JP2014189196A - 倒立振子型車両 - Google Patents

Abstract

【課題】使用者の意図と車両の動作態様との整合性の向上を図りうる倒立振子型車両を提供する。
【解決手段】車両系全体重心のＹ軸方向の並進速度の推定値Ｖb_estm1_yの低周波数成分が処理部４１の不感帯から逸脱し、かつ、Ｖb_estm1_yに高周波数成分が生じる程度に使用者の腰の動きが急である場合、目標旋回角速度ωz_cmd_gcが当該逸脱量に応じた正値または負値に設定され、かつ、旋回抑制係数Ｋ_ωzが０に調節される。このため、車両１の旋回が抑制され、車両系全体重心が＋Ｙ軸方向に並進するように車両１のアクチュエータ装置８ａ、８ｂおよび１７の動作が制御される。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、床面上を全方位に移動可能に構成されている倒立振子型車両に関する。

倒立振子型車両に搭乗している使用者の左右方向への重心変位量の多少に応じて、当該車両から離れた位置を中心として旋回させる旋回制御と、当該車両を横方向に並進させる横並進制御とが使い分けられる技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１１−０６３２４１号公報

しかし、当該技術によれば、使用者が倒立振子型車両を横方向に並進させることを意図してその重心を横方向に変位させたにもかかわらず、当該変位態様によっては使用者の意思に反して当該車両が旋回してしまう可能性がある。

そこで、本発明は、使用者の意図と車両の動作態様との整合性の向上を図りうる倒立振子型車両を提供することを目的とする。

本発明は、床面上を全方位に移動可能に構成されている移動動作部と、前記移動動作部を駆動するアクチュエータ装置と、前記移動動作部および前記アクチュエータ装置が組み付けられた基体と、鉛直方向に対して傾動自在に前記基体に組み付けられた乗員搭乗部と、前記乗員搭乗部の傾斜状態を検知する傾斜状態検知部と、前記傾斜状態検知部による前記乗員搭乗部の傾斜状態の検知結果に基づいて前記アクチュエータ装置の動作を制御するように構成されている制御装置と、を備えている倒立振子型車両（以下、単に「車両」という場合がある。）に関する。

本発明の車両は、前記制御装置が、前記傾斜状態検知部による前記乗員搭乗部の傾斜状態の検知結果に応じて定まる指定状態変数の指令値または観測値の指定周波数成分を抽出し、かつ、前記指定周波数成分の抽出結果に基づいて前記倒立振子型車両の旋回態様が制御されるように前記アクチュエータ装置の動作を制御するよう構成されていることを特徴とする。

本発明の車両によれば、制御装置によって乗員搭乗部の傾斜状態の検知結果に基づいて指定状態変数の指令値または観測値が定められ、かつ、当該指定状態変数の指令値または観測値における指定周波数成分の有無または多少に応じて車両の旋回態様が制御される。

したがって、（１Ａ）使用者の意図に合致する車両旋回態様が実現されるような乗員搭乗部の傾動態様および（１Ｂ）使用者の意図に反する車両旋回態様を招来するような乗員搭乗部の傾動態様の区別と、（２Ａ）指定状態変数の指令値等に指定周波数成分が生じる乗員搭乗部の傾動態様および（２Ｂ）指定状態変数の指令値等に指定周波数成分が生じない乗員搭乗部の傾動態様の区別とが対応付けられることにより、使用者の意思と車両の旋回態様との整合性の向上が図られる。

乗員搭乗部の傾動態様のうち、（１Ａ）および（２Ａ）が対応付けられるとともに（１Ｂ）および（２Ｂ）が対応付けられるほか、（１Ａ）および（２Ｂ）が対応付けられるとともに（１Ｂ）および（２Ａ）が対応付けられてもよい。

本発明の車両において、前記制御装置が、前記指定周波数成分として高周波数成分を抽出した場合、前記車両の旋回が抑制されるように前記アクチュエータ装置の動作を制御するよう構成されていることが好ましい。

当該構成の車両によれば、「使用者の意図に反して車両の旋回を促進させる乗員搭乗部の傾動態様（乗員搭乗部の傾斜状態の急な変化）」と「指定状態変数の観測値等に高周波数成分が生じる乗員搭乗部の傾動態様」とが対応付けられている。その結果、使用者の意図に反して車両の旋回が促進される事態が回避されるので、使用者による車両操縦感の連続性が確保されうる。車両の旋回の抑制には、車両の旋回角速度（旋回率）および旋回曲率のうち一方または両方を低下させることのほか、車両の旋回を禁止して並進のみを許容することも概念的に含まれる。

本発明の車両において、前記制御装置が、前記車両が並進している場合、前記車両の旋回が抑制されるように前記アクチュエータ装置の動作を制御するよう構成されていることが好ましい。

当該構成の車両によれば、使用者が車両の並進を意図している蓋然性が高い状況で、その意図に反して車両の旋回が促進される事態が回避されるので、車両操縦感の連続性が確保されうる。

本発明の車両において、前記制御装置が、前記車両の旋回抑制後における移動距離が長いほど、前記車両の旋回が断続的または連続的に促進されるように前記アクチュエータ装置の動作を制御するよう構成されていることが好ましい。

当該構成の車両によれば、車両の旋回抑制後における移動距離が長くなるにつれて車両の旋回が徐々に促進される。これにより、使用者の意図に反して車両が急に旋回する事態が回避されるので、車両操縦感の連続性が確保されうる。

本発明の車両において、前記制御装置が、前記車両の旋回抑制後の並進速度または旋回角速度の指令値または観測値の大きさが閾値以上になったことを要件として、前記車両の旋回が連続的または断続的に促進されるように前記アクチュエータ装置の動作を制御するよう構成されていることが好ましい。

当該構成の車両によれば、車両の旋回抑制後における並進速度または旋回角速度の大きさが閾値以上になる程度に高い場合に車両の旋回が徐々に促進される。これにより、使用者の意図に反して車両が急に旋回する事態が回避されるので、車両操縦感の連続性が確保されうる。

本発明の車両において、前記制御装置が、前記乗員搭乗部の傾動方向に対する前記車両の並進速度を前記指定状態変数として用いて前記アクチュエータ装置の動作を制御するよう構成されていることが好ましい。

当該構成の車両によれば、（１Ｂ）使用者の意図に反する車両旋回態様を招来するような乗員搭乗部の傾動態様と、（２Ａ）車両並進速度の観測値等に指定周波数成分（高周波数成分など）が生じるまたは多くなるような乗員搭乗部の傾動態様とが整合されることにより、当該態様（２Ａ）で乗員搭乗部が傾動した場合、使用者の意図に反して車両の旋回が促進または抑制される事態が回避される。

本発明の車両において、前記制御装置が、前記指定状態変数の指令値または観測値の前記指定周波数成分以外の周波数成分のみをフィルタを用いて通過させ、前記指定状態変数の指令値または観測値から前記指定周波数成分以外の周波数成分を差し引くことにより前記指定周波数成分を抽出するように構成されていることが好ましい。

当該構成の車両によれば、指定状態変数の観測値等から指定周波数成分を直接的に抽出するためのフィルタ等の構成を省略しながら、制御装置により当該指定周波数成分が抽出されうる。

本発明の第１実施形態の倒立振子型車両の外観斜視図。 第１実施形態の倒立振子型車両の側面図。 第１実施形態の倒立振子型車両の制御のための構成を示すブロック図。 図３に示す第１制御処理部の処理を示すブロック線図。 図３に示す第１制御処理部の処理に用いる倒立振子モデルを説明するための図。 図５の倒立振子モデルに関する挙動を示すブロック線図。 図４に示す重心ずれ推定部の処理を示すブロック線図。 図３に示す第２制御処理部の処理を示すブロック線図。 車両の旋回態様の制御に関する説明図。 車両の動作例に関する説明図。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を図１〜図８を参照して説明する。図１および図２に示すように本実施形態の倒立振子型車両１は、基体２と、床面上を移動可能な第１の移動動作部３および第２の移動動作部４と、乗員が搭乗する乗員搭乗部５とを備える。

第１の移動動作部３は、図２に示す円環状の芯体６（以下、環状芯体６という）と、この環状芯体６の円周方向（軸心回り方向）に等角度間隔で並ぶようにして該環状芯体６に装着された複数の円環状のローラ７とを備える。各ローラ７は、その回転軸心を環状芯体６の円周方向に向けて環状芯体６に外挿されている。そして、各ローラ７は、環状芯体６の軸心回りに該環状芯体６と一体に回転可能とされていると共に、該環状芯体６の横断面の中心軸（環状芯体６の軸心を中心とする円周軸）回りに回転可能とされている。

これらの環状芯体６および複数のローラ７を有する第１の移動動作部３は、環状芯体６の軸心を床面と平行に向けた状態で、ローラ７（環状芯体６の下部に位置するローラ７）を介して床面上に接地される。この接地状態で、環状芯体６をその軸心回りに回転駆動することで、環状芯体６および各ローラ７の全体が輪転し、それにより第１の移動動作部３が環状芯体６の軸心と直交する方向に床面上を移動するようになっている。また、接地状態で、各ローラ７をその回転軸心回りに回転駆動することで、第１の移動動作部３が、環状芯体６の軸心方向に移動するようになっている。

さらに、環状芯体６の回転駆動と各ローラ７の回転駆動とを行なうことで、環状芯体６の軸心と直交する方向と、環状芯体６の軸心方向とに対して傾斜した方向に第１の移動動作部３が移動するようになっている。

これにより、第１の移動動作部３は、床面上を全方向に移動することが可能となっている。以降の説明では、図１および図２に示す如く、第１の移動動作部３の移動方向のうち、環状芯体６の軸心と直交する方向をＸ軸方向、該環状芯体６の軸心方向をＹ軸方向とし、鉛直方向をＺ軸方向とする。なお、前方向をＸ軸の正方向、左方向をＹ軸の正方向、上方向をＺ軸の正方向とする。

基体２には、第１の移動動作部３が組み付けられている。より詳しくは、基体２は、床面に接地させた第１の移動動作部３の下部を除く部分の周囲を覆うように設けられている。そして、この基体２に第１の移動動作部３の環状芯体６が、その軸心回りに回転自在に支持されている。

この場合、基体２は、第１の移動動作部３の環状芯体６の軸心を支点として、その軸心回りに（Ｙ軸回りに）傾動自在とされていると共に、第１の移動動作部３と共に床面に対して傾くことで、第１の移動動作部３の接地部を支点として、環状芯体６の軸心と直交するＸ軸回りに傾動自在とされている。したがって、基体２は、鉛直方向に対して２軸回りに傾動自在とされている。

また、基体２の内部には、図２に示す如く、第１の移動動作部３を移動させる駆動力を発生する第１のアクチュエータ装置８が搭載されている。この第１のアクチュエータ装置８は、環状芯体６を回転駆動するアクチュエータとしての電動モータ８ａと、各ローラ７を回転駆動するアクチュエータとしての電動モータ８ｂとから構成される。そして、電動モータ８ａ，８ｂは、それぞれ図示を省略する動力伝達機構を介して環状芯体６、各ローラ７に回転駆動力を付与するようにしている。なお、該動力伝達機構は公知の構造のものでよい。

第１の移動動作部３は、上記の構造と異なる構造のものであってもよい。たとえば、第１の移動動作部３およびその駆動系の構造として、ＰＣＴ国際公開公報ＷＯ／２００８／１３２７７８、あるいは、ＰＣＴ国際公開公報ＷＯ／２００８／１３２７７９にて本出願人が提案した構造のものを採用してもよい。

また、基体２には、乗員搭乗部５が組み付けられている。この乗員搭乗部５は、乗員が着座するシートにより構成されており、その基体２の上端部に固定されている。そして、乗員は、その前後方向をＸ軸方向、左右方向をＹ軸方向に向けて、乗員搭乗部５に着座することが可能となっている。また、乗員搭乗部５（シート）は、基体２に固定されているので、基体２と一体に鉛直方向に対して傾動自在とされている。すなわち、乗員搭乗部５の傾斜状態および基体２の傾斜状態が同等のものとして測定される。

第１の移動動作部３および基体２がＸ軸線およびＹ軸線回りに傾動しない（ピッチ方向およびロール方向の姿勢がほぼ一定に維持される）ように構成されていてもよい。この場合、乗員搭乗部５が基体２に対してボールジョイント等を介して傾動自在に支持されるように構成されていてもよい。すなわち、乗員搭乗部５の傾斜状態が、基体２の傾斜状態とは別個のものとして測定される。

基体２には、さらに乗員搭乗部５に着座した乗員がその足を載せる一対の足載せ部９，９と、該乗員が把持する一対の把持部１０，１０とが組み付けられている。

足載せ部９，９は、基体２の両側部の下部に突設されている。なお、図１および図２では、一方側（右側）の足載せ部９の図示は省略されている。

また、把持部１０，１０は、乗員搭乗部５の両側にＸ軸方向（前後方向）に延在して配置されたバー状のものであり、それぞれ、基体２から延設されたロッド１１を介して基体２に固定されている。そして、把持部１０，１０のうちの一方の把持部１０（図では右側の把持部１０）には、操作器としてのジョイスティック１２が取り付けられている。

ジョイスティック１２は、前後方向（Ｘ軸方向）および左右方向（Ｙ軸方向）に揺動操作可能とされている。そして、ジョイスティック１２は、その前後方向（Ｘ軸方向）の揺動量およびその揺動の向き（前向きまたは後向き）を示す操作信号を、車両１を前方または後方に移動させる前進・後進指令として出力し、左右方向（Ｙ軸方向）の揺動量およびその揺動の向き（右向きまたは左向き）を示す操作信号を、車両１を左右方向に移動させる横移動指令として出力する。

第２の移動動作部４は、本実施形態では、所謂、オムニホイールにより構成されている。第２の移動動作部４としてのオムニホイールは、同軸心の一対の環状芯体（図示省略）と、各環状芯体に、回転軸心を該環状芯体の円周方向に向けて回転自在に外挿された複数の樽状のローラ１３とを備える公知の構造のものである。

この場合、第２の移動動作部４は、その一対の環状芯体の軸心をＸ軸方向（前後方向）に向けて第１の移動動作部３の後方に配置され、ローラ１３を介して床面に接地されている。

一対の環状芯体の一方側のローラ１３と、他方側のローラ１３とは、該環状芯体の周方向に位相をずらして配置されており、該一対の環状芯体の回転時に、該一対の環状芯体の一方側のローラ１３と、他方側のローラ１３とのうちのいずれか一方が床面に接地するようになっている。

オムニホイールにより構成された第２の移動動作部４は、基体２に連結されている。より詳しくは、第２の移動動作部４は、オムニホイール（一対の環状芯体および複数のローラ１３の全体）の上部側の部分を覆う筐体１４を備えており、この筐体１４にオムニホイールの一対の環状芯体がその軸心回りに回転自在に軸支されている。さらに、筐体１４から基体２側に延設されたアーム１５が、前記第１の移動動作部３の環状芯体６の軸心回りに揺動し得るように基体２に軸支されている。これにより、第２の移動動作部４が、アーム１５を介して基体２に連結されている。

そして、第２の移動動作部４は、アーム１５の揺動によって前記第１の移動動作部３の環状芯体６の軸心回りに基体２に対して揺動自在とされ、これにより、第１の移動動作部３と第２の移動動作部４との両方を接地させたまま、乗員搭乗部５を基体２と共にＹ軸回りに傾動させることが可能となっている。

アーム１５を第１の移動動作部３の環状芯体６の軸心部に軸支して、第１の移動動作部３に第２の移動動作部４を、アーム１５を介して連結するようにしてもよい。

また、基体２には、アーム１５の揺動範囲を制限する一対のストッパ１６，１６が設けられており、当該アーム１５は、ストッパ１６，１６の間の範囲内で揺動することが可能となっている。これにより、第１の移動動作部３の環状芯体６の軸心回りでの第２の移動動作部４の揺動範囲、ひいては、基体２および乗員搭乗部５のＸ軸回りの傾動範囲が制限され、該基体２および乗員搭乗部５が乗員の後ろ側に過大に傾くのが防止されるようになっている。

第２の移動動作部４は、床面に押し付けられるようにバネにより付勢されていてもよい。

上記の如く第２の移動動作部４は、その一対の環状芯体の回転と、ローラ１３の回転とのうちの一方または両方を行なうことで、第１の移動動作部３と同様に、床面上をＸ軸方向およびＹ軸方向を含む全方向に移動することが可能となっている。詳しくは、環状芯体の回転によって、第２の移動動作部４がＹ軸方向（左右方向）に移動可能とされ、ローラ１３の回転によって、Ｘ軸方向（前後方向）に移動可能とされている。

また、第２の移動動作部４の筐体１４には、第２の移動動作部４を駆動する第２のアクチュエータ装置としての電動モータ１７を取り付けられている。この電動モータ１７は、第２の移動動作部４の一対の環状芯体を回転駆動するように該一対の環状芯体に連結されている。

したがって、本実施形態では、第２の移動動作部４のＸ軸方向での移動は、第１の移動動作部３のＸ軸方向での移動に追従して従動的に行なわれ、第２の移動動作部４のＹ軸方向での移動は、電動モータ１７により第２の移動動作部４の一対の環状芯体を回転駆動することで行なわれるようになっている。

補足すると、第２の移動動作部４は、第１の移動動作部３と同様の構造のものであってもよい。

以上が本実施形態における車両１の機構的な構成である。

図１および図２での図示は省略したが、本実施形態の車両１の基体２には、該車両１の動作制御（第１の移動動作部３および第２の移動動作部４の動作制御）のための構成として、図３に示す如く、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含む電子回路ユニットにより構成された制御装置２１と、鉛直方向に対する乗員搭乗部５の傾斜角度（基体２の傾斜角度）を計測するための傾斜センサ２２と、車両１のヨー軸回りの角速度を計測するためのヨーレートセンサ２３とが搭載されている。

そして、制御装置２１には、ジョイスティック１２の出力と、傾斜センサ２２およびヨーレートセンサ２３の検出信号とが入力されるようになっている。入力信号は、制御装置２１を構成する記憶装置にデータとして保存される。記憶装置による保存データは蓄積されてもよいが、入力があるたびに更新または上書きされてもよい。

制御装置２１は、「傾斜状態検知部」を構成する傾斜センサ２２の出力信号により表わされる乗員搭乗部５の傾斜状態の検知結果に応じて、車両１の旋回態様が制御されるようにアクチュエータ装置（電動モータ８ａおよび８ｂならびに電動モータ１７）を制御するよう構成されている。

制御装置２１が所定の演算処理を実行するように「構成されている」とは、制御装置２１を構成する一または複数のＣＰＵ等の演算処理装置が、ＲＯＭまたはＲＡＭ等の記憶装置から必要なアプリケーションソフトウェアおよび必要なデータを読み取った上で、当該読み取りソフトウェアにしたがって当該所定の演算処理を実行するまたは必要な信号を出力するように「プログラムされていること」または「デザインされていること」を意味する。

なお、制御装置２１は、相互に通信可能な複数の電子回路ユニットに構成されていてもよい。

傾斜センサ２２は、たとえば加速度センサとジャイロセンサ等の角速度センサとにより構成される。そして、制御装置２１は、これらの加速度センサおよび角速度センサの検出信号から、乗員搭乗部５の傾斜角度（換言すれば基体２の傾斜角度）の計測値を公知の手法を用いて取得する。その手法としては、たとえば特許４１８１１１３号記載の手法を採用することができる。

なお、本実施形態における乗員搭乗部５の傾斜角度（または基体２の傾斜角度）というのは、より詳しくは、車両１と、その乗員搭乗部５に既定の姿勢（標準姿勢）で搭乗した乗員とを併せた全体の重心が、第１の移動動作部３の接地部の直上（鉛直方向上方）に位置する状態での乗員搭乗部５（または基体２）の姿勢を基準（ゼロ）とする傾斜角度（Ｘ軸回り方向の傾斜角度とＹ軸回り方向の傾斜角度との組）である。

また、ヨーレートセンサ２３は、ジャイロセンサ等の角速度センサにより構成される。そして、制御装置２１は、その検出信号に基づいて、車両１のヨー軸回りの角速度の計測値を取得する。

また、制御装置２１は、実装されるプログラム等により実現される機能（ソフトウェアにより実現される機能）またはハードウェアにより構成される機能として、上記の如く計測値を取得する機能の他、第１のアクチュエータ装置８を構成する電動モータ８ａ，８ｂを制御することで第１の移動動作部３の移動動作を制御する第１制御処理部２４と、第２のアクチュエータ装置としての電動モータ１７を制御することで第２の移動動作部４の移動動作を制御する第２制御処理部２５と備える。

第１制御処理部２４は、後述する演算処理を実行することで、第１の移動動作部３の移動速度（詳しくは、Ｘ軸方向の並進速度とＹ軸方向の並進速度との組）の目標値である第１目標速度を逐次算出し、第１の移動動作部３の実際の移動速度を、第１目標速度に一致させるように電動モータ８ａ，８ｂの回転速度を制御する。

この場合、電動モータ８ａ，８ｂのそれぞれの回転速度と、第１の移動動作部３の実際の移動速度との間の関係はあらかじめ定められており、第１の移動動作部３の第１目標速度に応じて、各電動モータ８ａ，８ｂの回転速度の目標値が規定されるようになっている。そして、電動モータ８ａ，８ｂの回転速度を第１目標速度に応じて規定される目標値にフィードバック制御することで、第１の移動動作部３の実際の移動速度が、第１目標速度に制御される。

第２制御処理部２５は、後述する演算処理を実行することで、第２の移動動作部４の移動速度（詳しくは、Ｙ軸方向の並進速度）の目標値である第２目標速度を逐次算出し、Ｙ軸方向での第２の移動動作部４の実際の移動速度を、第２目標速度に一致させるように電動モータ１７の回転速度を制御する。

この場合、第１の移動動作部３の場合と同様に、電動モータ１７の回転速度と、Ｙ軸方向での第２の移動動作部４の実際の移動速度との間の関係はあらかじめ定められており、第２の移動動作部４の第２目標速度に応じて、電動モータ１７の回転速度の目標値が規定されるようになっている。そして、電動モータ１７の回転速度を第２目標速度に応じて規定される目標値にフィードバック制御することで、Ｙ軸方向での第２の移動動作部４の実際の移動速度が、第２目標速度に制御される。

補足すると、本実施形態では、第２の移動動作部４のＸ軸方向での移動は、第１の移動動作部３のＸ軸方向の移動に追従して従動的に行なわれる。このため、Ｘ軸方向での第２の移動動作部４の移動速度の目標値を設定する必要はない。

次に、第１制御処理部２４および第２制御処理部２５の処理をさらに詳細に説明する。まず、図４〜図７を参照して第１制御処理部２４の処理を説明する。

第１制御処理部２４は、図４に示すように、その主要な機能部として、ジョイスティック１２から入力される指令（旋回指令および前進・後進指令）を車両１のＸ軸方向（前後方向）およびＹ軸方向（左右方向）の速度指令に変換する操作指令変換部３１と、車両１とその乗員搭乗部５に搭乗した乗員とを併せた全体の重心（以降、車両系全体重心という）の目標速度を決定する重心目標速度決定部３２と、車両系全体重心の速度を推定する重心速度推定部３３と、推定した車両系全体重心の速度を目標速度に追従させつつ、乗員搭乗部５の姿勢（基体２の姿勢）を制御するように第１の移動動作部３の移動速度の目標値を決定する姿勢制御演算部３４とを備える。そして、第１制御処理部２４は、これらの各機能部の処理を、制御装置２１の所定の演算処理周期で実行する。

なお、本実施形態では、車両系全体重心というのは、車両１の代表点の一例としての意味を持つものである。したがって、車両系全体重心の速度というのは、車両１の代表点の移動速度を意味するものである。

ここで、第１制御処理部２４の各機能部の処理を具体的に説明する前に、その処理の基礎となる事項を説明しておく。車両系全体重心の動力学的な挙動（詳しくは、Ｙ軸方向から見た挙動と、Ｘ軸方向から見た挙動）は、近似的に、図５に示すような倒立振子モデルの挙動により表現される。第１制御処理部２４の処理のアルゴリズムは、この挙動を基礎として構築されている。

なお、図５の参照符号を含めて、以降の説明では、添え字“_x”はＹ軸方向から見た場合の変数等の参照符号を意味し、添え字“_y”はＸ軸方向から見た場合の変数等の参照符号を意味する。また、図５では、Ｙ軸方向から見た場合の倒立振子モデルと、Ｘ軸方向から見た場合の倒立振子モデルとを併せて図示するために、Ｙ軸方向から見た場合の変数の参照符号に括弧を付さないものとし、Ｘ軸方向から見た場合の変数の参照符号に括弧を付している。

Ｙ軸方向から見た車両系全体重心の挙動を表す倒立振子モデルは、Ｙ軸方向と平行な回転軸心を有して床面上を輪転自在な仮想的な車輪６１_x（以降、仮想車輪６１_xという）と、該仮想車輪６１_xの回転中心から延設されて、該仮想車輪６１_xの回転軸回りに（Ｙ軸回り方向に）揺動自在なロッド６２_xと、このロッド６２_xの先端部（上端部）である基準部Ｐs_xに連結された質点Ｇa_xとを備える。

この倒立振子モデルでは、質点Ｇa_xの運動が、Ｙ軸方向から見た車両系全体重心の運動に相当し、鉛直方向に対するロッド６２_xの傾斜角度θb_x（Ｙ軸回り方向の傾斜角度）が、乗員搭乗部５（または基体２）のＹ軸回り方向の傾斜角度に一致するものとされる。また、第１の移動動作部３のＸ軸方向の並進運動が、仮想車輪６１_xの輪転によるＸ軸方向の並進運動に相当するものとされる。

そして、仮想車輪６１_xの半径ｒ_xと、基準部Ｐs_xおよび質点Ｇa_xの床面からの高さｈ_xとは、あらかじめ設定された既定値（一定値）とされる。なおｒ_xは、換言すれば、乗員搭乗部５（または基体２）のＹ軸回り方向の傾動中心の床面からの高さに相当する。このｒ_xは、本実施形態では、第１の移動動作部３の環状芯体６の中心軸と接地面との距離に相当する。

同様に、Ｘ軸方向から見た車両系全体重心の挙動を表す倒立振子モデルは、Ｘ軸方向と平行な回転軸心を有して床面上を輪転自在な仮想的な車輪６１_y（以降、仮想車輪６１_yという）と、該仮想車輪６１_yの回転中心から延設されて、該仮想車輪６１_yの回転軸回りに（Ｘ軸回り方向に）揺動自在なロッド６２_yと、このロッド６２_yの先端部（上端部）である基準部Ｐs_yに連結された質点Ｇa_yとを備える。

この倒立振子モデルでは、質点Ｇa_yの運動が、Ｘ軸方向から見た車両系全体重心の運動に相当し、鉛直方向に対するロッド６２_yの傾斜角度θb_y（Ｘ軸回り方向の傾斜角度）が、乗員搭乗部５（または基体２）のＸ軸回り方向の傾斜角度に一致するものとされる。また、第１の移動動作部３のＹ軸方向の並進運動が、仮想車輪６１_yの輪転によるＹ軸方向の並進運動に相当するものとされる。

そして、仮想車輪６１_yの半径ｒ_yと、基準部Ｐs_yおよび質点Ｇa_yの床面からの高さｈ_yとは、あらかじめ設定された既定値（一定値）とされる。なおｒ_yは、換言すれば、乗員搭乗部５（または基体２）のＸ軸回り方向の傾動中心の床面からの高さに相当する。このｒ_yは、本実施形態では、第１の移動動作部３のローラ７の半径に相当する。また、Ｘ軸方向で見た基準部Ｐs_yおよび質点Ｇa_yの床面からの高さｈ_yは、Ｙ軸方向で見た基準部Ｐs_xおよび質点Ｇa_xの床面からの高さｈ_xと同じである。そこで、以降、ｈ_x＝ｈ_y＝ｈとおく。

ここで、Ｙ軸方向から見た場合の基準部Ｐs_xと質点Ｇa_xとの位置関係ついて補足すると、基準部Ｐs_xの位置は、乗員搭乗部５に搭乗（着座）した乗員が、該乗員搭乗部５に対して不動であると仮定した場合における車両系全体重心の位置に相当している。したがって、この場合には、質点Ｇa_xの位置は、基準部Ｐs_xの位置に一致する。このことは、Ｘ軸方向から見た場合の基準部Ｐs_yと質点Ｇa_yとの位置関係ついても同様である。

ただし、実際には、乗員搭乗部５に搭乗した乗員が、その上体等を乗員搭乗部５（または基体２）に対して動かすことで、実際の車両系全体重心のＸ軸方向の位置およびＹ軸方向の位置は、一般には、それぞれ基準部Ｐs_x，Ｐs_yの位置から横方向にずれることとなる。このため、図５では、質点Ｇa_x，Ｇa_yの位置をそれぞれ、基準部Ｐs_x，Ｐs_yの位置からずらした状態で図示している。

上記のような倒立振子モデルで表現される車両系全体重心の挙動は、次式（１ａ）、（１ｂ）、（２ａ）、（２ｂ）により表現される。この場合、式（１ａ），（１ｂ）は、Ｙ軸方向で見た挙動、式（２ａ），（２ｂ）は、Ｘ軸方向で見た挙動を表している。

Ｖb_x＝Ｖw1_x＋ｈ・ωb_x ……（１ａ）
dＶb_x／dt＝(ｇ／ｈ)・(θb_x・(ｈ−ｒ_x)＋Ｏfst_x)＋ωz・Ｖb_y ……（１ｂ）

Ｖb_y＝Ｖw1_y＋ｈ_y・ωb_y ……（２ａ）
dＶb_y／dt＝(ｇ／ｈ)・(θb_y・(ｈ−ｒ_y)＋Ｏfst_y)−ωz・Ｖb_x ……（２ｂ）

ここで、Ｖb_xは、車両系全体重心のＸ軸方向の速度（並進速度）、Ｖw1_xは、仮想車輪６１_xのＸ軸方向の移動速度（並進速度）、θb_xは乗員搭乗部５（または基体２）のＹ軸回り方向の傾斜角度、ωb_xはθb_xの時間的変化率（＝ｄθb_x／dt）、Ｏfst_xは車両系全体重心のＸ軸方向の位置（質点Ｇa_xのＸ軸方向の位置）の、前記基準部Ｐs_xの位置からのＸ軸方向のずれ量、Ｖb_yは、車両系全体重心のＹ軸方向の速度（並進速度）、Ｖw1_yは、仮想車輪６１_yのＹ軸方向の移動速度（並進速度）θb_yは乗員搭乗部５（または基体２）のＸ軸回り方向の傾斜角度、ωb_yはθb_yの時間的変化率（＝ｄθb_y／dt）、Ｏfst_yは車両系全体重心のＹ軸方向の位置（質点Ｇa_yのＹ軸方向の位置）の、前記基準部Ｐs_yの位置からのＹ軸方向のずれ量である。また、ωzは車両１の旋回時のヨーレート（ヨー軸回り方向の角速度）、ｇは重力加速度定数である。なお、θb_x、ωb_xの正方向は、車両系全体重心がＸ軸の正方向（前向き）に傾く方向、θb_y、ωb_yの正方向は、車両系全体重心がＹ軸の正方向（左向き）に傾く方向である。また、ωzの正方向は、車両１を上方から見た場合に、反時計回り方向である。

なお、Ｖb_x、Ｖb_yはそれぞれ、前記基準部Ｐs_xのＸ軸方向の移動速度、前記基準部Ｐs_yのＹ軸方向の移動速度に一致する。

式（１ａ）の右辺第２項（＝ｈ・ωb_x）は、乗員搭乗部５のＹ軸回り方向の傾動によって生じる基準部Ｐs_xのＸ軸方向の並進速度成分、式（２ａ）右辺第２項（＝ｈ・ωb_y）は、乗員搭乗部５のＸ軸回り方向の傾動によって生じる基準部Ｐs_yのＹ軸方向の並進速度成分である。

補足すると、式（１ａ）におけるＶw1_xは、詳しくは、ロッド６２_xに対する（換言すれば乗員搭乗部５または基体２に対する）相対的な仮想車輪６１_xの周速度である。このため、Ｖw1_xには、床面に対する仮想車輪６１_xの接地点のＸ軸方向の移動速度（床面に対する第１の移動動作部３の接地点のＸ軸方向の移動速度）の加えて、ロッド６２_xの傾動に伴う速度成分（＝ｒ_x・ωb_x）が含まれている。このことは、式（１ｂ）におけるＶw1_yについても同様である。

また、式（１ｂ）の右辺の第１項は、車両系全体重心のＸ軸方向の位置（質点Ｇa_xのＸ軸方向の位置）の、仮想車輪６１_xの接地部（Ｙ軸方向から見た第１の移動動作部３の接地部）の鉛直上方位置からのずれ量（＝θb_x・(ｈ−ｒ_x)＋Ｏfst_x）に応じて仮想車輪６１_xの接地部に作用する床反力（図５のＦ）のＸ軸方向成分（図５のＦ_x）によって車両系全体重心に発生するＸ軸方向の加速度成分、式（１ｂ）の右辺の第２項は、ωzのヨーレートでの旋回時に車両１に作用する遠心力によって発生するＸ軸方向の加速度成分である。

同様に、式（２ｂ）の右辺の第１項は、車両系全体重心のＹ軸方向の位置（質点Ｇa_yのＹ軸方向の位置）の、仮想車輪６１_yの接地部（Ｘ軸方向から見た第１の移動動作部３の接地部）の鉛直上方位置からのずれ量（＝θb_y・(ｈ−ｒ_y)＋Ｏfst_y）に応じて仮想車輪６１_yの接地部に作用する床反力（図５のＦ）のＹ軸方向成分（図５のＦ_y）によって車両系全体重心に発生するＹ軸方向の加速度成分、式（２ｂ）の右辺の第２項は、ωzのヨーレートでの旋回時に車両１に作用する遠心力によって発生するＹ軸方向の加速度成分である。

上記の如く、式（１ａ）、（１ｂ）により表現される挙動（Ｘ軸方向で見た挙動）は、ブロック線図で表現すると、図６に示すように表される。図中の１／ｓは積分演算を表している。

そして、図６における参照符号Ａを付した演算部の処理が、式（１ａ）の関係式に該当しており、参照符号Ｂを付した演算部の処理が、式（１ｂ）の関係式に該当している。

なお、図６中のｈ・θb_xは、近似的には、図５に示したDiff_xに一致する。

一方、式（２ａ）、（２ｂ）により表現される挙動（Ｙ軸方向で見た挙動）を表現するブロック線図は、図６中の添え字“_x”を“_y”に置き換え、参照符号Ｃを付した加算器への入力の一つである図中下側の加速度成分（遠心力によって発生する加速度成分）の符号“＋”を“−”に置き換えることによって得られる。

本実施形態では、第１制御処理部２４の処理のアルゴリズムは、上記の如く車両系全体重心の基準部Ｐs_x，Ｐs_yからのずれ量と、遠心力とを考慮した車両系全体重心の挙動モデル（倒立振子モデル）に基づいて構築されている。

以上を前提として、第１制御処理部２４の処理をより具体的に説明する。なお、以降の説明では、Ｙ軸方向から見た挙動に関する変数の値と、Ｘ軸方向から見た挙動に関する変数の値との組を添え字“_xy”を付加して表記する場合がある。

図４を参照して、第１制御処理部２４は、制御装置２１の各演算処理周期において、まず、操作指令変換部３１の処理と、前記重心速度推定部３３の処理とを実行する。

操作指令変換部３１は、ジョイスティック１２から与えられる前進・後進指令（ジョイスティック１２のＸ軸方向での揺動量とその揺動の向きを示す操作信号）または横移動指令（ジョイスティック１２のＹ軸方向での揺動量とその揺動の向きを示す操作信号）に応じて第１の移動動作部３の移動速度（並進速度）の基本指令値である基本速度指令Ｖjs_xyを決定する。

この場合、基本速度指令Ｖjs_xyのうち、Ｘ軸方向の基本速度指令Ｖjs_xは、前進・後進指令に応じて決定される。具体的には、前進・後進指令により示されるジョイスティック１２の揺動量が、前方側への揺動量である場合には、Ｘ軸方向の基本速度指令Ｖjs_xを車両１の前進方向への速度指令とし、ジョイスティック１２の揺動量が、後方側への揺動量である場合には、Ｘ軸方向の基本速度指令Ｖjs_xを車両１の後進方向への速度指令とする。また、この場合、Ｘ軸方向の基本速度指令Ｖjs_xの大きさは、ジョイスティック１２の前方側または後方側への揺動量が大きいほど、既定の上限値以下で、大きくなるように決定される。

なお、ジョイスティック１２の前方側または後方側への揺動量が十分に微小なものとなる所定の範囲を不感帯域として、その不感帯域内の揺動量では、Ｘ軸方向の基本速度指令Ｖjs_xをゼロに設定するようにしてもよい。

また、基本速度指令Ｖjs_xyのうち、Ｙ軸方向の基本速度指令Ｖjs_yは、横移動指令に応じて決定される。具体的には、横移動指令により示されるジョイスティック１２の揺動量が、右向きへの揺動量である場合には、Ｙ軸方向の基本速度指令Ｖjs_yを車両１の右向きへの速度指令とし、ジョイスティック１２の揺動量が、左向きへの揺動量である場合には、Ｙ軸方向の基本速度指令Ｖjs_yを車両１の左向きへの速度指令とする。この場合、Ｙ軸方向の基本速度指令Ｖjs_yの大きさは、ジョイスティック１２の右向きまたは左向きへの揺動量が大きいほど、既定の上限値以下で、大きくなるように決定される。

なお、基本速度指令Ｖjs_yの大きさは、ジョイスティック１２の右向きまたは左向きへの揺動量が十分に微小なものとなる所定の範囲を不感帯域として、その不感帯域内の揺動量では、Ｙ軸方向の基本速度指令Ｖjs_yをゼロに設定するようにしてもよい。

また、ジョイスティック１２が前後方向（Ｘ軸方向）およびＹ軸方向（左右方向）の両方に操作されている場合には、Ｙ軸方向の基本速度指令Ｖjs_yの大きさを、ジョイスティック１２の前後方向の揺動量またはＸ軸方向の基本速度指令Ｖjs_xに応じて変化させるようにしてもよい。

前記重心速度推定部３３は、前記倒立振子モデルにおける前記式（１ａ），（２ａ）に表される幾何学的な（運動学的な）関係式に基づいて、車両系全体重心の速度の推定値Ｖb_estm1_xyを算出する。

具体的には、図４のブロック図で示す如く、第１の移動動作部３の実際の並進速度Ｖw1_act_xyの値と、乗員搭乗部５の傾斜角度θb_xyの実際の時間的変化率（傾斜角速度）ωb_act_xyに、車両系全体重心の高さｈを乗じてなる値とを加え合せることにより、車両系全体重心の速度の推定値Ｖb_estm1_xyを算出する。

すなわち、車両系全体重心のＸ軸方向の速度の推定値Ｖb_estm1_xとＹ軸方向の速度の推定値Ｖb_estm1_yとがそれぞれ、次式（３ａ），（３ｂ）により算出される。

Ｖb_estm1_x＝Ｖw1_act_x＋ｈ・ωb_act_x ……（３ａ）
Ｖb_estm1_y＝Ｖw1_act_y＋ｈ・ωb_act_y ……（３ｂ）

ただし、車両系全体重心の位置の基準部Ｐs_xyの位置からの前記ずれ量Ｏfst_xy（以降、重心ずれ量Ｏfst_xyという）の時間的変化率は、Ｖb_estm1_xyに比べ十分に小さく無視できるものとした。

この場合、上記演算におけるＶw1_act_x，Ｖw1_act_yの値としては、本実施形態では、前回の演算処理周期で姿勢制御演算部３４により決定された第１の移動動作部３の移動速度の目標値Ｖw1_cmd_x，Ｖw1_cmd_y（前回値）が用いられる。

ただし、たとえば、電動モータ８ａ，８ｂのそれぞれの回転速度をロータリエンコーダ等の回転速度センサにより検出し、それらの検出値から推定したＶw1_act_x，Ｖw1_act_yの最新値（換言すれば、Ｖw1_act_x，Ｖw1_act_yの計測値の最新値）を式（３ａ），（３ｂ）の演算に用いるようにしてもよい。

また、ωb_act_x，ωb_act_yの値としては、本実施形態では、前記傾斜センサ２２の検出信号に基づく乗員搭乗部５の傾斜角度θbの計測値の時間的変化率の最新値（換言すれば、ωb_act_x，ωb_act_yの計測値の最新値）が用いられる。

第１制御処理部２４は上記の如く操作指令変換部３１および重心速度推定部３３の処理を実行した後、次に、図４に示す重心ずれ推定部３５ａの処理を実行することで、前記重心ずれ量Ｏfst_xyの推定値である重心ずれ量推定値Ｏfst_estm_xyを決定する。

この重心ずれ推定部３５ａの処理は、図７のブロック線図により示される処理である。なお、図７は、重心ずれ量推定値Ｏfst_estm_xyのうちのＸ軸方向の重心ずれ量推定値Ｏfst_estm_xの決定処理を代表的に表している。左右方向全体重心ずれ量の推定値は、たとえば、図７のブロック図に示す演算によって逐次算出することができる。以降の説明において、第１推定値Ｖb_estm1_xおよびＶb_estm1_yのそれぞれは、重心速度推定部３３により算出された車両系全体重心の速度の推定値Ｖb_estm1_xおよびＶb_estm1_yのそれぞれを意味する。

具体的には、車両と乗員との全体の重心（以降、車両系全体重心ということがある）の左右方向の移動速度の第１推定値Ｖb_estm1_yと、第２推定値Ｖb_estm2_yとの偏差に、あらかじめ定めた所定値のゲインを乗じることによって、左右方向全体重心ずれ量の推定値を実際の値に収束させるように逐次決定することができる。

ここで、第１推定値Ｖb_estm1_yは、次式（Ａ）により運動学的に算出される車両系全体重心の左右方向の移動速度の推定値であり、第２推定値Ｖb_estm2_yは次式（Ｂ）により動力学的に算出される車両系全体重心の左右方向の移動加速度ＤVb_estm_yを積分することにより算出される移動速度の推定値である。

Ｖb_estm1_y＝Ｖw1_act_y＋ｈ・ωb_act_y ……（Ａ）
ＤVb_estm_y＝(θb_act_y・(ｈ−ｒ_y)＋Ｏfst_estm_y(k-1))・(ｇ／ｈ)
＋Ｖb_estm1_x・ωz_act ……（Ｂ）

ただし、
Ｖw1_act_y：第１の移動動作部の左右方向の移動速度の観測値
ｈ：車両系全体重心の床面からの高さとしてあらかじめ定められた値
ωb_act_y：乗員搭乗部の前後方向の軸回り方向の傾動の角速度の観測値
θb_act_y：乗員搭乗部の前後方向の軸回り方向の傾斜角（鉛直方向に対する傾斜角）の観測値
ｒ_y：乗員搭乗部の前後方向の軸回り方向の傾動中心の床面からの高さ
Ｏfst_estm_y(k-1)：算出済の左右方向全体重心ずれ量の推定値のうちの最新値
ｇ：重力加速度定数
Ｖb_estm1_x：次式（Ｃ）により算出される車両系全体重心の前後方向の移動速度の推定値
Ｖb_estm1_x＝Ｖw1_act_x＋ｈ・ωb_act_x ……（Ｃ）
Ｖw1_act_x：第１の移動動作部の前後方向の移動速度の観測値
ωb_act_x：乗員搭乗部の左右方向の軸回り方向の傾動の角速度の観測値
ωz_act：車両のヨー軸回り方向の角速度

移動速度等の任意の状態量に関する「観測値」は、適宜のセンサによる該状態量の検出値、あるいは、該状態量と一定の相関性を有する他の一つ以上の状態量の検出値から、該相関性に基づいて推定した推定値を意味する。

図７の処理を具体的に説明すると、重心ずれ推定部３５ａは、傾斜センサ２２の検出信号から得られた乗員搭乗部５のＹ軸回り方向の実際の傾斜角度θb_act_xの計測値（最新値）と、ヨーレートセンサ２３の検出信号から得られた車両１の実際のヨーレートωz_actの計測値（最新値）と、重心速度推定部３３により算出された車両系全体重心のＹ軸方向の速度の第１推定値Ｖb_estm1_y（最新値）と、前回の演算処理周期で決定したＸ軸方向の重心ずれ量推定値Ｏfst_estm_x（前回値）とを用いて、前記式（１ｂ）の右辺の演算処理を演算部３５a1で実行することにより、車両系全体重心のＸ軸方向の並進加速度の推定値DVb_estm_xを算出する。

さらに重心ずれ推定部３５ａは、車両系全体重心のＸ軸方向の並進加速度の推定値DVb_estm_xを積分する処理を演算部３５a2で実行することにより、車両系全体重心のＸ軸方向の速度の第２推定値Ｖb_estm2_xを算出する。

次いで、重心ずれ推定部３５ａは、車両系全体重心のＸ軸方向の速度の第２推定値Ｖb_estm2_x（最新値）と、第１推定値Ｖb_estm1_x（最新値）との偏差を算出する処理を演算部３５a3で実行する。

さらに、重心ずれ推定部３５ａは、この_偏差に所定値のゲイン（−Ｋｐ）を乗じる処理を演算部３５a4で実行することにより、Ｘ軸方向の重心ずれ量推定値Ｏfst_estm_xの最新値を決定する。

Ｙ軸方向の重心ずれ量推定値Ｏfst_estm_yの決定処理も上記と同様に実行される。具体的には、この決定処理を示すブロック線図は、図７中の添え字“_x”と“_y”とを入れ替え、加算器３５a５への入力の一つである図中右側の加速度成分（遠心力によって発生する加速度成分）の符号“＋”を“−”に置き換えることによって得られる。

このような重心ずれ推定部３５ａの処理によって、重心ずれ量推定値Ｏfst_estm_xyを逐次更新しつつ決定することによって、Ｏfst_estm_xyを実際の値に収束させるように決定することができる。

第１制御処理部２４は、次に、図４に示す重心ずれ影響量算出部３５ｂの処理を実行することによって、重心ずれ影響量Ｖofs_xyを算出する。

重心ずれ影響量Ｖofs_xyは、後述する姿勢制御演算部３４において、車両系全体重心の位置が倒立振子モデルにおける前記基準部Ｐs_xyの位置からずれることを考慮せずにフィードバック制御を行った場合の車両系全体重心の目標速度に対する実際の重心速度のずれを表す。

具体的には、この重心ずれ影響量算出部３５ｂは、新たに決定された重心ずれ量推定値Ｏfst_estm_xyの各成分に、(Ｋth_xy／（ｈ-ｒ_xy))／Ｋvb_xyという値を乗じることにより、前記重心ずれ影響量Ｖofs_xyを算出する。

なお、Ｋth_xyは、後述する姿勢制御演算部３４の処理において、乗員搭乗部５の傾斜角度をゼロ(目標傾斜角度)に近づけるように機能する操作量成分を決定するためのゲイン値である。また、Ｋvb_xyは、後述する姿勢制御演算部３４の処理において、車両系全体重心の目標速度Ｖb_cmd_xyと該車両系全体重心の速度の第１推定値Ｖb_estm1_xyとの偏差をゼロに近づけるように機能する操作量成分を決定するためのゲイン値である。

第１制御処理部２４は、次に、図４に示す重心目標速度決定部３２の処理を実行することによって、前記操作指令変換部３１により決定された基本速度指令Ｖjs_xyと、前記重心ずれ影響量算出部３２ｂにより決定された重心ずれ影響量Ｖofs_xyとに基づいて、制限後重心目標速度Ｖb_cmd_xyを算出する。

重心目標速度決定部３２は、まず、図４に示す処理部３２ｃの処理を実行する。この処理部３２ｃは、重心ずれ影響量Ｖofs_xyの値に関する不感帯処理とリミット処理とを実行することで、車両系全体重心の速度の目標値のうちの重心ずれに応じた成分としての目標重心速度加算量Vb_cmd_by_ofs_xyを決定する。

具体的には、本実施形態では、重心目標速度決定部３２は、Ｘ軸方向の重心ずれ影響量Ｖofs_xの大きさがゼロ近辺の所定の範囲である不感帯域内の値（比較的ゼロに近い値）である場合には、Ｘ軸方向の目標重心速度加算量Vb_cmd_by_ofs_xをゼロにする。

また、重心目標速度決定部３２は、Ｘ軸方向の重心ずれ影響量Ｖofs_xの大きさが不感帯域内から逸脱した値である場合には、Ｘ軸方向の目標重心速度加算量Vb_cmd_by_ofs_xを、Ｖofs_xと同極性で、その大きさが、Ｖofs_xの大きさの増加に伴い大きくなるように決定する。ただし、目標重心速度加算量Vb_cmd_by_ofs_xの値は、所定の上限値（＞０）と下限値（≦０）との間の範囲内に制限される。

Ｙ軸方向の目標重心速度加算量Vb_cmd_by_ofs_yの決定処理も上記と同様である。

次いで、重心目標速度決定部３２は、前記操作指令変換部３１により決定された基本速度指令Ｖjs_xyの各成分に目標重心速度加算量Vb_cmd_by_ofs_xyの各成分を加え合わせてなる目標速度Ｖ1_xyを決定する処理を図４に示す処理部３２ｄで実行する。すなわち、Ｖ1_x＝Ｖjs_x＋Vb_cmd_by_ofs_x、Ｖ1_y＝Ｖjs_y＋Vb_cmd_by_ofs_yという処理によって、Ｖ1_xy（Ｖ1_xとＶ1_yとの組）を決定する。

さらに、重心目標速度決定部３２は、処理部３２ｅの処理を実行する。この処理部３２ｅでは、第１の移動動作部３のアクチュエータ装置８としての電動モータ８ａ，８ｂのそれぞれの回転速度を、所定の許容範囲から逸脱させることのないようにするために、目標速度Ｖ1_xとＶ1_yとの組み合わせを制限してなる車両系全体重心の目標速度としての制限後重心目標速度Ｖb_cmd_xy（Ｖb_cmd_x，Ｖb_cmd_yの組）を決定するリミット処理が実行される。

この場合、処理部３２ｄで求められた目標速度Ｖ1_x，Ｖ1_yの組が、目標速度Ｖ1_xの値を縦軸、目標速度Ｖ1_yの値を横軸とする座標系上で所定の領域（たとえば８角形状の領域）内に在る場合には、その目標速度Ｖ1_xyがそのまま制限後重心目標速度Ｖb_cmd_xyとして決定される。

また、処理部３２ｄで求められた目標速度Ｖ1_x，Ｖ1_yの組が、上記座標系上の所定の領域から逸脱している場合には、該所定の領域の境界上の組に制限したものが、制限後重心目標速度Ｖb_cmd_xyとして決定される。

以上のごとく、基本速度指令Ｖjs_xyと、重心ずれ影響量Ｖofs_xy（または、重心ずれ量）とに基づいて、重心目標速度Ｖb_cmd_xyが決定されるので、乗員は、操作器の操作（ジョイスティック１２の操作）と、乗員の身体の姿勢の変化（体重移動）によって、車両１を操縦することができる。

以上の如く重心目標速度決定部３２の処理を実行した後、第１制御処理部２４は、次に、姿勢制御演算部３４の処理を実行する。姿勢制御演算部３４は、図４のブロック線図で示す処理によって、第１の移動動作部３の移動速度（並進速度）の目標値である第１目標速度Ｖw1_cmd_xyを決定する。

より詳しくは、姿勢制御演算部３４は、まず、前記制限後重心目標速度Ｖb_cmd_xyの各成分から、重心ずれ影響量Ｖofs_xyの各成分を減じる処理を演算部３４ｂで実行することにより重心ずれ補償後目標速度Ｖb_cmpn_cmd_xy（最新値）を決定する。

次いで、姿勢制御演算部３４は、上記演算部３４ｂと、積分演算を行う積分演算部３４ａとを除く演算部の処理によって、第１の移動動作部３の接地点の並進加速度の目標値である目標並進加速度DVw1_cmd_xyのうちのＸ軸方向の目標並進加速度DVw1_cmd_xと、Ｙ軸方向の目標並進加速度DVw1_cmd_yとをそれぞれ次式（４ａ），（４ｂ）の演算により算出する。

DVw1_cmd_x＝Ｋvb_x・(Ｖb_cmpn_cmd_x−Ｖb_estm1_x)
−Ｋth_x・θb_act_x−Ｋw_x・ωb_act_x ……（４ａ）
DVw1_cmd_y＝Ｋvb_y・(Ｖb_cmpn_cmd_y−Ｖb_estm1_y)
−Ｋth_y・θb_act_y−Ｋw_y・ωb_act_y ……（４ｂ）

式（４ａ），（４ｂ）におけるＫvb_xy、Ｋth_xy、Ｋw_xyはあらかじめ設定された所定のゲイン値である。

また、式（４ａ）の右辺の第１項は、車両系全体重心のＸ軸方向の重心ずれ補償後目標速度Ｖb_cmpn_cmd_xy（最新値）と第１推定値Ｖb_estm1_x（最新値）との偏差に応じたフィードバック操作量成分、第２項は、乗員搭乗部５のＹ軸回り方向の実際の傾斜角度θb_act_xの計測値（最新値）に応じたフィードバック操作量成分、第３項は、乗員搭乗部５のＹ軸回り方向の実際の傾斜角速度ωb_act_xの計測値（最新値）応じたフィードバック操作量成分である。そして、Ｘ軸方向の目標並進加速度DVw1_cmd_xは、これらのフィードバック操作量成分の合成操作量として算出される。

同様に、式（４ｂ）の右辺の第１項は、車両系全体重心のＹ軸方向の重心ずれ補償後目標速度Ｖb_cmpn_cmd_y（最新値）と第１推定値Ｖb_estm1_y（最新値）との偏差に応じたフィードバック操作量成分、第２項は、乗員搭乗部５のＸ軸回り方向の実際の傾斜角度θb_act_yの計測値（最新値）に応じたフィードバック操作量成分、第３項は、乗員搭乗部５のＸ軸回り方向の実際の傾斜角速度ωb_act_yの計測値（最新値）に応じたフィードバック操作量成分である。そして、Ｙ軸方向の目標並進加速度DVw1_cmd_yは、これらのフィードバック操作量成分の合成操作量として算出される。

次いで、姿勢制御演算部３４は、積分演算部３４ａによって、目標並進加速度DVw1_cmd_xyの各成分を積分することによって、第１の移動動作部３の第１目標速度Ｖw1_cmd_xy（最新値）を決定する。

そして、第１制御処理部２４は、上記の如く決定した第１目標速度Ｖw1_cmd_xyにしたがって第１の移動動作部３のアクチュエータ装置８としての電動モータ８ａ，８ｂを制御する。より詳しくは、第１制御処理部２４は、第１目標速度Ｖw1_cmd_xyにより規定される各電動モータ８ａ，８ｂの回転速度の目標値に、実際の回転速度（計測値）を追従させるように、フィードバック制御処理により各電動モータ８ａ，８ｂの電流指令値を決定し、この電流指令値にしたがって、各電動モータ８ａ，８ｂの通電を行なう。

以上の処理により、前記制限後重心目標速度Ｖb_cmd_xyが一定値であって、車両１の運動が整定し、車両１が一定速度で直進している状態においては、車両系全体重心は、第１の移動動作部３の接地点の真上に存在する。この状態では、乗員搭乗部５の実際の傾斜角度θb_act_xyは、式（１ｂ）、（２ｂ）に基づいて、−Ofst_xy／（ｈ−ｒ_xy）となる。また、乗員搭乗部５の実際の傾斜角速度ωb_act_xyはゼロ、目標並進加速度DVw1_cmd_xyはゼロとなる。このことと、図４のブロック線図から、Ｖb_estm1_xyとＶb_cmd_xyとが一致することが導き出される。

すなわち、第１の移動動作部３の第１目標速度Ｖw1_cmd_xyは、基本的には、車両系全体重心の制限後重心目標速度Ｖb_cmd_xyと第１推定値Ｖb_estm1_xyとの偏差をゼロに収束させるように決定される。

また、車両系全体重心の位置が、倒立振子モデルにおける前記基準部Ｐs_xyの位置からずれることの影響を補償しつつ、前記処理部３２eの処理によって、第１の移動動作部３のアクチュエータ装置８としての電動モータ８ａ，８ｂのそれぞれの回転速度が、所定の許容範囲から逸脱することのないように制御される。

補足すると、前記式（４ａ），（４ｂ）において、Ｖb_cmpn_cmd_x＝Ｖb_cmd_x−Ｖofs_x＝Ｖb_cmd_x−（Ｋth_x／ｈ−ｒ_x）・（１／Ｋvb_x）・Ofst_estm_x、および、Ｖb_cmpn_cmd_y＝Ｖb_cmd_y−Ｖofs_y＝Ｖb_cmd_y−（Ｋth_y／ｈ−ｒ_y）・（１／Ｋvb_y）・Ofst_estm_yであるから、式（４ａ），（４ｂ）はそれぞれ、次式（４ａ）’、（４ｂ）’に書き換えることができる。

DVw1_cmd_x＝Ｋvb_x・(Ｖb_cmd_x−Ｖb_estm1_x)
−Ｋth_x・(Ofst_estm_x／(ｈ−ｒ_x)＋θb_act_x)
−Ｋw_x・ωb_act_x ……（４ａ）’

DVw1_cmd_y＝Ｋvb_y・(Ｖb_cmd_y−Ｖb_estm1_y)
−Ｋth_y・(Ofst_estm_y／(ｈ−ｒ_y)＋θb_act_y)
−Ｋw_y・ωb_act_y ……（４ｂ）’

この場合、式（４ａ）’、（４ｂ）’の右辺第２項は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向における実際の車両系全体重心の位置が、第１の移動動作部３の接地部の直上の位置になるようにするためのフィードバック操作量成分としての意味を持つ。

以上が、本実施形態における第１制御処理部２４の処理の詳細である。

次に、前記第２制御処理部２５の処理について図８を参照して説明する。第２制御処理部２５は、その処理を概略的に言えば、車両系全体重心等の車両１の代表点もしくは第１の移動動作部３のＹ軸方向（乗員の左右方向）における実際の運動状態もしくは目標の運動状態、または該運動状態に関する乗員の動作状態に基づいて、車両１を旋回させることの要求（以降、旋回要求という）の有無、あるいは該旋回要求の度合いを判断する。

本実施形態では、旋回要求の有無、あるいは該旋回要求の度合いを判断する指標として、前記重心速度推定部３３で算出される車両系全体重心のＹ軸方向の移動速度（「指定状態変数」に相当する。）の推定値Ｖb_estm1_yが用いられる。なお、Ｖb_estm1_yは、前記基準部Ｐs_yのＹ軸方向の移動速度に一致するので、乗員搭乗部５（または基体２）に対して固定された代表点のＹ軸方向の移動速度の観測値としての意味を持つものである。

そして、第２制御処理部２５は、旋回要求が有ると判断される場合には、車両１の旋回を行なわせるために、第２の移動動作部４のＹ軸方向の第２目標速度Ｖw2_cmd_yを、第１の移動動作部３のＹ軸方向の第１目標速度Ｖw1_cmd_yと異ならせるように決定する。

このような第２制御処理部２５の処理は、具体的には次のように行なわれる。すなわち、図８を参照して、第２制御処理部２５は、ローパスフィルタ２５１によるフィルタ処理を実行する。ローパスフィルタ２５１に対して、重心速度推定部３３で算出される車両系全体重心のＹ軸方向の移動速度の推定値Ｖb_estm1_y（最新値）が入力される。ローパスフィルタ２５１から、車両系全体重心のＹ軸方向の移動速度の推定値Ｖb_estm1_yの低周波数成分が出力される。

１次遅れ要素としてのローパスフィルタ２５１の特性を定める遮断周波数ω₀＝（１／Ｔ）（Ｔは時定数である。）を基準として周波数の高低が定義される。すなわち、時定数Ｔの長短が調節されることにより、入力信号のうちローパスフィルタ２５１を通過可能な周波数帯域が変更されうる。

第２制御処理部２５は、処理部２５２の処理を実行する。処理部２５２は、車両系全体重心のＹ軸方向の移動速度の推定値Ｖb_estm1_yから、その低周波数成分を差し引くことにより、車両系全体重心のＹ軸方向の移動速度の推定値Ｖb_estm1_yの高周波数成分（指定周波数成分）を出力する。これにより、高周波数成分を抽出するためのハイパスフィルタなどの付加的構成が省略されうる。

第２制御処理部２５は、処理部２５３の処理を実行する。処理部２５３は、積分要素であり、入力信号である車両系全体重心のＹ軸方向の移動速度の推定値Ｖb_estm1_yの積分値として、車両系全体重心のＹ軸方向の並進移動量の推定値を出力する。

第２制御処理部２５は、旋回抑制係数演算部２５４の処理を実行する。旋回抑制係数演算部２５４に対して、車両系全体重心のＹ軸方向の移動速度の推定値Ｖb_estm1_yおよびその高周波数成分、ならびに、車両系全体重心のＹ軸方向の並進移動量の推定値が入力される。旋回抑制係数演算部２５４から、旋回抑制係数Ｋ_ωzが出力される。

旋回抑制係数Ｋ_ωzは数値範囲［０，１］のうち少なくとも一部を値域としており、その値が０に近いほど車両１の旋回が抑制される一方、その値が１に近いほど車両１の旋回が促進される。

旋回抑制係数Ｋ_ωzは、Ｖb_estm1_yの高周波数成分が抽出されない場合（高周波成分のスペクトルの絶対値が閾値以下の場合）は１に設定され、Ｖb_estm1_yの高周波数成分が抽出された場合は１より低い値に設定される。たとえば、図９の時刻ｔ＝ｔ０において当該高周波数成分が抽出された場合、一点鎖線または二点鎖線で示されているように、Ｋ_ωzの値は時刻ｔ＝ｔ０以後に１から徐々に低下するように設定される。Ｋ_ωzの値の低下速度はさまざまな値に設定されてもよい。

旋回抑制係数Ｋ_ωzは、Ｖb_estm1_yの高周波数成分が抽出された際に｜Ｖb_estm1_xy｜が０ではないまたは基準値以上である場合、そうでない場合と比較して低い値に設定される。たとえば、図９の時刻ｔ＝ｔ０において車両１が並進している場合、Ｋ_ωzの値が一点鎖線で示されているように設定されるのに対して、時刻ｔ＝ｔ０において車両１が並進していない場合、Ｋ_ωzの値が二点鎖線で示されているように設定される。すなわち、前者の場合、後者の場合と比較してＫ_ωzの値が低い値に設定される。

旋回抑制係数Ｋ_ωzは、その値が１より低い値に設定された後、車両１の移動距離または並進速度もしくは旋回角速度（旋回率）の大きさが閾値以上になったことを要件として、それまでよりも高い値に設定される。たとえば、図９の時刻ｔ＝ｔ１において、時刻ｔ＝ｔ０以降の車両１のＹ軸方向の並進距離が閾値以上になった場合、一点鎖線で示されているように時刻ｔ＝ｔ１以後、Ｋ_ωzの値が並進距離の増加関数にしたがって徐々に大きい値に設定される。図９の時刻ｔ＝ｔ２において、｜Ｖb_estm1_y｜が閾値以上になった場合、二点鎖線で示されているように時刻ｔ＝ｔ２以後、Ｋ_ωzの値が徐々に上昇するように設定される。

第２制御処理部２５は、処理部４１の処理を実行する。処理部４１には、車両系全体重心のＹ軸方向の移動速度の推定値Ｖb_estm1_y（最新値）の低周波数成分が入力される。そして、処理部４１は、Ｖb_estm1_yの低周波数成分に応じて、不感帯処理後速度Ｖw1a_yを決定する。

ここで、車両１の乗員が、車両１を右側または左側に旋回させようとする場合には、通常、乗員は、乗員は自身の上体を、右側または左側に傾けることで、自身の重心を車両１の右側または左側にずらすようにする。このとき、前記第１制御処理部２４の制御処理によって決定される第１の移動動作部３の左右方向の第１目標速度Ｖw1_cmd_yは、基本的には、右向きまたは左向きの移動速度となる。

ただし、乗員が車両１を旋回させることを意図していない場合であっても、乗員の上体のふらつきによって、乗員自身の重心が右側または左側に多少ずれる場合もある。

そこで、処理部４１は、図８中に示すグラフの特性で、不感帯処理後速度Ｖw1a_yをＶb_estm1_yに応じて決定する。具体的には、Ｖb_estm1_yの絶対値が比較的小さく、Ｖb_estm1_yが、ゼロを中心とする所定範囲Δa内の値である場合（Ｖb_estm1_yの絶対値があらかじめ定めた所定値以下である場合）には、処理部４１は、旋回要求が無いものとみなして、Ｖw1a_yをゼロとする。

また、Ｖb_estm1_yの絶対値が比較的大きいものとなっており、Ｖb_estm1_yが、所定範囲Δa外の値である場合（Ｖb_estm1_yの絶対値があらかじめ定めた所定値よりも大きい場合）には、処理部４１は、旋回要求が有るものとみなして、Ｖw1a_yをゼロでない値に設定する。

具体的には、処理部４１は、Ｖw1a_yの絶対値が、既定の上限値以下で、Ｖb_estm1_yの絶対値の増加に伴い増加していくように、Ｖw1a_yをＶb_estm1_yに応じて決定する。この場合、Ｖw1a_yの極性（向き）は、Ｖb_estm1_yと同じとされる。後述するように、旋回中心を望ましい位置に設定するためには、Ｖb_estm1_yの絶対値の増加に対するＶw1a_yの絶対値の増加率は１が好ましい。すなわち、図８のグラフにおける不感帯と飽和領域とを除く領域では傾きは１が好ましい。

なお、図８において、処理部４１の入力側の括弧付きの参照符号は、後述の変形態様に関するものである。

次いで、第２制御処理部２５は、処理部４２の処理を実行する。この処理部４２は、Ｖw1a_yを、第１の移動動作部３の接地部と旋回中心とのＸ軸方向の距離Ｌ３で除算することによって、車両１の旋回角速度（ヨー軸回り方向の角速度）の目標値である目標旋回角速度ωz_cmd_gcを決定する。この場合、処理部４２は、上記距離Ｌ３を、車両１の代表点としての車両系全体重心のＸ軸方向の実際の移動速度の推定値Ｖb_estm1_x（最新値）に応じて設定する。

なお、上記旋回中心は、より詳しくは、第１の移動動作部３と一体に床面上を並進移動する座標系で見た車両１の全体のヨー軸回り方向の回転中心を意味する。

本実施形態では、車両１の旋回は、第１の移動動作部３の接地部の後方側（ひいては、乗員搭乗部５に搭乗した乗員の後方側）の床面上の点を旋回中心として、車両１がヨー軸まわり方向に旋回するように行なわれる。そして、その旋回中心と第１の移動動作部３の接地部との間のＸ軸方向の距離Ｌ３は、Ｖb_estm1_xがゼロである場合には、旋回中心が第２の移動動作部４の接地部近辺の位置になるように設定される。たとえば、Ｌ３は、第１の移動動作部３の接地部と第２の移動動作部４の接地部との間の距離に一致もしくはほぼ一致するように設定される。

また、Ｖb_estm1_xが正の場合、すなわち前への移動である場合、Ｖb_estm1_xの大きさ（絶対値）が大きくなるに伴い、旋回中心が第２の移動動作部４の接地部側から、第１の移動動作部４の接地部側に近づいてくるように（ひいては、旋回中心のＸ軸方向の位置が、乗員搭乗部５に搭乗した乗員の直下の位置（乗員を床面に投影した位置）に近づいてくるように）Ｌ３が設定される。すなわち、Ｖb_estm1_xの大きさ（絶対値）が大きくなるに伴い、Ｌ３が小さくなっていくように設定される。ただし、Ｌ３は、既定の下限値（＞０）以上の距離に制限される。

Ｖb_estm1_xが負の場合、すなわち後ろへの移動である場合には、L３はＶb_estm1_xがゼロの場合の値と同一にするか、Ｖb_estm1_xの大きさ（絶対値）が大きくなるに伴い、Ｌ３が大きくなるように設定されることが好ましい。

処理部４２は、このようにＶb_estm1_xに応じて決定した距離Ｌ３によって、Ｖw1a_yを除算することにより、目標旋回角速度ωz_cmd_gcを決定する。なお、ωz_cmd_gcは、Ｖw1a_yが左向きの速度である場合には、左回り（反時計回り）の角速度であり、Ｖw1a_yが右向きの速度である場合には、右回り（時計回り）の角速度である。

第２制御処理部２５は、処理部２５６の処理を実行する。処理部２５６は、処理部４２で決定された目標旋回角速度ωz_cmd_gcに、旋回抑制係数演算部２５４により決定された旋回抑制係数Ｋ_ωzを乗じることにより、補正後目標旋回角度ωz_cmd_mod_gcを算出する。

次いで、第２制御処理部２５は、処理部４３の処理を実行する。処理部４３は、処理部２５６で決定された補正後目標旋回角速度ωz_cmd_mod_gcに、第１の移動動作部３の接地部と第２の移動動作部４の接地部との間の既定の距離の（−１）倍の値（＝−Ｌ）を乗じることによって、補正後目標旋回角速度ωz_cmd_mod_gcで車両１の旋回行なった場合における第２の移動動作部４の、第１の移動動作部３に対するＹ軸方向の相対移動速度ΔＶw2_cmd_yを算出する。

このように決定される第２の移動動作部４のＹ軸方向の相対移動速度ΔＶw2_cmd_yは、ωz_cmd_gc＝０である場合（旋回要求が無い場合）またはＫ_ωz＝０である場合（旋回が完全に抑制される場合）にはゼロとなる。ΔＶw2_cmd_yは、ωz_cmd_gc≠０である場合（旋回要求がある場合）でも、Ｋ_ωz＜１である場合には、当該旋回要求に応じた旋回が抑制されるように小さな値になる。

また、ΔＶw2_cmd_yは、ωz_cmd_gcが左回りの旋回角速度である場合には、右向きの速度、ωz_cmd_gcが右回りの旋回角速度である場合には、左向きの速度である。したがって、旋回要求がある場合のΔＶw2_cmd_yは、Ｖw1a_yまたはＶb_estm1_yと逆向きの速度である。

次いで、第２制御処理部２５は、処理部４４の処理を実行する。この処理部４４は、第２の移動動作部４のＹ軸方向の相対移動速度ΔＶw2_cmd_yを、前記第１制御処理部２４で決定された第１の移動動作部３のＹ軸方向の第１目標速度Ｖw1_cmd_y（最新値）に加えることにより、第２の移動動作部４のＹ軸方向の第２目標速度Ｖw2_cmd_yの基本値Ｖw2_cmda_y（最新値）を決定する。

次いで、第２制御処理部２５は、処理部４５の処理を実行する。この処理部４５は、第２の移動動作部４のスリップを防止するためのスリップ防止処理を実行することで、第２の移動動作部４のＹ軸方向の第２目標速度Ｖw2_cmd_yを決定する。

この場合、処理部４５は、基本値Ｖw2_cmda_yの絶対値が過大である場合等、第２の移動動作部４のスリップが発生しやすいと予測される場合に、第２の移動動作部４のＹ軸方向の第２目標速度Ｖw2_cmd_yを、基本値Ｖw2_cmda_yから修正した速度に設定する。そして、処理部４５は、第２の移動動作部４のスリップが発生しないと予測される場合には、基本値Ｖw2_cmda_yをそのまま第２の移動動作部４のＹ軸方向の第２目標速度Ｖw2_cmd_yとして決定する。

なお、第２の移動動作部４を、バネ等により床面に押し付けるようにした場合等、第２の移動動作部４と床面との間の摩擦力が十分に確保できるような場合には、処理部４５の処理を省略するようにしてもよい。

そして、第２制御処理部２５は、上記の如く決定した第２目標速度Ｖw2_cmd_xyにしたがって第２の移動動作部４のアクチュエータ装置としての電動モータ１７を制御する。より詳しくは、第２制御処理部２５は、第２目標速度Ｖw2_cmd_xyにより規定される電動モータ１７の回転速度の目標値に、実際の回転速度（計測値）を追従させるように、フィードバック制御処理により電動モータ１７の電流指令値を決定し、この電流指令値にしたがって、電動モータ１７の通電を行なう。

第２制御処理部２５の制御処理は、以上の如く実行される。これにより、第２の移動動作部４のＹ軸方向の第２目標速度Ｖw2_cmd_yは、基本的には、相対移動速度ΔＶw2_cmd_yを、第１の移動動作部３のＹ軸方向の第１目標速度Ｖw1_cmd_y（最新値）に加えた速度に決定される。

この場合、車両系全体重心のＹ軸方向の移動速度の推定値Ｖb_estm1_yの絶対値が十分に小さく、旋回要求が無いと判断される状況では、ΔＶw2_cmd_y＝０となるので、第２の移動動作部４のＹ軸方向の第２目標速度Ｖw2_cmd_yは、基本的には、第１の移動動作部３のＹ軸方向の第１目標速度Ｖw1_cmd_yと一致するように決定される。

一方、車両系全体重心のＹ軸方向の移動速度の推定値Ｖb_estm1_yの絶対値が比較的大きく、旋回要求が有ると判断される状況では、ΔＶw2_cmd_yは、Ｖb_estm1_yと逆向きの速度に決定される。このため、第２の移動動作部４のＹ軸方向の第２目標速度Ｖw2_cmd_yは、基本的には、第１の移動動作部３のＹ軸方向の第１目標速度Ｖw1_cmd_yと同じ向きで、Ｖw1_cmd_yよりも小さい大きさの速度（ゼロもしくはゼロに近い速度）に決定されるか、または第１の移動動作部３のＹ軸方向の第１目標速度Ｖw1_cmd_yと逆向きの速度に決定される。

（作用効果）
前記機能を発揮する車両１によれば、制御装置２１によって乗員搭乗部５（または基体２）の実際の傾斜角速度ωb_act_xy（乗員搭乗部５の傾斜状態の検知結果）に基づいて車両系全体重心のＹ軸方向の移動速度の推定値Ｖb_estm1_y（指定状態変数の観測値）が定められる（上記式（３ｂ）および図４／重心速度推定部３３参照）。さらに、制御装置２１によってＶb_estm1_yにおける高周波数成分（指定周波数成分）の有無または多少に応じて、旋回抑制係数Ｋ_ωzの値、ひいては車両１の補正後目標旋回角度ωz_cmd_mod_gcが設定される（図８／処理部２５１、２５２、２５４および２５６参照）。

図１０に示されているように、時刻ｔ＝ｔ０、ｔ１およびｔ３の順に車両１が動作した場合を例として考える。図１０において、斜線付矢印は使用者の腰の動きを表わし、黒矢印は乗員搭乗部５の傾動を表わし、白矢印は車両系全体重心の動きを表わしている。この例では、時刻ｔ＝ｔ０において、乗員搭乗部５に着座している使用者が左方向への並進を意図して腰を左に動かし、乗員搭乗部５を鉛直軸線に対して左側に傾動させている。

時刻ｔ＝ｔ０における使用者の腰の動作により、乗員搭乗部５（または基体２）のＸ軸回りの実際の傾斜角度θb_act_yおよび傾斜角速度ωb_act_y、ならびに、車両系全体重心のＹ軸方向の速度推定値Ｖb_estm1_yはともに正値になる（上記式（３ｂ）および図４／重心速度推定部３３参照）。その結果、第１の移動動作部３のＹ軸方向の第１目標速度Ｖw1_cmd_yは、第１の移動動作部３を左方向に並進させるように決定される（上記式（４ｂ）、図４／姿勢制御演算部３４および図５参照）。

処理部４１の不感帯に収まる程度に時刻ｔ＝ｔ０における使用者の腰の動きが緩やかである場合、目標旋回角速度ωz_cmd_gcが０に設定される。このため、第２の移動動作部４にスリップが発生しないと予測される場合、そのＹ軸方向の第２目標速度Ｖw2_cmd_yは、第１の移動動作部３のＹ軸方向の第１目標速度Ｖw1_cmd_yに一致する（以上、図８参照）。その結果、車両系全体重心が＋Ｙ軸方向に移動するように、車両１のアクチュエータ装置８ａ、８ｂおよび１７の動作が制御される。

一方、Ｖb_estm1_y（正確にはその低周波数成分）が処理部４１の不感帯から逸脱し、かつ、Ｖb_estm1_yに高周波数成分が生じる程度に時刻ｔ＝ｔ０における使用者の腰の動きが急である場合、目標旋回角速度ωz_cmd_gcが当該逸脱量に応じた正値または負値に設定され、かつ、旋回抑制係数Ｋ_ωzが０に調節される（図８ならびに図９の時刻ｔ＝ｔ０以降の一点鎖線参照）。このため、図１０の時刻ｔ＝ｔ０および時刻ｔ＝ｔ１の期間において、車両１の旋回が抑制され、車両系全体重心が＋Ｙ軸方向に並進するように車両１のアクチュエータ装置８ａ、８ｂおよび１７の動作が制御される。

これにより、使用者の意図に反して車両１の旋回を促進させるような乗員搭乗部５の傾動態様と、Ｖb_estm1_yに高周波数成分が生じるまたは多くなるような乗員搭乗部５の傾動態様とが対応付けられることにより、使用者の意図に反して車両１の旋回が促進される事態が回避される。

また、車両１が並進している場合、車両１の旋回が強く抑制される（図９／一点鎖線および二点鎖線参照）。これにより、使用者が車両１の並進を意図している蓋然性が高い状況で、その意図に反して車両１の旋回が促進される事態が回避されるので、車両操縦感の連続性が確保されうる。

そして、図１０の時刻ｔ＝ｔ１において、時刻ｔ＝ｔ０以降の車両１のＹ軸方向の並進距離が閾値以上になった場合、時刻ｔ＝ｔ１以降、車両１の旋回が促進される（図９／ｔ＝ｔ１以降の一点鎖線参照）。すなわち、Ｖb_estm1_yの低周波数成分が処理部４１の不感帯から逸脱する程度に大きい場合、これに応じたωz_cmd_gcに対して、それまでよりも値が大きい旋回抑制係数Ｋ_ωzが乗じられることにより、それまでよりも大きい補正後目標旋回角度ωz_cmd_mod_gcが決定される（図８参照）。

これにより、車両１の旋回抑制後（ｔ＝ｔ０以後）における移動距離が長くなるにつれて車両１の旋回が徐々に促進され、使用者の意図に反して車両が急に旋回する事態が回避されるので、車両操縦感の連続性が確保されうる。

また、車両１のＹ軸方向の並進速度または旋回角速度が閾値以上になった場合も車両１の旋回が促進される（図９／ｔ＝ｔ２以降の二点鎖線参照）。これにより、使用者の意図に反して車両１が急に旋回する事態が回避されるので、車両操縦感の連続性が確保されうる。

車両１が時刻ｔ＝ｔ１の状態から旋回した結果としてｔ＝ｔ３の状態に遷移した後、旋回抑制係数Ｋ_ωzが１に戻されると、Ｖb_estm1_yにおける高周波数成分の抽出結果等に基づいて上記のように車両１の動作が制御される。

以上説明した本実施形態の車両１では、乗員搭乗部５に搭乗した乗員の身体の動きに伴う該乗員搭乗部５（または基体２）の前後方向（Ｘ軸方向）の傾動に応じて、あるいは、ジョイスティック１２の前後方向の揺動操作に応じて出力される前進・後進指令に応じてＸ軸方向での車両１の並進移動を行なうことができる。

また、乗員搭乗部５に搭乗した乗員自身の重心の左右方向の移動（乗員搭乗部５に対する相対的な移動）が比較的小さく、車両系全体重心のＹ軸方向の移動速度の推定値Ｖb_estm1_xが、ゼロ近辺の所定範囲Δａ内に収まるような状況では、該乗員搭乗部５（または基体２）の左右方向（Ｙ軸方向）の微小な傾動に応じて、あるいは、ジョイスティック１２の左右方向の揺動操作に応じて出力される横移動指令に応じてＹ軸方向での車両１の並進移動を行なうことができる。

また、これらの並進移動を複合して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対して傾斜した任意の方向にも車両１の並進移動を行なうこともできる。

また、乗員搭乗部５に搭乗した乗員が、自身の重心を左右方向に比較的大きく移動させることによって、車両系全体重心のＹ軸方向の移動速度の推定値Ｖb_estm1_xが、ゼロ近辺の所定範囲Δａから逸脱した場合には、第２の移動動作部４のＹ軸方向の第２目標速度Ｖw2_cmd_yは、第２の移動動作部４のＹ軸方向の第１目標速度Ｖw1_cmd_yから、ΔＶw2_cmd_yだけずらした速度に決定される。そして、この場合、第２目標速度Ｖw2_cmd_yは、車両１を第１の移動動作部３の接地部の後方側の旋回中心回りに車両１を旋回させるような速度に決定される。

このため、乗員は、自身の重心を左右方向に動かすように上体を動かすだけで、車両１を旋回させることができる。また、この場合、乗員が自身の重心を左側に動かせば、左回りに車両１が旋回するようになり、また、乗員が自身の重心を右側に動かせば、右回りに車両１が旋回するようになる。したがって、左右方向での乗員の重心の動きと、車両１の旋回方向とが整合する。

このため、乗員は、自身の上体の左右方向の動きによって車両１を容易に旋回させることできると共に、その旋回のための操縦操作を容易に習得することができる。

また、たとえば車両１の停車状態（第１の移動動作部３および第２の移動動作部４の移動がほぼ停止した状態）で車両１の旋回（方向転換）を行なおうとした場合には、乗員の重量と、車両１の大部分の重量とを支える第１の移動動作部３が左右方向（Ｙ軸方向）に動くこととなるので、第１の移動動作部３に大きな摩擦力が作用するのを防止できる。そのため、車両１の旋回（方向転換）を円滑に行うことができる。

また、車両１を前方向（Ｘ軸の正の方向）に移動させながら、車両１の旋回を行なおうとした場合には、車両１の代表点としての車両系全体重心のＸ軸方向の移動速度の推定値Ｖb_estm1_xの大きさ（絶対値）が大きいほど、第１の移動動作部３の接地部と旋回中心との間の距離Ｌ３が小さくなるので、乗員は、車両１の旋回時の移動軌道を所望の軌道に沿わせることを容易に行なうことができる。

また、本実施形態では、第１制御処理部２４の重心ずれ推定部３５ａは、図７に示した処理によって、車両系全体重心の前記重心ずれ量Ｏfst_xyを推定する。そのため、該重心ずれ量を精度よく推定することができる。そして、この重心ずれ量Ｏfst_xyの推定値Ofst_estm_xyに応じて、前記した如く車両系全体重心の目標速度（制限後重心目標速度）Ｖb_cmd_xyが決定される。このため、前記重心ずれ量Ｏfst_xyが車両１の挙動に及ぼす影響を適切に補償することができる。

また、本実施形態の車両１では、基体２に対する第２の移動動作部４の揺動量（Ｙ軸回り方向の揺動量）が、前記ストッパ１６，１６により規定される所定の範囲内に機構的に制限されるので、特に、乗員搭乗部５が、乗員が視認し難い後方側に過剰に傾倒するのを防止することができる。

［変形態様について］
次に、以上説明した各実施形態の変形態様をいくつか説明する。

前記実施形態では、使用者の意図に反する車両旋回態様を招来する乗員搭乗部５の傾動態様と、車両系全体重心のＹ軸方向の移動速度の推定値Ｖb_estm1_y（指定状態変数の観測値）に高周波数成分（指定周波数成分）が生じる乗員搭乗部５の傾動態様とが対応付けられていた。すなわち、使用者の意図に合致する車両旋回態様を実現する乗員搭乗部５の傾動態様と、Ｖb_estm1_yに高周波数成分が生じない乗員搭乗部５の傾動態様とが対応付けられていた。

他の実施形態として、使用者の意図に合致する車両旋回態様を実現する乗員搭乗部５の傾動態様と、Ｖb_estm1_yに高周波数成分が生じる乗員搭乗部５の傾動態様とが対応付けられていてもよい。この場合、高周波数成分が抽出された場合、高周波数成分が抽出されない場合よりも旋回抑制係数Ｋ_ωzの値が大きくなるように設定される。その結果、図１０の時刻ｔ＝ｔ０における使用者の腰の動きが急である場合、車両１の旋回が促進される。

前記実施形態では、車両全体系重心のＹ軸方向の並進速度が指定状態変数として採用されたが、他の実施形態として、代替的または付加的に、車両全体系重心のＸ軸方向の並進速度、乗員搭乗部５のＸ軸またはＹ軸回りの傾斜角速度、および車両１の旋回角速度のうち少なくとも１つが指定状態変数として採用されてもよい。

指定周波数成分として高周波数成分ではなく、低周波数成分が抽出されてもよいし、高周波数帯域と低周波数帯域とに挟まれている中間周波数成分が抽出されてもよい。

前記実施形態では、指定状態変数の指令値または観測値の指定周波数成分と、車両１の並進速度または旋回角速度と、車両１の並進距離とに基づいて車両１の旋回態様が制御された。

他の実施形態として、指定状態変数の指令値または観測値の指定周波数成分と、車両１の並進速度または旋回角速度および並進距離のうち一方または両方とに基づいて車両１の旋回態様が制御されてもよい。たとえば、旋回抑制係数演算部２５４に対してＶb_estm1_yおよびその積分値の入力が省略され、Ｖb_estm1_y高周波数成分の入力に応じてＫ_ωzの値が一時的に低下するように調節されてもよい（図９／一点鎖線および二点鎖線参照）。

旋回抑制係数演算部２５４に対してＶb_estm1_yの入力が省略され、Ｖb_estm1_y高周波数成分の入力に応じてＫ_ωzの値が一時的に低下した後、車両１の移動距離（Ｖb_estm1_yの積分値）が閾値以上になった後で上昇するように調節されてもよい（図９／一点鎖線参照）。旋回抑制係数演算部２５４に対してＶb_estm1_yの積分値の入力が省略され、Ｖb_estm1_y高周波数成分の入力に応じてＫ_ωzの値が一時的に低下した後、車両１の並進速度Ｖb_estm1_yの大きさが閾値以上になった後で上昇するように調節されてもよい（図９／二点鎖線参照）。

車両１の起動時から一定時間が経過するまでの暖機運転期間に、その後の定常運転期間と比較して車両１の操縦感度を低下させるように制御装置２１が構成されていてもよい。車両１の操縦感度低下のため、たとえば、第１制御処理部２４を構成する重心目標速度決定部３２の処理部３２ｃ（図４参照）の不感帯が、暖機運転期間において一時的に広げられる。これにより、暖機運転期間に車両１が動き出す事態が回避されうる。

車両１に異常が検知された場合、車両１の操縦感度を断続的または連続的に低下させるように制御装置２１が構成されていてもよい。これにより、車両１に異常が発生したにもかかわらず、車両１がなおも継続して使用されたためにダメージが大きくなる事態が回避される。異常検知の有無または異常の種類をインジケータに表示させるまたはスピーカから音声出力させるように制御装置２１が構成されていてもよい。

異常としては、制御装置２１のノイズ由来の通信異常などのシステムエラー、車載バッテリの蓄電量の顕著な低下、車両１の構成部品の過熱、および、車両１の構成部品である電気機器への供給電流過多などがあげられる。車両１の操縦感度低下のため、たとえば、第１制御処理部２４を構成する重心目標速度決定部３２の処理部３２ｅのＸ方向およびＹ軸方向のリミット値（図４参照）、ならびに、第２制御処理部２５を構成する処理部４１のＹ軸方向のリミット値（図８参照）のうち少なくとも１つが、異常検知後に徐々に０に近づくように調節される。

車両１の異常検知後の状態変化に応じて、車両１の操縦感度を元の操縦感度に近づけるように上昇させるように制御装置２１が構成されていてもよい。これにより、異常発生後の車両１のメンテナンス場所などへの移動が可能または容易になる。

たとえば、バッテリの蓄電量低下が検知された後、使用者が乗員搭乗部５から降りたことが検知された場合、車両１の操縦感度が上昇されてもよい。車両１の構成部品の過熱が検知された後、当該構成部品の温度が正常温度に低下したことが確認された場合、車両１の操縦感度が上昇されてもよい。車両１の構成部品への供給電流過多が検知された後、当該電流が正常値に復帰したことが確認された場合、車両１の操縦感度が上昇されてもよい。

前記各実施形態では、第２制御処理部２５の処理において、旋回要求の有無、あるいは、旋回要求の度合いを判断する指標として、前記重心速度推定部３３で算出される車両系全体重心のＹ軸方向の移動速度の推定値Ｖb_estm1_yを用いるようにした。ただし、旋回要求の有無、あるいは、旋回要求の度合いを判断する指標として、Ｖb_estm1_y以外のパラメータを用いるようにしてもよい。

たとえば、図８の括弧付きの参照符号で示すように、Ｖb_estm1_yの代わりに、第１制御処理部２４の重心ずれ影響量算出部３５ｂで算出されるＹ軸方向の重心ずれ影響量Ｖofs_y（もしくは重心ずれ量推定値Ｏfst_estm_y）、あるいは、処理部３２ｅで決定されるＹ軸方向の制限後速度指令Ｖ2_cmd_y、あるいは、姿勢制御演算部３４で決定される第１の移動動作部３のＹ軸方向の第１目標速度Ｖw1_cmd_y、あるいは、第１の移動動作部３のＹ軸方向の実際の移動速度Ｖw1_act_yの観測値（たとえば電動モータ８ｂの回転速度の検出値から推定されるＶw1_act_yの値）を用いて、前記実施形態と同様に、処理部４１，４２の処理を実行することで、車両１の目標旋回角速度ωz_cmd_gcを決定するようにしてもよい。

なお、この場合、処理部４１において、その出力値をゼロとする入力パメータの値の範囲Δａ（該範囲Δａの上限値および下限値の大きさ）と、範囲Δａ外での該入力パラメータの値に変化に対する出力値の変化率とは、一般的には、各種類の入力パラメータ毎に設定される。

Ｖb_estm1_yの代わりの上記の如きパラメータを用いた場合であっても、前記実施形態と同様に、乗員の上体の左右方向の動きに応じて、車両１の旋回を行なわせることができる。

ここで、Ｖb_estm1_yの代わりに、第１制御処理部２４の重心ずれ影響量算出部３５ｂで算出されるＹ軸方向の重心ずれ影響量Ｖofs_yを用いた場合には、該Ｖofs_yは、Ｙ軸方向の重心ずれ量推定値Ｏfst_estm_yに比例するので、Ｖofs_yの応じて車両１の目標旋回角速度ωz_cmd_gcを設定するということは、Ｙ軸方向の重心ずれ量推定値Ｏfst_estm_yに応じて車両１の目標旋回角速度ωz_cmd_gcを設定することと同等である。

また、前記各実施形態では、車両１の旋回時における旋回中心と第１の移動動作部３の接地部との間の距離Ｌ３を、車両系全体重心の前後方向の移動速度の推定値（観測値）Ｖb_estm_xに応じて変化させるようにしたが、Ｌ３をあらかじめ定めた一定値にするようにしてもよい。

また、前記第１実施形態では、処理部４１の入力パラメータとしての車両系全体重心のＹ軸方向の移動速度の推定値Ｖb_estm1_yがゼロ近辺の所定範囲Δａ内の値である場合に、目標旋回角速度ωz_cmd_gcをゼロに設定するようにしたが、該入力パラメータが、所定範囲Δａ内の値である場合にも、車両１を旋回させるように目標旋回角速度ωz_cmd_gcを設定するようにしてもよい。すなわち、Δａをゼロにしてもよい。

また、前記各実施形態では、第２の移動動作部４を第１の移動動作部３の後方側に配置したものを示したが、第２の移動動作部４を第１の移動動作部３の前方側に配置するようにしてもよい。その場合には、旋回時に、第２の移動動作部４のＹ軸方向の移動速度を、第１の移動動作部３のＹ軸方向の移動速度よりも大きくすることで、車両１の旋回を行なわせることができる。

前記各実施形態では前進・後進指令と横移動指令とを出力するための操作器として、ジョイスティック１２を用いたが、ジョイスティックの代わりに、トラックボールや、タッチパッドを使用してもよく、あるいは、乗員による接触箇所を検知する荷重センサや、乗員が把持する姿勢センサ等を使用してもよい。あるいは、たとえばスマートフォン等の携帯型端末機を操作器として使用するようにすることもできる。

また、ジョイスティック１２等の操作器を省略したり、あるいは、前進・後進指令だけを出力する操作器を備えるようにしてもよい。

また、第２の移動動作部４は、オムニホイール以外の構造、たとえば、第１の移動動作部３と同様の構造のものであってもよい。

また、乗員による選択スイッチ等の操作によって、乗員が自身の身体を左右方向に動かすことで車両１の旋回を行なうようにすることと、乗員がジョイスティック等の操作器を操作することで車両１の旋回を行なうようにすることとを選択的に行なうようにすることができるようにしてもよい。

１…倒立振子型車両、２…基体、３…第１の移動動作部、４…第２の移動動作部、５…乗員搭乗部、８ａ，８ｂ…電動モータ（第１のアクチュエータ装置）、１７…電動モータ（第２のアクチュエータ装置）、２１…制御装置、２２…傾斜センサ（傾動状態検知部）、３２ａ…重心ずれ推定部（全体重心ずれ推定手段）。

Claims (7)

1. 床面上を全方位に移動可能に構成されている移動動作部（３）（４）と、
   前記移動動作部（３）（４）を駆動するアクチュエータ装置（８ａ、８ｂ）（１７）と、
   前記移動動作部（３）（４）および前記アクチュエータ装置（８ａ、８ｂ）（１７）が組み付けられた基体（２）と、
   鉛直方向に対して傾動自在に前記基体（２）に組み付けられた乗員搭乗部（５）と、
   前記乗員搭乗部（５）の傾斜状態を検知する傾斜状態検知部（２２）と、
   前記傾斜状態検知部（２２）による前記乗員搭乗部（５）の傾斜状態の検知結果に基づいて前記アクチュエータ装置（８ａ、８ｂ）（１７）の動作を制御するように構成されている制御装置（２１）と、を備えている倒立振子型車両（１）であって、
   前記制御装置（２１）が、前記傾斜状態検知部（２２）による前記乗員搭乗部（５）の傾斜状態の検知結果に応じて定まる指定状態変数の指令値または観測値の指定周波数成分を抽出し、かつ、前記指定周波数成分の抽出結果に基づいて前記車両（１）の旋回態様が制御されるように前記アクチュエータ装置（８ａ、８ｂ）（１７）の動作を制御するよう構成されていることを特徴とする倒立振子型車両。
2. 請求項１記載の倒立振子型車両において、
   前記制御装置（２１）が、前記指定周波数成分として高周波数成分を抽出した場合、前記車両（１）の旋回が抑制されるように前記アクチュエータ装置（８ａ、８ｂ）（１７）の動作を制御するよう構成されていることを特徴とする倒立振子型車両。
3. 請求項１または２記載の倒立振子型車両において、
   前記制御装置（２１）が、前記車両（１）が並進している場合、前記指定周波数成分の抽出結果に応じた前記車両（１）の旋回が抑制されるように前記アクチュエータ装置（８ａ、８ｂ）（１７）の動作を制御するよう構成されていることを特徴とする倒立振子型車両。
4. 請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の倒立振子型車両において、
   前記制御装置（２１）が、前記車両（１）の旋回抑制後における移動距離が長いほど、前記車両（１）の旋回が断続的または連続的に促進されるように前記アクチュエータ装置（８ａ、８ｂ）（１７）の動作を制御するよう構成されていることを特徴とする倒立振子型車両。
5. 請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の倒立振子型車両において、
   前記制御装置（２１）が、前記車両（１）の旋回抑制後の並進速度または旋回角速度の指令値または観測値の大きさが閾値以上になったことを要件として、前記車両（１）の旋回が連続的または断続的に促進されるように前記アクチュエータ装置（８ａ、８ｂ）（１７）の動作を制御するよう構成されていることを特徴とする倒立振子型車両。
6. 請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の倒立振子型車両において、
   前記制御装置（２１）が、前記乗員搭乗部（５）の傾動方向に対する前記車両（１）の並進速度を前記指定状態変数として用いて前記アクチュエータ装置（８ａ、８ｂ）（１７）の動作を制御するよう構成されていることを特徴とする倒立振子型車両。
7. 請求項１〜６のうちいずれか１つに記載の倒立振子型車両において、
   前記制御装置（２１）が、前記指定状態変数の指令値または観測値の前記指定周波数成分以外の周波数成分のみをフィルタ（２５１）を用いて通過させ、前記指定状態変数の指令値または観測値から前記指定周波数成分以外の周波数成分を差し引くことにより前記指定周波数成分を抽出するように構成されていることを特徴とする倒立振子型車両。

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