WO2015137203A1

WO2015137203A1 - 移動体

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Publication number: WO2015137203A1
Application number: PCT/JP2015/056294
Authority: WO
Inventors: 辻滋; 久保昌幸; 白土賢一; 羽根宜孝; 近藤靖浩; 菰田篤人; 林毅至
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2015-09-17
Also published as: JP5854181B1; JPWO2015137203A1

Abstract

　移動体（１）は、本体部（１０）と、主輪（１１）と、支持部（１２）と、補助輪（１３）と、不図示の阻止部と、傾斜角センサ（２０）と、ジャイロセンサ（２４）と、着座板（５１）と、傾斜角センサ（２０）と、制御部（２１）と、主輪駆動部（２６）と、ユーザＩ／Ｆ（２８）と、手動ブレーキ（２９）と、補助センサ（３０）と、を備えている。制御部（２１）は、倒立振子制御を行う第１の制御モードと第２の制御モードとを有する。制御部（２１）は第２の制御モードにおいて、本体部（１０）と支持部（１２）との成す角度がθ１よりも小さいθ２となるまで主輪（１１）の回転を駆動、制御し、倒立振子制御をオフする。θ２は、本体部（１０）の重心が主輪（１１）の回転軸と第２車輪の回転軸との間にくる角度に、阻止部により予め設定されている。

Description

移動体

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

　従来、車輪を駆動、制御して倒立振子制御を行う移動体が知られている。例えば、特許文献１には、一対の車輪と、一対の車輪を駆動する駆動部と、一対の車輪に対してピッチ方向に回転可能に支持されている本体部と、本体部に対してピッチ方向に回転可能に支持されている補助輪と、本体部のピッチ方向の角速度を検知するジャイロセンサと、駆動部に駆動電圧を供給する電池と、を備えた歩行補助車が開示されている。本体部における一対の車輪とは逆側の端には、把持部が設けられている。電池は、本体部に装備されている。

　高齢者、身障者等のユーザは、補助輪とは逆側から把持部を握り（即ち、補助輪を前輪に一対の車輪を後輪にして）、当該歩行補助車を地面上で進行方向へ動かす。当該歩行補助車は、ジャイロセンサの出力に基づいて、駆動部により一対の車輪の回転を制御する倒立振子制御を行う。これにより、当該歩行補助車は、一対の車輪でバランスをとり、ユーザの歩行を補助する。

国際公開第２０１２／１１４５９７号パンフレット

　しかしながら、特許文献１の歩行補助車は、例えば、電池が無くなった時や異常停止した時等の場合、駆動部を駆動できなくなるため、倒立振子制御を行うことができなくなる。

　このように、倒立振子制御がオフされたとき、特許文献１の歩行補助車は、一対の車輪でバランスをとっているため、バランスを崩して転倒してしまう可能性がある。

　そこで、この発明は、本体の転倒を防止することができ、かつ、小型・軽量な移動体を提供することを目的とする。

　本発明の移動体は、第１車輪と、第１車輪とは異なる回転軸で回転する第２車輪と、第１車輪と第２車輪とをつなぐ支持部と、第１車輪の回転軸または支持部に対してピッチ方向に回転可能に支持されている本体部と、第１車輪を駆動、制御する駆動制御部と、本体部のピッチ方向の傾斜角の角度変化を検出する角度変化検出部と、を備えている。

　また、駆動制御部は、角度変化検出部の出力に基づいて、本体部の角度変化が０となるように、かつ本体部の鉛直方向に対する角度が所定角度になるように、第１車輪の回転を制御する倒立振子制御を行う第１の制御モードと、第１の制御モードでの制御時よりも本体部の重心が安定する位置まで本体部を第２車輪側へ傾け、倒立振子制御をオフする第２の制御モードと、を有する。

　そして、移動体は、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切り替える切替手段を備えたことを特徴とする。

　第１の制御モードは、倒立振子制御により、本体部の姿勢を鉛直方向あるいは鉛直に近い方向に維持する。この第１の制御モードでは、当該移動体が自立した状態であるため、手押し車として使用できる。この第１の制御モードにおいて、例えば切替スイッチにより切り替え指示がなされると、本体部の姿勢を鉛直方向から第２車輪側へ大きく傾いた状態である第２の制御モードに変化させる。

　第２の制御モードでは、第１の制御モードでの制御時よりも本体部の重心が安定する位置まで本体部が第２車輪側へ傾いた後、倒立振子制御がオフされるため、移動体は転倒を防止することができる。

　ここで、本発明では、自動車などのように、移動体の進行方向において間隔をあけて複数の車輪を移動体に設けていない。そのため、本発明では、移動体が大型化したり移動体の重量が増加したりしない。

　したがって、本発明によれば、本体の転倒を防止することができ、かつ、小型・軽量な移動体を提供できる。

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

　また、本発明の移動体は、本体部と支持部との成す角度が一定未満になるような本体部の傾きを阻止する阻止部を備え、駆動制御部は、阻止部によって阻止されるまで本体部を第２車輪側へ傾けることが好ましい。前述した、第１の制御モードでの制御時よりも本体部の重心が安定する位置は、阻止部により設定することが好ましい。

　また、第２車輪は、第１車輪の回転による支持部の進行方向に対して、第１車輪より後ろに位置することが好ましい。

　また、本体部は、第１車輪の回転軸に対してピッチ方向に回転可能に支持されていることが好ましい。

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

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

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

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

　（４）本体部に一端が回転可能に連結された着座板を設け、着座板が本体部に対して所定の角度になったことを検知した場合
　着座板が開かれた場合、ユーザが移動体を停止させようとしていると判断し、安全な状態（第２の制御モード）に移行することが好ましい。さらに、第２の制御モードに移行した後、第１車輪の駆動、制御を停止することが好ましい。

　（５）第１車輪に対して発生させるトルクが所定値を超えた場合
　例えば第１車輪に異物が挟まった等でモータに異常なトルクが発生した場合も、安全な状態（第２の制御モード）に移行することが好ましい。

　（６）タッチセンサを用いて、人体が本体部に触れなくなった場合
　移動体を手押し車として使用し、手を離した場合にも、安全な状態（第２の制御モード）に移行することが好ましい。なお、この場合、駆動制御部は、第２の制御モードに移行した後に、第１車輪の駆動、制御を停止することが好ましい。

　（７）電池の蓄電残量が少なくなった場合
　電池残量がなくなると、倒立振子制御を行うことができなくなり、本体部が転倒する可能性がある。そのため、電池残量が少なくなった場合にも、安全な状態（第２の制御モード）に移行することが好ましい。

　（８）第１車輪の空転を検知した場合
　悪路等で第１車輪が空転している場合にも、安全な状態（第２の制御モード）に移行することが好ましい。

　この発明によれば、本体の転倒を防止することができ、かつ、小型・軽量な移動体を提供することができる。

本発明の実施形態である移動体１の外観斜視図である。図１に示す移動体１の側面図である。図１に示す移動体１の構成を示すブロック図である。第１の制御モードと第２の制御モードとの切り替えを示す図である。手動ブレーキにより第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。障害物検知センサの検知結果に応じて第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。衝撃検知センサの検知結果に応じて第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。着座板の開閉に応じて第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。モータトルク異常の有無により、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。人体の接触の有無により、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。電池残量により、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。主輪の空転の有無により、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。

　以下、本発明の実施形態である移動体について説明する。

　図１は、本発明の実施形態である移動体１の外観斜視図である。図２は、図１に示す移動体１の側面図である。図３は、図１に示す移動体１の構成を示すブロック図である。

　移動体１は、本体部１０と、主輪１１と、支持部１２と、補助輪１３と、不図示の阻止部と、傾斜角センサ２０と、ジャイロセンサ２４と、着座板５１と、を備えている。

　この実施形態において移動体１は、高齢者、身障者等のユーザの歩行を補助する歩行補助車である。その他、移動体１は例えば、ベビーカーやショッピングカートとして利用される。

　なお、主輪１１が、本発明の「第１車輪」に相当する。補助輪１３が、本発明の「第２車輪」に相当する。

　本体部１０は、鉛直方向（図１に示すＺ，－Ｚ方向）に長く、奥行き方向（図１に示すＹ，－Ｙ方向）に短い枠状の部材である。本体部１０は内部に、移動体１の各部に駆動電圧を供給する電池や制御用の基板等を内蔵している。

　本体部１０の鉛直下方向（図１に示す－Ｘ方向）の一端部は、一対の主輪１１の回転軸に対してピッチ方向に回転可能に支持されている。

　支持部１２は、移動体１の進行方向（図１に示すＹ方向）に対して、水平な地面と平行に延びる板状の部材である。支持部１２は、一対の主輪１１の回転軸に対してピッチ方向に回転可能に支持されている。

　なお、支持部１２は必ずしも水平な地面と平行である必要はない。支持部１２を水平な地面と平行にしない場合、水平な地面と支持部１２との角度を予め考慮したプログラミングを、後述のＲＯＭ２２に記憶されているプログラムに対して行っておけばよい。

　支持部１２における主輪１１に支持されていない側の他端部の下方には、１つの補助輪１３が設けられている。これにより、支持部１２は、主輪１１と補助輪１３とをつなぐ。また、主輪１１と補助輪１３の両方が地面に接するようになっている。

　なお、本実施形態における本体部１０は、一対の主輪１１の回転軸に対してピッチ方向に回転可能に支持されているが、これに限るものではない。実施の際の本体部１０は、支持部１２に対してピッチ方向に回転可能に支持されていてもよい。

　一対の主輪１１は、同じ軸に取り付けられ、同期して回転する。ただし、２つの主輪１１は、それぞれ個別に駆動させ、回転させることも可能である。

　一つの補助輪１３は、移動体１の進行方向に対して主輪１１より後ろで支持部１２に回転可能に支持されている。そのため、移動体１では、一対の主輪１１が前輪であり、一つの補助輪１３が後輪である。また、各主輪１１の直径は、補助輪１３の直径より長い。

　なお、この実施形態においては、主輪１１は２輪である例を示しているが、２輪に限られるものではない。同様に、補助輪１３も１輪である例を示しているが、１輪に限られるものではない。例えば補助輪を２輪にして、ユーザを両側から挟むように２輪の補助輪を配置した場合、移動体のピッチ方向の幅を狭くすることが出来るため、移動体をコンパクトにすることが出来る。

　また、この実施形態の移動体１では、主輪１１が前輪であり、補助輪１３が後輪である例を示しているが、これに限るものではない。実施の際は例えば、補助輪が前輪であり、主輪が後輪であってもよい。ここで、主輪が前輪の場合、１輪の補助輪がユーザの足元に配置されることになるため、ユーザの足が１輪の補助輪にあたってつまずく可能性がある。そのため、補助輪を２輪にして、ユーザを両側から挟むように２輪の補助輪を配置する方が好ましい。主輪が前輪の場合、第１の制御モードから第２の制御モードになるときにユーザが後傾姿勢となるため、ユーザが恐怖感を感じる可能性は低い。一方、主輪が後輪の場合、ユーザの足が１輪の補助輪にあたってつまずく可能性は少ないものの、第１の制御モードから第２の制御モードになるときにユーザが前傾姿勢になる。これにより、ユーザが恐怖感を感じる可能性がある。

　また、本体部１０の主輪１１とは逆側の他端部には円柱状のグリップ部１６が設けられている。グリップ部１６の上面には、電源スイッチ等のユーザインタフェース（図３に示すユーザＩ／Ｆ２８）が設けられている。本体部１０のうち、グリップ部１６に近い位置には手動ブレーキ２９が取り付けられている。

　ユーザは、グリップ部１６を握る、あるいは前腕等をグリップ部１６に載せ、グリップ部１６と前腕等の摩擦により、移動体１を手押し車として使用する。

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

　本体部１０には、ジャイロセンサ２４が設けられている。支持部１２の上面には、傾斜角センサ２０が設けられている。ジャイロセンサ２４及び傾斜角センサ２０の詳細については後述する。

　また、阻止部は、本体部１０と支持部１２との接続部分に設けられている。阻止部はストッパであり、本体部１０と支持部１２との成す角度が一定未満になることを物理的に阻止する。本実施形態では、本体部１０と支持部１２との成す角度がθ２未満となる、本体部１０又は支持部１２の回転を阻止する。阻止部やθ２の詳細については後述する。

　なお、阻止部は、物理的なストッパ以外に、リミットセンサによる制御により、本体部１０と支持部１２との成す角度が一定未満になることを阻止するものであってもよい。

　次に、移動体１の構成および基本動作について説明する。図３に示すように、移動体１は、傾斜角センサ２０、制御部２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、ジャイロセンサ２４、本体部駆動部２５、主輪駆動部２６、補助輪駆動部２７、ユーザＩ／Ｆ２８、手動ブレーキ２９、及び補助センサ３０を備えている。

　なお、制御部２１、及び主輪駆動部２６が、本発明の「駆動制御部」を構成する。ジャイロセンサ２４が、本発明の「角度変化検出部」を構成する。

　制御部２１は、移動体１を統括的に制御する機能部であり、ＲＯＭ２２に記憶されているプログラムを読み出し、当該プログラムをＲＡＭ２３に展開することで種々の動作を実現する。

　本体部駆動部２５は、本体部１０と支持部１２との接続部分に設けられたモータを駆動することにより、本体部１０をピッチ方向へ回転させる。

　傾斜角センサ２０は、鉛直方向に対する支持部１１２の傾斜角を検知し、制御部２１に出力する。制御部２１は、傾斜角センサ２０の検知結果に基づいて、移動体１が存在する地面の、鉛直方向に対する傾斜角を推定する。

　ジャイロセンサ２４は、本体部１０のピッチ方向の角速度を検知し、制御部２１に出力する。

　なお、移動体１は、本体部１０の各方向の加速度を検知する加速度センサや、本体部１０と支持部１２からなる交差角度を検知するロータリエンコーダを備えていてもよい。

　基本動作として、制御部２１は、ジャイロセンサ２４の検知結果に基づいて、本体部１０のピッチ方向の傾斜角の角度変化を検知し、本体部１０の角度変化がゼロとなるように、かつ本体部１０の鉛直方向に対する角度が目標角度（例えば０または０に近い値）となるように、主輪駆動部２６を制御する。

　主輪駆動部２６は、主輪１１に取り付けられた軸を回転させるモータを駆動する機能部であり、制御部２１の制御に従って主輪１１を回転させる。主輪駆動部２６は、支持部１２の底面に設けられており、一対の主輪１１を駆動する。

　補助輪駆動部２７は、補助輪１３に取り付けられた軸を回転させるモータを駆動する機能部であり、制御部２１の制御に従って補助輪１３を回転させることも可能である。ただし、補助輪駆動部２７による補助輪１３の駆動は、本発明において必須の構成ではない。

　なお、ここでは、本体部１０のピッチ方向の傾斜角の角度変化を検知する手段として、ジャイロセンサ２４を用いる例を示したが、加速度センサを用いることも可能であるし、どの様なセンサを用いてもよい。例えば、ロータリエンコーダを用いて本体部１０に対する支持部１２の交差角度を検知する場合、当該交差角度から本体部１０の鉛直方向に対する傾斜角を推定することも可能である。

　このようにして、移動体１は、基本動作として、倒立振子制御を行い、本体部１０の姿勢をほぼ一定に保つように制御する。移動体１は、ユーザがグリップ部１６を握って移動体１を押した場合でもほぼ一定の姿勢を保つため、当該移動体１を手押し車として使用することができる。

　移動体１は、倒立振子制御を常に行うことにより、主輪１１だけが接地された状態であっても転倒するおそれは少ない。

　しかし、例えば、本体部１０の重心が主輪１１より前方側（Ｙ方向）にあった状態で電源がオフされると、本体部１０の姿勢の制御が不可能になり、一定の姿勢を保てなくなる。最悪の場合、移動体１またはユーザがバランスを崩し転倒する可能性がある。

　そこで、制御部２１は、倒立振子制御を行う第１の制御モードと、第１の制御モードでの制御時よりも本体部１０の重心が安定する位置まで本体部１０を補助輪１３側へ傾け、倒立振子制御をオフする第２の制御モードと、を有している。

　図４は、第１の制御モードと第２の制御モードとの切り替えを示す図である。図４（Ａ）は、第１の制御モード時の移動体１の姿勢を示す概略側面図であり、図４（Ｂ）は、第２の制御モード時の移動体１の姿勢を示す概略側面図である。図４（Ｃ）は、移動体１の動作を示すフローチャートである。

　図４（Ａ）に示す第１の制御モード時には、上述したように倒立振子制御を常に行うことにより、本体部１０の姿勢を一定に保つ。ここでは、本体部１０の姿勢が鉛直に近い方向に維持されるよう（即ち本体部１０と支持部１２との成す角度がθ１となるように）主輪１１の回転を駆動、制御する。

　第１の制御モード時には本体部１０の姿勢が鉛直に近い状態を維持するため、仮に急に倒立振子制御がオフになると、本体部１０がユーザからみて前方向（θ１が大きくなる方向）または後ろ方向（θ１が小さくなる方向）に倒れる。この倒れる付勢力によって、移動体１が転倒したり、ユーザが転倒したりしてしまう可能性がある。

　特に、本体部１０の重心が主輪１１の回転軸と補助輪１３の回転軸との間にない場合、例えば、第１の制御モードにおいて、角度θ１が９０°を超える場合においては、移動体１はバランスが安定せず、転倒の可能性が高くなる。

　ここで、ユーザがユーザＩ／Ｆ２８における切替スイッチを操作し、モード切り替え指示がなされると（ｓ１１）、制御部２１は、図４（Ｂ）に示すように、第２の制御モードに移行する（ｓ１２）。

　制御部２１は第２の制御モードにおいて、本体部１０と支持部１２との成す角度がθ１よりも小さいθ２となるまで主輪１１の回転を駆動、制御し、倒立振子制御をオフする。角度θ２は、本体部１０の重心が主輪１１の回転軸と補助輪１３の回転軸との間にくる角度に予め設定する。本実施形態では、角度θ２の設定を阻止部により行っている。

　阻止部はストッパであり、一定以上の本体部１０の回転（傾き）を物理的に阻止する。阻止部の構造は、例えば本体部１０の揺動範囲を制限するように支持部１２に取り付けられた金属ブロックである。また阻止部は、揺動範囲を調整できるストッパボルト構造であってもよい。ストッパの材質は金属に限らず、樹脂、ゴムであってもよい。

　本実施形態では、阻止部は、本体部１０と支持部１２との成す角度がθ２未満となるような本体部１０の回転（傾き）を阻止する。即ち、制御部２１は第２の制御モードにおいて、本体部１０が阻止部に接触して回転を阻止されるまで主輪１１の回転を駆動、制御し、倒立振子制御をオフする。

　第２の制御モードでは、本体部１０の重心が主輪１１の回転軸と第２車輪の回転軸との間にくる位置で倒立振子制御がオフされる。さらに具体的には、本体部１０の重心が主輪１１の回転軸と補助輪１３の回転軸との間にくる位置であって、第１の制御モードでの制御時よりも本体部１０のバランスが安定する位置に移行した後で倒立振子制御がオフされる。

　したがって、角度θ２は、本体部１０が最もバランスを取れる角度に阻止部によって設定することが好ましい。なお、この角度θ２まで本体部１０が傾いたことは、リミットセンサによって検知してもよい。

　このとき、本体部１０が阻止部に接触しているため、本体部１０の重心がこれ以上後方にずれることはない。また、グリップ部１６の重力トルクが後方に働くため、ユーザが本体部１０を意図的に前方へ倒そうとしない限り、本体部１０の重心が前方にずれることはない。

　また、急に倒立振子制御がオフになった場合とは異なり、本体部１０と支持部１２との成す角度がθ１よりも小さいθ２となるまで主輪１１の回転を駆動、制御できる。そのため本体部１０が倒れる付勢力は比較的緩やかになる。そして、移動体１はバランスが安定した状態で倒立振子制御を終了できる。以上により、移動体１の転倒やユーザの転倒等の発生を防止することができる。

　したがって、本実施形態によれば、転倒を防止することができ、かつ、小型・軽量な移動体１を提供できる。

　なお、制御部２１は、第２の制御モードに移行した後、主輪１１の駆動、制御を停止してもよい。この場合でも、主輪１１および補助輪１３は転がることが可能であるため、手押し車として使用することができる。

　以後、制御部２１は第２の制御モードにおいて、再び切り替え指示がなされると（ｓ１１）、第１の制御モードに復帰させる（ｓ１２）。

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

　図５は、手動ブレーキにより第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。図５（Ａ）は、第１の制御モード時の移動体１の姿勢を示す概略側面図であり、図５（Ｂ）は、第２の制御モード時の移動体１の姿勢を示す概略側面図である。図５（Ｃ）および図５（Ｄ）は、移動体１の動作を示すフローチャートである。

　図５（Ａ）に示す第１の制御モード時には、上述したように倒立振子制御を常に行うことにより、本体部１０の姿勢を一定に保つ。ここで、ユーザが手動ブレーキ２９を操作した場合（ｓ２１）、制御部２１は、図５（Ｂ）に示すように、第２の制御モードに移行する（ｓ２２）。

　その後、制御部２１は、主輪１１または補助輪１３をロックし、手動ブレーキ２９によるブレーキ操作を有効にする（ｓ２３）。主輪１１または補助輪１３は、機械的にロックしてもよいし、電磁的にロックしてもよい。さらにその後、制御部２１は、主輪１１の駆動、制御を停止する（ｓ２４）。これにより、移動体１は、完全に停止した状態となる。

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

　次に、図６は、障害物検知センサの検知結果に応じて第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。図６（Ａ）は、第１の制御モード時の移動体１の姿勢を示す概略側面図であり、図６（Ｂ）は、第２の制御モード時の移動体１の姿勢を示す概略側面図である。図６（Ｃ）は、移動体１の動作を示すフローチャートである。

　図６（Ａ）に示す第１の制御モード時には、上述したように倒立振子制御を常に行うことにより、本体部１０の姿勢を一定に保つ。ここで、補助センサ３０のうち、本体部１０の前方に設けられた障害物検知センサ（例えば超音波や赤外線等からなるセンサ）が障害物を検知したとき（ｓ４１）、制御部２１は、図６（Ｂ）に示すように、第２の制御モードに移行する（ｓ４２）。

　この場合においても、制御部２１は、第２の制御モードに移行した後、主輪１１の駆動、制御を停止してもよい。制御部２１は、障害物検知センサが障害物を検知しなくなった場合、第１の制御モードに復帰させるようにしてもよいし、ユーザが明示的に第１の制御モードに復帰させる操作をユーザＩ／Ｆ２８により行った（例えば一端電源をオフしてから再び電源をオンした等）場合に限り、第１の制御モードに復帰させるようにしてもよい。

　次に、図７は、衝撃検知センサの検知結果に応じて第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。図７（Ａ）は、第１の制御モード時の移動体１の姿勢を示す概略側面図であり、図７（Ｂ）は、第２の制御モード時の移動体１の姿勢を示す概略側面図である。図７（Ｃ）は、移動体１の動作を示すフローチャートである。

　図７（Ａ）に示す第１の制御モード時には、上述したように倒立振子制御を常に行うことにより、本体部１０の姿勢を一定に保つ。ここで、補助センサ３０のうち、本体部１０に設けられた衝撃検知センサが衝突等の大きな衝撃を検知したとき（ｓ５１）、制御部２１は、図７（Ｂ）に示すように、第２の制御モードに移行する（ｓ５２）。衝撃センサは、例えば３軸加速度センサからなり、所定の閾値以上の加速度を検知した場合に、衝突等の大きな衝撃を検知したと判定する。

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

　次に、図８は、着座板の開閉に応じて第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。図８（Ａ）は、第１の制御モード時の移動体１の姿勢を示す概略側面図であり、図８（Ｂ）は、第２の制御モード時の移動体１の姿勢を示す概略側面図である。図８（Ｃ）は、ユーザが着座板に着座している様子を示す概略側面図である。図８（Ｄ）は、移動体１の動作を示すフローチャートである。

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

　図８（Ａ）に示す第１の制御モード時には、上述したように倒立振子制御を常に行うことにより、本体部１０の姿勢を一定に保つ。ここで、補助センサ３０のうち、本体部１０に設けられた着座板センサが、本体部１０から着座板５１の他端が外れたことを検知したとき（ｓ６１）、制御部２１は、図８（Ｂ）に示すように、第２の制御モードに移行する（ｓ６２）。

　補助センサ３０が、本体部１０から着座板５１の他端が外れる原因としては、ユーザ自らが着座板５１の操作をした場合、もしくは、何らかの原因により意図せず着座板５１が開いてしまった場合も含む。後者の場合は、ユーザから見て前方側に着座板５１が突出してしまうことになるので、そのままの状態での使用は危険な可能性がある。そのため、意図せず着座板５１が外れた時にも第２の制御モードに移行することが好ましい。

　第２の制御モードに移行した場合、図８（Ｃ）に示すように、ユーザは、着座板５１に着座することが可能になる。この場合においても、制御部２１は、第２の制御モードに移行した後、主輪１１の駆動、制御を停止してもよい（ｓ６３）。

　制御部２１は、補助センサ３０が本体部１０への着座板５１の他端の装着を検知した場合、第１の制御モードに復帰させるようにしてもよいし、ユーザが着座板５１の他端の装着を行った後、明示的に第１の制御モードに復帰させる操作をユーザＩ／Ｆ２８により行った（例えば一端電源をオフしてから着座板５１の他端の装着を行い再び電源をオンした等）場合に限り、第１の制御モードに復帰させるようにしてもよい。

　次に、図９は、モータトルク異常の有無により、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。図９（Ａ）は、第１の制御モード時の移動体１の姿勢を示す概略側面図であり、図９（Ｂ）は、第２の制御モード時の移動体１の姿勢を示す概略側面図である。図９（Ｃ）は、移動体１の動作を示すフローチャートである。

　図９（Ａ）に示す第１の制御モード時には、上述したように倒立振子制御を常に行うことにより、本体部１０の姿勢を一定に保つ。ここで、制御部２１は、補助センサ３０のうち、トルク検知センサにより主輪１１に対して発生させるトルクの異常を検知した場合（ｓ７１）、図９（Ｂ）に示すように、第２の制御モードに移行する（ｓ７２）。その後、制御部２１は、主輪１１の駆動、制御を停止する（ｓ７３）。

　これにより、例えば主輪１１に異物が挟まった等の状況が発生した場合においても、モータを保護しつつ、本体部１０が転倒しないように安全な状態に移行することができる。なお、主輪１１に対して発生させるトルクは、モータへの供給電流を参照することにより検知することができる。例えば、トルクの瞬間値が所定の閾値以上となった場合や、所定時間以上継続してトルクの値が所定の閾値以上となった場合に、トルク異常として検知する。

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

　次に、図１０は、人体の接触の有無により、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。図１０（Ａ）は、第１の制御モード時（ユーザが移動体１を離した瞬間）の移動体１の姿勢を示す概略側面図であり、図１０（Ｂ）は、第２の制御モード時の移動体１の姿勢を示す概略側面図である。図１０（Ｃ）は、移動体１の動作を示すフローチャートである。

　図１０（Ａ）に示す第１の制御モード時には、上述したように倒立振子制御を常に行うことにより、本体部１０の姿勢を一定に保つ。ここで、制御部２１は、補助センサ３０のうちグリップ部１６に設けられたタッチセンサでユーザの手が離れたことを検知し（ｓ８１）、かつ所定時間が経過した場合（ｓ８２）、図１０（Ｂ）に示すように、第２の制御モードに移行する（ｓ８３）。

　その後、制御部２１は、主輪１１または補助輪１３をロックし、移動体１の移動を停止させる（ｓ８４）。主輪１１の駆動、制御を停止する（ｓ８５）。これにより、移動体１は、完全に停止した状態となる。

　次に、図１１は、電池残量により第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図（フローチャート）である。

　電池残量がなくなると、倒立振子制御を行うことができなくなり、本体部が転倒する可能性がある。そのため、制御部２１は、補助センサ３０のうち、残量検知センサによる検知によって電池残量が所定の閾値未満となった場合（ｓ１２１）、第２の制御モードに移行する（ｓ１２２）。この場合、制御部２１は、電池残量が所定の閾値以上に復帰するまでは、第２の制御モードを維持し、第１の制御モードに移行しないことが好ましい。

　次に、図１２は、主輪の空転の有無により、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。

　図１２（Ａ）は、悪路を走行し、主輪１１が空転した場合を示す概略側面図であり、図１２（Ｂ）は、障害物に衝突し、主輪１１が空転した場合を示す概略側面図である。図１２（Ｃ）は、移動体１の動作を示すフローチャートである。

　この例において、制御部２１は、補助センサ３０のうち、空転検知センサによって主輪１１の空転を検知した場合（ｓ９１）、第２の制御モードに移行する（ｓ９２）。主輪１１の空転は、補助センサ３０のうちロータリエンコーダの値を参照する、あるいはモータトルクを参照することにより検知することができる。

　ｓ９１において主輪１１の空転が検知されると、ｓ９２において第２の制御モードに切り替わり、倒立振子制御がオフされる。その結果、予期しない移動体１の暴走や電池の消耗を防ぐことが出来る。

　最後に、前記実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…移動体
１０…本体部
１１…主輪
１２…支持部
１３…補助輪
１６…グリップ部
２０…傾斜角センサ
２１…制御部
２２…ＲＯＭ
２３…ＲＡＭ
２４…ジャイロセンサ
２５…本体部駆動部
２６…主輪駆動部
２７…補助輪駆動部
２９…手動ブレーキ
３０…補助センサ
５１…着座板

Claims

　第１車輪と、
　前記第１車輪とは異なる回転軸で回転する第２車輪と、
　前記第１車輪と前記第２車輪とをつなぐ支持部と、
　前記第１車輪の回転軸または前記支持部に対してピッチ方向に回転可能に支持されている本体部と、
　前記第１車輪を駆動、制御する駆動制御部と、
　前記本体部のピッチ方向の傾斜角の角度変化を検出する角度変化検出部と、
　を備え、
　前記駆動制御部は、
　前記角度変化検出部の出力に基づいて、前記本体部の角度変化が０となるように、かつ前記本体部の鉛直方向に対する角度が所定角度になるように、前記第１車輪の回転を制御する倒立振子制御を行う第１の制御モードと、
　前記第１の制御モードでの制御時よりも前記本体部の重心が安定する位置まで前記本体部を前記第２車輪側へ傾け、前記倒立振子制御をオフする第２の制御モードと、を有し、
　前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切り替える切替手段を備えたことを特徴とする移動体。
　前記本体部と前記支持部との成す角度が一定未満になるような前記本体部の傾きを阻止する阻止部を備え、
　前記駆動制御部は、前記阻止部によって阻止されるまで前記本体部を前記第２車輪側へ傾けることを特徴とする請求項１に記載の移動体。
　前記第２車輪は、前記第１車輪の回転による前記支持部の進行方向に対して、前記第１車輪より後ろに位置することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の移動体。
　前記本体部は、前記第１車輪の回転軸に対してピッチ方向に回転可能に支持されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の移動体。
　前記駆動制御部は、前記第１車輪の回転停止の指示を受け付けた場合に、前記第１の制御モードから前記第２の制御モードに切り替えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の移動体。
　障害物検知センサを備え、
　前記切替手段は、前記障害物検知センサの出力に応じて、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切り替えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の移動体。
　衝撃検知センサを備え、
　前記切替手段は、前記衝撃検知センサの出力に応じて、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切り替えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の移動体。
　前記本体部に、一端が回転可能に連結された着座板と、
　前記着座板が前記本体部に対して所定の角度になったか否かを検知する着座板センサと、を備え
　前記切替手段は、前記着座板センサの出力に応じて、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切り替えることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の移動体。
　前記駆動制御部は、前記第２の制御モードに移行した後、前記第１車輪の駆動、制御を停止することを特徴とする請求項８に記載の移動体。
　前記駆動制御部の前記第１車輪に対して発生させるトルクが所定値を超えたか否かを検知するトルク検知センサを備え、
　前記切替手段は、前記トルク検知センサの出力に応じて、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切り替えることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の移動体。
　前記本体部の一部に、人体が前記本体部に触れているか否かを検知するタッチセンサを備え、
　前記切替手段は、前記タッチセンサの出力に応じて、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切り替えることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の移動体。
　前記駆動制御部に駆動電圧を供給する電池と、
　前記電池の蓄電残量を検知する残量検知センサと、を備え、
　前記切替手段は、前記残量検知センサの出力に応じて、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切り替えることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の移動体。
　前記第１車輪の空転を検知する空転検知センサを備え、
　前記駆動制御部は、前記本体部をピッチ方向に回転させ、
　前記切替手段は、前記空転検知センサの出力に応じて、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切り替えることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の移動体。