KR101265745B1

KR101265745B1 - 이동체 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR101265745B1
Application number: KR1020107027086A
Authority: KR
Inventors: 노리히코 가와다; 미츠구 기쿠치
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2008-11-27
Filing date: 2009-08-20
Publication date: 2013-05-20
Also published as: EP2371695A1; KR20110004893A; US20110035101A1; CN102036874A; US8249773B2; WO2010061498A1; EP2371695B1; JPWO2010061498A1; EP2371695A4; CN102036874B; JP5062328B2

Abstract

간편한 구성으로, 안정상태와 도립상태 사이의 이행을 행할 수 있는 이동체 및 그 제어방법을 제공한다.
본 발명의 제 1 형태에 관한 이동체는, 도립진자 제어에 의해 이동하는 이동체로서, 탑승석(11)과, 차대(12)와, 오른쪽 구동륜(18), 왼쪽 구동륜(20)과, 오른쪽 구동륜(18), 왼쪽 구동륜(20)을 회전 구동하는 모터(34, 36)와, 차대(12)보다 앞쪽 측으로 돌출한 앞쪽 바(14)와, 앞쪽 바(14)를 회전 구동하는 모터(42)와, 앞쪽 바(14)에 설치되어, 탑승자(80)의 발이 얹어 놓여지는 발판(17)과, 모터(42)를 제어하는 제어부(32)를 구비한다. 제어부(32)는, 발판(17)을 지면으로부터 떨어지게 하도록 상승시킴으로써 도립상태로 이행시키는, 또는, 발판(17)을 지면에 접촉시키도록 하강시킴으로써 안정상태로 이행시키는 것이다.

Description

이동체 및 그 제어방법{MOBILE BODY AND CONTROL METHOD THEREFOR}

본 발명은 이동체 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 상세하게는 도립진자 (倒立振子;inverted pendulum)제어에 의해 이동하는 이동체 및 그 제어방법에 관한 것이다.

도립 이륜 차량(inverted wheel type vehicle) 등의 도립 차륜형 이동체는, 통상, 좌우의 구동륜을 구동하여 안정상태를 유지하도록 중심 위치를 수정하면서, 이동을 행하도록 제어하고 있다. 또한, 도립상태를 안정시키기 위하여, 차륜 위쪽에 설치된 관성체를 구동하는 구성이 개시되어 있다(특허문헌 1). 이 도립 차륜형 이동체에서는, 주행 중에, 관성체를 슬라이드 이동시키고 있다. 이에 의하여, 중심 위치가 차축의 수직선 상으로 신속하게 이동하기 때문에, 도립을 안정시킬 수 있다. 또, 대차 본체에는, 모터를 구동하기 위한 배터리가 탑재되어 있다. 이와 같은 도립 차륜형 이동체에서는, 예를 들면, 자이로스코프 센서로부터의 출력에 따라, 도립상태를 유지하도록 차륜이 제어되고 있다. 즉, 전후 방향에서, 이동체 전체의 중심 위치가 차축의 위쪽이 되도록, 차륜을 제어할 필요가 있다.

또, 전도를 방지하기 위한 스트러트(strut)를 설치한 이동체도 개시되어 있다(특허문헌 2). 이 문헌에서는, 비스듬하게 전후로, 스트러트를 신장시킴으로써 전도를 방지하고 있다.

[특허문헌 1]

일본국 특개2006-205839호 공보

[특허문헌 2]

일본국 특표2000-514680호 공보

이와 같은 도립 차륜형 이동체에서는, 안정된 상태로부터 도립상태로 이행시킬 필요가 있다. 예를 들면, 이동체에 사람이 탑승하는 것을 생각한 경우, 사람의 타고 내림에 대해서는, 안정상태에서 행하는 것이 바람직하다. 그러나, 상기한 바와 같이, 스트러트를 신장시키는 구성에서는, 구동륜의 전후로 스트러트를 신장시키기 위한 공간이 필요하게 된다. 이에 의하여, 앉았을 때의 발의 위치를 확보하는 것이 곤란해진다. 즉, 스트러트를 신장시켰을 때에, 스트러트가 발이나 다른 부품과 닿지 않도록 설계할 필요가 있다. 예를 들면, 탑승자의 발을 얹는 발판(foot step)을 설치한 경우, 발판과 스트러트가 간섭하게 된다. 이 때문에, 설계가 곤란해진다. 또, 구동륜의 위치를 변화시키는 구성에서는, 큰 기구, 액츄에이터가 필요하게 되어, 이동체가 대형화된다.

본 발명은, 이와 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 간편한 구성으로, 안정상태와 도립상태 사이의 이행을 행할 수 있는 이동체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 1 형태에 관한 이동체는, 도립진자 제어에 의해 이동하는 이동체로서, 탑승자가 탑승하는 탑승석과, 상기 탑승석의 아래쪽에 배치된 차대(車臺)와, 상기 차대에 대하여 회전 가능하게 설치된 차륜과, 상기 차륜을 회전 구동하는 제 1 구동부와, 상기 차대보다 앞쪽 측으로 돌출한 앞쪽 가동바와, 상기 앞쪽 가동바를 회전 구동하는 제 2 구동부와, 상기 앞쪽 가동바에 설치되어, 상기 탑승자의 발이 얹어 놓여지는 발판과, 상기 제 2 구동부를 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 발판을 지면으로부터 떨어지게 하도록 상승시킴으로써 도립상태로 이행시키거나, 또는, 상기 발판을 지면에 접촉시키도록 하강시킴으로써 안정상태로 이행시키는 것이다. 이에 의하여, 전후로 신축하는 스트러트가 불필요하게 된다. 또, 승차감을 향상할 수 있다. 따라서, 간편한 구성으로, 안정상태와 도립상태 사이의 이행을 행할 수 있다.

본 발명의 제 2 형태에 관한 이동체는, 상기한 이동체로서, 상기 차대보다 뒤쪽 측으로 돌출한 뒤쪽 가동바와, 상기 뒤쪽 가동바를 회전 구동하는 제 3 구동부를 더 구비하는 것이다. 이에 의하여, 간편한 구성으로, 안정상태와 도립상태 사이의 이행을 행할 수 있다.

본 발명의 제 3 형태에 관한 이동체는, 상기한 이동체로서, 상기 제어부는, 상기 앞쪽 가동바와 상기 뒤쪽 가동바가 동기하여 회전하도록, 상기 제 2 및 제 3 구동부를 제어하는 것이다. 이에 의하여, 안정상태와 도립상태 사이의 이행을 원활하게 행할 수 있다.

본 발명의 제 4 형태에 관한 이동체는, 상기한 이동체로서, 상기 앞쪽 가동바, 및 상기 뒤쪽 가동바의 적어도 한쪽에 대하여 회전 가능하게 설치된 보조바퀴를 더 구비하는 것이다. 이에 의하여, 안정상태와 도립상태 사이의 이행을 원활하게 행할 수 있다.

본 발명의 제 5 형태에 관한 이동체는, 상기한 이동체로서, 상기 발판의 회전을 제한하는 스토퍼가 더 설치되어 있는 것이다. 이에 의하여, 안정상태와 도립상태 사이의 이행을 원활하게 행할 수 있다.

본 발명의 제 6 형태에 관한 이동체의 제어방법은, 탑승자가 탑승하는 탑승석과, 상기 탑승석의 아래쪽에 배치된 차대와, 상기 차대에 대하여 회전 가능하게 설치된 차륜을 구비하고, 도립진자 제어에 의해 이동하는 이동체의 제어방법으로서, 상기 차대로부터 앞쪽으로 돌출한 앞쪽 가동바를 회전 구동시키고, 상기 앞쪽 가동바를 회전 구동함으로써, 상기 앞쪽 가동바에 설치되고, 상기 탑승자의 발이 얹어 놓여지는 발판을 지면으로부터 떨어지게 하도록 상승시킴으로써 도립상태로 이행시키거나, 또는, 상기 발판을 지면에 접촉시키도록 하강시킴으로써 안정상태로 이행시키는 것이다. 이에 의하여, 전후로 신축되는 스트러트가 불필요하게 된다. 또, 승차감을 향상할 수 있다. 따라서, 간편한 구성으로, 안정상태와 도립상태 사이의 이행을 행할 수 있다.

본 발명의 제 7 형태에 관한 이동체의 제어방법은, 상기한 제어방법으로서, 상기 이동체는, 상기 차대로부터 뒤쪽 측으로 돌출한 뒤쪽 가동바를 더 구비하고, 상기 앞쪽 가동바, 및 상기 뒤쪽 가동바를 접지시킨 상태로부터 땅에서 떨어지게 하는 상태로 이행할 때에, 상기 뒤쪽 가동바를 상기 앞쪽 가동바의 회전 구동과 동기시켜 회전 구동시키는 것이다.

본 발명의 제 8 형태에 관한 이동체의 제어방법은, 상기한 제어방법으로서, 상기 앞쪽 가동바와 상기 뒤쪽 가동바를 동기시켜 구동시키고, 상기 이동체를 뒤쪽으로 경사시킨 자세로 한 후, 상기 앞쪽 가동바를 땅에서 떨어지게 하고, 상기 앞쪽 가동바를 땅에서 떨어지게 한 후, 도립진자 제어를 행하면서, 상기 뒤쪽 가동바를 회전 구동시킴으로써, 상기 뒤쪽 가동바를 땅에서 떨어지게 하는 것이다.

본 발명의 제 9 형태에 관한 이동체의 제어방법은, 상기한 제어방법으로서, 상기 이동체는, 상기 차대로부터 뒤쪽 측으로 돌출한 뒤쪽 가동바를 더 구비하고, 상기 앞쪽 가동바, 및 상기 뒤쪽 가동바를 땅에서 떨어지게 한 상태로부터 접지시키는 상태로 이행할 때에, 상기 뒤쪽 가동바를 상기 앞쪽 가동바의 회전 구동과 동기시켜 회전 구동시키는 것이다.

본 발명은, 간편한 구성으로, 안정상태와 도립상태 사이의 이행을 행할 수 있는 이동체, 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 이동체의 구성을 나타내는 정면도,
도 2는 본 발명의 실시형태에 관한 이동체의 구성을 나타내는 도,
도 3은 이동체에 탑승자가 탑승한 상태를 나타내는 사시도,
도 4는 본 발명의 실시형태에 관한 이동체에 설치된 차대의 구성을 나타내는 측면도,
도 5는 이동체에 설치된 앞쪽 바의 유닛 구성을 나타내는 사시도,
도 6은 이동체에 설치된 뒤쪽 바의 유닛 구성을 나타내는 사시도,
도 7은 이동체의 도립 개시동작, 및 도립 종료동작의 흐름을 설명하기 위한 측면도,
도 8은 본 발명의 실시형태에 관한 이동체의 제어계의 구성을 나타내는 블럭도이다.

본 실시형태에 관한 이동체는 도립진자 제어에 의하여 이동하는 도립 차륜형 이동체이다. 이동체는, 지면에 접지한 차륜을 구동함으로써, 소정의 위치까지 이동한다. 또한, 자이로스코프 센서 등으로부터의 출력에 의하여 차륜을 구동함으로써, 도립상태를 유지할 수 있다. 또, 이동체는, 도립상태를 유지한 채로, 조작자가 조작하는 조작량에 따라 이동한다.

도 1 내지 도 3을 이용하여, 본 실시형태에 관한 이동체(100)의 구성에 대하여 설명한다. 도 1은 이동체(100)의 구성을 모식적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 이동체(100)의 구성을 모식적으로 나타내는 도면으로, 좌측에 측면도, 우측에 정면도가 나타나 있다. 도 3은, 이동체(100)에 탑승자가 탑승한 모양을 나타내고 있다. 또한, 도 1, 도 2에 나타내는 바와 같이, 이동체(100)의 전(前)방향을 +X 방향이라 하고, 좌(左)방향을 +Y 방향이라 하며, 상(上)방향을 +Z 방향이라 하고 있다. 또, 도 1, 도 2에서는, 설명의 명확화를 위하여, 일부 구성에 대하여 투시하여 나타내고 있다.

이동체(100)는, 도립 차륜형의 이동체(주행체)이고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 동축 상에 배치된 오른쪽 구동륜(18)과, 왼쪽 구동륜(20)을 구비하고 있다. 여기서, 오른쪽 구동륜(18)과 왼쪽 구동륜(20)의 회전축을 차축(C1)으로 한다. 이동체(100)는, 탑승자가 탑승하는 탑승석(11)을 가지고 있다. 따라서, 이동체(100)는, 사람이 앉은 상태에서 이동이 가능한, 승좌형(riding while seated type) 모빌리티 로봇이다. 또, 이동체(100)는, 사람이 타고 있지 않은 상태에서도 이동 가능하다. 예를 들면, 탑승을 희망하는 사용자가 원격으로 조작하면, 이동체(100)가 그 사용자의 위치까지 이동한다. 예를 들면, 사용자가 호출 버튼 등을 누름으로써 이동체(100)가 사용자의 근방까지 이동한다. 그리고, 이동체(100)가 사용자의 앞까지 이동한 후, 사용자가 탑승한다.

이동체(100)에는, 그 골격이 되는 프레임(10)이 설치되어 있다. 프레임(10)은, 경량인 알루미늄 파이프 등에 의해 구성되어 있다. 또한, 프레임(10)을 덮는 커버(13)가 설치되어 있다. 커버(13)는, 뒤에서 설명하는 차대(12) 등을 덮고 있다. 이동체(100)에는, 의자형상의 탑승석(11)이 설치되어 있다. 탑승석(11)은, 커버(13)나 프레임(10)에 고정되어 있다. 프레임(10) 및 커버(13)는, 탑승석(11) 의 형상을 따라 굴곡되어 있다.

탑승석(11)은, 시트(11a)와, 시트백(11b)을 가지고 있다. 시트(11a)는, 탑승자(80)가 앉는 자리면이 되기 때문에, 거의 수평으로 배치되어 있다. 탑승자(80)가 시트(11a)의 위에 앉음으로써, 도 3에 나타내는 바와 같이 탑승자(80)가 탑승한 상태에서의 이동이 가능해진다. 시트백(11b)은, 비스듬하게 뒤쪽 방향으로 연장되도록 형성되어, 탑승자(80)의 등을 지지하는 등받이부가 된다. 따라서, 탑승자(80)가 시트백(11b)에 기댄 상태에서, 이동체(100)가 이동한다.

탑승석(11)의 바로 밑에는, 차대(12)가 배치되어 있다. 차대(12)에는, 오른쪽 구동륜(18) 및 왼쪽 구동륜(20)이 설치되어 있다. 차대(12)는, 오른쪽 구동륜(18) 및 왼쪽 구동륜(20)을 회전 가능하게 지지하고 있다. 오른쪽 구동륜(18) 및 왼쪽 구동륜(20)은, 이동체(100)를 이동시키기 위한 차륜(구동륜)이 된다. 오른쪽 구동륜(18) 및 왼쪽 구동륜(20)은, 차축(C1) 주위로 회전한다. 즉, 오른쪽 구동륜(18) 및 왼쪽 구동륜(20)은 동축 상에 배치되어 있다. 차대(12)는, 프레임(10)에 설치되어 있다.

이 차대(12)에는, 오른쪽 구동륜(18), 왼쪽 구동륜(20)을 구동하기 위한 모터(도시 생략) 등이 탑재되어 있다. 또, 이동체(100)는 도립 차륜형 이동체이기 때문에, 탑승석(11) 등을 포함하는 차체(22)(상체부)가 차축(C1) 주위로 경사진다. 즉, 탑승석(11) 등을 포함하는 차체(22)가 회전 가능하게 지지되어 있다. 차체(22)는, 차축(C1)을 회전 중심으로 하여 회전하는 상체부가 된다. 바꿔 말하면, 차축(C1)을 회전 중심으로 하여, 경사지는 부분이 차체(22)가 된다. 이 차체(22)는, 프레임(10)이나 커버(13)나 탑승석(11) 등을 포함하고 있다. 또한, 차대(12)의 일부, 또는 전부가 차체(22)에 포함되어 있어도 된다. 도립상태에서는, 오른쪽 구동륜(18) 및 왼쪽 구동륜(20)의 구동에 의해, 차체(22)의 경사각이 변화된다. 차체(22)에는, 경사각도를 측정하기 위한 자이로스코프 센서 등이 설치되어 있다. 또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 오른쪽 구동륜(18)과 왼쪽 구동륜(20)의 중간을 좌표 중심(O)으로 하고 있다. 즉, 좌표계의 원점이 되는 좌표 중심(O)은, 차축(C1) 상에 존재한다. 이동체(100)의 진행방향은, 수평면 내에서, 차축(C1)과 수직한 방향이 된다.

차대(12)의 앞쪽에는, 발판(17)이 설치되어 있다. 탑승자(80)는, 발판(17)에 한번 오른 후, 탑승석(11)에 앉는다. 발판(17)은, 탑승석(11)의 아래쪽에 설치되어 있다. 또, 발판(17)은, 탑승석(11)의 앞쪽으로 연장되어 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 발판(17)에는, 탑승자(80)의 양 발이 얹어 놓여진다. 발판(17)은, 차대(12)에 설치되어 있다.

또, 발판(17)의 도중에는, 전도(顚倒)를 방지하기 위한 앞쪽 바(14)가 설치되어 있다. 또, 차대(12)의 뒤쪽에는, 전도를 방지하기 위한 뒤쪽 바(15)가 설치되어 있다. 즉, 차축(C1)보다 앞쪽 측에 배치된 앞쪽 바(14) 및 차축(C1)보다 뒤쪽 측에 배치된 뒤쪽 바(15)에 의해, 전후 방향으로의 전도를 방지할 수 있다. 앞쪽 바(14)는, 차대(12)의 앞쪽 측으로 돌출하고, 뒤쪽 바(15)는, 차대(12)의 뒤쪽측으로 돌출되어 있다. 따라서, 과도하게 앞쪽으로 경사지면, 앞쪽 바(14)의 선단이 지면과 접촉하고, 과도하게 뒤쪽으로 경사지면, 뒤쪽 바(15)의 선단이 지면과 접촉한다.

앞쪽 바(14) 및 뒤쪽 바(15)는, 회전 구동할 수 있게 되어 있다. 앞쪽 바(14) 및 뒤쪽 바(15)의 회전축은, 오른쪽 구동륜(18), 왼쪽 구동륜(20)의 차축(C1)보다 아래쪽(-Z 측)에 배치되어 있다. 또, 앞쪽 바(14) 및 뒤쪽 바(15)의 선단에는, 보조바퀴가 설치되어 있다. 도립상태에서, 보조바퀴를 포함하는 앞쪽 바(14) 및 뒤쪽 바(15)는, 지면으로부터 떨어져 있다. 또, 탑승자(80)가 타고 내리는 타이밍에서는, 보조바퀴를 포함하는 앞쪽 바(14) 및 뒤쪽 바(15)가 지면과 접촉한다. 또한, 앞쪽 바(14)와 뒤쪽 바(15)의 유닛 구성에 대해서는 뒤에서 설명한다.

탑승석(11)의 양쪽에는, 팔걸이(16)가 설치되어 있다. 팔걸이(16)는, 프레임(10)이나 커버(13)에 고정되어 있다. 팔걸이(16)는 탑승자(80)의 팔꿈치보다 약간 낮은 위치에서 앞쪽으로 신장되어 있다. 팔걸이(16)는 시트(11a)보다 높은 위치에 배치되어 있다. 또, 팔걸이(16)는 시트(11a)와 거의 평행으로 되어 있다. 팔걸이(16)는, 탑승석(11)의 좌우 양쪽에, 각각 배치되어 있다. 이에 의하여, 탑승자(80)는, 양팔을 팔걸이(16) 위에 얹어 놓을 수 있다. 팔걸이(16)는, 시트백(11b)의 중간에 설치되어 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 탑승자(80)가 앉은 상태에서, 팔걸이(16)의 위에 양팔이 얹혀진다.

또한, 팔걸이(16)에는, 조작 모듈(21)이 설치되어 있다. 여기서는, 조작 모듈(21)이 오른쪽의 팔걸이(16) 위에 탑재되어 있다. 또, 조작 모듈(21)은, 팔걸이(16)의 선단 측에 설치되어 있다. 이에 의하여, 탑승자(80)의 오른손의 위치에, 조작 모듈(21)이 배치되기 때문에, 조작성을 향상할 수 있다. 조작 모듈(21)에는, 조작 레버(도시 생략) 및 브레이크 레버(도시 생략)가 설치되어 있다. 조작 레버는, 탑승자(80)가 이동체(100)의 주행 속도나 주행 방향을 조정하기 위한 조작부재이다. 탑승자(80)는, 조작 레버의 조작량을 조정함으로써 이동체(100)의 이동 속도를 조정할 수 있다. 또, 탑승자(80)는, 조작 레버의 조작 방향을 조정함으로써 이동체(100)의 이동 방향을 지정할 수 있다. 이동체(100)는, 조작 레버에 가해진 조작에 따라, 전진, 정지, 후퇴, 좌회전, 우회전, 좌선회, 우선회할 수 있다. 탑승자(80)가 브레이크 레버를 쓰러트림으로써, 이동체(100)를 제동할 수 있다. 물론, 조작 모듈(21)은 왼쪽 팔걸이(16)에 탑재하여도 되고, 양쪽 팔걸이(16)에 탑재하여도 된다. 또한, 팔걸이(16) 이외에 조작 모듈(21)을 탑재하여도 된다.

차대(12)에는, 배터리(31) 및 제어 박스(32)가 탑재되어 있다. 배터리(31) 및 제어 박스(32)는, 차체(22)의 경사 각도에 따라, 차축(C1)에 대한 전후 위치가 변화된다. 차대(12)에 설치되어 있는 베이스 플레이트의 위에, 배터리(31) 및 제어 박스(32)가 탑재되어 있다. 따라서, 배터리(31) 및 제어 박스(32)는, 시트(11a)의 바로 밑에 배치되게 된다. 여기서는, 제어 박스(32)의 앞쪽에 2개의 배터리(31)가 배치되어 있다. 2개의 배터리(31)는, Y 방향을 따라 배열되어 있다. 배터리(31)는, 충방전 가능한 2차 전지이다. 제어 박스(32)에 의해, 배터리(31)의 충방전이 제어되고 있다.

제어 박스(32)는, CPU(Central Processing Unit), ROM(Read 0nly Memory), RAM(Random Access Memory), 통신용 인터페이스 등을 가지고, 이동체(100)의 각종동작을 제어한다. 그리고, 이 제어 박스(32)는, 예를 들면 ROM에 저장된 제어 프로그램에 따라 각종 제어를 실행한다. 제어 박스(32)는, 조작 모듈(21)에서의 조작에 따라, 원하는 가속도, 및 목표 속도가 되도록, 또, 이동체(100)가 도립을 유지하도록, 로버스트 제어, 상태 피드백 제어, PID 제어 등의 주지의 피드백 제어에 의하여, 모터 등을 제어한다. 이에 의하여, 이동체(100)가, 조작 모듈(21)에서의 조작에 따라 가감속하면서 주행한다.

또, 배터리(31) 및 제어 박스(32)는, 차축(C1)보다 위쪽에 설치되어 있다. 배터리(31)는, 차축(C1)보다 앞쪽(+X 측)에 배치되고, 제어 박스(32)는, 차축(C1)보다 뒤쪽(-X측)에 배치된다. 여기서는, 제어 박스(32)와 배터리(31)가 이간되어 배치되어 있다. 즉, 차축(C1)의 바로 위에는, 일정한 간극을 두고, 배터리(31)와 제어 박스(32)가 대향 배치되어 있다. 배터리(31)를 차축(C1)의 앞쪽에 배치함으로써, 차체(22)의 중심 위치를 용이하게 차축(C1)의 바로 위로 가지고 올 수 있다. 탑승자(80)의 유무에 상관없이, 동일한 경사 각도로, 중심 위치가 차축(C1)의 거의 바로 위가 된다.

다음에, 차대(12)의 구성에 대하여 도 4를 이용하여 설명한다. 도 4는, 차대(12)의 구성을 나타내는 측면도이다. 차대(12)에는, 베이스 플레이트(23)가 설치되어 있다. 이 베이스 플레이트(23) 위에, 배터리(31) 및 제어 박스(32)가 탑재되어 있다. 예를 들면, 배터리(31) 중에는, 배터리팩이 수납되어 있다. 또, 제어 박스(32) 중에는, CPU 등이 수납되어 있다. 이 베이스 플레이트(23)는, 차축(C1)에 대하여 회전 가능하게 설치되어 있다. 즉, 베이스 플레이트(23)의 상면의 각도가 지면에 대하여 경사지면, 이동체(100)의 자세가 변화된다. 또한, 베이스 플레이트(23)에는, 프레임(10)이 설치되어 있다. 베이스 플레이트(23)의 양쪽 끝으로부터, 프레임(10)이 위쪽으로 연장되어 있다. 그리고, 이 프레임(10)으로부터 팔걸이(16)가 연장 설치되어 있다. 또, 차대(12)에는, 뒤쪽 측의 장해물을 검지하는 레이저 센서(37)가 설치되어 있다.

베이스 플레이트(23)의 앞쪽에는, 앞쪽 바(14)가 설치되어 있다. 앞쪽 바(14)는, 베이스 플레이트(23)의 앞쪽으로 돌출되어 있다. 앞쪽 바(14)는, 구동축(C2)을 중심으로 하여 회전 구동한다. 차대(12)의 선단에는, 앞 보조바퀴(41)가 지지되어 있다. 앞 보조바퀴(41)는, 종동륜으로, 회전축(C3)을 중심으로 하여 회전한다. 또한, 앞쪽 바(14)의 앞쪽에는, 발판(17)이 설치되어 있다. 발판(17)의 선단은, 앞쪽 바(14)의 선단, 즉 앞 보조바퀴(41)보다 앞쪽에 배치되어 있다.

또, 베이스 플레이트(23)의 뒤쪽에는, 뒤쪽 바(15)가 설치되어 있다. 뒤쪽 바(15)는, 구동축(C4)을 중심으로 하여 회전 구동한다. 뒤쪽 바(15)의 후단에는, 뒷 보조바퀴(51)가 회전 가능하게 지지되어 있다. 뒷 보조바퀴(51)는, 종동륜으로, 회전축(C5)을 중심으로 하여 회전한다. 이와 같이, 앞쪽 바(14) 및 뒤쪽 바(15)는, 베이스 플레이트(23)에 대하여 화살표 방향으로 요동한다.

다음에, 앞쪽 바(14) 및 뒤쪽 바(15)의 구성에 대하여, 도 5 및 도 6을 이용하여 설명한다. 도 5는, 앞쪽 바(14)의 유닛 구성을 나타내는 사시도이고, 도 6은, 뒤쪽 바(15)의 유닛 구성을 나타내는 사시도이다.

먼저, 앞쪽 바(14)의 유닛에 대하여 설명한다. 앞쪽 바(14)의 유닛에는, 앞 보조바퀴(41), 모터(42), 감속기(43), 웜기어 휠(44), 스토퍼(45), 볼트(46), 베이스(47), 가동바(48)가 설치되어 있다.

볼트(46)는 베이스(47)를 베이스 플레이트(23)에 고정한다. 즉, 베이스(47)는, 볼트(46)에 의해, 베이스 플레이트(23) 위에 탑재된다. 베이스(47)에는, 가동바(48)를 구동하기 위한 모터(42)가 설치되어 있다. 모터(42)는, 감속기(43)에 연결되어 있다. 감속기(43)는, 웜기어 휠(44)과 연결되어 있다. 웜기어 휠(44)은, 가동바(48)를 회전 가능하게 지지하고 있다. 모터(42)로부터의 구동력은, 감속기(43) 및 웜기어 휠(44)을 거쳐 가동바(48)에 전달된다. 이에 의하여, 가동바(48)가 구동축(C2) 주위로 회전 구동한다. 구동축(C2)은, Y 방향과 평행으로 되어 있다. 가동바(48)의 각도가 베이스(47)에 대하여 변화된다. 여기서는, 웜기어 휠(44)의 양쪽에 각각 가동바(48)가 설치되어 있다. 즉, 웜기어 휠(44)의 +Y 측과-Y 측에 가동바(48)가 설치되어 있다.

또, 가동바(48)의 선단에는, 전도 방지용의 앞 보조바퀴(41)가 설치되어 있다. 여기서는, Y 방향에서 이간 배치된 2개의 앞 보조바퀴(41)가 설치되어 있다. 앞 보조바퀴(41)는, 회전축(C3) 주위로 회전한다. 회전축(C3)은, Y 방향과 평행으로 되어 있다. 이동체(100)가 과도하게 앞으로 경사진 경우에도, 앞 보조바퀴(41)가 접지하기 때문에, 앞쪽으로의 전도를 방지할 수 있다. 또, 도립 이동 중에 가동바(48)가 구동축(C2) 주위로 회전하면, 앞 보조바퀴(41)와 지면과의 거리가 변화된다. 예를 들면, 가동바(48)를 하 방향으로 회전시키면, 앞 보조바퀴(41)와 지면과의 거리가 가까워지고, 상 방향으로 회전시키면 앞 보조바퀴(41)와 지면과의 거리가 멀어진다. 여기서, 가동바(48)의 회전 방향 중, 앞 보조바퀴(41)와 지면과의 거리가 가까워지는 방향을 접근 방향이라 하고, 그 반대 방향을 이격 방향이라 한다. 즉, 접근 방향은, 가동바(48)의 선단 측[앞 보조바퀴(41) 측]이 근원 측[웜기어 휠(44) 측]에 대하여 내려가는 방향이다. 이격 방향은, 가동바(48)의 선단 측[앞 보조바퀴(41) 측]이 근원 측[웜기어 휠(44) 측]에 대하여 올라가는 방향이다.

가동바(48)에는, 발판(17)이 설치되어 있다. 발판(17)은, 가동바(48)에 대하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 여기서는, 발판(17)이 회전축(C3) 주위로 회동한다. 발판(17)의 가동바(48)에 대한 각도가 변화된다. 또, 가동바(48)에는, 발판(17)의 회전동작을 제한하기 위한 스토퍼(45)가 설치되어 있다. 스토퍼(45)는, 발판(17)의 선단이 지나치게 내려가는 것을 방지하고 있다. 스토퍼(45)에 의하여, 앞 보조바퀴(41)가 땅에서 떨어진 상태에서도, 발판(17)의 경사각도를 유지할 수 있다. 따라서, 가동바(48)를 구동함으로써, 발판(17)이 상승한다. 즉, 가동바(48)를 회전 구동함으로써 발판(17)이 들어 올려져, 땅에서 떨어진다.

여기서, 모터(42)와 가동바(48)의 사이에는, 웜기어 휠(44)이 설치되어 있다. 따라서, 모터(42)의 구동력이 웜기어 휠(44)을 거쳐, 가동바(48)에 전달된다. 가동바(48) 측에, 웜기어 휠(44)의 웜 휠이 설치되고, 모터(42) 측에 웜이 설치되어 있다. 이와 같이 웜기어 휠(44)을 설치함으로써, 백드라이버빌리티(back-drivability)를 없앨 수 있다. 따라서, 의도하지 않은 타이밍에서, 가동바(48)가 회전하는 것을 방지할 수 있다. 이에 의하여, 가동바(48)의 각도를 정확하게 제어할 수 있다.

뒤쪽 바(15)의 유닛 구성은, 발판(17) 및 스토퍼(45)의 유무 이외에, 앞쪽 바(14)의 유닛과 거의 동일하게 되어 있다. 즉, 뒤쪽 바(15)에는, 발판(17)이 설치되어 있지 않기 때문에, 스토퍼가 설치되어 있지 않다. 이 점 이외에서의 뒤쪽 바(15)의 구성 및 동작은, 기본적으로 앞쪽 바(14)와 동일하다. 뒤쪽 바(15)의 유닛에는, 뒷 보조바퀴(51), 모터(52), 감속기(53), 웜기어 휠(54), 볼트(56), 베이스(57), 가동바(58)가 설치되어 있다.

볼트(56)는 베이스(57)를 베이스 플레이트(23)에 고정한다. 즉, 베이스(57)는, 볼트(56)에 의해, 베이스 플레이트(23) 위에 탑재된다. 베이스(57)에는, 가동바(58)를 구동하기 위한 모터(52)가 설치되어 있다. 모터(52)는, 감속기(53)에 연결되어 있다. 감속기(53)는, 웜기어 휠(54)과 연결되어 있다. 웜기어 휠(54)은, 가동바(58)를 회전 가능하게 지지하고 있다. 모터(52)로부터의 구동력은, 감속기(53) 및 웜기어 휠(54)을 거쳐 가동바(58)에 전달된다. 이에 의하여, 가동바(58)가 구동축(C4) 주위로 회전 구동한다. 구동축(C4)은, Y 방향과 평행으로 되어 있다. 가동바(58)의 각도가 베이스(57)에 대하여 변화된다.

또, 가동바(58)의 선단에는, 전도 방지용의 뒷 보조바퀴(51)가 설치되어 있다. 여기서는, Y 방향에서 이간 배치된 2개의 뒷 보조바퀴(51)가 설치되어 있다. 뒷 보조바퀴(51)는, 회전축(C5) 주위로 회전한다. 회전축(C5)은, Y 방향과 평행으로 되어 있다. 이동체(100)가 과도하게 뒤쪽으로 경사진 경우에도, 뒷 보조바퀴(51)가 접지하기 때문에, 뒤쪽으로의 전도를 방지할 수 있다. 또, 도립 이동 중에 가동바(58)가 구동축(C4) 주위로 회전하면, 뒷 보조바퀴(51)와 지면과의 거리가 변화된다. 예를 들면, 가동바(58)를 하 방향으로 회전시키면, 뒷 보조바퀴(51)와 지면과의 거리가 가까워지고, 상 방향으로 회전시키면 뒷 보조바퀴(51)와 지면과의 거리가 멀어진다. 여기서, 가동바(58)의 회전 방향 중, 뒷 보조바퀴(51)와 지면과의 거리가 가까워지는 방향을 접근 방향이라 하고, 그 반대 방향을 이격 방향이라 한다. 즉, 접근 방향은, 가동바(58)의 선단 측[뒷 보조바퀴(51) 측]이 근원 측[웜기어 휠(54) 측]에 대하여 내려가는 방향이다. 이격 방향은, 가동바(58)의 선단 측[뒷 보조바퀴(51) 측]이 근원 측[웜기어 휠(54) 측]에 대하여 올라가는 방향이다.

여기서, 모터(52)와 가동바(58)의 사이에는, 웜기어 휠(54)이 설치되어 있다. 따라서, 모터(52)의 구동력이 웜기어 휠(54)을 거쳐, 가동바(58)에 전달된다. 가동바(58) 측에, 웜기어 휠(54)의 웜휠이 설치되고, 모터(52) 측에 웜이 설치되어 있다. 이와 같이 웜기어 휠(54)을 설치함으로써, 백드라이버빌리티를 없앨 수 있다. 따라서, 의도하지 않은 타이밍에서, 가동바(58)가 회전하는 것을 방지할 수 있다. 이에 의하여, 가동바(58)의 각도를 정확하게 제어할 수 있다.

도립을 개시하는 타이밍 및 도립을 종료하는 타이밍에서는, 앞쪽 바(14)에 설치된 모터(42)와 뒤쪽 바에 설치된 모터(52)를 동기하여 구동한다. 즉, 가동바(48) 및 가동바(58)가 동시에 구동하도록, 제어 박스(32)가 모터(42) 및 모터(52)를 제어한다. 이에 의하여, 베이스 플레이트(23)에 대한 가동바(48) 및 가동바(58)의 각도가 서서히 변화되어 간다. 모터(42)가, 앞쪽 바(14)를 회전 구동 함으로써, 앞 보조바퀴(41)의 접지상태와 땅에서 떨어지는 상태 사이의 이행을 제어할 수 있다. 또, 모터(52)는, 뒤쪽 바(15)를 회전 구동함으로써, 뒷 보조바퀴(51)의 접지상태와 땅에서 떨어지는 상태 사이의 이행을 제어할 수 있다. 즉, 모터(42) 및 모터(52)의 동작에 의하여, 안정상태와 도립상태 사이의 이행이 제어된다.

이 모터(42, 52)의 제어에 대하여, 도 7을 이용하여 설명한다. 도 7은, 도립 개시동작 및 도립 종료동작을 설명하기 위한 도면이고, 이동체(100)를 측면에서 본 도면이다. 또, 도 7에서는, 위쪽에 도립 개시동작이 나타나고, 아래쪽에 도립 종료동작이 나타나 있다. 각 동작에서, 이동체(100)가 왼쪽에서 오른쪽의 순으로 동작하고 있다. 즉, 도립 개시동작에서는, 도 7의 A에서 F의 순으로 이동체(100)의 자세가 변화되어 가고, 도립 종료동작에서, 도 7의 G에서 J의 순으로 이동체(100)의 자세가 변화되어 간다. 또, 도 7에서는, 오른쪽이 이동체(100)의 앞쪽 방향으로 되어 있다.

먼저, 도립 개시동작에 대하여 설명한다. 먼저, 이동체(100)에 탑승자(80)가 탑승하고 있지 않고, 주차되어 있는 상태에서는, 앞 보조바퀴(41) 및 뒷 보조바퀴(51)가 접지하고 있다(도 7A). 즉, 모터(42)에 의해, 가동바(48) 및 가동바(58)가 아래쪽으로 내려간 상태로 되어 있다. 주차 시에서는, 이동체(100)가 앞쪽으로 경사지는 자세로 되어 있다. 이 상태에서, 탑승자(80)가 승차한다(도 7B). 또한, 이동체(100)를 앞쪽으로 경사지는 자세로 하여 둠으로써, 타기 쉬워진다.

그리고, 탑승자(80)가 조작 모듈(21)을 조작하여, 도립 모드로 이행한다. 예를 들면, 조작 모듈(21)에 설치되어 있는 도립 개시 버튼을 탑승자(80)가 누르면, 도립 모드로 이행된다. 그렇게 하면, 도립 개시동작을 행하기 때문에, 먼저, 이동체(100)가 뒤쪽으로 경사지는 자세가 된다(도 7C). 앞쪽 바(14)의 가동바(48)를 접근 방향으로 구동함과 함께, 뒤쪽 바(15)의 가동바(58)를 이격 방향으로 구동한다. 즉, 모터(42)와 모터(52)를 동기하여 동작시켜, 이동체(100)를 뒤쪽으로 경사지는 자세로 한다. 이 경우, 이동체(100)의 앞쪽이 지면으로부터 떨어지고, 뒤쪽이 지면과 접근하는 방향으로 자세가 변화된다. 또한, 그 사이, 앞 보조바퀴(41) 및 뒷 보조바퀴(51)는 지면과 접촉한 채로 되어 있다. 이와 같이 자세가 변화되면, 앞 보조바퀴(41)에 가해지는 힘이 감소하고, 뒷 보조바퀴(51)에 가해지는 힘이 증가한다.

이 후, 앞쪽 바(14)의 가동바(48)를 회전 구동하여, 발판(17)을 상승한다(도 7D). 즉, 모터(42)를 구동하여, 가동바(48)를 이격 방향으로 회전시킨다. 이에 의하여, 뒤쪽으로 경사지는 자세가 된 상태에서, 발판(17) 및 보조바퀴(41)가 땅에서 떨어진다. 또, 앞 보조바퀴(41)에 가해지는 힘이 작은 자세로 되어 있기 때문에, 발판(17)의 상승에 따르는 자세 변화는 작아져 있다. 즉, 뒤쪽으로 경사지는 자세 그대로 발판(17)이 땅에서 떨어진다. 또한, 앞쪽 바(14)에는, 발판(17)의 회전을 규제하는 스토퍼(45)가 설치되어 있다. 이 때문에, 가동바(48)를 이격 방향으로 일정한 각도 회전시키면, 발판(17)이 지면으로부터 떨어진다.

발판(17)을 상승시키면, 앞쪽으로 경사지는 자세로 한다(도 7E). 즉, 뒤쪽 바(15)의 가동바(58)를 이격 방향으로 회전 구동한다. 이에 의하여, 이동체(100)가 서서히 앞쪽으로 경사지는 자세로 되어 간다. 이 타이밍에서는, 이미 도립진자 제어가 실행되고 있다. 따라서, 뒤쪽 바(15)의 회전 구동 중에, 도립진자 제어에 의해, 오른쪽 구동륜(18), 왼쪽 구동륜(20)이 구동한다. 즉, 도립상태를 유지하기위하여, 오른쪽 구동륜(18), 왼쪽 구동륜(20)이 회전한다. 이와 같이, 오른쪽 구동륜(18), 왼쪽 구동륜(20)을 제어하면서, 뒤쪽 바(15)의 가동바(58)를 이격 방향으로 회전시킨다. 이에 의하여, 가동바(58)를 땅에서 떨어지게 할 수 있다. 즉, 가동바(58)가 어느 일정 각도 이상, 이격 방향으로 회전하였다 하여도, 오른쪽 구동륜(18), 왼쪽 구동륜(20)이 뒤쪽 방향으로 회전한다. 그렇게 하면, 중심 위치가 차축(C1)의 바로 위로 오기 때문에, 도립상태가 유지된다. 따라서, 뒤쪽 바(15)의 유닛이 지면과 접촉하지 않게 된다. 그리고, 도립 주행이 개시된다(도 7F). 이와 같이 함으로써, 간편한 제어로, 주차 모드로부터 도립 모드로의 이행을 실시할 수 있다. 안정상태와 도립상태 사이의 이행을 원활하게 행할 수 있다. 또, 승차하는 타이밍에서는, 앞 보조바퀴(41) 및 뒷 보조바퀴(51)가 접지되어 있기 때문에, 안전하게 탑승할 수 있다.

다음에, 도립 종료제어에 대하여 설명한다. 즉, 도립 모드로부터 하차 모드로 이행할 때의 제어에 대하여 설명한다. 먼저, 탑승자(80)가 조작 모듈(21)을 조작하여, 도립 주행 종료 버튼을 누른다(도 7G). 이것에 의해, 도립 주행을 종료시키기 위한 제어가 개시된다. 그렇게 하면, 먼저, 앞쪽 바(14)의 가동바(48)와 뒤쪽 바(15)의 가동바(58)가 회전하여, 발판(17)를 강하시킨다(도 7H). 여기서는, 가동바(48) 및 가동바(58)가, 동기하여 접근 방향으로 회전한다. 이에 의하여, 앞 보조바퀴(41) 및 뒷 보조바퀴(51)가 접지된다. 또, 이 상태에서는, 발판(17)도 접지되어 있다. 그리고, 뒤쪽 바(15)의 가동바(58)를 회전시켜, 이동체(100)를 앞쪽으로 경사지는 자세로 한다(도 7I). 즉, 모터(52)를 구동하여, 가동바(58)를 접근 방향으로 회전시킴과 함께, 모터(42)를 구동하여, 가동바(48)를 이격 방향으로 회전시킨다. 그리고, 이동체(100)가 앞쪽으로 경사지는 자세가 되면, 탑승자(80)가 하차한다(도 7J). 이와 같이 앞쪽으로 경사지는 자세로 함으로써 탑승자(80)가 하차하기 쉬워진다. 또한, 도 7J의 하차상태는, 도 7A의 주차상태와 동일한 상태이다. 하차상태에서는, 앞 보조바퀴(41) 및 뒷 보조바퀴(51)가 접지되어 있기 때문에, 정적으로 안정된 안정상태로 되어 있다. 따라서, 탑승자(80)가 이동체(100)로부터 안전하게 내릴 수 있다. 이와 같이 함으로써, 간편한 제어로, 주차 모드로부터 도립 모드로의 이행을 실시할 수 있다. 안정상태와 도립상태 사이의 이행을 원활하게 행할 수 있다.

이와 같이, 모터(42)와 모터(52)를 동기하여 제어한다. 이에 의하여, 주차상태로부터 도립상태로의 이행, 또는 도립상태로부터 하차상태로의 이행을 안전하고 또한, 신속하게 행할 수 있다. 즉, 보조바퀴가 접지하여 이동체(100)를 정적으로 안정시키는 안정상태와, 보조바퀴가 땅에서 떨어져 도립상태가 유지되는 도립상태 사이의 이행을 용이하게 행할 수 있다. 전후 방향으로 신축되는 스트러트 등이 불필요해지기 때문에, 이동체(100)의 소형화를 도모할 수 있다. 즉, 스트러트가 연장된 상태보다 전후 방향의 전체 길이를 콤팩트하게 할 수 있다. 또, 설계상, 전후의 바 유닛이 발판(17)이나 차대(12)와 간섭하는 것을 용이하게 방지할 수 있다. 이 때문에, 설계의 자유도가 증가한다. 또한, 구동륜의 높이를 바꿀 필요가 없어지기 때문에 액츄에이터 등이 불필요하게 된다. 이에 의하여, 구성을 간소화할 수 있어, 경량화를 도모할 수 있다. 또, 앞 보조바퀴(41) 및 뒷 보조바퀴(51)가 설치되어 있기 때문에, 접지 중에서도 용이하게 회전 구동할 수 있다.

또, 상기한 바와 같이, 발판(17)은, 가동바(48)의 회전 구동에 따라 상승 또는 하강한다. 따라서, 주차상태(또는 하차상태)에서 탑승자(80)가 승차(또는 하차)하려고 할 때에는, 가동바(48)의 회전 구동에 따라, 발판(17)도 지면에 접촉시키도록 하강시키고 있기 때문에, 탑승자(80)는 용이하게 승차(또는 하차)를 행할 수 있다. 그리고, 탑승자(80)가 승차한 후(또는 하차하기 전)에는, 가동바(48)의 회전 구동에 따라 발판(17)도 상승(또는 하강)하기 때문에, 안정상태와 도립상태 사이의 이행 시에, 더욱 간편한 구성으로 발판(17)을 상승(또는 하강)시킬 수 있다.

다음으로, 이동체(100)의 제어계의 구성에 대하여 도 8을 이용하여 설명한다. 도 8은, 제어 박스(32)를 포함하는 제어계의 구성을 나타내는 블럭도이다.

제어 박스(32)에는, 차체(22)에 설치된 자이로스코프 센서(33)로부터의 신호가 입력되어 있다. 즉, 자이로스코프 센서(33)로 검출한 경사각도가 제어 박스(32)에 입력되어 있다. 자이로스코프 센서(33)는, 예를 들면, 차체(22)에 설치되어 있다. 구체적으로는, 좌표 중심(O)의 근방에서, 자이로스코프 센서(33)는, 차대(12)에 고정되어 있다. 또, 조작 모듈(21)에서의 조작량이 제어 박스(32)에 입력되어 있다. 예를 들면, 전후 방향의 병진 속도나, 좌우의 선회 속도 등이 조작량으로서 조작 모듈(21)로부터 입력된다. 제어 박스(32)에는, 모터(34, 36)의 회전 속도가 인코더(38, 39)로부터 입력되어 있다.

제어 박스(32)는, 이들 입력에 의거하여, 오른쪽 구동륜(18) 및 왼쪽 구동륜(20)을 구동하는 모터(34, 36)에 대하여 지령 토오크를 출력한다. 즉, 모터(34)가 지령 토오크에 따라, 오른쪽 구동륜(18)을 회전 구동하고, 모터(36)가 지령 토오크에 따라 왼쪽 구동륜(20)을 회전 구동한다. 또한, 모터(34, 36)로부터의 동력은, 풀리 등을 거쳐, 오른쪽 구동륜(18), 왼쪽 구동륜(20)에 전달되어도 된다.

제어 박스(32)는, 조작 모듈(21)로부터의 조작량과 자이로스코프 센서(33)로부터의 검출신호에 의거하여, 도립 제어 계산을 행하여, 제어 목표값을 산출한다. 또한, 제어 박스(32)는, 모터의 현재 회전 속도와, 제어 목표값에 따른 목표 회전 속도의 편차를 산출한다. 그리고, 제어 박스(32)는, 이 편차에 소정의 피드백 게인을 곱하여, 피드백 제어를 행한다. 제어 박스(32)는, 앰플리파이어 등을 거쳐, 모터(34, 36)에 구동 토오크에 따른 지령값을 출력한다. 이에 의하여, 이동체(100)가, 조작량에 따른 속도 및 방향으로 이동한다.

또, 제어 박스(32)는, 조작 모듈(21)에서의 조작에 따라, 모터(42) 및 모터(52)를 제어한다. 예를 들면, 조작 모듈(21)로 도립 개시조작이 행하여진 경우, 주차상태로부터 도립상태로 이행되기 때문에, 모터(42) 및 모터(52)를 구동시킨다. 이에 의하여, 도 7의 A∼F에 나타낸 바와 같이, 앞쪽 바(14) 및 뒤쪽 바(15)가 동작한다. 또, 조작 모듈(21)로, 도립 종료조작이 행하여진 경우, 도립상태로부터 하차상태로 이행되기 때문에, 모터(42) 및 모터(52)를 구동시킨다. 이에 의하여, 도 7의 G∼J에 나타낸 바와 같이, 앞쪽 바(14) 및 뒤쪽 바(15)가 동작한다. 물론, 모터(42), 모터(52)에 인코더를 설치하여, 피드백 제어를 행하여도 된다.

또한, 배터리(31)는, 제어 박스(32)의 각 전기기기와, 조작 모듈(21)과, 자이로스코프 센서(33)와, 모터(34, 36)와, 인코더(38, 39)와, 모터(42)와, 모터(52) 등에 대하여 전원을 공급하고 있다. 즉, 이동체(100)에 탑재된 전부, 또는 일부의 전기기기가 배터리(31)로부터 공급되는 전원전압에 의하여 동작한다.

또한, 자이로스코프 센서(33)에 의하여 검출된 차체(22)의 검출 각도가 문턱값을 넘은 경우, 도립상태로부터 하차상태로 이행된다. 즉, 앞 보조바퀴(41)와 뒷 보조바퀴(51)를 착지시킨다. 예를 들면, 차체(22)가 경사져 있지 않은 상태를 0°라 하고, 전후로 각각 10°의 마진이 있다고 하자. 즉, 기계적인 제한으로부터 ± 10°까지 경사질 수 있는 설계로 되어 있다고 하자. 이 경우, ±8°를 넘은 시점에서, 앞쪽 바(14) 및 뒤쪽 바(15)를 구동하여, 앞 보조바퀴(41)와 뒷 보조바퀴(51)를 착지시킨다. 이에 의하여, 이상이 발생하여 경사각도가 커진 경우, 신속하게 안전한 하차상태로 이행할 수 있다. 앞쪽 바(14)와 뒤쪽 바(15)를 독립 제어하기 위하여, 각각에, 모터(42), 모터(52)를 설치하고 있다. 그리고, 제어 박스(32)는, 별개의 모터(42, 52)를 동기하여 제어한다. 이에 의하여, 적절한 동작제어를 행할 수 있다.

상기한 예에서는, 2륜형의 이동체에 대하여 설명하였으나, 이것에 한정되는 것이 아니다. 즉, 1륜의 이동체나 3륜 이상의 이동체에 대해서도 적용 가능하다.

이상, 실시형태를 참조하여 본원 발명을 설명하였으나, 본원 발명은 상기에 의해 한정되는 것은 아니다. 본원 발명의 구성이나 상세에는, 발명의 범위 내에서 당업자가 이해할 수 있는 여러가지 변경을 할 수 있다.

이 출원은, 2008년 11월 27일에 출원된 일본국 출원 특원2008-302314를 기초로 하는 우선권을 주장하고, 그 개시의 모두를 여기에 도입한다.

본 발명은, 이동체 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 상세하게는 도립진자 제어에 의해 이동하는 이동체, 및 그 제어방법으로서 사용할 수 있다.

10 : 프레임 11 : 탑승석
11a : 시트 11b : 시트백
12 : 차대 13 : 커버
14 : 앞쪽 바 15 : 뒤쪽 바
16 : 팔걸이 17 : 발판
18 : 오른쪽 구동륜 20 : 왼쪽 구동륜
21 : 조작 모듈 22 : 차체
31 : 배터리 32 : 제어박스
33 : 자이로스코프 센서 34 : 모터
36 : 모터 38 : 인코더
39 : 인코더 41 : 앞 보조바퀴
42 : 모터 43 : 감속기
44 : 웜기어 휠 45 : 스토퍼
46 : 볼트 47 : 베이스
48 : 가동바 49 : 감속기
51 : 앞 보조바퀴 52 : 모터
53 : 감속기 54 : 웜기어 휠
56 : 볼트 57 : 베이스
58 : 가동바 80 : 탑승자
100 : 이동체 C1 : 차축
C2 : 구동축 C3 : 회전축
C4 : 구동축 C5 : 회전축
0 : 좌표

Claims

도립진자 제어에 의하여 이동하는 이동체에 있어서,
탑승자가 탑승하는 탑승석과,
상기 탑승석의 아래쪽에 배치된 차대와,
상기 차대에 대하여 회전 가능하게 설치된 차륜과,
상기 차륜을 회전 구동하는 제 1 구동부와,
상기 차대보다 앞쪽 측으로 돌출한 앞쪽 가동바와,
상기 앞쪽 가동바를 상기 차대에 대하여 회전 구동하는 제 2 구동부와,
상기 앞쪽 가동바에 대하여 회전 가능하게 지지되고, 상기 탑승자의 발이 얹어 놓여지는 발판과,
상기 제 2 구동부를 제어하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는, 상기 발판을 지면으로부터 떨어지게 하도록 상승시킴으로써 도립상태로 이행시키거나, 또는, 상기 발판을 지면에 접촉시키도록 하강시킴으로써 안정상태로 이행시키고,
상기 제 2 구동부는 모터를 포함하고, 상기 모터의 구동력은 웜기어 휠을 거쳐 상기 앞쪽 가동바에 전달되는 것을 특징으로 하는 이동체.
제 1항에 있어서,
상기 앞쪽 가동바의 회전축이, 상기 차륜의 차축보다 아래쪽에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 이동체.
도립진자 제어에 의하여 이동하는 이동체에 있어서,
탑승자가 탑승하는 탑승석과,
상기 탑승석의 아래쪽에 배치된 차대와,
상기 차대에 대하여 회전 가능하게 설치된 차륜과,
상기 차륜을 회전 구동하는 제 1 구동부와,
상기 차대보다 앞쪽 측으로 돌출한 앞쪽 가동바와,
상기 앞쪽 가동바를 회전 구동하는 제 2 구동부와,
상기 앞쪽 가동바에 설치되어, 상기 탑승자의 발이 얹어 놓여지는 발판과,
상기 차대보다 뒤쪽 측으로 돌출한 뒤쪽 가동바와,
상기 뒤쪽 가동바를 회전 구동하는 제 3 구동부와,
상기 제 2 구동부, 및 상기 제 3 구동부를 제어하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는, 상기 발판을 지면으로부터 떨어지게 하도록 상승시킴으로써 도립상태로 이행할 때, 및 상기 발판을 지면에 접촉시키도록 하강시킴으로써 안정상태로 이행할 때의 적어도 한쪽에서, 상기 뒤쪽 가동바와 상기 앞쪽 가동바를 동기하여 회전시키도록 제어하고,
상기 제 2 구동부는 모터를 포함하고, 상기 모터의 구동력은 웜기어 휠을 거쳐 상기 앞쪽 가동바에 전달되는 이동체.
제 3항에 있어서,
상기 앞쪽 가동바 및 상기 뒤쪽 가동바의 적어도 한쪽에 대하여 회전 가능하게 설치된 보조바퀴를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이동체.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 발판의 회전을 제한하는 스토퍼가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 이동체.
탑승자가 탑승하는 탑승석과,
상기 탑승석의 아래쪽에 배치된 차대와,
상기 차대에 대하여 회전 가능하게 설치된 차륜과,
상기 차대보다 앞쪽 측으로 돌출하고, 상기 차대에 대하여 회전하는 앞쪽 가동바와,
상기 앞쪽 가동바에 대하여 회전 가능하게 지지되고, 상기 탑승자의 발이 얹어 놓여지는 발판을 구비하며, 상기 앞쪽 가동바는 웜기어 휠을 거쳐 전달되는 모터의 구동력에 의해 구동되고, 도립진자 제어에 의하여 이동하는 이동체의 제어방법에 있어서,
상기 차대로부터 앞쪽 측으로 돌출한 앞쪽 가동바를 회전 구동시키고,
상기 앞쪽 가동바를 회전 구동함으로써, 상기 앞쪽 가동바에 설치되고, 상기 탑승자의 발이 얹어 놓여지는 발판을 지면으로부터 떨어지게 하도록 상승시킴으로써 도립상태로 이행시키거나, 또는, 상기 발판을 지면에 접촉시키도록 하강시킴으로써 안정상태로 이행시키는 것을 특징으로 하는 이동체의 제어방법.
탑승자가 탑승하는 탑승석과,
상기 탑승석의 아래쪽에 배치된 차대와,
상기 차대에 대하여 회전 가능하게 설치된 차륜과,
상기 차대로부터 앞쪽 측으로 돌출한 앞쪽 가동바와,
상기 앞쪽 가동바에 설치되어, 상기 탑승자의 발이 얹어 놓여지는 발판과,
상기 차대로부터 뒤쪽 측으로 돌출한 뒤쪽 가동바를 구비하고, 상기 앞쪽 가동바는 웜기어 휠을 거쳐 전달되는 모터의 구동력에 의해 구동되며, 도립진자 제어에 의하여 이동하는 이동체의 제어방법에 있어서,
상기 앞쪽 가동바와 상기 뒤쪽 가동바를 동기하여 회전 구동시키고,
상기 앞쪽 가동바 및 상기 뒤쪽 가동바를 동기하여 회전 구동함으로써, 상기 발판 및 상기 뒤쪽 가동바를 접지시킨 상태로부터 땅에서 떨어지게 하는 상태, 또는, 상기 발판 및 상기 뒤쪽 가동바를 땅에서 떨어지게 한 상태로부터 접지시키는상태로 이행하는 이동체의 제어방법.
제 7항에 있어서,
상기 앞쪽 가동바와 상기 뒤쪽 가동바를 동기하여 구동시켜, 상기 이동체를 뒤쪽으로 경사지는 자세로 하게 한 후, 상기 앞쪽 가동바를 땅에서 떨어지게 하고,
상기 앞쪽 가동바를 땅에서 떨어지게 한 후, 도립진자 제어를 행하면서, 상기 뒤쪽 가동바를 회전 구동시킴으로써, 상기 뒤쪽 가동바를 땅에서 떨어지게 하는 것을 특징으로 하는 이동체의 제어방법.
제 6항에 있어서,
상기 앞쪽 가동바의 회전축이, 상기 차륜의 차축보다 아래쪽에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 이동체의 제어방법.