JP5426681B2 - 倒立振子型移動体 - Google Patents

Description

本発明は、車輪等によって移動する倒立振子型の移動体に関する。

従来、傾斜センサ（ジャイロセンサ等）の検出結果に基づく倒立振子制御によって倒立姿勢を維持しながら移動する倒立振子型移動体が知られている。この種の倒立振子型移動体において、車体（すなわち、搭乗者が座る座席の座面）をストッパが接地するまで前方に傾斜させて安定的に停止させることで、搭乗者の乗車または降車を容易とする技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１８９０１７号公報

ところで、上記従来の倒立振子型移動体では、ストッパが接地するまで車体を傾斜させる際には、所定のトルクを基体に作用させる必要があり、その反作用で駆動輪が回転して移動する。しかしながら、例えば、駆動輪が移動する後方に障害物（例えば、縁石等）があると、その障害物に駆動輪が突き当たってその移動が規制され、搭乗者の乗車が妨げられるという問題があった。

本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、後方の床面上に障害物が存在する場合でも、当該床面上を転動する主輪の障害物への接触を防止しつつ搭乗者の乗車を容易とした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なされた第１の発明は、倒立振子制御により倒立姿勢を維持しながら床面（Ｇ）上を移動する倒立振子型移動体（１）であって、前記床面上を転動する主輪（８５）を有する走行ユニット（３）を保持した基体（２）と、前記基体に取り付けられ、搭乗者（Ｈ）の臀部を支持する着座ユニット（４）とを備え、前記着座ユニットは、前記主輪の回転中心（Ａ）と倒立振子型移動体の重心（Ｇｔ１）とを結んだ軸線（Ｂ）に対し、少なくともその中心（Ｃ）が前方に配置されたサドル（６３Ｌ，６３Ｒ）を有する構成とする。

また、第２の発明として、前記サドルは、搭乗者が乗車しない前記基体の倒立姿勢において、その着座面（７０Ｌａ，７０Ｒａ）が水平方向に対して前下がりに傾斜している構成とすることができる。

上記第１の発明によれば、搭乗者の乗車時には、倒立振子型移動体（サドルに支持される搭乗者を含む）の重心位置が前方に変位することにより、主輪が前方に動くように倒立振子制御が実行されるため、後方の床面上に障害物が存在する場合でも、当該床面上を転動する主輪の障害物への接触を防止しつつ搭乗者の乗車を容易とするという優れた効果を奏する。
また、上記第２の発明によれば、搭乗者のサドルに対する乗車性（乗り込み易さ）が向上する。

倒立振子型移動体の搭乗可能状態（サドルおよびステップを展開した状態）を示す斜視図である。 倒立振子型移動体の収納状態（サドルおよびステップを格納した状態）を示す斜視図である。 倒立振子型移動体の分解斜視図である。 図１のIV−IV断面図である。 図１のV−V断面図 図１のVI−VI断面図である。 倒立振子型移動体のくびれ部を一部破断して示す斜視図である。 倒立振子型移動体の制御系の要部を示すブロック図である。 （Ａ）非搭乗状態、（Ｂ）着座搭乗状態の倒立振子型移動体の倒立姿勢を示す側面図である。 図９（Ａ）の着座ユニットの変更例を示す側面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る倒立振子型移動体の詳細について説明する。説明にあたり、倒立振子型移動体およびその構成要素の方向は、鉛直方向を上下方向とし、鉛直方向に直交する水平面において互いに直交する前後方向および左右方向を図示のように定める。

＜倒立振子型移動体の全体構成＞
図１および図３〜図５に示されているように、倒立振子型移動体（以下、単に移動体と略称する。）１は、概ね上下方向に延在する骨格構造をなす基体としてのフレーム２と、フレーム２の下部に設けられた走行ユニット３と、フレーム２の上部に設けられた着座ユニット４と、フレーム２の内部に設けられた電装ユニット１１と、各ユニットおよびセンサに電力を供給するバッテリユニット１０とを主要構造として有している。電装ユニット１１は、倒立振子制御ユニット（以下、単に制御ユニットと略称する）５と、荷重センサ６と、傾斜センサ７とを備えている。制御ユニット５は、倒立振子制御に基づいて各種センサからの入力信号に応じて走行ユニット３を駆動制御し、移動体１を倒立姿勢に維持する。また、移動体１は、電装ユニット１１とは別体に、ひずみセンサ８Ｌ，８Ｒやロータリエンコーダ９Ｌ，９Ｒを適所に備えている。

＜フレームの構成＞
図１に示されているように、フレーム２は、中空の外殻構造をなし、前後方向の幅が左右方向の幅に比べて大きい扁平形状を呈している。また、フレーム２は、上下方向における中央にくびれ部２Ａを有し、くびれ部２Ａは前後方向における幅が左右方向よりも大きく凹んでいる。このくびれ部２Ａには、電装ユニット１１が収容されている。これにより、フレーム２は、左右方向から見て外縁が略８の字状を呈する。図３に示されているように、フレーム２は、そのくびれ部２Ａにおいて上下に分割可能であり、互いに別体の上部フレーム２１と下部フレーム２２とから構成されている。上部フレーム２１および下部フレーム２２は、それぞれカーボンプリプレグシートを熱硬化させることによって形成されたドライカーボン（炭素繊維強化プラスチック：ＣＦＲＰ）である。後述するように、上部フレーム２１と下部フレーム２２とは、荷重センサ６を介して連結されている。

図４に示されているように、上部フレーム２１には、その中央部に左右方向に貫通するサドル格納部２４を形成するように環状部分が形成されている。この環状部分は、中空であり、バッテリユニット１０等が収容される内部空間２６を有している。上部フレーム２１の下端部には、下方に向けて開口する下部開口部２５（図３参照）が形成されており、また、上部フレーム２１の上端部には、上方に向けて開口する上部開口部２７が形成されている。サドル格納部２４の上壁部分には、内部空間２６とサドル格納部２４とを連通するサドル取付孔２８が形成されている。下部開口部２５の上方に位置するサドル格納部２４の下壁部分には、サドル格納部２４から下方に向けて凹設された接続凹部２９が形成されている。この接続凹部２９の底部の中央部には、貫通孔である連結孔３０が形成されている。移動体１では、上部フレーム２１の内部空間２６における前部内部空間２６Ａおよび後部内部空間２６Ｂがバッテリユニット１０を収容する環状のバッテリ収容部を形成する。

図３に示されているように、下部フレーム２２は、上部開口部３１および下部開口部３２を有して筒状に形成されている。下部フレーム２２の左右側壁３３は概ね上下方向に延在し、かつ互いに平行となっている。下部フレーム２２の前後側壁３４は、上側から下側に進むにつれて前後方向に膨出し、左右方向から見て下部フレーム２２の下部は半円状となっている。この下部フレーム２２の半円状をなす下部は、走行ユニット３の上半部を収容する収容空間３５を画成している。

左右側壁３３のそれぞれには、下部開口部３２に連続する半円状の切欠部３６が形成されている。左右の切欠部３６は、左右方向の軸線をもって、互いに同軸に配置されている。切欠部３６と下部開口部３２の境界部分には、切欠部３６の周縁を延長するように下方へと延出する突片３７が形成されている。前後側壁３４のそれぞれの上部であってくびれ部２Ａを形成する部分には、通気孔３９がそれぞれ形成されている。通気孔３９は、左右方向に延在する長孔状の貫通孔であって、上下方向に複数個が平行に列設されている。

図７に示されているように、下部フレーム２２の左右側壁３３における上部開口部３１付近の内壁には、一対の金属製の支持ベース５３Ｌ，５３Ｒがそれぞれ接着されている。各支持ベース５３Ｌ，５３Ｒは前後方向に延在し、その上面は水平面となっている。各支持ベース５３の前後端には、上下方向に貫通する雌ねじ孔５４ａが設けられた連結部５４が形成されている。

＜着座ユニットの構成＞
図６に示されているように、着座ユニット４は、ベース本体６１と、左右一対のサドルアーム６２Ｌ，６２Ｒと、左右一対のサドル６３Ｌ，６３Ｒとを備えている。ベース本体６１は、上部フレーム２１の上部開口部２７を通して上部内部空間２６Ｃに配置され、その上部に接続された上壁により上部開口部２７を閉塞している。また、ベース本体６１は、その下部に前後方向に延設された支持軸６５を備えている。

支持軸６５には、左右一対のサドルアーム６２Ｌ，６２Ｒの基端部６６Ｌ，６６Ｒが枢支されている。各サドルアーム６２Ｌ，６２Ｒは、基端部６６Ｌ，６６Ｒから上部フレーム２１のサドル取付孔２８を通過して、上部フレーム２１の外部に位置する先端部６７Ｌ，６７Ｒへと延出している。右サドルアーム６２Ｒは、その先端部６７Ｒが基端部６６Ｒの下方のサドル格納部２４内に位置する格納位置と、先端部６７Ｒが基端部６６Ｒに対して概ね右方に展開される使用位置との間で回動可能になっている。右サドルアーム６２Ｒは、使用位置において、下に凸となるように湾曲した形状に形成されている。同様に、右サドルアーム６２Ｒと略左右対称の構成を有する左サドルアーム６２Ｌは、格納位置と使用位置との間で回動可能になっており、使用位置において下に凸となるように湾曲した形状に形成されている。

両サドルアーム６２Ｌ，６２Ｒは、図示しないリンク機構を介して互いに連結されており、一方が格納位置にある場合には他方も格納位置に位置し、一方が使用位置にある場合には他方も格納位置に位置するように連動して変位するようになっている。また、ベース本体は図示しないロック機構を備えている。ロック機構は、各サドルアーム６２Ｌ，６２Ｒが格納位置または使用位置に位置する場合に、各サドルアーム６２Ｌ，６２Ｒに係合して各サドルアーム６２Ｌ，６２Ｒを格納位置または使用位置に保持する。

各サドル６３Ｌ，６３Ｒは、サドルアーム６２Ｌ，６２Ｒの先端部６７Ｌ，６７Ｒに連結された支持部６９Ｌ，６９Ｒと、支持部６９Ｌ，６９Ｒに取り付けられた円盤状のクッション部７０Ｌ，７０Ｒとを備えている。クッション部７０Ｌ，７０Ｒは、搭乗者（すなわち、移動体１に搭乗した操作者）の左右の臀部や大腿部が載せられる着座面を有する。サドルアーム６２Ｌ，６２Ｒが使用位置（図６中の２点鎖線参照）に位置する場合において、クッション部７０Ｌ，７０Ｒは、支持部６９Ｌ，６９Ｒの上方に配置され、着座面が上方を向く。着座した搭乗者の荷重は、サドル６３Ｌ，６３Ｒ、サドルアーム６２Ｌ，６２Ｒ、ベース本体６１を介して上部フレーム２１に加わる。

サドルアーム６２Ｌ，６２Ｒが格納位置（図２参照）に位置する場合には、サドル６３Ｌ，６３Ｒの支持部６９Ｌ，６９Ｒはサドル格納部２４内に位置し、クッション部７０Ｌ，７０Ｒはその着座面が左方外方または右方外方を向き、サドル格納部２４を閉塞する。

図９（Ａ）に示されているように、各サドル６３Ｌ，６３Ｒは、主輪８５の回転中心Ａと倒立振子型移動体の重心Ｇｔ１とを結んだ軸線Ｂに対し、少なくともその着座面７０Ｌａ，７０Ｒａの中心Ｃが前方に配置された構成を有する。また、各サドル６３Ｌ，６３Ｒは、図９（Ａ）に示す搭乗者Ｈが乗車する前の非搭乗状態の移動体１において、その着座面７０Ｌａ，７０Ｒａが仮想線Ｄで示すように水平方向（前後方向）に対して前下がりに傾斜している。このような構成は、サドル６３Ｌ，６３Ｒを支持するサドルアームの先端部６７Ｌ，６７Ｒの延在方向を側面から見た仮想線Ｅを、軸線Ｂに対して前方に傾斜させることにより実現されている。また、同様の構成は、図１０の変更例に示すように、クッション部７０Ｌ，７０Ｒの形状を変更することにより実現することも可能である。

なお、移動体１における着座ユニット４は、本実施形態のように搭乗者が搭乗するために使用するものに限定されず、任意の積載物（例えば、操作者が運ぶ荷物等）を支持可能とした構成も可能である。その場合、サドル６３Ｌ，６３Ｒの形状も支持対象に応じて種々の変更が可能である。

＜ハンドルの構成＞
ベース本体６１の上壁には、操作者による移動体の支持に供される格納式のハンドル７１が設けられている。ハンドル７１は、不使用時は、図２中の実線で示すように、ベース本体６１の上壁に凹設されたハンドル格納部７２に格納される。一方、ハンドル７１は、使用時には、図２中の２点鎖線で示すように、前後の脚部７１Ａが上方にスライドすることによりベース本体６１の上方に突出する。操作者は、ハンドル７１を把持して、移動体１を持ち上げて運んだり、運転停止中の移動体１を支えてその傾倒を防止したりすることができる。

＜走行ユニットの構成＞
図３〜図５に示されているように、走行ユニット３は、支持部材としての左右一対のマウント部材８１Ｌ，８１Ｒと、これらマウント部材８１Ｌ，８１Ｒにそれぞれ取り付けられた左右一対の電動モータ８２Ｌ，８２Ｒと、波動歯車装置８３Ｌ，８３Ｒを介して電動モータ８２Ｌ，８２Ｒにそれぞれ回転させられる駆動体８４Ｌ，８４Ｒと、左右の駆動体８４Ｌ，８４Ｒによって回転させられる主輪８５とを備えている。ＤＣモータからなる電動モータ８２Ｌ，８２Ｒおよび波動歯車装置８３Ｌ，８３Ｒは周知の構成を有する。電動モータ８２Ｌ，８２Ｒの出力は、それぞれ波動歯車装置８３Ｌ，８３Ｒを介して減速された後、駆動体８４Ｌ，８４Ｒ（ドライブディスク１２１Ｌ，１２１Ｒ）に伝達されるようになっている。

駆動体８４Ｌ，８４Ｒは、ドライブディスク１２１Ｒと、ドライブディスク１２１Ｌに回転可能に支持された複数のドライブローラ１２２Ｌ，１２２Ｒとを備えている。左右ドライブローラ１２２Ｌ，１２２Ｒは、左右ドライブディスク１２１Ｌ、１２１Ｒが連結された状態（すなわち、左右の駆動体８４Ｌ，８４Ｒが組みつけられた状態）において、所定の距離だけ離間した位置に配置される。左右ドライブローラ１２２Ｌ，１２２Ｒの間には主輪８５が配置される。

主輪８５は、角柱体により構成された無端円環状の環状体１６１と、環状体１６１の外周部に嵌着された複数個のインナスリーブ１６２と、各インナスリーブ１６２の外周部にボール軸受１６３を介して回転可能に支持された複数の筒状のドリブンローラ１６４とにより構成されている。ドリブンローラ１６４は、ボール軸受１６３の外周部に嵌着される金属製円筒部１６４Ａと、金属製円筒部１６４Ａの外周面に加硫接着されたゴム製円筒部１６４Ｂとにより構成されている。ゴム製円筒部１６４Ｂの材質は、ゴムに限られず、可撓性を有する他の樹脂材料等であってもよい。ドリブンローラ１６４のゴム製円筒部１６４Ｂは、移動体１の使用状態（走行状態）において、路面に接地する。

ドリブンローラ１６４は、インナスリーブ１６２と共に環状体１６１の環方向（周方向）に複数個設けられ、主輪８５の実質的な外周面をなす。また、各ドリブンローラ１６４は、自身の配置位置における環状体１６１の接線周りに回転（自転）可能になっている。

主輪８５は、左右の駆動体８４Ｌ，８４Ｒの間に介装されることによって、駆動体８４Ｌ，８４Ｒと共に組み付けられる。この状態において、主輪８５は、ドリブンローラ１６４のゴム製円筒部１６４Ｂの外周面と、左右のドライブローラ１２２Ｌ，１２２Ｒの外周面とが接触し、摩擦によってドライブディスク１２１Ｌ，１２１Ｒの回転力（推進力）がドライブローラ１２２Ｌ，１２２Ｒを介してドリブンローラ１６４に伝達される。なお、ドライブローラ１２２Ｌ，１２２Ｒと主輪８５との配置関係や主輪８５の駆動の態様について、より詳細な説明が必要ならば、国際公開２００８／１３９７４０号を参照されたい。

＜ステップの構成＞
図３に示されているように、下部フレーム２２の左右側壁３３の外側には、左右ステップベース１８０Ｌ、１８０Ｒが設けられる。各ステップベース１８０Ｌ，１８０Ｒは、金属材料から形成されて環形状をなし、切欠部３６の周縁部および２つの突片３７に沿う形状に形成されている。各ステップベース１８０Ｌ，１８０Ｒには、それぞれステップ１８３Ｌ，１８３Ｒが回動可能に支持されている。各ステップ１８３Ｌ，１８３Ｒは、基端部において概ね前後方向に延在する回動軸をもって各突出部１８１Ｌ，１８１Ｒ付近に支持されており、その先端部が基端部の概ね上方に位置し、下部フレーム２２に概ね沿った状態となる格納位置（図２参照）と、その先端部が基端部の概ね左右方向に位置し、下部フレーム２２から突出した状態となる使用位置（図１参照）との間で回動可能となっている。

ステップベース１８０Ｌ，１８０Ｒと走行ユニット３の左右マウント部材８１Ｌ，８１Ｒとは、切欠部３６の周縁部および２つの突片３７を介装した状態でボルト締結される。これにより、ステップベース１８０Ｌ，１８０Ｒおよび走行ユニット３が下部フレーム２２に固定される。

各ステップベース１８０Ｌ，１８０Ｒの内表面には、ひずみセンサ８Ｌ，８Ｒが貼付されている。ひずみセンサ８Ｌ，８Ｒは、公知のひずみゲージであって、ステップ１８３Ｌ，１８３Ｒに荷重が加わった際のステップベース１８０Ｌ，１８０Ｒのひずみを検出する。

下部フレーム２２の下端部には、走行ユニット３の下半部を路面との接地部位を除いて隠蔽するための下部カバー１８５が取り付けられる。また、下部フレーム２２の左右側壁３３の外側面には、各突出部１８１Ｌ，１８１Ｒおよび各ステップ１８３Ｌ，１８３Ｒを除いて各ステップベース１８０Ｌ，１８０Ｒを隠蔽するためのサイドカバー１８６Ｌ，１８６Ｒが取り付けられている。

＜電装ユニットの構成＞
図７に示されているように、電装ユニット１１を構成する制御ユニット５（ここでは図示せず）と、荷重センサ６と、傾斜センサ７とのそれぞれは、骨格となる電装マウントフレーム２０２に取り付けられて一体となっている。以下の電装ユニット１１の説明では、電装ユニット１１が下部フレーム２２に取り付けられた状態を基準にして、前後、左右、上下の方向を設定する。

電装マウントフレーム２０２は、中央部に空間を備えた略矩形状のフレーム部材であり、その周縁部が左右の支持ベース５３Ｌ，５３Ｒ上に載置可能なように大きさが設定されている。また、電装マウントフレーム２０２は、下部フレーム２２の左右の支持ベース５３Ｌ，５３Ｒ上に載置された状態において、左右の支持ベース５３Ｌ、５３Ｒの雌ねじ孔５４ａが設けられた連結部５４に対応する位置に上下方向に貫通する貫通孔２０３ａが設けられた連結部２０３を備えている。

荷重センサ６は、ｚ軸方向（鉛直方向）の力およびｘ軸，ｙ軸回りのモーメントを検出可能な３軸力センサから構成されている。荷重センサ６は、センサ基盤を内蔵するボディ部２０５と、このボディ部２０５から上方に突出する入力軸２０６とを有している。入力軸２０６は、円柱状に形成され、検出する外力が入力される。入力軸２０６の外周には基端から先端にわたって雄ねじ溝が形成されている。ボディ部２０５は、電装マウントフレーム２０２上に載置され、ねじ締結されている。

入力軸２０６の基端部の外周部には、板状の連結部材ベース２１０が取り付けられている。連結部材ベース２１０は、中央に雌ねじ孔を有し、この雌ねじ孔が入力軸２０６の基端部２０６Ｂ（図４参照）の雄ねじ溝と螺合することによって入力軸２０６に固定されている。なお、入力軸２０６の先端は、連結部材ベース２１０の上方に突出している。

連結部材ベース２１０が入力軸２０６に取り付けられた状態で、連結部材ベース２１０の前部には、前方側に延出する第１コネクタベース２１１がねじ締結されている。連結部材ベース２１０の後部には第２コネクタベース２１２がねじ締結されている。

傾斜センサ７は、公知のジャイロスコープである。傾斜センサ７は、そのハウジングとして機能する電装マウントフレーム２０２の内部に配置され、電装マウントフレーム２０２にねじ締結されている。傾斜センサ７は、鉛直方向（上下方向）を基準にして、鉛直方向からの傾斜角度を検出する。

＜バッテリユニットの構成＞
図４に示されているように、バッテリユニット１０は、２つのバッテリ２８１，２８１と、これらバッテリ２８１，２８１にそれぞれ取り付けられた２つのバッテリマネジメント基板２８２，２８２とを備えている。各バッテリマネジメント基板２８２は、図示しないマイクロコンピュータを構成するＣＰＵと、メモリとを備えており、各バッテリ２８１，２８１の充放電や使用するバッテリ２８１，２８１の選択を行う。

バッテリ２８１，２８１は、上部フレーム２１における環状部分の内部空間２６の形状に対応するように、所定の曲率をもって湾曲状に形成されている。これにより、バッテリ２８１，２８１は、上部フレーム２１の下部開口部２５を通して、上部フレーム２１の前部内部空間２６Ａと、後部内部空間２６Ｂとに分離して挿入され、上部フレーム２１の各支持ベース５１Ｌ，５１Ｒにねじ締結されたバッテリブラケット２９１によって下方から支持されている。

＜倒立振子制御系の構成＞
図４に示されているように、制御ユニット５は、電動モータ８２Ｌ，８２Ｒ等の制御に供される制御回路２６１（図８参照）を備えた制御基板２４１と、バッテリユニット１０から供給された電源電圧を所定の電圧に変換する電源基板２４２と、電動モータ８２Ｌ，８２ＲのＰＷＭ制御に供される左右のドライバ回路（インバータ回路）２５３，２５４（図８参照）をそれぞれ備えた左右のモータドライバ基板２４３，２４４と、入力インターフェース回路２６５および出力インターフェース回路２６６（ともに図８参照）を備えたＩ／Ｏインターフェース基板２４５と、冷却用の送風ファン２４７とを備えている。

図８に示されているように、制御回路２６１には、入力インターフェース回路２６５を介して、荷重センサ６、傾斜センサ７、ひずみセンサ８Ｌ，８Ｒからの信号が入力される。この制御回路２６１は、倒立振子制御を行うものであって、入力される各種信号に基づいて、移動体１の倒立姿勢を維持すべく、左右ドライバ回路２５３，２５４を駆動させるためのＰＷＭ信号を生成する。

荷重センサ６は、入力軸２０６に入力される荷重に応じた信号を、制御回路２６１に出力する。ひずみセンサ８Ｌ，８Ｒは、ステップ１８３Ｌ，１８３Ｒに加わる荷重に応じた信号を、制御回路２６１に出力する。傾斜センサ７は、所定の基準線に対する自身の傾きに応じた信号を制御回路２６１に出力する。

制御回路２６１は、荷重センサ６からの信号に基づいて、入力軸２０６に入力される荷重を算出し、算出した荷重と所定の閾値とを比較して、着座ユニット４に搭乗者Ｈが着座しているか否かを判定する。また、制御回路２６１は、ひずみセンサ８Ｌ，８Ｒからの信号に基づいて、ステップ１８３Ｌ，１８３Ｒに加わる荷重を算出し、算出した荷重と所定の閾値とを比較して、ステップ１８３Ｌ，１８３Ｒに搭乗者Ｈが足を乗せているか否かを判定する。更に、制御回路２６１は、着座ユニット４に着座しているか否かの判定結果と、ステップ１８３Ｌ，１８３Ｒへ足を乗せているか否かの判定結果とに基づいて、移動体１への搭乗者の有無および搭乗者の搭乗姿勢を判定する。

また、制御回路２６１は、傾斜センサ７からの信号に基づいて、移動体１における軸線Ｂと鉛直軸線Ｖとのなす角度である傾斜角θ（図９（Ａ）ではθ＝０の状態を示している。）を所定の演算処理により算出する。傾斜角θは、前後方向をｘ軸、左右方向をｙ軸、鉛直方向をｚ軸とするｘｙｚ座標系を想定すると、ｘ軸方向への傾斜角であるｘ成分θｘと、ｙ軸方向への傾斜角であるｙ成分θｙとからなる。

そして、制御回路２６１は、傾斜角θに基づいて倒立振子制御を行う。倒立振子制御では、移動体１全体の重心（すなわち、搭乗者Ｈを含まない重心Ｇｔ１、または着座した搭乗者Ｈを含む重心Ｇｔ２）を、走行ユニット３（主輪８５）の接地点の概ね真上に位置させるように、傾斜角θを制御目標値である基準角θｔに一致させる。搭乗者の有無および搭乗姿勢によって移動体１全体および搭乗者を含む重心位置が変化するため、基準角θｔは移動体１の非搭乗状態、着座搭乗状態、起立搭乗状態の各状態において設定されている。

制御回路２６１は、予め設定された複数の動作モードを有しており、操作者が搭乗していると判定した場合、動作モードとして搭乗モードを選択する。そして、制御回路２６１は、荷重センサ６で検出された搭乗者の荷重を含む移動体１全体の重心Ｇｔ２に応じて移動体１の傾斜角θの目標値（基準角θｔ）を設定する等、倒立振子制御用の各種パラメータとして搭乗モード用の値を設定する。また、制御回路２６１は、操作者が搭乗していないと判定した場合、動作モードとして自立モードを選択し、搭乗者の荷重を含まない移動体１全体の重心Ｇｔ１に応じて移動体１の傾斜角θの目標値を設定する等、倒立振子制御用の各種パラメータとして自立モード用の値を設定する。

上記構成の移動体１において、図９（Ａ）に示すように、搭乗者Ｈが乗車する際には、搭乗者Ｈの重量がサドル６３Ｌ，６３Ｒに掛かることにより、搭乗者Ｈを含む移動体１の重心が前方に変位（図９（Ａ）中に重心Ｇｔ２で示す。）する。このとき、制御回路２６１は、図９（Ｂ）に示すように、重心Ｇｔ２が主輪８５の接地点Ｇ０の真上にくるように、倒立振子制御を実行する。そして、主輪８５は床面Ｇ上を前方に（すなわち、搭乗者Ｈの両足間のスペースに向けて）移動する。これにより、後方の床面Ｇ上に障害物（図示せず）が存在する場合でも、当該床面Ｇ上を転動する主輪８５の障害物への接触を防止しつつ搭乗者Ｈの乗車が容易となる。特に、各サドル６３Ｌ，６３Ｒの着座面７０Ｌａ，７０Ｒａが前方に傾斜しているため、搭乗者Ｈのサドル６３Ｌ，６３Ｒに対する乗車性（乗り込み易さ）が向上する。また、搭乗者Ｈの乗車後の非走行時には、サドル６３Ｌ，６３Ｒの着座面７０Ｌａ，７０Ｒａは、仮想線Ｄで示すように水平となる。

本発明を特定の実施形態に基づいて詳細に説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。例えば、本発明に係る倒立振子型移動体は、特に一輪車に好適であるが、これに限らず、車輪（主輪）を複数備えた構成も可能である。なお、上記実施形態に示した本発明に係る倒立振子型移動体の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。

１ 倒立振子型移動体
２ フレーム
２Ａ くびれ部
３ 走行ユニット
４ 着座ユニット
５ 倒立振子制御ユニット
６ 荷重センサ
７ 傾斜センサ
８Ｌ，８Ｒ ひずみセンサ
１０ バッテリユニット
１１ 電装ユニット
１３ 上部構造体
１４ 下部構造体
２１ 上部フレーム
２２ 下部フレーム
２４ サドル格納部
２６ 内部空間
２８ サドル取付孔
２９ 接続凹部
３０ 連結孔
３９ 通気孔
６３Ｌ，６３Ｒ サドル
７０Ｌａ，７０Ｒａ 着座面
７１ ハンドル
８２Ｌ，８２Ｒ 電動モータ
８４Ｌ，８４Ｒ 駆動体
８５ 主輪
１８３Ｌ，１８３Ｒ ステップ
１８５ 下部カバー
１８６Ｌ，１８６Ｒ サイドカバー
２０２ 電装マウントフレーム
２０５ ボディ部
２０６ 入力軸
２１０ 連結部材ベース
２４１ 制御基板
２４２ 電源基板
２４３ モータドライバ基板
２４４ モータドライバ基板
２４６ 通気路
２４７ 送風ファン
２６１ 制御回路
２８１ バッテリ
２８２ バッテリマネジメント基板

Claims (3)

1. 乗車前の移動体の重心および乗車後の搭乗者を含む移動体の重心が主輪の接地点の真上にくるように倒立振子制御により倒立姿勢を維持しながら床面上を移動する倒立振子型移動体であって、
   前記床面上を転動する主輪を有する走行ユニットを保持した基体と、
   前記基体に取り付けられ、搭乗者の臀部を支持する着座ユニットと、
   前記基体に取り付けられ、搭乗者の足部を支持するステップとを備え、
   前記着座ユニットは、搭乗者が乗車しない状態において、倒立振子制御による当該移動体の倒立姿勢下で、前記主輪の回転中心と乗車前の移動体の重心とを結んだ軸線に対し、少なくともその中心が前方に配置されたサドルを有し、当該サドルの前縁部よりも前記ステップの前縁部が後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. 前記サドルは、搭乗者が乗車しない前記基体の倒立姿勢において、その着座面が水平方向に対して前下がりに傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の倒立振子型移動体。
3. 前記サドルの着座面は、搭乗者が乗車しない前記倒立振子制御に基づく前記基体の倒立姿勢において、水平方向に対して前下がりに傾斜する一方、前記搭乗者の搭乗後の非走行時に前記倒立振子制御に基づく前記基体の倒立姿勢に水平となることを特徴とする請求項１に記載の倒立振子型移動体。

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