(57)【要約】【課題】車両の操作感覚の犠牲を抑制しつつ、カント路上における移動体の走行状態を好適に確保すること。【解決手段】倒立二輪型車両１００は、一組の車輪（１１、１２）を回転制御して移動する移動体である。倒立二輪型車両１００は、搭乗者によって操作されるハンドル部４５と、搭乗者による操作に応じて姿勢変化したハンドル部４５を初期姿勢へ復帰させるバネ５６と、搭乗者による操作に応じて初期姿勢とは異なる第１姿勢へ変化したハンドル部４５を、第１姿勢から初期姿勢までハンドル部４５の姿勢が変化する過程の姿勢である中間姿勢まで、バネ５６と共にハンドル部４５を復帰させるバネ５８と、を備える。更に、倒立二輪型車両１００は、ハンドル部４５が逆方向へ傾くことに対応するべく、バネ６６、バネ６８を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の車輪を回転制御して移動する移動体であって、
搭乗者によって操作される操作子と、
前記搭乗者による操作に応じて姿勢変化した前記操作子を初期姿勢へ復帰させる第１復帰手段と、
前記搭乗者による操作に応じて前記初期姿勢とは異なる第１姿勢へ変化した前記操作子を、前記第１姿勢から前記初期姿勢まで前記操作子の姿勢が変化する過程の姿勢である中間姿勢まで、前記第１復帰手段と共に前記操作子を復帰させる第２復帰手段と、
を備える、移動体。
【請求項２】
前記第１及び第２復帰手段それぞれは、少なくとも弾性部材を含むことを特徴とする請求項１に記載の移動体。
【請求項３】
前記第１及び第２復帰手段それぞれは、少なくとも弾性部材を含み、
前記第２復帰手段に含まれる前記弾性部材の弾性力は、前記第１復帰手段に含まれる前記弾性部材の弾性力とは異なることを特徴とする請求項１又は２に記載の移動体。
【請求項４】
前記第１及び第２復帰手段それぞれは、少なくともバネを含み、
前記第２復帰手段に含まれる前記バネのバネ長は、前記第１復帰手段に含まれる前記バネのバネ長とは異なることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の移動体。
【請求項５】
前記搭乗者による操作に応じて姿勢変化した前記操作子を初期姿勢へ復帰させる第３復帰手段と、
前記搭乗者による操作に応じて前記初期姿勢とは異なる第２姿勢へ変化した前記操作子を、前記第２姿勢から前記初期姿勢まで前記操作子の姿勢が変化する過程の姿勢である中間姿勢まで、前記第３復帰手段と共に前記操作子を復帰させる第４復帰手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の移動体。
【請求項６】
前記初期姿勢から前記中間姿勢まで前記操作子の姿勢が変化するとき、実効的に旋回動作しないように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の移動体。
【請求項７】
前記初期姿勢から前記中間姿勢まで前記操作子の姿勢が変化するとき、実効的に旋回動作しないように構成され、かつ前記中間姿勢から前記第１姿勢まで前記操作子の姿勢が変化するとき、実効的に旋回動作するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の移動体。
【請求項８】
搭乗者の双方の足が載置される載置部と、
前記載置部上における前記搭乗者の重心移動に応じて、姿勢変化する平行リンク機構と、を更に備え、
一組の前記車輪の夫々は、前記平行リンク機構の姿勢の変化に応じて、接地面に対して傾きを有するように調整されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の移動体。
【請求項９】
前記第１及び第２復帰手段は、少なくとも前記平行リンク機構を介して、前記操作子に対して作用することを特徴とする請求項８に記載の移動体。
【請求項１０】
前記平行リンク機構が初期姿勢から変化するに応じて、前記第１復帰手段は、前記平行リンク機構が初期姿勢へ復帰するように前記平行リンク機構に対して作用することを特徴とする請求項９に記載の移動体。
【請求項１１】
搭乗者による操作に応じて初期姿勢とは異なる第１姿勢へ変化した操作子を、前記第１姿勢から前記初期姿勢まで前記操作子の姿勢が変化する過程の姿勢である中間姿勢まで第１の復帰力により姿勢変化させ、その後、第１の復帰力よりも弱い第２の復帰力で前記操作子の姿勢を変化させるように構成された移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンパクトな構成で高い移動性能を有する車両型ロボットとして、倒立二輪型移動体が注目されている。特許文献１は、倒立二輪型移動体がカント路を走行する時、車両の現在のロール角に基づいて、ユーザーにより入力される操作指令のロール成分を補償する点が開示されている（同文献の段落００４９には、「コントローラーが、車両の現在のロール角に基づいて乗り手の指令（例えば、操舵指令）の方向成分を補償することによって、ユーザー入力装置への乗り手の指令入力について、車両の動作への影響を減らすことができる」と記載されている）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１１−５００４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
カント路（移動体から見て、その左右方向に傾斜している傾斜面）を移動体が走行する際、搭乗者がハンドルを起立状態へと変化させることに応じて、搭乗者が意図したわけでもなく、移動体が旋回してしまう場合がある。特許文献１に記載のようにコントローラーにより入力指令を補償する場合、搭乗者は、コントローラー側で変更された入力指令に基づく移動体の動作量を感じることで移動体の操作感覚を獲得することができる。しかしながら、この場合、搭乗者によりハンドルが操作された時点とハンドル操作に応じて移動体が動作する時点との間にはタイムラグが生じてしまう場合がある。この結果、車両の操作感覚を搭乗者が把握しにくい状態が生じてしまうおそれがある。
【０００５】
上述の説明から明らかなように、本願発明者らは、車両の操作感覚の犠牲を抑制しつつ、カント路上における移動体の走行状態を好適に確保するという新たな課題を見出した。なお、上記した特許文献１との比較説明は、本願発明の課題を説明するために例示的に示したものである。従って、特許文献１との比較説明に基づいて本願発明を限定解釈することは許されない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る移動体は、複数の車輪を回転制御して移動する移動体であって、搭乗者によって操作される操作子と、前記搭乗者による操作に応じて姿勢変化した前記操作子を初期姿勢へ復帰させる第１復帰手段と、前記搭乗者による操作に応じて前記初期姿勢とは異なる第１姿勢へ変化した前記操作子を、前記第１姿勢から前記初期姿勢まで前記操作子の姿勢が変化する過程の姿勢である中間姿勢まで、前記第１復帰手段と共に前記操作子を復帰させる第２復帰手段と、を備える。
【０００７】
前記第１及び第２復帰手段それぞれは、少なくとも弾性部材を含む、と良い。
【０００８】
前記第１及び第２復帰手段それぞれは、少なくとも弾性部材を含み、前記第２復帰手段に含まれる前記弾性部材の弾性力は、前記第１復帰手段に含まれる前記弾性部材の弾性力とは異なる、と良い。
【０００９】
前記第１及び第２復帰手段それぞれは、少なくともバネを含み、前記第２復帰手段に含まれる前記バネのバネ長は、前記第１復帰手段に含まれる前記バネのバネ長とは異なる、と良い。
【００１０】
前記搭乗者による操作に応じて姿勢変化した前記操作子を初期姿勢へ復帰させる第３復帰手段と、前記搭乗者による操作に応じて前記初期姿勢とは異なる第２姿勢へ変化した前記操作子を、前記第２姿勢から前記初期姿勢まで前記操作子の姿勢が変化する過程の姿勢である中間姿勢まで、前記第３復帰手段と共に前記操作子を復帰させる第４復帰手段と、  を更に備える、と良い。
【００１１】
前記初期姿勢から前記中間姿勢まで前記操作子の姿勢が変化するとき、実効的に旋回動作しないように構成されている、と良い。
【００１２】
前記初期姿勢から前記中間姿勢まで前記操作子の姿勢が変化するとき、実効的に旋回動作しないように構成され、かつ前記中間姿勢から前記第１姿勢まで前記操作子の姿勢が変化するとき、実効的に旋回動作するように構成されている、と良い。
【００１３】
搭乗者の双方の足が載置される載置部と、前記載置部上における前記搭乗者の重心移動に応じて、姿勢変化する平行リンク機構と、を更に備え、一組の前記車輪の夫々は、前記平行リンク機構の姿勢の変化に応じて、接地面に対して傾きを有するように調整される、と良い。
【００１４】
前記第１及び第２復帰手段は、少なくとも前記平行リンク機構を介して、前記操作子に対して作用する、と良い。前記平行リンク機構が初期姿勢から変化するに応じて、前記第１復帰手段は、前記平行リンク機構が初期姿勢へ復帰するように前記平行リンク機構に対して作用する、と良い。
【００１５】
本発明に係る移動体は、搭乗者による操作に応じて初期姿勢とは異なる第１姿勢へ変化した操作子を、前記第１姿勢から前記初期姿勢まで前記操作子の姿勢が変化する過程の姿勢である中間姿勢まで第１の復帰力により姿勢変化させ、その後、第１の復帰力よりも弱い第２の復帰力で前記操作子の姿勢を変化させるように構成されている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、車両の操作感覚を犠牲にすることを抑制しつつ、カント路走行時の意図しない旋回を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１にかかる倒立二輪型移動体の概略的な正面図である。
【図２】実施の形態１にかかる倒立二輪型移動体の概略的な側面図である。
【図３】実施の形態１にかかる倒立二輪型移動体の概略的な部分拡大正面図である。
【図４】実施の形態１にかかる倒立二輪型移動体の概略的な上面図である。
【図５】実施の形態１にかかる倒立二輪型移動体の概略的な正面図である。
【図６】実施の形態１にかかる倒立二輪型移動体の概略的な部分拡大模式図である。
【図７】実施の形態１にかかる倒立二輪型移動体に内蔵されるバネユニットの概略的な構成を示す模式図である。
【図８】実施の形態１にかかる倒立二輪型移動体の動作を示すグラフ図である。
【図９】実施の形態１にかかる倒立二輪型移動体の動作を示す模式図である。
【図１０】比較例にかかる倒立二輪型移動体に内蔵されるバネユニットの概略的な構成を示す模式図である。
【図１１】比較例にかかる倒立二輪型移動体の動作を示すグラフ図である。
【図１２】実施の形態１にかかる倒立二輪型移動体の概略的な構成を示すブロック図である。
【図１３】実施の形態１にかかる倒立二輪型移動体の概略的な構成を示すブロック図である。
【図１４】実施の形態１にかかる倒立二輪型移動体の概略的な動作を示すフローチャートである。
【図１５】実施の形態２にかかる倒立二輪型移動体の概略的な構成を示すブロック図である。
【図１６】実施の形態２にかかる倒立二輪型移動体に組み込まれた表示部の構成を示す模式図である。
【図１７】実施の形態２にかかる倒立二輪型移動体の概略的な動作を示すフローチャートである。
【図１８】従来例と実施の形態１、２とを比較説明した参考図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に説明する各実施形態は、個々に独立したものではなく、互いに組み合わせ可能であり、その組み合わせに基づく相乗効果も主張可能なものとする。原則として、各実施形態間の重複記載は排除されている。各実施形態の同一要素には同一の符号を付し冗長説明は省略されている。なお、図面は、発明の説明を目的として作成されたものであり、この開示に基づいて本願発明の技術的範囲を限定解釈することは許されない。
【００１９】
実施の形態１
後述の説明から明らかなように、本実施形態に係る倒立二輪型車両１００（図１参照）は、一組の車輪（１１、１２）を個別に回転制御して移動する移動体である。倒立二輪型車両１００は、搭乗者によって操作されるハンドル部４５と、搭乗者による操作に応じて姿勢変化したハンドル部４５を初期姿勢へ復帰させるバネ５６（図７参照）と、搭乗者による操作に応じて初期姿勢とは異なる第１姿勢へ変化したハンドル部４５を、第１姿勢から初期姿勢までハンドル部４５の姿勢が変化する過程の姿勢である中間姿勢まで、バネ５６と共にハンドル部４５を復帰させるバネ５８（図７参照）と、を備える。更に、倒立二輪型車両１００は、ハンドル部４５が逆方向へ傾くことに対応するべく、バネ６６、バネ６８を有する（図７参照）。なお、バネは、復帰手段、復帰機構、弾性部材の一例である。
【００２０】
ハンドル部４５は、バネ５６のみによって内側へ付勢される状態（初期姿勢に至るまで押し戻される状態）と、バネ５６とバネ５８によって内側へ付勢される状態（初期姿勢に至る前段階の中間姿勢まで押し戻される状態）を持つ。バネ５８のバネ長を適切に設定することによって、ハンドル部４５に対して遊びを持たせることができる。この遊び量に対応づけて、入力指令の無効化又は入力指令による動作量の低減を図る。これにより、カント路上を走行する際、搭乗者がハンドルを起立状態へ変化させたとしても、搭乗者の意図に反して移動体が旋回してしまうことを抑制することが可能となる。
【００２１】
例えば、搭乗者は、自身から見てハンドル部４５を右方向へ傾斜させると、ある傾斜角度を境として、バネ５６のみによる復帰力（反力、反発力）を受けていた状態から、バネ５６及びバネ５８双方による復帰力（反力、反発力）を受ける状態へと変化する。搭乗者は、ハンドル部４５の操作を通じて、ハンドル部４５を介して受ける力が比較的大きく変化する角度を覚えることができる。従って、カント路上を走行する時においても、ハンドル部４５をどの程度傾ければ、倒立二輪型車両１００が実効的に旋回動作するか否かを把握することができる。
【００２２】
上述の説明から明らかなように、本実施形態によれば、車両の操作感覚を搭乗者が把握しにくい状態が発生することを抑制することで、カント路走行時の意図しない旋回を抑制することが可能となる。なお、ハンドル部４５に対して付与される復帰力の段階数は、２以上であれば良く、２つに限られるべきではない。換言すれば、バネ長方向が並列となるように配置されたバネの個数は、２以上であれば良い。ハンドル部４５に対して復帰力を供給する手段は、バネに限らず、ゴム等の他の弾性体であっても良く、また、スプリング部材（ガススプリング、オイルスプリング等）であっても良い。なお、コスト的な観点から、バネを採用することが望ましい。なお、以下の具体例では、平行リンク機構２０を介して、バネの復帰力がハンドル部４５まで伝達するが、この構成に限られるべきではない。
【００２３】
以下、図面を参照しつつ説明する。図１は、倒立二輪型移動体の概略的な正面図である。図２は、倒立二輪型移動体の概略的な側面図である。図３は、倒立二輪型移動体の概略的な部分拡大正面図である。図４は、倒立二輪型移動体の概略的な上面図である。図５は、倒立二輪型移動体の概略的な正面図である。図６は、倒立二輪型移動体の概略的な部分拡大模式図である。図７は、倒立二輪型移動体に内蔵されるバネユニットの概略的な構成を示す模式図である。図８は、倒立二輪型移動体の動作を示すグラフ図である。図９は、倒立二輪型移動体の動作を示す模式図である。図１０は、比較例にかかる倒立二輪型移動体に内蔵されるバネユニットの概略的な構成を示す模式図である。図１１は、比較例にかかる倒立二輪型移動体の動作を示すグラフ図である。図１２は、倒立二輪型移動体の概略的な構成を示すブロック図である。図１３は、倒立二輪型移動体の概略的な構成を示すブロック図である。図１４は、倒立二輪型移動体の概略的な動作を示すフローチャートである。
【００２４】
図１乃至図４に模式的に示すように、倒立二輪型車両１００は、ベースユニット１０、ハンドル部（操作子）４５、及びグリップ部（把持部）４６を有する。ベースユニット（本体部）１０は、一組の車輪１１、１２、一組のフットプレート（載置部）１３、１４、及び格納部１５を有する。車輪１１と車輪１２は、格納部１５を挟んで対向配置されている。フットプレート１３とフットプレート１４は、格納部１５を挟んで対向配置されている。なお、ベースユニット１０には、ベースユニット１０が接地することを回避するための補助輪１６が設けられている（図２参照）。
【００２５】
搭乗者は、フットプレート１３、１４上に自身の各足を載せた状態で、グリップ部４６を両手で把持し、ベースユニット１０上で自身の重心を移動する。搭乗者が自身の重心を移動する過程で、ハンドル部４５の姿勢は変化する。ハンドル部４５の姿勢変化を介して、倒立二輪型車両１００に対して指令（操作指令、操舵指令、操縦指令）が入力される。
【００２６】
なお、ハンドル部４５の姿勢変化は、例えば、ハンドル部４５に組み込まれた加速度センサ、角速度センサ、ジャイロセンサ等のセンシング手段により検知される。ロータリー型又はリニア型のポテンションメーターを活用してハンドル部４５の姿勢変化を検出しても良い。この他、光学的／磁気的な手法を活用してハンドル部４５の姿勢変化を検出しても良い。何らかの方法でセンシングされたハンドル部４５の姿勢情報は、倒立二輪型車両１００に内蔵されたコンピュータ（コントローラー／制御装置／制御部）へ供給されて演算処理される。
【００２７】
図１、２、４に示すように、ハンドル部４５は、円柱状部材である。ハンドル部４５の下端は、ベースユニット１０内の保持部品により保持されている。ハンドル部４５は、自身の下端を回転中心として、任意の方向（前後／左右／前斜め右／前斜め左／後斜め右／後斜め左方向）へ傾き調整可能となっている。ベースユニット１０から見てハンドル部４５が所定方向に傾斜した状態をハンドル部４５が"寝た状態"と呼ぶ場合もある。ベースユニット１０から見てハンドル部４５が垂直に起立した状態をハンドル部４５が"起立した状態"と呼ぶ場合もある。
【００２８】
なお、図１乃至図６に示したｙ軸は、鉛直方向に一致する。ｘ軸は、鉛直方向に対して垂直な軸線である。倒立二輪型車両１００が配置されている基準面（接地面）は、ｘ軸方向を含む平面である。ｚ軸は、倒立二輪型車両１００の直進方向に一致する。
【００２９】
グリップ部４６は、搭乗者により把持される部分であり、ハンドル部４５の上端に固定されている。図１、２、４に示すように、グリップ部４６は、２つの環状部４６ａ、４６ｂが連結したように構成されている。環状部４６ａは、ハンドル部４５の上端に固定され、略３角形状に構成されている。環状部４６ｂは、環状部４６ａの一辺に対して連結し、略矩形状に構成されている。環状部４６ｂは、前方へ寝た姿勢となるように環状部４６ａに対して配置されている。これにより、搭乗者によるグリップ部４６の把持態様の自由度を高めることができる。
【００３０】
図１乃至４に示すベースユニット１０は、倒立二輪型車両１００の本体部分であり、ユーザーによるハンドル部４５の操作に応じて、車輪１１、１２を個別駆動する。ベースユニット１０内には、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、メモリ、マザーボード、各種センサ（加速度センサ、角加速度センサ、ジャイロセンサ、ロータリーエンコーダ）、機械部品（平行リンク機構２０、バネ、シャフト、連結部材等）等が収容される。ベースユニット１０が地面に対して接触することを回避するために、図２に示すように、補助輪１６がベースユニットに設けられている。
【００３１】
フットプレート１３は、ユーザーの左足が載せられる。フットプレート１４は、搭乗者の右足が載せられる。図４に示すように、フットプレート１３は、中心側に位置する格納部１５から外側へ延在するに応じて幅狭になる。フットプレート１４は、中心側に位置する格納部１５から外側へ延在するに応じて幅狭になる。フットプレート１３とフットプレート１４は、両者間に存在する仮想線ＡＸ１０を対称線として対称に構成される。なお、仮想線ＡＸ１０は、初期倒立姿勢にある倒立二輪型車両１００の重心上を通過する。
【００３２】
図３に示すように、フットプレート１３は、平坦部１３ａ、湾曲部１３ｂ、及びカバー部１３ｃを有する。平坦部１３ａと湾曲部１３ｂが連続した部分は、略Ｕ字状となっている。カバー部１３ｃは、車輪１１のホイールを覆うように配置されている。カバー部１３ｃを設けることにより、車輪１１のホイールを汚れ等から保護することができる。フットプレート１４は、フットプレート１３と同様、平坦部１４ａ、湾曲部１４ｂ、及びカバー部１４ｃを有する。フットプレート１４の構成は、フットプレート１３の構成と略同様であり、重複説明は省略する。
【００３３】
格納部１５内には、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、メモリ等により構成されたコンピュータが内蔵される。格納部１５内に内蔵されるコンピュータの構成については、後述する。
【００３４】
図１及び図４に示すように、ベースユニット１０には、平行リンク機構２０が組み込まれている。平行リンク機構２０は、リンク２１、リンク２２、リンク２３、リンク２４により構成されている。リンク２１とリンク２２は、ｘ軸方向（横方向）を長手方向とするリンクであり、互いに平行配置されている。リンク２３とリンク２４は、ｙ軸方向（高さ方向）に沿って延在するリンクであり、互いに平行配置されている。平行リンク機構２０は、リンク２１とリンク２２間の平行及びリンク２３とリンク２４間の平行を保持しながら姿勢変化（変形）する。
【００３５】
なお、リンク２１の一端は、連結軸を介して、リンク２３に対して回転可能に接続されている。リンク２１の他端は、連結軸を介して、リンク２４に対して回転可能に接続されている。リンク２２の一端は、連結軸を介して、リンク２３に対して回転可能に接続されている。リンク２２の他端は、連結軸を介して、リンク２４に対して回転可能に接続されている。なお、リンク間を接続する具体的な方法は任意である。
【００３６】
図１及び図５の対比から明らかなように、平行リンク機構２０は、ハンドル部４５の姿勢変化に同調して姿勢変化する。一組の車輪１１、１２は、ハンドル部４５／平行リンク機構２０の姿勢変化に同調して姿勢変化する。このように構成することによって、倒立二輪型車両１００が平坦面を移動する際、倒立二輪型車両１００に搭乗している搭乗者が感じる車両操縦感覚を高めることができる。これにより、倒立二輪型車両１００を操縦する搭乗者に対して、走る楽しさ／走る喜びを提供することができる。なお、平行リンク機構２０とハンドル部４５とは、例えば、機械的に固定／接続等されている。平行リンク機構２０と一組の車輪１１、１２とは、機械的に固定／接続等されている。
【００３７】
図１及び図５の対比から明らかなように、紙面を正面視して、ハンドル部４５が右方向へ傾くと、これに同調して、リンク２３とリンク２４から構成された平行リンク対も右方向へ傾く。同様に、ハンドル部４５が右方向へ傾くと、これに同調して、車輪１１と車輪１２とから構成された車輪対も右方向へ傾く。なお、ハンドル部４５が右方向へ傾くことを、ハンドル部４５が時計の針のように回動すると把握しても良い。
【００３８】
ハンドル部４５は、上述のように搭乗者によって任意の方向へ倒されて傾く。ベースユニット１０内には、このように任意に姿勢変化されるハンドル部４５を初期姿勢へ復帰させるための復帰機構が組み込まれている。
【００３９】
図１に示したベースユニット１０の部分拡大図を図６に示す。図６に示すように、ベースユニット１０内には、ｘ軸方向を長手方向とするバネ６６が内蔵されている。バネ６６は、保持部材６２と保持部材６４との間に挟まれている。バネ６６の変形方向をｘ軸方向に規制するためのシャフト６１も設けられている。シャフト６１は、例えば、螺旋状に巻かれたバネ６６の内部空間に配置される。シャフト６１は、保持部材６２と保持部材６４との間に挟まれている。シャフト６１は、伸縮可能に構成されており、保持部材６２の変位に応じて伸縮する。油圧等を活用することによって、シャフト６１に対して復帰特性を付与しても良い。なお、図６では、図７に示すバネ６８の図示は省略されているが、上述と同様の機構により、バネ６８の変形方向は、バネ６６と同様に規制されている。
【００４０】
図１を正面視して、左側に配置されているバネ５６も、バネ６６と同様の態様によりベースユニット１０内に組み込まれている。また、図７に示すバネ５８も、バネ６８と同様の態様によりベースユニット１０内に組み込まれている。
【００４１】
図７乃至図９を参照して、ベースユニット１０内に組み込まれる復帰機構５０、６０の構成について簡易的に説明する。
【００４２】
図７に示すように、復帰機構５０は、保持部材５２、保持部材５４、バネ（復帰手段／付勢手段／弾性体）５６、及びバネ（復帰手段／付勢手段／弾性体）５８を有する。保持部材５２は、リンク２２に固定される。保持部材５４は、リンク２１に固定される。これにより、平行リンク機構２０の姿勢変化に同調して、保持部材５２と保持部材５４間の間隔が変動する。例えば、図１に示した状態から図５に示した状態へ平行リンク機構２０の姿勢が変化すると、保持部材５２と保持部材５４間の間隔は短くなる。つまり、図７に模式的に示したハンドル部４５を左に傾けると、保持部材５２と保持部材５４間の間隔が短くなる。なお、保持部材とリンク間の接続関係を逆としても良い。
【００４３】
復帰機構６０は、復帰機構５０と同様、保持部材６２、保持部材６４、バネ６６、及びバネ６８を有する。復帰機構６０の構成／動作は、復帰機構５０と略同様であるため、重複説明は省略する。
【００４４】
図７に示すように、ハンドル部４５が初期位置（初期姿勢）にあるとき、保持部材５２と保持部材５４間の間隔Ｗ１０は、非圧縮時のバネ５６の全長に略対応している。バネ５８のバネ長Ｗ２０は、間隔Ｗ１０よりも間隔Ｗ３０分だけ短い。このように、バネ５６とバネ５８のバネ長を異ならせることによって、ハンドル部４５の搭乗者に対して、多段階的な操作感を与えることが可能となる。
【００４５】
図８は、旋回角度を横軸とし、操作力を縦軸として、ハンドル部４５の操作量に対する倒立二輪型車両１００の動作量との関係を模式的に示す。図８の横軸に割り当てられた旋回角度は、旋回方向におけるハンドル部４５の傾き角に一致する。図８の縦軸に割り当てられた操作力は、倒立二輪型車両１００の動作量（運動量）に対応する。
【００４６】
図８に模式的に示すように、点線で示す範囲内（以下、単に不感帯と呼ぶこともある）においては、ハンドル部４５を動かしたとしても、そのハンドル部４５の操作量に応じて、倒立二輪型車両１００は、実効的に動作しない。換言すると、倒立二輪型車両１００は、点線の範囲内に含まれるハンドル部４５の操作を検知しても、そのハンドル部４５の操作に応じて実効的に旋回しないように構成されている。これによって、倒立二輪型車両１００がカント路上を走行する際、搭乗者がハンドルを起立状態へと変化させたとしても、搭乗者の意図に反して移動体が旋回してしまうことを抑制することが可能となる。
【００４７】
本実施形態では、図７に示した間隔Ｗ３０と不感帯の範囲とは、互いに対応づけられている。換言すると、バネ５６のバネ長さとバネ５８のバネ長さの差と不感帯の範囲とは、互いに対応づけられている。これによって、ハンドル部４５を操作している搭乗者に対して、ハンドル部４５が不感帯から非不感帯へ入ったことを搭乗者に対して報知することができる。搭乗者は、ハンドル部４５を初期姿勢から任意の方向へ倒していくと、ある傾きを超えるとハンドル部４５から受ける復帰力が増加することを体感する。これにより、カント路上を走行する場合であっても、ある角度まではハンドル部４５を倒すことができることを把握することができ、倒立二輪型車両１００の走行の安定性が向上される。
【００４８】
なお、図８に示したハンドル部４５の操作と倒立二輪型車両１００の実動作間の調整は、倒立二輪型車両１００に組み込まれたコンピュータにより実行される。このコンピュータによる制御については、補足的な説明として後述する。
【００４９】
図９を参照して、ハンドル部４５の操作と復帰機構６０の動作との関係について説明する。
【００５０】
図９（ａ）に示すように、初期位置からハンドル部４５がある位置まで傾けられる（回転角度θ１０）と、保持部材６２と保持部材６４間の間隔が狭くなる（間隔Ｗ４０＜間隔Ｗ２０＜間隔Ｗ１０）。その後、ハンドル部４５に対して搭乗者が力を加えることを停止すると、図９（ｂ）に示すように、ハンドル部４５は、初期位置に戻る方向へ変位しようとし、保持部材６２も同様に、その初期位置へ戻る方向へ変位する。このとき、保持部材６２は、バネ６６とバネ６８の双方によって左側へ付勢される。その後、図９（ｃ）に示すように、ハンドル部４５がある位置まで戻ると（回転角度θ５＜回転角度θ１０）、バネ６８は伸びた状態（非収縮状態）となる。このとき、保持部材６２は、バネ６６のみによって左側へ付勢される。保持部材６２と保持部材６４間の間隔Ｗ４５は、バネ６８のバネ長Ｗ２０よりも広い。バネ６８と保持部材６４間の間隔Ｗ３５は、初期状態の間隔Ｗ３０よりも狭い。ハンドル部４５が、ある位置（所定姿勢）から初期位置（初期姿勢）へ復帰するとき、復帰機構６０がハンドル部４５に対して与える力は、多段階的に変化する。従って、搭乗者は、ハンドル部４５を介して伝達する力の度合いを把握し、これにより、非不感帯から不感帯へ戻ったことも把握することができる。
【００５１】
ハンドル部４５を初期位置から任意の姿勢へ変化させる過程は、図９に示した場合とは逆の順番にて理解すれば容易に把握することができる。
【００５２】
参考までに、図１０及び図１１を参照して比較例について説明する。図１０に示すように、復帰機構１５０は、保持部材１５２、保持部材１５４、及びバネ１５６を具備する。復帰機構１６０も、復帰機構１５０と同様、保持部材１６２、保持部材１６４、及びバネ１６６を具備する。図１０から把握されるように、比較例の場合には、１つのバネしか用いていない。従って、本実施形態のように多段階的に操作感を搭乗者に提供することができない。また、図１１に示すように、比較例の場合、点線で示す範囲内と範囲外とで比例係数は変化していない。つまり、比較例の場合、不感帯が設けられていない。従って、倒立二輪型車両がカント路上を走行する時、搭乗者の意図に反して倒立二輪型車両が旋回してしまうおそれがある。
【００５３】
図１２乃至図１４を参照して、倒立二輪型車両１００のシステム構成及び動作について更に説明する。なお、図１２乃至図１４に開示する内容は、あくまで一例にすぎないものであり、この開示を根拠として本願発明を限定解釈することは許されない。平行リンク機構２０の姿勢変化を検出することによって、ハンドル部４５の操作状態を検出しても良い。
【００５４】
図１２に示すように、倒立二輪型車両１００は、状態検出部７０、メインコントローラ８０、バッテリーコントローラ９２、バッテリー９３、駆動系９５、駆動系９６、及びストレージ９７を有する。なお、倒立二輪型車両１００は、多重駆動系を具備する装置である。状態検出部７０は、旋回角検出部７０ａ、傾斜角検出部７０ｂ、回転量検出部７０ｃを有する。駆動系９５は、ドライバ９５ａ、モーター９５ｂを有する。駆動系９６は、ドライバ９６ａ、モーター９６ｂを有する。
【００５５】
状態検出部７０の各出力は、メインコントローラ８０に供給される。メインコントローラ８０の出力は、バッテリーコントローラ９２、ドライバ９５ａ、ドライバ９６ａに個別に供給される。バッテリーコントローラ９２の出力は、バッテリー９３に供給される。ドライバ９５ａの出力は、モーター９５ｂに接続される。ドライバ９６ａの出力は、モーター９６ｂに接続される。メインコントローラ８０とストレージ９７は、データ入出力可能に相互接続される。
【００５６】
旋回角検出部７０ａは、加速度センサユニットと、各加速度センサの各出力に基づいてハンドル部４５の旋回角を算出する演算器とを含む。加速度センサユニットは、例えば、ハンドル部４５に設けられる。加速度センサユニットは、３軸方向の加速度を個別に検出する３つの加速度センサを含んで構成される。旋回角は、ハンドル部４５が初期状態にあるときがゼロ度である。ハンドル部４５がｙ軸回りに回転する際、旋回角検出部７０ａは、所定時間間隔で変位角度を算出し、これを積分処理する。これにより、現在のハンドル部４５の旋回角が検知される。逆方向にハンドル部４５が変位する場合には、旋回角検出部７０ａは、積分値から算出値を減算処理する。角度の変化量は、角加速度の積分から算出される。
【００５７】
傾斜角検出部７０ｂは、加速度センサユニットと、加速度センサの各出力に基づいてハンドル部４５の傾斜角を算出する演算器とを含む。加速度センサユニットは、例えば、ハンドル部４５に設けられる。傾斜角は、ハンドル部４５が初期状態にあるときがゼロ度である。ハンドル部４５がｘ軸回りに回転する際、傾斜角検出部７０ｂは、所定時間間隔で変位角度を算出し、これを積分処理する。これにより、現在のハンドル部４５の傾斜角が検知される。逆方向にハンドル部４５が変位する場合には、旋回角検出部７０ａは、積分値から算出値を減算処理する。
【００５８】
回転量検出部７０ｃは、各車輪１１、１２に対応づけて設けられたロータリーエンコーダと、個々のロータリーエンコーダの出力に基づいて車輪１１、１２の回転量を算出する演算器とを含む。回転量検出部７０ｃに代えて、ベースユニット１０に対して加速度センサユニットを組み込み、この出力を活用して車輪の速度を検出しても良い。ロータリーエンコーダの種類は任意であり、アブソリュート型であっても良い。
【００５９】
メインコントローラ８０は、旋回角検出部７０ａから供給される旋回角を示す検出値、傾斜角検出部７０ｂから供給される傾斜角を示す検出値、及び回転量検出部７０ｃから供給される回転量を示す検出値等に基づいて、駆動系９５、９６を個別に制御する。メインコントローラ８０は、ストレージ９７からリードしたプログラムを実行するＣＰＵ（演算処理器）を含んで構成される。なお、駆動系９５は、車輪１１を駆動する機構である。駆動系９６は、車輪１２を駆動する機構である。
【００６０】
本実施形態では、メインコントローラ８０は、旋回角検出部７０ａから供給される旋回角を示す検出値が図８に示した不感帯に属するか否かを判定する。例えば、メインコントローラ８０は、その検出値が不感帯に属するとき、図８に模式的に示すように、駆動系９５、９６に対して僅かに旋回することを指示する。例えば、メインコントローラ８０は、その検出値が不感帯に属するとき、駆動系９５、９６に対して旋回動作を指示しない。このようにメインコントローラ８０が動作することによって、カント路上を走行する際、搭乗者がハンドルを起立状態へと変化させたとしても、搭乗者の意図に反して移動体が旋回してしまうことを抑制することが可能となる。
【００６１】
図１３を参照して、駆動系９５を駆動制御する仕組みの具体例について説明する。図１３に示すように、メインコントローラ８０は、速度指令生成部８２、実速度算出部８８、加算器８４、及び速度調整部８６を含む。速度指令生成部８２は、旋回角検出部７０ａ、傾斜角検出部７０ｂの出力に基づいて、目標となる速度を示す速度値を生成する。実速度算出部８８は、回転量検出部７０ｃの出力（単位時間当たりの車輪１１の回転量）に基づいて、現在の速度を示す速度値を生成する。加算器８４は、速度指令生成部８２から供給された速度値から速度指令生成部８２から供給された速度値を減算する。速度調整部８６は、加算器８４から供給された速度値を算出処理等により値を調整する。速度調整部８６の出力は、駆動系９５のドライバ９５ａに供給される。ドライバ９５ａは、調整された値の速度値に応じてモーター９５ｂを駆動する。モーター９５ｂにより生成された回転力は、車輪１１へ伝達し、車輪１１は回転する。
【００６２】
速度指令生成部８２は、旋回角に応じて目標速度を調整する。これにより、各車輪１１、１２間で回転量の差が生じ、倒立二輪型車両の旋回が実現される。なお、上述したように旋回角が不感帯に属する時、旋回動作が抑制される。この動作は、例えば、速度指令生成部８２により実行される。速度指令生成部８２は、旋回角が所定値を超えない限り、旋回角を無視して目標速度を算出する。これにより、旋回角に依存しない速度値が算出され、倒立二輪型車両１００の旋回動作が抑制されることになる。
【００６３】
なお、メインコントローラ８０は、駆動系９６についても、駆動系９５の場合と同様に駆動制御する。
【００６４】
なお、ストレージ９７には、プログラム、制御値、ユーザーデータ等が格納されている。バッテリーコントローラ９２は、バッテリー９３の状態を制御するＩＣ（Integrated Circuit）である。バッテリー９３は、倒立二輪型車両１００内に存在する電気部品等に対して電力を供給する。
【００６５】
図１４を参照して倒立二輪型車両１００の動作について説明する。
【００６６】
まず、搭乗者は、ハンドルを傾ける（Ｓ１０１）。これに応じて、旋回方向（横方向）のハンドルの傾き角が検知される（Ｓ１０２）。具体的には、旋回角検出部７０ａは、ハンドル部４５の旋回角を算出し、これをメインコントローラ８０へ供給する。
【００６７】
次に、不感帯の範囲内か否かを判定する（Ｓ１０３）。具体的には、メインコントローラ８０は、旋回角が不感帯に属するか否かを判定する。メインコントローラ８０により旋回角が不感帯に属すると判断されたとき、旋回は行われず、ステップＳ１０２に戻る。他方、メインコントローラ８０により旋回角が不感帯に属しないと判断されたとき、旋回が行われる。
【００６８】
実施の形態２
本実施形態では、実施の形態１の構成に加えて、搭乗者に対して旋回量を報知する報知機構を倒立二輪型車両１００に組み込む。これによって、搭乗者に対して、倒立二輪型車両１００の旋回量を報知することができる。搭乗者は、現在のハンドルの位置／姿勢が不感帯に属するのか否かも把握することができるため、装置側の状態をより的確に把握することが可能となる。なお、本実施形態においても、実施の形態１で説明してものと同様の効果を得ることができる。
【００６９】
以下、図面を参照して説明する。図１５は、倒立二輪型移動体の概略的な構成を示すブロック図である。図１６は、倒立二輪型移動体に組み込まれた表示部の構成を示す模式図である。図１７は、倒立二輪型移動体の概略的な動作を示すフローチャートである。
【００７０】
図１５に示すように、実施の形態１の場合の構成に加えて、倒立二輪型車両１００は、表示部９８を具備する。表示部９８は、図１６に模式的に示す表示装置２００である。表示装置２００は、例えば、図１に示した倒立二輪型車両１００のグリップ部４６等に設けられる。表示装置２００は、ライン状に配置された複数の領域Ｒ１０〜Ｒ１６を具備する。各領域には、個別にＬＥＤ(Light Emitting Diode)等の発光素子が組み込まれている。表示装置２００は、図１６に模式的に示すように、旋回量が増加すると、より多くの領域を点灯させる。例えば、旋回量が所定値のとき、領域Ｒ１０が点灯する。旋回量が所定値の３倍のとき、領域Ｒ１０〜Ｒ１２が点灯する。なお、表示装置２００の各領域の点灯制御は、メインコントローラ８０によって実行される。
【００７１】
メインコントローラ８０は、傾斜角、旋回角等の検出値に基づいて旋回角を算出する。メインコントローラ８０は、算出した旋回角が不感帯に属するか否かを判定する。算出した旋回角が不感帯に属する時、メインコントローラ８０は、表示装置２００に含まれる領域を点灯制御しない。算出した旋回角が不感帯を超えた時、メインコントローラ８０は、その旋回角の値の絶対値に応じて、表示装置２００に含まれる領域を点灯制御する。
【００７２】
図１７に示すように、Ｓ１０４にて旋回動作すると略同時に、旋回量の報知をする（Ｓ１０５）。具体的には、上述のメインコントローラ８０は、旋回角の絶対値に応じて、表示装置２００に含まれる領域を点灯制御する。これにより、搭乗者に対して、倒立二輪型車両１００の旋回量を報知することができる。
【００７３】
なお、搭乗者に旋回量を報知する具体的な手法は任意であり、光による報知に代えて、音による報知、振動による報知、送風による報知等を採用しても良い。
【００７４】
最後に、図１８を参照して、上述の実施の形態の効果を模式的に説明する。図１８（ａ）に示すように、従来タイプの倒立二輪型車両５００では、カント路４００走行時に搭乗者によりハンドル部が起立させられると、図１８（ａ）の右側図に模式的に示すように倒立二輪型車両５００が大きく旋回してしまう場合がある。
【００７５】
上述の実施形態に係る倒立二輪型車両１００では、カント路４００走行時に搭乗者によりハンドル部が起立させられたとしても、図１８（ｂ）の右側図に模式的に示すように倒立二輪型車両１００は大きく旋回することはなく、小さく旋回するように挙動する。なお、上述の説明から明らかなように、図１８（ｂ）に示したように倒立二輪型車両１００を小さく旋回させることに代えて、倒立二輪型車両１００が全く旋回しないようにしても良い。
【００７６】
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。例えば、復帰機構の具体的な構成は任意である。バネ以外の弾性体を採用しても良い。バネの個数は２以上であれば良く、２つに限定されるべきものではない。
【符号の説明】
【００７７】
１００    倒立二輪型車両
１０    ベースユニット
１１、１２    車輪
１３    フットプレート
１４    フットプレート
１５    格納部
２０    平行リンク機構
４５    ハンドル部
４６    グリップ部
５０、６０    復帰機構
５２、６２    保持部材
５４、６４    保持部材
５６、６６    バネ
５８、６８    バネ
【図１】
2012236522.tif 000003
【図２】
2012236522.tif 000004
【図３】
2012236522.tif 000005
【図４】
2012236522.tif 000006
【図５】
2012236522.tif 000007
【図６】
2012236522.tif 000008
【図７】
2012236522.tif 000009
【図８】
2012236522.tif 000010
【図９】
2012236522.tif 000011
【図１０】
2012236522.tif 000012
【図１１】
2012236522.tif 000013
【図１２】
2012236522.tif 000014
【図１３】
2012236522.tif 000015
【図１４】
2012236522.tif 000016
【図１５】
2012236522.tif 000017
【図１６】
2012236522.tif 000018
【図１７】
2012236522.tif 000019
【図１８】
2012236522.tif 000020