の車輪１６ａ、１６ｂを回転駆動する。

具体的には、制御部１４は、荷重センサ１３ａ〜１３ｄで検出した搭乗者３０の進行方向前後における荷重の割合（換言すると、重心移動）に応じて駆動部１５ａ、１５ｂの回転速度を制御して、ボード１０の進行方向における速度を制御する。

つまり、図５、図６に示すように、搭乗者３０の右足３２よりも左足３１に多くの体重がかかっている場合は、搭乗者３０の重心がボード１０の進行方向前側に移動する。この場合は、荷重センサ１３ａ、１３ｂで検出した荷重の総和が荷重センサ１３ｃ、１３ｄで検出した荷重の総和よりも大きくなるので加速度が正の値となり加速する。このとき、荷重センサ１３ａ、１３ｂで検出した荷重の割合が大きくなるほど、つまり、進行方向前側に搭乗者の重心が移動するほど加速度は大きくなる。

また、図７、図８に示すように、搭乗者３０の左足３１よりも右足３２に多くの体重がかかっている場合は、搭乗者３０の重心がボード１０の進行方向後側に移動する。この場合は、荷重センサ１３ｃ、１３ｄで検出した荷重の総和が荷重センサ１３ａ、１３ｂで検出した荷重の総和よりも大きくなるので加速度が負の値となり減速する。このとき、荷重センサ１３ｃ、１３ｄで検出した荷重の割合が大きくなるほど、つまり、進行方向後側に搭乗者の重心が移動するほど加速度は小さくなり減速する。

なお、荷重センサ１３ａ、１３ｂで検出した荷重の総和と荷重センサ１３ｃ、１３ｄで検出した荷重の総和とが等しい場合、つまり、搭乗者の重心が中心位置である場合は加速度はゼロになる。

また、図４に示す制御部１４は、回転センサ１２で取得されたステアリングボード１１の回転情報に応じて駆動部１５ａ、１５ｂの回転速度を各々独立に制御することで、ボード１０を回転情報と対応する方向に旋回させる。

つまり、図９に示すように、搭乗者の左足３１で操作されたステアリングボード１１の回転方向が左方向の場合、制御部１４は、駆動部１５ａ（車輪１６ａ）の回転速度を駆動部１５ｂ（車輪１６ｂ）の回転速度よりも速くする。これにより、ボード１０が左側に旋回する。このときの旋回量はステアリングボード１１の回転角に応じて決定される。つまり、ステアリングボード１１の回転角が大きくなるほど、ボード１０の旋回量が大きくなる。

また、図１０に示すように、搭乗者の左足３１で操作されたステアリングボード１１の回転方向が右方向の場合、制御部１４は、駆動部１５ｂ（車輪１６ｂ）の回転速度を駆動部１５ａ（車輪１６ａ）の回転速度よりも速くする。これにより、ボード１０が右側に旋回する。このときの旋回量はステアリングボード１１の回転角に応じて決定される。つまり、ステアリングボード１１の回転角が大きくなるほど、ボード１０の旋回量が大きくなる。

次に、本実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置の制御例の詳細について説明する。図１１は、本実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置が備える制御部１４の詳細を説明するためのブロック図である。図１４に示すように、制御部１４は、旋回量算出部２１、荷重割合算出部２２、目標速度設定部２３、旋回量補正部２４、及び回転速度算出部２５を備える。

旋回量算出部２１は、回転センサ１２で取得したステアリングボード１１の回転情報に応じてボード１０の旋回量を算出する。例えば、ステアリングボード１１の中立位置（基準）からの時計回りの回転角をθ（ｒａｄ）とし、旋回ゲインをｋ（ｍ／ｒａｄ）とした場合、ボード１０の回転半径Ｒ（ｍ）は、次の式で算出することができる。

Ｒ＝ｋ／θ ・・・式１
（ただしθ≠０）
ただし、Ｒが正の値のときは右旋回、負の値のときは左旋回であるものとする。

旋回量算出部２１は、旋回量として回転半径Ｒを算出し、算出した旋回量（回転半径Ｒ）を旋回量補正部２４に出力する。

荷重割合算出部２２は、荷重センサ１３ａ〜１３ｄから取得した荷重データを用いて、搭乗者の荷重の進行方向左側および右側の割合である荷重割合を算出する。例えば、右側に配置されている荷重センサ１３ａ、１３ｃで検出した荷重の総和をＷ_Ｒ、左側に配置されている荷重センサ１３ｂ、１３ｄで検出した荷重の総和をＷ_Ｌとすると、右側の荷重割合Ｍ_Ｒ（以下、右荷重割合と記載する）は、次の式を用いて算出することができる。

Ｍ_Ｒ＝Ｗ_Ｒ／（Ｗ_Ｒ＋Ｗ_Ｌ） ・・・式２
なお、左側の荷重割合は、（１−Ｍ_Ｒ）で得ることができる。

荷重割合算出部２２は、式２を用いて算出した右荷重割合Ｍ_Ｒを旋回量補正部２４に出力する。

目標速度設定部２３は、荷重センサ１３ａ〜１３ｄで検出した搭乗者の進行方向前後における荷重の割合に応じてボード１０の目標速度を設定する。例えば、前側に配置された荷重センサ１３ａ、１３ｂで検出した荷重の総和をＷ_ｆ、全ての荷重センサ１３ａ〜１３ｄで検出した荷重の総和をＷ_ａとすると、ボード１０の加速度は次の式を用いて算出することができる。

加速度＝（Ｗ_ｆ／Ｗ_ａ−０．５）×ｃ ・・・式３
ここで、Ｗ_ｆ／Ｗ_ａは前側にかかる荷重の割合（前荷重割合）を示している。また、ｃは加減速係数であり、正の値をもつ任意の係数である。

例えば、前荷重割合Ｗ_ｆ／Ｗ_ａが０．５よりも大きい場合は、前側に多くの荷重が加わっており加速度が正の値となり加速する。一方、前荷重割合Ｗ_ｆ／Ｗ_ａが０．５よりも小さい場合は、後側に多くの荷重が加わっており加速度が負の値となり減速する。

目標速度設定部２３は、上記式３を用いて加速度を算出した後、加速度を積分して目標速度ｖを算出し、算出した目標速度ｖを旋回量補正部２４および回転速度算出部２５に出力する。

旋回量補正部２４は、旋回量算出部２１で算出された旋回量（回転半径Ｒ）が旋回可能領域２８（図１２参照）の範囲内になるように旋回量を補正する。旋回可能領域２８は、荷重割合算出部２２で算出された右荷重割合Ｍ_Ｒと目標速度設定部２３で算出された目標速度ｖとに応じて求められた領域であり、搭乗者の姿勢を安定させた状態でボード１０が旋回可能な領域である。換言すると、旋回可能領域２８は旋回時においても搭乗者がボード１０に継続して搭乗することが可能な領域である。

図１２は、右荷重割合に対する許容される回転半径（旋回可能領域）を示すグラフである。図１２の左図は低速時の状態を、中央の図は中速時の状態を、右図は高速時の状態をそれぞれ示している。各々のグラフにおいて、横軸は右荷重割合Ｍ_Ｒを示しており、右荷重割合が０．５の位置は左右の荷重が均等な位置である。右荷重割合が０．５の位置を中心として左側（つまり、Ｍ_Ｒ＜０．５）は左荷重の領域であり、右側（つまり、Ｍ_Ｒ＞０．５）は右荷重の領域である。また、縦軸は回転半径Ｒを示しており、回転半径Ｒが正の領域は右旋回を、回転半径Ｒが負の領域は左旋回を示している。また、各々のグラフには回転半径Ｒの最小値を設定している。

また、各々のグラフには、搭乗者の姿勢を安定させた状態でボード１０が旋回可能な旋回可能領域２８を示している。つまり、荷重割合算出部２２で算出された右荷重割合Ｍ_Ｒと旋回量算出部２１で算出された回転半径Ｒとをグラフ上にプロットし、このプロットした点が旋回可能領域２８内である場合は、回転半径Ｒの値をそのまま用いてボード１０を旋回させることができる。

図１２に示すように、例えば、右荷重の場合は（Ｍ_Ｒ＞０．５）、搭乗者の重心が進行方向右側にあるので、搭乗者は安定的に右旋回することができる。つまり、遠心力に対してバランスを取りながら右旋回することができる。よって、各々のグラフの右上に旋回可能領域２８が設けられている。また、左荷重の場合は（Ｍ_Ｒ＜０．５）、搭乗者の重心が進行方向左側にあるので、搭乗者は安定的に左旋回することができる。つまり、遠心力に対してバランスを取りながら左旋回することができる。よって、各々のグラフの左下に旋回可能領域２８が設けられている。

また、搭乗者に働く遠心力はボード１０の速度が速くなるほど大きくなる。よって、図１２に示すように、ボード１０の速度が速くなるほど旋回可能領域２８の面積が小さくなる。つまり、図１３に示すように、ボード１０の速度が速くなるほど旋回可能領域２８が矢印で示す方向に向かって縮小する。換言すると、ボード１０の速度が速くなるほど旋回可能領域２８の回転半径Ｒが大きくなるようにする。これにより、搭乗者に働く遠心力を緩和することができ、旋回時においても搭乗者がボード１０に継続して搭乗することが可能になる。

本実施の形態では、図１２に示すように、速度領域を低速時、中速時、高速時の３つに分けておき、それぞれの速度領域に対して回転半径Ｒが取りうる領域（つまり、旋回可能領域２８）を定義したグラフ（マップ）を予め準備しておく。このようなグラフは、例えば搭乗者が立ち乗り型移動装置に実際に搭乗して実験をすることで求めることができる。

また、使用するグラフ（マップ）は、目標速度設定部２３で算出された目標速度ｖに基づき決定する。つまり、目標速度ｖに対応した速度のグラフを用いる。

また、旋回量補正部２４は、旋回量算出部２１で算出した回転半径Ｒが旋回可能領域２８の範囲内にない場合は、回転半径Ｒが旋回可能領域２８の範囲に入るように補正する。例えば、図１４に示すように、目標速度設定部２３で算出された目標速度ｖが中速であり、荷重割合算出部２２で算出された右荷重割合Ｍ_Ｒが０．６であり、旋回量算出部２１で算出された回転半径ＲがＲ_ａである場合、右荷重割合Ｍ_Ｒ＝０．６と回転半径Ｒ_ａとをプロットすると、プロットされた点は旋回可能領域２８の範囲外になる。

このような場合は、回転半径Ｒ_ａの値を符号が同じで絶対値が大きくなる方向にシフトする。つまり、図１４に示すように、右荷重割合Ｍ_Ｒ＝０．６を満たしつつ、回転半径Ｒ_ａの値を大きくしていき、旋回可能領域に到達した点の回転半径Ｒ_ｍｏｄを補正後の回転半径とする。

旋回量補正部２４は、このようにして補正した回転半径Ｒ_ｍｏｄを回転速度算出部２５に出力する。なお、旋回量補正部２４は、旋回量算出部２１で算出した回転半径Ｒが旋回可能領域２８の範囲内にある場合は、旋回量算出部２１で算出した回転半径Ｒをそのまま回転速度算出部２５に出力する（この場合は、Ｒ_ｍｏｄ＝Ｒとなる）。

図１１に示す回転速度算出部２５は、旋回量補正部２４で補正された旋回量（回転半径Ｒ_ｍｏｄ）および目標速度設定部２３で算出された目標速度ｖに基づいて駆動部１５ａ、１５ｂの回転速度を算出する。

具体的には、回転半径をＲ_ｍｏｄ（ｍ）、ボード１０の目標速度をｖ、車輪の半径をｒ（ｍ）、左右の車輪の間隔を２Ｄ（ｍ）、駆動部から車輪への減速比をｐ（ｐ＜１）とすると、右側の駆動部１５ａの目標回転速度ω_Ｒ（ｒａｄ／ｓ）と左側の駆動部１５ｂの目標回転速度ω_Ｌ（ｒａｄ／ｓ）は次の式を用いて算出することができる。ただし、回転半径Ｒ_ｍｏｄが正の値の時に右旋回とする。

回転速度算出部２５は、駆動部１５ａ、１５ｂのそれぞれを回転速度ω_Ｒ、ω_Ｌで回転させるための制御信号を駆動部１５ａ、１５ｂにそれぞれ出力する。

以上で説明したように、本実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置では、旋回量算出部で算出された旋回量（回転半径Ｒ）が旋回可能領域の範囲内になるように旋回量を補正している。ここで、旋回可能領域は、搭乗者の姿勢を安定させた状態でボード１０が旋回可能な回転半径Ｒの範囲であり、目標速度と荷重割合とに応じて求められる。つまり、旋回可能領域を設けることで、搭乗者の重心が旋回方向に十分に傾いていない場合は、安定して旋回可能な旋回量に旋回量を制限することができる。よって、搭乗者は、旋回時に搭乗者に加わる遠心力に対してバランスを取ることができ、旋回時においても搭乗者がボードに継続して搭乗することが可能になる。

以上で説明した本実施の形態にかかる発明により、旋回時においても搭乗者が継続して搭乗することが可能な立ち乗り型移動装置を提供することができる。

なお、上記では、旋回量補正部２４が図１２に示すような右荷重割合と回転半径との関係のグラフを用いて回転半径を補正する場合について説明したが、本実施の形態では、図１５に示すような右荷重割合と遠心加速度との関係のグラフを用いてもよい。

ボード１０の想定される遠心加速度ａ（ｍ／ｓ^２）は、目標速度設定部２３で算出された目標速度ｖ（ｍ／ｓ）と旋回量算出部２１で算出された回転半径Ｒとを用いて次のように表すことができる。

ａ＝ｖ^２／Ｒ ・・・式６

式６から回転半径Ｒが小さくなるほど、また目標速度ｖが速くなるほど、遠心加速度ａが大きくなる。そして、図１５に示すように、右荷重割合と許容される遠心加速度ａとをマッピングする。図１５において、旋回可能領域２９は、搭乗者の姿勢を安定させた状態でボード１０が旋回可能な領域、換言すると、旋回時においても搭乗者がボード１０に継続して搭乗することが可能な領域である。なお、遠心加速度ａは目標速度ｖの成分も含んでいるので（式６参照）、遠心加速度ａを用いる場合は、図１５に示すようなグラフを１つ準備すればよい。

旋回量補正部２４は、荷重割合算出部２２で算出された右荷重割合Ｍ_Ｒと上記式６で求めた遠心加速度ａとを図１５のグラフ上にプロットする。そして、プロットされた位置が旋回可能領域２９内の場合は、遠心加速度ａが許容される値であるとして、式６の回転半径Ｒの値をそのまま用いる。

一方、図１６に示すように、プロットされた位置が旋回可能領域２９の範囲外の場合、つまり遠心加速度ａの値が大きすぎる場合は搭乗者の姿勢を安定に保った状態で旋回することができない。すなわち、旋回時に搭乗者に働く遠心力が大きすぎるため、搭乗者がボード１０から振り落とされるおそれがある。この場合は、図１６に示すように、遠心加速度ａの値を小さくしていき、遠心加速度ａの値が旋回可能領域２９の範囲内になるように補正する（補正後の遠心加速度の値をａ_ｍｏｄで示す）。

そして、得られた補正後の遠心加速度ａ_ｍｏｄと目標速度ｖとから、補正後の回転半径Ｒ_ｍｏｄを下記の式を用いて求める。

Ｒ_ｍｏｄ＝ｖ^２／ａ_ｍｏｄ ・・・式７

旋回量補正部２４は、このようにして求めた補正後の回転半径Ｒ_ｍｏｄを回転速度算出部２５に出力する。以降の動作は、上記で説明した場合と同様である。

なお、図１２に示したグラフでは縦軸に回転半径Ｒを用いた場合を示したが、回転半径Ｒの代わりに回転半径Ｒの逆数を用いてもよい。また、図１２では、低速時、中速時、及び高速時の３つのグラフを準備する場合を示したが、準備するグラフの数は３つよりも多くてもよい。

また、上記では搭乗者が左足３１を前側にして搭乗している場合（図２参照）について説明したが、搭乗者は右足を前側にして搭乗してもよい。この場合は、上記説明の左足と右足とが逆になる。

また、上記ではステアリングボード１１をボード１０の進行方向の前側に設けた場合（図１参照）について説明した。しかし、本実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置１では、ステアリングボード１１は、ボード１０の進行方向の前側および後側のうちのいずれか一方に設ければよく、例えば、図１７に示すように、ボード１０の進行方向の後側にステアリングボード１１を設けてもよい。

また、上記では前側の車輪１６ａ、１６ｂの各々に駆動部１５ａ、１５ｂを設けた場合（図３参照）について説明した。しかし、本実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置１では、駆動部は、ボードの進行方向の前側および後側の少なくとも一方の左右にそれぞれ設けられた車輪に設ければよく、例えば、後側の車輪１６ｃ、１６ｄにそれぞれ駆動部を設けてもよい。また、全ての車輪１６ａ〜１６ｄに駆動部を設けてもよい。また、上記では後側の車輪１６ｃ、１６ｄにキャスタを用いた場合（図３参照）について説明したが、車輪１６ｃ、１６ｄには全方向車輪を用いてもよい。

また、上記では、４つの荷重センサ１３ａ〜１３ｄを用いて搭乗者の重心移動（体重移動）を検出する場合（図３参照）について説明した。しかし、本実施の形態にかかる立ち乗り型移動装置１では、図１８に示すように、ボード１０の真ん中に多軸センサ２３を１つ設けてもよい。多軸センサ２３は、例えば多軸方向（例えば３軸方向）の歪みを検出する力センサを用いて構成することができる。３軸の力センサを使用すると、搭乗者の荷重の前後左右の位置の変化に従い力ベクトルが前後左右方向に変化するため、重心移動を検出することができる。また、多軸センサ２３は、例えば多軸方向（例えば３軸方向）の加速度を検出する加速度センサを用いて構成してもよい。

以上、本発明を上記実施の形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。

１ 立ち乗り型移動装置
１０ ボード
１１ ステアリングボード
１２ 回転センサ
１３ａ〜１３ｄ 荷重センサ
１４ 制御部
１５ａ、１５ｂ 駆動部
１６ａ〜１６ｄ 車輪
１７ａ〜１７ｄ サスペンション
１８ フレーム
１９ バッテリ
２０ 回転軸
２１ 旋回量算出部
２２ 荷重割合算出部
２３ 目標速度設定部
２４ 旋回量補正部
２５ 回転速度算出部
２８、２９ 旋回可能領域
３０ 搭乗者
３１ 左足
３２ 右足
３５ 多軸センサ
３６ａ、３６ｂ 荷重センサ

Claims (1)

1. 搭乗者が搭乗するボードと、
   前記ボードの進行方向の前側および後側の各々の左右にそれぞれ配置された車輪と、
   前記ボードの進行方向の前側および後側の少なくとも一方の左右にそれぞれ配置された車輪を各々独立に回転駆動する第１および第２の駆動部と、
   前記ボードに搭乗した搭乗者の荷重を検出する第１のセンサと、
   前記ボードの進行方向の前側および後側のうちのいずれか一方に設けられ、鉛直方向に伸びる回転軸を中心に回転可能なステアリングボードと、
   前記ステアリングボードの回転情報を取得する第２のセンサと、
   前記第１および第２の駆動部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記第１のセンサで検出した前記搭乗者の進行方向前後における荷重に応じて前記ボードの目標速度を設定する目標速度設定部と、
   前記第２のセンサで取得した回転情報に応じて前記ボードの旋回量を算出する旋回量算出部と、
   前記搭乗者の荷重の進行方向左側および右側の割合である荷重割合を算出する荷重割合算出部と、
   前記旋回量算出部で算出された前記旋回量が、前記目標速度と前記荷重割合とに応じて求められた旋回可能領域の範囲内になるように前記旋回量を補正する旋回量補正部と、を備え、
   前記旋回量補正部で補正された旋回量および前記目標速度に応じて前記第１および第２の駆動部の回転速度を各々独立に制御することで前記ボードを旋回させる、
   立ち乗り型移動装置。

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