特開 2024-129641 移動体、パーソナルモビリティ、移動体の制御装置、及び移動体の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024129641

(43)【公開日】2024-09-27

(54)【発明の名称】移動体、パーソナルモビリティ、移動体の制御装置、及び移動体の制御方法

(51)【国際特許分類】

   B62K 17/00 20060101AFI20240919BHJP

   B62J 45/00 20200101ALI20240919BHJP

   B62J 45/41 20200101ALI20240919BHJP

【ＦＩ】

B62K17/00

B62J45/00

B62J45/41

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023038973

(22)【出願日】2023-03-13

(71)【出願人】

【識別番号】000006220

【氏名又は名称】ミツミ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】志田 亮

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 知之

【テーマコード（参考）】

3D212

【Ｆターム（参考）】

3D212BB05

3D212BB06

3D212BB08

3D212BB12

3D212BB13

3D212BB24

3D212BB25

3D212BB27

3D212BB42

3D212BB44

3D212BB74

3D212BB85

(57)【要約】

【課題】構造が簡素化されると共に、旋回時の転倒を防止する。
【解決手段】本発明の一態様に係る移動体は、搭乗者を乗せた基体と、前記搭乗者の体の傾き角に応じて、前記基体に生じたモーメントを検出する力覚センサと、前記力覚センサで検出された前記モーメントに基づき、旋回速度を制御する制御部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

搭乗者を乗せた基体と、
前記搭乗者の体の傾き角に応じて、前記基体に生じたモーメントを検出する力覚センサと、
前記力覚センサで検出された前記モーメントに基づき、旋回速度を制御する制御部と、
を備える移動体。

【請求項2】

前記制御部は、前記力覚センサで検出された前記モーメントに基づき、旋回時に生じる遠心力を推定し、推定した遠心力に基づき旋回速度を制御する、請求項１に記載の移動体。

【請求項3】

前記力覚センサは、前記搭乗者の体重によって前記基体に生じた力を検出し、
前記制御部は、前記力覚センサが検出した前記力に基づき、前記旋回時に生じる向心力を推定すると共に、前記遠心力と前記向心力とを比較し、比較結果に基づき旋回速度を制御する、請求項２に記載の移動体。

【請求項4】

前記基体は、前記搭乗者を乗せるステップと、フレームと、を備え、
前記ステップは、前記搭乗者の搭乗位置又は重心位置の移動によって前記フレームに対して傾斜可能に設けられ、
前記力覚センサは、前記ステップと前記フレームとの間に配置される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の移動体。

【請求項5】

前記基体は、前記ステップの両端を支持し、前記ステップの可動範囲を規制する一対の弾性体を備える、請求項４に記載の移動体。

【請求項6】

フレームと、搭乗者の搭乗位置又は重心位置によって前記フレームに対して傾斜可能に設けられたステップと、を備える基体と、
前記フレームに取り付けられて、駆動部によって回転されて前記基体を移動させる車輪と、
前記ステップと前記フレームとの間に配置され、前記搭乗者の体の傾き角に応じて、前記基体に生じたモーメントを検出する力覚センサと、
前記力覚センサで検出された前記モーメントに基づき、旋回速度を制御する制御部と、
を備えるパーソナルモビリティ。

【請求項7】

移動体の基体に乗った搭乗者の体の傾き角に応じて、前記基体に生じたモーメントを力覚センサから取得し、
前記モーメントに基づき、前記移動体の旋回速度を制御する、移動体の制御装置。

【請求項8】

移動体の基体に乗った搭乗者の体の傾き角に応じて、前記基体に生じたモーメントを検出し、
前記モーメントに基づき、前記移動体の旋回速度を制御する、移動体の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、移動体、パーソナルモビリティ、移動体の制御装置、及び移動体の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

個人型移動体として、パーソナルモビリティが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、走行面を移動可能な車輪と、車輪を駆動するモータと、モータが組み付けられた基体と、基体の傾斜角を検出する傾斜センサと、傾斜センサで検出された傾斜角に基づいて、モータを制御する制御部と、を備えるパーソナルモビリティが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５３８６２８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示のパーソナルモビリティでは、基体の傾斜角を検出する傾斜センサとして、ジャイロセンサや加速度センサ等の複数種のセンサが設けられる。そのため、内部構造が複雑化する。

【0005】

また、搭乗者は、パーソナルモビリティの旋回操作を行う際、体を旋回方向に傾ける。それに伴い、基体には、搭乗者の体の傾き角に応じたモーメントが生じる。他方、パーソナルモビリティの旋回直前の速度が速い場合、搭乗者の体を旋回方向に大きく傾けても、遠心力に抗しきれず、転倒する場合がある。

【0006】

本発明は、構造が簡素化されると共に、旋回時の転倒を防止する、移動体、パーソナルモビリティ、移動体の制御装置、及び移動体の制御方法の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る移動体は、搭乗者を乗せた基体と、前記搭乗者の体の傾き角に応じて、前記基体に生じたモーメントを検出する力覚センサと、前記力覚センサで検出された前記モーメントに基づき、旋回速度を制御する制御部と、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、構造が簡素化されると共に、旋回時の転倒を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態に係るパーソナルモビリティの正面図である。

【図2】第１実施形態に係るパーソナルモビリティの基体及び力覚センサを拡大した部分拡大図である。

【図3】第１実施形態に係る制御部のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

【図4】第１実施形態に係るパーソナルモビリティの直進時に、力覚センサが検出する力覚値の例を示す模式図である。

【図5】第１実施形態に係るパーソナルモビリティの旋回時に、力覚センサが検出する力覚値の例を示す模式図である。

【図6】第１実施形態に係る制御部の機能構成の一例を説明するためのブロック図である。

【図7】第１実施形態に係るパーソナルモビリティの旋回によって生じる遠心力等を示す模式図である。

【図8】搭乗者の体の傾きに由来する力を説明する模式図である。

【図9】第１実施形態に係るパーソナルモビリティの動作を示すフローチャートである。

【図10】第２実施形態に係る制御部の機能構成の一例を示すブロック図である。

【図11】第２実施形態に係るパーソナルモビリティの動作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】

【0010】

以下、図面を参照して発明の実施形態について説明する。各図面において、同一の部材には同一の符号を付す場合がある。また、各図面の説明において、既に説明した部材と同一の構成部についての説明は省略する場合がある。

【0011】

［第１実施形態］
＜移動体の全体構成例＞
図１～図３を参照して、本発明の実施形態に係る移動体の全体構成の一例を説明する。以下、移動体として、パーソナルモビリティ１を例に説明する。図１は、第１実施形態に係るパーソナルモビリティ１の正面図である。図２は、第１実施形態に係るパーソナルモビリティ１の基体１０及び力覚センサ２０を拡大した部分拡大図である。図３は、第１実施形態に係るパーソナルモビリティ１が備える制御部のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

【0012】

図１及び図２に示すＸ軸方向は、力覚センサ２０の幅方向に対応する。Ｙ軸方向は、力覚センサ２０の奥行方向に対応する。Ｚ軸方向は、力覚センサ２０の高さ方向に対応する。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向は、相互に直交する。各方向において、矢印が向く側を「＋側」とし、その反対側を「－側」とする。パーソナルモビリティ１が直進する場合、パーソナルモビリティ１の走行方向は、Ｙ軸方向に対応する。

【0013】

ここで、「パーソナルモビリティ」は、倒立振子型移動体、電動キックボード、電動車椅子等の、搭乗者１名を搭乗させて走行する個人型移動体である。パーソナルモビリティには、例えば、搭乗者によるステップの傾斜操作を介して走行制御されるものや、搭乗者の操作を介さず、所定のプログラムに応じて独立走行するものが含まれる。また、パーソナルモビリティには、一輪、二輪、三輪、又は四輪を備えるものが含まれる。

【0014】

第１実施形態に係るパーソナルモビリティ１は、ツーホイールの倒立振子型移動体であるが、本実施形態は、二輪、三輪、又は四輪で駆動する車両等、他の移動体にも適用可能である。また、本実施形態を適用可能な移動体の駆動方式は、電動によるものであってもよいし、エンジン等の内燃機関によるものであってもよい。

【0015】

パーソナルモビリティ１は、図１に示すように、基体１０と、力覚センサ２０と、制御部３０と、ハンドル４０と、車輪５０Ｌ，５０Ｒと、駆動部６０Ｌ，６０Ｒと、バッテリ７０と、を備える。

【0016】

基体１０は、搭乗者２Ｐを乗せるステップ１１０と、フレーム１２０と、を備える。ステップ１１０は、矩形の平面形状を有する平板状の部材である。また、ステップ１１０は、搭乗者２Ｐの搭乗位置や重心位置の移動によって、フレーム１２０に対して傾斜可能に設けられる。

【0017】

フレーム１２０は、ステップ１１０に対してＺ軸方向－側に配置され、パーソナルモビリティ１の走行に必要な各種機器を収める。また、ステップ１１０とフレーム１２０のとの間には、力覚センサ２０が配置される。

【0018】

基体１０は、ステップ１１０の両端を支持する一対のバネ１３０Ｌ，１３０Ｒをさらに備えていてもよい。バネ１３０Ｌ，１３０Ｒは、ステップ１１０の両端をそれぞれ付勢する。

【0019】

ステップ１１０の両端を支持するバネ１３０Ｌ，１３０Ｒを設けることで、ステップ１１０の可動範囲を規制することができる。これにより、力覚センサ２０に瞬間的に大きな外力が印加させることを抑制でき、力覚センサ２０の破損を防止できる。なお、ステップ１１０の両端を支持する部材は、バネ１３０Ｌ，１３０Ｒ以外の弾性体であってよい。

【0020】

力覚センサ２０は、起歪体２１０と、複数のピエゾ抵抗素子等の歪検知素子を備えるセンサチップ２２０と、を含む。起歪体２１０は、外力の作用で変形する。起歪体２１０の変形に伴い、複数の歪検知素子のそれぞれが伸縮する。センサチップ２２０は、複数の歪検知素子の伸縮に基づく抵抗変化から、起歪体２１０に生じた力のＸ軸方向の力Ｆｘ、Ｙ軸方向の力Ｆｙ、Ｚ軸方向の力Ｆｚをそれぞれ検出する。また、センサチップ２２０は、起歪体２１０に生じたＸ軸まわりのモーメントＭｘ、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙ、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚをそれぞれ検出する。センサチップ２２０で検出されたＦｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚは、「力覚値」の一例である。

【0021】

力覚センサ２０は、基体１０の略中央に配置されることが好ましい。一般に、搭乗者２Ｐは、基体１０の略中央に位置する。すなわち、平面視において、力覚センサ２０の原点位置を、搭乗者２Ｐの位置に対応させることができる。その結果、例えば、搭乗者２Ｐの姿勢が変化した後の力覚値の検出にかかる処理負荷や検出誤差を低減することができる。ただし、力覚センサ２０の位置は、これに限られない。

【0022】

制御部３０は、力覚センサ２０から出力された力覚値を含む情報に基づき、パーソナルモビリティ１の動作を制御するコンピュータである。具体的には、制御部３０は、図３に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３１１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）３１２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）３１３と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）３１４と、入出力Ｉ／Ｆ（Interface）３１５と、を有する。これらのハードウェアは、バスを介して相互に接続される。

【0023】

ＣＰＵ３１１は、ＲＯＭ３１２やＨＤＤ３１４等に格納されたプログラム、および、プログラムの実行に必要なデータを適宜ＲＡＭ３１３上に読み出す。ＣＰＵ１１１は、読みだしたプログラムを実行することで、制御部３０としての種々の機能を実現する。なお、ＲＯＭ３１２やＨＤＤ３１４等を、以下、「記憶部」という場合がある。

【0024】

ハンドル４０は、パーソナルモビリティ１を操舵するための部材である。具体的には、ハンドル４０は、グリップ４１０と、シャフト４２０と、舵角センサ４３０と、を備える。搭乗者２Ｐは、パーソナルモビリティ１を旋回操作する際、グリップ４１０を操舵する。これにより、パーソナルモビリティ１の旋回方向が制御される。シャフト４２０は、グリップ４１０と連結し、グリップ４１０の操舵に応じて回転する。

【0025】

舵角センサ４３０は、例えば、シャフト４２０に取り付けられ、搭乗者２Ｐによるグリップ４１０の操舵に伴い回転したシャフト４２０の操舵角を検出する。また、舵角センサ４３０は、検出した操舵角の情報を制御部３０に出力する。制御部３０は、舵角センサ４３０から出力された操舵角の情報に基づき、パーソナルモビリティ１の旋回動作を制御する。ただし、ハンドル４０の操舵角を検出するセンサは、舵角センサ４３０に限られず、トルクセンサ等の他の検出装置であってもよい。

【0026】

ハンドル４０は、さらに、ブレーキレバーを備えることが好ましい。ブレーキレバーは、例えば、圧力センサを備えていてもよい。圧力センサは、搭乗者２Ｐによるブレーキレバーの圧力を検出し、検出した圧力の情報を制御部３０に出力する。制御部３０は、圧力センサから出力されたブレーキレバーへの圧力の情報に基づき、駆動部６０Ｌ，６０Ｒを制御して、パーソナルモビリティ１を減速又は停止させる。

【0027】

車輪５０Ｌ，５０Ｒは、フレーム１２０の両端にそれぞれ取り付けられ、路面３Ｇと接触する。第１実施形態に係るパーソナルモビリティ１は、２つの車輪５０Ｌ，５０Ｒの回動によって走行するが、車輪の数は、これに限られない。すなわち、パーソナルモビリティ１において、車輪は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。

【0028】

車輪５０Ｌ，５０Ｒは、角度センサ５２０をさらに備える。角度センサ５２０は、車輪５０Ｌ，５０Ｒそれぞれの回転角及び回転角速度を検出する。角度センサ５２０の例として、ロータリーエンコーダ等の光学式、磁気式、及び電磁誘導式の角度センサが挙げられる。

【0029】

角度センサ５２０は、検出した回転角及び角速度の情報を、制御部３０に出力する。制御部３０は、角度センサ５２０によって検出された回転角速度の情報から、パーソナルモビリティ１の旋回速度を推定してもよい。

【0030】

駆動部６０Ｌ，６０Ｒは、車輪５０Ｌ，５０Ｒとそれぞれ連結して、車輪５０Ｌ，５０Ｒを回動させる。駆動部６０Ｌ，６０Ｒの一例として、モータ等の電動アクチュエータが挙げられる。

【0031】

駆動部６０Ｌ，６０Ｒは、減速機等の他の機構を介して車輪５０Ｌ，５０Ｒと連結されていてもよい。第１実施形態の駆動部６０Ｌ，６０Ｒは、基体１０のフレーム１２０内に収容されているが、それ以外の位置に配置されていてもよい。

【0032】

バッテリ７０は、少なくとも駆動部６０Ｌ，６０Ｒ等と電気的に接続される。バッテリ７０は、パーソナルモビリティ１を走行させるための電気エネルギーを、駆動部６０Ｌ，６０Ｒに供給する。バッテリ７０の種類は、特に限定されない。

【0033】

＜力覚センサが検出する力覚値の例＞
次に、図４及び図５を参照して、パーソナルモビリティ１の直進又は旋回動作の際に、力覚センサ２０が検出する力覚値の例を説明する。図４は、パーソナルモビリティ１の直進時に、力覚センサ２０が検出する力覚値の例を示す模式図である。図５は、パーソナルモビリティ１の旋回時に、力覚センサ２０が検出する力覚値の例を示す模式図である。

【0034】

まず、パーソナルモビリティ１の直進時において、力覚センサ２０が検出する力覚値の例を説明する。図４（ａ）に、パーソナルモビリティ１の直進前の状態を示す。このとき、力覚センサ２０は、Ｚ軸方向の力Ｆｚとして、搭乗者２Ｐの体重ｍｇを検出する。ここで、「ｍ」は、搭乗者２Ｐの質量である。また、「ｇ」は、重力加速度である。また、図４（ａ）に示すように、搭乗者２Ｐは、体を傾けていないため、基体１０にモーメントは生じていない。よって、力覚センサ２０は、モーメントを検出しない。なお、図４（ａ）に示すように、搭乗者２Ｐがステップ１１０上で体を傾けていないときの姿勢を「基準姿勢２Ｓ」という。具体的には、「基準姿勢２Ｓ」は、搭乗者２ＰがＺ軸方向に沿って直立したときの姿勢である。

【0035】

これに対して、図４（ｂ）に示すように、搭乗者２Ｐが体を前方（Ｙ軸方向＋側）に傾けることで、パーソナルモビリティ１が直進する。

【0036】

図４（ｂ）において、基準姿勢２Ｓに対する搭乗者２Ｐの体の傾き角をφとする。このとき、力覚センサ２０は、Ｚ軸方向の力Ｆｚとして、搭乗者２Ｐの体重「ｍｇ」を検出すると共に、Ｘ軸まわりのモーメントＭｘとして、「ｍｇ・ｓｉｎφ・Ｌ」を検出する。ここで、「Ｌ」は、力覚センサ２０の原点から搭乗者２Ｐの重心Ｇまでの距離である。

【0037】

次に、パーソナルモビリティ１の旋回時において、力覚センサ２０が検出する力覚値の例を説明する。図５（ａ）に、パーソナルモビリティ１の旋回前の状態を示す。すなわち、搭乗者２Ｐは、基準姿勢２Ｓで直立している。このとき、力覚センサ２０は、Ｚ軸方向の力Ｆｚとして、搭乗者２Ｐの体重ｍｇを検出する。また、図５（ａ）に示すように、搭乗者２Ｐは、体を傾けていないため、基体１０にモーメントは生じていない。よって、力覚センサ２０は、モーメントを検出しない。

【0038】

これに対して、搭乗者２Ｐがハンドル４０を操舵することで、パーソナルモビリティ１が旋回する。また、搭乗者２Ｐは、図５（ｂ）に示すように、旋回によって生じる遠心力Ｆｃに抗するため、例えば、体を左方（Ｘ軸方向＋側）に傾ける。

【0039】

図５（ｂ）において、基準姿勢２Ｓに対する搭乗者２Ｐの体の傾き角をθとする。このとき、力覚センサ２０は、Ｚ軸方向の力Ｆｚとして、搭乗者２Ｐの体重「ｍｇ」を検出すると共に、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙとして、「ｍｇ・ｓｉｎθ・Ｌ」を検出する。

【0040】

＜制御部の機能構成＞
次に、図６～図８を参照して、制御部３０の機能構成の一例を説明する。図６は、制御部３０の機能構成の一例を説明するためのブロック図である。図７は、パーソナルモビリティ１の旋回によって生じる遠心力等を示す模式図である。図８は、搭乗者２Ｐの体の傾きに由来する力Ｆｉを説明する模式図である。

【0041】

制御部３０は、図６に示すように、体重推定部３２１と、傾き角推定部３２２と、旋回速度制御部３２３と、記憶部３２４と、を備える。

【0042】

体重推定部３２１は、ステップ１１０に乗った搭乗者２Ｐの体重ｍｇを推定する。具体的には、力覚センサ２０から出力される、Ｚ軸方向の力Ｆｚの値から、搭乗者２Ｐの体重ｍｇを推定する。体重推定部３２１は、推定した搭乗者２Ｐの体重ｍｇの情報を、傾き角推定部３２２及び旋回速度制御部３２３にそれぞれ出力する。なお、体重推定部３２１は、例えば、制御部３０のＣＰＵ３１１及び入出力Ｉ／Ｆ３１５によって実現される。

【0043】

傾き角推定部３２２は、パーソナルモビリティ１が旋回する際の、基準姿勢２Ｓに対する搭乗者２Ｐの体の傾き角θを推定する。図５（ｂ）に示すように、搭乗者２Ｐは、パーソナルモビリティ１の旋回時、旋回方向（例えば、Ｘ軸方向）に体を傾ける。このとき、力覚センサ２０は、搭乗者２Ｐの体の傾き角θに応じた、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙを検出する。傾き角推定部３２２は、力覚センサ２０で検出された、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙから、式（１）及び式（２）を用いて、搭乗者２Ｐの体の傾き角θを推定する。

【0044】

Ｍｙ＝ｍｇ・ｓｉｎθ・Ｌ ・・・ （１）
⇔θ＝ｓｉｎ^－１｛Ｍｙ／（ｍｇ・Ｌ）｝ ・・・ （２）

【0045】

傾き角θが微小な場合、式（１）において、「ｓｉｎθ＝θ」と近似してもよい。このとき、式（２）は、「θ＝Ｍｙ／（ｍｇ・Ｌ）」となる。

【0046】

傾き角推定部３２２は、式（２）の計算にあたり、体重推定部３２１から出力された搭乗者２Ｐの体重ｍｇの情報を用いる。また、傾き角推定部３２２は、式（２）の計算にあたり、例えば、搭乗者２Ｐの入力を介して記憶部３２４に予め記憶された搭乗者２Ｐの身長の情報から推定される「Ｌ」を用いる。

【0047】

便宜上、パーソナルモビリティ１の旋回時、搭乗者２Ｐは、Ｘ軸方向に傾くものとして説明した。しかしながら、搭乗者２Ｐの傾き方向によっては、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙの他に、Ｘ軸まわりのモーメントＭｘが生じる場合がある。この場合、傾き角推定部３２２は、Ｘ軸まわりのモーメントＭｘとＹ軸まわりのモーメントＭｙとの情報を合わせて、傾き角θを推定することが好ましい。

【0048】

傾き角推定部３２２は、推定した傾き角θの情報を、旋回速度制御部３２３に出力する。なお、傾き角推定部３２２は、例えば、制御部３０のＣＰＵ３１１及び入出力Ｉ／Ｆ３１５によって実現される。

【0049】

旋回速度制御部３２３は、パーソナルモビリティ１の旋回速度ｖを制御する。ここで、「旋回速度ｖ」とは、図７に示される旋回軌道円１Ｃの接線方向に沿うパーソナルモビリティ１の速度である。

【0050】

ところで、パーソナルモビリティ１の旋回操作を行おうとする搭乗者２Ｐは、パーソナルモビリティ１が旋回を開始するタイミングで、体を旋回方向に傾ける。また、搭乗者２Ｐは、転倒を防ぐため、遠心力Ｆｃとのバランスをとりながら、パーソナルモビリティ１の旋回を維持する。すなわち、図８に示すように、搭乗者２Ｐは、体の傾き由来の力Ｆｉと遠心力Ｆｃとを釣り合わせながら、パーソナルモビリティ１を旋回させる。ここで、体の傾き由来の力Ｆｉは、「ｍｇ・ｔａｎθ」に等しい。

【0051】

旋回速度制御部３２３は、式（３）から遠心力Ｆｃを推定する。

【0052】

Ｆｃ＝Ｆｉ＝ｍｇ・ｔａｎθ ・・・ （３）

【0053】

旋回速度制御部３２３は、式（３）の計算にあたり、体重推定部３２１から出力された搭乗者２Ｐの体重ｍｇの情報、及び傾き角推定部３２２から出力された搭乗者２Ｐの傾き角θの情報を用いる。なお、旋回速度制御部３２３は、舵角センサ４３０で検出されたハンドル４０の操舵角の情報や、角度センサ５２０で検出された車輪５０Ｌ，５０Ｒの角速度の情報を用いて、推定した遠心力Ｆｃを補正してもよい。これらの情報を適宜組み合わせることで、パーソナルモビリティ１の旋回時に生じる遠心力Ｆｃの推定精度を高めることができる。

【0054】

旋回速度制御部３２３は、推定した遠心力Ｆｃが閾値Ｔｈ１より大きいか否かを判定する。遠心力Ｆｃが閾値Ｔｈ１と、現時点の旋回速度ｖで旋回を続けると、転倒の可能性が高い。そのため、判定の結果、遠心力Ｆｃが閾値Ｔｈ１より大きい場合、旋回速度制御部３２３は、パーソナルモビリティ１の旋回速度ｖを下げるよう制御する。

【0055】

具体的には、旋回速度制御部３２３は、パーソナルモビリティ１の旋回速度ｖを下げるため、駆動部６０Ｌ，６０Ｒのロータの回転角速度を下げる制御信号を駆動部６０Ｌ，６０Ｒに出力する。それに応じて、車輪５０Ｌ，５０Ｒの回転角速度が下がり、パーソナルモビリティ１の旋回速度ｖが減速する。これにより、パーソナルモビリティ１の転倒を防ぐ。

【0056】

これに対して、旋回速度制御部３２３は、遠心力Ｆｃが所定の閾値より小さい場合、パーソナルモビリティ１の旋回速度ｖを維持するよう制御する。この場合、旋回速度制御部３２３からの制御信号は、駆動部６０Ｌ，６０Ｒに出力されない。なお、旋回速度制御部３２３は、例えば、制御部３０のＣＰＵ３１１及び入出力Ｉ／Ｆ３１５によって実現される。

【0057】

＜動作＞
次に、図９を参照して、第１実施形態に係るパーソナルモビリティ１の動作を説明する。図９は、第１実施形態に係るパーソナルモビリティ１の動作を示すフローチャートである。

【0058】

搭乗者２Ｐによるハンドル４０の操舵を契機として、パーソナルモビリティ１は、以下の動作を行う。

【0059】

ステップＳ１１において、力覚センサ２０は、ステップ１１０に生じたＺ軸方向の力Ｆｚを検出する。力覚センサ２０は、検出したＺ軸方向の力Ｆｚの値を、制御部３０の体重推定部３２１に出力する。

【0060】

続いて、ステップＳ１２において、力覚センサ２０は、パーソナルモビリティ１の旋回時に、ステップ１１０に生じるＹ軸まわりのモーメントＭｙを検出する。力覚センサ２０は、検出したＹ軸まわりのモーメントＭｙの値を、制御部３０の傾き角推定部３２２に出力する。

【0061】

続いて、ステップＳ１３において、体重推定部３２１は、力覚センサ２０から出力されたＺ軸方向の力Ｆｚから、搭乗者２Ｐの体重ｍｇを推定する。体重推定部３２１は、推定した搭乗者２Ｐの体重ｍｇの情報を、傾き角推定部３２２及び旋回速度制御部３２３にそれぞれ出力する。

【0062】

続いて、ステップＳ１４において、傾き角推定部３２２は、力覚センサ２０から出力されたＹ軸まわりのモーメントＭｙと、体重推定部３２１から出力された搭乗者２Ｐの体重ｍｇから、式（２）を用いて、搭乗者２Ｐの傾き角θを推定する。傾き角推定部３２２は、推定した傾き角θの情報を、旋回速度制御部３２３に出力する。

【0063】

続いて、ステップＳ１５において、旋回速度制御部３２３は、体重推定部３２１から出力された搭乗者２Ｐの体重ｍｇと、傾き角推定部３２２から出力された搭乗者２Ｐの傾き角θから、式（３）を用いて、パーソナルモビリティ１の旋回時に生じる遠心力Ｆｃを推定する。

【0064】

続いて、ステップＳ１６において、旋回速度制御部３２３は、推定した遠心力Ｆｃが閾値Ｔｈ１より大きいか否かを判定する。判定の結果、遠心力Ｆｃが閾値Ｔｈ１より大きい場合、旋回速度制御部３２３は、駆動部６０Ｌ，６０Ｒのロータの回転角速度を下げる制御信号を、駆動部６０Ｌ，６０Ｒに出力する。

【0065】

続いて、ステップＳ１７において、制御信号を取得した駆動部６０Ｌ，６０Ｒは、ロータの回転角速度を下げる。これに伴い、車輪５０Ｌ，５０Ｒの回転角速度が下がる。その結果、パーソナルモビリティ１の旋回速度ｖが減速する。

【0066】

他方、ステップＳ１６における判定の結果、遠心力Ｆｃが閾値Ｔｈ１より小さい場合、旋回速度制御部３２３は、駆動部６０Ｌ，６０Ｒに制御信号を出力しない。これにより、パーソナルモビリティ１は、旋回速度ｖを維持しながら旋回を継続する。

【0067】

＜作用効果＞
第１実施形態に係るパーソナルモビリティ１によれば、力覚センサ２０で検出された力覚値に基づく、搭乗者２Ｐの体重ｍｇや、搭乗者２Ｐの傾き角θの情報から、パーソナルモビリティ１の旋回時に生じる遠心力Ｆｃを推定する。特に、パーソナルモビリティ１の旋回時、遠心力Ｆｃとのバランスを保つために、搭乗者２Ｐの傾き角θが変化する。そのため、搭乗者２Ｐの傾き角θの情報を用いることで、遠心力Ｆｃを精度よく推定することができる。その結果、旋回時のパーソナルモビリティ１の転倒を防止できる。

【0068】

また、第１実施形態に係るパーソナルモビリティ１は、力覚センサ２０から出力される力覚値のみによって、遠心力Ｆｃを推定することができる。すなわち、第１実施形態に係るパーソナルモビリティ１によれば、単一種のセンサからの検出情報に基づき、旋回時の遠心力Ｆｃを推定することができる。これにより、ジャイロセンサや加速度センサ等の複数種のセンサを用いるものより、内部構造を簡素化し、コスト低減を図ることができる。

【0069】

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係るパーソナルモビリティ１Ａを説明する。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同一の構成部についての説明を省略する。

【0070】

図１０を参照して、第２実施形態に係るパーソナルモビリティ１Ａの制御部３０Ａにおける機能構成の一例を説明する。図１０は、制御部３０Ａの機能構成の一例を示すブロック図である。

【0071】

制御部３０Ａは、第１実施形態の制御部３０と同様、体重推定部３２１と、傾き角推定部３２２と、記憶部３２４と、を備える。また、制御部３０Ａは、旋回速度制御部３２３Ａと、向心力推定部３２５をさらに備える。

【0072】

パーソナルモビリティ１Ａは、カメラ等の画像センサ８０を備える。画像センサ８０は、路面３Ｇの画像情報を取得する。画像センサ８０で取得された路面３Ｇの画像情報は、向心力推定部３２５に出力される。

【0073】

向心力推定部３２５は、式（４）を用いて、パーソナルモビリティ１Ａの旋回時に生じる向心力Ｆｒを推定する。

【0074】

Ｆｒ＝μ・（Ｗ＋ｍ） ・・・ （４）

【0075】

ここで、「Ｆｒ」は、パーソナルモビリティ１Ａから、旋回軌道円１Ｃの内側に向く力（向心力）である。また、「μ」は、路面３Ｇの摩擦係数である。さらに、「Ｗ」は、パーソナルモビリティ１Ａの質量である。さらに、「ｍ」は、搭乗者２Ｐの質量である。

【0076】

向心力推定部３２５は、式（４）の計算にあたり、体重推定部３２１から出力された搭乗者２Ｐの体重ｍｇのうち、搭乗者２Ｐの質量に相当する「ｍ」の情報を用いる。向心力推定部３２５は、式（４）の計算にあたり、記憶部３２４に予め記憶されたパーソナルモビリティ１Ａの質量「Ｗ」を用いる。

【0077】

ここで、記憶部３２４には、種々の路面における摩擦係数が記憶されている。例えば、路面３Ｇがアスファルトである場合、摩擦係数はμ１であり、路面３Ｇがコンクリートである場合、摩擦係数はμ２であり、路面３Ｇが樹脂系材料である場合、摩擦係数はμ３であり、路面３Ｇが木質系材料である場合、摩擦係数はμ４である、等の情報が、記憶部３２４に記憶されている。

【0078】

向心力推定部３２５は、画像センサ８０から取得した路面３Ｇの画像情報から、路面３Ｇの舗装材料を特定する。また、向心力推定部３２５は、記憶部３２４を参照して、特定した舗装材料に係る摩擦係数μの情報を取得する。これにより、向心力推定部３２５は、路面３Ｇの摩擦係数μを推定し、式（４）を用いて、向心力Ｆｒを推定する。

【0079】

ただし、向心力Ｆｒの推定方法は、これに限られない。他の方法として、例えば以下が挙げられる。パーソナルモビリティ１Ａにおいて、直進開始時に前方側（Ｙ軸方向＋側）に加わる駆動力Ｆｐが、搭乗者２Ｐの前方への傾き角φに比例すると仮定する。すなわち、駆動力Ｆｐが、Ｘ軸まわりのモーメント「Ｍｘ＝ｍｇ・ｓｉｎφ・Ｌ」に比例すると仮定する。ここで、パーソナルモビリティ１Ａが直進を開始する瞬間、駆動力Ｆｐは、パーソナルモビリティ１Ａの車輪５０Ｌ，５０Ｒにかかる摩擦力に等しい。そのため、式（５）が成り立つ。

【0080】

Ｆｐ＝μ・（Ｗ＋ｍ） ・・・ （５）

【0081】

他方、式（４）より、向心力「Ｆｒ＝μ・（Ｗ＋ｍ）」であるため、駆動力Ｆｐは向心力Ｆｒに等しいと推定される。すなわち、式（６）が成り立つ。

【0082】

Ｆｐ＝Ｆｒ ・・・ （６）

【0083】

これに対して、向心力推定部３２５は、例えば、記憶部３２４に予め記憶された、力覚センサ２０が検出するＸ軸まわりのモーメントＭｘと、駆動力Ｆｐとの対応関係情報を参照することで、駆動力Ｆｐを推定する。向心力推定部３２５は、推定した駆動力Ｆｐから向心力Ｆｒを推定する。すなわち、向心力推定部３２５は、力覚センサ２０が検出した力覚値から、向心力Ｆｒを推定できる。

【0084】

向心力推定部３２５は、推定した向心力Ｆｒの情報を、旋回速度制御部３２３Ａに出力する。なお、向心力推定部３２５は、例えば、制御部３０のＣＰＵ３１１及び入出力Ｉ／Ｆ３１５によって実現される。

【0085】

旋回速度制御部３２３Ａは、例えば、式（３）を用いて推定した遠心力Ｆｃと、向心力推定部３２５から出力された向心力Ｆｒとを比較する。比較の結果、遠心力Ｆｃが向心力Ｆｒより大きい場合、パーソナルモビリティ１の転倒の可能性が高いため、旋回速度制御部３２３Ａは、パーソナルモビリティ１Ａの旋回速度ｖを下げるよう制御する。旋回速度制御部３２３Ａの旋回速度の制御は、第１実施形態と同様であってよい。これにより、パーソナルモビリティ１Ａの転倒を防ぐ。

【0086】

これに対して、比較の結果、遠心力Ｆｃが向心力Ｆｒより小さい場合、旋回速度制御部３２３Ａは、パーソナルモビリティ１Ａの旋回速度ｖを維持するよう制御する。この場合に関しても、第１実施形態と同様、旋回速度制御部３２３Ａからの制御信号は、駆動部６０Ｌ，６０Ｒに出力されない。

【0087】

＜動作＞
次に、図１１を参照して、第２実施形態に係るパーソナルモビリティ１Ａの動作を説明する。図１１は、第２実施形態に係るパーソナルモビリティ１Ａの動作を示すフローチャートである。

【0088】

搭乗者２Ｐによるハンドル４０の操舵を契機として、パーソナルモビリティ１Ａは、以下の動作を行う。

【0089】

ステップＳ２１～ステップＳ２４に関しては、第１実施形態の動作におけるステップＳ１１～ステップＳ１４と同様であるため、説明を省略する。力覚センサ２０は、ステップ１１０に生じたＺ軸方向の力Ｆｚを検出する。力覚センサ２０は、検出したＺ軸方向の力Ｆｚの値を、制御部３０の体重推定部３２１に出力する。

【0090】

続いて、ステップＳ２５において、向心力推定部３２５は、体重推定部３２１から出力された搭乗者２Ｐの体重ｍｇの情報や、記憶部３２４に記憶された、パーソナルモビリティ１Ａの質量「Ｗ」等の情報を参照して、向心力Ｆｒを推定する。向心力推定部３２５は、推定した向心力Ｆｒの情報を旋回速度制御部３２３Ａに出力する。

【0091】

続いて、ステップＳ２６において、旋回速度制御部３２３Ａは、式（３）を用いて、パーソナルモビリティ１の旋回時に生じる遠心力Ｆｃを推定する。

【0092】

続いて、ステップＳ２７において、旋回速度制御部３２３Ａは、遠心力Ｆｃと向心力Ｆｒとを比較する。

【0093】

比較の結果、遠心力Ｆｃが向心力Ｆｒより大きい場合、ステップＳ２８において、旋回速度制御部３２３Ａは、駆動部６０Ｌ，６０Ｒのロータの回転角速度を下げる制御信号を、駆動部６０Ｌ，６０Ｒに出力する。これに対して、遠心力Ｆｃが向心力Ｆｒより小さい場合、旋回速度制御部３２３Ａは、駆動部６０Ｌ，６０Ｒに制御信号を出力しない。

【0094】

＜作用効果＞
第２実施形態に係るパーソナルモビリティ１Ａによれば、旋回時に、互いに逆向きに生じる遠心力Ｆｃ及び向心力Ｆｒをそれぞれ推定することができる。すなわち、互いに逆向きに生じる遠心力Ｆｃと向心力Ｆｒとの大小関係を推定できる結果、旋回時のパーソナルモビリティ１の転倒をより正確に予測することができる。

【0095】

また、力覚センサ２０から出力された力覚値によって、向心力Ｆｒを推定する場合、力覚センサ２０における力覚値のみによって、遠心力Ｆｃと向心力Ｆｒの双方を推定することができる。すなわち、第２実施形態に係るパーソナルモビリティ１Ａによれば、単一種のセンサからの検出情報に基づき、旋回時の遠心力Ｆｃ及び向心力Ｆｒを推定することができる。これにより、ジャイロセンサや加速度センサ等の複数種のセンサを用いるものより、内部構造を簡素化し、コスト低減を図ることができる。

【0096】

以上、好ましい実施形態等について詳説した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態に限定されない。例えば、上述した実施形態について、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、種々の変形及び置換を加えることができる。

【0097】

本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
＜１＞ 搭乗者を乗せた基体と、
前記搭乗者の体の傾き角に応じて、前記基体に生じたモーメントを検出する力覚センサと、
前記力覚センサで検出された前記モーメントに基づき、旋回速度を制御する制御部と、
を備える移動体。
＜２＞ 前記制御部は、前記力覚センサで検出された前記モーメントに基づき、旋回時に生じる遠心力を推定し、推定した遠心力に基づき旋回速度を制御する、前記＜１＞に記載の移動体。
＜３＞ 前記力覚センサは、前記搭乗者の体重によって前記基体に生じた力を検出し、
前記制御部は、前記力覚センサが検出した前記力に基づき、前記旋回時に生じる向心力を推定すると共に、前記遠心力と前記向心力とを比較し、比較結果に基づき旋回速度を制御する、前記＜２＞に記載の移動体。
＜４＞ 前記基体は、前記搭乗者を乗せるステップと、フレームと、を備え、
前記ステップは、前記搭乗者の搭乗位置又は重心位置の移動によって前記フレームに対して傾斜可能に設けられ、
前記力覚センサは、前記ステップと前記フレームとの間に配置される、前記＜１＞乃至前記＜３＞のいずれか１つに記載の移動体。
＜５＞ 前記基体は、前記ステップの両端を支持し、前記ステップの可動範囲を規制する一対の弾性体を備える、前記＜４＞に記載の移動体。
＜６＞ フレームと、搭乗者の搭乗位置又は重心位置によって前記フレームに対して傾斜可能の設けられたステップと、を備える基体と、
前記フレームに取り付けられて、駆動部によって回転されて前記基体を移動させる車輪と、
前記ステップと前記フレームとの間に配置され、前記搭乗者の体の傾き角に応じて、前記基体に生じたモーメントを検出する力覚センサと、
前記力覚センサで検出された前記モーメントに基づき、旋回速度を制御する制御部と、
を備えるパーソナルモビリティ。
＜７＞ 移動体の基体に乗った搭乗者の体の傾き角に応じて、前記基体に生じたモーメントを力覚センサから取得し、
前記モーメントに基づき、前記移動体の旋回速度を制御する、移動体の制御装置。
＜８＞ 移動体の基体に乗った搭乗者の体の傾き角に応じて、前記基体に生じたモーメントを検出し、
前記モーメントに基づき、前記移動体の旋回速度を制御する、移動体の制御方法。

【符号の説明】

【0098】

１，１Ａ パーソナルモビリティ、 １０ 基体、 １１０ ステップ、 １２０ フレーム、 ２０ 力覚センサ、 ２１０ 起歪体、 ２２０ センサチップ、 ３０，３０Ａ 制御部、３２１ 体重推定部、３２２ 傾き角推定部、３２３ 旋回速度制御部、３２４ 記憶部、３２５ 向心力推定部、４０ ハンドル、４１０ グリップ、４２０ シャフト、４３０ 舵角センサ、５０Ｌ，５０Ｒ 車輪、５２０ 角度センサ、６０Ｌ，６０Ｒ 駆動部、７０ バッテリ、８０ 画像センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】