(57)【要約】  高い精度で本体部のピッチ方向の傾斜角度を推算することができる手押し車を提供する。  本発明に係る手押し車は、一対の車輪と、該一対の車輪を回転させる一又は複数の駆動部と、一方に一対の車輪が回転可能に支持される本体部と、本体部の他方に設けられている把持部とを備える。本体部と支持部とのなす角度を検出し、検出された角度に基づいて、本体部が鉛直方向に対してなす角度を推算する。推算された角度に基づいて本体部の動作を制御する。
2014045823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の車輪と、
該一対の車輪を回転させる一又は複数の駆動部と、
一方に前記一対の車輪が回転可能に支持される本体部と、
前記本体部の他方に設けられている把持部と、
一方にてピッチ方向に回転可能に前記本体部と連結してあり、他方にて一又は一対の補助輪を回転可能に支持する支持部と、
前記一又は複数の駆動部の動作を制御する制御部と
を備える手押し車において、
前記本体部と前記支持部とのなす角度を検出する角度検出手段と、
該角度検出手段で検出された角度に基づいて、前記本体部が鉛直方向に対してなす角度を推算する角度推算手段と
を備え、推算された角度に基づいて前記本体部の動作を制御することを特徴とする手押し車。
【請求項２】
前記車輪及び前記補助輪、又はいずれか一方が路面に接地しているか否かを判断する接地判断手段を、前記車輪及び前記補助輪、又はいずれか一方に備えることを特徴とする請求項１に記載の手押し車。
【請求項３】
前記車輪及び前記補助輪、又はいずれか一方が路面に接地しているか否かを判断する接地判断手段を、前記車輪及び前記補助輪に備え、
前記接地判断手段は、走行時における前記車輪の回転移動距離と前記補助輪の回転移動距離との差分に基づいて路面に接地しているか否かを判断することを特徴とする請求項１に記載の手押し車。
【請求項４】
前記車輪の回転数及び前記補助輪の回転数を検出するエンコーダをそれぞれ備えることを特徴とする請求項３に記載の手押し車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行を補助する車輪を備えた手押し車に関し、特に車輪を駆動、制御する電動手押し車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、老人、身障者等の歩行を補助する装置として、多くの歩行補助車が開発されている。従来の歩行補助車は、歩行中の転倒を防止するよう、４輪又は８輪で構成されることが多く、キャリーバッグ等を備えて歩行補助車の重心を下げることにより、歩行中の安定度を高めている。【０００３】
また、老人、身障者等の歩行を補助するべく、電動モータ等で車輪を回転させる歩行補助車も開発されている。被歩行補助者の安全を確保するため、歩行補助車の本体部の傾斜角度を検出して、本体部を安定した傾斜角度に維持することで被歩行補助者の姿勢を維持するようオブザーバ制御している。【０００４】
歩行補助車の本体部の傾斜角度は、加速度センサによる傾斜角度情報と、ジャイロセンサによる角速度情報とに基づいてオブザーバを構成して推定している。例えば特許文献１では、２軸以上の加速度センサの検出値に基づいて幾何学的に算出した角度を基調として、外力オブザーバを介して高い精度で傾斜角度を推定する移動体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２８１７７７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に開示してある移動体では、前後方向の加速状態では加速度センサの検出値を低めに、ジャイロセンサの検出値を高めに、それぞれ重み付けを行うようオブザーバがゲイン調整を行っている。したがって、前後方向の加速状態が継続する場合、ジャイロセンサの検出値のみで傾斜角度を推定しなければならなくなり、傾斜角度の推定精度が著しく低下するおそれがあるという問題点があった。【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、高い精度で本体部のピッチ方向の傾斜角度を推算することができ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】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明に係る手押し車は、一対の車輪と、該一対の車輪を回転させる一又は複数の駆動部と、一方に前記一対の車輪が回転可能に支持される本体部と、前記本体部の他方に設けられている把持部と、一方にてピッチ方向に回転可能に前記本体部と連結してあり、他方にて一又は一対の補助輪を回転可能に支持する支持部と、前記一又は複数の駆動部の動作を制御する制御部とを備える手押し車において、前記本体部と前記支持部とのなす角度を検出する角度検出手段と、該角度検出手段で検出された角度に基づいて、前記本体部が鉛直方向に対してなす角度を推算する角度推算手段とを備え、推算された角度に基づいて前記本体部の動作を制御することを特徴とする。【０００９】
上記構成では、本体部と支持部とのなす角度を検出して、検出された角度に基づいて、本体部が鉛直方向に対してなす角度を推算する。推算された角度に基づいて本体部の動作を制御するので、高価な傾斜角センサを用いることなく、また前後方向の加速状態が継続する場合であっても、高い精度で本体部のピッチ方向の傾斜角度を推算することができ、推算したピッチ方向の傾斜角度に基づいて、本体部が倒れこまない平衡角度に収束するよう本体部の姿勢を制御することが可能となる。【００１０】
また、本発明に係る手押し車は、前記車輪及び前記補助輪、又はいずれか一方が路面に接地しているか否かを判断する接地判断手段を、前記車輪及び前記補助輪、又はいずれか一方に備えることが好ましい。【００１１】
上記構成では、車輪及び補助輪、又はいずれか一方が路面に接地しているか否かを判断することができるので、車輪及び補助輪、又はいずれか一方が路面に接地していることを確認した上で、本体部が鉛直方向に対してなす角度を推算する。推算された角度に基づいて本体部の動作を制御するので、高価な傾斜角センサを用いることなく、また前後方向の加速状態が継続する場合であっても、高い精度で本体部のピッチ方向の傾斜角度を推算することができ、推算したピッチ方向の傾斜角度に基づいて、本体部が倒れこまない平衡角度に収束するよう本体部の姿勢を制御することが可能となる。なお、接地判断手段としては、例えばリミットスイッチを用いる接触式センサ、赤外線センサ、超音波センサ等の非接触式センサ等を用いれば良い。【００１２】
また、本発明に係る手押し車は、前記車輪及び前記補助輪、又はいずれか一方が路面に接地しているか否かを判断する接地判断手段を、前記車輪及び前記補助輪に備え、前記接地判断手段は、走行時における前記車輪の回転移動距離と前記補助輪の回転移動距離との差分に基づいて路面に接地しているか否かを判断することが好ましい。【００１３】
上記構成では、走行時における車輪の回転移動距離と補助輪の回転移動距離との差分に基づいて路面に接地しているか否かを判断することができるので、車輪及び補助輪又はいずれか一方が路面に接地していることを確認した上で、本体部が鉛直方向に対してなす角度を推算する。推算された角度に基づいて本体部の動作を制御するので、高価な傾斜角センサを用いることなく、また前後方向の加速状態が継続する場合であっても、高い精度で本体部のピッチ方向の傾斜角度を推算することができ、推算したピッチ方向の傾斜角度に基づいて、本体部が倒れこまない平衡角度に収束するよう本体部の姿勢を制御することが可能となる。【００１４】
また、本発明に係る手押し車は、前記車輪の回転数及び前記補助輪の回転数を検出するエンコーダをそれぞれ備えることが好ましい。【００１５】
上記構成では、車輪の回転数及び補助輪の回転数をエンコーダで検出することができ、走行時におけるそれぞれの回転移動距離の差分に基づいて路面に接地しているか否かを判断することができる。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成によれば、本体部と支持部とのなす角度を検出して、検出された角度に基づいて、本体部が鉛直方向に対してなす角度を推算する。推算された角度に基づいて本体部の動作を制御するので、高価な傾斜角センサを用いることなく、また前後方向の加速状態が継続する場合であっても、高い精度で本体部のピッチ方向の傾斜角度を推算することができ、推算したピッチ方向の傾斜角度に基づいて、本体部が倒れこまない平衡角度に収束するよう本体部の姿勢を制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る手押し車の構成を示す斜視図である。
【図２】ピッチ方向、ロール方向及びヨー方向を説明する模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る手押し車のピッチ方向の転倒を防止する制御の一例を示す制御ブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る手押し車のモデルを側面から見た模式図である。
【図５】交差角度とピッチ傾斜角度との関係を示すグラフである。
【図６】交差角度が２０度から５０度までの間で変動する場合の交差角度とピッチ傾斜角度との関係を一次近似したグラフである。
【図７】本発明の実施の形態１に係る手押し車の制御基板のコントローラのピッチ方向の転倒防止処理手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態２に係る手押し車の接地判断処理の機能ブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る手押し車の制御基板のコントローラの接地判断処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る手押し車の、接地判断部としてリミットスイッチを設ける場合の構成を示す例示図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る手押し車の、接地判断部として赤外線センサを設ける場合の構成を示す例示図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る手押し車の、接地判断部として超音波センサを設ける場合の構成を示す例示図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る手押し車の、車輪及び補助輪の車軸にロータリーエンコーダを設ける場合の構成を示す例示図である。
【図１４】本発明の実施の形態２に係る手押し車の、本体部と支持部とのなす交差角度を検出するロータリーエンコーダを設ける場合の構成を示す例示図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態に係る手押し車について、図面に基づいて具体的に説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る手押し車の構成を示す斜視図である。本実施の形態１に係る手押し車１は、一対の車輪２が、回転することが可能に本体部３に支持されており、一対の車輪２が支持されている側とは反対側の、本体部３の一端に設けられている把持部４を被歩行補助者である老人、身障者等が把持して歩行する。なお、把持部４は必ずしも一端に設けられている必要はなく、本体部３の途中に設けられていても良い。
【００２０】
ここで、ピッチ方向を明確にしておく。図２は、ピッチ方向、ロール方向及びヨー方向を説明する模式図である。図２に示すように、手押し車１がｘｙ面上をｘ軸の（＋）方向へ前進又はｘ軸の（−）方向へ後退するように移動する場合、ｙ軸周りの回転方向がピッチ方向である。ｙ軸の（＋）方向を向いて反時計回りに車輪２が回転した場合には本体部３が前方へ傾斜し、ｙ軸の（＋）方向を向いて時計回りに車輪２が回転した場合には本体部３が後方へ傾斜する。また、ｘ軸周りの回転方向がロール方向であり、本体部３が左右方向へ揺動する場合の回転方向である。さらに、ｚ軸周りの回転方向がヨー方向であり、一対の車輪２の向きをｘ軸方向から傾ける場合の回転方向である。
【００２１】
図１に戻って、本体部３には、一対の車輪２を回転させるピッチ用モータ（駆動部）６、及びピッチ用モータ６の回転位置（角度）又は回転速度を検出するピッチ用エンコーダ６１を備える。本体部３と一対の車輪２とは、一対の車輪２を回転自在に支持するフレーム３１で連結され、ピッチ用モータ６の回転は、本体部３に備えたベルト又はギヤ（図示せず）を介して一対の車輪２へ伝わる。なお、フレーム３１は、本体部３の一部分である。また、本体部３のピッチ角速度を検出するセンサ、例えばジャイロセンサを備えていても良い。
【００２２】
本体部３には、ピッチ用モータ６の動作（回転）を制御する制御基板（制御部）３２及び電池３３を備えている。制御基板３２には、ドライバ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、カウンタ、ピッチ用モータ６の動作を制御するコントローラ等が搭載されている。コントローラは、具体的にはマイクロプロセッサ、ＣＰＵ、ＬＳＩ等である。手押し車１は、一対の車輪２の回転に伴う反動トルクを利用してピッチ方向の釣合いをとるように制御されている。
【００２３】
また、本実施の形態１に係る手押し車１は、被歩行補助者の歩行中の安定度を高めるために、補助輪８を備えている。補助輪８は、ピッチ方向に回転することが可能に一端を本体部３に連結してある支持部７の他端において、回転することが可能に支持されている。図１に示すように、一つの補助輪８を備えていても良いし、ロール方向の安定度を高めるために一対の補助輪８を備えていても良い。また、支持部７の他端において回転することが可能に支持されている補助輪８が路面から離れるのを防止するべく、補助輪８を路面に対して押し付ける方向に付勢する他の駆動部、本体部３と支持部７とを連結するバネ等の弾性体を設けても良い。なお、支持部７は、必ずしも一端が本体部３に連結している必要はなく、支持部７の中間部分が本体部３に連結していても良い。また、補助輪８は、必ずしも支持部７の他端で支持されている必要はなく、支持部７の他端が地面に接することがない範囲内であれば、支持部７の中間部分で支持されていても良い。
【００２４】
支持部７の回転中心である支点１０の位置は、本体部３内であれば特に限定されるものではない。本体部３の転倒を防止することができれば足りるからである。
【００２５】
なお、本体部３と支持部７との連結部分を回転させる、又は補助輪８を回転させる電動モータ９を、本体部３と支持部７との連結部分に備えていても良い。この場合には、制御基板３２を電動モータ９の動作（回転）を制御する制御部として機能させれば良い。支持部７と本体部３とのなす角度（以下、交差角度）θ１は、電動モータ９に内蔵された又は単独で配置された支持部角度エンコーダ（角度検出手段）９１の出力（パルス信号）から算出することにより検出される。
【００２６】
図３は、本発明の実施の形態１に係る手押し車１のピッチ方向の転倒を防止する制御の一例を示す制御ブロック図である。図３に示すように、目標ピッチ角設定部４４では、制御目標となるピッチ傾斜角度（目標ピッチ角）θrpの設定を受け付ける。
【００２７】
一方、角度検出部４５では、支持部角度エンコーダ９１の出力（パルス信号）から本体部３と支持部７とのなす角度である交差角度θ１を算出することにより検出する。ピッチ傾斜角度推算部４７では、算出された交差角度θ１に基づいて、本体部３が鉛直方向に対してなす、ピッチ方向の傾斜角度（ピッチ傾斜角度）θ２を推算する。
【００２８】
目標ピッチ角速度計算部４８では、設定を受け付けた目標ピッチ角θrpから推算された絶対傾斜角度を減じたピッチ角度偏差に比例ゲインを乗算して、目標ピッチ角速度ω2pを算出する。ピッチ用トルク指令生成部４９では、算出された目標ピッチ角速度ω2pに対して、例えばＰＩＤ制御によりピッチ用トルク指令τ0pを生成する。ピッチ用モータトルク指令電圧計算部５０では、ピッチ用トルク指令τ0pに対して変換係数を乗算して、指令電圧を算出する。最後に、ピッチ用Ｄ／Ａコンバータ部５１では、ドライバにＤ／Ａ変換した指令電圧を出力し、ピッチ用モータ６の動作を制御する。また、ピッチ用トルク指令生成部４９において、ジャイロセンサ等、本体部３のピッチ方向の角速度を検出する検出手段を備えている場合には、目標ピッチ角速度ω2pと該検出手段から得られたピッチ角速度との偏差に対して、例えばＰＩＤ制御によりピッチ用トルク指令τ0pを生成しても良い。
【００２９】
ここで、ピッチ傾斜角度θ２を推算する方法について、以下に説明する。ピッチ傾斜角度θ２は、本体部３のピッチ角速度を検出するジャイロセンサ等を備えている場合には、ジャイロセンサの検出値を積分して求めても良いが、ノイズ、温度ドリフト等により、時間が経過するにつれて真の値との乖離が大きくなる。そこで、本実施の形態１では、本体部３と支持部７とのなす交差角度θ１に基づいて、本体部３が鉛直方向に対してなす角度であるピッチ傾斜角度θ２を推算する。
【００３０】
図４は、本発明の実施の形態１に係る手押し車１のモデルを側面から見た模式図である。図４では、説明を簡単にするために、一対の車輪２及び補助輪８の路面への接地位置と一対の車輪２及び補助輪８の回転中心とが一致するよう模式的に表現してある。
【００３１】
図４に示すように、本体部３は、鉛直方向に対してピッチ傾斜角度θ２をなすように傾斜している。そして、支持部７は、本体部３と交差角度θ１をなすように傾斜することにより、本体部３を支持する。図４では、左向きの矢印方向が手押し車１の前進方向であり、本体部３が後方へ傾斜した状態を示している。
【００３２】
交差角度θ１は、本体部３が鉛直方向に対してなす角度（ピッチ傾斜角度）θ２に依存して変動する。これは、支持部７が本体部３を支持するよう傾斜するからである。しかし、本体部３の接地位置（一対の車輪２の接地位置）から本体部３と支持部７との交点までの距離Ｌ１、及び支持部７の接地位置（補助輪８の接地位置）から本体部３と支持部７との交点までの距離Ｌ２は一定であるので、一対の車輪２及び補助輪８が路面に接地している限り、幾何学的にピッチ傾斜角度θ２を推算することができる。
【００３３】
すなわち、図４より（式１）の関係を導き出すことができる。
【００３４】
【数１】
2014045823.tif 000003
【００３５】
（式１）をピッチ傾斜角度θ２について解くと、（式２）のようにピッチ傾斜角度θ２を求めることができる。
【００３６】
【数２】
2014045823.tif 000004
【００３７】
しかし、（式２）に基づくピッチ傾斜角度θ２の算出方法は、三角関数を用いていることから演算処理負荷が比較的大きく、算出するまでに時間を要するので、リアルタイム性が求められる姿勢制御には向かない。そこで、本実施の形態１では、交差角度θ１とピッチ傾斜角度θ２との関係を一次近似することにより、演算処理負荷を軽減して算出するまでに要する時間を短縮している。
【００３８】
図５は、交差角度θ１とピッチ傾斜角度θ２との関係を示すグラフである。図５では、距離Ｌ２＝１．２×距離Ｌ１としている。図５に示すように、交差角度θ１が小さい部分ではピッチ傾斜角度θ２が大きく変動しているが、実際には、交差角度θ１が小さすぎると歩行中の安定感を欠く。
【００３９】
そこで、本実施の形態１では、交差角度θ１が、２０度から５０度までの間で変動すると仮定することにより、交差角度θ１とピッチ傾斜角度θ２との関係を一次近似しやすくしている。図６は、交差角度θ１が２０度から５０度までの間で変動する場合の交差角度θ１とピッチ傾斜角度θ２との関係を一次近似したグラフである。
【００４０】
図６に示すように、交差角度θ１とピッチ傾斜角度θ２との関係を一次近似することにより、例えばθ２＝１．００９×θ１−３４．８７という一次関数を得ることができ、精度を低下させることなくピッチ傾斜角度θ２を推算することができる。
【００４１】
次に、図３の制御ブロック図で示した手押し車１の動作制御の一例について、フロ−チャートに基づいて説明する。図７は、本発明の実施の形態１に係る手押し車１の制御基板３２のコントローラのピッチ方向の転倒防止処理手順を示すフローチャートである。
【００４２】
図７に示すように制御基板３２のコントローラは、制御目標となるピッチ傾斜角度（目標ピッチ角）θrpの設定を受け付ける（ステップＳ７０１）。コントローラは、支持部角度エンコーダ９１の出力（パルス信号）から本体部３と支持部７とのなす角度である交差角度θ１を算出する（ステップＳ７０２）。
【００４３】
コントローラは、算出された交差角度θ１に基づいて、本体部３のピッチ方向の傾斜角度（ピッチ傾斜角度）θ２を推算する（ステップＳ７０３）。コントローラは、設定を受け付けた目標ピッチ角θrpからピッチ傾斜角度θ２の推算値を減じたピッチ角度偏差を算出し（ステップＳ７０４）、算出したピッチ角度偏差に比例ゲインを乗算して、目標ピッチ角速度ω2pを算出する（ステップＳ７０５）。
【００４４】
コントローラは、ピッチ用トルク指令生成部４９において目標ピッチ角速度ω2pに対して、例えばＰＩＤ制御によりピッチ用トルク指令τ0pを生成するか否かを判断する（ステップＳ７０６）。何らかの理由によってピッチ用モータ６の動作制御を停止する必要がある場合は、ピッチ用トルク指令τ0pを生成しないと判断する。コントローラが、ピッチ用トルク指令τ0pを生成すると判断した場合（ステップＳ７０６：ＹＥＳ）、コントローラは、生成されたピッチ用トルク指令τ0pに対して変換係数を乗算して指令電圧を算出する（ステップＳ７０７）。コントローラは、算出した指令電圧をＤ／Ａ変換し、ピッチ用モータ６の動作を制御するドライバに出力する（ステップＳ７０８）。コントローラは、処理をステップＳ７０２に戻し、上述した処理を繰り返す。
【００４５】
一方、コントローラが、ピッチ用トルク指令τ0pを生成しないと判断した場合（ステップＳ７０６：ＮＯ）、コントローラは、ピッチ用モータ６の動作制御を停止して処理を終了する。これにより、ピッチ用Ｄ／Ａコンバータ部５１への指令が停止されるため、ピッチ用モータ６の動作制御は停止する。コントローラが、ピッチ用トルク指令τ0pを生成しないと判断する場合としては、例えば故意であるか、事故であるかを問わず、ピッチ用モータ６の動作制御中に電源が切れた場合、あるいはユーザがピッチ用モータ６の動作制御を停止するためにスイッチ等を介して停止入力を与えた場合等が考えられる。
【００４６】
以上のように本実施の形態１によれば、本体部３と支持部７とのなす角度である交差角度θ１を検出して、検出された交差角度θ１に基づいて、本体部３が鉛直方向に対してなすピッチ傾斜角度θ２を推算する。推算されたピッチ傾斜角度θ２に基づいて本体部３の動作を制御するので、高価な傾斜角センサを用いることなく、また前後方向の加速状態が継続する場合であっても、高い精度で推算した本体部３のピッチ傾斜角度θ２に基づいて、本体部３が倒れこまない平衡角度に収束するよう、本体部３の姿勢を制御することが可能となる。
【００４７】
（実施の形態２）
本実施の形態２に係る手押し車１の構成は、実施の形態１と同様であることから、同一の符号を付することにより詳細な説明は省略する。本実施の形態２に係る手押し車１は、一対の車輪２及び一又は一対の補助輪８、若しくはいずれか一方が路面に接地しているか否かを判断する接地判断部（接地判断手段）を備えている点で、実施の形態１と相違する。
【００４８】
図８は、本発明の実施の形態２に係る手押し車１の接地判断処理の機能ブロック図である。図８に示すように、本実施の形態２に係る手押し車１では、一対の車輪２及び一又は一対の補助輪８、若しくはいずれか一方が路面に接地しているか否かを判断する接地判断部４６を備えている。接地判断部４６は、走行時における一対の車輪２及び補助輪８の回転数を検出する回転数検出手段を有し、回転数に基づいて算出した、走行時における一対の車輪２の回転移動距離と補助輪８の回転移動距離との差分に基づいて路面に接地しているか否かを判断する。本実施の形態２では、回転数検出手段として、走行時における一対の車輪２及び補助輪８の回転数を検出する回転数センサを、一対の車輪２の車軸、補助輪８の車軸にそれぞれ備えている。回転数センサの種類は特に限定されるものではないが、本実施の形態２ではロータリーエンコーダを用いている。
【００４９】
一対の車輪２の車軸、補助輪８の車軸に設けられているロータリーエンコーダ（ピッチ用エンコーダ、補助輪用エンコーダ）のそれぞれの出力値をカウンタ部４１Ａ、４１Ｂにおいて取得し、回転角度計算部４２Ａ、４２Ｂにおいて走行時における一対の車輪２の回転移動距離と補助輪８の回転移動距離とが算出される。接地判断部４６では、算出された一対の車輪２の回転移動距離と補助輪８の回転移動距離との差分が所定値より大きいか否かを判断している。一対の車輪２及び補助輪８が路面に接地している場合、通常の使用状態であれば一対の車輪２及び補助輪８の回転移動距離は略一致する。しかし、いずれかが路面に接地していない場合、一対の車輪２及び補助輪８の回転移動距離は一致しない。したがって、一対の車輪２の回転移動距離と補助輪８の回転移動距離とを比較することにより、路面に接地しているか否かを判断することができる。なお、回転角度計算部４２Ａ、４２Ｂには、ノイズを除去するためのＬＰＦ（ローパスフィルタ）を備えていても良い。
【００５０】
また、本実施の形態２では、手押し車１の釣合い方向を鉛直方向としている。したがって、一対の車輪２は常に路面に接地している状態であり、補助輪８が路面に接地しているか否かを判断することになる。
【００５１】
図９は、本発明の実施の形態２に係る手押し車１の制御基板３２のコントローラの接地判断処理の手順を示すフローチャートである。図９において、制御基板３２のコントローラは、一対の車輪２の車軸、補助輪８の車軸に設けられているロータリーエンコーダ（ピッチ用エンコーダ、補助輪用エンコーダ）のそれぞれの出力値を取得し（ステップＳ９０１）、走行時における一対の車輪２の回転数及び補助輪８の回転数に基づいて、それぞれの回転移動距離を算出する。
【００５２】
コントローラは、算出した一対の車輪２の回転移動距離と補助輪８の回転移動距離との差分を算出し（ステップＳ９０２）、算出した差分が所定値より大きいか否かを判断する（ステップＳ９０３）。コントローラが、算出した差分が所定値より大きいと判断した場合（ステップＳ９０３：ＹＥＳ）、コントローラは、差分が所定値より大きい状態が所定時間継続しているか否かを判断する（ステップＳ９０４）。コントローラが、所定時間継続していると判断した場合（ステップＳ９０４：ＹＥＳ）、コントローラは、補助輪８が路面から離れている（接地していない）と判断する（ステップＳ９０５）。
【００５３】
補助輪８が路面から離れている場合、実施の形態１に記載の方法では、ピッチ傾斜角度θ２を推算することはできない。したがって、例えば本体部３のピッチ方向の角速度ω1pを検出するジャイロセンサ等を備えておくことにより、従来と同様、ジャイロセンサの検出値を積分してピッチ傾斜角度θ２を求める。
【００５４】
コントローラが、算出した差分が所定値以下であると判断した場合（ステップＳ９０３：ＮＯ）、又は所定時間継続していないと判断した場合（ステップＳ９０４：ＮＯ）、コントローラは、補助輪８が路面に接地していると判断し（ステップＳ９０６）、実施の形態１に記載した方法で、本体部３が鉛直方向に対してなすピッチ傾斜角度θ２を推算する。
【００５５】
コントローラは、処理を終了するか否かを判断し（ステップＳ９０７）、コントローラが、処理を継続すると判断した場合（ステップＳ９０７：ＮＯ）、コントローラは、処理をステップＳ９０１へ戻して上述した処理を繰り返す。コントローラが、処理を終了すると判断した場合（ステップＳ９０７：ＹＥＳ）、処理を終了する。
【００５６】
上述した実施例では、接地判断部４６が走行時における一対の車輪２及び補助輪８の回転数を検出する回転数検出手段を備えているが、特にこれに限定されるものではなく、直接路面に接地しているか否かを判断することができるよう、接地判断部４６としてリミットスイッチを設けても良いし、路面との距離を計測する測距センサを設けても良い。
【００５７】
図１０は、本発明の実施の形態２に係る手押し車１の、接地判断部４６としてリミットスイッチを設ける場合の構成を示す例示図である。図１０（ａ）は、リミットスイッチを設ける場合の構成を示す模式図であり、図１０（ｂ）は、リミットスイッチを設ける場合の補助輪８近傍の構成を示す部分拡大図である。
【００５８】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、リミットスイッチ１０３は、補助輪８のシャフト（回転軸）１０２に設けてある。そして、リミットスイッチ１０３にはコロ１０４が連結してあり、コロ１０４が路面から離れた場合にスイッチがオン状態となることで、補助輪８が路面から離れたことを検知することができるようになっている。
【００５９】
また、接地判断部４６は、リミットスイッチ１０３のような接触式センサに限定されるものでもない。図１１は、本発明の実施の形態２に係る手押し車１の、接地判断部４６として赤外線センサを設ける場合の構成を示す例示図である。図１１（ａ）は、赤外線センサを設ける場合の構成を示す模式図であり、図１１（ｂ）は、赤外線センサを設ける場合の補助輪８近傍の構成を示す部分拡大図である。
【００６０】
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、赤外線センサ１１１は、センサの自重により常に水平を維持するよう、補助輪８のシャフト１０２に回転可能に取りつけられている。そして、路面との距離を測定し、測定値が所定値を超えて変動した場合にスイッチがオン状態となることで、補助輪８が路面から離れたことを検知することができるようになっている。
【００６１】
また、赤外線センサ１１１の代わりに超音波センサを設けても良い。図１２は、本発明の実施の形態２に係る手押し車１の、接地判断部４６として超音波センサを設ける場合の構成を示す例示図である。図１２（ａ）は、超音波センサを設ける場合の構成を示す模式図であり、図１２（ｂ）は、超音波センサを設ける場合の補助輪８近傍の構成を示す部分拡大図である。
【００６２】
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、超音波センサ１２１は、センサの自重により常に水平を維持するよう、補助輪８のシャフト１０２に回転可能に取りつけられている。そして、路面との距離を測定し、測定値が所定値を超えて変動した場合にスイッチがオン状態となることで、補助輪８が路面から離れたことを検知することができるようになっている。
【００６３】
もちろん、従来と同様、ロータリーエンコーダを設けても良い。図１３は、本発明の実施の形態２に係る手押し車１の、車輪２及び補助輪８の車軸にロータリーエンコーダを設ける場合の構成を示す例示図である。
【００６４】
図１３に示すように、車輪２の車軸に設けたロータリーエンコーダ（ピッチ用エンコーダ）１３１、補助輪８の車軸に設けたロータリーエンコーダ（補助輪用エンコーダ）１３２の、それぞれの出力値の微分値の差分を算出する。車輪２及び補助輪８が路面に接地している場合には、算出した微分値の差分は理論上‘０’である。したがって、算出した微分値の差分が所定値を超えた場合にスイッチがオン状態となることで、補助輪８が路面から離れたことを検知することができるようになっている。
【００６５】
同様に本体部３と支持部７とのなす角度である交差角度θ１を検出するロータリーエンコーダを設け、補助輪８が接地しているか否かの判断に用いても良い。図１４は、本発明の実施の形態２に係る手押し車１の、本体部３と支持部７とのなす交差角度θ１を検出するロータリーエンコーダを設ける場合の構成を示す例示図である。
【００６６】
図１４に示すように、本体部３と支持部７との連結部分に、両者のなす交差角度θ１を検出するロータリーエンコーダ（支持部角度エンコーダ）１４１が単独で配置されて設けられている。ロータリーエンコーダ１４１の出力値の微分値を算出することで、算出した微分値が所定値を超えた場合に大きな変動、すなわち補助輪８が路面から離れたこと、あるいは路面に接地したことを検知することができるようになっている。
【００６７】
以上のように本実施の形態２によれば、車輪２及び補助輪８、又はいずれか一方が路面に接地しているか否かを判断することができるので、車輪２及び補助輪８、又はいずれか一方が路面に接地していることを確認した上で、本体部３が鉛直方向に対してなすピッチ傾斜角度θ２を推算する。推算されたピッチ傾斜角度θ２に基づいて本体部３の動作を制御するので、高価な傾斜角センサを用いることなく、また前後方向の加速状態が継続する場合であっても、高い精度で本体部３のピッチ傾斜角度θ２を推算することができ、推算したピッチ傾斜角度θ２に基づいて、本体部３が倒れこまない平衡角度に収束するよう本体部３の姿勢を制御することが可能となる。
【００６８】
なお、上述した実施の形態は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができることは言うまでもない。例えば、ピッチ用モータ６を一対の車輪２に１個設けることに限定されるものではなく、車輪２ごとに１個ずつピッチ用モータ６を設けても良い。また、電動モータ９も、本体部３と支持部７との連結部分に備えるのではなく、一又は複数の補助輪８ごとに備えても良い。また、支持部７が前方側に配置される構成、すなわち支持部７と被歩行補助者との間に本体部３が配置される構成であっても良い。この場合、前方、後方等の表現は、適宜読みかえれば良い。
【符号の説明】
【００６９】
１  手押し車
２  車輪
３  本体部
４  把持部
６  ピッチ用モータ（駆動部）
７  支持部
８  補助輪
９  電動モータ
１０  支点
３１  フレーム
３２  制御基板（制御部）
３３  電池
４１Ａ、４１Ｂ  カウンタ部
４２Ａ、４２Ｂ  回転角度計算部
４４  目標ピッチ角設定部
４５  角度検出部（角度検出手段）
４６  接地判断部（接地判断手段）
４７  ピッチ傾斜角度推算部（角度推算手段）
４８  目標ピッチ角速度計算部
４９  ピッチ用トルク指令生成部
５０  ピッチ用モータトルク指令電圧計算部
５１  ピッチ用Ｄ／Ａコンバータ部
６１  ピッチ用エンコーダ
９１  支持部角度エンコーダ（角度検出手段）
【図２】
2014045823.tif 000005
【図３】
2014045823.tif 000006
【図４】
2014045823.tif 000007
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2014045823.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月2日(2014.7.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、本発明に係る手押し車は、前記車輪及び前記補助輪、又は前記補助輪が路面に接地しているか否かを判断する接地判断手段を、前記車輪及び前記補助輪の両方、又は前記補助輪に備えることが好ましい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記構成では、車輪及び補助輪、又は補助輪が路面に接地しているか否かを判断することができるので、車輪及び補助輪、又は補助輪が路面に接地していることを確認した上で、本体部が鉛直方向に対してなす角度を推算する。推算された角度に基づいて本体部の動作を制御するので、高価な傾斜角センサを用いることなく、また前後方向の加速状態が継続する場合であっても、高い精度で本体部のピッチ方向の傾斜角度を推算することができ、推算したピッチ方向の傾斜角度に基づいて、本体部が倒れこまない平衡角度に収束するよう本体部の姿勢を制御することが可能となる。なお、接地判断手段としては、例えばリミットスイッチを用いる接触式センサ、赤外線センサ、超音波センサ等の非接触式センサ等を用いれば良い。
【手続補正３】
【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】
一対の車輪と、
該一対の車輪を回転させる一又は複数の駆動部と、
一方に前記一対の車輪が回転可能に支持される本体部と、
前記本体部の他方に設けられている把持部と、
一方にてピッチ方向に回転可能に前記本体部と連結してあり、他方にて一又は一対の補助輪を回転可能に支持する支持部と、
前記一又は複数の駆動部の動作を制御する制御部と
を備える手押し車において、
前記本体部と前記支持部とのなす角度を検出する角度検出手段と、
該角度検出手段で検出された角度に基づいて、前記本体部が鉛直方向に対してなす角度を推算する角度推算手段と
を備え、推算された角度に基づいて前記本体部の動作を制御することを特徴とする手押し車。
【請求項２】
前記車輪及び前記補助輪、又は前記補助輪が路面に接地しているか否かを判断する接地判断手段を、前記車輪及び前記補助輪の両方、又は前記補助輪に備えることを特徴とする請求項１に記載の手押し車。
【請求項３】
前記車輪及び前記補助輪、又はいずれか一方が路面に接地しているか否かを判断する接地判断手段を、前記車輪及び前記補助輪に備え、
前記接地判断手段は、走行時における前記車輪の回転移動距離と前記補助輪の回転移動距離との差分に基づいて路面に接地しているか否かを判断することを特徴とする請求項１に記載の手押し車。
【請求項４】
前記車輪の回転数及び前記補助輪の回転数を検出するエンコーダをそれぞれ備えることを特徴とする請求項３に記載の手押し車。
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月13日(2014.11.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明に係る手押し車は、一対の車輪と、該一対の車輪を回転させる一又は複数の駆動部と、一方に前記一対の車輪が回転可能に支持される本体部と、前記本体部の他方に設けられている把持部と、一方にてピッチ方向に回転可能に前記本体部と連結してあり、他方にて一又は一対の補助輪を回転可能に支持する支持部と、前記一又は複数の駆動部の動作を制御する制御部とを備える手押し車において、前記本体部と前記支持部とのなす角度を検出する角度検出手段と、該角度検出手段で検出された角度に基づいて、前記本体部が路面に対して垂直方向に対してなす角度を推算する角度推算手段とを備え、推算された角度に基づいて前記本体部の動作を制御することを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記構成では、本体部と支持部とのなす角度を検出して、検出された角度に基づいて、本体部が路面に対して垂直方向に対してなす角度を推算する。推算された角度に基づいて本体部の動作を制御するので、高価な傾斜角センサを用いることなく、また前後方向の加速状態が継続する場合であっても、高い精度で本体部のピッチ方向の傾斜角度を推算することができ、推算したピッチ方向の傾斜角度に基づいて、本体部が倒れこまない平衡角度に収束するよう本体部の姿勢を制御することが可能となる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記構成では、車輪及び補助輪、又は補助輪が路面に接地しているか否かを判断することができるので、車輪及び補助輪、又は補助輪が路面に接地していることを確認した上で、本体部が路面に対して垂直方向に対してなす角度を推算する。推算された角度に基づいて本体部の動作を制御するので、高価な傾斜角センサを用いることなく、また前後方向の加速状態が継続する場合であっても、高い精度で本体部のピッチ方向の傾斜角度を推算することができ、推算したピッチ方向の傾斜角度に基づいて、本体部が倒れこまない平衡角度に収束するよう本体部の姿勢を制御することが可能となる。なお、接地判断手段としては、例えばリミットスイッチを用いる接触式センサ、赤外線センサ、超音波センサ等の非接触式センサ等を用いれば良い。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
上記構成では、走行時における車輪の回転移動距離と補助輪の回転移動距離との差分に基づいて路面に接地しているか否かを判断することができるので、車輪及び補助輪又はいずれか一方が路面に接地していることを確認した上で、本体部が路面に対して垂直方向に対してなす角度を推算する。推算された角度に基づいて本体部の動作を制御するので、高価な傾斜角センサを用いることなく、また前後方向の加速状態が継続する場合であっても、高い精度で本体部のピッチ方向の傾斜角度を推算することができ、推算したピッチ方向の傾斜角度に基づいて、本体部が倒れこまない平衡角度に収束するよう本体部の姿勢を制御することが可能となる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
上記構成によれば、本体部と支持部とのなす角度を検出して、検出された角度に基づいて、本体部が路面に対して垂直方向に対してなす角度を推算する。推算された角度に基づいて本体部の動作を制御するので、高価な傾斜角センサを用いることなく、また前後方向の加速状態が継続する場合であっても、高い精度で本体部のピッチ方向の傾斜角度を推算することができ、推算したピッチ方向の傾斜角度に基づいて、本体部が倒れこまない平衡角度に収束するよう本体部の姿勢を制御することが可能となる。
【手続補正６】
【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】
一対の車輪と、
該一対の車輪を回転させる一又は複数の駆動部と、
一方に前記一対の車輪が回転可能に支持される本体部と、
前記本体部の他方に設けられている把持部と、
一方にてピッチ方向に回転可能に前記本体部と連結してあり、他方にて一又は一対の補助輪を回転可能に支持する支持部と、
前記一又は複数の駆動部の動作を制御する制御部と
を備える手押し車において、
前記本体部と前記支持部とのなす角度を検出する角度検出手段と、
該角度検出手段で検出された角度に基づいて、前記本体部が路面に対して垂直方向に対してなす角度を推算する角度推算手段と
を備え、推算された角度に基づいて前記本体部の動作を制御することを特徴とする手押し車。
【請求項２】
前記車輪及び前記補助輪、又は前記補助輪が路面に接地しているか否かを判断する接地判断手段を、前記車輪及び前記補助輪の両方、又は前記補助輪に備えることを特徴とする請求項１に記載の手押し車。
【請求項３】
前記車輪及び前記補助輪、又はいずれか一方が路面に接地しているか否かを判断する接地判断手段を、前記車輪及び前記補助輪に備え、
前記接地判断手段は、走行時における前記車輪の回転移動距離と前記補助輪の回転移動距離との差分に基づいて路面に接地しているか否かを判断することを特徴とする請求項１に記載の手押し車。
【請求項４】
前記車輪の回転数及び前記補助輪の回転数を検出するエンコーダをそれぞれ備えることを特徴とする請求項３に記載の手押し車。
【国際調査報告】
2014045823.tif 000019
2014045823.tif 000020