JP5328272B2 - 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、実際に移動体に搭乗している搭乗者の姿勢によって、移動している。これにより、実際に移動している環境に応じた操作が可能になる。例えば、搭乗者は、以下のように操作を行うことができる。前進したい場合、搭乗者が前方に上体を移動させる。すなわち、搭乗者が前傾姿勢になる。すると、重心位置が前方になって、力センサに加わる力が変化する。これにより、センサが前進入力を検知する。反対に、後方に移動したい場合は、搭乗者が後傾姿勢になる。すると、重心位置が後方になり、後傾入力が検知される。また、左右に移動する場合は、搭乗者が左右方向に重心を移動する。これにより、左右の旋回入力が検知される。このように、旋回入力、前進入力、後退入力に応じて移動することができる。

しかしながら、上記の移動体では、搭乗者の意図通りに移動することができない場合がある。例えば、搭乗席に搭乗者が座った場合、搭乗者の大腿によって搭乗者の姿勢変化が拘束されてしまう。したがって、搭乗者が前傾姿勢となって、高速の前進入力を入力することが困難であるという問題点がある。例えば、前傾姿勢の角度が大きくなると、大腿部が座面と当たってしまう。このため、臀部が浮いてしまい、センサに与える力をロスしてしまう。よって、搭乗者が意図した速度よりも前進速度が遅くなってしまう。このように、従来の移動体では、搭乗者の意図通りに移動することができず、操作性を向上することができないという問題点がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、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、搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体であって、前記搭乗者の大腿部の下方が空間となる座面を有する搭乗席と、前記搭乗席を支持する本体部と、前記本体部を移動させる移動機構と、前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測値を出力するセンサと、前記センサからの出力に応じて、前記移動機構を駆動するための指令値を算出する制御計算部と、を備えたものである。これにより、力センサに対して効果的に力を与えることができ、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者の意図通りに移動することができ、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、前記搭乗席が、前記搭乗者の両大腿間において、前方に延設された支持バーを有することを特徴とするものである。これにより、乗り心地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、搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体であって、前記搭乗者の大腿部の下方におけるクッション性が、臀部の下方におけるクッション性よりも高くなっている座面を有する搭乗席と、前記本体部を移動させる移動機構と、前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測値を出力するセンサと、前記センサからの出力に応じて、前記移動機構を駆動するための指令値を算出する制御計算部と、を備えるものである。これにより、力センサに対して効果的に力を与えることができ、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者の意図通りに移動することができ、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、前記搭乗者の臀部の下方が、硬質材料によって形成されているものである。これにより、力センサに対して効果的に力を与えることができ、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、搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体であって、前記搭乗者が搭乗する搭乗席と、前記搭乗席を支持する本体部と、前記本体部を移動させる移動機構と、前記本体部に取り付けられ、前記搭乗席に対して変位するフットレストと、前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測値を出力するセンサと、前記センサからの出力に応じて、前記移動機構を駆動するための指令値を算出する制御計算部と、を備えたものである。これにより、力センサに対して効果的に力を与えることができ、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。

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、前記フットレストが弾性体によって変位することを特徴とするものである。これにより、簡素な構成で、操作性を向上することができる。

本発明の第７の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記フットレストがアクチュエータによって変位することを特徴とするものである。これにより、確実に力センサに対して力を与えることができる。

本発明の第８の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記制御計算部が、前記座面に加わるピッチ軸周りのモーメントに応じてアクチュエータを制御することを特徴とするものである。

本発明の第９の態様に係る移動体の制御方法は、搭乗者が搭乗する搭乗席と、前記搭乗席を支持する本体部と、前記本体部に取り付けられたフットレストと、前記フットレストを前記搭乗席に対して変位させるアクチュエータと、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、前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測値を出力するステップと、前記計測値に応じて、前記アクチュエータを制御するステップと、を備えるものである。これにより、力センサに対して効果的に力を与えることができ、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。

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。

実施の形態１．
本発明に係る移動体１の全体構成とその基本的な制御方法について図を参照して説明する。まず、移動体１の全体構成について図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をセンサ処理部５３に出力する。センサ処理部５３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。これにより、制御計算部５１に入力される入力モーメント値（Ｍｘ’、Ｍｙ’、Ｍｚ’）が算出される。なお、センサ処理部５３は、力センサ９に内蔵されていてもよく、制御計算部５１に内蔵されていてもよい。

このように、力センサ９で計測されたモーメント（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）が各軸周りの入力モーメント値（Ｍｘ’、Ｍｙ’、Ｍｚ’）に変換される。そして、入力モーメント値が各後輪６０２を動作させるために入力される入力値となる。このように、センサ処理部５３は、各軸毎に入力値を算出する。入力モーメント値の大きさは、モーメントの大きさに応じて決まる。入力モーメント値の符号は、計測されたモーメントの符号によって決まる。すなわち、モーメントが正の場合、入力モーメント値も正となり、モーメントが負の場合、入力モーメント値も負となる。例えば、モーメントＭｘが正の場合、入力モーメント値Ｍｘ’も正となる。従って、この入力モーメント値が搭乗者の意図する操作に対応する入力値となる。

制御計算部５１は、入力モーメント値に基づいて、制御計算を行う。これにより、駆動モータ６０３を駆動するための指令値が算出される。もちろん、入力モーメント値が大きいほど、指令値が大きくなる。この指令値は、駆動モータ６０３に出力される。なお、本実施形態では、左右の後輪６０２が駆動輪であるため、２つの駆動モータ６０３が図示されている。そして、一方の駆動モータ６０３が右の後輪６０２を回転させ、他方の駆動モータ６０３が左の後輪６０２を回転させる。駆動モータ６０３は、指令値に基づいて後輪６０２を回転させる。すなわち、駆動モータ６０３は、駆動輪である後輪６０２を回転させるためのトルクを与える。もちろん、駆動モータ６０３は、減速機などを介して、後輪６０２に回転トルクを与えてもよい。例えば、制御計算部５１から、指令値として指令トルクが入力された場合、その指令トルクで、駆動モータ６０３が回転する。これにより、後輪６０２が回転して、移動体１が所望の方向に、所望の速度で移動する。もちろん、指令値は、トルクに限らず、回転速度、回転数であってもよい。

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。

例えば、搭乗者が前傾姿勢になると、搭乗席８にピッチ軸周りの力が加わる。すると、力センサ９が＋Ｍｙのモーメントを検出する（図３参照）。この＋Ｍｙのモーメントによって、センサ処理部５３は、移動体１を並進させるための入力モーメント値Ｍｙ’を算出する。同様に、センサ処理部５３は、Ｍｘに基づいて入力モーメント値Ｍｘ’を算出し、Ｍｚに基づいて、入力モーメント値Ｍｚ’を算出する。すなわち、センサ処理部５３は、計測値を入力モーメント値に変換する。これらは、それぞれの独立に算出される。すなわち、Ｍｘ’は、Ｍｘのみによって決まり、Ｍｙ’は、Ｍｙのみによって決まり、Ｍｚ’は、Ｍｚのみのよって決まる。このように、Ｍｘ’、Ｍｙ’、Ｍｚ’はそれぞれ独立している。

制御計算部５１が、入力モーメント値とエンコーダの読み値に基づいて、指令値を算出する。これにより、左右の後輪６０２が所望の回転速度で回転する。同様に、右方向に曲がる場合は、搭乗者が右側に体重移動する。これにより、搭乗席にロール軸周りの力が加わり、力センサ９が＋Ｍｘのモーメントを検出する。この＋Ｍｘのモーメントによって、センサ処理部５３は、移動体１を右方向に旋回させるための入力モーメント値Ｍｘ’を算出する。すなわち、移動体１が移動する方向に対応する舵角が求められる。そして、入力モーメント値に応じて、制御計算部５１が指令値を算出する。この指令値に応じて、左右の後輪６０２が異なる回転速度で回転する。すなわち、左側の後輪６０２が右側の後輪６０２よりも速い回転速度で回転する。

このように、Ｍｙ’に基づいて、前後方向の並進移動に対する成分が求められる。すなわち、左右の後輪６０２を同じ方向に同じ回転速度で駆動するための駆動トルクなどが決定する。従って、Ｍｙ’、すなわち、Ｍｙが大きいほど、移動体１の移動速度が速くなる。Ｍｘ’に基づいて、移動方向、すなわち、舵角に対する成分が求められる。すなわち、左右の後輪６０２の回転トルク差が決定される。従って、Ｍｘ’、すなわち、Ｍｘが大きいほど、左右の後輪６０２の回転速度の違いが大きくなる。

Ｍｚ’に基づいて、その場旋回に対する成分が求められる。すなわち、左右の後輪６０２を反対方向に回転させて、その場旋回するための成分が求められる。従って、Ｍｚ’、すなわち、Ｍｚが大きいほど、左右の後輪６０２における反対方向の回転速度が大きくなる。例えば、Ｍｚ’が正の場合、上側から見て、左周りにその場旋回する駆動トルクなどが算出される。すなわち、右側の後輪６０２が前方に回転し、左側の後輪６０２が同じ回転速度で後方に回転することとなる。

そして、それぞれの入力モーメント値Ｍｘ’、Ｍｙ’、Ｍｚ’に基づいて算出された３つの成分を合成して、２つの後輪６０２を駆動するための指令値を算出する。これにより、左右の後輪６０２に対する指令値がそれぞれ算出される。駆動トルクや回転速度などが指令値として算出される。すなわち、入力モーメント値Ｍｘ’、Ｍｙ’、Ｍｚ’に対応する成分毎に算出された値を合成することで左右の後輪６０２に対する指令値が算出される。このように、計測されたモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚに基づいて算出された入力モーメント値Ｍｘ’、Ｍｙ’、Ｍｚ’によって、移動体１が移動する。すなわち、搭乗者の体重移動によるモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚによって、移動体１の移動方向、及び移動速度が決定する。

このように、搭乗者の動作によって、移動体１を移動させるための入力が行われる。すなわち、搭乗者の姿勢変化によって、各軸周りのモーメントが検出される。そして、これらのモーメントの計測値に基づいて、移動体１が移動する。これにより、搭乗者が、移動体１を簡便に操作することができる。すなわち、ジョイスティックやハンドルなどの操作が不要となり、体重移動のみでの操作が可能となる。例えば、右斜め前方に移動したい場合は、体重を右前方にかける。また、左斜め後方に移動したい場合は、体重を左後方にかける。これにより、搭乗者の重心位置が変化して、その変化量に応じた入力が行われる。すなわち、搭乗者の重心移動に応じたモーメントを検出することで、直感的に操作することができる。制御計算部５１は、入力モーメント値の絶対値に応じた移動速度で、入力モーメント値の符号に応じて前方又は後方に移動するように指令値を出力する。

例えば、図５に示すように、力センサ９が設けられた搭乗席８に搭乗者７１が搭乗しているとする。なお、図５は、搭乗席８に搭乗者７１が搭乗している状態を示す図であり、左側に側面図が、右側に座面８ａの平面図が示されている。この場合、座面８ａには、搭乗者７１の臀部７２と大腿部７３が接触している。搭乗者７１の上体の中立姿勢からの倒れ角に応じて、移動体１の速度が決定する。したがって、搭乗者が上体を傾けるほど、移動体１が高速で移動する。例えば、搭乗者７１が上体を大きく傾けると、前進速度が大きくなる。

図５に示す搭乗席８の座面８ａでは、搭乗者が上体を前傾させると、大腿部７３が拘束されてしまう。すなわち、大腿部７３が座面８ａの拘束を受けるため、前傾姿勢を取りにくくなってしまう。搭乗席８に搭乗者７１が座った場合、搭乗者７１の大腿によって搭乗者の姿勢変化が拘束されてしまう。そこで、本実施の形態では、図６に示す形状の搭乗席３を用いている。

図６は、搭乗席３の構成を示す平面図である。搭乗席８は矩形状の座面８ａを有している。ここでは、上面視にて、座面８ａがＹ方向を長辺とする長方形となっている。これにより、搭乗者７１の大腿部７３の下方において、大腿部７３と座面８ａとの間に空間が生じる。すなわち、臀部７２のみが搭乗席８に載るようにする。これにより、搭乗者７１が前傾姿勢を取った場合でも、大腿部７３が拘束を受けない。すなわち、大腿部７３を座面８ａよりも下にすることができ、搭乗者７１が自在に前傾姿勢を取ることができる。例えば、前傾姿勢を取った場合でも、臀部７２が座面８ａから離れることを防止することができる。よって、力センサ９に対して効果的に力を与えることができ、ピッチ軸周りのモーメントを入力することができる。これにより、前進入力の入力モーメント値Ｍｙ’を大きくすることができるため、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者７１の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。なお、搭乗席８において大腿部７３の下方に空間を設けるため、座面８ａに凹部を設けてもよい。例えば、大腿部７３より幅広の溝などを搭乗席８に形成して、大腿部７３の下方に隙間を設けてもよい。

なお、上記の説明では、座面８ａが矩形状であるとして説明したが、座面８ａの形状はこれに限られるものではない。例えば、搭乗席８を自転車のサドル形状としてもよい。すなわち、搭乗席８が、搭乗者７１の大腿部７３の下方が空間となる座面８ａを有していればよい。これにより、前進入力を容易に行うことができ、操作性を向上することができる。

さらに、搭乗席８の形状を図７のようにすることも可能である。図７では、搭乗席８に棒状の支持バー８ｂが設けられている。すなわち、搭乗席８から支持バー８ｂが前方に延設されている。支持バー８ｂは搭乗者７１の両大腿間に設けられている。すなわち、左右の大腿部７３の間に配置されるように、支持バー８ｂは、Ｙ方向における搭乗席８の中心に設けられている。このように、搭乗席８が上面視でＴ字状になっている。したがって、大腿部７３が拘束されない状態で、搭乗者７１が搭乗することができる。これにより、前傾姿勢の倒れ角度を大きくすることができるため、力センサ９に対して効率よく力を与えることができる。高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者７１の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。さらに、自転車のサドルに近い形状となるため、安定感が高くなり、乗り心地を向上することができる。

実施の形態２．
本実施の形態にかかる移動体１について、図８を用いて説明する。図８は、搭乗席８の構成を模式的に示す図である。図８の左側には、座面８ａの平面図が示され、右側には搭乗席８の側面図が示されている。本実施の形態では、実施の形態１に比べて搭乗席８の形状のみが異なっている。なお、移動体１の搭乗席８以外の基本的構成については、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

本実施の形態では、搭乗席８の前方にクッション部８ｃが設けられている。すなわち、Ｘ方向において、搭乗席８の中心よりも前側の一部分が、クッション部８ｃになっている。したがって、本実施の形態では、大腿部７３の下方が空間とならず、クッション部８ｃが配置される構成となる。クッション部８ｃは、座面８ａのその他の部分よりもクッション性が高くなっている。例えば、クッション部８ｃ以外の部分に硬質部８ｄを設ける。硬質部８ｄは、硬質材料によって形成されている。すなわち、硬質部８ｄでは、力センサ９と座面８ａの間が硬質材料のみから構成されている。クッション部８ｃは、硬質部８ｄよりも柔らかくなっている。

硬質部８ｄ上には、臀部７２が乗せられる。そして、クッション部８ｃには、大腿部７３が乗せられる。したがって、大腿部７３の下部のクッション性が臀部７２の下部のクッション性が高くなっている。座面８ａにおいて、大腿部７３の下方のクッション性が、臀部７２の下方のクッション性よりも高くなっている。これにより、座面８ａと大腿部７３の間にある隙間が埋まり、大腿部７３がクッション部８ｃによって付勢される。このように、搭乗席８の前側の材質を、中央部分よりもクッション性の高いものとする。

クッション部８ｃには、バネやウレタン樹脂や低反発材料などの弾性体が設けられている。クッション部８ｃは、上下方向に変形する。したがって、座面８ａの前方に設けられたクッション部８ｃは、大腿部７３の動きに合わせて、変形する。例えば、搭乗者７１が前傾姿勢になると、それに合わせて大腿部７３が下方に変位する。すると、図８のように、クッション部８ｃが収縮して、大腿部７３の大きさに合わせた凹みが生じる。大腿部７３が拘束を受けることなく、搭乗者７１が前傾姿勢を取ることができる。搭乗者７１が自在に前傾姿勢を取ることができる。これにより、少しの姿勢変化でモーメントＭｙの入力を大きくすることができる。すなわち、前傾姿勢の倒れ角度を大きくすることができる。このため、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者７１の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。

さらに、臀部７２が乗せられる部分は、硬質部８ｄを設けている。硬質部８ｄの直下に、力センサ９が配置される。力センサ９は、硬質部８ｄに加わる力を検知する。これにより、搭乗者７１の姿勢変化を確実に検知することができる。すなわち、臀部７２の下方では硬質部８ｄが設けられているため、搭乗者７１の姿勢変化による力が吸収されなくなる。よって、姿勢変化により生じる力をロスなく、力センサ９に伝えることができる。少しの姿勢変化で、ピッチ軸周りのモーメントＭｙの値を大きくすることができる。これにより、前進入力の入力モーメント値Ｍｙ’を大きくすることができるため、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者７１の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。

さらに、搭乗席８の形状を図９に示す構成とすることも可能である。図９は、搭乗席８の座面８ａの構成を示す平面図である。図９に示す搭乗席８では、クッション部８ｃがリング状になっている。すなわち、クッション部８ｃがドーナツ状になっている。そして、クッション部８ｃの中に、硬質部８ｄが設けられている。搭乗者７１が前傾姿勢を取ると、大腿部７３の下方のクッション部８ｃが変形する。よって、効果的に力センサ９に力を加えることができる。これにより、前傾姿勢の倒れ角度を大きくすることができるため、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者７１の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。

実施の形態３．
本実施の形態にかかる移動体１の特徴部分はフットレスト１０になっている。移動体１のフットレスト１０以外の基本的構成は、実施の形態１に示したものと同様であるため説明を省略する。なお、本実施の形態にかかる移動体１の搭乗席８の形状については、特に限定されるものではない。例えば、実施の形態１または実施の形態２に示した搭乗席８を用いてもよく、図５に示した通常の搭乗席８を用いてもよい。

本実施の形態にかかる移動体について、図１０を用いて説明する。図１０は、移動体１の構成を模式的に示す側面図である。図１０に示すように、フットレスト１０が車台１３に取り付けられている。フットレスト１０の上面に搭乗者７１の足が乗せられる。さらに、フットレスト１０には、弾性体１８が設けられている。弾性体１８は、バネなどであり、その伸縮方向が鉛直方向になっている。したがって、フットレスト１０の位置が上下に変化する。すなわち、搭乗席８に対するフットレスト１０の位置が鉛直方向に変化する。フットレスト１０の上面がパッシブに変化して、搭乗者７１の足裏の位置が上下する。すなわち、搭乗者７１の姿勢変化に応じて、フットレスト１０が移動する。

このように、フットレスト１０を車台１３に対して変位可能に取り付ける。弾性体１８が伸縮すると、車台１３上の搭乗席８に対するフットレスト１０の位置が変化する。例えば、搭乗者７１が前傾姿勢になると、足底の位置が下がる。よって、足裏からフットレスト１０にかかる力が大きくなる。すると、フットレスト１０の弾性体１８が収縮して、両脚を下方に伸ばすことができる。その結果、両脚にかかる力を軽減することができる。座面８ａと脚の間にある隙間が埋まり、座面８ａに大腿部７３を押し付けることができる。

これにより、臀部７２が座面８ａから浮上するのを防ぐことができる。すなわち、力が足裏からフットレスト１０に逃げることを防ぐことができる。力センサ９に効率よく、力を加えることができる。すなわち、上体移動で発生する力のうち、足に分散される量が減り、臀部７２から力センサ９に効率よく力を入力することができる。少しの姿勢変化でも、モーメントＭｙの入力を大きくすることができる。よって、大腿部７３が拘束されている場合でも、前進入力に対するモーメントを大きくすることができる。これにより、前傾姿勢の倒れ角度を大きくすることができるため、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者７１の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。

なお、図１０では、上下に変位するフットレスト１０を示したが、図１１に示すように前後に変位するフットレスト１０を用いてもよい。この場合、弾性体１８の伸縮方向が前後方向になる。搭乗者７１が前傾姿勢を取ると、弾性体１８が伸長して、足の位置が前方向に変位する。この結果、両脚を下方に伸ばすことができる。その結果、両脚にかかる力を軽減することができる。力センサ９に効率よく、力を加えることができる。すなわち、上体移動で発生する力のうち、足に分散される量が減り、臀部７２から力センサ９に効率よく力を入力することができる。

搭乗席８に対して変位可能なフットレスト１０を車台１３に取り付けることで、前進入力に対するモーメントを大きくすることができる。これにより、前傾姿勢の倒れ角度を大きくすることができるため、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者７１の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。もちろん、フットレスト１０の移動方向は特に限られるものではない。例えば、移動方向を斜め方向としてもよい。

このように、フットレスト１０が受動的に変位するような構成とする。すなわち、フットレスト１０が搭乗席８に対して変位可能に設けられている。これにより、移動体１の構成を複雑にすることなく、意図通りの制御を行うことができる。なお、搭乗者７１が後傾姿勢を取る場合、足裏からフットレスト１０に加わる力が弱くなる。よって、フットレスト１０が基準となる位置で停止するようになる。

また、図１０、図１１ではパッシブに変位するフットレスト機構について説明したが、フットレスト機構をアクティブに変位させてもよい。ここで、図１２を用いて、フットレスト１０をアクティブに変位させる構成について説明する。図１２は、移動体１の構成を模式的に示す側面図である。図１２は、フットレスト１０を上下に変位させる例を示している。

フットレスト１０の下側には、アクチュエータ１９が配置されている。アクチュエータ１９はモータや減速器などを有しており、フットレスト１０を駆動する。さらに、フットレスト１０は、鉛直方向に沿って設けられたガイド機構１７に取り付けられている。車台１３にガイド機構１７を取り付けることで、フットレスト１０の動作がガイドされて、上下方向に変位する。すなわち、アクチュエータ１９が動作すると、ガイド機構１７に沿ってフットレスト１０が上下に移動する。

このようにアクチュエータ１９が動作することで、フットレスト１０が上下方向に変位する。搭乗席８に対するフットレスト１０の位置が変化する。すると、上記のように、臀部７２が座面８ａから浮上するのを防ぐことができる。すなわち、力が足裏からフットレスト１０に逃げることを防ぐことができる。図１０の構成と同様に、力センサ９に効率よく、力を加えることができる。よって、大腿部７３が拘束されている場合でも、前進入力に対するモーメントを大きくすることができる。これにより、前傾姿勢の倒れ角度を大きくすることができるため、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者７１の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。

また、アクチュエータ１９の動作方向は、上下方向に限られるものでない。例えば、図１３に示すように、動作方向を前後方向にしてもよい。図１３では、動作方向を前後方向
にするために、ガイド機構１７をフットレスト１０の下側に配置している。そして、ガイド機構１７を前後方向に沿って配置している。これにより、ガイド機構１７上のフットレスト１０が、ガイド機構１７でガイドされて前後に移動する。これにより、図１１の構成と同様に、力が足裏からフットレスト１０に逃げることを防ぐことができる。力センサ９に効率よく、力を加えることができる。よって、大腿部７３が拘束されている場合でも、前進入力に対するモーメントを大きくすることができる。これにより、前傾姿勢の倒れ角度を大きくすることができるため、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者７１の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。もちろん、フットレスト１０の移動方向は、前後方向又は上下方向に限られるものではない。例えば、フットレスト１０の移動方向を斜め方向としてもよい。また、フットレストに限らず、図１４に示すように、座面８ａが上下方向に変位することでも対応可能である。すなわち、座面８ａをアクティブに動作させることで、座面８ａとフットレスト１０の間の距離が変化する。よって、フットレスト１０が動作することと同様の効果を得ることができる。

次に、アクチュエータ１９を用いて、フットレスト１０をアクティブに移動させるための制御系について、図１５を用いて説明する。図１５は、フットレスト１０を変位させるための制御系を示すブロック図である。

力センサ９で計測された計測値が制御計算部５１に入力される。ここでは、力センサ９で計測されたピッチ軸周りのモーメントＭｙを計測値として、制御計算部５１に入力している。制御計算部５１は、ピッチ軸周りのモーメントＭｙに基づいて、アクチュエータ１９の駆動量を算出する。そして、制御計算部５１は、駆動量に応じた指令値をアクチュエータ１９に出力する。これにより、アクチュエータ１９が駆動して、フットレスト１０が所定に位置まで変化する。すなわち、モーメントＭｙに応じた位置まで、フットレスト１０が変位する。

このように、制御計算部５１が、力センサ９で計測されたピッチ軸周りのモーメントＭｙに応じて、アクチュエータ１９を制御している。これにより、力センサ９に加わる力に応じた位置まで、確実にフットレスト１０を移動することができる。すなわち、フットレスト１０を理想的な位置まで移動することができる。よって、搭乗者７１が意図する力を力センサ９に対して確実に加えることができる。よって、大腿部７３が拘束されている場合でも、前進入力に対するモーメントを大きくすることができる。これにより、前傾姿勢の倒れ角度を大きくすることができるため、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者７１の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。

また、本発明は、車輪型の移動体１に限らず、歩行型の移動体においても適用可能である。あるいは、全方向車輪などを用いた移動体１であってもよい。すなわち、車台１３などの本体部を床面に対して移動させる移動機構が設けられているものであればよい。さらに、各実施の形態を適宜組み合わせて使用してもよい。例えば、実施の形態１と実施の形態３を組み合わせたり、実施の形態２と実施の形態３を組み合わせたりしてもよい。

本発明にかかる移動体の全体構成を模式的に示す正面図である。 本発明にかかる移動体の全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。 移動体の搭乗席の構成を示す図である。 実施の形態１にかかる移動体に用いられる搭乗席の構成を示す図である。 実施の形態１にかかる移動体に用いられる搭乗席の別の構成を示す平面図である。 実施の形態２にかかる移動体に用いられる搭乗席の構成を示す図である。 実施の形態２にかかる移動体に用いられる搭乗席の別の構成を示す平面図である。 実施の形態３における移動体に用いられたフットレストの構成を模式的に示す側面図である。 実施の形態３における移動体に用いられたフットレストの別の構成を模式的に示す側面図である。 実施の形態３における移動体に用いられたフットレストの別の構成を模式的に示す側面図である。 実施の形態３における移動体に用いられたフットレストの別の構成を模式的に示す側面図である。 座面を変位させる例を模式的に示す側面図である。 実施の形態３における移動体に用いられたフットレストの制御系を示すブロック図である。

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
８ｂ 支持バー
８ｃ クッション部
８ｄ 硬質部
９ 力センサ
１０ フットレスト
１１ 筐体
１３ 車台
１７ ガイド機構
１８ 弾性体
１９ アクチュエータ

Claims (6)

1. 搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体であって、
   前記搭乗者の大腿部の下方が空間となる座面を有する搭乗席と、
   前記搭乗席を支持する本体部と、
   前輪及び後輪を有し、前記本体部を移動させる移動機構と、
   前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測値を出力するセンサと、
   前記センサからの出力に応じて、前記移動機構を駆動するための指令値を算出する制御計算部と、
   前記搭乗者の足が載置されるフットレストと、
   前記フットレストを変位させるアクチュエータと、を備え
   前記制御計算部が、前記座面に加わるピッチ軸周りのモーメントに応じて前記アクチュエータを制御する移動体。
2. 前記後輪が駆動輪であり、前記前輪が従動輪である請求項１に記載の移動体。
3. 搭乗者の体重移動に応じて歩行移動する移動体であって、
   前記搭乗者の大腿部の下方が空間となる座面を有する搭乗席と、
   前記搭乗席を支持する本体部と、
   前記本体部を歩行移動させる移動機構と、
   前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測値を出力するセンサと、
   前記センサからの出力に応じて、前記移動機構を駆動するための指令値を算出する制御計算部と、
   前記搭乗者の足が載置されるフットレストと、
   前記フットレストを変位させるアクチュエータと、を備え
   前記制御計算部が、前記座面に加わるピッチ軸周りのモーメントに応じて前記アクチュエータを制御する移動体。
4. 前記搭乗席が、前記搭乗者の両大腿間において、前方に延設された支持バーを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動体。
5. 前記搭乗席が前記搭乗者の大腿部の下方が空間となるよう、大腿部の下方に溝が設けられた座面を有している請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動体。
6. 前記フットレストが弾性体によって前記搭乗席に対して変位することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の移動体。

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