(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。【解決手段】本発明の一態様にかかる移動体１は、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を移動させる車輪６と、搭乗席８の搭乗面に加わる力に応じた計測値を出力する力センサ９と、力センサ９からの計測値に基づいて、ヨー軸周りのモーメントに応じた入力値を算出するセンサ処理部５３と、入力値の絶対値に応じた移動速度で、入力値の符号に応じて前方又は後方に移動するように車輪６を駆動するための指令値を出力する制御計算部５１と、を備え、搭乗者が前傾姿勢になって前進を入力する時と後傾姿勢になって後退を入力する時とで計測値の絶対値が同じ場合に、前進入力時の場合の計測値の絶対値が後退入力時の入力値の絶対値よりも大きくなっているものである。【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値を出力するセンサと、
前記センサからの計測値に基づいて、ヨー軸周りのモーメントに応じた入力値を算出するセンサ処理部と、
前記入力値の絶対値に応じた移動速度で、前記入力値の符号に応じて前方又は後方に移動するように前記移動機構を駆動するための指令値を出力する制御計算部と、を備え、
前記搭乗者が前傾姿勢になって前進を入力する時と後傾姿勢になって後退を入力する時とで前記計測値の絶対値が同じ場合に、前進入力時の場合の前記計測値の絶対値が後退入力時の前記入力値の絶対値よりも大きくなっている移動体。
【請求項２】
前記計測値から前記入力値を算出するときのゲインを前記前進入力時と前記後退入力時とで変え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】
前記計測値に対してオフセット値を与えた後、前記入力値を算出することを特徴とする請求項１、又は２に記載の移動体。
【請求項４】
前記搭乗者が搭乗しているか否かを判別する判別手段をさらに備え、
前記搭乗者が搭乗していると判別された場合は、搭乗モードで制御し、
前記搭乗者が搭乗していないと判別された場合は、非搭乗モードで制御し、
前記搭乗モードでは、前記前進入力時の場合と前記後退入力時とで前記計測値の絶対値が等しい場合に、前記前進入力時の前記入力値の絶対値が前記後退入力時の前記入力値の絶対値よりも大きくなり、
前記非搭乗モードでは、前記前進入力時の場合と前記後退入力時とで前記計測値の絶対値が等しい場合に、前記後退入力時の前記入力値の絶対値と、前記前進入力時の前記入力値の絶対値が等しくなっている請求項１、２又は３に記載の移動体。
【請求項５】
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値を出力するセンサと、
前記センサからの計測値に基づいて、モーメントに応じた入力値を算出するセンサ処理部であって、前記計測値に対するオフセット値を設定して、前記入力値を算出するセンサ処理部と、
前記入力値に応じた移動速度及び移動方向に移動するように、前記移動機構を駆動するための指令値を出力する制御計算部と、を備えた移動体。
【請求項６】
前記搭乗部の搭載重量が変化したタイミングで、前記オフセット値の設定を行うことを特徴とする請求項５に記載の移動体。
【請求項７】
前記センサの計測値に基づいて前記搭載重量が算出されている請求項６に記載の移動体。
【請求項８】
前記オフセットを設定するタイミングを入力するスイッチがさらに設けられていることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の移動体。
【請求項９】
前記搭乗部と前記搭乗者との搭乗位置を検出する搭乗位置検出部、を備え、
前記搭乗位置検出部で検出された搭乗位置に応じて、前記計測値に対するオフセット値を設定している請求項５に記載の移動体。
【請求項１０】
前記搭乗位置検出部にはアレイ状に配列され、搭乗者が接触しているか否かを判別する接触センサが含まれ、
前記アレイ状に配列された接触センサで検出された接触位置の分布情報に基づいて、前記オフセット値を決定している請求項９に記載の移動体。
【請求項１１】
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値を出力するセンサと、を備えた移動体であって、
前記センサからの計測値に基づいて、モーメントに応じた入力値を算出するセンサ処理部と、
前記入力値に応じた移動速度及び移動方向に移動するように、前記移動機構を駆動するための指令値を出力する制御計算部と、
前記センサからの計測値がしきい値を越えていた場合に、前記搭乗面に加わる力が強くなるように駆動する駆動機構と、を備えた移動体。
【請求項１２】
前記駆動機構が前記本体部をピッチ軸周り、及びロール軸周りに回転させることを特徴とする請求項１１に記載の移動体。
【請求項１３】
前記本体部に取り付けられたフットレストをさらに備え、
前記駆動機構がフットレストを前記搭乗部に対して移動させることによって、前記搭乗面に加わる力を強くしていることを特徴とする請求項１１、又は１２に記載の移動体。
【請求項１４】
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、
前記本体部の姿勢角を検出する姿勢検出部と、
前記搭乗部の搭乗面に加わる力に応じた計測値を出力するセンサと、
前記センサからの計測値に基づいて、モーメントに応じた入力値を算出するセンサ処理部であって、前記姿勢検出部で検出された姿勢角に応じて前記入力値と前記計測値の関係を変化させるセンサ処理部と、
前記入力値に応じた移動速度及び移動方向に移動するように、前記移動機構を駆動するための指令値を出力する制御計算部と、を備えた移動体。
【請求項１５】
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値を出力するセンサと、
前記センサからの計測値に基づいて、ヨー軸周りのモーメントに応じた入力値を算出するセンサ処理部と、を備えた移動体の制御方法であって、
前記搭乗者が前傾姿勢になって前進を入力する時と後傾姿勢になって後退を入力する時とで前記計測値の絶対値が同じ場合に、前進入力時の場合の前記計測値の絶対値が後退入力時の前記入力値の絶対値よりも大きくなるように算出するステップと、
前記入力値の絶対値に応じた移動速度で、前記入力値の符号に応じて前方又は後方に移動するように前記移動機構を駆動するための指令値を出力するステップと、を備えた移動体の制御方法。
【請求項１６】
前記計測値から前記入力値を算出するときのゲインを前記前進入力時と前記後退入力時とで変えていることを特徴とする請求項１５に記載の移動体の制御方法。
【請求項１７】
前記計測値に対してオフセット値を与えた後、前記入力値を算出することを特徴とする請求項１５、又は１６に記載の移動体の制御方法。
【請求項１８】
前記搭乗者が搭乗しているか否かを判別するステップをさらに備え、
前記搭乗者が搭乗していると判別された場合は、搭乗モードで制御し、
前記搭乗者が搭乗していないと判別された場合は、非搭乗モードで制御し、
前記搭乗モードでは、前記前進入力時の場合と前記後退入力時とで前記計測値の絶対値が等しい場合に、前記前進入力時の前記入力値の絶対値が前記後退入力時の前記入力値の絶対値よりも大きくなり、
前記非搭乗モードでは、前記前進入力時の場合と前記後退入力時とで前記計測値の絶対値が等しい場合に、前記後退入力時の前記入力値の絶対値と、前記前進入力時の前記入力値の絶対値が等しくなっている請求項１５、１６又は１７に記載の移動体の制御方法。
【請求項１９】
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値を出力するセンサと、
前記センサからの計測値に基づいて、モーメントに応じた入力値を算出するセンサ処理部と、を備えた移動体の制御方法であって、
前記計測値に対するオフセット値を設定して、前記入力値を算出するステップと、
前記入力値に応じた移動速度及び移動方向に移動するように、前記移動機構を駆動するための指令値を出力するステップと、を備えた移動体の制御方法。
【請求項２０】
前記搭乗部の搭載重量の変化したタイミングで、前記オフセット値の再設定を行うことを特徴とする請求項１９に記載の移動体の制御方法。
【請求項２１】
前記センサの計測値に基づいて前記搭載重量が算出されている請求項２０に記載の移動体の制御方法。
【請求項２２】
前記搭乗者がスイッチを操作することで、前記オフセットの再設定を行なうことを特徴とする請求項１９乃至２１のいずれか１項に記載の移動体の制御方法。
【請求項２３】
前記搭乗部と前記搭乗者との搭乗位置を検出するステップを、さらに備え、
前記搭乗位置に応じて、前記計測値に対するオフセット値の再設定を行っていることを特徴とする請求項１９に記載の移動体の制御方法。
【請求項２４】
アレイ状に配列された接触センサによって、搭乗者が搭乗しているか否かを判別し、
前記アレイ状に配列された接触センサで検出された接触位置の分布情報に基づいて、前記オフセット値を決定している請求項２３に記載の移動体の制御方法。
【請求項２５】
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値を出力するセンサと、
前記センサからの計測値に基づいて、モーメントに応じた入力値を算出するセンサ処理部と、を備えたで移動体の制御方法あって、
前記センサからの計測値がしきい値を越えていた場合に、前記搭乗面に加わる力が強くなるように駆動機構を駆動するステップと、
前記入力値に応じた移動速度及び移動方向に移動するように、前記移動機構を駆動するための指令値を出力するステップと、を備えた移動体の制御方法。
【請求項２６】
前記駆動機構が前記本体部をピッチ軸周り、及びロール軸周りに回転させることを特徴とする請求項２５に記載の移動体の制御方法。
【請求項２７】
前記本体部に取り付けられたフットレストをさらに備え、
前記駆動機構がフットレストを前記搭乗部に対して移動させることによって、前記搭乗面に加わる力を強くしていることを特徴とする請求項２５、又は２６に記載の移動体の制御方法。
【請求項２８】
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、
前記搭乗部の搭乗面に加わる力に応じた計測値を出力するセンサと、
前記センサからの計測値に基づいて、モーメントに応じた入力値を算出するセンサ処理部と、を備えた移動体の制御方法であって、
前記本体部の姿勢を検出するステップと、
前記本体部の姿勢に応じて前記入力値と前記計測値の関係を変化させるステップと、
前記入力値に応じた移動速度及び移動方向に移動するように、前記移動機構を駆動するための指令値を出力するステップと、を備えた移動体の制御方法。
【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、２）。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。
【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。さらに、搭乗者が荷物を持った場合、力センサの入力が変化してしまう。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、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の態様に係る移動体は、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値を出力するセンサと、前記センサからの計測値に基づいて、ヨー軸周りのモーメントに応じた入力値を算出するセンサ処理部と、前記入力値の絶対値に応じた移動速度で、前記入力値の符号に応じて前方又は後方に移動するように前記移動機構を駆動するための指令値を出力する制御計算部と、を備え、前記搭乗者が前傾姿勢になって前進を入力する時と後傾姿勢になって後退を入力する時とで前記計測値の絶対値が同じ場合に、前進入力時の場合の前記計測値の絶対値が後退入力時の前記入力値の絶対値よりも大きくなっているものである。これにより、搭乗者の大腿部の拘束がある場合でも、搭乗者の意図通りに移動させることができる。よって、操作性を向上することができる。
【００１１】
本発明の第２の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記計測値から前記入力値を算出するときのゲインを前記前進入力時と前記後退入力時とで変えていることを特徴とするものである。これにより、簡便な処理で、意図通りに移動させることができる。よって、操作性を向上することができる。
【００１２】
本発明の第３の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記計測値に対してオフセット値を与えた後、前記入力値を算出することを特徴とするものである。これにより、簡便な処理で、意図通りに移動させることができる。よって、操作性を向上することができる。
【００１３】
本発明の第４の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記搭乗者が搭乗しているか否かを判別する判別手段をさらに備え、前記搭乗者が搭乗していると判別された場合は、搭乗モードで制御し、前記搭乗者が搭乗していないと判別された場合は、非搭乗モードで制御し、前記搭乗モードでは、前記前進入力時の場合と前記後退入力時とで前記計測値の絶対値が等しい場合に、前記前進入力時の前記入力値の絶対値が前記後退入力時の前記入力値の絶対値よりも大きくなり、前記非搭乗モードでは、前記前進入力時の場合と前記後退入力時とで前記計測値の絶対値が等しい場合に、前記後退入力時の前記入力値の絶対値と、前記前進入力時の前記入力値の絶対値が等しくなっているものである。これにより、搭乗者の有無に応じて適切な制御を行うことできるため、操作性を向上することができる。
【００１４】
本発明の第５の態様に係る移動体は、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値を出力するセンサと、前記センサからの計測値に基づいて、モーメントに応じた入力値を算出するセンサ処理部であって、前記計測値に対するオフセット値を設定して、前記入力値を算出するセンサ処理部と、前記入力値に応じた移動速度及び移動方向に移動するように、前記移動機構を駆動するための指令値を出力する制御計算部と、を備えたものである。これにより、簡便な制御で、搭乗者の意図通りに移動するような制御が可能となる。よって、操作性を向上することができる。
【００１５】
本発明の第６の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、搭乗者が搭乗する搭乗部と、前記搭乗部の搭載重量の変化したタイミングで、前記オフセット値の設定を行うことを特徴とするものである。これにより、簡便な処理で、オフセット値を調整することができる。よって、操作性を向上することができる。
【００１６】
本発明の第７の態様に係る移動体は、搭乗者が搭乗する搭乗部と、前記センサの計測値に基づいて前記搭載重量が算出されているものである。これにより、簡便な処理で、オフセット値を調整することができる。よって、操作性を向上することができる。
【００１７】
本発明の第８の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記オフセットを設定するタイミングを入力するスイッチがさらに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、簡便な処理で、オフセット値を調整することができる。よって、操作性を向上することができる。
【００１８】
本発明の第９の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記搭乗部と前記搭乗者との搭乗位置を検出する搭乗位置検出部、を備え、前記搭乗位置検出部で検出された搭乗位置に応じて、前記計測値に対するオフセット値を設定しているものである。これにより、簡便な処理で、オフセット値を調整することができる。よって、操作性を向上することができる。
【００１９】
本発明の第１０の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記搭乗位置検出部にはアレイ状に配列され、搭乗者が接触しているか否かを判別する接触センサが含まれ、前記アレイ状に配列された接触センサで検出された接触位置の分布情報に基づいて、前記オフセット値を決定しているものである。これにより、簡便な処理で、オフセット値を調整することができる。よって、操作性を向上することができる。
【００２０】
本発明の第１１の態様に係る移動体は、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値を出力するセンサと、を備えた移動体であって、前記センサからの計測値に基づいて、モーメントに応じた入力値を算出するセンサ処理部と、前記入力値に応じた移動速度及び移動方向に移動するように、前記移動機構を駆動するための指令値を出力する制御計算部と、前記センサからの計測値がしきい値を越えていた場合に、前記搭乗面に加わる力が強くなるように駆動する駆動機構と、を備えたものである。これにより、移動体が不安定な状態となるのを避けることができる。よって、操作性を向上することができる。
【００２１】
本発明の第１２の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記駆動機構が前記本体部をピッチ軸周り、及びロール軸周りに回転させることを特徴とするものである。これにより、簡便な処理で、操作性を向上することができる。
【００２２】
本発明の第１３の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記本体部に取り付けられたフットレストをさらに備え、前記駆動機構がフットレストを前記搭乗部に対して移動させることによって、前記搭乗面に加わる力を強くしていることを特徴とするものである。これにより、簡便な処理で、操作性を向上することができる。
【００２３】
本発明の第１４の態様に係る移動体は、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、前記本体部の姿勢角を検出する姿勢検出部と、前記搭乗部の搭乗面に加わる力に応じた計測値を出力するセンサと、前記センサからの計測値に基づいて、モーメントに応じた入力値を算出するセンサ処理部であって、姿勢検出部で検出された姿勢角に応じて前記入力値と前記計測値の関係を変化させるセンサ処理部と、前記入力値に応じた移動速度及び移動方向に移動するように、前記移動機構を駆動するための指令値を出力する制御計算部と、を備えたものである。これにより、床面によらず、搭乗者の意図通りに移動することができる。よって、操作性を向上することができる。
【００２４】
本発明の第１５の態様に係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値を出力するセンサと、前記センサからの計測値に基づいて、ヨー軸周りのモーメントに応じた入力値を算出するセンサ処理部と、を備えた移動体の制御方法であって、前記搭乗者が前傾姿勢になって前進を入力する時と後傾姿勢になって後退を入力する時とで前記計測値の絶対値が同じ場合に、前進入力時の場合の前記計測値の絶対値が後退入力時の前記入力値の絶対値よりも大きくなるように算出するステップと、前記入力値の絶対値に応じた移動速度で、前記入力値の符号に応じて前方又は後方に移動するように前記移動機構を駆動するための指令値を出力するステップと、を備えたものである。これにより、搭乗者の大腿部の拘束がある場合でも、搭乗者の意図通りに移動させることができる。よって、操作性を向上することができる。
【００２５】
本発明の第１６の態様に係る移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、前記計測値から前記入力値を算出するときのゲインを前記前進入力時と前記後退入力時とで変えていることを特徴とするものである。これにより、簡便な処理で、意図通りに移動させることができる。よって、操作性を向上することができる。
【００２６】
本発明の第１７の態様に係る移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、前記計測値に対してオフセット値を与えた後、前記入力値を算出することを特徴とするものである。これにより、簡便な処理で、意図通りに移動させることができる。よって、操作性を向上することができる。
【００２７】
本発明の第１８の態様に係る移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、前記搭乗者が搭乗しているか否かを判別するステップをさらに備え、前記搭乗者が搭乗していると判別された場合は、搭乗モードで制御し、前記搭乗者が搭乗していないと判別された場合は、非搭乗モードで制御し、前記搭乗モードでは、前記前進入力時の場合と前記後退入力時とで前記計測値の絶対値が等しい場合に、前記前進入力時の前記入力値の絶対値が前記後退入力時の前記入力値の絶対値よりも大きくなり、前記非搭乗モードでは、前記前進入力時の場合と前記後退入力時とで前記計測値の絶対値が等しい場合に、前記後退入力時の前記入力値の絶対値と、前記前進入力時の前記入力値の絶対値が等しくなっているものである。これにより、搭乗者の有無に応じて適切な制御を行うことできるため、操作性を向上することができる。
【００２８】
本発明の第１９の態様に係る移動体の制御方法は、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値を出力するセンサと、前記センサからの計測値に基づいて、モーメントに応じた入力値を算出するセンサ処理部と、を備えた移動体の制御方法であって、前記計測値に対するオフセット値を設定して、前記入力値を算出するステップと、前記入力値に応じた移動速度及び移動方向に移動するように、前記移動機構を駆動するための指令値を出力するステップと、を備えたものである。これにより、簡便な制御で、搭乗者の意図通りに移動するような制御が可能となる。よって、操作性を向上することができる。
【００２９】
本発明の第２０の態様に係る移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、前記搭乗部の搭載重量の変化したタイミングで、前記オフセット値の再設定を行うことを特徴とするものである。これにより、簡便な処理で、オフセット値を調整することができる。よって、操作性を向上することができる。
【００３０】
本発明の第２１の態様に係る移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、前記センサの計測値に基づいて前記搭載重量が算出されているものである。これにより、簡便な処理で、オフセット値を調整することができる。よって、操作性を向上することができる。
【００３１】
本発明の第２２の態様に係る移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、前記搭乗者がスイッチを操作することで、前記オフセットの再設定を行なうことを特徴とするものである。これにより、簡便な処理で、オフセット値を調整することができる。よって、操作性を向上することができる。
【００３２】
本発明の第２３の態様に係る移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、前記搭乗部と前記搭乗者との搭乗位置を検出するステップを、さらに備え、前記搭乗位置に応じて、前記計測値に対するオフセット値の再設定を行っていることを特徴とするものである。これにより、簡便な処理で、オフセット値を調整することができる。よって、操作性を向上することができる。
【００３３】
本発明の第２４の態様に係る移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、アレイ状に配列された接触センサによって、搭乗者が搭乗しているか否かを判別し、前記アレイ状に配列された接触センサで検出された接触位置の分布情報に基づいて、前記オフセット値を決定しているものである。これにより、簡便な処理で、オフセット値を調整することができる。よって、操作性を向上することができる。
【００３４】
本発明の第２５の態様に係る移動体の制御方法は、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値を出力するセンサと、前記センサからの計測値に基づいて、モーメントに応じた入力値を算出するセンサ処理部と、を備えたで移動体の制御方法あって、前記センサからの計測値がしきい値を越えていた場合に、前記搭乗面に加わる力が強くなるように駆動機構を駆動するステップと、前記入力値に応じた移動速度及び移動方向に移動するように、前記移動機構を駆動するための指令値を出力するステップと、を備えたものである。これにより、移動体が不安定な状態となるのを避けることができる。よって、操作性を向上することができる。
【００３５】
本発明の第２６の態様に係る移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、前記駆動機構が前記本体部をピッチ軸周り、及びロール軸周りに回転させることを特徴とするものである。これにより、簡便な処理で、操作性を向上することができる。
【００３６】
本発明の第２７の態様に係る移動体の制御方法は、上記の制御方法であって、前記本体部に取り付けられたフットレストをさらに備え、前記駆動機構がフットレストを前記搭乗部に対して移動させることによって、前記搭乗面に加わる力を強くしていることを特徴とするものである。これにより、簡便な処理で、操作性を向上することができる。
【００３７】
本発明の第２８の態様に係る移動体の制御方法は、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、前記搭乗部の搭乗面に加わる力に応じた計測値を出力するセンサと、前記センサからの計測値に基づいて、モーメントに応じた入力値を算出するセンサ処理部と、を備えた移動体の制御方法であって、前記本体部の姿勢を検出するステップと、前記本体部の姿勢に応じて前記入力値と前記計測値の関係を変化させるステップと、前記入力値に応じた移動速度及び移動方向に移動するように、前記移動機構を駆動するための指令値を出力するステップと、を備えたものである。これにより、床面によらず、搭乗者の意図通りに移動することができる。よって、操作性を向上することができる。
【発明の効果】
【００３８】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
<全体構成>
【００４０】
本発明に係る移動体１の全体構成とその基本的な制御方法について図を参照して説明する。まず、移動体１の全体構成について図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。なお、図１、２に示す移動体１の基本的な全体構成は、以下に説明する実施の形態１乃至７において共通である。
【００４１】
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、姿勢検出部４、車輪６、フットレスト１０、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。
【００４２】
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に背もたれを設けてもよい。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。
【００４３】
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。
【００４４】
さらに、搭乗席８には、搭乗位置を検出するための搭乗位置検出部１４が含まれている。搭乗位置検出部１４は、複数の接触センサなどを有している。例えば、複数の接触センサは、搭乗席８の座面８ａにおいて、アレイ状に配列されている。接触センサは、その上面に何かが接触している状態で、接触信号を出力する。そして、搭乗位置検出部１４は、複数の接触センサからの接触信号に基づいて、搭乗者の搭乗位置を検出する。具体的には、座面８ａにおける基準位置に搭乗者が搭乗している場合を原点として、実際に搭乗者が搭乗した搭乗位置のずれ量が検出される。搭乗位置のずれ量は、Ｘ方向、及びＹ方向のそれぞれに対して検出される。接触信号が出力されている接触センサの分布の違いから、搭乗位置を検出することができる。
【００４５】
移動体１の本体部分となる車台１３には、車輪６、フットレスト１０、筐体１１、制御計算部５１、及びバッテリ５２等が設けられている。筐体１１は、箱形状を有しており、前方下側が突出している。そして、この突出した部分の上にフットレスト１０が配設されている。フットレスト１０は、搭乗席８の前方側に設けられている。従って、搭乗者が搭乗席８に搭乗した状態では、搭乗者の両足がフットレスト１０上に乗せられている。
【００４６】
フットレスト１０には、搭乗者が搭乗しているか否かを判別するための判別部１２が含まれている。判別部１２は、例えば、複数の接触センサなどを有している。複数の接触センサは、例えば、フットレスト１０の上面に、アレイ状に配列されている。そして、各接触センサは、その上面が何かに接触している状態で、接触信号を出力する。この接触信号に基づいて、搭乗者の足裏が接触しているか否かを判別している。接触している接触センサの集合が、足裏形状に似ている場合は、搭乗者が搭乗していると判別する。すなわち、接触している領域が、足裏の形状に似ているか否かで、搭乗者が搭乗しているか否かを判別する。さらに、搭乗者が乗っているか、搭乗者以外の物体が乗っているかを判別することができる。力センサ９ではなく、フットレスト１０に設けられた判別部１２で搭乗者の有無を判別することで、確実に判別することができるようになる。すなわち、搭乗席８に物体を載置した場合でも、搭乗者が搭乗していると誤って認識するのを防ぐことができる。
【００４７】
筐体１１には、駆動モータ６０３、制御計算部５１、及びバッテリ５２が内蔵されている。バッテリ５２は、駆動モータ６０３、制御計算部５１、判別部１２、搭乗位置検出部１４、及び力センサ９などの各電気機器に電源を供給する。姿勢検出部４は、例えば、ジャイロセンサまたは加速度センサなどを有しており、移動体１の姿勢を検出する。すなわち、車台１３が傾斜すると、姿勢検出部４は、その傾斜角度や傾斜角速度を検出する。姿勢検出部４は、ロール軸周りにおける姿勢の傾斜角度、及びピッチ軸周りにおける姿勢の傾斜角度を検出する。そして、姿勢検出部４は、姿勢検出信号を制御計算部５１に出力する。
【００４８】
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。
【００４９】
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。前輪６０１は、フットレスト１０の下方に設けられている。
【００５０】
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。
【００５１】
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。ここでは、上記の通り、力センサ９は、計測信号であるモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚをセンサ処理部５３に出力する。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（Ｍｘ’、Ｍｙ’、Ｍｚ’）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。
【００５２】
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、各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の符号によって決まる。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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。制御計算部５１は、入力モーメント値の絶対値に応じた移動速度で、入力モーメント値の符号に応じて前方又は後方に移動するように指令値を出力する。
【００６１】
例えば、図５に示すように、力センサ９が設けられた搭乗席８に搭乗者７１が搭乗しているとする。なお、図５は、搭乗席８に搭乗者７１が搭乗している状態を示す図であり、左側に側面図が、右側に搭乗面８ａの平面図が示されている。この場合、座面８ａには、搭乗者７１の臀部７２と大腿部７３が接触している。この時の、前後方向の入力について、以下に説明する。ここでは、図6に示すように、前進方向の入力を正値とし、後進方向の入力を負値としている。すなわち、Ｍｙ’が正のとき、移動体１が前方に移動し、Ｍｙ’が負のとき、移動体１が後方に移動する。したがって、Ｍｙ’が０のとき、移動体１は、その場のまま、前後進しないことになる。すなわち、搭乗者７１がピッチ軸周りにおいて中立姿勢になっている場合、移動体１が前進、又は後退しない。入力モーメント値Ｍｙ’の絶対値に応じて、移動体１の速度が決定する。例えば、Ｍｙ’に比例して移動速度が変化する。換言すると、Ｍｙ’の絶対値の増加するにしたがって、移動速度の絶対値が単調増加する。加えて、Ｍｙ’が＋ａ（ａは任意の正値）の場合と−ａの場合とで、移動体１の速度が反対向きで等しくなる。このように、搭乗者の上体の中立姿勢からの倒れ角に応じて、移動体１の速度が決定する。したがって、搭乗者が上体を傾けるほど、移動体１が高速で移動する。
【００６２】
センサ処理部５３には、判別部１２からの判別信号が入力されている。判別部１２には、接触センサ５８と判別情報処理部５９が設けられている。接触センサ５８は、上記のように、フットレスト１０の上面において、アレイ状に配列されている。そして、各接触センサ５８は、上に何かが接触しているときに接触信号を出力する。判別情報処理部５９は、この接触信号に基づいて処理を行い、搭乗者が搭乗しているかを判別する。すなわち、接触信号を出力している接触センサの分布に応じて、足裏がフットレスト１０に接触しているか否かを判別する。接触信号を出力している接触センサの分布が足裏形状に近い場合は、搭乗者が搭乗していると判別し、それ以外の時は人以外の物が接触していると判別する。
【００６３】
さらに、センサ処理部５３には、搭乗位置検出部１４から搭乗位置を示す位置信号が入力されている。すなわち、搭乗位置検出部１４からは、位置信号が出力されている。搭乗位置検出部１４は、接触センサ５６と分布情報処理部５７を有している。接触センサ５８は、複数設けられている。複数の接触センサ５６がアレイ状に配列されている。そして、各接触センサ５６は、上に何かが接触しているときに接触信号を出力する。分布情報処理部５７は、この接触信号の分布情報に基づいて処理を行い、搭乗位置を算出する。位置信号がセンサ処理部５３に入力される。センサ処理部５３は、位置信号に応じた処理を行っている。
【００６４】
センサ処理部５３は、判別信号、及び位置信号に応じて、処理を変更している。なお、これらの処理については、後述する。すなわち、以下に示す実施の形態１乃至７において、これらの処理が異なっている。以下に、図１乃至４に示す移動体の制御に関する実施の形態を説明する。すなわち、以下に示す実施の形態１乃至７は、図１乃至４の示す構成の移動体１に関する実施の形態である。
【００６５】
なお、センサ処理部５３、分布情報処理部５７、及び判別情報処理部５９など各処理部は、制御計算部５１と同様に、ＣＰＵやＲＡＭなどから構成されている。そして、所定のプログラムにしたがって、演算処理を行う。もちろん、各処理部や制御計算部５１は、物理的に同じ構成であってもよい。すなわち、１つの演算処理回路において、処理や演算を行ってもよい。
【００６６】
<実施の形態１>
上記のように、搭乗者の姿勢に応じて、移動速度が決定されている。したがって、前方に高速で移動したい場合、搭乗者が姿勢を大きく前傾させる必要がある。しかしながら、図５に示すように、大腿部７３が座面８ａと接触しているため、座面８ａの形状によって大腿部７３が拘束を受けてしまう。このため、モーメントＭｙを大きくすることが困難になる。すなわち、モーメントＭｙが正の場合、負の場合に比べて、その絶対値を大きくすることが困難になってしまう。そこで、本実施の形態では、センサ処理部５３において、以下に示す処理を行っている。
【００６７】
本実施の形態では、ＭｙからＭｙ’を算出する時の係数を、Ｍｙの符号に応じて、変化させている。すなわち、Ｍｙが正の場合の係数は、Ｍｙが負の場合の係数よりも大きくなっている。これにより、Ｍｙが正値の場合における、Ｍｙ’の値を大きくすることができる。例えば、ＭｙをＭｙ’に変換する変換式において、Ｍｙに乗じる係数を正値と負値で変える。すると、Ｍｙの絶対値が同じ場合でも、Ｍｙの符号に応じて、Ｍｙ’の絶対値が変化する。これにより、搭乗者７１の姿勢の前方向への倒れ角が小さい場合でも、入力モーメント値が大きくなる。前進速度を大きくすることができる。よって、搭乗者７１が大きく前傾する必要がなくなるため、操作性を向上することができる。また、大きく前傾する必要がないため、搭乗者が前方を確認しづらい姿勢とならない。よって、高速で前進する場合でも、安全性を向上することができる。
【００６８】
例えば、図７に示すように、搭乗者が前傾角度α（アルファは正の角度）だけ姿勢を倒した場合、後傾角度β（β>α）だけ姿勢を倒した時と同じ速さになる。なお、図７は、搭乗者の姿勢と入力モーメント値を説明するための側面図である。搭乗者７１の前傾角度αが小さい場合でも、入力モーメント値Ｍｙ’を大きくすることができる。これにより、前進速度を速くすることができ、搭乗者７１の意図に応じた制御を行うことができる。本実施の形態では、中立姿勢の場合、すなわち搭乗者が鉛直方向に沿って搭乗している場合、前進入力が行われないことになる。また、制御計算部５１に入力される入力モーメント値Ｍｙ’に対して処理を行うことで、容易に処理を行うことができる。すなわち、指令値を求めるための複雑な制御計算を前進と後進で区別することなく、行うことができる。よって、容易に制御することができる。また、実施の形態１にかかる移動体１では、姿勢検出部４、判別部１２、搭乗位置検出部１４を使用しないため、これらを設けなくてもよい。
【００６９】
<実施の形態２>
本実施の形態でも、実施の形態１と同様に前進入力における入力モーメント値Ｍｙ’を大きくするための処理をセンサ処理部５３が行っている。本実施の形態では、モーメントＭｙから入力モーメント値Ｍｙ’を算出する時の、原点位置を後方にずらしている。すなわち、力センサ９で計測されるモーメントＭｙのヨー軸が力センサ９の中央になっているのに対して、入力モーメント値Ｍｙ’を算出するときのヨー軸の位置が、力センサ９の中央よりも後方になっている。このように、入力モーメント値Ｍｙ’に対するヨー軸の位置にオフセット値を与えている。本実施の形態では、図６や図７のヨー軸位置よりも、ヨー軸位置が後方にずれる。これにより、モーメントＭｙの絶対値が正負で同じ値を取る場合、正値に対する入力モーメント値Ｍｙ’の絶対値が、負値に対応する入力モーメント値Ｍｙ’の絶対値よりも大きくなる。よって、モーメントＭｙが正値の場合において、入力モーメント値Ｍｙ’を大きくすることができる。
【００７０】
前後進の速度を同じ速度にしようとしても、大腿部７３が座面８ａによって拘束されているため、前傾姿勢が取りづらい。このため、後退時の速度と同じ速度で前進する意図があったとしても、図８に示すように、前傾角度αが後傾角度βよりも小さくなってしまう。すなわち、搭乗者が後傾角度と同じ角度で傾斜しているつもりでも、大腿部７３の動作が座面８ａで拘束されているため、前傾角度αが小さくなってしまう。このように、原点位置にオフセットがない場合、前進速度が意図する速度よりも遅くなってしまう。すなわち、本来ならば、後傾角度βと前傾角度αが同じでないと、入力モーメント値Ｍｙ’の絶対値が同じ値にならない。そこで、本実施の形態では、図９に示すように、原点位置、即ち、ヨー軸位置にオフセットを与えている。すなわち、オフセットを与えることで、前傾角度αを仮想的に作り出している。仮想的な前傾角度αは、実際の前傾角度よりも大きくなっている。よって、前進速度を意図通りに速くすることができる。
【００７１】
例えば、原点位置を−２すると、モーメントＭｙが正値の場合の出力が＋２され、負値の場合の出力が−２される。このように、ヨー軸の位置を後方にずらすことで、入力モーメント値が大きくなって算出される。このような処理を行うため、力センサ９からの出力電圧に対してオフセット電圧を与えている。前傾時に正の電圧、後傾時に負の電圧が力センサ９から出力されるとすると、正の電圧が大きくなるように、基準電位を負電位とする。具体例として、力センサ９が−５Ｖ〜５Ｖの電圧を出力する場合について考える。すなわち、−５Ｖ〜＋５ＶでモーメントＭｙを表す場合について考える。前傾時に正電圧、後傾時に負電圧を出力する場合、センサ処理部５３において基準電位を−２Ｖとする。この場合、オフセット電圧が−２Ｖとなる。すると、力センサ９からの出力電圧が−２Ｖ〜５Ｖの時が前進入力となり、実際の入力モーメント値Ｍｙ’は、０〜７Ｖの範囲のモーメントＭｙから算出されることとなる。よって、前進入力の場合に、力センサ９から出力されるモーメントＭｙに比べて、入力モーメント値を大きくすることができる。
【００７２】
このように、力センサ９から出力されるモーメントの計測値に対してオフセット値を与えた後、入力モーメント値を算出している。これにより、実施の形態１と同様に、前進入力を容易に行うことができる。もちろん、力センサ９自体にオフセット電圧を与えてもよい。搭乗者７１の姿勢の前方向への倒れ角が小さい場合でも、前進速度を大きくすることができる。よって、搭乗者７１が大きく前傾する必要がなくなるため、操作性を向上することができる。また、大きく前傾する必要がないため、搭乗者が前方を確認しづらい姿勢とならない。よって、高速で前進する場合でも、安全性を向上することができる。
【００７３】
なお、本実施の形態では、中立姿勢の場合、すなわち搭乗者が鉛直方向に沿って搭乗している場合でも、前進入力が行われることになる。また、実施の形態２にかかる移動体１では、姿勢検出部４、判別部１２、搭乗位置検出部１４を使用しないため、これらを設けなくてもよい。また、本実施の形態と実施の形態１とを組み合わせてもよい。
【００７４】
このように、実施の形態１、２では、モーメントＭｙが正値のときと、負値のときとで、モーメントＭｙと入力モーメント値Ｍｙ’との関係を変えている。搭乗者７１が前傾姿勢になって前進を入力する時と後傾姿勢になって後退を入力する時とでモーメントＭｙの絶対値が同じ場合に、前進入力時の場合の入力モーメント値Ｍｙ’の絶対値が後退入力時の入力モーメント値Ｍｙ’の絶対値よりも大きくなる。よって、前進入力を容易に行うことができる。すなわち、搭乗者が大きく前傾姿勢にならなくても、前方向の移動速度を大きくすることができる。よって、搭乗者の意図通りに移動が可能となる。
【００７５】
<実施の形態３>
本実施の形態では、実施の形態１、又は実施の形態２の制御を利用している。本実施形態では、状況に応じて、実施の形態１に示した係数を変えて制御している。すなわち、モーメントＭｙから入力モーメント値Ｍｙ’を算出するときに、モーメントＭｙに乗じる係数が、状況に応じて変化している。具体的には、搭乗者が搭乗しているか否かに応じて、係数を変えている。あるいは、、搭乗者が搭乗しているか否かに応じて、オフセット値を０にしている。
【００７６】
本実施の形態では、判別部１２において、搭乗者が搭乗しているか否かを判別している。例えば、図１０に示すように、フットレスト１０に接触センサ５８を設ける。接触センサ５８は、フットレスト１０の表面にアレイ状に配列されている。したがって、接触信号を出力する接触センサ５８の分布によって、接触している対象の形状が認識される。接触している対象の形状が、一般的な足裏形状に近く、足裏が２つある場合、搭乗者７１が搭乗していると判断する。反対に、接触している対象の形状が一般的な足裏形状と大きく異なっている場合、搭乗者が搭乗していないと判断する。このように、フットレスト１０に接触センサ５８を設けることで、搭乗者の有無を容易かつ確実に判別することができる。
【００７７】
搭乗者が搭乗している場合、搭乗者の大腿部７３の動作が座面８ａで拘束される。したがって、実施の形態１又は２で示したように、前進入力に対する入力モーメント値を大きくする。反対に、搭乗者が搭乗していない場合、実施の形態１、２で示した制御を行わない。すなわち、モーメントＭｙの絶対値が同じ場合で、入力モーメント値Ｍｙ’の絶対値を同じ値にする。このようにすることで、使用者の意図通りに移動することができる。すなわち、搭乗者７１が搭乗せずに移動体１を操作する場合でも、意図通りの速度で移動することができる。
【００７８】
例えば、搭乗者が床面に立ち、座面８ａ上に手を当てる。あるいは、座面８ａに搬送したい物を載せて、その上に手を当てる。そして、移動体１を移動させたい方向に手で力を加えると、移動体１がその方向に移動する。このような場合、搭乗者が搭乗席８に搭乗していないため、大腿部７３による拘束を受けない。よって、搭乗者は自由に力を与えることができる。すなわち、どの方向にも、同じように力を与えることできるため、前進入力も後退入力も、ほとんど差がない。前進時でも後退時でもオフセットを０にする、あるいは、係数を同じにする。これにより、搭乗者の意図通りの速度で移動することができる。また、搭乗席８に搭乗者７１が搭乗している場合は、後退入力に比べて前進入力を大きくする。これにより、搭乗者の意図通りの移動が可能になる。
【００７９】
次に、本実施の形態にかかる移動体１の制御方法について、図１１を用いて説明する。図１１は、本実施の形態の制御方法を示すフローチャートである。移動体１を起動したら、接触センサの反応を見る（ステップＳ１０１）。すなわち、アレイ状に配列された接触センサ５８で接触しているか否かを判別する。そして、搭乗者が搭乗しているか否かを判別情報処理部５９が判別する。ここでは、足裏が２つある場合に、搭乗者が搭乗していると判別している。これにより、搭乗モードとなる。搭乗モードとなった場合、係数調整やオフセット位置を適用する（ステップＳ１０２）。これにより、係数調整やオフセットを考慮した指令値が算出される。そして、この指令値に基づいて、移動体を動作させる（ステップＳ１０３）。それ以外の場合、非搭乗モードとなる。非搭乗モードの場合、係数調整やオフセット設定を適用せずに、移動体１を動作させる（ステップＳ１０３）。すなわち、正負で係数を等しくする。あるいは、オフセット値を０とする。これにより、搭乗者の有無に関わらず、搭乗者が意図する移動が可能になる。よって、搭乗者７１の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。なお、実施の形態１、２の制御方法では、ステップＳ１０１がなくなり、ステップＳ１０２とステップＳ１０３を繰り返し実行する。
【００８０】
また、搭乗者７１が搭乗しているか否かを判別する判別部１２の構成については、特に限定されるものではない。例えば、接触センサ５８を搭乗席８に設けたものでよい。すなわち、座面８ａに、複数の接触センサ５８をアレイ状に配列する。そして、接触信号を出力している接触センサ５８の分布が臀部と大腿部とを合わせた形状に近くなっているか否かで、搭乗者の有無を判別することができる。さらには、接触センサ５８に限らず、カメラなどを用いて、判別してもよい。例えば、カメラなどで、搭乗者の顔認識を行うことで、搭乗者の有無を判別することができる。また、力センサ９によって搭乗席に搭載されている搭載対象の重量を測定してもよい。そして、搭載対象の重量が標準的な人間の体重である場合、搭乗者が搭乗していると判別する。
【００８１】
もちろん、２つ以上を組み合わせて、搭乗者の有無を判別してもよい。例えば、力センサ９によって測定された搭載対象の重量と、接触センサ５８による足裏形状の認識とを組み合わせることができる。そして、両方ともで、搭乗者が搭乗している条件を満たした場合のみ、搭乗者が搭乗していると判別する。すなわち、一方でも搭乗者が搭乗している条件を満たさない場合は、搭乗者無しと判断する。これにより、搭乗者の有無を確実に判別することができ、搭乗モードと非搭乗モードの切換えを的確に行うことができる。さらに、座面８ａに接触センサ５８を搭載して、臀部の形を計測する手法や、カメラが搭載されており、人間の顔、体などを検出する手法など、人間が明らかに搭乗している状況を判別できる手法を用いてもよい。このように各種センサによって、搭乗者の有無を判別することで、搭乗者が意識することなく、最適な制御を行うことができる。もちろん、搭乗者が搭乗したことを示すスイッチを設けて、搭乗者などがスイッチを操作することで判別することもできる。なお、本実施の形態では、搭乗位置検出部１４、姿勢検出部４を用いていないため、移動体１に搭乗位置検出部１４、及び姿勢検出部４を設けなくてもよい。
【００８２】
<実施の形態４>
本実施の形態では、実施の形態２と同様に、力センサ９からの出力に対して、オフセットを与えている。すなわち、力センサ９から出力される計測信号について、オフセット電圧を設定している。さらに、本実施の形態では、モーメントＭｙだけでなく、モーメントＭｘについても、オフセット値を設定している。そして、状況に応じて、オフセット値を最適化している。
【００８３】
ここで、搭乗者７１が荷物を把持した場合について考える。例えば、荷物を持っていない状態から、荷物を持った状態になった場合について、図１２及び図１３を用いて説明する。図１２は、荷物を持っていない搭乗者７１が搭乗している状態を示す図であり、図１３は、荷物７６を持った搭乗者７１が搭乗している状態を示す図である。荷物を持っていない状態で、搭乗者７１が搭乗席８に座ると、座面８ａの中心に搭乗者７１の重心位置７５があるとする。この状態で、荷物７６を把持すると、座面８ａの中心から重心位置７５がずれる。例えば、荷物７６を左手で持つと、重心位置７５が左側に変位する。このように荷物７６を持った方向に、重心位置が変化する。したがって、直進したい場合、搭乗者が斜めに姿勢を左右方向に傾ける必要が生じる。このように、重心位置７５が変位すると、意図する操作をしにくくなる。すなわち、原点から重心位置７５の方向が鉛直方向から傾くため、搭乗者７１が中立姿勢を保っている場合でも、荷物７６に応じたモーメントＭｘ、Ｍｙが検出されてしまう。
【００８４】
荷物７６によって生じるモーメントＭｘ、Ｍｙをキャンセルするために、力センサ９の出力に対してオフセットを設定している。これにより、荷物７６の重量によらず、搭乗者の意図通りに移動することができる。具体的には、搭乗席８に搭載重量を力センサ９で測定する。そして、搭載重量が変化したときに、オフセットを再設定する。これにより、荷物７６の有無によらず、搭乗者７１の意図通りに移動することができる。すなわち、荷物を持った場合において、前方に直進したい場合、搭乗者７１が前傾姿勢となる。同様に、荷物を持たない場合において、前方に直進したい場合、搭乗者７１前傾姿勢となる。搭乗者が同じ操作をすると、移動体１が同じ動作をする。よって、意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。
【００８５】
次に、本実施の形態にかかる移動体１の制御方法について、図１４を用いて説明する。図１４は、本実施の形態にかかる移動体１の制御方法を示すフローチャートである。移動体１を起動したら、力センサ９によって搭乗席８の搭載重量を測定する（ステップＳ２０１）。そして、前回の重量と今回の重量とを比較する（ステップＳ２０２）。前回の重量と今回の重量の差が、しきい値よりも大きい場合、オフセットを再設定する（ステップＳ２０３）。ここでは、再設定されたオフセットを用いて指令値が算出される。そして、搭載重量を測定するステップＳ２０１に戻る。また、前回の重量と今回の重量の差が、しきい値よりも小さい場合、オフセットを変更せずに指令値を算出した後、搭載重量を測定するステップＳ２０１に戻る。また、ステップＳ２０２で比較した後に、前回の重量を今回の重量で置き換える。これにより、オフセットの再設定を容易に行うことができる。
【００８６】
オフセットは、重量変化が生じた際の、モーメントＭｘ、Ｍｙに応じた値となる。オフセットの再設定を行う場合、力センサ９で計測されたモーメントＭｘ、Ｍｙに対応する出力電圧をオフセット電圧とする。重量変化が生じた時に計測されたモーメントに対応する出力電圧が基準となる。すなわち、重量変化が生じたタイミングで出力された出力電圧がオフセット電圧になる。オフセット電圧の更新後は、重量変化が生じた際のモーメントに応じた出力電圧と、その後に計測されたモーメントに応じた出力電圧との差分に基づいて、入力モーメント値が算出される。例えば、重量変化が生じた時に、モーメントＭｘに対応する電圧が１Ｖとなり、モーメントＭｙに対応する電圧が２Ｖとなったとする。これらをオフセット電圧に設定する。この場合、これ以降に計測されたモーメントＭｘに対応する出力電圧から１Ｖ引く。同様に、モーメントＭｙに対応する出力電圧から２Ｖ引く。そして、オフセット電圧を引いた後に入力モーメント値が算出される。換言すると、オフセット設定時のモーメントと姿勢変化で生じたモーメントとの差分が、入力モーメント値に変換される。差分に基づいて、指令値を算出する。荷物７６を持った場合も持たない場合も、同じ運転方法で、同じように制御することができる。
【００８７】
このようにすることで、搭乗者７１が座り直したタイミングでオフセットの設定が行われる。すなわち、搭乗者７１が座り直すと、座面８ａから臀部が離れる。すると座面８ａに加わる力が一旦、弱くなるため、重量変化が検知される。すなわち、変化重量がしきい値を越える。そして、このタイミングでオフセットの設定が行われる。このようにすることで、荷物７６を持ったことを意識することなく、操作することができず。よって、操作性を向上することができる。このように、搭乗部３の搭載重量の変化したタイミングで、オフセット値の設定を行っている。ここでは、搭乗重量が変化したタイミングにおける力センサ９の計測結果を基準となるオフセット値としている。また、力センサ９からの計測値に基づいて搭載重量が算出されている。
【００８８】
なお、上記の説明では、重量変化に応じて、オフセットの設定を行ったが、オフセットの設定を行うタイミングはこれに限られるものではない。例えば、移動体１にオフセット設定用のスイッチを設けて、このスイッチの切換えによって、オフセットの設定を行ってもよい。例えば、図１３に示すように搭乗部３の近傍にスイッチ７７を設ける。搭乗者が切り替えスイッチをＯＮしたタイミングでオフセット設定を行う。このようにしても、同様の効果を得ることができる。さらに、荷物を離さずに左右持ち替えた場合でも、オフセット値の再設定が行われる。
【００８９】
搭乗者の動作をカメラで監視して、搭乗者が荷物を持ったか否かを判別してもよい。なお、本実施の形態では、判別部１２、搭乗位置検出部１４、姿勢検出部４を用いていないため、移動体１に判別部１２、搭乗位置検出部１４、及び姿勢検出部４を設けなくてもよい。もちろん、力センサ９以外のセンサで搭載重量を検出してもよい。力センサ９で搭載重量を検出することで、他のセンサを用いる必要がなくなる。
【００９０】
<実施の形態５>
本実施の形態では、図４に示した搭乗位置検出部１４からの分布情報に応じてオフセットを与えている。すなわち、搭乗者が座っている位置に応じて、オフセットを与えている。なお、モーメントＭｘ、Ｍｙに対するオフセットの与え方は、実施の形態２、４等と同様であるため説明を省略する。すなわち、力センサ９からの出力に対して基準となる電位を調整している。
【００９１】
まず、オフセットを与えるために設けられた接触センサ５６の構成について図１５、及び図１６を用いて説明する。図１５は、座面８ａに設けられた接触センサ５６の構成を示す上面図である。図１６は、座面８ａにおける搭乗位置のずれを示す上面図である。図１５に示すように、座面８ａ上には、複数の接触センサ５６がアレイ状に配列されている。接触センサ５６は、臀部７２や大腿部７３の形状を検知できる程度の分解能を持っているものとする。すなわち、臀部や大腿部の形状を区別できるような間隔で、接触センサ５６を配列する。そして、接触信号を出力する接触センサ５６の分布から搭乗位置を検出する。すなわち、正常な搭乗位置からのずれ量を検出する。このように、複数の接触センサ５６を用いることで、接触位置に対する分布情報が得られる。そして、この分布情報から搭乗位置を推定する。
【００９２】
例えば、図１６（ａ）に示すように、搭乗者が正常な搭乗位置よりも、左斜め前方に座ってしまった場合、分布情報が変化する。よって、搭乗位置が変化したと判断され、モーメントＭｘ、Ｍｙのそれぞれに対してオフセットを与える。また、図１６（ｂ）に示すように搭乗者が正常な搭乗位置よりも、後方に座ってしまった場合、モーメントＭｙに対してオフセットを与える。さらに、図１６（ｃ）に示すように、搭乗者が正常な搭乗位置よりも、右側に座ってしまった場合、モーメントＭｘのそれぞれに対してオフセットを与える。このようにモーメントの計測値に対してオフセットを与えることで、正常な搭乗位置を同じ運転方法で、移動することができる。
【００９３】
例えば、搭乗位置に大きな変化が生じる毎に、オフセットを更新している。すなわち、搭乗位置のずれ量がしきい値よりも大きくなったタイミングで、オフセットを再設定する。これにより、搭乗者が座り直して、搭乗位置が変化した場合でも、同様に操作することができる。例えば、中立姿勢になったときに、移動体１が移動しなくなる。さらに、まっすく前方に移動した場合、搭乗者が前傾姿勢になればよい。このように、意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。
【００９４】
なお、本実施の形態にかかる移動体１の制御方法について、図１７を用いて説明する。
図１７は、本実施の形態にかかる移動体１の制御方法を示すフローチャートである。移動体１を起動したら、搭乗位置検出部１４によって搭乗位置を測定する（ステップＳ３０１）。そして、前回の搭乗位置と今回の搭乗位置とを比較する（ステップＳ３０２）。前回の搭乗位置と今回の搭乗位置との差が、しきい値よりも大きい場合、オフセットを再設定する（ステップＳ３０３）。そして、搭乗位置を測定するステップＳ３０１に戻る。また、前回の搭載位置と今回の搭載位置の差が、しきい値よりも小さい場合、搭載位置を測定するステップＳ３０１に戻る。また、ステップＳ３０２で比較した後に、前回の搭載位置を今回の搭載位置で置き換える。これにより、オフセットの再設定を容易に行うことができる。オフセット値は、分布情報や搭乗位置に基づいて決定することができる。ここでは、オフセットが更新される間、同じオフセット値で処理が行われている。そして、同じオフセット値から得られる入力モーメント値に基づいて、指令値を算出しているこの指令値を、駆動モータ６０３に出力している。例えば、分布情報や搭載位置に対するオフセット値の関係式やテーブルを予め設定しておく。これにより、簡便にオフセット値を算出することができる。
【００９５】
また、車輪６に全方向車輪を用いる場合、モーメントＭｚに対してオフセットを設定してもよい。すなわち、搭乗者が真正面ではなく、ヨー軸周りの方向にずれて搭乗した場合、モーメントＭｚに対するオフセットを設定する。これにより、操作性を向上することができる。なお、本実施の形態では、判別部１２、及び姿勢検出部４を用いていないため、移動体１に判別部１２、及び姿勢検出部４を設けなくてもよい。
【００９６】
なお、実施の形態４、５では、搭載重量の変化や、搭乗位置の変化に応じて、オフセットを設定するタイミングを決定しているが、オフセットを設定するタイミングはこれに限られるものではない。これら以外のセンサからの出力に基づいて、オフセットを設定することができる。また、実施の形態４、５を組み合わせてオフセットの設定を行ってもよい。
【００９７】
<実施の形態６>
図１乃至図４で示した移動体１では、搭乗者７１が移動速度を速くしようとした場合、搭乗者の姿勢が大きく傾くこととなる。例えば、前方に高速で移動しようとすると、大きく前傾する必要が生じる。すると、搭乗者７１の姿勢によっては、搭乗者７１を含む移動体１の重心位置がロボットの静安定領域から出てしまうことがある。
【００９８】
本実施の形態では、図１、２に示したように、３輪型の移動体１を採用している。そのため、静安定領域７８は、図１８に示すように三角形となる。図１８は、移動体１の静安定領域を示す上面図である。三角形の３頂点にそれぞれ車輪６が配置されている。搭乗者がスピードアップしようとすると、静安定領域７８から重心位置が外れてしまう。例えば、前傾姿勢の角度が大きくなると重心位置７５ｂ〜７５ｄが静安定領域７８からはみ出す。すなわち、重心位置７５ｂ〜７５ｄは、静安定領域７８の外側になっている。
【００９９】
このような場合、移動体１が非常に不安定な状態となる。例えば、移動体１が転倒したり、車輪６が浮いてしまう。さらに、駆動輪である後輪６０２が浮いてしまった場合、意図通りに移動することができなくなる。そこで、本実施の形態では、力センサ９からの計測信号に応じて、重心位置が静安定領域７８の外側に出ないように、制御している。具体的には、移動体１が備えるロール軸機構、及びピッチ軸機構をアクティブに駆動することで、重心位置が静安定領域７８からはみ出すのを防いでいる。
【０１００】
まず、本実施の形態に設けられたロール軸機構、及びピッチ軸機構の構成について、図１９を用いて説明する。図１９は、姿勢を変化させるための機構の構成を示す図であり、車台１３の内部構成を示している。すなわち、図１９に示す構成によって、移動体１の姿勢が変化している。図１９に示すように、車台１３には、姿勢を制御するためのフレーム部２が設けられている。フレーム部２は、筐体１１内に配設される。フレーム部２は、第１の平行リンク機構２０１と第２の平行リンク機構２０２とが、交差部分で相互の回転を拘束しないように、平面視Ｔ字状に連結されている。
【０１０１】
第１の平行リンク機構２０１は、前後方向に配置されている。この第１の平行リンク機構２０１は、四本の横リンク２０１ａ、前後の縦リンク２０１ｂを備えている。
横リンク２０１ａは、全て等しい長さとされている。横リンク２０１ａの両端には、図示を省略したが、縦リンク２０１ｂとの連結軸を嵌め込む嵌合穴が形成されている。二本の横リンク２０１ａは上下に配置されており、当該二本の横リンク２０１ａを一組として、縦リンク２０１ｂを挟み込むように、当該縦リンク２０１ｂの左右両側に配置されている。
【０１０２】
縦リンク２０１ｂの左右両側部からは、図示を省略したが、それぞれ上下方向に等しい間隔を開けて相対峙する配置で、横リンク２０１ａとの連結軸が左右方向に突出している。この連結軸は、横リンク２０１ａと縦リンク２０１ｂとの回転軸として、横リンク２０１ａの嵌合穴に軸受け等を介して嵌め込まれている。
【０１０３】
本実施形態の前側の縦リンク２０１ｂはＬ字形状に形成されている。縦リンク２０１ｂの垂直片の上下端部に、横リンク２０１ａが連結軸を介して回転可能に連結されている。縦リンク２０１ｂの水平片の先端に、車輪６として自在式のキャスターが設けられている。移動体１の移動方向が変化すると、その変化に応じてキャスターの方向が回転する。後側の縦リンク２０１ｂは、下側の横リンク２０１ａより下方に突出する突出部を備えている。この突出部の前後両側部からは、図示を省略したが、それぞれ相対峙する配置で第２の平行リンク機構２０２との連結軸が前後方向に突出している。さらに後側の縦リンク２０１ｂの前後両側部における上下の横リンク２０１ａの間の部分からも、図示を省略したが、それぞれ相対峙する配置で第２の平行リンク機構２０２との連結軸が前後方向に突出している。
【０１０４】
第２の平行リンク機構２０２は、左右方向に配置されている。この第２の平行リンク機構２０２は、四本の横リンク２０２ａ、左右の縦リンク２０２ｂを備えている。
横リンク２０２ａは、全て等しい長さとされている。横リンク２０２ａの両端には、図示を省略したが、縦リンク２０２ｂとの連結軸を嵌め込む嵌合穴が形成されている。さらに横リンク２０２ａの長手方向の略中央位置には、図示を省略したが、第１の平行リンク機構２０１との連結軸を嵌め込む嵌合穴が形成されている。二本の横リンク２０２ａは上下に配置されており、当該二本の横リンク２０２ａを一組として、縦リンク２０２ｂ及び第１の平行リンク機構２０１の後側の縦リンク２０１ｂを挟み込むように、当該縦リンク２０２ｂ及び第１の平行リンク機構２０１の後側の縦リンク２０１ｂの前後両側に配置されている。第１の平行リンク機構２０１の後側の縦リンク２０１ｂから突出する連結軸は、第１の平行リンク機構２０１と第２の平行リンク機構２０２との回転軸として、横リンク２０２ａの略中央位置の嵌合穴に軸受け等を介して嵌め込まれている。
【０１０５】
縦リンク２０２ｂの前後両側部からは、図示を省略したが、それぞれ上下方向に等しい間隔を開けて相対峙する配置で、横リンク２０２ａとの連結軸が前後方向に突出している。この連結軸は、横リンク２０２ａと縦リンク２０２ｂとの回転軸として、横リンク２０２ａの端部の嵌合穴に軸受け等を介して嵌め込まれている。
【０１０６】
その結果、第１の平行リンク機構２０１は、第２の平行リンク機構２０２に拘束されることなく、前後方向に回転可能な構成となる。一方、第２の平行リンク機構２０２は、第１の平行リンク機構２０１に拘束されることなく、左右方向に回転可能な構成となる。
【０１０７】
搭乗部３は、姿勢検出部４の上に設けられ、フレーム部２の回転に連動する。具体的にいうと、搭乗部３は、第１の平行リンク機構２０１の上下の横リンク２０１ａに支持軸３０１を介して連結されている。この支持軸３０１の上部及び下部の左右両側部からは、図示を省略したが、第１の平行リンク機構２０１の上下の横リンク２０１ａとの連結軸が左右方向に突出している。第１の平行リンク機構２０１の横リンク２０１ａにおける長手方向の略中央位置には、図示を省略したが、支持軸３０１から突出する連結軸を嵌め込む嵌合穴が形成されている。支持軸３０１は、縦リンク２０１ｂを挟み込むように、当該縦リンク２０１ｂの左右に配置された横リンク２０１ａの間に挿入されている。支持軸３０１から突出する連結軸は、第１の平行リンク機構２０１の嵌合穴に軸受け等を介して嵌め込まれている。その結果、第１の平行リンク機構２０１が前後方向に回転すると、支持軸３０１と縦リンク２０１ｂとは平行状態を維持した状態で連動する。
【０１０８】
駆動部５が駆動することで、フレーム部２が動作する。これにより、移動体１の姿勢が変化する。車台１３が傾くことで、搭乗部３の角度が変化する。なお、駆動部５には、ヨー軸周りに回転するヨー軸機構５０１と、ピッチ軸周りに回転するピッチ軸機構５０２と、ロール軸周りに回転するロール軸機構５０３が設けられている。ヨー軸機構５０１は、例えば、支持軸３０１と姿勢検出部４の間に設けられている。すなわち、ヨー軸機構５０１が３つの機構の中で、最も搭乗部３側に設けられている。なお、ヨー軸機構５０１は、搭乗部３をヨー軸周りに旋回させる旋回関節であり、ピッチ軸機構５０２及びロール軸機構５０３は搭乗部３を軸周りに回転させる回転関節である。駆動部５が駆動することで、移動体１の姿勢が変化する。なお、ヨー軸機構５０１を駆動しない場合、ヨー軸機構５０１を設けなくてもよい。
【０１０９】
次に、ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２及びロール軸機構５０３を駆動するための制御について、図２０を用いて説明する。図２０は、本実施の形態にかかる移動体１の制御系の構成を示すブロック図である。本実施の形態では、各機構の駆動に、力センサ９の検出結果が用いられている。すなわち、制御計算部５１は、力センサ９の検出結果に基づいて、目標角度を算出している。
【０１１０】
本実施の形態では、力センサ９が受ける力に応じて、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３を駆動している。例えば、力センサ９がピッチ軸周りのモーメントＭｙとロール軸周りのモーメントＭｘを検出したとする。すると制御計算部５１は、この力センサ９での計測されたモーメントＭｘ、Ｍｙに応じて、重心位置を推定する。そして、重心位置がはみ出しそうな場合に、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３の目標角度を算出する。これにより、座面８ａがピッチ軸周り、及びロール軸周りに回転する。
【０１１１】
具体的には、モーメントＭｘ、Ｍｙに応じて、重心位置が静安定領域からはみ出そうとしているか否かを判定する。はみ出そうとしている場合、モーメントＭｘ、Ｍｙが大きくなる方向に、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３を駆動する。すなわち、入力モーメント値Ｍｘ’、Ｍｙ’が大きくなるように、移動体１の姿勢を変化させる。これにより、搭乗者が大きく姿勢を傾斜させなくても、移動速度を速くすることができる。よって、重心位置が静安定領域からはみ出すのを防ぐことができる。例えば、搭乗者が右斜め前方に傾斜した場合、移動体１はピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３を駆動して、座面８ａの右斜め前方部分が上になり左斜め後方部分が下になるように座面８ａを傾ける。これにより、モーメントＭｘ、Ｍｙが大きくなり、移動速度は速くなる。よって、移動体１の転倒や車輪６の浮上を防ぐことができ、安定して移動することができる。
【０１１２】
図２１を用いて、本実施の形態にかかる移動体１の制御方法について説明する。図２１は、本実施の形態にかかる移動体１の制御方法を示すフローチャートである。まず、力センサ９でモーメントＭｘ、Ｍｙを検出し、重心位置を測定する（ステップＳ４０１）。そして、重心位置がしきい値を越えているか否かを判定する（ステップＳ４０２）。重心位置がしきい値を越えていない場合（ステップＳ４０２のＮＯ）、重心位置が静安定領域から出そうでないと判定する。このため、重心位置を測定するステップ（ステップＳ４０１）に戻る。
【０１１３】
一方、重心位置がしきい値を越えている場合（ステップＳ４０１のＹＥＳ）、重心位置が静安定領域７８から出そうであると判定する。すると、制御計算部５１がテーブルを参照して、関節角度を決定する（ステップＳ４０３）。すなわち、ピッチ軸機構５０２、及びロール軸機構５０３の回転角度を算出する。なお、このテーブルは、移動体１の重量及びそのバランスなどに応じて、予め設定されている。すなわち、モーメントＭｘ、Ｍｙと、関節角度との関係を示す例えばテーブルを予め設定しておく。これにより、モーメントＭｘ、Ｍｙが決まると、それに応じた関節角度が決まる。ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３の目標関節角度が算出される。または、制御式により、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３の目標関節角度が算出されてもよい。
【０１１４】
そして、制御計算部５１がピッチ軸機構５０２、及びロール軸機構５０３に指令値を出力して、ピッチ軸機構５０２、及びロール軸機構５０３を駆動する（ステップＳ４０４）。これにより、モーメントＭｘ、Ｍｙが大きくなり、移動速度が速くなる。よって、搭乗者がさらに姿勢を傾けることなく、所望の速度まで加速することができる。この結果、転倒するリスクの低減と、スピードアップの両方を同時に行うことができる。
【０１１５】
なお、上記の説明では、モーメントＭｘ、Ｍｙの値を用いて、重心位置が静安定領域から出そうか判定したが、モーメントＭｘ、Ｍｙの変化量（時間微分）に応じて、判定してもよい。もちろん、モーメントの値と、モーメントの変化量の両方に応じて、判定してもよい。
【０１１６】
なお、上記の説明では、座面８ａを傾斜させて移動体１の姿勢を制御したが、本実施形態はこれに限られるものではない。すなわち、モーメントを大きくするための構成は、ピッチ軸機構５０２、及びロール軸機構５０３に限られるものではない。例えば、フットレスト１０を駆動することによって、モーメントを大きくしてもよい。すなわち、フットレスト１０にモータや減速器を設けて、前後、又は上下に駆動できるようにする。そして、上下又は前後に移動可能なフットレスト１０を力センサ９からの出力に応じて、駆動する。これにより、座面８ａを傾斜させた場合と、同様の効果を得ることができる。
【０１１７】
例えば、図２２に示すようにフットレスト１０を前後に駆動するフットレスト駆動部１７を設ける。フットレスト駆動部１７は、モータや減速器などからなる。フットレスト駆動部１７は、フットレスト１０の上部、すなわち足が載置される面を前後に移動させる。フットレスト１０の位置を変化させることによって、両脚の膝の角度が変わる。搭乗者の姿勢が変化して、力センサ９が受ける力が変化する。このとき、力センサ９が受ける力を大きくする方向に、フットレスト１０を移動させる。この結果、転倒するリスクの低減と、スピードアップの両方を同時に行うことができる。なお、本実施の形態では、判別部１２、搭乗位置検出部１４、姿勢検出部４を用いていないため、移動体１に判別部１２、搭乗位置検出部１４、及び姿勢検出部４を設けなくてもよい。
【０１１８】
<実施の形態７>
本実施の形態では、図４に示した姿勢検出部４での検出結果に応じて、係数調整、又はオフセットを変えている。すなわち、姿勢検出部４からの出力に基づいて、実施の形態１で示した係数、又は実施の形態２、４で示したオフセットを変更している。
【０１１９】
図２３に示すように、移動体１が平坦面から傾斜面を移動する場合、力センサ９の入力が変化してしまう。この場合、搭乗者が同じ姿勢をしていたとしても、移動速度が変わってしまう。例えば、下り坂を移動する場合、搭乗面が前傾する。すると、図２３に示すように、搭乗者７１が搭乗面に対して後傾姿勢になってしまうため、力センサ９で後退入力が検知される。従って、下り坂を下ることができなくなってしまう。また、上り坂を移動する場合、搭乗面が後傾する。すると、搭乗者が搭乗面に対して、前傾してしまう。よって、必要以上に前傾入力が検知され、意図通りに坂道を上ることができなくなってしまう。さらに、左右片側に段差がある場合、旋回入力が検知され、移動体が左右に移動してしまう。
【０１２０】
そこで、本実施の形態では、姿勢検出部４からの出力に応じて、係数又はオフセットを最適化している。例えば、姿勢検出部４で検出された姿勢角と、係数の関係を示すテーブルを予め設定しておく。あるいは、姿勢検出部４で検出された姿勢角と、オフセットの関係を示すテーブルを予め設定しておく。例えば、図２４に示すように、入力モーメント値を算出するときの基準位置を後に下げる。ヨー軸が後方になるように、モーメントＭｙに対してオフセットを与える。入力モーメント値を大きくするようにオフセットを与える。移動体１の姿勢変化に起因する入力モーメント値Ｍｘ’、Ｍｙ’の変化が軽減される。よって、傾斜面を移動している場合でも、平坦面と同じ操作で同様に移動することができる。これにより、操作性を向上することができる。
【０１２１】
もちろん、オフセットの設定を変える構成に限られるものではなく、姿勢変化に応じて、係数を調整してもよい。すなわち、姿勢検出部４で検出された車台１３の姿勢角に応じて入力モーメント値とモーメントの関係を変化させればよい。
【０１２２】
次に、本実施の形態にかかる移動体１に制御方法について、図２５を用いて説明する。図２５は、本実施の形態にかかる移動体１の制御方法を示すフローチャートである。まず、移動体１を駆動すると、姿勢検出部４によって姿勢を確認する（ステップＳ５０１）。すなわち、各軸周りの姿勢角を測定する。そして、測定された移動体１の傾斜角度に応じて、オフセットを設定する（ステップＳ５０２）。オフセットは、姿勢角とオフセット値の関係を示すテーブルや、姿勢角からオフセットを算出するための関係式によって、決定される。もちろん、オフセットの設定に限らず、係数調整を行ってもよい。
【０１２３】
そして、力センサに基づいて移動体制御を行う（ステップＳ５０３）。このとき、姿勢角に応じてオフセットが変化している。オフセットが最適化されているため、入力モーメント値の原点位置が変化する。これにより、搭乗者が通常通りの操作で、移動体１が傾斜面を移動する。搭乗者の意図通りに移動体１を移動させることができ、操作性を向上することができる。実施の形態１にかかる移動体１では、判別部１２、搭乗位置検出部１４を使用しないため、これらを設けなくてもよい。
【０１２４】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明にかかる移動体の全体構成を模式的に示す正面図である。
【図２】本発明にかかる移動体の全体を模式的に示す側面図である。
【図３】各軸周りの動作を説明するための図である。
【図４】移動体を移動させるための制御系を示すブロック図である。
【図５】搭乗席に搭乗者が搭乗している状態を示す図である。
【図６】搭乗者の姿勢と入力方向を示す図である。
【図７】実施の形態１における、搭乗者の姿勢と入力モーメント値を説明するための側面図である。
【図８】実施の形態２における、搭乗者の姿勢と入力モーメント値を説明するための側面図である。
【図９】実施の形態２における、搭乗者の姿勢と入力モーメント値を説明するための側面図である。
【図１０】実施の形態３における移動体に用いられたフットレストの構成を模式的に示す側面図である。
【図１１】本実施の形態３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。
【図１２】搭乗者が荷物を持たない状態での、重心位置を示す図である。
【図１３】搭乗者が荷物を持った状態での、重心位置を示す図である。
【図１４】本実施の形態４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。
【図１５】座面に設けられた接触センサの構成を示す上面図である。
【図１６】座面における搭乗位置のずれを示す上面図である。
【図１７】本実施の形態５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。
【図１８】移動体の静安定領域を示す上面図である。
【図１９】移動体の内部構成を模式的に示す斜視図である。
【図２０】本実施の形態６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２１】本実施の形態６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。
【図２２】本実施の形態６にかかる移動体に用いられるフットレストの構成を示す側面図である。
【図２３】傾斜面を移動している移動体の様子を示す側面図である。
【図２４】傾斜面を移動している移動体に対して、オフセットを与えた時の様子を説明するための図である。
【図２５】本実施の形態７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。
【符号の説明】
【０１２６】
１  移動体
２  フレーム部
３  搭乗部
６  車輪
６０１  前輪
６０２  後輪
６０３  駆動モータ
６０３ａ  エンコーダ
８  搭乗席
８ａ  座面
９  力センサ
１０  フットレスト
１１  筐体
１２  判別部
１３  車台
１４  搭乗位置検出部
１７  フットレスト駆動部
５１  制御計算部
５２  バッテリ
５３  センサ処理部
７１  搭乗者
７２  臀部
７３  大腿部
７５  重心位置
７６  荷物
７７  スイッチ
７８  静安定領域
２０１  第１の平行リンク機構
２０１ａ  横リンク
２０１ｂ  縦リンク
２０２  第２の平行リンク機構
２０２ａ  横リンク
２０２ｂ  縦リンク
３０１  支持軸
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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