JP4867823B2 - 倒立車輪型移動体、及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は倒立車輪型移動体、及びその制御方法に関する。

倒立車輪型移動体は、通常、左右の駆動輪を駆動して安定状態を維持するように重心位置を修正しつつ、移動を行なうように制御している。移動体に人、物等の輸送対象を載せることによって、簡便に輸送することが可能になる。このような移動体では、急停止、又は急加速すると、転倒してしまうおそれがある。そのため、走行中の転倒を防止するために、副車輪を設けたものが開示されている（特許文献１）。

例えば、特許文献１の乗物では、副車輪は駆動輪の前後方向に配置されている。そして、アクチュエータによって伸縮するストラットの端部に副車輪が設けられている。モーメントを検出する検出器により傾斜を検知する。この検知された傾斜に応じて、アクチュエータによってストラットを展開して、副車輪を地面と接触させている。
特表２０００−５１４６８０号公報

このような倒立車輪型移動体は、人の生活の中に入り込むことを想定した乗物である。したがって、その乗り心地がよいほど、車椅子のような通常の車両と同様に考えてしまう。このため、フィードバック制御しながら、倒立安定を図っていることを、搭乗者が忘れる可能性がある。倒立車輪型移動体は、搭乗者がうっかり足を地面につくと、移動体は搭乗者の重心移動により前傾姿勢になる。このような場合、倒立安定を保つため、前傾した角度を元の角度に復帰させようする。したがって、移動体は前方に加速して、前進する。その結果、ついた足に車両が衝突してしまうおそれがある。また、搭乗者が移動体に搭乗した場合に限らず、輸送対象が物である場合についても同様の問題が発生する。すなわち、輸送対象が移動体から降車するときに、移動体が前傾姿勢になってしまうため、前進してしまうという問題点がある。

このような問題点に対して、搭乗者にシートベルトを設けて義務化することなども考えられるが、人の生活に溶け込むことを想定した車両コンセプトから外れてしまう。また、不意の降車時に上記の前進を防ぐために、搭乗者に技量が要求されてしまっては、乗物としての使いやすさが低減してしまう。このように、従来の倒立車輪型移動体では、降車時における利便性を向上することが困難であるという問題点がある。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、利便性を向上することができる倒立車輪型移動体、及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様にかかる倒立車輪型移動体は、操作者の操作に応じた指令入力にしたがって移動して、輸送対象を輸送する倒立車輪型移動体であって、車輪を回転可能に支持する車台と、前記車輪を回転駆動する第１の駆動部と、前記輸送対象を乗せるために設けられ、支持部材を介して前記車台に対して回動可能に支持された車体と、前記車体上から前記輸送対象が降車するか否かを判定するために設けられ、前記車体上の輸送対象の状態に応じて出力が変化するセンサと、転倒防止動作を行う第２の駆動部と、前記倒立車輪型移動体が一定速度より速く走行している場合に、前記センサからの出力に基づいて前記輸送対象が降車すると判定されると、前記第１の駆動部を制御して、前記倒立車輪型移動体の速度を低下させる制御部と、を備え、前記輸送対象が降車すると判定された場合に、前記制御部が、前記倒立車輪型移動体の速度の絶対値が閾値よりも低くなった後、前記第２の駆動部を制御して、前記転倒防止動作を実施させるものである。これにより、速度が低下した後に、転倒防止動作が実行されるため、安全性が向上する。よって、様々な場所で利用することができ、利便性を向上することができる。

本発明の第２の態様にかかる倒立車輪型移動体は、上記の倒立車輪型移動体であって、前記倒立車輪型移動体が前記一定速度以下で走行している場合に、前記制御部が、前記センサからの出力、及び前記指令入力に基づいて前記輸送対象が降車すると判定し、前記第２の駆動部を制御して、前記転倒防止動作を実施させるものである。これにより、誤って降車すると判断することを防止できるため、不要なときに転倒防止動作が実施するのを防ぐことができる。よって、利便性を向上することができる。

本発明の第３の態様にかかる倒立車輪型移動体は、操作者の操作に応じた指令入力にしたがって移動して、輸送対象を輸送する倒立車輪型移動体であって、車輪を回転可能に支持する車台と、前記車輪を回転駆動する第１の駆動部と、前記輸送対象を乗せるために設けられ、支持部材を介して前記車台に対して回動可能に支持された車体と、前記車体上から前記輸送対象が降車するか否かを判定するために設けられ、前記車体上の輸送対象の状態に応じて出力が変化するセンサと、転倒防止動作を行う第２の駆動部と、前記倒立車輪型移動体が前記一定速度以下で走行している場合に、前記センサからの出力、及び前記指令入力に基づいて前記輸送対象が降車すると判定し、前記第２の駆動部を制御して、前記転倒防止動作を実施させる制御部と、を備えるものである。これにより、誤って降車すると判断することを防止できるため、不要なときに転倒防止動作が実施するのを防ぐことができる。よって、利便性を向上することができる。

本発明の第４の態様にかかる倒立車輪型移動体は、上記の倒立車輪型移動体であって、前記輸送対象が降車すると判定された場合、前記車体が移動方向と逆に傾斜するような目標傾斜角度を設定し、前記制御部が前記目標傾斜角度に追従するように前記第１の駆動部をフィードバック制御するものである。これにより、速やかに速度を低下させることができる。

本発明の第５の態様にかかる倒立車輪型移動体は、上記の倒立車輪型移動体であって、前記輸送対象が降車すると判定された場合、前記車体が移動方向と逆に傾斜するようなトルク指令を設定し、前記第１の駆動部が、前記トルク指令に基づいて前記車輪を回転駆動するものである。これにより、速やかに速度を低下させることができる。

本発明の第６の態様にかかる倒立車輪型移動体は、上記の倒立車輪型移動体であって、前記転倒防止動作を開始した後、前記車輪の駆動トルクを０にするものである。これにより、安全に降車することができる。

本発明の第７の態様にかかる倒立車輪型移動体は、上記の倒立車輪型移動体であって、前記車体の重心位置が低くすること、又は転倒防止部材を車体の前側に展開することによって前記転倒防止動作を実施するものである。これにより、確実に転倒を防止することができる。

本発明の第８の態様にかかる倒立車輪型移動体の制御方法は、車輪を回転可能に支持する車台と、前記車輪を回転駆動する第１の駆動部と、前記輸送対象を乗せるために設けられ、支持部材を介して前記車台に対して回動可能に支持された車体と、前記車体上から前記輸送対象が降車するか否かを判定するために設けられ、前記車体上の輸送対象の状態に応じて出力が変化するセンサと、転倒防止動作を行う第２の駆動部と、を備える倒立車輪型移動体を制御する制御方法であって、前記倒立車輪型移動体が一定速度より速く走行しているか否かを判定するステップと、前記一定速度より速く走行している場合に、前記センサからの出力に基づいて前記輸送対象が降車するか否かを判定するステップと、前記輸送対象が降車すると判定されると、前記倒立車輪型移動体の速度を低下させるステップと、前記倒立車輪型移動体の速度の絶対値が閾値よりも低くなった後、前記第２の駆動部を制御して、前記転倒防止動作を実施させるステップと、を備えるものである。これにより、速度が低下した後に、転倒防止動作が実行されるため、安全性が向上する。よって、様々な場所で利用することができ、利便性を向上することができる。

本発明の第９の態様にかかる倒立車輪型移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、前記倒立車輪型移動体が前記一定速度以下で走行している場合に、前記センサからの出力、及び前記指令入力に基づいて前記輸送対象が降車すると判定し、前記第２の駆動部を制御して、前記転倒防止動作を実施させるステップと、をさらに備えるものである。これにより、誤って降車すると判断することを防止できるため、不要なときに転倒防止動作が実施するのを防ぐことができる。よって、利便性を向上することができる。

本発明の第１０の態様にかかる倒立車輪型移動体の制御方法は、車輪を回転可能に支持する車台と、前記車輪を回転駆動する第１の駆動部と、前記輸送対象を乗せるために設けられ、支持部材を介して前記車台に対して回動可能に支持された車体と、前記車体上から前記輸送対象が降車するか否かを判定するために設けられ、前記車体上の輸送対象の状態に応じて出力が変化するセンサと、転倒防止動作を行う第２の駆動部と、を備え、操作者の操作に応じた指令入力にしたがって移動して、輸送対象を輸送する倒立車輪型移動体の制御方法であって、前記倒立車輪型移動体が一定速度より速く走行しているか否かを判定するステップと、前記倒立車輪型移動体が前記一定速度以下で走行している場合に、前記センサからの出力、及び前記指令入力に基づいて前記輸送対象が降車すると判定し、前記第２の駆動部を制御して、前記転倒防止動作を実施させるステップと、を備えるものである。これにより、誤って降車すると判断することを防止できるため、不要なときに転倒防止動作が実施するのを防ぐことができる。よって、利便性を向上することができる。

本発明の第１１の態様にかかる倒立車輪型移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、前記輸送対象が降車すると判定された場合、前記車体が移動方向と逆に傾斜するような目標傾斜角度を設定し、前記目標傾斜角度に追従するように前記第１の駆動部をフィードバック制御するものである。これにより、速やかに速度を低下させることができる。

本発明の第１２の態様にかかる倒立車輪型移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、前記輸送対象が降車すると判定された場合、前記車体が移動方向と逆に傾斜するようなトルク指令を設定し、前記第１の駆動部が、前記トルク指令に基づいて前記車輪を回転駆動するものである。これにより、速やかに速度を低下させることができる。

本発明の第１３の態様にかかる倒立車輪型移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、前記転倒防止動作を開始した後、前記車輪の駆動トルクを０にするものである。これにより、安全に降車することができる。

本発明の第１４の態様にかかる倒立車輪型移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、前記車体の重心位置が低くすること、又は転倒防止部材を車体の前側に展開することによって前記転倒防止動作を実施するものである。これにより、確実に転倒を防止することができる。

本発明によれば、利便性を向上することができる倒立車輪型移動体、及びその制御方法を提供することを目的とする。

本実施の形態にかかる移動体は倒立振子制御によって移動する倒立車輪型移動体である。移動体は、地面に接地した車輪を駆動することによって、所定の位置まで移動する。これにより、車体上に乗っている輸送対象を輸送することができる。さらに、ジャイロセンサ等からの出力に応じて車輪を駆動することによって、倒立状態を維持することができる。さらに、輸送対象が降車するか否かを判定するためのセンサが設けられている。

発明の実施の形態１．
図１及び図２を用いて、本実施の形態にかかる移動体１００の構成について説明する。図１は移動体１００の構成を模式的に示す側面図であり、図２は移動体１００の構成を模式的に示す正面図である。

図２に示されるように、移動体１００は、倒立車輪型の移動体（走行体）であり、右駆動輪１８と、左駆動輪２０と、右車台１７と、左車台１９と、右アーム１４と、左アーム１６と、車体１２、を備えている。車体１２は、右駆動輪１８、及び左駆動輪２０の上方に配置された移動体１００の上体部である。ここで、移動体１００の進行方向（図２の紙面と垂直方向）を前後方向とし、水平面において前後方向に垂直な方向を左右方向（横方向）とする。よって、図１は、進行方向前側から移動体１００を見た図であり、図２は、左側から移動体１００を見た図である。

右アーム１４、及び左アーム１６は、関節を有するスイングアームである。通常の走行時には、右アーム１４、及び左アーム１６は、図２に示すように、伸びた状態になっている。そして、車体１２の傾斜角度に応じて、右アーム１４、及び左アーム１６が駆動される。具体的には、地面の傾斜角に応じて車体１２が左右に傾斜したとき、一方のアームを駆動して、車体１２を水平にする。例えば、水平な地面を走行中に、右駆動輪１８のみが段差に乗り上げたり、地面が右上がりの傾斜面に変わったりしたとする。この場合、右駆動輪１８と左駆動輪２０との間で、水平方向に対する高さが変化する。すなわち、右駆動輪１８が左駆動輪２０よりも高くなる。このため、右アーム１４を縮めて、車体１２の傾斜角を調整する。例えば、右アーム１４の関節を駆動して、右アーム１４をくの字型に曲げる。これにより、右アーム１４が短くなるので、横方向（左右方向）において車体１２を水平にすることができる。また、右アーム１４、及び左アーム１６は、搭乗者が降車するときに、転倒防止動作を実行する。なお、右アーム１４、及び左アーム１６の構成については後述する。

右車台１７の側面側には、地面と接地する右駆動輪１８が設けられている。左車台１９の側面側には、地面と接地する左駆動輪２０が設けられている。右駆動輪１８と左駆動輪２０は、同軸上で回転する一対の車輪である。地面と接地する右駆動輪１８と左駆動輪２０とが回転することによって、移動体１００が移動する。

右駆動輪１８及び右アーム１４の間には、右車台１７が配置されている。右車台１７は、右マウント２６を備えている。右アーム１４と右駆動輪１８との間には右マウント２６が配置されている。右マウント２６は、右アーム１４の側端に固定されている。右車台１７は、車軸３０を介して右駆動輪１８を回転可能に支持する。右駆動輪１８は、車軸３０を介して右輪駆動モータ３４の回転軸Ｃ１に固定されている。右輪駆動モータ３４は、右マウント２６内に固定され、車輪用駆動部（アクチュエータ）として機能する。即ち、右輪駆動モータ３４が右駆動輪１８を回転駆動する。

左駆動輪２０及び左アーム１６の間には、左車台１９が配置されている。左車台１９は、左マウント２８を備えている。左アーム１６と左駆動輪２０との間には左マウント２８が配置されている。左マウント２８は、左アーム１６の側端に固定されている。左マウント２８は、車軸３２を介して左駆動輪２０を回転可能に支持する。左駆動輪２０は、車軸３２を介して左輪駆動モータ３６の回転軸Ｃ２に固定されている。左輪駆動モータ３６は、左マウント２８内に固定され、車輪用駆動部（アクチュエータ）として機能する。即ち、左輪駆動モータ３６が左駆動輪２０を回転駆動する。右駆動輪１８と左駆動輪２０との間には、右車台１７、及び左車台１９が配置されている。なお、右駆動輪１８、及び左駆動輪２０を同軸上にするため、右車台１７を左車台１９に固定してもよい。

右輪駆動モータ３４及び左輪駆動モータ３６は例えば、サーボモータである。尚、車輪用アクチュエータは、電気的なモータに限らず、空圧、油圧を使用したアクチュエータでもよい。

また、右マウント２６は、右輪エンコーダ５２を備えている。右輪エンコーダ５２は、右駆動輪１８の回転量としての回転角を検出する。左マウント２８は、左輪エンコーダ５４を備えている。左輪エンコーダ５４は、左駆動輪２０の回転量としての回転角を検出する。

左アーム１６は、左マウント２８を介して左駆動輪２０の側端に取り付けられている。
左アーム１６は、上関節９１、上リンク９２、下関節９３、及び下リンク９４を有している。上リンク９２、及び下リンク９４は棒状の部材である。上リンク９２、及び下リンク９４はほぼ同じ長さの剛体である。上関節９１、及び下関節９３は、回転関節である。

下リンク９４が左マウント２８に連結されている。すなわち、下リンク９４の下端に左マウント２８が取り付けられている。左マウント２８は下リンク９４を回動可能に支持している。さらに、下リンク９４には、下関節９３が設けられている。下リンク９４は、下関節９３を介して上リンク９２と連結されている。すなわち、下リンク９４の上端に設けられた下関節９３が上リンク９２の下端に配置される。

下関節９３は、下関節モータ９５を有している。下関節モータ９５が駆動されると、上リンク９２が回転する。すなわち、下関節モータ９５を駆動すると、下リンク９４に対する上リンク９２の角度が変化する。このように、下関節９３は、左アーム１６の途中に設けられている。すなわち、下関節９３は、上リンク９２と下リンク９４との間に設けられている。上リンク９２は、下関節モータ９５の回転軸Ｃ５に固定されている。

上リンク９２の上端には、上関節９１が設けられている。上関節９１は、上リンク９２と車体１２とを連結する。上関節９１を介して、左アーム１６が車体１２と連結される。このように、左アーム１６の上端には、上関節９１が設けられている。そして、上関節９１は、上関節モータ９６を有している。上関節モータ９６を介して車体１２が左アーム１６に取り付けられている。そして、上関節モータ９６が駆動されると、車体１２が回転する。すなわち、上関節モータ９６を駆動すると、上リンク９２に対する車体１２の角度が変化する。車体１２は、上関節モータ９６の回転軸Ｃ３に固定されている。

上関節９１、及び下関節９３が駆動することによって、車体１２の姿勢が変化する。このように、左アーム１６は、車体１２及び左駆動輪２０を連結するリンク機構である。よって、左アーム１６の下端側が、左駆動輪２０の回転軸Ｃ２に接続され、上端側が車体１２の回転軸Ｃ３に接続される。左アーム１６は、２つの回転関節を有する２自由度のアーム機構となっている。すなわち、左アーム１６は、複数の関節を有するアーム機構であり、車体１２と、右車台１７とを連結している。

左アーム１６の長手方向は、回転軸Ｃ２に対して垂直である。すなわち、下リンク９４の長手方向と、回転軸Ｃ２とは直交する。通常の走行時では、上リンク９２と下リンク９４とが鉛直方向に沿って配置されている。従って、下関節モータ９５の回転角度が、上リンク９２と下リンク９４とが平行になるように固定されている。この左アーム１６を介して、車体１２が回転軸Ｃ２に対して回転可能に支持される。回転軸Ｃ２と回転軸Ｃ５は、下リンク９４の長さに応じた距離だけ隔てて、平行に配置される。回転軸Ｃ３と回転軸Ｃ５は、上リンク９２の長さに応じた距離だけ隔てて、配置される。また、通常の走行時では、回転軸Ｃ３は回転軸Ｃ５と平行になっている。

右アーム１４は、右マウント２６を介して右駆動輪１８の側端に取り付けられている。
右アーム１４は、上関節６１、上リンク６２、下関節６３、下リンク６４を有している。上リンク６２は上関節６１を介して車体１２に連結されている。また、下リンク６４は、右車台１７に連結されている。そして、下リンク６４と上リンク６２とは、下関節６３を介して連結されている。下関節６３は、下関節モータ６５を有している。上関節６１は上関節モータ６６を有している。このように、右アーム１４は、左アーム１６と同様に、２関節を有する２自由度のアーム機構である。右アーム１４の構成については左アーム１６と同様であるため、説明を省略する。なお、右アーム１４の下関節モータ６５の回転軸を回転軸Ｃ４とする。また、上関節モータ６６は、回転軸Ｃ３周りに回転する。

右アーム１４の上関節６１、及び下関節６３が駆動することによって、車体１２の姿勢が変化する。このように、右アーム１４は、車体１２及び右駆動輪１８を連結するリンク機構である。よって、右アーム１４の下端側が、右駆動輪１８の回転軸Ｃ１に接続され、上端側が車体１２の回転軸Ｃ３に接続される。右アーム１４は、２つの回転関節を有する２自由度のアーム機構となっている。すなわち、右アーム１４は、複数の関節を有するアーム機構であり、車体１２と、右車台１７とを連結している。

右アーム１４の長手方向は、回転軸Ｃ１に対して垂直である。すなわち、下リンク６４の長手方向と、回転軸Ｃ１とは直交する。通常の走行時では、上リンク６２と下リンク６４とが同軸上に配置されている。従って、側面視において、上リンク６２と下リンク６４とが一直線になるように、下関節モータ６５の回転角度が固定されている。この右アーム１４を介して、車体１２が回転軸Ｃ１に対して回転可能に支持される。また、通常の走行時には、回転軸Ｃ１、回転軸Ｃ３、及び回転軸Ｃ４は平行になっている。

ここで、右アーム１４の上関節モータ６６と左アーム１６の上関節モータ９６とは、鉛直方向に沿って配置されている。すなわち、右アーム１４の上関節モータ６６と左アーム１６の上関節モータ９６は、共通の回転軸Ｃ３を有している。また、通常の走行時には、右アーム１４の下関節モータ６５と左アーム１６の下関節モータ９５とは、同軸上に配置されている。すなわち、上関節モータ６６の回転軸Ｃ４は上関節モータ９６の回転軸Ｃ５と同じ高さになっている。

このように、右アーム１４には、上関節モータ６６と下関節モータ６５とが取り付けられ、左アーム１６には、上関節モータ９６と下関節モータ９５とが取り付けられている。上関節モータ６６、９６は、上リンク６２、９２に対する車体１２の角度を可変にする。下関節モータ６５は、下リンク６４に対する上リンク６２の角度を可変にし、下関節モータ９５は、下リンク９４に対する上リンク９２の角度を可変にする。すなわち、上関節モータ６６と下関節モータ６５とは、右アーム１４の関節の角度を制御する駆動部（アクチュエータ）である。上関節モータ９６と下関節モータ９５とは、左アーム１６の関節の角度を制御する駆動部（アクチュエータ）である。従って、右アーム１４、及び左アーム１６が駆動することによって、右車台１７、及び左車台１９に対する車体１２の位置を変化させることができる。上関節モータ６６、９６と下関節モータ６５、９５とは、例えば、サーボモータであり、車体１２の姿勢角を制御する。尚、モータの動力をギアやベルトやプーリなどを介して伝達してもよい。そして、それぞれのモータを駆動することによって、車体１２の高さが変化する。これにより、移動体１００の車高を変えることができる。

上関節モータ６６及び上関節モータ９６が駆動すると、右アーム１４及び左アーム１６に対する台座７０の角度が変化する。これにより、回転軸Ｃ３を回転中心として、台座７０を前後方向に回転することができる。回転軸Ｃ３は回転軸Ｃ１及びＣ２と平行であり、回転軸Ｃ１及びＣ２の上方に位置する。回転軸Ｃ３と回転軸Ｃ１との間に右アーム１４が設けられている。回転軸Ｃ３と回転軸Ｃ２との間に左アーム１６が設けられている。下関節モータ６５は、下リンク６４に対して上リンク６２を回転軸Ｃ４周りに回転させる。下関節モータ９５は、下リンク９４に対して上リンク９２を回転軸Ｃ５周りに回転させる。また、回転軸Ｃ４は、回転軸Ｃ３と回転軸Ｃ１との間に位置し、回転軸Ｃ５は回転軸Ｃ３と回転軸Ｃ２との間に位置する。この回転軸Ｃ３には、上関節モータ６６及び上関節モータ９６が設けられている。即ち、右アーム１４及び左アーム１６が姿勢を制御するためのスイングアームとなる。なお、通常の走行時には、回転軸Ｃ１〜回転軸Ｃ５は水平になっており、移動体１００の左右方向と平行になっている。

車体１２は、台座７０、支柱７２、ジャイロセンサ４８、及び搭乗席２２を有している。平板状の台座７０は、上関節モータ６６及び上関節モータ９６を介して、それぞれ右アーム１４及び左アーム１６と取り付けられている。台座７０の対向する側面には、右アーム１４及び左アーム１６が設けられている。即ち、右アーム１４及び左アーム１６の間に、台座７０が配置される。

台座７０には、バッテリーモジュール４４と、センサ５８が収納されている。センサ５８は、例えば、光学式の障害物検知センサであり、移動体１００の前方に障害物を検知すると、検知信号を出力する。また、センサ５８は、障害物センサ以外のセンサであってもよい。例えば、センサ５８として、加速度センサを用いることも可能である。もちろん、センサ５８として、２以上のセンサが用いられていてもよい。センサ５８は移動体１００の状態に応じて変化する変化量を検出する。例えば、センサ５８は、並進方向における移動体１００の速度を測定する。バッテリーモジュール４４は、センサ５８、ジャイロセンサ４８、右輪駆動モータ３４、左輪駆動モータ３６、上関節モータ６６、上関節モータ９６、下関節モータ６５、下関節モータ９５、制御部８０等に対して電力を供給する。

車体１２の台座７０上には、ジャイロセンサ４８が設けられている。ジャイロセンサ４８は、車体１２の傾斜角に対する角速度を検出する。ここで、車体１２の傾斜角は、移動体１００の重心位置が車軸３０、３２の鉛直上方に伸びる軸からの傾斜度合いであり、例えば移動体１００の進行方向前方に車体１２が傾斜している場合を「正」とし、移動体１００の進行方向後方に車体１２が傾斜している場合を「負」として表わす。

また、進行方向の前後方向に加えて、左右方向の傾斜角速度はロール、ピッチ、ヨーの３軸のジャイロセンサ４８を用いて測定される。このように、ジャイロセンサ４８は、台座７０の傾斜角の変化を、車体１２の傾斜角速度として測定する。もちろん、ジャイロセンサ４８は他の箇所に取り付けられていてもよい。ジャイロセンサ４８で測定された傾斜角速度は、移動体１００の姿勢の変化に応じて変化する。即ち、傾斜角速度は、車軸の位置に対する車体１２の重心位置に応じて変化する変化量である。従って、外乱などによって、車体１２の傾斜角度が急激に変化すると、傾斜角速度の値が大きくなる。ジャイロセンサ４８で検出された傾斜角速度に基づいて、車体の傾斜角度が指定される。ここで、鉛直方向を基準とする前後方向の傾斜角度を車体傾斜角度とする。

台座７０の中央近傍には、支柱７２が設けられている。この支柱７２によって、搭乗席２２が支持されている。即ち、搭乗席２２は、支柱７２を介して台座７０に固定されている。搭乗席２２は、搭乗者が座ることができる椅子の形状を有する。

搭乗席２２の側面には、操作モジュール４６が設けられている。操作モジュール４６には、操作レバー（図示せず）及びブレーキレバー（図示せず）が設けられている。操作レバーは、搭乗者が移動体１００の走行速度や走行方向を調整するための操作部材である、搭乗者は、操作レバーの操作量を調整することによって移動体１００の移動速度を調整することができる。また、搭乗者は、操作レバーの操作方向を調整することによって移動体１００の移動方向を指定することができる。移動体１００は、操作レバーに加えられた操作に応じて、前進、停止、後退、左折、右折、左旋回、右旋回することができる。搭乗者がブレーキレバーを倒すことによって、移動体１００を制動することができる。移動体１００の進行方向は、車軸３０、３２と垂直な方向になる。操作者が操作モジュール４６を操作することで、操作者による操作に応じた指令入力（入力指令値）が入力される。この指令入力は、目標速度や目標加速度に対応する。例えば、操作レバーを前後に倒すことによって、前後進指令が制御部８０に入力される。

搭乗席２２の座面上には感圧センサ４５が設けられている。この感圧センサ４５の上に搭乗者が座る。したがって、感圧センサ４５と接触した状態で、搭乗者が搭乗席２２に搭乗している。感圧センサ４５は、搭乗者の重量によって加わる圧力を検出する。ここで、感圧センサ４５で検出された圧力を座席感圧とする。

感圧センサ４５や、ジャイロセンサ４８は、搭乗者が降車するかを判定するために設けられている。例えば、通常の走行時では、搭乗者の質量によって所定の圧力が感圧センサ４５に加わる。一方、降車しようとする際、搭乗者が腰を浮かすため、感圧センサ４５から搭乗者が離れていく。したがって、感圧センサ４５に加わる圧力が低下する。感圧センサ４５からの出力に基づいて、搭乗者が降車するか否かを判定することができる。具体的には、感圧センサ４５で検出された座席感圧と閾値とを比較する。そして、座席感圧が閾値よりも小さい場合、降車すると判定する。

あるいは、ジャイロセンサ４８からの出力に基づいて推定された車体傾斜角度によって、降車するか否かを判定する。例えば、前後方向の車体傾斜角度が大きい場合、搭乗者が降車すると判定される。すなわち、搭乗者が降車しようとする場合、前屈みになる。この場合、車体１２が前方向に傾斜して、車体傾斜角度が大きくなる。したがって、ジャイロセンサ４８で推定された車体傾斜角度に基づいて、降車するか否かを判定することができる。具体的には、車体傾斜角度と閾値とを比較する。そして、車体傾斜角度が閾値よりも大きい場合、降車すると判定される。すなわち、車体１２が鉛直方向から移動方向前方に一定角度以上傾斜している場合、搭乗者が、降車すると判定されることができる。

このように、感圧センサ４５、及びジャイロセンサ４８は、搭乗者が降車するかを判定するために設けられている。ジャイロセンサ４８、及び感圧センサ４５は、輸送対象である搭乗者の状態に応じて出力が変化する。したがって、ジャイロセンサ４８、又は感圧センサ４５からの出力に基づいて搭乗者が降車するか否かを判定することができる。もちろん、ジャイロセンサ４８、及び感圧センサ４５の両方を用いて降車するか否かを判定してもよい。降車すると判定されると、通常の走行処理を行う通常走行モードから、転倒防止動作を転倒防止モードに移行する。なお、降車時の処理については、後述する。

さらに、搭乗席２２の背もたれ部分には、制御部８０が実装されている。制御部８０は、搭乗者が操作モジュール４６に対して行なった操作に追従して、右輪駆動モータ３４及び左輪駆動モータ３６を制御し、移動体１００の走行（移動）を制御する。搭乗席２２の座面は台座７０の上面と平行に配置されている。制御部８０は、操作モジュール４６での操作に応じて、右輪駆動モータ３４及び左輪駆動モータ３６を制御する。これにより、操作モジュール４６での操作に応じた指令入力に追従するように右輪駆動モータ３４及び左輪駆動モータ３６が駆動する。

制御部８０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、通信用のインターフェースなどを有し、移動体１００の各種動作を制御する。そして、この制御部８０は、例えばＲＯＭに格納された制御プログラムに従って各種の制御を実行する。制御部８０は、周知のフィードバック制御により、右輪駆動モータ３４及び左輪駆動モータ３６を相互に独立して所定の角度に制御する。操作モジュール４６での操作に応じた指令入力にしたがって、右輪駆動モータ３４及び左輪駆動モータ３６が回転する。例えば、操作モジュール４６には、操作レバーの倒れ角を測定するセンサが設けられている。操作モジュール４６は、操作レバーの倒れ角、倒れ角の変化量によって、加速度や目標速度を算出する。すなわち、操作レバーの倒れ角が大きくなるほど、加速度や目標速度が大きくなる。そして、所望の加速度、及び目標速度となるように、右輪駆動モータ３４及び左輪駆動モータ３６が制御される。

また、制御部８０には、ジャイロセンサ４８や感圧センサ４５からの出力信号が入力される。制御部８０は、感圧センサ４５からの出力に基づいて、搭乗者が降車するか否かを判定する。具体的には、感圧センサ４５からの出力値を閾値と比較する。そして、閾値よりも出力値が低い場合は、搭乗者が降車すると判定する。

さらに、制御部８０は、右アーム１４、及び左アーム１６の各関節の角度を制御する。各関節は、それぞれ独立して駆動する。右アーム１４、及び左アーム１６が駆動することによって、移動体１００の姿勢が変化する。すなわち、制御部８０は、移動体１００の高さ、及び左右方向の傾斜角を制御する。

例えば、右アーム１４、又は左アーム１６を駆動すると、台座７０を左右方向に傾斜することができる。即ち、移動体１００の車体１２をロール方向（前方推進方向に平行な移動体１００の前後軸周り）に自立的に揺動傾斜させることができる。例えば、右アーム１４の上関節モータ６６、及び下関節モータ６５を駆動し、右アーム１４をくの字型に屈曲させる。具体的には、上関節モータ６６、及び下関節モータ６５を反対方向に一定角度回転させる。これにより、回転軸Ｃ３と、回転軸Ｃ１とが接近する。移動体１００の右側の車高が低くなる。このように、右アーム１４と左アーム１６とを独立して駆動することによって、搭乗者の乗り心地を向上することができる。具体的には、傾斜や段差がある地面であっても、左右方向において車体１２を水平にすることができる。すなわち、左右方向に車体１２が傾くのを防ぐことができ、乗り心地を向上することができる。

例えば、水平な地面を走行している間は、右アーム１４、及び左アーム１６を伸ばした状態とする。すなわち、回転軸Ｃ１から回転軸Ｃ３まで距離と、回転軸Ｃ２から回転軸Ｃ３までの距離を同じにする。これにより、回転軸Ｃ３が水平になり、車体１２が左右方向において水平となる。そして、水平な地面を走行中に右駆動輪１８が段差に乗り上げたり、地面が傾斜面に変わったりすると、右駆動輪１８が左駆動輪２０よりも高くなる。回転軸Ｃ３が右上がりに傾斜し、車体１２が左右方向に傾く。ここで、車体１２の左右方向の傾斜を防ぐため、上述のように右アーム１４を駆動させる。これにより、右アーム１４がくの字状に屈曲して、回転軸Ｃ１と回転軸Ｃ３とが近づく。一方、左アーム１６は伸長しているため、回転軸Ｃ２と回転軸Ｃ３とは離れている。このため、回転軸Ｃ３の傾きが変化して、車体１２を水平にすることができる。

具体的には、ジャイロセンサ４８からの出力によって、車体１２が左右方向に傾斜していることが検知される。ジャイロセンサ４８からの出力に応じて制御部８０が、一方のアームを駆動する。すなわち、制御部８０は、傾斜して高くなっている方のアームを駆動する。例えば、車体１２の右側が高くなっている場合、制御部８０は、右アーム１４の各関節を制御する。下関節モータ６５、及び上関節モータ６６が駆動して、右アーム１４が屈曲する。さらに、車体１２の傾斜角に応じた長さだけ、右アーム１４を屈曲させる。すなわち、上関節６１、及び下関節６３を、左右方向における車体１２の傾斜角度に応じた回転角度だけ駆動する。これにより、回転軸Ｃ３が水平になり左右方向において車体１２が水平になる。もちろん、車体１２の左側が高くなっている場合、左アーム１６を同様に駆動する。このように、右アーム１４、及び左アーム１６は、車体１２の水平方向の傾きを修正するスイングアームとなる。

さらに、搭乗者が降車する際、制御部８０は、右アーム１４と左アーム１６との両方を駆動して、転倒防止動作を実行する。例えば、図３（ａ）のように、右アーム１４、及び左アーム１６が伸びている状態から、右アーム１４、及び左アーム１６をくの字状に屈曲させる。これにより、図３（ｂ）に示すように、車体１２が下方に移動して、車高が低くなる。なお、図３は、移動体１００のアームの動作を説明する側面図である。ここでは、回転軸Ｃ４と回転軸Ｃ５との高さが一致するように各関節を回転させる。すなわち、回転軸Ｃ４と回転軸Ｃ５が同一水平面に含まれるようになる。これにより、左右方向において車体１２が水平になったまま、車体１２の重心位置が低くなる。換言すると車体１２の重心位置が回転軸Ｃ１、Ｃ２に接近する。よって、移動体１００の車高を下げることができる。すなわち、車体１２の最も高い箇所が地面に近づき、座面が低くなる。これにより、車体重心が低くなるので、車体１２が転倒するのを防止することができる。

さらに、図３（ｂ）の状態では、下関節６３が前方に突出している。車体１２よりも前方に突出した下関節６３が、前方への転倒を防ぐ転倒防止部となる。すなわち、移動体１００が前方に大きく傾いた場合、転倒防止部である下関節６３が地面と接触する。このため、車体１２の転倒を防止することができる。また、下関節９３が後方に突出している。車体１２よりも後方に突出した下関節９３が、後方への転倒を防ぐ転倒防止部となる。すなわち、移動体１００が後方に大きく傾いた場合、転倒防止部である下関節９３が地面と接触する。このため、車体１２の転倒を防止することができる。このように、転倒防止部が前後方向に展開すること、及び車体１２の重心位置を下げることによって、転倒防止動作が実施される。

ここで、右アーム１４と左アーム１６とを同じ角度だけ、反対方向に回転させる。すなわち、図３（ａ）から図３（ｂ）に移行するとき、下関節６３は、反時計周りに回転し、下関節９３は時計回りに回転する。また、下関節６３と下関節９３の回転角度を同じにする。さらに、上関節６１は、時計回りに回転し、上関節９１は反時計回りに回転する。そして、上関節６１と上関節９１の回転角度を同じにする。これにより、右アーム１４と左アーム１６とが反転した構成となる。すなわち、図３（ｂ）の状態で、移動体１００を横から見ると、右アーム１４と左アーム１６は回転軸Ｃ３から地面に伸びた垂線に対して反転している。そして、回転軸Ｃ１と回転軸Ｃ２を結ぶ車軸上に、回転軸Ｃ３が配置されている。さらに、各関節を同期して駆動する。これにより、車体１２が左右方向に傾斜するのを防ぐことができ、乗り心地を向上することができる。よって、安定性を向上することができる。

また、アームが屈曲した状態でも、図３（ｂ）に示すように、下関節６３、９３は、回転軸Ｃ１，Ｃ２よりも高くなっている。すなわち、下関節６３、９３を前後に突出させているため、転倒時に地面と最初に接触する箇所を高くすることができる。このように、回転軸Ｃ１，Ｃ２よりも上方において、下関節６３、９３が前後方向に突出している。従って、アーム１４、１６の下関節６３、９３が乗り上げることによる転倒を防ぐことができる。すなわち、転倒時に地面と最初に接触する箇所である下関節６３、９３は、地面から一定距離隔てて配置される。これは、アームを屈曲させて、下関節６３、９３を車体１２の前後に突出させていることに起因している。換言すると、両アームの長さ、及び関節角度を最適化することで、下関節６３、９３の地面に対するクリアランスを確保することができる。これにより、下関節６３、９３が車体１２よりも前後に突出させても、乗り上げによる転倒を防ぐことができる。従って、段差等がある地面において、転倒を防ぐことができる。なお、地面と接触する箇所に弾性体などを設けて、衝撃を吸収してもよい。

搭乗者が搭乗席から降りる際、前後方向における車体１２の重心位置の変化が大きくなる。すなわち、搭乗者の動作によって、車体１２の重心位置が大きく変動する。このため、倒立を維持することが困難になり、不安定になる。したがって、上記の転倒防止動作を実行することにより、降車時に大きく車体１２の重心位置が変化する場合でもあっても、転倒するのを防ぐことができる。速やかに降車することができ、降車時の利便性を向上することができる。うっかり降車した場合や、とっさに降車した場合でも、転倒するのを防ぐことができるため、利便性を向上することができる。

搭乗者が車体１２から降車するとき、搭乗席２２から前方に移動する。このとき、車体１２が前傾姿勢になり、車体傾斜角度が大きくなる。このため、倒立状態を維持するためのフィードバック制御を行うと、車体１２が加速して、搭乗者に衝突してしまう。制御部８０は、このような事態を防ぐための処理を行っている。この処理については、後述する。

制御部８０による制御について図４を用いて説明する。図４は、制御部８０の制御を説明するためのブロック図である。まず、通常の走行を行うための処理について説明する。図４に示すように、制御部８０は、走行制御モジュール８１と、姿勢制御モジュール８２とを有している。制御部８０は、走行制御モジュール８１と姿勢制御モジュール８２とを統括的に制御する。走行制御モジュール８１は、右輪駆動モータ３４と左輪駆動モータ３６を制御するアンプを有している。走行制御モジュール８１は、右輪駆動モータ３４と左輪駆動モータ３６とに駆動信号を出力して、右駆動輪１８、及び左駆動輪２０をフィードバック制御する。具体的には、右輪エンコーダ５２と、左輪エンコーダ５４で測定された測定値が走行制御モジュール８１に入力される。また、走行制御モジュール８１には、倒立を安定させるため、ジャイロセンサ４８からの傾斜角速度が入力されている。さらに、走行制御モジュール８１には、操作モジュール４６による操作に応じた指令入力が入力される。そして、走行制御モジュール８１は、測定値、指令入力及び傾斜角速度に基づいて、右輪駆動モータ３４と左輪駆動モータ３６を駆動する。このように、走行制御モジュール８１は、右駆動輪１８、及び左駆動輪２０をフィードバック制御する。これにより、移動体１００は、操作モジュール４６での操作に応じて移動する。よって、倒立状態で安定して走行することができる。ここでのフィードバック制御としては公知の制御方法を用いることができる。

例えば、通常の走行時では、倒立を維持するため、目標傾斜角度を０°としている。すなわち、右アーム１４、及び左アーム１６が鉛直方向になる傾斜角度を目標傾斜角度としている。また、ジャイロセンサ４８からの出力から、現在の車体傾斜角度を推定する。目標傾斜角度と現在の車体傾斜角度との差分に所定のフィードバックゲインを乗じて、倒立制御値を算出する。さらに、操作モジュール４６からの入力に応じた指令入力によって目標速度を求める。また、エンコーダ５２、５４から出力から、移動体１００の現在速度を推定する。そして、目標速度と現在速度との差分に所定のフィードバックゲインを乗じて、移動制御値を求める。そして、移動制御値と倒立制御値とを加算することによって、右輪駆動モータ３４と左輪駆動モータ３６を駆動するための駆動制御値が算出される。そして、右輪駆動モータ３４と左輪駆動モータ３６とは、この駆動制御値に基づいた駆動トルクで駆動する。このように、走行制御モジュール８１は、目標傾斜角度、及び目標速度を指令値とし、この指令値に追従するようフィードバック制御する。

姿勢制御モジュール８２は、移動体１００の姿勢を制御する。すなわち、姿勢制御モジュール８２は、右アーム１４、及び左アーム１６の各関節のモータを駆動するためのアンプを有している。姿勢制御モジュール８２は、制御信号を出力して、右アーム１４、及び左アーム１６の姿勢を制御する。具体的には、姿勢制御モジュール８２には、ジャイロセンサ４８から、車体１２の傾斜角速度を示す検出信号が入力される。すなわち、ジャイロセンサ４８で検出された車体１２の傾斜角速度の値が姿勢制御モジュール８２に入力される。そして、ジャイロセンサ４８で検出された傾斜角速度によって、車体１２が左右方向に傾斜していることが検知される。車体１２が左右方向に傾斜している場合、右アーム１４、又は左アーム１６を駆動する。ここでは、車体１２が高くなっている方のアームを駆動して、傾斜角度を修正する。すなわち、姿勢制御モジュール８２が傾斜角度を打ち消すように一方のアームを制御する。これにより、左右方向における傾斜角度の変化が低減するため、安定して走行することが可能になる。搭乗者の乗り心地を向上することができる。

また、降車時において、姿勢制御モジュール８２は、右アーム１４、及び左アーム１６の駆動を制御する。これにより、車高を下げることができる。すなわち、図３（ａ）から図３（ｂ）に示す状態となり、車体１２の重心位置が低くなる。制御部８０には、感圧センサ４５、及びジャイロセンサ４８からの出力が入力されている。制御部８０は、降車するか否かを判定する判定部８５を有している。判定部８５は、感圧センサ４５、及びジャイロセンサ４８からの出力に基づいて、搭乗者が降車するか否かを判定する。具体的には、制御部８０は、ジャイロセンサ４８からの出力に基づいて、車体傾斜角度を推定する。そして、車体傾斜角度と閾値とを比較する。車体傾斜角度が閾値を超えている場合、降車すると判定する。すなわち、車体１２が前後方向に大きく傾斜している場合、搭乗者が降車すると判定する。あるいは、感圧センサ４５で検出された座席感圧が閾値よりも低くなった場合、降車すると判断する。

次に、図５を用いて、降車時における制御について説明する。図５は、上記の制御方法を示すフローチャートである。図５を用いて、降車するための降車処理を行う制御サイクルについて説明する。すなわち、通常走行モードから降車時の転倒防止モードに移行するときに制御について説明する。まず、移動体１００が走行しているときの車体傾斜角度を推定する（ステップＳ１０１）。車体傾斜角度は、ジャイロセンサ４８から出力される傾斜角速度の積算によって推定することができる。車体傾斜角度は、例えば、一定周期で推定される。そして、移動体１００の速度と閾値Ａとを比較する（ステップＳ１０２）。すなわち、移動体１００が一定速度以上で走行しているか否かを判定する。例えば、センサ５８やエンコーダ５２、５４からの出力に基づいて、判定される。まず、移動体１００の速度が一定速度を越えていない場合について説明する。

移動体１００の速度が閾値Ａよりも低い場合、車体傾斜角度と閾値Ｂを比較する（ステップＳ１０３）。すなわち、前後方向における傾斜角度が閾値Ｂ以上であるかを判定する。例えば、右アーム１４、及び左アーム１６の方向が、鉛直方向から大きく傾いている場合、車体傾斜角度が閾値Ｂを越える。車体傾斜角度が閾値Ｂを越えていない場合、搭乗者が降車しないと判定される。この場合、通常処理を行い（ステップＳ１０４）、次のサイクルに戻る。すなわち、通常の走行を行うための処理を行い、ステップＳ１０１に戻る。

車体傾斜角度が閾値Ｂを越えている場合、搭乗者が降車する可能性があると判定される。すなわち、降車しようとする場合、搭乗者が車体１２上で、体重を移動する。このため、車体傾斜角度が大きくなる。このような場合、降車する可能性があると判定される。車体傾斜角度が閾値Ｂを越えていた場合、前後進指令入力があるか否かを判定される（ステップＳ１０５）。すなわち、操作モジュール４６からの指令入力に基づいて、前後進指令入力があるか否かが判定される。具体的には、操作レバーが前方向、又は後方向に傾いている場合は、前後進指令入力があると判定される。前後進指令入力がある場合、車体傾斜角度が閾値Ｂを越えていても、搭乗者が降車しないと判定される。すなわち、前後進指令入力がある場合、その前後進指令入力によって、移動体１００が加減速する。このため、車体傾斜角度が閾値Ｂを越えてしまうことがある。したがって、車体傾斜角度が閾値Ｂを越えていても、前後進指令入力がある場合、降車しないと判定する。この場合、通常処理を行い（ステップＳ１０４）、次のサイクルに戻る。

前後進指令入力がない場合、降車と判断する（ステップＳ１０６）。すると、進行方向と逆の指令値を設定する（ステップＳ１０７）。すなわち、移動方向に対して後傾するような、目標傾斜角度を設定する。これにより、移動体１００が速やかに減速する。具体的には、目標傾斜角度を０°から後方にずらすとともに、目標速度を０にする。これにより、車体１２が進行方向と反対に傾斜するよう制御される。すなわち、車体１２が後傾姿勢になるように、目標傾斜角度が負の値に設定される。この目標傾斜角度、及び目標速度に追従するように走行制御モジュール８８が制御を行う。このように、目標傾斜角度、及び目標速度を変更することにより、速やかに減速することができる。進行方向と反転するような目標傾斜角度を設定する。降車と判断されたときの車体傾斜角度と、鉛直方向を基準として反転するような目標傾斜角度を与える。移動方向に対して前傾していた車体１２が、徐々に後傾姿勢に移行していく。

なお、降車すると判定された場合、車体１２が移動方向と逆に傾斜するようなトルク指令を設定してもよい。モータ３４、３６が、このトルク指令に基づいて右駆動輪１８、左駆動輪２０を回転させる。すなわち、モータ３４、３６の駆動トルクをトルク指令値に設定して、右駆動輪１８、左駆動輪２０を回転駆動する。これにより、上記と同様に、移動体１００が後傾姿勢となり、速やかに減速する。そして、トルク指令を設定した後、制御部８０が、安定倒立するように、モータ３４、３６をフィードバック制御する。例えば、予め定められた所定の期間だけ、移動方向と逆に傾斜するようなトルク指令で右駆動輪１８、左駆動輪２０を回転させる。その後、安定倒立するように、フィードバック制御する。このように、目標傾斜角度の代わりにトルク指令を与えることによっても、速やかに減速することができる。

そして、移動体１００の速度絶対値を閾値Ｄと比較し、かつ車体傾斜角度を閾値Ｅと比較する。（ステップＳ１０８）。そして、速度の絶対値が閾値Ｄよりも小さくなり、かつ車体傾斜角度が閾値Ｅよりも小さくなったら、転倒防止動作を実施する（ステップＳ１０９）。すなわち、速度が一定範囲内に含まれ、かつ車体傾斜角度が一定範囲内に含まれた場合、転倒防止を実行する。なお、速度絶対値に対する閾値Ｄは、ステップＳ１０１の閾値Ａよりも小さくなっている。速度絶対値、及び車体傾斜角度のいずれか一方でも、一定範囲以内に含まれない場合、ステップＳ１０８に戻る。そして、速度の絶対値が閾値Ｄよりも小さくなり、かつ車体傾斜角度が閾値Ｅよりも小さくなるまで、ステップＳ１０７、及びステップＳ１０８の処理を繰り返す。このとき、指令値を一定としてもよく、あるいは、指令値を速度に応じて変化させるようにしてもよい。

ステップＳ１０９では、右アーム１４、及び左アーム１６を駆動して、図３（ｂ）に示すように、車高を低くする。右アーム１４、及び左アーム１６の各関節が所定の角度まで回転したら、転倒防止動作が完了する。そして、転倒防止動作が完了したら、駆動トルクを０にする（ステップＳ１１０）。すなわち、駆動トルクを即座に０にする。移動体１００が慣性で移動して行き、やがて移動体１００の移動が停止する。一定速度以下で移動していた移動体１００が、駆動トルクを０にするときには、閾値Ｄよりも低い速度になっている。よって、駆動トルクを０にした後、移動体１００にかかる慣性力がほとんど０になる。このため、ステップＳ１０９以降は、移動体１００はほとんど移動してない。

なお、ステップＳ１０９、及びステップＳ１１０の動作を並行して実施してもよい。すなわち、転倒防止動作を実施しながら、駆動トルクを低下させていく。この場合、例えば。転倒防止動作を開始した直後に、駆動トルクを低下させるようにする。なお、転倒防止動作が完了した後、駆動トルクを０にすることが好ましい。あるいは、転倒防止動作の完了を確認してから、駆動トルクを０にしてもよい。このように、前後進指令入力の有無に基づいて降車か否かを判断している。

ここで、ステップＳ１０７、及びステップＳ１０８での移動体１００の動作について図６を用いて詳細に説明する。図６は、移動体１００の並進方向の動作をモデル化した図である。図６では、車体１２の重心位置を代表して示している。なお、図６では、左方向に移動体１００が移動しているものとして説明する。また、ここでは、前後方向の並進移動について説明する。ここでは、車体１２が移動方向前方に傾いている状態で、車体傾斜角度が正になる。移動体１００が通常の移動をしている場合、図６（ａ）に示すように、車体１２が前傾姿勢になっている。すなわち、前後方向において、車体１２の重心位置が回転軸Ｃ１、Ｃ２よりも移動方向前側にずれている。この場合、車体傾斜角度が正の値になる。通常の走行時では、目標傾斜角度が０に設定されている。図６において、目標傾斜角度が一点鎖線によって示されている。車体１２の重心位置が車軸の直上になるように、制御部８０がフィードバック制御する。これにより、右駆動輪１８、及び左駆動輪２０が回転して、前方に移動する。すなわち、目標傾斜角度に追従するように、右駆動輪１８、及び左駆動輪２０の回転がフィードバック制御される。なお、前後進指令入力がある場合、前後進指令入力に基づいて加減速するようにフィードバック制御する。通常の走行時は、上記のように移動している。

そして、ステップＳ１０７で指令値が設定されると、目標傾斜角度が変わる。具体的には、目標傾斜角度が０から負の値になる。この場合、車体１２の重心位置が車軸よりも後方になるよう、移動体１００が加速する。すなわち、車体１２が後傾姿勢になるようにフィードバック制御される。このため、順方向の駆動トルクが与えられ、右駆動輪１８、及び左駆動輪２０の角速度が大きくなる。なお、順方向の駆動トルクとは、移動方向前方の加速度を大きくするためのトルクである。ここで、移動体１００の目標速度が０に設定されている。このため、右駆動輪１８、及び左駆動輪２０の角速度が大きくなり、車体傾斜角度が０近傍になると、速度が０に近くなる。移動体１００が加速していくと、目標速度０に追従するように減速する。従って、車体傾斜角度が目標傾斜角度に追従するように徐々に後傾姿勢に近づいていくとともに、速度が小さくなっていく。これにより、図６（ｂ）に示すように、車軸上に車体１２の重心位置が移動する。図６（ｂ）に示す状態では、速度の絶対値が閾値Ｄよりも小さくなり、かつ車体傾斜角度が閾値Ｅよりも小さくなる。そして、図６（ｂ）に示す状態から転倒防止動作を行う。

このように制御することで、移動体１００が十分に減速した後に、転倒防止動作が実施される。すなわち、車体傾斜角度が小さくなるとともに移動体１００がほぼ停止した後に、右アーム１４、及び左アーム１６が駆動する。従って、車高が下がった状態で、移動体１００がほとんど移動しない。これにより、前後方向に突出した右アーム１４、及び左アーム１６が、障害物などに衝突するのを防ぐことができる。例えば、右アーム１４や左アーム１６が地面に乗り上げたり、壁などに衝突したりすることを防止することができる。よって、降車時において、安全に停止することができる。また、降車しようとした場合であっても、移動体１００が加速し続けることがない。すなわち、速度が速やかに低下するため、慣性力がほぼ０になる。慣性力がほぼ０になった後に、駆動トルクが０になる。降車時に不安定になった移動体１００が慣性力で移動するのを防ぐことができる。搭乗者のみならず周囲の人に対して安全な停車が可能になる。このため、移動体１００を使用するエリアを広くすることができ、利便性を向上することができる。すなわち、安全性が向上するため、周囲に人が多数いるような場所であっても安全な停車が可能になる。これにより、様々な場所で使用することができ、利便性を向上することができる。

なお、上記の例では、指令入力がない場合を降車と判定したが、指令入力がある場合を降車と判定してもよい。例えば、指令入力（指令入力値）が一定値以下である場合、降車すると判断してもよい。あるいは、停車するという指令入力がある場合、降車すると判断してもよい。

次に、移動体１００の速度が一定速度を越えている場合について説明する。移動体１００が一定速度を越えている場合、感圧センサ４５で測定された座席感圧と閾値Ｆとを比較する（ステップＳ１１１）。そして、座席感圧が閾値Ｆよりも低い場合、降車すると判断する（ステップＳ１１２）。すなわち、座席感圧が閾値Ｆよりも低い場合、搭乗者が降車するために体重移動をしたものとみなす。一方、座席感圧が閾値Ｆ以上の場合、通常処理を行い（ステップＳ１０４）、次のサイクルに移る。

座席感圧が閾値よりも低く、降車すると判定された場合、移動方向と逆の指令値を設定する（ステップＳ１１３）。これにより、移動体１００が速やかに減速する。ステップＳ１０７と同様に目標傾斜角度と、目標速度とを設定する。具体的には、目標傾斜角度を負にするとともに目標速度を０にする。また、ステップＳ１１３では、ステップＳ１０７よりも移動体１００の速度が大きいため、目標傾斜角度の絶対値をステップＳ１０７における目標傾斜角度の絶対値よりも大きくする。すなわち、鉛直方向からの傾斜角度のずれを大きくする。換言すると、ステップＳ１０７と比べてより後傾するような目標傾斜角度を設定する。ステップＳ１１３における目標傾斜角度の絶対値はステップＳ１０７の目標傾斜角度の絶対値よりも大きくなる。このように、速度に応じて、目標傾斜角度の絶対値を変える。具体的には、降車時に設定する目標傾斜角度の値を、移動体１００の速度に応じて変更する。そして、速度が大きいほど、より移動方向後方に傾くような目標傾斜角度を設定する。このように制御することで、速やかに減速することができる。なお、目標傾斜角度の代わりにトルク指令を与える場合、トルク指令を速度に応じて変えてもよい。もちろん、トルク指令は、一定の値でもよい。

そして、移動体１００の速度絶対値と閾値とを比較し、かつ車体傾斜角度を閾値と比較する。（ステップＳ１１４）。そして、速度の絶対値が閾値Ｄよりも小さくなり、かつ車体傾斜角度が閾値Ｅよりも小さくなったら、転倒防止動作を実行する（ステップＳ１１５）。すなわち、速度が一定範囲内に含まれ、かつ車体傾斜角度が一定範囲内に含まれた場合、転倒防止を実行する。そして、転倒防止動作を実行した後、駆動トルクを０にする（ステップＳ１１６）。なお、ステップＳ１１４〜ステップＳ１１６については，ステップＳ１０８〜ステップＳ１１０と同様の動作であるため、詳細な説明を省略する。

このように制御することで、上記と同様の効果を得ることができる。例えば、閾値Ａ以上で移動していた移動体１００が、駆動トルクを０にするタイミングで、閾値Ｄよりも低い速度になっている。よって、駆動トルクを０にした後、移動体１００にかかる慣性力がほとんど０になる。即ち、安全性を向上することができ、より利便性が高くなる。また、一定速度以上で移動している移動体１００を速やかに減速することができる。よって、速やかに降車することができ、利便性を向上することができる。さらに速度が閾値Ａを越えている場合は、座席感圧を用いて降車か否かを判断している。これにより、より正確に降車するか否かを判定することができる。よって、利便性を向上することができる。

なお、本実施の形態において、ステップＳ１０２で速度が閾値Ａを越えていない場合、速やかに転倒防止動作を行ってもよい。すなわち、ステップＳ１０７、及びステップＳ１０８の処理を省略することができる。このように制御しても安全な降車を速やかに行うことができる。移動体１００の速度が一定速度を越えていない場合、車体傾斜角度、及び前後進指令入力の両方を用いて、降車するか否かを判定する。これにより、搭乗者が意図する降車か、意図しない降車かを判定することができる。例えば、前後進指令入力がない場合に、車体傾斜角度が閾値Ｂを越えると、搭乗者の意図しない降車であると判断される。すなわち、不注意の降車と判断する。このような場合、転倒防止動作を行った後、駆動トルクを０にする。一定速度以下で移動しているため、転倒防止動作を行った後、指令値を変更しない場合でも、地面に乗り上げたり、障害物に衝突することなどがない。よって、速やかに駆動トルクを０にした場合でも、安全な降車を速やかに行うことができ、利便性を向上することができる。また、前後進指令入力がある場合、降車すると判定されない。したがって、急な加減速により車体傾斜角度が閾値を越えてしまった場合、転倒防止動作が実施されない。誤って降車すると判断することを防止できるため、不要なときに転倒防止動作が実施するのを防ぐことができる。すなわち、急な加減速を行なった場合において、車体傾斜角度が急に傾いてしまっても、降車と判断されない。これにより、搭乗者が移動したいと考えている場合において通常の走行を妨げることがなくなる。このため、利便性を向上することができる。

なお、上記の説明では、転倒防止動作として、右アーム１４、及び左アーム１６を駆動する例を示したが、転倒防止動作はこれに限られるものではない。すなわち、転倒防止機構は、アーム機構に限られるものでない。例えば、前後方向に突出する補助輪（従動輪）を転倒防止機構としてもよい。この場合、伸縮可能なストラットの先端に補助輪を取り付ける。そして、ストラットを伸長させて補助輪を車体１２よりも前後方向に突出させる。もちろん、安全バーのような機構を駆動してもよい。本実施の形態では、様々な転倒防止機構を用いることができる。補助輪や安全バーなどの転倒防止部材を車体１２の前側、及び後側に展開して、転倒防止動作を行ってもよい。あるいは車体１２の重心位置を下げて転倒防止動作を行ってもよい。これにより、確実に転倒を防止することができる。もちろん、２種類以上の転倒防止機構を組み合わせて動作させてもよい。

なお、ステップＳ１０７、及びステップＳ１１３では、目標傾斜角度を負の値になるように設定している。すなわち、鉛直方向を基準とすると、降車と判断した時の車体傾斜角度と反対方向になるような目標傾斜角度を設定している。このように制御することで、移動体１００が速やかに減速する。これにより、安全性、及び利便性を向上することができる。もちろん、減速するための制御は、上記の制御に限られるものではない。例えば、車体の重心位置を推定して、釣り合うように車体の目標傾斜角度を推定してもよい。このような方法は、特開２００７−１１６３４に開示されている。具体的には、車体１２に加わる外力により発生する回転軸Ｃ１，Ｃ２回りの慣性モーメントである外力を推定する。そして、車体１２の重心の回転軸Ｃ１、Ｃ２回りの重力モーメントが推定した外力モーメントと釣り合う車体傾斜角度を目標傾斜角度に設定する。このように制御することによって、速やかに減速することができる。あるいは、目標速度を負の値にしてもよい。すなわち、移動方向が逆になるような目標速度を設定してもよい。

発明の実施の形態２．
本実施の形態にかかる移動体１００の制御方法について、図７を用いて説明する。図７は本実施の形態にかかる移動体１００の制御方法を示すフローチャートである。なお、移動体１００の基本的構成、及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

図７は、指令入力にしたがって前後進している場合における処理を示している。指令入力にしたがって前後進している場合（ステップＳ２０１）、速度を閾値Ｇと比較する（ステップＳ２０２）。すなわち、移動体１００が一定速度以上で移動しているか否かを判定する。閾値Ｇは、実施の形態１の閾値Ａと異なる値でもよく、同じ値でもよい。そして、移動体１００の速度が、閾値Ｇを越えている場合、座席感圧と閾値Ｈを比較する（ステップＳ２０３）。一方、移動体１００の並進速度が、閾値Ｇを越えていない場合、通常の処理を行う（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０４の後は、実施の形態１と同様に次サイクルを繰り返す。すなわち、ステップＳ２０１に戻る。

ステップＳ２０３において、座席感圧が閾値Ｈを越えていないと判定された場合、降車と判断する（ステップＳ２０５）。そして、実施の形態１と同様に、移動方向と逆の指令値を設定する（ステップＳ２０６）。例えば、目標傾斜角度の負の値に設定するとともに、目標速度を０に設定する。一方、ステップＳ２０３において、座席感圧が閾値Ｈを越えていると判定された場合、通常の処理を行う（ステップＳ２０４）。

指令値を設定したら、速度絶対値を閾値Ｉと比較するとともに、車体傾斜角度を閾値Ｊと比較する（ステップＳ２０７）。速度絶対値が閾値Ｉよりも小さく、かつ車体傾斜角度が閾値Ｊよりも小さい場合は、転倒防止動作を実行する（ステップＳ２０８）。それ以外の場合は、ステップＳ２０６に戻る。転倒防止動作を実行した後、駆動トルクを０にする（ステップＳ２０９）。なお、ステップＳ２０５〜ステップＳ２０９のそれぞれは、実施の形態１のステップＳ１１１〜ステップＳ１１５と同様であるため説明を省略する。

このように制御することによって、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。すなわち、指令値にしたがって前後進している場合、一定速度以上で移動していることが推定される。したがって、速やかに減速することができる。また、減速した後に、転倒防止動作を開始しているため、降車時の安全性を向上することができる。よって、利便性を向上することができる。

なお、実施の形態１、２では、座席感圧、又は車体傾斜角度に基づいて、降車するか否かを判定したが、これに限るものではない。降車するために設けられているセンサの他の例について図８を用いて説明する。図８は、移動体１００の構成を模式的に示す側面図である。図８では、２例のセンサが示されている。

図８では、搭乗者４７が足を載せる足載せ台４１が移動体１００に設けられている。そして、足載せ台４１の上に、感圧センサ４２を配置している。感圧センサ４２は、搭乗者４７の足裏から受ける足裏感圧を検出する。したがって、感圧センサ４２は、搭乗者４７の状態によって出力が変化する。例えば、降車する際、搭乗者４７は、足を足載せ台４１から地面に降ろそうとする。したがって、足裏感圧が低下する。よって、感圧センサ４２で検出された足裏感圧が閾値以下となった場合に、降車すると判定することができる。

さらに、足載せ台４１に設けられた遮蔽センサ４３を用いることもできる。遮蔽センサ４３は、搭乗者の足で覆われたことを光学的に検知する。遮蔽センサ４７は、搭乗者の状態によって出力が変化する。受光面等が搭乗者４７の足で覆われた場合、遮蔽センサ４３がＯＮする。遮蔽センサ４３を適当な位置に配置することによって、降車するか否かを判定することができる。例えば、搭乗時と降車時とで足を移動する。このような足の移動を検知できる位置に遮蔽センサ４３を配置する。遮蔽センサ４３を設ける箇所は、足載せ台４１に限られるものではない。移動体１００の前側部分であることが好ましい。すなわち、搭乗者４７の降車動作によって、ＯＮ／ＯＦＦを切り替えることができるように、遮蔽センサ４３を配置する。これにより、搭乗者の状態によって出力が変化する。よって、降車するか否かを判定することができる。もちろん、２以上のセンサを組み合わせて降車するか否かを判定してもよい。同じタイプのセンサを２以上も設けてよい。

なお、上記の説明では、２輪型の移動体１００について説明したが、車輪の数は、これに限られるものではない。１輪型の移動体でもよく、３以上の車輪を有する移動体であってもよい。さらに、上記の説明では、搭乗席２２を有する移動体１００について説明したが、物体運搬用の移動台車であってもよい。したがって、輸送対象は物、人のいずれであってもよい。物が車体１２から降ろす時である降車時においても、上記の制御を実行することができる。もちろん、移動ロボットなどのその他の移動体であってもよい。さらに、搭乗者以外の者が操作を行ってもよい。この場合、遠隔操作で移動させることができる。

本発明の実施の形態にかかる移動体の構成を示す側面図である。 本発明の実施の形態にかかる移動体の構成を示す正面図である。 本実施の形態にかかる移動体の転倒防止動作を説明するための側面図である。 本発明の実施の形態にかかる移動体の制御系の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１にかかる移動体の制御方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１にかかる移動体の並進方向の動作をモデル化した図である。 本発明の実施の形態２にかかる移動体の制御方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態にかかる移動体のセンサ例を模式的に示す側面図である。

符号の説明

１２ 車体、１４ 右アーム、１６ 左アーム、１７ 右車台、１８ 右駆動輪、
１９ 左車台、２０ 左駆動輪、２２ 搭乗席、
２６ 右マウント、２８ 左マウント
３０ 車軸、３２ 車軸、３４ 右輪駆動モータ、３６ 左輪駆動モータ
４１ 足載せ台、４２ 感圧センサ、４３ 遮蔽センサ、４４ バッテリーモジュール、４５ 感圧センサ、４６ 操作モジュール、４７ 搭乗者、
４８ ジャイロセンサ、５２ 右輪エンコーダ、５４ 左輪エンコーダ
６１ 上関節、６２ 上リンク、６３ 下関節、６４ 下リンク、６５ 下関節モータ、
６６ 上関節モータ、７０ 台座、７２ 支柱、
８０ 制御部、８１ 走行制御モジュール、８２ 姿勢制御モジュール、８５ 判定部、
９１ 上関節、９２ 上リンク、９３ 下関節、９４ 下リンク、９５ 下関節モータ、
９６ 上関節モータ、１００ 移動体、

Claims (14)

1. 操作者の操作に応じた指令入力にしたがって移動して、輸送対象を輸送する倒立車輪型移動体であって、
   車輪を回転可能に支持する車台と、
   前記車輪を回転駆動する第１の駆動部と、
   前記輸送対象を乗せるために設けられ、支持部材を介して前記車台に対して回動可能に支持された車体と、
   前記車体上から前記輸送対象が降車するか否かを判定するために設けられ、前記車体上の輸送対象の状態に応じて出力が変化するセンサと、
   転倒防止動作を行う第２の駆動部と、
   前記倒立車輪型移動体が一定速度より速く走行している場合に、前記センサからの出力に基づいて前記輸送対象が降車すると判定されると、前記第１の駆動部を制御して、前記倒立車輪型移動体の速度を低下させる制御部と、を備え、
   前記輸送対象が降車すると判定された場合に、前記制御部が、前記倒立車輪型移動体の速度の絶対値が閾値よりも低くなった後、前記第２の駆動部を制御して、前記転倒防止動作を実施させ、前記転倒防止動作を実施させた後、前記車輪の駆動トルクを０にして、前記閾値よりも低い速度で走行中の倒立車輪型移動体を停止させる倒立車輪型移動体。
2. 前記倒立車輪型移動体が前記一定速度以下で走行している場合に、前記制御部が、前記センサからの出力、及び前記指令入力に基づいて前記輸送対象が降車すると判定し、前記第２の駆動部を制御して、前記転倒防止動作を実施させる請求項１に記載の倒立車輪型移動体。
3. 操作者の操作に応じた指令入力にしたがって移動して、輸送対象を輸送する倒立車輪型移動体であって、
   車輪を回転可能に支持する車台と、
   前記車輪を回転駆動する第１の駆動部と、
   前記輸送対象を乗せるために設けられ、支持部材を介して前記車台に対して回動可能に支持された車体と、
   前記車体上から前記輸送対象が降車するか否かを判定するために設けられ、前記車体上の輸送対象の状態に応じて出力が変化するセンサと、
   転倒防止動作を行う第２の駆動部と、
   前記倒立車輪型移動体が前記一定速度以下で走行している場合に、前記センサからの出力、及び前記指令入力に基づいて前記輸送対象が降車すると判定し、前記第２の駆動部を制御して、前記転倒防止動作を実施させ、前記転倒防止動作を実施させた後、前記車輪の駆動トルクを０にして、前記一定速度以下の速度で走行中の倒立車輪型移動体を停止させる制御部と、を備える倒立車輪型移動体。
4. 前記輸送対象が降車すると判定された場合、前記車体が移動方向と逆に傾斜するような目標傾斜角度を設定し、前記制御部が、前記目標傾斜角度に追従するように前記第１の駆動部をフィードバック制御する請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の倒立車輪型移動体。
5. 前記輸送対象が降車すると判定された場合、前記車体が移動方向と逆に傾斜するようなトルク指令を設定し、前記第１の駆動部が、前記トルク指令に基づいて前記車輪を回転駆動する請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の倒立車輪型移動体。
6. 前記転倒防止動作を開始した後、前記車輪の駆動トルクを０にする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の倒立車輪型移動体。
7. 前記車体の重心位置が低くすること、又は転倒防止部材を車体の前側に展開することによって前記転倒防止動作を実施する請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の倒立車輪型移動体。
8. 車輪を回転可能に支持する車台と、
   前記車輪を回転駆動する第１の駆動部と、
   前記輸送対象を乗せるために設けられ、支持部材を介して前記車台に対して回動可能に支持された車体と、
   前記車体上から前記輸送対象が降車するか否かを判定するために設けられ、前記車体上の輸送対象の状態に応じて出力が変化するセンサと、
   転倒防止動作を行う第２の駆動部と、を備える倒立車輪型移動体を制御する制御方法であって、
   前記倒立車輪型移動体が一定速度より速く走行しているか否かを判定するステップと、
   前記一定速度より速く走行している場合に、前記センサからの出力に基づいて前記輸送対象が降車するか否かを判定するステップと、
   前記輸送対象が降車すると判定されると、前記倒立車輪型移動体の速度を低下させるステップと、
   前記倒立車輪型移動体の速度の絶対値が閾値よりも低くなった後、前記第２の駆動部を制御して、前記転倒防止動作を実施させるステップと、
   前記転倒防止動作を実施させた後、前記車輪の駆動トルクを０にして、前記閾値よりも低い速度で走行中の倒立車輪型移動体を停止させるステップと、を備える倒立車輪型移動体の制御方法。
9. 前記倒立車輪型移動体が前記一定速度以下で走行している場合に、前記センサからの出力、及び前記指令入力に基づいて前記輸送対象が降車すると判定し、前記第２の駆動部を制御して、前記転倒防止動作を実施させるステップと、をさらに備える請求項８に記載の倒立車輪型移動体の制御方法。
10. 車輪を回転可能に支持する車台と、
    前記車輪を回転駆動する第１の駆動部と、
    前記輸送対象を乗せるために設けられ、支持部材を介して前記車台に対して回動可能に支持された車体と、
    前記車体上から前記輸送対象が降車するか否かを判定するために設けられ、前記車体上の輸送対象の状態に応じて出力が変化するセンサと、
    転倒防止動作を行う第２の駆動部と、を備え、操作者の操作に応じた指令入力にしたがって移動して、輸送対象を輸送する倒立車輪型移動体の制御方法であって、
    前記倒立車輪型移動体が一定速度より速く走行しているか否かを判定するステップと、
    前記倒立車輪型移動体が前記一定速度以下で走行している場合に、前記センサからの出力、及び前記指令入力に基づいて前記輸送対象が降車すると判定し、前記第２の駆動部を制御して、前記転倒防止動作を実施させるステップと、
    前記転倒防止動作を実施させた後、前記車輪の駆動トルクを０にして、前記一定速度以下の速度で走行中の倒立車輪型移動体を停止させるステップと、を備える倒立車輪型移動体の制御方法。
11. 前記輸送対象が降車すると判定された場合、前記車体が移動方向と逆に傾斜するような目標傾斜角度を設定し、前記目標傾斜角度に追従するように前記第１の駆動部をフィードバック制御する請求項８乃至１０のうちいずれか１項に記載の倒立車輪型移動体の制御方法。
12. 前記輸送対象が降車すると判定された場合、前記車体が移動方向と逆に傾斜するようなトルク指令を設定し、前記第１の駆動部が、前記トルク指令に基づいて前記車輪を回転駆動する請求項８乃至１０のうちいずれか１項に記載の倒立車輪型移動体の制御方法。
13. 前記転倒防止動作を開始した後、前記車輪の駆動トルクを０にする請求項８乃至１２のうちいずれか１項に記載の倒立車輪型移動体の制御方法。
14. 前記車体の重心位置が低くすること、又は転倒防止部材を車体の前側に展開することによって前記転倒防止動作を実施する請求項８乃至１３のうちいずれか１項に記載の倒立車輪型移動体の制御方法。

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