(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
搭乗者の姿勢変化に応じて倒立移動する倒立移動体と、前記搭乗者又は前記倒立移動体と紐部材を介して接続され、前記紐部材を巻き出し及び巻き込み可能な牽引装置とを備えた倒立移動体制御システムであって、
前記倒立移動体は、
前記搭乗者が両足の各々を乗せる搭乗部と、
前記搭乗者の姿勢変化に応じて変化する前記搭乗部の傾きに基づいて、前記倒立移動体を倒立移動するように制御する制御部と、
前記倒立移動中に前記搭乗者が足位置を修正する場合に操作する操作部と、を有し、
前記制御部は、前記搭乗者から前記操作部が操作された場合に、前記搭乗者又は前記倒立移動体と前記牽引装置との間における前記紐部材の長さをより短くすることで、前記倒立移動体の移動を制限するように前記牽引装置を制御する、
倒立移動体制御システム。
【請求項２】
搭乗者の姿勢変化に応じて倒立移動する倒立移動体と、前記搭乗者又は前記倒立移動体と紐部材を介して接続され、前記紐部材を巻き出し及び巻き込み可能な牽引装置とを備えた倒立移動体制御システムであって、
前記倒立移動体は、
前記搭乗者が両足の各々を乗せる搭乗部と、
前記搭乗者の姿勢変化に応じて変化する前記搭乗部の傾きに基づいて、前記倒立移動体を倒立移動するように制御する制御部と、
前記倒立移動中に前記搭乗者が足位置を修正する場合に操作する操作部と、を有し、
前記制御部は、前記搭乗者から前記操作部が操作された場合に、前記紐部材の張力をより強くすることで、前記倒立移動体の移動を制限するように前記牽引装置を制御する、
倒立移動体制御システム。
【請求項３】
前記牽引装置は、前記搭乗者又は前記倒立移動体よりも高い位置に設けられる、
請求項１又は２に記載の倒立移動体制御システム。
【請求項４】
搭乗者が両足の各々を乗せる搭乗部を有する倒立移動体の制御方法であって、
前記搭乗者の姿勢変化に応じて変化する前記搭乗部の傾きに基づいて、前記倒立移動体を倒立移動するように制御するステップと、
前記倒立移動中に前記搭乗者が足位置を修正する場合に、前記倒立移動体が有する操作部に対して前記搭乗者が行う操作を検出するステップと、
前記操作部に対する操作が検出された場合に、前記搭乗者又は前記倒立移動体と紐部材を介して接続され、前記紐部材を巻き出し及び巻き込み可能な牽引装置を、前記搭乗者又は前記倒立移動体と前記牽引装置との間における前記紐部材の長さをより短くすることで、前記倒立移動体の移動を制限するように制御するステップと、
を備えた倒立移動体の制御方法。
【請求項５】
搭乗者が両足の各々を乗せる搭乗部を有する倒立移動体の制御方法であって、
前記搭乗者の姿勢変化に応じて変化する前記搭乗部の傾きに基づいて、前記倒立移動体を倒立移動するように制御するステップと、
前記倒立移動中に前記搭乗者が足位置を修正する場合に、前記倒立移動体が有する操作部に対して前記搭乗者が行う操作を検出するステップと、
前記操作部に対する操作が検出された場合に、前記搭乗者又は前記倒立移動体と紐部材を介して接続され、前記紐部材を巻き出し及び巻き込み可能な牽引装置を、前記紐部材の張力をより強くすることで、前記倒立移動体の移動を制限するように制御するステップと、
を備えた倒立移動体の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、倒立移動体制御システム、倒立移動体及びその制御方法に関し、特に搭乗者の姿勢変化に応じて倒立移動する倒立移動体を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、倒立状態を維持するように走行する移動体が開示されている。この移動体は、搭乗者が重心を前後に移動させたときに、姿勢センサにより検出された車両本体のピッチ角度に応じて、移動体を前進又は後進させる。また、この移動体は、搭乗者が重心を左右に移動させたときに、姿勢角センサにより検出された車両本体のロール角度に応じて、移動体を左旋回又は右旋回させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−０３１６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような移動体では、使用中に足位置がずれてしまう場合がある。しかしながら、この足位置のずれを解消するために足位置を修正しようとした場合、移動体にかかる重心位置が偏り、一時的に移動体が意図しない移動をしてしまうという問題がある。例えば、足位置を直そうとして一方の足を浮かせた場合、他方の足に体重がかかってしまう。この場合、体重がかかった足の方に重心位置が移動し、移動体が意図しない旋回移動をしてしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、より安定した状態で足位置の修正を行うことができる倒立移動体制御システム、倒立移動体及びその制御方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様に係る倒立移動体制御システムは、搭乗者の姿勢変化に応じて倒立移動する倒立移動体と、前記搭乗者又は前記倒立移動体と紐部材を介して接続され、前記紐部材を巻き出し及び巻き込み可能な牽引装置とを備えた倒立移動体制御システムであって、前記倒立移動体は、前記搭乗者が両足の各々を乗せる搭乗部と、前記搭乗者の姿勢変化に応じて変化する前記搭乗部の傾きに基づいて、前記倒立移動体を倒立移動するように制御する制御部と、前記倒立移動中に前記搭乗者が足位置を修正する場合に操作する操作部と、を有し、前記制御部は、前記搭乗者から前記操作部が操作された場合に、前記倒立移動体の移動を制限するように前記牽引装置を制御するものである。これによれば、搭乗者が足位置を修正する際に、倒立移動体が意図せぬ移動をしないように制限することができる。よって、搭乗者がより安定した状態で足位置の修正を行うことができる。
【０００７】
また、上述の倒立移動体制御システムでは、前記牽引装置は、前記搭乗者又は前記倒立移動体と前記牽引装置との間における前記紐部材の長さをより短くすることで、前記倒立移動体の移動を制限するようにしてもよい。もしくは、前記牽引装置は、前記紐部材の張力をより強くすることで、前記倒立移動体の移動を制限するようにしてもよい。これによれば、搭乗者が足位置を修正する際における重心が偏りを、牽引装置による引っ張りによって抑制し、倒立移動体が牽引装置に対して外側に向かって意図せぬ移動をしてしまうことを抑制することができる。
【０００８】
また、上述の倒立移動体制御システムでは、前記牽引装置は、前記搭乗者又は前記倒立移動体よりも高い位置に設けられるようにしてもよい。これによれば、搭乗者が倒立二輪車２と共に立位姿勢を維持し易くし、より安定性を向上することができる。
【０００９】
本発明の第２の態様に係る倒立移動体は、搭乗者の姿勢変化に応じて倒立移動する倒立移動体であって、前記搭乗者が両足の各々を乗せる搭乗部と、前記搭乗者の姿勢変化に応じて変化する前記搭乗部の傾きに基づいて、前記倒立移動体を倒立移動するように制御する制御部と、前記倒立移動中に前記搭乗者が足位置を修正する場合に操作する操作部と、を有し、前記制御部は、前記搭乗者から前記操作部が操作された場合に、前記搭乗部の傾きの変化を抑制するものである。これによれば、搭乗者が足位置を修正する際に重心が偏ってしまった場合であっても、倒立移動体が意図せぬ移動をしないように制限することができる。よって、搭乗者がより安定した状態で足位置の修正を行うことができる。
【００１０】
また、上述の倒立移動体では、前記制御部は、前記搭乗部の左右方向の傾きに基づいて、前記倒立移動体を旋回移動するように制御するものであり、前記制御部は、前記搭乗者から前記操作部が操作された場合に、前記搭乗部の左右方向の傾きの変化を抑制するようにしてもよい。これによれば、搭乗者が足位置を修正する際に重心が偏ってしまった場合であっても、倒立移動体の意図せぬ旋回移動を抑制することができる。
【００１１】
また、上述の倒立移動体では、前記倒立移動体は、さらに、前記倒立移動体の車輪よりも前方及び後方の少なくとも１つに設けられたストッパを有し、前記制御部は、前記搭乗部の前後方向の傾きに基づいて、前記倒立移動体を前後方向に倒立移動するように制御するものであり、前記制御部は、前記搭乗者から前記操作部が操作された場合に、前記ストッパの接地部をより地面に近い位置に移動させることで、前記搭乗部の前後方向の傾きの変化を抑制するようにしてもよい。これによれば、搭乗者が足位置を修正する際に重心が偏ってしまった場合であっても、倒立移動体の意図せぬ前後移動を抑制することができる。
【００１２】
本発明の第３の態様に係る倒立移動体は、搭乗者の姿勢変化に応じて倒立移動する倒立移動体であって、前記搭乗者が両足の各々を乗せる搭乗部と、前記搭乗者によって把持され、前記搭乗者の姿勢変化に応じて傾きが変化するハンドルと、前記搭乗者の姿勢変化に応じて変化する前記搭乗部の傾きに基づいて、前記倒立移動体を倒立移動するように制御する制御部と、前記倒立移動中に前記搭乗者が足位置を修正する場合に操作する操作部と、を有し、前記制御部は、前記搭乗者から前記操作部が操作された場合に、前記ハンドルの傾きの変化を抑制するものである。これによれば、搭乗者が足位置を修正する際における重心の偏りを抑制し、倒立移動体が意図せぬ移動をしないように制限することができる。よって、搭乗者がより安定した状態で足位置の修正を行うことができる。
【００１３】
本発明の第４の態様に係る倒立移動体の制御方法は、搭乗者が両足の各々を乗せる搭乗部を有する倒立移動体の制御方法であって、前記搭乗者の姿勢変化に応じて変化する前記搭乗部の傾きに基づいて、前記倒立移動体を倒立移動するように制御するステップと、前記倒立移動中に前記搭乗者が足位置を修正する場合に、前記倒立移動体が有する操作部に対して前記搭乗者が行う操作を検出するステップと、前記操作部に対する操作が検出された場合に、前記搭乗者又は前記倒立移動体と紐部材を介して接続され、前記紐部材を巻き出し及び巻き込み可能な牽引装置を、前記倒立移動体の移動を制限するように制御するステップと、を備えたものである。これによれば、搭乗者が足位置を修正する際に、倒立移動体が意図せぬ移動をしないように制限することができる。よって、搭乗者がより安定した状態で足位置の修正を行うことができる。
【００１４】
本発明の第５の態様に係る倒立移動体の制御方法は、搭乗者が両足の各々を乗せる搭乗部を有する倒立移動体の制御方法であって、前記搭乗者の姿勢変化に応じて変化する前記搭乗部の傾きに基づいて、前記倒立移動体を倒立移動するように制御するステップと、前記倒立移動中に前記搭乗者が足位置を修正する場合に、前記倒立移動体が有する操作部に対して前記搭乗者が行う操作を検出するステップと、前記操作部に対する操作が検出された場合に、前記搭乗部の傾きの変化を抑制するステップと、を備えたものである。これによれば、搭乗者が足位置を修正する際に重心が偏ってしまった場合であっても、倒立移動体が意図せぬ移動をしないように制限することができる。よって、搭乗者がより安定した状態で足位置の修正を行うことができる。
【００１５】
本発明の第６の態様に係る倒立移動体の制御方法は、搭乗者によって把持され、前記搭乗者の姿勢変化に応じて傾きが変化するハンドルと、前記搭乗者が両足の各々を乗せる搭乗部とを有する倒立移動体の制御方法であって、前記搭乗者の姿勢変化に応じて変化する前記搭乗部の傾きに基づいて、前記倒立移動体を倒立移動するように制御するステップと、前記倒立移動中に前記搭乗者が足位置を修正する場合に、前記倒立移動体が有する操作部に対して前記搭乗者が行う操作を検出するステップと、前記操作部に対する操作が検出された場合に、前記ハンドルの傾きの変化を抑制するステップと、を備えたものである。これによれば、搭乗者が足位置を修正する際における重心の偏りを抑制し、倒立移動体が意図せぬ移動をしないように制限することができる。よって、搭乗者がより安定した状態で足位置の修正を行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
上述した本発明の各態様によれば、より安定した状態で足位置の修正を行うことができる倒立移動体制御システム、倒立移動体及びその制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１に係る倒立二輪車制御システムの構成を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る倒立二輪車の構成を示す図である。
【図３】実施の形態１に係る懸垂装置の構成を示す図である。
【図４】実施の形態１に係る正常状態を示す図である。
【図５】実施の形態１に係る足位置を修正する状態を示す図である。
【図６】実施の形態１に係る倒立二輪車制御システムの処理を示す図である。
【図７】実施の形態２に係る倒立二輪車の構成を示す図である。
【図８】実施の形態２に係る左右旋回操作に対する第１の移動制限方法を示す図である。
【図９】実施の形態２に係る左右旋回操作に対する第２の移動制限方法を示す図である。
【図１０】実施の形態２に係る前後並進操作に対する移動制限方法を示す図である。
【図１１】実施の形態２に係る倒立二輪車制御システムの処理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について説明する。以下の実施の形態に示す具体的な数値などは、実施の形態の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、それに限定されるものではない。また、以下の記載及び図面では、説明の明確化のため、当業者にとって自明な事項などについては、適宜、省略及び簡略化がなされている。
【００１９】
＜発明の実施の形態１＞
図１を参照して、本発明の実施の形態１に係る倒立二輪車制御システム１の構成について説明する。図１に示すように、倒立二輪車制御システム１は、倒立二輪車２と、懸垂装置３とを有する。倒立二輪車制御システム１は、例えば、倒立二輪車２の搭乗者（訓練者）がバランス感覚をトレーニングするために利用される。
【００２０】
倒立二輪車２は、搭乗者を乗せて移動する車両（移動体）である。倒立二輪車２は、左右一対の車輪４と、ステップカバー５と、ハンドル６と、ハーネス７と、ベルト８と、スイッチ２０とを有する。
【００２１】
倒立二輪車２は、ハンドル６を把持してステップカバー５に搭乗した搭乗者が、倒立二輪車２の前後方向に荷重を作用させた場合に生じる、倒立二輪車２の前後方向に対する姿勢の変化に応じて、倒立二輪車２の倒立状態を維持するように左右の車輪４を回転させる。すなわち、倒立二輪車２は、搭乗者が倒立二輪車２の姿勢を前方に傾斜させると、倒立二輪車２の倒立状態を維持するように前方に走行し、搭乗者が倒立二輪車２の姿勢を後方に傾斜させると、倒立二輪車２の倒立状態を維持するように後方に走行するように、左右の車輪４を回転させる。
【００２２】
また、倒立二輪車２は、ハンドル６を把持してステップカバー５に搭乗した搭乗者が、倒立二輪車２の左右方向に荷重を作用させた場合に生じる、倒立二輪車２の左右方向に対する姿勢の変化に応じて、倒立二輪車２が旋回移動を行うように左右の車輪４を回転させる。すなわち、倒立二輪車２は、搭乗者が倒立二輪車２の姿勢を左方に傾斜させると、倒立二輪車２を左周りに旋回させ、搭乗者が倒立二輪車２の姿勢を右方に傾斜させると倒立二輪車２を右周りに旋回させるように、左右の車輪１３を回転させる。
【００２３】
懸垂装置３は、倒立二輪車２及びそれに乗った搭乗者よりも高い位置に設けられている。懸垂装置３は、ハーネス７を介して搭乗者と接続されている。搭乗者の移動範囲を、懸垂装置３を中心としたハーネス７の長さの範囲内に制限している。また、懸垂装置３は、搭乗者よりも高くに位置することにより、搭乗者を上方に引っ張り上げる形で支持している。これにより、搭乗者が倒立二輪車２と共に立位姿勢を維持し易くし、より安定性を向上している。
【００２４】
ハンドル６は、ステップカバー５上に搭乗した搭乗者が両手で把持可能となるように、倒立二輪車２においてステップカバー５の前方に取り付けられており、上方に向かって延びている。ハンドル６は、ステップカバー５に搭乗した搭乗者と対向するようにスイッチ２０が取り付けられている。搭乗者が、倒立二輪車２の左右方向に作用させた荷重に応じて左右方向に傾斜する。
【００２５】
ステップカバー５は、搭乗者が両足の各々を乗せる搭乗部である。ステップカバー５は、搭乗者が倒立二輪車２の前後方向に作用させた荷重に応じて、倒立二輪車２全体と共に前後方向に傾斜する。また、ステップカバー５は、搭乗者が倒立二輪車２の左右方向に作用させた荷重に応じて、ハンドル６と共に左右方向に傾斜する。より具体的には、倒立二輪車２は、ハンドル６とステップカバー５を含むリンク機構を有する。これにより、搭乗者が右足に荷重をシフトして姿勢を左方に傾斜させると、リンク機構を介してステップカバー５は左に傾斜し、これと連動してハンドル６も左に傾斜する。また、搭乗者が左足に荷重をシフトして姿勢を右方に傾斜させると、リンク機構を介してステップカバー５は右に傾斜し、これと連動してハンドル６も右に傾斜する。リンク機構は、倒立二輪車２を旋回させるための操作部として機能する。なお、ハンドル６は、ステップカバー５を有するリンク機構とは連結せず独立して設けられていてもよい。
【００２６】
車輪４は、倒立二輪車２においてステップカバー５の下方に設けられている。車輪４は、倒立二輪車２において左右対称となるように２つ設けられている。
【００２７】
ハーネス７は、搭乗者と懸垂装置３とを接続する紐部材である。ハーネス７は、その材質として任意の材質を採用してよい。しかしながら、好ましくは、例えば、ゴム又はバネ等の弾性材を含む伸縮性のある材質とすることで、倒立二輪車２の操作性の低下を抑制することができる。ここで、ハーネス７は、ベルト８を介して搭乗者に接続されている。ベルト８は、搭乗者の上半身に装着される。
【００２８】
スイッチ２０は、搭乗者が倒立二輪車２の動作モードを切り替えるための操作部である。搭乗者は、ステップカバー５に対する足位置が自身が適切と感じる位置（正常位置）からずれて足位置を修正したい場合にスイッチ２０を押下する。このスイッチ２０の押下に応じて、倒立二輪車２は、通常モード（リハビリモード）から倒立二輪車２の移動を制限する足位置修正モードに遷移する。また、搭乗者は、ステップカバー５に対する足位置の修正が完了した場合にスイッチ２０を押下する。このスイッチ２０の押下に応じて、倒立二輪車２は、足位置修正モードから倒立二輪車２の移動を制限しない通常モードに遷移する。
【００２９】
このように、本実施の形態１では、搭乗者がずれた足位置を修正する場合には、倒立二輪車２の移動を制限するようにしている。これにより、足位置を修正する際の重心移動による影響を低減し、より安定した状態で足位置の修正を行うことができるようにしている。
【００３０】
続いて、図２及び図３を参照して、本実施の形態１に係る倒立二輪車２の制御方法について説明する。図２は、上述の通常モードにおける状態を示している。図３は、上述の足位置修正モードにおける状態を示している。
【００３１】
図２に示すように、通常モードでは、懸垂装置３は、倒立二輪車２に乗る搭乗者と懸垂装置３との間におけるハーネス７の長さを長くして、倒立二輪車２が移動可能な範囲を広げる。この長さは、所定の第１の長さとなる。
【００３２】
一方、図３に示すように、足位置修正モードでは懸垂装置３は、倒立二輪車２に乗る搭乗者と懸垂装置３との間におけるハーネス７の長さを短くして、倒立二輪車２が移動可能な範囲を制限する。この長さは、上述の第１の長さよりも短い所定の第２の長さとなる。
【００３３】
本実施の形態１では、このように、倒立二輪車２の移動範囲を制限することで、倒立二輪車２の移動の制限している。例えば、搭乗者が足位置を修正する際における重心の偏りを、懸垂装置３による引っ張りによって抑制することができる。すなわち、例えば、倒立二輪車２が意図せぬ旋回移動によって、懸垂装置３に対して外側に向かって移動してしまうことを抑制することができる。
【００３４】
続いて、図４を参照して、本発明の実施の形態１に係る倒立二輪車２の構成について説明する。図４に示すように、倒立二輪車２は、スイッチ２０と、姿勢角センサ２１と、リーン角センサ２２と、制御部２３と、無線通信部２４と、駆動回路２５、２６と、モータ２７、２８とを有する。
【００３５】
スイッチ２０は、上述したように、搭乗者から足位置の修正を開始する場合および足位置の修正が終了した場合に操作される。スイッチ２０は、搭乗者からの足位置の修正の開始を通知する入力に応じて、それを通知する通知信号を制御部２３に出力する。また、スイッチ２０は、搭乗者からの足位置の修正の終了を通知する入力に応じて、それを通知する通知信号を制御部２３に出力する。例えば、スイッチ２０は、足位置の修正の開始を通知する入力として、搭乗者から押下されることでＯＮにされ、ＯＮであることを通知する通知信号を制御部２３に出力する。スイッチ２０は、足位置の修正の終了を通知する入力として、搭乗者から押下されることでＯＦＦにされ、ＯＦＦであることを通知する通知信号を生成して制御部２３に出力する。なお、この足位置の修正の開始及び終了と、スイッチのＯＮ及びＯＦＦの関係は、上記説明とは逆としてもよい。
【００３６】
姿勢角センサ２１は、訓練者がステップカバー５に対して、倒立二輪車２の前後方向に荷重を作用させることで変化する、ステップカバー５を含む倒立二輪車２全体の前後方向の姿勢角（ピッチ軸周りの角度）を検出するセンサである。姿勢角センサ２１は、検出した姿勢角を示す姿勢角信号を生成して制御部２３に出力する。以下、この倒立二輪車２のピッチ軸周りの角度を「ピッチ角」とも呼ぶ。
【００３７】
リーン角センサ２２は、リーン角としてステップカバー５の左右方向の傾斜角（ロール軸周りの角度）を検出し、検出したリーン角を示すリーン角信号を生成して制御部２３に出力する。なお、上述したように、ステップカバー５とハンドル６とはリンク機構によって連動しているため、リーン角センサ２２が検出する傾斜角は、ハンドル６の左右方向の傾斜角にも相当する。
【００３８】
制御部２３は、上述したように、倒立二輪車２の倒立状態を維持するように倒立二輪車２を倒立移動制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）として機能する。制御部２３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及び記憶部（図示せず）を有し、ＣＰＵによって記憶部に格納されたプログラムを実行することによって、本実施の形態における制御部２３としての処理を実行する。すなわち、制御部２３の記憶部に格納されるプログラムは、本実施の形態に係る制御部２３における処理を、ＣＰＵに実行させるためのコードを含む。なお、記憶部は、例えば、このプログラムや、ＣＰＵにおける処理に利用される各種情報を格納することができる記憶装置を含んで構成される。記憶装置として、例えばメモリ及びハードディスク等の記憶装置のうち、少なくとも１つの任意の記憶装置を利用してよい。
【００３９】
制御部２３は、モータ２７を制御する指令値を駆動回路２５に出力する。また、制御部２３は、モータ２８を制御する指令値を駆動回路２６に出力する。より具体的には、制御部２３は、姿勢角センサ２１から出力される姿勢角信号が示す倒立二輪車２の姿勢角に基づいて、倒立二輪車２の倒立状態を維持するようにモータ２７、２８を制御する指令値を生成する。
【００４０】
制御部２３は、姿勢角が、所定の基準姿勢角よりも前方に傾斜した角度となっている場合、倒立二輪車２を前方に走行させるように指令値を生成する。一方、制御部２３は、姿勢角が、上述の基準姿勢角よりも後方に傾斜した角度となっている場合、倒立二輪車２を後方に走行させるように指令値を生成する。なお、制御部２３は、上述の基準姿勢角と姿勢角との差が大きくなるに従って、倒立二輪車２をより加速させるように指令値を生成する。
【００４１】
また、リーン角センサ２２から出力されるリーン角信号が示す倒立二輪車２のリーン角に基づいて、倒立二輪車２が旋回するようにモータ２７、２８を制御する指令値を生成する。
【００４２】
制御部２３は、リーン角が、倒立二輪車２における所定の基準傾斜角よりも右方に傾斜した角度となっている場合、倒立二輪車２を右方に旋回させるように指令値を生成する。一方、制御部２３は、リーン角が、倒立二輪車２における上述の基準傾斜角よりも左方に傾斜した角度となっている場合、倒立二輪車２を左方に旋回させるように指令値を生成する。なお、制御部２３は、上述の基準傾斜角とリーン角との差が大きくなるに従って、倒立二輪車２がより急旋回となる（より旋回半径が小さくなる）ように指令値を生成する。
【００４３】
ここで、制御部２３は、スイッチ２０から足位置の修正の開始を通知する通知信号を受けた場合、無線通信部２４を介して足位置修正モードへの遷移を指示する通知信号を懸垂装置３に送信する。この通知信号に応じて、懸垂装置３は、ハーネス７の長さを短くし、第２の長さに調整する。一方、制御部２３は、スイッチ２０から足位置の修正の終了を通知する通知信号を受けた場合、無線通信部２４を介して通常モードへの遷移を指示する通知信号を懸垂装置３に送信する。この通知信号に応じて、懸垂装置３は、ハーネス７の長さを長くし、第１の長さに調整する。
【００４４】
無線通信部２４は、懸垂装置３との間で無線信号によって任意の情報を送受信する。無線通信部２４は、制御部２３から出力された情報を、電気信号から無線信号に変換して懸垂装置３に送信する。無線通信部２４は、懸垂装置３から受信した情報を、無線信号から電気信号に変換して制御部２３に出力する。なお、無線通信部２４が利用する無線信号には、任意の無線通信規格を採用してよい。例えば、無線通信部２４は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）アダプタを有するようにし、その無線ＬＡＮアダプタによって無線ＬＡＮ規格に従った情報を送受信するようにしてよい。
【００４５】
駆動回路２５は、制御部２３から出力された指令値に基づいて、モータ２７を駆動する駆動電流を生成してモータ２７に供給する。駆動回路２６は、制御部２３から出力された指令値に基づいて、モータ２８を駆動する駆動電流を生成してモータ２８に供給する。
【００４６】
モータ２７は、駆動回路２５から供給される駆動電流に基づいて駆動される。モータ２７を駆動することによって、倒立二輪車２の左側の車輪４が回転する。モータ２８は、駆動回路２６から供給される駆動電流に基づいて駆動される。モータ２８を駆動することによって、倒立二輪車２の右側の車輪４が回転する。
【００４７】
続いて、図５を参照して、本発明の実施の形態１に係る懸垂装置３の構成について説明する。図５に示すように、懸垂装置３は、無線通信部３１と、制御部３２と、駆動回路３３と、モータ３４とを有する。
【００４８】
無線通信部３１は、倒立二輪車２との間で無線信号によって任意の情報を送受信する。無線通信部３１は、制御部３２から出力された情報を、電気信号から無線信号に変換して倒立二輪車２に送信する。無線通信部３１は、倒立二輪車２から受信した情報を、無線信号から電気信号に変換して制御部３２に出力する。なお、無線通信部３１が利用する無線信号には、無線通信部２４と同様に、任意の無線通信規格を採用してよい。
【００４９】
制御部３２は、上述したように、ハーネス７の長さを調整して、倒立二輪車２の移動範囲を制限する制御を行う。制御部３２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及び記憶部（図示せず）を有し、ＣＰＵによって記憶部に格納されたプログラムを実行することによって、本実施の形態における制御部３２としての処理を実行する。すなわち、制御部３２の記憶部に格納されるプログラムは、本実施の形態に係る制御部３２における処理を、ＣＰＵに実行させるためのコードを含む。なお、記憶部は、例えば、このプログラムや、ＣＰＵにおける処理に利用される各種情報を格納することができる記憶装置を含んで構成される。記憶装置として、例えばメモリ及びハードディスク等の記憶装置のうち、少なくとも１つの任意の記憶装置を利用してよい。
【００５０】
制御部３２は、モータ３４を制御する指令値を駆動回路３３に出力する。より具体的には、制御部３２は、倒立二輪車２から受信した指示情報に応じて、ハーネス７の長さを調整する指令値を駆動回路３３に出力する。
【００５１】
制御部３２は、足位置修正モードへの遷移を指示する指示情報を受信した場合、ハーネス７を巻き込んで、倒立二輪車２に乗る搭乗者と懸垂装置３との間におけるハーネス７の長さが第２の長さとなるように指令値を生成する。一方、制御部３２は、通常モードへの遷移を指示する指示情報を受信した場合、ハーネス７を巻き出して、倒立二輪車２に乗る搭乗者と懸垂装置３との間におけるハーネス７の長さが第１の長さとなるように指令値を生成する。
【００５２】
駆動回路３３は、制御部３２から出力された指令値に基づいて、モータ３４を駆動する駆動電流を生成してモータ３４に供給する。モータ３４は、駆動回路３３から供給される駆動電流に基づいて駆動される。モータ３４を駆動することによって、ハーネス７の巻き出し及び巻き込みが行われる。
【００５３】
続いて、図６を参照して、本発明の実施の形態１に係る倒立二輪車制御システム１の処理について説明する。
【００５４】
倒立二輪車２の搭乗者は、足位置を修正したい場合、倒立二輪車２のスイッチ２０を押下する（Ｓ１：Ｙｅｓ）。倒立二輪車２の制御部２３は、搭乗者からのスイッチ２０の押下に応じて、足位置修正モードへの遷移を指示する指示情報を生成し、無線通信部２４を介して懸垂装置３に送信する。
【００５５】
懸垂装置３の制御部３２は、無線通信部３１を介して倒立二輪車２から送信された指示情報を受信する。制御部３２は、足位置修正モードへの遷移を指示する指示情報の受信に応じて、ハーネス７を巻き込んで、倒立二輪車２に乗った搭乗者のハーネス７による拘束を強めるようにモータ３４を制御する（Ｓ２）。すなわち、図３に示すように、倒立二輪車２に乗る搭乗者と懸垂装置３との間におけるハーネス７の長さが短くされる。
【００５６】
その後、倒立二輪車２の搭乗者は、足位置を修正が不要となった場合、倒立二輪車２のスイッチ２０を押下する（Ｓ１：Ｎｏ）。倒立二輪車２の制御部２３は、搭乗者からのスイッチ２０の押下に応じて、通常モードへの遷移を指示する指示情報を生成し、無線通信部２４を介して懸垂装置３に送信する。
【００５７】
懸垂装置３の制御部３２は、無線通信部３１を介して倒立二輪車２から送信された指示情報を受信する。制御部３２は、通常モードへの遷移を指示する指示情報の受信に応じて、ハーネス７を巻き出して、倒立二輪車２に乗った搭乗者のハーネス７による拘束を弱めるようにモータ３４を制御する（Ｓ３）。すなわち、図２に示すように、倒立二輪車２に乗る搭乗者と懸垂装置３との間におけるハーネス７の長さが長くされる。
【００５８】
以上に説明したように、本実施の形態１では、制御部２３は、倒立移動中に搭乗者が足位置を修正する場合にスイッチ２０（操作部）に対して搭乗者が行う操作を検出し、倒立二輪車２（倒立移動体）の移動を制限するように懸垂装置３（牽引装置）を制御するようにしている。これによれば、搭乗者が足位置を修正する際に、倒立二輪車２が意図せぬ移動をしないように制限することができる。よって、搭乗者がより安定した状態で足位置の修正を行うことができる。
【００５９】
また、本実施の形態１では、懸垂装置３（牽引装置）は、ハーネス７を巻き込んでハーネス７の長さを短くすることで、倒立二輪車２の移動を制限するようにしている。これによれば、搭乗者が足位置を修正する際における重心が偏りを抑制し、倒立二輪車２が懸垂装置３に対して外側に向かって意図せぬ移動をしてしまうことを抑制することができる。
【００６０】
（実施の形態１の変形例）
上述した実施の形態１では、懸垂装置３が倒立二輪車２及びそれに乗った搭乗者よりも高い位置に設けられている例について説明したが、これに限られない。例えば、懸垂装置３は、地面に設けられていてもよい。すなわち、倒立二輪車２に乗った搭乗者と接続されて倒立二輪車２の移動範囲を制限する装置は、搭乗者を牽引するものであれば、搭乗者を上方から牽引する装置に限られず、搭乗者を側方から牽引する装置であってもよい。
【００６１】
また、上述した実施の形態１では、倒立二輪車２に乗った搭乗者と懸垂装置３とを接続することで、倒立二輪車２の移動範囲を制限する例について説明したが、これに限られない。倒立二輪車２と懸垂装置３とを直接接続することで、倒立二輪車２の移動範囲を制限するようにしてもよい。この場合、倒立二輪車２のうち、任意の箇所を懸垂装置３と接続してよい。しかしながら、好ましくは、倒立二輪車２のハンドル６と懸垂装置３とを接続することで、効果的にハンドル６を把持する搭乗者の姿勢変化を抑制して倒立二輪車２の移動を制限することができる。
【００６２】
また、上述した実施の形態１では、通常モードと足位置修正モードとの間で、倒立二輪車２と懸垂装置３との間におけるハーネス７の長さを固定的に切り替える例について説明したが、これに限られない。例えば、通常モードと足位置修正モードとの間で、ハーネス７の張力を切り替えるようにしてもよい。
【００６３】
この場合、通常モードでは、懸垂装置３の制御部３２は、ハーネス７の張力が所定の第１の張力を保つようにモータ３４をトルク制御する。一方、足位置修正モードでは、制御部３２は、ハーネス７の張力が上述の第１の張力よりも大きい所定の第２の張力を保つようにモータ３４をトルク制御する。これらの制御では、制御部３２は、ハーネス７が緩んでおり、ハーネス７の張力が目標の張力（第１の張力又は第２の張力）よりも低い場合には、ハーネス７を巻き込むようにモータ３４を制御する。一方、制御部３２は、ハーネス７が張っており、ハーネス７の張力が目標の張力（第１の張力又は第２の張力）よりも高い場合には、ハーネス７を巻き出すようにモータ３４を制御する。なお、ハーネス７の張力は、懸垂装置３にモータ３４のトルクを計測するトルクセンサを有するようにし、制御部３２がトルクセンサが計測したトルクに基づいて算出するようにすればよい。すなわち、ハーネス７を巻き込むのみの制御に限られず、ハーネス７を巻き出し及び巻き込みの少なくとも１つの制御を行うことで、倒立二輪車２の移動を制限するようにしてもよい。
【００６４】
また、上述した実施の形態１では、倒立二輪車２と懸垂装置３とが無線通信によって情報を送受信する例について説明したが、これに限られない。倒立二輪車２と懸垂装置３とは、有線通信によって情報を送受信するようにしてもよい。この場合、倒立二輪車２と懸垂装置３とのそれぞれは、無線通信部２４、３１に代えて、有線通信部を有する。有通信部は、情報を採用した通信規格に準じた形式の信号に変換して他方の装置に送信する。この信号が伝送される信号線は、例えば、ハーネス７に沿って倒立二輪車２と懸垂装置３とに接続されるようにすればよい。
【００６５】
＜発明の実施の形態２＞
続いて、本発明の実施の形態２について説明する。以下、上述した実施の形態１と同様の内容については適宜説明を省略する。本実施の形態２に係る倒立二輪車制御システム１は、実施の形態１に係る倒立二輪車制御システム１と比較して、懸垂装置３を有さない。すなわち、図１に示す倒立二輪車制御システム１において、懸垂装置３、ハーネス７、及びベルト８を有さない構成であることは自明であるため、図示は省略する。
【００６６】
続いて、図７〜図９を参照して、本実施の形態２に係る倒立二輪車２の制御方法について説明する。図７〜図９のそれぞれは、左図として通常モードにおける状態を示し、右図として足位置修正モードにおける状態を示している。本実施の形態２では、倒立二輪車２の移動を制限する方法として、図７〜図９のそれぞれに示す方法のうち、少なくとも１つを採用するようにしてよい。
【００６７】
図７に示す方法は、搭乗者による左右旋回操作に対する第１の移動制限方法を示している。左図に示すように、通常モードでは、倒立二輪車２の制御部２３は、ハンドル６の動きを抑制せずに、ハンドル６の左右方向の傾斜可能範囲を広くする。一方、右図に示すように、足位置修正モードでは、ハンドル６の動きを抑制することで、倒立二輪車２の制御部２３は、ハンドル６の左右方向の傾斜可能範囲を通常モード時よりも狭くする又は完全に固定する。これによれば、ハンドル６を把持する搭乗者の左右方向への姿勢の変化が抑制されるため、ステップカバー５の左右方向への傾きの変化を抑制することができる。よって、搭乗者が足位置を修正する際における重心の偏りを抑制し、倒立二輪車２の意図せぬ旋回移動を抑制することができる。なお、例えば、ハンドル６の動きの抑制は、後述するように電磁ブレーキによって行う。
【００６８】
図８に示す方法は、搭乗者による左右旋回操作に対する第２の移動制限方法を示している。左図に示すように、通常モードでは、倒立二輪車２の制御部２３は、ステップカバー５を含むリンク機構（平行リンク）の動きを抑制せずに、ステップカバー５の左右方向の傾斜可能範囲を広くする。一方、右図に示すように、足位置修正モードでは、倒立二輪車２の制御部２３は、ステップカバー５を含むリンク機構の動きを抑制することで、ステップカバー５の左右方向の傾斜可能範囲を通常モード時よりも狭くする又は完全に固定する。これによれば、搭乗者の姿勢変化によるステップカバー５の左右方向への傾きの変化を抑制することができるため、搭乗者が足位置を修正する際に重心が偏ってしまった場合であっても、倒立二輪車２の意図せぬ旋回移動を抑制することができる。なお、リンク機構の動きの抑制は、例えば、後述するように電磁ブレーキによって行う。
【００６９】
図９に示す方法は、搭乗者による前後並進操作に対する移動制限方法を示している。左図に示すように、通常モードでは、倒立二輪車２の制御部２３は、倒立二輪車２の前後方向の傾斜可能範囲を広くする。一方、右図に示すように、足位置修正モードでは、倒立二輪車２の制御部２３は、倒立二輪車２において車輪４の前後に設けられた一対のストッパ４０によって、倒立二輪車２の前後方向の傾斜可能範囲を通常モード時よりも狭くする又は完全に固定する。
【００７０】
ストッパ４０は、通常モードでは、その接地部が地面から遠い所定の第１の位置とされる。ストッパ４０は、足位置修正モードでは、その接地部が所定の第１の位置よりも地面に近い所定の第２の位置とされる。これにより、足位置修正モードでは、搭乗者が倒立二輪車２を前後方向に傾斜させた場合、ストッパ４０の接地部が地面に接地して、通常モードと比較して倒立二輪車２の前後方向への傾斜が抑制される。
【００７１】
これによれば、搭乗者の姿勢変化による倒立二輪車２全体の前後方向への傾きの変化を抑制することができるため、搭乗者が足位置を修正する際に重心が偏ってしまった場合であっても、倒立二輪車２の意図せぬ前後移動を抑制することができる。ここで、ストッパ４０の接地部は、車輪であってもよく、そうでなくてもよい。すなわち、ストッパ４０は、接地部が車輪である補助輪であってもよく、接地部が車輪でない補助スタンドであってもよい。また、ストッパ４０は、接地部と反対側の端部を軸として回動することで接地部を地面に対して移動させるものであってもよく、接地部を下として上下移動することで接地部を地面に対して移動させるものであってもよい。
【００７２】
続いて、図１０を参照して、本発明の実施の形態２に係る倒立二輪車２の構成について説明する。図１０に示すように、本実施の形態２に係る倒立二輪車２は、実施の形態１に係る倒立二輪車２と比較して、無線通信部２４を有さず、一対のストッパ４０と電磁ブレーキ４１とを有する。
【００７３】
一対のストッパ４０は、上述したように、倒立二輪車２の前後に設けられる。制御部２３は、スイッチ２０から足位置の修正の開始を通知する通知信号を受けた場合、ストッパ４０の接地部を地面に近い第２の位置に移動させる。一方、制御部２３は、スイッチ２０から足位置の修正の終了を通知する通知信号を受けた場合、ストッパ４０の接地部を地面から遠い第１の位置に移動させる。ここで、ストッパ４０は、倒立二輪車２の前後方向の可動範囲を狭くする程度の長さでもよく、倒立二輪車２を完全に固定する程度の長さでもよい。
【００７４】
ここで、ストッパ４０は、倒立二輪車２の前後のそれぞれに設けることに限られず、倒立二輪車２の前後のいずれか一方に設けるようにしてもよい。言い換えると、ストッパ４０は、倒立二輪車２の前後の少なくとも１つに設けるようにしてもよい。しかしながら、上述したように、ストッパ４０を倒立二輪車２の前後のそれぞれに設けることで効果的に倒立二輪車２の前後移動を抑制することができる。
【００７５】
電磁ブレーキ４１は、ハンドル６又はリンク機構の可動範囲を狭くする又は固定する。すなわち、電磁ブレーキ４１は、ハンドル６又はリンク機構の可動範囲を狭くする程度の強度でハンドル６又はリンク機構を固定してもよく、ハンドル６又はリンク機構を完全に固定する程度の強度でハンドル６又はリンク機構を固定してもよい。制御部２３は、スイッチ２０から足位置の修正の開始を通知する通知信号を受けた場合、電磁ブレーキ４１を制御してハンドル６又はリンク機構の可動範囲を狭くする又は固定する。一方、制御部２３は、スイッチ２０から足位置の修正の終了を通知する通知信号を受けた場合、電磁ブレーキ４１を制御してハンドル６又はリンク機構の可動範囲を広くする又は固定を解除する。
【００７６】
より具体的には、電磁ブレーキ４１は、磁性体である固定子（図示せず）と、電磁石である可動子（図示せず）とを相互に対向するように有する。可動子には、ブレーキシュー（図示せず）が連結されている。ハンドル６又はリンク機構の可動範囲を狭くする又は固定する場合、電磁ブレーキ４１は、電磁石に対して通電することで固定子に対する反発力を発生させ、ブレーキシューをハンドル６又はリンク機構に押し付けることで、それらの可動範囲を狭くする又は固定する。一方、ハンドル６又はリンク機構の可動範囲を広くする場合、電磁ブレーキ４１は、電磁石に対する通電を止めることで固定子に対する反発力を無くし、ブレーキシューをハンドル６又はリンク機構から離して、それらの可動範囲を広くする。
【００７７】
なお、図１０では、図７及び図８に示す方法のいずれか１つと、図９に示す方法とを実施する場合における構成について説明したが、実施する方法に応じてストッパ４０及び電磁ブレーキ４１を有するようにすればよい。例えば、図９に示す方法を実施しない場合には、倒立二輪車２にストッパ４０を有しないようにしてもよい。また、図７及び図８に示す方法の両方を実施する場合には、ハンドル６に対する電磁ブレーキ４１と、リンク機構に対する電磁ブレーキ４１とを倒立二輪車２に有することになる。
【００７８】
続いて、図１１を参照して、本発明の実施の形態２に係る倒立二輪車制御システム１の処理について説明する。なお、図１１では、図７に示す方法の例について説明しているが、図８及び図９に示す方法でも可動範囲を抑制する対象が異なるが同様に処理されることは自明であるため、説明を省略する。
【００７９】
倒立二輪車２の搭乗者は、足位置を修正したい場合、倒立二輪車２のスイッチ２０を押下する（Ｓ１：Ｙｅｓ）。倒立二輪車２の制御部２３は、搭乗者からのスイッチ２０の押下に応じて、電磁ブレーキ４１を動作させてハンドル６の可動範囲を狭くする又は固定する（Ｓ４）。
【００８０】
その後、倒立二輪車２の搭乗者は、足位置を修正が不要となった場合、倒立二輪車２のスイッチ２０を押下する（Ｓ１：Ｎｏ）。倒立二輪車２の制御部２３は、搭乗者からのスイッチ２０の押下に応じて、電磁ブレーキ４１の動作を止めてハンドル６の可動範囲を広くする（Ｓ５）。
【００８１】
以上に説明したように、本実施の形態２では、制御部２３は、倒立移動中に搭乗者が足位置を修正する場合にスイッチ２０（操作部）に対して搭乗者が行う操作を検出し、ステップカバー５（搭乗部）の傾きの変化を抑制する。これによれば、搭乗者が足位置を修正する際に重心が偏ってしまった場合であっても、倒立二輪車２の意図せぬ移動を抑制することができる。よって、搭乗者がより安定した状態で足位置の修正を行うことができる。
【００８２】
また、本実施の形態２では、制御部２３は、倒立移動中に搭乗者が足位置を修正する場合にスイッチ２０（操作部）に対して搭乗者が行う操作を検出し、ハンドル６の傾きの変化を抑制するようにしている。これによれば、搭乗者が足位置を修正する際に、倒立二輪車２が意図せぬ移動をしないように制限することができる。よって、搭乗者がより安定した状態で足位置の修正を行うことができる。
【００８３】
また、本実施の形態２では、より具体的には、ステップカバー５の左右方向の傾きを電磁ブレーキ４１によって抑制するようにしている。これによれば、搭乗者が足位置を修正する際に重心が偏ってしまった場合であっても、倒立二輪車２の意図せぬ旋回移動を抑制することができる。また、ステップカバー５を含む倒立二輪車２全体の前後方向の傾きをストッパ４０によって抑制するようにしている。これによれば、搭乗者が足位置を修正する際に重心が偏ってしまった場合であっても、倒立二輪車２の意図せぬ前後移動を抑制することができる。よって、搭乗者がより安定した状態で足位置の修正を行うことができる。
【００８４】
（実施の形態２の変形例）
上述した実施の形態１では、電磁ブレーキ４１によってハンドル６又はリンク機構の可動範囲を抑制する例について説明したが、これに限られない。例えば、電磁ブレーキ４１に代えてソレノイドによってハンドル６又はリンク機構の可動範囲を抑制してもよい。より具体的には、プッシュ型のソレノイドを動作させて、ソレノイドの可動鉄心に連結されたストッパをハンドル６又はリンク機構に差し込むことで、ハンドル６又はリンク機構の可動範囲を狭くする又は固定するようにしてもよい。
【００８５】
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。
【００８６】
上述した実施の形態１、２では、搭乗者が足位置を修正することをスイッチ２０によって検出する例について説明したが、これに限られない。例えば、ステップカバー５に荷重センサを設け、荷重センサによって検出された荷重に基づいて、搭乗者が足位置を修正することを検出するようにしてもよい。すなわち、制御部２３は、荷重センサによって搭乗者の片足のみの荷重が検出されている場合には足位置修正モードの制御を行い、荷重センサによって搭乗者の両足の荷重が検出されている場合には通常モードの制御を行う。
【００８７】
また、上述した実施の形態１、２では、搭乗者の足位置が正常位置からずれて、搭乗者が足位置を修正する場合に操作する操作部としてスイッチ２０を倒立二輪車２に設ける例について説明したが、これに限られない。例えば、そのような操作部として、タッチパネル等の他の操作部を設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８８】
１  倒立二輪車制御システム
２  倒立二輪車
３  懸垂装置
４  車輪
５  ステップカバー
６  ハンドル
７  ハーネス
８  ベルト
２０  スイッチ
２１  姿勢角センサ
２２  リーン角センサ
２３  制御部
２４  無線通信部
２５、２６  駆動回路
２７、２８  モータ
３１  無線通信部
３２  制御部
３３  駆動回路
３４  モータ
４０  ストッパ
４１  電磁ブレーキ
【図１】
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【図２】
0006277964.tif 000003
【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】
0006277964.tif 000008
【図８】
0006277964.tif 000009
【図９】
0006277964.tif 000010
【図１０】
0006277964.tif 000011
【図１１】
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