JP5586196B2 - 倒立振子型車両 - Google Patents
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Description
そこで、上述したようにステップは足部の載置面が前下がり状態となることができるように取り付けられているため、座り乗りする場合に利用者の足首が90度以上の状態(すなわち、つま先下がりの状態)でステップに支持されることになる。これにより、利用者は、窮屈感を感じることがなく、快適な姿勢で搭乗することができる。
一方、本発明の構成によれば、回動規制部材によってステップの回動範囲が規制されることで、足首の角度が所望の角度範囲で支持されることになる。そのため、利用者が倒立振子型車両に立ち乗りする場合であっても、利用者が前傾や後傾姿勢になり過ぎることがなく、快適な姿勢で搭乗することができる。
図1,図2に示すように、本実施形態の全方向移動車両1(倒立振子型車両:以下、車両1という)は、乗員(利用者)D(図2参照)が着座するためのシート(着座部)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(駆動部)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。なお、本実施形態の車両1は、乗員Dが立ち乗り状態或いは座り乗り状態のいずれの状態であっても運転することが可能とされ、床面F上を所望する方向に移動する全方向移動車両である(詳細は後述する)。
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。
支柱フレーム13の上部には、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Dが着座するシート3が装着されている。シート3は、側面視L字状のものであり、前後方向に延在する座面部10と、座面部10の後端部から上方に向かって延在するシートバック12とを備えている。そして、乗員Dの尻部及び大腿部が座面部10に支持されることで、乗員Dの上下方向における位置が規制されるとともに、背部がシートバック12に支持されることで、乗員Dの前後方向における位置が規制される。これにより、車両1に対する乗員Dの上半身位置が位置決めされ、乗員Dの搭乗姿勢が一定になるようになっている。
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D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〜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。
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。
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。
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。
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。
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。
すなわち、本実施形態では、乗員D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。
そこで、本実施形態では、乗員D及び車両1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(より正確には重心点が車輪体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。
制御ユニット50は、荷重センサ54の出力により、乗員D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D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。
図7は車両の拡大側面図であり、図8は図7のA部断面図である。なお、ステップ25L,25Rは互いに左右対称の部材であるため、以下の説明ではステップ25Lを例にして説明する。
図7,図8に示すように、ステップ25Lは、乗員Dの足平を載置する載置面61を有するステップ本体62を備えている。このステップ本体62は、前後方向を長手方向にして延在する平板状の部材であり、その上面が載置面61として構成されている。そして、この載置面61の面方向における前側には乗員Dのつま先が、後側にはかかとが載置されるようになっている。一方、ステップ本体62の裏面における後側には、ステップ本体62とカバー部材21Lとを連結するリンク部63が形成されている。リンク部63は、左右方向を軸方向とする円筒状の部材であり、その上部外周面がステップ本体62の裏面に連結されている。なお、リンク部63は、車輪体5の接地点Tの直上に配置されるようになっている。これにより、ステップ25R,25Lの載置面61は、接地点Tと車両1の重心点とを結ぶ軸線と交わるように配置されることになる。
また、収容部67内には、コイルバネ等の付勢手段71が収容されており、ボールキャスタ68を下方(収容部67の開口側)に向けて付勢している。
これに対して、本実施形態では載置面61上に乗員Dの足部が載置されることで、ステップ本体62の主につま先側に荷重(以下、搭乗荷重という)が付与される。これにより、ステップ本体62が前傾側に回動して後側から前側にかけて下方に向けて傾斜した状態となる。すなわち、乗員Dの足部は、かかと側からつま先側にかけて下方に向けて傾斜する、いわゆるつま先下がりの状態で保持されるようになっている。これにより、乗員Dの足首は90度以上の角度でステップ本体62に保持される。
次に、上述した車両1の作用について説明する。
ところで、後述するが車両1に立ち乗りする場合においては、車輪体5の接地点Tの直上にステップ本体62が水平に配置されていることが望ましい。ところが、この状態で座り乗りを行うと、足首が90度以下になって窮屈感を感じることがある。
まず乗員Dは、車両1のシート3に着座する。具体的に、乗員Dの尻部及び大腿部がシート3の座面部10に支持されるとともに、背部がシートバック12に支持される。これにより、車両1に対する乗員Dの上半身位置が位置決めされる。そして、乗員Dの上半身がシート3に支持された状態で、両足をステップ25R,25Lの載置面61に載せる。この時、両足のつま先が規制部材66の後端面に当接するように足部を載せる。これにより、基体9に対する乗員Dの足部の前方向における位置が位置決めされる。このように、乗員Dの上半身と足部とが位置決めされた状態で、乗員Dは車両1に搭乗することができるので、搭乗姿勢をほぼ一定に保つことができる。これにより、車両1の動作制御を行い易くなる。
また、図9に示すように、ステップ本体62に第1接地荷重を付与すると、ステップ本体62がさらに前傾することで、ボールキャスタ68の下端部が床面Fに接地する。この場合、ボールキャスタ68が収容部67の内周面を摺動可能に構成されているため、ボールキャスタ68は車両1の移動に従動するように回転する。これにより、車両1の接地点が増加するので、車両1をより安定した姿勢で走行させることができる。
さらに、図10,図11に示すように、車両1を旋回させたい場合には、一方のステップ本体62(旋回側に配置されたステップ本体62)に第2接地荷重を付与する。すると、第2接地荷重によってボールキャスタ68が付勢手段71に抗する方向に押し込まれることで、ボールキャスタ68の外周面が高摩擦部材73に接触する。これにより、ボールキャスタ68には、高摩擦部材73との間で作用する摩擦力によって、ボールキャスタ68の回転が減速または停止する。すると、ボールキャスタ68と床面Fとの間で大きな摩擦力が作用する。そして、この状態で乗員Dが旋回方向に上体を傾けることで、基体9が旋回方向に傾くとともに、ボールキャスタ68の接地点(床面Fにおけるボールキャスタ68の接地点)を支点にして車輪体5の向きが旋回方向に向きながら車両1が走行することになる。これにより、車両1を旋回させ易くすることができるため、車輪体5のみで旋回させる場合に比べて、車両1の旋回半径を小さくすることができる。
特に、乗員Dの足部がつま先下がりの状態でステップ25R、25Lに支持されているので、ステップ25R、25Lから足部が降ろし易くなる。その結果、足部を接地させたい場合に、床面Fに向けて速やかに足部を降ろすことができる。その結果、車両1の停止動作や乗降動作等を速やかに行うことができる。
そこで、本実施形態においては、リンク部63に設けられた付勢手段による付勢力が、後傾側に作用することで、ステップ本体62の角度を初期状態に維持し易くなる。そのため、車両1に立ち乗りする場合に、ステップ本体62に前傾側の大きな荷重が付与された場合であっても、足首の角度が開き過ぎて、乗員Dが前傾姿勢になり過ぎることがない。そのため、立ち乗り時においても快適な姿勢で搭乗することができる。
例えば、上述した実施形態では、車輪体5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、球状やクローラ状等でもよい。
さらに、上述した付勢手段は後傾側に回動するにつれて付勢力が減衰するダンパー機能が付与されていても構わない。
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。
Claims (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移動動作部と、
該移動動作部を駆動する駆動部と、
利用者が着座する着座部と、
前記基体の両側に各別に設けられ、前記利用者の足部を載置する一対のステップとを有する倒立振子型車両において、
前記ステップは、前記基体に設けられた左右方向に延びるステップ取付部周りにそれぞれ回動可能に支持されるとともに、側面視において、前記移動動作部の接地点と、当該倒立振子型車両の重心と、を結ぶ軸線に交わり、かつ当該倒立振子型車両及び前記利用者の全体の重心が前記移動動作部の上方に位置する着座搭乗状態において、前記足部の載置面が前下がり状態となることができるように取り付けられ、
前記ステップの前側は、前記ステップの収容部内に収容された摺動部材を介して接地可能とされるとともに、接地した際に前記摺動部材が前記収容部の内周面に摺動可能とされ、
前記ステップは、後傾側に向けて付勢されるとともに、前記基体に設けられた回動規制部材に当接することで回動範囲が規制されていることを特徴とする倒立振子型車両。
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