JP2014151721A - ホイールウォーカー - Google Patents

Abstract

【課題】人を乗せて移動するためのコンパクトな自立型二輪走行装置の改良に関し、走行時に基本的に体重の移動をすることなく安定性を維持して走行の安全性を向上させる。
【解決手段】左右両端部にそれぞれ車輪５L，５Rを備えたフレーム軸と、それぞれの車輪５L，５Rを個別に駆動するモーターと、上記フレーム軸に対して互いに独立して回動可能に取り付けたところの、搭乗者の左足が乗るＬステップペダル６Lおよび右足が乗るＲステップペダル６Rと、上記Ｌステップペダル６LおよびＲステップペダル６Rのそれぞれの傾斜方向および傾斜角度に応じて前記した各車輪のモーターを駆動制御するためのセンサーおよび該センサーの信号をうけて演算する制御素子と、少なくともセンサー・制御素子・モーターを駆動する電源部８とを備えてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、人を乗せて移動するためのコンパクトな自立型二輪走行装置の改良に関し、走行時に基本的に体重の移動をすることなく安定性を維持したまま自由方向への走行を可能にし、また走行の安全性を向上させることを目的とする。

自立型の二輪走行装置としては、これまでにもいくつか提案されている。たとえば同軸部の両端に、それぞれ別の駆動源（モータ）により回転する一対の車輪を備えるとともに、上記動軸部に水平に取り付けられたフレームの傾斜角度センサによる傾斜角度信号と傾斜角速度信号とによる角度検出手段を加算器に接続し、加算器の出力側を前記したそれぞれの駆動源に接続して前記フレームの傾動動作に対応させて回転駆動源を駆動することにより、フレームを所定の角度（水平）に維持するようにしたものが知られている（特開昭６２−１８１９８５号公報）。

さらに、検出手段により検出される車体の傾斜角度を短時間単位にてサンプリング検出し、検出したサンプリング値に基づいて車輪駆動用モータの制御トルクを算出すると共に、この制御トルク値に応じて車輪を駆動させることにより、車体が傾動した際に車輪を傾動方向に必要量移動させて車体の傾動復元をおこなうようにした技術が公開されている（特開昭６３−３０５０８２号/特許第２５３０６５２号公報）。

また、複数のジャイロセンサにより車体の傾斜角度を検出することにより、このジャイロセンサ信号によって車体が水平となるようにモータの制御装置の状態をフィードバックして常に車体の状態を水平に維持するように走行するようにした技術も開示されている（米国特許第５９７１０９１号公報）。

さらに、上記した在来の乗用平行２輪走行装置は、上方に伸びるフレーム、あるいは走行操作をするための縦方向に伸びるステアリングロッドを備えるものが多く、全体重量が重くなり、しかも嵩張らざるを得ず、持ち運びや収納にも不便であるところから、走行操作用のハンドルを設けず、コンパクトで利用者の意思に沿って走行方向を自在に制御することが可能な平行２輪乗用台車が開発された。

具体的には、基台の左右方向に伸びる車軸両端に個別のモータにより駆動させるようにした一対の車輪を取り付けるとともに、基台の上面には中心に位置して、上方の搭乗台を前後左右に傾動可能に支持する傾動支持部を設け、搭乗台はその前後左右をスプリングにより支持させ、さらに搭乗台の前後左右に上記した搭乗台傾斜センサを設けるとともに、基台にも、左右に基台傾斜センサを設け、さらに基台内には回路基板を備えることにより、基台のレートジャイロ、および基台傾斜センサ等の信号を上記回路基板において演算し、車輪型倒立振り子の原理によりバランス制御をおこなうことにより自立させるようにし、これにより利用者による前後の体重移動量を検出して、体重移動量に応じて前後進制御をおこないつつ走行方向の制御をおこなうようにしたものも開示されている（特開２００５−９４８９８号公報）。

特開昭６２−１８１９８５号公報 特開昭６３−３０５０８２号/特許第２５３０６５２号公報 米国特許第５９７１０９１号公報 特開２００５−９４８９８号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているものは、同公報の図面を見ても明らかであるように、車輪の大きさに比べてフレームが垂直方向にかなりの高さにまで伸びており、その頂部に搭乗者が乗るための背もたれを有するシート（座席）を有するために全体として大掛かりなものとなる。そればかりでなく、特許文献２および特許文献３に開示されたものを含め、フレームや車体等の傾斜角度信号と角速度信号とによる角度検出手段など複数のジャイロセンサによって車体等の傾斜角度を検出し、これをもとに加算器やコンピュータ装置等により計算されたデータに基づいてモータ等の駆動源を加・減速しつつ駆動することによりフレームや車体等を垂直に維持するようにしたものであるために、搭乗者の体重移動を前提として設計されたものである。

上記した各同軸二輪車においては路面の凹凸や段差の乗り越え時などにおいて垂直方向の変化に車輪が追随できなくなって搭乗者が転倒する危険性が高い。
とくに異なる搭乗者の体重の相違如何により、駆動源よりみた慣性モーメントや負荷重量が大きく変化し、フレームや車体等の姿勢を安定化させる制御系が不安定となる結果、搭乗の前後において異常な振動を生じたり、あるいは搭乗者の体重の差如何により動作が変化する結果、フレームや車体等の移動がスムースではなくなり危険を伴う事態が生じやすく、なかでも既述した操作ハンドルを有する特許文献３のような構造のものにあっては、搭乗者がハンドルを握ったまま転倒する危険が高い。そればかりでなく、１つのシャーシに左右一対の車輪が取り付けられ、しかも上方に伸びるハンドルの操作を乗車したヒトの体重移動によっておこなうようにしたものである。

その点では特許文献４に開示された、複数のジャイロセンサと制御装置を備え備えることにより搭乗者を乗せる踏み台の姿勢を制御する平行２輪乗用台車にあってはハンドルを有しないために、踏み台が不安定になった場合においては搭乗者は直ちに飛び降りることが可能である点で優れているといえる。

しかし特許文献４に記載のものも、基本的には基台上面中心に設けた傾動支持部を支点として載せられたところの、前後左右各端部付近にそれぞれ基台との間にスプリングを介在させて傾動自在に設けられた踏み台上に搭乗者が乗り、搭乗者の体重移動操作により、傾斜センサーとレートジャイロとによりその体重移動量に応じて台車全体を前進・後退など走行方向の制御をおこなうものである。したがってこの場合にも物理的に理想のセンサーとして機能しなければ実現は難しく、機械摩擦によるセンサーの誤差の蓄積により、いつしか自立状態を維持できなくなるおそれがある。結局のところ既述した特許文献１〜３に記載されているものと同様に搭乗者による体重移動操作によって駆動する原理であることには変わらない。

そのために路面の凹凸や段差の乗り越え時などにおいて垂直方向の変化に車輪が追随できなくなって搭乗者がバランスを崩しやすく、その結果転倒する危険性が高いという点においては既述した特許文献１〜３に開示されているものと何ら変わらない。

そこで本発明では、前記した特許文献４に開示されたものと同様の自立型二輪走行装置ではあるが、搭乗者が基本的に体重移動をすることなく自由方向に向けた走行を可能にし、しかも安全に前進、後退、回転、とくに軸回転をも可能にしたものであって、基本的な構成としては、左右両端部にそれぞれ車輪を備えたフレーム軸と、それぞれの車輪を個別に駆動するモーターと、上記フレーム軸に対して互いに独立して回動可能に取り付けたところの、搭乗者の左足が乗るＬステップペダルおよび右足が乗るＲステップペダルと、上記ＬステップペダルおよびＲステップペダルのそれぞれの傾斜方向および傾斜角度に応じて前記した各車輪のモーターを駆動制御するためのセンサーおよび該センサーの信号をうけて演算する制御素子と、少なくともセンサー・制御素子・モーターを駆動する電源部とを備えてなるホイールウォーカーに関する。

本発明によれば、上記したような簡単かつコンパクトな構成であるために、電車やバス等、あるいは車輌内に持込みが容易であり、特に搭乗して移動する際に基本的に体重の移動が不要であることから安定性に優れ、また搭乗者の体重の相違に関係なく自由方向に向けた安定した走行が可能である。また、車輪の駆動用モーターを左右のそれぞれの車輪内部に設置する所謂インホイールモーター方式を採用した場合においては、全体形状がより一層小型化できるばかりでなく、外観性もより一層シンプルとなる。

さらにとりわけて、フレーム軸に対して互いに独立して回動可能に取り付けたところの、搭乗者の左足が乗るＬステップペダルおよび右足が乗るＲステップペダルと、上記ＬステップペダルおよびＲステップペダルのそれぞれの傾斜方向および傾斜角度に応じて前記した各車輪のモーターを駆動制御するためのセンサーおよび該センサーの信号をうけて演算する制御素子とからなるものであるために、搭乗者が常に直立した状態のまま左右の足首先のみによるペダル操作により前進・後退・旋回・軸回転が可能であり、搭乗者の体の一部として機能させることができ、一般的な移動用手段としての使用のみならず、身体障害者用として、あるいは広い工場内での手荷物の運搬にも適し、また障害者のスポーツ競技用、介護者用など、広範な利用が可能である。また、ヒトの駆け足速度に匹敵する程度以上の一定の速度を超えた場合には、左右の車輪の回転を同期させることにより搭乗者の安全性確保を、より確実なものとすることができる。

本発明の一実施例であるホイールウォーカーの斜視図。 図１に示すホイールウォーカーの平面図。 図１に示すホイールウォーカーの正面図。 本発明のホイールウォーカーの上面（平面）からみた説明図。 本発明のホイールウォ−カーの側面側からみた説明図。 本発明のホイールウォーカーに用いられる制御装置の構造説明図。 本発明のホイールウォーカーの制御フロー（初期ルーチン）。 本発明のホイールウォーカーの制御フロー（メインルーチン）。 本発明のホイールウォーカーの制御フロー（タイマー割り込み発生時のサブルーチン）。 本発明のホイールウォーカーにおけるウオッチドックタイマールーチン（タイマー１）。 本発明のホイールウォーカーにおける異常値カウントルーチン。 本発明のホイールウォーカーにおける落車降車衝突検知のフロー。 本発明のホイールウォーカーの使用状態をあらわした参考図。

以下に本発明の一実施例としてのホイールウォーカーの構成について図面をもとに説明する。本発明の基本的な形態は、フレーム軸１と、その両端部に各々独立回転可能に取り付けられた一対の各個別の回転駆動源を備えた車輪５Ｌ・５Ｒと、フレーム軸１に対して互いに独立して回動可能に取り付けたところの左右一対のＬステップペダル６ＬとＲステップペダル６Ｒ、および該Ｌステップペダル６ＬとＲステップペダル６Ｒのフレーム軸１を回転支点としたそれぞれのペダルの傾斜方向およびその傾斜角度に応じて、前記した各車輪のモーターを駆動制御するためのセンサーおよび該センサーの信号をうけて演算する制御素子と、少なくともセンサー・制御素子・モーターを駆動する電源部とを備えてなるものである。

フレーム軸１は、この場合に乗車するヒトの幅より少し長めの丈夫な丸棒鋼が基本となり、このフレーム軸１の左右両側にはＬ字状の補助フレーム９Ｌ・９Ｒが、フレーム軸１に対して少なくとも一方が非一体的に取り付けられている。このＬ字状の補助フレーム９Ｌ・９Ｒには、それぞれの端部に縦方向に伸びる一定の長さを有したヒンジ２・２を有しており、該ヒンジ２・２の上方部にはそれぞれ車輪の軸を取り付ける軸穴３・３が形成され、これらの軸穴３・３に車輪５・５のそれぞれの軸が取り付けられる。

なお、車輪５Ｌ・５Ｒ内にはその回転駆動源として該車輪５Ｌ・５Ｒ自体をそれぞれ個別に駆動するモータが内臓（インホイールモーター）されており、その電源は前記した軸穴３・３を介して後記する制御部に接続される。また一方のヒンジ２には、上方に伸びる断面が倒Ｌ字状をした補助金具２ａが取り付けられ、その上端面には駆動キー２ｂが取り付けられ、該駆動キー２ｂの電源についても後記する制御部に接続されている。なお３ａは車輪の外側に取り付けた軸穴キャップである。

左右一対のＬステップペダル６ＬとＲステップペダル６Ｒは、それぞれフレーム軸１に対して少なくとも一方を固定せずに、例えばフレーム軸１の外径より内径が僅かに大きめのパイプを介する等の手段により遊嵌的に取り付けられた補助フレーム９Ｌ・９Ｒを介し、その上方に固定されたところの基板４Ｌ・４Ｒと、該基板４Ｌ・４Ｒ上に積載固定された電源部（本実施例の場合にはリチウムイオン電池を使用）８・８と、該電源部８・８の上方に位置して前記した基板４Ｌ・４Ｒとの間に一定の間隔を介してＬステップペダル６Ｌ側に左右方向２本、前後方向２本の計４本、またＲステップペダル６Ｒ側にも左右方向２本、前後方向２本の計４本の、それぞれ植立された一定高さの接続固定ボルト７・・・を介してＬステップペダル６ＬとＲステップペダル６Ｒとが、それぞれの略中央部を基板４Ｌと補助フレーム９Ｌ、および基板４Ｒと補助フレーム９Ｒを介してフレーム軸１に対して正・逆方向に向けて互いに独立して回動可能に取り付けられている。

なお１１・１１は、基板４Ｌ・４Ｒの前後方向各両端部寄り付近に形成された突起部１０・１０間、および突起１０・１０間に取り付けられたコイルバネをあらわしており、一方の略箱型状のＬステップペダル６Ｌと、他方の略箱型状のＲステップペダル６Ｒとが互いにあまり極端に角度変化し難いようにしている。さらにＬステップペダル６ＬとＲステップペダル６Ｒの下部にそれぞれ取り付けられた電源部８・８は、接続ケーブル１２により接続されており、これにより両電源部８・８は実質的に１個の電源部を構成している。

さらに片側のＬステップペダル６Ｌの下面にはマイクロコンピューターを用いた制御装置２０を備えるとともに、片側の車輪５寄りの位置に加速度センサー１３Ｌとジャイロセンサー１４Ｌとが取り付けられ、またＲステップペダル６Ｒ寄りの前端部には距離センサー１５Ｌが取り付けられている。なお１６Ｌは警報装置をあらわしている。この場合に使用される警報装置１６Ｌは音やランプにより警告するものであれば格別種類を問わない。また１７ＬはＬステップペダル６Ｌおよびこれを支える基板４Ｌを取付けた補助フレーム９Ｌの車輪寄りの端部に取り付けられたヒンジ２の上端部寄りであって、Ｌステップペダル６Ｌの上面よりいくぶん高い位置に取り付けられた遮光センサーをあらわしている。

一方、Ｒステップペダル６Ｒ側にも、前記したＬステップペダル６Ｌ側に取り付けたのと対称位置に加速度センサー１３Ｒ、ジャイロセンサー１４Ｒ、距離センサー１５Ｒ、警報装置１６Ｒ、遮光センサー１７Ｒがそれぞれ取り付けられている。なお、図中において１８は電源部８・８の電源を“ＯＮ”・“ＯＦＦ”切り替えをするためのメインスイッチ、１９は電源部８・８に充電するための充電用端子をあらわしている。

つまり上記した左右一対の略箱型状のＬステップペダル６Ｌと、他方の略箱型状のＲステップペダル６Ｒとが、そのそれぞれの略中間部を左右の車輪（インホイールモーター）間の軸（フレーム軸１）を介し、それぞれの車輪５Ｌ・５Ｒに直接に取り付けることにより、左右別々にステップ角度を検出するものであるために、その場での回転（軸回転）による方向転換、あるいは極低速での蛇行走行等の自在な走行が可能となるように、フレーム軸１に対して互いに独立して回動可能に構成してある。

さらに述べると、本発明のホイールウォーカーは、上記した左右一対の箱型状のＬステップペダル６Ｌと、他方の箱型状のＲステップペダル６Ｒとが、そのそれぞれの略中間部を左右の車輪（インホイールモーター）間の軸（フレーム軸１）に直接に取り付けることにより、左右別々にステップ角度を検出するものであるが、本発明のステップペダルＬ・Ｒは水平を維持するようにプログラムされているために実際には殆ど傾斜しない。つまりステップペダルＬ・Ｒを足首先により傾斜させようとすると駆動モーターによる反力を生じ、かつステップペダルＬ・Ｒを傾斜させようとする力をセンサー類が検知して「走行」と「自立」の両方を両立させることになる。そのため車輪５・５の回転中でも安定のバランスを崩すことがない。

図６には、マイクロコンピューターを用いた制御装置２０の具体的構造が示されている。中央のマイクロコンピュ−ターには、Ａ／Ｄコンバータを介して距離センサー１５Ｌおよび１５Ｒ、加速度センサー１３Ｒおよび１３Ｌ、ジャイロセンサー１４Ｒおよび１４Ｌの各情報が随時連絡される。またアナログＯＮ／ＯＦＦバッファを介して遮光センサー１７Ｒおよび１７Ｌの情報、およびスタートスイッチ２ｂの各情報が随時連絡される。

これらの情報は、その多くが左右一対のＬステップペダル６ＬとＲステップペダル６Ｒ上にヒトが乗車した場合のヒトの足先の動きに対応してＬステップペダル６ＬとＲステップペダル６Ｒのフレーム軸１を回転支点としたそれぞれのペダルの傾斜方向および傾斜角度ならびに傾斜速度に応じて、上記の各種センサーが感知した情報をマイクロコンピューターに随時伝えるものである。マイクロコンピューターにはメインスイッチ１８がＯＮになっている間定電圧電源器を介してバッテリー（電源部）からの電流が供給される。

マイクロコンピューターには作動中ランプ（特に図示してはいないが、好ましくは駆動キー２ｂ付近への取り付けが好ましい）が接続されているとともに、あらかじめ設定した正常値範囲を超える場合には警報装置１６Ｌ・１６Ｒにより警報をする。マイクロコンピューターでの正常値内での演算結果に応じて正転・逆転、駆動、停止など車輪５・５のモータードライバーを介して車輪５・５内のインホイールモーターを制御駆動する。

上記した本発明にかかるホイールウォーカーの制御フローを図７以下に示す。
〔１．初期ルーチン〕
図７は１．初期ルーチンをあらわしており、メインスイッチ１８を“ＯＮ”にすることで「ＳＴＡＲＴ」開始し、加速度センサー１３Ｌ・１３Ｒおよび別途設けたａセンサー（重力方向検出センサー）がスタンバイ状態となる。ついで「システム初期化」がなされ、マイクロコンピューターのポート関係等が起動し、ジャイロセンサー１４Ｌ・１４Ｒ、および別途設けたｇセンサー（左右一対のＬステップペダル６ＬとＲステップペダル６Ｒとの角度変化を検知）がスタンバイする。

「タイマー１ 初期化（ウオッチドッグタイマー）」に移る。この場合に、タイマー時間は前記した「スステム初期化」にておこなわれる。次いで「タイマー２ 初期化（ｇセンサーの割り込み）」によりセンサー読込み周期の設定がおこなわれた後、「システム自己診断」がおこなわれる。ここでバッテリー電圧やモーター回路、マイクロコンピューター部等に異常がないかどうかの診断がおこなわれ、問題があれば警告灯の点灯をおこない、システムを停止する。また問題がなければ「aセンサーＲ側、Ｌ側の読込み」がおこなわれ、続いて「地面に対するステップ角度の演算」がおこなわれる。なお、この場合の演算はＲ、Ｌ共に別々におこなわれる。

続いて「ステップの傾斜角度に応じてモーターコントローラーへ回転方向、回転速度を出力」する。この場合もＲ、Ｌ共に別々におこなわれる。すなわち搭乗者の足先による操作によって傾斜する左右一対のＬステップペダル６ＬとＲステップペダル６Ｒの傾斜角度に応じて左右の各車輪５Ｌ・５Ｒを駆動するモーターコントローラーに対して回転方向および回転速度をそれぞれ左右両輪に対して個別に出力することにより走行制御がおこなわれる。

続いて「ａセンサーＲ，Ｌ共に最大値になったか？」の確認がおこなわれ、最大値に達していない場合には、再度既述した「ａセンサーＲ、Ｌ側読込み」に戻ることになる。ａセンサーＲ，Ｌ共に最大値になった場合には、ａセンサーＲ，Ｌ、およびｇセンサーＲ，Ｌの検出値に基づいて次の「現在のステップ位置を水平値としてメモリーに記憶」される。この状態で「スタートＳＷ」（２ｂ）を“ＯＮ”にすることによりスタート可能となる。実際のスタートに先だって搭乗の確認がおこなわれる。具体的には「遮光センサーＲ・Ｌの読み込み」に続いて「どちらかのセンサー付近に足があるか？」の確認、つまり左右一対のＬステップペダル６ＬとＲステップペダル６Ｒ上にヒトが乗車すると遮光センサー１７Ｌと１７Ｒ間の光等の投射が遮られる結果、乗車したことを確認できる。この場合に、遮光センサー１７Ｌと１７Ｒのどちらかのセンサー付近に足があるかどうかの判定をおこなう。搭乗を確認できた場合には、以後図８のメインルーチンへ移行する。

〔２．メインルーチン〕
「Ｍａｉｎ」→「スタートＳＷ（２ｂ）“ＯＮ”」→「遮光センサー１７Ｌと１７Ｒの読込み」をおこなう。この場合遮光されていなければヒトがステップペダルＬ・Ｒ上に乗っていないことをあらわす。ここで「遮光センサー付近に足が有るか」を確認し、足がない場合には図１２の「Ｃ」へと移行する。つぎにホイールウォーカーの前後の「距離センサー（１５Ｌおよび１５Ｒ）読込み」をおこない、障害物がないかどうかの確認をおこない、障害物がある場合においては図１２の「Ｃ」へと移行する。次いで「ａセンサーＲ・Ｌの読込み」→「平均法で温度ドリフトを吸収し、ａセンサー値を補正」し、正常値の範囲内であるかどうかの確認をおこなう。正常値の範囲から逸脱していれば図１１の「Ｂ」へと移行する。

ここでのａセンサー値が正常である場合には、「ｇセンサーとａセンサー及び現在速度からモーター出力値を演算」する。この場合には、主に水平保持のためにａセンサーを、またＬステップペダル６ＬとＲステップペダル６Ｒの角度変化の検出にｇセンサーの値を用いるものとした。さらに水平を保ったままの状態で走行できるようにハンチングの防止、水平保持力などのパラメーターの設定ができるようにするのが好ましい。

次いで「速度による旋回安全性を係数を算出」する。この場合にスピードが出ている時に急なカーブをしないようにし、また例えば走行速度が通常のヒトの早足走行速度以上の速度に達したときには左右の演算値を同じ出力値（同期）とするなどの安全策が講じられている。なお、ここでヒトの早足速度とは、安全性確認実験の結果、５〜８ｋｍ／ｈ、より好ましくは６〜７ｋｍ／ｈの範囲としている。さらに「旋回安全性係数を含めてモーターコントローラーへの出力値を演算」し、あらかじめ設定した正常値の範囲内であるかどうかの判定をおこなう。この場合に正常値の範囲から逸脱していれば図１１の「Ｂ」へと移行する。

正常値の範囲内であればそのまま「モーターコントローラーへ出力」することになり、「セイフティルーチン」を維持して当初の「スタートＳＷ“ＯＮ”の状態を繰り返すことになる。なおこの場合に「スタートＳＷ“ＯＮ”後にはじめて走行する場合には水平を保ったままでも走行速度を控えめにするのが好ましい。このような設定はパラメーターにより任意に変更することができる。

〔３．タイマー割込みルーチン〕
図９にはタイマー割込みルーチンのフローが記載されている。これはタイマー割込み時にここにくるサブルーチンであって、既述した図７の初期ルーチンにおいてタイマー初期化後、ｇセンサーによる割込みがあった場合に、「Ｓｕｂ＿タイマー１」において「ｇセンサー読込み」をおこない、「前回読込み値と比較」し、正常値の範囲内であるかどうかの判定をおこなう。正常値の範囲外であれば図７に示した初期ルーチンの「システム自己診断」での「Ａ」に移行し、警告灯を点灯するとともに、システムを停止することになる。正常値の範囲内である場合には「変化量をメモリにストア」し、元に戻ることになる。

〔４．ウオッチドックタイマールーチン〕（タイマー１）
図７の初期ルーチンにおいてシステム初期化の段階で「タイマー１初期化（ウオッチドックタイマー）」により制御自体が正常かどうかの判定は、図１０に示した「ウオッチドックタイマールーチン」で制御値が正常であるかどうか（制御自体が正常か）の判定がおこなわれる。制御値があらかじめ設定した正常値の範囲を逸脱している場合には既述したように図７に示した初期ルーチンの「Ａ」に移行し、正常値の範囲内である場合には元に戻る。なお、この場合にａセンサーは主に重力方向の検知を担当し、またｇセンサーは主に加・減速、水平保持の検出を担当するようにする。

〔５．異常値カウントルーチン〕
図８のメインルーチンにおいて、「平均法で温度ドリフトを吸収し、ａセンサー値を補正」する場合、あるいは「旋回安全性係数を含めてモーターコントローラーへの出力値を演算」する場合に、正常値の範囲を逸脱する場合には図１１の異常値カウントルーチンに移行して「エラーカウンターを+１する」ことによって、エラーカウンターが設定値以下であるかどうかの確認をおこなう。設定値以下ではない場合には図７の初期ルーチンにおける「Ａ」に移行する。また設定値以下である場合には図８のメインルーチンの先頭に戻ることになる。

〔６．落車降車衝突検知〕
図８のメインルーチンにおいて、「遮光センサーＲ，Ｌ読込み」によって遮光センサー付近に足が有るかどうかの確認の結果足がなかった場合、あるいは「距離センサー前後読込み」により障害物の有無の確認の結果障害物が存在する場合には図１２の落車降車衝突検知のルーチン「Ｃ」へと移行し、「モーターコントローラーへ停止信号出力」をし、その後図８の「メインルーチン先頭へ戻る」へと移行することになる。

なお、上記の実施例においては車輪５Ｌ・５Ｒの駆動を車輪に臨ませたモータードライバーを介して車輪５Ｌ・５Ｒ内のインホイールモーターを制御駆動するようにしたが、車輪５Ｌ・５Ｒのそれぞれを個別に駆動する外部モーターをＬステップペダル６ＬとＲステップペダル６Ｒのそれぞれの下部に設けるようにしてもよい。

上記の構成において、メインスイッチ１８を“ＯＮ”にした状態において、乗車時にスタートスイッチ２ｂを“ＯＮ”にし、ヒトが乗車すると、静止時においては加速度センサー１３Ｌと１３Ｒとが地球の重力加速度を検知し、地球の中心方向が最大最大となることにより、乗車用のＬステップペダル６ＡおよびＲステップペダル６Ｒが、この位置で水平となるように左右共にあらかじめセットしておき、乗車後に重力加速度が最大となる位置に車輪５Ｌ・５Ｒの回転駆動源（インホイールモーターのモーターコントローラー）を介して車輪５Ｌ・５Ｒを回転駆動させる。

このとき駆動車輪５Ｌ・５Ｒの慣性モーメントのほうが大きいために左右のＬステップペダル６ＬおよびＲステップペダル６Ｒが水平状態に維持される。乗車して移動する場合には、主に足首より先の部分を使って左右のＬステップペダル６ＬおよびＲステップペダル６Ｒを水平状態から共にフレーム軸１上において同一方向（前方向又は後方向）に任意の角度傾かせるとステップペダル６Ｌおよび／または６Ｒの水平バランスが崩れ、加重がかかることで加速度センサー１３Ｌおよび／または１３Ｒとジャイロセンサー１４Ｌおよび／または１４Ｒがこれを検知し、傾斜したステップペダル６Ｌおよび／または６Ｒを水平に戻そうとして車輪５Ｌおよび／または車輪５Ｒを駆動させる。

つまりステップペダル６Ｌ・６Ｒの水平を保つためにはステップペダルの水平バランスを崩そうとした方向に車輪を駆動させなければならないため、その結果車輪はステップペダル６Ｌおよび／または６Ｒに加重をかければ走行したい方向に向けて回転し走行することができることになる。この場合に左右のステップペダル６Ｌ・６Ｒは互いに独立しているために、左右への加重のかけかた如何により前後・左右への移動が可能になる。

この場合に初期時のステップペダル６Ｌ・６Ｒの水平出し時においては加速度センサー１３Ｌ・１３Ｒのみで、また走行中においては水平精度の向上とステップペダル６Ｌ・６Ｒの踏み込み速度を検知し車輪駆動への加速度信号を拾うためにジャイロセンサーも用いている。なお、本発明の実施例では走行の安定を保つために一定速度以上の直進走行時には左右の車輪の回転を同期させて駆動するようにしている。具体的な走行に際しては、その傾斜角度および傾斜速度に応じて直立バランスを保った状態のまま制御装置２０を介して車輪５Ｌ・５Ｒが回転し、前進し、または後退することができる。

この場合に左右のＬステップペダル６ＬおよびＲステップペダル６Ｒの傾斜角度を互いに相違させた場合においては、相違角度の相違に応じて傾斜角度の大きいほうのＬステップペダル６ＬおよびＲステップペダル６Ｒが余分に回転するので傾斜の緩い側に向けてホイールウォーカーがカーブしながら走行する。また、左右のＬステップペダル６ＬおよびＲステップペダル６Ｒをフレーム軸１上において互いに反対方向の向きに傾斜させると、ホイールウォーカーの車輪５Ｌ・５Ｒは互いに反対方向に向けて回転するために、移動することなく乗車しているヒトを中心としてその場で同軸的に向きを変えることができる。

本発明によれば、上記したような簡単かつコンパクトな構成であるために、電車やバス等、あるいは車輌内に持込みが容易であり、特に搭乗して移動する際に基本的に体重の移動が不要であることから安定性に優れ、また搭乗者の体重の相違に関係なく安定した走行が可能である。また、車輪の駆動用モーターを左右のそれぞれの車輪内部に設置する所謂インホイールモーター方式を採用した場合においては、全体形状がより一層小型化できるばかりでなく、外観性もより一層シンプルとなる。

さらにとりわけて、フレーム軸に対して互いに独立して回動可能に取り付けたところの、搭乗者の左足が乗るＬステップペダルおよび右足が乗るＲステップペダルと、上記ＬステップペダルおよびＲステップペダルのそれぞれの傾斜方向および傾斜角度に応じて前記した各車輪のモーターを駆動制御するためのセンサーおよび該センサーの信号をうけて演算する制御素子とからなるものであるために、搭乗者が常に直立した状態のまま左右の足首先のみによるステップペダル操作により前進・後退・旋回・軸回転が自在であり、搭乗者の体の一部として機能させることができ、一般的な移動用手段としての使用のみならず、身体障害者用として、あるいは広い工場内での手荷物の運搬にも適し、また障害者のスポーツ競技用、介護者用など、広範な利用が可能である。

１ フレーム軸
２ ヒンジ
２ａ 補助金具
２ｂ 駆動キー
３ 軸穴
３ａ 軸穴キャップ
４Ｌ 基板
４Ｒ 基板
５Ｌ 車輪
５Ｒ 車輪
６Ｌ ステップペダル
６Ｒ ステップペダル
７ 接続固定ボルト
８ 電源部
９Ｌ 補助フレーム
９Ｒ 補助フレーム
１０ 突起
１１ コイルバネ
１２ 接続ケーブル
１３Ｌ 加速度センサー
１３Ｒ 加速度センサー
１４Ｌ ジャイロセンサー
１４Ｒ ジャイロセンサー
１５Ｌ 距離センサー
１５Ｒ 距離センサー
１６Ｌ 警報装置
１６Ｒ 警報装置
１７Ｌ 遮光センサー
１７Ｒ 遮光センサー
１８ メインスイッチ
１９ 充電用端子
２０ 制御装置

Claims (9)

1. 左右両端部にそれぞれ車輪を備えたフレーム軸と、それぞれの車輪を個別に駆動するモーターと、上記フレーム軸に対して互いに独立して回動可能に取り付けたところの、搭乗者の左足が乗るＬステップペダルおよび右足が乗るＲステップペダルと、上記ＬステップペダルおよびＲステップペダルのそれぞれの傾斜方向および傾斜角度に応じて前記した各車輪のモーターを駆動制御するためのセンサーおよび該センサーの信号をうけて演算する制御素子と、少なくともセンサー・制御素子・モーターを駆動する電源部とを備えてなるホイールウォーカー。
2. 搭乗者の左足が乗るＬステップペダルおよび右足が乗るＲステップペダルとが、その各々の略中央部をフレーム軸に対して同軸に、且つ少なくともその一方がフレーム軸に対して回転可能に取り付けてあるところの請求項１に記載のホイールウォーカー。
3. フレーム軸に対して互いに独立して回動可能に取り付けたところの、搭乗者の左足が乗るＬステップペダルおよび右足が乗るＲステップペダルが、それぞれ片側の車輪と一体的に構成されているところの請求項１又は請求項２に記載のホイールウォーカー。
4. 搭乗者の左足が乗るＬステップペダルおよび右足が乗るＲステップペダルとが、電源部等を載せた左右の基板および該左右の基板のそれぞれの補助フレームを介してフレーム軸に取り付けてあるものである請求項１〜３のいずれか１に記載のホイールウォーカー。
5. フレーム軸の左右両端に取り付けられる車輪は、フレーム軸の両端部に固定されたところの上方に一定の長さを有するヒンジを介し、該ヒンジの上端付近に車軸が取り付けられているものであるところの請求項１〜４のいずれか１に記載のホイールウォーカー。
6. フレーム軸の両端部に備えた車輪を駆動する駆動源が、車輪内に駆動モーターを備えたインホイール型の車輪であるところの請求項１〜５のいずれか１に記載のホイールウォーカー。
7. フレーム軸の両端部に備えた車輪を駆動する駆動源が、フレーム軸に取り付けられた左右の基板上にそれぞれ設けられているところの請求項１〜６のいずれか１に記載のホイールウォーカー。
8. 演算素子には、走行速度がヒトの早足速度を超えたときに左右の車輪の回転を同期させる設定が組み込まれているところの請求項１〜７のいずれか１に記載のホイールウォーカー。
9. ＬステップペダルおよびＲステップペダルのそれぞれの車輪寄りの位置であって、各ペダル上面よりいくぶん高い位置には、一対の遮光センサーが取り付けられているところの請求項１〜８のいずれか１に記載のホイールウォーカー。
   
   
   
   

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