JPWO2014045857A1

JPWO2014045857A1 - 移動体

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Publication number: JPWO2014045857A1
Application number: JP2014536730A
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Inventors: 昌幸久保; 賢一白土; 滋辻
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
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Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2016-08-18
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Abstract

補助輪が存在しない、または補助輪が接地されていない使用状態がある場合において、本体の転倒を防止する移動体を提供する。第１の制御モード時には、倒立振子制御を常に行うことにより、本体部（１０）の姿勢を一定に保つ。例えば、ユーザが切替スイッチを操作した場合、制御部（２１）は、本体部（１０）の鉛直方向に対する角度がθ１よりも大きいθ１’となるように、主輪（１１）の回転を駆動、制御する第２の制御モードに移行する。この第２の制御モードでは、主輪（１１）および補助輪（１３）が接地される。したがって、支持部（１２）および補助輪（１３）によって本体部（１０）が支持され、転倒を防止することができる。

Description

この発明は、車輪を備えた移動体に関し、特に車輪を駆動、制御する移動体に関するものである。

従来、車輪を駆動、制御して倒立振子制御を行う移動体が知られている。例えば、特許文献１には、倒立振子制御を行う同軸二輪車であって、主輪の前に補助輪を備えたものが記載されている。補助輪は、サスペンション機構によって接地されている。

特許文献１には、ブレーキレバーを握ると、サスペンション機構をロックすることで、補助輪の回転を素早く止めて、転倒防止を行う旨が記載されている。

特開２０１１−１６８２３６号公報

倒立振子制御を行う場合、特許文献１に記載されたような補助輪は、必須ではない。ただし、補助輪が存在しない場合、または補助輪が接地されていない使用状態がある場合、本体が転倒しないように、安全性を考慮することが望ましい。

そこで、この発明は、補助輪が存在しない、または補助輪が接地されていない使用状態がある場合において、本体の転倒を防止する移動体を提供することを目的とする。

本発明の移動体は、車輪と、該車輪を回転可能に支持する本体部と、該本体部に一端が接続される支持部と、前記車輪を駆動、制御する駆動制御部と、前記本体部のピッチ方向の傾斜角の角度変化を検出するセンサ部と、を備えている。

そして、前記駆動制御部は、前記センサの出力に基づいて、前記本体部の角度変化が０となるように、かつ前記本体部の鉛直方向に対する角度が第１の角度になるように、前記車輪の回転を制御する第１の制御モードと、前記本体部の鉛直方向に対する角度が前記第１の角度よりも大きい第２の角度となるように前記車輪の回転を制御し、前記支持部が接続された側に前記本体部を傾ける第２の制御モードと、を有し、移動体は、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切り替える切替手段を備えたことを特徴とする。

第１の制御モードでは、倒立振子制御により、本体部の姿勢を鉛直方向あるいは鉛直に近い方向に維持する。この第１の制御モードでは、当該移動体が自立した状態であるため、手押し車として使用できる。この第１の制御モードにおいて、例えば切替スイッチにより切り替え指示がなされると、本体部の姿勢を鉛直方向から大きく傾いた状態である第２の制御モードに変化させる。移動体には、本体部に一端が接続された支持部が存在するため、当該支持部が接続された側に本体部を傾けることで、支持部が接地されることにより本体部が支持され、転倒を防止することができる。第２の制御モードにおいて、再び切り替え指示がなされると、第１の制御モードに復帰させる。

なお、支持部の他端には、回転可能に支持された第２の車輪（補助輪）を備えることが望ましい。この補助輪が接地されることにより、駆動制御部が停止した状態であっても、当該移動体を手押し車として使用することができる。

また、支持部は、本体部のピッチ方向に回転可能に接続されることが好ましい。この場合、第１の制御モードでは、支持部の姿勢も鉛直方向あるいは鉛直に近い方向に維持されるため、第１の制御モード時に支持部が邪魔になることがない。また、本体部と支持部の接続部分にモータを設け、当該モータを駆動、制御することにより、本体部と支持部との成す角を制御する態様としてもよい。

ただし、例えば、支持部が伸縮可能であり、長さを変化させることができるものであれば、第１の制御モード時に支持部を収縮させ、第２の制御モード時に支持部を伸張させる態様とすることも可能である。この場合、本体部と支持部の成す角度は一定であってもよい。

第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替えるトリガは、例えば以下の様な例が考えられる。

（１）車輪の回転停止の指示を受け付けた場合
例えば手動ブレーキを設ける場合である。ユーザが手動ブレーキをオンし、車輪の回転停止の指示を行った場合、まず第２の制御モードに移行することで安全な状態に移行する。その後、手動ブレーキを効かせることで、安全な状態で移動体を停止させることができる。なお、移動体を停止させた後、車輪の駆動、制御を停止してもよい。

（２）障害物検知センサで障害物を検知した場合
前方に大きな段差や壁等の障害物が検知された場合には、まず第２の制御モードに移行することで安全な状態に移行することが好ましい。

（３）衝撃検知センサを備え、衝撃を検知した場合
障害物に衝突した場合等、衝撃を検知した場合にも、まず第２の制御モードに移行することで安全な状態に移行することが好ましい。

（４）本体部に一端が回転可能に連結された着座板を設け、着座板が本体部に対して所定の角度になったことを検知した場合
着座板が開かれた場合、ユーザが移動体を停止させようとしていると判断し、安全な状態に移行することが好ましい。

（５）車輪に対して発生させるトルクが所定値を超えた場合
例えば車輪に異物が挟まった等でモータに異常なトルクが発生した場合も、安全な状態に移行することが好ましい。

（６）タッチセンサを用いて、人体が本体部に触れなくなった場合
移動体を手押し車として使用し、手を離した場合にも、安全な状態に移行することが好ましい。なお、この場合、駆動制御部は、第２の制御モードに以降した後に、車輪の駆動、制御を停止することが好ましい。

（７）蓄電手段の蓄電残量が少なくなった場合
電池残量がなくなると、倒立振子制御を行うことができなくなり、本体部が転倒する可能性があるため、電池残量が少なくなった場合にも、安全な状態に移行することが好ましい。

（８）車輪の空転を検知した場合
悪路等で車輪が空転している場合も、安全な状態に移行することが好ましい。ただし、車輪が空転している場合、当該車輪を駆動、制御して第２の制御モードに移行することが困難である場合がある。この場合、駆動制御部は、例えば補助輪を駆動、制御することにより、第２の制御モードに移行する、あるいは、支持部を回転させて、第２の制御モードに移行する。

この発明によれば、補助輪が存在しない、または補助輪が接地されていない使用状態がある場合においても本体の転倒を防止することができる。

同軸二輪車の外観図である。同軸二輪車の構成を示す制御構成図である。第１の制御モードと第２の制御モードとの切り替えを示す図である。手動ブレーキにより第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。障害物検知センサの検知結果に応じて第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。衝撃検知センサの検知結果に応じて第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。着座板の開閉に応じて第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。モータトルク以上の有無により、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。人体の接触の有無により、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。電池残量により、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。主輪の空転の有無により、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。同軸二輪車を持ち上げた場合の動作を示す図である。同軸二輪車を持ち上げた場合の動作を示す図である。支持部が伸縮可能である場合の例を示す図である。着座板の取り付けに応じて第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。着座板のスライドに応じて第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。

図１は、本発明の移動体の実施形態である同軸二輪車１の外観図である。図２は、同軸二輪車１の構成を示すブロック図である。

同軸二輪車１は、例えば、直方体形状の本体部１０を備えている。本体部１０は、鉛直方向（図中Ｚ，−Ｚ方向）に長く、奥行き方向（図中Ｙ，−Ｙ方向）に短い形状である。本体部１０は、内部に制御用の基板や電池等を内蔵している。

本体部１０の鉛直下方向（−Ｘ方向）の下部のうち、左右（図中Ｘ，−Ｘ方向）の端部には、２つの主輪１１が取り付けられている。２つの主輪１１は、同じ軸に取り付けられ、同期して回転する。ただし、２つの主輪１１は、それぞれ個別に駆動させ、回転させることも可能である。また、この実施形態においては、主輪１１は２輪である例を示しているが、１輪あるいは３輪以上であってもよい。

また、本体部１０の鉛直方向上部には、例えば、円筒形状のハンドル１５の一端が取り付けられ、ハンドル１５の他端には、Ｔ字型のグリップ部１６が取り付けられている。グリップ部１６の上面には、電源スイッチ等のユーザインタフェース（図２に示すユーザＩ／Ｆ２８）が設けられている。ハンドル１５のうち、グリップ部１６に近い位置には手動ブレーキ２９が取り付けられている。ユーザは、グリップ部１６を握る、あるいは前腕等をグリップ部１６に載せ、グリップ部と前腕等の摩擦により、同軸二輪車１を手押し車として使用する。

なお、本体部１０は、実際にはカバーが取り付けられ、内部の基板等が外観上見えないようになっている。

本体部１０の背面（−Ｙ方向）には、棒状の支持部１２の一端が取り付けられる。支持部１２の一端は、本体部１０に回転可能に接続されている。支持部１２の他端には、補助輪１３が取り付けられる。支持部１２は、本体部１０が鉛直方向から大きく傾いた状態となった場合に、接地され、本体部１０を支持するものであり、本体部１０の転倒を防止するためのものである（図３（Ｂ）を参照）。なお、補助輪１３は、本発明において必須の構成ではないが、補助輪１３を設けることで、電源オフ時に本体部１０が鉛直方向から大きく傾いた状態となった場合においても、主輪１１および補助輪１３が接地されることにより、当該同軸二輪車１を手押し車として使用することができる。また、支持部１２および補助輪１３は、二つ以上であってもよい。

次に、同軸二輪車１の構成および基本動作について説明する。図２に示すように、同軸二輪車１は、傾斜角センサ２０、制御部２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、ジャイロセンサ２４、支持部駆動部２５、主輪駆動部２６、補助輪駆動部２７、ユーザＩ／Ｆ２８、手動ブレーキ２９、および補助センサ３０を備えている。

制御部２１は、同軸二輪車１を統括的に制御する機能部であり、ＲＯＭ２２に記憶されているプログラムを読み出し、当該プログラムをＲＡＭ２３に展開することで種々の動作を実現する。傾斜角センサ２０は、本体部１０のピッチ方向（図１における主輪１１の軸を中心とする回転方向）の鉛直方向に対する傾斜角を検知し、制御部２１に出力する。ジャイロセンサ２４は、本体部１０のピッチ方向の角速度を検知し、制御部２１に出力する。なお、手押し車１は、本体部１０の各方向の加速度を検知する加速度センサや、本体部１０と支持部１２からなる交差角度を検知するロータリエンコーダを備えていてもよい。

基本動作として、制御部２１は、ジャイロセンサ２４および傾斜角センサ２０の検知結果に基づいて、本体部１０のピッチ方向の傾斜角の角度変化を検知し、本体部１０の角度変化がゼロとなるように、かつ本体部１０の鉛直方向に対する角度が０（または０に近い値）となるように、主輪駆動部２６を制御する。主輪駆動部２６は、主輪１１に取り付けられた軸を回転させるモータを駆動する機能部であり、制御部２１の制御に従って主輪１１を回転させる。なお、ここでは、本体部１０のピッチ方向の傾斜角の角度変化を検知する手段として、ジャイロセンサ２４および傾斜角センサ２０を用いる例を示したが、加速度センサを用いることも可能であるし、どの様なセンサを用いてもよい。例えば、ロータリエンコーダを用いて本体部１０に対する支持部１２の交差角度を検知する場合、当該交差角度から本体部１０の鉛直方向に対する傾斜角を推定することも可能である。

このようにして、同軸二輪車１は、基本動作として、倒立振子制御を行い、本体部１０の姿勢を一定に保つように制御する。同軸二輪車１は、ユーザがグリップ部１６を握って同軸二輪車１を押した場合でも一定の姿勢を保つため、当該同軸二輪車１を手押し車として使用することができる。

同軸二輪車１は、上記倒立振子制御を常に行うことにより、主輪１１だけが接地された状態であっても転倒するおそれは少ない。しかし、例えば、本体部１０の姿勢が鉛直方向から前方側（Ｙ方向）に傾いていた状態で電源がオフされると、転倒する可能性がある。そこで、同軸二輪車１は、倒立振子制御を行う第１の制御モードと、支持部１２および補助輪１３により本体部１０を支持した状態である第２の制御モードと、を切り替える。

図３は、第１の制御モードと第２の制御モードとの切り替えを示す図である。図３（Ａ）は、第１の制御モード時の同軸二輪車１の姿勢を示す図であり、図３（Ｂ）は、第２の制御モード時の同軸二輪車１の姿勢を示す図である。図３（Ｃ）は、同軸二輪車１の動作を示すフローチャートである。

図３（Ａ）に示す第１の制御モード時には、上述したように倒立振子制御を常に行うことにより、本体部１０の姿勢を一定に保つ。ここでは、本体部１０の鉛直方向に対する角度がθ１となるように主輪１１の回転を駆動、制御する。このとき、本体部１０と支持部１２との成す角度はθ２となっている。

本体部１０と支持部１２との成す角度は、制御部２１の制御に従って、支持部駆動部２５が本体部１０と支持部１２との接続部分に設けられたモータを駆動することによりθ２に保たれる。θ２は、ユーザが同軸二輪車１を押した場合に、支持部１２が邪魔にならない程度の角度に設定されている。

ただし、支持部駆動部２５は、本発明において必須の構成ではなく、支持部１２が本体部１０に、回転可能に接続されているだけでもよい。この場合、本体部１０の姿勢が鉛直方向あるいは鉛直に近い方向になった場合に、支持部１２および補助輪１３の自重により、支持部１２の姿勢も鉛直方向あるいは鉛直に近い方向に維持されるため、支持部１２が邪魔になることがない。

ここで、ユーザがユーザＩ／Ｆ２８における切替スイッチを操作し、モード切り替え指示がなされると（ｓ１１）、制御部２１は、図３（Ｂ）に示すように、本体部１０の鉛直方向に対する角度がθ１よりも大きいθ１’となるように、主輪１１の回転を駆動、制御する第２の制御モードに移行する（ｓ１２）。第２の制御モードでは、本体部１０の姿勢は、支持部１２が接続された側に大きく傾いた状態となる。このとき、本体部１０と支持部１２との成す角度はθ２よりも大きいθ２’となっている。制御部２１は、支持部駆動部２５を制御し、本体部１０と支持部１２との成す角度がθ２’になるように、本体部１０と支持部１２との接続部分に設けられたモータを駆動させる。支持部駆動部２５が存在せず、支持部１２が本体部１０に回転可能に接続されているだけの場合も、支持部１２および補助輪１３の自重によりθ２’まで拡がることになる。

この第２の制御モードでは、主輪１１および補助輪１３が接地される。したがって、主輪１１および補助輪１３によって本体部１０が支持され、転倒を防止することができる。補助輪１３がない場合であっても、支持部１２の他端が接地されることにより、主輪１１および支持部１２によって本体部１０が支持され、転倒を防止することができる。この第２の制御モードにおいては、電源がオフされ、倒立振子制御が解除された場合であっても本体部１０が転倒することはない。したがって、制御部２１は、第２の制御モードに移行した後、主輪１１の駆動、制御を停止してもよい。この場合でも、主輪１１および補助輪１３は転がることが可能であるため、手押し車として使用することができる。また、補助輪１３が接地していれば、補助輪駆動部２７が補助輪１３に取り付けられた軸を回転させるモータを駆動することで、制御部２１の制御に従って補助輪１３を回転させることも可能である（補助輪駆動部２７による補助輪１３の駆動も本発明において必須の構成ではない）。

第２の制御モードにおいて、再び切り替え指示がなされると（ｓ１１）、第１の制御モードに復帰させる（ｓ１２）。

以上の例では、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替えるトリガは、ユーザＩ／Ｆ２８における切替スイッチを用いる場合を示したが、例えば以下の様な例も考えられる。

図４は、手動ブレーキにより第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。図４（Ａ）は、第１の制御モード時の同軸二輪車１の姿勢を示す図であり、図４（Ｂ）は、第２の制御モード時の同軸二輪車１の姿勢を示す図である。図４（Ｃ）および図４（Ｄ）は、同軸二輪車１の動作を示すフローチャートである。

図４（Ａ）に示す第１の制御モード時には、上述したように倒立振子制御を常に行うことにより、本体部１０の姿勢を一定に保つ。ここで、ユーザが手動ブレーキ２９を操作した場合（ｓ２１）、制御部２１は、図４（Ｂ）に示すように、本体部１０の鉛直方向に対する角度がθ１よりも大きいθ１’となるように、主輪１１の回転を駆動、制御する第２の制御モードに移行する（ｓ２２）。その後、制御部２１は、主輪１１または補助輪１３をロックし、手動ブレーキ２９によるブレーキ操作を有効にする（ｓ２３）。主輪１１または補助輪１３は、機械的にロックしてもよいし、電磁的にロックしてもよい。さらにその後、制御部２１は、主輪１１の駆動、制御を停止する（ｓ２４）。これにより、同軸二輪車１は、完全に停止した状態となる。

一方、ユーザが手動ブレーキ２９を解除する操作を行った場合（ｓ３１）、制御部２１は、主輪１１および補助輪１３のロックを解除し（ｓ３２）、第１の制御モードに復帰させる（ｓ３３）。これにより、同軸二輪車１を再び手押し車として使用することができる。

次に、図５は、障害物検知センサの検知結果に応じて第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。図５（Ａ）は、第１の制御モード時の同軸二輪車１の姿勢を示す図であり、図５（Ｂ）は、第２の制御モード時の同軸二輪車１の姿勢を示す図である。図５（Ｃ）は、同軸二輪車１の動作を示すフローチャートである。

図５（Ａ）に示す第１の制御モード時には、上述したように倒立振子制御を常に行うことにより、本体部１０の姿勢を一定に保つ。ここで、補助センサ３０のうち、本体部１０の前方に設けられた障害物センサ（例えば超音波や赤外線等からなるセンサ）が障害物を検知したとき（ｓ４１）、制御部２１は、図５（Ｂ）に示すように、本体部１０の鉛直方向に対する角度がθ１よりも大きいθ１’となるように、主輪１１の回転を駆動、制御する第２の制御モードに移行する（ｓ４２）。この場合においても、制御部２１は、第２の制御モードに移行した後、主輪１１の駆動、制御を停止してもよい。制御部２１は、障害物センサが障害物を検知しなくなった場合、第１の制御モードに復帰させるようにしてもよいし、ユーザＩ／Ｆ２８によりユーザが明示的に第１の制御モードに復帰させる操作を行った（例えば一端電源をオフしてから再び電源をオンした等）場合に限り、第１の制御モードに復帰させるようにしてもよい。

次に、図６は、衝撃検知センサの検知結果に応じて第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。図６（Ａ）は、第１の制御モード時の同軸二輪車１の姿勢を示す図であり、図６（Ｂ）は、第２の制御モード時の同軸二輪車１の姿勢を示す図である。図６（Ｃ）は、同軸二輪車１の動作を示すフローチャートである。

図６（Ａ）に示す第１の制御モード時には、上述したように倒立振子制御を常に行うことにより、本体部１０の姿勢を一定に保つ。ここで、補助センサ３０のうち、本体部１０に設けられた衝撃センサが衝突等の大きな衝撃を検知したとき（ｓ５１）、制御部２１は、図６（Ｂ）に示すように、本体部１０の鉛直方向に対する角度がθ１よりも大きいθ１’となるように、主輪１１の回転を駆動、制御する第２の制御モードに移行する（ｓ５２）。衝撃センサは、例えば３軸加速度センサからなり、所定の閾値以上の加速度を検知した場合に、衝突等の大きな衝撃を検知したと判定する。

この場合においても、制御部２１は、第２の制御モードに移行した後、主輪１１の駆動、制御を停止してもよい。制御部２１は、所定時間経過後に第１の制御モードに復帰させるようにしてもよいし、ユーザＩ／Ｆ２８によりユーザが明示的に第１の制御モードに復帰させる操作を行った場合に限り、第１の制御モードに復帰させるようにしてもよい。

次に、図７は、着座板の開閉に応じて第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。図７（Ａ）は、第１の制御モード時の同軸二輪車１の姿勢を示す図であり、図７（Ｂ）は、第２の制御モード時の同軸二輪車１の姿勢を示す図である。図７（Ｃ）は、ユーザが着座板に着座している様子を示す図である。図７（Ｄ）は、同軸二輪車１の動作を示すフローチャートである。

この例では、本体部１０の前方（Ｙ方向）に着座板５１が設けられている。着座板５１は、本体部１０に一端が回転可能に接続され、他端は、本体部１０に着脱自在になっている。着座板５１は、本体部１０が第２の制御モードに移行した場合に、水平あるいは水平に近い角度となるため、ユーザが着座することが可能になる。

図７（Ａ）に示す第１の制御モード時には、上述したように倒立振子制御を常に行うことにより、本体部１０の姿勢を一定に保つ。ここで、補助センサ３０が、本体部１０から着座板５１が外れたことを検知したとき（ｓ６１）、制御部２１は、図７（Ｂ）に示すように、本体部１０の鉛直方向に対する角度がθ１よりも大きいθ１’となるように、主輪１１の回転を駆動、制御する第２の制御モードに移行する（ｓ６２）。第２の制御モードに移行した場合、図７（Ｃ）に示すように、ユーザは、着座板５１に着座することが可能になる。この場合においても、制御部２１は、第２の制御モードに移行した後、主輪１１の駆動、制御を停止してもよい（ｓ６３）。制御部２１は、補助センサ３０が着座板５１の装着を検知した場合、第１の制御モードに復帰させるようにしてもよいし、ユーザＩ／Ｆ２８によりユーザが明示的に第１の制御モードに復帰させる操作を行った（例えば一端電源をオフしてから再び電源をオンした等）場合に限り、第１の制御モードに復帰させるようにしてもよい。

なお、図１５（Ａ）に示すように、取り外し可能である着座版５１を用いる場合、図１５（Ｂ）に示すように、補助センサ３０が、本体部１０に着座板５１が取り付けられたことを検知したとき（ｓ６０１）、制御部２１は、図１５（Ｃ）に示すように、本体部１０の鉛直方向に対する角度がθ１よりも大きいθ１’となるように、主輪１１の回転を駆動、制御する第２の制御モードに移行する（ｓ６０２）。これにより、ユーザは、着座板５１に着座することが可能になる。この場合においても、制御部２１は、第２の制御モードに移行した後、主輪１１の駆動、制御を停止してもよい（ｓ６０３）。制御部２１は、補助センサ３０が着座板５１の取り外しを検知した場合、第１の制御モードに復帰させるようにしてもよいし、ユーザＩ／Ｆ２８によりユーザが明示的に第１の制御モードに復帰させる操作を行った場合に限り、第１の制御モードに復帰させるようにしてもよい。

また、図１６（Ａ）に示すように、スライド式の着座版５１を用いる場合も、図１６（Ｂ）に示すように、補助センサ３０が、本体部１０に着座板５１がスライドされて着座可能になったことを検知したとき（ｓ６１１）、制御部２１は、図１６（Ｃ）に示すように、本体部１０の鉛直方向に対する角度がθ１よりも大きいθ１’となるように、主輪１１の回転を駆動、制御する第２の制御モードに移行する（ｓ６１２）。これにより、ユーザは、着座板５１に着座することが可能になる。この場合においても、制御部２１は、第２の制御モードに移行した後、主輪１１の駆動、制御を停止してもよい（ｓ６１３）。制御部２１は、補助センサ３０が着座板５１の取り外しを検知した場合、第１の制御モードに復帰させるようにしてもよいし、ユーザＩ／Ｆ２８によりユーザが明示的に第１の制御モードに復帰させる操作を行った場合に限り、第１の制御モードに復帰させるようにしてもよい。

次に、図８は、モータトルク異常の有無により、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。図８（Ａ）は、第１の制御モード時の同軸二輪車１の姿勢を示す図であり、図８（Ｂ）は、第２の制御モード時の同軸二輪車１の姿勢を示す図である。図８（Ｃ）は、同軸二輪車１の動作を示すフローチャートである。

図８（Ａ）に示す第１の制御モード時には、上述したように倒立振子制御を常に行うことにより、本体部１０の姿勢を一定に保つ。ここで、制御部２１は、主輪１１に対して発生させるトルクの異常を検知した場合（ｓ７１）、図８（Ｂ）に示すように、本体部１０の鉛直方向に対する角度がθ１よりも大きいθ１’となるように、主輪１１の回転を駆動、制御する第２の制御モードに移行する（ｓ７２）。その後、制御部２１は、主輪１１の駆動、制御を停止する（ｓ７３）。これにより、例えば主輪１１に異物が挟まった等の状況が発生した場合においても、モータを保護しつつ、本体部１０が転倒しないように安全な状態に移行することができる。なお、主輪１１に対して発生させるトルクは、モータへの供給電流を参照することにより検知することができる。例えば、トルクの瞬間値が所定の閾値以上となった場合や、所定時間以上継続してトルクの値が所定の閾値以上となった場合に、トルク異常として検知する。

この場合、制御部２１は、ユーザＩ／Ｆ２８によりユーザが明示的に第１の制御モードに復帰させる操作を行った場合に限り、第１の制御モードに復帰させることが好ましい。

次に、図９は、人体の接触の有無により、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。図９（Ａ）は、第１の制御モード時（ユーザが同軸二輪車１を離した瞬間）の同軸二輪車１の姿勢を示す図であり、図９（Ｂ）は、第２の制御モード時の同軸二輪車１の姿勢を示す図である。図９（Ｃ）は、同軸二輪車１の動作を示すフローチャートである。

図９（Ａ）に示す第１の制御モード時には、上述したように倒立振子制御を常に行うことにより、本体部１０の姿勢を一定に保つ。ここで、制御部２１は、補助センサ３０のうちグリップ部１６に設けられたタッチセンサでユーザの手が離れたことを検知し（ｓ８１）、かつ所定時間が経過した場合（ｓ８２）、図９（Ｂ）に示すように、本体部１０の鉛直方向に対する角度がθ１よりも大きいθ１’となるように、主輪１１の回転を駆動、制御する第２の制御モードに移行する（ｓ８３）。その後、制御部２１は、主輪１１または補助輪１３をロックし、同軸二輪車１の移動を停止させる（ｓ８４）。主輪１１の駆動、制御を停止する（ｓ８５）。これにより、同軸二輪車１は、完全に停止した状態となる。

次に、図１０は、電池残量により第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図（フローチャート）である。

電池残量がなくなると、倒立振子制御を行うことができなくなり、本体部が転倒する可能性がある。そのため、制御部２１は、電池残量が所定の閾値未満となった場合（ｓ１２１）、本体部１０の鉛直方向に対する角度がθ１よりも大きいθ１’となるように、主輪１１の回転を駆動、制御する第２の制御モードに移行する（ｓ１２２）。この場合、制御部２１は、電池残量が所定の閾値以上に復帰するまでは、第２の制御モードを維持し、第１の制御モードに移行しないことが好ましい。

次に、図１１は、主輪の空転の有無により、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。

図１１（Ａ）は、悪路を走行し、主輪１１が空転した場合を示す図であり、図１１（Ｂ）は、障害物に衝突し、主輪１１が空転した場合を示す図である。図１１（Ｃ）は、同軸二輪車１の動作を示すフローチャートである。

この例において、制御部２１は、主輪１１の空転を検知した場合（ｓ９１）、本体部１０の鉛直方向に対する角度がθ１よりも大きいθ１’となるように、主輪１１の回転を駆動、制御する第２の制御モードに移行する（ｓ９２）。車輪の空転は、補助センサ３０のうちロータリエンコーダの値を参照する、あるいはモータトルクを参照することにより検知することができる。

ただし、主輪１１が空転している場合、当該主輪１１を駆動、制御したとしても、本体部１０を前方に進めることができず、本体部１０の鉛直方向に対する角度を大きくすることが困難である場合がある。そこで、制御部２１は、補助輪駆動部２７を制御し、補助輪１３を本体部１０に後方に回転させる駆動、制御を行うことにより、本体部１０の鉛直方向に対する角度を大きし、第２の制御モードに移行する。あるいは、制御部２１は、支持部駆動部２５を制御し、本体部１０と支持部１２との成す角度が大きくなるように、本体部１０と支持部１２との接続部分に設けられたモータを駆動させ、第２の制御モードに移行する。

なお、ユーザが同軸二輪車１を持ち上げた場合も、主輪１１が空転することになるが、この場合には、図１２に示すような第３の制御モードに移行してもよい。図１２は、同軸二輪車１を持ち上げた場合の動作を示す図である。

図１２（Ａ）は、第１の制御モード時（ユーザが同軸二輪車１を持ち上げた瞬間）の同軸二輪車１の姿勢を示す図であり、図１２（Ｂ）は、第３の制御モード時の同軸二輪車１の姿勢を示す図である。図１２（Ｃ）は、同軸二輪車１の動作を示すフローチャートである。例えば、ユーザは、大きな段差が存在した場合に、同軸二輪車１を持ち上げることがある。

第３の制御モードは、本体部１０と支持部１２の成す角度をθ２のまま維持し、かつ主輪１１の駆動、制御を停止する状態である。制御部２１は、補助センサ３０における３軸加速度センサでＺ方向の加速度を検知した場合（ｓ１０１）、同軸二輪車１が持ち上げられたと判断して、第３の制御モードに移行する（ｓ１０２）。

第３の制御モードに移行すると、本体部１０と支持部１２の成す角度がθ２のまま維持されるため、支持部１２や補助輪１３が邪魔になることがない。また、主輪１１の空転も停止するため、より安全性が向上する。

図１３は、３軸加速度センサに代えて、接地センサを用いる場合の例を示した図である。図１３（Ａ）は、図１１（Ａ）と同様に第１の制御モード時（ユーザが同軸二輪車１を持ち上げた瞬間）の同軸二輪車１の姿勢を示す図であり、図１３（Ｂ）は、第３の制御モード時の同軸二輪車１の姿勢を示す図である。図１３（Ｃ）は、同軸二輪車１の動作を示すフローチャートである。

制御部２１は、補助センサ３０における接地センサで主輪１１の接地面からの離間を検知した場合（ｓ１１１）、同軸二輪車１が持ち上げられたと判断して、第３の制御モードに移行する（ｓ１１２）。接地センサは、例えば赤外線等により接地面との距離を測定することでも実現可能であるし、主輪１１の軸にかかる圧力を検知することでも実現可能であるし、あるいは主輪１１にサスペンションを設ける場合、当該サスペンションの姿勢変化を検知することでも実現可能である。

なお、上記実施形態では、支持部１２が本体部１０に回転可能に接続される例を示したが、支持部１２は、本体部１０に固定接続され、本体部１０と支持部１２の成す角度が常にθ２’の角度となっていてもよい。

また、支持部１２が伸縮可能であり、長さを変化させることができるものであれば、図１４（Ａ）に示すように、第１の制御モード時に支持部１２を収縮させ、図１４（Ｂ）に示すように、第２の制御モード時に支持部を伸張させる態様とすることも可能である。この場合、本体部１０と支持部１２の成す角度が常にθ２’の角度となっていても第１の制御モード時に支持部１２が邪魔になることがない。

１０…本体部
１１…主輪
１２…支持部
１３…補助輪
１５…ハンドル
１６…グリップ部
２０…傾斜角センサ
２１…制御部
２２…ＲＯＭ
２３…ＲＡＭ
２４…ジャイロセンサ
２５…支持部駆動部
２６…主輪駆動部
２７…補助輪駆動部
２８…ユーザＩ／Ｆ
２９…手動ブレーキ
３０…補助センサ

この発明は、支持部により本体部が支持されて本体の転倒を防止するとともに、支持部が邪魔になることがない移動体を提供することを目的とする。

そして、前記駆動制御部は、前記センサの出力に基づいて、前記本体部の角度変化が０となるように、かつ前記本体部の鉛直方向に対する角度が第１の角度になるように、前記車輪の回転を制御する第１の制御モードと、前記本体部の鉛直方向に対する角度が前記第１の角度よりも大きい第２の角度となるように前記車輪の回転を制御し、前記支持部が接続された側に前記本体部を傾けるとともに、前記本体部と前記支持部との成す角度を前記第１の制御モードの場合よりも大きくする第２の制御モードと、を有し、移動体は、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切り替える切替手段を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、支持部により本体部が支持されて本体の転倒を防止することができ、第１の制御モード時に支持部が邪魔になることがない。

（６）タッチセンサを用いて、人体が本体部に触れなくなった場合
移動体を手押し車として使用し、手を離した場合にも、安全な状態に移行することが好ましい。なお、この場合、駆動制御部は、第２の制御モードに移行した後に、車輪の駆動、制御を停止することが好ましい。

同軸二輪車の外観図である。同軸二輪車の構成を示す制御構成図である。第１の制御モードと第２の制御モードとの切り替えを示す図である。手動ブレーキにより第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。障害物検知センサの検知結果に応じて第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。衝撃検知センサの検知結果に応じて第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。着座板の開閉に応じて第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。モータトルク異常の有無により、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。人体の接触の有無により、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。電池残量により、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。主輪の空転の有無により、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。同軸二輪車を持ち上げた場合の動作を示す図である。同軸二輪車を持ち上げた場合の動作を示す図である。支持部が伸縮可能である場合の例を示す図である。着座板の取り付けに応じて第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。着座板のスライドに応じて第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。

Claims

車輪と、
該車輪を回転可能に支持する本体部と、
該本体部に一端が接続される支持部と、
前記車輪を駆動、制御する駆動制御部と、
前記本体部のピッチ方向の傾斜角の角度変化を検出するセンサ部と、
を備え、
前記駆動制御部は、前記センサ部の出力に基づいて、前記本体部の角度変化が０となるように、かつ前記本体部の鉛直方向に対する角度が第１の角度になるように、前記車輪の回転を制御する第１の制御モードと、前記本体部の鉛直方向に対する角度が前記第１の角度よりも大きい第２の角度となるように前記車輪の回転を制御して、前記支持部が接続された側に前記本体部を傾ける第２の制御モードと、を有し、
前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切り替える切替手段を備えたことを特徴とする移動体。
前記駆動制御部は、前記車輪の回転停止の指示を受け付けた場合に、前記第１の制御モードから前記第２の制御モードに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の移動体。
障害物検知センサを備え、
前記切替手段は、該障害物検知センサの出力に応じて、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切り替えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の移動体。
衝撃検知センサを備え、
前記切替手段は、該衝撃検知センサの出力に応じて、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切り替えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の移動体。
前記本体部に、一端が回転可能に連結された着座板と、
前記着座板が前記本体部に対して所定の角度になったか否かを検知する着座板センサと、を備え
前記切替手段は、該着座板センサの出力に応じて、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切り替え、
前記駆動制御部は、前記第２の制御モードに以降した後、前記車輪の駆動、制御を停止することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の移動体。
前記駆動制御部の前記車輪に対して発生させるトルクが所定値を超えたか否かを検知するトルク検知センサを備え、
前記切替手段は、該トルク検知センサの出力に応じて、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切り替えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の移動体。
前記本体部の一部に、人体が前記本体部に触れているか否かを検知するタッチセンサを備え、
前記切替手段は、該タッチセンサの出力に応じて、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切り替えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の移動体。
前記駆動制御部を駆動、制御するための電力を蓄える蓄電手段と、
該蓄電手段の蓄電残量を検知する残量検知センサと、を備え、
前記切替手段は、該残量検知センサの出力に応じて、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切り替えることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の移動体。
前記支持部は、前記本体部のピッチ方向に回転可能に接続されることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の移動体。
前記支持部の他端に回転可能に支持された第２の車輪を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の移動体。
前記車輪の空転を検知する空転検知センサを備え、
前記切替手段は、該空転検知センサの出力に応じて、前記第２の車輪を駆動制御することにより、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切り替えることを特徴とする請求項１０に記載の移動体。