(57)【要約】【課題】倒立二輪移動体への搭乗を容易にすること。【解決手段】倒立二輪移動体は、運転者が搭乗する車体１１と、左右の同軸上に設けられた駆動輪１２と、駆動輪１２の進行方向前方に設けられ、車体１１が略平行な状態において接地しない補助輪１３５と、補助輪１３５の進行方向前方に設けられた摩擦部１３１と、を備える。摩擦部１３１は前方側に設けられ床面と接触した場合に低摩擦となる前方摩擦部１３１１と、後方側に設けられ床面と接触した場合に高摩擦となる後方摩擦部１３１２と、を有し、車体１１が略平行状態の場合には、後方摩擦部１３１２が接地することにより高摩擦力を発生させ、車体１１が進行方向前方に傾けられた場合には、後方摩擦部１３１２が接地せず、前方摩擦部１３１１が接地した状態で床面から押圧され、摩擦部１３１が上方向に移動することにより、補助輪１３５が接地する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者が搭乗する車体と、
左右の同軸上に設けられた駆動輪と、
前記駆動輪の進行方向前方に設けられ、車体が略平行な状態において接地しない補助輪と、
前記補助輪の進行方向前方に設けられた摩擦部と、を備え、
前記摩擦部は前方側に設けられ床面と接触した場合に低摩擦となる前方摩擦部と、後方側に設けられ床面と接触した場合に高摩擦となる後方摩擦部と、を有し、
前記車体が略平行状態の場合には、前記後方摩擦部が接地することにより高摩擦力を発生させ、
前記車体が進行方向前方に傾けられた場合には、前記後方摩擦部が接地せず、前記前方摩擦部が接地した状態で床面から押圧され、前記摩擦部が上方向に移動することにより、前記補助輪が接地する、
倒立二輪移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、倒立二輪移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人が搭乗した状態で倒立状態を維持して走行する、倒立二輪移動体（車両）の開発が行われている。
【０００３】
図６は、健常な搭乗者が倒立二輪移動体に乗り込む場合の、典型的な乗り込みフローを示した図である。
【０００４】
最初に、車両の電源をＯＮにする（ステップＳ２１）。次に、搭乗者は車両に片足を乗せる（ステップＳ２２）。次に、搭乗者は車両のピッチ軸を水平に保つ（ステップＳ２３）。水平に保たれた車両は、倒立状態を開始する（ステップＳ２４）。搭乗者は、車両にもう一方の足を乗せる（ステップＳ２５）。最後に、車両は走行を開始する（ステップＳ２６）。ここで、ステップＳ２４〜ステップＳ２６は、倒立状態を保つ動安定状態である。
【０００５】
特許文献１には、車両の運動の安定性及び制御を能動的に維持する方法として、前輪と後輪を有し、前輪がグランドとの接触を失った場合であってもバランスを取れた動作を行う車両について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１７８９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、リハビリ目的などのバランス能力が低下している運転者は、一方の足を乗せた後にもう一方の足を乗せる過渡段階（ステップＳ２５）において必要となる片足立位が困難なために、搭乗が困難な場合がある。そのため倒立二輪移動体は、補助装置を用いて運転者の両足が車両に乗るまで静安定状態を維持し、その後、動安定状態へ移行する。ここで図７に示すように、高い摩擦係数を有する補助装置を設けた場合、補助装置は、車両が静安定状態から動安定状態である倒立状態に移行する際に駆動輪回転を妨げてしまうことから、車両が倒立状態に移行する妨げとなる。一方、図８に示すように、低い摩擦係数を有する補助装置を設けた場合、車両は前後方向の移動が自由な状態となる。そのため運転者は、両足での乗り込みが難しくなる。したがって補助装置は、運転者が車両に乗り込むまでは車両位置が極力動かないよう摩擦係数が高く、運転者が車両に乗り込み、倒立が開始する段階では摩擦係数が低いことが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る倒立二輪移動体は、運転者が搭乗する車体と、左右の同軸上に設けられた駆動輪と、前記駆動輪の進行方向前方に設けられ、車体が略平行な状態において接地しない補助輪と、前記補助輪の進行方向前方に設けられた摩擦部と、を備え、前記摩擦部は前方側に設けられ床面と接触した場合に低摩擦となる前方摩擦部と、後方側に設けられ床面と接触した場合に高摩擦となる後方摩擦部と、を有し、前記車体が略平行状態の場合には、前記後方摩擦部が接地することにより高摩擦力を発生させ、前記車体が進行方向前方に傾けられた場合には、前記後方摩擦部が接地せず、前記前方摩擦部が接地した状態で床面から押圧され、前記摩擦部が上方向に移動することにより、前記補助輪が接地する。
これにより、運転者の搭乗状態に応じて補助部による摩擦を変化させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
運転者の倒立二輪移動体への搭乗が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１にかかる倒立二輪移動体のブロック図である。
【図２】実施の形態１にかかる静安定状態の倒立二輪移動体の側面図である。
【図３】実施の形態１にかかる動安定状態の倒立二輪移動体の側面図である。
【図４】実施の形態１にかかる摩擦部の拡大図である。
【図５】実施の形態１にかかる車両乗り込みフローの図である。
【図６】関連する車両乗り込みフローの図である。
【図７】関連する高摩擦の補助部を有する倒立二輪移動体の図である。
【図８】関連する低摩擦の補助部を有する倒立二輪移動体の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、倒立二輪移動体１の構成を示すブロック図である。
【００１２】
倒立二輪移動体１は、車体１１と、駆動輪１２と、補助部１３を備える。なお以下では、倒立二輪移動体１の進行方向に対して左右方向をＸ方向、前後方向をＹ方向、上下方向をＺ方向として説明する。図２は、倒立二輪移動体１の運転者搭乗前の側面図であり、静安定状態である。図３は、運転者が搭乗後、倒立二輪移動体１を角度θだけ前傾させた場合の側面図であり、動安定状態である。なお図２、図３において、進行方向は左方向である。
【００１３】
車体１１は、人が搭乗する箇所である。車体１１には、駆動輪１２と、補助部１３がそれぞれ連結している。具体的には、車体１１の進行方向前方の下部に補助部１３が設けられており、進行方向後方の下部に駆動輪１２が設けられている。典型的には車体１１には、角度センサ、駆動部、制御部（図示せず）が設けられている。制御部は、角度センサが取得した車体の傾きに応じて、駆動部が出力する駆動力を制御し、倒立状態を維持する。
【００１４】
駆動輪１２は、車体１１の下方において、左右の同軸上に設けられている車輪である。典型的には駆動輪１２は、人が搭乗した場合に、制御部の制御に基づいて、駆動部が出力した駆動力によって倒立状態を保つように回転駆動する。
【００１５】
補助部１３は、スライド部１３０と、摩擦部１３１と、バネ機構１３２と、突部１３３と、スライド軸１３４と、補助輪１３５を備える。補助部１３は、駆動輪１２に対して進行方向前方に設けられている。
【００１６】
スライド部１３０は、摩擦部１３１と連結して設けられている。典型的には、スライド部１３０はＺ方向に延びた構造を有する。スライド部１３０は、車体１１に近い先端部がバネ機構１３２を介して車体１１と連結している。またスライド部１３０の側面は、スライド軸１３４と接している。さらにスライド部１３０は、車体１１から遠い先端部が摩擦部１３１と連結している。スライド部１３０は、図３の矢印で示すように、後述する前方摩擦部１３１１が床面から押圧を受けた場合に、バネ機構１３２を収縮させるよう力が加わる。これによりスライド部１３０は、スライド軸１３４に沿ってスライドし、スライド部１３０と、スライド部１３０に連結する摩擦部１３１は車体１１に近づく状態となる。
【００１７】
摩擦部１３１は、前方摩擦部１３１１と、後方摩擦部１３１２を備える。図４は、倒立二輪移動体１を角度θだけ前傾させたときの摩擦部１３１の拡大図である。摩擦部１３１は倒立二輪移動体１の傾斜角に応じて傾斜する。言い換えると、摩擦部１３１は、倒立二輪移動体１を角度θだけ前傾させた場合に、角度θだけ傾斜した状態となる。
【００１８】
前方摩擦部１３１１は、摩擦部１３１において、進行方向の前方側に設けられた接地部である。前方摩擦部１３１１は、例えばＲ加工や車輪が設けられており、動摩擦力を低減する。典型的には、前方摩擦部１３１１は、図２に示した静安定状態や、図３に示した倒立二輪移動体１を前傾させた動安定状態において、床面に接地する。なお図３において、前方摩擦部１３１１の箇所に記載された矢印は、床面から受ける押圧を示している。図４は、前方摩擦１３１１にＲ加工を施した例を示している。
【００１９】
後方摩擦部１３１２は、摩擦部１３１において、進行方向の後方側に設けられた接地部である。例えば後方摩擦部１３１２は、高摩擦ゴムが設けられており、接地している場合に高摩擦力を発生させる。後方摩擦部１３１２は、図２に示したように車体１１が略平行な場合に接地し、倒立二輪移動体１を静安定状態にする。図３に示したように車体１１が前傾したときに、図４に示したように床面から離れた状態となる。
【００２０】
バネ機構１３２は、スライド部１３０と、車体１１を連結するバネである。バネ機構１３２は、静安定状態の場合には伸びた状態となることで、摩擦部１３１の前方摩擦部１３１１及び後方摩擦部１３１２が接地した状態となる。またバネ機構１３２は、倒立二輪移動体１が前傾した場合に、前方摩擦部１３１１が床面から押圧され、スライド部１３０が車体１１方向に移動することで、バネが収縮する状態となる。
【００２１】
突部１３３は、車体１１の前方において、床面方向に向かって設けられた突起部である。突部１３３には、スライド軸１３４が設けられている。
【００２２】
スライド軸１３４は、突部１３３に設けられた車輪である。スライド軸１３４は、スライド部１３０に接しており、スライド部１３０をスライドさせることで、摩擦部１３１をスライドさせる。典型的には、スライド軸１３４は複数の車輪を有し、複数の車輪はそれぞれスライド部１３０の側面と接している。なおスライド軸１３４に設けられた車輪は、スライド部１３０を挟む構造とし、スライド部１３０がＸ方向及びＹ方向に動かない状態とすることが望ましい。
【００２３】
補助輪１３５は、左右の駆動輪１２の前方に設けられた車輪である。補助輪１３５は、摩擦部１３１に対して進行方向の後方側に設けられている。補助輪１３５は、車体１１が略平行な状態のときには接地せず、車体１１が前傾した場合に接地する高さに設けられている。補助輪１３５は、接地している状態において、床面とは低摩擦である。
【００２４】
次に、倒立二輪移動体１に人が搭乗する場合の車両乗り込みフローについて説明する。図５は、車両への乗り込みのフローチャートである。
【００２５】
最初に、車両の電源をＯＮにする（ステップＳ１１）。このとき車両は、摩擦部１３１のうち、前方摩擦部１３１１と後方摩擦部１３１２の両方が接地した状態である。言い換えると、バネ機構１３２が伸長した状態であり、スライド部１３０と摩擦部１３１はＺ軸下方向に押圧されている。このとき後方摩擦部１３１２は接地しており、床面に対して高摩擦の状態であることから、倒立二輪移動体１は静安定状態である。
【００２６】
運転者は搭乗するために、車両に片足を乗せる（ステップＳ１２）。このとき倒立二輪移動体１は、ステップＳ１１と同様に後方摩擦部１３１２が接地したままの状態であり、床面に対して高摩擦の状態であって、静安定状態である。
【００２７】
運転者は車両にもう一方の足を乗せる（ステップＳ１３）。このとき倒立二輪移動体１は、前方摩擦部１３１１と後方摩擦部１３１２の両方が接地した状態であり、倒立状態ではない。したがって運転者は、高摩擦で床面に固定された車両に両足での乗り込みを容易に実行できる。
【００２８】
一定時間の経過を確認する（ステップＳ１４）。すなわち倒立二輪移動体１は、運転者が両足とも乗り込みが完了したことを確認する。
【００２９】
車両は倒立状態を開始する（ステップＳ１５）。言い換えると、倒立二輪移動体１は、駆動輪１２の駆動状態を制御することで、バランスを制御して停止した状態となる、動安定状態に移行する。典型的には、倒立二輪移動体１は略平行状態であるので、前方摩擦部１３１１と後方摩擦部１３１２の両方が接地した状態である。
【００３０】
車両は走行を開始する（ステップＳ１６）。ここで倒立二輪移動体１は、倒立状態であって、動安定状態である。また倒立二輪移動体１は、進行方向前方に傾いた状態である。このとき前方摩擦部１３１１は接地した状態となり、前方摩擦部１３１１は床面から押圧される。このとき床面からの押圧に基づいて、バネ機構１３２のバネが縮み、スライド部１３０が車体１１側（Ｚ軸上方向）にスライドする。これにより、摩擦部１３１が車体１１側に移動する。このとき摩擦部１３１は、図４に示すように前方方向に傾いているため、前方摩擦部１３１１は接地しているが、後方摩擦部１３１２は接地しない状態となる。したがって、摩擦部１３１は低摩擦となる。また補助輪１３５は、車両が前傾することにより接地する状態となる。このとき摩擦部１３１は、床面からの押圧により車体１１側にスライドしているため、補助輪１３５が接地する妨げとはならない。
【００３１】
これにより、車両が倒立状態となる前に、運転者は両足を車両に乗せることができる。言い換えると、車両は、運転者の両足が乗り込むまで、高摩擦である後方摩擦部が床面に接触していることによって静安定状態を維持し、運転者の両足とも乗り込んだ後に動安定状態に移行する。したがって運転者は、車両に足を乗せる際に、倒立状態の車両に対して片足立位の体勢にはならない。そのため、リハビリ目的などの身体バランスがとりづらい運転者であっても、車両への乗り込みが容易となる。
車両が動安定状態である場合には、低摩擦である前方摩擦部及び補助輪が接地し、高摩擦である後方摩擦部が床面から浮いた状態となる。したがって、後方摩擦部による高摩擦は発生せず、車両は倒立状態を維持することができる。
【００３２】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、車体に感圧センサを設けておき、ステップＳ１４では両足が車体に乗ったことを感圧センサで感知し、その後、一定時間を計測することとしてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１    倒立二輪移動体
１１    車体
１２    駆動輪
１３    補助部
１３０    スライド部
１３１    摩擦部
１３２    バネ機構
１３３    突部
１３４    スライド軸
１３５    補助輪
１３１１    前方摩擦部
１３１２    後方摩擦部
【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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