JP6862796B2 - 移動体 - Google Patents

Description

本発明は、移動体に関し、特に、走行中に向きを変えずに移動方向を変更できる移動体に関するものである。

特許文献１には、回転テーブル１１と、その回転テーブル１１の軸部１７を回転軸として、回転テーブル１１上に回転自在に載置された車体１０とを有する無人走行車が開示されている。駆動輪２１，２２は回転テーブル１１に設けられ、従動輪としてのキャスター１４ａ〜１４ｄは車体１０に設けられる。無人走行車は、回転テーブル１１の駆動輪２１，２２を駆動することによって走行する。

回転テーブル１１には軸部１７を中心に等間隔に８つの凹穴２３が穿設されており、車体１０の下面には１つの突起１５が突設されている。この突起１５が８つの凹穴２３のいずれかと嵌合することにより、車体１０と回転テーブル１１との相対位置が固定（ロック）される。

ここで、車体１０の向きを変えずに車体１０の移動方向を変更したい場合には、車体１０と回転テーブル１１との相対位置を変更する必要がある。かかる場合には、無人走行車を停止した状態で、車体１０に設けられた４本のアウトリガー１３ａ〜１３ｄを伸張し、突起１５と凹穴２３との嵌合を解除する。その状態で回転テーブル１１を所望の方向に回転させた後、伸張状態にあるアウトリガー１３ａ〜１３ｄを縮退し、突起１５をいずれかの凹穴２３と嵌合させる。これにより、車体１０と回転テーブル１１とは相対位置が変更された状態でロックされる。即ち車体１０の向きを変えずに車体１０の移動方向を変更できる。

特開昭６０−１４８７７４号公報

しかしながら、上記無人走行車では、走行中に車体１０の向きを変えずに車体１０の移動方向を変更することは困難であった。上記無人走行車では、突起１５と凹穴２３とのロック機構を削除したとしても、車体１０の質量中心は回転軸（軸部１７）と必ずしも一致しないので、走行中に回転テーブル１１の移動方向を変更すると、加減速により発生するモーメントによって車体１０が回転してしまう。また、４つの従動輪（キャスター１４ａ〜１４ｄ）の回転抵抗は必ずしも均一ではないので、走行中に回転テーブル１１の移動方向を変更すると、回転抵抗の大きな従動輪により発生するモーメントによって車体１０が回転してしまう。よって、無人走行車の走行中に、車体１０の向きを変えずに車体１０の移動方向を変更することは困難であった。

このため上記無人走行車では、停止状態において、車体１０をアウトリガー１３ａ〜１３ｄで地面に固定し、次に回転テーブル１１の方向を変更し、更に突起１５と凹穴２３とを嵌合させてロックすることにより、車体１０の向きを変えずに車体１０の移動方向を変更するようにしていた。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、走行中に向きを変えずに移動方向を変更できる移動体を提供することを目的としている。

この目的を達成するために本発明の第１の移動体は、駆動輪と下側回転軸とを有する下車両と、上側回転軸を有し、その上側回転軸を介して前記下車両と接続される上車両とを備え、前記上車両と前記下車両とは、前記上側回転軸と前記下側回転軸とを介して相対的に回転可能に構成されると共に、前記上車両は、前記下車両が回転しても回転しない程度に、前記上側回転軸の回転抵抗に対して充分に大きな慣性モーメントを有しており、前記上車両の質量中心は、前記下側回転軸の軸上に位置するように構成され、前記上車両は非接地に構成されると共に、前記下車両の前後動作時において、前記駆動輪による倒立振り子制御によって前記上車両を支持する制御手段を備えている。
本発明の第２の移動体は、駆動輪と下側回転軸とを有する下車両と、上側回転軸を有し、その上側回転軸を介して前記下車両と接続される上車両とを備え、前記上車両と前記下車両とは、前記上側回転軸と前記下側回転軸とを介して相対的に回転可能に構成されると共に、前記上車両は、前記下車両が回転しても回転しない程度に、前記上側回転軸の回転抵抗に対して充分に大きな慣性モーメントを有しており、前記上車両の質量中心は、前記下側回転軸の軸上に位置するように構成され、前記上車両の質量中心を左右方向へ移動させる重量移動手段と、前記下車両の左右動作時に前記重量移動手段を制御して前記上車両を支持する制御手段と、を備えている。
本発明の第３の移動体は、駆動輪と下側回転軸とを有する下車両と、上側回転軸を有し、その上側回転軸を介して前記下車両と接続される上車両とを備え、前記上車両と前記下車両とは、前記上側回転軸と前記下側回転軸とを介して相対的に回転可能に構成されると共に、前記上車両は、前記下車両が回転しても回転しない程度に、前記上側回転軸の回転抵抗に対して充分に大きな慣性モーメントを有しており、前記上車両の質量中心は、前記下側回転軸の軸上に位置するように構成され、前記上車両は非接地に構成されると共に、前記下車両には従動輪が設けられている。
本発明の第４の移動体は、駆動輪と下側回転軸とを有する下車両と、上側回転軸を有し、その上側回転軸を介して前記下車両と接続される上車両とを備え、前記上車両と前記下車両とは、前記上側回転軸と前記下側回転軸とを介して相対的に回転可能に構成されると共に、前記上車両は、前記下車両が回転しても回転しない程度に、前記上側回転軸の回転抵抗に対して充分に大きな慣性モーメントを有しており、前記上車両の質量中心は、前記下側回転軸の軸上に位置するように構成され、前記下車両の前記下側回転軸に設けられ、前記駆動輪側の下側回転軸と前記上車両側の下側回転軸との相対位置を前後左右方向に変位可能なスライド機構と、前記上車両の質量中心が移動した場合に、前記スライド機構を制御して、前記上車両の質量中心を前記下側回転軸の軸上に戻すスライド制御手段とを備えている。

請求項１の移動体によれば、下車両の駆動輪が駆動されると、下車両と共に上車両が走行する。即ち、移動体が走行（移動）する。上車両は上側回転軸と下側回転軸とを介して下車両に対し相対的に回転可能に構成されており、上車両は下車両が回転しても回転しない程度に上側回転軸の回転抵抗に対して充分に大きな慣性モーメントを有し、上車両の質量中心は下車両の下側回転軸の軸上に位置する。よって、下車両の走行中に下車両が移動方向を変更しても、上車両へのモーメントの発生を抑えることができる。従って、移動体（下車両）の走行中に、移動体（上車両）の向きを変えずに、移動体（下車両）の移動方向を変更できる。更に、下車両の前後動作時には、制御手段は駆動輪による倒立振り子制御によって上車両を支持するので、上車両に従動輪等を設けずとも、上車両を下車両で支持することができ、上車両を非接地に構成できる。よって、上車両に従動輪等を設けた場合の、上車両へのモーメントの発生を防ぐことができる。

請求項２の移動体によれば、下車両の駆動輪が駆動されると、下車両と共に上車両が走行する。即ち、移動体が走行（移動）する。上車両は上側回転軸と下側回転軸とを介して下車両に対し相対的に回転可能に構成されており、上車両は下車両が回転しても回転しない程度に上側回転軸の回転抵抗に対して充分に大きな慣性モーメントを有し、上車両の質量中心は下車両の下側回転軸の軸上に位置する。よって、下車両の走行中に下車両が移動方向を変更しても、上車両へのモーメントの発生を抑えることができる。従って、移動体（下車両）の走行中に、移動体（上車両）の向きを変えずに、移動体（下車両）の移動方向を変更できる。更に、下車両の左右動作時には、制御手段は、上車両の質量中心を左右方向へ移動させる重量移動手段を制御して、上車両を支持する。よって、下車両の左右動作時において、上車両に従動輪等を設けずとも、上車両を下車両で支持することができ、上車両を非接地に構成できる。

請求項３の移動体によれば、請求項２の奏する効果に加え、重量移動手段は、下車両の下側回転軸に設けられ、駆動輪側の下側回転軸と上車両側の下側回転軸との相対位置を左右方向に変位可能なスライド機構を有して構成される。よって、下車両の左右動作時において、上車両に従動輪等を設けずとも、上車両を下車両で支持することができ、上車両を非接地に構成できる。

請求項４の移動体によれば、請求項２又は３の奏する効果に加え、重量移動手段は、下車両の下側回転軸に設けられ、その下側回転軸を左右方向に傾斜可能な傾斜機構を有して構成される。よって、下車両の左右動作時において、上車両に従動輪等を設けずとも、上車両を下車両で支持することができ、上車両を非接地に構成できる。なお、重量移動手段としての傾斜機構を、請求項５のスライド機構と共に、移動体に搭載しても良い。

請求項５の移動体によれば、下車両の駆動輪が駆動されると、下車両と共に上車両が走行する。即ち、移動体が走行（移動）する。上車両は上側回転軸と下側回転軸とを介して下車両に対し相対的に回転可能に構成されており、上車両は下車両が回転しても回転しない程度に上側回転軸の回転抵抗に対して充分に大きな慣性モーメントを有し、上車両の質量中心は下車両の下側回転軸の軸上に位置する。よって、下車両の走行中に下車両が移動方向を変更しても、上車両へのモーメントの発生を抑えることができる。従って、移動体（下車両）の走行中に、移動体（上車両）の向きを変えずに、移動体（下車両）の移動方向を変更できる。更に、下車両には従動輪が設けられるので、上車両に従動輪等を設けずとも、上車両を下車両で支持することができ、上車両を非接地に構成できる。よって、上車両に従動輪等を設けた場合の、上車両へのモーメントの発生を防ぐことができる。

請求項６の移動体によれば、下車両の駆動輪が駆動されると、下車両と共に上車両が走行する。即ち、移動体が走行（移動）する。上車両は上側回転軸と下側回転軸とを介して下車両に対し相対的に回転可能に構成されており、上車両は下車両が回転しても回転しない程度に上側回転軸の回転抵抗に対して充分に大きな慣性モーメントを有し、上車両の質量中心は下車両の下側回転軸の軸上に位置する。よって、下車両の走行中に下車両が移動方向を変更しても、上車両へのモーメントの発生を抑えることができる。従って、移動体（下車両）の走行中に、移動体（上車両）の向きを変えずに、移動体（下車両）の移動方向を変更できる。更に、下車両の下側回転軸には、駆動輪側の下側回転軸と上車両側の下側回転軸との相対位置を前後左右方向に変位可能なスライド機構が設けられている。例えば、ここで上車両に荷物などが載せられて上車両の質量中心が移動した場合には、スライド制御手段によってスライド機構が制御され、上車両の質量中心が下側回転軸の軸上に戻される。よって、かかる状態で移動体が走行し、その走行中に下車両が移動方向を変更しても、上車両へのモーメントの発生を抑えることができる。従って、移動体（下車両）の走行中に、移動体（上車両）の向きを変えずに、移動体（下車両）の移動方向を変更できる。

（ａ）は移動体の外観図であり、（ｂ）は移動体の外装の一部を切断して表した部分断面図である。 移動体の電気的構成を示すブロック図である。 操舵処理のフローチャートである。 （ａ）は第２実施形態における移動体の外装の一部を切断して表した部分断面図であり、（ｂ）は第２実施形態において、左右重量移動装置が動作している場合の移動体の部分断面図である。 第２実施形態における移動体の電気的構成を示すブロック図である。 第２実施形態における操舵処理のフローチャートである。 変形例における移動体の外装の一部を切断して表した部分断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、本実施形態における移動体１の構成を説明する。図１（ａ）は移動体１の外観図であり、図１（ｂ）は移動体１の外装２の一部を切断して表した部分断面図である。移動体１は、ユーザＨの前方周囲にて、ユーザＨに対し適切な位置に移動して、ユーザＨに追従できる装置として機能する。

図１に示すように、移動体１は、略円柱状の外装２と、駆動部３と、回転軸４とを有する。外装２には、ユーザＨの指示を移動体１に入力し、ユーザＨに移動体１等の情報を出力するためのＨＭＩ部１１が設けられる。なお、外装２の形状は略円柱状に限られるものではなく、直方体状等、種々の形状が採用できる。

駆動部３は、移動体１を走行動作させるための装置であり、車軸５と駆動輪６とを有する。駆動輪６は車軸５の左右両端にそれぞれ設けられ、車軸５の内部には左右の駆動輪６を回転動作させるための駆動輪モータ７がそれぞれ設けられる。駆動輪モータ７は、後述のＣＰＵ２１（図２参照）からの制御信号に基づいて、駆動輪６を回転させる。左右の駆動輪モータ７を、同じ出力で正転および逆転させることで移動体１の前方移動および後方移動を行い、また、駆動輪モータ７を差動させることで、移動体１の移動方向の変更を行う。また、駆動輪モータ７からは、モータの出力電流値等がＣＰＵ２１（図２参照）に出力され、ＣＰＵ２１によって駆動輪モータ７のトルク制御が行われる。

回転軸４は、外装２と駆動部３とを相対的に回転可能に支持するための部材であり、上支軸８と、玉軸受で構成された軸受９と、下支軸１０とを有する。上支軸８の一端側は外装２と接続され、他端側は軸受９の上部と接続される。下支軸１０の一端側は駆動部３の車軸５と接続され、他端側は軸受９の下部と接続される。また、上支軸８と外装２とは、外装２の重心が回転軸４の下支軸１０の軸上となる位置で接続される。外装２の重量は、駆動部３が回転しても回転しない程度に、軸受９の回転抵抗に対して、充分に大きな慣性モーメントを持つ程度とし、一例としては、回転抵抗が０．００１Ｎ・ｍの軸受９に対して、重量が１０．０ｋｇ以上の外装２が用いられる。

本実施形態における移動体１は、倒立振り子制御によって、前後のバランスを取りながら走行動作を行う。これによって、駆動輪６が左右２つであっても、駆動部３によって外装２が支持され、外装２を非接地とすることができるので、外装２に従動輪等を設ける必要はない。よって、外装２に従動輪等を設けた場合の、外装２へのモーメントの発生を防ぐことができる。

次に、図２を参照して、移動体１の電気的構成について説明する。図２は、移動体１の電気的構成を示すブロック図である。移動体１は、移動体１の各部を制御するための制御部２０を有する。制御部２０は、ＣＰＵ２１と、ＲＯＭ２２と、ＲＡＭ２３とを有し、これらがバスライン２４を介して入出力ポート２５にそれぞれ接続されている。また、入出力ポート２５には、駆動輪モータ７と、ＨＭＩ部１１と、移動体１の走行速度（単位はｋｍ／ｈ）を検知する速度センサ２６と、外装２と駆動部３との相対角（単位はｒａｄ）を検知する相対角センサ２７とがそれぞれ接続されている。

ＣＰＵ２１は、バスライン２４により接続された各部を制御する演算装置である。ＲＯＭ２２は、ＣＰＵ２１により実行される制御プログラムや固定値データ等を格納した書き換え不能な不揮発性メモリであり、制御プログラム２２ａが記憶される。ＣＰＵ２１によって制御プログラム２２ａが実行されると、図３の操舵処理が実行される。

ＲＡＭ２３は、ＣＰＵ２１が制御プログラム２２ａ実行時に各種のワークデータやフラグ等を書き換え可能に記憶するためのメモリであり、相対角センサ２７から検知された外装２と駆動部３との相対角が記憶される相対角メモリ２３ａと、外装２と駆動部３との目標相対角（単位はｒａｄ）が記憶される目標相対角メモリ２３ｂとが設けられる。

次に、図３を参照して、ＣＰＵ２１で実行される操舵処理について説明する。図３は、操舵処理のフローチャートである。操舵処理は、移動体１の移動方向を変更するための処理である。ＨＭＩ部１１を介してユーザＨから移動方向が直接入力された場合や、移動体１がユーザＨを追従走行している際に、移動体１とユーザＨとの適切な位置を維持するための移動方向が決定された場合に、操舵処理が実行される。

操舵処理はまず、入力または決定された移動方向と、速度センサ２６とから検知された走行速度とから、外装２と駆動部３との目標相対角を算出し、目標相対角メモリ２３ｂに記憶する（Ｓ１）。Ｓ１の処理の後、相対角センサ２７で相対角を検知し、相対角メモリ２３ａに記憶する（Ｓ２）。

Ｓ２の処理の後、相対角メモリ２３ａの値が目標相対角メモリ２３ｂの値以上かどうかを確認する（Ｓ３）。相対角メモリ２３ａの値が、目標相対角メモリ２３ｂの値以上である場合は（Ｓ３：Ｙｅｓ）、操舵処理は終了する。一方、相対角メモリ２３ａの値が、目標相対角メモリ２３ｂの値より小さい場合は（Ｓ３：Ｎｏ）、駆動部３が目標相対角メモリ２３ｂの値の方向に向くように、駆動輪モータ７を差動させる（Ｓ４）。Ｓ４の処理の後、Ｓ２の処理以下を繰り返す。

以上説明した通り、本実施形態の移動体１によれば、回転軸４によって、外装２と駆動部３とが相対的に回転可能に支持される。また、回転軸４の上支軸８と外装２とは、外装２の重心が回転軸４の下支軸１０の軸上となる位置に接続される。外装２の重量は、駆動部３が回転しても回転しない程度に、軸受９の回転抵抗に対して、充分に大きな慣性モーメントを持つ程度である。

ここで、移動体１の走行中に移動方向を変更する場合は、その変更された移動方向と、速度センサ２６が検知した走行速度とから、外装２と駆動部３との目標相対角が算出され、目標相対角メモリ２３ｂに記憶される。そして、相対角センサ２７から検知された相対角と、目標相対角メモリ２３ｂの値とが一致するように、左右の駆動輪モータ７を差動させる。この場合でも、外装２の重心は下支軸１０の軸上のままなので、外装２へのモーメントの発生を抑えることができる。従って、駆動部３は回転軸の軸受９を中心に回転するので、移動体１の走行中に移動方向を変更した場合でも、外装２の向きを変えずに駆動部３の移動方向を変更できる。

例えば、移動体１が、ＨＭＩ部１１をユーザＨと正対して走行している場合に、移動方向を変更しても、ＨＭＩ部１１はユーザＨと正対した状態を維持することができる。よってＨＭＩ部１１からの情報を、適切にユーザＨに提供でき、また、ＨＭＩ部１１をユーザＨが操作しやすい位置を維持することができる。

次に、図４〜図６を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。上述した第１実施形態では、外装２と駆動部３とを回転軸４で接続し、駆動部３の駆動輪モータ７を差動させることで、外装２の向きを変えずに、駆動部３の移動方向の変更を行った。第２実施形態では、移動体５０に対して、回転軸４に、駆動部３及び下支軸１０の一部の位置を左右方向に水平移動させる、左右重量移動装置５１を設けている。第２実施形態において、上述した第１実施形態と同一の部分については、同一の符号を付し、その説明は省略する。

図４（ａ）は、第２実施形態における移動体５０の外装の一部を切断して表した部分断面図であり、図４（ｂ）は、第２実施形態において、左右重量移動装置が動作している場合の移動体５０の部分断面図である。移動体５０には、回転軸４の下支軸１０に対して、駆動部３及び下支軸１０の一部の位置を、左右方向に水平移動させるための左右重量移動装置５１が設けられる。

左右重量移動装置５１は、上下に重なり合う２つの板状の部材における、上側の板状の部材である上板５１ａと、下側の板状の部材である下板５１ｂと、上板５１ａと下板５１ｂとを左右方向に移動させるための左右重量移動モータ５２とで構成される。左右重量移動モータ５２を駆動させ、下板５１ｂを左右方向に移動させることで、上板５１ａと下板５１ｂとを左右方向に変位（以下「左右変位」と称す）させることができる（図４（ｂ））。これによって、駆動部３及び下支軸１０の一部（即ち、下板５１ｂ以下の下支軸１０）が左右方向に移動され、外装２の重心も左右方向に移動される。なお、この上板５１ａと下板５１ｂとの左右方向への移動量は、上板５１ａと下板５１ｂとが走行中に外装２に衝突しない範囲とする。

また、左右重量移動モータ５２からは、モータの出力電流や出力値がＣＰＵ２１に出力され、ＣＰＵ２１による左右重量移動モータ５２のトルク制御が行われる。なお、左右重量移動モータ５２としては、誘導モータやブラシレスモータ等が例示される。

次に、図５を参照して、第２実施形態における移動体５０の電気的構成について説明する。図５は、第２実施形態における移動体５０の電気的構成を示すブロック図である。本実施形態の移動体５０は、入出力ポート２５に、左右重量移動モータ５２と、左右重量移動装置５１における左右変位（単位はｍ）を検知する左右変位検知センサ５３とが接続される。また、ＲＡＭ２３に、左右変位検知センサ５３で検知された左右変位が記憶される左右変位メモリ２３ｃと、左右重量移動装置５１における左右変位の目標値（単位はｍ）が記憶される目標左右変位メモリ２３ｄとが設けられる。

次に、図６を参照して、第２実施形態における操舵処理を説明する。図６は、第２実施形態における操舵処理のフローチャートである。Ｓ１の処理の後、ユーザＨによって入力された移動方向、またはユーザＨとの適切な位置を維持するために決定された移動方向と、速度センサ２６から検知された走行速度とから、左右重量移動装置５１における目標左右変位を算出し、目標左右変位メモリ２３ｄに記憶する（Ｓ１０）。具体的には、走行中の移動体５０の移動方向の変更に伴って発生する、移動体５０に対する遠心力等によって想定される、外装２の重心の左右方向のズレ、即ち、回転軸４の下支軸１０の軸上からの左右方向のズレに対して、そのズレを補正するための左右重量移動装置５１における左右変位の方向および大きさが算出される。

Ｓ１０の処理の後、Ｓ２〜Ｓ４の処理と、後述のＳ１１〜Ｓ１３の処理とが並列に実行される。Ｓ１０の処理の後、上述のＳ２〜Ｓ４の処理と並列して、左右変位検知センサ５３で、左右重量移動装置５１における左右変位を検知し、左右変位メモリ２３ｃに記憶する（Ｓ１１）。Ｓ１１の処理の後、左右変位メモリ２３ｃの値が、目標左右変位メモリ２３ｄの値以上かを確認する（Ｓ１２）。左右変位メモリ２３ｃの値が、目標左右変位メモリ２３ｄの値より小さい場合は（Ｓ１２：Ｎｏ）、目標左右変位メモリ２３ｄの値の方向に対して、左右重量移動モータ５２を動作させる（Ｓ１３）。Ｓ１３の処理の後、Ｓ１１の処理以下を繰り返す。一方、Ｓ１２の処理において、左右変位メモリ２３ｃの値が、目標左右変位メモリ２３ｄの値以上である場合は（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、Ｓ１３の処理をスキップする。

Ｓ２〜Ｓ４の処理およびＳ１１〜Ｓ１３の処理が終わった場合、具体的には、Ｓ３の処理において、相対角メモリ２３ａの値が目標相対角メモリ２３ｂの値以上、かつ、Ｓ１２の処理において、左右変位メモリ２３ｃの値が、目標左右変位メモリ２３ｄの値以上となった場合は、操舵処理は終了する。なお、Ｓ２〜Ｓ４の処理とＳ１１〜Ｓ１３の処理とを、並列に処理する構成としたが、先にＳ２〜Ｓ４の処理を行い、その後にＳ１１〜Ｓ１３の処理を行う構成としてもよいし、先にＳ１１〜Ｓ１３の処理を行い、その後にＳ２〜Ｓ４の処理を行う構成としてもよい。

以上説明した通り、第２実施形態の移動体５０によれば、下支軸１０に、駆動部３及び下支軸１０の一部の位置を、左右方向に水平移動させる左右重量移動装置５１が設けられる。ここで、移動体５０の走行中に移動方向を変更する場合は、その変更された移動方向と、速度センサ２６が検知した走行速度とから、左右重量移動装置５１における目標左右変位が算出され、目標左右変位メモリ２３ｄに記憶される。そして、左右変位検知センサ５３で検知された左右重量移動装置５１の左右変位と、目標左右変位メモリ２３ｄの値とが一致するように、左右重量移動モータ５２を動作させ、外装２の重心が左右方向に水平移動される。即ち、移動体５０の移動方向の変更により生じる遠心力等により、回転軸４の下支軸１０の軸上からズレた外装２の重心の位置を、回転軸４の下支軸１０の軸上に補正する。よって、移動体５０の走行が安定し、外装２に対して、従動輪等を設けなくても外装２を駆動部３で支持することができるので、外装２を非接地のまま走行させることができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能であることは容易に推察できるものである。

上記実施形態において、軸受９は、玉軸受で構成されるものとした。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、軸受９を油軸受や空気軸受、磁気軸受等、種々の軸受によって構成されるものとしてもよい。

上記実施形態において、回転軸４は、外装２に接続された上支軸８と、駆動部３に接続された下支軸１０とが、軸受９に接続される構成とした。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、さらに、上支軸８と下支軸１０とを相対的に回転させるモータ（以下「軸用モータ」と称す）を設ける構成としてもよい。この軸用モータを回転させることで、上支軸８と下支軸１０とが回転し、外装２を任意の方向に向けることができる。

また、移動体１，５０の走行中かつ、図３，図６の操舵処理が実行されていない場合に、相対角センサ２７によって外装２と駆動部３との相対角の変化を検知した場合は、その相対角の変化と逆方向へ軸用モータに回転させることで、外装２の向きを一定に保つことができる。なお、軸用モータとしては、軸受９による回転を妨げないように、モータを駆動させない場合にモータの回転抵抗が小さい、誘導モータやブラシレスモータを用いるのが好ましい。

上記実施形態において、移動体１，５０は、倒立振り子制御によって進行方向に対して前後のバランスを取りながら走行動作を行うものとした。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、駆動部３に従動輪７１を設け、倒立振り子制御を省略する構成としてもよい。図７を用いて、変形例における移動体７０を説明する。

図７は、移動体７０の外装の一部を切断して表した部分断面図である。なお、上述した第１，第２実施形態と同一の部分については、同一の符号を付し、その説明は省略する。変形例における移動体７０は、回動自在のキャスターで構成される従動輪７１を有し、従動輪７１は、車軸５の長手方向における中央部に垂直に接続される。従動輪７１は駆動輪６と共に、移動体７０の走行する路面に常に接するように設けられる。よって、移動体７０は、左右の駆動輪６と従動輪７１との３点で支持されるので、倒立振り子制御を行わなくても、その姿勢は安定する。また、駆動部３には従動輪７１が設けられるので、外装２に従動輪を設けなくても、外装２を駆動部３で支持することができ、外装２を非接地に構成できる。よって、外装２に従動輪を設けた場合の、外装２へのモーメントの発生を防ぐことができる。

上記第２実施形態において、移動方向と、左右重量移動装置５１の左右変位とによって、左右重量移動モータ５２を動作させる構成とした。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、左右変位検知センサ５３の代わりに、移動体５０における左右方向の重量を検知するセンサを設け、移動方向に対して、左右方向の重量の差または比等の目標値を算出し、その目標値と、左右方向の重量を検知するセンサによって検知される、左右方向の重量の差または比等との差がなくなるように、左右重量移動モータ５２を動作させる構成としてもよい。

上記第２実施形態において、左右重量移動装置５１によって、駆動部３及び下支軸１０の一部の位置を左右方向に水平移動するように構成した。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、左右重量移動装置５１に傾斜機構を設け、傾斜機構によって駆動部３及び下支軸１０の一部の位置が左右方向に傾斜するように構成してもよい。この場合、左右方向の最大傾斜角は、外装２が移動体５０の走行する路面に触れない程度とする。移動体５０の移動方向に応じて、左右重量移動装置５１により、駆動部３及び下支軸１０の一部を左右方向に傾斜させることで、移動体５０の外装２における重心が、左右方向に移動される。

よって、移動体５０の移動方向の変更により生じる遠心力等により、回転軸４の下支軸１０の軸上からズレた外装２の重心の位置を、回転軸４の下支軸１０の軸上に補正することができる。また、外装２に対して、従動輪等を設けなくても外装２を駆動部３で支持することができるので、外装２を非接地のまま走行させることができる。なお、左右重量移動装置５１を、この駆動部３及び下支軸１０の一部の位置が左右方向に傾斜する構成と、第２実施形態における駆動部３及び下支軸１０の一部の位置が左右方向に水平移動する構成とを、共に設ける構成としてもよい。

上記第２実施形態において、駆動部３及び下支軸１０の一部の位置を、左右方向に水平移動させる左右重量移動装置５１を設ける構成とした。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、左右重量移動装置５１の代わりに、駆動部３及び下支軸１０の一部の位置を、前後左右方向に変位可能なスライド機構を有する重量移動装置を設ける構成としてもよい。スライド機構によって、外装２の重心が下支軸１０の軸上に位置するように制御される。例えば、外装２に荷物等が載せられ、外装２の重心が移動した場合には、スライド機構によって、外装２の重心が下支軸１０の軸上に戻される。

よって、かかる状態で移動体５０が走行し、その走行中に駆動部３が移動方向を変更しても、外装２へのモーメントの発生を抑えることができる。従って、移動体５０の走行中に、外装２の向きを変えずに、駆動部３の移動方向を変更できる。

１，５０，７０ 移動体
２ 外装（上車両の一部）
３ 駆動部（下車両の一部）
６ 駆動輪
８ 上支軸（上側回転軸、上車両の一部）
１０ 下支軸（下側回転軸、下車両の一部）
５１ 左右重量移動装置（重量移動手段、スライド機構）
７１ 従動輪
Ｓ２〜Ｓ４，Ｓ１１〜Ｓ１２ 制御手段

Claims (6)

1. 駆動輪と下側回転軸とを有する下車両と、
   上側回転軸を有し、その上側回転軸を介して前記下車両と接続される上車両とを備え、
   前記上車両と前記下車両とは、前記上側回転軸と前記下側回転軸とを介して相対的に回転可能に構成されると共に、前記上車両は、前記下車両が回転しても回転しない程度に、前記上側回転軸の回転抵抗に対して充分に大きな慣性モーメントを有しており、
   前記上車両の質量中心は、前記下側回転軸の軸上に位置するように構成され、
   前記上車両は非接地に構成されると共に、
   前記下車両の前後動作時において、前記駆動輪による倒立振り子制御によって前記上車両を支持する制御手段を備えていることを特徴とする移動体。
2. 駆動輪と下側回転軸とを有する下車両と、
   上側回転軸を有し、その上側回転軸を介して前記下車両と接続される上車両とを備え、
   前記上車両と前記下車両とは、前記上側回転軸と前記下側回転軸とを介して相対的に回転可能に構成されると共に、前記上車両は、前記下車両が回転しても回転しない程度に、前記上側回転軸の回転抵抗に対して充分に大きな慣性モーメントを有しており、
   前記上車両の質量中心は、前記下側回転軸の軸上に位置するように構成され、
   前記上車両の質量中心を左右方向へ移動させる重量移動手段と、
   前記下車両の左右動作時に前記重量移動手段を制御して前記上車両を支持する制御手段と、を備えていることを特徴とする移動体。
3. 前記重量移動手段は、前記下車両の前記下側回転軸に設けられ、前記駆動輪側の下側回転軸と前記上車両側の下側回転軸との相対位置を左右方向に変位可能なスライド機構を有していることを特徴とする請求項２記載の移動体。
4. 前記重量移動手段は、前記下車両の前記下側回転軸に設けられ、その下側回転軸を左右方向に傾斜可能な傾斜機構を有していること
   を特徴とする請求項２又は３に記載の移動体。
5. 駆動輪と下側回転軸とを有する下車両と、
   上側回転軸を有し、その上側回転軸を介して前記下車両と接続される上車両とを備え、
   前記上車両と前記下車両とは、前記上側回転軸と前記下側回転軸とを介して相対的に回転可能に構成されると共に、前記上車両は、前記下車両が回転しても回転しない程度に、前記上側回転軸の回転抵抗に対して充分に大きな慣性モーメントを有しており、
   前記上車両の質量中心は、前記下側回転軸の軸上に位置するように構成され、
   前記上車両は非接地に構成されると共に、
   前記下車両には従動輪が設けられていることを特徴とする移動体。
6. 駆動輪と下側回転軸とを有する下車両と、
   上側回転軸を有し、その上側回転軸を介して前記下車両と接続される上車両とを備え、
   前記上車両と前記下車両とは、前記上側回転軸と前記下側回転軸とを介して相対的に回転可能に構成されると共に、前記上車両は、前記下車両が回転しても回転しない程度に、前記上側回転軸の回転抵抗に対して充分に大きな慣性モーメントを有しており、
   前記上車両の質量中心は、前記下側回転軸の軸上に位置するように構成され、
   前記下車両の前記下側回転軸に設けられ、前記駆動輪側の下側回転軸と前記上車両側の下側回転軸との相対位置を前後左右方向に変位可能なスライド機構と、
   前記上車両の質量中心が移動した場合に、前記スライド機構を制御して、前記上車両の質量中心を前記下側回転軸の軸上に戻すスライド制御手段とを備えていることを特徴とする移動体。

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