(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の座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、力センサ９からの出力に応じて、車輪６を駆動するための指令値を算出する制御計算部５１と、移動体モードと、移動体モードの場合よりも車輪６の駆動を制限して椅子としての使用を可能とする椅子モードとの間で動作モードを切替えるモード切替手段と、を備えるものである。【選択図】図１
2010064672.tif 000002
【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、
前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測信号を出力するセンサと、
前記センサからの出力に応じて、前記移動機構を駆動するための指令値を算出する制御計算部と、
移動体モードと、前記移動体モードの場合よりも前記移動機構の駆動を制限して椅子としての使用を可能とする椅子モードとの間で動作モードを切替えるモード切替手段と、
を備える移動体。
【請求項２】
前記モード切替手段は、搭乗者が接触しているか否かを判別する接触センサを含み、
前記センサからの出力と前記接触センサからの判別結果とに基づいて、前記移動体モードと前記椅子モードとの間の動作モードの切替を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の移動体。
【請求項３】
前記モード切替手段は、前記移動体モードと前記椅子モードとの間の動作モードの切替を入力するスイッチを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の移動体。
【請求項４】
前記モード切替手段は、
前記椅子モードの場合に、前記制御計算部が前記移動機構を駆動するための指令値を算出するときのゲインを、前記移動体モードの場合よりも小さくする
ことを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の移動体。
【請求項５】
前記モード切替手段は、
前記ゲインの大きさを調整する調整器を含む
ことを特徴とする請求項４に記載の移動体。
【請求項６】
前記搭乗席の座面の角度を変えるように、前記搭乗席を駆動する搭乗席駆動機構を更に備え、
前記制御計算部は、前記搭乗席駆動機構の駆動量と前記搭乗席の平衡位置姿勢と前記センサからの計測信号とに基づいて、前記移動機構、及び前記搭乗席駆動機構を駆動するための指令値を算出する
ことを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項に記載の移動体。
【請求項７】
前記搭乗席駆動機構の駆動量と前記搭乗席の平衡位置姿勢と前記センサからの計測信号に基づいて、前記搭乗席駆動機構の目標駆動量を算出し、
前記搭乗席駆動機構の目標駆動量に基づいて、前記移動体の前後進移動速度が算出されることを特徴とする請求項６に記載の移動体。
【請求項８】
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、
前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測信号を出力するセンサと、を備えた移動体の制御方法であって、
前記センサからの出力に応じて、前記移動機構を駆動するための指令値を算出するステップと、
移動体モードと、前記移動体モードの場合よりも前記移動機構の駆動を制限して椅子としての使用を可能とする椅子モードとの間で動作モードを切替えるステップと、
を備える移動体の制御方法。
【請求項９】
搭乗者が接触しているか否かを判別する接触センサにより、
前記センサからの出力と前記接触センサからの判別結果とに基づいて、前記移動体モードと前記椅子モードとの間の動作モードの切替を行う
ことを特徴とする請求項８に記載の移動体の制御方法。
【請求項１０】
スイッチにより前記移動体モードと前記椅子モードとの間の動作モードの切替を行う
ことを特徴とする請求項８に記載の移動体の制御方法。
【請求項１１】
前記椅子モードの場合に、前記制御計算部が前記移動機構を駆動するための指令値を算出するときのゲインを、前記移動体モードの場合よりも小さくする
ことを特徴とする請求項８乃至１０いずれか１項に記載の移動体の制御方法。
【請求項１２】
調整器により、前記ゲインの大きさを調整する
ことを特徴とする請求項１１に記載の移動体の制御方法。
【請求項１３】
前記移動体は、前記搭乗席の座面の角度を変えるように、前記搭乗席を駆動する搭乗席駆動機構を更に備え、
前記搭乗席駆動機構の駆動量と前記搭乗席の平衡位置姿勢と前記センサからの計測信号とに基づいて、前記移動機構、及び前記搭乗席駆動機構を駆動するための指令値を算出する
ことを特徴とする請求項８乃至１２いずれか１項に記載の移動体の制御方法。
【請求項１４】
前記搭乗席駆動機構の駆動量と前記搭乗席の平衡位置姿勢と前記センサからの計測信号に基づいて、前記搭乗席駆動機構の目標駆動量を算出し、
前記搭乗席駆動機構の目標駆動量に基づいて、前記移動体の前後進移動速度が算出されることを特徴とする請求項１３に記載の移動体の制御方法。
【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、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】
ところで、搭乗者が搭乗する搭乗面に力センサが設けられている移動体では、以下に示す問題点がある。例えば、搭乗者は、移動体を椅子としても利用したい場合がある。すなわち、このような搭乗者が搭乗する移動体は、搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体として利用可能であるのに加えて、オフィスなどで用いる椅子としても利用可能であることが強く求められている。従って、搭乗者の利用状況に応じて、移動体としての制御モードと、椅子としての制御モードとの間を切替える技術が必要とされる。
【０００９】
しかし、従来の移動体では、搭乗者の利用状況に応じて、移動体を駆動するモータへの指令値を変更する手法について言及されていない。また、移動体を椅子として利用したい場合に、移動体のロール、ピッチ、ヨー軸をあたかも椅子のようにアクティブに制御可能な機構及び制御手法についても言及されていない。例えば、移動体を椅子として利用する場合に、移動体の制御を全て落としてしまうと、座り位置を直すことができないなどの問題が生じ、座り心地の悪い椅子となってしまう。
【００１０】
このように、従来の移動体では、搭乗者の利用状況に応じて、移動体の制御モードを切替える技術については考慮されていないため、搭乗者の意図通りに、操作することができないという問題点がある。
【００１１】
本発明は、搭乗者の利用状況に応じて、移動体の制御モードを切替えることで、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】
【００１２】
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、前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測信号を出力するセンサと、前記センサからの出力に応じて、前記移動機構を駆動するための指令値を算出する制御計算部と、移動体モードと、前記移動体モードの場合よりも前記移動機構の駆動を制限して椅子としての使用を可能とする椅子モードとの間で動作モードを切替えるモード切替手段と、を備えるものである。これにより、搭乗者の利用状況に応じて、移動体の制御モードを切替えることができるため、操作性を向上することができる。
【００１３】
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、前記モード切替手段は、搭乗者が接触しているか否かを判別する接触センサを含み、前記センサからの出力と前記接触センサからの判別結果とに基づいて、前記移動体モードと前記椅子モードとの間の動作モードの切替を行うことを特徴とするものである。
【００１４】
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、前記モード切替手段は、前記移動体モードと前記椅子モードとの間の動作モードの切替を入力するスイッチを含むことを特徴とするものである。
【００１５】
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、前記モード切替手段は、前記椅子モードの場合に、前記制御計算部が前記移動機構を駆動するための指令値を算出するときのゲインを、前記移動体モードの場合よりも小さくすることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の第５の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記モード切替手段は、前記ゲインの大きさを調整する調整器を含むことを特徴とするものである。
【００１７】
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、前記搭乗席の座面の角度を変えるように、前記搭乗席を駆動する搭乗席駆動機構を更に備え、前記制御計算部は、前記搭乗席駆動機構の駆動量と前記搭乗席の平衡位置姿勢と前記センサからの計測信号とに基づいて、前記移動機構、及び前記搭乗席駆動機構を駆動するための指令値を算出することを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第７の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記搭乗席駆動機構の駆動量と前記搭乗席の平衡位置姿勢と前記センサからの計測信号に基づいて、前記搭乗席駆動機構の目標駆動量を算出し、前記搭乗席駆動機構の目標駆動量に基づいて、前記移動体の前後進移動速度が算出されることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の第８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、前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測信号を出力するセンサと、を備えた移動体の制御方法であって、前記センサからの出力に応じて、前記移動機構を駆動するための指令値を算出するステップと、移動体モードと、前記移動体モードの場合よりも前記移動機構の駆動を制限して椅子としての使用を可能とする椅子モードとの間で動作モードを切替えるステップと、を備えるものである。これにより、搭乗者の利用状況に応じて、移動体の制御モードを切替えることができるため、操作性を向上することができる。
【００２０】
本発明の第９の態様に係る移動体の制御方法は、上記の移動体の制御方法であって、搭乗者が接触しているか否かを判別する接触センサにより、前記センサからの出力と前記接触センサからの判別結果とに基づいて、前記移動体モードと前記椅子モードとの間の動作モードの切替を行うことを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の第１０の態様に係る移動体の制御方法は、上記の移動体の制御方法であって、スイッチにより前記移動体モードと前記椅子モードとの間の動作モードの切替を行うことを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の第１１の態様に係る移動体の制御方法は、上記の移動体の制御方法であって、前記椅子モードの場合に、前記制御計算部が前記移動機構を駆動するための指令値を算出するときのゲインを、前記移動体モードの場合よりも小さくすることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の第１２の態様に係る移動体の制御方法は、上記の移動体の制御方法であって、調整器により、前記ゲインの大きさを調整することを特徴とするものである。
【００２４】
本発明の第１３の態様に係る移動体の制御方法は、上記の移動体の制御方法であって、前記移動体は、前記搭乗席の座面の角度を変えるように、前記搭乗席を駆動する搭乗席駆動機構を更に備え、前記搭乗席駆動機構の駆動量と前記搭乗席の平衡位置姿勢と前記センサからの計測信号とに基づいて、前記移動機構、及び前記搭乗席駆動機構を駆動するための指令値を算出することを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の第１４の態様に係る移動体の制御方法は、上記の移動体の制御方法であって、前記搭乗席駆動機構の駆動量と前記搭乗席の平衡位置姿勢と前記センサからの計測信号に基づいて、前記搭乗席駆動機構の目標駆動量を算出し、前記搭乗席駆動機構の目標駆動量に基づいて、前記移動体の前後進移動速度が算出されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２６】
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】
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。すなわち、搭乗席８を車椅子形状としてもよい。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。
【００３１】
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。
【００３２】
移動体１の本体部分となる車台１３には、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、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。
【００３３】
フットレスト１０には、搭乗者の足裏が接触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、搭乗者の足裏が接触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、搭乗者の足裏が接触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、搭乗者の足裏が接触していると誤って認識するのを防ぐことができる。
【００３４】
筐体１１には、駆動モータ６０３、姿勢検出部４、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、姿勢検出部４、制御計算部５１、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。
【００３５】
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。２つの後輪６０２は、同軸上に配置されている。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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。また、姿勢検出部４からの出力に応じて、車台１３の傾きを制御するための処理を行う。すなわち、移動体１の姿勢が、車台１３の傾きに応じて変化する。筐体１１の内部には、姿勢を変化させるための機構が内蔵されている。この機構が動作することで搭乗席８が変位する。この構成については後述する。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
制御計算部５１は、入力モーメント値（Ｍｘ'、Ｍｙ'、Ｍｚ'）に基づいて、入力トルクτｉを求める。例えば、入力トルクτｉ＝（Ｍｘ'、Ｍｙ'、Ｍｚ'）となる。そして、このトルクτｉ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。通常、トルクτｉ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指令トルクを与える。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、駆動モータ６０３のトルクに限らず、回転速度、回転数であってもよい。
【００４１】
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。
【００４２】
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。これにより、トルクτｉが求められる。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
制御計算部５１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、搭乗者の足裏が接触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、搭乗者の足裏が接触していると判別し、それ以外の時は人以外の物が接触していると判別する。
【００４９】
なお、センサ処理部５３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。
【００５０】
本実施の形態では、判別部１２において、搭乗者の足裏が接触しているか否かを判別している。例えば、図５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の足裏が接触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、搭乗者の足裏が接触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、搭乗者の足裏の接触の有無を容易かつ確実に判別することができる。
【００５１】
本実施の形態では、接触センサ５８からの判別結果と力センサ９からの出力とに基づいて、移動体１の動作モードを切替える。すなわち、移動体モードと椅子モードとの間の動作モードの切替を行う。ここでは、移動体モードは、移動体としての制御モードであり、搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体として利用可能とする。椅子モードは、椅子としての制御モードであり、移動体モードの場合よりも後輪６０２の駆動を制限して椅子としての使用を可能とする。これにより、搭乗者の利用状況に応じて、移動体の制御モードを切替えることで、高い操作性を実現することができる。
【００５２】
さらに、移動体１には、搭乗席８を駆動するための駆動部５が設けられている。この駆動部５に対する制御について説明する。駆動部５は、ヨー軸機構５０１とピッチ軸機構５０２とロール軸機構５０３を有している。ヨー軸機構５０１とピッチ軸機構５０２とロール軸機構５０３は、回転関節であり、これらが動作することで、搭乗席８の姿勢が変化する。ヨー軸機構５０１は、搭乗席８をヨー軸周りに回転させる。ピッチ軸機構５０２は搭乗席８をピッチ軸周りに回転させる。ロール軸機構５０３は、搭乗席８をロール軸周りに回転させる。これにより、車台１３に対する座面８ａの角度が変化する。すなわち、車台１３に対して座面８ａが傾くようになる。したがって、駆動部５が搭乗席８を駆動する駆動部として、ヨー軸機構５０１とピッチ軸機構５０２とロール軸機構５０３はそれぞれ、関節駆動用のモータや減速器を有している。そして、その関節モータの回転角を検出するためのエンコーダ５０１ａ、５０２ａ、５０３ａがそれぞれ設けられている。
【００５３】
制御計算部５１は、上記のように、センサ処理部５３からのトルクに応じて、制御計算を行う。そして、制御計算部５１は、ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、及びロール軸機構５０３の関節を駆動するための指令値を出力する。すなわち、制御計算部５１は、トルクに基づいて、各軸機構の目標関節角度を算出する。そして、制御計算部５１は、目標関節角度に応じた指令値を算出して、各モータに出力する。これにより、ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、及びロール軸機構５０３の各関節が目標関節角度になる。すなわち、目標関節角度に追従するように、各軸機構が駆動する。よって、移動体１の姿勢が変化して、搭乗席８の座面８ａを所望の角度にすることができる。
【００５４】
このように、力センサ９に対する入力に応じて座面８ａの傾斜角度が変化する。これにより、搭乗者が入力値を直感的に把握することができる。よって、操作性を向上することができる。
【００５５】
次に、移動体１の姿勢を変化させるための構成について、図６を用いて説明する。図６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。図６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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
次に、移動体１の制御方法について図７を用いて説明する。図７は、移動体１の制御方法を示すフローチャートである。図７は、移動体１の制御における１サイクルを示している。このフローチャートにしたがって、移動体１の移動制御と、姿勢制御が行われる。すなわち、図７には、後輪６０２の駆動と、駆動部５の駆動の制御方法が示されている。
【００６５】
まず、ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３の関節角を検出する（ステップＳ１０１）。すなわち、各軸機構に設けられているエンコーダ５０１ａ、５０２ａ、５０３ａによって、それぞれの関節の角度を検出する。移動体１は、この関節角度に応じた姿勢となっている。次に、力センサ９によって、モーメントの値を検出する（ステップＳ１０２）。すなわち、モーメント（Ｍｘ，Ｍｙ、Ｍｚ）を測定する。そして、力センサ９のオフセット修正を行う（ステップＳ１０３）。すなわち、搭乗者が座っている位置がずれている場合に、その位置に対してオフセットを与える。入力されるモーメントに対して、搭乗位置の位置ずれを補正するように、制御目標原点にオフセットを与える。これにより、位置ずれを補正したモーメント（Ｍｘ'，Ｍｙ'、Ｍｚ'）を算出することができる。なお、ステップＳ１０１とステップＳ１０２の順番は反対でもよく、ステップＳ１０１とステップＳ１０２を並行して行ってもよい。
【００６６】
座面の平衡位置姿勢φｉｄを入力する（ステップＳ１０４）。上記のように、移動体１が平坦な床を移動している時に、座面８ａが水平になる位置が平衡位置姿勢となっている。この時のヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３の関節角度が平衡位置姿勢に対応する。したがって、本実施の形態では、平衡位置姿勢が一定になっている。すなわち、移動状況によらず、各軸の関節角度が一定になるような平衡位置姿勢が選ばれている。
【００６７】
次に、コンプライアンス補償を行う（ステップＳ１０５）。ここでのコンプライアンス制御によって、ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３の目標関節角度が決定する。コンプライアンス制御とは、バネ特性、ダンピング特性を擬似的に備えている振る舞いをする制御である。ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３の動作によってバネ特性、ダンピング特性が示される。このコンプライアンス制御を導入することで、搭乗者の力に応じて、座面８ａを傾けることが可能になる。ここでは、ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３の関節角度、力センサ９のモーメント、座面８ａの平衡位置姿勢を用いて、コンプライアンス制御が行われる。これにより、ヨー軸機構５０１、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。このステップの詳細については、後述する。
【００６８】
そして、座面８ａを制御する（ステップＳ１０６）。すなわち、ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３がそれぞれ目標関節角度になるように、各軸に設けられているモータを駆動する。これにより、座面８ａの傾きが変化して、現在目標位置姿勢となる。ここでは、力センサ９の出力に応じて、座面８ａの傾きが変化している。すなわち、座面８ａに対する力に応じて、搭乗者が座面８ａから力を受ける。よって、搭乗者１９が力センサ９への入力を直感的に把握することができる。これにより、操作性が向上し、搭乗者１９の意図通りに移動することができる。
【００６９】
次に動作モードの切替判断を行う（ステップＳ１０７）。すなわち、接触センサ５８からの判別結果と力センサ９からの出力とに基づいて、移動体１の動作モードを切替えるか否かを判別する。まず、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、搭乗者の足裏が接触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、搭乗者の足裏が接触していると判別している。そして、搭乗者の足裏が接触していると判別し、かつ、力センサ９からの出力がある場合に、椅子モードへと切替える。それ以外の場合には、移動体モードとなる。椅子モードとなった場合、後述するステップＳ１１１において制御計算部５１が駆動モータ６０３を駆動するための指令値を算出するときのゲインを変更する。ここでは、ゲインを移動体モードの場合よりも、小さくする。そして、変更したゲインを適用して、駆動モータ６０３を駆動する。移動体モードの場合には、ゲインを変更せずに、駆動モータ６０３を駆動する。
【００７０】
次に、車輪回転角、速度、トルクを検出する（ステップＳ１０８）。すなわち、エンコーダ６０３ａの出力に基づいて、左右の後輪６０２の動作状態を検知する。そして、ピッチ軸周りの目標関節角度から、移動体１の前後進速度を算出する（ステップＳ１０９）。このとき、ステップＳ１０５で求めた現在目標位置姿勢φｉに基づいて、前後進速度を算出している。すなわち、制御計算部５１は、ピッチ軸機構５０２の目標関節角度に基づいて前後進速度を算出している。よって、目標となる前後進速度は、力センサ９のモーメントと、座面の平衡位置姿勢と、各関節角度によって、決まる。
【００７１】
さらに、ロール軸、ヨー軸の関節角度から移動体１の旋回速度を算出する（ステップＳ１１０）。制御計算部５１は、ステップＳ１０５で求めた現在目標位置姿勢φｉに基づいて旋回速度を算出している。すなわち、制御計算部５１は、ヨー軸機構５０１、ロール軸機構５０３の目標関節角度に基づいて前後進速度を算出している。よって、目標となる前後進速度は、力センサ９のモーメントと、座面の平衡位置と、各関節角度によって、決まる。
【００７２】
そして、前後進速度と、旋回速度とを合成して、左右の後輪６０２の回転トルクを算出する（ステップＳ１１１）。すなわち、後輪６０２を回転させるための回転トルクを、計算する。左右の後輪６０２のトルクが指令値となって、駆動モータ６０３に出力される。ここでは、ステップＳ１０８で検出された後輪６０２の回転角と目標速度とを用いてフィードバック制御を行う。制御計算部５１が駆動モータ６０３を駆動するための指令値を出力する。これにより、ステップＳ１０９で算出された前後進速度、かつステップＳ１１０で算出された旋回速度に近い速度で移動体１が移動する。したがって、力センサ９による入力に応じて、移動体１が搭乗者の意図通りに移動する
【００７３】
ステップＳ１１１において、制御計算部５１は、搭乗者の体重移動に応じて指令値を算出する。ここで、ステップＳ１０７で椅子モードに切替えられた場合には、指令値を算出する際のゲインが変更されている。すなわち、ゲインを移動体モードの場合よりも、小さな値に変更されている。これにより、搭乗者の体重移動に対して、駆動モータ６０３への指令値を抑えることができ、移動体１の位置をゆっくりと移動させることができる。言い換えると、椅子モードの場合には、移動体１を不用意に移動させずに、かつ、あたかも椅子に座っているかのように、搭乗者の体重移動に応じて移動体１を動作させることができる。さらに、ゲインを０に変更した場合には、駆動モータ６０３の制御を行わないことになり、移動体１の位置を移動させないようにすることもできる。すなわち、移動体１の位置をその場に固定し、搭乗者の体重移動に応じて座面のみを動作させることもできる。なお、移動体モードの場合には、ゲインを変更せずに、駆動モータ６０３を駆動するため、搭乗者の体重移動に応じて移動体１と座面を動作させる。さらには、座面を固定し、かつ、車輪６についても動作させないものとし、椅子としても利用することが可能である。これにより、搭乗者の利用状況に応じて、移動体の制御モードを切替えることで、高い操作性を実現することができる。
【００７４】
次に、ステップＳ１０５のコンプライアンス補償について、図８を用いて説明する。図８は、コンプライアンス制御の詳細を示すフローチャートである。まず、搭乗者が体重移動する（ステップＳ２０１）。すなわち、移動体１を移動させるため、体重移動によって入力を行う。これにより、力センサ９にかかる力が変化する。座面８ａにかかる３軸周りのトルクτｉを力センサ９で感知する（ステップＳ２０１）。このトルクτｉは、入力モーメントから算出することができる。ヨー軸周りのトルクτθｚ（＝Ｍｚ'）、ピッチ軸周りのトルクτθｙ（＝Ｍｙ'）、ロール軸周りのトルクτθｘ（＝Ｍｘ'）がそれぞれ算出される。このように、τｉは、トルクであり、ロール、ピッチ、ヨーに対する成分を含んでいる。すなわち、τｉは、τθｘ、τθｙ、τθｚの３成分を含んでいる。
【００７５】
また、ステップＳ２０１、Ｓ２０２と並行して、座面の平衡位置姿勢φｉｄを入力する（ステップＳ２０３）。この平衡位置姿勢φｉｄはヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３の基準となる基準位置を示すものとなる。すなわち、各軸機構の基準となる関節角度が制御計算部５１に入力される。本実施の形態では、座面の平衡位置姿勢φｉｄの値が固定されている。制御計算部５１のメモリ等に、平衡位置姿勢φｉｄとなる関節角度が記憶されている。そして、この関節角度を読み出すことによって、平衡位置姿勢φｉｄが入力される。移動体１が平坦な床を移動している時に、座面８ａが水平になる位置が平衡位置となっている。したがって、各軸機構における一定の関節角度が平衡位置姿勢φｉｄを示すことになる。平衡位置姿勢φｉｄは各軸周りに対して決められている。平衡位置姿勢φｉｄは、ロール軸周り平衡位置姿勢φθｘｄ、ピッチ軸周りの平衡位置姿勢φθｙｄ、ヨー軸周りの平衡位置姿勢φθｚｄの３成分から構成されている。これらは、各軸機構の基準となる関節角度に対応している。
【００７６】
次に、トルクτｉと平衡位置姿勢φｉｄから座面の現在目標位置姿勢φｉを求める（ステップＳ２０４）。ここでは、ステップＳ２０４に記載されている数式に基づいて、制御計算部５１が搭乗部３の現在目標位置姿勢φｉを算出している。すなわち、ステップＳ２０４に記載されている方程式を解くことで、現在目標位置姿勢φｉを算出することができる。現在目標位置姿勢φｉは、例えば、ヨー軸機構５０１の目標関節角度、ピッチ軸機構５０２の目標関節角度、ロール軸機構５０３における目標関節角度から構成されている。したがって、現在目標位置姿勢φｉはφθｘ、φθｙ、φθｚの３成分から構成されている。各軸機構における目標関節角度が、トルクτｉと平衡位置姿勢φｉｄに基づいて算出される。
【００７７】
ステップＳ２０４の方程式において、Ｍｉは慣性行列、Ｄｉは粘性係数行列、Ｋｉは剛性行列であり、これらは、３×３の行列である。慣性行列、粘性係数行列、剛性行列は、移動体１の構成、動作に応じて設定することができる。また、φｉ、φｉｄの上に付されている・（ドット）は、時間微分を示している。ドットが１個付されている場合は、１回微分を、２個付されている場合は、２回微分を示している。例えば、φｉの上に１個のドットが付されていると、目標姿勢速度となり、２個のドットが付されていると、目標姿勢加速度となる。同様に、φｉｄの上に１個のドットが付されていると、平衡位置姿勢速度となり、２個のドットが付されていると、平衡位置姿勢加速度となる。本実施形態では、平衡位置姿勢φｉｄが固定されているため、平衡位置姿勢速度、平衡位置姿勢加速度は、基本的に０となる。
【００７８】
次に、モードに応じてゲインを変更する（ステップＳ２０５）。椅子モードである場合には、ゲインをより小さなものに変更する。移動体モードである場合には、ゲインを変更しない。
【００７９】
そして、現在目標位置姿勢φｉに基づいて移動制御を行う（ステップＳ２０６）。さらに、移動制御と並行して、座面の傾き制御を行う（ステップＳ２０７）。移動制御では、ステップＳ１０９、及びステップＳ１１０に示したように、現在目標位置姿勢φｉに基づいて前後進速度、及び旋回速度を算出する。すなわち、現在目標位置姿勢φθｙに応じて、移動体１の前後進速度が決まる。φθｙの値が大きいほど、前後進速度が大きくなる。また、現在目標位置姿勢φθｘ、φθｚに応じて移動体１の旋回速度が決まる。φθｘ、φθｚの値が大きいほど、旋回速度が大きくなる。そして、前後進速度、及び旋回速度から、左右の後輪６０２の回転トルクを算出する。ここでは、前後進速度と旋回速度を合成して、左右の後輪６０２に対する目標回転速度を算出する。そして、現在の回転速度と目標回転速度との差分から、回転トルクを算出するためのフィードバック制御を行っている。制御計算部５１は、この回転トルクを指令値として、駆動モータ６０３に出力する。このようにして、移動制御が行われる。
【００８０】
座面８ａの傾き制御も現在目標位置姿勢φｉに基づいて行われる。すなわち、現在目標位置姿勢φｉを入力として、各軸機構に対する指令値を算出する。現在目標位置姿勢φｉに基づいて、各軸機構の指令値が算出される。そして、この指令値に応じて、ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３が駆動する。よって、ヨー軸機構５０１の目標関節角度、ピッチ軸機構５０２の目標関節角度、ロール軸機構５０３における目標関節角度になるように座面８ａの傾きが変化する。このように、各軸機構が目標関節角度に追従するように駆動する。これにより、搭乗部３の姿勢が変化して、座面８ａの傾きが変化する。よって、搭乗者が座面８ａから力を受ける。そして、座面８ａが現在目標位置姿勢φｉになる。
【００８１】
このように、現在目標位置姿勢φｉを利用して、移動制御と、座面８ａの傾き制御が行われている。すなわち、各モータに対する指令値が現在目標位置姿勢φｉに基づいて算出されている。制御計算部５１は、搭乗席を駆動する駆動部５の駆動量と、座面８ａの平衡位置姿勢と、力センサ９からの計測信号とに基づいて、後輪６０２、及び駆動部５を駆動するための指令値を算出する。
【００８２】
このように、車台１３に搭乗席８を固定する方法が、剛体結合ではなく、入力に対してある程度変形、変位する構造となっている。よって、バネのような柔らかい動きをさせる制御をすることができる。すなわち、自動車で表すならサスペンションとして、駆動部５が機能する。そして、力センサ９での検出結果に基づいて、駆動部５を制御する。
【００８３】
これにより、操作性を向上することができる。すなわち、各軸周りの機構が駆動することで、どのくらいの操作量で操作しているかを直感的に把握することができる。実際の操作量と意図する操作量の違いを認識することができる。よって、意図する操作量に対する実際の操作量のずれを抑制することができる。また、搭乗者が遠心力を受けている場合でも、意図する移動を行うための操作が可能となる。すなわち、必要以上にスピードが出たり、必要以上にスピードが低下したりするのを防ぐことができる。これにより、操作性の高い移動体１を実現することができる。
【００８４】
本実施の形態では、移動状況によらず平衡位置姿勢となる関節角度が一定となっている。搭乗者が操作量を把握し易くなる。例えば、搭乗者が力を抜いた場合、座面８ａが平衡位置姿勢に戻る。これにより、操作性を向上することができる。また、移動制御も現在目標位置姿勢φｉに基づいて行われている。これにより、搭乗者の意図通りに、前後進速度、及び旋回速度を算出することができる。よって、操作性を向上することができる。制御計算部５１は、駆動部５の駆動量と搭乗席８の平衡位置姿勢φｉｄと力センサ９からの計測信号とに基づいて、後輪６０２、及び駆動部５を駆動するための指令値を算出する。よって、的確に指令値を算出することができ、搭乗者の意図通りに移動することができる。
【００８５】
尚、平衡位置姿勢の入力は動的に変化させる構成としてもよい。例えば、移動体１が傾斜面や段差面を移動する場合、その傾斜面等に応じて、座面８ａが傾く。そこで、傾斜面に応じて、駆動部５を駆動するようにしてもよい。例えば、傾斜面であっても座面が水平に近づくように駆動部５を駆動することで、傾斜面や片輪段差を移動する場合でも、操作性が高くなる。
【００８６】
実施の形態２．
本実施の形態では、実施の形態１に比べて、移動体モードと椅子モードとの間で動作モードを切替えるモード切替手段が異なっている。すなわち、本実施の形態では、移動体モードと椅子モードとの間の動作モードの切替を入力するスイッチを備えている。なお、以下に特に説明する点を除いて、他の構成、及び制御については、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００８７】
本実施の形態にかかる移動体１のモード切替手段の構成について、図９を用いて説明する。図９は、本実施の形態に係る搭乗席の構成を示す図である。搭乗席８には、肘掛部２０及び背もたれ部２１が設けられている。肘掛部２０は、搭乗席８の両側に設けられ、搭乗者の肘を支持する。背もたれ部２１は、搭乗席８の後側に設けられ、搭乗者の背中を支持する。すなわち、搭乗者は、肘掛部２０及び背もたれ部２１により支持される。これにより、搭乗者を搭乗席の所定の位置に規定することができる。従って、予め制約された搭乗位置に対して、搭乗者の座る位置の前後左右のずれを効果的に抑制することができる。尚、肘掛部２０及び背もたれ部２１の形状は、図９に示した形状に限定されない。例えば、肘掛部２０は、座面８ａの上方位置に配置され、背もたれ部２１の両側から前方に延びるように設けてもよい。
【００８８】
尚、図９においては、肘掛部２０及び背もたれ部２１の両方を備えるものとして説明したが、肘掛部２０及び背もたれ部２１の少なくとも一つを有していればよい。すなわち、肘掛部２０のみ、または、背もたれ部２１のみを有する場合であっても、搭乗者の座る位置のずれを効果的に抑制することができる。また、肘掛部２０は、搭乗席８の少なくとも一側に設けるようにしてもよい。さらに、搭乗席８には、搭乗者の胴部を保持するシートベルトを有するようにしてもよい。これにより、搭乗者を固定することで、搭乗者の座る位置をより限定することができる。よって、より効果的に搭乗者の座る位置のずれを抑制することができる。
【００８９】
肘掛部２０には、移動体モードと椅子モードとの間の動作モードの切替えを入力するスイッチ２２が設けられている。すなわち、搭乗者７１は、スイッチ２２を操作することで、移動体モードと椅子モードとの間の動作モードの切替えを行うことができる。これにより、上述したステップＳ１０７での切替判断が行われる。そして、椅子モードとなった場合、ゲインが変更される。ここでは、ゲインを移動体モードの場合よりも、小さな値に変更される。そして、変更されたゲインが適用されて、駆動モータ６０３が駆動される。移動体モードの場合には、ゲインは変更されずに、駆動モータ６０３が駆動される。
【００９０】
これにより、椅子モードの場合には、搭乗者の体重移動に対して、駆動モータ６０３の応答性を低下させることで、移動体１の位置をゆっくりと移動させることができる。言い換えると、椅子モードの場合には、移動体１を不用意に移動させずに、かつ、あたかも椅子に座っているかのように、搭乗者の体重移動に応じて座面を動作させることができる。
ここでは、図９に示すように搭乗席８に背もたれ部２１を設けることで、椅子モードの場合には、例えば、背もたれにもたれかかっているかのように、搭乗者は感じることができる。移動体モードの場合には、搭乗者の体重移動に応じて移動体１と座面を動作させる。これにより、搭乗者の利用状況に応じて、移動体の制御モードを切替えることで、高い操作性を実現することができる。
【００９１】
その他の実施の形態
上述した実施の形態では、椅子モードの場合に、ゲインを変更するものとして説明したが、ゲインの変更方法としてはさまざま変更方法が考えられる。例えば、移動体１にゲインの大きさを調整する調整器を更に設けて、搭乗者１による調整器の操作量に応じて、ゲインの大きさを変更するようにしてもよい。これにより、搭乗者の体重移動に対して、駆動モータ６０３の応答性を変化させることで、例えば、椅子モードの場合には、移動体１の位置をゆっくりと移動させることができる。また、調整器の操作量に応じて、椅子モードと移動体モードとの間を切替えるようにしてもよい。これにより、搭乗者の利用状況に応じて、より柔軟に移動体の制御モードを切替えることができ、高い操作性を実現することができる。
【００９２】
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。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。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の実施形態１にかかる移動体を模式的に示す正面図である。
【図２】本発明の実施形態１にかかる移動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】本発明の実施の形態１にかかる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】本発明の実施の形態１にかかる移動体の搭乗席の構成を示す側面図である。
【図６】移動体の姿勢を変化させるための構成を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態１にかかる移動体の制御を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態１にかかる移動体におけるコンプライアンス制御を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態２にかかる移動体の搭乗席の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１  移動体、  ２  フレーム部、  ３  搭乗部、  ４  姿勢検出部、  ５  駆動部、
５０１  ヨー軸機構、  ５０１ａ  エンコーダ、
５０２  ピッチ軸機構、  ５０２ａ  エンコーダ、
５０３  ロール軸機構、  ５０３ａ  エンコーダ、
６０３  駆動モータ、  ６０３ａ  エンコーダ、
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、
２０  肘掛部、  ２１  背もたれ部、  ２２  スイッチ、
５１  制御計算部、  ５２  バッテリ、  ５３  センサ処理部
５８  接触センサ、  ５９  判別情報処理部、
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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