(57)【要約】【課題】倒立移動体の大型化、重量増加を抑制しつつ、移動時における搭乗者の疲労を軽減する倒立移動体を提供すること。【解決手段】本発明にかかる倒立移動体１００は、倒立移動体１００の姿勢角を計測するセンサの出力に基づいて倒立移動体１００の姿勢情報を検出する姿勢検出部１１と、姿勢検出部１１の検出に基づいて、倒立移動体１００の走行状態について予め記憶された複数の走行モードの中から１の走行モード切り替えるよう判定する判定部１２と、判定部１２が判定した走行モードに基づいて、当該倒立移動体の姿勢角を所定の角度および所定の周期で変動させる変動姿勢角で変動させる姿勢制御部１３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
倒立移動体の姿勢角を計測するセンサの出力に基づいて当該倒立移動体の姿勢情報を検出する姿勢検出部と、
前記姿勢検出部の検出に基づいて、当該倒立移動体の走行状態について予め記憶された複数の走行モードの中から１の走行モードに切り替えるよう判定する判定部と、
前記判定部が判定した走行モードに基づいて、当該倒立移動体の姿勢角を所定の角度および所定の周期で変動させる姿勢制御部と、
を備える、倒立移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は倒立移動体に関し、特に、走行状態に基づいて車両の姿勢制御をする倒立移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、搭乗者の重心移動等による走行操作に応じて、倒立状態を維持しつつ任意の方向へ移動することができる倒立移動体が注目を集めている（例えば、特許文献１参照）。倒立移動体は、２つの車輪を個別に駆動制御することができ、倒立振子制御により倒立状態を維持し、搭乗者の重心移動等に応じて任意の方向へ移動することを可能とする車両である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３１５６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電源装置等の改良により、倒立移動体はより長時間かつ長距離の走行が可能となっている。従来の倒立移動体は、一定速度で走行するために一定姿勢を取り続ける必要がある。そのため、搭乗者は長時間乗車すると体の特定箇所に負担が集中し、強い疲労を感じる場合がある。
特許文献１にかかる倒立移動体は、車両に椅子を装着して搭乗者の疲労軽減を図っている。
【０００５】
しかし、倒立移動体において、搭乗者は同じ着座姿勢で長時間搭乗する場合も疲労を感じる場合がある。そして、倒立移動体は、車両が可能な限り小型かつ、軽量であることが望ましい。特許文献１にかかる倒立移動体は、搭乗者の疲労軽減、小型化および軽量化の点で課題がある。
【０００６】
本発明は倒立移動体の大型化、重量増加を抑制しつつ、移動時における搭乗者の疲労を軽減する倒立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】
本発明の一態様にかかる倒立移動体は、倒立移動体の姿勢角を計測するセンサの出力に基づいて当該倒立移動体の姿勢情報を検出する姿勢検出部と、前記姿勢検出部の検出に基づいて、当該倒立移動体の走行状態について予め記憶された複数の走行モードの中から１の走行モードに切り替えるよう判定する判定部と、前記判定部が判定した走行モードに基づいて、前記走行モードに対応した当該倒立移動体の姿勢角を所定の角度および所定の周期で変動させる変動姿勢角で変動させる姿勢制御部と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、倒立移動体の大型化、重量増加を抑制しつつ、移動時における搭乗者の疲労を軽減する倒立移動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる倒立移動体１００の構成を示した概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる制御装置１０の構成を示したブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる制御装置１０の処理の流れを示したフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２におけるアクチュエータにより搭乗者の姿勢を変動させる倒立移動体２００の概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。以下の説明では、倒立移動体１００を必要に応じて車両１００と記載する。図１は、本発明の実施の形態１に係る倒立移動体１００の構成を示す概略図である。本実施の形態に係る倒立移動体１００は、一対の車輪３、４を個別に制御して倒立状態を維持しつつ移動可能とする移動体である。
【００１１】
倒立移動体１００は、ハンドル２と、車両本体１と、車輪３、４と、駆動部５、６と、制御装置１０とを備える。その他、図示していないが駆動部５、６等を駆動するための電源となる電源装置がある。
【００１２】
車両本体１は、搭乗者が直立した姿勢で乗車可能な車体であり、かつ車両１００の他の各構成要素を取り付けるためのフレームである。ハンドル２は、搭乗者が把持可能なグリップが先端に取り付けられ、搭乗者が把持し車両１００の操作を行うための操作用のハンドル装置である。ハンドル２は、搭乗者の操作によりＹ軸回りに傾けると車両はＸ軸方向に走行する。ハンドル２は、搭乗者の操作によりＸ軸回りに傾けると車両はＹ軸方向に方向転換して走行する。即ち、搭乗者はハンドル２を傾けて操作することにより車輪３、４を個別駆動させ、車両１００を任意の方向に走行させる。
【００１３】
車輪３、４は、車両１００を走行させると同時に倒立制御を行うための車輪である。車輪３の回転軸と車輪４の回転軸とは略同軸上に配置されている。車輪３、４は、それぞれ駆動部５、６に機械的に接続されており、駆動部５、６は、それぞれ車輪３、４を駆動する。駆動部５、６は、電動モータを備え、後述する制御装置１０の制御により車両１００を走行させると同時に車両１００が転倒しないよう倒立制御を行う。駆動部５、６は、さらに制御装置１０の制御により車輪３、４を動作させ倒立移動体１００の走行中の姿勢を後述する変動姿勢角で変動させる。
【００１４】
制御装置１０は、駆動部５、６を制御して車輪３、４を動作させ、倒立移動体１００の走行および倒立制御を行う。制御装置１０は、さらに駆動部５、６を制御して車輪３、４を動作させ倒立移動体１００の走行中の姿勢を後述する変動姿勢角で変動させる。
上記構成により、倒立移動体１００は、倒立状態を維持しつつ、搭乗者の所望の走行を行うように構成されている。
【００１５】
以下、制御装置１０について詳細に説明する。図２は本発明の実施の形態１にかかる制御装置１０の構成を示したブロック図である。制御装置１０は、姿勢検出部１１と、判定部１２と、姿勢制御部１３とを備える。制御装置１０は、例えば車両本体１に設けられている。
【００１６】
姿勢検出部１１は、車両の姿勢角を計測するセンサ出力に基づいて車両の姿勢情報を検出する。姿勢情報として、車両１００の姿勢角や加速度等がある。姿勢検出部１１は、車両１００のＸ軸方向への加速度や３軸方向の角速度を検出し、検出信号を制御装置１０に出力する。車両１００の姿勢情報の検出には例えばジャイロセンサ、加速度センサを用いる。ジャイロセンサは、車両本体の角速度変化を検出する。ジャイロセンサは３軸方向の角速度の検出に用いる。
【００１７】
ジャイロセンサは車両１００のピッチング（図1のｙ軸回り）、ローリング（図1のｘ軸回り）、ヨーイング（図1のｚ軸回り）方向の３軸の角速度を検出する。姿勢検出部１１は、角速度を時間的に積分等して演算し車両１００の姿勢角を検出する。
【００１８】
加速度センサは、車両１００のＸ軸方向の加減速を検出する。加速度センサにより、車両１００が一定速度で走行中であるのか、加減速を繰り返す走行をしているのかを検出することができる。上記のセンサの他、車両１００の姿勢情報が検出できればどのようなセンサ、演算方法を用いてもよい。姿勢検出部１１は、車両１００の姿勢情報の計測結果を判定部１２に出力する。
【００１９】
判定部１２は、計測結果に基づいて、車両１００の走行状態について予め記憶された複数の走行モードの中から１の走行モードに切り替えるよう判定する。走行モードは記憶装置に記憶されている。記憶装置は例えば制御装置１０の内部に設けられる。記憶装置は制御装置１０の外部から接続するようにしてもよい。記憶装置には、走行モードとして疲労軽減走行モード、通常走行モードが記憶されている。
【００２０】
疲労軽減走行モードは、搭乗者の疲労を軽減するために車両１００の姿勢角を走行中に所定の角度および所定の周期で変動させながら車両を走行させる走行パターンである。通常走行モードは、車両１００の姿勢角を一定に保ちつつ倒立制御しながら車両１００を走行させる走行パターンである。
【００２１】
判定部１２は、車両１００が走行中に、一定の速度で一定時間走行していると判断した場合、走行モードを疲労軽減走行モードに切り替えるよう判定する。即ち、判定部１２は、搭乗者が一定時間に一定姿勢で搭乗し、搭乗者に疲労を生じさせる前に車両１００の走行モードを疲労軽減走行モードに切り替えるように判定する。判定部１２は、それ以外の場合は通常走行モードを維持するとの判定する。判定部１２は、判定結果を姿勢制御部１３に出力する。
【００２２】
姿勢制御部１３は、判定結果が疲労軽減走行モードに切り替えるとの判定結果の場合、車両１００の姿勢を所定の角度および周期で変動させる。具体的には姿勢制御部１３は、前記判定部が走行モードを疲労軽減走行モードに切り替えるよう判定した場合、姿勢検出部１１から供給されたセンサ値に基づいて、姿勢角を車両の速度に応じて所定の角度かつ所定の周期で変動させる。
【００２３】
姿勢制御部１３は、例えば、車両１００の姿勢角を一般的な周期関数（例えば、sin波）によって経時的に変動させる変動姿勢角を演算する。
【００２４】
変動姿勢角の変動量はハンドルが搭乗者と干渉しない範囲でピッチング方向に振幅させるよう設定する。姿勢制御部１３は、平均走行速度が閾値∨より大きい場合、変動姿勢角を閾値Ｂ以下に設定する。姿勢制御部１３は、平均走行速度が閾値∨以下の場合、変動姿勢角を閾値Ｂより大きく設定する。倒立移動体１００は走行中、速度が高速になるほど姿勢が不安定になる。そのため、姿勢制御部１３は高速時に車両１００の変動姿勢角を低速時に比べて小さくするよう設定する。但し、変動姿勢角に対する振幅は上記の範囲以内になるよう設定する。
【００２５】
次に、姿勢制御部１３は、変動姿勢角の変動周期を演算する。姿勢制御部１３は、疲労軽減走行モード中の車両１００の平均走行速度が閾値∨より大きい場合、変動姿勢角の変動周期を閾値Ｃ以下に設定する。倒立移動体１００は走行中、速度が高速になるほど走行は不安定になる。そのため、姿勢制御部１３は変動姿勢角の変動周期を低速時に比べて短くするよう設定する。姿勢制御部１３は、平均走行速度が閾値∨より小さい場合、変動姿勢角の変動周期を閾値Ｃより大きく設定する。
【００２６】
姿勢制御部１３は、演算結果に基づいて駆動部５、６を制御して車輪３、４を駆動し、車両１００の姿勢を変動姿勢角で変動させる。
一方、通常走行モードを維持するとの判定結果の場合は姿勢制御部１３は、駆動部を制御し、車両１００を転倒させないよう姿勢角を所定の値になるように倒立制御する。
【００２７】
次に、本実施の形態にかかる制御装置１０の処理の流れについて説明する。図３は本実施の形態にかかる制御装置１０の処理の流れを示したフローチャートである。倒立移動体１００が走行を開始すると、姿勢検出部１１が車両１００の姿勢を各センサを用いて計測する（Ｓ１００）。姿勢検出部１１は計測結果を姿勢制御部１３に出力する。
【００２８】
姿勢制御部１３は、姿勢検出部１１の出力値に基づいて車両１００の姿勢角を演算する（Ｓ１０１）。姿勢制御部１３は、演算に基づいて車両１００の姿勢角を所定の値になるように倒立制御する（Ｓ１０２）。
【００２９】
判定部１２は、姿勢検出部１１の計測結果に基づいて、車両１００の走行状態について予め記憶された複数の走行モードの中から１の走行モードを判定する（Ｓ１０３）。判定部１２は、判定結果を姿勢制御部１３に出力する。判定部１２が車両１００の走行状態に基づいて疲労軽減走行モードに切り替えるとの判定結果の場合（Ｓ１０３：No）、姿勢制御部１３は、車両１００の姿勢角を所定の角度および所定の周期で変動させる変動姿勢角の演算をする（Ｓ１０４）。
【００３０】
姿勢制御部１３は、平均走行速度が閾値∨より大きい場合、変動姿勢角を閾値Ｂ以下、かつ変動周期を閾値Ｃ以下に設定する。姿勢制御部１３は、平均走行速度が閾値∨以下の場合、変動姿勢角を閾値Ｂより大きく、かつ変動周期を閾値Ｃより大きく設定する。姿勢制御部１３は、演算結果に基づいて駆動部５、６を制御して車両１００の姿勢を変動姿勢角で変動させる（Ｓ１０５）。
【００３１】
一方、判定部１２が車両１００の走行状態に基づいて通常走行モードを維持するとの判定結果の場合（Ｓ１０３：Yes）、姿勢制御部１３は、駆動部５、６を制御して車両１００の姿勢角を一定に保つよう制御する（Ｓ１０６）。
【００３２】
判定部１２は、姿勢検出部１１が出力した車両１００の姿勢情報から車両１００の停止を判定する（Ｓ１０７）。判定部１２は、車両１００が停止していないと判定した場合（Ｓ１０７：No）、引き続き走行モードを判定する（Ｓ１０３）。判定部１２が、車両１００が停止していると判定した場合（Ｓ１０７：Yes）、制御装置１０の処理を終了する（Ｓ１０７）。
【００３３】
上記の実施の形態によると、倒立移動体１００は、大型化、重量増加を抑制しつつ、搭乗者が一定の姿勢とならないようにし、搭乗者の疲労を軽減することができる。搭乗者は、倒立移動体１００の上記構成により、長時間かつ長距離の走行が可能となる。
【００３４】
実施の形態２
実施の形態１では、制御装置１０が駆動部５、６を介して車輪３、４を制御することにより車両１００の姿勢を変動姿勢角で変動させていた。本実施の形態にかかる倒立移動体２００は、アクチュエータを用いた駆動機構により搭乗者の姿勢を変動させる。以下、必要に応じて倒立移動体２００を車両２００と記載する。図４は、本発明の実施の形態２におけるアクチュエータによる搭乗者の姿勢を変動させる倒立移動体２００の概要図である。車両２００の基本的構成は実施の形態１にかかる車両１００と同様である。実施の形態１と重複する部分は適宜説明を省略する。
【００３５】
車両２００は、車両１００の構成に加え、更にステップ部２０と、連結部２１と駆動部５、６以外のアクチュエータ２２、２３とを備える。ステップ部２０は、車両本体１の上部に取り付けられた搭乗者が搭乗する足場であり、後述するアクチュエータ２２、２３により角度が変化し、搭乗者の姿勢を変動させる。連結部２１は、車両本体１とステップ部とをヒンジ結合した連結部分で、ステップ部２０を車両本体１に対してピッチング方向に変動させるよう車両本体１とステップ部２０とを連結している。
【００３６】
アクチュエータ２２、２３は、車両本体１とステップ部２０との間に取り付けられ、制御装置１０の制御によって伸縮することによりステップ部２０を車両本体１に対してピッチング方向に変動させる。車両２００は、判定部１２が車両２００の走行状態が疲労軽減走行モードに切り替えるとの判定結果の場合、ステップ部２０の角度をアクチュエータ２２、２３の制御により変動させ、それにより搭乗者の姿勢を変動させ、搭乗者の疲労を軽減させる。
【００３７】
実施の形態１と異なり本実施の形態では、姿勢制御部１３は、演算結果に基づいてアクチュエータ２２、２３を制御してステップ部２０の角度を変化させ、車両２００の姿勢を変動姿勢角で変動させる。
倒立移動体２００は小型、軽量であることが望ましい。従って、搭乗者の姿勢を変動させるアクチュエータ、ステップ部は、可能な限り小型、軽量であることが望ましい。
【００３８】
上記の構成の他、車両において、ハンドル２と車体の接続部分にハンドル２の角度を変更するアクチュエータを取り付け、走行中にハンドル２の角度を変化させ、搭乗者の姿勢を変動させる構成としてもよい。
【００３９】
上記のように本実施の形態にかかる倒立移動体２００は、変動姿勢角の制御をする際、駆動部５、６以外のアクチュエータ２２、２３を用いている。このような構成をとることにより、車両２００の倒立制御は駆動部５、６で行い、変動姿勢角の制御はアクチュエータ２２、２３で行うという別個の装置として設計することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  車両本体
２  ハンドル
３  車輪
４  車輪
５  駆動部
６  駆動部
１０  制御装置
１１  姿勢検出部
１２  判定部
１３  姿勢制御部
２０  ステップ部
２１  連結部
２２  アクチュエータ
２３  アクチュエータ
１００  倒立移動体
２００  倒立移動体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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