JP5413027B2 - 移動体制御システム、その制御方法及び制御プログラム - Google Patents

移動体制御システム、その制御方法及び制御プログラム Download PDF

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Description

本発明は、搭乗者が搭乗する移動体を、倒立状態を維持する倒立制御を行いつつ所望の走行を行うように制御する移動体制御システム、その制御方法及び制御プログラムに関するものである。
近年、ジャイロセンサや加速度センサなどの検出信号から自己の姿勢情報を検出して、倒立制御等を行うことにより、自己の姿勢を維持するように車輪の回転を制御する移動体が開発されている。例えば、人間を搭乗させて走行する同軸二輪車であって、自己の姿勢情報を検出し、検出した姿勢情報に基づいて、倒立制御を行いつつ所望の走行を行う同軸二輪車が知られている(特許文献1参照)。
このような同軸二輪車は、一般的に構造上前後に不安定なものであり、姿勢センサからの車両の姿勢情報に基づいて車輪の制御を行い、姿勢を安定させる、という特徴を有している。また、前進、後退、左右旋回などの走行操作については、搭乗者の重心移動により車体を傾斜させる指示等により行われている。
特開2006−315666号公報
しかしながら、上記特許文献1に示す同軸二輪車は、搭乗者の走行操作に応じて、倒立制御を行いつつ所望の走行を行う移動手段として利用されている。一方で、搭乗者による重心移動等の操作特性を利用したより広い分野での応用が望まれる。例えば、同軸二輪車に所定動作をさせ、その動作に応じて、若しくは、倒立状態の安定性を意図的に低下させた状態で、搭乗者が重心移動等の走行操作を行うというような、身体機能やバランス機能の訓練などの分野における応用が考えられる。
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、移動体に搭乗した搭乗者を効率的に訓練できる移動体制御システム、その制御方法及び制御プログラムを提供することを主たる目的とする。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、移動体に搭乗した搭乗者による走行操作に応じて、第1走行指令信号を生成する第1信号生成手段と、前記移動体に所定走行を行わせるための、第2走行指令信号を自動的に生成する第2信号生成手段と、前記第1信号生成手段により生成された前記第1走行指令信号と、前記第2信号生成手段により生成された前記第2走行指令信号と、に基づいて、所望の走行を行うように前記移動体を制御する制御手段と、を備える、ことを特徴とする移動体制御システムである。この一態様によれば、移動体に搭乗した搭乗者を効率的に訓練できる。
この一態様において、搭乗者が搭乗する移動体の姿勢情報を検出する姿勢センサを更に備え、前記第1信号生成手段は、前記姿勢センサにより検出された前記移動体の姿勢情報に応じて、前記第1走行指令信号を生成してもよい。この一態様において、前記制御手段は、前記第2信号生成手段により前記第2走行指令信号が生成され、搭乗者の重心移動による前記走行操作が前記所定走行に応じて行われる訓練モードと、前記第2信号生成手段による前記第2走行指令信号の生成が停止し、前記制御手段が前記第1信号生成手段により生成された前記第1走行指令信号に基づいて、前記移動体の走行を制御する通常モードと、を有していてもよい。
また、上記目的を達成するための本発明の一態様は、移動体に搭乗した搭乗者による走行操作に応じて、前記移動体が倒立状態を維持しつつ所望の走行を行うように制御を行う制御手段を備える移動体制御システムであって、前記制御手段は、前記移動体の通常走行を行うための通常モードと、搭乗者の訓練を行うための訓練モードと、を有しており、該訓練モードにおいて、倒立状態の安定性を低下させる、ことを特徴とする、移動体制御システムであってもよい。
これら態様において、前記制御手段は、前記訓練モードの実行前と、該訓練モードの実行後とで、夫々、前記移動体の倒立状態における安定性を変更してもよい。これら態様において、前記制御手段は、前記訓練モードにおいて、前記通常モードよりも、前記移動体の倒立状態における安定性を低下させてもよい。これら態様において、前記制御手段は、前記姿勢センサにより検出された前記移動体の姿勢情報に応じて、前記移動体の倒立状態の安定性を変更してもよい。これら態様において、前記制御手段は、前記姿勢センサにより検出された移動体の傾斜角度が所定角度以上となるとき、倒立制御のための制御ゲインを増加させてもよい。これら態様において、前記制御手段は、前記訓練モードの実行時間又は実行回数に応じて、前記移動体の倒立状態における安定性を変更してもよい。これら態様において、前記制御手段は、前記訓練モードにおいて、搭乗者の特性情報に応じて、前記移動体の倒立状態における安定性を変更してもよい。これら態様において、搭乗者の生体情報を検出する生体センサを、更に備え、前記制御手段は、前記生体センサにより検出された前記搭乗者の生体情報に応じて、前記移動体の倒立状態における安定性を変更してもよい。これら態様において、前記移動体に設けられた車輪の回転情報を検出する回転センサと、前記姿勢センサにより検出された前記移動体の姿勢情報と、前記生体センサにより検出された前記搭乗者の生体情報と、前記回転センサにより検出された前記車輪の回転情報と、に基づいて、搭乗者が異常状態にあるか否かを判定する異常状態判定手段と、を更に備えていてもよい。これら態様において、前記異常状態判定手段により前記搭乗者が異常状態にあると判定されたとき、前記制御手段は、前記移動体の倒立状態における安定性を増加させてもよい。これら態様において、前記異常状態判定手段により前記搭乗者が異常状態にあると判定されたとき、該異常状態を前記搭乗者及び/又は外部に対して報知する報知手段を、更に備えていてもよい。これら態様において、前記異常状態判定手段により前記搭乗者が異常状態にあると判定されたとき、前記制御手段は前記訓練モードから前記通常モードに切替わってもよい。これら態様において、前記異常状態判定手段により前記搭乗者が異常状態にあると判定されたとき、前記制御手段は搭乗者の降車を補助する降車補助制御を実行してもよい。これら態様において、前記異常状態判定手段により前記搭乗者が異常状態にあると判定されたとき、前記制御手段は接地部材を路面に接地させてもよい。これら態様において、前記移動体の位置を検出する位置センサと、搭乗者を上方へ引張る懸垂手段と、を更に備え、前記懸垂手段は、前記位置センサにより検出された移動体の位置に応じて、前記上方への張力を制御してもよい。これら態様において、前記姿勢センサにより検出された前記移動体の姿勢情報と、前記生体センサにより検出された前記搭乗者の生体情報と、前記回転センサにより検出された前記車輪の回転情報と、に基づいて、前記搭乗者の運動情報を算出する運動情報算出手段を、更に備えていてもよい。これら態様において、前記姿勢センサにより検出された前記移動体の姿勢情報、前記生体センサにより検出された前記搭乗者の生体情報、前記回転センサにより検出された前記車輪の回転情報、及び前記運動情報算出手段により算出された前記搭乗者の運動情報、のうち少なくとも1つを表示する表示手段を、更に備えていてもよい。
さらに、上記目的を達成するための本発明の一態様は、移動体に搭乗した搭乗者の重心移動による走行操作に応じて、前記移動体が倒立状態を維持しつつ所望の走行を行うように制御を行う移動体制御システムであって、前記搭乗者の重心移動による走行操作に応じて、対象物の移動を制御する対象物制御手段を備える、ことを特徴とする移動体制御システムであってもよい。この一態様において、前記対象物制御手段は、前記搭乗者の重心移動による走行操作に応じて、表示装置の画面上に表示された対象物の移動を制御してもよい。
他方、上記目的を達成するための本発明の一態様は、移動体に搭乗した搭乗者による走行操作に応じて、第1走行指令信号を生成する工程と、前記移動体に所定走行を行わせるための、第2走行指令信号を自動的に生成する工程と、前記生成された第1走行指令信号と、前記生成された第2走行指令信号と、に基づいて、所望の走行を行うように前記移動体を制御する工程と、を含む、ことを特徴とする移動体制御システムの制御方法であってもよい。
また、上記目的を達成するための本発明の一態様は、移動体に搭乗した搭乗者による走行操作に応じて、前記移動体が倒立状態を維持しつつ所望の走行を行うように制御を行う移動体制御システムの制御方法であって、前記移動体の通常走行を行うための通常モードと、搭乗者の訓練を行うための訓練モードと、を有しており、該訓練モードにおいて、倒立状態の安定性を低下させる、ことを特徴とする、移動体制御システムの制御方法であってもよい。
さらに、上記目的を達成するための本発明の一態様は、移動体に搭乗した搭乗者の重心移動による走行操作に応じて、前記移動体が倒立状態を維持しつつ所望の走行を行うように制御を行う移動体制御システムの制御方法であって、前記搭乗者の重心移動による走行操作に応じて、対象物の移動を制御する、ことを特徴とする移動体制御システムの制御方法であってもよい。
さらにまた、上記目的を達成するための本発明の一態様は、移動体に搭乗した搭乗者による走行操作に応じて、第1走行指令信号を生成する処理と、前記移動体に所定走行を行わせるための、第2走行指令信号を自動的に生成する処理と、前記生成された第1走行指令信号と、前記生成された第2走行指令信号と、に基づいて、所望の走行を行うように前記移動体を制御する処理と、をコンピュータに実行させる、ことを特徴とする移動体制御システムの制御プログラムであってもよい。
本発明によれば、移動体に搭乗した搭乗者を効率的に訓練できる移動体制御システム、その制御方法及び制御プログラムを提供することができる。
本発明の実施形態1に係る移動体制御システムの概略的なシステム構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態1に係る移動体の概略的な構成を示す正面図である。 本発明の実施形態1に係る制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態1に係る移動体制御システムの処理フローの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態1に係る移動体制御システムの変形例における懸垂装置の一例を示す図である。 本発明の実施形態2に係る移動体制御システムの概略的なシステム構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態3に係る移動体制御システムの概略的なシステム構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態4に係る移動体制御システムの概略的なシステム構成を示すブロック図である。
本発明の実施形態1.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について、説明する。図1は、本実施形態1に係る移動体制御システムの概略的なシステム構成を示すブロック図である。図2は、本実施形態1に係る移動体の概略的な構成を示す正面図である。本実施形態1に係る移動体制御システム10は、図2に示すような移動体1に搭載された、姿勢センサ2と、回転センサ3と、一対の車輪駆動ユニット4L、4Rと、制御装置5と、を備えている。
移動体1は、例えば、搭乗者が車両本体6に立った状態で乗車することができる立ち乗り型の同軸二輪車1として、構成されている。また、この同軸二輪車1は、例えば、搭乗者が重心を前後に移動させることで前進後退を行い、搭乗者が重心を左右に移動させることで左右旋回を行うことができるように構成されている。
姿勢センサ2は、移動体1の車両本体6のピッチ角度、ピッチ角速度、ピッチ角加速度、ロール角度、ロール角速度、ロール角加速度等の姿勢情報を検出する。姿勢センサ2は、例えば、搭乗者が重心を前後へ移動させることで生じた車両本体6のピッチ角度(傾斜角度)を検出し、また、搭乗者が重心を左右へ移動させることで生じた車両本体6(分割ステップ9L、9R)のロール角度(傾斜角度)を検出することができる。
姿勢センサ2は、制御装置5に接続されており、検出した車両本体6の姿勢情報を制御装置5に対して出力する。なお、姿勢センサ2は、例えば、ジャイロセンサや加速度センサなどにより構成されている。また、ピッチ軸とは、一対の車輪7L、7Rの車軸に相当する軸である。また、ロール軸とは、車両本体6の中心を通り、移動体1の走行方向と平行をなす軸である。
回転センサ3は、移動体1に設けられた車輪7L、7Rの回転角度、回転速度、回転加速度等の回転情報を検出する。回転センサ3は、制御装置5に接続されており、検出した各車輪7L、7Rの回転情報を制御装置5に対して出力する。
一対の車輪駆動ユニット4L、4Rは、移動体1に回転可能に設けられた左右一対の車輪7L、7Rを駆動することで、移動体1を走行させる。各車輪駆動ユニット4L、4Rは、例えば、電動モータと、その電動モータの回転軸に動力伝達可能に連結された減速ギア列等によって構成することができる。各車輪駆動ユニット4L、4Rは、駆動回路8L、8Rを介して制御装置5に接続されており、制御装置5からの制御信号に応じて、各車輪7L、7Rを駆動する。
制御装置5は、移動体1が、例えば、倒立状態を維持する倒立制御を行いつつ、所望の走行(前進、後進、加速、減速、停止、左旋回、右旋回等)を行うように、各車輪駆動ユニット4L、4Rを制御して、各車輪7L、7Rの回転を制御する。また、制御装置5は、姿勢センサ2により検出された移動体1の姿勢情報と、回転センサ3により検出された各車輪7L、7Rの回転情報と、に基づいて、フィードバック制御、ロバスト制御等の周知の制御を行う。
例えば、制御装置5は、搭乗者が重心を前後に移動させたときに、姿勢センサ2により検出された車両本体6のピッチ角度に応じて、各車輪駆動ユニット4L、4Rを介して各車輪7L、7Rの回転を制御することで、移動体1を前進又は後進させる。また、制御装置5は、搭乗者が重心を左右に移動させたときに、姿勢センサ2により検出された車両本体6のロール角度に応じて、各車輪駆動ユニット4L、4Rを制御して左右車輪7L、7R間で回転差を生じさせ、移動体1を左旋回又は右旋回させる。なお、搭乗者の重心移動により傾斜した車両本体6のロール角度に応じて旋回制御を行う技術については、本出願人の特許第3722493号公報の技術を適用することができる。
さらに、制御装置5は、例えば、姿勢センサ2により検出された車両本体6のピッチ角度に所定の制御ゲインを乗算して、各車輪7L、7Rの回転トルクを算出する。そして、制御装置5は、算出した回転トルクが各車輪7L、7Rに生じるように、各車輪駆動ユニット4L、4Rを制御する。これにより、制御装置5は、車両本体6が傾斜している方向へ各車輪7L、7Rを回動させ、移動体1の重心位置を各車輪7L、7Rの車軸を通る鉛直線上へ戻すような倒立制御を行う。また、制御装置5は、各車輪7L、7Rに対して適切な回転トルクを夫々付加することで、車両本体6のピッチ角度がある一定値を超えないような倒立状態を維持しつつ、さらに、姿勢センサ2からの姿勢情報に応じて、前進、後進、停止、減速、加速、左旋回、右旋回等の移動体1の移動制御を行うことができる。
上述のような車両制御の構成により、移動体1は、例えば、搭乗者が重心を前後に移動させ車両本体6を前後に傾斜させることで前進後退を行い、搭乗者が重心を左右に移動させ車両本体6を左右に傾斜させることで、左右旋回を行うことができる。なお、搭乗者によって旋回したいと思う所望の方向へ回動操作されたとき、その操作に応じた操作信号を制御装置5に供給する旋回操作部(旋回リング、ハンドル11等)を用いて、左右旋回を行う構成であってもよい。
なお、制御装置5は、例えば、制御処理、演算処理等と行うCPU(Central Processing Unit)5a、CPU5aによって実行される制御プログラム、演算プログラム等が記憶されたROM(Read Only Memory)5b、処理データ等を一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)5c等からなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。
移動体1は、図2に示すように、同軸二輪車1として構成されており、車両本体6、車輪7L、7R、分割ステップ9L、9R、ハンドル11等を備えている。左右一対の分割ステップ9L、9Rは、運転者が搭乗するステッププレートの一例である。車両本体6は、各分割ステップ9L、9Rをロール方向へ姿勢変更可能にそれぞれ支持している。左右一対の車輪7L、7Rは、車両本体6に回転可能に支持されている。ハンドル11は、各分割ステップ9L、9Rの姿勢を、車両本体6を介してロール方向へ変化させる操作レバーである。
各分割ステップ9L、9Rは、運転者が片足ずつ乗せて搭乗するもので、人の足の大きさと同程度か又は少々大きく形成された偏平な一対の板体からなる。車両本体6は、互いに平行をなして上下に配置された車体上部材12及び車体下部材13と、互いに平行をなして左右に配置されると共に車体上部材12及び車体下部材13と回動可能に連結された一対の側面部材14L、14Rと、を有する平行リンク機構として構成されている。
この平行リンク機構の車体上部材12と車体下部材13との間には、車体上部材12及び車体下部材13と一対の側面部材14L、14Rとがなす角度をそれぞれ直角に維持するように、ばね力を発生する一対のコイルばね15L、15Rが介在されている。一対の側面部材14L、14Rの各外面には、車輪駆動ユニット4L、4Rがそれぞれ取り付けられている。このように一対の車輪駆動ユニット4L、4Rを介して一対の側面部材14L、14Rに支持された一対の車輪7L、7Rは、平坦な路面E上に置いたときには、互いの回転中心が同一軸心線上に一致することになる。なお、移動体1は、同軸二輪車1として構成されているが、これに限らず、例えば、搭乗者の重心移動により走行操作が行われ、かつ倒立制御を行う任意の車両に適用可能である。
図3は、本実施形態1に係る制御装置5の概略的なシステム構成を示すブロック図である。制御装置5は、例えば、車両本体6に搭載されており、第1信号生成部51と、第2信号生成部52と、制御部53と、を有している。
第1信号生成部51は、移動体1に搭乗した搭乗者による走行操作に応じて、第1走行指令信号S1を生成する。例えば、第1信号生成部51は、搭乗者の重心移動が行われたときに、姿勢センサ2により検出された車両本体6のピッチ角度及びロール角度に応じた、第1走行指令信号S1を生成する。第1信号生成部51は、生成した第1走行指令信号S1を制御部53に対して出力する。
第2信号生成部52は、予め設定された所定走行(前進、後進、右旋回、左旋回、蛇行、往復など)を移動体1に行わせるための、第2走行指令信号S2を自動的に生成する。なお、所定走行の情報は、例えば予めRAM5c等に記憶されており、第2信号生成部52は、この所定走行の情報をRAM5cから読込み、第2走行指令信号S2を生成する。第2信号生成部52は、生成した第2走行指令信号S2を制御部53に対して出力する。
制御部53は、第1信号生成部51により生成された第1走行指令信号S1と、第2信号生成部52により生成された第2走行指令信号S2と、回転センサ3により検出された各車輪7L、7Rの回転情報と、に基づいて、各車輪駆動ユニット4L、4Rを制御するための制御信号を生成し、各車輪駆動ユニット4L、4Rに対して出力する。
ところで、倒立制御を行う移動体1において、搭乗者による重心移動等の操作特性を利用して、より広い分野での応用が望まれる。例えば、移動体1に所定走行させて、その走行に応じて、搭乗者が重心移動等の走行操作を行うというような訓練を行えば、搭乗者の身体機能、バランス機能等を効率的に向上させることができる。
そこで、本実施形態1に係る移動体制御システム10の制御装置5は、第2信号生成部52により第2走行指令信号S2が生成され、搭乗者による走行操作が所定走行に応じて行われる訓練モードと、第2信号生成部52による第2走行指令信号S2の生成が停止し、制御部53が第1信号生成部51により生成された第1走行指令信号S1に基づいて、移動体1の走行を制御する通常モードと、を有している。
例えば、制御装置5が訓練モードを実行すると、第2信号生成部52は予めRAM5cに設定された所定走行を移動体1に行わせるための、第2走行指令信号S2を自動的に生成し、制御部53に対して出力する。制御部53は、この第2走行指令信号S2に基づいて、各車輪駆動ユニット4L、4Rを制御し、各車輪7L、7Rの駆動を制御する。そして、移動体1は、例えば、一定又はランダムな周期で、前後左右に所定走行を行う。
このとき、搭乗者は、この所定走行に応じて、例えば、移動体1が静止又は一定範囲内に収まるように、重心を前後もしくは左右に移動させる走行操作を行う。第1信号生成部51は、この搭乗者の重心移動が行われたときに、姿勢センサ2により検出された車両本体6のピッチ角度及びロール角度に応じた、第1走行指令信号S1を生成し、制御部53に対して出力する。制御部53は、この第1走行指令信号S1に基づいて、各車輪駆動ユニット4L、4Rを制御し、各車輪7L、7Rの駆動を制御する。
このように、搭乗者は、楽しみながら、身体機能、バランス機能等を向上させることができ、効率的に訓練を行うことができる。例えば、バランス機能等に障害がある人は、足首、膝関節などの身体の各部を無理なく楽しく動作させて、その障害や衰えを改善することができる。
一方、制御装置5が通常モードを実行すると、第2信号生成部52は第2走行指令信号S2の生成を停止する。第1信号生成部51は、姿勢センサ2により検出された車両本体6のピッチ角度及びロール角度に応じた、第1走行指令信号S1を生成し、制御部53に対して出力する。制御部53は、第1信号生成部51により生成された第1走行指令信号S1に基づいて、移動体1が倒立制御を行いつつ所望の走行を行うように、各車輪駆動ユニット4L、4Rを制御する。
なお、制御装置5は、訓練モードと通常モードとの切替えを、所定のスイッチ操作、走行操作等に応じて行う。例えば、制御装置5は、ハンドル11に設けられたモードスイッチ16の操作に応じて、訓練モードと通常モードとの切替えを行ってもよい。また、遠隔操作スイッチ17等を用いて、訓練監督者等の第3者が遠隔的に、制御装置5を訓練モードと通常モードとに切替えを行う構成であってもよい。これにより、訓練モードと通常モードとの切替えを簡易に行うことができる。
図4は、本実施形態1にかかる移動体制御システム10の処理フローの一例を示すフローチャートである。
例えば、制御装置5は、搭乗者のモードスイッチ16又は遠隔操作スイッチ17の操作に応じて、通常モードから訓練モードに切り替わる(ステップS101)。
制御装置5が通常モードから訓練モードに切り替わると、第2信号生成部52は、予めRAM5cに設定された所定走行を移動体1に行わせるための、第2走行指令信号S2を自動的に生成し(ステップS102)、制御部53に対して出力する。
制御部53は、第2信号生成部52により生成された第2走行指令信号S2に基づいて、移動体1が所定走行を行うように、各車輪駆動ユニット4L、4Rを制御し、各車輪7L、7Rの駆動を制御する(ステップS103)。
このとき、搭乗者は、この所定走行に応じて、例えば、移動体1が静止等するように、重心を前後もしくは左右に移動させる走行操作を行う。そして、第1信号生成部51は、この搭乗者の重心移動が行われたときに、姿勢センサ2により検出された車両本体6のピッチ角度及びロール角度に応じて、第1走行指令信号S1を生成し(ステップS104)、制御部53に対して出力する。制御部53は、この第1走行指令信号S1に基づいて、各車輪駆動ユニット4L、4Rを制御し、各車輪7L、7Rの駆動を制御する(ステップS105)。
以上、本実施形態1に係る移動体制御システム10において、第2信号生成部52により、移動体1に所定走行を行わせるための第2走行指令信号S2が生成され、搭乗者の重心移動による走行操作がこの所定走行に応じて行われる。これにより、搭乗者は、楽しみながら、身体機能、バランス機能等を向上させることができ、効率的に訓練を行うことができる。
次に、本実施形態1に係る移動体制御システム10の変形例について、説明する。
上記実施形態1において、制御装置5は、訓練モードに切替ると、予め設定された所定走行を移動体1に行わせることで、搭乗者の訓練を行っているが、これに限らず、倒立状態の安定性を低下させることで、搭乗者の訓練を行ってもよい。例えば、制御装置5は訓練モードに切替ると、倒立状態の安定性を通常よりも低下させる制御を行う。この場合、搭乗者は通常よりも頻繁に重心移動等を行い、移動体1のバランスを維持する必要が生じる。これにより、身体機能、バランス機能等を効果的に向上させることができ、効率的に訓練を行うことができる。
なお、制御装置5は、訓練モードにおいて、移動体1に所定走行を行わせるための第2走行指令信号S2を生成しつつ、さらに、倒立状態の安定性を低下させてもよい。これにより、より多くのパターンの訓練が可能となり、さらに訓練効果を向上させることができる。
また、制御装置5は、訓練モードの実行前と、訓練モードの実行後とで、夫々、移動体1の倒立状態における安定性を変更してもよい。例えば、制御装置5は、訓練モードを実行すると、前回の訓練モードの実行時より倒立制御の制御ゲインを減少させ、倒立状態の安定性を意図的に低下させてもよい。
さらに、制御装置5は、訓練モードにおいて、通常モードよりも、移動体1の倒立状態における安定性を低下させてもよい。これにより、通常モードによる通常走行では、倒立状態の高い安定性が維持され、一方、訓練モードによる訓練走行では、倒立状態の安定性を適切に低下させ、より効率的な訓練が可能となる。
さらにまた、制御装置5は、訓練モードの実行時間又は実行回数に応じて、移動体1の倒立状態における安定性を変更してもよい。例えば、制御装置5は、訓練モードの実行時間又は実行回数が増加するに従って、倒立制御の制御ゲインを低下させ、倒立状態の安定性を低下させてもよい。このように、訓練モードの実行による搭乗者の訓練の習熟度を考慮して、倒立状態の安定性を適切に変更することにより、訓練の効率をより向上させることができる。
さらにまた、制御装置5は、搭乗者の特性情報に応じて、移動体1の倒立状態における安定性を変更してもよい。ここで、搭乗者の特性情報として、例えば、搭乗者の性別(男性、女性)、年齢(低年齢、高年齢等)、運動経験、身体的特徴(身長、体重、体型、障害等)、体調(良好、普通、不良等)など、が含まれる。
例えば、搭乗者が男性の場合、女性の場合と比較して、制御装置5は、移動体1の倒立制御の安定性を低下させてもよい。このように、搭乗者の特性に応じて倒立状態の安定性を適切に設定することにより、訓練の効率をより向上させることができる。なお、搭乗者の特性情報は、例えば、任意の入力装置18を介して、制御装置5に入力することができる。
さらにまた、制御装置5は、訓練モードにおいて、姿勢センサ2により検出された車両本体6のピッチ角度が所定角度以上及び/又はピッチ角速度が所定角速度以上となり転倒の可能性があるとき、倒立制御のための制御ゲインを増加させ、安定性を向上させてもよい。また、制御装置5は、訓練モードにおいて、回転センサ3により検出された各車輪7L、7Rの回転速度が所定速度以上及び/又は回転加速度が所定加速度以上となり転倒の可能性があるとき、倒立制御のための制御ゲインを増加させ、安定性を向上させてもよい。これにより、訓練モードによる訓練中における転倒等を確実に防止でき、訓練の安全性を向上させることができる。なお、上述した倒立制御のための制御ゲインの変更は、段階的に行っているが、連続的に行ってもよい。
移動体制御システム10は、搭乗者を上方へ吊り上げる懸垂装置18を更に備えていてもよい(図5)。懸垂装置18は、例えば天井等に設置されており、位置センサ19により検出された移動体1の位置に応じて、搭乗者を上方へ引張るための張力を制御する。これにより、訓練モードによる訓練中において、移動体1の転倒、暴走、衝突等を確実に防止でき、訓練の安全性を向上させることができる。
ここで、位置センサ19として、例えば、超音波センサ、レーダセンサ、カメラ等の距離センサが用いられている。また、懸垂装置18は移動体1の移動に応じて、搭乗者を上方へ引張るための張力を制御しているが、これに限らず、例えば、懸垂装置18自身が移動体1の移動に応じて、レール等に沿って移動する構成であってもよい。さらに、懸垂装置18は、姿勢センサ2により検出された姿勢情報や回転センサ3により検出された回転情報を用いて、移動体1の位置を算出してもよい。
本発明の実施形態2.
図6は、本実施形態2に係る移動体制御システム20の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施形態2に係る移動体制御システム20は、上記実施形態1に係る移動体制御システム10の構成に加えて、搭乗者の生体情報を検出する生体センサ21と、搭乗者が異常状態であるか否かを判定する異常状態判定部22と、を更に備えている。
生体センサ21は、例えば、搭乗者の身体に装着され、搭乗者の脈拍、血圧、体温、発汗量、脳波、覚醒度等の生体情報を検出することができるセンサである。
異常状態判定部22は、姿勢センサ2により検出された姿勢情報と、生体センサ21により検出された搭乗者の生体情報と、回転センサ3により検出された各車輪7L、7Rの回転情報と、に基づいて、搭乗者が異常状態にあるか否かを判定する。
例えば、異常状態判定部22は、姿勢センサ2により検出された姿勢情報と、回転センサ3により検出された各車輪7L、7Rの回転情報と、に基づいて、移動体1の暴走、搭乗者による移動体1の操作ミス等の異常状態を判定する。また、異常状態判定部22は、生体センサ21により検出された搭乗者の脈拍、血圧、体温、及び/又は発汗量が所定範囲外となる、搭乗者の身体的な異常状態を判定する。
異常状態判定部22により搭乗者が異常状態にあると判定されると、制御装置25は、例えば、倒立制御の制御ゲインを増加させ、倒立状態の安定性を高め、訓練モードから通常モードに自動的に切替る。なお、制御装置25が倒立制御の制御ゲインを増加させ、その後、搭乗者自身がモードスイッチ16等により訓練モードから通常モードに切替える構成であってもよい。これにより、訓練モードによる訓練において、搭乗者の異常状態を考慮することができるため、訓練の安全性をより向上させることができる。
また、異常状態判定部22により搭乗者が異常状態にあると判定されると、制御装置25は、例えば、安全停止制御の実行後に、降車補助制御を実行してもよい。なお、制御装置25は、この降車補助制御において、搭乗者の降車方向に対する、分割ステップ9L、9Rの傾斜角度を増加させる制御を行う。
具体的には、搭乗者が移動体1に対して前方に降りる場合には、分割ステップ9L、9Rの前傾角度を増加させる。一方、搭乗者が移動体1に対して後方に降りる場合には、分割ステップ9L、9Rの後傾角度を増加させる。これにより、搭乗者の降車動作を補助し、不自然な姿勢をとらずとも容易に降車できる。すなわち、移動体1の安全性をより向上させることができる。
なお、異常状態判定部22により搭乗者が異常状態にあると判定されたとき、その異常状態を搭乗者及び/又は外部に対して、報知装置23により報知してもよい。報知装置23は、例えば、スピーカ等の音出力手段や、LED素子等の光出力手段、加振器等の振動手段、ディスプレイ等の表示手段等により構成することができる。これにより、搭乗者又は訓練監視者等は、その異常状態を容易に認識することができる。
また、異常状態判定部22は、各分割ステップ9L、9Rに設けられた一対のステップセンサ24L、24Rを用いて、搭乗者の異常状態を判定してもよい。各ステップセンサ24L、24Rは、各分割ステップ9L、9Rに掛る搭乗者の荷重を検出できる荷重センサ等により構成されており、検出した荷重を異常状態判定部22に対して出力する。異常状態判定部22は、各ステップセンサ24L、24Rにより検出された荷重に基づいて、搭乗者の各足が各分割ステップ9L、9Rに正常に乗っているか否かを判定することで、搭乗者の異常状態を判定することができる。
例えば、異常状態判定部22は、一対のステップセンサ24L、24Rのうち一方若しくは両方から荷重を検出できない、若しくは検出された荷重が小さい場合に、搭乗者の両足のうち一方若しくは両方が正常に各分割ステップ9L、9R上に乗っていないと判定し、搭乗者が異常状態にあると判定する。
さらに、異常状態判定部22により搭乗者が異常状態にあると判定されると、制御装置25は、例えば、接地部材駆動部25を制御して、車両本体6に設けられるスタンド、補助輪等の接地部材(不図示)を路面Eに接地させてもよい。これにより、移動体1が停止したときの安定性が向上し、より安全かつ確実な停止が実現する。
本実施形態2に係る移動体制御システム20において、他の構成は上記実施形態1に係る移動体制御システム10と、略同一である。従って、同一部分に同一符号を付して詳細な説明は省略する。
本発明の実施形態3.
図7は、本実施形態3に係る移動体制御システムの概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施形態3に係る移動体制御システム30は、上記実施形態2に係る移動体制御システム20の構成に加えて、姿勢センサ2により検出された移動体1の姿勢情報と、生体センサ22により検出された搭乗者の生体情報と、回転センサ3により検出された車輪7L、7Rの回転情報と、に基づいて、搭乗者の運動情報を算出する運動情報算出部31を、更に備えている。
運動情報算出部31は、例えば、訓練モードにおける搭乗者の消費カロリー、脂肪燃焼量、走行距離、平均脈拍数、運動量、訓練時間等の運動情報を算出することができる。また、運動情報算出部31は、予め設定した目標消費カロリー、目標脂肪燃焼量、目標走行距離、目標訓練時間、目標運動量等の目標値と、上記算出結果とを比較するための比較データを算出してもよい。搭乗者は、このような運動情報を参照することで、訓練モードによる訓練効果をより客観的に把握することができ、訓練の効率をより向上させることができる。
また、姿勢センサ2により検出された移動体1の姿勢情報、生体センサ21により検出された搭乗者の生体情報、回転センサ3により検出された車輪7L、7Rの回転情報、及び運動情報算出部31により算出された搭乗者の運動情報等を表示装置32に表示させてもよい。例えば、搭乗者又は訓練監視者は、表示装置32に表示された運動情報を適宜参照することで、その訓練効果を容易に確認することができる。
さらに、制御装置35は、姿勢センサ2により検出された移動体1の姿勢情報、生体センサ22により検出された搭乗者の生体情報、回転センサ3により検出された車輪7L、7Rの回転情報、運動情報算出部31により算出された搭乗者の運動情報等の移動体1及び搭乗者の情報を、無線を介して、管理用のコンピュータ等の情報機器33に転送してもよい。これにより、管理用の情報機器33で、移動体1及び搭乗者の情報を統合的に蓄積、管理、監視することができ、訓練の効率をより向上させることができる。
またさらに、制御装置35は、インターネット網等のネットワーク100を介して、上記移動体1及び搭乗者の情報を病院等の医療機関101に対して送信してもよい。例えば、医療機関101は、制御装置35から送信された搭乗者の情報に基づいて、搭乗者の体力推移や健康状態を管理することができ、さらに、搭乗者の身体機能の衰え、診察の必要性が認められた場合に、その旨を管理用の情報機器33又は移動体1の制御装置35に通知してもよい。これにより、より安全性の高い効率的な訓練が実現できる。なお、制御装置35は、運動情報算出部31により算出された搭乗者の運動情報を用いて、訓練モードにおける倒立制御の制御ゲインを設定してもよい。
本実施形態3に係る移動体制御システム30において、他の構成は上記実施形態2に係る移動体制御システム20と略同一である。従って、同一部分に同一符号を付して詳細な説明は省略する。
本発明の実施形態4.
図8は、本実施形態4に係る移動体制御システム40の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施形態4に係る移動体制御システム40は、表示装置32の画面32a上に表示された、ゲームキャラクタ等の対象物Xの移動を制御する対象物制御装置41を備えている。
移動体1の制御装置5は、例えば、搭乗者の重心移動による走行操作に応じて、制御信号を車輪駆動ユニット4L、4Rだけでなく、無線を介して対象物制御装置41に対して送信する。対象物制御装置41は、制御装置5から受信した制御信号に応じて、表示装置32の画面32a上に表示された対象物Xの移動を制御する。
より具体的には、搭乗者が車両本体6を前後又は左右に傾斜させ、移動体1を前後進又は左右旋回させると、移動体1の制御装置5は、姿勢センサ2により検出された車両本体6のピッチ角度又はロール角度に応じた制御信号を、対象物制御装置41に対して送信する。対象物制御装置41はその制御信号に応じて、すなわち移動体1の動作と同様に、表示装置32の画面32a上で対象物Xを前後進、左右旋回、加減速等させる。
このように、搭乗者は、表示装置32の画面32aを見ながら、移動体1の重心移動による走行操作を行うことで、その画面32a上における対象物Xの移動を制御することができる。これにより、搭乗者は、例えば、ゲーム感覚で楽しみながら訓練を行うことで、訓練の効率をより向上させることができる。
なお、対象物制御装置41は、表示装置32に内蔵される構成であってもよい。また、対象物制御装置41及び表示装置32は、移動体1に搭載される構成であってもよい。さらに、対象物制御装置41は、複数の移動体1の制御装置5から送信される制御信号に応じて、表示装置32の画面32a上に表示された複数の対象物Xの移動を、夫々制御してもよい。これにより、複数の移動体1に搭乗する搭乗者が同時に訓練等を行うことができる。また、対象物制御装置41は、表示装置32の画面32a上に表示された対象物Xの移動を制御しているが、これに限らず、例えば、小型模型等の移動体の移動を制御してもよく、任意の対象物の移動を制御してもよい。さらに、制御装置5が上述の訓練モードを実行しつつ、対象物制御装置41は、制御装置5から受信した制御信号に応じて対象物の移動を制御してもよい。
本実施形態4に係る移動体制御システム40において、他の構成は上記実施形態1に係る移動体制御システム10と略同一である。従って、同一部分に同一符号を付して詳細な説明は省略する。
なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述した実施形態を任意に組み合わせて構成してもよい。例えば、上記実施形態において、移動体1を床面等に設置されたレール上に載せた状態で、上述の訓練モードによる訓練を行ってもよい。また、上記実施形態においては、倒立制御を行う移動体1を用いて、バランス機能等の訓練を行っているが、これに限らず、例えば、レール等に取付けられた訓練装置を用いて、バランス機能等の訓練を行ってもよい。この訓練装置は、例えば、搭乗者が搭乗した搭乗台等を前後左右に移動させ、若しくは、搭乗台のピッチ角度、ピッチ角速度、ピッチ角加速度、ロール角度、ロール角速度、ロール角加速度、ヨー角度、ヨー角速度、ヨー角加速度等、を制御することで、搭乗者のバランス機能等の訓練を行ってもよい。さらに、上記実施形態を任意に組み合わせることも可能である。
また、上述の実施形態では、本発明をハードウェアの構成として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、任意の処理を、CPU(Central Processing Unit)にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。この場合、コンピュータプログラムは、記録媒体に記録して提供することも可能であり、また、インターネットその他の通信媒体を介して伝送することにより提供することも可能である。また、記憶媒体には、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD、ROMカートリッジ、バッテリバックアップ付きRAMメモリカートリッジ、フラッシュメモリカートリッジ、不揮発性RAMカートリッジ等が含まれる。また、通信媒体には、電話回線等の有線通信媒体、マイクロ波回線等の無線通信媒体等が含まれる。
1 移動体
2 姿勢センサ
3 回転センサ
4L、4R 車輪駆動ユニット
5 制御装置
6 車両本体
7L、7R 車輪
10、20、30、40 移動体制御システム
21 生体センサ
22 異常状態判定部
23 報知装置
31 運動情報算出部
32 表示装置
33 対象物制御装置
51 第1信号生成部
52 第2信号生成部
53 制御部

Claims (22)

  1. 移動体に搭乗した搭乗者による走行操作に応じて、第1走行指令信号を生成する第1信号生成手段と、
    前記移動体に所定走行を行わせるための、第2走行指令信号を自動的に生成する第2信号生成手段と、
    前記第1信号生成手段により生成された前記第1走行指令信号と、前記第2信号生成手段により生成された前記第2走行指令信号と、に基づいて、所望の走行を行うように前記移動体を制御する制御手段と、
    前記移動体の姿勢情報を検出する姿勢センサと、を備え、
    前記第1信号生成手段は、前記姿勢センサにより検出された前記移動体の姿勢情報に応じて、前記第1走行指令信号を生成し、
    前記制御手段は、
    前記第2信号生成手段により前記第2走行指令信号が生成され、搭乗者の重心移動による前記走行操作が前記所定走行に応じて行われる訓練モードと、
    前記第2信号生成手段による前記第2走行指令信号の生成が停止し、前記制御手段が前記第1信号生成手段により生成された前記第1走行指令信号に基づいて、前記移動体の走行を制御する通常モードと、
    を有する、ことを特徴とする移動体制御システム。
  2. 請求項1記載の移動体制御システムであって、
    前記訓練モードにおいて、倒立状態の安定性を低下させる、ことを特徴とする移動体制御システム。
  3. 請求項1又は2記載の移動体制御システムであって、
    前記制御手段は、前記訓練モードの実行前と、該訓練モードの実行後とで、夫々、前記移動体の倒立状態における安定性を変更する、ことを特徴とする移動体制御システム。
  4. 請求項1乃至3のうちいずれか1項記載の移動体制御システムであって、
    前記制御手段は、前記訓練モードにおいて、前記通常モードよりも、前記移動体の倒立状態における安定性を低下させる、ことを特徴とする移動体制御システム。
  5. 請求項1乃至4のうちいずれか1項記載の移動体制御システムであって、
    前記制御手段は、前記姿勢センサにより検出された前記移動体の姿勢情報に応じて、前記移動体の倒立状態の安定性を変更する、ことを特徴とする移動体制御システム。
  6. 請求項記載の移動体制御システムであって、
    前記制御手段は、前記姿勢センサにより検出された移動体の傾斜角度が所定角度以上となるとき、倒立制御のための制御ゲインを増加させる、ことを特徴とする移動体制御システム。
  7. 請求項1乃至6のうちいずれか1項記載の移動体制御システムであって、
    前記制御手段は、前記訓練モードの実行時間又は実行回数に応じて、前記移動体の倒立状態における安定性を変更する、ことを特徴とする移動体制御システム。
  8. 請求項1乃至7のうちいずれか1項記載の移動体制御システムであって、
    前記制御手段は、前記訓練モードにおいて、搭乗者の特性情報に応じて、前記移動体の倒立状態における安定性を変更する、ことを特徴とする移動体制御システム。
  9. 請求項1乃至のうちいずれか1項記載の移動体制御システムであって、
    搭乗者の生体情報を検出する生体センサを、更に備え、
    前記制御手段は、前記生体センサにより検出された前記搭乗者の生体情報に応じて、前記移動体の倒立状態における安定性を変更する、ことを特徴とする移動体制御システム。
  10. 請求項記載の移動体制御システムであって、
    前記移動体に設けられた車輪の回転情報を検出する回転センサと、
    前記姿勢センサにより検出された前記移動体の姿勢情報と、前記生体センサにより検出された前記搭乗者の生体情報と、前記回転センサにより検出された前記車輪の回転情報と、に基づいて、搭乗者が異常状態にあるか否かを判定する異常状態判定手段と、
    を更に備える、ことを特徴とする移動体制御システム。
  11. 請求項10記載の移動体制御システムであって、
    前記異常状態判定手段により前記搭乗者が異常状態にあると判定されたとき、前記制御手段は、前記移動体の倒立状態における安定性を増加させる、ことを特徴とする移動体制御システム。
  12. 請求項10又は11記載の移動体制御システムであって、
    前記異常状態判定手段により前記搭乗者が異常状態にあると判定されたとき、該異常状態を前記搭乗者及び/又は外部に対して報知する報知手段を、更に備える、ことを特徴とする移動体制御システム。
  13. 請求項10乃至12のうちいずれか1項記載の移動体制御システムであって、
    前記異常状態判定手段により前記搭乗者が異常状態にあると判定されたとき、前記制御手段は前記訓練モードから前記通常モードに切替わる、ことを特徴とする移動体制御システム。
  14. 請求項10乃至13のうちいずれか1項記載の移動体制御システムであって、
    前記異常状態判定手段により前記搭乗者が異常状態にあると判定されたとき、前記制御手段は搭乗者の降車を補助する降車補助制御を実行する、ことを特徴とする移動体制御システム。
  15. 請求項10乃至14のうちいずれか1項記載の移動体制御システムであって、
    前記異常状態判定手段により前記搭乗者が異常状態にあると判定されたとき、前記制御手段は接地部材を路面に接地させる、ことを特徴とする移動体制御システム。
  16. 請求項10乃至15のうちいずれか1項記載の移動体制御システムであって、
    前記移動体の位置を検出する位置センサと、
    搭乗者を上方へ引張る懸垂手段と、を更に備え、
    前記懸垂手段は、前記位置センサにより検出された移動体の位置に応じて、前記上方への張力を制御する、ことを特徴とする移動体制御システム。
  17. 請求項10乃至16のうちいずれか1項記載の移動体制御システムであって、
    前記姿勢センサにより検出された前記移動体の姿勢情報と、前記生体センサにより検出された前記搭乗者の生体情報と、前記回転センサにより検出された前記車輪の回転情報と、に基づいて、前記搭乗者の運動情報を算出する運動情報算出手段を、更に備える、ことを特徴とする移動体制御システム。
  18. 請求項17記載の移動体制御システムであって、
    前記姿勢センサにより検出された前記移動体の姿勢情報、前記生体センサにより検出された前記搭乗者の生体情報、前記回転センサにより検出された前記車輪の回転情報、及び前記運動情報算出手段により算出された前記搭乗者の運動情報、のうち少なくとも1つを表示する表示手段を、更に備える、ことを特徴とする移動体制御システム。
  19. 請求項1乃至18のうちいずれか1項記載の移動体制御システムであって、
    前記搭乗者の重心移動による走行操作に応じて、対象物の移動を制御する対象物制御手段を更に備える、ことを特徴とする移動体制御システム。
  20. 請求項19記載の移動体制御システムであって、
    前記対象物制御手段は、前記搭乗者の重心移動による走行操作に応じて、表示装置の画面上に表示された対象物の移動を制御する、ことを特徴とする移動体制御システム。
  21. 移動体に搭乗した搭乗者による走行操作に応じて、第1走行指令信号を生成する工程と、
    前記移動体に所定走行を行わせるための、第2走行指令信号を自動的に生成する工程と、
    前記生成された第1走行指令信号と、前記生成された第2走行指令信号と、に基づいて、所望の走行を行うように前記移動体を制御する工程と、
    前記移動体の姿勢情報を検出する工程と、を含み、
    前記検出された移動体の姿勢情報に応じて、前記第1走行指令信号を生成し、
    前記第2走行指令信号が生成され、搭乗者の重心移動による前記走行操作が前記所定走行に応じて行われる訓練モードと、前記第2走行指令信号の生成が停止し、前記生成された第1走行指令信号に基づいて、前記移動体の走行を制御する通常モードと、を有する、ことを特徴とする移動体制御システムの制御方法。
  22. 移動体に搭乗した搭乗者による走行操作に応じて、第1走行指令信号を生成する処理と、
    前記移動体に所定走行を行わせるための、第2走行指令信号を自動的に生成する処理と、
    前記生成された第1走行指令信号と、前記生成された第2走行指令信号と、に基づいて、所望の走行を行うように前記移動体を制御する処理と、
    をコンピュータに実行させ
    検出された移動体の姿勢情報に応じて、前記第1走行指令信号を生成し、
    前記第2走行指令信号が生成され、搭乗者の重心移動による前記走行操作が前記所定走行に応じて行われる訓練モードと、前記第2走行指令信号の生成が停止し、前記生成された第1走行指令信号に基づいて、前記移動体の走行を制御する通常モードと、を有する、ことを特徴とする移動体制御システムの制御プログラム。
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