(57)【要約】【課題】走行スピードが速い状態において移動体の倒立制御に異常事態が発生した場合に、より安全性の高い移動体を提供することを目的とする。【解決手段】移動体１０は、搭乗者が搭乗する車体３６と、車体３６から上方に伸びる支柱部２８と、車体３６の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３６の左右両側に配設された第１の車輪および第２の車輪１８と、それぞれの車輪１８の駆動を制御して車体３６の姿勢制御を行う制御部１４と、支柱部２８に連結された支持部材２４と、支持部材２４に設けられた接地部２２と、を備える。接地部２２は、走行面３０への接地時、第１及び第２の車輪１８より走行方向前方で走行面３０に接する。【選択図】図２
2011031654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搭乗者が搭乗する車体と、
前記車体から上方に伸びる支柱部と、
前記車体の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車体の姿勢制御を行う制御部と、
前記支柱部に連結された支持部材と、
前記支持部材に設けられた接地部と、
を備える移動体であって、
前記接地部は、走行面への接地時、前記第１及び第２の車輪より走行方向前方で走行面に接する移動体。
【請求項２】
前記支持部材は前記接地部が走行面と接地する際に走行面から受ける反力に対抗する粘性を有する請求項１に記載の移動体。
【請求項３】
前記支柱部は、前記搭乗者が操作する操作バーである請求項１または２に記載の移動体。
【請求項４】
前記接地部は、前記制御部による姿勢制御の異常時、前記支柱部から前記移動体の走行方向前方に向かって突出する請求項１から３のいずれか一項に記載の移動体。
【請求項５】
前記車体から走行方向前方に向けて突出した凸部をさらに備え、
前記凸部は、前記接地部が前記走行面に接地する際に、前記接地部の接地箇所に対して前記第１及び第２の車輪から近距離の前記走行面に接地する構造を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の移動体。
【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、特に、移動体の倒立制御が不安定になった際に、搭乗者をより安全に保護する移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、人間を搭乗させて走行する倒立二輪の移動体が知られており、該移動体の倒立制御が正常に動作している場合は、自律的に安定して倒立走行する。但し、倒立制御が何らかの理由で不安定になった際には、該移動体はバランスを崩し、転倒するおそれがある。
【０００３】
特許文献１には、移動体の異常を検知した場合には、補助輪が走行面に向けて付勢され走行面に向けて飛び出す機構が開示されている。これにより、移動体に異常が生じても、補助輪によって車輪を補助することで、移動体を安定した姿勢に保持することができる。
【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、特許文献１に開示されている機構の場合には、補助輪等の補助部材が接地する位置は、比較的に車輪の近傍である。移動体の走行スピードが速い状態においては、姿勢を保持しようとした際には、移動体および搭乗者に生じる慣性力等によって、姿勢を安定的に補助できないことが考えられる。
【０００６】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、走行スピードが速い状態において移動体の倒立制御に異常事態が発生した場合に、より安全性の高い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】
本発明に係る移動体は、搭乗者が搭乗する車体と、前記車体から上方に伸びる支柱部と、前記車体の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車体の姿勢制御を行う制御部と、前記支柱部に連結された支持部材と、前記支持部材に設けられた接地部と、を備える移動体であって、前記接地部は、走行面への接地時、前記第１及び第２の車輪より走行方向前方で走行面に接する。支持部材を支柱部に設置したことにより、支持部材が車輪近傍に設置されていた場合と比較して、支点として考えられる支持部材と、作用点として考えられる車体との距離が長くなるため、移動体を搭乗者ごと支持することが容易になる。
【０００８】
また、前記支持部材は前記接地部が走行面と接地する際に走行面から受ける反力に対抗する粘性を有してもよい。これにより、移動体が転倒した際には、移動体を徐々に走行面に近づけることが可能となるため、移動体および搭乗者にかかる衝撃を軽減することが可能である。
【０００９】
さらに、前記支柱部は、前記搭乗者が操作する操作バーであってもよい。
【００１０】
さらにまた、前記制御部による姿勢制御の異常時、前記接地部は、前記支柱部から前記移動体の走行方向前方に向かって突出させてもよい。これにより、移動体に備え付けられたセンサが異常を検知した場合に、支持部材が支柱部から突出し、走行方向前方への転倒を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によって、走行スピードが速い状態において移動体の倒立制御に異常事態が発生した場合に、より安全性の高い移動体を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る移動体のブロック図。
【図２】実施の形態１に係る移動体の斜視図。
【図３】支持部材展開状態の実施の形態１に係る移動体の斜視図。
【図４】実施の形態１の他のバリエーションに係る移動体の斜視図。
【図５】実施の形態１の他のバリエーションに係る移動体の斜視図。
【図６】実施の形態２に係る移動体の側面図。
【図７】支持部材展開状態の実施の形態２に係る移動体の側面図。
【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および第２の車輪１８、接地部駆動部２０、接地部２２ならびに支柱部２８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なら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、搭乗者による体重移動による操作に応じた回転信号を基に、車輪１８の回転を制御する。なお、支柱部２８は、搭乗者がバランスをとるために把持するだけでなく、本実施の形態の図２のように操作バーであってもよい。つまり、制御部１４は、搭乗者による支柱部２８への入力による操作に応じた回転信号に基づいて、車輪１８の回転を制御してもよい。
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なら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の回転を制御することが好ましい。
【００１７】
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ならびに安全監視センサ１２１からの検出信号を基に、接地部駆動部２０に対して制御信号を出力することが好ましい。
さらに、制御部１４は、支柱部２８への搭乗者からの入力信号を基に、接地部駆動部２０に対して制御信号を出力してもよい。
なお、前記制御部１４は、移動体１０の速度、加速度、姿勢また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、異常検知の制御信号を接地部駆動部２０に出力してもよい。これにより、異常時に自動で接地部２２を接地させることが可能である。
なお、異常検知による接地部駆動部２０への制御信号が出力される条件としては、非常停止スイッチが押された場合、バッテリ電圧が低下した場合、各センサ１２やアクチュエータ２０２等と制御部１４等との通信異常が発生した場合等様々な要因がある。これについては、特許文献１の段落２２、２３に記載されているため、本出願では省略する。
【００１８】
車輪駆動部１６は、駆動回路１６１および１６２、モータ１６３および１６４を有する。駆動回路１６１および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および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。
【００１９】
第１および第２の車輪１８は、走行方向に直交した回転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３６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。
【００２０】
接地部駆動部２０は、接地部駆動回路２０１およびアクチュエータ２０２を有する。接地部駆動回路２０１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２２を移動体１０の走行面３０に向かって駆動させる。
【００２１】
接地部２２は、キャスターなどの姿勢を補助するための補助輪であってもよいし、制動部材のように移動体１０の速度を減速させ、姿勢を補助する部材であってもよい。本実施の形態では、接地部２２として制動部材を用いている。制動部材を用いた場合には、移動体１０の転倒を防ぐとともに、床面との摩擦接触による制動も可能である。
また、接地部２２として、補助輪を用いた場合には、移動体１０の転倒を防ぐとともに、３点以上で移動体１０を支えて走行できるため、安定した走行が可能である。
さらに、接地部２２がゴムやバネなどの弾性体であって、衝撃を吸収できる場合には、移動体１０および搭乗者にかかる衝撃を軽減することが可能である。
接地部２２は支持部材２４によって支柱部２８に連結されており、制御部１４からの駆動信号によってアクチュエータ２０２が駆動し、接地部２２が接地される。
【００２２】
次に図２および図３を用いて接地部２２、支持部材２４、回転軸２６、支柱部２８および車体３６の構成を説明する。本実施の形態では、接地部２２は制動力が期待される材質の部材であるが、これは補助輪などの制動力は期待できないが姿勢制御が可能なものであってもよい。支持部材２４および支柱部２８は、本実施の形態においては曲線形状であるが、これに限られず、直線形状であってもよい。支柱部２８は、図２のようなハンドルを有する操作バーであってもよいし、あるいは、搭乗者が手で把持したり、搭乗者の腕、腰、足などで荷重を加えたりすることで単に搭乗者がバランスを保つための支柱等であってもよい。
【００２３】
接地部２２は、支持部材２４の一端に固定されている。支持部材２４の他端は支柱部２８の回転軸２６に固定されている。接地部２２および支持部材２４は回転軸２６を軸として回転する。支柱部２８は車体３６から上方に伸びている。
【００２４】
本実施の形態では、搭乗者は支柱部２８の操作バーに備えられたハンドルを把持して、移動体１０の進行方向または速度等の入力を行うことができる。支柱部２８から入力された入力信号は制御部１４に伝達される。また、支持部材２４の駆動についても支柱部２８から指示することが可能であってもよい。
【００２５】
支柱部２８と車体３６の位置関係は、前述のように、支柱部２８が車体３６から上方に向かって伸びているが、支柱部２８が車体３６の上面に設置されていてもよいし、車体３６の側面に設置されていてもよい。車体３６の側面に支柱部２８が設置されている場合には、支柱部２８は弧を描いて、あるいは、折れ曲がって、車体３６の上方に伸びる。
【００２６】
支持部材２４と回転軸２６の連結は回転自在に固定されており、支持部材２４は移動体１０の進退方向に揺動可能である。
この構成により、通常走行時においては、図２のように接地部２２および支持部材２４等は支柱部２８に近接しているが、アクチュエータ２０２が制御部１４からの駆動信号を受信した場合には、図３のように、接地部２２が接地する方向に支持部材２４を回転させる。これにより、移動体１０が倒立制御に異常を来した際には、一対の車輪１８および接地部２２によって、移動体１０の安定が保たれる。
本実施の形態では、車体３６から上方に伸びる支柱部２８から前方に向けて接地部２２が突出する。このため、移動体１０が走行方向前方に傾斜して接地部２２が接地したとき、移動体１０は支柱部２８の中間部、つまり回転軸２６の位置が支点となり、車体３６が作用点、支柱部２８の操作バーのハンドル部分が力点となる。支持部材２４および接地部２２が車輪近傍に配置されていた場合と比較すると、支点から作用点までの長さが長くなり、支点から力点までの長さが短くなる。よって、移動体１０を搭乗者ごと支持することが容易になる。
【００２７】
また、前記の構成に限られず、図４のように、接地部２２および支持部材２４は支柱部２８の上方で固定されていてもよい。これにより、アクチュエータ２０２が作動した際には、接地部２２および支持部材２４の自重による加速度も加わり、短時間で接地可能である。
【００２８】
さらに、前記の動作機構に限られず、図５のように、接地部２２および支持部材２４は支柱部２８の内部に収納されていてもよい。これにより、支柱部２８に凹凸を作らず、搭乗者が接地部２２および支持部材２４を気に掛けることなく搭乗することが可能である。
なお、接地部２２を展開する際には、前記接地部２２にコイルバネ等を用いて付勢してもよい。
【００２９】
さらにまた、本実施の形態では移動体１０の通常走行時においては、支持部材２４が接地部２２と支柱部２８が近接するように備えられているが、該構成に限られず、通常走行時から、接地部２２と支柱部２８を離間して備えていてもよい。接地部２２と支柱部２８が常に離間した状態であることにより、アクチュエータ２０２、制御部１４および駆動信号等にかかわらず、常時移動体１０の転倒に備えることが可能である。
【００３０】
接地部２２は、移動体１０が転倒する前に接地し、搭乗者と移動体１０を支持する。支持部材２４は接地部２２が走行面３０と接地する際に走行面３０から受ける反力に対抗する粘性を有してもよい。これにより、移動体１０は徐々に走行面３０に近接してき、移動体１０および搭乗者に対して、走行面３０から与えられる衝撃を軽減することが可能である。
【００３１】
なお、車体３６は、移動体１０の搭乗者が立位姿勢で搭乗可能なステップを備えていても良い。また、搭乗者が座位姿勢で搭乗可能なイスを備えていても良い。搭乗者が立位姿勢で搭乗する場合には、搭乗者は手あるいは腕、腰、足などを使って支柱部２８に体重をかけて移動体１０と一体となっているため、移動体１０が急停車した場合には、進行方向前方へ働く慣性力が移動体１０および搭乗者にかかる。また、座位姿勢の場合であっても、搭乗者は手、腕、腰、足あるいはシートベルトを用いて移動体１０と一体となっているため、移動体１０が急停車した場合には、進行方向前方へ働く慣性力が移動体１０および搭乗者にかかる。前記立位姿勢または座位姿勢のどちらの場合であっても、前記慣性力によって、転倒するおそれがあるため、本実施の形態にかかる支柱部２８から支持部材２４および接地部２２を突出させて姿勢制御を行う手段は有効である。
【００３２】
＜発明の実施の形態２＞
実施の形態２について図６および図７を用いて説明する。なお、実施の形態１の移動体１０と共通する点については記載を省略する。図６および図７に記載の移動体３２には、実施の形態１の移動体１０に加えて凸部３４が備えられている。
【００３３】
移動体３２が転倒した際に、接地部２２が接地した状態において、凸部３４と接地部２２によって移動体３２は支持される。前記状態において、図７のように、移動体３２の車輪１８が走行面３０と離間するような移動体３２の車体前方の位置に凸部３４は備えられている。
移動体３２の転倒時に車輪１８が走行面３０から離間することによって、転倒した移動体３２に対して与えられるモータ１６３および１６４の駆動力遮ることができ、移動体３２へ不要な力が加わることを防ぐことが可能である。
なお、凸部３４は、図６および図７のような車体３６とは別の部材で構成されている必要はなく、車体３６の搭乗者が乗るステップ部分が、移動体１０の走行方向前方に突出していてもよい。また、常時車体３６から突出していなくとも、センサが異常を検知した場合など、状況に応じて突出させてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
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      ・・・接地部駆動部
２０１    ・・・接地部駆動回路
２０２    ・・・アクチュエータ
２２      ・・・接地部
２４      ・・・支持部材
２６      ・・・回転軸
２８      ・・・支柱部
３０      ・・・走行面
３２      ・・・移動体
３４      ・・・凸部
３６      ・・・車体
【図１】
2011031654.tif 000003
【図２】
2011031654.tif 000004
【図３】
2011031654.tif 000005
【図４】
2011031654.tif 000006
【図５】
2011031654.tif 000007
【図６】
2011031654.tif 000008
【図７】
2011031654.tif 000009