JP6026609B1 - 外力発生時に直進走行が維持される二輪セルフバランススクーターの走行方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、外力発生時に直進走行が維持される二輪セルフバランススクーターの走行方法を提供する。【解決手段】電源を印加する走行準備段階（Ｓ１０）と、搭乗者が、体を前方または後方に傾けながら、角度による走行速度及び前後進走行方向を設定して走行する走行段階（Ｓ２０）と、一方の車輪が破裂したとき、破裂した車輪の回転数を向上させる事故車輪急速回転段階（Ｓ３０）と、事故車輪の回転数に合わせて正常車輪の回転数を低減する正常車輪減速回転段階（Ｓ４０）と、事故車輪の回転数と正常車輪の回転数を同一に調節する両輪回転数合わせ段階（Ｓ５０）と、前記両輪回転数合わせ段階（Ｓ５０）を繰り返しながら走行する回転数繰返し合わせ走行段階（Ｓ６０）と、を含む。【選択図】図８

Description

本発明は、搭乗者の重心の変化を実時間で判読しながら走行する二輪セルフバランススクーターの走行方法に関し、より詳しくは、搭乗者を基準として左右に車輪が一つずつ設けられた二輪セルフバランススクーターにおいて、走行中、外力により、一方の車輪が破裂する事故が生じたとき、一側に傾くチッピング現象が発生せず、安全な直進走行を可能にした、外力発生時に直進走行が維持される二輪セルフバランススクーターの走行方法に関する。

本発明の属する二輪セルフバランススクーターは、二つの車輪が設けられるが、搭乗者を基準として、右側に一つ、左側に一つ、合計二つの車輪が設けられ、搭乗者の重心の変化を実時間で判読し、均衡を失うことなく、走行するセルフバランス電動装置である。

バランススクーターの走行方法は、例えば、バランススクーターに使用者が乗った状態で、前方に向かって、体を所定の角度で傾け、後方に向かって体を傾けると、搭載されたジャイロセンサーを始めとした各種のセンサーが、搭乗者の重心を傾きに変換し、実時間で判読することにより、搭乗者の重心が前方または後方に傾けるとき、傾きにより、バランススクーターが倒れないように、傾きが解消されるほど、車輪を傾き方向に駆動させる。

したがって、搭乗者の重心は、傾きに反応する車輪の回転により、定位置に補正されるとともに、搭乗者を基準として左右に一つずつ車輪が装着された状態でも、均衡を失うことなく、直立を維持しながら走行が可能となる。

しかしながら、二輪セルフバランススクーターの問題は、搭乗者を中心として左右に一つずつ車輪が一列で装着された構成であることを考慮するとき、一方の車輪が破裂する事故が生じたとき、破裂した車輪側にチッピング現象が発生するとともに、セルフバランススクーターが中心を失って倒れることにより、スクーターそのものに損傷を与えるだけでなく、搭乗者にも致命的な人命損失を生じるという問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、二輪セルフバランススクーターにおいて、走行中、一方の車輪が破裂する危険な事故が生じても、破裂した車輪側にチッピング現象が発生せず、安定的な走行のために、走行の直進性が維持されるようにした、二輪セルフバランススクーターの走行方法を提供することにある。

上述した目的を達成するために、本発明による外力発生時に直進走行が維持される二輪セルフバランススクーターの走行方法は、電源を印加する走行準備段階（Ｓ１０）と、搭乗者が、体を前方または後方に傾けながら、角度による走行速度及び前後進走行方向を設定して走行する走行段階（Ｓ２０）と、一方の車輪が破裂したとき、破裂した車輪の回転数を向上させる事故車輪急速回転段階（Ｓ３０）と、事故車輪の回転数に合わせて正常車輪の回転数を低減する正常車輪減速回転段階（Ｓ４０）と、事故車輪の回転数と正常車輪の回転数を同一に調節する両輪回転数合わせ段階（Ｓ５０）と、前記両輪回転数合わせ段階（Ｓ５０）を繰り返しながら走行する回転数繰返し合わせ走行段階（Ｓ６０）と、を含むことを特徴とする。

本発明による外力発生時に直進走行が維持される二輪セルフバランススクーターの走行方法を用いて、セルフバランススクーターを運用すれば、路面状態の不良または車輪そのものの不良により、第１の車輪１０が破裂しても、破裂した第１の車輪１０と正常の第２の車輪２０が互いに回転数を異にしながら、ついに、事故直前に設定されたセルフバランススクーターの直進走行線Ｓに、第１の車輪１０と第２の車輪２０を一列で連結する軸整列線Ａが垂直になるように調節することにより、セルフバランススクーターの直進性が維持され、セルフバランススクーターにおいてチッピング走行現象が根本的に遮断される。これにより、チッピング走行現象によるセルフバランススクーターの転覆の問題点と、それによる搭乗者の致命的な人命損失が事前に予防されるという顕著な効果がある。

スタンディングバランススクーターの構成を説明するための分離斜視図である。 スタンディングバランススクーターにおける破裂した車輪を説明するための斜視図及び正面図である。 破裂したスタンディングバランススクーターのチッピング走行の危険性を説明するための平面図である。 バランシング車椅子における破裂した車輪を説明するための斜視図及び正面図である。 破裂したバランシング車椅子のチッピング走行の危険性を説明するための平面図である。 本発明におけるジャイロセンサーの機能を説明するための流れ図である。 本発明による二輪セルフバランススクーターにおける外力発生時、走行の直進性が維持される段階を説明するための走行順序図である。 本発明による外力発生時に直進走行が維持される二輪セルフバランススクーターの走行方法を示す段階図である。

本発明の対象となる二輪セルフバランススクーターとは、搭乗者の重心を実時間で判読し、搭乗者を基準として左右に一つずつ装着された車輪を回転させることにより、均衡を維持しながら走行するセルフバランス電動装置のことである。

したがって、本発明の対象とする二輪セルフバランススクーターは、搭乗者の重心を傾きで測定しようとし、ジャイロセンサーを始めとした各種の電気的なプロセッサが搭載されたコントローラ４０の統制の下で、車輪の回転を均衡が維持されるように制御するものである。

以下、本発明の目的を達成するための具体的かつ好適な二輪セルフバランススクーターの直進保障型走行方法について、従来の問題点を考えながら、図面を参照して説明するが、本発明と関連した公知の機能や構成及びシステムに関する具体的な説明が、本発明の要旨と合わない敷衍的な説明に過ぎない場合は、それに関する詳細な説明を省略する。

図１は、本発明による二輪スタンディングバランススクーターの構成を説明するための分離斜視図であって、図１に示すように、車輪ハウジング３０が設けられるが、車輪ハウジング３０の右側には、第１のモータ１１と連結した第１の車輪１０が設けられ、車輪ハウジング３０の左側には、第２のモータ２１と連結した第２の車輪２０が設けられ、前記車輪ハウジング３０の上面には、搭乗者が足を踏み入れる足場３１が設けられ、前記足場３１の直上方には垂直フレーム３２が設けられ、垂直フレーム３２の一側には取っ手３３が設けられ、前記車輪ハウジング３０の内部にはコントローラ４０が位置される。

前記コントローラ４０は、ジャイロセンサーを始めとした各種の電気的なプロセッサが搭載された制御システムであって、足場３１に乗った搭乗者の重心を傾き方式で測定する。例えば、使用者がスタンディングバランススクーター１に乗った状態で、体を前方に所定の角度で傾けると、コントローラ４０に搭載されたジャイロセンサーを始めとした各種のセンサーが傾きを実時間で判読し、傾きにより、スタンディングバランススクーター１が前方に転覆しないように、傾きが解消するほど、車輪を傾き方向に駆動させることにより、スタンディングバランススクーター１の姿勢が直立に補正されながら、安定した姿勢で走行するようになる。

しかしながら、安定した姿勢を維持しながら走行するスタンディングバランススクーター１には、致命的な問題点があった。走行上の致命的な問題点を図２、図３に基づいて説明する。図２は、スタンディングバランススクーターにおける破裂した車輪を説明するための斜視図及び正面図であり、図３は、破裂したスタンディングバランススクーターのチッピング走行の危険性を説明するための平面図である。

図２（ａ）は、スタンディングバランススクーター１の斜視図であり、図２（ｂ）は、スタンディングバランススクーター１の正面図であって、図２には、直立で走行するスタンディングバランススクーター１の車輪が、路面状態の不良または車輪そのものの不良により破裂した第１の車輪１０が示されている。

直立した搭乗者を基準として両側に第１の車輪１０と第２の車輪２０がそれぞれ設けられたスタンディングバランススクーター１において、走行中、第１の車輪１０が破裂すると、スタンディングバランススクーター１が中心を失って倒れることにより、スタンディングバランススクーター１が損傷するだけでなく、搭乗者に致命的な人命損失を生じ得るので、スタンディングバランススクーター１は、破裂を始めとした外力にもかかわらず、直立走行が維持されなければならない。

しかし、図３に示すように、破裂を始めとした外力が、スタンディングバランススクーター１に発生する前は、一点鎖線で表示した仮想の直進走行線Ｓに沿って安定的に走行するが、第１の車輪１０に破裂が発生すると、スタンディングバランススクーター１は、破裂した第１の車輪１０を中心軸として急に曲線走行をしながら、二点鎖線で表示した仮想の急カーブ走行線Ｃに沿ってチッピング走行をするため、このとき、スタンディングバランススクーター１と搭乗者は、中心を失って倒れることにより、スタンディングバランススクーター１が損傷するだけでなく、搭乗者に致命的な人命損失を引き起こしてしまう。このような損失は、走行速度と比例して増加するため、高速走行時は、さらに大きな被害をもたらしてしまう。

一方、図４は、バランシング車椅子における破裂した車輪を説明するための斜視図及び正面図であり、図５は、破裂したバランシング車椅子のチッピング走行の危険性を説明するための平面図である。図４及び図５は、二輪セルフバランススの技術が適用されたバランシング車椅子２であって、歩行の不自由な障害者または体の弱い人に便利な移動性を与えるために開発されたものである。

最近、歩行の不自由な障害者または体の弱い人に四輪の電動車椅子が普及されるとともに、手動式車椅子よりも便利な移動性を与えているが、四輪の電動車椅子は、四輪の構造上、素早い回転が容易ではなく、段差のある路面を乗り越えて走行することが困難であるという問題点があった。

このような四輪の電動車椅子よりも、二輪バランシング車椅子２は、サドル５０を基準として大型サイズの第１の車輪１０と第２の車輪２０が両側に設けられる構成であることを考慮すると、走行中、回転が素早く、段差のある路面も容易に乗り越えることができるという長所がある。

しかし、バランシング車椅子２の場合、走行中、左右に設けられた車輪が、ある外力により、破裂すると、搭乗者が障害者または体の弱い人であることを考えると、極めて致命的な人命損失を生じ得る。

すなわち、図４（ａ）は、バランシング車椅子２の斜視図であり、図４（ｂ）は、バランシング車椅子２の正面図であって、歩行の不自由な障害者または体の弱い人が搭乗するバランシング車椅子２において、路面の状態の不良または車輪そのものの不良により、第１の車輪１０が破裂したことを示した。

図４に示すように、障害者または体の弱い人が搭乗するバランシング車椅子２において、走行中、座っている搭乗者を基準として一方に設けられた第１の車輪１０が、ある外力により、破裂すると、バランシング車椅子２が中心を失って倒れることにより、バランシング車椅子２が損傷するだけでなく、搭乗した障害者または体の弱い人に致命的な人命損失を生じ得るので、バランシング車椅子２は、破裂を始めとしたいずれの外力にもかかわらず、直進走行が維持されなければならない。

しかし、図５に示すように、破裂を始めとした外力が、バランシング車椅子２に発生する前は、一点鎖線で表示した仮想の直進走行線Ｓに沿って安定的に走行するが、第１の車輪１０に破裂が発生すると、バランシング車椅子２は、破裂した第１の車輪１０を中心軸として急に曲線走行をしながら、二点鎖線で表示した仮想の急カーブ走行線Ｃに沿ってチッピング走行をするため、このとき、バランシング車椅子２と搭乗者は、中心を失って倒れることにより、バランシング車椅子２が損傷するだけでなく、歩行の不自由な障害者または体の弱い人に該当する搭乗者には致命的な人命損失を引き起こしてしまう。

上記した車輪の破裂が生じたとき、破裂した車輪側にチッピング走行が発生することは、両輪の回転数がエンコーダにより制御されるからである。すなわち、エンコーダ装置は、両輪の軸回転数を感知し、回転数を同一に維持させる方式で、直進走行を可能にするものであるので、事故により破裂した車輪の外径サイズが正常車輪の外径サイズよりも小さく変形されたにもかかわらず、エンコーダは、車輪軸の回転数を同一に維持させることにより、結果として、破裂した車輪側にチッピング走行が発生しながら、転覆事故になるものである。

以上、二輪スタンディングバランススクーター１とバランシング車椅子２の致命的な問題点として指摘されている、走行中、破裂によるチッピング走行の問題点について説明した。このような破裂を始めとした外力によるチッピング走行の問題点により、二輪バランススクーターの多様な長所にもかかわらず、広く普及されていない実情であった。

本発明では、走行中、破裂を始めとした外力にもかかわらず、走行の直進性が維持され続ける走行方法を提案することにより、本発明の属する技術の分野において長い間、解決していなかった難題に対して効果的な解決策を提示しようとする。

図６は、本発明におけるジャイロセンサーの機能を説明するための流れ図である。先ず、外力にもかかわらず、セルフバランススクーターの直進走行が維持される基本的な概念を、図６を参照して説明する。図６に示すように、走行しているセルフバランススクーターの第１の車輪１０が破裂すると、コントローラ４０に搭載されたジャイロセンサーは、急に発生した破裂現象を、直進走行線Ｓと軸整列線Ａが垂直交差された状態で走行するうちに、軸整列線Ａに異常が発生し、垂直交差された角度を外れたものと認識する。

したがって、ジャイロセンサーの感知により、破裂した第１の車輪１０は、急に回転数を向上させ、正常の第２の車輪２０は、回転数を減少させ、第１の車輪１０と第２の車輪２０の回転数を相違に設定することにより、結果として、事故直前までに設定されていた直進走行線Ｓに、第１の車輪１０と第２の車輪２０を連結する仮想の軸整列線Ａを再度垂直交差させることにより、破裂のような外力にもかかわらず、セルフバランススクーターの直進走行が可能となる。

一方、図７は、円形に示した凡例のように、先に、図４、図５に基づいて説明したバランシング車椅子２を上方からみた平面図であって、破裂のような外力発生時、走行の直進性が維持される段階を説明するための走行順序図であり、図８は、スタンディングバランススクーター１及びバランシング車椅子２の走行過程中、破裂を始めとした外力発生時、直進走行が維持される走行方法を示す段階図である。以下、図７乃至図８に基づいて、外力発生時、直進走行が維持される二輪セルフバランススクーターの走行方法について詳述する。

図７（ａ）に実線で表示された第１の車輪１０と第２の車輪２０は、太い二点鎖線で表示した仮想の軸整列線Ａに沿って一列で整列された状態である。この状態で、搭乗者は、電源を印加し、走行を準備する（Ｓ１０、電源を印加する走行準備段階）。

電源が印加された走行準備段階（Ｓ１０）において、搭乗者が体を前方または後方に傾けると、セルフバランススクーターに搭載されたジャイロセンサー等が作動されるとともに、搭乗者の重心が、傾きを基準としてコントローラ４０により実時間で判読されることにより、第１の車輪１０と第２の車輪２０は、角度による走行速度と前後進走行方向に設定され、図７（ａ）における太い一点鎖線で表示した直進走行線Ｓに沿って安定した直進走行が行われる（Ｓ２０、体を前方または後方に傾けながら、角度による走行速度及び前後進走行方向を設定して走行する走行段階）。

しかし、図７（ａ）における細い二点鎖線で表示したように、走行途中、セルフバランススクーターの第１の車輪１０が破裂すると、第２の車輪２０は、破裂した第１の車輪１０の周辺を中心軸として、図７（ａ）に矢印で示すように、急カーブ走行線Ｃに沿ってチッピング走行を行う。

このとき、本発明では、第１の車輪１０の破裂により、セルフバランススクーターが中心を失って倒れることにより、発生する車体の損傷及び搭乗者の致命的な人命損失を予防するために、

図７（ｂ）に示すように、破裂した第１の車輪１０の回転数を急速に向上させると、図７（ｂ）に矢印で示すように、正常の第２の車輪２０の周辺を中心軸として、破裂した第１の車輪１０が復旧走行線Ｒに沿ってチッピング走行を行うことにより、結果として、図７（ｂ）に表示した捩れた軸整列線Ａ'が仮想の直進走行線Ｓと垂直をなすことにより、最初走行段階において形成された直進性が維持されるようになる（Ｓ３０、一方の車輪の破裂時、破裂した車輪の回転数を向上させる事故車輪急速回転段階）。

一方、事故車輪急速回転段階（Ｓ３０）に引き続き、正常に走行する第２の車輪２０の回転数を、破裂した第１の車輪１０の回転数に合わせて低減させることにより、図７（ｂ）に示すように、捩れた軸整列線Ａ'が仮想の直進走行線Ｓと垂直をなすことにより、最初走行段階において形成された直進性が維持されるようになる（Ｓ４０、事故車輪の回転数に合わせて正常車輪の回転数を低減する正常車輪減速回転段階）。

また、図７（ｃ）に示すように、事故車輪急速回転段階（Ｓ３０）と正常車輪減速回転段階（Ｓ４０）を経て、破裂した第１の車輪１０の回転数と正常の第２の車輪２０の回転数が同一になることにより、第１の車輪１０と第２の車輪２０を一列で連結する仮想の軸整列線Ａが、仮想の直進走行線Ｓと垂直をなすとともに、セルフバランススクーターの直進性が復元される（Ｓ５０、事故車輪の回転数と正常車輪の回転数を同一に調節する両輪の回転数合わせ段階）。

一方、両輪の回転数合わせ段階（Ｓ５０）に引き続き、物理的に損傷した破裂した第１の車輪１０と正常の第２の車輪２０との回転数を持続的に合わせてゆく作業を繰り返し、図７（ｃ）に示すように、軸整列線Ａが仮想の直進走行線Ｓと持続的に垂直をなすとともに、どんな外力にもかかわらず、セルフバランススクーターの直進性が維持され続けながら走行する（Ｓ６０、両輪の回転数合わせ段階を繰り返しながら走行する回転数繰返し合わせ走行段階）。

以上のように、外力発生時に直進走行が維持される二輪セルフバランススクーターの走行方法を用いてセルフバランススクーターを運用すると、路面状態の不良または車輪そのものの不良により、第１の車輪１０が破裂しても、破裂した第１の車輪１０と正常の第２の車輪２０が互いに回転数を異にしながら、ついに、事故直前に設定されたセルフバランススクーターの直進走行線Ｓに、第１の車輪１０と第２の車輪２０を一列で連結する軸整列線Ａが垂直になるように調節することにより、セルフバランススクーターの直進性が維持され、セルフバランススクーターにおいてチッピング走行現象が根本的に遮断される。これにより、チッピング走行現象によるセルフバランススクーターの転覆の問題点と、それによる搭乗者の致命的な人命損失が事前に予防されるという顕著な効果がある。

１ スタンディングバランススクーター
２ バランシング車椅子
１０ 第１の車輪
１１ 第１のモータ
２０ 第２の車輪
２１ 第２のモータ
３０ 車輪ハウジング
３１ 足場
３２ 垂直フレーム
３３ 取っ手
４０ コントローラ
５０ サドル
Ａ、Ａ' 軸整列線
Ｃ 急カーブ走行線
Ｓ 直進走行線
Ｒ 復旧走行線
Ｓ１０ 電源を印加する走行準備段階
Ｓ２０ 体を前方または後方に傾けながら、角度による走行速度及び前後進走行方向を設定して走行する走行段階
Ｓ３０ 一方の車輪の破裂時、破裂した車輪の回転数を向上させる事故車輪急速回転段階
Ｓ４０ 事故車輪の回転数に合わせて正常車輪の回転数を低減する正常車輪減速回転段階
Ｓ５０ 事故車輪の回転数と正常車輪の回転数を同一に調節する両輪の回転数合わせ段階
Ｓ６０ 両輪の回転数合わせ段階を繰り返しながら走行する回転数繰返し合わせ走行段階

Claims (1)

1. 電源を印加する走行準備段階（Ｓ１０）と、搭乗者が、体を前方または後方に傾けながら、角度による走行速度及び前後進走行方向を設定して走行する走行段階（Ｓ２０）と、一方の車輪が破裂したとき、破裂した車輪の回転数を向上させる事故車輪急速回転段階（Ｓ３０）と、事故車輪の回転数に合わせて正常車輪の回転数を低減する正常車輪減速回転段階（Ｓ４０）と、事故車輪の回転数と正常車輪の回転数を同一に調節する両輪回転数合わせ段階（Ｓ５０）と、前記両輪回転数合わせ段階（Ｓ５０）を繰り返しながら走行する回転数繰返し合わせ走行段階（Ｓ６０）と、を含むことを特徴とする、外力発生時に直進走行が維持される二輪セルフバランススクーターの走行方法。