(57)【要約】【課題】手の操作により倒立振子型移動体の位置を変更させることが可能な倒立振子型移動体の制御装置を提供する。【解決手段】倒立振子型移動体１は、基体９と、該基体９に接続され、基体９を前後左右方向に移動可能とする移動動作部５及びアクチュエータ装置７と、該移動動作部５及びアクチュエータ装置７を制御する制御ユニット５０と、倒立振子型移動体１の外部に位置する操作者の手の動きを検知して、その手の動きによる指令内容を検出する指令検出器１０と、を備え、制御ユニット５０が、検出した指令内容に応じて前記移動動作部５及びアクチュエータ装置７の制御を行う。【選択図】図１
2011073628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
該基体に接続され、前記基体を前後左右方向に移動可能とする移動部と、
該移動部を制御する制御部と、
当該倒立振子型移動体の外部に位置する操作者の手の動きを検知して、その手の動きによる指令内容を検出する指令検出手段と、
を備え、前記指令検出手段が検出した指令内容に応じて前記制御部が前記移動部の制御を行うことを特徴とする倒立振子型移動体の制御装置。
【請求項２】
前記手の動きの周波数が高い場合に、当該倒立振子移動体の位置を変更すべく、当該倒立振子型移動体を移動させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の倒立振子型移動体の制御装置。
【請求項３】
前記指令検出手段に、前記操作者により操作されるひも状体を接続し、前記指令検出手段は、前記操作者により操作されることにより前記ひも状体に作用する張力変化及びその張力変化の周波数を検出し、その張力変化の周波数に応じて当該倒立振子型移動体の位置を変更すべく当該倒立振子型移動体を移動させるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の倒立振子型移動体の制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記検出された指令内容に応じて、当該倒立振子型移動体の移動方向及び移動速度の少なくともいずれか一方を決定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の倒立振子型移動体の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、床面上を全方向に移動可能な倒立振子型移動体の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
倒立振子型移動体として、床面上を全方向（２次元的な全方向）に移動可能な全方向移動車両がある。全方向移動車両は、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に見られる全方向移動車両にあっては、床面に接地しながら該床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、床面上を移動する。
また、この種の全方向移動車両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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、全方向に移動可能な倒立振子型移動体の移動制御を行う場合、ユーザの直感的な操作により移動体の位置を変更させることが望ましい状況が多々ある。例えば、倒立振子にゴムひもを結びつけ、他端を人が持って操作することにより倒立振子型移動体の移動制御を行ったりする場合である。
【０００５】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、倒立振子型移動体の外部後方にいる操作者が直感的な操作を行うことにより、倒立振子型移動体の位置を変更可能にした倒立振子型移動体の制御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】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、基体（例えば、実施形態における基体９）と、該基体に接続され、前記基体を前後左右方向に移動可能とする移動部（例えば、実施形態における移動動作部５及びアクチュエータ装置７）と、該移動部を制御する制御部（例えば、実施形態における制御ユニット５０）と、当該倒立振子型移動体（例えば、実施形態における倒立振子型移動体１）の外部に位置する操作者の手の動きを検知して、その手の動きによる指令内容を検出する指令検出手段（例えば、実施形態における指令検出器１０）と、を備え、前記指令検出手段が検出した指令内容に応じて前記制御部が前記移動部の制御を行うことを特徴とする倒立振子型移動体の制御装置が提供される。これにより、手の動きによる指令内容を検出する指令検出手段の指令内容に応じて制御部が移動部の制御を行うので、手の動きにより倒立振子型移動体の移動制御を行うことができる。
【０００７】
請求項２に記載した発明は、手の動きの周波数が高い場合に、当該倒立振子移動体の位置を変更すべく、当該倒立振子型移動体を移動させるようにしたことを特徴とする。これにより、手の動きの周波数が低い通常の手操作では、倒立振子型移動体は移動制御されない。
【０００８】
請求項３に記載した発明は、前記指令検出手段に、前記操作者により操作されるひも状体（例えば、実施形態におけるゴムひも１０a）を接続し、前記指令検出手段は、前記操作者により操作されることにより前記ひも状体に作用する張力変化及びその張力変化の周波数を検出し、その張力変化の周波数に応じて当該倒立振子型移動体の位置を変更すべく当該倒立振子型移動体を移動させるようにしたことを特徴とする。これにより、指令検出手段は、ひも状体を介してその張力変化及びその張力変化の周波数を検出することにより操作者の手の動きによる指令内容を検出することができる。
【０００９】
請求項４に記載した発明は、前記制御部が、前記検出された指令内容に応じて、当該倒立振子型移動体の移動方向及び移動速度の少なくともいずれか一方を決定することを特徴とする。これにより、制御部は、指令検出手段が検出した操作者の手の動きによる指令内容に応じて倒立振子型移動体の種々の移動方向や移動速度を決定する。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載した発明によれば、手の動きによる指令内容を検出する指令検出手段の指令内容に応じて制御部が移動部の制御を行うので、操作者の手の操作という直感的な動作により倒立振子型移動体を動作させることができる。
【００１１】
請求項２に記載した発明によれば、手の動きの周波数が高い場合に、当該倒立振子移動体の位置を変更すべく、当該倒立振子型移動体を移動させるようにすることにより、手の動きの周波数が低い通常の手操作では、倒立振子型移動体は移動制御されないので、操作者が単に歩行時に手を振った場合等に反応してしまうという誤動作を防止することができる。
【００１２】
請求項３に記載した発明によれば、指令検出手段は、ひも状体を介してその張力変化及びその張力変化の周波数を検出することにより操作者の手の動きによる指令内容を検出することができるので、指令検出手段はひも状体という簡単な構成で操作者の手の動きによる指令内容を検出することができ、ひいては、簡単な構成で当該倒立振子型移動体の位置変更を達成できる。
【００１３】
請求項４に記載した発明によれば、指令検出手段が検出した操作者の手の動きによる指令内容に応じて制御部が倒立振子型移動体の移動方向や移動速度を決定するので、操作者の手の動きという簡単な操作で倒立振子型移動体を任意の方向にかつ任意の速度で移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態の倒立振子型移動体の正面図。
【図２】実施形態の倒立振子型移動体の側面図。
【図３】実施形態の倒立振子型移動体の下部を拡大して示す図。
【図４】実施形態の倒立振子型移動体の下部の斜視図。
【図５】実施形態の倒立振子型移動体の移動動作部（車輪体）の斜視図。
【図６】実施形態の倒立振子型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。
【図７】実施形態の倒立振子型移動体の制御ユニットの処理を示すフローチャート。
【図８】実施形態の倒立振子型移動体の動力学的挙動を表現する倒立振子モデルを示す図。
【図９】図７のステップＳ９の処理に係わる処理機能を示すブロック図。
【図１０】図９に示すゲイン調整部の処理機能を示すブロック図。
【図１１】図１０に示すリミット処理部（又は図１２に示すリミット処理部）の処理機能を示すブロック図。
【図１２】図９に示す重心速度制限部７６の処理機能を示すブロック図。
【図１３】図９に示す姿勢制御演算部８０の処理機能を示すブロック図。
【図１４】図９に示す要求重心速度生成部７４の処理を示すフローチャート。
【図１５】図１４のステップＳ２３のサブルーチン処理を示すフローチャート。
【図１６】図１４のステップＳ２４のサブルーチン処理を示すフローチャート。
【図１７】図１４のステップＳ２５のサブルーチン処理を示すフローチャート。
【図１８】図１、図２及び図９に示される指令検出器１０によって検出される、手の動きによって生成される信号の波形を示す図。
【図１９】図１、図２及び図９に示される指令検出器１０によって検出される、手の動きによって生成される信号の波形を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［第１実施形態］
本発明の実施形態を以下に説明する。まず、図１〜図６を参照して、本実施形態における倒立振子型移動体の構造を説明する。
【００１６】
図１及び図２に示すように、本実施形態における倒立振子型移動体（以下、「車両」という）１は、乗員（運転者）の搭乗部（シート）３と、床面に接地しながら該床面上を全方向（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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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の上端から上方に延設された支柱フレーム１３とを備える。
支柱フレーム１３の後方側面には、本発明の制御を実施するための指令検出器１０が取り付けられており、該指令検出器１０には、例えばゴムひも１０a（ひも状体）が繋がれている。後述するように、指令伝達媒体すなわちゴムひも１０aの他端を把持する図示しない操作者が、ゴムひも１０aを左右に振ることによる指令または水平面内前方に輪を描くように振ることによる指令を出すと、その指令内容を指令検出器１０が検出し、指令内容に応じて全方向移動車両１を左右に移動させたり前方に移動させたりするための移動指令信号Vb_comを出力する。この場合、指令検出器１０としては、例えば、３軸力センサ等の張力を検出可能なセンサを用いることができる。
【００２０】
支柱フレーム１３の上部には、該支柱フレーム１３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。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全方向移動車両１（以降、単に車両１という）は、乗員がシート３に着座した状態で、床面上を移動するものである。
【００２１】
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、支柱フレーム１３（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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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床面に接地する。
【００２８】
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（床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、床面上を全方向に移動することが可能となっている。
【００２９】
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１７Ｌ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。
【００３０】
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１３等、基体９の適所に搭載されている。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
以上説明した構造を有する車両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が床面上を前後方向に輪転して、車両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。
【００４２】
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、車両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。
【００４３】
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。
【００４４】
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、車両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。
【００４５】
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、車両１の移動速度及び移動方向を制御できることとなる。
【００４６】
次に、本実施形態の車両１の動作制御のための構成を説明する。なお、以降の説明では、図１及び図２に示すように、前後方向の水平軸をＸ軸、左右方向の水平軸をＹ軸、鉛直方向をＺ軸とするＸＹＺ座標系を想定し、前後方向、左右方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向と言うことがある。
【００４７】
まず、車両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９がシート３と共に傾動する。そして、この時、基体９が傾いた側に車両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、車両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。
【００４８】
すなわち、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、車両１に対する１つの基本的な操縦操作（車両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。
【００４９】
ここで、本実施形態の車両１は、その全体の接地面としての車輪体５の接地面が、車両１とこれに搭乗する乗員との全体を床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、乗員及び車両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。
【００５０】
そこで、本実施形態では、乗員及び車両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。
【００５１】
また、車両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、それにより車両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車両１に作用させた場合には、それに応じて車両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、車両１の移動速度が一旦、一定速度に保持された後、減衰して、該車両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）。
【００５２】
さらに、車両１に乗員が搭乗していない状態では、車両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車両１が自立するように、車輪体５の移動動作が制御される。
【００５３】
本実施形態では、以上の如き車両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（＝dθb/dt）を計測するための傾斜センサ５２と、車両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ーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌがそれぞれ、車両１の適所に搭載されている。
【００５４】
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１３の内部に収容された状態で該支柱フレーム１３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、ロータリーエンコーダ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、ロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌは、それぞれ、回転部材２７Ｒ，２７Ｌに装着してもよい。
【００５５】
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。そして、制御ユニット５０が、傾斜センサ５２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（これは公知の演算処理でよい）を実行することによって、傾斜センサ５２を搭載した部位（本実施形態では支柱フレーム１３）の、鉛直方向に対する傾斜角度θbの計測値とその変化速度（微分値）である傾斜角速度θbdotの計測値とを算出する。
【００５６】
この場合、計測する傾斜角度θb（以降、基体傾斜角度θbということがある）は、より詳しくは、それぞれ、Ｙ軸周り方向（ピッチ方向）の成分θb_xと、Ｘ軸周り方向（ロール方向）の成分θb_yとから成る。同様に、計測する傾斜角速度θbdot（以降、基体傾斜角速度θbdotということがある）も、Ｙ軸周り方向（ピッチ方向）の成分θbdot_x（＝dθb_x/dt）と、Ｘ軸周り方向（ロール方向）の成分θbdot_y（＝dθb_y/dt）とから成る。
なお、本実施形態の説明では、上記基体傾斜角度θbなど、Ｘ軸及びＹ軸の各方向（又は各軸周り方向）の成分を有する運動状態量等の変数、あるいは、該運動状態量に関連する係数等の変数に関しては、その各成分を区別して表記する場合に、該変数の参照符号に、添え字“_x”又は“_y”を付加する。
【００５７】
この場合において、並進速度等の並進運動に係わる変数については、そのＸ軸方向の成分に添え字“_x”を付加し、Ｙ軸方向の成分に添え字“_y”を付加する。
【００５８】
一方、角度、回転速度（角速度）、角加速度など、回転運動に係わる変数については、並進運動に係わる変数と添え字を揃えるために、便宜上、Ｙ軸周り方向の成分に添え字“_x”を付加し、Ｘ軸周り方向の成分に添え字“_y”を付加する。
【００５９】
さらに、Ｘ軸方向の成分（又はＹ軸周り方向の成分）と、Ｙ軸方向の成分（又はＸ軸周り方向の成分）との組として変数を表記する場合には、該変数の参照符号に添え字“_xy”を付加する。例えば、上記基体傾斜角度θbを、Ｙ軸周り方向の成分θb_xとＸ軸周り方向の成分θb_yの組として表現する場合には、「基体傾斜角度θb_xy」というように表記する。
【００６０】
前記荷重センサ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。そして、制御ユニット５０が、この荷重センサ５４の出力により示される荷重の計測値に基づいて、車両１に乗員が搭乗しているか否かを判断する。
【００６１】
なお、荷重センサ５４の代わりに、例えば、乗員がシート３に着座したときにＯＮとなるようなスイッチ式のセンサを用いてもよい。
【００６２】
ロータリーエンコーダ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。そして、制御ユニット５０が、そのパルス信号を基に、電動モータ５３Ｒの出力軸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）を電動モータ５３Ｒの回転角速度として計測する。電動モータ３１Ｌ側のロータリーエンコーダ５６Ｌについても同様である。
【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。
【００６４】
なお、電動モータ３１Ｒの出力軸の回転角速度と、回転部材２７Ｒの回転角速度との間の関係は、該出力軸と回転部材２７Ｒ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、電動モータ３１Ｒの回転角速度は、回転部材２７Ｒの回転角速度を意味するものとする。同様に、電動モータ３１Ｌの回転角速度は、回転部材２７Ｌの回転角速度を意味するものとする。
【００６５】
以下に、制御ユニット５０の制御処理をさらに詳細に説明する。
制御ユニット５０は、所定の制御処理周期で図７のフローチャートに示す処理（メインルーチン処理）を実行する。
【００６６】
まず、ステップS１において、制御ユニット５０は、傾斜センサ５２の出力を取得する。
次いで、ステップS２に進んで、制御ユニット５０は、取得した傾斜センサ５２の出力を基に、基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sと、基体傾斜角速度θbdotの計測値θbdot_xy_sとを算出する。
【００６７】
なお、以降の説明では、上記計測値θb_xy_sなど、変数（状態量）の実際の値の観測値（計測値又は推定値）を参照符号により表記する場合に、該変数の参照符号に、添え字“_s”を付加する。
【００６８】
次いで、制御ユニット５０は、ステップS３において、荷重センサ５４の出力を取得した後、ステップS４の判断処理を実行する。この判断処理においては、制御ユニット５０は、取得した荷重センサ５４の出力が示す荷重計測値があらかじめ設定された所定値よりも大きいか否かによって、車両１に乗員が搭乗しているか否か（シート３に乗員が着座しているか否か）を判断する。
【００６９】
そして、制御ユニット５０は、ステップS４の判断結果が肯定的である場合には、基体傾斜角度θbの目標値θb_xy_objを設定する処理と、車両１の動作制御用の定数パラメータ（各種ゲインの基本値など）の値を設定する処理とを、それぞれステップS５、S６で実行する。
【００７０】
ステップS５においては、制御ユニット５０は、基体傾斜角度θbの目標値θb_xy_objとして、あらかじめ定められた搭乗モード用の目標値を設定する。
【００７１】
ここで、「搭乗モード」は、車両１に乗員が搭乗している場合での車両１の動作モードを意味する。この搭乗モード用の目標値θb_xy_objは、車両１とシート３に着座した乗員との全体の重心点（以降、車両・乗員全体重心点という）が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態となる基体９の姿勢において、傾斜センサ５２の出力に基づき計測される基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sに一致又はほぼ一致するようにあらかじめ設定されている。
【００７２】
また、ステップS６においては、制御ユニット５０は、車両１の動作制御用の定数パラメータの値として、あらかじめ定められた搭乗モード用の値を設定する。なお、定数パラメータは、後述するｈx，ｈy，Ｋi_a_x，Ｋi_b_x，Ｋi_a_y，Ｋi_b_y（ｉ＝１，２，３）等である。
【００７３】
一方、ステップS４の判断結果が否定的である場合には、制御ユニット５０は、基体傾斜角度θb_xyの目標値θb_xy_objを設定する処理と、車両１の動作制御用の定数パラメータの値を設定する処理とを、ステップS７、S８で実行する。
【００７４】
ステップS７においては、制御ユニット５０は、傾斜角度θbの目標値θb_xy_objとして、あらかじめ定められた自立モード用の目標値を設定する。
【００７５】
ここで、「自立モード」は、車両１に乗員が搭乗していない場合での車両１の動作モードを意味する。この自立モード用の目標値θb_xy_objは、車両１単体の重心点（以降、車両単体重心点という）が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態となる基体９の姿勢において、傾斜センサ５２の出力に基づき計測される基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sに一致又はほぼ一致するようにあらかじめ設定されている。この自立モード用の目標値θb_xy_objは、搭乗モード用の目標値θb_xy_objと一般的には異なる。
【００７６】
また、ステップS８においては、制御ユニット５０は、車両１の動作制御用の定数パラメータの値として、あらかじめ定められた自立モード用の値を設定する。この自立モード用の定数パラメータの値は、搭乗モード用の定数パラメータの値と異なる。
【００７７】
搭乗モードと自立モードとで、上記定数パラメータの値を異ならせるのは、それぞれのモードで上記重心点の高さや、全体質量等が異なることに起因して、制御入力に対する車両１の動作の応答特性が互いに異なるからである。
【００７８】
以上のステップS４〜S８の処理によって、搭乗モード及び自立モードの動作モード毎に個別に、基体傾斜角度θb_xyの目標値θb_xy_objと定数パラメータの値とが設定される。
【００７９】
なお、ステップS５，S６の処理、又はステップS７，S８の処理は、制御処理周期毎に実行することは必須ではなく、ステップS４の判断結果が変化した場合にだけ実行するようにしてもよい。
【００８０】
補足すると、搭乗モード及び自立モードのいずれにおいても、基体傾斜角速度θbdotのＹ軸周り方向の成分θbdot_xの目標値とＸ軸周り方向の成分θbdot_yの目標値とは、いずれも“０”である。このため、基体傾斜角速度θbdot_xyの目標値を設定する処理は不要である。
【００８１】
以上の如くステップS５，S６の処理、又はステップS７，S８の処理を実行した後、制御ユニット５０は、次にステップS９において、車両制御演算処理を実行することによって、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの速度指令を決定する。この車両制御演算処理の詳細は後述する。
【００８２】
次いで、ステップS１０に進んで、制御ユニット５０は、ステップS９で決定した速度指令に応じて電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの動作制御処理を実行する。この動作制御処理では、制御ユニット５０は、ステップS９で決定した電動モータ３１Ｒの速度指令と、ロータリーエンコーダ５６Ｒの出力に基づき計測した電動モータ３１Ｒの回転速度の計測値との偏差に応じて、該偏差を“０”に収束させるように電動モータ３１Ｒの出力トルクの目標値（目標トルク）を決定する。そして、制御ユニット５０は、その目標トルクの出力トルクを電動モータ３１Ｒに出力させるように該電動モータ３１Ｒの通電電流を制御する。左側の電動モータ３１Ｌの動作制御についても同様である。
以上が、制御ユニット５０が実行する全体的な制御処理である。
【００８３】
次に、上記ステップS９の車両制御演算処理の詳細を説明する。
なお、以降の説明においては、前記搭乗モードにおける車両・乗員全体重心点と、前記自立モードにおける車両単体重心点とを総称的に、車両系重心点という。該車両系重心点は、車両１の動作モードが搭乗モードである場合には、車両・乗員全体重心点を意味し、自立モードである場合には、車両単体重心点を意味する。
【００８４】
また、以降の説明では、制御ユニット５０が各制御処理周期で決定する値（更新する値）に関し、現在の（最新の）制御処理周期で決定する値を今回値、その１つ前の制御処理周期で決定した値を前回値ということがある。そして、今回値、前回値を特にことわらない値は、今回値を意味する。
【００８５】
また、Ｘ軸方向の速度及び加速度に関しては、前方向きを正の向きとし、Ｙ軸方向の速度及び加速度に関しては、左向きを正の向きとする。
【００８６】
本実施形態では、前記車両系重心点の動力学的な挙動（詳しくは、Ｙ軸方向からこれに直交する面（ＸＺ平面）に投影して見た挙動と、Ｘ軸方向からこれに直交する面（ＹＺ平面）に投影して見た挙動）が、近似的に、図８に示すような、倒立振子モデルの挙動（倒立振子の動力学的挙動）によって表現されるものとして、ステップS９の車両制御演算処理が行なわれる。
【００８７】
なお、図８において、括弧を付していない参照符号は、Ｙ軸方向から見た倒立振子モデルに対応する参照符号であり、括弧付きの参照符号は、Ｘ軸方向から見た倒立振子モデルに対応する参照符号である。
【００８８】
この場合、Ｙ軸方向から見た挙動を表現する倒立振子モデルは、車両系重心点に位置する質点６０_xと、Ｙ軸方向に平行な回転軸６２a_xを有して床面上を輪転自在な仮想的な車輪６２_x（以降、仮想車輪６２_xという）とを備える。そして、質点６０_xが、仮想車輪６２_xの回転軸６２a_xに直線状のロッド６４_xを介して支持され、該回転軸６２a_xを支点として該回転軸６２a_xの周りに揺動自在とされている。
【００８９】
この倒立振子モデルでは、質点６０_xの運動が、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の運動に相当する。また、鉛直方向に対するロッド６４_xの傾斜角度θbe_xがＹ軸周り方向での基体傾斜角度計測値θb_x_sと基体傾斜角度目標値θb_x_objとの偏差θbe_x_s（＝θb_x_s−θb_x_obj）に一致するものとされる。また、ロッド６４_xの傾斜角度θbe_xの変化速度（＝dθbe_x/dt）がＹ軸周り方向の基体傾斜角速度計測値θbdot_x_sに一致するものとされる。また、仮想車輪６２_xの移動速度Ｖw_x（Ｘ軸方向の並進移動速度）は、車両１の車輪体５のＸ軸方向の移動速度に一致するものとされる。
【００９０】
同様に、Ｘ軸方向から見た挙動を表現する倒立振子モデル（図８の括弧付きの符号を参照）は、車両系重心点に位置する質点６０_yと、Ｘ軸方向に平行な回転軸６２a_yを有して床面上を輪転自在な仮想的な車輪６２_y（以降、仮想車輪６２_yという）とを備える。そして、質点６０_yが、仮想車輪６２_yの回転軸６２a_yに直線状のロッド６４_yを介して支持され、該回転軸６２a_yを支点として該回転軸６２a_yの周りに揺動自在とされている。
【００９１】
この倒立振子モデルでは、質点６０_yの運動が、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の運動に相当する。また、鉛直方向に対するロッド６４_yの傾斜角度θbe_yがＸ軸周り方向での基体傾斜角度計測値θb_y_sと基体傾斜角度目標値θb_y_objとの偏差θbe_y_s（＝θb_y_s−θb_y_obj）に一致するものとされる。また、ロッド６４_yの傾斜角度θbe_yの変化速度（＝dθbe_y/dt）がＸ軸周り方向の基体傾斜角速度計測値θbdot_y_sに一致するものとされる。また、仮想車輪６２_yの移動速度Ｖw_y（Ｙ軸方向の並進移動速度）は、車両１の車輪体５のＹ軸方向の移動速度に一致するものとされる。
【００９２】
なお、仮想車輪６２_x，６２_yは、それぞれ、あらかじめ定められた所定値Ｒw_x，Ｒw_yの半径を有するものとされる。
【００９３】
また、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度ωw_x，ωw_yと、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R，ω_L（より正確には、回転部材２７Ｒ，２７Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R，ω_L）との間には、次式０１ａ，０１ｂの関係が成立するものとされる。
ωw_x＝（ω_Ｒ＋ω_L）／２    ……式０１ａ
ωw_y＝Ｃ・（ω_Ｒ−ω_L）／２    ……式０１ｂ
なお、式０１ｂにおける“Ｃ”は、前記フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌと車輪体５との間の機構的な関係や滑りに依存する所定値の係数である。
【００９４】
ここで、図８に示す倒立振子モデルの動力学は、次式０３ｘ，０３ｙにより表現される。なお、式０３ｘは、Ｙ軸方向から見た倒立振子モデルの動力学を表現する式、式０３ｙは、Ｘ軸方向から見た倒立振子モデルの動力学を表現する式である。
ｄ2θbe_x／dt2＝α_x・θbe_x＋β_x・ωwdot_x    ……式０３ｘ
ｄ2θbe_y／dt2＝α_y・θbe_y＋β_y・ωwdot_y    ……式０３ｙ
式０３ｘにおけるωwdot_xは仮想車輪６２_xの回転角加速度（回転角速度ωw_xの１階微分値）、α_xは、質点６０_xの質量や高さｈ_xに依存する係数、β_xは、仮想車輪６２_xのイナーシャ（慣性モーメント）や半径Ｒw_xに依存する係数である。式０３ｙにおけるωwdot_y、α_y、β_yについても上記と同様である。
【００９５】
これらの式０３ｘ，０３ｙから判るように、倒立振子の質点６０_x，６０_yの運動（ひいては車両系重心点の運動）は、それぞれ、仮想車輪６２_xの回転角加速度ωwdot_x、仮想車輪６２_yの回転角加速度ωwdot_yに依存して規定される。
【００９６】
そこで、本実施形態では、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の運動を制御するための操作量（制御入力）として、仮想車輪６２_xの回転角加速度ωwdot_xを用いると共に、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の運動を制御するための操作量（制御入力）として、仮想車輪６２_yの回転角加速度ωwdot_yを用いる。
【００９７】
そして、ステップS９の車両制御演算処理を概略的に説明すると、制御ユニット５０は、Ｘ軸方向で見た質点６０_xの運動と、Ｙ軸方向で見た質点６０_yの運動とが、車両系重心点の所望の運動に対応する運動となるように、操作量としての上記回転角加速度ωwdot_x，ωwdot_yの指令値（目標値）である仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdを決定する。さらに、制御ユニット５０は、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdをそれぞれ積分してなる値を、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度ωw_x，ωw_yの指令値（目標値）である仮想車輪回転角速度指令ωw_x_cmd，ωw_y_cmdとして決定する。
【００９８】
そして、制御ユニット５０は、仮想車輪回転角速度指令ωw_x_cmdに対応する仮想車輪６２_xの移動速度（＝Ｒw_x・ωw_x_cmd）と、仮想車輪回転角速度指令ωw_y_cmdに対応する仮想車輪６２_yの移動速度（＝Ｒw_y・ωw_y_cmd）とを、それぞれ、車両１の車輪体５のＸ軸方向の目標移動速度、Ｙ軸方向の目標移動速度とし、それらの目標移動速度を実現するように、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの速度指令ω_R_cmd，ω_L_cmdを決定する。
【００９９】
なお、本実施形態では、操作量（制御入力）としての上記仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdは、それぞれ、後述する式０７ｘ，０７ｙに示す如く、３個の操作量成分を加え合わせることによって決定される。
【０１００】
制御ユニット５０は、上記の如き、ステップS９の車両制御演算処理を実行するための機能として、図９のブロック図で示す機能を備えている。
すなわち、制御ユニット５０は、基体傾斜角度計測値θb_xy_sと基体傾斜角度目標値θb_xy_objとの偏差である基体傾斜角度偏差計測値θbe_xy_sを算出する偏差演算部７０と、前記車両系重心点の移動速度である重心速度Ｖb_xyの観測値としての重心速度推定値Ｖb_xy_sを算出する重心速度算出部７２と、図１及び図2に示すゴムひも（指令伝達媒体）１０aにより伝達される図示しない操作者からの指令によって要求されていると推定される上記重心速度Ｖb_xyの要求値としての要求重心速度Ｖｂ_xy_aimを生成する要求重心速度生成部７４と、これらの重心速度推定値Ｖb_xy_s及び要求重心速度Ｖｂ_xy_aimから、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの回転角速度の許容範囲に応じた制限を加味して、重心速度Ｖb_xyの目標値としての制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfdを決定する重心速度制限部７６と、後述する式０７ｘ，０７ｙのゲイン係数の値を調整するためのゲイン調整パラメータＫr_xyを決定するゲイン調整部７８とを備える。
【０１０１】
制御ユニット５０は、さらに、前記仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを算出する姿勢制御演算部８０と、この仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを、右側の電動モータ３１Ｒの速度指令ω_R_cmd（回転角速度の指令値）と左側の電動モータ３１Ｌの速度指令ω_L_cmd（回転角速度の指令値）との組に変換するモータ指令演算部８２とを備える。
【０１０２】
なお、図９中の参照符号８４を付したものは、姿勢制御演算部８０が制御処理周期毎に算出する仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを入力する遅延要素を示している。該遅延要素８４は、各制御処理周期において、仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdの前回値ωw_xy_cmd_pを出力する。
【０１０３】
前記ステップS９の車両制御演算処理では、これらの上記の各処理部の処理が以下に説明するように実行される。
【０１０４】
すなわち、制御ユニット５０は、まず、偏差演算部７０の処理と重心速度算出部７２の処理とを実行する。
【０１０５】
偏差演算部７０には、前記ステップS２で算出された基体傾斜角度計測値θb_xy_s（θb_x_s及びθb_y_s）と、前記ステップS５又はステップS７で設定された目標値θb_xy_obj（θb_x_obj及びθb_y_obj）とが入力される。そして、偏差演算部７０は、θb_x_sからθb_x_objを減算することによって、Ｙ軸周り方向の基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_s（＝θb_x_s−θb_x_obj）を算出すると共に、θb_y_sからθb_y_objを減算することによって、Ｘ軸周り方向の基体傾斜角度偏差計測値θbe_y_s（＝θb_y_s−θb_y_obj）を算出する。
【０１０６】
なお、偏差演算部７０の処理は、ステップS９の車両制御演算処理の前に行なうようにしてもよい。例えば、前記ステップS５又はS７の処理の中で、偏差演算部７０の処理を実行してもよい。
【０１０７】
前記重心速度算出部７２には、前記ステップS２で算出された基体傾斜角速度計測値θbdot_xy_s（θbdot_x_s及びθbdot_y_s）の今回値が入力されると共に、仮想車輪速度指令ωw_xy_cmdの前回値ωw_xy_cmd_p（ωw_x_cmd_p及びωw_y_cmd_p）が遅延要素８４から入力される。そして、重心速度算出部７２は、これらの入力値から、前記倒立振子モデルに基づく所定の演算式によって、重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）を算出する。
【０１０８】
具体的には、重心速度算出部７２は、次式０５ｘ，０５ｙにより、Ｖb_x_s及びＶb_y_sをそれぞれ算出する。
Ｖb_x_s＝Ｒw_x・ωw_x_cmd_p＋ｈ_x・θbdot_x_s    ……０５ｘ
Ｖb_y_s＝Ｒw_y・ωw_y_cmd_p＋ｈ_y・θbdot_y_s    ……０５ｙ
これらの式０５ｘ，０５ｙにおいて、Ｒw_x，Ｒw_yは、前記したように、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの半径であり、これらの値は、あらかじめ設定された所定値である。また、ｈ_x，ｈ_yは、それぞれ倒立振子モデルの質点６０_x，６０_yの高さである。この場合、本実施形態では、車両系重心点の高さは、ほぼ一定に維持されるものとされる。そこで、ｈ_x，ｈ_yの値としては、それぞれ、あらかじめ設定された所定値が用いられる。補足すると、高さｈ_x，ｈ_yは、前記ステップS６又はS８において値を設定する定数パラメータに含まれるものである。
【０１０９】
上記式０５ｘの右辺の第１項は、仮想車輪６２_xの速度指令の前回値ωw_x_cmd_pに対応する該仮想車輪６２_xのＸ軸方向の移動速度であり、この移動速度は、車輪体５のＸ軸方向の実際の移動速度の現在値に相当するものである。また、式０５ｘの右辺の第２項は、基体９がＹ軸周り方向にθbdot_x_sの傾斜角速度で傾動することに起因して生じる車両系重心点のＸ軸方向の移動速度（車輪体５に対する相対的な移動速度）の現在値に相当するものである。これらのことは、式０５ｙについても同様である。
【０１１０】
なお、前記ロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌの出力を基に計測される電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度の計測値（今回値）の組を、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度の組に変換し、それらの回転角速度を、式０５ｘ、０５ｙのωw_x_cmd_p、ωw_y_cmd_pの代わりに用いてもよい。ただし、回転角速度の計測値に含まれるノイズの影響を排除する上では、目標値であるωw_x_cmd_p、ωw_y_cmd_pを使用することが有利である。
【０１１１】
次に、制御ユニット５０は、要求重心速度生成部７４の処理とゲイン調整部７８の処理とを実行する。この場合、要求重心速度生成部７４及びゲイン調整部７８には、それぞれ、重心速度算出部７２で上記の如く算出された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）が入力される。
【０１１２】
そして、要求重心速度生成部７４は、詳細は後述するが、図１及び2に示す倒立振子型移動体すなわち車両１の後方に位置する図示しない操作者が、倒立振子移動体１に移動指令を出すべく手操作を行ったときに、ゴムひも（指令伝達媒体）１０aにより伝達される該手操作により要求される移動指令に従って要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimを決定する。
【０１１３】
また、ゲイン調整部７８は、入力された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）を基に、前記ゲイン調整パラメータＫr_xy（Ｋr_x及びＫr_y）を決定する。
【０１１４】
このゲイン調整部７８の処理を図１０及び図１１を参照して以下に説明する。
図１０に示すように、ゲイン調整部７８は、入力された重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sをリミット処理部８６に入力する。このリミット処理部８６では、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度の許容範囲に応じた制限を適宜、加えることによって、出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1を生成する。出力値Ｖw_x_lim1は、前記仮想車輪６２_xのＸ軸方向の移動速度Ｖw_xの制限後の値、出力値Ｖw_y_lim1は、前記仮想車輪６２_yのＹ軸方向の移動速度Ｖw_yの制限後の値としての意味を持つ。
【０１１５】
このリミット処理部８６の処理を、図１１を参照してさらに詳細に説明する。なお、図１１中の括弧付きの参照符号は、後述する重心速度制限部７６のリミット処理部１０４の処理を示すものであり、リミット処理部８６の処理に関する説明では無視してよい。
【０１１６】
リミット処理部８６は、まず、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sをそれぞれ処理部８６a_x，８６a_yに入力する。処理部８６a_xは、Ｖb_x_sを仮想車輪６２_xの半径Ｒw_xで除算することによって、仮想車輪６２_xのＸ軸方向の移動速度をＶb_x_sに一致させたと仮定した場合の該仮想車輪６２_xの回転角速度ωw_x_sを算出する。同様に、処理部８６a_yは、仮想車輪６２_yのＹ軸方向の移動速度をＶb_y_sに一致させたと仮定した場合の該仮想車輪６２_yの回転角速度ωw_y_s（＝Ｖb_y_s／Ｒw_y）を算出する。
【０１１７】
次いで、リミット処理部８６は、ωw_x_s，ωw_y_sの組を、ＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂにより、電動モータ３１Ｒの回転角速度ω_R_sと電動モータ３１Ｌの回転角速度ω_L_sとの組に変換する。
【０１１８】
この変換は、本実施形態では、前記式０１ａ，０１ｂのωw_x，ωw_y，ω_R，ω_Lをそれぞれ、ωw_x_s，ωw_y_s，ω_R_s，ω_L_sに置き換えて得られる連立方程式を、ω_R_s，ω_L_sを未知数として解くことにより行なわれる。
【０１１９】
次いで、リミット処理部８６は、ＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂの出力値ω_R_s，ω_L_sをそれぞれ、リミッタ８６c_R，８６c_Lに入力する。このとき、リミッタ８６c_Rは、ω_R_sが、あらかじめ設定された所定値の上限値（＞０）と下限値（＜０）とを有する右モータ用許容範囲内に収まっている場合には、ω_R_sをそのまま出力値ω_R_lim1として出力する。また、リミッタ８６c_Rは、ω_R_sが、右モータ用許容範囲から逸脱している場合には、該右モータ用許容範囲の上限値と下限値とのうちのω_R_sに近い方の境界値を出力値ω_R_lim1として出力する。これにより、リミッタ８６c_Rの出力値ω_R_lim1は、右モータ用許容範囲内の値に制限される。
【０１２０】
同様に、リミッタ８６c_Lは、ω_L_sが、あらかじめ設定された所定値の上限値（＞０）と下限値（＜０）とを有する左モータ用許容範囲内に収まっている場合には、ω_L_sをそのまま出力値ω_L_lim1として出力する。また、リミッタ８６c_Lは、ω_L_sが、左モータ用許容範囲から逸脱している場合には、該左モータ用許容範囲の上限値と下限値とのうちのω_L_sに近い方の境界値を出力値ω_L_lim1として出力する。これにより、リミッタ８６c_Lの出力値ω_L_lim1は、左モータ用許容範囲内の値に制限される。
【０１２１】
上記右モータ用許容範囲は右側の電動モータ３１Ｒの回転角速度（絶対値）が高くなり過ぎないようにし、ひいては、電動モータ３１Ｒが出力可能なトルクの最大値が低下するのを防止するために設定された許容範囲である。このことは、左モータ用許容範囲についても同様である。
【０１２２】
次いで、リミット処理部８６は、リミッタ８６c_R，８６c_Lのそれぞれの出力値ω_R_lim1，ω_L_lim1の組を、ＲＬ−ＸＹ変換部８６ｄにより、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度ωw_x_lim1，ωw_y_lim1の組に変換する。
【０１２３】
この変換は、前記ＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂの変換処理の逆変換の処理である。この処理は、前記式０１ａ，０１ｂのωw_x，ωw_y，ω_R，ω_Lをそれぞれ、ωw_x_lim1，ωw_y_lim1，ω_R_lim1，ω_L_lim1に置き換えて得られる連立方程式を、ωw_x_lim1，ωw_y_lim1を未知数として解くことにより行なわれる。
【０１２４】
次いで、リミット処理部８６は、ＲＬ−ＸＹ変換部８６ｄの出力値ωw_x_lim1，ωw_y_lim1をそれぞれ処理部８６e_x，８６e_yに入力する。処理部８６e_xは、ωw_x_lim1に仮想車輪６２_xの半径Ｒw_xを乗じることによって、ωw_x_lim1を仮想車輪６２_xの移動速度Ｖw_x_lim1に変換する。同様に、処理部８６e_yは、ωw_y_lim1を仮想車輪６２_yの移動速度Ｖw_y_lim1（＝ωw_y_lim1・Ｒw_y）に変換する。
【０１２５】
以上のリミット処理部８６の処理によって、仮想車輪６２_xのＸ軸方向の移動速度Ｖw_xと、仮想車輪６２_yのＹ軸方向の移動速度Ｖw_yとをそれぞれ重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに一致させたと仮定した場合（換言すれば、車輪体５のＸ軸方向の移動速度とＹ軸方向の移動速度とをそれぞれ、Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに一致させたと仮定した場合）に、それらの移動速度を実現するために必要な電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R_s，ω_L_sが、両方とも、許容範囲内に収まっている場合には、Ｖb_x_s，Ｖb_y_sにそれぞれ一致する出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の組がリミット処理部８６から出力される。
【０１２６】
一方、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R_s，ω_L_sの両方又は一方が許容範囲から逸脱している場合には、その両方又は一方の回転角速度が強制的に許容範囲内に制限された上で、その制限後の電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R_lim1，ω_L_lim1の組に対応する、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の移動速度Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の組がリミット処理部８６から出力される。
【０１２７】
従って、リミット処理部８６は、その出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の組に対応する電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が許容範囲を逸脱しないことを必須の必要条件として、その必要条件下で可能な限り、出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1をそれぞれＶb_x_s，Ｖb_y_sに一致させるように、出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の組を生成する。
【０１２８】
図１０の説明に戻って、ゲイン調整部７８は、次に、演算部８８_x，８８_yの処理を実行する。演算部８８_xには、Ｘ軸方向の重心速度推定値Ｖb_x_sと、リミット処理部８６の出力値Ｖw_x_lim1とが入力される。そして、演算部８８_xは、Ｖw_x_lim1からＶb_x_sを減算してなる値Ｖover_xを算出して出力する。また、演算部８８_yには、Ｙ軸方向の重心速度推定値Ｖb_y_sと、リミット処理部８６の出力値Ｖw_y_lim1とが入力される。そして、演算部８８_yは、Ｖw_y_lim1からＶb_y_sを減算してなる値Ｖover_yを算出して出力する。
【０１２９】
この場合、リミット処理部８６での出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の強制的な制限が行なわれなかった場合には、Ｖw_x_lim1＝Ｖb_x_s、Ｖw_y_lim1＝Ｖb_y_sとなるので、演算部８８_x，８８_yのそれぞれの出力値Ｖover_x，Ｖover_yはいずれも“０”となる。
【０１３０】
一方、リミット処理部８６の出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1が、入力値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに対して強制的な制限を施して生成された場合には、Ｖw_x_lim1のＶb_x_sからの修正量（＝Ｖw_x_lim1−Ｖb_x_s）と、Ｖw_y_lim1のＶb_y_sからの修正量（＝Ｖw_y_lim1−Ｖb_y_s）とがそれぞれ、演算部８８_x，８８_yから出力される。
【０１３１】
次いで、ゲイン調整部７８は、演算部８８_xの出力値Ｖover_xを処理部９０_x，９２_xに順番に通すことによって、ゲイン調整パラメータＫr_xを決定する。また、ゲイン調整部７８は、演算部８８_yの出力値Ｖover_yを処理部９０_y，９２_yに順番に通すことによって、ゲイン調整パラメータＫr_yを決定する。なお、ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yは、いずれも“０”から“１”までの範囲内の値である。
【０１３２】
上記処理部９０_xは、入力されるＶover_xの絶対値を算出して出力する。また、処理部９２_xは、その出力値Ｋr_xが入力値｜Ｖover_x｜に対して単調に増加し、且つ、飽和特性を有するようにＫr_xを生成する。該飽和特性は、入力値がある程度大きくなると、入力値の増加に対する出力値の変化量が“０”になるか、もしくは、“０”に近づく特性である。
【０１３３】
この場合、本実施形態では、処理部９２_xは、入力値｜Ｖover_x｜があらかじめ設定された所定値以下である場合には、該入力値｜Ｖover_x｜に所定値の比例係数を乗じてなる値をＫr_xとして出力する。また、処理部９２_xは、入力値｜Ｖover_x｜が所定値よりも大きい場合には、“１”をＫr_xとして出力する。なお、上記比例係数は、｜Ｖover_x｜が所定値に一致するときに、｜Ｖover_x｜と比例係数との積が“１”になるように設定されている。
【０１３４】
また、処理部９０_y，９２_yの処理は、それぞれ上記した処理部９０_x，９２_xの処理と同様である。
【０１３５】
以上説明したゲイン調整部７８の処理によって、リミット処理部８６での出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1の強制的な制限が行なわれなかった場合、すなわち、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度Ｖw_x，Ｖw_yを、それぞれ、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに一致させるように電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを動作させても、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が許容範囲内に収まるような場合には、ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yはいずれも“０”に決定される。
【０１３６】
一方、リミット処理部８６の出力値Ｖw_x_lim1，Ｖw_y_lim1が、入力値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに対して強制的な制限を施して生成された場合、すなわち、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度Ｖw_x，Ｖw_yを、それぞれ、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sに一致させるように電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを動作させると、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのいずれかの回転角速度が許容範囲を逸脱してしまう場合（いずれかの回転角速度の絶対値が高くなり過ぎる場合）には、前記修正量Ｖover_x，Ｖover_yのそれぞれの絶対値に応じて、ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yの値がそれぞれ決定される。この場合、Ｋr_xは、“１”を上限値して、修正量Ｖx_overの絶対値が大きいほど、大きな値になるように決定される。このことは、Ｋr_yについても同様である。
【０１３７】
図９の説明に戻って、制御ユニット５０は、重心速度算出部７２及び要求重心速度生成部７４の処理を前記した如く実行した後、次に、重心速度制限部７６の処理を実行する。
【０１３８】
この重心速度制限部７６には、重心速度算出部７２で算出された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）と、要求重心速度生成部７４で決定された要求重心速度Ｖ_xy_aim（Ｖ_x_aim及びＶ_y_aim）とが入力される。そして、重心速度制限部７６は、これらの入力値を使用して、図１２のブロック図で示す処理を実行することによって、制御用目標重心速度Ｖ_xy_mdfd（Ｖ_x_mdfd及びＶ_y_mdfd）を決定する。
【０１３９】
具体的には、重心速度制限部７６は、まず、定常偏差算出部９４_x，９４_yの処理を実行する。
この場合、定常偏差算出部９４_xには、Ｘ軸方向の重心速度推定値Ｖb_x_sが入力されると共に、Ｘ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdの前回値Ｖb_x_mdfd_pが遅延要素９６_xを介して入力される。そして、定常偏差算出部９４_xは、まず、入力されるＶb_x_sが比例・微分補償要素（ＰＤ補償要素）９４a_xに入力する。この比例・微分補償要素９４_xは、その伝達関数が１＋Ｋd・Ｓにより表される補償要素であり、入力されるＶb_x_sと、その微分値（時間的変化率）に所定値の係数Ｋdを乗じてなる値とを加算し、その加算結果の値を出力する。
【０１４０】
次いで、定常偏差算出部９４_xは、入力されるＶb_x_mdfd_pを、比例・微分補償要素９４_xの出力値から減算してなる値を演算部９４b_xにより算出した後、この演算部９４b_xの出力値を、位相補償機能を有するローパスフィルタ９４c_xに入力する。このローパスフィルタ９４c_xは、伝達関数が（１＋Ｔ2・Ｓ）／（１＋Ｔ1・Ｓ）により表されるフィルタである。そして、定常偏差算出部９４_xは、このローパスフィルタ９４c_xの出力値Ｖb_x_prdを出力する。
【０１４１】
また、定常偏差算出部９４_yには、Ｙ軸方向の重心速度推定値Ｖb_y_sが入力されると共に、Ｙ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdの前回値Ｖb_y_mdfd_pが遅延要素９６_yを介して入力される。
【０１４２】
そして、定常偏差算出部９４_yは、上記した定常偏差算出部９４_xと同様に、比例・微分補償要素９４a_y、演算部９４b_y及びローパスフィルタ９４c_yの処理を順次実行し、ローパスフィルタ９４c_yの出力値Ｖb_y_prdを出力する。
【０１４３】
ここで、定常偏差算出部９４_xの出力値Ｖb_x_prdは、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の現在の運動状態（換言すればＹ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_xの運動状態）から推測される、将来のＸ軸方向の重心速度推定値の収束予測値の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdに対する定常偏差としての意味を持つものである。同様に、定常偏差算出部９４_y出力値Ｖb_y_prdは、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の現在の運動状態（換言すればＸ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_yの運動状態）から推測される、将来のＹ軸方向の重心速度推定値の収束予測値の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdに対する定常偏差としての意味を持つものである。以降、定常偏差算出部９４_x，９４_yのそれぞれの出力値Ｖb_x_prd，Ｖb_y_prdを重心速度定常偏差予測値という。
【０１４４】
重心速度制限部７６は、上記の如く定常偏差算出部９４_x，９４_yの処理を実行した後、定常偏差算出部９４_xの出力値Ｖb_x_prdに要求重心速度Ｖb_x_aimを加算する処理と、定常偏差算出部９４_yの出力値Ｖb_y_prdに要求重心速度Ｖb_y_aimを加算する処理とをそれぞれ、演算部９８_x，９８_yにより実行する。
【０１４５】
従って、演算部９８_xの出力値Ｖb_x_tは、Ｘ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prdに、Ｘ軸方向の要求重心速度Ｖb_x_aimを付加した速度となる。同様に、演算部９８_yの出力値Ｖb_y_tは、Ｙ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_y_prdに、Ｙ軸方向の要求重心速度Ｖb_y_aimを付加した速度となる。
【０１４６】
なお、車両１の動作モードが自立モードである場合等、Ｘ軸方向の要求重心速度Ｖb_x_aimが“０”である場合には、Ｘ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prdがそのまま、演算部９８_xの出力値Ｖb_x_tとなる。同様に、Ｙ軸方向の要求重心速度Ｖb_y_aimが“０”である場合には、Ｙ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_y_prdがそのまま、演算部９８_yの出力値Ｖb_y_tとなる。
【０１４７】
次いで、重心速度制限部７６は、演算部９８_x，９８_yのそれぞれの出力値Ｖb_x_t，Ｖb_y_tを、リミット処理部１００に入力する。このリミット処理部１００の処理は、前記したゲイン調整部７８のリミット処理部８６の処理と同じである。この場合、図１１に括弧付きに参照符号で示す如く、リミット処理部１００の各処理部の入力値及び出力値だけがリミット処理部８６と相違する。
【０１４８】
具体的には、リミット処理部１００では、前記仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの移動速度Ｖw_x，Ｖw_yを、Ｖb_x_t，Ｖb_y_tにそれぞれ一致させたと仮定した場合の各仮想車輪６２_x，６２_yの回転角速度ωw_x_t，ωw_y_tがそれぞれ処理部８６a_x，８６a_yにより算出される。そして、この回転角速度ωw_x_t，ωw_y_tの組が、ＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂにより、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの回転角速度ω_R_t，ω_L_tの組に変換される。
【０１４９】
さらに、これらの回転角速度ω_R_t，ω_L_tが、リミッタ８６c_R，８６c_Lによって、それぞれ、右モータ用許容範囲内の値と左モータ用許容範囲内の値とに制限される。そして、この制限処理後の値ω_R_lim2，ω_L_lim2が、ＲＬ−ＸＹ変換部８６ｄによって、仮想車輪６２_x，６２_yの回転角速度ωw_x_lim2，ωw_y_lim2に変換される。
【０１５０】
次いで、この各回転角速度ωw_x_lim2，ωw_y_lim2に対応する各仮想車輪６２_x，６２_yの移動速度Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2がそれぞれ処理部８６e_x，８６e_yによって算出され、これらの移動速度Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2がリミット処理部１００から出力される。
【０１５１】
以上のリミット処理部１００の処理によって、リミット処理部１００は、リミット処理部８６と同様に、その出力値Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2の組に対応する電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が許容範囲を逸脱しないことを必須の必要条件として、その必要条件下で可能な限り、出力値Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2をそれぞれＶb_x_t，Ｖb_y_tに一致させるように、出力値Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2の組を生成する。
【０１５２】
なお、リミット処理部１００における右モータ用及び左モータ用の各許容範囲は、リミット処理部８６における各許容範囲と同一である必要はなく、互いに異なる許容範囲に設定されていてもよい。
【０１５３】
図１２の説明に戻って、重心速度制限部７６は、次に、演算部１０２_x，１０２_yの処理を実行することによって、それぞれ制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdを算出する。この場合、演算部１０２_xは、リミット処理部１００の出力値Ｖw_x_lim2から、Ｘ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prdを減算してなる値をＸ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdとして算出する。同様に、演算部１０２_yは、リミット処理部１００の出力値Ｖw_y_lim2から、Ｙ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_y_prdを減算してなる値をＹ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdとして算出する。
【０１５４】
以上のようにして決定される制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdは、リミット処理部１００での出力値Ｖ_x_lim2，Ｖ_y_lim2の強制的な制限が行なわれなかった場合、すなわち、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度を、それぞれ、演算部９８_xの出力値Ｖb_x_tと演算部９８_yの出力値Ｖb_y_tとに一致させるように電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを動作させても、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が許容範囲内に収まるような場合には、要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimがそれぞれ、そのまま、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdとして決定される。
【０１５５】
なお、この場合、Ｘ軸方向の要求重心速度Ｖb_x_aimが“０”であれば、Ｘ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdも“０”となり、Ｙ軸方向の要求重心速度Ｖb_y_aimが“０”であれば、Ｙ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdも“０”となる。
【０１５６】
一方、リミット処理部１００の出力値Ｖw_x_lim2，Ｖw_y_lim2が、入力値Ｖb_x_t，Ｖb_y_tに対して強制的な制限を施して生成された場合、すなわち、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度を、それぞれ、演算部９８_xの出力値Ｖb_x_tと演算部９８_yの出力値Ｖb_y_tとに一致させるように電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを動作させると、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのいずれかの回転角速度が許容範囲を逸脱してしまう場合（いずれかの回転角速度の絶対値が高くなり過ぎる場合）には、Ｘ軸方向については、リミット処理部１００の出力値Ｖw_x_lim2の入力値Ｖb_x_tからの修正量（＝Ｖw_x_lim2−Ｖb_x_t）だけ、要求重心速度Ｖb_x_aimを補正してなる値（当該修正量をＶb_x_aimに加算した値）が、Ｘ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdとして決定される。
【０１５７】
また、Ｙ軸方向については、リミット処理部１００の出力値Ｖw_y_lim2の入力値Ｖb_y_tからの修正量（＝Ｖw_y_lim2−Ｖb_y_t）だけ、要求重心速度Ｖb_y_aimを補正してなる値（当該修正量をＶb_y_aimに加算した値）が、Ｙ軸方向の制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdとして決定される。
【０１５８】
この場合において、例えばＸ軸方向の速度に関し、要求重心速度Ｖb_x_aimが“０”でない場合には、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdは、要求重心速度Ｖb_x_aimよりも“０”に近づくか、もしくは、要求重心速度Ｖb_x_aimと逆向きの速度となる。また、要求重心速度Ｖb_x_aimが“０”である場合には、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdは、定常偏差算出部９４_xが出力するＸ軸方向の重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prdと逆向きの速度となる。これらのことは、Ｙ軸方向の速度に関しても同様である。
以上が、重心速度制限部７６の処理である。
【０１５９】
図９の説明に戻って、制御ユニット５０は、以上の如く重心速度算出部７２、重心速度制限部７６、ゲイン調整部７８、及び偏差演算部７０の処理を実行した後、次に、姿勢制御演算部８０の処理を実行する。
【０１６０】
この姿勢制御演算部８０の処理を、以下に図１３を参照して説明する。なお、図１３において、括弧を付していない参照符号は、Ｘ軸方向に輪転する仮想車輪６２_xの回転角速度の目標値である前記仮想車輪回転角速度指令ωw_x_comを決定する処理に係わる参照符号であり、括弧付きの参照符合は、Ｙ軸方向に輪転する仮想車輪６２_yの回転角速度の目標値である前記仮想車輪回転角速度指令ωw_y_comを決定する処理に係わる参照符号である。
【０１６１】
姿勢制御演算部８０には、偏差演算部７０で算出された基体傾斜角度偏差計測値θbe_xy_sと、前記ステップS２で算出された基体傾斜角速度計測値θbdot_xy_sと、重心速度算出部７２で算出された重心速度推定値Ｖb_xy_sと、重心速度制限部７６で算出された目標重心速度Ｖb_xy_cmdと、ゲイン調整部７８で算出されたゲイン調整パラメータＫr_xyとが入力される。
【０１６２】
そして、姿勢制御演算部８０は、まず、これらの入力値を用いて、次式０７ｘ，０７ｙにより、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_comを算出する。
ωwdot_x_cmd＝K1_x・θbe_x_s＋K2_x・θbdot_x_s
＋K3_x・(Ｖb_x_s−Ｖb_x_mdfd)    ……式０７ｘ
ωwdot_y_cmd＝K1_y・θbe_y_s＋K2_y・θbdot_y_s
＋K3_y・(Ｖb_y_s−Ｖb_y_mdfd)        ……式０７ｙ
【０１６３】
従って、本実施形態では、Ｙ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_xの運動（ひいては、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の運動）を制御するための操作量（制御入力）としての仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_comと、Ｘ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_yの運動（ひいては、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の運動）を制御するための操作量（制御入力）としての仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_y_comとは、それぞれ、３つの操作量成分（式０７ｘ，０７ｙの右辺の３つの項）を加え合わせることによって決定される。
【０１６４】
この場合、式０７ｘにおける各操作量成分に係わるゲイン係数Ｋ1_x，Ｋ2_x，Ｋ3_xは、ゲイン調整パラメータＫr_xに応じて可変的に設定され、式０７ｙにおける各操作量成分に係わるゲイン係数Ｋ1_y，Ｋ2_y，Ｋ3_yは、ゲイン調整パラメータＫr_yに応じて可変的に設定される。以降、式０７ｘにおけるゲイン係数Ｋ1_x，Ｋ2_x，Ｋ3_xのそれぞれを第１ゲイン係数Ｋ1_x、第２ゲイン係数Ｋ2_x、第３ゲイン係数Ｋ3_xということがある。このことは、式０７ｙにおけるゲイン係数Ｋ1_y，Ｋ2_y，Ｋ3_yについても同様とする。
【０１６５】
式０７ｘにおける第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）と、式０７ｙにおける第ｉゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）とは、図１３中にただし書きで示した如く、次式０９ｘ、０９ｙにより、ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yに応じて決定される。
Ｋi_x＝（１−Ｋr_x）・Ｋi_a_x＋Ｋr_x・Ｋi_b_x    ……式０９ｘ
Ｋi_y＝（１−Ｋr_y）・Ｋi_a_y＋Ｋr_y・Ｋi_b_y    ……式０９ｙ
（ｉ＝１，２，３）
ここで、式０９ｘにおけるＫi_a_x、Ｋi_b_xは、それぞれ、第ｉゲイン係数Ｋi_xの最小側（“０”に近い側）のゲイン係数値、最大側（“０”から離れる側）のゲイン係数値としてあらかじめ設定された定数値である。このことは、式０９ｙにおけるＫi_a_y、Ｋi_b_yについても同様である。
【０１６６】
従って、式０７ｘの演算に用いる各第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）は、それぞれに対応する定数値Ｋi_a_x、Ｋi_b_xの重み付き平均値として決定される。そして、この場合、Ｋi_a_x、Ｋi_b_xにそれぞれ掛かる重みが、ゲイン調整パラメータＫr_xに応じて変化させられる。このため、Ｋr_x＝０である場合には、Ｋi_x＝Ｋi_a_xとなり、Ｋr_x＝１である場合には、Ｋi_x＝Ｋi_b_xとなる。そして、Ｋr_xが“０”から“１”に近づくに伴い、第ｉゲイン係数Ｋi_xはＫi_a_xからＫi_b_x近づいていく。
【０１６７】
同様に、式０７ｙの演算に用いる各第ｉゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）は、それぞれに対応する定数値Ｋi_a_y、Ｋi_b_yの重み付き平均値として決定される。そして、この場合、Ｋi_a_y、Ｋi_b_yにそれぞれ掛かる重みが、ゲイン調整パラメータＫr_yに応じて変化させられる。このため、Ｋi_xの場合と同様に、Ｋr_yの値が“０”から“１”の間で変化するに伴い、第ｉゲイン係数Ｋi_yの値が、Ｋi_a_yとＫi_b_yとの間で変化する。
【０１６８】
補足すると、上記定数値Ｋi_a_x、Ｋi_b_x及びＫi_a_y，Ｋi_b_y（ｉ＝１，２，３）は、前記ステップS６又はS８において値が設定される定数パラメータに含まれるものである。
【０１６９】
姿勢制御演算部８０は、上記の如く決定した第１〜第３ゲイン係数Ｋ1_x，Ｋ2_x，Ｋ3_xを用いて前記式０７ｘの演算を行なうことで、Ｘ軸方向に輪転する仮想車輪６２_xに係わる仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmdを算出する。
【０１７０】
さらに詳細には、図１３を参照して、姿勢制御演算部８０は、基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_sに第１ゲイン係数Ｋ1_xを乗じてなる操作量成分ｕ1_xと、基体傾斜角速度計測値θbdot_x_sに第２ゲイン係数Ｋ2_xを乗じてなる操作量成分ｕ2_xとをそれぞれ、処理部８０ａ，８０ｂで算出する。さらに、姿勢制御演算部８０は、重心速度推定値Ｖb_x_sと制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdとの偏差（＝Ｖb_x_s−Ｖb_x_mdfd）を演算部８０ｄで算出し、この偏差に第３ゲイン係数Ｋ3_xを乗じてなる操作量成ｕ3_xを処理部８０ｃで算出する。そして、姿勢制御演算部８０は、これらの操作量成分u1_x，ｕ2_x，ｕ3_xを演算部８０ｅにて加え合わせることにより、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_comを算出する。
【０１７１】
同様に、姿勢制御演算部８０は、上記の如く決定した第１〜第３ゲイン係数Ｋ1_y，Ｋ2_y，Ｋ3_yを用いて前記式０７ｙの演算を行なうことで、Ｙ軸方向に輪転する仮想車輪６２_yに係わる仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_y_cmdを算出する。
【０１７２】
この場合には、姿勢制御演算部８０は、基体傾斜角度偏差計測値θbe_y_sに第１ゲイン係数Ｋ1_yを乗じてなる操作量成分ｕ1_yと、基体傾斜角速度計測値θbdot_y_sに第２ゲイン係数Ｋ2_yを乗じてなる操作量成分ｕ2_yとをそれぞれ、処理部８０ａ，８０ｂで算出する。さらに、姿勢制御演算部８０は、重心速度推定値Ｖb_y_sと制御用目標重心速度Ｖb_y_mdfdとの偏差（＝Ｖb_y_s−Ｖb_y_mdfd）を演算部８０ｄで算出し、この偏差に第３ゲイン係数Ｋ3_yを乗じてなる操作量成ｕ3_yを処理部８０ｃで算出する。そして、姿勢制御演算部８０は、これらの操作量成分u1_y，ｕ2_y，ｕ3_yを演算部８０ｅにて加え合わせることにより、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_comを算出する。
【０１７３】
ここで、式０７ｘの右辺の第１項（＝第１操作量成分ｕ1_x）及び第２項（＝第２操作量成分ｕ2_x）は、Ｘ軸周り方向での基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_sを、フィードバック制御則としてのＰＤ則（比例・微分則）により“０”に収束させる（基体傾斜角度計測値θb_x_sを目標値θb_x_objに収束させる）ためのフィードバック操作量成分としての意味を持つ。
【０１７４】
また、式０７ｘの右辺の第３項（＝第３操作量成分ｕ3_x）は、重心速度推定値Ｖb_x_sと目標重心速度Ｖb_x_mdfdとの偏差をフィードバック制御則としての比例則により“０”に収束させる（Ｖb_x_sをＶb_x_mdfdに収束させる）ためのフィードバック操作量成分としての意味を持つ。
【０１７５】
これらのことは、式０７ｙの右辺の第１〜第３項（第１〜第３操作量成分ｕ1_y，ｕ2_y，ｕ3_y）についても同様である。
【０１７６】
姿勢制御演算部８０は、上記の如く、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_com，ωwdot_y_comを算出した後、次に、これらのωwdot_x_com，ωwdot_y_comをそれぞれ積分器８０ｆにより積分することによって、前記仮想車輪回転速度指令ωw_x_com，ωw_y_comを決定する。
以上が姿勢制御演算部８０の処理の詳細である。
【０１７７】
補足すると、式０７ｘの右辺の第３項を、Ｖb_x_sに応じた操作量成分（＝K3_x・Ｖb_x_s）と、Ｖb_x_mdfdに応じた操作量成分（＝−K3_x・Ｖb_x_mdfd)とに分離した式によって、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_comを算出するようにしてよい。同様に、式０７ｙの右辺の第３項を、Ｖb_y_sに応じた操作量成分（＝K3_y・Ｖb_y_s）と、Ｖb_y_mdfdに応じた操作量成分（＝−K3_y・Ｖb_y_mdfd)とに分離した式によって、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_y_comを算出するようにしてよい。
【０１７８】
また、本実施形態では、車両系重心点の挙動を制御するための操作量（制御入力）として、仮想車輪６２_x，６２_yの回転角加速度指令ωw_x_cmd，ωw_y_cmdを用いるようにしたが、例えば、仮想車輪６２_x，６２_yの駆動トルク、あるいは、この駆動トルクに各仮想車輪６２_x，６２_yの半径Ｒw_x，Ｒw_yを乗じてなる並進力（すなわち仮想車輪６２_x，６２_yと床面との間の摩擦力）を操作量として用いるようにしてもよい。
【０１７９】
図９の説明に戻って、制御ユニット５０は、次に、姿勢制御演算部８０で上記の如く決定した仮想車輪回転速度指令ωw_x_com，ωw_y_comをモータ指令演算部８２に入力し、該モータ指令演算部８２の処理を実行することによって、電動モータ３１Ｒの速度指令ω_R_coｍと電動モータ３１Ｌの速度指令ω_L_comとを決定する。このモータ指令演算部８２の処理は、前記リミット処理部８６（図１１参照）のＸＹ−ＲＬ変換部８６ｂの処理と同じである。
【０１８０】
具体的には、モータ指令演算部８２は、前記式０１ａ，０１ｂのωw_x，ωw_y，ω_R，ω_Lをそれぞれ、ωw_x_com，ωw_y_com，ω_R_cmd，ω_L_cmdに置き換えて得られる連立方程式を、ω_R_cmd，ω_L_cmdを未知数として解くことによって、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの速度指令ω_R_coｍ，ω_L_comを決定する。
以上により前記ステップS９の車両制御演算処理が完了する。
【０１８１】
以上説明した如く制御ユニット５０が制御演算処理を実行することによって、前記搭乗モード及び自立モードのいずれの動作モードにおいても、基本的には、基体９の姿勢が、前記基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_s，θbe_y_sの両方が“０”となる姿勢（以下、この姿勢を基本姿勢という）に保たれるように、換言すれば、車両系重心点（車両・乗員全体重心点又は車両単体重心点）の位置が、車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態に保たれるように、操作量（制御入力）としての仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_comが決定される。より詳しく言えば、基体９の姿勢を前記基本姿勢に保ちつつ、車両系重心点の移動速度の推定値としての重心速度推定値Ｖb_xy_sを制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfdに収束させるように、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_comが決定される。なお、制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfdは、通常は（詳しくは搭乗モードで乗員等が車両１の付加的な推進力を付与しない限り）、“０”である。この場合には、基体９の姿勢を前記基本姿勢に保ちつつ、車両系重心点がほぼ静止するように、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_comが決定されることとなる。
【０１８２】
そして、ωdotw_xy_comの各成分を積分してなる仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_comを変換してなる電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度が、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの速度指令ω_R_cmd，ω_L_cmdとして決定される。さらに、その速度指令ω_R_cmd，ω_L_cmdに従って、各電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの回転速度が制御される。ひいては車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの移動速度が、ωw_x_comに対応する仮想車輪６２_xの移動速度と、ωw_y_comに対応する仮想車輪６２_yの移動速度とに各々一致するように制御される。
【０１８３】
このため、例えば、Ｙ軸周り方向で、実際の基体傾斜角度θb_xが目標値θb_x_objから前傾側にずれると、そのずれを解消すべく（θbe_x_sを“０”に収束させるべく）、車輪体５が前方に向かって移動する。同様に、実際のθb_xが目標値θb_x_objから後傾側にずれると、そのずれを解消すべく（θbe_x_sを“０”に収束させるべく）、車輪体５が後方に向かって移動する。
【０１８４】
また、例えば、Ｘ軸周り方向で、実際の基体傾斜角度θb_yが目標値θb_y_objから右傾側にずれると、そのずれを解消すべく（θbe_y_sを“０”に収束させるべく）、車輪体５が右向きに移動する。同様に、実際のθb_yが目標値θb_y_objから左傾側にずれると、そのずれを解消すべく（θbe_y_sを“０”に収束させるべく）、車輪体５が左向きに移動する。
【０１８５】
さらに、実際の基体傾斜角度θb_x，θb_yの両方が、それぞれ目標値θb_x_obj，θb_y_objからずれると、θb_xのずれを解消するための車輪体５の前後方向の移動動作と、θb_yのずれを解消するための車輪体５の左右方向の移動動作とが合成され、車輪体５がＸ軸方向及びＹ軸方向の合成方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方向に対して傾斜した方向）に移動することとなる。
【０１８６】
このようにして、基体９が前記基本姿勢から傾くと、その傾いた側に向かって、車輪体５が移動することとなる。従って、例えば前記搭乗モードにおいて、乗員が意図的にその上体を傾けると、その傾けた側に、車輪体５が移動することとなる。
【０１８７】
なお、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdが“０”である場合には、基体９の姿勢が基本姿勢に収束すると、車輪体５の移動もほぼ停止する。また、例えば、基体９のＹ軸周り方向の傾斜角度θb_xを基本姿勢から傾いた一定の角度に維持すると、車輪体５のＸ軸方向の移動速度は、その角度に対応する一定の移動速度（制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfdと一定の定常偏差を有する移動速度）に収束する。このことは、基体９のＸ軸周り方向の傾斜角度θb_yを基本姿勢から傾いた一定の角度に維持した場合も同様である。
【０１８８】
また、例えば、前記要求重心速度生成部７４で生成される要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimの両方が“０”となっている状況において、基体９の前記基本姿勢からの傾き量（基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_s，θbe_y_s）が比較的大きくなり、それを解消し、もしくはその傾き量を維持するために必要な車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向の一方又は両方の移動速度（これらの移動速度は、それぞれ、図１２に示した前記重心速度定常偏差予測値Ｖb_x_prd、Ｖb_y_prdに相当する）が、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの一方又は両方の回転角速度を許容範囲から逸脱させてしまうような、過大な移動速度になるような状況では、該車輪体５の移動速度に対して逆向きとなる速度（詳しくは、Ｖw_x_lim2−Ｖb_x_prd及びＶw_y_lim2−Ｖb_y_prd）が制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdとして決定される。そして、制御入力を構成する操作量成分のうちの操作量成分ｕ3_x，ｕ3_yが、この制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdに重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sをそれぞれ収束させるように決定される。このため、基体９の前記基本姿勢からの傾き量が過大になるのを予防し、ひいては、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの一方又は両方の回転角速度が高速になり過ぎるのが防止される。
【０１８９】
さらに、前記ゲイン調整部７８では、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sの一方又は両方が大きくなり、ひいては、基体９の前記基本姿勢からの傾きを解消し、もしくはその傾き量を維持するために必要な車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向の一方又は両方の移動速度が、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの一方又は両方の回転角速度を許容範囲から逸脱させてしまうような、過大な移動速度になる恐れがある状況では、その逸脱が顕著になるほど（詳しくは、図１０に示すＶover_x，Ｖover_yの絶対値が大きくなるほど）、前記ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yの一方又は両方が“０”から“１”に近づけられる。
【０１９０】
この場合、前記式０９ｘにより算出される各第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）は、Ｋr_xが“１”に近づくほど、最小側の定数値Ｋi_a_xから最大側の定数値Ｋi_b_xに近づく。このことは、前記式０９ｙにより算出される各第ｉゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）についても同様である。
【０１９１】
そして、上記ゲイン係数の絶対値が大きくなることによって、基体９の傾きの変化に対する操作量（仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmd，ωdotw_y_cmd）の感度が高まる。従って、基体９の基本姿勢からの傾き量が大きくなろうとすると、それを素早く解消するように、車輪体５の移動速度が制御されることとなる。従って、基体９が基本姿勢から大きく傾くことが強めに抑制され、ひいては、車輪体５のＸ軸方向及びＹ軸方向の一方又は両方の移動速度が、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの一方又は両方の回転角速度を許容範囲から逸脱させてしまうような、過大な移動速度になるのを防止することができる。
【０１９２】
また、搭乗モードにおいて、要求重心速度生成部７４が、乗員等の操縦操作による要求に応じて要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aim（Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimの一方又は両方が“０”でない要求重心速度）を生成した場合には、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの一方又は両方の回転角速度が許容範囲を逸脱するような高速の回転角速度にならない限り（詳しくは図１２に示すＶw_x_lim2，Ｖw_y_lim2がＶb_x_t，Ｖb_y_tにそれぞれ一致する限り）、要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimがそれぞれ前記制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdとして決定される。このため、要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimを実現するように（実際の重心速度が要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimに近づくように）、車輪体５の移動速度が制御される。
【０１９３】
次に、本発明の実施形態による指令検出器１０の処理の詳細を説明する。
【０１９４】
指令検出器１０は、図１及び２に示す車両１の後方に位置する図示しない操作者が、車両１に移動指令を出すべく手操作を行ったときに、ゴムひも１０aにより伝達される該手操作により要求される移動指令を検出し、指令検出器１０が検出して出力する移動指令信号Ｖb_comを制御ユニット５０に伝送し、制御ユニット５０における要求重心速度生成部７４は、該移動指令に基づいて要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimを決定する。
【０１９５】
手操作により要求される移動指令は、例えば以下の通りであり、図１８及び図１９を用いて説明する。図１８及び図１９は、操作者の手の動きによって生成される信号の波形を示すものであり、波形のそれぞれにおいて、手の動きを水平面上に操作したときの軌跡と、手の動きをｘ_ｈ軸、ｙ_ｈ軸成分に分解した時間経過に応じた変化（波形図）を示す。なお、ｘ_ｈ軸の方向は、手の位置と車両１とを結んだ直線方向であり、ｙ_ｈ軸の方向は、それに直交する方向である。
【０１９６】
（１）図１８（ａ）に示すように、操作者がゴムひも１０aを把持する手を水平方向左回りに所定の手の速度や加速度以上で円を描くと、図１８（ａ）の右の波形図に示すように、ｘ_ｈ軸方向で検出される正弦波に対してｙ_ｈ軸方向で検出される正弦波の位相は９０度遅れ、指令検出器１０はこれを検出する。これにより指令検出器１０は、操作者が左回りに円を描く指令を出したことを検出することができる。この指令により、車両１には、操作者の手と車両１とを結んだ直線に対して直交する左方向に移動する指令が与えられるものとする。なお、左回りに円を描く手の旋回速度に応じて車両１に与えられる移動速度指令が決定される。すなわち、指令検出器１０は、円を描く旋回速度が速ければ早いほど、大きな移動指令信号Vb_comを制御ユニット５０に出力するものとする。
【０１９７】
（２）図１８（ｂ）に示すように、操作者がゴムひも１０aを把持する手を水平方向右回りに所定の手の速度や加速度以上で円を描くと、図１８（ｂ）の右の波形図に示すように、ｘ_ｈ軸方向で検出される正弦波に対してｙ_ｈ軸方向で検出される正弦波の位相は９０度進み、指令検出器１０はこれを検出する。これにより指令検出器１０は、操作者が右回りに円を描く指令を出したことを検出することができる。この指令により、車両１には、操作者の手と車両１とを結んだ直線に対して直交する右方向に移動する指令が与えられるものとする。なお、右回りに円を描く手の速度に応じて車両１に与えられる移動速度指令が決定される。すなわち、指令検出器１０は、円を描く速度が速ければ早いほど、大きな移動指令信号Ｖb_comを制御ユニット５０出力するものとする。
【０１９８】
（３）図１８（ｃ）に示すように、操作者がゴムひも１０aを把持する手を左前方から右後方に向かって所定の手の速度や加速度以上で振ると、図１８（ｃ）の右の波形図に示すように、ｘ_ｈ軸方向で検出される信号（正弦波）とｙ_ｈ軸方向で検出される信号（正弦波）とは同相となり、指令検出器１０はこれを検出する。これにより指令検出器１０は、操作者が左前方から右後方に向かって手を振る指令を出したことを検出することができる。この指令により、車両１には、操作者の手と車両１とを結んだ直線に対して前方左斜め方向に移動する指令が与えられるものとする。なお、左前方右後方方向に手を振る速度及び振幅に応じて車両１の移動速度指令が決定される。すなわち、指令検出器１０は、手を振る速度が速いほどそして手の振り幅が大きい程、大きな移動指令信号Ｖb_comを制御ユニット５０に出力するものとする。
【０１９９】
（４）図１８（ｄ）に示すように、操作者がゴムひも１０aを把持する手を右前方から左後方に向かって所定の手の速度や加速度以上で振ると、図１８（ｄ）の右の波形図に示すように、ｘ_ｈ軸方向で検出される信号（正弦波）とｙ_ｈ軸方向で検出される信号（正弦波）とは位相が反転され、指令検出器１０はこれを検出する。これにより指令検出器１０は、操作者が右前方から左後方に向かって手を振る指令を出したことを検出することができる。この指令により、車両１には、操作者の手と車両１とを結んだ直線に対して前方右斜め方向に移動する指令が与えられるものとする。なお、右前方左後方方向に手を振る速度及び振幅に応じて車両１に与えられる移動速度指令が決定される。すなわち、指令検出器１０は、手を振る速度が速いほどそして手の振り幅が大きい程、大きな移動指令信号Ｖb_comを制御ユニット５０に出力するものとする。
【０２００】
（５）図１９（ａ）に示すように、操作者がゴムひも１０aを把持する手を横方向に左右等速で所定の手の速度や加速度以上で振ると、図１９（ａ）の右の波形図に示すように、ｘ_ｈ軸方向には信号が発生せず、ｙ_ｈ軸方向だけに三角波が発生し、指令検出器１０はこれを検出する。これにより指令検出器１０は、操作者が横方向に左右等速で手を振る指令を出したことを検出することができる。この指令により、車両１には、操作者の手と車両１とを結んだ直線に対して前方に移動する指令が与えられるものとする。なお、横方向に手を振る速度及び振幅に応じて車両１に与えられる移動速度指令が決定される。すなわち、指令検出器１０は、手を振る速度が早いほどそして手の振り幅が大きい程、大きな移動指令信号Ｖb_comを制御ユニット５０に出力するものとする。
【０２０１】
なお、図１９（ａ）では速度を加速させる指令の場合について説明したが、減速指令の場合には、操作者がゴムひも１０aを引っ張れば、車両１が操作者側に傾くため減速させることができる。もしくは、引っ張りの張力に応じてＶb_sよりも小さなＶb_comの値が決定されるようにしても良い。
【０２０２】
（６）図１９（ｂ）に示すように、操作者がゴムひも１０aを把持する手を横方向に左には早く振り右には遅く振るようにして、所定の手の速度や加速度以上で振ると、図１９（ｂ）の右の波形図に示すように、ｘ_ｈ軸方向には信号が発生せず、ｙ_ｈ軸方向だけに、前縁が急峻に立ち上がって後縁が緩やかに下がるのこぎり波が発生し、指令検出器１０はこれを検出する。これにより指令検出器１０は、操作者が、手を横方向に左に早く振り右に遅く振る指令を出したことを検出することができる。この指令により、車両１には、Y軸の正の方向、すなわち、車両１の左方向へ移動する指令が与えられるものとする。なお、横方向左に手を振る速度に応じて車両１に与えられる移動速度指令が決定される。すなわち、指令検出器１０は、横方向左に手を振る速度が早いほどそして手のふり幅が大きい程、大きな移動指令信号Ｖb_comを制御ユニット５０に出力するものとする。
【０２０３】
（７）図１９（ｃ）に示すように、操作者がゴムひも１０aを把持する手を横方向に左には遅く振り右には早く振るようにして、所定の手の速度や加速度以上で振ると、図１９（ｃ）の右の波形図に示すように、ｘ_ｈ軸方向には信号が発生せず、ｙ_ｈ軸方向だけに、前縁が緩やかに立ち上がって後縁が急峻に下がるのこぎり波が発生し、指令検出器１０はこれを検出する。これにより指令検出器１０は、操作者が、手を横方向に左に遅く振り右に早く振る指令を出したことを検出することができる。この指令により、車両１には、Y軸の負の方向、すなわち、車両１の右方向へ移動する指令が与えられるものとする。なお、横方向右に手を振る速度に応じて車両１に与えられる移動速度指令が決定される。すなわち、指令検出器１０は、横方向右に手を振る速度が早いほどそして手の振り幅が大きい程、大きな移動指令信号Ｖb_comを制御ユニット５０に出力するものとする。
以上、例として７通りの指令内容を記載したが、これはあくまでも例であり、他にも様々な手操作指令や種々の指令内容が考えられるところである。例えば手を上下方向に振る操作や前後方向に振る操作等が考えられる。手を上下方向に振る操作で指令検出器１０は、ｘ_ｈ軸やｙ_ｈ軸方向における波形信号の検出に加えてｚ_ｈ軸方向の波形信号を検出することとなる。また、手を前後方向に振る操作では、指令検出器１０は、ｙ_ｈ軸方向の波形信号は検出せず、ｘ_ｈ軸方向の波形信号だけを検出することとなる。
【０２０４】
上記所定の手の速度や加速度の検出に用いられるしきい値は、操作者が単に歩くときに手を振る等の動作と混同しないような高い値に設定される。指令検出器１０は、上記（１）〜（７）の指令を、上記したように、所定の手の速度や加速度に基づいて発生するゴムひも１０aの張力の大きさと方向で検出する。
【０２０５】
このような場合に、要求重心速度生成部７４は、指令検出器１０が検出した人の手の動きによる移動指令に応じた移動指令信号Ｖb_comに基づいて、車両（倒立振子型移動体）１を移動させる要求が発生したか否かを判断しつつ、移動指令があった場合には、それに応じて倒立振子型移動体の移動方向や速度を表す、↑Ｖbの目標値としての要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aim（要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimを２つの成分とする速度ベクトル）を逐次決定する。
【０２０６】
その処理を概略的に説明すると、上記移動指令が発生した場合には、該移動指令が解消するまでの間、要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aimの大きさを増加させるように、要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aimが決定される。そして、上記移動指令が解消すると、要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aimの大きさを段階的に減衰させていくように、要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aimが決定される。この場合、本実施形態では、基本的には、移動指令が解消してから、所定時間の期間、要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aimの大きさが一定に保たれる。そして、その後に、要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aimの大きさが“０”まで連続的に減衰させられる。
【０２０７】
このような処理を実行する指令検出器１０及び要求重心速度生成部７４を、図１４〜図２０のフローチャートを参照して以下に詳細に説明する。
図１４を参照して、要求重心速度生成部７４の処理に先立ち、指令検出器１０は、まず、ステップS２０a及びS２０bの処理を実行する。これらのステップでは、上述のように移動指令の有無をゴムひも１０aの張力の大きさと方向に応じて手の速度や加速度を算出し、それに基づいて移動指令信号Ｖb_comを決定する。
【０２０８】
指令検出器１０における手の速度と加速度の算出は以下のように行われる。
まず、指令検出器１０は、該指令検出器１０に連結されたひも状体１０aの張力に応じた検出信号を制御ユニット５０における要求重心速度生成部７４に出力する。この場合、指令検出器１０は、３軸方向の並進力を検出可能な３軸力センサを含み、その検出軸の方向がそれぞれ車両１の前後方向、左右方向、上下方向となるように配置されている。より詳しくは、基本傾斜角度θb_xyが例えば後述する自立モード用の目標値θb_xy_objに一致する状態で、３軸力センサの検出軸の方向が、それぞれ前記X軸方向、Y軸方向、Z軸方向に一致するように３軸力センサが配置されている。そして、指令検出器１０が、この３軸力センサの出力に基づいて、ひも状体１０aの張力のうちのX軸方向成分Fxの計測値とY軸方向成分Fyの計測値とZ軸方向成分Fzの計測値とを求める。
【０２０９】
この場合、指令検出器１０は、この３軸力センサの出力のうち、車両１の前後方向に対応する検出軸に係る出力が示す並進力をFxの計測値、車両１の左右方向に対応する検出軸に係る出力が示す並進力をFyの計測値、車両１の上下方向に対応する検出軸に係る出力が示す並進力をFzの計測値として求める。なお、３軸力センサは、基体９と一体に傾動し、基体傾斜角度θb_xyが自立モード用の目標値θb_xy_objに一致しない状態では、３軸力センサの３つの検出軸の方向は、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向に対してずれを生じる。従って、指令検出器１０は、より正確にFx、Fy、Fzの計測値を求めるために、３軸力センサの出力が示すひも状体１０aの張力F（３軸力センサに固定された座標系上で認識される力ベクトル）を、前記傾斜センサ５２の出力に基づく基体傾斜角度計測値θb_xy_sに応じて座標変換することによって、Fx、Fy、Fzの計測値を求めるようにしても良い。
【０２１０】
次いで、指令検出器１０は、このように計測された３軸力センサの出力、すなわち、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向の３方向成分Fx、Fy、Fzを取得する。これにより、指令検出器１０では、指令検出器１０に連結されたひも状体１０aに作用する力F、すなわち、ひも状体１０aの張力Fを取得することができる。
【０２１１】
次いで、指令検出器１０は、３軸力センサの出力から当該車両１とひも状体１０aの他端を支持する図示しない操作者との推定距離を算出する。
具体的には、ひも状体１０aの張力Fの鉛直方向成分Fzと水平方向成分Fxyとの比から当該車両１と操作者との推定距離D_sを算出する。
【０２１２】
ここで、指令検出器１０に連結されるひも状体１０aは、予め長さが規定されており、その中間部分が空中で弛んでいる。そのため、図２に模式的に示すように、鉛直面における張力Fの向きと、当該車両１と操作者との間の距離とを一義的に決めることができる。図２は、ひも状体１０aの張力Fを鉛直方向成分Fzと水平方向成分Fxyとに分解した場合の、これら２つの分解力Fz、Fxyの両方を含む鉛直面における力の関係を示している。
【０２１３】
指令検出器１０は、ひも状体１０aの張力FのX軸方向成分FxとY軸方向成分Fyから水平方向成分Fxy（＝sqrt(Fx2+Fy2)）を算出する。そして、算出した張力Fの水平方向成分Fxyと、既に取得している張力FのZ軸方向成分Fzとの比から、張力Fと水平方向成分Fxyとの間の挟角θαを算出する。より具体的には、Fxy・tanθα＝Fzの関係式から挟角θαを算出する。
【０２１４】
ここで、算出した挟角θαは、鉛直面におけるひも状体１０aの指令検出器１０との連結部での張力Fの向きを示しており、ひも状体１０aの弛み具合（張り具合）、すなわち、ひも状体の他端との距離に対応している。指令検出器１０は、予め挟角θαとひも状体の両端の距離との関係を規定した関係式やデータテーブル、マップ等のいずれか１つまたは複数のものを記憶保持しており、算出した挟角θαから関係式等を参照することにより、当該車両１とひも状体１０aの他端を保持する操作者の手との間の推定距離D_sを算出する。図１４のステップS２０a及びS２０bにおいては、この推定距離D_sの変化率より手の速度が、該手の速度を微分することで手の加速度が算出される。
【０２１５】
このようにしてステップS２０a及びS２０bで手の速度や加速度が算出されると、指令検出器１０は、それに基づいて前述のように移動指令信号Ｖb_comを決定する。次に、ステップS２１の処理を実行する。ステップS２１では、要求重心速度生成部７４は、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sを２つの成分とする速度ベクトル（実際の重心速度ベクトル↑Ｖbの観測値）である推定重心速度ベクトル↑Ｖb_sの大きさ｜↑Ｖb_s｜（＝sqrt(Ｖb_x_s2＋Ｖb_y_s2)）の時間的変化率（微分値）DVb_sを算出する。このDVb_sは、実際の重心速度ベクトル↑Ｖbの大きさの時間的変化率の目標値（指令値）としての意味を持つ。以降、DVb_sを推定重心速度絶対値変化率DVb_sという。なお、上記sqrt(  )は、平方根関数である。
【０２１６】
さらに、ステップS２１では、要求重心速度生成部７４は、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sのそれぞれの時間的変化率（微分値）である重心加速度推定値Ｖbdot_x_s，Ｖbdot_y_sを決定する。なお、Ｖbdot_x_s，Ｖbdot_y_sを２つの成分とするベクトルは、車両系重心点の加速度ベクトルを意味する。
【０２１７】
次いで、ステップS２２に進んで、要求重心速度生成部７４は、要求重心速度Ｖb_x_aimを算出するための現在の演算処理モードが、どのモードであるかを判断する。
【０２１８】
ここで、本実施形態では、要求重心速度生成部７４は、要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aimの基本値（以降、基本要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aim1という）を決定した上で、この基本要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aim1に要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aimを追従させるように（定常的には一致させるように）、要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aimを決定する。
【０２１９】
上記演算処理モードは、上記基本要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aim1の決定の仕方の種別を表すものである。そして、本実施形態では、該演算処理モードとしては、制動モード、速度追従モード、速度ホールドモードの３種類のモードがある。
【０２２０】
制動モードは、基本要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aim1の大きさを“０”に減衰させていくか、又は“０”に保持するように基本要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aim1を決定するモードである。また、速度追従モードは、基本要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aim1を、推定重心速度ベクトル↑Ｖb_sに追従させるように（一致又はほぼ一致させるように）決定するモードである。また、速度ホールドモードは、基本要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aim1の大きさを一定に保つように↑Ｖb_aim1を決定するモードである。
【０２２１】
なお、制御ユニット５０の起動時等に該制御ユニット５０が初期化された状態での演算処理モード（初期演算処理モード）は、制動モードである。
【０２２２】
要求重心速度生成部７４は、上記ステップS２２において、現在の演算処理モードが制動モードである場合と、速度追従モードである場合と、速度ホールドモードである場合とで、それぞれ、次に、ステップS２３の演算処理、ステップS２４の演算処理、ステップS２５の演算処理を実行し、基本要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aim1を決定する。
【０２２３】
これらの各モードに対応する演算処理は、次のように実行される。
ステップS２３における制動モードの演算処理は、図１５のフローチャートに示す如く実行される。具体的には、要求重心速度生成部７４は、まず、手の加速度（もしくは手の周波数）が基準値よりも大きいか否かを判断し、大きければＶb_comの指令が有ったとして、前記ステップS２０a及びS２０ｂで算出された手の速度や加速度に基づいて前述のように決定された移動指令信号Ｖb_comに関して、Ｖb_com＞基準値、という条件が成立するか否かをステップS２３−１で判断する。この判断処理は、車両１の移動速度を増速させようとする移動指令が有るか否かを判断する処理である。
【０２２４】
ここで、上記基準値は、あらかじめ設定された正の値の第１基準値（＞０）である。そして、Ｖb_com＞基準値であるということは、実際の重心速度ベクトル↑Ｖbの大きさ｜↑Ｖb｜が第１基準値よりも大きな時間的変化率で増加させる状況を意味する。
【０２２５】
従って、ステップS２３−１の判断結果が肯定的になる状況は、操作者が手を振り続けることによりもしくは操作者の手の速度上昇及び加速度上昇により重心速度ベクトル↑Ｖbの大きさを増加させようとする操作（車両１に推進力を付加する操作）を行う状況である。
【０２２６】
ステップS２３−１の判断結果が否定的となる場合、すなわち、操作者の手の操作の速度及び加速度による移動指令もしくは車両（倒立振子型移動体）１の加速要求が無い場合には、ステップS２３−４で目標速度は０に設定される。さらに、後述のフィルタ処理にて用いるフィルタ時定数を、予め定められる設定時定数２とする。
【０２２７】
前記ステップS２３−１の判断結果が肯定的である場合、すなわち、車両１の移動指令もしくは加速要求が有る場合には、要求重心速度生成部７４は、ステップS２３−２で目標速度を前述の移動指令信号Vb_comに設定する。さらに、後述のフィルタ処理にて用いるフィルタ時定数を、予め定められる設定時定数１とする。要求重心速度生成部７４は、ステップS２３−３で演算処理モードを制動モードから速度追従モードに変更し、図１５の処理を終了する。
以上が、ステップS２３における制動モードの演算処理である。
【０２２８】
なお、ステップS２３−１の判断結果が否定的となる場合には、演算処理モードは変更されないので、次回の制御処理周期においても、演算処理モードは、制動モードに維持されることとなる。
【０２２９】
次に、ステップS２４における速度追従モードの演算処理は、図１６のフローチャートに示す如く実行される。具体的には、要求重心速度生成部７４は、ステップS２４−１の処理を実行する。このステップS２４−１では、要求重心速度生成部７４は、基本要求重心速度ベクトル絶対値｜↑Ｖb_aim1｜を決定する。すなわち、｜↑Ｖb_x_s｜＊γの値が｜↑Ｖb_aim1｜として決定される。さらに、後述のフィルタ処理に用いるフィルタ時定数を予め定められる設定時点数３とする。
【０２３０】
次いで、要求重心速度生成部７４は、ステップS２４−２において、前記推定重心速度絶対値変化率DVb_s（ステップS２１で算出した値）が、あらかじめ設定された第２基準値よりも小さいか否かを判断する。この第２基準値は、本実施形態では、（“０”に近い）負の所定値に設定されている。なお、第２基準値は、“０”もしくは“０”よりも若干大きい正の値（ただし、前記第１基準値よりも小さい値）に設定されていてもよい。
【０２３１】
このステップS２４−２の判断処理は、速度追従モードから、前記速度ホールドモードへの移行タイミングを判断するものである。そして、要求重心速度生成部７４は、ステップS２４−２の判断結果が肯定的である場合には、そのまま図１６の処理を終了する。この場合には、演算処理モードは変更されないので、次回の制御処理周期においても、演算処理モードは、速度追従モードに維持されることとなる。
【０２３２】
また、ステップS２４−２の判断結果が否定的である場合には、要求重心速度生成部７４は、車両１の加速要求が完了した（すなわち操作者の手の操作が終了した）ものとみなして、ステップS２４−３において、カウントダウンタイマを初期化する。すなわち、デクリメントカウンタに規定値をセットする。そして、要求重心速度生成部７４は、ステップS２４−４にて演算処理モードを速度追従モードから速度ホールドモードに変更し、図１６の処理を終了する。
【０２３３】
上記カウントダウンタイマは、次回の制御処理周期から開始する速度ホールドモードの開始後の経過時間を計時するタイマである。そして、ステップS２４−３では、該タイマの計時値CNTに、あらかじめ設定された初期値Ｔmがセットされる。初期値Ｔm_xは、速度ホールドモードを継続させようとする時間の設定値を意味する。
以上が、ステップS２４における速度追従モードの演算処理である。
【０２３４】
次に、ステップS２５における速度ホールドモードの演算処理は、図１７のフローチャートに示す如く実行される。具体的には、要求重心速度生成部７４は、まず、前記ステップS２３−１と同じ判断処理、すなわち、操作者の手の操作の速度及び加速度による移動指令もしくは車両１の加速要求が有るか否かの判断処理をステップS２５−１で実行する。
【０２３５】
そして、ステップS２５−１の判断結果が肯定的である場合（すなわち、操作者の手の操作の速度及び加速度による車両１の移動指令もしくは加速要求が再び発生した場合）には、Vb_com＞基準値が満足される状態なので、要求重心速度生成部７４は、ステップS２５−２において、前記ステップS２３−２と同じ処理、すなわち、目標速度を移動指令信号Vb_comに設定する。そして後述のフィルタ処理にて用いるフィルタ時定数を予め定められる設定時定数３とする。
【０２３６】
さらに、要求重心速度生成部７４は、ステップS２５−３において、演算処理モードを速度ホールドモードから速度追従モードに変更し、図１７の処理を終了する。
【０２３７】
前記ステップS２５−１の判断結果が否定的である場合（手の操作による移動指令もしくは加速要求が無い状態が継続している場合）には、要求重心速度生成部７４は、ステップS２５−４において、前記カウントダウンタイマの計時値CNT（デクリメントカウンタのカウンタ値）をデクリメントする。すなわち、計時値CNTの現在値から所定値ΔＴ（制御処理周期の時間）を差し引くことによって、計時値CNTを更新する。
【０２３８】
次いで、要求重心速度生成部７４は、カウントダウンタイマの計時値CNT（カウンタ値）が“０”よりも大きいか否か、すなわち、カウントダウンタイマの計時が終了したか否かをステップS２５−５にて判断する。
【０２３９】
このステップS２５−５の判断結果が肯定的である場合は、ステップS２５−６では、速度ホールドモードが開始してから、カウントダウンタイマの前記初期値Ｔmにより表される時間が未だ経過していない場合である。この場合には、要求重心速度生成部７４は、演算処理モードを速度ホールドモードに維持するものとして、基本要求重心速度ベクトル絶対値｜↑Ｖb_aim1｜（目標速度）を決定して、また、後述のフィルタ処理にて用いるフィルタ時定数を予め定められる設定時定数１として、図１７の処理を終了する。
【０２４０】
この場合、ステップS２５−６では、基本要求重心速度ベクトル絶対値｜↑Ｖb_aim1｜の今回値は、前回値｜↑Ｖb_aim1_p｜と同じ値に決定される。すなわち目標速度は前回目標速度と同じに設定される。従って、基本要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aim1_pの前回値がそのまま、↑Ｖb_aim1の今回値の速度ベクトルとして決定される。
【０２４１】
なお、ステップS２５−５の判断結果が肯定的である場合には、演算処理モードは変更されないので、次回の制御処理周期においても、演算処理モードは、速度ホールドモードに維持されることとなる。
【０２４２】
前記ステップS２５−５の判断結果が否定的となった場合、すなわち、速度ホールドモードが開始されてから、カウントダウンタイマの前記初期値Ｔmにより表される所定時間が経過した場合には、要求重心速度生成部７４は、ステップS２５−７において、目標速度を０に設定し、また、後述のフィルタ処理にて用いるフィルタ時定数を予め定められる設定時定数２とする。さらに、要求重心速度生成部７４は、ステップS２５−８にて、演算処理モードを速度ホールドモードから制動モードに変更し、図１７の処理を終了する。
以上が、ステップS２５における速度ホールドモードの演算処理である。
【０２４３】
図１４の説明に戻って、要求重心速度生成部７４は、以上の如くステップS２３〜S２５のいずれかの演算処理を実行した後、次に、その演算処理により決定した基本要求重心速度ベクトル絶対値｜↑Ｖb_aim1｜をフィルタに入力する処理（フィルタリング処理）をステップS２６にて実行する。
【０２４４】
ここで、｜↑Ｖb_aim1｜を入力するフィルタは、特に、演算処理モードが制動モードから速度追従モードに変更された直後に、要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aimの大きさ｜↑Ｖb_aim｜がステップ状に急変するのを防止するための一次遅れ特性のローパスフィルタである。この場合、｜↑Ｖb_aim｜を入力するフィルタの時定数は比較的短い時定数（前述の設定時定数１〜３）に設定されており、｜↑Ｖb_aim1｜が急変した直後以外の状況では該フィルタの出力値が｜↑Ｖb_aim1｜に一致又はほぼ一致するようになっている。
なお、前述の設定時定数１〜３は、車両１の特性に応じて予め定められる値である。
【０２４５】
次いで、ステップS２７に進んで、要求重心速度生成部７４は、｜↑Ｖb_aim1｜を入力したフィルタの出力値を、リミッタに通してなる値を、最終的に要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aimの大きさ｜↑Ｖb_aim｜（以降、要求重心速度ベクトル絶対値｜↑Ｖb_aim｜という）として決定する。この場合、該リミッタは、｜↑Ｖb_aim｜が過大になるのを防止するためのものであり、｜↑Ｖb_aim1｜を入力したフィルタの出力値があらかじめ設定された所定の上限値以下である場合には、該フィルタの出力値をそのまま｜↑Ｖb_aim｜として出力する。また、該リミッタは、フィルタの出力値が上記上限値を超えている場合には、該上限値を｜↑Ｖb_aim｜として出力する。換言すれば、該リミッタは、フィルタの出力値と上記上限値とのうちの小さい方の値を｜↑Ｖb_aim｜として出力する。
【０２４６】
次いで、ステップS２８に進んで、要求重心速度生成部７４は、上記の如く決定した｜↑Ｖb_aim｜から、要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aimのＸ軸方向成分（Ｘ軸方向の要求重心速度）Ｖb_x_aimと、Ｙ軸方向の成分（Ｙ軸方向の要求重心速度）Ｖb_y_aimとを算出する。
以上が要求重心速度生成部７４の処理の詳細である。
【０２４７】
以上説明した要求重心速度生成部７４の処理によって、要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aimは（ひいては要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aim）は、以下のような態様で決定されることとなる。
【０２４８】
すなわち、例えば、図１及び２に示す車両１の後方に位置する図示しない操作者が、車両１に移動指令を出すべく手操作を行ったときに、指令検出器１０がゴムひも１０aにより伝達される該手操作により要求される移動指令を検出し、それを制御ユニット５０に伝送し、制御ユニット５０における要求重心速度生成部７４は、該移動指令に基づいて要求重心速度Ｖb_x_aim，Ｖb_y_aimを決定し、それが、前記ステップS２３−１の判断結果が肯定的となるような推進力を付加する場合を想定する。
【０２４９】
なお、推進力を付加する前の演算処理モードは、前記制動モードであるとする。また、ここでは、理解の便宜上、図１４のステップS２６で｜↑Ｖb_aim1｜を入力するフィルタの出力値は、ステップS２７でのリミッタによる強制的な制限がかからない程度の範囲内に収まる値（該リミッタの上限値以下の値）であるとする。同様に、重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sが、前記リミット処理部１０４での出力値Ｖ_x_lim2，Ｖ_y_lim2の強制的な制限が行なわれない程度の範囲内に収まるものとする。
【０２５０】
この場合、車両１に推進力を付加することによって、前記ステップS２３−１の判断結果が肯定的となると、図１５のステップS２３−３の処理によって、演算処理モードが制動モードから速度追従モードに変更されることとなる。
【０２５１】
この速度追従モードでは、推定重心速度ベクトル↑Ｖb_sの今回値（現在値）に、所定値の比率γを乗じてなるベクトル、すなわち、↑Ｖb_sよりも大きさが若干小さく、且つ、↑Ｖb_sと同じ向きの速度ベクトルが、基本要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aim1として逐次決定される。
【０２５２】
このため、要求重心速度生成部７４が逐次決定する要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aimは、車両１に付加された推進力によって増速する（大きさが増加する）実際の重心速度ベクトル↑Ｖbにほぼ一致する速度ベクトル↑Ｖb_aim1（＝γ＊↑Ｖb_s）に追従するように、決定されることとなる。
【０２５３】
そして、このように決定される要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aimのＸ軸方向成分とＹ軸方向成分とが前記制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdとして決定される。さらに、各仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmd，ωdotw_y_cmdにそれぞれ含まれる操作量成分ｕ3_x，ｕ3_yは、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdに重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sを各々収束させるように決定される。
【０２５４】
この結果、手操作により車両１に付加された推進力による車両系重心点の実際の移動速度の増速が速やかに行なわれるように、車輪体５の移動速度が制御されることとなる。従って、車両１が付加された推進力によって円滑に加速することとなる。
【０２５５】
次に、速度追従モードにおいて、手操作の加速指令による推進力の付加が終了し、推定重心速度絶対値変化率DVb_sが前記第２基準値DV2よりも小さくなると（図１６のステップS２４−２の判断結果が否定的になると）、図１６のステップS２４−４の処理によって、演算処理モードが速度追従モードから速度ホールドモードに変更されることとなる。
【０２５６】
この速度ホールドモードでは、加速要求及び減速要求が発生しない状況（図１７のステップS２５−１の判断結果が否定的となる状況）で、カウントダウンタイマの計時が終了するまで、基本要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aim1は、前回値の速度ベクトル↑Ｖb_aim1_pと同じ速度ベクトルに設定される。
【０２５７】
従って、速度ホールドモードの開始後、カウントダウンタイマの計時が終了するまでの所定時間（カウントダウンタイマの初期値Ｔmの時間）の期間において、基本要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aim1は、速度ホールドモードが開始する直前に決定された速度ベクトルと同じ速度ベクトルで一定に保持されることとなる。
【０２５８】
このため、↑Ｖb_aim1に追従するように決定される要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aimも、一定の速度ベクトル（速度ホールドモードが開始する直前に決定された↑Ｖb_aimと一致又はほぼ一致する速度ベクトル）に保たれるように決定されることとなる。
【０２５９】
そして、上記の如く決定される要求重心速度ベクトル↑Ｖb_aimのＸ軸方向成分とＹ軸方向成分とが前記制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdとして決定される。さらに、各仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmd，ωdotw_y_cmdにそれぞれ含まれる操作量成分ｕ3_x，ｕ3_yは、制御用目標重心速度Ｖb_x_mdfd，Ｖb_y_mdfdに重心速度推定値Ｖb_x_s，Ｖb_y_sを各々収束させるように決定される。
【０２６０】
この結果、車両１の増速後に、カウントダウンタイマの計時が終了するまでの期間（前記初期値Ｔmにより表される時間の期間）において、車両系重心点の実際の速度ベクトル↑Ｖbの大きさ及び向きが一定に保たれるように該車輪体５の移動速度が制御されることとなる。従って、この状況での車両１の実際の走行状態は、ほぼ一定の速度ベクトルで滑走するような状態となる。
【０２６１】
なお、速度ホールドモードにおいて、再び手操作により車両１に推進力を付加することによって、図１７のステップS２５−１の判断結果が肯定的になると（加速要求が発生すると）、演算処理モードが前記速度追従モードに戻る。このため、車両１が再び加速することとなる。
【０２６２】
次に、速度ホールドモードにおいて、加速要求が発生しない状況（図１７のステップS２５−１の判断結果が否定的となる状況）が保たれたまま、前記カウントダウンタイマの計時が終了すると、図１７のステップS２５−８の処理によって、演算処理モードが速度ホールドモードから制動モードに変更されることとなる。
【０２６３】
この制動モードでは、加速要求が発生しない状況（図１５のステップS２３−１の判断結果が否定的となる状況）で、基本要求重心速度ベクトル絶対値｜↑Ｖb_aim1｜が、“０”に保持される。
【０２６４】
以上の総合動作としては、結果的に、操作者が手を振ることにより移動指令を出すと、その指令内容に従って、速度ホールドモード及び制動モードを経て、倒立振子型移動体はその指令された方向に一定距離もしくは一定時間移動して停止することになる。操作者が手を振る動作を何回も行ったり継続させたりすると、速度ホールドモードから速度追従モードそして制動モードを経て、上記一定距離もしくは一定時間よりも長い間移動して停止することになる。このようにして倒立振子型移動体の位置を変更することが可能である。
【０２６５】
［第２実施形態］
以上の第１実施形態では、操作する手の速度や加速度に基づいて車両１を所定の速度で所定の方向に移動させるようにしたものを示したが、第２実施形態では、操作する手の速度や加速度に基づいて、車両１の演算処理モード（制動モード、速度追従モード、速度ホールドモード）を変更するようにしたものを説明する。
【０２６６】
例えば、図１９の（ａ）に示した手を等速で横に振る操作が指令検出器１０で検出されたときに、第１実施形態では、操作者の手と車両１とを結んだ直線に対して前方に車両１を移動させる指令が制御ユニット５０に与えられるものを示したが、第２実施形態では、この手を等速で横に振る操作により、制御ユニット５０には演算処理モードを変更する指令Msが与えられるものとする。このモード変更指令Msは、演算処理モードを変更するものであり、車両１の速度変更や方向変更は行わない。その点、車両１の速度変更や方向変更を行う第１実施形態における移動指令信号Vb_comを用いるものとは異なるものである。すなわち、このモード変更指令Msは、制動モードや速度ホールドモードであるときに、速度追従モードに変更する指令であり、速度追従モードであるときにはそのまま速度追従モードが続行されるものとする。そしてモード変更指令Msが入力されると、車両１の速度変更は行われず、モードだけが変更される結果として、図１５のステップS２３−２や図１７のS２５−２では、第１実施形態で説明した処理とは異なる処理が行われる。その異なる処理を以下に一層詳細に説明する。
【０２６７】
ステップS２３における制動モードのときに、上記モード変更指令Msが入力された場合を説明する。制動モードのときにモード変更指令Msが入力された場合の動作は、図１５のフローチャートの動作とほとんど類似しているので、図１５との相違部分を示しながら図１５を用いて説明する。要求重心速度生成部７４は、モード変更指令Msが入力されると、図１５のステップS２３−１において判断結果が肯定的（YES）になる。
【０２６８】
前記ステップS２３−１の判断結果が肯定的である場合、すなわち、モード変更指令Msが入力された場合は、要求重心速度生成部７４は、ステップS２３−２で基本要求重心速度ベクトル絶対値｜↑Vb_aim1｜を決定する。さらに、後述のフィルタ処理にて用いるフィルタ時定数を、予め定められる設定時定数１とする。要求重心速度生成部７４は、ステップS２３−３で演算処理モードを制動モードから速度追従モードに変更し、図１５の処理を終了する。
【０２６９】
上記ステップS２３−２では、実速度に設定比率を乗じたものを目標速度として決定するが、具体的には、前記実速度重心速度ベクトル↑Ｖb_s（実速度）の大きさ｜↑Vb_s｜（＝sqrt(Ｖb_x_s2＋Ｖb_y_s2)）に、あらかじめ設定された所定値の比率γ（設定比率）を乗じてなる値（｜↑Ｖb_ｘ_ｓ＊γ｜）が、基本要求重心速度ベクトル絶対値｜↑Ｖb_aim1｜として決定される。上記比率γは、本実施形態では、“１”よりも若干小さい正の値（例えば０．８）に設定されている。
【０２７０】
このようなステップS２３−２の処理は、｜↑Ｖb_x_aim1｜の決定の仕方を、次回の制御処理サイクルから開始する速度追従モードに合わせるものである。
以上が、ステップS２３における制動モードのときにモード変更指令Msが入力された場合の演算処理である。
【０２７１】
なお、ステップS２３−１の判断結果が否定的となる場合には、第１実施形態と同じ動作であり、演算処理モードは変更されないので、次回の制御処理周期においても、演算処理モードは、制動モードに維持されることとなる。
【０２７２】
次に、ステップS２４における速度追従モードの演算処理は、第１実施形態と同様な動作であり、図１６のフローチャートに示す如く実行されるので、説明は省略する。
【０２７３】
次に、ステップS２５における速度ホールドモードの演算処理時に上記モード変更指令Msが入力された場合の動作を説明する。速度ホールドモードのときにモード変更指令Msが入力された場合の動作は、図１７のフローチャートの動作とほとんど類似しているので、図１７のフローチャートとの相違部分を示しながら図１７を用いて説明する。要求重心速度生成部７４は、モード変更指令Msが入力されると、図１７のステップS２５−１において判断結果が肯定的（YES）になる。
【０２７４】
前記ステップS２５−１の判断結果が肯定的である場合、すなわち、モード変更指令Msが入力された場合は、要求重心速度生成部７４は、ステップS２５−２で基本要求重心速度ベクトル絶対値｜↑Vb_aim1｜を決定する。さらに、後述のフィルタ処理にて用いるフィルタ時定数を、予め定められる設定時定数３とする。要求重心速度生成部７４は、ステップS２５−３で演算処理モードを制動モードから速度追従モードに変更し、図１７の処理を終了する。
【０２７５】
ステップS２５における速度ホールドモードの演算処理では、図１７に示すフローチャートにおけるステップS２５−２は、ステップS２３−２と同じ処理を実行することによって、基本要求重心速度ベクトル絶対値｜↑Ｖb_aim1｜を決定する。すなわち、｜↑Ｖb_x_s｜＊γの値が｜↑Ｖb_aim1｜として決定される。
【０２７６】
前記ステップS２５−１の判断結果が否定的である場合には、第１実施形態の動作と同様なので説明は省略する。
以上が、ステップS２５における速度ホールドモードのときにモード変更指令Msが入力された場合の演算処理である。
【０２７７】
次に、以上説明した実施形態に係わる変形態様に関していくつか説明しておく。
前記各実施形態では、車両系重心点（詳しくは車両・乗員全体重心点）を車両１の所定の代表点としたが、該代表点を例えば、車輪体５の中心点や、基体９の所定の部位（例えば支持フレーム１３）の点等に設定してもよい。
【０２７８】
また、前記各実施形態では、図１及び図２に示した構造の倒立振子型移動体１を例示したが、本発明における車両１は、本実施形態で例示した車両に限られるものではない。
【０２７９】
具体的には、本実施形態の車両１の移動動作部としての車輪体５は一体構造のものであるが、例えば、前記特許文献２の図１０に記載されているような構造のものであってもよい。すなわち、剛性を有する円環状の軸体に、複数のローラをその軸心が該軸体の接線方向に向くようにして回転自在に外挿し、これらの複数のローラを軸体に沿って円周方向に配列させることによって、車輪体を構成してもよい。
【０２８０】
さらに移動動作部は、例えば、特許文献１の図３に記載されているようなクローラ状の構造のものであってもよい。
【０２８１】
あるいは、例えば、前記特許文献１の図５、特許文献２の図７、もしくは特許文献３の図１に記載されているように、移動動作部を球体により構成し、この球体を、アクチュエータ装置（例えば前記車輪体５を有するアクチュエータ装置）によりＸ軸周り方向及びＹ軸周り方向に回転駆動するように車両を構成してもよい。
【０２８２】
また、本実施形態では、乗員の搭乗部としてシート３を備えた車両１を例示したが、本発明における倒立振子型移動体は、例えば特許文献２の図８に見られるように、乗員が両足を載せるステップと、そのステップ上で起立した乗員が把持する部分とを基体に組付けた構造の車両（全方向移動車両）であってもよい。
【０２８３】
このように本発明は、前記特許文献１〜３等に見られる如き、各種の構造の全方向移動車両に適用することが可能である。
【０２８４】
さらには、本発明における倒立振子型移動体は、床面上を全方向に移動可能な移動動作部を複数（例えば、左右方向に２つ、あるいは、前後方向に２つ、あるいは、３つ以上）備えていてもよい。この場合、例えば、移動動作部を３つ以上備えた場合には、基体が傾動しないようにして、該基体の傾斜角度の制御を省略してもよい。
【０２８５】
なお、本実施形態では、車両１への移動指令は、指令検出器１０とひも状体１０aとを用いて行うこととしたが、ひも状体１０aは、ゴム材などの弾性を有する材質が望ましい。
【０２８６】
また、指令検出器１０をカメラとカメラで撮像された映像信号に基づいた画像処理を行う画像処理部としても良い。指令検出器１０は、その画像処理を行うことにより、操作者の手の動きを検出することとしても良い。この検出処理では、手の特徴抽出や重心検出などの一般的な方法を用いることにより、手の移動する早さ、方向などを検出することができる。
【０２８７】
さらに、第１実施形態では、手の速度や加速度が所定値を超えたか否かに基づいて移動指令信号Vb_comを生成していたが、移動指令信号Vb_comを手の動きのパターンに基づいて生成するようにしても良い。
【０２８８】
なお、本実施形態における各種処理の構成は一例を示したものであり、本構成に制限されず、例えば、指令検出器１０は、要求重心速度生成部７４と一体構成のものであっても良い。
【０２８９】
また、本実施形態では、検出された指令内容に応じて、倒立振子型移動体の移動方向及び移動速度の双方を制御するものを示したが、該移動方向及び移動速度のいずれか一方を制御するようにしても良い。
【０２９０】
さらに、本実施形態では、移動指令信号Vb_comの算出は、図１８や図１９に示すような手の動きのパターンに基づいて行うようにしたものを示したが、単に手の加速度が基準値を超えたときの手の速度と方向から移動指令信号Vb_comの大きさと方向を決定しても良い。
【符号の説明】
【０２９１】
１…車両（倒立振子型移動体）、３…シート、５…車輪体（移動部）、７…アクチュエータ装置（移動部）、９…基体、１０…移動検出器（移動検出手段）、１０a…ゴムひも（ひも状体）、５０…制御ユニット（制御部）。
【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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【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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