JP6843678B2 - 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

特許文献１に記載の倒立振子型車両では、乗員が乗員搭乗部や足載せ部を傾動させる操作を行った場合でも、重心が変化しないことがあり、この場合には、乗員の操作に基づいて車両を駆動させることができない。

そこで、本発明は、乗員の操作に基づいて、車両を駆動させ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左足が載せられて当該左足から受ける力に応じて姿勢及び位置の少なくとも一方が変化可能に構成された左乗員足載せ部と、前記乗員搭乗部に搭乗した乗員の右足が載せられて当該右足から受ける力に応じて姿勢及び位置の少なくとも一方が変化可能に構成された右乗員足載せ部と、前記基体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、前記基体の移動中に、前記左乗員足載せ部の基準位置からの姿勢又は位置の変化量を検出する左変化量検出手段と、前記基体の移動中に、前記右乗員足載せ部の基準位置からの姿勢又は位置の変化量を検出する右変化量検出手段と、前記左変化量検出手段による検出結果と前記右変化量検出手段による検出結果とに基づいて、前記駆動装置の動作を制御して前記基体の移動状態を制御する移動状態制御手段と、を備えることを特徴とする。また、前記左乗員足載せ部及び前記右乗員足載せ部は左右方向を回転中心にした回転である自転可能に設けられ、前記左変化量検出手段は前記左乗員足載せ部の自転量を検出し、前記右変化量検出手段は前記右乗員足載せ部の自転量を検出することが好ましい。

本発明によれば、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の変化量に基づいて、駆動装置の動作を制御して基体の移動状態を制御するので、乗員の操作に基づいて、倒立振子型車両を駆動させることができる。

また、前記移動状態制御手段は、前記基体の移動速度を低下させるように、前記駆動装置の動作を制御することが好ましい。

この構成によれば、乗員の操作に基づいて、倒立振子型車両の移動速度を低下させたり、移動を停止させることができる。

さらに、前記移動状態制御手段は、前記基体の移動速度を上昇させるように、前記駆動装置の動作を制御することが好ましい。

この構成によれば、乗員の操作に基づいて、倒立振子型車両の移動速度を上昇させることができる。

また、前記移動状態制御手段は、前記基体を横方向に移動させるように、前記駆動装置の動作を制御することが好ましい。

この構成によれば、乗員の操作に基づいて、倒立振子型車両を横方向に移動させることができる。

さらに、前記移動状態制御手段は、前記基体を旋回させるように、前記駆動装置の動作を制御することが好ましい。また、前記左変化量検出手段と前記右変化量検出手段とのうち、いずれか一方でのみ変化量の検出が行われ、他方での変化量の検出が行われなかった際には、前記移動状態制御手段は、変化量の検出が行われなかった他方へ前記基体を旋回させるように、前記駆動装置の動作を制御することが好ましい。

この構成によれば、乗員の操作に基づいて、倒立振子型車両を旋回させることができる。

また、前記左乗員足載せ部を前記基準位置に向けて付勢する左付勢手段と、前記右乗員足載せ部を前記基準位置に向けて付勢する右付勢手段と、を備えることが好ましい。

この構成によれば、乗員足載せ部を基準位置に位置させることができる。

本発明の第１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。 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、左右の足載せ部が基準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。 第２実施形態の倒立振子型車両を示す斜視図である。 第３実施形態の乗員が搭乗した状態の倒立振子型車両を示す斜視図である。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を図１〜図８を参照して説明する。まず、図１及び図２を参照して、第１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。そして、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、左基体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、円弧形状の左回転板２１が配置されている。左回転板２１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。

左回転板２１は、図３に示す基準位置から図４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、図４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、円弧形状の右回転板３１が配置されている。右回転板３１は、回転可能に設けられ、先端部には右足載せ部９ｂが取り付けられている。左回転板２１及び右回転板３１は、通常時には、バネ（図示せず）の付勢により基準位置に位置する。

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、左回転板２１の変化量（回転方向及び回転量）を検出する左回転センサ５０、右回転板３１の変化量（回転方向及び回転量）を検出する右回転センサ５１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。なお、本実施形態では、各センサ５０，５１として、例えば６軸力センサが用いられる。

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基体２を前方向に傾動させる動作を行う。

車両１では、左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂの変化量（回転方向及び回転量）が左回転センサ５０及び右回転センサ５１により検出される。以下では、車両１の移動中に、左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂが、図７に示す状態から図８に示す状態に回転された場合の制御について説明する。

車両１の移動中に乗員が図７に示す状態から図８に示す状態となるように、左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂをバネの付勢に抗して回転させると、その回転方向（前方向）及び回転量（例えば、２５°）が左回転センサ５０及び右回転センサ５１により検出される。

左回転センサ５０及び右回転センサ５１による検出結果が、前方向及び２５°である場合、制御装置４１は、車両１を停止させる制御を行う。なお、図７に示す状態から図８に示す状態に向かうにつれて、徐々に車両１の速度を低下させるようにしてもよい。

左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂを、図７に示す状態から図８に示す状態に回転させる場合、左回転板２１及び右回転板３１が図３に示す位置から図４に示す位置まで回転される。この回転動作により、左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂが、図６及び図７に示す基準位置から、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。

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、乗員による左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂの回転力がなくなると、左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂは、図６に示す状態に戻る。この工程は、バネの付勢により、左回転板２１及び右回転板３１が図４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、左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂは、図６に示す基準位置に戻る。

車両１において、左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂは、基準位置より後側にも回転可能に設けられている。車両１では、乗員が、左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂを基準位置よりも後側に例えば５°回転させると、左回転センサ５０及び右回転センサ５１による検出結果は、後方向及び５°となる。この検出結果である場合、制御装置４１は、車両１の移動速度を上昇させる制御を行う。この速度上昇制御は、車両１の速度が所定速度（例えば、６ｋｍ／ｈ）となると終了し、以降は、制御装置４１により６ｋｍ／ｈを保つように制御される。なお、左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂが基準位置よりも後側に回転された場合、その回転角度に応じて、制御装置４１は、車両１の移動速度を上昇させる制御を行うようにしてもよい。

このように、左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂを回転させるだけで、容易に車両１を停止させたり、車両１の速度を上昇させることができる。

上記第１実施形態では、乗員が、左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂを、基準位置から前方位置まで回転させたことに応じて、制御装置４１は、車両１を停止させているが、これに限らず、例えば、乗員が、左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂを、基準位置からそれぞれ内側方向に変位させると、制御装置４１が車両１を停止させるようにしてもよい。また、乗員が乗員搭乗部５を後方向に傾動させたことが乗員搭乗部センサ４９により検出されたことに応じて、制御装置４１は、車両１を停止させるようにしてもよい。

なお、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、左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂの自転を検知するセンサ（図示せず）を設けるようにしてもよい。この場合、例えば、乗員が、つま先を上げるように左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂを自転させたことをセンサで検知した場合、制御装置４１は、車両１を停止させる制御を行う。また、例えば、乗員が、つま先を下げるように左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂを自転させたことをセンサで検知した場合、制御装置４１は、車両１の移動速度を上昇させる制御を行う。

さらに、例えば、乗員が、左足のつま先を上げて、右足のつま先を下げるように左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂを自転させたことをセンサで検知した場合、制御装置４１は、車両１を反時計方向に旋回させる制御を行う。また、例えば、乗員が、左足のつま先を下げて、右足のつま先を上げるように左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂを自転させたことをセンサで検知した場合、制御装置４１は、車両１を時計方向に旋回させる制御を行う。

［第２実施形態］
図９に示す第２実施形態では、車両１０１の左足載せ部１０２ａ及び右足載せ部１０２ｂは、前後方向を傾動中心として左右方向に傾動可能に設けられている。なお、上記実施形態と同様の構成部材には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、左足載せ部１０２ａ及び右足載せ部１０２ｂは、前後方向を傾動中心として左右方向に傾動可能である以外は、上記実施形態の左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂと同様に構成されている。

車両１では、左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂの傾動転方向及び傾動量が傾動センサ（図示せず）により検出される。以下では、車両１の移動中に、左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂが、図９に示す状態に傾動された場合の制御について説明する。

図９に示すように、乗員が、左足載せ部１０２ａを右方向(図９の矢印方向)に例えば１０°傾動させ、右足載せ部１０２ｂを右方向(図９の矢印方向)に例えば１０°傾動させると、その傾動方向及び傾動量が傾動センサにより検出される。

傾動センサによる検出結果が、右方向に１０°（左足載せ部１０２ａ）、及び右方向に１０°（右足載せ部１０２ｂ）である場合、制御装置４１は、車両１０１を右方向に移動させる制御を行う。なお、図９では、乗員の図示を省略している。

同様に、乗員が、左足載せ部１０２ａを左方向に例えば１０°傾動させ、右足載せ部１０２ｂを左方向に例えば１０°傾動させたことが傾動センサにより検出されたことに応じて、制御装置４１は、車両１０１を左方向に移動させる制御を行う。なお、左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂの傾動量（傾動センサでの検出量）に応じて、車両１の左右方向への移動速度を変えるようにしてもよい。

なお、左足載せ部１０２ａ及び右足載せ部１０２ｂの両方を傾動させずに、左足載せ部１０２ａ及び右足載せ部１０２ｂのうち、移動させたい方向の一方のみを傾動させた場合に、制御装置４１による制御を開始するようにしてもよい。

また、左足載せ部１０２ａ及び右足載せ部１０２ｂを傾動させた後に戻した場合には、傾動させた方向に車両１を移動させ、傾動させ続けた場合には、傾動させた方向に応じて車両１を旋回させるようにしてもよい。例えば、右方向に傾動させた場合には、時計方向に旋回させ、左方向に傾動させた場合には、反時計方向に旋回させる。

［第３実施形態］
図１０に示す第３実施形態では、制御装置４１は、車両１を旋回させる。なお、上記実施形態と同様の構成部材には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図１０に示すように、乗員が、左足載せ部９ａは基準位置のまま、右足載せ部９ｂを基準位置よりも前方まで回転させると、その回転方向（前方向）及び回転量（例えば、２５°）が右回転センサ５１により検出される。この場合、左回転センサ５０では、回転方向及び回転量は検出されない。

左回転センサ５０では回転方向及び回転量が検出されず、右回転センサ５１による検出結果が、前方向に２５°である場合、制御装置４１は、車両１を反時計方向に旋回させる制御を行う。

同様に、乗員が、右足載せ部９ｂは基準位置のまま、左足載せ部９ａを基準位置よりも前方まで回転させ、右回転センサ５１では回転方向及び回転量が検出されず、左回転センサ５０による検出結果が、前方向に２５°である場合、制御装置４１は、車両１は時計方向に旋回させる制御を行う。なお、左足載せ部９ａ及び右足載せ部９ｂの回転量（左回転センサ５０及び右回転センサ５１での検出量）に応じて、車両１の旋回速度を変えるようにしてもよい。

なお、上記第１〜第３実施形態を組み合わせてもよい。

１，１０１…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（駆動装置）、９ａ，１０２ａ…左足載せ部、９ｂ，１０２ｂ…右足載せ部、２１…左回転板、３１…右回転板、４１…制御装置（移動制御手段、移動状態制御手段）、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）、４９…乗員搭乗部センサ（変化量検出手段）、５０…左回転センサ（変化量検出手段）、５１…右回転センサ（変化量検出手段）

Claims (8)

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左足が載せられて当該左足から受ける力に応じて姿勢及び位置の少なくとも一方が変化可能に構成された左乗員足載せ部と、
   前記乗員搭乗部に搭乗した乗員の右足が載せられて当該右足から受ける力に応じて姿勢及び位置の少なくとも一方が変化可能に構成された右乗員足載せ部と、
   前記基体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、
   前記基体の移動中に、前記左乗員足載せ部の基準位置からの姿勢又は位置の変化量を検出する左変化量検出手段と、
   前記基体の移動中に、前記右乗員足載せ部の基準位置からの姿勢又は位置の変化量を検出する右変化量検出手段と、
   前記左変化量検出手段による検出結果と前記右変化量検出手段による検出結果とに基づいて、前記駆動装置の動作を制御して前記基体の移動状態を制御する移動状態制御手段と、
   を備え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、
   前記左乗員足載せ部及び前記右乗員足載せ部は左右方向を回転中心にした回転である自転可能に設けられ、
   前記左変化量検出手段は前記左乗員足乗せ部の自転量を検出し、
   前記右変化量検出手段は前記右乗員足乗せ部の自転量を検出することを特徴とする倒立振子車両。
3. 請求項１又は２に記載の倒立振子型車両において、
   前記移動状態制御手段は、前記基体の移動速度を低下させるように、前記駆動装置の動作を制御す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、
   前記移動状態制御手段は、前記基体の移動速度を上昇させるように、前記駆動装置の動作を制御することを特徴とする倒立振子型車両。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の倒立振子型車両において、
   前記移動状態制御手段は、前記基体を横方向に移動させるように、前記駆動装置の動作を制御することを特徴とする倒立振子型車両。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の倒立振子型車両において、
   前記移動状態制御手段は、前記基体を旋回させるように、前記駆動装置の動作を制御することを特徴とする倒立振子型車両。
7. 請求項６に記載の倒立振子型車両において、
   前記左変化量検出手段と前記右変化量検出手段とのうち、いずれか一方でのみ変化量の検出が行われ、他方での変化量の検出が行われなかった際には、前記移動状態制御手段は、変化量の検出が行われなかった他方へ前記基体を旋回させるように、前記駆動装置の動作を制御することを特徴とする倒立振子型車両。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の倒立振子型車両において、
   前記左乗員足載せ部を前記基準位置に向けて付勢する左付勢手段と、
   前記右乗員足載せ部を前記基準位置に向けて付勢する右付勢手段と、
   を備えることを特徴とする倒立振子型車両。