移動体、及びその制御方法
【課題】高い操作性を有する移動体、及びその制御方法を提供する。
【解決手段】本発明の一態様にかかる移動体1は、搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体であって、搭乗者の大腿部の下方が空間となる座面を有する搭乗席8と、搭乗席8を支持する車台13と、車台13を移動させる車輪6と、搭乗席8の座面8aに加わる力に応じた計測値を出力する力センサ9と、力センサ9からの出力に応じて、車輪6を駆動するための指令値を算出する制御計算部51と、を備えたものである。
【解決手段】本発明の一態様にかかる移動体1は、搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体であって、搭乗者の大腿部の下方が空間となる座面を有する搭乗席8と、搭乗席8を支持する車台13と、車台13を移動させる車輪6と、搭乗席8の座面8aに加わる力に応じた計測値を出力する力センサ9と、力センサ9からの出力に応じて、車輪6を駆動するための指令値を算出する制御計算部51と、を備えたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、移動体、及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、搭乗者を搭乗させた状態で移動する移動体が開発されている(特許文献1、2)。例えば、特許文献1〜3では、搭乗者が搭乗する搭乗面(座面)に力センサ(圧力センサ)を設けている。そして、力センサからの出力によって、車輪を駆動している。すなわち、力センサが操作手段となって、入力が行われている。
【0003】
特許文献1の移動体では、進みたい方向に体重をかけることで移動している。例えば、前方に進みたい場合、搭乗者が上体を前方に傾ける。すなわち、搭乗者が前傾姿勢になる。そして、前傾姿勢になると搭乗席に加わる力が変化する。そして、この力及びモーメントを力センサで検出する。力センサの検出結果によって、球状タイヤを駆動している。特許文献1の図14には、搭乗者が搭乗席に座った状態で、倒立振子制御を行っている。特許文献2には、車椅子型の移動体が開示されている。この移動体には、椅子とフットレストが設けられている。
【0004】
また、特許文献3には、利用者の動作を能動的に検知して、それに応じて自律的に動作する移動体が開示されている。例えば、複数の圧力センサによって、利用者の重心を計算している。この重心位置に応じて、車椅子形状の移動体が動作している(図2)。
【0005】
さらに、特許文献4では、2足歩行型の移動体を動作させるためのインタフェイス装置が開示されている。このインタフェイス装置は、椅子型形状を有している。そして、椅子の背面と座面に複数の力センサを設けている。4つの力センサによって、搭乗者の骨盤旋回を検知して、歩行意思を推定している。そして、力センサによって推定された歩行意志に応じて両脚を駆動している。また、このインタフェイス装置には、足置き台が設けられている。
【0006】
【特許文献1】特開2006−282160号公報
【特許文献2】特開平10−23613号公報
【特許文献3】特開平11−198075号公報
【特許文献4】特開平7−136957号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1〜3では、実際に移動体に搭乗している搭乗者の姿勢によって、移動している。これにより、実際に移動している環境に応じた操作が可能になる。例えば、搭乗者は、以下のように操作を行うことができる。前進したい場合、搭乗者が前方に上体を移動させる。すなわち、搭乗者が前傾姿勢になる。すると、重心位置が前方になって、力センサに加わる力が変化する。これにより、センサが前進入力を検知する。反対に、後方に移動したい場合は、搭乗者が後傾姿勢になる。すると、重心位置が後方になり、後傾入力が検知される。また、左右に移動する場合は、搭乗者が左右方向に重心を移動する。これにより、左右の旋回入力が検知される。このように、旋回入力、前進入力、後退入力に応じて移動することができる。
【0008】
しかしながら、上記の移動体では、搭乗者の意図通りに移動することができない場合がある。例えば、搭乗席に搭乗者が座った場合、搭乗者の大腿によって搭乗者の姿勢変化が拘束されてしまう。したがって、搭乗者が前傾姿勢となって、高速の前進入力を入力することが困難であるという問題点がある。例えば、前傾姿勢の角度が大きくなると、大腿部が座面と当たってしまう。このため、臀部が浮いてしまい、センサに与える力をロスしてしまう。よって、搭乗者が意図した速度よりも前進速度が遅くなってしまう。このように、従来の移動体では、搭乗者の意図通りに移動することができず、操作性を向上することができないという問題点がある。
【0009】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、高い操作性を有する移動体、及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の第1の態様に係る移動体は、搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体であって、前記搭乗者の大腿部の下方が空間となる座面を有する搭乗席と、前記搭乗席を支持する本体部と、前記本体部を移動させる移動機構と、前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測値を出力するセンサと、前記センサからの出力に応じて、前記移動機構を駆動するための指令値を算出する制御計算部と、を備えたものである。これにより、力センサに対して効果的に力を与えることができ、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。
【0011】
本発明の第2の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記搭乗席が、前記搭乗者の両大腿間において、前方に延設された支持バーを有することを特徴とするものである。これにより、乗り心地を向上することができる。
【0012】
本発明の第3の態様に係る移動体は、搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体であって、前記搭乗者の大腿部の下方におけるクッション性が、臀部の下方におけるクッション性よりも高くなっている座面を有する搭乗席と、前記本体部を移動させる移動機構と、前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測値を出力するセンサと、前記センサからの出力に応じて、前記移動機構を駆動するための指令値を算出する制御計算部と、を備えるものである。これにより、力センサに対して効果的に力を与えることができ、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。
【0013】
本発明の第4の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記搭乗者の臀部の下方が、硬質材料によって形成されているものである。これにより、力センサに対して効果的に力を与えることができ、操作性を向上することができる。
【0014】
本発明の第5の態様に係る移動体は、搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体であって、前記搭乗者が搭乗する搭乗席と、前記搭乗席を支持する本体部と、前記本体部を移動させる移動機構と、前記本体部に取り付けられ、前記搭乗席に対して変位するフットレストと、前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測値を出力するセンサと、前記センサからの出力に応じて、前記移動機構を駆動するための指令値を算出する制御計算部と、を備えたものである。これにより、力センサに対して効果的に力を与えることができ、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。
【0015】
本発明の第6の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記フットレストが弾性体によって変位することを特徴とするものである。これにより、簡素な構成で、操作性を向上することができる。
【0016】
本発明の第7の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記フットレストがアクチュエータによって変位することを特徴とするものである。これにより、確実に力センサに対して力を与えることができる。
【0017】
本発明の第8の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記制御計算部が、前記座面に加わるピッチ軸周りのモーメントに応じてアクチュエータを制御することを特徴とするものである。
【0018】
本発明の第9の態様に係る移動体の制御方法は、搭乗者が搭乗する搭乗席と、前記搭乗席を支持する本体部と、前記本体部に取り付けられたフットレストと、前記フットレストを前記搭乗席に対して変位させるアクチュエータと、を備え、前記搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体の制御方法であって、前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測値を出力するステップと、前記計測値に応じて、前記アクチュエータを制御するステップと、を備えるものである。これにより、力センサに対して効果的に力を与えることができ、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、高い操作性を有する移動体、及びその制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
実施の形態1.
本発明に係る移動体1の全体構成とその基本的な制御方法について図を参照して説明する。まず、移動体1の全体構成について図1、図2を用いて説明する。図1は、移動体1の構成を模式的に示す正面図であり、図2は、移動体1の構成を模式的に示す側面図である。なお、図1、及び図2には、XYZの直交座標系が示されている。Y軸が移動体1の左右方向を示し、X軸が移動体1の前後方向を示し、Z軸が鉛直方向を示している。従って、X軸がロール軸に対応し、Y軸がピッチ軸、Z軸がヨー軸となる。図1、2において、+X方向が移動体1の前方向であるとして説明する。
【0021】
図1に示すように移動体1は、搭乗部3、及び車台13を有している。車台13は、移動体1の本体部であり、搭乗部3を支持している。車台13は、車輪6、フットレスト10、筐体11、制御計算部51、バッテリ52等を備えている。車輪6は、前輪601と後輪602から構成されている。ここでは、1つの前輪601と2つの後輪602からなる3輪型の移動体1を説明する。
【0022】
搭乗部3は、搭乗席8、及び力センサ9を有している。そして、搭乗席8の上面が座面8aとなる。すなわち、座面8aの上に、搭乗者が乗った状態で移動体1が移動する。座面8aは平面でもよいし、臀部の形に合わせた形状となっていてもよい。さらに、搭乗席8に背もたれを設けてもよい。乗り心地を向上するために、搭乗席8にクッション性を持たせてもよい。移動体1が水平面上にある場合、座面8aが水平になっている。力センサ9は、搭乗者の体重移動を検知する。すなわち、力センサ9は、搭乗席8の座面8aに加わる力を検出する。そして、力センサ9は、座面8aに加わる力に応じた計測信号を出力する。力センサ9は、搭乗席8の下側に配置される。すなわち、車台13と搭乗席8の間に、力センサ9が配設されている。
【0023】
力センサ9としては、例えば、6軸力センサを用いることができる。この場合、図3に示すように、3軸方向の並進力(SFx、SFy、SFz)と各軸周りのモーメント(SMx、SMy、SMz)を計測する。これらの並進力とモーメントは、力センサ9の中心を原点に取った値である。移動体1のセンサ処理部に出力する計測信号をモーメント(Mx、My、Mz)とし、それらのモーメントの制御座標原点を図2に示す(a、b、c)とすると、Mx、My、Mzは、それぞれ以下のように表すことができる。
Mx=SMx+c・SFy−b・SFz
My=SMy+a・SFz−c・SFx
Mz=SMz+b・SFx−a・SFy
なお、図3は、各軸を説明するための図である。力センサ9として、モーメント(Mx、My、Mz)を計測できるものであればよい。各軸周りのモーメント(SMx、SMy、SMz)を計測できる3軸力センサを制御座標原点に配置して、Mx,My、Mzを直接計測してもよい。また、1軸の力センサを3つ設けてもよい。さらには、歪みゲージや、ポテンショを用いたアナログジョイスティックなどでもよい。すなわち、直接的又は間接的に3軸周りのモーメントを計測できるものであればよい。そして、力センサ9は、3つのモーメント(Mx、My、Mz)を計測信号として出力する。
【0024】
移動体1の本体部分となる車台13には、車輪6、フットレスト10、筐体11、制御計算部51、及びバッテリ52等が設けられている。筐体11は、箱形状を有しており、前方下側が突出している。そして、この突出した部分の上にフットレスト10が配設されている。フットレスト10は、搭乗席8の前方側に設けられている。従って、搭乗者が搭乗席8に搭乗した状態では、搭乗者の両足がフットレスト10上に乗せられている。
【0025】
筐体11には、駆動モータ603、制御計算部51、及びバッテリ52が内蔵されている。バッテリ52は、駆動モータ603、制御計算部51、及び力センサ9などの各電気機器に電源を供給する。
【0026】
筐体11には、車輪6が回転可能に取り付けられている。ここでは、円盤上の車輪6が3つ設けられている。車輪6の一部は、筐体11の下面よりも下側に突出している。従って、車輪6が床面と接触している。2つの後輪602は、筐体11の後部に設けられている。後輪602は、駆動輪であり、駆動モータ603によって回転する。すなわち、駆動モータ603が駆動することによって、後輪602がその車軸周りに回転する。後輪602は、左右両側に設けられている。なお、後輪602には、その回転速度を読み取るためのエンコーダが内蔵されている。左の後輪602の車軸と、右の後輪602の車軸は、同一直線上に配置されている。
【0027】
また、車輪6には前輪601が含まれている。そして、1つの前輪601が筐体11の前部中央に設けられている。従って、Y方向において、2つの後輪602の間に、前輪601が配設されている。X方向において、前輪601の車軸と後輪602の車軸との間に、搭乗席8が設けられている。前輪601は、従動輪(補助輪)であり、移動体1の移動に応じて回転する。すなわち、後輪602の回転によって移動する方向、及び速度に応じて、前輪601が回転する。このように、後輪602の前に補助輪である前輪601を設けることで、転倒を防ぐことができる。前輪601は、フットレスト10の下方に設けられている。
【0028】
制御計算部51はCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、通信用のインタフェイスなどを有する演算処理装置である。また、制御計算部51は、着脱可能なHDD、光ディスク、光磁気ディスク等を有し、各種プログラムや制御パラメータなどを記憶し、そのプログラムやデータを必要に応じてメモリ(不図示)等に供給する。もちろん、制御計算部51は、物理的に一つの構成に限られるものではない。制御計算部51には、力センサ9からの出力に応じて駆動モータ603の動作を制御するための処理を行う。
【0029】
次に、移動体1を移動させるための制御系について、図4を用いて説明する。図4は、移動体1を移動させるための制御系の構成を示すブロック図である。まず、力センサ9によって、座面8aにかかる力を検出する。ここでは、上記の通り、力センサ9は、計測信号であるモーメントMx、My、Mzをセンサ処理部53に出力する。センサ処理部53は、力センサ9からの計測信号に対して処理を行う。すなわち、力センサ9から出力される計測信号に対応する計測データに対して、演算処理を行う。これにより、制御計算部51に入力される入力モーメント値(Mx’、My’、Mz’)が算出される。なお、センサ処理部53は、力センサ9に内蔵されていてもよく、制御計算部51に内蔵されていてもよい。
【0030】
このように、力センサ9で計測されたモーメント(Mx、My、Mz)が各軸周りの入力モーメント値(Mx’、My’、Mz’)に変換される。そして、入力モーメント値が各後輪602を動作させるために入力される入力値となる。このように、センサ処理部53は、各軸毎に入力値を算出する。入力モーメント値の大きさは、モーメントの大きさに応じて決まる。入力モーメント値の符号は、計測されたモーメントの符号によって決まる。すなわち、モーメントが正の場合、入力モーメント値も正となり、モーメントが負の場合、入力モーメント値も負となる。例えば、モーメントMxが正の場合、入力モーメント値Mx’も正となる。従って、この入力モーメント値が搭乗者の意図する操作に対応する入力値となる。
【0031】
制御計算部51は、入力モーメント値に基づいて、制御計算を行う。これにより、駆動モータ603を駆動するための指令値が算出される。もちろん、入力モーメント値が大きいほど、指令値が大きくなる。この指令値は、駆動モータ603に出力される。なお、本実施形態では、左右の後輪602が駆動輪であるため、2つの駆動モータ603が図示されている。そして、一方の駆動モータ603が右の後輪602を回転させ、他方の駆動モータ603が左の後輪602を回転させる。駆動モータ603は、指令値に基づいて後輪602を回転させる。すなわち、駆動モータ603は、駆動輪である後輪602を回転させるためのトルクを与える。もちろん、駆動モータ603は、減速機などを介して、後輪602に回転トルクを与えてもよい。例えば、制御計算部51から、指令値として指令トルクが入力された場合、その指令トルクで、駆動モータ603が回転する。これにより、後輪602が回転して、移動体1が所望の方向に、所望の速度で移動する。もちろん、指令値は、トルクに限らず、回転速度、回転数であってもよい。
【0032】
さらに、駆動モータ603にはそれぞれ、エンコーダ603aが内蔵されている。このエンコーダ603aは、駆動モータ603の回転速度等を検出する。そして、検出された回転速度は、制御計算部51に入力される。制御計算部51は、現在の回転速度と、目標となる回転速度とに基づいてフィードバック制御を行う。例えば、目標回転速度と現在回転速度との差分に、適当なフィードバックゲインを乗じて、指令値を算出する。もちろん、左右の駆動モータ603に出力される指令値は、異なる値であってもよい。すなわち、前方、又は後方に直進する場合は、左右の後輪602の回転速度が同じになるように制御し、左右に旋回する場合は、左右の後輪602が、同じ方向で異なる回転速度になるよう制御する。また、その場旋回する場合は、左右の後輪602が反対方向に回転するように制御する。
【0033】
例えば、搭乗者が前傾姿勢になると、搭乗席8にピッチ軸周りの力が加わる。すると、力センサ9が+Myのモーメントを検出する(図3参照)。この+Myのモーメントによって、センサ処理部53は、移動体1を並進させるための入力モーメント値My’を算出する。同様に、センサ処理部53は、Mxに基づいて入力モーメント値Mx’を算出し、Mzに基づいて、入力モーメント値Mz’を算出する。すなわち、センサ処理部53は、計測値を入力モーメント値に変換する。これらは、それぞれの独立に算出される。すなわち、Mx’は、Mxのみによって決まり、My’は、Myのみによって決まり、Mz’は、Mzのみのよって決まる。このように、Mx’、My’、Mz’はそれぞれ独立している。
【0034】
制御計算部51が、入力モーメント値とエンコーダの読み値に基づいて、指令値を算出する。これにより、左右の後輪602が所望の回転速度で回転する。同様に、右方向に曲がる場合は、搭乗者が右側に体重移動する。これにより、搭乗席にロール軸周りの力が加わり、力センサ9が+Mxのモーメントを検出する。この+Mxのモーメントによって、センサ処理部53は、移動体1を右方向に旋回させるための入力モーメント値Mx’を算出する。すなわち、移動体1が移動する方向に対応する舵角が求められる。そして、入力モーメント値に応じて、制御計算部51が指令値を算出する。この指令値に応じて、左右の後輪602が異なる回転速度で回転する。すなわち、左側の後輪602が右側の後輪602よりも速い回転速度で回転する。
【0035】
このように、My’に基づいて、前後方向の並進移動に対する成分が求められる。すなわち、左右の後輪602を同じ方向に同じ回転速度で駆動するための駆動トルクなどが決定する。従って、My’、すなわち、Myが大きいほど、移動体1の移動速度が速くなる。Mx’に基づいて、移動方向、すなわち、舵角に対する成分が求められる。すなわち、左右の後輪602の回転トルク差が決定される。従って、Mx’、すなわち、Mxが大きいほど、左右の後輪602の回転速度の違いが大きくなる。
【0036】
Mz’に基づいて、その場旋回に対する成分が求められる。すなわち、左右の後輪602を反対方向に回転させて、その場旋回するための成分が求められる。従って、Mz’、すなわち、Mzが大きいほど、左右の後輪602における反対方向の回転速度が大きくなる。例えば、Mz’が正の場合、上側から見て、左周りにその場旋回する駆動トルクなどが算出される。すなわち、右側の後輪602が前方に回転し、左側の後輪602が同じ回転速度で後方に回転することとなる。
【0037】
そして、それぞれの入力モーメント値Mx’、My’、Mz’に基づいて算出された3つの成分を合成して、2つの後輪602を駆動するための指令値を算出する。これにより、左右の後輪602に対する指令値がそれぞれ算出される。駆動トルクや回転速度などが指令値として算出される。すなわち、入力モーメント値Mx’、My’、Mz’に対応する成分毎に算出された値を合成することで左右の後輪602に対する指令値が算出される。このように、計測されたモーメントMx、My、Mzに基づいて算出された入力モーメント値Mx’、My’、Mz’によって、移動体1が移動する。すなわち、搭乗者の体重移動によるモーメントMx、My、Mzによって、移動体1の移動方向、及び移動速度が決定する。
【0038】
このように、搭乗者の動作によって、移動体1を移動させるための入力が行われる。すなわち、搭乗者の姿勢変化によって、各軸周りのモーメントが検出される。そして、これらのモーメントの計測値に基づいて、移動体1が移動する。これにより、搭乗者が、移動体1を簡便に操作することができる。すなわち、ジョイスティックやハンドルなどの操作が不要となり、体重移動のみでの操作が可能となる。例えば、右斜め前方に移動したい場合は、体重を右前方にかける。また、左斜め後方に移動したい場合は、体重を左後方にかける。これにより、搭乗者の重心位置が変化して、その変化量に応じた入力が行われる。すなわち、搭乗者の重心移動に応じたモーメントを検出することで、直感的に操作することができる。制御計算部51は、入力モーメント値の絶対値に応じた移動速度で、入力モーメント値の符号に応じて前方又は後方に移動するように指令値を出力する。
【0039】
例えば、図5に示すように、力センサ9が設けられた搭乗席8に搭乗者71が搭乗しているとする。なお、図5は、搭乗席8に搭乗者71が搭乗している状態を示す図であり、左側に側面図が、右側に座面8aの平面図が示されている。この場合、座面8aには、搭乗者71の臀部72と大腿部73が接触している。搭乗者71の上体の中立姿勢からの倒れ角に応じて、移動体1の速度が決定する。したがって、搭乗者が上体を傾けるほど、移動体1が高速で移動する。例えば、搭乗者71が上体を大きく傾けると、前進速度が大きくなる。
【0040】
図5に示す搭乗席8の座面8aでは、搭乗者が上体を前傾させると、大腿部73が拘束されてしまう。すなわち、大腿部73が座面8aの拘束を受けるため、前傾姿勢を取りにくくなってしまう。搭乗席8に搭乗者71が座った場合、搭乗者71の大腿によって搭乗者の姿勢変化が拘束されてしまう。そこで、本実施の形態では、図6に示す形状の搭乗席3を用いている。
【0041】
図6は、搭乗席3の構成を示す平面図である。搭乗席8は矩形状の座面8aを有している。ここでは、上面視にて、座面8aがY方向を長辺とする長方形となっている。これにより、搭乗者71の大腿部73の下方において、大腿部73と座面8aとの間に空間が生じる。すなわち、臀部72のみが搭乗席8に載るようにする。これにより、搭乗者71が前傾姿勢を取った場合でも、大腿部73が拘束を受けない。すなわち、大腿部73を座面8aよりも下にすることができ、搭乗者71が自在に前傾姿勢を取ることができる。例えば、前傾姿勢を取った場合でも、臀部72が座面8aから離れることを防止することができる。よって、力センサ9に対して効果的に力を与えることができ、ピッチ軸周りのモーメントを入力することができる。これにより、前進入力の入力モーメント値My’を大きくすることができるため、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者71の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。なお、搭乗席8において大腿部73の下方に空間を設けるため、座面8aに凹部を設けてもよい。例えば、大腿部73より幅広の溝などを搭乗席8に形成して、大腿部73の下方に隙間を設けてもよい。
【0042】
なお、上記の説明では、座面8aが矩形状であるとして説明したが、座面8aの形状はこれに限られるものではない。例えば、搭乗席8を自転車のサドル形状としてもよい。すなわち、搭乗席8が、搭乗者71の大腿部73の下方が空間となる座面8aを有していればよい。これにより、前進入力を容易に行うことができ、操作性を向上することができる。
【0043】
さらに、搭乗席8の形状を図7のようにすることも可能である。図7では、搭乗席8に棒状の支持バー8bが設けられている。すなわち、搭乗席8から支持バー8bが前方に延設されている。支持バー8bは搭乗者71の両大腿間に設けられている。すなわち、左右の大腿部73の間に配置されるように、支持バー8bは、Y方向における搭乗席8の中心に設けられている。このように、搭乗席8が上面視でT字状になっている。したがって、大腿部73が拘束されない状態で、搭乗者71が搭乗することができる。これにより、前傾姿勢の倒れ角度を大きくすることができるため、力センサ9に対して効率よく力を与えることができる。高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者71の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。さらに、自転車のサドルに近い形状となるため、安定感が高くなり、乗り心地を向上することができる。
【0044】
実施の形態2.
本実施の形態にかかる移動体1について、図8を用いて説明する。図8は、搭乗席8の構成を模式的に示す図である。図8の左側には、座面8aの平面図が示され、右側には搭乗席8の側面図が示されている。本実施の形態では、実施の形態1に比べて搭乗席8の形状のみが異なっている。なお、移動体1の搭乗席8以外の基本的構成については、実施の形態1と同様であるため説明を省略する。
【0045】
本実施の形態では、搭乗席8の前方にクッション部8cが設けられている。すなわち、X方向において、搭乗席8の中心よりも前側の一部分が、クッション部8cになっている。したがって、本実施の形態では、大腿部73の下方が空間とならず、クッション部8cが配置される構成となる。クッション部8cは、座面8aのその他の部分よりもクッション性が高くなっている。例えば、クッション部8c以外の部分に硬質部8dを設ける。硬質部8dは、硬質材料によって形成されている。すなわち、硬質部8dでは、力センサ9と座面8aの間が硬質材料のみから構成されている。クッション部8cは、硬質部8dよりも柔らかくなっている。
【0046】
硬質部8d上には、臀部72が乗せられる。そして、クッション部8cには、大腿部73が乗せられる。したがって、大腿部73の下部のクッション性が臀部72の下部のクッション性が高くなっている。座面8aにおいて、大腿部73の下方のクッション性が、臀部72の下方のクッション性よりも高くなっている。これにより、座面8aと大腿部73の間にある隙間が埋まり、大腿部73がクッション部8cによって付勢される。このように、搭乗席8の前側の材質を、中央部分よりもクッション性の高いものとする。
【0047】
クッション部8cには、バネやウレタン樹脂や低反発材料などの弾性体が設けられている。クッション部8cは、上下方向に変形する。したがって、座面8aの前方に設けられたクッション部8cは、大腿部73の動きに合わせて、変形する。例えば、搭乗者71が前傾姿勢になると、それに合わせて大腿部73が下方に変位する。すると、図8のように、クッション部8cが収縮して、大腿部73の大きさに合わせた凹みが生じる。大腿部73が拘束を受けることなく、搭乗者71が前傾姿勢を取ることができる。搭乗者71が自在に前傾姿勢を取ることができる。これにより、少しの姿勢変化でモーメントMyの入力を大きくすることができる。すなわち、前傾姿勢の倒れ角度を大きくすることができる。このため、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者71の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。
【0048】
さらに、臀部72が乗せられる部分は、硬質部8dを設けている。硬質部8dの直下に、力センサ9が配置される。力センサ9は、硬質部8dに加わる力を検知する。これにより、搭乗者71の姿勢変化を確実に検知することができる。すなわち、臀部72の下方では硬質部8dが設けられているため、搭乗者71の姿勢変化による力が吸収されなくなる。よって、姿勢変化により生じる力をロスなく、力センサ9に伝えることができる。少しの姿勢変化で、ピッチ軸周りのモーメントMyの値を大きくすることができる。これにより、前進入力の入力モーメント値My’を大きくすることができるため、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者71の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。
【0049】
さらに、搭乗席8の形状を図9に示す構成とすることも可能である。図9は、搭乗席8の座面8aの構成を示す平面図である。図9に示す搭乗席8では、クッション部8cがリング状になっている。すなわち、クッション部8cがドーナツ状になっている。そして、クッション部8cの中に、硬質部8dが設けられている。搭乗者71が前傾姿勢を取ると、大腿部73の下方のクッション部8cが変形する。よって、効果的に力センサ9に力を加えることができる。これにより、前傾姿勢の倒れ角度を大きくすることができるため、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者71の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。
【0050】
実施の形態3.
本実施の形態にかかる移動体1の特徴部分はフットレスト10になっている。移動体1のフットレスト10以外の基本的構成は、実施の形態1に示したものと同様であるため説明を省略する。なお、本実施の形態にかかる移動体1の搭乗席8の形状については、特に限定されるものではない。例えば、実施の形態1または実施の形態2に示した搭乗席8を用いてもよく、図5に示した通常の搭乗席8を用いてもよい。
【0051】
本実施の形態にかかる移動体について、図10を用いて説明する。図10は、移動体1の構成を模式的に示す側面図である。図10に示すように、フットレスト10が車台13に取り付けられている。フットレスト10の上面に搭乗者71の足が乗せられる。さらに、フットレスト10には、弾性体18が設けられている。弾性体18は、バネなどであり、その伸縮方向が鉛直方向になっている。したがって、フットレスト10の位置が上下に変化する。すなわち、搭乗席8に対するフットレスト10の位置が鉛直方向に変化する。フットレスト10の上面がパッシブに変化して、搭乗者71の足裏の位置が上下する。すなわち、搭乗者71の姿勢変化に応じて、フットレスト10が移動する。
【0052】
このように、フットレスト10を車台13に対して変位可能に取り付ける。弾性体18が伸縮すると、車台13上の搭乗席8に対するフットレスト10の位置が変化する。例えば、搭乗者71が前傾姿勢になると、足底の位置が下がる。よって、足裏からフットレスト10にかかる力が大きくなる。すると、フットレスト10の弾性体18が収縮して、両脚を下方に伸ばすことができる。その結果、両脚にかかる力を軽減することができる。座面8aと脚の間にある隙間が埋まり、座面8aに大腿部73を押し付けることができる。
【0053】
これにより、臀部72が座面8aから浮上するのを防ぐことができる。すなわち、力が足裏からフットレスト10に逃げることを防ぐことができる。力センサ9に効率よく、力を加えることができる。すなわち、上体移動で発生する力のうち、足に分散される量が減り、臀部72から力センサ9に効率よく力を入力することができる。少しの姿勢変化でも、モーメントMyの入力を大きくすることができる。よって、大腿部73が拘束されている場合でも、前進入力に対するモーメントを大きくすることができる。これにより、前傾姿勢の倒れ角度を大きくすることができるため、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者71の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。
【0054】
なお、図10では、上下に変位するフットレスト10を示したが、図11に示すように前後に変位するフットレスト10を用いてもよい。この場合、弾性体18の伸縮方向が前後方向になる。搭乗者71が前傾姿勢を取ると、弾性体18が伸長して、足の位置が前方向に変位する。この結果、両脚を下方に伸ばすことができる。その結果、両脚にかかる力を軽減することができる。力センサ9に効率よく、力を加えることができる。すなわち、上体移動で発生する力のうち、足に分散される量が減り、臀部72から力センサ9に効率よく力を入力することができる。
【0055】
搭乗席8に対して変位可能なフットレスト10を車台13に取り付けることで、前進入力に対するモーメントを大きくすることができる。これにより、前傾姿勢の倒れ角度を大きくすることができるため、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者71の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。もちろん、フットレスト10の移動方向は特に限られるものではない。例えば、移動方向を斜め方向としてもよい。
【0056】
このように、フットレスト10が受動的に変位するような構成とする。すなわち、フットレスト10が搭乗席8に対して変位可能に設けられている。これにより、移動体1の構成を複雑にすることなく、意図通りの制御を行うことができる。なお、搭乗者71が後傾姿勢を取る場合、足裏からフットレスト10に加わる力が弱くなる。よって、フットレスト10が基準となる位置で停止するようになる。
【0057】
また、図10、図11ではパッシブに変位するフットレスト機構について説明したが、フットレスト機構をアクティブに変位させてもよい。ここで、図12を用いて、フットレスト10をアクティブに変位させる構成について説明する。図12は、移動体1の構成を模式的に示す側面図である。図12は、フットレスト10を上下に変位させる例を示している。
【0058】
フットレスト10の下側には、アクチュエータ19が配置されている。アクチュエータ19はモータや減速器などを有しており、フットレスト10を駆動する。さらに、フットレスト10は、鉛直方向に沿って設けられたガイド機構17に取り付けられている。車台13にガイド機構17を取り付けることで、フットレスト10の動作がガイドされて、上下方向に変位する。すなわち、アクチュエータ19が動作すると、ガイド機構17に沿ってフットレスト10が上下に移動する。
【0059】
このようにアクチュエータ19が動作することで、フットレスト10が上下方向に変位する。搭乗席8に対するフットレスト10の位置が変化する。すると、上記のように、臀部72が座面8aから浮上するのを防ぐことができる。すなわち、力が足裏からフットレスト10に逃げることを防ぐことができる。図10の構成と同様に、力センサ9に効率よく、力を加えることができる。よって、大腿部73が拘束されている場合でも、前進入力に対するモーメントを大きくすることができる。これにより、前傾姿勢の倒れ角度を大きくすることができるため、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者71の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。
【0060】
また、アクチュエータ19の動作方向は、上下方向に限られるものでない。例えば、図13に示すように、動作方向を前後方向にしてもよい。図13では、動作方向を前後方向
にするために、ガイド機構17をフットレスト10の下側に配置している。そして、ガイド機構17を前後方向に沿って配置している。これにより、ガイド機構17上のフットレスト10が、ガイド機構17でガイドされて前後に移動する。これにより、図11の構成と同様に、力が足裏からフットレスト10に逃げることを防ぐことができる。力センサ9に効率よく、力を加えることができる。よって、大腿部73が拘束されている場合でも、前進入力に対するモーメントを大きくすることができる。これにより、前傾姿勢の倒れ角度を大きくすることができるため、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者71の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。もちろん、フットレスト10の移動方向は、前後方向又は上下方向に限られるものではない。例えば、フットレスト10の移動方向を斜め方向としてもよい。また、フットレストに限らず、図14に示すように、座面8aが上下方向に変位することでも対応可能である。すなわち、座面8aをアクティブに動作させることで、座面8aとフットレスト10の間の距離が変化する。よって、フットレスト10が動作することと同様の効果を得ることができる。
【0061】
次に、アクチュエータ19を用いて、フットレスト10をアクティブに移動させるための制御系について、図15を用いて説明する。図15は、フットレスト10を変位させるための制御系を示すブロック図である。
【0062】
力センサ9で計測された計測値が制御計算部51に入力される。ここでは、力センサ9で計測されたピッチ軸周りのモーメントMyを計測値として、制御計算部51に入力している。制御計算部51は、ピッチ軸周りのモーメントMyに基づいて、アクチュエータ19の駆動量を算出する。そして、制御計算部51は、駆動量に応じた指令値をアクチュエータ19に出力する。これにより、アクチュエータ19が駆動して、フットレスト10が所定に位置まで変化する。すなわち、モーメントMyに応じた位置まで、フットレスト10が変位する。
【0063】
このように、制御計算部51が、力センサ9で計測されたピッチ軸周りのモーメントMyに応じて、アクチュエータ19を制御している。これにより、力センサ9に加わる力に応じた位置まで、確実にフットレスト10を移動することができる。すなわち、フットレスト10を理想的な位置まで移動することができる。よって、搭乗者71が意図する力を力センサ9に対して確実に加えることができる。よって、大腿部73が拘束されている場合でも、前進入力に対するモーメントを大きくすることができる。これにより、前傾姿勢の倒れ角度を大きくすることができるため、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者71の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。
【0064】
また、本発明は、車輪型の移動体1に限らず、歩行型の移動体においても適用可能である。あるいは、全方向車輪などを用いた移動体1であってもよい。すなわち、車台13などの本体部を床面に対して移動させる移動機構が設けられているものであればよい。さらに、各実施の形態を適宜組み合わせて使用してもよい。例えば、実施の形態1と実施の形態3を組み合わせたり、実施の形態2と実施の形態3を組み合わせたりしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0065】
【図1】本発明にかかる移動体の全体構成を模式的に示す正面図である。
【図2】本発明にかかる移動体の全体を模式的に示す側面図である。
【図3】各軸周りの動作を説明するための図である。
【図4】移動体を移動させるための制御系を示すブロック図である。
【図5】移動体の搭乗席の構成を示す図である。
【図6】実施の形態1にかかる移動体に用いられる搭乗席の構成を示す図である。
【図7】実施の形態1にかかる移動体に用いられる搭乗席の別の構成を示す平面図である。
【図8】実施の形態2にかかる移動体に用いられる搭乗席の構成を示す図である。
【図9】実施の形態2にかかる移動体に用いられる搭乗席の別の構成を示す平面図である。
【図10】実施の形態3における移動体に用いられたフットレストの構成を模式的に示す側面図である。
【図11】実施の形態3における移動体に用いられたフットレストの別の構成を模式的に示す側面図である。
【図12】実施の形態3における移動体に用いられたフットレストの別の構成を模式的に示す側面図である。
【図13】実施の形態3における移動体に用いられたフットレストの別の構成を模式的に示す側面図である。
【図14】座面を変位させる例を模式的に示す側面図である。
【図15】実施の形態3における移動体に用いられたフットレストの制御系を示すブロック図である。
【符号の説明】
【0066】
1 移動体
2 フレーム部
3 搭乗部
6 車輪
601 前輪
602 後輪
603 駆動モータ
603a エンコーダ
8 搭乗席
8a 座面
8b 支持バー
8c クッション部
8d 硬質部
9 力センサ
10 フットレスト
11 筐体
13 車台
17 ガイド機構
18 弾性体
19 アクチュエータ
【技術分野】
【0001】
本発明は、移動体、及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、搭乗者を搭乗させた状態で移動する移動体が開発されている(特許文献1、2)。例えば、特許文献1〜3では、搭乗者が搭乗する搭乗面(座面)に力センサ(圧力センサ)を設けている。そして、力センサからの出力によって、車輪を駆動している。すなわち、力センサが操作手段となって、入力が行われている。
【0003】
特許文献1の移動体では、進みたい方向に体重をかけることで移動している。例えば、前方に進みたい場合、搭乗者が上体を前方に傾ける。すなわち、搭乗者が前傾姿勢になる。そして、前傾姿勢になると搭乗席に加わる力が変化する。そして、この力及びモーメントを力センサで検出する。力センサの検出結果によって、球状タイヤを駆動している。特許文献1の図14には、搭乗者が搭乗席に座った状態で、倒立振子制御を行っている。特許文献2には、車椅子型の移動体が開示されている。この移動体には、椅子とフットレストが設けられている。
【0004】
また、特許文献3には、利用者の動作を能動的に検知して、それに応じて自律的に動作する移動体が開示されている。例えば、複数の圧力センサによって、利用者の重心を計算している。この重心位置に応じて、車椅子形状の移動体が動作している(図2)。
【0005】
さらに、特許文献4では、2足歩行型の移動体を動作させるためのインタフェイス装置が開示されている。このインタフェイス装置は、椅子型形状を有している。そして、椅子の背面と座面に複数の力センサを設けている。4つの力センサによって、搭乗者の骨盤旋回を検知して、歩行意思を推定している。そして、力センサによって推定された歩行意志に応じて両脚を駆動している。また、このインタフェイス装置には、足置き台が設けられている。
【0006】
【特許文献1】特開2006−282160号公報
【特許文献2】特開平10−23613号公報
【特許文献3】特開平11−198075号公報
【特許文献4】特開平7−136957号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1〜3では、実際に移動体に搭乗している搭乗者の姿勢によって、移動している。これにより、実際に移動している環境に応じた操作が可能になる。例えば、搭乗者は、以下のように操作を行うことができる。前進したい場合、搭乗者が前方に上体を移動させる。すなわち、搭乗者が前傾姿勢になる。すると、重心位置が前方になって、力センサに加わる力が変化する。これにより、センサが前進入力を検知する。反対に、後方に移動したい場合は、搭乗者が後傾姿勢になる。すると、重心位置が後方になり、後傾入力が検知される。また、左右に移動する場合は、搭乗者が左右方向に重心を移動する。これにより、左右の旋回入力が検知される。このように、旋回入力、前進入力、後退入力に応じて移動することができる。
【0008】
しかしながら、上記の移動体では、搭乗者の意図通りに移動することができない場合がある。例えば、搭乗席に搭乗者が座った場合、搭乗者の大腿によって搭乗者の姿勢変化が拘束されてしまう。したがって、搭乗者が前傾姿勢となって、高速の前進入力を入力することが困難であるという問題点がある。例えば、前傾姿勢の角度が大きくなると、大腿部が座面と当たってしまう。このため、臀部が浮いてしまい、センサに与える力をロスしてしまう。よって、搭乗者が意図した速度よりも前進速度が遅くなってしまう。このように、従来の移動体では、搭乗者の意図通りに移動することができず、操作性を向上することができないという問題点がある。
【0009】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、高い操作性を有する移動体、及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の第1の態様に係る移動体は、搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体であって、前記搭乗者の大腿部の下方が空間となる座面を有する搭乗席と、前記搭乗席を支持する本体部と、前記本体部を移動させる移動機構と、前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測値を出力するセンサと、前記センサからの出力に応じて、前記移動機構を駆動するための指令値を算出する制御計算部と、を備えたものである。これにより、力センサに対して効果的に力を与えることができ、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。
【0011】
本発明の第2の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記搭乗席が、前記搭乗者の両大腿間において、前方に延設された支持バーを有することを特徴とするものである。これにより、乗り心地を向上することができる。
【0012】
本発明の第3の態様に係る移動体は、搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体であって、前記搭乗者の大腿部の下方におけるクッション性が、臀部の下方におけるクッション性よりも高くなっている座面を有する搭乗席と、前記本体部を移動させる移動機構と、前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測値を出力するセンサと、前記センサからの出力に応じて、前記移動機構を駆動するための指令値を算出する制御計算部と、を備えるものである。これにより、力センサに対して効果的に力を与えることができ、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。
【0013】
本発明の第4の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記搭乗者の臀部の下方が、硬質材料によって形成されているものである。これにより、力センサに対して効果的に力を与えることができ、操作性を向上することができる。
【0014】
本発明の第5の態様に係る移動体は、搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体であって、前記搭乗者が搭乗する搭乗席と、前記搭乗席を支持する本体部と、前記本体部を移動させる移動機構と、前記本体部に取り付けられ、前記搭乗席に対して変位するフットレストと、前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測値を出力するセンサと、前記センサからの出力に応じて、前記移動機構を駆動するための指令値を算出する制御計算部と、を備えたものである。これにより、力センサに対して効果的に力を与えることができ、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。
【0015】
本発明の第6の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記フットレストが弾性体によって変位することを特徴とするものである。これにより、簡素な構成で、操作性を向上することができる。
【0016】
本発明の第7の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記フットレストがアクチュエータによって変位することを特徴とするものである。これにより、確実に力センサに対して力を与えることができる。
【0017】
本発明の第8の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記制御計算部が、前記座面に加わるピッチ軸周りのモーメントに応じてアクチュエータを制御することを特徴とするものである。
【0018】
本発明の第9の態様に係る移動体の制御方法は、搭乗者が搭乗する搭乗席と、前記搭乗席を支持する本体部と、前記本体部に取り付けられたフットレストと、前記フットレストを前記搭乗席に対して変位させるアクチュエータと、を備え、前記搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体の制御方法であって、前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測値を出力するステップと、前記計測値に応じて、前記アクチュエータを制御するステップと、を備えるものである。これにより、力センサに対して効果的に力を与えることができ、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、高い操作性を有する移動体、及びその制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
実施の形態1.
本発明に係る移動体1の全体構成とその基本的な制御方法について図を参照して説明する。まず、移動体1の全体構成について図1、図2を用いて説明する。図1は、移動体1の構成を模式的に示す正面図であり、図2は、移動体1の構成を模式的に示す側面図である。なお、図1、及び図2には、XYZの直交座標系が示されている。Y軸が移動体1の左右方向を示し、X軸が移動体1の前後方向を示し、Z軸が鉛直方向を示している。従って、X軸がロール軸に対応し、Y軸がピッチ軸、Z軸がヨー軸となる。図1、2において、+X方向が移動体1の前方向であるとして説明する。
【0021】
図1に示すように移動体1は、搭乗部3、及び車台13を有している。車台13は、移動体1の本体部であり、搭乗部3を支持している。車台13は、車輪6、フットレスト10、筐体11、制御計算部51、バッテリ52等を備えている。車輪6は、前輪601と後輪602から構成されている。ここでは、1つの前輪601と2つの後輪602からなる3輪型の移動体1を説明する。
【0022】
搭乗部3は、搭乗席8、及び力センサ9を有している。そして、搭乗席8の上面が座面8aとなる。すなわち、座面8aの上に、搭乗者が乗った状態で移動体1が移動する。座面8aは平面でもよいし、臀部の形に合わせた形状となっていてもよい。さらに、搭乗席8に背もたれを設けてもよい。乗り心地を向上するために、搭乗席8にクッション性を持たせてもよい。移動体1が水平面上にある場合、座面8aが水平になっている。力センサ9は、搭乗者の体重移動を検知する。すなわち、力センサ9は、搭乗席8の座面8aに加わる力を検出する。そして、力センサ9は、座面8aに加わる力に応じた計測信号を出力する。力センサ9は、搭乗席8の下側に配置される。すなわち、車台13と搭乗席8の間に、力センサ9が配設されている。
【0023】
力センサ9としては、例えば、6軸力センサを用いることができる。この場合、図3に示すように、3軸方向の並進力(SFx、SFy、SFz)と各軸周りのモーメント(SMx、SMy、SMz)を計測する。これらの並進力とモーメントは、力センサ9の中心を原点に取った値である。移動体1のセンサ処理部に出力する計測信号をモーメント(Mx、My、Mz)とし、それらのモーメントの制御座標原点を図2に示す(a、b、c)とすると、Mx、My、Mzは、それぞれ以下のように表すことができる。
Mx=SMx+c・SFy−b・SFz
My=SMy+a・SFz−c・SFx
Mz=SMz+b・SFx−a・SFy
なお、図3は、各軸を説明するための図である。力センサ9として、モーメント(Mx、My、Mz)を計測できるものであればよい。各軸周りのモーメント(SMx、SMy、SMz)を計測できる3軸力センサを制御座標原点に配置して、Mx,My、Mzを直接計測してもよい。また、1軸の力センサを3つ設けてもよい。さらには、歪みゲージや、ポテンショを用いたアナログジョイスティックなどでもよい。すなわち、直接的又は間接的に3軸周りのモーメントを計測できるものであればよい。そして、力センサ9は、3つのモーメント(Mx、My、Mz)を計測信号として出力する。
【0024】
移動体1の本体部分となる車台13には、車輪6、フットレスト10、筐体11、制御計算部51、及びバッテリ52等が設けられている。筐体11は、箱形状を有しており、前方下側が突出している。そして、この突出した部分の上にフットレスト10が配設されている。フットレスト10は、搭乗席8の前方側に設けられている。従って、搭乗者が搭乗席8に搭乗した状態では、搭乗者の両足がフットレスト10上に乗せられている。
【0025】
筐体11には、駆動モータ603、制御計算部51、及びバッテリ52が内蔵されている。バッテリ52は、駆動モータ603、制御計算部51、及び力センサ9などの各電気機器に電源を供給する。
【0026】
筐体11には、車輪6が回転可能に取り付けられている。ここでは、円盤上の車輪6が3つ設けられている。車輪6の一部は、筐体11の下面よりも下側に突出している。従って、車輪6が床面と接触している。2つの後輪602は、筐体11の後部に設けられている。後輪602は、駆動輪であり、駆動モータ603によって回転する。すなわち、駆動モータ603が駆動することによって、後輪602がその車軸周りに回転する。後輪602は、左右両側に設けられている。なお、後輪602には、その回転速度を読み取るためのエンコーダが内蔵されている。左の後輪602の車軸と、右の後輪602の車軸は、同一直線上に配置されている。
【0027】
また、車輪6には前輪601が含まれている。そして、1つの前輪601が筐体11の前部中央に設けられている。従って、Y方向において、2つの後輪602の間に、前輪601が配設されている。X方向において、前輪601の車軸と後輪602の車軸との間に、搭乗席8が設けられている。前輪601は、従動輪(補助輪)であり、移動体1の移動に応じて回転する。すなわち、後輪602の回転によって移動する方向、及び速度に応じて、前輪601が回転する。このように、後輪602の前に補助輪である前輪601を設けることで、転倒を防ぐことができる。前輪601は、フットレスト10の下方に設けられている。
【0028】
制御計算部51はCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、通信用のインタフェイスなどを有する演算処理装置である。また、制御計算部51は、着脱可能なHDD、光ディスク、光磁気ディスク等を有し、各種プログラムや制御パラメータなどを記憶し、そのプログラムやデータを必要に応じてメモリ(不図示)等に供給する。もちろん、制御計算部51は、物理的に一つの構成に限られるものではない。制御計算部51には、力センサ9からの出力に応じて駆動モータ603の動作を制御するための処理を行う。
【0029】
次に、移動体1を移動させるための制御系について、図4を用いて説明する。図4は、移動体1を移動させるための制御系の構成を示すブロック図である。まず、力センサ9によって、座面8aにかかる力を検出する。ここでは、上記の通り、力センサ9は、計測信号であるモーメントMx、My、Mzをセンサ処理部53に出力する。センサ処理部53は、力センサ9からの計測信号に対して処理を行う。すなわち、力センサ9から出力される計測信号に対応する計測データに対して、演算処理を行う。これにより、制御計算部51に入力される入力モーメント値(Mx’、My’、Mz’)が算出される。なお、センサ処理部53は、力センサ9に内蔵されていてもよく、制御計算部51に内蔵されていてもよい。
【0030】
このように、力センサ9で計測されたモーメント(Mx、My、Mz)が各軸周りの入力モーメント値(Mx’、My’、Mz’)に変換される。そして、入力モーメント値が各後輪602を動作させるために入力される入力値となる。このように、センサ処理部53は、各軸毎に入力値を算出する。入力モーメント値の大きさは、モーメントの大きさに応じて決まる。入力モーメント値の符号は、計測されたモーメントの符号によって決まる。すなわち、モーメントが正の場合、入力モーメント値も正となり、モーメントが負の場合、入力モーメント値も負となる。例えば、モーメントMxが正の場合、入力モーメント値Mx’も正となる。従って、この入力モーメント値が搭乗者の意図する操作に対応する入力値となる。
【0031】
制御計算部51は、入力モーメント値に基づいて、制御計算を行う。これにより、駆動モータ603を駆動するための指令値が算出される。もちろん、入力モーメント値が大きいほど、指令値が大きくなる。この指令値は、駆動モータ603に出力される。なお、本実施形態では、左右の後輪602が駆動輪であるため、2つの駆動モータ603が図示されている。そして、一方の駆動モータ603が右の後輪602を回転させ、他方の駆動モータ603が左の後輪602を回転させる。駆動モータ603は、指令値に基づいて後輪602を回転させる。すなわち、駆動モータ603は、駆動輪である後輪602を回転させるためのトルクを与える。もちろん、駆動モータ603は、減速機などを介して、後輪602に回転トルクを与えてもよい。例えば、制御計算部51から、指令値として指令トルクが入力された場合、その指令トルクで、駆動モータ603が回転する。これにより、後輪602が回転して、移動体1が所望の方向に、所望の速度で移動する。もちろん、指令値は、トルクに限らず、回転速度、回転数であってもよい。
【0032】
さらに、駆動モータ603にはそれぞれ、エンコーダ603aが内蔵されている。このエンコーダ603aは、駆動モータ603の回転速度等を検出する。そして、検出された回転速度は、制御計算部51に入力される。制御計算部51は、現在の回転速度と、目標となる回転速度とに基づいてフィードバック制御を行う。例えば、目標回転速度と現在回転速度との差分に、適当なフィードバックゲインを乗じて、指令値を算出する。もちろん、左右の駆動モータ603に出力される指令値は、異なる値であってもよい。すなわち、前方、又は後方に直進する場合は、左右の後輪602の回転速度が同じになるように制御し、左右に旋回する場合は、左右の後輪602が、同じ方向で異なる回転速度になるよう制御する。また、その場旋回する場合は、左右の後輪602が反対方向に回転するように制御する。
【0033】
例えば、搭乗者が前傾姿勢になると、搭乗席8にピッチ軸周りの力が加わる。すると、力センサ9が+Myのモーメントを検出する(図3参照)。この+Myのモーメントによって、センサ処理部53は、移動体1を並進させるための入力モーメント値My’を算出する。同様に、センサ処理部53は、Mxに基づいて入力モーメント値Mx’を算出し、Mzに基づいて、入力モーメント値Mz’を算出する。すなわち、センサ処理部53は、計測値を入力モーメント値に変換する。これらは、それぞれの独立に算出される。すなわち、Mx’は、Mxのみによって決まり、My’は、Myのみによって決まり、Mz’は、Mzのみのよって決まる。このように、Mx’、My’、Mz’はそれぞれ独立している。
【0034】
制御計算部51が、入力モーメント値とエンコーダの読み値に基づいて、指令値を算出する。これにより、左右の後輪602が所望の回転速度で回転する。同様に、右方向に曲がる場合は、搭乗者が右側に体重移動する。これにより、搭乗席にロール軸周りの力が加わり、力センサ9が+Mxのモーメントを検出する。この+Mxのモーメントによって、センサ処理部53は、移動体1を右方向に旋回させるための入力モーメント値Mx’を算出する。すなわち、移動体1が移動する方向に対応する舵角が求められる。そして、入力モーメント値に応じて、制御計算部51が指令値を算出する。この指令値に応じて、左右の後輪602が異なる回転速度で回転する。すなわち、左側の後輪602が右側の後輪602よりも速い回転速度で回転する。
【0035】
このように、My’に基づいて、前後方向の並進移動に対する成分が求められる。すなわち、左右の後輪602を同じ方向に同じ回転速度で駆動するための駆動トルクなどが決定する。従って、My’、すなわち、Myが大きいほど、移動体1の移動速度が速くなる。Mx’に基づいて、移動方向、すなわち、舵角に対する成分が求められる。すなわち、左右の後輪602の回転トルク差が決定される。従って、Mx’、すなわち、Mxが大きいほど、左右の後輪602の回転速度の違いが大きくなる。
【0036】
Mz’に基づいて、その場旋回に対する成分が求められる。すなわち、左右の後輪602を反対方向に回転させて、その場旋回するための成分が求められる。従って、Mz’、すなわち、Mzが大きいほど、左右の後輪602における反対方向の回転速度が大きくなる。例えば、Mz’が正の場合、上側から見て、左周りにその場旋回する駆動トルクなどが算出される。すなわち、右側の後輪602が前方に回転し、左側の後輪602が同じ回転速度で後方に回転することとなる。
【0037】
そして、それぞれの入力モーメント値Mx’、My’、Mz’に基づいて算出された3つの成分を合成して、2つの後輪602を駆動するための指令値を算出する。これにより、左右の後輪602に対する指令値がそれぞれ算出される。駆動トルクや回転速度などが指令値として算出される。すなわち、入力モーメント値Mx’、My’、Mz’に対応する成分毎に算出された値を合成することで左右の後輪602に対する指令値が算出される。このように、計測されたモーメントMx、My、Mzに基づいて算出された入力モーメント値Mx’、My’、Mz’によって、移動体1が移動する。すなわち、搭乗者の体重移動によるモーメントMx、My、Mzによって、移動体1の移動方向、及び移動速度が決定する。
【0038】
このように、搭乗者の動作によって、移動体1を移動させるための入力が行われる。すなわち、搭乗者の姿勢変化によって、各軸周りのモーメントが検出される。そして、これらのモーメントの計測値に基づいて、移動体1が移動する。これにより、搭乗者が、移動体1を簡便に操作することができる。すなわち、ジョイスティックやハンドルなどの操作が不要となり、体重移動のみでの操作が可能となる。例えば、右斜め前方に移動したい場合は、体重を右前方にかける。また、左斜め後方に移動したい場合は、体重を左後方にかける。これにより、搭乗者の重心位置が変化して、その変化量に応じた入力が行われる。すなわち、搭乗者の重心移動に応じたモーメントを検出することで、直感的に操作することができる。制御計算部51は、入力モーメント値の絶対値に応じた移動速度で、入力モーメント値の符号に応じて前方又は後方に移動するように指令値を出力する。
【0039】
例えば、図5に示すように、力センサ9が設けられた搭乗席8に搭乗者71が搭乗しているとする。なお、図5は、搭乗席8に搭乗者71が搭乗している状態を示す図であり、左側に側面図が、右側に座面8aの平面図が示されている。この場合、座面8aには、搭乗者71の臀部72と大腿部73が接触している。搭乗者71の上体の中立姿勢からの倒れ角に応じて、移動体1の速度が決定する。したがって、搭乗者が上体を傾けるほど、移動体1が高速で移動する。例えば、搭乗者71が上体を大きく傾けると、前進速度が大きくなる。
【0040】
図5に示す搭乗席8の座面8aでは、搭乗者が上体を前傾させると、大腿部73が拘束されてしまう。すなわち、大腿部73が座面8aの拘束を受けるため、前傾姿勢を取りにくくなってしまう。搭乗席8に搭乗者71が座った場合、搭乗者71の大腿によって搭乗者の姿勢変化が拘束されてしまう。そこで、本実施の形態では、図6に示す形状の搭乗席3を用いている。
【0041】
図6は、搭乗席3の構成を示す平面図である。搭乗席8は矩形状の座面8aを有している。ここでは、上面視にて、座面8aがY方向を長辺とする長方形となっている。これにより、搭乗者71の大腿部73の下方において、大腿部73と座面8aとの間に空間が生じる。すなわち、臀部72のみが搭乗席8に載るようにする。これにより、搭乗者71が前傾姿勢を取った場合でも、大腿部73が拘束を受けない。すなわち、大腿部73を座面8aよりも下にすることができ、搭乗者71が自在に前傾姿勢を取ることができる。例えば、前傾姿勢を取った場合でも、臀部72が座面8aから離れることを防止することができる。よって、力センサ9に対して効果的に力を与えることができ、ピッチ軸周りのモーメントを入力することができる。これにより、前進入力の入力モーメント値My’を大きくすることができるため、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者71の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。なお、搭乗席8において大腿部73の下方に空間を設けるため、座面8aに凹部を設けてもよい。例えば、大腿部73より幅広の溝などを搭乗席8に形成して、大腿部73の下方に隙間を設けてもよい。
【0042】
なお、上記の説明では、座面8aが矩形状であるとして説明したが、座面8aの形状はこれに限られるものではない。例えば、搭乗席8を自転車のサドル形状としてもよい。すなわち、搭乗席8が、搭乗者71の大腿部73の下方が空間となる座面8aを有していればよい。これにより、前進入力を容易に行うことができ、操作性を向上することができる。
【0043】
さらに、搭乗席8の形状を図7のようにすることも可能である。図7では、搭乗席8に棒状の支持バー8bが設けられている。すなわち、搭乗席8から支持バー8bが前方に延設されている。支持バー8bは搭乗者71の両大腿間に設けられている。すなわち、左右の大腿部73の間に配置されるように、支持バー8bは、Y方向における搭乗席8の中心に設けられている。このように、搭乗席8が上面視でT字状になっている。したがって、大腿部73が拘束されない状態で、搭乗者71が搭乗することができる。これにより、前傾姿勢の倒れ角度を大きくすることができるため、力センサ9に対して効率よく力を与えることができる。高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者71の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。さらに、自転車のサドルに近い形状となるため、安定感が高くなり、乗り心地を向上することができる。
【0044】
実施の形態2.
本実施の形態にかかる移動体1について、図8を用いて説明する。図8は、搭乗席8の構成を模式的に示す図である。図8の左側には、座面8aの平面図が示され、右側には搭乗席8の側面図が示されている。本実施の形態では、実施の形態1に比べて搭乗席8の形状のみが異なっている。なお、移動体1の搭乗席8以外の基本的構成については、実施の形態1と同様であるため説明を省略する。
【0045】
本実施の形態では、搭乗席8の前方にクッション部8cが設けられている。すなわち、X方向において、搭乗席8の中心よりも前側の一部分が、クッション部8cになっている。したがって、本実施の形態では、大腿部73の下方が空間とならず、クッション部8cが配置される構成となる。クッション部8cは、座面8aのその他の部分よりもクッション性が高くなっている。例えば、クッション部8c以外の部分に硬質部8dを設ける。硬質部8dは、硬質材料によって形成されている。すなわち、硬質部8dでは、力センサ9と座面8aの間が硬質材料のみから構成されている。クッション部8cは、硬質部8dよりも柔らかくなっている。
【0046】
硬質部8d上には、臀部72が乗せられる。そして、クッション部8cには、大腿部73が乗せられる。したがって、大腿部73の下部のクッション性が臀部72の下部のクッション性が高くなっている。座面8aにおいて、大腿部73の下方のクッション性が、臀部72の下方のクッション性よりも高くなっている。これにより、座面8aと大腿部73の間にある隙間が埋まり、大腿部73がクッション部8cによって付勢される。このように、搭乗席8の前側の材質を、中央部分よりもクッション性の高いものとする。
【0047】
クッション部8cには、バネやウレタン樹脂や低反発材料などの弾性体が設けられている。クッション部8cは、上下方向に変形する。したがって、座面8aの前方に設けられたクッション部8cは、大腿部73の動きに合わせて、変形する。例えば、搭乗者71が前傾姿勢になると、それに合わせて大腿部73が下方に変位する。すると、図8のように、クッション部8cが収縮して、大腿部73の大きさに合わせた凹みが生じる。大腿部73が拘束を受けることなく、搭乗者71が前傾姿勢を取ることができる。搭乗者71が自在に前傾姿勢を取ることができる。これにより、少しの姿勢変化でモーメントMyの入力を大きくすることができる。すなわち、前傾姿勢の倒れ角度を大きくすることができる。このため、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者71の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。
【0048】
さらに、臀部72が乗せられる部分は、硬質部8dを設けている。硬質部8dの直下に、力センサ9が配置される。力センサ9は、硬質部8dに加わる力を検知する。これにより、搭乗者71の姿勢変化を確実に検知することができる。すなわち、臀部72の下方では硬質部8dが設けられているため、搭乗者71の姿勢変化による力が吸収されなくなる。よって、姿勢変化により生じる力をロスなく、力センサ9に伝えることができる。少しの姿勢変化で、ピッチ軸周りのモーメントMyの値を大きくすることができる。これにより、前進入力の入力モーメント値My’を大きくすることができるため、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者71の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。
【0049】
さらに、搭乗席8の形状を図9に示す構成とすることも可能である。図9は、搭乗席8の座面8aの構成を示す平面図である。図9に示す搭乗席8では、クッション部8cがリング状になっている。すなわち、クッション部8cがドーナツ状になっている。そして、クッション部8cの中に、硬質部8dが設けられている。搭乗者71が前傾姿勢を取ると、大腿部73の下方のクッション部8cが変形する。よって、効果的に力センサ9に力を加えることができる。これにより、前傾姿勢の倒れ角度を大きくすることができるため、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者71の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。
【0050】
実施の形態3.
本実施の形態にかかる移動体1の特徴部分はフットレスト10になっている。移動体1のフットレスト10以外の基本的構成は、実施の形態1に示したものと同様であるため説明を省略する。なお、本実施の形態にかかる移動体1の搭乗席8の形状については、特に限定されるものではない。例えば、実施の形態1または実施の形態2に示した搭乗席8を用いてもよく、図5に示した通常の搭乗席8を用いてもよい。
【0051】
本実施の形態にかかる移動体について、図10を用いて説明する。図10は、移動体1の構成を模式的に示す側面図である。図10に示すように、フットレスト10が車台13に取り付けられている。フットレスト10の上面に搭乗者71の足が乗せられる。さらに、フットレスト10には、弾性体18が設けられている。弾性体18は、バネなどであり、その伸縮方向が鉛直方向になっている。したがって、フットレスト10の位置が上下に変化する。すなわち、搭乗席8に対するフットレスト10の位置が鉛直方向に変化する。フットレスト10の上面がパッシブに変化して、搭乗者71の足裏の位置が上下する。すなわち、搭乗者71の姿勢変化に応じて、フットレスト10が移動する。
【0052】
このように、フットレスト10を車台13に対して変位可能に取り付ける。弾性体18が伸縮すると、車台13上の搭乗席8に対するフットレスト10の位置が変化する。例えば、搭乗者71が前傾姿勢になると、足底の位置が下がる。よって、足裏からフットレスト10にかかる力が大きくなる。すると、フットレスト10の弾性体18が収縮して、両脚を下方に伸ばすことができる。その結果、両脚にかかる力を軽減することができる。座面8aと脚の間にある隙間が埋まり、座面8aに大腿部73を押し付けることができる。
【0053】
これにより、臀部72が座面8aから浮上するのを防ぐことができる。すなわち、力が足裏からフットレスト10に逃げることを防ぐことができる。力センサ9に効率よく、力を加えることができる。すなわち、上体移動で発生する力のうち、足に分散される量が減り、臀部72から力センサ9に効率よく力を入力することができる。少しの姿勢変化でも、モーメントMyの入力を大きくすることができる。よって、大腿部73が拘束されている場合でも、前進入力に対するモーメントを大きくすることができる。これにより、前傾姿勢の倒れ角度を大きくすることができるため、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者71の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。
【0054】
なお、図10では、上下に変位するフットレスト10を示したが、図11に示すように前後に変位するフットレスト10を用いてもよい。この場合、弾性体18の伸縮方向が前後方向になる。搭乗者71が前傾姿勢を取ると、弾性体18が伸長して、足の位置が前方向に変位する。この結果、両脚を下方に伸ばすことができる。その結果、両脚にかかる力を軽減することができる。力センサ9に効率よく、力を加えることができる。すなわち、上体移動で発生する力のうち、足に分散される量が減り、臀部72から力センサ9に効率よく力を入力することができる。
【0055】
搭乗席8に対して変位可能なフットレスト10を車台13に取り付けることで、前進入力に対するモーメントを大きくすることができる。これにより、前傾姿勢の倒れ角度を大きくすることができるため、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者71の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。もちろん、フットレスト10の移動方向は特に限られるものではない。例えば、移動方向を斜め方向としてもよい。
【0056】
このように、フットレスト10が受動的に変位するような構成とする。すなわち、フットレスト10が搭乗席8に対して変位可能に設けられている。これにより、移動体1の構成を複雑にすることなく、意図通りの制御を行うことができる。なお、搭乗者71が後傾姿勢を取る場合、足裏からフットレスト10に加わる力が弱くなる。よって、フットレスト10が基準となる位置で停止するようになる。
【0057】
また、図10、図11ではパッシブに変位するフットレスト機構について説明したが、フットレスト機構をアクティブに変位させてもよい。ここで、図12を用いて、フットレスト10をアクティブに変位させる構成について説明する。図12は、移動体1の構成を模式的に示す側面図である。図12は、フットレスト10を上下に変位させる例を示している。
【0058】
フットレスト10の下側には、アクチュエータ19が配置されている。アクチュエータ19はモータや減速器などを有しており、フットレスト10を駆動する。さらに、フットレスト10は、鉛直方向に沿って設けられたガイド機構17に取り付けられている。車台13にガイド機構17を取り付けることで、フットレスト10の動作がガイドされて、上下方向に変位する。すなわち、アクチュエータ19が動作すると、ガイド機構17に沿ってフットレスト10が上下に移動する。
【0059】
このようにアクチュエータ19が動作することで、フットレスト10が上下方向に変位する。搭乗席8に対するフットレスト10の位置が変化する。すると、上記のように、臀部72が座面8aから浮上するのを防ぐことができる。すなわち、力が足裏からフットレスト10に逃げることを防ぐことができる。図10の構成と同様に、力センサ9に効率よく、力を加えることができる。よって、大腿部73が拘束されている場合でも、前進入力に対するモーメントを大きくすることができる。これにより、前傾姿勢の倒れ角度を大きくすることができるため、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者71の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。
【0060】
また、アクチュエータ19の動作方向は、上下方向に限られるものでない。例えば、図13に示すように、動作方向を前後方向にしてもよい。図13では、動作方向を前後方向
にするために、ガイド機構17をフットレスト10の下側に配置している。そして、ガイド機構17を前後方向に沿って配置している。これにより、ガイド機構17上のフットレスト10が、ガイド機構17でガイドされて前後に移動する。これにより、図11の構成と同様に、力が足裏からフットレスト10に逃げることを防ぐことができる。力センサ9に効率よく、力を加えることができる。よって、大腿部73が拘束されている場合でも、前進入力に対するモーメントを大きくすることができる。これにより、前傾姿勢の倒れ角度を大きくすることができるため、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者71の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。もちろん、フットレスト10の移動方向は、前後方向又は上下方向に限られるものではない。例えば、フットレスト10の移動方向を斜め方向としてもよい。また、フットレストに限らず、図14に示すように、座面8aが上下方向に変位することでも対応可能である。すなわち、座面8aをアクティブに動作させることで、座面8aとフットレスト10の間の距離が変化する。よって、フットレスト10が動作することと同様の効果を得ることができる。
【0061】
次に、アクチュエータ19を用いて、フットレスト10をアクティブに移動させるための制御系について、図15を用いて説明する。図15は、フットレスト10を変位させるための制御系を示すブロック図である。
【0062】
力センサ9で計測された計測値が制御計算部51に入力される。ここでは、力センサ9で計測されたピッチ軸周りのモーメントMyを計測値として、制御計算部51に入力している。制御計算部51は、ピッチ軸周りのモーメントMyに基づいて、アクチュエータ19の駆動量を算出する。そして、制御計算部51は、駆動量に応じた指令値をアクチュエータ19に出力する。これにより、アクチュエータ19が駆動して、フットレスト10が所定に位置まで変化する。すなわち、モーメントMyに応じた位置まで、フットレスト10が変位する。
【0063】
このように、制御計算部51が、力センサ9で計測されたピッチ軸周りのモーメントMyに応じて、アクチュエータ19を制御している。これにより、力センサ9に加わる力に応じた位置まで、確実にフットレスト10を移動することができる。すなわち、フットレスト10を理想的な位置まで移動することができる。よって、搭乗者71が意図する力を力センサ9に対して確実に加えることができる。よって、大腿部73が拘束されている場合でも、前進入力に対するモーメントを大きくすることができる。これにより、前傾姿勢の倒れ角度を大きくすることができるため、高速での前進移動が可能になる。よって、搭乗者71の意図通りに移動することができ、操作性を向上することができる。
【0064】
また、本発明は、車輪型の移動体1に限らず、歩行型の移動体においても適用可能である。あるいは、全方向車輪などを用いた移動体1であってもよい。すなわち、車台13などの本体部を床面に対して移動させる移動機構が設けられているものであればよい。さらに、各実施の形態を適宜組み合わせて使用してもよい。例えば、実施の形態1と実施の形態3を組み合わせたり、実施の形態2と実施の形態3を組み合わせたりしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0065】
【図1】本発明にかかる移動体の全体構成を模式的に示す正面図である。
【図2】本発明にかかる移動体の全体を模式的に示す側面図である。
【図3】各軸周りの動作を説明するための図である。
【図4】移動体を移動させるための制御系を示すブロック図である。
【図5】移動体の搭乗席の構成を示す図である。
【図6】実施の形態1にかかる移動体に用いられる搭乗席の構成を示す図である。
【図7】実施の形態1にかかる移動体に用いられる搭乗席の別の構成を示す平面図である。
【図8】実施の形態2にかかる移動体に用いられる搭乗席の構成を示す図である。
【図9】実施の形態2にかかる移動体に用いられる搭乗席の別の構成を示す平面図である。
【図10】実施の形態3における移動体に用いられたフットレストの構成を模式的に示す側面図である。
【図11】実施の形態3における移動体に用いられたフットレストの別の構成を模式的に示す側面図である。
【図12】実施の形態3における移動体に用いられたフットレストの別の構成を模式的に示す側面図である。
【図13】実施の形態3における移動体に用いられたフットレストの別の構成を模式的に示す側面図である。
【図14】座面を変位させる例を模式的に示す側面図である。
【図15】実施の形態3における移動体に用いられたフットレストの制御系を示すブロック図である。
【符号の説明】
【0066】
1 移動体
2 フレーム部
3 搭乗部
6 車輪
601 前輪
602 後輪
603 駆動モータ
603a エンコーダ
8 搭乗席
8a 座面
8b 支持バー
8c クッション部
8d 硬質部
9 力センサ
10 フットレスト
11 筐体
13 車台
17 ガイド機構
18 弾性体
19 アクチュエータ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体であって、
前記搭乗者の大腿部の下方が空間となる座面を有する搭乗席と、
前記搭乗席を支持する本体部と、
前記本体部を移動させる移動機構と、
前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測値を出力するセンサと、
前記センサからの出力に応じて、前記移動機構を駆動するための指令値を算出する制御計算部と、を備えた移動体。
【請求項2】
前記搭乗席が、前記搭乗者の両大腿間において、前方に延設された支持バーを有することを特徴とする請求項1に記載の移動体。
【請求項3】
搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体であって、
前記搭乗者の大腿部の下方におけるクッション性が、臀部の下方におけるクッション性よりも高くなっている座面を有する搭乗席と、
前記本体部を移動させる移動機構と、
前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測値を出力するセンサと、
前記センサからの出力に応じて、前記移動機構を駆動するための指令値を算出する制御計算部と、を備える移動体。
【請求項4】
前記搭乗者の臀部の下方が、硬質材料によって形成されている請求項3に記載の移動体。
【請求項5】
搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体であって、
前記搭乗者が搭乗する搭乗席と、
前記搭乗席を支持する本体部と、
前記本体部を移動させる移動機構と、
前記本体部に取り付けられ、前記搭乗席に対して変位するフットレストと、
前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測値を出力するセンサと、
前記センサからの出力に応じて、前記移動機構を駆動するための指令値を算出する制御計算部と、を備えた移動体。
【請求項6】
前記フットレストが弾性体によって変位することを特徴とする請求項5に記載の移動体。
【請求項7】
前記フットレストがアクチュエータによって変位することを特徴とする請求項5、又は6に記載の移動体。
【請求項8】
前記制御計算部が、前記座面に加わるピッチ軸周りのモーメントに応じてアクチュエータを制御することを特徴とする請求項7に記載の移動体。
【請求項9】
搭乗者が搭乗する搭乗席と、
前記搭乗席を支持する本体部と、
前記本体部に取り付けられたフットレストと、
前記フットレストを前記搭乗席に対して変位させるアクチュエータと、を備え、前記搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体の制御方法であって、
前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測値を出力するステップと、
前記計測値に応じて、前記アクチュエータを制御するステップと、を備える移動体の制御方法。
【請求項1】
搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体であって、
前記搭乗者の大腿部の下方が空間となる座面を有する搭乗席と、
前記搭乗席を支持する本体部と、
前記本体部を移動させる移動機構と、
前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測値を出力するセンサと、
前記センサからの出力に応じて、前記移動機構を駆動するための指令値を算出する制御計算部と、を備えた移動体。
【請求項2】
前記搭乗席が、前記搭乗者の両大腿間において、前方に延設された支持バーを有することを特徴とする請求項1に記載の移動体。
【請求項3】
搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体であって、
前記搭乗者の大腿部の下方におけるクッション性が、臀部の下方におけるクッション性よりも高くなっている座面を有する搭乗席と、
前記本体部を移動させる移動機構と、
前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測値を出力するセンサと、
前記センサからの出力に応じて、前記移動機構を駆動するための指令値を算出する制御計算部と、を備える移動体。
【請求項4】
前記搭乗者の臀部の下方が、硬質材料によって形成されている請求項3に記載の移動体。
【請求項5】
搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体であって、
前記搭乗者が搭乗する搭乗席と、
前記搭乗席を支持する本体部と、
前記本体部を移動させる移動機構と、
前記本体部に取り付けられ、前記搭乗席に対して変位するフットレストと、
前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測値を出力するセンサと、
前記センサからの出力に応じて、前記移動機構を駆動するための指令値を算出する制御計算部と、を備えた移動体。
【請求項6】
前記フットレストが弾性体によって変位することを特徴とする請求項5に記載の移動体。
【請求項7】
前記フットレストがアクチュエータによって変位することを特徴とする請求項5、又は6に記載の移動体。
【請求項8】
前記制御計算部が、前記座面に加わるピッチ軸周りのモーメントに応じてアクチュエータを制御することを特徴とする請求項7に記載の移動体。
【請求項9】
搭乗者が搭乗する搭乗席と、
前記搭乗席を支持する本体部と、
前記本体部に取り付けられたフットレストと、
前記フットレストを前記搭乗席に対して変位させるアクチュエータと、を備え、前記搭乗者の体重移動に応じて移動する移動体の制御方法であって、
前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測値を出力するステップと、
前記計測値に応じて、前記アクチュエータを制御するステップと、を備える移動体の制御方法。
【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】
【公開番号】特開2010−68654(P2010−68654A)
【公開日】平成22年3月25日(2010.3.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−233591(P2008−233591)
【出願日】平成20年9月11日(2008.9.11)
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】(出願人による申告)平成19年度、文部科学省、科学技術総合研究委託事業、産業技術力強化法第19条の適用を受ける特許出願
【出願人】(000003207)トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】(504137912)国立大学法人 東京大学 (1,942)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成22年3月25日(2010.3.25)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年9月11日(2008.9.11)
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】(出願人による申告)平成19年度、文部科学省、科学技術総合研究委託事業、産業技術力強化法第19条の適用を受ける特許出願
【出願人】(000003207)トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】(504137912)国立大学法人 東京大学 (1,942)
【Fターム(参考)】
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