(57)【要約】【課題】本発明は、安全性を確保して容易に操作できる移動体を提供する。【解決手段】路面上を移動するための車輪と１０３、前記車輪１０３を駆動する駆動装置と、前記駆動装置を制御する制御装置と、前記制御装置に操作者１０４が所望の移動指令を与えるための操作装置１０２と、全体を覆う外装１０５とを備えた移動体１０１において、前記操作装置１０４は、前記外装１０５のうち前記路面に略平行な上面部に配置されるものである。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
路面上を移動するための車輪と、前記車輪を駆動する駆動装置と、前記駆動装置を制御する制御装置と、前記制御装置に操作者が所望の移動指令を与えるための操作装置と、全体を覆う外装とを備えた移動体において、
前記操作装置は、前記外装のうち前記路面に略平行な上面部に配置されることを特徴とする移動体。
【請求項２】
前記操作装置は、前記外装のうち前記上面部の略中央部に備えられたことを特徴とする請求項１記載の移動体。
【請求項３】
前記操作装置は、操作者によって操作され、前記操作者の片手によって操作されることを特徴とする請求項1記載の移動体。
【請求項４】
前記操作装置の操作によって移動指令が前記制御装置に与えられることを特徴とする請求項1記載の移動体。
【請求項５】
前記操作装置は、操作パッドを備え、前記操作パッドの重心位置の位置によって移動指令が与えられることを特徴とする請求項１記載の移動体。
【請求項６】
前記操作装置は、操作パッドを備え、操作者によって操作され、前記操作者が操作する前記操作パッドは摩擦抵抗の大きな部材で構成されていることを特徴とする請求項1記載の移動体。
【請求項７】
前記操作装置は、操作パッドを備え、前記操作パッドは、前記外装のうち、上面部から突出しないように形成されたことを特徴とする請求項1記載の移動体。
【請求項８】
前記操作装置は、操作パッドを備え、前記操作パッドの重心位置は、前記操作パッドの下面に備えられた移動機構により検出されて算出されることを特徴とする請求項１記載の移動体。
【請求項９】
前記操作装置は、操作パッドを備え、前記操作パッドは三角形状に形成され、前記三角形状の各々の頂点に前記操作パッドの位置を検出するセンサを備えたことを特徴とする請求項１記載の移動体。
【請求項１０】
前記センサは、ストロークセンサとエンコーダとから構成されたことを特徴とする請求項９記載の移動体。
【請求項１１】
前記センサは、ストロークセンサとエンコーダから構成され、前記ストロークセンサにより前記操作パッドの位置が検出され、前記エンコーダにより前記ストロークセンサの角変位が検出されることを特徴とする請求項９記載の移動体。
【請求項１２】
前記センサは、ストロークセンサとエンコーダとから構成され、前記ストロークセンサは回転自在に支持されていることを特徴とする請求項９記載の移動体。
【請求項１３】
前記操作装置は、操作パッドを備え、前記操作パッドと前記外装のうちの上面部間に前記操作パッドの移動を付勢する弾性体を備え、前記操作パッドが中央位置に移動するように復元力をあたえることを特徴とする請求項１記載の移動体。
【請求項１４】
前記操作装置は、操作パッドを備え、前記操作パッドの初期位置が弾性体で付勢され、中央位置であることを特徴とする請求項１記載の移動体。
【請求項１５】
前記操作装置は、操作パッドを備え、前記操作パッドは平面内３自由度を動作することを特徴とする請求項１記載の移動体。
【請求項１６】
前記ストロークセンサは、電磁誘導型センサから構成されたことを特徴とする請求項１０記載の移動体。
【請求項１７】
路面上を移動するための車輪と、前記車輪を駆動する駆動装置と、前記駆動装置を制御する制御装置により構成され、前記制御装置に走査装置から操作者が所望の移動指令を与えて動作させる移動体の操作方法において、
外装のうち前記路面に略平行な上面部に配置された前記操作装置により操作されることを特徴とする移動体の操作方法。
【請求項１８】
前記操作装置に備えられた操作パッドを、前記操作者が操作している間、前記移動体が前記操作パッドを移動させた方向に移動することを特徴とする請求項１７記載の移動体の操作方法。
【請求項１９】
前記操作装置に備えられた操作パッドを、前記操作者が操作した場合、前記操作パッドの移動量を前記操作パッドに備えられた複数のセンサにより検出し、順キネマティクス演算することにより前記移動体の移動方向を求めることを特徴とする請求項１７記載の移動体の操作方法。
【請求項２０】
前記操作装置に備えられた操作パッドは、三角形状が形成されており、前記三角形状の各々の頂点にストロークセンサとエンコーダを備え、前記ストロークセンサと前記エンコーダ信号をもとに演算して前記移動体の移動方向を求めることを特徴とする請求項１７記載の移動体の操作方法。
【請求項２１】
前記操作装置に備えられた操作パッドは、三角形状が形成されており、前記三角形状の各々の頂点にストロークセンサとエンコーダを備え、前記ストロークセンサからの信号のみで移動方向を算出することを特徴とする請求項１７記載の移動体の操作方法。
【請求項２２】
前記操作装置に備えられた操作パッドは、三角形状が形成されており、前記三角形状の各々の頂点にストロークセンサとエンコーダを備え、前記ストロークセンサからの信号と前記エンコーダ信号を併用し、ベクトル演算して移動方向を算出することを特徴とする請求項１７記載の移動体の操作方法。
【請求項２３】
前記操作装置に備えられた操作パッドを、前記操作者が操作した場合、前記操作者の操作により揺れが生じた場合、前記操作装置にローパスフィルタを備え、前記揺れの振動周波数より低い周波数の信号を真値として検出することを特徴とする請求項１７記載の移動体の操作方法。
【請求項２４】
前記操作装置に備えられた操作パッドを、前記操作者が操作した場合、前記操作者が前記操作パッドを押し込み操作した場合、予め設定された押圧力よりも大きな前記押圧力と判断された場合は、駆動装置の速度指令を０にすることを特徴とする請求項１７記載の移動体の操作方法。
【請求項２５】
前記押圧力を検出するために前記操作バッドの摺動面とベース間に感圧ゴムを備え、力換算することにより、予め設定された押圧力より大きな前記押圧力かを判断することを特徴とする請求項２４記載の移動体の操作方法。
【請求項２６】
前記操作装置に備えられた操作パッドを、前記操作者が操作した場合、前記操作者が操作した前記操作パッドへの押圧力により前記移動体の移動速度を求めることを特徴とする請求項１７記載の移動体の操作方法。
【請求項２７】
前記操作装置に備えられた操作パッドを、前記操作者が操作した場合、前記操作者が操作した前記操作パッドへの押圧力について、前記押圧力に応じた前記移動体の移動速度の上限値と下限値を定めたことを特徴とする請求項１７記載の移動体の操作方法。
【請求項２８】
前記操作装置に備えられた操作パッドを、前記操作者が操作した場合、前記操作者が操作した前記操作パッドへの押圧力について、前記操作者が押圧力の上限値を設定できることを特徴とする請求項１７記載の移動体の操作方法。
【請求項２９】
前記操作装置に備えられた操作パッドを、前記操作者が操作した場合、前記操作者が操作した前記操作パッドへの押圧力について、前記押圧力の上限値が設定していない場合には、前記操作者に最大押圧力で操作することを要求することを特徴とする請求項１７記載の移動体の操作方法。
【請求項３０】
前記操作装置に備えられた操作パッドを、前記操作者が操作した場合、前記操作者が操作した前記操作パッドへの押圧力について、前記押圧力に応じた移動速度で前記移動体が移動するように操作量を変換する移動速度変換部を備えて移動速度を決定することを特徴とする請求項１７記載の移動体の操作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物品の搬送に適用する移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷物を積載して運搬する移動体は、重量が増えると押すために必要な力も増大するため、操作者にとって負担が大きいという課題がある。これを解決する為、移動体をバッテリ等の電源、およびモータ等の駆動手段を具備した移動体として構成し、操作部に加えられた操作力を増幅して移動する、いわゆるパワーアシスト付運搬車が提案されている。
このパワーアシスト付運搬車における前進後退・旋回等を操作する操作装置には主に以下の要請がある。要請（１）：操作者の思い通りに移動体を操作するため、連続的かつ微妙な動作が操作装置に求められる。要請（２）：移動体を操作しようとする操作者の感覚を移動体の動作にスムーズに変換するため、操作者の手先による操作形態が、移動体の前進後退・旋回等の動作に対応していることが求められる。要請（３）：操作者の運動学的・力学的な負担を軽減するため、操作者の年齢・体格・性別などによらず、抵抗負荷を感じることなく片手で操作できることが求められる。要請（４）：操作中に人などが進路を急に塞いだ場合に、誤操作により人などに衝突する危険を回避するため、操作者の年齢・体格・性別などによらず、操作装置側で操作者の誤操作を防ぐことが求められる。
上記の要請（１）に対処するため、本体上の見易い位置である本体上面にジョイスティックを搭載し、ジョイスティックを倒した方向に移動させる移動体が提案された（特許文献１参照）。この移動体はジョイスティックの倒し角度によって走行速度を決定する。不連続なスイッチ操作とは異なり、走行速度の大小を調整できるため、微妙な動作が可能になる。
特許文献１の移動体を図６に示す。６０１は移動体、６０２はパレット、６０３はジョイスティック、６０４はフレームを表している。移動体６０１はフレーム６０４、パレット６０２で構造体を成している。移動体６０１の見易い位置には、操作装置であるジョイスティック６０３を設けられ、ジョイスティック６０３の操作により移動体６０１の操作ができるようになっている。上記ジョイスティック６０３による操作は、ジョイスティック６０３を倒した方向に移動体６０１が移動し、また、その倒し角度によって走行速度が決定される。
上記特許文献１の移動体は、操作者が保持するジョイスティックの角度が台車の角度と異なった場合、スティックを倒した方向と台車の動く方向は一致しない。このため教示者は台車の角度とジョイスティックの角度を常に把握しながら操作を続けなければならず、操作性が非常に悪化するという問題点があった。
このため、ロボットマニピュレータエンドエフェクタと、平面内２自由度入力可能なジョイスティックの双方に方位検知装置を搭載し、検知した相対角度をもとにジョイスティックによる入力方向を座標変換する操作装置が提案された（特許文献２参照）。
上記特許文献２によれば、ジョイスティックを倒す方向と台車の移動方向は一致するので、指令方向に関する操作性は改善される。しかし、移動台車に適用した場合、大型のティーチングボックスは携帯に不便であり、また姿勢入力ツマミもあわせたジョイスティック操作には常に両手を用いなければならないため、操作者の負担は大きい。
このため、片手で操作できる移動体が提案された（特許文献３参照）。
路面７０１上を走行する移動体７０２に対し、操作装置７０３は分離して操作可能である。移動体７０２と操作装置７０３間は、ケーブル７０４または無線を介して信号のやりとりが行われる。移動体７０２にはジャイロセンサ７０５が、操作装置７０３にはジャイロセンサ７０６が取付けられており、各々起動時からの角度変化を検出する。また移動体７０２には操作装置７０３を一方向に収納するためのスロット７０７が設けられており、起動時に操作装置７０３はここに収められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２６５２１１号公報
【特許文献２】特開平６−１７９１８７号公報
【特許文献３】特開２００２−２５８９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献３に示す従来例は、操作装置を任意の方向に向けて水平面内並進速度を入力すると、操作装置を向けた方向に移動体が並進運動を行うため、操作者から見て混乱のない簡便な操作入力を片手で行うことができる点で特許文献２よりも優れている。しかし、操作中に人などが進路を急に塞いだ場合でもジョイスティックの指示通りに移動体が動作するため、回避する動作を取り込む必要があった。      
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、安全性を確保して容易に操作できる移動体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、路面上を移動するための車輪と、前記車輪を駆動する駆動装置と、前記駆動装置を制御する制御装置と、前記制御装置に操作者が所望の移動指令を与えるための操作装置と、全体を覆う外装とを備えた移動体において、前記操作装置は、前記外装のうち前記路面に略平行な上面部に配置されるものである。
請求項２に記載の発明は、前記操作装置が、前記外装のうち前記上面部の略中央部に備えられたものである。
請求項３に記載の発明は、前記操作装置が、操作者によって操作され、前記操作者の片手によって操作されるものである。
請求項４に記載の発明は、前記操作装置の操作によって移動指令が前記制御装置に与えられるものである。
請求項５に記載の発明は、前記操作装置が、操作パッドを備え、前記操作パッドの重心位置の位置によって移動指令が与えられるものである。
請求項６に記載の発明は、前記操作装置が、操作パッドを備え、操作者によって操作され、前記操作者が操作する前記操作パッドは摩擦抵抗の大きな部材で構成されているものである。
請求項７に記載の発明は、前記操作装置が、操作パッドを備え、前記操作パッドは、前記外装のうち、上面部から突出しないように形成されたものである。
請求項８に記載の発明は、前記操作装置が、操作パッドを備え、前記操作パッドの重心位置は、前記操作パッドの下面に備えられた移動機構により検出されて算出されるものである。
請求項９に記載の発明は、前記操作装置が、操作パッドを備え、前記操作パッドは三角形状に形成され、前記三角形状の各々の頂点に前記操作パッドの位置を検出するセンサを備えたものである。
請求項１０に記載の発明は、前記センサが、ストロークセンサとエンコーダとから構成されたものである。
請求項１１に記載の発明は、前記センサが、ストロークセンサとエンコーダから構成され、前記ストロークセンサにより前記操作パッドの位置が検出され、前記エンコーダにより前記ストロークセンサの角変位が検出されるものである。
請求項１２に記載の発明は、前記センサが、ストロークセンサとエンコーダとから構成され、前記ストロークセンサは回転自在に支持されているものである。
請求項１３に記載の発明は、前記操作装置が、操作パッドを備え、前記操作パッドと前記外装のうちの上面部間に前記操作パッドの移動を付勢する弾性体を備え、前記操作パッドが中央位置に移動するように復元力をあたえるものである。
請求項１４に記載の発明は、前記操作装置が、操作パッドを備え、前記操作パッドの初期位置が弾性体で付勢され、中央位置であるものである。
請求項１５に記載の発明は、前記操作装置が、操作パッドを備え、前記操作パッドは平面内３自由度を動作するものである。
請求項１６に記載の発明は、前記ストロークセンサが、電磁誘導型センサから構成されたものである。
請求項１７に記載の発明は、路面上を移動するための車輪と、前記車輪を駆動する駆動装置と、前記駆動装置を制御する制御装置により構成され、前記制御装置に走査装置から操作者が所望の移動指令を与えて動作させる移動体の操作方法において、外装のうち前記路面に略平行な上面部に配置された前記操作装置により操作されるものである。
請求項１８に記載の発明は、前記操作装置に備えられた操作パッドを、前記操作者が操作している間、前記移動体が前記操作パッドを移動させた方向に移動するものである。
請求項１９に記載の発明は、前記操作装置に備えられた操作パッドを、前記操作者が操作した場合、前記操作パッドの移動量を前記操作パッドに備えられた複数のセンサにより検出し、順キネマティクス演算することにより前記移動体の移動方向を求めるものである。
請求項２０に記載の発明は、前記操作装置に備えられた操作パッドが、三角形状が形成されており、前記三角形状の各々の頂点にストロークセンサとエンコーダを備え、前記ストロークセンサと前記エンコーダ信号をもとに演算して前記移動体の移動方向を求めるものである。
請求項２１に記載の発明は、前記操作装置に備えられた操作パッドが、三角形状が形成されており、前記三角形状の各々の頂点にストロークセンサとエンコーダを備え、前記ストロークセンサからの信号のみで移動方向を算出するものである。
請求項２２に記載の発明は、前記操作装置に備えられた操作パッドが、三角形状が形成されており、前記三角形状の各々の頂点にストロークセンサとエンコーダを備え、前記ストロークセンサからの信号と前記エンコーダ信号を併用し、ベクトル演算して移動方向を算出するものである。
請求項２３に記載の発明は、前記操作装置に備えられた操作パッドを、前記操作者が操作した場合、前記操作者の操作により揺れが生じた場合、前記操作装置にローパスフィルタを備え、前記揺れの振動周波数より低い周波数の信号を真値として検出するものである。
請求項２４に記載の発明は、前記操作装置に備えられた操作パッドを、前記操作者が操作した場合、前記操作者が前記操作パッドを押し込み操作した場合、予め設定された押圧力よりも大きな前記押圧力と判断された場合は、駆動装置の速度指令を０にするものである。
請求項２５に記載の発明は、前記押圧力を検出するために前記操作バッドの摺動面とベース間に感圧ゴムを備え、力換算することにより、予め設定された押圧力より大きな前記押圧力かを判断するものである。
請求項２６に記載の発明は、前記操作装置に備えられた操作パッドを、前記操作者が操作した場合、前記操作者が操作した前記操作パッドへの押圧力により前記移動体の移動速度を求めるものである。
請求項２７に記載の発明は、前記操作装置に備えられた操作パッドを、前記操作者が操作した場合、前記操作者が操作した前記操作パッドへの押圧力について、前記押圧力に応じた前記移動体の移動速度の上限値と下限値を定めたものである。
請求項２８に記載の発明は、前記操作装置に備えられた操作パッドを、前記操作者が操作した場合、前記操作者が操作した前記操作パッドへの押圧力について、前記操作者が押圧力の上限値を設定できるものである。
請求項２９に記載の発明は、前記操作装置に備えられた操作パッドを、前記操作者が操作した場合、前記操作者が操作した前記操作パッドへの押圧力について、前記押圧力の上限値が設定していない場合には、前記操作者に最大押圧力で操作することを要求するものである。
請求項３０に記載の発明は、前記操作装置に備えられた操作パッドを、前記操作者が操作した場合、前記操作者が操作した前記操作パッドへの押圧力について、前記押圧力に応じた移動速度で前記移動体が移動するように操作量を変換する移動速度変換部を備えて移動速度を決定するものである。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１から３０に記載の発明によると、操作者は移動体上面に対し片手の掌を押さえつけながら水平面内の所望の方向に力を加えるだけで、容易に移動体の進む方向を指令することができる。したがって、片手で移動体を操作することができる。これにより、荷物などで片手が塞がっていた場合にも、容易に移動体を操作できる。また、片手に何も持っていない場合でも、空いた手でロボットの上限速度などを設定するボタンやスイッチ類の操作が可能となる。また、操作者の手先による操作形態が、移動体の前進後退・旋回等の動作に対応しているため、移動体を操作しようとする操作者の感覚を移動体の動作にスムーズに変換できる。また、操作者の年齢・体格・性別などによらず、抵抗負荷を感じることなく片手で操作できるため、操作者の運動学的・力学的な負担を軽減できる。
また、ストロークセンサの角変位を検出する角度センサを備えたため、各ストロークセンサの変位と角変位を既知として、逆行列計算を行わずにベクトル合成で操作パッドの位置と角変位を求めることができるため、演算のステップ数を大幅に減らし、演算に要する時間を短縮できる。
また、操作パッドの摺動面とベース間に敷かれた感圧ゴムを備えているため、感圧ゴムにより操作パッドへの押圧力を検出し、所定の閾値にて押圧力を判定することで、過小・過大な押圧力が発生した際には移動体を停止することができ、移動体の操作中に人などが進路を急に塞いだ場合に、とっさに操作パッドから手を離しても操作パッドに手を押し込んでも、移動体が停止するため、移動体の操作をより安全に行うことができる。すなわち、操作者の年齢・体格・性別などによらず、操作装置側で操作者の誤操作を防ぐことができる。また、押下力上限値を操作者により調整できるようにしたので、操作者の年齢・体格・性別などによらず、操作者の力学的な負担を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施例を示す移動体の概観図
【図２】本発明の移動体における操作装置周辺の平面図および正面図
【図３】本発明の移動体の動作を示す図
【図４】本発明の移動体の制御ブロック図
【図５】操作パッドの順キネマティクス計算の詳細に関する図
【図６】従来の移動体の概観図
【図７】従来の移動体の概観図
【図８】本発明の移動体のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は、本発明の移動体の概観図である。図において、１０１は本発明の移動体となっており、平面内で全方向移動できる。また１０３は、全方向移動のための車輪であり、ユニバーサルホイールタイプの車輪である。この車輪は図示しないモータなどの駆動装置で駆動される。また１０２は移動体１０１に動作を操作するための操作装置である。図１の例では、操作装置１０２は移動体１０１を覆う外装１０５上面の略中央に配置され、操作者１０４により片手で操作される。操作装置１０２の操作により移動体１０１の移動指令が生成される。この移動指令を基に、図示しない制御装置がモータなどの駆動装置を駆動する。
本発明が従来技術と異なる部分は、操作装置１０２を移動体１０１の外装のうち路面に略平行な上面部に備えた部分である。
【００１０】
図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の移動体における操作装置１０２周辺の平面図および正面図である。図２（ａ）が平面図、図２（ｂ）が正面図である。２０１は操作者１０４が移動体１０１を操作する操作パッドであり正三角形の形状をなしている。操作パッド２０１上面の操作者が触れる操作面２０６は、摩擦抵抗の大きいラバーなどの部材で構成される。操作パッド２０１下面の摺動面２０７は摩擦抵抗の小さいプラスチックなどの樹脂で構成される。２０２は操作パッド２０１を下面から支持するベースである。２１０は摺動面２０７とベース２０２間に敷かれている感圧ゴムであり、操作者の手による操作パッド２０１への圧力を検出する。操作パッド２０１は、移動体１０１上面の略中央に空けられた孔の中に収まる大きさである。また高さ方向においては、移動体１０１の上面から突出することなく、操作パッド２０１が移動体１０１の上面とフラットになる位置に配置される。ベース２０２の中央位置に、たとえば操作パッド２０１の重心が位置する。２０３、２０４は操作パッド２０１の位置を検出するためのストロークセンサおよびエンコーダである。ストロークセンサ２０３は、操作パッド２０１が移動体１０１の略中央に位置するときの、操作パッド２０１の各頂点の初期状態からの移動量を検出するために使用される。エンコーダ２０４は、ストロークセンサ２０３の初期状態からの角変位を検出するために使用される。ストロークセンサ２０３は、操作パッド２０１とベース２０２間での各頂点近傍にて回動軸２０８、２０９にて回動自在に支持される。ストロークセンサの初期状態はストローク中心にある。エンコーダ２０４の軸は、ベース側回動軸２０９に直結されている。２０５は操作パッド２０１をベース２０２の中央位置に付勢するばねである。ばね２０５は回動軸２０８間に回動自在に設置される。ばねの初期状態は平衡位置である。
【００１１】
ばねのばね定数は、誰でも操作できるよう小さめに設定される方が望ましい。たとえば、引っ張り力の小さいばね計りを参考にすると、引っ張り力１Ｎに対し、ストロークは１ｃｍとなり、ばね定数としては、１００[Ｎ／ｍ]程度と想定できる。ばね定数をこのように小さめに設定することで、操作者の年齢・体格・性別などによらず、抵抗負荷を感じることなく片手で操作できるため、操作者の運動学的・力学的な負担を軽減できる。
【００１２】
操作パッドを正三角形形状とし、その３つの頂点近傍をばねで支持したのは以下の理由による。操作パッドの平面内３自由度（並進方向２つ、旋回方向１つ）の運動を拘束するには操作パッドの辺のうち最少３点を支持すればよく、支持力を各ばねで均等に配分するには支持点が１２０°間隔になっていることが望ましいからである。過剰に多くのばねで操作パッドを支持すると、各ばねの支持力の調整が煩雑となるため、ばねの数は少ないほどよいが、全方向に安定して支持するには最少でも３つは必要である。
【００１３】
ストロークセンサのタイプとして、可変抵抗器である直線型ポテンショメータよりは、装置の小型化の面で電磁誘導型センサである差動トランス等が好適である。直線型ポテンショメータは全長が150mm程度、ストローク長が通常数10mm以上であり、大きな変位の測定に向いているが小型化には向かない。一方、差動トランスは20mm程度の全長のものの場合、ストローク長は3mm程度である。測定原理上大きな変位の測定には向かないが小型化に向いた方式である。ストローク長Lが3mm以下で十分かを机上計算で確認すると、以下のとおりとなる。操作パッドをABS樹脂製、人間の手の最大長さHを20cm、操作パッドの厚さtを2mmとすると、操作パッドの質量mは約48gとなる。操作パッドを動作させる周波数ωを10Hz、ばね定数kを100N/m、操作パッドを押し引きする力Fを0.25N(25gf)とすれば、L=F/(k-mω2)より必要ストローク長は約2.6mmとなり、ストローク長を3mm以下としても十分である。
【００１４】
差動トランスの検出原理は以下のとおりである。差動トランスの検出部は２個１組の１次巻線と１個の２次巻線およびコイル内に挿入されたコア（鉄芯）により構成される。１次巻線の２つのコイルには、互いに逆相になるように交流電流が印加される。しがって、コアが中央にあるときには、２次巻線に発生する出力電圧はゼロとなりいずれかの１次コイル側に移動すれば、移動量に応じてそれぞれの位相成分の振幅が増大する。この出力信号を位相検波し、コアの変位に比例した出力電圧を得る。このように差動トランスはコアが摺動するのみでケーブルなどを引っ張ることがなく、力の強い人が操作パッドを押し引きした際にも断線などが生じることがないため、断線検出回路などを備える必要がない。
【００１５】
移動体１０１の動作を図３（ａ）、（ｂ）に示す。図３（ａ）は操作し始めの状態、図３（ｂ）は移動体が動作した後の状態である。図３（ａ）に示すように、操作者が移動体１０１を動かしたい方向に操作パッド２０１を動かすと、ストロークセンサ２０３とばね２０５が伸縮して操作パッド２０１の位置および角変位が変化する。図３（ａ）では移動体１０１に対する操作パッド２０１の相対位置変化を分かり易くするため強調して描いている。後述するように、実際には移動体１０１が操作パッドの動作に追従するように、予めゲインを設定しておくため、互いの相対位置変化は図３（ａ）ほど顕著なものではない。図３（ｂ）に示すように、ばね２０５の復元力に抗して操作者が操作パッド２０１を押さえている限り、操作パッド２０１で指定した位置および角変位の変化した方向に移動体１０１の動作方向が変化し、移動体１０１を操作することができる。操作者は、あたかも片手で雑巾がけをする要領で移動体１０１を操作できるため、移動体１０１の動作を容易に把握することができる。
【００１６】
図４は本発明の移動体１０１の制御ブロック図である。操作パッド２０１が平衡点からずれると、ストロークセンサ出力４０１およびエンコーダ出力４０２のこのずれ量に相当する電圧が得られる。ストロークセンサ出力４０１はＡ／Ｄ変換器によりアナログ信号からデジタル信号に変換される。エンコーダ出力４０２はカウンタ４０６によりパルスを計数する。ブロック４０７にてストロークセンサ出力は長さ情報に変換される。ブロック４０８にてエンコーダ出力は角度情報に変換される。ブロック４０９にて操作パッド２０１の順キネマティクスが解かれる。操作パッド２０１の順キネマティクスについては、後に図５を用いてその詳細を説明する。ブロック４１５にて、操作パッド２０１の操作量に対し、後述の判定に基づいた定数を乗じ、次の制御周期における移動体１０１の移動速度４０３を求める。移動体の移動速度４０３がブロック４１０に入力されると、移動体１０１の逆キネマティクスが解かれる。ブロック４１１にてモータ指令速度に応じたＤ／Ａ変換を行い、ドライブアンプ４１２およびパルス発生器４１４で移動体１０１のモータ４１３を駆動する構成は従来例２と同じである。
【００１７】
つぎに図４のブロック４０９における、操作パッド２０１の順キネマティクス計算の詳細について図５を用いて述べる。
ストロークセンサ２０３のベース２０２への取り付け位置で構成される正三角形を△PQR、操作パッド２０１の頂点で構成される正三角形を△ABCとする。操作パッド２０１が初期の平衡位置にあるときの△ABCの重心をx-y座標の原点とする。操作者が動かして初期の平衡位置からずらした状態を△A’B’C’とおく。△A’B’C’の位置および角変位の時間変化量は、運動学方程式として式（１）の形で求められる。
【００１８】
【数１】
2010204835.tif 000003
【００１９】
ここで、式（１）における各記号の意味は以下のとおりである。
(x,y)  ：△A’B’C’の重心位置
θ     ：△A’B’C’の角変位
l1、l2、l3   ：各ストロークセンサの長さ
[J]    :ヤコビ行列
なお、各記号の上のドットは時間微分を表す。
したがって、エンコーダ２０４がなくても、少なくとも３つのストロークセンサ２０３のみで式（１）で得た操作パッド２０１の位置および角変位すなわち操作量を算出することができ、その時間変化量は制御周期で除すれば得られる。ところが、ストロークセンサ２０３のみにより式（１）で操作量を求める場合、多くの演算ステップを必要とする。以降に式（１）の行列[Ｊ]の導出過程を示す。
△ABCの1辺の長さをa、△PQRの1辺の長さをbとする。△ABCが並進した後に旋回して△A’B’C’の位置に移動したとする。このとき△ABCの重心位置である点Ｏが点Ｏ‘（x、y）に移動したとすると，頂点Aの並進のみによる移動先は式（２）のようになる。
【００２０】
【数２】
2010204835.tif 000004
【００２１】
この並進の後の旋回によりさらに頂点Aは結局、式（３）の位置に移動する。
【００２２】
【数３】
2010204835.tif 000005
【００２３】
ここで、式（３）において、cθはcosθを、sθはsinθを表し、以降の式でも同じ表記法を用いることとする。
点P（0，b/√3）との距離l1は、式（４）のようになる。
【００２４】
【数４】
2010204835.tif 000006
【００２５】
同様の手続きでl2、l3も求まる。式（５）にl1、l2、l3をまとめて記述した。
【００２６】
【数５】
2010204835.tif 000007
【００２７】
式（５）の両辺を時間で微分し、右辺を
2010204835.tif 000008
について括りだしてマトリックス表現し、逆行列を求めれば式（１）の行列[J]が得られる。求めた
2010204835.tif 000009
に制御周期を乗じ、現在位置に加算すれば次の制御周期での位置
2010204835.tif 000010
が求まる。この位置を行列[J]に代入すれば逐次的に移動体の指令速度４０３を算出することができる。
【００２８】
一方で、ストロークセンサ２０３のみならず、ストロークセンサ２０３の角変位を検出するエンコーダ２０４も併用すると、上記のように逆行列を計算せず、ベクトル合成すればよいため、演算のステップ数を大幅に減らし演算に要する時間を短縮できる。以降にストロークセンサ２０３とエンコーダ２０４を用いた場合の移動体の指令速度４０３の算出過程を示す。用いる図は同じく図５である。
△A’B’C’の頂点A’の位置ベクトル
2010204835.tif 000011
は式（６）のように表される。
【００２９】
【数６】
2010204835.tif 000012
【００３０】
ここで、
2010204835.tif 000013
は式（７）で定義される。
【００３１】
【数７】
2010204835.tif 000014
【００３２】
ここで、αはストロークセンサの角変位である。同様にして△A’B’C’の頂点B’、C’の位置ベクトル
2010204835.tif 000015
、
2010204835.tif 000016
を式（８）、式（９）で定義する。
【００３３】
【数８】
2010204835.tif 000017
【００３４】
【数９】
2010204835.tif 000018
【００３５】
△A’B’C’の重心Ｏ’の位置ベクトル
2010204835.tif 000019
は式（１０）となる。
【００３６】
【数１０】
2010204835.tif 000020
【００３７】
また、操作パッド２０１を移動した先の角変位θは以下のようにして求めることができる。図５では角変位θ分の回転を左周りの矢印で示している。
ベクトル
2010204835.tif 000021
とベクトル
2010204835.tif 000022
の内積は式（１１）で表される。
【００３８】
【数１１】
2010204835.tif 000023
【００３９】
いま、
2010204835.tif 000024
は式（６）および式（１０）から式（１２）のように表される。
【００４０】
【数１２】
2010204835.tif 000025
【００４１】
また、
2010204835.tif 000026
は式（１３）のように定義される。
【００４２】
【数１３】
2010204835.tif 000027
【００４３】
ベクトル
2010204835.tif 000028
、
2010204835.tif 000029
の大きさはともに  
2010204835.tif 000030
であり、式（１２）と式（１３）を式（１２）に代入すると、式（７）乃至（９）より式（１４）の関係が成立する。
【００４４】
【数１４】
2010204835.tif 000031
【００４５】
式（１０）、（１４）により操作パッド２０１の目標位置（x、y、θ）が求まり現在位置との差分をとれば目標速度が分かる。この目標速度に定数（ゲイン）を乗じ移動体の指令速度４０３を求めることができる。
【００４６】
操作パッド２０１は、ばね２０５で支持されているため、ある程度の揺れを生じる。この揺れの影響により移動体１０１にぶれを生じる。このぶれを生じさせないためには、図４（ａ）のブロック４０７とブロック４０９の間にローパスフィルタを介する構成とすればよい。ローパスフィルタのカットオフ周波数は、上記ばねの揺れの振動数より高く設定する。
【００４７】
上述の構成により、操作者が操作パッド２０１を動かす手を止めるか、手を操作パッド２０１から離せば移動体は停止する。しかし、進行方向を人などにより急に塞がれるなどの状況では、とっさに操作パッド２０１を強く押し込み誤操作する可能性がある。そこで以下のように構成する。
操作者が操作パッド２０１に触れて移動体を操作する際、操作パッド２０１の摺動面２０７とベース２０２間に敷かれた感圧ゴムにより、操作者が操作パッド２０１を押す力を検出する。操作パッド２０１への押圧力Fに対し、２つの閾値FL、FH（FL＜FH）を予め設定しておく。図４における４０５のＡ／Ｄ変換器のストロークセンサ出力とは異なるチャンネルに感圧ゴムからの押圧力の信号を取り込んだ後、電圧−力換算を行う。押圧力FがFL以下か、FH以上であればモータ指令速度４０４を０とする。
【００４８】
図８に押圧力Fに応じてモータ指令速度を制御するためのフローチャートを示す。この制御処理は図４のブロック図において、「操作量−移動速度変換部」４１５にて移動体の移動速度403であるVが決定された後に行われる。
まず、ステップＳ８０１にて、押下力下限値FL、押下力上限値FU、移動体最大速度Vmax、チューニングフラグflgの初期設定を行う。ステップＳ８０２にて押下力上限値FUのチューニングが終了しているかを判定する。判定の結果、押下力上限値FUのチューニングが終了していればステップＳ８０３に、終了していなければステップＳ８０４に進む。ステップＳ８０３では、押圧力FがFL以上かつFH以下であるかを判定する。押圧力FがFL以上かつFH以下であれば、ステップＳ８０５にて押圧力Fに応じた移動体の移動速度403であるVを演算して出力し、本処理を終了する。押圧力FがFL以下またはFH以上であれば、移動体の移動速度403であるVを０とする。一方、ステップＳ８０２にて押下力上限値FUのチューニングが終了していない場合は、ステップＳ８０４にて、図示しないユーザインターフェースにより操作者の最大力で押すことを操作者に要求し、ステップＳ８０７にて押圧力Fを再検出する。ステップＳ８０８にて検出したFを新たにFUとして再設定し、チューニング終了のフラグを立てて分岐処理ステップＳ８０２に戻る。
【００４９】
このように、本発明によれば、操作者は移動体上面に対し片手の掌を押さえつけながら水平面内の所望の方向に力を加えるだけで、容易に移動体の進む方向を指令することができる。したがって、片手を用いて連続的かつ微妙な動作で移動体を操作することができる。これにより、片手が荷物などで塞がっていた場合にも、容易に移動体を操作できる。また、片手に何も持っていない場合でも、空いた手で移動体の上限速度などを設定するボタンやスイッチ類の操作が可能となる。また、操作者の手先による操作形態が、移動体の前進後退・旋回等の動作に対応しているため、移動体を操作しようとする操作者の感覚を移動体の動作にスムーズに変換できる。また、操作者の年齢・体格・性別などによらず、抵抗負荷を感じることなく片手で操作できるため、操作者の運動学的・力学的な負担を軽減できる。
また、ストロークセンサの角変位を検出する角度センサを備えた場合は、上記の効果に加え、ストロークセンサの角変位を検出する角度センサを備えたため、各ストロークセンサの変位と角変位を既知として、逆行列計算を行わずにベクトル合成で操作パッドの位置と角変位を求めることができるため、演算のステップ数を大幅に減らし、演算に要する時間を短縮できる。演算のステップ数を大幅に減らし演算に要する時間を短縮できる。
また、操作パッド２０１の摺動面２０７とベース２０２間に敷かれた感圧ゴムを備えた場合は、上記の効果に加え、感圧ゴムにより操作パッドへの押圧力を検出し、所定の閾値にて押圧力を判定することで、過小・過大な押圧力が発生した際には移動体を停止することができ、移動体の操作中に人などが進路を急に塞いだ場合に、とっさに操作パッドから手を離しても、操作パッドに手を押し込んでも移動体が停止するため、移動体の操作をより安全に行うことができる。すなわち、操作者ではなく操作装置の側で操作者の誤操作を防ぐことができる。また、押下力上限値を操作者により調整できるようにしたので、操作者の年齢・体格・性別などによらず、操作者の力学的な負担を軽減できる。
【符号の説明】
【００５０】
１０１  移動体
１０２  操作装置
１０３  車輪
１０４  操作者
１０５  外装
２０１  操作パッド
２０２  ベース
２０３  ストロークセンサ
２０４  エンコーダ
２０５  ばね
２０６  操作面
２０７  摺動面
２０８  操作パッド側回動軸
２０９  ベース側回動軸
２１０  感圧ゴム
４０１  ストロークセンサ出力
４０２  エンコーダ出力
４０３  移動体の移動速度
４０４  モータ指令速度
４０５  Ａ／Ｄ変換器
４０６  カウンタ
４０７  電圧−長さ換算部
４０８  パルス−角度換算部
４０９  操作パッド２０１の順キネマティクス計算部
４１０  移動体１０１の逆キネマティクス計算部
４１１  Ｄ／Ａ変換器
４１２  ドライブアンプ
４１３  モータ
４１４  パルス発生器
４１５  操作量−移動速度変換部
【図１】
2010204835.tif 000032
【図２】
2010204835.tif 000033
【図３】
2010204835.tif 000034
【図４】
2010204835.tif 000035
【図５】
2010204835.tif 000036
【図６】
2010204835.tif 000037
【図７】
2010204835.tif 000038
【図８】
2010204835.tif 000039