走行装置

本発明は、走行装置に関するものである。

電動車椅子、シニアカー等の高齢者や障がい者向けの乗り物は、不整地、傾斜地、大きな段差に不向きである。また、車椅子は、エスカレータに乗ることが困難である。また、シニアカーは電車やバスに乗ることができない。さらに、シニアカーは、側方転倒事故が懸念されるため、左右に段差や傾斜がある使用環境には向いておらず、安全に走行するためには低速度で走行する必要がある。

特許文献1には、階段を昇降可能な車椅子が開示されている。特許文献1に開示された車椅子は、6つの車輪を有している。左右の前輪が駆動輪となっている。左右の前輪の後ろには、片側に2つの車輪が配置されている。6輪接地によって階段の昇降が可能となる。また、平面走行時には、4輪接地としている。車輪は椅子部と直列リンクアーム機構を介して連結されている。左右の直列リンクアーム機構の制御により、左右の高さが異なる階段でも昇降することが可能になっている。

特開2013−208246号公報

特許文献1では、4つの車輪にそれぞれ直列リンクアーム機構が設けられている。直列リンクアーム機構は1つにつき2自由度を有している。したがって、直列リンクアーム機構のアーム角度を変えるために、8つのアクチュエータが必要となる。アクチュエータの数が増加すると、装置構成の大型化、複雑化、重量化を招いてしまう。

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、簡素な構成で、様々な環境下に適用することができる走行装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る走行装置は、駆動輪である第1の車輪と、車体と、伸縮可能に設けられ、前記第1の車輪と前記車体とを連結する第1の直動機構と、前記第1の車輪の後ろ側に配置された第2の車輪と、伸縮可能に設けられ、前記車体と前記第2の車輪とを連結する第2の直動機構と、前記第2の車輪の後ろ側に設けられた第3の車輪と、前記第2の車輪と前記第3の車輪とを連結する第1のリンクと、前記第1のリンクと前記車体とを連結する第2のリンクと、前記車体と前記第2のリンクとの間の角度を変えるアクチュエータと、を備えたものである。

上記の走行装置において、前記第1の車輪、第2の車輪、第3の車輪、前記第1の直動機構、及び第2の直動機構がそれぞれ、前記乗り物の左右に配置されて、独立に駆動されるようになっていてもよい。 上記の乗り物において、前記アクチュエータが左右の前記2のリンクに対して共通になっていてもよい。 上記の走行装置において、前記第2の車輪、及び前記第3の車輪が従動輪となっていてもよい。 上記の走行装置において、前記アクチュエータが前記車体と前記第2のリンクとの間に伸縮可能に設けられた第3の直動機構によって構成されていてもよい。 上記の走行装置において、前記アクチュエータが前記車体に対して前記第2のリンクを回転駆動する回転機構によって構成されていてもよい。 上記の走行装置において、前記アクチュエータが前記第1の直動機構と前記第2のリンクとの間に伸縮可能に設けられた第3の直動機構によって構成されていてもよい。 上記の走行装置において、前記車体には、搭乗者が搭乗する搭乗席が設けられていてもよい。

本発明によれば、簡素な構成で、様々な環境下に適用することができる走行装置を提供することができる。

本実施形態に係る乗り物の構成を示す側面図である。

本実施形態に係る乗り物の構成を示す上面図である。

乗り物の座面高を高くした状態を示す側面図である。

乗り物の座面高を低くした状態を示す側面図である。

可変機構の構成を示す斜視図である。

可変機構の構成を示すモデル図である。

変形例にかかる可変機構の構成を示すモデル図である。

乗り物の制御系を示すブロック図である。

各モードにおける可変機構の構成を示すモデル図である。

昇りエスカレータに乗っている状態の可変機構を示すモデル図である。

降りエスカレータに乗っている状態の可変機構を示すモデル図である。

段差を昇るときの可変機構の構成を示すモデル図である。

段差を降りるときの可変機構の構成を示すモデル図である。

傾斜地を移動している状態の乗り物を示すモデル図である。

実施の形態2にかかる乗り物の可変機構の構成を示すモデル図である。

第3の直動機構に出っ張り部分がある場合の構成を模式的に示す図である。

実施の形態2にかかる乗り物の各モードにおける可変機構の構成を示すモデル図である。

実施の形態2にかかる乗り物が昇りエスカレータに乗っている状態の可変機構を示すモデル図である。

実施の形態2にかかる乗り物が降りエスカレータに乗っている状態の可変機構を示すモデル図である。

実施の形態2にかかる乗り物が段差を昇るときの可変機構の構成を示すモデル図である。

実施の形態2にかかる乗り物が段差を降りるときの可変機構の構成を示すモデル図である。

以下、本発明に係る走行装置とその制御方法の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

実施の形態1. (全体構成) 本実施の形態に係る走行装置の一例である乗り物について、図1、及び図2を用いて説明する。図1は、乗り物1の構成を示す側面図であり、図2は、上面図である。なお、図1、及び図2では、XYZ直交座標系を用いて説明する。+X方向が乗り物1の前方になり、−X方向が乗り物1の後方になっている。また、+Y方向が乗り物1の左方向となり、−Y方向が乗り物1の右方向となっている。+Z方向が鉛直上方となり、−Z方向が鉛直下方となっている。

図1に示すように、乗り物1は、搭乗席3と、フットレスト4と、背もたれ5と、アームレスト6と、制御ボックス7と、前輪11と、中輪12と、後輪13と、可変機構20と、を備えている。なお、乗り物1は、左右対称な構成を有しており、フットレスト4、アームレスト6、前輪11、中輪12、及び後輪13は、それぞれ左右両側に設けられている。したがって、図2では、乗り物1の左側(+Y側)に配置されたフットレスト4、アームレスト6、前輪11、中輪12、後輪13をそれぞれフットレスト4L、アームレスト6L、前輪11L、中輪12L、後輪13Lとして示している。同様に、図2では、乗り物1の右側(−Y側)に配置されたフットレスト4、アームレスト6と、前輪11、中輪12、後輪13をそれぞれフットレスト4R、アームレスト6R、前輪11R、中輪12R、後輪13Rとして示している。なお、以下の説明において、左右の構成を特に区別しない場合は、L、Rを付さずに説明を行う。また、可変機構20も左右対称な構造を有している。

X方向において、前輪11と後輪13との間に、中輪12が配置されている。すなわち、前輪11は中輪12及び後輪13の前側(+X側)に配置され、後輪13は、中輪12及び前輪11よりも後ろ側(−X側)に配置されている。前輪11は駆動輪であり、モータ等の駆動によって回転する。前輪11Lと前輪11Rは異なるモータに接続されて、独立に回転する。

中輪12と後輪13は従動輪であり、乗り物1の移動に応じて回転する。すなわち、前輪11が駆動して、乗り物1が移動すると、乗り物1の移動に追従して中輪12と後輪13とが回転する。

例えば、乗り物1が前方に直進する場合は、前輪11Lと前輪11Rが同じ回転速度で同じ回転方向に回転する。左右に曲がりながら進む場合は、前輪11Lと前輪11Rが異なる回転速度で同じ回転方向に回転する。その場で旋回したい場合は、前輪11Lと前輪11Rを同じ回転速度で反対方向に回転する。このように、左の前輪11Lと右の前輪11Rとを異なるモータで駆動することで、乗り物1が所望の方向に所望の速度で移動する。

搭乗席3は、搭乗者2が搭乗する搭乗部である。図1に示すように、乗り物1は、搭乗者2が搭乗席3に座った状態で移動する。搭乗席3には背もたれ5とアームレスト6とフットレスト4が設けられている。フットレスト4は搭乗席3の前側下方に配置されている。搭乗席3の座面3aに搭乗者2が座った状態では、搭乗者2の右足はフットレスト4Rに載り、左足はフットレスト4Lに載る。

アームレスト6は、搭乗席3の左右両側に配置されている。搭乗席3の座面3aに搭乗者2が座った状態では、搭乗者2の右腕はアームレスト6Rに載り、左腕はアームレスト6Lに載る。背もたれ5は、搭乗席3の後端に設けられている。搭乗席3の座面3aに搭乗者2が座った状態では、搭乗者2が背もたれ5にもたれることができる。すなわち、搭乗者2の背中が背もたれに支持される。

搭乗席3の下部には、可変機構20が設けられている。可変機構20は、搭乗席3を支持する脚機構である。可変機構20には、前輪11、中輪12、後輪13が回転可能に取り付けられている。可変機構20は、伸縮可能なアーム機構を備えており、地面に対する搭乗席3の姿勢を変える。車輪と搭乗席3との間に設けられたアーム機構が伸縮することで、搭乗席3の座面の高さや傾きが変化する。可変機構20の詳細な構成については後述する。

また、搭乗席3の直下には、制御ボックス7が設けられている。制御ボックス7には、コントローラとなる制御用コンピュータやバッテリ等が設けられている。

図1に示す走行モードで、地面からの座面高が600mmである。上記のように、可変機構20が搭乗席3の高さを変える。例えば、可変機構20が搭乗席3を高くすると、図3に示すようになる。図3では、搭乗席3の座面高が700mmとなる立ち乗りモードを示している。図3に示す立ち乗りモードでは、図1に示す走行モードと比べて、前輪11と後輪13の間の間隔が狭くなっており、中輪12が高くなっている。搭乗席3を高くすることで、搭乗者2が高所にアクセスしやすくなる。例えば、搭乗者2が棚9にある物品を取りやすくなる。さらには、歩行者と同じ目線で移動することができるようになる。走行モード及び立ち乗りモードでは、前輪11と後輪13とが接地し、中輪12が離地する4輪接地モードとなっている。さらに、座面高を上げることで、搭乗者2が乗り降りしやすくなる。

可変機構20が搭乗席3を低くすると、図4に示すようになる。図4では、搭乗席3の座面高が500mmとなる椅子モードを示している。図4では、中輪12が低くなって接地している。すなわち、前輪11、中輪12、及び後輪13の全てが接地する6輪接地モードとなっている。

図4に示す椅子モードでは、図1に示す走行モードと比べて、前輪11と後輪13との間の間隔が広くなっている。搭乗席3を低くすることで、搭乗席3が通常の椅子と同程度の高さとなる。よって、搭乗者2が乗った状態のまま、テーブル8の下に進入することができる。前輪11のモータにブレーキ付きのモータを使用し、サーボOFFすると乗り物1を椅子として使用することができる。例えば、搭乗者2がフットレスト4から足を下ろすことで、乗り物1が椅子のように用いられる。このように、環境に応じて可変機構20が車高を変えることができるため、利便性を向上することができる。車高を変えることで、様々な使用環境に対応することができる。

さらに、後述するように、搭乗者が搭乗席3の乗った状態のまま、乗り物1がエスカレータへ乗降したり、段差を乗り降りしたりすることができる。よって、様々な環境下に適用することができる。

(可変機構20の構成) 次に、可変機構20の構成について、図5、及び図6を用いて説明する。図5は、可変機構20の構成を示す斜視図である。図6は、可変機構20を模式化して示すモデル図である。なお、図5、図6では、搭乗席3等の構成については取り除いて図示している。可変機構20は、上フレーム21、第1の直動機構22と、第2の直動機構23と、後リンク24と、下リンク25と、第3の直動機構26と、を備えている。

可変機構20は左右対称な構成を有している。上記と同様に、左右対称の構成については、符号にL又はRを付す。例えば、可変機構20は、2つの第1の直動機構22L、22Rを備えている。そして、第1の直動機構22Lと第1の直動機構22Rとは左右対称に配置される。第2の直動機構23、後リンク24、下リンク25についても同様に左右対称に配置されており、図5では、左右対称な構成要素にそれぞれL、又はRを付している。また、図5において、下リンク25R、中輪12R、及び後輪13Rは、斜視図の角度の関係上、他の構成要素に隠れているが、下リンク25L、中輪12L、後輪13Lと左右対称に配置されている。

上フレーム21は、可変機構20の上部に配置されている。上フレーム21は、乗り物1の車体を構成する。したがって、上フレーム21には、上述の搭乗席3、及び制御ボックス7等が取り付けられる。上フレーム21の上に、搭乗席3が取り付けられることで、搭乗部が構成される。したがって、上フレーム21の姿勢が搭乗席3の姿勢に対応することになる。上フレーム21の高さが変わると、搭乗席3の高さが変わり、上フレーム21の角度が変わると搭乗席3の角度が変わる。上フレーム21が前傾すると、搭乗席3も前傾する。上フレーム21は、矩形枠状になっている。

上フレーム21の前側両端には、第1の直動機構22が取り付けられている。第1の直動機構22は、上フレーム21から斜め前方下方に延びている。第1の直動機構22の下端には、前輪11が取り付けられている。すなわち、第1の直動機構22Lには、前輪11Lが回転可能に取り付けられ、第1の直動機構22Rには、前輪11Rが回転可能に取り付けられている。このように、第1の直動機構22は、上フレーム21と前輪11とを連結している。上フレーム21と第1の直動機構22との間の取り付け角度βは固定されている。

第1の直動機構22は、例えば、伸縮可能なアーム機構である。すなわち、第1の直動機構22の長さは可変となっている。図6に示すように、XZ平面において、第1の直動機構22と上フレーム21との接続位置を位置Bとし、第1の直動機構22と前輪11との接続位置を位置Cとする。位置Cを通りY軸に平行な軸が前輪11の車軸となる。前輪11は車軸周りに回転する。

上フレーム21の後側両端には、後リンク24が取り付けられている。後リンク24は、上フレーム21から下方に延びている。図6のように、XZ平面において、上フレーム21と後リンク24との接続位置を位置Oとする。上フレーム21と後リンク24との間の角度αは可変となっている。すなわち、上フレーム21と後リンク24とは受動関節を介して取り付けられている。よって、後リンク24の上端は、上フレーム21に回転可能に連結されている。後リンク24は、上フレーム21に対して、位置Oを通りY軸に平行な回転軸周りに回転する。

後リンク24の下端は、下リンク25に接続されている。後リンク24は、上フレーム21と下リンク25とを連結している。下リンク25と後リンク24との接続位置を位置Dとする。下リンク25と後リンク24との成す角度は可変となっている。すなわち、位置Dにおいて、下リンク25と後リンク24とは受動関節を介して取り付けられている。下リンク25は、後リンク24に対して、位置Dを通りY軸に平行な回転軸周りに回転する。

下リンク25の前端には、中輪12が取り付けられている。下リンク25の後端には、後輪13が取り付けられている。下リンク25Rの前端には、中輪12Rが取り付けられ、後端には後輪13Rが回転可能に取り付けられている。同様に、下リンク25Lの前端には、中輪12Lが回転可能に取り付けられ、後端には後輪13Lが回転可能に取り付けられている。

下リンク25と中輪12との接続位置を位置Eとする。下リンク25と後輪13との接続位置を位置Fとする。位置Eを通りY軸に平行な軸が中輪12の車軸となり、位置Fを通りY軸に平行な軸が後輪13の車軸となる。中輪12、及び後輪13はそれぞれ車軸周りに回転する。下リンク25の長さは固定となっている。したがって、中輪12の車軸と後輪13の車軸との間の距離は、一定となっている。すなわち、EF間距離は一定である。

上フレーム21には、第2の直動機構23が取り付けられている。位置Bと位置Oとの間の位置Aにおいて、第2の直動機構23の上端が上フレーム21に接続されている。第2の直動機構23は、上フレーム21から下方に延びている。

第2の直動機構23の下端には、中輪12、及び下リンク25が取り付けられている。すなわち、第2の直動機構23Rには、中輪12Rが回転可能に取り付けられ、第2の直動機構23Lには、中輪12Lが取り付けられている。位置Eにおいて、第2の直動機構23が中輪12と下リンク25に接続する。このように、第2の直動機構23は、上フレーム21と中輪12とを連結している。

第2の直動機構23は伸縮可能なアーム機構である。第2の直動機構23の長さは可変となっている。したがって、上フレーム21から中輪12までの距離が変化する。第2の直動機構23が伸縮することで、下リンク25の角度を変えることができる。なお、上フレーム21と第2の直動機構23との間の角度は可変となっている。すなわち、位置Aにおいて、上フレーム21と第2の直動機構23とは受動関節を介して取り付けられている。第2の直動機構23は、上フレーム21に対して、位置Aを通りY軸に平行な回転軸周りに回転する。

下リンク25と第2の直動機構23との間の角度は可変となっている。すなわち、下リンク25と第2の直動機構23とは受動関節を介して取り付けられている。よって、第2の直動機構23の下端は、下リンク25の前端に回転可能に連結されている。下リンク25は、第2の直動機構23に対して、位置Eを通りY軸に平行な回転軸周りに回転する。

さらに、上フレーム21と後リンク24との間には、第3の直動機構26が設けられている。すなわち、第3の直動機構26は、上フレーム21と後リンク24とを連結している。第3の直動機構26の上端は、位置Aと位置Bとの間で、上フレーム21に取り付けられている。第3の直動機構26の下端は位置Oと位置Dとの間で後リンク24に取り付けられている。第3の直動機構26と上フレーム21との成す角度は可変となっている。すなわち、上フレーム21と第3の直動機構26とは受動関節を介して取り付けられている。第3の直動機構26は、上フレーム21に対して、Y軸に平行な回転軸周りに回転する。

また、第3の直動機構26と後リンク24との成す角度は可変となっている。すなわち、後リンク24と第3の直動機構26とは受動関節を介して取り付けられている。第3の直動機構26は角度αを変えるアクチュエータとなる。第3の直動機構26は、後リンク24に対して、Y軸に平行な回転軸周りに回転する。

上記のように、可変機構20は、第1の直動機構22R、22L、第2の直動機構23R、23L、及び第3の直動機構26を備えている。したがって、可変機構20は、5軸の直動関節によって構成されている。すなわち、5つのアクチュエータで姿勢を変化させることができる。よって、特許文献1に比べて、簡素な構成とすることができる。第1の直動機構22は前脚、第2の直動機構23は後脚となる。前輪11R、11Lが2軸の駆動輪となっている。

第1の直動機構22、第2の直動機構23、第3の直動機構26はそれぞれ、伸縮可能に設けられたリンク機構である。直動機構22、23、26のそれぞれは、モータ、ブレーキ、及びエンコーダを有する駆動部と、駆動部によって伸縮するリンクと、を備えている。なお、直動機構は、公知のリニアアクチュエータを用いることができる。例えば、直動機構はサーボモータの回転方向の力をボールねじにより伸縮方向の力に変換する。ボールねじのリードを小さくすることで、小さな力で直線方向に大きな力を得ることができる。これにより、搭乗者2の体重で押されて直動機構が縮んでしまうようなことがなく、姿勢を保つことができる。本実施の形態では、リニアアクチュエータを用いているため、構成を簡素化することができる。

さらに、直動機構にガスばねを併用することで、モータの負荷を低減することができる。また、直動機構は、モータ式アクチュエータに限らず、油圧や空気圧の方式のリニアアクチュエータでもよい。

図6に示すように、第1の直動機構22の長さを(c+s_f)として表し、第2の直動機構23の長さを(g+s_r)として表す。なお、s_fは、第1の直動機構22の可動距離(ストローク)を示し、s_rは、第2の直動機構23の可動距離(ストローク)を示している。第3の直動機構26の長さをs_mとして示す。また、OA間距離をa、AB間距離をbとして示す。OD間距離、すなわち後リンク24の長さをdと示す。ED間距離をe、DF間距離をfとして示す。なお、下リンク25の長さは(e+f)となる。a〜gは固定値であり、s_m、s_r、s_fは可変値である。また、前輪11の半径をr_f、後輪13の半径をr_rとする。なお、中輪12の半径は後輪の半径r_rと同じである。

以下、各値の一例を示す。もちろん、可変機構20の構成は、以下の値に限られるものではない。 a=160mm、b=230mm、c=250mm。s_f=0〜390mm、d=400mm、e=160mm、f=390mm、g=280mm、s_r=0〜190mm、s_m=260〜570mm、α=60〜110°、β=120°(固定)、r_f=150mm、r_r=100mm

第1の直動機構22が伸縮すると、前輪11と上フレーム21との距離が変化する。よって、搭乗席3の前側の高さを変えることができる。第2の直動機構23が伸縮すると、中輪12と上フレーム21との距離が変化する。第1の直動機構22Rと第1の直動機構22Lとは独立して駆動する。同様に、第2の直動機構23Rと第2の直動機構23Lとは独立して駆動する。第3の直動機構26が伸縮すると、角度αが変化する。第2の直動機構23と第3の直動機構26とによって、中輪12、及び後輪13の接地具合を変更することができる。第2の直動機構23、及び第3の直動機構26が伸縮すると、下リンク25や後リンク24の角度が変化する。さらに、地面から位置Aまでの高さが変化する。第3の直動機構26を第2の直動機構23と連動して駆動することで、搭乗席3のピッチ角度を変えることができる。

各関節に直動機構を用いることで、回転機構を用いた場合と比べて、アクチュエータを小型化することができる。例えば、回転機構を用いた場合、搭乗者2の体重を支えるのに大きな力が必要となり、力が弱いと体重に押されてしまう。一方、直動機構を用いることで、小さな力で搭乗者2の体重を支えることができる。よって、小型のアクチュエータを用いることができる。

なお、上記の説明では、第3の直動機構26を一つのアクチュエータとしている。すなわち、左右の後リンク24R、24Lに対して、第3の直動機構26が共通となっている。しかしながら、第3の直動機構26を左右独立したアクチュエータとしてもよい。すなわち、2つのアクチュエータを左右対称に取り付けてもよい。この場合、角度αを左右異なる角度にすることが可能になる。もちろん、同じ長さだけ伸縮する2つの直動機構を、左右の後リンク24に対して、取り付けるようにしてもよい。この場合、アクチュエータの数が増えてしまうが、姿勢をより適切に制御することができる。

なお、中輪12、及び後輪13にはオムニホイールを用いることが好ましい。例えば、自在キャスタを用いた場合、回転平面型であるため下リンク25の対地角度変化に伴ってキャスタがうまく回れないことがある。すなわち、自在キャスタの回転軸が地面に対して垂直でないと、車輪が回りづらくなる。したがって、キャスタの回転軸を常に地面と垂直になるようすることが好ましい。よって、本実施形態では、中輪12、及び後輪13がオムニホイールとなっている。

(可変機構20の変形例) なお、図5、図6では、角度αを変えるためのアクチュエータとして、第3の直動機構26が設けられていたが、回転機構を用いことも可能である。すなわち、直動関節の代わりに、回転関節を用いることも可能である。回転機構を用いた可変機構20の構成例を図7に示す。図7では、第3の直動機構26の代わりに、角度αを変えるための回転機構28が設けられている。変形例では、上フレーム21に対して後リンク24を回転駆動する回転機構28によってアクチュエータを構成している。

回転機構28は、位置Oに設けられており、上フレーム21に対する後リンク24の角度を変化させる。回転機構28の回転軸はY軸に平行である。なお、角度αを変えるためのアクチュエータとして、回転関節を用いる場合も、左右独立したアクチュエータとすることで、角度αを左右異なる角度にすることが可能になる。

以下、変形例の各値の一例を示す。もちろん、可変機構20の構成は、以下の値に限られるものではない。 a=160mm、b=230mm、c=250mm。s_f=0〜390mm、d=400mm、e=160mm、f=390mm、g=280mm、s_r=0〜190mm、α=60〜110°、β=120°(固定)、r_f=150mm、r_r=100mm

(制御系) 本実施の形態にかかる乗り物1の制御系について、図8を用いて説明する。図8は、制御系70の構成を示すブロック図である。制御系70は、制御部71と、センサ部73、入力部74、を備えている。また、制御系70は、第1の直動機構22、第2の直動機構23、第3の直動機構26を駆動制御するために、サーボアンプ82、83、86、駆動部92、93、96を備えている。さらに、前輪11を駆動制御するために、制御系70は、コントローラ51、及びモータ52を備えている。なお、各構成要素の左右の構成については上記と同様に符号にL、Rを付けている。制御系70の一部の構成は、例えば、制御ボックス7の中に収納される。

入力部74は、キーボードやジョイパッド等であり、乗り物1の移動方向や姿勢に関する入力を受け付ける。例えば、搭乗者2が入力部74を操作して、移動方向、移動速度、あるいは姿勢に関する入力を行う。

センサ部73は1又は複数のセンサから構成されている。例えば、センサ部73は搭乗席3の姿勢を測定する角度センサを備えている。具体的には、センサ部73は6軸のジャイロセンサを有しており、X軸、Y軸、Z軸の加速度と、X軸、Y軸、Z軸周りの角速度を検出する。ジャイロセンサは搭乗席3の座面と平行に設置されている。よって、ジャイロセンサは、座面の傾斜角度を検出する。さらに、センサ部73は非接触で路面の段差の高さを検出する測域センサやカメラ等の各種センサを有している。

制御部71は、CPU(Central Processing Unit)、及びメモリを備えるPC(Personal Computer)などの演算処理装置であり、乗り物1全体の制御を行う。制御部71は、前輪11を制御するため、コントローラ51R、51L、及びサーボアンプ82、83、86に制御信号を出力する。

上記制御部71の制御のうちの一部又は全部は、コンピュータプログラムによって実行されてもよい。この場合、制御部71は、プロセッサ等のハードウェア、及びメモリ等に記憶されたソフトウェアによって構成される。制御部71で実行されるプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non−transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体(例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ)、光磁気記録媒体(例えば光磁気ディスク)、CD−ROM(Read Only Memory)、CD−R、CD−R/W、半導体メモリ(例えば、マスクROM、PROM(Programmable ROM)、EPROM(Erasable PROM)、フラッシュROM、RAM(Random Access Memory))を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium)によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

コントローラ51R、コントローラ51Lは、それぞれモータ52R、モータ52Lを制御するモータコントローラである。モータ52R、モータ52Lは、同様の構成を有しており、それぞれ前輪11R、前輪11Lを駆動する。これにより、入力部74により入力された移動方向、及び移動速度で乗り物1が移動するように、前輪11が回転する。例えば、制御部71は、入力部74によって入力された入力信号に応じて、制御信号を生成する。制御部71は、制御信号をコントローラ51に出力する。コントローラ51が制御信号に応じた指令値をモータ52に出力する。これにより、モータ52に接続された前輪11が所定の回転速度で回転する。モータ52R、52Lは、前輪11R、11Rを独立して回転駆動する。

駆動部92、93、96はそれぞれ、サーボモータ、エンコーダ、及びブレーキを備えている。駆動部92、93、96は同様の構成を有ており、それぞれ第1の直動機構22、第2の直動機構23、第3の直動機構26を駆動する。サーボアンプ82は、それぞれ駆動部92、93、96のサーボモータを駆動制御するためのアンプである。

例えば、制御部71は、サーボアンプ82を介して、駆動部92を駆動制御する。例えば、制御部71は、第1の直動機構22を所定の直動軸位置にするための制御信号をサーボアンプ82に出力する。サーボアンプ82は、制御信号に基づいて、駆動部92を駆動する。駆動部92のエンコーダは、サーボモータの回転角度を検出する。そして、エンコーダは、検出した回転角度をフィードバック信号として、サーボアンプ82に出力する。サーボアンプ82は、フィードバック信号に基づいて、サーボモータが制御信号に応じた回転角度になるようにフィードバック制御する。これにより、第1の直動機構22が所定の直動軸位置まで駆動する。

同様に、制御部71は、サーボアンプ83、86を介して、駆動部93、96を駆動制御する。これにより、第1の直動機構22、第2の直動機構23、第3の直動機構26が所定の長さになる。このように、制御部71は、第1の直動機構22、第2の直動機構23、第3の直動機構26を制御している。これにより、可変機構20が乗り物1を所望の姿勢にすることができる。

(車高変化) 次に、図9を用いて、乗り物1の車高を変化させる場合について説明する。図9は、可変機構20を示すモデル図である。Aは、図4に示す状態、すなわち、車高が低い椅子モードを示している。Bは図1に示す状態、通常の車高になっている走行モードを示している。Cは図3に示す状態、すなわち車高が高い立ち乗りモードを示している。なお、図9では地面が水平になっている。

椅子モードでは、前輪11、中輪12、後輪13が接地している。すなわち、下リンク25が地面と平行となっており、中輪12、及び後輪13が地面と接触している。椅子モードでは、s_f=33mm、s_r=147mm、s_m=388mm、α=70°となっている。

椅子モードから第1の直動機構22を伸ばし、かつ第2の直動機構23を縮めると、走行モードとなる。走行モードでは、s_f=139mm、s_r=107mm、s_m=388mm、α=70°となっている。このとき、第2の直動機構23を短くしているため、下リンク25が地面と非平行になり、中輪12が地面から離れる。なお、前輪11と後輪13とは接地している。

走行モードから、さらに第1の直動機構22を伸ばし、かつ第2の直動機構23を縮めると、立ち乗りモードとなる。立ち乗りモードでは、s_f=245mm、s_r=62mm、s_m=388mm、α=70°となっている。第2の直動機構23を短くしているため、地面に対する下リンク25の傾斜角がより大きくなる。なお、中輪12は地面から離れており、前輪11と後輪13とは接地している。このように、第1の直動機構22を伸ばし、かつ第2の直動機構23を短くしていくことで、車高が高くなる。

なお、車高が変わった場合でも、第3の直動機構26の長さは変わっていない。すなわち、椅子モード、走行モード、及び立ち乗りモードにおいて、第3の直動機構26の長さは同じ値になっている。したがって、いずれのモードでも角度αは70°で固定されている。このように、地面が水平の場合、座面を水平としたまま車高を変化させるために、第1の直動機構22、及び第2の直動機構23を連動して駆動する。すなわち、第3の直動機構26を駆動させずに、第1の直動機構22、及び第2の直動機構23を駆動することで、角度αを変えずに、車高のみを変えることができる。

(エスカレータ昇降への対応) 次に、エスカレータ昇降に対応する場合について、図10、及び図11を用いて説明する。図10は、昇りのエスカレータに乗っている状態を示す図であり、図11は、降りのエスカレータに乗っている状態を示す図である。また、図10、図11ではエスカレータの傾斜角度が30°になっている。

まず、昇りのエスカレータに乗る場合について説明する。図9の状態Bに示す走行モードで走行中に、図10に示すような昇りエスカレータ101に乗ろうとする場合、まず前輪11が昇りエスカレータ101に乗る。前輪11が昇りエスカレータ101に乗った状態で、前輪11の回転を停止してブレーキをかける。これにより、昇りエスカレータ101の上昇に伴って、乗り物1が斜め上方に移動する。昇りエスカレータ101の傾斜に応じて、可変機構20が乗り物1の姿勢を変える。例えば、上フレーム21が水平を保つように、第1の直動機構22、第2の直動機構23、第3の直動機構26を駆動する。昇りエスカレータ101の上昇に応じて、可変機構20が姿勢を変化させる。

具体的には、昇りエスカレータ101に乗る場合、走行モードから第1の直動機構22が短くなり、第2の直動機構23が短くなり、第3の直動機構26が長くなる。これにより、図10に示すようになる。こうすることで、中輪12が後輪13よりも高い位置になる。図10に示すように、中輪12と後輪13の高さの違いが大きくなることで、前輪11が2段上にある場合であっても、上フレーム21をほぼ水平にすることができる。すなわち、後輪13が乗っている段よりも2段上に前輪11があるような傾斜角度になったとしても、上フレーム21がほぼ水平になる。座面がほぼ水平になるため、搭乗者2が搭乗しやすい姿勢で昇りエスカレータ101に乗ることができる。

図10では、第1の直動機構22の長さが250mm、すなわち、s_f=0mmとなっている。第2の直動機構23の長さ280mm、すなわち、s_r=0mmとなっている。第3の直動機構26の長さs_m=430mmとなっている。昇りエスカレータ101に乗った状態で、中輪12は昇りエスカレータ101と接触しておらず、4輪接地となっている。

乗り物1が昇りエスカレータ101に乗る場合、まず、前輪11が昇りエスカレータ101に乗った後、後輪13が昇りエスカレータ101に乗る。前輪11が昇りエスカレータ101に乗った後、後輪13が昇りエスカレータ101に乗るまでの間は、昇りエスカレータ101の上昇に伴い、前輪11と後輪13との高低差が徐々に大きくなる。したがって、本実施形態では、昇りエスカレータ101の乗る際に、上フレーム21の傾斜角の変化を小さくするために、昇りエスカレータ101の上昇速度に応じて、第1の直動機構22、第2の直動機構23、第3の直動機構26の直動速度を設定することが好ましい。すなわち、昇りエスカレータ101の上昇による上フレーム21の傾斜角の変化を打ち消すように、可変機構20が姿勢を変える。例えば、ジャイロセンサが検出したピッチ角度に応じて、第1の直動機構22、第2の直動機構23、第3の直動機構26が駆動する。こうすることで、前輪11と後輪13との高低差が変化する場合でも、搭乗席3の傾斜角の変化を軽減することができ、乗り心地を向上することができる。

そして、図10に示す状態のまま、乗り物1が昇りエスカレータ101の降り口まで移動する。昇りエスカレータ101を降りる直前では、昇りエスカレータ101の上昇に伴い、前輪11と後輪13の高低差が徐々に小さくなっていく。図10に示す状態から、図9の走行モードに戻す。昇りエスカレータ101から降りる場合、第1の直動機構22が長くなり、第2の直動機構23が長くなり、第3の直動機構26が短くなる。これにより、図9の走行モードに戻る。そして、前輪11が乗っている段が昇りエスカレータ101の最も高い位置まで上昇したら、前輪11を回転して前進する。これにより、昇りエスカレータ101から降りることができる。

なお、乗り物1が昇りエスカレータ101を降りる時も、前輪11と後輪13の高低差が徐々に変化する。したがって、本実施形態では、降りる際に、上フレーム21の傾斜角の変化を小さくするために、昇りエスカレータ101の上昇速度に応じて、第1の直動機構22、第2の直動機構23、第3の直動機構26の直動速度を設定することが好ましい。すなわち、昇りエスカレータ101の上昇による上フレーム21の傾斜角の変化を打ち消すように、可変機構20が姿勢を変える。例えば、ジャイロセンサが検出したピッチ角度に応じて、第1の直動機構22、第2の直動機構23、第3の直動機構26が駆動する。こうすることで、前輪11と後輪13との高低差が変化する場合でも、搭乗席3の傾斜角の変化を軽減することができ、乗り心地を向上することができる。

次に、降りエスカレータに乗る場合について説明する。図9の走行モードで走行中に、図11に示すような降りエスカレータ102に乗ろうとすると、まず前輪11が降りエスカレータ102に乗る。前輪11が降りエスカレータ102に乗った状態で、前輪11の回転を停止してブレーキをかける。これにより、降りエスカレータ102の下降に伴って、乗り物1が斜め下方に移動する。降りエスカレータ102の傾斜に応じて、可変機構20が乗り物1の姿勢を変える。例えば、上フレーム21が水平を保つように、第1の直動機構22、第2の直動機構23、第3の直動機構26を駆動する。降りエスカレータ102の上昇に応じて、可変機構20が姿勢を変化させる。

具体的には、降りエスカレータ102に乗る場合、図11に示すように、第1の直動機構22が長くなり、第2の直動機構23が長くなり、第3の直動機構26が短くなる。第3の直動機構26が短くなっているため、角度αが小さくなる。中輪12が後輪13よりも低い位置に移動する。よって、図11に示すように、後輪13が乗っている段よりも2段下に前輪11がある場合であっても、上フレーム21をほぼ水平にすることができる。すなわち、後輪13が乗っている段よりも2段下に前輪11があるような傾斜角度になったとしても、上フレーム21がほぼ水平になる。よって、搭乗者2が搭乗しやすい姿勢で降りエスカレータ102に乗ることができる。

図11では、第1の直動機構22の長さが640mm、すなわち、s_f=390mmとなっている。第2の直動機構23の長さが424mm、すなわち、s_r=144mmとなっている。第3の直動機構26の長さs_m=260mmとなっている。降りエスカレータに乗った状態において、中輪12は降りエスカレータ102と接触していない。

そして、図11に示す状態のまま、乗り物1が降りエスカレータ102の降り口まで移動する。降りエスカレータ102を降りる直前では、降りエスカレータ102の下降に伴い、前輪11と後輪13の高低差が徐々に小さくなっていく。図11に示す状態から、図9の状態Bに示す走行モードに戻す。降りエスカレータ102から降りる場合、第1の直動機構22が短くなり、第2の直動機構23が短くなり、第3の直動機構26が長くなる。これにより、走行モードに戻る。すなわち、図9の状態Bに戻る。そして、前輪11が乗っている段が降りエスカレータ102の最も低い位置まで下降したら、前輪11を回転して前進する。これにより、降りエスカレータ102から降りることができる。

なお、降りエスカレータ102に乗り降りする場合も、昇りエスカレータ101への乗り降りと同様に、前輪11と後輪13との高低差が変化する。したがって、搭乗席3の傾斜角の変化を小さくするために、降りエスカレータ102の下降速度に応じて、第1の直動機構22、第2の直動機構23、第3の直動機構26の直動速度を設定することが好ましい。すなわち、降りエスカレータの下降による上フレーム21の傾斜角の変化を打ち消すように、可変機構20が姿勢を変える。例えば、ジャイロセンサが検出したピッチ角度に応じて、第1の直動機構22、第2の直動機構23、第3の直動機構26が駆動する。こうすることで、前輪11と後輪13との高低差が変化する場合でも、搭乗席3の傾斜角の変化を軽減することができ、乗り心地を向上することができる。

上記のように、乗り物1は、昇りエスカレータ101、及び降りエスカレータ102の乗り降りすることができる。よって、乗り物1は様々な環境下に対応することができる。可変機構20を上記の寸法とすることで、30°までのエスカレータに乗り降りすることができる。さらに、上記した寸法構成を変えることで、規格上最大35°のエスカレータに対応することができる。

(段差昇降への対応) 次に、乗り物1が段差を乗り降りする時の、可変機構20の動作について説明する。図12は、段差103を乗り越える時の可変機構20の動作を示すモデル図である。図13は、段差103を降りる時の可変機構20の動作を示すモデル図である。図12、図13では、水平な床面105に、段差103がある場合を示している。また、段差103の上面も水平になっている。図12、図13では、各直動機構の長さが示されている。

まず、平坦な床面105を移動中の乗り物1が段差103を昇る場合について説明する。段差103を昇る場合、図12のタイミングA〜タイミングIの順番で可変機構20の状態が変化していく。まず、乗り物1が走行モードで走行中に、段差103に近づいたら椅子モードに切り替わる。そして、乗り物1が椅子モードで床面105を走行中に段差103の側面に前輪11が当接する(タイミングA)。第1の直動機構22を短くし、第2の直動機構23を長くし、第3の直動機構26を長くする。こうすることで、タイミングBに示すように、前輪11が持ち上がり、床面105から離れる。すなわち、上フレーム21が11°後傾して、前輪11が段差103の側面と接触した状態で上昇する。なお、前輪11を持ち上げるタイミングは、前輪11が段差103に接触する前でもよい。

タイミングBに示す状態から、さらに、第2の直動機構23を長くし、第3の直動機構26を長くする。こうすることで、タイミングCに示すように、前輪11が段差103の高さまで持ち上がる。すなわち、前輪11が段差103の上面付近まで上昇する。タイミングCに示す状態では、上フレーム21が19°後傾している。

タイミングCに示す状態から、上フレーム21をさらに後傾させるとタイミングDに示す状態になる。タイミングDに示す状態において、第2の直動機構23及び第3の直動機構26は、タイミングCの状態から長くなっている。従って、前輪11が段差103に乗り上げる。すなわち、前輪11が段差103の上に移動する。タイミングDに示す状態では、上フレーム21が20°後傾している。

タイミングDの状態から、上フレーム21の前傾角度を小さくするとタイミングEに示すようになる。タイミングEに示す状態では、タイミングDに示す状態から、第2の直動機構23が短くなり、第3の直動機構26が長くなる。タイミングEに示す状態では、上フレーム21が18°後傾している。タイミングEに示す状態になると、前輪11が段差103に接地しているため、前輪11の回転によって前進が可能になる。

なお、タイミングA〜タイミングEでは、中輪12及び後輪13が接地した状態のまま姿勢が変化する。前輪11が離地している間、中輪12及び後輪13が接地している。これにより、乗り物1を安定させることができる。タイミングA〜タイミングEでは、下リンク25が水平になったまま、姿勢が変化するように、可変機構20が動作する。

タイミングEの状態から前輪11の回転により前進し、中輪12が段差103に近づくと、タイミングFに示す状態になる。ここでは、前進すると同時に、中輪12を持ち上げるように、第1の直動機構22、第2の直動機構23が駆動する。具体的には、第1の直動機構22が長くなり、第2の直動機構23が短くなる。第2の直動機構23が短くなることで、中輪12が上昇して、床面105から離れる。タイミングEに示す状態では、上フレーム21が水平になる。

タイミングFの状態からさらに前進すると、中輪12が段差103の上に移動する。そして、中輪12が段差103の上まで移動したら、中輪12を下降させ、かつ後輪13を持ち上げるように、第1の直動機構22、及び第2の直動機構23を駆動する。具体的には、第1の直動機構22が長くなり、第2の直動機構23が長くなる。こうすることで、中輪12が下降して、段差103に接触する。前輪11及び中輪12が段差103に乗り上げる。タイミングGの状態では、上フレーム21が水平になる。また、タイミングGの状態では、下リンク25が傾いて、後輪13が中輪12よりも高くなっている。タイミングE〜タイミングGでは、第3の直動機構26の長さが540mmで一定になっている。

タイミングGの状態からさらに、前輪11を回転して前進すると、後輪13が段差103の上に移動する。このとき、第1の直動機構22を長くし、第3の直動機構26を短くすると、タイミングHのようになる。タイミングHの状態では、下リンク25が水平になって、後輪13が接地する。また、タイミングHの状態では、角度αが直角に近くなっているため、タイミングGの状態に比べて、車高が高くなっている。

そして、椅子モードに戻すために、さらに第1の直動機構22を短くし、第3の直動機構26を長くすると、タイミングIに示すようになる。タイミングIの状態における可変機構20はタイミングAの状態と同じになっている。このように制御することで、乗り物1が段差103を昇ることができる。そして、乗り物1が段差103を昇り切ったら、椅子モードから走行モードに切り替わる。段差103の上を乗り物1が走行モードで走行することができる。

次に、段差103を移動中の乗り物1が段差103から降りる場合について説明する。段差103を降りる場合、図13のタイミングA〜タイミングHの順番で可変機構20の状態が変化していく。まず、走行モードで段差103を走行中に段差103のエッジまで近づいたら、乗り物1は、椅子モードに切り替わる。そして、椅子モードの乗り物1において、前輪11が移動する(タイミングA)。前輪11が段差103のエッジを越えたら、タイミングBに示すように、第1の直動機構22を長くして、前輪11を床面105に接地させる。タイミングBに示す状態では、下リンク25が段差103の上面と水平になっており、中輪12、及び後輪13が接地している。

さらに、前進すると、タイミングCのように前輪11が段差103から離れる。ここでは、第1の直動機構22を長くして、第3の直動機構26を長くしている。これにより、前輪11が床面105に接触し、中輪12、及び後輪13が段差103に接触した6輪接地状態となる。

さらに前進している間に、中輪12を段差103の上面から離すように、可変機構20が動作するタイミングD。具体的には、第1の直動機構22を短くし、第2の直動機構23を短くし、第3の直動機構26を長くする。第2の直動機構23を短くすることで、中輪12が段差103から浮く。すなわち、中輪12が後輪13よりも上になるように、下リンク25が後ろ側に傾斜する。これにより、前輪11が床面105に接触し、中輪12が段差103から浮き、後輪13が段差103に接触した4輪接地状態となる。

さらに、前進するとともに、中輪12が床面105に接触するように下降させるとタイミングEのようになる。ここでは、第1の直動機構22を短くし、第2の直動機構23を長くしている。これにより、下リンク25が前側に傾斜して、中輪12が後輪13よりも下に移動する。中輪12が段差103から降りて、床面105と接触する。このとき、後輪13は、段差103の上面と接触している。したがって、前輪11、及び中輪12が床面105に接触し、後輪13が段差103に接触した6輪接地状態となる。

さらに、前進するとともに、後輪13を下降させるとタイミングFに示す状態になる。ここでは、第1の直動機構22を短くし、第2の直動機構23を短くしている。こうすることで、タイミングFのように、下リンク25が段差103から降りて、後輪13が床面105に近づく。

さらに、下リンク25が床面105と水平にすると、タイミングGのようになる。ここでは、第1の直動機構22が長くなり、第2の直動機構23が短くなり、第3の直動機構26が短くなっている。こうすることで、後輪13も床面105に接触して、6輪接地状態となる。すなわち、下リンク25が床面105と平行になっている。

さらに、椅子モードに戻すと、タイミングHのようになる。ここでは、第1の直動機構22が短くなり、第3の直動機構26が短くなっている。こうすること、椅子モードに戻る。このように、上フレーム21がほぼ水平を維持したまま、乗り物1が段差を降りることができる。これにより、乗り心地を向上することができる。乗り物1は、段差103を降り切ったら、椅子モードから走行モードに切り替えて、走行する。

上記のように、乗り物1は、段差103の乗り降りすることができる。よって、乗り物1は、様々な環境下に対応することができる。さらに、段差を乗り降りする場合であっても、乗り心地を向上することができる。 また、電車とホームとの間のような、段差と溝が組み合わさった状況においても、乗り物1が段差を乗り降りすることが可能となる。すなわち、乗り物1が溝を越えつつ、段差を乗り降りすることが可能になる。これにより、電車やバスへの乗り降りが可能となる。 なお、中輪12と後輪13のみが接地している状態では、路面が前後左右に傾斜していると、乗り物1が流れて行ってしまう恐れがある。すなわち、駆動輪である前輪11が接地していないため、乗り物1が傾斜に沿って降りて行ってしまう恐れがある。したがって、従動輪である中輪12、及び後輪14のみが接地する状況下においては、中輪12、及び後輪13の少なくとも一方にブレーキをかけておくことが好ましい。

(左右傾斜地への対応) 次に、左右の傾斜地を移動する場合について、図14を用いて説明する。図14は、左上がりの傾斜地を移動している状態を示す側面図である。左上がりの傾斜地を移動する場合、前輪11Lが前輪11Rよりも高くなるように、第1の直動機構22が駆動する。すなわち、第1の直動機構22Lを第1の直動機構22Rよりも短くする。また、中輪12Lが中輪12Rよりも高くなり、後輪13Lが後輪13Rよりも高くなるように、第2の直動機構23が駆動する。これにより、左右の下リンク25が異なる角度となる。もちろん、右上がりの傾斜地の場合、前輪11R、中輪12R、後輪13Rがそれぞれ前輪11L、中輪12L、後輪13Lよりも高くなるように、可変機構20が駆動する。このようにすることで、搭乗席3の座面が水平となったまま傾斜地を移動することができる。よって、乗り心地を向上することができ、安定した走行が可能になる。

図14では、走行モードにおいて、左右の傾斜地を移動する場合を示している。前輪11R,中輪12R、後輪13Rがそれぞれ前輪11L、中輪12L、後輪13Lよりも低い位置となっている。こうすることで、傾斜地においても、高い乗り心地で走行することができる。

上記したように、可変機構20が小さなストロークで車輪の高さを大きく変えることができる。よって、走行時に、座面のピッチ角、ロール角、及び高さを調整することができる。また、第1の直動機構22、第2の直動機構23が左右独立して駆動するため、左右段差、左右傾斜、不整地などに対しても安定して走行することができる。可変機構20が従動輪や駆動輪の高さを調整することで、座面の水平を保ちつつ、段差や不整地を走行することができる。さらにシニアカーと同等の走行性能を持ち、かつより安全かつ快適に走行することができる。高さを自在に変えることができるため、利便性を向上することができる。例えば、歩行者と同じ目線での移動が可能である。さらに、高所にアクセスしやすい立ち乗りモード、及び乗ったままテーブルの下に進入することができる椅子モードの両方を実現することができる。

段差を昇降する場合には、乗り物1が6輪で走行する。一方、通常の走行時やエスカレータの昇降時には可変機構20が4輪接地状態に変形する。さらに、走行時において、第1の直動機構22、及び第2の直動機構23を独立して制御することで、4輪独立アクティブサスとすることも可能である。これにより、座面の揺動を抑制し、安全性と乗り心地を向上することができる。例えば、加速時には座面が前傾し、減速時には座面が後傾するように、可変機構20が駆動する。あるいは、乗り物1がカーブするときは、カーブの外側が高くなるように、左右に傾斜をつける。こうすることで安定した走行が可能になり、乗り心地が向上する。

センサ部73での検出結果に基づいて可変機構20が動作している。不整地、段差、前後左右傾斜地、エスカレータ等の多様な環境下で走破性の高い、安全な移動を可能にすることができる。多様な環境下においても、座面の水平を保ちつつ、走行することができる。さらに、前輪11が取り付けられた前脚、及び中輪12が取り付けられた後脚を直動機構によって駆動している。これにより、アクチュエータ数を少なくすることができ、小型化、軽量化を図ることができる。よって、可変機構20を簡素な構成とすることができる。

また、ウェルキャブ車両等の乗り降りも容易になる。例えば、ウェルキャブ車両等を乗り降りする際のスロープを座面水平のまま走行することができる。歩道の傾斜や段差がある場合でも、座面水平のまま、乗り物1が走行することができる。さらには、搭乗者2が乗り物1に乗車したまま、ノーステップバスや電車に乗ることができる。歩道の縁石、玄関の段差のような大きな段差を乗り物1が乗り降りすることが可能になる。

段差の乗り降りや、エスカレータの乗り降りを行う場合、センサ部73の測域センサ等で前方に段差やエスカレータを検出するようにしてもよい。すなわち、センサ部73が段差の高さを検出したり、昇りエスカレータや降りエスカレータの存在を検知したりする。そして、検出した段差やエスカレータに応じて、制御系70が可変機構20の制御を行うようにしてもよい。例えば、制御部71が、センサ73の検出信号に基づいて、可変機構20の各アクチュエータを制御する。具体的には、段差が前方に検出された場合、走行モードから椅子モードでの走行に切り替える。また、スロープを走行する場合も、同様に制御部71がセンサ73の検出信号に基づいて、可変機構20の各アクチュエータを制御する。あるいは、ユーザの操作により、制御部71が可変機構20の制御を開始するようにしてもよい。すなわち、ユーザが段差の乗り降り、昇りエスカレータ、降りエスカレータを指定することで、可変機構20が動作を行うようにしてもよい。

なお、後輪13のさらに後ろにリンクから突き出すようにして、ローラを設けるようにしてもよい。これにより、車体を安定させるために降りエスカレータの鉛直面にローラを押し付けることが可能になる。よって、後輪13が降りエスカレータの縦方向の摩擦を受けることを防ぐことができる。また、上記の説明では、乗り物1が片側3輪の6輪を有していると説明したが、片側3輪以上であってもよい。また、中輪12、又は後輪13が駆動輪であってもよい。

実施の形態2. 実施の形態2にかかる走行装置について、図15を用いて説明する。本実施の形態でも、実施の形態1と同様に、走行装置が乗り物であるとして説明する。図15は、実施の形態2にかかる走行装置の可変機構の構成を示すモデル図である。本実施の形態では、実施の形態1に対して、可変機構の構成が異なっている。第3の直動機構26の取り付け位置が異なっている。第3の直動機構26以外の構成については、実施の形態1と同様であるため説明を省略する。

第3の直動機構26は、第1の直動機構22と後リンク24の間に伸縮可能に設けられている。具体的には、第3の直動機構26の一端が、第1の直動機構22の中間に取り付けられている。さらに、第3の直動機構26の他端が後リンク24の中間に取り付けられている。そのため、後リンク24が上側の後リンク24aと下側の後リンク24bとを備えている。

上側の後リンク24aと下側の後リンク24bの接続位置Hに、第3の直動機構26が取り付けられている。上側の後リンク24aの長さはd、下側の後リンク24bの長さはhである。すなわち、位置Oと位置Hの間隔はdであり、位置Hと位置Dの間隔はhである。位置Hにおいて、後リンク24は屈曲している。第3の直動機構26は、第1の直動機構22の伸縮しない部分に取り付けられている。すなわち、第3の直動機構26の取り付け位置より下側で、第1の直動機構22が伸縮する。

第3の直動機構26の伸縮によって、角度αが変化する。すなわち、上フレーム21と上側の後リンク24aとの間の角度αは可変となっている。具体的には、第3の直動機構26を伸ばすことで、角度αが大きくなり、縮めることで角度αが小さくなる。また、上側の後リンク24aと下側の後リンク24bとの間に角度は固定されていてもよい。あるいは、上側の後リンク24aと下側の後リンク24bとの間に角度を可変としてもよい。この場合、上側の後リンク24aと下側の後リンク24bとを受動関節を介して接続する。

このような構成においても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。さらに、第3の直動機構26と搭乗者との干渉を防ぐことができる。この点について、図16と図15を対比させて説明する。図16は、実施の形態1の可変機構のモデル図であり、搭乗席3についても合わせて示している。

実在する第3の直動機構26のアクチュエータでは、可動範囲から出っ張った出っ張り部分26aが存在することがある。出っ張り部分26aは、図16の左下側に出っ張ると、地面と接触してしまうため、右上側に出っ張ることになる。しかしながら、出っ張り部分26aが右上に大きく出っ張ると、搭乗席3の近くを通ることになる搭乗席3の乗っている搭乗者2の股の間に、出っ張り部分26aが出っ張ることになる。よって、乗り降りや操作性に支障が出る恐れがある。

一方、本実施の形態では、図15に示すように第3の直動機構26の出っ張り部分26aが後方に出っ張っている。したがって、接地の可能性もなく、搭乗者2への干渉もなくなる。したがって、第3の直動機構26に出っ張り部分26aがある場合でも望ましい構成とすることができる。よって、搭乗者2や地面との干渉することなく、走行することができる。さらには、搭乗者2の乗り降りの妨げとなることもない。

(車高変化) 次に、実施の形態2における走行装置における各モードについて説明する。図17は、椅子モード、走行モード、立ち乗りモードを示す図である。具体的には、図17の状態Aが椅子モードを示し、状態Bが走行モードを示し、状態Cが立ち乗りモードを示している。椅子モードでは、前輪11、中輪12、後輪13が接地している。走行モード、及び立ち乗りモードでは、前輪11、後輪13が接地し、中輪12が離地している。

図17に示すように、第1の直動機構22、及び第2の直動機構23を伸縮させることで、車高を変えることができる。すなわち、実施の形態1と同様に、第1の直動機構22を伸ばし、かつ第2の直動機構23を縮めることで、車高を高くすることができる。また、角度α、及び第3の直動機構26については、実施の形態1と同様に、全モードで一定となっている。

(エスカレータ昇降への対応) エスカレータに乗っている状態について、図18、図19を用いて説明する。図18は、昇りエスカレータ101に乗っている状態を示し、図19は降りエスカレータ102の乗っている状態を示している。なお、可変機構20の基本的な動作は、実施の形態1と同様であるため、適宜説明を省略する。例えば、第2の直動機構23、第1の直動機構22の伸縮動作については、実施の形態1と同様である。また、第3の直動機構26についても、実施の形態1と同様に伸縮する。

乗り物が昇りエスカレータ101に乗る場合、図18に示すように、第3の直動機構26を伸びた状態となる。これにより、上フレーム21と上側の後リンク24aとの間の角度αが大きくなる。したがって、前輪11が後輪13よりも高くなったとしても上フレーム21が水平に近くなる。よって、上フレーム21に取り付けられた搭乗席3(図18では不図示)に搭乗者2が座っている場合でも、安定して昇りエスカレータ101に乗ることができる。

乗り物が降りエスカレータ102に乗る場合、図19に示すように、第3の直動機構26が伸びる。これにより、上フレーム21と上側の後リンク24aとの間の角度αが小さくなる。これにより、可変機構20が実施の形態1と同様の姿勢となるように動作する。これにより、前輪11が後輪13よりも低くなったとしても上フレーム21が水平に近くなる。上フレーム21に取り付けられた搭乗席3(図19では不図示)に搭乗者2が座っている場合でも、安定して昇りエスカレータ101に乗ることができる。

(段差昇降への対応) 次に乗り物1が段差を乗り降りするときの、可変機構20の動作について説明する。図20は、段差103を乗り越える時の可変機構20の動作を示すモデル図である。図21は、段差103を降りる時の可変機構20の動作を示すモデル図である。図20、図21では、水平な床面105に、段差103がある場合を示している。また、段差103の上面も水平になっている。なお、図20、21では、図12、図13と異なり、各直動機構の長さが示されていない。

乗り物1が段差103を昇る場合、図20のタイミングA〜タイミングIの順番で可変機構20の状態が変化していく。乗り物1が段差を昇るときの基本的な動作は、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。例えば、第2の直動機構23、第1の直動機構22の伸縮動作については、実施の形態1と同様である。また、第3の直動機構26についても、実施の形態1と同様に伸縮する。したがって、図12と同様に可変機構20が動作する。

乗り物1が段差103を降りる場合、図21のタイミングA〜タイミングIの順番で可変機構20の状態が変化していく。乗り物1が段差を降りるときの基本的な動作は、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。例えば、第2の直動機構23、第1の直動機構22の伸縮動作については、実施の形態1と同様である。また、第3の直動機構26についても、実施の形態1と同様に伸縮する。したがって、図13と同様に可変機構20が動作する。

なお、上記の説明では、本実施の形態にかかる走行装置が、搭乗者2が搭乗して走行する乗り物1であるとして説明したが、搭乗者2が搭乗しない構成となっていてもよい。例えば、本実施形態に係る走行装置は、荷台に荷物を載せて走行する走行装置であってもよい。この場合、上フレーム21には、車体には、搭乗席3の代わりに、荷台が設けられることになる。さらには、搭乗者2と荷物を同時に運搬する走行装置であってもよい。この場合、車体には、搭乗席3と荷台が設けられる。また、搭乗者2や荷物を載せて移動する走行装置に限らず、走行装置自身のみが移動する構成であってもよい。例えば、走行装置は、車体に搭乗席や荷台が設けられている構成に限らず、自律走行する移動ロボット等であってもよい。すなわち、可変機構20が車体を支持する構成となっていればよい。車体に、搭乗席や荷台が設けることで、搭乗者2が搭乗する乗り物や、荷物を運搬する走行装置を構成することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

この出願は、2014年7月11日に出願された日本出願特願2014−143572を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

1 乗り物 2 搭乗者 3 搭乗席 4 フットレスト 5 背もたれ 6 アームレスト 7 制御ボックス 8 テーブル 9 本棚 11 前輪 12 中輪 13 後輪 20 可変機構 21 上フレーム 22 第1の直動機構 23 第2の直動機構 24 後リンク 25 下リンク 26 第3の直動機構 101 昇りエスカレータ 102 降りエスカレータ 103 段差 105 床面