(57)【要約】【課題】高い操作性を有する移動体、及びその制御方法を提供すること。【解決手段】本発明にかかる移動体１００は、搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体１であって、搭乗者が搭乗する搭乗席８と、搭乗席８を支持する車台１３と、車台１３を移動させる後輪６０２と、搭乗席８の搭乗面に加わる力に応じた計測信号を出力する力センサ９と、搭乗席８に取り付けられ、張力に応じて力センサ９の出力を変化させるシートベルト２１と、力センサ９からの出力に応じて、後輪６０２を制御する制御部と、を備えるものである。【選択図】図１
2010213968.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体であって、
前記搭乗者が搭乗する搭乗部と、
前記搭乗部を支持する本体部と、
前記本体部を移動させる移動機構と、
前記搭乗部の搭乗面に加わる力に応じた計測信号を出力するセンサと、
前記搭乗部に取り付けられ、張力に応じて前記センサの出力を変化させるシートベルトと、
前記センサからの出力に応じて、前記移動機構を制御する制御部と、を備える移動体。
【請求項２】
前記搭乗部に対する前記シートベルトの位置を規制するベルトガイドが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の移動体。
【請求項３】
前記シートベルトが前記搭乗席の中心に対して左右対称に配設されている請求項１、又は２に記載の移動体。
【請求項４】
２本の前記シートベルトが、前記搭乗者の肩部の上方から延びて、搭乗者の前側で交差するＸ字型になっていることを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の移動体。
【請求項５】
前記シートベルトが、前記搭乗者の肩部の上方から延びて、搭乗者の前側で合流するＹ字型になっていることを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の移動体。
【請求項６】
前記シートベルトが前記センサの検知面に固定されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の移動体。
【請求項７】
前記搭乗部が前記本体部に対して回転可能に取り付けられ、
前記シートベルトが前記搭乗部の回転に連動することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の移動体。
【請求項８】
搭乗者が搭乗する搭乗部と、
前記搭乗席を支持する本体部と、
前記本体部を移動させる移動機構と、
前記搭乗席の搭乗面に加わる力に応じた計測信号を出力するセンサと、
前記搭乗席に取り付けられたシートベルトと、を備えた移動体の制御方法であって、
前記搭乗席の座面に加わる力、及びシートベルトの張力に応じた計測値を前記センサが出力するステップと、
前記計測値に応じて前記移動機構を制御するステップと、を備える移動体の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体、及びその制御方法に関し、特に詳しくは、搭乗部にシートベルトが設けられた移動体及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、搭乗者を搭乗させた状態で移動する移動体が開発されている（特許文献１乃至３）。例えば、特許文献１〜３では、搭乗者が搭乗する搭乗面（座面）に力センサ（圧力センサ）を設けている。そして、力センサからの出力によって、車輪を駆動している。すなわち、力センサが操作手段となって、入力が行われている。
【０００３】
特許文献１の移動体では、進みたい方向に体重をかけることで移動している。例えば、前方に進みたい場合、搭乗者が上体を前方に傾ける。すなわち、搭乗者が前傾姿勢になる。そして、前傾姿勢になると搭乗席に加わる力が変化する。そして、この力及びモーメントを力センサで検出する。力センサの検出結果によって、球状タイヤを駆動している。特許文献１の図１４には、搭乗者が搭乗席に座った状態で、倒立振子制御を行っている。特許文献２には、車椅子型の移動体が開示されている。この移動体には、椅子とフットレストが設けられている。
【０００４】
また、特許文献３には、利用者の動作を能動的に検知して、それに応じて自律的に動作する移動体が開示されている。例えば、複数の圧力センサによって、利用者の重心を計算している。この重心位置に応じて、車椅子形状の移動体が動作している（図２）。
【０００５】
さらに、特許文献４では、２足歩行型の移動体を動作させるためのインタフェイス装置が開示されている。このインタフェイス装置は、椅子型形状を有している。そして、椅子の背面と座面に複数の力センサを設けている。４つの力センサによって、搭乗者の骨盤旋回を検知して、歩行意思を推定している。そして、力センサによって推定された歩行意志に応じて両脚を駆動している。また、このインタフェイス装置には、足置き台が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２８２１６０号公報
【特許文献２】特開平１０−２３６１３号公報
【特許文献３】特開平１１−１９８０７５号公報
【特許文献４】特開平７−１３６９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１〜３では、実際に移動体に搭乗している搭乗者の姿勢によって、移動している。これにより、実際に移動している環境に応じた操作が可能になる。例えば、搭乗者は、以下のように操作を行うことができる。前進したい場合、搭乗者が前方に上体を移動させる。すなわち、搭乗者が前傾姿勢になる。すると、重心位置が前方になって、力センサに加わる力が変化する。これにより、センサが前進入力を検知する。反対に、後方に移動したい場合は、搭乗者が後傾姿勢になる。すると、重心位置が後方になり、後傾入力が検知される。また、左右に移動する場合は、搭乗者が左右方向に重心を移動する。これにより、左右の旋回入力が検知される。このように、旋回入力、前進入力、後退入力に応じて移動することができる。
【０００８】
しかしながら、上記の移動体では、搭乗者の意図通りに移動することができない場合がある。例えば、搭乗席に搭乗者が座った場合、搭乗者の大腿によって搭乗者の姿勢変化が拘束されてしまう。したがって、搭乗者が前傾姿勢となって、高速の前進入力を入力することが困難であるという問題点がある。また、搭乗者の座り位置が変化した場合も力センサの入力が変化してしまう。傾斜面を移動する場合も、力センサの入力にずれが生じてしまう。したがって、意図通りに移動することができなくなってしまう。本件出願の発明者らは、移動体を実際に移動させる時に、移動体を搭乗者の意図通りに移動させることができなくなる状況があることを発見した。本発明によれば搭乗者の意図通り移動させることができ、操作性を向上することができる。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、高い操作性を有する移動体、及びその制御方法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】
【００１０】
本発明の第１の態様にかかる移動体は、搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体であって、前記搭乗者が搭乗する搭乗部と、前記搭乗部を支持する本体部と、前記本体部を移動させる移動機構と、前記搭乗部の搭乗面に加わる力に応じた計測信号を出力するセンサと、前記搭乗部に取り付けられ、張力に応じて前記センサの出力を変化させるシートベルトと、前記センサからの出力に応じて、前記移動機構を制御する制御部と、を備えるものである。これにより、操作性を向上することができる。
【００１１】
本発明の第２の態様にかかる移動体は、上記の移動体であって、前記搭乗部に対する前記シートベルトの位置を規制するベルトガイドが設けられていることを特徴とするものである。これにより、シートベルトの張力による力の検出方向を決定することができ、制御を容易にすることができる。
【００１２】
本発明の第３の態様にかかる移動体は、上記の移動体であって、前記シートベルトが前記搭乗席の中心に対して左右対称に配設されているものである。これにより、簡便な制御で操作性を向上することができる。
【００１３】
本発明の第４の態様にかかる移動体は、上記の移動体であって、２本の前記シートベルトが、前記搭乗者の肩部の上方から延びて、搭乗者の前側で交差するＸ字型になっていることを特徴とするものである。これにより、前方向と、左右方向の移動に対する意図を推定することができる。
【００１４】
本発明の第５の態様にかかる移動体は、上記の移動体であって、前記シートベルトが、前記搭乗者の肩部の上方から延びて、搭乗者の前側で合流するＹ字型になっていることを特徴とするものである。これにより、前方向の移動に対する意図を推定することができる。
【００１５】
本発明の第６の態様にかかる移動体は、上記の移動体であって、前記シートベルトが前記センサの検知面に固定されていることを特徴とするものである。これにより、簡便な構成で、操作性を向上することができる。
【００１６】
本発明の第７の態様にかかる移動体は、上記の移動体であって、前記搭乗部が前記本体部に対して回転可能に取り付けられ、前記シートベルトが前記搭乗部の回転に連動することを特徴とするものである。これにより、簡便に操作性を向上することができる。
【００１７】
本発明の第８の態様にかかる移動体の制御方法は、搭乗者が搭乗する搭乗席と、前記搭乗席を支持する本体部と、前記本体部を移動させる移動機構と、前記搭乗席の搭乗面に加わる力に応じた計測信号を出力するセンサと、前記搭乗席に取り付けられたシートベルトと、を備えた移動体の制御方法であって、前記搭乗席の座面に加わる力、及びシートベルトの張力に応じた計測値を前記センサが出力するステップと、前記計測値に応じて前記移動機構を制御するステップと、を備えるものである。これにより、操作性を向上することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高い操作性を有する移動体、及びその制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる移動体の構成を示す正面図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる移動体の構成を示す側面図である。
【図３】各軸周りの動作を説明するための図である。
【図４】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
【図５】本発明の実施の形態にかかる移動体の力センサと搭乗席の配置を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態１にかかる移動体において、力センサと搭乗席の取付状態を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態１にかかる移動体におけるシートベルトの取付状態を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１にかかる移動体における搭乗者の動作を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態１にかかる移動体の動作を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態１にかかる移動体の動作を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態２にかかる移動体の動作を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施の形態２にかかる移動体の構成を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る小型車両の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００２１】
発明の実施の形態１．
実施形態１に係る移動体１について、図１、図２を用いて説明する。図１は、移動体１の構成を模式的に示す正面図であり、図２は、移動体１の構成を模式的に示す側面図である。なお、図１、及び図２には、ＸＹＺの直交座標系が示されている。Ｙ軸が移動体１の左右方向を示し、Ｘ軸が移動体１の前後方向を示し、Ｚ軸が鉛直方向を示している。従って、Ｘ軸がロール軸に対応し、Ｙ軸がピッチ軸、Ｚ軸がヨー軸となる。図１、２において、＋Ｘ方向が移動体１の前方向であるとして説明する。
【００２２】
図１に示すように移動体１は、搭乗部３、及び車台１３を有している。車台１３は、移動体１の本体部であり、搭乗部３を支持している。車台１３は、車輪６、筐体１１、制御計算部５１、バッテリ５２等を備えている。車輪６は、前輪６０１と後輪６０２から構成されている。ここでは、１つの前輪６０１と２つの後輪６０２からなる３輪型の移動体１を説明する。
【００２３】
搭乗部３は、搭乗席８、及び力センサ９を有している。そして、搭乗席８の上面が座面８ａとなる。すなわち、座面８ａの上に、搭乗者が乗った状態で移動体１が移動する。座面８ａは平面でもよいし、臀部の形に合わせた形状となっていてもよい。さらに、搭乗席８に背もたれ８ｂが設けられている。背もたれ８ｂによって搭乗者が座る向きが確定する。すなわち、背もたれ８ｂに搭乗者の背中が向けられるため、背もたれ８ｂの反対側が搭乗者の前側となる。乗り心地を向上するために、搭乗席８にクッション性を持たせてもよい。移動体１が水平面上にある場合、座面８ａが水平になっている。力センサ９は、搭乗者の体重移動を検知する。すなわち、力センサ９は、搭乗席８の座面８ａに加わる力を検出する。そして、力センサ９は、座面８ａに加わる力に応じた計測信号を出力する。力センサ９は、搭乗席８の下側に配置される。すなわち、車台１３と搭乗席８の間に、力センサ９が配設されている。
【００２４】
力センサ９としては、例えば、６軸力センサを用いることができる。この場合、図３に示すように、３軸方向の並進力（ＳＦｘ、ＳＦｙ、ＳＦｚ）と各軸周りのモーメント（ＳＭｘ、ＳＭｙ、ＳＭｚ）を計測する。これらの並進力とモーメントは、力センサ９の中心を原点に取った値である。移動体１のセンサ処理部に出力する計測信号をモーメント（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）とし、それらのモーメントの制御座標原点を図２に示す（ａ、ｂ、ｃ）とすると、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚは、それぞれ以下のように表すことができる。
Ｍｘ＝ＳＭｘ＋ｃ・ＳＦｙ−ｂ・ＳＦｚ
Ｍｙ＝ＳＭｙ＋ａ・ＳＦｚ−ｃ・ＳＦｘ
Ｍｚ＝ＳＭｚ＋ｂ・ＳＦｘ−ａ・ＳＦｙ
なお、図３は、各軸を説明するための図である。力センサ９として、モーメント（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）を計測できるものであればよい。各軸周りのモーメント（ＳＭｘ、ＳＭｙ、ＳＭｚ）を計測できる３軸力センサを制御座標原点に配置して、Ｍｘ，Ｍｙ、Ｍｚを直接計測してもよい。また、１軸の力センサを３つ設けてもよい。さらには、歪みゲージや、ポテンショを用いたアナログジョイスティックなどでもよい。すなわち、直接的又は間接的に３軸周りのモーメントを計測できるものであればよい。そして、力センサ９は、３つのモーメント（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）を計測信号として出力する。
【００２５】
さらに、背もたれ８ｂには、シートベルト２１が設けられている。ここで、シートベルト２１は、４点式のシートベルトである。したがって、２本のシートベルト２１がＸ字型に交差している。すなわち、一方のシートベルト２１は、左肩の上側から右腿部側に延在し、他方のシートベルト２１は右肩の上側から左大腿部側に延在している。このため、搭乗席８には、２つの取付部２２が設けられている。一方の取付部２２は、搭乗者の右肩の上方になるように、背もたれ８ｂに設置されている。他方の取付部２２は、搭乗者の左肩の上方になるように、背もたれ８ｂに設置されている。２つのシートベルト２１の上端に設けられた取付部２２によって、背もたれ８ｂに対する位置が固定される。
【００２６】
そして、シートベルト２１が搭乗席８の中心に対して左右対称に取り付けられている。さらに、２つのシートベルト２１は、同じ材質で、同じ長さになっている。よって、２つのシートベルト２１は、Ｙ方向における搭乗席８の中心に対して、完全に線対称になっている。シートベルト２１は、搭乗者の肩部の上方から下に延びて、搭乗者の前側で交差するＸ字型になっている。搭乗席８の下側には、シートベルト２１の位置を規制するベルトガイド２３が設けられている。これにより、搭乗席８に対するシートベルト２１のＹ方向における位置が固定される。
【００２７】
シートベルト２１の張力に応じて、力センサ９の出力が変化する。このように、ベルトガイド２３が搭乗席８と力センサ９の間に設けられている。ベルトガイド２３は、シートベルト２１の位置を規制する。これにより、シートベルト２１の張力によって、力センサ９に加わる力の方向が決定する。力センサ９に対するシートベルト２１の取り付けと動作制御については、後述する。
【００２８】
このようにシートベルト２１を設けることで、搭乗者の座り位置のずれを抑制することができる。すなわち、搭乗者は、シートベルト２１を正確に着用するために、搭乗席８の中心に座るようにする。搭乗席８の規定位置に搭乗者が座るようになる。換言すると、搭乗者が搭乗席８の中心からずれて座ろうとした場合、左右のシートベルト２１が非対称になる。この場合、左右のシートベルト２１の状態が変化してしまうため、搭乗者が座り位置のずれを認識する。このため、搭乗者が搭乗席８の中心に座り直し、座面８ａの中心からずれた位置に座ることがなくなる。よって、搭乗席８における座り位置のずれを低減することができる。これにより、操作性を向上することができる。
【００２９】
筐体１１には、車輪６が回転可能に取り付けられている。ここでは、円盤上の車輪６が３つ設けられている。車輪６の一部は、筐体１１の下面よりも下側に突出している。従って、車輪６が床面と接触している。２つの後輪６０２は、筐体１１の後部に設けられている。後輪６０２は、駆動輪であり、駆動モータ６０３によって回転する。すなわち、駆動モータ６０３が駆動することによって、後輪６０２がその車軸周りに回転する。後輪６０２は、左右両側に設けられている。なお、後輪６０２には、その回転速度を読み取るためのエンコーダが内蔵されている。左の後輪６０２の車軸と、右の後輪６０２の車軸は、同一直線上に配置されている。
【００３０】
また、車輪６には前輪６０１が含まれている。そして、1つの前輪６０１が筐体１１の前部中央に設けられている。従って、Ｙ方向において、２つの後輪６０２の間に、前輪６０１が配設されている。Ｘ方向において、前輪６０１の車軸と後輪６０２の車軸との間に、搭乗席８が設けられている。前輪６０１は、従動輪（補助輪）であり、移動体１の移動に応じて回転する。すなわち、後輪６０２の回転によって移動する方向、及び速度に応じて、前輪６０１が回転する。このように、後輪６０２の前に補助輪である前輪６０１を設けることで、転倒を防ぐことができる。
【００３１】
さらに、搭乗席８の下側には、支持台１４が設けられている。支持台１４は、筐体１１の上面に固定されている。支持台１４は、ヨー軸周りに回転可能な受動関節を構成する。この支持台１４によって、搭乗席８が車台１３に対してヨー軸周りに回転する。すなわち、支持台１４は、搭乗席８を車台１３に対して回転自在に支持している。搭乗席８は、ヨー軸周りに３６０°回転する。よって、搭乗者の動作に応じて、搭乗席８の向きが変わる。例えば、搭乗者が腰をねじることで、車台１３に対して搭乗席８が回転する。支持台１４が回転すると、搭乗席８の前方向が、移動体１の前方向からずれる。これにより、搭乗者が進みたい方向を向くことができる。よって、進みたい方向を向きながら移動することが可能になる。進みたい方向を確認しながら移動することができるため、高速移動が可能になる。これにより、操作性を向上することができる。
【００３２】
搭乗席８の前方向を＋Ｘ方向とし、左方向を＋Ｙ方向とする。支持台１４の回転によって、移動体１の車台１３の前方向が＋Ｘ方向からずれることになる。すなわち、車軸の方向と、搭乗席８の前後方向の関係は、支持台１４の角度によって変化する。
【００３３】
また、支持台１４は、搭乗席８及び力センサ９を回転可能に支持している。搭乗席８は、支持台１４によって回転する回転椅子となる。搭乗席８に力センサ９が設けられているため、搭乗席８とともに、力センサ９が回転する。すなわち、搭乗席８の向きが変わると、それに応じて、力センサ９が回転する。支持台１４には、回転角度を検出するためのエンコーダ等が内蔵されている。エンコーダは、例えば、移動体１の車台１３と搭乗部３の前方方向が一致している時の角度を基準角度として、この基準角度からのずれを測定する。すなわち、基準となる方向からのずれがエンコーダで測定される。移動体１の車台１３と搭乗部３の前方向が一致している時のエンコーダの測定値が０°となる。エンコーダは０〜３６０°の間の値を測定値として、出力する。エンコーダの測定値に応じて、搭乗席の向きを把握することができる。すなわち、搭乗者がどの方向を向いているかを特定することができる。
【００３４】
モーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚと搭乗者の向きとの関係は変化しなくなる。すなわち、搭乗者が搭乗席８を回転させる動作を行ったとしても、搭乗者の姿勢変化が同じなら、同じモーメントＭｘ，Ｍｙ、Ｍｚが得られる。よって、操作性を向上することができる。
【００３５】
制御計算部５１はＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、通信用のインタフェイスなどを有する演算処理装置である。また、制御計算部５１は、着脱可能なＨＤＤ、光ディスク、光磁気ディスク等を有し、各種プログラムや制御パラメータなどを記憶し、そのプログラムやデータを必要に応じてメモリ（不図示）等に供給する。もちろん、制御計算部５１は、物理的に一つの構成に限られるものではない。制御計算部５１には、力センサ９からの出力に応じて駆動モータ６０３の動作を制御するための処理を行う。
【００３６】
次に、移動体１を移動させるための制御系について、図４を用いて説明する。図４は、移動体１を移動させるための制御系の構成を示すブロック図である。まず、力センサ９によって、座面８ａにかかる力を検出する。センサ処理部５３は、力センサ９からの計測信号に対して処理を行う。すなわち、力センサ９から出力される計測信号に対応する計測データに対して、演算処理を行う。これにより、制御計算部５１に入力される入力モーメント値が算出される。なお、センサ処理部５３は、力センサ９に内蔵されていてもよく、制御計算部５１に内蔵されていてもよい。
【００３７】
このように、力センサ９で計測されたモーメント（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）が各軸周りの入力モーメント値（Ｍｘ'、Ｍｙ'、Ｍｚ'）に変換される。そして、入力モーメント値が各後輪６０２を動作させるために入力される入力値となる。このように、センサ処理部５３は、軸毎に入力値を算出する。入力モーメント値の大きさは、モーメントの大きさに応じて決まる。入力モーメント値の符号は、計測されたモーメントによって決まる。すなわち、モーメントが正の場合、入力モーメント値も正となり、モーメントが負の場合、入力モーメント値も負となる。例えば、モーメントＭｘが正の場合、入力モーメント値Ｍｘ'も正となる。従って、この入力モーメント値が搭乗者の意図する操作に対応する入力値となる。
【００３８】
制御計算部５１は、入力モーメント値に基づいて、制御計算を行う。これにより、駆動モータ６０３を駆動するための指令値が算出される。もちろん、入力モーメント値が大きいほど、指令値が大きくなる。この指令値は、駆動モータ６０３に出力される。なお、本実施形態では、左右の後輪６０２が駆動輪であるため、２つの駆動モータ６０３が図示されている。そして、一方の駆動モータ６０３が右の後輪６０２を回転させ、他方の駆動モータ６０３が左の後輪６０２を回転させる。駆動モータ６０３は、指令値に基づいて後輪６０２を回転させる。すなわち、駆動モータ６０３は、駆動輪である後輪６０２を回転させるためのトルクを与える。もちろん、駆動モータ６０３は、減速機などを介して、後輪６０２に回転トルクを与えてもよい。例えば、制御計算部５１から、指令値として指令トルクが入力された場合、その指令トルクで、駆動モータ６０３が回転する。これにより、後輪６０２が回転して、移動体１が所望の方向に、所望の速度で移動する。もちろん、指令値は、トルクに限らず、回転速度、回転数であってもよい。
【００３９】
さらに、駆動モータ６０３にはそれぞれ、エンコーダ６０３ａが内蔵されている。このエンコーダ６０３ａは、駆動モータ６０３の回転速度等を検出する。そして、検出された回転速度は、制御計算部５１に入力される。制御計算部５１は、現在の回転速度と、目標となる回転速度とに基づいてフィードバック制御を行う。例えば、目標回転速度と現在回転速度との差分に、適当なフィードバックゲインを乗じて、指令値を算出する。もちろん、左右の駆動モータ６０３に出力される指令値は、異なる値であってもよい。すなわち、前方、又は後方に直進する場合は、左右の後輪６０２の回転速度が同じになるように制御し、左右に旋回する場合は、左右の後輪６０２が、同じ方向で異なる回転速度になるよう制御する。また、その場旋回する場合は、左右の後輪６０２が反対方向に回転するように制御する。
【００４０】
例えば、搭乗者が前傾姿勢になると、搭乗席８にピッチ軸周りの力が加わる。すると、力センサ９が＋Ｍｙのモーメントを検出する（図３参照）。この＋Ｍｙのモーメントによって、センサ処理部５３は、移動体１を並進させるための入力モーメント値Ｍｙ'を算出する。同様に、センサ処理部５３は、Ｍｘに基づいて入力モーメント値Ｍｘ'を算出し、Ｍｚに基づいて、入力モーメント値Ｍｚ'を算出する。すなわち、センサ処理部５３は、計測値を入力モーメント値に変換する。これらは、それぞれの独立に算出される。すなわち、Ｍｘ'は、Ｍｘのみによって決まり、Ｍｙ'は、Ｍｙのみによって決まり、Ｍｚ'は、Ｍｚのみのよって決まる。このように、Ｍｘ'、Ｍｙ'、Ｍｚ'はそれぞれ独立している。
【００４１】
制御計算部５１が、入力モーメント値とエンコーダの読み値に基づいて、指令値を算出する。これにより、左右の後輪６０２が所望の回転速度で回転する。同様に、右方向に曲がる場合は、搭乗者が右側に体重移動する。これにより、搭乗席にロール軸周りの力が加わり、力センサ９が＋Ｍｘのモーメントを検出する。この＋Ｍｘのモーメントによって、センサ処理部５３は、移動体１を右方向に旋回させるための入力モーメント値Ｍｘ'を算出する。すなわち、移動体１が移動する方向に対応する舵角が求められる。そして、入力モーメント値に応じて、制御計算部５１が指令値を算出する。この指令値に応じて、左右の後輪６０２が異なる回転速度で回転する。すなわち、左側の後輪６０２が右側の後輪６０２よりも速い回転速度で回転する。
【００４２】
このように、Ｍｙ'に基づいて、前後方向の並進移動に対する成分が求められる。すなわち、左右の後輪６０２を同じ方向に同じ回転速度で駆動するための駆動トルクなどが決定する。従って、Ｍｙ'、すなわち、Ｍｙが大きいほど、移動体１の移動速度が速くなる。Ｍｘ'に基づいて、移動方向、すなわち、舵角に対する成分が求められる。すなわち、左右の後輪６０２の回転トルク差が決定される。従って、Ｍｘ'、すなわち、Ｍｘが大きいほど、左右の後輪６０２の回転速度の違いが大きくなる。
【００４３】
Ｍｚ'に基づいて、その場旋回に対する成分が求められる。すなわち、左右の後輪６０２を反対方向に回転させて、その場旋回するための成分が求められる。従って、Ｍｚ'、すなわち、Ｍｚが大きいほど、左右の後輪６０２における反対方向の回転速度が大きくなる。例えば、Ｍｚ'が正の場合、上側から見て、左周りにその場旋回する駆動トルクなどが算出される。すなわち、右側の後輪６０２が前方に回転し、左側の後輪６０２が同じ回転速度で後方に回転することとなる。
【００４４】
そして、それぞれの入力モーメント値Ｍｘ'、Ｍｙ'、Ｍｚ'に基づいて算出された３つの成分を合成して、２つの後輪６０２を駆動するための指令値を算出する。これにより、左右の後輪６０２に対する指令値がそれぞれ算出される。駆動トルクや回転速度などが指令値として算出される。すなわち、入力モーメント値Ｍｘ'、Ｍｙ'、Ｍｚ'に対応する成分毎に算出された値を合成することで左右の後輪６０２に対する指令値が算出される。このように、計測されたモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚに基づいて算出された入力モーメント値Ｍｘ'、Ｍｙ'、Ｍｚ'によって、移動体１が移動する。すなわち、搭乗者の体重移動によるモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚによって、移動体１の移動方向、及び移動速度が決定する。
【００４５】
このように、搭乗者の動作によって、移動体１を移動させるための入力が行われる。すなわち、搭乗者の姿勢変化によって、各軸周りのモーメントが検出される。そして、これらのモーメントの計測値に基づいて、移動体１が移動する。これにより、搭乗者が、移動体１を簡便に操作することができる。すなわち、ジョイスティックやハンドルなどの操作が不要となり、体重移動のみでの操作が可能となる。例えば、右斜め前方に移動したい場合は、体重を右前方にかける。また、左斜め後方に移動したい場合は、体重を左後方にかける。これにより、搭乗者の重心位置が変化して、その変化量に応じた入力が行われる。すなわち、搭乗者の重心移動に応じたモーメントを検出することで、直感的に操作することができる。
【００４６】
さらに、本実施の形態では、シートベルト２１の張力に応じて、力センサ９の出力が変化する。すなわち、搭乗者が前進しようとして前傾姿勢になると、シートベルト２１の張力が強くなる。この場合、Ｍｘが大きくなる。よって、力センサ９の感度を実質的に向上することができ、操作性を向上することができる。
【００４７】
次に、シートベルト２１の取り付けと、搭乗席８と力センサ９の配置について図５乃至７を用いて説明する。図５は、力センサ９と搭乗席８の配置を示す斜視図である。図６は、力センサ９と搭乗席８の取り付け方法を示す斜視図である。図７は、シートベルト２１の取り付け状態を示す図である。
【００４８】
図５に示すように、搭乗席８の上に力センサ９が配置されている。ここで、搭乗席８の座面８ａは、円形になっている。すなわち、搭乗席８が円柱状になっている。そして、力センサ９の上面も円形になっている。力センサ９の外形は搭乗席８よりも小さくなっている。力センサ９の上面が力を検知する検知面になっている。図６に示すように、力センサ９と搭乗席８とを固定する際に、ネジ１６を用いている。すなわち、ネジ１６が力センサ９と搭乗席８を固定している。
【００４９】
図７のように、搭乗席８と力センサ９の間に、シートベルト２１が設けられている。シートベルト２１の端は、ネジ１６に取り付けられている。シートベルト２１を取り付けるネジ１６は、力センサ９の上面の中央に設けられている。すなわち、ＸＹ面において力センサ９の中心に設けられたネジ１６によって、シートベルト２１が固定されている。さらに、ベルトガイド２３によって、シートベルト２１の位置を固定している。そして、２つのベルトガイド２３は、左右対称な位置に設けられている。よって中心のネジ１６から一方のベルトガイド２３までの距離と他方のベルトガイド２３までの距離は、一致している。そして、中心のネジ１６と２つのベルトガイド２３を結ぶ三角形において、中心のネジ１６から引いた中線がＸ軸と平行になる。
【００５０】
取付部２２から斜め下方に延びたシートベルト２１は、ベルトガイド２３の位置で折り返されている。折り返されたシートベルト２１が力センサ９と搭乗席８の間を通って、力センサ９の検知面の中心に向かっている。そして、シートベルト２１の一端が、ネジ１６によって、力センサの検知面に固定されている。
【００５１】
このように、シートベルト２１は、ネジ１６によって、力センサ９に固定されている。また、ネジ１６は力センサ９に固定されている。従って、ネジ１６に加わった力、モーメントは、力センサ９に伝わる。ネジ１６の部分にシートベルト２１を固定した状態で、シートベルト２１を引っ張るとネジ１６が引っ張られる。これにより、モーメントが発生する。換言すると、座面８ａに力を加えなくても、シートベルト２１を引っ張ると、力センサ９の出力が変化する。ネジ１６を長くすると、シートベルト２１の効果が出る。力の関係の支点の距離が延びるためである。なお、上記の説明では中心のネジ１６によってシートベルト２１を固定したが、全てのネジ１６によって固定してもよい。
【００５２】
シートベルト２１の長さは一定である。すなわち、ベルトガイド２３を介した取付部２２から力センサ９までの距離は一定である。この場合、搭乗者が姿勢を変化することによって、シートベルト２１が引っ張られる。力センサ９には、ベルトガイド２３の方向に力Ｆ（ｓｅａｔ＿ｂｅｌｔ＿Ｒ），Ｆ（ｓｅａｔ＿ｂｅｌｔ＿Ｌ）と、モーメントＭ（ｓｅａｔ＿ｂｅｌｔ＿Ｒ）、Ｆ（ｓｅａｔ＿ｂｅｌｔ＿Ｌ）が入力される。すなわち、シートベルト２１によって加わる力Ｆ（ｓｅａｔ＿ｂｅｌｔ＿Ｒ）、Ｆ（ｓｅａｔ＿ｂｅｌｔ＿Ｌ）と、モーメントＭ（ｓｅａｔ＿ｂｅｌｔ＿Ｒ）、Ｆ（ｓｅａｔ＿ｂｅｌｔ＿Ｌ）に対して、座面８ａから伝わる力Ｆ（ｓｅａｔ）とモーメントＭ（ｓｅａｔ）とを、合成したものが計測信号として出力される。座面８ａに加わる力とモーメントに対して、シートベルト２１から力とモーメントを合成した計測信号を利用する。これにより、搭乗者の行動をより正確に推定することができ、搭乗者の意図通りに移動することが可能になる。
【００５３】
また、シートベルト２１の位置は、搭乗席８のベルトガイド２３で固定されている。よって、搭乗席８が回転したり、傾斜したりした場合でも、シートベルト２１も連動する。すなわち、シートベルト２１の位置も、回転する。これにより、各シートベルト２１に加わる力の方向が、力センサ９に対して一定になる。たとえば、中心のネジ１６とベルトガイド２３とを結ぶ直線が、シートベルト２１から力センサ９に加わる力の方向になる。
【００５４】
次に、搭乗者の姿勢変化によるシートベルトの動作について説明する。図８は、搭乗者が搭乗席８に座った状態を示す上面図である。図８に示すように搭乗席８に搭乗者が搭乗した状態では、臀部７２と脚部７３が座面８ａと接触している。そして、両方の脚部７３を挟むようにベルトガイド２３が配置されている。
【００５５】
搭乗者が前傾になるとシートベルト２１が引っ張られる。例えば、搭乗者が右向きに体を傾けると、左肩周辺から右下に延びるシートベルト２１がきつくなり、右肩周辺から左下に延びるシートベルト２１はゆるくなる。左肩から右下の延びるシートベルトの張力が強くなると、右斜め前方の力、モーメントが入力される。一方、搭乗者が真っ直ぐ前傾姿勢になると、両方のシートベルトが引っ張られる。すると、図８の矢印方向に力、モーメントが生じる。すなわち、右肩から延びるシートベルト２１による力とモーメントは左斜め前方向になり、左肩から延びるシートベルト２１による力とモーメントは、右斜め前方向になる。この方向は、中心のネジ１６からベルトガイド２３への方向と一致している。
【００５６】
次に、前方へ進もうとして、搭乗者が上半身を真っ直ぐ前傾させた場合について、図９を用いて説明する。この場合、両方のシートベルト２１が引っ張られることになる。よって、力センサ９には、右斜め前、及び左斜め前の力とモーメントが入力される（矢印Ａ，Ｂ参照）ここでは、左斜め前と右斜め前とで、力とモーメントがほぼ等しくなる。また、座面８ａに加わる力とモーメントは前方向になる（矢印Ｃ参照）。よって、シートベルト２１による力、モーメントに対して、座面８ａから加わる力、モーメントを合成した力、モーメントは、前方向（＋Ｘ方向）になる（矢印Ｄ参照）。このように、シートベルト２１によって、＋Ｘ方向の移動の意図推定を支援することができる。
【００５７】
次に、右斜め前に進もうとして、搭乗者が上半身を右斜め前に傾けた場合について、図１０を用いて説明する。この場合、左肩から延びるシートベルトのみが引っ張られることになる。力センサ９には、右斜め前の力、モーメントが入力される（矢印Ａ参照）。また、座面８ａに加わる力、モーメントは右斜め前方向になる（矢印Ｃ参照）。よって、シートベルトによる力、モーメントと、座面８ａから加わる力、モーメントを合成した力、モーメントは、右斜め前方向になる（矢印Ｄ参照）。このように、シートベルト２１によって、斜め前方方向の移動の意図推定を支援することができる。
【００５８】
このように、本実施の形態では、シートベルト２１が、力センサ９への入力を支援している。すなわち、座面８ａから直接加わる力だけでなく、シートベルト２１による張力に応じて、力センサ９からの計測信号が変化する。これにより、力センサ９の感度を実質的に向上することができ、前方移動に対する移動意図をレスポンスよく推定することができる。よって、応答性を向上することができ、操作性を向上することができる。
【００５９】
さらに、シートベルト２１を設けることで、搭乗者の座り位置のずれを低減することができる。よって、さらに操作性を向上することができる。また、シートベルト２１を力センサ９に連結しているため、センサの数を増やすことなく、検出点を増加させることができる。上半身の体重移動の検出率を向上することができる。力センサ９と搭乗者との接触点が座面８ａとシートベルト２１となり、センサを多重化することができる。これにより、操作性を向上することができる。
【００６０】
また、ベルトガイド２３を設けることで、シートベルト２１の張力による力の検出方向が決定される、よって、制御を容易に行うことができる。また、シートベルト２１を左右対称に配置することで、簡便な制御で操作性を向上することができる。また、力センサ９の検知面にシートベルト２１を固定する。よって、簡便な構成で、操作性を向上することができる。シートベルト２１が搭乗席８の回転に連動している。これにより、簡便に操作性を向上することができる。
【００６１】
発明の実施の形態２．
本実施の形態にかかる移動体について、図１１を用いて説明する。図１１は、本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１では、実施の形態１と比べて、シートベルト２１の構成が異なっている。なお、シートベルト以外の構成と制御については、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００６２】
本実施の形態では、図１１に示すように、シートベルト２１がＸ字型でなく、Ｙ字型になっている。すなわち、右肩上方から延びたシートベルト２１と左肩上方から延びたシートベルト２１とが搭乗者の正面で合流している。そして、シートベルト２１は、合流位置から、下方に向かっている。よって、ベルトガイド２３がＹ方向における中央に設置される。本実施の形態では、Ｙ型のベルトガイド２３が１つしか設けられていない。そして、シートベルト２１は、両脚の間を通って、ベルトガイド２３に取り付けられる。本実施の形態では、シートベルト２１が＋Ｘ方向への入力のみを支援する。すなわち、Ｙ方向の力、モーメントは、シートベルト２１によって、変化しない。
【００６３】
搭乗者が上体を前方に傾けると、図１２に示すようになる。ここでは、シートベルト２１が前方に引っ張られる。よって、矢印方向の力、モーメントが入力される。よって、前方へ移動する。この場合もシートベルト２１によって入力が支援される。これにより、操作性を向上することができる。
【００６４】
また、本発明は、車輪型の移動体１に限らず、歩行型の移動体においても適用可能である。あるいは、全方向車輪などを用いた移動体１であってもよい。すなわち、車台１３などの本体部を床面に対して移動させる移動機構が設けられているものであればよい。さらに、各実施の形態を適宜組み合わせて使用してもよい。また、装着しやすくするために、シートベルト２１を着脱式にしてもよい。例えば、取付部２２とベルトガイド２３の間に、バックルなどを設けてもよい。また、シートベルト２１の材料は、弾性体でもよく、剛体であってもよい。
【００６５】
また、ネジ１６以外の機構によって、シートベルト２１を力センサ９に固定してもよい。取付部２２にベルト・テンショナーを設けて、シートベルト２１に所定の張力を加えてもよい。ネジ１６以外の固定手段を用いて、シートベルト２１を力センサ９に固定してもよい。また、搭乗席８が力センサ９と連結していれば、シートベルト２１が力センサ９と直接接続されていなくてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１  移動体
３  搭乗部
６  車輪
８  搭乗席
８ａ  座面
８ｂ  背もたれ
９  力センサ
１１  筐体
１３  車台
１４  支持台
１６  ねじ
２１  シートベルト
２２  取付部
２３  ベルトガイド
７２  臀部
７３  脚部
５１  制御計算部
５２  バッテリ
６０３  駆動モータ
６０３ａ  エンコーダ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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