(57)【要約】【課題】接地部材の接地または離間操作が手動で行われることによる移動体への外乱を減少させ、より安定的な倒立走行を可能とする。【解決手段】移動体１０は、車体と、走行方向に直交した軸を中心にそれぞれ回転し、直交する方向に沿って車体の左右両側に配設された第１および第２の車輪１８と、それぞれの車輪１８の駆動を制御して移動体１０の姿勢制御を行う制御部１４と、移動体１０の状態を検出するセンサ１２と、移動体１０の姿勢を補助する接地部材２４と、人間の操作を受け付ける入力手段２２２と、入力手段２２２で受け付けた操作に基づいて接地部材２４を走行面に接地または走行面から離間させる第１の補助機構２２６と、センサ１２で検出された状態に基づいて第１の補助機構２２６又は入力手段２２２を制限し、接地部材２４を接地または離間させるか否か決定する制限機構２２４と、を備える。【選択図】図１
2011031668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体であって、
車体と、
走行方向に直交した軸を中心にそれぞれ回転し、前記直交する方向に沿って前記車体の左右両側に配設された第１の車輪および第２の車輪と、
前記それぞれの車輪の駆動を制御して前記移動体の姿勢制御を行う制御部と、
前記移動体の状態を検出するセンサと、
前記移動体の姿勢を補助する接地部材と、
人間の操作を受け付ける入力手段と、
前記入力手段で受け付けた操作に基づいて前記接地部材を前記移動体の走行面に接地または前記走行面から離間させる第１の補助機構と、
前記センサで検出された状態に基づいて第１の補助機構又は前記入力手段を制限し、前記接地部材を接地または離間させるか否か決定する制限機構と、
を備える移動体。
【請求項２】
前記入力手段は、移動体とは別個の遠隔操作装置である請求項１に記載の移動体。
【請求項３】
前記第１の補助機構にかかわらず、前記移動体の状態に基づいて前記接地部材を接地させる第２の補助機構をさらに備える請求項１または２に記載の移動体。
【請求項４】
走行方向に直交した軸を中心にそれぞれ回転し、前記直交する方向に沿って車体の左右両側に配設された第１の車輪および第２の車輪を有する移動体の状態を検出する検出ステップと、
人間の操作を受け付ける第１ステップと、
前記受付ステップで受け付けた操作に基づいて前記移動体が備える接地部材を前記移動体の走行面に接地または前記走行面から離間させる第２ステップと、
前記移動体の状態に基づいて前記第１ステップ又は前記第２ステップを制限する第３ステップと、
を備える移動体の制御をコンピュータに実行させるための移動体制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪の駆動を制御して倒立制御を行う移動体及びその制御方法に関し、特に、より安定的な走行を行うことができる移動体及びそのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車輪の駆動を制御して倒立制御を行う同軸二輪車が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、このような同軸二輪車においては、例えば、故障等によって姿勢制御が不安定になると、その不安定さから乗降が困難になるなどの問題が生じている。この問題を解決すべく、特許文献１では異常が検出されると、補助輪が路面に向けて突出させる機構が開示されており、安定化を図っている。
【０００３】
また、特許文献１では、車両の状態に基づいて、自動で補助輪を突出させる以外に、手動レバーを用いて、手動で補助輪を突出させることも可能な構造になっている。これにより、搭乗者が自己の意志で補助輪を突出させることが可能となり、搭乗者が安心して移動体に搭乗することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２１７１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のように、車両に付属の接地部材を搭乗者の操作で突出させることを可能にした場合には、接地部材が接地した際に車両自体に与える外乱によって、倒立制御が不安定になることが考えられる。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、接地部材の接地または離間操作が手動で行われることによる移動体への外乱を減少させ、より安定的な走行を行うことを可能とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る移動体の第１の形態は、移動体であって、車体と、走行方向に直交した軸を中心にそれぞれ回転し、前記直交する方向に沿って前記車体の左右両側に配設された第１の車輪および第２の車輪と、前記それぞれの車輪の駆動を制御して前記移動体の姿勢制御を行う制御部と、前記移動体の状態を検出するセンサと、前記移動体の姿勢を補助する接地部材と、人間の操作を受け付ける入力手段と、前記入力手段で受け付けた操作に基づいて前記接地部材を前記移動体の走行面に接地または前記走行面から離間させる第１の補助機構と、前記センサで検出された状態に基づいて第１の補助機構又は前記入力手段を制限し、前記接地部材を接地または離間させるか否か決定する制限機構と、を備える。入力手段による補助機構の作動を所定条件下に限定することにより、接地部材が走行面に接地したこと、または、走行面と離間したことによって移動体が受ける予期しない外乱を減少できる。
【０００８】
また、前記入力手段は、移動体とは別個の遠隔操作装置であってもよい。搭乗者が入力する場合に限らず、外部からの指示によっても移動体の姿勢を安定させることが可能となる。
【０００９】
さらに、前記第１の補助機構にかかわらず、前記移動体の状態に基づいて前記接地部材を接地させる第２の補助機構をさらに備えていることが好ましい。操縦者からの指示に加え、移動体の状態に基づいて、自動で移動体の姿勢を補助することで、より安全になり、搭乗者へ与える安心感も大きくなる。
【００１０】
本発明に係るプログラムは、走行方向に直交した軸を中心にそれぞれ回転し、前記直交する方向に沿って車体の左右両側に配設された第１の車輪および第２の車輪を有する移動体の状態を検出する検出ステップと、人間の操作を受け付ける第１ステップと、前記受付ステップで受け付けた操作に基づいて前記移動体が備える接地部材を前記移動体の走行面に接地または前記走行面から離間させる第２ステップと、前記移動体の状態に基づいて前記第１ステップ又は前記第２ステップを制限する第３ステップと、を備える移動体の制御をコンピュータに実行させるための移動体制御プログラムである。該プログラムにより、入力手段による接地部材の接地を制限し、移動体の姿勢をより安定させることが可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、接地部材の接地または離間操作が手動で行われることによる移動体への外乱を減少させ、より安定的な倒立走行可能な移動体及びその制御プログラムを提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係る移動体のブロック図。
【図２】実施の形態１に係る手動補助機構のブロック図。
【図３】実施の形態１に係る移動体の制御フローチャート。
【図４】実施の形態１に係る接地部材の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。
【００１４】
＜発明の実施の形態１＞
図１は発明の実施の形態１に係る移動体１０のセンサ１２、制御部１４、車輪駆動部１６、第１及び第２の車輪１８、接地部材駆動部２０、手動補助機構２２、接地部材２４並びにバッテリ２６のブロック図である。
【００１５】
各種センサ１２は、例えば、安全監視センサ１２１、ピッチ角検出センサ１２２、ロール角検出センサ１２３およびヨー角検出センサ１２４を有する。
ピッチ角検出センサ１２２、ロール角検出センサ１２３およびヨー角検出センサ１２４は、たとえば、ジャイロや、回転角度に応じて抵抗値が変化する回転式可変抵抗器の回転軸に対して重量中心が回転軸からずれた剛性の錘を備えたものである。
安全監視センサ１２１は、例えば、補助輪の飛び出し機構の不具合を常時監視し、移動体１０の走行の信頼性を確保するために用いられる。
なお、ピッチ角検出センサ１２２、ロール角検出センサ１２３およびヨー角検出センサ１２４並びに安全監視センサ１２１の取り付け位置に制限はない。また、移動体１０は、前記センサに限られず、他のセンサを備えていてもよい。
【００１６】
制御部１４は、搭乗者によるハンドル操作又は体重移動による操作等の各操作に応じた回転信号を基に、車輪１８の回転を制御する。また、搭乗者の操作に加えて、ピッチ角検出センサ１２２、ロール角検出センサ１２３およびヨー角検出センサ１２４並びに安全監視センサ１２１からの検出信号を基に、車輪駆動部１６によって車輪１８の回転を制御する。
さらに、制御部１４は、ピッチ角検出センサ１２２、ロール角検出センサ１２３およびヨー角検出センサ１２４からの検出信号を基に、下記で詳述する手動補助機構２２に対して前記検出信号および制御信号を出力する。
さらにまた、制御部１４は、ピッチ角検出センサ１２２、ロール角検出センサ１２３およびヨー角検出センサ１２４並びに安全監視センサ１２１からの検出信号を基に、直接的に接地部材駆動部２０に対して制御信号を出力する。
【００１７】
車輪駆動部１６は、駆動回路１６１及び１６２、モータ１６３及び１６４を有する。駆動回路１６１及び１６２は、制御装置１４からの制御信号を基に駆動信号を生成し、これをモータ１６３及び１６４に出力する。各モータは駆動信号に従い各車輪１８を回転させる。
【００１８】
第１及び第２の車輪１８は、走行方向に直交した軸を中心にそれぞれ回転し、前記直交する方向に沿って車体の左右両側に配設されている。このような車輪１８の配置により、移動体１０が一定の場所で方向だけを変えることなども可能となり、病院や家庭などの限られた空間内でもより利用しやすくなる。
【００１９】
図２は本実施の形態１に係る手動補助機構２２のブロック図である。手動補助機構２２は、接地部材駆動部２０および接地部材２４に電気的に又は機械的に接続されている。
また、図２（ａ）のように入力手段２２２で入力を受け付けた後に制限機構２２４によって第１の補助機構２２６の稼働を制限してもよいし、（ｂ）のように制限機構２２４によって入力手段２２２への入力そのものの受け付けを制限してもよい。
なお、手動補助機構２２は、制御部１４から直接駆動される接地部材駆動部２０と異なる接地部材駆動部２０を備えていてもよい。
【００２０】
手動補助機構２２は、入力手段２２２、制限機構２２４及び第１の補助機構２２６を備えている。
入力手段２２２は、釦、レバー等の搭乗者によって操作され得るものに限られず、リモコン等遠隔操縦可能なものであってもよい。これにより搭乗者の不安定を感じた第三者が搭乗者の意志にかかわらず、移動体１０の補助を開始することができる。
制限機構２２４は、ピッチ角検出センサ１２２、ロール角検出センサ１２３およびヨー角検出センサ１２４並びに安全監視センサ１２１からの検出信号を基に、所定の条件下において、入力手段２２２への操作の受付又は第１の補助機構２２６の動作を制限する。
【００２１】
制限機構２２４は、移動体１０の速度、加速度又は走行面に垂直な方向からの移動体１０の傾き等を基準に補助機構を制限する。例えば、移動体１０の速度若しくは加速度が所定の速度若しくは加速度より大きい場合又は移動体１０の前記傾きが所定の傾きよりも大きい場合には、入力手段２２２への操作の受付又は第１の補助機構２２６の動作を制限し、接地部材２４が接地することを制限してもよい。また、移動体１０の速度又は加速度が０〜所定値の範囲内の比較的小さい場合は、接地部材２４が離間することを制限してもよい。
本実施の形態では、下記の条件（１）を満たしていなければ、制限機構が接地部材の接地および離間を制限する。
｛（移動体の速度）＜（規定速度）｝∩｛（移動体の傾き）＜（規定角度）｝  ・・・（１）
前述のように、搭乗者又は遠隔制御者による接地部材２４の接地又は離間を制限することにより、移動体１０に与える外乱による影響を減少することが可能である。
【００２２】
第１の補助機構２２６は、入力手段２２２及び制限機構２２４を経由して生成された接地部材駆動部２０を動作させる制御信号を受け付けるとともに、接地部材駆動部２０に対して前記制御信号を出力する。
【００２３】
また、前記制御部１４は、以下の条件下において自動で接地部材駆動部２０に駆動信号を出力し、接地部材２４を接地あるいは走行面から離間する。本発明に係る第２の補助機構とは前述のように制御部１４から直接的に接地部材駆動部２０に駆動信号を出力する機構のことをいう。
本実施の形態では、前記の条件（１）を満たすと自動で接地部材２４が接地され、条件（１）が解消されると自動で接地部材２４が走行面から離間される。
【００２４】
なお、前記制御部１４は、移動体１０の速度、加速度、姿勢又は車輪の回転等の移動体自身の状態にかかわらず、異常を検出した際には、異常検知信号を接地部材駆動部２０に出力してもよい。これにより、自動で接地部材２４を接地させることも可能である。
なお、異常検知による接地部材駆動部２０への制御信号が出力される条件は、特許文献１の段落２２、２３に記載されているとともに、本実施の形態と直接的に関連していないため、本出願では省略する。
【００２５】
手動補助機構２２の制限機構２２４と、前記制御部１４による自動の補助機構によって、次の効果がある。
停車状態から低速状態においては、自動で接地部材２４が接地しているため、搭乗者は安全に搭乗可能であり、さらに、該状態の間は搭乗者が自らの手動操作で接地部材２４を走行面から離間でき、再度接地することも可能であるため、搭乗者の熟練度などによって自由な操縦が可能である。また、低速状態は高速状態に比べて、接地部材２４が接地あるいは離間することによる外乱の影響が少ないため、倒立制御も安定して行うことが可能である。
【００２６】
また、低速状態から高速状態にかけては、自動で接地部材２４を離間させ、手動による接地部材２４の接地を禁止する。これにより、倒立制御を維持するために、高速状態になった際に手動で接地部材２４を離間する必要もないため、搭乗者は移動体１０自体の方向や速度を制御するだけでよく、離間させるための余分な操作をする必要がなくなる。また、手動での接地を禁止するため、接地部材２４が接地した際に、移動体１０に与える外乱を未然に防ぐことが可能である。
【００２７】
次に、高速状態から低速状態にかけては、自動で接地部材２４を接地させるため、搭乗者が接地部材２４を自分で接地状態にする作業をする必要がなく、移動体１０の操作に集中できるため安全である。また、搭乗者の熟練度などによって自由な操縦が可能であり、搭乗者が快適に操作することが可能である。なお、前記条件（１）は手動補助機構２２と第２の補助機構との間で異なる移動体の速度条件または角度条件であってもよい。
【００２８】
接地部材駆動部２０は、接地部材駆動回路２０１及びアクチュエータ２０２を有する。接地部材駆動回路２０１は、手動補助部２２又は制御部１４からの制御信号を基に駆動信号を生成し、これをアクチュエータ２０２に出力する。
アクチュエータ２０２は、前記駆動信号の入力があった場合に、接地部材２４を移動体１０の走行面に向かって駆動させる。
【００２９】
接地部材２４は、キャスターなどの姿勢を補助するための車輪であってもよいし、制動部材のように移動体１０の速度を軽減させ、姿勢を補助する部材であってもよい。
【００３０】
バッテリ２６は、図１に示すように、制御部１４、車輪駆動部１６及び接地部材駆動部２０を含む移動体１０の各構成要素に電力を供給する。
【００３１】
次に図４を用いて接地部材２４の動作機構を説明する。本実施の形態では、接地部材２４は補助輪２８であるが、これは前述の通り制動部材であってもよい。
補助輪２８は、補助輪の回転軸３０を中心に回転する。回転軸３０はアーム３２の一端に固定されている。
アーム３２の他端は、車体に固定された回転軸３４を中心に回転する。
アーム３２の連結部３６はコイルバネ３８の一端に固定されている。なお、連結部３６は、アーム３２に固定されたリンクアームに取り付けられていても良い。
コイルバネ３８の他端は車体に固定された固定部４０に固定されている。
アーム３２は、補助輪２８が走行面から離間している状態において、図４に示す位置にあり、アーム３２の一部を構成する凸部４２にワイヤー４４が接続されている。
ワイヤー４４の他端は車体に固定されたアクチュエータ２０２に連結されており、アクチュエータ２０２によってワイヤー４４は伸縮する。これにより、ワイヤー４４が縮んだ状態では、コイルバネ３８の付勢力によるアーム３２の回転はワイヤー４４の張力によってロックされている。また、ワイヤー４４が伸びた状態では、コイルバネ３８の付勢力によってアーム３２は図４の矢印の方向へ回転する。
アクチュエータ２０２によるワイヤー４４の伸縮は、制御部１４からの要求及び手動補助機構２２からの要求に応じて行えばよい。
なお、本実施の形態では前記動作機構を説明したが、接地部材２４を接地させる機構は上記の動作機構に限らない。
【００３２】
図３は実施の形態１に係る接地部材２４を接地させるまでのフローチャートである。まず、各センサは移動体１０の状態を計測する（Ｓ１０１）。次に、前記各センサで得られた検出信号に基づいて、制限機構２２４が、制限条件と対応させ（Ｓ１０２）、制限される状態であれば、再度移動体の状態を計測する（Ｓ１０１）。制限されない状態であれば入力手段２２２からの受け付けをし（Ｓ１０３）、入力があれば、接地部材駆動部２０を作動させ（Ｓ１０４）、接地部材を接地又は走行面から離間させる（Ｓ１０５）。
【００３３】
上述した移動体１０に係る接地部材２４の接地又は離間の手法は、図３のフローチャートに示した処理手順が記述された接地部材駆動プログラムをマイクロプロセッサ等のコンピュータに実行させることによって実現してもよい。
【００３４】
接地部材駆動プログラムは、様々な種類の記憶媒体に格納することが可能であり、また、通信媒体を介して伝達されることが可能である。ここで、記憶媒体には、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ、ＲＯＭカートリッジ、不揮発性ＲＡＭカートリッジ等が含まれる。また、通信媒体には、電話回線等の有線通信媒体、マイクロ波回線等の無線通信媒体等が含まれ、インターネットも含まれる。
【符号の説明】
【００３５】
１０      ・・・移動体
１２      ・・・センサ
１２１    ・・・安全監視センサ
１２２    ・・・ピッチ角検出センサ
１２３    ・・・ロール角検出センサ
１２４    ・・・ヨー角検出センサ
１４      ・・・制御部
１６      ・・・車輪駆動部
１６１    ・・・第１の駆動回路
１６２    ・・・第２の駆動回路
１６３    ・・・第１のモータ
１６４    ・・・第２のモータ
１８      ・・・車輪
２０      ・・・接地部材駆動部
２０１    ・・・接地部材駆動回路
２０２    ・・・アクチュエータ
２２      ・・・手動補助機構
２４      ・・・接地部材
２６      ・・・バッテリ
２８      ・・・補助輪
３０      ・・・補助輪の回転軸
３２      ・・・アーム
３４      ・・・アームの回転軸
３６      ・・・連結部
３８      ・・・コイルバネ
４０      ・・・固定部
４２      ・・・凸部
４４      ・・・ワイヤー
【図１】
2011031668.tif 000003
【図２】
2011031668.tif 000004
【図３】
2011031668.tif 000005
【図４】
2011031668.tif 000006