(57)【要約】【課題】コントローラーを手で操作せずに体重移動のみでスピードの加減速や旋回を行い、路面の凹凸等に対処可能な電動式移動体および電動式移動体の制御方法を提供することを目的とする。【解決手段】左右の足に独立に装着する電動ローラースケートに、電源装置と、駆動輪と、制御装置と、運動検出装置とを設けて、左右の電動ローラースケートの状態および乗り手の重心位置に応じて駆動輪をフィードバック制御する。この際、左右の制御装置間では通信回路によって互いの状況を把握させ、左右の駆動を連携させることで運動の安定化と効率化を図る。【選択図】図２
2004024614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左足に装着する左足用移動体と、右足に装着する右足用移動体との組み合わせによって構成され、前記左足用移動体と前記右足用移動体の各々に、駆動輪を駆動するための電動モータが設けられていることを特徴とする電動式移動体。
【請求項２】
前記左足用移動体と前記右足用移動体の各々に、前記電動モータの駆動を制御する制御装置が設けられていることを特徴とする請求項１記載の電動式移動体。
【請求項３】
前記左足用移動体と前記右足用移動体の各々に設けられた前記制御装置が通信手段を備え、前記制御装置が前記通信手段を介して互いに情報通信を行うことを特徴とする請求項２記載の電動式移動体。
【請求項４】
前記左足用移動体と前記右足用移動体の各々に設けられた前記制御装置が、互いに協調して前記左足用移動体と前記右足用移動体の各々に設けられた前記電動モータの駆動を制御することを特徴とする請求項３記載の電動式移動体。
【請求項５】
前記左足用移動体と前記右足用移動体の各々に設けられた前記制御装置が運動を検出する運動検出装置を備え、前記運動検出装置が検出した結果に基づいて電動モータの駆動を制御することを特徴とする請求項２記載の電動式移動体。
【請求項６】
前記左足用移動体と前記右足用移動体の各々に設けられた前記制御装置が通信手段を備え、前記制御装置が前記通信手段を介して互いに情報通信を行うことを特徴とする請求項５記載の電動式移動体。
【請求項７】
前記左足用移動体と前記右足用移動体の各々に設けられた前記制御装置が、互いに協調して前記左足用移動体と前記右足用移動体の各々に設けられた前記電動モータの駆動を制御することを特徴とする請求項６記載の電動式移動体。
【請求項８】
前記運動検出装置が複数の振動ジャイロセンサーによって構成されていることを特徴とする請求項５記載の電動式移動体。
【請求項９】
左足に装着する左足用移動体と、右足に装着する右足用移動体との組み合わせによって構成され、前記左足用移動体と前記右足用移動体の各々に、電気エネルギーを蓄積する電源装置と、前記電気エネルギーを運動エネルギーに変換する電動モータと、前記電動モータにより駆動される車輪状部材である駆動輪と、前記電動モータの駆動を制御する制御装置とが、平板な板状部材であるベースプレートに取り付けられていることを特徴とする電動式移動体。
【請求項１０】
前記制御装置は、他方の前記制御装置と情報を交換する通信手段と、前記電動モータに供給される電流および電圧を測定する電流電圧センサーと、前記電動モータに加わっている負荷を測定するレゾルバと、運動を検出する運動検出装置と、前記電源装置から供給される電流を制御するドライバと、前記通信手段および前記電流電圧センサーおよび前記レゾルバおよび前記運動検出装置からの情報を処理して前記ドライバを制御する情報処理装置とを備えることを特徴とする請求項９記載の電動式移動体。
【請求項１１】
前記運動検出装置は複数の振動ジャイロセンサーによって構成されていることを特徴とする請求項１０記載の電動式移動体。
【請求項１２】
左足に装着する左足用移動体と、右足に装着する右足用移動体との組み合わせによって構成され、前記左足用移動体と前記右足用移動体の各々に駆動輪を駆動するための電動モータが設けられてなる電動式移動体の前記電動モータを、前記左足用移動体と前記右足用移動体の各々に設けられた制御装置によって制御することを特徴とする電動式移動体の制御方法。
【請求項１３】
前記左足用移動体と前記右足用移動体の各々に設けられた前記制御装置が、前記左足用移動体と前記右足用移動体の各々に設けられた前記電動モータの状態をモニタリングしながらフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項１２記載の電動式移動体の制御方法。
【請求項１４】
前記左足用移動体と前記右足用移動体の各々に設けられた前記制御装置が、前記左足用移動体と前記右足用移動体と乗り手の運動を検出する運動検出装置の測定した情報に基づいて、前記左足用移動体と前記右足用移動体の各々に設けられた前記電動モータを制御することを特徴とする請求項１２記載の電動式移動体の制御方法。
【請求項１５】
前記左足用移動体と前記右足用移動体の各々に設けられた前記制御装置が、通信手段を介して互いに情報通信を行い、互いに協調して前記左足用移動体と前記右足用移動体の各々に設けられた前記電動モータの駆動を制御することを特徴とする請求項１２記載の電動式移動体の制御方法。
【請求項１６】
前記左足用移動体と前記右足用移動体の各々に設けられた前記制御装置が、前記左足用移動体と前記右足用移動体の各々に設けられた前記電動モータの回転速度を同期させることを特徴とする請求項１５記載の電動式移動体の制御方法。
【請求項１７】
前記左足用移動体と前記右足用移動体の各々において、前記制御装置が前記電動モータの状態をモニタリングしながらフィードバック制御を行い、片側の前記電動モータが無負荷の場合に、前記左足用移動体と前記右足用移動体の前記電動モータの回転速度を同期させることを特徴とする請求項１５記載の電動式移動体の制御方法。
【請求項１８】
運動検出装置によって前記左足用移動体と前記右足用移動体と乗り手の運動を測定して乗り手の重心位置を演算し、前記重心位置に応じて前記左足用移動体と前記右足用移動体の前記電動モータの回転数を変化させることを特徴とする請求項１５記載の電動式移動体の制御方法。
【請求項１９】
前記重心位置に応じた前記左足用移動体と前記右足用移動体の前記電動モータの回転数制御は、予め設定した初期位置に前記重心位置を復帰させる移動となるであることを特徴とする請求項１８記載の電動式移動体の制御方法。
【請求項２０】
前記重心位置が予め設定した範囲外となった場合には、前記左足用移動体と前記右足用移動体の前記電動モータへの電流供給を停止することを特徴とする請求項１８記載の電動式移動体の制御方法。
【請求項２１】
前記左足用移動体と前記右足用移動体の間の距離が設定値以上となった場合には、前記左足用移動体と前記右足用移動体の前記電動モータへの電流供給を停止することを特徴とする請求項１５記載の電動式移動体の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気を動力として駆動輪を駆動させて移動を行う電動式移動体および電動式移動体の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モータを動力とする電動式移動体として、スケートボードやサーフボード等が知られている。これらの電動式移動体の駆動制御方法としては、スロットルや手動式コントローラーを用いて駆動輪の回転数制御や進行方向制御を行っていた。しかし、手動式コントローラー等を用いる場合には、乗り手の意思に沿った制御を行うためには乗り手側が操作を習熟する必要があり、また、手でコントローラを所持して操作を行うと、手を使った全身の平衡保持が困難になるという問題があった。これらの問題を解決するため、ボードに体重検出センサを設けて、乗り手がボード上で荷重の配分を変化させることで体重検出センサが荷重配分を検知し、その信号に基づいて駆動輪の回転数や進行方向を操作する仕組みを採用したものも提案されている。
【０００３】
しかしこれらの電動式移動体においても、乗り手が両足を１枚のボード上にのせるため、走行中のバランスを取ることが難しく、かなりの訓練が必要である。また、路面の凹凸や障害物があった場合には咄嗟の回避動作がスムーズにできず、過度に体重移動をした場合もボードから片足または両足とも外れてしまい、走行を継続することができずにボードから脱落してしまう等の問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、コントローラーを手で操作せずに体重移動のみでスピードの加減速や旋回を行い、路面の凹凸等に対処可能な電動式移動体および電動式移動体の制御方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本願発明の電動式移動体は、左足に装着する左足用移動体と、右足に装着する右足用移動体との組み合わせによって構成され、前記左足用移動体と前記右足用移動体の各々に、駆動輪を駆動するための電動モータが設けられていることを特徴とする。また、左足用移動体と右足用移動体の各々に、電動モータの駆動を制御する制御装置が左右のそれぞれに設けられ、制御装置が通信手段を備えて通信手段を介して互いに情報通信を行い、制御装置が互いに協調して電動モータの駆動を制御する。さらに制御装置が運動を検出する運動検出装置を備え、運動検出装置が検出した結果に基づいて電動モータの駆動を制御することを特徴とする。
【０００６】
左右の電動式移動体が独立して駆動することにより、乗り手の両足に装着した状態での移動が可能となり、路面の凹凸や障害物に用意に対応することができる。また、制御装置が電動モータの負荷や運動検出装置の情報を基に制御を行うことによって、安定した走行を実現することが可能となる。さらに、左右の制御装置が通信手段を介した情報通信を行うことで、左右の電動モータを協調させて駆動することができ、より安定した駆動を実現することが可能となる。
【０００７】
上記課題を解決するために本願発明の電動式移動体は、左足に装着する左足用移動体と、右足に装着する右足用移動体との組み合わせによって構成され、前記左足用移動体と前記右足用移動体の各々に、電気エネルギーを蓄積する電源装置と、前記電気エネルギーを運動エネルギーに変換する電動モータと、前記電動モータにより駆動される車輪状部材である駆動輪と、前記電動モータの駆動を制御する制御装置とが、平板な板状部材であるベースプレートに取り付けられていることを特徴とする。
【０００８】
左右の電動式移動体が上記構成であることによって、左右の足に装着した左足用移動体と右足用移動体に設けられた電動モータを協調させて駆動し、安定した走行を実現することが可能となる。
【０００９】
上記課題を解決するために本願発明の電動式移動体の制御方法は、左足に装着する左足用移動体と、右足に装着する右足用移動体との組み合わせによって構成され、前記左足用移動体と前記右足用移動体の各々に駆動輪を駆動するための電動モータが設けられてなる電動式移動体の前記電動モータを、前記左足用移動体と前記右足用移動体の各々に設けられた制御装置によって制御することを特徴とする。また、左足用移動体と右足用移動体の各々に設けられた制御装置が、電動モータの状態をモニタリングしながらフィードバック制御を行い、左足用移動体と右足用移動体と乗り手の運動を検出する運動検出装置の測定した情報に基づいて左足用移動体と右足用移動体の各々に設けられた電動モータを制御する。さらに、前記左足用移動体と前記右足用移動体の各々に設けられた制御装置が通信手段を介した情報通信を行って、互いに協調して電動モータを制御することを特徴とする。
【００１０】
左右の制御装置によってそれぞれの電動モータを制御することにより、左右の電動式移動体を個別に駆動することができ、左右の電動ローラースケート間で、通信回路を介して相互の情報交換および連携制御を行うことにより、左右の足に独立して電動式移動体を装着することができ、路面の凹凸や障害物に容易に対処可能になる。また、運動検知手段が検出した乗り手の動作に従って、制御装置が駆動輪をフィードバック制御することで、コントローラ等を手で操作することなく乗り手の意思どおりの運動を行うことが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電動式移動体および電動式移動体の制御方法について図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。本願発明の電動式移動体は、乗り手が電動式移動体を身体に装着または電動式移動体に搭乗し、自らの身体の運動によって電動式移動体を移動させると共に、乗り手と電動式移動体の運動状況に基づいて電動式移動体が自立制御を行う。図１は本願発明の電動式移動体を乗り手が左右の足に装着した様子を模式的に示した図である。乗り手は左右が分離している一対の電動ローラースケート１Ｒ，１Ｌを左右のそれぞれの足９Ｒ，９Ｌに装着して運動を行う。
【００１２】
［第１の実施の形態］
本願発明の電動式移動体の好適な実施の形態について、電動ローラースケートを例示して図面を参照しながら説明する。図２は電動ローラースケート１の構造を模式的に示す図であり、図２（ａ）は側面図、図２（ｂ）は上方投影図である。電動ローラースケート１はベースプレート２と、駆動輪３と、電動モータ４と、制御装置５と、前方の補助輪６と、後方の補助輪７と、電源装置８との各部から構成されている。図では電動ローラースケート１は片方しか記載されていないが、同様の構造を持つ電動ローラースケートと対になって一人の乗り手が装着する電動ローラースケート１となり、片方の電動ローラースケート１につき乗り手の片方の足９をベースプレート２上に搭載する構造である。
【００１３】
ベースプレート２は乗り手の片方の足９を搭載するための平板な板状部材であり、乗り手の体重を保持できる程度の強度を必要とし、図示していないが他の各部材を固定する固定具が設けられている。また、足９を安定して搭載することが出来る程度の面積を有しており、表面上には適宜滑り止めや足９を固定する固定具が設けられているとする。以下においては、乗り手の足９の爪先側を前方とし、かかと側を後方とする。
【００１４】
駆動輪３は、ベースプレート２の地面側に設置される車輪状の部材であり、電動モータ４から供給される動力によって回転し、電動ローラースケート１の加減速を行う。駆動輪３も乗り手の体重を保持できる程度の強度を必要とし、図示していないが電動モータ４との接続部分には動力を伝達するためのギア等の部材が形成されているものとする。本実施の形態では、ベースプレート２の前方先端と後方先端の中間に駆動輪３が配置されているとする。
【００１５】
電動モータ４は、電源装置８から供給される電気エネルギーを運動エネルギーに変換するための装置であり、通常用いられているモータ装置と同様に永久磁石とコイルによる回転運動を起こすものである。電動モータ４の特性としては、乗り手の体重および乗り手の運動による荷重が加わった場合にも、駆動輪３の回転数を制御することが可能な程度のトルクが必要とされる。
【００１６】
制御装置５は、電源装置８から供給される電流を後述するフローに従って制御して電動モータ４に伝達するための装置であり、図３にブロック図の例を示して後述する。
【００１７】
前方の補助輪６は、ベースプレート２の地面側かつ乗り手の足９の爪先領域に設置される車輪上の部材であり、前後方向の傾斜を制限し、接地面との摩擦等から受ける力に従って自由に回転可能とされている。また、乗り手が垂直にベースプレート２上に立っている状態で、前方の補助輪６が接地するとは限らず、乗り手が足９を運動することでベースプレート２に傾斜が生じる場合にのみ接地するようにしておいてもよく、電動ローラースケート１の安定性を向上させることを目的とした補助的な車輪である。
【００１８】
後方の補助輪７は、ベースプレート２の地面側かつ乗り手の足９のかかと領域に設置される車輪上の部材であり、前後方向の傾斜を制限し、接地面との摩擦等から受ける力に従って自由に回転可能とされている。また、乗り手が垂直にベースプレート２上に立っている状態で、前方の補助輪６が接地するとは限らず、乗り手が足９を運動することでベースプレート２に傾斜が生じる場合にのみ接地するようにしておいてもよく、電動ローラースケート１の安定性を向上させることを目的とした補助的な車輪である。
【００１９】
電源装置８は、例えばＬｉ−ｉｏｎバッテリなどの化学電池などであり、電源モータ４および制御装置５に電気エネルギーを供給するための装置である。電源としての機能を実現するものであれば、化学電池に限らず燃料電池や発電機を用いるとしてもよい。また、電動モータ４を回生モードとした場合に発生する電流を蓄えておくために、一次電池と二次電池とを併用する構成としても良い。本実施の形態では、電源装置８はベースプレート２の後端で足９の踵と接するように取り付けられているとしている。
【００２０】
乗り手の足９は、ベースプレート２に例えばバンドや固定用バックルなどで固定される。これにより、通常のローラースケートと同様に乗り手の動作に応じて、電動ローラースケート１を操作することができる状態とする。
【００２１】
次に制御装置５の構成について、図３にブロック図を用いて説明する。制御装置５はドライバ１０と、ＣＰＵ１１と、レゾルバ１２と、電流電圧センサー１３と、通信回路１４と、運動検出装置１５との機能からなる。ここでは理解を容易にするために各機能を分離して独立して記述したが、各機能のいくつかを物理的に同一の筐体内に収納してもよい。
【００２２】
ドライバ１０は、電源装置８から電動モータ４へと電流を橋渡しを行う機能であり、ＣＰＵ１１からの情報に応じて電動モータ４への電流を制御する。ＣＰＵ１１は、半導体集積回路等により実現される情報処理機能であり、レゾルバ１２と電流電圧センサー１３と通信回路１４と後述する運動検出装置１５からの情報を処理して、ドライバ１０および通信回路１４に信号を送る。
【００２３】
レゾルバ１２は、電動モータ４に付属してモータの回転速度および負荷角を測定するためのモーター用センサーであり、所定の時間経過に応じて電動モータ４の駆動状況を測定し、ＣＰＵ１１に回転速度および負荷角の測定値を送る。
【００２４】
電流電圧センサー１３は、ドライバ１０と電動モータ４との間で電流を伝達している配線に接続されたセンサーであり、ドライバ１０から電動モータ４へ流れる駆動電流の電流値と電圧値を測定し、ＣＰＵ１１に電流値と電圧値を送る。
【００２５】
通信回路１４は、他方の電動ローラースケート１に設けられた制御装置５の通信回路１４と情報通信を行う装置であり、ＣＰＵ１１との間で情報の授受を行って、その情報を左右の通信回路１４間で送受信する。左右の通信回路１４間での情報通信には、電波や赤外線等の無線通信技術を用いることで、片足ずつ別々の動作を行って両足に装着した電動ローラースケート１Ｒ，１Ｌ間での情報通信を可能にする。
【００２６】
運動検出装置１５は、電動ローラースケート１および乗り手の身体の運動を検出装置である。例としては回転体に加わるコリオリ力を検出することで動作を検出する振動ジャイロ等の検知手段であり、回転体に加わる圧力の検出することなどで電動ローラースケート１の運動を検出して信号化し、検出結果をＣＰＵ１１に送る。また、乗り手の身体にも振動ジャイロ等の動作検知手段を取り付けておき、乗り手の身体の運動を検出して信号化し、検出結果をＣＰＵ１１に送る。乗り手の身体への取り付け位置の例としては、乗り手の腰位置にベルトで装着するなどが考えられるが、その場合には有線または無線によってＣＰＵ１１との情報伝達が可能となっているとする。運動検出手段１５として振動ジャイロ等を用いる場合には、複数の振動ジャイロを用いることでＸ軸方向やＹ軸方向やＺ軸方向への運動を検出し、運動検出の精度を向上させるとする。
【００２７】
ここで、電動ローラースケート１の取り扱い及び作動について説明すると、ベースプレート２に足９を載せて固定する際には、まだ電源が入っていない状態であるため前後のバランスは駆動輪３では制御できない。ベースプレート２に足９を固定した後に、電源装置８に設けてあるスイッチをＯＮにすることで電源装置８から制御装置５に電力が供給され、システムの制御が開始する。スイッチはリモコンでもよく、操作しやすい位置に取り付けることが望ましい。
【００２８】
左右の足を交互に前方に蹴り出すことで前進を開始し、電動ローラースケート１の電動モータ４から発生する動力により加速し、通常のローラースケートよりも小さな力で走行が可能となる。または通常のローラースケートよりも大きな加速度での走行が可能となる。走行中に減速を行いたい場合には、重心を後方に傾けることで乗り手の減速の意思を判断し、電動モータ４を回生モードとして電源装置８に電力を戻すことで駆動輪３に減速力を生じさせ、走行速度を低下させる。ここで、回生モードとは、電動モータ４に電流を流すために印加していた電圧をゼロとし、電動モータ４が慣性によって回転する際に発生する起電力によって、電源装置８に充電を行うモードのことをいう。
【００２９】
電源装置８を二次電池のみで構成している場合は、走行終了時に二次電池の容量が少なくなった場合には充電が必要である。また、二次電池と燃料電池等の一次電池とを組み合わせた場合は、燃料電池の燃料、例えば水素やメタノール等が少なくなった場合には、燃料タンクに補充するか満タンになったタンクに交換する必要がある。電源装置８を燃料電池等の一次電池のみで構成しても良いが、回生による減速制御が不可能となるなど使用方法が制約される場合がある。
【００３０】
制御装置５では内蔵の運動検出装置１５により重心位置を検出し、どの程度の駆動力や回転速度が必要か判断する。また、フィードバック制御のため、電動モータ４に付属の回転速度及び負荷角センサーであるレゾルバ１２と電流電圧センサー１３との信号を取り込んで指令値の演算に使用する。重心の前方への移動量または移動変化量に応じてＣＰＵ１１が乗り手の意思を判断し、電動モータ４の駆動力の指令値を制御装置５で決定し、電源装置８から供給される電力により電動モータ４を駆動し、駆動輪３に駆動トルクを発生させて駆動制御を行う。また、駆動制御時に左右の通信回路１４を介して左右の制御装置５同士が連携して制御を行って、旋回時に左右の駆動輪３の回転数を制御して旋回を容易にする。
【００３１】
次に、乗り手が電動ローラースケート１を両足に装着して、運動する際の制御装置５での情報処理および各装置に対する制御を、図４に制御のアルゴリズムをフローチャートで示し各ステップの動作に従って以下に説明する。ここでは、主に電動ローラースケート１を片足ずつ交互に使用して走行した場合の左右の電動モータ４の同期制御について説明する。
【００３２】
ステップ１１（Ｓ１１）：通常の走行中である通常制御を行っている場合での監視ジョブのルーチンを開始する。
【００３３】
ステップ１２（Ｓ１２）：制御装置５内にあるＣＰＵ１１は、左右の電動ローラースケート１及び乗り手の身体に取り付けられた運動検出装置１５から送られてくる信号によって、乗り手の重心位置ｇを演算し、左右の電動ローラースケート１間の距離ｄを演算する。重心位置ｇおよび距離ｄは、左右の電動ローラースケート１で定義されている初期状態に、運動検出装置１５が検出した各部の運動を積算していくことにより演算することが可能である。
【００３４】
ステップ１３（Ｓ１３）：ＣＰＵ１１は、左右のレゾルバ１２から送られてくる回転速度と負荷角の測定値を演算することによって、電動モータ４の駆動力に比例する負荷電流Ｉと回転速度Ｒを読み込み、現在の走行状態を把握する。
【００３５】
ステップ１４（Ｓ１４）：ＣＰＵ１１は、ステップ１２で演算して得た重心位置ｇの値が予め設定された初期位置から許容範囲内か否かを判断し、許容範囲内であれば次のステップとしてステップ１５に移り、許容範囲外である場合には次のステップとしてステップ１９に進む。初期位置の例としては、電動ローラースケート１の直上位置などが考えられる。
【００３６】
ステップ１５（Ｓ１５）：重心位置ｇが許容範囲であるので、ＣＰＵ１１は電流電圧センサー１３が測定する電流値と電圧値をモニタリングしながら、ドライバ１０によって電源装置８から電動モータ４に流れる電流を制御する。電動モータ４への電流供給制御は、重心位置ｇを予め設定した初期位置に変更するような加速または減速を行う。重心位置が初期位置よりも前方であると判断した場合には加速動作となり、後方であると判断した場合には減速動作となるように、重心位置ｇを初期位置に変更するための動作を電動モータ４が行うことにより、乗り手の身体を安定な位置に戻す制御を行うことになる。また、例えば重心位置ｇが左前方であると判断した場合には、左側への旋回動作であると判断し、左側の電動モータ４の回転速度を右側電動モータ４の回転速度よりも小さく設定し、左旋回が容易にできるように左右の差動を意図的に生じるようにする。
【００３７】
ステップ１６（Ｓ１６）：ＣＰＵ１１は、ステップ１１の演算によって得た左右の電動ローラースケート１間の距離ｄが許容範囲内か否かを判断し、許容範囲内であれば次のステップとしてステップ１７に進み、許容範囲外である場合には次のステップとしてステップ２０に進む。距離ｄの許容範囲例としては、乗り手が片足で走行している際の距離と設定するなどが考えられる。
【００３８】
ステップ１７（Ｓ１７）：ＣＰＵ１１は、ステップ１３の演算によって得た左右の電動モータ４での負荷電流Ｉの差ΔＩを演算し、ΔＩが許容範囲内か否かを判断し、許容範囲内であれば次のステップとしてステップ１８に進み、許容範囲外である場合には次のステップとしてステップ２１に進む。
【００３９】
ステップ１８（Ｓ１８）：ステップ１１に戻ってルーチンを再開する。
【００４０】
ステップ１９（Ｓ１９）：ＣＰＵ１１はドライバ１０を制御して電動モータ４に印加する電圧を０として駆動力を０とする。例としてはバーに捕まる等、故意に重心ｇを許容範囲外にしているような場合に相当する。その後、ステップ１８へと進む。
【００４１】
ステップ２０（Ｓ２０）：ＣＰＵ１１はドライバ１０を制御して電動モータ４に印加する電圧を０として駆動力を０とする。例としては故意に左右の電動ローラースケート１を逆ハの字にして広げるような操作をした場合に相当する。片足走行の場合においても距離ｄは許容範囲外となる場合があるが、許容範囲を片足走行時の距離と設定しておくことによって、ステップ１４での重心位置ｇの判断と総合することで逆ハの字状態と区別が可能である。その後、ステップ１８へと進む。
【００４２】
ステップ２１（Ｓ２１）：ＣＰＵ１１は、ステップ１３の演算によって得た左右の電動モータ４での負荷電流Ｉを読み込み、左右の電動モータ４のうちで負荷電流Ｉが小さいほうの負荷電流Ｉと、予め設定されている最低負荷電流Ｉｍｉｎとの比較を行う。Ｉｍｉｎより小さい場合には、何らかの原因で電源装置８からの電流が供給されていないか、またはフェイルセーフによって作動を停止した場合であるため、そのままの異常時制御を継続してステップ１８へ進む。Ｉｍｉｎより大きい場合には、片側の電動ローラースケート１が空中で空回り状態となっている片足走行と判断して、ステップ２２へ進む。
【００４３】
ステップ２２（Ｓ２２）：ＣＰＵ１１は、ステップ１３の演算によって得た左右の回転速度Ｒを読み込みながら、負荷電流Ｉが小さいほうの電動モータ４の回転速度を他方の回転速度に同期させるために、負荷電流Ｉが小さい方の電動モータ４に供給する駆動電流を、負荷電流Ｉが大きい方の電動モータ４に供給されている駆動電流と等しくなるように、ドライバ１０を制御する。ローラースケートでの片足走行では足９を交互に入れ替えながら走行を継続するが、例えば空中に浮いた側の電動モータ４の回転速度Ｒが接地している側の電動モータ４の回転速度Ｒよりも極端に小さい場合、足９を入れ替えるために着地をした際に一時的に片側に減速作用が働いてしまい、体全体に垂直軸を中心とした回転が発生し走行中の姿勢が不安定となる。そのため、このステップでの回転速度制御によって、走行中の姿勢の安定を確保する。その後、ステップ１８へと進む。
【００４４】
左右の電動ローラースケート間で、通信回路を介して相互の情報交換および連携制御を行うことにより、左右の足に独立して電動式移動体を装着することができ、路面の凹凸や障害物に容易に対処可能になる。また、運動検知手段が検出した乗り手の動作に従って、制御装置が駆動輪をフィードバック制御することで、コントローラ等を手で操作することなく乗り手の意思どおりの運動を行うことが可能となる。
【００４５】
［第２の実施の形態］
本願発明の電動式移動体の好適な他の実施の形態について、電動ローラースケートを例示して図面を参照しながら説明する。図５は本願発明の電動式移動体である電動ローラースケートの構造を模式的に示す図であり、図５（ａ）は側面図、図５（ｂ）は上方投影図である。電動ローラースケート２１はベースプレート２２と、駆動輪２３と、電動モータ２４と、制御装置２５と、前方の補助輪２６と、電源装置２８との各部から構成されている。図では電動ローラースケート２１は片方しか記載されていないが、同様の構造を持つ電動ローラースケートと対になって一人の乗り手が装着する電動ローラースケート２１となり、片方の電動ローラースケート２１につき乗り手の片方の足２９をベースプレート２２上に搭載する構造である。
【００４６】
ベースプレート２２は乗り手の片方の足２９を搭載するための平板な板状部材であり、乗り手の体重を保持できる程度の強度を必要とし、図示していないが他の各部材を固定する固定具が設けられている。また、足２９を安定して搭載することが出来る程度の面積を有しており、表面上には適宜滑り止めや足２９を固定する固定具が設けられているとする。以下においては、乗り手の足２９の爪先側を前方とし、かかと側を後方とする。
【００４７】
駆動輪２３は、ベースプレート２２の地面側に設置される車輪状の部材であり、電動モータ２４から供給される動力によって回転し、電動ローラースケート２１の加減速を行う。駆動輪２３も乗り手の体重を保持できる程度の強度を必要とし、図示していないが電動モータ２４との接続部分には動力を伝達するためのギア等の部材が形成されているものとする。本実施の形態では、ベースプレート２２の後方先端に駆動輪２３が配置されているとする。
【００４８】
電動モータ２４は、電源装置２８から供給される電気エネルギーを運動エネルギーに変換するための装置であり、通常用いられているモータ装置と同様に永久磁石とコイルによる回転運動を起こすものである。電動モータ２４の特性としては、乗り手の体重および乗り手の運動による荷重が加わった場合にも、駆動輪２３の回転数を制御することが可能な程度のトルクとが必要とされる。
【００４９】
制御装置２５は、電源装置２８から供給される電流を図４に示したものと同様のフローに従って制御して電動モータ２４に伝達するための装置であり、図３に示したブロック図の例と同様の構成である。
【００５０】
前方の補助輪２６は、ベースプレート２２の地面側かつ乗り手の足２９の爪先領域に設置される車輪上の部材であり、前後方向の傾斜を制限し、接地面との摩擦等から受ける力に従って自由に回転可能とされている。また、乗り手が垂直にベースプレート２２上に立っている状態で前方の補助輪２６は接地しており、電動ローラースケート２１の安定性を向上させることを目的とした補助的な車輪である。
【００５１】
電源装置２８は、例えばＬｉ−ｉｏｎバッテリなどの化学電池などであり、電源モータ２４および制御装置２５に電気エネルギーを供給するための装置である。電源としての機能を実現するものであれば、化学電池に限らず燃料電池や発電機を用いるとしてもよい。また、電動モータ２４を回生モードとした場合に発生する電流を蓄えておくために、一次電池と二次電池とを併用する構成としても良い。本実施の形態では、電源装置２８はベースプレート２２の後端で足２９の踵と接するように取り付けられているとしている。
【００５２】
乗り手の足２９は、ベースプレート２２に例えばバンドや固定用バックルなどで固定される。これにより、通常のローラースケートと同様に乗り手の動作に応じて、電動ローラースケート２１を操作することができる状態とする。
【００５３】
本実施の形態では駆動輪２３をベースプレート２２の後方に配置し、前方の補助輪２６を常に接地するようにして安定性を向上した点が第１の実施の形態と相違する。常に接地している車輪が増加することにより、走行時に地面から受ける抵抗が増加する反面、左右の電動ローラースケート２１に必要な運動検出装置の数を低減できるため製造コストの低減を図ることができる。制御装置２５の構成は第１の実施の形態で図３に示したものと同様であり、動作中の運動制御方法も第１の実施の形態で図４に示したフローチャートと同様である。
【００５４】
［第３の実施の形態］
本願発明の電動式移動体の好適な他の実施の形態について、電動ローラースケートを例示して図面を参照しながら説明する。図６は本願発明の電動式移動体である電動ローラースケートの構造を模式的に示す図であり、図６（ａ）は側面図、図６（ｂ）は上方投影図である。電動ローラースケート３１はベースプレート３２と、駆動輪３３と、電動モータ３４と、制御装置３５と、前方の補助輪３６と、電源装置３８との各部から構成されている。図では電動ローラースケート３１は片方しか記載されていないが、同様の構造を持つ電動ローラースケートと対になって一人の乗り手が装着する電動ローラースケート３１となり、片方の電動ローラースケート３１につき乗り手の片方の足３９をベースプレート３２上に搭載する構造である。
【００５５】
ベースプレート３２は乗り手の片方の足３９を搭載するための平板な板状部材であり、乗り手の体重を保持できる程度の強度を必要とし、図示していないが他の各部材を固定する固定具が設けられている。また、足３９を安定して搭載することが出来る程度の面積を有しており、表面上には適宜滑り止めや足３９を固定する固定具が設けられているとする。以下においては、乗り手の足３９の爪先側を前方とし、かかと側を後方とする。
【００５６】
駆動輪３３は、ベースプレート３２の地面側に設置される車輪状の部材であり、電動モータ３４から供給される動力によって回転し、電動ローラースケート３１の加減速を行う。駆動輪３３も乗り手の体重を保持できる程度の強度を必要とし、図示していないが電動モータ３４との接続部分には動力を伝達するためのギア等の部材が形成されているものとする。本実施の形態では、ベースプレート３２の後方先端に駆動輪３３が配置されているとする。
【００５７】
電動モータ３４は、電源装置３８から供給される電気エネルギーを運動エネルギーに変換するための装置であり、通常用いられているモータ装置と同様に永久磁石とコイルによる回転運動を起こすものである。電動モータ３４の特性としては、乗り手の体重および乗り手の運動による荷重が加わった場合にも、駆動輪３３の回転数を制御することが可能な程度のトルクとが必要とされる。
【００５８】
制御装置３５は、電源装置３８から供給される電流を図４に示したものと同様のフローに従って制御して電動モータ３４に伝達するための装置であり、図３に示したブロック図の例と同様の構成である。
【００５９】
前方の補助輪３６は、ベースプレート３２の地面側かつ乗り手の足３９の爪先領域に設置される車輪上の部材であり、前後方向の傾斜を制限し、接地面との摩擦等から受ける力に従って自由に回転可能とされている。また、乗り手が垂直にベースプレート３２上に立っている状態で前方の補助輪３６は接地しており、電動ローラースケート３１の安定性を向上させることを目的とした補助的な車輪である。
【００６０】
電源装置３８は、例えばＬｉ−ｉｏｎバッテリなどの化学電池などであり、電源モータ３４および制御装置３５に電気エネルギーを供給するための装置である。電源としての機能を実現するものであれば、化学電池に限らず燃料電池や発電機を用いるとしてもよい。また、電動モータ３４を回生モードとした場合に発生する電流を蓄えておくために、一次電池と二次電池とを併用する構成としても良い。本実施の形態では、電源装置３８はベースプレート３２の地面側中央付近に取り付けられているとしている。
【００６１】
乗り手の足３９は、ベースプレート３２に例えばバンドや固定用バックルなどで固定される。これにより、通常のローラースケートと同様に乗り手の動作に応じて、電動ローラースケート３１を操作することができる状態とする。
【００６２】
本実施の形態では駆動輪３３をベースプレート３２の後方に配置し、前方の補助輪３６を常に接地するようにして安定性を向上した点が第１の実施の形態と相違する。常に接地している車輪が増加することにより、走行時に地面から受ける抵抗が増加する反面、左右の電動ローラースケート３１に必要な運動検出装置の数を低減できるため製造コストの低減を図ることができる。制御装置３５の構成は第１の実施の形態で図３に示したものと同様であり、動作中の運動制御方法も第１の実施の形態で図４に示したフローチャートと同様である。
【００６３】
また、本実施の形態は電源装置３８をベースプレート３２の地面側に取り付ける点が第２の実施の形態と相違する。電源装置３８がベースプレート３２の地面側に取り付けられていることによって、電動ローラースケート３１の重心位置が低下し安定化を図ることが可能となる。また、電動ローラースケート３１の小型化を図ることも可能となる。
【００６４】
［第４の実施の形態］
本願発明の電動式移動体の好適な他の実施の形態について、電動ローラースケートを例示して図面を参照しながら説明する。図７は本願発明の電動式移動体である電動ローラースケートの構造を模式的に示す図であり、図７（ａ）は側面図、図７（ｂ）は上方投影図である。電動ローラースケート４１はベースプレート４２と、駆動輪４３と、電動モータ４４と、制御装置４５と、前方の補助輪４６と、電源装置４８との各部から構成されている。図では電動ローラースケート４１は片方しか記載されていないが、同様の構造を持つ電動ローラースケートと対になって一人の乗り手が装着する電動ローラースケート４１となり、片方の電動ローラースケート４１につき乗り手の片方の足４９をベースプレート４２上に搭載する構造である。
【００６５】
ベースプレート４２は乗り手の片方の足４９を搭載するための平板な板状部材であり、乗り手の体重を保持できる程度の強度を必要とし、図示していないが他の各部材を固定する固定具が設けられている。また、足４９を安定して搭載することが出来る程度の面積を有しており、表面上には適宜滑り止めや足４９を固定する固定具が設けられているとする。以下においては、乗り手の足４９の爪先側を前方とし、かかと側を後方とする。
【００６６】
駆動輪４３は、ベースプレート４２の地面側に設置される車輪状の部材であり、電動モータ４４から供給される動力によって回転し、電動ローラースケート４１の加減速を行う。駆動輪４３も乗り手の体重を保持できる程度の強度を必要とし、図示していないが電動モータ４４との接続部分には動力を伝達するためのギア等の部材が形成されているものとする。本実施の形態では、ベースプレート４２の後方先端に駆動輪４３が配置されているとする。
【００６７】
電動モータ４４は、電源装置４８から供給される電気エネルギーを運動エネルギーに変換するための装置であり、通常用いられているモータ装置と同様に永久磁石とコイルによる回転運動を起こすものである。電動モータ４４の特性としては、乗り手の体重および乗り手の運動による荷重が加わった場合にも、駆動輪４３の回転数を制御することが可能な程度のトルクとが必要とされる。
【００６８】
制御装置４５は、電源装置４８から供給される電流を図４に示したものと同様のフローに従って制御して電動モータ４４に伝達するための装置であり、図３に示したブロック図の例と同様の構成である。
【００６９】
前方の補助輪４６は、ベースプレート４２の地面側かつ乗り手の足４９の爪先領域に設置される車輪上の部材であり、前後方向の傾斜を制限し、接地面との摩擦等から受ける力に従って自由に回転可能とされている。また、乗り手が垂直にベースプレート４２上に立っている状態で前方の補助輪４６は接地しており、電動ローラースケート４１の安定性を向上させることを目的とした補助的な車輪である。
【００７０】
電源装置４８は、例えばＬｉ−ｉｏｎバッテリなどの化学電池などであり、電源モータ４４および制御装置４５に電気エネルギーを供給するための装置である。電源としての機能を実現するものであれば、化学電池に限らず燃料電池や発電機を用いるとしてもよい。また、電動モータ４４を回生モードとした場合に発生する電流を蓄えておくために、一次電池と二次電池とを併用する構成としても良い。本実施の形態では、電源装置４８はベースプレート４２の地面側中央付近に取り付けられているとしている。
【００７１】
乗り手の足４９は、ベースプレート４２に例えばバンドや固定用バックルなどで固定される。これにより、通常のローラースケートと同様に乗り手の動作に応じて、電動ローラースケート４１を操作することができる状態とする。
【００７２】
本実施の形態では駆動輪４３をベースプレート４２の後方に配置し、前方の補助輪４６を二輪に増加し常に接地するようにして安定性を向上した点が他の実施の形態と相違する。常に接地している車輪が増加することにより、走行時に地面から受ける抵抗が増加する反面、左右の電動ローラースケート４１に必要な運動検出装置の数を低減できるため製造コストの低減を図ることができる。制御装置４５の構成は第１の実施の形態で図３に示したものと同様であり、動作中の運動制御方法も第１の実施の形態で図４に示したフローチャートと同様である。
【００７３】
また、本実施の形態は電源装置４８をベースプレート４２の地面側に取り付ける点が第２の実施の形態と相違する。電源装置４８がベースプレート４２の地面側に取り付けられていることによって、電動ローラースケート４１の重心位置が低下し安定化を図ることが可能となる。また、電動ローラースケート４１の小型化を図ることも可能となる。
【００７４】
［第５の実施の形態］
本願発明の電動式移動体の好適な他の実施の形態について、電動ローラースケートを例示して図面を参照しながら説明する。図８は本願発明の電動式移動体である電動ローラースケートの構造を模式的に示す図であり、図８（ａ）は側面図、図８（ｂ）は上方投影図である。電動ローラースケート５１はベースプレート５２と、駆動輪５３と、電動モータ５４と、制御装置５５と、後方の補助輪５７と、電源装置５８との各部から構成されている。図では電動ローラースケート５１は片方しか記載されていないが、同様の構造を持つ電動ローラースケートと対になって一人の乗り手が装着する電動ローラースケート５１となり、片方の電動ローラースケート５１につき乗り手の片方の足５９をベースプレート５２上に搭載する構造である。
【００７５】
ベースプレート５２は乗り手の片方の足５９を搭載するための平板な板状部材であり、乗り手の体重を保持できる程度の強度を必要とし、図示していないが他の各部材を固定する固定具が設けられている。また、足５９を安定して搭載することが出来る程度の面積を有しており、表面上には適宜滑り止めや足５９を固定する固定具が設けられているとする。以下においては、乗り手の足５９の爪先側を前方とし、かかと側を後方とする。
【００７６】
駆動輪５３は、ベースプレート５２の地面側に設置される車輪状の部材であり、電動モータ５４から供給される動力によって回転し、電動ローラースケート５１の加減速を行う。駆動輪５３も乗り手の体重を保持できる程度の強度を必要とし、図示していないが電動モータ５４との接続部分には動力を伝達するためのギア等の部材が形成されているものとする。本実施の形態では、ベースプレート５２の前方先端に駆動輪５３が配置されているとする。
【００７７】
電動モータ５４は、電源装置５８から供給される電気エネルギーを運動エネルギーに変換するための装置であり、通常用いられているモータ装置と同様に永久磁石とコイルによる回転運動を起こすものである。電動モータ５４の特性としては、乗り手の体重および乗り手の運動による荷重が加わった場合にも、駆動輪５３の回転数を制御することが可能な程度のトルクとが必要とされる。
【００７８】
制御装置５５は、電源装置５８から供給される電流を図４に示したものと同様のフローに従って制御して電動モータ５４に伝達するための装置であり、図３に示したブロック図の例と同様の構成である。
【００７９】
後方の補助輪５７は、ベースプレート５２の地面側かつ乗り手の足５９の踵領域に設置される車輪上の部材であり、前後方向の傾斜を制限し、接地面との摩擦等から受ける力に従って自由に回転可能とされている。また、乗り手が垂直にベースプレート５２上に立っている状態で後方の補助輪５７は接地しており、電動ローラースケート５１の安定性を向上させることを目的とした補助的な車輪である。
【００８０】
電源装置５８は、例えばＬｉ−ｉｏｎバッテリなどの化学電池などであり、電源モータ５４および制御装置５５に電気エネルギーを供給するための装置である。電源としての機能を実現するものであれば、化学電池に限らず燃料電池や発電機を用いるとしてもよい。また、電動モータ５４を回生モードとした場合に発生する電流を蓄えておくために、一次電池と二次電池とを併用する構成としても良い。本実施の形態では、電源装置５８はベースプレート５２の地面側中央付近に取り付けられているとしている。
【００８１】
乗り手の足５９は、ベースプレート５２に例えばバンドや固定用バックルなどで固定される。これにより、通常のローラースケートと同様に乗り手の動作に応じて、電動ローラースケート５１を操作することができる状態とする。
【００８２】
本実施の形態では駆動輪５３をベースプレート５２の前方に配置し、後方の補助輪５７を二輪に増加し常に接地するようにして安定性を向上した点が他の実施の形態と相違する。常に接地している車輪が増加することにより、走行時に地面から受ける抵抗が増加する反面、左右の電動ローラースケート５１に必要な運動検出装置の数を低減できるため製造コストの低減を図ることができる。また、駆動輪５３がベースプレート５２の前方に配置されていることにより、電動ローラースケート５１の発進時の安定性を向上させることが可能となる。制御装置５５の構成は第１の実施の形態で図３に示したものと同様であり、動作中の運動制御方法も第１の実施の形態で図４に示したフローチャートと同様である。
【００８３】
また、本実施の形態は電源装置５８をベースプレート５２の地面側に取り付ける点が第２の実施の形態と相違する。電源装置５８がベースプレート５２の地面側に取り付けられていることによって、電動ローラースケート５１の重心位置が低下し安定化を図ることが可能となる。また、電動ローラースケート５１の小型化を図ることも可能となる。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明してきたように本願発明の電動式移動体は、左右の足に装着して左右独立に電動モータを組み込んで独立駆動させ、両足を独立に使用することで人が歩く動作と同様に自然に操作でき、また両足が１つの場所に固定されていないため外乱による安定性にも優れ、バランスよく移動でき、前後左右の体重移動のみによりスピードの加減速や旋回が可能となり、乗り手の意思を的確に反応し、移動体本来の楽しさを味わうことが可能となる。また、片足を交互に使用しながらスケート走行する場合、空中に浮いた電動モータを接地している側の電動モータと同期制御することで、スピードが速い走行時でも体にヨーが発生しないで、スムーズに走行が継続できるように制御できる。
【００８５】
左右の電動式移動体間で、通信回路を介して相互の情報交換および連携制御を行うことにより、左右の足に独立して電動式移動体を装着することができ、路面の凹凸や障害物に容易に対処可能になる。また、運動検知手段が検出した乗り手の動作に従って、制御装置が駆動輪をフィードバック制御することで、コントローラ等を手で操作することなく乗り手の意思どおりの運動を行うことが可能となる。
【００８６】
駆動輪をベースプレートの後方に配置し、前方の補助輪を常に接地させることや前方の補助輪の数を増加させることにより、左右の電動式移動体に必要な運動検出装置の数を低減できるため製造コストの低減を図ることができる。
【００８７】
駆動輪をベースプレートの前方に配置することにより、電動式移動体の発進時の安定性を向上させることが可能となる。
【００８８】
電源装置がベースプレートの地面側に取り付けられていることによって、電動式移動体の重心位置が低下し安定化を図ることが可能となる。また、電動式移動体の小型化を図ることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の電動式移動体を乗り手が左右の足に装着している様子を模式的に示す図である。
【図２】第１の実施の形態における電動ローラースケートの構成を示す図であり、図２（ａ）は側面図、図２（ｂ）は上方投影図である。
【図３】制御装置の機能別構成を示すブロック図である。
【図４】電動ローラースケートの制御方法を示すフローチャートである。
【図５】第２の実施の形態における電動ローラースケートの構成を示す図であり、図５（ａ）は側面図、図５（ｂ）は上方投影図である。
【図６】第３の実施の形態における電動ローラースケートの構成を示す図であり、図６（ａ）は側面図、図６（ｂ）は上方投影図である。
【図７】第４の実施の形態における電動ローラースケートの構成を示す図であり、図７（ａ）は側面図、図７（ｂ）は上方投影図である。
【図８】第５の実施の形態における電動ローラースケートの構成を示す図であり、図８（ａ）は側面図、図８（ｂ）は上方投影図である。
【符号の説明】
１，２１，３１，４１，５１　　電動ローラースケート
２，２２，３２，４２，５２　　ベースプレート
３，２３，３３，４３，５３　　駆動輪
４，２４，３４，４４，５４　　電動モータ
５，２５，３５，４５，５５　　制御装置
６，２６，３６，４６　　　　前方の補助輪
７，５７　　　　　　後方の補助輪
８，２８，３８，４８，５８　　電源装置
９，２９，３９，４９，５９　　足
１０　　ドライバ
１２　　レゾルバ
１３　　電流電圧センサー
１４　　通信回路
１５　　運動検出装置
【図１】
2004024614.tif 000003
【図２】
2004024614.tif 000004
【図３】
2004024614.tif 000005
【図４】
2004024614.tif 000006
【図５】
2004024614.tif 000007
【図６】
2004024614.tif 000008
【図７】
2004024614.tif 000009
【図８】
2004024614.tif 000010