(57)【要約】【課題】前方を広く検出することができ、かつ、安全性が高く、そして乗り降りしやすい移動体を提供すること。【解決手段】本発明にかかる移動体１００は、搭乗者が座った状態で搭乗する移動体であり、例えば同軸二輪車である。かかる移動体１００は、搭乗者の腕を載置するためのアームレスト１６ａ，１６ｂと、アームレスト１６ａ，１６ｂの先端部に設置された前方検出センサ１５ａ，１５ｂとを備えている。前方検出センサ１５ａ，１５ｂは、例えば超音波センサやレーザレンジファインダである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
搭乗者が座った状態で搭乗する移動体であって、
搭乗者の腕を載置するためのアームレストと、
前記アームレストの先端部に設置された前方検出センサとを備えた移動体。
【請求項２】
前記アームレストは、右腕を載置するための第１のアームレストと、左腕を載置するための第２のアームレストと有し、
前記前方検出センサは、前記第１のアームレストの先端部に設置された第１の前方検出センサと、前記第２のアームレストの先端部に設置された第２の前方検出センサとを有する移動体。
【請求項３】
前記移動体は、同軸二輪車であることを特徴とする請求項１又は２記載の移動体。
【請求項４】
前記前方検出センサは、超音波センサであることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の移動体。
【請求項５】
前記前方検出センサは、レーザレンジファインダであることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体に関し、特に詳しくは前方検出センサの取り付け位置に関する。
【背景技術】
【０００２】
搭乗者が座って乗った状態で操作レバーやブレーキレバーを操作することにより移動を制御できる同軸二輪車が提案されている（例えば、特許文献１）。この同軸二輪車の走行制御においては、左右の駆動輪について回転角や回転角速度の目標値を設定し、設定した目標値に追随するよう、制御が行われる。このとき、特許文献１に開示された同軸二輪車では、目標値を、操作レバーやブレーキレバー等の操作モジュールの操作状態のみならず、障害物検知センサからの検知信号の有無に基づいて設定している。
そして、特許文献１にかかる同軸二輪車では、障害物検知センサを搭乗席の下方に位置するハウジングの前方に設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２０３９６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された同軸二輪車の場合のように、障害物検知センサをハウジングの前方に設けると、どうしても、搭乗者の脚が邪魔になり、センシングエリア（検出領域）が狭くなってしまう。このとき、センシングエリアに人が入らない位置、例えばステー等を用いて搭乗者が邪魔にならない程度前方に障害物検知センサを配置することも考えられる。しかしながら、このような位置に障害物検知センサを配置すると、障害物検知センサが車両本体より前方に突出してしまうため、走行動作や旋回動作時に障害物検知センサが回りの物や人と接触し、危険性が高まるという問題がある。また、人が当該同軸二輪車を乗り降りする動作においても、突出した障害物センサは邪魔になる。
【０００５】
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、前方を広く検出することができ、かつ、安全性が高く、そして乗り降りしやすい移動体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる移動体は、搭乗者が座った状態で搭乗する移動体であって、搭乗者の腕を載置するためのアームレストと、前記アームレストの先端部に設置された前方検出センサとを備えたものである。
ここで、前記アームレストは、右腕を載置するための第１のアームレストと、左腕を載置するための第２のアームレストと有し、前記前方検出センサは、前記第１のアームレストの先端部に設置された第１の前方検出センサと、前記第２のアームレストの先端部に設置された第２の前方検出センサとを有することが好ましい。
典型的には、記移動体は、同軸二輪車である。また、前方検出センサは、超音波センサやレーザレンジファインダにより構成することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、前方を広く検出することができ、かつ、安全性が高く、そして乗り降りしやすい移動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態にかかる移動体の構成を示す斜視図である。
【図２】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。
【図３】本発明の実施の形態にかかる移動体の構成を示す上面図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる移動体に搭乗者が搭乗した状態を示す斜視図である。
【図５】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
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。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。また、移動体は、倒立状態を維持したまま、操作者が操作する操作量に応じて移動する。
【００１０】
図１乃至図４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斜視図である。図２、図３はそれぞれ移動体１００の構成を模式的に示す側面図及び上面図である。図４は、移動体１００に搭乗者が搭乗した様子を示している。なお、図１、図２に示すように、移動体１００の前方向を＋Ｘ方向とし、左方向を＋Ｙ方向とし、上方向を＋Ｚ方向としている。また、図１、図２では、説明の明確化のため、一部の構成について透視して示している。
【００１１】
移動体１００は、倒立車輪型の移動体（走行体）であり、図２に示されるように、同軸上に配置された右駆動輪１８と、左駆動輪２０とを備えている。ここで、右駆動輪１８と左駆動輪（図示せず）の回転軸を車軸Ｃ１とする。移動体１００は、搭乗者が搭乗する搭乗席１１を有している。したがって、移動体１００は、人が座った状態で移動が可能な、座り乗り型モビリティロボットである。また、移動体１００は、人が乗っていない状態でも移動可能である。例えば、搭乗したいユーザが遠隔で操作すると、移動体１００がそのユーザの位置まで移動する。例えば、ユーザが呼び出しボタンなどを押すことで、移動体１００がユーザの近傍まで移動する。そして、移動体が移動ユーザの前まで移動した後、ユーザが搭乗する。
【００１２】
移動体１００には、その骨格となるフレーム１０が設けられている。フレーム１０は、軽量なアルミニウムパイプなどによって構成されている。さらに、フレーム１０を覆うカバー１３が設けられている。カバー１３は、後述する車台１２などを覆っている。移動体１００には、椅子形状の搭乗席１１が設けられている。搭乗席１１は、カバー１３やフレーム１０に固定されている。フレーム１０及びカバー１３は、搭乗席１１の形状に沿って屈曲している。
【００１３】
搭乗席１１は、シート１１ａと、シートバック１１ｂとを有している。シート１１ａは、搭乗者８０が座る座面となるため、ほぼ水平に配置されている。搭乗者８０がシート１１ａの上に座ることで、図３に示すように搭乗者８０が搭乗した状態での移動が可能となる。シートバック１１ｂは、斜め後ろ方向に延びるように形成され、搭乗者８０の背中を支える背もたれ部となる。搭乗者８０がシートバック１１ｂにもたれた状態で、移動体１００が移動する。
【００１４】
搭乗席１１の直下には、車台１２が配置されている。車台１２には、右駆動輪１８、及び左駆動輪が取り付けられている。車台１２は、右駆動輪１８及び左駆動輪を回転可能に支持している。右駆動輪１８及び左駆動輪は、移動体１００を移動させるための車輪（駆動輪）である。右駆動輪１８及び左駆動輪は、車軸Ｃ１周りに回転する。すなわち、右駆動輪１８及び左駆動輪は同軸上に配置されている。車台１２は、フレーム１０に取り付けられている。
【００１５】
この車台１２には、右駆動輪１８、左駆動輪を駆動するためのモータ（図示せず）等が搭載されている。また、移動体１００は倒立車輪型移動体であるため、搭乗席などを含む車体２２（上体部）が車軸Ｃ１回りに傾斜する。すなわち、搭乗席１１などを含む車体２２が回転可能に支持されている。車体２２は、車軸Ｃ１を回転中心として回転する上体部となる。換言すると、車軸Ｃ１を回転中心として、傾斜する部分が車体２２となる。この車体２２は、フレーム１０やカバー１３や搭乗席１１などを含んでいる。さらには、車台１２の一部、又は全部が車体２２に含まれていてもよい。倒立状態では、右駆動輪１８、及び左駆動輪の駆動によって、車体２２の傾斜角が変化する。車体２２には、傾斜角度を測定するためのジャイロセンサなどが設けられている。なお、図１に示すように、右駆動輪１８と左駆動輪の中間を座標中心Ｏとしている。すなわち、座標系の原点となる座標中心Ｏは、車軸Ｃ１上に存在する。移動体１００の進行方向は、水平面内において、車軸Ｃ１と垂直な方向になる。
【００１６】
車台１２の前方には、フットステップ１７が設けられている。搭乗者８０は、フットステップ１７に一度乗った後、搭乗席１１に座る。フットステップ１７は、搭乗席１１の下側に取り付けられている。また、フットステップ１７は、搭乗席１１の前方に延びている。図４に示すように、フットステップ１７には、搭乗者８０の両足が載置される。フットステップ１７は、車台１２に取り付けられている。
【００１７】
また、フットステップ１７の途中には、転倒を防止するための前方バー１４が設けられている。また、車台１２の後方には、転倒を防止するための後方バー１５が設けられている。すなわち、車軸Ｃ１よりも前側に配置された前方バー１４、及び車軸Ｃ１よりも後ろ側に配置された後方バー１５によって、前後方向への転倒を防止することができる。前方バー１４は、車台１２の前側に突出し、後方バー１５は、車台１２の後ろ側に突出している。従って、過度に前傾になると、前方バー１４の先端が地面と接触し、過度に後傾になると後方バー１５の先端が地面と接触する。
【００１８】
前方バー１４及び後方バー１５は、回転駆動できるようになっている。前方バー１４、及び後方バー１５の回転軸は、右駆動輪１８、左駆動輪２０の車軸Ｃ１よりも下側（−Ｚ側）に配置されている。また、前方バー１４及び後方バー１５の先端には、補助輪が設けられている。倒立状態において、補助輪を含む前方バー１４及び後方バー１５は、地面から離れている。また、搭乗者８０が乗り降りするタイミングでは、補助輪を含む前方バー１４及び後方バー１５が地面と接触する。
【００１９】
搭乗席１１の両側には、アームレスト１６ａ，１６ｂが設けられている。アームレスト１６ａ，１６ｂは、フレーム１０やカバー１３に固定されている。アームレスト１６ａ，１６ｂは搭乗者８０の肘よりも若干低い位置から前方に伸びている。アームレスト１６ａ，１６ｂはシート１１ａよりも高い位置に配置されている。また、アームレスト１６ａ，１６ｂはシート１１ａとほぼ平行になっている。アームレスト１６は、搭乗席１１の左右両側に、それぞれ配置されている。これにより、搭乗者８０は、両腕をアームレスト１６ａ，１６ｂ上に載置することができる。アームレスト１６ａ，１６ｂは、シートバック１１ｂの中段に取り付けられている。図４に示すように、搭乗者８０が座った状態で、アームレスト１６ａ，１６ｂの上に両腕が載せられる。
【００２０】
さらに、アームレスト１６ａには、操作モジュール２１が設けられている。ここでは、操作モジュール２１が右側のアームレスト１６ａ上に搭載されている。また、操作モジュール２１は、アームレスト１６ａの先端側に取り付けられている。これにより、搭乗者８０の右手の位置に、操作モジュール２１が配置されるため、操作性を向上することができる。操作モジュール２１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。もちろん、操作モジュール２１は左側のアームレスト１６ｂの搭載してもよく、両側のアームレスト１６ａ，１６ｂに搭載してもよい。さらには、アームレスト１６以外に操作モジュール２１を搭載してもよい。
【００２１】
本実施の形態にかかるアームレスト１６ａ，１６ｂのそれぞれには、前方検出センサ５０ａ，５０ｂを設けている。より具体的には、当該前方検出センサ５０ａ，５０ｂは、アームレスト１６ａ，１６ｂの先端部、即ち前方解放部に内蔵され、前方検出センサ５０ａ，５０ｂの先端のみがアームレスト１６ａ，１６ｂの前面から露出している。
【００２２】
従って、搭乗者が邪魔になることなく、前方を広範囲にわたって障害物等を検出することができる。また、センサ用の特別なステーを設ける必要がないため、走行動作や旋回動作時に回りの物や人と、前方検出センサ５０ａ，５０ｂが接触せず、安全性を高めることができる。また、人が当該同軸二輪車を乗り降りする動作においても、前方検出センサ５０ａ，５０ｂは邪魔にならない。前方検出センサ５０ａ，５０ｂは、制御ボックス３２と電気的に接続され、前方検出センサ５０ａ，５０ｂから出力された検出信号は、制御ボックス３２に入力される。
【００２３】
前方検出センサ５０ａの検出範囲Ｓａ、前方検出センサ５０ｂの検出範囲Ｓｂは、図２〜図４に示されるように、放射線状に広がった範囲を有する。特に、図４に示されるように、搭乗者８０の脚は、検出範囲Ｓａ、Ｓｂに重ならず、障害物等を検出する上で邪魔にならない。前方検出センサ５０ａ，５０ｂは、例えば、超音波センサやレーザレンジファインダであり、移動する方向（前方）の環境情報を認識する。
【００２４】
超音波センサは、前方について所定の広がり角度で同時に超音波を照射する超音波照射部と、照射された超音波の反射を受信する受信部とを備えている。そして、受信した超音波の強度に基づいて、超音波を照射した領域に存在する物体の大まかな位置及び形状をセンシングする。
【００２５】
レーザレンジファインダは、前方に対して所定の広がり角度でレーザ光を照射するための光源と、光源より照射されたレーザ光の反射光を受光するための受光部とを備えている。そして、レーザ光の照射した角度と、反射するまでに要した時間に基づいて、レーザ光の反射した物体の位置を検出する、いわゆるＴＯＦ（Time Of Flight）の原理による物体検知（センシング）が行われる。
【００２６】
車台１２には、バッテリ３１及び制御ボックス３２が搭載されている。バッテリ３１．及び制御ボックス３２は、車体２２の傾斜角度に応じて、車軸Ｃ１に対する前後位置が変化する。車台１２に設けられているベースプレートの上に、バッテリ３１及び制御ボックス３２が載置されている。したがって、バッテリ３１及び制御ボックス３２は、シート１１ａの直下に配置されることになる。ここでは、制御ボックス３２の前側に２つのバッテリ３１が配置されている。２つのバッテリ３１は、Ｙ方向に沿って配列されている。バッテリ３１は、充放電可能な二次電池である。制御ボックス３２によって、バッテリ３１の充放電が制御されている。
【００２７】
制御ボックス３２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、この制御ボックス３２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。制御ボックス３２は、操作モジュール２１での操作に応じて、所望の加速度、及び目標速度になるように、また、移動体１００が倒立を維持するように、ロバスト制御、状態フィードバック制御、ＰＩＤ制御などの周知のフィードバック制御により、モータ等を制御する。これにより、移動体１００が、操作モジュール２１での操作に応じて加減速しながら走行する。
【００２８】
次に、移動体１００の制御系の構成について図５を用いて説明する。図５は、制御ボックス３２を含む制御系の構成を示すブロック図である。
【００２９】
制御ボックス３２には、車体２２に設けられたジャイロセンサ３３からの信号が入力されている。すなわち、ジャイロセンサ３３で検出した傾斜角度が制御ボックス３２に入力されている。ジャイロセンサ３３は、例えば、車体２２に設置されている。具体的には、、座標中心０の近傍において、ジャイロセンサ３３は、車台１２に固定されている。また、操作モジュール２１での操作量が制御ボックス３２に入力されている。例えば、前後方向の並進速度や、左右の旋回速度などが操作量として操作モジュール２１から入力される。制御ボックス３２には、モータ３４、３６の回転速度がエンコーダ３８、３９から入力されている。さらに、制御ボックス３２には、前方検出センサ５０ａ，５０ｂから検出信号が入力されている。
【００３０】
制御ボックス３２は、これらの入力に基づいて、右駆動輪１８、及び左駆動輪２０を駆動するモータ３４、３６に対して指令トルクを出力する。すなわち、モータ３４が指令トルクに応じて、右駆動輪１８を回転駆動し、モータ３６が指令トルクに応じて左駆動輪２０を回転駆動する。なお、モータ３４，３６からの動力は、プーリなどを介して、右駆動輪１８、左駆動輪２０に伝達されてもよい。
【００３１】
前方検出センサ５０ａ，５０ｂは、前方の路面形状、障害物等を検出することができる。制御ボックス３２は、前方検出センサ５０ａ，５０ｂにより検出された路面形状に関する情報によって、路面上に存在する段差部や障害物等の存在を検知し、これらの障害物等を回避した走行経路の作成等を行うことができる。
【００３２】
制御ボックス３２は、操作モジュール２１からの操作量とジャイロセンサ３３からの検出信号に基づいて、倒立制御計算を行い、制御目標値を算出する。さらに、制御ボックス３２は、モータの現在回転速度と、制御目標値に応じた目標回転速度の偏差を算出する。そして、制御ボックス３２は、この偏差に所定のフィードバックゲインを乗じて、フィードバック制御を行う。制御ボックス３２は、アンプなどを介して、モータ３４、３６に駆動トルクに応じた指令値を出力する。これにより、移動体１００が、操作量に応じた速度及び方向に移動する。
【００３３】
なお、バッテリ３１は、制御ボックス３２の各電気機器と、操作モジュール２１と、ジャイロセンサ３３と、モータ３４、３６と、エンコーダ３８、３９等に対して電源を供給している。すなわち、移動体１００に搭載された全部、又は一部の電気機器がバッテリ３１から供給される電源電圧によって動作する。
【００３４】
上記の例では、２輪型の移動体について説明したが、これに限られるものではない。すなわち、１輪の倒立車輪型移動体や３輪以上の倒立車輪型移動体についても適用可能である。さらには、歩行型の脚式ロボットにも適用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０  フレーム
１１  搭乗席
１１ａ  シート
１１ｂ  シートバック
１２  車台
１３  カバー
１４  前方バー
１５  後方バー
１６  アームレスト
１７  フットステップ
１８  右駆動輪
２１  操作モジュール
２２  車体
３１  バッテリ
３２  制御ボックス
３３  ジャイロセンサ
３４  モータ
３６  モータ
３８  エンコーダ
３９  エンコーダ
８０  搭乗者
５０  前方検出センサ
１００  移動体
Ｃ１  車軸
Ｏ  座標中心
Ｓ  検出範囲
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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