(57)【要約】  本発明の倒立型移動体は、搭乗者が搭乗する搭乗部と、信号を出力する出力部と、出力部から出力された信号の入力を受ける入力部と、搭乗部に出力部と入力部との間に位置するように連結され、信号を導通可能な導通部と信号の導通を遮断する遮断部とを有する導通遮断部と、搭乗部に対して荷重がかけられていない場合には、出力部と入力部との間に遮断部が位置して信号の導通を遮断するように搭乗部を弾性支持するとともに、搭乗部に対して荷重がかけられた場合には、出力部と入力部との間に導通部が位置して信号を導通するように圧縮変形する主支持部と、出力部と入力部との間で信号が導通している場合に、倒立移動体の倒立移動制御を行う制御部とを備える。
2014033788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搭乗者を搭乗させて移動する倒立移動体であって、
前記搭乗者が搭乗する搭乗部と、
前記搭乗部の下方において、信号を出力する出力部と、
前記搭乗部の下方において、前記出力部から出力された信号の入力を受ける入力部と、
前記搭乗部の下方において前記出力部と前記入力部との間に位置するように連結され、前記信号を導通可能な導通部と前記信号の導通を遮断する遮断部とを有する導通遮断部と、
前記搭乗部に対して荷重がかけられていない場合には、前記出力部と前記入力部との間に前記遮断部が位置して前記信号の導通を遮断するように前記搭乗部を弾性支持するとともに、前記搭乗部に対して荷重がかけられた場合には、前記出力部と前記入力部との間に前記導通部が位置して前記信号を導通するように圧縮変形する主支持部と、
前記出力部と前記入力部との間で前記信号が導通している場合に、前記倒立移動体の倒立移動制御を行う制御部と、
を備えた倒立移動体。
【請求項２】
前記倒立移動体は、さらに、前記搭乗部に対して荷重がかけられて、前記主支持部が圧縮変形することによって前記搭乗部が変位した位置で、前記搭乗部を弾性支持する補助支持部を備え、
前記補助支持部は、前記搭乗部に対して所定の許容荷重以上の荷重がかけられた場合に、前記出力部と前記入力部との間に前記遮断部が位置して前記信号の導通を遮断するように前記主支持部とともに圧縮変形する、
請求項１に記載の倒立移動体。
【請求項３】
前記信号は、光信号であり、
前記導通部は、前記光信号を通過する光通過孔、又は、前記光信号を透過する材料で形成された光透過部であり、
前記遮断部は、前記光信号を透過しない材料で構成された遮光部である、
請求項１又は２に記載の倒立移動体。
【請求項４】
前記信号は、電気信号であり、
前記導通部は、前記電気信号を通電する材料で構成された通電部であり、
前記遮断部は、前記電気信号を通電しない材料で構成された絶縁部である、
請求項１又は２に記載の倒立移動体。
【請求項５】
前記制御部は、前記出力部と前記入力部との間で前記信号の導通が遮断されている場合には、前記倒立移動体の倒立移動制御は抑止する、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の倒立移動体。
【請求項６】
外部からの荷重を受ける荷重受付部と、
前記荷重受付部の下方において、信号を出力する出力部と、
前記荷重受付部の下方において、前記出力部から出力された信号の入力を受ける入力部と、
前記荷重受付部の下方において前記出力部と前記入力部との間に位置するように連結され、前記信号を導通可能な導通部と前記信号の導通を遮断する遮断部とを有する導通遮断部と、
前記荷重受付部に対して荷重がかけられていない場合には、前記出力部と前記入力部との間に前記遮断部が位置して前記信号の導通を遮断するように前記荷重受付部を弾性支持するとともに、前記荷重受付部に対して荷重がかけられた場合には、前記出力部と前記入力部との間に前記導通部が位置して前記信号を導通するように圧縮変形する主支持部と、を備え、
前記入力部は、前記信号の入力を受けて、前記信号が前記出力部との間で導通していることを通知する通知信号を出力する、
荷重検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、倒立型移動体及び荷重検出装置に関し、特に、荷重がかけられているか否かに応じた制御を行う場合において、その荷重の検出可能とする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
倒立二輪車では、制御の安定性を確保する必要があり、機能安全の観点から、搭乗者が倒立二輪車に搭乗しているか否かを検出することが要求されている。その理由は、搭乗者が倒立二輪車に搭乗しているか否かを検出できなければ、搭乗者の搭乗状況に応じた適切な制御を行うことができないからである。【０００３】
ここで、特許文献１には、輸送車における乗り手検出器が開示されている。この乗り手検出器は、乗り手が乗ると、プレート下のステムが光ビームを妨げるまで変位する。そして、乗り手が輸送車から降りると、プレートが隆起した形状に戻り、光ビームを妨げない状態に戻る。しかしながら、この乗り手検出器は、後述する本願発明とは異なる構成によって、乗り手の搭乗を検出するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１６２９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述した知見に基づいてなされたものであって、荷重がかけられているか否かに応じた制御を行う場合において、その荷重を検出可能とする倒立型移動体及び荷重検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様にかかる倒立型移動体は、搭乗者を搭乗させて移動する倒立移動体であって、前記搭乗者が搭乗する搭乗部と、前記搭乗部の下方において、信号を出力する出力部と、前記搭乗部の下方において、前記出力部から出力された信号の入力を受ける入力部と、前記搭乗部の下方において前記出力部と前記入力部との間に位置するように連結され、前記信号を導通可能な導通部と前記信号の導通を遮断する遮断部とを有する導通遮断部と、前記搭乗部に対して荷重がかけられていない場合には、前記出力部と前記入力部との間に前記遮断部が位置して前記信号の導通を遮断するように前記搭乗部を弾性支持するとともに、前記搭乗部に対して荷重がかけられた場合には、前記出力部と前記入力部との間に前記導通部が位置して前記信号を導通するように圧縮変形する主支持部と、前記出力部と前記入力部との間で前記信号が導通している場合に、前記倒立移動体の倒立移動制御を行う制御部と、を備えたものである。【０００７】
本発明の第２の態様にかかる荷重検出装置は、外部からの荷重を受ける荷重受付部と、前記荷重受付部の下方において、信号を出力する出力部と、前記荷重受付部の下方において、前記出力部から出力された信号の入力を受ける入力部と、前記荷重受付部の下方において前記出力部と前記入力部との間に位置するように連結され、前記信号を導通可能な導通部と前記信号の導通を遮断する遮断部とを有する導通遮断部と、前記荷重受付部に対して荷重がかけられていない場合には、前記出力部と前記入力部との間に前記遮断部が位置して前記信号の導通を遮断するように前記荷重受付部を弾性支持するとともに、前記荷重受付部に対して荷重がかけられた場合には、前記出力部と前記入力部との間に前記導通部が位置して前記信号を導通するように圧縮変形する主支持部と、を備え、前記入力部は、前記信号の入力を受けて、前記信号が前記出力部との間で導通していることを通知する通知信号を出力するものである。
【発明の効果】
【０００８】
上述した本発明の各態様によれば、荷重がかけられているか否かに応じた制御を行う場合において、その荷重を検出可能とする倒立型移動体及び荷重検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１にかかる倒立二輪車を概要構成に示す図である。
【図２】実施の形態１にかかるステップ部の内部構成を示す図である。
【図３】搭乗者が搭乗していない場合におけるステップ部の状態を示す図である。
【図４】搭乗者が搭乗している場合におけるステップ部の状態を示す図である。
【図５Ａ】搭乗者が搭乗していない場合におけるレーザ光とスリット・プランジャとの関係を示す概念図である。
【図５Ｂ】搭乗者が搭乗していない場合におけるレーザ光とスリット・プランジャとの関係を示す概念図である。
【図６】実施の形態１にかかるステップ部の外観図である。
【図７】ステップ部の内部におけるレーザ光の伝送経路の第１の例を示す図である。
【図８】ステップ部の内部におけるレーザ光の伝送経路の第２の例を示す図である。
【図９】実施の形態１にかかる制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】実施の形態１にかかる倒立二輪車の処理を示すフローチャートである。
【図１１】実施の形態２にかかるステップ部の内部構造を示す図である。
【図１２】搭乗者が搭乗していない場合のステップ部の状態を示す図である。
【図１３】許容体重の搭乗者が搭乗している場合のステップ部の状態を示す図である。
【図１４】許容体重を超えた搭乗者が搭乗している場合のステップ部の状態を示す図である。
【図１５】実施の形態２にかかる倒立二輪車の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜発明の実施の形態１＞
図１を参照して、本発明の実施の形態１にかかる倒立二輪車１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかる倒立二輪車１を概要構成に示す図である。
【００１１】
倒立二輪車１は、一対の車輪２及びステップ部３を有する。ステップ部３は、搭乗者が倒立二輪車１に搭乗する際に、搭乗者の足が置かれる板状体のカバー４が設けられている。
【００１２】
倒立二輪車１は、ステップ部３のカバー４上に搭乗した搭乗者が、倒立二輪車１の前後方向に荷重を作用させた際における、前後方向への倒立二輪車１の姿勢角をセンサで検出し、この検出結果に基づいて、倒立二輪車１の倒立状態を維持するように左右の車輪２を駆動するモータを制御する。すなわち、倒立二輪車１は、ステップ部３に搭乗した搭乗者が前方に荷重を作用させて倒立二輪車１を前方に傾斜させると、倒立二輪車１の倒立状態を維持するように前方に加速し、搭乗者が後方に荷重を作用させて倒立二輪車１を後方に傾斜させると、倒立二輪車１の倒立状態を維持するように後方に加速するように、左右の車輪２を駆動するモータを制御する。
【００１３】
続いて、図２を参照して、本発明の実施の形態１にかかるステップ部３の内部構造について説明する。図２は、本発明の実施の形態１にかかるステップ部３の内部構造を示す図である。
【００１４】
ステップ部３は、ベースカバー１１、ベース１２、サイドフレーム１３、プランジャ１４、スリット・プランジャ１５、光発信器１６、光受信器１７、発信側光伝送路１８、及び受信側光伝送路１９を有する。
【００１５】
ベースカバー１１は、ステップ部３の上部に備えられたステップ部３のカバー４である。搭乗者が倒立二輪車１に搭乗する場合には、ベースカバー１１の上に搭乗者が搭乗することになる。ベースカバー１１の下部には、プランジャ１４とスリット・プランジャ１５が連結されている。
【００１６】
ベース１２は、ステップ部３の下部に備えられている。ベース１２の上部には、プランジャ１４とスリット・プランジャ１５が連結されている。すなわち、ベースカバー１１とベース１２とは、一対のプランジャ１４及びスリット・プランジャ１５を介して相互に連結されている。また、ベース１２の両端部のそれぞれには、一対のサイドフレーム１３の下部が連結されている。ベース１２の下部は、ベース本体３０の上部が取り付けられている。ベース本体３０の両端部のそれぞれに車輪２が取り付けられている。
【００１７】
サイドフレーム１３は、ステップ部３の両側部のそれぞれに備えられている。一方のサイドフレーム１３の内面と、他方のサイドフレーム１３の内面とは、相対向している。その相対向する面のそれぞれには、一方に光発信器１６が取り付けられており、他方に光受信器１７が取り付けられている。
【００１８】
プランジャ１４は、ベースカバー１１を弾性支持する。プランジャ１４は、その少なくとも一部に弾性体を有し、その弾性力によってベースカバー１１を弾性支持する。ここで、弾性体は、例えば、ゴム又はバネ等である。プランジャ１４は、ベースカバー１１に搭乗者が搭乗することによって、ベースカバー１１に対して所定値以上の荷重がかけられた場合にベースカバー１１からかかる荷重によって圧縮変形するような弾性係数となっている。この所定値として、搭乗者が搭乗していると考えられる任意の荷重を予め定めることができる。
【００１９】
プランジャ１４は、ステップ部３に少なくとも１つ以上備えるようにすればよいが、ベースカバー１１を安定して支持するためには、図２に示すように複数備えられていることが好ましい。その際に、プランジャ１４は、ベースカバー１１の重心、もしくは、前後方向又は左右方向に対するベースカバー１１の中心軸を中心として対称に配置されるようにして、バランス良くベースカバー１１を支持するようにしてもよい。
【００２０】
スリット・プランジャ１５は、その少なくとも一部に弾性体を有し、その弾性力によってベースカバー１１を弾性支持する。スリット・プランジャ１５は、ベースカバー１１に搭乗者が搭乗することによって、ベースカバー１１から荷重がかけられた場合にベースカバー１１に対して上記所定値以上の荷重がかけられた場合にベースカバー１１からかかる荷重によって、プランジャ１４とともに圧縮変形するような弾性係数となっている。
【００２１】
スリット・プランジャ１５は、光発信器１６と光受信器１７との間で伝送されるレーザ光の伝送経路上に位置するように、ベースカバー１１とベース１２とに連結されている。スリット・プランジャ１５は、レーザ光を通過・透過させずに遮光する材料で構成されているが、その一部に、レーザ光を通過させるスリット２０を有している。スリット・プランジャ１５は、ベースカバー１１に搭乗者が搭乗することによって圧縮変形された場合、光発信器１６と光受信器１７との間のレーザ光の伝送経路上（発信側光伝送路１８と受信側光伝送路１９の間）にスリット２０が位置するように変形する。
【００２２】
これによって、光発信器１６から発信側光伝送路１８を伝送してきたレーザ光が、スリット２０を通過して受信側光伝送路１９に伝送されて光受信器１７に到達するようになる。すなわち、光発信器１６から発信されたレーザ光が光受信器１７で受信されている場合には、倒立二輪車１に搭乗者が搭乗していると判断することが可能となる。
【００２３】
ここで、スリット２０は、レーザ光を通過させるための孔となるが、その形状は、任意の形状とすることができる。例えば、スリット２０の形状は、円形でもよく、矩形でもよい。また、スリット２０は、少なくともレーザ光を導通させることができれば、孔に限られない。例えば、スリット２０は、光を透過することができる材料で満たされていてもよい。
【００２４】
光発信器１６は、レーザ光を生成し、光受信器１７に対して発信する。光発信器１６は、光受信器１７と相対向するように、サイドフレーム１３の内面に取り付けられている。
【００２５】
光受信器１７は、光発信器１６から発信されたレーザ光を受信する。光受信器１７は、光発信器１６と相対向するように、サイドフレーム１３の内面に取り付けられている。
【００２６】
発信側光伝送路１８及び受信側光伝送路１９は、光発信器１６から発光されたレーザ光を光受信器１７に対して伝送する。発信側光伝送路１８及び受信側光伝送路１９は、例えば、光ファイバ又は自由空間（空気）である。上述したように、ベースカバー１１に搭乗者が搭乗しておらず、スリット・プランジャ１５のスリット２０が、発信側光伝送路１８と受信側光伝送路１９との間に位置していない場合には、発信側光伝送路１８を伝送されてきたレーザ光は、スリット・プランジャ１５によって遮断される。
【００２７】
続いて、図３、４、５Ａ、５Ｂを参照して、本発明の実施の形態１にかかる倒立二輪車１の搭乗検出に応じた制御方法について説明する。図３は、搭乗者が搭乗していない場合におけるステップ部３の状態を示す図である。図４は、搭乗者が搭乗している場合におけるステップ部３の状態を示す図である。図５Ａは、搭乗者が搭乗していない場合におけるレーザ光とスリット・プランジャ１５との関係を示す概念図であり、搭乗者が搭乗している場合におけるレーザ光とスリット・プランジャ１５との関係を示す概念図である。
【００２８】
倒立二輪車１は、図３に示すように、ベースカバー１１に対して搭乗者が搭乗することによる荷重がかけられておらず、図５Ａに示すように、光発信器１６から出力されたレーザ光が遮断されて光受信器１７において受信されていない場合は、倒立制御は行わない。すなわち、倒立二輪車１は、停止したままとなる。
【００２９】
一方、倒立二輪車１は、図４に示すように、ベースカバー１１に対して搭乗者が搭乗することによる荷重がかけられており、図５Ｂに示すように、光受信器１７において光発信器１６から出力されたレーザ光が受信されている場合は、倒立制御を行う。すなわち、倒立二輪車１は、倒立移動するように制御が行われる。
【００３０】
以上に説明したように、光発信器１６と光受信器１７との間でレーザ光が導通していない場合には、倒立制御は行わず、光発信器１６と光受信器１７との間でレーザ光が導通している場合には、倒立制御を行う。このように、光発信器１６と光受信器１７との間でレーザ光が導通していない場合に倒立二輪車１の倒立制御を行わないようにすることは、ステップ部３において搭乗者の搭乗を検出するスイッチとして正常動作できない故障が発生した場合に、倒立二輪車１の制御内容を安全側に倒すこととなるため、安全性を保証することができる。例えば、光発信器１６、発信側光伝送路１８又は受信側光伝送路１９等の光軸がずれた場合、又は、搭乗者が搭乗しても、スリット・プランジャ１５が期待通りに圧縮変形されず、スリット２０がレーザ光の伝送経路上に位置しなくなった場合等のように、搭乗者の搭乗が正常に検出されなくなった場合には、常に倒立制御は抑止される。そのため、倒立二輪車１は停止されたままとなるので、倒立二輪車１付近において倒立二輪車１に搭乗しようとしている者に対する安全性が保証される。
【００３１】
続いて、図６〜８を参照して、ステップ部３の内部におけるレーザ光の伝送経路の一例について説明する。図６は、本発明の実施の形態１にかかるステップ部３の外観図である。図７は、ステップ部３の内部におけるレーザ光の伝送経路の第１の例を示す図である。図８は、ステップ部３の内部におけるレーザ光の伝送経路の第２の例を示す図である。
【００３２】
上述した図２〜４では、光発信器１６と光受信器１７との間の発信側光伝送路１８及び受信側光伝送路１９を経由するレーザ光の伝送経路を１つのみ図示しているが、レーザ光の伝送経路は１つに限られず、複数有するようにしてもよい。また、レーザ光の伝送経路は、直線状に限られず、直線部分と屈曲部分を有する形状又は曲線形状等の任意の非直線形状とするようにしてもよい。次に、その例について説明する。
【００３３】
図６は、ステップ部３の右半分における外観を示している。すなわち、図６は、ステップ部３において搭乗者の右足が置かれる部分を示している。そして、図７は、図６に示すステップ部３（右半分）のベースカバー１１を取り外した内部を示している。レーザ光の伝送経路は、例えば、図７に示すように、倒立二輪車１の前後方向に沿って直線形状に配置されるようにしてもよい。なお、ステップ部３の左半分におけるレーザ光の伝送経路の配置も、左右対称となるように同様に配置されるため、その説明は省略する。
【００３４】
このように、ステップ部３の右足側と左足側のそれぞれにレーザ光の伝送経路が配置される場合、左右のいずれか一方のレーザ光の伝送経路においてレーザ光の導通が検出されたときには、片足がステップ部３に置かれていると判定することができ、左右両方のレーザ光の伝送経路においてレーザ光の導通が検出されたときには、両足がステップ部３に置かれて、搭乗者が搭乗しているものと判定することができる。すなわち、ステップ部３に複数のレーザ光の伝送経路を設けた場合には、全てのレーザ光の伝送経路においてレーザ光の導通が検出されたときに、搭乗者が搭乗しているものと判定して、倒立二輪車１の倒立制御を行う。
【００３５】
また、上述したように、レーザ光伝送経路は、図８に示すように、非直線状とすることもできる。この場合において、発信側光伝送路１８及び受信側光伝送路１９として自由空間を利用する場合には、レーザ光の伝送経路を屈曲させる部分に反射材を設けるようにすればよい。
【００３６】
ここで、以上に説明した、搭乗者の搭乗検出（レーザ光の導通検出）及びそれに応じた倒立二輪車１の倒立移動制御は、次に説明する、倒立二輪車１に搭載された制御装置１００によって行われる。制御装置１００は、例えば、倒立二輪車１のベース本体３０に搭載される。
【００３７】
続いて、図９を参照して、本発明の実施の形態１にかかる制御装置１００の構成について説明する。図９を参照して、本発明の実施の形態１にかかる制御装置１００の構成を示すブロック図である。
【００３８】
制御装置１００は、マイクロコントローラ１０１（以下、「マイコン」とも呼ぶ）、ＤＣＤＣコンバータ（以下、「ＤＣＤＣ」とも呼ぶ）１０２、バッテリ１０３、インバータ１０４、１０５、モータ１０６、１０７、回転角センサ１０８、１０９、姿勢角センサ１１０を有する。
【００３９】
マイコン１０１のそれぞれは、姿勢角センサ１１０から出力される姿勢角信号に基づいて、上述したように、倒立状態を維持するようにモータ１０６、１０７を制御するＥＣＵ（Engine Control Unit）である。マイコン１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及び記憶部を有し、記憶部に格納されたプログラムを実行することによって、本実施の形態におけるマイコン１０１としての処理を実行する。すなわち、マイコン１０１の記憶部に格納されるプログラムは、本実施の形態におけるマイコン１０１における処理を、ＣＰＵに実行させるためのコードを含む。なお、記憶部は、例えば、このプログラムや、ＣＰＵにおける処理に利用される各種情報を格納することができる任意の記憶装置を含んで構成される。記憶装置は、例えば、メモリ等である。
【００４０】
マイコン１０１は、モータ１０６を制御する指令値をインバータ１０４に出力する。また、マイコン１０１は、モータ１０７を制御する指令値をインバータ１０５に出力する。
【００４１】
ここで、マイコン１０１は、回転角センサ１０８から出力される、モータ１０６の回転角を示す回転角信号に基づいて、モータ１０６をフィードバック制御するように、インバータ１０４に対する指令値を生成する。また、マイコン１０１は、回転角センサ１０９から出力される、モータ１０７の回転角を示す回転角信号に基づいて、モータ１０７をフィードバック制御するように、インバータ１０５に対する指令値を生成する。なお、マイコン１０１は、ＤＣＤＣ１０２から供給される電力に基づいて動作する。
【００４２】
また、本実施の形態１では、マイコン１０１は、上述したように、搭乗者の搭乗を検出するとともに、その検出結果に応じて倒立二輪車１（モータ１０６、１０７）を倒立制御する。具体的には、光受信器１７は、光発信器１６から出力されたレーザ光を受信している場合、レーザ光を受信していることを通知する受信通知信号を継続的にマイコン１０１に出力する。マイコン１０１は、光受信器１７から受信通知信号の出力を受けている場合、搭乗者が搭乗していると判定し、倒立二輪車１の倒立制御を行う。また、マイコン１０１は、光受信器１７から受信通知信号の出力を受けていない場合、搭乗者が搭乗していないと判定し、倒立二輪車１の倒立制御は行わない。
【００４３】
ＤＣＤＣ１０２は、バッテリ１０３から供給される電力における電圧を、マイコン１０１への供給に適した電圧に変圧して、その電力をマイコン１０１に供給する。
【００４４】
バッテリ１０３は、制御装置１００に対して、その動作に必要な電力を供給する。具体的には、バッテリ１０３は、マイコン１０１の動作に必要な電力をＤＣＤＣ１０２に供給する。
【００４５】
インバータ１０４は、マイコン１０１から出力された指令値に基づいて、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行うことで、バッテリ１０３から供給される電力から、モータ１０６を駆動する駆動電流を生成し、モータ１０６に供給する。インバータ１０５は、マイコン１０１から出力された指令値に基づいて、ＰＷＭ制御を行うことで、バッテリ１０３から供給される電力から、モータ１０７を駆動する駆動電流を生成し、モータ１０７に供給する。
【００４６】
モータ１０６は、インバータ１０４から供給される駆動電流に基づいて駆動される。モータ１０６を駆動することによって、倒立二輪車１の左側の車輪２が回転する。モータ１０７は、インバータ１０５から供給される駆動電流に基づいて駆動される。モータ１０７を駆動することによって、倒立二輪車１の右側の車輪２が回転する。
【００４７】
回転角センサ１０８は、モータ１０６の回転角を検出し、検出した回転角を示す回転角信号を生成してマイコン１０１に出力する。回転角センサ１０９は、モータ１０７の回転角を検出し、検出した回転角を示す回転角信号を生成してマイコン１０１に出力する。
【００４８】
姿勢角センサ１１０は、搭乗者がステップ部３に対して、倒立二輪車１の前後方向に荷重を作用させた際における、倒立二輪車１の前後方向に対する姿勢角を検出し、検出した姿勢角を示す姿勢角信号をマイコン１０１に出力する。姿勢角センサ１１０は、例えば、加速度センサ及びジャイロセンサによって、倒立型移動体１の姿勢角を検出するように構成される。
【００４９】
続いて、図１０を参照して、本発明の実施の形態１にかかる倒立二輪車１の処理について説明する。図１０は、本発明の実施の形態１にかかる倒立二輪車１の処理を示すフローチャートである。
【００５０】
マイコン１０１は、光受信器１７が光発信器１６からのレーザ光を受光（受信）中か否かを判定する（Ｓ１）。具体的には、マイコン１０１は、光受信器１７から受信通知信号が出力されている場合には、レーザ光を受信中であると判定し（Ｓ１：Ｎｏ）、光受信器１７から受信通知信号が出力されていない場合には、レーザ光を受信中でないと判定する（Ｓ１：Ｙｅｓ）。
【００５１】
レーザ光を受信中でないと判定した場合（Ｓ１：Ｎｏ）、マイコン１０１は、搭乗者が搭乗していないと判定する（Ｓ２）。この場合、マイコン１０１は、倒立二輪車１の倒立制御を行わない（Ｓ３）。すなわち、マイコン１０１は、モータ１０６、１０７を駆動せず、倒立二輪車１を停止させたままとする。
【００５２】
一方、レーザ光を受信中であると判定した場合（Ｓ１：Ｙｅｓ）、マイコン１０１は、搭乗者が搭乗していると判定する（Ｓ４）。この場合、マイコン１０１は、倒立二輪車１の倒立制御を行う（Ｓ５）。すなわち、マイコン１０１は、回転角センサ１０８、１０９から出力される回転角信号に基づいて、モータ１０６、１０７を駆動して、倒立二輪車１の倒立移動させる制御を行う。
【００５３】
以上に説明したように、本実施の形態１では、プランジャ１４が、ベースカバー１１に対して荷重がかけられていない場合には、光発信器１６と光受信器１７との間にスリット・プランジャ１５のレーザ光を遮断する部分が位置してレーザ光の導通を遮断するようにベースカバー１１を弾性支持する。そして、プランジャ１４は、ベースカバー１１に対して荷重がかけられた場合には、光発信器１６と光受信器１７との間にスリット・プランジャ１５のスリット２０が位置してレーザ光を導通するように圧縮変形する。
【００５４】
これによれば、レーザ光が導通しているか否かによって、ベースカバー１１に荷重がかけられていることを検出することができる。
【００５５】
＜発明の実施の形態２＞
倒立二輪車では、機能安全の観点から、搭乗者の体重を検出することが付加的機能として要求されている。倒立二輪車のように動的安定性を確保する必要があるサービスロボットにおいては、設計時に想定していた体重よりも重いユーザが搭乗した場合、安定性を確保が難しくなってしまうという問題がある。そのため、搭乗者の体重が設計時の想定以内であるか否かを検出する機構を備えることが必要である。
【００５６】
本実施の形態２では、上述した実施の形態１において、さらに、この要求も満たすことが可能な倒立二輪車１について説明する。なお、本実施の形態２にかかる倒立二輪車１の概要構成については、図１を参照して説明した実施の形態１にかかる倒立二輪車１の概要構成と同様であるため、その説明を省略する。
【００５７】
続いて、図１１を参照して、本発明の実施の形態２にかかるステップ部３の内部構造について説明する。図１１は、本発明の実施の形態２にかかるステップ部３の内部構造を示す図である。以下、実施の形態１と同様の点については、その説明を省略する。
【００５８】
実施の形態２にかかるステップ部３は、実施の形態１にかかるステップ部３と比較して、さらに、補助プランジャ２１を有する。
【００５９】
補助プランジャ２１は、その下部がサイドフレーム１３の上部と直列的に連結されている。補助プランジャ２１は、プランジャ１４及びスリット・プランジャ１５が圧縮変形して、レーザ光がスリット２０を通過するようになる位置までベースカバー１１が変位した場合に、ベースカバー１１を弾性支持するような高さとされている。補助プランジャ２１は、その少なくとも一部に弾性体を有し、その弾性力によってベースカバー１１を弾性支持する。ここで、弾性体は、例えば、例えば、ゴム又はバネ等である。補助プランジャ２１は、許容体重を超えた体重の搭乗者がベースカバー１１に搭乗することによって、ベースカバー１１に対して所定値以上の荷重がかけられた場合にベースカバー１１からかかる荷重によってプランジャ１４及びスリット・プランジャ１５とともに圧縮変形されるような弾性係数となっている。この所定値として、許容体重を超えた体重の搭乗者が搭乗していると考えられる任意の荷重を予め定めることができる。なお、この所定値は、プランジャ１４及びスリット・プランジャ１５が圧縮変形して、ベースカバー１１が補助プランジャ２１に弾性支持されるようになる際における荷重よりも大きな荷重となる。
【００６０】
補助プランジャ２１は、ステップ部３に少なくとも１つ以上備えるようにすればよいが、ベースカバー１１を安定して支持するために複数備えられていることが好ましい。その際に、補助プランジャ２１は、ベースカバー１１の重心、もしくは、前後又は左右方向に対するベースカバー１１の中心軸に対して対象に配置されるようにして、バランスよくベースカバー１１を指示するようにしてもよい。
【００６１】
また、補助プランジャ２１は、プランジャ１４及びスリット・プランジャ１５が圧縮変形して、レーザ光がスリット２０を通過するようになる位置までベースカバー１１が変位した場合に、ベースカバー１１を弾性支持するように設けられていれば、その配置場所は上記に限られない。例えば、補助プランジャ２１は、ベース１２の上部に連結されていてもよい。
【００６２】
続いて、図１２〜１４を参照して、本実施の形態２にかかる倒立二輪車１の搭乗検出方法について説明する。図１２は、搭乗者が搭乗していない場合におけるステップ部３の状態を示す図である。図１３は、許容体重の搭乗者が搭乗している場合におけるステップ部３の状態を示す図である。図１４は、許容体重を超えた搭乗者が搭乗している場合におけるステップ部３の状態を示す図である。
【００６３】
倒立二輪車１は、図１２に示すように、ベースカバー１１に対して搭乗者が搭乗することによる荷重がかけられておらず、光受信器１７において光発信器１６から出力されたレーザ光が受信されていない場合は、倒立制御は行わない。すなわち、倒立二輪車１は、停止したままとなる。
【００６４】
一方、倒立二輪車１は、図１３に示すように、ベースカバー１１に対して搭乗者が搭乗することによる荷重がかけられており、光受信器１７において光発信器１６から出力されたレーザ光が受信されている場合は、倒立制御を行う。すなわち、倒立二輪車１は、倒立移動するように制御が行われる。
【００６５】
一方、倒立二輪車１は、図１４に示すように、ベースカバー１１に対して搭乗者が搭乗することによる荷重がかけられているが、光受信器１７において光発信器１６から出力されたレーザ光が受信されていない場合は、倒立制御を行わない。すなわち、倒立二輪車１は、停止したままとなる。
【００６６】
これらによれば、搭乗者が搭乗している場合であっても、その搭乗者の体重が許容体重を越えており、安定性を保証できない状況下では、倒立制御を抑止することができる。そのため、安全性を保証することができる。
【００６７】
ここで、レーザ光の伝送経路及び制御装置１００の構成については、実施の形態１と同様であるため、その説明を省略する。
【００６８】
続いて、図１５を参照して、本発明の実施の形態２にかかる倒立二輪車１の処理について説明する。図１５は、本発明の実施の形態２にかかる倒立二輪車１の処理を示すフローチャートである。
【００６９】
光受信器１７が光発信器１６からのレーザ光を受信中でないと判定した場合（Ｓ１：Ｎｏ）、マイコン１０１は、搭乗者が搭乗していない、又は、搭乗者の体重が許容体重を超過していると判定する（Ｓ６）。この場合、マイコン１０１は、倒立二輪車１の倒立制御を行わない（Ｓ３）。なお、レーザ光を受信中であると判定した場合（Ｓ１：Ｙｅｓ）については、実施の形態１と同様であるため、その説明を省略する。
【００７０】
以上に説明したように、本実施の形態２では、補助プランジャ２１が、ベースカバー１１に対して荷重がかけられて、プランジャ１４が圧縮変形することによってベースカバー１１が変位した位置で、ベースカバー１１を弾性支持する。そして、補助プランジャ２１は、ベースカバー１１に対して所定の許容荷重値以上の荷重がかけられた場合に、光発信器１６と光受信器１７との間にスリット・プランジャ１５のレーザ光を遮断する部分が位置してレーザ光の導通を遮断するようにプランジャ１４とともに圧縮変形する。
【００７１】
これによれば、レーザ光が導通しているか否かによって、ベースカバー１１に想定される荷重以上の荷重がかけられていることを検出することができる。
【００７２】
＜本発明の他の実施の形態＞
上述した実施の形態１及び２では、レーザ光が導通したか否かによって、搭乗者の搭乗及び想定以上の体重の搭乗者の搭乗を検出するようにしているが、レーザ光のような光信号以外の信号を利用するようにしてもよい。例えば、電気（電流）のような電気信号が導通したか否かによって判定するようにしてもよい。
【００７３】
この場合、スリット・プランジャ１５におけるスリット２０の部分は、電気を通電する導電体で構成されるようにすればよく、それ以外の部分は、電気を通電せず絶縁する絶縁体で構成されるようにすればよい。発信側光伝送路１８及び受信側光伝送路１９は、電気を通電する電気伝送経路とすればよい。電気伝送経路は、例えば、電気を通電する導線とすればよい。また、光発信器１６に変えて、電気を出力する送電部と、光受信器１７に変えて、送電部から出力された電気を受ける受電部とを備えるようにすればよい。そして、受電部は、送電部からの電気の受けている場合に、受信通知信号を継続的にマイコン１０１に出力する。
【００７４】
また、この場合には、送電部と受電部との間のレーザ光の伝送経路上（発信側光伝送路１８に代わる電気伝送経路と受信側光伝送路１９に代わる電気伝送経路の間）にスリット２０に代わる導電体が位置するときに、電気伝送経路のそれぞれが、導電体に接触し、送電部と受電部との間で電気が導通するように構成する。
【００７５】
このようにすることで、マイコン１０１は、ステップＳ１において、受電部が送電部からの電気を受電中か否かを判定して、電気を受電中でないと判定した場合（Ｓ１：Ｎｏ）、搭乗者が搭乗していない、又は、搭乗者の体重が許容体重を超過していると判定する（Ｓ６）ことができる。また、マイコン１０１は、電気を受電中であると判定した場合（Ｓ１：Ｙｅｓ）、（許容体重の）搭乗者が搭乗していると判定する（Ｓ４）。
【００７６】
また、上述した各種プランジャ１４、１５、２１の弾性体の戻り係数を、搭乗者がベースカバー１１から降車したときに、プランジャ１４、１５、２１がゆっくり戻るようにしてもよい。例えば、スリット２０がレーザ光の伝送経路上から外れるまでに、任意のコンマ数秒等の所定の時間がかかるような任意の戻り係数とする等してもよい。このようにすることで、倒立二輪車１の走行路面に凹凸があり、搭乗者の足が瞬間的にベースカバー１１から浮いてしまうような状況下においても、スリット２０がレーザ光の伝送経路上から外れないようにすることができる。これによれば、搭乗者が降車していないのに、搭乗者が降車したと判断して、倒立制御を停止してしまうことを防止することができる。また、マイコン１０１のプログラム又は制御装置１００の電子部品等によって、搭乗者の足が瞬間的にベースカバー１１から浮いてしまった状況を検出して降車していないと判断するためのアルゴリズムや仕組み等を設ける必要もなくなるため、コストを低減することができる。
【００７７】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【００７８】
上記実施の形態では、制御系を一重化構成とした場合について例示しているが、制御の安定性を向上するために、多重化された構成としてもよい。例えば、制御系を二重化構成とする場合には、上述した倒立二輪車１（モータ１０６、１０７）を駆動する構成要素１０１〜１０５、１０８〜１１０を、さらに、もう一組備えるようにして、いずれかの組に対応する制御系において故障が検出された場合に、その制御系を縮退して残りの制御系のみで倒立二輪車１（モータ１０６、１０７）を駆動するようにすればよい。
【符号の説明】
【００７９】
１    倒立二輪車
２    車輪
３    ステップ部
４    カバー
１１    ベースカバー
１２    ベース
１３    サイドフレーム
１４    プランジャ
１５    スリット・プランジャ
１６    光発信器
１７    光受信器
１８    発信側光伝送路
１９    受信側光伝送路
２０    スリット
２１    補助プランジャ
３０    ベース本体
１００    制御装置
１０１    マイコン
１０２    ＤＣＤＣ
１０３    バッテリ
１０４、１０５    インバータ
１０６、１０７    モータ
１０８、１０９    回転角センサ
１１０    姿勢角センサ
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成27年12月22日(2015.12.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搭乗者を搭乗させて移動する倒立移動体であって、
前記搭乗者が搭乗する搭乗部と、
前記搭乗部の下方において、信号を出力する出力部と、
前記搭乗部の下方において、前記出力部から出力された信号の入力を受ける入力部と、
前記搭乗部の下方において前記出力部と前記入力部との間に位置するように連結され、前記信号を導通可能な導通部と前記信号の導通を遮断する遮断部とを有する導通遮断部と、
前記搭乗部に対して荷重がかけられていない場合には、前記出力部と前記入力部との間に前記遮断部が位置して前記信号の導通を遮断するように前記搭乗部を弾性支持するとともに、前記搭乗部に対して荷重がかけられた場合には、前記出力部と前記入力部との間に前記導通部が位置して前記信号を導通するように圧縮変形する主支持部と、
前記出力部と前記入力部との間で前記信号が導通している場合に、前記倒立移動体の倒立移動制御を行う制御部と、
を備えた倒立移動体。
【請求項２】
前記倒立移動体は、さらに、前記搭乗部に対して荷重がかけられて、前記主支持部が圧縮変形することによって前記搭乗部が変位した位置で、前記搭乗部を弾性支持する補助支持部を備え、
前記補助支持部は、前記搭乗部に対して所定の許容荷重以上の荷重がかけられた場合に、前記出力部と前記入力部との間に前記遮断部が位置して前記信号の導通を遮断するように前記主支持部とともに圧縮変形する、
請求項１に記載の倒立移動体。
【請求項３】
前記信号は、光信号であり、
前記導通部は、前記光信号を通過する光通過孔、又は、前記光信号を透過する材料で形成された光透過部であり、
前記遮断部は、前記光信号を透過しない材料で構成された遮光部である、
請求項１又は２に記載の倒立移動体。
【請求項４】
前記信号は、電気信号であり、
前記導通部は、前記電気信号を通電する材料で構成された通電部であり、
前記遮断部は、前記電気信号を通電しない材料で構成された絶縁部である、
請求項１又は２に記載の倒立移動体。
【請求項５】
前記制御部は、前記出力部と前記入力部との間で前記信号の導通が遮断されている場合には、前記倒立移動体の倒立移動制御は抑止する、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の倒立移動体。
【国際調査報告】
2014033788.tif 000019
2014033788.tif 000020
2014033788.tif 000021