JP6220069B2

JP6220069B2 - 走行装置

Info

Publication number: JP6220069B2
Application number: JP2016532443A
Authority: JP
Inventors: 石川　勝; 勝石川; 潔松本; 松本　　潔; 智之高畑; 勲下山; 下山　　勲; 出尾　隆志; 隆志出尾; 義博黒木; 高橋　太郎; 太郎高橋; 雄介小坂
Original assignee: University of Tokyo NUC; Toyota Motor Corp
Current assignee: University of Tokyo NUC; Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2015-07-09
Publication date: 2017-10-25
Anticipated expiration: 2035-07-09
Also published as: CN106572935A; US20170172823A1; US10137042B2; JPWO2016006248A1; CN106572935B; WO2016006248A1

Description

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−ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙｃｏｍｐｕｔｅｒｒｅａｄａｂｌｅｍｅｄｉｕｍ）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（ｔａｎｇｉｂｌｅｓｔｏｒａｇｅｍｅｄｉｕｍ）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（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲＯＭ)、ＥＰＲＯＭ（ＥｒａｓａｂｌｅＰＲＯＭ)、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ））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（ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙｃｏｍｐｕｔｅｒｒｅａｄａｂｌｅｍｅｄｉｕｍ)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

Claims

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、を備えた走行装置。
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、前記走行装置の左右に配置されて、独立に駆動される請求項１に記載の走行装置。
前記アクチュエータが左右の前記第２のリンクに対して共通になっている請求項２に記載の走行装置。
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る請求項１〜３のいずれか１項に記載の走行装置。
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る請求項１〜４のいずれか１項に記載の走行装置。
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る請求項１〜４のいずれか１項に記載の走行装置。
前記車体には、搭乗者が搭乗する搭乗席が設けられている請求項１〜６のいずれか１項に記載の走行装置。
従動輪である第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、
駆動輪であり、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、
従動輪であり、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、を備えた走行装置。