(57)【要約】【課題】  積載物の重量や形状が様々に変化する場合でも、自走車を安定して走行させる技術を提供する。【解決手段】  自走車は、車体と、一対の駆動輪と、車体と一対の駆動輪を相対変位可能に連結している可動部材と、車体に対して相対変位可能に設けられている積載部と、車体に対して可動部材を動かす第１アクチュエータと、車体に対して積載部を動かす第２アクチュエータと、第１アクチュエータに動作指令を与える手段と、第２アクチュエータに動作指令を与える手段と、第２アクチュエータに与えた動作指令と第２アクチュエータの実際の動作量に基づいて第２アクチュエータへの負荷荷重を算出する荷重算出手段と、荷重算出手段によって算出された負荷荷重と可動部材の目標位置に基づいて、積載部の目標位置を生成する手段を備えている。【選択図】  図３
2008259765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体と、
一対の駆動輪と、
車体と一対の駆動輪を相対変位可能に連結している可動部材と、
車体に対して相対変位可能に設けられている積載部と、
車体に対して可動部材を動かす第１アクチュエータと、
車体に対して積載部を動かす第２アクチュエータと、
可動部材の目標位置を入力して第１アクチュエータに動作指令を与える第１指令手段と、
積載部の目標位置を入力して第２アクチュエータに動作指令を与える第２指令手段と、
第２アクチュエータに与えた動作指令と、第２アクチュエータの実際の動作量に基づいて、積載部に積載された積載物に起因する第２アクチュエータへの負荷荷重を算出する荷重算出手段と、
第１指令手段に入力する可動部材の目標位置を生成する第１目標位置生成手段と、
荷重算出手段によって算出された負荷荷重と、第１目標位置生成手段によって生成された可動部材の目標位置に基づいて、第２指令手段に入力する積載部の目標位置を生成する第２目標位置生成手段と、
を備える自走車。
【請求項２】
前記第２目標位置生成手段は、前記積載部に積載された積載物を含む自走車の重心が前記一対の駆動輪の車軸の鉛直上方に位置するように、積載部の目標位置を生成することを特徴とする請求項１に記載の自走車。
【請求項３】
車体に設けられている少なくとも一つの従動輪をさらに備え、
前記可動部材は、従動輪を接地させる安定姿勢時の位置と、従動輪を浮遊させる倒立姿勢時の位置との間で移動可能であり、
前記第１目標位置生成手段は、安定姿勢から倒立姿勢への切替動作時に、可動部材の目標位置を単位時間毎に生成し、
前記第２目標位置生成手段は、安定姿勢から倒立姿勢への切替動作時に、前記荷重算出手段によって算出された負荷荷重と、前記第１目標位置生成手段によって単位時間毎に生成された目標位置に基づいて、積載部の目標位置を単位時間毎に生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の自走車。
【請求項４】
前記荷重算出手段は、第２アクチュエータに与えた動作指令から計算される第２アクチュエータの出力と、第２アクチュエータの実際の動作量から計算される第２アクチュエータの出力との偏差に基づいて、前記負荷荷重を算出することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の自走車。
【請求項５】
車体と、
一対の駆動輪と、
車体と一対の駆動輪を相対変位可能に連結している可動部材と、
車体に対して相対変位可能に設けられている積載部と、
車体に対して可動部材を動かす第１アクチュエータと、
車体に対して積載部を動かす第２アクチュエータを備える自走車の動作を制御する制御装置であって、
可動部材の目標位置を入力して第１アクチュエータに動作指令を与える第１指令手段と、
積載部の目標位置を入力して第２アクチュエータに動作指令を与える第２指令手段と、
第２アクチュエータに与えた動作指令と、第２アクチュエータの実際の動作量に基づいて、積載部に積載された積載物に起因する第２アクチュエータへの負荷荷重を算出する荷重算出手段と、
第１指令手段に入力する可動部材の目標位置を生成する第１目標位置生成手段と、
荷重算出手段によって算出された負荷荷重と、第１目標位置生成手段によって生成された可動部材の目標位置に基づいて、第２指令手段に入力する積載部の目標位置を生成する第２目標位置生成手段と、
を備える制御装置。
【請求項６】
車体と、
一対の駆動輪と、
車体と一対の駆動輪を相対変位可能に連結している可動部材と、
車体に対して相対変位可能に設けられている積載部と、
車体に対して可動部材を動かす第１アクチュエータと、
車体に対して積載部を動かす第２アクチュエータを備える自走車の動作を制御する制御方法であって、
第２アクチュエータに動作指令を与え、第２アクチュエータに与えた動作指令と第２アクチュエータの実際の動作量に基づいて、積載部に積載された積載物に起因する第２アクチュエータへの負荷荷重を算出する荷重算出工程と、
可動体の目標位置を生成する第１目標位置生成工程と、
荷重算出工程で算出した負荷荷重と、第１目標位置生成工程で生成した可動体の目標位置に基づいて、積載部の目標位置を生成する第２目標位置生成工程と、
第１目標位置生成工程で生成した目標位置に基づいて第１アクチュエータに動作指令を与えるとともに、第２目標位置生成工程で生成した目標位置に基づいて第２アクチュエータに動作指令を与える指令工程と、
を備える制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自走車に関する。特に、対向配置された一対の駆動輪と、人や物を積載する積載部を備え、一対の駆動輪に対して積載部を相対変位させる自走車に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、自走可能な車椅子が開示されている。この車椅子は、座席を有する車体と、対向配置されて車軸が同一直線上に位置する一対の従動輪（前輪）と、車軸が同一直線上に位置する一対の駆動輪（後輪）を備えており、一対の駆動輪に対して車体を相対変位可能に構成されている。一対の駆動輪に対して車体を相対変位させると、一対の駆動輪の車軸と自走車の重心との相対的な位置関係は変化する。特許文献１に記載の車椅子は、一対の駆動輪に対する車体の相対位置を調節することによって、一対の駆動輪のみを接地させた倒立姿勢と、一対の従動輪も接地させた安定姿勢との間で、走行時の姿勢を切り替えている。
【０００３】
【特許文献１】特表２００２−５３８８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
搭乗者を含む自走車の重心位置は、搭乗者の重量や姿勢に応じて変化する。そのことから、倒立姿勢や安定姿勢を確実に実現するためには、一対の駆動輪に対する車体の相対位置を、搭乗者の重量や姿勢に応じて調節する必要がある。搭乗者の重量や姿勢を考慮することなく、一対の駆動輪に対する車体の相対位置を画一的に調節するだけでは、自走車がバランスを崩して転倒してしまうこともある。
本発明は、上記の課題を解決する。本発明は、搭乗者を始めとする積載物の重量や姿勢が様々に変化する場合でも、安定して走行することができる自走車を具現化する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によって具現化される自走車は、車体と、一対の駆動輪と、車体と一対の駆動輪を相対変位可能に連結している可動部材と、車体に対して相対変位可能に設けられている積載部と、車体に対して可動部材を動かす第１アクチュエータと、車体に対して積載部を動かす第２アクチュエータと、可動部材の目標位置を入力して第１アクチュエータに動作指令を与える第１指令手段と、積載部の目標位置を入力して第２アクチュエータに動作指令を与える第２指令手段と、第２アクチュエータに与えた動作指令と、第２アクチュエータの実際の動作量に基づいて、積載部に積載された積載物に起因する第２アクチュエータへの負荷荷重を算出する荷重算出手段と、第１指令手段に入力する可動部材の目標位置を生成する第１目標位置生成手段と、荷重算出手段によって算出された負荷荷重と、第１目標位置生成手段によって生成された可動部材の目標位置に基づいて、第２指令手段に入力する積載部の目標位置を生成する第２目標位置生成手段を備えている。
【０００６】
この自走車では、第２アクチュエータに与えた動作指令と、第２アクチュエータの実際の動作量に基づいて、積載部に積載された積載物に起因する第２アクチュエータへの負荷荷重を算出することができる。この負荷荷重は、積載部に積載された積載物の重量や姿勢に対応する。そして、算出した負荷荷重と一対の駆動輪に対する車体の目標位置に基づいて、車体に対する積載部の目標位置を生成することができる。それにより、積載物の重量や姿勢に応じて、一対の駆動輪に対する積載部の相対位置を調節することができる。
この自走車によれば、積載物の重量や形状が様々に変化する場合でも、一対の駆動輪の車軸と搭乗者を含む自走車の重心との相対位置を正しく調節し、安定して走行することができる。
【０００７】
前記した第２目標位置生成手段は、前記積載部に積載された積載物を含む自走車の重心が前記一対の駆動輪の車軸の鉛直上方に位置するように、積載部の目標位置を生成することが好ましい。
それにより、積載物の重量や形状が様々に変化する場合でも、一対の駆動輪のみを接地させた倒立姿勢で走行することが可能となる。
【０００８】
上記した自走車は、車体に設けられている少なくとも一つの従動輪をさらに備えることが好ましい。この場合、前記可動部材は、従動輪を接地させる安定姿勢時の位置と、従動輪を浮遊させる倒立姿勢時の位置との間で移動可能であり、前記第１目標位置生成手段は、安定姿勢から倒立姿勢への切替動作時に、可動部材の目標位置を単位時間毎に生成することが好ましい。そして、前記第２目標位置生成手段は、安定姿勢から倒立姿勢への切替動作時に、前記荷重算出手段によって算出された負荷荷重と、前記第１目標位置生成手段によって単位時間毎に生成された目標位置に基づいて、積載部の目標位置を単位時間毎に生成することが好ましい。
この自走車によると、積載物の重量や形状に関わらず、安定姿勢から倒立姿勢への切替動作を速やかに行うことができる。
【０００９】
前記荷重算出手段は、第２アクチュエータに与えた動作指令から計算される第２アクチュエータの出力と、第２アクチュエータの実際の動作量から計算される第２アクチュエータの出力との偏差に基づいて、前記負荷荷重を算出することが好ましい。
それにより、第２アクチュエータへの負荷荷重を、比較的に簡素な演算で算出することができる。
【００１０】
本発明の技術は、自走車の動作を制御する制御装置に具現化することもできる。この制御装置は、車体と、一対の駆動輪と、車体と一対の駆動輪を相対変位可能に連結している可動部材と、車体に対して相対変位可能に設けられている積載部と、車体に対して可動部材を動かす第１アクチュエータと、車体に対して積載部を動かす第２アクチュエータを備える自走車の動作を好適に制御することができる。この制御装置は、可動部材の目標位置を入力して第１アクチュエータに動作指令を与える第１指令手段と、積載部の目標位置を入力して第２アクチュエータに動作指令を与える第２指令手段と、第２アクチュエータに与えた動作指令と、第２アクチュエータの実際の動作量に基づいて、積載部に積載された積載物に起因する第２アクチュエータへの負荷荷重を算出する荷重算出手段と、第１指令手段に入力する可動部材の目標位置を生成する第１目標位置生成手段と、荷重算出手段によって算出された負荷荷重と、第１目標位置生成手段によって生成された可動部材の目標位置に基づいて、第２指令手段に入力する積載部の目標位置を生成する第２目標位置生成手段を備えている。
この制御装置によれば、積載物の重量や形状が様々に変化する場合でも、一対の駆動輪の車軸と搭乗者を含む自走車の重心との相対位置を正しく調節し、自走車を安定して走行させることができる。
【００１１】
本発明の技術はまた、自走車の動作を制御する制御方法に具現化することもできる。この制御方法は、車体と、一対の駆動輪と、車体と一対の駆動輪を相対変位可能に連結している可動部材と、車体に対して相対変位可能に設けられている積載部と、車体に対して可動部材を動かす第１アクチュエータと、車体に対して積載部を動かす第２アクチュエータを備える自走車の動作を好適に制御することができる。この制御方法は、第２アクチュエータに動作指令を与え、第２アクチュエータに与えた動作指令と第２アクチュエータの実際の動作量に基づいて、積載部に積載された積載物に起因する第２アクチュエータへの負荷荷重を算出する荷重算出工程と、可動体の目標位置を生成する第１目標位置生成工程と、荷重算出工程で算出した負荷荷重と、第１目標位置生成工程で生成した可動体の目標位置に基づいて、積載部の目標位置を生成する第２目標位置生成工程と、第１目標位置生成工程で生成した目標位置に基づいて第１アクチュエータに動作指令を与えるとともに、第２目標位置生成工程で生成した目標位置に基づいて第２アクチュエータに動作指令を与える指令工程を備えている。
この制御方法によれば、積載物の重量や形状が様々に変化する場合でも、一対の駆動輪の車軸と搭乗者を含む自走車の重心との相対位置を正しく調節し、自走車を安定して走行させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、ヒトや物を積載した状態で安定して走行することができる自走車を具現化することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
最初に、実施例の主要な特徴を列記する。
（特徴１）  自走車は、車体に対して相対変位可能に設けられている座席と、座席を車体に対して相対変位させるモータを備えている。自走車は、車体と座席の相対位置を変化させることによって、搭乗者を含む自走車全体の重心位置を変化させることができる。
（特徴２）  自走車は、少なくとも一対の従動輪を備えている。従動輪は、車体に固定されている。
（特徴３）  自走車は、車体に対して揺動可能に設けられているとともに左右一対の駆動輪が設けられているアームと、アームを車体に対して揺動させるモータを備えている。アームは、一対の駆動輪のみが接地して従動輪を浮遊させた倒立姿勢時の位置と、一対の駆動輪と従動輪の両者を接地させた安定姿勢時の位置との間で揺動することができる。
【実施例】
【００１４】
本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１、図２は、実施例の自走車１０の構成を模式的に示している。図１は自走車１０の構成を示す正面図であり、図２は自走車１０の構成を示す右側面図である。図１は自走車１０の前面を示しており、図２は自走車１０の左側面を示している。
図１、図２に示すように、自走車１０は、車体１８と、車体１８にシャフト２２を介して連結されているアーム２４と、アーム２４によって支持されている右車輪３０ａ及び左車輪３０ｂと、右車輪３０ａを駆動する右車輪モータ１２２と、左車輪３０ｂを駆動する左車輪モータ１４２を備えている。右車輪３０ａと左車輪３０ｂは、互いに対向する位置に設けられており、その車軸が実質的に同一直線状に位置する駆動輪である。右車輪３０ａと左車輪３０ｂのそれぞれは、緩衝機構（いわゆるサスペンション機構）を介して設けることもできる。この場合、右車輪３０ａの車軸と左車輪３０ｂの車軸は相対的に変位するが、両者は実質的に同一直線状に位置するといえる。
車体１８には、アーム駆動機構２０が設けられている。アーム駆動機構２０は、アームモータ１８２（図３に図示されている）を備えており、アーム２４をシャフト２２の回りに揺動させる。アーム駆動機構２０は、アーム２４を揺動させることによって、右車輪３０ａ及び左車輪３０ｂと車体１８の相対位置を変化させる。なお、アーム駆動機構２０は、右車輪３０ａと車体１８の相対位置と、左車輪３０ｂと車体１８の相対位置を、それぞれ独立して調整可能なものでもよい。この場合、右車輪３０ａの車軸と左車輪３０ｂの車軸は相対的に変位するが、両者は実質的に同一直線状に位置するといえる。
【００１５】
自走車１０は、右従動輪３４ａ及び左従動輪３４ｂを備えている。右従動輪３４ａ及び左従動輪３４ｂは、右車輪３０ａ及び左車輪３０よりも前方で、互いに対向する位置に設けられている。右従動輪３４ａと左従動輪３４ｂは、その車軸（即ち、回転方向）を受動的に変化させる自在輪である。
なお、２つの従動輪３４ａ、３４ｂは必須の構成ではなく、左右方向の略中央に一つの従動輪のみを設ける構成とすることもできる。また、詳しくは後述するが、自走車１０は車輪３０ａ、３０ｂのみを接地させて従動輪３４ａ、３４ｂを浮遊させた倒立姿勢で走行する倒立走行と、従動輪も接地させた安定姿勢で走行する安定走行の両者が可能であるが、安定走行を必要としないのであれば従動輪を設ける必要は必ずしもない。
【００１６】
自走車１０は、ヒト２を搭乗させるための座席１２を備えている。座席１２は、車体１８にシャフト１４を介して連結されており、車体１８に対して揺動可能に設けられている。車体１８には、座席駆動機構１６が設けられている。座席駆動機構１６は、座席モータ１６２（図３に図示されている）を備えており、座席１２をシャフト１４の回りに揺動させる。座席駆動機構１６は、座席１２を揺動させることによって、座席１２と車体１８の相対位置を変化させる。
【００１７】
自走車１０は、搭乗者２が操作する操作部４０と、操作部４０に加えられた操作に基づいて自走車１０の動作を制御する制御装置１００と、車体１８の傾きの変化率（傾斜角速度）を測定するためのジャイロセンサ３８を備えている。操作部４０と制御装置１００とジャイロセンサ３８は、車体１８に設けられている。
操作部４０は、操作桿や切替スイッチを備えている。搭乗者２は、例えば操作桿を操作することによって、自走車１０に走行速度や走行方向等の走行指令を与えることができる。また、搭乗者２は、切替スイッチを操作することによって、倒立走行と安定走行の切替指令を与えることができる。
制御装置１００は、コンピュータ装置などのハードウエアと、各種の制御プログラム等のソフトウエアを用いて構成されている。
【００１８】
図３は、自走車１０の電気的な構成を示している。図３に示す構成の一部は、制御装置１００のハードウエア及びソフトウエアによって構築されている。図３に示すように、自走車１０は、右車輪３０ａの動作を制御する右車輪制御部１２０と、左車輪３０ｂの動作を制御する左車輪制御部１４０と、座席１２の動作を制御する座席制御部１６０と、アーム２６の動作を制御するアーム制御部１８０を備えている。
また、自走車１０は、自走車１０の目標位置Ｐｔ（ｘ，ｙ）を生成する車両目標位置生成部１０２と、座席１２の目標位置（角度）θｔＳを生成する座席目標位置生成部１０４と、アーム１２の目標位置（角度）θｔＡを生成するアーム目標位置生成部１０６を備えている。車両目標位置生成部１０２は、搭乗者２が操作部４０に加えた走行指令に基づいて、自走車１０の目標位置Ｐｔ（ｘ，ｙ）を単位時間毎に生成する。座席目標位置生成部１０４とアーム目標位置生成部１０６は、搭乗者２が操作部４０に加えた倒立走行と安定走行の切替指令に基づいて、座席１２の目標位置（角度）θｔＳとアーム１２の目標位置（角度）θｔＡを単位時間毎に生成する。
【００１９】
また、自走車１０は、走行制御コントローラ１１０を備えている。走行制御コントローラ１１０は、右車輪制御部１２０から右車輪モータ１２２の実際の回転角θａＲを入力し、左車輪制御部１４０から左車輪モータ１４２の実際の回転角θａＬを入力し、ジャイロセンサ３８の出力信号Ｓｊを入力し、車両目標位置生成部１０２から自走車１０の目標位置Ｐｔ（ｘ，ｙ）を入力する。そして、走行制御コントローラ１１０は、これらの入力値θａＲ、θａＬ、Ｓｊ、Ｐｔ（ｘ，ｙ）に基づいて、右車輪モータ１２２に通電するモータ電流の指令値ＩｃＲと左車輪モータ１４２に通電するモータ電流の指令値ＩｃＬを算出する。走行制御コントローラ１１０は、算出したこれらの指令値ＩｃＲ、ＩｃＬを、右車輪制御部１２０と左車輪制御部１４０にそれぞれ出力する。
【００２０】
先に言及したように、自走車１０は、一対の車輪３０ａ、３０ｂのみを接地させた倒立姿勢で走行する倒立走行が可能であるとともに、従動輪３４ａ、３４ｂも接地させた安定姿勢で走行する安定走行が可能である。操作部４０から倒立走行が指令されている場合、走行制御コントローラ１１０は、一対の車輪３０ａ、３０ｂの車軸に対して自走車１０（ヒト２を含む）の重心位置を制御しながら、前記したモータ電流の指令値ＩｃＲ、ＩｃＬを算出する。結果的に、自走車１０（ヒト２を含む）の慣性力を加味した重心位置が、一対の車輪３０ａ、３０ｂの車軸の略鉛直上方に位置するように、制御されることになる。従って、自走車１０は、前方に加速（又は後方に減速）している間は前傾して走行し、前方に減速（又は後方に加速）している間は後傾して走行する。一方、操作部４０から安定走行が指示された場合、走行制御コントローラ１１０は、主に、車両目標位置生成部１０２から入力した自走車１０の目標位置Ｐｔ（ｘ，ｙ）に基づいて、前記したモータ電流の指令値ＩｃＲ、ＩｃＬを算出する。この場合、右車輪３０ａ及び左車輪３０ｂの接地点に対する、自走車１０（ヒト２を含む）の慣性力を加味した重心位置の相対位置を考慮する必要はない。ただし、安定走行時においても、自走車１０（ヒト２を含む）の慣性力を加味した重心位置を制御することによって、自走車１０の転倒をより確実に防止することが可能となる。
【００２１】
右車輪制御部１２０は、右車輪３０ａを駆動する右車輪モータ１２２と、右車輪モータ１２２の実際の回転角θａＲを検出するための右車輪エンコーダ１２４と、右車輪モータ１２２に通電するモータ電流ＩａＲを調節する右車輪モータアンプ１２６を備えている。右車輪モータアンプ１２６は、右車輪エンコーダ１２４の出力信号ＳｅＲを入力し、右車輪モータ１２２の実際の回転角θａＲを算出する。算出された右車輪モータ１２２の実際の回転角θａＲは、走行制御コントローラ１１０に入力される。
【００２２】
図３に示すように、左車輪制御部１４０も、右車輪制御部１２０と同様の構成を有している。即ち、左車輪制御部１４０は、左車輪３０ｂを駆動する左車輪モータ１４２と、左車輪モータ１４２の実際の回転角θａＬを検出するための左車輪エンコーダ１４４と、左車輪モータ１４２に通電するモータ電流ＩａＬを調節する左車輪モータアンプ１４６を備えている。左車輪モータアンプ１４６は、左車輪エンコーダ１４４の出力信号ＳｅＬを入力し、左車輪モータ１４２の実際の回転角θａＬを算出する。算出された左車輪モータ１４２の実際の回転角θａＬは、走行制御コントローラ１１０に入力される。
【００２３】
図３に示すように、座席制御部１６０は、座席１２を揺動させる座席モータ１６２と、座席モータ１６２の実際の回転角θａＳを検出するための座席エンコーダ１６４と、座席モータ１６２に通電するモータ電流ＩａＳを調節する座席モータアンプ１６６と、座席位置コントローラ１７０を備えている。座席モータアンプ１６６は、座席エンコーダ１６４の出力信号ＳｅＳを入力し、座席モータ１６２の実際の回転角θａＳを算出する。算出された座席モータ１６２の実際の回転角θａＳは、座席位置コントローラ１７０に入力される。座席位置コントローラ１７０は、座席目標位置生成部１０４から座席１２の目標位置（角度）θｔＳを入力するとともに、座席モータアンプ１６６から座席モータ１６２の実際の回転角θａＳを入力し、これらの入力値θｔＳ、θａＳに基づいて、座席モータ１６２に通電するモータ電流の指令値ＩｃＳを算出する。座席位置コントローラ１７０が算出した指令値ＩｃＳは、座席モータアンプ１６６に入力される。座席モータアンプ１６６は、座席モータ１６２に通電するモータ電流ＩａＳを、入力した指令値ＩｃＳに調節する。その結果、座席モータ１６２には、座席１２の実際の位置（角度）がその目標位置（角度）θｔＳとなるように、モータ電流が通電される。
【００２４】
また、座席制御部１６０は、座席外乱オブザーバ１６８を備えている。座席外乱オブザーバ１６８は、座席モータアンプ１６６に入力されるモータ電流の修正指令値ＩｃＳと、座席モータ１６２の実際の回転角θａＳを入力し、座席モータ１６２に負荷されている荷重トルクＴｄＳを算出する。ここでいう荷重トルクとは、座席１２に着席している搭乗者２に起因して座席モータ１６２に負荷されているトルクを示す。即ち、座席１２に搭乗者２が着席していなければ荷重トルクＴｄＳはゼロとなり、座席１２に着席している搭乗者２の体重が重いほど荷重トルクＴｄＳは大きくなる。座席外乱オブザーバ１６８が算出した荷重トルクＴｄＳは、座席目標位置生成部１０４に入力される。座席目標位置生成部１０４は、入力した荷重トルクＴｄＳに基づいて、座席１２の目標位置（角度）θｔＳを生成する。即ち、座席目標位置生成部１０４は、搭乗者２の体重に応じて、座席１２の目標位置（角度）θｔＳを生成することができる。
【００２５】
図４を参照して、座席外乱オブザーバ１６８について説明する。図４は、座席外乱オブザーバ１６８の入出力の関係を示すブロック線図である。図中のＡの範囲は、制御対象である座席モータ１６２に係るシステムを示しており、図中のＢの範囲は、座席外乱オブザーバ１６８に係るシステムを示している。
座席外乱オブザーバ１６８は、座席モータアンプ１６６に実際に入力されたモータ電流の指令値ＩｃＳと、座席モータ１６２の実際の回転角θａＳを入力し、座席モータ１６６に負荷されている荷重トルクＴｄＳの推定値［ＴｄＳ］を出力する。図４において、Ｋｔは座席モータ１６２のトルク定数を示しており、Ｊは座席モータ１６２のイナーシャを示しており、ｓはラプラス演算子を示しており、ω２／（ｓ２＋２ζωｓ＋ω２）はローパスフィルタを示している。
図４に示すように、座席外乱オブザーバ１６８は、座席モータアンプ１６６に入力されたモータ電流の指令値ＩｃＳに基づいて座席モータ１６２の出力トルクを算出する一方、座席モータ１６２の実際の回転角θａに基づいて座席モータ１６２の出力トルクを算出し、両者の偏差に基づいて座席モータ１６２に負荷されている荷重トルクＴｄＳを推定する。座席外乱オブザーバ１６８は、いわゆる最小次元オブザーバである。なお、座席外乱オブザーバ１６８は、同一次元（完全次元）オブザーバとすることもできる。外乱オブザーバ１６８の構成は、公知の構成法に基づいて設計することができる。
【００２６】
アーム制御部１８０は、アーム２６を揺動させるアームモータ１８２と、アームモータ１８２の実際の回転角θａＡを検出するためのアームエンコーダ１８４と、アームモータ１８２に通電するモータ電流ＩａＡを調節するアームモータアンプ１８６と、アーム位置コントローラ１９０を備えている。アームモータアンプ１８６は、アームエンコーダ１８４の出力信号ＳｅＡを入力し、アームモータ１８２の実際の回転角θａＡを算出する。算出されたアームモータ１８２の実際の回転角θａＡは、アーム位置コントローラ１９０に入力される。アーム位置コントローラ１９０は、アーム目標位置生成部１０６からアーム２６の目標位置（角度）θｔＡを入力するとともに、アームモータアンプ１８６からアームモータ１８２の実際の回転角θａＡを入力し、これらの入力値θｔＡ、θａＡに基づいて、アームモータ１８２に通電するモータ電流の指令値ＩｃＡを算出する。アーム位置コントローラ１９０が算出した指令値ＩｃＡは、アームモータアンプ１８６に入力される。アームモータアンプ１８６は、アームモータ１８２に通電するモータ電流ＩａＡを、入力した指令値ＩｃＡに調節する。その結果、アームモータ１８２には、アーム２６の実際の位置（角度）がその目標位置（角度）θｔＡとなるように、モータ電流が通電される。
【００２７】
図５は、自走車１０が安定姿勢から倒立姿勢への切替動作時に実行する処理の流れを示すフローチャートである。図５に示す処理フローに沿って、自走車１０の安定姿勢から倒立姿勢への切替動作について説明する。
通常、搭乗者２の乗降は、安定姿勢で行われる。搭乗者２が自走車１０に乗車後、搭乗者２が操作部４０に倒立姿勢への切替指令を与えると（ステップＳ２でイエス）、自走車１０は倒立姿勢への切替動作を開始する（ステップＳ４へ進む）。
【００２８】
ステップＳ６では、座席目標位置生成部１０４及び座席制御部１６０が、座席１２を図６に示す初期位置θＳ１に向けて移動させ始める。図６に示す初期姿勢は、座席１２を含む搭乗者２（座席１２等を含む）の重心Ｍｈと車体１８（アーム２６等を含む）の重心Ｍｍを合成した合成重心Ｍｔが、一対の車輪３０ａ、３０ｂの車軸の鉛直上方に位置する姿勢である。このとき、アーム２６の位置（角度）はθＡ１であり、従動輪３４ａ、３４ｂは地面に接地している。初期姿勢のための座席１２の初期位置θＳ１は、搭乗者２の標準的な体重に基づいて予め定められている。座席目標位置生成部１０４は、座席１２を初期位置θＳ１まで移動させるために、座席１２の単位時間後の目標位置θｔＳを単位時間毎に生成していく。ここで、合成重心Ｍｔの位置は、搭乗者２の重量によって変化する。そのことから、正しい初期姿勢をとるためには、初期姿勢のための座席１２の初期位置θＳ１を、搭乗者２の重量に応じて変化させる必要がある。そこで、座席目標位置生成部１０４は、続くステップＳ８、Ｓ１０の処理によって、初期姿勢のための座席１２の初期位置θＳ１を修正する。ステップＳ８、Ｓ１０の処理は、ステップＳ６における座席１２の移動と同時に行なわれる。
【００２９】
ステップＳ８では、座席制御部１６０の座席外乱オブザーバ２６８が、ステップＳ６で開始された座席１２の移動動作を利用して、座席モータ１６２に負荷されている荷重トルクＴｄを算出する。先に説明したように、荷重トルクＴｄは、搭乗者２の重量に応じて変化する。
ステップＳ１０では、座席目標位置生成部１０４が、ステップＳ８で算出された荷重トルクＴｄに応じて、初期姿勢のための座席１２の初期位置θＳ１を修正する。荷重トルクＴｄと初期位置θＳ１の修正量の関係は、予め実験等によって定められ、座席目標位置生成部１０４に教示されている。座席目標位置生成部１０４は、座席１２の初期位置θＳ１を修正した後、座席１２が修正後の初期位置θＳ１に達するまで、座席１２の目標位置θｔＳ１を単位時間毎に生成していく。座席１２が修正後の初期位置θＳ１に達すると（ステップＳ１２でイエス）、続くステップＳ１４に進む。この段階で、自走車１０は図６に示す初期姿勢をとっている。
【００３０】
ステップＳ１４の処理では、走行制御コントローラ１１０が、モータ電流の指令値ＩｃＲ、ＩｃＬの算出式を、倒立走行用のものに切り替える。それと同時に、続くステップＳ１６−Ｓ２２の処理では、自走車１０が、図７に示す倒立姿勢へと姿勢を変化させていく。この姿勢変化の過程で、合成重心Ｍｔの位置は、一対の車輪３０ａ、３０ｂの車軸の鉛直上方に維持される。このとき、従動輪３４ａ、３４ｂは地面から離れ、空中に浮遊する状態となる。
先ず、ステップＳ１６では、アーム目標位置生成部１０６が、アーム２６を図７に示す倒立姿勢の完了位置θＡ２まで揺動させるために、アーム２６の単位時間後の目標位置θｔＡを生成する。
次いで、ステップＳ１８では、座席目標位置生成部１０４が、座席１２の単位時間後の目標位置を生成する。このとき、座席目標位置生成部１０４は、ステップＳ８で算出された負荷トルクの推定値［ＴｄＳ］と、ステップＳ１６で生成されたアーム２６の単位時間後の目標位置θｔＡを用いて、合成重心Ｍｔが一対の車輪３０ａ、３０ｂの車軸の鉛直上方に位置するように、座席１２の単位時間後の目標位置θｔＳを生成する。その結果、アーム２６の目標位置θｔＡに対する座席１２の目標位置θｔＳは、搭乗者２の重量に応じて変化することとなる。
【００３１】
ステップＳ２０では、ステップＳ１６で生成されたアーム２６の単位時間後の目標位置θｔＡがアーム制御部１８０に入力されるとともに、ステップＳ１８で生成された座席１２の単位時間後の目標位置θｔＳが座席制御部１６０に入力される。それにより、アーム２６と座席１２が、それぞれの目標位置θｔＡ、θｔＳに同期して移動する。
以上のステップＳ１６−Ｓ２０の処理は、自走車１０の姿勢が図７に示す倒立姿勢となるまで（ステップＳ２２でイエス）、単位時間毎に繰り返し実行される。即ち、アーム２６の位置（角度）が完了位置θＡ２となり、座席１２の位置（角度）が完了位置θＳ２となるまで、ステップＳ１６−Ｓ２０の処理が単位時間毎に繰り返される。アーム２６の位置（角度）が完了位置θＡ２となり、座席１２の位置（角度）が完了位置θＳ２となるとステップＳ２２でイエス）、倒立姿勢への切替動作が完了する。このとき、座席１２の完了位置θＳ２は、搭乗者２の重量に応じて変化することとなる。
【００３２】
以上のように、自走車１０は、座席モータ１６２に負荷されている荷重トルクＴｄを推定し、アーム２６の目標位置θｔＡに対する座席１２の目標位置θｔＳを、推定した荷重トルクＴｄを加味して決定する。それにより、倒立姿勢への切替動作時における座席１２の動作を、搭乗者２の重量に応じて変化させることができる。搭乗者２の重量が様々に異なる場合でも、自走車１０は倒立姿勢へ速やかに切り替わることができる。この自走車１０によると、搭乗者２の重量が様々に異なる場合でも、倒立姿勢への切替動作時にバランスを崩したり、バランスを保つために前後に大きく走行したりすることがない。
【００３３】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。
本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】自走車の構成を模式的に示す正面図。
【図２】自走車の構成を模式的に示す右側面図。
【図３】自走車の制御システムの構成を示す図。
【図４】外乱オブザーバの入出力の関係を示すブロック線図。
【図５】倒立姿勢への切替動作の流れを示すフローチャート。
【図６】安定姿勢から倒立姿勢への切替時の初期姿勢の自走車を示す図。
【図７】倒立姿勢の自走車を示す図。
【符号の説明】
【００３５】
・１０：自走車
・１２：座席
・１６：座席駆動機構
・１８：車体
・２０：アーム駆動機構
・２４：アーム
・３０ａ、３０ｂ：車輪
・３４ａ、３４ｂ：従動輪
・１００：制御装置
・１２０：右車輪制御部
・１２２：右車輪モータ
・１２４：右車輪エンコーダ
・１２６：右車輪モータアンプ
・１４０：左車輪制御部
・１４２：左車輪モータ
・１４４：左車輪エンコーダ
・１４６：左車輪モータアンプ
・１６０：座席制御部
・１６２：座席モータ
・１６４：座席エンコーダ
・１６６：座席モータアンプ
・１６８：座席外乱オブザーバ
・１７０：座席位置コントローラ
・１８０：アーム制御部
・１８２：アームモータ
・１８４：アームエンコーダ
・１８６：アームモータアンプ
・１９０：アーム位置コントローラ
【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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