JP5398445B2

JP5398445B2 - 全方向移動車両

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Publication number: JP5398445B2
Application number: JP2009217791A
Authority: JP
Inventors: 透竹中
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-09-18
Also published as: US8267213B2; JP2011063204A; US20110067940A1

Description

本発明は、倒立振子型の全方向移動車両に関する。

従来、例えば下記特許文献１に記載されているように、全方向移動式の台車が提案されている。詳しく説明すると、この台車には、メカナムホイールからなる４個の車輪と、これらの車輪を車輪軸回りに回転駆動する駆動機構と、その駆動機構を制御する制御手段と、複数の車輪が取り付けられていると共に搭乗者の荷重を受ける車体と、が備えられている。上記した車輪（メカナムホイール）は、路面に対して略垂直に配設されていると共に車輪軸回りに回転可能な回転体と、その回転体の外周部に全周に亘って等間隔に配設された複数のフリーローラと、を備えている。これら複数のフリーローラは、上記した車輪軸に対して４５度傾斜した軸線（回転軸）回りに回転自在な部材であり、回転体の回転に伴い回転体の下端に移動した時点で路面に接地する部材である。また、上記した駆動機構は、各車輪の車輪軸にそれぞれ設けられたモータからなり、上記した制御手段は、車体に作用する外力を検出するセンサからの検出結果に基づいて前記モータの回転角度を個別に制御するものである。上記した構成からなる台車によれば、制御手段によって各モータの回転角度をそれぞれ制御することにより、台車を任意の方向及び速度で移動させることができる。

一方、従来より、搭乗者の体重移動による直感的操作によって操縦可能な倒立振子型の車両が提供されている。この車両は、左右方向に並列に配設された一対の車輪と、これら一対の車輪を個別に回転駆動する駆動機構と、その駆動機構を制御する制御手段と、一対の車輪が取り付けられた車体と、を備えている。この車両によれば、前記した車体に搭乗した搭乗者の体重移動に応じて制御手段が駆動機構を制御することで、一対の車輪が個別に回転駆動し、前後移動、方向転換及び速度調整が行われる。

特開２００４−３４４４３５号公報

ところで、近年、上記した倒立振子型の車両に上記したメカナムホイールを組み合わせた倒立振子型の全方向移動車両の開発が進められている。
しかしながら、倒立振子型車両の車輪として上記したメカナムホイールを用いると、走行中に路面の凹凸等で片側の車輪が空転したときに進行方向が変化するおそれがあり、走行時の操縦安定性と乗り心地に問題が生じる。特に、一対の車輪の後方に補助輪が配設され、また、両側の車輪に設けられたフリーローラが、接地部分において、それらの回転軸の間隔が補助輪側（後方側）に向かうに従い漸次拡幅する向きに配置されている場合、補助輪の接地点から上記した回転軸（路面に接地するフリーローラの回転軸）の延長線までの垂直距離が長くなるため、走行中に一方側の車輪が空転したときに他方側の車輪に作用するモーメントが大きくなり、補助輪を支点にして旋回しやすい。

また、両側の車輪のフリーローラが接地部分において上記した向きに配置されている場合、前進中に一方側の車輪が空転すると、他方側の車輪のみに前方斜め一方側のベクトルの横力が作用するので、車両は一方側に旋回する。このとき、遠心力によって一方側（空転側）の車輪への荷重が低減されるので、一方側の車輪が空転した状態から復帰しにくい。

本発明は、上述した従来の問題を鑑みて、高い操縦安定性と優れた乗り心地を実現できる倒立振子型の全方向移動車両を提供することを目的としている。

本発明に係る全方向移動車両は、並列に配設された一対の車輪と、該一対の車輪を個別に車輪軸回りに回転駆動する駆動機構と、該駆動機構を制御する制御手段と、前記車輪より前記車輪軸の直交方向に離間した位置に配設された補助輪と、前記一対の車輪が取り付けられていると共に重量物の荷重を受ける車体と、を備える倒立振子型の全方向移動車両において、前記車輪には、前記車輪軸回りに回転可能な回転体と、該回転体の外周部に全周に亘って配設されていると共に該回転体の下端位置において路面に接地され、前記車輪軸に対して傾斜した回転軸回りに回転自在な複数のフリーローラと、が備えられており、前記路面に接地する接地部分における両側の前記フリーローラは、各々の前記回転軸が前記路面と平行にそれぞれ延在すると共に当該回転軸の間隔が前記補助輪側に向かうに従い漸次縮幅する向きに配置されていることを特徴としている。

このような特徴により、補助輪の接地点から、路面に接地するフリーローラの回転軸の延長線までの垂直距離が短くなる。このため、走行中に一方側の車輪が空転したときに他方側の車輪に作用するモーメントが小さくなり、補助輪を支点にした旋回動作が生じにくい。また、補助輪から見た一対の車輪側の方向に向かって走行する際、一方側の車輪が空転すると、他方側の車輪における斜め他方側のベクトルのみが作用するので、車両は他方側に旋回する。このとき、遠心力によって一方側（空転側）の車輪への荷重が増大するので、一方側の車輪が空転した状態から復帰しやすい。

本発明に係る全方向移動車両によれば、一方の車輪が空転しても旋回しにくく、しかも、その空転した一方の車輪が接地位置に復帰しやすいので、高い操縦安定性と優れた乗り心地を実現することができる。

本発明に係る実施形態を説明するための全方向移動車両の正面図である。本発明に係る実施形態を説明するための全方向移動車両の側面図である。本発明に係る実施形態を説明するための全方向移動車両の下部を拡大した正面図である。図１に示す矢印Ａの矢視図である。

以下、本発明に係る全方向移動車両の実施の形態について、図面に基いて説明する。

まず、本実施の形態における全方向移動車両の構成について説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態における全方向移動車両（以下、単に「車両１」と記す。）は、路面Ｓ上を全方向（前後方向及び左右方向を含む２次元的な全方向）に移動可能な車両であって、当該車両１に乗車した搭乗者が任意の方向および大きさの体重移動を行うことによって、その体重移動の程度に比例した速度で体重移動の方向に向かって走行する倒立振子型の電動車両である。この車両１の概略構成としては、並列に配設された一対の車輪２Ｒ，２Ｌと、これら一対の車輪２Ｒ，２Ｌを駆動させる動力を該車輪２Ｒ，２Ｌにそれぞれ付与して一対の車輪２Ｒ，２Ｌを個別に車輪軸Ｏ回りに回転駆動する駆動機構３Ｒ，３Ｌと、上記した一対の車輪２Ｒ，２Ｌの後方に配設された補助輪４と、上記した一対の車輪２Ｒ，２Ｌが取り付けられていると共に搭乗者（本発明の重量物に相当する。）の荷重を受ける車体５と、上記した駆動機構３を制御する制御手段６と、を備えている。

ここで、本実施形態の説明では、「左右方向」及び「前後方向」は、それぞれ、車体５に標準的な姿勢で搭乗した搭乗者の上体の左右方向及び前後方向に一致もしくは略一致する方向を意味する。なお、「標準的な姿勢」は、車体５に関して設計的に想定されている姿勢であり、搭乗者の上体の体幹軸を概ね上下方向に向け、且つ、上体を捻ったりしていない姿勢である。すなわち、図１における横方向（Ｙ軸）が車両１の「左右方向」であり、図１における左側が車両１の「右側」であり、図１における右側が車両１の「左側」である。また、図２における横方向（Ｘ軸）が車両１の「前後方向」であり、図２における左側が車両１の「前側」であり、図２における右側が車両１の「後側」である。また、図１、図２における縦方向（Ｚ軸）が車両１の「鉛直方向」であり、図１、図２における上側が車両１の「上方」であり、図１、図２における下側が車両１の「下方」である。さらに、本実施形態の説明では、参照符号に付する添え字「Ｒ」，「Ｌ」は、それぞれ車両１の右側、左側に対応するものという意味で使用する。また、「路面Ｓ」は、車両１が走行する走行路の表面であり、屋外の路面だけでなく、例えば建物の床面などのような屋内の路面も含む。

車体５は、金属製の骨格部材であるフレーム５０と、そのフレーム５０に取り付けられたサドル５１と、を備えている。
フレーム５０の概略構成としては、上記した一対の車輪２Ｒ，２Ｌ、駆動機構３Ｒ，３Ｌ及び補助輪４が組み付けられた基台５２と、基台５２から上方に向けて立設された支柱５３と、を備える。基台５２は、一対の車輪２Ｒ，２Ｌ、駆動機構３Ｒ，３Ｌ及び補助輪４を支持する支持部であると共に車輪２Ｒ，２Ｌ及び駆動機構３Ｒ，３Ｌを覆う外装体（カバー）であり、縦断面視略逆Ｕ字状に形成されている。詳しく説明すると、基台５２には、車輪２Ｒ，２Ｌを上方から覆う天板部５４と、天板部５４の左右両側の端部からそれぞれ垂下されて車輪２Ｒ，２Ｌを左右両側から覆う一対の側板部５５Ｒ，５５Ｌと、が備えられている。支柱５３は、天板部５４の上面から立設された角筒部材であり、上方に向かって後方側に傾斜されている。また、側板部５５Ｒ，５５Ｌのそれぞれの外面部には、搭乗者の足を載せるステップ７Ｒ，７Ｌが各々、右向き、左向きに張り出すように突設されている。

上記した支柱５３の上部には、前方側に張り出したサドルブラケット５６が固定され、このサドルブラケット５６上にサドル５１が装着されている。サドル５１は、搭乗者が着座する着座部であって、搭乗者の荷重を受ける荷重受け部である。すなわち、本実施形態における車両１は、搭乗者がサドル５１に着座した姿勢で路面Ｓ上を移動するものである。
また、上記した支柱５３の上部には、該支柱５３から前方側に張り出してサドル５１の左右両側にそれぞれ配設されたグリップバー５７Ｒ，５７Ｌが固定され、これら両側のグリップバー５７Ｒ，５７Ｌの先端にグリップ５８Ｒ，５８Ｌがそれぞれ設けられている。

一方、一対の車輪２Ｒ，２Ｌは、上記した基台５２の内側（一対の側板部５５Ｒ，５５Ｌの間）にそれぞれ配置されており、互いに左右に対向配置されていると共に各々の車輪軸Ｏが同一線上に延在されている。詳しく説明すると、図３に示すように、車輪２Ｒ，２Ｌには、路面Ｓに対して略垂直に配設された回転体２０Ｒ，２０Ｌと、その回転体２０Ｒ，２０Ｌの外周部に全周に亘って等間隔に配設された複数のフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌと、が備えられている。

回転体２０Ｒ，２０Ｌは、車輪軸Ｏ回りに環状に連設された複数の平面部２０ａが外周面に形成された正多角形状の車輪本体であり、上記した側板部５５Ｒ，５５Ｌの内面と平行に配置されている。この回転体２０Ｒ，２０Ｌの中心部分には、車輪軸Ｏを中心軸線とする軸部材２２Ｒ，２２Ｌが設けられており、回転体２０Ｒ，２０Ｌは、上記した軸部材２２Ｒ，２２Ｌを介して側板部５５Ｒ，５５Ｌに回転可能に支持されて車輪軸Ｏ回りに回転可能になっている。なお、上記した複数の平面部２０ａは、回転体２０Ｒ，２０Ｌの径方向（車輪軸Ｏに直交する方向）に垂直にそれぞれ形成されている。

フリーローラ２１Ｒ，２１Ｌは、回転軸ＰＲ，ＰＬ回りに回転自在な円柱体であり、回転体２０Ｒ，２０Ｌの各平面部２０ａにそれぞれ１つずつ配設されている。このフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌは、回転体２０Ｒ，２０Ｌの回転に伴い回転体２０Ｒ，２０Ｌの下端まで移動したところで路面Ｓに接地される接地部材であり、回転体２０Ｒ，２０Ｌの下端位置におけるフリーローラ２１Ｒ´，２１Ｌ´を介して車両１が路面Ｓ上に支持される。

また、フリーローラ２１Ｒ，２１Ｌは、図２に示すように回転体２０Ｒ，２０Ｌの径方向に沿って突設されていると共に、図３に示すように回転体２０Ｒ，２０Ｌの軸方向に対して斜めに配設されており、フリーローラ２１Ｒ，２１Ｌの回転軸ＰＲ，ＰＬは、平面部２０ａに対して平行に延在すると共に車輪軸Ｏに対して傾斜されている。詳しく説明すると、図４に示すように、両側のフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌは、図１に示す路面Ｓに接地する接地部分（回転体２０Ｒ，２０Ｌの下端位置）に配置されたとき、各々の回転軸ＰＲ，ＰＬが路面Ｓと平行にそれぞれ延在すると共に当該回転軸ＰＲ，ＰＬの間隔（図４においてＷ１、Ｗ２で示す間隔）が補助輪４側（後方側）に向かうに従い漸次縮幅する向きに配置されている。つまり、フリーローラ２１Ｒ，２１Ｌは、その回転軸ＰＲ，ＰＬの角度方向が、接地部分において、車輪軸Ｏに対して補助輪４が備えられた方向とは逆の方向と車輪軸Ｏの間に入るように取り付けられており、複数のフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌのうち、路面Ｓに接地する接地部分におけるフリーローラ２１Ｒ´，２１Ｌ´の回転軸ＰＲ，ＰＬは、平面視において、左右方向の外側から内側に向かって補助輪４側（後方側）に傾斜されている。言い換えると、例えば車輪２Ｒ，２Ｌ（回転体２０Ｒ，２０Ｌ）が前進方向に回転した場合に、路面Ｓに接地する両側のフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌに作用する横力が外側を向くように、つまり、右側のフリーローラ２１Ｒの横力が右方向に、左側のフリーローラ２１Ｌが左方向に向くように、複数のフリーローラ２１Ｒ，２１がそれぞれ取り付けられている。

駆動機構３Ｒ，３Ｌは、動力源３０Ｒ，３０Ｌと、その動力源３０Ｒ，３０Ｌによって出力された動力を上記した車輪２Ｒ，２Ｌに伝達する動力伝達手段３１Ｒ，３１Ｌと、を備えている。
動力源３０Ｒ，３０Ｌは、トルクを出力する電動モータであり、上記した基台５２の内側に配設されている。詳しく説明すると、動力源３０Ｒ，３０Ｌは、上記した車輪２Ｒ，２Ｌの上方に配置されており、基台５２の天板部５４の下面に固定されている。

動力伝達手段３１Ｒ，３１Ｌは、上記した動力源３０Ｒ，３０Ｌの出力軸３２Ｒ，３２Ｌと上記した車輪２Ｒ，２Ｌの軸部材２２Ｒ，２２Ｌとを接続して出力軸３２Ｒ，３２Ｌのトルクを軸部材２２Ｒ，２２Ｌに伝達する機構であり、減速機としての機能を備えている。具体的に説明すると、動力伝達手段３１Ｒ，３１Ｌは、出力軸３２Ｒ，３２Ｌに装着された小径の駆動プーリ３３Ｒ，３３Ｌと、車輪２Ｒ，２Ｌの軸部材２２Ｒ，２２Ｌに装着された大径の従動プーリ３４Ｒ，３４Ｌと、これら駆動プーリ３３Ｒ，３３Ｌ及び従動プーリ３４Ｒ，３４Ｌに巻回されたベルト３５Ｒ，３５Ｌと、を備えている。上記した従動プーリ３４Ｒ，３４Ｌは、基台５２の側板部５５Ｒ，５５Ｌと車輪２Ｒ，２Ｌの回転体２０Ｒ，２０Ｌとの間に配置されており、この従動プーリ３４Ｒ，３４Ｌの上方に駆動プーリ３３Ｒ，３３Ｌが配設されている。なお、上記した従動プーリ３４Ｒ，３４Ｌと回転体２０Ｒ，２０Ｌと軸部材２２Ｒ，２２Ｌのうちの少なくとも何れか２つを一体に形成することも可能である。

図２、図４に示すように、補助輪４は、車輪２Ｒ，２Ｌより後方側に離間した位置に配設された回転自在のフリーローラであり、基台５２に連結されたアーム８の先端（下端）に固定されていると共に路面Ｓに接地されている。この補助輪４は、両側の車輪２Ｒ，２Ｌの中間点の後方に配設されており、両側の車輪２Ｒ，２Ｌの接地点から同一距離の位置に配置されている。また、補助輪４の回転軸ＰＣは、路面Ｓに沿って左右方向、つまり車輪軸Ｏと平行に延在されており、補助輪４は前後方向に延びる鉛直面に沿って回転自在となっている。

上記したアーム８は、湾曲した棒状部材であり、基台５２の後方に配設されている。このアーム８の上端は、基台５２の天板部５４の後面（背面）に回転可能に連結されている。詳しく説明すると、基台５２の天板部５４の後面には、左右方向に並設された一対のブラケット５９ａ，５９ａが突設されており、これら一対のブラケット５９ａ，５９ａの間には、左右方向に延在する枢軸５９ｂが架設されている。この枢軸５９ｂには、上記したアーム８の上端部が枢支されている。また、上記した一対のブラケット５９ａ，５９ａの間には、アーム８を枢軸５９ｂ回りに回転付勢する図示せぬ付勢部材が設けられている。この付勢部材は、例えば捻りコイルバネからなり、アーム８を下向きに付勢する部材である。これにより、アーム８の下端に設けられた補助輪４が所定の接地荷重をもって路面Ｓに接地する。また、このアーム８は、図示せぬレバー等を操作することで図示せぬ付勢部材の付勢力に抵抗しながら上向きに回動させることが可能であり、これにより、補助輪４が、路面Ｓに接地する位置と路面Ｓから離間する位置との間で上げ下げされる。

図１、図２に示すように、制御手段６は、車体５の姿勢に応じて上記した駆動機構３Ｒ，３Ｌを制御して車両１を任意の方向及び速度で走行させるものである。具体的に説明すると、制御手段６には、マイクロコンピュータや動力源３０Ｒ，３０Ｌのドライブ回路ユニットなどを含む電子回路ユニットにより構成された制御ユニット６０と、車体５の所定の部位の鉛直方向（重力方向）に対する傾斜角及びその変化速度を計測するための傾斜センサ６１と、車両１に搭乗者が搭乗しているか否かを検知するための荷重センサ６２と、動力源３０Ｒ，３０Ｌのそれぞれの出力軸３２Ｒ，３２Ｌの回転角度及び回転角速度を検出するための角度センサとしてのロータリーエンコーダ６３Ｒ，６３Ｌと、が備えられている。

制御ユニット６０及び傾斜センサ６１は、例えば、車体５の支柱５３の内部に収容された状態で該支柱５３に取り付けられている。また、荷重センサ６２は、サドル５１に内蔵されている。また、ロータリーエンコーダ６３Ｒ，６３Ｌは、それぞれ、動力源３０Ｒ，３０Ｌと一体に設けられている。なお、ロータリーエンコーダ６３Ｒ，６３Ｌは、それぞれ、回転体２０Ｒ，２０Ｌに装着してもよい。

傾斜センサ６１は、より詳しくは、加速度センサとジャイロセンサ等のレートセンサ（角速度センサ）とから構成され、これらのセンサの検出信号を制御ユニット６０に出力する。そして、制御ユニット６０が、傾斜センサ６１の加速度センサ及びレートセンサの出力を基に、所定の計測演算処理（公知の演算処理）を実行することによって、傾斜センサ６１を搭載した部位（支柱５３）の「鉛直方向に対する傾斜角度の計測値」とその変化速度（微分値）である「傾斜角速度の計測値」とを算出する。

荷重センサ６２は、搭乗者がサドル５１に着座した場合に該搭乗者の重量による荷重を受けるようにサドル５１に内蔵され、その荷重に応じた検出信号を制御ユニット６０に出力する。そして、制御ユニット６０が、この荷重センサ６２の出力により示される荷重の計測値に基づいて、車両１に搭乗者が搭乗しているか否かを判断する。
なお、荷重センサ６２の代わりに、例えば、搭乗者がサドル５１に着座したときにＯＮとなるようなスイッチ式のセンサを用いてもよい。

ロータリーエンコーダ６３Ｒ，６３Ｌは、各々対応する動力源３０Ｒ，３０Ｌの出力軸３２Ｒ，３２Ｌが所定角度回転する毎にパルス信号をそれぞれ発生し、このパルス信号を制御ユニット６０にそれぞれ出力する。そして、制御ユニット６０が、そのパルス信号を基に、各々対応する動力源３０Ｒ，３０Ｌの出力軸３２Ｒ，３２Ｌの回転角度を計測し、さらにその回転角度の計測値の時間的変化率（微分値）を動力源３０Ｒ，３０Ｌの回転角速度として計測する。

制御ユニット６０は、上記の各計測値を用いて所定の演算処理を実行することによって、動力源３０Ｒ，３０Ｌのそれぞれの回転角速度の目標値である速度指令を決定し、その速度指令に従って、動力源３０Ｒ，３０Ｌのそれぞれの回転角速度をフィードバック制御する。
なお、動力源３０Ｒ，３０Ｌの出力軸３２Ｒ，３２Ｌの回転角速度と、その動力源３０Ｒ，３０Ｌに対応する回転体２０Ｒ，２０Ｌの回転角速度との間の関係は、該出力軸３２Ｒ，３２Ｌと回転体２０Ｒ，２０Ｌとの間の一定値の減速比に応じた比例関係になるので、本実施形態の説明では、便宜上、動力源３０Ｒ，３０Ｌの回転角速度は、回転体２０Ｒ，２０Ｌの回転角速度を意味するものとする。

次に、上記した構成の全方向移動車両１の作用について説明する。

まず、車両１は、荷重センサ６２によって車両１に搭乗者が搭乗しているか否かを検知して制御ユニット６０に送信する。ここで、車両１に搭乗者が搭乗していない状態のときには、制御ユニット６０は、自立モードとなって車両１が自立して静止するように動力源３０Ｒ，３０Ｌを制御する。すなわち、仮に車両１が傾動すると、傾斜センサ６１によってその傾斜方向と傾斜角度が検出され、その検出結果を受信した制御ユニット６０が、車両１が自立姿勢になるように動力源３０Ｒ，３０Ｌを制御して車輪２Ｒ，２Ｌを適当に回転駆動させる。すなわち、車両１の単体の重心点が、一対の車輪２Ｒ，２Ｌの中心点（車輪軸Ｏ上の中心点）のほぼ真上に位置する状態、より正確には、当該重心点が路面Ｓに接地する両側のフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌの接地点の中心位置のほぼ真上に位置する状態での車体５の姿勢を目標姿勢とし、該車体５の実際の姿勢を目標姿勢に収束させ、ひいては、車体５が傾倒することなく車両１が自立するように、車輪２Ｒ，２Ｌの回転動作が制御される。これにより、車両１が自立姿勢で静止する。

一方、搭乗者がサドル５１に着座して車両１に搭乗すると、荷重センサ６２によって搭乗者が搭乗したことが検知される。そして、その検知結果を受信した制御ユニット６０は、走行モードとなり、車体５の傾動に応じて動力源３０Ｒ，３０Ｌを制御して走行する。すなわち、基本的には、サドル５１に着座した搭乗者がその上体を傾けた場合、詳しくは、搭乗者と車両１とを合わせた全体の重心点の位置（水平面に投影した位置）を動かすように上体を傾けた場合に、該上体を傾けた側に車体５が傾動する。そして、この時、車体５が傾いた側に車両１が移動するように、制御手段６によって動力源３０Ｒ，３０Ｌを制御して車輪２Ｒ，２Ｌの回転動作が制御される。

詳しく説明すると、本実施形態の車両１は、その全体の接地面としての車輪２Ｒ，２Ｌ（フリーローラ２１Ｒ，２１Ｌ）の接地面が、車両１とこれに搭乗する搭乗者との全体を床面に投影した領域に比して面積が小さい局所領域となり、その局所領域だけに床反力が作用する。このため、車体５が傾倒しないようにするためには、搭乗者及び車両１の全体の重心点が、一対の車輪２Ｒ，２Ｌ（フリーローラ２１Ｒ，２１Ｌ）の接地面の中央位置のほぼ真上に位置するように、車輪２Ｒ，２Ｌを動かす必要がある。
そこで、本実施形態では、搭乗者及び車両１の全体の重心点が、一対の車輪２Ｒ，２Ｌの接地面の中心位置のほぼ真上に位置する状態での車体５の姿勢を目標姿勢とし、基本的には、車体５の実際の姿勢を目標姿勢に収束させるように、車輪２Ｒ，２Ｌの回転動作が制御される。

例えば、使用者が上体を前方又は後方に傾倒させて車体５を前後方向に傾倒させると、傾斜センサ６１によって車体５の傾斜方向と傾斜角度が検出され、その検出結果に基づいて制御ユニット６０が、一対の回転体２０Ｒ，２０Ｌをそれぞれ同方向に等速度で回転駆動させるように動力源３０Ｒ，３０Ｌを制御する。一対の回転体２０Ｒ，２０Ｌがそれぞれ同方向に等速度で回転駆動すると、回転体２０Ｒ，２０Ｌの回転動作に伴い、両側の回転体２０Ｒ，２０Ｌのフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌが同じ方向から順次路面Ｓに接地される。このとき、路面Ｓに接地する接地部分における両側のフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌには、路面Ｓとの間に、回転体２０Ｒ，２０Ｌの回転方向と反対向きの横力（摩擦力）が作用するが、回転軸ＰＲ，ＰＬに直交する方向のベクトルは、フリーローラ２１Ｒ，２１Ｌが回転軸ＰＲ，ＰＬ回りに回転することで打ち消される。したがって、接地部分におけるフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌには、回転軸ＰＲ，ＰＬに沿った方向のベクトルのみが作用する。このとき、接地部分における両側のフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌが、各々の回転軸ＰＲ，ＰＬの間隔が補助輪４側（後方側）に向かうに従い漸次縮幅する向きに配置されているので、接地部分における両側のフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌにそれぞれ作用する両側のベクトルは、それぞれ斜め前方側又は斜め後方側に向いて、前後方向に延在する中心線を対称軸にして線対称になる。これにより、上記した両側のベクトルは、左右方向の成分が打ち消されると共に前後方向の成分が合成され、車両１の全体が前方または後方に移動することとなる。

一方、アーム８を上げて補助輪４を路面Ｓから離間させた状態で、搭乗者が上体を左側又は右側に傾倒させて車体５を左右方向に傾倒させると、傾斜センサ６１によって車体５の傾斜方向と傾斜角度が検出され、その検出結果に基づいて制御ユニット６０が、一対の回転体２０Ｒ，２０Ｌを互いに逆方向に等速度で回転駆動させるように動力源３０Ｒ，３０Ｌを制御する。一対の回転体２０Ｒ，２０Ｌが互いに逆方向に等速度で回転駆動すると、回転体２０Ｒ，２０Ｌの回転動作に伴い、両側の回転体２０Ｒ，２０Ｌのフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌが互いに反対の方向から順次路面Ｓに接地される。このとき、接地部分におけるフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌには、回転軸ＰＲ，ＰＬに沿った方向のベクトルのみが作用するが、接地部分における両側のフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌにそれぞれ作用する両側のベクトルは、一方が斜め前方側に向いて他方が斜め後方側に向く。これにより、上記した両側のベクトルは、前後方向の成分が打ち消されると共に左右方向の成分が合成され、車両１の全体が左方向または右方向に移動することとなる。

また、アーム８を上げて補助輪４を路面Ｓから離間させた状態で、搭乗者が上体を左右方向や前後方向に対して斜めに傾倒させて車体５を斜め方向に傾倒させると、傾斜センサ６１によって車体５の傾斜方向と傾斜角度が検出され、その検出結果に基づいて制御ユニット６０が、一対の回転体２０Ｒ，２０Ｌをそれぞれ同方向に異なる速度で回転駆動させたり、一対の回転体２０Ｒ，２０Ｌを互いに逆方向に異なる速度で回転駆動させたり、一対の回転体２０Ｒ，２０Ｌのうちの一方のみを回転駆動させて他方を停止させたりするように動力源３０Ｒ，３０Ｌを制御する。これにより、両側のフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌに作用するベクトルの合成によって、車両１の全体が前後方向や左右方向に対する斜め方向に移動することとなる。

また、アーム８を下げて補助輪４を路面Ｓに接地させた状態で、上述したように搭乗者が上体を左右方向や斜め方向に傾倒させると、車輪２Ｒ，２Ｌが左右方向や斜め方向に移動しようとするが、車両１は、補助輪４によって左右方向や斜め方向への移動が規制され、補助輪４を支点にして旋回することとなる。

また、上記した構成の車両１では、上述したように車両１が走行する際に、路面Ｓの凹凸等によって一方の車輪２Ｒ（２Ｌ）が路面Ｓから離間して空転したときでも、その片輪空転による車両１の旋回が小さく抑えられると共に、その空転状態から正常な状態に直ぐに戻る。すなわち、図４に示すように、上記した車両１では、路面Ｓに接地する接地部分における両側のフリーローラ２１Ｒ，２１Ｌが、それらの回転軸ＰＲ，ＰＬの間隔が補助輪４側（後方側）に向かうに従い漸次縮幅する向きに配置されているので、補助輪４の接地点Ｑから回転軸ＰＲ，ＰＬの延長線ＴＲ，ＴＬまでの垂直距離ＤＲ，ＤＬが短くなる。このため、走行中に一方側の車輪２Ｒ（２Ｌ）が空転したときに他方側の車輪２Ｌ（２Ｒ）に作用するモーメントが小さくなり、補助輪４を支点にした旋回動作が生じにくくなる。また、補助輪４から見た一対の車輪２Ｒ，２Ｌ側の方向、つまり前方側に向かって走行する際、一方側の車輪２Ｒ（２Ｌ）が空転すると、他方側の車輪２Ｌ（２Ｒ）における前方斜め他方側のベクトルのみ、つまり他方側のフリーローラ２１Ｌ（２１Ｒ）の回転軸ＰＬ（ＰＲ）に沿ったベクトルのみが作用するので、車両１は他方側に旋回する。このとき、遠心力によって一方側（空転側）の車輪２Ｒ（２Ｌ）への荷重が増大するので、一方側の車輪２Ｒ（２Ｌ）が空転した状態から復帰しやすい。

このように、上記した車両１によれば、一方の車輪２Ｒ（２Ｌ）が空転しても旋回しにくく、しかも、その空転した一方の車輪２Ｒ（２Ｌ）は接地位置に復帰しやすいので、走行時の操縦安定性を向上させることができると共に、優れた乗り心地を体感することができる。

以上、本発明に係る全方向移動車両の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記した実施の形態では、車体５にサドル５１が設けられ、搭乗者がサドル５１に着座した姿勢で運転する車両１について説明しているが、本発明は、上記した着座スタイルの車両１に限定されるものではない。例えば、車体５に、搭乗者の両足を載せるステップと、そのステップ上に起立した搭乗者が把持するハンドルと、がそれぞれ設けられ、搭乗者が起立した姿勢で運転する車両であってもよい。

また、上記した実施の形態では、駆動プーリ３３Ｒ，３３Ｌと従動プーリ３４Ｒ，３４Ｌとベルト３５Ｒ，３５Ｌとからなるプーリ・ベルト式の動力伝達手段３１Ｒ，３１Ｌが備えられているが、本発明は、他の動力伝達手段を備える駆動機構であってもよい。例えば、スプロケットとリンクチェーンとにより構成されるもの、あるいは、複数のギヤにより構成されるものであってもよい。また、例えば、動力源３０Ｒ，３０Ｌの出力軸３２Ｒ，３２Ｌが車輪２Ｒ，２Ｌの軸部材２２Ｒ，２２Ｌと同軸心になるように、動力源３０Ｒ，３０Ｌと車輪２Ｒ，２Ｌとを左右方向に並べて配置し、動力源３０Ｒ，３０Ｌの出力軸３２Ｒ，３２Ｌを回転体２０Ｒ，２０Ｌに各々、減速機（遊星歯車装置等）を介して連結するようにしてもよい。

また、上記した実施の形態では、一対の車輪２Ｒ，２Ｌの後方に補助輪４が配設されており、接地部分における両側のフリーローラ２１Ｒ、２１Ｌが、それらの回転軸ＰＲ，ＰＬの間隔が後方側に向かうに従い漸次縮幅する向きに配置されているが、本発明は、一対の車輪２Ｒ，２Ｌの前方に補助輪４が配設され、接地部分における両側のフリーローラ２１Ｒ、２１Ｌが、それらの回転軸ＰＲ，ＰＬの間隔が前方側に向かうに従い漸次縮幅する向きに配置されていてもよい。

また、上記した実施の形態では、回転体２０Ｒ，２０Ｌが路面Ｓに対して略垂直に配設されており、前後方向の矢視において平行線状に配設されているが、本発明は、回転体２０Ｒ，２０Ｌが路面Ｓに対して斜めに配設されていてもよい。例えば、両側の回転体２０Ｒ，２０Ｌが、前後方向の矢視においてハ字状に配設されていてもよい。すなわち、両側の車輪２Ｒ，２Ｌの回転体２０Ｒ，２０Ｌの上端がそれぞれ左右方向内側に傾倒しており、両側の回転体２０Ｒ，２０Ｌの間隔が上側に向かって漸次縮幅された姿勢であってもよい。この場合、一対の車輪２Ｒ，２Ｌの各車輪軸Ｏは、各々の回転体２０Ｒ，２０Ｌに対して垂直に延在するため、同一線上に延在せず、前後方向の矢視において逆ハ字状になる。

その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１車両（全方向移動車両）
２Ｒ，２Ｌ車輪
３Ｒ，３Ｌ駆動機構
４補助輪
５車体
６制御手段
２０Ｒ，２０Ｌ回転体
２１Ｒ，２１Ｌフリーローラ
Ｏ車輪軸
ＰＲ，ＰＬ回転軸
Ｓ路面

Claims

並列に配設された一対の車輪と、
該一対の車輪を個別に車輪軸回りに回転駆動する駆動機構と、
該駆動機構を制御する制御手段と、
前記車輪より前記車輪軸の直交方向に離間した位置に配設された補助輪と、
前記一対の車輪が取り付けられていると共に重量物の荷重を受ける車体と、
を備える倒立振子型の全方向移動車両において、
前記車輪には、
前記車輪軸回りに回転可能な回転体と、
該回転体の外周部に全周に亘って配設されていると共に該回転体の下端位置において路面に接地され、前記車輪軸に対して傾斜した回転軸回りに回転自在な複数のフリーローラと、
が備えられており、
前記路面に接地する接地部分における両側の前記フリーローラは、各々の前記回転軸が前記路面と平行にそれぞれ延在すると共に当該回転軸の間隔が前記補助輪側に向かうに従い漸次縮幅する向きに配置されていることを特徴とする全方向移動車両。