WO2004110854A1 - 同軸二輪車 - Google Patents

Abstract

　同軸二輪車において、姿勢制御器（８４）は、姿勢指令であるベース角度指令θrefと、ジャイロセンサ（１３）及び加速度センサ（１４）を用いて算出した現在のベース角度θ0との偏差から、ベースを目標角度に維持するためのモータトルクＴgyrを計算する。一方、位置比例制御器（８６Ｒ）、微分器（８８Ｒ）及び速度比例制御器（８９Ｒ）では、右車輪用のモータロータ（９２Ｒ）の回転位置指令Ｐrefrとモータロータ（９２Ｒ）の現在の回転位置θｒとの偏差についてのＰＤ制御が行われる。電流制御アンプ（９１Ｒ）は、この制御結果であるモータトルクとモータトルクＴgyrと圧力センサを用いて算出した推定負荷荷重トルクＴ１'との加算値に基づいてモータ電流を生成し、モータロータ（９２Ｒ）を駆動する。

Description

明細書 同軸二輪車 技術分野 本発明は、 同一軸の両端に車輪を備えた同軸二輪車に関する。

本出願は、 日本国において 20 0 3年 6月 1 2日に出願された日本特許出願番 号 2 0 0 3— 1 682 24及び日本特許出願番号 2 0 0 3— 1 682 26を基礎 として優先権を主張するものであり、 これらの出願は参照することにより、 本出 願に援用される。 背景技術 同一軸の両端に車輪を備えた同軸二輪車は、 四輪車或いは三輪車はもとより、 自転車のような個々の車輪の回転軸が異なる異軸二輪車と比較しても平面形状の コンパクト化の観点から有利であるため、 従来から研究が進められているが、 こ のような同軸二輪車では、 姿勢の安定制御の問題が克服されない限り実用化は不 可能である。

このような理由から、 姿勢を安定制御する手法として、 例えば日本公開特許公 報昭 6 3— 3 0 50 8 2号には、 口一タリエンコーダ等により検出される車体の 傾斜角度を短時間間隔でサンプリングし、 サンプリング値に基づいて車輪駆動用 モ一夕の制御トルクを算出するとともに、 この制御トルク相当の作動を車輪駆動 用モータに指令することにより、 車体が傾動した際に車輪をその傾動方向に直ち に移動し、 車体の復元を行う技術が提案されている。

また、 米国特許第 59 7 1 09 1号明細書には、 複数のジャィ口センサにより 車体の傾斜角度を検出し、 このジャィ口センサ信号が水平になるようにモータの 制御装置の状態をフィードバックすることにより、 車体を水平に保ったまま走行 する技術が提案されている。 しかしながら、 このような日本公開特許公報昭 6 3 - 3 0 5 0 8 2号及び米国 特許第 5 9 7 1 0 9 1号明細書に記載の同軸二輪車では、 人間が搭乗した場合、 或いは重量差の大きい複数の人間が乗り換えた場合に、 モー夕からみた慣性モー メントゃ負荷重量が大きく変化し、 姿勢を安定化する制御系が不安定になるため、 人間が乗り降りする際に異常な振動が発生したり、 人間の重量の違いにより動作 が変化したりする問題があった。

また、 搭乗者の意図しない僅かな重心移動によって機体が前進 ·後退してしま う問題があり、 また、 重心位置が前方又は後方に大きく移動すると、 機体速度が 上がり過ぎ転倒してしまう虞があつた。 発明の開示 本発明は、 このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、 負荷重量変 化に対して安定であり、 且つ、 姿勢制御と走行制御とを安定して両立することが 可能な同軸二輪車を提供することを目的とする。

また、 搭乗者の重心位置の移動があっても安全且つ安定に走行することが可能 な同軸二輪車を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、 本発明に係る同軸二輪車は、 一対の車輪と、 該一対の車輪間に架設された車輪軸と、 該車輪軸上に傾動可能に支持されたべ一 スと、 該ベースに装着され、 上記一対の車輪の各々を駆動するための一対の駆動 用モータと、 上記一対の駆動用モータに作動指令を送る制御装置とを備える同軸 二輪車において、 上記ベースには、 該ベース上の負荷の位置及び重量を検出する 負荷検出手段と、 該ベースの上記車輪軸回りの角度を検出する角度検出手段とが 設けられ、 上記制御装置は、 上記負荷によるトルクを相殺するための第 1のトル クを生成するとともに上記ベースの上記車輪軸回りの角度に対応して該ベースを 所定の角度に維持するための第 2のトルクを生成する第 1の制御機構と、 上記負 荷の位置に応じて走行させるための第 3のトルクを生成する、 上記第 1の制御機 構とは独立した第 2の制御機構とからなり、 上記第 1乃至第 3のトルク相当の作 動を上記一対の駆動用モータの各々に指令するものである。 このような同軸二輪車は、 例えば複数の圧力センサからなる負荷検出手段によ つて検出されたベース上の負荷による トルクを相殺するための第 1のトルクと、 例えばジャィ口センサ及び加速度センサからなる角度検出手段によって検出され たベースの車輪軸回りの角度に対応して該ベースを所定の角度に維持するための 第 2のトルクと、 上記負荷の位置に応じて走行させるための第 3のトルクとを生 成し、 この第 1乃至第 3のトルク相当の作動を一対の駆動用モー夕の各々に指令 し、 一対の車輪を駆動させる。

また、 上述した目的を達成するために、 本発明に係る同軸二輪車は、 一対の車 輪と、 該一対の車輪間に架設された車輪軸と、 該車輪軸上に傾動可能に支持され たベースと、 該ベースに装着され、 上記一対の車輪の各々を駆動するための一対 の駆動用モー夕と、 上記一対の駆動用モータに作動指令を送る制御装置とを備え る同軸二輪車において、 上記ベースには、 該ベース上の負荷の位置及び重量を検 出する負荷検出手段が設けられ、 上記制御装置は、 上記負荷の位置が所定の停止 領域内にある場合には、 走行指令を送らず、 上記負荷の位置が上記停止領域外に ある場合には、 その位置に応じた走行指令を上記一対の駆動用モー夕の各々に送 るものである。

このような同軸二輪車は、 ベース上の負荷の位置が所定の停止領域内、 例えば 車輪軸に垂直な方向の範囲が上記一対の車輪が路面と接する接地領域の車輪軸に 垂直な方向の範囲内であるような領域内にある場合には、 走行指令を送らず、 そ の停止領域外にある場合には、 その位置に応じた走行指令を送る。

また、 上述した目的を達成するために、 本発明に係る同軸二輪車は、 一対の車 輪と、 該一対の車輪間に架設された車輪軸と、 該車輪軸上に傾動可能に支持され たベースと、 該ベースに装着され、 上記一対の車輪の各々を駆動するための一対 の駆動用モータと、 上記一対の駆動用モー夕に作動指令を送る制御装置とを備え る同軸二輪車において、 上記ベースには、 該ベース上の負荷の位置及び重量を検 出する負荷検出手段が設けられ、 上記制御装置は、 上記負荷の位置が所定の減速 領域内にある場合には、 減速停止させる走行指令を上記一対の駆動用モータの各 々に送り、 上記負荷の位置が上記減速領域外にある場合には、 その位置に応じた 走行指令を上記一対の駆動用モー夕の各々に送るものである。 このような同軸二輪車は、 ベース上の負荷の位置が所定の減速領域内、 例えば 上記負荷検出手段による負荷検出可能範囲の境界近傍の領域内にある場合には減 速停止させる走行指令を送り、 その減速領域外にある場合には、 その位置に応じ た走行指令を送る。

本発明のさらに他の目的、 本発明によって得られる具体的な利点は、 以下に説 明される実施例の説明から一層明らかにされるであろう。 図面の簡単な説明 図 1は、 本実施の形態における同軸二輪車を示す外観斜視図である。

図 2は、 同軸二輪車のベースを説明するための側断面図である。

図 3 A及び図 3 Bは、 同軸二輪車のベースに設けられた圧力センサを示す図で あり、 図 3 Aは平面図を示し、 図 3 Bは側面図を示す。

図 4は、 同軸二輪車の重量中心と車輪軸との位置関係を示す図である。

図 5は、 負荷荷重トルクとモ一夕トルクとのつり合いを説明する図である。 図 6は、 人間が搭乗した場合の姿勢制御を説明する図である。

図 7は、 ベース上で姿勢を保っための力学モデルを説明する図である。

図 8は、 ベース上で姿勢を保っための力学モデルを説明する図である。

図 9は、 ベース上で姿勢を保っための力学モデルを説明する図である。

図 1 0は、 同軸二輪車における力学モデルを説明する図である。

図 1 1は、 姿勢安定制御のための制御機構を示す図である。

図 1 2は、 車輪が 1つである場合における姿勢安定制御及び走行制御のための 制御機構を示す図である。

図 1 3は、 同軸二輪車における姿勢指令を説明する図である。

図 1 4は、 車輪が 1つである場合における姿勢安定制御及び走行制御のための 制御機構を示すブロック図である。

図 1 5は、 図 1 4に示すブロック図を数学モデルとして示す図である。

図 1 6は、 図 1 5に示す数学モデルの詳細な具体例を示す図である。

図 1 7は、 車輪が 2つである場合における姿勢安定制御及び走行制御のための 制御機構を示すプロック図である。

図 1 8は、 前進 ·後退する場合の走行速度制御を説明する図である。

図 1 9は、 旋回する場合の走行速度制御を説明する図である。

図 2 0は、 直進する際にョー軸回りのジャイロセンサ信号が検出される場合の 制御方法を説明する図である。

図 2 1 A及び図 2 1 Bは、 Z軸方向の加速度信号が検出される場合の速度制御 方法を説明する図であり、 図 2 1 Aは機体が段差を乗り越える様子を示す図であ り、 図 2 1 Bは走行速度及び Z軸加速度の変化を示す図である。

図 2 2 A及び図 2 2 Bは、 同軸二輪車における画像認識処理を説明する図であ り、 図 2 2 Aはベースに設けられる C C Dカメラを示す図であり、 図 2 2 Bはこ の C C Dカメラによる障害物検出の様子を示す図である。

図 2 3 A及び図 2 3 Bは、 同軸二輪車における音声認識処理を説明する図であ り、 図 2 3 Aはベースに設けられるマイクロホンを示す図であり、 図 2 3 Bはこ のマイクロホンによる音源検出の様子を示す図である。

図 2 4は、 走行中の音源検出等を実現する制御機構を示すブロック図である。 図 2 5は、 同軸二輪車のソフトウエア構成を説明する図である。

図 2 6は、 同軸二輪車 1における各回路の全体構成を説明する図である。 図 2 7 A及び図 2 7 Bは、 図 2 6に示す全体構成の詳しい内部構成を説明する 図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明を適用した具体的な実施の形態について、 図面を参照しながら詳 細に説明する。 この実施の形態は、 本発明を、 同一軸の両端に車輪を備えた同軸 二輪車に適用したものである。

先ず、 本実施の形態における同軸二輪車の外観斜視図を図 1に示す。 図 1に示 す同軸二輪車 1において、 車輪軸 2の両端には一対の車輪 3 (右車輪 3 R及び左 車輪 3 L ) が止着されている。 この車輪 3は、 柔軟な特性を有するゴム材で形成 されており、 その内部には空気や窒素ガス等が充填される。 このガス圧を調整し て車輪 3の柔軟性を調整することにより、 機体の振動を吸収し、 路面の凹凸によ る振動や段差による衝撃を低減することができる。 また、 図示しないが、 車輪 3 の表面には凹凸形状の溝が形成されており、 凹凸のある路面を走行する際や段差 を乗り越える際に高い摩擦力を保持することができる。

また、 車輪軸 2には、 例えば人間が立ち姿勢で搭乗するための板状体の下に後 述する制御装置等が格納される略直方体形状の筐体が接合されたベース 4が、 車 輪軸 2回りに傾動可能に支持されている。 このベース 4上には、 例えば人間が搭 乗した際に両手で把持するためのハンドル 5が設けられる。

以下、 本明細書においては、 両輪を結ぶ車輪軸 2の中間点を X— Y— Z座標系 の原点〇と仮定し、 この原点 Oを通りベース 4の主面と平行で且つ車輪軸 2に垂 直な方向を X軸又はロール軸、 原点 0を通る車輪軸方向を Y軸又はピッチ軸、 原 点 0を通りベース 4の主面と垂直な方向を Z軸又はョ一軸と定義する。 また、 同 軸二輪車 1の前方を X軸の正方向、 左方を Y軸の正方向、 上方を Z軸の正方向と それぞれ定義する。

ベース 4には、 図 2に示すように、 正逆回転可能なモータ 1 0 ( 1 0 及び1 0 L ) が装着されており、 モー夕 1 0に隣接して、 モータ 1 0の回転位置を検出 するための口一タリエンコーダ 1 1 ( 1 1 R及び 1 1 L ) が設けられている。 ま た、 モー夕 1 0と車輪 3との間には、 歯車又はタイミングベルトによる減速器 1 2 ( 1 2 R及び 1 2 L ) が介在されており、 モ一夕 1 0の回転がこの減速器 1 2 及びジョイント （図示せず） を介して車輪 3に伝達される。

この減速器 1 2は、 バックラッシュ量が 1分以下であり、 車輪 3側の出力軸か ら外力により回転トルクが加わるとモータ 1 0側の入力軸にも回転トルクが伝達 されて容易に回転する特性 （バックドライバビレイティ性） を有する。 このよう なバックドライバビレイティ性を有する減速器 1 2を使用することにより、 例え ば空中状態から着地する際に、 路面の反作用力をモー夕 1 0が吸収して減衰し、 安定に着地することができる。 また、 電源が遮断された場合であっても、 機体に 外力を加えてモータ 1 0を回転させ、 容易に移動させることができる。 さらに、 坂道を重力に従って下るような場合には、 モータ 1 0に回転トルクが伝達されて 逆起電力が生じるが、 この逆起電力を利用してバッテリ （図示せず） の充電を行 い、 バッテリ駆動時間を長くすることができる。 なお、 バッテリが完全に充電さ れた場合には、 回生抵抗により回生電力を熱として放出する制御を行う。 また、 下り坂に限らず、 減速時に生じる回生電力もバッテリに充電するような電源管理 回路 （後述） が内蔵される。

さらに、 ベース 4には、 ベース 4のピッチ軸， ョー軸回りの角速度 ω ρ , ωγ& wを検出するためのジャイロセンサ 1 3のほか、 X， Υ, Z軸方向のリニア加速度 A x, A y , Α ζ及びピッチ軸， ロール軸， ョ一軸回りの角加速度 α ρ， a r , ayawを検出するための加速度センサ 1 4や、 ベース 4上の負荷重量を検出するた めの圧力センサ 1 5等の各種センサが内蔵されている。

このうち、 圧力センサ 1 5は、 図 3 Aの平面図及び図 3 Bの側面図に示すよう にベース 4の板状体を構成する支持台 4 aと可動台 4 bとの間の四隅に設けられ ており、 この 4つの圧力センサ 1 5 ,〜 1 5₄のセンサ信号からベース 4上の負荷 の重心座標 （X_s、 Y_g) とその負荷重量 W_sとを検出することができる。 すなわち, 圧力センサ 1 5 ,〜 1 5₄のセンサ信号がそれぞれ P S P S P S P S ₄で あり、 無荷重状態で圧力センサ 1 5 ,〜 1 5₄にかかる自重が W。である場合、 負荷 重量 W_eは、 以下の式 （ 1 ) のように求められる。

W_g = + PS₂ + PS₃ + PS₄ - w₀ (1)

また、 圧力センサ 1 5 1 5₄及び圧力センサ 1 5₂， 1 5₃の X座標がそれぞ れ X p s， 一 X p s、 圧力センサ 1 5 1 5₂及び圧力センサ 1 5₃, 1 5₄の Y 座標がそれぞれ Y p s , — Y p sである場合、 重心座標 （X_g、 Y_g) は、 以下の 式 （2 ) のように求められる。 ここで、 式 （2) において、 W₁₄は無荷重状態で 圧力センサ 1 5 1 5₄にかかる自重を示し、 W₂₃は無荷重状態で圧力センサ 1 5 1 5₃にかかる自重を示し、 W₁₂は無荷重状態で圧力センサ 1 5 ,， 1 5₂に かかる自重を示し、 W₃₄は無荷重状態で圧力センサ 1 5₃， 1 5₄にかかる自重を 示す。 X_g = X_PS *(W1 - W2)/(W1 + W2) . . . (2) Y_g = Y_PS * ( W 3 - W 4 )/ ( W 3 + W 4 )

ただし、

この圧力センサ 1 5によりベース 4上の負荷による負荷荷重トルク T ,が計算で きるため、 モータ 1 0にその反作用のモーメントを与えることにより、 ベース 4 上でバランスを保ち、 姿勢を安定化することが可能となる。

さらにまた、 ベース 4の下部筐体には、 マイクロコンピュー夕からなる制御装 置 1 6が搭載されており、 この制御装置 1 6に各種センサ信号、 検出信号が入力 される。 制御装置 1 6は、 これらの入力信号に基づいて、 後述するようにベース 4のピッチ軸角度、 ョ一軸角度を適切な値に保ちながら、 機体を前進 ·後退 - 旋 回させるモー夕 トルクを発生するように制御する。

また、 この同軸二輪車 1は、 図 4に示すように、 車輪軸 2回りに傾動可能とさ れるベース 4 (及びハンドル 5 ) の重量中心 Μが車輪軸 2よりも下方に位置する ように構成されている。 これにより、 停止時にも機体の重心位置が最も安定な位 置に保たれ、 転倒しにく くなる。 なお、 この図 4ではベース 4の上面の高さが車 輪軸 2よりも高くなつているが、 ベース 4の上面が車輪軸 2より低くなつていて も構わない。

ここで、 ベース 4上で姿勢を保っための制御概念について説明する。 図 5に示 すように、 ベース 4上の負荷、 例えば人間の体重による負荷荷重トルク に対し て、 同じモーメントを発生するようにモータ トルク Tmを制御すると、 ベース 4 はシ一ソのように支点を中心にバランスを保つ。 このバランスを保つ支点に相当 する点、 すなわち車輪軸 2回りの回転モーメントがゼロとなる点を ZMP (Zero Moment Point) と呼ぶ。 この Z M Pが車輪 3の路面との接地点に一致するとき、 或いは路面との接地面内にあるとき、 バランスが保たれてベース 4上で姿勢を保 つことができる。

この同軸二輪車 1に体重 Whの人間が搭乗した場合、 図 6に示すように、 人間 の傾き角 Θに応じてベース 4及びハンドル 5の重量中心 Mが車輪軸 2を中心に傾 く。 このとき、 車輪軸 2がバランスをとるための車輪軸トルク T。は以下の式

(3) で表され、 姿勢を保っためのモー夕 トルク Tmは減速器 1 2の減速比を N ： 1として T。ZNで表される。

Τ_Λ = Wh *sin Θ一 Wm * sin Θ (3)

本実施の形態における同軸二輪車 1では、 上述の如くベース 4及びハンドル 5 の重量中心 Mが車輪軸 2よりも下方に位置するように構成されているため、 式

(3) のように、 人間の体重 Whによるモーメントとベース 4及びハンドル 5の 重量 Wmによるモーメントとの差分を車輪軸トルク T。として加えるのみでよく、 比較的小さいモータ トルクでバランスを保つことができる。

ベース 4上で姿勢を保っための力学モデルについて、 図 7に示す X— Z座標系 を用いてさらに詳細に説明する。 ここで図 7では簡単のため、 車輪 3は 1つであ るものとして説明する。 また、 車輪 3、 ベース 4、 及びベース 4上の人間をそれ ぞれリンクとみなし、 その重心位置座標をそれぞれ （x。、 z。） ， (x >, z , (χ ζ ₂) とする。 さらに、 各リンクの質量をそれぞれ m。， mi, m₂とし、 慣 性モ一メントを I。， I 1₂とする。

定義した点 Ω (σ、 φ) 回りの第 i リンク （ i = 0, 1， 2) の各運動量は、 重心位置座標を （X i、 z■) とすると、 以下の式 （4) で表される。 ここで、 式 ( 4 ) において x， zの上に付されている 1つの点は、 x， zの 1階微分である Iとを示している。

ϋ*ωί + πιί*χί(ω-ζί)-πιί*ζίισ-χι) (4)

したがって、 全リンクの慣性力によるモーメントは、 以下の式 （5 ) で表され る。 ここで、 式 （5 ) において X , ζの上に付されている 2つの点は、 X， ζ の 2階微分であることを示している。 また、 全リンクの重力によるモーメントは、 重力加速度を gとして以下の式 （6 ) で表される。

i=0

この慣性力によるモーメントと重力によるモーメントとの和により、 式 （7 ) に示すように、 点 Ω ( σ、 φ ) 回りのモーメント ΜΩが与えられる。

ΜΩ =》 Ιϊ*ωϊ+》 mi xi (φ- ζΐ)-ζί(σ - xi) + > mi(a - xi)g

i=0

(7) 質量 m。である車輪 3の重力によるモーメントを除けば、 点 Ω (ひ、 Φ) を原点 にとることで、 上述のモーメント ΜΩは車輪軸 2回りのモーメント Maとなる。 この車輪軸 2回りのモーメント Maは、 以下の式 （8) で表される。

Ma =》 Ιΐ*ωί+〉 mi Zl * xi - XI * Zl I- j mi * xi * g (8)

i=0

このモーメント Maを用いて上述のモ一メント ΜΩを表せば、 x。= 0であると き、 すなわち車輪 3の重心位置が車輪軸 2上にあるとき、 以下の式 （9) で与え られる。

ΜΩ = Ma - *φ ■ · · (9)

ここで、 Z M Pはモーメント ΜΩが 0である床面上の点と定義される。 そこで、 車輪軸 2の高さを h、 ZMPの座標を （σζπΐρ、 一 h) として式 （7) に代入する と、 以下の式 （ 1 0) のようになる。 この式 （ 1 0) を σ zmpについて解く ことで, Z MPをリンク位置、 加速度及び質量により表すことができる。

0 = > Π*ωί+》 mi - xi (h + zi)- zi^azmp - xi) + > mi(azmp - xi g i=0 i=0 V ノ i=0

… (10)

また、 上述した式 （9) に ZMPの座標 （σζπιρ、 一 h) を代入すると、 以下の 式 （ 1 1) のようになる。 なお, の式 （ 1 1) は、 車輪軸 2回りのモーメント のつり合いの式を示す。

0 = Ma - > mi σζπιρ - > mi xi * h (11)

i=0 0 i=0

ここで、 Z M Pに作用する力を図 8に図示する。 図 8において、 FNは床反力, FTは転がり摩擦力、 Fは FNと FTとの合成ベクトルを表す。 なお、 床反力 F Nは実際には車輪 3の接地面全体に分布するが、 図 8では Z MPに集約するもの として表している。 この図から車輪軸 2回りのモーメントのつり合いの式を表す と、 以下の式 （ 1 2) のようになる。

FN * σζπιρ + FT*h + τθ = 0 (12)

なお、 この式 （ 1 2) に以下の式 （ 1 3) ( 1 5) を代入すると、 上述した 式 （ 1 1) と同じものになる。

T₀ =Ma (13)

FT = - mi *xi (15) i=0 ベース 4上の姿勢が安定するには、 式 （ 1 2) において σ zmp= 0となればよい < すなわち、 車輪軸トルク Τ。=一 F Τ * hが成立すれば姿勢を保つことができる。 したがって、 T。=FT= 0を満たす以下の式 （ 1 6) に示す状態変数を制御する ことにより、 姿勢を安定させることができる。

このとき、 χ。， X ,は、 機構構造により一意に定まるが、 I X z は、 人間であるため不定値である。 この m₂， I X z ₂によるベース 4上で のモーメント M tは、 以下の式 （ 1 7) で与えられる。 但し、 ベースは、 図 9の ように水平に保たれるものとする。

Mt = Ι₂ + m₂ *z₂ *x - m₂ *x₂ *(z₂一 L)- m. *x₂ *g

(17) ここで、 負荷が人間である場合には角速度 ω が十分に小さいため、 ω₂ 0と 近似すると、 式 （ 1 8) において X ₂とその 2階微分値をゼロにするときモーメン ト M tがゼロになる。 X ₂とその 2階微分値をゼロにすることは、 ベース 4上での 負荷荷重トルク T がゼロとなるように X。及び X を制御することと等価と考えて よい。 また、 この負荷荷重トルク T,によるモーメント M tは、 力 F₂でベース 4 上の作用点 （X L) に作用することと等価である。 したがって、 この x _fをゼ 口にする x。， X ,を与えることができれば T 0となり、 姿勢を安定に保つ条件 を満足することができる。

図 9に示すように、 ベース 4上のジャィ口センサ信号をフィードバック制御し てモータトルク Tmを与えることにより x。=x ,を保つように制御されていると き、 x _f=x。となるようにモー夕トルク Tmを制御することで姿勢を安定に保つ ことができる。

具体的には、 誤差 E ,= X _f — X。とするとき、 E _f〉 0であれば X。を正の方向に 変位させるためにモー夕トルク Tmを負として機体を前進させ、 E _f< 0であれば X を負の方向に変位させるためにモー夕トルク Tmを正として機体を後退させる ことで、 誤差 E _fをゼロに収束させることができる。 すなわち、 A。を正の定数と して、 Tm=— A。* E_f となるモ一夕トルク Tmを与えることで E _fをゼロに収束 させ、 姿勢を安定に保つことができるようになる。

実際には、 例えば図 1 0のようにベース 4がピッチ軸回りに角度 0。だけ傾いた 場合、 体重 Mの人間により ( = Mて X L) の負荷荷重トルクが発生するため、 その負荷荷重トルク T ,と逆方向の車輪軸トルク T。を与えるようにモ一夕トルク Tmを制御することで、 ZMPを車輪 3の接地点と一致させ、 姿勢を安定に保つ ことができるようになる。

ここで、 ベース 4上に人間が搭乗した場合、 個人差はあるものの通常 1〜2秒 の周期で姿勢を保っために足裏に作用させる力を変動させているため、 人間の体 重による負荷荷重トルク T >は不確定に変化する。 したがって、 リアルタイムにバ ランスがとれるようなトルクをモ一夕 1 0に加算し、 負荷変動に対してベース 4 の角度を一定に保つ必要がある。

そこで、 本実施の形態における同軸二輪車 1は、 このような負荷変動をリアル タイムに相殺するために、 制御装置 1 6内に図 1 1に示すような制御機構を有し ている。 図 1 1において、 減算器 2 0では、 姿勢指令であるベース角度指令 Θ re ίとジャイロセンサ 1 3及び加速度センサ 1 4によって検出した現在のベース角度 0。との偏差がとられ、 この偏差が姿勢制御器 2 1に供給される。 姿勢制御器 2 1 は、 このべ一ス角度指令 Θ refと現在のベース角度 0。とからモータトルク電流値 Tgyr [A] を計算する。 また、 調整器 2 2では、 圧力センサ 1 5のセンサ信号 P S P S P S _3> P S ₄を用いて負荷荷重トルク T！を推定し、 これを相殺する ための推定負荷荷重卜ルク電流値 T , '/Km [A] を計算する。 ここで Kmはモ一 夕定数 [Nm/A] である。 負荷の重心座標が （X_s、 YJ であり、 負荷重量が W_gで ある場合、 推定負荷荷重トルク T は、 以下の式 （ 1 8 ) のように与えられる。

T/= W *X /2 (18)

そして減算器 2 3では、 モ一夕 トルク電流値 Tgyrと推定負荷荷重トルク電流値 T ZKmとの偏差がとられ、 この偏差がモータ電流 I [A] としてモー夕 2 4に 与えられる。 モータ 2 4はこのモータ電流 I によって回転することによりモータ トルク Tmを発生し、 加算器 2 5では、 このモータ トルク Tmと負荷荷重トルク T ,とが加算されてベース 2 6に伝えられる。

このように、 負荷荷重トルク T を相殺するためのモータ トルク Tmをモータ 2 4に加算することにより、 停止時においては負荷変動に対してベース角度を一定 に保つことができる。

以上の制御機構により姿勢安定制御を行うことができるが、 この状態で走行す るには、 さらに走行制御のための制御機構が必要となる。 そこで、 本実施の形態 における同軸二輪車 1は、 実際には姿勢安定制御のためのモー夕 トルクと走行制 御のためのモー夕トルクとを独立して求める二重構造の制御機構を有している。 このような二重構造の制御機構の物理モデルを図 1 2に示す。 なお、 この図 1 2においても、 簡単のため、 車輪 3は 1つであるものとして説明する。 図 1 2に 示すように、 ベース 4にはジャイロセンサ 1 3、 加速度センサ 1 4、 圧力センサ 1 5等の各種センサが内蔵されており、 その下部にはモータステ一タ 3 0、 ロー タリエンコーダ 3 1、 モータロー夕 3 2が存在し、 モー夕口一夕 3 2の回転は減 速器 3 3及びジョイント 3 4を介して車輪 3に伝達される。

姿勢制御/調整器 4 0は、 姿勢指令であるベース角度指令 0 re i、 ジャイロセン サ 1 3及び加速度センサ 1 4によって検出した現在のベース角度 ø。、 及び圧力セ ンサ 1 5のセンサ信号 P S P S P S P S ₄から、 上述したモ一夕 トルク T gyr及び推定負荷荷重トルク T > 'を計算する。 また、 モー夕制御器 4 1は、 走行 指令であるモータ口一夕 3 2の回転位置指令 P re fと口一タリエンコーダ 3 1によ つて検出したモ一タロー夕 3 2の現在の回転位置 0 r とから、 走行のためのモ一 夕トルクを計算する。

そして、 加算器 4 2において、 モー夕 トルク T gyr及び推定負荷荷重トルク T , 'と走行のためのモー夕トルクとが加算され、 この加算値がモー夕口一夕 3 2に供 給される。

ここで、 上述したベース角度指令 0 re fとは、 搭乗者が安定に乗ることができる ように、 X軸方向の加速度 A Xに応じて設定されるべ一ス角度の目標値である。 具体的には、 X軸加速度 A xがゼロのときベース 4が水平になるように、 X軸加 速度 A Xが正のときベース 4を前方に傾けるように、 X軸加速度 A Xが負のとき ベース 4を後方に傾けるように、 それぞれ設定される。 例えば X軸加速度 A xが 正の場合、 図 1 3に示すように、 慣性力と重力との合成べク トルの方向に Z M P が位置するようにベース 4を傾けると、 搭乗者は姿勢を安定に保つことができる。 なお、 このベース角度指令 0 re fは、 X軸加速度 A Xに比例して変化する。

制御機構のブロック図を図 1 4に示す。 減算器 5 0では、 姿勢指令であるべ一 ス角度指令 Θ re fとジャイロセンサ 1 3 (及び加速度センサ 1 4 ) によって検出し た現在のベース角度 Θ。との偏差がとられ、 この偏差が姿勢制御器 5 1に供給され る。 姿勢制御器 5 1は、 このベース角度指令 0 re fと現在のベース角度 0。とから モータ トルク T gyrを計算し、 このモータ トルク T gyrを加算器 5 4に供給する。 一方、 減算器 5 2では、 走行指令であるモータロータ 5 7の回転位置指令 P re ίと口一タリエンコーダ 5 8によって検出したモータロータ 5 7の現在の回転位置 との偏差がとられ、 この偏差がモータ制御器 5 3に供給される。 モー夕制御 器 5 3は、 この回転位置指令 P reiと現在の回転位置 0 r とから、 走行のためのモ —夕 トルクを計算し、 このモー夕トルクを加算器 5 4に供給する。

また、 ベース 4に負荷荷重トルク T ,が加えられると、 圧力センサ 1 5のセンサ 信号 P S ,， P S ₂， P S P S が調整器 5 5に供給され、 調整器 5 5は、 この センサ信号に基づいて上述した推定負荷荷重トルク T を計算する。

加算器 5 4では、 姿勢制御器 5 1からのモー夕 トルク Tgyrとモー夕制御器 5 3 からのモー夕 トルクとが加算され、 減算器 5 6では、 この加算値から推定負荷荷 重トルク T 'が減算される。 これが最終的なモー夕 トルク Tmとなり、 モ一夕口 一夕 5 7に与えられる。 加算器 5 9では、 このモ一夕 トルク Tmの反作用力と負 荷荷重トルク T ,とが加算され、 この加算値がモータステ一夕/ベース 6 0に与え られる。

モ一夕ロータ 5 7は、 モータトルク Tmに応じて回転制御される。 このモータ ロータ 5 7の回転位置 0 rは、 減速比 N ： 1の減速器 6 1によって 1 / Nに変換 され車輪 3に伝達される。 すなわち、 車輪 3の回転位置 0 wは、 モ一タロー夕 5 7の回転位置 0 rの 1 ZNである。 口一タリエンコーダ 5 8は、 このモータ口一 夕 5 7の回転位置 Θ rを検出し、 検出信号を減算器 5 2に供給する。

一方、 モータステ一夕/ベース 6 0には、 上述したように、 モータ トルク Tm の反作用力と負荷荷重トルク T ,との加算値が加わるが、 それらが相互に打ち消さ れるため、 モータステ一夕 ベース 6 0の傾動は抑えられる。

図 1 5は、 図 1 4に示したブロック図における処理をラプラス演算子を用いて 数学モデルとして表現したものである。 上述の如く、 姿勢制御器 5 1には、 ベー ス角度指令 0 refと現在のベース角度 0。との偏差が与えられ、 モータ制御器 5 3 には、 モ一タロー夕 5 7の回転位置指令 P refと現在の回転位置 S r との偏差が与 えられる。 この姿勢制御器 5 1及びモー夕制御器 5 3では、 例えば P I D (比例 • 積分 ·微分） 演算を行うフィードバック制御により各モータ トルクが計算され る。 すなわち、 Κ ρ。， Κ ρ ,が比例ゲインとなり、 K i。， K i ,が積分ゲインと なり、 Kd。， K d ,が微分ゲインとなる。 これらの制御ゲインによって、 モー夕 が姿勢指令 0 rei及び走行指令 Preiに対して応答する追従性が変化する。 例えば、 モータ口一夕 5 7は、 比例ゲイン Κρο, Κρ ,を小さくすると、 ゆっく りとした 追従遅れをもって動くようになり、 比例ゲイン Κρ。， Κ ρ ,を大きくすると、 高 速に追従するようになる。 このように、 制御ゲインを変化させることにより、 姿 勢指令 0rei、 走行指令 Preiと、 実際の動きの誤差の大きさや応答時間とを調整 することが可能となる。

また、 モー夕ロー夕 5 7には、 姿勢制御器 5 1からのモー夕 トルクとモー夕制 御器 53からのモータ トルクとの加算値から推定負荷荷重トルク 'が減算され たモー夕 トルク Tmが与えられ、 回転角度 0 rだけ回転する。 ここで、 J rはモ —夕口一夕 5 7のイナーシャ （inertia) であり、 D rはモ一夕口一夕 5 7の粘性 抵抗 （ダンパ係数） である。

一方、 モ一タステ一夕 ベース 60には、 上述の如くモー夕 トルク Tmの反作 用力と負荷荷重トルク T ,との加算値が加わるが、 それらが相互に打ち消されるた め傾動が抑えられる。 ここで、 Jはモータステータノべ一ス 60のイナ一シャで あり、 Dはモータステ一夕 ベース 6 0の粘性抵抗 （ダンパ係数） である。

この図 1 5に示した数学モデルは、 より詳細には例えば図 1 6に示すようにな る。 図 1 6に示すように、 姿勢制御器 70は、 ベース角度指令 0 reiと現在のベ一 ス角度 。との偏差に対して P I D制御を行うことで姿勢制御のためのモータ トル ク Tgyrを生成し、 モータ制御器 7 1は、 モータ 1 0の回転位置指令 Prefと現在 の回転位置 0 rとの偏差に対して P I D制御を行うことで走行制御のためのモー 夕トルクを生成する。 また、 調整器 7 2は、 圧力センサ 1 5のセンサ信号から推 定負荷荷重トルク T を生成する。 加算器 7 3ではこれらの各トルクが加算され、 得られたモータ トルク Tmがモー夕 1 0に与えられる。 モータ 1 0は、 このモー 夕 トルク Tmにより回転駆動され、 その回転が減速比 1 6 : 1の減速器 74によ つて 1 1 6に変換され車輪 3に伝達される。

以上、 図 1 2乃至図 1 6では、 簡単のため車輪 3が 1つであるものとして説明 したが、 左右 2つの車輪 3 R， 3 Lを有する実際の同軸二輪車 1では、 例えば図 14における姿勢制御器 5 1が左右の車輪 3 R, 3 Lで共通に用いられる一方で、 モータ制御器 5 3が左右独立に設けられる。

この場合の制御機構のブロック図を図 1 7に示す。 ジャイロセンサ 1 3からの センサ値 ω pは例えば通過帯域が 0. 1〜 50 H zであるバンドパスフィル夕

(B P F) 8 0を介して角度算出器 8 2に送られ、 加速度センサ 14からのセン サ値ひ pは例えば遮断周波数が 0. 1 Hzの口一パスフィルタ （L P F) 8 1を 介して角度算出器 8 2に送られる。 角度算出器 8 2では、 これらのセンサ値に基 づいて現在のベース角度 0。が算出される。 また、 減算器 8 3では、 姿勢指令であ るべ一ス角度指令 0reiと現在のベース角度 Θ。との偏差がとられ、 この偏差が姿 勢制御器 84に供給される。 姿勢制御器 84は、 このベース角度指令 Θ reiと現在 のベース角度 ø。とから、 上述したモータ トルク Tgyrを計算する。

一方、 減算器 8 5 Rでは、 右車輪 3 R用の走行指令であるモー夕ロー夕 9 2 R の回転位置指令 Preirと口一タリエンコーダ 9 3 Rによって検出したモ一タロー 夕 9 2 Rの現在の回転位置 Θ rとの偏差がとられ、 この偏差が位置比例制御器 8 6 Rに供給される。 位置比例制御器 86 Rは、 この偏差に対して位置比例 （P) 制御を行い、 比例制御結果を減算器 8 7 Rに供給する。 また、 微分器 88 Rは、 ロータリエンコーダ 9 3 Rから供給されたモー夕ロータ 9 2 Rの回転位置 Θ rを 微分し、 微分結果を減算器 8 7 Rに供給する。 そして減算器 8 7 Rでは、 位置比 例制御器 86 Rからの比例制御結果と微分器 88 Rからの微分結果との偏差がと られ、 この偏差が速度比例制御器 8 9 Rに供給される。 速度比例制御器 8 9 Rは、 この偏差に対して速度比例 （P) 制御を行い、 比例制御結果を加算器 9 0 Rに供 給する。 加算器 9 O Rでは、 この比例制御結果とモー夕トルク Tgyrと調整器 94 において圧力センサ 1 5のセンサ信号 P S P S ₂₎ P S P S₄から求めた推 定負荷荷重トルク 'とが加算され、 加算値が電流制御アンプ 9 1 Rに供給され る。 電流制御アンプ 9 1 Rは、 この加算値に基づいてモータ電流を生成し、 モー 夕口一夕 9 2 Rを駆動する。 このモー夕ロータ 9 2 Rの回転位置は、 減算器 8 5 Rとともに微分器 88 Rに供給される。 左車輪 3 Lについても同様であるため、 説明を省略する。

このように、 本実施の形態における同軸二輪車 1では、 左右の車輪 3 R, 3 L で共通な姿勢安定制御用の制御機構と、 左右独立な走行制御用の制御機構とを有 し、 それらが独立した制御を行うため、 姿勢安定制御と走行制御とを安定して両 立することができる。 次に、 本実施の形態における同軸二輪車 1の速度制御について説明する。

上述したように、 本実施の形態における同軸二輪車 1では、 ベース 4の四隅に 設けられた 4つの圧力センサ 1 5 ,〜 1 5₄のセンサ信号 P S P S P S P S ₄からべ一ス 4上の負荷の重心座標 （X_g、 Yg) とその負荷重量 W_sとを検出し、 負荷荷重トルク T ,を求めているが、 さらに、 この重心座標 （X_g、 Υ₈) を走行す る方向、 速度の制御指令として用いる。

具体的には、 負荷重量 W_sが所定の値以上である場合、 重心位置の X座標 X_gに 基づき、 例えば図 1 8に示すように速度指令 V Xを変化させる。 ここで図 1 8に おいて、 X₃から X,までの範囲は停止領域であり、 この範囲内では指令走行速度 をゼロとする。 この停止領域は、 車輪 3の路面との接地面の X座標範囲とするこ とが好ましい。 この場合、 例えば負荷重量 W_gが大きいときや車輪 3のガス圧が低 いときには車輪 3の路面との接地面積が大きくなるため、 停止領域の範囲も大き くなる。 このように停止領域 （不感帯） を設けることで、 搭乗者の意図しない僅 かな重心移動によって機体が前進 · 後退することを防止することができる。

X座標が X,以上になると、 前進最大速度 S iMAX に達するまで、 X座標の大き さに応じて指令速度が増加する。 また、 X座標が X₂以上になると強制的に減速停 止し、 再び停止領域内で姿勢を安定させるまで停止する。 このように、 強制的に 減速停止する領域を設けることで、 最大速度で走行している際の搭乗者の安全性 を確保することができる。 同様に、 X座標が Χ₃以下になると、 後退最大速度 Sb MAXに達するまで、 X座標の大きさに応じて指令速度が増加する。 なお、 この後退 最大速度 SbMAXは、 前進最大速度 S ίΜΑΧよりも小さいことが好ましい。 また、 X 座標が Χ₄以下になると強制的に減速停止し、 再び停止領域内で姿勢を安定させる まで停止する。

X座標が X,から Χ₂まで、 或いは Χ₃から Χ₄までの間では、 その X座標 X_sに応 じて、 例えば以下の式 （ 1 9 ) により、 モータ 1 0 Rの回転位置指令 Prefrとモ —夕 1 0 Lの回転位置指令 Preilとが生成される。 ここで、 式 （ 1 9 ) において、 G。は正の一定ゲインであり、 例えば負荷重量 W_gに応じて可変にすることができ る。 Prefr = Prefl=X_g*G₀ ", (19)

なお、 時刻 t = 0での速度指令が V x。であり、 時刻 t = t での速度指令が V X ,である場合、 加速度を連続的に変化させ、 機構的な共振振動を生じさせないよ うに走行することが好ましい。 この場合、 V X！に到達するまでの時間を Δ tとす ると、 時刻 t ( 0≤ t≤ t 1) での走行速度指令 Vref (t )は、 例えば以下の式 (20) により算出することができる。

Vref (t)=(l/4>⁴— (2/3)At*t³ + (l/2)At² *t² + Vx。

• · · (20)

このとき、 モー夕 1 0の回転位置指令 Pref ( t )は、 式 （2 0) の走行速度指令 Vref (t)を積分した値となり、 以下の式 （2 1) に示すような 5次関数で与えら れる。 ここで、 式 （2 1 ) において、 P ref。は時刻 t = 0での回転位置指令であ る。

Pref (t)= J Vref (t)dt + Pref₀

= (l/20>⁵ -(2/12)At*t⁴ +(l/6)At²*t³ +Pref₀

■·· (21)

また、 前進 ·後退させるのみでなく、 負荷重量 W_gが所定の値以上である場合、 重心位置の Y座標 Y_gに基づき、 例えば図 1 9に示すように旋回速度指令 V rを変 化させることもできる。 ここで図 1 9において、 一 から Y,までの範囲は停止 領域であり、 この範囲内では指令旋回速度をゼロとする。 なお、 この停止領域は、 原点 O近傍で任意に設定することができる。 このように停止領域 （不感帯） を設 けることで、 搭乗者の意図しない僅かな重心移動によって機体が旋回することを 防止することができる。 Y座標が Y ,以上になると、 右回り最大速度 CWMAXに達 するまで、 Y座標の大きさに応じて指令旋回速度が増加する。 同様に、 Y座標が —Yi以下になると、 左回り最大速度 C CWMAXに達するまで、 Y座標の大きさに 応じて指令旋回速度が増加する。

Y座標が Y！以上又は— Y！以下では、 その Y座標 Y_gに応じて、 モ一夕 1 O Rの 回転位置指令 Rreirとモータ 1 0 Lの回転位置指令 R reilとが生成される。 走行 速度がゼロである場合、 モータ 1 0 Rの回転位置指令 Rreirとモータ 1 0 Lの回 転位置指令 Rreflとは、 例えば以下の式 （2 2) に示すような逆位相指令となる。 ここで、 式 （2 2 ) において、 G ,は正の一定ゲインであり、 例えば負荷重量 W_g に応じて可変にすることができる。

Rref r = -Rref 1 = Y_g*G₁ -.. (22)

一方、 走行速度がゼロでない場合、 モー夕 1 0 Rの回転位置指令 Rreirとモー 夕 1 0 Lの回転位置指令 Rreflとは、 例えば以下の式 （2 3) ， ( 2 4) に示すよ うな同位相指令となる。 ここで、 式 （ 2 3 ) , ( 2 4) において、 G₂は正の一定 ゲインであり、 例えば負荷重量 W_sに応じて可変にすることができる。

Rref r = Pref r + Υ_σ *G₂ ■■· (23)

Rref l = Pref 1- Y_g*G₂ - - - (24) ここで、 不整地路面等の凹凸を有する路面や傾斜路面を走行する場合には、 左 右のモー夕 1 0 R, 1 0 Lの回転位置指令で与えられる目標方向に走行すること が困難になり、 目標方向と実際の走行方向とにずれが生じる虞がある。 また、 左 右の車輪 3 R, 3 Lのガス圧の違いにより車輪 3の有効直径が異なる場合にも、 同様に目標方向と実際の走行方向とにずれが生じる虞がある。 そこで、 本実施の 形態における同軸二輪車 1では、 ョ一軸回りの角速度 yawを検出するジャィロセ ンサ 1 3により実際の走行方向を検出し、 左右のモータ 1 O R, 1 0 Lの回転速 度を独立に制御することで、 目標方向と実際の走行方向とのずれを解消する。

一例として、 右車輪 3 Rよりも左車輪 3 Lの方が有効直径が短く、 図 20に示 すように、 直進する際にョ一軸回りのジャイロセンサ信号として oyaw, [rad/se c] が検出される場合について説明する。 このような場合、 回転速度指令 Vreir, Vreflの加算平均を Vref。としたとき、 以下の式 （ 2 5 ) , ( 26 ) に示すように. 左右のモータ 1 0 R， 1 0 Lに与える回転速度指令 Vreir, Vreilを補正するこ とにより、 機体を直進させることができる。 ここで、 式 （ 2 5 ) ， (26) におい て、 K。は正の定数である。

Vref r = Vref₀一 K₀*c _yawl ■■■ (25)

Vref 1 = Vref₀ + Κ₀*ω₎,_3ν1 …（26)

また、 目標方向として Drei [rad/sec] が与えられている場合には、 以下の式 ( 2 7 ) , ( 28 ) に示すように左右の車輪に回転速度指令 Vreir、 Vreilを与え る。

Vref r = Vref₀-K。 (Dref - ω yawl (27)

Vrefl = Vref₀ + K_Q(Dr_ef - c _y y_aa_ww_ll)ノ … (28) このようにして得られた回転速度指令 Vreir, Vreflは、 それぞれ以下の式 ( 29 ) , ( 30 ) により車輪の回転位置指令 Preir, Preflに変換される。 ここ で、 式 （ 29 ) , ( 30 ) において、 kはサンプリング回数を表す整数であり、 P ref (k)は kサンプリングでの回転位置指令を示す。

Rref r(k)= Pref r(k) + Vref _Q … (29)

Rref l(k)= Pref l(k) + Vref 。 …（₃₀₎

同様に、 旋回する場合についても、 左右の車輪 3 R， 3 Lのガス圧の違いゃ路 面状況の違いなどから、 旋回速度にずれが生じる虞がある。 この場合にも、 ョー 軸回りの角速度 ω yawを検出するジャイロセンサ 1 3により実際の旋回速度を検出 し、 左右のモー夕 1 0 R， 1 0 Lの回転速度を独立に制御することで、 目標とな る旋回速度と実際の旋回速度とのずれを解消することができる。

一例として、 右車輪 3 Rよりも左車輪 3 Lの方が有効直径が短く、 旋回する際 にョー軸回りのジャイロセンサ信号として oyaw₂ [rad/sec] が検出されている場 合について説明する。 右車輪 3 Rの回転位置指令 Rrefr及び左車輪 3 Lの回転位 置指令 Rreilを微分した，信号をそれぞれ Vreir, Vre とすると、 旋回速度の誤 差 werrは以下の式 （3 1 ) で表される。

ω_6ΙΤ = (Vref 1 - Vref r)- c _yaw2 ■■■ (3D

この場合、 以下の式 （ 32 ) , ( 3 3 ) に示すように、 左右のモー夕 1 0 R， 1 0 Lに与える回転位置指令 Rrefr, R ref 1を補正することにより、 機体を目標通 りに旋回させることができる。 ここで、 式 （ 32 ) , ( 3 3 ) において、 G₃は正 の一定ゲインであり、 例えば負荷重量 W_sに応じて可変にすることができる。 Rref r = Pref r + Y_g *G₂ - ω_6ΙΓ *G₃ ,■■ 02)

Rref 1 = Pref 1 - Y_g *G₂ + ω_ειτ *G₃ ·■ · (33)

このように、 本実施の形態における同軸二輪車 1では、 ョ一軸回りの角速度 ω yawを検出するジャイロセンサ 1 3により実際の走行方向、 旋回速度を検出し、 左 右のモー夕 1 0 R， 1 0 Lの回転速度を独立に制御することで、 目標方向 （旋回 速度） と走行方向 （旋回速度） とのずれを解消することができる。

また、 段差のある路面を走行する場合には、 車輪 3が段差を乗り越えるときや 段差を降りるときに機体に衝撃力が作用し、 搭乗者が転倒してしまう虞がある。 そこで、 本実施の形態における同軸二輪車 1では、 Z軸方向のリニア加速度 A z を検出する加速度センサ 14を利用し、 Z軸方向の加速度変化があった場合には 指令走行速度を小さくすることで、 機体への衝撃力を緩和する。

一例として、 図 2 1 Aに示すような段差のある路面を走行する場合について説 明する。 図 2 1 Bに示すように走行速度 Vx。で走行中、 時刻 t ,に段差を乗り越 えると Z軸方向の加速度 A zが発生する。 この加速度 A zの絶対値 I A z Iが閾値 A。以上になると減速を始める。 すなわち、 サンプリング回数を表す整数を kとし、 kサンプリングでの走行速度を V X (k)としたとき、 走行速度 V X (k)の絶対値 |Vx (k) Iに基づいて設定された最小値に達するまで、 例えば以下の式 （34) に従って減速する。 ここで、 式 （34) において、 K a。は正の定数である。

V_x(k)=V_x(k-l)-K_a0*A_: (34)

また、 減速後に加速度 A zの絶対値 I A z Iが閾値 A。を下回ると、 走行速度 Vx (k)の絶対値 |Vx (k) Iに基づいて設定された最大値に達するまで、 例えば以下 の式 （3 5) に従って加速する。 ここで、 式 （3 5) において、 K a は正の定数 である。

V_x(k)=V_x(k-l)+K_al -" (35)

このように、 本実施の形態における同軸二輪車 1では、 Z軸方向のリニア加速 度 A zを検出する加速度センサ 1 4を利用し、 Z軸方向の加速度変化があった場 合、 例えば段差に乗り上げた場合に走行速度 Vxを小さくすることで、 機体への 衝撃力を緩和することができる。 なお、 加速度センサ 14の代わりにジャイロセ ンサ 1 3を用いるようにしても構わない。

以上により、 同軸二輪車 1は、 姿勢安定制御を行いながら走行することができ るが、 以下に説明するような画像認識手段及び音声認識手段を備えることで、 さ らに高次の機能を実現することができる。

例えば、 通常、 搭乗者は視覚により走行方向を定めるが、 走行速度が速くなる と搭乗者の視点は遠くに向けられるため、 足下の路面の状況が見えなくなり、 路 面の凹凸や段差により転倒する問題が発生する虞がある。 また、 同軸二輪車 1を 自律走行させる場合においても、 路面の凹凸や路面上の障害物が検出できないと、 障害物に衝突する問題や、 機体が不安定になり転倒する問題が発生する虞がある。 そこで、 本実施の形態における同軸二輪車 1では、 図 2 2Aに示すように、 路 面に近いべ一ス 4に 2つの C CDカメラ 1 7 ( 1 7 R及び 1 7 L) を搭載してお り、 この CCDカメラ 1 7 R, 1 7 Lを用いて、 図 22 Bに示すように、 左右の 画像の差分から 3角測量法により近接した路面環境、 例えば障害物 OBや路面の 凹凸の大きさ及び位置を検出することができる。 これにより、 走行できない路面 環境を回避したり、 路面の障害物を非接触で回避したりすることが可能になる。 また、 画像認識により指定された対象物、 例えば人間のような動く対象物を特 定し、 追従して走行させることも可能である。 また、 本実施の形態における同軸二輪車 1では、 図 2 3 Aに示すように、 路面 に近いベース 4に 2つのマイクロホン 1 8 ( 1 8 R及び 1 8 L) を搭載しており、 この 2つのマイクロホン 1 8 R, 1 8 Lを用いて、 図 2 3 Bに示すように、 音源 S Dの方向及び距離を推定することができる。 これにより、 例えば音源に反応し たり、 車輪 3を回転させて音源方向に向くことが可能になる。 また、 機体が音源 に接近している場合には、 走行を停止することで音源への衝突を防止することが できる。 さらに、 音声信号を用いた話者認識を応用し、 例えば予め使用者の声を 登録しておき、 その声が認識された場合に L EDを点灯させたり音声を発したり するようにすることで、 盗難された場合の機体認識や、 多数の同機種の機体が並 ベられたときに、 使用者の音声による機体の選別が可能になる。

なお、 マイクロホン 1 8には、 人間の声以外にも車輪 3の回転時の騒音等も入 力されるため、 正確な音源推定や話者認識が困難になる虞がある。 そこで、 本実 施の形態における同軸二輪車 1では、 走行時に音声認識或いは話者認識を行う場 合、 騒音が重畳した音声信号から予めメモリに記憶された騒音信号の周波数成分 を除去し、 騒音の除去された音声信号に基づいて音源推定等を行う。 これにより、 走行時においても正確な音源推定、 話者認識等が可能となる。

具体的には、 図 24に示すように、 左右のマイクロホン 1 8 R， 1 8 Lにより 検出された音声信号は、 アナログ デジタル変換器 （ADC) 1 0 O R, 1 0 0 Lにおいてデジタル信号に変換され、 減算器 1 0 1 R， 1 O I Lに供給される。 一方、 騒音信号データベース 1 0 2には、 予め種々の走行速度における騒音信号 が記憶されており、 この騒音信号デ一夕ベース 1 0 2に現在の走行速度信号が入 力されると、 走行速度に応じた騒音信号が読み出され、 減算器 1 0 1 R， 1 0 1 Lに供給される。 減算器 1 0 1 R, 1 O I Lでは、 アナログ/デジタル変換器 1 00 R, 1 0 0 Lから供給された音声信号からこの騒音信号の周波数成分が除去 される。

音声認識部 1 0 3は、 騒音信号の周波数成分が除去された音声信号を用いて音 源の位置座標 （X s、 Y s、 Z s ) を求めるほか、 話者データベース 1 04を用 いてその音声を発した話者を特定し、 音源位置座標 （X s、 Y s、 Z s ) や話者 特定信号を目標座標変換部 1 0 5に供給する。 目標座標変換部 1 0 5は、 例えば X— Y座標系における音源位置 （X s、 Y s ) を目標位置 （Xrei、 Yref) とし， この走行位置指令 （Xref、 Yref) と走行速度指令 Vrefとを出力する。

このような同軸二輪車 1のソフトウエア構成を図 2 5を用いて説明する。 図 2 5に示すように、 最下位層のハードウエア · レイヤ 1 5 0から順に、 力一ネル · レイヤ 1 5 1、 オンボディ · レイヤ 1 5 2、 ネッ トワーク · レイヤ 1 5 3、 そし て最上位層のアプリケ一シヨン ' レイヤ 1 5 4という階層構造で構成される。 ハードウェア · レイヤ 1 5 0は、 回路の階層であり、 例えばモータ制御回路、 中央制御回路、 センサ回路の制御回路等が含まれる。 カーネル · レイヤ 1 5 1は， モータサーポ演算や姿勢制御演算、 走行制御演算、 或いはリアルタイム走行目標 値演算等の各種演算を行う階層である。 このハードウェア · レイヤ 1 5 0及び力 一ネル · レイヤ 1 5 1によって、 姿勢走行制御の階層 1 6 0が構成される。

オンボディ · レイヤ 1 5 2は、 音声認識や画像認識、 走行目標値演算、 障害物 回避軌道の生成等を行う階層であり、 図 2 2 A及び図 2 2 B並びに図 2 3 A及び 図 2 3 Bで上述した障害物回避や対象物への追従、 音源への走行などは、 この階 層で実行される。 また、 その上位のネットワーク ' レイヤ 1 5 3は、 ネットヮー ク通信インターフェースや、 走行制御情報、 画像 ·音声情報のネットワーク通信, 機体の走行計画管理、 搭乗者とのマンマシンインターフェース、 或いは 3次元画 像認識データべ一ス管理等を含む。 そして、 最上位のアプリケーション · レイヤ 1 5 4は、 ネットワーク通信による遠隔走行制御や、 搭乗者と機体との対話等を 行う階層である。 このオンボディ · レイヤ 1 5 2、 ネットワーク · レイヤ 1 5 3 及びアプリケ一ション · レイヤ 1 5 4によって、 上位制御の階層 1 6 1が構成さ れる。

これらの各階層は、 それぞれ異なるサンプリングの制御周期で実行され、 上位 階層ほどその周期は長くなる。 例えば最下位層のハードウエア · レイヤ 1 5 0で は、 その制御周期が 0. 1 msecと短い周期であるのに対して、 力一ネル · レイヤ 1 5 1では 1 msec、 オンボディ · レイヤ 1 5 2では 1 0 msec、 ネットワーク · レ ィャ 1 5 3では 1 0 Omse (；、 そして最上位層のアプリケ一シヨン ' レイヤ 1 5 4 では l sec〜 l 0 0msecと長い周期になっている。

続いて、 同軸二輪車 1における回路の全体構成について説明する。 図 2 6に示 すように、 センサ回路 2 0 0には、 圧力センサ 1 5 ,〜 1 5₄からのセンサ信号 P S P S P S P S ₄が供給される。 センサ回路 2 0 0は、 このセンサ信号 のほか、 ピッチ軸回り及びョー軸回りの角速度を検出するジャイロセンサからの センサ信号 ω ρ, coyawと、 X, Υ, Z軸方向のリニア加速度及びピッチ軸， ロー ル軸， ョー軸回りの角加速度を検出する加速度センサ 1 4からのセンサ信号 Ax， A y , A z， a ρ , r , ayawとを合わせて、 制御装置 1 6に供給する。 また、 音声処理回路 2 0 1には、 マイクロホン 1 8 R, 1 8 Lからの音声信号が供給さ れ、 画像処理回路 2 0 2には、 C CDカメラ 1 7 R, 1 7 Lからの画像信号が供 給される。 音声処理回路 2 0 1及び画像処理回路 2 0 2は、 この音声信号及び画 像信号を制御装置 1 βに供給する。

制御装置 1 6は、 これらのセンサ信号や音声 ·画像信号に基づいて、 上述した ようにモータ トルク Tgyrや、 走行指令であるモータ口一夕の回転位置指令 Pre f を生成し、 これらを左右のモー夕 ドライバ 2 0 3 R, 2 0 3 Lに供給する。 モ一 夕 ドライバ 2 0 3 R， 2 0 3 Lは、 このモータトルク T gyr、 モー夕ロータの回転 位置指令 Prei等に基づいて、 例えば 2 0 0 Wのモ一夕 1 0 R， 1 0 Lを駆動する ための最適なモ一夕電流を算出し、 モー夕 1 0 R, 1 0 Lに供給する。 このモ一 夕 1 0 R， 1 0 Lの回転位置は、 ロータエンコーダ 1 1 R, 1 1 Lによって求め られ、 モー夕 ドライバ 2 0 3 R, 2 0 3 Lにフィードバックされる。

サ一ポオン/パワースィツチ 2 0 4は、 制御装置 1 6及び電源スィツチ 2 0 5 と接続されており、 電源スィツチ 2 0 5からの信号は電源管理回路 2 0 6に供給 される。 この電源管理回路 2 0 6は、 バッテリ 2 0 7と接続されており、 制御装 置 1 6、 音声処理回路 2 0 1及び画像処理回路 2 0 2に 2 4 Vの制御用電源を供 給するほか、 モー夕 ドライバ 2 0 3 R， 2 0 3 Lにモータ電源を供給する。 電源 管理回路 2 0 6には、 モータ ドライバ 2 0 3 R, 2 0 3 Lを介してモー夕 1 0 R, 1 0 Lの回生電力が供給され、 電源管理回路 2 0 6は、 この回生電力を用いてバ ッテリ 2 0 7を充電する。

図 2 6に示した全体構成の詳しい内部構成を図 2 7 A及び図 2 7 Bを用いて説 明する。 図 2 7 A及び図 2 7 Bに示すように、 センサ回路 2 0 0には、 圧力セン サ 1 5からのセンサ信号 P S P S ₂, P S P S ₄、 ジャイロセンサ 1 3から のセンサ信号 ω ρ， coyaw、 加速度センサ 1 4からのセンサ信号 A x , A y , A z , a p , a r , a yawが供給される。 センサ回路 2 0 0は、 圧力センサ 1 5からのセ ンサ信号 P S ,, P S P S P S ₄を例えば 1 Omv/Nの圧力ゲインでゲイン調 整し、 さらに図示しないアナログ一デジタル変換器を介してデジタル信号に変換 した後、 制御装置 1 6の重心演算部 2 1 0に供給する。 また、 センサ回路 2 0 0 は、 ジャイロセンサ 1 3からのセンサ信号 ω p， coyawを例えば 1. 6 V adsec一 ¹の姿勢ゲインでゲイン調整するとともに、 加速度センサ 1 4からのセンサ信号 A x， Ay, A z , p , r , ayawを例えば 1. 6 V/radsec— ²の姿勢ゲインでゲ ィン調整し、 さらに図示しないアナログ一デジタル変換器を介してデジタル信号 に変換した後、 信号前処理部 2 1 1に供給する。 この信号前処理部 2 1 1は、 入 力された信号に対してデジタルフィルタを施したり、 オフセッ ト調整や姿勢位置 すなわちベース角度 0。の算出をしたりする前処理を行う。

重心演算部 2 1 0は、 圧力センサ 1 5からのセンサ信号 P S P S P S P S ₄に基づいて前述したようにベース 4上の負荷の重心位置座標 （X g、 Y g) とその負荷重量 Wgとを計算し、 この重心位置座標 （X g、 Y g) 及び負荷重量 Wgの情報を走行指令算出器 2 1 2に供給するとともに、 重心位置の Y座標 Y g 及び負荷重量 Wgの情報を旋回指令発生器 2 1 5に供給する。 走行指令算出器 2 1 2は、 例えば図 1 8に示したような重心位置 X座標一走行速度特性に基づき速 度指令 Vxを生成し、 回転速度指令発生器 2 1 3は、 この速度指令 V xに基づい て前述した 5次関数演算を行うことにより、 回転速度指令 Vref ( t )を生成する。 回転速度指令発生器 2 1 3は、 回転位置指令 Pref ( t )を回転位置指令発生器 2 1 4、 旋回指令発生器 2 1 5、 及び姿勢指令発生器 2 1 6に供給する。

旋回指令発生器 2 1 5は、 重心演算部 2 1 0から供給された重心位置の Y座標 Y g及び負荷重量 Wg、 信号前処理部 2 1 1から供給されたョ一軸回りの回転角 速度 oyaw、 及び回転速度指令発生器 2 1 3から供給された回転速度指令 Vref ( t )に基づいて旋回する際の位相指令、 例えば Y g * G ,を生成し、 この位相指令 を回転位置指令発生器 2 1 4に供給する。 回転位置指令発生器 2 1 4は、 回転速 度指令発生器 2 1 3から供給された回転速度指令 Vref ( t )を積分して回転位置指 令 Prei ( t )を生成し、 左右のモー夕 ドライバに回転位置指令 Preir( t ) , Prei l (t)を供給する。 この際、 回転位置指令発生器 2 1 4は、 旋回指令発生器 2 1 5 からの位相指令を考慮して回転位置指令 Preir(t ), Prefl (t)を生成する。 ここで、 音声処理回路 2 0 1は、 マイク口ホン 1 8からの音声信号を制御装置 1 6の音声認識部 2 1 9に供給する。 音声認識部 2 1 9は、 この音声信号に基づ いて例えば音源位置座標や話者を推定する処理を行い、 その音源位置を走行目標 とする走行位置指令を生成する。 また、 画像処理回路 20 2は、 CCDカメラ 1 7からの画像信号を制御装置 1 6の障害物回避部 2 2 0に供給する。 障害物回避 部 22 0は、 この画像信号に基づいて路面の障害物を検出し、 その障害物を回避 するための走行位置指令を生成する。 上述の回転位置指令発生器 2 1 4は、 この 音声認識部 2 1 9や障害物回避部 2 2 0からの走行位置指令に基づいて回転位置 指令 P refr ( t ) , P refl ( t )を生成することもできる。

姿勢指令発生器 2 1 6は、 回転速度指令発生器 2 1 3から供給された回転速度 指令 Vref ( t )に基づき、 図 1 3を用いて説明したように姿勢指令であるベース角 度指令 0reiを計算し、 このベース角度指令 S reiを減算器 2 1 7に供給する。 減 算器 2 1 7では、 このべ一ス角度指令 0 refから信号前処理部 2 1 1で求められた 現在のベース角度 0。が減算され、 偏差が姿勢制御器 2 1 8に供給される。 姿勢制 御器 2 1 8は、 この偏差を元にして P I D制御を行い、 モータ トルク Tgyrを求め る。 なお、 P I D制御を行う際には、 ベース 4上の負荷重量 Wgに応じて P Iゲ インを変更するようにしてもよい。 具体的には、 負荷重量 Wgが大きくなると比 例ゲインを大きくし、 積分ゲインを小さくすることが好ましい。 姿勢制御部 2 1 8は、 このモータ トルク Tgyrを左右のモータ ドライバ 20 3 R， 2 0 3 Lに供給 する。

右車輪 3 R用のモー夕 ドライバ 2 0 3 Rにおいて、 減算器 2 3 O Rでは、 モー 夕 1 0 R用の走行指令である回転位置指令 P reirとロータリエンコーダ 1 1 Rに よって検出したモータ 1 0 Rの現在の回転位置 0 rとの偏差がとられ、 この偏差 が位置比例制御器 2 3 1 Rに供給される。 位置比例制御器 2 3 1 Rは、 この偏差 に対して位置比例 （P) 制御を行い、 比例制御結果を減算器 2 32 Rに供給する。 また、 微分器 2 33 Rは、 口一タリエンコーダ 1 1 Rから供給されたモータ 1 0 Rの回転位置 0 rを微分し、 微分結果を減算器 2 3 2 Rに供給する。 そして減算 器 2 3 2 Rでは、 位置比例制御器 2 3 1 Rからの比例制御結果と微分器 2 3 3 R からの微分結果との偏差がとられ、 この偏差が速度比例 ·積分制御器 2 3 4 に 供給される。 速度比例 ·積分制御器 2 3 4 Rは、 この偏差に対して速度比例 ·積 分 （P I ) 制御を行い、 比例 .積分制御結果を加算器 2 3 5 Rに供給する。 加算 器 2 3 5 Rでは、 この比例 ·積分制御結果とモー夕トルク T gyrとが加算され、 加 算値が電流制御アンプ 2 3 6 Rに供給される。 電流制御アンプ 2 3 6 Rは、 この 加算値に基づいてモ一夕電流を生成し、 例えば 2 0 0 Wのモー夕 1 0 Rを駆動す る。 このモータ 1 0 Rの回転位置は、 減算器 2 3 0 Rとともに微分器 2 3 3尺に 供給される。 左車輪 3 Lについても同様であるため、 説明を省略する。

電源管理回路 2 0 6は、 例えば 2 4 Vのバッテリ 2 0 7と接続されており、 制 御装置 1 6に 2 4 V， 1 Aの制御用電源を供給するほか、 モ一夕ドライバ 2 0 3 R , 2 0 3 Lにそれぞれ 2 4 V， 3 0 Aのモータ電源を供給する。 電源管理回路 2 0 6には、 モ一夕ドライバ 2 0 3 R , 2 0 3 Lを介してモータ 1 0 R , 1 0 L の回生電力が供給され、 電源管理回路 2 0 6は、 この回生電力を用いてバッテリ 2 0 7を充電する。

以上説明したように、 本実施の形態における同軸二輪車 1では、 ジャイロセン サ 1 3及び加速度センサ 1 4を用いてベース 4の角度制御を行うモー夕トルク T gyrと、 圧力センサ 1 5を用いて負荷荷重トルクを相殺するモータトルク T , 'とを 生成する、 左右の車輪 3 R , 3 Lで共通な姿勢制御器と、 圧力センサ 1 5を用い て走行制御を行うモータトルクを生成する、 左右独立なモータ制御器とを設け、 それらが独立した制御を行うため、 姿勢安定制御と走行制御とを安定して両立す ることができる。

また、 本実施の形態における同軸二輪車 1では、 ベース 4上の負荷の重心座標 に応じて走行制御を行うが、 車輪 3の路面との接地面の X座標範囲、 Y座標範囲 に停止領域 （不感帯） を設けているため、 搭乗者の意図しない僅かな重心移動に よって機体が前進 ·後退 ·旋回することを防止することができる。

さらに、 本実施の形態における同軸二輪車 1では、 ョー軸回りの角速度 c yawを 検出するジャイロセンサ 1 3により実際の走行方向、 旋回速度を検出し、 左右の モータ 1 0 R， 1 0 Lの回転速度を独立に制御することで、 目標方向 （旋回速 度） と走行方向 （旋回速度） とのずれを解消することができる。

さらにまた、 本実施の形態における同軸二輪車 1では、 Z軸方向のリニア加速 度 A zを検出する加速度センサ 1 4を利用し、 Z軸方向の加速度変化があった場 合、 例えば段差に乗り上げた場合に走行速度 V xを小さくすることで、 機体への 衝撃力を緩和することができる。

なお、 本発明は、 図面を参照して説明した上述の実施例に限定されるものでは なく、 添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、 様々な変更、 置換又 はその同等のものを行うことができることは当業者にとって明らかである。

例えば、 上述の実施の形態では、 ベース 4上の重心位置の Y座標 Y _gに基づき旋 回速度指令 V rを変化させるものとして説明したが、 これに限定されるものでは なく、 ハンドル 5に操舵性を持たせるようにしても構わない。 この場合、 ベース 4にポテンショメータを内蔵し、 この回転角度 P Mを重心位置の Y座標 Y _gの代わ りに用いることができる。 この場合にも、 前述と同様に停止領域 （不感帯） を設 けておくことが好ましい。 産業上の利用可能性 上述した本発明によれば、 例えば複数の圧力センサからなる負荷検出手段によ つて検出されたベース上の負荷によるトルクを相殺するための第 1のトルクと、 例えばジャィ口センサ及び加速度センサからなる角度検出手段によって検出され たベースの車輪軸回りの角度に対応して該ベースを所定の角度に維持するための 第 2のトルクと、 上記負荷の位置に応じて走行させるための第 3のトルクとを生 成し、 この第 1乃至第 3のトルク相当の作動を一対の駆動用モータの各々に指令 し、 一対の車輪を駆動させるため、 負荷重量変化に対して安定であり、 且つ、 姿 勢制御と走行制御とを安定して両立することができる。

また、 ベース上の負荷の位置が所定の停止領域内、 例えば車輪軸に垂直な方向 の範囲が上記一対の車輪が路面と接する接地領域の車輪軸に垂直な方向の範囲内 であるような領域内にある場合には、 走行指令を送らず、 その停止領域外にある 場合には、 その位置に応じた走行指令を送ることにより、 搭乗者の意図しない僅 かな重心移動によって機体が前進 · 後退するのを防止することができる。

また、 ベース上の負荷の位置が所定の減速領域内、 例えば上記負荷検出手段に よる負荷検出可能範囲の境界近傍の領域内にある場合には減速停止させる走行指 令を送り、 その減速領域外にある場合には、 その位置に応じた走行指令を送るこ とにより、 重心位置が大きくずれた場合であっても、 再び姿勢を安定させること ができ、 安全性が保たれる。

Claims

請求の範囲

1 . 一対の車輪と、 該一対の車輪間に架設された車輪軸と、 該車輪軸上に傾動可 能に支持されたベースと、 該ベースに装着され、 上記一対の車輪の各々を駆動す るための一対の駆動用モー夕と、 上記一対の駆動用モー夕に作動指令を送る制御 装置とを備える同軸二輪車において、

上記ベースには、 該ベース上の負荷の位置及び重量を検出する負荷検出手段と, 該ベースの上記車輪軸回りの角度を検出する角度検出手段とが設けられ、

上記制御装置は、 上記負荷によるトルクを相殺するための第 1のトルクを生成 するとともに上記ベースの上記車輪軸回りの角度に対応して該ベースを所定の角 度に維持するための第 2のトルクを生成する第 1の制御機構と、 上記負荷の位置 に応じて走行させるための第 3のトルクを生成する、 上記第 1の制御機構とは独 立した第 2の制御機構とからなり、 上記第 1乃至第 3のトルク相当の作動を上記 一対の駆動用モータの各々に指令する

ことを特徴とする同軸二輪車。

2 . 上記負荷検出手段は、 複数の圧力センサであることを特徴とする請求の範囲 第 1項記載の同軸二輪車。

3 . 上記ベースは、 支持台と可動台とから構成されており、

上記複数の圧力センサは、 少なくとも上記支持台の四隅に設けられ、 その上に 上記可動台が載置されていることを特徴とする請求の範囲第 2項記載の同軸二輪 車。

4 . 上記角度検出手段は、 ジャイロセンサ及び加速度センサであることを特徴と する請求の範囲第 1項記載の同軸二輪車。

5 . 上記ベースには、 垂直軸回りの角度を検出する旋回検出手段が設けられ、 上記制御装置は、 上記負荷の位置及び上記垂直軸回りの角度に応じて上記第 3 のトルクを生成する

ことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の同軸二輪車。

6 . 上記ベースの重量中心が上記車輪軸よりも下方に位置することを特徴とする 請求の範囲第 1項記載の同軸二輪車。

7 . —対の車輪と、 該一対の車輪間に架設された車輪軸と、 該車輪軸上に傾動可 能に支持されたベースと、 該ベースに装着され、 上記一対の車輪の各々を駆動す るための一対の駆動用モータと、 上記一対の駆動用モー夕に作動指令を送る制御 装置とを備える同軸二輪車において、

上記ベースには、 該ベース上の負荷の位置及び重量を検出する負荷検出手段が 設けられ、

上記制御装置は、 上記負荷の位置が所定の停止領域内にある場合には、 走行指 令を送らず、 上記負荷の位置が上記停止領域外にある場合には、 その位置に応じ た走行指令を上記一対の駆動用モータの各々に送る

ことを特徴とする同軸二輪車。

8 . 上記停止領域の上記車輪軸に垂直な方向の範囲は、 上記一対の車輪が路面と 接する接地領域の上記車輪軸に垂直な方向の範囲内であることを特徴とする請求 の範囲第 7項記載の同軸二輪車。

9 . 上記ベースには、 該ベースの上記車輪軸回りの角度を検出する角度検出手段 がさらに設けられ、

上記制御装置は、 上記負荷によるトルクを相殺するための第 1のトルクを生成 すると共に上記ベースの上記車輪軸回りの角度に対応して該ベースを所定の角度 に維持するための第 2のトルクを生成する第 1の制御機構と、 上記負荷の位置に 応じて走行させるための第 3のトルクを生成する、 上記第 1の制御機構とは独立 した第 2の制御機構とからなり、 上記第 1乃至第 3のトルク相当の作動を上記一 対の駆動用モータの各々に指令する

ことを特徴とする請求の範囲第 7項記載の同軸二輪車。

1 0 . 上記負荷検出手段は、 複数の圧力センサであることを特徴とする請求の範 囲第 9項記載の同軸二輪車。

1 1 . 上記ベースは、 支持台と可動台とから構成されており、

上記複数の圧力センサは、 少なくとも上記支持台の四隅に設けられ、 その上に 上記可動台が載置されていることを特徴とする請求の範囲第 1 0項記載の同軸二 卓。

1 2 . 上記角度検出手段は、 ジャイロセンサ及び加速度センサであることを特徴 とする請求の範囲第 9項記載の同軸二輪車。

1 3 . 上記ベースの重量中心が上記車輪軸よりも下方に位置することを特徴とす る請求の範囲第 7項記載の同軸二輪車。

1 4 . 上記ベースには、 前方の画像を撮影する撮像手段と、 撮影された画像を処 理する画像処理手段とがさらに設けられ、

上記制御装置は、 上記画像処理手段の処理結果に応じた走行指令を上記一対の 駆動用モータの各々に送る

ことを特徴とする請求の範囲第 7項記載の同軸二輪車。

1 5 . 上記画像処理手段は、 上記撮影された画像から障害物の位置及び距離を検 出する処理を行い、

上記制御装置は、 上記障害物を回避する走行指令を上記一対の駆動用モータの 各々に送る

ことを特徴とする請求の範囲第 1 4項記載の同軸二輪車。

1 6 . 上記画像処理手段は、 上記撮影された画像から所定の対象物の位置及び距 離を検出する処理を行い、

上記制御装置は、 上記対象物に追従する走行指令を上記一対の駆動用モータの 各々に送る

ことを特徴とする請求の範囲第 1 4項記載の同軸二輪車。

1 7 . 上記ベースには、 周囲の音声を集音する集音手段と、 集音された音声を処 理する音声処理手段とがさらに設けられ、

上記制御装置は、 上記音声処理手段の処理結果に応じた走行指令を上記一対の 駆動用モ一夕の各々に送る

ことを特徴とする請求の範囲第 7項記載の同軸二輪車。

1 8 . 上記音声処理手段は、 上記集音された音声の音源位置を検出する処理を行 い、

上記制御装置は、 上記音源に追従し又は回避する走行指令を上記一対の駆動用 モータの各々に送る

ことを特徴とする請求の範囲第 1 7項記載の同軸二輪車。

1 9 . 上記音声処理手段は、 予め走行速度に応じた騒音信号が記録された記憶手 段を有し、 上記集音された音声から集音時の走行速度に対応する騒音信号の周波 数成分を除去した後、 音声処理を行うことを特徴とする請求の範囲第 1 7項記載 の同軸二輪車。

2 0 . —対の車輪と、 該一対の車輪間に架設された車輪軸と、 該車輪軸上に傾動 可能に支持されたベースと、 該ベースに装着され、 上記一対の車輪の各々を駆動 するための一対の駆動用モー夕と、 上記一対の駆動用モ一夕に作動指令を送る制 御装置とを備える同軸二輪車において、

上記ベースには、 該ベース上の負荷の位置及び重量を検出する負荷検出手段が 設けられ、

上記制御装置は、 上記負荷の位置が所定の減速領域内にある場合には、 減速停 止させる走行指令を上記一対の駆動用モータの各々に送り、 上記負荷の位置が上 記減速領域外にある場合には、 その位置に応じた走行指令を上記一対の駆動用モ —夕の各々に送る

ことを特徴とする同軸二輪車。

2 1 . 上記減速領域は、 上記負荷検出手段による負荷検出可能範囲の境界近傍の 領域であることを特徴とする請求の範囲第 2 0項記載の同軸二輪車。