(57)【要約】【課題】入力操作を無くして作業者の作業動作に追従して台車の進退移動を行うことができ、作業性と使い勝手を向上させ、かつ小型軽量で安価に製造可能な腰掛作業用台車を提供する。【解決手段】モータ駆動回路１２は、車体フレーム１の座部２に座った作業者の作業動作に伴う少なくとも駆動車輪４の回転若しくは車体フレーム１に作用する荷重変動のいずれかを検出すると、モータ５を駆動制御して車体フレーム１を作業者が移動したい方向に追従して移動させる。【選択図】図４
2018134006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業者が座る座部が設けられた車体フレームと、
前記車体フレームの長手方向一端側に設けられた操舵車輪と、
前記車体フレームの長手方向他端側に設けられ正逆回転駆動可能なモータのモータ軸に車輪が連結された一対の駆動車輪と、
前記各モータに対して電源を供給する電源部と、
前記各モータの駆動時間やモータ出力を含む回転動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記車体フレームの座部に座った作業者の作業動作に伴う少なくとも前記駆動車輪の回転若しくは前記車体フレームに作用する荷重変動のいずれかを検出すると、前記モータを駆動制御して前記車体フレームを作業者が移動したい方向に追従して移動させることを特徴とする腰掛作業用台車。
【請求項２】
前記制御部は前記各モータに内蔵されたセンサ素子若しくは前記各モータに発生する逆起電力により回転動作及び回転方向を検出し或いは荷重センサの検出信号により、前記各モータを所定出力、所定時間、所定距離のいずれか若しくはこれらの組み合わせによる駆動制御により前記車体フレームを移動させる請求項１記載の腰掛作業用台車。
【請求項３】
前記操舵車輪は、前記車体フレームに対して回動可能に軸支された自在車輪である請求項１又は請求項２記載の腰掛作業用台車。
【請求項４】
前記モータはモータ基板を内蔵した金属ケース体に収納され、前記モータ基板と電気的に接続され、モータ情報を送受信可能な無線通信装置が前記金属ケース体に重ねて組み付けられた樹脂ケース体に収納されている請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の腰掛作業用台車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば作業者が台車に腰を掛けたまま移動しながら農作業を行なえる腰掛作業用台車に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、畑やビニールハウス内等で畝と畝との間に沿って移動しながら種まき、草取り、収穫等の農作業を行う場合、作業者がしゃがみ込んだ状態で畝間を移動しながら手作業を行う必要がある。この農作業の作業効率を高め、楽な姿勢で作業を行えるようにするため腰掛作業用台車が提案されている。
【０００３】
車体フレームに装着された前車輪軸と後車輪軸との間にモータ及びバッテリーを搭載しモータと後車輪軸との間にクラッチを含む回転伝達機構が設けられている。作業者は車体フレームの前側に設けられた足台に足をのせて制御ペダルを踏むことによりモータ駆動を制御するようになっている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−６６３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した腰掛作業用台車は、作業者が車体に腰掛けるだけでなく足台に足を乗せて制御ペダルを踏むことによりモータを駆動制御して移動するようになっている。よって、作業者が作業姿勢と移動姿勢とで向きが異なるため、作業姿勢のまま移動することができない。よって、台車を移動するには逐一制御ペダルを踏む必要があるため同じ姿勢で継続した作業が行い難いという課題がある。また、車体フレームの前側に設けられた足台に制御ペダルが設けられており台車の移動方向が決まっているため、臨機応変に台車を進退移動することができない。
また、腰掛作業用台車には、モータの駆動を伝達する回転伝達機構やクラッチが設けられているため、複雑な機構で重量も重くなり製造コストも嵩むうえに、作業者の作業動作に追従して台車を移動させることは困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、入力操作を無くして作業者の作業動作に追従して台車の進退移動を行うことができ、作業性と使い勝手を向上させ、かつ小型軽量で安価に製造可能な腰掛作業用台車を提供することにある。
【０００７】
本発明に係る腰掛作業用台車は、上記目的を達成するため、次の構成を備える。
作業者が座る座部が設けられた車体フレームと、前記車体フレームの長手方向一端側に設けられた操舵車輪と、前記車体フレームの長手方向他端側に設けられ正逆回転駆動可能なモータのモータ軸に車輪が連結された一対の駆動車輪と、前記各モータに対して電源を供給する電源部と、前記各モータの駆動時間や駆動トルクを含む回転動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記車体フレームの座部に座った作業者の作業動作に伴う少なくとも前記駆動車輪の回転若しくは前記車体フレームに作用する荷重変動のいずれかを検出すると、前記モータを駆動制御して前記車体フレームを作業者が移動したい方向に追従して移動させることを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、車体フレームに座ったまま作業を行う作業者がいずれかの方向に駆動車輪を回転させるか若しくは作業者の重心の移動が検出されると、制御部はモータを駆動制御して車体フレームを作業者が移動したい方向に追従して移動させる。
よって、作業者が作業姿勢のまま入力操作を行わずに移動したい方向に車体フレームを移動させて作業を継続することができる。また、駆動車輪にモータが連結された簡素な構造であるため、車体重量も軽く、小型軽量で安価に製造することができる。
【０００９】
前記制御部は前記各モータに内蔵されたセンサ素子若しくは前記各モータに発生する逆起電力により回転動作及び回転方向を検出し或いは荷重センサの検出信号により、前記各モータを所定出力、所定時間、所定距離のいずれか若しくはこれらの組み合わせによる駆動制御により前記車体フレームを移動させることが望ましい。
これにより、作業者が格別な入力操作を行わずに重心の移動により車体フレームを所定方向にわずかに移動させるだけで台車に腰掛けたままモータを所定出力、所定時間、所定距離のいずれか若しくはこれらの組み合わせにより駆動制御して車体フレームに座ったまま移動することができる。また、作業者が駆動車輪を回転させずに、座部に前進若しくは後退に対応する複数の荷重センサを設けて作業者の重心の偏りを検出した場合に、制御部がモータを起動して台車の移動を行うようにしてもよい。或いは荷重センサの検出と駆動車輪の回転動作の双方を検出したときに各モータを駆動制御するようにしてもよい。
【００１０】
前記操舵車輪は、前記車体フレームに対して回動可能に軸支された自在車輪であることが好ましい。これにより、台車の進行方向を自在に変更することができる。また、モータは、前輪側若しくは後輪側の少なくともいずれか一対の車輪軸に設けられていればよいが、４輪すべてにモータが設けられていてもよい。
【００１１】
前記モータはモータ基板を内蔵した金属ケース体に収納され、前記モータ基板と電気的に接続され、モータ情報を送受信可能な無線通信装置が前記金属ケース体に重ねて組み付けられた樹脂ケース体に収納されていることが好ましい。
これにより、携帯端末、タブレット端末等から予め無線通信装置を通じてブルートゥース（登録商標）等の近距離無線通信規格を用いて制御部とデータ通信を行うことで、モータの制御動作に必要なパラメータの設定を行うことができる。パラメータの設定例として、モータ出力、モータ動作時間、動作速度、停止時間、動作開始検出感度等を設定することができる。例えばモータの出力を弱めに設定することで、台車の移動をアシストとして利用することができ、また動作検出感度を鈍らせることで、作業者の作業動作に追従して台車が頻繁に移動してしまうのを防ぐことができる。
【００１２】
尚、無線通信機能を使うまでもなく、制御部に対して有線通信によりデータ入力を行なってパラメータ設定を行なうようになっていてもよい。
また、金属ケース体及び樹脂ケース体は使用環境を考慮して防水構造（シール構造）を備えていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
入力操作を無くして台車の進退移動を行うことができ、作業性と使い勝手を向上させ、かつ小型軽量で安価に製造可能な腰掛作業用台車を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】腰掛作業用台車の正面図である。
【図２】図１の腰掛作業用台車の左側面図である。
【図３】図１の腰掛作業用台車の右側面図である。
【図４】図１の腰掛作業用台車の制御系のブロック構成図である。
【図５】モータの側面図である。
【図６】モータの斜視図である。
【図７】他例に係る腰掛作業用台車の正面図及び左側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る腰掛作業用台車の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本実施例は、インナーロータ型モータに送受信機能を有する無線通信モジュールを搭載したモータが駆動車輪に同軸に設けられた腰掛作業用台車を例示して説明する。
【００１６】
先ず、腰掛作業用台車の概略構成について図１乃至図６を参照して説明する。
図１に示すように、車体フレーム１は、金属フレーム材（アルミニウム材、ステンレススチール材等）を例えば矩形状に組み合わせて形成され、車体フレーム１の上面には作業者が座る座部２（椅子）が設けられている。座部２は、背もたれがついている椅子のような形態であってもよい。この場合には、車体フレーム１の進行方向と直交する向きに座って作業することができるように回転式の椅子であることが好ましい。
【００１７】
また、車体フレーム１の長手方向一端側には一対の操舵車輪３が設けられている。
操舵車輪３は、車体フレーム１に対して回動可能に軸支された自在車輪が用いられる。操舵車輪３は、門形に形成された軸受部材３ａの対向する一対の側面部３ｂ操舵車輪３が回転自在に軸支されている。軸受部材３ａの天面部３ｃに回動軸３ｄの一端が一体に連結されており、回動軸３ｄの他端は車体フレーム１に回動自在に軸支されている。これにより、台車の進行方向を自在に変更することができる。尚、操舵車輪３は、必ずしも一対設ける必要はなく一輪であってもよい。
【００１８】
また、車体フレーム１の長手方向他端側には一対の側板１ａが垂下して設けられている。この側板１ａの外側面には駆動車輪４が各々軸支されている。また、側板１ａの内側面には、正逆回転駆動可能なモータ５がモータ軸に駆動車輪４が連結されて各々一体に軸支されている。車体フレーム１には、各モータ５に対して電源を供給するバッテリー６（電源部）が搭載されている。
【００１９】
各モータ５には、後述するようにモータ駆動回路１２（図４モータドライバー１２参照：制御部）が設けられており、モータ５の駆動動作（駆動時間、駆動速度、出力トルク等）を制御する。モータ駆動回路１２には、車体フレーム１の座部２に座った作業者の作業動作に伴って駆動車輪４が回転するとモータ５の回転子５ａ（図５参照）の回転動作及び回転方向を検出した検出信号が入力される。このとき、モータ駆動回路１２は、モータ５を所定時間起動運転して車体フレーム１をモータ５の回転方向に移動させるようになっている。
【００２０】
上記構成によれば、車体フレーム１に座ったまま例えば作業者がいずれかの方向に移動しようと駆動車輪４を回転させると、モータ駆動回路１２（図４参照）は各モータ５の回転子５ａの回転動作及び回転方向を検出して、各モータ５を所定出力、所定時間、所定距離のいずれか若しくはこれらの組み合わせにより駆動制御して車体フレーム１を移動させる。
よって、作業者が作業姿勢のまま入力操作を行わずに移動したい方向に車体フレーム１を追従させて移動させ作業を継続することができる。また、駆動車輪４にモータ５が連結された簡素な構造であるため、車体重量も軽く、小型軽量で安価に製造することができる。
【００２１】
上述したモータ駆動回路１２には、各モータ５に内蔵されたセンサ素子（ホールＩＣ７ａ等）若しくはコイルに発生する逆起電力により回転子５ａの回転動作及び回転方向を検出して各モータ５を所定出力、所定時間、所定距離のいずれか若しくはこれらの組み合わせで駆動制御して車体フレーム１を走行させるようになっている。
これにより、作業者が格別な入力操作を行わずに重心の移動や作業姿勢の変更により車体フレーム１を所定方向にわずかに移動させるだけで台車に腰掛けたまま移動することができる。
また、座部２に前進若しくは後退に対応する複数の荷重センサ１５（図４参照：ロードセル等）を設けて車体フレーム１に作用する荷重変動（作業者の重心移動）を検出した場合に、モータ駆動回路１２（図４参照）がモータ５を起動して台車の移動を行うようにしてもよい。
更には、作業者が地面をけり出す強度に応じてモータ駆動回路１２に検出される検出信号の大きさ、速度、時間等も変わることから、これらに応じてモータ５の制御動作を変更してもよい。例えば、作業者が地面を強くけり出せば車体フレーム１の移動する距離が延び、弱くけり出せば移動する距離が短縮するように、モータ駆動回路１２はモータ５を駆動制御するようにしてもよい。
【００２２】
操舵車輪３は、車体フレーム１に対して回動可能に軸支された自在車輪であることが好ましい。これにより、台車の進行方向を自在に変更することができる。
また、モータ５は、前輪側若しくは後輪側の少なくともいずれか一対の車輪軸に設けられていればよいが、４輪すべてにモータ５を設けてもよい。この場合には、車体フレーム１より側板１ａを前後輪に対応して各々一対ずつ設けて、モータ５及び駆動車輪４を各々支持することが望ましい。
【００２３】
図５に示すように、各モータ５はモータ基板７を内蔵した金属ケース体８を備えている。金属ケース体８には樹脂ケース体９が重ねて一体に組み付けられている。樹脂ケース体９には、無線通信モジュール１０（無線通信装置）が収納されている。無線通信モジュール１０はモータ基板７と電気的に接続されており、モータ情報を無線によりデータ通信できるようになっている。
【００２４】
図５に示すように金属ケース体８は、第１ケース体８ａと第２ケース体８ｂを重ね合わせて組み付けられている。具体的には、第１ケース体８ａと第２ケース体８ｂとはシール材を介して重ね合わせてねじ１１によりねじ止めされている。金属ケース体８としては、例えばアルミ材が用いられる。金属ケース体８内には、インナーロータ型のモータ５が組み付けられている。また、第２ケース体８ｂ内には駆動伝達機構として減速機５ｅが設けられている。
【００２５】
図５において、モータ５は、インナーロータ型の回転子５ａとその周囲に固定子５ｂを備えている。回転子５ａは、回転子軸５ｃと一体に組み付けられた図示しない回転子ヨークと回転子ヨークの外周に固定された環状の回転子磁石を備えている。また、回転子ヨークの天板部には、回転子５ａの位置を検出するための環状のセンサ磁石５ｄが設けられている。センサ磁石５ｄは、モータ基板７に設けられたホールＩＣ７ａ等に対向して配置されている。
【００２６】
図５に示すように、固定子５ｂは、環状の固定子コア（図示せず）が第１ケース体８ａ及び第２ケース体８ｂの内周面に位置決めされて一体に組み付けられている。固定子コアは、径方向内側に向かって極歯が突設されている。各極歯にはインシュレータを介してコイルが巻かれている。各極歯は、先端部を回転子５ａの回転子磁石と対向配置されている。回転子軸５ｃの一端側は、回転子ヨークと一体に連結されている。回転子軸５ｃの他端側は、減速機５ｅと連結され第２ケース体８ｂの外方に延設されている。回転子軸５ｃは、車体フレーム１の側板１ａに回転可能に軸支され、駆動車輪４と一体に連結されている（図２参照）。
【００２７】
モータ基板７の回転子ヨークに対向する基板面には、センサ磁石５ｄの磁極位置を検出するセンサ素子（ホールＩＣ７ａ等）が実装されている。また、モータ基板７の第１ケース体８ａに対向する基板面には、ＣＰＵ、ＭＰＵ、スイッチング回路等のモータドライバー（モータ駆動回路１２：図４参照）が設けられている。
【００２８】
図６に示すように、樹脂ケース体９は、第１ケース体８ａを覆って重ね合わせてねじ１３により一体に固定される。第１ケース体８ａの外側面には、無線通信モジュール１０が設けられる。無線通信モジュール１０とモータ基板７とは電気的に接続されモータ情報を送受信可能となっている。樹脂ケース体９は、例えば難燃性、耐薬品性、耐熱老化性などに優れたＰＢＴ（Poly Butylene Terephtalate）樹脂が好適に用いられる。樹脂製であるため、無線電波の障害となることはなく、しかも外部環境から無線通信モジュール１０を保護することができる。尚、樹脂ケース体９の一部には、バッテリー６から外部給電用の配線孔としてグロメット９ａが設けられている。
【００２９】
尚、無線通信機能を使うまでもなく、モータ基板７に対して有線通信によりデータ入力を行なってパラメータ設定を行なうようになっていてもよい。
また、金属ケース体８及び樹脂ケース体９は使用環境を考慮して防水構造（シール材，グロメット等）を備えていることが好ましい。
【００３０】
ここで、腰掛作業用台車の制御系について図４のブロック構成図を参照して説明する。モータ基板７に設けられたモータ駆動回路（モータドライバー）１２には、モータ５のコイル、或いはホールＩＣ７ａ等のセンサ素子、エンコーダ等から回転動作及び回転方向を検出する検出信号が入力される。例えば、作業者が車体フレーム１の座部２に座ったまま作業を行い、重心の移動と共に駆動車輪４が回転すると、モータコイルに逆起電力が発生し、この誘起電圧パルスがモータ駆動回路１２に入力される。或いは、ホールＩＣ７ａ、エンコーダ等から検出パルスがモータ駆動回路１２に入力される。これらの検出信号をトリガ信号としてモータ５を所定出力、所定時間、所定距離のいずれか若しくはこれらの組み合わせで駆動制御することができる。
【００３１】
また、モータ駆動回路１２は、送信部１０ａ及び受信部１０ｂを有する無線通信モジュール１０とデータ通信するようになっている。また、携帯端末、タブレット端末等の外部端末１４から予め無線通信モジュール１０を通じてブルートゥース等の近距離無線通信規格を用いてモータ駆動回路（モータドライバー）１２とデータ通信を行うこともできる。これにより、モータ５の制御動作に必要なパラメータの設定を行うことができる。パラメータの設定例として、モータ出力（出力トルク）、モータ動作時間、動作速度、停止時間、動作開始検出感度等を設定することができる。例えばモータ出力を弱めに設定することで、台車の移動をアシストとして利用することができ、また動作検出感度を鈍らせることで、作業者の作業動作に追従して台車が頻繁に移動してしまうのを防ぐことができる。
また、座部２に作業者の重心移動（前進若しくは後退）を検出する複数の荷重センサ１５を設けて作業者の重心の偏りを検出した場合にモータ駆動回路１２がモータ５を駆動制御して台車の移動を行うようにしてもよい。或いは荷重センサ１５の検出と駆動車輪４の回転動作の双方を検出したときに各モータ５を駆動制御するようにしてもよい。
【００３２】
以上説明したように、作業者が作業姿勢のまま入力操作を行わずに移動したい方向に車体フレーム１を追従させて移動させ作業を継続することができる。また、駆動車輪４にモータ５が連結された簡素な構造であるため、車体重量も軽く、小型軽量で安価に製造することができる。
【００３３】
また、図７Ａ，Ｂに示すように、車体フレーム１から垂下した一対の側板１ａの外側面に、モータ５及び駆動車輪４を接続した状態で支持するようにしてもよい。
【００３４】
また、モータ５は、ブルートゥース等の近距離無線通信規格を用いて送受信可能となるため、畑やビニールハウス等に台車を配置しておいて、作業を開始する前に外部端末１４を使用して遠隔操作により予めモータ出力、モータ動作時間、動作速度、停止時間、動作開始検出感度等のパラメータを設定しておくことが可能となる。また、外部端末１４の遠隔操作により、モータ５を起動させて腰掛作業用台車を所望の位置まで自走させるようにしてもよい。
【００３５】
上述した実施例は、インナーロータ型のモータ５を例示して説明したが、アウターロータ型のモータであってもよい。
また、モータ５と無線通信モジュール１０の配置構成や減速機５ｅの構成等は適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１  車体フレーム  １ａ  側板  ２  座部  ３  操舵車輪  ３ａ  軸受部材  ３ｂ  側面部  ３ｃ  天面部  ３ｄ  回動軸  ４  駆動車輪  ５  モータ  ５ａ  回転子  ５ｂ  固定子  ５ｃ  回転子軸  ５ｄ  センサ磁石  ５ｅ  減速機  ６  バッテリー  ７  モータ基板  ７ａ  ホールＩＣ  ８  金属ケース体  ８ａ  第１ケース体  ８ｂ  第２ケース体  ９  樹脂ケース体  １０  無線通信モジュール  １０ａ  送信部  １０ｂ  受信部  １１，１３  ねじ  １２  モータ駆動回路  １４  外部端末  １５  荷重センサ
【図１】
2018134006.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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