JP6256327B2 - 倒立台車、倒立台車の制御方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は倒立台車、倒立台車の制御方法及びプログラムに関する。

台車上に搭乗者が乗車した状態で、台車に設けられた駆動車輪を制御することにより倒立状態を維持する制御（倒立制御）を行う装置が知られている。このような装置では、例えば特許文献１に記載されているように、搭乗者が乗車状態か否かを判定し、この判定結果を装置の制御に用いることがある。

例えば、特許文献１では、搭乗者が搭乗可能な車体の搭乗部に、搭乗者の各足の載置を個別に検出するステップセンサを設け、搭乗者の一方の足が搭乗部に載置されたことを検出すると倒立制御を開始する技術が開示されている。

特開２０１４−０８８０５４号公報

このように搭乗者が乗車状態か非乗車状態であるかに基づいて制御を行う場合、搭乗者の乗車の判定をどのように行うかによって装置の動作が異なるため、乗車判定が利便性に影響を及ぼす。このため、搭乗者の利便性に鑑みて乗車判定を適切に行うことが求められている。

本発明は、上記した事情を背景としてなされたものであり、より利便性が高くなるよう搭乗者の乗車についての判定を行うことができる倒立台車、倒立台車の制御方法及びプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、車輪の駆動により倒立状態を維持する倒立台車であって、搭乗者の一方の足を載置可能な第１載置部と、前記一方の足の載置を、前記第１載置部の複数の位置で検出する第１検出手段と、前記搭乗者の他方の足を載置可能な第２載置部と、前記他方の足の載置を、前記第２載置部の複数の位置で検出する第２検出手段と、前記搭乗者の乗車判定を行う乗車判定手段と、前記乗車判定手段により乗車状態と判定されている場合に、前記車輪の駆動を制御する制御手段と、を有し、前記乗車判定手段は、乗車状態と判定していないときに、少なくとも前記第１検出手段が前記一方の足が載置されようとする領域に含まれる全ての検出位置で載置を検出した場合、又は少なくとも前記第２検出手段が前記他方の足が載置されようとする領域に含まれる全ての検出位置で載置を検出した場合、乗車状態と判定し、乗車状態と判定後は、前記第１検出手段が全ての検出位置で載置を検出せず、かつ、前記第２検出手段が全ての検出位置で載置を検出しない場合に非乗車状態へと判定を変更する倒立台車である。
この一態様において、前記制御手段は、前記乗車判定手段により乗車状態と判定されている場合に、倒立状態を維持する制御を行ってもよい。
この一態様において、地面と接することにより前記倒立台車を安定させる接地部と、前記接地部による安定状態であるか否かを判定する安定判定手段とをさらに有し、前記制御手段は、前記乗車判定手段により乗車状態と判定され、かつ、前記安定判定手段により前記接地部による安定状態ではないと判定された場合に、倒立状態を維持する制御を行ってもよい。
この一態様において、前記第１検出手段は、前記一方の足の前方部分の前記第１載置部への載置を検出する第１検出センサと、前記一方の足の後方部分の前記第１載置部への載置を検出する第２検出センサとにより載置を検出し、前記第２検出手段は、前記他方の足の前方部分の前記第２載置部への載置を検出する第３検出センサと、前記他方の足の後方部分の前記第２載置部への載置を検出する第４検出センサとにより載置を検出してもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、搭乗者の一方の足を載置可能な第１載置部と、前記搭乗者の他方の足を載置可能な第２載置部とを備え、車輪の駆動により倒立状態を維持する倒立台車の制御方法であって、前記一方の足の載置を、前記第１載置部の複数の位置で検出するステップと、前記他方の足の載置を、前記第２載置部の複数の位置で検出するステップと、前記搭乗者の乗車判定を行うステップと、乗車状態と判定されている場合に、前記車輪の駆動を制御するステップとを有し、前記乗車判定を行うステップは、乗車状態と判定していないときに、少なくとも前記第１載置部の前記一方の足が載置されようとする領域に含まれる全ての検出位置で載置を検出したとき、又は少なくとも前記第２載置部の前記他方の足が載置されようとする領域に含まれる全ての検出位置で載置を検出した場合、乗車状態と判定し、乗車状態と判定後は、前記第１載置部の全ての検出位置で載置を検出せず、かつ、前記第２載置部の全ての検出位置で載置を検出しない場合に非乗車状態へと判定を変更する倒立台車の制御方法であってもよい。
この一態様において、前記車輪の駆動を制御するステップは、前記乗車判定を行うステップで乗車状態と判定されている場合に、倒立状態を維持する制御を行ってもよい。
この一態様において、地面と接することにより前記倒立台車を安定させる接地部による安定状態であるか否かを判定するステップをさらに有し、前記車輪の駆動を制御するステップは、前記乗車判定を行うステップで乗車状態と判定され、かつ、前記安定状態であるか否かを判定するステップで前記接地部による安定状態ではないと判定された場合に、倒立状態を維持する制御を行ってもよい。
この一態様において、前記第１載置部の複数の位置で検出するステップは、前記一方の足の前方部分の前記第１載置部への載置を検出する第１検出センサと、前記一方の足の後方部分の前記第１載置部への載置を検出する第２検出センサとにより載置を検出し、前記第２載置部の複数の位置で検出するステップは、前記他方の足の前方部分の前記第２載置部への載置を検出する第３検出センサと、前記他方の足の後方部分の前記第２載置部への載置を検出する第４検出センサとにより載置を検出してもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、搭乗者の一方の足を載置可能な第１載置部と、前記搭乗者の他方の足を載置可能な第２載置部とを備え、車輪の駆動により倒立状態を維持する倒立台車のコンピュータに、前記一方の足の載置を、前記第１載置部の複数の位置で検出するステップと、前記他方の足の載置を、前記第２載置部の複数の位置で検出するステップと、前記搭乗者の乗車判定を行うステップと、乗車状態と判定されている場合に、前記車輪の駆動を制御するステップとを実行させ、前記乗車判定を行うステップは、乗車状態と判定していないときに、少なくとも前記第１載置部の前記一方の足が載置されようとする領域に含まれる全ての検出位置で載置を検出したとき、又は少なくとも前記第２載置部の前記他方の足が載置されようとする領域に含まれる全ての検出位置で載置を検出した場合、乗車状態と判定し、乗車状態と判定後は、前記第１載置部の全ての検出位置で載置を検出せず、かつ、前記第２載置部の全ての検出位置で載置を検出しない場合に非乗車状態へと判定を変更するプログラムであってもよい。

本発明によれば、より利便性が高くなるよう搭乗者の乗車についての判定を行うことができる倒立台車、倒立台車の制御方法及びプログラムを提供することができる。

実施の形態１にかかる倒立台車の外観を模式的に示す側面図である。 実施形態１にかかる搭乗台の載置部を模式的に示す平面図である。 実施形態１にかかる倒立台車が接地部による自立により安定状態となっている様子を模式的に示す側面図である。 実施の形態１にかかる倒立台車の機能構成の一例を示すブロック図である。 乗車判定部の判定条件の一例を示した表である。 乗車判定部の動作の一例について示すフローチャートである。 実施の形態１にかかる制御部の動作の一例について示すフローチャートである。 実施の形態２にかかる倒立台車の機能構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態２にかかる制御部の動作の一例について示すフローチャートである。

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にかかる倒立台車１の外観を模式的に示す側面図である。倒立台車１は、同軸の２つの駆動車輪である車輪１１が設けられた台車１０と、搭乗台２０と、接地部３０と、本体部４０とを備える。倒立台車１は、車輪１１の駆動により倒立状態を維持するよう構成されている。倒立台車１は、例えば、搭乗者がバランスをとる練習を行うために用いられるが、用途はこれに限定されない。

搭乗台２０は、台車１０の上面に設けられており、搭乗者２が搭乗する部分である。搭乗台２０は、図２に示すように、搭乗者２の左足が載置可能な第１載置部としての左足載置部２１ａと、搭乗者２の右足が載置可能な第２載置部としての右足載置部２１ｂとを有する。

左足載置部２１ａには、左足の載置を検出する左載置検出センサ２２ａ、２３ａが設けられている。左載置検出センサ２２ａは、左足の前方部分（すなわち、左足のつま先側の部分）の左足載置部２１ａへの載置を検出する。左載置検出センサ２３ａは、左足の後方部分（すなわち、左足のかかと側の部分）の左足載置部２１ａへの載置を検出する。
このように、左載置検出センサ２２ａ及び左載置検出センサ２３ａは、第１載置部の複数の位置で一方の足の載置を検出する第１検出手段として機能する。

右足載置部２１ｂには、右足の載置を検出する右載置検出センサ２２ｂ、２３ｂが設けられている。右載置検出センサ２２ｂは、右足の前方部分（すなわち、右足のつま先側の部分）の右足載置部２１ｂへの載置を検出する。右載置検出センサ２３ｂは、右足の後方部分（すなわち、右足のかかと側の部分）の右足載置部２１ｂへの載置を検出する。
このように、右載置検出センサ２２ｂ及び右載置検出センサ２３ｂは、第２載置部の複数の位置で他方の足の載置を検出する第２検出手段として機能する。

ここで、左載置検出センサ２２ａ、２３ａ及び右載置検出センサ２２ｂ、２３ｂは、光学的、磁気的、電気的等の様々な手法にて構成することが可能であり、その具体的な構成は任意である。例えば、左載置検出センサ２２ａ、２３ａ及び右載置検出センサ２２ｂ、２３ｂは、それぞれ、重量センサにより構成されており、重量センサにより搭乗者２の足が乗っているか否かを検出し、足が乗っている場合に足検知信号を制御装置４３に対して出力してもよい。

接地部３０は、図３に示されるように、台車１０の例えば下面に設けられ、地面３と接することにより倒立台車１を安定させる。このため、接地部３０が、地面３と接している場合には、倒立台車１は、倒立制御が停止していても自立することができる。つまり、接地部３０による自立時には、接地部３０が地面に接し、倒立台車を支持することとなる。ここで、倒立台車１の状態が接地部３０による安定状態であるか否かは、後述する姿勢角度センサ４１の検出に基づいて判定される。なお、倒立制御がなされている際、接地部３０は基本的に地面と接触せず、車輪１１だけが地面と接触することとなる。

次に、本体部４０について、図４を参照しながら説明する。図４に示されるように、本体部４０は、姿勢角度センサ４１と、駆動装置４２と、制御装置４３とを有する。

姿勢角度センサ４１は、倒立台車１の姿勢角度を検出する。具体的には、姿勢角度センサ４１は、少なくとも倒立台車１の前後方向の姿勢の角度（ピッチ角）を検出する。なお、ここで前後方向とは車輪１１の回転により移動する方向であり、図１の図面上の左右方向に相当する。姿勢角度センサ４１は、倒立台車１の姿勢角度を検出することができればよく、公知の任意の構成により実現される。例えば、姿勢角度センサ４１は、例えば、ジャイロセンサや加速度センサにより姿勢角度を検出する。
姿勢角度センサ４１による検出結果は、後述する制御装置４３に出力される。

駆動装置４２は、モータなどの駆動機構を備え、車輪１１を駆動する。駆動装置４２は、後述する制御装置４３から入力された制御信号に基づいて駆動し、車輪１１を回転動作させる。

制御装置４３は、乗車判定部４３１と、安定判定部４３２と、制御部４３３とを有し、倒立台車１を制御する装置である。制御装置４３は、例えば、演算処理、制御処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵによって実行される演算プログラム、制御プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などからなるメモリ、などを含むマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ、及びメモリは、データバスなどを介して相互に接続されている。

乗車判定部４３１は、左足載置部２１ａ及び右足載置部２１ｂにおける足の載置の検出結果に基づいて、搭乗者２の乗車判定を行う。すなわち、乗車判定部４３１は、左載置検出センサ２２ａ、２３ａ、右載置検出センサ２２ｂ、２３ｂの検出結果から、搭乗者２が倒立台車１に乗車した乗車状態であるか、搭乗者２が倒立台車１に乗車していない非乗車状態であるかを判定する。乗車判定部４３１は、判定結果を制御部４３３に通知する。

以下、乗車判定部４３１による判定の詳細について説明する。
乗車判定部４３１は、まず、少なくとも左足載置部２１ａにおける載置についての全ての検出位置（左足が載置されようとする領域に含まれる全ての検出位置）で足の載置を検出した場合、又は少なくとも右足載置部２１ｂにおける載置についての全ての検出位置（右足が載置されようとする領域に含まれる全ての検出位置）で足の載置を検出した場合、乗車状態と判定し、それら以外の場合には非乗車状態と判定する。すなわち、乗車状態と判定されていない場合、乗車判定部４３１は、次のような判定を行う。なお、乗車状態と判定されていない場合とは、直近の乗車判定部４３１による判定が非乗車状態である場合のほか、乗車判定部４３１によりいずれの判定もなされていない状況の場合（すなわち、初期状態の場合）を含む。乗車状態と判定されていない場合、乗車判定部４３１は、左載置検出センサ２２ａ、左載置検出センサ２３ａ、右載置検出センサ２２ｂ、右載置検出センサ２３ｂのうち、少なくとも左載置検出センサ２２ａ及び左載置検出センサ２３ａが足検知信号を出力すると、乗車状態と判定する。また、乗車状態と判定されていない場合、乗車判定部４３１は、左載置検出センサ２２ａ、左載置検出センサ２３ａ、右載置検出センサ２２ｂ、右載置検出センサ２３ｂのうち、少なくとも右載置検出センサ２２ｂ及び右載置検出センサ２３ｂが足検知信号を出力すると、乗車状態と判定する。

また、乗車判定部４３１は、乗車状態と判定後は、左足載置部２１ａにおける載置についての全ての検出位置で足の載置を検出せず、かつ、右足載置部２１ｂにおける載置についての全ての検出位置で足の載置を検出しない場合に、非乗車状態へと判定を変更し、それ以外の場合には、乗車状態と判定する。すなわち、乗車判定部４３１は、直近の乗車判定部４３１による判定が乗車状態である場合、左載置検出センサ２２ａ、左載置検出センサ２３ａ、右載置検出センサ２２ｂ、右載置検出センサ２３ｂの全てにおいて足検知信号が出力されなくなると、乗車判定を乗車状態から非乗車状態へと変更する。

図５は、乗車判定部４３１の上述の判定条件について具体的に示した表である。図５に示されるように、現在の判定、すなわち直近の乗車判定部４３１の判定において、乗車状態と判定されていない場合と、乗車状態と判定されている場合とで、異なる判定基準を用いて乗車判定が行われる。なお、以下の説明において、乗車状態と判定されていない場合に適用される判定基準（図５の上半分に対応する判定基準）を第１判定基準と言い、乗車状態と判定されている場合に適用される判定基準（図５の下半分に対応する判定基準）を第２判定基準と言うことがある。

安定判定部４３２は、接地部３０が地面に接することにより倒立台車１が自立している状態、すなわち静的な安定状態であるか否かを判定する。安定判定部４３２は、姿勢角度センサ４１により検出された倒立台車１の姿勢角度に基づいて、安定状態であるか否かを判定する。具体的には、例えば、安定判定部４３２は、姿勢角度センサ４１により検出された倒立台車１の姿勢角度が、接地部３０が地面に接している場合の角度に相当する場合、倒立台車１が接地部３０の接地による安定状態であると判定し、接地部３０が地面に接している場合の角度に相当しない場合、倒立台車１が接地部３０の接地による安定状態ではないと判定する。安定判定部４３２は、判定結果を制御部４３３に通知する。

なお、本実施の形態では、安定判定部４３２は、姿勢角度センサ４１の検出結果に基づいて判定を行っているが、任意の他の方法により判定を行ってもよい。例えば、接地部３０が地面に接することにより押下されるスイッチを接地部３０に設け、このスイッチを用いて判定を行ってもよい。

制御部４３３は、倒立台車１に搭載された各種センサから出力される検出結果に基づいて、車輪１１を駆動制御するための制御信号を生成し、駆動装置４２に出力する。制御部４３３は、例えば、姿勢角度センサ４１が出力した角度情報、車輪１１の回転情報を検出する図示しない回転センサからの出力等に基づいて所定の演算処理を実行し、必要な制御信号を駆動装置４２に対して出力する。制御部４３３は、車輪１１の駆動を制御することで、例えば、倒立台車１の倒立状態を維持する制御（倒立制御）を実行する。なお、倒立制御は、制御部４３３による車輪の駆動制御の一つの態様である。

ただし、制御部４３３は、乗車判定部４３１により乗車状態と判定されている場合に、車輪１１の駆動を制御する。すなわち、制御部４３３は、駆動装置４２のサーボ制御をオンにする。また、制御部４３３は、乗車判定部４３１により乗車状態と判定され、かつ、安定判定部４３２により接地部３０の接地による安定状態ではないと判定された場合に、倒立状態を維持する制御を行う。

乗車判定部４３１により乗車状態と判定され、かつ、安定判定部４３２により接地部３０の接地による安定状態であると判定されている場合には、制御部４３３は、車輪１１が静止しつづけるよう駆動制御を行う。具体的には、例えば、制御部４３３は、車輪１１の速度が０となるようサーボ制御を行う。これにより、倒立台車１が安定するので、搭乗者は、容易に倒立台車１への乗車動作を進めることができる。

また、制御部４３３は、乗車判定部４３１により非乗車状態と判定された場合には、車輪１１の駆動の制御を停止する。すなわち、制御部４３３は、駆動装置４２のサーボ制御をオフにする。このため、制御部４３３が倒立制御を実行中であるときには、倒立制御が停止されることとなる。また、制御部４３３は、安定判定部４３２により接地部３０の接地による安定状態であると判定された場合には、倒立制御を停止する。この場合、安定状態であると判定されない限り、倒立制御は停止されるものの車輪の駆動制御は継続する。このため、例えば、制御部４３３は、倒立制御を停止後、車輪１１が静止しつづけるよう駆動制御する。

制御部４３３は、乗車判定部４３１及び安定判定部４３２から、逐次、判定結果を取得して、上述の制御の切替を行う。

次に、倒立台車１における動作についてフローチャートに基づいて説明する。まず、乗車判定部４３１による判定動作について、図６を参照して説明する。

ステップ１０（Ｓ１０）において、左載置検出センサ２２ａが載置の有無を検出し、検出結果が乗車判定部４３１に入力される。
ステップ１１（Ｓ１１）において、左載置検出センサ２３ａが載置の有無を検出し、検出結果が乗車判定部４３１に入力される。
ステップ１２（Ｓ１２）において、右載置検出センサ２２ｂが載置の有無を検出し、検出結果が乗車判定部４３１に入力される。
ステップ１３（Ｓ１３）において、右載置検出センサ２３ｂが載置の有無を検出し、検出結果が乗車判定部４３１に入力される。
なお、ステップ１０〜１３の順序は、上記に限定されず、任意の順序で構わないし、これらが並行して行われてもよいことは言うまでもない。

ステップ１４（Ｓ１４）において、乗車判定部４３１は、直近の乗車判定部４３１の判定において、乗車状態と判定されているか否かを確認する。乗車状態と判定されていない場合には、処理はステップ１５に移行し、乗車状態と判定されている場合には、ステップ１６に移行する。

ステップ１５（Ｓ１５）において、乗車判定部４３１は、上述の第１判定基準を適用して、乗車判定を行う。すなわち、乗車判定部４３１は、少なくとも左足載置部２１ａにおける載置についての全ての検出位置で足の載置を検出した場合、又は少なくとも右足載置部２１ｂにおける載置についての全ての検出位置で足の載置を検出した場合、乗車状態と判定し、それら以外の場合には、非乗車状態と判定する。
一方、ステップ１６（Ｓ１６）では、乗車判定部４３１は、上述の第２判定基準を適用して、乗車判定を行う。すなわち、乗車判定部４３１は、左足載置部２１ａにおける載置についての全ての検出位置で足の載置を検出せず、かつ、右足載置部２１ｂにおける載置についての全ての検出位置で足の載置を検出しない場合に、非乗車状態へと判定を変更し、それ以外の場合には、乗車状態と判定する。
ステップ１５又はステップ１６による判定後は、処理が再びステップ１０に戻り、判定処理が繰り返される。

次に、制御部４３３による制御について図７を参照して流れを説明する。
ステップ２０（Ｓ２０）において、制御部４３３は、乗車判定部４３１による乗車判定結果を取得し、乗車状態と判定されているか否かを確認する。なお、本段階では、まだ制御部４３３は、車輪１１の駆動制御を行っていない。乗車判定部４３１により乗車状態と判定されている場合、処理はステップ２１へ移行し、乗車判定部４３１により乗車状態と判定されていない場合、処理はステップ２０に戻る。なお、このとき、乗車判定部４３１による判定結果は、第１判定基準にしたがって行われたものである。

ステップ２１（Ｓ２１）において、制御部４３３は、駆動装置４２のサーボ制御をオンにし、車輪１１の駆動制御を開始する。そして、制御部４３３は、車輪１１が静止しつづけるよう駆動制御を行う。

ステップ２２（Ｓ２２）において、制御部４３３は、乗車判定部４３１による乗車判定結果を取得し、乗車状態と判定されているか否かを確認する。乗車判定部４３１により乗車状態と判定されていない場合（非乗車状態と判定されいている場合）、処理はステップ２３へ移行し、乗車判定部４３１により乗車状態と判定されている場合、処理はステップ２４へ移行する。なお、このとき、乗車判定部４３１による判定結果は、第２判定基準にしたがって行われたものである。
ステップ２３（Ｓ２３）において、制御部４３３は、駆動装置４２のサーボ制御をオフし、車輪１１の駆動制御を停止する。処理はステップ２０に戻る。

ステップ２４（Ｓ２４）において、制御部４３３は、安定判定部４３２による判定結果を取得し、接地部３０の接地による安定状態であるか否かを確認する。安定判定部４３２による判定が接地部３０の接地による安定状態ではないという判定である場合、処理はステップ２５へ移行する。また、安定判定部４３２による判定が接地部３０の接地による安定状態であるという判定である場合、処理はステップ２２へと戻る。

ステップ２５（Ｓ２５）において、制御部４３３は、倒立状態を維持する制御を開始する。倒立制御を開始後、制御部４３３は、逐次、乗車判定部４３１による判定結果及び安定判定部４３２の判定結果を取得し、制御の切り替えが必要であるかを確認する。具体的には、以下の動作となる。

ステップ２６（Ｓ２６）において、制御部４３３は、乗車判定部４３１による乗車判定結果を取得し、乗車状態と判定されているか否かを確認する。乗車判定部４３１により乗車状態と判定されている場合、処理はステップ２７へ移行する。乗車判定部４３１により乗車状態と判定されていない場合、処理はステップ２３へ移行し、制御部４３３は、車輪１１の駆動制御を停止する。このため、倒立制御も停止する。なお、このとき、乗車判定部４３１による判定結果は、第２判定基準にしたがって行われたものである。

ステップ２７（Ｓ２７）において、制御部４３３は、安定判定部４３２による判定結果を取得し、接地部３０の接地による安定状態であるか否かを確認する。安定判定部４３２による判定が接地部３０の接地による安定状態ではないという判定である場合、処理はステップ２６へ戻る。このため、倒立制御は継続される。これに対し、安定判定部４３２による判定が接地部３０の接地による安定状態であるという判定である場合、処理はステップ２８へ移行する。

ステップ２８（Ｓ２８）において、制御部４３３は、倒立制御を停止し、処理はステップ２２に戻る。なお、このとき、制御部４３３は、駆動装置４２のサーボ制御はオンのままである。

倒立台車の制御に関し、発明者は以下のことを見出した。
搭乗者が乗車する前の段階では、倒立台車の動力が切れた状態が好ましい。なぜならば、搭乗者が乗車する前の段階で、倒立台車が例えば倒立制御を行っていると、倒立台車１の移動が、搭乗者にとって不用意な動きとなりうるからである。このため、搭乗者が乗車する前の段階では、倒立台車１の動力が切れた状態が搭乗者の利便性を向上する。また、片足の一部だけが搭乗台２０に載置された状況は、搭乗者がバランスを失った状態であることが想定される。このような状況下で、倒立台車１が搭乗者にとって不用意な動きをした場合、搭乗者は当該動きに対応することが困難である。このため、このような状況下においても、倒立台車１の動力が切れた状態が好ましい。なお、リハビリテーション中の人などのように、意図した場所に足を載置することが難しい場合には、倒立台車に期待される上述の動作はより重要性を増す。

一方、搭乗者が乗車し、倒立台車１の動力がオンになった状況下では、動力をオフにすることが、搭乗者にとって不用意な動きとなりうる。例えば、倒立制御中の倒立台車１に乗車した搭乗者の足の載置が上述のように片足の一部だけとなった場合であっても、その段階で倒立制御を停止するよりも、倒立制御を継続して倒立台車１が動的な安定状態を保ったほうが、搭乗者にとって好ましい。

ここで、倒立台車１では、上述の通り、次のような制御を行う。少なくとも一方の足が確実に載置されるまでは、倒立台車１は車輪の駆動制御を行わない。このため、乗車前に、倒立台車１が不用意な動作をすることが低減される。また、少なくとも一方の足が確実に載置された後は、全ての載置検出位置で足の載置が検出できなくなるまで、倒立台車１の駆動制御が継続されることとなる。このため、倒立台車１によれば、利便性が向上する。

実施の形態２．
次に、実施の形態２にかかる倒立台車１について説明する。実施の形態１では、倒立台車１は、乗車判定部４３１により乗車状態と判定され、かつ、安定判定部４３２により接地部３０の接地による安定状態ではないと判定された場合に、制御部４３３は倒立制御を開始した。本実施の形態にかかる制御部４３３は、接地による安定状態であるか否かにかかわらず、乗車判定部４３１により乗車状態と判定された時点で、倒立制御を開始する点で、実施の形態１と異なる。

図８は、実施の形態２にかかる倒立台車１の機能構成を示すブロック図である。図８に示されるように、本実施の形態にかかる制御装置５３は、実施の形態１に比べ、安定判定部４３２が省略され、制御部４３３が制御部５３３に置き換わっている。制御部４３３は、乗車判定部４３１及び安定判定部４３２の判定結果に基づいて制御を切替えていたのに対し、制御部５３３は、乗車判定部４３１の判定結果に基づいて制御を切替える点で異なるが、制御部５３３の他の構成については制御部４３３と同様である。

以下、本実施の形態にかかる制御部５３３の制御について説明する。図９は、実施の形態２にかかる制御部５３３の動作の一例を示すフローチャートである。

本実施の形態にかかる制御部５３３は、図７に示した動作に代えて、例えば、以下のように動作する。
ステップ３０（Ｓ３０）において、制御部５３３は、乗車判定部４３１による乗車判定結果を取得し、乗車状態と判定されているか否かを確認する。なお、本段階では、まだ制御部５３３は、倒立制御を行っていない。乗車判定部４３１により乗車状態と判定されている場合、処理はステップ３１へ移行し、乗車判定部４３１により乗車状態と判定されていない場合、処理はステップ３０に戻る。なお、このとき、乗車判定部４３１による判定結果は、第１判定基準にしたがって行われたものである。

ステップ３１（Ｓ３１）において、制御部５３３は、倒立制御を開始する。具体的には、制御部５３３は駆動装置４２のサーボ制御をオンにするとともに、倒立制御を開始する。

ステップ３２（Ｓ２２）において、制御部５３３は、乗車判定部４３１による乗車判定結果を取得し、乗車状態と判定されているか否かを確認する。乗車判定部４３１により乗車状態と判定されていない場合（非乗車状態と判定されいている場合）、処理はステップ３３へ移行し、乗車判定部４３１により乗車状態と判定されている場合、処理はステップ３２へ戻る。このように、倒立制御中は、逐次、乗車状態か否かが確認され、乗車状態である限り、倒立制御は継続される。なお、このとき、乗車判定部４３１による判定結果は、第２判定基準にしたがって行われたものである。

ステップ３３（Ｓ３３）において、制御部５３３は、倒立制御を停止する。具体的には、制御部５３３は、車輪１１の駆動制御を停止するとともに駆動装置４２のサーボ制御をオフする。そして、ステップ３３の後、処理はステップ３０に戻る。

本実施の形態によれば、乗車判定がなされた時点で倒立制御が行われるので、より簡便な手順で倒立制御を開始することができる。また、本実施の形態では、接地部３０及び安定判定部４３２を省略してもよく、実施の形態１に比べ構成を簡単化することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、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、上記の実施形態では、左足の載置を検出するセンサ及び右足の載置を検出するセンサは、それぞれ２つとしが、各足の載置を検出するセンサは複数設けられていればよく、３以上であってもよい。また、左足の載置を検出するセンサの数と、右足の載置を検出するセンサの数が異なっていてもよい。また、センサの検出位置も、足が載置される範囲の任意の位置に設定してもよい。

また、実施の形態１では、接地部が地面に接触していないことを、倒立制御を実施する上での要件としたが、これに限らず、他の条件を要件としてもよい。例えば、倒立制御を指示するためのボタンの押下など、倒立制御開始を指示する操作がユーザインタフェースを介してなされたことを要件としてもよい。

また、本発明は、例えば、図６、図７及び図９に示す処理を、ＣＰＵにコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。

プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。

また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

１ 倒立台車
１０ 台車
１１ 車輪
２０ 搭乗台
２１ａ 左足載置部
２１ｂ 右足載置部
２２ａ 左載置検出センサ
２２ｂ 右載置検出センサ
２３ａ 左載置検出センサ
２３ｂ 右載置検出センサ
３０ 接地部
４１ 姿勢角度センサ
４２ 駆動装置
４３、５３ 制御装置
４３１ 乗車判定部
４３２ 安定判定部
４３３、５３３ 制御部

Claims (9)

1. 車輪の駆動により倒立状態を維持する倒立台車であって、
   搭乗者の一方の足を載置可能な第１載置部と、
   前記一方の足の載置を、前記第１載置部の複数の位置で検出する第１検出手段と、
   前記搭乗者の他方の足を載置可能な第２載置部と、
   前記他方の足の載置を、前記第２載置部の複数の位置で検出する第２検出手段と、
   前記搭乗者の乗車判定を行う乗車判定手段と、
   前記乗車判定手段により乗車状態と判定されている場合に、前記車輪の駆動を制御する制御手段と、
   を有し、
   乗車状態と判定していないときに乗車状態と判定するための基準と、乗車状態と判定後に非乗車状態へと判定を変更するための基準とが、異なっており、
   前記乗車判定手段は、乗車状態と判定していないときに、少なくとも前記第１検出手段が前記一方の足が載置されようとする領域に含まれる全ての検出位置で載置を検出した場合、又は少なくとも前記第２検出手段が前記他方の足が載置されようとする領域に含まれる全ての検出位置で載置を検出した場合、乗車状態と判定し、乗車状態と判定後は、前記第１検出手段が全ての検出位置で載置を検出せず、かつ、前記第２検出手段が全ての検出位置で載置を検出しない場合に非乗車状態へと判定を変更する
   倒立台車。
2. 前記制御手段は、前記乗車判定手段により乗車状態と判定されている場合に、倒立状態を維持する制御を行う
   請求項１に記載の倒立台車。
3. 地面と接することにより前記倒立台車を安定させる接地部と、
   前記接地部による安定状態であるか否かを判定する安定判定手段と
   をさらに有し、
   前記制御手段は、前記乗車判定手段により乗車状態と判定され、かつ、前記安定判定手段により前記接地部による安定状態ではないと判定された場合に、倒立状態を維持する制御を行う
   請求項２に記載の倒立台車。
4. 前記第１検出手段は、前記一方の足の前方部分の前記第１載置部への載置を検出する第１検出センサと、前記一方の足の後方部分の前記第１載置部への載置を検出する第２検出センサとにより載置を検出し、
   前記第２検出手段は、前記他方の足の前方部分の前記第２載置部への載置を検出する第３検出センサと、前記他方の足の後方部分の前記第２載置部への載置を検出する第４検出センサとにより載置を検出する
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の倒立台車。
5. 搭乗者の一方の足を載置可能な第１載置部と、前記搭乗者の他方の足を載置可能な第２載置部とを備え、車輪の駆動により倒立状態を維持する倒立台車の制御方法であって、
   前記一方の足の載置を、前記第１載置部の複数の位置で検出するステップと、
   前記他方の足の載置を、前記第２載置部の複数の位置で検出するステップと、
   前記搭乗者の乗車判定を行うステップと、
   乗車状態と判定されている場合に、前記車輪の駆動を制御するステップと
   を有し、
   乗車状態と判定していないときに乗車状態と判定するための基準と、乗車状態と判定後に非乗車状態へと判定を変更するための基準とが、異なっており、
   前記乗車判定を行うステップは、乗車状態と判定していないときに、少なくとも前記第１載置部の前記一方の足が載置されようとする領域に含まれる全ての検出位置で載置を検出したとき、又は少なくとも前記第２載置部の前記他方の足が載置されようとする領域に含まれる全ての検出位置で載置を検出した場合、乗車状態と判定し、乗車状態と判定後は、前記第１載置部の全ての検出位置で載置を検出せず、かつ、前記第２載置部の全ての検出位置で載置を検出しない場合に非乗車状態へと判定を変更する
   倒立台車の制御方法。
6. 前記車輪の駆動を制御するステップは、前記乗車判定を行うステップで乗車状態と判定されている場合に、倒立状態を維持する制御を行う
   請求項５に記載の倒立台車の制御方法。
7. 地面と接することにより前記倒立台車を安定させる接地部による安定状態であるか否かを判定するステップをさらに有し、
   前記車輪の駆動を制御するステップは、前記乗車判定を行うステップで乗車状態と判定され、かつ、前記安定状態であるか否かを判定するステップで前記接地部による安定状態ではないと判定された場合に、倒立状態を維持する制御を行う
   請求項６に記載の倒立台車の制御方法。
8. 前記第１載置部の複数の位置で検出するステップは、前記一方の足の前方部分の前記第１載置部への載置を検出する第１検出センサと、前記一方の足の後方部分の前記第１載置部への載置を検出する第２検出センサとにより載置を検出し、
   前記第２載置部の複数の位置で検出するステップは、前記他方の足の前方部分の前記第２載置部への載置を検出する第３検出センサと、前記他方の足の後方部分の前記第２載置部への載置を検出する第４検出センサとにより載置を検出する
   請求項５乃至７のいずれか一項に記載の倒立台車の制御方法。
9. 搭乗者の一方の足を載置可能な第１載置部と、前記搭乗者の他方の足を載置可能な第２載置部とを備え、車輪の駆動により倒立状態を維持する倒立台車のコンピュータに、
   前記一方の足の載置を、前記第１載置部の複数の位置で検出するステップと、
   前記他方の足の載置を、前記第２載置部の複数の位置で検出するステップと、
   前記搭乗者の乗車判定を行うステップと、
   乗車状態と判定されている場合に、前記車輪の駆動を制御するステップと
   を実行させ、
   乗車状態と判定していないときに乗車状態と判定するための基準と、乗車状態と判定後に非乗車状態へと判定を変更するための基準とが、異なっており、
   前記乗車判定を行うステップは、乗車状態と判定していないときに、少なくとも前記第１載置部の前記一方の足が載置されようとする領域に含まれる全ての検出位置で載置を検出したとき、又は少なくとも前記第２載置部の前記他方の足が載置されようとする領域に含まれる全ての検出位置で載置を検出した場合、乗車状態と判定し、乗車状態と判定後は、前記第１載置部の全ての検出位置で載置を検出せず、かつ、前記第２載置部の全ての検出位置で載置を検出しない場合に非乗車状態へと判定を変更する
   プログラム。

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