JP6815258B2 - 倒立振子型車両 - Google Patents

Description

本発明は、床面上を全方位に移動可能に構成されている倒立振子型車両に関する。

例えば特許文献１に見られる如き倒立振子型車両が従来より知られている。この種の倒立振子型車両は、その全体重心を、倒立振子の質点の如くバランス状態に保つように移動し得る車両である。

ここで、倒立振子型車両（以降、単に車両ということがある）の全体重心のバランス状態というのは、より詳しくは、全体重心に作用する重力と、該全体重心に作用する慣性力（遠心力等）と、車両が路面から受ける路面反力とにより車両に発生するモーメント（水平軸周り方向のモーメント）がゼロもしくはほぼゼロとなるように、動力学的な釣合がとれた状態を意味する。

この場合、例えば、車両の停車時、又は一定速度での定常的な直進走行時におけるバランス状態は、全体重心が、車両の接地部の直上もしくはほぼ直上に位置する状態となる。一方、車両の旋回時におけるバランス状態は、慣性力たる遠心力により車両に発生するモーメントと重力により車両に発生するモーメントとが打ち消し合うように、全体重心が車両の接地部の直上から、旋回中心側にずれた状態となる。

このような車両は、基体と、基体に対して傾動自在な乗員搭乗部と、乗員足載せ部とを備え、乗員が乗員搭乗部に搭乗して足載せ部に足を乗せた状態で使用される。この乗員搭乗状態で、乗員が上半身を前側に傾ける動作を行い、乗員搭乗部を前側に傾動させると、重心が前方向に移動して車両が前方向に移動する。

特開２０１４−１９８５００号公報

しかしながら、特許文献１に記載の倒立振子型車両では、基体の移動状態又は所定の外部情報に基づいて、車両の形状を変えることができない。

そこで、本発明は、基体の移動状態又は所定の外部情報に基づいて、車両の駆動を制御することができる倒立振子型車両を提供することを目的とする。

本発明の倒立振子型車両は、床面上を全方位に移動可能に構成されている移動動作部と、前記移動動作部を駆動する駆動装置と、前記移動動作部および前記駆動装置が組み付けられ、前記移動動作部の駆動により移動する基体と、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、前記乗員搭乗部に搭乗した乗員の足が載せられる乗員足載せ部と、前記乗員搭乗部の状態を検知する状態検知部と、前記状態検知部による検知結果に基づいて、前記駆動装置の動作を制御する移動制御手段と、前記基体の移動状態を検知する移動状態検知部と、前記移動状態検知部による検知結果又は所定の外部情報に基づいて、前記乗員足載せ部の姿勢又は位置を変化させ、前記乗員の姿勢を変化させることにより前記基体の移動速度を低下させる姿勢変化手段と、を備え、前記姿勢変化手段は、前記乗員足載せ部を前方に変位させることを特徴とする。また、前記姿勢変化手段は、前記移動状態検知部による検知結果又は前記所定の外部情報に基づいて、前記乗員搭乗部の姿勢又は位置を後方に変化させることが好ましい。

本発明によれば、基体の移動状態又は所定の外部情報に基づいて、乗員搭乗部と乗員足載せ部との少なくとも一方の姿勢又は位置を変化させ、乗員の姿勢を変化させることにより基体の移動速度を低下させることができる。

また、前記姿勢変化手段は、前記移動状態検知部により検知された前記基体の移動速度が第１所定速度以上となった場合に、前記乗員足載せ部の姿勢又は位置を変化させ、前記乗員の姿勢を変化させることにより前記基体の移動速度を低下させことが好ましい。

この構成によれば、基体の移動速度が所定速度以上となった場合には、乗員搭乗部と乗員足載せ部との少なくとも一方の姿勢又は位置を変化させ、乗員の姿勢を変化させることにより基体の移動速度を低下させるので、倒立振子型車両が過速度状態になることを防止することができる。

さらに、周辺環境を認識する認識手段を備え、前記姿勢変化手段は、前記所定の外部情報としての前記認識手段の認識結果に基づいて、前記乗員足載せ部の姿勢又は位置を変化させ、前記乗員の姿勢を変化させることにより前記基体の移動速度を低下させることが「好ましい。

この構成によれば、周辺環境を認識する認識手段の認識結果に基づいて、基体の移動速度を低下させるので、倒立振子型車両が周辺に存在する物体に接触するのを抑制することができる。

本発明の実施形態の倒立振子型車両を示す斜視図である。 倒立振子型車両を示す側面図である。 倒立振子型車両を示す側面図である。 Ａは、左右の下回転板が突出した状態の倒立振子型車両を示す側面図であり、Ｂは、左右の上回転板及び左右の下回転板が突出した状態の倒立振子型車両を示す側面図である。 倒立振子型車両の構成を示すブロック図。 乗員が搭乗し、左右の足載せ部が通常位置にある状態の倒立振子型車両を示す斜視図である。 乗員が搭乗し、倒立振子型車両の重心を前方向に移動させた状態の倒立振子型車両を示す斜視図である。 乗員が搭乗し、左右の足載せ部が前方位置にある状態の倒立振子型車両を示す斜視図である。 乗員搭乗部を後方向に移動させた状態の倒立振子型車両を示す側面図である。

本発明の実施形態を図１〜図９を参照して説明する。まず、図１及び図２を参照して、実施形態における倒立振子型車両の構成を説明する。

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、路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、車両１の利用者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、車両１の主たる移動動作部であり、路面上を全方向（任意の方向）に移動し得るように構成されている。一例として、第１の移動動作部３は、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に外挿された複数の円環状のローラ７とを備える。なお、図２では、一部のローラ７だけが代表的に図示されている。

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、各ローラ７の配置位置での環状芯体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の接線方向の軸）周りに回転可能とされている。

かかる構造の第１の移動動作部３は、その下部のローラ７を、車両１の移動環境の床面、地面等の路面に接地させた状態で、環状芯体６をその軸心周りに回転駆動することと、各ローラ７をその軸心周りに回転駆動することとの一方又は両方を行うことで、路面上を全方向に移動することが可能である。

以降の説明では、図２に示す如く、環状芯体６の軸心が水平になるように第１の移動動作部３を路面に接地させた状態での環状芯体６の軸心方向（図２では紙面に垂直な方向）をＹ軸方向、Ｙ軸方向に直交する水平軸方向をＸ軸方向、鉛直方向をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向をそれぞれ、車両１の前後方向、左右方向、上下方向（高さ方向）とする。そして、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の正方向を、それぞれ車両１の前方向、左方向、上方向とする。

第１の移動動作部３は、その環状芯体６が基体２に対して相対回転し得るように基体２に組み付けられている。本実施形態では、基体２は、路面に接地させた第１の移動動作部３の下部を除く部分を覆うように設けられている。そして、第１の移動動作部３の環状芯体６が、その軸心周りに、基体２に対して相対回転し得るように基体２に軸支されている。

このため、第１の移動動作部３の接地状態では、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、Ｙ軸周り方向（ピッチ方向）に傾動可能である。さらに、基体２は、第１の移動動作部３の接地部（下部）を支点として、第１の移動動作部３と共に、Ｘ軸周り方向（ロール方向）に傾動可能である。

基体２の内部には、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８ａと、各ローラ７を回転駆動するアクチュエータ８ｂとから構成される。これらのアクチュエータ８ａ，８ｂは、例えば電動モータ、油圧アクチュエータ等により構成される。

そして、アクチュエータ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。該動力伝達機構は、公知の構造のものでよい。

基体２には、乗員搭乗部５が組み付けられている。本実施形態では、乗員搭乗部５は、車両１の利用者が着座するシートにより構成されている。乗員搭乗部５は、基体２に対して変位及び傾動可能に取り付けられており、変位機構（図示せず）を介して後述する制御装置４１により変位及び傾動される。車両１の利用者は、その前後方向をＸ軸方向、左右方向をＹ軸方向に向けた姿勢で、乗員搭乗部５に着座することが可能となっている。

基体２には、さらに乗員搭乗部５に着座した利用者がその足を載せる左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂが組み付けられている。左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂは、基体２の左右の両側部の下部に突設されている。

第２の移動動作部４は、車両１の旋回もしくは方向転換を円滑に行い得るようにするための補助的な移動動作部であり、路面上を全方向（任意の方向）に移動し得るように構成されている。この第２の移動動作部４は、本実施形態では、例えば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を介して路面に接地される。

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路面に接地するようになっている。

かかる構成の第２の移動動作部４は、基体２又は第１の移動動作部３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を備える。そして、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し得るように軸支されている。

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の軸心周りに所定の角度範囲で揺動し得るように、基体２に軸支され、又は環状芯体６の軸心部に軸支されている。

これにより、第２の移動動作部４が、環状芯体６の軸心周りに、基体２に対して揺動し得るように、アーム１５を介して基体２又は第１の移動動作部３に連結されている。このため、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及び基体２をＹ軸周り方向（ピッチ方向）に傾動させることが可能となっている。

また、第２の移動動作部４は、第１の移動動作部３及び基体２と共に、Ｘ軸周り方向（ロール方向）に傾動することが可能である。

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

上記の如く構成された第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、路面上を全方向に（任意の方向に）移動することが可能となっている。

第２の移動動作部４の筐体１４には、第２の移動動作部４を駆動するアクチュエータ１７が取り付けられている。本実施形態では、アクチュエータ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。該アクチュエータ１７は、例えば電動モータ、油圧アクチュエータ等により構成され得る。

従って、本実施形態では、アクチュエータ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で、第２の移動動作部４をＹ軸方向に移動させることが可能となっている。一方、第２の移動動作部４のＸ軸方向での移動（ローラ１３の回転）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なわれるようになっている。

図３に示すように、基体２の内部には、円弧形状の左上回転板２１と、円弧形状の左下回転板２２と、左上ギヤ２３と、左下ギヤ２４とが配置されている。

左上回転板２１は、回転可能に設けられ、左下回転板２２に回転（スライド）可能に取り付けられている。左上回転板２１の上面には、左上ギヤ２３と噛合するギヤ部が形成されている。これにより、左上ギヤ２３の回転により左上回転板２１が回転する。

左下回転板２２は、回転可能に設けられ、先端部には左足載せ部９ａが取り付けられている。左下回転板２２の下面には、左下ギヤ２４と噛合するギヤ部が形成されている。これにより、左下ギヤ２４の回転により左下回転板２２が回転する。

左上ギヤ２３は、回転力を伝達する左上伝達機構（図示せず）を介してモータ２７（図５参照）により回転される。左下ギヤ２４は、左下伝達機構（図示せず）を介してモータ２８（図５参照）により回転される。

左下ギヤ２４の図３における反時計方向への回転により、左下回転板２２が図３に示す通常位置から図４Ａに示す位置まで回転する。左下回転板２２が図４Ａに示す位置まで回転すると、左下回転板２２はロック及びロック解除可能な回転板ロック機構（図示せず）により左上回転板２１と一体化される。

左上回転板２１及び左下回転板２２が一体化された状態で左上ギヤ２３が図４Ａにおける時計方向に回転すると、左上回転板２１及び左下回転板２２は、図４Ａに示す位置から、図４Ｂに示すように乗員搭乗部５の前方に位置する前方位置まで回転する。なお、上記回転板ロック機構としては、例えばクリックストップ機構が挙げられる。また、図４Ａ及び図４Ｂでは、第１の移動動作部３の環状芯体６及び第２の移動動作部４のローラ１３の図示を省略している。

同様に、基体２の内部には、円弧形状の右上回転板３１と、円弧形状の右下回転板３２と、右上ギヤ３３と、右下ギヤ３４とが配置されている。

右上回転板３１は、回転可能に設けられ、右下回転板３２に回転（スライド）可能に取り付けられている。右上回転板３１の上面には、右上ギヤ３３と噛合するギヤ部が形成されている。これにより、右上ギヤ３３の回転により右上回転板３１が回転する。

右下回転板３２の先端部には右足載せ部９ｂが取り付けられている。右下回転板３２の下面には、右下ギヤ３４と噛合するギヤ部が形成されている。これにより、右下ギヤ３４の回転により右下回転板３２が回転する。

右上ギヤ３３は、右上伝達機構（図示せず）を介してモータ２７により回転され、右下ギヤ３４は、右下伝達機構（図示せず）を介してモータ２８により回転される。

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。

補足すると、路面上を全方向に移動し得る第１の移動動作部３及び第２の移動動作部４、並びにそれらの駆動系は、上記のものに限らず、種々様々な構造のものを採用し得る。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、第１の移動動作部３及び第２の移動動作部４は、互いに同じ構造のものであってもよい。

図１〜図４での図示は省略したが、本実施形態の車両１には、該車両１の動作制御のための構成要素として、図５に示すように、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インターフェース回路等を含む電子回路ユニットにより構成された制御装置４１と、車両１の動作状態もしくは外界状態等を観測するための各種センサと、車両１の動作を制御する統括管理装置（図示せず）、あるいは車両１の利用者が所持する図示しない携帯端末機（スマートフォン、フィーチャーフォン、タブレット端末等。以降、ユーザ端末機という）と制御装置４１との間の無線通信を行うための通信装置４８とが搭載されている。

上記センサには、例えば、鉛直方向に対する乗員搭乗部５の傾斜角度（＝基体２の傾斜角度）を計測するための傾斜センサ４２、車両１のヨー方向（Ｚ軸周り方向）の角速度を計測するためのヨーレートセンサ４３、車両１の周辺環境に存在する物体（人、移動物体、設置物等）を認識するため外界認識センサとしてのカメラ４４（認識手段）、車両１への利用者の搭乗の有無を検知するための搭乗検知センサ４５、車両１の自己位置を検出するための位置センサ４６、車両１の移動速度を検出するための速度センサ４７等が含まれる。これらのセンサの出力（検出データ）が制御装置４１に入力される。

また、傾斜センサ４２は、例えば加速度センサ及びジャイロセンサ（角速度センサ）の組により構成され得る。この場合、傾斜センサ４２は、その構成要素のセンサとして、ヨーレートセンサ４３を含み得る。

また、搭乗検知センサ４５としては、例えば乗員搭乗部５又は左右足載せ部９ａ，９ｂに作用する荷重を検出する荷重センサ等を使用し得る。また、位置センサ４６としては、例えばＧＰＳセンサ等を使用し得る。

制御装置４１は、実装されるハードウェア構成又はプログラム（ソフトウェア構成）により実現される機能として、前記アクチュエータ８ａ，８ｂ，１７の動作制御（ひいては、第１の移動動作部３及び第２の移動動作部４の移動制御）を行う機能を有するように構成されている。

この場合、制御装置４１が実行する制御処理は、車両１に利用者が搭乗している状態での動作モード（以降、搭乗動作モードという）の制御処理である。

搭乗動作モードでの制御処理の概要を以下に説明しておく。

搭乗動作モードでは、制御装置４１は、例えば、乗員（乗員搭乗部５に着座した利用者）の体重移動（重心の移動）、あるいは、乗員のユーザ端末機の操作等による車両１の動作指令に応じて、第１の移動動作部３及び第２の移動動作部４の移動を制御する。

この場合、車両１の全体重心のバランス状態を確保しつつ、車両１が所要の移動速度で移動もしくは旋回するように第１の移動動作部３及び第２の移動動作部４の移動が制御される。なお、搭乗動作モードでの車両１の全体重心は、より詳しくは、車両１と、乗員とを合わせた全体の重心を意味する。また、全体重心のバランス状態は、仮に車両の移動速度と旋回速度を一定に維持した場合に、接地点に対して全体重心が発散しない（かい離していかない）動力学的な釣合がとれた状態を意味する。

搭乗モードにおける制御装置４１の具体的な制御処理は、例えば次にように行われる。すなわち、制御装置４１は、所定の制御処理周期で、例えば、次式（１ａ），（１ｂ）により、第１の移動動作部３のＸ軸方向の並進加速度の目標値DVw1_cmd_x及びＹ軸方向の並進加速度の目標値DVw1_cmd_yを決定し、これらの目標値を積分してなる並進移動速度（目標値）を実現するように、アクチュエータ８ａ，８ｂを制御することで、第１の移動動作部３の移動を制御する。

DVw1_cmd_x＝Ｋvb_x・(Ｖb_cmd_x−Ｖb_act_x)
＋Ｋth_y・(θb_cmd_y−θb_act_y)
−Ｋw_y・ωb_act_y ……（１ａ）
DVw1_cmd_y＝Ｋvb_y・(Ｖb_cmd_y−Ｖb_act_y)
＋Ｋth_x・(θb_cmd_x−θb_act_x)
−Ｋw_x・ωb_act_x ……（１ｂ）

ここで、式（１ａ）の右辺におけるＶb_cmd_xは、車両１の全体重心のＸ軸方向の並進移動速度の目標値、Ｖb_act_xは、車両１の全体重心のＸ軸方向の実際の並進移動速度、θb_cmd__yは、乗員搭乗部５（又は基体２）のＹ軸周り方向（ピッチ方向）の傾斜角度の目標値、θb_act__yは、乗員搭乗部５（又は基体２）のＹ軸周り方向（ピッチ方向）の実際の傾斜角度、ωb_act_yは、乗員搭乗部５（又は基体２）のＹ軸周り方向（ピッチ方向）の実際の傾斜角度の時間的変化率（傾斜角速度）、Ｋvb_x，Ｋth_y，Ｋw_yは、それぞれ所定値のゲイン（フィードバックゲイン）である。

また、式（１ｂ）の右辺におけるＶb_cmd_yは、車両１の全体重心のＹ軸方向の並進移動速度の目標値、Ｖb_act_yは、車両１の全体重心のＹ軸方向の実際の並進移動速度、θb_cmd__xは、乗員搭乗部５（又は基体２）のＸ軸周り方向（ロール方向）の傾斜角度の目標値、θb_act__xは、乗員搭乗部５（又は基体２）のＸ軸周り方向（ロール方向）の実際の傾斜角度、ωb_act_xは、乗員搭乗部５（又は基体２）のＸ軸周り方向（ロール方向）の実際の傾斜角度の時間的変化率（傾斜角速度）、Ｋvb_y，Ｋth_x，Ｋw_xは、それぞれ所定値のゲイン（フィードバックゲイン）である。

この場合、実際の傾斜角度θb_act_x，θb_act_y及びその時間的変化率（傾斜角速度）ωb_act_x，ωb_act_yの値としては、傾斜センサ４２の出力により示される計測値を使用し得る。

また、全体重心の実際の並進移動速度Ｖb_act_x，Ｖb_act_yの値としては、例えば、次式（２ａ），（２ｂ）により算出される推定値を使用し得る。

Ｖb_act_x＝Ｖw1_act_x＋ｈ・ωb_act_x ……（２ａ）
Ｖb_act_y＝Ｖw1_act_y＋ｈ・ωb_act_y ……（２ｂ）

なお、Ｖw1_act_xは第１の移動動作部３のＸ軸方向の実際の並進移動速度、Ｖw1_act_yは第１の移動動作部３のＹ軸方向の実際の並進移動速度、ｈは全体重心の高さ（設定値）である。Ｖw1_act_x，Ｖw1_act_yの値としては、適宜のセンサよる計測値を使用し得る。あるいは、Ｖw1_act_x，Ｖw1_act_yの擬似的な推定値として、制御装置４１の前回の制御処理周期で決定した並進速度の目標値（DVw1_cmd_x，DVw1_cmd_yのそれぞれの積分値）を使用することも可能である。

また、式（１ａ），（１ｂ）における全体重心の並進移動速度の目標値Ｖb_cmd_x，Ｖb_cmd_yとしては、例えば、乗員の重心の移動量（乗員搭乗部５に対する相対的な移動量）の推定値に応じて決定した値、あるいは、乗員がユーザ端末機の操作等に応じて設定した指令値、あるいは、これらの合成値を使用し得る。

また、傾斜角度の目標値θb_cmd_x，θb_cmd_yとしては、全体重心の並進移動速度Ｖb_act_x，Ｖb_act_yが目標値に整定した状態で、全体重心のバランス状態を確保し得る傾斜角度の値を使用し得る。

この場合、傾斜角度の目標値θb_cmd_x，θb_cmd_yは、車両１の直進走行時には、全体重心が第１の移動動作部３の接地部の直上（もしくはほぼ直上）となる状態での乗員搭乗部５（又は基体２）の傾斜角度であり、車両１の旋回走行時には、全体重心に作用する遠心力によって車両１に発生するモーメントと、全体重心に作用する重力によって車両１に発生するモーメントとが釣り合う状態での乗員搭乗部５（又は基体２）の傾斜角度である。

なお、傾斜角度の目標値θb_cmd_x，θb_cmd_yは、一時的に、全体重心のバランス状態を確保し得る傾斜角度の値からずらした値に設定することも可能である。

また、制御装置４１は、搭乗動作モードにおいて、例えば、次式（３）により、車両１の第２の移動動作部４のＹ軸方向の並進移動速度の目標値Ｖw2_cmd_yを決定し、この目標値を実現するように、アクチュエータ１７を制御することで、第２の移動動作部４の移動を制御する。

Ｖw2_cmd_y＝Ｖw1_cmd_y−Ｌ・ωcmd_z ……（３）

ここで、式（３）の右辺におけるＶw1_cmd_yは、前記式（１ｂ）により算出される第１の移動動作部３のＹ軸方向の並進加速度の目標値DVw1_cmd_yを積分してなる並進移動速度（目標値）、ωcmd_zは、車両１のＺ軸周り方向（ヨー方向）の角速度の目標値、Ｌは、第１の移動動作部３の接地部と第２の移動動作部４の接地部との間の既定の距離である。

上記式（３）により、第２の移動動作部４のＹ軸方向の並進移動速度の目標値Ｖw2_cmd_yは、第１の移動動作部３のＹ軸方向の並進移動速度との速度差によって、車両１のヨー方向の角速度の目標値ωcmd_zを実現するように決定される。

この場合、角速度の目標値ωcmd_zとしては、例えば、Ｙ軸方向での乗員の重心の移動量の推定値に応じて決定した値、あるいは、Ｙ軸方向での全体重心の並進移動速度の目標値もしくは検出値に応じて決定した値、あるいは、Ｙ軸方向での第１の移動動作部３の並進移動速度の目標値もしくは検出値に応じて決定した値、あるいは、乗員が携帯端末機の操作等に応じて設定した指令値等を使用し得る。

なお、角速度の目標値ωcmd_zは、車両１の旋回中心が、第１の移動動作部３の接地部に存在し、もしくは、該第１の移動動作部３の接地部と第２の移動動作部４の接地部との間に存在するように設定することが好ましい。そして、第１の移動動作部３のＸ軸方向の並進移動速度の目標値又は検出値が小さいほど、車両１の旋回中心が、第１の移動動作部３の接地部に近づくように、角速度の目標値ωcmd_zを設定することが好ましい。

補足すると、ωcmd_z＝０の場合には、式（３）により算出される第２の移動動作部４のＹ軸方向の並進移動速度の目標値Ｖw2_cmd_yは、第１の移動動作部３のＹ軸方向の並進移動速度の目標値Ｖw1_cmd_yに一致する。従って、ωcmd_z＝０の場合、すなわち、車両１の直進走行時には、第２の移動動作部４は、第１の移動動作部３と同じ並進移動速度で移動するように制御される。

搭乗動作モードでは、以上の如く、第１の移動動作部３及び第２の移動動作部４の移動制御が行われる。

補足すると、搭乗動作モード等における車両１のより詳細な動作制御の手法としては、例えば前記特許文献１等に本願出願人が提案した手法等を採用し得る。ただし、搭乗動作モードにおける車両１の動作制御の手法は、上記の手法に限らず、他の手法であってもよい。車両１の動作制御の手法は、車両１の全体重心のバランス状態を確保し得るように、車両１を移動させることができる手法であれば、どのような手法であってもよい。

図６に示すように、搭乗動作モードでは、車両１の利用者は、車両１に搭乗する。そして、図７に示すように、乗員は、車両１の移動速度を上昇させたい場合、車両１の重心を前方向に移動させる。この重心を前方向に移動させる動作として、乗員は、上半身を前方向に傾けて乗員搭乗部５を前方向に傾動させる動作を行う。

車両１では、図７に示す状態において、速度センサ４７による検出速度が所定の速度（例えば、６ｋｍ／ｈ）以上となった場合に、図８に示す状態となるように制御する。この制御では、制御装置４１は、モータ２８を駆動して、左下ギヤ２４及び右下ギヤ３４を図３における反時計方向に回転させ、左下回転板２２及び右下回転板３２を図３に示す位置から図４Ａに示す位置まで回転する。左下回転板２２及び右下回転板３２が図４Ａに示す位置まで回転すると、回転板ロック機構により左下回転板２２は左上回転板２１と一体化され、右下回転板３２は右上回転板３１と一体化される。

このように一体化された態で、制御装置４１は、モータ２７を駆動して、左上ギヤ２３及び右上ギヤ３３を図４Ａにおける時計方向に回転させ、左上回転板２１及び左下回転板２２と、右上回転板３１及び右下回転板３２とを、図４Ａに示す位置から図４Ｂに示す前方位置まで回転する。このような制御により、左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂが、図６及び図７に示す通常位置から、図８に示すように乗員搭乗部５の前方に位置する前方位置まで回転する。

図８に示す状態では、乗員の膝が伸びており、この姿勢では、乗員は、ヒトの筋骨格の性質上、上半身を前方向に傾けて乗員搭乗部５を前方向に傾動させることが困難となる。より詳しくは、膝関節を伸ばすと、二関節筋であるハムストリングスにより股関節を曲げようとする力が発生するために、上半身を前方向に傾けて乗員搭乗部５を前方向に傾動させることが困難となる。したがって、車両１の速度を低下させることができる。すなわち、スピードリミッタが作動した状態となり、車両１の過速度を抑制することができる。なお、図８に示す状態では、乗員が後ろに倒れることがあるため、それを防止するために、乗員の後ろ側に背もたれのような部材を設けるようにしてもよく、この部材は、図６及び図７に示す通常時には基体２に収納され、図８に示す状態となった場合に、基体２から突出するようにしてもよい。

また、車両１では、図８に示す状態において、速度センサ４７による検出速度が６ｋｍ／ｈ未満となった場合に、図６に示す状態に戻すように制御する。この制御では、制御装置４１は、モータ２７を駆動して、左上ギヤ２３及び右上ギヤ３３を図４Ｂにおける反時計方向に回転させ、左上回転板２１及び右上回転板３１を図４Ｂに示す位置から図４Ａに示す位置まで回転する。なお、図８に示す状態を所定時間（例えば、０．１秒）キープした後に、図６に示す状態に戻すように制御してもよい。この場合でも、車両１の速度を低下させることができる。

左上回転板２１及び右上回転板３１が図４Ａに示す位置まで回転すると、回転板ロック機構によるロックが解除され、左上回転板２１と左下回転板２２との一体化、及び、右上回転板３１と右下回転板３２との一体化が解除される。この一体化が解除された態で、制御装置４１は、モータ２８を駆動して、左下ギヤ２４及び右下ギヤ３４を図４Ａにおける時計方向に回転させ、左下回転板２２及び右下回転板３２を、図４Ａに示す位置から図３に示す位置まで回転する。これにより、図６に示す状態となる。

なお、左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂを、通常位置と前方位置との間で変位させる変位機構は、上記実施形態の機構に限らず適宜変更可能であり、例えば、駆動ローラ及び従動ローラと、駆動ローラを回転させるモータと、２個のローラに掛け渡され、左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂが取り付けられたベルトとから構成してもよい。

また、車両１に搭乗している乗員の膝を曲げた状態と伸ばした状態とに変化させればよく、左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂを変位させる変位機構を設けずに、乗員の膝から下の部分（例えば、ふくらはぎ）を押圧する押圧部材を設け、この押圧部材により、乗員の膝を曲げた状態と伸ばした状態とに変化させるようにしてもよい。

上記実施形態では、速度センサ４７による検出速度が６ｋｍ／ｈ以上となった場合に、左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂを、通常位置から前方位置まで回転しているが、これに限らず、例えば、左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂを、通常位置からそれぞれ内側方向や後側方向に変位させるようにしてもよい。この場合でも、通常時に比べて、乗員は上半身を前方向に傾けることが難しくなり、乗員搭乗部５を前方向に傾動させることが難しくなる。これにより、車両１の速度を低下させることができる。

また、制御装置４１は、速度センサ４７による検出速度が６ｋｍ／ｈ以上となった場合に、図９に示すように、変位機構を介して乗員搭乗部５を後方向に移動させるようにしてもよい。乗員搭乗部５が後方向に移動すると、乗員も後方向に移動する。これにより、車両１の重心が後方向に移動し、車両１の速度を低下させることができる。

さらに、制御装置４１は、速度センサ４７による検出速度が６ｋｍ／ｈ以上となった場合に、変位機構を介して乗員搭乗部５を後ろ方向に傾動させるようにしてもよい。乗員搭乗部５が後方向に傾動すると、乗員も後方向に傾動する。これにより、車両１の重心が後方向に移動し、車両１の速度を低下させることができる。

また、制御装置４１は、速度センサ４７による検出速度が６ｋｍ／ｈ以上となった場合に、変位機構を介して乗員搭乗部５を前方向に傾動させるようにしてもよい。乗員搭乗部５が前方向に傾動すると、乗員も前方向に傾く。このため、乗員は車両１から落ちそうになるのを防ぐために、後方向に傾く。これにより、車両１の重心が後方向に移動し、車両１の速度を低下させることができる。

さらに、左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂを、左右方向を回転中心にして回転（自転）可能に設け、制御装置４１は、速度センサ４７による検出速度が６ｋｍ／ｈ以上となった場合に、左上回転板２１及び右上回転板３１を図４Ａに示す位置まで回転した状態で、乗員のつま先が上を向くように左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂを回転するようにしてもよい。この場合でも、乗員は上半身を前方向に傾けることが難しくなり、乗員搭乗部５を前方向に傾動させることが難しくなる。これにより、車両１の速度を低下させることができる。この実施形態では、左下回転板２２、左下ギヤ２４、右下回転板３２、右下ギヤ３４、及びモータ２８は不要となる。

また、制御装置４１は、カメラ４４により認識された車両１の周辺環境に存在する物体（人、移動物体、設置物等）に応じて、乗員搭乗部５と、左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂとの少なくとも一方の姿勢又は位置を変化させ、乗員の姿勢を変化させることで、車両１の速度を低下させるようにしてもよい。これにより、車両１が周辺環境に存在する物体に到達するまでの時間を長くすることができ、車両１が周辺環境に存在する物体に接触しないように、乗員が車両１を操作するための時間も長くすることができる。

さらに、制御装置４１は、傾斜センサ４２、ヨーレートセンサ４３、カメラ４４、搭乗検知センサ４５、位置センサ４６、及び速度センサ４７の少なくとも１つが故障したことに応じて、乗員搭乗部５と、左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂとの少なくとも一方の姿勢又は位置を変化させ、乗員の姿勢を変化させることで、車両１の速度を低下させるようにしてもよい。

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，１７…アクチュエータ装置（駆動装置）、９ａ…左足載せ部、９ｂ…右足載せ部、２１…左上回転板、２２…左下回転板、２３…左上ギヤ、２４…左下ギヤ、２７，２８…モータ、３１…右上回転板、３２…右下回転板、３３…右上ギヤ、３４…右下ギヤ、４１…制御装置（移動制御手段、姿勢変化手段）、４２…傾斜センサ（状態検知部）、４３…ヨーレートセンサ（状態検知部）、４４…カメラ（認識手段）、４７…速度センサ（移動状態検知部）

Claims (4)

1. 床面上を全方位に移動可能に構成されている移動動作部と、
   前記移動動作部を駆動する駆動装置と、
   前記移動動作部および前記駆動装置が組み付けられ、前記移動動作部の駆動により移動する基体と、
   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、
   前記乗員搭乗部に搭乗した乗員の足が載せられる乗員足載せ部と、
   前記乗員搭乗部の状態を検知する状態検知部と、
   前記状態検知部による検知結果に基づいて、前記駆動装置の動作を制御する移動制御手段と、
   前記基体の移動状態を検知する移動状態検知部と、
   前記移動状態検知部による検知結果又は所定の外部情報に基づいて、前記乗員足載せ部の姿勢又は位置を変化させ、前記乗員の姿勢を変化させることにより前記基体の移動速度を低下させる姿勢変化手段と、
   を備え、
   前記姿勢変化手段は、前記乗員足載せ部を前方に変位させることを特徴とする倒立振子型車両。
2. 請求項１に記載の倒立振子型車両において、
   前記姿勢変化手段は、前記移動状態検知部による検知結果又は前記所定の外部情報に基づいて、前記乗員搭乗部の姿勢又は位置を後方に変化させることを特徴とする倒立振子型車両。
3. 請求項１又は２に記載の倒立振子型車両において、
   前記姿勢変化手段は、前記移動状態検知部により検知された前記基体の移動速度が第１所定速度以上となった場合に、前記乗員足載せ部の姿勢又は位置を変化させ、前記乗員の姿勢を変化させることにより前記基体の移動速度を低下させることを特徴とする倒立振子型車両。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の倒立振子型車両において、
   周辺環境を認識する認識手段を備え、
   前記姿勢変化手段は、前記所定の外部情報としての前記認識手段の認識結果に基づいて、前記乗員足載せ部の姿勢又は位置を変化させ、前記乗員の姿勢を変化させることにより前記基体の移動速度を低下させることを特徴とする倒立振子型車両。