不安定走行装置
【課題】 従来の不安定走行装置においては、車両本体に乗った人が手足を自由に動かすことができず、限られた範囲内の手足、身体の移動によってのみ車両の前進走行、後進走行、左右旋回、加速・減速、制動等の操縦を行うことができるに過ぎない。
【解決手段】 平行に配置された２つの車輪２Ｌ，２Ｒと、その２つの車輪の回転により走行する車両本体３と、その車両本体に取り付けられると共に２つの車輪を回転駆動する２つの車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒと、２つの車輪の車軸方向Ｘと直交する走行方向Ｙに延在され且つ車両本体に回動自在に支持されるシャーシ軸５と、そのシャーシ軸に固定されると共に運転操作者の左右の足が個別に置かれる一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒと、その一対の搭乗デッキの走行方向の傾き角度を検出するジャイロセンサ７と、一対の搭乗デッキの車軸方向の傾き角度を検出する回転角検出器８と、ジャイロセンサ及び回転角検出器により検出される一対の搭乗デッキの姿勢に応じて２つの車輪駆動ユニットに制御信号を出力して走行状態を制御する制御装置１０と、を設ける。
【解決手段】 平行に配置された２つの車輪２Ｌ，２Ｒと、その２つの車輪の回転により走行する車両本体３と、その車両本体に取り付けられると共に２つの車輪を回転駆動する２つの車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒと、２つの車輪の車軸方向Ｘと直交する走行方向Ｙに延在され且つ車両本体に回動自在に支持されるシャーシ軸５と、そのシャーシ軸に固定されると共に運転操作者の左右の足が個別に置かれる一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒと、その一対の搭乗デッキの走行方向の傾き角度を検出するジャイロセンサ７と、一対の搭乗デッキの車軸方向の傾き角度を検出する回転角検出器８と、ジャイロセンサ及び回転角検出器により検出される一対の搭乗デッキの姿勢に応じて２つの車輪駆動ユニットに制御信号を出力して走行状態を制御する制御装置１０と、を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２輪又は３輪以上の車輪を平行に配置して走行するようにした不安定走行装置に関し、特に、運転操作者の重心移動によって前進、後進、加速及び減速、左右旋回、停止等の制御を安定性良く行うことができる不安定走行装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の、この種の不安定走行装置としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。特許文献１には、手による操作を行わずに体重を利用して移動することを可能にした電動式移動体に関するものが記載されている（第１従来例）。この特許文献１に記載された電動式移動体は、「体重移動を検出するセンサと、このセンサからの検出信号に応じてモータを駆動制御するコントローラとを備え、前記モータの駆動制御によって移動する」ことを特徴としている。
【０００３】
このような構成を有する電動式移動体によれば、「移動体の乗り手の姿勢、換言すれば移動体に設けられた圧力センサへの体重のかかり具合によりモータを駆動制御し、このモータの駆動制御状態に応じて、移動体のスピードや加速のコントロール、前後進、方向指示等を行うことができる」等の効果が期待される。
【０００４】
従来の他の不安定走行装置としては、例えば、特許文献２に記載されているようなものもある。特許文献２には、同軸二輪車における姿勢制御方法に関するものが記載されている（第２従来例）。この特許文献２に記載された同軸二輪車における姿勢制御方法は、「一対の車輪と、両車輪間に架設された車軸と、車軸上に回動可能に支持された車体と、車体に装着された車輪駆動用モータと、車輪駆動用モータに作動指令を送る制御コンピュータと、車体の傾きを検出する角度検出手段とからなる同軸二輪車において、前記角度検出手段により検出される車体の傾斜角度を短時間間隔にてサンプリングし、車体のサンプリング傾斜角度を状態変数、フィードバックゲインを係数として制御コンピュータ内に予め入力設定された制御入力算出式に前記サンプリング値を代入して演算し、この演算に基づいて車輪駆動用モータの制御トルクを算出し、この算出された制御トルク相当の作動を制御コンピュータから車輪駆動用モータに指令する」ことを特徴としている。
【０００５】
このような構成を有する同軸二輪車における姿勢制御方法によれば、「車体の傾きを検出する角度検出手段により検出される車体の傾斜角度を短時間間隔にてサンプリングし、車体のサンプリング傾斜角度及びフィードバックゲインを係数として制御コンピュータ内に予め入力設定された制御入力算出式にサンプリング値を代入して演算し、この演算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、この算出された制御トルク相当の作動を制御コンピュータから車輪駆動用モータに指令して同軸二輪車における姿勢を制御するようにしたので、前記算出結果に基づいて車輪駆動用モータのフィードバック制御が行われ、車体が傾動すれば車輪が車体の傾動方向へ直ちに移動して車体の復元が確実に行われる」等の効果が期待される。
【０００６】
また、従来の更に他の不安定走行装置としては、例えば、特許文献３に記載されているようなものもある。特許文献３には、不安定車両の走行制御装置に関するものが記載されている（第３従来例）。この特許文献３に記載された不安定車両の走行制御装置は、「進行方向に平行する同一の直線上の位置を除く位置に配される少なくとも２個の車輪とそれを連結する車軸上に固定される座席とからなり、該車輪の回転軸線の上方に重心位置を備えてなる不安定車両の走行を制御する装置であって、前記回転軸線と重心位置とを結ぶ線の、軸線に直交する方向における重力方向に対する傾斜角度及び／又は傾斜角速度を検出する検出手段、前記車輪に固定され、それを駆動する駆動手段、及び前記検出値を減少させるべく該駆動手段の制御値を決定する制御値決定手段、を備えた」ことを特徴としている。
【０００７】
このような構成を有する不安定車両の走行制御装置によれば、「車両を前後の所望の方向に傾斜させることによってその方向に走行させることができる。また、２個の車輪で接地するのみであることから小回りがきき、狭隘な個所であっても困難なく走行することができる」という効果が期待される。
【特許文献１】特開平１０−２３６１３号公報
【特許文献２】特開昭６３−３０５０８２号公報
【特許文献３】特開平４−２０１７９３号公報
【０００８】
しかしながら、前述した第１従来例の電動式移動体においては、スケートボードのような乗り物として構成されていて、ボード本体の下面の前後に２個ずつ合計４個の車輪が配置されている。ボード本体の前部に配置された２個の前輪が自由輪であるのに対し、後部に配置された２個の後輪はモータによって回転駆動され、このモータの駆動による後輪の回転によってボード本体が走行するようになっている。この電動式移動体のモータの駆動制御は、ボード本体に乗った運転操作者の体重移動によって行われる。即ち、運転操作者の体重移動をセンサで検出すると共に、その検出信号に基づきコントローラでモータの駆動を制御することにより、手で操縦せずに運転操作者の体重移動だけで、前進走行、後進走行、左右旋回、加速減速等の操縦を行うことができるようになっている。
【０００９】
ところが、この電動式移動体は、不安定走行装置と言っても、前後に２個ずつ配置された合計４個の車輪によってボード本体が支持されているため、厳密な意味での不安定走行装置と言えるものではなく、４個の車輪を有する自動車等の車両に近い安定性を有するものであった。そのため、この種のスケートボード形式の電動式移動体においては、運動用具と娯楽用具とを兼ね備えたスポーツ用品としては好ましいが、車両本体が４個の車輪によって比較的安定性良く支持されているという点で、本願発明の不安定走行装置とは異なるものである。
【００１０】
これに対して、第２従来例の同軸二輪車及び第３従来例の不安定車両のいずれの場合にも、１個の車輪又は平行に配置された２個の車輪によって車両本体が支持されているため、本願発明の不安定走行装置と同種のものである。ところが、第２従来例の同軸二輪車の場合には、同軸上に配置された２個の車輪によって車体が支持されているが、その車体の姿勢制御は、車体の傾斜角度を検出する角度検出手段の検出信号に基づき車輪駆動モータの駆動を制御して行うようになっていた。しかも、車体は人が乗ることができるような構成にはなっておらず、人が乗って楽しむような装置ではなかった。
【００１１】
また、第３従来例の不安定車両の場合には、車両本体は人が乗ることができる構造となっていたが、その車両本体には人が掴むことができるハンドルが設けられていた。このハンドルは、車両本体に搭乗する者の姿勢を安定させるためには有効であるが、手足を自由に動かして重心を移動させることによる車両の走行制御を行うことができず、よりスポーツライクの走行を楽しむことができないという課題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
解決しようとする問題点は、従来の不安定走行装置においては、車両本体に乗った人が手足を自由に動かすことができず、限られた範囲内の手足、身体の移動によってのみ車両の前進走行、後進走行、左右旋回、加速・減速、制動等の操縦を行うことができるに過ぎないという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本出願の請求項１に記載の不安定走行装置は、平行に配置された２輪又は３輪以上の車輪と、その２輪又は３輪以上の車輪の回転により走行する車両本体と、その車両本体に取り付けられると共に２輪又は３輪以上の車輪を回転駆動する１又は２以上の車輪駆動手段と、２輪又は３輪以上の車輪の車軸方向と直交する走行方向に延在され且つ車両本体に回動自在に支持されるシャーシ軸と、そのシャーシ軸に固定されると共に運転操作者の左右の足が個別に置かれる一対の搭乗デッキと、その一対の搭乗デッキの走行方向の傾き角度を検出するピッチ角検出手段と、一対の搭乗デッキの車軸方向の傾き角度を検出するロール角検出手段と、ピッチ角検出手段及びロール角検出手段により検出される一対の搭乗デッキの姿勢に応じて１又は２以上の車輪駆動手段に制御信号を出力して走行状態を制御する車両制御手段と、を設けたことを主要な特徴とする。
【００１４】
本出願の請求項２に記載の不安定走行装置は、ピッチ角検出手段は、車両本体の傾き角度を検出するジャイロセンサからなることを特徴とする。
【００１５】
本出願の請求項３に記載の不安定走行装置は、ロール角検出手段は、シャーシ軸の回転角度を検出する回転角検出器からなることを特徴とする。
【００１６】
本出願の請求項４に記載の不安定走行装置は、一対の搭乗デッキは、車両本体を挟んでシャーシ軸の軸方向の両側に重量バランスを保持して左右対称に設けたことを特徴とする。
【００１７】
本出願の請求項５に記載の不安定走行装置は、一対の搭乗デッキには、運転操作者の左右の足から付加される荷重をそれぞれ検出して重心の移動を検出する一対の荷重センサを設けたことを特徴とする。
【００１８】
本出願の請求項６に記載の不安定走行装置は、一対の荷重センサは、シャーシ軸を挟んで両側に配置された一対の荷重検出部をそれぞれ有することを特徴とする。
【００１９】
本出願の請求項7に記載の不安定走行装置は、一対の搭乗デッキの下部には、その一対の搭乗デッキの走行方向の傾き角度を制限する補助輪をそれぞれ設けたことを特徴とする。
【００２０】
本出願の請求項8に記載の不安定走行装置は、補助輪は、路面に接触して回転する際の摩擦力により制動力を生じさせる制動車輪であることを特徴とする。
【００２１】
本出願の請求項９に記載の不安定走行装置は、補助輪は、走行方向の回転を阻止してその走行方向と反対側の回転のみを許容する一方向クラッチを有する制動車輪であることを特徴とする。
【００２２】
本出願の請求項１０に記載の不安定走行装置は、補助輪には、所定以上の荷重が負荷されたときに１又は２以上の車輪駆動手段の駆動を停止する駆動停止スイッチを設けたことを特徴とする。
【００２３】
本出願の請求項１１に記載の不安定走行装置は、車両制御手段は、ピッチ角検出手段から供給される検出信号に基づき１又は２以上の車輪駆動手段に制御信号を出力して運転操作者の重心移動量に応じて走行速度を制御することを特徴とする。
【００２４】
また、本出願の請求項１２に記載の不安定走行装置は、車両制御手段は、ロール角検出手段から供給される検出信号に基づき１又は２以上の車輪駆動手段に制御信号を出力して運転操作者の重心移動量に応じて旋回速度を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本出願の請求項１に記載の不安定走行装置によれば、２輪又は３輪以上の車輪と車両本体と１又は２以上の車輪駆動手段とシャーシ軸と一対の搭乗デッキとピッチ角検出手段とロール角検出手段と車両制御手段とを設ける構成とすることにより、一対の搭乗デッキに両足を乗せた運転操作者が走行したい方向に重心（体重）を移動すると、その重心の移動量に応じて一対の搭乗デッキが走行したい方向に傾き（ピッチ角：Ｐ）、そのピッチ角Ｐがピッチ角検出手段によって検出される。これにより、ピッチ角検出手段の検出信号が車両制御手段に入力され、その検出信号に応じて車両制御手段が１又は２以上の車輪駆動手段に制御信号を出力する。その結果、１又は２以上の車輪駆動手段が一対の搭乗デッキのピッチ角Ｐに応じて回転駆動され、そのピッチ角Ｐの速度・加速度に応じて走行したい方向に走行される。そして、運転操作者が走行方向と逆方向に重心を移動することにより、走行速度を低下して走行状態を停止することができる。
【００２６】
また、一対の搭乗デッキに両足を乗せた運転操作者が旋回したい方向に重心（体重）を移動すると、その重心の移動量に応じて一対の搭乗デッキが旋回したい方向に傾き（ロール角：Ｒ）、そのロール角Ｒがロール角検出手段によって検出される。これにより、ロール角検出手段の検出信号が車両制御手段に入力され、その検出信号に応じて車両制御手段が１又は２以上の車輪駆動手段に制御信号を出力する。その結果、１又は２以上の車輪駆動手段が一対の搭乗デッキのロール角Ｒに応じて、左右の車輪間に所定量の回転差を生じさせるように回転駆動され、そのロール角Ｒの速度・加速度に応じて旋回したい方向に旋回される。
【００２７】
本出願の請求項２に記載の不安定走行装置によれば、ピッチ角手段を、車両本体の傾き角度を検出するジャイロセンサで構成することにより、比較的簡単な構造でありながら一対の搭乗デッキのピッチ角を確実且つ精度良く検出することができ、その検出信号に基づいて前進走行、後進走行、加速・減速、停止等の走行状態を好適に制御することができる。
【００２８】
本出願の請求項３に記載の不安定走行装置によれば、ロール角検出手段を、シャーシ軸の回転角度を検出する回転角検出器で構成することにより、一対の搭乗デッキの実際の回転角度を確実且つ精度良く検出することができ、その検出信号に基づいて左右への旋回を好適に制御して、安定性良く旋回することができる。
【００２９】
本出願の請求項４に記載の不安定走行装置によれば、一対の搭乗デッキを、車両本体を挟んでシャーシ軸の軸方向両側に配置すると共に重量バランスを保持して左右対称に構成することにより、一対の搭乗デッキのシャーシ軸の軸方向における釣合いを容易に取ることができ、運転操作者の意志に的確に反応し、重心移動だけで楽に走行、旋回等の運転操作を行うことができる。
【００３０】
本出願の請求項５に記載の不安定走行装置によれば、一対の搭乗デッキに一対の荷重センサを設ける構成とすることにより、比較的簡単な構造でありながら一対の搭乗デッキに乗った運転操作者の体重移動による走行方向の重心移動を確実且つ精度良く検出することができ、その検出信号に基づいて前進走行、後進走行、加速・減速、停止等の走行状態を好適に制御することができる。
【００３１】
本出願の請求項６に記載の不安定走行装置によれば、一対の荷重センサを、シャーシ軸を挟んで両側に配置した一対の荷重検出部で構成とすることにより、比較的簡単な構造でありながら一対の搭乗デッキに乗った運転操作者の体重移動による走行方向と直交する方向の重心移動を確実且つ精度良く検出することができ、その検出信号に基づいて左右への旋回走行を好適に制御することができる。
【００３２】
本出願の請求項７に記載の不安定走行装置によれば、一対の搭乗デッキの下部に補助輪を設ける構成とすることにより、走行方向に対して一対の搭乗デッキが必要以上に傾くのを防止することができ、運転操作者の大きな姿勢変化を防ぎ、走行方向における搭乗安定性の向上を図ることができる。
【００３３】
本出願の請求項８に記載の不安定走行装置によれば、補助輪を制動車輪で構成することにより、制動車輪の回転によって制動力を生じさせ、滑らかに減速して安定性良く制動することができる。
【００３４】
本出願の請求項９に記載の不安定走行装置によれば、一方向クラッチを有する制動車輪で補助輪を構成することにより、進行方向と逆方向への移動を瞬時に停止することができ、緊急停止時における制動性能の向上を図ることができる。
【００３５】
本出願の請求項１０に記載の不安定走行装置によれば、補助輪に駆動停止スイッチを設ける構成とすることにより、制動時にブレーキ力を作用させて制動力を確実に働かせることができ、車輪の駆動力を減少又は停止させて安定性良く停止できると共に、緊急時における制動性能の向上を図り、安全に停止することができる。
【００３６】
本出願の請求項１１に記載の不安定走行装置によれば、ピッチ角検出手段の検出信号に基づいて車両制御手段で車輪駆動手段を制御し、運転操作者の重心移動に応じて走行速度を制御する構成とすることにより、前進走行、後進走行、加速・減速、停止等の走行状態を好適に制御し、安定性良くスムースに走行することができる。
【００３７】
また、本出願の請求項１２に記載の不安定走行装置によれば、ロール角検出手段の検出信号に基づいて車両制御手段で車輪駆動手段を制御し、運転操作者の重心移動に応じて旋回速度を制御する構成とすることにより、左右の旋回速度を好適に制御し、旋回時の遠心力に運転操作者が振り落とされるおそれがなく、安定性良くスムースに旋回することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
運転操作者の重心移動によって前進走行、後進走行、加速及び減速、左右旋回、停止等の制御を安定性良く行うことができ、人が乗って移動する車両としては勿論のこと、運動用具や娯楽用具等としての汎用性も有する不安定走行装置を、簡単な構成によって実現した。
【００３９】
図１〜図３７は、本発明の実施の形態を示すものである。即ち、図１は本発明の不安定走行装置の一実施例を示す外観斜視図、図２は同じく平面図、図３は同じく右側面図、図４は同じく底面図、図５は同じく正面図、図６は一対の荷重センサを現した外観斜視図、図７は同じく平面図、図８は同じく右側面図、図９は同じく底面図、図１０は同じく正面図、図１１は同じく背面図、図１２は一対の搭乗デッキの内部構造を示す斜視図、図１３は同じく底面図、図１４はヘルメットを取り除いた左側面図、図１５は同じく背面図、図１６はシャーシ軸に一対の搭乗デッキが取り付けられた状態の斜視図、図１７は同じく平面図、図１８は同じく右側面図、図１９は同じく正面図である。
【００４０】
図２０は本発明の不安定走行装置に係る軸結合部材の斜視図、図２１はシャーシ軸の要部を示す斜視図、図２２は軸結合部材とシャーシ軸の結合状態を示す説明図、図２３は傾き検出手段の配置を示す説明図、図２４はシャーシ軸等の支持構造等を示す説明図、図２５は軸結合部材の取付状態を示す説明図、図２６は補助輪を示す斜視図、図２７は補助輪の支持構造を示す説明図、図２８は同じく一部を断面して正面から見た説明図、図２９は同じく一部を断面して側面から見た説明図、図３０は一対の搭乗デッキの一方に片足を乗せた状態の説明図、図３１は一対の搭乗デッキに両足を乗せた状態の説明図、図３２は両足でバランスを取った状態の説明図、図３３は同じく全体を示す説明図、図３４は補助輪の制動時における制御を示すブロック図、図３５は乗車時の制御を示すブロック図、図３６は非常停止時における制御を示すブロック図、図３７は降車時の制御を示すブロック図である。
【実施例１】
【００４１】
この実施例で説明する不安定走行装置１は、図１〜図５に示すように、平行に配置された２つの車輪２Ｌ，２Ｒと、その２つの車輪２Ｌ，２Ｒ間に配置された車両本体３と、その車両本体３に取り付けられると共に２つの車輪２Ｌ，２Ｒを回転駆動する車輪駆動手段としての２つの車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒと、２つの車輪２Ｌ，２Ｒの車軸方向Ｘと直交する走行方向Ｙに延在され且つ車両本体３に回転自在に支持されたシャーシ軸５と、そのシャーシ軸５の軸方向の両側に固定された一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒと、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒの走行方向Ｙの傾き角度（ピッチ角）を検出するピッチ角検出手段としてのジャイロセンサ７と、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒの車軸方向Ｘの傾き角度（ロール角）を検出するロール角検出手段としての回転角検出器８と、車両本体３に作用する加速度を検出する加速度センサ９と、これらの検出手段７，８及び９から入力される情報信号に基づき所定の演算処理を実行して２つの車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒに制御信号を出力して走行状態を制御する車両制御手段としての制御装置１０等を備えて構成されている。
【００４２】
車両本体３は、四角形の筐体からなるケーシング１１を備えている。ケーシング１１は、上下方向に重ね合わされ、互いに着脱可能とされた上ケースと下ケースとから構成されている。このケーシング１１の一方に対向する２の側面のうちの一面の外側には第１の車輪駆動ユニット４Ｌが配置され、その反対側の他面の外側には第２の車輪駆動ユニット４Ｒが配置されている。２つの車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒは同一のものであって、電動モータ１２と、その電動モータ１２と一体に設けられた減速機１３とで構成されている。２つの車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒは、図１３及び図２４等に示すように、互いに平行をなす２本の支持軸１４，１４の両端に、それぞれマウントインシュレータ１５を介して弾性的に支持されている。
【００４３】
２本の支持軸１４，１４は、それぞれケーシング１１を貫通して両端が外部に突出されており、その突出部にマウントインシュレータ１５が取り付けられている。マウントインシュレータ１５は、車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒの振動を吸収し、或いはその振動の伝達を遮断等するためにゴム状弾性体によって形成されている。各マウントインシュレータ１５は２本の支持軸１４，１４間に掛け渡されており、その間に車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒがそれぞれ保持されている。図２４に示す符合１６は、支持軸１４に固定されたスペーサである。各スペーサ１６はケーシング１１とマウントインシュレータ１５との間に介在されていて、支持軸１４の軸方向への移動を制限している。
【００４４】
２つの車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒの電動モータ１２は内側に配置されていて、外側に固定された減速機１３の先端側の回転部に、第１及び第２の車輪２Ｌ，２Ｒがそれぞれボルト及びナットからなる固着手段によって着脱可能に取り付けられている。第１及び第２の車輪２Ｌ，２Ｒの回転中心となる車軸は、互いの軸心線が一致するように同軸上に設定されており、この軸心線が前記車軸方向Ｘの基準軸となっている。更に、各車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒには、それぞれの車輪２Ｌ，２Ｒの回転角度及び回転数を検出してその検出信号を出力する回転検出手段が設けられている。
【００４５】
第１及び第２の車輪２Ｌ，２Ｒとして、この実施例では適当な強さを備えた柔軟性のあるもの、例えば、空気入りタイヤが用いられている。即ち、各車輪２Ｌ，２Ｒは、車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒの出力部に固定された円盤状のホイール１７と、そのホイール１７の外周面に装着されたゴム製のタイヤ１８とから構成されている。タイヤ１８には適当な圧力の空気が充填されており、負荷荷重の相違に基づく左右タイヤ１８の弾性変形量の違いによる左右車輪２Ｌ，２Ｒの接地半径の違いによっても旋回動作し得るように構成されている。なお、第１及び第２の車輪２Ｌ，２Ｒとしては、この実施例の空気入りタイヤに限定されるものではなく、例えば、ゴム状弾性体のみからなるゴムタイヤ、或いは木製車輪や金属製車輪その他の車輪状のものを適宜に用いることができる。
【００４６】
また、ケーシング１１には、図１２〜１４及び図２４等に示すように、２本の支持軸１４，１４と直交する方向（走行方向）に延在されたシャーシ軸５が貫通されている。シャーシ軸５は、ケーシング１１の２つの車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒが配置された１の側面と直交する側面に設けた一対の軸受部２０によって回動自在に支持されている。このシャーシ軸５は、図２１及び図２４に示すように、軸方向に接続される２本の軸部材５Ｌ，５Ｒによって構成されている。
【００４７】
２本の軸部材５Ｌ，５Ｒは同一のものであって、その当接部を軸結合部材２１で固定することによって一体的に構成されている。各軸部材５Ｌ，５Ｒは、軸方向の中途部に鍔部２２が設けられたパイプ状の部材からなり、互いに当接される端部には同一形状の切欠き部２３，２３が設けられている。切欠き部２３，２３は、２本の軸部材５Ｌ，５Ｒの相対的な回動を防止して回動方向に一体化させるものである。これらの切欠き部２３，２３には軸結合部材２１の回転止め凸部２４が係合され、この回転止め凸部２４を介して２本の軸部材５Ｌ，５Ｒが回動方向に一体とされている。更に、各軸部材５Ｌ，５Ｒには、配線用のリード線等が挿通される挿通穴５ａが複数箇所に設けられている。
【００４８】
軸結合部材２１は、図２０に示すような構成を有している。軸結合部材２１は、２本の軸部材５Ｌ，５Ｒの接合部を適当な幅で保持できるブロック状の部材からなり、その中央部に、２本の軸部材５Ｌ，５Ｒが両側から挿入される貫通穴２５が設けられている。この貫通穴２５の中間部に、前記回転止め凸部２４が設けられている。回転止め凸部２４は、周方向に略１８０度連続された円弧状の凸部からなり、当接された２つの切欠き部２３，２３間に隙間なく嵌り合う大きさに形成されている。
【００４９】
更に、軸結合部材２１には、貫通穴２５に連通されるスリット２６が設けられている。このスリット２６を設けることで貫通穴２５の径を弾性限度内において縮径可能としている。そして、軸結合部材２１には、図２２に示すように、スリット２６と直交する方向に延びる２つのネジ穴２７が設けられている。このネジ穴２７に挿入されるボルトを締め込むことにより、貫通穴２５が縮径されてシャーシ軸５が軸結合部材２１に締付固定される。この軸結合部材２１には、シャーシ軸５の回動量（ロール角）を制限する一対のストッパ部２８ａ，２８ｂと一対のアーム部２９ａ，２９ｂとが設けられている。
【００５０】
一対のストッパ部２８ａ，２８ｂは、スリット２６が延びる方向に延在されていると共に、当該スリット２６を挟んで両側に対向するように設けられている。この一対のストッパ部２８ａ，２８ｂに対して、図示しないがケーシング１１の裏面にはストッパ受部が対向するように設けられている。これにより、シャーシ軸５が予め設定された所定のロール角傾いたときに、一方のストッパ部がストッパ受部に当接して所定角度以上にシャーシ軸５が傾くのを防止するロール角制限機構が構成されている。
【００５１】
一対のアーム部２９ａ，２９ｂは、スリット２６が延びる方向と垂直をなす外側に展開されている。図１６〜図１９及び図２５に示すように、一対のアーム部２９ａ，２９ｂのストッパ部２８ａ，２８ｂ側の面には、ケーシング１１の内面に固定された複数個の弾性体３２ａ，３２ｂが所定の隙間を空けて対向するように設けられている。これらの弾性体３２ａ，３２ｂと一対のアーム部２９ａ，２９ｂとによってロール角ダンパ機構３１が構成されている。ロール角ダンパ機構３１は、ロール角制限機構が働いてシャーシ軸５の回動を制限する最大ロール角の直前において、弾性体３２ａ，３２ｂをアーム部２９ａ，２９ｂに当接させて衝突時の衝撃力や振動を吸収して和らげる働きをなすものである。
【００５２】
ロール角ダンパ機構３１の弾性体３２ａ，３２ｂは、この実施例では６個の円筒状を成す耐圧弾性材料、例えば、シリコンゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム等によって構成されている。このロール角ダンパ機構３１の一側に配置した３個の弾性体３２ａ（又は３２ｂ）の合計の剛性強さは、例えば、８０Ｎｍ（ニュートンメーター）程度が好適である。この８０Ｎｍは、平均的な成人男性が両足で踏ん張ってシャーシ軸５をロール方向に回転させることができる程度の大きさである。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、運転操作者が子供である場合、女性である場合等のように、その者の体力に応じて適宜な値に設定できることは勿論である。また、シャーシ軸５のロール角度は、±１５度程度が好適である。しかしながら、本発明はこれに限定されるものでないことは勿論である。
【００５３】
シャーシ軸５のロール角度を検出するため、ケーシング１１の内面にはロール角検出手段の一具体例を示す回転角検出器８が取り付けられている。回転角検出器８は、図２４及び図２５に示すように、ロータリエンコーダによって構成されている。回転角検出器８は、その回転軸に取り付けられたゴムローラ３４を有しており、そのゴムローラ３４をシャーシ軸５の外周面に回転接触させることによってシャーシ軸５の回転角度を検出できるようになっている。この回転角検出器８は、取付ブラケット３５を介してケーシング１１に支持されている。
【００５４】
シャーシ軸５は、一対の鍔部２２，２２を一対の軸受部２０，２０で支持することにより所定の角度範囲内でケーシング１１に回転自在に取り付けられている。このシャーシ軸５の両端にはデッキブラケット３６が一体的に取り付けられており、それぞれのデッキブラケット３６，３６が軸方向外側に延在されている。これらのデッキブラケット３６，３６の上に、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒがそれぞれ固定ネジ等の固着手段によって着脱可能に取り付けられている。
【００５５】
一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒは、車両本体３を挟んで車軸方向Ｘと直交する走行方向Ｙの両側に配置されている。一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒは同一のものであって、運転操作者が片足ずつ乗ることができる大きさを有すると共に、両足をやや広げた間隔に設定されている。各搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒは、デッキブラケット３６に固定されるデッキ本体３８と、このデッキ本体３８の下部に着脱自在に装着されるデッキカバー３９とから構成されている。デッキ本体３８とデッキカバー３９との間に設けられた空間部には、図６〜図１１に示すように、各種の電装部品が収納されている
【００５６】
図６〜図１１は、図１〜図５に示す不安定走行装置１のうち、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒの各デッキカバー３９を取り外した状態を示す図である。図８及び図９に示すように、第１の搭乗デッキ３７Ｌには、第１及び第２のドライバ基板ユニット４１ａ，４１ｂとバッテリ電源基板ユニット４２と第１及び第２の回生抵抗器４３ａ，４３ｂとが配置されている。これらの基板ユニット等は、すべてデッキ本体３８の下面に懸架されていて、固定ネジ等の固着手段によって着脱可能に取り付けられている。また、第２の搭乗デッキ３７Ｒには、制御基板ユニット４４と主電源基板ユニット４５と荷重センサ基板ユニット４６とが配置されている。これらの基板ユニットも同じく、すべてデッキ本体３８の下面に懸架されていて、固定ネジ等の固着手段によって着脱可能に取り付けられている。
【００５７】
各基板ユニット４１ａ，４１ｂ、４２、４４，４５及び４６は、それぞれに所定の配線パターンが設けられた配線基板と、各配線基板に実装された電子部品等によって構成されている。そして、車両本体３内に収納された図示しないバッテリ電源とそれぞれ電気的に接続されている。バッテリ電源と各基板ユニット４１ａ，４１ｂ〜４６間を接続するリード線は、シャーシ軸５に設けた挿通穴５ａから挿入され且つ内部の穴を通して配線されている。従って、リード線が外部に露出されて外観上の見映えが悪くなるのを回避できると共に、相対的に回動変位する部分間においても両者をリード線によって確実に接続することができる。
【００５８】
前記第１及び第２のドライバ基板ユニット４１ａ，４１ｂ、バッテリ電源基板ユニット４２、第１及び第２の回生抵抗器４３ａ，４３ｂと、制御基板ユニット４４、主電源基板ユニット４５、荷重センサ基板ユニット４６等によって車両制御手段の一具体例を示す制御装置１０が構成されている。
【００５９】
また、図８及び図９等に示すように、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒのそれぞれ先端側には、下方に突出する一対の補助輪５０Ｌ，５０Ｒが設けられている。一対の補助輪５０Ｌ，５０Ｒは同一のものであって、図２６〜図２９に示すような構成とされている。即ち、各補助輪５０Ｌ，５０Ｒは、制動車輪５１と、この制動車輪５１が回転自在に保持された車輪軸５２と、この車輪軸５２を支持する車輪ブラケット５３と、この車輪ブラケット５３をデッキブラケット３６に移動可能に支持する支持ボルト５４と、車輪ブラケット５３をデッキブラケット３６から離反する方向に付勢する弾性体５５等を備えて構成されている。
【００６０】
補助輪５０Ｌ，５０Ｒの制動車輪５１は、中央部の直径を両端部の直径よりも大きくしたクラウン形状のローラ５６と、このローラ５６の穴に嵌合された軸受スリーブ５７とから構成されている。ローラ５６をクラウン形状とすることにより、路面に接地するときにロール方向の倒れが生じている場合にも、ローラ５６をスムースに回転させて安定した走行を確保することができる。しかも、制動車輪５１が路面に接地した際に、軸受スリーブ５７と車輪軸５２との間に摺動摩擦力を生じさせて機械的に緩やかな回転制動力を得ることができる。なお、ローラ５６の材質としては、例えば、ウレタンゴムが好適であるが、その他のゴムやエンジニアリングプラスチック等を用いることもできる。
【００６１】
この補助輪５０Ｌ，５０Ｒの制動車輪５１としては、前記軸受スリーブ５７に代えて一方向クラッチを用いる構成としてもよい。一方向クラッチは、一方向だけに動力を伝える構造の軸継手であって、その逆転を防止するものである。この一方向クラッチを制動車輪５１に用いる場合には、走行方向前側に移動するときの回転を許容し、後ろ側へ戻るときの回転を阻止するように使用する。このように用いる場合には、走行側に重心がある走行状態から急停止させるときに、不安定走行装置１を可能な限り瞬時に停止することができる。
【００６２】
即ち、不安定走行装置１の走行時、走行方向Ｙ前方へのピッチ角が大きくなると、そのピッチ角の増加に応じて走行速度が増加する。この前方ピッチ角が、予め設定された許容ピッチ角（前後の傾斜可動角、例えば１０°〜２５°）を越えると、対応する補助輪５０Ｌ又は５０Ｒが路面に接地する。このとき、その制動車輪５１は、進行方向に対しては滑らかに回転し、緩やかな回転制動力を発揮する。
【００６３】
これに対して、不安定走行装置１を制動するために運転操作者が進行方向と逆方向に重心を移動させると、後方ピッチ角の増加量に応じて急速に減速される。この際、後方ピッチ角が許容ピッチ角を越えると、これに対応する進行方向後方に位置する補助輪５０Ｒ又は５０Ｌが路面に接地する。このとき、その路面に接地する制動車輪５１は、進行方向に対して回転を阻止するように作用し、回転することなくロックして路面に当接される。その結果、不安定走行装置１は、制動車輪５１をロックした状態で接地面に擦り付けるようにして移動するため、急速に大きな制動力を発生させながら比較的安全に急停車させることができる。
【００６４】
補助輪５０Ｌ，５０Ｒの車輪ブラケット５３は、下部に開口された門形の部材からなり、対向設置された軸受片５３ａ，５３ａ間に制動車輪５１が収納されている。車輪ブラケット５３の一対の軸受片５３ａ，５３ａの先端には、制動車輪５１が装着された車輪軸５２の軸方向両端に設けた固定部５２ａ，５２ａが係合される係合溝５３ｂがそれぞれ設けられている。係合溝５３ｂはコ字状の溝部からなり、この係合溝５３ｂに四角形の固定部５２ａが嵌め込まれている。各固定部５２ａには固定ネジ５８が下方から上方へ挿通されており、この固定ネジ５８の締め込みによって車輪軸５２が車輪ブラケット５３の下端に着脱可能に取り付けられている。
【００６５】
図２７〜図２９に示すように、車輪ブラケット５３はデッキブラケット３６の先端下部に、２本の支持ボルト５４，５４と２個のスリーブガイド６０，６０を介して所定範囲内において接近及び離反可能に支持されている。スリーブガイド６０は、軸方向の一端に外向きのフランジ部６０ａが設けられた円筒体からなり、その中央穴に支持ボルト５４が挿通されている。この支持ボルト５４が挿通された２個のスリーブガイド６０，６０が、デッキブラケット３６に車輪軸５２の軸方向に所定の間隔をあけて設けた２つの貫通穴６１，６１に摺動自在に挿通されている。各貫通穴６１の上部には、スリーブガイド６０のフランジ部６０ａが挿入される座ぐり穴６２が設けられている。
【００６６】
貫通穴６１に挿通されたスリーブガイド６０は、フランジ部６０ａを座ぐり穴６２の座面に接触させた状態で先端部がデッキブラケット３６の下面から適宜量だけ下方に突出されている。スリーブガイド６０の下端面は車輪ブラケット５３の上面に当接され、その状態で支持ボルト５４のネジ部が車輪ブラケット５３のネジ穴に螺合されている。このとき、デッキブラケット３６の下面と車輪ブラケット５３の上面との間には適宜長さの隙間Ｅが設けられている。従って、車輪ブラケット５３は、隙間Ｅの距離だけデッキブラケット３６に対して相対的に接近及び離反可能とされている。
【００６７】
このデッキブラケット３６と車輪ブラケット５３の間には、車輪ブラケット５３を常時デッキブラケット３６から離反させる方向に付勢する弾性体の一具体例を示すコイルバネ５５が介在されている。このコイルバネ５５を所定位置に保持するため、デッキブラケット３６と車輪ブラケット５３には、互いに対向する位置にバネ受け穴６３ａ，６３ｂが設けられている。コイルバネ５５のバネ力に抗して当該コイルバネ５５を押し縮めることにより、車輪ブラケット５３をデッキブラケット３６に近づける方向に移動することができる。
【００６８】
これにより、制動車輪５１はコイルバネ５５によって、常にデッキブラケット３６に対してフローティング状態に保持されている。このコイルバネ５５のバネ力（例えば、１０ｋｇ、２０ｋｇ、３０ｋｇ等）により、一定値以下の外力を吸収し、振動を減衰させるようにしている。そして、コイルバネ５５のバネ力よりも大きな外力が制動車輪５１に加えられ、そのコイルバネ５５が所定量だけ縮んだときに、その状態を駆動停止スイッチ６６で検出するようにしている。
【００６９】
なお、本実施例においては、弾性体としてコイルバネ５５を用いた例について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、板バネやゴム状弾性体その他の弾性体を適用することができる。また、車輪ブラケット５３の上面に、スリーブガイド６０の先端が嵌合される座ぐり穴６４を設けたが、その座ぐり穴６４を廃止して、車輪ブラケット５３の上面に直接スリーブガイド６０の先端面を当接させる構造としてもよい。
【００７０】
図２９に示すように、駆動停止スイッチ６６は、一対の補助輪５０Ｌ，５０Ｒにそれぞれ設けられている。駆動停止スイッチ６６は、デッキブラケット３６に固定されたスイッチ本体６７と、車輪ブラケット５３に固定されたスイッチングドグ６８とを有している。スイッチ本体６７はスイッチホルダ６９に固定されていて、そのスイッチホルダ６９が固定ネジ７０による固着手段によってデッキブラケット３６の下面に着脱可能に取り付けられている。スイッチ本体６７の作動子６７ａは下方に突出されており、この作動子６７ａに対して所定の隙間をあけてスイッチングドグ６８の操作部６８ａが対向されている。そして、スイッチングドグ６８は、固定ネジ７１からなる固着手段によって車輪ブラケット５３の背面に固定されている。
【００７１】
駆動停止スイッチ６６は、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒの走行方向におけるピッチ角が許容ピッチ角（例えば、１０°〜２５°の範囲内で適宜に設定する。）となったときに、車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒの駆動を中止して走行等の制御を停止させることを目的とするものである。即ち、不安定走行装置１の走行時等において、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒのピッチ角が許容ピッチ角に達して補助輪５０Ｌ，５０Ｒのコイルバネ５５を押し縮めたときに、スイッチングドグ６８でスイッチ本体６７をオンとして、車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒを減速して停止させる。
【００７２】
その後、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒのピッチ角が水平方向に戻され、補助輪５０Ｌ，５０Ｒの負荷が開放（又は減少）されて制動車輪５１が元の位置に戻ろうとすると同時に、スイッチングドグ６８の操作部６８ａがスイッチ本体６７の作動子６７ａから離れる。これにより、駆動停止スイッチ６６がオフとなり、車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒが再び起動されて、走行等の制御が再開される。
【００７３】
このときの駆動停止スイッチ６６による補助輪の制動時における制御状態を図３４に示す。図３４において、まず、ステップＳ１により、定格荷重ばねであるコイルバネ５５の状態を検知する。この場合、コイルバネ５５が縮みを開始しているときには、車輪２Ｌ，２Ｒの制動を開始しているとする。次に、ステップＳ２に移行して、コイルバネ５５に負荷されている荷重が、そのコイルバネ５５のバネ力（例えば、３０ｋｇ）を超えたか否かを判定する。この判定の結果、負荷荷重が定格荷重に到達していないときにはステップＳ１に戻り、負荷荷重が定格荷重に到達しているときには、ステップＳ３に移行する。
【００７４】
ステップＳ３では、電気ブレーキである駆動停止スイッチ６６をオンとする。そして、ステップＳ４に移行する。ステップＳ４では、メカストッパであるスイッチングドグ６８の突き当たりを停止し、次のステップＳ５に移行する。ステップＳ５では、一対の車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒの動作を停止して、本車輪である一対の車輪２Ｌ，２Ｒを制動させる。これにより、不安定走行装置１の走行が停止される。
【００７５】
このような構成及び作用を有する駆動停止スイッチ６６は、補助輪５０Ｌ，５０Ｒが路面に接地した状態を検出する接地検出スイッチとしても用いることができる。この接地検出スイッチは、運転操作者が不安定走行装置１に乗り降りする際に作動し、利用するものである。この接地検出スイッチの作動については、後に詳細に説明する。
【００７６】
図２、図７及び図１５等に示すように、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒの各デッキ本体３８の上面には、運転操作者の体重移動によるピッチ方向及びロール方向における重心の移動を検出する一対の荷重センサ７５Ｌ，７５Ｒが設けられている。各荷重センサ７５Ｌ，７５Ｒは、シャーシ軸５を中心にして一方の車輪４Ｌ側に配置された第１のセンサプレート７５ａと、他方の車輪４Ｒ側に配置された第２のセンサプレート７５ｂとから構成されている。そして、各荷重センサ７５Ｌ，７５Ｒは、滑り止め用のデッキシート７６によって覆われている。
【００７７】
一対の荷重センサ７５Ｌ，７５Ｒは、片足ずつ乗せられる一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒにおける運転操作者の各足毎に負荷される荷重を検出し、その重量配分から運転操作者の不安定走行装置１上における重心位置を検出するものである。この一対の荷重センサ７５Ｌ，７５Ｒにより、不安定走行装置１のピッチ方向における重心位置を検出することができる。また、各荷重センサ７５Ｌ，７５Ｒを一対のセンサプレート７５ａ，７５ｂで構成し、各搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒにおいて、両センサプレート７５ａ，７５ｂをシャーシ軸５の両側に対称に配置している。これにより、不安定走行装置１のロール方向における重心位置を検出することができる。
【００７８】
また、図２３に示すように、車両本体３のケーシング１１の上面には、車両本体３を含む一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒの走行方向の傾き（姿勢の変化）であるピッチ角を検出するピッチ角検出手段の一具体例を示すジャイロセンサ７と、車両本体３に作用する速度又は加速度を検出する加速度センサ９とが搭載されている。ジャイロセンサ７は、車両本体３が重力方向に対してどの程度傾いたかを見るものであり、その傾き角を知ることによって車両本体３を含む一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒの走行方向におけるピッチ角を検出することができる。加速度センサ９は、車両本体３に作用する速度又は加速度を検出するものである。
【００７９】
これらジャイロセンサ７及び加速度センサ９の検出信号に基づいて不安定走行装置１の走行、加速及び減速、制動の各制御が行われる。しかしながら、ピッチ角検出手段としては、前記ジャイロセンサ７に限定されるものではなく、車両本体３等の姿勢変化を検出できる各種の検出装置、検出器を適用できるものである。
【００８０】
加速度センサ９とジャイロセンサ７は、それぞれブラケット７７，７８を介してセンサ基板７９に固定されている。加速度センサ９とジャイロセンサ７との間には適当な大きさの隙間が設定されていると共に、両センサ９，７の中心が車軸上に一致するようにセンサ基板７９がケーシング１１の上面に固定されている。このように配置することにより、車両本体３に作用する速度若しくは加速度並びに重力加速度を検出することができる。
【００８１】
これらの加速度センサ９及びジャイロセンサ７は、図１〜図３等に示すように、半球形の容器体からなるヘルメット８０によって覆われている。ヘルメット８０は、２つのセンサを含むセンサ基板７９の全体を覆うことができる大きさとされていて、不安定走行装置１の操作部としての３つのスイッチ８２〜８４が設けられている。即ち、ヘルメット８０の上面の中央部には姿勢制御スイッチ８２が配置され、その側部には非常停止用のテザースイッチ８３が配置されていて、側面部には主電源スイッチ８４が配置されている。
【００８２】
主電源スイッチ８４は、車両本体３に搭載されたバッテリ電源の電力を装置内の各種電気機器、電気部品等に供給すると共にその供給を停止するオン・オフスイッチである。姿勢制御スイッチ８２は、車両本体３及び一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒの走行方向における姿勢をシーソー状態のようにバランスさせる制御を行わせるためのオン・オフスイッチである。また、テザースイッチ８３は、運転操作者が一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒから落下した場合等において、自動的に車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒの作動を停止させて非常停止を行い、不安定走行装置１が無人走行を継続するのを防止するものである。
【００８３】
これらのスイッチ類、加速度センサ７Ａ、ジャイロセンサ７Ｂ、回転検出器８、一対の荷重センサ７５Ｌ，７５Ｒ及び一対の車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒ等は、制御装置１０と電気的に接続されている。この制御装置１０によって不安定走行装置１の制御が行われる。制御装置１０は、例えばマイクロコンピュータ等を有して構成されており、ジャイロセンサ７、回転検出器８及び加速度センサ９から入力されるそれらの検出信号に基づき所定の演算処理を実行し、必要な制御信号を出力して一対の車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒの駆動を制御する。
【００８４】
制御装置１０は、具体的には、不安定走行装置１の走行、制動、旋回、乗車、降車、非常停止等の状態に応じて、それぞれ必要な制御信号を出力して一対の車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒ等の駆動制御を実行する。
【００８５】
まず、運転操作者が不安定走行装置１に搭乗する場合について、図３０〜図３３及び図３５を参照して説明する。
図３５において、まず、ステップＳ１０にて、運転操作者が乗り易い左右どちらか一方に不安定走行装置１を傾斜させ、対応する乗り易い側の補助輪５０Ｌ（又は５０Ｒ）を路面９０に接触させて一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒを安定化させる。次に、ステップＳ１１に移行して、車両本体３に搭載しているヘルメット８０に設置されている主電源スイッチ８４を手動操作でオンする。
【００８６】
次に、ステップＳ１２に移行して、図３０に示すように、傾斜して着地している側の搭乗デッキ６Ｌ（又は６Ｒ）に運転操作者が片足で搭乗し、その片足に全体重を掛けて、その搭乗デッキに設けられている補助輪５０Ｌ（又は５０Ｒ）の接地検出スイッチを兼ねる駆動停止スイッチ６６をオンさせる。次に、ステップＳ１３に移行して、ヘルメット８０の中央部に設置されている姿勢制御スイッチ８２を手動操作によってオンすると共に、他方の片足を他方の搭乗デッキ６Ｒ（又は６Ｌ）に乗せる（図３１に示す状態）。そして、図３２に示すように、両足から一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒに加えられる荷重を調整して、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒを路面９０と平行になるようにバランスさせる。
【００８７】
これにより、それまでオンとされていた駆動停止スイッチ（接地検出スイッチ）６６がオフになると共に、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒ上に設置されている一対の荷重センサ７５Ｌ，７５Ｒによって運転操作者の各足から加えられる荷重が検出される。このとき、駆動停止スイッチ６６がオンからオフに切り換わる信号をトリガとして、不安定走行装置１の姿勢制御が開始される。
【００８８】
不安定走行装置１の姿勢制御が開始されたところで、運転操作者が走行したい方向に重心を移動することにより、車両本体３を含む一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒが、その走行したい方向に傾斜（ピッチ角）する。これにより、車両本体３のピッチ角がジャイロセンサ７によって検出され、その検出信号が制御装置１０に供給されると共に、車両本体３に作用する加速度が加速度センサ９によって検出され、その検出信号が制御装置１０に供給される。
【００８９】
このとき、不安定走行装置１は、まだ停止状態にあるため、車両本体３の姿勢変化の加速度に応じた制御信号が制御装置１０から一対の車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒに出力される。その結果、一対の車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒが同様に駆動され、一対の車輪２Ｌ，２Ｒが同方向に同様に回転駆動されて、進行させたい方向に走り始める。この走行時、運転操作者が重心の移動量を大きくしてピッチ角を大きくすることにより、そのピッチ角に応じて走行速度が加速される。これとは逆に、運転操作者が走行方向と逆方向に重心を移動することにより、走行速度が減速される。そして、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒを路面９０と平行に戻すことにより、不安定走行装置１の走行が停止される。
【００９０】
このような走行状態において、例えば、危険回避等を目的として瞬時に不安定走行装置１を停止させたい場合が生じることがある。かかる場合に、上述した通常の減速・停止動作によっては間に合わないことがあるが、本発明では、補助輪５０Ｌ，５０Ｒの働きによってかかる不安をなくすことができる。
【００９１】
即ち、運転操作者が不安定走行装置１を瞬時に停止させることを目的として、進行方向と逆の方向に重心を大きく移動させると、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒの傾き方向が逆になり、重心が移動した側の搭乗デッキに設けられている補助輪５０Ｒ（又は５０Ｌ）の制動車輪５１が路面９０に接触される。このとき、路面９０に接触した補助輪等の作用を介して、次の順序によって制動される。
【００９２】
まず、進行方向と逆の方向に運転操作者の重心が移動することにより、通常の姿勢制御に基づく停止動作が行われる。次に、制動車輪５１を構成するローラ５６と軸受スリーブ５７による物理的ブレーキ作動が行われる。その後、大きな荷重が加わることによって補助輪のコイルバネ５５が圧縮され、駆動停止スイッチ６６がオンされて電気的ブレーキ作動が行われる。
【００９３】
第１の姿勢制御に基づく停止動作は前述したため、第２の物理的ブレーキ作動から説明する。制動車輪５１の軸受スリーブ５７がメタル軸受である場合には、軸受スリーブ５７が車輪軸５２と摺動接触する際の摩擦抵抗によって制動力が得られ、走行速度が減速されて、適当な距離を走行した後に停止される。一方、軸受スリーブ５７が一方向クラッチを有するものである場合には、前述したように制動車輪５１がロックされるため、制動車輪５１のロックを利用して大きな制動力が得られ、走行速度を急激に減速させることができる。
【００９４】
第３の電気的ブレーキ作動は、次のようなことである。補助輪に大きな荷重が加わることによってコイルバネ５５が所定量圧縮すると、車輪ブラケット５３に固定したスイッチングドグ６８の操作部６８ａが駆動停止スイッチ６６のスイッチ本体６７の作動子６７ａをオンする。これにより、駆動停止スイッチ６６のオン信号が制御装置１０に供給され、その信号に基づき制御装置１０が、一対の車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒにそれまで出力していた駆動信号の出力を停止する。その結果、一対の車輪２Ｌ，２Ｒの回転が停止されるため、不安定走行装置１を確実に停止することができる。
【００９５】
次に、不安定走行装置１の旋回操作について説明する。不安定走行装置１の旋回操作は、運転操作者が旋回したい方向（ロール方向）に重心を移動することによって行うことができる。運転操作者が、車両本体３を含む一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒを、その走行したい方向に傾斜（ロール角）すると、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒのロール角が、シャーシ軸５の外周面にゴムローラ３４を接触させた回転角検出器８によって検出される。この回転角検出器８の検出信号が制御装置１０に供給されると共に、そのときの車両本体３に作用する加速度が加速度センサ９によって検出され、その検出信号が制御装置１０に供給される。
【００９６】
これにより、制御装置１０が、検出されたロール角度とそのときの走行速度とに基づいて旋回半径を演算し、それに対応した駆動信号を制御装置１０が一対の車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒに出力する。即ち、制御装置１０は、ロール角度（旋回指令量）と現在の車両速度から旋回半径を決定し、そのときの遠心加速度が最大加速度となるように旋回半径を決定し、これにより決定された旋回半径を最小旋回半径として実現できる旋回量を最大旋回量とするように制御する。これにより、運転操作者は、旋回時の遠心力によっても振り落とされることなく、安定性よくスムースに旋回することができる。
【００９７】
このような旋回半径は、例えば、次のようにして求めることができる。その旋回半径は、入力された旋回量（一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒのロール角）と現在の走行速度から決定されるものであって、現在の速度における遠心加速度が設定最大加速度Ｇmaxとなるような旋回半径Ｒminを最小半径とし、その旋回量Ｔを１００％とする。走行速度をＶｍ、旋回半径をＲｍとすると、運転操作者には、旋回の外側に向かう加速度（Ｖ２／Ｒ）が生じる。
【００９８】
いま、現在の速度Ｖ＝１０km/h、設定最大加速度Ｇmax＝０．１Ｇ、旋回量Ｔ＝８０％とすると、最小旋回半径Ｒminは、
【数１】
である。従って、旋回半径Ｒは、
【数２】
となる。
【００９９】
また、上記旋回操作は、運転操作者のロール方向における体重移動を、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒにおける左右両足から受ける一対の荷重センサ７５Ｌ、７５Ｒで検出される荷重を用い、その検出値に基づいて一対の車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒを制御するようにしてもよい。即ち、進行方向デッキ中央を境に車軸方向Ｘ両側に配置された一対のセンサプレート７５ａ，７５ｂでロール方向の重心位置を検出し、その重量配分量の差異と、予め設定された相対旋回量とを比較して旋回指令値を決定することもできる。また、体重移動による一対の車輪２Ｌ，２Ｒのタイヤ径の変化を利用して、タイヤ径の変化量だけで緩やかに旋回させることもできる。
【０１００】
一対の荷重センサ７５Ｌ、７５Ｒで運転操作者の重心移動を検出して制御する場合には、運転操作者固有の体重ごとに適正な姿勢制御における姿勢角フィードバックゲイン（Kpp）を求め、その姿勢角フィードバックゲイン（Kpp）で補正するようにする。これにより、不安定走行装置１における制御の適正化を図り、挙動の安定した制御を実現することができる。
【０１０１】
また、走行中に運転操作者が不安定走行装置１から急に降りたり、或いは落下したような非常時においては、制御装置１０によって、例えば、図３６に示すような制御が行われる。まず、ステップＳ２１において、一対の荷重センサ７５Ｌ、７５Ｒが運転操作者の体重を感知しているか否かを判定する。この判定は、一対の荷重センサ７５Ｌ、７５Ｒがオフとなったとき、即ち、一対の荷重センサ７５Ｌ、７５Ｒが運転操作者の体重を感知しなくなったときには、運転操作者が一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒから降りたか、落下していなくなった場合であると判定するものである。その結果、一対の荷重センサ７５Ｌ、７５Ｒがオフになったと判定したときには、直ちに制御を中止し、非常停止の措置を行う。
【０１０２】
これに対し、ステップＳ２１において、一対の荷重センサ７５Ｌ、７５Ｒがオフになっていないと判定したときには、ステップＳ２２に移行する。ステップＳ２２では、接地検知スイッチを兼ねる駆動停止スイッチ６６がオンとされたか否かを判定する。この判定は、駆動停止スイッチ６６が運転操作者の手動操作によって行われるものであるため、運転操作者において、降車する意思が積極的にあるかどうかを見るものである。この判定の結果、駆動停止スイッチ６６がオンとされたと判定したときには、直ちに制御を中止し、非常停止の措置を行う。
【０１０３】
一方、ステップＳ２２において、駆動停止スイッチ６６がオンになっていないと判定したときには、ステップＳ２３に移行する。ステップＳ２３では、テザースイッチ８３又はその他の非常停止スイッチ（本実施例では設置されていない）がオンとされたか否かを判定する。この判定は、テザースイッチ８３又はその他の非常停止スイッチで運転操作者の体重を感知しなくなったことを検知することにより、一対の車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒを緊急停止させて機械的な非常停止を行うか否かを判定するものである。
【０１０４】
この判定の結果、テザースイッチ８３又はその他の非常停止スイッチがオンとされたと判定したときには、直ちに制御を中止し、非常停止の措置を行う。一方、ステップＳ２２において、テザースイッチ８３又はその他の非常停止スイッチがオンになっていないと判定したときには、ステップＳ２１に戻り、再びステップＳ２１からの処理を繰り返す。
【０１０５】
走行の終了後、運転操作者が不安定走行装置１から降車する場合には、制御装置１０によって、例えば、図３７に示すような制御が行われる。まず、ステップＳ３１において、不安定走行装置１の姿勢制御の状態であって走行を停止した状態において、姿勢制御スイッチ８２をオフにする。これにより、不安定走行装置１の姿勢制御が停止され、一対の搭乗デッキ６Ｌ，４Ｒが水平方向にバランスされてシーソー状態になる。次に、ステップＳ３２に移行して、運転操作者が降車し易い左右どちらか一方の搭乗デッキ６Ｌ（又は４Ｒ）に体重を掛けて傾斜させ、その傾斜側の補助輪５０Ｌ（又は５０Ｒ）を路面９０に着地させて不安定走行装置１を安定化させる。
【０１０６】
次に、ステップＳ３３に移行して、運転操作者が搭乗デッキ６Ｌ（又は４Ｒ）から降車する。その後、ステップＳ３４に移行して、主電源スイッチ８４をオフする。これにより、不安定走行装置１の一連の制御が完了する。
【０１０７】
以上説明したように、本発明の不安定走行装置１によれば、運転操作者の体重移動により好みに応じて前進走行、後進走行、左右への旋回操作を自在に行うことができる。しかも、不安定走行装置１の形状及び重量が、車軸を中心に左右にバランスされた構成となっているため、例えば横風や路面の凹凸等の外乱による影響を受けることが少なく、安定した姿勢制御を行うことができ、安定性の高い不安定走行装置１を提供することができる。更に、運転操作者の体重移動のみで操縦できるため、乗り手の意志に的確に反応して楽に操作ができると共に、手の不自由な人でも扱うことができ、手で操縦する一般車両のように頭の考えと手の不一致による誤操作のおそれを解消し、走行装置本来の移動する楽しみを味わうことができる。
【０１０８】
また、本発明の不安定走行装置１は、走行方向に前後の区別がないため、サーフィン感覚の操作性を導入してスポーツライクに乗りこなすことができると共に、坂道を登ったり、起伏の激しい娯楽性の高い場所での走行を可能とすることができる。更に、走行中の起伏や段差等に対しても、車輪が路面から離れた場合には、離れる直前までの速度を維持したまま車輪を回転し続け、再び車輪が路面に着地した（トルクが掛かった）ときに通常の制御へ戻すことにより、着地時における不安定さを無くし、運転操作者の転倒を最小限に抑えることができる。
【０１０９】
本発明は、上述し且つ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において種々の変形実施が可能である。
例えば、前記実施例においては、左右の車輪２Ｌ，２Ｒを回転駆動するために、それぞれに１台ずつ車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒを設け、各車輪２Ｌ，２Ｒを個別に回転駆動する構成としたが、車輪駆動ユニットを１台にて構成して、１台の車輪駆動ユニットで２個の車輪２Ｌ，２Ｒを回転駆動する構成としてもよい。また、前記実施例では、２個の車輪２Ｌ，２Ｒを平行に配置した例について説明したが、３個又は４個以上の車輪を平行に配置する構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の不安定走行装置の一実施例を示す外観斜視図である。
【図２】本発明の不安定走行装置の一実施例を示す平面図である。
【図３】本発明の不安定走行装置の一実施例を示す右側面図である。
【図４】本発明の不安定走行装置の一実施例を示す底面図である。
【図５】本発明の不安定走行装置の一実施例を示す正面図である。
【図６】本発明の不安定走行装置の一実施例を示すもので、デッキシートとデッキカバーを取り除いた外観斜視図である。
【図７】本発明の不安定走行装置の一実施例を示すもので、デッキシートとデッキカバーを取り除いた平面図である。
【図８】本発明の不安定走行装置の一実施例を示すもので、デッキシートとデッキカバーを取り除いた右側面図である。
【図９】本発明の不安定走行装置の一実施例を示すもので、デッキシートとデッキカバーを取り除いた底面図である。
【図１０】本発明の不安定走行装置の一実施例を示すもので、デッキシートとデッキカバーを取り除いた正面図である。
【図１１】本発明の不安定走行装置の一実施例を示すもので、デッキシートとデッキカバーを取り除いた背面図である。
【図１２】本発明の不安定走行装置の一実施例を示すもので、デッキカバーと一方の車輪及び車輪駆動ユニットを取り除いた外観斜視図である。
【図１３】本発明の不安定走行装置の一実施例を示すもので、デッキカバーと一方の車輪及び車輪駆動ユニットを取り除いた底面図である。
【図１４】本発明の不安定走行装置の一実施例を示すもので、デッキカバーと一方の車輪及び車輪駆動ユニットとヘルメットを取り除いた左側面図である。
【図１５】本発明の不安定走行装置の一実施例を示すもので、デッキカバーと一方の車輪及び車輪駆動ユニットとヘルメットを取り除いた背面図である。
【図１６】本発明の不安定走行装置に係る一対の搭乗デッキとロール角ダンパ機構を示す斜視図である。
【図１７】本発明の不安定走行装置に係る一対の搭乗デッキとロール角ダンパ機構を示す平面図である。
【図１８】本発明の不安定走行装置に係る一対の搭乗デッキとロール角ダンパ機構を示す右側面図である。
【図１９】本発明の不安定走行装置に係る一対の搭乗デッキとロール角ダンパ機構を示す正面図である。
【図２０】本発明の不安定走行装置に係る軸結合部材の斜視図である。
【図２１】本発明の不安定走行装置に係るシャーシ軸の一対の軸部材における接続側の要部を示す斜視図である。
【図２２】本発明の不安定走行装置に係る軸結合部材とシャーシ軸の結合状態を示す説明図である。
【図２３】本発明の不安定走行装置に係る車両本体に搭載された傾き検出手段の配置を示す説明図である。
【図２４】本発明の不安定走行装置に係るシャーシ軸等の支持構造等を示す説明図である。
【図２５】本発明の不安定走行装置に係る軸結合部材とシャーシ軸の結合状態を示す斜視図である。
【図２６】本発明の不安定走行装置に係る一対の搭乗デッキに設けた補助輪の一方を示す斜視図である。
【図２７】本発明の不安定走行装置に係る補助輪の斜視図である。
【図２８】本発明の不安定走行装置に係る補助輪の一部を断面して正面側から見た説明図である。
【図２９】本発明の不安定走行装置に係る補助輪の一部を断面して側面側から見た説明図である。
【図３０】本発明の不安定走行装置への搭乗動作を説明するもので、一対の搭乗デッキの一方に片足を乗せた状態の説明図である。
【図３１】本発明の不安定走行装置への搭乗動作を説明するもので、一対の搭乗デッキに両足を乗せた状態の説明図である。
【図３２】本発明の不安定走行装置への搭乗動作を説明するもので、一対の搭乗デッキに乗って両足でバランスを取った状態の説明図である。
【図３３】本発明の不安定走行装置への搭乗動作を説明するもので、一対の搭乗デッキに乗って両足でバランスを取った状態の全体を示す説明図である。
【図３４】本発明の不安定走行装置に係る制御装置による補助輪の制動時における制御を示すブロック図である。
【図３５】本発明の不安定走行装置に係る制御装置による補助輪の乗車時の制御を示すブロック図である。
【図３６】本発明の不安定走行装置に係る制御装置による補助輪の非常停止時における制御を示すブロック図である。
【図３７】本発明の不安定走行装置に係る制御装置による補助輪の降車時の制御を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１…不安定走行装置、 ２Ｌ，２Ｒ…車輪、 ３…車両本体、 ４Ｌ，４Ｒ…車輪駆動ユニット（車輪駆動手段）、 ５…シャーシ軸、 ５Ｌ，５Ｒ…軸部材、 ６Ｌ，６Ｒ…搭乗デッキ、 ７…ジャイロセンサ（ピッチ角検出手段）、 ８…回転角検出器（ロール角検出手段）、 ９…加速度センサ、 １０…制御装置（車両制御手段）、 １１…ケーシング、 １２…電動モータ、 ２１…軸結合部材、 ３１…ロール角ダンパ機構、 ３２ａ，３２ｂ…弾性体、 ３４…ゴムローラ、 ３６…デッキブラケット、 ３８…デッキ本体、 ５０Ｌ，５０Ｒ…補助輪、 ５１…制動車輪、 ５２…車輪軸、 ５３…車輪ブラケット、 ５５…コイルバネ（弾性体）、 ６６…駆動停止スイッチ、 ６７…スイッチ本体、 ６８…スイッチングドグ、 ７５Ｌ，７５Ｒ…荷重センサ、 ７５ａ，７５ｂ…センサプレート、 ７６…デッキシート、 ８０…ヘルメット、 ８２…姿勢制御スイッチ、 ８３…テザースイッチ、 ８４…主電源スイッチ、 ９０…路面、 Ｘ…車軸方向、 Ｙ…走行方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２輪又は３輪以上の車輪を平行に配置して走行するようにした不安定走行装置に関し、特に、運転操作者の重心移動によって前進、後進、加速及び減速、左右旋回、停止等の制御を安定性良く行うことができる不安定走行装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の、この種の不安定走行装置としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。特許文献１には、手による操作を行わずに体重を利用して移動することを可能にした電動式移動体に関するものが記載されている（第１従来例）。この特許文献１に記載された電動式移動体は、「体重移動を検出するセンサと、このセンサからの検出信号に応じてモータを駆動制御するコントローラとを備え、前記モータの駆動制御によって移動する」ことを特徴としている。
【０００３】
このような構成を有する電動式移動体によれば、「移動体の乗り手の姿勢、換言すれば移動体に設けられた圧力センサへの体重のかかり具合によりモータを駆動制御し、このモータの駆動制御状態に応じて、移動体のスピードや加速のコントロール、前後進、方向指示等を行うことができる」等の効果が期待される。
【０００４】
従来の他の不安定走行装置としては、例えば、特許文献２に記載されているようなものもある。特許文献２には、同軸二輪車における姿勢制御方法に関するものが記載されている（第２従来例）。この特許文献２に記載された同軸二輪車における姿勢制御方法は、「一対の車輪と、両車輪間に架設された車軸と、車軸上に回動可能に支持された車体と、車体に装着された車輪駆動用モータと、車輪駆動用モータに作動指令を送る制御コンピュータと、車体の傾きを検出する角度検出手段とからなる同軸二輪車において、前記角度検出手段により検出される車体の傾斜角度を短時間間隔にてサンプリングし、車体のサンプリング傾斜角度を状態変数、フィードバックゲインを係数として制御コンピュータ内に予め入力設定された制御入力算出式に前記サンプリング値を代入して演算し、この演算に基づいて車輪駆動用モータの制御トルクを算出し、この算出された制御トルク相当の作動を制御コンピュータから車輪駆動用モータに指令する」ことを特徴としている。
【０００５】
このような構成を有する同軸二輪車における姿勢制御方法によれば、「車体の傾きを検出する角度検出手段により検出される車体の傾斜角度を短時間間隔にてサンプリングし、車体のサンプリング傾斜角度及びフィードバックゲインを係数として制御コンピュータ内に予め入力設定された制御入力算出式にサンプリング値を代入して演算し、この演算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、この算出された制御トルク相当の作動を制御コンピュータから車輪駆動用モータに指令して同軸二輪車における姿勢を制御するようにしたので、前記算出結果に基づいて車輪駆動用モータのフィードバック制御が行われ、車体が傾動すれば車輪が車体の傾動方向へ直ちに移動して車体の復元が確実に行われる」等の効果が期待される。
【０００６】
また、従来の更に他の不安定走行装置としては、例えば、特許文献３に記載されているようなものもある。特許文献３には、不安定車両の走行制御装置に関するものが記載されている（第３従来例）。この特許文献３に記載された不安定車両の走行制御装置は、「進行方向に平行する同一の直線上の位置を除く位置に配される少なくとも２個の車輪とそれを連結する車軸上に固定される座席とからなり、該車輪の回転軸線の上方に重心位置を備えてなる不安定車両の走行を制御する装置であって、前記回転軸線と重心位置とを結ぶ線の、軸線に直交する方向における重力方向に対する傾斜角度及び／又は傾斜角速度を検出する検出手段、前記車輪に固定され、それを駆動する駆動手段、及び前記検出値を減少させるべく該駆動手段の制御値を決定する制御値決定手段、を備えた」ことを特徴としている。
【０００７】
このような構成を有する不安定車両の走行制御装置によれば、「車両を前後の所望の方向に傾斜させることによってその方向に走行させることができる。また、２個の車輪で接地するのみであることから小回りがきき、狭隘な個所であっても困難なく走行することができる」という効果が期待される。
【特許文献１】特開平１０−２３６１３号公報
【特許文献２】特開昭６３−３０５０８２号公報
【特許文献３】特開平４−２０１７９３号公報
【０００８】
しかしながら、前述した第１従来例の電動式移動体においては、スケートボードのような乗り物として構成されていて、ボード本体の下面の前後に２個ずつ合計４個の車輪が配置されている。ボード本体の前部に配置された２個の前輪が自由輪であるのに対し、後部に配置された２個の後輪はモータによって回転駆動され、このモータの駆動による後輪の回転によってボード本体が走行するようになっている。この電動式移動体のモータの駆動制御は、ボード本体に乗った運転操作者の体重移動によって行われる。即ち、運転操作者の体重移動をセンサで検出すると共に、その検出信号に基づきコントローラでモータの駆動を制御することにより、手で操縦せずに運転操作者の体重移動だけで、前進走行、後進走行、左右旋回、加速減速等の操縦を行うことができるようになっている。
【０００９】
ところが、この電動式移動体は、不安定走行装置と言っても、前後に２個ずつ配置された合計４個の車輪によってボード本体が支持されているため、厳密な意味での不安定走行装置と言えるものではなく、４個の車輪を有する自動車等の車両に近い安定性を有するものであった。そのため、この種のスケートボード形式の電動式移動体においては、運動用具と娯楽用具とを兼ね備えたスポーツ用品としては好ましいが、車両本体が４個の車輪によって比較的安定性良く支持されているという点で、本願発明の不安定走行装置とは異なるものである。
【００１０】
これに対して、第２従来例の同軸二輪車及び第３従来例の不安定車両のいずれの場合にも、１個の車輪又は平行に配置された２個の車輪によって車両本体が支持されているため、本願発明の不安定走行装置と同種のものである。ところが、第２従来例の同軸二輪車の場合には、同軸上に配置された２個の車輪によって車体が支持されているが、その車体の姿勢制御は、車体の傾斜角度を検出する角度検出手段の検出信号に基づき車輪駆動モータの駆動を制御して行うようになっていた。しかも、車体は人が乗ることができるような構成にはなっておらず、人が乗って楽しむような装置ではなかった。
【００１１】
また、第３従来例の不安定車両の場合には、車両本体は人が乗ることができる構造となっていたが、その車両本体には人が掴むことができるハンドルが設けられていた。このハンドルは、車両本体に搭乗する者の姿勢を安定させるためには有効であるが、手足を自由に動かして重心を移動させることによる車両の走行制御を行うことができず、よりスポーツライクの走行を楽しむことができないという課題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
解決しようとする問題点は、従来の不安定走行装置においては、車両本体に乗った人が手足を自由に動かすことができず、限られた範囲内の手足、身体の移動によってのみ車両の前進走行、後進走行、左右旋回、加速・減速、制動等の操縦を行うことができるに過ぎないという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本出願の請求項１に記載の不安定走行装置は、平行に配置された２輪又は３輪以上の車輪と、その２輪又は３輪以上の車輪の回転により走行する車両本体と、その車両本体に取り付けられると共に２輪又は３輪以上の車輪を回転駆動する１又は２以上の車輪駆動手段と、２輪又は３輪以上の車輪の車軸方向と直交する走行方向に延在され且つ車両本体に回動自在に支持されるシャーシ軸と、そのシャーシ軸に固定されると共に運転操作者の左右の足が個別に置かれる一対の搭乗デッキと、その一対の搭乗デッキの走行方向の傾き角度を検出するピッチ角検出手段と、一対の搭乗デッキの車軸方向の傾き角度を検出するロール角検出手段と、ピッチ角検出手段及びロール角検出手段により検出される一対の搭乗デッキの姿勢に応じて１又は２以上の車輪駆動手段に制御信号を出力して走行状態を制御する車両制御手段と、を設けたことを主要な特徴とする。
【００１４】
本出願の請求項２に記載の不安定走行装置は、ピッチ角検出手段は、車両本体の傾き角度を検出するジャイロセンサからなることを特徴とする。
【００１５】
本出願の請求項３に記載の不安定走行装置は、ロール角検出手段は、シャーシ軸の回転角度を検出する回転角検出器からなることを特徴とする。
【００１６】
本出願の請求項４に記載の不安定走行装置は、一対の搭乗デッキは、車両本体を挟んでシャーシ軸の軸方向の両側に重量バランスを保持して左右対称に設けたことを特徴とする。
【００１７】
本出願の請求項５に記載の不安定走行装置は、一対の搭乗デッキには、運転操作者の左右の足から付加される荷重をそれぞれ検出して重心の移動を検出する一対の荷重センサを設けたことを特徴とする。
【００１８】
本出願の請求項６に記載の不安定走行装置は、一対の荷重センサは、シャーシ軸を挟んで両側に配置された一対の荷重検出部をそれぞれ有することを特徴とする。
【００１９】
本出願の請求項7に記載の不安定走行装置は、一対の搭乗デッキの下部には、その一対の搭乗デッキの走行方向の傾き角度を制限する補助輪をそれぞれ設けたことを特徴とする。
【００２０】
本出願の請求項8に記載の不安定走行装置は、補助輪は、路面に接触して回転する際の摩擦力により制動力を生じさせる制動車輪であることを特徴とする。
【００２１】
本出願の請求項９に記載の不安定走行装置は、補助輪は、走行方向の回転を阻止してその走行方向と反対側の回転のみを許容する一方向クラッチを有する制動車輪であることを特徴とする。
【００２２】
本出願の請求項１０に記載の不安定走行装置は、補助輪には、所定以上の荷重が負荷されたときに１又は２以上の車輪駆動手段の駆動を停止する駆動停止スイッチを設けたことを特徴とする。
【００２３】
本出願の請求項１１に記載の不安定走行装置は、車両制御手段は、ピッチ角検出手段から供給される検出信号に基づき１又は２以上の車輪駆動手段に制御信号を出力して運転操作者の重心移動量に応じて走行速度を制御することを特徴とする。
【００２４】
また、本出願の請求項１２に記載の不安定走行装置は、車両制御手段は、ロール角検出手段から供給される検出信号に基づき１又は２以上の車輪駆動手段に制御信号を出力して運転操作者の重心移動量に応じて旋回速度を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本出願の請求項１に記載の不安定走行装置によれば、２輪又は３輪以上の車輪と車両本体と１又は２以上の車輪駆動手段とシャーシ軸と一対の搭乗デッキとピッチ角検出手段とロール角検出手段と車両制御手段とを設ける構成とすることにより、一対の搭乗デッキに両足を乗せた運転操作者が走行したい方向に重心（体重）を移動すると、その重心の移動量に応じて一対の搭乗デッキが走行したい方向に傾き（ピッチ角：Ｐ）、そのピッチ角Ｐがピッチ角検出手段によって検出される。これにより、ピッチ角検出手段の検出信号が車両制御手段に入力され、その検出信号に応じて車両制御手段が１又は２以上の車輪駆動手段に制御信号を出力する。その結果、１又は２以上の車輪駆動手段が一対の搭乗デッキのピッチ角Ｐに応じて回転駆動され、そのピッチ角Ｐの速度・加速度に応じて走行したい方向に走行される。そして、運転操作者が走行方向と逆方向に重心を移動することにより、走行速度を低下して走行状態を停止することができる。
【００２６】
また、一対の搭乗デッキに両足を乗せた運転操作者が旋回したい方向に重心（体重）を移動すると、その重心の移動量に応じて一対の搭乗デッキが旋回したい方向に傾き（ロール角：Ｒ）、そのロール角Ｒがロール角検出手段によって検出される。これにより、ロール角検出手段の検出信号が車両制御手段に入力され、その検出信号に応じて車両制御手段が１又は２以上の車輪駆動手段に制御信号を出力する。その結果、１又は２以上の車輪駆動手段が一対の搭乗デッキのロール角Ｒに応じて、左右の車輪間に所定量の回転差を生じさせるように回転駆動され、そのロール角Ｒの速度・加速度に応じて旋回したい方向に旋回される。
【００２７】
本出願の請求項２に記載の不安定走行装置によれば、ピッチ角手段を、車両本体の傾き角度を検出するジャイロセンサで構成することにより、比較的簡単な構造でありながら一対の搭乗デッキのピッチ角を確実且つ精度良く検出することができ、その検出信号に基づいて前進走行、後進走行、加速・減速、停止等の走行状態を好適に制御することができる。
【００２８】
本出願の請求項３に記載の不安定走行装置によれば、ロール角検出手段を、シャーシ軸の回転角度を検出する回転角検出器で構成することにより、一対の搭乗デッキの実際の回転角度を確実且つ精度良く検出することができ、その検出信号に基づいて左右への旋回を好適に制御して、安定性良く旋回することができる。
【００２９】
本出願の請求項４に記載の不安定走行装置によれば、一対の搭乗デッキを、車両本体を挟んでシャーシ軸の軸方向両側に配置すると共に重量バランスを保持して左右対称に構成することにより、一対の搭乗デッキのシャーシ軸の軸方向における釣合いを容易に取ることができ、運転操作者の意志に的確に反応し、重心移動だけで楽に走行、旋回等の運転操作を行うことができる。
【００３０】
本出願の請求項５に記載の不安定走行装置によれば、一対の搭乗デッキに一対の荷重センサを設ける構成とすることにより、比較的簡単な構造でありながら一対の搭乗デッキに乗った運転操作者の体重移動による走行方向の重心移動を確実且つ精度良く検出することができ、その検出信号に基づいて前進走行、後進走行、加速・減速、停止等の走行状態を好適に制御することができる。
【００３１】
本出願の請求項６に記載の不安定走行装置によれば、一対の荷重センサを、シャーシ軸を挟んで両側に配置した一対の荷重検出部で構成とすることにより、比較的簡単な構造でありながら一対の搭乗デッキに乗った運転操作者の体重移動による走行方向と直交する方向の重心移動を確実且つ精度良く検出することができ、その検出信号に基づいて左右への旋回走行を好適に制御することができる。
【００３２】
本出願の請求項７に記載の不安定走行装置によれば、一対の搭乗デッキの下部に補助輪を設ける構成とすることにより、走行方向に対して一対の搭乗デッキが必要以上に傾くのを防止することができ、運転操作者の大きな姿勢変化を防ぎ、走行方向における搭乗安定性の向上を図ることができる。
【００３３】
本出願の請求項８に記載の不安定走行装置によれば、補助輪を制動車輪で構成することにより、制動車輪の回転によって制動力を生じさせ、滑らかに減速して安定性良く制動することができる。
【００３４】
本出願の請求項９に記載の不安定走行装置によれば、一方向クラッチを有する制動車輪で補助輪を構成することにより、進行方向と逆方向への移動を瞬時に停止することができ、緊急停止時における制動性能の向上を図ることができる。
【００３５】
本出願の請求項１０に記載の不安定走行装置によれば、補助輪に駆動停止スイッチを設ける構成とすることにより、制動時にブレーキ力を作用させて制動力を確実に働かせることができ、車輪の駆動力を減少又は停止させて安定性良く停止できると共に、緊急時における制動性能の向上を図り、安全に停止することができる。
【００３６】
本出願の請求項１１に記載の不安定走行装置によれば、ピッチ角検出手段の検出信号に基づいて車両制御手段で車輪駆動手段を制御し、運転操作者の重心移動に応じて走行速度を制御する構成とすることにより、前進走行、後進走行、加速・減速、停止等の走行状態を好適に制御し、安定性良くスムースに走行することができる。
【００３７】
また、本出願の請求項１２に記載の不安定走行装置によれば、ロール角検出手段の検出信号に基づいて車両制御手段で車輪駆動手段を制御し、運転操作者の重心移動に応じて旋回速度を制御する構成とすることにより、左右の旋回速度を好適に制御し、旋回時の遠心力に運転操作者が振り落とされるおそれがなく、安定性良くスムースに旋回することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
運転操作者の重心移動によって前進走行、後進走行、加速及び減速、左右旋回、停止等の制御を安定性良く行うことができ、人が乗って移動する車両としては勿論のこと、運動用具や娯楽用具等としての汎用性も有する不安定走行装置を、簡単な構成によって実現した。
【００３９】
図１〜図３７は、本発明の実施の形態を示すものである。即ち、図１は本発明の不安定走行装置の一実施例を示す外観斜視図、図２は同じく平面図、図３は同じく右側面図、図４は同じく底面図、図５は同じく正面図、図６は一対の荷重センサを現した外観斜視図、図７は同じく平面図、図８は同じく右側面図、図９は同じく底面図、図１０は同じく正面図、図１１は同じく背面図、図１２は一対の搭乗デッキの内部構造を示す斜視図、図１３は同じく底面図、図１４はヘルメットを取り除いた左側面図、図１５は同じく背面図、図１６はシャーシ軸に一対の搭乗デッキが取り付けられた状態の斜視図、図１７は同じく平面図、図１８は同じく右側面図、図１９は同じく正面図である。
【００４０】
図２０は本発明の不安定走行装置に係る軸結合部材の斜視図、図２１はシャーシ軸の要部を示す斜視図、図２２は軸結合部材とシャーシ軸の結合状態を示す説明図、図２３は傾き検出手段の配置を示す説明図、図２４はシャーシ軸等の支持構造等を示す説明図、図２５は軸結合部材の取付状態を示す説明図、図２６は補助輪を示す斜視図、図２７は補助輪の支持構造を示す説明図、図２８は同じく一部を断面して正面から見た説明図、図２９は同じく一部を断面して側面から見た説明図、図３０は一対の搭乗デッキの一方に片足を乗せた状態の説明図、図３１は一対の搭乗デッキに両足を乗せた状態の説明図、図３２は両足でバランスを取った状態の説明図、図３３は同じく全体を示す説明図、図３４は補助輪の制動時における制御を示すブロック図、図３５は乗車時の制御を示すブロック図、図３６は非常停止時における制御を示すブロック図、図３７は降車時の制御を示すブロック図である。
【実施例１】
【００４１】
この実施例で説明する不安定走行装置１は、図１〜図５に示すように、平行に配置された２つの車輪２Ｌ，２Ｒと、その２つの車輪２Ｌ，２Ｒ間に配置された車両本体３と、その車両本体３に取り付けられると共に２つの車輪２Ｌ，２Ｒを回転駆動する車輪駆動手段としての２つの車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒと、２つの車輪２Ｌ，２Ｒの車軸方向Ｘと直交する走行方向Ｙに延在され且つ車両本体３に回転自在に支持されたシャーシ軸５と、そのシャーシ軸５の軸方向の両側に固定された一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒと、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒの走行方向Ｙの傾き角度（ピッチ角）を検出するピッチ角検出手段としてのジャイロセンサ７と、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒの車軸方向Ｘの傾き角度（ロール角）を検出するロール角検出手段としての回転角検出器８と、車両本体３に作用する加速度を検出する加速度センサ９と、これらの検出手段７，８及び９から入力される情報信号に基づき所定の演算処理を実行して２つの車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒに制御信号を出力して走行状態を制御する車両制御手段としての制御装置１０等を備えて構成されている。
【００４２】
車両本体３は、四角形の筐体からなるケーシング１１を備えている。ケーシング１１は、上下方向に重ね合わされ、互いに着脱可能とされた上ケースと下ケースとから構成されている。このケーシング１１の一方に対向する２の側面のうちの一面の外側には第１の車輪駆動ユニット４Ｌが配置され、その反対側の他面の外側には第２の車輪駆動ユニット４Ｒが配置されている。２つの車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒは同一のものであって、電動モータ１２と、その電動モータ１２と一体に設けられた減速機１３とで構成されている。２つの車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒは、図１３及び図２４等に示すように、互いに平行をなす２本の支持軸１４，１４の両端に、それぞれマウントインシュレータ１５を介して弾性的に支持されている。
【００４３】
２本の支持軸１４，１４は、それぞれケーシング１１を貫通して両端が外部に突出されており、その突出部にマウントインシュレータ１５が取り付けられている。マウントインシュレータ１５は、車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒの振動を吸収し、或いはその振動の伝達を遮断等するためにゴム状弾性体によって形成されている。各マウントインシュレータ１５は２本の支持軸１４，１４間に掛け渡されており、その間に車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒがそれぞれ保持されている。図２４に示す符合１６は、支持軸１４に固定されたスペーサである。各スペーサ１６はケーシング１１とマウントインシュレータ１５との間に介在されていて、支持軸１４の軸方向への移動を制限している。
【００４４】
２つの車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒの電動モータ１２は内側に配置されていて、外側に固定された減速機１３の先端側の回転部に、第１及び第２の車輪２Ｌ，２Ｒがそれぞれボルト及びナットからなる固着手段によって着脱可能に取り付けられている。第１及び第２の車輪２Ｌ，２Ｒの回転中心となる車軸は、互いの軸心線が一致するように同軸上に設定されており、この軸心線が前記車軸方向Ｘの基準軸となっている。更に、各車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒには、それぞれの車輪２Ｌ，２Ｒの回転角度及び回転数を検出してその検出信号を出力する回転検出手段が設けられている。
【００４５】
第１及び第２の車輪２Ｌ，２Ｒとして、この実施例では適当な強さを備えた柔軟性のあるもの、例えば、空気入りタイヤが用いられている。即ち、各車輪２Ｌ，２Ｒは、車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒの出力部に固定された円盤状のホイール１７と、そのホイール１７の外周面に装着されたゴム製のタイヤ１８とから構成されている。タイヤ１８には適当な圧力の空気が充填されており、負荷荷重の相違に基づく左右タイヤ１８の弾性変形量の違いによる左右車輪２Ｌ，２Ｒの接地半径の違いによっても旋回動作し得るように構成されている。なお、第１及び第２の車輪２Ｌ，２Ｒとしては、この実施例の空気入りタイヤに限定されるものではなく、例えば、ゴム状弾性体のみからなるゴムタイヤ、或いは木製車輪や金属製車輪その他の車輪状のものを適宜に用いることができる。
【００４６】
また、ケーシング１１には、図１２〜１４及び図２４等に示すように、２本の支持軸１４，１４と直交する方向（走行方向）に延在されたシャーシ軸５が貫通されている。シャーシ軸５は、ケーシング１１の２つの車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒが配置された１の側面と直交する側面に設けた一対の軸受部２０によって回動自在に支持されている。このシャーシ軸５は、図２１及び図２４に示すように、軸方向に接続される２本の軸部材５Ｌ，５Ｒによって構成されている。
【００４７】
２本の軸部材５Ｌ，５Ｒは同一のものであって、その当接部を軸結合部材２１で固定することによって一体的に構成されている。各軸部材５Ｌ，５Ｒは、軸方向の中途部に鍔部２２が設けられたパイプ状の部材からなり、互いに当接される端部には同一形状の切欠き部２３，２３が設けられている。切欠き部２３，２３は、２本の軸部材５Ｌ，５Ｒの相対的な回動を防止して回動方向に一体化させるものである。これらの切欠き部２３，２３には軸結合部材２１の回転止め凸部２４が係合され、この回転止め凸部２４を介して２本の軸部材５Ｌ，５Ｒが回動方向に一体とされている。更に、各軸部材５Ｌ，５Ｒには、配線用のリード線等が挿通される挿通穴５ａが複数箇所に設けられている。
【００４８】
軸結合部材２１は、図２０に示すような構成を有している。軸結合部材２１は、２本の軸部材５Ｌ，５Ｒの接合部を適当な幅で保持できるブロック状の部材からなり、その中央部に、２本の軸部材５Ｌ，５Ｒが両側から挿入される貫通穴２５が設けられている。この貫通穴２５の中間部に、前記回転止め凸部２４が設けられている。回転止め凸部２４は、周方向に略１８０度連続された円弧状の凸部からなり、当接された２つの切欠き部２３，２３間に隙間なく嵌り合う大きさに形成されている。
【００４９】
更に、軸結合部材２１には、貫通穴２５に連通されるスリット２６が設けられている。このスリット２６を設けることで貫通穴２５の径を弾性限度内において縮径可能としている。そして、軸結合部材２１には、図２２に示すように、スリット２６と直交する方向に延びる２つのネジ穴２７が設けられている。このネジ穴２７に挿入されるボルトを締め込むことにより、貫通穴２５が縮径されてシャーシ軸５が軸結合部材２１に締付固定される。この軸結合部材２１には、シャーシ軸５の回動量（ロール角）を制限する一対のストッパ部２８ａ，２８ｂと一対のアーム部２９ａ，２９ｂとが設けられている。
【００５０】
一対のストッパ部２８ａ，２８ｂは、スリット２６が延びる方向に延在されていると共に、当該スリット２６を挟んで両側に対向するように設けられている。この一対のストッパ部２８ａ，２８ｂに対して、図示しないがケーシング１１の裏面にはストッパ受部が対向するように設けられている。これにより、シャーシ軸５が予め設定された所定のロール角傾いたときに、一方のストッパ部がストッパ受部に当接して所定角度以上にシャーシ軸５が傾くのを防止するロール角制限機構が構成されている。
【００５１】
一対のアーム部２９ａ，２９ｂは、スリット２６が延びる方向と垂直をなす外側に展開されている。図１６〜図１９及び図２５に示すように、一対のアーム部２９ａ，２９ｂのストッパ部２８ａ，２８ｂ側の面には、ケーシング１１の内面に固定された複数個の弾性体３２ａ，３２ｂが所定の隙間を空けて対向するように設けられている。これらの弾性体３２ａ，３２ｂと一対のアーム部２９ａ，２９ｂとによってロール角ダンパ機構３１が構成されている。ロール角ダンパ機構３１は、ロール角制限機構が働いてシャーシ軸５の回動を制限する最大ロール角の直前において、弾性体３２ａ，３２ｂをアーム部２９ａ，２９ｂに当接させて衝突時の衝撃力や振動を吸収して和らげる働きをなすものである。
【００５２】
ロール角ダンパ機構３１の弾性体３２ａ，３２ｂは、この実施例では６個の円筒状を成す耐圧弾性材料、例えば、シリコンゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム等によって構成されている。このロール角ダンパ機構３１の一側に配置した３個の弾性体３２ａ（又は３２ｂ）の合計の剛性強さは、例えば、８０Ｎｍ（ニュートンメーター）程度が好適である。この８０Ｎｍは、平均的な成人男性が両足で踏ん張ってシャーシ軸５をロール方向に回転させることができる程度の大きさである。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、運転操作者が子供である場合、女性である場合等のように、その者の体力に応じて適宜な値に設定できることは勿論である。また、シャーシ軸５のロール角度は、±１５度程度が好適である。しかしながら、本発明はこれに限定されるものでないことは勿論である。
【００５３】
シャーシ軸５のロール角度を検出するため、ケーシング１１の内面にはロール角検出手段の一具体例を示す回転角検出器８が取り付けられている。回転角検出器８は、図２４及び図２５に示すように、ロータリエンコーダによって構成されている。回転角検出器８は、その回転軸に取り付けられたゴムローラ３４を有しており、そのゴムローラ３４をシャーシ軸５の外周面に回転接触させることによってシャーシ軸５の回転角度を検出できるようになっている。この回転角検出器８は、取付ブラケット３５を介してケーシング１１に支持されている。
【００５４】
シャーシ軸５は、一対の鍔部２２，２２を一対の軸受部２０，２０で支持することにより所定の角度範囲内でケーシング１１に回転自在に取り付けられている。このシャーシ軸５の両端にはデッキブラケット３６が一体的に取り付けられており、それぞれのデッキブラケット３６，３６が軸方向外側に延在されている。これらのデッキブラケット３６，３６の上に、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒがそれぞれ固定ネジ等の固着手段によって着脱可能に取り付けられている。
【００５５】
一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒは、車両本体３を挟んで車軸方向Ｘと直交する走行方向Ｙの両側に配置されている。一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒは同一のものであって、運転操作者が片足ずつ乗ることができる大きさを有すると共に、両足をやや広げた間隔に設定されている。各搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒは、デッキブラケット３６に固定されるデッキ本体３８と、このデッキ本体３８の下部に着脱自在に装着されるデッキカバー３９とから構成されている。デッキ本体３８とデッキカバー３９との間に設けられた空間部には、図６〜図１１に示すように、各種の電装部品が収納されている
【００５６】
図６〜図１１は、図１〜図５に示す不安定走行装置１のうち、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒの各デッキカバー３９を取り外した状態を示す図である。図８及び図９に示すように、第１の搭乗デッキ３７Ｌには、第１及び第２のドライバ基板ユニット４１ａ，４１ｂとバッテリ電源基板ユニット４２と第１及び第２の回生抵抗器４３ａ，４３ｂとが配置されている。これらの基板ユニット等は、すべてデッキ本体３８の下面に懸架されていて、固定ネジ等の固着手段によって着脱可能に取り付けられている。また、第２の搭乗デッキ３７Ｒには、制御基板ユニット４４と主電源基板ユニット４５と荷重センサ基板ユニット４６とが配置されている。これらの基板ユニットも同じく、すべてデッキ本体３８の下面に懸架されていて、固定ネジ等の固着手段によって着脱可能に取り付けられている。
【００５７】
各基板ユニット４１ａ，４１ｂ、４２、４４，４５及び４６は、それぞれに所定の配線パターンが設けられた配線基板と、各配線基板に実装された電子部品等によって構成されている。そして、車両本体３内に収納された図示しないバッテリ電源とそれぞれ電気的に接続されている。バッテリ電源と各基板ユニット４１ａ，４１ｂ〜４６間を接続するリード線は、シャーシ軸５に設けた挿通穴５ａから挿入され且つ内部の穴を通して配線されている。従って、リード線が外部に露出されて外観上の見映えが悪くなるのを回避できると共に、相対的に回動変位する部分間においても両者をリード線によって確実に接続することができる。
【００５８】
前記第１及び第２のドライバ基板ユニット４１ａ，４１ｂ、バッテリ電源基板ユニット４２、第１及び第２の回生抵抗器４３ａ，４３ｂと、制御基板ユニット４４、主電源基板ユニット４５、荷重センサ基板ユニット４６等によって車両制御手段の一具体例を示す制御装置１０が構成されている。
【００５９】
また、図８及び図９等に示すように、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒのそれぞれ先端側には、下方に突出する一対の補助輪５０Ｌ，５０Ｒが設けられている。一対の補助輪５０Ｌ，５０Ｒは同一のものであって、図２６〜図２９に示すような構成とされている。即ち、各補助輪５０Ｌ，５０Ｒは、制動車輪５１と、この制動車輪５１が回転自在に保持された車輪軸５２と、この車輪軸５２を支持する車輪ブラケット５３と、この車輪ブラケット５３をデッキブラケット３６に移動可能に支持する支持ボルト５４と、車輪ブラケット５３をデッキブラケット３６から離反する方向に付勢する弾性体５５等を備えて構成されている。
【００６０】
補助輪５０Ｌ，５０Ｒの制動車輪５１は、中央部の直径を両端部の直径よりも大きくしたクラウン形状のローラ５６と、このローラ５６の穴に嵌合された軸受スリーブ５７とから構成されている。ローラ５６をクラウン形状とすることにより、路面に接地するときにロール方向の倒れが生じている場合にも、ローラ５６をスムースに回転させて安定した走行を確保することができる。しかも、制動車輪５１が路面に接地した際に、軸受スリーブ５７と車輪軸５２との間に摺動摩擦力を生じさせて機械的に緩やかな回転制動力を得ることができる。なお、ローラ５６の材質としては、例えば、ウレタンゴムが好適であるが、その他のゴムやエンジニアリングプラスチック等を用いることもできる。
【００６１】
この補助輪５０Ｌ，５０Ｒの制動車輪５１としては、前記軸受スリーブ５７に代えて一方向クラッチを用いる構成としてもよい。一方向クラッチは、一方向だけに動力を伝える構造の軸継手であって、その逆転を防止するものである。この一方向クラッチを制動車輪５１に用いる場合には、走行方向前側に移動するときの回転を許容し、後ろ側へ戻るときの回転を阻止するように使用する。このように用いる場合には、走行側に重心がある走行状態から急停止させるときに、不安定走行装置１を可能な限り瞬時に停止することができる。
【００６２】
即ち、不安定走行装置１の走行時、走行方向Ｙ前方へのピッチ角が大きくなると、そのピッチ角の増加に応じて走行速度が増加する。この前方ピッチ角が、予め設定された許容ピッチ角（前後の傾斜可動角、例えば１０°〜２５°）を越えると、対応する補助輪５０Ｌ又は５０Ｒが路面に接地する。このとき、その制動車輪５１は、進行方向に対しては滑らかに回転し、緩やかな回転制動力を発揮する。
【００６３】
これに対して、不安定走行装置１を制動するために運転操作者が進行方向と逆方向に重心を移動させると、後方ピッチ角の増加量に応じて急速に減速される。この際、後方ピッチ角が許容ピッチ角を越えると、これに対応する進行方向後方に位置する補助輪５０Ｒ又は５０Ｌが路面に接地する。このとき、その路面に接地する制動車輪５１は、進行方向に対して回転を阻止するように作用し、回転することなくロックして路面に当接される。その結果、不安定走行装置１は、制動車輪５１をロックした状態で接地面に擦り付けるようにして移動するため、急速に大きな制動力を発生させながら比較的安全に急停車させることができる。
【００６４】
補助輪５０Ｌ，５０Ｒの車輪ブラケット５３は、下部に開口された門形の部材からなり、対向設置された軸受片５３ａ，５３ａ間に制動車輪５１が収納されている。車輪ブラケット５３の一対の軸受片５３ａ，５３ａの先端には、制動車輪５１が装着された車輪軸５２の軸方向両端に設けた固定部５２ａ，５２ａが係合される係合溝５３ｂがそれぞれ設けられている。係合溝５３ｂはコ字状の溝部からなり、この係合溝５３ｂに四角形の固定部５２ａが嵌め込まれている。各固定部５２ａには固定ネジ５８が下方から上方へ挿通されており、この固定ネジ５８の締め込みによって車輪軸５２が車輪ブラケット５３の下端に着脱可能に取り付けられている。
【００６５】
図２７〜図２９に示すように、車輪ブラケット５３はデッキブラケット３６の先端下部に、２本の支持ボルト５４，５４と２個のスリーブガイド６０，６０を介して所定範囲内において接近及び離反可能に支持されている。スリーブガイド６０は、軸方向の一端に外向きのフランジ部６０ａが設けられた円筒体からなり、その中央穴に支持ボルト５４が挿通されている。この支持ボルト５４が挿通された２個のスリーブガイド６０，６０が、デッキブラケット３６に車輪軸５２の軸方向に所定の間隔をあけて設けた２つの貫通穴６１，６１に摺動自在に挿通されている。各貫通穴６１の上部には、スリーブガイド６０のフランジ部６０ａが挿入される座ぐり穴６２が設けられている。
【００６６】
貫通穴６１に挿通されたスリーブガイド６０は、フランジ部６０ａを座ぐり穴６２の座面に接触させた状態で先端部がデッキブラケット３６の下面から適宜量だけ下方に突出されている。スリーブガイド６０の下端面は車輪ブラケット５３の上面に当接され、その状態で支持ボルト５４のネジ部が車輪ブラケット５３のネジ穴に螺合されている。このとき、デッキブラケット３６の下面と車輪ブラケット５３の上面との間には適宜長さの隙間Ｅが設けられている。従って、車輪ブラケット５３は、隙間Ｅの距離だけデッキブラケット３６に対して相対的に接近及び離反可能とされている。
【００６７】
このデッキブラケット３６と車輪ブラケット５３の間には、車輪ブラケット５３を常時デッキブラケット３６から離反させる方向に付勢する弾性体の一具体例を示すコイルバネ５５が介在されている。このコイルバネ５５を所定位置に保持するため、デッキブラケット３６と車輪ブラケット５３には、互いに対向する位置にバネ受け穴６３ａ，６３ｂが設けられている。コイルバネ５５のバネ力に抗して当該コイルバネ５５を押し縮めることにより、車輪ブラケット５３をデッキブラケット３６に近づける方向に移動することができる。
【００６８】
これにより、制動車輪５１はコイルバネ５５によって、常にデッキブラケット３６に対してフローティング状態に保持されている。このコイルバネ５５のバネ力（例えば、１０ｋｇ、２０ｋｇ、３０ｋｇ等）により、一定値以下の外力を吸収し、振動を減衰させるようにしている。そして、コイルバネ５５のバネ力よりも大きな外力が制動車輪５１に加えられ、そのコイルバネ５５が所定量だけ縮んだときに、その状態を駆動停止スイッチ６６で検出するようにしている。
【００６９】
なお、本実施例においては、弾性体としてコイルバネ５５を用いた例について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、板バネやゴム状弾性体その他の弾性体を適用することができる。また、車輪ブラケット５３の上面に、スリーブガイド６０の先端が嵌合される座ぐり穴６４を設けたが、その座ぐり穴６４を廃止して、車輪ブラケット５３の上面に直接スリーブガイド６０の先端面を当接させる構造としてもよい。
【００７０】
図２９に示すように、駆動停止スイッチ６６は、一対の補助輪５０Ｌ，５０Ｒにそれぞれ設けられている。駆動停止スイッチ６６は、デッキブラケット３６に固定されたスイッチ本体６７と、車輪ブラケット５３に固定されたスイッチングドグ６８とを有している。スイッチ本体６７はスイッチホルダ６９に固定されていて、そのスイッチホルダ６９が固定ネジ７０による固着手段によってデッキブラケット３６の下面に着脱可能に取り付けられている。スイッチ本体６７の作動子６７ａは下方に突出されており、この作動子６７ａに対して所定の隙間をあけてスイッチングドグ６８の操作部６８ａが対向されている。そして、スイッチングドグ６８は、固定ネジ７１からなる固着手段によって車輪ブラケット５３の背面に固定されている。
【００７１】
駆動停止スイッチ６６は、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒの走行方向におけるピッチ角が許容ピッチ角（例えば、１０°〜２５°の範囲内で適宜に設定する。）となったときに、車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒの駆動を中止して走行等の制御を停止させることを目的とするものである。即ち、不安定走行装置１の走行時等において、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒのピッチ角が許容ピッチ角に達して補助輪５０Ｌ，５０Ｒのコイルバネ５５を押し縮めたときに、スイッチングドグ６８でスイッチ本体６７をオンとして、車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒを減速して停止させる。
【００７２】
その後、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒのピッチ角が水平方向に戻され、補助輪５０Ｌ，５０Ｒの負荷が開放（又は減少）されて制動車輪５１が元の位置に戻ろうとすると同時に、スイッチングドグ６８の操作部６８ａがスイッチ本体６７の作動子６７ａから離れる。これにより、駆動停止スイッチ６６がオフとなり、車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒが再び起動されて、走行等の制御が再開される。
【００７３】
このときの駆動停止スイッチ６６による補助輪の制動時における制御状態を図３４に示す。図３４において、まず、ステップＳ１により、定格荷重ばねであるコイルバネ５５の状態を検知する。この場合、コイルバネ５５が縮みを開始しているときには、車輪２Ｌ，２Ｒの制動を開始しているとする。次に、ステップＳ２に移行して、コイルバネ５５に負荷されている荷重が、そのコイルバネ５５のバネ力（例えば、３０ｋｇ）を超えたか否かを判定する。この判定の結果、負荷荷重が定格荷重に到達していないときにはステップＳ１に戻り、負荷荷重が定格荷重に到達しているときには、ステップＳ３に移行する。
【００７４】
ステップＳ３では、電気ブレーキである駆動停止スイッチ６６をオンとする。そして、ステップＳ４に移行する。ステップＳ４では、メカストッパであるスイッチングドグ６８の突き当たりを停止し、次のステップＳ５に移行する。ステップＳ５では、一対の車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒの動作を停止して、本車輪である一対の車輪２Ｌ，２Ｒを制動させる。これにより、不安定走行装置１の走行が停止される。
【００７５】
このような構成及び作用を有する駆動停止スイッチ６６は、補助輪５０Ｌ，５０Ｒが路面に接地した状態を検出する接地検出スイッチとしても用いることができる。この接地検出スイッチは、運転操作者が不安定走行装置１に乗り降りする際に作動し、利用するものである。この接地検出スイッチの作動については、後に詳細に説明する。
【００７６】
図２、図７及び図１５等に示すように、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒの各デッキ本体３８の上面には、運転操作者の体重移動によるピッチ方向及びロール方向における重心の移動を検出する一対の荷重センサ７５Ｌ，７５Ｒが設けられている。各荷重センサ７５Ｌ，７５Ｒは、シャーシ軸５を中心にして一方の車輪４Ｌ側に配置された第１のセンサプレート７５ａと、他方の車輪４Ｒ側に配置された第２のセンサプレート７５ｂとから構成されている。そして、各荷重センサ７５Ｌ，７５Ｒは、滑り止め用のデッキシート７６によって覆われている。
【００７７】
一対の荷重センサ７５Ｌ，７５Ｒは、片足ずつ乗せられる一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒにおける運転操作者の各足毎に負荷される荷重を検出し、その重量配分から運転操作者の不安定走行装置１上における重心位置を検出するものである。この一対の荷重センサ７５Ｌ，７５Ｒにより、不安定走行装置１のピッチ方向における重心位置を検出することができる。また、各荷重センサ７５Ｌ，７５Ｒを一対のセンサプレート７５ａ，７５ｂで構成し、各搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒにおいて、両センサプレート７５ａ，７５ｂをシャーシ軸５の両側に対称に配置している。これにより、不安定走行装置１のロール方向における重心位置を検出することができる。
【００７８】
また、図２３に示すように、車両本体３のケーシング１１の上面には、車両本体３を含む一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒの走行方向の傾き（姿勢の変化）であるピッチ角を検出するピッチ角検出手段の一具体例を示すジャイロセンサ７と、車両本体３に作用する速度又は加速度を検出する加速度センサ９とが搭載されている。ジャイロセンサ７は、車両本体３が重力方向に対してどの程度傾いたかを見るものであり、その傾き角を知ることによって車両本体３を含む一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒの走行方向におけるピッチ角を検出することができる。加速度センサ９は、車両本体３に作用する速度又は加速度を検出するものである。
【００７９】
これらジャイロセンサ７及び加速度センサ９の検出信号に基づいて不安定走行装置１の走行、加速及び減速、制動の各制御が行われる。しかしながら、ピッチ角検出手段としては、前記ジャイロセンサ７に限定されるものではなく、車両本体３等の姿勢変化を検出できる各種の検出装置、検出器を適用できるものである。
【００８０】
加速度センサ９とジャイロセンサ７は、それぞれブラケット７７，７８を介してセンサ基板７９に固定されている。加速度センサ９とジャイロセンサ７との間には適当な大きさの隙間が設定されていると共に、両センサ９，７の中心が車軸上に一致するようにセンサ基板７９がケーシング１１の上面に固定されている。このように配置することにより、車両本体３に作用する速度若しくは加速度並びに重力加速度を検出することができる。
【００８１】
これらの加速度センサ９及びジャイロセンサ７は、図１〜図３等に示すように、半球形の容器体からなるヘルメット８０によって覆われている。ヘルメット８０は、２つのセンサを含むセンサ基板７９の全体を覆うことができる大きさとされていて、不安定走行装置１の操作部としての３つのスイッチ８２〜８４が設けられている。即ち、ヘルメット８０の上面の中央部には姿勢制御スイッチ８２が配置され、その側部には非常停止用のテザースイッチ８３が配置されていて、側面部には主電源スイッチ８４が配置されている。
【００８２】
主電源スイッチ８４は、車両本体３に搭載されたバッテリ電源の電力を装置内の各種電気機器、電気部品等に供給すると共にその供給を停止するオン・オフスイッチである。姿勢制御スイッチ８２は、車両本体３及び一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒの走行方向における姿勢をシーソー状態のようにバランスさせる制御を行わせるためのオン・オフスイッチである。また、テザースイッチ８３は、運転操作者が一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒから落下した場合等において、自動的に車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒの作動を停止させて非常停止を行い、不安定走行装置１が無人走行を継続するのを防止するものである。
【００８３】
これらのスイッチ類、加速度センサ７Ａ、ジャイロセンサ７Ｂ、回転検出器８、一対の荷重センサ７５Ｌ，７５Ｒ及び一対の車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒ等は、制御装置１０と電気的に接続されている。この制御装置１０によって不安定走行装置１の制御が行われる。制御装置１０は、例えばマイクロコンピュータ等を有して構成されており、ジャイロセンサ７、回転検出器８及び加速度センサ９から入力されるそれらの検出信号に基づき所定の演算処理を実行し、必要な制御信号を出力して一対の車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒの駆動を制御する。
【００８４】
制御装置１０は、具体的には、不安定走行装置１の走行、制動、旋回、乗車、降車、非常停止等の状態に応じて、それぞれ必要な制御信号を出力して一対の車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒ等の駆動制御を実行する。
【００８５】
まず、運転操作者が不安定走行装置１に搭乗する場合について、図３０〜図３３及び図３５を参照して説明する。
図３５において、まず、ステップＳ１０にて、運転操作者が乗り易い左右どちらか一方に不安定走行装置１を傾斜させ、対応する乗り易い側の補助輪５０Ｌ（又は５０Ｒ）を路面９０に接触させて一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒを安定化させる。次に、ステップＳ１１に移行して、車両本体３に搭載しているヘルメット８０に設置されている主電源スイッチ８４を手動操作でオンする。
【００８６】
次に、ステップＳ１２に移行して、図３０に示すように、傾斜して着地している側の搭乗デッキ６Ｌ（又は６Ｒ）に運転操作者が片足で搭乗し、その片足に全体重を掛けて、その搭乗デッキに設けられている補助輪５０Ｌ（又は５０Ｒ）の接地検出スイッチを兼ねる駆動停止スイッチ６６をオンさせる。次に、ステップＳ１３に移行して、ヘルメット８０の中央部に設置されている姿勢制御スイッチ８２を手動操作によってオンすると共に、他方の片足を他方の搭乗デッキ６Ｒ（又は６Ｌ）に乗せる（図３１に示す状態）。そして、図３２に示すように、両足から一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒに加えられる荷重を調整して、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒを路面９０と平行になるようにバランスさせる。
【００８７】
これにより、それまでオンとされていた駆動停止スイッチ（接地検出スイッチ）６６がオフになると共に、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒ上に設置されている一対の荷重センサ７５Ｌ，７５Ｒによって運転操作者の各足から加えられる荷重が検出される。このとき、駆動停止スイッチ６６がオンからオフに切り換わる信号をトリガとして、不安定走行装置１の姿勢制御が開始される。
【００８８】
不安定走行装置１の姿勢制御が開始されたところで、運転操作者が走行したい方向に重心を移動することにより、車両本体３を含む一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒが、その走行したい方向に傾斜（ピッチ角）する。これにより、車両本体３のピッチ角がジャイロセンサ７によって検出され、その検出信号が制御装置１０に供給されると共に、車両本体３に作用する加速度が加速度センサ９によって検出され、その検出信号が制御装置１０に供給される。
【００８９】
このとき、不安定走行装置１は、まだ停止状態にあるため、車両本体３の姿勢変化の加速度に応じた制御信号が制御装置１０から一対の車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒに出力される。その結果、一対の車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒが同様に駆動され、一対の車輪２Ｌ，２Ｒが同方向に同様に回転駆動されて、進行させたい方向に走り始める。この走行時、運転操作者が重心の移動量を大きくしてピッチ角を大きくすることにより、そのピッチ角に応じて走行速度が加速される。これとは逆に、運転操作者が走行方向と逆方向に重心を移動することにより、走行速度が減速される。そして、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒを路面９０と平行に戻すことにより、不安定走行装置１の走行が停止される。
【００９０】
このような走行状態において、例えば、危険回避等を目的として瞬時に不安定走行装置１を停止させたい場合が生じることがある。かかる場合に、上述した通常の減速・停止動作によっては間に合わないことがあるが、本発明では、補助輪５０Ｌ，５０Ｒの働きによってかかる不安をなくすことができる。
【００９１】
即ち、運転操作者が不安定走行装置１を瞬時に停止させることを目的として、進行方向と逆の方向に重心を大きく移動させると、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒの傾き方向が逆になり、重心が移動した側の搭乗デッキに設けられている補助輪５０Ｒ（又は５０Ｌ）の制動車輪５１が路面９０に接触される。このとき、路面９０に接触した補助輪等の作用を介して、次の順序によって制動される。
【００９２】
まず、進行方向と逆の方向に運転操作者の重心が移動することにより、通常の姿勢制御に基づく停止動作が行われる。次に、制動車輪５１を構成するローラ５６と軸受スリーブ５７による物理的ブレーキ作動が行われる。その後、大きな荷重が加わることによって補助輪のコイルバネ５５が圧縮され、駆動停止スイッチ６６がオンされて電気的ブレーキ作動が行われる。
【００９３】
第１の姿勢制御に基づく停止動作は前述したため、第２の物理的ブレーキ作動から説明する。制動車輪５１の軸受スリーブ５７がメタル軸受である場合には、軸受スリーブ５７が車輪軸５２と摺動接触する際の摩擦抵抗によって制動力が得られ、走行速度が減速されて、適当な距離を走行した後に停止される。一方、軸受スリーブ５７が一方向クラッチを有するものである場合には、前述したように制動車輪５１がロックされるため、制動車輪５１のロックを利用して大きな制動力が得られ、走行速度を急激に減速させることができる。
【００９４】
第３の電気的ブレーキ作動は、次のようなことである。補助輪に大きな荷重が加わることによってコイルバネ５５が所定量圧縮すると、車輪ブラケット５３に固定したスイッチングドグ６８の操作部６８ａが駆動停止スイッチ６６のスイッチ本体６７の作動子６７ａをオンする。これにより、駆動停止スイッチ６６のオン信号が制御装置１０に供給され、その信号に基づき制御装置１０が、一対の車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒにそれまで出力していた駆動信号の出力を停止する。その結果、一対の車輪２Ｌ，２Ｒの回転が停止されるため、不安定走行装置１を確実に停止することができる。
【００９５】
次に、不安定走行装置１の旋回操作について説明する。不安定走行装置１の旋回操作は、運転操作者が旋回したい方向（ロール方向）に重心を移動することによって行うことができる。運転操作者が、車両本体３を含む一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒを、その走行したい方向に傾斜（ロール角）すると、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒのロール角が、シャーシ軸５の外周面にゴムローラ３４を接触させた回転角検出器８によって検出される。この回転角検出器８の検出信号が制御装置１０に供給されると共に、そのときの車両本体３に作用する加速度が加速度センサ９によって検出され、その検出信号が制御装置１０に供給される。
【００９６】
これにより、制御装置１０が、検出されたロール角度とそのときの走行速度とに基づいて旋回半径を演算し、それに対応した駆動信号を制御装置１０が一対の車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒに出力する。即ち、制御装置１０は、ロール角度（旋回指令量）と現在の車両速度から旋回半径を決定し、そのときの遠心加速度が最大加速度となるように旋回半径を決定し、これにより決定された旋回半径を最小旋回半径として実現できる旋回量を最大旋回量とするように制御する。これにより、運転操作者は、旋回時の遠心力によっても振り落とされることなく、安定性よくスムースに旋回することができる。
【００９７】
このような旋回半径は、例えば、次のようにして求めることができる。その旋回半径は、入力された旋回量（一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒのロール角）と現在の走行速度から決定されるものであって、現在の速度における遠心加速度が設定最大加速度Ｇmaxとなるような旋回半径Ｒminを最小半径とし、その旋回量Ｔを１００％とする。走行速度をＶｍ、旋回半径をＲｍとすると、運転操作者には、旋回の外側に向かう加速度（Ｖ２／Ｒ）が生じる。
【００９８】
いま、現在の速度Ｖ＝１０km/h、設定最大加速度Ｇmax＝０．１Ｇ、旋回量Ｔ＝８０％とすると、最小旋回半径Ｒminは、
【数１】
である。従って、旋回半径Ｒは、
【数２】
となる。
【００９９】
また、上記旋回操作は、運転操作者のロール方向における体重移動を、一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒにおける左右両足から受ける一対の荷重センサ７５Ｌ、７５Ｒで検出される荷重を用い、その検出値に基づいて一対の車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒを制御するようにしてもよい。即ち、進行方向デッキ中央を境に車軸方向Ｘ両側に配置された一対のセンサプレート７５ａ，７５ｂでロール方向の重心位置を検出し、その重量配分量の差異と、予め設定された相対旋回量とを比較して旋回指令値を決定することもできる。また、体重移動による一対の車輪２Ｌ，２Ｒのタイヤ径の変化を利用して、タイヤ径の変化量だけで緩やかに旋回させることもできる。
【０１００】
一対の荷重センサ７５Ｌ、７５Ｒで運転操作者の重心移動を検出して制御する場合には、運転操作者固有の体重ごとに適正な姿勢制御における姿勢角フィードバックゲイン（Kpp）を求め、その姿勢角フィードバックゲイン（Kpp）で補正するようにする。これにより、不安定走行装置１における制御の適正化を図り、挙動の安定した制御を実現することができる。
【０１０１】
また、走行中に運転操作者が不安定走行装置１から急に降りたり、或いは落下したような非常時においては、制御装置１０によって、例えば、図３６に示すような制御が行われる。まず、ステップＳ２１において、一対の荷重センサ７５Ｌ、７５Ｒが運転操作者の体重を感知しているか否かを判定する。この判定は、一対の荷重センサ７５Ｌ、７５Ｒがオフとなったとき、即ち、一対の荷重センサ７５Ｌ、７５Ｒが運転操作者の体重を感知しなくなったときには、運転操作者が一対の搭乗デッキ６Ｌ，６Ｒから降りたか、落下していなくなった場合であると判定するものである。その結果、一対の荷重センサ７５Ｌ、７５Ｒがオフになったと判定したときには、直ちに制御を中止し、非常停止の措置を行う。
【０１０２】
これに対し、ステップＳ２１において、一対の荷重センサ７５Ｌ、７５Ｒがオフになっていないと判定したときには、ステップＳ２２に移行する。ステップＳ２２では、接地検知スイッチを兼ねる駆動停止スイッチ６６がオンとされたか否かを判定する。この判定は、駆動停止スイッチ６６が運転操作者の手動操作によって行われるものであるため、運転操作者において、降車する意思が積極的にあるかどうかを見るものである。この判定の結果、駆動停止スイッチ６６がオンとされたと判定したときには、直ちに制御を中止し、非常停止の措置を行う。
【０１０３】
一方、ステップＳ２２において、駆動停止スイッチ６６がオンになっていないと判定したときには、ステップＳ２３に移行する。ステップＳ２３では、テザースイッチ８３又はその他の非常停止スイッチ（本実施例では設置されていない）がオンとされたか否かを判定する。この判定は、テザースイッチ８３又はその他の非常停止スイッチで運転操作者の体重を感知しなくなったことを検知することにより、一対の車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒを緊急停止させて機械的な非常停止を行うか否かを判定するものである。
【０１０４】
この判定の結果、テザースイッチ８３又はその他の非常停止スイッチがオンとされたと判定したときには、直ちに制御を中止し、非常停止の措置を行う。一方、ステップＳ２２において、テザースイッチ８３又はその他の非常停止スイッチがオンになっていないと判定したときには、ステップＳ２１に戻り、再びステップＳ２１からの処理を繰り返す。
【０１０５】
走行の終了後、運転操作者が不安定走行装置１から降車する場合には、制御装置１０によって、例えば、図３７に示すような制御が行われる。まず、ステップＳ３１において、不安定走行装置１の姿勢制御の状態であって走行を停止した状態において、姿勢制御スイッチ８２をオフにする。これにより、不安定走行装置１の姿勢制御が停止され、一対の搭乗デッキ６Ｌ，４Ｒが水平方向にバランスされてシーソー状態になる。次に、ステップＳ３２に移行して、運転操作者が降車し易い左右どちらか一方の搭乗デッキ６Ｌ（又は４Ｒ）に体重を掛けて傾斜させ、その傾斜側の補助輪５０Ｌ（又は５０Ｒ）を路面９０に着地させて不安定走行装置１を安定化させる。
【０１０６】
次に、ステップＳ３３に移行して、運転操作者が搭乗デッキ６Ｌ（又は４Ｒ）から降車する。その後、ステップＳ３４に移行して、主電源スイッチ８４をオフする。これにより、不安定走行装置１の一連の制御が完了する。
【０１０７】
以上説明したように、本発明の不安定走行装置１によれば、運転操作者の体重移動により好みに応じて前進走行、後進走行、左右への旋回操作を自在に行うことができる。しかも、不安定走行装置１の形状及び重量が、車軸を中心に左右にバランスされた構成となっているため、例えば横風や路面の凹凸等の外乱による影響を受けることが少なく、安定した姿勢制御を行うことができ、安定性の高い不安定走行装置１を提供することができる。更に、運転操作者の体重移動のみで操縦できるため、乗り手の意志に的確に反応して楽に操作ができると共に、手の不自由な人でも扱うことができ、手で操縦する一般車両のように頭の考えと手の不一致による誤操作のおそれを解消し、走行装置本来の移動する楽しみを味わうことができる。
【０１０８】
また、本発明の不安定走行装置１は、走行方向に前後の区別がないため、サーフィン感覚の操作性を導入してスポーツライクに乗りこなすことができると共に、坂道を登ったり、起伏の激しい娯楽性の高い場所での走行を可能とすることができる。更に、走行中の起伏や段差等に対しても、車輪が路面から離れた場合には、離れる直前までの速度を維持したまま車輪を回転し続け、再び車輪が路面に着地した（トルクが掛かった）ときに通常の制御へ戻すことにより、着地時における不安定さを無くし、運転操作者の転倒を最小限に抑えることができる。
【０１０９】
本発明は、上述し且つ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において種々の変形実施が可能である。
例えば、前記実施例においては、左右の車輪２Ｌ，２Ｒを回転駆動するために、それぞれに１台ずつ車輪駆動ユニット４Ｌ，４Ｒを設け、各車輪２Ｌ，２Ｒを個別に回転駆動する構成としたが、車輪駆動ユニットを１台にて構成して、１台の車輪駆動ユニットで２個の車輪２Ｌ，２Ｒを回転駆動する構成としてもよい。また、前記実施例では、２個の車輪２Ｌ，２Ｒを平行に配置した例について説明したが、３個又は４個以上の車輪を平行に配置する構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の不安定走行装置の一実施例を示す外観斜視図である。
【図２】本発明の不安定走行装置の一実施例を示す平面図である。
【図３】本発明の不安定走行装置の一実施例を示す右側面図である。
【図４】本発明の不安定走行装置の一実施例を示す底面図である。
【図５】本発明の不安定走行装置の一実施例を示す正面図である。
【図６】本発明の不安定走行装置の一実施例を示すもので、デッキシートとデッキカバーを取り除いた外観斜視図である。
【図７】本発明の不安定走行装置の一実施例を示すもので、デッキシートとデッキカバーを取り除いた平面図である。
【図８】本発明の不安定走行装置の一実施例を示すもので、デッキシートとデッキカバーを取り除いた右側面図である。
【図９】本発明の不安定走行装置の一実施例を示すもので、デッキシートとデッキカバーを取り除いた底面図である。
【図１０】本発明の不安定走行装置の一実施例を示すもので、デッキシートとデッキカバーを取り除いた正面図である。
【図１１】本発明の不安定走行装置の一実施例を示すもので、デッキシートとデッキカバーを取り除いた背面図である。
【図１２】本発明の不安定走行装置の一実施例を示すもので、デッキカバーと一方の車輪及び車輪駆動ユニットを取り除いた外観斜視図である。
【図１３】本発明の不安定走行装置の一実施例を示すもので、デッキカバーと一方の車輪及び車輪駆動ユニットを取り除いた底面図である。
【図１４】本発明の不安定走行装置の一実施例を示すもので、デッキカバーと一方の車輪及び車輪駆動ユニットとヘルメットを取り除いた左側面図である。
【図１５】本発明の不安定走行装置の一実施例を示すもので、デッキカバーと一方の車輪及び車輪駆動ユニットとヘルメットを取り除いた背面図である。
【図１６】本発明の不安定走行装置に係る一対の搭乗デッキとロール角ダンパ機構を示す斜視図である。
【図１７】本発明の不安定走行装置に係る一対の搭乗デッキとロール角ダンパ機構を示す平面図である。
【図１８】本発明の不安定走行装置に係る一対の搭乗デッキとロール角ダンパ機構を示す右側面図である。
【図１９】本発明の不安定走行装置に係る一対の搭乗デッキとロール角ダンパ機構を示す正面図である。
【図２０】本発明の不安定走行装置に係る軸結合部材の斜視図である。
【図２１】本発明の不安定走行装置に係るシャーシ軸の一対の軸部材における接続側の要部を示す斜視図である。
【図２２】本発明の不安定走行装置に係る軸結合部材とシャーシ軸の結合状態を示す説明図である。
【図２３】本発明の不安定走行装置に係る車両本体に搭載された傾き検出手段の配置を示す説明図である。
【図２４】本発明の不安定走行装置に係るシャーシ軸等の支持構造等を示す説明図である。
【図２５】本発明の不安定走行装置に係る軸結合部材とシャーシ軸の結合状態を示す斜視図である。
【図２６】本発明の不安定走行装置に係る一対の搭乗デッキに設けた補助輪の一方を示す斜視図である。
【図２７】本発明の不安定走行装置に係る補助輪の斜視図である。
【図２８】本発明の不安定走行装置に係る補助輪の一部を断面して正面側から見た説明図である。
【図２９】本発明の不安定走行装置に係る補助輪の一部を断面して側面側から見た説明図である。
【図３０】本発明の不安定走行装置への搭乗動作を説明するもので、一対の搭乗デッキの一方に片足を乗せた状態の説明図である。
【図３１】本発明の不安定走行装置への搭乗動作を説明するもので、一対の搭乗デッキに両足を乗せた状態の説明図である。
【図３２】本発明の不安定走行装置への搭乗動作を説明するもので、一対の搭乗デッキに乗って両足でバランスを取った状態の説明図である。
【図３３】本発明の不安定走行装置への搭乗動作を説明するもので、一対の搭乗デッキに乗って両足でバランスを取った状態の全体を示す説明図である。
【図３４】本発明の不安定走行装置に係る制御装置による補助輪の制動時における制御を示すブロック図である。
【図３５】本発明の不安定走行装置に係る制御装置による補助輪の乗車時の制御を示すブロック図である。
【図３６】本発明の不安定走行装置に係る制御装置による補助輪の非常停止時における制御を示すブロック図である。
【図３７】本発明の不安定走行装置に係る制御装置による補助輪の降車時の制御を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１…不安定走行装置、 ２Ｌ，２Ｒ…車輪、 ３…車両本体、 ４Ｌ，４Ｒ…車輪駆動ユニット（車輪駆動手段）、 ５…シャーシ軸、 ５Ｌ，５Ｒ…軸部材、 ６Ｌ，６Ｒ…搭乗デッキ、 ７…ジャイロセンサ（ピッチ角検出手段）、 ８…回転角検出器（ロール角検出手段）、 ９…加速度センサ、 １０…制御装置（車両制御手段）、 １１…ケーシング、 １２…電動モータ、 ２１…軸結合部材、 ３１…ロール角ダンパ機構、 ３２ａ，３２ｂ…弾性体、 ３４…ゴムローラ、 ３６…デッキブラケット、 ３８…デッキ本体、 ５０Ｌ，５０Ｒ…補助輪、 ５１…制動車輪、 ５２…車輪軸、 ５３…車輪ブラケット、 ５５…コイルバネ（弾性体）、 ６６…駆動停止スイッチ、 ６７…スイッチ本体、 ６８…スイッチングドグ、 ７５Ｌ，７５Ｒ…荷重センサ、 ７５ａ，７５ｂ…センサプレート、 ７６…デッキシート、 ８０…ヘルメット、 ８２…姿勢制御スイッチ、 ８３…テザースイッチ、 ８４…主電源スイッチ、 ９０…路面、 Ｘ…車軸方向、 Ｙ…走行方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に配置された２輪又は３輪以上の車輪と、
前記２輪又は３輪以上の車輪の回転により走行する車両本体と、
前記車両本体に取り付けられると共に前記２輪又は３輪以上の車輪を回転駆動する１又は２以上の車輪駆動手段と、
前記２輪又は３輪以上の車輪の車軸方向と直交する走行方向に延在され且つ前記車両本体に回動自在に支持されるシャーシ軸と、
前記シャーシ軸に固定されると共に運転操作者の左右の足が個別に置かれる一対の搭乗デッキと、
前記運転操作者の重心移動に基づく前記一対の搭乗デッキの前記走行方向の傾き角度を検出するピッチ角検出手段と、
前記運転操作者の重心移動に基づく前記一対の搭乗デッキの前記車軸方向の傾き角度を検出するロール角検出手段と、
前記ピッチ角検出手段及び前記ロール角検出手段により検出される前記一対の搭乗デッキの姿勢に応じて前記１又は２以上の車輪駆動手段に制御信号を出力して走行状態を制御する車両制御手段と、を設けたことを特徴とする不安定走行装置。
【請求項２】
前記ピッチ角検出手段は、前記車両本体の傾き角度を検出するジャイロセンサからなることを特徴とする請求項１に記載の不安定走行装置。
【請求項３】
前記ロール角検出手段は、前記シャーシ軸の回転角度を検出する回転角検出器からなることを特徴とする請求項１に記載の不安定走行装置。
【請求項４】
前記一対の搭乗デッキは、前記車両本体を挟んで前記シャーシ軸の軸方向の両側に重量バランスを保持して左右対称に設けたことを特徴とする請求項１に記載の不安定走行装置。
【請求項５】
前記一対の搭乗デッキには、前記運転操作者の左右の足から付加される荷重をそれぞれ検出して重心の移動を検出する一対の荷重センサを設けたことを特徴とする請求項１に記載の不安定走行装置。
【請求項６】
前記一対の荷重センサは、前記シャーシ軸を挟んで両側に配置された一対の荷重検出部をそれぞれ有することを特徴とする請求項５に記載の不安定走行装置。
【請求項７】
前記一対の搭乗デッキの下部には、当該一対の搭乗デッキの前記走行方向の傾き角度を制限する補助輪をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１に記載の不安定走行装置。
【請求項８】
前記補助輪は、路面に接触して回転する際の摩擦力により制動力を生じさせる制動車輪であることを特徴とする請求項７に記載の不安定走行装置。
【請求項９】
前記補助輪は、走行方向の回転を阻止して当該走行方向と反対側の回転のみを許容する一方向クラッチを有する制動車輪であることを特徴とする請求項７に記載の不安定走行装置。
【請求項１０】
前記補助輪には、所定以上の荷重が負荷されたときに前記１又は２以上の車輪駆動手段の駆動を停止する駆動停止スイッチを設けたことを特徴とする請求項７に記載の不安定走行装置。
【請求項１１】
前記車両制御手段は、前記ピッチ角検出手段から供給される検出信号に基づき前記１又は２以上の車輪駆動手段に制御信号を出力して運転操作者の重心移動量に応じて走行速度を制御することを特徴とする請求項１に記載の不安定走行装置。
【請求項１２】
前記車両制御手段は、前記ロール角検出手段から供給される検出信号に基づき前記１又は２以上の車輪駆動手段に制御信号を出力して運転操作者の重心移動量に応じて旋回速度を制御することを特徴とする請求項１に記載の不安定走行装置。
【請求項１】
平行に配置された２輪又は３輪以上の車輪と、
前記２輪又は３輪以上の車輪の回転により走行する車両本体と、
前記車両本体に取り付けられると共に前記２輪又は３輪以上の車輪を回転駆動する１又は２以上の車輪駆動手段と、
前記２輪又は３輪以上の車輪の車軸方向と直交する走行方向に延在され且つ前記車両本体に回動自在に支持されるシャーシ軸と、
前記シャーシ軸に固定されると共に運転操作者の左右の足が個別に置かれる一対の搭乗デッキと、
前記運転操作者の重心移動に基づく前記一対の搭乗デッキの前記走行方向の傾き角度を検出するピッチ角検出手段と、
前記運転操作者の重心移動に基づく前記一対の搭乗デッキの前記車軸方向の傾き角度を検出するロール角検出手段と、
前記ピッチ角検出手段及び前記ロール角検出手段により検出される前記一対の搭乗デッキの姿勢に応じて前記１又は２以上の車輪駆動手段に制御信号を出力して走行状態を制御する車両制御手段と、を設けたことを特徴とする不安定走行装置。
【請求項２】
前記ピッチ角検出手段は、前記車両本体の傾き角度を検出するジャイロセンサからなることを特徴とする請求項１に記載の不安定走行装置。
【請求項３】
前記ロール角検出手段は、前記シャーシ軸の回転角度を検出する回転角検出器からなることを特徴とする請求項１に記載の不安定走行装置。
【請求項４】
前記一対の搭乗デッキは、前記車両本体を挟んで前記シャーシ軸の軸方向の両側に重量バランスを保持して左右対称に設けたことを特徴とする請求項１に記載の不安定走行装置。
【請求項５】
前記一対の搭乗デッキには、前記運転操作者の左右の足から付加される荷重をそれぞれ検出して重心の移動を検出する一対の荷重センサを設けたことを特徴とする請求項１に記載の不安定走行装置。
【請求項６】
前記一対の荷重センサは、前記シャーシ軸を挟んで両側に配置された一対の荷重検出部をそれぞれ有することを特徴とする請求項５に記載の不安定走行装置。
【請求項７】
前記一対の搭乗デッキの下部には、当該一対の搭乗デッキの前記走行方向の傾き角度を制限する補助輪をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１に記載の不安定走行装置。
【請求項８】
前記補助輪は、路面に接触して回転する際の摩擦力により制動力を生じさせる制動車輪であることを特徴とする請求項７に記載の不安定走行装置。
【請求項９】
前記補助輪は、走行方向の回転を阻止して当該走行方向と反対側の回転のみを許容する一方向クラッチを有する制動車輪であることを特徴とする請求項７に記載の不安定走行装置。
【請求項１０】
前記補助輪には、所定以上の荷重が負荷されたときに前記１又は２以上の車輪駆動手段の駆動を停止する駆動停止スイッチを設けたことを特徴とする請求項７に記載の不安定走行装置。
【請求項１１】
前記車両制御手段は、前記ピッチ角検出手段から供給される検出信号に基づき前記１又は２以上の車輪駆動手段に制御信号を出力して運転操作者の重心移動量に応じて走行速度を制御することを特徴とする請求項１に記載の不安定走行装置。
【請求項１２】
前記車両制御手段は、前記ロール角検出手段から供給される検出信号に基づき前記１又は２以上の車輪駆動手段に制御信号を出力して運転操作者の重心移動量に応じて旋回速度を制御することを特徴とする請求項１に記載の不安定走行装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【公開番号】特開２００６−１３８４（Ｐ２００６−１３８４Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１７８９９７（Ｐ２００４−１７８９９７）
【出願日】平成１６年６月１６日（２００４．６．１６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月１６日（２００４．６．１６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]