JP5355348B2

JP5355348B2 - 全方向移動車両の制御装置

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Publication number: JP5355348B2
Application number: JP2009248166A
Authority: JP
Inventors: 一志秋元
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2029-10-28
Also published as: JP2011093398A

Description

本発明は、床面上を全方向に移動可能な全方向移動車両の制御装置に関する。

床面上を全方向（２次元的な全方向）に移動可能な全方向移動車両としては、例えば、特許文献１、２に見られるものが本願出願人により提案されている。これらの特許文献１、２に見られる全方向移動車両にあっては、床面に接地しながら該床面上を全方向に移動可能な、球体状又は車輪状又はクローラ状の移動動作部と、該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車両の基体に組付けられている。そして、この車両は、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、床面上を移動する。

また、この種の全方向移動車両の移動動作を制御する技術としては、例えば特許文献３に見られる技術が本願出願人により提案されている。この技術では、車両の基体が球体状の移動動作部に対して前後・左右に傾動自在に設けられている。そして、基体の傾き角を計測し、この傾き角を所要の角度に保つように、移動動作部を駆動する電動モータのトルクを制御することによって、基体の傾動動作に応じて車両を移動させるようにしている。

さらに、下記特許文献４に示すように、移動動作部とは別に床面に接地する補助接地部を設けた全方向移動車両が本願出願人により提案されている。かかる全方向移動車両によれば、車両の後方に設けられた補助接地部を床面に接地させ、車両を左右方向に移動させることで、補助接地部を旋回中心とする旋回が可能となる。

ＰＣＴ国際公開公報ＷＯ／２００８／１３２７７８ＰＣＴ国際公開公報ＷＯ／２００８／１３２７７９特許第３０７００１５号ＰＣＴ国際公開公報ＷＯ／２００８／１３９７４０

ところで、特許文献１〜４に見られる如き全方向移動車両では、急旋回時に車両に大きな遠心力が掛かり、車両の姿勢が遠心力により傾く場合がある。このような場合には、旋回中心から車両に向かう方向へ車両を移動させ、または移動することを許容することでこれを改善させることができるが、特許文献４の全方向移動車両のように補助接地部が接地している場合には、補助接地部がかかる車両の移動の妨げとなってしまう場合がある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、補助接地部を設けた車両における旋回時の姿勢の傾きを低減させることができる全方向移動車両の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、床面上を互いに直交する第１の方向及び第２の方向を含む全方向に移動可能な移動動作部と、該移動動作部を駆動するアクチュエータ装置と、該移動動作部及びアクチュエータ装置が組付けられた基体と、前記移動動作部の接地面とは異なる位置で床面に接地する接地状態と接地しない非接地状態とに選択的に動作可能に前記基体に組み付けられた補助接地部とを備えた全方向移動車両の制御装置であって、
前記車両の実際のヨーレートとヨー角加速度とのうちの少なくとも一方に応じた出力を生成するヨー運動状態量計測手段と、
前記ヨー運動状態量計測手段の出力が示すヨーレートと、ヨー角加速度と、該ヨーレートと該ヨー角加速度との線形結合値との少なくともいずれかが閾値を超える場合に、前記補助接地部を接地状態から非接地状態に変化させる補助接地部制御手段と
を備えることを特徴とする（第１発明）。

なお、本発明において、前記移動動作部が、「第１の方向及び第２の方向を含む全方向に移動可能」ということは、該第１の方向及び第２の方向に直交する軸方向で見た場合における各瞬間での該移動動作部の速度ベクトルの向きが、前記アクチュエータ装置による移動動作部の駆動によって、上記軸方向の周りの任意の角度方向の向きを採り得るということを意味する。この場合、上記軸方向は、概ね、上下方向又は床面に垂直な方向である。また、本発明における「直交」は厳密な意味での直交であることは必須ではなく、本発明の本質を逸脱しない範囲で、厳密な意味での直交から若干のずれがあってもよい。

また、本発明において、「床」は、通常的な意味での床（屋内の床など）だけを意味するものではなく、屋外の地面もしくは路面をも含むものとして使用する。

この第１発明によれば、ヨー運動状態量計測手段の出力が示すヨーレートと、ヨー角加速度と、該ヨーレートと該ヨー角加速度との線形結合値とのいずれかが閾値を超える場合に、補助接地部を接地状態から非接地状態に変化させる。

すなわち、車両が急旋回状態となった場合には、旋回中心から車両に向かう方向へ車両を移動させ、または移動することを許容することで、当該車両の姿勢の傾きを低減させることが好ましいところ、補助接地部が床面に接触することでかかる車両の移動の妨げとなる蓋然性が高い。

そこで、車両の実際のヨーレート、ヨー角加速度や、該ヨーレートと該ヨー角加速度との線形結合値が閾値を超える場合に、補助接地部を接地状態から非接地状態に変化させることで、補助接地部が、旋回中心から車両に向かう方向への移動の妨げとなることを防止して、旋回時の姿勢の傾きを低減させることができる。

第１発明の全方向移動車両の制御装置において、前記車両の所定の代表点の実際の移動速度である代表点速度に応じた出力を生成する代表点速度計測手段を更に備え、
前記補助接地部制御手段は、前記代表点速度計測手段の出力が示す代表点速度に応じて、該代表点速度が大きいほど、前記閾値が小さくなるように該閾値を設定することが好ましい（第２発明）。

この第２発明によれば、車両の移動速度に応じて、急旋回時の車両の振る舞いが異なる、すなわち、車両の移動速度が大きい場合には、急旋回時に車両により大きな遠心力が掛かり、車両の移動速度が小さい場合には、急旋回時でも車両には然程大きな遠心力が掛からない。そのため、車両の移動速度に応じて、前記閾値を車両の移動速度が大きいほど閾値が小さくなるように閾値を可変的に設定することで、車両の移動速度が大きく、補助接地部が、旋回中心から車両に向かう方向への移動の妨げとなり得る場合にはこれを防止することができると共に、車両の移動速度が小さく、補助接地部が、旋回中心から車両に向かう方向への移動の妨げとならない場合には、補助接地部を接地状態に維持して旋回を補助することができる。

さらに、第１または第２発明の全方向移動車両の制御装置において、床面から前記補助接地部に作用する力により前記車両に及ぼされるモーメントの向きが、前記ヨー運動状態量計測手段が出力する前記車両のヨーレートに基づく車両の旋回方向と逆向きであるかを判断する作用モーメント判断手段を備え、
前記補助接地部制御手段は、
前記作用モーメント判断手段により前記車両に及ぼされるモーメントの向きが前記車両の旋回方向と逆向きであると判断された場合に、前記ヨー運動状態量計測手段の出力に拘わらず、前記補助接地部を接地状態に維持することを特徴とする（第３発明）。

この第３発明によれば、床面から前記補助接地部に作用する力が前記車両に及ぼすモーメントの向きから、補助接地部を接地状態に維持するか、非接地状態とするべきかを具体的に判断することができる。

すなわち、一般的には、上述のように、急旋回時には補助接地部を非接地状態とすることが望ましいが、床面から補助接地部に作用する力により前記車両に及ぼされるモーメントの向きが、車両の旋回方向と逆向きの場合には、補助接地部の接地により車両には旋回方向と逆向きのモーメントが作用することで、車両のヨーレートが減少する。そのため、この場合には、前記ヨー運動状態量計測手段の出力に拘わらず、補助接地部を接地状態に維持することが好ましい。

このように、床面から前記補助接地部に作用する力が前記車両に及ぼすモーメントの向きに応じて、補助接地部を接地状態または非接地状態とすることで、車両のヨーレートが増大し得ることを防止して、旋回時の姿勢の傾きを低減させることができる。

第２発明の全方向移動車両の制御装置において、床面から前記補助接地部に作用する力により前記車両に及ぼされるモーメントの向きが、前記ヨー運動状態量計測手段が出力する前記車両のヨーレートに基づく車両の旋回方向と逆向きであるかを判断する作用モーメント判断手段を備え、前記補助接地部制御手段は、前記作用モーメント判断手段により前記車両に及ぼされるモーメントの向きが前記車両の旋回方向と逆向きであると判断された場合に、前記ヨー運動状態量計測手段の出力に拘わらず、前記補助接地部を接地状態に維持し、前記作用モーメント判断手段は、前記代表点速度計測手段の出力が示す代表点速度と前記ヨー運動状態量計測手段の出力が示すヨーレートとに基づいて前記補助接地部の移動速度を算出し、算出した前記補助接地部の移動速度の向きと反対向きを前記車両に及ぼされるモーメントの向きとして、該モーメントの向きが、前記ヨー運動状態量計測手段が出力する前記車両のヨーレートに基づく車両の旋回方向と逆向きであるかを判断することを特徴とする（第４発明）。

この第４発明によれば、作用モーメント判断手段は、補助接地部の移動速度の向きと反対の向きを、前記車両に及ぼされるモーメントの向きとする。すなわち、補助接地部の実際の移動速度は、例えば、車両の移動速度に、車両のヨーレートと車両から補助接地部までの距離とを乗算したベクトル量を加算したものとして求められる。補助接地部を接地状態とした場合には、かかる補助接地部の移動方向と反対向きに、補助接地部は、床面から摩擦力を受ける。

そのため、補助接地部の移動方向と反対の向きを前記車両に及ぼされるモーメントの向きとすることで、前記車両に及ぼされるモーメントの向きが、前記ヨー運動状態量計測手段が出力する前記車両のヨーレートに基づく車両の旋回方向と逆向きであるかを簡易かつ確実に判断することができ、判断結果に応じて、補助接地部を接地状態または非接地状態とすることで、車両のヨーレートが増大し得ることを防止して、旋回時の姿勢の傾きを低減させることができる。

また、第３発明の全方向移動車両の制御装置において、前記接地状態における前記床面から前記補助接地部に作用する力を検出する力検出手段を備え、
前記作用モーメント判断手段は、
前記力検出手段により検出された力の向きを前記車両に及ぼされるモーメントの向きとして、該モーメントの向きが、前記ヨー運動状態量計測手段が出力する前記車両のヨーレートに基づく車両の旋回方向と逆向きであるかを判断することを特徴とする（第５発明）。

この第５発明によれば、作用モーメント判断手段は、接地状態における前記床面から前記補助接地部に作用する力の向きを前記車両に及ぼされるモーメントの向きとすることで、前記車両に及ぼされるモーメントの向きが、前記ヨー運動状態量計測手段が出力する前記車両のヨーレートに基づく車両の旋回方向と逆向きであるかを簡易かつ確実に判断することができ、判断結果に応じて、補助接地部を接地状態または非接地状態とすることで、車両のヨーレートが増大し得ることを防止して、旋回時の姿勢の傾きを低減させることができる。

実施形態の全方向移動車両の正面図。実施形態の全方向移動車両の側面図。実施形態の全方向移動車両の下部を拡大して示す図。実施形態の全方向移動車両の下部の斜視図。実施形態の全方向移動車両の移動動作部（車輪体）の斜視図。実施形態の全方向移動車両の移動動作部（車輪体）とフリーローラとの配置関係を示す図。実施形態の全方向移動車両の制御ユニットの処理を示すフローチャート。実施形態の全方向移動車両の動力学的挙動を表現する倒立振子モデルを示す図。図７のＳＴＥＰ９の処理に係わる処理機能を示すブロック図。図９に示すゲイン調整部の処理機能を示すブロック図。図１０に示すリミット処理部（又は図１２に示すリミット処理部）の処理機能を示すブロック図。図９に示す重心速度制限部７６の処理機能を示すブロック図。図９に示す姿勢制御演算部８０の処理機能を示すブロック図。図７のＳＴＥＰ１１の処理内容を示すフローチャート。

本発明の一実施形態を以下に説明する。まず、図１〜図６を参照して、本実施形態における全方向移動車両の構造を説明する。

図１及び図２に示すように、本実施形態における全方向移動車両１は、乗員（運転者）の搭乗部３と、床面に接地しながら該床面上を全方向（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を駆動する動力を該移動動作部５に付与するアクチュエータ装置７と、これらの搭乗部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、搭乗部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、搭乗部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と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とを備える。

支柱フレーム１３の上部には、該支柱フレーム１３から前方側に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。本実施形態では、このシート３が乗員の搭乗部となっている。従って、本実施形態における全方向移動車両１（以降、単に車両１という）は、乗員がシート３に着座した状態で、床面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（又はシートフレーム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、図示を省略するバネによって、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、前記シート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。

さらに、下部フレーム１１の後側には、移動動作部の接地面とは異なる位置で床面に接地する補助接地部２６が設けられている。

補助接地部２６は、アーム２６ａと、下部フレーム１１の後側に設けられたブラケット２６ｂと、アーム２６ａの昇降を行うアクチュエータ２６ｃとを備える。アーム２６ａは、その下端部に接地用の鍔部を介して前後左右方向に回転する自在キャスタからなる補助輪２６ｄが設けられている。また、アーム２６ａの上端は、ブラケット２６ｂの、左右方向に延びる枢軸に連結されており、枢軸がブラケット２６ｂに枢支されている。アーム２６ａの枢軸連結部には、図示しない捩りコイルバネが設けられており、アーム２６ａを下向きに付勢している。これにより、補助輪２６ｄは、通常、所定の接地荷重で床面に接地している。

さらに、ブラケット２６ｂの枢軸は、図示しない減速機等を介してアクチュエータ２６ｃの回転軸に連結されている。これにより、アクチュエータ２６ｃの回転によりアーム２６ａは、捩りコイルバネの付勢力に抗して上向きに跳ね上がり、補助輪２６ｄが床面に接地する接地状態から床面に接触しない非接地状態に変化する。このように、補助輪２６ｄは、アクチュエータ２６ｃの動作により、床面に接地する接地状態と非接地状態とに選択的に動作可能となっている。

なお、車両１における移動動作部５の床面との接地点と、補助輪２６ｄの床面との接地点との間の距離は、所定の距離Ｌとなっている。

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。これらの移動動作部５及びアクチュエータ装置７の構造を図３〜図６を参照して説明する。

なお、本実施形態で例示する移動動作部５及びアクチュエータ装置７は、例えば前記特許文献２の図１に開示されているものと同じ構造のものである。従って、本実施形態の説明においては、移動動作部５及びアクチュエータ装置７の構成に関して、前記特許文献２に記載された事項については、簡略的な説明に留める。

本実施形態では、移動動作部５は、ゴム状弾性材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。この移動動作部５（以降、車輪体５という）は、その弾性変形によって、図５及び図６の矢印Ｙ１で示す如く、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。

この車輪体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、該車輪体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で示す如く車輪体５の軸心Ｃ２の周りに回転する動作（床面上を輪転する動作）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１７Ｌ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、図示は省略するが、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に示す如く、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、上記動力伝達機構は、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を介してにテーパ外周面３９Ｒに取付けられ、該ブラケット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を介してにテーパ外周面３９Ｌに取付けられ、該ブラケット４１Ｌに回転自在に支承されている。

前記車輪体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、該軸心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、前記したように、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が挟持されると共に、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４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。

なお、シート３及び基体９は、車輪体５の軸心Ｃ２を支点として、左右方向の軸心Ｃ２周りに傾動自在となっていると共に、車輪体５の接地面（下端面）を支点として、前後方向の軸周りに該車輪体５と共に傾動自在となっている。

次に、本実施形態の車両１の動作制御のための構成を説明する。なお、以降の説明では、図１及び図２に示すように、前後方向の水平軸をＸ軸、左右方向の水平軸をＹ軸、鉛直方向をＺ軸とするＸＹＺ座標系を想定し、前後方向、左右方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向と言うことがある。

まず、車両１の概略的な動作制御を説明すると、本実施形態では、基本的には、シート３に着座した乗員がその上体を傾けた場合（詳しくは、乗員と車両１とを合わせた全体の重心点の位置（水平面に投影した位置）を動かすように上体を傾けた場合）に、該上体を傾けた側に基体９がシート３と共に傾動する。そして、この時、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と共に前傾させると、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と共に基体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。

ここで、本実施形態の車両１は、その全体の接地面としての車輪体５の接地面が、車両１とこれに搭乗する乗員との全体を床面に投影した領域に比して面積が小さい単一の局所領域となり、その単一の局所領域だけに床反力が作用する。このため、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の全体の重心点が車輪体５の接地面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（より詳しくは、乗員および車両１の全体のうち、乗員およびシード３と一体的に傾動可能な系の全体の重心点）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（より正確には当該重心点が車輪体５の接地面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。

さらに、車両１に乗員が搭乗していない状態では、車両１の単体の重心点が、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（当該重心点が車輪体５の接地面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、該基体９の実際の姿勢を目標姿勢に収束させ、ひいては、基体９が傾倒することなく車両１が自立するように、車輪体５の移動動作が制御される。

また、車両１に乗員が搭乗している状態と搭乗していない状態とのいずれの状態においても、基体９の実際の姿勢の目標姿勢からずれが大きいほど、車両１の移動速度が速くなると共に、基体９の実際の姿勢の目標姿勢に一致する状態では、車両１の移動が停止するように車輪体５の移動動作が制御される。

補足すると、「姿勢」は空間的な向きを意味する。本実施形態では、基体９がシート３と共に傾動することで、基体９やシート３の姿勢が変化する。また、本実施形態では、基体９とシート３とは一体的に傾動するので、基体９の姿勢をその目標姿勢に収束させるということは、シート３の姿勢を該シート３に対応する目標姿勢（基体９の姿勢が基体９の目標姿勢に一致する状態でのシート３の姿勢）に収束させるということと等価である。

本実施形態では、以上の如き車両１の動作制御を行なうために、図１及び図２に示すように、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のヨーレートを検出するヨーレートセンサ５３（本発明のヨー運動状態量計測手段に相当する）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。

この場合、制御ユニット５０及び傾斜センサ５２は、例えば、基体９の支柱フレーム１３の内部に収容された状態で該支柱フレーム１３に取付けられている。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。

上記傾斜センサ５２は、より詳しくは、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。

この場合、計測する傾斜角度θb（以降、基体傾斜角度θbということがある）は、より詳しくは、それぞれ、Ｙ軸周り方向（ピッチ方向）の成分θb_xと、Ｘ軸周り方向（ロール方向）の成分θb_yとから成る。同様に、計測する傾斜角速度θbdot（以降、基体傾斜角速度θbdotということがある）も、Ｙ軸周り方向（ピッチ方向）の成分θbdot_x（＝dθb_x/dt）と、Ｘ軸周り方向（ロール方向）の成分θbdot_y（＝dθb_y/dt）とから成る。

補足すると、本実施形態では、基体９の支柱フレーム１３と一体にシート３が傾動するので、基体傾斜角度θbは、搭乗部３の傾斜角度としての意味も持つ。

なお、本実施形態の説明では、上記基体傾斜角度θbなど、Ｘ軸及びＹ軸の各方向（又は各軸周り方向）の成分を有する運動状態量等の変数、あるいは、該運動状態量に関連する係数等の変数に関しては、その各成分を区別して表記する場合に、該変数の参照符号に、添え字“_x”又は“_y”を付加する。

この場合において、並進速度等の並進運動に係わる変数については、そのＸ軸方向の成分に添え字“_x”を付加し、Ｙ軸方向の成分に添え字“_y”を付加する。

一方、角度、回転速度（角速度）、角加速度など、回転運動に係わる変数については、並進運動に係わる変数と添え字を揃えるために、便宜上、Ｙ軸周り方向の成分に添え字“_x”を付加し、Ｘ軸周り方向の成分に添え字“_y”を付加する。

さらに、Ｘ軸方向の成分（又はＹ軸周り方向の成分）と、Ｙ軸方向の成分（又はＸ軸周り方向の成分）との組として変数を表記する場合には、該変数の参照符号に添え字“_xy”を付加する。例えば、上記基体傾斜角度θbを、Ｙ軸周り方向の成分θb_xとＸ軸周り方向の成分θb_yの組として表現する場合には、「基体傾斜角度θb_xy」というように表記する。

前記ヨーレートセンサ５３は、車両１の車輪体５の接地点から鉛直方向に延びる直線上に設けられて、該鉛直軸（ヨー軸）まわりの角速度に応じた信号を制御ユニット５０に出力する。また、制御ユニット５０は、ヨーレートセンサ５３の出力値を微分することにより、適宜、ヨー角加速度を算出し、ヨーレートと該ヨー角加速度との線形結合値を算出する。

前記荷重センサ５４は、乗員がシート３に着座した場合に該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側のロータリエンコーダ５６Ｌについても同様である。

制御ユニット５０は、上記の各計測値を用いて所定の演算処理を実行することによって、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、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。

なお、電動モータ３１Ｒの出力軸の回転角速度と、回転部材２７Ｒの回転角速度との間の関係は、該出力軸と回転部材２７Ｒとの間の一定値の減速比に応じた比例関係になるので、本実施形態の説明では、便宜上、電動モータ３１Ｒの回転角速度は、回転部材２７Ｒの回転角速度を意味するものとする。同様に、電動モータ３１Ｌの回転角速度は、回転部材２７Ｌの回転角速度を意味するものとする。

以下に、制御ユニット５０の制御処理をさらに詳細に説明する。

制御ユニット５０は、所定の制御処理周期で図７のフローチャートに示す処理（メインルーチン処理）を実行する。

まず、ＳＴＥＰ１において、制御ユニット５０は、傾斜センサ５２の出力を取得する。

次いで、ＳＴＥＰ２に進んで、制御ユニット５０は、取得した傾斜センサ５２の出力を基に、基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sと、基体傾斜角速度θbdotの計測値θbdot_xy_sとを算出する。

なお、以降の説明では、上記計測値θb_xy_sなど、変数（状態量）の実際の値の観測値（計測値又は推定値）を参照符号により表記する場合に、該変数の参照符号に、添え字“_s”を付加する。

次いで、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ３において、荷重センサ５４の出力を取得した後、ＳＴＥＰ４の判断処理を実行する。この判断処理においては、制御ユニット５０は、取得した荷重センサ５４の出力が示す荷重計測値があらかじめ設定された所定値よりも大きいか否かによって、車両１に乗員が搭乗しているか否か（シート３に乗員が着座しているか否か）を判断する。

そして、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ４の判断結果が肯定的である場合には、基体傾斜角度θbの目標値θb_xy_objを設定する処理と、車両１の動作制御用の定数パラメータ（各種ゲインの基本値など）の値を設定する処理とを、それぞれＳＴＥＰ５、６で実行する。

ＳＴＥＰ５においては、制御ユニット５０は、基体傾斜角度θbの目標値θb_xy_objとして、あらかじめ定められた搭乗モード用の目標値を設定する。

ここで、「搭乗モード」は、車両１に乗員が搭乗している場合での車両１の動作モードを意味する。この搭乗モード用の目標値θb_xy_objは、車両１とシート３に着座した乗員との全体の重心点（以降、車両・乗員全体重心点という）が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態となる基体９の姿勢において、傾斜センサ５２の出力に基づき計測される基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sに一致又はほぼ一致するようにあらかじめ設定されている。

また、ＳＴＥＰ６においては、制御ユニット５０は、車両１の動作制御用の定数パラメータの値として、あらかじめ定められた搭乗モード用の値を設定する。なお、定数パラメータは、後述するｈx，ｈy，Ｋi_a_x，Ｋi_b_x，Ｋi_a_y，Ｋi_b_y（ｉ＝１，２，３）等である。

一方、ＳＴＥＰ４の判断結果が否定的である場合には、制御ユニット５０は、基体傾斜角度θb_xyの目標値θb_xy_objを設定する処理と、車両１の動作制御用の定数パラメータの値を設定する処理とを、ＳＴＥＰ７、８で実行する。

ＳＴＥＰ７においては、制御ユニット５０は、傾斜角度θbの目標値θb_xy_objとして、あらかじめ定められた自立モード用の目標値を設定する。

また、ＳＴＥＰ８においては、制御ユニット５０は、車両１の動作制御用の定数パラメータの値として、あらかじめ定められた自立モード用の値を設定する。この自立モード用の定数パラメータの値は、搭乗モード用の定数パラメータの値と異なる。

搭乗モードと自立モードとで、上記定数パラメータの値を異ならせるのは、それぞれのモードで上記重心点の高さや、全体質量等が異なることに起因して、制御入力に対する車両１の動作の応答特性が互いに異なるからである。

以上のＳＴＥＰ４〜８の処理によって、搭乗モード及び自立モードの各動作モード毎に各別に、基体傾斜角度θb_xyの目標値θb_xy_objと定数パラメータの値とが設定される。

なお、ＳＴＥＰ５，６の処理、又はＳＴＥＰ７，８の処理は、制御処理周期毎に実行することは必須ではなく、ＳＴＥＰ４の判断結果が変化した場合にだけ実行するようにしてもよい。

補足すると、搭乗モード及び自立モードのいずれにおいても、基体傾斜角速度θbdotのＹ軸周り方向の成分θbdot_xの目標値とＸ軸周り方向の成分θbdot_yの目標値とは、いずれも“０”である。このため、基体傾斜角速度θbdot_xyの目標値を設定する処理は不要である。

以上の如くＳＴＥＰ５，６の処理、又はＳＴＥＰ７，８の処理を実行した後、制御ユニット５０は、次にＳＴＥＰ９において、車両制御演算処理を実行することによって、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの速度指令を決定する。この車両制御演算処理の詳細は後述する。

次いで、ＳＴＥＰ１０に進んで、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ９で決定した速度指令に応じて電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの動作制御処理を実行する。この動作制御処理では、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ９で決定した電動モータ３１Ｒの速度指令と、ロータリエンコーダ５６Ｒの出力に基づき計測した電動モータ３１Ｒの回転速度の計測値との偏差に応じて、該偏差を“０”に収束させるように電動モータ３１Ｒの出力トルクの目標値（目標トルク）を決定する。そして、制御ユニット５０は、その目標トルクの出力トルクを電動モータ３１Ｒに出力させるように該電動モータ３１Ｒの通電電流を制御する。左側の電動モータ３１Ｌの動作制御についても同様である。

次いで、ＳＴＥＰ１１に進んで、制御ユニット５０は、補助輪２６ｄを接地状態または非接地状態に制御する補助接地部２６の制御処理を実行する。この補助接地部制御処理の詳細は後述する。

以上が、制御ユニット５０が実行する全体的な制御処理である。

次に、上記ＳＴＥＰ９の車両制御演算処理の詳細を説明する。

なお、以降の説明においては、前記搭乗モードにおける車両・乗員全体重心点と、前記自立モードにおける車両単体重心点とを総称的に、車両系重心点という。該車両系重心点は、車両１の動作モードが搭乗モードである場合には、車両・乗員全体重心点を意味し、自立モードである場合には、車両単体重心点を意味する。

また、以降の説明では、制御ユニット５０が各制御処理周期で決定する値（更新する値）に関し、現在の（最新の）制御処理周期で決定する値を今回値、その１つ前の制御処理周期で決定した値を前回値ということがある。そして、今回値、前回値を特にことわらない値は、今回値を意味する。

また、Ｘ軸方向の速度及び加速度に関しては、前方向きを正の向きとし、Ｙ軸方向の速度及び加速度に関しては、左向きを正の向きとする。

本実施形態では、前記車両系重心点の動力学的な挙動（詳しくは、Ｙ軸方向からこれに直交する面（ＸＺ平面）に投影して見た挙動と、Ｘ軸方向からこれに直交する面（ＹＺ平面）に投影して見た挙動）が、近似的に、図８に示すような、倒立振子モデルの挙動（倒立振子の動力学的挙動）によって表現されるものとして、ＳＴＥＰ９の車両制御演算処理が行なわれる。

なお、図８において、括弧を付していない参照符号は、Ｙ軸方向から見た倒立振子モデルに対応する参照符号であり、括弧付きの参照符号は、Ｘ軸方向から見た倒立振子モデルに対応する参照符号である。

この場合、Ｙ軸方向から見た挙動を表現する倒立振子モデルは、車両系重心点に位置する質点６０_xと、Ｙ軸方向に平行な回転軸６２a_xを有して床面上を輪転自在な仮想的な車輪６２_x（以降、仮想車輪６２_xという）とを備える。そして、質点６０_xが、仮想車輪６２_xの回転軸６２a_xに直線状のロッド６４_xを介して支持され、該回転軸６２a_xを支点として該回転軸６２a_xの周りに揺動自在とされている。

この倒立振子モデルでは、質点６０_xの運動が、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の運動に相当する。また、鉛直方向に対するロッド６４_xの傾斜角度θbe_xがＹ軸周り方向での基体傾斜角度計測値θb_x_sと基体傾斜角度θb_xの目標値θb_x_objとの偏差θbe_x_s（＝θb_x_s−θb_x_obj）に一致するものとされる。また、ロッド６４_xの傾斜角度θbe_xの変化速度（＝dθbe_x/dt）がＹ軸周り方向の基体傾斜角速度計測値θbdot_x_sに一致するものとされる。また、仮想車輪６２_xの移動速度Ｖw_x（Ｘ軸方向の並進移動速度）は、車両１の車輪体５のＸ軸方向の移動速度に一致するものとされる。

同様に、Ｘ軸方向から見た挙動を表現する倒立振子モデル（図８の括弧付きの符号を参照）は、車両系重心点に位置する質点６０_yと、Ｘ軸方向に平行な回転軸６２a_yを有して床面上を輪転自在な仮想的な車輪６２_y（以降、仮想車輪６２_yという）とを備える。そして、質点６０_yが、仮想車輪６２_yの回転軸６２a_yに直線状のロッド６４_yを介して支持され、該回転軸６２a_yを支点として該回転軸６２a_yの周りに揺動自在とされている。

この倒立振子モデルでは、質点６０_yの運動が、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の運動に相当する。また、鉛直方向に対するロッド６４_yの傾斜角度θbe_yがＸ軸周り方向での基体傾斜角度計測値θb_y_sと基体傾斜角度θb_yの目標値θb_y_objとの偏差θbe_y_s（＝θb_y_s−θb_y_obj）に一致するものとされる。また、ロッド６４_yの傾斜角度θbe_yの変化速度（＝dθbe_y/dt）がＸ軸周り方向の基体傾斜角速度計測値θbdot_y_sに一致するものとされる。また、仮想車輪６２_yの移動速度Ｖw_y（Ｙ軸方向の並進移動速度）は、車両１の車輪体５のＹ軸方向の移動速度に一致するものとされる。

なお、仮想車輪６２_x，６２_yは、それぞれ、あらかじめ定められた所定値Ｒw_x，Ｒw_yの半径を有するものとされる。

また、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度ωw_x，ωw_yと、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R，ω_L（より正確には、回転部材２７Ｒ，２７Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R，ω_L）との間には、次式０１ａ，０１ｂの関係が成立するものとされる。

ωw_x＝（ω_Ｒ＋ω_L）／２ ……式０１ａ
ωw_y＝Ｃ・（ω_Ｒ−ω_L）／２ ……式０１ｂ

なお、式０１ｂにおける“Ｃ”は、前記フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌと車輪体５との間の機構的な関係や滑りに依存する所定値の係数である。また、ωw_x，ω_R，ω_Lの正の向きは、仮想車輪６２_xが前方に向かって輪転する場合の該仮想車輪６２_xの回転方向、ωw_yの正の向きは、仮想車輪６２_yが左向きに輪転する場合の該仮想車輪６２_yの回転方向である。

ここで、図８に示す倒立振子モデルの動力学は、次式０３ｘ，０３ｙにより表現される。なお、式０３ｘは、Ｙ軸方向から見た倒立振子モデルの動力学を表現する式、式０３ｙは、Ｘ軸方向から見た倒立振子モデルの動力学を表現する式である。

ｄ²θbe_x／dt²＝α_x・θbe_x＋β_x・ωwdot_x ……式０３ｘ
ｄ²θbe_y／dt²＝α_y・θbe_y＋β_y・ωwdot_y ……式０３ｙ

式０３ｘにおけるωwdot_xは仮想車輪６２_xの回転角加速度（回転角速度ωw_xの１階微分値）、α_xは、質点６０_xの質量や高さｈ_xに依存する係数、β_xは、仮想車輪６２_xのイナーシャ（慣性モーメント）や半径Ｒw_xに依存する係数である。式０３ｙにおけるωwdot_y、α_y、β_yについても上記と同様である。

これらの式０３ｘ，０３ｙから判るように、倒立振子の質点６０_x，６０_yの運動（ひいては車両系重心点の運動）は、それぞれ、仮想車輪６２_xの回転角加速度ωwdot_x、仮想車輪６２_yの回転角加速度ωwdot_yに依存して規定される。

そこで、本実施形態では、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の運動を制御するための操作量（制御入力）として、仮想車輪６２_xの回転角加速度ωwdot_xを用いると共に、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の運動を制御するための操作量（制御入力）として、仮想車輪６２_yの回転角加速度ωwdot_yを用いる。

そして、ＳＴＥＰ９の車両制御演算処理を概略的に説明すると、制御ユニット５０は、Ｘ軸方向で見た質点６０_xの運動と、Ｙ軸方向で見た質点６０_yの運動とが、車両系重心点の所望の運動に対応する運動となるように、操作量としての上記回転角加速度ωwdot_x，ωwdot_yの指令値（目標値）である仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdを決定する。さらに、制御ユニット５０は、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdをそれぞれ積分してなる値を、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度ωw_x，ωw_yの指令値（目標値）である仮想車輪回転角速度指令ωw_x_cmd，ωw_y_cmdとして決定する。

そして、制御ユニット５０は、仮想車輪回転角速度指令ωw_x_cmdに対応する仮想車輪６２_xの移動速度（＝Ｒw_x・ωw_x_cmd）と、仮想車輪回転角速度指令ωw_y_cmdに対応する仮想車輪６２_yの移動速度（＝Ｒw_y・ωw_y_cmd）とを、それぞれ、車両１の車輪体５のＸ軸方向の目標移動速度、Ｙ軸方向の目標移動速度とし、それらの目標移動速度を実現するように、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの速度指令ω_R_cmd，ωL_cmdを決定する。

なお、本実施形態では、操作量（制御入力）としての上記仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdは、それぞれ、後述する式０７ｘ，０７ｙに示す如く、３個の操作量成分を加え合わせることによって決定される。

補足すると、本実施形態における操作量（制御入力）としての上記仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdのうち、ωwdot_x_cmdは、Ｘ軸方向に移動する仮想車輪６２_xの回転角加速度であるから、車輪体５をＸ軸方向に移動させるために該車輪体５に付与すべき駆動力を規定する操作量として機能するものとなる。また、ωwdot_y_cmdは、Ｙ軸方向に移動する仮想車輪６２_yの回転角加速度であるから、車輪体５をＹ軸方向に移動させるために該車輪体５に付与すべき駆動力を規定する操作量として機能するものとなる。

制御ユニット５０は、上記の如き、ＳＴＥＰ９の車両制御演算処理を実行するための機能として、図９のブロック図で示す機能を備えている。

すなわち、制御ユニット５０は、基体傾斜角度計測値θb_xy_sと基体傾斜角度目標値θb_xy_objとの偏差である基体傾斜角度偏差計測値θbe_xy_sを算出する偏差演算部７０と、前記車両系重心点の移動速度である重心速度Ｖb_xyの観測値としての重心速度推定値Ｖb_xy_sを算出する重心速度算出部７２と、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの回転角速度の許容範囲に応じた制限を加味して、重心速度Ｖb_xyの目標値としての制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfdを決定する重心速度制限部７６と、後述する式０７ｘ，０７ｙのゲイン係数の値を調整するためのゲイン調整パラメータＫr_xyを決定するゲイン調整部７８とを備える。

制御ユニット５０は、さらに、前記仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを算出する姿勢制御演算部８０と、この仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを、右側の電動モータ３１Ｒの速度指令ω_R_cmd（回転角速度の指令値）と左側の電動モータ３１Ｌの速度指令ω_L_cmd（回転角速度の指令値）との組に変換するモータ指令演算部８２とを備える。

なお、図９中の参照符号８４を付したものは、姿勢制御演算部７０が制御処理周期毎に算出する仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを入力する遅延要素を示している。該遅延要素８４は、各制御処理周期において、仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdの前回値ωw_xy_cmd_pを出力する。

前記ＳＴＥＰ９の車両制御演算処理では、これらの上記の各処理部の処理が以下に説明するように実行される。

すなわち、制御ユニット５０は、まず、偏差演算部７０の処理と重心速度算出部６２の処理とを実行する。

偏差演算部７０には、前記ＳＴＥＰ２で算出された基体傾斜角度計測値θb_xy_s（θb_x_s及びθb_y_s）と、前記ＳＴＥＰ５又はＳＴＥＰ７で設定された目標値θb_xy_obj（θb_x_obj及びθb_y_obj）とが入力される。そして、偏差演算部７０は、θb_x_sからθb_x_objを減算することによって、Ｙ軸周り方向の基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_s（＝θb_x_s−θb_x_obj）を算出すると共に、θb_y_sからθb_y_objを減算することによって、Ｘ軸周り方向の基体傾斜角度偏差計測値θbe_y_s（＝θb_y_s−θb_y_obj）を算出する。

なお、偏差演算部７０の処理は、ＳＴＥＰ９の車両制御演算処理の前に行なうようにしてもよい。例えば、前記ＳＴＥＰ５又は７の処理の中で、偏差演算部７０の処理を実行してもよい。

前記重心速度算出部６２には、前記ＳＴＥＰ２で算出された基体傾斜角速度計測値θbdot_xy_s（θbdot_x_s及びθbdot_y_s）の今回値が入力されると共に、仮想車輪速度指令ωw_xy_cmdの前回値ωw_xy_cmd_p（ωw_x_cmd_p及びωw_y_cmd_p）が遅延要素８４から入力される。そして、重心速度算出部６２は、これらの入力値から、前記倒立振子モデルに基づく所定の演算式によって、重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）を算出する。

具体的には、重心速度算出部６２は、次式０５ｘ，０５ｙにより、Ｖb_x_s及びＶb_y_sをそれぞれ算出する。

Ｖb_x_s＝Ｒw_x・ωw_x_cmd_p＋ｈ_x・θbdot_x_s ……０５ｘ
Ｖb_y_s＝Ｒw_y・ωw_y_cmd_p＋ｈ_y・θbdot_y_s ……０５ｙ

これらの式０５ｘ，０５ｙにおいて、Ｒw_x，Ｒw_yは、前記したように、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの半径であり、これらの値は、あらかじめ設定された所定値である。また、ｈ_x，ｈ_yは、それぞれ倒立振子モデルの質点６０_x，６０_yの高さである。この場合、本実施形態では、車両系重心点の高さは、ほぼ一定に維持されるものとされる。そこで、ｈ_x，ｈ_yの値としては、それぞれ、あらかじめ設定された所定値が用いられる。補足すると、高さｈ_x，ｈ_yは、前記ＳＴＥＰ６又は８において値を設定する定数パラメータに含まれるものである。

上記式０５ｘの右辺の第１項は、仮想車輪６２_xの速度指令の前回値ωw_x_cmd_pに対応する該仮想車輪６２_xのＸ軸方向の移動速度であり、この移動速度は、車輪体５のＸ軸方向の実際の移動速度の現在値に相当するものである。また、式０５ｘの右辺の第２項は、基体９がＹ軸周り方向にθbdot_x_sの傾斜角速度で傾動することに起因して生じる車両系重心点のＸ軸方向の移動速度（車輪体５に対する相対的な移動速度）の現在値に相当するものである。これらのことは、式０５ｙについても同様である。

なお、前記ロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌの出力を基に計測される電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度の計測値（今回値）の組を、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度の組に変換し、それらの回転角速度を、式０５ｘ、０５ｙのωw_x_cmd_p、ωw_y_cmd_pの代わりに用いてもよい。ただし、回転角速度の計測値に含まれるノイズの影響を排除する上では、目標値であるωw_x_cmd_p、ωw_y_cmd_pを使用することが有利である。

次に、制御ユニット５０は、重心速度制限部７６の処理とゲイン調整部７８の処理とを実行する。この場合、重心速度制限部７６及びゲイン調整部７８には、それぞれ、重心速度算出部７２で上記の如く算出された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）が入力される。

そして、ゲイン調整部７８は、入力された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）を基に、前記ゲイン調整パラメータＫr_xy（Ｋr_x及びＫr_y）を決定する。

このゲイン調整部７８の処理を図１０及び図１１を参照して以下に説明する。

図１０に示すように、ゲイン調整部７８は、入力された重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sをリミット処理部８６に入力する。このリミット処理部８６では、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度の許容範囲に応じた制限を適宜、加えることによって、出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1を生成する。出力値Ｖw_x_lim1は、前記仮想車輪６２_xのＸ軸方向の移動速度Ｖw_xの制限後の値、出力値Ｖw_y_lim1は、前記仮想車輪６２_yのＹ軸方向の移動速度Ｖw_yの制限後の値としての意味を持つ。

このリミット処理部８６の処理を、図１１を参照してさらに詳細に説明する。なお、図１１中の括弧付きの参照符号は、後述する重心速度制限部７６のリミット処理部１０４の処理を示すものであり、リミット処理部８６の処理に関する説明では無視してよい。

リミット処理部８６は、まず、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sをそれぞれ処理部８６a_x，８６a_yに入力する。処理部８６a_xは、Ｖb_x_sを仮想車輪６２_xの半径Ｒw_xで除算することによって、仮想車輪６２_xのＸ軸方向の移動速度をＶb_x_sに一致させたと仮定した場合の該仮想車輪６２_xの回転角速度ωw_x_sを算出する。同様に、処理部８６a_yは、仮想車輪６２_yのＹ軸方向の移動速度をＶb_y_sに一致させたと仮定した場合の該仮想車輪６２_yの回転角速度ωw_y_s（＝Ｖb_y_s／Ｒw_y）を算出する。

次いで、リミット処理部８６は、ωw_x_s，ωw_y_sの組を、ＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂにより、電動モータ３１Ｒの回転角速度ω_R_sと電動モータ３１Ｌの回転角速度ω_L_sとの組に変換する。

この変換は、本実施形態では、前記式０１ａ，０１ｂのωw_x，ωw_y，ω_R，ω_Lをそれぞれ、ωw_x_s，ωw_y_s，ω_R_s，ω_L_sに置き換えて得られる連立方程式を、ω_R_s，ω_L_sを未知数として解くことにより行なわれる。

次いで、リミット処理部８６は、ＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂの出力値ω_R_s，ω_L_sをそれぞれ、リミッタ８６c_R，８６c_Lに入力する。このとき、リミッタ８６c_Rは、ω_R_sが、あらかじめ設定された所定値の上限値（＞０）と下限値（＜０）とを有する右モータ用許容範囲内に収まっている場合には、ω_R_sをそのまま出力値ω_R_lim1として出力する。また、リミッタ８６c_Rは、ω_R_sが、右モータ用許容範囲から逸脱している場合には、該右モータ用許容範囲の上限値と下限値とのうちのω_R_sに近い方の境界値を出力値ω_R_lim1として出力する。これにより、リミッタ８６c_Rの出力値ω_R_lim1は、右モータ用許容範囲内の値に制限される。

同様に、リミッタ８６c_Lは、ω_L_sが、あらかじめ設定された所定値の上限値（＞０）と下限値（＜０）とを有する左モータ用許容範囲内に収まっている場合には、ω_L_sをそのまま出力値ω_L_lim1として出力する。また、リミッタ８６c_Lは、ω_L_sが、左モータ用許容範囲から逸脱している場合には、該左モータ用許容範囲の上限値と下限値とのうちのω_L_sに近い方の境界値を出力値ω_L_lim1として出力する。これにより、リミッタ８６c_Lの出力値ω_L_lim1は、左モータ用許容範囲内の値に制限される。

上記右モータ用許容範囲は右側の電動モータ３１Ｒの回転角速度（絶対値）が高くなり過ぎないようにし、ひいては、電動モータ３１Ｒが出力可能なトルクの最大値が低下するのを防止するために設定された許容範囲である。このことは、左モータ用許容範囲についても同様である。

次いで、リミット処理部８６は、リミッタ８６c_R，８６c_Lのそれぞれの出力値ω_R_lim1，ω_L_lim1の組を、ＲＬ−ＸＹ変換部８６ｄにより、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度ωw_x_lim1，ωw_y_lim1の組に変換する。

この変換は、前記ＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂの変換処理の逆変換の処理である。この処理は、前記式０１ａ，０１ｂのωw_x，ωw_y，ω_R，ω_Lをそれぞれ、ωw_x_lim1，ωw_y_lim1，ω_R_lim1，ω_L_lim1に置き換えて得られる連立方程式を、ωw_x_lim1，ωw_y_lim1を未知数として解くことにより行なわれる。

次いで、リミット処理部８６は、ＲＬ−ＸＹ変換部８６ｄの出力値ωw_x_lim1，ωw_y_lim1をそれぞれ処理部８６e_x，８６e_yに入力する。処理部８６e_xは、ωw_x_lim1に仮想車輪６２_xの半径Ｒw_xを乗じることによって、ωw_x_lim1を仮想車輪６２_xの移動速度Ｖw_x_lim1に変換する。同様に、処理部８６e_yは、ωw_y_lim1を仮想車輪６２_yの移動速度Ｖw_y_lim1（＝ωw_y_lim1・Ｒw_y）に変換する。

以上のリミット処理部８６の処理によって、仮想車輪６２_xのＸ軸方向の移動速度Ｖw_xと、仮想車輪６２_yのＹ軸方向の移動速度Ｖw_yとをそれぞれ重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに一致させたと仮定した場合（換言すれば、車輪体５のＸ軸方向の移動速度とＹ軸方向の移動速度とをそれぞれ、Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに一致させたと仮定した場合）に、それらの移動速度を実現するために必要な電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R_s，ω_L_sが、両方とも、許容範囲内に収まっている場合には、Ｖb_x_s，Ｖb_y_sにそれぞれ一致する出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の組がリミット処理部８６から出力される。

一方、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R_s，ω_L_sの両方又は一方が許容範囲から逸脱している場合には、その両方又は一方の回転角速度が強制的に許容範囲内に制限された上で、その制限後の電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R_lim1，ω_L_lim1の組に対応する、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の移動速度Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の組がリミット処理部８６から出力される。

従って、リミット処理部８６は、その出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の組に対応する電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が許容範囲を逸脱しないことを必須の必要条件として、その必要条件下で可能な限り、出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1をそれぞれＶb_x_s，Ｖb_y_sに一致させるように、出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の組を生成する。

図１０の説明に戻って、ゲイン調整部７８は、次に、演算部８８_x，８８_yの処理を実行する。演算部８８_xには、Ｘ軸方向の重心速度推定値Ｖb_x_sと、リミット処理部８６の出力値Ｖw_x_lim1とが入力される。そして、演算部８８_xは、Ｖw_x_lim1からＶb_x_sを減算してなる値Ｖover_xを算出して出力する。また、演算部８８_yには、Ｙ軸方向の重心速度推定値Ｖb_y_sと、リミット処理部８６の出力値Ｖw_y_lim1とが入力される。そして、演算部８８_yは、Ｖw_y_lim1からＶb_y_sを減算してなる値Ｖover_yを算出して出力する。

この場合、リミット処理部８６での出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の強制的な制限が行なわれなかった場合には、Ｖw_x_lim1＝Ｖb_x_s、Ｖw_y_lim1＝Ｖb_y_sとなるので、演算部８８_x，８８_yのそれぞれの出力値Ｖover_x，Ｖover_yはいずれも“０”となる。

一方、リミット処理部８６の出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1が、入力値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに対して強制的な制限を施して生成された場合には、Ｖw_x_lim1のＶb_x_sからの修正量（＝Ｖw_x_lim1−Ｖb_x_s）と、Ｖw_y_lim1のＶb_y_sからの修正量（＝Ｖw_y_lim1−Ｖb_y_s）とがそれぞれ、演算部８８_x，８８_yから出力される。

次いで、ゲイン調整部７８は、演算部８８_xの出力値Ｖover_xを処理部９０_x，９２_xに順番に通すことによって、ゲイン調整パラメータＫr_xを決定する。また、ゲイン調整部７８は、演算部８８_yの出力値Ｖover_yを処理部９０_y，９２_yに順番に通すことによって、ゲイン調整パラメータＫr_yを決定する。なお、ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yは、いずれも“０”から“１”までの範囲内の値である。

上記処理部９０_xは、入力されるＶover_xの絶対値を算出して出力する。また、処理部９２_xは、その出力値Ｋr_xが入力値｜Ｖover_x｜に対して単調に増加し、且つ、飽和特性を有するようにＫr_xを生成する。該飽和特性は、入力値がある程度大きくなると、入力値の増加に対する出力値の変化量が“０”になるか、もしくは、“０”に近づく特性である。

この場合、本実施形態では、処理部９２_xは、入力値｜Ｖover_x｜があらかじめ設定された所定値以下である場合には、該入力値｜Ｖover_x｜に所定値の比例係数を乗じてなる値をＫr_xとして出力する。また、処理部９２_xは、入力値｜Ｖover_x｜が所定値よりも大きい場合には、“１”をＫr_xとして出力する。なお、上記比例係数は、｜Ｖover_x｜が所定値に一致するときに、｜Ｖover_x｜と比例係数との積が“１”になるように設定されている。

また、処理部９０_y，９２_yの処理は、それぞれ上記した処理部９０_x，９２_xの処理と同様である。

以上説明したゲイン調整部７８の処理によって、リミット処理部８６での出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の強制的な制限が行なわれなかった場合、すなわち、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度Ｖw_x，Ｖw_yを、それぞれ、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに一致させるように電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを動作させても、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が許容範囲内に収まるような場合には、ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yはいずれも“０”に決定される。従って、通常は、Ｋr_x＝Ｋr_y＝０である。

一方、リミット処理部８６の出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1が、入力値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに対して強制的な制限を施して生成された場合、すなわち、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度Ｖw_x，Ｖw_yを、それぞれ、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに一致させるように電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを動作させると、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのいずれかの回転角速度が許容範囲を逸脱してしまう場合（いずれかの回転角速度の絶対値が高くなり過ぎる場合）には、前記修正量Ｖover_x，Ｖover_yのそれぞれの絶対値に応じて、ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yの値がそれぞれ決定される。この場合、Ｋr_xは、“１”を上限値して、修正量Ｖx_overの絶対値が大きいほど、大きな値になるように決定される。このことは、Ｋr_yについても同様である。

また、前記重心速度制限部７６は、入力された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）を使用して、図１２のブロック図で示す処理を実行することによって、制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfd（Ｖb_x_mdfd及びＶb_y_mdfd）を決定する。

具体的には、重心速度制限部７６は、まず、定常偏差算出部９４_x，９４_yの処理を実行する。

この場合、定常偏差算出部９４_xには、Ｘ軸方向の重心速度推定値Ｖb_x_sが入力されると共に、Ｘ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdの前回値Ｖb_x_mdfd_pが遅延要素９６_xを介して入力される。そして、定常偏差算出部９４_xは、まず、入力されるＶb_x_sが比例・微分補償要素（ＰＤ補償要素）９４a_xに入力する。この比例・微分補償要素９４_xは、その伝達関数が１＋Ｋd・Ｓにより表される補償要素であり、入力されるＶb_x_sと、その微分値（時間的変化率）に所定値の係数Ｋdを乗じてなる値とを加算し、その加算結果の値を出力する。

次いで、定常偏差算出部９４_xは、入力されるＶb_x_mdfd_pを、比例・微分補償要素９４_xの出力値から減算してなる値を演算部９４b_xにより算出した後、この演算部９４b_xの出力値を、位相補償機能を有するローパスフィルタ９４c_xに入力する。このローパスフィルタ９４c_xは、伝達関数が（１＋Ｔ2・Ｓ）／（１＋Ｔ1・Ｓ）により表されるフィルタである。そして、定常偏差算出部９４_xは、このローパスフィルタ９４c_xの出力値Ｖb_x_prdを出力する。

また、定常偏差算出部９４_yには、Ｙ軸方向の重心速度推定値Ｖb_y_sが入力されると共に、Ｙ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdの前回値Ｖb_y_mdfd_pが遅延要素９６_yを介して入力される。

そして、定常偏差算出部９４_yは、上記した定常偏差算出部９４_xと同様に、比例・微分補償要素９４a_y、演算部９４b_y及びローパスフィルタ９４c_yの処理を順次実行し、ローパスフィルタ９４c_yの出力値Ｖb_y_prdを出力する。

ここで、定常偏差算出部９４_xの出力値Ｖb_x_prdは、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の現在の運動状態（換言すればＹ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_xの運動状態）から推測される、将来のＸ軸方向の重心速度推定値の収束予測値の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdに対する定常偏差としての意味を持つものである。同様に、定常偏差算出部９４_y出力値Ｖb_y_prdは、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の現在の運動状態（換言すればＸ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_yの運動状態）から推測される、将来のＹ軸方向の重心速度推定値の収束予測値の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdに対する定常偏差としての意味を持つものである。以降、定常偏差算出部９４_x，９４_yのそれぞれの出力値Ｖb_x_prd，Ｖb_y_prdを重心速度定常偏差予測値という。

重心速度制限部７６は、上記の如く定常偏差算出部９４_x，９４_yの処理を実行した後、上記重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prd，Ｖb_y_prdをリミット処理部１００に入力する。このリミット処理部１００の処理は、前記したゲイン調整部７８のリミット処理部８６の処理と同じである。この場合、図１１に括弧付きに参照符号で示す如く、リミット処理部１００の各処理部の入力値及び出力値だけがリミット処理部８６と相違する。

具体的には、リミット処理部１００では、前記仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの移動速度Ｖw_x，Ｖw_yを、Ｖb_x_prd，Ｖb_y_prdにそれぞれ一致させたと仮定した場合の各仮想車輪６２_x，６２_yの回転角速度ωw_x_t，ωw_y_tがそれぞれ処理部８６a_x，８６a_yにより算出される。そして、この回転角速度ωw_x_t，ωw_y_tの組が、ＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂにより、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの回転角速度ω_R_t，ω_L_tの組に変換される。

さらに、これらの回転角速度ω_R_t，ω_L_tが、リミッタ８６c_R，８６c_Lによって、それぞれ、右モータ用許容範囲内の値と左モータ用許容範囲内の値とに制限される。そして、この制限処理後の値ω_R_lim2，ω_L_lim2が、ＲＬ−ＸＹ変換部８６ｄによって、仮想車輪６２_x，６２_yの回転角速度ωw_x_lim2，ωw_y_lim2に変換される。

次いで、この各回転角速度ωw_x_lim2，ωw_y_lim2に対応する各仮想車輪６２_x，６２_yの移動速度Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2がそれぞれ処理部８６e_x，８６e_yによって算出され、これらの移動速度Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2がリミット処理部１００から出力される。

以上のリミット処理部１００の処理によって、リミット処理部１００は、リミット処理部８６と同様に、その出力値Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2の組に対応する電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が許容範囲を逸脱しないことを必須の必要条件として、その必要条件下で可能な限り、出力値Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2をそれぞれＶb_x_t，Ｖb_y_tに一致させるように、出力値Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2の組を生成する。

なお、リミット処理部１００における右モータ用及び左モータ用の各許容範囲は、リミット処理部８６における各許容範囲と同一である必要はなく、互いに異なる許容範囲に設定されていてもよい。

図１２の説明に戻って、重心速度制限部７６は、次に、演算部１０２_x，１０２_yの処理を実行することによって、それぞれ制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdを算出する。この場合、演算部１０２_xは、リミット処理部１００の出力値Ｖw_x_lim2から、Ｘ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prdを減算してなる値をＸ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdとして算出する。同様に、演算部１０２_yは、リミット処理部１００の出力値Ｖw_y_lim2から、Ｙ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_y_prdを減算してなる値をＹ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdとして算出する。

以上のようにして決定される制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdは、リミット処理部１００での出力値Ｖ_x_lim2，Ｖ_y_lim2の強制的な制限が行なわれなかった場合、すなわち、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度を、それぞれ、重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prd，Ｖb_y_prdに一致させるように電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを動作させても、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が許容範囲内に収まるような場合には、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdはいずれも“０”に決定される。従って、通常は、Ｖb_x_mdfd＝Ｖb_y_mdfd＝０である。

一方、リミット処理部１００の出力値Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2が、入力値Ｖb_x_t，Ｖb_y_tに対して強制的な制限を施して生成された場合、すなわち、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度を、それぞれ、重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prd，Ｖb_y_prdに一致させるように電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを動作させると、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのいずれかの回転角速度が許容範囲を逸脱してしまう場合（いずれかの回転角速度の絶対値が高くなり過ぎる場合）には、Ｘ軸方向については、リミット処理部１００の出力値Ｖw_x_lim2の入力値Ｖb_x_prdからの修正量（＝Ｖw_x_lim2−Ｖb_x_prd）が、Ｘ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdとして決定される。

また、Ｙ軸方向については、リミット処理部１００の出力値Ｖw_y_lim2の入力値Ｖb_y_prdからの修正量（＝Ｖw_y_lim2−Ｖb_y_prd）が、Ｙ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdとして決定される。

この場合において、例えばＸ軸方向の速度に関し、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdは、定常偏差算出部９４_xが出力するＸ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prdと逆向きの速度となる。このことは、Ｙ軸方向の速度に関しても同様である。

以上が、重心速度制限部７６の処理である。

図９の説明に戻って、制御ユニット５０は、以上の如く重心速度制限部７６、ゲイン調整部７８、及び偏差演算部７０の処理を実行した後、次に、姿勢制御演算部８０の処理を実行する。

この姿勢制御演算部８０の基本的な処理を、以下に図１３を参照して説明する。なお、図１３において、括弧を付していない参照符号は、Ｘ軸方向に輪転する仮想車輪６２_xの回転角速度の目標値である前記仮想車輪回転角速度指令ωw_x_cmdを決定する処理に係わる参照符号であり、括弧付きの参照符合は、Ｙ軸方向に輪転する仮想車輪６２_yの回転角速度の目標値である前記仮想車輪回転角速度指令ωw_y_cmdを決定する処理に係わる参照符号である。

姿勢制御演算部８０には、偏差演算部７０で算出された基体傾斜角度偏差計測値θbe_xy_sと、前記ＳＴＥＰ２で算出された基体傾斜角速度計測値θbdot_xy_sと、重心速度算出部７２で算出された重心速度推定値Ｖb_xy_sと、重心速度制限部７６で算出された目標重心速度Ｖb_xy_mdfdと、ゲイン調整部７８で算出されたゲイン調整パラメータＫr_xyとが入力される。

そして、姿勢制御演算部８０は、まず、これらの入力値を用いて、次式０７ｘ，０７ｙにより、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_cmdを算出する。

ωwdot_x_cmd＝K1_x・θbe_x_s＋K2_x・θbdot_x_s
＋K3_x・(Ｖb_x_s−Ｖb_x_mdfd) ……式０７ｘ
ωwdot_y_cmd＝K1_y・θbe_y_s＋K2_y・θbdot_y_s
＋K3_y・(Ｖb_y_s−Ｖb_y_mdfd) ……式０７ｙ

従って、本実施形態では、Ｙ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_xの運動（ひいては、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の運動）を制御するための操作量（制御入力）としての仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmdと、Ｘ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_yの運動（ひいては、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の運動）を制御するための操作量（制御入力）としての仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_y_cmdとは、それぞれ、３つの操作量成分（式０７ｘ，０７ｙの右辺の３つの項）を加え合わせることによって決定される。

これらの式０７ｘ，０７ｙにおけるゲイン係数Ｋ1_x，Ｋ1_yは、基体９（又はシート３）の傾斜角度に関するフィードバックゲイン、ゲイン係数Ｋ2_x，Ｋ2_yは、基体９（又はシート３）の傾斜角速度（傾斜角度の時間的変化率）に関するフィードバックゲイン、ゲイン係数Ｋ3_x，Ｋ3_yは、車両系重心点（車両１の所定の代表点）の移動速度に関するフィードバックゲインとしての意味を持つものである。

この場合、式０７ｘにおける各操作量成分に係わるゲイン係数Ｋ1_x，Ｋ2_x，Ｋ3_xは、ゲイン調整パラメータＫr_xに応じて可変的に設定され、式０７ｙにおける各操作量成分に係わるゲイン係数Ｋ1_y，Ｋ2_y，Ｋ3_yは、ゲイン調整パラメータＫr_yに応じて可変的に設定される。以降、式０７ｘにおけるゲイン係数Ｋ1_x，Ｋ2_x，Ｋ3_xのそれぞれを第１ゲイン係数Ｋ1_x、第２ゲイン係数Ｋ2_x、第３ゲイン係数Ｋ3_xということがある。このことは、式０７ｙにおけるゲイン係数Ｋ1_y，Ｋ2_y，Ｋ3_yについても同様とする。

式０７ｘにおける第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）と、式０７ｙにおける第ｉゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）とは、図１３中にただし書きで示した如く、次式０９ｘ、０９ｙにより、ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yに応じて決定される。

Ｋi_x＝（１−Ｋr_x）・Ｋi_a_x＋Ｋr_x・Ｋi_b_x ……式０９ｘ
Ｋi_y＝（１−Ｋr_y）・Ｋi_a_y＋Ｋr_y・Ｋi_b_y ……式０９ｙ
（ｉ＝１，２，３）

ここで、式０９ｘにおけるＫi_a_x、Ｋi_b_xは、それぞれ、第ｉゲイン係数Ｋi_xの最小側（“０”に近い側）のゲイン係数値、最大側（“０”から離れる側）のゲイン係数値としてあらかじめ設定された定数値である。このことは、式０９ｙにおけるＫi_a_y、Ｋi_b_yについても同様である。

従って、式０７ｘの演算に用いる各第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）は、それぞれに対応する定数値Ｋi_a_x、Ｋi_b_xの重み付き平均値として決定される。そして、この場合、Ｋi_a_x、Ｋi_b_xにそれぞれ掛かる重みが、ゲイン調整パラメータＫr_xに応じて変化させられる。このため、Ｋr_x＝０である場合には、Ｋi_x＝Ｋi_a_xとなり、Ｋr_x＝１である場合には、Ｋi_x＝Ｋi_b_xとなる。そして、Ｋr_xが“０”から“１”に近づくに伴い、第ｉゲイン係数Ｋi_xはＫi_a_xからＫi_b_x近づいていく。

同様に、式０７ｙの演算に用いる各第ｉゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）は、それぞれに対応する定数値Ｋi_a_y、Ｋi_b_yの重み付き平均値として決定される。そして、この場合、Ｋi_a_y、Ｋi_b_yにそれぞれ掛かる重みが、ゲイン調整パラメータＫr_yに応じて変化させられる。このため、Ｋi_xの場合と同様に、Ｋr_yの値が“０”から“１”の間で変化するに伴い、第ｉゲイン係数Ｋi_yの値が、Ｋi_a_yとＫi_b_yとの間で変化する。

なお、前記したように、Ｋr_x，Ｋr_yは、通常は（詳しくはゲイン調整部７８のリミット処理部８６での出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の強制的な制限が行なわれなかった場合）、“０”である。従って、通常は、第ｉゲイン係数Ｋi_x，Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）は、通常は、それぞれ、Ｋi_x＝Ｋi_a_x，Ｋi_y＝Ｋi_a_yとなる。

補足すると、上記定数値Ｋi_a_x、Ｋi_b_x及びＫi_a_y，Ｋi_b_y（ｉ＝１，２，３）は、前記ＳＴＥＰ６又は８において値が設定される定数パラメータに含まれるものである。

姿勢制御演算部８０は、上記の如く決定した第１〜第３ゲイン係数Ｋ1_x，Ｋ2_x，Ｋ3_xを用いて前記式０７ｘの演算を行なうことで、Ｘ軸方向に輪転する仮想車輪６２_xに係わる仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmdを算出する。

さらに詳細には、図１３を参照して、姿勢制御演算部８０は、基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_sに第１ゲイン係数Ｋ1_xを乗じてなる操作量成分ｕ1_xと、基体傾斜角速度計測値θbdot_x_sに第２ゲイン係数Ｋ2_xを乗じてなる操作量成分ｕ2_xとをそれぞれ、処理部８０ａ，８０ｂで算出する。さらに、姿勢制御演算部８０は、重心速度推定値Ｖb_x_sと制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdとの偏差（＝Ｖb_x_s−Ｖb_x_mdfd）を演算部８０ｄで算出し、この偏差に第３ゲイン係数Ｋ3_xを乗じてなる操作量成ｕ3_xを処理部８０ｃで算出する。そして、姿勢制御演算部８０は、これらの操作量成分u1_x，ｕ2_x，ｕ3_xを演算部８０ｅにて加え合わせることにより、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmdを算出する。

同様に、姿勢制御演算部８０は、上記の如く決定した第１〜第３ゲイン係数Ｋ1_y，Ｋ2_y，Ｋ3_yを用いて前記式０７ｙの演算を行なうことで、Ｙ軸方向に輪転する仮想車輪６２_yに係わる仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_y_cmdを算出する。

この場合には、姿勢制御演算部８０は、基体傾斜角度偏差計測値θbe_y_sに第１ゲイン係数Ｋ1_yを乗じてなる操作量成分ｕ1_yと、基体傾斜角速度計測値θbdot_y_sに第２ゲイン係数Ｋ2_yを乗じてなる操作量成分ｕ2_yとをそれぞれ、処理部８０ａ，８０ｂで算出する。さらに、姿勢制御演算部８０は、重心速度推定値Ｖb_y_sと制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdとの偏差（＝Ｖb_y_s−Ｖb_y_mdfd）を演算部８０ｄで算出し、この偏差に第３ゲイン係数Ｋ3_yを乗じてなる操作量成ｕ3_yを処理部８０ｃで算出する。そして、姿勢制御演算部８０は、これらの操作量成分u1_y，ｕ2_y，ｕ3_yを演算部８０ｅにて加え合わせることにより、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmdを算出する。

ここで、式０７ｘの右辺の第１項（＝第１操作量成分ｕ1_x）及び第２項（＝第２操作量成分ｕ2_x）は、Ｘ軸周り方向での基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_sを、フィードバック制御則としてのＰＤ則（比例・微分則）により“０”に収束させる（基体傾斜角度計測値θb_x_sを目標値θb_x_objに収束させる）ためのフィードバック操作量成分としての意味を持つ。

また、式０７ｘの右辺の第３項（＝第３操作量成分ｕ3_x）は、重心速度推定値Ｖb_x_sと制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdとの偏差をフィードバック制御則としての比例則により“０”に収束させる（Ｖb_x_sをＶb_x_mdfdに収束させる）ためのフィードバック操作量成分としての意味を持つ。

これらのことは、式０７ｙの右辺の第１〜第３項（第１〜第３操作量成分ｕ1_y，ｕ2_y，ｕ3_y）についても同様である。

なお、前記したように通常は（より詳しくは、前記重心速度制限部７６のリミット処理部１００での出力値Ｖ_x_lim2，Ｖ_y_lim2の強制的な制限が行なわれなかった場合）、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdは“０”である。そして、Ｖb_x_mdfd＝Ｖb_y_mdfd＝０となる通常の場合は、第３操作量成分ｕ3_x，ｕ3_yは、それぞれ、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに第３ゲイン係数Ｋ3_x，Ｋ3_yを乗じた値に一致する。

姿勢制御演算部８０は、上記の如く、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdを算出した後、次に、これらのωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdをそれぞれ積分器８０ｆにより積分することによって、前記仮想車輪回転速度指令ωw_x_cmd，ωw_y_cmdを決定する。

以上が姿勢制御演算部８０の処理の詳細である。

補足すると、式０７ｘの右辺の第３項を、Ｖb_x_sに応じた操作量成分（＝K3_x・Ｖb_x_s）と、Ｖb_x_mdfdに応じた操作量成分（＝−K3_x・Ｖb_x_mdfd)とに分離した式によって、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmdを算出するようにしてよい。同様に、式０７ｙの右辺の第３項を、Ｖb_y_sに応じた操作量成分（＝K3_y・Ｖb_y_s）と、Ｖb_y_mdfdに応じた操作量成分（＝−K3_y・Ｖb_y_mdfd)とに分離した式によって、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_y_cmdを算出するようにしてよい。

また、本実施形態では、車両系重心点の挙動を制御するための操作量（制御入力）として、仮想車輪６２_x，６２_yの回転角加速度指令ωw_x_cmd，ωw_y_cmdを用いるようにしたが、例えば、仮想車輪６２_x，６２_yの駆動トルク、あるいは、この駆動トルクを各仮想車輪６２_x，６２_yの半径Ｒw_x，Ｒw_yで除算してなる並進力（すなわち仮想車輪６２_x，６２_yと床面との間の摩擦力）を操作量として用いるようにしてもよい。

図９の説明に戻って、制御ユニット５０は、次に、姿勢制御演算部８０で上記の如く決定した仮想車輪回転速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdをモータ指令演算部８２に入力し、該モータ指令演算部８２の処理を実行することによって、電動モータ３１Ｒの速度指令ω_R_cmdと電動モータ３１Ｌの速度指令ω_L_cmdとを決定する。このモータ指令演算部８２の処理は、前記リミット処理部８６（図１１参照）のＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂの処理と同じである。

具体的には、モータ指令演算部８２は、前記式０１ａ，０１ｂのωw_x，ωw_y，ω_R，ω_Lをそれぞれ、ωw_x_cmd，ωw_y_cmd，ω_R_cmd，ω_L_cmdに置き換えて得られる連立方程式を、ω_R_cmd，ω_L_cmdを未知数として解くことによって、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの速度指令ω_R_cmd，ω_L_cmdを決定する。

以上により前記ＳＴＥＰ９の車両制御演算処理が完了する。

以上説明した如く制御ユニット５０が制御演算処理を実行することによって、前記搭乗モード及び自立モードのいずれの動作モードにおいても、基本的には、シート３及び基体９の姿勢が、前記基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_s，θbe_y_sの両方が“０”となる姿勢（以下、この姿勢を基本姿勢という）に保たれている状態では、車両系重心点が静止するように操作量（制御入力）としての仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_cmdが決定される。そして、シート３及び基体９の姿勢を前記基本姿勢に対して傾けると、換言すれば、車両系重心点（車両・乗員全体重心点又は車両単体重心点）の水平方向位置を、車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態から変位させると、シート３及び基体９の姿勢を基本姿勢に復元させるように（θbe_x_s，θbe_y_sを“０”に近づけるか、もしくは“０”に保持するように）、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_cmdが決定される。

そして、ωdotw_xy_cmdの各成分を積分してなる仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを変換してなる電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの速度指令ω_R_cmd，ω_L_cmdとして決定される。さらに、その速度指令ω_R_cmd，ω_L_cmdに従って、各電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの回転速度が制御される。ひいては車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度が、ωw_x_cmdに対応する仮想車輪６２_xの移動速度と、ωw_y_cmdに対応する仮想車輪６２_yの移動速度とに各々一致するように制御される。

このため、例えば、Ｙ軸周り方向で、実際の基体傾斜角度θb_xが目標値θb_x_objから前傾側にずれると、そのずれを解消すべく（θbe_x_sを“０”に収束させるべく）、車輪体５が前方に向かって移動する。同様に、実際のθb_xが目標値θb_x_objから後傾側にずれると、そのずれを解消すべく（θbe_x_sを“０”に収束させるべく）、車輪体５が後方に向かって移動する。

また、例えば、Ｘ軸周り方向で、実際の基体傾斜角度θb_yが目標値θb_y_objから右傾側にずれると、そのずれを解消すべく（θbe_y_sを“０”に収束させるべく）、車輪体５が右向きに移動する。同様に、実際のθb_yが目標値θb_y_objから左傾側にずれると、そのずれを解消すべく（θbe_y_sを“０”に収束させるべく）、車輪体５が左向きに移動する。

さらに、実際の基体傾斜角度θb_x，θb_yの両方が、それぞれ目標値θb_x_obj，θb_y_objからずれると、θb_xのずれを解消するための車輪体５の前後方向の移動動作と、θb_yのずれを解消するための車輪体５の左右方向の移動動作とが合成され、車輪体５がＸ軸方向及びＹ軸方向の合成方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方向に対して傾斜した方向）に移動することとなる。

このようにして、シート３及び基体９の姿勢が前記基本姿勢から傾くと、その傾いた側に向かって、車輪体５が移動することとなる。従って、例えば前記搭乗モードにおいて、乗員が意図的にその上体をシート３及び基体９と共に傾けると、その傾けた側に、車輪体５が移動することとなる。

次に、説明を後回しにした、図７のＳＴＥＰ１１の補助接地部制御処理について、図１４を参照して説明する。

まず、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ２１で、車両１の移動速度およびヨーレートを取得する。具体的に、制御ユニット５０は、前式０５ｘ，０５ｙに基づく重心速度算出部７２の算出値である重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）を、車両１の移動速度として取得する。また、制御ユニット５０は、ヨーレートセンサ５３の出力値を取得することにより、車両１の車輪体５の接地点から鉛直方向に延びるヨー軸まわりのヨーレート（角速度）を取得する。

次いで、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ２２へ進んで、ＳＴＥＰ２１で取得した車両１の移動速度に応じたヨーレート閾値を設定する。ヨーレート閾値については、車両１のヨーレートに応じて、補助輪２６ｄを接地状態から非接地状態へ変化させるための判定閾値である（ＳＴＥＰ２３参照）。

具体的に、制御ユニット５０は、予め制御ユニット５０の図示しない記憶手段（メモリ等）に格納された、車両１の移動速度とヨーレート閾値との関係を規定したマップ、関係式やデータテーブル等（以下、マップ等という）を参照することにより、移動速度に対応したヨーレート閾値を探索して、当該閾値を設定する。

ここで、マップ等で規定される車両１の移動速度とヨーレート閾値との関係は、以下の知見に基づいて、車両１の移動速度が大きいほど、設定されるヨーレート閾値が小さくなるように規定されている。

すなわち、旋回時には車両１に遠心力が掛かり、車両１の姿勢が傾くことを回避すべく、旋回中心から車両１に向かう方向へ車両１を移動させ、または移動することを許容しているところ、車両１の移動速度が大きい場合には、旋回時に車両１により大きな遠心力が掛かり、旋回中心から車両１に向かう方向への車両１の移動量が大きい。この場合には、接地状態の補助輪２６ｄが、旋回中心から車両１に向かう方向への移動の妨げとなり易い。そのため、ヨーレート閾値を小さく設定して、補助輪２６ｄを非接地状態とすることが望ましい。

一方、車両の移動速度が小さい場合には、急旋回時でも車両１には然程大きな遠心力が掛かることがなく、補助輪２６ｄが、旋回中心から車両１に向かう方向への移動の妨げになることはほとんどない。むしろ、補助輪２６ｄを接地状態とすることで（補助輪２６ｄを旋回中心として）、車両１を旋回させ易くすることができる場合もある。そのため、この場合には、ヨーレート閾値を大きく設定して、補助輪２６ｄを接地状態に維持して、補助輪２６ｄにより車両１を旋回し易くすることが望ましい。

以上の知見に基づいて、車両１の移動速度が大きいほど、設定されるヨーレート閾値が小さくなるように、車両１の移動速度に応じてヨーレート閾値を可変的に設定することで、補助輪２６ｄが接地していることにより、旋回中心から車両１に向かう方向への移動の妨げとなり得る場合にはこれを防止することができると共に、車両１の移動速度が小さく、補助輪２６ｄが、旋回中心から車両に向かう方向への移動の妨げとならない場合には、補助接地部を接地状態に維持して旋回を補助することができる。

次いで、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ２３へ進んで、ＳＴＥＰ２１で取得した車両１のヨーレートが、ＳＴＥＰ２２で設定した取得しヨーレート閾値を超えるか否かを判断する。

そして、制御ユニット５０は、車両１のヨーレートがヨーレート閾値を超えない場合には、ＳＴＥＰ２７へ進んで、補助輪２６ｄを接地状態に維持する。また、補助輪２６ｄが非接地状態の場合には、接地状態に変化させる。

一方、制御ユニット５０は、車両１のヨーレートがヨーレート閾値を超える場合には、ＳＴＥＰ２４へ進んで、補助輪２６ｄの移動速度を算出する。

具体的には、制御ユニット５０は、下式１１に基づいて、補助輪２６ｄの移動速度Ｖa_xy_sを算出する。

Ｖa_xy_s＝Ｖb_xy_s＋ω_z_s・Ｌ ……式１１

ここで、Ｖb_xy_sは、ＳＴＥＰ２１で取得した車両１の移動速度（重心速度推定値）であり、ω_z_sは、同じくＳＴＥＰ２１で取得した車両１のヨーレート（角速度）であり、Ｌは、車両１における車輪体５の床面との接地点と、補助輪２６ｄの床面との接地点との間の距離（図２参照）である。

次いで、制御ユニット５０は、ＳＴＥＰ２５へ進んで、算出した補助輪２６ｄの移動速度Ｖa_xy_sから、補助輪２６ｄが車両１のヨーレートを減少させるように作用しているか否かを判断する。

ここで、制御ユニット５０は、補助輪２６ｄが接地状態の場合には、補助輪２６ｄの移動方向と反対向きに床面から摩擦力を受けることに鑑みて、ＳＴＥＰ２４で算出した補助輪２６ｄの移動速度Ｖa_xy_sに対して、これと同じ大きさで反対向きの摩擦力（−Ｖa_xy_s）を算出し、算出した摩擦力が、ＳＴＥＰ２１で取得した車両１のモーメントω_z_sを減少させるように作用しているか否かを判断する。

具体的に、制御ユニット５０は、車両１の車輪体５の接地点から鉛直方向に延びるヨー軸まわりに関する、摩擦力（−Ｖa_xy_s）の極性と、車両１のモーメントω_z_sの極性との異同に着目し、これらの極性が異なる場合には、補助輪２６ｄが車両１のヨーレートを減少させるように作用していると判断し、これらの極性が同じ場合には、補助輪２６ｄが車両１のヨーレートを減少させるように作用していない（増大させるように作用している）と判断する。

そして、制御ユニット５０は、補助輪２６ｄが車両１のヨーレートを減少させるように作用している場合には、ＳＴＥＰ２７へ進んで、補助輪２６ｄを接地状態に維持する。また、補助輪２６ｄが非接地状態の場合には、接地状態に変化させる。

一方、制御ユニット５０は、補助輪２６ｄが車両１のヨーレートを減少させるように作用していない場合には、ＳＴＥＰ２６へ進んで、補助輪２６ｄを接地状態から非接地状態に変化させる。また、既に補助輪２６ｄが非接地状態である場合には、非接地状態に維持する。

以上が、図７のＳＴＥＰ１１の補助接地部制御処理の詳細である。かかる本実施形態の全方向移動車両１によれば、補助輪２６ｄが、旋回中心から車両１に向かう方向への移動の妨げとなることを防止して、旋回時の姿勢の傾きを低減させることができる。特に、床面から補助輪２６ｄに作用する摩擦力を車両１に及ぼすモーメントとして、その向きに応じて、補助輪２６ｄを接地状態または非接地状態とすることで、旋回時に車両１のヨーレートが増大し得ることを防止して、旋回時の姿勢の傾きを低減させることができる。

ここで、前記実施形態の車両１と本発明との対応関係を補足しておく。

本実施形態では、車両１に搭乗する乗員の前後方向（Ｘ軸方向）、左右方向（Ｙ軸方向）が、それぞれ、本発明における第２の方向、第１の方向に相当する。

制御ユニット５０が実行する図７のＳＴＥＰ１１の処理によって、本発明における補助接地部制御手段および作用モーメント判断手段が実現される。また、摩擦力（−Ｖa_xy_s）が本発明における、床面から補助接地部に作用する力が車両に及ぼすモーメントに相当する。

次に、以上説明した実施形態に係わる変形態様に関して説明しておく。

前記本実施形態では、車両系重心点（詳しくは車両・乗員全体重心点）を車両１の所定の代表点としたが、該代表点を例えば、車輪体５の中心点や、基体９の所定の部位（例えば支持フレーム１３）の点等に設定してもよい。

また、本実施形態において、制御ユニット５０は、図１４のＳＴＥＰ２２で、車両１の移動速度に応じたヨーレート閾値を設定し、ＳＴＥＰ２３で、実際の車両１のヨーレートが設定したヨーレート閾値を超えるか否かに基づいて補助輪２６ｄの制御を行ったが、補助輪の制御はヨーレートに基づくものに限定されるものではなく、ヨー角加速度や、ヨーレートとヨー角加速度との線形結合値に基づいて制御するようにしてもよい。

例えば、制御ユニット５０は、車両１の移動速度に応じて、ヨー角加速度の閾値、またはヨーレートとヨー角加速度との線形結合値の閾値を設定し、実際の車両１のヨー角速度、またはヨーレートとヨー角加速度との線形結合値が設定した閾値を超えるか否かに基づいて補助輪２６ｄの制御を行うようにしてもよい。

なお、この場合、制御ユニット５０は、ヨーレートセンサ５３の出力値を微分することにより、適宜、ヨー角加速度、およびヨーレートと該ヨー角加速度との線形結合値を取得する。

さらに、本実施形態において、制御ユニット５０は、図１４のＳＴＥＰ２４で、補助輪２６ｄの移動速度を算出し、これに基づいて、床面から補助輪２６ｄに作用する力が車両１に及ぼすモーメントを求めたが、これに限定されるものでなく、種々の手法により、かかるモーメントを求めてもよい。

例えば、補助接地部２６のアーム２６ａの下端側の鍔部と補助輪２６ｄとの間に力センサを介装し、床面から補助輪２６ｄに作用する力を力センサの出力として直接計測するようにしてもよい。なお、この場合、力センサ５５、互いに直交する２つの軸方向の並進力を検出可能な力センサ（例えば２軸力センサ）であり、その２つの検出軸の方向がそれぞれ車両１の前後方向（Ｘ軸方向）、左右方向（Ｙ軸方向）になるように配置される。

また、本実施形態において、補助輪２６ｄは、前後左右方向に回転する自在キャスタにより構成されたが、これに限定されるものではない。例えば、左右方向に延びる回転軸により前後方向にのみ回転する車輪やローラであってもよい。このように、補助輪２６ｄの回転方向を前後方向に規制することにより、車両１の直進性を高めることができる。また、補助輪２６ｄは独立した車輪体であったが、これに代えて、尾輪やブレーキシューを床面に接触させる構成としてもよい。
さらに、本実施形態において、補助接地部２６は、基体９の後方に設けられる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、基体９の左右にそれぞれ設けられ組み付けられてもよい。この場合、制御ユニット５０は、左右それぞれの補助輪の状態（接地状態・非接地状態）を、例えば、補助輪が車両のヨーレートを減少するように作用しているか否か等に基づいて、それぞれ独立に制御する。

また、前記各実施形態では、図１及び図２に示した構造の車両１を例示したが、本発明における全方向移動車両１は、本実施形態で例示した車両に限られるものではない。

具体的には、本実施形態の車両１の移動動作部としての車輪体５は一体構造のものであるが、例えば、前記特許文献３の図１０に記載されているような構造のものであってもよい。すなわち、剛性を有する円環状の軸体に、複数のローラをその軸心が該軸体の接線方向に向くようにして回転自在に外挿し、これらの複数のローラを軸体に沿って円周方向に配列させることによって、車輪体を構成してもよい。

さらに移動動作部は、例えば、特許文献２の図３に記載されているようなクローラ状の構造のものであってもよい。

あるいは、例えば、前記特許文献２の図５、特許文献３の図７、もしくは特許文献１の図１に記載されているように、移動動作部を球体により構成し、この球体を、アクチュエータ装置（例えば前記車輪体５を有するアクチュエータ装置）によりＸ軸周り方向及びＹ軸周り方向に回転駆動するように車両を構成してもよい。

また、本実施形態では、乗員の物体搭載部としてシート３を備えた車両１を例示したが、本発明における全方向移動車両は、例えば特許文献３の図８に見られるように、乗員が両足を載せるステップと、そのステップ上で起立した乗員が把持する部分とを基体に組付けた構造の車両であってもよい。

このように本発明は、前記特許文献１〜３等に見られる如き、各種の構造の全方向移動車両に適用することが可能である。

さらには、本発明における全方向移動車両は、床面上を全方向に移動可能な移動動作部を複数（例えば、左右方向に２つ、あるいは、前後方向に２つ、あるいは、３つ以上）備えていてもよい。

また、本発明における全方向移動車両は、基体が乗員の物体搭載部と共に傾動することは必須ではない。例えば、複数の移動動作部を有する場合に、これらの移動動作部を組付ける基体が床面に対して傾動しないようにすると共に、この基体に対して物体搭載部を傾動自在に組付けるようにしてもよい。

１…倒立振子型全方向移動車両、３…シート（搭乗部）、５…車輪体（移動動作部）、７…アクチュエータ装置、９…基体、２６…補助接地部、２６ｄ…補助輪、５０…制御ユニット（補助接地部制御手段、作用モーメント判断手段）、５３…ヨーレートセンサ（ヨー運動状態量計測手段）、７２…重心速度算出部（代表点速度計測手段）。

Claims

床面上を互いに直交する第１の方向及び第２の方向を含む全方向に移動可能な移動動作部と、該移動動作部を駆動するアクチュエータ装置と、該移動動作部及びアクチュエータ装置が組付けられた基体と、前記移動動作部の接地面とは異なる位置で床面に接地する接地状態と接地しない非接地状態とに選択的に動作可能に前記基体に組み付けられた補助接地部とを備えた全方向移動車両の制御装置であって、
前記車両の実際のヨーレートとヨー角加速度とのうちの少なくとも一方に応じた出力を生成するヨー運動状態量計測手段と、
前記ヨー運動状態量計測手段の出力が示すヨーレートと、ヨー角加速度と、該ヨーレートと該ヨー角加速度との線形結合値との少なくともいずれかが閾値を超える場合に、前記補助接地部を接地状態から非接地状態に変化させる補助接地部制御手段と
を備えることを特徴とする全方向移動車両の制御装置。
請求項１記載の全方向移動車両の制御装置において、
前記車両の所定の代表点の実際の移動速度である代表点速度に応じた出力を生成する代表点速度計測手段を更に備え、
前記補助接地部制御手段は、前記代表点速度計測手段の出力が示す代表点速度に応じて、該代表点速度が大きいほど、前記閾値が小さくなるように該閾値を設定することを特徴とする全方向移動車両の制御装置。
請求項１または２記載の全方向移動車両の制御装置において、
床面から前記補助接地部に作用する力により前記車両に及ぼされるモーメントの向きが、前記ヨー運動状態量計測手段が出力する前記車両のヨーレートに基づく車両の旋回方向と逆向きであるかを判断する作用モーメント判断手段を備え、
前記補助接地部制御手段は、
前記作用モーメント判断手段により前記車両に及ぼされるモーメントの向きが前記車両の旋回方向と逆向きであると判断された場合に、前記ヨー運動状態量計測手段の出力に拘わらず、前記補助接地部を接地状態に維持することを特徴とする全方向移動車両の制御装置。
請求項２記載の全方向移動車両の制御装置において、
床面から前記補助接地部に作用する力により前記車両に及ぼされるモーメントの向きが、前記ヨー運動状態量計測手段が出力する前記車両のヨーレートに基づく車両の旋回方向と逆向きであるかを判断する作用モーメント判断手段を備え、
前記補助接地部制御手段は、
前記作用モーメント判断手段により前記車両に及ぼされるモーメントの向きが前記車両の旋回方向と逆向きであると判断された場合に、前記ヨー運動状態量計測手段の出力に拘わらず、前記補助接地部を接地状態に維持し、
前記作用モーメント判断手段は、前記代表点速度計測手段の出力が示す代表点速度と前記ヨー運動状態量計測手段の出力が示すヨーレートとに基づいて前記補助接地部の移動速度を算出し、算出した前記補助接地部の移動速度の向きと反対向きを前記車両に及ぼされるモーメントの向きとして、該モーメントの向きが、前記ヨー運動状態量計測手段が出力する前記車両のヨーレートに基づく車両の旋回方向と逆向きであるかを判断することを特徴とする全方向移動車両の制御装置。
請求項３記載の全方向移動車両の制御装置において、
前記接地状態における前記床面から前記補助接地部に作用する力を検出する力検出手段を備え、
前記作用モーメント判断手段は、
前記力検出手段により検出された力の向きを前記車両に及ぼされるモーメントの向きとして、該モーメントの向きが、前記ヨー運動状態量計測手段が出力する前記車両のヨーレートに基づく車両の旋回方向と逆向きであるかを判断することを特徴とする全方向移動車両の制御装置。