(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪と、
該車輪を回転可能に支持する本体部と、
前記車輪を駆動、制御する駆動制御部と、
前記本体部の移動速度を検出する速度センサ部と、
前記本体部のピッチ方向の傾斜角の角度変化を検出する角度変化検出手段と、を有する手押し車であって、
前記速度センサ部により検出した移動速度が所定の閾値以下である場合、前記駆動制御部は、前記本体部の角度変化が０となり、かつ鉛直方向に対する前記本体部の傾斜角度が第１の角度になるよう前記車輪の回転を制御する第１の制御モードと、
前記速度センサ部により検出した移動速度が所定の閾値を超えた場合、前記駆動制御部が、前記本体部の角度変化が０となり、かつ鉛直方向に対する前記本体部の傾斜角度が第２の角度になるよう前記車輪の回転を制御する第２の制御モードと、
を有し、
前記第２の制御モードにおける本体部の位置が、前記第１の制御モードにおける本体部の位置に対して、前記本体部の進行方向と逆方向であることを特徴とする手押し車。
【請求項２】
前記本体部の前進時よりも、前記本体部の後進時のほうが前記移動速度の閾値が小さいことを特徴とする請求項１に記載の手押し車。
【請求項３】
前記移動速度の閾値を調整する閾値調整手段を有する請求項１または請求項２に記載の手押し車。
【請求項４】
前記角度変化検出手段は、前記本体部のピッチ方向の傾斜角を検出するピッチ角センサを含み、
前記駆動制御部は、前記ピッチ角センサに基づいて制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の手押し車。
【請求項５】
前記本体部に一端が連結され、ピッチ方向に回転することが可能な支持部と、
前記支持部の他端に回転可能に支持された補助輪を有する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の手押し車。
【請求項６】
前記角度変化検出手段は、前記本体部と前記支持部の交差角を検知する交差角検知手段
を含み、
前記駆動制御部は、前記交差角検知手段に基づいて制御することを特徴とする請求項５に記載の手押し車。
【請求項７】
前記角度変化検出手段は、前記本体部のピッチ方向の傾斜角速度を検出するピッチ角速度センサを含み、
前記駆動制御部は、前記ピッチ角速度センサに基づいて制御することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の手押し車。
【請求項８】
前記本体部の一部に、人体が前記本体部に触れているか否かを検知するタッチセンサを備え、
前記駆動制御部は、前記タッチセンサの出力に応じて、前記人体が前記本体部に触れていない場合は前記第１の制御モードとなるように、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切り替えることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の手押し車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車輪を備え、当該車輪を駆動、制御する手押し車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、手押し車では、特許文献１に示すように、速度超過時に、進行方向に押す力に対するモータ出力を緩めて、手押し車を減速させる技術があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】再表９８−０４１１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、倒立振子制御を用いた手押し車においては、仮にモータ出力を緩めると、倒立振子制御自体に影響を与える可能性があった。
【０００５】
また、一般的な歩行補助車には手動ブレーキがついているが、握力の低下した高齢者等は、そもそもブレーキ操作ができない場合があった。
【０００６】
そこで、この発明は、倒立振子制御を行いながら、速度超過時に減速させる手押し車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】
【０００７】
本発明の手押し車は、車輪と、該車輪を回転可能に支持する本体部と、前記車輪を駆動、制御する駆動制御部と、前記本体部の移動速度を検出する速度センサ部と、前記本体部のピッチ方向の傾斜角の角度変化を検出する角度変化検出手段と、を備えている。
【０００８】
前記速度センサ部により検出した移動速度が所定の閾値以下である場合、駆動制御部は、前記本体部の角度変化が０となり、かつ鉛直方向に対する前記本体部の傾斜角度が第１の角度になるよう前記車輪の回転を制御する第１の制御モードと、前記速度センサ部により検出した移動速度が所定の閾値を超えた場合、前記駆動制御部が、前記本体部の角度変化が０となり、かつ鉛直方向に対する前記本体部の傾斜角度が第２の角度になるよう前記車輪の回転を制御する第２の制御モードと、を有する。
【０００９】
そして、本発明の手押し車は、前記第２の制御モードにおける本体部の位置が、前記第１の制御モードにおける本体部の位置に対して、前記本体部の進行方向と逆方向であることを特徴とする。
【００１０】
このように、本発明の手押し車は、速度超過時には、通常時よりも進行方向に対して逆方向に本体部を傾けて倒立振子制御を行うことで、ユーザが手押し車を押す方向とは逆方向に力がかかることになり、ユーザの手押し車を押す力を弱めて減速させることができる。
【００１１】
また、速度超過の基準となる閾値は、本体部の進行方向によって異なっていてもよい。例えば、前進時よりも後進時の閾値を低く設定する。また、閾値は、ユーザにより手動で調整できるようにしてもよい。
【００１２】
なお、角度変化検出手段は、本体部のピッチ方向の傾斜角の角度変化を検出するピッチ角センサ（傾斜角センサ）を用いてもよいし、本体部に一端が連結され、ピッチ方向に回転することが可能な支持部と、当該支持部の他端に回転可能に支持された補助輪を有する場合には、本体部と支持部の交差角を検知し、当該交差角から本体部の傾斜角を推定してもよい。
【００１３】
なお、ユーザが本体部から手を離した場合には、第１の制御モードに復帰してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、倒立振子制御を行いながら、速度超過時に減速させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】手押し車の外観図である。
【図２】手押し車の構成を示す制御構成図である。
【図３】制御部２１のブロック線図である。
【図４】角速度と目標傾斜角度の関係を示した図である。
【図５】変形例に係る制御部２１のブロック線図である。
【図６】地面傾斜角、本体傾斜角度、および交差角度の関係を示す図である。
【図７】タッチセンサを備えた手押し車１Ｂの構成を示す制御構成図である。
【図８】制御部２１のブロック線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の移動体の実施形態である手押し車１の外観図である。図２は、手押し車１の構成を示す制御構成図である。
【００１７】
手押し車１は、例えば、直方体形状の本体部１０を備えている。本体部１０は、鉛直方向（図中Ｚ，−Ｚ方向）に長く、奥行き方向（図中Ｙ，−Ｙ方向）に短い形状である。本体部１０は、内部に制御用の基板や電池等を内蔵している。
【００１８】
本体部１０の鉛直下方向（−Ｚ方向）の下部のうち、右側（図中Ｘ方向）の端部および左側（図中−Ｘ方向）の端部には、主輪１１が取り付けられている。これら一対の主輪１１は、それぞれ独立して駆動軸に取り付けられ、同期して回転する。ただし、これら主輪１１は、それぞれ個別に駆動させ、回転させることも可能である。また、この実施形態においては、主輪１１は２輪である例を示しているが、２輪に限られるものではない。
【００１９】
本体部１０の鉛直方向上部には、例えば、円筒形状のハンドル１５の一端が取り付けられ、ハンドル１５の他端には、Ｔ字型のグリップ部１６が取り付けられている。グリップ部１６には、電源スイッチ等のユーザインタフェース（図２に示すユーザＩ／Ｆ２８）が設けられている。ハンドル１５のうち、グリップ部１６に近い位置には手動ブレーキ２９が取り付けられている（手動ブレーキは、本発明において必須の構成ではない）。ユーザは、グリップ部１６を握る、あるいは前腕等をグリップ部１６に載せ、グリップ部と前腕等の摩擦により、手押し車１を押すことができる。
なお、本体部１０は、実際にはカバーが取り付けられ、内部の基板等が外観上見えないようになっている。
【００２０】
本体部１０の背面（−Ｙ方向）には、棒状の支持部１２の一端が取り付けられる。支持部１２の一端は、本体部１０に回転可能に接続されている。支持部１２の他端には、補助輪１３が取り付けられる。支持部１２は、本体部１０を支持するものであり、本体部１０の転倒を防止するためのものである。なお、支持部１２および補助輪１３は、本発明において必須の構成ではないが、補助輪１３を設けることで、電源オフ時に本体部１０が鉛直方向から大きく傾いた状態となった場合においても、主輪１１および補助輪１３が接地されることにより、手押し車１を押すことができる。また、支持部１２および補助輪１３は、２つ以上であってもよい。
【００２１】
次に、手押し車１の構成および基本動作について説明する。図２に示すように、手押し車１は、傾斜角センサ２０、制御部２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、ジャイロセンサ２４、主輪駆動部２５、主輪用ロータリエンコーダ２６、支持部用ロータリエンコーダ２７、ユーザＩ／Ｆ２８、および手動ブレーキ２９を備えている。
【００２２】
制御部２１は、手押し車１を統括的に制御する機能部であり、ＲＯＭ２２に記憶されているプログラムを読み出し、当該プログラムをＲＡＭ２３に展開することで種々の動作を実現する。傾斜角センサ２０は、本体部１０のピッチ方向（図１における主輪１１の軸を中心とする回転方向）の鉛直方向に対する傾斜角を検知し、制御部２１に出力する。ジャイロセンサ２４は、本体部１０のピッチ方向の角速度を検知し、制御部２１に出力する。なお、手押し車１は、本体部１０の各方向の加速度を検知する加速度センサや、補助輪１３の回転角度を検知するロータリエンコーダ等をさらに備えていてもよい。
【００２３】
主輪用ロータリエンコーダ２６は、主輪１１の回転角度を検知し、検知結果を制御部２１に出力する。支持部用ロータリエンコーダ２７は、本体部１０と支持部１２とのなす角度である交差角度を検知し、検知結果を制御部２１に出力する。
【００２４】
基本動作として、制御部２１は、ジャイロセンサ２４および傾斜角センサ２０の検知結果に基づいて、本体部１０のピッチ方向の傾斜角の変化を検知し、本体部１０のピッチ方向の角度変化が０となるように、かつ本体部１０の鉛直方向に対する傾斜角度が目標値（例えば、０や０に近い値）になるように、主輪駆動部２５を制御する。
【００２５】
図３は、制御部２１のブロック線図である。制御部２１は、主輪速度検出部２１１、速度制限判断部２１２、目標傾斜角度設定部２１３、傾斜角度検出部２１４、本体部傾斜角度制御器２１５、傾斜角速度検出部２１６、および本体部傾斜角速度制御器２１７を備えている。
【００２６】
主輪速度検出部２１１は、主輪用ロータリエンコーダ２６から入力される主輪１１の回転角度を微分し、主輪１１の角速度を算出する。
【００２７】
傾斜角度検出部２１４は、傾斜角センサ２０の検知結果に基づいて本体部１０の傾斜角度を算出する（例えばローパスフィルタ処理等を行う）。
【００２８】
傾斜角速度検出部２１６は、ジャイロセンサ２４の検知結果に基づいて本体部１０の傾斜角速度を算出する（例えばローパスフィルタ処理等を行う）。
【００２９】
本体部傾斜角度制御器２１５は、目標傾斜角度設定部２１３から入力される目標傾斜角度（例えば０度）と、傾斜角度検出部２１４から入力された現時点の本体部１０の傾斜角度と、の差分値を入力し、この差分値が０となるような本体部１０の傾斜角速度を算出する。そして、本体部傾斜角速度制御器２１７は、本体部傾斜角度制御器２１５で算出された傾斜角速度と、傾斜角速度検出部２１６から入力された現時点の本体部１０の傾斜角速度と、の差分値を入力し、この差分値が０となるようなトルク値を算出する。
【００３０】
本体部傾斜角速度制御器２１７で算出されたトルク値は、主輪駆動部２５に入力される。主輪駆動部２５は、主輪１１に取り付けられた軸を回転させるモータを駆動する機能部であり、入力されたトルク値を主輪１１のモータに印加し、主輪１１を回転させる。
【００３１】
このようにして、手押し車１は、倒立振子制御を行い、本体部１０の姿勢を一定に保つように制御する。これにより、手押し車１は、ユーザがグリップ部１６を握って手押し車１を押した場合でも一定の姿勢を保つことができる。
【００３２】
そして、本実施形態の手押し車１では、速度制限判断部２１２が、主輪１１の角速度に応じて、目標傾斜角度設定部２１３の目標傾斜角度を設定する。すなわち、速度制限判断部２１２は、主輪１１の角速度が所定の閾値以下であるときは、目標傾斜角度設定部２１３の目標傾斜角度を第１の角度（例えば上記０度）に設定する（第１の制御モード）。また、速度制限判断部２１２は、主輪１１の角速度が所定の閾値を超えた場合、目標傾斜角度設定部２１３の目標傾斜角度を第２の角度に設定する（第２の制御モード）。ただし、第２の制御モードにおける本体部１０の位置は、第１の制御モードにおける本体部１０の位置に対して、進行方向と逆方向となるように設定される。
【００３３】
図４は、主輪１１の角速度と目標傾斜角度の関係を示した図である。なお、同図において、角速度が正とは、本体部１０の右面側から見て時計回りに主輪１１が回転する方向を示す。また、傾斜角度が正とは、本体部１０の右面側から見て時計回りに本体部１０が回転する方向を示す。すなわち、傾斜角度が正の場合に本体部１０が進行方向に対して前方に傾き、傾斜角度が負の場合に本体部１０が進行方向に対して後方に傾いている。
【００３４】
図４（Ａ）の例では、主輪１１の角速度が−６π〜＋６π（ｒａｄ／ｓ）の場合、目標傾斜角度が０度に設定され、主輪１１の角速度が−６π（ｒａｄ／ｓ）未満となった場合に目標傾斜角度が＋π／８（ｒａｄ）に設定され、主輪１１の角速度が＋６π（ｒａｄ／ｓ）を超えた場合に目標傾斜角度が−π／８（ｒａｄ）に設定される。
【００３５】
すなわち、手押し車１の前進する速度がある程度速くなった場合には、本体部１０が後方に傾くことになる。これにより、ユーザが手押し車を押す方向とは逆方向（後方）に力がかかることになり、ユーザの手押し車を押す力を弱めて減速させることができる。同様に、手押し車１の後進する速度がある程度速くなった場合には、本体部１０が前方に傾くことになる。これにより、ユーザが手押し車を引く方向とは逆方向（前方）に力がかかることになり、ユーザの手押し車を引く力を弱めて減速させることができる。これら第２の制御モードにおいても、倒立振子制御は継続して行われているため、手押し車としての機能は保たれる。
【００３６】
また、図４（Ｂ）に示すように、前進時と後進時とで、閾値を異なるものとしてもよい。図４（Ｂ）の例では、主輪１１の角速度が−４π〜＋６π（ｒａｄ／ｓ）の場合、目標傾斜角度が０度に設定され、主輪１１の角速度が−４π（ｒａｄ／ｓ）未満となった場合に目標傾斜角度が＋π／８（ｒａｄ）に設定され、主輪１１の角速度が＋６π（ｒａｄ／ｓ）を超えた場合に目標傾斜角度が−π／８（ｒａｄ）に設定される。したがって、後進時は、前進時よりも低い移動速度で目標傾斜角度が変化するため、さらに移動速度を抑えることができる。
【００３７】
また、図４（Ｃ）に示すように、前進時と後進時とで、目標傾斜角度を異なるものとしてもよい。図４（Ｃ）の例では、主輪１１の角速度が−４π（ｒａｄ／ｓ）未満となった場合に目標傾斜角度が＋π／７（ｒａｄ）に設定され、主輪１１の角速度が＋６π（ｒａｄ／ｓ）を超えた場合に目標傾斜角度が−π／８（ｒａｄ）に設定される。したがって、後進時は、前方に大きく傾き、前進時よりもさらに移動速度を抑えることができる。
【００３８】
また、図４（Ｄ）に示すように、移動速度が上がるほど、鉛直方向に対する傾きを大きくしてもよい。図４（Ｄ）の例では、主輪１１の角速度が−４π〜＋４π（ｒａｄ／ｓ）の場合、目標傾斜角度が０度に設定され、主輪１１の角速度が−６π〜−４π（ｒａｄ／ｓ）の場合に目標傾斜角度が＋π／１２（ｒａｄ）に設定され、主輪１１の角速度が−６π（ｒａｄ／ｓ）未満の場合に目標傾斜角度が＋π／８（ｒａｄ）に設定される。また、主輪１１の角速度が＋４π〜＋６π（ｒａｄ／ｓ）の場合に目標傾斜角度が−π／１２（ｒａｄ）に設定され、主輪１１の角速度が＋６π〜＋８π（ｒａｄ／ｓ）の場合に目標傾斜角度が−π／８（ｒａｄ）に設定され、主輪１１の角速度が＋８π（ｒａｄ／ｓ）を超えた場合に目標傾斜角度が−π／６（ｒａｄ）に設定される。この場合、移動速度が上がるほど、本体部１０が進行方向に対して逆方向に大きく傾くことになるため、速度を抑える効果が高くなる。
【００３９】
なお、閾値は、ユーザＩ／Ｆ２８により、ユーザの操作を受け付けて、手動で変更できるようにしてもよい。
【００４０】
なお、上記実施形態では、本体部１０のピッチ方向の傾斜角の角度変化を検知する手段として、傾斜角センサ２０およびジャイロセンサ２４を用いる例を示したが、少なくともいずれか一方を備えていればよい。傾斜角センサ２０のみ備えている場合、傾斜角センサ２０で検知した本体部１０の傾斜角度を微分して本体部１０の傾斜角速度を算出する。ジャイロセンサ２４のみ備えている場合、ジャイロセンサ２４で検知した本体部１０の傾斜角速度を積分して本体部１０の傾斜角度を算出する。また、加速度センサを用いることも可能であるし、その他どの様なセンサを用いてもよい。
【００４１】
また、支持部用ロータリエンコーダ２７から入力された本体部１０と支持部１２の交差角度から本体部１０の傾斜角度を算出することも可能である。
【００４２】
図５は、変形例に係る制御部２１のブロック線図である。図３に示した例とは、傾斜角度検出部２１４が傾斜角度検出部２１４Ａとなっている点で異なる。図３と共通する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４３】
この変形例では、傾斜角度検出部２１４Ａは、支持部用ロータリエンコーダ２７から入力された本体部１０と支持部１２の交差角度から本体部１０の傾斜角度を推定する。
【００４４】
例えば、図６に示すように、本体部１０と支持部１２の交差角度をθ１、地面と垂直方向に対する本体部１０の傾斜角度をθ２、本体部１０の長さ（本体部１０と支持部１２の交差位置から主輪１１までの長さ）をＬ１、支持部１２の長さ（本体部１０と支持部１２の交差位置から補助輪１３までの長さ）をＬ２とすると、Ｌ１ｃｏｓθ２＝Ｌ２ｃｏｓ（θ１−θ２）の関係から、地面と垂直方向に対する本体部１０の傾斜角度θ２は、
【００４５】
【数１】
0005565487.tif 000002
【００４６】
の計算式により算出することができる。このようにして、支持部用ロータリエンコーダ２７から入力された本体部１０と支持部１２の交差角度から本体部１０の傾斜角度を算出し、倒立振子制御を行うことも可能である。
【００４７】
次に、図７は、タッチセンサを備えた手押し車１Ｂの構成を示す制御構成図であり、図８は、手押し車１Ｂにおける制御部２１のブロック線図である。手押し車１Ｂは、図２に示した手押し車１に対して、さらに、人体が本体部１０に触れているか否かを検知するタッチセンサ３０を備えたものである。図７において図２と共通する構成については同一の符号を付し、説明を省略する。図８において図３と共通する構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４８】
タッチセンサ３０は、例えばグリップ部１６に設けられ、ユーザがグリップ部１６を握る、あるいは前腕等をグリップ部１６に載せると、人体が接触したことを検知できるようになっている。
【００４９】
この例では、図８に示すように、目標傾斜角度設定部２１３Ａは、タッチセンサ３０から検知結果を入力し、タッチセンサの検知結果に応じて、第１の制御モード（目標傾斜角度が０度または０度付近の状態）と第２の制御モード（鉛直方向に対して傾いた状態）とを切り替える。すなわち、目標傾斜角度設定部２１３Ａは、タッチセンサ３０から人体が接触していないことを検知した場合には、主輪１１の角速度が所定の閾値を超えている場合であっても、目標傾斜角度を第１の角度（０度または０度付近）に設定する。
【００５０】
これにより、ユーザが手押し車１Ｂを高速に押している状態において、手を離した場合にはすぐに本体部１０の傾斜角度が０度付近に戻るため、例えばユーザ側に傾いているグリップ部１６がユーザの身体に当たることを防止することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１…手押し車
１０…本体部
１１…主輪
１２…支持部
１３…補助輪
１５…ハンドル
１６…グリップ部
２０…傾斜角センサ
２１…制御部
２２…ＲＯＭ
２３…ＲＡＭ
２４…ジャイロセンサ
２５…主輪駆動部
２６…主輪用ロータリエンコーダ
２７…支持部用ロータリエンコーダ
２８…ユーザＩ／Ｆ
２９…手動ブレーキ
３０…タッチセンサ
２１１…主輪速度検出部
２１２…速度制限判断部
２１３…目標傾斜角度設定部
２１４…傾斜角度検出部
２１５…本体部傾斜角度制御器
２１６…傾斜角速度検出部
２１７…本体部傾斜角速度制御器
【要約】
【課題】倒立振子制御を行いながら、速度超過時に減速させる手押し車を提供する。
【解決手段】速度制限判断部２１２は、主輪１１の角速度に応じて、目標傾斜角度設定部２１３の目標傾斜角度を設定する。すなわち、速度制限判断部２１２は、主輪１１の角速度が所定の閾値以下であるときは、目標傾斜角度を第１の角度に設定する（第１の制御モード）。また、速度制限判断部２１２は、主輪１１の角速度が所定の閾値を超えた場合、第２の角度に設定する（第２の制御モード）。ただし、第２の制御モードにおける本体部１０の位置は、第１の制御モードにおける本体部１０の位置に対して、進行方向と逆方向となるように設定される。
【選択図】  図３【図１】
0005565487.tif 000003
【図２】
0005565487.tif 000004
【図３】
0005565487.tif 000005
【図４】
0005565487.tif 000006
【図５】
0005565487.tif 000007
【図６】
0005565487.tif 000008
【図７】
0005565487.tif 000009
【図８】
0005565487.tif 000010