(57)【要約】【課題】電動アシスト付きの走行体において消費電流を抑えつつ、操作性を向上させる。【解決手段】走行体である搬送ベッドは、入力トルクをホールドするホールド閾値ＨＳ１を有し、操作者の入力トルクがホールド閾値ＨＳ１以下になったときには、ホールド時間Ｈｔの間、入力トルクがホールド閾値ＨＳ１であるとみなしてアシスト力を演算し、そのアシスト力で操作者が搬送ベッドを押し引きする力をアシストする。ホールド時間Ｈｔの間に入力トルクがホールド解除閾値ＨＬ１以下になったら、ホールドを解除して実際の入力トルクに基づいてアシスト力を演算する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作者が加える入力トルクを検出し、この入力トルクに基づいて電動モータで駆動輪を回転させ、操作者の入力をアシストする電動アシスト力を発生させる走行体であって、
入力トルクが前記ホールド閾値以下になったときに、所定のホールド時間の間、入力トルクを一定のホールド閾値とみなして電動アシスト力を演算するように構成されていることを特徴とする電動アシストを受けて走行する走行体。
【請求項２】
前記ホールド閾値よりも小さい入力トルクに相当するホールド解除閾値を有し、前記ホールド時間の間に入力トルクが前記ホールド解除閾値以下になったときには、実際の入力トルクに相当するアシスト力を発生させるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の電動アシストを受けて走行する走行体。
【請求項３】
操作者が入力トルクを付与する入力部を押し引き自在に設け、前記ホールド解除閾値は、前記入力部の押し引き方向の中点に相当するトルクであることを特徴とする請求項２に記載の電動アシストを受けて走行する走行体。
【請求項４】
電動アシストを開始するときの入力トルクに相当する第１の閾値と、電動アシスト中に電動アシストを停止させるときの入力トルクに相当する第２の閾値とを有し、前記ホールド閾値が前記第１の閾値と前記第２の閾値との間にあることを特徴とする請求項１に記載の電動アシストを受けて走行する走行体。
【請求項５】
電動アシストを開始するときの入力トルクに相当する第１の閾値と、電動アシスト中に電動アシストを停止させるときの入力トルクに相当する第２の閾値とを有し、前記ホールド閾値が前記第１の閾値と前記第２の閾値との間にあり、前記ホールド解除閾値が前記第１の閾値よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の電動アシストを受けて走行する走行体。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の走行体が、患者を寝かせるマットと、前記マットを載置する本体部と、前記本体部に対して揺動自在に設けられ、操作者が入力トルクを与えるハンドルとを備える搬送ベッドであることを特徴とする電動アシストを受けて走行する走行体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、病弱者や荷物等の移動に使用され、電動モータによる電動アシストを受けて走行する走行体に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動アシストを受けて走行が可能な走行体としては、例えば、病院や介護施設、工場、倉庫等において使用される電動のベッドやストレッチャー、給食運搬用台車、荷役用電動台車などの搬送装置があげられる。このような走行体の一例としての搬送装置は、本体フレームに配置されたキャスターに加えて、電動モータで駆動される駆動輪が取り付けられており、この駆動輪によって移動時のアシスト力が得られる。本体フレーム上には、ベッドであればマットが載置され、台車であれば荷台が設けられる。
【０００３】
従来の電動アシスト付き搬送装置では、操作者が操作ハンドルに与えた力（操作力）を検出する装置として、操作ハンドルを操作したときのねじり変位をトーションバーで検出し、操作ハンドルの操作角度に応じた信号がポテンショメータから出力されるように構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。ポテンショメータから出力される信号に基づいて入力トルクが検出され、入力トルクの大きさに応じて電動モータが駆動される。
【０００４】
ここで、電動モータでアシスト力を付与する場合の電力制御としては、電動補助自転車の補助動力制御方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。この補助動力制御方法では、踏力が第１の閾値以下であるとき、この状態が所定時間継続した場合には、電動モータへのアシスト電流の供給を中止し、又はアシスト電流を正規の設定値よりも低くする。踏力が第１の閾値よりも大きい第２の閾値を越えたら、正規のアシスト電流の供給を開始する。消費電流が低く抑えられるので、航続距離が延びる。
【特許文献１】特開２００５−２８９０８１号公報
【特許文献２】特開２０００−７２０８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、操作者から走行体である搬送装置に入力される入力トルクが短時間に増減した場合には、これに追従してアシスト電流が変化してしまうので、アシスト力が頻繁に変化して操作性が悪くなる。特に、人が乗った状態で使用される電動補助自転車とは異なり操作者が手で押すタイプの搬送装置では、操作者から搬送装置に入力される操作力が変動し易い。このため、入力トルクにアシスト力を敏感に対応させると、電動モータがブレーキのように働いて搬送装置が重たく感じられ、操作者の負担を増大させてしまう。なお、その一方で、所定時間内であっても第１の閾値を下回ったときには、アシスト力を変動させて追従性を向上させたいという要望もある。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電動アシスト付きの走行体において消費電流を抑えつつ、操作性を向上させることを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、操作者が加える入力トルクを検出し、この入力トルクに基づいて電動モータで駆動輪を回転させ、操作者の入力をアシストする電動アシスト力を発生させる走行体であって、入力トルクが前記ホールド閾値以下になったときに、所定のホールド時間の間、入力トルクを一定のホールド閾値とみなして電動アシスト力を演算するように構成されていることを特徴とする電動アシストを受けて走行する走行体とした。
この電動アシストを受けて走行する走行体は、入力トルクがホールド閾値以下になったときに、実際の入力トルクが変化しても一定の値（ホールド閾値）を入力トルクとみなしてアシスト力を発生させる。ホールド時間の間は、走行体が入力トルクの変化に依らずに安定した力でアシストされるようになる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電動アシストを受けて走行する走行体において、前記ホールド閾値よりも小さい入力トルクに相当するホールド解除閾値を有し、前記ホールド時間中に入力トルクが前記ホールド解除閾値以下になったときには、実際の入力トルクに相当するアシスト力を発生させるように構成したことを特徴とする。
この電動アシストを受けて走行する走行体は、ホールド中に実際の入力トルクがさら減少してホールド解除閾値以下になると、ホールドを解除して実際の入力トルクに基づいてアシスト力を制御する。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の電動アシストを受けて走行する走行体において、操作者が入力トルクを付与する入力部を押し引き自在に設け、前記ホールド解除閾値は、前記入力部の押し引き方向の中点に相当するトルクであることを特徴とする。
この電動アシストを受けて走行する走行体は、操作者が走行体を押し引きしない状態、つまり操作部を中立な状態にしたときに、ホールドを解除し、以降は実際の入力トルクに基づいてアシスト力を発生させる。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載の電動アシストを受けて走行する走行体において、電動アシストを開始するときの入力トルクに相当する第１の閾値と、電動アシスト中に電動アシストを停止させるときの入力トルクに相当する第２の閾値とを有し、前記ホールド閾値が前記第１の閾値と前記第２の閾値との間にあることを特徴とする。
この電動アシストを受けて走行する走行体は、電動アシストの開始と停止にヒステリシスを持たせ、電動モータのオン、オフが頻繁に行われないようにする。これら第１、第２の閾値の間にホールド閾値を設定したので、入力トルクの大きさが微小に変化した場合や、入力トルクの変化時間が微小な場合に電動モータのオン、オフが頻繁に行われないようになる。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項２に記載の電動アシストを受けて走行する走行体において、電動アシストを開始するときの入力トルクに相当する第１の閾値と、電動アシスト中に電動アシストを停止させるときの入力トルクに相当する第２の閾値とを有し、前記ホールド閾値が前記第１の閾値と前記第２の閾値との間にあり、前記ホールド解除閾値が前記第１の閾値よりも小さいことを特徴とする。
この電動アシストを受けて走行する走行体は、電動アシストの開始と停止にヒステリシスを持たせ、電動モータのオン、オフが頻繁に行われないようにする。これら第１、第２の閾値の間にホールド閾値を設定したので、入力トルクの大きさが微小に変化した場合や、入力トルクの変化時間が微小な場合に電動モータのオン、オフが頻繁に行われないようになる。さらに、操作者が走行体を停止させたときなど、入力トルクがホールド解除閾値以下になるように大きく変化した場合には、ホールドを解除して操作者の意思を反映させる。
【００１１】
請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の走行体が、患者を寝かせるマットと、前記マットを載置する本体部と、前記本体部に対して揺動自在に設けられ、操作者が入力トルクを与えるハンドルとを備える搬送ベッドであることを特徴とする電動アシストを受けて走行する走行体とした。
この電動アシストを受けて走行する走行体は、患者を乗せて搬送するときなどに、搬送ベッドを押す力（入力トルク）がホールド閾値以下になったときに、実際の入力トルクが変化しても一定の値（ホールド閾値）を入力トルクとみなしてアシスト力を発生させる。ホールド時間の間は、搬送ベッドが入力トルクの変化に依らずに略一定の力でアシストされるようになるので、患者の乗り心地や、操作者の操作性が向上する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、入力トルクがホールド閾値以下になったときには、所定時間の間は略一定のホールド閾値に相当するトルクを入力トルクとみなしてアシスト力を発生させるので、操作者の入力トルクが少しだけ減少した場合や、一時的に減少した場合でも走行体の挙動を安定させることができる。このため、操作性に優れると共に、振動を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下において、走行体は病院用の搬送ベッドとして説明する。また、前後方向とは、ベッドの長手方向であって、搬送ベッドが主に進退する方向とする。幅方向とは、前後方向に直交する幅方向をいうものとする。
【００１４】
図１及び図２に示すように、搬送ベッド１は、本体フレーム２（本体部）を有し、本体フレーム２上に患者を寝かせるマット３が載置されている。さらに、本体フレーム２にはマット３を囲むように安全柵４が取り付けられている。本体フレーム２からは脚部５が４本下向きに延設されており、脚部５の下端にはキャスター６が１つずつ取り付けられている。さらに、本体フレーム２の底部で４本の脚部５の間には、支柱７が下向きに固定されている。支柱７の下端には、アーム８が固定されており、アーム８に駆動ユニット１０が図中に矢印Ｘで示す方向に回動自在に連結されている。
【００１５】
駆動ユニット１０は、搬送ベッド１の幅方向に同じものが１つずつ設置されており、ベース部１１に直流駆動の電動モータであるアシストモータ１２と、アシストモータ１２の回転を減速する減速機１３とが搭載されている。減速機１３の出力軸は、回転軸１４になっており、回転軸１４には、駆動輪１５が固定されている。ベース部１１の前側には、ブラケット２０が固定されている。ブラケット２０は、高さ方向に延びており、ベース部１１に近い基端部にアーム８が連結されている。ブラケット２０の上端部には、圧縮コイルバネ２１を介して昇降アクチュエータ２２のプランジャ２３が固定されている。圧縮コイルバネ２１及び昇降アクチュエータ２２は、ブラケット２０から前方に延びるように配置されている。昇降アクチュエータ２２は、本体フレーム２から延びるブラケット２５に支持されている。昇降アクチュエータ２２は、ＤＣモータ２６を備えており、ＤＣモータ２６の回転によってプランジャ２３を矢印Ｙ方向に伸縮させることができる。プランジャ２３が延伸すると、圧縮コイルバネ２１を介してブラケット２０の上端部が押される。これによって、ベース部１１がアーム８に連結されている部分を起点としてＸ方向に回動し、駆動ユニット１０が床面に押し付けられて接地荷重が発生する。
【００１６】
さらに、本体フレーム２の底部で、駆動ユニット１０よりも後方には、電源用のバッテリ３０と、アシストモータ１２，２６の制御をするコントローラ３１とが取り付けられている。バッテリ３０は、アシストモータ１２，２６やコントローラ３１に電力供給すると共に、マット３のリクライニング機構（不図示）のモータ等に電力供給を行う。コントローラ３１は、本体フレーム２に取り付けられたコントロールパネル（不図示）に接続されており、操作者の入力指示に従ってアシストモータ１２等の駆動制御を行うこともできる。
【００１７】
本体フレーム２の後端の安全柵４には、ハンドル機構部４０が設けられている。ハンドル機構部４０は、ブラケット３９を介してセンサ装置（操作力検出装置）４１が取り付けられている。センサ装置４１は、搬送ベッド１の移動に際して操作者が与える操作荷重（入力トルク）を検出するためのセンサである。
図１及び図３に示すように、センサ装置４１は、ブラケット３９に固定されたハウジング４２に中空シャフト４３が回転自在に支持されている。中空シャフト４３の回転軸は、搬送ベッド１の幅方向に略一致している。中空シャフト４３の一端部には、トーションバー４４が連結されている。トーションバー４４は、一端がハウジング４２に固定され、他端が中空シャフト４３の一端部に固定されている。中空シャフト４３の他端側には、トーションバー４４のねじり変位を計測するポテンショメータ４５が配置されている。ポテンショメータ４５の出力は、コントローラ３１に接続されている。
【００１８】
さらに、中空シャフト４３には、ハンドル５０の基端部が固定されている。ハンドル５０は、操作者が搬送ベッド１を押し引きする際に操作荷重（入力トルク）が付与される入力部であり、中空シャフト４３の軸線回りに図1に示す矢印Ｚで示す方向に揺動可能である。ここで、ハンドル５０を揺動させると、その入力トルクによりハンドル５０が傾いて中空シャフト４３が回転する。これに伴ってトーションバー４４にねじり変位が生じる。ポテンショメータ４５は、このねじり変位を計測してコントローラ３１に出力する。ここで、ハンドル５０に加えられる入力トルクとトーションバー３５のねじり変位との間には相関関係があり、トーションバー３５のねじり変位とポテンショメータ３６の出力との間にも相関関係がある。したがって、ポテンショメータ４５からはハンドル５０の入力トルクに応じた信号が出力される。コントローラ３１は、この計測値に基づいて搬送ベッド１に付与された入力トルクを算出する。なお、ハウジング４２内に伝達ギヤと従動ギヤとを設け、トーションバー４４の回転を増幅してからポテンショメータ４５に入力する構成にすると分解能が高くなって角度変化の検出精度が向上する。
【００１９】
図４に搬送ベッド１の制御ブロック図を示す。ハンドル機構部４０のポテンショメータ４５の出力は、コントローラ３１に送出され、コントローラ３１の入力演算部６１に入力される。入力演算部６１には、例えば、ポテンショメータ４５の出力値と出力値との関係を示すマップが予め格納されており、このマップを参照することによってアシスト力を演算するためのトルク値（認識トルク）が算出される。一方、駆動ユニット１０内の車速検出部１０ａは、例えば、アシストモータ１２の回転数を検出するセンサなどからなり、搬送ベッド１の車速を検出してパルス信号を出力する。この情報は、コントローラ３１の車速演算部６２に入力される。車速演算部６２は、搬送ベッド１の速度を演算して出力演算部６３に入力する。出力演算部６３は、入力演算部６１から出力される認識トルクと、車速演算部６２が演算した車速とを受け取り、必要な処理を行ってアシスト力として出力すべき駆動力を演算する。そして、駆動力を発生させるために必要なデューティをアシストモータ１２に入力してアシスト力を発生させ、ハンドル機構部４０に付与された操作者の入力トルクに付与する。
【００２０】
ここで、入力演算部６１は、アシストを開始するトルクと、アシストを停止するトルクとの間にヒステリシスを設けるヒステリシス処理と、ハンドル５０からの入力が閾値を下回ったときに、一定時間その値を保つホールド処理とを実施して認識トルクを決定する。
【００２１】
ヒステリシス処理とは、アシストを開始するトルク値と、アシストを停止するトルクとを異ならせる（ヒステリシスを設ける）ことをいう。例えば、図５に示すマップで制御を行う場合について説明する。このマップで横軸はハンドル入力（入力トルク）を示し、縦軸はハンドル入力にアシスト力（モータ出力）を付加したものを示す。入力演算部６１は、ハンドル入力の第１の閾値ＳＵとして１５Ｎが設定されており、第２の閾値ＳＬとして２０Ｎが設定されている。ラインＬ１に沿って入力トルクが徐々に増加した場合、第１の閾値ＳＵ（２０Ｎ）を超えるまでは操作者からの入力トルクのみで搬送ベッド１が駆動される。入力トルクが第１の閾値ＳＵを越えたら、アシストモータ１２を駆動させてアシストを開始する。これによって、搬送ベッド１は、ラインＬ２に示すように、ハンドル入力にモータ出力が加算された力で駆動される。また、アシストモータ１２によるアシストを実施しているときに、操作者からの入力トルクがラインＬ２に沿って減少した場合には、ハンドル入力が第１の閾値ＳＵ（２０Ｎ）を下回ってもモータアシストを継続する。さらに、入力トルクが減少して第２の閾値ＳＬ（１５Ｎ）を下回ったら、モータアシストを停止させる。これによって、搬送ベッド１は、ラインＬ１に示すように、ハンドル入力のみで駆動される。
【００２２】
次に、ホールド処理の一例について図６を参照して説明する。横軸は時間を示し、縦軸はトルクを示す。ここでのトルクは、操作者からの入力トルク又は入力演算部６１が認識するトルク（認識トルク）である。入力演算部６１は、ホールド閾値ＨＳ１として、第１の閾値ＳＵと第２の閾値ＳＬの間の値、例えば１６Ｎが設定されている。さらに、ホールド解除閾値ＨＬ１として、第２の閾値ＳＬよりも小さい値が設定されている。ホールド解除閾値ＨＬには、ハンドル５０の中点（ハンドル５０を押しても引いてもいない位置）に相当する値が設定されている。しかしながら、ホールド解除閾値ＨＬ１は、これ以外の値でも良い。
【００２３】
ラインＬ３に示すように、操作者からの入力トルクが時間経過によって変化した場合、時間ｔ１までは、入力演算部６１が認識するトルク（認識トルク）は入力トルクと一致し、この値に基づいてアシスト力を発生させる。時間ｔ１からは、ハンドル入力がホールド閾値ＨＳ１以下になるので、入力演算部６１がラインＬ４に示すように時間ｔ１から所定のホールド時間Ｈｔの間だけ認識トルクをホールドする。その結果、実際の入力トルクは減少しているが、認識トルクはホールド閾値ＨＳ１で保持され、ホールド閾値ＨＳ１に基づいてアシスト力を発生させる。
そして、ホールド時間Ｈｔ経過後の時間ｔ２における実際の入力トルクがホールド閾値ＨＳ１を下回っていた場合には、ラインＬ５に示すように実際の入力トルクの値が認識トルクとして採用される。一方、ホールド時間Ｈｔが経過するまでの間に実際の入力トルクがホールド閾値ＨＳ１を上回った場合には、ホールドを解除して実際の入力トルクを認識トルクとして採用する。これによって、操作者が搬送ベッド１を積極的に押そうとする意思が反映される。
【００２４】
また、時間ｔ３にホールド閾値ＨＳ１を下回ってホールドしている途中で、時間ｔ４に示すように実際の入力トルクがホールド解除閾値ＨＬ１以下になった場合、つまりハンドル５０の中点を境として反対側に移動した場合には、ホールドを解除して実際の入力トルクを認識トルクとして採用する。このような場合としては、操作者が搬送ベッド１を停止させようとした場合や、搬送ベッド１を押すのをやめようとした場合があげられるので、ホールドを解除することで、操作者の意思を反映し易くする。
この結果、図６の例では、時間ｔ１からｔ２の間と、時間ｔ３とｔ４の間は入力トルクが変化しても一定の認識トルクとみなし、それ以外の領域は、入力トルクに対応する値を認識トルクとみなす。そして、認識トルクに対して図５に例示するヒステリシス処理を実施し、出力演算部６３でアシスト力を演算する。
【００２５】
この実施の形態によれば、操作者の入力トルクがホールド閾値ＨＳ１を下回ったときに、所定時間の間（ホールド時間Ｈｔ）だけ入力トルクがホールド閾値ＨＳ１であるとみなし、ホールド閾値ＨＳ１を疑似入力としてアシスト力（駆動力）を発生させて搬送ベッド１を押し引きする動作をアシストさせるようにしたので、実際の入力トルクが少しだけ減少した場合などに、そのような変化に敏感に反応しないようになる。搬送ベッド１では、操作者が後端から手で押して駆動させ、患者を乗せた搬送ベッド１の重量は操作者の重量よりも重たいので、入力トルクが微小範囲で変動し易い。この実施の形態では、入力トルクが微小に変動したときに、アシスト力が変動して操作者の操作感を損ねることを防止できる。また、アシスト力が頻繁に変動した場合に生じる振動を抑制できる。さらに、慣性によって搬送ベッド１を前進させ易くなる。なお、このような処理は、フィルタ処理とは異なるので、処理の負担は小さく、入力に対する遅れは殆ど生じない。
【００２６】
また、ホールド解除閾値ＨＬ１を設け、ホールド時間Ｈｔの間でもホールドを解除できるようにしたので、操作者の意思がはっきりしている場合には、搬送ベッド１の挙動に反映させることができる。特に、ホールド解除閾値ＨＬ１をハンドル５０の中点に相当する値にしたので、搬送ベッド１を停止したい場合の操作者の意思を的確に反映させることができる。
第１の閾値Ｓ１と第２の閾値Ｓ２とに差を持たせてヒステリシス処理を行うことで、消費電力を抑えることができる。
【００２７】
なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、走行体は、搬送ベッド１に限定されない。工場などで使用される搬送台車でも良い。また、その他の走行体でも良い。
ホールド閾値ＨＳ１や、ホールド時間Ｈｔは、ハンドル５０の入力方向や、車速、重量に応じて変化可能に構成しても良い。具体的には、前記したそれぞれのパラメータに対してマップや計算式を有し、適宜選択することでアシスト力を決定するように構成される。
入力部の形態は、ハンドル５０に限定されない。押し引き可能なレバーなど種々の態様を選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一例である搬送ベッドの構成を示す側面図である。
【図２】搬送ベッドを下から見た図である。
【図３】図１のＡ矢視であって、ハンドル機構部の構成を示す図である。
【図４】搬送ベッドの制御ブロック図である。
【図５】ヒステリシス処理を説明する図である。
【図６】ホールド処理を説明する図である。
【符号の説明】
【００２９】
１      搬送ベッド（走行体）
２      本体フレーム（本体部）
３      マット
１２      アシストモータ（電動モータ）
１５      駆動輪
３１      コントローラ
５０      ハンドル（入力部）
ＨＳ１      ホールド閾値
ＨＬ１      ホールド解除閾値
Ｈｔ      ホールド時間
ＳＵ      第１の閾値
ＳＬ      第２の閾値
【図１】
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【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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