(57)【要約】      （修正有）【課題】降車時において車両本体を安定化させること。【解決手段】倒立型移動体は、倒立状態を維持して走行する。倒立型移動体は、搭乗者が搭乗する車両本体２と、車両本体２に設けられた少なくとも一つの車輪を駆動する駆動手段と、車両本体２に上下方向に搖動可能に設けられた補助スタンド６と、補助スタンド６の搖動を制御して補助スタンド６を下げ、駆動手段を制御して車両本体２を前後方向へ傾斜させることで、補助スタンド６を路面に接地させる制御手段と、を備えている。補助スタンド６と路面との接地面は、補助スタンド６が搖動する中心軸に対して、後方側にオフセットしている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
倒立状態を維持して走行する倒立型移動体であって、
搭乗者が搭乗する車両本体と、
前記車両本体に設けられた少なくとも一つの車輪を駆動する駆動手段と、
前記車両本体に上下方向に搖動可能に設けられた補助スタンドと、
前記補助スタンドの搖動を制御して前記補助スタンドを下げ、前記駆動手段を制御して前記車両本体を前後方向へ傾斜させることで、前記補助スタンドを路面に接地させる制御手段と、を備え、
前記補助スタンドと路面との接地面は、前記補助スタンドが搖動する中心軸に対して、後方側にオフセットしている、ことを特徴とする倒立型移動体。
【請求項２】
請求項１記載の倒立型移動体であって、
前記補助スタンドが路面に接地したときに生じた反力によって前記中心軸を中心としたモーメント力が生じるように、前記補助スタンドと路面との接地面は、前記補助スタンドの中心軸に対して、後方側にオフセットしている、ことを特徴とする倒立型移動体。
【請求項３】
請求項２記載の倒立型移動体であって、
前記補助スタンドが路面に接地したときに生じた反力による前記中心軸を中心としたモーメント力は、前記補助スタンドと路面とに間に生じる摩擦力による前記中心軸を中心としたモーメント力以上である、ことを特徴する倒立型移動体。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の倒立型移動体であって、
前記補助スタンドの先端側には、該補助スタンドが下りた状態で後方側が突出するように傾斜面が形成されている、ことを特徴とする倒立型移動体。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の倒立型移動体であって、
前記補助スタンドが接地した状態で、該補助スタンドに対し前方に向けて当接して該補助スタンドの位置決めをするストッパを更に備える、ことを特徴とする倒立型移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、倒立状態を維持して走行する倒立型移動体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
搭乗者が搭乗する車両本体に補助輪を設け車両本体を安定化させる倒立型移動体が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１６８２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記倒立型移動体の車両本体に、例えば、補助スタンドを設けて搭乗者の降車を補助する場合を想定する。この場合、倒立型移動体は、例えば、駆動車輪を制御して車両本体を前傾させ補助スタンドを路面に接地させる。このとき、補助スタンドと路面との間に生じる摩擦力により、車両本体を後方に引きずる力が生じる。この引きずり力よって、車両本体が不安定化する虞がある。
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、降車時において車両本体を安定化させることができる倒立型移動体を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、倒立状態を維持して走行する倒立型移動体であって、搭乗者が搭乗する車両本体と、前記車両本体に設けられた少なくとも一つの車輪を駆動する駆動手段と、前記車両本体に上下方向に搖動可能に設けられた補助スタンドと、前記補助スタンドの搖動を制御して前記補助スタンドを下げ、前記駆動手段を制御して前記車両本体を前後方向へ傾斜させることで、前記補助スタンドを路面に接地させる制御手段と、を備え、前記補助スタンドと路面との接地面は、前記補助スタンドが搖動する中心軸に対して、後方側にオフセットしている、ことを特徴とする倒立型移動体である。
この一態様において、前記補助スタンドが路面に接地したときに生じた反力によって前記中心軸を中心としたモーメント力が生じるように、前記補助スタンドと路面との接地面は、前記補助スタンドの中心軸に対して、後方側にオフセットしていてもよい。
この一態様において、前記補助スタンドが路面に接地したときに生じた反力による前記中心軸を中心としたモーメント力は、前記補助スタンドと路面とに間に生じる摩擦力による前記中心軸を中心としたモーメント力以上であってもよい。
この一態様において、前記補助スタンドの先端側には、該補助スタンドが下りた状態で後方側が突出するように傾斜面が形成されていてもよい。
この一態様において、前記補助スタンドが接地した状態で、該補助スタンドに対し前方に向けて当接して該補助スタンドの位置決めをするストッパを更に備えていてもよい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、降車時において車両本体を安定化させることができる倒立型移動体を提供することを主たる目的とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態に係る倒立型移動体の構成を示す正面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る倒立型移動体のシステム構成の一例を示すブロック図である。
【図３】補助スタンドを下げた状態の一例を示す図である。
【図４】補助スタンドを上げた状態の一例を示す図である。
【図５】補助スタンドの中心軸を中心にして生じるモーメント力を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る倒立型移動体の降車補助制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る倒立型移動体の構成を示す正面図である。また、図２は、本発明の一実施形態に係る倒立型移動体のシステム構成の一例を示すブロック図である。本実施形態に係る倒立型移動体１は、例えば、搭乗者を乗せ倒立状態を維持して走行を行う倒立二輪車として構成されている。倒立型移動体１は、車両本体２と、車輪３Ｌ、３Ｒと、車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒと、操作ハンドル５と、補助スタンド６と、搖動機構７と、制御装置８と、を備えている。
【０００９】
操作ハンドル５は、これを前後方向に傾けることによって、倒立型移動体１の前進又は後退操作が実行される。また、ステップ部２７Ｒまたは２７Ｌに操作者が荷重を与えると車体上部材２３、車体下部材２４、各側面部材２５Ｌ、２５Ｒおよびコイルばね２６Ｌ、２６Ｒのリンク機構がロール方向へ変位し、これによって車体の旋回操作が可能になっている。このリンク機構の変位に伴って操作ハンドル５は左右何れかに傾くが、これは操作者の足による荷重のかけ方に伴う結果であり、操作者による荷重移動の際操作ハンドル５を支えとして利用することで、操作ハンドル５は操作者が車体上で体のバランスを保つための補助材となり得る。なお、ロール軸とは車体本体２の中心を通り倒立型移動体１の走行方向と平行な軸のことをいう。
【００１０】
操作ハンドル５の上端部には、例えば、降車スイッチ５１が設けられている。搭乗者が降車スイッチ５１を押下すると、降車補助開始トリガ信号が制御装置８に対して供給される。制御装置８は、降車補助開始トリガ信号に応じて、後述の搭乗者の降車を補助する降車補助制御を実行する。
【００１１】
車両本体２は、操作ハンドル５をロール方向へ回転自在に支持する。また、一対の車輪３Ｌ、３Ｒは、車両本体２の走行方向と直交する方向の両側において同軸上に配置されると共に当該車両本体２に回転自在に支持されている。
【００１２】
車両本体２の前方には、路面と接地する略Ｔ字状の補助スタンド６が上下方向に搖動可能に設けている（図３及び図４）。補助スタンド６は、車両本体２の設けられた中心軸２１に軸支されており、この中心軸２１を中心にして上下方向に搖動する。
【００１３】
車両本体２には、補助スタンド６を搖動させる搖動機構７が設けられている。搖動機構７は、例えば、モータと、モータの回転軸に動力伝達可能に連結された減速ギアと、から構成されている。搖動機構７は、制御装置８からの制御信号に応じて、補助スタンド６を上下方向へ搖動させる。例えば、制御装置８は、降車補助制御を開始すると、搖動機構７を制御して補助スタンド６を下げる（図３）。そして、制御装置８は、各車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒを制御して車両本体２を前方向へ傾斜させることで、補助スタンド６を路面に接地させる。これにより、搭乗者は補助スタンド６により車両本体２を安定させた状態で安全に降車できる。
【００１４】
なお、制御装置８は、搖動機構７を制御して補助スタンド６を下げた後、降車補助制御を開始して、各車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒを制御して車両本体２を前方向へ傾斜させ、補助スタンド６を路面に接地させてもよい。さらに、制御装置８は、降車補助制御を開始すると、搖動機構７を制御して補助スタンド６を下げつつ、各車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒを制御して車両本体２を前方向へ傾斜させることで、補助スタンド６を路面に接地させてもよい。
【００１５】
制御装置８は、搭乗者が車両本体２上に乗車すると、搖動機構７を制御して補助スタンド６を上方に搖動させて路面から離脱させる（図４）。なお、制御装置８が搖動機構７を制御して補助スタンド６を自動的に搖動させているが、これに限らない。制御装置８は、搭乗者により入力された操作情報に応じて搖動機構７を制御して補助スタンド６を搖動させてもよい。
【００１６】
車両本体２には、補助スタンド６の反時計方向への搖動を制限するメカストッパ２２（ストッパの一具体例）が設けられている。メカストッパ２２の先端は、補助スタンド６が下り最下点を僅かに通過した位置で補助スタンド６に対し前方に向けて当接し、補助スタンドを位置決めする。これにより、補助スタンド６が路面との摩擦力によって、反時計方向に行き過ぎるのを防止し、補助スタンド６の接地位置を安定させることができる。
【００１７】
車両本体２は、例えば、互いに平行をなして上下に配置された車体上部材２３及び車体下部材２４と、互いに平行をなして左右に配置されると共に車体上部材２３及び車体下部材２４と回動可能に連結された一対の側面部材２５Ｌ、２５Ｒと、を有する平行リンク機構として構成されている。この平行リンク機構の車体上部材２３と車体下部材２４との間には、車体上部材２３及び車体下部材２４と、一対の側面部材２５Ｌ、２５Ｒと、が成す角度を夫々直角に維持するようにばね力を発生する、一対のコイルばね２６Ｌ、２６Ｒが介在されている。一対の側面部材２５Ｌ、２５Ｒの上端部には、ステップ部２７Ｌ、２７Ｒが夫々独立して取り付けられている。各ステップ部２７Ｌ、２７Ｒは、搭乗者の重心移動に応じて、各側面部材２５Ｌ、２５Ｒと共に左右方向へ傾斜する。
【００１８】
一対の側面部材２５Ｌ、２５Ｒの各外面には、車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒが夫々取り付けられている。車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒは、駆動手段の一具体例であり、一対の車輪３Ｌ、３Ｒを独立して回転駆動することができる。車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒは、例えば、車輪駆動モータと、車輪駆動モータの回転軸に動力伝達可能に連結された減速ギアと、によって構成することができる。
【００１９】
車両本体２には、操作ハンドル５の操作量（回動量）を検出するための角度検出センサ９が取り付けられている。角度検出センサ９としては、例えば、ポテンショメータやバリコン構造のセンサ等を適用することができる。
【００２０】
車体上部材２３には、一対の車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒ等を駆動する駆動回路１０Ｌ、１０Ｒが内蔵されている。また、車体下部材２４には、車両本体２や操作ハンドル５等の姿勢を検出してそれらの検出信号を出力する姿勢センサユニット１１と、一対の車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒ等を駆動制御するための制御信号を出力する制御装置８と、が設けられている。
【００２１】
制御装置８は、制御手段の一具体例であり、姿勢センサユニット１１からの検出信号、角度検出センサ９からの検出信号、降車スイッチ５１からの降車補助開始トリガ信号等に基づいて所定の演算処理を実行し、必要な制御信号を一対の車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒ等に対して出力する。制御装置８は、各車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒを制御することで、倒立型移動体１の倒立状態を維持する倒立制御を実行する。
【００２２】
制御装置８は、例えば、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）を有する演算回路８１と、プログラムメモリ、データメモリ、その他のＲＡＭ、ＲＯＭ等を有する記憶装置８２と、を備えている。一対の駆動回路１０Ｌ、１０Ｒは、一対の車輪３Ｌ、３Ｒの回転速度や回転方向等を独立して制御するもので、これらに一対の車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒが個別に接続されている。
【００２３】
姿勢センサユニット１１は、倒立型移動体１の角速度や角加速度を検出するのもで、例えば、ジャイロセンサ、加速度センサなどから構成される。搭乗者が操作ハンドル５を前方または後方に傾けると、ステップ部２７Ｌ、２７Ｒが同方向に傾くことになるが、この姿勢センサユニット１１は、かかる傾斜に対応した角速度や角加速度を検出する。
【００２４】
制御装置８は、姿勢センサユニット１１によって検出された角速度や角加速度に基づいて、操作ハンドル５の傾斜方向に倒立型移動体１が移動するように、車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒを駆動制御する。このように搭乗者は、重心移動によりステップ部２７Ｌ、２７Ｒを傾斜させることで、倒立型移動体１を前進又は後進させることができる。
【００２５】
ところで、倒立型移動体が、例えば、降車制御を実行すると、車両本体を前傾させ補助スタンドを路面に接地させる。このとき、補助スタンドと路面とに間に生じる摩擦力により、車両本体を後方に引きずる力が生じる。この引きずり力よって車両本体は引張られ、従来、車両本体が不安定化する虞がある。
【００２６】
これに対し、本実施形態１に係る倒立型移動体１においては、補助スタンド６と路面との接地面Ｐ１は、補助スタンド６が搖動する中心軸２１に対して、後方側にオフセットしている（図５）。
【００２７】
これにより、補助スタンド６が路面に接地したときに路面から受ける上方向の反力によって、中心軸２１を中心とした反時計方向のモーメント力Ｍ１を生じさせることができる。同時に、補助スタンド６と路面とに間に生じる後方向への摩擦力によって中心軸２１を中心とした時計方向のモーメント力Ｍ２が生じており、上記車両本体２の引きずり力となっている。しかしながら、本実施形態１に係る倒立型移動体１によれば、上記オフセットさせることで生じた反時計方向のモーメント力Ｍ１によって車両本体２の引きずり力となる時計方向のモーメント力Ｍ２を打ち消すことができる。したがって、車両本体２を安定化させることができる。
【００２８】
例えば、補助スタンド６の先端側には、補助スタンド６が下りた状態で、後方側が下方へ突出するように傾斜面６１が形成されている。これにより、補助スタンド６の傾斜面６１の後方側のみが路面と接触する。さらに、補助スタンド６が路面と接地しメカストッパ２２により位置決めされた状態で、補助スタンド６は鉛直線に対し反時計方向（メカストッパ側）に僅かに傾いている。したがって、補助スタンド６と路面との接地面Ｐ１は、中心軸２１に対して後方側にオフセットする。このように、単に補助スタンド６の先端に傾斜面６１に形成するだけで、簡易に、補助スタンド６と路面との接地面Ｐ１を中心軸２１に対してオフセットさせ、車両本体２の安定化を図ることができる。
【００２９】
なお、補助スタンド６の先端側には、後方側が下方へ突出するように傾斜面６１が形成されているが、これに限らず、例えば、後方側のみ下方に突出するような凸状部材を設けてもよい。また、メカストッパ２２の位置を前後方向に調整することで、補助スタンド６が路面と接地し位置決めされる位置を調整してもよい。
【００３０】
上記中心軸２１と接地面Ｐ１とのオフセット量は、例えば、モーメント力Ｍ１≧モーメント力Ｍ２となるように上記傾斜面６１の形状、メカストッパ２２の位置などを調整することで設定する。ここで、モーメント力Ｍ１は、搭乗者の体重によって決定され、モーメント力Ｍ２は各車両駆動ユニット４Ｌ、４Ｒの駆動力によって決定される値である。したがって、車両本体２の挙動も予測し易く、上記オフセット量を容易に設定できる。
【００３１】
図６は、本実施形態に係る倒立型移動体の降車補助制御方法を示すフローチャートである。搭乗者が車両本体２のステップ部２７Ｌ、２７Ｒ上に乗車すると（ステップＳ１０１）、制御装置８は、搖動機構７を制御して補助スタンド６を上方に搖動させて路面から離脱させる（図４）（ステップＳ１０２）。
【００３２】
制御装置８は、姿勢センサユニット１１からの検出信号と、角度検出センサ９からの検出信号と、に基づいて、車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒを制御して倒立制御を実行する（ステップＳ１０３）。例えば、搭乗者は重心移動により倒立型移動体１の前後進、左右旋回などの走行操作を行い、平衡感覚訓練を行う。
【００３３】
制御装置８は、降車スイッチ５１からの降車補助開始トリガ信号に応じて、降車補助制御を開始する（ステップＳ１０４）。制御装置８は、降車補助制御を開始すると、搖動機構７を制御して補助スタンド６を下げる（図３）（ステップＳ１０５）。
【００３４】
制御装置８は、車両本体２を前方向へ所定角度まで傾斜するように各車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒを制御する（ステップＳ１０６）。なお、降車を補助するための上記所定角度は、搭乗者によって記憶装置８２などに予め設定されている。
【００３５】
車両本体２の傾斜角度が所定角度になる前に、補助スタンド６が路面に接地する（ステップＳ１０７）。このとき、上述した中心軸２１を中心としたモーメント力Ｍ１及びモーメント力Ｍ２が生じる（図５）。ここで、上述したようにモーメント力Ｍ１≧モーメント力Ｍ２の関係が成立している。これにより、モーメント力Ｍ１及びＭ２の合力は、補助スタンド６をメカストップ２２に押付ける方向に作用するため、車両本体２の姿勢が一定位置で安定して維持される。
【００３６】
制御装置８は、降車補助制御の開始後、一定時間経過すると、各車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒを制御して、各車輪３Ｌ、３Ｒを停止させ、降車補助制御を終了する（ステップＳ１０８）。
【００３７】
一方で、補助スタンド６が路面に接地する前に、車両本体２の傾斜角度が所定角度になる（ステップＳ１０９）。この場合、制御装置８は、車両本体２の傾斜角度が所定角度になると、各車輪駆動ユニット４Ｌ、４Ｒを制御して各車輪３Ｌ、３Ｒを停止させ、降車補助制御を終了する（ステップＳ１１０）。
【００３８】
以上、本実施形態に係る倒立型移動体において、補助スタンド６と路面との接地面Ｐ１は、補助スタンド６が搖動する中心軸２１に対して、後方側にオフセットしている。これにより、補助スタンド６が路面に接地したときに路面から受ける反力によってモーメント力Ｍ１を生じさせることができる。このモーメント力Ｍ１によって、車両本体２の引きずり力となるモーメント力Ｍ２を打ち消すことができる。したがって、降車時において車両本体２を安定化させることができる。
【００３９】
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。
上記実施形態において、倒立型移動体１は、倒立二輪車として構成されているが、これに限らない。倒立型移動体１は、例えば、一輪あるいは三輪以上を有する倒立型車両として構成されていてもよい。
上記実施形態において、補助スタンド６は車両本体２の前方に上下方向に搖動可能に設けているがこれに限らない。補助スタンド６は車両本体２の後方に上下方向に搖動可能に設けていてよい。さらに、補助スタンド６は、車両本体２の前後方に１つずつ上下方向に搖動可能に設けていてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１  倒立型移動体、２  車両本体、３Ｌ、３Ｒ  車輪、４Ｌ、４Ｒ  車輪駆動ユニット、５  操作ハンドル、６  補助スタンド、７  搖動機構、８  制御装置、９  角度検出センサ、１０Ｌ、１０Ｒ  駆動回路、１１  姿勢センサユニット、２１  中心軸、６１  傾斜面
【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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