JP5927032B2 - 倒立振子型車両 - Google Patents

Description

本発明は、床面上を移動可能な倒立振子型車両に関する。

床面上を移動する移動動作部と、この移動動作部を駆動するアクチュエータとが組み付けられた基体に、鉛直方向に対して傾動自在な乗員搭乗部が組み付けられた倒立振子型車両が、従来より知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−０６８１６５号公報

倒立振子型車両の搭乗者は、体重移動による操作又はジョイスティック等の操作部の操作により移動を行うが、自身が意図する通りに倒立振子型車両を移動させるためには、ある程度の習熟が必要である。そのため、操作に不慣れな初心者が、倒立振子型車両を自身の意図する通りに操作することは難しかった。

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、搭乗者による移動操作を容易にした倒立振子型車両を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、
床面上を移動可能な第１の移動動作部と、
前記移動動作部を駆動する第１のアクチュエータ装置と、
前記第１の移動動作部及び前記第１のアクチュエータ装置が組み付けられた基体と、
鉛直方向に対して傾動自在に前記基体に組み付けられた乗員搭乗部とを備え、
前記第１の移動動作部が、前記第１のアクチュエータ装置の駆動力によって、前記乗員搭乗部に搭乗した乗員の前後方向及び左右方向を含む全方向に移動可能に構成された倒立振子型車両に関する。

そして、第１発明の倒立振子型車両は、
前記第１の移動動作部と前記前後方向に間隔を存して前記第１の移動動作部又は前記基体に連結され、床面上を前記全方向に移動可能に構成された第２の移動動作部と、
前記第２の移動動作部の少なくとも前記左右方向への移動を行わせる駆動力を発生する第２のアクチュエータ装置と、
前記乗員搭乗部に搭乗した乗員による、前記倒立振子型車両の前記前後方向の移動を指示する前後移動操作と、前記倒立振子型車両の前記左右方向の移動を指示する左右移動操作と、前記倒立振子型車両の旋回を指示する旋回操作とを受け付ける操作部と、
前記前後移動操作の操作量に応じた指令速度で、前記倒立振子型車両を前記前後方向に移動させるための前後移動速度指令と、前記左右移動操作の操作量に応じた指令速度で、前記倒立振子型車両を前記左右方向に移動させるための左右移動速度指令と、前記旋回操作の操作量に応じた指令速度で、前記倒立振子型車両を旋回させるための旋回速度指令とを出力する速度指令出力部と、
前記前後移動速度指令と前記左右移動速度指令と前記旋回速度指令とに応じて、前記第１のアクチュエータ装置と前記第２のアクチュエータ装置の作動により、前記第１の移動動作部と前記第２の移動動作部の移動動作を制御する制御処理部と、
前記操作部に対して、前記旋回操作と前記前後移動操作とがなされているときに、前記旋回操作の操作量が多いほど、前記前後移動操作に応じた前記前後移動速度指令を低く設定する前後移動速度指令制限部とを備えたことを特徴とする。

第１発明の倒立振子型車両において、前記乗員搭乗部に搭乗した乗員により、前記操作部に対して前記旋回操作と前記前後移動操作がなされているときに、前記旋回操作の操作量が多くなったときには、乗員が倒立振子型車両をより旋回させることを意図していると想定される。

そこで、前記前後移動速度指令制限部により、前記旋回操作の操作量が多いほど前記前後移動操作に応じた前記前後移動速度指令を低く設定することにより、前記倒立振子型車両の旋回をし易くして、乗員による倒立振子型車両の操作を容易にすることができる。

また、第２発明の倒立振子型車両は、
前記第１の移動動作部と前記前後方向に間隔を存して前記第１の移動動作部又は前記基体に連結され、床面上を前記全方向に移動可能に構成された第２の移動動作部と、
前記第２の移動動作部の少なくとも前記左右方向への移動を行わせる駆動力を発生する第２のアクチュエータ装置と、
前記乗員搭乗部に搭乗した乗員による、前記倒立振子型車両の前記前後方向の移動を指示する前後移動操作と、前記倒立振子型車両の前記左右方向の移動を指示する左右移動操作と、前記倒立振子型車両の旋回を指示する旋回操作とを受け付ける操作部と、
前記前後移動操作の操作量に応じた指令速度で、前記倒立振子型車両を前記前後方向に移動させるための前後移動速度指令と、前記左右移動操作の操作量に応じた指令速度で、前記倒立振子型車両を前記左右方向に移動させるための左右移動速度指令と、前記旋回操作の操作量に応じた指令速度で、前記倒立振子型車両を旋回させるための旋回速度指令とを出力する速度指令出力部と、
前記前後移動速度指令と前記左右移動速度指令と前記旋回速度指令とに応じて、前記第１のアクチュエータ装置と前記第２のアクチュエータ装置の作動により、前記第１の移動動作部と前記第２の移動動作部の移動動作を制御する制御処理部と、
前記操作部に対して、前記旋回操作と前記前後移動操作とがなされているときに、前記前後移動操作の操作量が少ないほど、前記旋回操作に応じた前記旋回速度指令を低く設定する旋回速度指令制限部とを備えたことを特徴とする。

第２発明の倒立振子型車両において、前記乗員搭乗部に搭乗した乗員により、前記操作部に対して前記旋回操作と前記前後移動操作がなされているときに、前記前後移動操作の操作量が少ないときには、乗員は倒立振子型車両を低速で移動させることを意図していると想定される。

そこで、前記前後移動速度指令制限部により、前記前後移動操作の操作量が少ないほど、前記旋回操作に応じた前記旋回速度指令を低く設定することにより、倒立振子型車両を低速で移動させようとしている乗員の意に反して、前記倒立振子型車両が高速で旋回することを抑制し、乗員による倒立振子型車両の操作を容易にすることができる。

また、第３発明の倒立振子型車両は、
前記第１の移動動作部と前記前後方向に間隔を存して前記第１の移動動作部又は前記基体に連結され、床面上を前記全方向に移動可能に構成された第２の移動動作部と、
前記第２の移動動作部の少なくとも前記左右方向への移動を行わせる駆動力を発生する第２のアクチュエータ装置と、
前記乗員搭乗部に搭乗した乗員による、前記倒立振子型車両の前記前後方向の移動を指示する前後移動操作と、前記倒立振子型車両の前記左右方向の移動を指示する左右移動操作と、前記倒立振子型車両の旋回を指示する旋回操作とを受け付ける操作部と、
前記前後移動操作の操作量に応じた指令速度で、前記倒立振子型車両を前記前後方向に移動させるための前後移動速度指令と、前記左右移動操作の操作量に応じた指令速度で、前記倒立振子型車両を前記左右方向に移動させるための左右移動速度指令と、前記旋回操作の操作量に応じた指令速度で、前記倒立振子型車両を旋回させるための旋回速度指令とを出力する速度指令出力部と、
前記前後移動速度指令と前記左右移動速度指令と前記旋回速度指令とに応じて、前記第１のアクチュエータ装置と前記第２のアクチュエータ装置の作動により、前記第１の移動動作部と前記第２の移動動作部の移動動作を制御する制御処理部と、
前記操作部に対して、前記旋回操作と前記左右移動操作とがなされているときに、前記左右移動操作の操作量が多いほど、前記旋回操作に応じた前記旋回速度指令を低く設定する旋回速度指令制限部とを備えたことを特徴とする。

第３発明の倒立振子型車両において、前記制御処理部は、前記倒立振子型車両を前記左右方向に移動させるときは、前記第１の移動動作部と前記第２の移動動作部を前記左右方向に同じ速度で移動させ、前記倒立振子型車両を旋回させるときには、前記第１の移動動作部と前記第２の移動動作部を前記左右方向に異なる速度で移動させる。そのため、前記第２の移動動作部の移動速度は、旋回速度と前記左右方向の移動速度との合成速度により決定される。

そこで、前記乗員搭乗部に搭乗した乗員により、前記操作部に対して前記旋回操作と前記左右移動操作がなされているときに、前記旋回速度指令制限部は、前記左右移動操作の操作量が多いほど、前記旋回操作に応じた前記旋回速度指令を低く設定する。これにより、前記倒立振子型車両の前記左右方向の移動を優先して、前記第２のアクチュエータ装置の作動限界の範囲内で前記旋回速度指令が出力され、乗員による前記倒立振子型車両の前記左右方向の移動操作を容易にすることができる。

また、第４発明の倒立振子型車両は、
前記第１の移動動作部と前記前後方向に間隔を存して前記第１の移動動作部又は前記基体に連結され、床面上を前記全方向に移動可能に構成された第２の移動動作部と、
前記第２の移動動作部の少なくとも前記左右方向への移動を行わせる駆動力を発生する第２のアクチュエータ装置と、
前記乗員搭乗部に搭乗した乗員による、前記倒立振子型車両の前記前後方向の移動を指示する前後移動操作と、前記倒立振子型車両の前記左右方向の移動を指示する左右移動操作と、前記倒立振子型車両の旋回を指示する旋回操作とを受け付ける操作部と、
前記前後移動操作の操作量に応じた指令速度で、前記倒立振子型車両を前記前後方向に移動させるための前後移動速度指令と、前記左右移動操作の操作量に応じた指令速度で、前記倒立振子型車両を前記左右方向に移動させるための左右移動速度指令と、前記旋回操作の操作量に応じた指令速度で、前記倒立振子型車両を旋回させるための旋回速度指令とを出力する速度指令出力部と、
前記前後移動速度指令と前記左右移動速度指令と前記旋回速度指令とに応じて、前記第１のアクチュエータ装置と前記第２のアクチュエータ装置の作動により、前記第１の移動動作部と前記第２の移動動作部の移動動作を制御する制御処理部と、
前記操作部に対して、前記旋回操作と前記左右移動操作とがなされているときに、前記旋回操作の操作量が多いほど、前記左右移動速度指令を低く設定する左右移動速度指令制限部とを備えたことを特徴とする。

第４発明の倒立振子型車両において、前記制御処理部は、前記倒立振子型車両を前記左右方向に移動させるときは、前記第１の移動動作部と前記第２の移動動作部を前記左右方向に同じ速度で移動させ、前記倒立振子型車両を旋回させるときには、前記第１の移動動作部と前記第２の移動動作部を前記左右方向に異なる速度で移動させる。そのため、前記第２の移動動作部の移動速度は、旋回速度と前記左右方向の移動速度との合成速度により決定される。

そこで、前記乗員搭乗部に搭乗した乗員により、前記操作部に対して前記旋回操作と前記左右移動操作がなされているときに、前記左右移動速度指令制限部は、前記旋回操作の操作量が多いほど、前記左右移動操作に応じた前記左右移動速度指令を低く設定する。これにより、前記旋回速度指令を優先して、前記第２のアクチュエータ装置の作動限界の範囲内で前記左右移動速度指令が出力され、乗員による前記倒立振子型車両の旋回操作を容易にすることができる。

本発明の一実施形態の倒立振子型車両の外観斜視図。 実施形態の倒立振子型車両の側面図。 実施形態の倒立振子型車両の制御のための構成を示すブロック図。 図３に示す第１制御処理部の処理を示すブロック線図。 図３に示す第１制御処理部の処理に用いる倒立振子モデルを説明するための図。 図５の倒立振子モデルに関する挙動を示すブロック線図。 図４に示す操作指令変換部の処理を示すブロック線図。 図４に示す重心ずれ推定部の処理を示すブロック線図。 図３に示す第２制御処理部の処理を示すブロック線図。 体重移動による前後移動速度指令の設定マップの説明図。 ジョイスティックによる前後移動速度指令の設定マップの説明図。 体重移動による左右移動速度指令の設定マップの説明図。 合成速度指令による左右移動速度指令の設定マップの説明図。 体重移動による左右移動速度指令の設定マップの説明図。 合成速度指令による左右移動速度指令の設定マップの説明図。 前後移動速度に応じた旋回速度指令の設定マップの説明図。

本発明の一実施形態を図１〜図１６を参照して説明する。図１及び図２に示すように本実施形態の倒立振子型車両１（以降、単に車両１ということがある）は、基体２と、床面上を移動可能な第１の移動動作部３及び第２の移動動作部４と、乗員が搭乗する乗員搭乗部５とを備える。

第１の移動動作部３は、図２に示す円環状の芯体６（以下、環状芯体６という）と、この環状芯体６の円周方向（軸心周り方向）に等角度間隔で並ぶようにして該環状芯体６に装着された複数の円環状のローラ７とを備える。各ローラ７は、その回転軸心を環状芯体６の円周方向に向けて環状芯体６に外挿されている。そして、各ローラ７は、環状芯体６の軸心周りに該環状芯体６と一体に回転可能とされていると共に、該環状芯体６の横断面の中心軸（環状芯体６の軸心を中心とする円周軸）周りに回転可能とされている。

これらの環状芯体６及び複数のローラ７を有する第１の移動動作部３は、環状芯体６の軸心を床面と平行に向けた状態で、ローラ７（環状芯体６の下部に位置するローラ７）を介して床面上に接地される。この接地状態で、環状芯体６をその軸心周りに回転駆動することで、環状芯体６及び各ローラ７の全体が輪転し、それにより第１の移動動作部３が環状芯体６の軸心と直交する方向に床面上を移動するようになっている。また、上記接地状態で、各ローラ７をその回転軸心周りに回転駆動することで、第１の移動動作部３が、環状芯体６の軸心方向に移動するようになっている。

さらに、環状芯体６の回転駆動と各ローラ７の回転駆動とを行なうことで、環状芯体６の軸心と直交する方向と、環状芯体６の軸心方向とに対して傾斜した方向に第１の移動動作部３が移動するようになっている。

これにより、第１の移動動作部３は、床面上を全方向に移動することが可能となっている。以降の説明では、図１及び図２に示すように、第１の移動動作部３の移動方向のうち、環状芯体６の軸心と直交する方向をＸ軸方向、該環状芯体６の軸心方向をＹ軸方向とし、鉛直方向をＺ軸方向とする。なお、前方向をＸ軸の正方向、左方向をＹ軸の正方向、上方向をＺ軸の正方向とする。

基体２には、上記第１の移動動作部３が組み付けられている。より詳しくは、基体２は、床面に接地させた第１の移動動作部３の下部を除く部分の周囲を覆うように設けられている。そして、この基体２に第１の移動動作部３の環状芯体６が、その軸心周りで回転自在に支持されている。この場合、基体２は、第１の移動動作部３の環状芯体６の軸心を支点として、その軸心周り（Ｙ軸周り）に傾動自在とされていると共に、第１の移動動作部３と共に床面に対して傾くことで、第１の移動動作部３の接地部を支点として、環状芯体６の軸心と直交するＸ軸周りに傾動自在とされている。従って、基体２は、鉛直方向に対して２軸周りに傾動自在とされている。

また、基体２の内部には、図２に示すように、第１の移動動作部３を移動させる駆動力を発生する第１のアクチュエータ装置８が搭載されている。この第１のアクチュエータ装置８は、環状芯体６を回転駆動するアクチュエータとしての電動モータ８ａと、各ローラ７を回転駆動するアクチュエータとしての電動モータ８ｂとから構成される。そして、電動モータ８ａ，８ｂは、それぞれ図示を省略する動力伝達機構を介して環状芯体６、各ローラ７に回転駆動力を付与するようにしている。なお、この動力伝達機構は公知の構造のものでよい。

なお、第１の移動動作部３は、上記の構造と異なる構造のものであってもよい。例えば、第１の移動動作部３及びその駆動系の構造として、ＰＣＴ国際公開公報ＷＯ／２００８／１３２７７８、あるいは、ＰＣＴ国際公開公報ＷＯ／２００８／１３２７７９にて本願出願人が提案した構造のものを採用してもよい。

また、基体２には、乗員搭乗部５が組み付けられている。この乗員搭乗部５は、乗員が着座するシートにより構成されており、基体２の上端部に固定されている。そして、乗員は、その前後方向をＸ軸方向、左右方向をＹ軸方向に向けて、乗員搭乗部５に着座することが可能となっている。また、乗員搭乗部５（シート）は、基体２に固定されているので、基体２と一体に鉛直方向に対して傾動自在とされている。

基体２には、さらに乗員搭乗部５に着座した乗員がその足を載せる一対の足載せ部９，９と、乗員が把持する一対の把持部１０，１０とが組み付けられている。足載せ部９，９は、基体２の両側部の下部に突設されている。なお、図１及び図２では、一方側（右側）の足載せ部９の図示は省略されている。

また、把持部１０，１０は、乗員搭乗部５の両側にＸ軸方向（前後方向）に延在して配置されたバー状のものであり、それぞれ、基体２から延設されたロッド１１を介して基体２に固定されている。そして、把持部１０，１０のうちの一方の把持部１０（図では右側の把持部１０）には、操作器としてのジョイスティック１２（本発明の操作部を構成する）が取り付けられている。

このジョイスティック１２は、前後方向（Ｘ軸方向）及び左右方向（Ｙ軸方向）に揺動操作可能とされている。そして、ジョイスティック１２は、その前後方向（Ｘ軸方向）の揺動量を示す操作信号を、車両１を前方又は後方に移動させる指令として出力し、左右方向（Ｙ軸方向）の揺動量を示す操作信号を、車両１を右周り（時計周り）又は左周り（反時計周り）に旋回させるための指令（旋回指令）として出力する。

なお、本実施形態では、ジョイスティック１２の前後方向の揺動量（すなわち、Ｙ軸周りの回転量、本発明の前後移動操作の操作量に相当する）は、前向きの揺動量が正、後向きの揺動量が負である。また、ジョイスティック１２の左右方向の揺動量（すなわち、Ｘ軸周りの回転量、本発明の旋回操作の操作量に相当する）は、左向きの揺動量が正、右向きの揺動量が負である。

第２の移動動作部４は、本実施形態では、所謂、オムニホイールにより構成されている。第２の移動動作部４としてのオムニホイールは、同軸心の一対の環状芯体（図示省略）と、各環状芯体に、回転軸心を該環状芯体の円周方向に向けて回転自在に外挿された複数の樽状のローラ１３とを備える公知の構造のものである。

この場合、第２の移動動作部４は、その一対の環状芯体の軸心をＸ軸方向（前後方向）に向けて第１の移動動作部３の後方に配置され、ローラ１３を介して床面に接地されている。

なお、上記一対の環状芯体の一方側のローラ１３と、他方側のローラ１３とは、該環状芯体の周方向に位相をずらして配置されており、該一対の環状芯体の回転時に、該一対の環状芯体の一方側のローラ１３と、他方側のローラ１３とのうちのいずれか一方が床面に接地するようになっている。

上記オムニホイールにより構成された第２の移動動作部４は、基体２に連結されている。より詳しくは、第２の移動動作部４は、オムニホイール（一対の環状芯体及び複数のローラ１３の全体）の上部側の部分を覆う筐体１４を備えており、この筐体１４にオムニホイールの一対の環状芯体がその軸心周りに回転自在に軸支されている。さらに、筐体１４から基体２側に延設されたアーム１５が、前記第１の移動動作部３の環状芯体６の軸心周りに揺動し得るように基体２に軸支されている。これにより、第２の移動動作部４は、アーム１５を介して基体２に連結されている。

そして、第２の移動動作部４は、アーム１５の揺動によって第１の移動動作部３の環状芯体６の軸心周りに基体２に対して揺動自在とされ、これにより、第１の移動動作部３と第２の移動動作部４との両方を接地させたまま、乗員搭乗部５を基体２と共にＹ軸周りに傾動させることが可能となっている。

なお、アーム１５を第１の移動動作部３の環状芯体６の軸心部に軸支して、第１の移動動作部３に第２の移動動作部４をアーム１５を介して連結するようにしてもよい。

また、基体２には、アーム１５の揺動範囲を制限する一対のストッパ１６，１６が設けられており、該アーム１５は、ストッパ１６，１６の間の範囲内で揺動することが可能となっている。これにより、第１の移動動作部３の環状芯体６の軸心周りでの第２の移動動作部４の揺動範囲、ひいては、基体２及び乗員搭乗部５のＸ軸周りの傾動範囲が制限されて、該基体２及び乗員搭乗部５が乗員の後ろ側に過大に傾くことが防止されるようになっている。

なお、第２の移動動作部４は、床面に押し付けられるようにバネ等により付勢されていてもよい。

上記のように、第２の移動動作部４は、その一対の環状芯体の回転と、ローラ１３の回転とのうちの一方又は両方を行なうことで、第１の移動動作部３と同様に、床面上をＸ軸方向及びＹ軸方向を含む全方向に移動することが可能となっている。詳しくは、環状芯体の回転によって、第２の移動動作部４がＹ軸方向（左右方向）に移動可能とされ、ローラ１３の回転によって、Ｘ軸方向（前後方向）に移動可能とされている。

また、第２の移動動作部４の筐体１４には、第２の移動動作部４を駆動する第２のアクチュエータ装置としての電動モータ１７が取り付けられている。この電動モータ１７は、第２の移動動作部４の一対の環状芯体を回転駆動するように該一対の環状芯体に連結されている。

したがって、本実施形態では、第２の移動動作部４のＸ軸方向での移動は、第１の移動動作部３のＸ軸方向での移動に追従して従動的に行われる。また、第２の移動動作部４のＹ軸方向での移動は、電動モータ１７により第２の移動動作部４の一対の環状芯体を回転駆動することによって行われる。

補足すると、第２の移動動作部４は、第１の移動動作部３と同様の構造のものであってもよい。

以上が本実施形態における車両１の機構的な構成である。

図１及び図２での図示は省略したが、本実施形態の車両１の基体２には、該車両１の動作制御（第１の移動動作部３及び第２の移動動作部４の動作制御）のための構成として、図３に示したように、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含む電子回路ユニットにより構成された制御装置２０と、基体２の３軸方向の加速度を検出する加速度センサ５０と、この３軸周りの角速度を検出する角速度センサ５１（ジャイロセンサ等）と、電動モータ８ａの回転速度を検出する回転速度センサ５２ａ（エンコーダ等）と、電動モータ８ｂの回転速度を検出する回転速度センサ５２ｂと、電動モータ１７の回転速度を検出する回転速度センサ５３とが搭載されている。

そして、制御装置２０には、ジョイスティック１２の出力と、加速度センサ５０，角速度センサ５１，回転速度センサ５２ａ，回転速度センサ５２ｂ，及び回転速度センサ５３の各検出信号とが入力されるようになっている。

制御装置２０は、加速度センサ５０及び角速度センサ５１の検出信号から、乗員搭乗部５の傾斜角度（＝基体２の傾斜角度）の計測値を、公知の手法を用いて取得する。この手法としては、例えば特許４１８１１１３号にて本願出願人が提案した手法を採用することができる。

なお、本実施形態における乗員搭乗部５の傾斜角度（又は基体２の傾斜角度）というのは、より詳しくは、車両１と、その乗員搭乗部５に既定の姿勢（標準姿勢）で搭乗した乗員とを併せた全体の重心が、第１の移動動作部３の接地部の直上（鉛直方向上方）に位置する状態での乗員搭乗部５（又は基体２）の姿勢を基準（ゼロ）とする傾斜角度（Ｘ軸周り方向の傾斜角度とＹ軸周り方向の傾斜角度との組）である。

また、制御装置２０は、角速度センサ５１の検出信号に基づいて、車両１のヨー軸周りの角速度の計測値を取得する。

制御装置２０は、実装されるプログラム等により実現される機能として、上記のように計測値を取得する機能の他、第１のアクチュエータ装置８を構成する電動モータ８ａ，８ｂを制御することで第１の移動動作部３の移動動作を制御する第１制御処理部２４と、第２のアクチュエータ装置としての電動モータ１７を制御することで第２の移動動作部４の移動動作を制御する第２制御処理部２５と、車両１の前後方向の移動速度指令を制限する前後移動速度指令制限部２６と、車両１の左右方向の移動速度指令を制限する左右移動速度指令制限部２７と、車両１の旋回速度指令を制限する旋回速度指令制限部２８とを備えている。第１制御処理部２４は、本発明の操作部と速度指令出力部と制御処理部の機能を含んでいる。

第１制御処理部２４は、後述する演算処理を実行することで、第１の移動動作部３の移動速度（詳しくは、Ｘ軸方向の並進速度とＹ軸方向の並進速度との組）の目標値である第１目標速度を逐次算出し、第１の移動動作部３の実際の移動速度を、第１目標速度に一致させるように電動モータ８ａ，８ｂの回転速度を制御する。

この場合、電動モータ８ａ，８ｂのそれぞれの回転速度と、第１の移動動作部３の実際の移動速度との間の関係はあらかじめ定められており、第１の移動動作部３の第１目標速度に応じて、各電動モータ８ａ，８ｂの回転速度の目標値が規定されるようになっている。

そして、第１制御処理部２４は、電動モータ８ａ，８ｂの回転速度を第１目標速度に応じて規定される目標値にフィードバック制御することで、第１の移動動作部３の実際の移動速度を第１目標速度に制御する。

また、第２制御処理部２５は、後述する演算処理を実行することで、第２の移動動作部４の移動速度（詳しくは、Ｙ軸方向の並進速度）の目標値である第２目標速度を逐次算出し、Ｙ軸方向での第２の移動動作部４の実際の移動速度を、第２目標速度に一致させるように電動モータ１７の回転速度を制御する。

この場合、第１の移動動作部３の場合と同様に、電動モータ１７の回転速度と、Ｙ軸方向での第２の移動動作部４の実際の移動速度との間の関係はあらかじめ定められており、第２の移動動作部４の第２目標速度に応じて、電動モータ１７の回転速度の目標値が規定されるようになっている。

そして、第２制御処理部２５は、電動モータ１７の回転速度を第２目標速度に応じて規定される目標値にフィードバック制御することで、Ｙ軸方向での第２の移動動作部４の実際の移動速度を第２目標速度に制御する。

補足すると、本実施形態では、第２の移動動作部４のＸ軸方向での移動は、第１の移動動作部３のＸ軸方向の移動に追従して従動的に行なわれる。このため、Ｘ軸方向での第２の移動動作部４の移動速度の目標値を設定する必要はない。

なお、本明細書の実施形態の説明では、第１の移動動作部３の速度は、特にことわらない限り、第１の移動動作部３の接地点の移動速度を意味する。同様に、第２の移動動作部４の速度は、特にことわらない限り、第２の移動動作部４の接地点の移動速度を意味する。

次に、上記第１制御処理部２４及び第２制御処理部２５による処理をさらに詳細に説明する。まず、図４〜図８を参照して、第１制御処理部２４による処理について説明する。

第１制御処理部２４は、図４に示すように、その主要な機能部として、ジョイスティック１２から入力される操作信号により示される該ジョイスティック１２の前後方向の揺動量（Ｙ軸周りの回転量）Ｊs_x及び左右方向の揺動量（Ｘ軸周りの回転量）Ｊs_yから車両１の移動のための速度指令に変換する操作指令変換部３１と、車両１とその乗員搭乗部５に搭乗した乗員とを併せた全体の重心（以降、車両系全体重心という）の目標速度を決定する重心目標速度決定部３２と、車両系全体重心の速度を推定する重心速度推定部３３と、推定した車両系全体重心の速度を目標速度に追従させつつ、乗員搭乗部５の姿勢（基体２の姿勢）を安定化するように第１の移動動作部３の移動速度の目標値を決定する姿勢制御演算部３４とを備える。そして、第１制御処理部２４は、これらの各機能部の処理を、制御装置２０の所定の演算処理周期で実行する。

なお、本実施形態では、車両系全体重心というのは、車両１の代表点の一例としての意味を持つものである。従って、車両系全体重心の速度というのは、その代表点の並進移動速度を意味するものである。

ここで、第１制御処理部２４の各機能部の処理を具体的に説明する前に、その処理の基礎となる事項を説明しておく。車両系全体重心の動力学的な挙動（詳しくは、Ｙ軸方向から見た挙動と、Ｘ軸方向から見た挙動）は、近似的に、図５に示すような倒立振子モデルの挙動により表現される。第１制御処理部２４による処理のアルゴリズムは、この挙動を基礎として構築されている。

なお、図５の参照符号を含めて、以降の説明では、添え字“_x”はＹ軸方向から見た場合の変数等の参照符号を意味し、添え字“_y”はＸ軸方向から見た場合の変数等の参照符号を意味する。また、図５では、Ｙ軸方向から見た場合の倒立振子モデルと、Ｘ軸方向から見た場合の倒立振子モデルとを併せて図示するために、Ｙ軸方向から見た場合の変数の参照符号に括弧を付さないものとし、Ｘ軸方向から見た場合の変数の参照符号に括弧を付している。

Ｙ軸方向から見た車両系全体重心の挙動を表す倒立振子モデルは、Ｙ軸方向と平行な回転軸心を有して床面上を輪転自在な仮想的な車輪６１_x（以降、仮想車輪６１_xという）と、該仮想車輪６１_xの回転中心から延設されて、該仮想車輪６１_xの回転軸周りに（Ｙ軸周り方向に）揺動自在なロッド６２_xと、このロッド６２_xの先端部（上端部）である基準部Ｐs_xに連結された質点Ｇa_xとを備える。

この倒立振子モデルでは、質点Ｇa_xの運動が、Ｙ軸方向から見た車両系全体重心の運動に相当し、鉛直方向に対するロッド６２_xの傾斜角度θb_x（Ｙ軸周り方向の傾斜角度）が、乗員搭乗部５（又は基体２）のＹ軸周り方向の傾斜角度に一致するものとされる。また、第１の移動動作部３のＸ軸方向の並進運動が、仮想車輪６１_xの輪転によるＸ軸方向の並進運動に相当するものとされる。

そして、仮想車輪６１_xの半径ｒ_xと、基準部Ｐs_x及び質点Ｇa_xの床面からの高さｈ_xとは、あらかじめ設定された既定値（一定値）とされる。

同様に、Ｘ軸方向から見た車両系全体重心の挙動を表す倒立振子モデルは、Ｘ軸方向と平行な回転軸心を有して床面上を輪転自在な仮想的な車輪６１_y（以降、仮想車輪６１_yという）と、該仮想車輪６１_yの回転中心から延設されて、該仮想車輪６１_yの回転軸周りに（Ｘ軸周り方向に）揺動自在なロッド６２_yと、このロッド６２_yの先端部（上端部）である基準部Ｐs_yに連結された質点Ｇa_yとを備える。

この倒立振子モデルでは、質点Ｇa_yの運動が、Ｘ軸方向から見た車両系全体重心の運動に相当し、鉛直方向に対するロッド６２_yの傾斜角度θb_y（Ｘ軸周り方向の傾斜角度）が、乗員搭乗部５（又は基体２）のＸ軸周り方向の傾斜角度に一致するものとされる。また、第１の移動動作部３のＹ軸方向の並進運動が、仮想車輪６１_yの輪転によるＹ軸方向の並進運動に相当するものとされる。

そして、仮想車輪６１_yの半径ｒ_yと、基準部Ｐs_y及び質点Ｇa_yの床面からの高さｈ_yとは、あらかじめ設定された既定値（一定値）とされる。なお、Ｘ軸方向で見た基準部Ｐs_y及び質点Ｇa_yの床面からの高さｈ_yは、Ｙ軸方向で見た基準部Ｐs_x及び質点Ｇa_xの床面からの高さｈ_xと同じである。そこで、以降、ｈ_x＝ｈ_y＝ｈとおく。

ここで、Ｙ軸方向から見た場合の上記基準部Ｐs_xと質点Ｇa_xとの位置関係について補足すると、基準部Ｐs_xの位置は、乗員搭乗部５に搭乗（着座）した乗員が、該乗員搭乗部５に対して予め定められた中立姿勢のまま不動であると仮定した場合における車両系全体重心の位置に相当している。

したがって、この場合には、質点Ｇa_xの位置は、基準部Ｐs_xの位置に一致する。このことは、Ｘ軸方向から見た場合の上記基準部Ｐs_yと質点Ｇa_yとの位置関係ついても同様である。

ただし、実際には、乗員搭乗部５に搭乗した乗員が、その上体等を乗員搭乗部５（又は基体２）に対して動かすことで、実際の車両系全体重心のＸ軸方向の位置及びＹ軸方向の位置は、一般には、それぞれ基準部Ｐs_x，Ｐs_yの位置から水平方向にずれることとなる。このため、図５では、質点Ｇa_x，Ｇa_yの位置をそれぞれ基準部Ｐs_x，Ｐs_yの位置からずらした状態で示している。

上記のような倒立振子モデルで表現される車両系全体重心の挙動は、次式（１ａ）、（１ｂ）、（２ａ）、（２ｂ）により表現される。この場合、式（１ａ），（１ｂ）は、Ｙ軸方向で見た挙動、式（２ａ），（２ｂ）は、Ｘ軸方向で見た挙動を表している。

Ｖb_x＝Ｖw1_x＋ｈ・ωb_x ……（１ａ）
dＶb_x／dt＝(ｇ／ｈ)・(θb_x・(ｈ−ｒ_x)＋Ｏfst_x)＋ωz・Ｖb_y ……（１ｂ）
Ｖb_y＝Ｖw1_y＋ｈ_y・ωb_y ……（２ａ）
dＶb_y／dt＝(ｇ／ｈ)・(θb_y・(ｈ−ｒ_y)＋Ｏfst_y)−ωz・Ｖb_x ……（２ｂ）
ここで、Ｖb_xは、車両系全体重心のＸ軸方向の速度（並進速度）、θb_xは乗員搭乗部５（又は基体２）のＹ軸周り方向の傾斜角度、Ｖw1_xは、仮想車輪６１_xのＸ軸方向の移動速度（並進速度）、ωb_xはθb_xの時間的変化率（＝ｄθb_x／dt）、Ｏfst_xは車両系全体重心のＸ軸方向の位置（質点Ｇa_xのＸ軸方向の位置）の、前記基準部Ｐs_xの位置からのＸ軸方向のずれ量、Ｖb_yは、車両系全体重心のＹ軸方向の速度（並進速度）、Ｖw1_yは、仮想車輪６１_yのＹ軸方向の移動速度（並進速度）、θb_yは乗員搭乗部５（又は基体２）のＸ軸周り方向の傾斜角度、ωb_yはθb_yの時間的変化率（＝ｄθb_y／dt）、Ｏfst_yは車両系全体重心のＹ軸方向の位置（質点Ｇa_yのＹ軸方向の位置）の、前記基準部Ｐs_yの位置からのＹ軸方向のずれ量である。また、ωzは車両１の旋回時のヨーレート（ヨー軸周り方向の角速度）、ｇは重力加速度定数である。

なお、θb_x、ωb_xの正方向は、車両系全体重心がＸ軸の正方向（前向き）に傾く方向、θb_y、ωb_yの正方向は、車両系全体重心がＹ軸の正方向（左向き）に傾く方向である。また、ωzの正方向は、車両１を上方から見た場合に、反時計周り方向である。

式（１ａ）の右辺第２項（＝ｈ・ωb_x）は、乗員搭乗部５のＹ軸周り方向の傾動によって生じる基準部Ｐs_xのＸ軸方向の並進速度成分、式（２ａ）右辺第２項（＝ｈ・ωb_y）は、乗員搭乗部５のＸ軸周り方向の傾動によって生じる基準部Ｐs_yのＹ軸方向の並進速度成分である。

補足すると、式（１ａ）におけるＶw1_xは、詳しくは、ロッド６２_xに対する（換言すれば乗員搭乗部５又は基体２に対する）相対的な仮想車輪６１_xの周速度である。このため、Ｖw1_xには、床面に対する仮想車輪６１_xの接地点のＸ軸方向の移動速度（床面に対する第１の移動動作部３の接地点のＸ軸方向の移動速度）に加えて、ロッド６２_xの傾動に伴う速度成分（＝ｒ_x・ωb_x）が含まれている。このことは、式（１ｂ）におけるＶw1_yについても同様である。

また、式（１ｂ）の右辺の第１項は、車両系全体重心のＸ軸方向の位置（質点Ｇa_xのＸ軸方向の位置）の、仮想車輪６１_xの接地部（Ｙ軸方向から見た第１の移動動作部３の接地部）の鉛直上方位置からのずれ量（＝θb_x・(ｈ−ｒ_x)＋Ｏfst_x）に応じて仮想車輪６１_xの接地部に作用する床反力（図５のＦ）のＸ軸方向成分（図５のＦ_x）によって車両系全体重心に発生するＸ軸方向の加速度成分、式（１ｂ）の右辺の第２項は、ωzのヨーレートでの旋回時に車両１に作用する遠心力によって発生するＸ軸方向の加速度成分である。

同様に、式（２ｂ）の右辺の第１項は、車両系全体重心のＹ軸方向の位置（質点Ｇa_yのＹ軸方向の位置）の、仮想車輪６１_yの接地部（Ｘ軸方向から見た第１の移動動作部３の接地部）の鉛直上方位置からのずれ量（＝θb_y・(ｈ−ｒ_y)＋Ｏfst_y）に応じて仮想車輪６１_yの接地部に作用する床反力（図５のＦ）のＹ軸方向成分（図５のＦ_y）によって車両系全体重心に発生するＹ軸方向の加速度成分、式（２ｂ）の右辺の第２項は、ωzのヨーレートでの旋回時に車両１に作用する遠心力によって発生するＹ軸方向の加速度成分である。

上記のように、式（１ａ）、（１ｂ）により表現される挙動（Ｘ軸方向で見た挙動）は、ブロック線図で表現すると、図６に示すように表される。図中の１／ｓは積分演算を表している。

そして、図６における参照符号Ａを付した演算部の処理が、式（１ａ）の関係式に該当しており、参照符号Ｂを付した演算部の処理が、式（１ｂ）の関係式に該当している。

なお、図６中のｈ・θb_xは、近似的には、図５に示したDiff_xに一致する。

一方、式（２ａ）、（２ｂ）により表現される挙動（Ｙ軸方向で見た挙動）を表現するブロック線図は、図６中の添え字“_x”を“_y”に置き換え、参照符号Ｃを付した加算器への入力の一つである図中下側の加速度成分（遠心力によって発生する加速度成分）の符号“＋”を“−”に置き換えることによって得られる。

本実施形態では、第１制御処理部２４の処理のアルゴリズムは、上記のように車両系全体重心の基準部Ｐs_x，Ｐs_yからのずれ量と、遠心力とを考慮した車両系全体重心の挙動モデル（倒立振子モデル）に基づいて構築されている。

以上を前提として、第１制御処理部２４の処理をより具体的に説明する。なお、以降の説明では、Ｙ軸方向から見た挙動に関する変数の値と、Ｘ軸方向から見た挙動に関する変数の値との組を添え字“_xy”を付加して表記する場合がある。

図４を参照して、第１制御処理部２４は、制御装置２０の各演算処理周期において、まず、操作指令変換部３１の処理と、重心速度推定部３３の処理とを実行する。

図７に示すように、操作指令変換部３１は、ジョイスティック１２のＹ軸方向への揺動量（すなわち、Ｘ軸周りの回転量）Ｊs_yと、ジョイスティック１２のＸ軸方向への揺動量（すなわちＹ軸周りの回転量）Ｊs_xとに応じて、第１の移動動作部３の移動速度（並進速度）の基本指令値である基本速度指令Ｖjs_xyと、車両１の旋回時のヨー軸周り方向の角速度の基本指令値である基本旋回角速度指令ωjsとを決定する。

上記基本速度指令Ｖjs_xyのうち、Ｘ軸方向の基本速度指令Ｖjs_xは、処理部３１ａにて、ジョイスティック１２のＸ軸方向への揺動量Ｊs_xに応じて決定される。具体的には、揺動量Ｊs_xが正方向の揺動量（前向きの揺動量）である場合には、Ｘ軸方向の基本速度指令Ｖjs_xは、車両１の前進方向への速度指令（正の速度指令）とされ、揺動量Ｊs_xが負方向の揺動量（後向きの揺動量）である場合には、Ｘ軸方向の基本速度指令Ｖjs_xは、車両１の後進方向への速度指令（負の速度指令）とされる。

また、この場合、Ｘ軸方向の基本速度指令Ｖjs_xの大きさは、ジョイスティック１２のＸ軸方向（前向き又は後向き）への揺動量Ｊs_xの大きさが大きいほど、既定の上限値以下で、大きくなるように決定される。

なお、ジョイスティック１２の正方向又は負方向への揺動量Ｊs_xの大きさが十分に微小なものとなる所定の範囲を不感帯域として、その不感帯域内の揺動量では、Ｘ軸方向の基本速度指令Ｖjs_xをゼロに設定するようにしてもよい。図７の処理部３１ａ中に示すグラフは、上記不感帯域を有する場合の入力（Ｊs_x）と、出力（Ｖjs_x）との間の関係を示している。

また、基本速度指令Ｖjs_xyのうち、Ｙ軸方向の基本速度指令Ｖjs_yは、車両１の旋回用の第１の移動動作部３のＹ軸方向の速度指令として、ジョイスティック１２のＹ軸方向への揺動量Ｊs_yに応じて決定される。具体的には、揺動量Ｊs_yが負方向の揺動量（右向きの揺動量）である場合には、Ｙ軸方向の基本速度指令Ｖjs_yは、車両１の左向きへの速度指令（正の速度指令）とされ、揺動量Ｊs_yが正方向の揺動量（左向きの揺動量）である場合には、Ｙ軸方向の基本速度指令Ｖjs_yは、車両１の右向きへの速度指令（負の速度指令）とされる。この場合、Ｙ軸方向の基本速度指令Ｖjs_yの大きさは、ジョイスティック１２のＹ軸方向への（右向き又は左向きへの）揺動量の大きさが大きいほど、既定の上限値以下で、大きくなるように決定される。

より具体的には、例えば、図７に示す如く、処理部３１ｂの処理によって、ジョイスティック１２のＹ軸方向への揺動量Ｊs_yに応じて、車両１の旋回時のヨー軸周りの方向の角速度の基本指令値である基本旋回角速度指令ωjsが決定される。この場合、ジョイスティック１２の揺動量Ｊs_yが負方向の揺動量（右向きの揺動量）である場合には、基本旋回角速度指令ωjsは、右周り（時計周り）の旋回の角速度指令（負の角速度指令）とされ、ジョイスティック１２の揺動量Ｊs_yが正方向の揺動量（左向きの揺動量）である場合には、基本旋回角速度指令ωjsは、左周り（反時計周り）の旋回の角速度指令（正の角速度指令）とされる。この場合、基本旋回角速度指令ωjsの大きさは、ジョイスティック１２のＹ軸方向への揺動量の大きさが大きいほど、既定の上限値以下で、大きくなるように決定される。

そして、処理部３１ｃにおいて、この基本旋回角速度指令ωjsに、車両１の瞬間旋回中心と第１の移動動作部３の接地点とのＸ軸方向の距離としてあらかじめ定められた所定値（＞０）の（−１）倍の負の値Ｋを乗じることによって、第１の移動動作部３のＹ軸方向の基本速度指令Ｖjs_yが決定される。

従って、第１の移動動作部３のＹ軸方向の基本速度指令Ｖjs_yは、ジョイスティック１２のＹ軸方向への揺動量Ｊs_yに応じて決定される基本旋回角速度指令ωjsに比例するように決定される。

ただし、基本速度指令Ｖjs_y又は基本旋回角速度指令ωjsの大きさは、ジョイスティック１２のＹ軸方向への揺動量の大きさが十分に微小なものとなる所定の範囲を不感帯域として、その不感帯域内の揺動量では、Ｙ軸方向の基本速度指令Ｖjs_y又は基本旋回角速度指令ωjsをゼロに設定するようにしてもよい。図７の処理部３１ｂ中に示すグラフは、上記不感帯域を有する場合の入力（Ｊs_y）と、出力（ωjs）との間の関係を示している。

また、ジョイスティック１２がＸ軸方向（前後方向）及びＹ軸方向（左右方向）の両方に操作されている場合には、Ｙ軸方向の基本速度指令Ｖjs_yの大きさを、ジョイスティック１２のＸ軸方向への揺動量又はＸ軸方向の基本速度指令Ｖjs_xに応じて変化させるようにしてもよい。

なお、本実施形態では、ジョイスティック１２のＹ軸方向（左右方向）への揺動操作に応じて決定される基本旋回角速度指令ωjs（又はＹ軸方向の基本速度指令Ｖjs_y）がゼロでない状態が、ジョイスティック１２から旋回指令が出力されている状態に相当し、ωjs（又はＶjs_y）がゼロとなる状態が、ジョイスティック１２から旋回指令が出力されていない状態に相当する。

ここで、前後移動速度指令制限部２６は、処理部３１ａにおいてジョイスティック１２の揺動量Ｊs_x（本発明の前後移動操作の操作量に相当する）に応じて決定される、Ｘ軸方向（前後方向）の基本速度指令Ｖjs_xを制限する処理を行う。前後移動速度指令制限部２６は、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に例示したジョイスティック１２の揺動量Ｊs_x（入力）に対する基本速度指令Ｖjs_x（出力）の設定マップにより、揺動量Ｊs_xに対する基本速度指令Ｖjs_xを基本旋回角速度指令ωjsに応じて変更する。

図１１（ａ）〜図１１（ｃ）のいずれかの設定マップにより、前後移動速度指令制限部２６は、基本旋回角速度指令ωjsが高いほど、ジョイスティック１２の揺動量Ｊs_xの入力に対して出力する基本速度指令Ｖjs_xを低く設定する。例えば、図１１（ｃ）の設定マップでは、同一のＪs_xに対するＶjs_xが、全域に亘って｜ωjs1｜（＜｜ωjs2｜）であるときよりも｜ωjs2｜であるときの方が低くなるように設定されている。

そして、これにより、基本旋回角速度指令ωjsが高く、乗員が高速旋回を意図した操作を行っているときに、車体１の前後方向の速度を低く維持して車体１を旋回し易くし、乗員による車体１の旋回操作を容易にしている。

次に、前記重心速度推定部３３は、前記倒立振子モデルにおける前記式（１ａ），（２ａ）に表される幾何学的な（運動学的な）関係式に基づいて、車両系全体重心の速度の推定値Ｖb_estm1_xyを算出する。

具体的には、図４のブロック線図に示したように、第１の移動動作部３の実際の並進速度Ｖw1_act_xyの値と、乗員搭乗部５の傾斜角度θb_xyの実際の時間的変化率（傾斜角速度）ωb_act_xyに、車両系全体重心の高さｈを乗じてなる値とを加え合せることにより、車両系全体重心の速度の推定値Ｖb_estm1_xyを算出する。

すなわち、車両系全体重心のＸ軸方向の速度の推定値Ｖb_estm1_xとＹ軸方向の速度の推定値Ｖb_estm1_yとがそれぞれ、次式（３ａ），（３ｂ）により算出される。

Ｖb_estm1_x＝Ｖw1_act_x＋ｈ・ωb_act_x ……（３ａ）
Ｖb_estm1_y＝Ｖw1_act_y＋ｈ・ωb_act_y ……（３ｂ）

ただし、車両系全体重心の位置の基準部Ｐs_xyの位置からの前記ずれ量Ｏfst_xy（以降、重心ずれ量Ｏfst_xyという）の時間的変化率は、Ｖb_estm1_xyに比べ十分に小さく無視できるものとした。

この場合、上記演算におけるＶw1_act_x，Ｖw1_act_yの値としては、本実施形態では、前回の演算処理周期で姿勢制御演算部３４により決定された第１の移動動作部３の移動速度の目標値Ｖw1_cmd_x，Ｖw1_cmd_y（前回値）が用いられる。

ただし、例えば、電動モータ８ａ，８ｂのそれぞれの回転速度を回転速度センサ５２ａ，５２ｂにより検出し、それらの検出値から推定したＶw1_act_x，Ｖw1_act_yの最新値（換言すれば、Ｖw1_act_x，Ｖw1_act_yの計測値の最新値）を式（３ａ），（３ｂ）の演算に用いるようにしてもよい。

また、ωb_act_x，ωb_act_yの値としては、本実施形態では、加速度センサ５０及び角速度センサ５１の検出信号に基づく乗員搭乗部５の傾斜角度θbの計測値の時間的変化率の最新値（換言すれば、ωb_act_x，ωb_act_yの計測値の最新値）が用いられる。

第１制御処理部２４は上記の如く操作指令変換部３１及び重心速度推定部３３の処理を実行した後、次に、図４に示す重心ずれ推定部３５ａの処理を実行することで、前記重心ずれ量Ｏfst_xyの推定値である重心ずれ量推定値Ｏfst_estm_xyを決定する。

この重心ずれ推定部３５ａの処理は、図８のブロック線図により示される処理である。なお、図８は、重心ずれ量推定値Ｏfst_estm_xyのうちのＸ軸方向の重心ずれ量推定値Ｏfst_estm_xの決定処理を代表的に表している。

図８の処理を具体的に説明すると、重心ずれ推定部３５ａは、加速度センサ５０及び角速度センサ５１の検出信号から得られた乗員搭乗部５のＹ軸周り方向の実際の傾斜角度θb_act_xの計測値（最新値）と、角速度センサ５１の検出信号から得られた車両１の実際のヨーレートωz_actの計測値（最新値）と、重心速度推定部３３により算出された車両系全体重心のＹ軸方向の速度の第１推定値Ｖb_estm1_y（最新値）と、前回の演算処理周期で決定したＸ軸方向の重心ずれ量推定値Ｏfst_estm_x（前回値）とを用いて、前記式（１ｂ）の右辺の演算処理を演算部３５a1で実行することにより、車両系全体重心のＸ軸方向の並進加速度の推定値DVb_estm_xを算出する。

さらに重心ずれ推定部３５ａは、車両系全体重心のＸ軸方向の並進加速度の推定値DVb_estm_xを積分する処理を演算部３５a2で実行することにより、車両系全体重心のＸ軸方向の速度の第２推定値Ｖb_estm2_xを算出する。

次いで、重心ずれ推定部３５ａは、車両系全体重心のＸ軸方向の速度の第２推定値Ｖb_estm2_x（最新値）と、第１推定値Ｖb_estm1_x（最新値）との偏差を算出する処理を演算部３５a3で実行する。

さらに、重心ずれ推定部３５ａは、この_偏差に所定値のゲイン（−Ｋｐ）を乗じる処理を演算部３５a4で実行することにより、Ｘ軸方向の重心ずれ量推定値Ｏfst_estm_xの最新値を決定する。

Ｙ軸方向の重心ずれ量推定値Ｏfst_estm_yの決定処理も上記と同様に実行される。具体的には、この決定処理を示すブロック線図は、図８中の添え字“_x”と“_y”とを入れ替え、加算器３５a５への入力の一つである図中右側の加速度成分（遠心力によって発生する加速度成分）の符号“＋”を“−”に置き換えることによって得られる。

このような重心ずれ推定部３５ａの処理によって、重心ずれ量推定値Ｏfst_estm_xyを逐次更新しつつ決定することによって、Ｏfst_estm_xyを実際の値に収束させるように決定することができる。

第１制御処理部２４は、次に、図４に示す重心ずれ影響量算出部３５ｂの処理を実行することによって、重心ずれ影響量Ｖofs_xyを算出する。

重心ずれ影響量Ｖofs_xyは、後述する姿勢制御演算部３４において、車両系全体重心の位置が倒立振子モデルにおける前記基準部Ｐs_xyの位置からずれることを考慮せずにフィードバック制御を行った場合の車両系全体重心の目標速度に対する実際の重心速度のずれを表す。

具体的には、この重心ずれ影響量算出部３５ｂは、新たに決定された重心ずれ量推定値Ｏfst_estm_xyの各成分に、(Ｋth_xy／（ｈ-ｒ_xy))／Ｋvb_xyという値を乗じることにより、重心ずれ影響量Ｖofs_xyを算出する。

なお、Ｋth_xyは、後述する姿勢制御演算部３４の処理において、乗員搭乗部５の傾斜角度をゼロ(目標傾斜角度)に近づけるように機能する操作量成分を決定するためのゲイン値である。また、Ｋvb_xyは、後述する姿勢制御演算部３４の処理において、車両系全体重心の目標速度Ｖb_cmd_xyと該車両系全体重心の速度の第１推定値おけるＶb_estm1_xyとの偏差をゼロに近づけるように機能する操作量成分を決定するためのゲイン値である。

第１制御処理部２４は、次に、図４に示す重心目標速度決定部３２の処理を実行することによって、操作指令変換部３１により決定された基本速度指令Ｖjs_xyと、重心ずれ影響量算出部３５ｂにより決定された重心ずれ影響量Ｖofs_xyとに基づいて、制限後重心目標速度Ｖb_cmd_xyを算出する。

重心目標速度決定部３２は、まず、図４に示す処理部３２ｃの処理を実行する。この処理部３２ｃは、重心ずれ影響量Ｖofs_xyの値に関する不感帯処理とリミット処理とを実行することで、車両系全体重心の目標値のうちの重心ずれに応じた成分としての目標重心速度加算量Vb_cmd_by_ofs_xyを決定する。

具体的には、本実施形態では、重心目標速度決定部３２は、Ｘ軸方向の重心ずれ影響量Ｖofs_xの大きさがゼロ近辺の所定の範囲である不感帯域内の値（比較的ゼロに近い値）である場合には、Ｘ軸方向の目標重心速度加算量Vb_cmd_by_ofs_xをゼロにする。

また、重心目標速度決定部３２は、Ｘ軸方向の重心ずれ影響量Ｖofs_xの大きさが不感帯域内から逸脱した値である場合には、Ｘ軸方向の目標重心速度加算量Vb_cmd_by_ofs_xを、Ｖofs_xと同極性で、その大きさが、Ｖofs_xの大きさの増加に伴い大きくなるように決定する。ただし、目標重心速度加算量Vb_cmd_by_ofs_xの値は、所定の上限値（＞０）と下限値（≦０）との間の範囲内に制限される。

Ｙ軸方向の目標重心速度加算量Vb_cmd_by_ofs_yの決定処理も上記と同様である。

なお、重心速度推定部３３と、重心ずれ推定部３５ａと、重心ずれ影響量算出部３５ｂとにより、乗員の体重移動による重心ずれ影響量（乗員の体重移動による前後方向及び左右方向の速度指令操作の操作量）を求める構成は、本発明の操作部の機能に相当し、この構成とジョイスティック１２とにより、本発明の操作部が構成される。

ここで、前後移動速度指令制限部２６は、処理部３２ｃにおいて重心ずれ影響量Ｖofs_x（Ｘ軸方向の体重移動による速度指令、本発明の前後移動操作の操作量に相当する）に応じて決定される、Ｘ軸方向（前後方向）の目標重心速度加算量Vb_cmd_by_ofs_xを制限する処理を行う。

前後移動速度指令制限部２６は、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に例示した重心ずれ影響量Ｖofs_x（入力）に対する目標重心速度加算量Ｖb_cmd_by_ofs_x（出力）の設定マップにより、重心ずれ影響量Ｖofs_xに対する目標重心速度加算量Ｖb_cmd_by_ofs_xを、基本旋回角速度指令ωjsに応じて変更する。

図１０（ａ）〜図１０（ｃ）の設定マップにより、前後移動速度指令制限部２６は、基準旋回角速度指令ωjsが高いほど、重心ずれ影響量Ｖofs_xの入力に対して出力する目標重心速度加算量Ｖb_cmd_by_ofs_xを小さく設定する。例えば、図１０（ｃ）の設定マップでは、同一のＶost_xに対するＶb_cmd_by_ofs_xが、不感帯を除く全域に亘って、｜ωjs1｜（＜｜ωjs2｜）であるときよりも｜ωjs2｜であるときの方が低くなるように設定されている。

そして、これにより、基本旋回角速度指令ωjsが高く、乗員が高速旋回を意図した操作を行っているときに、車体１の前後方向の速度を低く維持して車体１を旋回し易くし、乗員による車体１の旋回操作を容易にしている。

また、左右移動速度指令制限部２７は、処理部３２ｃにおいて重心ずれ影響量Ｖofs_y（Ｙ軸方向の体重移動による速度指令、本発明の左右移動操作の操作量に相当する）に応じて決定される、Ｙ軸方向（左右方向）の目標重心速度加算量Vb_cmd_by_ofs_yを制限する処理を行う。

左右移動速度指令制限部２７は、図１２（ａ）〜図１２（ｃ）及び図１４（ａ）〜図１４（ｃ）に例示した、重心ずれ影響量Ｖofs_y（入力）に対する目標重心速度加算量Ｖb_cmd_by_ofs_y（出力）の設定マップにより、重心ずれ影響量Ｖofs_yに対する目標重心速度加算量Ｖb_cmd_by_ofs_yを、基本旋回角速度指令ωjsに応じて変更する。

図１２（ａ）〜図１２（ｃ）は、基本旋回角速度指令ωjsによる車体１の旋回方向と、重心ずれ影響量Ｖofs_yによる左右の移動方向が逆である場合、すなわち、ωjsが右回りの角速度指令（負の角速度指令）であってＶofs_yが左方向への移動指令である場合、及び、ωjsが左回りの角速度指令（正の角速度指令）であってＶofs_yが右方向への移動指令である場合を対象としている。

基本旋回角速度ωjsによる車体１の旋回方向と、重心ずれ影響量Ｖofs_yによる左右の移動方向が逆である場合に、Ｖofs_yによる左右方向の移動速度指令が高いと、第２の移動動作部４の電動モータ１７に対する速度指令が過剰になるおそれがある。

そこで、左右移動速度指令制限部２７は、図１２（ａ）〜図１２（ｃ）のいずれかの設定マップにより、基本旋回角速度ωjsが高いほど、重心ずれ影響量Ｖofs_yの入力に対して出力する目標重心速度加算量Ｖb_cmd_by_ofs_yを小さく設定する。例えば、図１２（ｃ）の設定マップでは、同一のＶofs_yに対するＶb_cmd_by_ofs_yが、不感帯を除いた全域に亘ってωjs1，−ωjs1（｜ωjs1｜＜｜ωjs2｜）であるときよりもωjs2，−ωjs2であるときの方が低くなるように設定されている。

そして、これにより、電動モータ１７の速度限界の範囲内で、車体１を旋回させることができるため、乗員による車体１の旋回操作を容易にすることができる。

次に、図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は、基本旋回角速度指令ωjsによる車体１の旋回方向と、重心ずれ影響量Ｖofs_yによる左右の移動方向が同じである場合、すなわち、ωjsが右回りの角速度指定（負の角速度指令）であってＶofs_yが右方向への移動指令である場合、及び、ωjsが左回りの角速度指令（正の角速度指令）であってＶofs_yが左方向への移動指令である場合を対象としている。

基本旋回速度指令ωjsによる車体１の旋回方向と、重心ずれ影響量Ｖofs_yによる左右の移動方向が同じである場合に、Ｖofs_yによる左右方向の移動速度指令が高いと、車体１の旋回が妨げられるおそれがある。

そこで、左右移動速度指令制限部２７は、図１４（ａ）〜図１４（ｃ）のいずれかの設定マップにより、基本旋回角速度ωjsが高いほど、重心ずれ影響量Ｖofs_yに対して出力する目標重心速度加算量Ｖb_cmd_by_ofs_yを低く設定する。例えば、図１４（ｃ）の設定マップでは、同一のＶofs_yに対するＶb_cmd_by_ofs_yが、不感帯以外の全域に亘ってωjs1，−ωjs1（｜ωjs1｜＜｜ωjs2｜）であるときよりもωjs2，−ωjs2であるときの方が低くなるように設定されている。

そして、これにより、車体１の旋回操作を優先して、乗員による車体１の旋回操作を容易にしている。

次いで、重心目標速度決定部３２は、操作指令変換部３１により決定された基本速度指令Ｖjs_xyの各成分に目標重心速度加算量Vb_cmd_by_ofs_xyの各成分を加え合わせてなる目標速度Ｖ1_xyを決定する処理を図４に示す処理部３２ｄで実行する。すなわち、Ｖ1_x＝Ｖjs_x＋Vb_cmd_by_ofs_x、Ｖ1_y＝Ｖjs_y＋Vb_cmd_by_ofs_yという処理によって、Ｖ1_xy（Ｖ1_xとＶ1_yとの組）を決定する。

さらに、重心目標速度決定部３２は、処理部３２ｅの処理を実行する。この処理部３２ｅでは、第１の移動動作部３のアクチュエータ装置８としての電動モータ８ａ，８ｂのそれぞれの回転速度を、所定の許容範囲から逸脱させることのないようにするために、目標速度Ｖ1_xとＶ1_yとの組み合わせを制限してなる車両系全体重心の目標速度としての制限後重心目標速度Ｖb_cmd_xy（Ｖb_cmd_x，Ｖb_cmd_yの組）を決定するリミット処理が実行される。

この場合、処理部３２ｄで求められた目標速度Ｖ1_x，Ｖ1_yの組が、目標速度Ｖ1_xの値を縦軸、目標速度Ｖ1_yの値を横軸とする座標系上で所定の領域（例えば８角形状の領域）内に在る場合には、その目標速度Ｖ1_xyがそのまま制限後重心目標速度Ｖb_cmd_xyとして決定される。

また、処理部３２ｄで求められた目標速度Ｖ1_x，Ｖ1_yの組が、上記座標系上の所定の領域から逸脱している場合には、該所定の領域の境界上の組に制限したものが、制限後重心目標速度Ｖb_cmd_xyとして決定される。

ここで、前後移動速度指令制限部２６は、処理部３２ｅにおいて目標速度Ｖ1_x（本発明の前後移動操作に相当する）に応じて設定される、Ｘ軸方向（前後方向）の制限後重心目標速度Ｖb_cmd_x（本発明の前後移動速度指定に相当する）を制限する処理を行う。前後移動速度指令制限部２６は、上述した図７の処理部３１ａと同様に、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に示した設定マップと同様の設定マップ（目標速度Ｖ1_xを入力して、制限後重心目標速度Ｖb_cmd_xを出力するマップ）により、基本旋回角速度指令ωjsが高いほど、目標速度Ｖ1_xの入力に対して出力する制限後重心目標速度Ｖb_cmd_xを低く設定する。

また、左右移動速度指令制限部２７は、処理部３２ｅにおいて基本速度指令Ｖjs_yと目標重心速度加算量Ｖb_cmd_by_ofs_yとを合成した目標速度Ｖ1_y（本発明の左右移動操作の操作量に相当する）に応じて決定される、Ｙ軸方向（左右方向）の制限後重心目標速度Ｖb_cmd_yを制限する処理を行う。左右移動速度指令制限部２７は、図１３（ａ）〜図１３（ｃ）及び図１５（ａ）〜図１５（ｃ）に例示した、目標速度Ｖ1_y（入力）に対する制限後重心目標速度Ｖb_cmd_y（出力）の設定マップにより、目標速度Ｖ1_yに対する制限後重心目標速度Ｖb_cmd_yを基本旋回角速度指令ωjsに応じて変更する。

図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、基本旋回角度指令ωjsによる車体１の旋回方向と、目標速度Ｖ1_yによる左右の移動方向が逆である場合、すなわち、ωjsが右回りの角速度指令（負の角速度指令）であってＶ1_yが左方向への移動指令である場合、及び、ωjsが左回りの角速度指令（正の角速度指令）であってＶ1_yが右方向への移動指令である場合を対象としている。

基本旋回角度指令ωjsによる車体１の旋回方向と、目標速度Ｖ1_yによる左右の移動方向が逆である場合に、目標速度Ｖ1_yによる左右方向の移動速度指令が高いと、第２の移動動作部４の電動モータ１７に対する速度指令が過剰になるおそれがある。

そこで、左右移動速度指令制限部２７は、図１３（ａ）〜図１３（ｃ）のいずれかの設定マップにより、基本旋回角速度ωjsが高いほど、目標速度Ｖ1_yの入力に対して出力する制限後重心目標速度Ｖb_cmd_yを低く設定する。例えば、図１３（ｃ）の設定マップでは、同一のＶ1_yに対するＶb_cmd_yが、全域に亘ってωjs1，−ωjs1（｜ωjs1｜＜｜ωjs2｜）であるときよりもωjs2，−ωjs2であるときの方が低くなるように設定されている。

そして、これにより、電動モータ１７の速度限界の範囲内で、車体１を旋回させることができるため、乗員による車体１の旋回操作を容易にすることができる。

次に、図１５（ａ）〜図１５（ｃ）は、基本旋回角速度指令ωjsによる車体１の旋回方向と、目標速度Ｖ1_yによる左右の移動方向が同じである場合、すなわち、ωjsが右回りの角速度指令（負の角速度指令）であってＶ1_yが右方向への移動指令である場合、及び、ωjsが左回りの角速度指定（正の角速度指令）であってＶ1_yが左方向への移動指令である場合を対象としている。

基本旋回速度指令ωjsによる車体１の旋回方向と、目標速度Ｖ1_yによる左右の移動方向が同じである場合に、Ｖ1_yによる左右方向の移動速度指令が高いと、車体１の旋回が妨げられるおそれがある。

そこで、左右移動速度指令制限部２７は、図１５（ａ）〜図１５（ｂ）のいずれかの設定マップにより、基本旋回角速度ωjsが高いほど、目標速度Ｖ1_yに対して出力する制限後重心目標速度Ｖb_cmd_yを低く設定する。例えば、図１５（ｃ）の設定マップでは、同一のＶ1_yに対するＶb_cmd_yが、全域に亘ってωjs1，−ωjs1（｜ωjs1｜＜｜ωjs2｜）であるときよりもωjs2，−ωjs2であるときの方が低くなるように設定されている。

そして、これにより、車体１の旋回操作を優先して、乗員による車体１の旋回操作を容易にしている。

以上のように、前記基本速度指令Ｖjs_xyと、前記重心ずれ影響量Ｖofs_xy（または、重心ずれ）とに基づいて、重心目標速度Ｖb_cmd_xyが決定されるので、乗員は、操作器の操作（ジョイスティック１２の操作）と、乗員の身体の姿勢の変化（体重移動）によって、車両１を操縦することができる。

以上のように重心目標速度決定部３２の処理を実行した後、第１制御処理部２４は、次に、姿勢制御演算部３４の処理を実行する。この姿勢制御演算部３４は、図４のブロック線図で示す処理によって、第１の移動動作部３の移動速度（並進速度）の目標値である第１目標速度Ｖw1_cmd_xyを決定する。

より詳しくは、姿勢制御演算部３４は、まず、前記制限後重心目標速度Ｖb_cmd_xyの各成分から、重心ずれ影響量Ｖofs_xyの各成分を減じる処理を演算部３４ｂで実行することにより重心ずれ補償後目標速度Ｖb_cmpn_cmd_xy（最新値）を決定する。

次いで、姿勢制御演算部３４は、上記演算部３４ｂと、積分演算を行う積分演算部３４ａとを除く演算部の処理によって、第１の移動動作部３の接地点の並進加速度の目標値である目標並進加速度DVw1_cmd_xyのうちのＸ軸方向の目標並進加速度DVw1_cmd_xと、Ｙ軸方向の目標並進加速度DVw1_cmd_yとをそれぞれ次式（４ａ），（４ｂ）の演算により算出する。

DVw1_cmd_x＝Ｋvb_x・(Ｖb_cmpn_cmd_x−Ｖb_estm1_x)
−Ｋth_x・θb_act_x−Ｋw_x・ωb_act_x ……（４ａ）
DVw1_cmd_y＝Ｋvb_y・(Ｖb_cmpn_cmd_y−Ｖb_estm1_y)
−Ｋth_y・θb_act_y−Ｋw_x・ωb_act_y ……（４ｂ）

式（４ａ），（４ｂ）におけるＫvb_xy、Ｋth_xy、Ｋw_xyはあらかじめ設定された所定のゲイン値である。

また、式（４ａ）の右辺の第１項は、車両系全体重心のＸ軸方向の重心ずれ補償後目標速度Ｖb_cmpn_cmd_xy（最新値）と第１推定値Ｖb_estm1_x（最新値）との偏差に応じたフィードバック操作量成分、第２項は、乗員搭乗部５のＹ軸周り方向の実際の傾斜角度θb_act_xの計測値（最新値）に応じたフィードバック操作量成分、第３項は、乗員搭乗部５のＹ軸周り方向の実際の傾斜角速度ωb_act_xの計測値（最新値）応じたフィードバック操作量成分である。そして、Ｘ軸方向の目標並進加速度DVw1_cmd_xは、これらのフィードバック操作量成分の合成操作量として算出される。

同様に、式（４ｂ）の右辺の第１項は、車両系全体重心のＹ軸方向の重心ずれ補償後目標速度Ｖb_cmpn_cmd_y（最新値）と第１推定値Ｖb_estm1_y（最新値）との偏差に応じたフィードバック操作量成分、第２項は、乗員搭乗部５のＸ軸周り方向の実際の傾斜角度θb_act_yの計測値（最新値）に応じたフィードバック操作量成分、第３項は、乗員搭乗部５のＸ軸周り方向の実際の傾斜角速度ωb_act_yの計測値（最新値）に応じたフィードバック操作量成分である。そして、Ｙ軸方向の目標並進加速度DVw1_cmd_yは、これらのフィードバック操作量成分の合成操作量として算出される。

次いで、姿勢制御演算部３４は、積分演算部３４ａによって、目標並進加速度DVw1_cmd_xyの各成分を積分することによって、第１の移動動作部３の第１目標速度Ｖw1_cmd_xy（最新値）を決定する。

そして、第１制御処理部２４は、上記のように決定した第１目標速度Ｖw1_cmd_xyにしたがって第１の移動動作部３のアクチュエータ装置８としての電動モータ８ａ，８ｂを制御する。より詳しくは、第１制御処理部２４は、第１目標速度Ｖw1_cmd_xyにより規定される各電動モータ８ａ，８ｂの回転速度の目標値に、実際の回転速度（計測値）を追従させるように、フィードバック制御処理により各電動モータ８ａ，８ｂの電流指令値を決定し、この電流指令値に従って、各電動モータ８ａ，８ｂの通電を行なう。このように、第１目標速度Ｖw1_cmd_xyに従って、第１の移動動作部３の電動モータ８ａ，８ｂの作動を制御する構成が、本発明の制御処理部に相当する。

以上の処理により、前記制限後重心目標速度Ｖb_cmd_xyが一定値であって、車両１の運動が整定し、車両１が一定速度で直進している状態においては、車両系全体重心は、第１の移動動作部３の接地点の真上に存在する。この状態では、乗員搭乗部５の実際の傾斜角度θb_act_xyは、式（１ｂ）、（２ｂ）に基づいて、−Ofst_xy／（ｈ−ｒ_xy）となる。また、乗員搭乗部５の実際の傾斜角速度ωb_act_xyはゼロ、目標並進加速度DVw1_cmd_xyはゼロとなる。このことと、図４のブロック線図から、Ｖb_estm1_xyとＶb_cmd_xyとが一致することが導き出される。

すなわち、第１の移動動作部３の第１目標速度Ｖw1_cmd_xyは、基本的には、車両系全体重心の制限後重心目標速度Ｖb_cmd_xyと第１推定値Ｖb_estm1_xyとの偏差をゼロに収束させるように決定される。

また、車両系全体重心の位置が、倒立振子モデルにおける前記基準部Ｐs_xyの位置からずれることの影響を補償しつつ、前記処理部３２eの処理によって、第１の移動動作部３のアクチュエータ装置８としての電動モータ８ａ，８ｂのそれぞれの回転速度が、所定の許容範囲から逸脱することのないように制御される。

以上が、本実施形態における第１制御処理部２４の処理の詳細である。

次に、前記第２制御処理部２５の処理を図９を参照して説明する。第２制御処理部２５は、その処理を概略的に言えば、前記操作指令変換部３１により決定される基本旋回角速度指令ωjsがゼロである状況（ジョイスティック１２のＹ軸方向への揺動量Ｊs_yがゼロもしくはほぼゼロである状況）では、車両１の並進移動を行なわせるために、第２の移動動作部４のＹ軸方向の移動速度（並進速度）の目標値である第２目標速度Ｖw2_cmd_yを、第１の移動動作部３のＹ軸方向の第１目標速度Ｖw1_cmd_yに一致させるように決定する。

また、第２制御処理部２５は、前記基本旋回角速度指令ωjsがゼロでない状況では、車両１の旋回を行なわせるために、第２の移動動作部４のＹ軸方向の第２目標速度Ｖw2_cmd_yを、第１の移動動作部３のＹ軸方向の第１目標速度Ｖw1_cmd_yと異ならせるように決定する。

このような第２制御処理部２５の処理は、具体的には次のように行なわれる。すなわち、図９を参照して、第２制御処理部２５は、まず、処理部４１において、旋回速度指令制限部２８により基本旋回速度指定ωjsを制限する処理を行う。旋回速度指令制限部２８は、図１６（ａ）〜図１６（ｃ）に例示した基本旋回角速度指令ωjs（入力）に対する制限後旋回角速度指令ωjsc（出力）の設定マップにより、基本旋回角速度指令ωjsに対する制限後旋回角速度指令ωjscをＸ軸方向（前後方向）の移動速度の目標値Ｖw1_cmd_xに応じて設定する。

図１６（ａ）〜図１６（ｃ）のいずれかの設定マップにより、旋回速度指令制限部２８は、移動速度の目標値Ｖw1_cmd_xが低いほど、基本旋回角速度指令ωjsの入力に対して出力する制限後旋回角速度指令ωjscを低く設定する。図１６（ａ）〜図１６（ｃ）は移動速度の目標値Ｖw1_cmd_xが正（車両１の前進を指示する目標値）である場合を示しており、例えば、図１６（ｃ）の設定マップでは、同一のωjsに対するωjscが、全域に亘って＋Ｖw1_cmd_x2（＞＋Ｖw1_cmd_x1）であるときよりも＋Ｖw1_cmd_x1であるときの方が低くなるように設定されている。

そして、これにより、前進を指示する移動速度の目標値Ｖw1_cmd_xが低く、乗員が低速での移動を意図しているときに、高速での旋回角速度指令がなされることを抑制している。

また、左右方向の移動速度の目標値Ｖw1_cmd_yについて、旋回速度指定制限部２８により、Ｖw1_cmd_yが高いほど（左右移動操作の操作量が多いほど）、基本旋回角速度指令ωjsの入力に対して出力する制限後旋回角速度ωjscを低く設定するようにしてもよい。これによれば、車両１の左右方向の移動を優先して、電動モータ１７の作動限界の範囲内で制限後旋回角速度指令ωjscを出力し、乗員による車両１の左右方向の移動操作を容易にすることができる。

次に、第２制御処理部２５は、演算部４２の処理を実行する。この演算部４２は、制限後旋回角速度指令ωjscに、第１の移動動作部３と第２の移動動作部４の間のＸ軸方向の距離Ｌ（あらかじめ定められた値）の−１倍の値を乗算することによって、制限後旋回角速度指令ωjscの角速度で車両１の旋回を行なうための、第１の移動動作部３に対する第２の移動動作部４のＹ軸方向の相対速度の指令値である基本相対速度指令Ｖjs2_yを決定する。

次いで、第２制御処理部２５は、上記基本相対速度指令Ｖjs2_y（最新値）を、第１制御処理部２４で決定された第１の移動動作部３のＹ軸方向の第１目標速度Ｖw1_cmd_y（最新値）に加える処理を演算部４３で実行することにより、第２の移動動作部４のＹ軸方向の第２目標速度Ｖw2_cmd_yを決定する。

次いで、第２制御処理部２５は、図９中の演算部４４で示すように、第２の移動動作部４のＹ軸方向における現在の実際の移動速度Ｖw2_act_yが、前記第２目標速度Ｖw2_cmd_y（最新値）に追従するように第２のアクチュエータ装置としての電動モータ１７の電流（ひいては第２の移動動作部４の駆動力）を制御する。

具体的には、次式（５）の演算によって電動モータ１７の電流指令値Iw2_cmdを決定し、さらに、モータドライバによって、電動モータ１７の実際の電流をIw2_cmdに制御する。

Iw2_cmd＝Ｋ2・(Ｖw2_cmd_y−Ｖw2_act_y) ……（５）

式（５）におけるＫ2はあらかじめ設定された所定のゲイン値である。

また、Ｖw2_act_yの値としては、本実施形態では、電動モータ１７の回転速度の検出値（図示しないロータリエンコーダ等の回転速度センサによる検出値）から推定した値が用いられる。

なお、式（５）のＶw2_cmd_y−Ｖw2_act_yの代わりに、Ｖw2_cmd_yにより規定される電動モータ１７の回転速度の目標値と、該回転速度の計測値との偏差を用いてもよい。

以上の第２制御処理部２５の制御処理によって、ジョイスティック１２から旋回指令が出力されていない状況（基本旋回角速度指令ωjsがゼロである状況）では、前記第２目標速度Ｖw2_cmd_yは、第１の移動動作部３のＹ軸方向の第１目標速度Ｖw1_cmd_y（最新値）に一致するように決定されることとなる。

また、ジョイスティック１２から旋回指令が出力されている状況（基本旋回角速度指令ωjsがゼロでない状況）では、前記第２目標速度Ｖw2_cmd_yは、前記基本旋回角速度指令ωjsに応じて決定した基本相対速度指令Ｖjs2_y（最新値）を、第１の移動動作部３のＹ軸方向の第１目標速度Ｖw1_cmd_y（最新値）に加えた値に決定される。すなわち、前記第２目標速度Ｖw2_cmd_yは、Ｖw1_cmd_y＋Ｖjs2_yに一致するように決定される。

したがって、前記第２目標速度Ｖw2_cmd_yは、車両１の旋回が行なわれるように、第１の移動動作部３のＹ軸方向の第１目標速度Ｖw1_cmd_yと異なる速度値に決定されることとなる。

より詳しくは、ジョイスティック１２からの旋回指令が車両１を右側（右周り方向）に旋回させようとする指令である場合（ωjsが時計周り方向の角速度である場合）には、基本相対速度指令Ｖjs2_yは左向きの速度とされる。

このとき、第１の移動動作部３のＹ軸方向の第１目標速度Ｖw1_cmd_yが左向きの速度である場合には、第２の移動動作部４のＹ軸方向の第２目標速度Ｖw2_cmd_yは、左向きの速度で、且つ、その大きさが、Ｖw1_cmd_yよりも大きい速度とされる。

また、ジョイスティック１２からの旋回指令が車両１を右側（右周り方向）に旋回させようとする指令である場合において、第１の移動動作部３のＹ軸方向の第１目標速度Ｖw1_cmd_yが右向きの速度である場合には、第２の移動動作部４のＹ軸方向の第２目標速度Ｖw2_cmd_yは、右向きの速度で、且つ、その大きさが、Ｖw1_cmd_yよりも小さい速度とされるか、又は、Ｖw1_cmd_yと逆向き（左向き）の速度とされる。

一方、ジョイスティック１２からの旋回指令が車両１を左側（左周り方向）に旋回させようとする指令である場合（ωjsが反時計周り方向の角速度である場合）には、基本相対速度指令Ｖjs2_yは右向きの速度とされる。

このとき、第１の移動動作部３のＹ軸方向の第１目標速度Ｖw1_cmd_yが右向きの速度である場合には、第２の移動動作部４のＹ軸方向の第２目標速度Ｖw2_cmd_yは、右向きの速度で、且つ、その大きさが、Ｖw1_cmd_yよりも大きい速度とされる。

また、ジョイスティック１２からの旋回指令が車両１を左側（左周り方向）に旋回させようとする指令である場合において、第１の移動動作部３のＹ軸方向の第１目標速度Ｖw1_cmd_yが左向きの速度である場合には、第２の移動動作部４のＹ軸方向の第２目標速度Ｖw2_cmd_yは、左向きの速度で、且つ、その大きさが、Ｖw1_cmd_yよりも小さい速度とされるか、又は、Ｖw1_cmd_yと逆向き（右向き）の速度とされる。

以上が、第２制御処理部２５の処理の詳細である。

なお、操作指令変換部３１により、基本旋回角速度指令ωjs及び基本速度指令Ｖjs_xyを出力する構成と、重心ずれ推定部３５ａと重心ずれ影響量算出部３５ｂと重心目標速度決定部により、目標重心速度加算量Ｖb_cmd_by_ofs_xy及び制限後重心目標速度Ｖb_cmd_xyを出力する構成とにより、本発明の速度指令出力部が構成されている。

また、移動速度の目標値Ｖw1_cmd_xyに応じて、第１制御処理部２４が第１の移動動作部３の電動モータ８ａ，８ｂの通電制御を行い、また、第２制御処理部２５が第２の移動動作部４の電動モータ１７の通電制御を行う構成が、本発明の制御処理部に相当する。

以上説明した本実施形態の車両１では、乗員搭乗部５に搭乗した乗員の身体の動きに伴う該乗員搭乗部５（又は基体２）の前後方向（Ｘ軸方向）傾動に応じて、あるいは、ジョイスティック１２の前後方向の揺動操作に応じてＸ軸方向での車両１の並進移動を行なうことができる。

また、乗員搭乗部５（又は基体２）の左右方向（Ｙ軸方向）傾動に応じてＹ軸方向での車両１の並進移動を行なうことができる。

また、これらの並進移動を複合して、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して傾斜した任意の方向にも車両１の並進移動を行なうこともできる。

また、ジョイスティック１２の左右方向の揺動操作に応じて出力される旋回指令に応じて、第１の移動動作部３及び第２の移動動作部４のそれぞれのＹ軸方向の移動速度を異ならせることによって、車両１の左右のうちの該旋回指令により規定される側への車両１の旋回（方向転換）を行なうこともできる。

従って、ジョイスティック１２等の操作器の複雑な操作や、乗員の身体の複雑な動きを必要とすることなく、車両１の並進移動や旋回を容易に行なうことができる。

また、車両１の停車時等、第１の移動動作部３のＹ軸方向の移動速度がゼロもしくはほぼゼロとなっている状況（第１目標速度Ｖw1_cmd_yがゼロもしくはほぼゼロとなっている状況）で、車両１の旋回を行なうべく乗員がジョイスティック１２を左右方向に揺動させると、車両１の代表点としての車両系全体重心の目標速度Ｖb_cmd_xyには、ジョイスティック１２の左右方向の揺動量に応じたＹ軸方向の速度成分としての基本速度指令Ｖjs_yが、ジョイスティック１２の左右方向の操作が無いと仮定した場合の目標速度に付加される。

この速度成分Ｖjs_yは、ジョイスティック１２からの旋回指令が車両１を左側（左周り方向）に旋回させようとする指令である場合には、右向きの速度となり、ジョイスティック１２からの旋回指令が車両１を右側（右周り方向）に旋回させようとする指令である場合には、左向きの速度となる。

このため、第１の移動動作部３のＹ軸方向の第１目標速度Ｖw1_cmd_yと、第２の移動動作部４のＹ軸方向の第２目標速度Ｖw2_cmd_yとは、基本的には、互いに同じ向きとなると共に、Ｖw2_cmd_yが、Ｖw1_cmd_yよりも大きな大きさの速度となるように、Ｖw1_cmd_y及びＶw2_cmd_yが設定される。

このため、ジョイスティック１２の左右方向の揺動操作に応じた車両１の旋回（方向転換）は、その旋回中の各瞬間において、第１の移動動作部３及び第２の移動動作部４の接地面の前方の領域に存在する瞬間旋回中心を回転中心として、ヨー軸周り方向に該車両１が回転するように行なわれることとなる。

この結果、乗員搭乗部５に搭乗している乗員は、車両１の旋回挙動を体感的に認識しやすくなる。このため、車両１の乗員は、車両１の旋回挙動の認識を適切に行いつつ、所望の旋回挙動が得られるようにジョイスティック１２を操作することができる。

また、例えば、第１の移動動作部３の第１目標速度Ｖw1_cmd_xyがゼロもしくはほぼゼロに設定されている状況で、ジョイスティック１２から旋回指令が出力された場合には、第１の移動動作部３に関するＹ軸方向の基本速度指令Ｖjs_yとして、旋回用の速度指令（≠０）が設定される。このため、第１の移動動作部３をＹ軸方向に移動させつつ、車両１の旋回を行なうことができる。

このため、第１の移動動作部３と床面との間の摩擦力が軽減され、車両１の旋回を円滑に行うことができる。

また、本実施形態では、第１制御処理部２４の重心ずれ推定部３５ａは、図８に示した処理によって、車両系全体重心の前記重心ずれ量Ｏfst_xyを推定する。そのため、該重心ずれ量を精度よく推定することができる。そして、この重心ずれ量Ｏfst_xyの推定値Ofst_estm_xyに応じて、前記した如く車両系全体重心の目標速度（制限後重心目標速度）Ｖb_cmd_xyが決定される。このため、前記重心ずれ量Ｏfst_xyが車両１の挙動に及ぼす影響を適切に補償することができる。

また、本実施形態の車両１では、基体２に対する第２の移動動作部４の揺動量（Ｙ軸周り方向の揺動量）が、前記ストッパ１６，１６により規定される所定の範囲内に機構的に制限されるので、特に、乗員搭乗部５が、乗員が視認し難い後方側に過剰に傾倒するのを防止することができる。

次に、本実施形態の変形態様をいくつか説明する。

前記実施形態では旋回指令等を出力するための操作器として、ジョイスティック１２を用いたが、ジョイスティックの代わりに、トラックボールや、タッチパッドを使用してもよく、あるいは、乗員による接触箇所を検知する荷重センサや、乗員が把持する姿勢センサ等を使用してもよい。

また、第２の移動動作部４は、前述のような一対の環状芯体及びそれに外挿される複数のローラ１３で構成されるオムニホイール以外に、一つの環状芯体及びそれに外挿される複数のローラで構成されるものであっても良い。オムニホイール以外の構造、例えば、第１の移動動作部３と同様の構造のものであってもよい。

また、本実施形態では、加速度センサ５０及び角速度センサ５１の検出信号に基づいて、接地点速度を算出したが、他の種類のセンサを用いて接地点速度を検出するようにしてもよい。

また、本実施形態では、前後移動速度指令制限部２６による前後方向の移動速度の制限と、左右移動指令制限部２７による左右方向の移動速度の制限と、旋回速度指令制限部２８による旋回速度の制限とを行ったが、これらの制限のうちの少なくとも一つを行うことによって、本発明の効果を得ることができる。

１…倒立振子型車両、２…基体、３…第１の移動動作部、４…第２の移動動作部、５…乗員搭乗部、８ａ，８ｂ…電動モータ（アクチュエータ装置）、１７…電動モータ、１２…ジョイスティック（操作器）、２０…制御装置、２４…第１制御処理部、２５…第２制御処理部、２６…前後移動速度指令制限部、２７…左右移動速度指令制限部、２８…旋回速度指令制限部、５０…加速度センサ、５１…角速度センサ、５２ａ，５２ｂ…回転速度センサ、５３…回転速度センサ。

Claims (4)

1. 床面上を移動可能な第１の移動動作部と、
   前記移動動作部を駆動する第１のアクチュエータ装置と、
   前記第１の移動動作部及び前記第１のアクチュエータ装置が組み付けられた基体と、
   鉛直方向に対して傾動自在に前記基体に組み付けられた乗員搭乗部とを備え、
   前記第１の移動動作部が、前記第１のアクチュエータ装置の駆動力によって、前記乗員搭乗部に搭乗した乗員の前後方向及び左右方向を含む全方向に移動可能に構成された倒立振子型車両であって、
   前記第１の移動動作部と前記前後方向に間隔を存して前記第１の移動動作部又は前記基体に連結され、床面上を前記全方向に移動可能に構成された第２の移動動作部と、
   前記第２の移動動作部の少なくとも前記左右方向への移動を行わせる駆動力を発生する第２のアクチュエータ装置と、
   前記乗員搭乗部に搭乗した乗員による、前記倒立振子型車両の前記前後方向の移動を指示する前後移動操作と、前記倒立振子型車両の前記左右方向の移動を指示する左右移動操作と、前記倒立振子型車両の旋回を指示する旋回操作とを受け付ける操作部と、
   前記前後移動操作の操作量に応じた指令速度で、前記倒立振子型車両を前記前後方向に移動させるための前後移動速度指令と、前記左右移動操作の操作量に応じた指令速度で、前記倒立振子型車両を前記左右方向に移動させるための左右移動速度指令と、前記旋回操作の操作量に応じた指令速度で、前記倒立振子型車両を旋回させるための旋回速度指令とを出力する速度指令出力部と、
   前記前後移動速度指令と前記左右移動速度指令と前記旋回速度指令とに応じて、前記第１のアクチュエータ装置と前記第２のアクチュエータ装置の作動により、前記第１の移動動作部と前記第２の移動動作部の移動動作を制御する制御処理部と、
   前記操作部に対して、前記旋回操作と前記前後移動操作とがなされているときに、前記旋回操作の操作量が多いほど、前記前後移動操作に応じた前記前後移動速度指令を低く設定する前後移動速度指令制限部と
   を備えたことを特徴とする倒立振子型車両。
2. 床面上を移動可能な第１の移動動作部と、
   前記移動動作部を駆動する第１のアクチュエータ装置と、
   前記第１の移動動作部及び前記第１のアクチュエータ装置が組み付けられた基体と、
   鉛直方向に対して傾動自在に前記基体に組み付けられた乗員搭乗部とを備え、
   前記第１の移動動作部が、前記第１のアクチュエータ装置の駆動力によって、前記乗員搭乗部に搭乗した乗員の前後方向及び左右方向を含む全方向に移動可能に構成された倒立振子型車両であって、
   前記第１の移動動作部と前記前後方向に間隔を存して前記第１の移動動作部又は前記基体に連結され、床面上を前記全方向に移動可能に構成された第２の移動動作部と、
   前記第２の移動動作部の少なくとも前記左右方向への移動を行わせる駆動力を発生する第２のアクチュエータ装置と、
   前記乗員搭乗部に搭乗した乗員による、前記倒立振子型車両の前記前後方向の移動を指示する前後移動操作と、前記倒立振子型車両の前記左右方向の移動を指示する左右移動操作と、前記倒立振子型車両の旋回を指示する旋回操作とを受け付ける操作部と、
   前記前後移動操作の操作量に応じた指令速度で、前記倒立振子型車両を前記前後方向に移動させるための前後移動速度指令と、前記左右移動操作の操作量に応じた指令速度で、前記倒立振子型車両を前記左右方向に移動させるための左右移動速度指令と、前記旋回操作の操作量に応じた指令速度で、前記倒立振子型車両を旋回させるための旋回速度指令とを出力する速度指令出力部と、
   前記前後移動速度指令と前記左右移動速度指令と前記旋回速度指令とに応じて、前記第１のアクチュエータ装置と前記第２のアクチュエータ装置の作動により、前記第１の移動動作部と前記第２の移動動作部の移動動作を制御する制御処理部と、
   前記操作部に対して、前記旋回操作と前記前後移動操作とがなされているときに、前記前後移動操作の操作量が少ないほど、前記旋回操作に応じた前記旋回速度指令を低く設定する旋回速度指令制限部と
   を備えたことを特徴とする倒立振子型車両。
3. 床面上を移動可能な第１の移動動作部と、
   前記移動動作部を駆動する第１のアクチュエータ装置と、
   前記第１の移動動作部及び前記第１のアクチュエータ装置が組み付けられた基体と、
   鉛直方向に対して傾動自在に前記基体に組み付けられた乗員搭乗部とを備え、
   前記第１の移動動作部が、前記第１のアクチュエータ装置の駆動力によって、前記乗員搭乗部に搭乗した乗員の前後方向及び左右方向を含む全方向に移動可能に構成された倒立振子型車両であって、
   前記第１の移動動作部と前記前後方向に間隔を存して前記第１の移動動作部又は前記基体に連結され、床面上を前記全方向に移動可能に構成された第２の移動動作部と、
   前記第２の移動動作部の少なくとも前記左右方向への移動を行わせる駆動力を発生する第２のアクチュエータ装置と、
   前記乗員搭乗部に搭乗した乗員による、前記倒立振子型車両の前記前後方向の移動を指示する前後移動操作と、前記倒立振子型車両の前記左右方向の移動を指示する左右移動操作と、前記倒立振子型車両の旋回を指示する旋回操作とを受け付ける操作部と、
   前記前後移動操作の操作量に応じた指令速度で、前記倒立振子型車両を前記前後方向に移動させるための前後移動速度指令と、前記左右移動操作の操作量に応じた指令速度で、前記倒立振子型車両を前記左右方向に移動させるための左右移動速度指令と、前記旋回操作の操作量に応じた指令速度で、前記倒立振子型車両を旋回させるための旋回速度指令とを出力する速度指令出力部と、
   前記前後移動速度指令と前記左右移動速度指令と前記旋回速度指令とに応じて、前記第１のアクチュエータ装置と前記第２のアクチュエータ装置の作動により、前記第１の移動動作部と前記第２の移動動作部の移動動作を制御する制御処理部と、
   前記操作部に対して、前記旋回操作と前記左右移動操作とがなされているときに、前記左右移動操作の操作量が多いほど、前記旋回操作に応じた前記旋回速度指令を低く設定する旋回速度指令制限部と
   を備えたことを特徴とする倒立振子型車両。
4. 床面上を移動可能な第１の移動動作部と、
   前記移動動作部を駆動する第１のアクチュエータ装置と、
   前記第１の移動動作部及び前記第１のアクチュエータ装置が組み付けられた基体と、
   鉛直方向に対して傾動自在に前記基体に組み付けられた乗員搭乗部とを備え、
   前記第１の移動動作部が、前記第１のアクチュエータ装置の駆動力によって、前記乗員搭乗部に搭乗した乗員の前後方向及び左右方向を含む全方向に移動可能に構成された倒立振子型車両であって、
   前記第１の移動動作部と前記前後方向に間隔を存して前記第１の移動動作部又は前記基体に連結され、床面上を前記全方向に移動可能に構成された第２の移動動作部と、
   前記第２の移動動作部の少なくとも前記左右方向への移動を行わせる駆動力を発生する第２のアクチュエータ装置と、
   前記乗員搭乗部に搭乗した乗員による、前記倒立振子型車両の前記前後方向の移動を指示する前後移動操作と、前記倒立振子型車両の前記左右方向の移動を指示する左右移動操作と、前記倒立振子型車両の旋回を指示する旋回操作とを受け付ける操作部と、
   前記前後移動操作の操作量に応じた指令速度で、前記倒立振子型車両を前記前後方向に移動させるための前後移動速度指令と、前記左右移動操作の操作量に応じた指令速度で、前記倒立振子型車両を前記左右方向に移動させるための左右移動速度指令と、前記旋回操作の操作量に応じた指令速度で、前記倒立振子型車両を旋回させるための旋回速度指令とを出力する速度指令出力部と、
   前記前後移動速度指令と前記左右移動速度指令と前記旋回速度指令とに応じて、前記第１のアクチュエータ装置と前記第２のアクチュエータ装置の作動により、前記第１の移動動作部と前記第２の移動動作部の移動動作を制御する制御処理部と、
   前記操作部に対して、前記旋回操作と前記左右移動操作とがなされているときに、前記旋回操作の操作量が多いほど、前記左右移動速度指令を低く設定する左右移動速度指令制限部と
   を備えたことを特徴とする倒立振子型車両。

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