JP4973303B2 - 倒立型移動体および倒立型移動体の移動停止方法 - Google Patents

Description

本発明は、断面が円形の回転体の回転駆動を制御することで倒立状態を維持しながら走行による移動を行う倒立型移動体、およびこの倒立型移動体の移動停止方法に関するものである。

断面が円形の回転体を回転駆動することで倒立状態を維持しながら走行する倒立型移動体は、全体の重心位置を回転体の接地位置に対して常に鉛直方向に維持するように回転体を駆動する、いわゆる倒立制御を行うことで移動体の倒立状態を維持しつつ、移動を行うことができる。このような倒立型の移動体においては、移動体の重心を前方へ移動させることで、回転体の接地位置を前方に移動した重心位置の真下に移動させるように回転体が駆動され、その結果、前方へ移動することができる。このような、重心位置を変化させることで移動する方向および速度を制御することが可能な移動体は、物体を搭乗して移動する台車として利用したり、人間が搭乗しつつ移動を行うための移動手段として利用したりされつつある。（例えば特許文献１）

このような倒立型移動体は、前後の各々２輪ずつ有するいわゆる４輪安定型の移動体に比べてホイールベースが短く、方向転換に要するスペースが小さくなるというメリットを有しているため、新たな移動手段としての役割が期待されつつある。
特開２００４−１２９４３５号公報

このような移動体においては、移動体の重心位置を移動させる倒立制御を行うことで、移動を行うことができる。しかしながら、このような倒立制御を行う制御部に不具合が生じると、移動体の重心バランスが不安定となって移動体のとり得る姿勢が傾く場合がある。それによって、移動体の本体が接地しやすくなるという問題がある。

このような移動体の倒立状態を安定的に制御する手法として、例えば特許文献１に記載のような、移動体の姿勢を加速時や減速時に水平に保つ技術が知られているが、このように移動体の姿勢を水平に保つことができたとしても、このような倒立状態が不安定となった移動体を安定的に停止させることは困難である。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、倒立制御により移動を行う移動体において、倒立状態が不安定となった場合に移動体を安定的に停止させることを可能とする倒立型移動体および倒立移動体の移動停止方法を提供することを目的とするものである。

本発明にかかる倒立型移動体は、前述のような課題を解決するためのものであり、断面が円形の回転体と、前記回転体を回転駆動させる駆動部と、前記回転体を保持する移動体本体と、前記駆動部を制御し、床面に接する前記回転体の回転駆動を制御することで移動体本体の倒立状態を維持する制御部と、を備えるものであり、前記移動体本体が、鉛直方向について相対位置を変化させるように変形可能な接続部材を介して回転体を保持しているとともに、前記制御部が該接続部材の変形を制御して移動体本体と回転体の鉛直方向についての相対位置を変化させるように構成されており、前記制御部が移動体本体の倒立状態を維持できない場合に、移動体本体を回転体に対して相対的に鉛直下方に位置を変化させ、移動体本体を床面に接触させることを特徴としている。

このような倒立型移動体は、倒立状態が不安定となった場合に移動体本体を移動する床面に接触させることで、スムーズに倒立状態を安定状態に移行させ、移動体を安定的に停止させることができる。

また、前記制御部は、前記回転体と移動体本体との相対位置関係から、移動体本体の位置を変化させる移動量を算出し、移動体本体を床面に接触させるように移動体本体の動きを制御するものであってもよい。このような倒立型移動体の場合、移動体本体が床面に接触するための移動量が算出された後に移動体本体を鉛直下方に位置変化させるため、移動体本体を確実に床面に接触させることができるとともに、移動体本体が床面に接触する際に生じる衝撃を抑制することが可能となる。

さらに、このような倒立型移動体においては、移動体本体の底面を、回転体の表面よりも大きい摩擦係数を有する接触部材により構成していることが好ましい。このような倒立型移動体は、移動状態において倒立状態が不安定となった場合に、移動体本体の底面を床面に接触させることで、移動状態をより確実に停止させることができる。

さらに、前記移動体本体の底面は、衝撃緩衝用の緩衝部材が備えられていることが好ましい。このようにすると、移動体本体が床面に接触した場合に生じる衝撃が緩和されるため、移動体本体または移動体本体に載置された物体が衝撃等によって受けるダメージが軽減される。

また、前記接続部材は、弾性的またはスライド式に移動体本体の位置を変化させるものを用いることもできるが、少なくとも１以上の関節を有するアーム部であることが好ましい。接続部材をこのようなアーム部で形成すると、関節部分を駆動することで移動体本体の位置変化が容易に行えるため、倒立状態が不安定となった場合に応答性よく移動体本体を下降させるなどの処置を行うことが可能となる。

また、このように移動体を安定状態に移行させる場合、移動体本体を回転体に対して相対的に鉛直下方に位置を変化させる前に、前記制御部により、移動体本体の鉛直方向に対する傾斜度合いを低減することが好ましい。このようにすると、移動体本体が傾斜した状態から鉛直方向を向いた状態（鉛直方向に平行となる姿勢）に近づいた後に鉛直下方に移動するため、移動体本体が床面に接触する際に移動体本体の底面が床面に対してより安定した位置で接触することができる。

なお、このような制御を行う場合、最も好ましくは、移動体本体を鉛直方向に平行となる姿勢を取るように位置姿勢を変化させたのち、鉛直方向に沿ってまっすぐ下降させる。このようにすると、移動体本体の底面が床面に対してほぼ平行な姿勢で接触するため、床面との接触によって移動体本体に加わる衝撃が抑制されるとともに、床面と接触した後の移動体本体が安定した姿勢を取りやすくなる。

また、このような倒立型移動体においては、前記回転体を球状や円柱状に構成することも可能であるが、移動体本体の移動方向に対して両側に平行に設けられた一対の車輪であり、これらの車輪が独立して回転駆動可能であることが好ましい。このような倒立型移動体の場合、前後左右に対して自在に移動できるだけでなく、一対の車輪を互いに逆方向に回転させることで、その場旋回などの動作も容易に行うことが可能となる。

さらに、このような倒立型移動体は、単なる移動体であるだけでなく、前記移動体本体に搭乗者または物体を載置する載置台が設けることで人間や物体の移動手段として用いることも可能である。

さらに本発明は、前述のような、断面が円形の回転体と、前記回転体を回転駆動させる駆動部と、前記回転体を保持する移動体本体と、前記駆動部を制御し、床面に接する前記回転体の回転駆動を制御することで移動体本体の倒立状態を維持する制御部と、前記移動体本体と回転体とを、鉛直方向について相対位置を変化させるように変形可能に接続する接続部材と、を備える倒立型移動体について、その移動を停止するための移動停止方法をも提供するものであり、このような移動停止方法は、前記移動体本体の倒立状態を維持できないことを検知し、異常信号を出力するステップと、前記出力された異常信号を受けて、前記接続部材の変形を制御して移動体本体と回転体の鉛直方向についての相対位置を変化させるステップと、を備えることを特徴としている。

このような倒立型移動体の移動停止方法は、移動体の倒立状態が不安定となった場合に移動体本体を床面に接触させることで、スムーズに倒立状態を安定状態に移行させ、移動体を安定的に停止させることができる。

さらに、このような倒立型移動体の移動停止方法においては、前記異常信号を受けた後に、前記移動体本体の鉛直方向に対する傾斜度合いを低減するステップをさらに備えることが好ましい。このようにすると、移動体の移動速度が低減するとともに、移動体本体が傾斜した状態から鉛直方向を向いた状態（鉛直方向に平行となる姿勢）に近づいた後に鉛直下方に移動するため、移動体本体が床面に接触する際に移動体本体の底面が床面に対してより安定した位置で接触することができる。なお、移動体本体の傾斜度合いを低減する動作は、移動体本体を鉛直方向下方に移動させる前に行っても、鉛直方向下方に移動させると同時に行ってもよい。

また、このような制御を行う場合、前述したように、最も好ましくは移動体本体を鉛直方向に平行となる姿勢を取るように位置姿勢を変化させたのち、鉛直方向に沿ってまっすぐ下降させる。このようにすると、移動体本体の底面が床面に対してほぼ平行な姿勢で接触するため、床面との接触によって移動体本体に加わる衝撃が抑制されるとともに、床面と接触した後の移動体本体が安定した姿勢を取りやすくなる。

以上、説明したように、本発明によると、倒立状態が不安定となった場合に移動体を安定的に停止させることを可能とする倒立型移動体および倒立移動体の移動停止方法を提供

することができる。

発明の実施形態１．
以下に、図１から図７を参照しつつ本発明の実施の形態１にかかる倒立型移動体について説明する。

図１は、移動領域である床面Ｐ上を、自律的に移動制御可能な倒立型移動体（以下、単に移動体という）１の全体を概略的に示す概略図であり、図２は、図１に示す移動体１が床面Ｐ上に位置した状態を左側方から見た様子を示す概念図である。以下、詳細に説明する。

図１に示すように、移動体１は、1対の対向する回転体としての駆動輪（第１駆動輪３１および第２駆動輪３２）と、アーム部２１、２２を介してこれらの駆動輪を保持する移動体本体１０と、を備えている。これらの駆動輪は、後述するように移動体本体１０の内部に設けられた駆動部としてのモータ１１、１２により車軸Ｃ（Ｃ１、Ｃ２）を中心として回転駆動され、この駆動輪の回転駆動によって移動体１は移動動作を行うことができる。なお。本実施形態における移動体1は、アーム部を変形させる必要がない場合は車軸Ｃ１およびＣ２は同軸上に存在している。

図３は、図１および図２に示す移動体１を前面から見た様子を示すとともに、この移動体１の備える移動体本体１０の内部構造を示す図である。図３に示すように、移動体本体１０は、ボックス状のフレーム１０ａと、前述した第１駆動輪３１および第２駆動輪３２およびこれらを支持ずるアーム部を駆動する駆動部としてのモータ１１，１２と、これらのモータの回転駆動動作を制御するための制御部１３と、鉛直方向に対する傾斜度合いを検出するジャイロ１４と、これらの構成要素に電力を供給するためのバッテリー１５と、前方に配置され、移動する床面の形状等や障害物等を光学的に認識するための検出部１６、１６と、緩衝部材１７と、を備えている。

モータ１１、１２は、前述の駆動輪を各々独立して駆動する駆動源であり、これらの駆動輪に回転トルクを与えることで、駆動輪の回転数やアーム部の関節角度を制御部１３からの制御信号により変化させ、移動体１の進行方向の変化や、後述する移動体本体１０の床面からの高さを変化させたりすることを可能とする。なお、前述の駆動輪を互いに逆方向に回転させることで、移動体１を旋回させることもできる。なお、モータには、電力供給により過熱状態となることを検出するための図示しない温度センサが設けられ、この温度センサにより過熱状態を検出し、後述する制御部に検出信号を出力することで、モータによる最大トルクの出力ができなくなるといった状態を回避することができる。

制御部１３は、所定のＣＰＵやメモリなどの記憶領域１３ａを備える小型のコンピュータであり、この記憶領域１３ａには、入力される信号に基づいて駆動輪を駆動する駆動量を決定するための所定のプログラムとともに、移動する移動領域に関するマップ情報などが記憶されている。この駆動輪を駆動するために入力される信号としては、前述のジャイロ１４から送信される傾斜角速度信号などが用いられる。

制御部１３は、移動体１の倒立状態を維持するための制御を行うための倒立制御を行う。すなわち、移動体１の駆動輪が床面Ｐに対して接地する接地点から鉛直方向に伸びる、車軸Ｃを通る直線と、移動体１の重心位置と車軸Ｃとを結ぶ直線とが目標傾斜角度η（例えばη＝０度）をなすように第１駆動輪３１、第２駆動輪３２の回転駆動を制御する。これによって、移動体が所定の倒立状態を維持し続けるように、前進、後退、停止、右折、左折、左旋回、右旋回等の移動動作を行うことができる。この傾斜角度ηは、前述したように移動体１に設けられたジャイロ１４から得られる傾斜角速度に関する積分演算を行うことによって求められる。このように、床面に対して接地する一対の駆動輪に適切なトルクが付与されることで、移動体本体が鉛直方向に対してなす傾斜角度がある一定の値を超えて増加しないように倒立状態が保たれ、かつ、その倒立状態を維持するように移動制御される。なお、倒立状態を維持するには、傾斜角速度を直接的に制御しても良い。この場合は、ジャイロ１４から得られる傾斜角速度信号を積分演算しなくても良い。

さらに、制御部１３は、記憶領域１３ａに記憶したマップ情報などに基づいて、その移動経路を自律的に作成する。このマップ情報は、移動する床面Ｐの全体形状に、略一定間隔に配置された格子点を結ぶグリッド線を仮想的に描写することで得られるグリッドマップから構成されており、このグリッド線で囲まれたグリッド単位を用いて、移動体１の自己位置に相当する場所や目標地点である移動終了点、および移動終了点における移動体１の移動方向などが特定される。なおグリッドマップにおける格子点の間隔は、移動体１の移動可能な曲率や絶対位置を認識する精度などの条件に応じて、適宜変更可能である。そして、制御部１３は、このグリッドマップ上において特定された自己位置を移動始点とし、この移動始点から目的地である移動終点までの移動経路を作成するとともに、駆動輪の回転数などから求めた移動速度や移動距離からリアルタイムに自己位置を算出し、作成された移動経路に沿って移動を行うように移動制御を行う。

ジャイロ１４は、自身の位置が鉛直方向から所定時間の間に傾斜する量、例えば傾斜角速度を検出し、検出した角速度を電気信号に変換して出力可能に構成されており、検出した傾斜角速度に基づいた傾斜角速度信号を後述する制御部１３に送信する。制御部１３においては、移動体１の移動中に微小時間間隔で検出される、移動体の傾斜角速度を積分することで、移動体本体１０の傾斜量を求めることができる。なお、ジャイロから出力される電気信号は、図示しないフィルターを介してノイズ等が除去された後に、制御部１３に送信される。また、本実施形態では移動体本体１０の移動方向（前後方向）についての傾斜角のみを検出するものを用いているが、左右方向についての傾斜角を検出するセンサを用いることも可能である。

バッテリー１５は、移動体本体１０のフレーム１０ａ表面から突出して設けられた図示しない被充電用端子に対して電気的に導通しており、充電ステーションに設けられた充電用端子と、前述の被充電用端子とを接触させることで電力が供給され、充電される。

検出部１６は、移動体本体１０のフレーム１０ａの下方前面について左右対称に設置された、検出手段としてのセンサであり、各々のセンサに設けられた光源から赤外線レーザを照射するとともに、そのレーザの照射方向を水平方向および鉛直方向について揺動するように変化させ、その反射光を受光することで、移動体１の前面下方の床面形状を検出するものである。この検出部１６により検出された床面形状に関する情報によって、床面上に存在する段差や障害物等の高さや形状、移動体１の現在位置からの距離などが求められる。なお、このような検出部としては、赤外線を利用したセンサが用いられる他、光学的に凸部を検出するような光学センサ（例えばＣＣＤカメラなど）を用いることも可能である。

緩衝部材１７は、移動体本体１０のフレーム１０ａの底面に設けられた板状の弾性部材であり、後述するように移動体本体１０を降下させ、床面に接触させた際に移動体本体１０に生じる衝撃を緩衝する作用を有する。このような緩衝部材１７のとしては、エア等を充填したクッションや、ゴムなどの弾性体を材質とした板状部材を用いることが可能である。また、このような緩衝部材１７は、その底面１７ａが床面と接触するため、この底面１７ａが摩擦係数の大きくなるように構成されることが好ましい。例えば、緩衝部材１７を、緩衝部材本体と摩擦係数の大きい接触部材とから構成し、緩衝部材本体に対して摩擦部材を貼り付けるように構成することもできる。この場合、接触部材の表面は、床面に接触する前述の駆動輪表面の摩擦係数よりも大きい摩擦係数を有するように構成されることが好ましい。

アーム部２１、２２は、移動体本体に一端が回動自在に接続された第１リンク部材と、一端が駆動輪に対して接続された第２リンク部材とがヒンジからなる関節を介して接続されたものであり、この第１リンク部材および第２リンク部材の姿勢を変化させるために、関節を回動させるモータ（図示せず）を備えている。また、第２リンク部材に接続された駆動輪は、前述のモータからの動力によってその回動動作が制御される。これらのアーム部２１、２２は独立して制御されており、例えば移動体１が左右方向について高さの異なる段差を走行する際に、左右のアーム部の姿勢を互いに調整することで、移動体本体の姿勢を水平に保ったまま、床面上を移動することを可能とする。

さらに、これらのアーム部の姿勢を変化させることで、必要に応じて移動体本体の床面からの高さを任意に変更することができる。すなわち、制御部１３から送信されるアーム部の関節を駆動するための信号に応じて、これらのアーム部の姿勢が各々変化し、移動体本体１０の鉛直方向についての位置を任意に変化させる。

このように構成された移動体は、移動体本体１０の傾斜している方向に対して、第１駆動輪３１、第２駆動輪３２を進め、移動体の重心位置を駆動輪の車軸の鉛直上方に戻すように制御される。そして、床面に対して接地する一対の駆動輪に適切なトルクが付与されることで、移動体本体が鉛直方向に対してなす傾斜角度がある一定の値を超えて増加しないように倒立状態が保たれ、かつ、その倒立状態を維持するように移動制御される。

次に、このように構成された移動体１が、倒立状態が不安定となった場合に移動体を安定的に停止させる手順について図４および図５を用いて説明する。図４は、移動体１が前後方向などの移動を行わずに倒立姿勢を維持した状態を表しており、図５は図４に示す移動体１が安定した姿勢に移行する様子を示している。

図４に示すように倒立状態である移動体１は、ジャイロ１４の不具合や駆動輪を駆動するモータの不具合などにより、制御部１３が移動体本体１０の倒立制御が困難であると判断すると、移動体本体１０を駆動輪に対して相対的に鉛直下方に位置するように、アーム部２１および２２の姿勢を変形させる。このとき、アーム部２１の姿勢を変形するための関節駆動量は、予めアーム部のリンク部材の位置関係から算出される移動体本体１０の床面Ｐからの高さに基づいて決定される。詳細には、移動体本体１０の底面、すなわち緩衝部材１７の底面１７ａが床面Ｐに接触し、底面１７ａを床面Ｐに対して所定の力で押し付ける程度に移動体本体１０を鉛直方向に下降させる。これによって移動体１は、図５に示すように、移動体本体１０の底面が床面Ｐに接触し、車輪の駆動方向（移動体の移動方向）に対して揺動することなく安定した姿勢をとることができる。

次に、移動体１が走行（移動）する最中に駆動輪を駆動するモータの不具合などにより、制御部１３が移動体本体１０の倒立制御が困難であると判断した場合に、その姿勢を安定した状態に移行させる際の手順について、図６から図９に示す移動体１の姿勢変化を側方から見た様子を表した図および図１０に示すフローチャートを用いて説明する。

まず、図６に示すように、床面上を移動（走行）する移動体１は、その移動方向（図６においては前方）に所定の角度傾斜した状態で倒立状態を維持するように駆動輪を回転駆動し、移動を開始する（ＳＴＥＰ１０１）。移動体１の制御部１３は、移動体が倒立状態を維持しつつ移動（走行）を行っている間、モータやジャイロの不具合等に起因するエラーにより、移動体１の倒立状態が適切に維持できるか否かをごく短い時間間隔で判断する（ＳＴＥＰ１０２）。このＳＴＥＰ１０２において倒立状態が適切に維持できると判断される間は、倒立状態を維持しつつ倒立状態を維持できるか否かを監視しつづける。逆に、ＳＴＥＰ１０２において、移動体１の倒立状態が適切に維持できないと判断された場合は、制御部１３はそれまでの倒立制御から移動停止制御を開始する。以下に、移動停止制御を行う手順について説明する。

まず、図７に示すように、制御部１３からの信号によりアーム部２１および２２の関節を駆動し、移動体１の駆動輪が床面Ｐに対して接地する接地点から鉛直方向に伸びる、車軸Ｃを通る直線と、移動体本体１０の重心位置と車軸Ｃとを結ぶ直線とがなす傾斜度合いを低減させる方向に、移動体本体を移動させる（ＳＴＥＰ１０３）。すなわち、本実施形態においては、移動体１の移動方向からみて反対方向に移動体本体１０を移動させるように、アーム部の各リンク部材がなす角度を調整する。これによって、移動体１の移動速度が減少し、停止しやすくなる。

そして、移動体本体１０の重心位置が、移動体１の駆動輪が床面Ｐに対して接地する接地点から鉛直方向に伸びる、車軸Ｃを通る直線上に位置するか否かを判断し（ＳＴＥＰ１０４）、移動体本体１０の重心位置が前記直線上に到達するまでアーム部の姿勢を変形し続ける。このような移動体本体１０の重心位置についての判断は、前述したジャイロ１４から得られる傾斜角速度に関する積分値を制御部１３において算出し、その積分値に基づいて行われる。詳細には、移動体本体１０の重心位置が傾斜した状態から水平方向（傾斜角度０）に到達したことを検知すると、移動体本体１０の重心位置が前記直線上に位置したと判断する。なお、移動体本体１０の重心位置の移動については、前記直線上に到達するまで移動させることに限られず、駆動輪に対する、あらかじめ定められた相対位置（例えば前記直線よりも後方）に到達するまで移動させてもよい。例えば、移動体の水平速度を検出し、その速度が十分に低減されるまで移動体本体１０を後方に移動し続けるようにしてもよい。

そして、所定の位置まで移動体本体１０の位置を移動させると、図８に示すように、移動体本体１０の姿勢が前記直線に対して水平となるまでアーム部を駆動させる（ＳＴＥＰ１０５）。このように、移動体本体１０の姿勢が前記直線に対して水平となるまでアーム部を駆動させることで、移動する床面に対して移動体本体１０の底面が略平行となり、該底面を床面に接触させた場合に生じる衝撃が緩衝される。このような移動体本体の姿勢の調整は、移動体本体１０が水平に保たれていると判断される（ＳＴＥＰ１０６）まで続けられる。

移動体本体が水平位置に保たれると、制御部１３は、アーム部の姿勢に基づいて、移動体本体１０の床面からの高さを算出する（ＳＴＥＰ１０７）。そして、この算出した高さに基いて、移動体本体の底面を床面に接触させるために必要なアーム部の関節駆動量を算出する（ＳＴＥＰ１０８）。このアーム部の関節駆動量は、移動体本体１０の底面１７ａが、床面Ｐに対して所定の力で押し付けられる程度に移動体本体１０を鉛直方向に下降させるように定められることが好ましい。

そして、図９に示すように、算出したアーム部の関節駆動量に基いてアーム部の姿勢を変形し、移動体本体１０を鉛直方向に沿ってまっすぐ下降させ、移動体本体１０の底面を床面Ｐに対して接触させる（ＳＴＥＰ１０９）。これによって、移動体本体１０の底面（緩衝部材１７の底面１７ａ）が床面Ｐに対して接触し、その摩擦力によって移動体の移動が低減されるとともに、移動体が不安定な倒立状態から安定した状態に移行する。なお、本実施形態については、移動体本体を床面に接触させるためのアーム部の関節駆動量を定めているが、これに加えて、移動体本体を床面に接触させることで移動体が停止するまでアーム部の関節を駆動するようにしてもよい。すなわち、ＳＴＥＰ１０９において移動体本体を床面に対して接触させた後に、移動体が停止したか否かを判断し、移動体が停止しなければ、移動体が停止するまで移動体本体を床面に対して押し付けるようにアーム部の関節を駆動してもよい。このようにすると、例えば摩擦係数の低い床面を移動体が移動する場合に、移動体本体を強く押し付けることで十分な摩擦力を発生させ、確実に移動体を停止させることが可能となる。

なお、このような実施形態において、移動する床面に段差や障害物が存在する場合は、移動体本体を床面に接触させることが好ましくないため、例えば検出部１６により、そのような段差や障害物を検知した場合は、そのような段差や障害物の存在しない位置まで移動体を移動させた後に、前述の停止処理を行うようにしてもよい。

以上、説明したように、本発明にかかる移動体および移動体を停止させるための移動停止方法によると、倒立状態が不安定となった場合に移動体を安定的に停止させることが可能となる。

なお、このような移動体において、倒立制御により倒立状態を維持することが困難であると判断する手法としては、例えば回転体（駆動輪）を駆動するモータが故障により制御できないことを検出する手法、または回転体（駆動輪）を駆動することで得られるトルクを超えるような外力が移動体本体に加えられたことを検出する手法などが挙げられる。このようなモータの故障や加えられた外力を検知するセンサを、移動体に設けることで、移動体の倒立状態が維持できない状態であることを容易に判断することができる。

また、前述の実施形態においては、移動体本体に接続された回転体（駆動輪）を回転駆動させることにより、予め定められた移動経路に従って移動するような移動体が挙げられているが、本発明はこれに限られるものではなく、移動体に設けられた周囲の環境を認識するセンサ（赤外線センサなど）からの信号により、自己の動きを自律的に制御するものであってもよい。このような移動体は、例えば工場内や家庭内で物体を移動するキャリアとして用いることが可能である。

また、本発明にかかる移動体は、移動体本体に人間や物体を載置するための載置台を固定した、移動手段として構成することも可能である。このような搭乗型の移動体の場合、特に搭乗した人間や物体を移動させる際に倒立状態の維持が困難となった場合に、安定した状態に移行させることができるため、好適である。なお、このような搭乗型の移動体においては、その移動方向は搭乗者の操作により得られる操作信号や、外部から入力される信号により移動方向が決定される。

第１の実施の形態に係る倒立型移動体であって、その外観を概略的に示す概略図である。 図１に示す移動体を左側方から見た様子を概念的なモデルを用いて示す概念図である。 図１に示す移動体を前面から見た場合の、移動体本体の内部構造を概略的に示す概念図である。 図１に示す移動体が、前後方向の移動を行わずに倒立姿勢を維持した状態を示す側面図である。 図４に示す移動体が、移動体本体を床面に接触させ、安定した姿勢に移行する様子を示す側面図である。 図１に示す移動体が、移動体本体を鉛直方向から傾斜させ、移動を行う様子を示す側面図である。 図６に示す移動体が、移動体本体を鉛直方向から傾斜する度合いを低減する方向に移動させた様子を示す側面図である。 図７に示す移動体が、移動体本体１０の姿勢を水平となる位置に移動させた様子を示す側面図である。 図８に示す移動体が、移動体本体を鉛直方向に沿ってまっすぐ下降させ、移動体本体の底面を床面に対して接触させた様子を示す側面図である。 図６から図９に示す移動体が、倒立状態から姿勢を安定させるまでの手順を説明するフローチャートである。

符号の説明

１・・・移動体（倒立型移動体）
１０・・・移動体本体
１１，１２・・・モータ（駆動部）
３１，３２・・・駆動輪（回転体）
１３・・・制御部
１４・・・ジャイロ
１５・・・バッテリー
１６・・・検出部
１７・・・緩衝部材
２１，２１・・・アーム部（接続部材）
Ｐ・・・床面
Ｃ（Ｃ１，Ｃ２）・・・車軸

Claims (10)

1. 断面が円形の回転体と、
   前記回転体を回転駆動させる駆動部と、
   前記回転体を保持する移動体本体と、
   前記駆動部を制御し、床面に接する前記回転体の回転駆動を制御することで移動体本体の倒立状態を維持する制御部と、を備える倒立型移動体であって、
   前記移動体本体が、鉛直方向について相対位置を変化させると共に、前記移動体本体の前記回転体に対する相対位置を移動方向と反対方向に変化させるように変形可能な接続部材を介して回転体を保持しており、前記制御部が該接続部材の変形を制御して移動体本体と回転体の鉛直方向についての相対位置を変化させると共に、前記移動体本体の前記回転体に対する相対位置を移動方向と反対方向に変化させるように構成されており、
   前記倒立型移動体の移動中に、前記制御部が移動体本体の倒立状態を維持できない場合に、前記移動体本体の前記回転体に対する相対位置を移動方向と反対方向に変化させると共に、前記移動体本体の鉛直方向に対する傾斜度合いを低減させ、移動体本体を回転体に対して相対的に鉛直下方に位置を変化させ、移動体本体を床面に接触させることを特徴とする倒立型移動体。
2. 前記制御部が、前記回転体と移動体本体との相対位置関係から、移動体本体の位置を変化させる移動量を算出し、移動体本体を床面に接触させることを特徴とする請求項１に記載の倒立型移動体。
3. 前記移動体本体の底面が、回転体の表面よりも大きい摩擦係数を有する接触部材により構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の倒立型移動体。
4. 前記移動体本体の底面に、衝撃緩衝用の緩衝部材が備えられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の倒立型移動体。
5. 前記接続部材が、少なくとも１以上の関節を有するアーム部であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の倒立型移動体。
6. 前記制御部が、移動体本体を回転体に対して相対的に鉛直下方に位置を変化させる前に、移動体本体の鉛直方向に対する傾斜度合いを低減することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の倒立型移動体。
7. 前記回転体が、移動体本体の移動方向に対して両側に平行に設けられた一対の車輪であり、該車輪が各々独立して回転制御可能であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の倒立型移動体。
8. 前記移動体本体が、搭乗者または物体を載置する載置台を備えていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載された倒立型移動体。
9. 断面が円形の回転体と、
   前記回転体を回転駆動させる駆動部と、
   前記回転体を保持する移動体本体と、
   前記駆動部を制御し、床面に接する前記回転体の回転駆動を制御することで移動体本体の倒立状態を維持する制御部と、
   前記移動体本体と回転体とを、鉛直方向について相対位置を変化させると共に、前記移動体本体の前記回転体に対する相対位置を移動方向と反対方向に変化させるように変形可能に接続する接続部材と、を備える倒立型移動体が、その移動を停止するための移動停止方法であって、
   前記倒立型移動体の移動中に、前記移動体本体の倒立状態を維持できないことを検知し、異常信号を出力するステップと、
   前記出力された異常信号を受けて、前記接続部材の変形を制御して、前記移動体本体の前記回転体に対する相対位置を移動方向と反対方向に変化させると共に、前記移動体本体の鉛直方向に対する傾斜度合いを低減させ、移動体本体を回転体に対して相対的に鉛直下方に位置を変化させるステップと、を備えることを特徴とする倒立型移動体の移動停止方法。
10. 前記異常信号を受けた後、前記移動体本体を回転体に対して相対的に鉛直下方に位置を変化させる前に、前記移動体本体の鉛直方向に対する傾斜度合いを低減するステップをさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の倒立型移動体の移動停止方法。

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