JP5337650B2 - 倒立振子型移動体 - Google Patents

Description

本発明は、倒立振子型移動体に関するものである。

従来から倒立振子型の移動体を利用して、床面上を全方向（２次元的な全方向）に移動可能とする全方向移動車両が、本願出願人により提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に見られる全方向移動車両（以下、車両という）は、床面に接地しながら床面上を全方向に移動可能な、球体状、車輪状またはクローラ状の移動動作部（移動動作部）と、移動動作部を駆動する電動モータ等を有するアクチュエータ装置とが基体に組み付けられている。

上述した車両では、アクチュエータ装置により移動動作部を駆動することによって、乗員および車両の全体の重心点が、移動動作部の接地面のほぼ真上に位置するように、車両を移動させる制御が行われる。

国際公開第２００８／１３２７７９号

ところで、上述した車両には様々な使い方が考えられる。例えば、ワイヤや鎖等の紐状体を用いて複数台の車両同士を前後方向で列をなすように連結し、前方を走行する車両（以下、前方車両という）によって後方を走行する車両（以下、後方車両という）を引っ張りながら列をなして走行させる等が考えられる。具体的に、まず前方車両である自車両を走行させると、自車両の駆動力によって、後方車両には紐状体を介して自車両の進行方向に沿って引張力が作用する。この引張力によって後方車両が自車両の進行方向に向けて傾けられることで、後方車両の重心位置が変化し、後方車両は前方車両に追従して走行することになる。

しかしながら、紐状体の取り付け位置によっては、後方車両から紐状体を介して作用する引張力によって、自車両を目標通り走行させることができないという問題がある。
図１３に示すように、自車両１００には、自車両１００の接地点（路面と移動動作部との接地点）に進行方向（図１３中破線Ｅ）へ向かう駆動力Ｑ１が作用する一方、自車両１００における後方車両１０１との紐状体１０２の取付部には、後方車両１０１から自車両１００に作用する引張力Ｑ２（自車両１００から後方車両１０１に作用する引張力の反力）が作用する。この場合、引張力Ｑ２の作用点Ｐ（自車両１００の紐状体１０２の取付部）と、自車両１００の接地点と車両重心とを結ぶ基準軸Ｒとのズレ量及びズレ方向が大きいと（例えば、自車両１００の紐状体取付部が、自車両１００の基準軸Ｒより前方に配置されていると）、自車両１００の走行に伴って基準軸Ｒ周りのモーメントが発生し、このモーメントにより自車両１００が基準軸Ｒ（ヨー軸）周りに回転する。その結果、自車両１００の向きが変わってしまい、自車両１００が進行方向を向いて走行することが困難になる。

そこで本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであって、複数台の移動体を連結して走行させる場合であっても、移動体を目標の進行方向に向けた状態でスムーズに走行させることができる倒立振子型移動体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の倒立振子型移動体は、基体と、該基体に接続され、該基体を前後左右方向に移動可能とする少なくとも一つの車輪よりなる移動動作部と、該移動動作部を駆動する駆動部と、該駆動部を制御する制御部と、を有する倒立振子型移動体において、後方を走行する移動体に連結された第１の紐状体を取り付ける第１紐状体取付部と、前方を走行する移動体に連結された第２の紐状体を取り付ける第２紐状体取付部と、を有し、前記第１紐状体取付部は、前記移動動作部の車輪回転中心点と前記倒立振子型移動体の装置重心点とを結んだ基準線上、または前記基準線よりも後方に配置され、前記第２紐状体取付部は、前記基準線よりも前方に配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、倒立振子移動体（以下、自移動体という）の第１紐状体取付部に第１の紐状体を連結することで、第１の紐状体を介して自移動体の後方を走行する移動体（以下、後方移動体という）を連結することができる。これにより、自移動体の動作に追従させて後方移動体を走行させることが可能になる。
この場合、自移動体における移動動作部の車輪回転中心点と自移動体の装置重心点とを結んだ基準線上、または基準線よりも後方に第１紐状体取付部を配置することで、第１紐状体取付部が基準線よりも前方に配置されている場合と比べて、自移動体に作用する基準線周りのモーメントを低減することができるので、後方移動体からの引張力による自移動体の基準線周りの回転量を抑制することができる。すなわち、後方移動体の動作が自移動体に及ぶ影響を可能な限り排除することができる。その結果、複数台の移動体を連結して走行させる場合であっても、自移動体を目標の進行方向に向けた状態でスムーズに走行させることができる。
また、自移動体の第２紐状体取付部に第２の紐状体を連結することで、第２の紐状体を介して自移動体の前方を走行する前方移動体を連結することができる。
この場合、上述した基準線よりも前方に第２紐状体取付部を配置することで、第２紐状体が基準線上、または基準線よりも後方に配置されている場合に比べて、自移動体に作用する基準線周りのモーメントを小さくすることができるので、自移動体の基準線周りの回転量を抑制することができる。すなわち、自移動体を前方移動体の動作に追従しやすくすることができる。その結果、複数台の移動体を連結して走行させる場合であっても、自移動体を目標の進行方向に向けた状態でスムーズに走行させることができる。

また、前記第１紐状体取付部はヨー軸周りに揺動可能に構成されていることを特徴とする。
この構成によれば、第１紐状体取付部を揺動可能に構成することで、第１紐状体取付部に連結される第１の紐状体も第１紐状体取付部の揺動中心周りに揺動することになる。そのため、例えば自移動体の進行方向を変更した場合等、後方移動体から自移動体に作用する引張力の作用点と基準線とのズレ量及びズレ方向が大きくずれていた場合に、これらを小さくするように第１紐状体取付部が第１の紐状体とともに揺動することになる。すなわち、自移動体の駆動力の作用線と、後方移動体から自移動体に作用する引張力の作用線とが直線上に配置されるように、第１紐状体取付部が揺動することになる。これにより、自移動体に作用する基準線周りのモーメントをさらに低減することができる。

また、前記第１の紐状体の揺動中心が、前記第１紐状体取付部よりも前方かつ、前記基準線上、または前記基準線よりも後方に配置されていることを特徴とする。
この構成によれば、第１の紐状体の揺動中心を基準線に近接させることで、自移動体に作用する基準線周りのモーメントをさらに低減することができる。

また、前記接地点直上の点を中心にしてヨー軸周りに形成された円弧状のレールを備え、前記第１紐状体取付部は、前記レール上を揺動可能に設けられていることを特徴とする。
この構成によれば、第１紐状体取付部に連結された第１の紐状体は、レールの中心（接地点直上の点）を揺動中心にして揺動することになるので、自移動体に作用する基準線周りのモーメントがほとんど発生しないという効果がある。

また、前記第２紐状体取付部は、前記第１の紐状体の揺動中心よりも前記基準線に対して遠い位置に配置されていることを特徴とする。
この構成によれば、第２紐状体取付部で基準線周りに発生するモーメントを、第１紐状体取付部で基準線周りに発生するモーメントに比べて大きくすることができる。そのため、自移動体の向きが前方移動体の進行方向に一致しやすくなる。
また、前記第１紐状体取付部は、前記第２紐状体取付部よりも下方に取り付けられていることを特徴とする。

本発明によれば、倒立振子移動体（以下、自移動体という）の第１紐状体取付部に第１の紐状体を連結することで、第１の紐状体を介して自移動体の後方を走行する移動体（以下、後方移動体という）を連結することができる。これにより、自移動体の動作に追従させて後方移動体を走行させることが可能になる。
この場合、自移動体における移動動作部の車輪回転中心点と自移動体の装置重心点とを結んだ基準線上、または基準線よりも後方に第１紐状体取付部を配置することで、第１紐状体取付部が基準線よりも前方に配置されている場合と比べて、自移動体に作用する基準線周りのモーメントを低減することができるので、後方移動体からの引張力による自移動体の基準線周りの回転量を抑制することができる。すなわち、後方移動体の動作が自移動体に及ぶ影響を可能な限り排除することができる。その結果、複数台の移動体を連結して走行させる場合であっても、自移動体を目標の進行方向に向けた状態でスムーズに走行させることができる。

本発明の実施形態における車両の正面図である。 車両の側面図である。 車両の下部（移動動作部及びアクチュエータ装置）の拡大断面図である。 車両の下部（移動動作部及びアクチュエータ装置）の拡大斜視図である。 車輪体の斜視図である。 車輪体とフリーローラとの配置関係を示す図である。 図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 本発明の実施形態における複数台の車両が連結された状態を示す側面図である。 複数台の車両が連結された状態における車両の動作を示す説明図（平面図）である。 複数台の車両が連結された状態における車両の動作を示す説明図（平面図）である。 第２リンク部の他の構成を示す車両の平面図である。 第２リンク部の他の構成を示す車両の平面図である。 従来における複数台の車両が連結された状態での車両の動作を示す説明図（平面図）である。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、車両の正面図であり、図２は側面図である。
図１，図２に示すように、本実施形態の全方向移動車両１（以下、車両１という）は、紐状体４（第１紐状体、第２紐状体）を用いて前後方向で他の車両１を連結可能に構成されたものである。具体的に、車両１は、乗員（運転者）が乗車するためのシート３と、床面Ｆに接地しながら床面Ｆ上を全方向（前後方向及び左右方向を含む２次元的な全方向）に移動可能な移動動作部５と、この移動動作部５を駆動する動力を移動動作部５に付与するアクチュエータ装置７と、これらのシート３、移動動作部５及びアクチュエータ装置７が組付けられた基体９とを備えている。

ここで、本実施形態の説明では、「前後方向」、「左右方向」は、それぞれ、シート３に標準的な姿勢で搭乗した乗員の上体の前後方向、左右方向に一致もしくはほぼ一致する方向を意味する。なお、「標準的な姿勢」は、シート３に関して設計的に想定されている姿勢であり、乗員の上体の体幹軸を概ね上下方向に向け、且つ、上体を捻ったりしていない姿勢である。
この場合、図１においては、「前後方向」、「左右方向」はそれぞれ、紙面に垂直な方向、紙面の左右方向であり、図２においては、「前後方向」、「左右方向」はそれぞれ、紙面の左右方向、紙面に垂直な方向である。また、本実施形態の説明では、参照符号に付する添え字「Ｒ」，「Ｌ」は、それぞれ車両１の右側、左側に対応するものという意味で使用する。

基体９は、移動動作部５及びアクチュエータ装置７が組付けられた下部フレーム１１と、この下部フレーム１１の上端から上方に延設された支柱フレーム１３とを備えている。
支柱フレーム１３は、上半部１３ａと下半部１３ｂとが６軸力センサ８によって連結されている。この６軸力センサ８は、３軸方向の力とモーメントとをそれぞれ計測するためのセンサである。支柱フレーム１３の上半部１３ａ側における上部には、支柱フレーム１３から前方に向けて張り出したシートフレーム１５が固定されている。そして、このシートフレーム１５上に、乗員が着座するシート３が装着されている。したがって、本実施形態における車両１は、乗員がシート３に着座した状態で、床面Ｆ上を移動するものである。
また、シート３の左右には、シート３に着座した乗員が必要に応じて把持するためのグリップ１７Ｒ，１７Ｌが配置され、これらのグリップ１７Ｒ，１７Ｌがそれぞれ、支柱フレーム１３（またはシートフレーム１５）から延設されたブラケット１９Ｒ，１９Ｌの先端部に固定されている。

下部フレーム１１は、左右方向に間隔を存して二股状に対向するように配置された一対のカバー部材２１Ｒ，２１Ｌを備えている。これらのカバー部材２１Ｒ，２１Ｌの上端部（二股の分岐部分）は、前後方向の軸心を有するヒンジ軸２３を介して連結され、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの一方が他方に対して相対的にヒンジ軸２３（ロール軸）の周りに揺動可能となっている。この場合、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌは、図示しないバネによって、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの下端部側（二股の先端側）が狭まる方向に付勢されている。
また、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌのそれぞれの外面部には、シート３に着座した乗員の右足を載せるステップ２５Ｒと左足を載せるステップ２５Ｌとが各々、右向き、左向きに張り出すように突設されている。

図３は車両の下部（移動動作部及びアクチュエータ装置）の拡大断面図であり、図４は斜視図である。また、図５は移動動作部（車輪体）の斜視図であり、図６は移動動作部（車輪体体）とフリーローラとの配置関係を示す図である。
図３〜図６に示すように、移動動作部５及びアクチュエータ装置７は、下部フレーム１１のカバー部材２１Ｒ，２１Ｌの間に配置されている。具体的に、移動動作部５は、ゴム状弾性材等により円環状に形成された車輪体であり、ほぼ円形の横断面形状を有する。移動動作部５（以下、車輪体５という）は、その弾性変形によって、図５，図６の矢印Ｙ１で示すように、円形の横断面の中心Ｃ１（より詳しくは、円形の横断面中心Ｃ１を通って、車輪体５の軸心と同心となる円周線）の周りに回転可能となっている。また車輪体５は、その軸心Ｃ２（車輪体５全体の直径方向に直交する軸心Ｃ２）を左右方向に向けた状態で、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの間に配置され、車輪体５の外周面の下端部にて床面に接地する。
そして、車輪体５は、アクチュエータ装置７による駆動（詳細は後述する）によって、図５の矢印Ｙ２で示すように車輪体５の軸心Ｃ２の周りに回転する動作（床面Ｆ上を輪転する動作）と、車輪体５の横断面中心Ｃ１の周りに回転する動作とを行なうことが可能である。その結果、車輪体５は、それらの回転動作の複合動作によって、床面Ｆ上を全方向に移動することが可能となっている。

アクチュエータ装置７は、車輪体５と右側のカバー部材２１Ｒとの間に介装される回転部材２７Ｒ及びフリーローラ２９Ｒと、車輪体５と左側のカバー部材２１Ｌとの間に介装される回転部材２７Ｌ及びフリーローラ２９Ｌと、回転部材２７Ｒ及びフリーローラ２９Ｒの上方に配置されたアクチュエータとしての電動モータ３１Ｒと、回転部材２７Ｌ及びフリーローラ２９Ｌの上方に配置されたアクチュエータとしての電動モータ３１Ｌとを備えている。
電動モータ３１Ｒ，３１Ｌは、それぞれのハウジングがカバー部材２１Ｒ，２１Ｌに各々取付けられている。なお、図示しないが、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの電源（蓄電器）は、支柱フレーム１３等、基体９の適所に搭載されている。

回転部材２７Ｒは、左右方向の軸心を有する支軸３３Ｒを介してカバー部材２１Ｒに回転可能に支持されている。同様に、回転部材２７Ｌは、左右方向の軸心を有する支軸３３Ｌを介してカバー部材２１Ｌに回転可能に支持されている。この場合、回転部材２７Ｒの回転軸心（支軸３３Ｒの軸心）と、回転部材２７Ｌの回転軸心（支軸３３Ｌの軸心）とは同軸心である。回転部材２７Ｒ，２７Ｌは、それぞれ電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの出力軸に、減速機としての機能を含む動力伝達機構を介して接続されており、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌからそれぞれ伝達される動力（トルク）によって回転駆動される。

各動力伝達機構は、例えばプーリ・ベルト式のものである。すなわち、図３に示すように、回転部材２７Ｒは、プーリ３５Ｒとベルト３７Ｒとを介して電動モータ３１Ｒの出力軸に接続されている。同様に、回転部材２７Ｌは、プーリ３５Ｌとベルト３７Ｌとを介して電動モータ３１Ｌの出力軸に接続されている。なお、動力伝達機構は、例えば、スプロケットとリンクチェーンとにより構成されるもの、あるいは、複数のギヤにより構成されるものであってもよい。また、例えば、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを、それぞれの出力軸が各回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同軸心になるように各回転部材２７Ｒ，２７Ｌに対向させて配置し、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの出力軸を回転部材２７Ｒ，２７Ｌに各々、減速機（遊星歯車装置等）を介して連結するようにしてもよい。

各回転部材２７Ｒ，２７Ｌは、車輪体５側に向かって縮径する円錐台と同様の形状に形成されており、その外周面がテーパ外周面３９Ｒ，３９Ｌとなっている。回転部材２７Ｒのテーパ外周面３９Ｒの周囲には、回転部材２７Ｒと同心の円周上に等間隔で並ぶようにして、複数のフリーローラ２９Ｒが配列されている。そして、これらのフリーローラ２９Ｒは、それぞれ、ブラケット４１Ｒを介してテーパ外周面３９Ｒに取付けられ、ブラケット４１Ｒに回転自在に支承されている。
同様に、回転部材２７Ｌのテーパ外周面３９Ｌの周囲には、回転部材２７Ｌと同心の円周上に等間隔で並ぶようにして、複数（フリーローラ２９Ｒと同数）のフリーローラ２９Ｌが配列されている。そして、これらのフリーローラ２９Ｌは、それぞれ、ブラケット４１Ｌを介してテーパ外周面３９Ｌに取付けられ、ブラケット４１Ｌに回転自在に支承されている。

上述した車輪体５は、回転部材２７Ｒ側のフリーローラ２９Ｒと、回転部材２７Ｌ側のフリーローラ２９Ｌとの間に挟まれるようにして、回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同軸心に配置されている。
この場合、図１及び図６に示すように、各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌは、その軸心Ｃ３が車輪体５の軸心Ｃ２に対して傾斜すると共に、車輪体５の直径方向（車輪体５をその軸心Ｃ２の方向で見たときに、軸心Ｃ２と各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌとを結ぶ径方向）に対して傾斜する姿勢で配置されている。そして、このような姿勢で、各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌのそれぞれの外周面が車輪体５の内周面に斜め方向に圧接されている。より一般的に言えば、右側のフリーローラ２９Ｒは、回転部材２７Ｒが軸心Ｃ２の周りに回転駆動されたときに、車輪体５との接触面で、軸心Ｃ２周りの方向の摩擦力成分（車輪体５の内周の接線方向の摩擦力成分）と、車輪体５の前記横断面中心Ｃ１の周り方向の摩擦力成分（円形の横断面の接線方向の摩擦力成分）とを車輪体５に作用させ得るような姿勢で、車輪体５の内周面に圧接されている。左側のフリーローラ２９Ｌについても同様である。

この場合、上述したように、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌは、図示しないバネによって、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの下端部側（二股の先端側）が狭まる方向に付勢されている。このため、この付勢力によって、右側のフリーローラ２９Ｒと左側のフリーローラ２９Ｌとの間に車輪体５が挟持されるとともに、車輪体５に対する各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌの圧接状態（より詳しくはフリーローラ２９Ｒ，２９Ｌと車輪体５との間で摩擦力が作用し得る圧接状態）が維持される。

以上説明した構造を有する車両１においては、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌによりそれぞれ、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを同方向に等速度で回転駆動した場合には、車輪体５が回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同方向に軸心Ｃ２の周りに回転することとなる。これにより、車輪体５が床面上を前後方向に輪転して、車両１の全体が前後方向に移動することとなる。なお、この場合は、車輪体５は、その横断面中心Ｃ１の周りには回転しない。
また、例えば、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを互いに逆方向に同じ大きさの速度で回転駆動した場合には、車輪体５は、その横断面中心Ｃ１の周りに回転することとなる。これにより、車輪体５がその軸心Ｃ２の方向（すなわち左右方向）に移動し、ひいては、車両１の全体が左右方向に移動することとなる。なお、この場合は、車輪体５は、その軸心Ｃ２の周りには回転しない。

さらに、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを、互いに異なる速度（方向を含めた速度）で、同方向又は逆方向に回転駆動した場合には、車輪体５は、その軸心Ｃ２の周りに回転すると同時に、その横断面中心Ｃ１の周りに回転することとなる。
この時、これらの回転動作の複合動作（合成動作）によって、前後方向及び左右方向に対して傾斜した方向に車輪体５が移動し、ひいては、車両１の全体が車輪体５と同方向に移動することとなる。この場合の車輪体５の移動方向は、回転部材２７Ｒ，２７Ｌの回転方向を含めた回転速度（回転方向に応じて極性が定義された回転速度ベクトル）の差に依存して変化するものとなる。

以上のように車輪体５の移動動作が行なわれるので、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転速度（回転方向を含む）を制御し、ひいては回転部材２７Ｒ，２７Ｌの回転速度を制御することによって、車両１の移動速度及び移動方向を制御できることとなる。

本実施形態の車両１において、基体９が傾倒しないようにするためには、乗員及び車両１の全体の重心点Ｇ（車両１に乗員が搭乗していない状態では、車両１の単体の重心）が車輪体５の接地点Ｔのほぼ真上に位置するように、車輪体５を動かす必要がある。
そこで、本実施形態では、乗員及び車両１の全体の重心点Ｇが、車輪体５の中心点（軸心Ｃ２上の中心点）のほぼ真上に位置する状態（より正確には重心点Ｇが車輪体５の接地点Ｔのほぼ真上に位置する状態）での基体９の姿勢を目標姿勢とし、基本的には、基体９の実際の姿勢を目標姿勢に収束させるように、車輪体５の移動動作が制御される。
また、車両１を旋回させる場合等において、車両１の駆動力とは別に、例えば乗員が必要に応じて自身の足を床面Ｆに接地させ、車輪体５の向きを変えることで、車両１を旋回させることが可能である。

以上のような動作制御を行なうために、本実施形態では図１，図２に示すように、上述した支柱フレーム１３の上半部１３ａ及び下半部１３ｂを結合する６軸力センサ８と、マイクロコンピュータや電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのドライブ回路ユニットなどを含む電子回路ユニットにより構成された制御ユニット（制御部）５０と、基体９の所定の部位の鉛直方向（重力方向）に対する傾斜角θb及びその変化速度（＝ｄθｂ／ｄｔ）を計測するための傾斜センサ５２と、車両１に乗員が搭乗しているか否かを検知するための荷重センサ５４と、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの出力軸の回転角度及び回転角速度を検出するための角度センサとしてのロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌがそれぞれ、車両１の適所に搭載されている。なお上述した制御ユニット５０は、例えば、基体９の支柱フレーム１３の下半部１３ｂ内部に収容される一方、傾斜センサ５２は上半部１３ａ内部に収容されている。また、荷重センサ５４は、シート３に内蔵されている。また、ロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌは、それぞれ、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌと一体に設けられている。なお、ロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌは、それぞれ、回転部材２７Ｒ，２７Ｌに装着してもよい。

６軸力センサ８は、支柱フレーム１３の上半部１３ａに作用する力及びモーメントを検出し、この検出信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、６軸力センサ８の出力を基に、所定の計測演算処理（これは公知の演算処理でよい）を実行することによって、上半部１３ａに作用する力及びモーメントの方向及び大きさを算出する。
傾斜センサ５２は、加速度センサとジャイロセンサ等のレートセンサ（角速度センサ）とから構成され、これらのセンサの検出信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、傾斜センサ５２の加速度センサ及びレートセンサの出力を基に、所定の計測演算処理（これは公知の演算処理でよい）を実行することによって、傾斜センサ５２を搭載した部位（本実施形態では支柱フレーム１３）の、鉛直方向に対する傾斜角度θｂの計測値とその変化速度（微分値）である傾斜角速度θｂｄｏｔの計測値とを算出する。

荷重センサ５４は、乗員がシート３に着座した場合に乗員の重量による荷重を受けるようにシート３に内蔵され、その荷重に応じた検出信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、この荷重センサ５４の出力により示される荷重の計測値に基づいて、車両１に乗員が搭乗しているか否かを判断する。なお、荷重センサ５４の代わりに、例えば、乗員がシート３に着座したときにＯＮとなるようなスイッチ式のセンサを用いてもよい。

ロータリーエンコーダ５６Ｒは、電動モータ３１Ｒの出力軸が所定角度回転する毎にパルス信号を発生し、このパルス信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、そのパルス信号を基に、電動モータ５３Ｒの出力軸の回転角度を計測し、さらにその回転角度の計測値の時間的変化率（微分値）を電動モータ５３Ｒの回転角速度として計測する。電動モータ３１Ｌ側のロータリーエンコーダ５６Ｌについても同様である。

制御ユニット５０は、荷重センサ５４の出力により、乗員が搭乗している場合における車両１の動作モードである搭乗モードと、乗員が搭乗していない場合における車両１の動作モードである自立モードとを区別して、基体傾斜角度の目標値を設定する。そして、傾斜センサ５２による傾斜角度θｂの計測値が各モードの目標値に一致するように、しかも傾斜角速度θｂｄｏｔが０になるように、各電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの回転数を制御する。各電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの回転数の制御は、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度の目標値である速度指令を決定し、その速度指令に従って、ロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌによって検出された電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度をフィードバック制御する。
また、車両１は制御ユニット５０に内蔵された速度リミッターによって最高速度が制限されるようになっている。この場合、後退する際の制限速度は前進する際の制限速度よりも遅く設定されている。

図７は、図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
ここで、図２，図７に示すように、支柱フレーム１３には、車両１に対して後方に車両を連結するための第１リンク部４３と、前方に車両１を連結するための第２リンク部４２とを備えている。

まず、第２リンク部４２は、支柱フレーム１３の上半部１３ａにおける前面側に取り付けられており、前方に向けて水平面と平行に延在するアーム部４４と、アーム部４４の先端に形成された第２フック部（第２紐状体取付部）４５とを備えている。アーム部４４は、上述した重心点Ｇと車輪体２０の接地点Ｔとを結ぶ基準線（以下、基準軸Ａという）よりも前方に向けて延在しており、その先端に第２フック部４５が形成されている。第２フック部４５は、上方に向けて開口する側面視Ｕ字状の部材であり、車両１（以下、自車両１という）に対して前方に配置される車両（以下、前方車両１ａ（図８参照）という）との連結を行うための紐状体（第２紐状体）４を係止可能に構成されている。そして、紐状体４は、第２フック部４５との連結部分を揺動中心にして揺動可能に構成されている（図７中矢印Ｊ参照）。なお、上述したように本実施形態の車両１は、接地点Ｔの真上に重心点Ｇが位置するように動作制御されるため、基準軸Ａは、ヨー軸（床面Ｆの法線）と同軸となる。また、車輪体５の中心点は、基準軸Ａ上に配置される。

一方、第１リンク部４３は、支柱フレーム１３の下半部１３ｂにおける後面側に取り付けられており、支柱フレーム１３の後側を取り囲むように配置された円弧状のレール４７と、レール４７と支柱フレーム１３とを連結するブラケット４８と、レール４７上をスライド可能に組み付けられたスライダ機構４９とを備えている。
レール４７は、上述した基準軸Ａと同軸上に中心軸を有する円弧状の部材であり、その周方向両端部と支柱フレーム１３とを連結するようにブラケット４８が設けられている。

スライダ機構４９は、レール４７を上下方向から挟むように配置された一対の矩形板からなるスライダ本体６１と、スライダ本体６１に回転可能に支持された複数（例えば、４つ）のローラ６２と、スライダ本体６１に形成された第１フック部（第１紐状体取付部）６３とを備えている。

各ローラ６２は、スライダ本体６１の前側及び後側にそれぞれ１対ずつ配置されており、これら各ローラ６２によってレール４７を幅方向両側から挟持するようになっている。これにより、スライダ本体６１は、各ローラ６２を介してレール４７上をスライド可能に構成されている。すなわち、スライダ機構４９は、レール４７の中心（基準軸Ａ）を揺動中心にしてレール４７上を基準軸Ａ周りに揺動可能に構成されている（図７中矢印Ｋ参照）。
第１フック部６３は、スライダ本体６１の後端部から下方に向けて突出しており、自車両１に対して後方に配置される車両（以下、後方車両１ｂ（図８参照）という）との連結を行うための紐状体（第１紐状体）４を係止可能に構成されている。この場合、第１フック部６３は、上述した基準軸Ａよりも後方に配置されている。そして、紐状体４は、スライダ機構４９の揺動動作に伴って基準軸Ａ周りに揺動可能に構成されている（図７中矢印Ｋ参照）。すなわち、第１フック部６３に連結される紐状体４は、基準軸Ａを見かけの揺動中心として揺動するようになっている。そのため、上述した第２フック部４５は、紐状体４の揺動中心（基準軸Ａ）よりも基準軸Ａに対して遠い位置に配置されることになる。

このように、本実施形態では、支柱フレーム１３の上半部１３ａに第２リンク部４２が、下半部１３ｂに第１リンク部４３が連結されるとともに、基準軸Ａに対して前方に第２リンク部４２の第２フック部４５が、後方に第１リンク部４３の第１フック部６３が配置されることになる。また、スライダ機構４９がレール４７の周方向中心に配置されている場合には、上下方向から見て第２フック部４３と第１フック部６３とを結ぶ直線が車両１の左右方向における中心線を通るとともに、基準軸Ａと直交することになる。そして、本実施形態の車両１は、上述した第２フック部４５及び第１フック部６３にそれぞれ紐状体４を係止することにより、自車両１の前方及び後方に他の車両（前方車両１ａ及び後方車両１ｂ）を連結可能に構成されている。

図８は、複数台の車両が連結された状態を示す側面図である。
図８に示すように、上述した自車両１の前後に前方車両１ａ及び後方車両１ｂを連結する場合には、自車両１の第２フック部４５と前方車両１ａの第１フック部６３（図７参照）とを紐状体４を介して架け渡す一方、自車両１の第１フック部６３と、後方車両１ｂの第２フック部４５とを紐状体４を介して架け渡すことで、各車両１，１ａ，１ｂ同士が前後方向で列をなして連結される。これにより、各車両１，１ａ，１ｂが前後方向に並んだ状態で走行するようになっている。なお、紐状体４の構成材料としては、繊維を束ねて形成されたものや、金属製のワイヤやチェーン、ゴム等を用いることができる。

紐状体４は、各車両１，１ａ，１ｂの相対位置に対応して揺動可能に各フック部４５，６３に連結されている。具体的に、自車両１の第２フック部４５に連結される紐状体４は、第２フック部４５を揺動中心にして、前方車両１ａの位置に倣って揺動可能に構成されている。一方、第１リンク部４３のスライダ機構４９は、レール４７の中心軸（基準軸Ａ）周りに揺動可能に構成されているため、自車両１の第１フック部６３に連結される紐状体４は、スライダ機構４９の揺動動作に伴って基準軸Ａ周りに揺動可能に構成されている。すなわち、自車両１と後方車両１ｂとを連結する紐状体４は、基準軸Ａを見かけの揺動中心として揺動可能に構成されている。

ここで、車両１の概略的な動作制御を説明すると、基本的には、基体９を傾けた場合（例えば、シート３に着座した乗員が、乗員と車両１とを合わせた全体の重心点Ｇ（図２参照）の位置を動かすように上体を傾けた場合）に、基体９が傾いた側に車両１が移動するように、車輪体５の移動動作が制御される。例えば、乗員が上体を前傾させ、ひいては、基体９をシート３とともに前傾させると、車両１が前方に移動するように、車輪体５の移動動作が制御される。
すなわち、本実施形態では、乗員が上体を動かし、ひいては、シート３とともに基体９を傾動させるという動作が、車両１に対する１つの基本的な操縦操作（車両１の動作要求）とされ、その操縦操作に応じて車輪体５の移動動作がアクチュエータ装置７を介して制御される。

（作用）
次に、作用について説明する。具体的には、紐状体４によって複数台の車両を連結した状態で走行させる場合について説明する。なお、以下の説明では、主として自車両１と後方車両１ｂとの動作について説明する。
まず、車両１，１ｂを直進させる場合について説明する。図９は、複数台の車両が連結された状態における動作を示す説明図（平面図）である。
図９に示すように、車両１，１ｂを直進させる場合には第１フック部４５と第１フック部６３とを結ぶ直線が自車両１の左右方向における中心線に一致することになる。そのため、第１フック部６３において後方車両１ｂから自車両１に作用する引張力Ｆ１と、自車両１の進行方向（図９中破線Ｈ１）とが自車両１の上下方向から見て基準軸Ａを通る直線上に配置される。すなわち、進行方向に対する引張力Ｆ１の作用点（第１フック部６３）と基準軸Ａとのズレ量（上下方向から見て基準軸Ａからの距離）及びズレ方向（基準軸Ａに対する左右方向におけるズレ）がほとんどゼロになるので、自車両１には基準軸Ａ周りのモーメントはほとんど発生せず、各車両１，１ｂともに目標の進行方向に向いた状態で走行することになる。

次に、車両１，１ｂを左前方に向けて走行させる場合について説明する。図１０は、複数台の車両が連結された状態における車両の動作を示す説明図（平面図）である。
図７，図１０に示すように、自車両１を左前方に向けることで、自車両１に対して紐状体４が揺動する。具体的に、自車両１に作用する後方車両１ｂからの引張力Ｆ２により、スライダ機構４９がレール４７上を基準軸Ａ周りに揺動することで、紐状体４も基準軸Ａ周りに揺動することになる。この状態で自車両１を左前方に向けて走行させると（図１０中破線Ｈ２）、紐状体４は、自車両１の進行方向に対する、後方車両１ｂから自車両１に作用する引張力Ｆ２の作用点（第１フック部６３）のズレ量及びズレ方向が小さくなるように揺動する。すなわち、自車両１の進行方向（駆動力の作用線）と、後方車両１ｂから自車両１に作用する引張力Ｆ２の作用線とが直線上に配置されるように、第１フック部６３が揺動することになる。そのため、第１フック部６３が基体９に固定されている場合に比べて、基準軸Ａ周りのモーメントを低減して、自車両１の基準軸Ａ周りの回転量を抑制することができる。これにより、後方車両１ｂの動作が自車両１に及ぶ影響を可能な限り排除することができるので、車両１，１ｂが進行方向に沿って高精度に走行することになる。

そして、自車両１から後方車両１ｂに引張力が作用することで、後方車両１ｂには自車両１の進行方向に沿って引張力が作用し、紐状体４が進行方向に一致するように基準軸Ａ周りに揺動していく。これにより、後方車両１ｂは自車両１の進行方向に沿って除々に向きを変えながら走行することになる。この場合、第１フック部４５が基準軸Ａよりも前方に配置されているので、基準軸Ａよりも後方に配置されている場合に比べて、後方車両１ｂに作用する基準軸Ａ周りのモーメントを小さくすることができるので、後方車両１ｂの基準軸Ａ周りの回転量を抑制することができる。すなわち、後方車両１ｂを自車両１の動作に追従しやすくすることができる。その後、自車両１と後方車両１ｂとの進行方向が一致して、両車両１，１ｂが自車両１の進行方向に沿って走行することになる。なお、自車両１が前方車両１ａに引っ張られる際も、上述した動作と同様の動作が行われる。

このように、本実施形態では、自車両１における基準軸Ａよりも後方に第１フック部６３が配置されているため、第１フック部６３が基準軸Ａよりも前方に配置されている場合と比べて、後方車両１ｂから自車両１に作用する基準軸Ａ周りのモーメントを低減することができるので、自車両１の基準軸Ａ周りの回転量を抑制することができる。すなわち、後方車両１ｂの動作が自車両１に及ぶ影響を可能な限り排除することができる。その結果、複数台の車両１を連結して走行させる場合であっても、自車両１を目標の進行方向に向けた状態でスムーズに走行させることができる。

しかも、スライダ機構４９（第２フック部６３）がレール４７上を揺動可能に構成されているため、第２フック部６３に連結される紐状体４もスライダ機構４９の基準軸Ａ周りに揺動することになる。そのため、例えば自車両１の進行方向を変更した場合等、後方車両１ｂから自車両１に作用する引張力Ｆ２の作用点と基準軸Ａとの、自車両１の進行方向に対するズレ量及びズレ方向が大きくずれていた場合に、これらを小さくするように第１フック部６３が紐状体４とともに揺動することになる。すなわち、自車両１の駆動力の作用線と、後方車両１ｂから自車両１に作用する引張力Ｆ２の作用線とが直線上に配置されるように、第１フック部６３が揺動することになる。これにより、自車両１に作用する基準軸Ａ周りのモーメントをさらに低減することができる。

また、基準軸Ａよりも前方に第２フック部４５を配置することで、紐状体４が基準軸Ａ上、または基準軸Ａよりも後方に配置されている場合に比べて、自車両１に作用する基準軸Ａ周りのモーメントを小さくすることができるので、自車両１の基準軸Ａ周りの回転量を抑制することができる。すなわち、自車両１を前方車両１ａの動作に追従しやすくすることができる。
さらに、第２フック部４５を、第１フック部６３に連結された紐状体４（第１の紐状体）の揺動中心（基準軸Ａ）よりも基準軸Ａに対して遠い位置に配置することで、第２フック部４５で基準軸Ａ周りに発生するモーメントを、第１フック部６３から基準軸Ａ周りに発生するモーメントに比べて大きくすることができる。そのため、自車両１の向きが前方車両１ａの進行方向に一致しやすくなる。

なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や形状などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、車輪体２０をゴム状弾性材により円環状に形成した場合について説明したが、これに限られることはない。
また、上述した実施形態では、紐状体４の揺動中心（見かけの揺動中心）を基準軸Ａ上に配置した場合について説明したが、これに限られず基準軸Ａよりも後方に配置しても構わない。この場合も、第２フック部４５が、第１フック部６３に連結された紐状体４の揺動中心よりも基準軸Ａに対して遠い位置に配置されていることが好ましい。
さらに、上述した実施形態では支柱フレーム１３の上半部１３ａと下半部１３ｂとを６軸力センサ８によって連結する構成について説明したが、６軸力センサ８を設けず、一本のフレームにより支柱フレーム１３を構成しても構わない。

また、第１リンク部の構成としては、以下に示すような構成も可能である。
例えば、図１１に示す第１リンク部６０は、車両１の基準軸Ａと同軸上に配置されたピン６６と、このピン６６に回動可能に支持された連結部材６５を備えている。連結部材６５は、両端に形成された一対のリング部６８，６９と、各リング部６８，６９を架け渡す橋架部６７とを備えている。基端側のリング部６８は、ピン６６に挿通されており、これにより、連結部材６５は基準軸Ａを中心にしてヨー軸周りに揺動可能に構成されている。一方、先端側のリング部６９（第１紐状体取付部）は、紐状体４を連結できるようになっている。これにより、紐状体４は、基端側のリング部６８の中心、すなわち基準軸Ａを揺動中心にして揺動可能に構成されている。この場合、橋架部６７が支柱フレーム１３より後方に延在しているので、直接ピン６６に紐状体４を取り付ける場合に比べて、周囲にスペースが形成されるため、紐状体４の取り付け作業が容易になるとともに、線径の太い紐状体４を取り付けることが可能になる。

また図１２に示す第１リンク部７０は、支柱フレーム１３の上半部１３ａの後端部に左右で一対のリング部７１を備え、これらリング部７１間を架け渡すようにワイヤ７２が設けられている。そして、このワイヤ７２には、ワイヤ７２上を移動可能なスライダ機構７３が組み合わされている。スライダ機構７３は、ワイヤ７２の内側でワイヤ７２上を回転可能なローラ７４と、ワイヤ７２の外側でローラ７４を回転可能に支持するブラケット７５とを備えている。ブラケット７５は、ローラ７４を軸方向両端側で支持するように二股状に形成されたものであり、その基端部には後方に向けて延在するフック部７６が設けられている。そして、このフック部７６に紐状体４が連結されるようになっている。
この場合、スライダ機構７３は、リング部７１とワイヤ７２との連結部分を焦点とした楕円軌道で揺動可能に構成されている。そのため、スライダ機構７３に連結される紐状体４もリング部７１を焦点とした楕円軌道で揺動可能に構成されている。この場合、紐状体４の揺動中心（見かけの揺動中心）は、揺動動作に連動してリング部７１を焦点とした楕円軌道の短軸（前後方向）上に沿って往復移動することになる。

また、３台以上の複数台の車両１を連結させる構成にしても構わない。また、前方車両が本発明の全方向移動車両であれば、後方車両は全方向移動車両でなくてもよい。
さらに、上述した実施形態では、車両１に乗員が乗車している場合について説明したが、乗員を乗せず荷物等を搬送させる場合に用いても構わない。また、例えば、前方車両１ａに乗員が乗車して、後方車両１ｂに荷物を載置して、後方車両１ｂに載置された荷物を搬送させる場合に利用することもできる。
また、上述した実施形態では、本発明を基体９に車輪体５が１つだけ設けられた一輪車に採用した場合について説明したが、これに限らず車輪体５を複数設けても構わない。さらに、少なくとも１つが全方向に移動可能な車輪体５であれば、他の車輪は車輪体５に従動して回転する従動輪であってもよい。

１…車両（倒立振子型移動体） １ａ…前方車両（移動体） １ｂ…後方車両（移動体） ４…紐状体（第１の紐状体、第２の紐状体） ４５…第２フック部（第２紐状体取付部） ５０…制御ユニット（制御部） ６３，７６…第１フック部（第１紐状体取付部） ６９…リング部（第１紐状体取付部）

Claims (6)

1. 基体と、
   該基体に接続され、該基体を前後左右方向に移動可能とする少なくとも一つの車輪よりなる移動動作部と、
   該移動動作部を駆動する駆動部と、
   該駆動部を制御する制御部と、を有する倒立振子型移動体において、
   後方を走行する移動体に連結された第１の紐状体を取り付ける第１紐状体取付部と、
   前方を走行する移動体に連結された第２の紐状体を取り付ける第２紐状体取付部と、を有し、
   前記第１紐状体取付部は、前記移動動作部の車輪回転中心点と前記倒立振子型移動体の装置重心点とを結んだ基準線上、または前記基準線よりも後方に配置され、
   前記第２紐状体取付部は、前記基準線よりも前方に配置されていることを特徴とする倒立振子型移動体。
2. 前記第１紐状体取付部はヨー軸周りに揺動可能に構成されていることを特徴とする請求項１記載の倒立振子型移動体。
3. 前記第１の紐状体の揺動中心が、前記第１紐状体取付部よりも前方かつ、前記基準線上、または前記基準線よりも後方に配置されていることを特徴とする請求項２記載の倒立振子型移動体。
4. 前記接地点直上の点を中心にしてヨー軸周りに形成された円弧状のレールを備え、
   前記第１紐状体取付部は、前記レール上を揺動可能に設けられていることを特徴とする請求項２または請求項３記載の倒立振子型移動体。
5. 前記第２紐状体取付部は、前記第１の紐状体の揺動中心よりも前記基準線に対して遠い位置に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の倒立振子型移動体。
6. 前記第１紐状体取付部は、前記第２紐状体取付部よりも下方に取り付けられていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の倒立振子型移動体。

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