(57)【要約】【課題】快適な乗り心地を実現し、あるいは、物の運搬中において被運搬物の姿勢を適切な姿勢に保つことができる姿勢制御装置およびその制御方法を提供すること。【解決手段】姿勢制御装置１００は、傾斜機構３０と、加速度センサ６０と、制御部５０とを具備する。傾斜機構３０は、制御対象であるシート１０を傾斜させることが可能に構成され、例えばマウント部３１、複数のリニア駆動ユニット３５０等で構成される。加速度センサ６０は、シート１０が任意の姿勢にある状態でシート１０に働く少なくとも重力方向以外の方向の加速度を検出可能である。制御部５０は、加速度センサ６０により検出された当該重力方向以外の方向の加速度が減るように、傾斜機構３０を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象を傾斜させることが可能に構成された傾斜機構と、
前記制御対象に取り付けられ、前記制御対象が任意の姿勢にある状態で前記制御対象に働く少なくとも重力方向以外の方向の加速度を検出可能な検出部と、
前記検出部により検出された前記重力方向以外の方向の加速度が減るように、前記傾斜機構を制御する制御部と
を具備する姿勢制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の姿勢制御装置であって、
前記傾斜機構は、
ベース部に減衰機構および弾性機構のうち少なくとも一方を介して接続されたマウント部と、
前記マウント部と前記制御対象とを接続し、前記制御部から発せられる制御指令値を取得し、前記制御指令値に基づき前記制御対象を駆動する駆動機構とを有する
姿勢制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の姿勢制御装置であって、
前記傾斜機構は、前記駆動機構と前記マウント部との間、および、前記駆動機構と前記制御対象との間のうち、少なくとも一方に設けられた関節部をさらに有する
姿勢制御装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の姿勢制御装置であって、
前記駆動機構は、リニアモータを有する１以上のリニア駆動ユニットを含む
姿勢制御装置。
【請求項５】
請求項２または３に記載の姿勢制御装置であって、
前記駆動機構は、１以上のダンパを含み、
前記傾斜機構は、前記マウント部と前記制御対象とを接続する弾性部材をさらに有する
姿勢制御装置。
【請求項６】
請求項２から５のうちいずれか１項に記載の姿勢制御装置であって、
前記検出部は、前記傾斜機構による前記制御対象の傾斜が発生していないときに重力方向に一致する方向に沿って設けられた、振動による加速度の検出軸を有し、
前記制御部は、前記検出軸で検出された加速度に基づき、前記駆動機構をさらに制御する
姿勢制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の姿勢制御装置であって、
前記駆動機構は、前記検出軸で検出された加速度の方向の振動を減衰させる１以上のダンパを含む
姿勢制御装置。
【請求項８】
重力方向以外の方向の外力が制御対象に働くことで、前記制御対象の傾きをパッシブに制御することが可能に構成された傾斜機構と、
前記傾斜機構と前記制御対象とを接続するダンパと、
前記傾斜機構による前記制御対象の傾斜が発生していないときに重力方向に一致する方向に沿って設けられた、振動による加速度の検出軸を有する検出部と、
前記検出部の検出軸で検出された加速度から得られる速度に基づき、前記ダンパの減衰特性を制御する制御部と
を具備する姿勢制御装置。
【請求項９】
制御対象に取り付けられた検出部により、前記制御対象が任意の姿勢にある状態で前記制御対象に働く少なくとも重力方向以外の方向の加速度を検出し、
前記検出部により検出された前記重力方向以外の方向の加速度が減るように、前記制御対象を傾斜させることが可能な傾斜機構を、制御部により制御する
制御方法。
【請求項１０】
重力方向以外の方向の外力が制御対象に働くことで、前記制御対象の傾きを傾斜機構によりパッシブに制御し、
前記傾斜機構による前記制御対象の傾斜が発生していないときに重力方向に一致する方向に沿って設けられた検出軸であって、制御対象に取り付けられた検出部の検出軸により、振動の加速度を検出し、
前記振動による加速度から得られる速度に基づき、前記傾斜機構と前記制御対象とを接続するダンパの減衰特性を制御する
制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両や運搬機等の移動中の姿勢を少なくとも制御する姿勢制御装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両に搭載されるサスペンション装置は、ばねおよびショックアブソーバ等の要素を用いて、パッシブまたはアクティブに路面からの振動を抑制したり、あるいは、車体の姿勢を制御したりしている（例えば特許文献１参照）。このようなサスペンション装置により、操縦安定性や乗り心地の向上が図られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平6-234316号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年では、乗り心地のさらなる向上が求められており、サスペンション装置のみでは、その要求への対応が難しくなってきている。
【０００５】
また、物を載せて運搬する運搬機では、運搬中であっても、被運搬物によってはその姿勢を適切な姿勢に保つことを要求される場合がある。
【０００６】
本発明の目的は、快適な乗り心地を実現し、あるいは、物の運搬中において被運搬物の姿勢を適切な姿勢に保つことができる姿勢制御装置およびその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る姿勢制御装置は、傾斜機構と、検出部と、制御部とを具備する。
前記傾斜機構は、制御対象を傾斜させることが可能に構成される。
前記検出部は、前記制御対象に取り付けられ、前記制御対象が任意の姿勢にある状態で前記制御対象に働く少なくとも重力方向以外の方向の加速度を検出可能である。
前記制御部は、前記検出部により検出された前記重力方向以外の方向の加速度が減るように、前記傾斜機構を制御する。
本発明の制御部は、制御対象が任意の姿勢にある状態での制御対象に働く重力以外の、検出部による加速度の出力値が減るように、傾斜機構を制御するので、制御対象が利用者が座るシートであれば、快適な乗り心地を実現することができる。あるいは、制御対象が被運搬物であれば、制御対象の姿勢に応じてその姿勢を変化させ、被運搬物に適切な姿勢を維持させることができる。
【０００８】
前記傾斜機構は、マウント部と、駆動機構とを有していてもよい。
前記マウント部は、ベース部に減衰機構および弾性機構のうち少なくとも一方を介して接続される。
前記駆動機構は、前記マウント部と前記制御対象とを接続し、前記制御部から発せられる制御指令値を取得し、前記制御指令値に基づき前記制御対象を駆動する。
これにより傾斜機構を実現することができる。傾斜機構に、減衰機構または弾性機構が含まれる構成であってもよい。
【０００９】
前記傾斜機構は、前記駆動機構と前記マウント部との間、および、前記駆動機構と前記制御対象との間のうち、少なくとも一方に設けられた関節部をさらに有ていてもよい。
これにより、駆動機構および／または制御対象が、関節部の駆動方向で傾斜しやすくなり、傾斜機構は、制御対象に発生する当該関節の駆動方向の外力に対して、機械的な応答精度が向上する。
【００１０】
前記駆動機構は、リニアモータを有する１以上のリニア駆動ユニットを含んでいてもよい。
リニアモータを有するリニア駆動ユニットが用いられることにより、回転運動をリニア運動に変換する時の回転の慣性力を発生しない。したがって、駆動機構の応答速度を高め、高周波振動が制御対象に伝達されることを抑制することができる。
【００１１】
前記駆動機構は、１以上のダンパを含み、前記傾斜機構は、前記マウント部と前記制御対象とを接続する弾性部材をさらに有していてもよい。
これにより、制御部は、例えばセミアクティブサスペンション技術を利用した制御を実現することができる。
【００１２】
前記検出部は、前記傾斜機構による前記制御対象の傾斜が発生していないときに重力方向に一致する方向に沿って設けられた、振動による加速度の検出軸を有していてもよい。そして、前記制御部は、前記検出軸で検出された加速度に基づき、前記駆動機構をさらに制御してもよい。
これにより、制御部は、制御対象に働く振動を制御することができる。
【００１３】
前記駆動機構は、前記検出軸で検出された加速度の方向の振動を減衰させる１以上のダンパを含んでいてもよい。
これにより、制御部は、上記のようにセミアクティブサスペンション技術を利用して、制御対象に概ね上下方向に働く振動を減衰させることができる。
【００１４】
本発明の他の姿勢制御装置は、傾斜機構と、ダンパと、検出部と、制御部とを具備する。
前記傾斜機構は、重力方向以外の方向の外力が制御対象に働くことで、前記制御対象の傾きをパッシブに制御することが可能に構成される。
前記ダンパは、前記傾斜機構と前記制御対象とを接続する。
前記検出部は、前記傾斜機構による前記制御対象の傾斜が発生していないときに重力方向に一致する方向に沿って設けられた、振動による加速度の検出軸を有する。
前記制御部は、前記検出部の検出軸で検出された加速度から得られる速度に基づき、前記ダンパの減衰特性を制御する。
この姿勢制御装置は、傾斜機構により制御対象を傾斜させることにより、姿勢制御を行い、かつ、検出部の検出軸で検出された加速度から得られる速度に基づき、ダンパの減衰特性を制御することにより、振動制御を行うことができる。これにより、快適な乗り心地を実現し、あるいは、物の運搬中において被運搬物の姿勢を適切な姿勢に保つことができる。
【００１５】
本発明に係る制御方法は、制御対象に取り付けられた検出部により、前記制御対象が任意の姿勢にある状態で前記制御対象に働く少なくとも重力方向以外の方向の加速度を検出することを含む。
前記検出部により検出された前記重力方向以外の方向の加速度が減るように、前記制御対象を傾斜させることが可能な傾斜機構が、制御部により制御される。
【００１６】
本発明の他の制御方法は、重力方向以外の方向の外力が制御対象に働くことで、前記制御対象の傾きを傾斜機構によりパッシブに制御することを含む。
前記傾斜機構による前記制御対象の傾斜が発生していないときに重力方向に一致する方向に沿って設けられた検出軸であって、制御対象に取り付けられた検出部の検出軸により、振動の加速度が検出される。
前記振動による加速度から得られる速度に基づき、前記傾斜機構と前記制御対象とを接続するダンパの減衰特性が制御される。
【発明の効果】
【００１７】
以上、本発明によれば、快適な乗り心地を実現し、あるいは、物の運搬中において被運搬物の姿勢を適切な姿勢に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る姿勢制御装置が、車両のシートに適用された例を示す図である。
【図２】図２は、シートの模式的な平面図である。
【図３】図３Ａ〜Ｄは、車両の様々な動きの状態に応じて、姿勢が制御されたシートの状態をそれぞれ示す。
【図４】図４Ａ、Ｂは、車両が前進方向に加速する時のシートの姿勢を示す。
【図５】図５Ａ、Ｂは、車両にブレーキ力が働く時のシートの姿勢を示す。
【図６】図６は、本発明の第２の実施形態に係る姿勢制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、本発明の第３の実施形態に係る姿勢制御装置の構成を示す図である。
【図８】図８Ａ、Ｃは、容器に重力以外の外力が働く時の液体の状態をそれぞれ示し、図８Ｂは重力のみが働くときの液体の状態を示す。
【図９】図９は、本発明の第４の実施形態に係る姿勢制御装置を示す模式的な図であり、その原理を説明するための図である。
【図１０】図１０は、ブレーキ力に対応して姿勢制御装置が制御対象の姿勢を制御している状態を示す。
【図１１】上記第４の実施形態に係る姿勢制御装置の一部の構造例を示す斜視図である。
【図１２】図１２は、図１１に示す構造の平面図である。
【図１３】図１３は、図１１に示す構造の分解斜視図である。
【図１４】図１４Ａ、Ｂは、ばねの周囲にばねの動きを規制する規制部材が設けられる構造を示す。
【図１５】図１５は、第５の実施形態に係る姿勢制御装置を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２０】
［第１の実施形態］
（姿勢制御装置の構成）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る姿勢制御装置が、車両のシート１０に適用された例を示す図である。図２は、シート１０上から見た姿勢制御装置（駆動機構３５）の模式図である。
【００２１】
姿勢制御装置１００を構成する主なハードウェアは、主にシート１０の下部に配置されている。なお、シート１０は車両に搭載されるものに限られず、例えば飛行機、船舶などの航行体や、その他の乗り物に適用されるシートであってもよい。
【００２２】
姿勢制御装置１００は、加速度センサ（検出部）６０、傾斜機構３０、および制御部５０を備える。加速度センサ６０は、例えば姿勢制御の制御対象となるシート１０の基部１０ａの下部に取り付けられている。制御対象が剛体であれば、制御原理上は、加速度センサ６０は、制御対象のどの部分に配置されていてもよい。典型的には、加速度センサ６０は、シート１０の基部１０ａの中心あるいは重心に配置される。
【００２３】
加速度センサ６０は、シート１０が任意の姿勢にある状態でシート１０に働く少なくとも重力方向以外の方向の加速度を検出するように構成される。典型的には、加速度センサ６０は、重力方向も含む直交３軸の検出軸を有する。
【００２４】
以降では、説明の便宜上、加速度センサ６０に固定の座標系を（ｘ'、ｙ'、ｚ'）軸で表し、地球上の慣性座標系、つまり３次元空間内の座標系を（ｘ、ｙ、ｚ）軸で表す。（ｘ'、ｙ'、ｚ'）軸が加速度センサ６０の直交３軸の検出軸となる。ｚ軸は重力方向に沿う鉛直軸である。重力方向とは、文字通り、地球の中心に向かう方向である。そして、シート１０に座った利用者の前後方向（車両の前後方向）をｙ軸に沿う方向とし、図１中左方向を前方向（車両の進行方向）とし、右方向を後ろ方向とする。
【００２５】
なお、ｘまたはｙの１軸周りのみのシート１０の傾きを制御する場合、加速度センサ６０はそれに対応する１軸のみの検出軸を有していればよい。
【００２６】
制御対象に働く重力方向以外の方向として、例えば慣性力が挙げられる。また、制御対象がたとえ静止している場合でも、水平面（ｘ−ｙ平面）から傾いている場合には、その傾斜に沿う方向も、重力方向以外の方向である。後述するベース部１５上のマウント部３１の平面が、水平面（ｘ−ｙ平面）に平行である時、加速度センサ６０の検出軸の３軸（ｘ'、ｙ'、ｚ'）が、（ｘ、ｙ、ｚ）の各軸に一致する。
【００２７】
傾斜機構３０は、制御対象を傾斜させることが可能に構成されており、例えばマウント部３１、減衰ばね機構２０、および駆動機構３５を有する。マウント部３１は、シャーシやフレーム等で構成されるベース部１５上に減衰ばね機構２０を介して設けられている。すなわち、減衰ばね機構２０により、ベース部１５とマウント部３１とが接続されている。なお、傾斜機構３０は、減衰ばね機構２０を含まない概念であってもよい。
【００２８】
減衰ばね機構２０は、例えば減衰機能（減衰機構）および弾性機能（弾性機構）を発揮する構成であれば、どのような構成であってもよい。例えば減衰ばね機構２０は、減衰機構としてパッシブダンパ２４、および、弾性機構としてコイルばね２２により構成される。もちろんコイルばね２２に限られず、ゴム、空気ばね、板ばね等であってもよい。おおよそ10Hz〜20Hzといった比較的高い周波数成分を持つ振動を抑制するように、減衰ばね機構２０の減衰係数、ばね定数、構造等が設計され、また、パッシブダンパ２４の数やコイルばね２２の数が設計される。パッシブダンパ２４およびコイルばね２２のうちいずれか一方のみが設けられていてもよい。
【００２９】
駆動機構３５は、マウント部３１とシート１０とを接続している。駆動機構３５は、リニアサーボモータ等のリニアモータ（図示せず）を有するリニア駆動ユニット３５０を含む。リニアモータは、回転モータのように回転駆動力を発生しないため、回転運動をリニア運動に変換する時の慣性力が発生せず、応答速度を上げることができる。また、当該変換時の慣性力が発生することによって減衰ばね機構２０では除去しきれない高周波振動が制御対象に伝達される、という懸念を解消することができる。
【００３０】
リニア駆動ユニット３５０の数は単数でもよいが、複数設けられることが好ましい。複数の場合、２つでもよいが、例えばｚ方向で見て三角形の頂点に３つ、または、四角形の頂点に４つ設けられることが好ましい。あるいは、５つ以上であってもよい。
【００３１】
リニア駆動ユニット３５０の数が１、または２つの場合、姿勢制御装置１００は、ｚ軸に直交する任意の１軸（例えばｘ軸）周りの傾きを制御することで、シート１０の姿勢を制御することができる。リニア駆動ユニット３５０の数が３つ以上の場合、姿勢制御装置１００は、ｘ−ｙ平面に平行な任意の複数の軸周りの傾きを制御することで、シート１０の任意の方向の姿勢を制御することができる。原理上、リニア駆動ユニット３５０の数が増えるほど、対応可能な制御方向は増える。以下では、基本的には、４つのリニア駆動ユニット３５０（図２において、符号３５０Ｆ（３５０Ｆ１、３５０Ｆ２）、３５０Ｒ（３５０Ｒ１、３５０Ｒ２）で示す。）が設けられる形態を説明する。
【００３２】
駆動機構３５とマウント部３１との間、また、駆動機構３５とシート１０との間に、関節部としてスフェリカルジョイント３８がそれぞれ設けられている。これにより、シート１０は、マウント部３１に対してシート１０が３軸の自由度で傾くような姿勢を取ることができる。
【００３３】
なお、１軸周りのみの姿勢を制御する場合、関節部は少なくとも１軸の自由度を有するジョイントであればよい。関節部、例えばスフェリカルジョイント３８は、駆動機構３５とマウント部３１との間にのみ設けられていもよいし、または、駆動機構３５とシート１０との間にのみ設けられていてもよい。
【００３４】
マウント部３１とシート１０の間とには、弾性部材としてのばね３３が設けられている。ばね３３の数、配置、ばね定数等は、適宜設計される。また、マウント部３１には、シート１０の傾きを規制するストッパ３９が設置されている。ストッパ３９の数、配置等も適宜設計される。ストッパ３９はコイルばねであってもよい。
【００３５】
制御部５０は、加速度センサ６０からの出力される信号、すなわち加速度信号を取得し、その加速度に基づき、傾斜機構３０のうち駆動機構３５の駆動を制御する。本実施形態では、制御部５０は、上述の重力方向以外の方向の加速度に基づき、その加速度が減るように、例えばその加速度がゼロになるように、各リニア駆動ユニット３５０に制御信号である制御指令値を出力する。各リニア駆動ユニット３５０はその制御指令値を受け、これに従い、シート１０の姿勢（傾き）を制御する。リニア駆動ユニット３５０がリニアサーボモータを駆動源とする場合、制御指令値は電流値または電圧値となる。
【００３６】
制御部５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等のコンピュータに用いられるハードウェア要素および必要なソフトウェアにより実現され得る。ＣＰＵに代えて、またはこれに加えて、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のＰＬＤ(Programmable Logic Device)、あるいは、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等が用いられてもよい。
【００３７】
（姿勢制御装置による姿勢制御の方法）
次に、姿勢制御装置１００による姿勢制御の方法を説明する。ここでは、「姿勢制御」のみを説明するため、路面からの振動による加速度（主にｚ方向の振動加速度）を無視する。「振動制御」については後述する。
【００３８】
図３Ａ〜Ｄは、車両の任意の走行状態に応じて、シート１０の姿勢が制御された状態を示す。具体的には、図３Ａは、車両が加速して前進する場合に、シート１０の姿勢が制御された状態を示し、図３Ｂは、車両がブレーキ力により減速する場合に、シート１０の姿勢が制御された状態を示す。図３Ｃは、車両が左カーブを走行または左折する場合に場合に、シート１０の姿勢が制御された状態であってシートを後ろ側から見た状態を示す。図３Ｄは、車両が右カーブを走行または右折する場合に、シート１０の姿勢が制御された状態であってシートを後ろ側から見た状態を示す。なお、図１は、シート１０に重力のみが働いている状態を示す。
【００３９】
図３Ａ、Ｂに示すように、シート１０の前後の傾きを制御する場合、駆動機構３５のうち、前後のリニア駆動ユニット３５０Ｆおよび３５０Ｒの駆動が制御される。図３Ｃ、Ｄに示すように、シート１０の左右の傾きを制御する場合、駆動機構３５のうち、リニア駆動ユニット［３５０Ｆ１および３５０Ｒ１］および／または［３５０Ｆ２および３５０Ｒ２］の駆動が制御される。実際には、駆動機構３５は、図３Ａ〜Ｄに示した駆動を複合的に実行する。例えば、車両が右カーブを走行しながら加速する場合、駆動機構３５は、図３ＡおよびＤに示した両方の駆動を行う。
【００４０】
図４Ａに示すように、車両が加速する時、加速度センサ６０は、重力以外の外力である慣性力によるｙ'軸後ろ方向の加速度を検出する。制御部５０は、検出されたｙ'軸後ろ方向の加速度を減らすように、あるいはゼロにするようにするための力の指令値を演算し、これを駆動機構３５へ出力する。これにより、駆動機構３５は、図３Ａおよび図４Ｂに示すように、シート１０の後部を上げ、および／または、シート１０の前部を下げるようにして、シート１０を傾ける。これにより、検出されたｙ'軸後ろ方向の加速度を減らし、またはゼロにすることができる。すなわち、駆動機構３５は、ｙ'軸前方向に傾きによる重力成分の加速度（図４Ｂ参照）を与えるように、シート１０を駆動することにより、検出されたｙ'軸後ろ方向の加速度を減らし、またはゼロにすることができる。
【００４１】
一方、図５Ａに示すように、車両が減速する時、加速度センサ６０は、重力以外の外力である慣性力によるｙ'軸前方向の加速度を検出する。制御部５０は、検出されたｙ'軸前方向の加速度を減らすように、あるいはゼロにするようにするための指令値を演算し、これを駆動機構３５へ出力する。これにより、駆動機構３５は、図３Ｂおよび図５Ｂに示すように、シート１０の後部を下げ、および／または、シート１０の前部を上げるようにして、シート１０を傾ける。これにより、検出されたｙ'軸前方向の加速度を減らし、またはゼロにすることができる。すなわち、駆動機構３５は、ｙ'軸後ろ方向に傾きによる重力成分の加速度（図５Ｂ参照）を与えるように、シート１０を駆動することにより、検出されたｙ'軸前方向の加速度を減らし、またはゼロにすることができる。
【００４２】
図３Ｃ、Ｄに示すように、左右方向の傾き（ｙ軸周りの傾き）駆動原理につても、上述した前後方向の傾き（ｘ軸周りの傾き）駆動原理と同様である。
【００４３】
なお、制御部５０は、検出された加速度と、リニア駆動ユニット３５０の駆動量（ストローク量）を得るための制御指令値とが関連付けられたルックアップテーブルを持っていてもよい。この場合、リニア駆動ユニット３５０は複数設けられるので、各リニア駆動ユニット３５０ごとにルックアップテーブルがあればよい。
【００４４】
以上のような制御により、利用者は、車両の加速および減速により、後方および前方に力を受けても、その力が減るように、または打ち消されるように、身体が傾くので乗り心地が向上する。また利用者は、カーブ、あるいは右左折により、左右に力を受けても、その力が減るように、または打ち消されるように、身体が傾くので乗り心地が向上する。例えば、走行中に、飲料物を飲む場合であっても、利用者および当該飲料物に働く外力が低減されるので、飲料物をこぼさずに飲むことができる。また走行中に、例えば新聞、雑誌、書籍等が読みやすくなり、あるいは走行中にコンピュータを使用して仕事をしたり等、快適な移動環境を提供することができる。
【００４５】
また、本実施形態では、関節部としてスフェリカルジョイント３８が設けられることにより、シート１０に発生するあらゆる方向の外力に対して、機械的な応答精度が向上する。
【００４６】
なお、本姿勢制御装置１００を構成するハードウェアは、乗用車であれば後部座席の全部または一部にのみ設けるようにしてもよい。
【００４７】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。これ以降の説明では、上記第１の実施形態に係る姿勢制御装置１００が含む機構や機能等について同様のものは説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。本実施形態に係る姿勢制御装置２００のハードウェア構成の説明には、少なくとも図１を用いれば足りるのでそれを参照する。
【００４８】
本実施形態に係る姿勢制御装置２００は、例えば上記姿勢制御に加えて、主にｚ軸に沿う方向（振動方向）の振動を制御する。この振動周波数は、おおよそ1Hz〜2Hz（〜数Hz）といった比較的低い周波数である。
【００４９】
上記第１の実施形態では、駆動機構３５としてリニアモータによるリニア駆動ユニット３５０が用いられたが、この姿勢制御装置２００では、ｚ'方向の振動を制御するために、駆動機構３５が有する駆動ユニットとして１つ以上のダンパ３６０（図６参照）が用いられる。ダンパ３６０は、例えばアクティブサスペンション、またはセミアクティブサスペンション方式で利用されるショックアブソーバである。ダンパ３６０の数は、第１実施形態と同じく３、４、あるいは５つ以上であることが好ましい。
【００５０】
加速度センサ６０は、例えば、直交３軸（ｘ'、ｙ'、ｚ'）の検出軸を有する。振動制御に用いられる検出軸はｚ'軸である。ｚ'軸方向の検出軸は、「傾斜機構による制御対象の傾斜が発生していないときに重力方向に一致する方向に設けられた検出軸」である。本実施形態に係る姿勢制御装置２００は、このｚ'軸方向の振動の加速度を抑制するものである。
【００５１】
図６は、この第２の実施形態に係る姿勢制御装置２００の構成を示すブロック図である。制御部５５は、姿勢制御指令値演算部５１、積分演算部５３、振動制御指令値演算部５２を備える。
【００５２】
加速度センサ６０で検出された加速度は、姿勢制御指令値演算部５１に入力され、上記第１の実施形態と同様に、姿勢制御ための指令値が演算される。
【００５３】
また、加速度センサ６０で検出された加速度は、積分演算部５３に入力され、積分されることにより、速度が算出される。算出された速度は、振動制御指令値演算部５２に入力され、振動制御指令値演算部５２は、その速度に基づき、振動制御のための指令値を算出する。制御部５５は、例えばダンパ３６０の減衰係数（減衰特性）とダンパ速度（ピストン速度）との関係を示すルックアップテーブルを有しており、これに基づいて、振動制御のための制御指令値（電流値や電圧値）を出力する。すなわち、加速度センサ６０で得られたｚ'方向の加速度を積分して得られる速度（ダンパ速度に対応）に基づいて、ダンパ３６０の減衰係数を設定することにより、適切な減衰力が得られる。
【００５４】
加速度センサ６０で得られたｚ'方向の加速度を積分して得られる速度とは、つまり、シート１０のｚ'方向成分の振動による速度である。
【００５５】
制御部５５は、姿勢制御指令値演算部５１で算出された指令値と、振動制御指令値演算部５２で算出された指令値とを加算して、これを各ダンパ３６０に出力する。これにより、駆動機構３５は、上記第１の実施形態と同様の姿勢制御のための駆動と、ｚ'方向の振動制御のための駆動とを同時に行うことができる。その結果、振動が抑制され、さらに快適な乗り心地を実現することができる。
【００５６】
［第３の実施形態］
図７は、本発明の第３の実施形態に係る姿勢制御装置の構成を示す図である。この姿勢制御装置３００は、曲面状、典型的には球面を有するベース部１１５上に搭載される。具体的には、姿勢制御装置３００は、主に、ベース部１１５上に設けられた、制御対象であるシート１０を傾斜させることが可能に構成された傾斜機構７０を備え、また、シート１０と傾斜機構７０とを接続する駆動機構７５として、ダンパ７５０等を備える。また、ダンパ７５０に並列してばね等の弾性機構７３も設けられている。ダンパ７５０は１つでもよいが、複数設けられることが好ましい。
【００５７】
傾斜機構７０は、重力方向以外の方向の外力がシート１０に働くことで、パッシブにシート１０を傾斜させてこの傾きを制御するように構成される。例えば傾斜機構７０は、マウント部７１と、マウント部７１とベース部１１５との間に設けられた複数のボール７２とを有する。これらのボール７２は、定位置で回転自在に設けられている。
【００５８】
マウント部７１の少なくとも下面はベース部１１５の表面に沿う曲面状、球面状に形成される。すなわち、マウント部７１は、ベース部１１５上の曲面、球面上での回転の自由度を持つ。本実施形態では、ダンパ７５０とシート１０との間、あるいは、ダンパ７５０とマウント部７１との間には、上述したスフェリカルジョイント等の関節部は設けられていない。したがって、傾斜機構７０により、発進時加速やブレーキ減速による慣性力等の重力以外の外力がシート１０およびマウント部７１等に働くと、シート１０およびマウント部７１が自ずと（パッシブに）その外力の方向に一体に移動して傾く。
【００５９】
なお、マウント部７１の周囲には、マウント部７１の移動範囲を規制する複数のストッパ３９が配置されている。また、
【００６０】
本実施形態では、制御部１５０が、ダンパ７５０を制御することでｚ'方向の振動制御を行う。シート１０に取り付けられた加速度センサ６０は、少なくともｚ'方向の１軸の加速度を検出するものであればよい。制御部１５０は、検出されたｚ'方向の加速度を、上記第２の実施形態と同様に積分し、得られた速度に基づき、ダンパ７５０の減衰特性を制御するために、ダンパ７５０に制御指令値を出力する。これにより、適切な減衰力が得られる。
【００６１】
以上のように、傾斜機構７０によりシート１０の姿勢制御をパッシブに行い、制御部１５０によりシート１０の振動制御を行うことによっても、快適な乗り心地を実現できる。
【００６２】
［第４の実施形態］
（姿勢制御装置の原理的な説明）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図８Ｂに示す液体２が入った容器１に、ブレーキや発進に伴う加速度が働くと、液体２に慣性力が働き、図８Ａ、Ｃに示すように、その慣性力により液面が傾く。本実施形態に係る姿勢制御の趣旨は、図８Ｄ、Ｅに示すように、容器１に対する液面の傾きをなくすように、つまり、液体２がこぼれないように、容器１の傾きを制御することである。つまり、本実施形態は、制御対象に働く重力方向以外の方向の加速度が減るように傾斜機構を制御する、という上記第１、２の実施形態と共通の特徴を有している。
【００６３】
図９は、本実施形態に係る姿勢制御装置４００を示す模式的な図であり、その原理を説明するための図である。この姿勢制御装置４００は、典型的には、二輪車等の車両に搭載される出前品運搬機に適用される装置である。この姿勢制御装置４００は、上記第１または２の実施形態に係る姿勢制御装置１００、２００の上下を逆にしたような構成を有している。例えば、車両に固定されるフレーム１２に、この姿勢制御装置４００を構成するハードウェアが接続されている。図において、説明の便宜上、ｙ軸の左方向を車両が前進する方向とし、その逆である右方向を車両の後ろ方向とする。
【００６４】
姿勢制御装置４００は、マウント部３１と、このマウント部３１と側部から見てＬ字状のフレーム１２とを接続する減衰ばね機構２０と、マウント部３１と制御対象である収容箱（一般的に「岡持ち」と呼ばれる）１１とを接続する駆動機構３５（例えばリニア駆動ユニット３５０）およびばね３３とを備える。減衰ばね機構２０は、比較的高周波（例えば10Hz〜20Hz）の振動を抑制するように構成される。収容箱１１内に設けられた載置部１１ａに、飲食物が入った容器１（例えばどんぶり）が置かれ、例えば載置部１１ａの下部に加速度センサ６０が固定されて配置されている。ばね３３は、例えばマウント部３１および収容箱１１の中心または重心に接続される。
【００６５】
少なくとも、マウント部３１および駆動機構３５により、傾斜機構３０が構成される。
【００６６】
第１の実施形態のように姿勢制御のみを行う場合、加速度センサ６０の検出軸は、ｚ'軸に垂直な水平面内の任意の少なくとも１軸（ｘ'またはｙ'軸）を有していればよい。この場合、前後、左右の姿勢制御を行う場合は、ｘ'およびｙ'軸の両方が必要になる。
【００６７】
上記第２の実施形態のように、姿勢制御および振動制御の両方を行う場合、少なくとも、上記水平面内の任意の１軸と、上下方向の振動加速度を検出するｚ'軸とを有していればよい。
【００６８】
姿勢制御装置４００は、加速度センサ６０から得られた加速度を取得し、これに基づき、駆動機構３５を制御する制御部５０を備える。姿勢制御のみを行う場合、駆動機構３５としては、上述したリニア駆動ユニット３５０が用いられる。リニア駆動ユニット３５０は、１つまたは複数設けられる。
【００６９】
姿勢制御および振動制御の両方を行う場合、駆動機構３５としては、上述したダンパ３６０が用いられる。この場合、制御部としては、上述した制御部５５（図６参照）が用いられる。
【００７０】
駆動機構３５およびマウント部３１の間、また、駆動機構３５および収容箱１１の間には、関節部としてのスフェリカルジョイント３８が設けられている。駆動機構３５による振動制御の対象となる振動の周波数領域は、例えば1Hz〜2Hz（〜数Hz）である。
【００７１】
姿勢制御装置４００が姿勢制御を行う場合において、例えば車両のブレーキ力により、加速度センサ６０が、重力以外の外力による加速度として、ｙ'軸の前方向の加速度を検出したとする（図９参照）。この時、収容箱１１（容器１）がそのままの姿勢を維持すると、図８Ａに示すように、容器１内の飲食物が前方向に移動し、これを放置するとスロッシング現象も起こる可能性がある。
【００７２】
しかし、制御部５０は、図１０に示すように、ｙ'軸の前方向の加速度が減るように、またはゼロとなるように、制御部５０が駆動機構３５に制御指令値を出力して、収容箱１１を傾ける。この場合、前側のリニア駆動ユニット３５０を縮め、後ろ側のリニア駆動ユニット３５０を伸ばすことにより、収容箱１１の前側が上に移動し、後ろ側が下に移動するように傾くので、ｙ'軸の前方向の加速度が減る。ｙ'軸の前方向の加速度の大きさによっては、前側のリニア駆動ユニット３５０のみを縮め、または、後ろ側のリニア駆動ユニット３５０のみを伸ばすように駆動してもよい。
【００７３】
あるいは、姿勢制御装置４００が姿勢制御を行う場合において、例えば車両の前進方向の加速度が働くことにより、加速度センサ６０が、重力以外の外力による加速度として、ｙ'軸の後ろ方向の加速度を検出したとする。この時、収容箱１１（容器１）がそのままの姿勢を維持すると、図８Ｃに示すように、容器１内の飲食物が後ろ方向に移動し、これを放置するとスロッシング現象も起こる可能性がある。
【００７４】
しかし、制御部５０は、図示しないが、ｙ'軸の後ろ方向の加速度が減るように、またはゼロとなるように、制御部５０が駆動機構３５に制御指令値を出力して、収容箱１１を傾ける。この場合、後ろ側のリニア駆動ユニット３５０を縮め、前側のリニア駆動ユニット３５０を伸ばすことにより、収容箱１１の後ろ側が上に移動し、前側が下に移動するように傾くので、ｙ'軸の後ろ方向の加速度が減る。ｙ'軸の後ろ方向の加速度の大きさによっては、後ろ側のリニア駆動ユニット３５０のみを縮め、または、前側のリニア駆動ユニット３５０のみを伸ばすように駆動してもよい。
【００７５】
以上の動作により、収容箱１１および容器１の姿勢を適切な姿勢に保つことができるので、容器１内の飲食物がこぼれることや、スロッシング現象が発生することなどを抑制することができる。
【００７６】
また、ｚ'方向の振動制御により、その振動加速度が抑制されるので、上記の容器１内の飲食物がこぼれること、また、スロッシング現象が発生することの抑制に寄与する。
【００７７】
（姿勢制御装置の構造例）
次に、上記第４の実施形態に係る姿勢制御装置４００の構造例を説明する。図１１は、その構造の一部を示す斜視図である。図１２は、その平面図である。図１３は、この姿勢制御装置４００'の分解斜視図である。
【００７８】
この構造例に係る姿勢制御装置４００'は、板状またはフレーム状のマウント部３１を備える。マウント部３１は例えば矩形状に構成される。図１３に示すように、マウント部３１の下面側であってその４つのコーナに、弾性機能を有する空気ばね２１（ブラダ：bladder）の上端が接続される。空気ばね２１には、例えば小さい孔が設けられており、これにより減衰機能を実現し、その結果、減衰ばね機構２０が構成される。
【００７９】
空気ばね２１の下端には、ベース部となるベースフレーム１２'が接続される。ベースフレーム１２'は、上述のＬ字状のフレーム１２に固定される。なお、ベースフレーム１２'は、平面で見て放射状に広がる脚部１２'ａを有し、これら脚部１２'ａの端部に空気ばね２１がそれぞれ接続されている。
【００８０】
図１１〜１３に示すように、マウント部３１の下面側であって、各４つの辺の中央にはスフェリカルジョイント３８を介して、駆動機構３５が接続されている。駆動機構３５は、上述した複数のリニア駆動ユニット３５０（またはダンパ３６０でもよい）である。マウント部３１の中央には、ばね３３の上端が接続されている。
【００８１】
駆動機構３５の下端には、スフェリカルジョイント３８を介して、制御対象となる収容箱１１が接続されている（図１１参照）。また、ばね３３は、ベースフレーム１２'に設けられた中央の穴１２'ｂを介して、ベースフレーム１２'の下方に導出され、ばね３３の下端に収容箱１１が接続される。ばね３３は、マウント部３１および収容箱１１の実質的に中心または重心にそれぞれ接続されることが好ましい。これにより、収容箱１１は静止時にそのばねを中心としてバランスすることができる。
【００８２】
この構造例に係る姿勢制御装置４００'が図９に示した姿勢制御装置４００の構造と異なる点は、ベースフレーム１２'がマウント部３１の下に配置されている点である。しかしながら、両者は動作原理は同じである。すなわち、以上のような構造例に係る姿勢制御装置４００'により、図９、１０に示した姿勢制御装置４００の動作および効果を実現することができる。
【００８３】
この構造例に係る姿勢制御装置４００'において、収容箱１１の傾斜角度の上限を設定するため、ばね３３の動きを規制する規制手段を設けるようにしてもよい。図１４Ａは、その規制手段を実現する規制部材４０を含む姿勢制御装置の要部を示す。規制部材４０は、軸方向（図では上下方向）において、一端部（上端部）から他端部（下端部）に向かうにしたがい外径および内径が広くなる形状を有する筒状の部材である。つまり、その形状はスカート状、コーン状である。
【００８４】
規制部材４０の上端部がマウント部３１の下面に取り付けられて固定され、下端部は開放されている。規制部材４０の両端部は開口され、マウント部３１と収容箱１１とを接続するばね３３は、この規制部材４０の内部に挿入されて配置されている。
【００８５】
収容箱１１の上面１１ｂ（静止時に水平面に実質的に平行な面）に対する、規制部材４０の下端部の側面の角度が所定の角度αに設定される。その角度αは例えば20〜45°、あるいは30〜45°である。これにより、図１４Ｂに示すように、ばね３３の屈曲角度が上記角度αに制限され、その角度αを超える収容箱１１の傾斜を防止することができる。
【００８６】
規制部材４０の下端部の側面の角度αの最大値を45°とした理由は次の通りである。例えば、前進加速やブレーキ力等の慣性力は、0.5G程度を見積もれば問題ない。しかし、共振等も考慮して当該慣性力を1G程度見積もると、それと重力1Gとの合力により、原理的には、収容箱１１は最大45°傾斜するからである。
【００８７】
なお、規制部材４０の形状は図のような形状に限られない。規制部材は、制御すべき軸（例えばｘ軸周りの傾き、またはｙ軸周りの傾きなど）、およびそれによりばね３３が屈曲する方向に応じて、その屈曲角度を規制することができる形状であれば、どのような形状であってもよい。その場合、規制部材は、必要な位置に複数分離されて配置されていてもよい。
【００８８】
［第５の実施形態］
図１５は、第５の実施形態に係る姿勢制御装置を模式的に示す図である。この姿勢制御装置５００は、動作原理上、上記第３の実施形態（図７参照）と同様な構造を有する。
【００８９】
例えば、姿勢制御装置５００は、制御対象である収容箱１１を、重力以外の外力によってパッシブに傾斜させる傾斜機構１７０を有する。傾斜機構１７０は、例えばスフェリカルジョイント１７８および減衰機構１７２等（弾性機構を含んでいてもよい）と、これらを介してフレーム１２に接続されたマウント部１７１とを有する。このような構成の傾斜機構１７０により、パッシブに収容箱１１の傾斜が制御される。
【００９０】
駆動機構７５の駆動ユニットとしてのダンパ１７５は、マウント部１７１と収容箱１１とを接続し、主にｚ'軸方向の振動を抑制するように、制御部１５０によりその駆動が制御される。すなわち、制御部１５０は、加速度センサ６０で検出されたｚ'方向の加速度に基づき（積分して速度を求め）、減衰特性を制御することにより、ｚ'方向の振動を抑制することができる。また、マウント部１７１と収容箱１１との間にはばね３３が設けられている。なお、収容箱１１には、取付部材１９を介して、駆動機構７５やばね３３が取り付けられている。
【００９１】
以上の構成により、姿勢制御装置５００は、傾斜機構１７０により収容箱１１の姿勢制御をパッシブに行い、かつ、制御部１５０により収容箱１１の振動を制御する。これにより、被運搬物の姿勢を適切な姿勢に保つことができる。
【００９２】
［その他の実施形態］
本発明は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
【００９３】
上記第３の実施形態では、ｘおよびｙ軸周り、つまり２軸周りの自由度でシート１０の傾きを制御する傾斜機構３０等を示したが、傾斜機構３０等は、ｘ軸周りのみ、またはｙ軸周りのみ、つまり１軸周りの自由度で傾きを制御する構成であってもよい。
【００９４】
姿勢制御および振動制御の両方を行う場合、駆動機構３５として、例えばリニア駆動ユニット３５０およびダンパ３６０の両方が用いられてもよい。
【００９５】
上記各実施形態に係る駆動機構３５は、ダンパ３６０またはリニア駆動ユニット３５０であったが、他の駆動機構（傾斜機構）として、多関節リンク機構が用いられてもよい。ただし、多関節リンク機構が用いられる場合、回転モータを使用するため、上述したように回転の慣性力が発生することに注意する必要がある。
【００９６】
上記第４、５の実施形態に係る姿勢制御装置４００、５００は、出前品の運搬機に適用される例を示した。しかし、姿勢制御装置は、被運搬物は収容箱１１に収容された飲食物に限られず、姿勢を保って運搬される必要がある他の被運搬物を運搬する運搬機にも適用可能である。
【００９７】
以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００９８】
１０…シート
１１…収容箱
１５、１１５…ベース部
２０…減衰ばね機構
３０、７０、１７０…傾斜機構
３１、７１、１７１…マウント部
３３…ばね
３５、７５…駆動機構
３８…スフェリカルジョイント
４０…規制部材
５０、５５、１５０…制御部
５１…姿勢制御指令値演算部
５２…振動制御指令値演算部
５３…積分演算部
６０…加速度センサ
１００、２００、３００、４００、４００'、５００…姿勢制御装置
３５０…リニア駆動ユニット
３６０、７５０…ダンパ
【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】
2016097904.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2016097904.tif 000014
【図１３】
2016097904.tif 000015
【図１４】
2016097904.tif 000016
【図１５】
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