(57)【要約】【課題】  移動筐体の移動性能を犠牲にすることなく、操縦しやすいインタフェースを提供する。また、多くの人に簡単で使いやすく安全な移動筐体を実現すること。特にセンシングデバイスを用いた動作形態においては、操縦者による操縦と移動筐体の迫従動作形態や半自律動作形態を共存させる制御インタフェースを提供すること。【解決手段】  移動筐体は多次元入力デバイスと複数の移動モードを備え、多次元入力デバイスは操作状態が多次元空間上での操作座標として入力され、複数の移動モードには、それぞれ対応する操作座標範囲が設定され、移動モードの切り替えには前記多次元入力デバイスを用い、移動モードは任意の操作座標入力に対して移動筐体を異なる移動動作にするか、あるいは移動モードは操作座標範囲内のいずれの操作座標入力においても移動筐体を単一の移動動作にする制御インタフェースを提供する
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ以上の原動機が正回転と逆回転を独立に制御されることで移動し、前後進やカーブ、その場旋回の移動が可能な移動筐体のための制御インタフェースにおいて、
前記移動筐体は、多次元入力デバイスと、複数の移動モードを備え、
前記多次元入力デバイスは、操作状態が多次元空間上での操作座標として入力され、
前記複数の移動モードには、それぞれ対応する操作座標範囲が設定され、
前記移動モードの切り替えには前記多次元入力デバイスを用い、前記移動モードは任意の前記操作座標入力に対して前記移動筐体を異なる移動動作にするか、あるいは前記移動モードは前記操作座標範囲内のいずれの前記操作座標入力においても前記移動筐体を単一の移動動作にすること
を特徴とする移動筐体の制御インタフェース、または前記制御インタフェースを備えた移動筐体。
【請求項２】
請求項１に記載の制御インタフェースにおいて、
前記多次元入力デバイスによる前記移動筐体の直接的な操作のための動作形態において、前記多次元空間上に複数の所定座標範囲がそれぞれの前記移動モードに対応するように座標範囲が設定され、
前記いずれの移動モードが前記移動筐体に適用されている場合においても、前記多次元入力デバイスの前記操作座標が所定の座標範囲内にあるときはニュートラルモードを前記移動筐体へ適用し、
前記ニュートラルモードが前記移動筐体に適用されている場合に、前記多次元入力デバイスの前記操作座標がいずれかの前記移動モードに対応する座標範囲にあるときは前記該当する移動モードを前記移動筐体へ適用すること
を特徴とする移動筐体の制御インタフェース、または前記制御インタフェースを備えた移動筐体。
【請求項３】
請求項２に記載の制御インタフェースにおいて、
前記複数ある移動モードとして、前進やカーブやその場旋回を行う前進モードと、後退を行う後退モードを有し、
前記後退モードにおいて前記多次元入力デバイスの操作座標を左右方向に反転し、操作座標として用いるか、
もしくは前記後退モードにおいて前記多次元入力デバイスの操作座標を左右方向に反転せずに操作座標として用いるか、
もしくは前記後退モードにおいて前記多次元入力デバイスの操作座標の左右方向はゼロ値として操作座標として用いるか、
もしくは前記後退モードと前記ニュートラルモードを無効にし、前記前進モードにおいて本来の後退動作の操作座標範囲を入力した際に前後方向に値をゼロとすることでその場旋回による操作範囲を拡張する
ことのいずれかを備える、または複数備えた中から選択することができること
を特徴とする移動筐体の制御インタフェース、または前記制御インタフェースを備えた移動筐体。
【請求項４】
請求項１に記載の制御インタフェースにおいて、
追従対象をセンシングするセンシング手段を備え、前記センシング手段によるセンシングデータに基づき、他の移動体もしくは歩行者と位置関係を保持するように移動する追従動作形態において、前記多次元空間上に複数の所定座標範囲がそれぞれの前記移動モードに対応するように座標範囲が設定され、
前記移動モードとして少なくとも、追従動作の開始、追従動作の終了または一時停止を有すること
を特徴とする移動筐体の操縦インタフェース、または前記制御インタフェースを有する移動筐体。
【請求項５】
請求項１に記載の制御インタフェースにおいて、
外部環境を認識するセンシング手段を備え、前記センシング手段によるセンシングデータに基づき、前記移動筐体が任意の目印情報に基づいて任意地点から別の任意地点へ移動する半自律動作形態において、前記多次元空間上に複数の所定座標範囲がそれぞれの前記移動モードに対応するように座標範囲が設定され、
前記移動モードとして少なくとも、半自律動作の開始、半自律動作の終了または一時停止を有し、前記任意地点から別の任意地点までの経路において分岐が存在する場合には、前記移動筐体の進行方向指示や進路選択のための移動モードを有すること
を特徴とする移動筐体の操縦インタフェース、または前記制御インタフェースを有する移動筐体。
【請求項６】
２つ以上の原動機が正回転と逆回転を独立に制御されることで移動し、前後進やカーブ、その場旋回の移動が可能な移動筐体のための制御インタフェースにおいて、
前記移動筐体は、
前記移動筐体を操作するための多次元入力デバイスを有し、前記多次元入力デバイスの操作状態が多次元空間上での操作座標として入力され、
前記移動筐体あるいは前記原動機の目標速度を決定する前記多次元空間上の座標軸において、前記座標軸における前記操作座標の座標値と前記目標速度の関係が、非線形な数学関数の組み合わせ、もしくは離散的なテーブルによって規定され、前記座標値の絶対値が小さい所定の範囲における前記目標速度の変化率が、前記座標値の絶対値が大きい所定の範囲における前記目標速度の変化率よりも小さいこと
を特徴とする移動筐体の制御インタフェース、または前記制御インタフェースを有する移動筐体。
【請求項７】
２つ以上の原動機が正回転と逆回転を独立に制御されることで移動し、前後進やカーブ、その場旋回の移動が可能な移動筐体のための制御インタフェースにおいて、
前記移動筐体は、
前記移動筐体を操作するための多次元入力デバイスを有し、前記多次元入力デバイスの操作状態が多次元空間上での操作座標として入力され、
前記移動筐体あるいは前記原動機の加速度を決定する前記多次元空間上の座標軸において、前記座標軸における前記操作座標の座標値と前記加速度の関係が、定数ではない任意の数学関数の組み合わせ、もしくは離散的なテーブルによって規定され、前記座標値の絶対値が小さい所定の範囲における前記加速度が、前記座標値の絶対値が大きい所定の範囲における前記加速度よりも小さいこと
あるいは、前記移動筐体あるいは前記原動機の目標速度を決定する前記多次元空間上の座標軸において、前記座標軸における前記操作座標の座標値と前記目標速度の関係が、１次関数ではなく、規定時間範囲における最小目標速度を適用や規定時間毎に目標速度を増加する時間遅れ関数を適用すること
のうちどちらか一方または両方を適用して目標速度や加速度を決定すること
を特徴とする移動筐体の制御インタフェース、または前記制御インタフェースを有する移動筐体。
【請求項８】
２つ以上の原動機が正回転と逆回転を独立に制御されることで移動し、前後進やカーブ、その場旋回の移動が可能な移動筐体のための制御インタフェースにおいて、
前記移動筐体は、
前記移動筐体を操作するための多次元入力デバイスと複数段階からなる速度モードを選択するための選択入力手段を備え、
前記多次元入力デバイスの操作状態が多次元空間上での操作座標として入力され、前記多次元空間上にて制限エリアが規定され、前記制限エリア内に含まれる前記操作座標は、前記制限エリアに含まれない値に変換され、変換後の前記操作座標に基づき、前記複数段階からなる速度モードを適用して目標出力を決定すること
を特徴とする移動筐体の制御インタフェース、または前記制御インタフェースを有する移動筐体。
【請求項９】
２つ以上の原動機が正回転と逆回転を独立に制御されることで移動し、前後進やカーブ、その場旋回の移動が可能な移動筐体のための制御インタフェースにおいて、
前記移動筐体は、
前記移動筐体を操作するための多次元入力デバイスと複数段階からなる速度モードを選択するための選択入力手段を備え、
前記多次元入力デバイスの操作状態が多次元空間上での操作座標として入力され、任意の前記速度モードよりも大きいまたは小さい速度モードを選択する際に限り、前記選択入力手段だけでなく、併せて操作座標を所定の座標範囲に操作するあるいは、前記選択入力手段の他にボタンやタッチパネルを操作することにより、任意の前記速度モードよりも大きいまたは小さい速度モードを選択できること
を特徴とする移動筐体の制御インタフェース、または前記制御インタフェースを有する移動筐体。
【請求項１０】
２つ以上の原動機が正回転と逆回転を独立に制御されることで移動し、前後進やカーブ、その場旋回の移動が可能な移動筐体において、
原動機制御システムと、操縦用デバイスシステムを備え、前記操縦用デバイスシステムと前記原動機制御システムが信号を送受信することで操縦および移動が出来ることに加え、上位制御システムと、中継用コントローラを備え、前記原動機制御システムと前記操縦用デバイスシステムと前記上位制御システムは、前記中継用コントローラを介して接続され、前記中継用コントローラは、前記操縦用デバイスシステムおよび原動機制御システムから状態情報類を受信して上位制御システムへ送信し、上位制御システムからの指令情報類を受信し、これに基づいて原動機制御システムへ情報の振り分けや改変を実施した指令値を送信すること
あるいは、前記中継用コントローラの内部に前記上位制御システムの機能を備えるまたは、前記上位制御システムの内部に前記中継用コントローラの機能を備えること
を特徴とする移動筐体の制御インタフェース、または前記制御インタフェースを有する移動筐体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の駆動輪をそれぞれ独立に正回転、逆回転を制御することで、移動筐体の前進後退やカーブ、その場旋回の動作が可能な移動筐体の制御インタフェースに関するものである。移動筐体とは、例えば電動車椅子やクローラロボットやオムニホイールを用いた全方向移動車両などを挙げることができる。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動車椅子などのように対向２輪駆動型の移動筐体では、これらは搭乗者がジョイスティックにより操縦することで制御可能なインタフェースが提供されてきた。ジョイスティックの操作は、前後操作を移動筐体の前進後退動作、左右操作を移動筐体の回転動作に割り当てるのが一般的であり、これが不十分であるという考えから、次のような提案が為されてきた。【０００３】
特許文献１では、後退動作の危険性について、後退方向への走行を禁止しつつ、ジョイスティックとは別の後退切替手段を用いて、一時的に後退のみが可能となる状態へ変更する制御インタフェースを提供している。【０００４】
特許文献２では、ジョイスティック型の電動車椅子について、操縦部に新たなハンドル型の操作部を搭載する際に、前進モードと後退モードの切替手段と絶対値での出力指示が可能なアクセル手段を用いて、信号変換回路によってハンドル操作による動作方式を模擬する制御インタフェースを提供している。【０００５】
特許文献３では、利用者のイメージに近い操作性を実現するため、ジョイスティックの倒し角から旋回通過目標ポイントを設定し、そこを通過する速度を生成する制御インタフェースを提供している。また、車体制御の安全性を向上するために、走行時の遠心力や車輪速度が規定値を超えない制限を実施する構造としている。
【特許文献１】特開２０１４−６４６２０号公報
【特許文献２】特開２００５−３２８８７９号公報
【特許文献３】特開２００１−１０４３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示の制御インタフェースにおいては、実施例において利用者のスイッチ操作によって後退禁止を解除することが示されている。このため、後退動作へ切り替えるには、ジョイスティックに替わる新たな操作が必要となり、すべてのユーザにとって簡便な操作手段とは言えない。前進と後退という動作は利用者が直接的な操縦をする際に用いる単一の動作形態であるため、ジョイスティックのみで切り替えが出来ればより簡便な手順である。【０００７】
また、特許文献１の実施例において「状態告知手段によって、（後退時に）ジョイステックの操作と電動車椅子の動作の関係が変化する事による、操縦者の混乱を低減する」と示されているが、これは実質的に動作関係を整理するものではなく、利用者の混乱が残ることを示唆している。なお、実施例において「定位置回転モード」として示される動作のうち「その場旋回として制限される１１１ｄおよび１１１ｅ」に限り、古くより電動車椅子のコントローラ装置において制御パラメータの設定として後退時の最大速度をゼロに調整する挙動として殆ど同一の動きが模擬できるものであり、既存動作の範疇と言える。【０００８】
特許文献２に開示の制御インタフェースにおいては、実施例においてハンドル型操縦装置と、それに付属する前進後進切替スイッチが示されている。このため、特許文献１と同様に、走行状態を切り替えるには、ジョイスティックに替わる新たな操作が必要となる他、ハンドル型操縦装置と信号変換回路は併せて用いる構成のため、簡便な手順とは言えない。【０００９】
特許文献３に開示の制御インタフェースにおいては、ジョイスティック操作のみにより追加の構造部品なしで自動車（ハンドル）のような操作性を模擬しているが、実施例において「その場旋回」の動きが排除されてしまう構造が示されており、本来の移動筐体の走行性能を損なうものになっていると言える。また、走行時の安全性向上のための遠心力や車輪速度の制限は、最終決定された出力に対して実施される方式が示されているため、すべての利用者に対して、同じ制限が実施されることになる。しかし、１つの制限がすべての利用者に共通して安全で快適な乗り心地とは言えない。【００１０】
また、上記のいずれの特許文献においても、移動筐体の制御は利用者が直接的に操作する動作形態のみを前提としているが、安全や効率を向上するためには周囲の状況を検知するセンサシステムと、センサデータに基づく追従動作形態や半自律動作形態と、これを用いる際の適切な操作インタフェースの実現と、これらを組み込み可能な制御インタフェースの実現も課題となる。
【課題を解決しようとする手段】
【００１１】
上記の課題を解決するため本発明では、
【００１２】
２つ以上の原動機が正回転と逆回転を独立に制御されることで移動し、前後進やカーブ、その場旋回の移動が可能な移動筐体のための制御インタフェースにおいて、
【００１３】
移動筐体は多次元入力デバイスと複数の移動モードを備え、多次元入力デバイスは操作状態が多次元空間上での操作座標として入力され、複数の移動モードは、所定の操作座標範囲として設定され、移動モードの切り替えには前記多次元入力デバイスを用い、移動モードは任意の操作座標入力に対して移動筐体を異なる移動動作にするか、あるいは移動モードは操作座標範囲内のいずれの操作座標入力においても移動筐体を単一の移動動作にすることを特徴とする移動筐体の制御インタフェースを提供する。
【００１４】
原動機とは電機モータに代表されるように、正回転と逆回転を制御することができ、タイヤやクローラなどを回転させることで移動筐体を移動させることができる。移動筐体は原動機を最低２つ持ち、それぞれ制御することで前進後退やカーブ、その場旋回の動きを行うことができる。
【００１５】
多次元入力デバイスは、従来技術文献に挙げられるジョイスティック型操縦デバイスでも良い。またタッチパッド式の情報端末にタッチして操縦するようにしても良い。これらは２次元操縦デバイスと解釈することができ、操縦が２次元の座標として入力されると考えることができる。また、指や利用者の体の一部の空間的な位置を直接検知するセンシングデバイスや回転操作も含めた３次元マウスなどの入力デバイスを、３次元操縦デバイスとして用いても良い。
【００１６】
従来技術文献の通り、操縦デバイスが前方向の入力を示す場合に移動筐体は前進し、後ろ方向の入力がなされた場合に移動筐体は後退し、左右方向に入力に応じて移動筐体全体が左回転や右回転をし、前後左右の入力を組み合わせて動作が生成されるのが一般的である。
【００１７】
ここで本発明においては、移動筐体の利用シーンに応じた動作形態と移動モードを移動筐体に定義する。複数の移動モードには、それぞれ対応する操作座標範囲が設定され移動モードの切り替えには多次元入力デバイスを用いる。図１９に、本発明における動作形態と移動モードの例を示す。例えば、移動筐体の直接的な操作のための直接動作形態において、移動モードとして前進モード、後退モード、ニュートラルモードがある。これらの移動モードは、移動筐体に適用されている移動モードに応じて、任意の操作座標入力に対して移動筐体を異なる移動動作にする。具体的には、例えば前進モードが適用されている場合は、後ろ向きの入力がなされた場合でも後退しないか抑制するが、後退モードが適用されている場合は後ろ向きの入力に応じて後退する。また、移動筐体がセンシングデバイスのデータに基づき追従動作形態や半自律動作形態を実施する際には、移動モードとして開始モード、終了モード、一時停止モード、進行方向や進路選択モードなどを割り当てる。これらの移動モードは操作座標範囲内のいずれの操作座標入力においても移動筐体を単一の移動動作にする。これら複数の移動モードにより、従来技術文献でも前提となる操作座標入力から目標出力を１対１で決定する構成とは異なり、切り替え手順と併せて独自の仕組みが導入される。なお、安全操縦形態とは直接動作形態にいてセンシングデバイスのデータに基づき、減速や停止などの補助が自動的になされることを意味する。
【００１８】
なお、ニュートラルモードは、移動筐体の移動モードを切り替えるためのモードであり、例えば利用者が前進モードから後退モードへ移行したい時は、一度ニュートラルモードを経由することでモードを切り替えることができる。自動車のミッションでのニュートラルと同様に、利用者の意思に基づいてモードの切り替えを行う。
【００１９】
また、従来技術文献でも前提とする通り、複数段階からなる選択式の速度モードを備え、これを利用者の好みに応じて選択することで、多次元入力デバイスから操作に対する最大速度を切り替える構成とする。この際に、多次元入力デバイスの操作座標において新たな制限を追加することで、速度モードに応じた利用者ごとの段階的な制限を適用する。さらに、任意の速度モードよりも大きいまたは小さい速度モードを選択する際に限り、既存の選択入力手段だけでなく、併せてジョイスティックの操作座標を所定の座標範囲に操作するあるいは、選択入力手段の他にボタンやタッチパネルを操作することにより、任意の速度モードよりも大きいまたは小さい速度モードを選択できるようにする。
【００２０】
移動筐体へ取り付けられたセンシングデバイスと、センシングデバイスからのセンサデータを処理し原動機への制御信号を出力できる制御装置を備える移動筐体においては、利用者の意思によりセンシングデバイスを用いた動作形態へ切り替えることができる構成にする。センシングデバイスを用いた動作形態はセンシングデバイスの情報に基づき、例えば障害物を回避しながら移動する、または道路沿いや廊下沿いや点マーカ沿いやラインマーカ沿いに走行できるように構成し、進行方向を多次元入力デバイスによって指示される構成にする。特定の人物や他の移動筐体をセンシングデバイスで認識、位置を特定して追従できるように構成しても良い。センシングデバイスを用いた動作形態として、移動筐体の位置を内部の保持されている地図と照らし合わせて目的地を目指して自動的に移動できるように構成しても良い。また、センシングデバイスによって移動筐体が歩行者や他の移動筐体と接触しそうであると判断がなされた時に、利用者のジョイスティック操作による直接的な操縦指示に従わずに減速、停止、もしくは回避行動をとるように構成しても良い。とりわけ本発明ではセンシングデバイスを用いた動作形態において移動モードとして開始や終了、一時停止、進行方向や進路選択を指示できる構成にする。
【００２１】
さらに、多次元入力デバイスとモータコントローラの間を切り離し、中継インタフェースを導入することで上位のホストコンピュータや、外界センサシステムと連携し、自律性や安全性を向上できるようにする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、各動作形態において複数の移動モードを多次元入力デバイスのみで切り替えて動作することにより、簡単に様々な異なる動作指令を入力することができるため、多次元入力デバイス以外のスイッチ操作等を減らすことにより、簡便で直感的な制御インタフェースを提供できる。また、移動モードを切り替えることで移動筐体としての移動性能を犠牲にすることなく操縦しやすいインタフェースを提供することができる。【００２３】
また、ジョイスティックからの入力に制限を適用することで、複数段階からなる速度モードの各々に出力制限が適用されるので、多くの人に使いやすく安全な移動筐体を実現することができる。センシングデバイスを用いた動作形態においては、利用者による操縦と移動筐体の自律走行機能を共存させ、柔軟で操縦しやすい制御インタフェースを提供することができる。【００２４】
さらに、中継インタフェースの導入により例えば位置決めや追従走行や自動運転などの追加機能と、利用者によるジョイスティック操作と自動制御の連携が構築できるようになるため、安全性と利便性の向上に繋がる。
【実施例１】
【００２５】
以下、図１〜図７を用いて、本発明の一実施形態による移動筐体の制御インタフェースに関して説明する。
最初に、図１〜３を用いて、本実施例における移動筐体に関して説明する。
図１は、移動筐体である電動車いすタイプの外観である。図２は移動筐体の正面図、図３は移動筐体の左側面図である。【００２６】
図１〜３の１に示すのが移動筐体であり、本実施例では車いすタイプの移動筐体である。図１の５は搭乗者のための座席である。移動筐体には移動するための駆動輪２１と、キャスター２２、駆動輪２１を回転させるための原動機２０がある。原動機２０は本実施例では電動モータであり、左右に２つ向かい合った駆動輪それぞれを駆動するために左右に電動モータが取り付けられ、それぞれ減速機構を介して駆動輪２１を正回転、逆回転、端子間短絡ブレーキ、端子間解放フリーの動作をさせることができる。駆動輪２１を駆動することで、移動筐体１は前進、後退、カーブ、その場旋回などの動作を行うことできる。駆動輪ではなくクローラを原動機が駆動するようにしても良い。クローラを採用することで踏破性が向上し、不整地などでの移動も可能になる。また、驅動輪として全方位移動が可能なタイプを複数採用しても良い。全方位移動タイプの駆動輪を採用した場合は、真横方向の移動等が可能になる。また、原動機２０の周辺には、電磁ブレーキやレバー機構によるロック構造を備えても良い。【００２７】
図１〜３の３に示すのが本実施例において多次元入力デバイスとして使われるジョイスティックである。ジョイスティック３の倒し角や倒し方向によって操縦者が意図する進行方向や速度を移動筐体に反映させることができる。また、図示しないが操作ボタンや他の入力手段を備え、複数段階で最大速度や加速度等の設置値を選択できる速度モードの機能を備える構成となっている。多次元入力デバイスとしては、タッチパッド式のスマート端末にタッチして操縦するようにしたり、足や顔や目の動きや口でくわえて操縦できるようにしても良い。これらは２次元操縦デバイスと解釈することができ、操縦が２次元の座標として入力されると考えることができる。また、指や操縦者の体の一部の空間的な位置を直接検知するセンシングデバイスや３次元マウスなどの入力デバイスを、３次元操縦デバイスとして用いても良く、種々の方式に対して本実施例を適用することが出来る。【００２８】
図１〜３の４に示すのがセンシングデバイスとして使われるスキャナ式レーザ距離センサである。走査平面上の形状データを計測できるレーザ距離センサは、障害物の位置を特定したり、特定の追従対象の位置を特定したり、環境と地図を照らしあわせて地図上の自己位置を求めるのに使われる。センシングデバイスとしては、距離や画像を取得できるカメラ、ステレオカメラ、ミリ波レーダー、超音波式センサ等を使うこともできる。【００２９】
図４に本実施例における全体のシステム構成を簡易的に示す。ジョイスティック３やレーザ距離センサ４からの情報は演算装置７に入力され、演算装置７からは電動モータを駆動するドライバ装置８に目標指令信号が送られる。ドライバ装置８へ送られる目標指令信号は、例えば目標速度や目標加速度や目標トルクや目標電圧や目標電流を挙げることができる。ドライバ装置８は演算装置７からの目標指令信号に基づき、例えば正転や逆転、出力の大小、ブレーキ等を調節することでそれぞれの電動モータ２０に電流を流す電流を調整して電動モータ２０を駆動する。電動モータ２０、または駆動輪２１の回転情報をパルス信号８１等で演算装置７へ送信し、制御に用いる構成にしても良い。また、ドライバ装置８へ供給する駆動用の電源電圧の変動によって原動機への出力が変化しないように、電源電圧を演算装置７またはドライバ装置８で検知して駆動を調節する構成にしても良い。また、上り坂や下り坂を含む移動筐体への外部負荷の変動によって原動機への出力が変化しないように、電動モータ２０を流れる電流を演算装置７またはドライバ装置８で検知して駆動を調整する構成にしても良い。なお、図示しないが、各要素を動作させるための電源を備える。また、各信号路には電池情報や速度モード情報、モータ回転状態の情報、付属ボタンの入力情報を含んでも良い。なお、演算装置７とドライバ装置８の機能の切り分けはこれに限定されるものでは無く、前記２つの装置により一通りの機能を備えていれば良い。【００３０】
図５に、本実施例において多次元入力デバイスとして使われるジョイスティック３の詳細を示す。ジョイスティック３は主にレバー３１と、表示操作部３３によって構成されている。表示操作部３３は移動筐体の状態や適用されている移動モードを表示し、また設定などの操作を行うことができる。操縦者はレバー３１を倒すことで移動筐体の進行方向や速度を操縦する。３１１に示すのが、レバー３１を倒したときの倒し角Ｌであり、レバー３１の所定の可動範囲内に制限されている。本実施例では倒し角Ｌを便宜上、最大の倒し角に対する割合として表現する。つまり、可動範囲限界での倒し角Ｌを１とし、倒し角Ｌを０〜１の範囲で表現する。なお、多次元の入力範囲は必ずしも一定半径の真円となるように構成される必要はなく、楕円や多角形であっても良い。【００３１】
図６はジョイスティック３を真上から見た図であり、図６の上方向が移動筐体の進行方向である。図６ではジョイスティック３のレバー３１を原点に置いた時の座標軸を示した。３１２に示すのがレバー３１を左斜め前に倒したときの例である。本実施例では、移動筐体の進行方向をｘ方向、進行方向から反時計回りに９０度回転した方向をｙ方向と表現する。また、本実施例ではレバー３１の倒し方向を、ｘ軸を０度とした時の左回りの角度で表現する。つまり進行方向にレバー３１が倒された場合は、倒し角は０度であり、進行方向に対しレバー３１が左に倒された場合は９０度であり、レバー３１を右に倒した場合は−９０度と表現する。レバー３１を真後ろの倒した場合は、１８０度もしくは−１８０と表現する。レバー３１を図６の３１２の方向に倒した際の座標表現方法を、図７を用いて説明する。３１２の方向にレバーを倒したとき、この操作の倒し方向θは４５度である。また、倒し角Ｌは０．８である。このように、操作情報を倒し方向θと倒し角Ｌを用いて表現することができる。操作情報はθとＬの極座標系で表現されていると解釈することができ、これをｘｙ座標へ変換する際は下記数式１を用いて変換することができる。【００３２】
【数１】
2016163035.tif 000003
【００３３】
図８に示す操作座標を用いて、まずニュートラルモードおよび前進モード、後退モードについて説明する。制御インタフェースの電源が投入された直後はニュートラルモードが適用されている。ニュートラルモードは、他のモードを選択するためのモードである。ニュートラルモードが適用されているときに、レバー操作の操作座標が前進モードエリア６１に移動したことで、前進モードを適用する。前進モードが適用されている際は、レバー操作がニュートラルモードエリア６０に移動しない限り、前進動作もしくはその場旋回動作のみできる構成にする。つまり、前進モードが適用されている際は、レバーを後ろ方向に倒しても、後退動作を行わない。後退動作を行うためには、一度レバーを戻し、操作座標がニュートラルモードのエリアに入ることでニュートラルモードを適用し、さらにレバーを後ろに倒し、操作座標が後退モードエリア６２に移動することで後退モードを適用し、後退動作を行う。前進モードと同様に、後退モードが適用されている時は、操作レバーを前に倒しても前進動作は行わない。一度ニュートラルモードを経由することでモードを切り替えることで、自動車の運転と似た操作しやすい制御インタフェースを実現することができる。ニュートラルモードへの切り替えは、操作座標が所定の座標範囲内を所定の時間滞在したことでモードの切り替えを実施する設定にすることもできる。例えば倒し角Ｌが０．０５の以下の状態が０．２秒継続されたことでニュートラルモードに適用する。操作座標が所定の時間滞在することでモードを切り替えることで、モード切替における操縦者の意思に反した誤動作を防ぐ効果がある。さらに、モードが切り替わったことを、表示操作部３３に表記し、もしくは操作音を鳴らすことでモードが切替わったことを操縦者へ通知すること構成にしても良い。ニュートラルモードエリア６０の形状は円に限定されるものでは無く、多角形で構成しても良いし、同様に前進モードエリア６１と後退モードエリア６２は扇形に限定されるものでは無く多角形で構成しても良く、これら３つのエリアは必ずしも隣接している必要はなく、独立または重複して配置されても良い。重複する場合には、重複が無い箇所でのみ移動モードを切り替える構成にすれば良い。本動作形態においては、移動モードの切り替えには前記多次元入力デバイスを用い、移動モードは任意の操作座標入力に対して移動筐体を異なる移動動作にすることが特徴である。【００３４】
図９を用いて、前進モードに関して説明する。前進モードでは、前進エリア６１１と、その場回転エリア６１２、６１３を備える。図９の前進エリア６１１に示す倒し方向θが±９０度の範囲では、従来技術同様に例えば下記の数式２に基づいて操作座標から原動機への出力を決定することができる。【００３５】
【数２】
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【００３６】
数式２において、ｖは移動筐体の目標並進移動速度であり、ωは目標回転速度である。Ｖｍａｘとは各速度モードに予め決められている移動筐体の最高並進速度もしくは制限並進速度であり、同様にωｍａｘは速度モード毎に予め決められた移動筐体の最高回転速度もしくは制限最高回転速度である。目標となるｖ、ωに基づいて、演算装置では各原動機の目標回転速度を決定し、原動機の制御信号を出力する。なお、並進加速度や回転加速度は同時に計算して決定されても良いし、あらかじめ設定された値が採用される構成でも良い。【００３７】
前進モードにおいて操作座標が±９０度を超えた後方範囲となるｘ＜０の座標範囲ではその場旋回の範囲として設定し、その場旋回の動作を行う。操作座標が左後方のその場旋回エリア６１２にある場合は、その場で左回転、右後方のその場旋回エリア６１３にある場合はその場で右回転を行う。この場合のｖ、ωは、例えば下記の数式３や数式４に基づいて決定することができる。なお、数式３は数式２においてＶｍａｘ＝０とした際と同様である。【００３８】
【数３】
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【００３９】
【数４】
2016163035.tif 000006
【００４０】
前進モードにおいて、後方範囲をその場旋回の動作に割当てることで、操縦者の意図に反して移動筐体が停止することは無いし、後方が死角となるセンシングデバイスを用いる場合には後退しないことで安全性が高まる。【００４１】
図１０を用いて、後進モードに関して説明する。後退モードでは後退エリア６２１と抑制エリア６２２、停止エリア６２３を備える。レバーの操作座標が後退エリア６２１にある時は、例えば下記の数式５を用いて原動機への出力を決定することができる。【００４２】
【数５】
2016163035.tif 000007
【００４３】
また、自動車と類似した操縦感覚を実現するために、下記数式６のように、操作座標の左右を反転させて原動機への出力を決定するようにしても良い。これにより、レバーを倒した方向へ移動筐体を動かすことが出来るため、操縦が容易となる。【００４４】
【数６】
2016163035.tif 000008
【００４５】
さらに、従来通りのモード切替を用いない操作方式と、従来通りのモード切替を用いずに操作範囲全体に数式３または数式４を適用する操作方式と、前記説明したモード切替を用いて、後退モードにおいて上記数式５と数式６のどちらを適用するかについて、２つ以上の設定から選択できるように構成しても良い。【００４６】
従来の一般的な電動車いすでは、例えばジョイスティックを「後ろ＋左」にすると「車両が右後ろへ下がる」ため、ハンドルを左に回して後退する＝「車両が左後ろへ下がる」という自動車の動きと逆転することから、操縦しにくいという課題があった。本実施例では数式６のように、操作座標の左右を反転させて原動機への出力を決定することと、モード切替を併用することによって、自動車と似た操縦方法で操縦しやすいインタフェースを提供することができる。また、２つ以上の設定から選択できる構成にすることで、操縦者毎に操縦しやすいインタフェースを選択することができ、従来通りの電動車椅子の操作性、自動車のような簡単な操作性、子供向けの後退を全くしない操作性など、多くの操縦者に受け入れやすいインタフェースを提供することができる。【００４７】
後退モードにおいて、操作座標が停止エリア６２３にある時は原動機への出力を０にし、移動筐体を停止させる。つまり後退モードにおいてレバー３１を前方に倒しても前進することはなく、その場にて停止する。さらに、操作座標が後退エリア６２１と停止エリア６２３の間にある抑制エリア６２２にある場合は、移動筐体の動作を抑制する構成にする。例えば、抑制エリア６２２においてレバー３１の倒し方向が＋１３５度と−１３５度付近から＋９０度、−９０度に近づくにつれて、移動筐体の目標並進速度ｖと目標回転速度ωに１未満０以上の係数をかけ、出力する値を同じ比率で小さくする。これにより、操作座標のｘ座標が０近づくにつれて移動筐体の動作が抑制され、後退の動作が連続的に抑制されることで後退エリア６２１の境界において移動筐体の挙動が急激に変化することを回避することができる。また、後退モードにはその場旋回の動きを含まないことで、数式６を選択した場合に、その場旋回の回転方向が前進モードと後退モードで逆転する操縦者の混乱を防ぐことができる。なお、図９および図１０で示したエリア設定はこれに限定されるものでは無く、任意の形状により表現することができる。【００４８】
本実施例においては、操作座標のｙ軸と目標回転速度を１次関数ではない関係式で規定する構成にしても良い。例えば、下記数式７に示す関係式を用いることができる。【００４９】
【数７】
2016163035.tif 000009
【００５０】
数式７において、ｓｉｇｎ関数は入力された値の符号を返すものであり、係数ａは１以上の実数である。ａが１．５である例を、図１１を用いて図示する。図１１のグラフでは、横軸を操作座標のｙ座標の絶対値をとり、縦軸が目標回転速度の絶対値の最高回転速度に対する割合をパーセンテージで示した。グラフの１１１に示すのが数式２に示すような、１次関数で規定した場合であり、１１２に示すのが数式７に示す１次関数ではない関係式で規定した場合である。１次関数で規定した場合は、ｙ座標に対する目標回転速度の変化率は一定であるのに対し、数式７で規定した場合は、ｙ座標の絶対値が小さい範囲では目標回転速度の変化率が小さく、ｙ座標の絶対値が大きい範囲では目標回転速度の変化率も大きい。【００５１】
このようにすることで、操縦者が操縦する際、移動筐体のその場旋回における最大回転速度を大きくしつつ、直進時は方向を微調整しやすくするなど操作による動きのバランスを再調整できるため、操縦感が向上する効果が得られる。なお、数式７は関係式に座標値の累乗を用いたが、１次関数ではない数学関数として、累乗関数以外に、多項式や指数関数、三角関数などを用いても良い。また、ｙ座標と目標回転速度の関数を離散的なテーブルを用いて表現し、テーブルデータを予め演算装置内に記憶させ、ｙ座標に該当する目標回転速度をテーブルデータから参照する構成にしても良い。離散的なテーブルを用いて関係式を規定した場合は、演算装置の計算負荷を低減させる効果を得ることもできる。さらに速度モード毎に、異なる係数ａを用いる、もしくは異なる数学関数やテーブルの定義を用いても良い。また、これらの計算を並進目標速度に適用する構成にしても良い。【００５２】
さらに、これらの考え方を目標回転速度ではなく、回転加速度に適用することで異なる機能を実現することができる。回転加速度を定数ではなく、操作座標の絶対値が小さい範囲では回転加速度が小さく、操作座標の絶対値が大きい範囲では回転加速度を大きくする。この際に、１次関数でも良いし数学関数や離散的なテーブルを用いても良い。なお、減速においては、同様に回転加速度を調整しても良いし、あるいは定数を用いても良いし、あるいは減速直前の回転速度か現在の目標回転速度に応じて所定時間で停止するように計算した数値を設定しても良い。この他に、目標速度を決定する多次元空間上の座標軸において、操作座標の座標値と目標速度の関係が、１次関数ではなく、規定時間範囲における最小目標速度の適用や、規定時間毎に目標速度を増加するといった、時間遅れ関数を用いるようにしても良い。規定時間範囲における最小目標速度を適用することで、操作のガタツキによる移動筐体のガタツキを抑制する効果が生まれ、規定時間毎に目標速度を増加することで本来の目標速度に到達するまでにより長い時間を掛けることで疑似的に加速度を変更することが出来る。また、これらの回転加速度の調整や、時間遅れ関数の適用では、並進（Ｘ軸）と回転（Ｙ軸）を独立に扱っても良いし、倒し角Ｌのみに実施して倒し方向θはこれらの調整や適用を実施しない構成にしても良い。【００５３】
本実施例における各速度モードでの並進速度や回転速度の制限機能に関して説明する。本発明においては速度の制限を、操作座標上で表現し制限を実施する。図１２に、操作座標上で表現された制限領域と、制限方法の例を示す。図１２に示すグラフは２次元操作座標であり、縦軸と横軸はそれぞれ操作座標の絶対値｜ｘ｜、｜ｙ｜である。グラフ中に速度制限境界の例を実線１２１で示した。この速度制限境界１２１より上のエリアが速度制限エリアとなる。速度制限境界１２１と速度制限エリアは、例えば下記数式８において制限閾値ｂ＝０．５とした場合により表現することができる。【００５４】
【数８】
2016163035.tif 000010
【００５５】
速度制限境界１２１は、数式８以外にも、例えば下記数式９、数式１０を用いて表現することができ、これらを複数重畳することで１つの速度制限エリアを構成しても良い。制限閾値ｃおよびｄは任意の実数で設定する。【００５６】
【数９】
2016163035.tif 000011
【００５７】
【数１０】
2016163035.tif 000012
【００５８】
操作座標が速度制限エリアではない領域にある場合は、操作座標を変更することなくそのまま出力する。操作座標が速度制限エリアに入った場合の制限方法の例を説明する。例えば操作座標が図１２の１２２にある場合、操作座標は速度制限エリアにあり、速度制限を行う。ここで、操作座標１２２のｘ座標とｙ座標を速度制限境界１２１上に位置するように、それぞれ同じ割合で縮小し、速度制限境界１２１上の点１２３の座標を最終的な操作座標として採用する。言い換えれば、操作座標１２２と原点を結ぶ直線と、速度制限境界１２１との交点の座標を最終的な操作座標として採用する。また、この他に同じ割合で縮小することは同様であっても、点１２４のようにより小さな値へ縮小される構成としても良い。例えば、“原点から点１２３までの長さ÷原点から操作座標１２２までの長さ”を係数として、速度制限境界を１００％とした際の比率に変換する等である。これらの制限済みの操作座標に基づき、各速度モードを適用することで目標並進速度や目標回転速度を決定し、１つの制限速度に基づいて速度モード毎の出力時の制限を構成することができる。このため、例えば操縦に自信の無い人が操縦する場合には遅い速度モードを選択することで、それに伴い前記の速度制限エリアはより遅い速度として適用され、操縦に自信のある人が操縦する場合には速い速度モードを選択することで、制限エリアも速い速度として適用されるため、従来技術のように移動筐体の運動限界に基づく１つの速度制限ではなく、多くの利用者にとって怏適さを提供する速度制限を構築することができる。【００５９】
また、速度モードは前記の通り操作ボタンや他の入力手段により選択が出来る構成となっているが、任意速度モードに対して大きいまたは小さい速度モードを選択する際に限り、通常の選択に用いる操作ボタンや入力手段だけでなく、併せて多次元入力デバイスの操作座標を所定の座標範囲に操作するあるいは、ボタンやタッチパネルを操作することにより、任意の前記速度モードよりも大きいまたは小さい設定値を選択できるようにする構成にしても良い。例えば、複数段階からなる速度モードを例えば５段階とした際に、速度モード１〜３は簡単な操作性を実現するために、前記の数式２と数式３からなる後退走行をしない構成としておき、速度モード４〜５は特別に数式５や数式６からなる移動モードを用いた構成としておく。速度１〜３は通常の速度モード選択に用いる操作ボタンや入力手段によって選択可能なのに対し、速度モード４〜５を選択する際は異なる操作を必要とすることにより、簡単操作を用いる操作者と、簡単操作ではない構成も用いる操作者を容易に振るい分けることが出来る。【００６０】
本実施例では、センシングデバイスを用いることで、多次元入力デバイスによる移動筐体の直接的な操作とは異なる動作形態についても複数の構成が実現できる。本実施例では、センシングデバイスとしてレーザ距離センサを用いる。図１〜３のセンシングデバイス４に示す通り、本実施例ではレーザ距離センサを２つ、上下に配置して走行前方を中心とした周囲のセンシングを行う。図１３にセンシングデータのイメージ図を示す。レーザ距離センサ１３１は、走査面上の対象物との距離を計測することで、対象物の位置や形状をセンシングするデバイスである。走査面上でのセンシング可能エリアは、例えば図１３の１３２に示す一定のエリア内が計測可能エリアである。計測エリア内に、例えば歩行者などがいる場合が、計測データ１３３や計測データ１４４のように計測される。計測データは一定周期で更新され、時間方向に処理することで例えば歩行者の移動方向や移動速度なども検知することができる。本実施例ではセンシングデータを用いて、多次元入力デバイスによる移動筐体の直接的な操作とは異なる動作形態として、安全操縦形態、迫従動作形態、半自律動作形態のいずれかまたはすべてのうち１つを選択できる構成にする。【００６１】
安全操縦形態について説明する。安全操縦形態とは、移動筐体の接触事故を回避もしくは被害低減を目的とした動作形態である。移動筐体は操縦者が多次元入力デバイスにより操縦している際に、センシングデータに基づいて接触の危険性があると判断された場合は自動的にブレーキをかけ減速する機能を備えている。図１３のセンシングデータ１３３に示すような、進行方向に歩行者などの障害物があると判断できる場合、移動筐体の出力を落すもしくはブレーキをかけることで減速する構成にする。ここで、ブレーキの強さを下記数式１１で規定する。【００６２】
【数１１】
2016163035.tif 000013
【００６３】
数式１１において、Ｆｂｒａｋｅとはブレーキの強さであり、ブレーキの強さの程度により、電気モータへの出力を単に減らしたり、電気モータが逆転方向へトルクを発生させたり、電気モータとは別なブレーキ機構によって移動筐体を減速させる。Ｄは図１３に示すように、障害物との距離である。ｋ１は定数であり、数式１１の第１項は障害物との距離に反比例してブレーキの強さを規定するという考えに基づくものである。つまり、障害物との距離が遠い場合にはブレーキは弱く、障害物が近い場合には強いブレーキ力で減速させる。Ｖとは障害物と移動筐体との相対速度であり、障害物が近づいてくる速度を考えることもできる。ｋ２も定数であり、数式１１の第２項は障害物との相対速度に応じてブレーキの強さを規定するという考えに基づくものである。つまり障害物との相対速度が速く、障害物が近づいてくる、もしくは移動筐体が障害物に近づいている状態でブレーキをかけ減速させる。数式１１では距離に応じてブレーキ力を発生させる第１項と、相対速度に応じてブレーキ力を発生させる第２項を加算してブレーキの強さを規定している。なお、相対速度はお互いの距離を小さくする場合を正とし、お互いの距離を大きくする場合を負として規定し、負の場合にはゼロとして置き換えても良いし、事前にオフセットを加えてから正負やゼロへの置き換えを適用することにより、相対速度によるブレーキの強さを調整しても良い。また、相対速度だけでなく、移動筐体の絶対速度や、障害物の絶対速度に定数を掛けてブレーキ力に加えても良い。【００６４】
障害物までの距離だけではなく、相対速度も考慮してブレーキの強さを規定することで、同じ距離にある障害物でも近づいてくる障害物に対して有効的に減速させることができ、接触事故の回避や被害低減が期待できるため、より安全な移動筐体を実現することができる。【００６５】
追従動作形態に関して図１４を用いて説明する。追従動作形態では、追従対象となる他の移動筐体や歩行者を、センシングデバイスで位置を特定したうえで追従する機能である。図１４はセンシングデバイス１３１が検知できる検知エリア１３２に歩行者が二人いるときのセンシングデータの例である。１４１と１４２がそれぞれ歩行者のデータであり、歩行者１４１を追従対象として追従する。具体的には、移動筐体の回転速度と並進速度を制御することで追従対象を追従する。回転速度は、例えば追従対象が移動筐体の正面になるように回転速度を制御することができる。また、迫従する際は、迫従対象との距離に応じて、追従対象まで遠い場合は速度を速く、追従対象に近づいたら追従対象との距離を一定に保つように追従速度を決定することができる。追従対象以外の歩行者１４２やさまざまな障害物を、同様にセンシングデバイスで検知することで、障害物を回避しながら、追従対象を追従できる構成にする。【００６６】
追従動作形態において、本発明では追従の開始や、追従対象を多次元入力デバイスにより選択することができる。移動筐体と追従対象が共に停止している状態から、追従対象を設定し追従を開始することもできる。また、追従対象が移動している時に、操縦者が操縦により追従対象を追従できる位置まで操縦し、そこから追従を開始できる構成にしても良い。さらに、追従動作形態の途中でレバー３１を操作することで追従動作形態を一時停止または停止（終了）し、操縦者による操作もしくはその他の動作形態に移行する構成にしても良い。この時、前記した移動モードにより、範囲設定と動作内容を規定すれば良い。具体的には、図１５のエリア１５１を不感帯、エリア１５２を開始、エリア１５３を一時停止または停止（終了）として割り当てることで、操縦者の操作による通常の動作形態と類似の指示入力を実現することができる。また、これらエリアの形状は円形や扇形に限定されるものでは無いし、位置関係は任意に設定することが出来る。また、前記したニュートラルモードを併用しても良い。【００６７】
半自律動作形態について、図１６を用いて説明する。半自律動作形態とは、操縦者による操縦動作がなくても、移動筐体が安全かつ適切に移動することができる機能である。センシングデバイスとして、レーザ距離センサだけではなく、距離や画像を取得できるカメラや超音波センサ、ミリ波レーダー、ＧＰＳなどを用いる構成にしても良い。従来技術同様に例えば、移動筐体の移動経路が予め定められている場合は、定められた移動経路にラインや、磁気テープ、複数のＲＦＩＤなどを配置するし、移動筐体にラインセンサや磁気センサ、ＲＦＩＤ読み取り装置を備えることで、定められた経路を走行できるように構成することができる。また、移動経路の地図を予め保持し、操縦者から指示された目的地に対する経路を自動的に生成したうえで、レーザ距離センサなどのセンサデータと地図に示された目印情報を照合し、生成された経路上を離脱することなく目的地に辿り着く構成にする。レーザ距離センサは、環境情報と地図とを照らし合わせるだけでなく、障害物を検知することに用いることもできる。追従動作形態と同様に、移動経路を進みつつ、経路上の障害物を回避し安全な自律走行を実現する構成にしても良いし、経路上の障害物の回避では一時的に操縦者による操作もしくはその他の動作形態に移行する構成にしても良いし、再び追従動作形態に戻る構成にしても良い【００６８】
とりわけ本発明では、操縦者による操縦と、自律的な走行とを共存できる制御インタフェースを提供する。自律走行しつつ、目指す方向や経路を操縦者が指示したり、行き止まりや自律走行では回避しきれない障害物に遭遇した場合に、操縦者による操作で走行を継続する制御インタフェースである。まず、半自律動作形態の開始時に、移動筐体が目指す方向や経路または走行開始を、操縦者が多次元入力デバイスを用いて指示することができる。移動筐体は指示された方向や経路または予め向いていた方向に向い、障害物を回避しつつ道なりに走行を開始する。図１６において、半自律移動の開始位置にある移動筐体１６１は、図１６の上方向に向かう指示を与えられ、上方向に道にそって自律走行を行う。自律走行するにあたって、先ほど述べたように、例えばレーザ距離センサで走行環境を認識し、路面や壁面や路面上の点マーカや線マーカなどのデータに基づいて道なりに走行する。またレーザ距離センサを含むいくつかのセンシングデバイスでは、目印情報として再帰反射テープや再帰反射塗料からなるガイドを利用することも出来る。他の歩行者１６４などがいる場合は、速度を落とし走行可能なエリア内で歩行者１６４を回避しながら走行する。回避しきれないと判断された場合は停止するようにする。道なりに走行している間は、利用者は特に操縦する必要はないが、障害物などにより移動筐体が停止した場合に、利用者が操縦レバー３１を操作することで一時的に半自律動作形態が解除され、直接的な操作による動作形態に移行する。障害物を回避したのちに、改めて多次元入力デバイスの操作により、再び半自律動作形態による走行に戻るようにしても良い。また、半自律動作形態の途中でレバー３１を操作することで半自律動作形態を一時停止または停止（終了）し、操縦者による直接的な操作もしくはその他の動作形態に移行する構成にしても良いし、再び半自律動作形態に戻る構成にしても良い。【００６９】
さらに、半自律動作形態による道なり走行において、道や通路が分岐もしくは交差点に差し掛かった場合、移動筐体はセンシングデータおよび地図や経路情報から分岐であることを判断したうえで、操縦者に通知するようにする。例えば図１６において、移動筐体が１６３の位置で、道が分岐していると判断することができる。操縦者はレバー３１を用いて、分岐や交差点で進むべき方向を移動筐体に指示し、移動筐体は指示された方向の道を、再び半自律動作形態による道なり走行を続ける。図１６の例では、操縦者は方向１６５もしくは１６６を、ジョイスティックのレバー３１を用いて選択し、その後引き続き半自律動作形態による道なり走行が継続される。【００７０】
この時、前記した移動モードにより、範囲設定と動作内容を規定すれば良い。具体的には、図１７のエリア１７１を不感帯、エリア１７２を開始、エリア１７３を一時停止または停止（終了）、エリア１７４として方向１６６の選択、エリア１７５として方向１６５の選択として割り当てることで、操縦者の操作による通常の動作形態と類似の指示入力を実現することができる。あるいは、エリア１６６を方向１６６の選択に割り振ることで、Ｔ字路だけでなく十字路を選択できるようにしても良い。また、これらエリアの形状は円形や扇形に限定されるものでは無いし、位置関係は任意に設定することが出来る。また、前記したニュートラルモードを併用しても良い。【００７１】
追従動作形態や半自律動作形態において、これらの動作形態が継続不能となった場合は、操縦者に通知したうえで、自動的に操縦者による操縦に移動するように構成してもよい。例えば追従動作形態で追従対象を見失ったり、半自律動作形態において目印情報が途切れたりした場合に、ブザーによる警告音やディスプレイ表示によって操縦者に通知する。操縦者は通知をうけて手動の操縦によって移動を継続したり、追従動作形態や半自律動作形態に復帰させるための操作を行ったりすることができる。これらの動作形態においては、移動モードの切り替えには前記多次元入力デバイスを用い、移動モードは操作座標範囲内のいずれの操作座標入力においても移動筐体を単一の移動動作にすることが特徴である。【００７２】
本発明ではこのように構成することで、操縦者による操縦と移動筐体の半自律動作形態を共存させ、柔軟で操縦しやすい制御インタフェースを提供することができる。【００７３】
特に各動作形態の実施に必要なシステムの構成に関し、図１８を用いて詳細に説明する。図１８は図４で説明した演算装置７をより詳細に示したものである。本発明における演算装置は、中継用コントローラ１８０と上位システム１８５によって構成され、中継コントローラ１８０は操縦信号等の移動筐体の状態に関する情報を上位システム１８５へ送信し、上位システムからの各指令信号に基づいてドライバ装置８に送信する情報を改変することで、ジョイスティック３の操作による原動機の駆動と各動作形態による原動機の駆動とを切り替える機能を有している。図１８において、多次元入力デバイスとして用いられるジョイスティック３の操縦信号は中継コントローラ１８０に入力され、中継コントローラ１８０から電動モータの目標指令信号がドライバ装置８へ送信され、ドライバ装置８が電気モータに電流を流すことで駆動する構成になっている。中継コントローラ１８０内部では、切替手段１８２を備えており、切替手段１８２により最終的な操縦信号として出力する信号を、ジョイスティック３の操縦信号と移動モード演算部１８４からの操縦信号とを切り替える構成になっている。この切替手段１８２がジョイスティック３の操縦信号を採用する場合は、操縦者による操縦信号がそのままドライバ装置８へ目標指令として出力され、前記の各移動モードによる操縦信号を採用する場合は、例えば移動モードで前進や後退モード、さらには速度制限や各動作形態などを適用した操縦信号に基づいて置き換え・改変された後でドライバ装置８へ目標指令として出力される。上位システム１８５は、主に安全操縦形態や追従動作形態、半自律動作形態の処理演算を行うシステムである。センシングデバイスやＧＰＳなどは上位システム１８５に入力され、地図参照機能や経路生成機能を司るのが上位システム１８５である。上位システム１８５は、中継コントローラ１８０と通信などを行うことで、例えばジョイスティック３の操縦信号等の移動筐体の状態に関する情報を中継コントローラの通信路１８６を通じて受信し、各指令信号は通信路１８７を通じて中継コントローラへ送信する。切替手段１８２は回路上のスイッチによって実装、もしくは中継コントローラのソフトウェア上に実装される構成でも良い。または切替手段１８２を省略し、移動モード演算部１８４において操縦信号改変の有無を決定する構成であっても同機能を実現し得る。また上位システムの要求や操縦者のその他の入力により切り替る構成にしても良い。なお、前記の各速度モードは中継コントローラ１８０か、ドライバ装置８のいずれかに搭載されていれば良い。このような構成にすることで操縦者による操縦と各動作形態による走行を共存させ、柔軟で操縦しやすい制御インタフェースのコントローラの構成を実現することができる。
本発明はこれら実施例に限定されるものではないことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施例１の全体の外観である。
【図２】本発明の実施例１の正面図である。
【図３】本発明の実施例１の側面図である。
【図４】本発明の実施例１のシステム構成図である。
【図５】本発明の実施例１のジョイスティックの外観である。
【図６】本発明の実施例１のジョイスティックを上から見た図である。
【図７】本発明の実施例１の多次元空間上の操作座標の例である。
【図８】本発明の実施例１の移動モードを選択する座標エリアの例である。
【図９】本発明の実施例１の前進モードにおける座標エリアの例である。
【図１０】本発明の実施例１の後退モードにおける座標エリアの例である。
【図１１】本発明の実施例１における操作座標のｙ軸と目標回転速度の関係の例である。
【図１２】本発明の実施例１における速度制限の例である。
【図１３】本発明の実施例１の安全操縦形態におけるセンシングデータの例である。
【図１４】本発明の実施例１の追従動作形態におけるセンシングデータの例である。
【図１５】本発明の実施例１の追従動作形態における座標エリアの例である。
【図１６】本発明の実施例１の半自律移動縦形態おける動作例である。
【図１７】本発明の実施例１の半自律移動縦形態おける座標エリアの例である。
【図１８】本発明の実施例１の中継コントローラの構成の例である。
【図１９】本発明の実施例１の動作形態と移動モードの構成の例である。
【符号の説明】
【００７５】
１  移動筐体
２０  原動機
２１  駆動輪
２２  補助輪
３  ジョイスティック
４  センシングデバイス
５  座席
７  演算装置
８  原動機ドライバ装置
【図１】
2016163035.tif 000014
【図２】
2016163035.tif 000015
【図３】
2016163035.tif 000016
【図４】
2016163035.tif 000017
【図５】
2016163035.tif 000018
【図６】
2016163035.tif 000019
【図７】
2016163035.tif 000020
【図８】
2016163035.tif 000021
【図９】
2016163035.tif 000022
【図１０】
2016163035.tif 000023
【図１１】
2016163035.tif 000024
【図１２】
2016163035.tif 000025
【図１３】
2016163035.tif 000026
【図１４】
2016163035.tif 000027
【図１５】
2016163035.tif 000028
【図１６】
2016163035.tif 000029
【図１７】
2016163035.tif 000030
【図１８】
2016163035.tif 000031
【図１９】
2016163035.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成27年10月8日(2015.10.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ以上の原動機が正回転と逆回転を独立に制御されることで移動し、前後進やカーブ、その場旋回の移動が可能な移動筐体のための制御インタフェースにおいて、
前記移動筐体は、多次元入力デバイスと、複数の移動モードを備え、
前記多次元入力デバイスは、操作状態が多次元空間上での操作座標として入力され、
前記複数の移動モードは、前記操作座標の入力に対する移動筐体の動作の対応関係が前記移動モード毎にそれぞれ異なり、前記移動モードの切り替えに前記操作座標を用いること
を特徴とする移動筐体制御インタフェース。
【請求項２】
請求項１に記載の移動筐体制御インタフェースにおいて、
前記多次元入力デバイスによる前記移動筐体の直接的な操作のための動作形態において、前記多次元空間上に複数の所定座標範囲がそれぞれの前記移動モードに対応するように座標範囲が設定され、
前記多次元入力デバイスの前記操作座標が所定の座標範囲内にあるときはニュートラルモードを前記移動筐体へ適用し、
前記ニュートラルモードが前記移動筐体に適用されている場合に、前記多次元入力デバイスの前記操作座標がいずれかの前記移動モードに対応する座標範囲にあるときは前記該当する移動モードを前記移動筐体へ適用すること
を特徴とする移動筐体制御インタフェース。
【請求項３】
請求項２に記載の移動筐体制御インタフェースにおいて、
前記複数ある移動モードとして、前進やカーブやその場旋回を行う前進モードと、後退を行う後退モードを有し、
前記後退モードにおいて前記多次元入力デバイスの操作座標を左右方向に反転し、操作座標として用いるか、
もしくは前記後退モードにおいて前記多次元入力デバイスの操作座標を左右方向に反転せずに操作座標として用いるか、
もしくは前記後退モードにおいて前記多次元入力デバイスの操作座標の左右方向はゼロ値として操作座標として用いるか、
もしくは前記後退モードと前記ニュートラルモードを無効にし、前記前進モードにおいて本来の後退動作の操作座標範囲を入力した際に前後方向に値をゼロとすることでその場旋回による操作範囲を拡張する
ことのいずれかを備える、または複数備えた中から選択することができること
を特徴とする移動筐体制御インタフェース。
【請求項４】
請求項１に記載の移動筐体制御インタフェースにおいて、
追従対象をセンシングするセンシング手段を備え、前記センシング手段によるセンシングデータに基づき、他の移動体もしくは歩行者と位置関係を保持するように移動する追従動作形態において、前記多次元空間上に複数の所定座標範囲がそれぞれの前記移動モードに対応するように座標範囲が設定され、
前記移動モードとして少なくとも、追従動作の開始、追従動作の終了または一時停止を有すること
を特徴とする移動筐体制御インタフェース。
【請求項５】
請求項１に記載の移動筐体制御インタフェースにおいて、
外部環境を認識するセンシング手段を備え、前記センシング手段によるセンシングデータに基づき、前記移動筐体が任意の目印情報に基づいて任意地点から別の任意地点へ移動する半自律動作形態において、前記多次元空間上に複数の所定座標範囲がそれぞれの前記移動モードに対応するように座標範囲が設定され、
前記移動モードとして少なくとも、半自律動作の開始、半自律動作の終了または一時停止を有し、前記任意地点から別の任意地点までの経路において分岐が存在する場合には、前記移動筐体の進行方向指示や進路選択のための移動モードを有すること
を特徴とする移動筐体制御インタフェース。
【請求項６】
２つ以上の原動機が正回転と逆回転を独立に制御されることで移動し、前後進やカーブ、その場旋回の移動が可能な移動筐体のための制御インタフェースにおいて、
前記移動筐体は、
前記移動筐体を操作するための多次元入力デバイスを有し、前記多次元入力デバイスの操作状態が多次元空間上での操作座標として入力され、
前記移動筐体あるいは前記原動機の目標速度を決定する前記多次元空間上の座標軸において、前記座標軸における前記操作座標の座標値と前記目標速度の関係が、非線形な数学関数の組み合わせ、もしくは離散的なテーブルによって規定され、前記座標値の絶対値が小さい所定の範囲を絶対値が大きい所定の範囲で比べた際に、その値が小さいだけではなくグラフ傾きとしての変化率も小さいこと
を特徴とする移動筐体制御インタフェース。
【請求項７】
２つ以上の原動機が正回転と逆回転を独立に制御されることで移動し、前後進やカーブ、その場旋回の移動が可能な移動筐体のための制御インタフェースにおいて、
前記移動筐体は、
前記移動筐体を操作するための多次元入力デバイスを有し、前記多次元入力デバイスの操作状態が多次元空間上での操作座標として入力され、
前記移動筐体あるいは前記原動機の加速度を決定する前記多次元空間上の座標軸において、前記座標軸における前記操作座標の座標値と前記加速度の関係が、定数ではない任意の数学関数の組み合わせ、もしくは離散的なテーブルによって規定され、前記座標値の絶対値が小さい所定の範囲における前記加速度が、前記座標値の絶対値が大きい所定の範囲における前記加速度よりも小さいこと
を特徴とする移動筐体制御インタフェース。
【請求項８】
（削除）
【請求項９】
（削除）
【請求項１０】
請求項１〜７に記載の移動筐体制御インタフェースにおいて、
原動機制御システムと、操縦用デバイスシステムを備え、前記操縦用デバイスシステムと前記原動機制御システムが信号を送受信することで操縦および移動が出来ることに加え、上位制御システムと、中継用コントローラを備え、前記原動機制御システムと前記操縦用デバイスシステムと前記上位制御システムは、前記中継用コントローラを介して接続され、前記中継用コントローラは、前記操縦用デバイスシステムおよび原動機制御システムから状態情報類を受信して上位制御システムへ送信し、上位制御システムからの指令情報類を受信し、これに基づいて原動機制御システムへ情報の振り分けや改変を実施した指令値を送信すること
あるいは、前記中継用コントローラの内部に前記上位制御システムの機能を備えるまたは、前記上位制御システムの内部に前記中継用コントローラの機能を備えること
を特徴とする移動筐体制御インタフェース。
【国際調査報告】
2016163035.tif 000033
2016163035.tif 000034
2016163035.tif 000035
2016163035.tif 000036