(57)【要約】【課題】支柱に荷重をかけた状態で支柱を左右に揺動させても、倒立振子型の車両の左右のバランスを崩れにくくすることを目的とする。【解決手段】基体５と、基体５に取り付けられ、並列に配設された一対の車輪２Ｒ，２Ｌと、一対の車輪２Ｒ，２Ｌを個別に車輪軸Ｏ回りに回転駆動する駆動機構３Ｒ，３Ｌと、駆動機構３Ｒ，３Ｌを制御する制御手段６と、を備える倒立振子型の車両１において、基体５には、一対の車輪２Ｒ，２Ｌが取り付けられた基台５２と、基台５２から立設された支柱５３と、支柱５３に取り付けられ、重量物の荷重を受ける荷重受け部５１と、が備えられ、支柱５３は、車輪軸Ｏに対して非平行となる方向に延在する軸部５３ａを介して基台５２に連結され、軸部５３ａ回りに揺動可能に設けられており、軸部５３ａには、軸部５３ａ回りに揺動した支柱５３に対して支柱５３の揺動方向と反対向きのトルクを付与するアクチュエータ４が設けられている。【選択図】図１
2011068217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
該基体に取り付けられ、並列に配設された一対の車輪と、
該一対の車輪を個別に車輪軸回りに回転駆動する駆動機構と、
該駆動機構を制御する制御手段と、
を備える倒立振子型の車両において、
前記基体には、前記一対の車輪が取り付けられた基台と、該基台から立設された支柱と、該支柱に取り付けられ、重量物の荷重を受ける荷重受け部と、が備えられ、
前記支柱は、前記車輪軸に対して非平行となる方向に延在する軸部を介して前記基台に連結され、前記軸部回りに揺動可能に設けられており、
前記軸部には、該軸部回りに揺動した前記支柱に対して該支柱の揺動方向と反対向きのトルクを付与するアクチュエータが設けられていることを特徴とする車両。
【請求項２】
請求項１に記載の車両において、
前記支柱の傾斜角を測定する傾斜センサが備えられ、
該傾斜センサから出力された傾斜角に応じて前記アクチュエータが制御されることを特徴とする車両。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の車両において、
前記荷重受け部に作用する荷重を測定する荷重センサが備えられ、
該荷重センサから出力された荷重量に応じて前記アクチュエータが制御されることを特徴とする車両。
【請求項４】
基体と、
該基体に取り付けられ、並列に配設された一対の車輪と、
該一対の車輪を個別に車輪軸回りに回転駆動する駆動機構と、
該駆動機構を制御する制御手段と、
を備える倒立振子型の車両において、
前記基体には、前記一対の車輪が取り付けられた基台と、該基台から立設された支柱と、該支柱に取り付けられ、重量物の荷重を受ける荷重受け部と、が備えられ、
前記支柱は、前記車輪軸に対して非平行となる方向に延在する軸線回りの上向きに凸の円弧軌道に沿って移動可能な連結部を介して前記基台に連結され、前記円弧軌道の軸線回りに揺動可能に設けられていることを特徴とする車両。
【請求項５】
請求項４に記載の車両において、
前記円弧軌道の軸線が、前記車輪が接地する路面の位置に設定されていることを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、倒立振子型の車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、搭乗者の体重移動による直感的操作によって操縦可能な倒立振子型の車両が数多く提案されている。この倒立振子型の車両として、従来、例えば下記特許文献１〜３に記載されているような、左右方向に並列に配設された一対の車輪と、これら一対の車輪を古部悦に回転駆動する駆動機構と、その駆動機構を制御する制御手段と、一対の車輪が取り付けられた基体と、を備えた車両が提供されている。上記した基体には、車輪及び駆動機構が組み付けられた基台と、その基台に立設された支柱と、が備えられている。前記した支柱には、搭乗者が把持するハンドルが設けられており、また、この支柱は、基台との接続部分を揺動中心点にして左右方向に揺動可能となっている。このような倒立振子型の車両では、前記した基体のステップに両足を載せると共にハンドルを把持した起立姿勢で搭乗する。そして、搭乗者が前後方向に体重移動することによって、上記した基体が前後方向に傾倒し、その傾斜方向及び傾斜角度に応じて車両の前後移動及び速度調整が行われる。また、走行時に搭乗者がハンドルを左右方向に移動させて支柱を左右方向に揺動させることにより、車両が旋回して方向転換が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７２７５６０７号明細書
【特許文献２】国際公開第２００８／１３２７７８号パンフレット
【特許文献３】国際公開第２００８／１３２７７９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した従来の倒立振子型の車両では、支柱と基台との接続部分を支柱の揺動中心点となっており、支柱の揺動中心点が車輪の接地面から離間しているので、走行時に支柱に荷重がかけられた状態で支柱を左右のどちらかに揺動させたとき、基台に支柱の揺動中心点回りのモーメントが生じる。その結果、左右の車輪にかかる荷重のバランスが崩れて片方の車輪が空転するおそれがある。詳しく説明すると、図６に示すように、支柱５３に荷重ｍｇが作用した状態で支柱５３が左右どちらかにθ（角度）だけ傾くと、支柱５３と基台５２との接続部分にはｍｇsinθ（≒ｍｇθ）の横向きの力が作用する。このとき、支柱５３と基台５２との接続部分（揺動中心点）の路面Ｓからの高さがｈであるため、基体５にはｈｍｇθのモーメントが作用し、このモーメント（ｈｍｇθ）の分だけ一方の車輪２Ｌの反力が増える。これにより、基体５が傾き、他方の車輪２Ｒが空転する場合がある。例えば、支柱にサドルが設けられ、このサドルに搭乗者が着座した姿勢で運転するタイプの倒立振子型車両の場合、支柱には、搭乗者の荷重が常時作用している。このため、走行時に搭乗者が左右方向の一方側に体重移動させて旋回する際、その一方側の車輪にかかる荷重が他方側の車輪にかかる荷重よりも小さくなり、一方側の車輪が空転するおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、支柱に荷重をかけた状態で支柱を左右に揺動させても、左右のバランスが崩れにくく、片方の車輪が空転することを防止することができる倒立振子型の車両を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る車両は、基体と、該基体に取り付けられ、並列に配設された一対の車輪と、該一対の車輪を個別に車輪軸回りに回転駆動する駆動機構と、該駆動機構を制御する制御手段と、を備える倒立振子型の車両において、前記基体には、前記一対の車輪が取り付けられた基台と、該基台から立設された支柱と、該支柱に取り付けられ、重量物の荷重を受ける荷重受け部と、が備えられ、前記支柱は、前記車輪軸に対して非平行となる方向に延在する軸部を介して前記基台に連結され、前記軸部回りに揺動可能に設けられており、前記軸部には、該軸部回りに揺動した前記支柱に対して該支柱の揺動方向と反対向きのトルクを付与するアクチュエータが設けられていることを特徴としている。
【０００７】
このような特徴により、走行時に支柱に荷重がかけられた状態で支柱を左右のどちらかに揺動させたとき、アクチュエータによって支柱の揺動方向と反対向きのトルクが支柱に付与される。これにより、支柱の揺動によって生じる軸部（揺動中心点）回りのモーメントが上記したアクチュエータのトルクによって低減、或いは打ち消される。つまり、上記したように、図６に示すモーメント（ｈｍｇθ）の分だけ一方の車輪の反力が増えるため、バネ係数がｈｍｇとなるバネやモータ等のアクチュエータによって、上記モーメント（ｈｍｇθ）に対応する力をかけることで、一方の車輪への反力の増加が抑えられる。
【０００８】
また、前記した本発明に係る車両において、前記支柱の傾斜角を測定する傾斜センサが備えられ、該傾斜センサから出力された傾斜角に応じて前記アクチュエータが制御されることが好ましい。
これにより、支柱の傾斜角（揺動量）に対応した適当なトルクがアクチュエータによって支柱に付与されるので、支柱の揺動によって生じる軸部（揺動中心点）回りのモーメントが確実に低減或いは打ち消される。
【０００９】
また、前記した本発明に係る車両において、前記荷重受け部に作用する荷重を測定する荷重センサが備えられ、該荷重センサから出力された荷重量に応じて前記アクチュエータが制御されることが好ましい。
これにより、支柱に作用する荷重に対応した適当なトルクがアクチュエータによって支柱に付与されるので、支柱の揺動によって生じる軸部（揺動中心点）回りのモーメントが確実に低減或いは打ち消される。
【００１０】
また、本発明に係る車両は、基体と、該基体に取り付けられ、並列に配設された一対の車輪と、該一対の車輪を個別に車輪軸回りに回転駆動する駆動機構と、該駆動機構を制御する制御手段と、を備える倒立振子型の車両において、前記基体には、前記一対の車輪が取り付けられた基台と、該基台から立設された支柱と、該支柱に取り付けられ、重量物の荷重を受ける荷重受け部と、が備えられ、前記支柱は、前記車輪軸に対して非平行となる方向に延在する軸線回りの上向きに凸の円弧軌道に沿って移動可能な連結部を介して前記基台に連結され、前記円弧軌道の軸線回りに揺動可能に設けられていることを特徴としているものであってもよい。
【００１１】
このような特徴により、支柱の揺動中心点が、連結部の円弧軌道の中心点の位置になり、連結部よりも下方の位置になる。これにより、支柱の揺動時に基台に作用するモーメントが小さく抑えられる。なお、上記した「円弧軌道」には、真円の円弧状に形成された軌道だけでなく、楕円の円弧状に形成された軌道も含むものとする。
【００１２】
また、前記した本発明に係る車両において、前記円弧軌道の軸線が、前記車輪が接地する路面の位置に設定されていることが好ましい。
これにより、支柱の揺動中心点が路面に設定されるので、支柱の揺動時に基台にモーメントが作用しなくなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る車両によれば、支柱に荷重をかけた状態で支柱を左右に揺動させても、左右のバランスが崩れにくく、片方の車輪が空転することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る第１実施形態を説明するための倒立振子型の車両の正面図である。
【図２】本発明に係る第１実施形態を説明するための倒立振子型の車両の側面図である。
【図３】本発明に係る第１実施形態を説明するための倒立振子型の車両の下部を拡大した正面図である。
【図４】本発明に係る第２実施形態を説明するための倒立振子型の車両の正面図である。
【図５】本発明に係る第２実施形態を説明するための倒立振子型の車両の側面図である。
【図６】従来の倒立振子型の車両を力学的に説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る車両の実施の形態について、図面に基いて説明する。
【００１６】
［第１実施形態］
まず、第１実施形態における倒立振子型の車両の構成について説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態における車両１は、路面Ｓ上を全方向（前後方向及び左右方向を含む２次元的な全方向）に移動可能な全方向移動車両であって、当該車両１に乗車した搭乗者が任意の方向および大きさの体重移動を行うことによって、その体重移動の程度に比例した速度で体重移動の方向に向かって走行する倒立振子型の電動車両である。この車両１の概略構成としては、基体５と、その基体５に取り付けられて並列に配設された一対の車輪２Ｒ，２Ｌと、これら一対の車輪２Ｒ，２Ｌを駆動させる動力を該車輪２Ｒ，２Ｌにそれぞれ付与して一対の車輪２Ｒ，２Ｌを個別に車輪軸Ｏ回りに回転駆動する駆動機構３Ｒ，３Ｌと、後述する基台５２と支柱５３とを連結する軸部５３ａにトルクを付与するアクチュエータ４と、上記した駆動機構３及びアクチュエータ４を制御する制御手段６と、を備えている。
【００１７】
ここで、本実施形態の説明では、「左右方向」及び「前後方向」は、それぞれ、基体５に標準的な姿勢で搭乗した搭乗者の上体の左右方向及び前後方向に一致もしくは略一致する方向を意味する。なお、「標準的な姿勢」は、基体５に関して設計的に想定されている姿勢であり、搭乗者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。すなわち、図１における横方向（Ｙ軸）が車両１の「左右方向」であり、図１における左側が車両１の「右側」であり、図１における右側が車両１の「左側」である。また、図２における横方向（Ｘ軸）が車両１の「前後方向」であり、図２における左側が車両１の「前側」であり、図２における右側が車両１の「後側」である。また、図１、図２における縦方向（Ｚ軸）が車両１の「鉛直方向」であり、図１、図２における上側が車両１の「上方」であり、図１、図２における下側が車両１の「下方」である。さらに、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。また、「路面Ｓ」は、車両１が走行する走行路の表面であり、屋外の路面だけでなく、例えば建物の床面などのような屋内の路面も含む。
【００１８】
基体５は、上記した一対の車輪２Ｒ，２Ｌ及び駆動機構３Ｒ，３Ｌが組み付けられた基台５２と、基台５２から上方に向けて立設された支柱５３と、支柱５３に取り付けられたサドル５１（本発明の荷重受け部に相当する。）と、を備える。基台５２は、一対の車輪２Ｒ，２Ｌ、駆動機構３Ｒ，３Ｌ及びアクチュエータ４を支持する支持部であると共に車輪２Ｒ，２Ｌ、駆動機構３Ｒ，３Ｌ及びアクチュエータ４を覆う外装体（カバー）であり、縦断面視略逆Ｕ字状に形成されている。詳しく説明すると、基台５２には、車輪２Ｒ，２Ｌを上方から覆う前方天板部５４と、前方天板部５４Ａの後方に配設された後方天板部５４Ｂと、前方天板部５４Ａ及び後方天板部５４Ｂの左右両側の端部からそれぞれ垂下されて車輪２Ｒ，２Ｌを左右両側から覆う一対の側板部５５Ｒ，５５Ｌと、が備えられている。前記した後方天板部５４Ｂは、前方天板部５４Ａの後方斜め上方の位置に配置されており、前方天板部５４Ａよりも高い位置に配設されている。また、側板部５５Ｒ，５５Ｌのそれぞれの外面部には、搭乗者の足を載せるステップ７Ｒ，７Ｌが各々、右向き、左向きに張り出すように突設されている。
【００１９】
支柱５３は、前方天板部５４Ａから立設された角筒部材であり、上方に向かって後方側に傾斜されている。上記した支柱５３の下端には、車輪軸Ｏに対して非平行となる方向、具体的には前後方向（車輪軸Ｏに直交する方向）に延在する丸棒状の軸部５３ａが配設されており、支柱５３は、その軸部５３ａを介して基台５２に連結され、軸部５３ａ回りに揺動可能に設けられている。詳しく説明すると、支柱５３の下端面には、前後方向に延設された断面視略半円形状の軸保持部５３ｂが固定されており、この軸保持部５３ｂに軸部５３ａが保持されている。また、基台５２の前方天板部５４Ａの上面には、軸部５３ａを回転自在に支持する軸受け部５２ａが立設されている。この軸受け部５２ａは、前後方向に間隔をあけて平行に配設されており、これら一対の軸受け部５２ａ，５２ａの間に軸保持部５３ｂが配設されている。
【００２０】
また、上記した軸部５３ａには、軸部５３ａ回りに揺動した支柱５３に対して支柱５３の揺動方向と反対向きのトルクを付与するアクチュエータ４が設けられている。詳しく説明すると、アクチュエータ４は、出力軸４０を軸回転させる電動モータであり、軸部５３ａの後方に配置され、基台５２の後方天板部５４Ｂの下面に固定されている。上記した出力軸４０は軸部５３ａの後方側の端部に連結されており、この出力軸４０を介して軸部５３ａにトルクが伝達される。
【００２１】
また、上記した支柱５３の上部には、前方側に張り出したサドルブラケット５６が固定され、このサドルブラケット５６上にサドル５１が装着されている。サドル５１は、搭乗者が着座する着座部であって、搭乗者（重量物）の荷重を受ける荷重受け部である。すなわち、本実施形態における車両１は、搭乗者がサドル５１に着座した姿勢で路面Ｓ上を移動するものである。
また、上記した支柱５３の上部には、該支柱５３から前方側に張り出してサドル５１の左右両側にそれぞれ配設されたグリップバー５７Ｒ，５７Ｌが固定され、これら両側のグリップバー５７Ｒ，５７Ｌの先端にグリップ５８Ｒ，５８Ｌがそれぞれ設けられている。
【００２２】
一方、一対の車輪２Ｒ，２Ｌは、上記した基台５２の内側（一対の側板部５５Ｒ，５５Ｌの間）にそれぞれ配置されており、互いに左右に対向配置されていると共に各々の車輪軸Ｏが同一線上に延在されている。詳しく説明すると、図３に示すように、車輪２Ｒ，２Ｌには、路面Ｓに対して略垂直に配設された回転体２０Ｒ，２０Ｌと、その回転体２０Ｒ，２０Ｌの外周部に全周に亘って等間隔に配設された複数のフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌと、が備えられている。
【００２３】
回転体２０Ｒ，２０Ｌは、車輪軸Ｏ回りに環状に連設された複数の平面部２０ａが外周面に形成された正多角形状の車輪本体であり、上記した側板部５５Ｒ，５５Ｌの内面と平行に配置されている。この回転体２０Ｒ，２０Ｌの中心部分には、車輪軸Ｏを中心軸線とする軸部材２２Ｒ，２２Ｌが設けられており、回転体２０Ｒ，２０Ｌは、上記した軸部材２２Ｒ，２２Ｌを介して側板部５５Ｒ，５５Ｌに回転可能に支持されて車輪軸Ｏ回りに回転可能になっている。なお、上記した複数の平面部２０ａは、回転体２０Ｒ，２０Ｌの径方向（車輪軸Ｏに直交する方向）に垂直にそれぞれ形成されている。
【００２４】
フリーローラ２１Ｒ，２１Ｌは、回転軸ＰＲ，ＰＬ回りに回転自在な円柱体であり、回転体２０Ｒ，２０Ｌの各平面部２０ａにそれぞれ１つずつ配設されている。このフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌは、回転体２０Ｒ，２０Ｌの回転に伴い回転体２０Ｒ，２０Ｌの下端まで移動したところで路面Ｓに接地される接地部材であり、回転体２０Ｒ，２０Ｌの下端位置におけるフリーローラ２１Ｒ´，２１Ｌ´を介して車両１が路面Ｓ上に支持される。
【００２５】
また、フリーローラ２１Ｒ，２１Ｌは、図２に示すように回転体２０Ｒ，２０Ｌの径方向に沿って突設されていると共に、図３に示すように回転体２０Ｒ，２０Ｌの軸方向に対して斜めに配設されており、フリーローラ２１Ｒ，２１Ｌの回転軸ＰＲ，ＰＬは、平面部２０ａに対して平行に延在すると共に車輪軸Ｏに対して傾斜されている。詳しく説明すると、両側のフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌは、路面Ｓに接地する接地部分（回転体２０Ｒ，２０Ｌの下端位置）に配置されたとき、各々の回転軸ＰＲ，ＰＬが路面Ｓと平行にそれぞれ延在すると共に当該回転軸ＰＲ，ＰＬの間隔が後方側に向かうに従い漸次縮幅する平面視ハ字状の向きに配置されている。つまり、フリーローラ２１Ｒ，２１Ｌは、その回転軸ＰＲ，ＰＬの角度方向が、接地部分において、車輪軸Ｏに対して前方側と車輪軸Ｏの間に入るように取り付けられており、複数のフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌのうち、路面Ｓに接地する接地部分におけるフリーローラ２１Ｒ´，２１Ｌ´の回転軸ＰＲ，ＰＬは、平面視において、左右方向の外側から内側に向かって後方側に傾斜されている。言い換えると、例えば車輪２Ｒ，２Ｌ（回転体２０Ｒ，２０Ｌ）が前進方向に回転した場合に、路面Ｓに接地する両側のフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌに作用する横力が外側を向くように、つまり、右側のフリーローラ２１Ｒの横力が右方向に、左側のフリーローラ２１Ｌが左方向に向くように、複数のフリーローラ２１Ｒ，２１がそれぞれ取り付けられている。
【００２６】
駆動機構３Ｒ，３Ｌは、動力源３０Ｒ，３０Ｌと、その動力源３０Ｒ，３０Ｌによって出力された動力を上記した車輪２Ｒ，２Ｌに伝達する動力伝達手段３１Ｒ，３１Ｌと、を備えている。
動力源３０Ｒ，３０Ｌは、トルクを出力する電動モータであり、上記した基台５２の内側に配設されている。詳しく説明すると、動力源３０Ｒ，３０Ｌは、上記した車輪２Ｒ，２Ｌの上方に配置されており、基台５２の前方天板部５４Ａの下面に固定されている。
【００２７】
動力伝達手段３１Ｒ，３１Ｌは、上記した動力源３０Ｒ，３０Ｌの出力軸３２Ｒ，３２Ｌと上記した車輪２Ｒ，２Ｌの軸部材２２Ｒ，２２Ｌとを接続して出力軸３２Ｒ，３２Ｌのトルクを軸部材２２Ｒ，２２Ｌに伝達する機構であり、減速機としての機能を備えている。具体的に説明すると、動力伝達手段３１Ｒ，３１Ｌは、出力軸３２Ｒ，３２Ｌに装着された小径の駆動プーリ３３Ｒ，３３Ｌと、車輪２Ｒ，２Ｌの軸部材２２Ｒ，２２Ｌに装着された大径の従動プーリ３４Ｒ，３４Ｌと、これら駆動プーリ３３Ｒ，３３Ｌ及び従動プーリ３４Ｒ，３４Ｌに巻回されたベルト３５Ｒ，３５Ｌと、を備えている。上記した従動プーリ３４Ｒ，３４Ｌは、基台５２の側板部５５Ｒ，５５Ｌと車輪２Ｒ，２Ｌの回転体２０Ｒ，２０Ｌとの間に配置されており、この従動プーリ３４Ｒ，３４Ｌの上方に駆動プーリ３３Ｒ，３３Ｌが配設されている。なお、上記した従動プーリ３４Ｒ，３４Ｌと回転体２０Ｒ，２０Ｌと軸部材２２Ｒ，２２Ｌのうちの少なくとも何れか２つを一体に形成することも可能である。
【００２８】
図１、図２に示すように、制御手段６は、基体５の姿勢に応じて上記した駆動機構３Ｒ，３Ｌを制御して車両１を任意の方向及び速度で走行させると共に、支柱５３の左右方向の傾斜角に応じて上記したアクチュエータ４を制御して軸部５３ａに所定のトルクを付与するものである。具体的に説明すると、制御手段６には、マイクロコンピュータや動力源３０Ｒ，３０Ｌ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６０と、支柱５３の鉛直方向（重力方向）に対する傾斜角及びその変化速度を計測するための傾斜センサ６１と、車両１に搭乗者が搭乗しているか否かを検知するための荷重センサ６２と、動力源３０Ｒ，３０Ｌのそれぞれの出力軸３２Ｒ，３２Ｌ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６３Ｒ，６３Ｌと、アクチュエータ４の出力軸４０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６４と、が備えられている。
【００２９】
制御ユニット６０及び傾斜センサ６１は、例えば、基体５の支柱５３の内部に収容された状態で該支柱５３に取り付けられている。また、荷重センサ６２は、サドル５１に内蔵されている。また、動力源３０Ｒ，３０Ｌのロータリーエンコーダ６３Ｒ，６３Ｌは、それぞれ、動力源３０Ｒ，３０Ｌと一体に設けられている。また、アクチュエータ４のロータリーエンコーダ６４は、アクチュエータ４に一体に設けられている。なお、動力源３０Ｒ，３０Ｌのロータリーエンコーダ６３Ｒ，６３Ｌは、それぞれ、回転体２０Ｒ，２０Ｌに装着してもよく、また、アクチュエータ４のロータリーエンコーダ６４は、支柱５３の軸部５３ａに装着してもよい。
【００３０】
傾斜センサ６１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６０に出力する。そして、制御ユニット６０が、傾斜センサ６１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（公知の演算処理）を実行することによって、傾斜センサ６１を搭載した部位（支柱５３）の「鉛直方向に対する傾斜角度の計測値」とその変化速度（微分値）である「傾斜角速度の計測値」とを算出する。なお、ロータリーエンコーダから傾斜角度を算出することも可能である。
【００３１】
荷重センサ６２は、搭乗者がサドル５１に着座した場合に該搭乗者の重量による荷重を受けるようにサドル５１に内蔵され、その荷重に応じた検出信号を制御ユニット６０に出力する。そして、制御ユニット６０が、この荷重センサ６２の出力により示される荷重の計測値に基づいて、車両１に搭乗者が搭乗しているか否かを判断すると共に、支柱５３に作用する荷重量を計測する。
【００３２】
動力源３０Ｒ，３０Ｌのロータリーエンコーダ６３Ｒ，６３Ｌ及びアクチュエータ４のロータリーエンコーダ６４は、各々対応する動力源３０Ｒ，３０Ｌやアクチュエータ４の出力軸３２Ｒ，３２Ｌ，４０が所定角度回転する毎にパルス信号をそれぞれ発生し、このパルス信号を制御ユニット６０にそれぞれ出力する。そして、制御ユニット６０が、そのパルス信号を基に、各々対応する動力源３０Ｒ，３０Ｌやアクチュエータ４の出力軸３２Ｒ，３２Ｌ，４０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）を動力源３０Ｒ，３０Ｌやアクチュエータ４の回転角速度として計測する。
【００３３】
制御ユニット６０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、動力源３０Ｒ，３０Ｌの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、動力源３０Ｒ，３０Ｌ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、動力源３０Ｒ，３０Ｌの出力軸３２Ｒ，３２Ｌの回転角速度と、その動力源３０Ｒ，３０Ｌに対応する回転体２０Ｒ，２０Ｌの回転角速度との間の関係は、該出力軸３２Ｒ，３２Ｌと回転体２０Ｒ，２０Ｌ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、動力源３０Ｒ，３０Ｌの回転角速度は、回転体２０Ｒ，２０Ｌの回転角速度を意味するものとする。
【００３４】
また、制御ユニット６０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、アクチュエータ４の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、アクチュエータ４のそれぞれの回転角速度をフィードバック制御する。詳しく説明すると、制御ユニット６０は、傾斜センサ６１から出力された「鉛直方向に対する傾斜角度」と、荷重センサ６２から出力された「支柱５３に作用する荷重量」と、アクチュエータ４のロータリーエンコーダ６４から出力された軸部５３ａ（アクチュエータ４）の「回転角度」と、軸部５３ａ（の中心軸線）の路面Ｓからの高さと、によって、基台５２に作用する軸部５３ａ回りのモーメントを打ち消したり低減させたりするようなトルクの目標値を決定し、その速度指令に従って、アクチュエータ４の回転角速度をフィードバック制御する。
【００３５】
次に、上記した構成の車両１の作用について説明する。
【００３６】
まず、車両１は、荷重センサ６２によって車両１に搭乗者が搭乗しているか否かを検知して制御ユニット６０に送信する。ここで、車両１に搭乗者が搭乗していない状態のときには、制御ユニット６０は、自立モードとなって車両１が自立して静止するように動力源３０Ｒ，３０Ｌを制御する。すなわち、仮に車両１が傾動すると、傾斜センサ６１によってその傾斜方向と傾斜角度が検出され、その検出結果を受信した制御ユニット６０が、車両１が自立姿勢になるように動力源３０Ｒ，３０Ｌを制御して車輪２Ｒ，２Ｌを適当に回転駆動させる。すなわち、車両１の単体の重心点が、一対の車輪２Ｒ，２Ｌの中心点（車輪軸Ｏ上の中心点）のほぼ真上に位置する状態、より正確には、当該重心点が路面Ｓに接地する両側のフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌの接地点の中心位置のほぼ真上に位置する状態での基体５の姿勢を目標姿勢とし、該基体５の実際の姿勢を目標姿勢に収束させ、ひいては、基体５が傾倒することなく車両１が自立するように、車輪２Ｒ，２Ｌの回転動作が制御される。これにより、車両１が自立姿勢で静止する。
【００３７】
一方、搭乗者がサドル５１に着座して車両１に搭乗すると、荷重センサ６２によって搭乗者が搭乗したことが検知される。そして、その検知結果を受信した制御ユニット６０は、走行モードとなり、基体５の傾動に応じて動力源３０Ｒ，３０Ｌを制御して走行する。すなわち、基本的には、サドル５１に着座した搭乗者がその上体を傾けた場合、詳しくは、搭乗者と車両１とを合わせた全体の重心点の位置（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、該上体を傾けた側に基体５が傾動する。そして、この時、基体５が傾いた側に車両１が移動するように、制御手段６によって動力源３０Ｒ，３０Ｌを制御して車輪２Ｒ，２Ｌの回転動作が制御される。
【００３８】
詳しく説明すると、本実施形態の車両１は、その全体の接地面としての車輪２Ｒ，２Ｌ（フリーローラ２１Ｒ，２１Ｌ）の接地面が、車両１とこれに搭乗する搭乗者との全体を床面に投影した領域に比して面積が小さい局所領域となり、その局所領域だけに床反力が作用する。このため、基体５が傾倒しないようにするためには、搭乗者及び車両１の全体の重心点が、一対の車輪２Ｒ，２Ｌ（フリーローラ２１Ｒ，２１Ｌ）の接地面の中央位置のほぼ真上に位置するように、車輪２Ｒ，２Ｌを動かす必要がある。
そこで、本実施形態では、搭乗者及び車両１の全体の重心点が、一対の車輪２Ｒ，２Ｌの接地面の中心位置のほぼ真上に位置する状態での基体５の姿勢を目標姿勢とし、基本的には、基体５の実際の姿勢を目標姿勢に収束させるように、車輪２Ｒ，２Ｌの回転動作が制御される。
【００３９】
例えば、使用者が上体を前方又は後方に傾倒させて基体５を前後方向に傾倒させると、傾斜センサ６１によって基体５の傾斜方向と傾斜角度が検出され、その検出結果に基づいて制御ユニット６０が、一対の回転体２０Ｒ，２０Ｌをそれぞれ同方向に等速度で回転駆動させるように動力源３０Ｒ，３０Ｌを制御する。一対の回転体２０Ｒ，２０Ｌがそれぞれ同方向に等速度で回転駆動すると、回転体２０Ｒ，２０Ｌの回転動作に伴い、両側の回転体２０Ｒ，２０Ｌのフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌが同じ方向から順次路面Ｓに接地される。このとき、路面Ｓに接地する接地部分における両側のフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌには、路面Ｓとの間に、回転体２０Ｒ，２０Ｌの回転方向と反対向きの横力（摩擦力）が作用するが、回転軸ＰＲ，ＰＬに直交する方向のベクトルは、フリーローラ２１Ｒ，２１Ｌが回転軸ＰＲ，ＰＬ回りに回転することで打ち消される。したがって、接地部分におけるフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌには、回転軸ＰＲ，ＰＬに沿った方向のベクトルのみが作用する。このとき、接地部分における両側のフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌが、各々の回転軸ＰＲ，ＰＬの間隔が後方側に向かうに従い漸次縮幅する向きに配置されているので、接地部分における両側のフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌにそれぞれ作用する両側のベクトルは、それぞれ斜め前方側又は斜め後方側に向いて、前後方向に延在する中心線を対称軸にして線対称になる。これにより、上記した両側のベクトルは、左右方向の成分が打ち消されると共に前後方向の成分が合成され、車両１の全体が前方または後方に移動することとなる。
【００４０】
一方、搭乗者が上体を左側又は右側に傾倒させると、その方向に向かって支柱５３が軸部５３ａ回りに揺動する。このとき、傾斜センサ６１によって基体５の傾斜方向と傾斜角度が検出され、その検出結果に基づいて制御ユニット６０が、一対の回転体２０Ｒ，２０Ｌを互いに逆方向に等速度で回転駆動させるように動力源３０Ｒ，３０Ｌを制御する。一対の回転体２０Ｒ，２０Ｌが互いに逆方向に等速度で回転駆動すると、回転体２０Ｒ，２０Ｌの回転動作に伴い、両側の回転体２０Ｒ，２０Ｌのフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌが互いに反対の方向から順次路面Ｓに接地される。このとき、接地部分におけるフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌには、回転軸ＰＲ，ＰＬに沿った方向のベクトルのみが作用するが、接地部分における両側のフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌにそれぞれ作用する両側のベクトルは、一方が斜め前方側に向いて他方が斜め後方側に向く。これにより、上記した両側のベクトルは、前後方向の成分が打ち消されると共に左右方向の成分が合成され、車両１の全体が左方向または右方向に移動することとなる。
【００４１】
また、このとき、傾斜センサ６１によって検出された支柱５３の傾斜方向及び傾斜角度と、荷重センサ６２によって検出された支柱５３に作用する荷重量と、に基づいて、制御ユニット６０が、支柱５３の揺動方向と反対向きのトルクが軸部５３ａに付与されるようにアクチュエータ４を制御する。これにより、支柱５３の揺動によって基台５２に作用する軸部５３ａ回りのモーメントが上記したアクチュエータ４のトルクによって低減、或いは打ち消される。
【００４２】
また、搭乗者が上体を左右方向や前後方向に対して斜めに傾倒させて基体５を斜め方向に傾倒させると、傾斜センサ６１によって基体５の傾斜方向と傾斜角度が検出され、その検出結果に基づいて制御ユニット６０が、一対の回転体２０Ｒ，２０Ｌをそれぞれ同方向に異なる速度で回転駆動させたり、一対の回転体２０Ｒ，２０Ｌを互いに逆方向に異なる速度で回転駆動させたり、一対の回転体２０Ｒ，２０Ｌのうちの一方のみを回転駆動させて他方を停止させたりするように動力源３０Ｒ，３０Ｌを制御する。これにより、両側のフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌに作用するベクトルの合成によって、車両１の全体が前後方向や左右方向に対する斜め方向に移動することとなる。
【００４３】
このように、上記した車両１によれば、支柱５３に荷重をかけた状態で支柱５３を左右に揺動させたとき、基台５２に作用する軸部５３ａ回りのモーメントが低減或いは打ち消されるので、車両１を左右方向に移動させる際に、左右のバランスが崩れにくく、片方の車輪２Ｒ（２Ｌ）が空転することを防止することができる。これにより、走行時の操縦安定性を向上させることができると共に、優れた乗り心地を体感することができる。
【００４４】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態における倒立振子型の車両の構成について説明する。
なお、本実施形態における車両１０１は、上述した第１実施形態における車両１のアクチュエータ４が備えられてなく、また、支柱５３と基台５２との接続部分の構成が上述した第１実施形態における車両１のものと相違しているが、その他の構成は、上述した第１実施形態における車両１の構成と同様である。したがって、本実施形態では、上述した第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４５】
図４及び図５に示すように、本実施形態における車両１０１の支柱５３は、車輪軸Ｏに直交する方向に延在する軸線Ｒ回りの上向きに凸の円弧軌道に沿って移動可能な連結部１５３を介して基台５２に連結されており、前記円弧軌道の軸線Ｒ回りに揺動自在に設けられている。
【００４６】
詳しく説明すると、基台５２の天板部５４の上面には、支持台１５２ａを介してレール１５２ｂが固定されている。支持台１５２ａは、基台５２の天板部５４上に立設された略扇状の板部であり、車輪軸Ｏを含む仮想平面に沿って左右方向に延設されている。この支持台１５２ａの上端には、レール１５２ｂが一体的に固定されている。レール１５２ｂは、左右方向を長手にして配設された円弧状の条材であり、上記した軸線Ｒ回りに延設されていると共に左右対称に形成されている。
【００４７】
一方、支柱５３の下端には、上記したレール１５２ｂに沿って摺動自在な連結部１５３が固定されている。この連結部１５３は、レール１５２ｂに装着されてそのレール１５２ｂ上を走行するランナーであり、その概略構成としては、レール１５２ｂを挟んで前後に対向配置された一対の基板１５３ａ，１５３ａと、それらの基板１５３ａ，１５３ａにそれぞれ軸支されてレール１５２ｂの長手方向に転動する複数のローラ１５３ｂと、を備えている。一対の基板１５３ａ，１５３ａは、それぞれ支柱５３の下端面に固定されており、複数のローラ１５３ｂは、レール１５２ｂの長手方向に沿って並設されていると共に、レール１５２ｂを挟んで上下にそれぞれ配設されている。連結部１５３は、上記した複数のローラ１５３ｂでレール１５２ｂを上下に挟持すると共に一対の基板１５３ａ，１５３ａでレール１５２ｂを前後から挟み込むことでレール１５２ｂに装着されており、レール１５２ｂに沿って円弧軌道に沿って移動自在となっている。なお、前記した円弧軌道の軸線Ｒ、つまり、連結部１５３の円弧移動の中心点は、凹凸がなく左右方向に傾斜していない水平な路面Ｓの位置に設置されており、平面視において両側の車輪２Ｒ，２Ｌの中間位置に配置されている。
【００４８】
上記した構成の車両１０１によれば、車両１０１を左右方向に走行させるために支柱５３を左右方向に揺動させたとき、その支柱５３は、上記した円弧軌道の中心点（軸線Ｒ）回りに揺動する。つまり、支柱５３の揺動中心点が路面Ｓの位置に設定されている。これにより、支柱５３の揺動時に基台５２に上記した揺動中心点回りのモーメントが作用しなくなる。その結果、支柱５３に荷重をかけた状態で支柱５３を左右に揺動させても、左右のバランスが崩れにくく、片方の車輪２Ｒ（２Ｌ）が空転することを防止することができ、アクチュエータ等を用いることなく、走行時の操縦安定性を向上させることができると共に、優れた乗り心地を体感することができる。
【００４９】
以上、本発明に係る全方向移動車両の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記した実施の形態では、基体５にサドル５１が設けられ、搭乗者がサドル５１に着座した姿勢で運転する車両１について説明しているが、本発明は、上記した着座スタイルの車両１に限定されるものではない。例えば、基体５に、搭乗者の両足を載せるステップと、そのステップ上に起立した搭乗者が把持するハンドルと、がそれぞれ設けられ、搭乗者が起立した姿勢で運転する車両であってもよい。
【００５０】
また、上記した実施の形態では、駆動プーリ３３Ｒ，３３Ｌと従動プーリ３４Ｒ，３４Ｌとベルト３５Ｒ，３５Ｌとからなるプーリ・ベルト式の動力伝達手段３１Ｒ，３１Ｌが備えられているが、本発明は、他の動力伝達手段を備える駆動機構であってもよい。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、動力源３０Ｒ，３０Ｌの出力軸３２Ｒ，３２Ｌが車輪２Ｒ，２Ｌの軸部材２２Ｒ，２２Ｌと同軸心になるように、動力源３０Ｒ，３０Ｌと車輪２Ｒ，２Ｌとを左右方向に並べて配置し、動力源３０Ｒ，３０Ｌの出力軸３２Ｒ，３２Ｌを回転体２０Ｒ，２０Ｌ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。
【００５１】
また、上記した実施の形態では、回転体２０Ｒ，２０Ｌの外周面に複数のフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌが取り付けられた構成からなる車輪２Ｒ，２Ｌが備えられ、車両１が全方向に移動可能な全方向移動車両となっているが、本発明は、車輪の構造は適宜変更可能である。例えばホイールの外周にゴムタイヤを装着した一般的な車輪であってもよく、この場合、車両は、前進、後退及び旋回が可能（左右方向への移動が不可）の車両となる。
【００５２】
また、上記した実施の形態では、車輪２Ｒ，２Ｌ（回転体２０Ｒ，２０Ｌ）が路面Ｓに対して略垂直に配設されており、前後方向の矢視において平行線状に配設されているが、本発明は、車輪２Ｒ，２Ｌが路面Ｓに対して斜めに配設されていてもよい。例えば、両側の車輪２Ｒ，２Ｌが、前後方向の矢視においてハ字状に配設されていてもよい。すなわち、両側の車輪２Ｒ，２Ｌの上端がそれぞれ左右方向内側に傾倒しており、両側の車輪２Ｒ，２Ｌの間隔が上側に向かって漸次縮幅された姿勢であってもよい。この場合、一対の車輪２Ｒ，２Ｌの各車輪軸Ｏは、各々の回転体２０Ｒ，２０Ｌに対して垂直に延在するため、同一線上に延在せず、前後方向の矢視において逆ハ字状になる。
【００５３】
また、上記した第１実施形態では、アクチュエータ４として、出力軸４０を回転駆動させる電動モータが搭載されているが、本発明は、電動モータ以外のアクチュエータで支柱５３にトルクを付与することも可能であり、例えば油圧モータや、ラック・ピニオンを組み合わせた油圧・空圧シリンダ等を用いることも可能である。また、所定のバネ係数（例えばｈｍｇ）のバネ部材をアクチュエータとして用いることも可能である。
【００５４】
また、上記した第１実施形態では、駆動機構３Ｒ，３Ｌとアクチュエータ４とが共通の制御系（制御手段６）で制御されているが、本発明は、駆動機構３Ｒ，３Ｌとアクチュエータ４とが異なる制御系で制御する構成であってもよい。
また、上記した第１実施形態では、路面Ｓからの軸部５３ａの高さや支柱５３の傾斜度等に基いて、軸部５３ａに付与するトルクの回転角度を決定し、アクチュエータ４を制御しているが、本発明は、軸部５３ａに付与するトルクの方向（正回転、逆回転）だけを決定し、アクチュエータ４を制御してもよい。すなわち、アクチュエータ４によって軸部５３ａに付与するトルクが、基台５２に作用する軸部５３ａ回りのモーメントと完全に一致していなくても、少なくとも前記モーメントと反対方向のトルクを付与することで、基台５２に作用するモーメントを低減させることができる。
【００５５】
また、上記した第２実施形態では、ランナー状の連結部１５３が円弧状のレール１５２ｂに沿って摺動することで連結部１５３が円弧移動する構成となっているが、本発明は、上記した構成以外で、連結部を円弧移動させてもよい。例えば、リンク機構を用いて連結部が円弧移動する構成であってもよい。
【００５６】
その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１、１０１  車両
２Ｒ，２Ｌ  車輪
３Ｒ，３Ｌ  駆動機構
４  アクチュエータ
５  基体
６  制御手段
５１  サドル（荷重受け部）
５２  基台
５３  支柱
５３ａ  軸部
６１  傾斜センサ
６２  荷重センサ
１５３  連結部
Ｏ  車輪軸
ＰＲ，ＰＬ  回転軸
Ｒ  円弧軌道の軸線
Ｓ  路面
【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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