(57)【要約】【課題】  搬送体の走行状態が搬送者の意思と異なる場合には、体重を移動させて搬送車を制御することが困難になるため、搬送車の意思を重視して加速の意思や減速の意思等を検出し、搬送者の重心の移動を強制的に生じさせて、搬送体の姿勢の維持を図る。【解決手段】  走行面上で車輪を回転させて走行する搬送体であって、車輪を回転駆動するモータ１１４，１１５と、車輪を回転自在に支持するステップ台１１１と、傾き角度を検出する位置検出手段３１と、車輪の回転角速度を検出する回転角速度検出手段３２，３３と、走行状態を選択する状態選択手段３５と、目標値を発生する目標値発生手段３４と、制御手段３６と、を備えて構成される。【選択図】        図１
2005162104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行面上で車輪を回転させて走行する搬送体であって、
前記車輪を回転駆動する動力発生手段と、
前記車輪を回転自在に支持するとともに、前記搬送体の走行方向の重心の位置および前記動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて前記車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筐体と、
前記搬送体の走行状態である通常走行状態、加速状態および減速状態のうちから１つを選択する状態選択手段と、
前記筐体の前記傾き角度に応じた信号を検出する位置検出手段と、
前記車輪の回転角速度に応じた信号を検出する回転角速度検出手段と、
前記回転角速度に応じた信号の極性の正負および前記状態選択手段からの信号に基づき前記傾き角度に応じた信号に対する目標値信号を発生する目標値発生手段と、
前記目標値信号と前記傾き角度に応じた信号との差の信号に基づき前記動力発生手段を駆動する制御手段と、
を備える搬送体。
【請求項２】
前記目標値発生手段は、前記状態選択手段が選択する状態が加速状態にあっては前記回転角速度検出手段が検出する前記搬送体の進行方向と同じ方向に前記筐体が傾くように目標値信号を発生し、前記状態選択手段が選択する状態が減速状態にあっては前記回転角速度検出手段が検出する前記搬送体の進行方向と反対方向に前記筐体が傾くように目標値信号を発生するものである請求項１記載の搬送体。
【請求項３】
前記目標値発生手段は、前記状態選択手段が選択する状態が加速状態にあっては前記回転角速度検出手段が検出する前記搬送体の進行方向と同じ方向に前記筐体が傾くように加速選択手段の操作量に応じた目標値信号を発生し、前記状態選択手段が選択する状態が減速状態にあっては前記回転角速度検出手段が検出する前記搬送体の進行方向と反対方向に前記筐体が傾くように減速選択手段の操作量に応じた目標値信号を発生するものである請求項１記載の搬送体。
【請求項４】
車輪を筐体に回転自在に支持し、前記車輪を動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体の搬送方法であって、
前記筐体が前記車輪の車軸を支点として傾く傾き角度に応じた信号を検出し、
前記車輪の回転角速度に応じた信号を検出し、
前記搬送体の走行状態である通常走行状態、加速状態および減速状態のうちから１つを選択し、
前記回転角速度に応じた信号の極性の正負および前記選択した状態に基づき前記傾き角度に応じた信号に対する目標値信号を発生し、
前記目標値信号と前記傾き角度に応じた信号との差の信号に基づき前記動力発生手段を駆動する搬送体の搬送方法。
【請求項５】
走行面上で車輪を回転させて走行する搬送体であって、
前記車輪を回転駆動する動力発生手段と、
前記車輪を回転自在に支持するとともに、前記搬送体の走行方向の重心の位置および前記動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて前記車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筐体と、
前記搬送体の加速状態を選択する加速選択手段と、
前記筐体の前記傾き角度に応じた信号を検出する位置検出手段と、
前記車輪の回転角速度に応じた信号を検出する回転角速度検出手段と、
前記加速選択手段からの信号および前記回転角速度に応じた信号の極性の正負に基づき前記傾き角度に応じた信号に対する目標値信号を発生する目標値発生手段と、
前記目標値信号と前記傾き角度に応じた信号との差に基づき前記動力発生手段を駆動する制御手段と、
を備える搬送体。
【請求項６】
前記目標値発生手段は、前記回転角速度検出手段が検出する前記搬送体の進行方向と同じ方向に前記筐体が傾くように目標値信号を出力するものである請求項５記載の搬送体。
【請求項７】
前記目標値発生手段は、前記回転角速度検出手段が検出する前記搬送体の進行方向と同じ方向に前記筐体が傾くように前記加速選択手段の操作量に応じた目標値信号を発生するものである請求項５記載の搬送体。
【請求項８】
走行面上で車輪を回転させて走行する搬送体であって、
前記車輪を回転駆動する動力発生手段と、
前記車輪を回転自在に支持するとともに、前記搬送体の走行方向の重心の位置および前記動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて前記車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筐体と、
前記搬送体の減速状態を選択する減速選択手段と、
前記筐体の前記傾き角度に応じた信号を検出する位置検出手段と、
前記車輪の回転角速度に応じた信号を検出する回転角速度検出手段と、
前記減速選択手段からの信号および前記回転角速度に応じた信号の極性の正負とに基づき前記傾き角度に応じた信号に対する目標値信号を発生する目標値発生手段と、
前記目標値信号と前記傾き角度に応じた信号との差の信号に基づき前記動力発生手段を駆動する制御手段と、
を備える搬送体。
【請求項９】
前記目標値発生手段は、前記回転角速度検出手段により検出される前記搬送体の進行方向と反対方向に前記筐体が傾くように目標値信号を発生するものである請求項８記載の搬送体。
【請求項１０】
前記目標値発生手段は、前記回転角速度検出手段が検出する前記搬送体の進行方向と反対方向に前記筐体が傾くように前記減速選択手段の操作量に応じた目標値信号を発生するものである請求項８記載の搬送体。
【請求項１１】
前記目標値発生手段は、前記回転角速度検出手段が検出する前記搬送体の進行方向と反対方向に前記筐体が傾く極性であって前記減速選択手段の操作量と前記回転角速度の絶対値の積に応じた目標値信号を発生するものである請求項８記載の搬送体。
【請求項１２】
走行面上で車輪を回転させて走行する搬送体であって、
前記車輪を回転駆動する動力発生手段と、
前記車輪を回転自在に支持するとともに、前記搬送体の走行方向の重心の位置および前記動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて前記車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筐体と、
前記搬送体の走行状態である通常走行状態、加速状態および減速状態のうちから１つを選択する状態選択手段と、
前記筐体の前記傾き角度に応じた信号を検出する位置検出手段と、
前記筐体の傾き角速度に応じた信号を検出する位置変化検出手段と、
前記車輪の回転角速度に応じた信号を検出する回転角速度検出手段と、
前記車輪の回転角加速度に応じた信号を検出する回転角加速度検出手段と、
前記状態選択手段からの信号および前記回転角速度に応じた信号の極性の正負に基づき前記回転角速度に応じた信号に対する目標値である第１の目標値信号を発生するとともに、前記回転角加速度に応じた信号に基づき前記傾き角度に応じた信号に対する目標値である第２の目標値信号を発生する目標値発生手段と、
前記第１の目標値信号と前記回転角速度に応じた信号との差の信号、前記第２の目標値信号と前記傾き角度に応じた信号との差の信号および前記傾き角度信号の各々に所定の係数を掛けて加算した信号に基づき前記動力発生手段を駆動する制御手段と、
を備える搬送体。
【請求項１３】
車輪を筐体に回転自在に支持し、前記車輪を動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体の搬送方法であって、
前記搬送体の走行状態である通常走行状態、加速状態および減速状態のうちから１つを選択し、
前記筐体が前記車輪の車軸を支点として傾く傾き角度に応じた信号を検出し、
前記車輪の回転角速度に応じた信号を検出し、
前記車輪の回転角加速度に応じた信号を検出し、
前記回転角速度に応じた信号の極性の正負および前記選択した状態に基づき前記回転角速度に応じた信号に対する目標値である第１の目標値信号を発生し、
前記回転角加速度に応じた信号に基づき前記傾き角速度に応じた信号に対する目標値である第２の目標値信号を発生し、
前記第１の目標値と前記回転角速度との差に対応した信号、前記第２の目標値と前記傾き角速度との差に対応した信号および前記傾き角度に応じた信号の各々に所定の係数を掛けて加算した信号に基づき前記動力発生手段を駆動する搬送体の搬送方法。
【請求項１４】
走行方向の重心の位置および走行のための動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筐体に回転自在に支持された前記車輪を前記動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体の加速装置であって、
前記搬送体の加速状態を選択する加速選択手段と、
前記筐体の前記傾き角度に応じた信号を検出する位置検出手段と、
前記筐体の傾き角速度に応じた信号を検出する位置変化検出手段と、
前記車輪の回転角速度に応じた信号を検出する回転角速度検出手段と、
前記車輪の回転角加速度に応じた信号を検出する回転角加速度検出手段と、
前記状態選択手段からの信号および前記回転角速度に応じた信号の極性の正負に基づき前記回転角速度に応じた信号に対する目標値である第１の目標値信号を発生するとともに、前記回転角加速度に応じた信号に基づき前記傾き角度に応じた信号に対する目標値である第２の目標値信号を発生する目標値発生手段と、
前記第１の目標値信号と前記回転角速度に応じた信号との差の信号、前記第２の目標値信号と前記傾き角度に応じた信号との差の信号および前記傾き角度信号の各々に所定の係数を掛けて加算した信号に基づき前記動力発生手段を駆動する制御手段と、
を備える搬送体の加速装置。
【請求項１５】
走行方向の重心の位置および走行のための動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筐体に回転自在に支持された前記車輪を前記動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体の加速装置であって、
前記搬送体の加速状態を選択する加速選択手段と、
前記筐体の前記傾き角度に応じた信号を検出する位置検出手段と、
前記筐体の傾き角速度に応じた信号を検出する位置変化検出手段と、
前記車輪の回転角速度に応じた信号を検出する回転角速度検出手段と、
前記車輪の回転角加速度に応じた信号を検出する回転角加速度検出手段と、
前記回転角速度に応じた信号の極性の正負および前記加速選択手段からの信号に基づき前記回転角速度に応じた目標値に対応した信号を出力する目標値発生手段と、
前記目標値と前記回転角速度との差の信号、前記傾き角度に応じた信号、前記回転角加速度に応じた信号および前記傾き角速度に応じた信号の各々に所定の係数を掛けて加算した信号に基づき前記動力発生手段を駆動する制御手段と、
を備える搬送体の加速装置。
【請求項１６】
走行方向の重心の位置および走行のための動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筐体に回転自在に支持された前記車輪を前記動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体の減速装置であって、
前記搬送体の減速状態を選択する減速選択手段と、
前記筐体の前記傾き角度に応じた信号を検出する位置検出手段と、
前記筐体の傾き角速度に応じた信号を検出する位置変化検出手段と、
前記車輪の回転角速度に応じた信号を検出する回転角速度検出手段と、
前記車輪の回転角加速度に応じた信号を検出する回転角加速度検出手段と、
前記状態選択手段からの信号および前記回転角速度に応じた信号の極性の正負に基づき前記回転角速度に応じた信号に対する目標値である第１の目標値信号を発生するとともに、前記回転角加速度に応じた信号に基づき前記傾き角度に応じた信号に対する目標値である第２の目標値信号を発生する目標値発生手段と、
前記第１の目標値信号と前記回転角速度に応じた信号との差の信号、前記第２の目標値信号と前記傾き角度に応じた信号との差の信号および前記傾き角度信号の各々に所定の係数を掛けて加算した信号に基づき前記動力発生手段を駆動する制御手段と、
を備える搬送体の減速装置。
【請求項１７】
走行方向の重心の位置および走行のための動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筐体に回転自在に支持された前記車輪を前記動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体の減速装置であって、
前記搬送体の減速状態を選択する減速選択手段と、
前記筐体の前記傾き角度に応じた信号を検出する位置検出手段と、
前記傾き角度の時間微分である傾き角速度に応じた信号を検出する位置変化検出手段と、
前記車輪の回転角速度に応じた信号を検出する回転角速度検出手段と、
前記車輪の回転角加速度に応じた信号を検出する回転角加速度検出手段と、
前記回転角速度に応じた信号の極性の正負および前記加速選択手段からの信号に基づき前記回転角速度に応じた目標値に対応した信号を発生する目標値発生手段と、
前記目標値と前記回転角速度との差の信号、前記傾き角度に応じた信号、前記回転角加速度に応じた信号および前記傾き角速度に応じた信号の各々に所定の係数を掛けて加算した信号に基づき前記動力発生手段を駆動する制御手段と、
を備える搬送体の減速装置。
【請求項１８】
走行方向の重心の位置および走行のための動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筐体に回転自在に支持された前記車輪を前記動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体の加速方法であって、
前記搬送体の走行状態を加速状態とするように選択し、
前記筐体が前記車輪の車軸を支点として傾く傾き角度に応じた信号を検出し、
前記筺体の傾き角速度に応じた信号を検出し、
前記車輪の回転角速度に応じた信号を検出し、
前記車輪の回転角加速度に応じた信号を検出し、
前記回転角速度に応じた信号の極性の正負および前記加速選択手段からの信号に基づき前記回転角速度に応じた信号に対する目標値信号である第１の目標値信号を発生し、
前記回転角加速度に応じた信号に基づき前記傾き角速度に応じた信号に対する目標値信号である第２の目標値信号を発生し、
前記第１の目標値と前記回転角速度との差に対応した信号、前記第２の目標値と前記傾き角速度との差に対応した信号および前記傾き角度に応じた信号の各々に所定の係数を掛けて加算した信号に基づき前記動力発生手段を駆動する搬送体の加速方法。
【請求項１９】
走行方向の重心の位置および走行のための動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筐体に回転自在に支持された前記車輪を前記動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体の加速方法であって、
前記搬送体の走行状態を加速状態とするように選択し、
前記筐体が前記車輪の車軸を支点として傾く傾き角度に応じた信号を検出し、
前記筺体の傾き角速度に応じた信号を検出し、
前記車輪の回転角速度に応じた信号を検出し、
前記車輪の回転角加速度に応じた信号を検出し、
前記目標値と前記回転角速度との差の信号、前記傾き角度に応じた信号、前記回転角加速度に応じた信号および前記傾き角速度に応じた信号の各々に所定の係数を掛けて加算した信号に基づき前記動力発生手段を駆動する搬送体の加速方法。
【請求項２０】
走行方向の重心の位置および走行のための動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筐体に回転自在に支持された前記車輪を前記動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体の減速方法であって、
前記搬送体の走行状態を減速状態とするように選択し、
前記筐体が前記車輪の車軸を支点として傾く傾き角度に応じた信号を検出し、
前記筺体の傾き角速度に応じた信号を検出し、
前記車輪の回転角速度に応じた信号を検出し、
前記車輪の回転角加速度に応じた信号を検出し、
前記回転角速度に応じた信号の極性の正負および前記加速選択手段からの信号に基づき前記回転角速度に応じた信号に対する目標値信号である第１の目標値信号を発生し、
前記回転角加速度に応じた信号に基づき前記傾き角速度に応じた信号に対する目標値信号である第２の目標値信号を発生し、
前記第１の目標値と前記回転角速度との差に対応した信号、前記第２の目標値と前記傾き角速度との差に対応した信号および前記傾き角度に応じた信号の各々に所定の係数を掛けて加算した信号に基づき前記動力発生手段を駆動する搬送体の減速方法
【請求項２１】
走行方向の重心の位置および走行のための動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筐体に回転自在に支持された前記車輪を前記動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体の減速方法であって、
前記搬送体の走行状態を減速状態とするように選択し、
前記筐体が前記車輪の車軸を支点として傾く傾き角度に応じた信号を検出し、
前記筺体の傾き角速度に応じた信号を検出し、
前記車輪の回転角速度に応じた信号を検出し、
前記車輪の回転角加速度に応じた信号を検出し、
前記目標値と前記回転角速度との差の信号、前記傾き角度に応じた信号、前記回転角加速度に応じた信号および前記傾き角速度に応じた信号の各々に所定の係数を掛けて加算した信号に基づき前記動力発生手段を駆動する搬送体の減速方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば人を乗せて走行するのに好適な搬送体および搬送体の搬送方法に関する。より詳しくは、単輪または同軸上に回転中心が配置される複数の車輪により走行する搬送体であって加速機能または／および減速機能を有する搬送体、その加速装置または減速装置、並びに搬送体の搬送方法、その加速方法または減速方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、２輪により路面上を走行する搬送体が提案されている（例えば、特許文献１ないし特許文献１１参照。）。
【０００３】
従来の２輪車は、車輪が同軸に設けられていながら、制御ループの作用により倒れることなく、路面上を所定の姿勢を保ちつつ安定に走行するものである。このような搬送体の構成の概略を、図１５を参照して説明し、その作用の概略を、図１６を参照して説明する。
【０００４】
図１５において、搬送体１１０は、この搬送体の筺体の一部を構成して搬送者が身体を保持する台であるステップ台１１１と、このステップ台１１１に搭載された２つのモータ１１４および１１５と、ステップ台１１１の左右両側に回転自在に支持された２つの車輪１１２および１１３と、一方のモータ１１４の回転を右側の車輪１１２に伝える車軸１１６および他方のモータ１１５の回転を左側の車輪１１３に伝える車軸１１７と、ステップ台１１１に結合されてその先端部にハンドル１１９を有するステー１１８と、ステップ台１１１に設けられた図示しないセンサ部と制御部とバッテリー等を備えて構成されている。ステップ台１１１とステー１１８とハンドル１１９とは一体に固着されており、この全体で筐体が構成されている。
【０００５】
また、車輪１１２と車輪１１３は同軸に配置されており、それぞれ車軸１１６および車軸１１７並びにモータ１１４およびモータ１１５を介してステップ台１１１に支持されている。ここで、車軸１１６および車軸１１７は、ステップ台１１１に設けられるモータ１１４およびモータ１１５に設けられる図示しないベアリング保持部に支えられるので、車輪１１２と車輪１１３はステップ台１１１に対して回転自由とされる。なお、モータの回転力を車輪に伝えるに際して、車軸から直接にモータに回転を伝達することなく、歯車やベルト等により構成される伝達機構を介在させる構成としても良い。そして、車輪１１２および車輪１１３は、略一点である接地点１２２および１２３により路面１２５に接している。
【０００６】
次に、図１６を参照して、搬送体１１０の動作を以下に説明する。ステップ台１１１には、搬送体１１０により移送される搬送者、若しくは搬送される物体（以下、両方を含めて「搬送物」で代表する。）が乗る。ここで、搬送体１１０は、車輪１１２および車輪１１３の外周部の１点である接地点１２２および１２３で路面１２５と接しているので、搬送者が姿勢を変化させると搬送物を含めた搬送体１１０の重心の位置である重心点が移動する。
【０００７】
そこで、搬送体１１０全体を力学系として見て、上述の重心の移動がある場合のステップ台１１１と路面１２５との位置関係に及ぼす作用について説明する。図１６は、車輪１１２と１１３とが重なる方向から見た搬送体１１０である。まず、図１６において、接地点１２２および１２３が同じ点である射影接地点１８４に射影され、かつ、重力の働く方向に向かう直線である鉛直線１８１を含む平面を射影平面と定義する。図１６において、射影平面は、紙面と同一面である。
【０００８】
さらに、図１６を用いて射影平面における動作を説明する。ここで、射影平面（紙面）に射影される重心点の位置を重心射影点１８２と定義し、射影平面に射影される回転軸の位置を射影車軸点１８３と定義する。射影平面において、重心射影点１８２と射影接地点１８４とが鉛直線１８１の線上にある場合には、この重心位置は平衡点であり、重心の位置は移動することがない。
【０００９】
しかしながら、重心射影点１８２の位置が鉛直線１８１の線上の位置から移動をして、例えば重心射影点１８０となると、重力に応じて生じる重力加速度Ｗｇにより、車軸の射影点である射影車軸点１８３を中心として、ステップ台１１１に回転力が生じる。この回転力を重力回転力と定義する。重力回転力Ｔｇは、射影車軸点１８３から重心射影点１８０までの距離をＬ１として、［数１］式で表される。
【００１０】
［数１］
Ｔｇ＝Ｈｇ×Ｌ１
【００１１】
この［数１］式において、値Ｈｇは、射影車軸点１８３と重心射影点１８０とを結ぶ直線と直交方向に働く力であり、射影車軸点１８３を中心とする回転力である。ここで、回転力Hgは、搬送物を含めた搬送体１１０の重力加速度Ｗｇの分力成分である。従って、回転力Ｈｇの大きさは、射影車軸点１８３と重心射影点１８０とを結ぶ直線と鉛直線１８１のなす角度をΘｂとして、［数２］式で表される。
【００１２】
［数２］
Ｈｇ＝Wｇ×ＳｉｎΘｂ
【００１３】
一方、別の作用である、モータ１１４およびモータ１１５の回転に伴いステップ台１１１が受ける力について説明する。モータ１１４およびモータ１１５は、回転子と固定子からなり、両者は他の一方に対して相対的に回転運動をする。そして、一般的なインナー回転子形のモータにおいて、固定子はモータを覆うモータ外囲部の一部をなし、モータ外囲部はステップ台１１１に固定されており、モータ回転軸の回転はモータ外囲部に対する相対運動として生じるものである。
【００１４】
従って、モータ１１４，１１５の回転軸に結合される車軸１１６および車軸１１７に負荷が結合されている場合においては、この負荷の大きさに応じて、ステップ台１１１を、射影車軸点１８３を回転中心として傾ける反作用力が生じる。この反作用力をトルク反作用力と定義して以下に用いる。このときのトルク反作用力Ｆｒの大きさは、回転する車輪の負荷の大きさに比例したものとなる。すなわち、負荷が大きくなれば、トルク反作用力Ｆｒも大きくなるものである。負荷の大きさは、路面１２５を車輪１１２，１１３が転がる場合の転がり摩擦力と車輪の走行速度とに比例した大きさである。
【００１５】
ここで、トルク反作用力Ｆｒは、射影車軸点１８３より距離ｒ離間して配置されるモータの固定子に集中すると考えることができるので、１個のモータにより生じるトルク反作用力Ｆｒによりステップ台１１１を回転させる力であるトルク反作用回転力Ｔｓの大きさは、下記の［数３］式で表される。この場合に、ステップ台１１１は１枚の剛性の高い板で構成されているので、力が加わることによる構造の変化はない。
【００１６】
［数３］
Ｔｓ＝Ｆｒ×ｒ
【００１７】
さらに、ステップ台１１１に加わるトルク反作用回転力Ｔｓは、左の車輪１１２を回転駆動するモータ１１４によるトルク反作用回転力と、右の車輪１１３を回転駆動するモータ１１５によるトルク反作用回転力との合成力となる。従って、モータ１１４により発生するトルク反作用回転力Ｔｓ１と、モータ１１５により発生するトルク反作用回転力Ｔｓ２とを合成した値が、下記の［数４］式で表される総合のトルク反作用回転力Ｔｓａとなる。
【００１８】
なお、進行方向を変える旋回運動を行う場合においては、モータ１１４側のトルク反作用回転力Ｔｓ１とモータ１１５側のトルク反作用回転力Ｔｓ２とは異なったものであるが、直進運動（走行面上を真っ直ぐ前方または後方に進行する運動をいう。）をする場合においては、これらのトルク反作用回転力Ｔｓ１とＴｓ２は略同じ大きさとなる。また、それぞれのトルク反作用回転力Ｔｓ１およびTｓ２の大きさは［数５］式で表される。ここで、Fｒ１は第１のモータ１１２の発生するトルク反作用力であり、Fｒ２は第２のモータ１１３の発生するトルク反作用力である。
【００１９】
［数４］
Ｔｓａ＝Ｔｓ１＋Ｔｓ２
［数５］
Tｓ１＝Ｆｒ１×ｒ
Tｓ２＝Ｆｒ２×ｒ
【００２０】
搬送体１１０を力学系として見る場合、上述の重力加速度による回転駆動力Ｔｇと、モータ１１４およびモータ１１５により発生する合成のトルク反作用回転力Ｔｓａとの方向が逆向きで、大きさが等しく、下記の［数６］式が成立する場合には、搬送体１１０によって搬送される搬送者は、重心位置を所定の位置に保持していることができる。
【００２１】
［数６］
Ｔｇ−Ｔｓａ＝０
【００２２】
上述の諸式を代入して、結論として［数７］式を得ることができる。
【００２３】
［数７］
Θｂ＝Ｓｉｎ−１（Ｔｓ１＋Ｔｓ２）／Ｌ１×Ｗｇ
【００２４】
ここで、重力加速度Ｗｇは略定数と考えられるが、距離Ｌ１と角度Θｂは搬送者が身体を移動させると変化する変数である。搬送体１１０の姿勢を所定の位置に維持するためには、［数７］に示す関係式が、搬送者のステップ台１１１上の行動によってどのように重心の位置が移動したとしても常に成り立つようにしなければならない。
【００２５】
［数７］式で示す関係を維持するためには、すなわち、重心射影点の位置を一定にするためには、トルク反作用の大きさを常に制御するか、走行面の路面状態に依存して変化するトルク反作用に応じて搬送者が重心射影点の位置を移動させなければならないこととなる。しかしながら、搬送体によって搬送される搬送者にこれを要求することは極めて困難であるところから、サーボループの作用により自動的にこれを行うようにする。
【００２６】
具体的には、ステップ台１１１上のセンサ部に設けられる角度検出センサで、射影平面におけるステップ台１１１の重力方向との傾き角度Θｂを検出し、この検出値を処理した後の角度Θｂに対応した信号を、モータ１１４およびモータ１１５の図示しない駆動巻き線に入力することにより、重心射影点１８０の位置を所定の位置に保持することができる。
【００２７】
すなわち、このようなサーボを行えば、例えば、搬送者が重心の位置を前に移動させれば搬送体１１０は前進し、その重心の位置を前に移動すればするほど進行速度は速くなって安定して走行する。また、後退する場合には、重心を後方に移動させることにより、同様の操作を行うことができる。
【００２８】
さらに、搬送体１１０の進行方向を変更する場合においては、上述のサーボを行いながら、一方のモータ１１４に所定の電圧を加え、他方のモータ１１５にモータ１１４に印加される電圧より小さな値の電圧を印加し、あるいは、一方のモータ１１４に所定の電圧を加え、他方のモータ１１５にモータ１１４に印加される電圧より大きな値の電圧を印加することにより、左右の車輪１１２，１１３の回転数を異ならせて、自由に方向を変えて走行することができる。
【００２９】
なお、上述の［特許文献１］〜［特許文献１２］には、このような搬送体およびこのような搬送体を制御する技術が開示されている。例えば、［特許文献５］には、このような搬送体のラグランジェの方程式から運動方程式を導出する具体的な例、状態フィードバックにより状態変数を零に漸近的に収束する具体的な手法、車体のサンプリング傾斜角度、車輪のサンプリング回転角度およびこれらのサンプリング角度に基づいて検出される角速度を状態変数とする離散的なレギュレータ、が記載されている。そして、状態変数として、車輪の角度、車輪の角速度、搬送体の傾き角度、搬送体の傾き角度を選択することが記載されている。
【００３０】
更に、［特許文献１］等には、角度Θｂとして重力方向との傾き角度を検出して搬送体の姿勢の維持を図ることが記載されている。また、状態フィードバックによる制御系の概念が［特許文献１］のＦｉｇ．３に示されている。そして、状態変数として車体の変位、車体の速度、搬送体の傾き角度、搬送体の傾き角度の時間微分を選択することが記載されている。また、［特許文献８］には、重力方向に対する傾きではなく、走行面と搬送体のステップ台との相対的な傾き角度を検出することにより、走行面と所定の角度を維持しつつ安定に走行する搬送体の技術が開示されている。さらに、このような搬送体の制御は、図１７のブロック図で示す制御系により行われる旨が［特許文献８］のFig.７に開示されている。図１７は、搬送体の傾き角度KΘ１および搬送体の傾き角度の時間微分であるKΘ２信号に演算回路からのオフセット信号を印加することにより、搬送体の速度を制御する技術を開示している。また、[特許文献１２]にも同様の技術が開示されている。
【００３１】
いわゆる古典制御理論については、例えば、補償要素の設計理論が［非特許文献１］に述べられており、いわゆる現代制御理論については、すべての状態変数を外部から制御できる可制御性の概念、可制御の必要十分条件、レギュレータや評価関数を最大または最小とする最適レギュレータが、［非特許文献２］に述べられている。
【００３２】
【特許文献１】米国特許第６３０２２３０号公報
【特許文献２】特開平０１−３１６８１０号公報
【特許文献３】米国特許第６２２３１０４号公報
【特許文献４】特開昭６２−１８１９８５号公報
【特許文献５】特開昭６３−３０５０８２号公報
【特許文献６】米国特許第５７０１９６５号公報
【特許文献７】米国特許第５７９１０９１号公報
【特許文献８】特開昭６２−１８１９８５号公報
【特許文献９】特表２００３−５０２００２号公報
【特許文献１０】PCT/US00/15144
【特許文献１１】特表２００３−５０２００２号公報
【特許文献１２】米国特許第６３６７８１７号公報
【非特許文献１】自動制御入門  OHM文庫１  伊沢計介著  株式会社オーム社発行  昭和４２年１月３０日改定新版第１３版発行
【非特許文献２】線形制御系の設計理論  伊藤正美  木村英紀  細江繁幸  共著  社団法人  計測自動制御学会  昭和５３年８月３１日初版発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
ところで、このような搬送体は、加速する場合や走行状態から減速し、更には停止する場合には、搬送者のステップ台上における姿勢、すなわち、走行方向における重心の位置を変化させるものである。例えば、減速に関して言えば、搬送体が前方に移動している場合には、搬送者が後方に重心を移し、逆に後方に移動している場合には前方に重心の位置を移動することにより行うものであり、加速の場合にはこの逆の方向に重心を移動させるものである。
【００３４】
このような加減速は、搬送者の動作に依存しており、特に搬送体を急停止する制動動作の場合などには、搬送者の意思のように搬送体が制御されない場合も生じてしまう。すなわち、搬送者がいわゆるパニックに陥った場合に、冷静に自分の体重を移動させることは困難な場合があり、このような場合には搬送者の意思と搬送者の行動とが乖離するために、搬送体の運動が搬送者の意思とは異なる場合が生じる。このような状態は、加速についても同様な場合がある。
【００３５】
したがって、搬送者の意思を重視し、加速の意思、あるいは減速や停止の意思を検出し、搬送者の重心の移動を強制的に生じさせ、結果として、搬送体を加速したり、減速したり、あるいは停止したりする方がより好ましい場合もあるが、このような手段およびこのような方法が、背景技術に示した2輪車の発明においては提供されていない。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
（請求項１）上述の課題を解決するため本発明の搬送体は、走行面上で車輪を回転させて走行する搬送体であって、車輪を回転駆動する動力発生手段と、車輪を回転自在に支持するとともに、搬送体の走行方向の重心の位置および動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筐体と、搬送体の走行状態である通常走行状態、加速状態および減速状態のうちから１つを選択する状態選択手段と、筐体の傾き角度に応じた信号を検出する位置検出手段と、車輪の回転角速度に応じた信号を検出する回転角速度検出手段と、回転角速度に応じた信号の極性の正負および状態選択手段からの信号とに基づき傾き角度に応じた信号に対する目標値信号を発生する目標値発生手段と、目標値信号と傾き角度に応じた信号との差の信号に基づき動力発生手段を駆動する制御手段と、を備えるものである。
【００３７】
（請求項４）上述の課題を解決するため本発明の搬送体の搬送方法は、車輪を筐体に回転自在に支持し、車輪を動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体の搬送方法であって、筐体が車輪の車軸を支点として傾く傾き角度に応じた信号を検出し、車輪の回転角速度に応じた信号を検出し、搬送体の走行状態である通常走行状態、加速状態および減速状態のうちから１つを選択し、回転角速度に応じた信号の極性の正負および選択した状態に基づき傾き角度に応じた信号に対する目標値信号を発生し、目標値信号と傾き角度に応じた信号との差の信号とに基づき動力発生手段を駆動するものである。
【００３８】
（請求項５）上述の課題を解決するため本発明の搬送体は、走行面上で車輪を回転させて走行する搬送体であって、車輪を回転駆動する動力発生手段と、車輪を回転自在に支持するとともに、搬送体の走行方向の重心の位置および動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筐体と、搬送体の加速状態を選択する加速選択手段と、筐体の傾き角度に応じた信号を検出する位置検出手段と、車輪の回転角速度に応じた信号を検出する回転角速度検出手段と、加速選択手段からの信号および回転角速度に応じた信号の極性の正負とに基づき傾き角度に応じた信号に対する目標値信号を発生する目標値発生手段と、目標値信号と傾き角度に応じた信号との差に基づき動力発生手段を駆動する制御手段と、を備えるものである。
【００３９】
（請求項８）上述の課題を解決するため本発明の搬送体は、走行面上で車輪を回転させて走行する搬送体であって、車輪を回転駆動する動力発生手段と、車輪を回転自在に支持するとともに、搬送体の走行方向の重心の位置および動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筐体と、搬送体の減速状態を選択する減速選択手段と、筐体の傾き角度に応じた信号を検出する位置検出手段と、車輪の回転角速度に応じた信号を検出する回転角速度検出手段と、減速選択手段からの信号および回転角速度に応じた信号の極性の正負に基づき傾き角度に応じた信号に対する目標値信号を発生する目標値発生手段と、目標値信号と傾き角度に応じた信号との差の信号に基づき動力発生手段を駆動する制御手段と、を備えるものである。
【００４０】
（請求項１２）上述の課題を解決するため本発明の搬送体は、走行面上で車輪を回転させて走行する搬送体であって、車輪を回転駆動する動力発生手段と、車輪を回転自在に支持するとともに、搬送体の走行方向の重心の位置および動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筐体と、搬送体の走行状態である通常走行状態、加速状態および減速状態のうちから１つを選択する状態選択手段と、筐体の傾き角度に応じた信号を検出する位置検出手段と、筐体の傾き角速度に応じた信号を検出する位置変化検出手段と、車輪の回転角速度に応じた信号を検出する回転角速度検出手段と、車輪の回転角加速度に応じた信号を検出する回転角加速度検出手段と、状態選択手段からの信号および回転角速度に応じた信号の極性の正負に基づき回転角速度に応じた信号に対する目標値である第１の目標値信号を発生するとともに、回転角加速度に応じた信号に基づき傾き角度に応じた信号に対する目標値である第２の目標値信号を発生する目標値発生手段と、第１の目標値信号と回転角速度に応じた信号との差の信号、第２の目標値信号と傾き角度に応じた信号の差の信号および傾き角度信号の各々に所定の係数を掛けて加算した信号に基づき動力発生手段を駆動する制御手段と、を備えるものである。
【００４１】
（請求項１３）上述の課題を解決するため本発明の搬送体の搬送方法は、車輪を筐体に回転自在に支持し、車輪を動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体の搬送方法であって、搬送体の走行状態である通常走行状態、加速状態および減速状態のうちから１つを選択し、筐体が車輪の車軸を支点として傾く傾き角度に応じた信号を検出し、車輪の回転角速度に応じた信号を検出し、車輪の回転角加速度に応じた信号を検出し、回転角速度に応じた信号の極性の正負および選択した状態に基づき回転角速度に応じた信号に対する目標値である第１の目標値信号を発生し、回転角加速度に応じた信号に基づき傾き角速度に応じた信号に対する目標値である第２の目標値信号を発生し、第１の目標値と回転角速度との差に対応した信号、第２の目標値と傾き角速度との差に対応した信号および傾き角度に応じた信号の各々に所定の係数を掛けて加算した信号に基づき動力発生手段を駆動するものである。
【００４２】
（請求項１４）上走述の課題を解決するため本発明の搬送体の加速装置は、行方向の重心の位置および走行のための動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筐体に回転自在に支持された車輪を動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体の加速装置であって、搬送体の加速状態を選択する加速選択手段と、筐体の傾き角度に応じた信号を検出する位置検出手段と、筐体の傾き角速度に応じた信号を検出する位置変化検出手段と、車輪の回転角速度に応じた信号を検出する回転角速度検出手段と、車輪の回転角加速度に応じた信号を検出する回転角加速度検出手段と、状態選択手段からの信号および回転角速度に応じた信号の極性の正負とに基づき回転角速度に応じた信号に対する目標値である第１の目標値信号を発生するとともに、回転角加速度に応じた信号に基づき傾き角度に応じた信号に対する目標値である第２の目標値信号を発生する目標値発生手段と、第１の目標値信号と回転角速度に応じた信号との差の信号、第２の目標値信号と傾き角度に応じた信号の差の信号および傾き角度信号の各々に所定の係数を掛けて加算した信号に基づき動力発生手段を駆動する制御手段と、を備えるものである。
【００４３】
（請求項１５）上走述の課題を解決するため本発明の搬送体の加速装置は、走行方向の重心の位置および走行のための動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筐体に回転自在に支持された車輪を動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体の加速装置であって、搬送体の加速状態を選択する加速選択手段と、筐体の傾き角度に応じた信号を検出する位置検出手段と、筐体の傾き角速度に応じた信号を検出する位置変化検出手段と、車輪の回転角速度に応じた信号を検出する回転角速度検出手段と、車輪の回転角加速度に応じた信号を検出する回転角加速度検出手段と、回転角速度に応じた信号の極性の正負および加速選択手段からの信号に基づき回転角速度に応じた目標値に対応した信号を出力する目標値発生手段と、目標値と回転角速度との差の信号、傾き角度に応じた信号、回転角加速度に応じた信号および傾き角速度に応じた信号の各々に所定の係数を掛けて加算した信号に基づき動力発生手段を駆動する制御手段と、を備えるものである。
【００４４】
（請求項１６）上走述の課題を解決するため本発明の搬送体の減速装置は、走行方向の重心の位置および走行のための動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筐体に回転自在に支持された車輪を動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体の減速装置であって、搬送体の減速状態を選択する減速選択手段と、筐体の傾き角度に応じた信号を検出する位置検出手段と、筐体の傾き角速度に応じた信号を検出する位置変化検出手段と、車輪の回転角速度に応じた信号を検出する回転角速度検出手段と、車輪の回転角加速度に応じた信号を検出する回転角加速度検出手段と、状態選択手段からの信号および回転角速度に応じた信号の極性の正負に基づき回転角速度に応じた信号に対する目標値である第１の目標値信号を発生するとともに、回転角加速度に応じた信号に基づき傾き角度に応じた信号に対する目標値である第２の目標値信号を発生する目標値発生手段と、第１の目標値信号と回転角速度に応じた信号との差の信号、第２の目標値信号と傾き角度に応じた信号の差の信号および傾き角度信号の各々に所定の係数を掛けて加算した信号に基づき動力発生手段を駆動する制御手段と、を備えるものである。
【００４５】
（請求項１７）上走述の課題を解決するため本発明の搬送体の減速装置は、走行方向の重心の位置および走行のための動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筐体に回転自在に支持された車輪を動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体の減速装置であって、搬送体の減速状態を選択する減速選択手段と、筐体の傾き角度に応じた信号を検出する位置検出手段と、傾き角度の時間微分である傾き角速度に応じた信号を検出する位置変化検出手段と、車輪の回転角速度に応じた信号を検出する回転角速度検出手段と、車輪の回転角加速度に応じた信号を検出する回転角加速度検出手段と、回転角速度に応じた信号の極性の正負および加速選択手段からの信号とに基づき回転角速度に応じた目標値に対応した信号を発生する目標値発生手段と、目標値と回転角速度との差の信号、傾き角度に応じた信号、回転角加速度に応じた信号および傾き角速度に応じた信号の各々に所定の係数を掛けて加算した信号に基づき動力発生手段を駆動する制御手段と、を備えるものである。
【００４６】
（請求項１８）上走述の課題を解決するため本発明の搬送体の加速方法は、走行方向の重心の位置および走行のための動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筐体に回転自在に支持された車輪を動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体の加速方法であって、搬送体の走行状態を加速状態とするように選択し、筐体が車輪の車軸を支点として傾く傾き角度に応じた信号を検出し、筺体の傾き角速度に応じた信号を検出し、車輪の回転角速度に応じた信号を検出し、車輪の回転角加速度に応じた信号を検出し、回転角速度に応じた信号の極性の正負および加速選択手段からの信号とに基づき回転角速度に応じた信号に対する目標値信号である第１の目標値信号を発生し、回転角加速度に応じた信号に基づき傾き角速度に応じた信号に対する目標値信号である第２の目標値信号を発生し、第１の目標値と回転角速度との差に対応した信号、第２の目標値と傾き角速度との差に対応した信号および傾き角度に応じた信号の各々に所定の係数を掛けて加算した信号に基づき動力発生手段を駆動するものである。
【００４７】
（請求項１９）上走述の課題を解決するため本発明の搬送体の加速方法は、走行方向の重心の位置および走行のための動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筐体に回転自在に支持された車輪を動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体の加速方法であって、搬送体の走行状態を加速状態とするように選択し、筐体が車輪の車軸を支点として傾く傾き角度に応じた信号を検出し、筺体の傾き角速度に応じた信号を検出し、車輪の回転角速度に応じた信号を検出し、車輪の回転角加速度に応じた信号を検出し、目標値と回転角速度との差の信号、傾き角度に応じた信号、回転角加速度に応じた信号および傾き角速度に応じた信号の各々に所定の係数を掛けて加算した信号に基づき動力発生手段を駆動するものである。
【００４８】
（請求項２０）上走述の課題を解決するため本発明の搬送体の減速方法は、走行方向の重心の位置および走行のための動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筐体に回転自在に支持された車輪を動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体の減速方法であって、搬送体の走行状態を減速状態とするように選択し、筐体が車輪の車軸を支点として傾く傾き角度に応じた信号を検出し、筺体の傾き角速度に応じた信号を検出し、車輪の回転角速度に応じた信号を検出し、車輪の回転角加速度に応じた信号を検出し、回転角速度に応じた信号の極性の正負および加速選択手段からの信号に基づき回転角速度に応じた信号に対する目標値信号である第１の目標値信号を発生し、回転角加速度に応じた信号に基づき傾き角速度に応じた信号に対する目標値信号である第２の目標値信号を発生し、第１の目標値と回転角速度との差に対応した信号、第２の目標値と傾き角速度との差に対応した信号および傾き角度に応じた信号の各々に所定の係数を掛けて加算した信号に基づき動力発生手段を駆動するものである。
【００４９】
（請求項２１）上走述の課題を解決するため本発明の搬送体の減速方法は、走行方向の重心の位置および走行のための動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筐体に回転自在に支持された車輪を動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体の減速方法であって、搬送体の走行状態を減速状態とするように選択し、筐体が車輪の車軸を支点として傾く傾き角度に応じた信号を検出し、筺体の傾き角速度に応じた信号を検出し、車輪の回転角速度に応じた信号を検出し、車輪の回転角加速度に応じた信号を検出し、目標値と回転角速度との差の信号、傾き角度に応じた信号、回転角加速度に応じた信号および傾き角速度に応じた信号の各々に所定の係数を掛けて加算した信号に基づき動力発生手段を駆動するものである。
【発明の効果】
【００５０】
（請求項１）本発明の搬送体は、動力発生手段と、筺体と、状態選択手段と、位置検出手段と、回転角速度検出手段と、目標値発生手段と、制御手段と、を備えるので、車輪に回転力を発生させながら、状態選択手段によって選択される走行状態に応じて筐体を所定の傾きに維持して、搬送体の速度制御が行えるものである。
【００５１】
（請求項４）本発明の搬送体の搬送方法は、筐体が車輪の車軸を支点として傾く傾き角度に応じた信号、車輪の回転角速度に応じた信号を検出し、搬送体の走行状態を選択し、走行状態に応じた目標値信号を発生し、動力発生手段を駆動するので、このような搬送方法を採用すれば、搬送者が搬送体の走行状態を選択し、自由に加減速操作が可能となるものである。
【００５２】
（請求項５）本発明の搬送体は、動力発生手段と、筺体と、加速選択手段と、位置検出手段と、回転角速度検出手段と、目標値発生手段と、制御手段と、を備えるので、加速選択手段を搬送者が操作することにより自由に加速が可能となるものである。
【００５３】
（請求項８）本発明の搬送体は、動力発生手段と、筺体と、減速選択手段と、位置検出手段と、回転角速度検出手段と、目標値発生手段と、制御手段と、を備えるので、減速選択手段を搬送者が操作することにより自由に減速が可能となるものである。
【００５４】
（請求項１２）本発明の搬送体は、動力発生手段と、筺体と、状態選択手段と、位置検出手段と、位置変化検出手段と、回転角速度検出手段と、回転角加速度検出手段と、第１および第２の目標値発生手段と、制御手段と、を備えるので、状態選択手段によって選択される走行状態に応じて、第１の目標値信号に回転角加速度に応じた信号を追従させ、第２の目標値信号に傾き角速度に応じた信号を追従させ、筐体の姿勢を維持して、搬送体の速度制御が行えるものである。
【００５５】
（請求項１３）本発明の搬送体の搬送方法は、筐体が車輪の車軸を支点として傾く傾き角度に応じた信号、車輪の回転角速度に応じた信号、を検出し、搬送体の走行状態を選択し、第１および第２の目標値信号を発生し、動力発生手段を駆動するので、このような搬送方法を採用すれば、搬送者が搬送体の走行状態を選択し、筐体の姿勢の維持を図りつつ自由に加減速操作が可能となるものである。
【００５６】
（請求項１４）本発明の搬送体の加速装置は、加速選択手段と、位置検出手段と、位置変化検出手段と、回転角速度検出手段と、回転角加速度検出手段と、第１および第２の目標値発生手段と、制御手段と、を備えるので、加速選択手段を搬送者が操作することにより目標値信号の大小に応じて加速が可能となるものであり、搬送体に用うれば搬送体の姿勢を維持しつつ加速が可能となるものである。
【００５７】
（請求項１５）本発明の搬送体の加速装置は、加速選択手段と、位置検出手段と、位置変化検出手段と、回転角速度検出手段と、回転角加速度検出手段と、目標値発生手段と、制御手段と、を備えるので、加速選択手段を搬送者が操作することにより目標値信号の大小に応じて加速が可能となるものであり、搬送体に用うれば搬送体の姿勢を維持しつつ加速が可能となるものである。
【００５８】
（請求項１６）本発明の搬送体の減速装置は、減速選択手段と、位置検出手段と、位置変化検出手段と、回転角速度検出手段と、回転角加速度検出手段と、第１および第２の目標値発生手段と、制御手段と、を備えるので、減速選択手段を搬送者が操作することにより目標値信号の大小に応じて減速が可能となるものであり、搬送体に用うれば搬送体の姿勢を維持しつつ減速が可能となるものである。
【００５９】
（請求項１７）本発明の搬送体の減速装置は、減速選択手段と、位置検出手段と、位置変化検出手段と、回転角速度検出手段と、回転角加速度検出手段と、目標値発生手段と、制御手段と、を備えるので、減速選択手段を搬送者が操作することにより目標値信号の大小に応じて減速が可能となるものであり、搬送体に用うれば搬送体の姿勢を維持しつつ減速が可能となるものである。
【００６０】
（請求項１８）本発明の搬送体の加速方法は、加速状態を選択し、筐体の傾き角度に応じた信号を検出し、傾き角速度に応じた信号を検出し、車輪の回転角速度に応じた信号を検出し、回転角加速度を検出し、第１および第２の目標値信号を発生し、動力発生手段を駆動するので、このような加速方法を搬送体に採用すれば、加速状態を搬送者が選択することにより目標値信号の大小に応じて加速操作が可能となるものである。
【００６１】
（請求項１９）本発明の搬送体の加速方法は、加速状態を選択し、筐体の傾き角度に応じた信号を検出し、傾き角速度に応じた信号を検出し、車輪の回転角速度に応じた信号を検出し、回転角加速度を検出し、目標値を発生し、動力発生手段を駆動するので、このような加速方法を搬送体に採用すれば、加速状態を搬送者が選択することにより目標値信号の大小に応じて加速操作が可能となるものである。
【００６２】
（請求項２０）本発明の搬送体の減速方法は、減速状態を選択し、筐体の傾き角度に応じた信号を検出し、傾き角速度に応じた信号を検出し、車輪の回転角速度に応じた信号を検出し、回転角加速度を検出し、第１および第２の目標値信号を発生し、動力発生手段を駆動するので、このような減速方法を搬送体に採用すれば、減速状態を搬送者が選択することにより目標値信号の大小に応じて減速操作が可能となるものである。
【００６３】
（請求項２１）本発明の搬送体の減速方法は、減速状態を選択し、筐体の傾き角度に応じた信号を検出し、傾き角速度に応じた信号を検出し、車輪の回転角速度に応じた信号を検出し、回転角加速度を検出し、目標値を発生し、動力発生手段を駆動するので、このような減速方法を搬送体に採用すれば、減速状態を搬送者が選択することにより目標値信号の大小に応じて減速操作が可能となるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６４】
〔第１の実施の形態〕
図１ないし図５を参照して、本発明の好ましい第１の実施の形態を説明する。図１には、第１の実施の形態を説明するための搬送体の概略を示す。図１は搬送体１０を正面方向から見た断面図であり、搬送体１０に乗って操車する搬送者の顔は紙面の表面から紙面の裏面方向へと向いている。図２は、正面方向と直交する直交方向から見た断面図である。操作者の顔面の正面方向は図２の紙面左方向である。
【００６５】
図１に示す搬送体１０の各部の構成および作用が、背景技術に示すものと共通する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。図１に示す搬送体１０のハンドル１１９には手での操作が容易になされるブレーキレバー２１とアクセルレバー２０とが設けられている。なお、手での操作に変えて足で操作するために図示しないブレーキペダルとアクセルペダルとを、筐体の一具体例を示すステップ台１１１に設けても良い。以下の説明においては、減速作用を行うための操車者とのインターフェイスをブレーキレバー、加速作用を行うための操車者とのインターフェイスをアクセルレバーで代表して用いる。また、ハンドル１１９には搬送体の動作を示す図示しない表示板を設け、深夜運転のための図示しないヘッドライトのオン／オフスイッチ等を備える図示しない操作板を設けても良い。
【００６６】
制御手段は、モータ１１４およびモータ１１５を制御し、車輪１１２および車輪１１３を回転駆動する。以下の説明においては、車輪１１２および車輪１１３が同じ回転速度で回転する場合について説明する。この場合、モータが１個の１輪車と同じ作用をなす。また、２つ以上のモータで２つ以上の車輪を回転させる場合においても、総合した回転角度を採用すれば、以下の説明は一般性を失うことはない。なお、電源部、制御手段はステップ台１１１の下部に設けられている。電源部は、蓄電池を備えており、搬送体１０を動かすエネルギの源となる。
【００６７】
まず、第１の実施の形態の原理から説明する。制御の立場より搬送体１０を制御系として見た場合には、筐体の傾きを検出手段で検出し、傾き角度を所定の目標値とするように制御するフィードバックループであることは上述したところである。
【００６８】
背景技術の制御系をブロック図で表現すれば図３のように書ける。ここで、目標値Θｒが零の場合が、背景技術に示す制御系である。ここで、Θｄは位置検出手段で検出する傾き角度に応じた信号であり、Θeは目標値Θｒと位置検出手段により検出される角度に応じた制御量Θｄとの差分であり誤差または偏差等と一般に呼ばれる変数である。Ｇｓは、偏差Θｅからステップ台１１１の傾き角度Θｂまでの伝達関数である。制御量Θｄは、傾き角度Θｂの関数であり、［数８］式で表されるが、Θｄ＝Θｂとしても一般性を失うことはないので、第１の実施の形態における以下の説明は、Θｄ＝Θｂとして行う。
【００６９】
［数８］
Θｄ＝ｆ（Θｂ）
【００７０】
［数９］式に示すフィードバックループの開ループゲインGｇ（S）、すなわち、G（Ｓ）の振幅成分の値が無限に大きいと、重心点の位置をどのように移動させても検出された角度に応じた信号Θｂは目標値Θｒと等しくなり、Θeは零を保ち続ける。ここで、Sは複素周波数である。
【００７１】
［数９］
Ｇｇ（Ｓ）=｜G（Ｓ）｜
【００７２】
しかし、一般的には、モータの発生する動力の大きさが有限であること、モータを駆動する電力が有限であること、機構部の制約により搬送体として出し得る最高の速度が制限されること、走行面が平らでなく車輪の回転力を有効に伝えることができない場合もあること、制御対象が周波数に対してゲインや位相が変化する周波数特性を有すること、または、非線形特性を有すること、等の理由から制御系の開ループゲインは、通常は有限の値である。
【００７３】
したがって、ゲインが有限である場合には偏差Θｅは、零とはならない、すなわち、定常偏差を残して搬送体は走行面上を走行する。定常偏差は、偏差の性質、制御系の特性的な特徴、開ループの特性等により大きさが定まるものである。ここで、線形の制御系において、開ループの性能を評価する基準は、古典制御理論では、位相余裕、ゲイン余裕、帯域である。
【００７４】
位相余裕、ゲイン余裕、帯域はBode線図から容易に見出せる。ここで、Bode線図とは、［非特許文献１］にも説明があり、［数９］式に示すゲイン特性Gｇ（Ｓ）と［数１０］式に示す位相特性Gｐ（S）とを同一のグラフ上に表したものである。ここで、Ａｒｇは位相を表す。なお、ゲインを表す単位はｄＢであり、位相を表す単位はDegreeである。
【００７５】
［数１０］
Gｐ（Ｓ）=Ａｒｇ｛G（Ｓ）｝
【００７６】
位相余裕は、ゲイン特性Gｇ（Ｓ）が０ｄBとなる周波数における位相特性Gｐ（Ｓ）の値（Degree）であり、ゲイン余裕は位相特性Gｐ（Ｓ）が０Degreeとなる点のゲイン特性Gｇ（Ｓ）の値（ｄＢ）を負値で表す値である。帯域はゲイン特性Gｇ（Ｓ）が０ｄBとなる周波数の値（Ｈｚ）である。位相余裕とゲイン余裕は制御系としての安定度のマージンを示す数値で、帯域は応答特性を示すものと考えられる。
【００７７】
一般的に、このような搬送体が走行面を走行する場合に必要とされるこれらの性能評価の基準は、走行面の路面状況、搬送体が実用性を重視するものかスポーツ性を重要視するものかで大きく異なるものである。通常の路面を走行する実用的乗り物では、位相余裕は４０ないし６０（Degree）、ゲイン余裕は１０ないし２０（ｄＢ）、帯域は２０（Ｈｚ）程度である。
【００７８】
平坦な路面で、搬送体の機構部の寄生的な共振が無い場合には、位相余裕は３０（Degree）、ゲイン余裕は８（ｄＢ）、帯域は５（Ｈｚ）でも実用になるものである。一方、スポーツ性を重視する場合には、機敏に応答するために帯域を広くする必要があり、５０（Ｈｚ）程度を得ることが望ましい。また、一般的な路面状況に関して言えば、路面と搬送体との関係も刻々変化するので位相余裕は４０（Degree）、ゲイン余裕は１５（ｄB）程度を平坦な路面における特性として確保しておくのが望ましい。
【００７９】
このような基準に適合した開ループ特性を得るためには、本来の力学系が示す特性Ｇｓ（Ｓ）に、図４に示す補償要素Ｇa（Ｓ）を付加し、開ループの位相特性やゲイン特性を変更するのが通常用いられる方法である。位相特性を変更する補償要素は位相補償Ｇｃ（Ｓ）と呼ばれるものである。本来の力学系が２次以上の低域フィルタ特性を一般的に有するものであるところから、低域で位相を遅れさせ、高域で位相を進ませる、いわゆるラグ・リードフイルタが用いられる。
【００８０】
なお、位相補償の効果は、背景技術に挙げた［特許文献８］では、Ｆｉｇ．８に示す搬送体の傾き角度と搬送体の角度の時間微分回路およびこれらの信号の加算回路が、［特許文献１］、［特許文献５］においては、状態フィードバックが、効果において略同様である。ここで、フィードバックする変数の量が多いほど制御系に多くの極と零点を供給するので、より制御系の特性の改善が容易である。これらの作用は同じであるが、周波数領域で表現するか、時間領域で表現するかで発明の表現が異なるものとなるので、以下の説明では、ときとしては、両方の表現を用いることとする。
【００８１】
このようなフィルタを用いることにより、低域のゲインを上げて定常偏差を小さくし、高域位相を進めて位相余裕を増やし、安定度を良好にして同時に帯域を広くすることができる。ゲイン特性の変更に関しては、ゲイン調整器Ｇｋを入れればよい。
【００８２】
このような補償要素を付加した制御系は、ＰＩＤ制御系と呼ばれる。すなわち、比例（Ｐ）特性のゲイン調整と、積分（Ｉ）特性の遅れ補償と、時間微分特性（Ｄ）の進み補償を行う制御系だからである。Ｇｃ（Ｓ）やゲイン調整Ｇｋを施した場合の補償要素の伝達関数Ｇa（Ｓ）は、［数１１］式で表される。また、補償要素Ｇa（Ｓ）を加味した全体の伝達関数は［数１２］式のＧ（Ｓ）で表される。ここで、Ｇｓ（Ｓ）は、搬送体１０の本来の伝達関数である。このような、補償要素を含む制御系を図４に示す。
【００８３】
［数１１］
Ｇa（Ｓ）＝Ｇｃ（Ｓ）×Ｇｋ
［数１２］
Ｇ（Ｓ）＝Ｇa（Ｓ）×Ｇｓ（Ｓ）＝Ｇｃ（Ｓ）×Ｇｋ×Ｇｓ（Ｓ）
【００８４】
このような搬送体において、目標値Θｒを零ではなく正の所定の値Θｒ＋に選択すると、角度に応じた信号Θｂは、偏差Θeを残して所定の値となるように搬送体１０のステップ台１１１は前方を下げて、すなわち、Θｂが正の値Θｒ＋に追従するように、傾きながら走行する。一方、目標値Θｒを負の所定の値Θｒ−に選択すると、搬送体１０のステップ台１１１は、偏差Θeを残して、前方を上げて、Θｂが負の値Θｒ−に追従するように、傾きながら走行する。
【００８５】
ここで、重心の位置とトルク反作用の関系を分かり易く表す式を導く。［数７］式においては、重力加速度Ｗｇは、搬送物を搬送する場合には、筐体および搬送物の重量の和であるので略定数と考えられる。
【００８６】
また、値ｒは、車輪とモータの回転軸とが直結される場合にはモータの構造にのみ依存する値であり、また、ギヤを用いる場合にはギヤの構成とモータの配置から決まる値であるので定数である。
【００８７】
一方、値Θｂと値Ｌ１は、搬送物が搬送者である場合には、搬送者が身体を移動させると変化する変数であり、Fｒ１およびFｒ２はモータに印加する電力に応じて変わる変数である。ここで、値Ｌ１および値Θｂが重心の位置を表すものであり、値Fｒ１および値Fｒ２がトルク反作用力を表すものである。
【００８８】
ここで、変数だけを抜き出した式を［数７］式と［数５］式とから導出すると、［数１３］式を得ることができる。ここでKは定数であり、［数１４］式で表されるものである。
【００８９】
［数１３］
SinΘｂ×Ｌ１＝K×（Ｆr１＋Ｆr２）
［数１４］
K＝ｒ／Ｗｇ
【００９０】
［数１３］式の左辺は、値Θｂと値Ｌ１との積で表されているが、ΘｂとＬ１との２つのパラメータはいずれも搬送者の重心の位置を極座標表示により表す座標系に他ならない。このことは、重心の位置を移動すれば、それに応じてトルク反作用力が変化して搬送体１０の姿勢を所定の位置に維持する制御が働き、それに伴い搬送体１０の移動速度も変化することを表すものである。
【００９１】
すなわち、制御系として動作する範囲では、値Θｂを負とすると搬送体１０を後方に移動する力が搬送体と走行面間に働き、値Θｂを正とすると搬送体１０を前方に移動する力が搬送体と走行面間に働くこととなる。
【００９２】
このことは、目標値Θｒを通常走行における零から正の所定の値Θｒ＋に選択すると、搬送体１０を前方に移動する力が搬送体と走行面間に働き、負の所定の値Θｒ−に選択すると、搬送体１０を後方に移動する力が搬送体と走行面間に働くことを意味している。また、加速度の大きさは、値Θｒ＋または値Θｒ−の絶対値により定まり、絶対値が大きくなると移動する力も大きくなる。
【００９３】
搬送者が耐えられる、すなわち、ステップ台１１１から搬送者が滑り落ちてしまわない傾き角度Θｂであって、かつ、搬送体１０の筐体の一部でも走行面と接触しないような正側の目標値をΘｒｌ＋とし、負側の目標値をΘｒｌ−として、第１の実施の形態におけるブレーキ装置の作用を説明する。
【００９４】
なお、傾き角度Θｂの検出は、例えば、回転角度に応じて抵抗値が変化するポテンショメータの回転軸に剛体の棒を固着し、この棒の先端に錘を固着して錘が鉛直方向に引かれる性質を利用して、傾き角度Θｂの大きさに応じた抵抗値の変化を検出することにより、傾き角度Θｂを検出できる。この場合、棒の一部にダッシュポットからなるダンパー機構を付加して応答特性を向上することが望ましい。また、ポテンショメータの取り付け部位はステップ台１１１のみではなく、ステップ台１１１を構成要素とする筺体のいかなる部分に取り付けても良い。
【００９５】
また、走行面と接するレバーを設け、このレバーの他の端にポテンショメータを設ければ、走行面とステップ台１１１とのなす角度を沿直線とステップ台１１１とのなす角度に変えて、別の傾き角度に応じた信号として用いることができる。ここで、傾き角度に応じた信号の極性は、例えば、鉛直線を基準とする場合には、鉛直線を基点として前方方向に正の極性を付し、鉛直線を基点として後方方向に負の極性を付すものとする。また、例えば、走行面を基準とする場合には、走行面に直交する直線からの角度であり、この直交する直線を基点として前方方向に正の極性を付し、鉛直線を基点として後方方向に負の極性を付すものとする。
【００９６】
車輪の回転角度Θｗは車輪の回転軸と結合されるロータリエンコーダにより検出することができ、ロータリエンコーダからの信号を時間微分すれば車輪の回転角速度ｄΘｗ／ｄｔに応じた信号を検出することができる。回転角速度ｄΘｗ／ｄｔに応じた信号は、車輪の回転軸に結合されるタコジェネレータにより検出しても良い。ロータリエンコーダからの出力は、通常は、回転方向を示す極性信号と所定の角度ごとにパルスを出力する信号との2相の信号からなるので、極性を加味してパルス数の加算をすれば回転角度の検出は可能である。加算や微分演算、制御演算は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）を用いた演算やアナログ微分回路により行うことができる。完全微分、すなわち、伝達関数でＳで表される微分では、高域のノイズが増大する場合には、Ｓ／（Ｓ＋ω）なる伝達関数で表される微分を用いることができる。ここで、回転角度の基準点は、例えば、鉛直線を基準とする場合には、鉛直線を基点として前方方向に正の極性を付し、鉛直線を基点として後方方向に負の極性を付すものとする。また、例えば、走行面を基準とする場合には、走行面に直交する直線からの角度であり、この直交する直線を基点として前方方向に正の極性を付し、鉛直線を基点として後方方向に負の極性を付すものとする。
【００９７】
第１の実施の形態における処理は、ソフトウエアによる離散処理として説明をするが、同様な技術的思想の下、ハードウエアによる連続処理を行うこともできる。ソフトウエア処理の場合には、所定の割り込みタイミングで、処理を順次行う。割り込みのタイミングは、制御系の応答特性に影響を与える。すなわち、サンプリング定理によりサンプリング周波数の１／２以上の周波数成分の信号は得ることができない。また、演算結果を０次ホールドにより出力すると、サンプリング周期の１／２の時間の時間遅れが生じ、サンプリング周波数において１８０Ｄｅｇｒｅｅの位相遅れが生じ、この位相おくれは信号の周波数に比例したものとなる。
【００９８】
例えば、演算結果を一周期遅れて出力し、０次ホールドした出力信号により動力発生源を駆動する場合に位相余裕の損失を５（Ｄｅｇｒｅｅ）以下とするためには、帯域が５Ｈｚの場合には、５（Ｈｚ）×５４０（Ｄｅｇｒｅｅ）／５（Ｄｅｇｒｅｅ）は５４０（Ｈｚ）以上のサンプリング周波数が必要となる。
【００９９】
また、各ステップにおける一連の処理時間があり、この処理時間は判断内容によりバラツキが生じる。このため、一般的には一連の処理が終わった後に直に動力発生手段を制御する制御信号を出力するのではなく、次のステップ１への割り込みと同時に、一割り込み時間遅れて制御信号が出力される。これにより１サンプリング周期に対応したサンプリング周波数において３６０Ｄｅｇｒｅｅの位相遅れが信号の周波数に比例して更に加算された位相遅れが生じる。その結果として、総合的にはサンプリング周波数と同じ周波数の制御信号は、０次ホールドによる１８０（Ｄｅｇｒｅｅ）と一割り込み時間遅れによる３６０（Ｄｅｇｒｅｅ）とが加算された５４０（Ｄｅｇｒｅｅ）の位相遅れを生じさせる。したがって、ソフトウエアによる離散処理を行う場合には、制御信号の周波数と、サンプリング周波数との関係で位相余裕が侵食されてしまうので、位相余裕が十分に得られるサンプリング周波数を選択する必要がある。
【０１００】
（第１の演算則）
図５に沿って、第１の演算則における各ステップの動作を説明する。割り込み信号により、スタートより処理は開始される。ステップＳ１は、搬送体１０の移動速度の減速を行う減速状態（制動状態、ブレーキ状態）であるか、移動速度の加速を行う加速状態であるか、通常走行状態であるかを検出する状態検出ステップである。この状態検出ステップＳ１は、例えば、状態信号が−１、１、０、のいずれかを検出することにより行われる。制動状態の場合には、図１に示す搬送体１０のハンドル１１９に設けられるブレーキレバー２１が操作されると−１の状態を示す信号が出力され、ブレーキレバーの操作を止めると０の状態となるようにされている。また、アクセルレバー２０が操作されると１の状態となり、アクセルレバーの操作を止めると０の状態となる。
【０１０１】
ステップＳ２においては、走行状態に基づき処理が分岐をする。すなわち、通常走行状態である場合には、目標値Θｒを零とするステップＳ３に進む。一方、ステップＳ２において、走行状態が減速状態または加速状態である場合には、ステップＳ４に進む。
【０１０２】
ステップＳ３においては、制御系は、目標値Θｒを零とし、または、通常の走行に影響を与えない範囲の所定の値とする。これにより、搬送体１０は大きく前傾または後傾することなく走行を持続する。
【０１０３】
ステップＳ４では、車輪の回転角速度ｄΘｗ／ｄｔを検出する。この場合、車輪と直結あるいはギヤを介して結合されるモータの回転角速度ｄΘｍ／ｄｔを検出しても同様の作用をさせることができる。車輪の回転角速度ｄΘｗ／ｄｔに替えてモータの回転角速度ｄΘｍ／ｄｔを用いる場合には、図５のフローチャートで、ｄΘｗ／ｄｔをｄΘｍ／ｄｔと読み替えるものとする。このステップＳ４が終了するとステップＳ５に跳ぶ。
【０１０４】
ステップＳ５では、回転角速度ｄΘｗ／ｄｔの大きさの絶対値である｜ｄΘｗ／ｄｔ｜を計算する。
【０１０５】
ステップＳ６では、どのような制御を行うかの判断を行う。その判断の結果、以下の場合分け（Ｃａｓｅ）に従って分岐する。
（Ｃａｓｅ１）
（１）ステップＳ１において検出した状態が減速状態、すなわち、−１の場合で、
（２）｜ｄΘｗ／ｄｔ｜＜ε１が成立する場合。
以上の条件で、ステップＳ３に跳び、走行状態における目標値であるΘｒに略零が設定される。これは、ε１は予め設定する所定の微小な値である。この式｜ｄΘｗ／ｄｔ｜＜ε１が成立する場合には、搬送体の移動速度は十分落ちており、ブレーキの必要はないからである。
【０１０６】
（Ｃａｓｅ２）
（１）ステップＳ１において検出した状態が減速状態、すなわち、−１の場合で、
（２）式｜ｄΘｗ／ｄｔ｜＞ε１が成立し、
（３）式ｄΘｗ／ｄｔ＞０の場合。
以上の条件でステップＳ７に跳び、目標値Θｒに値Θｒｌ−を入れる。これは、｜ｄΘｗ／ｄｔ｜＞ε１であることより、所定の値ε１よりも車輪の回転角速度が高いことを判断し、更に、ｄΘｗ／ｄｔ＞０であることより、搬送体は、前方に走行していることを判断するからである。ステップＳ７に跳ぶことにより、ステップ台１１１は後方に最大許容角度倒れ、その結果として重心が後方に移動し、最大の減速（ブレーキ）量が搬送体１０に作用する。
【０１０７】
（Ｃａｓｅ３）
（１）ステップＳ１において検出した状態が減速状態、すなわち、−１の場合で、
（２）式｜ｄΘｗ／ｄｔ｜＞ε１が成立し、
（３）式ｄΘｗ／ｄｔ＜０の場合。
以上の条件でステップＳ８に跳び、目標値Θｒに値Θｒｌ＋を入れる。これは、｜ｄΘｗ／ｄｔ｜＞ε１であることより、所定の値ε１よりも車輪の回転角速度が高いことを判断し、更に、ｄΘｗ／ｄｔ＜０であることより、搬送体は、後方に走行していることを判断するからである。ステップＳ８に跳ぶことにより、ステップ台１１１は前方に最大許容角度倒れ、その結果として重心が前方に移動し、最大の減速（ブレーキ）量が搬送体１０に作用する。
【０１０８】
（Ｃａｓｅ４）
（１）ステップＳ１において検出した状態が加速状態、すなわち、１の場合で、
（２）式｜ｄΘｗ／ｄｔ｜＜ε３が成立し、
（３）式ｄΘｗ／ｄｔ＞０の場合。
以上の条件でステップＳ８に処理は跳び、目標値Θｒに値Θｒｌ＋を入れる。ここで、ε３は目標速度であり、この速度に達するまで加速は、維持される。すなわち、式｜ｄΘｗ／ｄｔ｜＜ε３より加速がまだ必要なことを判断し、式ｄΘｗ／ｄｔ＞０より前方に加速が必要であることが判断される。そして、ステップ台１１１は前方に最大許容角度倒れ、その結果として重心が前方に移動し、最大の加速量が搬送体１０に作用する。
【０１０９】
（Ｃａｓｅ５）
（１）ステップＳ１において検出した状態が加速状態、すなわち、１の場合で、
（２）式｜ｄΘｗ／ｄｔ｜＜ε３が成立し、
（３）式ｄΘｗ／ｄｔ＜０の場合。
以上の条件でステップＳ７に処理は移り、目標値Θｒに値Θｒｌ−を入れる。ここで、式ｄΘｗ／ｄｔ＜０より後方に現在走行していることを判断する。これにより、ステップ台１１１は後方に最大許容角度倒れ、その結果として重心が後方に移動し、最大の加速量が搬送装置１０に作用する。
【０１１０】
Case１ないしCase５のいずれに該当するかに応じてステップＳ３、ステップＳ７、ステップＳ８のいずれかに分岐した後、次の割り込みタイミングで再び、ステップＳ１に跳び、一連の処理を繰り返すことにより、搬送体１０は、通常走行状態の場合には通常走行を維持し、減速状態ではε１で定める速度まで減速が維持され、加速状態ではε３で定める速度まで加速が維持される。減速状態においてε１を略零の値とする場合には最終的には停止に至る。なお、目標値Θｒに最大値許容角度Θｒｌ−、または、Θｒｌ＋を代入するとして説明をしてきたが、最大値許容角度以下の所定の値を入れても良い。
【０１１１】
以上の条件分岐は、いくつかの条件を基準として分岐をしたが、ひとまとめにすると、以下の式により目標値Θｒを定めれば良いことになる。
Θｒ＝Ｓ×Ｓｇｎ（ｄΘｗ／ｄｔ）×Ｖ×｜Θｒｌ＋｜
ここで、Ｓｇｎは極性符号であり、式ｄΘｗ／ｄｔが正である場合には１で、ｄΘｗ／ｄｔが負である場合には−１である。Ｓは走行状態を示しており、通常走行では０、減速走行では−１、加速走行では１である。Ｖは速度の絶対値が所定の値以上か以下であるかを示しており、減速状態では、｜ｄΘｗ／ｄｔ｜＞ε１の場合には１で、｜ｄΘｗ／ｄｔ｜＜ε１の場合には０である。更に、Ｖは加速状態では、｜ｄΘｗ／ｄｔ｜＜ε３の場合には１で、｜ｄΘｗ／ｄｔ｜＞ε３の場合には０である。また、演算の結果、Θｒが零となる場合には所定の微小な値をΘｒに代入するものとしても良い。
【０１１２】
（第２の演算則）
第２の演算則は減速状態での走行に好適なものであり、特に所定の位置を目標として停止する場合に最も適した方法である。以下、本演算則による減速状態での走行について、図６に沿って説明する（ステップＳ１で、走行状態を検出する。）。
【０１１３】
ステップＳ１で、走行状態を検出する。次に、ステップＳ２において、通常走行状態であると判断する場合には、ステップＳ３に跳び通常の走行を維持する。一方、減速状態であると判断する場合には、ステップＳ４に分岐する。
【０１１４】
ステップＳ４において、減速状態に切り替わったことを検出したとき、すなわち、前の処理の時点で状態信号が０であったのに今回の処理時点で状態信号が−１となっていることを検出したとき、回転角度Θｗの値を零にリセットする。また、ステップＳ４を何度通過したかを示すカウンタの値Ｎをリセットする。更に、回転角度Θｗおよび回転角速度ｄΘｗ／ｄｔを読む。
【０１１５】
ステップＳ５において、回転角度Θｗの絶対値である｜Θｗ｜を演算する。また、カウンタの値Ｎを１だけインクリメントする。
【０１１６】
次に、ステップＳ６において制御判断をする。
（Ｃａｓｅ１）
（１）カウンタ値Ｎが予め定める所定の値以上であって、
（２）式｜Θｗ｜＜ε２の場合。
以上の条件でステップＳ３に跳び、走行状態における目標値である値Θｒに略零が設定される。ここで、値ε２は所定の微少な値であり、停止目標位置からの離間距離を表すものである。この値ε２は、減速状態にセットした時点の位置、すなわち、ブレーキレバー２１を操作した時点における位置の近傍に搬送体１０が居ることを表すものである。本演算則に従う制御を行えば、｜Θｗ｜＜ε２となすように制御が働く。すなわち、減速状態にセットした後、惰性で行き過ぎた場合でも、再び元の位置に戻る制御が働きブレーキレバー２１を操作した時点における位置付近に搬送体１０を位置させる制御が働くものである。
【０１１７】
また、カウンタ値Ｎが予め定める所定の値以上を条件とする理由は、所定の時間経過した後でなければ、｜Θｗ｜の値は所定の微少な値ε２より小さく減速の状態に入らずにステップＳ３に直に分岐してしまい、その結果として減速のタイミングが遅れるからである。なお、所定の時間、すなわち、所定のＮの値（サンプリング周期を掛けた値）は、実験により定めることができるものである。
【０１１８】
（Ｃａｓｅ２）
（１）式Θｗ＞０の場合で、
（２）カウンタの値が所定の値Ｎ以下の場合。
以上の条件で、ステップＳ７に跳び目標値Θｒに値Θｒｌ−を入れる。この場合、｜Θｗ｜＜ε２であっても、ブレーキレバー２１を操作してから殆ど時間が経過していないため、通常走行状態にすると、減速が全く行われない場合があるからである。したがって、ブレーキレバー２１の操作から所定の時間は、減速を続ける。
【０１１９】
（Ｃａｓｅ３）
（１）式Θｗ＜０の場合で、
（２）カウンタの値が所定の値Ｎ以下の場合。
以上の条件でステップＳ８に跳び目標値Θｒに値Θｒｌ＋を入れる。同様に時間が経過していないため、通常走行状態にすると、減速が全く行われない場合があるからである。
【０１２０】
（Ｃａｓｅ４）
（１）式Θｗ＞０、
（２）式｜Θｗ｜＞ε２の場合で、
（３）カウンタの値が所定の値Ｎ以上の場合。
以上の条件でステップ７に跳び目標値Θｒに値Θｒｌ−を入れる。
カウンタの値が所定の値Ｎ以上より、ブレーキレバー２１を操作してから時間が十分に経過しており、｜Θｗ｜＞ε２より減速状態を維持することを判断し、Θｗ＞０より後方に移動させるためである。
【０１２１】
（Ｃａｓｅ５）
（１）式Θｗ＜０、
（２）式｜Θｗ｜＞ε２の場合で、
（３）カウンタの値が所定の値Ｎ以上の場合。
以上の条件でステップＳ８に跳び目標値Θｒに値Θｒｌ＋を入れる。前方に移動させるためである。
【０１２２】
Case1ないしCase５のいずれかに応じて、ステップＳ３、ステップＳ７、ステップＳ８のいずれかに分岐した後、次の割り込みのタイミングで再びステップＳ１に跳び、上述した過程を繰り返して行う。本演算則においては、車輪の回転角度Θｗを制御演算において用いるので、制動状態に切り替えた時点での回転角度を零として、その回転角度を零とするように演算を行うので、最初にブレーキレバーを操作した地点に略戻そうとする制御が搬送体１０に働くものである。
【０１２３】
（第３の演算則）
第２の演算則に基づく制動は、ブレーキ信号を送出した最初の地点に戻るという意味はあるものの、搬送体１０走行速度を考慮することなく最初の地点に戻そうとするために、従来の自転車等の通常のブレーキの感覚とは乖離したものである。したがって、従来の自転車等のブレーキの感覚、すなわち、走行速度が十分に低減するまで速度が減少し続け、最終的には所定の位置に留まり続けるという制動の感覚を得るには、最初は回転角速度ｄΘｗ／ｄｔに基づき制御を行い、速度が所定の値以下になってから回転角度Θｗに基づき制御を行うことが望ましい。第３の演算則はこのような動作を行うものであり、ブレーキレバー２１を操作することにより従来の乗り物のブレーキ感覚に近いものを得ることができる。
【０１２４】
第３の演算則を図７に沿って説明する。ブレーキレバーを操作すると、ステップＳ１で減速状態である−１にセットされる。次に、ステップＳ２における分岐でステップＳ４に飛ぶ。
【０１２５】
ステップＳ４において、回転角速度ｄΘｗ／ｄｔと回転角速度ｄΘｗ／ｄｔを検出する。また、減速状態に切り替わったことを検出したとき、すなわち、前の処理の時点で状態信号が０であったのに今回の処理時点で状態信号が−１となっていることを検出したとき、回転角度Θｗの値を零にリセットする。また、ステップＳ４を何度通過したかを示すカウンタの値Ｎをリセットする。
【０１２６】
次に、ステップＳ５において演算した回転角速度ｄΘｗ／ｄｔの絶対値｜ｄΘｗ／ｄｔ｜の値および回転角度Θｗの絶対値｜Θｗ｜を演算する。
【０１２７】
次いで、ステップＳ６において、制御判断をする。
（Ｃａｓｅ１）
（１）カウンタの値が所定の値Ｎ以上で、
（２）式｜ｄΘｗ／ｄｔ｜＜ε１で、
（３）式｜Θｗ｜＜ε２の場合。
以上の条件でステップＳ３に跳び、走行状態における目標値であるΘｒに略零が設定される。これは、速度も十分に減速されており、かつ、ブレーキレバーを操作した地点の付近に搬送体１０が居るからである。
【０１２８】
（Ｃａｓｅ２）
（１）式｜ｄΘｗ／ｄｔ｜＞ε１の場合。
以上の条件で、第１の演算則に基づく制御を行う。これは、走行速度が大きく、減速を十分にするまでは、位置を考慮して移動する必要に乏しいからである。すなわち、第１の演算則に従い、ステップS7に跳び目標値ΘｒとしてΘｒｌ−、または、ステップS８に跳び目標値ΘｒとしてΘｒｌ＋を出力する。
【０１２９】
（Ｃａｓｅ３）
（１）式｜ｄΘｗ／ｄｔ｜＜ε１、
（２）式｜Θｗ｜＞ε２の場合。
以上の条件で、第２の演算則に基づく制御を行う。これは、式｜ｄΘｗ／ｄｔ｜＜ε１より走行速度が十分に小さく、｜Θｗ｜＞ε２よりブレーキレバーを操作した地点のよりはなれた地点に搬送体１０が居るからである。すなわち、第１の演算則に従い、ステップＳ７に跳び目標値ΘｒとしてΘｒｌ−、または、ステップＳ８に跳び目標値ΘｒとしてΘｒｌ＋を出力する。
【０１３０】
上述の演算則に基づく制御を行うことにより、搬送体１０の走行速度が速い場合には回転角速度ｄΘｗ／ｄｔに基づき制御を行い、走行速度が遅い場合には回転角度Θｗに基づき制御を行うことができる。これにより、速度が所定の速度以下になったときにのみブレーキレバー２１を操作した時点の位置に戻ろうとする制御が働くので違和感の少ない停止を行うことができる。
【０１３１】
（第４の演算則）
第１の演算則ないし第３の演算則においては、制動または加速の操作量は常に最大量であるために、急ストップ状態となる。しかしながら、急ストップをしたくない場合に不向きであり、また、ε１またはε２の量が小さいと、ほんの少しでも搬送体１０が移動すると、これをトリガーとして、大きく前後にステップ台１１１を振動させるハンチング状態にいる場合があり、これは搬送者にとって不快である。第４の演算則はこれを改善するものである。
【０１３２】
第１の演算則においては、加減速の量は筐体が走行面に接触しない範囲の所定の傾き角度となるように設定されたが、第４の演算則においては、加減速量を調整可能とするものである。すなわち、搬送者がアクセルレバー２０を強く握れば（ブレ加速量）速度が大きくなり、弱く握れば（加速量）速度を小さくでき、また、ブレーキレバー２１を強く握ればブレーキ量が大きくなり、弱く握ればブレーキ量を小さくできるものである。更に、最大の加減速量に制限を課し、正の最大値Θｒｌ＋および負の最大値Θｒｌ−以上に筐体の傾き角度の絶対値が越えないように制限することもできる。
【０１３３】
図８のフローチャートに沿って第４の演算則を説明する。第１の演算則との違いは、ステップＳ４において、ブレーキレバーまたはアクセルレバーの握り圧に応じた信号である｜Θｒｖ｜を検出し、Θｒｌ＋に変えて＋｜Θｒｖ｜をステップＳ８で出力し、Θｒｌ−に変えて、−｜Θｒｖ｜をステップＳ７で出力するところである。
【０１３４】
具体的には、第１の演算則と同じステップを経て、ステップＳ６における方向判断の後、ステップＳ７においては、第１の演算則のΘｒｌ−に変えて、ブレーキレバー２１の握り圧、または、アクセルレバー２０の握り圧に応じた量である｜Θｒｖ｜に負号を付して、−｜Θｒｖ｜を目標値Θｒとし、ステップＳ８においては、第１の演算則のΘｒｌ＋に変えて、ブレーキレバー２１の握り圧、または、アクセルレバー２０の握り圧に応じた量である｜Θｒｖ｜をそのまま出して、｜Θｒｖ｜を目標値Θｒとするものである。これにより、搬送者は、ブレーキレバー２１の握り圧、または、アクセルレバー２０の握り圧を調整して、自己の好みに応じた減速特性と加速特性を得ることができる。
【０１３５】
第４の演算則における条件分岐は、いくつかの条件を基準として分岐したが、ひとまとめにすると、以下の式により目標値Θｒを定めれば良いことになる。
Θｒ＝Ｓ×Ｓｇｎ（ｄΘｗ／ｄｔ）×Ｖ×｜Θｒｖ｜
ここで、Ｓｇｎは極性符号であり、ｄΘｗ／ｄｔが正である場合には１で、ｄΘｗ／ｄｔが負である場合には−１である。Ｓは走行状態を示しており、通常走行では０、減速走行では−１、加速走行では１である。Ｖは速度の絶対値が所定の値以上か以下であるかを示しており、減速状態では、｜ｄΘｗ／ｄｔ｜＞ε１の場合には１で、｜ｄΘｗ／ｄｔ｜＜ε１の場合には０である。また、Ｖは加速状態では、｜ｄΘｗ／ｄｔ｜＜ε３の場合には１で、｜ｄΘｗ／ｄｔ｜＞ε３の場合には０である。なお、演算の結果、Θｒが零となる場合には所定の微小な値をΘｒに代入するものとしても良い。
【０１３６】
（第５の演算則）
第５の演算則は、フローチャートは省略するが、第２の演算則と同様な演算則を用いる場合において、｜Θｒｖ｜を検出し、Θｒｌ＋に変えて＋｜Θｒｖ｜をステップＳ８で出力し、Θｒｌ−に変えて、−｜Θｒｖ｜をステップ７Ｓで出力するものである。これにより、搬送者は乗り心地に応じて目標値Θｒを調整することができる。
【０１３７】
（第６の演算則）
第６の演算則は、フローチャートは省略するが、第３の演算則と同様な演算則を用いる場合において、｜Θｒｖ｜を検出し、Θｒｌ＋に変えて＋｜Θｒｖ｜をステップＳ８で出力し、Θｒｌ−に変えて、−｜Θｒｖ｜をステップＳ７で出力するものである。
【０１３８】
（第７の演算則）
乗り心地を考慮する場合、減速（制動）状態においては、速度が速いときは大きな減速量を得て、速度が遅くなってから減速を緩めるのが望ましい。また、加速状態においても、いきなり急加速するよりも、連続的に加速する方が乗り心地が良い。第７の演算則は、この操作を自動で行うものである。
【０１３９】
図９に示すフローチャートに沿って第７の演算則の説明をする。第７の演算則はステップＳ４までは、第６の演算則と同様であるので、その説明は省略する。
【０１４０】
ステップＳ４において、｜ｄΘｗ／ｄｔ｜と｜Θｒｖ｜との積を計算してこの値をΘｒnとして、第６の演算則における｜Θｒｖ｜に替えて｜Θｒn｜を用いる。｜Θｒn｜は、搬送体１０の速度に依存する大きさであるので、ブレーキレバー２１を握り続けても最後に急に停止して不快感を味わうことも、アクセルレバー２０を急に強く握り続けて急発進して不快感を味わうこともない。また、目標値Θｒに制限を課すために、｜Θｒn｜の大きさが｜Θｒｌ＋｜を超えないように制限することもできる。
【０１４１】
第１の演算則ないし第７の演算則の組み合わせで加速、減速を行っても良く、例えば、減速を第１の演算則、加速を第７の演算則、加速を第１の演算則、減速を第７の演算則、等の種々に組み合わせることができる。また、以上の説明においては、１輪車、または、2輪車においては両方の車輪が同じように回転する場合を前提として説明してきた。2輪車において、両方の車輪が異なる回転数、または、異なる方向に回転する場合には、各車輪毎に独立した２系統の制御を行えば良く、また、両方の車輪の各々の回転角度Θｗの和をΘｗとして採用し、両方の車輪の各々の回転角速度ｄΘｗ／ｄｔの和をｄΘｗ／ｄｔとして採用して１系統の制御を行っても良い。車輪の数が３以上の場合にも、３系統の制御を行っても良く、また、３個の車輪の各々の変数の和を採用して１系統の制御を行っても良い。
【０１４２】
図１０に第１の実施の形態の搬送体１０のブロック図を示す。状態選択手段３５には、加速選択手段であるアクセルレバー２０および減速選択手段であるブレーキレバー２１が設けられ、状態選択手段３５からの信号４５および信号４６を目標値発生手段３４に出力する。
【０１４３】
目標値発生手段３４は、制御手段３６に目標値に対応した信号４３を出力する。ここで、目標値発生手段３４が出力する目標値信号４３は、例えば、アクセルレバー２０が操作される場合には、回転角速度検出手段３２，３３から出力される回転角度に応じた信号から搬送体１０の進行方向を検出した後、進行方向と同じ方向に筐体が傾くような信号である予め定める所定の値としても良く、また、この信号と極性は同じであってアクセルレバー２０の操作量、例えば、握り圧に応じた値としても良い。
【０１４４】
更に、目標値発生手段３４が出力する目標値信号４３は、例えば、ブレーキレバー２１が操作される場合には、回転角速度検出手段３２，３３から出力される回転角度に応じた信号から搬送体１０の進行方向を検出した後、進行方向と同じ方向に筐体が傾くような信号である予め定める所定の値としても良く、また、この信号と極性は同じであってブレーキレバー２１の操作量、例えば、握り圧に応じた値としても良い。
【０１４５】
図１１に第１の実施の形態の搬送体１０の加速装置５０のブロック図を示す。目標値発生手段３４は、加速選択手段であるアクセルレバー２０からの信号４５と、位置検出手段３１からの傾き角度に応じた信号４０と、回転角速度検出手段であるタコジェネレータ３２およびタコジェネレータ３３からの回転角速度に応じた信号４１および信号４２の極性および大きさから目標値に対応した目標値信号４３を発生する。この目標値手段３４は、種々の演算則に応じた目標値信号４３の発生を可能とするために単独のデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）で構成しても良く、また、制御手段３６の一部の機能を合わせ持つ共通のＤＳＰで構成しても良い。
【０１４６】
制御手段３６は、例えば、ＤＳＰと電力増幅器とで構成されており、モータ１１４および１１５の駆動を制御する。ＤＳＰは、目標値信号４３と重心の位置に応じた信号４０との差の値に対応した信号４４を検出し、その他に位相補償やゲイン補償の演算を行っても良い。電力増幅器はモータに電力を供給するためのものであり、モータの種類に合わせた直流電力増幅器、または、交流電力増幅器である。
【０１４７】
目標値発生手段３４が発生する目標値信号４３は、タコジェネレータ３２，３３が検出する信号の大きさとその信号の極性とから搬送体１０の進行方向を検出し、搬送体１０が進行方向に傾くように予め定める所定の値であっても良く、または、搬送体１０が進行方向に傾くような極性であって、アクセルレバー２０の握り圧に応じた大きさの値であっても良く、更に、搬送体１０が進行方向に傾くような極性であって、アクセルレバー２０の握り圧に応じた大きさと信号４１および信号４２の絶対値の積に応じた値に対応したものであっても良い。
【０１４８】
図１２に第１の実施の形態の搬送体の減速装置６０のブロック図を示す。目標値発生手段３４は、減速選択手段であるブレーキレバー２１からの信号４６と、位置検出手段３１からの傾き角度に応じた信号４０と、回転角速度検出手段であるタコジェネレータ３２、３３からの回転角速度に応じた信号４１、４２の極性および大きさから目標値に対応した目標値信号４３を発生する。目標値手段３４は、種々の演算則に応じた目標値信号４３の発生を可能とするために単独のＤＳＰで構成しても良く、また、制御手段３６の一部の機能を合わせ持つ共通のＤＳＰで構成しても良い。
【０１４９】
制御手段３６は、例えば、ＤＳＰと電力増幅器とで構成されておりモータ１１４、１１５の駆動を制御する。ＤＳＰは、目標値信号４３と重心の位置に応じた信号４０との差の値に対応した信号４４を検出し、その他に位相補償やゲイン補償の演算を行っても良い。電力増幅器はモータに電力を供給するためのものであり、モータの種類に合わせた直流電力増幅器、または、交流電力増幅器である。
【０１５０】
目標値発生手段３４が発生する目標値信号４３は、タコジェネレータ３２，３３が検出する信号の大きさとその信号の極性から搬送体１０の進行方向を検出し、搬送体１０が進行方向に傾くように予め定める所定の値であっても良く、または、搬送体１０が進行方向に傾くような極性であって、ブレーキレバー２１の握り圧に応じた大きさの値であっても良く、更に、搬送体１０が進行方向に傾くような極性であって、ブレーキレバー２１の握り圧に応じた大きさと信号４１、４２の絶対値の積に応じた値であっても良い。更に、目標値信号４３としては、ブレーキレバー２１を操作した後の車輪の回転角度とする場合には、ロータリエンコーダ３７、３８からの信号４７、４８に応じた値であっても良い。
【０１５１】
すなわち、第１の実施の形態の搬送体１０は、走行面上で車輪１１２，１１３を回転させて走行する搬送体であって、車輪１１２，１１３を回転駆動する動力発生手段１１４、１１５と、車輪を回転自在に支持するとともに、搬送体１０の走行方向の重心の位置および動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筺体（ステップ台１１１）と、筐体の傾き角度を検出してその傾き角度に応じた信号４０を出力する位置検出手段３１と、車輪の回転角速度を検出してその回転角速度に応じた信号４１、４２を出力する回転角速度検出手段３２、３３と、搬送体１０の走行状態である通常走行状態、加速状態および減速状態のうちから１つを選択する状態選択手段３５と、回転角速度に応じた信号４１，４２の極性の正負および状態選択手段からの信号４５、４６に基づき傾き角度に対する目標値に対応した信号４３を発生する目標値発生手段３４と、目標値と重心の位置との差の信号４４に基づいて動力発生手段１１４、１１５を駆動する制御手段３６と、を備えるものである。
【０１５２】
また、第１の実施例の第１の演算則では、目標値発生手段３４は、状態選択手段３５が選択する状態が加速状態にあっては回転角速度検出手段３２，３３が検出する搬送体１０の進行方向と同じ方向に筐体が傾くように予め定める所定の目標値信号４３を発生して出力し、状態選択手段３５が選択する状態が減速状態にあっては回転角速度検出手段３２、３３が検出する搬送体１０の進行方向と反対方向に筐体が傾くように予め定める所定の目標値信号４３を発生して出力するものである。
【０１５３】
目標値発生手段３４は、状態選択手段３５が選択する状態が加速状態にあっては回転角速度検出手段３２，３３が検出する搬送体１０の進行方向と同じ方向に筐体が傾くように加速選択手段２０の操作量に応じた目標値を発生して出力し、状態選択手段が選択する状態が減速状態にあっては回転角速度検出手段が検出する搬送体１０の進行方向と反対方向に筐体が傾くように減速選択手段２１の操作量に応じた目標値信号４３を発生して出力するものである。
【０１５４】
すなわち、第１の実施の形態の搬送体１０の搬送方法は、車輪１１２，１１３を筐体に回転自在に支持し、その車輪を動力発生手段１１４，１１５により回転させて走行面上を走行する搬送体１０の搬送方法であって、筐体が車輪の車軸を支点として傾く傾き角度を検出してその傾き角度に応じた信号４０を出力し、車輪の回転角速度を検出してその回転角速度に応じた信号４１，４２を検出し、搬送体１０の走行状態である通常走行状態、加速状態および減速状態のうちから１つを選択し、回転角速度に応じた信号の極性の正負および選択した状態に基づき傾き角度に対する目標値信号４３を発生し、目標値信号と傾き角度に応じた信号との差の信号４４を出力して動力発生手段１１４、１１５を駆動するものである。
【０１５５】
すなわち、第１の実施の形態の搬送体は、走行面上で車輪１１２，１１３を回転させて走行する搬送体であって、車輪１１２，１１３を回転駆動する動力発生手段１１４、１１５と、車輪を回転自在に支持するとともに、搬送体１０の走行方向の重心の位置および動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筺体（ステップ台１１１）と、搬送体１０の加速状態を選択する加速選択手段２０と、筐体の傾き角度を検出してその傾き角度に応じた信号４０を発生する位置検出手段３１と、車輪の回転角速度を検出してその回転角速度に応じた信号４１、４２を発生する回転角速度検出手段３２、３３と、加速選択手段２０からの信号および回転角速度に応じた信号４１，４２の極性の正負に基づき傾き角度に対する目標値信号４３を発生する目標値発生手段３４と、目標値信号４３と回転角速度に応じた信号４１との差の信号４４に基づいて動力発生手段１１４、１１５を駆動する制御手段３６と、を備えるものである。
【０１５６】
目標値発生手段３４は、回転角速度検出手段３２．３３が検出する搬送体１０の進行方向と同じ方向に筐体が傾くように予め定める所定の目標値信号４３を発生して出力するものであっても良く、または、搬送体１０の進行方向と同じ方向に筐体が傾くように加速選択手段２０の操作量に応じた目標値に対応した目標値信号３４を発生して出力するものであっても良く、更に、搬送体１０の進行方向と同じ方向に筐体が傾く極性であって減速選択手段２０の操作量と回転角速度に応じた信号４１，４２の絶対値の積に応じた値の目標値信号３４を発生して出力するものであっても良い。
【０１５７】
すなわち、第１の実施の形態の搬送体は、走行面上で車輪１１２，１１３を回転させて走行する搬送体であって、車輪１１２，１１３を回転駆動する動力発生手段１１４、１１５と、車輪を回転自在に支持するとともに、搬送体１０の走行方向の重心の位置および動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筺体（ステップ台１１１）と、搬送体１０の減速状態を選択する減速選択手段２１と、筐体の傾き角度に応じた信号を発生する位置検出手段３１と、車輪の回転角速度に応じた信号を発生する回転角速度検出手段３２、３３と、減速選択手段２１からの信号４６および回転角速度に応じた信号４１、４２の極性の正負に基づき傾き角度に対する目標値信号４３を発生する目標値発生手段３４と、目標値信号と傾き角度に応じた信号との差の信号４４を出力して動力発生手段を駆動する制御手段３６と、を備えるものである。
【０１５８】
目標値発生手段３４は、回転角速度検出手段３２．３３が検出する搬送体１０の進行方向と反対方向に筐体が傾くように予め定める所定の目標値信号４３を発生して出力するものであっても良く、または、搬送体１０の進行方向と反対方向に筐体が傾くように加速選択手段２０の操作量に応じた目標値信号３４を発生して出力するものであっても良く、更に、搬送体１０の進行方向と反対方向に筐体が傾く極性であって減速選択手段２１の操作量と回転角速度に応じた信号４１，４２の絶対値の積に対応した目標値信号３４を発生して出力するものであっても良い。
【０１５９】
〔第２の実施の形態〕
前述した第１の実施の形態は、目標値Θｒに傾き角度Θｂを追従させる1変数のサーボ系であった。しかし、さらに複雑で高度の制御を行うためには、変数を多くしたサーボ系を構成することが望ましい。このためには、制御系の各状態変数の関係を知る必要がある。この目的から制御系の運動方程式を導いた後に、第２の実施の形態について説明をする。第２の実施の形態の搬送体、搬送体の加速装置、搬送体の減速装置は、制御手段以外は第１の実施の形態と同様な構成を有するので、同様な部分の構成の説明は、第１の実施の形態におけると同一の符号を付して、あるいは、符号を付さずにその説明を省略する。
【０１６０】
制御系の運動方程式を、ラグランジアンを導出して導く。［数１５］式に示すラグランジアンＬは、運動エネルギTとポテンシャルエネルギUとから求められる。
【０１６１】
［数１５］
Ｌ＝T―U
【０１６２】
ラグランジアンＬを用いて、運動方程式は［数１６］式で導かれる。ここで、δは偏時間微分を、ｄは常時間微分を表すものとする。
【０１６３】
［数１６］
ｄ {δＬ／δ(ｄｑi／ｄｔ)} ／ｄｔ―δＬ／δｑi＋Di×(ｄｑi／ｄｔ)＝Ui(i=1,2….)
【０１６４】
[数１６]に表す一般化座標ｑiと、その時間微分であるｄｑi／ｄｔを制御系の状態変数と合わせることによりこれらの状態変数を関数とする運動方程式を導くことができる。求めたい変数であるΘｂ、ｄΘｂ／ｄｔ、Θｗ、ｄΘｗ／ｄｔの４つを状態変数として選び、これらの記号およびその他の記号の物理的意味を以下に示す。これらの記号の一部は図２に示すものである。また、Ｘ軸、Ｙ軸で表される座標の原点は射影車軸点１８３に取り、その点の座標を（０、０）とする。
【０１６５】
車輪の回転角度              Θｗ
筐体の鉛直線に対する角度    Θｂ
車輪半径                    Ｒｗ
車輪の質量                  Ｍｗ
車輪の慣性モーメント        Ｊｗ
筐体の質量                  Ｍｂ
車軸点廻りの回転モーメント  Ｊｂ
車軸点から重心点までの長さ  Ｌ１
重力加速度                  ｇ
モータの発生トルク          τｍ
車輪の粘性摩擦係数          ρw
筐体の車軸点を中心とする粘性摩擦係数  ρｂ
重心点の速度                Vｇ
【０１６６】
まず、運動エネルギTを求める。運動エネルギT＝車輪の運動エネルギ＋車軸の回転運動エネルギ＋筐体の運動エネルギ＋筐体の回転運動エネルギであり、各運動エネルギは、［数１７］式で示される。ここで、重心点Pの座標はＰｘ、Ｐｙとして、［数１８］式の変換式を用いて表される。
【０１６７】
［数１７］
車輪の運動エネルギ＝1／２×Ｍｗ×ｘ×ｘ
＝1／２×Ｍｗ×Ｐｗ×Θｗ×Ｒｗ×Θｗ
車輪の回転運動エネルギ＝1／２×Ｊｗ×ｄΘｗ／ｄｔ×ｄΘｗ／ｄｔ
筐体の回転運動エネルギ＝1／２×Ｊｂ×ｄΘｂ／ｄｔ×ｄΘｂ／ｄｔ
筐体の運動エネルギ＝1／２×Ｍｂ×Ｖｇ×Ｖｇ＝１／２×Ｍｂ×（Ｖｘ×Ｖｘ＋Ｖｙ×Ｖｙ）
＝1／２×Ｍｂ×
[{ｄ（Ｒｗ×Θｗ＋Ｌ１×SinΘｂ）／ｄｔ}＊{ｄ（Ｒｗ×Θｗ＋Ｌ１×SinΘｂ）／ｄｔ}]＋1／２×Ｍｂ×[{ｄ（Ｌ１×CosΘｂ）／ｄｔ}{ｄ（Ｌ１×CosΘｂ）／ｄｔ}] 
＝1／２×Ｍｂ×{Ｒｗ×Ｒｗ×（ｄΘｗ／ｄｔ）×（ｄΘｗ／ｄｔ）＋
２×Ｌ１×CosΘｂ×Ｒｗ×（ｄΘｗ／ｄｔ）×（ｄΘｂ／ｄｔ）＋（Ｌ１×Ｌ１）×（ｄΘｂ／ｄｔ）×（ｄΘｂ／ｄｔ）}
【０１６８】
［数１８］
Pｙ＝Ｌ１×CosΘｂ
Pｘ＝Ｌ１＋Ｌ１×SinΘｂ
【０１６９】
したがって、全部の運動エネルギＴは、［数１９］式で表される。
【０１７０】
［数１９］
Ｔ＝1／２×Ｍｗ×Ｒｗ×Θｗ×Ｒｗ×Θｗ
＋1／２×Ｊｗ×ｄΘｗ／ｄｔ×ｄΘｗ／ｄｔ
＋1／２×Ｊｂ×ｄΘｂ／ｄｔ×ｄΘｂ／ｄｔ
＋1／２×Ｍｂ×{Ｒｗ×Ｒｗ×（ｄΘｗ／ｄｔ）×（ｄΘｗ／ｄｔ）＋２×Ｌ１×CosΘｂ×Ｒｗ×（ｄΘｗ／ｄｔ）×（ｄΘｂ／ｄｔ）＋（Ｌ１×Ｌ１）×（ｄΘｂ／ｄｔ）×（ｄΘｂ／ｄｔ）} 
【０１７１】
ポテンシャルエネルギUは、［数２０］式で表される。
【０１７２】
［数２０］
U＝Ｍｂ×ｇ×Ｌ１×CosΘｂ
【０１７３】
損失エネルギDは、［数２１］式で表される。
【０１７４】
［数２１］
Ｄｗ＝ρw×ｄΘｗ／ｄｔ
Ｄｂ＝ρｂ×ｄΘｂ／ｄｔ
【０１７５】
上式より、［数２２］式と［数２３］式とを得る。
【０１７６】
［数２２］
｛Ｊｂ＋（Ｍｂ×Ｌ１）×（Ｍｂ×Ｌ１）｝×ｄ（ｄΘｂ／ｄｔ）／ｄｔ
＋Ｍｂ×Ｌ１×Ｒｗ×CosΘｂ×ｄ（ｄΘｗ／ｄｔ）／ｄｔ
−Ｍｂ×Ｌ１×ｇ×SinΘｂ＋ρｂ×ｄΘｂ／ｄｔ
＝０
［数２３］
Ｍｂ×Ｌ１×Ｒｗ×CosΘｂ×ｄ（ｄΘｂ／ｄｔ）／ｄｔ
＋{（Ｍｂ＋Ｍｗ）×Ｒｗ×Ｒｗ＋Ｊｂ}×ｄ（ｄΘｗ／ｄｔ）／ｄｔ
−Ｍｂ×Ｌ１×Ｒｗ×ｄΘｂ／ｄｔ×ｄΘｂ／ｄｔ×SinΘｂ＋ρw×ｄΘｗ／ｄｔ
＝τｍ
【０１７７】
［数２２］式と［数２３］式とから、更に［数２４］式と［数２５］式を得ることができる。ここで、式が煩雑になるので、［数２６］式で示す置き換えをしている。
【０１７８】
［数２４］
｛α―（１／ψ）×β×CosΘｂ×β×CosΘｂ｝×ｄ（ｄΘｂ／ｄｔ）／ｄｔ
＋β×CosΘｂ×（１／ψ）×τｍ−β×CosΘｂ×ρｗ×ｄΘｗ／ｄｔ
＋β×β×CosΘｂ×ｄΘｂ／ｄｔ×ｄΘｂ／ｄｔ×SinΘｂ−γ×SinΘｂ
＋ρｂ×ｄΘｂ／ｄｔ
＝０
［数２５］
（ψ−β×CosΘｂ×β×CosΘｂ）×ｄ（ｄΘｗ／ｄｔ）／ｄｔ
＋γ×β×（１／α）×CosΘｂ×SinΘｂ
−β×ρｂ×（１／α）×CosΘｂ×ｄΘｂ／ｄｔ
−β×ｄΘｂ／ｄｔ×ｄΘｂ／ｄｔ×SinΘｂ＋ρw×ｄΘｗ／ｄｔ
＝τｍ
［数２６］
α＝Ｊｂ＋Ｍｂ×Ｌ１×Ｌ１
β＝Ｍｂ×Ｌ１×Ｒｗ
γ＝Ｍｂ×Ｌ１×ｇ×SinΘｂ
ψ＝（Ｍｂ＋Ｍｗ）×Ｒｗ×Ｒｗ＋Ｊｗ
【０１７９】
［数２４］式、［数２５］式は、非線形時間微分方程式であり、取り扱い困難であるので、第１次近似をとり、高位の無限少を零とおき、［数２７］式の置き換えをする。
【０１８０】
［数２７］
SinΘｂ≒Θｂ
CosΘｂ≒１
ｄΘｂ／ｄｔ×ｄΘｂ／ｄｔ×SinΘｂ≒０
【０１８１】
線形化後に、［数２４］式および［数２５］式から、さらに、マトリック形式の時間微分方程式および出力方程式である［数２８］式を得ることができる。
【０１８２】
［数２８］
ｄX／ｄｔ＝AX+BU
（３）    Ｙ＝ＣＸ
【０１８３】
ここで、X、B、Ｙはベクトルであり、［数２９］式で各々表される。また、A、Ｃはマトリックスで、各要素は［数３０］式を用いて表される定数である。Transは列ベクトルから行ベクトルへの転置を意味する。
【０１８４】
［数２９］
X＝Trans〔ｄΘｂ／ｄｔ、Θｂ、ｄΘｗ／ｄｔ、Θｗ〕
B＝〔β／（ψ×α―β）、０、１／（ψ×β×β）〕
U＝τｍ
Ｙ＝Trans〔ｄΘｄ／ｄｔ、Θｄ、ｄΘｗ／ｄｔ、Θｗ〕
［数３０］
ａ11＝−ｆ１／（α−β×β／ψ）  ａ1２＝−γ／（α−β／ψ）
ａ1３=Ｂ／（α−β／ψ）  ａ1４=０  ａ２1=１  ａ２２＝ａ２３＝ａ２４＝０
ａ３1=Ｂ×ｆ１／（ψ−β×β）×α  ａ３２=γ×β／（ψ−β×β）×α
ａ３３=ｆ３／（ψ−β×β）  ａ３４=０
ａ４１=０  ａ４２=０  ａ４３=１  ａ４４=０
ｃ１１＝ｆ（Θｂ）  ｃ１２＝ｄ｛ｆ（Θｂ）｝／ｄｔ  ｃ１３＝０  ｃ１４＝０
ｃ２１＝０  ｃ２２＝ｆ（Θｂ）  ｃ２３＝０  ｃ２４＝０
ｃ３１＝０  ｃ３２＝０  ｃ３３＝１  ｃ３４＝０
ｃ４１＝０  ｃ４２＝０  ｃ４３＝０  ｃ４４＝１
【０１８５】
［数２８］式、［数２９］式で表される制御系は、証明は省略するが一般的には、［非特許文献２］において論じられている非干渉化、すなわち、状態方程式の各行をｄΘｂ／ｄｔ、Θｂのみの関数で表し、または、ｄΘｗ／ｄｔ、Θｗのみの関数で表すことは困難である。このことは、ΘｂとΘｗとが独立に制御できないことを示している。
【０１８６】
また、［数２８］式、［数２９］式で表される制御系は、証明は省略するが、［非特許文献２］に定義する可制御性については、可観測行列のランクが状態変数の数と一致することより、すべての状態変数が可制御であることは明らかである。このことは、すべての状態変数を零に漸近的に収束させるレギュレータを構成でき、搬送体として姿勢の維持ができることを意味している。
【０１８７】
［特許文献５］は、可制御性に基づき、伝達関数を求め、伝達関数の極をすべて、複素周波数平面上で左半平面に配置する手法、状態フィードバックによりすべての状態変数の漸近安定を図る手法、2次形式評価関数を最小にする最適レギュレータを構成する手法について、具体的に開示をしている。
【０１８８】
しかしながら、状態変数を目標値Θｒに収束させるサーボ系としての特性を追求すれば、多変数の目標値の時間応答に対して、定常偏差（出力レギュレーション）、あるいは、過渡応答を問題としなければならない。しかしながら、搬送体においては、定常偏差が大きくとも直ちに乗り心地を左右するものではなく、また、過渡応答特性については、目標値の時間変化が制御系の時定数より大きな値を取るために、搬送体の性能にあまり影響を及ぼさないと考えられる。従って、サーボ系であってもレギュレータ設計の理論を応用することが可能である。そこで、レギュレータ設計の理論を応用して第２の実施の形態におけるサーボ系の説明をする。
【０１８９】
目標値Θｒは種々設定が可能である。例えば、従来の自動車や自動２輪車と同じような操作性を持たせるには、搬送体１０にブレーキレバー２１とアクセルレバー２０を設け、これらの操作量に応じて目標値Θｒを定めることが考えられる。この場合において、本実施の形態の搬送体１０においては、ブレーキレバー２１の操作量、すなわち減速特性とステップ台１１１の傾き角度とが自由に選択できず、アクセルレバー２０の操作量、すなわち加速特性とステップ台１１１の傾き角度とが自由に選択できないことに注意が必要である。
【０１９０】
したがって、この点を加味したサーボ系を構成しなければ、従来のブレーキレバー、アクセルレバーを用いる搬送体と同様な操作を行うことができない。このような、操作を可能にする制御系として、図１３のブロック図で示す制御系を考える。
【０１９１】
まず、図１３の制御系の構成および動作原理を説明する。プラントは、搬送体１０の機構および路面を含む制御対象である。検出器は、背景技術に開示されているΘｂ、ｄΘｂ／ｄｔ、Θｗ、ｄΘｗ／ｄｔに加えて、ｄ{ｄΘｗ／ｄｔ}／ｄｔを検出する検出器である。
【０１９２】
Θｂは筐体と路面、または、筐体と鉛直線とのなす角度を検出する角度検出器で検出が可能であり、ｄΘｂ／ｄｔは角度検出器の出力を時間微分し、または、ジャイロセンサを用いることにより検出可能である。Θｗは車輪の回転軸と結合されるロータリエンコーダにより検出が可能であり、ｄΘｗ／ｄｔはロータリエンコーダの出力を時間微分、または、車輪の回転軸と結合されるタコジェネレータにより検出が可能である。ｄ{ｄΘｗ／ｄｔ}ｄｔは、ロータリエンコーダの出力を２階時間微分、若しくは、タコジェネレータの出力を時間微分して、または、回転方向の加速度を検出するジャイロセンサを用いることにより検出可能である。
【０１９３】
Ｕはプラントへの操作信号、すなわち、モータの制御信号である。この制御信号Ｕは、［数３１］式に示す、状態変数に基づいた信号に係数Ｋ１ないしＫ４を各々掛けた信号であるＵ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４の和の信号である。
【０１９４】
［数３１］
Ｕ＝Ｕ１＋Ｕ２＋Ｕ３＋Ｕ４
＝Ｋ１×Θｂ＋Ｋ２×｛ｄΘｂ／ｄｔ―Ｆ２｝＋Ｋ３×Θｗ
＋Ｋ４×｛ｄΘｗ／ｄｔ−Ｆ１｝
【０１９５】
Ｆ１信号発生器は、ｄΘｗ／ｄｔに対する目標値に対応する信号を発生する信号発生器であり、Ｆ２信号発生器は、ｄΘｂ／ｄｔに対する目標値に対応する信号を発生する信号発生器である。Ｆ１信号発生器からの速度目標値Ｆ１は、［数３２］式、［数３３］式で表されるものである。
【０１９６】
［数３２］
Ｆ１＝Ｋｂ×Ｓｇｎ｛ｄΘｗ／ｄｔ｝×Ｌｉｍ（Θｂ）
［数３３］
Ｆ１＝−Ｋa×Ｓｇｎ｛ｄΘｗ／ｄｔ｝×Ｌｉｍ（Θｂ）
【０１９７】
ここで、Ｋｂは、ブレーキレバー操作量、例えば、握り圧に応じて大きさが変化する正の定数である。また、Ｋaは、アクセルレバー操作量、例えば、握り圧に応じて大きさが変化する正の定数である。減速をする状態では、ブレーキレバーの操作量に応じてＫｂの大きさを操作し、加速をする状態では、アクセルレバーの操作量に応じてＫaの大きさを操作して［数３２］式または［数３３］式のいずれか一方に示す速度目標値Ｆ１を得るものとする。
【０１９８】
また、Ｓｇｎ｛ｄΘｗ／ｄｔ｝は極性のみを採用することを意味するものである。すなわち、ｄΘｗ／ｄｔが正の場合は１となり、ｄΘｗ／ｄｔが負の場合は−１となるものである。なお、第１の実施例におけると同様にｄΘｗ／ｄｔが正であることは、搬送体１０が前進するように車輪が回転し、ｄΘｗ／ｄｔが負であることは、搬送体１０が後進するように車輪が回転していることを意味する。
【０１９９】
更に、Ｌｉｍ（Θｂ）は飽和要素の演算を意味する。すなわち、Θｂが正の所定の値、例えば、Θｒｌ＋より小さい場合には、そのまま、Ｆ１＝Ｋｂ×Ｓｇｎ｛ｄΘｗ／ｄｔ｝の値を採用し、ΘｂがΘｒｌ＋より大きい場合には、ブレーキレバーやアクセルレバーを操作してもＦ１の値は、Ｆ１＝Θｒｌ＋以上には増加しないようにするものである。同様に、Θｂが負の所定の値、例えば、Θｒｌ−より大きい場合には、そのまま、Ｆ１＝Ｋｂ×Ｓｇｎ｛ｄΘｗ／ｄｔ｝の値を採用し、ΘｂがΘｒｌ−より小さい場合には、ブレーキレバーやアクセルレバーを操作してもＦ１の値がＦ１＝Θｒｌ−以下には減少しないようにするものである。
【０２００】
ＫとしてＫｂを採用する場合は、減速状態、すなわち、制動状態であり、ｄΘｗ／ｄｔが正の場合には、Ｆ１の値も正となり、減算器Σ２の作用で車輪の回転速度を減ずるように制御が行われ、ｄΘｗ／ｄｔが負の場合には、Ｆ１の値も負となり減算器Σ２の作用で車輪の回転速度を減ずるように制御が行われる。
【０２０１】
Ｆ１信号の大きさは、Ｋｂに比例するので、Ｋｂが大きくなればなるほど、減速作用は大きくなる。また、Ｌｉｍ（Θｂ）の演算により、所定の角度以上に筐体が傾く場合には、それ以上、速度目標値Ｆ１の増加を停止する。これにより、間接的であるがトルク反作用による筐体の傾きの制限をすることができる。
【０２０２】
一方、ＫとしてＫaを採用する場合は、加速状態であり、ｄΘｗ／ｄｔが正の場合には、Ｆ１の値は負となり、減算器Σ２の作用で車輪の回転速度を更に増加するように制御が行われ、ｄΘｗ／ｄｔが負の場合には、Ｆ１の値は正となり、減算器Σ２の作用で車輪の回転速度を更に増加するように制御が行われる。なお、減算器Σ２で行われる演算は、ｄΘｗ／ｄｔ−Ｆ１である。Ｌｉｍ（Θｂ）の演算の作用は減速状態と同様である。
【０２０３】
［数３２］式、［数３３］式では、ブレーキレバー２１またはアクセルレバー２０の操作量により減速または加速の量が制御され、現在の速度に依存しないものである。したがって、減速（制動）を行う場合、強くブレーキレバー２１を握った場合には、速度が遅くなると急激に制動が行われ搬送者に不快感を与え、アクセルレバー２０を強く握った場合には急加速度が加わる。これを防止するためには、［数３４］式で示す速度目標値Ｆ１とするのがより望ましい。このようにＦ１の値を定めれば、搬送者にとって乗り心地の良い搬送体とできる。
【０２０４】
［数３４］
Ｆ１＝Ｋｂ×｛ｄΘｗ／ｄｔ｝×Ｌｉｍ（Θｂ）
【０２０５】
上述の説明においては、速度目標値Ｆ１に搬送体１０の速度が追従するように目標値Ｆ１を定めることを説明した。しかしながら、既に述べたように、搬送体１０の移動速度と筐体の傾き角度とは独立に定めることができない。このために傾き角度角速度の目標値である傾き角の角速度目標値Ｆ２も同時に設定することが望ましい。傾き角の角速度目標値Ｆ２は［数３５］式で表されるものである。
【０２０６】
［数３５］
Ｆ２＝Ｋ５×ｄ｛ｄΘｗ／ｄｔ｝／ｄｔ
【０２０７】
［数３５］式に示すＦ２の意味するところを説明する。Ｆ２は車輪の回転加速度に応じた信号である。この信号は、トルク反作用力を発生させるので、ステップ台の傾き変化をもたらす。したがって、Ｆ２とｄΘｂ／ｄｔとがバランスすれば、搬送体の姿勢の維持ができる。すなわち、トルク反作用力に応じて、Θｂを調整するフィードフォワード制御を行えば良いことになる。しかしながら、理想的なフィードフォワードは、制御系のパラメータ変化により実現が困難である。
【０２０８】
そこで、理想的なフィードフォワードをフィードバックにより実現するのが、ｄΘｂ／ｄｔ−Ｆ２を偏差信号とするフィードバックループである。具体的に作用を説明するならば、例えば、搬送体が現在前進しているとして、搬送体の進行速度を減速する場合には、ｄ｛ｄΘｗ／ｄｔ｝は負の極性となる。この負の極性の信号にｄΘｂ／ｄｔが追従、すなわち、ステップ台の前方が上がれば、搬送体１０は姿勢を維持することができるものである。一方、現在前進しているとして、増速する場合には、ｄ｛ｄΘｗ／ｄｔ｝は正の極性となる。この正の極性の信号にｄΘｂ／ｄｔが追従、すなわち、ステップ台の前方が下がれば、搬送体１０は姿勢を維持することができるものである。
【０２０９】
以上が定性的な制御系の作用の説明であるが、このような作用が成立することは図１３に示す可制御な制御系が安定であることを証明することに他ならない。図１３のブロック図で示されるプラントの状態方程式は［数３６］式で、検出器を表す出力方程式は［数３７］で示される。
【０２１０】
［数３６］
Ｘ´＝Trans〔ｄΘｂ／ｄｔ、Θｂ、ｄΘｗ／ｄｔ、Θｗ、ｄ{ｄΘｗ／ｄｔ}／ｄｔ〕
＝ Trans〔X、ｄ{ｄΘｗ／ｄｔ}／ｄｔ〕
Ｂ´＝〔β／（ψ×α―β）、０、１／（ψ×β×β）、０〕
＝〔Ｂ、０〕
U＝τｍ
Ｙ´＝Trans〔ｄΘｄ／ｄｔ、Θｄ、ｄΘｗ／ｄｔ、Θｗ、ｄ{ｄΘｗ／ｄｔ}／ｄｔ〕
＝Trans〔Ｙ、ｄ{ｄΘｗ／ｄｔ}／ｄｔ〕
【０２１１】
［数３７］
ｄＸ´／ｄｔ＝A´Ｘ´+B´U
［数３８］
Ｙ´＝Ｃ´Ｘ´
【０２１２】
ここで、
Ｘ´＝Trans〔ｄΘｂ／ｄｔ、Θｂ、ｄΘｗ／ｄｔ、Θｗ、ｄ{ｄΘｗ／ｄｔ}／ｄｔ〕
＝ Trans〔X、ｄ{ｄΘｗ／ｄｔ}／ｄｔ〕
Ｂ´＝〔β／（ψ×α―β）、０、１／（ψ×β×β）、０〕
＝〔Ｂ、０〕
U＝τｍ
Ｙ´＝Trans〔ｄΘｄ／ｄｔ、Θｄ、ｄΘｗ／ｄｔ、Θｗ、ｄ{ｄΘｗ／ｄｔ}／ｄｔ〕
＝Trans〔Ｙ、ｄ{ｄΘｗ／ｄｔ}／ｄｔ〕
また、A´、Ｃ´は、［数２８］式に示す要素に次の要素が付加されたものとなる。
【０２１３】
ａ１５＝０、ａ５１＝０、ａ５２＝０、ａ５３＝０、ａ５４＝０、ａ５５＝０
ａ５３＝１
ｃ５１＝０、ｃ５２＝０、ｃ５３＝０、ｃ５４＝０、ｃ５５＝１
【０２１４】
図１３における、制御手段は、単に制御系を安定化するのみでなく、目標値に追従するサーボ系を構成するものである。ここで、ＫaおよびＫｂの時間変化が、状態変数の時間変化に比べてゆっくりしたものであれば、ＫaおよびＫｂは定数としてみなすことが可能であり、サーボ系は定置制御系とみなせる。また、定常偏差については、ある程度の定常偏差があったとしても、搬送体としての動作に大きな影響を及ぼすものではないので、無視できるものである。したがって、従来のレギュレータと同様な考え方に基づき設計が可能である。
【０２１５】
すなわち、［数３７］式、［数３８］式で示される制御系の状態変数Ｘ´についても、可制御行列のランクが状態変数の数と一致するので、制御系は可制御である。したがって、状態フィードバックにより、漸近安定なレギュレータが構成可能であることとなる。すなわち、このような制御手段を有する搬送体は安定に姿勢を維持できることが証明される。このとき制御系を安定化するための状態フィードバックの係数は、従来知られている、極配置法、最適レギュレータの設計理論をはじめとして種々の手法が可能となるものである。
【０２１６】
図１３の制御系の作用を更に説明すると、［数３９］式の状態フィードバックを行ったものである。
【０２１７】
［数３９］
U＝KＸ´
K＝〔Ｋ２、Ｋ１、Ｋ４、０、Ｋ５×Ｋ２〕
ここで、説明を簡単にするために、Θｄ＝Θｂとしており、すべての、状態変数は直接に検出器で検出可能であるので、出力方程式の行列Ｃは対角要素が１で他は０となる。また、Θｗについては、原点に留めると進行できないためにＫ３＝０と置いている。第１の実施の形態の第２の演算則、第３の演算則と同様に車輪の回転角度も制御変数とする場合には、Ｋ３に所定の値を代入することができる。
【０２１８】
係数Ｋ５についても、厳密なものではなく、制御系が線形であれば、図１３のブロック図は図１４のブロック図に書き直すことができる。この場合には、ｄ{ｄΘｗ／ｄｔ}／ｄｔにＫ２×Ｋ５なる係数を掛けて状態フィードバックを行い、ｄ{ｄΘｗ／ｄｔ}／ｄｔにＫ２なる係数を掛けて状態フィードバックを行うことにより制御系の安定性を確保するという意味に同一の発明を異なる表現で捕らえることができるものである。
【０２１９】
以上の説明においては、１輪車、または、2輪車においては両方の車輪が同じように回転する場合を前提として説明をしてきた。2輪車において、両方の車輪が異なる回転数、または、異なる方向に回転する場合には、各車輪毎に独立した２系統の制御を行えば良く、また、両方の車輪の各々の回転角度Θｗの和をΘｗとして採用し、両方の車輪の各々の回転角速度ｄΘｗ／ｄｔの和をｄΘｗ／ｄｔとして採用し、両方の車輪の各々の回転角加速度ｄ{ｄΘｗ／ｄｔ}／ｄｔの和をｄ{ｄΘｗ／ｄｔ}／ｄｔとして採用して１系統の制御を行っても良い。車輪の数が３以上の場合にも、３系統の制御を行っても良く、３個の車輪の各々変数の和を採用して１系統の制御を行っても良い。
【０２２０】
すなわち、第２の実施の形態の搬送体は、走行面上で車輪を回転させて走行する搬送体であって、車輪を回転駆動する動力発生手段１１４、１１５と、車輪を回転自在に支持するとともに、搬送体の走行方向の重心の位置および動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筺体（ステップ台１１１）と、搬送体の走行状態である通常走行状態、加速状態および減速状態のうちから１つを選択する状態選択手段７７と、筐体の傾き角度に応じた信号を発生する位置検出手段７２と、位置検出手段からの信号に基づき筺体（ステップ台１１１）の傾き角度の時間微分である傾き角速度に応じた信号７３を発生する位置変化検出手段７４と、車輪の回転角速度を検出してその回転角速度に応じた信号８６を発生する回転角速度検出手段８７と、回転角速度検出手段８７からの信号に基づき回転角速度の時間微分である回転角加速度に応じた信号７５を発生する回転角加速度検出手段７６と、状態選択手段７７からの信号８８，８９および回転角速度に応じた信号８６の極性の正負に基づき回転角速度に対する目標値である第１の目標値信号７８を発生するとともに、回転角加速度に応じた信号７５に基づき傾き角速度に対する目標値である第２の目標値信号７９を発生する目標値発生手段８０と、第１の目標値信号と回転角速度に応じた信号８１、第２の目標値信号と傾き角速度に応じた信号との差に基づく信号８２および傾き角度に応じた信号７１の各々に所定の係数を掛けて加算した信号８３に基づいて動力発生手段を駆動する制御手段８５と、を備えるものである。
【０２２１】
すなわち、第２の実施の形態の搬送体の搬送方法は、車輪を筐体に回転自在に支持し、車輪を動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体の搬送方法であって、搬送体の走行状態である通常走行状態、加速状態および減速状態のうちから１つを選択し、筐体が車輪の車軸を支点として傾く傾き角度を検出してその傾き角度に応じた信号を発生し、車輪の回転角速度を検出してその回転角速度に応じた信号を発生し、回転角速度の時間微分である車輪の回転角加速度に応じた信号を発生し、回転角速度に応じた信号の極性の正負および選択した状態に基づき回転角速度に応じた信号の目標値である第１の目標値信号を発生するとともに、回転角加速度に応じた信号に対する目標値である第２の目標値信号を発生し、第１の目標値信号と回転角速度に応じた信号との差の信号、第２の目標値信号と傾き角速度に応じた信号との差の信号、および傾き角度に応じた信号の各々に所定の係数を掛けて加算した信号に基づき動力発生手段を駆動するものである。
【０２２２】
すなわち、第２の実施の形態の別の搬送体の加速装置は、走行方向の重心の位置および走行のための動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筺体に回転自在に支持された車輪を動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体であって、搬送体の加速状態を選択する加速選択手段２０と、筐体の（傾き角度を検出してその）傾き角度に応じた信号７１を検出する位置検出手段７２と、位置検出手段７２からの信号に基づき傾き角度の時間微分である傾き角速度に応じた信号７３を出力する位置変化検出手段７４と、車輪の回転角速度に応じた信号８６を検出する回転角速度検出手段８７と、回転角速度検出手段８７からの信号に基づき回転角速度の時間微分である回転角加速度に応じた信号７５を検出する回転角加速度検出手段７６と、回転角速度に応じた信号の極性の正負および加速選択手段２０からの信号８８に基づき回転角速度に応じた信号に対する目標値である第１の目標値信号７８を出力するとともに、回転角加速度に応じた信号に対する目標値である第２の目標値信号７９を出力する目標値発生手段８０と、第１の目標値信号と回転角速度に応じた信号の差の信号８１、第２の目標値信号と傾き角速度に応じた信号との差の信号８２および傾き角度に応じた信号７１の各々に所定の係数を掛けて加算した信号８３に基づいて動力発生手段を駆動する制御手段８５と、を備えるものである。
【０２２３】
すなわち、第２の実施の形態の更に別の搬送体の加速装置は、走行方向の重心の位置および走行のための動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筺体に回転自在に支持された車輪を動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体であって、搬送体の加速状態を選択する加速選択手段２０と、筐体の傾き角度を検出してその傾き角度に応じた信号７１を出力する位置検出手段７２と、位置検出手段７２からの信号に基づき傾き角度の時間微分である傾き角速度に応じた信号７３を出力する位置変化検出手段７４と、車輪の回転角速度に応じた信号８６を発生する回転角速度検出手段８７と、回転角速度検出手段８７からの信号に基づき回転角速度の時間微分である回転角加速度に応じた信号７５を発生する回転角加速度検出手段７６と、回転角速度に応じた信号の極性の正負および加速選択手段２０からの信号８８に基づき回転角速度に対する目標値である目標値信号７８を発生する目標値発生手段８０と、目標値と回転角速度に応じた信号との差の信号８１、傾き角度に応じた信号７１、回転角加速度に応じた信号７５および傾き角速度に応じた信号７３の各々に所定の係数を掛けて加算した信号８３に基づいて動力発生手段を駆動する制御手段８５と、を備えるものである。
【０２２４】
すなわち、別の第２の実施の形態の搬送体の減速装置は、走行方向の重心の位置および走行のための動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筺体に回転自在に支持された車輪を動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体であって、搬送体の減速状態を選択する減速選択手段２１と、筐体の傾き角度を検出してその傾き角度に応じた信号７１を検出する位置検出手段７２と、位置検出手段７２からの信号に基づき傾き角度の時間微分である傾き角速度に応じた信号７３を検出する位置変化検出手段７４と、車輪の回転角速度に応じた信号８６を検出する回転角速度検出手段８７と、回転角速度検出手段８７からの信号に基づき回転角速度の時間微分である回転角加速度に応じた信号７５を出力する回転角加速度検出手段７６と、回転角速度に応じた信号の極性の正負および減速選択手段２１からの信号８９に基づき回転角速度に応じた信号に対する目標値である第１の目標値信号７８を出力するとともに、回転角加速度に応じた信号に対する目標値である第２の目標値信号７９を検出する目標値発生手段８０と、第１の目標値信号と回転角速度に応じた信号の差の信号８１、第２の目標値信号と傾き角速度に応じた信号との差の信号８２および傾き角度に応じた信号７１の各々に所定の係数を掛けて加算した信号８３に基づき動力発生手段を駆動する制御手段８５と、を備えるものである。
【０２２５】
すなわち、別の第２の実施の形態の別の搬送体の減速装置は、走行方向の重心の位置および走行のための動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筺体に回転自在に支持された車輪を動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体であって、搬送体の減速状態を選択する減速選択手段２１と、筐体の傾き角度を検出してその傾き角度に応じた信号７１を出力する位置検出手段７２と、位置検出手段７２からの信号に基づき傾き角度の時間微分である傾き角速度に応じた信号７３を出力する位置変化検出手段７４と、車輪の回転角速度に応じた信号８６を出力する回転角速度検出手段８７と、回転角速度検出手段８７からの信号に基づき回転角速度の時間微分である回転角加速度に応じた信号７５を出力する回転角加速度検出手段７６と、回転角速度に応じた信号の極性の正負および減速選択手段からの信号に基づき回転角速度に応じた目標値に対応した信号を出力する目標値発生手段８０と、目標値と回転角速度との差に対応した信号８１並びに傾き角度に応じた信号７１、回転角加速度に応じた信号７５および傾き角速度に応じた信号７３の各々に所定の係数を掛けて加算した信号８３を出力して動力発生手段を駆動する制御手段８５と、を備えるものである。
【０２２６】
すなわち、別の第２の実施の形態の搬送体の加速方法は、走行方向の重心の位置および走行のための動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筺体に回転自在に支持された車輪を動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体の搬送方法であって、搬送体の走行状態のうちから加速状態を選択し、筐体が車輪の車軸を支点として傾く傾き角度を検出してその傾き角度に応じた信号を検出し、傾き角度の時間微分である傾き角速度に応じた信号を検出し、車輪の回転角速度を検出してその回転角速度に応じた信号を検出し、回転角速度の時間微分である回転角加速度に応じた信号を検出し、回転角速度に応じた信号の正負および傾き角度に応じた信号に基づき回転角速度に応じた信号の目標値である第１の目標値信号を発生するとともに、回転角加速度に応じた信号に基づき傾き角速度に対する目標値である第２の目標値信号を発生し、第１の目標値信号と回転角速度に応じた信号との差の信号、第２の目標値信号と傾き角速度に応じた信号との差の信号、および傾き角度に応じた信号の各々に所定の係数を掛けて加算した信号に基づき動力発生手段を駆動するものである。
【０２２７】
すなわち、別の第２の実施の形態の別の搬送体の加速方法は、走行方向の重心の位置および走行のための動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筺体に回転自在に支持された車輪を動力発生手段により回転させ走行面上を走行する搬送体の搬送方法であって、搬送体の走行状態のうちから加速状態を選択し、筐体が車輪の車軸を支点として傾く傾き角度を検出してその傾き角度に応じた信号を検出し、傾き角度の時間微分である傾き角速度に応じた信号を検出し、車輪の回転角速度を検出してその回転角速度に応じた信号を検出し、回転角速度の時間微分である回転角加速度に応じた信号を検出し、回転角速度に応じた信号の極性の正負および加速状態であることに基づき回転角速度に応じた信号に対する目標値である目標値信号を発生し、目標値信号と回転角速度に応じた信号との差の信号、傾き角度に応じた信号、回転角加速度に応じた信号および傾き角速度に応じた信号の各々に所定の係数を掛けて加算した信号に基づき動力発生手段を駆動するものである。
【０２２８】
すなわち、別の第２の実施の形態の更に別の搬送体の減速方法は、走行方向の重心の位置および走行のための動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筺体に回転自在に支持された車輪を動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体の搬送方法であって、搬送体の走行状態のうちから減速状態を選択し、筐体が車輪の車軸を支点として傾く傾き角度を検出してその傾き角度に応じた信号を検出し、傾き角度の時間微分である傾き角速度に応じた信号を検出し、車輪の回転角速度を検出してその回転角速度に応じた信号を検出し、回転角速度の時間微分である回転角加速度に応じた信号を検出し、回転角速度に応じた信号の正負および減速状態であることに基づき回転角速度に応じた信号に対する目標値である第１の目標値信号を発生し、回転角加速度に基づき傾き角速度に応じた第２の目標値に対応した信号を発生し、第１の目標値信号と回転角速度に応じた信号との差の信号、第２の目標値信号と傾き角速度に応じた信号との差の信号、および傾き角度に応じた信号の各々に所定の係数を掛けて加算した信号に基づき動力発生手段を駆動するものである。
【０２２９】
すなわち、別の第２の実施の形態の更に又別の搬送体の減速方法は、走行方向の重心の位置および走行のための動力発生手段の発生する動力の大きさに応じて車輪の車軸を中心とする傾き角度が変化する筺体に回転自在に支持された車輪を動力発生手段により回転させて走行面上を走行する搬送体の搬送方法であって、搬送体の走行状態のうちから減速状態を選択し、筐体が車輪の車軸を支点として傾く傾き角度を検出してその傾き角度に応じた信号を検出し、傾き角度の時間微分である傾き角速度に応じた信号を検出し、車輪の回転角速度を検出してその回転角速度に応じた信号を検出し、回転角速度の時間微分である回転角加速度に応じた信号を検出し、回転角速度に応じた信号の正負および減速選択手段からの信号に基づき回転角速度に応じた信号の目標値である目標値信号を検出し、目標値と回転角速度に応じた信号との差の信号、傾き角度に応じた信号、回転角加速度に応じた信号および傾き角速度に応じた信号の各々に所定の係数を掛けて加算した信号に基づき動力発生手段を駆動するものである。
【０２３０】
なお本発明は、上述のように説明した実施の形態の態様に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲を逸脱することなく種々の変形実施が可能とされるものである。
【産業上の利用可能性】
【０２３１】
本発明の搬送体は、人間を輸送するパーソナルな実用的な乗り物としても、また、娯楽として楽しむ乗り物としても利用できるだけでなく、機材を運搬する輸送手段としても産業上利用可能なものである。
【０２３２】
本発明の搬送体の搬送方法は、この方法を用いることにより、小型で、信頼性の高い搬送体が提供できる産業上利用可能なものである。また、本発明の搬送体の加速装置または／および減速装置は、これを用いれば容易に搬送体の加速または／および減速できる点で産業上利用可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【０２３３】
【図１】本発明の搬送体の動作原理を説明するための概略構成を示すもので、正面から見た構成図である。
【図２】本発明の搬送体の動作原理を説明するための概略構成を示すもので、側面から見た構成図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の制御系を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の制御系の補償要素を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の第１の演算則を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１の実施の形態の第２の演算則を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第１の実施の形態の第３の演算則を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第１の実施の形態の第４の演算則を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第１の実施の形態の第５の演算則を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施の形態の搬送体の構成の概略を説明するブロック図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態の搬送体及び加速装置の構成の概略を説明するブロック図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態の搬送体及び減速装置の構成の概略を説明するブロック図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態の制御手段の構成の概略を説明するブロック図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態の別の制御手段の構成の概略を説明するブロック図である。
【図１５】背景技術に係る搬送体の構成の概略を説明するもので、正面から見た説明図である。
【図１６】背景技術に係る搬送体の構成の概略を説明するもので、側面から見た説明図である。
【図１７】背景技術に係る搬送体の制御手段の構成の概略を説明するブロック図である。
【符号の説明】
【０２３４】
１０，１１０…搬送体、  ２０…アクセルレバー（加速選択手段）、  ２１…ブレーキレバー（減速選択手段）、  ３１，７２…位置検出手段、  ３２，３３，７６，８７…回転角速度検出手段、  ３４，８０…目標値発生手段、  ３５，７７…状態選択手段、  ３６，８５…制御手段、  ４３，７８，７９…目標値信号、  ４５，４６，７１，７３，７５，８１，８２，８３，８６…信号、  ５０…加速装置、  ６０…減速装置、  ７４…位置変化検出手段、  １１１…ステップ台（筐体）、  １１２，１１３…車輪、  １１４，１１５…モータ（動力発生手段）、  １１６，１１７…車軸、  １１８…ステー、  １１９…ハンドル、  １２２，１２３…接地点、  １２５…路面、  １８０，１８２…重心射影点、  １８１…鉛直線、  １８３…射影車軸点、  Ｆｒ…トルク反作用力、  Ｈｇ…回転力、  Ｔｇ…回転駆動力、  Ｔｓ…トルク反作用回転力、  Ｗｇ…重力加速度、  Θｂ…角度、  Θｄ…制御量、  Θｅ…偏差、  Θｒ…目標値
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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