特許 7038352 移動体の段差移動制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-10

(45)【発行日】2022-03-18

(54)【発明の名称】移動体の段差移動制御方法

(51)【国際特許分類】

   B60G 17/0165 20060101AFI20220311BHJP

   B60G 1/02 20060101ALI20220311BHJP

   B60G 9/02 20060101ALI20220311BHJP

【ＦＩ】

B60G17/0165

B60G1/02

B60G9/02

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018092958

(22)【出願日】2018-05-14

(65)【公開番号】P2019199105

(43)【公開日】2019-11-21

【審査請求日】2021-03-02

(73)【特許権者】

【識別番号】504145283

【氏名又は名称】国立大学法人 和歌山大学

(74)【代理人】

【識別番号】100114502

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 俊則

(72)【発明者】

【氏名】中嶋 秀朗

【審査官】浅野 麻木

(56)【参考文献】

【文献】特許第５１０５５２８（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２０１４－０００９２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０９９８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０９４８０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５７－１９４１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６２－０３７５０４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】独国実用新案第２０２０１１１１０１３６（ＤＥ，Ｕ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｇ １７／０１６５

Ｂ６０Ｇ １／０２

Ｂ６０Ｇ ９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の方向に互いに間隔を設けて対向し、標準状態において、前記第１の方向に直交する第２の方向にそれぞれ延在する第１及び第２の支持体と、
前記第１の支持体の前記第２の方向の中間部を、前記第１の方向と平行な第１のロール軸を中心に回転可能に支持し、前記第２の支持体の前記第２の方向の中間部を、前記第１の方向と平行な第２のロール軸を中心に回転可能に支持する本体と、
前記第１の支持体の前記第２の方向の一方の端部に、前記標準状態において前記第２の方向と平行な第１の軸を中心に回転可能に支持された第１の車輪と、
前記第１の支持体の前記第２の方向の他方の端部に、前記標準状態において前記第２の方向と平行な第２の軸を中心に回転可能に支持された第２の車輪と、
前記第２の支持体の前記第２の方向の一方の端部に、前前記標準状態において記第２の方向と平行な第３の軸を中心に回転可能に支持された第３の車輪と、
前記第２の支持体の前記第２の方向の他方の端部に、前記標準状態において前記第２の方向と平行な第４の軸を中心に回転可能に支持された第４の車輪と、
前記第１乃至第４の車輪を回転駆動する回転駆動手段と、
を備えた移動体の段差移動制御方法であって、
前記移動体は、
前記移動体の外部から見た前記本体の前記第２の方向の傾き角度である本体傾き角度を検出する傾き角度検出器と、
前記第１のロール軸を中心に前記第１の支持体を前記本体に対して相対回転させるための第１のロール軸トルクを発生する第１のロール軸トルク発生手段と、
前記第１のロール軸トルクを検出する第１のロール軸トルク検出器と、
前記第１のロール軸を中心に前記第１の支持体が前記本体に対して相対回転する角度である第１のロール軸角度を検出する第１のロール軸角度検出器と、
前記第１又は第２の車輪が第１の段差に達したことと、前記第１又は第２の車輪が第１の段差を通過したこととを検知するための第１の信号を出力する第１の段差検知手段と、
前記第２のロール軸を中心に前記第２の支持体を前記本体に対して相対回転させるための第２のロール軸トルクを発生する第２のロール軸トルク発生手段と、
前記第２のロール軸トルクを検出する第２のロール軸トルク検出器と、
前記第２のロール軸を中心に前記第２の支持体が前記本体に対して相対回転する角度である第２のロール軸角度を検出する第２のロール軸角度検出器と、
前記第３又は第４の車輪が第２の段差に達したことと、前記第３又は第４の車輪が第２の段差を通過したこととを検知するための第２の信号を出力する第２の段差検知手段と、
前記回転駆動手段と、前記第１のロール軸トルク発生手段と、前記第２のロール軸トルク発生手段とを制御する制御手段と、
を備え、
前記段差移動制御方法は、
前記制御手段が前記回転駆動手段を制御して、前記移動体の移動を継続させる第１の工程と、
前記制御手段が、前記第１の信号に基づいて前記第１又は第２の車輪が前記第１の段差に達したか否かの判定を繰り返し、前記第２の信号に基づいて前記第３又は第４の車輪が前記第２の段差に達したか否かの判定を繰り返す第２の工程と、
前記制御手段が、前記第１の信号に基づいて前記第１又は第２の車輪が前記第１の段差を通過したか否かの判定を繰り返し、前記第２の信号に基づいて前記第３又は第４の車輪が前記第２の段差を通過したか否かの判定を繰り返す第３の工程と、
前記制御手段が、前記第１又は第２の車輪が前記第１の段差に達したと判定したとき、前記第１のロール軸トルクが第１の最終目標トルクになるように前記第１のロール軸トルク発生手段を制御するとともに、前記本体傾き角度を前記標準状態における所定角度にするように前記第２のロール軸トルク発生手段を制御する第１の制御を、前記制御手段が開始する第４の工程と、
前記制御手段が、前記第１又は第２の車輪が前記第１の段差を通過したと判定したとき、前記制御手段が前記第１の制御を終了する第５の工程と、
前記制御手段が、前記第３又は第４の車輪が前記第２の段差に達したと判定したとき、前記第２のロール軸トルクが第２の最終目標トルクになるように前記第２のロール軸トルク発生手段を制御するとともに、前記本体傾き角度を前記所定角度にするように前記第１のロール軸トルク発生手段を制御する第２の制御を、前記制御手段が開始する第６の工程と、
前記制御手段が、前記第３又は第４の車輪が前記第２の段差を通過したと判定したとき、前記制御手段が前記第２の制御を終了する第７の工程と、
を備え、
前記第１の最終目標トルクは、
前記本体傾き角度を前記所定角度にするように、前記第１のロール軸を中心に前記第１の支持体を前記本体に対して相対回転させる前記第１の目標トルクと、
前記第１のロール軸角度が、前記第１の段差に達したと判定された前記第１又は第２の車輪を前記第１の段差を通過する方向に移動させるように前記第１の支持体が前記第１のロール軸を中心に前記本体に対して相対回転する角度である第１の目標角度になるように、前記第１のロール軸を中心に前記第１の支持体を前記本体に対して相対回転させる第２の目標トルクとを、
第１の比率で含み、
前記第２の最終目標トルクは、
前記本体傾き角度を前記所定角度にするように、前記第２のロール軸を中心に前記第２の支持体を前記本体に対して相対回転させる第３の目標トルクと、
前記第２のロール軸角度が、前記第２の段差に達したと判定された前記第３又は第４の車輪を前記第２の段差を通過する方向に移動させるように前記第２の支持体が前記第２のロール軸を中心に前記本体に対して相対回転する角度である第２の目標角度になるように、前記第２のロール軸を中心に前記第２の支持体を前記本体に対して相対回転させる第４の目標トルクとを、
第２の比率で含むことを特徴とする、移動体の段差移動制御方法。

【請求項2】

前記制御手段は、
前記第１の制御を行うとき、前記第２のロール軸トルクが前記第３の目標トルクになるように前記第２のロール軸トルク発生手段を制御し、
前記第２の制御を行うとき、前記第１のロール軸トルクが前記第１の目標トルクになるように前記第１のロール軸トルク発生手段を制御することを特徴とする、請求項１に記載の移動体の段差移動制御方法。

【請求項3】

前記第１の目標トルクをＴ_ｄ１とし、前記本体傾き角度をθ_０とし、前記本体傾き角度の目標値である前記所定角度をθ_ｄ０とし、上部にドット記号が付されたθ_０を前記本体傾き角度の角速度とし、上部にドットが付されたθ_ｄ０を前記本体傾き角度の前記角速度の目標値とし、Ｋ_１を第１の角度ゲインとし、Ｄ_１を第１の角速度ゲインとすると、前記第１の目標トルクは次の式（１）で表され、

【数1】

前記第２の目標トルクをＴ_ｄ２とし、前記第１のロール軸角度をθ_１とし、前記第１のロール軸角度の前記第１の目標角度をθ_ｄ１とし、上部にドット記号が付されたθ_１を前記第１のロール軸角度の角速度とし、上部にドット記号が付されたθ_ｄ１を前記第１のロール軸角度の前記角速度の目標値とし、Ｋ_２を第２の角度ゲインとし、Ｄ_２を第２の角速度ゲインとすると、前記第２の目標トルクは、次の式（２）で表され、

【数2】

前記第１の最終目標トルクをＴ_１とすると、前記第１の最終目標トルクは次の式（３）で表され、

【数3】

ここで、ｗ_１，ｗ_２は前記第１の比率を定義する重み係数であり、ｗ_１＋ｗ_２＝１であり、
前記第３の目標トルクをＴ_ｄ３とし、前記本体傾き角度をθ_０とし、前記本体傾き角度の目標値である前記所定角度をθ_ｄ０とし、上部にドット記号が付されたθ_０を前記本体傾き角度の角速度とし、上部にドットが付されたθ_ｄ０を前記本体傾き角度の前記角速度の目標値とし、Ｋ_３を第３の角度ゲインとし、Ｄ_３を第３の角速度ゲインとすると、前記第３の目標トルクは次の式（４）で表され、

【数4】

前記第４の目標トルクをＴ_ｄ４とし、前記第２のロール軸角度をθ_２とし、前記第２のロール軸角度の前記第２の目標角度をθ_ｄ２とし、上部にドット記号が付されたθ_２を前記第２のロール軸角度の角速度とし、上部にドット記号が付されたθ_ｄ２を前記第２のロール軸角度の前記角速度の目標値とし、Ｋ_４を第４の角度ゲインとし、Ｄ_４を第４の角速度ゲインとすると、前記第４の目標トルクは、次の式（５）で表され、

【数5】

前記第２の最終目標トルクをＴ_２とすると、前記第２の最終目標トルクは次の式（６）で表され、

【数6】

ここで、ｗ_３，ｗ_４は前記第２の比率を定義する重み係数であり、ｗ_３＋ｗ_４＝１であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の移動体の段差移動制御方法。

【請求項4】

前記第１の段差検知手段は、
前記回転駆動手段から前記第１の車輪に伝達される第１の車輪トルクを検出する第１の車輪トルク検出器と、
前記回転駆動手段から前記第２の車輪に伝達される第２の車輪トルクを検出する第２の車輪トルク検出器と、
を含み、
前記第１の信号は、前記第１及び第２の車輪トルク検出器からの第１及び第２の検出信号を含み、
前記第２の段差検知手段は、
前記回転駆動手段から前記第３の車輪に伝達される第３の車輪トルクを検出する第３の車輪トルク検出器と、
前記回転駆動手段から前記第４の車輪に伝達される第４の車輪トルクを検出する第４の車輪トルク検出器と、
を含み、
前記第２の信号は、前記第３及び第４の車輪トルク検出器からの第３及び第４の検出信号を含むことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の移動体の段差移動制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、移動体の段差移動制御方法に関し、詳しくは、移動体が、両端に車輪を支持する支持体を本体に対して回動させて段差を移動する際の制御技術に関する。

【背景技術】

【0002】

通常の自動車や搬送ロボット等の四輪の移動体が移動可能な段差の高さには限界がある。より高い段差を上ることができるようにするため、段差の手前で車輪を持ち上げることが提案されている。例えば特許文献１には、駆動車輪の手前に段差乗り越え用車輪を設け、段差乗り越え用車輪が段差に乗り上げることによって駆動車輪が持ち上がり、この状態で駆動車輪が段差に達するようにすることが開示されている。特許文献２には、車輪を支持する車輪支持フレームに回動部材を設け、回動部材が段差の角に当って回動して車輪が浮き上がった状態で、駆動車輪が段差に達するようにすることが開示されている。

【0003】

また、特許文献３には、両端部に車輪を支持する支持体を、アクチュエータを用いて、支持体の中点を中心に本体に対して回動させることによって、本体を左右方向に傾斜させる傾斜装置が開示されている。特許文献４には、両端部に車輪を支持する支持体を本体に対して回動させるアクチュエータを、センサで検出した本体の姿勢変化に応じて制御して、本体の傾きを抑制することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００５－１２５９９２号公報

【文献】特開２００８－２０７７４８号公報

【文献】国際公開第２０１２／０４９７２４号

【文献】特許第５１０５５２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

通常の４輪の移動体は、車輪の摩擦状況にもよるが、上ることができる段差の高さは、車輪直径の３割程度までである。特許文献４のように、本体の傾きを抑制するように支持体を本体に対して回動させる場合、車輪の摩擦状況にもよるが，車輪直径の３～６割程度の高さまで対応可能となる。

【0006】

車輪の直径を大きくすると、より高い段差を移動可能になる。しかしながら、車輪を大きくすると、移動体が大型化し、用途によっては不都合が生じる。

【0007】

本発明は、かかる実情に鑑み、両端部に車輪を支持する支持体を本体に対して回動させる移動体が、より高い段差を、本体の傾きを抑制しながら上ることができるようにする、移動体の段差移動制御方法を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した移動体の段差移動制御方法を提供する。

【0009】

移動体の段差移動制御方法は、（ａ）第１の方向に互いに間隔を設けて対向し、標準状態において、前記第１の方向に直交する第２の方向にそれぞれ延在する第１及び第２の支持体と、（ｂ）前記第１の支持体の前記第２の方向の中間部を、前記第１の方向と平行な第１のロール軸を中心に回転可能に支持し、前記第２の支持体の前記第２の方向の中間部を、前記第１の方向と平行な第２のロール軸を中心に回転可能に支持する本体と、（ｃ－１）前記第１の支持体の前記第２の方向の一方の端部に、前記標準状態において前記第２の方向と平行な第１の軸を中心に回転可能に支持された第１の車輪と、（ｃ－２）前記第１の支持体の前記第２の方向の他方の端部に、前記標準状態において前記第２の方向と平行な第２の軸を中心に回転可能に支持された第２の車輪と、（ｃ－３）前記第２の支持体の前記第２の方向の一方の端部に、前前記標準状態において記第２の方向と平行な第３の軸を中心に回転可能に支持された第３の車輪と、（ｃ－４）前記第２の支持体の前記第２の方向の他方の端部に、前記標準状態において前記第２の方向と平行な第４の軸を中心に回転可能に支持された第４の車輪と、（ｄ）前記第１乃至第４の車輪を回転駆動する回転駆動手段と、を備えた移動体の段差移動制御方法である。前記移動体は、（ｅ）前記移動体の外部から見た前記本体の前記第２の方向の傾き角度である本体傾き角度を検出する傾き角度検出器と、（ｆ－１）前記第１のロール軸を中心に前記第１の支持体を前記本体に対して相対回転させるための第１のロール軸トルクを発生する第１のロール軸トルク発生手段と、（ｆ－２）前記第１のロール軸トルクを検出する第１のロール軸トルク検出器と、（ｆ－３）前記第１のロール軸を中心に前記第１の支持体が前記本体に対して相対回転する角度である第１のロール軸角度を検出する第１のロール軸角度検出器と、（ｆ－４）前記第１又は第２の車輪が第１の段差に達したことと、前記第１又は第２の車輪が第１の段差を通過したこととを検知するための第１の信号を出力する第１の段差検知手段と、（ｇ－１）前記第２のロール軸を中心に前記第２の支持体を前記本体に対して相対回転させるための第２のロール軸トルクを発生する第２のロール軸トルク発生手段と、（ｇ－２）前記第２のロール軸トルクを検出する第２のロール軸トルク検出器と、（ｇ－３）前記第２のロール軸を中心に前記第２の支持体が前記本体に対して相対回転する角度である第２のロール軸角度を検出する第２のロール軸角度検出器と、（ｇ－４）前記第３又は第４の車輪が第２の段差に達したことと、前記第３又は第４の車輪が第２の段差を通過したこととを検知するための第２の信号を出力する第２の段差検知手段と、（ｈ）前記回転駆動手段と、前記第１のロール軸トルク発生手段と、前記第２のロール軸トルク発生手段とを制御する制御手段と、を備える。

【0010】

移動体の段差移動制御方法は、第１乃至第７の工程を備える。前記第１の工程において、前記制御手段が前記回転駆動手段を制御して、前記移動体の移動を継続させる。前記第２の工程において、前記制御手段が、前記第１の信号に基づいて前記第１又は第２の車輪が前記第１の段差に達したか否かの判定を繰り返し、前記第２の信号に基づいて前記第３又は第４の車輪が前記第２の段差に達したか否かの判定を繰り返す。前記第３の工程において、前記制御手段が、前記第１の信号に基づいて前記第１又は第２の車輪が前記第１の段差を通過したか否かの判定を繰り返し、前記第２の信号に基づいて前記第３又は第４の車輪が前記第２の段差を通過したか否かの判定を繰り返す。前記第４の工程において、前記制御手段が、前記第１又は第２の車輪が前記第１の段差に達したと判定したとき、前記第１のロール軸トルクが第１の最終目標トルクになるように前記第１のロール軸トルク発生手段を制御するとともに、前記本体傾き角度を前記標準状態における所定角度にするように前記第２のロール軸トルク発生手段を制御する第１の制御を、前記制御手段が開始する。前記第５の工程において、前記制御手段が、前記第１又は第２の車輪が前記第１の段差を通過したと判定したとき、前記制御手段が前記第１の制御を終了する。前記第６の工程において、前記制御手段が、前記第３又は第４の車輪が前記第２の段差に達したと判定したとき、前記第２のロール軸トルクの値が第２の最終目標トルクになるように前記第２のロール軸トルク発生手段を制御するとともに、前記本体傾き角度を前記所定角度にするように前記第１のロール軸トルク発生手段を制御する第２の制御を、前記制御手段が開始する。前記第７の工程において、前記制御手段が、前記第３又は第４の車輪が前記第２の段差を通過したと判定したとき、前記制御手段が前記第２の制御を終了する。

【0011】

前記第１の最終目標トルクは、（ｉ）前記本体傾き角度を前記所定角度にするように、前記第１のロール軸を中心に前記第１の支持体を前記本体に対して相対回転させる第１の目標トルクと、（ii）前記第１のロール軸角度が、前記第１の段差に達したと判定された前記第１又は第２の車輪を前記第１の段差を通過する方向に移動させるように前記第１の支持体が前記第１のロール軸を中心に前記本体に対して相対回転する角度である第１の目標角度になるように、前記第１のロール軸を中心に前記第１の支持体を前記本体に対して相対回転させる第２の目標トルクとを、第１の比率で含む。

【0012】

前記第２の最終目標トルクは、（ｉ）前記本体傾き角度を前記所定角度にするように、前記第２のロール軸を中心に前記第２の支持体を前記本体に対して相対回転させる第３の目標トルクと、（ii）前記第２のロール軸角度が、前記第２の段差に達したと判定された前記第３又は第４の車輪を前記第２の段差を通過する方向に移動させるように前記第２の支持体が前記第２のロール軸を中心に前記本体に対して相対回転する角度である第２の目標角度になるように、前記第２のロール軸を中心に前記第２の支持体を前記本体に対して相対回転させる第４の目標トルクとを、第２の比率で含む。

【0013】

上記方法によれば、第４の工程で第１の制御を開始する。第１又は第２の車輪が第１の段差を通過する間、第１の支持体は、第１の目標トルクによって、本体の第１の方向の傾きを抑制するように本体に対して相対回転しようとし、第２の目標トルクによって、第１のロール軸回転角度が第１の段差を通過する方向の第１の目標角度になるように本体に対して相対回転しようとする。第２の支持体は、第２のロール軸トルク発生手段が制御されることによって、本体の第２の方向の傾きを抑制するように相対回転しようとする。第１のロール軸トルクの目標値である第１の最終目標トルクが、第１の目標トルクと第２の目標トルクとを第１の比率で含むように第１のロール軸トルク発生手段を制御するとともに、本体傾き角度を所定角度にするように第２のロール軸トルク発生手段を制御すると、４つの車輪とも路面に接地させたまま移動させることができ、第１のロール軸トルクの目標値として第１の目標トルクのみを用いて制御し第２のロール軸トルクの目標値として第３の目標トルクのみを用いて制御する場合よりも高い段差を、本体の第１の方向の傾きを抑制しながら上ることが、可能となる。

【0014】

また、第６の工程で第２の制御を開始する。第３又は第４の車輪が第２の段差を通過する間、第２の支持体は、第３の目標トルクによって、本体の第１の方向の傾きを抑制するように本体に対して相対回転しようとし、第４の目標トルクによって、第２のロール軸回転角度が第２の段差を通過する方向の第２の目標角度になるように本体に対して相対回転しようとする。第１の支持体は、第１のロール軸トルク発生手段が制御されることによって、本体の第２の方向の傾きを抑制するように相対回転しようとする。第２のロール軸トルクの目標値である第２の最終目標トルクが、第３の目標トルクと第４の目標トルクとを第２の比率で含むように第２のロール軸トルク発生手段を制御するとともに、本体傾き角度を所定角度にするように第１のロール軸トルク発生手段を制御すると、４つの車輪とも路面に接地させたまま移動させることができ、第１のロール軸トルクの目標値として第１の目標トルクのみを用いて制御し第２のロール軸トルクの目標値として第３の目標トルクのみを用いて制御する場合よりも高い段差を、本体の第１の方向の傾きを抑制しながら上ることが、可能となる。

【0015】

好ましくは、前記制御手段は、（ａ）前記第１の制御を行うとき、前記第２のロール軸トルクが前記第３の目標トルクになるように前記第２のロール軸トルク発生手段を制御し、（ｂ）前記第２の制御を行うとき、前記第１のロール軸トルクが前記第１の目標トルクになるように前記第１のロール軸トルク発生手段を制御する。

【0016】

好ましくは、前記第１の目標トルクをＴ_ｄ１とし、前記本体傾き角度をθ_０とし、前記本体傾き角度の前記所定角度をθ_ｄ０とし、上部にドット記号が付されたθ_０を前記本体傾き角度の角速度とし、上部にドットが付されたθ_ｄ０を前記本体傾き角度の前記角速度の目標値とし、Ｋ_１を第１の角度ゲインとし、Ｄ_１を第１の角速度ゲインとすると、前記第１の目標トルクは次の式（１）で表される。

【数1】

前記第２の目標トルクをＴ_ｄ２とし、前記第１のロール軸角度をθ_１とし、前記第１のロール軸角度の前記第１の目標角度をθ_ｄ１とし、上部にドット記号が付されたθ_１を前記第１のロール軸角度の角速度とし、上部にドット記号が付されたθ_ｄ１を前記第１のロール軸角度の前記角速度の目標値とし、Ｋ_２を第２の角度ゲインとし、Ｄ_２を第２の角速度ゲインとすると、前記第２の目標トルクは、次の式（２）で表される。

【数2】

前記第１の最終目標トルクをＴ_１とすると、前記第１の最終目標トルクは次の式（３）で表される。

【数3】

ここで、ｗ_１，ｗ_２は前記第１の比率を定義する重み係数であり、ｗ_１＋ｗ_２＝１である。

【0017】

前記第３の目標トルクをＴ_ｄ３とし、前記本体傾き角度をθ_０とし、前記本体傾き角度の目標値である前記所定角度をθ_ｄ０とし、上部にドット記号が付されたθ_０を前記本体傾き角度の角速度とし、上部にドットが付されたθ_ｄ０を前記本体傾き角度の前記角速度の目標値とし、Ｋ_３を第３の角度ゲインとし、Ｄ_３を第３の角速度ゲインとすると、前記第３の目標トルクは次の式（４）で表される。

【数4】

前記第４の目標トルクをＴ_ｄ４とし、前記第２のロール軸角度をθ_２とし、前記第２のロール軸角度の前記第２の目標角度をθ_ｄ２とし、上部にドット記号が付されたθ_２を前記第２のロール軸角度の角速度とし、上部にドット記号が付されたθ_ｄ２を前記第２のロール軸角度の前記角速度の目標値とし、Ｋ_４を第４の角度ゲインとし、Ｄ_４を第４の角速度ゲインとすると、前記第４の目標トルクは、次の式（５）で表される。

【数5】

前記第２の最終目標トルクをＴ_２とすると、前記第２の最終目標トルクは次の式（６）で表される。

【数6】

ここで、ｗ_３，ｗ_４は前記第２の比率を定義する重み係数であり、ｗ_３＋ｗ_４＝１である。

【0018】

この場合、ゲイン、目標角度、重み係数等のパラメータを適切に設定すると、移動体は、段差を円滑に上ることができ、かつ、円滑に下ることができる。

【0019】

第１及び第２の段差検知手段は、カメラや測距センサ等を用いて構成してもよい。

【0020】

好ましくは、前記第１の段差検知手段は、前記回転駆動手段から前記第１の車輪に伝達される第１の車輪トルクを検出する第１の車輪トルク検出器と、前記回転駆動手段から前記第２の車輪に伝達される第２の車輪トルクを検出する第２の車輪トルク検出器とを含む。前記第１の信号は、前記第１及び第２の車輪トルク検出器からの第１及び第２の検出信号を含む。前記第２の段差検知手段は、前記回転駆動手段から前記第３の車輪に伝達される第３の車輪トルクを検出する第３の車輪トルク検出器と、前記回転駆動手段から前記第４の車輪に伝達される第４の車輪トルクを検出する第４の車輪トルク検出器とを含む。前記第２の信号は、前記第３及び第４の車輪トルク検出器からの第３及び第４の検出信号を含む。

【0021】

この場合、第１乃至第４の車輪トルクに基づいて、段差に達している車輪や、段差を通過した車輪を判定することができる。第１乃至第４の車輪トルク検出器は、第１の工程における回転駆動手段の制御にも利用することができ、カメラや測距センサ等を第１及び第２の段差検知手段として用いる場合に比べ、構成を簡素化できる。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、両端部に車輪を支持する支持体を本体に対して回動させる移動体が、より高い段差を、本体の傾きを抑制しながら上ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は移動体の斜視図である。（実施例１）

【図2】図２は移動体の正面図である。（実施例１）

【図3】図３は制御系のブロック図である。（実施例１）

【図4】図４は移動体の動作のフローチャートである。（実施例１）

【図5】図５は移動体の写真である。（試作例１）

【図6】図６はトルクと角度のグラフである。（試作例１）

【図7】図７は移動体の写真である（試作例２）

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

【0025】

＜実施例１＞ 実施例１の移動体１０について、図１～図４を参照しながら説明する。

【0026】

図１は、移動体１０の斜視図である。図２は、移動体１０の正面図である。図１及び図２に示すように、移動体１０は、大略、本体１４と、４つの車輪２１～２４と、第１及び第２の車輪２１，２２を支持する第１の支持体４０と、第３及び第４の車輪２３，２４を支持する第２の支持体４２とを備える。図１は、移動体１０の標準状態を示しており、車輪２１～２４は、第１の方向（ｘ方向）及び第１の方向に直交する第２の方向（ｙ方向）に延在する平面（ｘ－ｙ面）に接している。

【0027】

図１に示す＋ｘ方向を前方、－ｘ方向を後方とすると、第１の支持体４０は前側の支持体４０であり、第１の車輪２１は左前輪２１、第２の車輪２２は右前輪２２になる。第２の支持体４２は後側の支持体４２である。第３の車輪２３は左後輪２３、第４の車輪２４は右後輪２４になる。

【0028】

第１及び第２の支持体４０，４２は、標準状態において、第１の方向（前後方向）に互いに間隔を設けて対向し、第２の方向（左右方向）に延在するように配置される。

【0029】

第１の支持体４０の第２の方向の一方の端部に第１の車輪２１が回転可能に支持され、他方の端部に第２の車輪２２が回転可能に支持されている。第２の支持体４２の第２の方向の一方の端部に第３の車輪２３が回転可能に支持され、他方の端部に第４の車輪２４が回転可能に支持されている。各車輪２１～２４は、第２の方向と平行な軸を中心に回転可能に支持され、第１の方向に移動可能である。第１乃至第４の車輪２１～２４は、それぞれ、第１乃至第４の車輪モータ３１～３４（３４は、図３参照）によって回転駆動される。第１乃至第４の車輪２１～２４と第１乃至第４の車輪モータ３１～３４との間には、第１乃至第４の車輪２１～２４に伝達される第１乃至第４の車輪トルクを検出する第１乃至第４の車輪トルク検出器５１～５４（図３参照）が設けられている。

【0030】

第１の支持体４０は、本体１４の第１の方向の一方端側に配置され、第１のロール機構１００及び第１のステアリング機構２００を介して、本体１４に支持されている。第２の支持体４２は、本体１４の第１の方向の他方端側に配置され、第２のロール機構１１０及び第２のステアリング機構２１０を介して、本体１４に支持されている。

【0031】

第１及び第２の支持体４０，４２は、それぞれの第２の方向の中間部が、第１の方向と平行に延在する第１及び第２のロール軸を中心に回転可能に支持されている。第１及び第２のロール軸の回転中心線が一直線上に並ぶ構成が好ましいが、第１及び第２のロール軸の回転中心線がずれる構成とすることも可能である。

【0032】

第１のロール機構１００は、第１のロール軸を中心に第１の支持体４０を回転させるための第１のロール軸トルクを発生する第１のロールモータ１０２（図３参照）と、第１のロール軸トルクを検出する第１のロール軸トルク検出器１０４（図３参照）と、第１の支持体４０が第１のロール軸を中心に本体１４に対して回転する角度である第１のロール軸角度を検出する第１のロール軸角度検出器１０６（図３参照）とを備えている。第２のロール機構１１０は、第２のロール軸を中心に第２の支持体４２を回転させるための第２のロール軸トルクを発生する第２のロールモータ１１２（図３参照）と、第２のロール軸トルクを検出する第２のロール軸トルク検出器１１４（図３参照）と、第２の支持体４２が第２のロール軸を中心に本体１４に対して回転する角度である第２のロール軸角度を検出する第２のロール軸角度検出器１１６（図３参照）とを備えている。

【0033】

第１の支持体４０が第１のロール軸を中心に回転することによって、第２の方向（左右方向）の本体１４の傾きを水平に保ちながら、第１及び／又は第２の車輪２１，２２が段差を通過することが、可能となる。また、第２の支持体４２が第２のロール軸を中心に回転することによって、第２の方向（左右方向）の本体１４の傾きを水平に保ちながら、第３及び／又は第４の車輪２３，２４が段差を通過することが、可能となる。例えば図２において鎖線で示すように、第１の支持体４０が第１のロール軸を中心に、標準状態から角度θ回転することにより、第２の方向の本体１４の傾きを水平に保ちながら、第１の車輪２１が高さＨの段差を上ることが、可能となる。

【0034】

図１及び図２に示すように、第１及び第２の支持体４０，４２は、それぞれの第２の方向の中間部が、第１及び第２の方向に垂直な第３の方向（ｚ方向）と平行に延在する第１及び第２のステアリング軸を中心に回転可能に支持されている。第１及び第２のステアリング軸の回転中心線を含む面は、第１の方向と平行である構成が好ましいが、第１の方向に対して斜めになる構成とすることも可能である。

【0035】

第１のステアリング機構２００は、第１のステアリング軸を中心に第１の支持体４０を回転させるための第１のステアリング軸トルクを発生する第１のステアリングモータ２０２（図３参照）と、第１のステアリング軸トルクを検出する第１のステアリング軸トルク検出器２０４（図３参照）と、第１の支持体４０が第１のステアリング軸を中心に回転する角度である第１のステアリング角度を検出する第１のステアリング角度検出器２０６（図３参照）とを備えている。第２のステアリング機構２１０は、第２のステアリング軸を中心に第２の支持体４２を回転させるための第２のステアリング軸トルクを発生する第２のステアリングモータ２１２（図３参照）と、第２のステアリング軸トルクを検出する第２のステアリング軸トルク検出器２１４（図３参照）と、第２の支持体４２が第２のステアリング軸を中心に回転する角度である第２のステアリング角度を検出する第２のステアリング角度検出器２１６（図３参照）とを備えている。

【0036】

なお、第１及び／又は第２のステアリング機構２００，２１０をなくし、第１及び／又は第２の支持体４０，４２を、第３の方向と平行な軸を中心に回転不可能に、本体１４に支持してもよい。

【0037】

本体１４には、載置台１６を本体１４の上方に支持する載置台支持機構１２が設けられている。載置台１６は、一対の支持部材１８の先端に固定されている。一対の支持部材１８の基端側は、第２の方向と平行な軸を中心に回転可能に、本体１４に支持されている。本体１４の内部には、一対の支持部材１８を回転させる載置台モータ１７（図３参照）が配置され、載置台１６の本体１４に対する角度が変わるように構成されている。載置台モータ１７（図３）は、制御装置６０（図３参照）によって、本体１４が第１の方向に傾いても載置台１６の第１の方向の角度が一定に保たれるように、制御される。

【0038】

本体１４には、本体１４の状態のうち少なくとも本体１４の傾きを検出するためのジャイロセンサや加速度センサ等の状態検出器１５（図３参照）と、モータやセンサ等に電源を供給するバッテリー（図示せず）と、車輪モータ３１～３４、ロールモータ１０２，１１２、ステアリングモータ２０２，２１２、載置台モータ１７等を制御するシーケンサ等の制御装置６０（図３参照）が配置されている。状態検出器１５は、本体１４の移動方向、移動速度、移動加速度等の状態を検出してもよい。

【0039】

図３は、制御系のブロック図である。図３に示すように、制御装置６０には、コントローラ６２と、状態検出器１５と、第１乃至第４の車輪トルク検出器５１，５２，５３，５４と、第１及び第２のロール軸トルク検出器１０４，１１４と、第１及び第２のロール軸角度検出器１０６，１１６と、第１及び第２のステアリング軸トルク検出器２０４，２１４と、第１及び第２のステアリング角度検出器２０６，２１６と、第１乃至第４の車輪モータ３１，３２，３３，３４と、第１及び第２のロールモータ１０２，１１２と、第１及び第２のステアリングモータ２０２，２１２と、載置台モータ１７とが接続されている。

【0040】

操作者が、載置台１６に座った状態で、又は移動体１０から離れた状態でコントローラ６２を操作することによって、移動体１０が移動する。

【0041】

第１乃至第４の車輪モータ３１～３４は、第１乃至第４の車輪２１～２４を回転駆動する回転駆動手段である。回転駆動手段は、一つのアクチュエータから複数の車輪にトルクを分配するように構成してもよい。第１及び第２の車輪トルク検出器５１，５２は、第１又は第２の車輪２１，２２が第１の段差に達したことを検知するための第１の信号を出力する第１の段差検知手段である。第３及び第４の車輪トルク検出器５３，５４は、第３又は第４の車輪２３，２４が第２の段差に達したことを検知するための第２の信号を出力する第２の段差検知手段である。第１及び第２の段差検知手段は、カメラや測距センサ等を用いて構成してもよい。第１のロールモータ１０２は、第１のロール軸トルクを発生する第１のロール軸トルク発生手段である。第２のロールモータ１１２は、第２のロール軸トルクを発生する第２のロール軸トルク発生手段である。状態検出器１５は、本体１４の第２の方向の傾き角度である本体傾き角度を検出する傾き角度検出器を含む。制御装置６０は、回転駆動手段（第１乃至第４の車輪モータ３１，３２，３３，３４）及び第１及び第２のロール軸トルク発生手段（第１及び第２のロールモータ１０２，１１２）を制御する制御手段である。

【0042】

次に、移動体１０の段差移動制御方法について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。

【0043】

（１）まず、外部からの指令に基づき、制御手段が回転駆動手段を制御して、移動体の移動を継続させる（第１の工程）。

【0044】

具体的には、コントローラによって移動が指示されると（Ｓ１０でＹ）、制御装置は、第１乃至第４の車輪モータが回転するように制御するとともに（Ｓ１２）、各種センサをＯＮにする（Ｓ１４）。これによって、移動体は移動を開始し、移動を継続する。このとき、移動体がコントローラからの指示通りに移動するように、制御装置は、状態検出器で検出した移動体の移動方向や移動速度等に基づいて、車輪モータを制御する。例えば、移動体が一定速度で移動するように制御したり、コントローラで指示された速度で移動体が移動するように制御する。

【0045】

（２）次いで、制御手段が、第１の信号に基づいて第１又は第２の車輪が第１の段差に達したか否かの判定を繰り返し、第２の信号に基づいて第３又は第４の車輪が前記第２の段差に達したか否かの判定を繰り返す（第２の工程）。

【0046】

具体的には、制御装置は、移動中に車輪が段差に達したか否かを判定する（Ｓ１６）。例えば、車輪が上りの段差に達したとき、車輪は段差の下の面と段差の角又は垂直面との２か所に接して車輪トルクが上昇するので、制御装置は、車輪トルク検出器が検出した車輪トルクが閾値を超えた場合、車輪が上りの段差に到達したと判定する。また、車輪が下りの段差に達したとき、車輪は段差の角のみに接し、その後、段差の垂直面に沿って移動するので、車輪トルク検出器が検出した車輪トルクが急激に低下、あるいは、逆向きになった場合、車輪が下りの段差に達したと判定する。車輪トルク検出器の代わりに、カメラや測距センサ等を用いて、車輪が段差に達したことを判定してもよい。この場合、所定高さ以上の段差についてのみ、車輪が段差に達したか否かを判定してもよい。

【0047】

いずれの車輪も段差に達していないと判定した場合には（Ｓ１６でＮ）、コントローラで移動が指示されている間は（Ｓ２２でＹ）、ステップＳ１６に戻り、車輪が段差に達したか否かを判定を継続する。

【0048】

（３）制御手段が、第１又は第２の車輪が第１の段差に達したと判定したとき、詳しくは後述する第１の制御を開始する（第４の工程）。また、制御手段が、第３又は第４の車輪が第２の段差に達したと判定したとき、制御手段は、詳しくは後述する第２の制御を、開始する（第６の工程）。

【0049】

具体的には、いずれかの車輪が段差に到達したと判定したとき（Ｓ１６でＹ）、段差に到達した車輪を支持する支持体がロール軸を中心に回転するように、制御装置はロールモータを制御する（Ｓ１８）。制御の詳細は、後述する。

【0050】

（４）次いで、制御手段が、第１の信号に基づいて第１又は第２の車輪が第１の段差を通過したか否かの判定を繰り返し、第２の信号に基づいて第３又は第４の車輪が第２の段差を通過したか否かの判定を繰り返す（第３の工程）。

【0051】

具体的には、車輪が段差を通過したか否かを判定する（Ｓ２０）。制御装置は、いずれの車輪も段差を通過したと判定されないとき（Ｓ２０でＮ）、ロールモータの制御（Ｓ１８）を継続する。

【0052】

（５）制御手段が、第１又は第２の車輪が第１の段差を通過したと判定したとき、制御手段は第１の制御を終了する（第５の工程）。また、制御手段が、第３又は第４の車輪が第２の段差を通過したと判定したとき、制御手段は第２の制御を終了する（第７の工程）。

【0053】

具体的には、車輪が段差を通過したと判定したとき（Ｓ２０でＹ）、制御装置は、段差を通過した車輪を支持している支持体を回転させるためのロールモータの制御を、終了する（Ｓ２２)。

【0054】

（６）外部からの停止の指令があるまで、制御手段は回転駆動手段を制御して、移動体の移動を継続する。

【0055】

具体的には、制御装置は、コントローラから移動が指示されている間は（Ｓ２４でＹ）、ステップＳ１６に戻り、移動中に車輪が段差に達したか否かの判定を継続する。コントローラから停止が指示されると（Ｓ２２でＹ）、制御装置は、車輪モータの回転を停止させるとともに（Ｓ２６）、センサをＯＦＦにする（Ｓ２８）。これによって、移動体は停止する。

【0056】

次に、上記（３）における第１及び第２の制御、具体的には、制御装置によるロールモータの制御（Ｓ１８）について説明する。

【0057】

第１の制御において、制御手段は、第１のロール軸トルクが第１の最終目標トルクになるように第１のロール軸トルク発生手段を制御するともに、本体傾き角度を標準状態における所定角度にするように第２のロール軸トルク発生手段を制御する。第１の最終目標トルクは、本体傾き角度を所定角度にするように、第１のロール軸を中心に第１の支持体を本体に対して相対回転させる第１の目標トルクと、第１のロール軸角度を第１の目標角度にするように、第１のロール軸を中心に第１の支持体を本体に対して相対回転させる第２の目標トルクとを、第１の比率で含む。第１の目標角度は、第１の段差に達した第１又は第２の車輪が、第１の段差の垂直面に沿って移動する方向の角度である。すなわち、第１の目標角度は、第１の段差に達したと判定された第１又は第２の車輪を第１の段差を通過する方向に移動させるように、第１の支持体が第１のロール軸を中心に本体に対して相対回転する角度である。

【0058】

第２の制御において、制御手段は、第２のロール軸トルクが第２の最終目標トルクになるように第２の目標トルク発生手段を制御するともに、本体傾き角度を標準状態における所定角度にするように第１のロール軸トルク発生手段を制御する。第２の最終目標トルクは、本体傾き角度を所定角度にするように、第２のロール軸を中心に第２の支持体を本体に対して相対回転させる第３の目標トルクと、第２のロール軸角度を第２の目標角度にするように、第２のロール軸を中心に第２の支持体を本体に対して相対回転させる第４の目標トルクとを、第２の比率で含む。第２の目標角度は、第２の段差に達した第３又は第４の車輪が、第２の段差の垂直面に沿って移動する方向の角度である。すなわち、第２の目標角度は、第２の段差に達したと判定された第３又は第４の車輪を第２の段差を通過する方向に移動させるように、第２の支持体が第２のロール軸を中心に本体に対して相対回転する角度である。

【0059】

具体的には、第１又は第２の車輪が第１の段差に達したとき、制御装置は、第１のロール軸角度検出器が検出する第１のロール軸角度と、第１のロール軸トルク検出器が検出する第１のロール軸トルクとに基づいて、第１のロール軸トルクが第１の最終目標トルクとなるように、第１のロールモータを制御するとともに、第２のロール軸トルクが第３の目標トルクとなるように、第２のロールモータを制御する。また、第３又は第４の車輪が第２の段差に達したとき、制御装置は、第２のロール軸角度検出器が検出する第２のロール軸角度と、第２のロール軸トルク検出器が検出する第２のロール軸トルクとに基づいて、第２のロール軸トルクが第２の最終目標トルクとなるように、第２のロールモータを制御するとともに、第１のロール軸トルクが第１の目標トルクとなるように、第１のロールモータを制御する。

【0060】

第１の目標トルクＴ_ｄ１は、次の式（１）で表される。

【数7】

ここで、θ_０は、本体の第２の方向の傾き角度である本体傾き角度、θ_ｄ０は本体傾き角度の目標値である所定角度、上部にドット記号が付されたθ_０は本体傾き角度の角速度、上部にドットが付されたθ_ｄ０は本体傾き角度の角速度の目標値、Ｋ_１は第１の角度ゲイン、Ｄ_１は第１の角速度ゲインである。

【0061】

本体が標準状態のとき、本体傾き角度及びその角速度の目標値を０とすると、式（１）は、次の式（１ａ）で表される。

【数8】

【0062】

第２の目標トルクＴ_ｄ２は、次の式（２）で表される。

【数9】

ここで、θ_１は、段差に達した車輪を支持する第１の支持体が、第１のロール軸を中心に本体に対して相対回転する角度である第１のロール軸角度、θ_ｄ１は第１のロール軸角度の目標角度、上部にドット記号が付されたθ_１は第１のロール軸角度の角速度、上部にドット記号が付されたθ_ｄ１は第１のロール軸角度の角速度の目標値、Ｋ_２は第２の角度ゲイン、Ｄ_２は第２の角速度ゲインである。

【0063】

第１のロール軸トルクの目標値である第１の最終目標トルクＴ_１は、次の式（３）で表される。

【数10】

ここで、ｗ_１，ｗ_２は、第１及び第２の目標トルクＴ_ｄ１，Ｔ_ｄ２の比率を定義する重み係数であり、ｗ_１＋ｗ_２＝１である。

【0064】

第３の目標トルクＴ_ｄ３は、前述した式（１）と同様に、次の式（４）で表される。

【数11】

ここで、θ_０は、本体の第２の方向の傾き角度である本体傾き角度、θ_ｄ０は本体傾き角度の目標値である所定角度、上部にドット記号が付されたθ_０は本体傾き角度の角速度、上部にドットが付されたθ_ｄ０は本体傾き角度の角速度の目標値、Ｋ_３は第３の角度ゲイン、Ｄ_３は第３の角速度ゲインである。Ｋ_１＝Ｋ_３，Ｄ_１＝Ｄ_３とすると、第１及び第３の目標トルクは同じ式で表される。

【0065】

本体が標準状態のとき、本体傾き角度及びその角速度の目標値を０とすると、式（４）は、次の式（４ａ）で表される。

【数12】

【0066】

第４の目標トルクＴ_ｄ４は、次の式（５）で表される。

【数13】

ここで、θ_２は、段差に達した車輪を支持する第２の支持体が、第２のロール軸を中心に本体に対して相対回転する角度である第２のロール軸角度、θ_ｄ２は第２のロール軸角度の目標角度、上部にドット記号が付されたθ_２は第２のロール軸角度の角速度、上部にドット記号が付されたθ_ｄ２は第２のロール軸角度の角速度の目標値、Ｋ_４は第４の角度ゲイン、Ｄ_４は第４の角速度ゲインである。

【0067】

第２のロール軸トルクの目標値である第２の最終目標トルクＴ_２は、次の式（６）で表される。

【数14】

ここで、ｗ_３，ｗ_４は、第３及び第４の目標トルクＴ_ｄ２，Ｔ_ｄ４の比率を定義する重み係数であり、ｗ_３＋ｗ_４＝１である。

【0068】

第１のロール軸トルクの目標値として第１の目標トルクＴ_ｄ１のみを用いて制御し、第２のロール軸トルクの目標値として第３の目標トルクＴ_ｄ３のみを用いて制御すると、摩擦条件によって変わるが、例えば車輪の直径の４～６割程度までの高さの段差であれば、車輪は段差を乗り越えて移動することができる。しかしながら、それ以上に高い段差になると、車輪は段差を乗り越えることができない。

【0069】

段差に達した車輪を支持する一方の支持体に対するロール軸トルクの目標値として、支持体を能動的に回転させる第２又は第４の目標トルクＴ_ｄ２，Ｔ_ｄ４のみを用いても、他方の支持体に対するロール軸トルクの制御によって、本体の傾きを抑制することができないわけではない。しかしながら、一方の支持体に対するロール軸トルクの目標値として第２又は第４の目標トルクＴ_ｄ２，Ｔ_ｄ４のみを用いると、段差に達した車輪は、「人が歩くときの足裏のように」路面から離床することになる。これが成り立つ条件は、他の３つの車輪の支点でできた多角形の中に重心があることである。状況によっては多角形の外に重心がある場合もあり、その場合には他の３つの車輪のうち1つの車輪が離床してしまい、もちろん段差を上ることができない。

【0070】

第１の支持体が支持する車輪が段差に達したとき、第１の支持体に対する第１のロール軸トルクの目標値として、式（３）で示したように、第１の目標トルクＴ_ｄ１と第２の目標トルクＴ_ｄ２の両方を所定の比率で含むようにするとともに、第２の支持体に対する第２のロール軸トルクの目標値として、式（４）で示した第３の目標トルクＴ_ｄ３を用いると、４つの車輪とも路面に接地させたまま移動させることができ、本体の傾きを抑制しながら、第１のロール軸トルクの目標値として第１の目標トルクＴ_ｄ１のみを用いて制御し第２のロール軸トルクの目標値として第３の目標トルクＴ_ｄ３のみを用いて制御する場合よりも高い段差を乗り越えて移動することが、可能になる。また、第２の支持体が支持する車輪が段差に達したとき、第２の支持体に対する第２のロール軸トルクの目標値として、式（６）で示したように、第３の目標トルクＴ_ｄ３と第４の目標トルクＴ_ｄ４の両方を所定の比率で含むようにするとともに、第１の支持体に対する第１のロール軸トルクの目標値として、式（１）で示した第１の目標トルクＴ_ｄ１を用いると、４つの車輪とも路面に接地させたまま移動させることができ、本体の傾きを抑制しながら、第１のロール軸トルクの目標値として第１の目標トルクＴ_ｄ１のみを用いて制御し第２のロール軸トルクの目標値として第３の目標トルクＴ_ｄ３のみを用いて制御する場合よりも高い段差を乗り越えて移動することが、可能になる。

【0071】

なお、車輪が段差を通過するとき以外の通常の移動中において、制御装置は、第１のロール軸トルクの目標値として第１の目標トルクのみを用い、第２のロール軸トルクの目標値として第３の目標トルクのみを用いて、第１及び第２のロール軸トルク発生手段を制御してもよい。この場合、車輪が凹凸を通過するときに生じる本体の傾きを、抑制することができる。

【0072】

＜試作例１＞ 移動体１０の試作例１について、図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、試作例１の移動体の写真である。図６は、試作例１の移動体が段差を移動するときのトルクと角度のグラフである。図６において、横軸は時間であり、縦軸はトルク、角度であり、無次元で表している。図５及び図６は、試作例１の移動体が前進して、まず、左前輪が段差を上り、次いで、右前輪が段差を上る場合を示している。

【0073】

図５（ａ）に示すように、試作例１の移動体が前進して、まず、左前輪が段差に当たる。これにより、図６（ａ）に示すように、移動が阻止された左前輪の車輪トルク（左車輪トルク）が上昇し、次いで右前車の車輪トルク（右車輪トルク）が上昇する。左前輪は、水平面と段差の垂直面とに当接して移動が阻止されるのに対し、右前輪は水平面にのみ当接しているので、左車輪トルクは右車輪トルクよりも大きくなる。また、図６（ｂ）において符号１を付した破線で囲む部分に示すように、前側の支持体のステアリング角度（前ステアリング角度）が変化する。

【0074】

左前輪のトルクが所定の閾値を超えることに基づいて、あるいは、前ステアリング角度が所定の閾値を超えることに基づいて、左前輪が段差に達したと制御装置が判定すると、制御装置は、前側の支持体を回転させるためのロール軸トルクが最終目標トルクになるように、ロールモータを回転させる。前側の支持体は、ロール軸トルクが伝達されて回転し、前ロール軸角度が大きくなる。

【0075】

図６（ａ）に示すように、前ロール軸角度が大きくなるとき、左前輪は段差の垂直面を移動するので、左車輪のトルクは減少する。一方、右前輪は移動しないため、右車輪トルクに著しい変化はない。

【0076】

左前輪が段差を上りきると、左前輪と右前輪とは進行方向の移動を再開し、図６（ａ）に示すように、左車輪トルクと右車輪トルクが減少する。

【0077】

制御装置は、ロール軸を中心に支持体を回転させる間、前ステアリング角度を０に戻すようにステアリングモータを制御する。左前輪が段差の垂直面を上る間、ステアリング軸トルクが伝達されるので、左前輪が段差を上りきると、図６（ｂ）において符号２の破線で囲んでいるように、前ステアリング角度がオーバーシュートする。

【0078】

制御装置は、左車輪トルクが所定の閾値以下に減少することに基づいて、あるいは、前ステアリング角度が所定の閾値を通過することに基づいて、左車輪が段差を上りきり、段差を通過したと判定すると、ロール軸トルクの制御を終了する。そのため、図６（ａ）に示すように、左車輪が段差の上側の面を移動し、右車輪が段差の下側の面を移動する間、前ロール軸角度は略一定である。

【0079】

次いで、右前輪は、図５（ｂ）に示すように段差に当たる。これにより、右前輪は移動が阻止され、図６（ａ）に示すように、右車輪トルクが上昇し、次いで左車輪トルクが上昇する。また、図６（ｂ）において符号３を付した破線で囲む部分に示すように、前ステアリング角度が変化する。

【0080】

制御装置は、右前輪のトルクが所定の閾値を超えたことによって、あるいは、前ステアリング角度が所定の閾値を超えたことによって、右前輪が段差に達したと判定すると、ロール軸トルクの制御を開始する。これによって、前ロール軸角度が小さくなる。前ロール軸角度が変化する間、右前輪は段差の垂直面を移動するので、右車輪トルクは減少する。一方、左前輪は移動しないため、左車輪トルクに著しい変化はない。

【0081】

右前輪が段差を上りきり、段差を通過すると、右前輪と左前輪とは進行方向の移動を再開するため、図６（ａ）に示すように、右車輪トルクが小さくなる。また、右前輪が段差を上る間、前側の支持体には前ステアリング角度を０に戻すようにステアリングトルクが伝達されているので、右前輪が段差を通過すると、図６（ｂ）において符号４の破線で囲んでいるように、前ステアリング角度がオーバーシュートする。

【0082】

＜試作例２＞ 図７は、試作例２の移動体の写真であり、前輪が段差を通過した後に後輪が段差を通過するときの写真である。

【0083】

図７（ａ）に示すように、左後輪が段差に当たると、後ろ側の支持体について、前側の支持体と同様に、後側の支持体を回転させるためのロール軸トルクが制御されて、左後輪が持ち上がる方向に、後側の支持体が回転し、図７（ｂ）に示すように、左後輪が段差を乗り越える。左後輪が段差を乗り越えると、段差に当たった右後輪を持ち上げる方向に、後側の支持体を回転させるためのロール軸トルクが制御され、右後輪は段差を上りきって通過する。

【0084】

試作例２の移動体は、直径０．２ｍの４つの車輪を有している。段差移動では、通常、前輪より後輪の方が難しいが、試作例２の移動体の後輪は、車輪の直径比８割である０．１６ｍの高さの段差を上って通過することができた。

【0085】

＜まとめ＞ 以上に説明したように、本発明の移動体は、両端部に車輪を支持する支持体を本体に対して回動させる移動体が、より高い段差を、本体の傾きを抑制しながら上ることができる。

【0086】

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。

【0087】

例えば、回転駆動される車輪が４輪を超えてもよいし、回転駆動されない車輪が追加されてもよい。

【符号の説明】

【0088】

１０ 移動体
１４ 本体
１５ 状態検出器（傾き角度検出器）
２１，２２，２３，２４ 車輪
３１，３２，３３，３４ 車輪モータ（回転駆動手段）
４０，４２ 支持体
５１，５２ 車輪トルク検出器（第１の段差検知手段）
５３，５４ 車輪トルク検出器（第２の段差検知手段）
６０ 制御装置（制御手段）
１０２ 第１のロールモータ（第１のロール軸トルク発生手段）
１１２ 第２のロールモータ（第２のロール軸トルク発生手段）
１０４，１１４ ロール軸トルク検出器
１０６，１１６ ロール軸角度検出器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】