(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体に取り付けられ、床面上を全方向に駆動可能な全方向移動車輪を含む複数の車輪からなる移動動作部と、
前記複数の車輪のうち少なくとも１つの全方向移動車輪を前記基体に対して該全方向移動車輪の軸方向に相対移動させる相対駆動部と、
前記基体の傾斜角度及び該傾斜角度の変化量を検出する傾斜検出部と、
前記傾斜角度及び前記傾斜角度の変化量に応じて前記相対駆動部に駆動指令を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記基体の重心移動速度が０に近づくように、少なくとも１つの前記全方向移動車輪を前記基体に対して該全方向移動車輪の軸方向に相対移動させる駆動指令値を決定する
ことを特徴とする倒立振子型移動体。
【請求項２】
前記制御部は、前記複数の車輪それぞれが有する前記移動動作部の中心位置を結ぶ直線上に、或いは、前記複数の車輪それぞれが有する前記移動動作部の中心位置を結ぶ多角形の内側に重心点を位置させるように、少なくとも１つの前記全方向移動車輪を前記基体に対して該全方向移動車輪の軸方向に相対移動させる
ことを特徴とする請求項１に記載の倒立振子型移動体。
【請求項３】
前記倒立振子型移動体は、
前記基体に加えられる加重の変化を検出する加重センサを有し、
前記制御部は、前記加重センサにより加重の変化に応じて前記相対駆動部を駆動させる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の倒立振子型移動体。
【請求項４】
前記制御部は、前記相対駆動部によって前記複数の車輪のうち少なくとも１つの前記全方向移動車輪を相対移動させる場合、前記相対駆動部によって該車輪を相対移動させる量及び方向と同じ量及び方向に該車輪を前記移動動作部によって駆動させる
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の倒立振子型移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の車輪を有する倒立振子型移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
床面上を全方向（２次元的な全方向）に移動可能な全方向移動車両としては、例えば、特許文献１、２に見られるものが本願出願人により提案されている。これらの特許文献１、２に見られる全方向移動車両にあっては、床面に接地しながら該床面上を全方向に移動可能な、球体状又は車輪状又はクローラ状の移動動作部と、該移動動作部を駆動する電動モータ等を有するアクチュエータ装置とが車両の基体に組付けられている。そして、この車両は、アクチュエータ装置により移動動作部を駆動することによって、床面上を移動する。
【０００３】
また、この種の全方向移動車両の移動動作を制御する技術としては、例えば特許文献３に見られる技術が本願出願人により提案されている。この技術では、車両の基体が球体状の移動動作部に対して前後・左右に傾動自在に設けられている。そして、基体の傾き角を計測し、この傾き角を所要の角度に保つように、移動動作部を駆動する電動モータのトルクを制御することによって、基体の傾動動作に応じて車両を移動させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第０８／１３２７７８号パンフレット
【特許文献２】国際公開第０８／１３２７７９号パンフレット
【特許文献３】特許第３０７００１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、１方向のみに対して、倒立振子制御を行う移動体において、接地点（もしくは、車輪回転中心）直上から重心点が該方向に移動した場合、重心点の移動量に応じて車輪が動き、重心点を接地点の直上に戻すように基体が傾斜するという特徴がある。
しかし、移動体の基体に荷物などを載せた場合には、上述の特徴により基体が傾斜してしまうので、載せた荷物が滑り落ちてしまうなどの問題がある。また、基体が傾斜すると乗員の姿勢も傾斜することになり、乗り心地が悪くなるという問題がある。
また、基体のバランサを設け、基体の傾斜に応じて当該バランサを移動させることにより基体の傾斜を緩和するものがあるが、基体の重量が増加してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、重心点が移動した場合であっても、基体の姿勢を維持することができる倒立振子型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】
【０００７】
上記問題を解決するために、請求項１に記載した発明は、基体と、前記基体に取り付けられ、床面上を全方向に駆動可能な全方向移動車輪を含む複数の車輪（例えば、実施形態における車輪３及び車輪４）からなる移動動作部（例えば、実施形態におけるアクチュエータ４２２）と、前記複数の車輪のうち少なくとも１つの全方向移動車輪を前記基体に対して該全方向移動車輪の軸方向に相対移動させる相対駆動部と、前記基体の傾斜角度及び該傾斜角度の変化量を検出する傾斜検出部（例えば、実施形態における傾斜センサ５２）と、前記傾斜角度及び前記傾斜角度の変化量に応じて前記相対駆動部に駆動指令（例えば、実施形態におけるスライダー駆動指令）を出力する制御部（例えば、実施形態における制御ユニット５０）と、を備え、前記制御部は、前記基体の重心移動速度が０に近づくように、少なくとも１つの前記全方向移動車輪を前記基体に対して該全方向移動車輪の軸方向に相対移動させる駆動指令値を決定する倒立振子型移動体である。
【０００８】
請求項２に記載した発明は、前記制御部は、前記複数の車輪それぞれが有する前記移動動作部の中心位置を結ぶ直線上に、或いは、前記複数の車輪それぞれが有する前記移動動作部の中心位置を結ぶ多角形の内側に重心点を位置させるように、少なくとも１つの前記全方向移動車輪を前記基体に対して該全方向移動車輪の軸方向に相対移動させることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載した発明は、前記倒立振子型移動体は、前記基体に加えられる荷重の変化を検出する荷重センサを有し、前記制御部は、前記荷重センサにより荷重の変化が検出された場合、前記相対駆動部を駆動させることを特徴とする。荷重センサは、基体に作用する荷重の変化を検出し、制御部は、荷重の変化が検出されると、相対駆動部を駆動することができる。
【００１０】
請求項４に記載した発明は、前記制御部は、前記相対駆動部によって前記複数の車輪のうち少なくとも１つの全方向移動車輪を相対移動させる場合、前記相対駆動部によって該車輪を相対移動させる量及び方向と同じ量及び方向に該車輪を前記移動動作部によって駆動させることを特徴とする。これにより、車輪を相対移動させる際に、床面上と車輪との間に発生する摩擦力を低減させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載した発明によれば、基体の水平性を保持することができ、基体に乗せた荷物が滑り落ちたり、乗り心地が悪くなることを防ぐことができる。
請求項２に記載した発明によれば、重心点が移動した場合においても、相対駆動部を駆動して複数の車輪それぞれが有する移動動作部の中心位置を移動させることにより、移動動作部の中心位置を結ぶ直線の真上に重心点を位置させることにより、基体を傾斜させずとも基体の水平性を保持することができる。その結果、基体に乗せた荷物が滑り落ちたり、乗り心地が悪くなることを防ぐことができる。
請求項３に記載した発明によれば、荷重センサは、基体に作用する荷重の変化を検出し、制御部は、荷重の変化が検出されると、相対駆動部を駆動することができるので、基体に荷物等を載せたことにより基体が傾斜する場合を検出し、基体の水平性を維持することができる。更に、倒立振子型移動体を走行させている際に、乗員の重心移動などにより基体を傾斜させる場合には、相対駆動部を駆動させないことにより倒立振子型移動体の操作フィーリングを損なうことを防ぐことができる。
請求項４に記載した発明によれば、車輪を相対移動させる際に、床面上と車輪との間に発生する摩擦力を低減させることができるので、車輪の移動に伴い基体の向きが変わることを防ぐことができる。その結果、車輪の相対移動により倒立振子型移動体の操作フィーリングが損なわれることなく、基体の水平性を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態における電動車両を前側から見た斜視図である。
【図２】本発明の実施形態における電動車両を後側から見た斜視図である。
【図３】後輪の拡大断面図である。
【図４】後輪の斜視図である。
【図５】車輪体の斜視図である。
【図６】車輪体とフリーローラとの配置関係を示す図である。
【図７】実施形態における電動車両の重心点と、車輪体の関係を示す簡略図である。
【図８】実施形態の電動車両の制御ユニットの処理を示すフローチャートである。
【図９】実施形態の電動車両の動力学的挙動を表現する倒立振子モデルを示す図である。
【図１０】図８のステップＳ９の処理に係わる処理機能を示すブロック図である。
【図１１】図１０に示すゲイン調整部の処理機能を示すブロック図である。
【図１２】図１１に示すリミット処理部（又は図１３に示すリミット処理部）の処理機能を示すブロック図である。
【図１３】図１０に示す重心速度制限部７６の処理機能を示すブロック図である。
【図１４】図１０に示す姿勢制御演算部８０の処理機能を示すブロック図である。
【図１５】図１０に示す姿勢制御演算部８０の処理を示すフローチャートである。
【図１６】実施形態の変形例における電動車両の重心点と、車輪体の関係を示す簡略図である。
【図１７】実施形態の変形例における電動車両の重心点と、車輪体の関係を示す簡略図である。
【図１８】実施形態の変形例におけるスライダー機構の構成を示す簡略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態を以下に説明する。まず、図１から図６を参照して、本実施形態における全方向駆動車輪を有した倒立振子型移動体の構造を説明する。
図１は電動車両を前側から見た斜視図であり、図２は後側から見た斜視図である。
図１及び図２に示すように、本実施形態の電動車両１は、基体２と、基体２の前後に取り付けた全方向駆動車輪である前輪（第２の車輪）３及び後輪（第１の車輪）４と、後輪４の上方に配置され乗員（利用者）Ｄが電動車両１の前向きに着座可能な着座部７とを備えている。
前輪３及び後輪４は、床面に接地しながら該床面上を全方向（前後方向（第１の方向）及び左右方向（第２の方向）を含む２次元的な全方向）に移動可能な移動動作部５Ｒと、を駆動するアクチュエータ装置１９を有している。
【００１４】
ここで、本実施形態の説明では、「前後方向」、「左右方向」は、それぞれ、着座部７に標準的な姿勢で搭乗した乗員の上体の前後方向、左右方向に一致もしくはほぼ一致する方向を意味する。なお、「標準的な姿勢」は、着座部７に関して設計的に想定されている姿勢であり、乗員の上体の体幹軸を概ね上下方向に向け、且つ、上体を捻ったりしていない姿勢である。また、本実施形態の説明では、参照符号に付する添え字「Ｒ」，「Ｌ」は、それぞれ電動車両１の右側、左側に対応するものという意味で使用する。
【００１５】
基体２は、前輪３及び後輪４間を架け渡すように形成されたステップフロア９と、前輪３及び後輪４を構成する前輪フェンダー１１Ｆ及び後輪フェンダー１１Ｒと、後輪フェンダー１１Ｒと着座部７とを連結する連結部１０とを備えている。
ステップフロア９は、路面Ｔとの間に間隔を空けた状態で路面Ｔと平行に延在する平板状の部材であり、その上面に乗員Ｄの足部や荷物等を載置可能に構成されている。そして、ステップフロア９の前端部には、前輪３の前輪フェンダー１１Ｆが連結される一方、後端部には後輪４の後輪フェンダー１１Ｒが連結されている。
連結部１０は、上方に向かって延在する円柱状の部材であり、下端が後輪フェンダー１１Ｒの上部に連結される一方、上端に着座部７が連結されている。
【００１６】
着座部７は、乗員Ｄが乗車するための側面視Ｌ字状のシート部１２と、シート部１２及び上述した連結部１０を連結するベース部１４とを備えている。シート部１２は、前後方向に延在して乗員Ｄの臀部及び大腿部を支持する座面部１３と、座面部１３の後端部から上方に向かって延在して乗員Ｄの背部を支持するシートバック１５とを備えている。
【００１７】
シートバック１５の左右方向両端部には、高さ方向中間部から前方に向かって延出する一対のアームレスト１６が設けられている。これらアームレスト１６は、シートバック１５に対してピッチ軸（前後方向に直交する軸）周りに回動可能に支持されている。なお、アームレスト１６の先端には、電動車両１の移動動作を乗員Ｄの手で操舵するためのコントローラ６が設置されている。また、シートバック１５の上端部には、左右方向に沿って延在する手すり１８が設けられており、この手すり１８にバック等の荷物が掛止できるようになっている。また、シートバック１５の後側には、可倒式の荷台１７が設けられている。この荷台１７は、シートバック１５の下端側にピッチ軸周りに傾動可能に支持されている。具体的に、荷台１７は未使用時においてはシートバック１５と略平行に延在するように配置される（図２参照）一方、使用時においてはシートバック１５に略直交する位置まで傾動して（図１参照）、その上面に荷物等を載置できるようになっている。
【００１８】
ベース部１４は、その上端部が座面部１３の下面に連結される一方、下端部が図示しない駆動機構を介して連結部１０の上端に連結されている。そして、着座部５は、駆動機構によってヨー軸（路面Ｔ（図３参照）の法線）周りに回転可能に構成されている（図１中矢印Ｍ参照）。
【００１９】
図３は後輪の拡大断面図であり、図４は後輪の斜視図である。また、図５は車輪体の斜視図であり、図６は車輪体とフリーローラとの配置関係を示す図である。なお、前輪と後輪とはともに同様の構成であるため、以下の説明では後輪を例として説明する。
図３に示すように、後輪フェンダー１１Ｒの内側には、長尺状のレール４１が設けられ、後輪４に接合された車輪支持部材４２が、レール４１に貫通されると共に、電動車両１の左右方向（Ｙ方向）にスライド自在に支持されている。車輪支持部材４２の内部には、固定部材４２１より車輪時部材４２の内面に固定されたアクチュエータ４２２と、アクチュエータ４２２が駆動することにより回転するローラ４２３とが備えられている。ローラ４２３は、レール４１に圧接されており、アクチュエータ４２２が駆動することにより、レール４１に沿って車輪支持部材４２がＹ方向に移動するようになっている。すなわち、電動車両１は、アクチュエータ４２２を駆動により後輪４の位置をＹ方向に移動させるスライダー機能を有している。
【００２０】
図３から図６に示すように、後輪４は、ゴム状弾性材等により円環状に形成された車輪体５Ｒを有し、この車輪体５Ｒはほぼ円形の横断面形状を有する。車輪体５Ｒは、その弾性変形によって、図５及び図６の矢印Ｙ１で示すように、円形の横断面の中心Ｃ１（具体的には、円形の横断面中心Ｃ１を通って、車輪体５Ｒの軸心と同心となる円周線）の周りに回転可能となっている。
車輪体５Ｒは、その軸心Ｃ２（車輪体５Ｒ全体の直径方向に直交する軸心Ｃ２）が電動車両１の左右方向に一致した状態で、カバー部材２１の内側に配置され、車輪体５Ｒの外周面の下端部にて路面Ｔに接地している。なお、カバー部材２１は、側面視で円形状に形成されるとともに、下方に向けて開口するドーム状の部材であり、後輪４における下端部を除くほぼ全体を覆うように配置されている。
【００２１】
そして、車輪体５Ｒは、アクチュエータ装置１９による駆動（詳細は後述する）によって、図５の矢印Ｙ２で示すように車輪体５Ｒの軸心Ｃ２の周りに回転する動作（路面Ｔ上を輪転する動作）と、車輪体５Ｒの横断面中心Ｃ１の周りに回転する動作とを行なうことが可能である。その結果、車輪体５Ｒは、それらの回転動作の複合動作によって、路面Ｔ上を全方向に移動することが可能となっている。
アクチュエータ装置１９は、車輪体５Ｒとカバー部材２１の右側壁２１Ｒとの間に介装される回転部材２７Ｒ及びフリーローラ２９Ｒと、車輪体５Ｒとカバー部材２１の左側壁２１Ｌとの間に介装される回転部材２７Ｌ及びフリーローラ２９Ｌと、回転部材２７Ｒ及びフリーローラ２９Ｒの上方に配置されたアクチュエータとしての電動モータ３１Ｒと、回転部材２７Ｌ及びフリーローラ２９Ｌの上方に配置されたアクチュエータとしての電動モータ３１Ｌとを備えている。
【００２２】
電動モータ３１Ｒ，３１Ｌは、それぞれのハウジングがカバー部材２１の両側壁２１Ｒ，２１Ｌに各々取付けられている。なお、図示は省略するが、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの電源（蓄電器）は、基体２の適所に搭載されている。
回転部材２７Ｒは、左右方向の軸心を有する支軸３３Ｒを介して右側壁２１Ｒに回転可能に支持されている。同様に、回転部材２７Ｌは、左右方向の軸心を有する支軸３３Ｌを介して左側壁２１Ｌに回転可能に支持されている。この場合、回転部材２７Ｒの回転軸心（支軸３３Ｒの軸心）と、回転部材２７Ｌの回転軸心（支軸３３Ｌの軸心）とは同軸心である。
【００２３】
回転部材２７Ｒ，２７Ｌは、それぞれ電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの出力軸に、減速機としての機能を含む動力伝達機構を介して接続されており、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌからそれぞれ伝達される動力（トルク）によって回転駆動される。各動力伝達機構は、例えばプーリ・ベルト式のものである。すなわち、図３に示すように、回転部材２７Ｒは、プーリ３５Ｒとベルト３７Ｒとを介して電動モータ３１Ｒの出力軸に接続されている。同様に、回転部材２７Ｌは、プーリ３５Ｌとベルト３７Ｌとを介して電動モータ３１Ｌの出力軸に接続されている。
なお、上述した動力伝達機構は、例えば、スプロケットとリンクチェーンとにより構成されるもの、あるいは、複数のギヤにより構成されるものであってもよい。また、例えば、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを、それぞれの出力軸が各回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同軸心になるように各回転部材２７Ｒ，２７Ｌに対向させて配置し、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの出力軸を回転部材２７Ｒ，２７Ｌに各々、減速機（遊星歯車装置等）を介して連結するようにしてもよい。
【００２４】
各回転部材２７Ｒ，２７Ｌは、車輪体５Ｒ側に向かって縮径する円錐台と同様の形状に形成されており、その外周面がテーパ外周面３９Ｒ，３９Ｌとなっている。
回転部材２７Ｒのテーパ外周面３９Ｒの周囲には、回転部材２７Ｒと同心の円周上に等間隔で並ぶようにして、複数のフリーローラ２９Ｒが配列されている。そして、これらのフリーローラ２９Ｒは、それぞれ、ブラケット３８Ｒを介してテーパ外周面３９Ｒに取付けられ、ブラケット３８Ｒに回転可能に支承されている。
同様に、回転部材２７Ｌのテーパ外周面３９Ｌの周囲には、回転部材２７Ｌと同心の円周上に等間隔で並ぶようにして、複数（フリーローラ２９Ｒと同数）のフリーローラ２９Ｌが配列されている。そして、これらのフリーローラ２９Ｌは、それぞれ、ブラケット３８Ｌを介してテーパ外周面３９Ｌに取付けられ、ブラケット３８Ｌに回転可能に支承されている。
【００２５】
車輪体５Ｒは、回転部材２７Ｒ側のフリーローラ２９Ｒと、回転部材２７Ｌ側のフリーローラ２９Ｌとの間に挟まれるようにして、回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同軸心に配置されている。
この場合、図６に示すように、各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌは、その軸心Ｃ３が車輪体５Ｒの軸心Ｃ２に対して傾斜するとともに、車輪体５Ｒの直径方向（車輪体５Ｒをその軸心Ｃ２の方向で見たときに、軸心Ｃ２と各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌとを結ぶ径方向）に対して傾斜する姿勢で配置されている。そして、このような姿勢で、各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌのそれぞれの外周面が車輪体５Ｒの内周面に斜め方向に圧接されている。
より一般的に言えば、右側のフリーローラ２９Ｒは、回転部材２７Ｒが軸心Ｃ２の周りに回転駆動されたときに、車輪体５Ｒとの接触面で、軸心Ｃ２周りの方向の摩擦力成分（車輪体５Ｒの内周の接線方向の摩擦力成分）と、車輪体５Ｒの横断面中心Ｃ１の周り方向の摩擦力成分（円形の横断面の接線方向の摩擦力成分）とを車輪体５Ｒに作用させ得るような姿勢で、車輪体５Ｒの内周面に圧接されている。左側のフリーローラ２９Ｌについても同様である。
【００２６】
なお、前輪３は、上述した後輪４と同一の構成からなり、前輪３及び後輪４は、互いの車輪体５Ｒの軸心（回転軸）Ｃ２が平行になるように配置されている（図１，図２参照）。そして、前輪３及び後輪４の電動モータ３１Ｒ，３１Ｌによりそれぞれ、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを同方向に等速度で回転駆動させた場合には、各車輪体５Ｒが回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同方向に軸心Ｃ２の周りに回転することとなる。これにより、各車輪体５Ｒが路面Ｔ上を前後方向に輪転して、電動車両１の全体が前後方向に移動することとなる。なお、この場合は、車輪体５Ｒは、その横断面中心Ｃ１の周りには回転しない。
また、例えば回転部材２７Ｒ，２７Ｌを互いに逆方向に同じ大きさの速度で回転駆動させた場合には、各車輪体５Ｒは、その横断面中心Ｃ１の周りに回転することとなる。これにより、各車輪体５Ｒがその軸心Ｃ２の方向（すなわち左右方向）に移動し、ひいては、電動車両１の全体が左右方向に移動することとなる。なお、この場合は、車輪体５Ｒは、その軸心Ｃ２の周りには回転しない。
【００２７】
さらに、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを、互いに異なる速度（方向を含めた速度）で、同方向又は逆方向に回転駆動させた場合には、各車輪体５Ｒは、その軸心Ｃ２の周りに回転すると同時に、その横断面中心Ｃ１の周りに回転することとなる。
この時、これらの回転動作の複合動作（合成動作）によって、前後方向及び左右方向に対して傾斜した方向に車輪体５Ｒが移動し、ひいては、電動車両１の全体が車輪体５Ｒと同方向に移動することとなる。この場合の車輪体５Ｒの移動方向は、回転部材２７Ｒ，２７Ｌの回転方向を含めた回転速度（回転方向に応じて極性が定義された回転速度ベクトル）の差に依存して変化するものとなる。
以上のように各車輪体５Ｒの移動動作が行なわれるので、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転速度（回転方向を含む）を制御し、ひいては回転部材２７Ｒ，２７Ｌの回転速度を制御することによって、電動車両１の移動速度及び移動方向を制御できることとなる。
【００２８】
ここで、電動車両１の概略的な動作制御を説明すると、基本的に本実施形態の電動車両１では、シート部１２に着座した乗員Ｄがその上体を傾けた場合（具体的には、乗員Ｄと電動車両１とを合わせた全体の重心点Ｇの位置（水平面に投影した位置）を動かすように上体を傾けた場合）に、上体を傾けた側に基体２がシート部１２とともに傾動する。そして、この時、基体２が傾いた側に電動車両１が移動するように、車輪体５Ｒの移動動作が制御される。すなわち、本実施形態では、乗員Ｄが上体を動かし、ひいては、シート部１２とともに基体２を傾動させるという動作が、電動車両１に対する１つの基本的な操縦操作（電動車両１の動作要求）とされ、その操縦操作に応じて車輪体５Ｒの移動動作がアクチュエータ装置１９を介して制御される。
【００２９】
具体的には、電動車両１（及び乗員Ｄの全体）の重心点Ｇが、前輪３の中心点と、後輪４の中心点を結ぶ直線のほぼ真上に位置する状態での基体２の姿勢を目標姿勢とし、基本的には、基体２の実際の姿勢を目標姿勢に収束させるように、前輪３及び後輪４の移動動作が制御される。すなわち、電動車両１の上下方向が重力方向に一致するように前輪３及び後輪４の移動動作が制御される。具体的に、目標姿勢に対して重心点Ｇが前後方向に移動したと判断された場合には、上述した前輪３及び後輪４の車輪体５Ｒを軸心Ｃ２周りに回転させて電動車両１を前後方向に移動させる。一方、目標姿勢に対して重心点Ｇが左右方向に移動したと判断された場合には、各車輪体５Ｒを中心Ｃ１周りに回転させて電動車両１を左右方向に移動させる。または、これらの回転動作の複合動作によって、基体２の姿勢が目標姿勢に収束される。したがって、電動車両１を移動させたい場合には、乗員Ｄ自身の重心点を進行方向に向けて傾ける。すると、電動車両１は、目標姿勢を保とうとして進行方向に移動することになる。なお、電動車両１の移動動作の制御は、アームレスト１６に接地されたコントローラ６を操舵することによっても行うことができる。
【００３０】
更に、図７（ｂ）に示すように、基体２、例えば、ステップフロア９に荷物を置いたことにより重心点Ｇが基体２に対して左方向に移動した場合、前輪フェンダー１１Ｆ及び後輪フェンダー１１Ｒ内に設けられたスライダー機構により、車輪体５Ｒ及び車輪体５Ｒそれぞれに設けられたアクチュエータ４２２を駆動することにより、基体２がＹ方向に傾倒することを防ぐように制御される。
具体的には、重心点Ｇが、車輪体５Ｆ及び車輪体５Ｒの中心点（軸心Ｃ２上の中心点）を結ぶ直線のほぼ真上に位置する状態（より正確には当該重心点が車輪体５Ｆ及び車輪体５Ｒの接地面を結ぶ直線のほぼ真上に位置する状態）を目標状態とし、該基体２の実際の姿勢を目標姿勢（本実施形態においては、基体２及び着座部７が水平を保つ姿勢）に収束させるように、スライダー機構、すなわち、アクチュエータ４２２が制御される。
図７（ａ）は、実施形態における電動車両１の重心点Ｇと、車輪体５Ｆ及び車輪体５Ｒの関係を示す簡略図である。図７（ｂ）は、重心点Ｇが基体２に対して左方向に移動した場合の車輪体５Ｆ及び車輪外５Ｒの関係を示す簡略図である。
【００３１】
本実施形態では、以上のごとき電動車両１の動作制御を行うために、図１及び図２に示すように、マイクロコンピュータや電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのドライブ回路ユニットなどを含む電子回路ユニットにより構成された制御ユニット５０と、基体２の所定の部位の鉛直方向（重力方向）に対する傾斜角θb及びその変化速度（＝dθb/dt）を計測するための傾斜センサ５２と、車両１に乗員が搭乗しているか否かを検知するための荷重センサ５４と、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの出力軸の回転角度及び回転角速度を検出するための角度センサとしてのロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌがそれぞれ、車両１の適所に搭載されている。
この場合、制御ユニット５０及び傾斜センサ５２は、例えば、連結部１０の内部に収容された状態で取り付けられている。また、荷重センサ５４は、シート部１２の座面部１３に内蔵されている。また、ロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌは、それぞれ、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌと一体に設けられている。なお、ロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌは、それぞれ、回転部材２７Ｒ，２７Ｌに装着してもよい。
【００３２】
上記傾斜センサ５２は、より詳しくは、加速度センサとジャイロセンサ等のレートセンサ（角速度センサ）とから構成され、これらのセンサの検出信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、傾斜センサ５２の加速度センサ及びレートセンサの出力を基に、所定の計測演算処理（これは公知の演算処理でよい）を実行することによって、傾斜センサ５２を搭載した部位（本実施形態では連結部１０）の、鉛直方向に対する傾斜角度θbの計測値とその変化速度（微分値）である傾斜角速度θbdotの計測値とを算出する。
この場合、計測する傾斜角度θb（以降、基体傾斜角度θbということがある）は、より詳しくは、それぞれ、Ｙ軸周り方向（ピッチ方向）の成分θb_xと、Ｘ軸周り方向（ロール方向）の成分θb_yとから成る。同様に、計測する傾斜角速度θbdot（以降、基体傾斜角速度θbdotということがある）も、Ｙ軸周り方向（ピッチ方向）の成分θbdot_x（＝dθb_x/dt）と、Ｘ軸周り方向（ロール方向）の成分θbdot_y（＝dθb_y/dt）とから成る。
【００３３】
なお、本実施形態の説明では、上記基体傾斜角度θbなど、Ｘ軸及びＹ軸の各方向（又は各軸周り方向）の成分を有する運動状態量等の変数、あるいは、該運動状態量に関連する係数等の変数に関しては、その各成分を区別して表記する場合に、該変数の参照符号に、添え字“_x”又は“_y”を付加する。
この場合において、並進速度等の並進運動に係わる変数については、そのＸ軸方向の成分に添え字“_x”を付加し、Ｙ軸方向の成分に添え字“_y”を付加する。
一方、角度、回転速度（角速度）、角加速度など、回転運動に係わる変数については、並進運動に係わる変数と添え字を揃えるために、便宜上、Ｙ軸周り方向の成分に添え字“_x”を付加し、Ｘ軸周り方向の成分に添え字“_y”を付加する。
【００３４】
さらに、Ｘ軸方向の成分（又はＹ軸周り方向の成分）と、Ｙ軸方向の成分（又はＸ軸周り方向の成分）との組として変数を表記する場合には、該変数の参照符号に添え字“_xy”を付加する。例えば、上記基体傾斜角度θbを、Ｙ軸周り方向の成分θb_xとＸ軸周り方向の成分θb_yの組として表現する場合には、「基体傾斜角度θb_xy」というように表記する。
前記荷重センサ５４は、乗員が着座部７に着座した場合に該乗員の重量による荷重を受けるように着座部７に内蔵され、その荷重に応じた検出信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、この荷重センサ５４の出力により示される荷重の計測値に基づいて、車両１に乗員が搭乗しているか否かを判断する。
【００３５】
なお、荷重センサ５４の代わりに、例えば、乗員が着座部７に着座したときにＯＮとなるようなスイッチ式のセンサを用いてもよい。
ロータリーエンコーダ５６Ｒは、電動モータ３１Ｒの出力軸が所定角度回転する毎にパルス信号を発生し、このパルス信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、そのパルス信号を基に、電動モータ５３Ｒの出力軸の回転角度を計測し、さらにその回転角度の計測値の時間的変化率（微分値）を電動モータ５３Ｒの回転角速度として計測する。電動モータ３１Ｌ側のロータリーエンコーダ５６Ｌについても同様である。
【００３６】
制御ユニット５０は、上記の各計測値を用いて所定の演算処理を実行することによって、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌそれぞれの回転角速度の目標値である速度指令を決定し、その速度指令に従って、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度をフィードバック制御する。
なお、電動モータ３１Ｒの出力軸の回転角速度と、回転部材２７Ｒの回転角速度との間の関係は、該出力軸と回転部材２７Ｒとの間の一定値の減速比に応じた比例関係になるので、本実施形態の説明では、便宜上、電動モータ３１Ｒの回転角速度は、回転部材２７Ｒの回転角速度を意味するものとする。同様に、電動モータ３１Ｌの回転角速度は、回転部材２７Ｌの回転角速度を意味するものとする。
【００３７】
以下に、制御ユニット５０の制御処理をさらに詳細に説明する。
制御ユニット５０は、所定の制御処理周期で図８のフローチャートに示す処理（メインルーチン処理）を実行する。
まず、ステップＳ１において、制御ユニット５０は、傾斜センサ５２の出力を取得する。
次いで、ステップＳ２に進んで、制御ユニット５０は、取得した傾斜センサ５２の出力を基に、基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sと、基体傾斜角速度θbdotの計測値θbdot_xy_sとを算出する。
なお、以降の説明では、上記計測値θb_xy_sなど、変数（状態量）の実際の値の観測値（計測値又は推定値）を参照符号により表記する場合に、該変数の参照符号に、添え字“_s”を付加する。
また、本実施形態に示す電動車両１は、２輪車の形態を有することから、以下の説明においてＹ軸方向の回転成分について説明を無視してもよい。すなわち、θb_x_s、及びθbdot_x_sを常に０とみなしてもよい。
【００３８】
次いで、制御ユニット５０は、ステップＳ３において、荷重センサ５４の出力を取得した後、ステップＳ４の判断処理を実行する。この判断処理においては、制御ユニット５０は、取得した荷重センサ５４の出力が示す荷重計測値があらかじめ設定された所定値よりも大きいか否かによって、車両１に乗員が搭乗しているか否か（着座部７に乗員が着座しているか否か）を判断する。
そして、制御ユニット５０は、ステップＳ４の判断結果が肯定的である場合には、基体傾斜角度θbの目標値θb_xy_objを設定する処理と、車両１の動作制御用の定数パラメータ（各種ゲインの基本値など）の値を設定する処理とを、それぞれステップＳ５、６で実行する。
【００３９】
ステップＳ５においては、制御ユニット５０は、基体傾斜角度θbの目標値θb_xy_objとして、あらかじめ定められた搭乗モード用の目標値を設定する。
ここで、「搭乗モード」は、車両１に乗員が搭乗している場合での車両１の動作モードを意味する。この搭乗モード用の目標値θb_xy_objは、車両１と着座部７に着座した乗員との全体の重心点（以降、車両・乗員全体重心点という）が車輪体５Ｆ及び車輪対５Ｒの中心位置を結ぶ直線のほぼ真上に位置する状態となる基体２の姿勢において、傾斜センサ５２の出力に基づき計測される基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sに一致又はほぼ一致するようにあらかじめ設定されている。
【００４０】
また、ステップＳ６においては、制御ユニット５０は、車両１の動作制御用の定数パラメータの値として、あらかじめ定められた搭乗モード用の値を設定する。なお、定数パラメータは、後述するｈx，ｈy，Ｋi_a_x，Ｋi_b_x，Ｋi_a_y，Ｋi_b_y（ｉ＝１，２，３）等である。
一方、ステップＳ４の判断結果が否定的である場合には、制御ユニット５０は、基体傾斜角度θb_xyの目標値θb_xy_objを設定する処理と、車両１の動作制御用の定数パラメータの値を設定する処理とを、ステップＳ７、８で実行する。
ステップＳ７においては、制御ユニット５０は、傾斜角度θbの目標値θb_xy_objとして、あらかじめ定められた自立モード用の目標値を設定する。
【００４１】
ここで、「自立モード」は、車両１に乗員が搭乗していない場合での車両１の動作モードを意味する。この自立モード用の目標値θb_xy_objは、車両１単体の重心点（以降、車両単体重心点という）が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態となる基体２の姿勢において、傾斜センサ５２の出力に基づき計測される基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sに一致又はほぼ一致するようにあらかじめ設定されている。この自立モード用の目標値θb_xy_objは、搭乗モード用の目標値θb_xy_objと一般的には異なる。
また、ステップＳ８においては、制御ユニット５０は、車両１の動作制御用の定数パラメータの値として、あらかじめ定められた自立モード用の値を設定する。この自立モード用の定数パラメータの値は、搭乗モード用の定数パラメータの値と異なる。
【００４２】
搭乗モードと自立モードとで、上記定数パラメータの値を異ならせるのは、それぞれのモードで上記重心点の高さや、全体質量等が異なることに起因して、制御入力に対する車両１の動作の応答特性が互いに異なるからである。
以上のステップＳ４〜８の処理によって、搭乗モード及び自立モードの動作モード毎に個別に、基体傾斜角度θb_xyの目標値θb_xy_objと定数パラメータの値とが設定される。
なお、ステップＳ５，６の処理、又はステップＳ７，８の処理は、制御処理周期毎に実行することは必須ではなく、ステップＳ４の判断結果が変化した場合にだけ実行するようにしてもよい。
【００４３】
補足すると、搭乗モード及び自立モードのいずれにおいても、基体傾斜角速度θbdotのＹ軸周り方向の成分θbdot_xの目標値とＸ軸周り方向の成分θbdot_yの目標値とは、いずれも“０”である。このため、基体傾斜角速度θbdot_xyの目標値を設定する処理は不要である。
以上の如くステップＳ５，６の処理、又はステップＳ７，８の処理を実行した後、制御ユニット５０は、次にステップＳ９において、車両制御演算処理を実行することによって、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの速度指令を決定する。この車両制御演算処理の詳細は後述する。
【００４４】
次いで、ステップＳ１０に進んで、制御ユニット５０は、ステップＳ９で決定した速度指令に応じて電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの動作制御処理を実行する。この動作制御処理では、制御ユニット５０は、ステップＳ９で決定した電動モータ３１Ｒの速度指令と、ロータリーエンコーダ５６Ｒの出力に基づき計測した電動モータ３１Ｒの回転速度の計測値との偏差に応じて、該偏差を“０”に収束させるように電動モータ３１Ｒの出力トルクの目標値（目標トルク）を決定する。そして、制御ユニット５０は、その目標トルクの出力トルクを電動モータ３１Ｒに出力させるように該電動モータ３１Ｒの通電電流を制御する。左側の電動モータ３１Ｌの動作制御についても同様である。
以上が、制御ユニット５０が実行する全体的な制御処理である。
【００４５】
次に、上記ステップＳ９の車両制御演算処理の詳細を説明する。
なお、以降の説明においては、前記搭乗モードにおける車両・乗員全体重心点と、前記自立モードにおける車両単体重心点とを総称的に、車両系重心点という。該車両系重心点は、車両１の動作モードが搭乗モードである場合には、車両・乗員全体重心点を意味し、自立モードである場合には、車両単体重心点を意味する。
また、以降の説明では、制御ユニット５０が各制御処理周期で決定する値（更新する値）に関し、現在の（最新の）制御処理周期で決定する値を今回値、その１つ前の制御処理周期で決定した値を前回値ということがある。そして、今回値、前回値を特にことわらない値は、今回値を意味する。
また、Ｘ軸方向の速度及び加速度に関しては、前方向きを正の向きとし、Ｙ軸方向の速度及び加速度に関しては、左向きを正の向きとする。
【００４６】
本実施形態では、前記車両系重心点の動力学的な挙動（詳しくは、Ｙ軸方向からこれに直交する面（ＸＺ平面）に投影して見た挙動と、Ｘ軸方向からこれに直交する面（ＹＺ平面）に投影して見た挙動）が、近似的に、図９に示すような、倒立振子モデルの挙動（倒立振子の動力学的挙動）によって表現されるものとして、ステップＳ９の車両制御演算処理が行なわれる。
なお、図９において、括弧を付していない参照符号は、Ｙ軸方向から見た倒立振子モデルに対応する参照符号であり、括弧付きの参照符号は、Ｘ軸方向から見た倒立振子モデルに対応する参照符号である。
【００４７】
この場合、Ｙ軸方向から見た挙動を表現する倒立振子モデルは、車両系重心点に位置する質点６０_xと、Ｙ軸方向に平行な回転軸６２a_xを有して床面上を輪転自在な仮想的な車輪６２_x（以降、仮想車輪６２_xという）とを備える。そして、質点６０_xが、仮想車輪６２_xの回転軸６２a_xに直線状のロッド６４_xを介して支持され、該回転軸６２a_xを支点として該回転軸６２a_xの周りに揺動自在とされている。
この倒立振子モデルでは、質点６０_xの運動が、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の運動に相当する。また、鉛直方向に対するロッド６４_xの傾斜角度θbe_xがＹ軸周り方向での基体傾斜角度計測値θb_x_sと基体傾斜角度目標値θb_x_objとの偏差θbe_x_s（＝θb_x_s−θb_x_obj）に一致するものとされる。また、ロッド６４_xの傾斜角度θbe_xの変化速度（＝dθbe_x/dt）がＹ軸周り方向の基体傾斜角速度計測値θbdot_x_sに一致するものとされる。また、仮想車輪６２_xの移動速度Ｖw_x（Ｘ軸方向の並進移動速度）は、車両１の車輪体５のＸ軸方向の移動速度に一致するものとされる。
【００４８】
同様に、Ｘ軸方向から見た挙動を表現する倒立振子モデル（図９の括弧付きの符号を参照）は、車両系重心点に位置する質点６０_yと、Ｘ軸方向に平行な回転軸６２a_yを有して床面上を輪転自在な仮想的な車輪６２_y（以降、仮想車輪６２_yという）とを備える。そして、質点６０_yが、仮想車輪６２_yの回転軸６２a_yに直線状のロッド６４_yを介して支持され、該回転軸６２a_yを支点として該回転軸６２a_yの周りに揺動自在とされている。
この倒立振子モデルでは、質点６０_yの運動が、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の運動に相当する。また、鉛直方向に対するロッド６４_yの傾斜角度θbe_yがＸ軸周り方向での基体傾斜角度計測値θb_y_sと基体傾斜角度目標値θb_y_objとの偏差θbe_y_s（＝θb_y_s−θb_y_obj）に一致するものとされる。また、ロッド６４_yの傾斜角度θbe_yの変化速度（＝dθbe_y/dt）がＸ軸周り方向の基体傾斜角速度計測値θbdot_y_sに一致するものとされる。また、仮想車輪６２_yの移動速度Ｖw_y（Ｙ軸方向の並進移動速度）は、車両１の車輪体５のＹ軸方向の移動速度に一致するものとされる。
【００４９】
なお、仮想車輪６２_x，６２_yは、それぞれ、あらかじめ定められた所定値Ｒw_x，Ｒw_yの半径を有するものとされる。
また、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度ωw_x，ωw_yと、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R，ω_L（より正確には、回転部材２７Ｒ，２７Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R，ω_L）との間には、次式０１ａ，０１ｂの関係が成立するものとされる。
ωw_x＝（ω_Ｒ＋ω_L）／２        ……式０１ａ
ωw_y＝Ｃ・（ω_Ｒ−ω_L）／２    ……式０１ｂ
【００５０】
なお、式０１ｂにおける“Ｃ”は、前記フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌと車輪体５との間の機構的な関係や滑りに依存する所定値の係数である。
ここで、図９に示す倒立振子モデルの動力学は、次式０３ｘ，０３ｙにより表現される。なお、式０３ｘは、Ｙ軸方向から見た倒立振子モデルの動力学を表現する式、式０３ｙは、Ｘ軸方向から見た倒立振子モデルの動力学を表現する式である。
ｄ2θbe_x／dt2＝α_x・θbe_x＋β_x・ωwdot_x    ……式０３ｘ
ｄ2θbe_y／dt2＝α_y・θbe_y＋β_y・ωwdot_y    ……式０３ｙ
【００５１】
式０３ｘにおけるωwdot_xは仮想車輪６２_xの回転角加速度（回転角速度ωw_xの１階微分値）、α_xは、質点６０_xの質量や高さｈ_xに依存する係数、β_xは、仮想車輪６２_xのイナーシャ（慣性モーメント）や半径Ｒw_xに依存する係数である。式０３ｙにおけるωwdot_y、α_y、β_yについても上記と同様である。
これらの式０３ｘ，０３ｙから判るように、倒立振子の質点６０_x，６０_yの運動（ひいては車両系重心点の運動）は、それぞれ、仮想車輪６２_xの回転角加速度ωwdot_x、仮想車輪６２_yの回転角加速度ωwdot_yに依存して規定される。
【００５２】
そこで、本実施形態では、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の運動を制御するための操作量（制御入力）として、仮想車輪６２_xの回転角加速度ωwdot_xを用いると共に、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の運動を制御するための操作量（制御入力）として、仮想車輪６２_yの回転角加速度ωwdot_yを用いる。
【００５３】
そして、ステップＳ９の車両制御演算処理を概略的に説明すると、制御ユニット５０は、Ｘ軸方向で見た質点６０_xの運動と、Ｙ軸方向で見た質点６０_yの運動とが、車両系重心点の所望の運動に対応する運動となるように、操作量としての上記回転角加速度ωwdot_x，ωwdot_yの指令値（目標値）である仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdを決定する。さらに、制御ユニット５０は、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdをそれぞれ積分してなる値を、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度ωw_x，ωw_yの指令値（目標値）である仮想車輪回転角速度指令ωw_x_cmd，ωw_y_cmdとして決定する。
【００５４】
そして、制御ユニット５０は、仮想車輪回転角速度指令ωw_x_cmdに対応する仮想車輪６２_xの移動速度（＝Ｒw_x・ωw_x_cmd）と、仮想車輪回転角速度指令ωw_y_cmdに対応する仮想車輪６２_yの移動速度（＝Ｒw_y・ωw_y_cmd）とを、それぞれ、車両１の車輪体５のＸ軸方向の目標移動速度、Ｙ軸方向の目標移動速度とし、それらの目標移動速度を実現するように、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの速度指令ω_R_cmd，ω_L_cmdを決定する。
なお、本実施形態では、操作量（制御入力）としての上記仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdは、それぞれ、後述する式０７ｘ，０７ｙに示す如く、３個の操作量成分を加え合わせることによって決定される。
【００５５】
制御ユニット５０は、上記の如き制御を前輪３及び後輪４それぞれに対して行うために、ステップＳ９の車両制御演算処理を実行する図１０のブロック図で示す機能を前輪３及び後輪４それぞれに対して個別に備えている。なお、前輪３と後輪４とに対して行う演算は、同じである。
図示するように、制御ユニット５０は、基体傾斜角度計測値θb_xy_sと基体傾斜角度目標値θb_xy_objとの偏差である基体傾斜角度偏差計測値θbe_xy_sを算出する偏差演算部７０と、前記車両系重心点の移動速度である重心速度Ｖb_xyの観測値としての重心速度推定値Ｖb_xy_sを算出する重心速度算出部７２と、乗員等による車両１の操縦操作（車両１に推進力を付加する操作）によって要求されていると推定される上記重心速度Ｖb_xyの要求値としての要求重心速度Ｖb_xy_aimを生成する要求重心速度生成部７４と、これらの重心速度推定値Ｖb_xy_s及び要求重心速度Ｖb_xy_aimから、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの回転角速度の許容範囲に応じた制限を加味して、重心速度Ｖb_xyの目標値としての制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfdを決定する重心速度制限部７６と、後述する式０７ｘ，０７ｙのゲイン係数の値を調整するためのゲイン調整パラメータＫr_xyを決定するゲイン調整部７８と、スライダーを制御するためのスライダー指令値を決定するスライダー制御部７５と、制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfdを補正する加算演算部７７とを備える。
【００５６】
制御ユニット５０は、さらに、前記仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを算出する姿勢制御演算部８０と、この仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを、右側の電動モータ３１Ｒの速度指令ω_R_cmd（回転角速度の指令値）と左側の電動モータ３１Ｌの速度指令ω_L_cmd（回転角速度の指令値）との組に変換するモータ指令演算部８２とを備える。
また、制御ユニット５０は、スライダー制御部７５が算出したスライダー指令値をアクチュエータ４２２のスライダー駆動指令Ｓ_cmdに変換するスライダー指令演算部８５を備える。
なお、図１０中の参照符号８４を付したものは、姿勢制御演算部８０が制御処理周期毎に算出する仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを入力する遅延要素を示している。該遅延要素８４は、各制御処理周期において、仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdの前回値ωw_xy_cmd_pを出力する。
【００５７】
スライダー制御部７５は、偏差演算部７５１と、スライダー動作切替部７５２と、一次遅れフィルタ７５３と、符号反転部７５４と、リミッタ７５５と、処理部７５６、７５８と、ローパスフィルタ７５７とを有している。
偏差演算部７５１は、重心速度算出部７２が算出した重心速度推定値Ｖb_xy_sと、リミッタ７５５が出力する値との偏差を算出し、スライダー動作切替部７５２に出力する。スライダー動作切替部７５２は、外部から入力される切替信号に応じて、スライダー動作を行うモードと、スライダー動作を行わないモードとを切り替える。また、スライダー動作切替部７５２は、スライダー動作を行うモードの場合、偏差演算部７５１から入力された偏差を一時遅れフィルタ７５３に出力し、スライダー動作を行いモードの場合、０（ゼロ）を一次遅れフィルタ７５３に出力する。すなわち、スライダー動作を行わないモードにおいて、スライダー制御部７５は、スライダー機構のアクチュエータ４２２を駆動する制御を行わない。
【００５８】
一次遅れフィルタ７５３は、スライダー動作切替部７５２から入力された値の変化をフィルタリングして符号反転部７５４に出力する。符号反転部７５４は、入力された値の符号を反転してリミッタ７５５に出力する。リミッタ７５５は、入力された値が予め設定された所定値の上限値（＞０）と下限値（＜０）との範囲内に収まっている場合、入力された値を処理部７５６に出力し、入力された値が上限値を越えている場合、上限値を処理部７５６に出力し、入力された値が下限値より小さい場合、下限値を出力する。
処理部７５６は、入力された値に第４ゲイン係数Ｋ4を乗じた値であるスライダー指令値をローパスフィルタ７５７及びスライダー指令演算部８５に出力する。ローパスフィルタ７５７は、入力された値（スライダー指令値）をフィルタリング処理して処理部７５８に出力する。処理部７５８は、ローパスフィル７５７から入力された値に第５ゲイン係数Ｋ5を乗じた値である制御用目標重心速度補正値Ｖb_y_cancel_cmdを算出し、加算演算部７７に出力する。なお、本実施形態において、スライダー機構による車輪体５Ｆ、５Ｒの移動方向がＹ方向のみであるので、制御用目標重心速度補正値Ｖb_y_cancel_cmdがＹ方向成分のみとなっている。
【００５９】
前記ステップＳ９の車両制御演算処理では、これらの上記の各処理部の処理が以下に説明するように実行される。
すなわち、制御ユニット５０は、まず、偏差演算部７０の処理と重心速度算出部７２の処理とを実行する。
偏差演算部７０には、前記ステップＳ２で算出された基体傾斜角度計測値θb_xy_s（θb_x_s及びθb_y_s）と、前記ステップＳ５又はステップＳ７で設定された目標値θb_xy_obj（θb_x_obj及びθb_y_obj）とが入力される。そして、偏差演算部７０は、θb_x_sからθb_x_objを減算することによって、Ｙ軸周り方向の基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_s（＝θb_x_s−θb_x_obj）を算出すると共に、θb_y_sからθb_y_objを減算することによって、Ｘ軸周り方向の基体傾斜角度偏差計測値θbe_y_s（＝θb_y_s−θb_y_obj）を算出する。
なお、偏差演算部７０の処理は、ステップＳ９の車両制御演算処理の前に行うようにしてもよい。例えば、前記ステップＳ５又は７の処理の中で、偏差演算部７０の処理を実行してもよい。
【００６０】
前記重心速度算出部７２には、前記ステップＳ２で算出された基体傾斜角速度計測値θbdot_xy_s（θbdot_x_s及びθbdot_y_s）の今回値が入力されると共に、仮想車輪速度指令ωw_xy_cmdの前回値ωw_xy_cmd_p（ωw_x_cmd_p及びωw_y_cmd_p）が遅延要素８４から入力される。そして、重心速度算出部７２は、これらの入力値から、前記倒立振子モデルに基づく所定の演算式によって、重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）を算出する。
具体的には、重心速度算出部７２は、次式０５ｘ，０５ｙにより、Ｖb_x_s及びＶb_y_sをそれぞれ算出する。
Ｖb_x_s＝Ｒw_x・ωw_x_cmd_p＋ｈ_x・θbdot_x_s    ……式０５ｘ
Ｖb_y_s＝Ｒw_y・ωw_y_cmd_p＋ｈ_y・θbdot_y_s    ……式０５ｙ
【００６１】
これらの式０５ｘ，０５ｙにおいて、Ｒw_x，Ｒw_yは、前記したように、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの半径であり、これらの値は、あらかじめ設定された所定値である。また、ｈ_x，ｈ_yは、それぞれ倒立振子モデルの質点６０_x，６０_yの高さである。この場合、本実施形態では、車両系重心点の高さは、ほぼ一定に維持されるものとされる。そこで、ｈ_x，ｈ_yの値としては、それぞれ、あらかじめ設定された所定値が用いられる。補足すると、高さｈ_x，ｈ_yは、前記ステップＳ６又は８において値を設定する定数パラメータに含まれるものである。
【００６２】
上記式０５ｘの右辺の第１項は、仮想車輪６２_xの速度指令の前回値ωw_x_cmd_pに対応する該仮想車輪６２_xのＸ軸方向の移動速度であり、この移動速度は、車輪体５のＸ軸方向の実際の移動速度の現在値に相当するものである。また、式０５ｘの右辺の第２項は、基体２がＹ軸周り方向にθbdot_x_sの傾斜角速度で傾動することに起因して生じる車両系重心点のＸ軸方向の移動速度（車輪体５に対する相対的な移動速度）の現在値に相当するものである。これらのことは、式０５ｙについても同様である。
なお、前記ロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌの出力を基に計測される電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度の計測値（今回値）の組を、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度の組に変換し、それらの回転角速度を、式０５ｘ、０５ｙのωw_x_cmd_p、ωw_y_cmd_pの代わりに用いてもよい。ただし、回転角速度の計測値に含まれるノイズの影響を排除する上では、目標値であるωw_x_cmd_p、ωw_y_cmd_pを使用することが有利である。
【００６３】
次に、制御ユニット５０は、要求重心速度生成部７４の処理とゲイン調整部７８の処理とを実行する。この場合、要求重心速度生成部７４及びゲイン調整部７８には、それぞれ、重心速度算出部７２で上記の如く算出された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）が入力される。
そして、要求重心速度生成部７４は、車両１の動作モードが搭乗モードである場合に、入力された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）を基に、要求重心速度Ｖb_xy_aim（Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aim）を決定する。なお、本実施形態では、車両１の動作モードが自立モードである場合には、要求重心速度生成部７４は、要求重心速度Ｖ_x_aim及びＶ_y_aimをいずれも“０”とする。
【００６４】
また、ゲイン調整部７８は、入力された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）を基に、前記ゲイン調整パラメータＫr_xy（Ｋr_x及びＫr_y）を決定する。
このゲイン調整部７８の処理を図１１及び図１２を参照して以下に説明する。
図１１に示すように、ゲイン調整部７８は、入力された重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sをリミット処理部８６に入力する。このリミット処理部８６では、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度の許容範囲に応じた制限を適宜、加えることによって、出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1を生成する。出力値Ｖw_x_lim1は、前記仮想車輪６２_xのＸ軸方向の移動速度Ｖw_xの制限後の値、出力値Ｖw_y_lim1は、前記仮想車輪６２_yのＹ軸方向の移動速度Ｖw_yの制限後の値としての意味を持つ。
【００６５】
このリミット処理部８６の処理を、図１１を参照してさらに詳細に説明する。なお、図１１中の括弧付きの参照符号は、後述する重心速度制限部７６のリミット処理部１０４の処理を示すものであり、リミット処理部８６の処理に関する説明では無視してよい。
リミット処理部８６は、まず、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sをそれぞれ処理部８６a_x，８６a_yに入力する。処理部８６a_xは、Ｖb_x_sを仮想車輪６２_xの半径Ｒw_xで除算することによって、仮想車輪６２_xのＸ軸方向の移動速度をＶb_x_sに一致させたと仮定した場合の該仮想車輪６２_xの回転角速度ωw_x_sを算出する。同様に、処理部８６a_yは、仮想車輪６２_yのＹ軸方向の移動速度をＶb_y_sに一致させたと仮定した場合の該仮想車輪６２_yの回転角速度ωw_y_s（＝Ｖb_y_s／Ｒw_y）を算出する。
【００６６】
次いで、リミット処理部８６は、ωw_x_s，ωw_y_sの組を、ＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂにより、電動モータ３１Ｒの回転角速度ω_R_sと電動モータ３１Ｌの回転角速度ω_L_sとの組に変換する。
この変換は、本実施形態では、前記式０１ａ，０１ｂのωw_x，ωw_y，ω_R，ω_Lをそれぞれ、ωw_x_s，ωw_y_s，ω_R_s，ω_L_sに置き換えて得られる連立方程式を、ω_R_s，ω_L_sを未知数として解くことにより行われる。
次いで、リミット処理部８６は、ＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂの出力値ω_R_s，ω_L_sをそれぞれ、リミッタ８６c_R，８６c_Lに入力する。このとき、リミッタ８６c_Rは、ω_R_sが、あらかじめ設定された所定値の上限値（＞０）と下限値（＜０）とを有する右モータ用許容範囲内に収まっている場合には、ω_R_sをそのまま出力値ω_R_lim1として出力する。また、リミッタ８６c_Rは、ω_R_sが、右モータ用許容範囲から逸脱している場合には、該右モータ用許容範囲の上限値と下限値とのうちのω_R_sに近い方の境界値を出力値ω_R_lim1として出力する。これにより、リミッタ８６c_Rの出力値ω_R_lim1は、右モータ用許容範囲内の値に制限される。
【００６７】
同様に、リミッタ８６c_Lは、ω_L_sが、あらかじめ設定された所定値の上限値（＞０）と下限値（＜０）とを有する左モータ用許容範囲内に収まっている場合には、ω_L_sをそのまま出力値ω_L_lim1として出力する。また、リミッタ８６c_Lは、ω_L_sが、左モータ用許容範囲から逸脱している場合には、該左モータ用許容範囲の上限値と下限値とのうちのω_L_sに近い方の境界値を出力値ω_L_lim1として出力する。これにより、リミッタ８６c_Lの出力値ω_L_lim1は、左モータ用許容範囲内の値に制限される。
上記右モータ用許容範囲は右側の電動モータ３１Ｒの回転角速度（絶対値）が高くなり過ぎないようにし、ひいては、電動モータ３１Ｒが出力可能なトルクの最大値が低下するのを防止するために設定された許容範囲である。このことは、左モータ用許容範囲についても同様である。
【００６８】
次いで、リミット処理部８６は、リミッタ８６c_R，８６c_Lのそれぞれの出力値ω_R_lim1，ω_L_lim1の組を、ＲＬ−ＸＹ変換部８６ｄにより、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度ωw_x_lim1，ωw_y_lim1の組に変換する。
この変換は、前記ＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂの変換処理の逆変換の処理である。この処理は、前記式０１ａ，０１ｂのωw_x，ωw_y，ω_R，ω_Lをそれぞれ、ωw_x_lim1，ωw_y_lim1，ω_R_lim1，ω_L_lim1に置き換えて得られる連立方程式を、ωw_x_lim1，ωw_y_lim1を未知数として解くことにより行われる。
次いで、リミット処理部８６は、ＲＬ−ＸＹ変換部８６ｄの出力値ωw_x_lim1，ωw_y_lim1をそれぞれ処理部８６e_x，８６e_yに入力する。処理部８６e_xは、ωw_x_lim1に仮想車輪６２_xの半径Ｒw_xを乗じることによって、ωw_x_lim1を仮想車輪６２_xの移動速度Ｖw_x_lim1に変換する。同様に、処理部８６e_yは、ωw_y_lim1を仮想車輪６２_yの移動速度Ｖw_y_lim1（＝ωw_y_lim1・Ｒw_y）に変換する。
【００６９】
以上のリミット処理部８６の処理によって、仮想車輪６２_xのＸ軸方向の移動速度Ｖw_xと、仮想車輪６２_yのＹ軸方向の移動速度Ｖw_yとをそれぞれ重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに一致させたと仮定した場合（換言すれば、車輪体５のＸ軸方向の移動速度とＹ軸方向の移動速度とをそれぞれ、Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに一致させたと仮定した場合）に、それらの移動速度を実現するために必要な電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R_s，ω_L_sが、両方とも、許容範囲内に収まっている場合には、Ｖb_x_s，Ｖb_y_sにそれぞれ一致する出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の組がリミット処理部８６から出力される。
【００７０】
一方、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R_s，ω_L_sの両方又は一方が許容範囲から逸脱している場合には、その両方又は一方の回転角速度が強制的に許容範囲内に制限された上で、その制限後の電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R_lim1，ω_L_lim1の組に対応する、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の移動速度Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の組がリミット処理部８６から出力される。
従って、リミット処理部８６は、その出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の組に対応する電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が許容範囲を逸脱しないことを必須の必要条件として、その必要条件下で可能な限り、出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1をそれぞれＶb_x_s，Ｖb_y_sに一致させるように、出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の組を生成する。
【００７１】
図１１の説明に戻って、ゲイン調整部７８は、次に、演算部８８_x，８８_yの処理を実行する。演算部８８_xには、Ｘ軸方向の重心速度推定値Ｖb_x_sと、リミット処理部８６の出力値Ｖw_x_lim1とが入力される。そして、演算部８８_xは、Ｖw_x_lim1からＶb_x_sを減算してなる値Ｖover_xを算出して出力する。また、演算部８８_yには、Ｙ軸方向の重心速度推定値Ｖb_y_sと、リミット処理部８６の出力値Ｖw_y_lim1とが入力される。そして、演算部８８_yは、Ｖw_y_lim1からＶb_y_sを減算してなる値Ｖover_yを算出して出力する。
この場合、リミット処理部８６での出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の強制的な制限が行われなかった場合には、Ｖw_x_lim1＝Ｖb_x_s、Ｖw_y_lim1＝Ｖb_y_sとなるので、演算部８８_x，８８_yのそれぞれの出力値Ｖover_x，Ｖover_yはいずれも“０”となる。
【００７２】
一方、リミット処理部８６の出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1が、入力値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに対して強制的な制限を施して生成された場合には、Ｖw_x_lim1のＶb_x_sからの修正量（＝Ｖw_x_lim1−Ｖb_x_s）と、Ｖw_y_lim1のＶb_y_sからの修正量（＝Ｖw_y_lim1−Ｖb_y_s）とがそれぞれ、演算部８８_x，８８_yから出力される。
次いで、ゲイン調整部７８は、演算部８８_xの出力値Ｖover_xを処理部９０_x，９２_xに順番に通すことによって、ゲイン調整パラメータＫr_xを決定する。また、ゲイン調整部７８は、演算部８８_yの出力値Ｖover_yを処理部９０_y，９２_yに順番に通すことによって、ゲイン調整パラメータＫr_yを決定する。なお、ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yは、いずれも“０”から“１”までの範囲内の値である。
【００７３】
上記処理部９０_xは、入力されるＶover_xの絶対値を算出して出力する。また、処理部９２_xは、その出力値Ｋr_xが入力値｜Ｖover_x｜に対して単調に増加し、且つ、飽和特性を有するようにＫr_xを生成する。該飽和特性は、入力値がある程度大きくなると、入力値の増加に対する出力値の変化量が“０”になるか、もしくは、“０”に近づく特性である。
この場合、本実施形態では、処理部９２_xは、入力値｜Ｖover_x｜があらかじめ設定された所定値以下である場合には、該入力値｜Ｖover_x｜に所定値の比例係数を乗じてなる値をＫr_xとして出力する。また、処理部９２_xは、入力値｜Ｖover_x｜が所定値よりも大きい場合には、“１”をＫr_xとして出力する。なお、上記比例係数は、｜Ｖover_x｜が所定値に一致するときに、｜Ｖover_x｜と比例係数との積が“１”になるように設定されている。
また、処理部９０_y，９２_yの処理は、それぞれ上記した処理部９０_x，９２_xの処理と同様である。
【００７４】
以上説明したゲイン調整部７８の処理によって、リミット処理部８６での出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の強制的な制限が行われなかった場合、すなわち、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度Ｖw_x，Ｖw_yを、それぞれ、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに一致させるように電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを動作させても、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が許容範囲内に収まるような場合には、ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yはいずれも“０”に決定される。
【００７５】
一方、リミット処理部８６の出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1が、入力値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに対して強制的な制限を施して生成された場合、すなわち、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度Ｖw_x，Ｖw_yを、それぞれ、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに一致させるように電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを動作させると、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのいずれかの回転角速度が許容範囲を逸脱してしまう場合（いずれかの回転角速度の絶対値が高くなり過ぎる場合）には、前記修正量Ｖover_x，Ｖover_yのそれぞれの絶対値に応じて、ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yの値がそれぞれ決定される。この場合、Ｋr_xは、“１”を上限値として、修正量Ｖx_overの絶対値が大きいほど、大きな値になるように決定される。このことは、Ｋr_yについても同様である。
【００７６】
図１０の説明に戻って、制御ユニット５０は、重心速度算出部７２及び要求重心速度生成部７４の処理を前記した如く実行した後、次に、重心速度制限部７６の処理を実行する。
この重心速度制限部７６には、重心速度算出部７２で算出された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）と、要求重心速度生成部７４で決定された要求重心速度Ｖb_xy_aim（Ｖb_x_aim及びＶb_y_aim）とが入力される。そして、重心速度制限部７６は、これらの入力値を使用して、図１３のブロック図で示す処理を実行することによって、制御用目標重心速度Ｖ_xy_mdfd（Ｖ_x_mdfd及びＶ_y_mdfd）を決定する。
具体的には、重心速度制限部７６は、まず、定常偏差算出部９４_x，９４_yの処理を実行する。
この場合、定常偏差算出部９４_xには、Ｘ軸方向の重心速度推定値Ｖb_x_sが入力されると共に、Ｘ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdの前回値Ｖb_x_mdfd_pが遅延要素９６_xを介して入力される。そして、定常偏差算出部９４_xは、まず、入力されるＶb_x_sが比例・微分補償要素（ＰＤ補償要素）９４a_xに入力する。この比例・微分補償要素９４_xは、その伝達関数が１＋Ｋd・Ｓにより表される補償要素であり、入力されるＶb_x_sと、その微分値（時間的変化率）に所定値の係数Ｋdを乗じてなる値とを加算し、その加算結果の値を出力する。
【００７７】
次いで、定常偏差算出部９４_xは、入力されるＶb_x_mdfd_pを、比例・微分補償要素９４_xの出力値から減算してなる値を演算部９４b_xにより算出した後、この演算部９４b_xの出力値を、位相補償機能を有するローパスフィルタ９４c_xに入力する。このローパスフィルタ９４c_xは、伝達関数が（１＋Ｔ2・Ｓ）／（１＋Ｔ1・Ｓ）により表されるフィルタである。そして、定常偏差算出部９４_xは、このローパスフィルタ９４c_xの出力値Ｖb_x_prdを出力する。
また、定常偏差算出部９４_yには、Ｙ軸方向の重心速度推定値Ｖb_y_sが入力されると共に、Ｙ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdの前回値Ｖb_y_mdfd_pが遅延要素９６_yを介して入力される。
【００７８】
そして、定常偏差算出部９４_yは、上記した定常偏差算出部９４_xと同様に、比例・微分補償要素９４a_y、演算部９４b_y及びローパスフィルタ９４c_yの処理を順次実行し、ローパスフィルタ９４c_yの出力値Ｖb_y_prdを出力する。
ここで、定常偏差算出部９４_xの出力値Ｖb_x_prdは、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の現在の運動状態（換言すればＹ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_xの運動状態）から推測される、将来のＸ軸方向の重心速度推定値の収束予測値の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdに対する定常偏差としての意味を持つものである。同様に、定常偏差算出部９４_y出力値Ｖb_y_prdは、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の現在の運動状態（換言すればＸ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_yの運動状態）から推測される、将来のＹ軸方向の重心速度推定値の収束予測値の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdに対する定常偏差としての意味を持つものである。以降、定常偏差算出部９４_x，９４_yのそれぞれの出力値Ｖb_x_prd，Ｖb_y_prdを重心速度定常偏差予測値という。
【００７９】
重心速度制限部７６は、上記の如く定常偏差算出部９４_x，９４_yの処理を実行した後、定常偏差算出部９４_xの出力値Ｖb_x_prdに要求重心速度Ｖb_x_aimを加算する処理と、定常偏差算出部９４_yの出力値Ｖb_y_prdに要求重心速度Ｖb_y_aimを加算する処理とをそれぞれ、演算部９８_x，９８_yにより実行する。
従って、演算部９８_xの出力値Ｖb_x_tは、Ｘ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prdに、Ｘ軸方向の要求重心速度Ｖb_x_aimを付加した速度となる。同様に、演算部９８_yの出力値Ｖb_y_tは、Ｙ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_y_prdに、Ｙ軸方向の要求重心速度Ｖb_y_aimを付加した速度となる。
なお、車両１の動作モードが自立モードである場合等、Ｘ軸方向の要求重心速度Ｖb_x_aimが“０”である場合には、Ｘ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prdがそのまま、演算部９８_xの出力値Ｖb_x_tとなる。同様に、Ｙ軸方向の要求重心速度Ｖb_y_aimが“０”である場合には、Ｙ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_y_prdがそのまま、演算部９８_yの出力値Ｖb_y_tとなる。
【００８０】
次いで、重心速度制限部７６は、演算部９８_x，９８_yのそれぞれの出力値Ｖb_x_t，Ｖb_y_tを、リミット処理部１００に入力する。このリミット処理部１００の処理は、前記したゲイン調整部７８のリミット処理部８６の処理と同じである。
この場合、図１２に括弧付きに参照符号で示す如く、リミット処理部１００の各処理部の入力値及び出力値だけがリミット処理部８６と相違する。具体的には、リミット処理部１００では、前記仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの移動速度Ｖw_x，Ｖw_yを、Ｖb_x_t，Ｖb_y_tにそれぞれ一致させたと仮定した場合の各仮想車輪６２_x，６２_yの回転角速度ωw_x_t，ωw_y_tがそれぞれ処理部８６a_x，８６a_yにより算出される。そして、この回転角速度ωw_x_t，ωw_y_tの組が、ＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂにより、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの回転角速度ω_R_t，ω_L_tの組に変換される。
さらに、これらの回転角速度ω_R_t，ω_L_tが、リミッタ８６c_R，８６c_Lによって、それぞれ、右モータ用許容範囲内の値と左モータ用許容範囲内の値とに制限される。そして、この制限処理後の値ω_R_lim2，ω_L_lim2が、ＲＬ−ＸＹ変換部８６ｄによって、仮想車輪６２_x，６２_yの回転角速度ωw_x_lim2，ωw_y_lim2に変換される。
【００８１】
次いで、この各回転角速度ωw_x_lim2，ωw_y_lim2に対応する各仮想車輪６２_x，６２_yの移動速度Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2がそれぞれ処理部８６e_x，８６e_yによって算出され、これらの移動速度Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2がリミット処理部１００から出力される。
以上のリミット処理部１００の処理によって、リミット処理部１００は、リミット処理部８６と同様に、その出力値Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2の組に対応する電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が許容範囲を逸脱しないことを必須の必要条件として、その必要条件下で可能な限り、出力値Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2をそれぞれＶb_x_t，Ｖb_y_tに一致させるように、出力値Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2の組を生成する。
なお、リミット処理部１００における右モータ用及び左モータ用の各許容範囲は、リミット処理部８６における各許容範囲と同一である必要はなく、互いに異なる許容範囲に設定されていてもよい。
【００８２】
図１３の説明に戻って、重心速度制限部７６は、次に、演算部１０２_x，１０２_yの処理を実行することによって、それぞれ制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd0，Ｖb_y_mdfd0を算出する。この場合、演算部１０２_xは、リミット処理部１００の出力値Ｖw_x_lim2から、Ｘ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prdを減算してなる値をＸ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd0として算出する。同様に、演算部１０２_yは、リミット処理部１００の出力値Ｖw_y_lim2から、Ｙ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_y_prdを減算してなる値をＹ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfd0として算出する。
【００８３】
以上のようにして決定される制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd0，Ｖb_y_mdfd0は、リミット処理部１００での出力値Ｖ_x_lim2，Ｖ_y_lim2の強制的な制限が行われなかった場合、すなわち、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度を、それぞれ、演算部９８_xの出力値Ｖb_x_tと演算部９８_yの出力値Ｖb_y_tとに一致させるように電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを動作させても、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が許容範囲内に収まるような場合には、要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimがそれぞれ、そのまま、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd0，Ｖb_y_mdfd0として決定される。
なお、この場合、Ｘ軸方向の要求重心速度Ｖb_x_aimが“０”であれば、Ｘ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd0も“０”となり、Ｙ軸方向の要求重心速度Ｖb_y_aimが“０”であれば、Ｙ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfd0も“０”となる。
【００８４】
一方、リミット処理部１００の出力値Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2が、入力値Ｖb_x_t，Ｖb_y_tに対して強制的な制限を施して生成された場合、すなわち、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度を、それぞれ、演算部９８_xの出力値Ｖb_x_tと演算部９８_yの出力値Ｖb_y_tとに一致させるように電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを動作させると、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのいずれかの回転角速度が許容範囲を逸脱してしまう場合（いずれかの回転角速度の絶対値が高くなり過ぎる場合）には、Ｘ軸方向については、リミット処理部１００の出力値Ｖw_x_lim2の入力値Ｖb_x_tからの修正量（＝Ｖw_x_lim2−Ｖb_x_t）だけ、要求重心速度Ｖb_x_aimを補正してなる値（当該修正量をＶb_x_aimに加算した値）が、Ｘ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd0として決定される。
【００８５】
また、Ｙ軸方向については、リミット処理部１００の出力値Ｖw_y_lim2の入力値Ｖb_y_tからの修正量（＝Ｖw_y_lim2−Ｖb_y_t）だけ、要求重心速度Ｖb_y_aimを補正してなる値（当該修正量をＶb_y_aimに加算した値）が、Ｙ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfd0として決定される。
この場合において、例えばＸ軸方向の速度に関し、要求重心速度Ｖb_x_aimが“０”でない場合には、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd0は、要求重心速度Ｖb_x_aimよりも“０”に近づくか、もしくは、要求重心速度Ｖb_x_aimと逆向きの速度となる。また、要求重心速度Ｖb_x_aimが“０”である場合には、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd0は、定常偏差算出部９４_xが出力するＸ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prdと逆向きの速度となる。これらのことは、Ｙ軸方向の速度に関しても同様である。
以上が、重心速度制限部７６の処理である。
【００８６】
図１０の説明に戻って、制御ユニット５０は、以上の如く重心速度算出部７２、重心速度制限部７６、ゲイン調整部７８、及び偏差演算部７０の処理を実行した後、次に、姿勢制御演算部８０の処理を実行する。
この姿勢制御演算部８０の処理を、以下に図１４を参照して説明する。なお、図１４において、括弧を付していない参照符号は、Ｘ軸方向に輪転する仮想車輪６２_xの回転角速度の目標値である前記仮想車輪回転角速度指令ωw_x_comを決定する処理に係わる参照符号であり、括弧付きの参照符合は、Ｙ軸方向に輪転する仮想車輪６２_yの回転角速度の目標値である前記仮想車輪回転角速度指令ωw_y_comを決定する処理に係わる参照符号である。
【００８７】
姿勢制御演算部８０には、偏差演算部７０で算出された基体傾斜角度偏差計測値θbe_xy_sと、前記ステップＳ２で算出された基体傾斜角速度計測値θbdot_xy_sと、重心速度算出部７２で算出された重心速度推定値Ｖb_xy_sと、ゲイン調整部７８で算出されたゲイン調整パラメータＫr_xyとが入力される。また、姿勢制御演算部８０には、重心速度制限部７６で算出された制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfd0を、スライダー制御部７５で算出された制御用目標重心速度補正値Ｖb_y_cancel_cmdにより補正した目標重心速度Ｖb_xy_mdmfが入力される。
ここで、補正した目標重心速度Ｖb_xy_mdmfは、加算演算部７７が、重心速度制限部７６で算出された制御用目標重心速度と、スライダー制御部７５で算出された制御用目標重心速度補正値Ｖb_y_cancel_cmdとを加算することにより算出した値である。
【００８８】
そして、姿勢制御演算部８０は、まず、これらの入力値を用いて、次式０７ｘ，０７ｙにより、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_comを算出する。
ωwdot_x_cmd＝K1_x・θbe_x_s＋K2_x・θbdot_x_s
＋K3_x・(Ｖb_x_s−Ｖb_x_mdfd)    ……式０７ｘ
ωwdot_y_cmd＝K1_y・θbe_y_s＋K2_y・θbdot_y_s
＋K3_y・(Ｖb_y_s−Ｖb_y_mdfd)        ……式０７ｙ
従って、本実施形態では、Ｙ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_xの運動（ひいては、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の運動）を制御するための操作量（制御入力）としての仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_comと、Ｘ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_yの運動（ひいては、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の運動）を制御するための操作量（制御入力）としての仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_y_comとは、それぞれ、３つの操作量成分（式０７ｘ，０７ｙの右辺の３つの項）を加え合わせることによって決定される。
【００８９】
この場合、式０７ｘにおける各操作量成分に係わるゲイン係数Ｋ1_x，Ｋ2_x，Ｋ3_xは、ゲイン調整パラメータＫr_xに応じて可変的に設定され、式０７ｙにおける各操作量成分に係わるゲイン係数Ｋ1_y，Ｋ2_y，Ｋ3_yは、ゲイン調整パラメータＫr_yに応じて可変的に設定される。以降、式０７ｘにおけるゲイン係数Ｋ1_x，Ｋ2_x，Ｋ3_xのそれぞれを第１ゲイン係数Ｋ1_x、第２ゲイン係数Ｋ2_x、第３ゲイン係数Ｋ3_xということがある。このことは、式０７ｙにおけるゲイン係数Ｋ1_y，Ｋ2_y，Ｋ3_yについても同様とする。
式０７ｘにおける第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）と、式０７ｙにおける第ｉゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）とは、図１４中にただし書きで示した如く、次式０９ｘ、０９ｙにより、ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yに応じて決定される。
Ｋi_x＝（１−Ｋr_x）・Ｋi_a_x＋Ｋr_x・Ｋi_b_x    ……式０９ｘ
Ｋi_y＝（１−Ｋr_y）・Ｋi_a_y＋Ｋr_y・Ｋi_b_y    ……式０９ｙ
（ｉ＝１，２，３）
ここで、式０９ｘにおけるＫi_a_x、Ｋi_b_xは、それぞれ、第ｉゲイン係数Ｋi_xの最小側（“０”に近い側）のゲイン係数値、最大側（“０”から離れる側）のゲイン係数値としてあらかじめ設定された定数値である。このことは、式０９ｙにおけるＫi_a_y、Ｋi_b_yについても同様である。
【００９０】
従って、式０７ｘの演算に用いる各第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）は、それぞれに対応する定数値Ｋi_a_x、Ｋi_b_xの重み付き平均値として決定される。そして、この場合、Ｋi_a_x、Ｋi_b_xにそれぞれ掛かる重みが、ゲイン調整パラメータＫr_xに応じて変化させられる。このため、Ｋr_x＝０である場合には、Ｋi_x＝Ｋi_a_xとなり、Ｋr_x＝１である場合には、Ｋi_x＝Ｋi_b_xとなる。そして、Ｋr_xが“０”から“１”に近づくに伴い、第ｉゲイン係数Ｋi_xはＫi_a_xからＫi_b_x近づいていく。
同様に、式０７ｙの演算に用いる各第ｉゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）は、それぞれに対応する定数値Ｋi_a_y、Ｋi_b_yの重み付き平均値として決定される。そして、この場合、Ｋi_a_y、Ｋi_b_yにそれぞれ掛かる重みが、ゲイン調整パラメータＫr_yに応じて変化させられる。このため、Ｋi_xの場合と同様に、Ｋr_yの値が“０”から“１”の間で変化するに伴い、第ｉゲイン係数Ｋi_yの値が、Ｋi_a_yとＫi_b_yとの間で変化する。
【００９１】
補足すると、上記定数値Ｋi_a_x、Ｋi_b_x及びＫi_a_y，Ｋi_b_y（ｉ＝１，２，３）は、前記ステップＳ６又は８において値が設定される定数パラメータに含まれるものである。
姿勢制御演算部８０は、上記の如く決定した第１〜第３ゲイン係数Ｋ1_x，Ｋ2_x，Ｋ3_xを用いて前記式０７ｘの演算を行うことで、Ｘ軸方向に輪転する仮想車輪６２_xに係わる仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmdを算出する。
さらに詳細には、図１４を参照して、姿勢制御演算部８０は、基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_sに第１ゲイン係数Ｋ1_xを乗じてなる操作量成分ｕ1_xと、基体傾斜角速度計測値θbdot_x_sに第２ゲイン係数Ｋ2_xを乗じてなる操作量成分ｕ2_xとをそれぞれ、処理部８０ａ，８０ｂで算出する。さらに、姿勢制御演算部８０は、重心速度推定値Ｖb_x_sと制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdとの偏差（＝Ｖb_x_s−Ｖb_x_mdfd）を演算部８０ｄで算出し、この偏差に第３ゲイン係数Ｋ3_xを乗じてなる操作量成分ｕ3_xを処理部８０ｃで算出する。そして、姿勢制御演算部８０は、これらの操作量成分u1_x，ｕ2_x，ｕ3_xを演算部８０ｅにて加え合わせることにより、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_comを算出する。
【００９２】
同様に、姿勢制御演算部８０は、上記の如く決定した第１〜第３ゲイン係数Ｋ1_y，Ｋ2_y，Ｋ3_yを用いて前記式０７ｙの演算を行うことで、Ｙ軸方向に輪転する仮想車輪６２_yに係わる仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_y_cmdを算出する。
この場合には、姿勢制御演算部８０は、基体傾斜角度偏差計測値θbe_y_sに第１ゲイン係数Ｋ1_yを乗じてなる操作量成分ｕ1_yと、基体傾斜角速度計測値θbdot_y_sに第２ゲイン係数Ｋ2_yを乗じてなる操作量成分ｕ2_yとをそれぞれ、処理部８０ａ，８０ｂで算出する。さらに、姿勢制御演算部８０は、重心速度推定値Ｖb_y_sと制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdとの偏差（＝Ｖb_y_s−Ｖb_y_mdfd）を演算部８０ｄで算出し、この偏差に第３ゲイン係数Ｋ3_yを乗じてなる操作量成分ｕ3_yを処理部８０ｃで算出する。そして、姿勢制御演算部８０は、これらの操作量成分u1_y，ｕ2_y，ｕ3_yを演算部８０ｅにて加え合わせることにより、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_y_comを算出する。
【００９３】
ここで、式０７ｘの右辺の第１項（＝第１操作量成分ｕ1_x）及び第２項（＝第２操作量成分ｕ2_x）は、Ｙ軸周り方向での基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_sを、フィードバック制御則としてのＰＤ則（比例・微分則）により“０”に収束させる（基体傾斜角度計測値θb_x_sを目標値θb_x_objに収束させる）ためのフィードバック操作量成分としての意味を持つ。
また、式０７ｘの右辺の第３項（＝第３操作量成分ｕ3_x）は、重心速度推定値Ｖb_x_sと目標重心速度Ｖb_x_mdfdとの偏差をフィードバック制御則としての比例則により“０”に収束させる（Ｖb_x_sをＶb_x_mdfdに収束させる）ためのフィードバック操作量成分としての意味を持つ。これらのことは、式０７ｙの右辺の第１〜第３項（第１〜第３操作量成分ｕ1_y，ｕ2_y，ｕ3_y）についても同様である。
姿勢制御演算部８０は、上記の如く、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_com，ωwdot_y_comを算出した後、次に、これらのωwdot_x_com，ωwdot_y_comをそれぞれ積分器８０ｆにより積分することによって、前記仮想車輪回転速度指令ωw_x_com，ωw_y_comを決定する。
以上が姿勢制御演算部８０の処理の詳細である。
【００９４】
補足すると、式０７ｘの右辺の第３項を、Ｖb_x_sに応じた操作量成分（＝K3_x・Ｖb_x_s）と、Ｖb_x_mdfdに応じた操作量成分（＝−K3_x・Ｖb_x_mdfd)とに分離した式によって、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_comを算出するようにしてよい。同様に、式０７ｙの右辺の第３項を、Ｖb_y_sに応じた操作量成分（＝K3_y・Ｖb_y_s）と、Ｖb_y_mdfdに応じた操作量成分（＝−K3_y・Ｖb_y_mdfd)とに分離した式によって、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_y_comを算出するようにしてよい。
また、本実施形態では、車両系重心点の挙動を制御するための操作量（制御入力）として、仮想車輪６２_x，６２_yの回転角加速度指令ωw_x_cmd，ωw_y_cmdを用いるようにしたが、例えば、仮想車輪６２_x，６２_yの駆動トルク、あるいは、この駆動トルクに各仮想車輪６２_x，６２_yの半径Ｒw_x，Ｒw_yを乗じてなる並進力（すなわち仮想車輪６２_x，６２_yと床面との間の摩擦力）を操作量として用いるようにしてもよい。
【００９５】
図１０の説明に戻って、制御ユニット５０は、次に、姿勢制御演算部８０で上記の如く決定した仮想車輪回転速度指令ωw_x_com，ωw_y_comをモータ指令演算部８２に入力し、該モータ指令演算部８２の処理を実行することによって、電動モータ３１Ｒの速度指令ω_R_comと電動モータ３１Ｌの速度指令ω_L_comとを決定する。このモータ指令演算部８２の処理は、前記リミット処理部８６（図１２参照）のＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂの処理と同じである。
具体的には、モータ指令演算部８２は、前記式０１ａ，０１ｂのωw_x，ωw_y，ω_R，ω_Lをそれぞれ、ωw_x_com，ωw_y_com，ω_R_cmd，ω_L_cmdに置き換えて得られる連立方程式を、ω_R_cmd，ω_L_cmdを未知数として解くことによって、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの速度指令ω_R_com，ω_L_comを決定する。
以上により前記ステップＳ９の車両制御演算処理が完了する。
【００９６】
以上説明した如く制御ユニット５０が制御演算処理を実行することによって、前記搭乗モード及び自立モードのいずれの動作モードにおいても、基本的には、基体２の姿勢が、前記基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_s，θbe_y_sの両方が“０”となる姿勢（以下、この姿勢を基本姿勢という）に保たれるように、換言すれば、車両系重心点（車両・乗員全体重心点又は車両単体重心点）の位置が、車輪体５Ｆ及び車輪体５Ｒそれぞれの接地面を結ぶ直線のほぼ真上に位置する状態に保たれるように、操作量（制御入力）としての仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_comが決定される。より詳しく言えば、基体２の姿勢を前記基本姿勢に保ちつつ、車両系重心点の移動速度の推定値としての重心速度推定値Ｖb_xy_sを制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfdに収束させるように、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_comが決定される。なお、制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfdは、通常は（詳しくは搭乗モードで乗員等が車両１の付加的な推進力を付与しない限り）、“０”である。この場合には、基体２の姿勢を前記基本姿勢に保ちつつ、車両系重心点がほぼ静止するように、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_comが決定されることとなる。
【００９７】
そして、ωdotw_xy_comの各成分を積分してなる仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_comを変換してなる電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの速度指令ω_R_cmd，ω_L_cmdとして決定される。さらに、その速度指令ω_R_cmd，ω_L_cmdに従って、各電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの回転速度が制御される。ひいては車輪体５Ｆ及び車輪体５ＲのＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度が、ωw_x_comに対応する仮想車輪６２_xの移動速度と、ωw_y_comに対応する仮想車輪６２_yの移動速度とに各々一致するように制御される。
このため、例えば、Ｙ軸周り方向で、実際の基体傾斜角度θb_xが目標値θb_x_objから前傾側にずれると、そのずれを解消すべく（θbe_x_sを“０”に収束させるべく）、車輪体５Ｆ及び車輪体５Ｒが前方に向かって移動する。同様に、実際のθb_xが目標値θb_x_objから後傾側にずれると、そのずれを解消すべく（θbe_x_sを“０”に収束させるべく）、車輪体５Ｆ及び車輪体５Ｒが後方に向かって移動する。
【００９８】
また、例えば、Ｘ軸周り方向で、実際の基体傾斜角度θb_yが目標値θb_y_objから右傾側にずれると、そのずれを解消すべく（θbe_y_sを“０”に収束させるべく）、車輪体５Ｆ及び車輪体５Ｒが右向きに移動する。同様に、実際のθb_yが目標値θb_y_objから左傾側にずれると、そのずれを解消すべく（θbe_y_sを“０”に収束させるべく）、車輪体５Ｆ及び車輪体５Ｒが左向きに移動する。
さらに、実際の基体傾斜角度θb_x，θb_yの両方が、それぞれ目標値θb_x_obj，θb_y_objからずれると、θb_xのずれを解消するための車輪体５Ｆ及び車輪体５Ｒの前後方向の移動動作と、θb_yのずれを解消するための車輪体５Ｆ及び車輪体５Ｒの左右方向の移動動作とが合成され、車輪体５Ｆ及び車輪体５ＲがＸ軸方向及びＹ軸方向の合成方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方向に対して傾斜した方向）に移動することとなる。
【００９９】
このようにして、基体２が前記基本姿勢から傾くと、その傾いた側に向かって、車輪体５Ｆ及び車輪体５Ｒが移動することとなる。従って、例えば前記搭乗モードにおいて、乗員が意図的にその上体を傾けると、その傾けた側に、車輪体５Ｆ及び車輪体５Ｒが移動することとなる。
なお、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdが“０”である場合には、基体２の姿勢が基本姿勢に収束すると、車輪体５Ｆ及び車輪体５Ｒの移動もほぼ停止する。また、例えば、基体２のＹ軸周り方向の傾斜角度θb_xを基本姿勢から傾いた一定の角度に維持すると、車輪体５Ｆ及び車輪体５ＲのＸ軸方向の移動速度は、その角度に対応する一定の移動速度（制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdと一定の定常偏差を有する移動速度）に収束する。このことは、基体２のＸ軸周り方向の傾斜角度θb_yを基本姿勢から傾いた一定の角度に維持した場合も同様である。
【０１００】
ところで、前記車両系重心点が、車輪体５Ｆ及び車輪体５Ｒそれぞれの接地点を結ぶ直線上に位置する状態、或いは、複数の車輪それぞれが有する移動動作部の中心位置を結ぶ多角形の内側に重心点が位置する状態（基準状態）では、車輪体５Ｆ及び車輪体５Ｒを移動させずとも、基体２が傾倒しない状態であるから、該基準状態では車輪体５Ｆ及び車輪対５Ｒが停止することが望ましい。そして、基体傾斜角度θb_xyの目標値θb_xy_objは、基本的に基準状態での基体傾斜角度θb_xyが目標値θb_xy_objに対してずれを生じる場合が多々ある。
このような場合には、基体傾斜角度θb_xy_sと、基体傾斜角度θb_xyの目標値θb_xy_objとのずれにより（乗員が無意識にその状態をシート部１２及び基体２と共に傾けた状態となっており）、車輪体５Ｆ及び車輪体５Ｒが移動することになる。
【０１０１】
そこで、本実施形態では、電動車両（電動車両の受信位置）が移動しないように、スライダー制御部７５がスライダー駆動指令Ｓ_cmdを算出してアクチュエータ４２２を駆動し、車輪体５Ｆ及び車輪体５Ｒを基体２に対して相対移動させて基体２の水平性を保持している。
すなわち、スライダー制御部７５が、重心速度推定値Ｖb_xy_sに基づいてアクチュエータ４２２を駆動して車輪体５Ｆ及び車輪体５Ｒそれぞれを相対移動させると共に、制御用目標重心速度補正値Ｖb_y_cancel_cmdを算出して、重心速度制限部７６により算出された制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfd0を補正する。姿勢制御演算部８０は、補正された制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfdに基づいて、仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを決定する。
具体的には、制御ユニット５０は、図１５のフローチャートに示す処理を所定の制御処理周期で逐次実行することによって、スライダー駆動指令Ｓ_cmdを更新すると共に、更新したスライダー駆動指令Ｓ_cmdと共に算出された制御用目標重心速度補正値Ｖb_y_cancel_cmdを用いて、仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを決定する。
【０１０２】
以下、説明すると、制御ユニット５０は、まずステップＳ２１で、スライダー駆動指令Ｓ_cmdを更新する更新条件が成立するか否かを判断して、判断に応じた切替信号がスライダー動作切替部７５２に入力される。
具体的な条件としては、種々のものが考えられるが、例えば、電動車両１に乗員が搭乗している状態において操作を許容するように基体２及びシート部１２の所定位置に設けられたボタン型のスイッチの出力がＯＮ状態となっている場合や、加重センサ５４の出力により示される荷重の計測値が乗員の搭乗を示したときから一定時間内(搭乗時からタイマがタイムアップするまでの所定時間内)であること等である。このとき、スライダー動作切替部７５２は、スライダー動作を行うモードとなる。
【０１０３】
そして、制御ユニット５０は、更新条件が成立する場合には、ステップＳ２２の第１モードの演算処理を実行し、スライダー駆動指令Ｓ_cmdを更新するトリガ入力がない場合には、ステップＳ２３の第２モードの演算処理を実行する。
ここで、本実施形態における第１モードは、スライダー駆動指令Ｓ_cmdを更新しつつ、仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを決定する演算処理であり、第２モードは、第１モードで相対移動により移動した位置において車輪体５Ｆ及び車輪対５Ｒを駆動する仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを決定する演算処理である。
なお、第１モード及び第２モードのいずれの演算処理においても、制御ユニット５０の姿勢制御演算部８０が前述の如く仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを決定し、決定した仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdをモータ指令演算部８２に入力し、該モータ指令演算部８２が処理を実行する一連の処理を継続している。
【０１０４】
まず、ステップＳ２２の第１モードの演算について説明する。
第１モードの演算処理において、姿勢制御演算部８０は、前式０７ｘ，０７ｙにより仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_xy_cmdを決定する処理において、スライダー制御部７５が算出した制御用目標重心速度補正値Ｖb_y_cancel_cmdにより補正された目標重心速度Ｖb_xy_mdmfを用いる。なお、スライダー駆動指令Ｓ_cmdの初期値は、”０”に設定されている。
制御ユニット５０において、スライダー制御部７５が重心速度推定値Ｖb_y_sをより”０”に近づけるように、スライダー制御指令Ｓ_cmdを算出する。また、スライダー制御部７５は、車輪体５Ｆ及び車輪体５Ｒを相対移動させることにより生じるずれを制御用目標重心速度補正値Ｖb_y_cancel_cmdを算出し、制御用目標重心速度Ｖb_y_mdmfを補正する。
【０１０５】
このように、重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s，Ｖb_y_s）の積分値をフィードバックする制御系において、スライダー制御指令Ｓ_cmdを決定することで、定常偏差を抑制することができ、重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s，Ｖb_y_s）を０に収束させることができる。これにより、電動車両１の移動を抑制して停止させることができると共に、電動車両が停止した状態で乗員が車両系重心点を、車輪体５Ｆ及び車輪体５Ｒの接地点を結ぶ直線状に位置させることができ、車両の水平性、（すなわち、θb_xy_objがほぼ”０”）を停止状態で保つことができる。
なお、第１モードの演算処理は、ステップＳ２１の判断が”ＹＥＳ”である限り、継続して実行される。すなわち、スライダー制御指令Ｓ_cmdを更新する更新条件が成立する限り継続して実行され、更新条件が成立しなくなった時点で第１モードの演算処理が終了される。そのため、基体２又はシート部１２の所定位置に設けられたボタン型のスイッチの出力が更新条件となる場合には、電動車両１に搭乗した乗員によりスイッチが押し続けられる限り、第１モードの演算処理が実行され、（重心速度推定値Ｖb_xy_sが０に収束して電動車両１が停止して）乗員がスイッチから手を離したタイミングで、第１モードの演算処理が終了される。
【０１０６】
また、荷重センサ５４の出力により示される荷重の計測値が乗員の搭乗を示したときから一定時間内であることが更新条件の場合には、搭乗時からタイマがタイムアップするまでの所定時間内は、第１モードの演算処理が実行され、タイマがタイムアップしたタイミングで、第１モードの演算処理が終了される。
なお、第１モードの演算処理の終了条件を更新条件とは別に設定するようにしてもよい。例えば、第１モードの演算処理の結果、電動車両１の重心速度推定値Ｖb_xy_sが”０”又はほぼ”０”に等しい状態であることを第１モードの演算処理の終了条件としてもよい。
【０１０７】
次に、ステップＳ２３の第２モードの演算処理において、姿勢制御演算部８０は、ステップＳ２２で相対移動された車輪体５Ｆ及び車輪体５Ｒの位置に基づいて前式０７ｘ、０７ｙにより仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_xy_cmdを決定する。このとき、スライダー動作切替部７５２は、切替信号に応じてスライダー動作を行わないモードを選択して、スライダー機構を動作させず、また、スライダー制御部７５が出力する制御用目標重心速度補正値Ｖb_y_cancel_cmdを”０”とする。
【０１０８】
以上が、本実施形態におけるステップＳ２２の第１モード及びステップＳ２３の第２モードの演算処理である。
なお、本実施形態において、乗員等による電動車両１の操縦操作（電動車両に推進力を付加する操作）によって要求されていると推定される上記重心速度Ｖb_xyの要求値として要求重心速度Ｖb_xy_aimがない場合、すなわち、要求重心速度Ｖb_xy_aimが”０”の場合について説明したが、要求重心速度Ｖb_xy_aimが存在しえる場合には、図１５のステップＳ２１の判定処理の前に、要求重心速度Ｖb_xy_aimの有無を判断する判断ブロックを設けて、要求重心速度Ｖb_xy_aimがない場合（要求重心速度Ｖb_xy_aimが”０”の場合）にのみ、前記第１モード及び前記第２モードの演算処理を行うように構成してもよい。
また、既に第１モードの演算処理が実行されている状態で、要求重心速度Ｖb_xy_aimを検出した場合には、該第１モードの演算処理を終了し、該第１モードで更新された車輪体５Ｆ及び車輪体５Ｒの相対移動後の位置により、第２モードの演算処理を実行するように構成してもよい。
【０１０９】
また、例えば、前記要求重心速度生成部７４で生成される要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimの両方が“０”となっている状況において、基体２の前記基本姿勢からの傾き量（基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_s，θbe_y_s）が比較的大きくなり、それを解消し、もしくはその傾き量を維持するために必要な車輪体５Ｆ及び車輪体５ＲのＸ軸方向及びＹ軸方向の一方又は両方の移動速度（これらの移動速度は、それぞれ、図１３に示した前記重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prd、Ｖb_y_prdに相当する）が、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの一方又は両方の回転角速度を許容範囲から逸脱させてしまうような、過大な移動速度になるような状況では、該車輪体５Ｆ及び車輪体５Ｒの移動速度に対して逆向きとなる速度（詳しくは、Ｖw_x_lim2−Ｖb_x_prd及びＶw_y_lim2−Ｖb_y_prd）が制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdとして決定される。そして、制御入力を構成する操作量成分のうちの操作量成分ｕ3_x，ｕ3_yが、この制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdに重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sをそれぞれ収束させるように決定される。このため、基体２の前記基本姿勢からの傾き量が過大になるのを予防し、ひいては、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの一方又は両方の回転角速度が高速になり過ぎるのが防止される。
【０１１０】
さらに、前記ゲイン調整部７８では、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sの一方又は両方が大きくなり、ひいては、基体２の前記基本姿勢からの傾きを解消し、もしくはその傾き量を維持するために必要な車輪体５Ｆ及び車輪体５ＲのＸ軸方向及びＹ軸方向の一方又は両方の移動速度が、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの一方又は両方の回転角速度を許容範囲から逸脱させてしまうような、過大な移動速度になる恐れがある状況では、その逸脱が顕著になるほど（詳しくは、図１１に示すＶover_x，Ｖover_yの絶対値が大きくなるほど）、前記ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yの一方又は両方が“０”から“１”に近づけられる。
この場合、前記式０９ｘにより算出される各第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）は、Ｋr_xが“１”に近づくほど、最小側の定数値Ｋi_a_xから最大側の定数値Ｋi_b_xに近づく。このことは、前記式０９ｙにより算出される各第ｉゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）についても同様である。
【０１１１】
そして、上記ゲイン係数の絶対値が大きくなることによって、基体２の傾きの変化に対する操作量（仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmd，ωdotw_y_cmd）の感度が高まる。従って、基体２の基本姿勢からの傾き量が大きくなろうとすると、それを素早く解消するように、車輪体５Ｆ及び車輪体５Ｒの移動速度が制御されることとなる。従って、基体２が基本姿勢から大きく傾くことが強めに抑制され、ひいては、車輪体５Ｆ及び車輪体５ＲのＸ軸方向及びＹ軸方向の一方又は両方の移動速度が、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの一方又は両方の回転角速度を許容範囲から逸脱させてしまうような、過大な移動速度になるのを防止することができる。
また、搭乗モードにおいて、要求重心速度生成部７４が、乗員等の操縦操作による要求に応じて要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aim（Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimの一方又は両方が“０”でない要求重心速度）を生成した場合には、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの一方又は両方の回転角速度が許容範囲を逸脱するような高速の回転角速度にならない限り（詳しくは図１２に示すＶw_x_lim2，Ｖw_y_lim2がＶb_x_t，Ｖb_y_tにそれぞれ一致する限り）、要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimがそれぞれ前記制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdとして決定される。このため、要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimを実現するように（実際の重心速度が要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimに近づくように）、車輪体５Ｆ及び車輪体５Ｒの移動速度が制御される。
【０１１２】
スライダー制御部７５は、重心速度算出部７２が算出する重心速度推定値Ｖb_xy_sに応じて、スライダー機構により左右方向に移動する車輪３（４）の移動量及び方向を示すスライダー指令値を算出する。また、スライダー制御部７５は、算出したスライダー指令値に基づいた制御用目標重心速度補正値Ｖb_y_cancel_cmdにより制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdmfを補正し、スライダー機構による車輪３（４）の移動量及び方向を車輪体５Ｆ（５Ｒ）の左右方向の移動量及び方向にフィードバックする構成となっている。これにより、スライダー機構による左右方向の移動（相対移動）量及び方向と同じ移動量及び方向に車輪体５Ｆ（５Ｒ）を駆動することにより、スライダー機構による相対移動により車輪体５Ｆ（５Ｒ）と床面上との間に生じる摩擦を軽減し、基体２の向きが変わることを防ぐことができる。
【０１１３】
ここで、本実施形態と本発明との対応関係を補足しておく。
本実施形態では、車両１に搭乗する乗員の前後方向（Ｘ軸方向）、左右方向（Ｙ軸方向）が、それぞれ、本発明における第１の方向、第２の方向に相当する。
そして、前記要求重心速度生成部７４により、本発明における目標速度決定手段が実現される。この場合、本実施形態では、車両系重心点（より正確には車両・乗員全体重心点）が、本発明における車両の所定の代表点に相当し、この車両系重心点の速度ベクトル↑Ｖbの目標値である要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aimが、本発明における目標速度ベクトルに相当する。
また、前記重心速度制限部７６、姿勢制御演算部８０及びモータ指令演算部８２により、本発明における移動動作部制御手段が実現される。
【０１１４】
次に、以上説明した実施形態に係わる変形態様に関していくつか説明しておく。
前記実施形態では、前輪３及び後輪４は、図３から図６において示した全方向駆動車輪
である場合について説明したが、前輪３及び後輪４のいずれか一方が全方向駆動車輪であってもよい。
また、前記実施形態では、前輪３及び後輪４共にスライダー機構により左右方向（Ｙ方向）に基体に対して相対移動可能となっている場合について説明したが、前輪３及び後輪４のいずれか一方のみが相対移動可能となっていてもよい。例えば、図１６に示すように、前輪４のみがスライダー機構により左右方向に相対移動可能となっていてもよい。この場合も、図１６（ｂ）に示すように、実施形態と同様に前輪３を相対移動させることにより、前輪３と後輪４とがそれぞれ有する移動動作部（５Ｆ，５Ｒ）の中心位置を結ぶ直線の真上に重心点Ｇを位置させることになる。
【０１１５】
また、前記実施形態では、前輪３及び後輪４の２つの車輪を備える場合について説明したが、図１７に示すように、３つの車輪を備える電動車両であってもよい。例えば、電動車両は、基体２と、基体２に取り付けられた前輪３と、基体に相対移動可能なスライダー機構を有している前輪３と、シャフト２３１と、シャフト２３１の両端それぞれに接続された右後輪２３２及び左後輪２３３と、シャフト２３１と基体２との間に設けられたねじり方向に回転自在のジョイント２３４とを備えている。この場合、図１７（ｂ）に示すように、スライダー制御部７５及びスライダー指令演算部８５は、前輪３、右後輪２３２、及び左後輪２３４それぞれの中心点を結ぶ三角形内に重心点Ｇが位置するように前輪３を相対移動させる。
【０１１６】
また、前記実施形態では、前輪３及び後輪４の２つの車輪を左右方向に移動させる機構として、図１８に示す機構を用いてもよい。図１８に示すように、基体２に設けられた左アーム支持部２４１及び右アーム支持部２４２と、右アーム支持部２４１に内蔵された右アクチュエータ２４３と、左アーム支持部２４２に内蔵された左アクチュエータ２４４と、右アクチュエータ２４３の回転軸２４３ａに一方の端部が接続された右アーム２４５と、左アクチュエータ２４４の回転軸２４４ａに一方の端部が接続された左アーム２４６と、一方の端部が右アーム２４５の他方の端部に揺動可能に支持され他方の端部が左アーム２４６の他方の端部に揺動可能に支持された車輪支持部２４７と、車輪支持部２４７にカバー部材２１が固定された車輪３（４）とを有するスライダー機構であってもよい。この場合、スライダー指令演算部８５は、右アクチュエータ２４３及び左アクチュエータ２４４のそれぞれに駆動指令を出力し車輪３（４）を左右方向に移動させる。
【０１１７】
また、スライダー動作切替部７５２は、外部から入力される切替信号に応じてモードを切り替えるとしたが、これに限らず、例えば、ステップフロア９、或いは、荷台１７に加重の変動を検出する加重センサを設け、加重センサにより加重の変化を検出した場合にスライダー動作をするようにしてもよい。
【０１１８】
また、前記各実施形態では、図１及び図２に示した構造の車両１を例示したが、本発明における全方向移動車両１は、本実施形態で例示した車両に限られるものではない。
具体的には、本実施形態の車両１の移動動作部としての車輪体５Ｆ及び車輪体５Ｒは一体構造のものであるが、例えば、前記特許文献２の図１０に記載されているような構造のものであってもよい。すなわち、剛性を有する円環状の軸体に、複数のローラをその軸心が該軸体の接線方向に向くようにして回転自在に外挿し、これらの複数のローラを軸体に沿って円周方向に配列させることによって、車輪体を構成してもよい。
さらに移動動作部は、例えば、特許文献１の図３に記載されているようなクローラ状の構造のものであってもよい。
【０１１９】
あるいは、例えば、前記特許文献１の図５、特許文献２の図７、もしくは特許文献３の図１に記載されているように、移動動作部を球体により構成し、この球体を、アクチュエータ装置（例えば前記車輪体５Ｆ及び車輪体５Ｒを有するアクチュエータ装置）によりＸ軸周り方向及びＹ軸周り方向に回転駆動するように車両を構成してもよい。
また、本実施形態では、乗員の搭乗部として着座部７を備えた車両１を例示したが、本発明における全方向移動車両は、例えば特許文献２の図８に見られるように、乗員が両足を載せるステップと、そのステップ上で起立した乗員が把持する部分とを基体に組付けた構造の車両であってもよい。
このように本発明は、前記特許文献１〜３等に見られる如き、各種の構造の全方向移動車両に適用することが可能である。
【符号の説明】
【０１２０】
１  電動車両（倒立振子方移動体）
２  基体
５Ｆ  車輪体（移動動作部）
５Ｒ  車輪体（移動動作部）
５２  傾斜センサ（傾斜検出部）
５０  制御ユニット（制御部）
４２２  アクチュエータ（相対駆動部）
【図１】
0005436119.tif 000002
【図２】
0005436119.tif 000003
【図３】
0005436119.tif 000004
【図４】
0005436119.tif 000005
【図５】
0005436119.tif 000006
【図６】
0005436119.tif 000007
【図７】
0005436119.tif 000008
【図８】
0005436119.tif 000009
【図９】
0005436119.tif 000010
【図１０】
0005436119.tif 000011
【図１１】
0005436119.tif 000012
【図１２】
0005436119.tif 000013
【図１３】
0005436119.tif 000014
【図１４】
0005436119.tif 000015
【図１５】
0005436119.tif 000016
【図１６】
0005436119.tif 000017
【図１７】
0005436119.tif 000018
【図１８】
0005436119.tif 000019