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、搭乗者が搭乗する搭乗席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の座面に加わる力に応じた計測信号を出力する力センサ９と、搭乗席８の座面８ａの角度を変えるように、前記搭乗席を駆動する駆動部５と、駆動部５の駆動量と搭乗席８の平衡位置姿勢と力センサ９からの計測信号とに基づいて、車輪６及び駆動部５を駆動するための指令値を算出する制御計算部５１と、を備えるものである。
【解決手段】本発明の一態様にかかる移動体１は、搭乗者が搭乗する搭乗席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の座面に加わる力に応じた計測信号を出力する力センサ９と、搭乗席８の座面８ａの角度を変えるように、前記搭乗席を駆動する駆動部５と、駆動部５の駆動量と搭乗席８の平衡位置姿勢と力センサ９からの計測信号とに基づいて、車輪６及び駆動部５を駆動するための指令値を算出する制御計算部５１と、を備えるものである。
【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、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、搭乗者が搭乗する搭乗面に力センサが設けられている移動体では、以下に示す問題点がある。例えば、右斜め前方に進んでいる場合を仮定する。この時、移動体のメカ構成が固定されていると、搭乗者が遠心力を受けてしまう。すると、余計に右斜め前に状態をそらし、スピードが加速されてしまう。あるいは、上体が外側にそれてしまい、思い通りに右斜め前方に進むことができないという問題点がある。すなわち、力センサへの入力が搭乗者へ伝わらないため、どれくらいの操作したのか、直感的に分かりにくい。特に、遠心力が加わる場合、搭乗者が移動したい方向に、操作することが困難になってしまう。
【０００９】
このように、従来の移動体では、搭乗者の意図通りに、操作することができないという問題点がある。
【００１０】
本発明は、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】
【００１１】
本発明の第１の態様に係る移動体は、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信号を出力するセンサと、前記搭乗席の座面の角度を変えるように、前記搭乗席を駆動する搭乗席駆動機構と、前記搭乗席駆動機構の駆動量と前記搭乗席の平衡位置姿勢と前記センサからの計測信号とに基づいて、前記移動機構、及び前記搭乗席駆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、搭乗者が操作量を容易に把握することができるため、操作性を向上することができる。
【００１２】
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、前記移動体の姿勢角度に応じた信号を出力する姿勢検出部をさらに備え、前記搭乗席の平衡位置姿勢が姿勢検出部の出力に応じて変化することを特徴とするものである。これにより、適切な操作量で移動することができる。
【００１３】
本発明の第３の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記搭乗席の搭乗面が水平になるように、前記搭乗席の平衡位置姿勢が変化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。
【００１４】
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、前記搭乗席の平衡位置姿勢が前記移動体の移動状況によらず一定になっていることを特徴とするものである。これにより、簡便に操作性を向上することができる。
【００１５】
本発明の第５の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記搭乗席駆動機構の駆動量と前記搭乗席の平衡位置姿勢と前記センサからの計測信号に基づいて、前記搭乗席駆動機構の目標駆動量を算出し、前記搭乗席駆動機構の目標駆動量に基づいて、前記移動体の前後進移動速度が算出されることを特徴とするものである。これにより、適切の速度で移動することができる。
【００１６】
本発明の第６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信号を出力するセンサと、前記搭乗席の座面の角度を変えるように、前記搭乗席を駆動する搭乗席駆動機構と、を備えた移動体の制御方法であって、前記搭乗席の平衡位置姿勢を入力するステップと、前記センサからの計測信号と、前記平衡位置姿勢と、前記搭乗席駆動機構の駆動量とに基づいて、前記移動機構、及び前記搭乗席駆動機構を駆動するための指令値を算出するステップと、を備えるものである。
【００１７】
本発明の第７の態様に係る制御方法は、上記の制御方法であって、前記移動体に設けられた姿勢検出部によって、前記移動体の姿勢角度に応じた信号を出力し、前記搭乗席の平衡位置姿勢が姿勢検出部の出力に応じて変化することを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第８の態様に係る制御方法は、上記の制御方法であって、前記搭乗席の搭乗面が水平になるように、前記搭乗席の平衡位置姿勢が変化することを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の第９の態様に係る制御方法は、上記の制御方法であって、前記搭乗席の平衡位置姿勢が前記移動体の移動状況によらず一定になっていることを特徴とするものである。これにより、簡便に操作性を向上することができる。
【００２０】
本発明の第１０の態様に係る制御方法は、上記の制御方法であって、前記搭乗席駆動機構の駆動量と前記搭乗席の平衡位置姿勢と前記センサからの計測信号に基づいて、前記搭乗席駆動機構の目標駆動量を算出し、前記搭乗席駆動機構の目標駆動量に基づいて、前記移動体の前後進移動速度が算出されることを特徴とするものである。これにより、適切の速度で移動することができる。
【発明の効果】
【００２１】
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】
【００２２】
以下、本発明に係る小型車両の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００２３】
発明の実施の形態１．
実施形態１に係る移動体１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。
【００２４】
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、姿勢検出部４、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。
【００２５】
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。すなわち、搭乗席８を車椅子形状としてもよい。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。
【００２６】
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。
【００２７】
移動体１の本体部分となる車台１３には、姿勢検出部４、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。
【００２８】
筐体１１には、駆動モータ６０３、姿勢検出部４、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、姿勢検出部４、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。姿勢検出部４は、例えば、ジャイロセンサまたは加速度センサなどを有しており、移動体１の姿勢を検出する。すなわち、車台１３が傾斜すると、姿勢検出部４は、その傾斜角度や傾斜角速度を検出する。姿勢検出部４は、ロール軸周りにおける姿勢の傾斜角度、及びピッチ軸周りにおける姿勢の傾斜角度を検出する。そして、姿勢検出部４は、姿勢検出信号を制御計算部５１に出力する。
【００２９】
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。２つの後輪６０２は、同軸上に配置されている。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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。また、姿勢検出部４からの出力に応じて、車台１３の傾きを制御するための処理を行う。すなわち、移動体１の姿勢が、車台１３の傾きに応じて変化する。筐体１１の内部には、姿勢を変化させるための機構が内蔵されている。この機構が動作することで搭乗席８が変位する。この構成については後述する。
【００３２】
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。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。
【００３３】
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。
【００３４】
制御計算部５１は、入力モーメント値（Ｍｘ'、Ｍｙ'、Ｍｚ'）に基づいて、入力トルクτｉを求める。例えば、入力トルクτｉ＝（Ｍｘ'、Ｍｙ'、Ｍｚ'）となる。そして、このトルクτｉ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。通常、トルクτｉ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指令トルクを与える。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、駆動モータ６０３のトルクに限らず、回転速度、回転数であってもよい。
【００３５】
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。
【００３６】
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。これにより、トルクτｉが求められる。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
さらに、移動体１には、搭乗席８を駆動するための駆動部５が設けられている。この駆動部５に対する制御について説明する。駆動部５は、ヨー軸機構５０１とピッチ軸機構５０２とロール軸機構５０３を有している。ヨー軸機構５０１とピッチ軸機構５０２とロール軸機構５０３は、回転関節であり、これらが動作することで、搭乗席８の姿勢が変化する。ヨー軸機構５０１は、搭乗席８をヨー軸周りに回転させる。ピッチ軸機構５０２は搭乗席８をピッチ軸周りに回転させる。ロール軸機構５０３は、搭乗席８をロール軸周りに回転させる。これにより、車台１３に対する座面８ａの角度が変化する。すなわち、車台１３に対して座面８ａが傾くようになる。したがって、駆動部５が搭乗席８を駆動する駆動部として、ヨー軸機構５０１とピッチ軸機構５０２とロール軸機構５０３はそれぞれ、関節駆動用のモータや減速器を有している。そして、その関節モータの回転角を検出するためのエンコーダ５０１ａ、５０２ａ、５０３ａがそれぞれ設けられている。
【００４３】
制御計算部５１は、上記のように、センサ処理部５３からのトルクに応じて、制御計算を行う。そして、制御計算部５１は、ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、及びロール軸機構５０３の関節を駆動するための指令値を出力する。すなわち、制御計算部５１は、トルクに基づいて、各軸機構の目標関節角度を算出する。そして、制御計算部５１は、目標関節角度に応じた指令値を算出して、各モータに出力する。これにより、ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、及びロール軸機構５０３の各関節が目標関節角度になる。すなわち、目標関節角度に追従するように、各軸機構が駆動する。よって、移動体１の姿勢が変化して、搭乗席８の座面８ａを所望の角度にすることができる。
【００４４】
このように、力センサ９に対する入力に応じて座面８ａの傾斜角度が変化する。これにより、搭乗者が入力値を直感的に把握することができる。よって、操作性を向上することができる。
【００４５】
次に、移動体１の姿勢を変化させるための構成について、図５を用いて説明する。図５は、姿勢を変化させるための機構の構成を示す図であり、車台１３の内部構成を示している。図５に示すように、車台１３には、姿勢を制御するためのフレーム部２が設けられている。フレーム部２は、筐体１１内に配設される。フレーム部２は、第１の平行リンク機構２０１と第２の平行リンク機構２０２とが、交差部分で相互の回転を拘束しないように、平面視Ｔ字状に連結されている。
【００４６】
第１の平行リンク機構２０１は、前後方向に配置されている。この第１の平行リンク機構２０１は、四本の横リンク２０１ａ、前後の縦リンク２０１ｂを備えている。
横リンク２０１ａは、全て等しい長さとされている。横リンク２０１ａの両端には、図示を省略したが、縦リンク２０１ｂとの連結軸を嵌め込む嵌合穴が形成されている。二本の横リンク２０１ａは上下に配置されており、当該二本の横リンク２０１ａを一組として、縦リンク２０１ｂを挟み込むように、当該縦リンク２０１ｂの左右両側に配置されている。
【００４７】
縦リンク２０１ｂの左右両側部からは、図示を省略したが、それぞれ上下方向に等しい間隔を開けて相対峙する配置で、横リンク２０１ａとの連結軸が左右方向に突出している。この連結軸は、横リンク２０１ａと縦リンク２０１ｂとの回転軸として、横リンク２０１ａの嵌合穴に軸受け等を介して嵌め込まれている。
【００４８】
本実施形態の前側の縦リンク２０１ｂはＬ字形状に形成されている。縦リンク２０１ｂの垂直片の上下端部に、横リンク２０１ａが連結軸を介して回転可能に連結されている。縦リンク２０１ｂの水平片の先端に、車輪６として自在式のキャスターが設けられている。移動体１の移動方向が変化すると、その変化に応じてキャスターの方向が回転する。後側の縦リンク２０１ｂは、下側の横リンク２０１ａより下方に突出する突出部を備えている。この突出部の前後両側部からは、図示を省略したが、それぞれ相対峙する配置で第２の平行リンク機構２０２との連結軸が前後方向に突出している。さらに後側の縦リンク２０１ｂの前後両側部における上下の横リンク２０１ａの間の部分からも、図示を省略したが、それぞれ相対峙する配置で第２の平行リンク機構２０２との連結軸が前後方向に突出している。
【００４９】
第２の平行リンク機構２０２は、左右方向に配置されている。この第２の平行リンク機構２０２は、四本の横リンク２０２ａ、左右の縦リンク２０２ｂを備えている。
横リンク２０２ａは、全て等しい長さとされている。横リンク２０２ａの両端には、図示を省略したが、縦リンク２０２ｂとの連結軸を嵌め込む嵌合穴が形成されている。さらに横リンク２０２ａの長手方向の略中央位置には、図示を省略したが、第１の平行リンク機構２０１との連結軸を嵌め込む嵌合穴が形成されている。二本の横リンク２０２ａは上下に配置されており、当該二本の横リンク２０２ａを一組として、縦リンク２０２ｂ及び第１の平行リンク機構２０１の後側の縦リンク２０１ｂを挟み込むように、当該縦リンク２０２ｂ及び第１の平行リンク機構２０１の後側の縦リンク２０１ｂの前後両側に配置されている。第１の平行リンク機構２０１の後側の縦リンク２０１ｂから突出する連結軸は、第１の平行リンク機構２０１と第２の平行リンク機構２０２との回転軸として、横リンク２０２ａの略中央位置の嵌合穴に軸受け等を介して嵌め込まれている。
【００５０】
縦リンク２０２ｂの前後両側部からは、図示を省略したが、それぞれ上下方向に等しい間隔を開けて相対峙する配置で、横リンク２０２ａとの連結軸が前後方向に突出している。この連結軸は、横リンク２０２ａと縦リンク２０２ｂとの回転軸として、横リンク２０２ａの端部の嵌合穴に軸受け等を介して嵌め込まれている。
【００５１】
その結果、第１の平行リンク機構２０１は、第２の平行リンク機構２０２に拘束されることなく、前後方向に回転可能な構成となる。一方、第２の平行リンク機構２０２は、第１の平行リンク機構２０１に拘束されることなく、左右方向に回転可能な構成となる。
【００５２】
搭乗部３は、姿勢検出部４の上に設けられ、フレーム部２の回転に連動する。具体的にいうと、搭乗部３は、第１の平行リンク機構２０１の上下の横リンク２０１ａに支持軸３０１を介して連結されている。この支持軸３０１の上部及び下部の左右両側部からは、図示を省略したが、第１の平行リンク機構２０１の上下の横リンク２０１ａとの連結軸が左右方向に突出している。第１の平行リンク機構２０１の横リンク２０１ａにおける長手方向の略中央位置には、図示を省略したが、支持軸３０１から突出する連結軸を嵌め込む嵌合穴が形成されている。支持軸３０１は、縦リンク２０１ｂを挟み込むように、当該縦リンク２０１ｂの左右に配置された横リンク２０１ａの間に挿入されている。支持軸３０１から突出する連結軸は、第１の平行リンク機構２０１の嵌合穴に軸受け等を介して嵌め込まれている。その結果、第１の平行リンク機構２０１が前後方向に回転すると、支持軸３０１と縦リンク２０１ｂとは平行状態を維持した状態で連動する。
【００５３】
駆動部５が駆動することで、フレーム部２が動作する。これにより、移動体１の姿勢が変化する。車台１３が傾くことで、搭乗部３の角度が変化する。なお、駆動部５には、ヨー軸周りに回転するヨー軸機構５０１と、ピッチ軸周りに回転するピッチ軸機構５０２と、ロール軸周りに回転するロール軸機構５０３が設けられている。ヨー軸機構５０１は、例えば、支持軸３０１と姿勢検出部４の間に設けられている。すなわち、ヨー軸機構５０１が３つの機構の中で、最も搭乗部３側に設けられている。なお、ヨー軸機構５０１は、搭乗部３をヨー軸周りに旋回させる旋回関節であり、ピッチ軸機構５０２及びロール軸機構５０３は搭乗部３を軸周りに回転させる回転関節である。
【００５４】
次に、移動体１の制御方法について図６を用いて説明する。図６は、移動体１の制御方法を示すフローチャートである。図６は、移動体１の制御における１サイクルを示している。このフローチャートにしたがって、移動体１の移動制御と、姿勢制御が行われる。すなわち、図６には、後輪６０２の駆動と、駆動部５の駆動の制御方法が示されている。
【００５５】
まず、ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３の関節角を検出する（ステップＳ１０１）。すなわち、各軸機構に設けられているエンコーダ５０１ａ、５０２ａ、５０３ａによって、それぞれの関節の角度を検出する。移動体１は、この関節角度に応じた姿勢となっている。次に、力センサ９によって、モーメントの値を検出する（ステップＳ１０２）。すなわち、モーメント（Ｍｘ，Ｍｙ、Ｍｚ）を測定する。そして、力センサ９のオフセット修正を行う（ステップＳ１０３）。すなわち、搭乗者が座っている位置がずれている場合に、その位置に対してオフセットを与える。入力されるモーメントに対して、搭乗位置の位置ずれを補正するように、制御目標原点にオフセットを与える。これにより、位置ずれを補正したモーメント（Ｍｘ'，Ｍｙ'、Ｍｚ'）を算出することができる。なお、ステップＳ１０１とステップＳ１０２の順番は反対でもよく、ステップＳ１０１とステップＳ１０２を並行して行ってもよい。
【００５６】
座面の平衡位置姿勢φｉｄを入力する（ステップＳ１０４）。上記のように、移動体１が平坦な床を移動している時に、座面８ａが水平になる位置が平衡位置姿勢となっている。この時のヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３の関節角度が平衡位置姿勢に対応する。したがって、本実施の形態では、平衡位置姿勢が一定になっている。すなわち、移動状況によらず、各軸の関節角度が一定になるような平衡位置姿勢が選ばれている。
【００５７】
次に、コンプライアンス補償を行う（ステップＳ１０５）。ここでのコンプライアンス制御によって、ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３の目標関節角度が決定する。コンプライアンス制御とは、バネ特性、ダンピング特性を擬似的に備えている振る舞いをする制御である。ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３の動作によってバネ特性、ダンピング特性が示される。このコンプライアンス制御を導入することで、搭乗者の力に応じて、座面８ａを傾けることが可能になる。ここでは、ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３の関節角度、力センサ９のモーメント、座面８ａの平衡位置姿勢を用いて、コンプライアンス制御が行われる。これにより、ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３の目標関節角度が算出される。このステップの詳細については、後述する。
【００５８】
そして、座面８ａを制御する（ステップＳ１０６）。すなわち、ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３がそれぞれ目標関節角度になるように、各軸に設けられているモータを駆動する。これにより、座面８ａの傾きが変化して、現在目標位置姿勢となる。ここでは、力センサ９の出力に応じて、座面８ａの傾きが変化している。すなわち、座面８ａに対する力に応じて、搭乗者が座面８ａから力を受ける。よって、搭乗者１９が力センサ９への入力を直感的に把握することができる。これにより、操作性が向上し、搭乗者１９の意図通りに移動することができる。
【００５９】
次に、車輪回転角、速度、トルクを検出する（ステップＳ１０７）。すなわち、エンコーダ６０３ａの出力に基づいて、左右の後輪６０２の動作状態を検知する。そして、ピッチ軸周りの目標関節角度から、移動体１の前後進速度を算出する（ステップＳ１０８）。このとき、ステップＳ１０５で求めた現在目標位置姿勢φｉに基づいて、前後進速度を算出している。すなわち、制御計算部５１は、ピッチ軸機構５０２の目標関節角度に基づいて前後進速度を算出している。よって、目標となる前後進速度は、力センサ９のモーメントと、座面の平衡位置姿勢と、各関節角度によって、決まる。
【００６０】
さらに、ロール軸、ヨー軸の関節角度から移動体１の旋回速度を算出する（ステップＳ１０９）。制御計算部５１は、ステップＳ１０５で求めた現在目標位置姿勢φｉに基づいて旋回速度を算出している。すなわち、制御計算部５１は、ヨー軸機構５０１、ロール軸機構５０３の目標関節角度に基づいて前後進速度を算出している。よって、目標となる前後進速度は、力センサ９のモーメントと、座面の平衡位置と、各関節角度によって、決まる。
【００６１】
そして、前後進速度と、旋回速度とを合成して、左右の後輪６０２の回転トルクを算出する（ステップＳ１１０）。すなわち、後輪６０２を回転させるための回転トルクを、計算する。左右の後輪６０２のトルクが指令値となって、駆動モータ６０３に出力される。ここでは、ステップＳ１０７で検出された後輪６０２の回転角と目標速度とを用いてフィードバック制御を行う。制御計算部５１が駆動モータ６０３を駆動するための指令値を出力する。これにより、ステップＳ１０８で算出された前後進速度、かつステップＳ１０９で算出された旋回速度に近い速度で移動体１が移動する。したがって、力センサ９による入力に応じて、移動体１が搭乗者の意図通りに移動する
【００６２】
次に、ステップＳ１０５のコンプライアンス補償について、図７を用いて説明する。図７は、コンプライアンス制御の詳細を示すフローチャートである。まず、搭乗者が体重移動する（ステップＳ２０１）。すなわち、移動体１を移動させるため、体重移動によって入力を行う。これにより、力センサ９にかかる力が変化する。座面８ａにかかる３軸周りのトルクτｉを力センサ９で感知する（ステップＳ２０１）。このトルクτｉは、入力モーメントから算出することができる。ヨー軸周りのトルクτθｚ（＝Ｍｚ'）、ピッチ軸周りのトルクτθｙ（＝Ｍｙ'）、ロール軸周りのトルクτθｘ（＝Ｍｘ'）がそれぞれ算出される。このように、τｉは、トルクであり、ロール、ピッチ、ヨーに対する成分を含んでいる。すなわち、τｉは、τθｘ、τθｙ、τθｚの３成分を含んでいる。
【００６３】
また、ステップＳ２０１、Ｓ２０２と並行して、座面の平衡位置姿勢φｉｄを入力する（ステップＳ２０３）。この平衡位置姿勢φｉｄはヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３の基準となる基準位置を示すものとなる。すなわち、各軸機構の基準となる関節角度が制御計算部５１に入力される。本実施の形態では、座面の平衡位置姿勢φｉｄの値が固定されている。制御計算部５１のメモリ等に、平衡位置姿勢φｉｄとなる関節角度が記憶されている。そして、この関節角度を読み出すことによって、平衡位置姿勢φｉｄが入力される。移動体１が平坦な床を移動している時に、座面８ａが水平になる位置が平衡位置となっている。したがって、各軸機構における一定の関節角度が平衡位置姿勢φｉｄを示すことになる。平衡位置姿勢φｉｄは各軸周りに対して決められている。平衡位置姿勢φｉｄは、ロール軸周り平衡位置姿勢φθｘｄ、ピッチ軸周りの平衡位置姿勢φθｙｄ、ヨー軸周りの平衡位置姿勢φθｚｄの３成分から構成されている。これらは、各軸機構の基準となる関節角度に対応している。
【００６４】
次に、トルクτｉと平衡位置姿勢φｉｄから座面の現在目標位置姿勢φｉを求める（ステップＳ２０４）。ここでは、ステップＳ２０４に記載されている数式に基づいて、制御計算部５１が搭乗部３の現在目標位置姿勢φｉを算出している。すなわち、ステップＳ２０４に記載されている方程式を解くことで、現在目標位置姿勢φｉを算出することができる。現在目標位置姿勢φｉは、例えば、ヨー軸機構５０１の目標関節角度、ピッチ軸機構５０２の目標関節角度、ロール軸機構５０３における目標関節角度から構成されている。したがって、現在目標位置姿勢φｉはφθｘ、φθｙ、φθｚの３成分から構成されている。各軸機構における目標関節角度が、トルクτｉと平衡位置姿勢φｉｄに基づいて算出される。
【００６５】
ステップＳ２０４の方程式において、Ｍｉは慣性行列、Ｄｉは粘性係数行列、Ｋｉは剛性行列であり、これらは、３×３の行列である。慣性行列、粘性係数行列、剛性行列は、移動体１の構成、動作に応じて設定することができる。また、φｉ、φｉｄの上に付されている・（ドット）は、時間微分を示している。ドットが１個付されている場合は、１回微分を、２個付されている場合は、２回微分を示している。例えば、φｉの上に１個のドットが付されていると、目標姿勢速度となり、２個のドットが付されていると、目標姿勢加速度となる。同様に、φｉｄの上に１個のドットが付されていると、平衡位置姿勢速度となり、２個のドットが付されていると、平衡位置姿勢加速度となる。本実施形態では、平衡位置姿勢φｉｄが固定されているため、平衡位置姿勢速度、平行位置姿勢加速度は、基本的に０となる。
【００６６】
そして、現在目標位置姿勢φｉに基づいて移動制御を行う（ステップＳ２０５）。さらに、移動制御と並行して、座面の傾き制御を行う（ステップＳ２０６）。移動制御では、ステップＳ１０８、及びステップＳ１０９に示したように、現在目標位置姿勢φｉに基づいて前後進速度、及び旋回速度を算出する。すなわち、現在目標位置姿勢φθｙに応じて、移動体１の前後進速度が決まる。φθｙの値が大きいほど、前後進速度が大きくなる。また、現在目標位置姿勢φθｘ、φθｚに応じて移動体１の旋回速度が決まる。φθｘ、φθｚの値が大きいほど、旋回速度が大きくなる。そして、前後進速度、及び旋回速度から、左右の後輪６０２の回転トルクを算出する。ここでは、前後進速度と旋回速度を合成して、左右の後輪６０２に対する目標回転速度を算出する。そして、現在の回転速度と目標回転速度との差分から、回転トルクを算出するためのフィードバック制御を行っている。制御計算部５１は、この回転トルクを指令値として、駆動モータ６０３に出力する。このようにして、移動制御が行われる。
【００６７】
座面８ａの傾き制御も現在目標位置姿勢φｉに基づいて行われる。すなわち、現在目標位置姿勢φｉを入力として、各軸機構に対する指令値を算出する。現在目標位置姿勢φｉに基づいて、各軸機構の指令値が算出される。そして、この指令値に応じて、ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３が駆動する。よって、ヨー軸機構５０１の目標関節角度、ピッチ軸機構５０２の目標関節角度、ロール軸機構５０３における目標関節角度になるように座面８ａの傾きが変化する。このように、各軸機構が目標関節角度に追従するように駆動する。これにより、搭乗部３の姿勢が変化して、座面８ａの傾きが変化する。よって、搭乗者が座面８ａから力を受ける。そして、座面８ａが現在目標位置姿勢φｉになる。
【００６８】
このように、現在目標位置姿勢φｉを利用して、移動制御と、座面８ａの傾き制御が行われている。すなわち、各モータに対する指令値が現在目標位置姿勢φｉに基づいて算出されている。制御計算部５１は、搭乗席を駆動する駆動部５の駆動量と、座面８ａの平衡位置姿勢と、力センサ９からの計測信号とに基づいて、後輪６０２、及び駆動部５を駆動するための指令値を算出する。
【００６９】
このように、車台１３に搭乗席８を固定する方法が、剛体結合ではなく、入力に対してある程度変形、変位する構造となっている。よって、バネのような柔らかい動きをさせる制御をすることができる。すなわち、自動車で表すならサスペンションとして、駆動部５が機能する。そして、力センサ９での検出結果に基づいて、駆動部５を制御する。
【００７０】
これにより、操作性を向上することができる。すなわち、各軸周りの機構が駆動することで、どのくらいの操作量で操作しているかを直感的に把握することができる。実際の操作量と意図する操作量の違いを認識することができる。よって、意図する操作量に対する実際の操作量のずれを抑制することができる。また、搭乗者が遠心力を受けている場合でも、意図する移動を行うための操作が可能となる。すなわち、必要以上にスピードが出たり、必要以上にスピードが低下したりするのを防ぐことができる。これにより、操作性の高い移動体１を実現することができる。
【００７１】
本実施の形態では、移動状況によらず平衡位置姿勢となる関節角度が一定となっている。搭乗者が操作量を把握し易くなる。例えば、搭乗者が力を抜いた場合、座面８ａが平衡位置姿勢に戻る。これにより、操作性を向上することができる。また、移動制御も現在目標位置姿勢φｉに基づいて行われている。これにより、搭乗者の意図通りに、前後進速度、及び旋回速度を算出することができる。よって、操作性を向上することができる。制御計算部５１は、駆動部５の駆動量と搭乗席８の平衡位置姿勢φｉｄと力センサ９からの計測信号とに基づいて、後輪６０２、及び駆動部５を駆動するための指令値を算出する。よって、的確に指令値を算出することができ、搭乗者の意図通りに移動することができる
【００７２】
実施の形態２．
本実施の形態では、実施の形態１に比べて、平衡位置姿勢の入力が異なっている。すなわち、本実施の形態では、平衡位置姿勢が動的に変化している。例えば、移動体１が傾斜面や段差面を移動する場合、その傾斜面等に応じて、座面８ａが傾く。そこで、本実施の形態では、傾斜面に応じて、駆動部５を駆動している。ここでは、傾斜面であっても座面が水平に近づくように駆動部５を駆動している。したがって、傾斜面や片輪段差を移動する場合でも、操作性が高くなる。なお、これ以外の構成、及び制御については、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００７３】
本実施の形態にかかる移動体１の制御方法について、図８乃至１０を用いて説明する。図８は、実施の形態１で示した図６に対応するフローチャートである。図９は、実施の形態１で示した図７に対応するフローチャートである。図１０は、移動中の移動体１を示す側面図である。
【００７４】
本実施の形態では、姿勢検出部４の出力に応じて、平衡位置姿勢を変化させている。すなわち、姿勢検出部４は、移動体１の姿勢を検出する。したがって、移動体１が移動している床面が平坦でない場合、姿勢検出部４の出力が変化する。例えば、図１０に示すように、移動体１が平坦面から傾斜面に移動する場合、姿勢検出部４が移動体１の姿勢変化を検知する。そして、姿勢変化に応じて平衡位置姿勢を動的に変化させる。したがって、傾斜面を移動している時と、平坦面を移動しているときで、平衡位置姿勢の関節角度が異なっている。
【００７５】
そのため、まず、図８に示すように、ロール軸、ピッチ軸、ヨー軸の関節角度を実施の形態１と同様に検出する（ステップＳ３０１）。さらに、姿勢検出部４によって、傾きを検出する（ステップＳ３０２）。すなわち、床面に起因する姿勢変化を姿勢検出部４によって検出する。これにより、図１０に示した傾斜面の傾斜角度Δφｉを検出することができる。なお、ステップＳ３０１とステップＳ３０２は並行して行われてもよい。そして、実施の形態１と同様に、力センサによるモーメントの値の検出（ステップＳ３０３）、及び力センサ９のオフセット修正（ステップＳ３０４）を行う。
【００７６】
その後、座面の平衡位置姿勢φｉｄを入力する（ステップＳ３０５）。ここで、平衡位置姿勢φｉｄは、姿勢検出部４で検出された姿勢変化に応じて、変化している。すなわち、傾斜面を移動中でも座面８ａが水平になるような、平衡位置姿勢φｉｄが入力される。したがって、傾斜面の傾斜角度Δφｉ分だけ、平衡位置姿勢φｉｄの値が補正される。床面が傾斜した分だけ、目標関節角度を変化させる。また、姿勢検出部４が３軸ジャイロセンサを有している場合、ロール、ピッチ、ヨー軸周りの姿勢変化が検出される。この場合、ロール軸周り平衡位置姿勢φθｘｄ、ピッチ軸周りの平衡位置姿勢φθｙｄ、ヨー軸周りの平衡位置姿勢φθｚｄが補正されることになる。座面８ａが斜面ではなく、水平面と平行になるように、駆動部５を制御する。
【００７７】
そして、コンプライアンス補償を行う（ステップＳ３０６）。実施形態１と同様に、ロール軸、ピッチ軸、ヨー軸の関節角度と、力センサで検出されたモーメントの値と、座面の平衡位置姿勢φｉｄが利用される。もちろん、座面８ａの平衡位置姿勢φｉｄは、床面に応じて変化している。コンプライアンス制御によって、座面８ａを制御する（ステップＳ３０７）。実施の形態１と同様に、ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３がそれぞれ目標関節角度になるように、各軸に設けられているモータを駆動する。これにより、座面８ａの傾きが変化して、現在目標位置姿勢φｉとなる。
【００７８】
次に、実施の形態１と同様に、車輪回転角、速度、トルクを検出する（ステップＳ３０８）。そして、ピッチ軸周りの角度から、移動体１の前後進速度を算出する（ステップＳ３０９）。このとき、制御計算部５１が現在目標位置姿勢φｉから傾斜面の傾斜角度Δφｉを引いた差分に基づいて、前後進速度を算出する。すなわち、現在目標位置姿勢φθｙとΔφθｙとの差分に基づいて、前後進速度を算出する。
【００７９】
ロール軸、ヨー軸の角度から移動体１の旋回速度を算出する（ステップＳ３１０）。ここでも、ステップＳ３０９と同様に、制御計算部５１が現在目標位置姿勢φｉから傾斜面の傾斜角度Δφｉを引いた差分に基づいて、旋回速度を算出する。現在目標位置姿勢φθｘとΔφθｘとの差分、並びに現在目標位置姿勢φθｚとΔφθｚとの差分に基づいて、旋回速度を算出する。そして、前後進速度、及び旋回速度から左右の後輪のトルクを算出する。なお、ステップＳ３１１における処理は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。このように、本実施の形態では、傾斜面の傾斜角度Δφｉを考慮して、指令値を算出する。よって、傾斜面や片輪段差等の環境下であっても、操作量を搭乗者に正確に伝えることができる。この結果、操作量が搭乗者に分かり易くなる。例えば、搭乗者が力を抜いたら、平衡位置に戻り、座面８ａが水平になる。
【００８０】
次に、本実施の形態におけるコンプライアンス制御について、説明する。まず、図９に示すように、搭乗者が体重移動をした時（ステップＳ４０１）に、力センサ９でトルクτｉを感知する（ステップ４０２）。これらのステップは、実施の形態１と同様である。ステップＳ４０３、Ｓ４０４をステップＳ４０１，Ｓ４０２と並行して行ってもよい。
【００８１】
移動体１の姿勢角のずれが検出して、傾斜面の傾斜角度Δφｉを姿勢検出部４にて感知する（ステップＳ４０３）。そして、傾斜面の傾斜角度Δφｉを補正した座面８ａの平衡位置姿勢φｉｄを入力する（ステップＳ４０４）。すなわち、制御計算部５１のメモリ等に、平衡位置姿勢φｉｄとなる関節角度を入力する。ここでの平衡位置姿勢φｉｄは傾斜面の傾斜角度Δφｉに応じて変化している。床面が傾斜面などである場合でも、座面８ａが水平になるように、平衡位置姿勢φｉｄが設定されている。平衡位置姿勢φｉｄでは、座面８ａが水平になるような関節角度が設定される。
【００８２】
その後、現在目標位置姿勢φｉを算出する（ステップＳ４０５）。ステップＳ４０５で算出された現在目標位置姿勢φｉから、移動制御（ステップＳ４０６）を行う。ここでは、現在目標位置姿勢から傾斜面の傾斜角度Δφｉを引いた差分に基づいて、左右の後輪６０２の指令値を算出している。また、現在目標位置姿勢φｉから座面の傾き制御（ステップＳ４０７）を行う。なお、ステップ４０６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。
【００８３】
本実施の形態では、平衡位置姿勢φｉｄが姿勢検出部４の出力に応じて変化している。これにより、搭乗者が操作量を把握し易くなる。例えば、搭乗者が力を抜いた場合、座面８ａが平衡位置姿勢に戻る。これにより、操作性を向上することができる。また、座面８ａが平坦に近づくため、乗り心地を向上することができる。制御計算部５１は、傾斜角度Δφｉと、駆動部５の駆動量と搭乗席８の平衡位置姿勢φｉｄと力センサ９からの計測信号とに基づいて、後輪６０２、及び駆動部５を駆動するための指令値を算出する。よって、的確に指令値を算出することができ、搭乗者の意図通りに移動することができる。
【００８４】
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。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、実施の形態１と２を組み合わせてもよい。例えば、平地を移動している場合は実施の形態２による制御を行い、傾斜面を移動している場合は、実施の形態１による制御を行う。平地か傾斜面かの判定は、姿勢検出部４によって行えばよい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施形態１にかかる移動体を模式的に示す正面図である。
【図２】本発明の実施形態１にかかる移動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】移動体の姿勢を変化させるための構成を示す斜視図である。
【図６】実施の形態１にかかる移動体の制御を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態１にかかる移動体におけるコンプライアンス制御を示すフローチャートである。
【図８】実施の形態２にかかる移動体の制御を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態２にかかる移動体におけるコンプライアンス制御を示すフローチャートである。
【図１０】移動体が下り坂を移動しているときの姿勢を説明するための図である。
【符号の説明】
【００８６】
１ 移動体
２ フレーム部
３ 搭乗部
４ 姿勢検出部
５ 駆動部
５０１ ヨー軸機構
５０１ａ エンコーダ
５０２ ピッチ軸機構
５０２ａ エンコーダ
５０３ ロール軸機構
５０３ａ エンコーダ
６０３ 駆動モータ
６０３ａ エンコーダ
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
９ 力センサ
１０ フットレスト
１１ 筐体
１３ 車台
５１ 制御計算部
５２ バッテリ
５３ センサ処理部
２０１ 第１の平行リンク機構
２０１ａ 横リンク
２０１ｂ 縦リンク
２０２ 第２の平行リンク機構
２０２ａ 横リンク
２０２ｂ 縦リンク
３０１ 支持軸
【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、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、搭乗者が搭乗する搭乗面に力センサが設けられている移動体では、以下に示す問題点がある。例えば、右斜め前方に進んでいる場合を仮定する。この時、移動体のメカ構成が固定されていると、搭乗者が遠心力を受けてしまう。すると、余計に右斜め前に状態をそらし、スピードが加速されてしまう。あるいは、上体が外側にそれてしまい、思い通りに右斜め前方に進むことができないという問題点がある。すなわち、力センサへの入力が搭乗者へ伝わらないため、どれくらいの操作したのか、直感的に分かりにくい。特に、遠心力が加わる場合、搭乗者が移動したい方向に、操作することが困難になってしまう。
【０００９】
このように、従来の移動体では、搭乗者の意図通りに、操作することができないという問題点がある。
【００１０】
本発明は、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】
【００１１】
本発明の第１の態様に係る移動体は、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信号を出力するセンサと、前記搭乗席の座面の角度を変えるように、前記搭乗席を駆動する搭乗席駆動機構と、前記搭乗席駆動機構の駆動量と前記搭乗席の平衡位置姿勢と前記センサからの計測信号とに基づいて、前記移動機構、及び前記搭乗席駆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、搭乗者が操作量を容易に把握することができるため、操作性を向上することができる。
【００１２】
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、前記移動体の姿勢角度に応じた信号を出力する姿勢検出部をさらに備え、前記搭乗席の平衡位置姿勢が姿勢検出部の出力に応じて変化することを特徴とするものである。これにより、適切な操作量で移動することができる。
【００１３】
本発明の第３の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記搭乗席の搭乗面が水平になるように、前記搭乗席の平衡位置姿勢が変化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。
【００１４】
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、前記搭乗席の平衡位置姿勢が前記移動体の移動状況によらず一定になっていることを特徴とするものである。これにより、簡便に操作性を向上することができる。
【００１５】
本発明の第５の態様に係る移動体は、上記の移動体であって、前記搭乗席駆動機構の駆動量と前記搭乗席の平衡位置姿勢と前記センサからの計測信号に基づいて、前記搭乗席駆動機構の目標駆動量を算出し、前記搭乗席駆動機構の目標駆動量に基づいて、前記移動体の前後進移動速度が算出されることを特徴とするものである。これにより、適切の速度で移動することができる。
【００１６】
本発明の第６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信号を出力するセンサと、前記搭乗席の座面の角度を変えるように、前記搭乗席を駆動する搭乗席駆動機構と、を備えた移動体の制御方法であって、前記搭乗席の平衡位置姿勢を入力するステップと、前記センサからの計測信号と、前記平衡位置姿勢と、前記搭乗席駆動機構の駆動量とに基づいて、前記移動機構、及び前記搭乗席駆動機構を駆動するための指令値を算出するステップと、を備えるものである。
【００１７】
本発明の第７の態様に係る制御方法は、上記の制御方法であって、前記移動体に設けられた姿勢検出部によって、前記移動体の姿勢角度に応じた信号を出力し、前記搭乗席の平衡位置姿勢が姿勢検出部の出力に応じて変化することを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第８の態様に係る制御方法は、上記の制御方法であって、前記搭乗席の搭乗面が水平になるように、前記搭乗席の平衡位置姿勢が変化することを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の第９の態様に係る制御方法は、上記の制御方法であって、前記搭乗席の平衡位置姿勢が前記移動体の移動状況によらず一定になっていることを特徴とするものである。これにより、簡便に操作性を向上することができる。
【００２０】
本発明の第１０の態様に係る制御方法は、上記の制御方法であって、前記搭乗席駆動機構の駆動量と前記搭乗席の平衡位置姿勢と前記センサからの計測信号に基づいて、前記搭乗席駆動機構の目標駆動量を算出し、前記搭乗席駆動機構の目標駆動量に基づいて、前記移動体の前後進移動速度が算出されることを特徴とするものである。これにより、適切の速度で移動することができる。
【発明の効果】
【００２１】
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】
【００２２】
以下、本発明に係る小型車両の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００２３】
発明の実施の形態１．
実施形態１に係る移動体１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。
【００２４】
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、姿勢検出部４、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。
【００２５】
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。すなわち、搭乗席８を車椅子形状としてもよい。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。
【００２６】
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。
【００２７】
移動体１の本体部分となる車台１３には、姿勢検出部４、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。
【００２８】
筐体１１には、駆動モータ６０３、姿勢検出部４、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、姿勢検出部４、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。姿勢検出部４は、例えば、ジャイロセンサまたは加速度センサなどを有しており、移動体１の姿勢を検出する。すなわち、車台１３が傾斜すると、姿勢検出部４は、その傾斜角度や傾斜角速度を検出する。姿勢検出部４は、ロール軸周りにおける姿勢の傾斜角度、及びピッチ軸周りにおける姿勢の傾斜角度を検出する。そして、姿勢検出部４は、姿勢検出信号を制御計算部５１に出力する。
【００２９】
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。２つの後輪６０２は、同軸上に配置されている。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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。また、姿勢検出部４からの出力に応じて、車台１３の傾きを制御するための処理を行う。すなわち、移動体１の姿勢が、車台１３の傾きに応じて変化する。筐体１１の内部には、姿勢を変化させるための機構が内蔵されている。この機構が動作することで搭乗席８が変位する。この構成については後述する。
【００３２】
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。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。
【００３３】
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。
【００３４】
制御計算部５１は、入力モーメント値（Ｍｘ'、Ｍｙ'、Ｍｚ'）に基づいて、入力トルクτｉを求める。例えば、入力トルクτｉ＝（Ｍｘ'、Ｍｙ'、Ｍｚ'）となる。そして、このトルクτｉ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。通常、トルクτｉ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指令トルクを与える。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、駆動モータ６０３のトルクに限らず、回転速度、回転数であってもよい。
【００３５】
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。
【００３６】
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。これにより、トルクτｉが求められる。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
さらに、移動体１には、搭乗席８を駆動するための駆動部５が設けられている。この駆動部５に対する制御について説明する。駆動部５は、ヨー軸機構５０１とピッチ軸機構５０２とロール軸機構５０３を有している。ヨー軸機構５０１とピッチ軸機構５０２とロール軸機構５０３は、回転関節であり、これらが動作することで、搭乗席８の姿勢が変化する。ヨー軸機構５０１は、搭乗席８をヨー軸周りに回転させる。ピッチ軸機構５０２は搭乗席８をピッチ軸周りに回転させる。ロール軸機構５０３は、搭乗席８をロール軸周りに回転させる。これにより、車台１３に対する座面８ａの角度が変化する。すなわち、車台１３に対して座面８ａが傾くようになる。したがって、駆動部５が搭乗席８を駆動する駆動部として、ヨー軸機構５０１とピッチ軸機構５０２とロール軸機構５０３はそれぞれ、関節駆動用のモータや減速器を有している。そして、その関節モータの回転角を検出するためのエンコーダ５０１ａ、５０２ａ、５０３ａがそれぞれ設けられている。
【００４３】
制御計算部５１は、上記のように、センサ処理部５３からのトルクに応じて、制御計算を行う。そして、制御計算部５１は、ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、及びロール軸機構５０３の関節を駆動するための指令値を出力する。すなわち、制御計算部５１は、トルクに基づいて、各軸機構の目標関節角度を算出する。そして、制御計算部５１は、目標関節角度に応じた指令値を算出して、各モータに出力する。これにより、ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、及びロール軸機構５０３の各関節が目標関節角度になる。すなわち、目標関節角度に追従するように、各軸機構が駆動する。よって、移動体１の姿勢が変化して、搭乗席８の座面８ａを所望の角度にすることができる。
【００４４】
このように、力センサ９に対する入力に応じて座面８ａの傾斜角度が変化する。これにより、搭乗者が入力値を直感的に把握することができる。よって、操作性を向上することができる。
【００４５】
次に、移動体１の姿勢を変化させるための構成について、図５を用いて説明する。図５は、姿勢を変化させるための機構の構成を示す図であり、車台１３の内部構成を示している。図５に示すように、車台１３には、姿勢を制御するためのフレーム部２が設けられている。フレーム部２は、筐体１１内に配設される。フレーム部２は、第１の平行リンク機構２０１と第２の平行リンク機構２０２とが、交差部分で相互の回転を拘束しないように、平面視Ｔ字状に連結されている。
【００４６】
第１の平行リンク機構２０１は、前後方向に配置されている。この第１の平行リンク機構２０１は、四本の横リンク２０１ａ、前後の縦リンク２０１ｂを備えている。
横リンク２０１ａは、全て等しい長さとされている。横リンク２０１ａの両端には、図示を省略したが、縦リンク２０１ｂとの連結軸を嵌め込む嵌合穴が形成されている。二本の横リンク２０１ａは上下に配置されており、当該二本の横リンク２０１ａを一組として、縦リンク２０１ｂを挟み込むように、当該縦リンク２０１ｂの左右両側に配置されている。
【００４７】
縦リンク２０１ｂの左右両側部からは、図示を省略したが、それぞれ上下方向に等しい間隔を開けて相対峙する配置で、横リンク２０１ａとの連結軸が左右方向に突出している。この連結軸は、横リンク２０１ａと縦リンク２０１ｂとの回転軸として、横リンク２０１ａの嵌合穴に軸受け等を介して嵌め込まれている。
【００４８】
本実施形態の前側の縦リンク２０１ｂはＬ字形状に形成されている。縦リンク２０１ｂの垂直片の上下端部に、横リンク２０１ａが連結軸を介して回転可能に連結されている。縦リンク２０１ｂの水平片の先端に、車輪６として自在式のキャスターが設けられている。移動体１の移動方向が変化すると、その変化に応じてキャスターの方向が回転する。後側の縦リンク２０１ｂは、下側の横リンク２０１ａより下方に突出する突出部を備えている。この突出部の前後両側部からは、図示を省略したが、それぞれ相対峙する配置で第２の平行リンク機構２０２との連結軸が前後方向に突出している。さらに後側の縦リンク２０１ｂの前後両側部における上下の横リンク２０１ａの間の部分からも、図示を省略したが、それぞれ相対峙する配置で第２の平行リンク機構２０２との連結軸が前後方向に突出している。
【００４９】
第２の平行リンク機構２０２は、左右方向に配置されている。この第２の平行リンク機構２０２は、四本の横リンク２０２ａ、左右の縦リンク２０２ｂを備えている。
横リンク２０２ａは、全て等しい長さとされている。横リンク２０２ａの両端には、図示を省略したが、縦リンク２０２ｂとの連結軸を嵌め込む嵌合穴が形成されている。さらに横リンク２０２ａの長手方向の略中央位置には、図示を省略したが、第１の平行リンク機構２０１との連結軸を嵌め込む嵌合穴が形成されている。二本の横リンク２０２ａは上下に配置されており、当該二本の横リンク２０２ａを一組として、縦リンク２０２ｂ及び第１の平行リンク機構２０１の後側の縦リンク２０１ｂを挟み込むように、当該縦リンク２０２ｂ及び第１の平行リンク機構２０１の後側の縦リンク２０１ｂの前後両側に配置されている。第１の平行リンク機構２０１の後側の縦リンク２０１ｂから突出する連結軸は、第１の平行リンク機構２０１と第２の平行リンク機構２０２との回転軸として、横リンク２０２ａの略中央位置の嵌合穴に軸受け等を介して嵌め込まれている。
【００５０】
縦リンク２０２ｂの前後両側部からは、図示を省略したが、それぞれ上下方向に等しい間隔を開けて相対峙する配置で、横リンク２０２ａとの連結軸が前後方向に突出している。この連結軸は、横リンク２０２ａと縦リンク２０２ｂとの回転軸として、横リンク２０２ａの端部の嵌合穴に軸受け等を介して嵌め込まれている。
【００５１】
その結果、第１の平行リンク機構２０１は、第２の平行リンク機構２０２に拘束されることなく、前後方向に回転可能な構成となる。一方、第２の平行リンク機構２０２は、第１の平行リンク機構２０１に拘束されることなく、左右方向に回転可能な構成となる。
【００５２】
搭乗部３は、姿勢検出部４の上に設けられ、フレーム部２の回転に連動する。具体的にいうと、搭乗部３は、第１の平行リンク機構２０１の上下の横リンク２０１ａに支持軸３０１を介して連結されている。この支持軸３０１の上部及び下部の左右両側部からは、図示を省略したが、第１の平行リンク機構２０１の上下の横リンク２０１ａとの連結軸が左右方向に突出している。第１の平行リンク機構２０１の横リンク２０１ａにおける長手方向の略中央位置には、図示を省略したが、支持軸３０１から突出する連結軸を嵌め込む嵌合穴が形成されている。支持軸３０１は、縦リンク２０１ｂを挟み込むように、当該縦リンク２０１ｂの左右に配置された横リンク２０１ａの間に挿入されている。支持軸３０１から突出する連結軸は、第１の平行リンク機構２０１の嵌合穴に軸受け等を介して嵌め込まれている。その結果、第１の平行リンク機構２０１が前後方向に回転すると、支持軸３０１と縦リンク２０１ｂとは平行状態を維持した状態で連動する。
【００５３】
駆動部５が駆動することで、フレーム部２が動作する。これにより、移動体１の姿勢が変化する。車台１３が傾くことで、搭乗部３の角度が変化する。なお、駆動部５には、ヨー軸周りに回転するヨー軸機構５０１と、ピッチ軸周りに回転するピッチ軸機構５０２と、ロール軸周りに回転するロール軸機構５０３が設けられている。ヨー軸機構５０１は、例えば、支持軸３０１と姿勢検出部４の間に設けられている。すなわち、ヨー軸機構５０１が３つの機構の中で、最も搭乗部３側に設けられている。なお、ヨー軸機構５０１は、搭乗部３をヨー軸周りに旋回させる旋回関節であり、ピッチ軸機構５０２及びロール軸機構５０３は搭乗部３を軸周りに回転させる回転関節である。
【００５４】
次に、移動体１の制御方法について図６を用いて説明する。図６は、移動体１の制御方法を示すフローチャートである。図６は、移動体１の制御における１サイクルを示している。このフローチャートにしたがって、移動体１の移動制御と、姿勢制御が行われる。すなわち、図６には、後輪６０２の駆動と、駆動部５の駆動の制御方法が示されている。
【００５５】
まず、ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３の関節角を検出する（ステップＳ１０１）。すなわち、各軸機構に設けられているエンコーダ５０１ａ、５０２ａ、５０３ａによって、それぞれの関節の角度を検出する。移動体１は、この関節角度に応じた姿勢となっている。次に、力センサ９によって、モーメントの値を検出する（ステップＳ１０２）。すなわち、モーメント（Ｍｘ，Ｍｙ、Ｍｚ）を測定する。そして、力センサ９のオフセット修正を行う（ステップＳ１０３）。すなわち、搭乗者が座っている位置がずれている場合に、その位置に対してオフセットを与える。入力されるモーメントに対して、搭乗位置の位置ずれを補正するように、制御目標原点にオフセットを与える。これにより、位置ずれを補正したモーメント（Ｍｘ'，Ｍｙ'、Ｍｚ'）を算出することができる。なお、ステップＳ１０１とステップＳ１０２の順番は反対でもよく、ステップＳ１０１とステップＳ１０２を並行して行ってもよい。
【００５６】
座面の平衡位置姿勢φｉｄを入力する（ステップＳ１０４）。上記のように、移動体１が平坦な床を移動している時に、座面８ａが水平になる位置が平衡位置姿勢となっている。この時のヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３の関節角度が平衡位置姿勢に対応する。したがって、本実施の形態では、平衡位置姿勢が一定になっている。すなわち、移動状況によらず、各軸の関節角度が一定になるような平衡位置姿勢が選ばれている。
【００５７】
次に、コンプライアンス補償を行う（ステップＳ１０５）。ここでのコンプライアンス制御によって、ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３の目標関節角度が決定する。コンプライアンス制御とは、バネ特性、ダンピング特性を擬似的に備えている振る舞いをする制御である。ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３の動作によってバネ特性、ダンピング特性が示される。このコンプライアンス制御を導入することで、搭乗者の力に応じて、座面８ａを傾けることが可能になる。ここでは、ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３の関節角度、力センサ９のモーメント、座面８ａの平衡位置姿勢を用いて、コンプライアンス制御が行われる。これにより、ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３の目標関節角度が算出される。このステップの詳細については、後述する。
【００５８】
そして、座面８ａを制御する（ステップＳ１０６）。すなわち、ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３がそれぞれ目標関節角度になるように、各軸に設けられているモータを駆動する。これにより、座面８ａの傾きが変化して、現在目標位置姿勢となる。ここでは、力センサ９の出力に応じて、座面８ａの傾きが変化している。すなわち、座面８ａに対する力に応じて、搭乗者が座面８ａから力を受ける。よって、搭乗者１９が力センサ９への入力を直感的に把握することができる。これにより、操作性が向上し、搭乗者１９の意図通りに移動することができる。
【００５９】
次に、車輪回転角、速度、トルクを検出する（ステップＳ１０７）。すなわち、エンコーダ６０３ａの出力に基づいて、左右の後輪６０２の動作状態を検知する。そして、ピッチ軸周りの目標関節角度から、移動体１の前後進速度を算出する（ステップＳ１０８）。このとき、ステップＳ１０５で求めた現在目標位置姿勢φｉに基づいて、前後進速度を算出している。すなわち、制御計算部５１は、ピッチ軸機構５０２の目標関節角度に基づいて前後進速度を算出している。よって、目標となる前後進速度は、力センサ９のモーメントと、座面の平衡位置姿勢と、各関節角度によって、決まる。
【００６０】
さらに、ロール軸、ヨー軸の関節角度から移動体１の旋回速度を算出する（ステップＳ１０９）。制御計算部５１は、ステップＳ１０５で求めた現在目標位置姿勢φｉに基づいて旋回速度を算出している。すなわち、制御計算部５１は、ヨー軸機構５０１、ロール軸機構５０３の目標関節角度に基づいて前後進速度を算出している。よって、目標となる前後進速度は、力センサ９のモーメントと、座面の平衡位置と、各関節角度によって、決まる。
【００６１】
そして、前後進速度と、旋回速度とを合成して、左右の後輪６０２の回転トルクを算出する（ステップＳ１１０）。すなわち、後輪６０２を回転させるための回転トルクを、計算する。左右の後輪６０２のトルクが指令値となって、駆動モータ６０３に出力される。ここでは、ステップＳ１０７で検出された後輪６０２の回転角と目標速度とを用いてフィードバック制御を行う。制御計算部５１が駆動モータ６０３を駆動するための指令値を出力する。これにより、ステップＳ１０８で算出された前後進速度、かつステップＳ１０９で算出された旋回速度に近い速度で移動体１が移動する。したがって、力センサ９による入力に応じて、移動体１が搭乗者の意図通りに移動する
【００６２】
次に、ステップＳ１０５のコンプライアンス補償について、図７を用いて説明する。図７は、コンプライアンス制御の詳細を示すフローチャートである。まず、搭乗者が体重移動する（ステップＳ２０１）。すなわち、移動体１を移動させるため、体重移動によって入力を行う。これにより、力センサ９にかかる力が変化する。座面８ａにかかる３軸周りのトルクτｉを力センサ９で感知する（ステップＳ２０１）。このトルクτｉは、入力モーメントから算出することができる。ヨー軸周りのトルクτθｚ（＝Ｍｚ'）、ピッチ軸周りのトルクτθｙ（＝Ｍｙ'）、ロール軸周りのトルクτθｘ（＝Ｍｘ'）がそれぞれ算出される。このように、τｉは、トルクであり、ロール、ピッチ、ヨーに対する成分を含んでいる。すなわち、τｉは、τθｘ、τθｙ、τθｚの３成分を含んでいる。
【００６３】
また、ステップＳ２０１、Ｓ２０２と並行して、座面の平衡位置姿勢φｉｄを入力する（ステップＳ２０３）。この平衡位置姿勢φｉｄはヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３の基準となる基準位置を示すものとなる。すなわち、各軸機構の基準となる関節角度が制御計算部５１に入力される。本実施の形態では、座面の平衡位置姿勢φｉｄの値が固定されている。制御計算部５１のメモリ等に、平衡位置姿勢φｉｄとなる関節角度が記憶されている。そして、この関節角度を読み出すことによって、平衡位置姿勢φｉｄが入力される。移動体１が平坦な床を移動している時に、座面８ａが水平になる位置が平衡位置となっている。したがって、各軸機構における一定の関節角度が平衡位置姿勢φｉｄを示すことになる。平衡位置姿勢φｉｄは各軸周りに対して決められている。平衡位置姿勢φｉｄは、ロール軸周り平衡位置姿勢φθｘｄ、ピッチ軸周りの平衡位置姿勢φθｙｄ、ヨー軸周りの平衡位置姿勢φθｚｄの３成分から構成されている。これらは、各軸機構の基準となる関節角度に対応している。
【００６４】
次に、トルクτｉと平衡位置姿勢φｉｄから座面の現在目標位置姿勢φｉを求める（ステップＳ２０４）。ここでは、ステップＳ２０４に記載されている数式に基づいて、制御計算部５１が搭乗部３の現在目標位置姿勢φｉを算出している。すなわち、ステップＳ２０４に記載されている方程式を解くことで、現在目標位置姿勢φｉを算出することができる。現在目標位置姿勢φｉは、例えば、ヨー軸機構５０１の目標関節角度、ピッチ軸機構５０２の目標関節角度、ロール軸機構５０３における目標関節角度から構成されている。したがって、現在目標位置姿勢φｉはφθｘ、φθｙ、φθｚの３成分から構成されている。各軸機構における目標関節角度が、トルクτｉと平衡位置姿勢φｉｄに基づいて算出される。
【００６５】
ステップＳ２０４の方程式において、Ｍｉは慣性行列、Ｄｉは粘性係数行列、Ｋｉは剛性行列であり、これらは、３×３の行列である。慣性行列、粘性係数行列、剛性行列は、移動体１の構成、動作に応じて設定することができる。また、φｉ、φｉｄの上に付されている・（ドット）は、時間微分を示している。ドットが１個付されている場合は、１回微分を、２個付されている場合は、２回微分を示している。例えば、φｉの上に１個のドットが付されていると、目標姿勢速度となり、２個のドットが付されていると、目標姿勢加速度となる。同様に、φｉｄの上に１個のドットが付されていると、平衡位置姿勢速度となり、２個のドットが付されていると、平衡位置姿勢加速度となる。本実施形態では、平衡位置姿勢φｉｄが固定されているため、平衡位置姿勢速度、平行位置姿勢加速度は、基本的に０となる。
【００６６】
そして、現在目標位置姿勢φｉに基づいて移動制御を行う（ステップＳ２０５）。さらに、移動制御と並行して、座面の傾き制御を行う（ステップＳ２０６）。移動制御では、ステップＳ１０８、及びステップＳ１０９に示したように、現在目標位置姿勢φｉに基づいて前後進速度、及び旋回速度を算出する。すなわち、現在目標位置姿勢φθｙに応じて、移動体１の前後進速度が決まる。φθｙの値が大きいほど、前後進速度が大きくなる。また、現在目標位置姿勢φθｘ、φθｚに応じて移動体１の旋回速度が決まる。φθｘ、φθｚの値が大きいほど、旋回速度が大きくなる。そして、前後進速度、及び旋回速度から、左右の後輪６０２の回転トルクを算出する。ここでは、前後進速度と旋回速度を合成して、左右の後輪６０２に対する目標回転速度を算出する。そして、現在の回転速度と目標回転速度との差分から、回転トルクを算出するためのフィードバック制御を行っている。制御計算部５１は、この回転トルクを指令値として、駆動モータ６０３に出力する。このようにして、移動制御が行われる。
【００６７】
座面８ａの傾き制御も現在目標位置姿勢φｉに基づいて行われる。すなわち、現在目標位置姿勢φｉを入力として、各軸機構に対する指令値を算出する。現在目標位置姿勢φｉに基づいて、各軸機構の指令値が算出される。そして、この指令値に応じて、ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３が駆動する。よって、ヨー軸機構５０１の目標関節角度、ピッチ軸機構５０２の目標関節角度、ロール軸機構５０３における目標関節角度になるように座面８ａの傾きが変化する。このように、各軸機構が目標関節角度に追従するように駆動する。これにより、搭乗部３の姿勢が変化して、座面８ａの傾きが変化する。よって、搭乗者が座面８ａから力を受ける。そして、座面８ａが現在目標位置姿勢φｉになる。
【００６８】
このように、現在目標位置姿勢φｉを利用して、移動制御と、座面８ａの傾き制御が行われている。すなわち、各モータに対する指令値が現在目標位置姿勢φｉに基づいて算出されている。制御計算部５１は、搭乗席を駆動する駆動部５の駆動量と、座面８ａの平衡位置姿勢と、力センサ９からの計測信号とに基づいて、後輪６０２、及び駆動部５を駆動するための指令値を算出する。
【００６９】
このように、車台１３に搭乗席８を固定する方法が、剛体結合ではなく、入力に対してある程度変形、変位する構造となっている。よって、バネのような柔らかい動きをさせる制御をすることができる。すなわち、自動車で表すならサスペンションとして、駆動部５が機能する。そして、力センサ９での検出結果に基づいて、駆動部５を制御する。
【００７０】
これにより、操作性を向上することができる。すなわち、各軸周りの機構が駆動することで、どのくらいの操作量で操作しているかを直感的に把握することができる。実際の操作量と意図する操作量の違いを認識することができる。よって、意図する操作量に対する実際の操作量のずれを抑制することができる。また、搭乗者が遠心力を受けている場合でも、意図する移動を行うための操作が可能となる。すなわち、必要以上にスピードが出たり、必要以上にスピードが低下したりするのを防ぐことができる。これにより、操作性の高い移動体１を実現することができる。
【００７１】
本実施の形態では、移動状況によらず平衡位置姿勢となる関節角度が一定となっている。搭乗者が操作量を把握し易くなる。例えば、搭乗者が力を抜いた場合、座面８ａが平衡位置姿勢に戻る。これにより、操作性を向上することができる。また、移動制御も現在目標位置姿勢φｉに基づいて行われている。これにより、搭乗者の意図通りに、前後進速度、及び旋回速度を算出することができる。よって、操作性を向上することができる。制御計算部５１は、駆動部５の駆動量と搭乗席８の平衡位置姿勢φｉｄと力センサ９からの計測信号とに基づいて、後輪６０２、及び駆動部５を駆動するための指令値を算出する。よって、的確に指令値を算出することができ、搭乗者の意図通りに移動することができる
【００７２】
実施の形態２．
本実施の形態では、実施の形態１に比べて、平衡位置姿勢の入力が異なっている。すなわち、本実施の形態では、平衡位置姿勢が動的に変化している。例えば、移動体１が傾斜面や段差面を移動する場合、その傾斜面等に応じて、座面８ａが傾く。そこで、本実施の形態では、傾斜面に応じて、駆動部５を駆動している。ここでは、傾斜面であっても座面が水平に近づくように駆動部５を駆動している。したがって、傾斜面や片輪段差を移動する場合でも、操作性が高くなる。なお、これ以外の構成、及び制御については、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００７３】
本実施の形態にかかる移動体１の制御方法について、図８乃至１０を用いて説明する。図８は、実施の形態１で示した図６に対応するフローチャートである。図９は、実施の形態１で示した図７に対応するフローチャートである。図１０は、移動中の移動体１を示す側面図である。
【００７４】
本実施の形態では、姿勢検出部４の出力に応じて、平衡位置姿勢を変化させている。すなわち、姿勢検出部４は、移動体１の姿勢を検出する。したがって、移動体１が移動している床面が平坦でない場合、姿勢検出部４の出力が変化する。例えば、図１０に示すように、移動体１が平坦面から傾斜面に移動する場合、姿勢検出部４が移動体１の姿勢変化を検知する。そして、姿勢変化に応じて平衡位置姿勢を動的に変化させる。したがって、傾斜面を移動している時と、平坦面を移動しているときで、平衡位置姿勢の関節角度が異なっている。
【００７５】
そのため、まず、図８に示すように、ロール軸、ピッチ軸、ヨー軸の関節角度を実施の形態１と同様に検出する（ステップＳ３０１）。さらに、姿勢検出部４によって、傾きを検出する（ステップＳ３０２）。すなわち、床面に起因する姿勢変化を姿勢検出部４によって検出する。これにより、図１０に示した傾斜面の傾斜角度Δφｉを検出することができる。なお、ステップＳ３０１とステップＳ３０２は並行して行われてもよい。そして、実施の形態１と同様に、力センサによるモーメントの値の検出（ステップＳ３０３）、及び力センサ９のオフセット修正（ステップＳ３０４）を行う。
【００７６】
その後、座面の平衡位置姿勢φｉｄを入力する（ステップＳ３０５）。ここで、平衡位置姿勢φｉｄは、姿勢検出部４で検出された姿勢変化に応じて、変化している。すなわち、傾斜面を移動中でも座面８ａが水平になるような、平衡位置姿勢φｉｄが入力される。したがって、傾斜面の傾斜角度Δφｉ分だけ、平衡位置姿勢φｉｄの値が補正される。床面が傾斜した分だけ、目標関節角度を変化させる。また、姿勢検出部４が３軸ジャイロセンサを有している場合、ロール、ピッチ、ヨー軸周りの姿勢変化が検出される。この場合、ロール軸周り平衡位置姿勢φθｘｄ、ピッチ軸周りの平衡位置姿勢φθｙｄ、ヨー軸周りの平衡位置姿勢φθｚｄが補正されることになる。座面８ａが斜面ではなく、水平面と平行になるように、駆動部５を制御する。
【００７７】
そして、コンプライアンス補償を行う（ステップＳ３０６）。実施形態１と同様に、ロール軸、ピッチ軸、ヨー軸の関節角度と、力センサで検出されたモーメントの値と、座面の平衡位置姿勢φｉｄが利用される。もちろん、座面８ａの平衡位置姿勢φｉｄは、床面に応じて変化している。コンプライアンス制御によって、座面８ａを制御する（ステップＳ３０７）。実施の形態１と同様に、ヨー軸機構５０１、ピッチ軸機構５０２、ロール軸機構５０３がそれぞれ目標関節角度になるように、各軸に設けられているモータを駆動する。これにより、座面８ａの傾きが変化して、現在目標位置姿勢φｉとなる。
【００７８】
次に、実施の形態１と同様に、車輪回転角、速度、トルクを検出する（ステップＳ３０８）。そして、ピッチ軸周りの角度から、移動体１の前後進速度を算出する（ステップＳ３０９）。このとき、制御計算部５１が現在目標位置姿勢φｉから傾斜面の傾斜角度Δφｉを引いた差分に基づいて、前後進速度を算出する。すなわち、現在目標位置姿勢φθｙとΔφθｙとの差分に基づいて、前後進速度を算出する。
【００７９】
ロール軸、ヨー軸の角度から移動体１の旋回速度を算出する（ステップＳ３１０）。ここでも、ステップＳ３０９と同様に、制御計算部５１が現在目標位置姿勢φｉから傾斜面の傾斜角度Δφｉを引いた差分に基づいて、旋回速度を算出する。現在目標位置姿勢φθｘとΔφθｘとの差分、並びに現在目標位置姿勢φθｚとΔφθｚとの差分に基づいて、旋回速度を算出する。そして、前後進速度、及び旋回速度から左右の後輪のトルクを算出する。なお、ステップＳ３１１における処理は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。このように、本実施の形態では、傾斜面の傾斜角度Δφｉを考慮して、指令値を算出する。よって、傾斜面や片輪段差等の環境下であっても、操作量を搭乗者に正確に伝えることができる。この結果、操作量が搭乗者に分かり易くなる。例えば、搭乗者が力を抜いたら、平衡位置に戻り、座面８ａが水平になる。
【００８０】
次に、本実施の形態におけるコンプライアンス制御について、説明する。まず、図９に示すように、搭乗者が体重移動をした時（ステップＳ４０１）に、力センサ９でトルクτｉを感知する（ステップ４０２）。これらのステップは、実施の形態１と同様である。ステップＳ４０３、Ｓ４０４をステップＳ４０１，Ｓ４０２と並行して行ってもよい。
【００８１】
移動体１の姿勢角のずれが検出して、傾斜面の傾斜角度Δφｉを姿勢検出部４にて感知する（ステップＳ４０３）。そして、傾斜面の傾斜角度Δφｉを補正した座面８ａの平衡位置姿勢φｉｄを入力する（ステップＳ４０４）。すなわち、制御計算部５１のメモリ等に、平衡位置姿勢φｉｄとなる関節角度を入力する。ここでの平衡位置姿勢φｉｄは傾斜面の傾斜角度Δφｉに応じて変化している。床面が傾斜面などである場合でも、座面８ａが水平になるように、平衡位置姿勢φｉｄが設定されている。平衡位置姿勢φｉｄでは、座面８ａが水平になるような関節角度が設定される。
【００８２】
その後、現在目標位置姿勢φｉを算出する（ステップＳ４０５）。ステップＳ４０５で算出された現在目標位置姿勢φｉから、移動制御（ステップＳ４０６）を行う。ここでは、現在目標位置姿勢から傾斜面の傾斜角度Δφｉを引いた差分に基づいて、左右の後輪６０２の指令値を算出している。また、現在目標位置姿勢φｉから座面の傾き制御（ステップＳ４０７）を行う。なお、ステップ４０６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。
【００８３】
本実施の形態では、平衡位置姿勢φｉｄが姿勢検出部４の出力に応じて変化している。これにより、搭乗者が操作量を把握し易くなる。例えば、搭乗者が力を抜いた場合、座面８ａが平衡位置姿勢に戻る。これにより、操作性を向上することができる。また、座面８ａが平坦に近づくため、乗り心地を向上することができる。制御計算部５１は、傾斜角度Δφｉと、駆動部５の駆動量と搭乗席８の平衡位置姿勢φｉｄと力センサ９からの計測信号とに基づいて、後輪６０２、及び駆動部５を駆動するための指令値を算出する。よって、的確に指令値を算出することができ、搭乗者の意図通りに移動することができる。
【００８４】
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。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、実施の形態１と２を組み合わせてもよい。例えば、平地を移動している場合は実施の形態２による制御を行い、傾斜面を移動している場合は、実施の形態１による制御を行う。平地か傾斜面かの判定は、姿勢検出部４によって行えばよい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施形態１にかかる移動体を模式的に示す正面図である。
【図２】本発明の実施形態１にかかる移動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】移動体の姿勢を変化させるための構成を示す斜視図である。
【図６】実施の形態１にかかる移動体の制御を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態１にかかる移動体におけるコンプライアンス制御を示すフローチャートである。
【図８】実施の形態２にかかる移動体の制御を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態２にかかる移動体におけるコンプライアンス制御を示すフローチャートである。
【図１０】移動体が下り坂を移動しているときの姿勢を説明するための図である。
【符号の説明】
【００８６】
１ 移動体
２ フレーム部
３ 搭乗部
４ 姿勢検出部
５ 駆動部
５０１ ヨー軸機構
５０１ａ エンコーダ
５０２ ピッチ軸機構
５０２ａ エンコーダ
５０３ ロール軸機構
５０３ａ エンコーダ
６０３ 駆動モータ
６０３ａ エンコーダ
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
９ 力センサ
１０ フットレスト
１１ 筐体
１３ 車台
５１ 制御計算部
５２ バッテリ
５３ センサ処理部
２０１ 第１の平行リンク機構
２０１ａ 横リンク
２０１ｂ 縦リンク
２０２ 第２の平行リンク機構
２０２ａ 横リンク
２０２ｂ 縦リンク
３０１ 支持軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測信号を出力するセンサと、
前記搭乗席の座面の角度を変えるように、前記搭乗席を駆動する搭乗席駆動機構と、
前記搭乗席駆動機構の駆動量と前記搭乗席の平衡位置姿勢と前記センサからの計測信号とに基づいて、前記移動機構、及び前記搭乗席駆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２】
前記移動体の姿勢角度に応じた信号を出力する姿勢検出部をさらに備え、
前記搭乗席の平衡位置姿勢が姿勢検出部の出力に応じて変化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】
前記搭乗席の搭乗面が水平になるように、前記搭乗席の平衡位置姿勢が変化することを特徴とする請求項２に記載の移動体。
【請求項４】
前記搭乗席の平衡位置姿勢が前記移動体の移動状況によらず一定になっていることを特徴とする請求項１に記載の移動体。
【請求項５】
前記搭乗席駆動機構の駆動量と前記搭乗席の平衡位置姿勢と前記センサからの計測信号に基づいて、前記搭乗席駆動機構の目標駆動量を算出し、
前記搭乗席駆動機構の目標駆動量に基づいて、前記移動体の前後進移動速度が算出されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の移動体。
【請求項６】
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、
前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測信号を出力するセンサと、
前記搭乗席の座面の角度を変えるように、前記搭乗席を駆動する搭乗席駆動機構と、を備えた移動体の制御方法であって、
前記搭乗席の平衡位置姿勢を入力するステップと、
前記センサからの計測信号と、前記平衡位置姿勢と、前記搭乗席駆動機構の駆動量とに基づいて、前記移動機構、及び前記搭乗席駆動機構を駆動するための指令値を算出するステップと、を備える移動体の制御方法。
【請求項７】
前記移動体に設けられた姿勢検出部によって、前記移動体の姿勢角度に応じた信号を出力し、
前記搭乗席の平衡位置姿勢が姿勢検出部の出力に応じて変化することを特徴とする請求項６に記載の移動体の制御方法。
【請求項８】
前記搭乗席の搭乗面が水平になるように、前記搭乗席の平衡位置姿勢が変化することを特徴とする請求項７に記載の移動体の制御方法。
【請求項９】
前記搭乗席の平衡位置姿勢が前記移動体の移動状況によらず一定になっていることを特徴とする請求項８に記載の移動体の制御方法。
【請求項１０】
前記搭乗席駆動機構の駆動量と前記搭乗席の平衡位置姿勢と前記センサからの計測信号に基づいて、前記搭乗席駆動機構の目標駆動量を算出し、
前記搭乗席駆動機構の目標駆動量に基づいて、前記移動体の前後進移動速度が算出されることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の移動体の制御方法。
【請求項１】
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、
前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測信号を出力するセンサと、
前記搭乗席の座面の角度を変えるように、前記搭乗席を駆動する搭乗席駆動機構と、
前記搭乗席駆動機構の駆動量と前記搭乗席の平衡位置姿勢と前記センサからの計測信号とに基づいて、前記移動機構、及び前記搭乗席駆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２】
前記移動体の姿勢角度に応じた信号を出力する姿勢検出部をさらに備え、
前記搭乗席の平衡位置姿勢が姿勢検出部の出力に応じて変化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】
前記搭乗席の搭乗面が水平になるように、前記搭乗席の平衡位置姿勢が変化することを特徴とする請求項２に記載の移動体。
【請求項４】
前記搭乗席の平衡位置姿勢が前記移動体の移動状況によらず一定になっていることを特徴とする請求項１に記載の移動体。
【請求項５】
前記搭乗席駆動機構の駆動量と前記搭乗席の平衡位置姿勢と前記センサからの計測信号に基づいて、前記搭乗席駆動機構の目標駆動量を算出し、
前記搭乗席駆動機構の目標駆動量に基づいて、前記移動体の前後進移動速度が算出されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の移動体。
【請求項６】
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、
前記搭乗席の座面に加わる力に応じた計測信号を出力するセンサと、
前記搭乗席の座面の角度を変えるように、前記搭乗席を駆動する搭乗席駆動機構と、を備えた移動体の制御方法であって、
前記搭乗席の平衡位置姿勢を入力するステップと、
前記センサからの計測信号と、前記平衡位置姿勢と、前記搭乗席駆動機構の駆動量とに基づいて、前記移動機構、及び前記搭乗席駆動機構を駆動するための指令値を算出するステップと、を備える移動体の制御方法。
【請求項７】
前記移動体に設けられた姿勢検出部によって、前記移動体の姿勢角度に応じた信号を出力し、
前記搭乗席の平衡位置姿勢が姿勢検出部の出力に応じて変化することを特徴とする請求項６に記載の移動体の制御方法。
【請求項８】
前記搭乗席の搭乗面が水平になるように、前記搭乗席の平衡位置姿勢が変化することを特徴とする請求項７に記載の移動体の制御方法。
【請求項９】
前記搭乗席の平衡位置姿勢が前記移動体の移動状況によらず一定になっていることを特徴とする請求項８に記載の移動体の制御方法。
【請求項１０】
前記搭乗席駆動機構の駆動量と前記搭乗席の平衡位置姿勢と前記センサからの計測信号に基づいて、前記搭乗席駆動機構の目標駆動量を算出し、
前記搭乗席駆動機構の目標駆動量に基づいて、前記移動体の前後進移動速度が算出されることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の移動体の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−６８６７９（Ｐ２０１０−６８６７９Ａ）
【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２００８−２３４５６０（Ｐ２００８−２３４５６０）
【出願日】平成２０年９月１２日（２００８．９．１２）
【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１２日（２００８．９．１２）
【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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