倒立振子制御型の移動体の制御装置
【課題】走行では越えられないまでも回避するほどでもない程度の大きさの障害物が存在する場合であっても乗り越えて進行することができる倒立振子制御型の移動体の制御装置を提供する。
【解決手段】走行面を移動可能な移動動作部５と、移動動作部５を駆動する駆動力を発生させるアクチュエータ装置７と、移動動作部５及びアクチュエータ装置７が組付けられた基体９と、を有する倒立振子制御型の移動体１の制御装置であって、基体９は基体９を伸縮させる伸縮機構（直動アクチュエータ１３及びバネ１４）をさらに備え、移動体１を跳躍させるための指令値に基づいて、跳躍時の軌道計画を生成し、軌道計画に応じた移動体１の射出角を、アクチュエータ装置７を駆動して移動体１の姿勢を制御することにより制御する制御ユニット５０と、上記の軌道計画に応じた移動体１の射出速度を、伸縮機構の伸縮量を調整することにより制御する制御ユニット１０とを備える。
【解決手段】走行面を移動可能な移動動作部５と、移動動作部５を駆動する駆動力を発生させるアクチュエータ装置７と、移動動作部５及びアクチュエータ装置７が組付けられた基体９と、を有する倒立振子制御型の移動体１の制御装置であって、基体９は基体９を伸縮させる伸縮機構（直動アクチュエータ１３及びバネ１４）をさらに備え、移動体１を跳躍させるための指令値に基づいて、跳躍時の軌道計画を生成し、軌道計画に応じた移動体１の射出角を、アクチュエータ装置７を駆動して移動体１の姿勢を制御することにより制御する制御ユニット５０と、上記の軌道計画に応じた移動体１の射出速度を、伸縮機構の伸縮量を調整することにより制御する制御ユニット１０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行面を移動可能な倒立振子制御型の移動体の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走行面上を全方向（２次元的な全方向）に移動可能な移動体としては、例えば、特許文献１、２に見られるものが本願出願人により提案されている。これらの特許文献１、２に見られる移動体にあっては、走行面に接地しながら該走行面上を全方向に移動可能な、球体状又は車輪状又はクローラ状の移動動作部と、該移動動作部を駆動する電動モータ等を有するアクチュエータ装置とが車両の基体に組付けられている。そして、この車両は、アクチュエータ装置により移動動作部を駆動することによって、走行面上を移動する。
【０００３】
また、この種の移動体の移動動作を制御する技術としては、例えば特許文献３に見られる技術が本願出願人により提案されている。この技術では、車両の基体が球体状の移動動作部に対して前後・左右に傾動自在に設けられている。そして、基体の傾き角を計測し、この傾き角を所要の角度に保つように、移動動作部を駆動する電動モータのトルクを制御することによって、基体の傾動動作に応じて車両を移動させるようにしている。
【０００４】
更に、以下の特許文献４には、進行方向に関して車体をスライド可能に支持し、走行中に障害物を発見して急制動をかけた場合に車体を後方へ退避させる制御を行う倒立車輪型の走行体が開示されている。かかる制御を行うことで、特許文献４に開示された走行体は、急制動をかけた場合の制動距離を短くしつつ、搭乗者や荷物等を危険から回避させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第０８／１３２７７８号パンフレット
【特許文献２】国際公開第０８／１３２７７９号パンフレット
【特許文献３】特許第３０７００１５号公報
【特許文献４】特許第４２９１８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した特許文献１〜３に開示された移動体においても、安全性の観点からは上述した特許文献４に開示された走行体と同様に、走行面上に存在する障害物等に起因する危険を回避するための何らかの制御が必要になる。ここで、安全性及び機動性の双方を考慮すると、走行では越えられない程度の大きさの障害物を対象として危険回避のための制御が行われるのが望ましい。
【０００７】
しかしながら、この程度の大きさの障害物を危険退避の対象にしてしまうと、走行では越えられないまでも回避するほどでもない程度の大きさの障害物についても移動体を停止させる停止動作や、走行を一旦中断して障害物を回避する回避動作が行われてしまう。搭乗者からすれば、この程度の大きさの障害物については、回避せずに乗り越えて進行させたい場合もあると考えられるが、従来の移動体では、このような障害物を乗り越えて進行させることはできないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、走行では越えられないまでも回避するほどでもない程度の大きさの障害物が存在する場合であっても乗り越えて進行することができる倒立振子制御型の移動体の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題を解決するために、請求項１に記載した発明は、走行面（床面、路面、地面等）を移動可能な被駆動機構（例えば、実施形態による移動動作部５、車輪、クローラ等）と、前記被駆動機構を駆動する駆動力を発生させる駆動部（例えば、実施形態によるアクチュエータ装置７、電動機等の駆動源）と、前記被駆動機構及び前記駆動部が組付けられた基体（例えば、実施形態による基体９やフレーム等）と、を有する倒立振子制御型の移動体（例えば、実施形態による移動体１、倒立振子制御型移動体、全方向移動体、車両等）の制御装置であって、前記基体は当該基体を伸縮させる伸縮機構を（例えば、実施形態による直動アクチュエータ１３及びバネ１４、又は直動アクチュエータ９３及びバネ９４）さらに備え、前記倒立振子制御型の移動体を跳躍させるための指令値に基づいて、跳躍時の軌道計画を生成する軌道計画生成部（例えば、実施形態による軌道計画生成部（ＡＣ）と、前記軌道計画に応じた前記倒立振子制御型の移動体の射出角を、前記駆動部を駆動して前記倒立振子制御型の移動体の姿勢を制御することにより制御する第１制御部（例えば、実施形態による下位コントローラＳＣ）と、前記軌道計画に応じた前記倒立振子制御型の移動体の射出速度を、前記伸縮機構の伸縮量を調整することにより制御する第２制御部（例えば、実施形態による制御ユニット１０）とを備えることを特徴とする倒立振子制御型の移動体の制御装置である。これにより、指令値に基づいて生成された軌道計画に応じて全方向移動車両の射出角及び射出速度が制御されることにより、軌道計画に沿うように全方向移動車両を跳躍させることができる。
請求項２に記載した発明は、前記倒立振子制御型の移動体が、前記基体に組付けられた搭乗部（例えば、実施形態による搭乗部３及びステップ２５Ｒ，２５Ｌ）と、当該搭乗部にかかる荷重を検出する荷重検出部（例えば、実施形態による荷重センサ５４）とを備えており、
前記軌道計画生成部は、前記荷重検出部の検出結果に応じて、前記搭乗部に乗員が搭乗している場合の軌道計画（例えば、実施形態によるステップＳ２４）と、前記搭乗部に乗員が搭乗していない場合の軌道計画（例えば、実施形態によるステップＳ２５）との何れか一方の軌道計画を生成することを特徴とする。これにより、荷重検出部の検出結果に応じて搭乗部に乗員が搭乗している場合の軌道計画と記搭乗部に乗員が搭乗していない場合の軌道計画との何れか一方の軌道計画を生成することができる。
請求項３に記載した発明は、前記指令値が、前記倒立振子制御型の移動体の跳躍方向を示す値と、前記倒立振子制御型の移動体の飛距離及び跳躍高さの少なくとも一方を示す値とを含むことを特徴とする。これにより、倒立振子制御型の移動体の跳躍方向を示す値と飛距離を示す値の組み合わせ、倒立振子制御型の移動体の跳躍方向を示す値と跳躍高さを示す値の組み合わせ、及び倒立振子制御型の移動体の跳躍方向を示す値と飛距離を示す値と跳躍高さを示す値の組み合わせのうちの何れかの組み合わせを跳躍のための指令値に含ませることができる。なお、「飛距離」とは、跳躍によって倒立振子制御型の移動体が走行面から離れた離床地点から走行面に着地する着床地点までの距離をいう。
請求項４に記載した発明は、前記第１制御部が、前記軌道計画生成部が生成した軌道計画に沿った跳躍が行われている間に、前記駆動部を駆動して前記倒立振子制御型の移動体の姿勢を制御する（例えば、実施形態によるステップＳ３５）ことを特徴とする。これにより、跳躍している間にも倒立振子制御型の移動体の姿勢を制御することができる。
請求項５に記載した発明は、前記第１制御部が、前記軌道計画に沿った跳躍終了時における前記倒立振子制御型の移動体の姿勢が、前記軌道計画に沿った跳躍開始時の姿勢とは逆になるように制御することを特徴とする。これにより、倒立振子制御型の移動体の姿勢を跳躍開始時の姿勢とは逆の姿勢で着地させることができる。
請求項６に記載した発明は、前記第１制御部が、前記軌道計画に沿った跳躍が終了した時には、前記倒立振子制御型の移動体の姿勢が所定の安定姿勢となるように制御する（例えば、実施形態によるステップＳ３９）ことを特徴とする。ここで、「所定の安定姿勢となるように制御する」とは、通常の倒立振子モデルの制御に速やかに移行させるように制御することをいう。これにより、跳躍が終了したときに、倒立振子制御型の移動体の姿勢を速やかに所定の安定姿勢にすることができる。
請求項７に記載した発明は、前記伸縮機構が、前記第２制御部によって伸縮量が調整されるアクチュエータ（例えば、実施形態による直動アクチュエータ１３，９３）と、伸縮方向が前記アクチュエータの伸縮方向と同じ方向に設定されたバネ（例えば、実施形態によるバネ１４，９４）とからなることを特徴とする。これにより、第２制御部によってアクチュエータの伸縮量を調整することにより、基体の伸縮量を自在に制御することができる。
請求項８に記載した発明は、前記アクチュエータが、前記バネの上部に配置されて前記バネと直列接続されていることを特徴とする。これにより、バネに直列接続されたアクチュエータの伸縮量を調整することにより基体の伸縮量を自在に制御することができる。
請求項９に記載した発明は、前記アクチュエータと前記バネが、並列接続されていることを特徴とする。これにより、バネに並列接続されたアクチュエータの伸縮量を調整することにより基体の伸縮量を自在に制御することができる。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載した発明によれば、指令値に基づいて生成された軌道計画に応じて倒立振子制御型の移動体の射出角及び射出速度が制御されることにより、軌道計画に沿うように倒立振子制御型の移動体を跳躍させることができるので、走行では越えられないまでも回避するほどでもない程度の大きさの障害物が存在する場合であっても乗り越えて進行することができる。
請求項２に記載した発明によれば、荷重検出部の検出結果に応じて搭乗部に乗員が搭乗している場合の軌道計画と記搭乗部に乗員が搭乗していない場合の軌道計画との何れか一方の軌道計画を生成することができるので、倒立振子制御型の移動体に乗員が搭乗しているか否かに拘わらず、指令値に応じた跳躍を倒立振子制御型の移動体にさせることができる。
請求項３に記載した発明によれば、倒立振子制御型の移動体の跳躍方向を示す値と飛距離を示す値の組み合わせ、倒立振子制御型の移動体の跳躍方向を示す値と跳躍高さを示す値の組み合わせ、及び倒立振子制御型の移動体の跳躍方向を示す値と飛距離を示す値と跳躍高さを示す値の組み合わせのうちの何れかの組み合わせを跳躍のための指令値に含ませることができるので、倒立振子制御型の移動体の用途、操作性（運転性）等に応じて跳躍のための指令値を適宜選択することができる。
請求項４に記載した発明によれば、跳躍している間にも倒立振子制御型の移動体の姿勢を制御することができるので、着地に向けて倒立振子制御型の移動体の姿勢を着地に適した姿勢にすることができる。
請求項５に記載した発明によれば、倒立振子制御型の移動体の姿勢を跳躍開始時の姿勢とは逆の姿勢で着地させることができるので、安定した着地を実現することができる。
請求項６に記載した発明によれば、跳躍が終了したときに、倒立振子制御型の移動体の姿勢を速やかに所定の安定姿勢にすることができるので、着地時の衝撃や振動を早急に抑えて速やかに早期に通常の走行を行うことができる。
請求項７に記載した発明によれば、第２制御部によってアクチュエータの伸縮量を調整することにより、基体の伸縮量を自在に制御することができるので、倒立振子制御型の移動体を自在に跳躍させることができる。
請求項８に記載した発明によれば、バネに直列接続されたアクチュエータの伸縮量を調整することにより基体の伸縮量を自在に制御することができるので、倒立振子制御型の移動体を自在に跳躍可能としつつ着地時の衝撃を吸収することができる。
請求項９に記載した発明は、バネに並列接続されたアクチュエータの伸縮量を調整することにより基体の伸縮量を自在に制御することができるので、倒立振子制御型の移動体の跳躍時におけるアクチュエータの動作をバネの反発力によって付勢することができるとともに小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る移動体の正面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る移動体の側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る移動体の下部を拡大して示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る移動体の下部の斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に係る移動体の移動動作部（車輪体）の斜視図である。
【図６】本発明の実施形態に係る移動体の移動動作部（車輪体）とフリーローラとの配置関係を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る移動体の制御処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態に係る移動体の制御処理を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態に係る移動体の制御処理を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施形態に係る移動体の動力学的挙動を表現する倒立振子モデルを示す図である。
【図１１】ジャンプ時に生成される軌道計画を説明するための図である。
【図１２】ジャンプのために行われる制御を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る移動体を制御する制御系の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る移動体の変形例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。まず、図１〜図６を参照して、本実施形態における倒立振子制御型の移動体の構造を説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態における移動体１は、乗員（運転者）の搭乗部３と、走行面に接地しながら該走行面上を全方向（前後方向及び左右方向を含む２次元的な全方向）に移動可能な移動動作部５と、この移動動作部５を駆動する動力を該移動動作部５に付与するアクチュエータ装置７と、これらの搭乗部３、移動動作部５及びアクチュエータ装置７が組付けられた基体９とを備える。
【００１３】
ここで、本実施形態の説明では、「前後方向」、「左右方向」は、それぞれ、搭乗部３に標準的な姿勢で搭乗した乗員の上体の前後方向、左右方向に一致もしくはほぼ一致する方向を意味する。なお、「標準的な姿勢」は、搭乗部３に関して設計的に想定されている姿勢であり、乗員の上体の体幹軸を概ね上下方向に向け、且つ、上体を捻ったりしていない姿勢である。
この場合、図１においては、「前後方向」、「左右方向」はそれぞれ、紙面に垂直な方向、紙面の左右方向であり、図２においては、「前後方向」、「左右方向」はそれぞれ、紙面の左右方向、紙面に垂直な方向である。また、本実施形態の説明では、参照符号に付する添え字「Ｒ」，「Ｌ」は、それぞれ移動体１の右側、左側に対応するものという意味で使用する。
【００１４】
基体９は、移動動作部５及びアクチュエータ装置７が組付けられた下部フレーム１１と、この下部フレーム１１の上方に設けられて基体９を伸縮させる伸縮フレーム１２とからなる。伸縮フレーム１２は、下部フレーム１１の上端から上方に延設された支柱フレーム１２ａと、支柱フレーム１２ａに沿って摺動可能であるとともに自身が支柱フレーム１２ａに沿う方向に伸縮可能な直動アクチュエータ１３と、直動アクチュエータ１３の上方に延設された支柱フレーム１２ｂと、一端が下部フレーム１１の上端に固定されるとともに他端が直動アクチュエータ１３の下端に固定されて支柱フレーム１２ａに沿う方向に伸縮するバネ１４とを備える。
【００１５】
直動アクチュエータ１３は、四角環状の第１部材１３ａと、一部が第１部材１３ａ内に介挿されて中心軸が同軸となるように配置された四角環状の第２部材１３ｂとを備えている。さらに第１部材１３ａ内には、例えばサーボモータ等によって駆動され、第２部材１３ａに対して所定の推力を伝達する歯車機構（図示省略）が備えられている。そして、この歯車機構により第２部材１３ｂが第１部材１３ａに対して中心軸方向に相対移動されることにより、これら第１部材１３ａ及び第２部材１３ｂとの相対位置が変位し、直動アクチュエータ１３が中心軸方向に伸縮する。即ち、本実施形態における直動アクチュエータ１３は、第１部材１３ａをシリンダとし、第２部材１３ｂをロッドとしたパワーシリンダから構成されている。
【００１６】
なお、直動アクチュエータ１３としては、上記構成の他、例えばサーボモータにより駆動されるボールネジと該ボールネジに螺合するボールナットとを備えたボールネジ機構から構成されたものであってもよい。これによっても第１部材１３ａと第２部材１３ｂとを中心軸方向に相対移動させることで、直動アクチュエータ１３を伸縮可能とすることができる。
【００１７】
このような直動アクチュエータ１３は、移動体１のジャンプ（跳躍）を可能とするために設けられる。また、直動アクチュエータ１３には中心軸が第１部材１３ａ及び第２部材１３ｂの中心軸と同軸となるように支柱フレーム１２ａが介挿されており、直動アクチュエータ１３は支柱フレーム１２ａをガイドとして該支柱フレーム１２ａに沿って摺動可能とされている。
【００１８】
この直動アクチュエータ１３は、第２部材１３ｂの下端に配置されたバネ１４によって支持される。このため、直動アクチュエータ１３が支柱フレーム１２ａに沿って摺動すると、直動アクチュエータ１３の摺動動作に合わせてバネ１４が伸縮する。バネ１４は、主として走行時やジャンプ時における衝撃を和らげるために設けられており、乗員が搭乗部３に搭乗したときに搭乗部３が僅かに沈み込み、ジャンプ時の衝撃（着地時に受ける衝撃）を十分に吸収することができる程度の堅さのものを用いるのが望ましい。このように、伸縮フレーム１２は伸縮方向が同じ方向に設定されて直列接続された直動アクチュエータ１３とバネ１４とからなる伸縮機構を備えており、かかる伸縮機構によって伸縮フレーム１２が伸縮することによって基体９が伸縮する。
【００１９】
なお、本実施形態においては、上記バネ１４として直動アクチュエータ１３の中心軸方向に延びるコイルスプリングを採用しているが、これに限定されることはなく、所定のバネ定数を備えていれば他の部材をバネ１４として用いてもよい。
【００２０】
直動アクチュエータ１３の上部に設けられた支柱フレーム１２ｂには、直動アクチュエータ１３の伸縮量（ストローク量）を検出するとともに、その検出結果を参照しつつ直動アクチュエータ１３の伸縮量を制御する制御ユニット１０が取付けられている。また、支柱フレーム１２ｂには、該支柱フレーム１２ａから前方側に張り出したシートフレーム１５が固定されている。
【００２１】
そして、このシートフレーム１５上に、乗員が着座するシート３が装着されている。本実施形態では、このシート３が乗員の搭乗部となっている。従って、本実施形態における移動体１（以降、単に車両１という）は、乗員がシート３に着座した状態で、走行面上を移動するものである。なお、搭乗部は、シート３のように乗員が着座可能なものでもよいが、足を載せるためのステップのみでもよいし、それらを両方備えていてもよい。搭乗部としてシート、ステップの両方を備える場合、荷重検出部をシート下部およびステップに備え付けていてもよい。
また、シート３の左右には、シート３に着座した乗員が必要に応じて把持するためのグリップ１７Ｒ，１７Ｌが配置され、これらのグリップ１７Ｒ，１７Ｌがそれぞれ、支柱フレーム１２ａ（又はシートフレーム１５）から延設されたブラケット１９Ｒ，１９Ｌの先端部に固定されている。
【００２２】
下部フレーム１１は、左右方向に間隔を存して二股状に対向するように配置された一対のカバー部材２１Ｒ，２１Ｌを備える。これらのカバー部材２１Ｒ，２１Ｌの上端部（二股の分岐部分）は、前後方向の軸心を有するヒンジ軸２３を介して連結され、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの一方が他方に対して相対的にヒンジ軸２３の周りに揺動可能となっている。この場合、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌは、図示を省略するバネによって、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの下端部側（二股の先端側）が狭まる方向に付勢されている。
【００２３】
また、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌのそれぞれの外面部には、前記シート３に着座した乗員の右足を載せるステップ２５Ｒと左足を載せるステップ２５Ｌとが各々、右向き、左向きに張り出すように突設されている。なお、これらステップ２５Ｌ，２５Ｒも乗員の搭乗部である。更に、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌのそれぞれの外面部には、ステップ２５Ｒに乗せられた乗員の右足を固定するトゥグリップ２６Ｒとステップ２５Ｌに乗せられた乗員の左足を固定するトゥグリップ２６Ｌとが各々、右向き、左向きに張り出すように突設されている。
【００２４】
これらトゥグリップ２６Ｒ，２６Ｌは、ステップ２５Ｒ，２５Ｌに乗せられた乗員の右足，左足をそれぞれ甲の位置で固定すべく、前後方向におけるステップ２５Ｒ，２５Ｌの中央部よりも僅かに前方の位置の上方に設けられている。即ち、本実施形態においては、トゥグリップ２６Ｒ，２６Ｌは、ステップ２５Ｒ，２５Ｌの前後方向中央よりも前方側にオフセットした位置に配置されている。このトゥグリップ２６Ｒ，２６Ｌを設けることで、走行時やジャンプ時におけるステップ２５Ｒ，２５Ｌの踏み外しが防止される。
【００２５】
移動動作部５及びアクチュエータ装置７は、下部フレーム１１のカバー部材２１Ｒ，２１Ｌの間に配置されている。これらの移動動作部５及びアクチュエータ装置７の構造を図３〜図６を参照して説明する。
なお、本実施形態で例示する移動動作部５及びアクチュエータ装置７は、例えば前記特許文献２の図１に開示されているものと同じ構造のものである。従って、本実施形態の説明においては、移動動作部５及びアクチュエータ装置７の構成に関して、前記特許文献２に記載された事項については、簡略的な説明に留める。
【００２６】
本実施形態では、移動動作部５は、ゴム状弾性材により円環状に形成された車輪体であり、ほぼ円形の横断面形状を有する。この移動動作部５（以降、車輪体５という）は、その弾性変形によって、図５及び図６の矢印Ｙ１で示す如く、円形の横断面の中心Ｃ１（より詳しくは、円形の横断面中心Ｃ１を通って、車輪体５の軸心と同心となる円周線）の周りに回転可能となっている。
【００２７】
この車輪体５は、その軸心Ｃ２（車輪体５全体の直径方向に直交する軸心Ｃ２）を左右方向に向けた状態で、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの間に配置され、該車輪体５の外周面の下端部にて走行面に接地する。
そして、車輪体５は、アクチュエータ装置７による駆動（詳細は後述する）によって、図５の矢印Ｙ２で示す如く車輪体５の軸心Ｃ２の周りに回転する動作（走行面上を輪転する動作）と、車輪体５の横断面中心Ｃ１の周りに回転する動作とを行なうことが可能である。その結果、車輪体５は、それらの回転動作の複合動作によって、走行面上を全方向に移動することが可能となっている。
【００２８】
アクチュエータ装置７は、車輪体５と右側のカバー部材２１Ｒとの間に介装される回転部材２７Ｒ及びフリーローラ２９Ｒと、車輪体５と左側のカバー部材１７Ｌとの間に介装される回転部材２７Ｌ及びフリーローラ２９Ｌと、回転部材２７Ｒ及びフリーローラ２９Ｒの上方に配置されたアクチュエータとしての電動モータ３１Ｒと、回転部材２７Ｌ及びフリーローラ２９Ｌの上方に配置されたアクチュエータとしての電動モータ３１Ｌとを備える。
電動モータ３１Ｒ，３１Ｌは、それぞれのハウジングがカバー部材２１Ｒ，２１Ｌに各々取付けられている。なお、図示は省略するが、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの電源（蓄電器）は、支柱フレーム１２ａ等、基体９の適所に搭載されている。
【００２９】
回転部材２７Ｒは、左右方向の軸心を有する支軸３３Ｒを介してカバー部材２１Ｒに回転可能に支持されている。同様に、回転部材２７Ｌは、左右方向の軸心を有する支軸３３Ｌを介してカバー部材２１Ｌに回転可能に支持されている。この場合、回転部材２７Ｒの回転軸心（支軸３３Ｒの軸心）と、回転部材２７Ｌの回転軸心（支軸３３Ｌの軸心）とは同軸心である。
【００３０】
回転部材２７Ｒ，２７Ｌは、それぞれ電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの出力軸に、減速機としての機能を含む動力伝達機構を介して接続されており、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌからそれぞれ伝達される動力（トルク）によって回転駆動される。各動力伝達機構は、例えばプーリ・ベルト式のものである。すなわち、図３に示す如く、回転部材２７Ｒは、プーリ３５Ｒとベルト３７Ｒとを介して電動モータ３１Ｒの出力軸に接続されている。同様に、回転部材２７Ｌは、プーリ３５Ｌとベルト３７Ｌとを介して電動モータ３１Ｌの出力軸に接続されている。
【００３１】
なお、上記動力伝達機構は、例えば、スプロケットとリンクチェーンとにより構成されるもの、あるいは、複数のギヤにより構成されるものであってもよい。また、例えば、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを、それぞれの出力軸が各回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同軸心になるように各回転部材２７Ｒ，２７Ｌに対向させて配置し、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの出力軸を回転部材２７Ｒ，２７Ｌに各々、減速機（遊星歯車装置等）を介して連結するようにしてもよい。
【００３２】
各回転部材２７Ｒ，２７Ｌは、車輪体５側に向かって縮径する円錐台と同様の形状に形成されており、その外周面がテーパ外周面３９Ｒ，３９Ｌとなっている。
回転部材２７Ｒのテーパ外周面３９Ｒの周囲には、回転部材２７Ｒと同心の円周上に等間隔で並ぶようにして、複数のフリーローラ２９Ｒが配列されている。そして、これらのフリーローラ２９Ｒは、それぞれ、ブラケット４１Ｒを介してテーパ外周面３９Ｒに取付けられ、該ブラケット４１Ｒに回転自在に支承されている。
【００３３】
同様に、回転部材２７Ｌのテーパ外周面３９Ｌの周囲には、回転部材２７Ｌと同心の円周上に等間隔で並ぶようにして、複数（フリーローラ２９Ｒと同数）のフリーローラ２９Ｌが配列されている。そして、これらのフリーローラ２９Ｌは、それぞれ、ブラケット４１Ｌを介してテーパ外周面３９Ｌに取付けられ、該ブラケット４１Ｌに回転自在に支承されている。
【００３４】
前記車輪体５は、回転部材２７Ｒ側のフリーローラ２９Ｒと、回転部材２７Ｌ側のフリーローラ２９Ｌとの間に挟まれるようにして、回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同軸心に配置されている。
この場合、図１及び図６に示すように、各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌは、その軸心Ｃ３が車輪体５の軸心Ｃ２に対して傾斜すると共に、車輪体５の直径方向（車輪体５をその軸心Ｃ２の方向で見たときに、該軸心Ｃ２と各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌとを結ぶ径方向）に対して傾斜する姿勢で配置されている。そして、このような姿勢で、各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌのそれぞれの外周面が車輪体５の内周面に斜め方向に圧接されている。
【００３５】
より一般的に言えば、右側のフリーローラ２９Ｒは、回転部材２７Ｒが軸心Ｃ２の周りに回転駆動されたときに、車輪体５との接触面で、軸心Ｃ２周りの方向の摩擦力成分（車輪体５の内周の接線方向の摩擦力成分）と、車輪体５の前記横断面中心Ｃ１の周り方向の摩擦力成分（円形の横断面の接線方向の摩擦力成分）とを車輪体５に作用させ得るような姿勢で、車輪体５の内周面に圧接されている。左側のフリーローラ２９Ｌについても同様である。
【００３６】
この場合、前記したように、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌは、図示しないバネによって、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの下端部側（二股の先端側）が狭まる方向に付勢されている。このため、この付勢力によって、右側のフリーローラ２９Ｒと左側のフリーローラ２９Ｌとの間に車輪体５が挟持されると共に、車輪体５に対する各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌの圧接状態（より詳しくはフリーローラ２９Ｒ，２９Ｌと車輪体５との間で摩擦力が作用し得る圧接状態）が維持される。
【００３７】
以上説明した構造を有する車両１においては、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌによりそれぞれ、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを同方向に等速度で回転駆動した場合には、車輪体５が回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同方向に軸心Ｃ２の周りに回転することとなる。これにより、車輪体５が走行面上を前後方向に輪転して、車両１の全体が前後方向に移動することとなる。なお、この場合は、車輪体５は、その横断面中心Ｃ１の周りには回転しない。
【００３８】
また、例えば、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを互いに逆方向に同じ大きさの速度で回転駆動した場合には、車輪体５は、その横断面中心Ｃ１の周りに回転することとなる。これにより、車輪体５がその軸心Ｃ２の方向（すなわち左右方向）に移動し、ひいては、車両１の全体が左右方向に移動することとなる。なお、この場合は、車輪体５は、その軸心Ｃ２の周りには回転しない。
【００３９】
さらに、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを、互いに異なる速度（方向を含めた速度）で、同方向又は逆方向に回転駆動した場合には、車輪体５は、その軸心Ｃ２の周りに回転すると同時に、その横断面中心Ｃ１の周りに回転することとなる。
この時、これらの回転動作の複合動作（合成動作）によって、前後方向及び左右方向に対して傾斜した方向に車輪体５が移動し、ひいては、車両１の全体が車輪体５と同方向に移動することとなる。この場合の車輪体５の移動方向は、回転部材２７Ｒ，２７Ｌの回転方向を含めた回転速度（回転方向に応じて極性が定義された回転速度ベクトル）の差に依存して変化するものとなる。
以上のように車輪体５の移動動作が行なわれるので、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転速度（回転方向を含む）を制御し、ひいては回転部材２７Ｒ，２７Ｌの回転速度を制御することによって、車両１の移動速度及び移動方向を制御できることとなる。
【００４０】
次に、本実施形態の車両１の動作制御のための構成を説明する。なお、以降の説明では、図１及び図２に示すように、前後方向の水平軸をＸ軸、左右方向の水平軸をＹ軸、鉛直方向をＺ軸とするＸＹＺ座標系を想定し、前後方向、左右方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向と言うことがある。
【００４１】
まず、車両１の概略的な動作制御を説明すると、本実施形態では、基本的には、シート３に着座した乗員がその上体を傾けた場合（詳しくは、乗員と車両１とを合わせた全体の重心点の位置（水平面に投影した位置）を動かすように上体を傾けた場合）に、該上体を傾けた側に基体９がシート３と共に傾動する。そして、この時、基体９が傾いた側に車両１が移動するように、車輪体５の移動動作が制御される。例えば、乗員が上体を前傾させ、ひいては、基体９をシート３と共に前傾させると、車両１が前方に移動するように、車輪体５の移動動作が制御される。
【００４２】
すなわち、本実施形態では、乗員が上体を動かし、ひいては、シート３と共に基体９を傾動させるという動作が、車両１に対する１つの基本的な操縦操作（車両１の動作要求）とされ、その操縦操作に応じて車輪体５の移動動作がアクチュエータ装置７を介して制御される。
【００４３】
ここで、本実施形態の車両１は、その全体の接地面としての車輪体５の接地面が、車両１とこれに搭乗する乗員との全体を走行面に投影した領域に比して面積が小さい単一の局所領域となり、その単一の局所領域だけに床反力が作用する。このため、基体９が傾倒しないようにするためには、乗員及び車両１の全体の重心点が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置するように、車輪体５を動かす必要がある。
【００４４】
そこで、本実施形態では、乗員及び車両１の全体の重心点が、車輪体５の中心点（軸心Ｃ２上の中心点）のほぼ真上に位置する状態（より正確には当該重心点が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態）での基体９の姿勢を目標姿勢とし、基本的には、基体９の実際の姿勢を目標姿勢に収束させるように、車輪体５の移動動作が制御される。
【００４５】
また、車両１を発進させる場合等において、アクチュエータ装置７による推進力とは別に、例えば乗員が必要に応じて自身の足により床を蹴り、それにより車両１の移動速度を増速させる推進力（乗員の足平と床との摩擦力による推進力）を、付加的な外力として車両１に作用させた場合には、それに応じて車両１の移動速度（より正確には、乗員及び車両の全体の重心点の移動速度）が増速するように、車輪体５の移動動作が制御される。なお、当該推進力の付加が停止された状態では、車両１の移動速度が一旦、一定速度に保持された後、減衰して、該車両１が停止するように、車輪体５の移動動作が制御される（車輪体５の制動制御が行なわれる）。
【００４６】
さらに、車両１に乗員が搭乗していない状態では、車両１の単体の重心点が、車輪体５の中心点（軸心Ｃ２上の中心点）のほぼ真上に位置する状態（より正確には当該重心点が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態）での基体９の姿勢を目標姿勢とし、該基体９の実際の姿勢を目標姿勢に収束させ、ひいては、基体９が傾倒することなく車両１が自立するように、車輪体５の移動動作が制御される。
【００４７】
またさらに、車両１をジャンプさせる指示がなされた場合には、その指示に基づいてジャンプ時の軌道計画を生成し、軌道計画に従って車両１がジャンプするように車両１の射出角及び射出速度が制御される。車両１の射出角の制御はアクチュエータ装置７の推進力を発生させて基体９の姿勢を制御することによって行われ、車両１の射出速度の制御は直動アクチュエータ１３の伸縮量を調整することにより行われる。
【００４８】
なお、車両１をジャンプさせる指示（ジャンプ指示：指令値）は、例えば乗員が制御ユニット５０に接続されたジョイスティック等の操作コントローラ（図示省略）を操作することによって行われる。具体的には、乗員が操作コントローラを操作して、ジャンプ方向と車両１の飛距離又はジャンプ高さとを指示した後にジャンプボタンを押下すると、そのジャンプ指示内容に従った車両１の射出角及び射出速度の制御が行われ、かかる制御により車両１がジャンプする。なお、ここにいう「飛距離」とは車輪体５が走行面から離れた離床地点から走行面に着地する着床地点までの距離をいう。
【００４９】
本実施形態では、以上の如き車両１の動作制御を行なうために、図１及び図２に示すように、マイクロコンピュータや電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのドライブ回路ユニットなどを含む電子回路ユニットにより構成された制御ユニット５０と、基体９の所定の部位の鉛直方向（重力方向）に対する傾斜角θb及びその変化速度（＝dθb/dt）を計測するための傾斜センサ５２と、車両１に乗員が搭乗しているか否かを検知するための荷重センサ５４と、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの出力軸の回転角度及び回転角速度を検出するための角度センサとしてのロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌと、直動アクチュエータ１３の伸縮量（ストローク量）の検出結果を参照しつつその伸縮量を制御する制御ユニット１０がそれぞれ、車両１の適所に搭載されている。
【００５０】
この場合、制御ユニット５０及び傾斜センサ５２は、例えば、基体９の支柱フレーム１２ａの内部に収容された状態で該支柱フレーム１２ａに取付けられている。また、荷重センサ５４は、シート３に内蔵されている。また、ロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌは、それぞれ、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌと一体に設けられている。なお、ロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌは、それぞれ、回転部材２７Ｒ，２７Ｌに装着してもよい。なお、制御ユニット１０は、直動アクチュエータ１３の上部に取付けられている。
【００５１】
上記傾斜センサ５２は、より詳しくは、加速度センサとジャイロセンサ等のレートセンサ（角速度センサ）とから構成され、これらのセンサの検出信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、傾斜センサ５２の加速度センサ及びレートセンサの出力を基に、所定の計測演算処理（これは公知の演算処理でよい）を実行することによって、傾斜センサ５２を搭載した部位（本実施形態では支柱フレーム１２ａ）の、鉛直方向に対する傾斜角度θbの計測値とその変化速度（微分値）である傾斜角速度θbdotの計測値とを算出する。
【００５２】
この場合、計測する傾斜角度θb（以降、基体傾斜角度θbということがある）は、より詳しくは、それぞれ、Ｙ軸周り方向（ピッチ方向）の成分θb_xと、Ｘ軸周り方向（ロール方向）の成分θb_yとから成る。同様に、計測する傾斜角速度θbdot（以降、基体傾斜角速度θbdotということがある）も、Ｙ軸周り方向（ピッチ方向）の成分θbdot_x（＝dθb_x/dt）と、Ｘ軸周り方向（ロール方向）の成分θbdot_y（＝dθb_y/dt）とから成る。
【００５３】
なお、本実施形態の説明では、上記基体傾斜角度θbなど、Ｘ軸及びＹ軸の各方向（又は各軸周り方向）の成分を有する運動状態量等の変数、あるいは、該運動状態量に関連する係数等の変数に関しては、その各成分を区別して表記する場合に、該変数の参照符号に、添え字"_x"又は"_y"を付加する。
この場合において、並進速度等の並進運動に係わる変数については、そのＸ軸方向の成分に添え字"_x"を付加し、Ｙ軸方向の成分に添え字"_y"を付加する。
【００５４】
一方、角度、回転速度（角速度）、角加速度など、回転運動に係わる変数については、並進運動に係わる変数と添え字を揃えるために、便宜上、Ｙ軸周り方向の成分に添え字"_x"を付加し、Ｘ軸周り方向の成分に添え字"_y"を付加する。
さらに、Ｘ軸方向の成分（又はＹ軸周り方向の成分）と、Ｙ軸方向の成分（又はＸ軸周り方向の成分）との組として変数を表記する場合には、該変数の参照符号に添え字"_xy"を付加する。例えば、上記基体傾斜角度θbを、Ｙ軸周り方向の成分θb_xとＸ軸周り方向の成分θb_yの組として表現する場合には、「基体傾斜角度θb_xy」というように表記する。
【００５５】
前記荷重センサ５４は、乗員がシート３に着座した場合に該乗員の重量による荷重を受けるようにシート３に内蔵され、その荷重に応じた検出信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、この荷重センサ５４の出力により示される荷重の計測値に基づいて、車両１に乗員が搭乗しているか否かを判断する。
なお、荷重センサ５４の代わりに、例えば、乗員がシート３に着座したときにＯＮとなるようなスイッチ式のセンサを用いてもよい。
【００５６】
ロータリーエンコーダ５６Ｒは、電動モータ３１Ｒの出力軸が所定角度回転する毎にパルス信号を発生し、このパルス信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、そのパルス信号を基に、電動モータ５３Ｒの出力軸の回転角度を計測し、さらにその回転角度の計測値の時間的変化率（微分値）を電動モータ５３Ｒの回転角速度として計測する。電動モータ３１Ｌ側のロータリーエンコーダ５６Ｌについても同様である。
【００５７】
制御ユニット５０は、上記の各計測値を用いて所定の演算処理を実行することによって、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度の目標値である速度指令を決定し、その速度指令に従って、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度をフィードバック制御する。
なお、電動モータ３１Ｒの出力軸の回転角速度と、回転部材２７Ｒの回転角速度との間の関係は、該出力軸と回転部材２７Ｒとの間の一定値の減速比に応じた比例関係になるので、本実施形態の説明では、便宜上、電動モータ３１Ｒの回転角速度は、回転部材２７Ｒの回転角速度を意味するものとする。同様に、電動モータ３１Ｌの回転角速度は、回転部材２７Ｌの回転角速度を意味するものとする。
【００５８】
また、制御ユニット５０は、車両１をジャンプさせる指示がなされた場合には、その指示に基づいてジャンプ時の軌道計画を生成し、軌道計画に従って車両１がジャンプするようにジャンプ時の車両１の姿勢を制御することによって車両１の射出角を制御する。加えて、制御ユニット５０に対して指令信号を出力して直動アクチュエータ１３の伸縮量を調整させることによって車両１の射出速度を制御する。制御ユニット１０は、制御ユニット５０からの指令信号に基づいて直動アクチュエータ１３の伸縮量（ストローク量）の検出結果を参照しつつ、直動アクチュエータ１３の伸縮量を制御する。
【００５９】
以下に、車両１の制御系（制御ユニット１０及び制御ユニット５０）で行われる制御処理をさらに詳細に説明する。車両１の制御系は、所定の制御処理周期で図７〜９のフローチャートに示す処理を実行する。なお、車両１の運転モードは走行面上を走行する際の運転モードである「走行モード」と、ジャンプ時の運転ードである「ジャンプ動作モード」とに大別され、車両１の制御系では各々の運転モードに適した制御が行われる。以下、「走行モード」で行われる制御及び「ジャンプ動作モード」で行われる制御について順に説明する。
【００６０】
［走行モード］
まず、ステップＳ１において、制御ユニット５０は、傾斜センサ５２の出力を取得する。
次いで、ステップＳ２に進んで、制御ユニット５０は、取得した傾斜センサ５２の出力を基に、基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sと、基体傾斜角速度θbdotの計測値θbdot_xy_sとを算出する。
なお、以降の説明では、上記計測値θb_xy_sなど、変数（状態量）の実際の値の観測値（計測値又は推定値）を参照符号により表記する場合に、該変数の参照符号に、添え字"_s"を付加する。
【００６１】
次いで、制御ユニット５０は、ステップＳ３において、荷重センサ５４の出力を取得した後、ステップＳ４の判断処理を実行する。この判断処理では、現在の運転モードが走行モードであるか、又はジャンプ動作モードであるかを判断する。ここでは、運転モードが走行モードである場合を考えているため、ステップＳ５の判断処理を実行する。この判断処理では、操作コントローラに設けられたジャンプボタンが押下されて、ジャンプ指示がなされたか否かを判断する。
【００６２】
ステップＳ５の判断結果が「ＮＯ」である場合には、制御ユニット５０は、ステップＳ６において、運転モードを走行モードに設定した後、ステップＳ７の判断処理を実行する。この判断処理においては、制御ユニット５０は、取得した荷重センサ５４の出力が示す荷重計測値があらかじめ設定された所定値よりも大きいか否かによって、車両１に乗員が搭乗しているか否か（シート３に乗員が着座しているか否か）を判断する。
そして、制御ユニット５０は、ステップＳ７の判断結果が肯定的である場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、基体傾斜角度θbの目標値θb_xy_objを設定する処理と、車両１の動作制御用の定数パラメータ（各種ゲインの基本値など）の値を設定する処理とを、それぞれステップＳ８、９で実行する。
【００６３】
ステップＳ８においては、制御ユニット５０は、基体傾斜角度θbの目標値θb_xy_objとして、あらかじめ定められた搭乗モード用の目標値を設定する。
ここで、「搭乗モード」は、車両１に乗員が搭乗している場合での車両１の動作モードを意味する。この搭乗モード用の目標値θb_xy_objは、車両１とシート３に着座した乗員との全体の重心点（以降、車両・乗員全体重心点という）が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態となる基体９の姿勢において、傾斜センサ５２の出力に基づき計測される基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sに一致又はほぼ一致するようにあらかじめ設定されている。
また、ステップＳ９においては、制御ユニット５０は、車両１の動作制御用の定数パラメータの値として、あらかじめ定められた搭乗モード用の値を設定する。なお、定数パラメータは、後述するＫi_a_x，Ｋi_b_x，Ｋi_a_y，Ｋi_b_y（ｉ＝１，２，３）等である。
【００６４】
一方、ステップＳ７の判断結果が否定的である場合（判断結果が「ＮＯ」である場合）には、制御ユニット５０は、基体傾斜角度θb_xyの目標値θb_xy_objを設定する処理と、車両１の動作制御用の定数パラメータの値を設定する処理とを、ステップＳ１０、１１で実行する。
ステップＳ１０においては、制御ユニット５０は、傾斜角度θbの目標値θb_xy_objとして、あらかじめ定められた自立モード用の目標値を設定する。
ここで、「自立モード」は、車両１に乗員が搭乗していない場合での車両１の動作モードを意味する。この自立モード用の目標値θb_xy_objは、車両１単体の重心点（以降、車両単体重心点という）が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態となる基体９の姿勢において、傾斜センサ５２の出力に基づき計測される基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sに一致又はほぼ一致するようにあらかじめ設定されている。この自立モード用の目標値θb_xy_objは、搭乗モード用の目標値θb_xy_objと一般的には異なる。
【００６５】
また、ステップＳ１１においては、制御ユニット５０は、車両１の動作制御用の定数パラメータの値として、あらかじめ定められた自立モード用の値を設定する。この自立モード用の定数パラメータの値は、搭乗モード用の定数パラメータの値と異なる。
搭乗モードと自立モードとで、上記定数パラメータの値を異ならせるのは、それぞれのモードで上記重心点の高さや、全体質量等が異なることに起因して、制御入力に対する車両１の動作の応答特性が互いに異なるからである。
【００６６】
以上のステップＳ７〜１１の処理によって、搭乗モード及び自立モードの動作モード毎に個別に、基体傾斜角度θb_xyの目標値θb_xy_objと定数パラメータの値とが設定される。
なお、ステップＳ８，９の処理、又はステップＳ１０，１１の処理は、制御処理周期毎に実行することは必須ではなく、ステップＳ７の判断結果が変化した場合にだけ実行するようにしてもよい。
補足すると、搭乗モード及び自立モードのいずれにおいても、基体傾斜角速度θbdotのＹ軸周り方向の成分θbdot_xの目標値とＸ軸周り方向の成分θbdot_yの目標値とは、いずれも"０"である。このため、基体傾斜角速度θbdot_xyの目標値を設定する処理は不要である。
【００６７】
以上の如くステップＳ８，９の処理、又はステップＳ１０，１１の処理を実行した後、制御ユニット５０は、次にステップＳ１２において、車両制御演算処理を実行することによって、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの速度指令を決定する。この車両制御演算処理の詳細は後述する。
【００６８】
次いで、ステップＳ１３に進んで、制御ユニット５０は、ステップＳ１２で決定した速度指令に応じて電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの動作制御処理を実行する。この動作制御処理では、制御ユニット５０は、ステップＳ１２で決定した電動モータ３１Ｒの速度指令と、ロータリーエンコーダ５６Ｒの出力に基づき計測した電動モータ３１Ｒの回転速度の計測値との偏差に応じて、該偏差を"０"に収束させるように電動モータ３１Ｒの出力トルクの目標値（目標トルク）を決定する。そして、制御ユニット５０は、その目標トルクの出力トルクを電動モータ３１Ｒに出力させるように該電動モータ３１Ｒの通電電流を制御する。左側の電動モータ３１Ｌの動作制御についても同様である。
【００６９】
なお、詳細は後述するが、運転モードがジャンプ動作モードに設定されている場合には、ステップＳ１３において、直動アクチュエータ１３の伸縮量の制御も実行される。しかしながら、運転モードが走行モードに設定されている場合には、直動アクチュエータ１３の伸縮量の制御は実行されず、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの動作制御処理のみが実行される。
以上が、制御ユニット５０が実行する全体的な制御処理である。
【００７０】
次に、上記ステップＳ１２の車両制御演算処理の詳細を説明する。
なお、以降の説明においては、前記搭乗モードにおける車両・乗員全体重心点と、前記自立モードにおける車両単体重心点とを総称的に、車両系重心点という。該車両系重心点は、車両１の動作モードが搭乗モードである場合には、車両・乗員全体重心点を意味し、自立モードである場合には、車両単体重心点を意味する。
【００７１】
また、以降の説明では、制御ユニット５０が各制御処理周期で決定する値（更新する値）に関し、現在の（最新の）制御処理周期で決定する値を今回値、その１つ前の制御処理周期で決定した値を前回値ということがある。そして、今回値、前回値を特にことわらない値は、今回値を意味する。
また、Ｘ軸方向の速度及び加速度に関しては、前方向きを正の向きとし、Ｙ軸方向の速度及び加速度に関しては、左向きを正の向きとする。
【００７２】
本実施形態では、前記車両系重心点の動力学的な挙動（詳しくは、Ｙ軸方向からこれに直交する面（ＸＺ平面）に投影して見た挙動と、Ｘ軸方向からこれに直交する面（ＹＺ平面）に投影して見た挙動）が、近似的に、図１０に示すような、倒立振子モデルの挙動（倒立振子の動力学的挙動）によって表現されるものとして、ステップＳ１２の車両制御演算処理が行なわれる。
なお、図１０において、括弧を付していない参照符号は、Ｙ軸方向から見た倒立振子モデルに対応する参照符号であり、括弧付きの参照符号は、Ｘ軸方向から見た倒立振子モデルに対応する参照符号である。
【００７３】
この場合、Ｙ軸方向から見た挙動を表現する倒立振子モデルは、車両系重心点に位置する質点６０_xと、Ｙ軸方向に平行な回転軸６２a_xを有して走行面上を輪転自在な仮想的な車輪６２_x（以降、仮想車輪６２_xという）とを備える。そして、質点６０_xが、仮想車輪６２_xの回転軸６２a_xに直線状のロッド６４_xを介して支持され、該回転軸６２a_xを支点として該回転軸６２a_xの周りに揺動自在とされている。
【００７４】
この倒立振子モデルでは、質点６０_xの運動が、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の運動に相当する。また、鉛直方向に対するロッド６４_xの傾斜角度θbe_xがＹ軸周り方向での基体傾斜角度計測値θb_x_sと基体傾斜角度目標値θb_x_objとの偏差θbe_x_s（＝θb_x_s−θb_x_obj）に一致するものとされる。また、ロッド６４_xの傾斜角度θbe_xの変化速度（＝dθbe_x/dt）がＹ軸周り方向の基体傾斜角速度計測値θbdot_x_sに一致するものとされる。また、仮想車輪６２_xの移動速度Ｖw_x（Ｘ軸方向の並進移動速度）は、車両１の車輪体５のＸ軸方向の移動速度に一致するものとされる。
【００７５】
同様に、Ｘ軸方向から見た挙動を表現する倒立振子モデル（図１０の括弧付きの符号を参照）は、車両系重心点に位置する質点６０_yと、Ｘ軸方向に平行な回転軸６２a_yを有して走行面上を輪転自在な仮想的な車輪６２_y（以降、仮想車輪６２_yという）とを備える。そして、質点６０_yが、仮想車輪６２_yの回転軸６２a_yに直線状のロッド６４_yを介して支持され、該回転軸６２a_yを支点として該回転軸６２a_yの周りに揺動自在とされている。
【００７６】
この倒立振子モデルでは、質点６０_yの運動が、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の運動に相当する。また、鉛直方向に対するロッド６４_yの傾斜角度θbe_yがＸ軸周り方向での基体傾斜角度計測値θb_y_sと基体傾斜角度目標値θb_y_objとの偏差θbe_y_s（＝θb_y_s−θb_y_obj）に一致するものとされる。また、ロッド６４_yの傾斜角度θbe_yの変化速度（＝dθbe_y/dt）がＸ軸周り方向の基体傾斜角速度計測値θbdot_y_sに一致するものとされる。また、仮想車輪６２_yの移動速度Ｖw_y（Ｙ軸方向の並進移動速度）は、車両１の車輪体５のＹ軸方向の移動速度に一致するものとされる。
なお、仮想車輪６２_x，６２_yは、それぞれ、あらかじめ定められた所定値Ｒw_x，Ｒw_yの半径を有するものとされる。
【００７７】
また、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度ωw_x，ωw_yと、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R，ω_L（より正確には、回転部材２７Ｒ，２７Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R，ω_L）との間には、次式０１ａ，０１ｂの関係が成立するものとされる。
ωw_x＝Ｃ・（ω_Ｒ−ω_L）／２ ……式０１ａ
ωw_y＝（ω_Ｒ＋ω_L）／２ ……式０１ｂ
なお、式０１ａにおける"Ｃ"は、前記フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌと車輪体５との間の機構的な関係や滑りに依存する所定値の係数である。
【００７８】
ここで、図１０に示す倒立振子モデルの動力学は、次式０３ｘ，０３ｙにより表現される。なお、式０３ｘは、Ｙ軸方向から見た倒立振子モデルの動力学を表現する式、式０３ｙは、Ｘ軸方向から見た倒立振子モデルの動力学を表現する式である。
ｄ2θbe_x／dt2＝α_x・θbe_x＋β_x・ωwdot_x ……式０３ｘ
ｄ2θbe_y／dt2＝α_y・θbe_y＋β_y・ωwdot_y ……式０３ｙ
【００７９】
式０３ｘにおけるωwdot_xは仮想車輪６２_xの回転角加速度（回転角速度ωw_xの１階微分値）、α_xは、質点６０_xの質量や高さｈ_xに依存する係数、β_xは、仮想車輪６２_xのイナーシャ（慣性モーメント）や半径Ｒw_xに依存する係数である。式０３ｙにおけるωwdot_y、α_y、β_yについても上記と同様である。
これらの式０３ｘ，０３ｙから判るように、倒立振子の質点６０_x，６０_yの運動（ひいては車両系重心点の運動）は、それぞれ、仮想車輪６２_xの回転角加速度ωwdot_x、仮想車輪６２_yの回転角加速度ωwdot_yに依存して規定される。
【００８０】
そこで、本実施形態では、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の運動を制御するための操作量（制御入力）として、仮想車輪６２_xの回転角加速度ωwdot_xを用いると共に、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の運動を制御するための操作量（制御入力）として、仮想車輪６２_yの回転角加速度ωwdot_yを用いる。
【００８１】
そして、ステップＳ１２の車両制御演算処理を概略的に説明すると、制御ユニット５０は、Ｘ軸方向で見た質点６０_xの運動と、Ｙ軸方向で見た質点６０_yの運動とが、車両系重心点の所望の運動に対応する運動となるように、操作量としての上記回転角加速度ωwdot_x，ωwdot_yの指令値（目標値）である仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdを決定する。さらに、制御ユニット５０は、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdをそれぞれ積分してなる値を、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度ωw_x，ωw_yの指令値（目標値）である仮想車輪回転角速度指令ωw_x_cmd，ωw_y_cmdとして決定する。
【００８２】
そして、制御ユニット５０は、仮想車輪回転角速度指令ωw_x_cmdに対応する仮想車輪６２_xの移動速度（＝Ｒw_x・ωw_x_cmd）と、仮想車輪回転角速度指令ωw_y_cmdに対応する仮想車輪６２_yの移動速度（＝Ｒw_y・ωw_y_cmd）とを、それぞれ、車両１の車輪体５のＸ軸方向の目標移動速度、Ｙ軸方向の目標移動速度とし、それらの目標移動速度を実現するように、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの速度指令ω_R_cmd，ωL_cmdを決定する。
【００８３】
［ジャンプ動作モード］
車両１の運転モードが走行モードに設定されて以上説明した制御が行われている最中に、操作コントローラに設けられたジャンプボタンが押下されて、ジャンプ指示がなされると運動モードがジャンプ動作モードに移行する。つまり、ジャンプ指示がなされると、ステップＳ５の判断結果が「ＹＥＳ」になり、制御ユニット５０は、ステップＳ１４において、運転モードをジャンプ動作モードに設定した後、ステップＳ１５の軌道計画生成処理を実行する。
【００８４】
軌道計画処理が実行されると、図８に示す通り、制御ユニット５０は、ステップＳ２１において、ジャンプすべきジャンプ高さを決定する。ここで、操作コントローラから入力されるジャンプ指示としては、以下の（１）〜（３）ものが挙げられる。操作コントローラから入力されるジャンプ指示を以下の（１）〜（３）の何れにするかは、車両１の用途、操作性（運転性）等を考慮して決定される。
（１）ジャンプ方向と飛距離とを含むジャンプ指示
（２）ジャンプ方向とジャンプ高さとを含むジャンプ指示
（３）ジャンプ方向、飛距離、及びジャンプ高さを含むジャンプ指示
【００８５】
上記の（２），（３）に示すジャンプ指示のように、ジャンプ高さがジャンプ指示に含まれる場合には、制御ユニット５０は、そのジャンプ高さをジャンプすべきジャンプ高さに決定する。これに対し、上記の（１）に示すジャンプ指示のように、ジャンプ高さがジャンプ指示に含まれない場合には、制御ユニット５０は、予め設定されたジャンプ高さをジャンプすべきジャンプ高さに決定する。
【００８６】
次に、制御ユニット５０は、ステップＳ２２において、ジャンプ時の着地位置を決定する。ここで、ジャンプ時の着地位置は、ジャンプ方向と飛距離とによって求められる。このため、上記の（１），（３）に示すジャンプ指示のようにジャンプ方向と飛距離とが含まれる場合には、これらを用いた所定の演算を行って着地位置を決定する。これに対し、上記の（２）に示すジャンプ指示のように飛距離が含まれない場合には、まずジャンプ高さから滞空時間を算出して飛距離を算出し、次にジャンプ指示に含まれるジャンプ方向と算出した飛距離とを用いた所定の演算を行って着地位置を決定する。
【００８７】
以上の処理が終了すると、制御ユニット５０は、ステップＳ２３において、取得した荷重センサ５４の出力（ステップＳ３で取得）が示す荷重計測値があらかじめ設定された所定値よりも大きいか否かによって、車両１に乗員が搭乗しているか否か（シート３に乗員が着座しているか否か）を判断する。
そして、制御ユニット５０は、ステップＳ２３の判断結果が肯定的である場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、ステップＳ２４において、搭乗モード用の軌道計画を作成する。一方、ステップＳ２３の判断結果が否定的である場合（判断結果が「ＮＯ」である場合）には、制御ユニット５０は、ステップＳ２５において、自立モード用の軌道計画を作成する。
【００８８】
ここで、ステップＳ２４，Ｓ２５における軌道計画の作成方法は基本的に同じであり、ステップＳ２１で決定されたジャンプ高さと、ステップＳ２２で決定された着地位置とに基づいて軌道計画が作成される。ただし、ステップＳ２４では車両重心点を車両・乗員全体重心点に設定して軌道計画（搭乗モード用の軌道計画）が作成され、ステップＳ２５では車両重心点を車両単体重心点に設定して軌道計画（自立モード用の軌道計画）が作成される。なお、軌道計画に沿って車両１をジャンプさせるための射出角及び射出速度は、作成された軌道計画から自動的に求められる。
【００８９】
例えば、図１１に示す通り、飛距離がＪＬであって、ジャンプ高さがＪＨであり、ジャンプ後にジャンプした時と同じ高さの走行面に着地する軌道計画（図中の軌道Ｌ１。簡単に説明するため装置重心の軌道を一例として示している。）が作成された場合には、車両１のジャンプ時の射出角θ0及び射出速度ｖ0はそれぞれ次式０４ａ，０４ｂにより求められる。なお、次式０４ｂ中の変数ｇは重力加速度である。
θ0＝tan−１（４・ＪＨ／ＪＬ） ……式０４ａ
ｖ0＝√（２・ｇ・ＪＨ＋（ｇ・ＪＬ２／８・ＪＨ）） ……式０４ｂ
【００９０】
以上の処理が終了すると、制御ユニット５０は、ステップＳ２６において、ジャンプ動作時における姿勢制御モードを「離床モード」に設定する。なお、姿勢制御モードには、ジャンプまでの車両１の姿勢を制御する「離床モード」、ジャンプによって空中に浮いている状態の車両１の姿勢を制御する「空中モード」、及び着地してからの車両１の姿勢を制御する「着地モード」がある。ステップＳ２６で姿勢制御モードが「離床モード」に設定されると、一連の軌道計画処理が終了し、図７に示すステップＳ７〜Ｓ１３の処理が行われる。
【００９１】
以上の処理で軌道計画が生成されてから、次の制御処理周期が到来すると再び図７に示す処理が開始され、制御ユニット５０によって、傾斜センサ５２の出力を取得する処理（ステップＳ１）、基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sと基体傾斜角速度θbdotの計測値θbdot_xy_sとを算出する処理（ステップＳ２）、及び荷重センサ５４の出力を取得する処理（ステップＳ３）が順次行われる。以上の処理が終了すると、制御ユニット５０は、ステップＳ４において、現在の運転モードが走行モードであるか、又はジャンプ動作モードであるかを判断する。ここでは、先の制御処理周期におけるステップＳ１４の処理で運転モードがジャンプ動作モードに設定されているため、制御ユニット５０は、図９に示すステップＳ３１の判断処理を実行する。
【００９２】
ステップＳ３１の判断処理では、現在の姿勢制御モードが離床モード、空中モード、及び着地モードの何れであるかを判断する。ここでは、先の制御処理周期におけるステップＳ２６の処理（ステップＳ１５のサブルーチン内で行われる処理）にて姿勢制御モードが離床モードに設定されているため、制御ユニット５０は離床モードであると判断し、ステップＳ３２において離床までのシーケンスの実行を開始する。
【００９３】
図１２は、ジャンプ指示が入力されてからジャンプが終了するまでの制御量の一例を示す図である。図１２に示す通り、ジャンプ時には基体９の傾斜角と直動アクチュエータ１３の伸縮量とが制御系によって制御される。なお、基体９の傾斜角は、図１０を用いて説明した通り、車輪体５を駆動することによって制御される。また、図１２においては、ジャンプ指示がなされた時刻をｔ０とし、車輪体５が走行面から離れる時刻をｔ１とし、車輪体５が走行面に着地する時刻をｔ２とし、ジャンプに係る制御系の制御が終了する時刻をｔ３としている。
【００９４】
ステップＳ３２では、ジャンプ指示がなされた時刻ｔ０から車輪体５が走行面から離れる時刻ｔ１までのジャンプ準備期間Ｔ１に、制御ユニット５０が車輪体５を駆動して、基体９の傾斜角（車両１の射出角）を、先の制御処理周期のステップＳ１５で作成された軌道計画に沿って車両１をジャンプさせるための射出角θ0にする制御量を決定する処理が行われる。これと並行して、制御ユニットの５０の制御の下で制御ユニット１０が直動アクチュエータ１３を駆動して、直動アクチュエータ１３の伸縮量を、上記の軌道計画に沿って車両１をジャンプさせるための射出速度ｖ0が得られる伸縮量にする制御量を決定する処理が行われる。
【００９５】
ステップＳ３２の処理が終了すると、制御ユニット５０は、ステップＳ３３において、離床までに行われるシーケンスの全てが終了したか否かを判断する。この判断結果が「ＮＯ」である場合には、制御ユニット５０は、図７に示すステップＳ７〜Ｓ１３の制御を行って、ステップＳ３２で決定した制御量に基づく制御を実行する。ここで、運転モードがジャンプ動作モードであって姿勢制御モードが離床モードである場合には、制御処理周期毎に、ステップＳ１〜Ｓ４，Ｓ３１〜Ｓ３３，Ｓ７〜Ｓ１３の処理が繰り返し行われ、図１２に示すジャンプ準備期間Ｔ１における離床までのシーケンスの残りが順次実行される。なお、図１２では、ジャンプ準備期間Ｔ１に基体９の傾斜角及び直動アクチュエータ１３の伸縮量を共に滑らかに変化させるシーケンスが行われる例を挙げているが、これらの変化のさせ方は任意である。
【００９６】
以上の処理が繰り返し行われて、離床までに行われるシーケンスの最後の処理に至ると、制御ユニット５０の制御の下で制御ユニット１０が直動アクチュエータ１３を一気に伸長させる。これにより、車両１がジャンプして車輪体５が走行面から離れる（時刻ｔ１）。車両１のジャンプによって、離床までに行われるシーケンスの全てが終了する。すると、ステップＳ３３の判断結果が「ＹＥＳ」になり、制御ユニット５０は、ステップＳ３４において、ジャンプ動作時における姿勢制御モードを「空中モード」に設定する。かかる処理が終了すると、制御ユニット５０は、図７に示すステップＳ７〜Ｓ１３の処理を行う。
【００９７】
次の制御処理周期が到来すると、再び図７に示す処理が開始され、制御ユニット５０がステップＳ１〜Ｓ４の処理を順次行った後に、ステップＳ３１において現在の姿勢制御モードが離床モード、空中モード、及び着地モードの何れであるかを判断する。ここでは、先の制御処理周期におけるステップＳ３４の処理にて姿勢制御モードが空中モードに設定されているため、制御ユニット５０は空中モードであると判断し、ステップＳ３５において空中シーケンスの実行を開始する。
【００９８】
ステップＳ３５では、車輪体５が走行面から離れる時刻ｔ１から車輪体５が走行面に着地する時刻ｔ２までのジャンプ期間Ｔ２に、制御ユニット５０が車輪体５を駆動して回転させ、基体９の傾斜角をジャンプ時の傾斜角（車両１の射出角）とは逆にする制御量を決定する処理が行われる。例えば、図１２に示す通り、回転速度が台形状に変化するように車輪体５を回転（車両１が前方に移動する方向に回転）させ、時刻ｔ２までに基体９の傾斜角を、ジャンプ時の基体９の傾斜角θ0とは逆の−θ0にするための制御量を決定する処理が行われる。
【００９９】
かかる処理は、ジャンプしている間に車両１の姿勢を着地に適した姿勢にすることで、より安定した姿勢で着地を迎えられるようにするためである。なお、図１２では、車輪体５の回転速度を、ジャンプ期間Ｔ２のみ図示しており、ジャンプ準備期間Ｔ１及びジャンプ終了期間Ｔ３においては図示を省略している。車両１がジャンプしている状態では、車輪体５を回転させることによる反作用によって基体９の傾斜角が制御される。なお、姿勢制御モードが空中モードに設定されている場合には、直動アクチュエータ１３の伸縮量の制御は必要はないが、必要に応じて制御を行っても良い。
【０１００】
ステップＳ３５の処理が終了すると、制御ユニット５０は、ステップＳ３６において、車輪体５が走行面に着地したか否かを判断する。この判断結果が「ＮＯ」である場合には、制御ユニット５０は、図７に示すステップＳ７〜Ｓ１３の制御を行って、ステップＳ３５で決定した制御量に基づく制御を実行する。ここで、運転モードがジャンプ動作モードであって姿勢制御モードが空中モードである場合には、制御処理周期毎に、ステップＳ１〜Ｓ４，Ｓ３１，Ｓ３５，Ｓ３６，Ｓ７〜Ｓ１３の処理が繰り返し行われ、図１２に示すジャンプ期間Ｔ２における空中シーケンスの残りが順次実行される。
【０１０１】
以上の処理が繰り返し行われて、基体９の傾斜角がジャンプ時の傾斜角とは逆にされた状態で車輪体５が走行面に着地すると（時刻ｔ２）、空中シーケンスの全てが終了する。すると、ステップＳ３６の判断結果が「ＹＥＳ」になり、制御ユニット５０は、ステップＳ３７においてジャンプ動作時における姿勢制御モードを「着地モード」に設定し、ステップＳ３８において着地モード時に行われる着地シーケンス（詳細は後述する）で用いられるカウンタを初期化する。なお。このカウンタは、着地シーケンスの実行に要する時間を制限するためのカウンタであり、上記の初期化によって着地シーケンスが実行される制御処理周期の周期数が設定される。かかる処理が終了すると、制御ユニット５０は、図７に示すステップＳ７〜Ｓ１３の処理を行う。
【０１０２】
次の制御処理周期が到来すると、再び図７に示す処理が開始され、制御ユニット５０がステップＳ１〜Ｓ４の処理を順次行った後に、ステップＳ３１において現在の姿勢制御モードが離床モード、空中モード、及び着地モードの何れであるかを判断する。ここでは、先の制御処理周期におけるステップＳ３７の処理にて姿勢制御モードが着地モードに設定されているため、制御ユニット５０は着地モードであると判断し、ステップＳ３９において着地シーケンスの実行を開始する。
【０１０３】
ステップＳ３９では、車輪体５が走行面に着地した時刻ｔ２からジャンプに係る制御系の制御が終了する時刻ｔ３までのジャンプ終了期間Ｔ３に、制御ユニット５０が車輪体５を駆動して車両１の姿勢を早期に安定させて、図１０を用いて説明した通常の倒立振子モデルの制御に速やかに移行させるための制御量を決定する処理が行われる。なお、姿勢制御モードが空中モードに設定されている場合と同様に、直動アクチュエータ１３の伸縮量の制御は必要はないが、例えば車輪体５が走行面に着地したときに生ずる衝撃や振動を早急に抑える必要がある場合など必要に応じて直動アクチュエータ１３の伸縮量を制御しても良い。
【０１０４】
ステップＳ３９の処理が終了すると、制御ユニット５０は、ステップＳ４０においてカウンタのカウント値をデクリメントする処理を行い、ステップＳ４１においてカウンタのカウント値が零であるか否か、つまり着地シーケンスが終了したか否かを判断する。この判断結果が「ＮＯ」である場合には、制御ユニット５０は、図７に示すステップＳ７〜Ｓ１３の制御を行って、ステップＳ３９で決定した制御量に基づく制御を実行する。ここで、運転モードがジャンプ動作モードであって姿勢制御モードが着地モードである場合には、制御処理周期毎に、ステップＳ１〜Ｓ４，Ｓ３１，Ｓ３９〜Ｓ４１の処理が繰り返し行われ、図１２に示すジャンプ終了期間Ｔ３における着地シーケンスの残りが順次実行される。
【０１０５】
以上の処理が繰り返し行われて、カウンタのカウント値が零になると（時刻ｔ３）、着地シーケンスの全てが終了する。すると、ステップＳ４１の判断結果が「ＹＥＳ」になり、制御ユニット５０は、ステップＳ４２において運転モードを走行モードに設定する。かかる設定がなされると、次の制御処理周期におけるステップＳ４の判断の後にステップＳ５の判断が行われるようになり、運転モードが前述した走行モードに移行する。
【０１０６】
次に、以上説明した動作制御を行う制御系について説明する。図１３は、車両１の動作制御を行う制御系の構成を示すブロック図である。図１３に示す通り、制御系は、２つの制御ユニット１０，５０からなる。制御ユニット１０は、前述した通り、制御ユニット５０から出力される指令信号（車両１の射出速度を示す指令信号）に基づいて、直動アクチュエータ１３の伸縮量（ストローク量）の検出結果を参照しつつ直動アクチュエータ１３の伸縮量を制御する。ここで、制御ユニット１０には直動アクチュエータ１３の伸縮量と車両１の射出速度との対応関係を示すマップが記憶されており、制御ユニット１０は、このマップを用いて指令信号に応じた直動アクチュエータ１３の伸縮量を求める。
【０１０７】
また、図１３に示す通り、制御ユニット５０は、上位コントローラＭＣと下位コントローラＳＣとを備えており、ジョイスティック等の操作コントローラが接続されている。上位コントローラＭＣは、図１３に示す制御系を統括して制御するものであり、操作コントローラからジャンプ指示が入力された場合に、そのジャンプ指示に基づいてジャンプ時の軌道計画を生成する軌道計画生成部ＡＣを備える。軌道計画生成部ＡＣは、操作コントローラからのジャンプ指示に応じた軌道計画を生成する。なお、軌道計画の生成方法は、図１１等を参照して説明したため、ここでは詳細な説明を省略する。上位コントローラＭＣは、軌道計画生成部ＡＣによって軌道計画が生成された場合には、その軌道計画に従って車両１をジャンプさせる射出角及び射出速度を、重心速度算出７２から出力される重心速度推定値Ｖb_xy_sを参照しつつ求める。
【０１０８】
下位コントローラＳＣは、傾斜算出部７１、偏差演算部７０、重心速度算出部７２、要求重心速度生成部７４、重心速度制限部７６、ゲイン調整部７８、姿勢制御演算部８０、モータ指令演算部８２、及び遅延要素８４を備える。傾斜算出部７１は、傾斜センサ５２の加速度センサ及びレートセンサの出力を基に、所定の計測演算処理を実行することによって、傾斜センサ５２を搭載した部位（本実施形態では支柱フレーム１２ａ）の、鉛直方向に対する基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sと、基体傾斜角速度θbdotの計測値θbdot_xy_sとを算出する。偏差演算部７０は、傾斜算出部７１で算出された基体傾斜角度計測値θb_xy_sと、上位コントローラＭＣから出力される基体傾斜角度目標値θb_xy_objとの偏差である基体傾斜角度偏差計測値θbe_xy_sを算出する。
【０１０９】
重心速度算出部７２は、傾斜算出部７１で算出された基体傾斜角速度計測値θbdot_xy_sと、該遅延要素８４から出力される仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdの前回値ωw_xy_cmd_pとから、前記車両系重心点の移動速度である重心速度Ｖb_xyの観測値としての重心速度推定値Ｖb_xy_sを算出する。要求重心速度生成部７４は、重心速度算出部７２で算出された重心速度推定値Ｖb_xy_sに基づいて、乗員等による車両１の操縦操作（車両１に推進力を付加する操作）によって要求されていると推定される上記重心速度Ｖb_xyの要求値としての要求重心速度Ｖ_xy_aimを生成する。
【０１１０】
重心速度制限部７６は、重心速度算出部７２で算出された重心速度推定値Ｖb_xy_sと、要求重心速度生成部７４で生成された要求重心速度Ｖ_xy_aimとから、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの回転角速度の許容範囲に応じた制限を加味して、重心速度Ｖb_xyの目標値としての制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfdを決定する。ゲイン調整部７８は、制御ゲインを調整するためのゲイン調整パラメータＫr_xyを決定する。
【０１１１】
姿勢制御演算部８０は、偏差演算部７０で算出された基体傾斜角度偏差計測値θbe_xy_s、基体傾斜角速度計測値θbdot_xy_s、重心速度算出部７２で算出された重心速度推定値Ｖb_xy_s、重心速度制限部７６で決定された制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfd、及びゲイン調整部７８で決定されたゲイン調整パラメータＫr_xyに基づいて、前記仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを算出する。モータ指令演算部８２は、姿勢制御演算部８０から出力される仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを、右側の電動モータ３１Ｒの速度指令ω_R_cmd（回転角速度の指令値）と左側の電動モータ３１Ｌの速度指令ω_L_cmd（回転角速度の指令値）との組に変換する。遅延用度８４は、各制御処理周期において、仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdの前回値ωw_xy_cmd_pを出力する。
【０１１２】
前述した走行モード時におけるステップＳ１２（図７参照）の車両制御演算処理では、これらの上記の各処理部の処理が以下に説明するように実行される。
すなわち、制御ユニット５０は、まず、傾斜算出部７１の処理を実行する。この傾斜算出部７１には、前記ステップＳ１で取得された傾斜センサ５２からの出力が入力される。そして、傾斜センサ５２の加速度センサ及びレートセンサの出力を基に、所定の計測演算処理を実行することによって、傾斜センサ５２を搭載した部位の、鉛直方向に対する基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sと、基体傾斜角速度θbdotの計測値θbdot_xy_sとを算出する。
【０１１３】
次に、偏差演算部７０の処理と重心速度算出部７２の処理とを実行する。偏差演算部７０には、前記ステップＳ２で算出された基体傾斜角度計測値θb_xy_s（θb_x_s及びθb_y_s）と、前記ステップＳ８又はステップＳ１０で設定された目標値θb_xy_obj（θb_x_obj及びθb_y_obj）とが入力される。そして、偏差演算部７０は、θb_x_sからθb_x_objを減算することによって、Ｙ軸周り方向の基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_s（＝θb_x_s−θb_x_obj）を算出すると共に、θb_y_sからθb_y_objを減算することによって、Ｘ軸周り方向の基体傾斜角度偏差計測値θbe_y_s（＝θb_y_s−θb_y_obj）を算出する。
なお、偏差演算部７０の処理は、ステップＳ１２の車両制御演算処理の前に行なうようにしてもよい。例えば、前記ステップＳ８又はステップＳ１０の処理の中で、偏差演算部７０の処理を実行してもよい。
【０１１４】
前記重心速度算出部７２には、前記ステップＳ２で算出された基体傾斜角速度計測値θbdot_xy_s（θbdot_x_s及びθbdot_y_s）の今回値が入力されると共に、仮想車輪速度指令ωw_xy_cmdの前回値ωw_xy_cmd_p（ωw_x_cmd_p及びωw_y_cmd_p）が遅延要素８４から入力される。そして、重心速度算出部７２は、これらの入力値から、前記倒立振子モデルに基づく所定の演算式によって、重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）を算出する。
【０１１５】
具体的には、重心速度算出部７２は、次式０５ｘ，０５ｙにより、Ｖb_x_s及びＶb_y_sをそれぞれ算出する。
Ｖb_x_s＝Ｒw_x・ωw_x_cmd_p＋ｈ_x・θbdot_x_s ……０５ｘ
Ｖb_y_s＝Ｒw_y・ωw_y_cmd_p＋ｈ_y・θbdot_y_s ……０５ｙ
【０１１６】
これらの式０５ｘ，０５ｙにおいて、Ｒw_x，Ｒw_yは、前記したように、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの半径であり、これらの値は、あらかじめ設定された所定値である。また、ｈ_x，ｈ_yは、それぞれ倒立振子モデルの質点６０_x，６０_yの高さである。この場合、本実施形態では、車両系重心点の高さは、ほぼ一定に維持されるものとされる。そこで、ｈ_x，ｈ_yの値としては、それぞれ、あらかじめ設定された所定値が用いられる。補足すると、高さｈ_x，ｈ_yは、前記ステップＳ９又はステップＳ１１において値を設定する定数パラメータに含まれるものである。
【０１１７】
上記式０５ｘの右辺の第１項は、仮想車輪６２_xの速度指令の前回値ωw_x_cmd_pに対応する該仮想車輪６２_xのＸ軸方向の移動速度であり、この移動速度は、車輪体５のＸ軸方向の実際の移動速度の現在値に相当するものである。また、式０５ｘの右辺の第２項は、基体９がＹ軸周り方向にθbdot_x_sの傾斜角速度で傾動することに起因して生じる車両系重心点のＸ軸方向の移動速度（車輪体５に対する相対的な移動速度）の現在値に相当するものである。これらのことは、式０５ｙについても同様である。
【０１１８】
なお、前記ロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌの出力を基に計測される電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度の計測値（今回値）の組を、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度の組に変換し、それらの回転角速度を、式０５ｘ、０５ｙのωw_x_cmd_p、ωw_y_cmd_pの代わりに用いてもよい。ただし、回転角速度の計測値に含まれるノイズの影響を排除する上では、目標値であるωw_x_cmd_p、ωw_y_cmd_pを使用することが有利である。
【０１１９】
次に、制御ユニット５０は、要求重心速度生成部７４の処理とゲイン調整部７８の処理とを実行する。この場合、要求重心速度生成部７４及びゲイン調整部７８には、それぞれ、重心速度算出部７２で上記の如く算出された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）が入力される。
そして、要求重心速度生成部７４は、詳細は後述するが、車両１の動作モードが搭乗モードである場合に、入力された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）を基に、要求重心速度Ｖ_xy_aim（Ｖ_x_aim，Ｖ_y_aim）を決定する。なお、本実施形態では、車両１の動作モードが自立モードである場合には、要求重心速度生成部７４は、要求重心速度Ｖ_x_aim及びＶ_y_aimをいずれも"０"とする。
また、ゲイン調整部７８は、入力された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）を基に、前記ゲイン調整パラメータＫr_xy（Ｋr_x及びＫr_y）を決定する。
【０１２０】
次に、制御ユニット５０は、重心速度制限部７６の処理を実行する。
この重心速度制限部７６には、重心速度算出部７２で算出された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）と、要求重心速度生成部７４で決定された要求重心速度Ｖ_xy_aim（Ｖ_x_aim及びＶ_y_aim）とが入力される。そして、重心速度制限部７６は、これらの入力値を使用して、制御用目標重心速度Ｖ_xy_mdfd（Ｖ_x_mdfd及びＶ_y_mdfd）を決定する。
【０１２１】
次いで、制御ユニット５０は、姿勢制御演算部８０の処理を実行する。
姿勢制御演算部８０は、まず、次式０７ｘ，０７ｙにより、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_cmdを算出する。
ωwdot_x_cmd＝Ｋ1_x・θbe_x_s＋Ｋ2_x・θbdot_x_s
＋Ｋ3_x・(Ｖb_x_s−Ｖb_x_mdfd) ……式０７ｘ
ωwdot_y_cmd＝Ｋ1_y・θbe_y_s＋Ｋ2_y・θbdot_y_s
＋Ｋ3_y・(Ｖb_y_s−Ｖb_y_mdfd) ……式０７ｙ
【０１２２】
従って、本実施形態では、Ｙ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_xの運動（ひいては、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の運動）を制御するための操作量（制御入力）としての仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmdと、Ｘ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_yの運動（ひいては、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の運動）を制御するための操作量（制御入力）としての仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_y_cmdとは、それぞれ、３つの操作量成分（式０７ｘ，０７ｙの右辺の３つの項）を加え合わせることによって決定される。
【０１２３】
この場合、式０７ｘにおける各操作量成分に係わるゲイン係数Ｋ1_x，Ｋ2_x，Ｋ3_xは、ゲイン調整パラメータＫr_xに応じて可変的に設定され、式０７ｙにおける各操作量成分に係わるゲイン係数Ｋ1_y，Ｋ2_y，Ｋ3_yは、ゲイン調整パラメータＫr_yに応じて可変的に設定される。以降、式０７ｘにおけるゲイン係数Ｋ1_x，Ｋ2_x，Ｋ3_xのそれぞれを第１ゲイン係数Ｋ1_x、第２ゲイン係数Ｋ2_x、第３ゲイン係数Ｋ3_xということがある。このことは、式０７ｙにおけるゲイン係数Ｋ1_y，Ｋ2_y，Ｋ3_yについても同様とする。
【０１２４】
式０７ｘにおける第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）と、式０７ｙにおける第ｉゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）とは、次式０９ｘ、０９ｙにより、ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yに応じて決定される。
Ｋi_x＝（１−Ｋr_x）・Ｋi_a_x＋Ｋr_x・Ｋi_b_x ……式０９ｘ
Ｋi_y＝（１−Ｋr_y）・Ｋi_a_y＋Ｋr_y・Ｋi_b_y ……式０９ｙ
（ｉ＝１，２，３）
【０１２５】
ここで、式０９ｘにおけるＫi_a_x、Ｋi_b_xは、それぞれ、第ｉゲイン係数Ｋi_xの最小側（"０"に近い側）のゲイン係数値、最大側（"０"から離れる側）のゲイン係数値としてあらかじめ設定された定数値である。このことは、式０９ｙにおけるＫi_a_y、Ｋi_b_yについても同様である。
【０１２６】
従って、式０７ｘの演算に用いる各第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）は、それぞれに対応する定数値Ｋi_a_x、Ｋi_b_xの重み付き平均値として決定される。そして、この場合、Ｋi_a_x、Ｋi_b_xにそれぞれ掛かる重みが、ゲイン調整パラメータＫr_xに応じて変化させられる。このため、Ｋr_x＝０である場合には、Ｋi_x＝Ｋi_a_xとなり、Ｋr_x＝１である場合には、Ｋi_x＝Ｋi_b_xとなる。そして、Ｋr_xが"０"から"１"に近づくに伴い、第ｉゲイン係数Ｋi_xはＫi_a_xからＫi_b_x近づいていく。
【０１２７】
同様に、式０７ｙの演算に用いる各第ｉゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）は、それぞれに対応する定数値Ｋi_a_y、Ｋi_b_yの重み付き平均値として決定される。そして、この場合、Ｋi_a_y、Ｋi_b_yにそれぞれ掛かる重みが、ゲイン調整パラメータＫr_yに応じて変化させられる。このため、Ｋi_xの場合と同様に、Ｋr_yの値が"０"から"１"の間で変化するに伴い、第ｉゲイン係数Ｋi_yの値が、Ｋi_a_yとＫi_b_yとの間で変化する。
補足すると、上記定数値Ｋi_a_x、Ｋi_b_x及びＫi_a_y，Ｋi_b_y（ｉ＝１，２，３）は、前記ステップＳ９又はステップＳ１１において値が設定される定数パラメータに含まれるものである。
【０１２８】
姿勢制御演算部８０は、上記の如く決定した第１〜第３ゲイン係数Ｋ1_x，Ｋ2_x，Ｋ3_xを用いて前記式０７ｘの演算を行なうことで、Ｘ軸方向に輪転する仮想車輪６２_xに係わる仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmdを算出する。
同様に、姿勢制御演算部８０は、上記の如く決定した第１〜第３ゲイン係数Ｋ1_y，Ｋ2_y，Ｋ3_yを用いて前記式０７ｙの演算を行なうことで、Ｙ軸方向に輪転する仮想車輪６２_yに係わる仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_y_cmdを算出する。
【０１２９】
姿勢制御演算部８０は、上記の如く、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdを算出した後、次に、これらのωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdをそれぞれ積分器８０ｆにより積分することによって、仮想車輪回転速度指令ωw_x_cmd，ωw_y_cmdを決定する。
【０１３０】
制御ユニット５０は、次に、姿勢安定化制御演算部８０で上記の如く決定した仮想車輪回転速度指令ωw_x_cmd，ωw_y_cmdをモータ指令演算部８２に入力し、該モータ指令演算部８２の処理を実行することによって、電動モータ３１Ｒの速度指令ω_R_cmdと電動モータ３１Ｌの速度指令ω_L_cmdとを決定する。
具体的には、モータ指令演算部８２は、前記式０１ａ，０１ｂのωw_x，ωw_y，ω_R，ω_Lをそれぞれ、ωw_x_cmd，ωw_y_cmd，ω_R_cmd，ω_L_cmdに置き換えて得られる連立方程式を、ω_R_cmd，ω_L_cmdを未知数として解くことによって、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの速度指令ω_R_cmd，ω_L_cmdを決定する。
以上により走行モード時における前記ステップＳ１２の車両制御演算処理が完了する。
【０１３１】
また、前述したジャンプ動作モード時におけるステップＳ１２（図７参照）の車両制御演算処理では、基本的に、以上説明した各処理部の処理と同様の処理によって車両１の傾斜角が、軌道計画生成部ＡＣで生成された軌道計画に従って車両１をジャンプさせる射出角に応じた角度に制御される。ここで、車両１の傾斜角は、上位コントローラＭＣが基体傾斜角度θbの目標値θb_xy_objを指定することによって制御する。また、車両１の傾斜角の制御と並行して、制御ユニット１０によって軌道計画生成部ＡＣで生成された軌道計画に従って車両１をジャンプさせる射出速度が得られるように、直動アクチュエータ１３の伸縮量が制御される。
【０１３２】
以上説明した通り、本実施形態によれば、ジャンプ指示に基づいてジャンプ時の軌道計画を生成し、車輪体５を駆動して車両１の姿勢を制御することによって軌道計画に応じた車両１の射出角を制御するとともに、基体９に設けられた直動アクチュエータ１３の伸縮量を調整することによって軌道計画に応じた車両１の射出速度を制御している。これにより、車両１がジャンプ指示に応じたジャンプを行うため、走行では越えられないまでも回避するほどでもない程度の大きさの障害物が存在する場合であっても乗り越えて進行することができる。
【０１３３】
次に、本実施形態の変形例について説明する。図１４は、本発明の実施形態に係る移動体の変形例を示す側面図である。図１４に示す移動体６０において、図１に示す移動体１と同様の構成要素には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。図１４に示す移動体６０は、伸縮フレーム９２の構成において図１に示す移動体１と相違する。
【０１３４】
伸縮フレーム９２は、下部フレーム１１の上端から上方に向かって互いに平行をなすように延設された直動アクチュエータ９３及び支柱フレーム９２ａと、直動アクチュエータ９３の上方に延設された支持フレーム９２ｂと、支柱フレーム９２ａに外挿されるとともに下端が下部フレーム１１の上端に固定され、支柱フレームに沿う方向に伸縮するバネ９４とを備える。
【０１３５】
直動アクチュエータ９３は、四角環状の第１部材９３ａと、一部が第１部材９３ａ内に介挿されて中心軸が同軸となるように配置された四角環状の第２部材９３ｂとを備えている。即ち、この直動アクチュエータ９３は、前述した直動アクチュエータ１３と略同一の構成とされており、第１部材９３ａをシリンダとし、第２部材９３ｂをロッドとしたパワーシリンダから構成されている。なお、この直動アクチュエータ９３においても、ボールネジ機構から構成されることにより伸縮可能とされていてもよい。
る。
【０１３６】
そして、本実施形態における制御ユニット１０は、直動アクチュエータ９３の上部に設けられた支持フレーム９２ｂに取り付けられており、この制御ユニット１０に、上記直動アクチュエータ９３の上端及びバネ９４の上端が接続されている。なお、支柱フレーム９２ａの上端は、制御ユニット１０が下方に変位した際に支柱フレーム９２ａと干渉することのないよう、例えば、制御ユニット１０に形成された貫通孔に摺動可能に挿入されている。このようにして本実施形態においては、直動アクチュエータ９３とバネ９４とが下部フレーム１１と制御ユニット１０との間に並列に配置されている。
【０１３７】
本実施形態におけるバネ９４は、本実施形態においてはコイルスプリングが採用されており、直動アクチュエータ９３の伸縮に追従するように収縮され、弾性エネルギーを蓄積するために設けられている。バネ９４は、より多くの弾性エネルギーを蓄積できるようにある程度大きいバネ定数を有するものであることが好ましい。
【０１３８】
以上のような構成の移動体６０においても、前述した移動体１と同様にして、直動アクチュエータ９３が伸縮することによって、移動体１自体が走行面から離間するジャンプ動作を行い、これにより容易に障害物（例えば、小石など）や段差を乗り越えて進行することができる。即ち、移動体１と同様にしてジャンプ指示がなされると、直動アクチュエータ９３は一旦収縮する動作を行なう。この直動アクチュエータ９３の上方に設置された搭乗部３、制御ユニット１０等は、下方に変位し、これによって制御ユニット１０に上端を接続したバネ９４が圧縮される。即ち、直動アクチュエータ９３の収縮に追従するようにしてバネ９４も同時に収縮される。これにより、バネ９４に弾性エネルギーが蓄積される。
【０１３９】
そして、直動アクチュエータ９３が限界まで収縮すると、該直動アクチュエータ９３は伸張する動作に移行し、直動アクチュエータ９３の伸張にともなってバネ９４に蓄積された弾性エネルギーが開放される。これによって、直動アクチュエータ９３の伸張動作が補助されて、該直動アクチュエータ９３がより勢いを増して伸張される。したがって、直動アクチュエータ９３の伸張動作により上方に変位される基体９自体をより力強く持ち上げることができ、移動体１のジャンプ動作をより確実に行なうことが可能となる。
【０１４０】
また、直動アクチュエータ９３が伸張したジャンプ動作をした後、動アクチュエータ６３の伸張及び収縮をフリーの状態とすることにより、即ち、直動アクチュエータ９３を伸縮自在の状態とすることにより、着地時に生じる下方に向かっての荷重をバネ９４が吸収することができるため、着地時の衝撃を和らげることができる。
【０１４１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、操作コントローラに設けられたジャンプボタンが押下された場合に、制御ユニット５０にジャンプ指示が入力されてジャンプが行われる例について説明した。しかしながら、例えばトゥグリップ２６Ｒ，２６Ｌにジャンプボタンを取り付けて、トゥグリップ２６Ｒ，２６Ｌを足の甲で上方に押し上げる等の操作がなされた場合に、制御ユニット５０にジャンプ指示が入力されるようにしても良い。更に、転倒等のとっさの時に足を前や横に出せるように、トゥグリップ２６Ｒ，２６Ｌは前後方向に傾動可能な構造であるのが望ましい。
【０１４２】
また、上記実施形態では、説明の便宜上、車輪体５の駆動を制御する制御ユニット５０と、直動アクチュエータ１３の伸縮量を調整する制御ユニット１０が別々に設けられた構成について説明したが、これらの制御ユニット１０，５０は一体化されていても良い。また、図１３に示す例では、制御ユニット５０に上位コントローラＭＣが設けられている例について説明したが、上位コントローラＭＣと、車輪体５の駆動を制御する下位コントローラＳＣと、直動アクチュエータ１３の伸縮量を調整する制御ユニット１０とがそれぞれ別に設けられていても良い。
【符号の説明】
【０１４３】
１ 移動体
３ 搭乗部
５ 移動動作部（被駆動機構）
７ アクチュエータ装置（駆動部）
９ 基体
１０ 制御ユニット（第２制御部）
１３ 直動アクチュエータ（伸縮機構）
１４ バネ（伸縮機構）
２５Ｒ，２５Ｌ ステップ（搭乗部）
５４ 荷重センサ（荷重検出部）
９３ 直動アクチュエータ（伸縮機構）
９４ バネ（伸縮機構）
ＡＣ 軌道計画生成部
ＳＣ 下位コントローラ（第１制御部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行面を移動可能な倒立振子制御型の移動体の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走行面上を全方向（２次元的な全方向）に移動可能な移動体としては、例えば、特許文献１、２に見られるものが本願出願人により提案されている。これらの特許文献１、２に見られる移動体にあっては、走行面に接地しながら該走行面上を全方向に移動可能な、球体状又は車輪状又はクローラ状の移動動作部と、該移動動作部を駆動する電動モータ等を有するアクチュエータ装置とが車両の基体に組付けられている。そして、この車両は、アクチュエータ装置により移動動作部を駆動することによって、走行面上を移動する。
【０００３】
また、この種の移動体の移動動作を制御する技術としては、例えば特許文献３に見られる技術が本願出願人により提案されている。この技術では、車両の基体が球体状の移動動作部に対して前後・左右に傾動自在に設けられている。そして、基体の傾き角を計測し、この傾き角を所要の角度に保つように、移動動作部を駆動する電動モータのトルクを制御することによって、基体の傾動動作に応じて車両を移動させるようにしている。
【０００４】
更に、以下の特許文献４には、進行方向に関して車体をスライド可能に支持し、走行中に障害物を発見して急制動をかけた場合に車体を後方へ退避させる制御を行う倒立車輪型の走行体が開示されている。かかる制御を行うことで、特許文献４に開示された走行体は、急制動をかけた場合の制動距離を短くしつつ、搭乗者や荷物等を危険から回避させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第０８／１３２７７８号パンフレット
【特許文献２】国際公開第０８／１３２７７９号パンフレット
【特許文献３】特許第３０７００１５号公報
【特許文献４】特許第４２９１８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した特許文献１〜３に開示された移動体においても、安全性の観点からは上述した特許文献４に開示された走行体と同様に、走行面上に存在する障害物等に起因する危険を回避するための何らかの制御が必要になる。ここで、安全性及び機動性の双方を考慮すると、走行では越えられない程度の大きさの障害物を対象として危険回避のための制御が行われるのが望ましい。
【０００７】
しかしながら、この程度の大きさの障害物を危険退避の対象にしてしまうと、走行では越えられないまでも回避するほどでもない程度の大きさの障害物についても移動体を停止させる停止動作や、走行を一旦中断して障害物を回避する回避動作が行われてしまう。搭乗者からすれば、この程度の大きさの障害物については、回避せずに乗り越えて進行させたい場合もあると考えられるが、従来の移動体では、このような障害物を乗り越えて進行させることはできないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、走行では越えられないまでも回避するほどでもない程度の大きさの障害物が存在する場合であっても乗り越えて進行することができる倒立振子制御型の移動体の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題を解決するために、請求項１に記載した発明は、走行面（床面、路面、地面等）を移動可能な被駆動機構（例えば、実施形態による移動動作部５、車輪、クローラ等）と、前記被駆動機構を駆動する駆動力を発生させる駆動部（例えば、実施形態によるアクチュエータ装置７、電動機等の駆動源）と、前記被駆動機構及び前記駆動部が組付けられた基体（例えば、実施形態による基体９やフレーム等）と、を有する倒立振子制御型の移動体（例えば、実施形態による移動体１、倒立振子制御型移動体、全方向移動体、車両等）の制御装置であって、前記基体は当該基体を伸縮させる伸縮機構を（例えば、実施形態による直動アクチュエータ１３及びバネ１４、又は直動アクチュエータ９３及びバネ９４）さらに備え、前記倒立振子制御型の移動体を跳躍させるための指令値に基づいて、跳躍時の軌道計画を生成する軌道計画生成部（例えば、実施形態による軌道計画生成部（ＡＣ）と、前記軌道計画に応じた前記倒立振子制御型の移動体の射出角を、前記駆動部を駆動して前記倒立振子制御型の移動体の姿勢を制御することにより制御する第１制御部（例えば、実施形態による下位コントローラＳＣ）と、前記軌道計画に応じた前記倒立振子制御型の移動体の射出速度を、前記伸縮機構の伸縮量を調整することにより制御する第２制御部（例えば、実施形態による制御ユニット１０）とを備えることを特徴とする倒立振子制御型の移動体の制御装置である。これにより、指令値に基づいて生成された軌道計画に応じて全方向移動車両の射出角及び射出速度が制御されることにより、軌道計画に沿うように全方向移動車両を跳躍させることができる。
請求項２に記載した発明は、前記倒立振子制御型の移動体が、前記基体に組付けられた搭乗部（例えば、実施形態による搭乗部３及びステップ２５Ｒ，２５Ｌ）と、当該搭乗部にかかる荷重を検出する荷重検出部（例えば、実施形態による荷重センサ５４）とを備えており、
前記軌道計画生成部は、前記荷重検出部の検出結果に応じて、前記搭乗部に乗員が搭乗している場合の軌道計画（例えば、実施形態によるステップＳ２４）と、前記搭乗部に乗員が搭乗していない場合の軌道計画（例えば、実施形態によるステップＳ２５）との何れか一方の軌道計画を生成することを特徴とする。これにより、荷重検出部の検出結果に応じて搭乗部に乗員が搭乗している場合の軌道計画と記搭乗部に乗員が搭乗していない場合の軌道計画との何れか一方の軌道計画を生成することができる。
請求項３に記載した発明は、前記指令値が、前記倒立振子制御型の移動体の跳躍方向を示す値と、前記倒立振子制御型の移動体の飛距離及び跳躍高さの少なくとも一方を示す値とを含むことを特徴とする。これにより、倒立振子制御型の移動体の跳躍方向を示す値と飛距離を示す値の組み合わせ、倒立振子制御型の移動体の跳躍方向を示す値と跳躍高さを示す値の組み合わせ、及び倒立振子制御型の移動体の跳躍方向を示す値と飛距離を示す値と跳躍高さを示す値の組み合わせのうちの何れかの組み合わせを跳躍のための指令値に含ませることができる。なお、「飛距離」とは、跳躍によって倒立振子制御型の移動体が走行面から離れた離床地点から走行面に着地する着床地点までの距離をいう。
請求項４に記載した発明は、前記第１制御部が、前記軌道計画生成部が生成した軌道計画に沿った跳躍が行われている間に、前記駆動部を駆動して前記倒立振子制御型の移動体の姿勢を制御する（例えば、実施形態によるステップＳ３５）ことを特徴とする。これにより、跳躍している間にも倒立振子制御型の移動体の姿勢を制御することができる。
請求項５に記載した発明は、前記第１制御部が、前記軌道計画に沿った跳躍終了時における前記倒立振子制御型の移動体の姿勢が、前記軌道計画に沿った跳躍開始時の姿勢とは逆になるように制御することを特徴とする。これにより、倒立振子制御型の移動体の姿勢を跳躍開始時の姿勢とは逆の姿勢で着地させることができる。
請求項６に記載した発明は、前記第１制御部が、前記軌道計画に沿った跳躍が終了した時には、前記倒立振子制御型の移動体の姿勢が所定の安定姿勢となるように制御する（例えば、実施形態によるステップＳ３９）ことを特徴とする。ここで、「所定の安定姿勢となるように制御する」とは、通常の倒立振子モデルの制御に速やかに移行させるように制御することをいう。これにより、跳躍が終了したときに、倒立振子制御型の移動体の姿勢を速やかに所定の安定姿勢にすることができる。
請求項７に記載した発明は、前記伸縮機構が、前記第２制御部によって伸縮量が調整されるアクチュエータ（例えば、実施形態による直動アクチュエータ１３，９３）と、伸縮方向が前記アクチュエータの伸縮方向と同じ方向に設定されたバネ（例えば、実施形態によるバネ１４，９４）とからなることを特徴とする。これにより、第２制御部によってアクチュエータの伸縮量を調整することにより、基体の伸縮量を自在に制御することができる。
請求項８に記載した発明は、前記アクチュエータが、前記バネの上部に配置されて前記バネと直列接続されていることを特徴とする。これにより、バネに直列接続されたアクチュエータの伸縮量を調整することにより基体の伸縮量を自在に制御することができる。
請求項９に記載した発明は、前記アクチュエータと前記バネが、並列接続されていることを特徴とする。これにより、バネに並列接続されたアクチュエータの伸縮量を調整することにより基体の伸縮量を自在に制御することができる。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載した発明によれば、指令値に基づいて生成された軌道計画に応じて倒立振子制御型の移動体の射出角及び射出速度が制御されることにより、軌道計画に沿うように倒立振子制御型の移動体を跳躍させることができるので、走行では越えられないまでも回避するほどでもない程度の大きさの障害物が存在する場合であっても乗り越えて進行することができる。
請求項２に記載した発明によれば、荷重検出部の検出結果に応じて搭乗部に乗員が搭乗している場合の軌道計画と記搭乗部に乗員が搭乗していない場合の軌道計画との何れか一方の軌道計画を生成することができるので、倒立振子制御型の移動体に乗員が搭乗しているか否かに拘わらず、指令値に応じた跳躍を倒立振子制御型の移動体にさせることができる。
請求項３に記載した発明によれば、倒立振子制御型の移動体の跳躍方向を示す値と飛距離を示す値の組み合わせ、倒立振子制御型の移動体の跳躍方向を示す値と跳躍高さを示す値の組み合わせ、及び倒立振子制御型の移動体の跳躍方向を示す値と飛距離を示す値と跳躍高さを示す値の組み合わせのうちの何れかの組み合わせを跳躍のための指令値に含ませることができるので、倒立振子制御型の移動体の用途、操作性（運転性）等に応じて跳躍のための指令値を適宜選択することができる。
請求項４に記載した発明によれば、跳躍している間にも倒立振子制御型の移動体の姿勢を制御することができるので、着地に向けて倒立振子制御型の移動体の姿勢を着地に適した姿勢にすることができる。
請求項５に記載した発明によれば、倒立振子制御型の移動体の姿勢を跳躍開始時の姿勢とは逆の姿勢で着地させることができるので、安定した着地を実現することができる。
請求項６に記載した発明によれば、跳躍が終了したときに、倒立振子制御型の移動体の姿勢を速やかに所定の安定姿勢にすることができるので、着地時の衝撃や振動を早急に抑えて速やかに早期に通常の走行を行うことができる。
請求項７に記載した発明によれば、第２制御部によってアクチュエータの伸縮量を調整することにより、基体の伸縮量を自在に制御することができるので、倒立振子制御型の移動体を自在に跳躍させることができる。
請求項８に記載した発明によれば、バネに直列接続されたアクチュエータの伸縮量を調整することにより基体の伸縮量を自在に制御することができるので、倒立振子制御型の移動体を自在に跳躍可能としつつ着地時の衝撃を吸収することができる。
請求項９に記載した発明は、バネに並列接続されたアクチュエータの伸縮量を調整することにより基体の伸縮量を自在に制御することができるので、倒立振子制御型の移動体の跳躍時におけるアクチュエータの動作をバネの反発力によって付勢することができるとともに小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る移動体の正面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る移動体の側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る移動体の下部を拡大して示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る移動体の下部の斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に係る移動体の移動動作部（車輪体）の斜視図である。
【図６】本発明の実施形態に係る移動体の移動動作部（車輪体）とフリーローラとの配置関係を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る移動体の制御処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態に係る移動体の制御処理を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態に係る移動体の制御処理を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施形態に係る移動体の動力学的挙動を表現する倒立振子モデルを示す図である。
【図１１】ジャンプ時に生成される軌道計画を説明するための図である。
【図１２】ジャンプのために行われる制御を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る移動体を制御する制御系の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る移動体の変形例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。まず、図１〜図６を参照して、本実施形態における倒立振子制御型の移動体の構造を説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態における移動体１は、乗員（運転者）の搭乗部３と、走行面に接地しながら該走行面上を全方向（前後方向及び左右方向を含む２次元的な全方向）に移動可能な移動動作部５と、この移動動作部５を駆動する動力を該移動動作部５に付与するアクチュエータ装置７と、これらの搭乗部３、移動動作部５及びアクチュエータ装置７が組付けられた基体９とを備える。
【００１３】
ここで、本実施形態の説明では、「前後方向」、「左右方向」は、それぞれ、搭乗部３に標準的な姿勢で搭乗した乗員の上体の前後方向、左右方向に一致もしくはほぼ一致する方向を意味する。なお、「標準的な姿勢」は、搭乗部３に関して設計的に想定されている姿勢であり、乗員の上体の体幹軸を概ね上下方向に向け、且つ、上体を捻ったりしていない姿勢である。
この場合、図１においては、「前後方向」、「左右方向」はそれぞれ、紙面に垂直な方向、紙面の左右方向であり、図２においては、「前後方向」、「左右方向」はそれぞれ、紙面の左右方向、紙面に垂直な方向である。また、本実施形態の説明では、参照符号に付する添え字「Ｒ」，「Ｌ」は、それぞれ移動体１の右側、左側に対応するものという意味で使用する。
【００１４】
基体９は、移動動作部５及びアクチュエータ装置７が組付けられた下部フレーム１１と、この下部フレーム１１の上方に設けられて基体９を伸縮させる伸縮フレーム１２とからなる。伸縮フレーム１２は、下部フレーム１１の上端から上方に延設された支柱フレーム１２ａと、支柱フレーム１２ａに沿って摺動可能であるとともに自身が支柱フレーム１２ａに沿う方向に伸縮可能な直動アクチュエータ１３と、直動アクチュエータ１３の上方に延設された支柱フレーム１２ｂと、一端が下部フレーム１１の上端に固定されるとともに他端が直動アクチュエータ１３の下端に固定されて支柱フレーム１２ａに沿う方向に伸縮するバネ１４とを備える。
【００１５】
直動アクチュエータ１３は、四角環状の第１部材１３ａと、一部が第１部材１３ａ内に介挿されて中心軸が同軸となるように配置された四角環状の第２部材１３ｂとを備えている。さらに第１部材１３ａ内には、例えばサーボモータ等によって駆動され、第２部材１３ａに対して所定の推力を伝達する歯車機構（図示省略）が備えられている。そして、この歯車機構により第２部材１３ｂが第１部材１３ａに対して中心軸方向に相対移動されることにより、これら第１部材１３ａ及び第２部材１３ｂとの相対位置が変位し、直動アクチュエータ１３が中心軸方向に伸縮する。即ち、本実施形態における直動アクチュエータ１３は、第１部材１３ａをシリンダとし、第２部材１３ｂをロッドとしたパワーシリンダから構成されている。
【００１６】
なお、直動アクチュエータ１３としては、上記構成の他、例えばサーボモータにより駆動されるボールネジと該ボールネジに螺合するボールナットとを備えたボールネジ機構から構成されたものであってもよい。これによっても第１部材１３ａと第２部材１３ｂとを中心軸方向に相対移動させることで、直動アクチュエータ１３を伸縮可能とすることができる。
【００１７】
このような直動アクチュエータ１３は、移動体１のジャンプ（跳躍）を可能とするために設けられる。また、直動アクチュエータ１３には中心軸が第１部材１３ａ及び第２部材１３ｂの中心軸と同軸となるように支柱フレーム１２ａが介挿されており、直動アクチュエータ１３は支柱フレーム１２ａをガイドとして該支柱フレーム１２ａに沿って摺動可能とされている。
【００１８】
この直動アクチュエータ１３は、第２部材１３ｂの下端に配置されたバネ１４によって支持される。このため、直動アクチュエータ１３が支柱フレーム１２ａに沿って摺動すると、直動アクチュエータ１３の摺動動作に合わせてバネ１４が伸縮する。バネ１４は、主として走行時やジャンプ時における衝撃を和らげるために設けられており、乗員が搭乗部３に搭乗したときに搭乗部３が僅かに沈み込み、ジャンプ時の衝撃（着地時に受ける衝撃）を十分に吸収することができる程度の堅さのものを用いるのが望ましい。このように、伸縮フレーム１２は伸縮方向が同じ方向に設定されて直列接続された直動アクチュエータ１３とバネ１４とからなる伸縮機構を備えており、かかる伸縮機構によって伸縮フレーム１２が伸縮することによって基体９が伸縮する。
【００１９】
なお、本実施形態においては、上記バネ１４として直動アクチュエータ１３の中心軸方向に延びるコイルスプリングを採用しているが、これに限定されることはなく、所定のバネ定数を備えていれば他の部材をバネ１４として用いてもよい。
【００２０】
直動アクチュエータ１３の上部に設けられた支柱フレーム１２ｂには、直動アクチュエータ１３の伸縮量（ストローク量）を検出するとともに、その検出結果を参照しつつ直動アクチュエータ１３の伸縮量を制御する制御ユニット１０が取付けられている。また、支柱フレーム１２ｂには、該支柱フレーム１２ａから前方側に張り出したシートフレーム１５が固定されている。
【００２１】
そして、このシートフレーム１５上に、乗員が着座するシート３が装着されている。本実施形態では、このシート３が乗員の搭乗部となっている。従って、本実施形態における移動体１（以降、単に車両１という）は、乗員がシート３に着座した状態で、走行面上を移動するものである。なお、搭乗部は、シート３のように乗員が着座可能なものでもよいが、足を載せるためのステップのみでもよいし、それらを両方備えていてもよい。搭乗部としてシート、ステップの両方を備える場合、荷重検出部をシート下部およびステップに備え付けていてもよい。
また、シート３の左右には、シート３に着座した乗員が必要に応じて把持するためのグリップ１７Ｒ，１７Ｌが配置され、これらのグリップ１７Ｒ，１７Ｌがそれぞれ、支柱フレーム１２ａ（又はシートフレーム１５）から延設されたブラケット１９Ｒ，１９Ｌの先端部に固定されている。
【００２２】
下部フレーム１１は、左右方向に間隔を存して二股状に対向するように配置された一対のカバー部材２１Ｒ，２１Ｌを備える。これらのカバー部材２１Ｒ，２１Ｌの上端部（二股の分岐部分）は、前後方向の軸心を有するヒンジ軸２３を介して連結され、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの一方が他方に対して相対的にヒンジ軸２３の周りに揺動可能となっている。この場合、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌは、図示を省略するバネによって、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの下端部側（二股の先端側）が狭まる方向に付勢されている。
【００２３】
また、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌのそれぞれの外面部には、前記シート３に着座した乗員の右足を載せるステップ２５Ｒと左足を載せるステップ２５Ｌとが各々、右向き、左向きに張り出すように突設されている。なお、これらステップ２５Ｌ，２５Ｒも乗員の搭乗部である。更に、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌのそれぞれの外面部には、ステップ２５Ｒに乗せられた乗員の右足を固定するトゥグリップ２６Ｒとステップ２５Ｌに乗せられた乗員の左足を固定するトゥグリップ２６Ｌとが各々、右向き、左向きに張り出すように突設されている。
【００２４】
これらトゥグリップ２６Ｒ，２６Ｌは、ステップ２５Ｒ，２５Ｌに乗せられた乗員の右足，左足をそれぞれ甲の位置で固定すべく、前後方向におけるステップ２５Ｒ，２５Ｌの中央部よりも僅かに前方の位置の上方に設けられている。即ち、本実施形態においては、トゥグリップ２６Ｒ，２６Ｌは、ステップ２５Ｒ，２５Ｌの前後方向中央よりも前方側にオフセットした位置に配置されている。このトゥグリップ２６Ｒ，２６Ｌを設けることで、走行時やジャンプ時におけるステップ２５Ｒ，２５Ｌの踏み外しが防止される。
【００２５】
移動動作部５及びアクチュエータ装置７は、下部フレーム１１のカバー部材２１Ｒ，２１Ｌの間に配置されている。これらの移動動作部５及びアクチュエータ装置７の構造を図３〜図６を参照して説明する。
なお、本実施形態で例示する移動動作部５及びアクチュエータ装置７は、例えば前記特許文献２の図１に開示されているものと同じ構造のものである。従って、本実施形態の説明においては、移動動作部５及びアクチュエータ装置７の構成に関して、前記特許文献２に記載された事項については、簡略的な説明に留める。
【００２６】
本実施形態では、移動動作部５は、ゴム状弾性材により円環状に形成された車輪体であり、ほぼ円形の横断面形状を有する。この移動動作部５（以降、車輪体５という）は、その弾性変形によって、図５及び図６の矢印Ｙ１で示す如く、円形の横断面の中心Ｃ１（より詳しくは、円形の横断面中心Ｃ１を通って、車輪体５の軸心と同心となる円周線）の周りに回転可能となっている。
【００２７】
この車輪体５は、その軸心Ｃ２（車輪体５全体の直径方向に直交する軸心Ｃ２）を左右方向に向けた状態で、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの間に配置され、該車輪体５の外周面の下端部にて走行面に接地する。
そして、車輪体５は、アクチュエータ装置７による駆動（詳細は後述する）によって、図５の矢印Ｙ２で示す如く車輪体５の軸心Ｃ２の周りに回転する動作（走行面上を輪転する動作）と、車輪体５の横断面中心Ｃ１の周りに回転する動作とを行なうことが可能である。その結果、車輪体５は、それらの回転動作の複合動作によって、走行面上を全方向に移動することが可能となっている。
【００２８】
アクチュエータ装置７は、車輪体５と右側のカバー部材２１Ｒとの間に介装される回転部材２７Ｒ及びフリーローラ２９Ｒと、車輪体５と左側のカバー部材１７Ｌとの間に介装される回転部材２７Ｌ及びフリーローラ２９Ｌと、回転部材２７Ｒ及びフリーローラ２９Ｒの上方に配置されたアクチュエータとしての電動モータ３１Ｒと、回転部材２７Ｌ及びフリーローラ２９Ｌの上方に配置されたアクチュエータとしての電動モータ３１Ｌとを備える。
電動モータ３１Ｒ，３１Ｌは、それぞれのハウジングがカバー部材２１Ｒ，２１Ｌに各々取付けられている。なお、図示は省略するが、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの電源（蓄電器）は、支柱フレーム１２ａ等、基体９の適所に搭載されている。
【００２９】
回転部材２７Ｒは、左右方向の軸心を有する支軸３３Ｒを介してカバー部材２１Ｒに回転可能に支持されている。同様に、回転部材２７Ｌは、左右方向の軸心を有する支軸３３Ｌを介してカバー部材２１Ｌに回転可能に支持されている。この場合、回転部材２７Ｒの回転軸心（支軸３３Ｒの軸心）と、回転部材２７Ｌの回転軸心（支軸３３Ｌの軸心）とは同軸心である。
【００３０】
回転部材２７Ｒ，２７Ｌは、それぞれ電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの出力軸に、減速機としての機能を含む動力伝達機構を介して接続されており、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌからそれぞれ伝達される動力（トルク）によって回転駆動される。各動力伝達機構は、例えばプーリ・ベルト式のものである。すなわち、図３に示す如く、回転部材２７Ｒは、プーリ３５Ｒとベルト３７Ｒとを介して電動モータ３１Ｒの出力軸に接続されている。同様に、回転部材２７Ｌは、プーリ３５Ｌとベルト３７Ｌとを介して電動モータ３１Ｌの出力軸に接続されている。
【００３１】
なお、上記動力伝達機構は、例えば、スプロケットとリンクチェーンとにより構成されるもの、あるいは、複数のギヤにより構成されるものであってもよい。また、例えば、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌを、それぞれの出力軸が各回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同軸心になるように各回転部材２７Ｒ，２７Ｌに対向させて配置し、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの出力軸を回転部材２７Ｒ，２７Ｌに各々、減速機（遊星歯車装置等）を介して連結するようにしてもよい。
【００３２】
各回転部材２７Ｒ，２７Ｌは、車輪体５側に向かって縮径する円錐台と同様の形状に形成されており、その外周面がテーパ外周面３９Ｒ，３９Ｌとなっている。
回転部材２７Ｒのテーパ外周面３９Ｒの周囲には、回転部材２７Ｒと同心の円周上に等間隔で並ぶようにして、複数のフリーローラ２９Ｒが配列されている。そして、これらのフリーローラ２９Ｒは、それぞれ、ブラケット４１Ｒを介してテーパ外周面３９Ｒに取付けられ、該ブラケット４１Ｒに回転自在に支承されている。
【００３３】
同様に、回転部材２７Ｌのテーパ外周面３９Ｌの周囲には、回転部材２７Ｌと同心の円周上に等間隔で並ぶようにして、複数（フリーローラ２９Ｒと同数）のフリーローラ２９Ｌが配列されている。そして、これらのフリーローラ２９Ｌは、それぞれ、ブラケット４１Ｌを介してテーパ外周面３９Ｌに取付けられ、該ブラケット４１Ｌに回転自在に支承されている。
【００３４】
前記車輪体５は、回転部材２７Ｒ側のフリーローラ２９Ｒと、回転部材２７Ｌ側のフリーローラ２９Ｌとの間に挟まれるようにして、回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同軸心に配置されている。
この場合、図１及び図６に示すように、各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌは、その軸心Ｃ３が車輪体５の軸心Ｃ２に対して傾斜すると共に、車輪体５の直径方向（車輪体５をその軸心Ｃ２の方向で見たときに、該軸心Ｃ２と各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌとを結ぶ径方向）に対して傾斜する姿勢で配置されている。そして、このような姿勢で、各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌのそれぞれの外周面が車輪体５の内周面に斜め方向に圧接されている。
【００３５】
より一般的に言えば、右側のフリーローラ２９Ｒは、回転部材２７Ｒが軸心Ｃ２の周りに回転駆動されたときに、車輪体５との接触面で、軸心Ｃ２周りの方向の摩擦力成分（車輪体５の内周の接線方向の摩擦力成分）と、車輪体５の前記横断面中心Ｃ１の周り方向の摩擦力成分（円形の横断面の接線方向の摩擦力成分）とを車輪体５に作用させ得るような姿勢で、車輪体５の内周面に圧接されている。左側のフリーローラ２９Ｌについても同様である。
【００３６】
この場合、前記したように、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌは、図示しないバネによって、カバー部材２１Ｒ，２１Ｌの下端部側（二股の先端側）が狭まる方向に付勢されている。このため、この付勢力によって、右側のフリーローラ２９Ｒと左側のフリーローラ２９Ｌとの間に車輪体５が挟持されると共に、車輪体５に対する各フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌの圧接状態（より詳しくはフリーローラ２９Ｒ，２９Ｌと車輪体５との間で摩擦力が作用し得る圧接状態）が維持される。
【００３７】
以上説明した構造を有する車両１においては、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌによりそれぞれ、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを同方向に等速度で回転駆動した場合には、車輪体５が回転部材２７Ｒ，２７Ｌと同方向に軸心Ｃ２の周りに回転することとなる。これにより、車輪体５が走行面上を前後方向に輪転して、車両１の全体が前後方向に移動することとなる。なお、この場合は、車輪体５は、その横断面中心Ｃ１の周りには回転しない。
【００３８】
また、例えば、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを互いに逆方向に同じ大きさの速度で回転駆動した場合には、車輪体５は、その横断面中心Ｃ１の周りに回転することとなる。これにより、車輪体５がその軸心Ｃ２の方向（すなわち左右方向）に移動し、ひいては、車両１の全体が左右方向に移動することとなる。なお、この場合は、車輪体５は、その軸心Ｃ２の周りには回転しない。
【００３９】
さらに、回転部材２７Ｒ，２７Ｌを、互いに異なる速度（方向を含めた速度）で、同方向又は逆方向に回転駆動した場合には、車輪体５は、その軸心Ｃ２の周りに回転すると同時に、その横断面中心Ｃ１の周りに回転することとなる。
この時、これらの回転動作の複合動作（合成動作）によって、前後方向及び左右方向に対して傾斜した方向に車輪体５が移動し、ひいては、車両１の全体が車輪体５と同方向に移動することとなる。この場合の車輪体５の移動方向は、回転部材２７Ｒ，２７Ｌの回転方向を含めた回転速度（回転方向に応じて極性が定義された回転速度ベクトル）の差に依存して変化するものとなる。
以上のように車輪体５の移動動作が行なわれるので、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転速度（回転方向を含む）を制御し、ひいては回転部材２７Ｒ，２７Ｌの回転速度を制御することによって、車両１の移動速度及び移動方向を制御できることとなる。
【００４０】
次に、本実施形態の車両１の動作制御のための構成を説明する。なお、以降の説明では、図１及び図２に示すように、前後方向の水平軸をＸ軸、左右方向の水平軸をＹ軸、鉛直方向をＺ軸とするＸＹＺ座標系を想定し、前後方向、左右方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向と言うことがある。
【００４１】
まず、車両１の概略的な動作制御を説明すると、本実施形態では、基本的には、シート３に着座した乗員がその上体を傾けた場合（詳しくは、乗員と車両１とを合わせた全体の重心点の位置（水平面に投影した位置）を動かすように上体を傾けた場合）に、該上体を傾けた側に基体９がシート３と共に傾動する。そして、この時、基体９が傾いた側に車両１が移動するように、車輪体５の移動動作が制御される。例えば、乗員が上体を前傾させ、ひいては、基体９をシート３と共に前傾させると、車両１が前方に移動するように、車輪体５の移動動作が制御される。
【００４２】
すなわち、本実施形態では、乗員が上体を動かし、ひいては、シート３と共に基体９を傾動させるという動作が、車両１に対する１つの基本的な操縦操作（車両１の動作要求）とされ、その操縦操作に応じて車輪体５の移動動作がアクチュエータ装置７を介して制御される。
【００４３】
ここで、本実施形態の車両１は、その全体の接地面としての車輪体５の接地面が、車両１とこれに搭乗する乗員との全体を走行面に投影した領域に比して面積が小さい単一の局所領域となり、その単一の局所領域だけに床反力が作用する。このため、基体９が傾倒しないようにするためには、乗員及び車両１の全体の重心点が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置するように、車輪体５を動かす必要がある。
【００４４】
そこで、本実施形態では、乗員及び車両１の全体の重心点が、車輪体５の中心点（軸心Ｃ２上の中心点）のほぼ真上に位置する状態（より正確には当該重心点が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態）での基体９の姿勢を目標姿勢とし、基本的には、基体９の実際の姿勢を目標姿勢に収束させるように、車輪体５の移動動作が制御される。
【００４５】
また、車両１を発進させる場合等において、アクチュエータ装置７による推進力とは別に、例えば乗員が必要に応じて自身の足により床を蹴り、それにより車両１の移動速度を増速させる推進力（乗員の足平と床との摩擦力による推進力）を、付加的な外力として車両１に作用させた場合には、それに応じて車両１の移動速度（より正確には、乗員及び車両の全体の重心点の移動速度）が増速するように、車輪体５の移動動作が制御される。なお、当該推進力の付加が停止された状態では、車両１の移動速度が一旦、一定速度に保持された後、減衰して、該車両１が停止するように、車輪体５の移動動作が制御される（車輪体５の制動制御が行なわれる）。
【００４６】
さらに、車両１に乗員が搭乗していない状態では、車両１の単体の重心点が、車輪体５の中心点（軸心Ｃ２上の中心点）のほぼ真上に位置する状態（より正確には当該重心点が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態）での基体９の姿勢を目標姿勢とし、該基体９の実際の姿勢を目標姿勢に収束させ、ひいては、基体９が傾倒することなく車両１が自立するように、車輪体５の移動動作が制御される。
【００４７】
またさらに、車両１をジャンプさせる指示がなされた場合には、その指示に基づいてジャンプ時の軌道計画を生成し、軌道計画に従って車両１がジャンプするように車両１の射出角及び射出速度が制御される。車両１の射出角の制御はアクチュエータ装置７の推進力を発生させて基体９の姿勢を制御することによって行われ、車両１の射出速度の制御は直動アクチュエータ１３の伸縮量を調整することにより行われる。
【００４８】
なお、車両１をジャンプさせる指示（ジャンプ指示：指令値）は、例えば乗員が制御ユニット５０に接続されたジョイスティック等の操作コントローラ（図示省略）を操作することによって行われる。具体的には、乗員が操作コントローラを操作して、ジャンプ方向と車両１の飛距離又はジャンプ高さとを指示した後にジャンプボタンを押下すると、そのジャンプ指示内容に従った車両１の射出角及び射出速度の制御が行われ、かかる制御により車両１がジャンプする。なお、ここにいう「飛距離」とは車輪体５が走行面から離れた離床地点から走行面に着地する着床地点までの距離をいう。
【００４９】
本実施形態では、以上の如き車両１の動作制御を行なうために、図１及び図２に示すように、マイクロコンピュータや電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのドライブ回路ユニットなどを含む電子回路ユニットにより構成された制御ユニット５０と、基体９の所定の部位の鉛直方向（重力方向）に対する傾斜角θb及びその変化速度（＝dθb/dt）を計測するための傾斜センサ５２と、車両１に乗員が搭乗しているか否かを検知するための荷重センサ５４と、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの出力軸の回転角度及び回転角速度を検出するための角度センサとしてのロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌと、直動アクチュエータ１３の伸縮量（ストローク量）の検出結果を参照しつつその伸縮量を制御する制御ユニット１０がそれぞれ、車両１の適所に搭載されている。
【００５０】
この場合、制御ユニット５０及び傾斜センサ５２は、例えば、基体９の支柱フレーム１２ａの内部に収容された状態で該支柱フレーム１２ａに取付けられている。また、荷重センサ５４は、シート３に内蔵されている。また、ロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌは、それぞれ、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌと一体に設けられている。なお、ロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌは、それぞれ、回転部材２７Ｒ，２７Ｌに装着してもよい。なお、制御ユニット１０は、直動アクチュエータ１３の上部に取付けられている。
【００５１】
上記傾斜センサ５２は、より詳しくは、加速度センサとジャイロセンサ等のレートセンサ（角速度センサ）とから構成され、これらのセンサの検出信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、傾斜センサ５２の加速度センサ及びレートセンサの出力を基に、所定の計測演算処理（これは公知の演算処理でよい）を実行することによって、傾斜センサ５２を搭載した部位（本実施形態では支柱フレーム１２ａ）の、鉛直方向に対する傾斜角度θbの計測値とその変化速度（微分値）である傾斜角速度θbdotの計測値とを算出する。
【００５２】
この場合、計測する傾斜角度θb（以降、基体傾斜角度θbということがある）は、より詳しくは、それぞれ、Ｙ軸周り方向（ピッチ方向）の成分θb_xと、Ｘ軸周り方向（ロール方向）の成分θb_yとから成る。同様に、計測する傾斜角速度θbdot（以降、基体傾斜角速度θbdotということがある）も、Ｙ軸周り方向（ピッチ方向）の成分θbdot_x（＝dθb_x/dt）と、Ｘ軸周り方向（ロール方向）の成分θbdot_y（＝dθb_y/dt）とから成る。
【００５３】
なお、本実施形態の説明では、上記基体傾斜角度θbなど、Ｘ軸及びＹ軸の各方向（又は各軸周り方向）の成分を有する運動状態量等の変数、あるいは、該運動状態量に関連する係数等の変数に関しては、その各成分を区別して表記する場合に、該変数の参照符号に、添え字"_x"又は"_y"を付加する。
この場合において、並進速度等の並進運動に係わる変数については、そのＸ軸方向の成分に添え字"_x"を付加し、Ｙ軸方向の成分に添え字"_y"を付加する。
【００５４】
一方、角度、回転速度（角速度）、角加速度など、回転運動に係わる変数については、並進運動に係わる変数と添え字を揃えるために、便宜上、Ｙ軸周り方向の成分に添え字"_x"を付加し、Ｘ軸周り方向の成分に添え字"_y"を付加する。
さらに、Ｘ軸方向の成分（又はＹ軸周り方向の成分）と、Ｙ軸方向の成分（又はＸ軸周り方向の成分）との組として変数を表記する場合には、該変数の参照符号に添え字"_xy"を付加する。例えば、上記基体傾斜角度θbを、Ｙ軸周り方向の成分θb_xとＸ軸周り方向の成分θb_yの組として表現する場合には、「基体傾斜角度θb_xy」というように表記する。
【００５５】
前記荷重センサ５４は、乗員がシート３に着座した場合に該乗員の重量による荷重を受けるようにシート３に内蔵され、その荷重に応じた検出信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、この荷重センサ５４の出力により示される荷重の計測値に基づいて、車両１に乗員が搭乗しているか否かを判断する。
なお、荷重センサ５４の代わりに、例えば、乗員がシート３に着座したときにＯＮとなるようなスイッチ式のセンサを用いてもよい。
【００５６】
ロータリーエンコーダ５６Ｒは、電動モータ３１Ｒの出力軸が所定角度回転する毎にパルス信号を発生し、このパルス信号を制御ユニット５０に出力する。そして、制御ユニット５０が、そのパルス信号を基に、電動モータ５３Ｒの出力軸の回転角度を計測し、さらにその回転角度の計測値の時間的変化率（微分値）を電動モータ５３Ｒの回転角速度として計測する。電動モータ３１Ｌ側のロータリーエンコーダ５６Ｌについても同様である。
【００５７】
制御ユニット５０は、上記の各計測値を用いて所定の演算処理を実行することによって、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度の目標値である速度指令を決定し、その速度指令に従って、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度をフィードバック制御する。
なお、電動モータ３１Ｒの出力軸の回転角速度と、回転部材２７Ｒの回転角速度との間の関係は、該出力軸と回転部材２７Ｒとの間の一定値の減速比に応じた比例関係になるので、本実施形態の説明では、便宜上、電動モータ３１Ｒの回転角速度は、回転部材２７Ｒの回転角速度を意味するものとする。同様に、電動モータ３１Ｌの回転角速度は、回転部材２７Ｌの回転角速度を意味するものとする。
【００５８】
また、制御ユニット５０は、車両１をジャンプさせる指示がなされた場合には、その指示に基づいてジャンプ時の軌道計画を生成し、軌道計画に従って車両１がジャンプするようにジャンプ時の車両１の姿勢を制御することによって車両１の射出角を制御する。加えて、制御ユニット５０に対して指令信号を出力して直動アクチュエータ１３の伸縮量を調整させることによって車両１の射出速度を制御する。制御ユニット１０は、制御ユニット５０からの指令信号に基づいて直動アクチュエータ１３の伸縮量（ストローク量）の検出結果を参照しつつ、直動アクチュエータ１３の伸縮量を制御する。
【００５９】
以下に、車両１の制御系（制御ユニット１０及び制御ユニット５０）で行われる制御処理をさらに詳細に説明する。車両１の制御系は、所定の制御処理周期で図７〜９のフローチャートに示す処理を実行する。なお、車両１の運転モードは走行面上を走行する際の運転モードである「走行モード」と、ジャンプ時の運転ードである「ジャンプ動作モード」とに大別され、車両１の制御系では各々の運転モードに適した制御が行われる。以下、「走行モード」で行われる制御及び「ジャンプ動作モード」で行われる制御について順に説明する。
【００６０】
［走行モード］
まず、ステップＳ１において、制御ユニット５０は、傾斜センサ５２の出力を取得する。
次いで、ステップＳ２に進んで、制御ユニット５０は、取得した傾斜センサ５２の出力を基に、基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sと、基体傾斜角速度θbdotの計測値θbdot_xy_sとを算出する。
なお、以降の説明では、上記計測値θb_xy_sなど、変数（状態量）の実際の値の観測値（計測値又は推定値）を参照符号により表記する場合に、該変数の参照符号に、添え字"_s"を付加する。
【００６１】
次いで、制御ユニット５０は、ステップＳ３において、荷重センサ５４の出力を取得した後、ステップＳ４の判断処理を実行する。この判断処理では、現在の運転モードが走行モードであるか、又はジャンプ動作モードであるかを判断する。ここでは、運転モードが走行モードである場合を考えているため、ステップＳ５の判断処理を実行する。この判断処理では、操作コントローラに設けられたジャンプボタンが押下されて、ジャンプ指示がなされたか否かを判断する。
【００６２】
ステップＳ５の判断結果が「ＮＯ」である場合には、制御ユニット５０は、ステップＳ６において、運転モードを走行モードに設定した後、ステップＳ７の判断処理を実行する。この判断処理においては、制御ユニット５０は、取得した荷重センサ５４の出力が示す荷重計測値があらかじめ設定された所定値よりも大きいか否かによって、車両１に乗員が搭乗しているか否か（シート３に乗員が着座しているか否か）を判断する。
そして、制御ユニット５０は、ステップＳ７の判断結果が肯定的である場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、基体傾斜角度θbの目標値θb_xy_objを設定する処理と、車両１の動作制御用の定数パラメータ（各種ゲインの基本値など）の値を設定する処理とを、それぞれステップＳ８、９で実行する。
【００６３】
ステップＳ８においては、制御ユニット５０は、基体傾斜角度θbの目標値θb_xy_objとして、あらかじめ定められた搭乗モード用の目標値を設定する。
ここで、「搭乗モード」は、車両１に乗員が搭乗している場合での車両１の動作モードを意味する。この搭乗モード用の目標値θb_xy_objは、車両１とシート３に着座した乗員との全体の重心点（以降、車両・乗員全体重心点という）が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態となる基体９の姿勢において、傾斜センサ５２の出力に基づき計測される基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sに一致又はほぼ一致するようにあらかじめ設定されている。
また、ステップＳ９においては、制御ユニット５０は、車両１の動作制御用の定数パラメータの値として、あらかじめ定められた搭乗モード用の値を設定する。なお、定数パラメータは、後述するＫi_a_x，Ｋi_b_x，Ｋi_a_y，Ｋi_b_y（ｉ＝１，２，３）等である。
【００６４】
一方、ステップＳ７の判断結果が否定的である場合（判断結果が「ＮＯ」である場合）には、制御ユニット５０は、基体傾斜角度θb_xyの目標値θb_xy_objを設定する処理と、車両１の動作制御用の定数パラメータの値を設定する処理とを、ステップＳ１０、１１で実行する。
ステップＳ１０においては、制御ユニット５０は、傾斜角度θbの目標値θb_xy_objとして、あらかじめ定められた自立モード用の目標値を設定する。
ここで、「自立モード」は、車両１に乗員が搭乗していない場合での車両１の動作モードを意味する。この自立モード用の目標値θb_xy_objは、車両１単体の重心点（以降、車両単体重心点という）が車輪体５の接地面のほぼ真上に位置する状態となる基体９の姿勢において、傾斜センサ５２の出力に基づき計測される基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sに一致又はほぼ一致するようにあらかじめ設定されている。この自立モード用の目標値θb_xy_objは、搭乗モード用の目標値θb_xy_objと一般的には異なる。
【００６５】
また、ステップＳ１１においては、制御ユニット５０は、車両１の動作制御用の定数パラメータの値として、あらかじめ定められた自立モード用の値を設定する。この自立モード用の定数パラメータの値は、搭乗モード用の定数パラメータの値と異なる。
搭乗モードと自立モードとで、上記定数パラメータの値を異ならせるのは、それぞれのモードで上記重心点の高さや、全体質量等が異なることに起因して、制御入力に対する車両１の動作の応答特性が互いに異なるからである。
【００６６】
以上のステップＳ７〜１１の処理によって、搭乗モード及び自立モードの動作モード毎に個別に、基体傾斜角度θb_xyの目標値θb_xy_objと定数パラメータの値とが設定される。
なお、ステップＳ８，９の処理、又はステップＳ１０，１１の処理は、制御処理周期毎に実行することは必須ではなく、ステップＳ７の判断結果が変化した場合にだけ実行するようにしてもよい。
補足すると、搭乗モード及び自立モードのいずれにおいても、基体傾斜角速度θbdotのＹ軸周り方向の成分θbdot_xの目標値とＸ軸周り方向の成分θbdot_yの目標値とは、いずれも"０"である。このため、基体傾斜角速度θbdot_xyの目標値を設定する処理は不要である。
【００６７】
以上の如くステップＳ８，９の処理、又はステップＳ１０，１１の処理を実行した後、制御ユニット５０は、次にステップＳ１２において、車両制御演算処理を実行することによって、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの速度指令を決定する。この車両制御演算処理の詳細は後述する。
【００６８】
次いで、ステップＳ１３に進んで、制御ユニット５０は、ステップＳ１２で決定した速度指令に応じて電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの動作制御処理を実行する。この動作制御処理では、制御ユニット５０は、ステップＳ１２で決定した電動モータ３１Ｒの速度指令と、ロータリーエンコーダ５６Ｒの出力に基づき計測した電動モータ３１Ｒの回転速度の計測値との偏差に応じて、該偏差を"０"に収束させるように電動モータ３１Ｒの出力トルクの目標値（目標トルク）を決定する。そして、制御ユニット５０は、その目標トルクの出力トルクを電動モータ３１Ｒに出力させるように該電動モータ３１Ｒの通電電流を制御する。左側の電動モータ３１Ｌの動作制御についても同様である。
【００６９】
なお、詳細は後述するが、運転モードがジャンプ動作モードに設定されている場合には、ステップＳ１３において、直動アクチュエータ１３の伸縮量の制御も実行される。しかしながら、運転モードが走行モードに設定されている場合には、直動アクチュエータ１３の伸縮量の制御は実行されず、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの動作制御処理のみが実行される。
以上が、制御ユニット５０が実行する全体的な制御処理である。
【００７０】
次に、上記ステップＳ１２の車両制御演算処理の詳細を説明する。
なお、以降の説明においては、前記搭乗モードにおける車両・乗員全体重心点と、前記自立モードにおける車両単体重心点とを総称的に、車両系重心点という。該車両系重心点は、車両１の動作モードが搭乗モードである場合には、車両・乗員全体重心点を意味し、自立モードである場合には、車両単体重心点を意味する。
【００７１】
また、以降の説明では、制御ユニット５０が各制御処理周期で決定する値（更新する値）に関し、現在の（最新の）制御処理周期で決定する値を今回値、その１つ前の制御処理周期で決定した値を前回値ということがある。そして、今回値、前回値を特にことわらない値は、今回値を意味する。
また、Ｘ軸方向の速度及び加速度に関しては、前方向きを正の向きとし、Ｙ軸方向の速度及び加速度に関しては、左向きを正の向きとする。
【００７２】
本実施形態では、前記車両系重心点の動力学的な挙動（詳しくは、Ｙ軸方向からこれに直交する面（ＸＺ平面）に投影して見た挙動と、Ｘ軸方向からこれに直交する面（ＹＺ平面）に投影して見た挙動）が、近似的に、図１０に示すような、倒立振子モデルの挙動（倒立振子の動力学的挙動）によって表現されるものとして、ステップＳ１２の車両制御演算処理が行なわれる。
なお、図１０において、括弧を付していない参照符号は、Ｙ軸方向から見た倒立振子モデルに対応する参照符号であり、括弧付きの参照符号は、Ｘ軸方向から見た倒立振子モデルに対応する参照符号である。
【００７３】
この場合、Ｙ軸方向から見た挙動を表現する倒立振子モデルは、車両系重心点に位置する質点６０_xと、Ｙ軸方向に平行な回転軸６２a_xを有して走行面上を輪転自在な仮想的な車輪６２_x（以降、仮想車輪６２_xという）とを備える。そして、質点６０_xが、仮想車輪６２_xの回転軸６２a_xに直線状のロッド６４_xを介して支持され、該回転軸６２a_xを支点として該回転軸６２a_xの周りに揺動自在とされている。
【００７４】
この倒立振子モデルでは、質点６０_xの運動が、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の運動に相当する。また、鉛直方向に対するロッド６４_xの傾斜角度θbe_xがＹ軸周り方向での基体傾斜角度計測値θb_x_sと基体傾斜角度目標値θb_x_objとの偏差θbe_x_s（＝θb_x_s−θb_x_obj）に一致するものとされる。また、ロッド６４_xの傾斜角度θbe_xの変化速度（＝dθbe_x/dt）がＹ軸周り方向の基体傾斜角速度計測値θbdot_x_sに一致するものとされる。また、仮想車輪６２_xの移動速度Ｖw_x（Ｘ軸方向の並進移動速度）は、車両１の車輪体５のＸ軸方向の移動速度に一致するものとされる。
【００７５】
同様に、Ｘ軸方向から見た挙動を表現する倒立振子モデル（図１０の括弧付きの符号を参照）は、車両系重心点に位置する質点６０_yと、Ｘ軸方向に平行な回転軸６２a_yを有して走行面上を輪転自在な仮想的な車輪６２_y（以降、仮想車輪６２_yという）とを備える。そして、質点６０_yが、仮想車輪６２_yの回転軸６２a_yに直線状のロッド６４_yを介して支持され、該回転軸６２a_yを支点として該回転軸６２a_yの周りに揺動自在とされている。
【００７６】
この倒立振子モデルでは、質点６０_yの運動が、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の運動に相当する。また、鉛直方向に対するロッド６４_yの傾斜角度θbe_yがＸ軸周り方向での基体傾斜角度計測値θb_y_sと基体傾斜角度目標値θb_y_objとの偏差θbe_y_s（＝θb_y_s−θb_y_obj）に一致するものとされる。また、ロッド６４_yの傾斜角度θbe_yの変化速度（＝dθbe_y/dt）がＸ軸周り方向の基体傾斜角速度計測値θbdot_y_sに一致するものとされる。また、仮想車輪６２_yの移動速度Ｖw_y（Ｙ軸方向の並進移動速度）は、車両１の車輪体５のＹ軸方向の移動速度に一致するものとされる。
なお、仮想車輪６２_x，６２_yは、それぞれ、あらかじめ定められた所定値Ｒw_x，Ｒw_yの半径を有するものとされる。
【００７７】
また、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度ωw_x，ωw_yと、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R，ω_L（より正確には、回転部材２７Ｒ，２７Ｌのそれぞれの回転角速度ω_R，ω_L）との間には、次式０１ａ，０１ｂの関係が成立するものとされる。
ωw_x＝Ｃ・（ω_Ｒ−ω_L）／２ ……式０１ａ
ωw_y＝（ω_Ｒ＋ω_L）／２ ……式０１ｂ
なお、式０１ａにおける"Ｃ"は、前記フリーローラ２９Ｒ，２９Ｌと車輪体５との間の機構的な関係や滑りに依存する所定値の係数である。
【００７８】
ここで、図１０に示す倒立振子モデルの動力学は、次式０３ｘ，０３ｙにより表現される。なお、式０３ｘは、Ｙ軸方向から見た倒立振子モデルの動力学を表現する式、式０３ｙは、Ｘ軸方向から見た倒立振子モデルの動力学を表現する式である。
ｄ2θbe_x／dt2＝α_x・θbe_x＋β_x・ωwdot_x ……式０３ｘ
ｄ2θbe_y／dt2＝α_y・θbe_y＋β_y・ωwdot_y ……式０３ｙ
【００７９】
式０３ｘにおけるωwdot_xは仮想車輪６２_xの回転角加速度（回転角速度ωw_xの１階微分値）、α_xは、質点６０_xの質量や高さｈ_xに依存する係数、β_xは、仮想車輪６２_xのイナーシャ（慣性モーメント）や半径Ｒw_xに依存する係数である。式０３ｙにおけるωwdot_y、α_y、β_yについても上記と同様である。
これらの式０３ｘ，０３ｙから判るように、倒立振子の質点６０_x，６０_yの運動（ひいては車両系重心点の運動）は、それぞれ、仮想車輪６２_xの回転角加速度ωwdot_x、仮想車輪６２_yの回転角加速度ωwdot_yに依存して規定される。
【００８０】
そこで、本実施形態では、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の運動を制御するための操作量（制御入力）として、仮想車輪６２_xの回転角加速度ωwdot_xを用いると共に、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の運動を制御するための操作量（制御入力）として、仮想車輪６２_yの回転角加速度ωwdot_yを用いる。
【００８１】
そして、ステップＳ１２の車両制御演算処理を概略的に説明すると、制御ユニット５０は、Ｘ軸方向で見た質点６０_xの運動と、Ｙ軸方向で見た質点６０_yの運動とが、車両系重心点の所望の運動に対応する運動となるように、操作量としての上記回転角加速度ωwdot_x，ωwdot_yの指令値（目標値）である仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdを決定する。さらに、制御ユニット５０は、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdをそれぞれ積分してなる値を、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度ωw_x，ωw_yの指令値（目標値）である仮想車輪回転角速度指令ωw_x_cmd，ωw_y_cmdとして決定する。
【００８２】
そして、制御ユニット５０は、仮想車輪回転角速度指令ωw_x_cmdに対応する仮想車輪６２_xの移動速度（＝Ｒw_x・ωw_x_cmd）と、仮想車輪回転角速度指令ωw_y_cmdに対応する仮想車輪６２_yの移動速度（＝Ｒw_y・ωw_y_cmd）とを、それぞれ、車両１の車輪体５のＸ軸方向の目標移動速度、Ｙ軸方向の目標移動速度とし、それらの目標移動速度を実現するように、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの速度指令ω_R_cmd，ωL_cmdを決定する。
【００８３】
［ジャンプ動作モード］
車両１の運転モードが走行モードに設定されて以上説明した制御が行われている最中に、操作コントローラに設けられたジャンプボタンが押下されて、ジャンプ指示がなされると運動モードがジャンプ動作モードに移行する。つまり、ジャンプ指示がなされると、ステップＳ５の判断結果が「ＹＥＳ」になり、制御ユニット５０は、ステップＳ１４において、運転モードをジャンプ動作モードに設定した後、ステップＳ１５の軌道計画生成処理を実行する。
【００８４】
軌道計画処理が実行されると、図８に示す通り、制御ユニット５０は、ステップＳ２１において、ジャンプすべきジャンプ高さを決定する。ここで、操作コントローラから入力されるジャンプ指示としては、以下の（１）〜（３）ものが挙げられる。操作コントローラから入力されるジャンプ指示を以下の（１）〜（３）の何れにするかは、車両１の用途、操作性（運転性）等を考慮して決定される。
（１）ジャンプ方向と飛距離とを含むジャンプ指示
（２）ジャンプ方向とジャンプ高さとを含むジャンプ指示
（３）ジャンプ方向、飛距離、及びジャンプ高さを含むジャンプ指示
【００８５】
上記の（２），（３）に示すジャンプ指示のように、ジャンプ高さがジャンプ指示に含まれる場合には、制御ユニット５０は、そのジャンプ高さをジャンプすべきジャンプ高さに決定する。これに対し、上記の（１）に示すジャンプ指示のように、ジャンプ高さがジャンプ指示に含まれない場合には、制御ユニット５０は、予め設定されたジャンプ高さをジャンプすべきジャンプ高さに決定する。
【００８６】
次に、制御ユニット５０は、ステップＳ２２において、ジャンプ時の着地位置を決定する。ここで、ジャンプ時の着地位置は、ジャンプ方向と飛距離とによって求められる。このため、上記の（１），（３）に示すジャンプ指示のようにジャンプ方向と飛距離とが含まれる場合には、これらを用いた所定の演算を行って着地位置を決定する。これに対し、上記の（２）に示すジャンプ指示のように飛距離が含まれない場合には、まずジャンプ高さから滞空時間を算出して飛距離を算出し、次にジャンプ指示に含まれるジャンプ方向と算出した飛距離とを用いた所定の演算を行って着地位置を決定する。
【００８７】
以上の処理が終了すると、制御ユニット５０は、ステップＳ２３において、取得した荷重センサ５４の出力（ステップＳ３で取得）が示す荷重計測値があらかじめ設定された所定値よりも大きいか否かによって、車両１に乗員が搭乗しているか否か（シート３に乗員が着座しているか否か）を判断する。
そして、制御ユニット５０は、ステップＳ２３の判断結果が肯定的である場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、ステップＳ２４において、搭乗モード用の軌道計画を作成する。一方、ステップＳ２３の判断結果が否定的である場合（判断結果が「ＮＯ」である場合）には、制御ユニット５０は、ステップＳ２５において、自立モード用の軌道計画を作成する。
【００８８】
ここで、ステップＳ２４，Ｓ２５における軌道計画の作成方法は基本的に同じであり、ステップＳ２１で決定されたジャンプ高さと、ステップＳ２２で決定された着地位置とに基づいて軌道計画が作成される。ただし、ステップＳ２４では車両重心点を車両・乗員全体重心点に設定して軌道計画（搭乗モード用の軌道計画）が作成され、ステップＳ２５では車両重心点を車両単体重心点に設定して軌道計画（自立モード用の軌道計画）が作成される。なお、軌道計画に沿って車両１をジャンプさせるための射出角及び射出速度は、作成された軌道計画から自動的に求められる。
【００８９】
例えば、図１１に示す通り、飛距離がＪＬであって、ジャンプ高さがＪＨであり、ジャンプ後にジャンプした時と同じ高さの走行面に着地する軌道計画（図中の軌道Ｌ１。簡単に説明するため装置重心の軌道を一例として示している。）が作成された場合には、車両１のジャンプ時の射出角θ0及び射出速度ｖ0はそれぞれ次式０４ａ，０４ｂにより求められる。なお、次式０４ｂ中の変数ｇは重力加速度である。
θ0＝tan−１（４・ＪＨ／ＪＬ） ……式０４ａ
ｖ0＝√（２・ｇ・ＪＨ＋（ｇ・ＪＬ２／８・ＪＨ）） ……式０４ｂ
【００９０】
以上の処理が終了すると、制御ユニット５０は、ステップＳ２６において、ジャンプ動作時における姿勢制御モードを「離床モード」に設定する。なお、姿勢制御モードには、ジャンプまでの車両１の姿勢を制御する「離床モード」、ジャンプによって空中に浮いている状態の車両１の姿勢を制御する「空中モード」、及び着地してからの車両１の姿勢を制御する「着地モード」がある。ステップＳ２６で姿勢制御モードが「離床モード」に設定されると、一連の軌道計画処理が終了し、図７に示すステップＳ７〜Ｓ１３の処理が行われる。
【００９１】
以上の処理で軌道計画が生成されてから、次の制御処理周期が到来すると再び図７に示す処理が開始され、制御ユニット５０によって、傾斜センサ５２の出力を取得する処理（ステップＳ１）、基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sと基体傾斜角速度θbdotの計測値θbdot_xy_sとを算出する処理（ステップＳ２）、及び荷重センサ５４の出力を取得する処理（ステップＳ３）が順次行われる。以上の処理が終了すると、制御ユニット５０は、ステップＳ４において、現在の運転モードが走行モードであるか、又はジャンプ動作モードであるかを判断する。ここでは、先の制御処理周期におけるステップＳ１４の処理で運転モードがジャンプ動作モードに設定されているため、制御ユニット５０は、図９に示すステップＳ３１の判断処理を実行する。
【００９２】
ステップＳ３１の判断処理では、現在の姿勢制御モードが離床モード、空中モード、及び着地モードの何れであるかを判断する。ここでは、先の制御処理周期におけるステップＳ２６の処理（ステップＳ１５のサブルーチン内で行われる処理）にて姿勢制御モードが離床モードに設定されているため、制御ユニット５０は離床モードであると判断し、ステップＳ３２において離床までのシーケンスの実行を開始する。
【００９３】
図１２は、ジャンプ指示が入力されてからジャンプが終了するまでの制御量の一例を示す図である。図１２に示す通り、ジャンプ時には基体９の傾斜角と直動アクチュエータ１３の伸縮量とが制御系によって制御される。なお、基体９の傾斜角は、図１０を用いて説明した通り、車輪体５を駆動することによって制御される。また、図１２においては、ジャンプ指示がなされた時刻をｔ０とし、車輪体５が走行面から離れる時刻をｔ１とし、車輪体５が走行面に着地する時刻をｔ２とし、ジャンプに係る制御系の制御が終了する時刻をｔ３としている。
【００９４】
ステップＳ３２では、ジャンプ指示がなされた時刻ｔ０から車輪体５が走行面から離れる時刻ｔ１までのジャンプ準備期間Ｔ１に、制御ユニット５０が車輪体５を駆動して、基体９の傾斜角（車両１の射出角）を、先の制御処理周期のステップＳ１５で作成された軌道計画に沿って車両１をジャンプさせるための射出角θ0にする制御量を決定する処理が行われる。これと並行して、制御ユニットの５０の制御の下で制御ユニット１０が直動アクチュエータ１３を駆動して、直動アクチュエータ１３の伸縮量を、上記の軌道計画に沿って車両１をジャンプさせるための射出速度ｖ0が得られる伸縮量にする制御量を決定する処理が行われる。
【００９５】
ステップＳ３２の処理が終了すると、制御ユニット５０は、ステップＳ３３において、離床までに行われるシーケンスの全てが終了したか否かを判断する。この判断結果が「ＮＯ」である場合には、制御ユニット５０は、図７に示すステップＳ７〜Ｓ１３の制御を行って、ステップＳ３２で決定した制御量に基づく制御を実行する。ここで、運転モードがジャンプ動作モードであって姿勢制御モードが離床モードである場合には、制御処理周期毎に、ステップＳ１〜Ｓ４，Ｓ３１〜Ｓ３３，Ｓ７〜Ｓ１３の処理が繰り返し行われ、図１２に示すジャンプ準備期間Ｔ１における離床までのシーケンスの残りが順次実行される。なお、図１２では、ジャンプ準備期間Ｔ１に基体９の傾斜角及び直動アクチュエータ１３の伸縮量を共に滑らかに変化させるシーケンスが行われる例を挙げているが、これらの変化のさせ方は任意である。
【００９６】
以上の処理が繰り返し行われて、離床までに行われるシーケンスの最後の処理に至ると、制御ユニット５０の制御の下で制御ユニット１０が直動アクチュエータ１３を一気に伸長させる。これにより、車両１がジャンプして車輪体５が走行面から離れる（時刻ｔ１）。車両１のジャンプによって、離床までに行われるシーケンスの全てが終了する。すると、ステップＳ３３の判断結果が「ＹＥＳ」になり、制御ユニット５０は、ステップＳ３４において、ジャンプ動作時における姿勢制御モードを「空中モード」に設定する。かかる処理が終了すると、制御ユニット５０は、図７に示すステップＳ７〜Ｓ１３の処理を行う。
【００９７】
次の制御処理周期が到来すると、再び図７に示す処理が開始され、制御ユニット５０がステップＳ１〜Ｓ４の処理を順次行った後に、ステップＳ３１において現在の姿勢制御モードが離床モード、空中モード、及び着地モードの何れであるかを判断する。ここでは、先の制御処理周期におけるステップＳ３４の処理にて姿勢制御モードが空中モードに設定されているため、制御ユニット５０は空中モードであると判断し、ステップＳ３５において空中シーケンスの実行を開始する。
【００９８】
ステップＳ３５では、車輪体５が走行面から離れる時刻ｔ１から車輪体５が走行面に着地する時刻ｔ２までのジャンプ期間Ｔ２に、制御ユニット５０が車輪体５を駆動して回転させ、基体９の傾斜角をジャンプ時の傾斜角（車両１の射出角）とは逆にする制御量を決定する処理が行われる。例えば、図１２に示す通り、回転速度が台形状に変化するように車輪体５を回転（車両１が前方に移動する方向に回転）させ、時刻ｔ２までに基体９の傾斜角を、ジャンプ時の基体９の傾斜角θ0とは逆の−θ0にするための制御量を決定する処理が行われる。
【００９９】
かかる処理は、ジャンプしている間に車両１の姿勢を着地に適した姿勢にすることで、より安定した姿勢で着地を迎えられるようにするためである。なお、図１２では、車輪体５の回転速度を、ジャンプ期間Ｔ２のみ図示しており、ジャンプ準備期間Ｔ１及びジャンプ終了期間Ｔ３においては図示を省略している。車両１がジャンプしている状態では、車輪体５を回転させることによる反作用によって基体９の傾斜角が制御される。なお、姿勢制御モードが空中モードに設定されている場合には、直動アクチュエータ１３の伸縮量の制御は必要はないが、必要に応じて制御を行っても良い。
【０１００】
ステップＳ３５の処理が終了すると、制御ユニット５０は、ステップＳ３６において、車輪体５が走行面に着地したか否かを判断する。この判断結果が「ＮＯ」である場合には、制御ユニット５０は、図７に示すステップＳ７〜Ｓ１３の制御を行って、ステップＳ３５で決定した制御量に基づく制御を実行する。ここで、運転モードがジャンプ動作モードであって姿勢制御モードが空中モードである場合には、制御処理周期毎に、ステップＳ１〜Ｓ４，Ｓ３１，Ｓ３５，Ｓ３６，Ｓ７〜Ｓ１３の処理が繰り返し行われ、図１２に示すジャンプ期間Ｔ２における空中シーケンスの残りが順次実行される。
【０１０１】
以上の処理が繰り返し行われて、基体９の傾斜角がジャンプ時の傾斜角とは逆にされた状態で車輪体５が走行面に着地すると（時刻ｔ２）、空中シーケンスの全てが終了する。すると、ステップＳ３６の判断結果が「ＹＥＳ」になり、制御ユニット５０は、ステップＳ３７においてジャンプ動作時における姿勢制御モードを「着地モード」に設定し、ステップＳ３８において着地モード時に行われる着地シーケンス（詳細は後述する）で用いられるカウンタを初期化する。なお。このカウンタは、着地シーケンスの実行に要する時間を制限するためのカウンタであり、上記の初期化によって着地シーケンスが実行される制御処理周期の周期数が設定される。かかる処理が終了すると、制御ユニット５０は、図７に示すステップＳ７〜Ｓ１３の処理を行う。
【０１０２】
次の制御処理周期が到来すると、再び図７に示す処理が開始され、制御ユニット５０がステップＳ１〜Ｓ４の処理を順次行った後に、ステップＳ３１において現在の姿勢制御モードが離床モード、空中モード、及び着地モードの何れであるかを判断する。ここでは、先の制御処理周期におけるステップＳ３７の処理にて姿勢制御モードが着地モードに設定されているため、制御ユニット５０は着地モードであると判断し、ステップＳ３９において着地シーケンスの実行を開始する。
【０１０３】
ステップＳ３９では、車輪体５が走行面に着地した時刻ｔ２からジャンプに係る制御系の制御が終了する時刻ｔ３までのジャンプ終了期間Ｔ３に、制御ユニット５０が車輪体５を駆動して車両１の姿勢を早期に安定させて、図１０を用いて説明した通常の倒立振子モデルの制御に速やかに移行させるための制御量を決定する処理が行われる。なお、姿勢制御モードが空中モードに設定されている場合と同様に、直動アクチュエータ１３の伸縮量の制御は必要はないが、例えば車輪体５が走行面に着地したときに生ずる衝撃や振動を早急に抑える必要がある場合など必要に応じて直動アクチュエータ１３の伸縮量を制御しても良い。
【０１０４】
ステップＳ３９の処理が終了すると、制御ユニット５０は、ステップＳ４０においてカウンタのカウント値をデクリメントする処理を行い、ステップＳ４１においてカウンタのカウント値が零であるか否か、つまり着地シーケンスが終了したか否かを判断する。この判断結果が「ＮＯ」である場合には、制御ユニット５０は、図７に示すステップＳ７〜Ｓ１３の制御を行って、ステップＳ３９で決定した制御量に基づく制御を実行する。ここで、運転モードがジャンプ動作モードであって姿勢制御モードが着地モードである場合には、制御処理周期毎に、ステップＳ１〜Ｓ４，Ｓ３１，Ｓ３９〜Ｓ４１の処理が繰り返し行われ、図１２に示すジャンプ終了期間Ｔ３における着地シーケンスの残りが順次実行される。
【０１０５】
以上の処理が繰り返し行われて、カウンタのカウント値が零になると（時刻ｔ３）、着地シーケンスの全てが終了する。すると、ステップＳ４１の判断結果が「ＹＥＳ」になり、制御ユニット５０は、ステップＳ４２において運転モードを走行モードに設定する。かかる設定がなされると、次の制御処理周期におけるステップＳ４の判断の後にステップＳ５の判断が行われるようになり、運転モードが前述した走行モードに移行する。
【０１０６】
次に、以上説明した動作制御を行う制御系について説明する。図１３は、車両１の動作制御を行う制御系の構成を示すブロック図である。図１３に示す通り、制御系は、２つの制御ユニット１０，５０からなる。制御ユニット１０は、前述した通り、制御ユニット５０から出力される指令信号（車両１の射出速度を示す指令信号）に基づいて、直動アクチュエータ１３の伸縮量（ストローク量）の検出結果を参照しつつ直動アクチュエータ１３の伸縮量を制御する。ここで、制御ユニット１０には直動アクチュエータ１３の伸縮量と車両１の射出速度との対応関係を示すマップが記憶されており、制御ユニット１０は、このマップを用いて指令信号に応じた直動アクチュエータ１３の伸縮量を求める。
【０１０７】
また、図１３に示す通り、制御ユニット５０は、上位コントローラＭＣと下位コントローラＳＣとを備えており、ジョイスティック等の操作コントローラが接続されている。上位コントローラＭＣは、図１３に示す制御系を統括して制御するものであり、操作コントローラからジャンプ指示が入力された場合に、そのジャンプ指示に基づいてジャンプ時の軌道計画を生成する軌道計画生成部ＡＣを備える。軌道計画生成部ＡＣは、操作コントローラからのジャンプ指示に応じた軌道計画を生成する。なお、軌道計画の生成方法は、図１１等を参照して説明したため、ここでは詳細な説明を省略する。上位コントローラＭＣは、軌道計画生成部ＡＣによって軌道計画が生成された場合には、その軌道計画に従って車両１をジャンプさせる射出角及び射出速度を、重心速度算出７２から出力される重心速度推定値Ｖb_xy_sを参照しつつ求める。
【０１０８】
下位コントローラＳＣは、傾斜算出部７１、偏差演算部７０、重心速度算出部７２、要求重心速度生成部７４、重心速度制限部７６、ゲイン調整部７８、姿勢制御演算部８０、モータ指令演算部８２、及び遅延要素８４を備える。傾斜算出部７１は、傾斜センサ５２の加速度センサ及びレートセンサの出力を基に、所定の計測演算処理を実行することによって、傾斜センサ５２を搭載した部位（本実施形態では支柱フレーム１２ａ）の、鉛直方向に対する基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sと、基体傾斜角速度θbdotの計測値θbdot_xy_sとを算出する。偏差演算部７０は、傾斜算出部７１で算出された基体傾斜角度計測値θb_xy_sと、上位コントローラＭＣから出力される基体傾斜角度目標値θb_xy_objとの偏差である基体傾斜角度偏差計測値θbe_xy_sを算出する。
【０１０９】
重心速度算出部７２は、傾斜算出部７１で算出された基体傾斜角速度計測値θbdot_xy_sと、該遅延要素８４から出力される仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdの前回値ωw_xy_cmd_pとから、前記車両系重心点の移動速度である重心速度Ｖb_xyの観測値としての重心速度推定値Ｖb_xy_sを算出する。要求重心速度生成部７４は、重心速度算出部７２で算出された重心速度推定値Ｖb_xy_sに基づいて、乗員等による車両１の操縦操作（車両１に推進力を付加する操作）によって要求されていると推定される上記重心速度Ｖb_xyの要求値としての要求重心速度Ｖ_xy_aimを生成する。
【０１１０】
重心速度制限部７６は、重心速度算出部７２で算出された重心速度推定値Ｖb_xy_sと、要求重心速度生成部７４で生成された要求重心速度Ｖ_xy_aimとから、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌの回転角速度の許容範囲に応じた制限を加味して、重心速度Ｖb_xyの目標値としての制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfdを決定する。ゲイン調整部７８は、制御ゲインを調整するためのゲイン調整パラメータＫr_xyを決定する。
【０１１１】
姿勢制御演算部８０は、偏差演算部７０で算出された基体傾斜角度偏差計測値θbe_xy_s、基体傾斜角速度計測値θbdot_xy_s、重心速度算出部７２で算出された重心速度推定値Ｖb_xy_s、重心速度制限部７６で決定された制御用目標重心速度Ｖb_xy_mdfd、及びゲイン調整部７８で決定されたゲイン調整パラメータＫr_xyに基づいて、前記仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを算出する。モータ指令演算部８２は、姿勢制御演算部８０から出力される仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdを、右側の電動モータ３１Ｒの速度指令ω_R_cmd（回転角速度の指令値）と左側の電動モータ３１Ｌの速度指令ω_L_cmd（回転角速度の指令値）との組に変換する。遅延用度８４は、各制御処理周期において、仮想車輪回転角速度指令ωw_xy_cmdの前回値ωw_xy_cmd_pを出力する。
【０１１２】
前述した走行モード時におけるステップＳ１２（図７参照）の車両制御演算処理では、これらの上記の各処理部の処理が以下に説明するように実行される。
すなわち、制御ユニット５０は、まず、傾斜算出部７１の処理を実行する。この傾斜算出部７１には、前記ステップＳ１で取得された傾斜センサ５２からの出力が入力される。そして、傾斜センサ５２の加速度センサ及びレートセンサの出力を基に、所定の計測演算処理を実行することによって、傾斜センサ５２を搭載した部位の、鉛直方向に対する基体傾斜角度θbの計測値θb_xy_sと、基体傾斜角速度θbdotの計測値θbdot_xy_sとを算出する。
【０１１３】
次に、偏差演算部７０の処理と重心速度算出部７２の処理とを実行する。偏差演算部７０には、前記ステップＳ２で算出された基体傾斜角度計測値θb_xy_s（θb_x_s及びθb_y_s）と、前記ステップＳ８又はステップＳ１０で設定された目標値θb_xy_obj（θb_x_obj及びθb_y_obj）とが入力される。そして、偏差演算部７０は、θb_x_sからθb_x_objを減算することによって、Ｙ軸周り方向の基体傾斜角度偏差計測値θbe_x_s（＝θb_x_s−θb_x_obj）を算出すると共に、θb_y_sからθb_y_objを減算することによって、Ｘ軸周り方向の基体傾斜角度偏差計測値θbe_y_s（＝θb_y_s−θb_y_obj）を算出する。
なお、偏差演算部７０の処理は、ステップＳ１２の車両制御演算処理の前に行なうようにしてもよい。例えば、前記ステップＳ８又はステップＳ１０の処理の中で、偏差演算部７０の処理を実行してもよい。
【０１１４】
前記重心速度算出部７２には、前記ステップＳ２で算出された基体傾斜角速度計測値θbdot_xy_s（θbdot_x_s及びθbdot_y_s）の今回値が入力されると共に、仮想車輪速度指令ωw_xy_cmdの前回値ωw_xy_cmd_p（ωw_x_cmd_p及びωw_y_cmd_p）が遅延要素８４から入力される。そして、重心速度算出部７２は、これらの入力値から、前記倒立振子モデルに基づく所定の演算式によって、重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）を算出する。
【０１１５】
具体的には、重心速度算出部７２は、次式０５ｘ，０５ｙにより、Ｖb_x_s及びＶb_y_sをそれぞれ算出する。
Ｖb_x_s＝Ｒw_x・ωw_x_cmd_p＋ｈ_x・θbdot_x_s ……０５ｘ
Ｖb_y_s＝Ｒw_y・ωw_y_cmd_p＋ｈ_y・θbdot_y_s ……０５ｙ
【０１１６】
これらの式０５ｘ，０５ｙにおいて、Ｒw_x，Ｒw_yは、前記したように、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの半径であり、これらの値は、あらかじめ設定された所定値である。また、ｈ_x，ｈ_yは、それぞれ倒立振子モデルの質点６０_x，６０_yの高さである。この場合、本実施形態では、車両系重心点の高さは、ほぼ一定に維持されるものとされる。そこで、ｈ_x，ｈ_yの値としては、それぞれ、あらかじめ設定された所定値が用いられる。補足すると、高さｈ_x，ｈ_yは、前記ステップＳ９又はステップＳ１１において値を設定する定数パラメータに含まれるものである。
【０１１７】
上記式０５ｘの右辺の第１項は、仮想車輪６２_xの速度指令の前回値ωw_x_cmd_pに対応する該仮想車輪６２_xのＸ軸方向の移動速度であり、この移動速度は、車輪体５のＸ軸方向の実際の移動速度の現在値に相当するものである。また、式０５ｘの右辺の第２項は、基体９がＹ軸周り方向にθbdot_x_sの傾斜角速度で傾動することに起因して生じる車両系重心点のＸ軸方向の移動速度（車輪体５に対する相対的な移動速度）の現在値に相当するものである。これらのことは、式０５ｙについても同様である。
【０１１８】
なお、前記ロータリーエンコーダ５６Ｒ，５６Ｌの出力を基に計測される電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの回転角速度の計測値（今回値）の組を、仮想車輪６２_x，６２_yのそれぞれの回転角速度の組に変換し、それらの回転角速度を、式０５ｘ、０５ｙのωw_x_cmd_p、ωw_y_cmd_pの代わりに用いてもよい。ただし、回転角速度の計測値に含まれるノイズの影響を排除する上では、目標値であるωw_x_cmd_p、ωw_y_cmd_pを使用することが有利である。
【０１１９】
次に、制御ユニット５０は、要求重心速度生成部７４の処理とゲイン調整部７８の処理とを実行する。この場合、要求重心速度生成部７４及びゲイン調整部７８には、それぞれ、重心速度算出部７２で上記の如く算出された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）が入力される。
そして、要求重心速度生成部７４は、詳細は後述するが、車両１の動作モードが搭乗モードである場合に、入力された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）を基に、要求重心速度Ｖ_xy_aim（Ｖ_x_aim，Ｖ_y_aim）を決定する。なお、本実施形態では、車両１の動作モードが自立モードである場合には、要求重心速度生成部７４は、要求重心速度Ｖ_x_aim及びＶ_y_aimをいずれも"０"とする。
また、ゲイン調整部７８は、入力された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）を基に、前記ゲイン調整パラメータＫr_xy（Ｋr_x及びＫr_y）を決定する。
【０１２０】
次に、制御ユニット５０は、重心速度制限部７６の処理を実行する。
この重心速度制限部７６には、重心速度算出部７２で算出された重心速度推定値Ｖb_xy_s（Ｖb_x_s及びＶb_y_s）と、要求重心速度生成部７４で決定された要求重心速度Ｖ_xy_aim（Ｖ_x_aim及びＶ_y_aim）とが入力される。そして、重心速度制限部７６は、これらの入力値を使用して、制御用目標重心速度Ｖ_xy_mdfd（Ｖ_x_mdfd及びＶ_y_mdfd）を決定する。
【０１２１】
次いで、制御ユニット５０は、姿勢制御演算部８０の処理を実行する。
姿勢制御演算部８０は、まず、次式０７ｘ，０７ｙにより、仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_xy_cmdを算出する。
ωwdot_x_cmd＝Ｋ1_x・θbe_x_s＋Ｋ2_x・θbdot_x_s
＋Ｋ3_x・(Ｖb_x_s−Ｖb_x_mdfd) ……式０７ｘ
ωwdot_y_cmd＝Ｋ1_y・θbe_y_s＋Ｋ2_y・θbdot_y_s
＋Ｋ3_y・(Ｖb_y_s−Ｖb_y_mdfd) ……式０７ｙ
【０１２２】
従って、本実施形態では、Ｙ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_xの運動（ひいては、Ｙ軸方向から見た車両系重心点の運動）を制御するための操作量（制御入力）としての仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_x_cmdと、Ｘ軸方向から見た倒立振子モデルの質点６０_yの運動（ひいては、Ｘ軸方向から見た車両系重心点の運動）を制御するための操作量（制御入力）としての仮想車輪回転角加速度指令ωdotw_y_cmdとは、それぞれ、３つの操作量成分（式０７ｘ，０７ｙの右辺の３つの項）を加え合わせることによって決定される。
【０１２３】
この場合、式０７ｘにおける各操作量成分に係わるゲイン係数Ｋ1_x，Ｋ2_x，Ｋ3_xは、ゲイン調整パラメータＫr_xに応じて可変的に設定され、式０７ｙにおける各操作量成分に係わるゲイン係数Ｋ1_y，Ｋ2_y，Ｋ3_yは、ゲイン調整パラメータＫr_yに応じて可変的に設定される。以降、式０７ｘにおけるゲイン係数Ｋ1_x，Ｋ2_x，Ｋ3_xのそれぞれを第１ゲイン係数Ｋ1_x、第２ゲイン係数Ｋ2_x、第３ゲイン係数Ｋ3_xということがある。このことは、式０７ｙにおけるゲイン係数Ｋ1_y，Ｋ2_y，Ｋ3_yについても同様とする。
【０１２４】
式０７ｘにおける第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）と、式０７ｙにおける第ｉゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）とは、次式０９ｘ、０９ｙにより、ゲイン調整パラメータＫr_x，Ｋr_yに応じて決定される。
Ｋi_x＝（１−Ｋr_x）・Ｋi_a_x＋Ｋr_x・Ｋi_b_x ……式０９ｘ
Ｋi_y＝（１−Ｋr_y）・Ｋi_a_y＋Ｋr_y・Ｋi_b_y ……式０９ｙ
（ｉ＝１，２，３）
【０１２５】
ここで、式０９ｘにおけるＫi_a_x、Ｋi_b_xは、それぞれ、第ｉゲイン係数Ｋi_xの最小側（"０"に近い側）のゲイン係数値、最大側（"０"から離れる側）のゲイン係数値としてあらかじめ設定された定数値である。このことは、式０９ｙにおけるＫi_a_y、Ｋi_b_yについても同様である。
【０１２６】
従って、式０７ｘの演算に用いる各第ｉゲイン係数Ｋi_x（ｉ＝１，２，３）は、それぞれに対応する定数値Ｋi_a_x、Ｋi_b_xの重み付き平均値として決定される。そして、この場合、Ｋi_a_x、Ｋi_b_xにそれぞれ掛かる重みが、ゲイン調整パラメータＫr_xに応じて変化させられる。このため、Ｋr_x＝０である場合には、Ｋi_x＝Ｋi_a_xとなり、Ｋr_x＝１である場合には、Ｋi_x＝Ｋi_b_xとなる。そして、Ｋr_xが"０"から"１"に近づくに伴い、第ｉゲイン係数Ｋi_xはＫi_a_xからＫi_b_x近づいていく。
【０１２７】
同様に、式０７ｙの演算に用いる各第ｉゲイン係数Ｋi_y（ｉ＝１，２，３）は、それぞれに対応する定数値Ｋi_a_y、Ｋi_b_yの重み付き平均値として決定される。そして、この場合、Ｋi_a_y、Ｋi_b_yにそれぞれ掛かる重みが、ゲイン調整パラメータＫr_yに応じて変化させられる。このため、Ｋi_xの場合と同様に、Ｋr_yの値が"０"から"１"の間で変化するに伴い、第ｉゲイン係数Ｋi_yの値が、Ｋi_a_yとＫi_b_yとの間で変化する。
補足すると、上記定数値Ｋi_a_x、Ｋi_b_x及びＫi_a_y，Ｋi_b_y（ｉ＝１，２，３）は、前記ステップＳ９又はステップＳ１１において値が設定される定数パラメータに含まれるものである。
【０１２８】
姿勢制御演算部８０は、上記の如く決定した第１〜第３ゲイン係数Ｋ1_x，Ｋ2_x，Ｋ3_xを用いて前記式０７ｘの演算を行なうことで、Ｘ軸方向に輪転する仮想車輪６２_xに係わる仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmdを算出する。
同様に、姿勢制御演算部８０は、上記の如く決定した第１〜第３ゲイン係数Ｋ1_y，Ｋ2_y，Ｋ3_yを用いて前記式０７ｙの演算を行なうことで、Ｙ軸方向に輪転する仮想車輪６２_yに係わる仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_y_cmdを算出する。
【０１２９】
姿勢制御演算部８０は、上記の如く、仮想車輪回転角加速度指令ωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdを算出した後、次に、これらのωwdot_x_cmd，ωwdot_y_cmdをそれぞれ積分器８０ｆにより積分することによって、仮想車輪回転速度指令ωw_x_cmd，ωw_y_cmdを決定する。
【０１３０】
制御ユニット５０は、次に、姿勢安定化制御演算部８０で上記の如く決定した仮想車輪回転速度指令ωw_x_cmd，ωw_y_cmdをモータ指令演算部８２に入力し、該モータ指令演算部８２の処理を実行することによって、電動モータ３１Ｒの速度指令ω_R_cmdと電動モータ３１Ｌの速度指令ω_L_cmdとを決定する。
具体的には、モータ指令演算部８２は、前記式０１ａ，０１ｂのωw_x，ωw_y，ω_R，ω_Lをそれぞれ、ωw_x_cmd，ωw_y_cmd，ω_R_cmd，ω_L_cmdに置き換えて得られる連立方程式を、ω_R_cmd，ω_L_cmdを未知数として解くことによって、電動モータ３１Ｒ，３１Ｌのそれぞれの速度指令ω_R_cmd，ω_L_cmdを決定する。
以上により走行モード時における前記ステップＳ１２の車両制御演算処理が完了する。
【０１３１】
また、前述したジャンプ動作モード時におけるステップＳ１２（図７参照）の車両制御演算処理では、基本的に、以上説明した各処理部の処理と同様の処理によって車両１の傾斜角が、軌道計画生成部ＡＣで生成された軌道計画に従って車両１をジャンプさせる射出角に応じた角度に制御される。ここで、車両１の傾斜角は、上位コントローラＭＣが基体傾斜角度θbの目標値θb_xy_objを指定することによって制御する。また、車両１の傾斜角の制御と並行して、制御ユニット１０によって軌道計画生成部ＡＣで生成された軌道計画に従って車両１をジャンプさせる射出速度が得られるように、直動アクチュエータ１３の伸縮量が制御される。
【０１３２】
以上説明した通り、本実施形態によれば、ジャンプ指示に基づいてジャンプ時の軌道計画を生成し、車輪体５を駆動して車両１の姿勢を制御することによって軌道計画に応じた車両１の射出角を制御するとともに、基体９に設けられた直動アクチュエータ１３の伸縮量を調整することによって軌道計画に応じた車両１の射出速度を制御している。これにより、車両１がジャンプ指示に応じたジャンプを行うため、走行では越えられないまでも回避するほどでもない程度の大きさの障害物が存在する場合であっても乗り越えて進行することができる。
【０１３３】
次に、本実施形態の変形例について説明する。図１４は、本発明の実施形態に係る移動体の変形例を示す側面図である。図１４に示す移動体６０において、図１に示す移動体１と同様の構成要素には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。図１４に示す移動体６０は、伸縮フレーム９２の構成において図１に示す移動体１と相違する。
【０１３４】
伸縮フレーム９２は、下部フレーム１１の上端から上方に向かって互いに平行をなすように延設された直動アクチュエータ９３及び支柱フレーム９２ａと、直動アクチュエータ９３の上方に延設された支持フレーム９２ｂと、支柱フレーム９２ａに外挿されるとともに下端が下部フレーム１１の上端に固定され、支柱フレームに沿う方向に伸縮するバネ９４とを備える。
【０１３５】
直動アクチュエータ９３は、四角環状の第１部材９３ａと、一部が第１部材９３ａ内に介挿されて中心軸が同軸となるように配置された四角環状の第２部材９３ｂとを備えている。即ち、この直動アクチュエータ９３は、前述した直動アクチュエータ１３と略同一の構成とされており、第１部材９３ａをシリンダとし、第２部材９３ｂをロッドとしたパワーシリンダから構成されている。なお、この直動アクチュエータ９３においても、ボールネジ機構から構成されることにより伸縮可能とされていてもよい。
る。
【０１３６】
そして、本実施形態における制御ユニット１０は、直動アクチュエータ９３の上部に設けられた支持フレーム９２ｂに取り付けられており、この制御ユニット１０に、上記直動アクチュエータ９３の上端及びバネ９４の上端が接続されている。なお、支柱フレーム９２ａの上端は、制御ユニット１０が下方に変位した際に支柱フレーム９２ａと干渉することのないよう、例えば、制御ユニット１０に形成された貫通孔に摺動可能に挿入されている。このようにして本実施形態においては、直動アクチュエータ９３とバネ９４とが下部フレーム１１と制御ユニット１０との間に並列に配置されている。
【０１３７】
本実施形態におけるバネ９４は、本実施形態においてはコイルスプリングが採用されており、直動アクチュエータ９３の伸縮に追従するように収縮され、弾性エネルギーを蓄積するために設けられている。バネ９４は、より多くの弾性エネルギーを蓄積できるようにある程度大きいバネ定数を有するものであることが好ましい。
【０１３８】
以上のような構成の移動体６０においても、前述した移動体１と同様にして、直動アクチュエータ９３が伸縮することによって、移動体１自体が走行面から離間するジャンプ動作を行い、これにより容易に障害物（例えば、小石など）や段差を乗り越えて進行することができる。即ち、移動体１と同様にしてジャンプ指示がなされると、直動アクチュエータ９３は一旦収縮する動作を行なう。この直動アクチュエータ９３の上方に設置された搭乗部３、制御ユニット１０等は、下方に変位し、これによって制御ユニット１０に上端を接続したバネ９４が圧縮される。即ち、直動アクチュエータ９３の収縮に追従するようにしてバネ９４も同時に収縮される。これにより、バネ９４に弾性エネルギーが蓄積される。
【０１３９】
そして、直動アクチュエータ９３が限界まで収縮すると、該直動アクチュエータ９３は伸張する動作に移行し、直動アクチュエータ９３の伸張にともなってバネ９４に蓄積された弾性エネルギーが開放される。これによって、直動アクチュエータ９３の伸張動作が補助されて、該直動アクチュエータ９３がより勢いを増して伸張される。したがって、直動アクチュエータ９３の伸張動作により上方に変位される基体９自体をより力強く持ち上げることができ、移動体１のジャンプ動作をより確実に行なうことが可能となる。
【０１４０】
また、直動アクチュエータ９３が伸張したジャンプ動作をした後、動アクチュエータ６３の伸張及び収縮をフリーの状態とすることにより、即ち、直動アクチュエータ９３を伸縮自在の状態とすることにより、着地時に生じる下方に向かっての荷重をバネ９４が吸収することができるため、着地時の衝撃を和らげることができる。
【０１４１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、操作コントローラに設けられたジャンプボタンが押下された場合に、制御ユニット５０にジャンプ指示が入力されてジャンプが行われる例について説明した。しかしながら、例えばトゥグリップ２６Ｒ，２６Ｌにジャンプボタンを取り付けて、トゥグリップ２６Ｒ，２６Ｌを足の甲で上方に押し上げる等の操作がなされた場合に、制御ユニット５０にジャンプ指示が入力されるようにしても良い。更に、転倒等のとっさの時に足を前や横に出せるように、トゥグリップ２６Ｒ，２６Ｌは前後方向に傾動可能な構造であるのが望ましい。
【０１４２】
また、上記実施形態では、説明の便宜上、車輪体５の駆動を制御する制御ユニット５０と、直動アクチュエータ１３の伸縮量を調整する制御ユニット１０が別々に設けられた構成について説明したが、これらの制御ユニット１０，５０は一体化されていても良い。また、図１３に示す例では、制御ユニット５０に上位コントローラＭＣが設けられている例について説明したが、上位コントローラＭＣと、車輪体５の駆動を制御する下位コントローラＳＣと、直動アクチュエータ１３の伸縮量を調整する制御ユニット１０とがそれぞれ別に設けられていても良い。
【符号の説明】
【０１４３】
１ 移動体
３ 搭乗部
５ 移動動作部（被駆動機構）
７ アクチュエータ装置（駆動部）
９ 基体
１０ 制御ユニット（第２制御部）
１３ 直動アクチュエータ（伸縮機構）
１４ バネ（伸縮機構）
２５Ｒ，２５Ｌ ステップ（搭乗部）
５４ 荷重センサ（荷重検出部）
９３ 直動アクチュエータ（伸縮機構）
９４ バネ（伸縮機構）
ＡＣ 軌道計画生成部
ＳＣ 下位コントローラ（第１制御部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行面を移動可能な被駆動機構と、前記被駆動機構を駆動する駆動力を発生させる駆動部と、前記被駆動機構及び前記駆動部が組付けられた基体と、を有する倒立振子制御型の移動体の制御装置であって、
前記基体は当該基体を伸縮させる伸縮機構をさらに備え、
前記倒立振子制御型の移動体を跳躍させるための指令値に基づいて、跳躍時の軌道計画を生成する軌道計画生成部と、
前記軌道計画に応じた前記倒立振子制御型の移動体の射出角を、前記駆動部を駆動して前記倒立振子制御型の移動体の姿勢を制御することにより制御する第１制御部と、
前記軌道計画に応じた前記倒立振子制御型の移動体の射出速度を、前記伸縮機構の伸縮量を調整することにより制御する第２制御部と
を備えることを特徴とする倒立振子制御型の移動体の制御装置。
【請求項２】
前記倒立振子制御型の移動体は、前記基体に組付けられた搭乗部と、当該搭乗部にかかる荷重を検出する荷重検出部とを備えており、
前記軌道計画生成部は、前記荷重検出部の検出結果に応じて、前記搭乗部に乗員が搭乗している場合の軌道計画と、前記搭乗部に乗員が搭乗していない場合の軌道計画との何れか一方の軌道計画を生成することを特徴とする請求項１記載の倒立振子制御型の移動体の制御装置。
【請求項３】
前記指令値は、前記倒立振子制御型の移動体の跳躍方向を示す値と、前記倒立振子制御型の移動体の飛距離及び跳躍高さの少なくとも一方を示す値とを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の倒立振子制御型の移動体の制御装置。
【請求項４】
前記第１制御部は、前記軌道計画生成部が生成した軌道計画に沿った跳躍が行われている間に、前記駆動部を駆動して前記倒立振子制御型の移動体の姿勢を制御することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の倒立振子制御型の移動体の制御装置。
【請求項５】
前記第１制御部は、前記軌道計画に沿った跳躍終了時における前記倒立振子制御型の移動体の姿勢が、前記軌道計画に沿った跳躍開始時の姿勢とは逆になるように制御することを特徴とする請求項４記載の倒立振子制御型の移動体の制御装置。
【請求項６】
前記第１制御部は、前記軌道計画に沿った跳躍が終了した時には、前記倒立振子制御型の移動体の姿勢が所定の安定姿勢となるように制御することを特徴とする請求項４又は請求項５記載の倒立振子制御型の移動体の制御装置。
【請求項７】
前記伸縮機構は、前記第２制御部によって伸縮量が調整されるアクチュエータと、
伸縮方向が前記アクチュエータの伸縮方向と同じ方向に設定されたバネと
からなることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の倒立振子制御型の移動体の制御装置。
【請求項８】
前記アクチュエータは、前記バネの上部に配置されて前記バネと直列接続されていることを特徴とする請求項７記載の倒立振子制御型の移動体の制御装置。
【請求項９】
前記アクチュエータと前記バネは、並列接続されていることを特徴とする請求項７記載の倒立振子制御型の移動体の制御装置。
【請求項１】
走行面を移動可能な被駆動機構と、前記被駆動機構を駆動する駆動力を発生させる駆動部と、前記被駆動機構及び前記駆動部が組付けられた基体と、を有する倒立振子制御型の移動体の制御装置であって、
前記基体は当該基体を伸縮させる伸縮機構をさらに備え、
前記倒立振子制御型の移動体を跳躍させるための指令値に基づいて、跳躍時の軌道計画を生成する軌道計画生成部と、
前記軌道計画に応じた前記倒立振子制御型の移動体の射出角を、前記駆動部を駆動して前記倒立振子制御型の移動体の姿勢を制御することにより制御する第１制御部と、
前記軌道計画に応じた前記倒立振子制御型の移動体の射出速度を、前記伸縮機構の伸縮量を調整することにより制御する第２制御部と
を備えることを特徴とする倒立振子制御型の移動体の制御装置。
【請求項２】
前記倒立振子制御型の移動体は、前記基体に組付けられた搭乗部と、当該搭乗部にかかる荷重を検出する荷重検出部とを備えており、
前記軌道計画生成部は、前記荷重検出部の検出結果に応じて、前記搭乗部に乗員が搭乗している場合の軌道計画と、前記搭乗部に乗員が搭乗していない場合の軌道計画との何れか一方の軌道計画を生成することを特徴とする請求項１記載の倒立振子制御型の移動体の制御装置。
【請求項３】
前記指令値は、前記倒立振子制御型の移動体の跳躍方向を示す値と、前記倒立振子制御型の移動体の飛距離及び跳躍高さの少なくとも一方を示す値とを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の倒立振子制御型の移動体の制御装置。
【請求項４】
前記第１制御部は、前記軌道計画生成部が生成した軌道計画に沿った跳躍が行われている間に、前記駆動部を駆動して前記倒立振子制御型の移動体の姿勢を制御することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の倒立振子制御型の移動体の制御装置。
【請求項５】
前記第１制御部は、前記軌道計画に沿った跳躍終了時における前記倒立振子制御型の移動体の姿勢が、前記軌道計画に沿った跳躍開始時の姿勢とは逆になるように制御することを特徴とする請求項４記載の倒立振子制御型の移動体の制御装置。
【請求項６】
前記第１制御部は、前記軌道計画に沿った跳躍が終了した時には、前記倒立振子制御型の移動体の姿勢が所定の安定姿勢となるように制御することを特徴とする請求項４又は請求項５記載の倒立振子制御型の移動体の制御装置。
【請求項７】
前記伸縮機構は、前記第２制御部によって伸縮量が調整されるアクチュエータと、
伸縮方向が前記アクチュエータの伸縮方向と同じ方向に設定されたバネと
からなることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の倒立振子制御型の移動体の制御装置。
【請求項８】
前記アクチュエータは、前記バネの上部に配置されて前記バネと直列接続されていることを特徴とする請求項７記載の倒立振子制御型の移動体の制御装置。
【請求項９】
前記アクチュエータと前記バネは、並列接続されていることを特徴とする請求項７記載の倒立振子制御型の移動体の制御装置。
【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】
【公開番号】特開２０１１−６３２４０（Ｐ２０１１−６３２４０Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１８１７０（Ｐ２００９−２１８１７０）
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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