倒立型移動体、その制御方法及びプログラム
【課題】急減速を行った場合でも限られた駆動力でその安全性を維持すること。
【解決手段】倒立型移動体は、倒立状態を維持しつつ、搭乗者が搭乗する搭乗部の傾斜に応じて所望の走行を行う。また、倒立型移動体は、搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すための駆動トルクを算出するトルク算出手段と、搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態にあり、かつトルク算出手段により算出された駆動トルクが所定トルク以上である不安定状態にあるか否かを判定する判定手段と、判定手段により不安定状態と判定されたとき、車輪を停止する制御を行う制御手段と、を備えている。
【解決手段】倒立型移動体は、倒立状態を維持しつつ、搭乗者が搭乗する搭乗部の傾斜に応じて所望の走行を行う。また、倒立型移動体は、搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すための駆動トルクを算出するトルク算出手段と、搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態にあり、かつトルク算出手段により算出された駆動トルクが所定トルク以上である不安定状態にあるか否かを判定する判定手段と、判定手段により不安定状態と判定されたとき、車輪を停止する制御を行う制御手段と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、倒立状態を維持しつつ、搭乗者が搭乗する搭乗部の傾斜に応じて所望の走行を行う倒立型移動体、その制御方法及びプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
倒立状態を維持しつつ、搭乗者が搭乗する搭乗部の傾斜に応じて、加減速、停止などの所望の走行を行う倒立型移動体が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような倒立型移動体において、例えば、搭乗者の急激な減速動作などを行った場合でも、安全に停止あるいは走行継続することが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１３１６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、搭乗部を後傾斜して減速後に倒立状態を維持するために必要な駆動トルクは、その減速が大きいほど後傾斜が大きくなるため、大出力トルクの駆動部が必要となる。この駆動部の出力トルクが足りない場合、後傾斜状態から水平な倒立安定状態に戻すことができず倒立制御が不能となり安全性の低下を招くこととなる。また、人が搭乗する倒立型移動体においては、搭乗者の減速動作によってその姿勢が異なる為、減速の大きさを推測することは困難である。そのため、例えば、過剰な出力トルクの駆動部を搭載することとなり、大型化、重量増加、高コスト化を招く要因となっている。
【０００５】
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、急減速を行った場合でも限られた駆動力でその安全性を維持できる倒立型移動体、その制御方法及びプログラムを提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、倒立状態を維持しつつ、搭乗者が搭乗する搭乗部の傾斜に応じて所望の走行を行う倒立型移動体であって、前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すための駆動トルクを算出するトルク算出手段と、前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態にあり、かつ前記トルク算出手段により算出された駆動トルクが所定トルク以上である不安定状態にあるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により前記不安定状態と判定されたとき、車輪を停止する制御を行う制御手段と、を備える、ことを特徴とする倒立型移動体。
この一態様において、前記判定手段により、前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態で移動速度が所定速度以下であり、かつ、前記トルク算出手段により算出された駆動トルクが所定トルク以上である不安定状態と判定されたとき、前記制御手段は前記車輪を停止する制御を行ってもよい。
この一態様において、前記制御手段は、前記トルク算出手段により算出された駆動トルクが所定トルク未満となるとき、前記倒立状態を維持するための倒立制御を継続してもよい。
この一態様において、前記搭乗部の傾斜角速度を検出するジャイロセンサと、前記搭乗部の加速度を検出する加速度センサと、前記車輪の回転情報を検出する回転センサと、を更に備え、前記判定手段は、前記ジャイロセンサにより検出された前記傾斜角速度と、前記加速度センサにより検出された前記加速度と、前記回転センサにより検出された前記回転情報と、に基づいて、前記不安定状態にあるか否かを判定してもよい。
他方、上記目的を達成するための本発明の一態様は、倒立状態を維持しつつ、搭乗者が搭乗する搭乗部の傾斜に応じて所望の走行を行う倒立型移動体であって、前記搭乗部の傾斜角度を検出する姿勢検出手段と、前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態にあり、かつ前記姿勢検出手段により検出された傾斜角度が所定角度以上である不安定状態にあるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により前記不安定状態と判定されたとき、車輪を停止する制御を行う制御手段と、を備える、ことを特徴とする倒立型移動体であってもよい。
また、上記目的を達成するための本発明の一態様は、倒立状態を維持しつつ、搭乗者が搭乗する搭乗部の傾斜に応じて所望の走行を行う倒立型移動体の制御方法であって、前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すための駆動トルクを算出するステップと、前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態にあり、かつ前記算出された駆動トルクが所定トルク以上である不安定状態にあるか否かを判定するステップと、前記不安定状態と判定されたとき、車輪を停止する制御を行うステップと、を含む、ことを特徴とする倒立型移動体の制御方法であってもよい。
この一態様において、前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態で移動速度が所定速度以下であり、かつ、前記算出された駆動トルクが所定トルク以上である前記不安定状態と判定されたとき、前記車輪を停止する制御を行ってもよい。
さらに、上記目的を達成するための本発明の一態様は、倒立状態を維持しつつ、搭乗者が搭乗する搭乗部の傾斜に応じて所望の走行を行う倒立型移動体のプログラムであって、前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すための駆動トルクを算出する処理と、前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態にあり、かつ前記算出された駆動トルクが所定トルク以上である不安定状態にあるか否かを判定する処理と、前記不安定状態と判定されたとき、車輪を停止する制御を行う処理と、をコンピュータに実行させる、ことを特徴とする倒立型移動体のプログラムであってもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、急減速時を行った場合でも限られた駆動力でその安全性を維持できる倒立型移動体、その制御方法及びプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る倒立型移動体の概略的な構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る倒立型移動体の概略的な構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る倒立型移動体の制御処理フローを示すフローチャートである。
【図４】（ａ）倒立型移動体の急減速したときの移動速度の変化の一例を示す図である。（ｂ）倒立型移動体の急減速したときの指令トルク値の変化の一例を示す図である。
【図５】駆動車輪を停止し搭乗者が降車する状態を示す図である。
【図６】後傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すような倒立制御を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る倒立型移動体の制御処理フローを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る倒立型移動体の概略的な構成を示す概略図である。本実施の形態１に係る倒立型移動体１は、例えば、倒立状態を維持しつつ、搭乗者が搭乗するステップ（搭乗部）２の傾斜に応じて所望の走行を行う、倒立型二輪車として構成されている。例えば、搭乗者がステップ２を前方へ傾斜させると、その前傾斜に応じて倒立型移動体１は前進する。逆に、搭乗者がステップ２を後方へ傾斜させると、その後傾斜に応じて倒立型移動体１は減速あるいは後進する。また、搭乗者は、ステップ２の傾斜を増加させることで、倒立型移動体１の加減速度の大きさを調整することができる。
【００１０】
倒立型移動体１は、例えば、移動体本体３と、移動体本体３の上面に設けられ搭乗者が搭乗するステップ２と、移動体本体３の左右側面に回転可能に設けられた一対の駆動車輪４と、移動体本体３に設けられ搭乗者が把持し前後方向や左右方向に操作可能な操作ハンドル５と、を備えている。なお、ステップ２は移動体本体３に一体的に設けられており、ステップ２と移動体本体３とは一体的に動作する。また、上述した倒立型移動体１の構成は一例であり、これに限らず、例えば、操作ハンドル５を有しない構成であってもよい。
【００１１】
図２は、本実施の形態１に係る倒立型移動体の概略的な構成を示すブロック図である。本実施の形態１に係る倒立型移動体１は、ジャイロセンサ１１と、加速度センサ１２と、回転センサ１３と、姿勢演算部１４、動作判定処理部１５、倒立制御演算部１６、車輪停止指令部１７、及びモータ制御部１８、を含む制御装置６と、一対のモータ１９と、を備えている。
【００１２】
制御装置６は、例えば、移動体本体３に内蔵されており、制御処理、演算処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵによって実行される制御プログラム、演算プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）、処理データ等を一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等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。
【００１３】
ジャイロセンサ１１は、例えば、移動体本体３又はステップ２に設けられており、ステップ２及び移動体本体３の傾斜角速度を検出する。ジャイロセンサ１１には姿勢演算部１４に接続されており、ジャイロセンサ１１は、検出したステップ２及び移動体本体３の傾斜角速度を姿勢演算部１４に対して出力する。
【００１４】
加速度センサ１２は、例えば、移動体本体２又はステップ３に設けられており、ステップ２及び移動体本体３の加速度を検出する。加速度センサ１２には姿勢演算部１４が接続されており、加速度センサ１２は検出したステップ２及び移動体本体３の加速度を姿勢演算部１４に対して出力する。
【００１５】
回転センサ１３は、例えば、エンコーダ、レゾルバなどにより構成されており、各駆動車輪４に設けられ、各駆動車輪４の回転角度、回転角速度、回転角加速度などの回転情報を検出する。回転センサ１３には動作判定処理部１５が接続されており、回転センサ１３は検出した回転情報を動作判定処理部１５に対して出力する。
【００１６】
姿勢演算部１４は、姿勢検出手段の一具体例であり、ジャイロセンサ１１から出力されたステップ２及び移動体本体３の角速度と加速度センサ１２から出力されたステップ２及び移動体本体３の加速度と、に基づいて、ステップ２及び移動体本体３の姿勢角度を算出する。姿勢演算部１４には倒立制御演算部１６及び動作判定処理部１５が接続されており、姿勢演算部１４は、算出したステップ２及び移動体本体３の姿勢角度を倒立制御演算部１６及び動作判定処理部１５に対して出力する。
【００１７】
動作判定処理部１５は、判定手段の一具体例であり、倒立型移動体１の動作の判定を行う機能を有している。動作判定処理部１５は、例えば、回転センサ１３から出力される各駆動車輪４の回転情報と、姿勢演算部１４から出力されるステップ２及び移動体本体３の姿勢角度と、に基づいて、ステップ２が傾斜して減速する減速状態にあることを判定する。なお、動作判定処理部１５は、回転センサ１３から出力される各駆動車輪４の回転情報、及び、姿勢演算部１４から出力されるステップ２及び移動体本体３の姿勢角度のうち、いずれか一方のみに基づいて、ステップ２が傾斜して減速する減速状態にあることを判定してもよい。
【００１８】
また、動作判定処理部１５は、回転センサ１３から出力される各駆動車輪４の回転情報と、姿勢演算部１４から出力されるステップ２及び移動体本体３の姿勢角度と、に基づいて、ステップ２が傾斜して減速する減速状態であり、かつ、倒立制御演算部１６からのトルク指令値が所定トルク以上である不安定状態にあるか否かを判定する。
【００１９】
なお、この所定トルクは、例えば、モータ１９が出力可能な最大出力トルクが設定されている。したがって、倒立制御演算部１６により算出されたトルク指令値が所定トルク以上となる場合は、その後傾斜状態から水平な倒立安定状態に復帰できないため、倒立制御が不安定状態（不能状態）となる。動作判定処理部１５は、倒立型移動体１がこのような不安定状態にあるか否かを判定する。動作判定処理部１５には倒立制御演算部１６及び車輪停止指令部１７が接続されている。
【００２０】
動作判定処理部１５は、倒立型移動体１が上記不安定状態であると判定したとき、倒立制御演算部１６に対して停止信号を出力し、車輪停止指令部１７に対して動作信号を出力する。
【００２１】
さらに、動作判定処理部１５は、回転センサ１３から出力される各駆動車輪４の回転情報と、姿勢演算部１４から出力されるステップ２及び移動体本体３の姿勢角度と、に基づいて、ステップ２が傾斜して減速する減速状態で移動速度が所定速度以下であり、かつ、倒立制御演算部１６からのトルク指令値が所定トルク以上であるとき、上記不安定状態であると判定するのが好ましい。これにより、後述の如く、移動速度が所定速度以下の低速になったことを確認して、駆動車輪４を減速、停止させ搭乗者は安全に降車を行うことができる。
【００２２】
倒立制御演算部１６は、トルク算出手段の一具体例であり、倒立型移動体１が倒立状態を維持しつつ所望の走行を行うような、各モータ１９に対するトルク指令値（駆動トルクの一例）を算出する。倒立制御演算部１６は、例えば、姿勢演算部１４から出力された姿勢角度に基づいた値に所定の制御ゲインを乗算することで、上記倒立状態を維持するためのトルク指令値を算出する。倒立制御演算部１６にはモータ制御部１８及び動作判定処理部１５が接続されており、倒立制御演算部１６は算出したトルク指令値をモータ制御部１８及び動作判定処理部１５に対して出力する。
【００２３】
なお、倒立制御演算部１６は、動作判定処理部１５から停止信号を受信すると、上記トルク指令値の算出及び出力を停止する。
【００２４】
車輪停止指令部１７は、制御手段の一具体例であり、動作判定処理部１５から動作信号を受信すると、各駆動車輪４を停止させるようなトルク指令値（＝０）を生成し、モータ制御部１８に対して出力する。
【００２５】
モータ制御部１８は、倒立制御演算部１６又は車輪停止指令部１７から出力されるトルク指令値に応じた制御信号を生成し、駆動回路などを介して、各モータ１９に対して出力する。このように動作判定処理部１５から出力される動作信号及び停止信号に応じて、倒立制御演算部１６及び車輪停止指令部１７からモータ制御部１８へ出力されるトルク指令値が切り換えられる。
【００２６】
各モータ１９は、減速機構などを介して、各駆動車輪４の駆動軸に連結されており、モータ制御部１８から出力される制御信号に応じて各駆動車輪４を独立して回転駆動する。これにより、倒立型移動体１は、倒立状態を維持しつつ、前後進、左右旋回、加減速、停止などの所望の走行を行うことができる。
【００２７】
ところで、例えば、倒立型移動体を大きく後傾させて急停止する場合でも、通常、その後傾状態から元の水平な倒立安定状態に戻すこととなる。しかしながら、従来の倒立型移動体においては、その大きく傾斜した後傾状態から水平な倒立安定状態まで戻すためのモータトルクが足りない場合、倒立制御が不安定状態（不能状態）となり安全性上の問題が生じていた。一方で、そのモータトルク不足を解消するために、倒立型移動体に大出力モータを搭載すれば、その大型化、重量及びコスト増加などの問題が生じる。
【００２８】
そこで、本実施の形態１に係る倒立型移動体１において、ステップ２が後傾斜して減速する減速状態で移動速度が所定速度以下であり、かつ、その傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すための駆動トルクが所定トルク以上となるとき、各駆動車輪４を停止する制御を行う。
【００２９】
これにより、搭乗者による急停止動作などで、ステップ２が大きく後傾斜して、かつ、その傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すために必要な駆動トルクが所定トルク以上となり不足する場合でも、不安定な倒立制御を停止させ、駆動車輪４を確実に停止させることで、その後傾斜の状態で、搭乗者は安全かつスムーズに降車することができる。このように、限られた駆動力を効果的に用いて、急減速時においても駆動車輪４を停止し、搭乗者は安全かつスムーズに降車することができる。
【００３０】
次に、本実施の形態１に係る倒立型移動体１の制御方法について、詳細に説明する。図３は、本実施の形態１に係る倒立型移動体の制御処理フローを示すフローチャートである。なお、下記（ステップＳ１０２）乃至（ステップＳ１０５）の処理は、例えば、所定の時間毎に繰り返し実行される。
【００３１】
例えば、搭乗者がステップ２を大きく後傾させて倒立型移動体１を急減速させる（ステップＳ１０１）（図４（１））。
【００３２】
動作判定処理部１５は、回転センサ１３から出力される各駆動車輪４の回転情報と、姿勢演算部１４から出力されるステップ２及び移動体本体３の姿勢角度と、に基づいて、ステップ２が傾斜して減速する減速状態で|移動速度|が所定速度|α|以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。
【００３３】
次に、動作判定処理部１５は、ステップ２が傾斜して減速する減速状態で|移動速度|が所定速度|α|以下であると判定すると（ステップＳ１０２のＹＥＳ）（図４（２））、倒立制御演算部１６からの|トルク指令値|が所定トルク|β|以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。一方、動作判定処理部１５は、ステップ２が傾斜して減速する減速状態で|移動速度|が所定速度|α|以下でないと判定したと（ステップＳ１０２のＮＯ）、本制御処理を終了する。
【００３４】
動作判定処理部１５は、倒立制御演算部１６からの|トルク指令値|が所定トルク|β|以上であると判定したとき（ステップＳ１０３のＹＥＳ）（図４（３））、倒立型移動体１が不安定状態であると判定し、倒立制御演算部１６に対して停止信号を出力し、車輪停止指令部１７に対して動作信号を出力する。車輪停止指令部１７は、動作判定処理部１５から動作信号を受信すると、各駆動車輪４を停止させるようなトルク指令値を生成し、モータ制御部１８に対して出力する。モータ制御部１８は、各モータ１９を制御して各駆動車輪４を停止させる（ステップＳ１０４）。これにより、不安定な倒立制御を確実に停止させ、搭乗者は安全かつスムーズに降車することができる（図５）。
【００３５】
一方、動作判定処理部１５は、倒立制御演算部１６からの|トルク指令値|が所定トルク|β|以上でないと判定したとき（ステップＳ１０３のＮＯ）、倒立制御演算部１６は、倒立状態を維持しつつ所望の走行を行うようなトルク指令値を算出し、算出したトルク指令値をモータ制御部１８に対して出力する。モータ制御部１８は、各モータ１９を制御して、後傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すような倒立制御を行う（ステップＳ１０５）（図６）。これにより、倒立型移動体１は、安定的に倒立制御を継続することができる。
【００３６】
以上、本実施の形態１に係る倒立型移動体１において、ステップ２が後傾斜して減速する減速状態で移動速度が所定速度以下であり、かつ、その傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すための駆動トルクが所定トルク以上となるとき、駆動車輪４を停止する制御を行う。これにより、ステップ２が大きく後傾斜して、かつ、その傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すために必要な駆動トルクが所定トルク以上となり足りない場合でも、不安定な倒立制御を停止させ、その後傾斜状態のまま駆動車輪４を確実に停止させることで、搭乗者は安全かつスムーズに降車することができる。すなわち、急減速時においても限られた駆動力で安全性を維持できる。
【００３７】
実施の形態２．
本発明の実施の形態において、動作判定処理部１５は、ステップ２が後傾斜して減速する減速状態で移動速度が所定速度α以下であり、かつステップ２の|傾斜角度|が所定角度|γ|以上である不安定状態にあることを判定してもよい。なお、上記所定角度γは、例えば、各モータ１９の最大出力によりステップ２及び移動体本体３の傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すのができる最大傾斜角度に設定される。
【００３８】
動作判定処理部１５は、倒立型移動体１が不安定状態であると判定すると、倒立制御演算部１６に対して停止信号を出力し、車輪停止指令部１７に対して動作信号を出力する。車輪停止指令部１７は、動作判定処理部１５から動作信号を受信すると、各駆動車輪４を停止させる。
【００３９】
これにより、ステップ２の後傾斜角度が所定角度以上となり大きく後傾斜し、その傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すのが不能となった場合でも、その後傾姿勢のままで、確実に駆動車輪４を停止させることで、搭乗者は安全かつスムーズに降車することができる。
【００４０】
図７は、本実施の形態２に係る倒立型移動体の制御処理フローを示すフローチャートである。
【００４１】
例えば、搭乗者がステップ２を大きく後傾させて倒立型移動体１を急減速させる（ステップＳ２０１）。
【００４２】
動作判定処理部１５は、回転センサ１３から出力される各駆動車輪４の回転情報と、姿勢演算部１４から出力されるステップ２及び移動体本体３の姿勢角度と、に基づいて、ステップ２が傾斜して減速する減速状態で|移動速度|が所定速度|α|以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。
【００４３】
次に、動作判定処理部１５は、ステップ２が傾斜して減速する減速状態で|移動速度|が所定速度|α|以下であると判定すると（ステップＳ２０２のＹＥＳ）、ステップ２の|傾斜角度|が所定角度|γ|以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０３）。
【００４４】
動作判定処理部１５は、ステップ２の|傾斜角度|が所定角度|γ|以上であると判定したとき（ステップＳ２０３のＹＥＳ）、倒立型移動体１が不安定状態であると判定し、倒立制御演算部１６に対して停止信号を出力し、車輪停止指令部１７に対して動作信号を出力する。車輪停止指令部１７は、動作判定処理部１５から動作信号を受信すると、各駆動車輪４を停止させるようなトルク指令値を生成し、モータ制御部１８に対して出力する。モータ制御部１８は、各モータ１９を制御して各駆動車輪４を停止させる（ステップＳ２０４）。これにより、不安定な倒立制御を確実に停止させ、搭乗者は安全かつスムーズに降車することができる。
【００４５】
一方、動作判定処理部１５は、ステップ２の|傾斜角度|が所定角度|γ|以上でないと判定したとき（ステップＳ２０３のＮＯ）、倒立制御演算部１６は、倒立状態を維持しつつ所望の走行を行うようなトルク指令値を継続して算出し、算出したトルク指令値をモータ制御部１８に対して出力する。モータ制御部１８は、各モータ１９を制御して、傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すような倒立制御を行う（ステップＳ２０５）。
【００４６】
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。
【００４７】
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。また、上述の実施の形態では、本発明をハードウェアの構成として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、例えば、上記制御装置６が実行する処理を、ＣＰＵにコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。
【００４８】
プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ）を含む。
【００４９】
また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【符号の説明】
【００５０】
１ 倒立型移動体
２ ステップ
３ 移動体本体
４ 駆動車輪
５ 操作ハンドル
６ 制御装置
１１ ジャイロセンサ
１２ 加速度センサ
１３ 回転センサ
１４ 姿勢演算部
１５ 動作判定処理部
１６ 倒立制御演算部
１７ 車輪停止指令部
１８ モータ制御部
１９ モータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、倒立状態を維持しつつ、搭乗者が搭乗する搭乗部の傾斜に応じて所望の走行を行う倒立型移動体、その制御方法及びプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
倒立状態を維持しつつ、搭乗者が搭乗する搭乗部の傾斜に応じて、加減速、停止などの所望の走行を行う倒立型移動体が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような倒立型移動体において、例えば、搭乗者の急激な減速動作などを行った場合でも、安全に停止あるいは走行継続することが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１３１６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、搭乗部を後傾斜して減速後に倒立状態を維持するために必要な駆動トルクは、その減速が大きいほど後傾斜が大きくなるため、大出力トルクの駆動部が必要となる。この駆動部の出力トルクが足りない場合、後傾斜状態から水平な倒立安定状態に戻すことができず倒立制御が不能となり安全性の低下を招くこととなる。また、人が搭乗する倒立型移動体においては、搭乗者の減速動作によってその姿勢が異なる為、減速の大きさを推測することは困難である。そのため、例えば、過剰な出力トルクの駆動部を搭載することとなり、大型化、重量増加、高コスト化を招く要因となっている。
【０００５】
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、急減速を行った場合でも限られた駆動力でその安全性を維持できる倒立型移動体、その制御方法及びプログラムを提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、倒立状態を維持しつつ、搭乗者が搭乗する搭乗部の傾斜に応じて所望の走行を行う倒立型移動体であって、前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すための駆動トルクを算出するトルク算出手段と、前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態にあり、かつ前記トルク算出手段により算出された駆動トルクが所定トルク以上である不安定状態にあるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により前記不安定状態と判定されたとき、車輪を停止する制御を行う制御手段と、を備える、ことを特徴とする倒立型移動体。
この一態様において、前記判定手段により、前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態で移動速度が所定速度以下であり、かつ、前記トルク算出手段により算出された駆動トルクが所定トルク以上である不安定状態と判定されたとき、前記制御手段は前記車輪を停止する制御を行ってもよい。
この一態様において、前記制御手段は、前記トルク算出手段により算出された駆動トルクが所定トルク未満となるとき、前記倒立状態を維持するための倒立制御を継続してもよい。
この一態様において、前記搭乗部の傾斜角速度を検出するジャイロセンサと、前記搭乗部の加速度を検出する加速度センサと、前記車輪の回転情報を検出する回転センサと、を更に備え、前記判定手段は、前記ジャイロセンサにより検出された前記傾斜角速度と、前記加速度センサにより検出された前記加速度と、前記回転センサにより検出された前記回転情報と、に基づいて、前記不安定状態にあるか否かを判定してもよい。
他方、上記目的を達成するための本発明の一態様は、倒立状態を維持しつつ、搭乗者が搭乗する搭乗部の傾斜に応じて所望の走行を行う倒立型移動体であって、前記搭乗部の傾斜角度を検出する姿勢検出手段と、前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態にあり、かつ前記姿勢検出手段により検出された傾斜角度が所定角度以上である不安定状態にあるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により前記不安定状態と判定されたとき、車輪を停止する制御を行う制御手段と、を備える、ことを特徴とする倒立型移動体であってもよい。
また、上記目的を達成するための本発明の一態様は、倒立状態を維持しつつ、搭乗者が搭乗する搭乗部の傾斜に応じて所望の走行を行う倒立型移動体の制御方法であって、前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すための駆動トルクを算出するステップと、前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態にあり、かつ前記算出された駆動トルクが所定トルク以上である不安定状態にあるか否かを判定するステップと、前記不安定状態と判定されたとき、車輪を停止する制御を行うステップと、を含む、ことを特徴とする倒立型移動体の制御方法であってもよい。
この一態様において、前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態で移動速度が所定速度以下であり、かつ、前記算出された駆動トルクが所定トルク以上である前記不安定状態と判定されたとき、前記車輪を停止する制御を行ってもよい。
さらに、上記目的を達成するための本発明の一態様は、倒立状態を維持しつつ、搭乗者が搭乗する搭乗部の傾斜に応じて所望の走行を行う倒立型移動体のプログラムであって、前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すための駆動トルクを算出する処理と、前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態にあり、かつ前記算出された駆動トルクが所定トルク以上である不安定状態にあるか否かを判定する処理と、前記不安定状態と判定されたとき、車輪を停止する制御を行う処理と、をコンピュータに実行させる、ことを特徴とする倒立型移動体のプログラムであってもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、急減速時を行った場合でも限られた駆動力でその安全性を維持できる倒立型移動体、その制御方法及びプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る倒立型移動体の概略的な構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る倒立型移動体の概略的な構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る倒立型移動体の制御処理フローを示すフローチャートである。
【図４】（ａ）倒立型移動体の急減速したときの移動速度の変化の一例を示す図である。（ｂ）倒立型移動体の急減速したときの指令トルク値の変化の一例を示す図である。
【図５】駆動車輪を停止し搭乗者が降車する状態を示す図である。
【図６】後傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すような倒立制御を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る倒立型移動体の制御処理フローを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る倒立型移動体の概略的な構成を示す概略図である。本実施の形態１に係る倒立型移動体１は、例えば、倒立状態を維持しつつ、搭乗者が搭乗するステップ（搭乗部）２の傾斜に応じて所望の走行を行う、倒立型二輪車として構成されている。例えば、搭乗者がステップ２を前方へ傾斜させると、その前傾斜に応じて倒立型移動体１は前進する。逆に、搭乗者がステップ２を後方へ傾斜させると、その後傾斜に応じて倒立型移動体１は減速あるいは後進する。また、搭乗者は、ステップ２の傾斜を増加させることで、倒立型移動体１の加減速度の大きさを調整することができる。
【００１０】
倒立型移動体１は、例えば、移動体本体３と、移動体本体３の上面に設けられ搭乗者が搭乗するステップ２と、移動体本体３の左右側面に回転可能に設けられた一対の駆動車輪４と、移動体本体３に設けられ搭乗者が把持し前後方向や左右方向に操作可能な操作ハンドル５と、を備えている。なお、ステップ２は移動体本体３に一体的に設けられており、ステップ２と移動体本体３とは一体的に動作する。また、上述した倒立型移動体１の構成は一例であり、これに限らず、例えば、操作ハンドル５を有しない構成であってもよい。
【００１１】
図２は、本実施の形態１に係る倒立型移動体の概略的な構成を示すブロック図である。本実施の形態１に係る倒立型移動体１は、ジャイロセンサ１１と、加速度センサ１２と、回転センサ１３と、姿勢演算部１４、動作判定処理部１５、倒立制御演算部１６、車輪停止指令部１７、及びモータ制御部１８、を含む制御装置６と、一対のモータ１９と、を備えている。
【００１２】
制御装置６は、例えば、移動体本体３に内蔵されており、制御処理、演算処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵによって実行される制御プログラム、演算プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）、処理データ等を一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等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。
【００１３】
ジャイロセンサ１１は、例えば、移動体本体３又はステップ２に設けられており、ステップ２及び移動体本体３の傾斜角速度を検出する。ジャイロセンサ１１には姿勢演算部１４に接続されており、ジャイロセンサ１１は、検出したステップ２及び移動体本体３の傾斜角速度を姿勢演算部１４に対して出力する。
【００１４】
加速度センサ１２は、例えば、移動体本体２又はステップ３に設けられており、ステップ２及び移動体本体３の加速度を検出する。加速度センサ１２には姿勢演算部１４が接続されており、加速度センサ１２は検出したステップ２及び移動体本体３の加速度を姿勢演算部１４に対して出力する。
【００１５】
回転センサ１３は、例えば、エンコーダ、レゾルバなどにより構成されており、各駆動車輪４に設けられ、各駆動車輪４の回転角度、回転角速度、回転角加速度などの回転情報を検出する。回転センサ１３には動作判定処理部１５が接続されており、回転センサ１３は検出した回転情報を動作判定処理部１５に対して出力する。
【００１６】
姿勢演算部１４は、姿勢検出手段の一具体例であり、ジャイロセンサ１１から出力されたステップ２及び移動体本体３の角速度と加速度センサ１２から出力されたステップ２及び移動体本体３の加速度と、に基づいて、ステップ２及び移動体本体３の姿勢角度を算出する。姿勢演算部１４には倒立制御演算部１６及び動作判定処理部１５が接続されており、姿勢演算部１４は、算出したステップ２及び移動体本体３の姿勢角度を倒立制御演算部１６及び動作判定処理部１５に対して出力する。
【００１７】
動作判定処理部１５は、判定手段の一具体例であり、倒立型移動体１の動作の判定を行う機能を有している。動作判定処理部１５は、例えば、回転センサ１３から出力される各駆動車輪４の回転情報と、姿勢演算部１４から出力されるステップ２及び移動体本体３の姿勢角度と、に基づいて、ステップ２が傾斜して減速する減速状態にあることを判定する。なお、動作判定処理部１５は、回転センサ１３から出力される各駆動車輪４の回転情報、及び、姿勢演算部１４から出力されるステップ２及び移動体本体３の姿勢角度のうち、いずれか一方のみに基づいて、ステップ２が傾斜して減速する減速状態にあることを判定してもよい。
【００１８】
また、動作判定処理部１５は、回転センサ１３から出力される各駆動車輪４の回転情報と、姿勢演算部１４から出力されるステップ２及び移動体本体３の姿勢角度と、に基づいて、ステップ２が傾斜して減速する減速状態であり、かつ、倒立制御演算部１６からのトルク指令値が所定トルク以上である不安定状態にあるか否かを判定する。
【００１９】
なお、この所定トルクは、例えば、モータ１９が出力可能な最大出力トルクが設定されている。したがって、倒立制御演算部１６により算出されたトルク指令値が所定トルク以上となる場合は、その後傾斜状態から水平な倒立安定状態に復帰できないため、倒立制御が不安定状態（不能状態）となる。動作判定処理部１５は、倒立型移動体１がこのような不安定状態にあるか否かを判定する。動作判定処理部１５には倒立制御演算部１６及び車輪停止指令部１７が接続されている。
【００２０】
動作判定処理部１５は、倒立型移動体１が上記不安定状態であると判定したとき、倒立制御演算部１６に対して停止信号を出力し、車輪停止指令部１７に対して動作信号を出力する。
【００２１】
さらに、動作判定処理部１５は、回転センサ１３から出力される各駆動車輪４の回転情報と、姿勢演算部１４から出力されるステップ２及び移動体本体３の姿勢角度と、に基づいて、ステップ２が傾斜して減速する減速状態で移動速度が所定速度以下であり、かつ、倒立制御演算部１６からのトルク指令値が所定トルク以上であるとき、上記不安定状態であると判定するのが好ましい。これにより、後述の如く、移動速度が所定速度以下の低速になったことを確認して、駆動車輪４を減速、停止させ搭乗者は安全に降車を行うことができる。
【００２２】
倒立制御演算部１６は、トルク算出手段の一具体例であり、倒立型移動体１が倒立状態を維持しつつ所望の走行を行うような、各モータ１９に対するトルク指令値（駆動トルクの一例）を算出する。倒立制御演算部１６は、例えば、姿勢演算部１４から出力された姿勢角度に基づいた値に所定の制御ゲインを乗算することで、上記倒立状態を維持するためのトルク指令値を算出する。倒立制御演算部１６にはモータ制御部１８及び動作判定処理部１５が接続されており、倒立制御演算部１６は算出したトルク指令値をモータ制御部１８及び動作判定処理部１５に対して出力する。
【００２３】
なお、倒立制御演算部１６は、動作判定処理部１５から停止信号を受信すると、上記トルク指令値の算出及び出力を停止する。
【００２４】
車輪停止指令部１７は、制御手段の一具体例であり、動作判定処理部１５から動作信号を受信すると、各駆動車輪４を停止させるようなトルク指令値（＝０）を生成し、モータ制御部１８に対して出力する。
【００２５】
モータ制御部１８は、倒立制御演算部１６又は車輪停止指令部１７から出力されるトルク指令値に応じた制御信号を生成し、駆動回路などを介して、各モータ１９に対して出力する。このように動作判定処理部１５から出力される動作信号及び停止信号に応じて、倒立制御演算部１６及び車輪停止指令部１７からモータ制御部１８へ出力されるトルク指令値が切り換えられる。
【００２６】
各モータ１９は、減速機構などを介して、各駆動車輪４の駆動軸に連結されており、モータ制御部１８から出力される制御信号に応じて各駆動車輪４を独立して回転駆動する。これにより、倒立型移動体１は、倒立状態を維持しつつ、前後進、左右旋回、加減速、停止などの所望の走行を行うことができる。
【００２７】
ところで、例えば、倒立型移動体を大きく後傾させて急停止する場合でも、通常、その後傾状態から元の水平な倒立安定状態に戻すこととなる。しかしながら、従来の倒立型移動体においては、その大きく傾斜した後傾状態から水平な倒立安定状態まで戻すためのモータトルクが足りない場合、倒立制御が不安定状態（不能状態）となり安全性上の問題が生じていた。一方で、そのモータトルク不足を解消するために、倒立型移動体に大出力モータを搭載すれば、その大型化、重量及びコスト増加などの問題が生じる。
【００２８】
そこで、本実施の形態１に係る倒立型移動体１において、ステップ２が後傾斜して減速する減速状態で移動速度が所定速度以下であり、かつ、その傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すための駆動トルクが所定トルク以上となるとき、各駆動車輪４を停止する制御を行う。
【００２９】
これにより、搭乗者による急停止動作などで、ステップ２が大きく後傾斜して、かつ、その傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すために必要な駆動トルクが所定トルク以上となり不足する場合でも、不安定な倒立制御を停止させ、駆動車輪４を確実に停止させることで、その後傾斜の状態で、搭乗者は安全かつスムーズに降車することができる。このように、限られた駆動力を効果的に用いて、急減速時においても駆動車輪４を停止し、搭乗者は安全かつスムーズに降車することができる。
【００３０】
次に、本実施の形態１に係る倒立型移動体１の制御方法について、詳細に説明する。図３は、本実施の形態１に係る倒立型移動体の制御処理フローを示すフローチャートである。なお、下記（ステップＳ１０２）乃至（ステップＳ１０５）の処理は、例えば、所定の時間毎に繰り返し実行される。
【００３１】
例えば、搭乗者がステップ２を大きく後傾させて倒立型移動体１を急減速させる（ステップＳ１０１）（図４（１））。
【００３２】
動作判定処理部１５は、回転センサ１３から出力される各駆動車輪４の回転情報と、姿勢演算部１４から出力されるステップ２及び移動体本体３の姿勢角度と、に基づいて、ステップ２が傾斜して減速する減速状態で|移動速度|が所定速度|α|以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。
【００３３】
次に、動作判定処理部１５は、ステップ２が傾斜して減速する減速状態で|移動速度|が所定速度|α|以下であると判定すると（ステップＳ１０２のＹＥＳ）（図４（２））、倒立制御演算部１６からの|トルク指令値|が所定トルク|β|以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。一方、動作判定処理部１５は、ステップ２が傾斜して減速する減速状態で|移動速度|が所定速度|α|以下でないと判定したと（ステップＳ１０２のＮＯ）、本制御処理を終了する。
【００３４】
動作判定処理部１５は、倒立制御演算部１６からの|トルク指令値|が所定トルク|β|以上であると判定したとき（ステップＳ１０３のＹＥＳ）（図４（３））、倒立型移動体１が不安定状態であると判定し、倒立制御演算部１６に対して停止信号を出力し、車輪停止指令部１７に対して動作信号を出力する。車輪停止指令部１７は、動作判定処理部１５から動作信号を受信すると、各駆動車輪４を停止させるようなトルク指令値を生成し、モータ制御部１８に対して出力する。モータ制御部１８は、各モータ１９を制御して各駆動車輪４を停止させる（ステップＳ１０４）。これにより、不安定な倒立制御を確実に停止させ、搭乗者は安全かつスムーズに降車することができる（図５）。
【００３５】
一方、動作判定処理部１５は、倒立制御演算部１６からの|トルク指令値|が所定トルク|β|以上でないと判定したとき（ステップＳ１０３のＮＯ）、倒立制御演算部１６は、倒立状態を維持しつつ所望の走行を行うようなトルク指令値を算出し、算出したトルク指令値をモータ制御部１８に対して出力する。モータ制御部１８は、各モータ１９を制御して、後傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すような倒立制御を行う（ステップＳ１０５）（図６）。これにより、倒立型移動体１は、安定的に倒立制御を継続することができる。
【００３６】
以上、本実施の形態１に係る倒立型移動体１において、ステップ２が後傾斜して減速する減速状態で移動速度が所定速度以下であり、かつ、その傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すための駆動トルクが所定トルク以上となるとき、駆動車輪４を停止する制御を行う。これにより、ステップ２が大きく後傾斜して、かつ、その傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すために必要な駆動トルクが所定トルク以上となり足りない場合でも、不安定な倒立制御を停止させ、その後傾斜状態のまま駆動車輪４を確実に停止させることで、搭乗者は安全かつスムーズに降車することができる。すなわち、急減速時においても限られた駆動力で安全性を維持できる。
【００３７】
実施の形態２．
本発明の実施の形態において、動作判定処理部１５は、ステップ２が後傾斜して減速する減速状態で移動速度が所定速度α以下であり、かつステップ２の|傾斜角度|が所定角度|γ|以上である不安定状態にあることを判定してもよい。なお、上記所定角度γは、例えば、各モータ１９の最大出力によりステップ２及び移動体本体３の傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すのができる最大傾斜角度に設定される。
【００３８】
動作判定処理部１５は、倒立型移動体１が不安定状態であると判定すると、倒立制御演算部１６に対して停止信号を出力し、車輪停止指令部１７に対して動作信号を出力する。車輪停止指令部１７は、動作判定処理部１５から動作信号を受信すると、各駆動車輪４を停止させる。
【００３９】
これにより、ステップ２の後傾斜角度が所定角度以上となり大きく後傾斜し、その傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すのが不能となった場合でも、その後傾姿勢のままで、確実に駆動車輪４を停止させることで、搭乗者は安全かつスムーズに降車することができる。
【００４０】
図７は、本実施の形態２に係る倒立型移動体の制御処理フローを示すフローチャートである。
【００４１】
例えば、搭乗者がステップ２を大きく後傾させて倒立型移動体１を急減速させる（ステップＳ２０１）。
【００４２】
動作判定処理部１５は、回転センサ１３から出力される各駆動車輪４の回転情報と、姿勢演算部１４から出力されるステップ２及び移動体本体３の姿勢角度と、に基づいて、ステップ２が傾斜して減速する減速状態で|移動速度|が所定速度|α|以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。
【００４３】
次に、動作判定処理部１５は、ステップ２が傾斜して減速する減速状態で|移動速度|が所定速度|α|以下であると判定すると（ステップＳ２０２のＹＥＳ）、ステップ２の|傾斜角度|が所定角度|γ|以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０３）。
【００４４】
動作判定処理部１５は、ステップ２の|傾斜角度|が所定角度|γ|以上であると判定したとき（ステップＳ２０３のＹＥＳ）、倒立型移動体１が不安定状態であると判定し、倒立制御演算部１６に対して停止信号を出力し、車輪停止指令部１７に対して動作信号を出力する。車輪停止指令部１７は、動作判定処理部１５から動作信号を受信すると、各駆動車輪４を停止させるようなトルク指令値を生成し、モータ制御部１８に対して出力する。モータ制御部１８は、各モータ１９を制御して各駆動車輪４を停止させる（ステップＳ２０４）。これにより、不安定な倒立制御を確実に停止させ、搭乗者は安全かつスムーズに降車することができる。
【００４５】
一方、動作判定処理部１５は、ステップ２の|傾斜角度|が所定角度|γ|以上でないと判定したとき（ステップＳ２０３のＮＯ）、倒立制御演算部１６は、倒立状態を維持しつつ所望の走行を行うようなトルク指令値を継続して算出し、算出したトルク指令値をモータ制御部１８に対して出力する。モータ制御部１８は、各モータ１９を制御して、傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すような倒立制御を行う（ステップＳ２０５）。
【００４６】
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。
【００４７】
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。また、上述の実施の形態では、本発明をハードウェアの構成として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、例えば、上記制御装置６が実行する処理を、ＣＰＵにコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。
【００４８】
プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ）を含む。
【００４９】
また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【符号の説明】
【００５０】
１ 倒立型移動体
２ ステップ
３ 移動体本体
４ 駆動車輪
５ 操作ハンドル
６ 制御装置
１１ ジャイロセンサ
１２ 加速度センサ
１３ 回転センサ
１４ 姿勢演算部
１５ 動作判定処理部
１６ 倒立制御演算部
１７ 車輪停止指令部
１８ モータ制御部
１９ モータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
倒立状態を維持しつつ、搭乗者が搭乗する搭乗部の傾斜に応じて所望の走行を行う倒立型移動体であって、
前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すための駆動トルクを算出するトルク算出手段と、
前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態にあり、かつ前記トルク算出手段により算出された駆動トルクが所定トルク以上である不安定状態にあるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により前記不安定状態と判定されたとき、車輪を停止する制御を行う制御手段と、
を備える、ことを特徴とする倒立型移動体。
【請求項２】
請求項１記載の倒立型移動体であって、
前記判定手段により、前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態で移動速度が所定速度以下であり、かつ、前記トルク算出手段により算出された駆動トルクが所定トルク以上である不安定状態と判定されたとき、前記制御手段は前記車輪を停止する制御を行う、
ことを特徴とする倒立型移動体。
【請求項３】
請求項１又は２記載の倒立型移動体であって、
前記制御手段は、前記トルク算出手段により算出された駆動トルクが所定トルク未満となるとき、前記倒立状態を維持するための倒立制御を継続する、ことを特徴とする倒立型移動体。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の倒立型移動体であって、
前記搭乗部の傾斜角速度を検出するジャイロセンサと、
前記搭乗部の加速度を検出する加速度センサと、
前記車輪の回転情報を検出する回転センサと、を更に備え、
前記判定手段は、前記ジャイロセンサにより検出された前記傾斜角速度と、前記加速度センサにより検出された前記加速度と、前記回転センサにより検出された前記回転情報と、に基づいて、前記不安定状態にあるか否かを判定する、ことを特徴とする倒立型移動体。
【請求項５】
倒立状態を維持しつつ、搭乗者が搭乗する搭乗部の傾斜に応じて所望の走行を行う倒立型移動体であって、
前記搭乗部の傾斜角度を検出する姿勢検出手段と、
前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態にあり、かつ前記姿勢検出手段により検出された傾斜角度が所定角度以上である不安定状態にあるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により前記不安定状態と判定されたとき、車輪を停止する制御を行う制御手段と、
を備える、ことを特徴とする倒立型移動体。
【請求項６】
倒立状態を維持しつつ、搭乗者が搭乗する搭乗部の傾斜に応じて所望の走行を行う倒立型移動体の制御方法であって、
前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すための駆動トルクを算出するステップと、
前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態にあり、かつ前記算出された駆動トルクが所定トルク以上である不安定状態にあるか否かを判定するステップと、
前記不安定状態と判定されたとき、車輪を停止する制御を行うステップと、
を含む、ことを特徴とする倒立型移動体の制御方法。
【請求項７】
請求項６記載の倒立型移動体の制御方法であって、
前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態で移動速度が所定速度以下であり、かつ、前記算出された駆動トルクが所定トルク以上である前記不安定状態と判定されたとき、前記車輪を停止する制御を行う、
ことを特徴とする倒立型移動体の制御方法。
【請求項８】
倒立状態を維持しつつ、搭乗者が搭乗する搭乗部の傾斜に応じて所望の走行を行う倒立型移動体のプログラムであって、
前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すための駆動トルクを算出する処理と、
前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態にあり、かつ前記算出された駆動トルクが所定トルク以上である不安定状態にあるか否かを判定する処理と、
前記不安定状態と判定されたとき、車輪を停止する制御を行う処理と、
をコンピュータに実行させる、ことを特徴とする倒立型移動体のプログラム。
【請求項１】
倒立状態を維持しつつ、搭乗者が搭乗する搭乗部の傾斜に応じて所望の走行を行う倒立型移動体であって、
前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すための駆動トルクを算出するトルク算出手段と、
前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態にあり、かつ前記トルク算出手段により算出された駆動トルクが所定トルク以上である不安定状態にあるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により前記不安定状態と判定されたとき、車輪を停止する制御を行う制御手段と、
を備える、ことを特徴とする倒立型移動体。
【請求項２】
請求項１記載の倒立型移動体であって、
前記判定手段により、前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態で移動速度が所定速度以下であり、かつ、前記トルク算出手段により算出された駆動トルクが所定トルク以上である不安定状態と判定されたとき、前記制御手段は前記車輪を停止する制御を行う、
ことを特徴とする倒立型移動体。
【請求項３】
請求項１又は２記載の倒立型移動体であって、
前記制御手段は、前記トルク算出手段により算出された駆動トルクが所定トルク未満となるとき、前記倒立状態を維持するための倒立制御を継続する、ことを特徴とする倒立型移動体。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の倒立型移動体であって、
前記搭乗部の傾斜角速度を検出するジャイロセンサと、
前記搭乗部の加速度を検出する加速度センサと、
前記車輪の回転情報を検出する回転センサと、を更に備え、
前記判定手段は、前記ジャイロセンサにより検出された前記傾斜角速度と、前記加速度センサにより検出された前記加速度と、前記回転センサにより検出された前記回転情報と、に基づいて、前記不安定状態にあるか否かを判定する、ことを特徴とする倒立型移動体。
【請求項５】
倒立状態を維持しつつ、搭乗者が搭乗する搭乗部の傾斜に応じて所望の走行を行う倒立型移動体であって、
前記搭乗部の傾斜角度を検出する姿勢検出手段と、
前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態にあり、かつ前記姿勢検出手段により検出された傾斜角度が所定角度以上である不安定状態にあるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により前記不安定状態と判定されたとき、車輪を停止する制御を行う制御手段と、
を備える、ことを特徴とする倒立型移動体。
【請求項６】
倒立状態を維持しつつ、搭乗者が搭乗する搭乗部の傾斜に応じて所望の走行を行う倒立型移動体の制御方法であって、
前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すための駆動トルクを算出するステップと、
前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態にあり、かつ前記算出された駆動トルクが所定トルク以上である不安定状態にあるか否かを判定するステップと、
前記不安定状態と判定されたとき、車輪を停止する制御を行うステップと、
を含む、ことを特徴とする倒立型移動体の制御方法。
【請求項７】
請求項６記載の倒立型移動体の制御方法であって、
前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態で移動速度が所定速度以下であり、かつ、前記算出された駆動トルクが所定トルク以上である前記不安定状態と判定されたとき、前記車輪を停止する制御を行う、
ことを特徴とする倒立型移動体の制御方法。
【請求項８】
倒立状態を維持しつつ、搭乗者が搭乗する搭乗部の傾斜に応じて所望の走行を行う倒立型移動体のプログラムであって、
前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態を水平な倒立安定状態に戻すための駆動トルクを算出する処理と、
前記搭乗部が後傾斜して減速する傾斜状態にあり、かつ前記算出された駆動トルクが所定トルク以上である不安定状態にあるか否かを判定する処理と、
前記不安定状態と判定されたとき、車輪を停止する制御を行う処理と、
をコンピュータに実行させる、ことを特徴とする倒立型移動体のプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−９９９７２（Ｐ２０１３−９９９７２Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４３４５７（Ｐ２０１１−２４３４５７）
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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