JP5167077B2 - 移動体、及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、移動体、及びその制御方法に関する。

近年、搭乗者を搭乗させた状態で移動する移動体が開発されている（特許文献１、２）。例えば、特許文献１〜３では、搭乗者が搭乗する搭乗面（座面）に力センサ（圧力センサ）を設けている。そして、力センサからの出力によって、車輪を駆動している。すなわち、力センサが操作手段となって、入力が行われている。

特許文献１の移動体では、進みたい方向に体重をかけることで移動している。例えば、前方に進みたい場合、搭乗者が上体を前方に傾ける。すなわち、搭乗者が前傾姿勢になる。そして、前傾姿勢になると搭乗席に加わる力が変化する。そして、この力及びモーメントを力センサで検出する。力センサの検出結果によって、球状タイヤを駆動している。特許文献１の図１４には、搭乗者が搭乗席に座った状態で、倒立振子制御を行っている。特許文献２には、車椅子型の移動体が開示されている。この移動体には、椅子とフットレストが設けられている。

また、特許文献３には、利用者の動作を能動的に検知して、それに応じて自律的に動作する移動体が開示されている。例えば、複数の圧力センサによって、利用者の重心を計算している。この重心位置に応じて、車椅子形状の移動体が動作している（図２）。

さらに、特許文献４では、２足歩行型の移動体を動作させるためのインタフェイス装置が開示されている。このインタフェイス装置は、椅子型形状を有している。そして、椅子の背面と座面に複数の力センサを設けている。４つの力センサによって、搭乗者の骨盤旋回を検知して、歩行意思を推定している。そして、力センサによって推定された歩行意志に応じて両脚を駆動している。また、このインタフェイス装置には、足置き台が設けられている。

特開２００６−２８２１６０号公報 特開平１０−２３６１３号公報 特開平１１−１９８０７５号公報 特開平７−１３６９５７号公報

特許文献１〜３では、進みたい方向に搭乗者が体重移動を行うことで、車輪が回転する。また、速く移動したい場合は、体重移動を大きくする必要がある。したがって、搭乗者が速く移動したい場合、上体を大きく傾ける必要がある。上体を大きく傾けると、移動体が傾いてしまうことがある。例えば、搭乗者の重心位置が静安定領域の外側にはみ出た場合、車輪が浮いてしまう。指令トルクに応じて車輪が回転しているとすると、浮いた車輪が空転してしまう。すなわち、想定以上の高速で回転してしまうことになる。

このように、高速回転中に車輪が着地すると、移動体が予期しない動作をしてしまう。すなわち、搭乗者が意図した動作とは異なる動作をしてしまう。さらに、２輪型の移動体の場合、片側の車輪のみ高速で回転することになり、移動体の向きが旋回してしまう。また、移動体が暴走してしまうおそれもある。したがって、周囲の環境によって、移動体が障害物などに衝突してしまう場合もあり、高速に移動することが困難になってしまう。

このように、従来の移動体では、搭乗者の意図と異なる動作をしてしまい、操作性が低下するという問題点がある。

本発明は、高い操作性を有する移動体、及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る移動体は、ユーザの体重移動に応じて移動する移動体であって、前記ユーザが搭乗する搭乗席と、前記搭乗席を支持する本体部と、前記本体部に対して、回転可能に設けられた２以上の車輪と、前記車輪を駆動する駆動部と、前記搭乗席の搭乗面に加わる力に応じた計測信号を出力するセンサと、前記２以上の車輪の中で空転している空転車輪を検出する空転検出部と、前記センサからの検出信号に応じた指令値を前記駆動部に出力する制御部であって、前記空転検出部で検出された空転車輪の回転を停止させるともに、前記空転車輪以外の車輪がその場停止するように制御する制御部と、を備えるものである。これにより、空転時に、移動体を速やかに停止させることができる。よって、搭乗者の意図と異なる動作をするのを防ぐことができ、操作性を向上することができる。

本発明の第２の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記空転検出部が、前記指令値に応じた指令回転速度と、実際に計測された実測回転速度とを比較することによって、前記車輪が空転しているか否かを判定するものである。これにより、簡便に空転しているか否かの判定を行うことができる。よって、搭乗者の意図と異なる動作をするのを防ぐことができ、操作性を向上することができる。

本発明の第３の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記空転検出部が、前記指令値に応じた指令回転速度に基づいて算出した２つの車輪の指令回転速度差と、実際に計測した前記２つの車輪の実測回転速度差とを比較することによって、前記車輪が空転しているか否かを判定するものである。これにより、簡便かつ確実に空転しているか否かの判定を行うことができる。よって、搭乗者の意図と異なる動作をするのを防ぐことができ、操作性を向上することができる。

本発明の第４の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記車輪に設けられた空転検出用センサをさらに備え、前記空転検出用センサからの出力に基づいて、前記空転検出部が空転を検出していることを特徴とするものである。これにより、確実に空転しているか否かの判定を行うことができる。よって、搭乗者の意図と異なる動作をするのを防ぐことができ、操作性を向上することができる。

本発明の第５の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記センサに対する入力に応じて、前記空転検出部が空転検出を行うか否かを判定していることを特徴するものである。これにより、必要時のみ空転検出が行なわれるため、処理を簡素化することができる。

本発明の第６の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記移動体の姿勢を検出する姿勢センサをさらに備え、前記姿勢センサの出力に応じて、前記空転検出を行うか否かを判定していることを特徴とするものである。これにより、必要時のみ空転検出が行なわれるため、処理を簡素化することができる。

本発明の第７の態様に係る移動体の制御方法は、ユーザが搭乗する搭乗席と、前記搭乗席を支持する本体部と、前記本体部に対して、回転可能に設けられた２以上の車輪と、前記車輪を駆動する駆動部と、前記搭乗席の搭乗面に加わる力に応じた計測信号を出力するセンサと、を備え、前記搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体の制御方法であって、前記２以上の車輪の中で空転している空転車輪を検出するステップと、前記空転車輪が検出されない場合に、前記センサからの検出信号に応じて、前記車輪を回転させるための指令値を前記駆動部に出力するステップと、前記空転車輪が検出された場合に、前記空転車輪の回転を停止させるともに、前記空転車輪以外の車輪がその場停止するように制御するステップと、を備えるものである。よって、搭乗者の意図と異なる動作をするのを防ぐことができ、操作性を向上することができる。

本発明の第８の態様に係る移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、前記指令値に応じた指令回転速度と、実際に計測された実測回転速度とを比較することによって、前記車輪が空転しているか否かを判定するものである。これにより、簡便に空転しているか否かの判定を行うことができる。よって、搭乗者の意図と異なる動作をするのを防ぐことができ、操作性を向上することができる。

本発明の第９の態様に係る移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、前記指令値に応じた指令回転速度に基づいて算出した２つの車輪の指令回転速度差と、実際に計測した前記２つの車輪の実測回転速度差とを比較することによって、前記車輪が空転しているか否かを判定するものである。これにより、簡便かつ確実に空転しているか否かの判定を行うことができる。よって、搭乗者の意図と異なる動作をするのを防ぐことができ、操作性を向上することができる。

本発明の第１０の態様に係る移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、前記車輪に設けられた空転検出用センサからの出力に基づいて、空転を検出していることを特徴とするものである。これにより、確実に空転しているか否かの判定を行うことができる。よって、搭乗者の意図と異なる動作をするのを防ぐことができ、操作性を向上することができる。

本発明の第１１の態様に係る移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、前記センサに対する入力に応じて、前記空転検出を行うか否かを判定していることを特徴するものである。これにより、必要時のみ空転検出が行なわれるため、処理を簡素化することができる。

本発明の第１２の態様に係る移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、前記移動体の姿勢変化に応じて、前記空転検出を行うか否かを判定していることを特徴とするものである。これにより、必要時のみ空転検出が行なわれるため、処理を簡素化することができる。

本発明によれば、高い操作性を有する移動体、及びその制御方法を提供することができる。

以下、本発明に係る小型車両の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

発明の実施の形態１．
実施形態１に係る移動体１について、図１、図２を用いて説明する。図１は、移動体１の構成を模式的に示す正面図であり、図２は、移動体１の構成を模式的に示す側面図である。なお、図１、及び図２には、ＸＹＺの直交座標系が示されている。Ｙ軸が移動体１の左右方向を示し、Ｘ軸が移動体１の前後方向を示し、Ｚ軸が鉛直方向を示している。従って、Ｘ軸がロール軸に対応し、Ｙ軸がピッチ軸、Ｚ軸がヨー軸となる。図１、２において、＋Ｘ方向が移動体１の前方向であるとして説明する。

図１に示すように移動体１は、搭乗部３、及び車台１３を有している。車台１３は、移動体１の本体部であり、搭乗部３を支持している。車台１３は、車輪６、フットレスト１０、筐体１１、制御計算部５１、バッテリ５２等を備えている。車輪６は、前輪６０１と後輪６０２から構成されている。ここでは、１つの前輪６０１と２つの後輪６０２からなる３輪型の移動体１を説明する。

搭乗部３は、搭乗席８、及び力センサ９を有している。そして、搭乗席８の上面が座面８ａとなる。すなわち、座面８ａの上に、搭乗者が乗った状態で移動体１が移動する。座面８ａは平面でもよいし、臀部の形に合わせた形状となっていてもよい。さらに、搭乗席８に背もたれを設けてもよい。乗り心地を向上するために、搭乗席８にクッション性を持たせてもよい。移動体１が水平面上にある場合、座面８ａが水平になっている。力センサ９は、搭乗者の体重移動を検知する。すなわち、力センサ９は、搭乗席８の座面８ａに加わる力を検出する。そして、力センサ９は、座面８ａに加わる力に応じた計測信号を出力する。力センサ９は、搭乗席８の下側に配置される。すなわち、車台１３と搭乗席８の間に、力センサ９が配設されている。

力センサ９としては、例えば、６軸力センサを用いることができる。この場合、図３に示すように、３軸方向の並進力（ＳＦｘ、ＳＦｙ、ＳＦｚ）と各軸周りのモーメント（ＳＭｘ、ＳＭｙ、ＳＭｚ）を計測する。これらの並進力とモーメントは、力センサ９の中心を原点に取った値である。移動体１のセンサ処理部に出力する計測信号をモーメント（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）とし、それらのモーメントの制御座標原点を図２に示す（ａ、ｂ、ｃ）とすると、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚは、それぞれ以下のように表すことができる。
Ｍｘ＝ＳＭｘ＋ｃ・ＳＦｙ−ｂ・ＳＦｚ
Ｍｙ＝ＳＭｙ＋ａ・ＳＦｚ−ｃ・ＳＦｘ
Ｍｚ＝ＳＭｚ＋ｂ・ＳＦｘ−ａ・ＳＦｙ
なお、図３は、各軸を説明するための図である。力センサ９として、モーメント（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）を計測できるものであればよい。各軸周りのモーメント（ＳＭｘ、ＳＭｙ、ＳＭｚ）を計測できる３軸力センサを制御座標原点に配置して、Ｍｘ，Ｍｙ、Ｍｚを直接計測してもよい。また、１軸の力センサを３つ設けてもよい。さらには、歪みゲージや、ポテンショを用いたアナログジョイスティックなどでもよい。すなわち、直接的又は間接的に３軸周りのモーメントを計測できるものであればよい。そして、力センサ９は、３つのモーメント（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）を計測信号として出力する。

移動体１の本体部分となる車台１３には、車輪６、フットレスト１０、筐体１１、制御計算部５１、及びバッテリ５２等が設けられている。筐体１１は、箱形状を有しており、前方下側が突出している。そして、この突出した部分の上にフットレスト１０が配設されている。フットレスト１０は、搭乗席８の前方側に設けられている。従って、搭乗者が搭乗席８に搭乗した状態では、搭乗者の両足がフットレスト１０上に乗せられている。

筐体１１には、駆動モータ６０３、制御計算部５１、及びバッテリ５２が内蔵されている。バッテリ５２は、駆動モータ６０３、制御計算部５１、及び力センサ９などの各電気機器に電源を供給する。

筐体１１には、車輪６が回転可能に取り付けられている。ここでは、円盤上の車輪６が３つ設けられている。車輪６の一部は、筐体１１の下面よりも下側に突出している。従って、車輪６が床面と接触している。２つの後輪６０２は、筐体１１の後部に設けられている。後輪６０２は、駆動輪であり、駆動モータ６０３によって回転する。すなわち、駆動モータ６０３が駆動することによって、後輪６０２がその車軸周りに回転する。後輪６０２は、左右両側に設けられている。なお、後輪６０２には、その回転速度を読み取るためのエンコーダが内蔵されている。左の後輪６０２の車軸と、右の後輪６０２の車軸は、同一直線上に配置されている。

また、車輪６には前輪６０１が含まれている。そして、１つの前輪６０１が筐体１１の前部中央に設けられている。従って、Ｙ方向において、２つの後輪６０２の間に、前輪６０１が配設されている。Ｘ方向において、前輪６０１の車軸と後輪６０２の車軸との間に、搭乗席８が設けられている。前輪６０１は、従動輪（補助輪）であり、移動体１の移動に応じて回転する。すなわち、後輪６０２の回転によって移動する方向、及び速度に応じて、前輪６０１が回転する。このように、後輪６０２の前に補助輪である前輪６０１を設けることで、転倒を防ぐことができる。前輪６０１は、フットレスト１０の下方に設けられている。

制御計算部５１はＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、通信用のインタフェイスなどを有する演算処理装置である。また、制御計算部５１は、着脱可能なＨＤＤ、光ディスク、光磁気ディスク等を有し、各種プログラムや制御パラメータなどを記憶し、そのプログラムやデータを必要に応じてメモリ（不図示）等に供給する。もちろん、制御計算部５１は、物理的に一つの構成に限られるものではない。制御計算部５１には、力センサ９からの出力に応じて駆動モータ６０３の動作を制御するための処理を行う。

次に、移動体１を移動させるための制御系について、図４を用いて説明する。図４は、移動体１を移動させるための制御系の構成を示すブロック図である。まず、力センサ９によって、座面８ａにかかる力を検出する。ここでは、上記の通り、力センサ９は、計測信号であるモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを制御計算部５１に出力する。制御計算部５１は、力センサ９からの計測信号に対して処理を行う。すなわち、力センサ９から出力される計測信号に対応する計測データに対して、演算処理を行う。制御計算部５１は、モーメントに基づいて、制御計算を行う。これにより、制御計算部５１が後輪６０２を駆動するための指令値を算出する。制御計算部５１は、入力値に基づく指令値を各駆動モータ６０３に出力する。制御計算部５１は、例えば、指令値として、駆動モータ６０３を回転させるための指令トルクを算出する。これにより、各駆動モータ６０３に対して指令トルクが入力される。よって、搭乗者の意図に応じた方向及び速度で、移動体１が移動する。すなわち、搭乗者の意図通りに移動することができる。なお、トルクの代わりに回転速度等を指令値としてもよい。

さらに、駆動モータ６０３にはそれぞれ、エンコーダ６０３ａが内蔵されている。このエンコーダ６０３ａは、駆動モータ６０３の回転速度等を検出する。そして、検出された回転速度は、制御計算部５１に入力される。制御計算部５１は、現在の回転速度と、目標となる回転速度とに基づいてフィードバック制御を行う。例えば、目標回転速度と現在回転速度との差分に、適当なフィードバックゲインを乗じて、指令値を算出する。もちろん、左右の駆動モータ６０３に出力される指令値は、異なる値であってもよい。すなわち、前方、又は後方に直進する場合は、左右の後輪６０２の回転速度が同じになるように制御し、左右に旋回する場合は、左右の後輪６０２が、同じ方向で異なる回転速度になるよう制御する。また、その場旋回する場合は、左右の後輪６０２が反対方向に回転するように制御する。

さらに、制御計算部５１には、空転検出部５３が設けられている。空転検出部５３は、空転している車輪を検出するための処理を実行する。すなわち、２つの後輪６０２のうち、空転している後輪６０２を検出する。ここで、空転している後輪６０２を空転車輪とする。本実施の形態では、空転検出部５３が指令値及びエンコーダ６０３ａの実測値に応じて、後輪６０２が空転しているか否かを判定する。なお、図４では、空転検出部５３が制御計算部５１に内蔵されているが、空転検出部５３は、制御計算部５１に内蔵されていなくてもよい。

空転検出部５３は、まず制御計算部５１が算出した指令値に基づいて、駆動モータ６０３の指令回転速度を算出する。指令回転速度は、通常の状態において、指令値である指令トルクが出力された場合に、後輪６０２が回転する速度である。すなわち、空転していない接地時において、ある指令トルクが与えられた時に、後輪６０２が回転する回転速度を指令回転速度とする。指令回転速度は、ある指令値が与えられた場合において、滑りなどがない理想的な接地状態での後輪６０２の回転速度を示している。空転検出部５３は全ての後輪６０２に対してそれぞれ指令回転速度を算出する。

例えば、駆動モータ６０３のトルクと後輪６０２の回転角速度の関係は、（１）式に示される。

なお、慣性モーメントＪは後輪６０２の慣性モーメントであり、粘性摩擦係数は床面と後輪６０２との間に粘性摩擦係数である。したがって、これらの値は、定数とみなすことができる。

そして、（１）式のうち、右辺の第２項Ｄω（ｔ）を省略できるとすると、後輪６０２の重量、イナーシャから、トルクと回転速度との関係は、以下の式に示すようになる。
Ｊ＊ｄｄθ＝τ
ここで、Ｊは慣性モーメント（重心がずれていると、Ｊ＝Ｉ＋Ｍｄ^２）、Ｉは重心周りの慣性モーメント、Ｍは重量、ｄは回転中心から重心までの距離、ｄｄθは回転加速度、τはトルクである。

上記の数式を用いて回転速度を推定することで、トルク制御の場合でも速度制御にした場合と同様に対応することができる。

空転検出部５３は、エンコーダ６０３ａの測定値に基づいて、後輪６０２の実測回転速度を算出する。そして、空転検出部５３は、指令値に応じた指令回転速度と、その指令値が与えられた時の実測回転速度とを比較する。空転検出部５３は、指令回転速度と実測回転速度との比較結果に応じて、空転を検出する。例えば、駆動モータ６０３に取り付けられた後輪６０２が離地していると、駆動モータ６０３の負荷が小さくなる。したがって、駆動モータ６０３に対して、ある指令トルクを与えた場合、離地状態の後輪６０２に対する駆動モータ６０３が高速で回転することになる。すなわち、駆動モータ６０３に対する負荷が非常に小さいため、想定以上の回転速度で後輪６０２が回転することになる。この場合、実測回転速度が指令回転速度から大きく異なることになる。

空転検出部５３は、各後輪６０２に対して、実測回転速度と指令回転速度とを比較する。そして、空転している後輪６０２を検出する。例えば、指令回転速度と実測回転速度の差が、許容範囲を越えている場合、空転検出部５３は、その後輪６０２が空転していると判定する。反対に、指令回転速度と実測回転速度の差が、許容範囲内にある場合、空転検出部５３は、その後輪６０２が空転していないと判定する。なお、この許容範囲を予め設定しておいてもよい。もちろん、指令回転速度と実測回転速度との比に応じて、空転しているか否かを判定してもよい。

そして、制御計算部５１は、空転が検出されたら、空転制御を行う。具体的には、空転車輪の指令を停止して、空転車輪の回転を停止する。また、空転していない車輪は、その場で停止するように指令する。例えば、空転していない後輪６０２に対しては、坂道などで下ってこないように、その場停止の指令値を出力する。例えば、ジャイロセンサなどを用いて坂道の傾斜角度を測定し、その傾斜角度に応じた指令トルクを空転していない後輪６０２の駆動モータ６０３に与えてもよい。もちろん、指令トルクによって、後輪６０２を停止させてもよいし、ブレーキなどを用いて後輪６０２を停止させてもよい。すなわち、後輪６０２の回転を機械的にロックすることで、停止させてもよい。これにより、確実に移動体１がその場で停止する。よって、移動体１が意図と異なる動作を防ぐのを防止することができる。また、暴走するのを防ぐことができるため、操作性を向上することができる。よって、搭乗者の意図通りに動作するようになる。

このように、左右の後輪６０２をそれぞれ監視する。そして、少なくとも１つの後輪６０２で空転検出された場合、空転制御を行い、後輪６０２の回転を停止させる。そして、後輪６０２の回転を停止させた後、一定の設定時間経過後に、走行制御に戻す。すなわち、離地した後輪６０２が接地するまでの時間を予め設定しておく。この設定時間が経過後に、通常の走行制御を行うように制御する。これにより、左右の後輪６０２が元通りに動作する。すなわち、搭乗者の体重移動に応じた指令値に応じて、駆動モータ６０３が動作する。よって、搭乗者の意図通りに走行することができる。なお、空転が検出されない場合は、そのまま走行制御を行う。

また、左右の後輪６０２の回転速度差に応じて、空転制御を行うことも可能である。例えば、空転検出部５３は左右の後輪６０２の実測回転速度の差を算出する。また、空転検出部５３は、左右の後輪６０２の指令回転速度の差を算出する。そして、実測回転速度差と指令回転速度差とを比較して、空転検出する。すなわち、実測回転速度差と指令回転速度差の差や比が許容範囲を超えているか否かを判定する。許容範囲を越えている場合、一方の後輪６０２が空転していると判定する。そして、空転検出された場合、上記と同様に空転制御を行う。実測回転速度が指令回転速度よりも大きくなっている方の後輪６０２を空転車輪と判定しして、回転を停止する。このように回転速度差による監視を行うことで、確実に空転を検出することができる。よって、搭乗者の意図通りに走行することができる。なお、駆動輪が３以上ある場合、２つの駆動輪を抽出して、回転速度差による空転検出を行うことができる。

回転速度差による監視と個々の後輪６０２の監視とを組み合わせてもよい、すなわち、回転速度差の比較、及び回転速度の比較において、いずれか一方でも許容範囲を越えたら、空転制御を行う。このようにすることで、個々の後輪６０２の監視において、空転を検出できない場合でも、空転を検出することができるようになる。二重に監視することができ、より確実に空転を検出することができる。もちろん、一方のみの監視でもよい。

なお、上記の説明では、後輪６０２が離地した状態の場合に、空転を検出するとして説明したが、上記の方法によって、床面が滑りやすい環境であっても、空転を検出することができる。なお、指令値を回転速度で与える場合、指令トルクを指令回転速度に変換する処理が不要となる。

さらに、後輪６０２に空転検出用のセンサを設けてもよい。以下に、空転検出用センサを設けた変形例について、図５を用いて説明する。図５は、空転を検出するための空転検出用センサ６０４を後輪６０２に設けた構成を示す側面図である。図５に示すように、後輪６０２の表面には、空転検出用センサ６０４が設けられている。空転検出用センサ６０４は、例えば、せん断センサや接触センサである。ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）によって、後輪６０２の表面に空転検出用センサ６０４のチップ等を形成する。後輪６０２の外周全面に空転検出用センサ６０４が分布している。したがって、後輪６０２の表面、すなわち、空転検出用センサ６０４が地面から離れると、空転検出用センサ６０４の出力が変化する。すなわち、離地状態と接地状態とで、空転検出用センサ６０４の出力が大きく変化する。そして、空転検出部５３は、空転検出用センサ６０４からの出力に基づいて、空転しているか否かを判定する。空転検出用センサ６０４の出力変化に基づいて、空転を検出する。そして、空転検出用センサ６０４の出力に応じて、上記と同様に空転制御を行う。

そして、全ての後輪６０２に空転検出用センサを設ける。空転検出用センサ６０４を設けることで、空転を直接検出することができる。これにより、確実に空転を検出することができる。よって、確実に空転制御を行うことができ、操作性を向上することができる。なお、空転検出用センサ６０４による空転検出を、上記の２つの検出方法と適宜組み合わせて使用してもよい。搭乗者が大きく体重移動をして車輪が浮いてしまった場合や、段差や坂道などを走行して車輪が浮いてしまった場合でも、空転が停止する。よって、移動体１の暴走を防ぐことができ、安定性を向上することができる。もちろん、空転検出用センサ６０４は、せん断センサ、接触センサ以外のセンサであってもよい。

なお、上記の説明では、後輪６０２の回転速度をエンコーダによって測定したが、これ以外のセンサを用いて測定してもよい。また、駆動輪の数は、２つに限られるものではなく、３以上であってもよい。３以上にした場合も、同様に空転車輪を検出する。そして、空転車輪、及び非空転車輪に対して同様の制御を行う。もちろん、２以上の車輪が空転している場合は、それらに対して、停止指令を行う。このようにすることで、移動体が搭乗者の意図と異なる動作をするのを防ぐことができる。よって、操作性を向上することができる。また、暴走するのを防ぐことができるため、安全性が向上する。これに伴い、移動体１の最高速度を高くすることができる。

なお、力センサ９での入力がない場合、空転検出を行わないようにしてもよい。すなわち、力センサ９に対する入力がない場合、移動体１が傾かないため、車輪６が浮くこと尾がない。このような場合、車輪が空転することがないと考えることができる。換言すると力センサ９による入力がある場合のみ、空転検出を行う。もちろん、力センサ９の入力がしきい値よりも小さい場合は、空転検出を行わないようにしてもよい。すなわち、力センサ９における入力に応じて、空転検出を行うか否かを判定してもよい。そして、力センサ９における入力が小さい場合、空転検出を行わないようにする。このように処理することで、必要時のみ空転検出が行なわれるため、処理を簡素化することができる。

さらに、移動体１に、移動体１の姿勢変化を検出するための姿勢センサなどを設けてもよい。例えば、車台１３に姿勢角センサを設ける。そして、姿勢角センサ（ジャイロセンサ）を常に参照して、急激な姿勢変化があった際のみ、空転検出をしてもよい。すなわち、姿勢角センサの出力が大きく変化した場合のみ、空転検出を行ってもよい。このように、姿勢センサの出力に応じて、空転検出部５３での空転検出を行うか否かを判定する。急激な姿勢変化がない場合は、車輪６が浮くことがないため、空転しない。このように、空転しない状態では、上記の式を用いて空転検出を行わないようにすることで、処理を簡素化することができる。このように処理することで、必要時のみ空転検出が行なわれるため、処理を簡素化することができる。また、力センサ９の入力量を上記の数式のトルク量として利用することも可能である。すなわち、力センサ９で検出した力に基づいて、指令トルクを算出することが可能である。

また、アクティブな車輪（駆動輪）とパッシブな車輪（補助輪）の配置は、特に限定されるものではない。例えば、２つのアクティブな前輪と１つのパッシブな前輪を有する移動体や、２つのアクティブな車輪を有する移動体や、２つのパッシブな前輪と２つのアクティブな後輪を有する移動体であってもよい。

本発明にかかる移動体を模式的に示す正面図である。 本発明にかかる移動体を模式的に示す側面図である。 各軸周りの動作を説明するための図である。 移動体を移動させるための制御系を示すブロック図である。 車輪の空転を検出するためのセンサを設けた構成を示す側面図である。

符号の説明

１ 移動体
２ フレーム部
３ 搭乗部
６ 車輪
６０１ 前輪
６０２ 後輪
６０３ 駆動モータ
６０３ａ エンコーダ
８ 搭乗席
８ａ 座面
９ 力センサ
１０ フットレスト
１１ 筐体
１３ 車台
５１ 制御計算部
５２ バッテリ
５３ 空転検出部

Claims (10)

1. ユーザの体重移動に応じて移動する移動体であって、
   前記ユーザが搭乗する搭乗席と、
   前記搭乗席を支持する本体部と、
   前記本体部に対して、回転可能に設けられた２以上の車輪と、
   前記車輪を駆動する駆動部と、
   前記搭乗席の搭乗面に加わる力に応じた計測信号を出力するセンサと、
   前記２以上の車輪の中で空転している空転車輪を検出する空転検出部と、
   前記センサからの計測信号に応じた指令値を前記駆動部に出力する制御部と、を備え、
   前記制御部が、前記センサに対する入力に応じて、前記空転検出部が空転検出を行うか否かを判定し、
   前記制御部が前記空転検出を行うと判定した場合、前記空転検出部で検出された空転車輪の回転を停止させるともに、前記空転車輪以外の車輪がその場停止するように制御する移動体。
2. ユーザの体重移動に応じて移動する移動体であって、
   前記ユーザが搭乗する搭乗席と、
   前記搭乗席を支持する本体部と、
   前記本体部に対して、回転可能に設けられた２以上の車輪と、
   前記車輪を駆動する駆動部と、
   前記搭乗席の搭乗面に加わる力に応じた計測信号を出力するセンサと、
   前記２以上の車輪の中で空転している空転車輪を検出する空転検出部と、
   前記移動体の姿勢を検出する姿勢センサと、
   前記センサからの計測信号に応じた指令値を前記駆動部に出力する制御部と、を備え、
   前記制御部が、前記姿勢センサの出力に応じて、前記空転検出を行うか否かを判定し、
   前記制御部が、前記空転検出を行うと判定した場合、前記空転検出部で検出された空転車輪の回転を停止させるともに、前記空転車輪以外の車輪がその場停止するように制御する移動体。
3. 前記空転検出部が、前記指令値に応じた指令回転速度と、実際に計測された実測回転速度とを比較することによって、前記車輪が空転しているか否かを判定する請求項１、又は２に記載の移動体。
4. 前記空転検出部が、前記指令値に応じた指令回転速度に基づいて算出した２つの車輪の指令回転速度差と、実際に計測した前記２つの車輪の実測回転速度差とを比較することによって、前記車輪が空転しているか否かを判定する請求項１、２、又は３に記載の移動体。
5. 前記車輪に設けられた空転検出用センサをさらに備え、
   前記空転検出用センサからの出力に基づいて、前記空転検出部が空転を検出していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の移動体。
6. ユーザが搭乗する搭乗席と、
   前記搭乗席を支持する本体部と、
   前記本体部に対して、回転可能に設けられた２以上の車輪と、
   前記車輪を駆動する駆動部と、
   前記搭乗席の搭乗面に加わる力に応じた計測信号を出力するセンサと、を備えた移動体の制御方法であって、
   前記センサに対する入力に応じて、前記空転検出を行うか否かを判定するステップと、
   前記空転検出を行うと判定した場合に、前記２以上の車輪の中で空転している空転車輪を検出するステップと、
   前記空転車輪が検出されない場合に、前記センサからの計測信号に応じて、前記車輪を回転させるための指令値を前記駆動部に出力するステップと、
   前記空転車輪が検出された場合に、前記空転車輪の回転を停止させるともに、前記空転車輪以外の車輪がその場停止するように制御するステップと、を備える移動体の制御方法。
7. ユーザが搭乗する搭乗席と、
   前記搭乗席を支持する本体部と、
   前記本体部に対して、回転可能に設けられた２以上の車輪と、
   前記車輪を駆動する駆動部と、
   前記搭乗席の搭乗面に加わる力に応じた計測信号を出力するセンサと、を備えた移動体の制御方法であって、
   前記移動体の姿勢変化に応じて、前記空転検出を行うか否かを判定するステップと、
   前記空転検出を行うと判定した場合に、前記２以上の車輪の中で空転している空転車輪を検出するステップと、
   前記空転車輪が検出されない場合に、前記センサからの計測信号に応じて、前記車輪を回転させるための指令値を前記駆動部に出力するステップと、
   前記空転車輪が検出された場合に、前記空転車輪の回転を停止させるともに、前記空転車輪以外の車輪がその場停止するように制御するステップと、を備える移動体の制御方法。
8. 前記指令値に応じた指令回転速度と、実際に計測された実測回転速度とを比較することによって、前記車輪が空転しているか否かを判定する請求項６、又は７に記載の移動体の制御方法。
9. 前記指令値に応じた指令回転速度に基づいて算出した２つの車輪の指令回転速度差と、実際に計測した前記２つの車輪の実測回転速度差とを比較することによって、前記車輪が空転しているか否かを判定する請求項６、７、又は８に記載の移動体の制御方法。
10. 前記車輪に設けられた空転検出用センサからの出力に基づいて、空転を検出していることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の移動体の制御方法。

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