JP2017077743A - 倒立二輪車 - Google Patents

Abstract

【課題】訓練初期では搭乗者の両脚のうち不自由でない方の脚を優先的に利用して走行操作でき、訓練が進んで来たら不自由な方の脚も積極的に利用して走行操作できる倒立二輪車を提供する。
【解決手段】倒立二輪車は、車両本体に設けられた車輪と、車輪を駆動する駆動手段５Ｌ、５Ｒと、走行操作するための一対のステップと、車両本体の倒立状態を維持する制御を行うと共に、一方のステップの操作量及び操作方向に応じた第１制御指令に第１比率を乗算した乗算結果と、他方のステップの操作量及び操作方向に応じた第２制御指令に第２比率を乗算した乗算結果と、を加算することで、各ステップによる第１及び第２制御指令の統合制御指令を算出し、該統合制御指令に基づいて駆動手段５Ｌ、５Ｒの駆動を制御することで、倒立二輪車の並進走行及び旋回走行を制御する制御手段８と、第１及び第２比率のうち少なくとも一方を変更する比率変更手段９と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、倒立状態を維持して走行する倒立二輪車に関するものである。

搭乗者の両足を載置するための一対のステップが設けられた車両本体と、車両本体に回転可能に設けられた一対の車輪と、両足による各ステップに対する操作量及び操作方向を検出する検出手段と、車両本体の倒立状態を維持すると共に、検出手段により検出された各ステップの操作量及び操作方向に基づいて、当該移動体の走行を制御する制御手段と、を備える倒立二輪車が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１４−１８４８８９号公報

ところで、例えば、片脚の不自由な搭乗者が上記のような倒立二輪車を用いて、バランス訓練を行う場合、訓練初期において、搭乗者の両脚のうち不自由でない方の脚を優先的に利用して走行操作をできる様にしたい。そして、訓練が進んで来たら、不自由な方の脚も積極的に利用して走行操作できる様にしたいという要望がある。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、訓練初期では搭乗者の両脚のうち不自由でない方の脚を優先的に利用して走行操作でき、訓練が進んで来たら不自由な方の脚も積極的に利用して走行操作できる倒立二輪車を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、当該倒立二輪車の車両本体に回転可能に設けられた車輪と、前記車輪を駆動する駆動手段と、搭乗者が各足を載せて当該倒立二輪車の走行を操作するための一対のステップと、前記各足による前記各ステップに対する操作量及び操作方向を検出する検出手段と、前記車両本体の倒立状態を維持する制御を行うと共に、前記各ステップに対する操作量の比率を決める第１及び第２比率を設定し、前記検出手段により検出された前記一方のステップの操作量及び操作方向に応じた第１制御指令に前記第１比率を乗算した乗算結果と、前記他方のステップの操作量及び操作方向に応じた第２制御指令に前記第２比率を乗算した乗算結果と、を加算することで、前記各ステップによる第１及び第２制御指令を統合した統合制御指令を算出し、該算出した統合制御指令に基づいて前記駆動手段の駆動を制御することで、当該倒立二輪車の並進走行及び旋回走行を制御する制御手段と、前記第１及び第２比率のうち少なくとも一方を変更する比率変更手段と、を備える、ことを特徴とする倒立二輪車である。
この一態様によれば、これにより、訓練初期では搭乗者の両脚のうち不自由でない方の脚を優先的に利用して走行操作できる様、第１及び第２比率を設定でき、訓練が進んで来たら不自由な方の脚も積極的に利用して走行操作できる様、第１及び第２比率を設定できる。
この一態様において、前記搭乗者又は倒立二輪車を示す操作画像を画面上に表示すると共に、該操作画像を前記統合制御指令に移動させて表示する表示手段を更に備えていてもよい。これにより、搭乗者は、表示手段の画面の操作画像を見ることで、走行操作を容易に確認することができる。
この一態様において、前記検出手段により検出された各ステップに対する操作量と、所定閾値とを比較することで、該各ステップに対する操作量が正常又は異常であるかを判定する判定手段を更に備え、 前記制御手段は、前記判定手段による判定結果に基づいて、前記各ステップに対する操作量の比率を決める第１及び第２比率を設定してもよい。

本発明によれば、訓練初期では搭乗者の両脚のうち不自由でない方の脚を優先的に利用して走行操作でき、訓練が進んで来たら不自由な方の脚も積極的に利用して走行操作できる倒立二輪車を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る倒立二輪車の概略的な構成を示す概略図である。 本発明の実施形態１に係る倒立二輪車の概略的なシステム構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１に係る各ステップに対する操作量が正常又は異常であるかを判定する判定フローの一例を示すフローチャートである。 各ステップに対する操作量が正常又は異常であるかを判定する判定フローの一例を示すフローチャートである。 判定部の判定結果に応じた左右ステップに対する第１及び第２制御指令の第１及び第２比率の設定方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態１に係る倒立二輪車の制御処理の概略的なフローを示すフローチャートである。 図６に示す制御処理におけるデータフローを示す図である。 本発明の実施形態２に係る操作画像を表示した表示装置の一例を示す図である。 （ａ）表示装置に表示された操作画像の一例を示す図である。（ｂ）表示装置に表示された操作画像の一例を示す図である。（ｃ）表示装置に表示された操作画像の一例を示す図である。

実施形態１
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る倒立二輪車の概略的な構成を示す概略図である。本実施形態１に係る倒立二輪車１は、例えば、倒立状態を維持しつつ、搭乗者の重心移動に応じて所望の走行を行う、倒立二輪車として構成されている。例えば、搭乗者がステップ２Ｌ、２Ｒ上で前後方向に重心移動すると倒立二輪車１は前後進する。搭乗者がステップ２Ｌ、２Ｒ上で左右方向へ重心移動すると、倒立二輪車１は左右旋回する。また、搭乗者は、ステップ２Ｌ、２Ｒ上で重心移動の大きさを調整することで、倒立二輪車１の加減速度の大きさを調整することができる。例えば、脚の不自由な搭乗者は、この倒立二輪車に搭乗し、重心移動による走行操作を行うことで、バランス訓練などを行うことができる。

倒立二輪車１は、例えば、車両本体３と、車両本体３の上面に設けられ搭乗者の両足が乗る一対のステップ２Ｌ、２Ｒと、車両本体３に回転可能に設けられた一対の車輪４Ｌ、４Ｒと、を備えている。なお、一対のステップ２Ｌ、２Ｒは分割されているが、一体的に形成されていてもよい。ステップ２Ｌ、２Ｒは車両本体３に一体的に設けられており、ステップ２Ｌ、２Ｒと車両本体３とは一体的に動作する。また、上述した倒立二輪車１の構成は一例であり、これに限定されない。

図２は、本実施形態１に係る倒立二輪車の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施形態１に係る倒立二輪車１は、一対の車輪４Ｌ、４Ｒを駆動する一対の車輪駆動ユニット５Ｌ、５Ｒと、各足による各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量及び操作方向を個別に検出する操作検出部６と、各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量が正常又は異常であるかを判定する判定部７と、車両本体３の倒立状態を維持すると共に、各車輪駆動ユニット５Ｌ、５Ｒの駆動を制御し当該倒立二輪車１の並進走行及び旋回走行を制御する制御部８と、第１及び第２比率を変更する比率変更部９と、を備えている。

各車輪駆動ユニット５Ｌ、５Ｒは、駆動手段の一具体例である。各車輪駆動ユニット５Ｌ、５Ｒは、各車輪４Ｌ、４Ｒを駆動することで、車両本体３を走行させる。各車輪駆動ユニット５Ｌ、５Ｒは、例えば、電動モータと、その電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列等によって構成することができる。各車輪駆動ユニット５Ｌ、５Ｒは、駆動回路１０を介して制御部８に接続されている。各車輪駆動ユニット５Ｌ、５Ｒは、制御部８からの制御信号に応じて、各車輪４Ｌ、４Ｒを駆動する。

操作検出部６は、検出手段の一具体例である。操作検出部６は、例えば、各ステップ２Ｌ、２Ｒに設けられた複数の荷重センサの荷重値に基づいて、各足による各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量及び操作方向を個別に検出する。

例えば、操作検出部６は、右側のステップ２Ｒに設けられた各荷重センサの荷重値に基づいて、搭乗者の重心位置を算出し、算出した重心位置と予め設定された重心位置（静止かつ直立状態での重心位置）と、の差分値を算出する。そして、操作検出部６は、算出した差分値に所定係数を乗算して、右足による右ステップ２Ｒに対する操作量を算出する。
操作検出部６は、予め設定された重心位置に対する算出した重心位置のずれ方向に基づいて、右足による右ステップ２Ｒに対する操作方向を算出する。同様にして、操作検出部６は、左側のステップ２Ｌに設けられた各荷重センサの荷重値に基づいて、左足による左ステップ２Ｌに対する操作量及び操作方向を算出する。操作量とは、例えば、上記のような重心位置の差分値の絶対量に応じて決められる量である。また、操作方向とは、例えば、上記のような予め設定された重心位置に対する算出した重心位置の方向に応じて決められる方向である。

なお、上述した各足による各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量及び操作方向の検出方法は、一例であり、これに限定されない。例えば、各ステップ２Ｌ、２Ｒがバネ機構を介して倒立二輪車１のロール方向、及びピッチ方向に独立して傾斜する傾斜構造を有していてもよい。この傾斜構造は、例えば、各ステップ２Ｌ、２Ｒを、ロール方向、及びピッチ方向で各足の荷重方向に独立して傾斜させ、荷重が掛からない状態で中立位置（水平位置）に弾性的に戻す機構である。この場合、操作検出部６は、各ステップ２Ｌ、２Ｒに設けられた角度センサを用いて各ステップ２Ｌ、２Ｒの中立位置からのロール方向及びピッチ方向の傾斜角を検出する。そして、操作検出部６は、検出したロール方向及びピッチ方向の傾斜角に応じた量を各足による各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量として検出する。操作検出部６は、検出したロール方向及びピッチ方向の傾斜角の方向を各足による各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作方向として検出する。

判定部７は判定手段の一具体例である。判定部７は、操作検出部６により検出された各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量と、所定の閾値とを比較して、該各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量が正常又は異常であるかを判定する。

図３は、本実施形態に係る各ステップに対する操作量が正常又は異常であるかを判定する判定フローの一例を示すフローチャートである。
操作検出部６は、各足による各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量及び操作方向を個別に検出し、判定部７に出力する（ステップＳ１０１）。

判定部７は、操作検出部６により検出された各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量と、予め設定された操作不可判定閾値Ａと、を比較して該各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量が正常又は異常であるかを判定する（ステップＳ１０２）。

例えば、判定部７は、該各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量が操作不可判定閾値（Ａ＝０）のとき、ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量が異常であると判定し（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、足がステップ２Ｌ、２Ｒから離れている（操作不可）と判断する（ステップＳ１０３）。また、判定部７は、該各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量が操作不可判定閾値Ａ以上のとき、ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量が異常であると判定し（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、足がステップ２Ｌ、２Ｒ上で動かせない状態（操作不可）と判断する（ステップＳ１０３）。

さらに、判定部７は、操作検出部６により検出された各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量の平均値が一定時間以上、閾値Ｂ以下にあるか否かを判定することで、ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量が異常であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。判定部７は、操作検出部６により検出された各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量の平均値が一定時間以上、閾値Ｂ以下にあるとき、ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量が異常であると判定し（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、各足による各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量が不自然な状態で固まっている（非操作）と判断する（ステップＳ１０５）。一方、判定部７は、操作検出部６により検出された各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量の平均値が一定時間以上、閾値Ｂ以下にないとき、ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量が正常であると判定し（ステップＳ１０４のＮＯ）、正常に操作中と判断する（ステップＳ１０６）。

なお、判定部７は、操作検出部６により検出された各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量の分散値が一定時間以上、閾値以下にあるとき、ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量が異常であると判定し（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、各足による各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量が不自然な状態で固まっている（非操作）と判断してもよい（ステップＳ１０５）。上記各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量が正常又は異常であるかの判定フローは一例であり、これに限定されない。

例えば、図４に示すような判定フローを用いて、各ステップに対する操作量が正常又は異常であるかを判定してもよい。
操作検出部６は、初期における、各足による各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する初期操作量Ｘ及び操作方向を検出し、判定部７に出力する（ステップＳ２０１）。

その後、操作検出部６は、各足による各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量Ｙ及び操作方向を検出し、判定部７に出力する（ステップＳ２０２）。

判定部７は、初期操作量Ｘと操作量Ｙとを比較し、初期操作量Ｘと操作量Ｙとの差が所定値Ａ以上となることが所定回数Ｂ以上あるか否かを判定することで、各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量が正常又は異常であるかを判定する（ステップＳ２０３）。判定部７は、初期操作量Ｘと操作量Ｙとの差が所定値Ａ以上となることが所定回数Ｂ以上にないとき、ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量が異常であると判定し（ステップＳ２０３のＮＯ）、足がステップ２Ｌ、２Ｒから離れている状態、又は、足がステップ２Ｌ、２Ｒ上で動かせない状態（操作不可）と判定する（ステップＳ２０４）。

なお、判定部７は、初期操作量Ｘと、操作量Ｙの分散値あるいは平均値と、の差が所定値Ａ以上となることが所定回数Ｂ以上あるか否かを判定することで、各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量が正常又は異常であるかを判定してもよい（ステップＳ２０３）。

続いて、判定部７は、操作量Ｙが一定時間以上、閾値Ｃ以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０５）。判定部７は、操作量Ｙが一定時間以上、閾値Ｃ以下であると判定したとき、ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量が異常であると判定し（ステップＳ２０５のＹＥＳ）、各足による各ステップに対する操作量が不自然な状態で固まっている（非操作）と判断する（ステップＳ２０６）。一方、判定部７は、操作量Ｙが一定時間以上、閾値Ｃ以下でないと判定したとき、ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量が正常であると判定し（ステップＳ２０５のＮＯ）、各足による各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量が不自然な状態で固まっている（非操作）と判断する（ステップＳ２０７）。

判定部７は、上記のように、各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量が正常又は異常であるかを判定し、その判定結果を制御部８に出力する。
制御部８は、制御手段の一具体例である。なお、制御部８、操作検出部６、及び判定部７は、例えば、演算処理等を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵによって実行される演算プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）からなるメモリ、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）などからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ、メモリ及びインターフェイス部は、データバスなどを介して相互に接続されている。

制御部８は、車両本体３の倒立状態を維持するように各車輪駆動ユニット５Ｌ、５Ｒの駆動を制御する。
さらに、制御部８は、判定部７による判定結果に基づいて、各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量の比率を決める第１及び第２比率を設定する。制御部８は、操作検出部６により検出された一方（左）のステップ２Ｌに対する操作量及び操作方向に応じた左ステップ２Ｌの第１制御指令を算出する。制御部８は、操作検出部６により検出された他方（右）のステップ２Ｒに対する操作量及び操作方向に応じた右ステップ２Ｒの第２制御指令を算出する。そして、制御部８は、第１制御指令に第１比率を乗算した乗算結果と、第２制御指令に第２比率を乗算した乗算結果と、を加算することで、左右ステップ２Ｌ、２Ｒによる第１及び第２制御指令を統合した統合制御指令を算出する。制御部８は、算出した統合制御指令に基づいて、各車輪駆動ユニット５Ｌ、５Ｒの駆動を制御し当該倒立二輪車１の並進走行及び旋回走行を制御する。

本実施形態１においては、上述の如く、各ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量及び操作方向を個別に検出し、その第１及び第２制御指令を個別に算出している。このため、一方の脚が機能しなくなり、その一方のステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量及び操作方向が検出されない場合でも、他方のステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量及び操作方向を検出し、その制御指令を算出することで、その他方の脚により走行操作が可能となる。したがって、片脚が使えない場合でも、倒立二輪車１を安全に操作し、停止させることができる。

次に、左右ステップに対する第１及び第２制御指令の第１及び第２比率の設定方法について一例を挙げて詳細に説明する。図５は、判定部の判定結果に応じた左右ステップに対する第１及び第２制御指令の第１及び第２比率の設定方法を示すフローチャートである。
図５に示すように、制御部８は、判定部７により判定された判定結果（左右ステップ２Ｌ、２Ｒの操作量及び操作方向が異常又は正常）に従がって、下記のように左右ステップ２Ｌ、２Ｒに対する第１及び第２制御指令の第１及び第２比率を設定する。

（ケース１）
制御部８は、左右ステップ２Ｌ、２Ｒの操作量及び操作方向が正常であると判定した場合、左右ステップ２Ｌ、２Ｒによる第１及び第２制御指令の第１及び第２比率をａに設定する。なお、比率ａは、正常動作で設定される比率であり、例えば、０．５（５０％）（第１及び第２制御指令が均等の比率）が設定されている。
この場合、第１及び第２制御指令を統合した統合制御指令は、第１及び第２制御指令が均等に反映された制御指令となる。

（ケース２）
制御部８は、左ステップ２Ｌの操作量及び操作方向が正常、右ステップ２Ｒの操作量及び操作方向が異常と判定した場合、左ステップ２Ｌによる第１制御指令の第１比率をｂに設定し、右ステップ２Ｒによる第２制御指令の第２比率をｃに設定する。比率ｂは、片脚での走行操作が可能なように、比率ａ（正常動作の比率）より大きな値が設定されている。一方、比率ｃは、操作不可あるいは非操作（固着状態）と判断されるため、比率ａ（正常動作の比率）よりも小さな値が設定されている。
この場合、正常と判定された左ステップ２Ｌによる第１制御指令の比率が高くなり、異常と判定された右ステップ２Ｒによる第２制御指令の比率が低くなる。したがって、第１及び第２制御指令を統合した統合制御指令は、第２制御指令よりも第１制御指令をより大きく反映した制御指令となる。

（ケース３）
制御部８は、左ステップ２Ｌの操作量及び操作方向が異常、右ステップ２Ｒの操作量及び操作方向が正常と判定した場合、左ステップ２Ｌによる第１制御指令の第１比率をｃに設定し、右ステップ２Ｒによる第１制御指令の第１比率をｂに設定する。
この場合、異常と判定された左ステップ２Ｌによる第１制御指令の比率が低くなり、正常と判定された右ステップ２Ｒによる第２制御指令の比率が高くなる。したがって、第１及び第２制御指令を統合した統合制御指令は、第１制御指令よりも第２制御指令をより大きく反映した制御指令となる。

（ケース４）
制御部８は、左右ステップ２Ｌ、２Ｒの操作量及び操作方向が異常であると判定した場合、左右ステップ２Ｌ、２Ｒによる第１及び第２制御指令の第１及び第２比率をｄに設定する。比率ｄは、搭乗者に操作意思がないとみなして、比率ａよりも小さい、略比率ｃと同一の値又はｃよりも小さい値が設定されている。
（比率ｂ＞比率ａ＞比率ｃ≒又は＞比率ｄ）なお、比率ｄに比率ｂと略同一に設定してもよい。比率ａ、ｂ、ｃ、及びｄの値は、予めメモリなどに記憶されている。
以上のように、本実施形態において、左右ステップの操作量からその異常及び正常を判定し、その判定結果に応じて、左右ステップ２Ｌ、２Ｒによる第１及び第２制御指令の第１及び第２比率を設定する。これにより、元々片脚が上手く機能せず、左右の操作量が異なる搭乗者は、正常に機能する片脚を主体とした、走行操作を行うことができる。

例えば、比率ａ＝０．５（５０％）、比率ｂ＝１（１００％）、比率ｃ＝０（０％）、比率ｄ＝０．１（１０％）又は１（１００％）に設定する。

（ケース１）
・左右脚が正常な健常者
左ステップ２Ｌによる第１制御指令の第１比率５０％、および、右ステップ２Ｒによる第２制御指令の第２比率５０％、によって統合制御指令を生成する。

（ケース２）
・右脚が使えない異常者
左ステップ２Ｌによる第１制御指令の第１比率１００％、および、右ステップ２Ｒによる第２制御指令の第２比率０％、によって統合制御指令を生成する。

（ケース３）
・左脚が使えない異常者
左ステップ２Ｌによる第１制御指令の第１比率０％、右ステップ２Ｒによる第２制御指令の第２比率１００％、によって統合制御指令を生成する。

（ケース４）
・両脚を使おうとしない異常者
左ステップ２Ｌによる第１制御指令の第１比率１０％、右ステップ２Ｒによる第２制御指令の第２比率１０％、によって統合制御指令を生成する。
（この場合、第１及び第２制御指令の比率を下げて、急激な動作を防止する。この場合、統合制御指令の大きさを２０％に減少させ、正常時の２０％の操作感度に下げる）
・両脚が使えない異常者
左ステップ２Ｌによる第１制御指令の第１比率１００％、右ステップ２Ｒによる第２制御指令の第２比率１００％、によって統合制御指令を生成する。
（この場合、脚が少しでも動けば、走行操作できるように、統合制御指令の大きさを２倍にし、正常時の２倍に操作感度に上げる）

図６は、上述した本実施形態１に係る倒立二輪車の制御処理の概略的なフローを示すフローチャートである。図７は、図６に示す制御処理におけるデータフローを示す図である。
操作検出部６は、（左操作量検出処理）において、左足による左ステップ２Ｌに対する操作量及び操作方向を検出する（ステップＳ３０１）。

操作検出部６は、（右操作量検出処理）において、右足による右ステップ２Ｒに対する操作量及び操作方向を検出する（ステップＳ３０２）。
判定部７は、（左操作判定処理）において、左ステップ２Ｌに対する操作量が正常又は異常であるかを判定する（ステップＳ３０３）。

判定部７は、（右操作判定処理）において、右ステップ２Ｒに対する操作量が正常又は異常であるかを判定する（ステップＳ３０４）。
制御部８は、（操作量割合調整処理）において、操作検出部６により検出された左右ステップ２Ｌ、２Ｒに対する操作量及び操作方向に応じた左右ステップ２Ｌ、２Ｒの第１及び第２制御指令を算出する。制御部８は、判定部７による判定結果に基づいて、第１制御指令に第１比率を乗算した乗算結果と、第２制御指令に第２比率を乗算した乗算結果と、を加算することで、左右ステップ２Ｌ、２Ｒによる第１及び第２制御指令を統合した統合制御指令を算出する（ステップＳ３０５）。

制御部８は、（並進・旋回指令演算処理）において、算出した統合制御指令に基づいて、倒立二輪車１の並進走行及び旋回走行させるための並進・旋回指令値を生成する（ステップＳ３０６）。なお、図５に示す処理フローにおいて、（左操作量検出処理）、（左操作判定処理）、（右操作量検出処理）、（右操作判定処理）、（操作量割合調整処理）、（並進・旋回指令演算処理）の順で、各処理を実行してもよい。

ところで、例えば、片脚の不自由な搭乗者が倒立二輪車を用いて、バランス訓練を行う場合、訓練初期において、搭乗者の両脚のうち不自由でない方の脚を優先的に利用して走行操作をできる様にしたい。そして、訓練が進んで来たら、不自由な方の脚も積極的に利用して走行操作できる様にしたいという要望がある。

これに対して、本実施形態において、制御部８は、一方のステップの操作量及び操作方向に応じた第１制御指令に第１比率を乗算した乗算結果と、他方のステップの操作量及び操作方向に応じた第２制御指令に第２比率を乗算した乗算結果と、を加算することで、各ステップによる第１及び第２制御指令を統合した統合制御指令を算出し、該算出した統合制御指令に基づいて車輪駆動ユニットの駆動を制御することで、当該倒立二輪車の並進走行及び旋回走行を制御する。そして、比率変更部により第１及び第２比率のうち少なくとも一方を変更する。

これにより、訓練初期では搭乗者の両脚のうち不自由でない方の脚を優先的に利用して走行操作できる様、第１及び第２比率を設定でき、訓練が進んで来たら不自由な方の脚も積極的に利用して走行操作できる様、第１及び第２比率を設定できる。

比率変更部９は、比率変更手段の一具体例である。比率変更部９は、ユーザの変更操作（端末からの入力操作、キー操作、マウス操作など）に応じて、メモリに記憶された第１及び第２比率のうち少なくとも一方を変更する。

なお、本実施形態に係る倒立二輪車１において、比率変更部９により第１及び第２制御指令の第１及び第２比率を変更することで、正常に機能する脚による制御指令と、正常に機能しない脚による制御指令と、の比率を調整できる。例えば、リハビリ訓練では、訓練初期では、正常に機能する脚による制御指令の比率を高く、そして、訓練が進むにつれて、正常に機能しない脚による制御指令の比率を高くするのが好ましい。これにより、訓練初期では搭乗者の両脚のうち不自由でない方の（正常に機能する）脚を優先的に利用して走行操作でき、訓練が進んで来たら不自由な方の（正常に機能しない）脚も積極的に利用して走行操作できる。すなわち、制御指令の比率を設定することで、訓練初期から訓練後期に行くに従がって、正常に機能する脚を主体とした走行操作から、正常に機能しない脚を用いた走行操作に、徐々に切替える訓練を行うことができ、訓練効果の向上に繋がる。
例えば、（ケース２）のような右脚が使えない異常者の場合、以下のように、左右ステップ２Ｌ、２Ｒによる第１及び第２制御指令の第１及び第２比率を設定する。

（１）訓練初期
搭乗者が、正常に機能する左脚での走行操作を行いその操作感覚をつかんでもらうために、左ステップ２Ｌによる第１制御指令の第１比率ｂ＝１００％、右ステップ２Ｒによる第２制御指令の第２比率ｃ＝０％に設定する。

（２）訓練中期
搭乗者が、正常に機能する左脚から、少しずつ正常に機能しない右脚でも走行操作を行うことができるように、左ステップ２Ｌによる第１制御指令の第１比率ｂ＝７０％、右ステップ２Ｒによる第２制御指令の第２比率ｃ＝３０％に設定する。

（３）訓練後期
搭乗者が、両脚が正常に機能するものとして、走行操作を行うことができるように、左ステップ２Ｌによる第１制御指令の第１比率ｂ＝５０％、右ステップ２Ｒによる第２制御指令の第２比率ｃ＝５０％に設定する。
なお、集中的なリハビリ訓練として、以下のように、左右ステップ２Ｌ、２Ｒによる第１及び第２制御指令の第１及び第２比率を設定してもよい。

（４）集中リハビリ訓練
正常に機能しない右脚を主体として走行操作を行い、正常に機能しない右脚を集中的に訓練したい場合、左ステップ２Ｌによる第１制御指令の第１比率ｂ＝３０％、右ステップ２Ｒによる第２制御指令の第２比率ｃ＝７０％に設定する。
なお、同様にして、（ケース３）及び（ケース４）の場合についても、左右ステップ２Ｌ、２Ｒによる第１及び第２制御指令の第１及び第２比率を設定し、リハビリ訓練を行うことができる。
以上のように、本実施形態に係る倒立二輪車１において、比率変更部９により第１及び第２制御指令の第１及び第２比率を変更することで、正常に機能する脚による制御指令と、正常に機能しない脚による制御指令と、の比率を調整できる。これにより、訓練初期では搭乗者の両脚のうち正常に機能する脚を優先的に利用して走行操作でき、訓練が進んで来たら正常に機能しない脚も積極的に利用して走行操作できる。そして、正常に機能する脚を主体とした走行操作から、正常に機能しない脚を用いた走行操作に、徐々に切替えて、より効果的なリハビリ訓練を行うことができる。

実施形態２
本発明の実施形態２において、搭乗者又は倒立二輪車を示す操作画像を表示装置１１の画面１１１上に表示し、搭乗者はその表示装置１１に表示された操作画像を見て倒立二輪車１の走行操作を行ってもよい（図８）。搭乗者は、表示画面の操作画像を見ることで、走行操作を容易に確認することができる。

表示装置１１は表示手段の一具体例である。表示装置１１は制御部８に有線又は無線で接続されている。制御部８は、算出した統合制御指令（前進、後進、右旋回、左旋回など）を表示装置１１に送信する。表示装置１１は、搭乗者又は倒立二輪車１を示す操作画像をその統合制御指令に従って、画面上で移動させて表示する。なお、表示装置１１は、搭乗者又は倒立二輪車１を示す操作画像と共に、その統合制御指令が示す画像（前後方向の矢印、左右旋回方向の矢印など）を画面上に表示していてもよい。操作画像は、搭乗者又は倒立二輪車１を示すものであれば、任意の形状の画像でよい。

表示装置１１は、例えば、液晶ディスプレイ装置や有機ＥＬディスプレイ装置である。表示装置１１は、例えば、２次元又は３次元の操作画像を画面上に表示する。例えば、図９（ａ）に示す如く、表示装置１１は、操作画像を統合指令に応じて、画面１１１上で上下方向及び左右方向に移動させる。図９（ｂ）に示す如く、表示装置１１は、操作画像を統合指令に応じて、画面１１１上で左右方向のみに移動させる。図９（ｃ）に示す如く、表示装置１１は、操作画像を統合指令に応じて、画面１１１上で前後方向のみに移動させる。

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。

１ 倒立二輪車、２Ｌ、２Ｒ ステップ、３ 車両本体、４Ｌ、４Ｒ 車輪、５Ｌ、５Ｒ 車輪駆動ユニット、６ 操作検出部、７ 判定部７、８ 制御部、９ 比率変更部、１０ 駆動回路、１１ 表示装置

Claims (1)

1. 当該倒立二輪車の車両本体に回転可能に設けられた車輪と、
   前記車輪を駆動する駆動手段と、
   搭乗者が各足を載せて当該倒立二輪車の走行を操作するための一対のステップと、
   前記各足による前記各ステップに対する操作量及び操作方向を検出する検出手段と、
   前記車両本体の倒立状態を維持する制御を行うと共に、前記各ステップに対する操作量の比率を決める第１及び第２比率を設定し、前記検出手段により検出された前記一方のステップの操作量及び操作方向に応じた第１制御指令に前記第１比率を乗算した乗算結果と、前記他方のステップの操作量及び操作方向に応じた第２制御指令に前記第２比率を乗算した乗算結果と、を加算することで、前記各ステップによる第１及び第２制御指令を統合した統合制御指令を算出し、該算出した統合制御指令に基づいて前記駆動手段の駆動を制御することで、当該倒立二輪車の並進走行及び旋回走行を制御する制御手段と、
   前記第１及び第２比率のうち少なくとも一方を変更する比率変更手段と、
   を備える、ことを特徴とする倒立二輪車。

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