JP2010132110A - 移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】搭乗者の有無に関わらず、簡便な構成で安定して移動することができる移動体を提供する。
【解決手段】本発明の一態様にかかる倒立車輪型移動体は、跳ね上げ可能なシート１１ａを有する搭乗席１１と、搭乗席１１の下側に配置された車台１２と、車台１２に対して回転可能に取り付けられた右駆動輪１８、左駆動輪２０と、搭乗席１１を支持するために設けられた軽量フレーム１０ａ、軽量フレーム１０ａよりも単位長さ辺りの重量が重い重量フレーム１０ｂを備えている。そして、重量フレーム１０ｂの少なくとも一部は、車軸Ｃ１よりも前側に配置されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、移動体に関し、特に詳しくは倒立振子制御によって移動する移動体に関する。

倒立二輪車両などの倒立車輪型移動体は、通常、左右の駆動輪を駆動して安定状態を維持するように重心位置を修正しつつ、移動を行なうように制御している。さらに、倒立状態を安定させるため、車輪上方に設けられた慣性体を駆動する構成が開示されている（特許文献１）。この倒立車輪型移動体では、走行中に、慣性体をスライド移動させている。これにより、重心位置が車軸の鉛直線上に速やかに移動するため、倒立を安定させることができる。また、台車本体には、モータを駆動するためのバッテリーが搭載されている。このような倒立車輪型移動体では、例えば、ジャイロセンサからの出力に応じて、倒立状態を維持するように車輪が制御されている。すなわち、前後方向において、移動体全体の重心位置が車軸の上方になるように、車輪を制御する必要がある。
特開２００６−２０５８３９号公報

倒立車輪型移動体に、搭乗者が座る搭乗席を設けた搭乗型の移動体も開発されている。搭乗型の移動体では、搭乗者が乗っている状態で倒立を安定させるために車輪を駆動する。また、実用上、搭乗者が乗っていない状態でも移動できるようにした方が好ましい。

搭乗者が乗っている状態と乗っていない状態とでは、重心位置が大きく変化することになる。すなわち、搭乗者を含む状態での重心位置と、搭乗者を含まない状態での重心位置とを比較すると、前後方向に大きなずれが生じることになる。この場合、搭乗者が搭乗した状態で倒立状態を維持できる傾斜角と、搭乗者が搭乗していない状態で倒立状態を維持できる傾斜角が大きく変わってしまう。このような場合、倒立制御を変える必要が生じる。

あるいは、地面からの車高が制限されてしまう。すなわち、車輪以外の部分が地面と接触しないようにするために、寸法マージンを大きくする必要がある。例えば、搭乗席の前側下方にフットステップを設けた場合を考える。この場合、倒立状態を維持するための傾斜角が大きく変化すると、フットステップの先端が地面に接触してしまうことになる。換言すると、搭乗者の有無に関わらず、車輪以外が地面に接触しないように、設計を行う必要がある。このため、設計に制約が生じてしまい、フットステップの大きさなどが制限される。このように、搭乗型の倒立車輪型移動体では、搭乗者の有無に関わらず安定して移動することが困難となってしまうという問題点がある。また、特許文献１のようにスライド機構を設けた場合、移動体の構成が複雑になってしまう。

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、搭乗者の有無に関わらず、簡便な構成で安定して移動することができる移動体を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様にかかる移動体は、倒立振子制御によって移動する移動体であって、シートを有する搭乗席と、前記搭乗席の下側に配置された車台と、前記車台に対して回転可能に取り付けられた車輪と、前記車輪を回転駆動する駆動部と、前記搭乗席を支持するために設けられた第１のフレームと、前記第１のフレームよりも単位長さ辺りの重量が重い第２のフレームであって、前記車輪の車軸よりも少なくとも一部が前側に配置された第２のフレームと、を備えるものである。これにより、移動体１００の前方側を重くすることができるため、搭乗者の有無に応じた傾斜角度の変化を低減することができる。よって、搭乗者の有無に関わらず、簡便な構成で安定して移動することができる

本発明の第２の態様にかかる移動体は、上記の移動体であって、前記第１のフレームと前記第２のフレームとが、前記車台の上に設けられた連結部によって連結されていることを特徴とするものである。これにより、第１及び第２のフレームを簡便に連結することができる。

本発明は、搭乗者の有無に関わらず、簡便な構成で安定して移動することができる移動体、及びその制御方法を提供することを目的とする。

本実施の形態にかかる移動体は倒立振子制御によって移動する倒立車輪型移動体である。移動体は、地面に接地した車輪を駆動することによって、所定の位置まで移動する。さらに、ジャイロセンサ等からの出力に応じて車輪を駆動することによって、倒立状態を維持することができる。また、移動体は、倒立状態を維持したまま、操作者が操作する操作量に応じて移動する。

図１乃至図３を用いて、本実施の形態にかかる移動体１００の構成について説明する。図１は移動体１００の構成を模式的に示す斜視図であり、図２は移動体１００の構成を模式的に示す図であり、左側に側面図、右側に正面図が示されている。図３は、移動体１００に搭乗者が搭乗した様子を示している。なお、図１、図２に示すように、移動体１００の前方向を＋Ｘ方向とし、左方向を＋Ｙ方向とし、上方向を＋Ｚ方向としている。また、図１、図２では、説明の明確化のため、一部の構成について透視して示している。

移動体１００は、倒立車輪型の移動体（走行体）であり、図２に示されるように、同軸上に配置された右駆動輪１８と、左駆動輪２０とを備えている。ここで、右駆動輪１８と左駆動輪２０の回転軸を車軸Ｃ１とする。移動体１００は、搭乗者が搭乗する搭乗席１１を有している。したがって、移動体１００は、人が座った状態で移動が可能な、座り乗り型モビリティロボットである。また、移動体１００は、人が乗っていない状態でも移動可能である。例えば、搭乗したいユーザが遠隔で操作すると、移動体１００がそのユーザの位置まで移動する。例えば、ユーザが呼び出しボタンなどを押すことで、移動体１００がユーザの近傍まで移動する。そして、移動体が移動ユーザの前まで移動した後、ユーザが搭乗する。

移動体１００には、その骨格となるフレーム１０が設けられている。フレーム１０は、軽量なアルミニウムパイプなどによって構成されている。さらに、フレーム１０を覆うカバー１３が設けられている。カバー１３は、後述する車台１２などを覆っている。移動体１００には、椅子形状の搭乗席１１が設けられている。搭乗席１１は、カバー１３やフレーム１０に固定されている。フレーム１０及びカバー１３は、搭乗席１１の形状に沿って屈曲している。フレーム１０の詳細な構成については後述する。

搭乗席１１は、シート１１ａと、シートバック１１ｂとを有している。シート１１ａは、搭乗者８０が座る座面となるため、ほぼ水平に配置されている。搭乗者８０がシート１１ａの上に座ることで、図３に示すように搭乗者８０が搭乗した状態での移動が可能となる。シートバック１１ｂは、斜め後ろ方向に延びるように形成され、搭乗者８０の背中を支える背もたれ部となる。したがって、搭乗者８０がシートバック１１ｂにもたれた状態で、移動体１００が移動する。

搭乗席１１の直下には、車台１２が配置されている。車台１２には、右駆動輪１８、及び左駆動輪２０が取り付けられている。車台１２は、右駆動輪１８、及び左駆動輪２０を回転可能に支持している。右駆動輪１８、及び左駆動輪２０は、移動体１００を移動させるための車輪（駆動輪）となる。右駆動輪１８、及び左駆動輪２０は、車軸Ｃ１周りに回転する。すなわち、右駆動輪１８、及び左駆動輪２０は同軸上に配置されている。車台１２は、フレーム１０に取り付けられている。

この車台１２には、右駆動輪１８、左駆動輪２０を駆動するためのモータ（図示せず）等が搭載されている。また、移動体１００は倒立車輪型移動体であるため、搭乗席などを含む車体２２（上体部）が車軸Ｃ１回りに傾斜する。すなわち、搭乗席１１などを含む車体２２が回転可能に支持されている。車体２２は、車軸Ｃ１を回転中心として回転する上体部となる。換言すると、車軸Ｃ１を回転中心として、傾斜する部分が車体２２となる。この車体２２は、フレーム１０やカバー１３や搭乗席１１などを含んでいる。さらには、車台１２の一部、又は全部が車体２２に含まれていてもよい。倒立状態では、右駆動輪１８、及び左駆動輪２０の駆動によって、車体２２の傾斜角が変化する。車体２２には、傾斜角度を測定するためのジャイロセンサなどが設けられている。なお、図１に示すように、右駆動輪１８と左駆動輪２０の中間を座標中心Ｏとしている。すなわち、座標系の原点となる座標中心Ｏは、車軸Ｃ１上に存在する。移動体１００の進行方向は、水平面内において、車軸Ｃ１と垂直な方向になる。

車台１２の前方には、フットステップ１７が設けられている。搭乗者８０は、フットステップ１７に一度乗った後、搭乗席１１に座る。フットステップ１７は、搭乗席１１の下側に取り付けられている。また、フットステップ１７は、搭乗席１１の前方に延びている。図３に示すように、フットステップ１７には、搭乗者８０の両足が載置される。フットステップ１７は、車台１２に取り付けられている。

また、フットステップ１７の途中には、転倒を防止するための前方バー１４が設けられている。また、車台１２の後方には、転倒を防止するための後方バー１５が設けられている。すなわち、車軸Ｃ１よりも前側に配置された前方バー１４、及び車軸Ｃ１よりも後ろ側に配置された後方バー１５によって、前後方向への転倒を防止することができる。前方バー１４は、車台１２の前側に突出し、後方バー１５は、車台１２の後ろ側に突出している。従って、過度に前傾になると、前方バー１４の先端が地面と接触し、過度に後傾になると後方バー１５の先端が地面と接触する。

前方バー１４、及び後方バー１５は、回転駆動できるようになっている。前方バー１４、及び後方バー１５の回転軸は、右駆動輪１８、左駆動輪２０の車軸Ｃ１よりも下側（−Ｚ側）に配置されている。また、前方バー１４、及び後方バー１５の先端には、補助輪が設けられている。倒立状態において、補助輪を含む前方バー１４、及び後方バー１５は、地面から離れている。また、搭乗者８０が乗り降りするタイミングでは、補助輪を含む前方バー１４、及び後方バー１５が地面と接触する。

搭乗席１１の両側には、アームレスト１６が設けられている。アームレスト１６は、フレーム１０やカバー１３に固定されている。アームレスト１６は搭乗者８０の肘よりも若干低い位置から前方に伸びている。アームレスト１６はシート１１ａよりも高い位置に配置されている。また、アームレスト１６はシート１１ａとほぼ平行になっている。アームレスト１６は、搭乗席１１の左右両側に、それぞれ配置されている。これにより、搭乗者８０は、両腕をアームレスト１６上に載置することができる。アームレスト１６は、シートバック１１ｂの中段に取り付けられている。図３に示すように、搭乗者８０が座った状態で、アームレスト１６の上に両腕が載せられる。

さらに、アームレスト１６には、操作モジュール２１が設けられている。ここでは、操作モジュール２１が右側のアームレスト１６上に搭載されている。また、操作モジュール２１は、アームレスト１６の先端側に取り付けられている。これにより、搭乗者８０の右手の位置に、操作モジュール２１が配置されるため、操作性を向上することができる。操作モジュール２１には、操作レバー（図示せず）及びブレーキレバー（図示せず）が設けられている。操作レバーは、搭乗者が移動体１００の走行速度や走行方向を調整するための操作部材である、搭乗者は、操作レバーの操作量を調整することによって移動体１００の移動速度を調整することができる。また、搭乗者は、操作レバーの操作方向を調整することによって移動体１００の移動方向を指定することができる。移動体１００は、操作レバーに加えられた操作に応じて、前進、停止、後退、左折、右折、左旋回、右旋回することができる。搭乗者がブレーキレバーを倒すことによって、移動体１００を制動することができる。もちろん、操作モジュール２１は左側のアームレスト１６の搭載してもよく、両側のアームレスト１６に搭載してもよい。さらには、アームレスト１６以外に操作モジュール２１を搭載してもよい。

車台１２には、バッテリ３１、及び制御ボックス３２が搭載されている。バッテリ３１．及び制御ボックス３２は、車体２２の傾斜角度に応じて、車軸Ｃ１に対する前後位置が変化する。車台１２に設けられているベースプレートの上に、バッテリ３１、及び制御ボックス３２が載置されている。したがって、バッテリ３１、及び制御ボックス３２は、シート１１ａの直下に配置されることになる。ここでは、制御ボックス３２の前側に２つのバッテリ３１が配置されている。２つのバッテリ３１は、Ｙ方向に沿って配列されている。バッテリ３１は、充放電可能な二次電池である。制御ボックス３２によって、バッテリ３１の充放電が制御されている。

制御ボックス３２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、通信用のインターフェースなどを有し、移動体１００の各種動作を制御する。そして、この制御ボックス３２は、例えばＲＯＭに格納された制御プログラムに従って各種の制御を実行する。制御ボックス３２は、操作モジュール２１での操作に応じて、所望の加速度、及び目標速度になるように、また、移動体１００が倒立を維持するように、ロバスト制御、状態フィードバック制御、ＰＩＤ制御などの周知のフィードバック制御により、モータ等を制御する。これにより、移動体１００が、操作モジュール２１での操作に応じて加減速しながら走行する。

また、バッテリ３１、及び制御ボックス３２は、車軸Ｃ１よりも上方に設置されている。バッテリ３１は、車軸Ｃ１よりも前側（＋Ｘ側）には位置され、制御ボックス３２は、車軸Ｃ１よりも後ろ側（−Ｘ側）に配置される。ここでは、制御ボックス３２とバッテリ３１とが離間して配置されている。すなわち、車軸Ｃ１の直上には、一定の隙間を隔てて、バッテリ３１と制御ボックス３２が対向配置されている。バッテリ３１を車軸Ｃ１の前側に配置することで、車体２２の重心位置を容易に車軸Ｃ１の直上に持って来ることができる。搭乗者８０の有無に関わらず、同じ傾斜角度で、重心位置が車軸Ｃ１のほぼ直上になる。

次に、本実施の形態にかかる移動体１００に設けられたフレーム１０の構成について説明する。図４は、フレーム１０の具体的構成を示す側面図である。図１０に示すように、フレーム１０は、第１のフレームである重量フレーム１０ｂと、第２のフレームである軽量フレーム１０ａと、軽量フレーム１０ａと重量フレーム１０ｂとを連結する連結部１０ｃとから構成されている。軽量フレーム１０ａと重量フレーム１０ｂは、例えば、棒状あるいは中空のパイプ状になっている。軽量フレーム１０ａ及び重量フレーム１０ｂは、搭乗席１１などの形状に合わせて屈曲しており、搭乗席１１等を支持している。

重量フレーム１０ｂは、軽量フレーム１０ａに比べて単位長さ辺りに重量が重くなっている。重量フレーム１０ｂは、軽量フレーム１０ａと異なる材料によって形成されている。例えば、軽量フレーム１０ａをアルミニウムなどによって形成し、重量フレーム１０ｂをステンレス等によって形成する。これにより、同じ径にした場合でも、単位長さ辺りの重量を変えることができる。このように、密度が高い材料で重量フレーム１０ｂを構成し、密度の低い材料で軽量フレーム１０ａを構成する。軽量フレーム１０ａ、及び重量フレーム１０ｂは、例えば、異なる金属材料によって形成され、同じ径を有している。重量フレーム１０ｂは、軽量フレーム１０ａよりも前方に配置されている。そして、重量フレーム１０ｂの大半が、車軸Ｃ１の前側に配置されている。従って、車体１２の前側の重量を重くすることができる。

フレーム１０の具体的構成に付いて説明する。重量フレーム１０ｂは、車台１２の前端から鉛直上方に延在している。そして、重量フレーム１０ｂはその途中で、連結部１０ｃに向かって、後方に屈曲している。ここでは、重量フレーム１０ｂが後ろ斜め後方に向かって延在している。

なお、連結部１０ｃは、シート１１ａの根元周辺に配置されている。すなわち、連結部１０ｃは、搭乗席１１の下端に設けられている。なお、連結部１０ｃがシート１１ａを跳ね上げ可能に支持していてもよい。連結部１０ｃは、金属製のブロックなどによって構成されている。連結部１０ｃは、車軸Ｃ１よりも後ろ側に配置されている。

また、フレーム１０は、２つの軽量フレーム１０ａを有している。１つの軽量フレーム１０ａは、車台１２の後端から鉛直上方に延びている。そして、連結部１０ｃに連結されている。もう一つの軽量フレーム１０ａは、連結部１０ｃから後ろ斜め上方に向かって延びている。この軽量フレーム１０ａは、搭乗席１１の形状に沿って屈曲している。従って、軽量フレーム１０ａは、シートバック１１ｂの形状に沿って、くの字型に屈曲した部分を有している。屈曲部分はシートバック１１ｂの中央付近の高さに配置されている。屈曲部よりも上側では、軽量フレーム１０ａは、鉛直方向に向かって延びている。さらに、軽量フレーム１０ａは、屈曲部分の下で二股に分かれて、アームレスト１６内に延在している。アームレスト１６に延在している部分の半分以上は、車軸Ｃ１の後方に配置されている。

このように、軽量フレーム１０ａと重量フレーム１０ｂは、車台１２の上に設けられた連結部１０ｃを介して連結されている。このように、重量フレーム１０ｂ及び軽量フレーム１０ａを連結部１０ｃにそれぞれ接続することで、２種類のフレームを用いることができる。

そして、軽量フレーム１０ａ、重量フレーム１０ｂ、及び連結部１０ｃがカバー１３で覆われる。カバー１３に搭乗席１１が取り付けられている。従って、軽量フレーム１０ａ、重量フレーム１０ｂ、及び連結部１０ｃがカバー１３を支持している。また、軽量フレーム１０ａ、重量フレーム１０ｂ、及び連結部１０ｃがカバー１３を介して、搭乗席１１を支持している。例えば、軽量フレーム１０ａがシートバック１１ｂを支持している。また、シート１１ａが軽量フレーム１０ａと重量フレーム１０ｂによって支持されている。

シート１１ａの直下に配置された部分のみを重量フレーム１０ｂとして、これ以外を軽量フレーム１０ａとする。すなわち、シート１１ａの付け根から、フットステップ１７近傍まで延びた部分のみを重量フレーム１０ｂとしている。

上記した、１つの重量フレーム１０ｂと２つの軽量フレーム１０ａを１セットとして、移動体１００の左右両側にそれぞれ１セットのフレームが設けれている。すなわち、移動体１００の右側に、重量フレーム１０ｂと２つの軽量フレーム１０ａが設けられ、移動体１００の左側にも、同じ構成で、重量フレーム１０ｂと２つの軽量フレーム１０ａが設けられている（図３参照）。そして、図３の正面図に示すように、軽量フレーム１０ａがシートバック１１ｂの中段の高さにおいて、連結されている。左右の軽量フレーム１０ａを連結するフレームも軽量フレーム１０ａを構成している。すなわち、左右に延びた軽量フレーム１０ａは、重量フレーム１０ｂよりも単位長さ辺りの重量が軽くなっている。このように、シートバック１１ｂの中段の高さにおいて、横方向（Ｙ方向）に延びた軽量フレーム１０ａが設けられている。

このように、前後方向において、重量フレーム１０ｂの少なくとも一部は、車軸Ｃ１よりも前側に配置されている。ここでは、重量フレーム１０ｂの半分以上が、Ｘ方向における座標中心Ｏｘの前側に配置されている。従って、全ての箇所において、単位長さ辺りの重量を同じにした場合と比べて、前側の重量が重くなる。これにより、移動体１００を安定して走行させることができる。この理由について以下に説明する。

まず、単位長さ辺りの重量が同じフレームを用いた場合における、移動体１００の重心位置について説明する。倒立車輪型の移動体１００では、倒立状態を維持するため、車軸Ｃ１の直上に車体２２の重心位置が配置されることになる。また、移動体１００に搭乗者８０が乗っていても乗っていなくても、重心位置は車軸Ｃ１の鉛直線上に配置される必要がある。なお、移動体１００本体の重量（搭乗者が搭乗していない状態の重量）は、搭乗者８０を含めた移動体１００全体の重量より軽くなる。また、移動体１００本体は、搭乗者８０と同程度かそれより軽くなる。特に、モータの小型化などの観点から、移動体１００を軽量化することが好ましい。例えば、移動体１００の重量は、約６７ｋｇであり、搭乗者８０の重量と同等かそれ以下になっている。

座り乗り型の移動体１００では、搭乗者８０の乗り心地を考慮して設計されている。そのため、搭乗者８０が搭乗した状態における重心位置が重要となっている。従って、標準的な体型の搭乗者８０が搭乗した状態において、搭乗者８０を含めた移動体１００全体の重心位置が車軸Ｃ１の真上に対して近くなるように設計されている。このようにすることで、倒立移動中における車体の傾斜角度を小さくすることができる。すなわち、倒立移動中では、車軸Ｃ１の直上に重心位置が配置されるため、車体２２の傾斜が小さくなる。搭乗席１１のシート１１ａが水平になり、乗り心地が向上する。このため、前後方向（Ｘ方向）における搭乗席１１の位置は、搭乗者８０の重心位置が車軸Ｃ１に近くなるように設計されている。すなわち、車台１２に対する搭乗席１１の前後位置は、搭乗者８０の重心を考慮して決定されている。

搭乗者８０が座っていない状態では、搭乗者８０を含む車体２２の重心位置が、ずれることになる。搭乗者８０の重量は、移動体１００と同程度かそれ以上であるため、搭乗者８０の有無によって重心位置が大きく変化する。搭乗者８０無しの時に倒立を維持しようとする場合、搭乗者８０有りの場合と比べて車体２２が大きく傾斜することになる。換言すると、搭乗者８０の方が移動体１００よりも重いため、搭乗者無しの状態において、重心位置が車軸Ｃ１の後ろ側に合った場合でも、搭乗者有の状態では、重心位置が車軸Ｃ１の直上に近くなる。従って、搭乗者８０の有無に応じて、車体２２の傾斜角が変化してしまう。特に、フットステップ１７、前方バー１４、後方バー１５を設けた場合、傾斜角が大きくなると、これらが地面と接触してしまう。このため、安定した走行が困難になってしまう。

そして、移動体１００の設計上、搭乗者無しの状態における重心位置は、車軸Ｃ１よりも後ろ側（−Ｘ側）になる。従って、搭乗者有りの場合において、車体２２の重心位置が車軸Ｃ１の真上になるように設計すると、搭乗者無しの場合において、車体２２の重心位置が車軸Ｃ１の後方になる。

そこで、本実施の形態では、移動体１００の前後で、フレーム１０の重さを変えている。すなわち、単位長さ辺りの重さが重い重量フレーム１０ｂを軽量フレーム１０ａの前側に配置している。ここでは、重量フレーム１０ｂのほとんどが、車軸Ｃ１よりも前側に配置されている。軽量フレーム１０ａのほとんどが、車軸Ｃ１の後ろ側に配置されている。これにより、フレーム１０の前側を後ろ側よりも重くすることができる。よって、搭乗者有の状態でも、重心位置を車軸Ｃ１の直上にすることができる。また、搭乗者８０の重量は、移動体１００と同程度であるため、前側に重量フレーム１０ｂを設けたとしても、搭乗者８０を含む車体２２の重心位置は、車軸Ｃ１に近くなる。すなわち、前後方向における重心位置が座標中心Ｏｘに近くなる。

このように、重量フレーム１０ｂを車軸Ｃ１よりも前方に配置する。これにより、搭乗者８０の有無による重心位置の変化を低減することができる。よって、傾斜角の変化が小さくなり、いずれの状態においても安定して走行することができる。また、車体２２の傾斜角の変化が小さくなるため、フットステップ１７、前方バー１４、後方バー１５等を地面に対して近づけることができる。すなわち、地面に対する寸法マージンを小さくすることができるため、設計の自由度が高くなる。よって、省スペース構造を得ることができ、移動体１００の小型化に寄与することができる。さらに、重心位置を移動するためのアクチュエータ等が不要になる。

また、搭乗席１１にシートバック１１ｂが設けられているため、搭乗者８０を含めた移動体全体の重心位置が後ろ側になりやすい。搭乗席１１にシートバック１１ｂが設けられている構成では、後ろ側の重量が大きくなる。搭乗者８０がシートバック１１ｂにもたれると、重心位置が後ろになりやすい。すなわち、搭乗者８０が背もたれにもたれた場合、搭乗者８０を含めた移動体全体の重心位置は、車軸Ｃ１より後に移動することになる。このような場合でも、重量フレーム１０ｂが前側に配置されていることで、安定して走行することができる。

さらに、バッテリ３１を前側に配置するとともに、バッテリ３１よりも軽量な制御ボックス３２を後ろ側に配置する。すなわち、制御ボックス３２を車軸Ｃ１よりも後方に配置する。これにより、シート１１ａの直下において、不要なスペースを低減することができる。よって、省スペース化を図ることができ、移動体１００の小型化に寄与することができる。

また、既存のバッテリ３１の配置を調整することで、移動体１００の重量バランスを調整するために、余分な重りを載せる必要がなくなる。よって、移動体１００の重量が大きくなるのを防ぐことができる。また、重心を移動させるためのスライド機構などを別途設ける必要がなくなる。機構の単純化、及びコストダウンを図ることができる。

次に、移動体１００の制御系の構成について図５を用いて説明する。図５は、制御ボックス３２を含む制御系の構成を示すブロック図である。

制御ボックス３２には、車体２２に設けられたジャイロセンサ３３からの信号が入力されている。すなわち、ジャイロセンサ３３で検出した傾斜角度が制御ボックス３２に入力されている。ジャイロセンサ３３は、例えば、車体２２に設置されている。具体的には、、座標中心０の近傍において、ジャイロセンサ３３は、車台１２に固定されている。また、操作モジュール２１での操作量が制御ボックス３２に入力されている。例えば、前後方向の並進速度や、左右の旋回速度などが操作量として操作モジュール２１から入力される。制御ボックス３２には、モータ３４、３６の回転速度がエンコーダ３８、３９から入力されている。

制御ボックス３２は、これらの入力に基づいて、右駆動輪１８、及び左駆動輪２０を駆動するモータ３４、３６に対して指令トルクを出力する。すなわち、モータ３４が指令トルクに応じて、右駆動輪１８を回転駆動し、モータ３６が指令トルクに応じて左駆動輪２０を回転駆動する。なお、モータ３４，３６からの動力は、プーリなどを介して、右駆動輪１８、左駆動輪２０に伝達されてもよい。

制御ボックス３２は、操作モジュール２１からの操作量とジャイロセンサ３３からの検出信号に基づいて、倒立制御計算を行い、制御目標値を算出する。さらに、制御ボックス３２は、モータの現在回転速度と、制御目標値に応じた目標回転速度の偏差を算出する。そして、制御ボックス３２は、この偏差に所定のフィードバックゲインを乗じて、フィードバック制御を行う。制御ボックス３２は、アンプなどを介して、モータ３４、３６に駆動トルクに応じた指令値を出力する。これにより、移動体１００が、操作量に応じた速度及び方向に移動する。

なお、バッテリ３１は、制御ボックス３２の各電気機器と、操作モジュール２１と、ジャイロセンサ３３と、モータ３４、３６と、エンコーダ３８、３９等に対して電源を供給している。すなわち、移動体１００に搭載された全部、又は一部の電気機器がバッテリ３１から供給される電源電圧によって動作する。

上記の例では、２輪型の移動体について説明したが、これに限られるものではない。すなわち、１輪の倒立車輪型移動体や３輪以上の倒立車輪型移動体についても適用可能である。

本発明の実施の形態にかかる移動体の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態にかかる移動体の構成を示す図である。 移動体に搭乗者が搭乗した状態を示す斜視図である。 移動体に設けられたフレームを説明するための側面図である。 本発明の実施の形態にかかる移動体の制御系の構成を示すブロック図である

符号の説明

１０ フレーム
１０ａ 軽量フレーム
１０ｂ 重量フレーム
１０ｃ 連結部
１１ 搭乗席
１１ａ シート
１１ｂ シートバック
１２ 車台
１３ カバー
１４ 前方バー
１５ 後方バー
１６ アームレスト
１７ フットステップ
１８ 右駆動輪
２０ 左駆動輪
２１ 操作モジュール
２２ 車体
３１ バッテリ
３２ 制御ボックス
３３ ジャイロセンサ
３４ モータ
３６ モータ
３８ エンコーダ
３９ エンコーダ
８０ 搭乗者
１００ 移動体
Ｃ１ 車軸
Ｏ 座標中心

Claims (2)

1. 倒立振子制御によって移動する移動体であって、
   シートを有する搭乗席と、
   前記搭乗席の下側に配置された車台と、
   前記車台に対して回転可能に取り付けられた車輪と、
   前記車輪を回転駆動する駆動部と、
   前記搭乗席を支持するために設けられた第１のフレーム
   前記第１のフレームよりも単位長さ辺りの重量が重い第２のフレームであって、前記車輪の車軸よりも少なくとも一部が前側に配置された第２のフレームと、を備える移動体
2. 前記第１のフレームと前記第２のフレームとが、前記車台の上に設けられた連結部によって連結されていることを特徴とする請求項１に記載の移動体。

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