JP6055392B2 - 倒立振子制御型移動体 - Google Patents

Description

この発明は、倒立振子制御型移動体に関する。

従来、基体により回転可能に支持された主輪と、スイングアーム機構によって主輪の回転中心周りに回転可能に取り付けられた尾輪と、スイングアームの回転を規制するストッパと、を備えた車両が知られている（例えば、特許文献１参照）。
さらに、従来、停止時および乗降時に基体の倒れ込みの荷重を支持するスタンド機構を備える移動体が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１３−１２９４１４号公報 特開２０１１−０６３２４３号公報

ところで、上記従来技術に係る移動体において、スタンド機構は基体が後方に倒れ込もうとするモーメント荷重を支えるように機能するが、基体全体の後方への回転を安定的に支えることはできない虞がある。
これに対して、上記従来技術に係る車両のように、スイングアーム機構に接続された尾輪を設けて、スイングアームの回転をストッパによって規制したとしても、ストッパは基体に固定されているので、基体全体の後方への適宜の回転は許容されており、乗員の乗降および着座動作時における安定的な支持が困難になる虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、自立制御時および走行制御時などの制御時における適正な姿勢制御を実行可能としつつ、停止時および乗降時などの非制御時における安定的な姿勢維持を確保することが可能な倒立振子制御型移動体を提供することを目的としている。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る倒立振子制御型移動体は、移動面（例えば、実施形態での移動面Ｓ）上で全方向に駆動可能な第１駆動部（例えば、実施形態での第１駆動部１３）と、前記第１駆動部を回転可能に支持するフレーム部（例えば、実施形態でのフレーム部１２）と、前記第１駆動部の回転中心周りにリンク部（例えば、実施形態でのリンク部１４）を介して回転可能に取り付けられた第２駆動部（例えば、実施形態での第２駆動部１５）と、前記リンク部の前記回転中心周りの第１方向（例えば、実施形態での後進回転方向）の回転を規制する第１規制部（例えば、実施形態での第１固定規制部５１ａ）と、前記リンク部の前記回転中心周りの第２方向（例えば、実施形態での前進回転方向）の回転を規制する第２規制部（例えば、実施形態での第２可動規制部５４ａ）と、非制御時に前記フレーム部を支持する支持部（例えば、実施形態での支持部１７）と、を備える倒立振子制御型移動体であって、前記支持部を前記移動面から離すと同時に前記第１規制部と前記第２規制部との間隔を拡大させる第１動作と、前記支持部を前記移動面に接触させると同時に前記第１規制部と前記第２規制部との間隔を縮小させる第２動作と、を操作する操作部（例えば、実施形態での操作部１６）と、を備える。

（２）上記（１）に記載の倒立振子制御型移動体では、前記支持部は、前記第１動作の実行時に乗員を支持するステップとして機能し、前記第２動作の実行時に前記フレーム部を支持するスタンドとして機能してもよい。

（３）上記（１）または（２）に記載の倒立振子制御型移動体では、前記第１駆動部は、前記フレーム部によって少なくとも前記第１方向および前記第２方向に回転可能に支持される主輪（例えば、実施形態での主輪２０）を備え、前記第２規制部は、前記主輪の回転中心周りに回転可能に取り付けられており、前記操作部は、前記第１動作において前記第２規制部を前記主輪の前記第２方向に回転させることによって前記第１規制部と前記第２規制部との間隔を拡大させ、前記第２動作において前記第２規制部を前記主輪の前記第１方向に回転させることによって前記第１規制部と前記第２規制部との間隔を縮小させてもよい。

（４）上記（１）から（３）の何れか１つに記載の倒立振子制御型移動体では、前記操作部は、前記支持部および前記第２規制部に機械的に連結されてもよい。

上記（１）に記載の態様に係る倒立振子制御型移動体によれば、操作部によって、移動面に対する支持部の接触有無と、第１規制部と前記第２規制部との間隔とを、同期的に操作することができる。これにより、後傾姿勢を許容する自立制御時および走行制御時などの制御時（第１動作の実行時）における適正な姿勢制御を実行可能としつつ、後傾姿勢を規制する停止時および乗降時などの非制御時（第２動作の実行時）における安定的な姿勢維持を確保することができる。

さらに、上記（２）の場合、非制御時にフレーム部を支持する箇所を、リンク部に連結された第２駆動部の他に追加する際に、支持部をステップとしての機能に加えて、スタンドとして機能させるので、部品点数の増加を防止することができる。

さらに、上記（３）の場合、第１方向を主輪の後進回転方向かつ第２方向を主輪の前進回転方向とすれば、自立制御時および走行制御時などの制御時（第１動作の実行時）には第２規制部によって後傾姿勢が許容され、停止時および乗降時などの非制御時（第２動作の実行時）には第２規制部によって後傾姿勢が規制される。つまり、操作部によって、主輪の回転中心周りの第２規制部の回転を操作するだけで、姿勢状態を容易に切り替えることができる。

さらに、上記（４）の場合、操作部に連結される機械要素（例えば、カムおよびケーブルなど）を、支持部および第２規制部で共用することができ、部品点数の増加を防止しつつ、支持部および第２規制部を同期的に操作することができる。

本発明の実施形態に係る倒立振子制御型移動体の構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る倒立振子制御型移動体の操作部に連結された機械的機構を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る倒立振子制御型移動体の操作部の状態を模式的に示す図であり、（Ａ）は操作部の初期状態を示し、（Ｂ）は操作部の中立状態を示し、（Ｃ）は操作部のロック状態を示す。 本発明の実施形態に係る倒立振子制御型移動体の主輪の回転中心周りの機械的構成を模式的に示す分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る倒立振子制御型移動体の支持部の状態を模式的に示す図であり、（Ａ）は支持部の自立制御時および走行制御時の状態を示し、（Ｂ）は支持部のスタンドロックの状態を示し、（Ｃ）は支持部のアームロックの状態を示す。 本発明の実施形態に係る倒立振子制御型移動体の主輪の回転中心周りのリンク部の回転可能角（つまり、倒立振子制御型移動体の傾動可能角）を示す図である。 本発明の実施形態に係る倒立振子制御型移動体の支持部の動作モードの状態を模式的に示す図であり、（Ａ）は支持部のステップモードの状態を示し、（Ｂ）は支持部のモード切替中の状態を示し、（Ｃ）は支持部のスタンドモードの状態を示す。 本発明の実施形態の変形例に係る倒立振子制御型移動体の支持部の動作モードの状態を模式的に示す図であり、（Ａ）は支持部のスタンドモードの状態を示し、（Ｂ）は支持部のモード切替中の状態を示し、（Ｃ）は支持部のステップモードの状態を示す。

以下、本発明の一実施形態に係る倒立振子制御型移動体について添付図面を参照しながら説明する。

本実施の形態による倒立振子制御型移動体１０は、図１に示すように、乗員が着座する座席部１１と、フレーム部１２と、移動面Ｓ上で全方向に駆動可能な第１駆動部１３と、第１駆動部１３の回転中心周りにリンク部１４を介して回転可能に取り付けられた第２駆動部１５と、操作部１６と、支持部１７と、を備えている。
座席部１１は、フレーム部１２の上端部に固定されている。座席部１１は、座席部１１に着座した乗員が前後左右などの任意方向に重心移動可能に形成されている。

第１駆動部１３は、フレーム部１２によって少なくとも第１方向（後進回転方向）および第２方向（前進回転方向）に回転可能に支持される主輪２０を備えている。主輪２０は、トーラス体を成す円環状の芯体２１と、この芯体２１の円周方向（つまり芯体２１の回転軸周り方向であって、トーラス体の大円の円周方向）に所定角度間隔で並ぶようにして芯体２１に装着された複数の円環状のローラ２２と、を備えている。各ローラ２２は、各ローラ２２の回転軸を芯体２１の円周方向に向けて、各ローラ２２の内周面がトーラス体の小円の円周方向に沿って配置されるようにして芯体２１に装着されている。各ローラ２２は、芯体２１の回転軸Ｏ周りに芯体２１と一体に回転可能であるとともに、芯体２１の横断面の中心軸（つまり芯体２１の回転軸Ｏを中心とする円周軸であって、トーラス体の大円の円周）周りに回転可能とされている。

第１駆動部１３は、主輪２０を駆動するアクチュエータとして、芯体２１の内周側において各ローラ２２の外周面を芯体２１の回転軸Ｏの両側（つまり左右方向の両側）から挟み込むようにして配置された左右のアクチュエータ２３を備えている。左右のアクチュエータ２３の各々は、左右のプーリ２４およびベルト２５の各々を介して左右の電動モータ２６の出力軸の各々に接続されている。これにより左右のアクチュエータ２３の各々は、左右の電動モータ２６の各々から伝達される動力によって主輪２０を駆動する。

より詳細には、主輪２０は、芯体２１の回転軸Ｏを移動面Ｓに平行とした状態で芯体２１の鉛直方向下方に位置するローラ２２を介して移動面Ｓに接触した状態で左右のアクチュエータ２３の各々によって駆動される。
例えば、左右の電動モータ２６によって左右のアクチュエータ２３の各々に同方向かつ同一速度の回転駆動力が伝達されると、各ローラ２２は芯体２１の回転軸Ｏ周りの第１方向（後進回転方向）または第２方向（前進回転方向）に回転移動する。これに伴い、主輪２０および芯体２１は、芯体２１の回転軸Ｏ周りの第１方向（後進回転方向）または第２方向（前進回転方向）に回転する。これにより倒立振子制御型移動体１０は、移動面Ｓ上で倒立振子制御型移動体１０の後退方向または前進方向（つまり芯体２１の回転軸Ｏの直交方向）に移動する。なお、この場合、各ローラ２２は芯体２１の横断面の中心軸周りに回転しない。

また、例えば、左右の電動モータ２６によって左右のアクチュエータ２３の各々に逆方向かつ同一速度の回転駆動力が伝達されると、各ローラ２２は芯体２１の横断面の中心軸周りに回転する。これに伴い、主輪２０および芯体２１は、芯体２１の回転軸Ｏの方向（つまり左方向または右方向）に移動する。これにより倒立振子制御型移動体１０は、移動面Ｓ上で倒立振子制御型移動体１０の左方向または右方向に移動する。なお、この場合、主輪２０および芯体２１は芯体２１の回転軸Ｏ周りに回転しない。

また、例えば、左右の電動モータ２６によって左右のアクチュエータ２３の各々に異なる速度で同方向または逆方向の回転駆動力が伝達されると、各ローラ２２は、芯体２１の回転軸Ｏ周りの第１方向（後進回転方向）または第２方向（前進回転方向）に回転移動するとともに、芯体２１の横断面の中心軸周りに回転する。これに伴い、主輪２０および芯体２１は、左右のアクチュエータ２３に作用する回転速度ベクトルの差に応じた移動方向に移動する。これにより倒立振子制御型移動体１０は、移動面Ｓ上で主輪２０の移動方向と同一方向に移動する。

第２駆動部１５は、フレーム部１２によって第１駆動部１３の回転中心周りに回転可能に支持された左右のリンク部１４に接続されている。各リンク部１４は、例えば、第１駆動部１３の回転中心から鉛直方向下方かつ後方側に向かい伸びるアーム部１４ａと、アーム部１４ａに対して屈曲して後方側に向かい伸びる屈曲部１４ｂと、を備えている。この屈曲部１４ｂは、倒立振子制御型移動体１０の自立制御時および走行制御時などの制御時において移動面Ｓに非接触であるとともに、倒立振子制御型移動体１０の停止時および乗降時などの非制御時において移動面Ｓに接触可能に形成されている。
第２駆動部１５は、屈曲部１４ｂの後端部に連結され、主輪２０の後方側で移動面Ｓに接触して移動面Ｓ上で全方向に駆動可能な副輪（図示略）と、副輪を駆動する電動モータ（図示略）と、を備えている。

操作部１６は、図２および図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、座席部１１に着座した乗員により操作されるレバー３１と、レバー３１に左右のリンク機構３２を介して連結された左右のケーブル３３と、左右のケーブル３３の各々によって左右のリンク機構３２の各々に連結された左右の規制機構３４と、を備えている。

レバー３１は、フレーム部１２に固定された回転軸３１ａによって回転軸３１ａ周りに回転可能に支持されている。
各リンク機構３２は、リンクコンプ４１と、接続リンク４２と、リンクアーム４３と、ケーブルアーム４４と、アームスプリング４５と、を備えている。
リンクコンプ４１は、レバー３１に一体に固定されているとともに、可動回転軸４１ａによって回転可能に接続リンク４２に連結されている。接続リンク４２は、可動回転軸４２ａによって回転可能にリンクアーム４３に連結されている。リンクアーム４３は、フレーム部１２に固定された回転軸４３ａ周りに回転可能に支持されている。リンクアーム４３は、リンクアーム４３の回転に伴って回転軸４３ａ周りに回転移動する先端部４３ｂをケーブルアーム４４に接触させており、ケーブルアーム４４を回転駆動可能である。ケーブルアーム４４は、フレーム部１２に固定された回転軸４４ａ周りに回転可能に支持されている。ケーブルアーム４４は、ケーブルアーム４４の回転に伴って回転軸４４ａ周りに回転移動する先端部４４ｂがケーブル３３に接続されている。アームスプリング４５は、ケーブルアーム４４に回転軸４４ａ周りの回転駆動力を付与する。

操作部１６は、図３（Ｂ）に示す中立状態を介して、図３（Ａ）に示す初期状態と図３（Ｃ）に示すロック状態との間で移行可能とされている。
図３（Ａ）に示す初期状態は、ケーブル３３がケーブルアーム４４によって引かれていない状態である。ケーブルアーム４４は、先端部４４ｂをケーブル３３の押し込み方向に向かわせるような回転軸４４ａ周りの回転駆動力がアームスプリング４５によって付与されている。この回転軸４４ａ周りの回転駆動力に対して、リンクアーム４３の先端部４３ｂはケーブルアーム４４に接触して、回転軸４４ａ周りのケーブルアーム４４の回転を規制している。

図３（Ｂ）に示す中立状態は、レバー３１が回転軸３１ａ周りに回転することに伴って、ケーブル３３がケーブルアーム４４によって引かれている状態である。
図３（Ａ）に示す初期状態から図３（Ｂ）に示す中立状態に移行する場合、ケーブルアーム４４は、先端部４４ｂをケーブル３３の引き出し方向に向かわせるような回転軸４４ａ周りの回転駆動力が、アームスプリング４５による回転駆動力に抗って、リンクアーム４３の先端部４３ｂによって付与される。リンクアーム４３は、先端部４３ｂによってケーブルアーム４４を回転軸４４ａ周りに回転させるための回転軸４３ａ周りの回転駆動力が、接続リンク４２およびリンクコンプ４１を介してレバー３１によって付与される。
図３（Ｂ）に示すように、アームスプリング４５の両端を結ぶ直線Ｌ１が回転軸４４ａの中心を含む状態は、アームスプリング４５によってケーブルアーム４４に付与される回転軸４４ａ周りの回転駆動力がゼロとなっている。

図３（Ｃ）に示すロック状態は、ケーブル３３がケーブルアーム４４によって引き出されまま保持されている状態である。図３（Ｂ）に示す中立状態から図３（Ｃ）に示すロック状態に移行する場合、ケーブルアーム４４は、先端部４４ｂをケーブル３３の引き出し方向に向かわせるような回転軸４４ａ周りの回転駆動力が、アームスプリング４５およびリンクアーム４３の先端部４３ｂによって付与される。リンクアーム４３は、先端部４３ｂによってケーブルアーム４４を回転軸４４ａ周りに回転させるための回転軸４３ａ周りの回転駆動力が、接続リンク４２およびリンクコンプ４１を介してレバー３１によって付与される。

図３（Ｃ）に示すロック状態は、リンクアーム４３の先端部４３ｂと回転軸４３ａとを結ぶ直線Ｌ２と、リンクアーム４３の先端部４３ｂが接触するケーブルアーム４４の表面４４Ａとの交差角θが、９０°（直角）を跨いで変化した状態である。このとき、リンクアーム４３の先端部４３ｂは、ケーブルアーム４４に接触して、ケーブルアーム４４が先端部４４ｂをケーブル３３の押し込み方向に向かわせるように回転軸４４ａ周りに回転することを規制している。

各規制機構３４は、図４および図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、リンクピボットプレート５１と、カム５２と、カムリターンスプリング５３と、リミッタプレート５４と、リミッタリターンスプリング５５と、スタンドリンクプレート５６と、を備えている。

リンクピボットプレート５１は、フレーム部１２に固定されている。リンクピボットプレート５１は、第１駆動部１３の回転中心周りに回転可能に支持されたリンク部１４の第１方向（つまり、芯体２１の回転軸Ｏ周りの後進回転方向）の回転を規制する第１固定規制部５１ａと、リンク部１４の第２方向（つまり、芯体２１の回転軸Ｏ周りの前進回転方向）の回転を規制する第２固定規制部５１ｂと、を備えている。

第１固定規制部５１ａは、リンク部１４のアーム部１４ａの第１方向側の表面１４Ａに接触可能に設けられ、倒立振子制御型移動体１０の自立制御時および走行制御時などの制御時と、倒立振子制御型移動体１０の停止時および乗降時などの非制御時とにおける、倒立振子制御型移動体１０の所定の基準姿勢に対する前傾可能範囲を規定する。
第２固定規制部５１ｂは、リンク部１４のアーム部１４ａの第２方向側の表面１４Ｂに接触可能に設けられ、倒立振子制御型移動体１０の自立制御時および走行制御時などの制御時における、倒立振子制御型移動体１０の所定の基準姿勢に対する後傾可能範囲を規定する。例えば、第２固定規制部５１ｂは、倒立振子制御型移動体１０の後方転倒を防止する後傾可能範囲を規定する。

カム５２は、リンクピボットプレート５１に固定された回転軸５２ａ周りに回転可能に支持されているとともに、この回転軸５２ａ周りに回転移動する第１端部５２ｂおよび第２端部５２ｃのうち第１端部５２ｂがケーブル３３に接続されている。また、カム５２は、第２端部５２ｃをリミッタプレート５４およびスタンドリンクプレート５６に接触させており、リミッタプレート５４およびスタンドリンクプレート５６を第１駆動部１３の回転中心周りに回転駆動可能である。

カムリターンスプリング５３は、リンクピボットプレート５１と、カム５２の回転軸５２ａから第２端部５２ｃ側にずれた位置とに接続され、カム５２に回転軸５２ａ周りの回転駆動力、特に、リンク機構３２のケーブルアーム４４の先端部４４ｂをケーブル３３の押し込み方向に向かわせるような回転駆動力を付与する。

リミッタプレート５４は、主輪２０の芯体２１の回転軸Ｏ周りに回転可能に支持されている。リミッタプレート５４は、カム５２の第２端部５２ｃが接触する表面５４Ａにカム５２から押圧力が入力されることによって、第１方向（つまり、芯体２１の回転軸Ｏ周りの後進回転方向）に回転駆動される。
リミッタプレート５４は、リミッタプレート５４の回転に伴って回転軸Ｏ周りに回転移動する第２可動規制部５４ａおよびスタンドスイッチ５４ｂを備えている。

第２可動規制部５４ａは、第１駆動部１３の回転中心周りに回転可能に支持されたリンク部１４の第２方向（つまり、芯体２１の回転軸Ｏ周りの前進回転方向）の回転を規制する。第２可動規制部５４ａは、リンク部１４のアーム部１４ａの第２方向側の表面１４Ｂに接触可能に設けられ、倒立振子制御型移動体１０の停止時および乗降時などの非制御時における、倒立振子制御型移動体１０の所定の基準姿勢に対する後傾可能範囲を規定可能である。例えば、第２可動規制部５４ａは、リンク部１４のアーム部１４ａの第２方向側の表面１４Ｂに接触して、アーム部１４ａを回転軸Ｏ周りの第１方向に回転駆動し、リンク部１４の屈曲部１４ｂを移動面Ｓに接触させる。これにより第２可動規制部５４ａは、倒立振子制御型移動体１０の後傾を規制する。
スタンドスイッチ５４ｂは、後述するスタンドリンクプレート５６のスイッチ部５６ａに接触可能に設けられ、このスイッチ部５６ａとの接触有無に応じてＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。

リミッタリターンスプリング５５は、リンクピボットプレート５１と、リミッタプレート５４において回転軸Ｏから第２可動規制部５４ａ側にずれた位置とに接続され、リミッタプレート５４およびリミッタプレート５４のピン５４ｃを介してスタンドリンクプレート５６に回転軸Ｏ周りの回転駆動力、特に、回転軸Ｏ周りの第２方向の回転駆動力を付与する。

スタンドリンクプレート５６は、スタンドリンクプレート５６の回転に伴って回転軸Ｏ周りに回転移動するスイッチ部５６ａを備えるとともに、スタンドリンクプレート５６の回転に伴って回転軸Ｏ周りに回転移動する端部５６ｂが後述するスタンドアーム６１に連結されている。
スイッチ部５６ａは、リミッタプレート５４のスタンドスイッチ５４ｂに接触可能に設けられ、このスタンドスイッチ５４ｂとの接触有無に応じてスタンドスイッチ５４ｂのＯＮ／ＯＦＦを切り替える。
スタンドリンクプレート５６は、リミッタプレート５４のピン５４ｃが装着されるピン装着部５６ｃを備え、このピン装着部５６ｃに装着されたリミッタプレート５４のピン５４ｃを介して、リミッタリターンスプリング５５の復元力で回転軸Ｏ周りの第２方向に回転駆動される。

支持部１７は、操作部１６の左右の規制機構３４の各々に連結された左右のスタンドアーム６１と、左右のスタンドアーム６１の各々に連結された左右のスタンドリンク機構６２と、左右のスタンドリンク機構６２の各々に連結された左右のステップ兼スタンド６３と、を備えている。

各スタンドアーム６１は、各スタンドリンクプレート５６と各スタンドリンク機構６２とを接続するように設けられている。各スタンドアーム６１は、各スタンドリンクプレート５６の端部５６ｂにおいて可動回転軸６１ａによって回転可能に各スタンドリンクプレート５６に連結されている。各スタンドアーム６１は、各スタンドリンク機構６２において可動回転軸６２ａによって回転可能に各スタンドリンク機構６２に連結されている。

各スタンドリンク機構６２は、フレーム部１２に固定された回転軸６２ｂによって回転軸６２ｂ周りに回転可能に支持されている。各スタンドリンク機構６２は、各スタンドリンク機構６２の回転に伴って回転軸６２ｂ周りに回転する端部６２ｃが各ステップ兼スタンド６３に固定されており、この端部６２ｃと共に各ステップ兼スタンド６３を回転軸６２ｂ周りに回転駆動可能である。

左右の規制機構３４の各々は、操作部１６の操作状態の変化に応じて、図５（Ａ）に示す自立制御時および走行制御時の状態と、図５（Ｂ）に示すスタンドロックの状態と、図５（Ｃ）に示すアームロックの状態と、に移行可能とされている。

図５（Ａ）に示す自立制御時および走行制御時の状態は、カム５２の第１端部５２ｂがケーブル３３によって引かれていない状態であり、図３（Ａ）に示す操作部１６の初期状態に対応する。カム５２は、リンク機構３２のケーブルアーム４４の先端部４４ｂをケーブル３３の押し込み方向に向かわせるような回転軸５２ａ周りの回転駆動力がカムリターンスプリング５３によって付与されている。

リミッタプレート５４は、第２可動規制部５４ａを回転軸Ｏ周りの第２方向に回転させる回転駆動力がリミッタリターンスプリング５５によって付与されている。これによりリミッタプレート５４は、第２可動規制部５４ａを、リンク部１４のアーム部１４ａの第２方向側の表面１４Ｂから離間させた状態で、リンクピボットプレート５１の第２固定規制部５１ｂよりも所定のクリアランス分だけ回転軸Ｏ周りの第２方向側にずらして位置させている。すなわち、リミッタプレート５４は、リンクピボットプレート５１の第１固定規制部５１ａと第２可動規制部５４ａとの間隔を拡大させている。これによりリンク部１４のアーム部１４ａは、図６に示すステップモード回転可能角の範囲で回転可能である。つまり、リンク部１４のアーム部１４ａは、回転軸Ｏ周りの第２方向側にリンクピボットプレート５１の第２固定規制部５１ｂの位置まで回転可能であるとともに、回転軸Ｏ周りの第１方向側にリンクピボットプレート５１の第１固定規制部５１ａの位置まで回転可能である。これに伴い、倒立振子制御型移動体１０は、所定の基準姿勢に対して、リンク部１４のアーム部１４ａが第２固定規制部５１ｂに接触するまで後傾可能であり、リンク部１４のアーム部１４ａが第１固定規制部５１ａに接触するまで前傾可能である。

なお、図５（Ａ）に示す自立制御時および走行制御時の状態では、リミッタプレート５４のスタンドスイッチ５４ｂは、スタンドリンクプレート５６のスイッチ部５６ａが接触することによってＯＮとされている。

スタンドリンクプレート５６は、スタンドアーム６１が連結された端部５６ｂを回転軸Ｏ周りの第２方向に回転させる回転駆動力（つまり、スタンドアーム６１を後方に引く駆動力）が、リミッタプレート５４のピン５４ｃを介して、リミッタリターンスプリング５５の復元力によって付与されている。これによりスタンドリンクプレート５６は、スタンドアーム６１およびスタンドリンク機構６２を介してステップ兼スタンド６３に、図７（Ａ）に示すステップモードの姿勢状態を維持するような回転軸６２ｂ周りの回転駆動力を付与する。
図７（Ａ）に示すステップモードにおいて、左右のステップ兼スタンド６３の各々は、乗員を支持するステップとして機能する。各ステップ兼スタンド６３は、移動面Ｓから離間した非接触の状態で乗員の足が載せられる表面６３Ａを、倒立振子制御型移動体１０の左右方向を軸としたピッチ方向の上方に所定角度だけ傾けて、回転軸Ｏに平行な左右方向の外方に向かい突出している。

図５（Ｂ）に示すスタンドロックの状態は、操作部１６のレバー３１が回転軸３１ａ周りに回転することに伴って、カム５２の第１端部５２ｂがケーブル３３によって引かれている状態であり、図３（Ａ）に示す操作部１６の初期状態から図３（Ｃ）に示す操作部１６のロック状態までの間の状態に対応する。
図５（Ａ）に示す自立制御時および走行制御時の状態から図５（Ｂ）に示すスタンドロックの状態に移行する場合、カム５２は、第２端部５２ｃによってリミッタプレート５４およびスタンドリンクプレート５６を回転軸Ｏ周りの第１方向に回転させるための回転軸５２ａ周りの回転駆動力が、カムリターンスプリング５３の駆動力に抗って、ケーブル３３によって付与される。リミッタプレート５４は、第２可動規制部５４ａを、回転軸Ｏ周りの第１方向に回転させるための回転駆動力が、リミッタリターンスプリング５５の駆動力に抗って、カム５２の第２端部５２ｃによって付与される。これにより第２可動規制部５４ａは、リンク部１４のアーム部１４ａの第２方向側の表面１４Ｂに接触するとともに、必要に応じてアーム部１４ａを回転軸Ｏ周りの第１方向に回転駆動する。スタンドリンクプレート５６は、端部５６ｂを回転軸Ｏ周りの第１方向に回転させて、スタンドアーム６１を前方に押し出すための回転軸Ｏ周りの第１方向の回転駆動力が、カム５２の第２端部５２ｃによって付与される。これによりスタンドリンクプレート５６は、スタンドアーム６１およびスタンドリンク機構６２を介してステップ兼スタンド６３に、図７（Ａ）に示すステップモードの姿勢状態から、図７（Ｂ）に示すモード切替中の姿勢状態を経て、図７（Ｃ）に示すスタンドモードの姿勢状態へと移行するような回転軸６２ｂ周りの回転駆動力を付与する。

図５（Ｂ）に示すスタンドロックの状態は、図７（Ｃ）に示すスタンドモードにおいて、左右のステップ兼スタンド６３の各々が、フレーム部１２を支持するスタンドとして機能する姿勢状態を維持する状態である。この状態は、カム５２の第２端部５２ｃと回転軸５２ａとを結ぶ直線Ｌ３と、カム５２の第２端部５２ｃが接触するスタンドリンクプレート５６の表面５６Ａとの交差角αが、９０°（直角）となる状態である。このとき、カム５２は、スタンドリンクプレート５６が回転軸Ｏ周りに回転することを規制している。これにより各ステップ兼スタンド６３は、スタンドリンクプレート５６の回転軸Ｏ周りの回転がカム５２によって規制されていることに応じて、表面６３Ａに乗員の足が載せられない程度に表面６３Ａを傾けた状態を維持している。さらに、各ステップ兼スタンド６３は、図７（Ａ）に示すステップモードで倒立振子制御型移動体１０のカバー１０Ａの収容部１０ａに収容されていた支持端部６３ａを左右方向の外方に向かい突出させて、この支持端部６３ａを移動面Ｓに接触可能な姿勢状態を維持している。

図５（Ｃ）に示すアームロックの状態は、操作部１６のレバー３１が回転軸３１ａ周りに回転することに伴って、カム５２の第１端部５２ｂがケーブル３３によって引かれたまま保持されている状態であり、図３（Ｃ）に示す操作部１６のロック状態に対応する。

図５（Ｂ）に示すスタンドロックの状態から図５（Ｃ）に示すアームロックの状態に移行する場合、カム５２は、第２端部５２ｃによってリミッタプレート５４を回転軸Ｏ周りの第１方向に回転させるための回転軸５２ａ周りの回転駆動力が、カムリターンスプリング５３の駆動力に抗って、ケーブル３３によって付与される。リミッタプレート５４は、第２可動規制部５４ａによってリンク部１４のアーム部１４ａを回転軸Ｏ周りの第１方向の所定位置（アームロック閾位置）まで回転させるための回転駆動力が、リミッタリターンスプリング５５の駆動力に抗って、カム５２の第２端部５２ｃによって付与される。これによりリミッタプレート５４は、リンク部１４の屈曲部１４ｂを移動面Ｓに接触させるとともに、倒立振子制御型移動体１０の後傾を規制する。スタンドリンクプレート５６は、回転軸Ｏ周りの回転がカム５２によって規制されることによって、各ステップ兼スタンド６３を図７（Ｃ）に示すスタンドモードの姿勢状態に維持する。つまり、カム５２の第２端部５２ｃと回転軸５２ａとを結ぶ直線Ｌ３と、カム５２の第２端部５２ｃが接触するスタンドリンクプレート５６の表面５６Ａとの交差角αが、９０°（直角）となる状態が維持される。

図５（Ｃ）に示すアームロックの状態は、カム５２の第２端部５２ｃと回転軸５２ａとを結ぶ直線Ｌ３と、カム５２の第２端部５２ｃが接触するリミッタプレート５４の表面５４Ａとの交差角βが、９０°（直角）となる状態である。このとき、カム５２は、リミッタプレート５４を回転軸Ｏ周りの第２方向に回転させるようにリミッタリターンスプリング５５によって付与される回転駆動力を支えて、リミッタプレート５４が回転軸Ｏ周りの第２方向に回転することを規制している。これによりカム５２は、リンク部１４のアーム部１４ａの回転軸Ｏ周りの所定位置（アームロック閾位置）から第２方向への回転をリミッタプレート５４が規制する状態を維持させる。すなわち、図６に示すように、リミッタプレート５４は、図５（Ａ）に示す自立制御時および走行制御時に比べて、リンクピボットプレート５１の第１固定規制部５１ａに対して第２可動規制部５４ａまでの間隔を縮小させ、回転軸Ｏ周りのリンク部１４の回転可能角（スタンドモード回転可能角）を小さくしている。これに伴い、倒立振子制御型移動体１０は、図５（Ａ）に示す自立制御時および走行制御時に比べて、後傾可能範囲（つまり、傾動可能角）がより小さく規制されている。

なお、図５（Ｃ）に示すアームロックの状態では、リミッタプレート５４のスタンドスイッチ５４ｂは、スタンドリンクプレート５６のスイッチ部５６ａが離間することによってＯＦＦとされている。
スタンドスイッチ５４ｂのＯＮ／ＯＦＦは、制御装置（図示略）による制御の切り換えに用いられる。
制御装置は、スタンドスイッチ５４ｂがＯＮの状態では、倒立振子制御型移動体１０の自立制御および走行制御などの制御を実行する。制御装置は、スタンドスイッチ５４ｂがＯＮからＯＦＦに切り換えられると、倒立振子制御型移動体１０の自立制御および走行制御などの制御を終了し、前傾制御を開始する。制御装置は、前傾制御によって倒立振子制御型移動体１０を前傾させることによって、各ステップ兼スタンド６３の支持端部６３ａを移動面Ｓに接触させる。これにより各ステップ兼スタンド６３は倒立振子制御型移動体１０を支持する。
制御装置は、倒立振子制御型移動体１０が各ステップ兼スタンド６３によって支持される状態を維持したまま前傾制御を終了し、倒立振子制御型移動体１０の停止および乗員の乗降を許容する非制御の状態に移行する。

本実施の形態による倒立振子制御型移動体１０は上記構成を備えており、次に、この倒立振子制御型移動体１０の動作について説明する。

以下に、倒立振子制御型移動体１０の後傾姿勢を規制する停止時および乗降時などの非制御時から、倒立振子制御型移動体１０の後傾姿勢を許容する自立制御時および走行制御時などの制御時に移行する際の第１動作について説明する。
先ず、倒立振子制御型移動体１０の非制御時において、操作部１６のロック状態を解除するようにして、乗員によりレバー３１が操作されると、操作部１６のアームスプリング４５およびカムリターンスプリング５３の各復元力によって、操作部１６から規制機構３４にケーブル３３が押し込まれる。
そして、ケーブル３３を介して規制機構３４のカム５２が回転駆動されると、カム５２によるリミッタプレート５４およびスタンドリンクプレート５６の回転規制が解除される。そして、リミッタリターンスプリング５５の復元力によって、リミッタプレート５４およびスタンドリンクプレート５６が回転軸Ｏ周りの第２方向に回転駆動される。
ここで、リミッタプレート５４が回転軸Ｏ周りの第２方向に回転すると、第２可動規制部５４ａがリンクピボットプレート５１の第１固定規制部５１ａから離間して、第２可動規制部５４ａと第１固定規制部５１ａとの間隔が拡大する。そして、リミッタプレート５４のスタンドスイッチ５４ｂは、スタンドリンクプレート５６のスイッチ部５６ａが接触することによってＯＮとされ、自立制御および走行制御などが実行される倒立振子制御型移動体１０の制御時に移行する。これに加えて、スタンドリンクプレート５６が回転軸Ｏ周りの第２方向に回転すると、支持部１７のスタンドアーム６１を介してステップ兼スタンド６３が回転駆動され、ステップ兼スタンド６３がスタンドモードからステップモードの姿勢状態に移行する。

以下に、倒立振子制御型移動体１０の後傾姿勢を許容する自立制御時および走行制御時などの制御時から、倒立振子制御型移動体１０の後傾姿勢を規制する停止時および乗降時などの非制御時に移行する際の第２動作について説明する。
先ず、倒立振子制御型移動体１０の自立制御時および走行制御時などの制御時において、操作部１６をロック状態に移行させるようにして、乗員によりレバー３１が操作されると、アームスプリング４５およびカムリターンスプリング５３の各復元力に抗って、操作部１６により規制機構３４からケーブル３３が引き出される。
そして、ケーブル３３を介して規制機構３４のカム５２が回転駆動されると、リミッタリターンスプリング５５の復元力に抗って、カム５２によりリミッタプレート５４およびスタンドリンクプレート５６が回転軸Ｏ周りの第１方向に回転駆動される。
ここで、リミッタプレート５４が回転軸Ｏ周りの第１方向に回転すると、第２可動規制部５４ａがリンクピボットプレート５１の第１固定規制部５１ａに接近して、第２可動規制部５４ａと第１固定規制部５１ａとの間隔が縮小する。これに加えて、スタンドリンクプレート５６が回転軸Ｏ周りの第１方向に回転すると、支持部１７のスタンドアーム６１を介してステップ兼スタンド６３が回転駆動され、ステップ兼スタンド６３がステップモードからスタンドモードの姿勢状態に移行する。
そして、リミッタプレート５４のスタンドスイッチ５４ｂは、スタンドリンクプレート５６のスイッチ部５６ａが離れることによってＯＦＦとされ、倒立振子制御型移動体１０の停止および倒立振子制御型移動体１０に対する乗員の乗降などが行なわれる倒立振子制御型移動体１０の非制御時に移行する。

上述したように、本実施形態による倒立振子制御型移動体１０によれば、レバー３１によって、移動面Ｓに対するステップ兼スタンド６３の接触有無と、リンクピボットプレート５１の第１固定規制部５１ａとリミッタプレート５４の第２可動規制部５４ａとの間隔とを、同期的に操作することができる。これにより、後傾姿勢を許容する自立制御時および走行制御時などの制御時（第１動作の実行時）における適正な姿勢制御を実行可能としつつ、後傾姿勢を規制する停止時および乗降時などの非制御時（第２動作の実行時）における安定的な姿勢維持を確保することができる。

さらに、非制御時にフレーム部１２を支持する箇所を、リンク部１４に連結された第２駆動部１５の他に追加する際に、ステップ兼スタンド６３をステップとしての機能に加えて、スタンドとして機能させるので、部品点数の増加を防止することができる。
さらに、自立制御時および走行制御時などの制御時にはリミッタプレート５４の第２可動規制部５４ａによって後傾姿勢が許容され、停止時および乗降時などの非制御時にはリミッタプレート５４の第２可動規制部５４ａによって後傾姿勢が規制される。つまり、レバー３１によって、リミッタプレート５４の第２可動規制部５４ａの回転軸Ｏ周りの回転を操作するだけで、姿勢状態を容易に切り替えることができる。
さらに、レバー３１に連結される機械要素（例えば、カム５２およびケーブル３３など）を、ステップ兼スタンド６３および第２可動規制部５４ａで共用することができ、部品点数の増加を防止しつつ、ステップ兼スタンド６３および第２可動規制部５４ａを同期的に操作することができる。

さらに、非制御時において、左右のステップ兼スタンド６３の各々は表面６３Ａに乗員の足が載せられない程度に表面６３Ａを傾けた状態を維持しているので、乗員が移動面Ｓ上に足を置いた安定姿勢をとるように促すことができる。これにより、乗員の安定姿勢が維持された状態でスタンドモードからステップモードへとスムースに移行することができる。

上述の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上述の新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上述の実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、上述した実施形態において、支持部１７は、左右のステップ兼スタンド６３を回転軸６２ｂ周りに回転させることによって、ステップモードの姿勢状態とスタンドモードの姿勢状態とに切り替えるとしたが、これに限定されず、他の機構が採用されてもよい。
例えば、図８（Ａ）〜（Ｃ）に示す変形例において、支持部１７は、倒立振子制御型移動体１０の左右方向の外方に向かい突出するステップ部７１およびスキッド部７２を備えている。ステップ部７１は、表面７１Ａに乗員の足が載せられる状態と表面７１Ａに乗員の足が載せられない程度まで傾斜した状態との間で変位可能に支持部材７３により支持されている。スキッド部７２は、支持部材７３に一体に固定され、支持部材７３の昇降に応じて移動面Ｓから離間する状態と移動面Ｓに接触する状態との間で変位可能とされている。

この変形例において、図８（Ａ）に示すスタンドモードの姿勢状態では、ステップ部７１は表面７１Ａに乗員の足が載せられない程度まで傾斜し、スキッド部７２は移動面Ｓに接触している。図８（Ｂ）に示すモード切替中の姿勢状態では、ステップ部７１は表面７１Ａの傾斜量を変化させ、スキッド部７２は移動面Ｓからの離間量を変化させる。図８（Ｃ）に示すステップモードの姿勢状態では、ステップ部７１は表面７１Ａに乗員の足が載せられる状態となり、スキッド部７２は移動面Ｓから所定距離だけ離間している。

１０ 倒立振子制御型移動体
１２ フレーム部
１３ 第１駆動部
１４ リンク部
１６ 操作部
１７ 支持部
２０ 主輪
５１ａ 第１固定規制部（第１規制部）
５４ａ 第２可動規制部（第２規制部）

Claims (4)

1. 移動面上で全方向に駆動可能な第１駆動部と、
   前記第１駆動部を回転可能に支持するフレーム部と、
   前記第１駆動部の回転中心周りにリンク部を介して回転可能に取り付けられた第２駆動部と、
   前記リンク部の前記回転中心周りの第１方向の回転を規制する第１規制部と、
   前記リンク部の前記回転中心周りの第２方向の回転を規制する第２規制部と、
   非制御時に前記フレーム部を支持する支持部と、
   を備える倒立振子制御型移動体であって、
   前記支持部を前記移動面から離すと同時に前記第１規制部と前記第２規制部との間隔を拡大させる第１動作と、前記支持部を前記移動面に接触させると同時に前記第１規制部と前記第２規制部との間隔を縮小させる第２動作と、を操作する操作部と、
   を備える、
   ことを特徴とする倒立振子制御型移動体。
2. 前記支持部は、
   前記第１動作の実行時に乗員を支持するステップとして機能し、前記第２動作の実行時に前記フレーム部を支持するスタンドとして機能する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の倒立振子制御型移動体。
3. 前記第１駆動部は、前記フレーム部によって少なくとも前記第１方向および前記第２方向に回転可能に支持される主輪を備え、
   前記第２規制部は、前記主輪の回転中心周りに回転可能に取り付けられており、
   前記操作部は、
   前記第１動作において前記第２規制部を前記主輪の前記第２方向に回転させることによって前記第１規制部と前記第２規制部との間隔を拡大させ、
   前記第２動作において前記第２規制部を前記主輪の前記第１方向に回転させることによって前記第１規制部と前記第２規制部との間隔を縮小させる、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の倒立振子制御型移動体。
4. 前記操作部は、前記支持部および前記第２規制部に機械的に連結されている、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１つに記載の倒立振子制御型移動体。