(57)【要約】【課題】外乱が発生した場合にその推定をより正確に行うことが可能な倒立型移動体を提供すること。【解決手段】本発明にかかる倒立型移動体は、前記倒立型移動体の角速度を検出するジャイロスコープと、前記倒立型移動体の加速度を検出する加速度センサと、前記倒立型移動体の移動指示情報を検出する方向指示センサと、前記ジャイロスコープが検出した前記角速度と、前記加速度センサが検出した前記加速度と、前記方向指示センサが検出した方向指示値に基づいて、前記倒立型移動体の外乱を推定し、前記加速度センサが検出した前記加速度において当該外乱により生じた偏差を推定すると共に、前記倒立型移動体において当該外乱により生じた移動の偏差を推定する算出部と、前記算出部が推定した前記加速度の前記偏差を用いて前記加速度センサが検出した前記加速度の値を補正すると共に、前記倒立型移動体の移動の偏差を修正する制御を行う制御部を備える。【選択図】図２
2015157541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
倒立型移動体であって、
前記倒立型移動体の角速度を検出するジャイロスコープと、
前記倒立型移動体の加速度を検出する加速度センサと、
前記倒立型移動体の移動指示情報を検出する方向指示センサと、
前記ジャイロスコープが検出した前記角速度と、前記加速度センサが検出した前記加速度と、前記方向指示センサが検出した方向指示値に基づいて、前記倒立型移動体の外乱を推定し、前記加速度センサが検出した前記加速度において当該外乱により生じた偏差を推定すると共に、前記倒立型移動体において当該外乱により生じた移動の偏差を推定する算出部と、
前記算出部が推定した前記加速度の前記偏差を用いて前記加速度センサが検出した前記加速度の値を補正すると共に、前記倒立型移動体の移動の偏差を修正する制御を行う制御部と、
を備える倒立型移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は倒立型移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ユーザが搭乗して操作することが可能な倒立型移動体（以下、移動体）が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、車輪と接地面との接地部分の加速度である接地面加速度と、車輪体の円周加速度を取得することにより、移動している接地面への進入を検知し、車両の移動速度を変化する倒立型振子車両が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５２９７９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ユーザが倒立型移動体に搭乗し、移動する場合に、静止した歩道から動く歩道に進入する状況が想定される。図１４は、倒立型移動体Ｖが、動く歩道に側面から進入する様子を示すイメージ図である。ここで、摩擦係数μが高い動く歩道に倒立型移動体Ｖが進入するとき、非ホロノミックで動作する倒立型移動体は動く歩道の側に引きずられる可能性がある。
【０００６】
倒立型移動体が動く歩道の側に引きずられた状態では、車輪に関する測定値が不正確になると考えられる。特許文献１に係る車両では、車輪に関する測定値である接地面加速度や車輪体の円周加速度を用いて動く歩道への進入検知を行っているため、外乱を正確に推定できなくなる可能性がある。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、外乱が発生した場合にその推定をより正確に行うことが可能な倒立型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】
【０００８】
本発明にかかる倒立型移動体は、前記倒立型移動体の角速度を検出するジャイロスコープと、前記倒立型移動体の加速度を検出する加速度センサと、前記倒立型移動体の移動指示情報を検出する方向指示センサと、前記ジャイロスコープが検出した前記角速度と、前記加速度センサが検出した前記加速度と、前記方向指示センサが検出した方向指示値に基づいて、前記倒立型移動体の外乱を推定し、前記加速度センサが検出した前記加速度において当該外乱により生じた偏差を推定すると共に、前記倒立型移動体において当該外乱により生じた移動の偏差を推定する算出部と、前記算出部が推定した前記加速度の前記偏差を用いて前記加速度センサが検出した前記加速度の値を補正すると共に、前記倒立型移動体の移動の偏差を修正する制御を行う制御部を備える。このように、推定部は、車輪に関する測定値ではなく、ジャイロスコープ、加速度センサ及び方向指示センサの検出結果を用いて外乱を検出するため、外乱が発生した場合にその推定をより正確に行うことができる。
【発明の効果】
【０００９】
外乱が発生した場合にその推定をより正確に行うことが可能な倒立型移動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１にかかる倒立型移動体を示した外観図である。
【図２】実施の形態１にかかる移動体におけるセンサ及び演算部の構成例を示したブロック図である。
【図３】実施の形態１において、外乱がない場合の第１の角度と第２の角度のグラフの一例である。
【図４Ａ】実施の形態１において、ユーザが移動体に搭乗して電車に乗車したときに、電車が発進した場合の状態を示したイメージ図である。
【図４Ｂ】実施の形態１において、ユーザが移動体に搭乗して移動している状態で、静止している地面から動く歩道に乗り込む状態を示したイメージ図である。
【図５Ａ】実施の形態１において、図４Ａの状態における第１の角度と第２の角度のグラフの一例である。
【図５Ｂ】実施の形態１において、図４Ｂの状態における第１の角度と第２の角度のグラフの一例である。
【図６Ａ】実施の形態１において、移動体が静止している歩道から動く歩道に乗車するときの加速度センサが測定した加速度のデータを示したグラフの一例である。
【図６Ｂ】実施の形態１において、図６Ａで測定した加速度を用いて算出部が算出した角度のデータを示したグラフである。
【図６Ｃ】実施の形態１において、図６Ａにおける加速度のデータに外乱の影響を補正する処理を行った場合の、加速度センサが測定した加速度のデータを示したグラフの一例である。
【図６Ｄ】実施の形態１において、図６Ｃで測定した加速度を用いて算出部が算出した角度のデータを示したグラフである。
【図７Ａ】実施の形態１において、移動体が静止している歩道から動く歩道に乗車するときの加速度センサが測定した加速度のデータを示したグラフの別の例である。
【図７Ｂ】実施の形態１において、図７Ａで測定した加速度を用いて算出部が算出した角度のデータを示したグラフである。
【図７Ｃ】実施の形態１において、図７Ａにおける加速度のデータに外乱の影響を補正する処理を行った場合の、加速度センサが測定した加速度のデータを示したグラフの一例である。
【図７Ｄ】実施の形態１において、図７Ｃで測定した加速度を用いて算出部が算出した角度のデータを示したグラフである。
【図８】実施の形態１において、外乱がない場合のヨー方向への角速度とリーン角度の理想的な関係を示したグラフの一例である。
【図９】実施の形態１において、ユーザが移動体に搭乗して移動しているときに、右斜め後ろから強風が吹いたときの状態を示したイメージ図である。
【図１０】実施の形態１において、図９の状態におけるヨー方向の角速度とリーン角度のグラフである。
【図１１】実施の形態１において、外乱がある場合のヨー方向への角速度とリーン角度の関係を示したグラフの一例である。
【図１２】実施の形態１において、外乱がある場合のヨー方向への角速度に対するリーン角度の傾きを示したグラフの他の例である。
【図１３】実施の形態１における移動体の制御の一例を示すフローチャートである。
【図１４】関連技術における倒立型移動体Ｖが動く歩道に進入する様子を示したイメージ図である。
【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１について説明する。図１は、実施の形態１にかかる倒立型移動体の外観を示した図である。図１は、実施の形態１にかかる倒立型移動体（以下、移動体）の例を示した外観図である。移動体１０は、ハンドル１１、フレーム１２、ステップ部１３及び車輪１４を備える。図１において、右側が搭乗者の搭乗時における前方（進行方向）、左側が搭乗者の搭乗時における後方である。
【００１２】
移動体１０の上部にはハンドル１１が設けられており、搭乗者はハンドル１１につかまることにより安定して移動体１０に搭乗することができる。また、ハンドル１１に搭乗者が移動体１０の走行を操作するための操作部が設けられてもよい。フレーム１２はハンドル１１とステップ部１３を接続している。フレーム１２の下部にはステップ部１３（搭乗台）が設けられており、移動体１０の搭乗時に搭乗者はステップ部１３に足を乗せることができる。ステップ部１３の下部には、左右に２つの車輪１４が設けられている。車輪１４は、図示しないモータ等により駆動される。
【００１３】
図２は、移動体１０におけるセンサ及び演算部の構成例を示したブロック図である。移動体１０は、センサとして、ジャイロスコープ１５（ジャイロセンサ）、方向指示センサ１６及び加速度センサ１７を備える。さらに移動体１０は、演算部として、算出部１８、制御部１９を備える。なお、移動体１０の各部に電圧を供給するバッテリ等の記載は省略している。
【００１４】
ジャイロスコープ１５は、移動体１０の角速度を計測する。例えば、ジャイロスコープ１５は、移動体１０のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への速度を計測することにより、移動体１０のピッチ方向への角速度と、ヨー方向への角速度を検出することができる。ジャイロスコープ１５は、リーン角方向の角速度（ロール方向の角速度）をさらに検出してもよい。
【００１５】
方向指示センサ１６は、移動体１０の移動指示情報を検出する。ここで「移動指示情報」には、搭乗者等が移動体１０に指示（入力）した移動体１０の移動方向及び移動の値（方向指示値）が含まれる。方向指示値は、例えばハンドル１１に設けられた操作部から、移動体１０に入力される。移動指示情報を検出することにより、方向指示センサ１６は、車体が向いている方向を検出する。具体的には、方向指示センサ１６は、移動体１０のリーン角（即ちロール方向の角度）を少なくとも検出することができる。ここで方向指示センサ１６は、ユーザが移動体１０を操作するためのジョイスティックのように、移動体１０の姿勢をユーザが指示する入力装置であってもよい。この場合、方向指示センサ１６は、ユーザからの入力に応じて、移動体１０のリーン角を検出する。あるいは、方向指示センサ１６は、リーン角センサや傾斜センサといった、実際にリーン角を計測して検出するものであってもよい。
【００１６】
加速度センサ１７は、移動体１０の加速度を計測する。例えば、加速度センサ１７は、移動体１０のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への加速度を計測することにより、移動体１０のピッチ方向への角加速度と、ヨー方向への角加速度を検出することができる。加速度センサ１７は、リーン方向への角加速度（即ちロール方向への角加速度）をさらに検出してもよい。
【００１７】
算出部１８は、ジャイロスコープ１５が測定したピッチ方向の角速度に基づいて、移動体１０のピッチ方向の角度（以下、第１の角度）を算出する。また、算出部１８は、加速度センサ１７が測定した加速度に基づいて、倒立型移動体のピッチ方向の角度（以下、第２の角度）を算出する。
【００１８】
なお、算出部１８は、角速度（又は加速度）の時間積分を行うことにより、角度を求める。また、算出部１８はハイパスフィルタ回路を備えており、ジャイロスコープ１５が測定したピッチ方向の角速度の測定結果をハイパスフィルタ回路に通して、測定結果中のオフセット値（バイアス）の影響を抑制した後、角速度の時間積分を行って第１の角度を算出している。また、第１の角度を算出するのに長い時間角速度の時間積分を行うと、オフセット値が積算されてしまうおそれがある。そのため、算出部１８は、積分値（第１の角度の値）を適宜リセットする。
【００１９】
算出部１８は、算出した第１の角度及び第２の角度を比較して、第１の角度と第２の角度に所定の閾値よりも大きい偏差があるか否かを判定する。算出部１８は、第１の角度と第２の角度に所定の閾値よりも大きい偏差があると判定した場合に、移動体１０が外乱を受けていると推定する。そして、第１の角度と第２の角度との偏差を用いて、加速度センサ１７が検出した加速度において当該外乱により生じた偏差を算出（推定）する。つまり、算出部１８は、加速度センサ１７における外乱がない場合の加速度の測定値と、外乱がある場合の加速度の測定値とのずれ（偏差）を推定している。
【００２０】
また、算出部１８は、ジャイロスコープ１５が計測した移動体１０のヨー方向の角速度と、方向指示センサ１６が検出した移動体１０のリーン角とを比較して、ヨー方向の角速度とリーン角とのグラフにおける傾き（即ち、ヨー方向の角速度／リーン角）を算出する。算出部１８は、算出したグラフの傾きと、所定の値との偏差を求め、偏差が所定の閾値よりも大きい場合に、移動体１０が外乱を受けていると推定する。算出部１８は、その偏差を用いて、移動体１０の旋回量（制御値）の補正値を算出（推定）する。つまり算出部１８は、移動体１０の外乱により生じた移動の偏差を推定している。
【００２１】
このように、算出部１８は、移動体１０が受ける外乱を推定する推定部として機能する。また、算出部１８は、加速度センサ１７が検出した加速度において当該外乱により生じた偏差を推定しているとともに、移動体１０の旋回量（制御値）の補正値を推定する。
【００２２】
制御部１９は、ジャイロスコープ１５が測定した角速度のデータと、加速度センサ１７が測定した加速度のデータとを用いて、現在の移動体１０の状態を判定し、移動体１０の走行や姿勢の制御を行う。例えば、移動体１０が所定の加速度で移動している場合には、移動体１０が安定して倒立した状態になるように移動体１０の姿勢を制御する。さらに制御部１９は、方向指示センサ１６が検出したリーン角度を用いて、移動体１０の旋回を行う。
【００２３】
また、制御部１９は、算出部１８が第１の角度と第２の角度に所定の閾値よりも大きい偏差があると判定した場合（算出部１８が外乱の存在を推定した場合）に、算出部１８が推定した外乱による加速度の偏差を用いて、加速度センサ１７が測定した加速度の値を補正する補正部として機能する。つまり、制御部１９は、推定した外乱に関する値を用いて、加速度センサ１７の測定結果を補正する。さらに、制御部１９は、算出部１８が算出したグラフの傾きが所定の値よりも閾値を超えてずれている場合に、算出部１８が推定した移動体１０の旋回量の補正値を用いて、移動体１０の旋回量（制御値）を補正する補正部として機能する。つまり制御部１９は、移動体１０の移動において外乱により生じた偏差を修正する。
【００２４】
以下、実施の形態１にかかる移動体１０が解決する課題について説明する。
【００２５】
ケース１．
まず、第１のケースについて説明する。図３は、外乱がない場合に（正常に移動体１０が走行している場合に）、算出部１８が算出した第１の角度と第２の角度のグラフの一例である。実線のグラフは第１の角度を、破線のグラフは第２の角度を示している。（図３では、第１の角度は「ジャイロ」、第２の角度は「加速度」と記載している。）なお、グラフの横軸は時間、縦軸はピッチ角度（縦軸の上方向がプラス方向、下方向がマイナス方向）を示している。また、ピッチ角度は、移動体１０が垂直軸から前方に傾斜する場合をプラス方向、移動体１０が垂直軸から後方に傾斜する場合をマイナス方向としている。なお、このグラフの説明は図５Ａ、図５Ｂでも同様である。
【００２６】
加速度に基づいて算出した第２の角度は、角速度に基づいて算出した第１の角度に比較してノイズが多い。ただし、第２の角度のグラフは、スパイク的なノイズは立つものの、秒単位では第１の角度のグラフと比較して一定量の偏差以上の差は生じない。即ち、グラフ同士の間隔は所定以上離れない。ここで、ジャイロスコープ１５の測定結果は秒単位では大きくずれることがないため、第１の角度は正確な値と考えられる。
【００２７】
次に、ユーザが移動体１０に搭乗しているときに外乱が起こった場合を説明する。図４Ａは、ユーザＵが移動体１０に搭乗して電車Ｔに乗車したときに、電車Ｔが発進した場合の状態を示したイメージ図である。なお、電車Ｔはユーザ及び移動体１０から見て前方に進行している。このとき、ユーザＵ及び移動体１０にとっては車体が突然動き出すことになるため、後ろ向きの慣性力を受ける。即ち、ユーザＵ及び移動体１０は後ろ向きの加速度で動く。
【００２８】
図４Ｂは、ユーザＵが移動体１０に搭乗して移動している状態で、静止している地面Ｒ１から動く歩道Ｒ２に乗り込む状態を示したイメージ図である。なお、動く歩道Ｒ２は、ユーザＵ及び移動体１０から見て前方にその地面を動かしている。このとき、ユーザＵ及び移動体１０にとっては車体が突然動き出すことになるため、図４Ａと同様に、ユーザＵ及び移動体１０には後ろ向きの加速度が生ずる。
【００２９】
図５Ａは、図４Ａの状態における、ジャイロスコープ１５が測定したピッチ方向の角速度に基づいて算出された第１の角度と、加速度センサ１７が測定した加速度に基づいて算出された第２の角度のグラフの一例である。
【００３０】
電車が動き出す前は、移動体１０は静止した状態にある。そして、電車が動き出すタイミングにおいて、後ろ向きの加速度が移動体１０に生じる。そのため、その後ろ向きの加速度による外乱により、加速度センサ１７が測定する角加速度が不正確になってしまう。即ち、加速度センサ１７は、外部要因によって生じた加速度と、移動体１０の操作により生じた加速度の区別がつかないため、外部要因によって生じた加速度も移動体１０の操作により生じた加速度として計測してしまう。このように、加速度センサ１７が不正確な角加速度の測定を行うため、算出部１８が算出する第２の角度も不正確な値になってしまう。従って、図５Ａに示す通り、第２の角度は、第１の角度に比較して偏差が生じている。（図５Ａでは、偏差は矢印で示されている。）具体的には、動き出すタイミングからしばらく経過するまでは、第２の角度は、第１の角度に比較してマイナス側（移動体１０が後ろに傾く方向）の値になっている。
【００３１】
図５Ｂは、図４Ｂの状態における第１の角度と第２の角度のグラフの一例である。移動体１０が動く歩道に乗る前までは、第１の角度と第２の角度の差はほとんどない。
【００３２】
上述の通り、動く歩道に移動体１０が乗ったタイミングにおいて、後ろ向きの加速度が移動体１０に生じる。そのため、上述と同様の理由で、後ろ向きの加速度による外乱により、加速度センサ１７が測定する加速度が不正確になってしまう。従って、図５Ｂに示す通り、第２の角度は第１の角度に比較して偏差が生じている。（図５Ｂでは、偏差は矢印で示されている。）
【００３３】
このように、移動体１０の操作によるものではなく、外部の要因によって移動体１０に力がかかって、第１の角度と、第２の角度に偏差が生じる場合が考えられる。ここで、制御部１９は、ジャイロスコープ１５が測定した角速度及び加速度センサ１７が測定した加速度に基づいて姿勢制御を行っているため、移動体１０の実際の姿勢にそぐわない姿勢制御を行ってしまうことが考えられる。
【００３４】
以上の課題を解決するため、算出部１８は、算出した第１の角度及び第２の角度を比較して、第１の角度と第２の角度の偏差（第１の角度と第２の角度の差の絶対値）が所定の正の閾値よりも大きいか否かを判定する。偏差がその閾値以下であれば、算出部１８は外乱が発生していないと判断し、制御部１９は特別な制御を実行しない。その閾値よりも大きい偏差がある場合に、算出部１８は加速度センサ１７が検出した加速度において当該外乱により生じた偏差を推定し、制御部１９は推定した偏差を用いて加速度センサ１７の測定結果を補正する。即ち、算出部１８及び制御部１９は外乱を推定した上で、偏差のデータ（即ち推定した外乱のデータ）を加速度センサ１７の測定値にフィードバックして補正する。この補正は、加速度センサ１７の測定した加速度に基づいて算出した角度が、ジャイロスコープ１５が測定した角速度に基づいて算出した角度と同じ値に近づくようになされる。これにより、加速度センサ１７の計測値を正確なものにすることができるため、制御部１９は、移動体１０の姿勢制御を、移動体１０の実際の姿勢に適合するように行うことができる。
【００３５】
図６Ａは、移動体１０が静止している歩道から動く歩道に乗車するときの加速度センサ１７が測定した加速度のデータを示したグラフの一例である。図６Ａでは、破線のグラフが移動体１０のＸ軸方向（左右方向）の加速度のグラフ、実線のグラフがＹ軸方向（前後方向）の加速度のグラフ、一点鎖線のグラフがＺ軸方向（上下方向）の加速度のグラフである。図６Ａの横軸は時間（sec）、縦軸は加速度（m/sec^2）である（図６Ｃ、図７Ａ、図７Ｃでも同様の記載を行う）。図６Ａにおいて、加速度センサ１７の測定データは補正されていない。従って、Ｙ軸方向の加速度には、図６Ａにおいて丸で囲った部分において、乗車時の外乱が生じている（即ち加速度が生じている）。
【００３６】
図６Ｂは、図６Ａで測定した加速度を用いて算出部１８が算出した角度のデータを示したグラフである。図６Ｂでは、破線のグラフが移動体１０のロール角度のグラフ、実線がピッチ角度のグラフである。図６Ｂの横軸は時間（sec）、縦軸は角度（deg）である（図６Ｄ、図７Ｂ、図７Ｄでも同様の記載を行う）。上述の通り、Ｙ軸方向の加速度において乗車時の外乱の影響が生じているため、ピッチ角度には、図６Ｂにおいて丸で囲った部分において、乗車時の外乱が生じている（角度の値が増加している）。
【００３７】
図６Ｃは、図６Ａにおける加速度のデータに外乱の影響を補正する処理を行った場合の、加速度センサ１７が測定した加速度のデータを示したグラフの一例である。図６Ｃにおいて丸で囲った部分においては、外乱の影響が除去されており、Ｙ軸方向の加速度の値は増加していない。
【００３８】
図６Ｄは、図６Ｃで測定した加速度を用いて算出部１８が算出した角度のデータを示したグラフである。加速度の補正がなされているため、図６Ｄにおいて丸で囲った部分において、ピッチ角度に乗車時の外乱による影響は生じていない（角度の値が増加していない）。
【００３９】
図７Ａは、移動体１０が静止している歩道から動く歩道に乗車するときの加速度センサ１７が測定した加速度のデータを示したグラフの別の例である。図７Ａでも加速度センサ１７の測定データは補正されておらず、Ｙ軸方向の加速度には、図７Ａにおいて丸で囲った部分において、乗車時の外乱が生じている。
【００４０】
図７Ｂは、図７Ａで測定した加速度を用いて算出部１８が算出した角度のデータを示したグラフである。ピッチ角度には、図７Ｂにおいて丸で囲った部分において、乗車時の外乱が生じている。
【００４１】
図７Ｃは、図７Ａにおける加速度のデータに外乱の影響を補正する処理を行った場合の、加速度センサ１７が測定した加速度のデータを示したグラフの一例である。図７Ｃにおいて丸で囲った部分においては、外乱の影響が除去されており、Ｙ軸方向の加速度の値は増加していない。
【００４２】
図７Ｄは、図７Ｃで測定した加速度を用いて算出部１８が算出した角度のデータを示したグラフである。加速度の補正がなされているため、図７Ｄにおいて丸で囲った部分において、ピッチ角度に乗車時の外乱による影響は生じていない。
【００４３】
ケース２．
次に、第１のケースとは別のケースについて説明する。図８は、外乱がない場合に、ジャイロスコープ１５が測定したヨー方向への角速度と、方向指示センサ１６が検出した移動体１０のリーン角度の理想的な関係を示したグラフの一例である。なお、グラフの横軸はリーン角度、縦軸はヨー角速度を示している。また、ヨー角速度は、移動体１０が水平面において右に回転する場合をマイナス方向、左に回転する場合をプラス方向としている。リーン角度は、移動体１０が前後を軸として左に傾斜する場合をマイナス方向、前後を軸として右に傾斜する場合をプラス方向としている。この例で、移動体１０がとりうる最大のリーン角度値は＋１３．５degであり、とりうる最小のリーン角度値は−１３．５degである。また、移動体１０がとりうる最大のヨー方向への角速度値は＋１３０deg/secであり、とりうる最小の角速度値は−１３０deg/secである。
【００４４】
図８に示した通り、外乱を受けていない状態では、ヨー角速度とリーン角度の関係は略リニアになっている。換言すれば、リーン角度における変化角度とヨー角速度における変化角速度とは比例している。ここで、ユーザが移動体１０を操作して左旋回を行う場合には、ヨー角速度がプラス方向に生じるだけでなく、リーン角もマイナス方向に生じる。即ち、移動体１０は、水平面から左に回転するだけでなく、前後を軸として左に傾斜する。右旋回を行う場合には、ヨー角速度及びリーン角はその逆方向に生じる。図８において、ヨー角速度とリーン角度は反比例（逆相関）の関係になっていることは、以上のことを示している。
【００４５】
図９は、ユーザＵが移動体１０に搭乗して移動しているときに、右斜め後ろから強風が吹いたときの状態を示したイメージ図である。このとき、強風にあおられ、移動体１０は直進していた状態から左側に進路がずれる。
【００４６】
図１０は、図９の状態において、ジャイロスコープ１５が測定したヨー方向の角速度と、方向指示センサ１６が検出したリーン角度のグラフである。（図１０では、ヨー方向の角速度は破線で示されたグラフであり、「ヨージャイロ値」と記載されている。また、リーン角度は実線で示されたグラフであり、「リーン角度値」と記載されている。）なお、グラフの横軸は時間、縦軸はヨー角速度及びリーン角度（縦軸の上方向がプラス方向、下方向がマイナス方向）を示している。ヨー角速度とリーン角度のプラス方向及びマイナス方向の定義は、図８で説明した通りである。
【００４７】
上述の通り、強風によって、移動体１０は左に旋回する。そのため、ジャイロスコープ１５は、その外乱により、測定するヨー角速度が不正確になってしまう。即ち、ジャイロスコープ１５は、外部要因によって生じた角速度と、移動体１０の操作により生じた角速度の区別がつかないため、外部要因によって生じた角速度も移動体１０の操作により生じた角速度として計測してしまう。この状況は、移動体１０は方向指示センサ１６のリーン角による旋回指令が無いにも関わらず、外乱要因により左に旋回することを示している。このため、ユーザが意図していない方向に移動体１０が移動してしまう可能性がある。
【００４８】
図１１は、旋回方向に外乱がある場合に、ジャイロスコープ１５が測定したヨー方向への角速度と、方向指示センサ１６が検出した移動体１０のリーン角度の関係を示したグラフの一例である。図１１において実線で示したグラフは、外乱がある場合のヨー方向への角速度とリーン角度の一例を示したグラフであり、破線で示したグラフは、外乱のない状態におけるヨー方向への角速度とリーン角度の理想的な関係を示したグラフである。外乱がある場合、ヨー方向への角速度とリーン角度とは線形の関係になっていない。そして、外乱のない場合に比較して、図１１において矢印で示されている偏差が生じる。
【００４９】
以上の課題を解決するため、算出部１８は、方向指示センサ１６が検出した移動体１０のリーン角度（方向指示センサ値）を、ジャイロスコープ１５が測定したヨー方向への角速度（ヨーレート値）で割った値を算出する。そして、算出部１８は、算出した値と、リーン角度の最大値（最大方向指示センサ値）をヨー方向への最大角速度（最大旋回レート値）で割った値とを比較し、両者の偏差（両者の差の絶対値）が所定の正の閾値以下であるか否かを比較する。なお、最大方向指示センサ値及び最大角速度は、外乱がない状態で移動体１０が旋回するときの最大の方向指示センサ値及び角速度のことをいう。
【００５０】
偏差がその閾値以下であれば、算出部１８は外乱が発生していないと判断し、制御部１９は特別な制御を実行しない。偏差がその閾値よりも大きい場合に、算出部１８はその偏差を用いて移動体１０の旋回量（制御値）の補正値を算出（推定）し、制御部１９はその補正値を用いて移動体１０の旋回量（制御値）を補正する。即ち、算出部１８及び制御部１９は外乱を推定した上で、移動体１０の旋回量を補正する（移動体１０の旋回の制御にフィードバックする）。これにより、制御部１９は、移動体１０の旋回を、方向指示センサ１６が検出したリーン角に沿って行うことができる。
【００５１】
図１２は、旋回方向に外乱がある場合に、ジャイロスコープ１５が測定したヨー方向への角速度と、方向指示センサ１６が検出した移動体１０のリーン角度の関係を示したグラフの他の例である。図１２における黒丸のポイントは、外乱がある場合のヨー方向への角速度とリーン角度のデータを示している。そして破線で示したグラフは、外乱のない状態におけるヨー方向への角速度とリーン角度の理想的な関係を示したグラフである。外乱が加わることにより、測定結果におけるヨー方向への角速度及びリーン角度は、図１２における破線上で遷移しない。ここで、外乱がない場合におけるヨー方向への角速度に対するリーン角度の傾きｍは、
ｍ＝最大方向指示センサ値／最大ヨーレート値＝ｔａｎ（ａ）・・・（式１）
として算出される。そして、測定結果におけるヨー方向への角速度に対するリーン角度の傾きｍ’は、
ｍ’＝方向指示センサ値／ヨーレート値＝ｔａｎ（ｂ）・・・（式２）
として算出される。なお、ａ、ｂは傾きを示す角度である。算出部１８は、以上の傾きｍ、ｍ’を算出した後、ｍとｍ’との偏差が所定の正の閾値以下か否かを判定する。
【００５２】
以上、ケース１及びケース２における外乱の詳細と、算出部１８及び制御部１９が行う処理について説明した。ケース１において、外乱の影響を受けるのは加速度センサの計測データであり、外乱の影響を受けないのはジャイロセンサの計測データである。ケース２において、外乱の影響を受けるのはヨージャイロの計測データであり、外乱の影響を受けないのはリーン角度値の検出データである。ケース１、２とも、同じアルゴリズムで計測値における外乱の補正を行うことができる。
【００５３】
図１３は、移動体１０の制御の一例を示すフローチャートである。以下、図１３を用いて、移動体１０の制御について説明する。
【００５４】
まず、ジャイロスコープ１５は、移動体１０の角速度（特に、ピッチ方向への角速度と、ヨー方向への角速度）の値を計測する（ステップＳ１）。算出部１８は、ジャイロスコープ１５が測定したピッチ方向の角速度を積分することにより、移動体１０のピッチ方向の角度（第１の角度）を算出する。また、算出部１８は、ジャイロスコープ１５が測定したヨー方向の角速度に基づいて、移動体１０のヨー方向の角度を算出する（ステップＳ２）。
【００５５】
方向指示センサ１６は、移動体１０のリーン角（方向指示センサ値）を検出する（ステップＳ３）。加速度センサ１７は、移動体１０の加速度を検出する（ステップＳ４）。
【００５６】
算出部１８は、加速度センサ１７が測定したＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の加速度から、移動体１０のピッチ方向の角度（第２の角度）を算出する（ステップＳ５）。なお、以上のステップＳ１〜Ｓ５の処理の順番はこの順番に限られず、適宜変更することができる。
【００５７】
算出部１８は、算出した第１の角度及び第２の角度を比較して、第１の角度と第２の角度に所定の閾値よりも大きい偏差があるか否かを判定する（ステップＳ６）。第１の角度と第２の角度に所定の閾値よりも大きい偏差がある場合には（ステップＳ６でＹｅｓ）、算出部１８は第１の角度と第２の角度との偏差を用いて加速度センサ１７において外乱により生じた加速度の偏差を推定し、制御部１９は算出部１８が推定した偏差を用いて加速度センサ１７の測定結果を補正する（ステップＳ７）。
【００５８】
第１の角度と第２の角度の偏差が所定の閾値以下である場合（ステップＳ６でＮｏ）又はステップＳ７で加速度センサ１７の測定結果を補正した場合には、算出部１８は、測定結果における方向指示センサ値／ヨーレート値の値と、最大方向指示センサ値／最大ヨーレート値の値とを比較して、所定の閾値よりも大きい偏差があるか否かを判定する（ステップＳ８）。
【００５９】
方向指示センサ値／ヨーレート値の値と、最大方向指示センサ値／最大ヨーレート値の値とに所定の閾値よりも大きい偏差がある場合には（ステップＳ８でＹｅｓ）、算出部１８はその偏差を用いて移動体１０の旋回量（制御値）の補正値を推定し、制御部１９は算出部１８が推定した補正値を用いて移動体１０の旋回量を補正する（ステップＳ９）。そして算出部１８は、積分値（第１の角度の値）をリセットする（ステップＳ１０）。
【００６０】
なお、ステップＳ８の判定処理は、ステップＳ６の判定処理と同時又はその前に実行されてもよい。ステップＳ７の処理は、ステップＳ９の処理と同時又はその前に実行されてもよい。また、ステップＳ１０の処理は、ステップＳ８及びステップＳ９の前に実行されてもよい。
【００６１】
そして、制御部１９は、ジャイロスコープ１５から取得した角速度と、加速度センサから取得した加速度（ステップＳ７で補正された場合には補正後の加速度）のデータに基づいて、移動体１０の取るべき姿勢角度を演算する。制御部１９は、演算した姿勢角度に基づいて、車輪１４の制御（速度や向きの制御）を行う。さらに、ステップＳ９で移動体１０の旋回量が補正された場合には、制御部１９は補正された旋回量に基づいて車輪１４の制御を行う。
【００６２】
以上のように、実施の形態１にかかる移動体１０は、ジャイロスコープ１５が測定した速度に基づいて算出したピッチ角と、加速度センサ１７が測定した加速度に基づいて算出したピッチ角とに大きい偏差がある場合に、外乱が働いたことを検知し、その偏差を用いて加速度の測定結果を補正することができる。これにより、移動体１０の姿勢及び走行の制御を行うことができる。
【００６３】
倒立型移動体（特に倒立二輪の移動体）は、動く歩道や電車への乗車時など床面が相対移動する場所では、床面の移動が走行制御の外乱となりうる。この対策として、車輪の回転速度の情報を用いて、移動する床面（動く歩道、エスカレータ等）の外乱推定を行うことが考えられる。しかしながら、非ホロノミック系の倒立型移動体は、動く歩道に斜めに進入したとき、摩擦係数μの高い動く歩道側に引きずられる。前述の通り、倒立型移動体は、引きずられた状況において、車輪に関する測定値（例えば回転速度）から外乱の加速度を推定することはできない。
【００６４】
実施の形態１にかかる移動体１０では、車輪に関する測定値を使用せずに外乱（床面の動き）の推定を行うため、外乱の推定精度を向上させることができる。また、外乱の推定に、ジャイロスコープ、方向指示センサ、加速度センサといった既存の技術で用いられるセンサのみを利用するため、追加コストなしに外乱補正を実施できる。
【００６５】
さらに、外乱が検出できない場合、移動体は自身の姿勢変化を打ち消そうとして必要以上のトルクを出力してしまうことが想定される。しかし、実施の形態１にかかる移動体１０では必要な分のトルクのみを出力する（必要以上のトルク出力能力を備える必要がない）ため、移動体１０の小型化に貢献することができる。
【００６６】
また、倒立型移動体は（軽量・コンパクトな移動体は特に）、風等の強い外乱が加わると、外乱の影響により車体の移動方向が変化する可能性がある。このような場合でも、実施の形態１にかかる移動体１０は旋回量を補正することができるため、ユーザが意図した方向に車体を向かわせることが可能になる。
【００６７】
[実施の形態２]
以下、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２にかかる移動体の外観、センサ及び演算部の構成は実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
【００６８】
移動体１０のジャイロスコープ１５は、移動体１０の角速度を計測し、加速度センサ１７は、移動体１０の垂直方向の加速度を計測する。
【００６９】
算出部１８は、ジャイロスコープが測定した移動体１０の角速度を積分して移動体１０の姿勢角度（第１の角度）を算出する。さらに、算出部１８は、加速度センサ１７が測定した移動体１０の加速度を用いて、移動体１０の姿勢角度（第２の角度）を算出する。
【００７０】
算出部１８は、第１の角度及び第２の角度を比較して、第１の角度と第２の角度に所定の閾値よりも大きい偏差があるか否かを判定する。制御部１９が第１の角度と第２の角度に所定の閾値よりも大きい偏差があると判定した場合（外乱が発生したと推定した場合）に、算出部１８は、第１の角度と第２の角度との偏差を用いて、加速度センサ１７における外乱による加速度の偏差を推定する。制御部１９は、算出部１８が推定した加速度の偏差を用いて、加速度センサ１７の測定結果（即ち垂直方向の加速度）を補正する。
【００７１】
以上の処理のロジックは、実施の形態１のピッチ方向の角度の算出、比較及び加速度センサ１７が測定したＹ軸方向の加速度の補正の処理と同様である。この処理を行うことにより、移動体１０がエレベータ等、垂直方向へ移動する乗り物に乗った場合に、乗り物が動いた時に生じる外乱を推定することができる。また、垂直方向のみに移動する乗り物だけでなく、上りエスカレータや下りエスカレータについても同様のアルゴリズムを使用することができる。これにより、外乱に応じた倒立制御を行うことができる。
【００７２】
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、実施の形態１の処理と実施の形態２の処理とは適宜組み合わせて行うことができる。
【００７３】
実施の形態１においては、算出部１８は、方向指示センサ値とヨーレート値との傾きについて比較を実行している。しかし、移動体１０は、メモリマップに外乱がない場合の方向指示センサ値とヨーレート値とが取り得る値の表（比較表）を有し、制御部１９がその比較表を参照することにより、理想的な方向指示センサ値とヨーレート値のデータと、測定結果の方向指示センサ値とヨーレート値のデータを比較してもよい。
【００７４】
実施の形態１においてはピッチ角方向における制御について説明したが、ピッチ角方向以外の角方向においても同様の制御が可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１０  移動体
１１  ハンドル
１２  フレーム
１３  ステップ
１４  車輪
１５  ジャイロスコープ
１６  方向指示センサ
１７  加速度センサ
１８  算出部
１９  制御部
【図１】
2015157541.tif 000003
【図２】
2015157541.tif 000004
【図３】
2015157541.tif 000005
【図４Ａ】
2015157541.tif 000006
【図４Ｂ】
2015157541.tif 000007
【図５Ａ】
2015157541.tif 000008
【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
2015157541.tif 000010
【図６Ｂ】
2015157541.tif 000011
【図６Ｃ】
2015157541.tif 000012
【図６Ｄ】
2015157541.tif 000013
【図７Ａ】
2015157541.tif 000014
【図７Ｂ】
2015157541.tif 000015
【図７Ｃ】
2015157541.tif 000016
【図７Ｄ】
2015157541.tif 000017
【図８】
2015157541.tif 000018
【図９】
2015157541.tif 000019
【図１０】
2015157541.tif 000020
【図１１】
2015157541.tif 000021
【図１２】
2015157541.tif 000022
【図１３】
2015157541.tif 000023
【図１４】
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