WO2012137557A1 - 倒立振子型移動体 - Google Patents

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WO2012137557A1
WO2012137557A1 PCT/JP2012/054849 JP2012054849W WO2012137557A1 WO 2012137557 A1 WO2012137557 A1 WO 2012137557A1 JP 2012054849 W JP2012054849 W JP 2012054849W WO 2012137557 A1 WO2012137557 A1 WO 2012137557A1
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WO
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moving body
leg
passenger
inverted pendulum
pendulum type
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PCT/JP2012/054849
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English (en)
French (fr)
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英文 井上
Original Assignee
ボッシュ株式会社
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    • B62K17/00—Cycles not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62H—CYCLE STANDS; SUPPORTS OR HOLDERS FOR PARKING OR STORING CYCLES; APPLIANCES PREVENTING OR INDICATING UNAUTHORIZED USE OR THEFT OF CYCLES; LOCKS INTEGRAL WITH CYCLES; DEVICES FOR LEARNING TO RIDE CYCLES
    • B62H1/00—Supports or stands forming part of or attached to cycles
    • B62H1/06—Extensible stands, e.g. with telescopic parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K1/00—Unicycles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K11/00—Motorcycles, engine-assisted cycles or motor scooters with one or two wheels
    • B62K11/007—Automatic balancing machines with single main ground engaging wheel or coaxial wheels supporting a rider
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K3/00—Bicycles
    • B62K3/002—Bicycles without a seat, i.e. the rider operating the vehicle in a standing position, e.g. non-motorized scooters; non-motorized scooters with skis or runners

Definitions

  • the present invention relates to an inverted pendulum type moving body that is travel-controlled while maintaining a balance in accordance with a travel command based on a passenger's intention.
  • an inverted pendulum type moving body configured such that an unstable vehicle that easily falls is configured to travel stably while maintaining a balance.
  • a pair of wheels rotatably supported by the vehicle body is provided, and an output of an electric motor that rotates the pair of wheels based on movement of the center of gravity and tilting by a passenger is controlled.
  • an output of an electric motor that rotates the pair of wheels based on movement of the center of gravity and tilting by a passenger is controlled.
  • a coaxial two-wheeled vehicle that travels while maintaining the balance of the vehicle body (see, for example, Patent Document 1).
  • Such an inverted pendulum type moving body can maintain an inverted state while traveling control is being performed, but cannot maintain an inverted state when driving of the electric motor and traveling control are stopped. Therefore, the passenger has to get on and off after turning on the power of the inverted pendulum type moving body and bringing it into the inverted state.
  • a moving cart that can maintain the inverted posture of the cart body when the inverted control is stopped is proposed for an inverted pendulum type moving cart. Specifically, as shown in FIG. 9, the auxiliary legs 221 and 222 are attached to the attachment portion 201e of the carriage main body 201 so as to be rotatable around an axis parallel to the axle, and the casters provided at the tips of the auxiliary legs 221 and 222 are provided.
  • the wheels 221d and 222d are configured so as to be able to be grounded at a position substantially spaced in the advancing direction from the grounding point of the main wheel 203, and the caster wheels 221d and 222d are grounded to the road surface by rotating these auxiliary legs 221 and 222.
  • a movable carriage configured to switch the position between a position to be moved and a position away from a road surface (see Patent Document 2).
  • the moving carriage disclosed in Patent Document 2 is a caster wheel driven by an actuator when the moving carriage reaches a predetermined final target position or when an emergency stop button or a remote control switch is operated.
  • 221d and 222d are configured to be lowered.
  • the caster wheels 221d and 222d are operated by operating an emergency stop button or a remote control switch. It had to be lowered, requiring manual operation.
  • the inventor of the present invention grounds the leg portion for supporting the inverted pendulum type moving body in an inverted state when the occupant is not riding, while the wheel according to the occupant's boarding.
  • the present invention has been completed by finding that such a problem can be solved by configuring the apparatus to move upward from the ground contact point. That is, according to the present invention, in an inverted pendulum type moving body in which traveling control is performed while maintaining a balance in accordance with a traveling command based on the intention of the passenger, the inverted pendulum type moving body can be maintained in an inverted state when the passenger is not riding.
  • Another object of the present invention is to provide an inverted pendulum type moving body that can run with the legs raised when the passenger is on board.
  • the vehicle includes a vehicle body having a riding section on which a passenger rides, a pair of wheels rotatably supported by the vehicle body, and wheel drive means for rotationally driving the wheels.
  • the leg portion includes a leg portion for supporting the inverted pendulum type moving body in an inverted state when the execution of the traveling control is stopped.
  • the inverted pendulum type moving body is provided that is configured to be grounded when the occupant is not boarding, and to move upward from the grounding location of the wheel according to the occupant's boarding. Problem can be solved.
  • the inverted pendulum type moving body according to the present invention includes a leg portion configured to be grounded when the occupant is not boarding, and to move upward from the grounding location of the wheel according to the occupant's boarding. Therefore, the grounding and non-grounding of the legs can be switched according to the passenger getting on and off. Therefore, according to the inverted pendulum type moving body according to the present invention, it is possible to support the inverted pendulum type moving body in an inverted state by grounding the legs without manual operation when the passenger is not boarding. Can be. In particular, when an occupant gets out of the boarding part due to an emergency that occurs during boarding, the leg part automatically contacts the ground, and it is possible to prevent the inverted pendulum type mobile body from running away thereafter. On the other hand, according to the inverted pendulum type moving body according to the present invention, when the occupant is on board, it is possible to start traveling with the occupant reliably boarding.
  • the inverted pendulum type moving body of the present invention it is preferable that a plurality of the leg portions are provided so that the wheels do not come into contact with the ground when the passenger is not boarding.
  • the inverted pendulum type moving body By configuring the inverted pendulum type moving body in this way, it is possible to prevent the inverted pendulum type moving body from running out of control when the passenger is not on board, thereby improving safety.
  • the leg portion is configured to be movable above the ground contact point of the wheel when the weight of the occupant is a predetermined weight or more.
  • the leg can be maintained in a grounded state.
  • the leg portion can be rotated around a predetermined rotation shaft and suspended on a support portion integrated with the wheel axle, and the support portion and the An elastic member provided between the boarding part and an urging means for urging the leg part downward, and when the occupant is not boarding, the boarding part and the boarding part are caused by an elastic force of the elastic member. While the distance to the support portion is increased and the leg portion is urged downward by the urging means, the leg portion is grounded. It is preferable that the leg is pushed up above the ground contact point of the wheel by reducing the distance between the riding part and the support part.
  • the legs of the inverted pendulum type mobile body By configuring the legs of the inverted pendulum type mobile body in this way, the mechanical structure that does not use the control parts by the control device makes the grounding when the occupant is not boarding, while the grounding part of the wheel according to the occupant's boarding
  • the leg can be configured to move upward. Therefore, it is possible to obtain an inverted pendulum type moving body having legs that can suppress the production cost relatively inexpensively and does not cause a risk of failure of the control component.
  • the elastic member also serves as the urging means.
  • inverted pendulum type moving body provided with the leg portion of the mechanical structure in this way, it is possible to reduce the number of parts and to make the leg portion of a simpler configuration at a lower cost.
  • detection means for detecting whether or not the occupant is on board
  • leg driving means for changing the position of the leg
  • control for controlling the leg driving means
  • the control unit moves the leg so that the leg contacts the ground, while the boarding of the occupant is detected. It is preferable to move the leg portion so as to be positioned above the ground contact point of the wheel.
  • the detection means such as a sensor, the leg drive means, and the control means are used for grounding when the occupant is not on boarding, while the wheels of the occupant are boarded according to the boarding of the occupant.
  • the leg portion can be configured to move upward from the ground contact point. Therefore, it is possible to increase the degree of freedom in setting boarding or non-boarding detection and leg position control.
  • the driving of the wheel driving means and the traveling control are started, but the occupant's boarding is no longer detected.
  • the driving of the wheel driving means and the traveling control are stopped.
  • the inverted pendulum type moving body including the detection unit and the control unit By configuring the inverted pendulum type moving body including the detection unit and the control unit in this way, the driving and running control of the wheel driving unit is started or stopped in accordance with the passenger's getting on and off. It becomes possible to prevent the inverted pendulum type moving body from running out of control when not boarding.
  • FIG. 1 It is a figure shown in order to demonstrate the motion of the leg part of the inverted pendulum type mobile body concerning 2nd Embodiment. It is a figure which shows the front view and side view of an inverted pendulum type mobile body concerning the modification 1. FIG. It is a figure which shows the front view and side view of an inverted pendulum type mobile body concerning the modification 2. FIG. It is a figure which shows the conventional mobile trolley provided with the auxiliary leg.
  • FIG. 1A shows a front view of the moving body 10 according to the first embodiment
  • FIG. 1B shows a side view of the moving body 10.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the leg portions 25FL, 25FR, 25RL, and 25RR of the moving body 10 according to the first embodiment.
  • FIGS. 3A to 3B are views for explaining the movement of the leg portions 25FL, 25FR, 25RL, and 25RR of the moving body 10 according to the first embodiment.
  • the moving body 10 includes a vehicle body 11, a pair of left and right wheels 13L and 13R, and a column 16 having a handle 15. It is configured as a coaxial motorcycle. On the upper surface of the vehicle body 11, there is a riding section 19 on which the rider puts both feet when boarding.
  • the pair of wheels 13L, 13R are disposed on the same axis on both sides in the left-right direction orthogonal to the front-rear direction of the moving body 10, and are rotatably supported by the vehicle body 11 by the axles 14L, 14R. .
  • the axles 14L and 14R of the pair of wheels 13L and 13R are supported by the support portion 17 and are connected to a left wheel drive motor 31 and a right wheel drive motor 32 as wheel drive means.
  • the mobile body 10 includes a tilt angle sensor or pressure sensor (not shown) for detecting the tilt angle of the column 16 or the riding section 19 or the center of gravity position of the passenger. Sensors are provided.
  • the control device 40 obtains target outputs of the left wheel drive motor 31 and the right wheel drive motor 32 based on information detected by such means, and executes drive control of the left wheel drive motor 31 and the right wheel drive motor 32. .
  • the mobile body 10 is controlled to travel based on the travel intention of the passenger, and moves forward, reverse, or turns.
  • the vehicle body 11 includes legs 25FL, 25FR, 25RL, and 25RR for supporting the moving body 10 in an inverted state when the execution control of the moving body 10 is stopped.
  • the leg portions 25FL, 25FR, 25RL, and 25RR of the moving body 10 according to the first embodiment are configured to be grounded on the left and right sides of the moving body 10 in the front-rear direction, so that the moving body 10 is stably inverted. It can be supported in the state.
  • the leg portions 25FL, 25FR, 25RL, and 25RR of the moving body 10 are respectively connected to a connecting portion 25a that is connected to the riding portion 19, a grounding portion 25c that is in contact with the ground, a connecting portion 25a, and a grounding portion. And an intermediate portion 25b provided between 25c.
  • the leg portions 25FL, 25FR, 25RL, and 25RR are connected to the riding portion 19 at the connecting portion 25a and are rotatable about the rotation axis P. Further, the leg portions 25FL, 25FR, 25RL, and 25RR are suspended on the support portion 17 that supports the axles 14L and 14R in the intermediate portion 25b.
  • the leg portions 25FL, 25FR, 25RL, 25RR and the support portion 17 are not fixed, and the contact portion of the intermediate portion 25b with the support portion 17 is variable as the legs 25FL, 25FR, 25RL, 25RR rotate. It has become.
  • the elasticity provision spring 21 as an elastic member is provided. Due to the elasticity of the elasticity applying spring 21, an urging force for lifting the riding section 19 upward is applied. About the elasticity provision spring 21, a spring constant is set so that it may not be greatly bent at least when the passenger is not boarding.
  • a return spring 23 is provided as an urging means.
  • the return spring 23 applies an urging force that pushes the legs 25FL, 25FR, 25RL, and 25RR downward.
  • the return spring 23 at least, even if the load of the moving body 10 itself is received, the moving body 10 is supported by the legs 25FL, 25FR, 25RL, and 25RR so that the inverted state of the moving body 10 can be maintained.
  • the spring constant of the return spring 23 is set.
  • the support portion 17 that supports the axles 14L and 14R is configured to be relatively movable in the groove 18a of the guide portion 18 fixed to the riding portion 19. Accordingly, as the distance between the support portion 17 and the riding portion 19 changes according to the state of the elasticity imparting spring 21, the support portion 17 and the riding portion 19 move relative to each other in the vertical direction. Yes. However, the position where the distance between the support portion 17 and the riding portion 19 is minimized is set by setting the spring constant of the elasticity applying spring 21 or setting the upper end position of the groove 18a of the guide portion 18. Therefore, an excessive load is not applied to the return spring 23 and the leg portions 25FL, 25FR, 25RL, 25RR and the like when the passenger is on board.
  • the moving body 10 when the passenger is not on the riding section 19, the boarding is performed by the elasticity applying spring 21 as shown in FIG.
  • the part 19 is pulled upward, and the distance between the support part 17 and the riding part 19 is increased.
  • the leg portions 25FL, 25FR, 25RL, 25RR pressed downward by the return spring 23 rotate downward about the rotation axis P.
  • the grounding portion 25c is grounded to the ground, and the moving body 10 can be supported in an inverted state.
  • the wheels 13L and 13R are elastic so that they are separated from the ground when the legs 25FL, 25FR, 25RL, and 25RR are grounded when the passenger is not boarding.
  • the length and spring constant of the applying spring 21, the length and spring constant of the return spring 23, and the lengths of the legs 25FL, 25FR, 25RL, and 25RR are determined. Therefore, even when the left wheel drive motor 31 and the right wheel drive motor 32 are driven when the occupant is not boarding, the moving body 10 does not run away and safety is improved.
  • the elasticity imparting spring 21 is bent by the weight of the passenger and the distance between the support portion 17 and the riding portion 19 is as shown in FIG. Get smaller. Then, the leg portions 25FL, 25FR, 25RL, and 25RR are pushed upward by the support portion 17, and the leg portions 25FL, 25FR, 25RL, and 25RR rotate about the rotation axis P. As a result, the grounding portion 25c moves upward from the grounding location of the wheels 13L and 13R, and the wheels 13L and 13R can be grounded to the ground.
  • the moving body 10 As the spring constants of the elasticity applying spring 21 and the return spring 23 are increased, the grounding portions 25c of the legs 25FL, 25FR, 25RL, and 25RR are pushed upward. The load required for the wheels 13L and 13R to come into contact with the ground increases. Therefore, by appropriately setting the spring constants of the elasticity applying spring 21 and the return spring 23, the moving body 10 runs away even when an unexpected small animal, child, or the like is accidentally raised on the vehicle body 11. It becomes possible to prevent that.
  • the mechanical structure is grounded when the occupant is not boarding, while being higher than the grounding locations of the wheels 13L and 13R according to the occupant's boarding. Since the leg portions 25FL, 25FR, 25RL, and 25RR configured to move are provided, the ground portions 25FL, 25FR, 25RL, and 25RR can be switched between grounding and non-grounding according to passengers getting on and off. ing. Therefore, when the occupant is not boarding, the leg portions 25FL, 25FR, 25RL, and 25RR can be grounded without being manually operated, and the moving body 10 can be supported in an inverted state.
  • the legs 25FL, 25FR, 25RL, and 25RR are automatically grounded to prevent a subsequent runaway of the moving body 10. It becomes possible.
  • the traveling of the moving body 10 can be started in a state where the passenger is on board reliably.
  • the moving body 10 when the moving body 10 is stopped, the moving body 10 can be supported in an inverted state, so that the storage space can be reduced.
  • the grounding or non-grounding of the leg portions 25FL, 25FR, 25RL, and 25RR can be switched by the mechanical structure in accordance with the passenger's boarding or non-boarding. Therefore, the production cost can be kept relatively low, and the risk of malfunction due to a failure of the control component can be eliminated.
  • the four legs 25FL, 25FR, 25RL, and 25RR are provided so that the wheels 13L and 13R are not grounded when the passenger is not riding. Therefore, the runaway of the moving body 10 when the passenger is not on board can be prevented, and safety can be improved.
  • the spring constants of the elasticity applying spring 21 and the return spring 23 are set to be large by a predetermined amount, small animals or children having a predetermined weight or less may be placed on the vehicle body 11. Even when the vehicle is raised, the wheels 13L and 13R do not come into contact with the ground, the runaway of the moving body 10 is prevented, and safety can be improved.
  • an inverted pendulum type moving body configured to be able to move the position of a leg portion by executing control by a control device will be described.
  • FIG. 4A shows a front view of the moving body 50 according to the second embodiment
  • FIG. 4B shows a side view of the moving body 50
  • FIG. 5 is a block diagram for explaining the system configuration of the moving object 50 according to the second embodiment
  • FIGS. 6A and 6B are views for explaining the movement of the leg portions 53F and 53R of the moving body 50 according to the second embodiment.
  • the moving body 50 includes a vehicle body 51, a pair of left and right wheels 13L and 13R, and a column 16 having a handle 15. It is configured as a coaxial motorcycle.
  • the support 16 having the handle 15, the configuration of the wheels 13L and 13R, and the components related to the driving of the wheels 13L and 13R are configured in the same manner as in the case of the moving body 10 according to the first embodiment. Therefore, detailed description is omitted.
  • the riding section 19 of the vehicle body 51 is provided with a load sensor as the detection means 57 for detecting the passenger's boarding.
  • the control device 60 recognizes that the passenger is in the boarding state when the load G detected by the detection means 57 exceeds the predetermined threshold value G0.
  • the detection means 57 is not limited to a load sensor, and can be configured using other sensors, switches, or the like.
  • leg portions 53F and 53R for supporting the moving body 50 in an inverted state when the traveling control of the moving body 50 is stopped are configured to be grounded in the front-rear direction of the moving body 50, respectively.
  • the leg portions 53L and 53R of the moving body 50 are moved forward and backward by leg drive means 55F and 55R accommodated in the control box 59, respectively.
  • the legs 53F and 53R are configured to have a predetermined length in the left-right direction of the moving body 50.
  • the movable body 50 can be stably supported in an inverted state.
  • the leg drive means 55F and 55R are configured by cylinders that can be expanded and contracted in the vertical direction. However, it is not limited to the cylinder as long as the positions of the leg portions 53F and 53R can be moved in the vertical direction.
  • the operation of the leg drive means (cylinders) 55F and 55R is controlled by the control device 60.
  • the control device 60 includes an arithmetic circuit 61 having a microcomputer (CPU) and a storage means 63 having a program memory, a data memory, and other RAMs and ROMs.
  • the control device 60 can receive a detection signal from a detection means (load sensor) 57 that detects the boarding state of the riding section 19.
  • the control device 60 includes motor drive circuits 71 and 72 for driving the left wheel drive motor 31 and the right wheel drive motor 32, respectively, and leg drive means (cylinder F and cylinder R) for changing the positions of the legs 53F and 53R.
  • control device 60 performs drive control of the left wheel drive motor 31 and the right wheel drive motor 32, and sensor signals of an inclination angle sensor and a pressure sensitive sensor (not shown) are input in order to control the traveling of the moving body 50. It is like that.
  • the motor drive circuits 71 and 72 individually control the rotation speed and rotation direction of the pair of wheels 13L and 13R, and the left wheel drive motor 31 and the right wheel drive motor 32 are individually connected to each other.
  • the cylinder drive circuits 75 and 76 individually control expansion and contraction of the cylinder A55F and the cylinder B55R, and the cylinder A55F and the cylinder B55R are individually connected.
  • the control device 60 reads the sensor signal of the detection means (load sensor) 57 and determines whether or not the passenger is on the riding section 19.
  • the control device 60 moves the leg drive means (cylinder F and cylinder R) 55F and 55R to raise the legs 53F and 53R.
  • An instruction signal is output to the cylinder drive circuits 75 and 76 so as to be shortened.
  • the control device 60 sets the leg drive means (cylinder F and cylinder R) 55F, 55R to ground the legs 53F, 53R.
  • An instruction signal is output to the cylinder drive circuits 75 and 76 so as to extend.
  • the moving body 50 according to the second embodiment configured as described above, in the state where the passenger is not on the riding portion 19, as shown in FIG. F and cylinder R) 55F and 55R are extended. As a result, the leg portions 53F and 53R come into contact with the ground, and the moving body 50 can be supported in an inverted state. Also in the moving body 50 according to the second embodiment, the wheels 13L and 13R are separated from the ground in a state where the legs 53F and 53R are installed when the passenger is not boarding. Therefore, even when the left wheel drive motor 31 and the right wheel drive motor 32 are driven when the passenger is not boarding, the moving body 50 does not run away and the safety is improved.
  • the leg drive means (cylinder F and cylinder R) 55F, 55R are in a contracted state.
  • the leg portions 53F and 53R move upward from the ground contact points of the wheels 13L and 13R, and the wheels 13L and 13R can be grounded to the ground.
  • the moving body 50 by appropriately setting a threshold value to be compared with the sensor signal of the detection means 57 in order to determine whether or not a passenger is on the riding section 19. Even if an unexpected small animal or child accidentally climbs on the vehicle body 51, the mobile object 50 can be prevented from running out of control.
  • the detection means 57, the leg drive means 55F and 55R, and the control device 60 are used for grounding when the occupant is not boarding.
  • the legs 53F and 53R are configured to move upward from the ground contact points of the wheels 13L and 13R in accordance with the boarding of the vehicle, so that the legs 53F and 53R are grounded and not in accordance with the passenger getting on and off.
  • the ground can be switched. Therefore, when the occupant is not in the boarding state, the leg portions 53F and 53R can be grounded without being manually operated, and the moving body 50 can be supported in an inverted state.
  • the legs 53F and 53R are automatically grounded, and the subsequent runaway of the moving body 50 can be prevented.
  • the traveling of the moving body 50 can be started in a state in which the passenger has definitely boarded.
  • the moving body 50 since the moving body 50 can be supported in an inverted state when the moving body 50 is stopped, the storage space can be reduced.
  • the moving body 50 concerning 2nd Embodiment while using the detection means 57 illustrated by a load sensor for discrimination of a passenger's boarding or non-boarding, the movement of the position of leg part 53F, 53R is used.
  • the leg drive means 55F and 55R controlled by the control device 60 are used, it is possible to increase the degree of freedom in setting of detection of boarding or non-boarding and position control of the legs 53F and 53R. Become.
  • wheel 13L, 13R does not contact
  • the threshold value compared with the sensor signal of the detection means 57 is set to a large value in order to determine whether the passenger is on board or not, a predetermined value is set. Even when a small animal, a child, or the like having a weight lower than that on the vehicle body 51, the wheels 13L and 13R do not come into contact with the ground, so that the runaway of the moving body 50 can be prevented and safety can be improved.
  • the driving of the wheel driving means and the running control are started when the passenger's boarding is detected, while the passenger's boarding is detected.
  • An inverted pendulum type moving body configured to stop the driving and traveling control of the wheel driving means when it is not performed will be described.
  • the basic configuration of the mobile body according to the third embodiment can be configured in the same manner as the mobile bodies 10 and 50 according to the first and second embodiments.
  • the moving body according to the third embodiment is provided with a detecting means for detecting whether or not the passenger is on board in the boarding portion of the vehicle body.
  • the detection means is configured by a load sensor, other sensors, a switch, and the like provided in the moving body 50 according to the second embodiment. That is, in the case of a moving body configured such that the position of the leg portion can be moved by execution of control by the control device, such as the moving body 50 according to the second embodiment, the leg is moved using one detection means. It is possible to execute switching of the position of the part and switching of driving of the wheel driving means and starting or stopping of the traveling control.
  • the control device that performs drive control of the pair of wheels 13L and 13R reads the signal of the detection means and determines whether or not the passenger is on the basis of the read signal. Even in this case, depending on the setting of the threshold value to be compared with the signal, it is possible to prevent the boarding from being considered when boarding an unexpected child or small animal.
  • the control device is configured to permit the output of the drive instruction signal to the motor drive circuit and to start the travel control based on the travel intention of the passenger when the passenger's boarding is detected. ing. On the other hand, the control device is configured to prohibit the output of the drive instruction signal to the motor drive circuit and stop the travel control when the passenger's boarding is not detected.
  • the left wheel drive motor and the right wheel drive motor are installed simultaneously with the passenger getting off. Can be stopped and energy savings can be possible. Further, since the control of the left wheel drive motor and the right wheel drive motor is started or stopped according to the passenger getting on and off, the operation of the moving body accompanying the getting on and off can be facilitated.
  • the inverted pendulum type moving bodies 10 and 50 according to the first and second embodiments described above show one aspect of the present invention and do not limit the present invention, and are within the scope of the present invention. It is possible to change arbitrarily.
  • the inverted pendulum type moving bodies 10 and 50 according to the first and second embodiments can be modified as follows.
  • the legs 25FL, 25FR, 25RL, 25RR, 53F, and 53R are grounded when the passenger is not riding. Is configured such that the wheels 13L and 13R are separated from the ground, but the wheels 13L and 13R are in contact with the ground while the legs 25FL, 25FR, 25RL, 25RR, 53F, and 53R are in contact with the ground. It may be.
  • the leg portions 25FL, 25FR, 25RL, and 25RR are suspended from the support portion 17 at the intermediate portion 25b, but the axles 14L and 14R are in the state of being suspended. As long as it is a part which is united with, it may be suspended in any part.
  • the elasticity applying spring 21 as an elastic member that increases the distance between the riding portion 19 and the support portion 17 and the leg portions 25FL and 25FR. , 25RL, and 25RR are provided as separate members with a return spring 23 as a biasing means for biasing downward, using a single member having a function of an elastic member and a function of a biasing means. It can also be configured.
  • the plurality of leg portions 25FL, 25FR, 25RL, 25RR, 53F, and 53R are arranged before and after the wheels 13L and 13R.
  • the mobile bodies 10 and 50 may be supported by providing in, it may be comprised so that one or several leg part may be provided only in any one of the front side or back side of a wheel.
  • FIGS. 7 and 8 are diagrams showing the moving bodies 100 and 110 according to the first modification
  • FIGS. 7A and 8A are views of the moving bodies 100 and 110 viewed from the rear, respectively
  • FIGS. 7B and 8B are side views of the moving bodies 100 and 110, respectively.
  • the moving body 100 according to the modified example 1 includes two legs 101RL and 101RR that are grounded on the rear side of the wheels 13L and 13R.
  • the opportunity type structure for grounding or non-grounding the legs 101RL and 101RR is configured in the same manner as in the case of the moving body 10 according to the first embodiment.
  • the moving body 110 according to the modified example 2 is configured to include one leg portion 111R that is grounded on the rear side of the wheels 13L and 13R.
  • the configuration and control method of the leg drive means 113R for grounding or non-grounding the leg 111R are the same as those of the moving body 50 according to the second embodiment.
  • the grounding and non-grounding of the legs 101RL, 101RR, and 111R are switched according to the passenger getting on and off.
  • the leg portion is preferably configured to be grounded on the rear side of the wheel.
  • the moving bodies 10 and 50 according to the first and second embodiments described above are configured as coaxial two-wheeled vehicles.
  • the present invention can be applied to all inverted pendulum type moving bodies such as a moving body using a rotating body and a moving body using a spherical rotating body.

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Abstract

　搭乗者の意思に基づく走行指令に従ってバランスを保ちながら走行制御が行われる倒立振子型移動体において、搭乗者の非搭乗時に倒立振子型移動体を倒立状態で維持することができるとともに、搭乗者の搭乗時に脚部が上昇して走行可能となる倒立振子型移動体を提供する。　搭乗者が搭乗する搭乗部を有する車体と、車体に回転可能に支持された一対の車輪と、車輪を回転駆動させる車輪駆動手段と、を備え、搭乗者の意思に基づく走行指令に従ってバランスを保ちながら走行制御される倒立振子型移動体において、走行制御の実行停止時に倒立振子型移動体を倒立状態で支持するための脚部を備え、脚部を、搭乗者の非搭乗時に接地する一方、搭乗者の搭乗にしたがい車輪の接地箇所よりも上方に移動するように構成する。

Description

倒立振子型移動体
　本発明は、搭乗者の意思に基づく走行指令に従ってバランスを保ちながら走行制御される倒立振子型移動体に関するものである。
　従来、転倒しやすい不安定車両を、バランスを保ちながら安定して走行するように構成した倒立振子型移動体が知られている。この倒立振子型移動体の一態様として、車体に回転可能に支持された一対の車輪を備え、搭乗者による重心移動や傾動に基づいて一対の車輪を回転駆動させる電動モータの出力を制御して、車体のバランスを保ちながら走行する同軸二輪車がある（例えば、特許文献１を参照。）。
　このような倒立振子型移動体は、走行制御中であれば倒立状態を維持することができるが、電動モータの駆動及び走行制御を停止したときには倒立状態を維持することができない。そのため、搭乗者は、倒立振子型移動体の電源を入れて、倒立状態にした後に乗降しなければならず、慣れが必要になる。
　これに対して、人が搭乗する移動体とはなっていないものの、倒立振子型の移動台車において、倒立制御を停止したときに台車本体の倒立姿勢を保つことを可能にした移動台車が提案されている。具体的には、図９に示すように、台車本体２０１の取付部２０１ｅに補助脚２２１，２２２を車軸と平行な軸線周りに回動自在に取り付け、補助脚２２１，２２２の先端に備えたキャスター輪２２１ｄ，２２２ｄが主車輪２０３の接地点から略進行方向に離間した位置で接地できるように構成し、これらの補助脚２２１，２２２を回動させることでキャスター輪２２１ｄ，２２２ｄを、路面に接地する位置と路面から離れた位置とに配置切り替えするように構成した移動台車が開示されている（特許文献２を参照。）。
特開昭６３－３０５０８２号公報 特開２００４－２９１７９９号公報
　しかしながら、特許文献２に開示された移動台車は、移動台車があらかじめ決められた最終目標位置に到達したときに、あるいは、非常停止ボタンやリモコンスイッチが操作されたときに、アクチュエータの駆動によってキャスター輪２２１ｄ，２２２ｄを降下させるように構成されている。すなわち、搭乗者の意思に基づいて走行制御される移動体のように、あらかじめ目標軌道を決められない移動台車の場合には、非常停止ボタンやリモコンスイッチ等を操作してキャスター輪２２１ｄ，２２２ｄを降下させなければならず、人手による操作が必要であった。
　また、特許文献２に開示された移動台車は、制御プログラムの起動に伴ってキャスター輪２２１ｄ，２２２ｄを上昇させるようになっているため、搭乗者の搭乗の時期とキャスター輪２２１ｄ，２２２ｄの上昇の時期とが関連しておらず、搭乗者が搭乗していないにもかかわらず移動台車が走行し始めるおそれがある。
　そこで、本発明の発明者はこのような問題に鑑みて、倒立振子型移動体を倒立状態で支持するための脚部を、搭乗者の非搭乗時に接地する一方、搭乗者の搭乗にしたがい車輪の接地箇所よりも上方に移動するように構成することによりこのような問題を解決することができることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明は、搭乗者の意思に基づく走行指令に従ってバランスを保ちながら走行制御が行われる倒立振子型移動体において、搭乗者の非搭乗時に倒立振子型移動体を倒立状態で維持することができるとともに、搭乗者の搭乗時に脚部が上昇して走行可能となる倒立振子型移動体を提供することを目的とする。
　本発明によれば、搭乗者が搭乗する搭乗部を有する車体と、前記車体に回転可能に支持された一対の車輪と、前記車輪を回転駆動させる車輪駆動手段と、を備え、前記搭乗者の意思に基づく走行指令に従ってバランスを保ちながら走行制御される倒立振子型移動体において、前記走行制御の実行停止時に前記倒立振子型移動体を倒立状態で支持するための脚部を備え、前記脚部を、前記搭乗者の非搭乗時に接地する一方、前記搭乗者の搭乗にしたがい前記車輪の接地箇所よりも上方に移動するように構成したことを特徴とする倒立振子型移動体が提供され、上述した問題を解決することができる。
　すなわち、本発明にかかる倒立振子型移動体は、搭乗者の非搭乗時に接地する一方、搭乗者の搭乗にしたがい車輪の接地箇所よりも上方に移動するように構成された脚部を備えることとしているため、搭乗者の乗降に応じて脚部の接地及び非接地が切り替えられるようになっている。したがって、本発明にかかる倒立振子型移動体によれば、搭乗者の非搭乗時において、人手によって操作することなく脚部を接地させて、倒立振子型移動体を倒立状態で支持することを可能にすることができる。特に、搭乗中に生じた非常事態によって搭乗者が搭乗部から降りた場合に、脚部が自動的に接地して、その後の倒立振子型移動体の暴走を防ぐことが可能になる。一方、本発明にかかる倒立振子型移動体によれば、搭乗者の搭乗時には、搭乗者が確実に搭乗した状態で走行を開始させることを可能にすることができる。
　また、本発明の倒立振子型移動体において、前記脚部を複数設け、前記搭乗者の非搭乗時に前記車輪が接地しないように構成することが好ましい。
　倒立振子型移動体をこのように構成することにより、搭乗者の非搭乗時における倒立振子型移動体の暴走を防ぐことができ、安全性を高めることが可能になる。
　また、本発明の倒立振子型移動体において、前記搭乗者の体重が所定の体重以上の場合に、前記脚部が前記車輪の接地箇所よりも上方に移動可能に構成することが好ましい。
　倒立振子型移動体をこのように構成することにより、小動物や小児等が誤って倒立振子型移動体上に上った場合であっても、脚部を接地させた状態で維持することができる。
　また、本発明の倒立振子型移動体において、前記脚部を、所定の回転軸を中心に回動可能にするとともに前記車輪の車軸と一体となった支持部に懸架し、前記支持部と前記搭乗部との間に設けられた弾性部材と、前記脚部を下方に付勢する付勢手段と、を備え、前記搭乗者の非搭乗時には、前記弾性部材の弾性力によって前記搭乗部と前記支持部との距離が拡大するとともに前記付勢手段によって前記脚部が下方に付勢されることにより前記脚部が接地する一方、前記搭乗者の搭乗時には、荷重によって前記弾性部材が撓んで前記搭乗部と前記支持部との距離が縮小することによって前記脚部が前記車輪の接地箇所よりも上方に押し上げられることが好ましい。
　倒立振子型移動体の脚部をこのように構成することにより、制御装置による制御部品を用いない機械式構造によって、搭乗者の非搭乗時に接地する一方、搭乗者の搭乗にしたがい車輪の接地箇所よりも上方に移動するように脚部を構成することができる。したがって、生産コストを比較的安価に抑えることができるとともに、制御部品の故障のおそれがない脚部を備えた倒立振子型移動体とすることが可能になる。
　また、本発明の倒立振子型移動体において、前記弾性部材が前記付勢手段を兼ねることが好ましい。
　機械式構造の脚部を備えた倒立振子型移動体をこのように構成することにより、部品点数を減らして、より安価に、かつ、簡易な構成の脚部とすることが可能になる。
　また、本発明の倒立振子型移動体において、前記搭乗者の搭乗の有無を検知する検知手段と、前記脚部の位置を可変とする脚部駆動手段と、前記脚部駆動手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記搭乗者の搭乗が検知されないときには前記脚部が接地するように前記脚部を移動させる一方、前記搭乗者の搭乗が検知されているときには前記脚部が前記車輪の接地箇所よりも上方に位置するように前記脚部を移動させることが好ましい。
　倒立振子型移動体をこのように構成することにより、センサ等の検知手段と脚部駆動手段と制御手段とを用いて、搭乗者の非搭乗時に接地する一方、搭乗者の搭乗にしたがい車輪の接地箇所よりも上方に移動するように脚部を構成することができる。したがって、搭乗又は非搭乗の検出や、脚部の位置制御の設定の自由度を高めることが可能になる。
　また、本発明の倒立振子型移動体において、前記搭乗者の搭乗が検知されたときに前記車輪駆動手段の駆動及び前記走行制御が開始される一方、前記搭乗者の搭乗が検知されなくなったときに前記車輪駆動手段の駆動及び前記走行制御が停止されることが好ましい。
　検知手段と制御手段とを備えた倒立振子型移動体をこのように構成することにより、搭乗者の乗降に応じて車輪駆動手段の駆動及び走行制御が開始又は停止するようになり、搭乗者の非搭乗時の倒立振子型移動体の暴走を防ぐことが可能になる。
第１の実施の形態にかかる倒立振子型移動体の正面図及び側面図を示す図である。 第１の実施の形態にかかる倒立振子型移動体の脚部の構成を説明するために示す図である。 第１の実施の形態にかかる倒立振子型移動体の脚部の動きを説明するために示す図である。 第２の実施の形態にかかる倒立振子型移動体の正面図及び側面図を示す図である。 第２の実施の形態にかかる倒立振子型移動体のシステム構成を説明するために示す図である。 第２の実施の形態にかかる倒立振子型移動体の脚部の動きを説明するために示す図である。 変形例１にかかる倒立振子型移動体の正面図及び側面図を示す図である。 変形例２にかかる倒立振子型移動体の正面図及び側面図を示す図である。 補助脚を備えた従来の移動台車を示す図である。
　以下、適宜図面を参照して、本発明にかかる倒立振子型移動体に関する実施の形態について具体的に説明する。なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては同一の部材が示され、適宜説明が省略されている。
［第１の実施の形態］
　まず、本発明の第１の実施の形態にかかる倒立振子型移動体（以下、単に「移動体」と称する場合がある。）として、機械式構造によって脚部の位置を移動可能に構成した倒立振子型移動体について説明する。
　図１（ａ）は、第１の実施の形態にかかる移動体１０の正面図を示し、図１（ｂ）は、移動体１０の側面図を示している。図２は、第１の実施の形態にかかる移動体１０の脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲの構成について説明するための図を示している。図３（ａ）～（ｂ）は、第１の実施の形態にかかる移動体１０の脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲの動きを説明するために示す図である。
　図１（ａ）～（ｂ）に示すように、第１の実施の形態にかかる移動体１０は、車体１１と、左右一対の車輪１３Ｌ，１３Ｒと、ハンドル１５を有する支柱１６とを備えた同軸二輪車として構成されている。車体１１の上面には、搭乗者が搭乗時に両足を載せる搭乗部１９を備えている。
　一対の車輪１３Ｌ，１３Ｒは、移動体１０の前後方向に対して直交する左右方向の両側において同一軸線上に配置されるとともに、車軸１４Ｌ，１４Ｒによって車体１１に対して回転可能に支持されている。一対の車輪１３Ｌ，１３Ｒの車軸１４Ｌ，１４Ｒは，支持部１７に支持されるとともに、車輪駆動手段としての左輪駆動モータ３１、右輪駆動モータ３２に連結されている。
　また、移動体１０には、搭乗者の走行意思を認識する手段として、支柱１６又は搭乗部１９の傾斜角度、あるいは、搭乗者の重心位置などを検出するための図示しない傾斜角度センサや感圧センサなどが備えられている。制御装置４０は、かかる手段によって検出された情報に基づき、左輪駆動モータ３１及び右輪駆動モータ３２の目標出力を演算によって求めて、左輪駆動モータ３１及び右輪駆動モータ３２の駆動制御を実行する。その結果、移動体１０は、搭乗者の走行意思に基づいて走行制御が行われ、前進、後進、あるいは旋回するようになっている。
　このような移動体１０において、車体１１は、移動体１０の走行制御の実行停止時に移動体１０を倒立状態で支持するための脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲを備えている。第１の実施の形態にかかる移動体１０の脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲは、移動体１０の前後方向の左右においてそれぞれ接地するように構成されており、安定して移動体１０を倒立状態で支持できるようになっている。
　図２に示すように、移動体１０の脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲは、それぞれ、搭乗部１９に連結される連結部２５ａと、地面に接する接地部２５ｃと、連結部２５ａ及び接地部２５ｃの間に設けられた中間部２５ｂとを有している。
　脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲは、連結部２５ａにおいて搭乗部１９に連結されて、回転軸Ｐを中心に回動可能になっている。また、脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲは、中間部２５ｂにおいて車軸１４Ｌ，１４Ｒを支持する支持部１７上に懸架された状態となっている。脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲと支持部１７とは固定されておらず、脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲの回動に伴って、中間部２５ｂにおける支持部１７との接触箇所が可変となっている。
　支持部１７と搭乗部１９との間には、弾性部材としての弾性付与スプリング２１が備えられている。弾性付与スプリング２１の弾性によって、搭乗部１９を上方に引き上げる付勢力が付与されている。弾性付与スプリング２１については、少なくとも、搭乗者の非搭乗時において大きく撓むことのないようにバネ定数を設定する。
　脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲと搭乗部１９との間には、付勢手段としての復帰用スプリング２３が備えられている。この復帰用スプリング２３によって、脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲを下方に押し戻す付勢力が付与されている。復帰用スプリング２３については、少なくとも、移動体１０自体の荷重を受けても脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲによって移動体１０を支承して、移動体１０の倒立状態を維持できるように、それぞれの、又は複数の復帰用スプリング２３のバネ定数を設定する。
　また、車軸１４Ｌ，１４Ｒを支持する支持部１７は、搭乗部１９に固定されたガイド部１８の溝１８ａ内を相対移動可能に構成されている。したがって、弾性付与スプリング２１の状態に応じて支持部１７と搭乗部１９との間の距離が変化することに伴って、支持部１７と搭乗部１９とが上下方向に相対移動するようになっている。ただし、弾性付与スプリング２１のバネ定数の設定、あるいは、ガイド部１８の溝１８ａの上端位置の設定によって、支持部１７と搭乗部１９との間の距離が最小となる位置が規定されている。そのため、搭乗者の搭乗時において、復帰用スプリング２３や脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲなどに過度の負荷がかからないようになっている。
　このように構成された第１の実施の形態にかかる移動体１０において、搭乗部１９上に搭乗者が搭乗していない状態では、図３（ａ）に示すように、弾性付与スプリング２１によって搭乗部１９が上方に引き上げられ、支持部１７と搭乗部１９との間の距離が大きくなる。そうすると、復帰用スプリング２３によって下方に押されている脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲが、回転軸Ｐを中心に下方側に回動する。その結果、接地部２５ｃが地面に接地して、移動体１０を倒立状態で支持することが可能になる。
　第１の実施の形態にかかる移動体１０においては、搭乗者の非搭乗時に脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲが接地した状態において車輪１３Ｌ，１３Ｒが地面から離れた状態になるように、弾性付与スプリング２１の長さやバネ定数、復帰用スプリング２３の長さやバネ定数、及び脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲの長さが決定されている。そのため、搭乗者の非搭乗時に左輪駆動モータ３１及び右輪駆動モータ３２が駆動された場合においても、移動体１０が暴走したりすることがなく、安全性が高められている。
　一方、搭乗部１９上に搭乗者が搭乗した状態では、図３（ｂ）に示すように、搭乗者の体重によって弾性付与スプリング２１が撓んで支持部１７と搭乗部１９との間の距離が小さくなる。そうすると、支持部１７によって脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲが上方に押し上げられて、脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲは回転軸Ｐを中心に回動する。その結果、接地部２５ｃが車輪１３Ｌ，１３Ｒの接地箇所よりも上方に移動し、車輪１３Ｌ，１３Ｒを地面に接地させることが可能になる。
　第１の実施の形態にかかる移動体１０においては、弾性付与スプリング２１や復帰用スプリング２３のバネ定数を大きくするにつれて、脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲの接地部２５ｃが上方に押し上げられて車輪１３Ｌ，１３Ｒが接地するようになるために必要な荷重が大きくなる。したがって、弾性付与スプリング２１や復帰用スプリング２３のバネ定数を適宜設定することによって、予期していない小動物や小児等が車体１１上に誤って上がった場合であっても、移動体１０が暴走することを防ぐことが可能になる。
　以上説明した第１の実施の形態にかかる移動体１０によれば、機械式構造によって、搭乗者の非搭乗時に接地する一方、搭乗者の搭乗にしたがい車輪１３Ｌ，１３Ｒの接地箇所よりも上方に移動するように構成された脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲを備えることとしているため、搭乗者の乗降に応じて脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲの接地及び非接地が切り替えられるようになっている。したがって、搭乗者の非搭乗時においては、人手によって操作することなく脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲを接地させて、移動体１０を倒立状態で支持することを可能にすることができる。特に、搭乗中に生じた非常事態によって搭乗者が搭乗部１９から降りた場合に、脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲが自動的に接地して、その後の移動体１０の暴走を防ぐことが可能になる。一方、搭乗者の搭乗時には、搭乗者が確実に搭乗した状態で移動体１０の走行を開始させることを可能にすることができる。
　また、第１の実施の形態にかかる移動体１０によれば、移動体１０の停止時に、移動体１０を倒立状態で支持することができるため、保管スペースを小さくすることが可能になる。
　また、第１の実施の形態にかかる移動体１０によれば、機械式構造によって、搭乗者の搭乗又は非搭乗に応じて脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲの接地又は非接地が切り替えられるようになっているため、生産コストを比較的安価に抑えることができるとともに、制御部品の故障による動作不良のおそれを無くすことが可能になる。
　また、第１の実施の形態にかかる移動体１０によれば、４本の脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲを備えることによって、搭乗者の非搭乗時に車輪１３Ｌ，１３Ｒが接地しないように構成されているため、搭乗者の非搭乗時における移動体１０の暴走を防ぐことができ、安全性を高めることが可能になる。
　また、第１の実施の形態にかかる移動体１０において、弾性付与スプリング２１及び復帰用スプリング２３のバネ定数を所定程度大きく設定した場合には、所定の重量未満の小動物や小児等が車体１１上に上がった場合であっても車輪１３Ｌ，１３Ｒが接地しないようになり、移動体１０の暴走が防止され、安全性を高めることが可能になる。
［第２の実施の形態］
　次に、本発明にかかる第２の実施の形態の倒立振子型移動体として、制御装置による制御の実行によって脚部の位置を移動可能に構成した倒立振子型移動体について説明する。
　図４（ａ）は、第２の実施の形態にかかる移動体５０の正面図を示し、図４（ｂ）は、移動体５０の側面図を示している。図５は、第２の実施の形態にかかる移動体５０のシステム構成について説明するために示すブロック図である。図６（ａ）～（ｂ）は、第２の実施の形態にかかる移動体５０の脚部５３Ｆ，５３Ｒの動きを説明するために示す図である。
　図４（ａ）～（ｂ）に示すように、第２の実施の形態にかかる移動体５０は、車体５１と、左右一対の車輪１３Ｌ，１３Ｒと、ハンドル１５を有する支柱１６とを備えた同軸二輪車として構成されている。ハンドル１５を有する支柱１６や、車輪１３Ｌ，１３Ｒの構成、及び、車輪１３Ｌ，１３Ｒの駆動に関連する構成要素については、第１の実施の形態にかかる移動体１０の場合と同様に構成されているために、詳細な説明は省略する。
　第２の実施の形態にかかる移動体５０において、車体５１の搭乗部１９には、搭乗者の搭乗を検知するための検知手段５７として、荷重センサが備えられている。制御装置６０は、検知手段５７によって検出される荷重Ｇが所定の閾値Ｇ０を超えたときに、搭乗者が搭乗状態であるものと認識する。ただし、検知手段５７は荷重センサに限定されるものではなく、他のセンサやスイッチ等を用いて構成することもできる。
　また、移動体５０の走行制御の実行停止時に移動体５０を倒立状態で支持するための脚部５３Ｆ，５３Ｒは、移動体５０の前後方向においてそれぞれ接地するように構成されている。移動体５０の脚部５３Ｌ，５３Ｒは、それぞれ、制御ボックス５９内に収容された脚部駆動手段５５Ｆ，５５Ｒによって上下方向に進退動させられるようになっている。
　第２の実施の形態にかかる移動体５０においては、脚部５３Ｆ，５３Ｒが移動体５０の左右方向に所定の長さを有して構成されているために、移動体５０の前後方向にそれぞれ一つの脚部５３Ｆ，５３Ｒを設けることによって、安定して移動体５０を倒立状態で支持できるようになっている。
　また、第２の実施の形態にかかる移動体５０において、脚部駆動手段５５Ｆ，５５Ｒは、上下方向に伸縮可能なシリンダによって構成されている。ただし、脚部５３Ｆ，５３Ｒの位置を上下方向に移動させることができるものであれば、シリンダに限定されるものではない。脚部駆動手段（シリンダ）５５Ｆ，５５Ｒは、制御装置６０によって動作が制御されるようになっている。
　図５に示すように、制御装置６０は、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）を有する演算回路６１と、プログラムメモリやデータメモリその他のＲＡＭやＲＯＭを有する記憶手段６３等を備えて構成されている。この制御装置６０は、搭乗部１９の搭乗状態を検出する検知手段（荷重センサ）５７からの検出信号を受信可能になっている。また、制御装置６０には、左輪駆動モータ３１及び右輪駆動モータ３２をそれぞれ駆動するモータ駆動回路７１，７２と、脚部５３Ｆ，５３Ｒの位置を可変とする脚部駆動手段（シリンダＦ及びシリンダＲ）５５Ｆ，５５Ｒをそれぞれ駆動するシリンダ駆動回路７５，７６が接続されている。また、制御装置６０は、左輪駆動モータ３１及び右輪駆動モータ３２の駆動制御を行い、移動体５０の走行制御をするために、図示しない傾斜角度センサや感圧センサのセンサ信号が入力されるようになっている。
　モータ駆動回路７１，７２は、一対の車輪１３Ｌ，１３Ｒの回転速度や回転方向等を個別に制御するものであり、左輪駆動モータ３１及び右輪駆動モータ３２が個別に接続されている。シリンダ駆動回路７５，７６は、シリンダＡ５５Ｆ、シリンダＢ５５Ｒの伸縮を個別に制御するものであり、シリンダＡ５５Ｆ、シリンダＢ５５Ｒが個別に接続されている。
　具体的に、制御装置６０は、検知手段（荷重センサ）５７のセンサ信号を読み込むとともに、搭乗部１９上に搭乗者が搭乗しているか否かの判別を行う。そして、制御装置６０は、搭乗部１９上に搭乗者が搭乗していると判別したときには、脚部５３Ｆ，５３Ｒを上昇させるために、脚部駆動手段（シリンダＦ及びシリンダＲ）５５Ｆ，５５Ｒを縮めるようにシリンダ駆動回路７５，７６に対して指示信号を出力する。一方、制御装置６０は、搭乗部１９上に搭乗者が搭乗していないと判別したときには、脚部５３Ｆ，５３Ｒを接地させるために、脚部駆動手段（シリンダＦ及びシリンダＲ）５５Ｆ，５５Ｒを伸ばすようにシリンダ駆動回路７５，７６に対して指示信号を出力する。
　このように構成された第２の実施の形態にかかる移動体５０において、搭乗部１９上に搭乗者が搭乗していない状態では、図６（ａ）に示すように、脚部駆動手段（シリンダＦ及びシリンダＲ）５５Ｆ，５５Ｒが伸びた状態になる。その結果、脚部５３Ｆ，５３Ｒが地面に接地して、移動体５０を倒立状態で支持することが可能になる。第２の実施の形態にかかる移動体５０においても、搭乗者の非搭乗時に脚部５３Ｆ，５３Ｒが設置した状態において車輪１３Ｌ，１３Ｒが地面から離れた状態になる。そのため、搭乗者の非搭乗時に左輪駆動モータ３１及び右輪駆動モータ３２が駆動された場合においても、移動体５０が暴走したりすることがなく、安全性が高められている。
　一方、搭乗部１９上に搭乗者が搭乗した状態では、図６（ｂ）に示すように、脚部駆動手段（シリンダＦ及びシリンダＲ）５５Ｆ，５５Ｒが縮んだ状態になる。その結果、脚部５３Ｆ，５３Ｒが車輪１３Ｌ，１３Ｒの接地箇所よりも上方に移動し、車輪１３Ｌ，１３Ｒを地面に接地させることが可能になる。
　第２の実施の形態にかかる移動体５０においては、搭乗部１９上に搭乗者が搭乗しているか否かを判別するために検知手段５７のセンサ信号と比較される閾値を適宜設定することによって、予期していない小動物や小児等が車体５１上に誤って上った場合であっても、移動体５０が暴走することを防ぐことが可能になる。
　以上説明した第２の実施の形態にかかる移動体５０によれば、検知手段５７と脚部駆動手段５５Ｆ，５５Ｒと制御装置６０とを用いて、搭乗者の非搭乗時に接地する一方、搭乗者の搭乗にしたがい車輪１３Ｌ，１３Ｒの接地箇所よりも上方に移動するように構成された脚部５３Ｆ，５３Ｒを備えることとしているため、搭乗者の乗降に応じて脚部５３Ｆ，５３Ｒの接地及び非接地が切り替えられるようになっている。したがって、搭乗者の非搭乗時においては、人手によって操作することなく脚部５３Ｆ，５３Ｒを接地させて、移動体５０を倒立状態で支持することを可能にすることができる。特に、搭乗中に生じた非常事態によって搭乗者が搭乗部１９から降りた場合に、脚部５３Ｆ，５３Ｒが自動的に接地して、その後の移動体５０の暴走を防ぐことが可能になる。一方、搭乗者の搭乗時には、搭乗者が確実に搭乗した状態で移動体５０の走行を開始させることを可能にすることができる。
　また、第２の実施の形態にかかる移動体５０によれば、移動体５０の停止時に、移動体５０を倒立状態で支持することができるため、保管スペースを小さくすることが可能になる。
　また、第２の実施の形態にかかる移動体５０によれば、搭乗者の搭乗又は非搭乗の判別に、荷重センサに例示される検知手段５７を用いるとともに、脚部５３Ｆ，５３Ｒの位置の移動に、制御装置６０によって制御される脚部駆動手段５５Ｆ，５５Ｒを用いることとしているため、搭乗又は非搭乗の検出や、脚部５３Ｆ，５３Ｒの位置制御の設定の自由度を高めることが可能になる。
　また、第２の実施の形態にかかる移動体５０によれば、前後方向にそれぞれ配置された２本の脚部５３Ｆ，５３Ｒを備えることによって、搭乗者の非搭乗時に車輪１３Ｌ，１３Ｒが接地しないように構成されているため、搭乗者の非搭乗時における移動体５０の暴走を防ぐことができ、安全性を高めることが可能になる。
　また、第２の実施の形態にかかる移動体５０において、搭乗者の搭乗又は非搭乗を判別するために検知手段５７のセンサ信号と比較される閾値を大きい値に設定した場合には、所定の重量未満の小動物や小児等が車体５１上に上がった場合であっても車輪１３Ｌ，１３Ｒが接地しないようになり、移動体５０の暴走が防止され、安全性を高めることが可能になる。
［第３の実施の形態］
　次に、本発明にかかる第３の実施の形態の倒立振子型移動体として、搭乗者の搭乗が検知されたときに車輪駆動手段の駆動及び走行制御を開始する一方、搭乗者の搭乗が検知されなくなったときに車輪駆動手段の駆動及び走行制御を停止するように構成した倒立振子型移動体について説明する。
　第３の実施の形態にかかる移動体の基本的な構成は、第１及び第２の実施の形態にかかる移動体１０，５０の場合と同様に構成することができる。ただし、第３の実施の形態にかかる移動体は、車体の搭乗部に、搭乗者の搭乗の有無を検知するための検知手段が備えられている。検知手段は、第２の実施の形態にかかる移動体５０に備えられる荷重センサやその他のセンサ、スイッチ等によって構成されている。すなわち、第２の実施の形態にかかる移動体５０のように、制御装置による制御の実行によって脚部の位置を移動可能に構成した移動体の場合には、一つの検知手段を用いて、脚部の位置の切り替えと、車輪駆動手段の駆動及び走行制御の開始又は停止の切り替えとを実行することができる。
　一対の車輪１３Ｌ，１３Ｒの駆動制御を実行する制御装置は、検知手段の信号を読み込むとともに、読み込まれた信号に基づいて、搭乗者の搭乗の有無を判別する。この場合においても、信号と比較される閾値の設定次第で、予期しない小児や小動物の搭乗時に、搭乗とみなさないようにすることができる。
　そして、制御装置は、搭乗者の搭乗が検知されている場合には、モータ駆動回路への駆動指示信号の出力を許可するとともに、搭乗者の走行意思に基づく走行制御を開始するように構成されている。一方、制御装置は、搭乗者の搭乗が検知されない場合には、モータ駆動回路への駆動指示信号の出力を禁止するとともに、走行制御を停止するように構成されている。
　第３の実施の形態にかかる移動体によれば、第１及び第２の実施の形態にかかる移動体によって得られる効果と併せて、搭乗者の降車と同時に左輪駆動モータ及び右輪駆動モータを停止することができ、エネルギーの節約を可能にすることができる。また、搭乗者の乗降に応じて、左輪駆動モータ及び右輪駆動モータの制御が開始又は停止されるため、乗降に伴う移動体の操作を容易にすることができる。
［他の実施の形態］
　以上説明した第１及び第２の実施の形態にかかる倒立振子型移動体１０，５０は、本発明の一態様を示すものであって本発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。例えば、第１及び第２の実施の形態にかかる倒立振子型移動体１０，５０は、以下のように変更することができる。
（１）上述した第１及び第２の実施の形態にかかる倒立振子型移動体１０，５０において説明した各構成要素の具体的な構成や形態はあくまでも一例であって、任意に変更することが可能である。
　例えば、第１及び第２の実施の形態にかかる倒立振子型移動体１０，５０においては、搭乗者の非搭乗時において脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲ，５３Ｆ，５３Ｒが接地している間は、車輪１３Ｌ，１３Ｒが地面から離れるように構成されているが、脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲ，５３Ｆ，５３Ｒが接地している間、車輪１３Ｌ，１３Ｒが地面に接するように構成されていてもよい。
　また、第１の実施の形態にかかる倒立振子型移動体１０において、脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲを接地又は非接地させる機会式構造についても、種々の態様を採用することができる。第１の実施の形態にかかる倒立振子型移動体１０において、脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲは、中間部２５ｂにおいて支持部１７上に懸架された状態となっているが、車軸１４Ｌ，１４Ｒと一体的になっている部位であれば、いずれの部位に懸架されていてもよい。
（２）上述した第１の実施の形態にかかる倒立振子型移動体１０においては、搭乗部１９と支持部１７との距離を拡大させる弾性部材としての弾性付与スプリング２１と、脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲを下方に付勢する付勢手段としての復帰用スプリング２３とを別の部材として備えているが、弾性部材の機能と付勢手段の機能とを備えた一つの部材を用いて構成することもできる。
（３）上述した第１及び第２の実施の形態にかかる倒立振子型移動体１０，５０においては、複数の脚部２５ＦＬ，２５ＦＲ，２５ＲＬ，２５ＲＲ，５３Ｆ，５３Ｒを、車輪１３Ｌ，１３Ｒの前後に設けることによって移動体１０，５０を支持するように構成されているが、一個又は複数の脚部を車輪の前方側又は後方側のいずれか一方のみに設けるように構成されていてもよい。
　図７及び図８は、変形例１にかかる移動体１００，１１０を示す図であり、図７（ａ）及び図８（ａ）がそれぞれ移動体１００，１１０を後方から見た図であり、図７（ｂ）及び図８（ｂ）がそれぞれ移動体１００，１１０の側面図である。変形例１にかかる移動体１００は、車輪１３Ｌ，１３Ｒの後方側において接地する二つの脚部１０１ＲＬ，１０１ＲＲを備えて構成されたものである。脚部１０１ＲＬ，１０１ＲＲを接地又は非接地させる機会式構造は第１の実施の形態にかかる移動体１０の場合と同様に構成されている。また、変形例２にかかる移動体１１０は、車輪１３Ｌ，１３Ｒの後方側において接地する一つの脚部１１１Ｒを備えて構成されたものである。脚部１１１Ｒを接地又は非接地させる脚部駆動手段１１３Ｒの構成及び制御方法については、第２の実施の形態にかかる移動体５０の場合と同様に構成されている。
　変形例１及び２にかかる移動体１００，１１０によっても、搭乗者の乗降に応じて脚部１０１ＲＬ，１０１ＲＲ、１１１Ｒの接地及び非接地が切り替えられる。この場合、脚部は、車輪の後方側において接地するように構成することが好ましい。車輪の前方側において接地するように構成した場合には、ハンドルを有する支柱の位置等によっては、脚部によって移動体を支持している間のバランスが不安定になるおそれがあるとともに、搭乗部上に上りにくくなるおそれがあるからである。
（４）上述した第１及び第２の実施の形態にかかる移動体１０，５０は同軸二輪車として構成されているが、搭乗者が搭乗して走行制御するものであれば、円筒状の一輪の回転体を用いた移動体や、球形の回転体を用いた移動体等、倒立振子型移動体全般に本発明を適用することができる。
 

Claims (7)

  1. 　搭乗者が搭乗する搭乗部を有する車体と、前記車体に回転可能に支持された一対の車輪と、前記車輪を回転駆動させる車輪駆動手段と、を備え、前記搭乗者の意思に基づく走行指令に従ってバランスを保ちながら走行制御される倒立振子型移動体において、
    　前記走行制御の実行停止時に前記倒立振子型移動体を倒立状態で支持するための脚部を備え、
    　前記脚部を、前記搭乗者の非搭乗時に接地する一方、前記搭乗者の搭乗にしたがい前記車輪の接地箇所よりも上方に移動するように構成したことを特徴とする倒立振子型移動体。
  2. 　前記脚部を複数設け、前記搭乗者の非搭乗時に前記車輪が接地しないように構成することを特徴とする請求項１に記載の倒立振子型移動体。
  3. 　前記搭乗者の体重が所定の体重以上の場合に、前記脚部が前記車輪の接地箇所よりも上方に移動可能に構成することを特徴とする請求項１又は２に記載の倒立振子型移動体。
  4. 　前記脚部を、所定の回転軸を中心に回動可能にするとともに前記車輪の車軸と一体となった支持部に懸架し、
    　前記支持部と前記搭乗部との間に設けられた弾性部材と、前記脚部を下方に付勢する付勢手段と、を備え、
    　前記搭乗者の非搭乗時には、前記弾性部材の弾性力によって前記搭乗部と前記支持部との距離が拡大するとともに前記付勢手段によって前記脚部が下方に付勢されることにより前記脚部が接地する一方、前記搭乗者の搭乗時には、荷重によって前記弾性部材が撓んで前記搭乗部と前記支持部との距離が縮小することによって前記脚部が前記車輪の接地箇所よりも上方に押し上げられることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の倒立振子型移動体。
  5. 　前記弾性部材が前記付勢手段を兼ねることを特徴とする請求項４に記載の倒立振子型移動体。
  6. 　前記搭乗者の搭乗の有無を検知する検知手段と、前記脚部の位置を可変とする脚部駆動手段と、前記脚部駆動手段を制御する制御手段と、を備え、
    　前記制御手段は、前記搭乗者の搭乗が検知されないときには前記脚部が接地するように前記脚部を移動させる一方、前記搭乗者の搭乗が検知されているときには前記脚部が前記車輪の接地箇所よりも上方に位置するように前記脚部を移動させることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の倒立振子型移動体。
  7. 　前記搭乗者の搭乗が検知されたときに前記車輪駆動手段の駆動及び前記走行制御が開始される一方、前記搭乗者の搭乗が検知されなくなったときに前記車輪駆動手段の駆動及び前記走行制御が停止されることを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の倒立振子型移動体。
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