JP6217256B2 - 倒立型移動体 - Google Patents

Description

本発明は倒立型移動体に関する。

ユーザが搭乗して操作することが可能な倒立型移動体（倒立移動台車）が提案されている。

例えば、特許文献１では、前後に車輪を有する倒立移動台車が開示されている。この倒立移動台車は、駆動輪ではない車輪（前輪）にかかる垂直荷重の変化によって、台車の動作を制御する。

特表２００８−５１６５８２号公報

前後に車輪を有する倒立移動台車においては、以下のような課題がある。

前輪の地面接地モジュールが地面から離れることで倒立を開始する台車においては、姿勢のバランスを保つ能力が低い人が台車に乗車する場合、乗り込み時に腰が引けてしまい、台車の後方の車輪側に搭乗者の体重がかかってしまうという課題があった。

図９は、搭乗者９００が倒立移動台車９０に乗車する状態を示した図である。搭乗者９００は、倒立移動台車９０のステップに片足をかけている。通常、搭乗者９００は、搭乗時に自分自身の姿勢のバランスをとることにより、倒立移動台車９０の姿勢を中立点（安定状態）に制御する。

しかしながら、搭乗者の姿勢のバランスを保つ能力が低いと、乗り込み時（例えば、台車のステップに足をかけたような時）に搭乗者９００の腰が引き、搭乗者９００の上半身が下半身に比較して後方に傾く。搭乗者９００の姿勢に伴い、乗り込み時に倒立移動台車９０の前輪が地面から浮く（即ち倒立移動台車９０の上下方向の軸の角度が後方に傾く）ことから、倒立移動台車９０は倒立制御を開始した際に後方に急発進する。図１０は、以上の状態を示した図である。

このように、搭乗者９００の姿勢の準備ができていない（姿勢が不安定な）状態で、倒立移動台車９０の動作が行われてしまう。そのため、搭乗者９００の意図しないタイミングで倒立移動台車９０が動いてしまうことにより搭乗者９００がバランスを崩してしまう恐れがあるほか、搭乗者９００が見えない後方に台車が動くことにより搭乗者に恐怖感を与える恐れがある。

さらに、図１０に示すように、後方の急発進により、場合によっては後方の障害物９１（又は人）に倒立移動台車９０及び搭乗者９００が衝突する恐れがある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、搭乗者が安定して搭乗することが可能な倒立型移動体を提供することを目的とする。

本発明にかかる倒立型移動体は、前記倒立型移動体の地面に対する姿勢角度であって、前記倒立型移動体が地面に対して前方に傾くほど小さくなり前記倒立型移動体が地面に対して後方に傾くほど大きくなる姿勢角度を検出する姿勢検出部と、前記倒立型移動体に搭乗者が乗車したことを検出する乗車検出部と、前記倒立型移動体の倒立制御を実行する制御部と、を備える。前記倒立型移動体に搭乗者が乗車したことを前記乗車検出部が検出し、かつ、前記倒立型移動体の姿勢角度が、前記倒立型移動体が地面に対して平行の姿勢をとっているとみなされ前記倒立型移動体を停止させるように制御される角度範囲の下限よりも小さい閾値以下であることを前記姿勢検出部が検出した場合に、前記制御部は、前記倒立型移動体の倒立制御を開始し、前記倒立型移動体を前方へ移動させる。この構成により、倒立制御が実行されたときに倒立型移動体を前進する状態にすることができ、後方に動くことを防止できるため、搭乗者は倒立型移動体に安定して搭乗することができる。

本発明により、搭乗者が安定して搭乗することが可能な倒立型移動体を提供することができる。

実施の形態１にかかる倒立型移動体の構成例を示した外観図である。 実施の形態１にかかる駆動モジュールの構成例を示したブロック図である。 実施の形態１にかかる倒立型移動体の倒立中立点及び閾値を示した図である。 実施の形態１にかかる倒立型移動体が倒立した状態を示した図である。 実施の形態１にかかる倒立型移動体の制御の一例を示したフローチャートである。 実施の形態２にかかる倒立型移動体の構成例を示した外観図である。 実施の形態２にかかる倒立型移動体が倒立した状態を示した図である。 実施の形態２にかかる倒立型移動体の制御の一例を示した第１のフローチャートである。 実施の形態２にかかる倒立型移動体の制御の一例を示した第２のフローチャートである。 関連技術において、搭乗者が倒立移動台車に乗車する状態を示した第１の図である。 関連技術において、搭乗者が倒立移動台車に乗車する状態を示した第２の図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１について説明する。図１は、実施の形態１に係る倒立型移動体（倒立振り子型乗り物）の構成例を示した外観図である。倒立型移動体１０は、搭乗台１１、乗車検出センサ１２（乗車検出部）、駆動モジュール１３、地面接地モジュール１４及び地面接地モジュール１５（接地部）を備える。倒立型移動体１０には搭乗者１００が搭乗しており、倒立型移動体１０は静止した状態（静安定の状態）で、地面２００に接地している。ここでは、地面２００は平らな地面である。

搭乗台１１は、搭乗者１００が倒立型移動体１０において搭乗する部分である。なお、図１では、搭乗者１００は直立した状態で両足を搭乗台１１に乗せている。

乗車検出センサ１２は、搭乗者１００が倒立型移動体１０に搭乗したことを検出するセンサであり、搭乗台１１の上部に設けられている。乗車検出センサ１２は、搭乗者１００が倒立型移動体１０に搭乗したことを検出した場合に乗車検出スイッチ（ＳＷ）をオンに、倒立型移動体１０に搭乗していないことを検出した場合に乗車検出ＳＷをオフにする。

乗車検出センサ１２は、搭乗者１００の片足だけが搭乗台１１に乗った場合（即ち搭乗者１００の体重の一部だけが乗車検出センサ１２にかかった場合）に、搭乗者１００が倒立型移動体１０に搭乗したとは検出しないようにする。乗車検出センサ１２は、例えば、所定の閾値（搭乗者１００の体重程度）以上の荷重を検出することにより乗車検出ＳＷをオンにするようなスイッチから構成されてもよい。他の例では、乗車検出センサ１２は、荷重が測定可能であり、搭乗者１００の体重と同程度の荷重が垂直にかかったことを検出した場合に、乗車検出ＳＷをオンにするような重量計から構成されてもよい。ここで搭乗者１００の体重の情報は予め乗車検出センサ１２に記憶されている。

乗車検出センサ１２は、以上に説明した例に限られず、ソフト、ハード、又はその両方から構成することができる。

なお、乗車検出センサ１２は、搭乗者１００が搭乗したときに搭乗者１００の両足の下にあるのであれば、搭乗台１１の下部に設けられていてもよいし、搭乗台１１内部に内蔵されていてもよい。乗車検出センサ１２は、搭乗者１００の右足及び左足が搭乗台１１に乗る領域（左右の領域）にそれぞれ１つずつ設けられることにより、２つのセンサにかかる荷重を合計して測定してもよい。あるいは、搭乗者１００の右足及び左足からかかる荷重を、１つの乗車検出センサ１２で計測してもよい。

駆動モジュール１３は、倒立型移動体１０を駆動するために必要な機構が搭載されたモジュールであり、搭乗台１１の上部に設けられている。ただし、駆動モジュール１３が設けられる場所は搭乗台１１の上部に限られず、搭乗台１１の下部であってもよいし、搭乗台１１内部であってもよい。

図２は、駆動モジュール１３の構成例を示したブロック図である。駆動モジュール１３は、制御装置１６（制御部）、姿勢角度センサ１７及びモータ駆動装置１８を備える。

制御装置１６は、モータ駆動装置１８を動作させて、倒立型移動体１０の倒立制御を実行するほか、倒立型移動体１０の走行を制御する。制御装置１６は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成される。

制御装置１６は、倒立型移動体１０において倒立制御がなされている場合に、倒立型移動体１０（搭乗台１１）の傾きに応じて、倒立型移動体１０が動く向きを変更する。倒立型移動体１０の前方が地面に向かって傾いている場合には、制御装置１６は倒立型移動体１０を前方に進ませるように制御する。倒立型移動体１０の後方が地面に向かって傾いている場合には、制御装置１６は倒立型移動体１０を後方に進ませるように制御する。倒立型移動体１０の姿勢がフラット（地面２００に対して平行）な場合には、制御装置１６は倒立型移動体１０を停止させる。

姿勢角度センサ１７は、倒立型移動体１０の姿勢角度を検出する。具体的には、姿勢角度センサ１７は、倒立型移動体１０（搭乗台１１）の前後方向の角度（地面に対する角度）を検出する。換言すれば、姿勢角度センサ１７は、倒立型移動体１０のピッチ軸方向の角度を検出する。

また姿勢角度センサ１７は、予め設定された閾値（目標姿勢角度）と現在の姿勢角度を比較し、現在の姿勢角度が倒立を開始する角度であるか否かを判定する判定装置を備える。

図３は、倒立型移動体１０の倒立中立点及び判定に用いる閾値を示した外観図である。倒立中立点は、倒立型移動体１０が動的に安定な状態における倒立型移動体１０の垂直軸の方向を示すものであり、地面２００からの垂直軸の方向に位置する。この場合、倒立型移動体１０は地面に対して平行の姿勢をとっている。

閾値は、垂直軸から所定の角度だけ前後にずれた範囲の値をとることができる。例えば、地面２００からの垂直軸が、ピッチ軸方向において地面２００に対して９０°の角度にあると定義すると、閾値は（９０＋α）°〜（９０−α）°の角度をとることができる（ここでは右回りの方向を正の角度としている）。αは所定の角度であり、倒立型移動体１０の垂直軸が地面に対して（９０±α）°の角度である場合において、倒立型移動体１０は地面に対して平行の姿勢をとっているとみなせる。さらにいえば、倒立型移動体１０の垂直軸が地面に対して（９０＋α）°の角度にある場合には、倒立型移動体１０が倒立制御を行っても、倒立型移動体１０は後方にほとんど動かない。このように、閾値は地面２００に対して９０°に近い値であればよく、必ずしも９０°（倒立中立点の角度）である必要はない。以降、倒立型移動体１０の垂直軸が地面に対して（９０＋α）°〜（９０−α）°の角度である場合において、倒立型移動体１０は地面に対して略平行の姿勢をとっていると記載する。

なお、地面接地モジュール１４及び１５が平坦な地面２００に接地している場合に、倒立型移動体１０は、後部が地面２００に向かうように傾く。図１においては、倒立型移動体１０（搭乗台１１）のピッチ軸は、中立軸（地面２００に平行な軸）に対してずれている。このときの倒立型移動体１０の姿勢角度は閾値よりも大きい。

モータ駆動装置１８は、制御装置１６の制御に基づいて、倒立型移動体１０を前進又は後退させるモータを駆動させる装置である。なお、モータは、少なくとも地面接地モジュール１４に備えられている。

図１に戻り、説明を続ける。地面接地モジュール１４は、地面２００に接地され、倒立型移動体１０を支持するモジュールである。地面接地モジュール１４は、倒立型移動体１０の前部であって、搭乗台１１の下部に設けられている。地面接地モジュール１４は、倒立型移動体１０の前部かつ搭乗台１１の下部に１つだけ設けられてもよいし、複数設けられていてもよい。

地面接地モジュール１５は、地面２００に接地され、倒立型移動体１０を支持するモジュールである。地面接地モジュール１５は、倒立型移動体１０の後部であって、搭乗台１１の下部に設けられている。地面接地モジュール１５は、倒立型移動体１０の後部かつ搭乗台１１の下部に１つだけ設けられていてもよいし、複数設けられていてもよい。

図１の状態では、地面接地モジュール１４及び１５がともに地面に接地している。地面接地モジュール１４及び１５は、倒立型移動体１０が地面２００に沿って円滑に前進又は後退するための車輪を、少なくとも１つ有している。ここで地面接地モジュール１５に備えられた車輪は、地面接地モジュール１４に備えられた車輪よりも小径である。

なお、地面接地モジュール１４はアクチュエータ（駆動モータ）を備える。駆動モータは、モータ駆動装置１８により駆動される。換言すれば、地面接地モジュール１４は駆動輪を備えており、従って、倒立型移動体１０は１つ以上の駆動輪を有している。地面接地モジュール１５は、アクチュエータを備えていない。換言すれば、地面接地モジュール１５は駆動輪を備えていない。

例えば、倒立型移動体１０は、前部に２輪の駆動輪を、後部に２輪の駆動輪でない車輪を有していてもよい。ここで前部の２輪の駆動輪は、１つの地面接地モジュール１４が備えていてもよいし、２つの地面接地モジュール１４が１輪ずつ駆動輪を備えていてもよい。後部の２輪の車輪についても同様である。

以下、搭乗者１００が倒立型移動体１０に搭乗の際に、倒立型移動体１０の各部が実行する処理について説明する。制御装置１６は、以下の条件を満たした場合に、倒立型移動体１０の倒立制御を開始する。
・乗車検出センサ１２が、搭乗者が乗車したことを検出する
・姿勢角度センサ１７が、倒立型移動体１０の姿勢角度が閾値以下であることを検出する

図４は、倒立型移動体１０が倒立した状態を示した図である。この動的に安定な状態において、地面接地モジュール１４は接地しているが、地面接地モジュール１５は接地していない（即ち、倒立型移動体１０は、前方の駆動輪が接地した状態で安定している。）。図４において、倒立型移動体１０（搭乗台１１）のピッチ軸は、中立軸に対してずれていない。この状態から、倒立型移動体１０は、搭乗者１００の重心の制御に応じて、前進又は後退することができる。なお、走行中は、倒立型移動体１０は前後方向に対して動的に不安定な状態になる。

なお、搭乗者１００は、図１の状態から前方に体を預ける（図１の矢印で示しており、搭乗者１００の体重を倒立型移動体１０の前方にかける）ことにより、倒立型移動体１０を図４に示したように倒立制御させることができる。この詳細については後述する。

図５は、倒立型移動体１０の制御の一例を示したフローチャートである。以下、倒立型移動体１０の制御処理について説明する。

最初に、乗車検出センサ１２は、搭乗者１００が倒立型移動体１０に搭乗したか否かを検出し、乗車検出ＳＷを設定する。制御装置１６は、この乗車検出ＳＷを取得する（ステップＳ１１）。制御装置１６は、この乗車検出ＳＷに基づいて、搭乗者が存在しているか否かを判定する（ステップＳ１２）。

乗車検出ＳＷがオフである（即ち乗車検出センサ１２の検出結果が搭乗者の存在を示すものではない）場合（ステップＳ１２のＮｏ）、乗車検出センサ１２は再度検出処理を行い、制御装置１６は乗車検出ＳＷを取得する（ステップＳ１１）。そして制御装置１６はステップＳ１２の判定を再度実行する。

乗車検出ＳＷがオンである（即ち乗車検出センサ１２の検出結果が搭乗者の存在を示すものである）場合（ステップＳ１２のＹｅｓ）、制御装置１６は、姿勢角度センサ１７が検出した姿勢角度の情報を取得する（ステップＳ１３）。

姿勢角度センサ１７の判定装置は、姿勢角度センサ１７が検出した姿勢角度が閾値より大きいか否かを判定する（ステップＳ１４）。閾値については上述の説明の通りである。

姿勢角度センサ１７が検出した姿勢角度が閾値以下である場合には、搭乗者１００が体重を倒立型移動体１０の前方にかけることにより、倒立型移動体１０は後部を地面方向に傾けた姿勢ではなく、地面に対して略平行の姿勢をとっていると想定される（このとき、地面接地モジュール１５は地面２００から離れている。）。そのため、搭乗者１００の倒立型移動体１０への搭乗準備が完了したと考えられる。

姿勢角度が閾値より大きい場合（即ち倒立型移動体１０の後部が地面２００に向かって傾いている場合）には（ステップＳ１４のＹｅｓ）、乗車検出センサ１２は再度検出処理を行い、制御装置１６は乗車検出ＳＷを取得する（ステップＳ１１）。そして制御装置１６はステップＳ１２の判定を再度実行する。

姿勢角度が閾値以下の場合には（ステップＳ１４のＮｏ）、制御装置１６は、搭乗者１００の準備が完了したと判定し、倒立型移動体１０の倒立制御を開始する（ステップＳ１５）。これにより、倒立型移動体１０は、図４に示す状態に移行する。

なお、倒立制御開始時に倒立開始ゲインを急激に上げると、倒立型移動体１０は急に動くことが想定される。従って、制御装置１６は、倒立開始ゲインを徐々に上げる方が好ましい。

また、制御装置１６は、モータ駆動装置１８を制御することにより、地面接地モジュール１５のアクチュエータモータを駆動させる（即ち駆動輪を駆動させる）。

以上の制御処理により、搭乗者１００は、倒立型移動体１０に安定して搭乗することができる。

上述の通り、関連技術においては、姿勢のバランスを保つ能力が低い人が台車に乗車する場合、台車の後方の車輪側に搭乗者の体重がかかることで、台車が後方に動いてしまうという問題点があった。

実施の形態１にかかる倒立型移動体１０においては、倒立型移動体１０の姿勢角度が閾値より大きい場合には倒立制御がなされず、姿勢角度が閾値以下である場合（即ち倒立型移動体１０が地面に対して略平行の姿勢をとっている場合）に倒立制御がなされる。ここで、倒立型移動体１０が倒立を開始する条件である閾値を倒立中立点付近としている。そのため、倒立制御がなされたときに、倒立型移動体１０は略停止した状態にあり、後方に急発進することがない。従って、搭乗者１００は安心して倒立型移動体１０に乗車できる。

さらに、倒立型移動体１０は、搭乗者１００が搭乗前にはその後方が地面２００側に傾斜した状態である。そのため、搭乗者１００が体重を倒立型移動体１０の前方にかけて、倒立型移動体１０を地面に対して略平行の姿勢にしない限り、倒立型移動体１０の倒立は開始されない。搭乗時に搭乗者１００がバランスを崩して地面接地モジュール１４が地面２００から浮いたとしても（即ち倒立型移動体１０の後方がさらに地面２００側に傾斜しても）、倒立は開始されない。従って、搭乗者１００が意図しないタイミングでは倒立が開始されない。

なお、実施の形態１においては、閾値は（９０＋α）°〜（９０−α）°の範囲にあるとしたが、閾値は（９０−α）°より小さくてもよい。倒立型移動体１０の姿勢角度が（９０−α）°より小さい場合、倒立型移動体１０は前方が地面２００側に傾く姿勢になるため、倒立型移動体１０が倒立を開始すると、倒立型移動体１０は前方へと移動する。ここで、搭乗者１００の前方の視界は確保されているため、倒立型移動体１０が後方に動くことに比較すると、動作に伴う危険が少ないと考えられる。従って、この場合でも、搭乗者１００は倒立型移動体１０に安定して搭乗することができる。

実施の形態２
以下、図面を参照して本発明の実施の形態２について説明する。図６は、実施の形態２に係る倒立型移動体の構成例を示した外観図である。倒立型移動体２０は、搭乗台２１、乗車検出センサ２２、駆動モジュール２３、地面接地モジュール２４及び２５を備える。倒立型移動体２０には、搭乗者１００が搭乗しており、倒立型移動体２０は静止した状態（静安定の状態）で、地面２００に接地している。

搭乗台２１、乗車検出センサ２２については、実施の形態１にかかる搭乗台１１、乗車検出センサ１２と同様であるため、説明を省略する。

駆動モジュール２３は、制御装置２６、姿勢角度センサ２７（接地状態検出部）及びモータ駆動装置２８を備える。駆動モジュール２３は、倒立型移動体２０を駆動するために必要な機構が搭載されたモジュールであり、搭乗台２１の上部に設けられている。ただし、駆動モジュール２３が設けられる場所は搭乗台２１の上部に限られず、搭乗台２１の下部であってもよいし、搭乗台２１内部であってもよい。

制御装置２６は、モータ駆動装置２８を動作させて、倒立型移動体２０の倒立制御を実行するほか、倒立型移動体２０の走行を制御する。制御装置２６は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成される。

制御装置２６は、倒立型移動体２０において倒立制御がなされている場合に、倒立型移動体２０（搭乗台１１）の傾きに応じて、倒立型移動体２０が動く向きを変更する。倒立型移動体２０の前方が地面に向かって傾いている場合には、制御装置２６は倒立型移動体２０を前方に進ませるように制御する。倒立型移動体２０の後方が地面に向かって傾いている場合には、制御装置２６は倒立型移動体２０を後方に進ませるように制御する。倒立型移動体２０の姿勢がフラット（地面２００に対して平行）な場合には、制御装置２６は倒立型移動体２０を停止させる。

なお、制御装置２６は、乗車検出センサ２２及び姿勢角度センサ２７の検出結果に基づいて、搭乗者１００の乗車動作が完了したか否かを判定する。制御装置２６は、搭乗者１００の乗車動作が完了したと判定した場合には乗車検知フラグをオンに設定し、搭乗者１００の乗車動作が完了していないと判定した場合には乗車検知フラグをオフに設定する。この詳細については後述する。

姿勢角度センサ２７は、倒立型移動体２０の姿勢角度を検出する。具体的には、姿勢角度センサ２７は、倒立型移動体２０（搭乗台２１）の前後方向の角度（地面に対する角度）を検出する。換言すれば、姿勢角度センサ２７は、倒立型移動体２０のピッチ軸方向の角度を検出する。

また姿勢角度センサ２７は、地面接地モジュール２４が地面に接地しているときの倒立型移動体２０の姿勢角度を記憶する記憶装置と、記憶された姿勢角度と現在の姿勢角度とを比較して地面接地モジュール２４が地面接地状態であるか否かを判定する判定装置とを備える。姿勢角度センサ２７は、地面接地モジュール２４が地面に接地する姿勢角度を予め計測しておき、現在の姿勢角度をモニタリングすることによって、地面接地モジュール２４が接地されているか否かを検出する。

姿勢角度センサ２７は、地面接地モジュール２４が地面に接地したことを検出した場合には接地フラグをオンにし、地面接地モジュール２４が地面に接地していないことを検出した場合には接地フラグをオフにする。

モータ駆動装置２８は、制御装置２６の制御に基づいて、倒立型移動体２０を前進又は後退させるモータを駆動させる装置である。なお、モータは、少なくとも地面接地モジュール２５に備えられている。

図６に戻り、説明を続ける。地面接地モジュール２４は、地面２００に接地され、倒立型移動体２０を支持するモジュールである。地面接地モジュール２４は、倒立型移動体２０の前部であって、搭乗台２１の下部に設けられている。地面接地モジュール２４は、倒立型移動体２０の前部かつ搭乗台２１の下部に１つだけ設けられてもよいし、複数設けられていてもよい。

ここで、地面接地モジュール２４は直方体状のバーにより構成されている。地面接地モジュール２４を車輪以外のもので構成することにより、地面接地モジュール２４の接地時の静摩擦力を大きくすることができる。そのため、接地時に倒立型移動体２０が不意に動作することを抑制することができる。

地面接地モジュール２５は、地面２００に接地され、倒立型移動体２０を支持するモジュールである。地面接地モジュール２５は、倒立型移動体２０の後部であって、搭乗台２１の下部に設けられている。地面接地モジュール２５は、倒立型移動体２０の後部かつ搭乗台２１の下部に１つだけ設けられていてもよいし、複数設けられていてもよい。

図６の状態では、地面接地モジュール２４及び２５がともに地面に接地している。地面接地モジュール２５は、倒立型移動体２０が地面２００に沿って円滑に前進又は後退するための車輪を、少なくとも１つ有している。

また、地面接地モジュール２５はアクチュエータ（駆動モータ）を備える。駆動モータは、モータ駆動装置２８により駆動される。換言すれば、地面接地モジュール２５は駆動輪を備えており、従って、倒立型移動体２０は１つ以上の駆動輪を有している。

なお、地面接地モジュール２４及び２５が平坦な地面２００に接地している場合に、倒立型移動体２０は、いわゆる前のめりの状態になる。つまり、倒立型移動体２０は、接地の際に前方が地面２００側の方向に傾斜する。

以下、搭乗者１００が倒立型移動体２０に搭乗の際に、倒立型移動体２０の各部が実行する処理について説明する。以下の条件を満たした場合に、制御装置２６は倒立型移動体２０の倒立制御を開始する。
・乗車検出センサ２２が、搭乗者が乗車したことを検出する
・地面接地モジュール２４が地面に接地した状態から離れたことを姿勢角度センサ２７が検出する

図７は、倒立型移動体２０が倒立した状態を示した図である。この動的に安定な状態において、地面接地モジュール２５は接地しているが、地面接地モジュール２４は接地していない。この状態から、倒立型移動体２０は、搭乗者１００の重心の制御に応じて、前進又は後退することができる。なお、走行中は、倒立型移動体２０は前後方向に対して動的に不安定な状態になる。

図８Ａ及び図８Ｂは、倒立型移動体２０の制御の一例を示したフローチャートである。以下、倒立型移動体２０の制御処理について説明する。

最初に、乗車検出センサ２２は、搭乗者１００が倒立型移動体２０に搭乗したか否かを検出し、乗車検出ＳＷを設定する。制御装置２６は、この乗車検出ＳＷを取得する（ステップＳ２１）。制御装置２６は、この乗車検出ＳＷに基づいて、搭乗者が存在しているか否かを判定する（ステップＳ２２）。

乗車検出ＳＷがオフである（即ち乗車検出センサ２２の検出結果が搭乗者の存在を示すものではない）場合（ステップＳ２２のＮｏ）、乗車検出センサ２２は再度検出処理を行い、制御装置２６は乗車検出ＳＷを取得する（ステップＳ２１）。そして制御装置２６はステップＳ２２の判定を再度実行する。

乗車検出ＳＷがオンである（即ち乗車検出センサ２２の検出結果が搭乗者の存在を示すものである）場合（ステップＳ２２のＹｅｓ）、制御装置２６は、姿勢角度センサ２７が検出した地面接地モジュール２４の地面２００への接地状態についての情報を取得する（ステップＳ２３）。

制御装置２６は、姿勢角度センサ２７が設定した接地フラグがオンであるか否かを判定する（ステップＳ２４）。

姿勢のバランスを保つ能力が低い人が搭乗者１００として倒立型移動体２０に乗車するような場合、乗車の際に倒立型移動体２０が揺れることにより、接地フラグがオフになることが想定される。搭乗者１００が倒立型移動体２０上で姿勢のバランスを保つことができた場合（即ち搭乗者１００の乗車動作が完了した場合）には、接地フラグはオンとなる。

接地フラグがオンでない場合（即ち搭乗者１００の乗車動作が完了していない場合）には、乗車検出センサ２２は再度検出処理を行い、制御装置２６は乗車検出ＳＷを取得する（ステップＳ２１）。そして制御装置２６はステップＳ２２の判定を再度実行する。

接地フラグがオンである場合（即ち搭乗者１００の乗車動作が完了した場合）には、制御装置２６は、乗車検知フラグをオフからオンにする（ステップＳ２５）。

次に、制御装置２６は、搭乗者１００が倒立型移動体２０に搭乗したか否かを示す乗車検出ＳＷを再度取得する（ステップＳ２６）。制御装置１６は、この乗車検出ＳＷに基づいて、搭乗者が存在しているか否かを判定する（ステップＳ２７）。

これらの処理がなされる理由は、搭乗者１００の乗車動作が完了したと判定された場合でも、搭乗者１００が既に存在していない可能性があるためである。搭乗者１００が既に存在していない場合には、倒立型移動体２０が倒立制御をする必要がなくなる（倒立制御の処理が無駄になってしまう）。

乗車検出ＳＷがオフである（即ち乗車検出センサ２２の検出結果が搭乗者の存在を示すものではない）場合（ステップＳ２７のＮｏ）、制御装置２６は、乗車検知フラグをオンからオフに設定し直す（ステップＳ２８）。そして、乗車検出センサ２２は再度検出処理を行い、制御装置２６は乗車検出ＳＷを取得する（ステップＳ２１）。

乗車検出ＳＷがオンである（即ち乗車検出センサ２２の検出結果が搭乗者の存在を示すものである）場合（ステップＳ２７のＹｅｓ）、制御装置２６は、姿勢角度センサ２７が検出した地面接地モジュール２４の地面２００への接地状態についての情報を取得する（ステップＳ２９）。

制御装置２６は、接地フラグがオンからオフに変化したか否かを判定する（ステップＳ３０）。ここで、制御装置２６は、搭乗者１００が地面接地モジュール２４を接地状態から地面２００に接地していない状態に変化させたか否か（搭乗者１００が倒立型移動体２０を動かそうとして倒立型移動体２０の前方を持ち上げるように体重のバランスをとっているか否か）を判定している。換言すれば、制御装置２６は、搭乗者１００の乗車準備動作が完了したか否かを判定している。

接地フラグがオンのままである場合には（ステップＳ３０のＮｏ）、制御装置２６は、搭乗者１００が倒立型移動体２０に搭乗したか否かを示す乗車検出ＳＷを再度取得する（ステップＳ２６）。

接地フラグがオフに変化した場合には（ステップＳ３０のＹｅｓ）、制御装置２６は、時間をおかずに倒立型移動体２０の倒立制御を開始する（ステップＳ３１）。これにより、倒立型移動体２０は、図７に示す状態に移行する。なお、制御装置２６は、モータ駆動装置２８を制御することにより、地面接地モジュール２５のアクチュエータモータを駆動させる（即ち駆動輪を駆動させる）。

以上の制御処理により、搭乗者１００は、倒立型移動体２０に安定して搭乗することができる。

実施の形態２にかかる倒立型移動体２０は、地面接地モジュール２４が地面２００に接地している状態を検出した後、地面接地モジュール２４が地面２００から離れたときに、初めて倒立制御を開始する。換言すれば、利用者が倒立型移動体２０を操縦する準備が確認された後に、倒立型移動体２０の倒立制御が開始される。そのため、搭乗者１００が乗り込む途中で倒立型移動体２０の後方が地面２００側に傾いても、倒立型移動体２０が倒立制御を行うことはない。

さらに、倒立型移動体２０は前方が地面２００側に傾いたままの姿勢で倒立を開始するため、倒立型移動体２０は前方へと移動する。ここで、搭乗者１００の前方の視界は確保されているため、倒立型移動体１０が後方に動くことに比較すると、動作に伴う危険が少ないと考えられる。そのため、利用者がバランスを崩すことを防ぐことができる。なお、制御装置２６は、倒立型移動体２０の後方が地面２００側に傾く前に、倒立を開始する必要がある。

本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

例えば、実施の形態１において、地面接地モジュール１５は地面接地モジュール２４と同様、直方体状のバーにより構成されていてもよい。逆に、実施の形態２における地面接地モジュール２４は、バーで構成されていなくてもよく、車輪を少なくとも１つ有していてもよい。その場合、地面接地モジュール２４に備えられた車輪は、地面接地モジュール２５に備えられた車輪よりも大径である。

実施の形態１における処理のフロー（図５）において、ステップＳ１２とステップＳ１３との間に、「地面接地モジュール１５が地面２００に接地した状態が一定時間以上継続したか否か」を制御装置１６が判定するフローがあってもよい。ここで姿勢角度センサ１７は、検出した角度が、地面接地モジュール１５が接地時の角度と略等しいか否かを判定することにより、地面接地モジュール１５が地面２００に接地しているか否かを判定する。地面接地モジュール１５が接地時の角度は予め姿勢角度センサ１７に記録されている。制御装置１６は姿勢角度センサ１７の検出結果に基づいて、地面２００に接地している時間をカウントする。

姿勢のバランスを保つ能力が低い人が搭乗者１００として倒立型移動体１０に乗車するような場合、乗車の際に倒立型移動体１０が揺れることにより、地面接地モジュール１５が地面２００に接地している状態と接地していない状態が短い時間に切り替わることが想定される。搭乗者１００が倒立型移動体１０上で姿勢のバランスを保つことができた場合（即ち搭乗者１００の乗車動作が完了した場合）には、地面接地モジュール１５が地面２００に一定時間以上接地した状態となる。

地面接地モジュール１５が地面２００に接地している時間が一定時間未満である場合（即ち搭乗者１００の乗車動作が完了していない場合）には、乗車検出センサ１２は再度検出処理を行い、制御装置１６は乗車検出ＳＷを取得する（ステップＳ１１）。そして制御装置１６はステップＳ１２の判定を再度実行する。地面接地モジュール１５が地面２００に接地している時間が一定時間以上である場合（即ち搭乗者１００の乗車動作が完了した場合）には、ステップＳ１３以降の処理が実行される。以上の処理を実行することにより、倒立型移動体１０は搭乗者１００の準備が完了したか否かをより確実に判定した上で倒立制御を行うため、搭乗者１００はより安定して倒立型移動体１０に搭乗することができる。

実施の形態２においても、処理のフロー（図８Ａ）において、ステップＳ２４で「一定時間以上接地フラグがオンの状態が継続したか否か」を判定してもよい。この場合に姿勢角度センサ２７は、検出した角度が、地面接地モジュール２４が接地時の角度と略等しいか否かを判定することにより、地面接地モジュール２４が地面２００に接地しているか否かを判定する。地面接地モジュール２４が接地時の角度は予め姿勢角度センサ２７に記録されている。制御装置２６は姿勢角度センサ２７の検出結果に基づいて、地面２００に接地している時間をカウントする。他は上述の説明と同様なので説明を省略する。

実施の形態２の処理フロー（図８Ｂ）においては、ステップＳ２９及びステップＳ３０の代わりに、姿勢角度センサ２７が検出した姿勢角度の情報を制御装置２６が取得し、姿勢角度が閾値よりも大きいか否かを判定してもよい。姿勢角度が閾値以下である場合にはステップＳ３０の処理が実行され、閾値よりも大きい場合にはステップＳ２６の処理が実行される。なお、閾値の定義は実施の形態１にて説明した通りである。

実施の形態２において地面接地モジュール２４の接地状態を検出するのは姿勢角度センサ２７でなくてもよい。例えば、乗車検出センサ２２が搭乗台２１に搭乗した搭乗者１００の重心位置を検出することにより、地面接地モジュール２４に荷重がかかっているか（即ち地面接地モジュール２４が地面に接地しているか）否かを判定してもよい。乗車検出センサ２２は、倒立型移動体２０の前方に搭乗者１００の重心がある場合に接地フラグをオンとし、倒立型移動体２０の後方に搭乗者１００の重心がある場合に接地フラグをオフとする。

また、地面接地モジュール２４の接地面に、地面接地モジュール２４が地面に接地したか否かを検出可能な接地検出センサが設けられていてもよい。この接地検出センサにより所定の荷重が検出された場合には、接地検出センサは地面接地モジュール２４が地面に接地したことを検出する。なお、接地検出センサは、地面接地モジュール２４がどの箇所で地面に接地しても接地を検出できるよう、十分な数を地面接地モジュール２４に設けてもよい。接地検出センサは、地面接地モジュール２４が地面に接地したことを検出した場合には接地フラグをオンにし、地面接地モジュール２４が地面に接地していないことを検出した場合には接地フラグをオフにする。以上のようにしても、実施の形態２において地面接地モジュール２４の接地状態を検出することができる。

実施の形態２の処理フロー（図８Ａ、図８Ｂ）においては、ステップＳ２３〜ステップＳ２８（又はステップＳ２６〜ステップＳ２８）の処理は必須ではなく、省略してもよい。

１０ 倒立型移動体
１１ 搭乗台
１２ 乗車検出センサ
１３ 駆動モジュール
１４、１５ 地面接地モジュール
１６ 制御装置
１７ 姿勢角度センサ
１８ モータ駆動装置
２０ 倒立型移動体
２１ 搭乗台
２２ 乗車検出センサ
２３ 駆動モジュール
２４、２５ 地面接地モジュール
２６ 制御装置
２７ 姿勢角度センサ
２８ モータ駆動装置

Claims (1)

1. 倒立を実行する倒立型移動体であって、
   前記倒立型移動体の地面に対する姿勢角度であって、前記倒立型移動体が地面に対して前方に傾くほど小さくなり前記倒立型移動体が地面に対して後方に傾くほど大きくなる姿勢角度を検出する姿勢検出部と、
   前記倒立型移動体に搭乗者が乗車したことを検出する乗車検出部と、
   前記倒立型移動体の倒立制御を実行する制御部と、を備え、
   前記倒立型移動体に搭乗者が乗車したことを前記乗車検出部が検出し、かつ、前記倒立型移動体の姿勢角度が、前記倒立型移動体が地面に対して平行の姿勢をとっているとみなされ前記倒立型移動体を停止させるように制御される角度範囲の下限よりも小さい閾値以下であることを前記姿勢検出部が検出した場合に、前記制御部は、前記倒立型移動体の倒立制御を開始し、前記倒立型移動体を前方へ移動させる、
   倒立型移動体。

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