(57)【要約】【課題】走行では越えられないまでも回避するほどでもない程度の大きさの障害物が存在する場合であっても乗り越えて進行することができる倒立振子制御型の移動体を提供する。【解決手段】走行面を移動可能な移動動作部５と、移動動作部５を駆動する駆動力を発生させるアクチュエータ装置７と、移動動作部５およびアクチュエータ装置７が組付けられた基体９と、を有する倒立振子制御型の移動体１であって、基体９は基体９を伸縮させる伸縮機構をさらに備え、該伸縮機構を、ジャンプ指令に基づいて上下方向に伸縮する直動アクチュエータ１３と、伸縮方向が直動アクチュエータ１３の伸縮方向と同じ方向に設定されたバネ１４とから構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行面を移動可能な被駆動機構と、前記被駆動機構を駆動する駆動力を発生させる駆動部と、前記被駆動機構および前記駆動部が組付けられた基体と、を有する倒立振子制御型の移動体であって、
前記基体は当該基体を伸縮させる伸縮機構をさらに備え、
該伸縮機構は、ジャンプ指令に基づいて上下方向に伸縮する直動アクチュエータと、伸縮方向が当該直動アクチュエータの伸縮方向と同じ方向に設定されたバネとを備えていることを特徴とする倒立振子制御型の移動体。
【請求項２】
前記アクチュエータは、前記バネの上部に支持されて前記バネと直列接続されていることを特徴とする請求項１記載の倒立振子制御型の移動体。
【請求項３】
前記アクチュエータと前記バネとは、並列に接続されており、前記直動アクチュエータの伸縮に追従して前記バネが伸縮することを特徴とする請求項１記載の倒立振子制御型の移動体。
【請求項４】
前記基体における前記直動アクチュエータの上方に設けられて乗員が着座可能とされた搭乗部を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の倒立振子制御型の移動体。
【請求項５】
前記搭乗部に着座した前記乗員の足裏が載置されるステップと、
該ステップに足裏が載置された状態において、前記乗員の足甲の上方移動を規制するトゥグリップとを備えたことを特徴とする請求項４に記載の倒立振子制御型の移動体。
【請求項６】
前記トゥグリップが前記ステップの前後方向中央より前方側にオフセットした位置に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の倒立振子制御型の移動体。
【請求項７】
前記トゥグリップの基端部が鉛直軸回りに回動可能に支持されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の倒立振子制御型の移動体。
【請求項８】
前記トゥグリップが上方に押圧されたことを検知して、前記直動アクチュエータに前記ジャンプ指令を送出する制御部を備えることを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の倒立振子制御型の移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行面を移動可能な倒立振子制御型の移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
走行面上を全方向（２次元的な全方向）に移動可能な移動体としては、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に見られる移動体にあっては、走行面に接地しながら該走行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、走行面上を移動する。
【０００３】
また、この種の移動体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。
【０００４】
さらに、以下の特許文献４には、進行方向に関して車体をスライド可能に支持し、走行中に障害物を発見して急制動をかけた場合に車体を後方へ退避させる制御を行う倒立車輪型の走行体が開示されている。かかる制御を行うことで、特許文献４に開示された走行体は、急制動をかけた場合の制動距離を短くしつつ、搭乗者や荷物等を危険から回避させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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
【特許文献４】特許第４２９１８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した特許文献１〜３に開示された移動体においても、安全性の観点からは上述した特許文献４に開示された走行体と同様に、走行面上に存在する障害物等に起因する危険を回避するための何らかの動作を行うことが必要になる。ここで、安全性及び機動性の双方を考慮すると、走行では越えられない程度の大きさの障害物を対象として危険回避のための動作が行われるのが望ましい。
【０００７】
しかしながら、この程度の大きさの障害物を危険退避の対象にしてしまうと、走行では越えられないまでも回避するほどでもない程度の大きさの障害物についても移動体を停止させる停止動作や、走行を一旦中断して障害物を回避する回避動作が行われてしまい煩雑となる。搭乗者からすれば、この程度の大きさの障害物については、回避せずに乗り越えて進行させたい場合もあると考えられるが、従来の移動体では、このような障害物を乗り越えて進行させることはできないという問題があった。
【０００８】
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、走行では越えられないまでも回避するほどでもない程度の大きさの障害物が存在する場合であっても乗り越えて進行することができる倒立振子制御型の移動体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係る倒立振子制御型の移動体は、走行面（例えば、床面、路面、地面等）を移動可能な被駆動機構（例えば、車輪、クローラ等）と、前記被駆動機構を駆動する駆動力を発生させる駆動部（電動機、アクチュエータ等の駆動源）と、前記被駆動機構および前記駆動部が組付けられた基体（フレーム等）と、を有する倒立振子制御型の移動体（全方向移動体、全方向移動車両等）であって、前記基体は当該基体を伸縮させる伸縮機構をさらに備え、該伸縮機構は、ジャンプ指令に基づいて上下方向に伸縮する直動アクチュエータと、伸縮方向が当該直動アクチュエータの伸縮方向と同じ方向に設定されたバネとを備えていることを特徴とする。
【００１０】
このような特徴の倒立振子制御型の移動体によれば、走行時にジャンプ指令が伸縮機構に入力されると、当該直動アクチュエータが収縮及び伸張を瞬時に行ない、さらに、この直動アクチュエータの動作に伴ってバネが伸縮する。この際、上向きの加速度が生じることにより、基体自体が上方に持ち上げられるように変位し、当該基体に取り付けられた駆動機構が上方に変位する。これにより、移動体全体を走行面から離間させるジャンプ動作を行なうことができる。
【００１１】
本発明に係る倒立振子制御型の移動体において、前記アクチュエータは、前記バネの上部に配置されて前記バネと直列接続されていることが好ましい。
【００１２】
このような特徴の倒立振子制御型の移動体によれば、移動体がジャンプ動作を行い着地する際に、下方に向かっての荷重がバネに吸収されるため、着地時の衝撃を和らげることができる。
【００１３】
また、本発明に係る倒立振子制御型の移動体においては、前記アクチュエータと前記バネとは、並列に接続されており、前記直動アクチュエータの伸縮に追従して前記バネが伸縮するものであってもよい。
【００１４】
このような特徴の倒立振子制御型の移動体によれば、移動体がジャンプ動作をすべく直動アクチュエータが一旦収縮すると、バネも収縮することにより当該バネに弾性エネルギーが蓄積される。そして、伸縮機構が収縮した状態から伸張する際に、バネの弾性エネルギーが開放されることで伸縮機構の伸張動作が補助される。これにより、基体をより力強く上方に持ち上げることができるため、ジャンプ動作をより確実に行なうことが可能となる。
【００１５】
さらに、本発明に係る倒立振子制御型の移動体は、前記基体における前記直動アクチュエータの上方に設けられて乗員が着座可能とされた搭乗部を備えることを特徴としている。
これにより、搭乗部に乗員が着座した状態で上記ジャンプ動作を行なうことができる。また、移動体と乗員との全体重心が直動アクチュエータの上方側にずれるため、該直動アクチュエータが伸張による全体重心の上方への変位幅が大きくなり、ジャンプ動作をより確実に行なうことができる。
【００１６】
また、本発明に係る倒立振子制御型の移動体は、前記搭乗部に着座した前記乗員の足裏が載置されるステップと、該ステップに足裏が載置された状態において、前記乗員の足甲の上方移動を規制するトゥグリップとを備えてことを特徴としている。
乗員が搭乗部に着座した際に、乗員の足裏がステップ上に載置されるとともにトゥグリップにより足甲の上下移動が規制されるため、走行時やジャンプ動作時におけるステップの踏み外しが防止される。
【００１７】
また、本発明に係る倒立振子制御型の移動体においては、前記トゥグリップの基端部が前記ステップの前後方向中央より前方側にオフセットした位置に配置されていることが好ましい。
これによって、トゥグリップに足をかけ易くなるため、走行時やジャンプ動作時におけるステップの踏み外しをより確実に防止することができる。
【００１８】
さらに、本発明に係る倒立振子制御型の移動体においては、前記トゥグリップの基端部が鉛直軸回りに回動可能に支持されている。
これによって、乗員が足甲にてトゥグリップを前方側に回動させることができるため、とっさの際にトゥグリップによる足甲の固定を瞬時に開放して、安全性を担保することができる。
【００１９】
また、本発明に係る倒立振子制御型の移動体においては、前記トゥグリップが上方に押圧されたことを検知して、前記直動アクチュエータに前記ジャンプ指令を送出する制御部を備えていることが好ましい。
これによって、乗員が足首の動作でトゥグリップを持ち上げることで、容易にジャンプ動作を行なうことができる。したがって、乗員の動作に連動したジャンプ動作を行なうことが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の倒立振子制御型の移動体によれば、伸縮機構における直動アクチュエータを伸縮させることによって移動体にジャンプ動作をさせることができるため、走行では越えられないまでも回避するほどでもない程度の大きさの障害物が存在する場合には、当該ジャンプ動作をすることで当該障害物を乗り越えて進行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態の移動体の正面図である。
【図２】第１実施形態の移動体の側面図である。
【図３】第１実施形態の移動体の下部を拡大して示す図である。
【図４】第１実施形態の移動体の下部の斜視図である。
【図５】第１実施形態の移動体の移動動作部（車輪体）の斜視図である。
【図６】第１実施形態の移動体の移動動作部（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】第２実施形態の移動体の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
まず、図１〜図６を参照して、第１実施形態に係る倒立振子制御型の移動体１について説明する。
【００２３】
図１及び図２に示すように、本実施形態における移動体１は、乗員（運転者）が着座する搭乗部３と、走行面に接地しながら該走行面上を全方向（前後方向及び左右方向を含む２次元的な全方向）に移動可能な移動動作部５と、この移動動作部５を駆動する動力を該移動動作部５に付与するアクチュエータ装置７と、これらの搭乗部３、移動動作部５及びアクチュエータ装置７が組付けられた基体９とを備える。なお、本実施形態においては、上記移動動作部５とアクチュエータ装置７とによって、走行面上の全方向に駆動力を発生する駆動機構が構成されている。
【００２４】
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、搭乗部３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、搭乗部３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。
この場合、図１においては、「前後方向」、「左右方向」はそれぞれ、紙面に垂直な方向、紙面の左右方向であり、図２においては、「前後方向」、「左右方向」はそれぞれ、紙面の左右方向、紙面に垂直な方向である。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、それぞれ移動体１の右側、左側に対応するものという意味で使用する。
【００２５】
基体９は、移動動作部５及びアクチュエータ装置７が組付けられた下部フレーム１１と、この下部フレーム１１の上方に設けられて基体９を伸縮させる伸縮フレーム１２とからなる。伸縮フレーム１２は、下部フレーム１１の上端から上方に延設された支柱フレーム１２ａと、支柱フレーム１２ａに沿って摺動可能であるとともに自身が支柱フレーム１２ａに沿う方向に伸縮可能な直動アクチュエータ１３と、直動アクチュエータ１３の上方に延設された支持フレーム１２ｂと、一端が下部フレーム１１の上端に固定されるとともに他端が直動アクチュエータ１３の下端に固定されて支柱フレーム１２ａに沿う方向に伸縮するバネ１４とを備える。
【００２６】
直動アクチュエータ１３は、四角環状の第１部材１３ａと、一部が第１部材１３ａ内に介挿されて中心軸が同軸となるように配置された四角環状の第２部材１３ｂとを備えている。さらに第１部材１３ａ内には、例えばサーボモータ等によって駆動され、第２部材１３ｂに対して所定の推力を伝達する歯車機構（図示省略）が備えられている。そして、この歯車機構により第２部材１３ｂを第１部材１３ａに対して中心軸方向に相対移動させることにより、これら第１部材１３ａ及び第２部材１３ｂとの相対位置が変位し、直動アクチュエータ１３が中心軸方向に伸縮する。即ち、本実施形態における直動アクチュエータ１３は、第１部材１３ａをシリンダとし、第２部材１３ｂをロッドとしたパワーシリンダから構成されている。
【００２７】
なお、直動アクチュエータ１３としては、上記構成の他、例えばサーボモータにより駆動されるボールネジと該ボールネジに螺合するボールナットとを備えたボールネジ機構から構成されたものであってもよい。これによっても第１部材１３ａと第２部材１３ｂとを中心軸方向に相対移動させることで、直動アクチュエータ１３を伸縮することができる。
【００２８】
このような直動アクチュエータ１３は、移動体１のジャンプを可能とするために設けられる。また、直動アクチュエータ１３には中心軸が第１部材１３ａ及び第２部材１３ｂの中心軸と同軸となるように支柱フレーム１２ａが介挿されており、直動アクチュエータ１３は支柱フレーム１２ａをガイドとして該支柱フレーム１２ａに沿って摺動可能とされている。
【００２９】
この直動アクチュエータ１３は、第２部材１３ｂの下端に配置されたバネ１４によって支持される。即ち、本実施形態においては、バネ１４と直動アクチュエータ１３とは互いに直列となるように接続されている。  
このため、直動アクチュエータ１３が支柱フレーム１２ａに沿って摺動すると、直動アクチュエータ１３の摺動動作に合わせてバネ１４が伸縮する。本実施形態におけるバネ１４は、主として走行時やジャンプ時における衝撃を和らげるために設けられており、乗員が搭乗部３に搭乗したときに搭乗部３が僅かに沈み込み、ジャンプ時の衝撃（着地時に受ける衝撃）を十分に吸収することができる程度の堅さのものを用いるのが望ましい。このように、伸縮フレーム１２は伸縮方向が同じ方向に設定されて直列接続された直動アクチュエータ１３とバネ１４とからなる伸縮機構を備えており、かかる伸縮機構によって伸縮フレーム１２が伸縮することによって基体９が伸縮する。
【００３０】
なお、本実施形態においては、上記バネ１４として直動アクチュエータ１３の中心軸方向に延びるコイルスプリングを採用しているが、これに限定されることはなく、所定のバネ定数を備えていれば他の部材をバネ１４として用いてもよい。
【００３１】
直動アクチュエータ１３の上部に設けられた支持フレーム１２ｂには、直動アクチュエータ１３の伸縮量（ストローク量）を検出するとともに、その検出結果を参照しつつ直動アクチュエータ１３にジャンプ指令を送出して該直動アクチュエータ１３を伸縮させることができる。
また、支持フレーム１２ｂには、該支持フレーム１２ｂから前方側に張り出したシートフレーム１５が固定されている。
【００３２】
そして、このシートフレーム１５上に、乗員が着座するシート３が装着されている。本実施形態では、このシート３が乗員の搭乗部となっている。従って、本実施形態における移動体１は、乗員がシート３に着座した状態で、走行面上を移動するものである。
また、シート３の左右には、シート３に着座した乗員が必要に応じて把持するためのグリップ１７Ｒ，１７Ｌが配置され、これらのグリップ１７Ｒ，１７Ｌがそれぞれ、支持フレーム１２ｂ（又はシートフレーム１５）から延設されたブラケット１９Ｒ，１９Ｌの先端部に固定されている。
【００３３】
さらに、グリップ１７Ｒ，１７Ｌ付近には、乗員が操作可能なスイッチ（図示省略）が設けられており、乗員が当該スイッチを押すことにより直動制御部１０に対して信号が送出される。なお、このスイッチは、基体に設けなくともよく、リモコンなどに設けても良い。そして、直動制御部１０は、この信号に基づいて直動アクチュエータ１３に対してジャンプ指令を送出する。なお、乗員が搭乗していない場合であって、このスイッチによりジャンプ指令を送出させることもできる。
【００３４】
下部フレーム１１は、左右方向に間隔を存して二股状に対向するように配置された一対のカバー部材２１Ｒ，２１Ｌを備える。これらのカバー部材２１Ｒ，２１Ｌの上端部（二股の分岐部分）は、前後方向の軸心を有するヒンジ軸２３を介して連結され、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの一方が他方に対して相対的にヒンジ軸２３の周りに揺動可能となっている。この場合、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌは、図示を省略するバネによって、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの下端部側（二股の先端側）が狭まる方向に付勢されている。
【００３５】
また、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌのそれぞれの外面部には、前記シート３に着座した乗員の右足を載せるステップ２５Ｒと左足を載せるステップ２５Ｌとが各々、右向き、左向きに張り出すように突設されている。更に、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌのそれぞれの外面部には、ステップ２５Ｒに乗せられた乗員の右足を固定するトゥグリップ２６Ｒとステップ２５Ｌに乗せられた乗員の左足を固定するトゥグリップ２６Ｌとがとが各々、右向き、左向きに張り出すように突設されている。
【００３６】
これらトゥグリップ２６Ｒ，２６Ｌは、ステップ２５Ｒ，２５Ｌに乗せられた乗員の右足，左足をそれぞれ甲の位置で固定すべく、前後方向におけるステップ２５Ｒ，２５Ｌの中央部よりも僅かに前方の位置の上方に設けられている。即ち、本実施形態においては、トゥグリップ２６Ｒ，２６Ｌは、ステップ２５Ｒ，２５Ｌの前後方向中央よりも前方側にオフセットした位置に配置されている。
【００３７】
また、本実施形態においては、トゥグリップ２６Ｒ，２６Ｌの基端部、即ち、トゥグリップ２６Ｒ，２６Ｌにおけるカバー部材２１Ｒ，２１Ｌとの接続部が、これらカバー部材２１Ｒ，２１Ｌに対して鉛直軸回りに回動可能に支持されている。これにより、乗員が足甲によりトゥグリップ２６Ｒ，２６Ｌを前方に押圧する際には、該トゥグリップ２６Ｒ，２６Ｌは前後方向に旋回する。  
【００３８】
移動動作部５及びアクチュエータ装置７は、下部フレーム１１のカバー部材２１Ｒ，２１Ｌの間に配置されている。これらの移動動作部５及びアクチュエータ装置７の構造を図３〜図６を参照して説明する。
なお、本実施形態で例示する移動動作部５及びアクチュエータ装置７は、例えば前記特許文献２の図１に開示されているものと同じ構造のものである。従って、本実施形態の説明においては、移動動作部５及びアクチュエータ装置７の構成に関して、前記特許文献２に記載された事項については、簡略的な説明に留める。
【００３９】
本実施形態では、移動動作部５は、ゴム状弾性材により円環状に形成された車輪体であり、ほぼ円形の横断面形状を有する。この移動動作部５（以降、車輪体５という）は、その弾性変形によって、図５及び図６の矢印Ｙ１で示す如く、円形の横断面の中心Ｃ１（より詳しくは、円形の横断面中心Ｃ１を通って、車輪体５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。
【００４０】
この車輪体５は、その軸心Ｃ２（車輪体５全体の直径方向に直交する軸心Ｃ２）を左右方向に向けた状態で、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの間に配置され、該車輪体５の外周面の下端部にて走行面に接地する。
そして、車輪体５は、アクチュエータ装置７による駆動（詳細は後述する）によって、図５の矢印Ｙ２で示す如く車輪体５の軸心Ｃ２の周りに回転する動作（走行面上を輪転する動作）と、車輪体５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５は、それらの回転動作の複合動作によって、走行面上を全方向に移動することが可能となっている。
【００４１】
アクチュエータ装置７は、車輪体５と右側のカバー部材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５と左側のカバー部材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とを備える。
電動モータ３１Ｒ，３１Ｌは、それぞれのハウジングがカバー部材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、支柱フレーム１２ａ等、基体９の適所に搭載されている。
【００４２】
回転部材２７Ｒは、左右方向の軸心を有する支軸３３Ｒを介してカバー部材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を介してカバー部材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。
【００４３】
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に示す如く、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。
【００４４】
なお、上記動力伝達機構は、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。
【００４５】
各回転部材２７Ｒ，２７Ｌは、車輪体５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４１Ｒを介してテーパ外周面３９Ｒに取付けられ、該ブラケット４１Ｒに回転自在に支承されている。
【００４６】
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４１Ｌを介してテーパ外周面３９Ｌに取付けられ、該ブラケット４１Ｌに回転自在に支承されている。
【００４７】
前記車輪体５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１及び図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５の軸心Ｃ２に対して傾斜すると共に、車輪体５の直径方向（車輪体５をその軸心Ｃ２の方向で見たときに、該軸心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５の内周面に斜め方向に圧接されている。
【００４８】
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５との接触面で、軸心Ｃ２周りの方向の摩擦力成分（車輪体５の内周の接線方向の摩擦力成分）と、車輪体５の前記横断面中心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５に作用させ得るような姿勢で、車輪体５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。
【００４９】
この場合、前記したように、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌは、図示しないバネによって、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの下端部側（二股の先端側）が狭まる方向に付勢されている。このため、この付勢力によって、右側のフリーローラ２９Ｒと左側のフリーローラ２９Ｌとの間に車輪体５が挟持されると共に、車輪体５に対する各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌの圧接状態（より詳しくはフリーローラ２９Ｒ，２９Ｌと車輪体５との間で摩擦力が作用し得る圧接状態）が維持される。
【００５０】
以上説明した構造を有する移動体１においては、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した場合には、車輪体５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、車輪体５が走行面上を前後方向に輪転して、移動体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５は、その横断面中心Ｃ１の周りには回転しない。
【００５１】
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した場合には、車輪体５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、車輪体５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、移動体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５は、その軸心Ｃ２の周りには回転しない。
【００５２】
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した場合には、車輪体５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５が移動し、ひいては、移動体１の全体が車輪体５と同方向に移動することとなる。この場合の車輪体５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。
【００５３】
以上のように車輪体５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、移動体１の移動速度及び移動方向を制御できることとなる。
【００５４】
次に、本実施形態の移動体１の動作制御のための構成を説明する。
まず、移動体１の概略的な動作制御を説明すると、本実施形態では、基本的には、シート３に着座した乗員がその上体を傾けた場合（詳しくは、乗員と移動体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９がシート３と共に傾動する。そして、この際、基体９が傾いた側に移動体１が移動するように、車輪体５の移動動作が制御される。例えば、乗員が上体を前傾させ、ひいては、基体９をシート３と共に前傾させると、移動体１が前方に移動するように、車輪体５の移動動作が制御される。
【００５５】
即ち、本実施形態では、乗員が上体を動かし、ひいては、シート３と共に基体９を傾動させるという動作が、移動体１に対する１つの基本的な操縦操作（移動体１の動作要求）とされ、その操縦操作に応じて車輪体５の移動動作がアクチュエータ装置７を介して制御される。
【００５６】
ここで、本実施形態の移動体１は、その全体の接地面としての車輪体５の接地面が、移動体１とこれに搭乗する乗員との全体を走行面に投影した領域に比して面積が小さい単一の局所領域となり、その単一の局所領域だけに床反力が作用する。このため、基体９が傾倒しないようにするためには、乗員及び移動体１の全体の重心点が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置するように、車輪体５を動かす必要がある。
【００５７】
そこで、本実施形態では、乗員及び移動体１の全体の重心点が、車輪体５の中心点（軸心Ｃ２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車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態）での基体９の姿勢を目標姿勢とし、基本的には、基体９の実際の姿勢を目標姿勢に収束させるように、車輪体５の移動動作が制御される。
【００５８】
また、移動体１を発進させる場合等において、アクチュエータ装置７による推進力とは別に、例えば乗員が必要に応じて自身の足により床を蹴り、それにより移動体１の移動速度を増速させる推進力（乗員の足平と床との摩擦力による推進力）を、付加的な外力として移動体１に作用させた場合には、それに応じて移動体１の移動速度（より正確には、乗員及び車両の全体の重心点の移動速度）が増速するように、車輪体５の移動動作が制御される。なお、当該推進力の付加が停止された状態では、移動体１の移動速度が一旦、一定速度に保持された後、減衰して、該移動体１が停止するように、車輪体５の移動動作が制御される（車輪体５の制動制御が行なわれる）。
【００５９】
さらに、移動体１に乗員が搭乗していない状態では、車移動体１の単体の重心点が、車輪体５の中心点（軸心Ｃ２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車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態）での基体９の姿勢を目標姿勢とし、該基体９の実際の姿勢を目標姿勢に収束させ、ひいては、基体９が傾倒することなく移動体１が自立するように、車輪体５の移動動作が制御される。
【００６０】
本実施形態では、以上の如き移動体１の動作制御を行なうために、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９の所定の部位の鉛直方向（重力方向）に対する傾斜角θｂ及びその変化速度を計測するための傾斜センサ５２と、移動体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エンコーダ５６Ｒ，５６Ｌがそれぞれ、移動体１の適所に搭載されている
【００６１】
この場合、制御ユニット５０及び傾斜センサ５２は、例えば、基体９の支柱フレーム１２ａの内部に収容された状態で該支柱フレーム１２ａに取付けられている。また、荷重センサ５４は、シート３に内蔵されている。また、ロータリエンコーダ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。
【００６２】
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。また、荷重センサ５４は、乗員がシート３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シート３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。さらに、ロータリエンコーダ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
【００６３】
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、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。このように制御ユニット５０が電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの回転角速度を制御することにより、基体９の傾動動作に応じた移動体１の移動が行われる。
【００６４】
ここで、本実施形態の移動体１によれば、移動時において走行では超えられないまでも回避するほどでもない程度の障害物に遭遇した場合には、移動体１自体を走行面から離間させるジャンプ動作をすることによって、容易に当該障害物を乗り越えて進行することができる。
【００６５】
即ち、移動体１を前傾させて走行している際に搭乗者が障害物を発見した場合には、当該障害物の手前において、搭乗者がグリップ１７Ｒ，１７Ｌ付近に設けられたスイッチを操作する。これにより、直動制御部１０に信号が入力され、当該信号に基づいて直動制御部１０が伸縮機構の直動アクチュエータ１３に対してジャンプ指令を入力する。すると、直動アクチュエータ１３は一旦収縮する動作をした後、瞬時に伸張する動作を行なう。この際、直動アクチュエータ１３の伸張に伴って、該直動アクチュエータ１３に接続されたバネ１４を介して下部フレーム１１及び移動動作部５が上方に持ち上げられる。即ち、直動アクチュエータ１３の伸張により基体９自体に上向きの加速度が付与されるため、移動体１自体が上方に変位し、移動動作部５を走行面から離間させるジャンプ動作を行なうことができる。
【００６６】
本実施形態の移動体１においては、上記ジャンプ動作を行なうことができるため、当該ジャンプ動作により、走行では越えられないまでも回避するほどでもない程度の大きさの障害物を容易に乗り越えて、進行を続けることが可能となる。
また、ジャンプ動作終了後の着地の際には、下方に向かっての荷重をバネ１４が吸収するため、着地時の衝撃を和らげることができる。
【００６７】
さらに、基体９における直動アクチュエータ１３の上方に搭乗部（シート）３が設けられているため、搭乗部３に乗員が着座した状態で上記ジャンプ動作を行なうことができる。また、このように搭乗部３がアクチュエータの上方に配置されたことにより、移動体１と乗員との全体重心が直動アクチュエータ１３の上方側に位置することになるため、該直動アクチュエータ１３が伸張による全体重心の上方への変位幅が大きくなり、ジャンプ動作をより確実に行なうことができる。
【００６８】
また、乗員が搭乗部３に着座した際に、乗員の足裏がステップ２５Ｒ，２５Ｌ上に載置され、トゥグリップ２６Ｒ，２６Ｌにより足甲の上下移動が規制されるため、走行時やジャンプ動作時における乗員のステップ２５Ｒ，２５Ｌの踏み外しを防止することができる。
【００６９】
さらに、上記トゥグリップ２６Ｒ，２６Ｌは前方側にオフセットした位置に配置されているため、乗員が当該トゥグリップ２６Ｒ，２６Ｌに足甲をかけ易くなり、走行時やジャンプ動作時におけるステップの踏み外しをより確実に防止することができる。
【００７０】
また、乗員が足甲にてトゥグリップ２６Ｒ，２６Ｌを前方側に回動させることができるため、例えば足を走行面に付かなければならなくなったとっさの際にはトゥグリップ２６Ｒ，２６Ｌによる足甲の固定を瞬時に開放することができる。これにより、走行時の安全性を担保することができる。
【００７１】
次に、第２実施形態に係る移動体６０について図７を参照して説明する。
なお、第２実施形態の移動体６０において、上記第１実施形態の移動体１と同様の構成要素には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。この第２実施形態の移動体６０は伸縮フレーム６２の構成において第１実施形態の移動体１と相違する。
【００７２】
第２実施形態の移動体６０伸縮フレーム６２は、下部フレーム１１の上端から上方に向かって互いに平行をなすように延設された直動アクチュエータ６３及び支柱フレーム６２ａと、直動アクチュエータ６３の上方に延設された支持フレーム６２ｂと、支柱フレーム６２ａに外挿されるとともに下端が下部フレーム１１の上端に固定され、支柱フレームに沿う方向に伸縮するバネ６４とを備える。
【００７３】
直動アクチュエータ６３は、四角環状の第１部材６３ａと、一部が第１部材６３ａ内に介挿されて中心軸が同軸となるように配置された四角環状の第２部材６３ｂとを備えている。即ち、この直動アクチュエータ６３は、第１実施形態の直動アクチュエータ１３と略同一の構成とされており、第１部材６３ａをシリンダとし、第２部材６３ｂをロッドとしたパワーシリンダから構成されている。なお、この直動アクチュエータ６３においても、ボールネジ機構から構成されることにより伸縮可能とされていてもよい。
る。
【００７４】
そして、本実施形態における直動制御部１０は、直動アクチュエータ６３の上部に設けられた支持フレーム６２ｂに取り付けられており、この直動制御部１０に、上記直動アクチュエータ６３の上端及びバネ６４の上端が接続されている。なお、支柱フレーム６２ａの上端は、直動制御部１０が下方に変位した際に支柱フレーム６２ａと干渉することのないよう、例えば、直動制御部１０に形成された貫通孔に摺動可能に挿入されている。
このようにして本実施形態においては、直動アクチュエータ６３とバネ６４とが下部フレーム１１と直動制御部１０との間に並列に配置されている。
【００７５】
本実施形態におけるバネ６４は、本実施形態においてはコイルスプリングが採用されており、直動アクチュエータ６３の伸縮に追従するように収縮され、弾性エネルギーを蓄積するために設けられている。バネ６４は、より多くの弾性エネルギーを蓄積できるようにある程度大きいバネ定数を有するものであることが好ましい。
【００７６】
以上のような構成の第２実施形態の移動体６０においても、第１実施形態の移動体１と同様にして、直動アクチュエータ６３が伸縮することによって、移動体１自体を走行面から離間させるジャンプ動作を行い、これにより容易に障害物を乗り越えて進行することができる。
【００７７】
即ち、第１実施形態と同様にして直動アクチュエータ６３にジャンプ指令が入力されると、直動アクチュエータ６３は一旦収縮する動作を行なう。この直動アクチュエータ６３の上方に設置された搭乗部３、直動制御部１０等は、下方に変位し、これによって直動制御部１０に上端を接続したバネ６４が圧縮される。即ち、直動アクチュエータ６３の収縮に追従するようにしてバネ６４も同時に収縮される。これにより、バネ６４に弾性エネルギーが蓄積される。
【００７８】
そして、直動アクチュエータ６３が限界まで収縮すると、該直動アクチュエータ６３は伸張する動作に移行し、直動アクチュエータ６３の伸張にともなってバネ６４に蓄積された弾性エネルギーが開放される。これによって、直動アクチュエータ６３の伸張動作が補助されて、該直動アクチュエータ６３がより勢いを増して伸張される。したがって、直動アクチュエータ６３の伸張動作により上方に変位する基体９をより力強く持ち上げることができ、移動体１のジャンプ動作をより確実に行なうことが可能となる。
【００７９】
また、直動アクチュエータ６３が伸張したジャンプ動作をした後、直動アクチュエータ６３の伸張及び収縮をフリーの状態とすることにより、即ち、直動アクチュエータ６３を伸縮自在の状態とすることにより、着地時に生じる下方に向かっての荷重をバネ６４が吸収することができるため、着地時の衝撃を和らげることができる。
【００８０】
以上、本発明の第１及び第２実施形態に係る移動体１，６０について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００８１】
例えば、実施形態においては、ジャンプ動作をさせるべく直動制御部１０に信号を送出する手段として、グリップ１７Ｒ，１７Ｌ付近に配置されたスイッチ（図示省略）を採用した場合を説明したが、これに限定されることはなく、例えば乗員が足甲によりトゥグリップを上方に押圧したことを検知して、上記直動制御部が直動アクチュエータ１３，６３にジャンプ指令を送出する構成とされていてもよい。
これによって、乗員の足首の動作によりトゥグリップを持ち上げることでジャンプ動作を行なうことができるため、乗員の動作に連動して容易にジャンプ動作を行なうことができる。
【符号の説明】
【００８２】
１          移動体
３          搭乗部（シート）
５          移動動作部（車輪体）
７          アクチュエータ装置
９          基体
１０        直動制御部（制御部）
１１        下部フレーム
１２        伸縮フレーム
１２ａ      支柱フレーム
１２ｂ      支持フレーム
１３        直動アクチュエータ
１３ａ      第１部材
１３ｂ      第２部材
１４        バネ
６０        移動体
６２        伸縮フレーム
６２ａ      支柱フレーム
６２ｂ      支持フレーム
６３        直動アクチュエータ
６３ａ      第１部材
６３ｂ      第２部材
６４        バネ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2011063237.tif 000006
【図５】
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【図６】
2011063237.tif 000008
【図７】
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