JP2024019261A - 移動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本願の解決課題は、エスカレータＥの乗り場Ｆ１とステップＱの間や、降り場Ｆ２とステップＱの間の速度差を吸収し、移動対象Ｘを載せたままエスカレータＥに乗降できる移動装置を提供することにある。【解決手段】 本発明の移動装置は移動対象Ｘを載せて移動する移動装置であって、端部車輪１４と中間車輪１３を有する二本の脚部１０と、二本の脚部１０で支持された載置部２０と、二本の脚部１０を制御する制御部３０を備え、端部車輪１４と中間車輪１３が接地した四輪接地の状態で、端部車輪１４がエスカレータＥの乗り場Ｆ１からステップＱに移動したとき又は／及び端部車輪１４がエスカレータＥのステップＱから降り場Ｆ２に移動したときに端部車輪１４の車輪速が制御部３０で制御されるようにしたものである。【選択図】 図１８

Description

本発明は、人や物などを載せて移動する移動装置に関し、より詳しくは、対象物を載せた状態で階段（段差を含む。以下同じ。）やエスカレータを昇降することができる移動装置に関する。

高齢者や身体障害者の中には場所の移動に困難を伴う人がいる。特に階段の昇降は身体への負担が大きい。従来、人を載せて移動する装置として、たとえば、片側四本のリンクと四つの車輪からなる左右一対の車輪支持体を備えた階段昇降式移動車（特許文献１）や、二本の脚と当該二本の脚の根元の関節を回動自在に支持する臀部を備えた二脚型移動装置（特許文献２）、端部に車輪を有する二本の脚を備えた二足型移動機構（特許文献３）が知られている。

特許第５５５５９５３号公報 特開２０１１－２５５４２６号公報 特開２００７－２９００５４号公報

ところで、エスカレータのステップと乗降場の境界には速度差があるため、移動装置でエスカレータに乗降できるようにするためには、当該速度差に起因する振動や衝撃によって移動対象が落下又は転落しないように対策を講じる必要がある。

ところが、従来の各種移動装置はエスカレータへの乗降を想定したものではなく、前記速度差に起因する課題やその課題の解決するための手段については開示も示唆もされていない。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、前記速度差を吸収することができ、移動対象を載せたまま安全にエスカレータに乗降することができる移動装置を提供することにある。

本発明の移動装置は移動対象を載せて移動する装置であって、端部車輪と中間車輪を有する二本の脚部と、二本の脚部で支持された載置部と、二本の脚部を制御する制御部を備え、端部車輪と中間車輪が接地した四輪接地の状態で端部車輪がエスカレータの乗り場からステップに移動したとき又は／及び端部車輪がエスカレータのステップから降り場に移動したときに、端部車輪の車輪速が制御部で制御されるようにしたものである。

本発明の移動装置は、端部車輪が接地した二輪接地の状態で、当該端部車輪がエスカレータの乗り場からステップに移動したとき又は／及び端部車輪がエスカレータのステップから降り場に移動したときに、移動装置の並進速度が制御部で制御されるようにすることもできる。

本発明の移動装置は、端部車輪がエスカレータの乗り場からステップに移動したとき又は／及び端部車輪がステップから降り場に移動したときに端部車輪の車輪速が制御されることによって、乗り場とステップの間や降り場とステップの間の速度差を吸収することができ、移動対象を載せたまま安全にエスカレータに乗降することができる。

（ａ）は本発明の移動装置の一例を示す正面図、（ｂ）は階段を一段昇った状態の側面図。 本発明の移動装置の一例を示す機能ブロック図。 階段の昇降が可能な否かの判定手順の一例を示すフローチャート。 経路生成部での経路生成の手順の一例を示すフローチャート。 （ａ）は移動装置の幅、階段上方空間の幅方向の片側マージン及び各段の上方空間の幅の説明図、（ｂ）は中心位置と中心位置偏差の説明図。 （ａ）～（ｃ）は階段を上る際の前後方向の姿勢の制御説明図。 （ａ）～（ｃ）は階段を上る際の前後方向の姿勢の制御説明図。 （ａ）～（ｃ）は階段を上る際の左右方向の姿勢の制御説明図。 （ａ）～（ｄ）は階段を上る際の左右方向の姿勢の制御説明図。 外乱に対する運動制御の一例を示すフローチャート。 （ａ）～（ｄ）は四輪接地から二輪接地に遷移する場合の一例を示す動作説明図。 （ａ）～（ｅ）は四輪接地から二輪接地に遷移する場合の他例を示す動作説明図。 （ａ）～（ｅ）は二輪接地から四輪接地に遷移する場合の一例を示す動作説明図。 エスカレータの一例を示す側面図。 エスカレータに進入する際の処理手順の一例を示すフローチャート。 （ａ）～（ｃ）はエスカレータに進入可能な進入可能左右範囲の説明図。 エスカレータから進出する際の処理手順の一例を示すフローチャート。 （ａ）～（ｃ）はエスカレータに進入する際の姿勢の制御説明図。 （ａ）～（ｃ）はエスカレータから進出する際の姿勢の制御説明図。

（実施形態）
本発明の移動装置の一例を、図面を参照して説明する。本発明の移動装置は人や物（以下「移動対象」という）Ｘなどを載せて移動する装置である。ここでは、人を載せて移動する移動装置（椅子型移動装置）を一例とする。なお、本願では移動装置の進行方向前方側を前、後方側を後ろ、左側を左、右側を右、上方側を上、下方側を下と表現する。

また、本願において「合算重心位置」とは、移動装置の重心位置と、移動対象Ｘの重心位置とを合算した重心位置をいう。移動対象Ｘの重心位置は、たとえば載置部２０に設置された座面センサ２４に加わる移動対象Ｘの荷重から重心位置推定部３２（図２）によって推定される重心位置とすることができる。

移動装置の重心位置は、移動装置を構成する各部品の重心位置に基づいて（各部品の重心位置を合算することで）算出することができる。ここでいう移動装置を構成する各部品には、後述する脚部１０の上リンク１１、下リンク１２、中間車輪１３、端部車輪１４、第一関節アクチュエータ１５、第二関節アクチュエータ１６、第三関節アクチュエータ１７及び端部車輪アクチュエータ１８が含まれる。

具体的には、移動装置の重心位置は次のように算出することができる。移動装置を構成する各部品の重量や重心位置、慣性モーメントは既知であることから、各アクチュエータ１５～１８の回転角から各部品の相対的な位置関係を特定し、特定された位置関係から各部品の重心位置を算出して各部品の重心位置を合算することで移動装置の重心位置を算出することができる。

また、本願において、「端部車輪接地位置」とは、端部車輪１４の地面や床面（以下「接地面」という）との接地位置をいう。端部車輪接地位置は、各脚部１０の端部車輪１４ごとに設定されるものである。両脚部１０の端部車輪接地位置は、両脚部１０の端部車輪１４が前後方向にずれていない場合には横並びの位置となり、両脚部１０の端部車輪１４が前後方向にずれている場合には前後方向にずれた位置となる。

以下の説明では、エスカレータＥに乗ることを「進入」といい、エスカレータＥから降りることを「進出」という。また、エスカレータＥの手前の乗降場のうち、エスカレータＥの入口側の乗降場Ｆを「乗り場Ｆ１」といい、出口側の乗降場Ｆを「降り場Ｆ２」という。なお、「乗り場Ｆ１」と「降り場Ｆ２」は相対的な概念であり、上りのエスカレータＥでは下側の乗降場Ｆが乗り場Ｆ１となり、上側の乗降場Ｆが降り場Ｆ２となるのに対し、下りのエスカレータＥでは上側の乗降場Ｆが乗り場Ｆ１となり、下側の乗降場Ｆが降り場Ｆ２となる。

以下、本実施形態の移動装置について具体的に説明する。一例として図１（ａ）（ｂ）に示す移動装置は、脚部１０と、当該脚部１０に連結された載置部（以下「椅子部」という）２０と、脚部１０を制御する制御部３０（図２）を備えている。

前記脚部１０は椅子部２０を支持するものである。図１（ａ）（ｂ）に示すように、前進方向左側の脚部（以下「左脚部」という）１０ａは、左上リンク１１ａ、左下リンク１２ａ、左中間車輪１３ａ、左端部車輪１４ａ、左第一関節アクチュエータ１５ａ、左第二関節アクチュエータ１６ａ、左第三関節アクチュエータ１７ａ及び左端部車輪アクチュエータ１８ａを備えている。

前記左上リンク１１ａは、その上端側が椅子部２０の底面に設けられた左ブラケット２３ａに回転可能に連結され、左下リンク１２ａは、その上端側が左上リンク１１ａに回転可能に連結されている。

左上リンク１１ａと左下リンク１２ａの連結位置には左中間車輪１３ａが配置され、左上リンク１１ａと左下リンク１２ａの連結に用いられた連結具で回転可能に連結されている。左中間車輪１３ａは、左上リンク１１ａと左下リンク１２ａの連結位置のほか、左下リンク１２ａの左上リンク１１ａ側の位置や左下リンク１２ａの左上リンク１１ａ側の位置、その他の位置に設けることもできる。

左下リンク１２ａの下端側には左端部車輪１４ａが回転可能に連結されている。左端部車輪１４ａは地面（床面）に接地するように、その底面が左下リンク１２ａの下端よりも下側に突出して設けられている。

前記左第一関節アクチュエータ１５ａは左上リンク１１ａを前後方向に駆動する駆動手段であり、左上リンク１１ａと左ブラケット２３ａとの連結部分に設けられている。左上リンク１１ａは、左第一関節アクチュエータ１５ａの動作によって前後方向に回動する。

前記左第二関節アクチュエータ１６ａは左下リンク１２ａを前後方向に駆動する駆動手段であり、左上リンク１１ａと左下リンク１２ａの連結部分に設けられている。左下リンク１２ａは、左第二関節アクチュエータ１６ａの動作によって前後方向に回動する。

前記左第三関節アクチュエータ１７ａは左上リンク１１ａを左右方向（内外方向）に駆動する駆動手段であり、左上リンク１１ａと左ブラケット２３ａとの連結部分に設けられている。左上リンク１１ａは、左第三関節アクチュエータ１７ａの動作によって左右方向に回動する。

前記左端部車輪アクチュエータ１８ａは左端部車輪１４ａを正逆方向に（前後方向）に駆動する駆動手段であり、左下リンク１２ａと左端部車輪１４ａとの連結部分に設けられている。左端部車輪１４ａは、左端部車輪アクチュエータ１８ａの動作によって正逆方向に回転する。なお、この実施形態の左中間車輪１３ａは、アクチュエータなしで正逆方向に回転するようにフリーな状態にしてある。

前進方向右側の脚部（以下「右脚部」という）１０ｂは、右上リンク１１ｂ、右下リンク１２ｂ、右中間車輪１３ｂ、右端部車輪１４ｂ、右第一関節アクチュエータ１５ｂ、右第二関節アクチュエータ１６ｂ、右第三関節アクチュエータ１７ｂ及び右端部車輪アクチュエータ１８ｂを備えている。

前記右上リンク１１ｂは、その上端側が椅子部２０の底面に設けられた右ブラケット２３ｂに回転可能に連結され、右下リンク１２ｂは、その上端側が右上リンク１１ｂに回転可能に連結されている。

右上リンク１１ｂと右下リンク１２ｂの連結位置には右中間車輪１３ｂが配置され、右上リンク１１ｂと右下リンク１２ｂの連結に用いられた連結具で回転可能に連結されている。右中間車輪１３ｂは、右上リンク１１ｂと右下リンク１２ｂの連結位置のほか、右下リンク１２ｂの右上リンク１１ｂ側の位置や右下リンク１２ｂの右上リンク１１ｂ側の位置、その他の位置に設けることもできる。

右下リンク１２ｂの下端側には右端部車輪１４ｂが回転可能に連結されている。右端部車輪１４ｂは地面（床面）に接地するように、その底面が右下リンク１２ｂの下端よりも下側に突出して設けられている。

前記右第一関節アクチュエータ１５ｂは右上リンク１１ｂを前後方向に駆動する駆動手段であり、右上リンク１１ｂと右ブラケット２３ｂとの連結部分に設けられている。右上リンク１１ｂは、右第一関節アクチュエータ１５ｂの動作によって前後方向に回動する。

前記右第二関節アクチュエータ１６ｂは右下リンク１２ｂを前後方向に駆動する駆動手段であり、右上リンク１１ｂと右下リンク１２ｂの連結部分に設けられている。右下リンク１２ｂは、右第二関節アクチュエータ１６ｂの動作によって前後方向に回動する。

前記右第三関節アクチュエータ１７ｂは右上リンク１１ｂを左右方向（内外方向）に駆動する駆動手段であり、右上リンク１１ｂと右ブラケット２３ｂとの連結部分に設けられている。右上リンク１１ｂは、右第三関節アクチュエータ１７ｂの動作によって左右方向に回動する。

前記右端部車輪アクチュエータ１８ｂは右端部車輪１４ｂを正逆方向に（前後方向）に駆動する駆動手段であり、右下リンク１２ｂと右端部車輪１４ｂとの連結部分に設けられている。右端部車輪１４ｂは、右端部車輪アクチュエータ１８ｂの動作によって正逆方向に回転する。なお、この実施形態の右中間車輪１３ｂは、アクチュエータなしで正逆方向に回転するようにフリーな状態にしてある。

前記両第一関節アクチュエータ１５、両第二関節アクチュエータ１６、両第三関節アクチュエータ１７及び両端部車輪アクチュエータ１８には、モータや減速機、エンコーダ、ブレーキ等を備えた既存のアクチュエータを用いることができる。

前記椅子部２０は人が座る部分であり、人が座る着座部２１と、人が制御信号を入力する指令操作部２２と、脚部１０と連結する連結部２３を備えている。

前記着座部２１は、座面２１ａと背凭れ２１ｂを備えている。着座部２１の構造はこれ以外であってもよく、たとえば、座面２１ａと背凭れ２１ｂと図示しない脚載せ台を備えたものや背凭れ２１ｂのない座面２１ａのみのもの、座面２１ａと脚載せ台のみで構成されたもの等とすることもできる。

着座部２１には、座面２１ａにかかる人の荷重を検知する座面センサ２４と、移動装置周辺の外部状況（たとえば、階段やエスカレータ、障害物の有無など）を認識する外界認識センサ２５と、直交三軸方向の並進運動や回転運動を検出する慣性センサ２６が設けられている。

座面センサ２４は座面２１ａの表面側に、外界認識センサ２５及び慣性センサ２６は座面２１ａの前面及び側面に設けられている。各センサの設置位置は一例であり、これら以外の場所に設けることもできる。

座面センサ２４には、たとえば、圧力センサを用いることができる。座面センサ２４は座面２１ａに複数個設置するのが好ましい。座面センサ２４による検知信号は後述する制御部３０の重心位置推定部３２（図２）に送信され、その検知信号に基づいて人の重心位置が重心位置推定部３２で推定される。

前記外界認識センサ２５には、たとえば、レーザ光線を照射し、その反射光から物体までの距離を測定するレーザレンジファインダを用いることができる。外界認識センサ２５にはレーザレンジファインダ以外のものを用いることもできる。外界認識センサ２５では、たとえば、階段やエスカレータ、障害物（壁や柱、扉、家具、人など）の有無などが認識される。外界認識センサ２５による検知信号は後述する制御部３０の判定部３４（図２）に送信され、その検知信号に基づいて階段通行の可否やエスカレータへの進入の可否等が判定される。

前記慣性センサ２６には、たとえば、ジャイロセンサや加速度センサを用いることができる。慣性センサ２６では、たとえば、移動装置の実際の運動（移動速度や傾きなど）が検知される。慣性センサ２６による検知信号は後述する制御部３０の運動推定部３７（図２）に送信され、その検知信号に基づいて実際の動作（以下「実運動」という）が運動推定部３７で推定される。慣性センサ２６にはジャイロセンサや加速度センサ以外のものを用いることもできる。

前記指令操作部２２は、人が制御部３０に対して制御信号を入力するための手段である。指令操作部２２には、ジョイスティックやタッチパネルなど既存の入力装置を用いることができる。この実施形態では、指令操作部２２によって、前進、後退、旋回、階段移動、エスカレータ進入、エスカレータ進出といった動作の制御信号が入力できるようにしてある。入力された制御信号は制御部３０に送信される。各制御信号が送信された場合の動作については後述する。

前記連結部２３は二本の脚部１０を連結する部分である。一例として図１（ａ）（ｂ）に示す連結部２３は、座面２１ａの裏面側に突設された左ブラケット２３ａと、右ブラケット２３ｂを備えている。左ブラケット２３ａは左脚部１０ａを連結するもの、右ブラケット２３ｂは右脚部１０ｂを連結するものである。ここで示すものは一例であり、連結部２３は二本の脚部１０を回転可能に連結できるものであれば、その構成は特に限定されない。

前記制御部３０は、脚部１０を構成する各アクチュエータ１５～１８、両中間車輪１３及び両端部車輪１４を制御するための手段である。制御部３０は、プロセッサやメモリ等を主要構成として備えるコンピュータで構成することができる。

この実施形態の制御部３０は、両脚部１０を制御する運動制御部３１と、座面センサ２４に加わる荷重から重心位置を推定する重心位置推定部３２と、合算重心位置を算出する合算重心算出部３３と、外界認識センサ２５による検知信号から階段の昇降やエスカレータへの進入の可否等を判定する判定部３４と、階段の昇降前やエスカレータへの進入前、エスカレータからの進出前等に移動経路（軌道）を生成する経路生成部３５と、合算重心位置に基づき、各アクチュエータ１５～１８を駆動した際に起こる理論上の動作（以下「理論運動」という）を計算する理論運動計算部３６と、慣性センサ２６により得られた実際の運動から実運動を推定する運動推定部３７と、実運動と理論運動に差があるときにその差の量に基づき外乱量を推定する外乱量推定部３８と、推定された外乱量に基づき各アクチュエータ１５～１８の修正駆動量を計算する修正駆動量計算部３９を備えている。

この実施形態では、制御部３０にて移動装置の軌道が生成されるようにしてある。軌道は座標値と時間によって特定される情報であり、移動装置の移動中、現在地を基準として常時生成され続ける。移動装置は、指令操作部２２から入力される指示に従い、生成された軌道に沿うように移動する。

この実施形態の制御部３０では、静止状態の制御や前進時の制御、後退時の制御、旋回時の制御、階段昇降時の前後方向の姿勢の制御、階段昇降時の左右方向の姿勢の制御、外乱に対する運動の制御、エスカレータへの進入時の姿勢制御、エスカレータからの進出時の姿勢制御、エスカレータ上での姿勢制御、四輪から二輪への切り替え制御、二輪から四輪への切り替え制御等が行われる。以下、これらの制御について具体的に説明する。

はじめに、静止状態の制御、前進時の制御、後退時の制御、旋回時の制御について説明する。

［静止状態の制御］
指令操作部２２の操作によって指令操作が行われない場合、合算重心位置の前後方向の位置と両端部車輪１４の端部車輪接地位置の前後方向の位置とが一致するように、左右の端部車輪１４を駆動する。駆動後、最終的には左右の端部車輪１４の回転角速度がゼロに収束するように回転角速度を制御する。

［前進時の制御］
指令操作部２２の操作によって前進の指令操作が行われた場合、合算重心位置の前後方向の位置が両端部車輪１４の端部車輪接地位置の前後方向の位置よりも前方に位置するように端部車輪１４を駆動させ、合算重心位置と両端部車輪１４の端部車輪接地位置との間に差を生じさせる。この差の大きさは指令操作の大きさに比例した値とする。

指令操作部２２の操作によって前進の指令操作が行われたあと、指令操作が中止された場合、移動装置は合算重心位置の前後方向の位置が両端部車輪１４の端部車輪接地位置よりも後ろに位置するように端部車輪１４を駆動させ、合算重心位置と両端部車輪１４の端部車輪接地位置との間に差を生じさせる。駆動後、最終的には端部車輪１４の回転角速度がゼロに収束するように回転角速度を制御し、端部車輪１４の回転角速度がゼロ付近に近づいたあと、静止状態の制御を行う。

［後退時の制御］
指令操作部２２の操作によって後退の指令操作が行われた場合、合算重心位置の前後方向の位置が両端部車輪１４の端部車輪接地位置の前後方向の位置よりも後ろに位置するように端部車輪１４を駆動させ、合算重心位置と両端部車輪１４の端部車輪接地位置との間に差を生じさせる。この差の大きさは指令操作の大きさに比例した値とする。

指令操作部２２の操作によって後退の指令操作が行われたあと、指令操作が中止された場合、移動装置は合算重心位置の前後方向の位置が両端部車輪１４の端部車輪接地位置よりも前に位置するように端部車輪１４を駆動させ、合算重心位置と両端部車輪１４の端部車輪接地位置との間に差を生じさせる。駆動後、最終的には端部車輪１４の回転角速度がゼロに収束するように回転角速度を制御し、端部車輪１４の回転角速度がゼロ付近に近づいたあと、静止状態の制御を行う。

［旋回時の制御］
指令操作部２２の操作によって旋回の指令操作が行われた場合、左右の端部車輪１４の回転数に差が生じるように両端部車輪１４を駆動する。その差の大きさは旋回の指令操作の大きさに比例した値とする。

具体的には、右旋回の指令操作の場合、左端部車輪１４ａの回転数を右端部車輪１４ｂの回転数よりも大きくし、左旋回の指令操作の場合、右端部車輪１４ｂの回転数を左端部車輪１４ａの回転数よりも大きくする。

左右の端部車輪１４の回転数の平均値を、人が旋回の指令操作を行っているときの前進又は後退の指令操作に基づく端部車輪１４の回転数に一致させる。なお、前進又は後退の指令操作が行われていない場合に指令操作部２２の操作によって旋回の指令操作が行われたときは、左右の端部車輪１４の回転数の平均値はゼロとする。

次に、階段昇降時の前後方向の姿勢の制御、階段昇降時の左右方向の姿勢の制御について説明する。本実施形態では、階段の昇降に先立ち、階段の昇降を開始するか否かの判定が行われる。具体的には、外界認識センサ２５によって階段が認識され、指令操作部２２の操作によって階段への移動指令が入力されたときに、階段昇降を開始するか否か（階段昇降の可否）が判定される。この判定は、たとえば、図３に示す手順で行われる。

［階段通行可否の判定］
（１）外界認識センサ２５によって外界形状を取得する（Ｓ００１）。外界認識センサ２５による外界形状の取得は継続して行われ、取得された外界形状は制御部３０に伝達される。
（２）外界認識センサ２５によって取得された外界形状から階段があるか否かが判定される（Ｓ００２）。
（３）前記（２）の判定の結果、階段がないと認識された場合、移動装置は平面移動を継続する（Ｓ００３）。
（４）前記（２）の判定の結果、階段があると認識された場合、その階段の形状（以下「階段形状」という）が外界認識センサ２５によって取得される（Ｓ００４）。
（５）外界認識センサ２５によって取得された階段形状から、経路生成部３５によって階段を昇降するための経路（たとえば、最短経路などの最適経路）が生成される（Ｓ００５）。
（６）経路生成部３５によって経路が生成されたのち、当該経路を通行可能か否かが判定される（Ｓ００６）。
（７）前記（６）の判定の結果、通行できないと判定された場合、移動装置が階段の手前で停止する（Ｓ００７）。この場合、図示しない情報表示手段や報知手段等によって、乗っている人に対して通行できないことを伝達することもできる。
（８）前記（６）の判定の結果、通行できると判定された場合、移動装置は当該階段の通行（昇降）を開始する（Ｓ００８）。
（９）以降、前記（２）～（８）を繰り返して階段を順次昇降していく。

［経路生成の手順］
前記（５）の経路生成は、たとえば、図４に示す手順で行われる。
（１）移動装置の幅Ｗ_ｂ、階段上方空間の幅方向の片側マージン（以下「片側幅マージン」という）Ｗ_ｍ（図５（ａ））及び各段の中心位置から次の段の中心位置に対する幅方向の偏差許容値（以下「中心偏差許容値」という）ｄ_ｔｈを設定する（Ｓ１０１）。
（２）外界認識センサ２５によって得られた階段の形状に基づき、各段の上方空間の幅Ｗ_Ｓ（図５（ａ））を計測する（Ｓ１０２）。
（３）Ｗ_ｓ≧Ｗ_ｂ＋２Ｗ_ｍ（式１）を満たすか否かにより、移動装置が各段の空間を通行可能か否かを判定する（Ｓ１０３）。
（４）前記（３）において、前記式１を満たさない場合には通行不可と判定され、図示しない情報表示手段等によって通行不可能である旨が乗っている人に通知される（Ｓ１０４）。
（５）前記（３）において、前記式１を満たす場合、外界認識センサ２５によって得られた階段形状に基づき、各段の中心位置Ｃ_ｓｉ、Ｃ_ｓｉ＋１・・・を計算する（Ｓ１０５）。具体的には、図５（ｂ）に示すように、予め設定された各段に共通に使用する基準線ＲＬと各段を幅方向に二分する中心線Ｌ１、Ｌ２・・・との距離によって、各段の中心位置Ｃ_ｓｉ、Ｃ_ｓｉ＋１・・・が計算される。
（６）前記（５）において各段の中心位置Ｃ_ｓｉを計算したのち、隣り合う段（たとえば、一段目と二段目、二段目と三段目）ごとに中心位置偏差ｄ_ｓｉ=｜Ｃ_ｓｉ＋１－Ｃ_ｓｉ｜（式２）を計算する（Ｓ１０６）。
（７）前記（１）で設定した中心偏差許容値ｄ_ｔｈと前記（６）で計算した中心位置偏差ｄ_ｓｉが、ｄ_ｔｈ≧ｄ_ｓｉ（式３）を満たすか否かを判定する（Ｓ１０７）。
（８）前記（７）において、前記式３を満たさない場合（中心偏差許容値ｄ_ｔｈが中心位置偏差ｄ_ｓｉを下回る場合）には通行不可と判定され、図示しない情報表示手段等によって通行不可能である旨が乗っている人に通知される（Ｓ１０４）。
（９）前記（７）において、前記式３を満たす場合（中心偏差許容値ｄ_ｔｈが中心位置偏差ｄ_ｓｉを上回る場合）、各段の接地位置を各段の中心位置Ｃ_ｓｉに設定する（Ｓ１０８）。
（１０）前記（９）で各段の接地位置を各段の中心位置Ｃ_ｓｉに設定したのち、図示しない情報表示手段等によって通行可能である旨が乗っている人に通知される（Ｓ１０９）。

なお、各段の接地位置は、幅方向のマージンを確保できる範囲内で、各段の接地位置の幅方向の変化を最小として設定することもできる。この場合、各段の中心位置偏差の総和が最小になるように各段の接地位置を計算する。

図３及び図４に示す手順を経て階段の昇降が開始される場合、移動装置の姿勢は次のように制御される。ここでは、階段昇降時の前後方向の姿勢制御と階段昇降時の左右方向の姿勢制御に分けて説明する。

［階段昇降時の前後方向の姿勢制御］
制御部３０は、経路生成部３５で生成された経路に従い、両脚部１０のどちらを持ち上げるかを決定する（図６（ａ））。ここでは、左脚部１０ａを持ち上げたのち、右脚部１０ｂを持ち上げる場合を一例とする。

持ち上げた左脚部１０ａの左端部車輪１４ａが次の端部車輪接地位置へ移動するように、左第一関節アクチュエータ１５ａ及び左第二関節アクチュエータ１６ａを駆動する（図６（ｂ））。ここでいう、次の端部車輪接地位置とは、現在起立している段の次の段の踏み面のうち左脚部１０ａの左端部車輪１４ａの接地位置を意味する。

このとき、持ち上げた左脚部１０ａの前方向への移動によって合算重心位置も前へ移動するため、持ち上げていない右脚部１０ｂの端部車輪接地位置と移動した合算重心位置の前後方向の位置とが一致するように、持ち上げていない右脚部１０ｂの右第一関節アクチュエータ１５ｂと右第二関節アクチュエータ１６ｂを駆動する。

持ち上げた左脚部１０ａの左端部車輪１４ａが次の端部車輪接地位置へ接地したことを確認したのち、左脚部１０ａの端部車輪接地位置と合算重心位置の前後方向の位置を一致させるように両脚部１０の両第一関節アクチュエータ１５と両第二関節アクチュエータ１６を駆動する（図６（ｃ）及び図７（ａ））。

その後、前後の端部車輪接地位置（左端部車輪１４ａの端部車輪接地位置と右端部車輪１４ｂの端部車輪接地位置）の高さの差に基づき、その高さ分だけ椅子部２０と端部車輪１４（端部車輪接地位置）の高さを同時に変化させるように、各アクチュエータ１５～１８を駆動する（図７（ｂ）（ｃ））。なお、両者の高さは必ずしも同時に変化させる必要はなく、若干の誤差があってもよい。

階段昇降時に端部車輪１４が一輪接地となるフェーズでは、端部車輪１４を駆動し、接地している端部車輪１４の端部車輪接地位置と合算重心位置の前後方向の位置を一致させることによって、姿勢制御を行う。

移動装置の前後方向の姿勢制御は、バッテリーなどの重量物を前後方向に移動させる際の反作用力を利用して行うほか、椅子部２０にフライホイールを設置し、ジャイロモーメントを利用して行うこともできる。

ここでは、左脚部１０ａを持ち上げたのち、右脚部１０ｂを持ち上げて階段を昇る場合を一例としているが、右脚部１０ｂを持ち上げたのち、左脚部１０ａを持ち上げて階段を昇る場合の動作も同様である。

［階段昇降時の左右方向の姿勢制御］
制御部３０は、経路生成部３５で生成された経路に従い、両脚部１０のどちらを持ち上げるかを決定する（図８（ａ））。ここでは、右脚部１０ｂを持ち上げたのち、左脚部１０ａを持ち上げる場合を一例とする。

持ち上げていない左脚部１０ａの接地位置と合算重心位置の左右方向の位置が一致するように、持ち上げていない左脚部１０ａの左第三関節アクチュエータ１７ａを駆動する（図８（ｂ））。

持ち上げた右脚部１０ｂの右端部車輪１４ｂが次の端部車輪接地位置（現在起立している段の次の段の踏み面のうち右脚部１０ｂの右端部車輪１４ｂの接地位置）へ移動するように、右第一関節アクチュエータ１５ｂと右第二関節アクチュエータ１６ｂを駆動する（図８（ｃ）及び図９（ａ））。このとき、右脚部１０ｂを持ち上げることによる合算重心位置の左右方向への移動を防ぐため、持ち上げた側の右脚部１０ｂの右第三関節アクチュエータ１７ｂを駆動し、合算重心位置の変化を補償する。

前後の端部車輪接地位置（右端部車輪１４ｂの端部車輪接地位置と左端部車輪１４ａの端部車輪接地位置）の高さの差に基づき、その高さ分だけ椅子部２０と端部車輪１４（端部車輪接地位置）の高さを同時に変化させるように、各アクチュエータ１５～１８を駆動する（図９（ｂ））。なお、両者の高さは必ずしも同時に変化させる必要はなく、若干の誤差があってもよい。階段昇降が終了した場合、合算重心位置を両脚部１０の中心に位置させるように、両第三関節アクチュエータ１７を駆動する（図９（ｂ）（ｃ））。

移動装置の前後方向の姿勢制御と同様、移動装置の左右方向の姿勢制御は、バッテリーなどの重量物を左右方向に移動させる際の反作用力を利用して行うほか、椅子部２０にフライホイールを設置し、ジャイロモーメントを利用して行うこともできる。

ここでは、右脚部１０ｂを持ち上げたのち、左脚部１０ａを持ち上げて階段を昇る場合を一例としているが、左脚部１０ａを持ち上げたのち、右脚部１０ｂを持ち上げて階段を昇る場合の動作も同様である。

前記階段昇降時の前後方向の姿勢制御及び階段昇降時の左右方向の姿勢制御では、階段を昇る場合の姿勢制御を一例としているが、階段を降りる場合も脚部１０の上げ下げが逆になる以外は階段を昇る場合と同様の方法で姿勢制御が行われる。

［外乱に対する運動制御］
次に、外乱に対する運動制御の一例について説明する。この実施形態の移動装置では、外乱に対して、図１０に示す手順で制御が行われるようにしてある。
（１）座面センサ２４によって得られた検知信号から、移動対象（人）Ｘの重心位置を推定する（Ｓ２０１）。
（２）合算重心算出部３３（図２）で算出された合算重心位置に基づき、各アクチュエータ１５～１８を駆動する（Ｓ２０２）。
（３）合算重心位置に基づき、各アクチュエータ１５～１８を駆動した際に起こる理論運動を理論運動計算部３６（図２）で計算する（Ｓ２０３）。
（４）慣性センサ２６によって得られた情報から、運動推定部３７（図２）によって実運動を推定する（Ｓ２０４）。
（５）前記（３）で計算した理論運動と前記（４）で推定した実運動とを比較し、両者に差があるか否かを判定する（Ｓ２０５）。
（６）前記（５）において、実運動と理論運動に差がないと判定された場合は、外乱がないものと判定し、外乱に対する運動制御は行わない。
（７）前記（５）において、実運動と理論運動に差があると判定された場合は、その差分の外乱があるものと判定し、その差の量に基づき、外乱量推定部３８で外乱量を推定する（Ｓ２０６）。
（８）前記（７）で外乱量を推定したのち、推定した外乱量に基づき、修正駆動量計算部３９で各アクチュエータ１５～１８の修正駆動量を計算する（Ｓ２０７）。
（９）前記（８）で計算した修正駆動量に基づいて、運動制御部３１で各アクチュエータ１５～１８を駆動し、外乱に対する運動を制御する（Ｓ２０８）。

なお、前記（４）の運動推定部３７による実運動の推定には、各アクチュエータ１５～１８の駆動トルクと座面センサ２４による人の重心位置の推定値の変化を用いることもできる。

次に、エスカレータＥに進入する際の姿勢の制御、エスカレータＥから進出する際の姿勢の制御、エスカレータＥ上での姿勢の制御について説明する。エスカレータＥには種々の構造のものがあるが、ここでは、エスカレータＥが、図１４に示すような入口側と出口側に設けられた前後のステップＱに高低差が生じない無段差移動領域（説明の便宜上、以下では、入口側の無段差移動領域を「入口側無段差移動領域Ｅ１」と、出口側の無段差移動領域を「出口側無段差移動領域Ｅ２」という）の間に、前後のステップＱに高低差が生じる勾配領域Ｅ３を備えたエスカレータＥの場合を一例とする。はじめに、図１５を参照して、エスカレータＥに進入する際の処理について説明する。

［エスカレータに進入する際の処理］
（１）外界認識センサ２５によって外界状況が認識される（Ｓ３０１）。外界認識センサ２５による外界状況の認識は移動装置での移動中、常時行われる動作である。
（２）外界認識センサ２５によって取得された情報に基づき、エスカレータＥの有無が判定される（Ｓ３０２）。
（３）前記（２）の判定の結果、エスカレータＥがないと判定された場合、移動装置は平面移動を継続する（Ｓ３１１）。
（４）前記（２）の判定の結果、エスカレータＥがあると判定された場合、外界認識センサ２５によってエスカレータＥの形状（以下「エスカレータ形状」という）が取得される（Ｓ３０３）。ここでいう、エスカレータ形状には、たとえば、ステップＱの高さや幅のほか、エスカレータＥの左右の持ち手部間の幅、無段差移動領域の前後方向の距離等が含まれる。
（５）前記（４）でエスカレータ形状が取得されると、当該エスカレータＥに進入できるか否かが判定される（Ｓ３０４）。この実施形態では、外界認識センサ２５によってエスカレータ形状が認識できた場合に「進入できる」と判定され、認識できなかった場合に「進入できない」と判定される。
（６）前記（５）において、エスカレータＥに進入できないと判定された場合、平面移動を継続する（Ｓ３１１）。
（７）前記（５）において、エスカレータＥに進入できると判定された場合、当該エスカレータ形状が運動制御部３１に伝達され、エスカレータＥへ進入できる旨が指令操作部２２の表示画面に表示される。表示の一例としては、「エスカレータに乗る」のようなボタン等が挙げられる。
（８）前記（７）での表示後、指令操作部２２からのエスカレータＥに進入する旨の指示があるか否かが判定される（Ｓ３０６）
（９）前記（８）において、一定時間内に指令操作部２２からエスカレータＥへの進入の指示がないときは、移動装置は平面移動を継続する（Ｓ３１１）。
（１０）前記（８）において、一定時間内に指令操作部２２からエスカレータＥへの進入の指示があったときは、経路生成部３５によってエスカレータＥに進入するための移動経路（以下「進入経路」という）が生成される（Ｓ３０７）。具体的には、エスカレータＥの手前の乗り場Ｆ１から最初のステップＱまでの軌道が進入経路として生成される。進入経路は一パターンだけ生成することもできるが、この実施形態では二以上のパターンが生成されるようにしてある。
（１１）前記（１０）での進入経路の生成後、エスカレータＥに進入可能な左右位置が指令操作部２２の表示画面に表示される（Ｓ３０８）。表示画面には、たとえば、「左」「真ん中」「右」のような選択ボタンが表示される。
（１２）前記（１１）での進入経路の左右位置の表示後、指令操作部２２からエスカレータＥへ進入する左右位置の指示があるか否かが判定される（Ｓ３０９）。たとえば、表示画面に「左」「真ん中」「右」の選択ボタンが表示される場合、一定時間内にいずれかの選択ボタンが押されれば指示があったものと判定し、一定時間内にいずれかの選択ボタンも押されなければ指示がないものと判定することができる。
（１３）前記（１２）において、一定時間内に指令操作部２２からエスカレータＥに進入する左右位置の指示がないときは、移動装置は平面移動を継続する（Ｓ３１１）。
（１４）前記（１２）において、一定時間内に指令操作部２２からエスカレータＥに進入する左右位置の指示があったときは、前記（１０）で生成された複数の進入経路の中から当該指示に最も近い進入経路が選択され、当該進入経路に従って移動装置がエスカレータＥに進入する（Ｓ３１０）。

なお、この実施形態では、移動装置がエスカレータＥに進入することのできる左右方向の範囲（以下「進入可能左右範囲」という）Ｗ_ａが特定され、移動装置の幅方向の中心が、進入可能左右範囲Ｗ_ａ内に収まる位置からエスカレータＥに進入できるようにしてある。

前記進入可能左右範囲Ｗ_ａは、たとえば、図１６（ａ）～（ｃ）に示すように、移動装置の横幅Ｗ_ｉと、エスカレータＥのステップＱの幅Ｗ_ｓと、左右マージンＷ_ｍによって特定することができる。具体的には、エスカレータＥのステップＱの左端を基準とした場合、進入可能左右範囲Ｗ_ａは、（左マージンＷ_ｍ＋移動装置の横幅Ｗ_ｉ）／２で算出される地点から、（エスカレータＥのステップＱの幅Ｗ_ｓ）－（右マージンＷ_ｍ）－（（移動装置の横幅Ｗ_ｉ）／２）で算出される地点の範囲と設定することができる。

ここで示す進入可能左右範囲Ｗ_ａの特定方法は一例であり、進入可能左右範囲Ｗ_ａはこれ以外の方法で特定することもできる。

［エスカレータに進入する際の速度差を吸収するための制御］
この実施形態では、乗り場Ｆ１とステップＱの間の速度差を吸収するため、エスカレータＥに進入する際に次の制御が行われるようにしてある。

四輪接地の場合、両中間車輪１３が先にエスカレータＥ内に進入し、あとから両端部車輪１４がエスカレータＥ内に進入する。この実施形態では、はじめに、外界認識センサ２５によってエスカレータＥの形状やステップＱの移動速度を取得し、そのステップＱの移動速度（前方向並進速度）と等速で移動装置を移動させる。

この実施形態の両中間車輪１３は従動輪（両端部車輪１４の駆動に従って回転するフリーロール）であるため、ステップＱの前方向並進速度と等速で移動する移動装置が乗り場Ｆ１からエスカレータＥのステップＱに移動する（進入する）と、ステップＱに乗った瞬間に両中間車輪１３の車輪速がゼロになる。このとき、両中間車輪１３の車輪速がゼロになった位置及び時間が乗り場Ｆ１とステップＱの境界と特定され、その座標値（以下「乗り場側境界座標値」という）及び乗り場側境界座標値への到達時刻が取得される。

両中間車輪１３の進入後、駆動輪である両端部車輪１４がエスカレータＥに進入する。このとき、両端部車輪１４が乗り場Ｆ１とステップＱの境界（乗り場側境界座標値で特定される位置）に到達する際に、両端部車輪１４の駆動トルクがゼロになるように、両端部車輪アクチュエータ１８が制御される。なお、ここでいう到達する際とは、到達する直前、到達した瞬間、到達した直後等ある程度の時間的な幅が許容される概念である（以下同様）。

このようにすることで、両端部車輪１４は、乗り場Ｆ１に接地している状態ではステップＱの前方向並進速度と略等速の車輪速が保たれるが、ステップＱに接地して以降は車輪速がゼロとなり、乗り場Ｆ１とステップＱの速度差を吸収することができる。両端部車輪１４がステップＱに接地して以降は、速やかに両端部車輪１４の車輪速をゼロに保つように制御することで、移動装置をステップＱの前方向並進速度と等速で移動させることができる。

両端部車輪１４のステップＱへの接地は、乗り場側境界座標値への到達により特定しても良いし、両端部車輪１４の車輪速の変化を検知することで特定しても良いし、その他適宜の手段によることができる。なお、左右の脚部１０、より具体的には、両端部車輪１４同士の前後方向の位置がずれた状態で進入することもあるため、前記制御は左右の脚部１０（両端部車輪１４）のそれぞれについて行われるようにすることができる。

前述のとおり、この実施形態では、エスカレータＥへの進入時に外界認識センサ２５によってステップＱの前方向並進速度を推定し、その前方向並進速度で移動装置がエスカレータＥに進入している。ところが、外界認識センサ２５での推定値が必ずしも正しいとは限らず、ステップＱに進入した両中間車輪１３の車輪速がゼロにならない場合がある。

ステップＱに進入した両中間車輪１３の車輪速がゼロにならない場合、推定したステップＱの前方向並進速度と実際のステップＱの前方向並進速度に誤差が生じていることになる。このような場合には、その誤差に基づいて、両中間車輪１３の車輪速がゼロになるように移動装置の並進速度を調整することで、移動装置の前方向並進速度をステップＱの並進速度と一致させることができる。

次に、エスカレータＥから進出する際の処理の一例について図１７を参照して説明する。

［エスカレータから進出する際の処理］
（１）外界認識センサ２５によって外界状況を認識し、エスカレータ形状を取得する（Ｓ４０１）。外界認識センサ２５による外界状況の認識は移動装置での移動中、常時行われる動作である。
（２）外界認識センサ２５によってエスカレータ形状が取得されると、エスカレータＥの出口が認識されたか否かが判定される（Ｓ４０２）。
（３）前記（２）において、外界認識センサ２５によってエスカレータＥの出口が認識されない場合、後述するエスカレータＥに乗っている際の姿勢制御が継続される（Ｓ４０５）。
（４）前記（２）において、外界認識センサ２５によってエスカレータＥの出口が認識された場合、経路生成部３５によってエスカレータＥから進出する際の移動経路（以下「進出経路」という）が生成される（Ｓ４０３）。具体的には、移動装置の両中間車輪１３及び両端部車輪１４の接地位置から降り場Ｆ２までの軌道が進出経路として生成される。進出経路は一パターンだけ生成することもできるが、この実施形態では二以上のパターンが生成されるようにしてある。
（５）前記（３）でエスカレータＥからの進出経路が生成されると、移動装置は当該進出経路に従ってエスカレータＥから進出する（Ｓ４０４）。

［エスカレータから進出する際の速度差を吸収するための制御］
この実施形態では、ステップＱと降り場Ｆ２の間の速度差を吸収するため、エスカレータＥから進出する際に次の制御が行われるようにしてある。

この実施形態の両中間車輪１３は従動輪であるため、両中間車輪１３がステップＱから降り場Ｆ２に移動する（進出する）と、降り場Ｆ２に到達した瞬間に両中間車輪１３の車輪速が加速する。このとき、両中間車輪１３の車輪速が加速した位置及び時間が、ステップＱと降り場Ｆ２の境界と特定され、その座標値（以下「降り場側境界座標値」という）及び降り場側境界座標値への到達時刻が取得される。

両中間車輪１３がエスカレータＥから進出した後、駆動輪である両端部車輪１４がエスカレータＥから進出する。このとき、両端部車輪１４がステップＱと降り場Ｆ２の境界（降り場側境界座標値で特定される位置）に到達する際に、両端部車輪１４の車輪速が両中間車輪１３の車輪速と等速になるように、両端部車輪アクチュエータ１８により駆動トルクが制御される。このようにすることで、ステップＱと降り場Ｆ２の速度差を吸収することができる。

ここで説明した速度差を吸収する際の制御方法は一例であり、乗り場Ｆ１とステップＱとの速度差やステップＱと降り場Ｆ２の速度差は、これ以外の制御方法によって吸収するようにしてもよい。

なお、エスカレータＥに進入する場合と同様、エスカレータＥから進出する際も、左右の脚部１０、より具体的には、両端部車輪１４同士の前後方向の位置がずれた状態で進出することもあるため、前記制御は左右の脚部１０（両端部車輪１４）のそれぞれについて行われるようにすることができる。

［エスカレータ上での姿勢制御］
次に、エスカレータＥ上での姿勢制御について説明する。ここでは、左右の脚部１０の両中間車輪１３及び両端部車輪１４が接地した四輪接地の状態であって、両中間車輪１３同士の前後方向の位置及び両端部車輪１４同士の前後方向の位置が一致した状態での姿勢制御を一例とする。

はじめに、図１８（ａ）～（ｃ）を参照して、上りエスカレータＥ上で、移動装置が入口側無段差移動領域Ｅ１から勾配領域Ｅ３に遷移する際の姿勢制御について説明する。

図１８（ａ）は移動装置が上りエスカレータＥの入口側無段差移動領域Ｅ１に位置する状態を示すものである。移動装置は、両中間車輪１３と両端部車輪１４が二段のステップＱに跨った状態、具体的には、両中間車輪１３が進行方向先方のステップＱ（以下「第一ステップＱ１」という）に接地し、両端部車輪１４が第一ステップＱ１に後続するステップＱ（以下「第二ステップＱ２」という）に接地した状態でエスカレータＥに乗っている。

この状態では、両中間車輪１３と両端部車輪１４の間に高さ方向の差（以下「高低差」という）は生じていない。このように両中間車輪１３と両端部車輪１４の間に高低差が生じていないときは、両端部車輪アクチュエータ１８が駆動し、その駆動によって各ステップＱ上の両中間車輪１３及び両端部車輪１４の接地位置が移動しないように両端部車輪１４が制御される。

移動装置が入口側無段差移動領域Ｅ１から勾配領域Ｅ３に移動して第一ステップＱ１が上がり始めると、図１８（ｂ）のように両中間車輪１３が両端部車輪１４よりも高くなり、両中間車輪１３と両端部車輪１４の間に高低差が生じる。

この実施形態では、このように第一ステップＱ１の上昇によって両中間車輪１３と両端部車輪１４の間に高低差が生じたときに、載置部２０の水平が維持され、且つ、合算重心位置の前後方向の位置が端部車輪接地位置と中間車輪接地位置の中間となるように両第一関節アクチュエータ１５と両第二関節アクチュエータ１６が駆動し、この駆動によって載置部２０の水平が維持されるようにしてある。なお、本願における「水平」とは、厳密な意味での水平に限らず、若干の誤差がある場合を含む概念である。

具体的には、第一ステップＱ１の上昇に伴って上リンク１１と下リンク１２のなす角θが広くなるように両第一関節アクチュエータ１５及び両第二関節アクチュエータ１６が駆動し、この駆動により載置部２０の水平が維持されるようにしてある。

図１８（ｂ）の状態から第一ステップＱ１が更に上昇して最上位まで到達すると、図１８（ｃ）のように両中間車輪１３と両端部車輪１４の高低差が最大となる。この実施形態では、図１８（ｂ）の状態から図１８（ｃ）の状態に至るまでの間も、第一関節アクチュエータ１５と第二関節アクチュエータ１６の駆動によって載置部２０の水平が維持されるようにしてある。

次に、図１９（ａ）～（ｃ）を参照して、下りエスカレータＥ上で、入口側無段差移動領域Ｅ１から勾配領域Ｅ３に遷移する際の移動装置の姿勢制御について説明する。

図１９（ａ）は移動装置が入口側無段差移動領域Ｅ１に位置する状態を示すものである。上りエスカレータＥに乗った場合と同様、移動装置は、両中間車輪１３と両端部車輪１４が二段のステップＱに跨った状態、具体的には、両中間車輪１３が第一ステップＱ１に接地し、両端部車輪１４が第二ステップＱ２に接地した状態でエスカレータＥに乗っている。

この状態では、両中間車輪１３と両端部車輪１４の間に高低差は生じていない。このように両中間車輪１３と両端部車輪１４の間に高低差が生じていないときは、両端部車輪アクチュエータ１８が駆動し、その駆動によって各ステップＱ上の両中間車輪１３及び両端部車輪１４の接地位置が移動しないように両端部車輪１４が制御される。

移動装置が入口側無段差移動領域Ｅ１から勾配領域Ｅ３に移動して第一ステップＱが下がり始めると、図１９（ｂ）のように両中間車輪１３が両端部車輪１４よりも低くなり、両中間車輪１３と両端部車輪１４の間に高低差が生じる。

この実施形態では、このように第一ステップＱ１の降下によって両中間車輪１３と両端部車輪１４の間に高低差が生じたときに、載置部２０の水平が維持され、且つ、合算重心位置の前後方向の位置が端部車輪接地位置と中間車輪接地位置の中間となるように両第一関節アクチュエータ１５と両第二関節アクチュエータ１６が駆動し、この駆動によって載置部２０の水平が維持されるようにしてある。

具体的には、第一ステップＱ１の降下に伴って上リンク１１と下リンク１２のなす角θが狭くなるように両第一関節アクチュエータ１５及び両第二関節アクチュエータ１６が駆動し、その駆動により載置部２０の水平が維持されるようにしてある。

図１９（ｂ）の状態から第一ステップＱ１が更に降下して最下位に到達すると、図１９（ｃ）のように両中間車輪１３と両端部車輪１４の高低差が最大となる。この実施形態では、図１９（ｂ）の状態から図１９（ｃ）の状態に至るまでの間も、両第一関節アクチュエータ１５と両第二関節アクチュエータ１６の駆動によって載置部２０の姿勢が制御されるようにしてある。

なお、移動装置が出口側無段差移動領域Ｅ２に到達した場合のように、平面移動可能な状態、換言すれば、中間車輪１３と両端部車輪１４の高低差（相対位置の差）が限りなく小さい状態になると、エスカレータＥからの進出が可能と判断され、移動装置がエスカレータＥから進出する。

両中間車輪１３と両端部車輪１４の高低差（相対位置の差）が限りなく小さくなったか否か（中間車輪１３と端部車輪１４を結ぶ軸線が水平になったか否か）は、たとえば、慣性センサ２６で取得された垂直方向の検知信号に基づいて算出される現在の関節角度から判定することができる。

最後に、上りエスカレータＥに乗っている場合及び下りエスカレータＥに乗っている場合に共通する、移動装置の姿勢制御について説明する。

この実施形態では、エスカレータＥ上では、常に両中間車輪１３と両端部車輪１４がステップＱの所定位置に固定されるように、両端部車輪アクチュエータ１８によって両端部車輪１４が制御されるようにしてある。

ここでいう固定とは、両中間車輪１３と両端部車輪１４の四輪が各ステップＱの所定範囲内に位置する程度の意味であり、ステップＱ上で固定された両中間車輪１３及び両端部車輪１４の車輪速はゼロとなる。

また、この実施形態では、エスカレータＥ上では、移動装置の重心の前後方向の位置が常に端部車輪接地位置と中間車輪接地位置の中間となるように、両第一関節アクチュエータ１５及び両第二関節アクチュエータ１６が制御される。

具体的には、座面センサ２４によって得られた検知信号から合算重心算出部３３（図２）で合算重心位置が算出され、算出された合算重心位置に基づいて両第一関節アクチュエータ１５と両第二関節アクチュエータ１６が駆動することによって、移動装置の重心の前後方向の位置が常に端部車輪接地位置と中間車輪接地位置の中間となるように制御される。

合算重心位置に変化があった場合の制御方法はこれ以外であってもよく、たとえば、バッテリー等の重量物を前後方向に移動させることによって乗っている人の重心位置の変化を補償し、合算重心位置の前後方向の位置を変化させることもできる。

［四輪接地から二輪接地への切り替え］
次に、四輪接地の状態から二輪接地の状態に切り替える際の制御の一例について説明する。本実施形態の移動装置は、四輪接地の状態から二輪接地の状態に切り替えることができる。四輪接地から二輪接地への切り替えは、たとえば、図１１（ａ）～（ｄ）に示す手順で行うことができる。
（１）図１１（ａ）は両端部車輪１４及び両中間車輪１３の四輪が接地面に接地した状態を示すものである。
（２）図１１（ａ）の状態で両端部車輪１４を後進方向に駆動させ、移動装置を後方に（図１１（ａ）の矢印方向）に並進運動させる。
（３）前記（２）のように移動装置を後方に並進運動させたのち、両端部車輪１４に前進方向の駆動トルクをかける。このとき、慣性力によって椅子部２０が後方に移動するように、また、椅子部２０の高さと姿勢角が変化しないように、両第一関節アクチュエータ１５及び両第二関節アクチュエータ１６を駆動することで、両中間車輪１３が地面から離れる（図１１（ｂ））。
（４）前記（３）の状態で、両端部車輪１４、両第一関節アクチュエータ１５及び両第二関節アクチュエータ１６を駆動させ、両端部車輪１４を椅子部２０に対して相対的に前方に移動させる。
（５）前記（４）の状態で、椅子部２０の後進速度がゼロになると同時に両端部車輪１４の端部車輪接地位置が合算重心位置の前後方向と一致するように両端部車輪１４を駆動する（図１１（ｃ））。
（６）前記（５）の状態で、左右二輪の端部車輪１４のみが接地した状態になったのち、人による指令操作部２２の操作に基づき、椅子部２０の高さを変化させる。（図１１（ｄ））。

本実施形態の移動装置の四輪接地から二輪接地への切り替えは、図１２（ａ）～（ｅ）に示す手順で行うこともできる。
（１）図１２（ａ）は両端部車輪１４及び両中間車輪１３の四輪が接地面に接地した状態を示すものである。
（２）前記（１）の状態で、両第二関節アクチュエータ１６を駆動して、合算重心位置の前後方向の位置を両中間車輪１３の接地位置（中間車輪接地位置）と両端部車輪１４の端部車輪接地位置の間の範囲内で前方に移動させる（図１２（ａ））。
（３）椅子部２０を水平に保った状態で椅子部２０を後方に移動させるために、両第一関節アクチュエータ１５と両第二関節アクチュエータ１６を駆動する。これにより、前後方向の合算重心位置が後方に移動する（図１２（ｂ））。
（４）椅子部２０が後方に移動している最中に、その後方への運動を打ち消すように両端部車輪１４を駆動するのと同時に、両第一関節アクチュエータ１５と両第二関節アクチュエータ１６を駆動することで両中間車輪１３を接地面から持ち上げる（図１２（ｃ））。
（５）椅子部２０の後進速度がゼロになると同時に両端部車輪１４の端部車輪接地位置が合算重心位置の前後方向と一致するように両端部車輪１４、両第一関節アクチュエータ１５、両第二関節アクチュエータ１６を駆動する（図１２（ｄ））。
（６）両端部車輪１４のみが接地した状態になったのち、人による指令操作部２２の操作に基づき、椅子部２０の高さを変化させる。（図１２（ｅ））。

［二輪接地から四輪接地への切り替え］
本実施形態の移動装置は、二輪接地の状態から四輪接地の状態に切り替えることができる。二輪接地から四輪接地の切り替えは、たとえば、図１３（ａ）～（ｅ）に示す手順で行うことができる。
（１）図１３（ａ）は両端部車輪１４が接地面に接地した状態で移動装置が起立（自立）した状態を示すものである。
（２）前記（１）の状態で、両第一関節アクチュエータ１５及び両第二関節アクチュエータ１６を駆動して、椅子部２０の高さを四輪接地の状態に近い高さにする（図１３（ａ）（ｂ））。
（３）前記（２）の状態で、両端部車輪１４を駆動し、移動装置を後方（図１３（ｃ）の矢印方向）に並進運動させる（図１３（ｃ））。
（４）前記（３）の状態で、移動装置の後方へ慣性力を打ち消すように両端部車輪１４を駆動させると同時に、両第一関節アクチュエータ１５及び両第二関節アクチュエータ１６を駆動させ、両端部車輪１４を椅子部２０に対して相対的に後方に移動させる（図１３（ｄ））。
（５）前記（４）の状態で、両第一関節アクチュエータ１５と両第二関節アクチュエータ１６を駆動し、移動装置の並進速度がゼロになると同時に両中間車輪１３を接地させる（図１３（ｅ））。

前記切り替え制御は一例であり、四輪接地から二輪接地への切り替え及び二輪接地から四輪接地への切り替えは、これら以外の方法で制御することもできる。

本実施形態の移動装置は、制御部３０での脚部１０の制御によって、二本の脚部１０で単一の（階段一段分の）踏み面に起立することができると共に、一方の脚部１０の端部車輪１４を階段の第一の踏み面に接触させ、他方の脚部１０の端部車輪１４を第一の踏み面に続く第二の踏み面に接触させた状態で起立できるため、人が階段を昇降する場合と同等の占有空間があれば、二足歩行で階段を昇降することができる。

（その他の実施形態）
前記実施形態では人を載せて移動する移動装置（椅子型移動装置）を一例としているが、本発明の移動装置は人以外のもの、たとえば、荷物を載せて移動する荷物移動装置などとして用いることもできる。荷物移動装置として用いる場合、椅子部２０に代えて荷物を載せられる荷載せ部を載置部２０とすることができる。

前記実施形態では、静止や前進、後退、旋回、四輪接地から二輪接地への切り替え、二輪接地から四輪接地への切り替えを、両端部車輪１４が前後方向にずれていない状態（横並びの状態）で行う場合を一例としているが、これらの動作は両脚部１０（両端部車輪１４）が前後方向にずれた状態で行うこともできる。

この場合、両端部車輪１４の双方又はいずれか一方の回転を制御して、合算重心位置と両端部車輪１４のいずれか一方の端部車輪接地位置とを一致させることによって、静止時や前進時、後退時、旋回時、四輪接地から二輪接地への切り替え時、二輪接地から四輪接地への切り替え時における、移動装置の前後方向や左右方向の姿勢を制御することができる。

なお、両端部車輪１４で起立している状態で、両端部車輪１４の端部車輪接地位置が前後方向にずれている場合、両端部車輪接地位置同士を結ぶ直線上に合算重心位置を位置させることで、移動装置の姿勢を制御することができる。

前記実施形態では、四輪接地の状態でエスカレータＥに乗降する場合を一例としているが、本発明の移動装置は、両端部車輪１４ａ、１４ｂが接地した二輪接地の状態でエスカレータＥに乗降することもできる。

以下、二輪接地の状態でエスカレータＥに乗降する際の速度差を吸収するための制御について説明する。なお、二輪接地の状態でエスカレータＥに乗降する際の処理フローは、四輪接地の状態でエスカレータＥに乗降する場合と同様である。

二輪接地の状態でエスカレータＥに進入する場合、両端部車輪１４をステップＱの前方向並進速度に対して略等速度となるよう速度制御していると、ステップＱに乗った瞬間に両端部車輪１４の駆動トルクが減少する。このとき、両端部車輪１４の駆動トルクの変化を図示しないトルクセンサ等で検知して両端部車輪１４が乗り場Ｆ１からステップＱに到達したと判断し、両端部車輪１４がステップＱに到達した際に、移動装置の並進速度がステップＱの前方向並進速度と等速になるように制御する。

二輪接地の場合、移動装置の並進速度の制御と姿勢制御を同時に行っているため、並進速度と車輪速が一致しない。このため、単に車輪速を制御しただけでは、速度差を吸収することができないが、前記のように、両端部車輪１４がステップＱに到達した際に、移動装置の並進速度がステップＱの前方向並進速度と等速になるようにすることで、ステップＱに対して相対速度がゼロとなるように移動装置を運動させることができる。

一方、二輪接地の状態でエスカレータＥから進出する場合は次のように制御を行う。二輪接地の状態でエスカレータＥから進出する場合、両端部車輪１４がステップＱ上にある状態で、ステップＱの前方向並進速度に対する移動装置の並進速度がゼロになるように制御を行っている。ここで移動装置の両端部車輪１４がエスカレータＥの降り場Ｆ２に到達すると、降り場Ｆ２と移動装置との間には、ステップＱの前方向並進速度に対応する相対速度差が存在するため、速度制御のための両端部車輪１４の駆動トルクは上昇する。

このとき、両端部車輪１４の駆動トルクの変化を図示しないトルクセンサ等で検知して両端部車輪１４がステップＱから降り場Ｆ２に到達したと判断し、両端部車輪１４が降り場Ｆ２に到達した際に、移動装置の並進速度がステップＱ上と降り場Ｆへの進出後で等速となるように、両端部車輪１４の駆動トルクを制御する。

このように、本発明の移動装置では、四輪接地の状態であるか二輪接地の状態であるかに関わらず、エスカレータＥのステップＱと乗降場Ｆの間の速度差を吸収して、エスカレータＥに安全に乗降することができる。

なお、四輪接地の状態でエスカレータＥへ乗降できるメリットとしては、エスカレータＥへの乗降時の姿勢が安定しやすく、二輪接地の状態でエスカレータＥに乗降する場合に比べて安全性に優れる点が挙げられる。

一方、二輪接地の状態でエスカレータＥへ乗降できるメリットとしては、エスカレータＥ上で必要以上にスペースを占有しないで済むという点が挙げられる。言い換えれば、移動装置を利用しない人がエスカレータＥを利用する際と同程度のスペースで利用できるというメリットがある。

なお、四輪接地の場合同様、二輪接地の場合も、左右の脚部１０、より具体的には、両端部車輪１４同士の前後方向の位置がずれた状態でエスカレータＥに進入し又はエスカレータＥから進出することもあるため、前記制御は左右の脚部１０（両端部車輪１４）のそれぞれについて行われるようにすることができる。

前記実施形態では、脚部１０が二本の場合を一例としているが、脚部は少なくとも二本あればよく、三本以上の脚部１０を備えたものを排除するものではない。

本実施形態の移動装置の構成は一例であり、本発明の移動装置の構成はその要旨を変更しない範囲で、適宜、省略や置換、入れ替え等の変更をすることができる。

本発明の移動装置は、人を載せて移動する移動装置（椅子型移動装置）として利用するほか、人以外の荷物などを載せて移動する移動装置（荷物移動装置）としても利用することができる。

１０ 脚部
１０ａ 左脚部
１０ｂ 右脚部
１１ 上リンク
１１ａ 左上リンク
１１ｂ 右上リンク
１２ 下リンク
１２ａ 左下リンク
１２ｂ 右下リンク
１３ 中間車輪
１３ａ 左中間車輪
１３ｂ 右中間車輪
１４ 端部車輪
１４ａ 左端部車輪
１４ｂ 右端部車輪
１５ 第一関節アクチュエータ
１５ａ 左第一関節アクチュエータ
１５ｂ 右第一関節アクチュエータ
１６ 第二関節アクチュエータ
１６ａ 左第二関節アクチュエータ
１６ｂ 右第二関節アクチュエータ
１７ 第三関節アクチュエータ
１７ａ 左第三関節アクチュエータ
１７ｂ 右第三関節アクチュエータ
１８ 端部車輪アクチュエータ
１８ａ 左端部車輪アクチュエータ
１８ｂ 右端部車輪アクチュエータ
２０ 載置部（椅子部）
２１ 着座部
２１ａ 座面
２１ｂ 背凭れ
２２ 指令操作部
２３ 連結部
２３ａ 左ブラケット
２３ｂ 右ブラケット
２４ 座面センサ
２５ 外界認識センサ
２６ 慣性センサ
３０ 制御部
３１ 運動制御部
３２ 重心位置推定部
３３ 合算重心算出部
３４ 判定部
３５ 経路生成部
３６ 理論運動計算部
３７ 運動推定部
３８ 外乱量推定部
３９ 修正駆動量計算部
Ｅ エスカレータ
Ｅ１ 入口側無段差移動領域
Ｅ２ 出口側無段差移動領域
Ｅ３ 勾配領域
Ｆ１ 乗り場
Ｆ２ 降り場
Ｑ ステップ
Ｑ１ 第一ステップ
Ｑ２ 第二ステップ
Ｘ 移動対象

Claims (14)

1. 移動対象を載せて移動する移動装置において、
   端部車輪と中間車輪を有する二本の脚部と、
   前記二本の脚部で支持された載置部と、
   前記二本の脚部を制御する制御部を備え、
   前記端部車輪と中間車輪が接地した四輪接地の状態で、前記端部車輪がエスカレータの乗り場からステップに移動したとき又は／及び端部車輪がエスカレータのステップから降り場に移動したときに、当該端部車輪の車輪速が前記制御部で制御される、
   ことを特徴とする移動装置。
2. 請求項１記載の移動装置において、
   制御部は、中間車輪が乗り場からステップに又は中間車輪がステップから降り場に移動したときの座標値を取得し、端部車輪が当該座標値で特定される位置に到達したときに端部車輪の車輪速を制御する、
   ことを特徴とする移動装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の移動装置において、
   端部車輪を駆動する端部車輪アクチュエータを備え、
   制御部は、端部車輪が乗り場からステップに移動したときに、当該端部車輪の車輪速がゼロになるように端部車輪アクチュエータを制御する、
   ことを特徴とする移動装置。
4. 請求項２記載の移動装置において、
   端部車輪を駆動する端部車輪アクチュエータを備え、
   制御部は、端部車輪がステップから降り場に移動したときに、当該端部車輪の車輪速が中間車輪の車輪速と等速になるように端部車輪アクチュエータを制御する、
   ことを特徴とする移動装置。
5. 移動対象を載せて移動する移動装置において、
   端部車輪と中間車輪を有する二本の脚部と、
   前記二本の脚部で支持された載置部と、
   前記二本の脚部を制御する制御部を備え、
   前記端部車輪が接地した二輪接地の状態で、当該端部車輪がエスカレータの乗り場からステップに移動したとき又は／及び端部車輪がエスカレータのステップから降り場に移動したときに、移動装置の並進速度が前記制御部で制御される、
   ことを特徴とする移動装置。
6. 請求項５記載の移動装置において、
   端部車輪を駆動する端部車輪アクチュエータを備え、
   制御部は、端部車輪が乗り場からステップに移動したときに、移動装置の並進速度がステップの前方向並進速度と等しくなるように端部車輪アクチュエータを制御する、
   ことを特徴とする移動装置。
7. 請求項５記載の移動装置において、
   端部車輪を駆動する端部車輪アクチュエータを備え、
   制御部は、端部車輪がステップから降り場に移動したときに、移動装置の並進速度がステップ上と降り場への進出後で等速となるように両端部車輪の駆動トルクを制御する、
   ことを特徴とする移動装置。
8. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の移動装置において、
   各脚部は、上リンクと、当該上リンクに連結された下リンクと、中間車輪と、当該下リンクの下端に設けられた端部車輪と、当該上リンクを前後方向に駆動する第一関節アクチュエータと、当該下リンクを前後方向に駆動する第二関節アクチュエータを備え、
   エスカレータのステップに前記端部車輪と中間車輪が接地した四輪接地の状態で当該端部車輪と中間車輪に高さ方向の差が生じると、載置部の水平が維持されるように前記第一関節アクチュエータ及び第二関節アクチュエータが駆動する、
   ことを特徴とする移動装置。
9. 請求項８記載の移動装置において、
   第一関節アクチュエータ及び第二関節アクチュエータは、中間車輪が第一ステップに接地し、端部車輪が当該第一ステップに後続する第二ステップに接地した四輪接地の状態で、当該中間車輪と端部車輪に高さ方向の差が生じたときに駆動する、
   ことを特徴とする移動装置。
10. 請求項８又は請求項９記載の移動装置において、
    第一ステップの上昇によって中間車輪と端部車輪に高さ方向の差が生じると、上リンクと下リンクのなす角が広くなるように第一関節アクチュエータ及び第二関節アクチュエータが駆動する、
    ことを特徴とする移動装置。
11. 請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の移動装置において、
    第一ステップの降下によって中間車輪と端部車輪に高さ方向の差が生じると、上リンクと下リンクのなす角が狭くなるように第一関節アクチュエータ及び第二関節アクチュエータが駆動する、
    ことを特徴とする移動装置。
12. 請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の移動装置において、
    エスカレータ上で合算重心位置に変化が生じると、当該合算重心位置の前後方向の位置が端部車輪接地位置と中間車輪接地位置の中間となるように第一関節アクチュエータ及び第二関節アクチュエータが駆動する、
    ことを特徴とする移動装置。
13. 請求項１２記載の移動装置において、
    エスカレータ上での移動対象又は／及び移動装置の重心変化によって合算重心位置に変化が生じたときに、第一関節アクチュエータ及び第二関節アクチュエータが駆動する、
    ことを特徴とする移動装置。
14. 請求項１２記載の移動装置において、
    エスカレータのステップの高さの変化によって合算重心位置に変化が生じたときに、第一関節アクチュエータ及び第二関節アクチュエータが駆動する、
    ことを特徴とする移動装置。

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