(57)【要約】【課題】パワーアシスト付運搬車において、傾斜路等における走行時の直進安定性、片流れ防止、操作性、安全性の向上を図る。【解決手段】パワーアシスト付運搬車は、左右独立に駆動され推進と操舵とに兼用の駆動車輪、駆動モータ電流値を検出する走行状態検出手段、及びこれらを制御する制御手段を備え、車体に備えられた操作部に加えられた外力に基づいてパワーアシストされる。パワーアシスト動作において、外力が検出され（Ｓ１０３）、この情報に基づき操舵方向トルク指令値ＴＲ０が算出され（Ｓ１０５）、左右駆動モータ電流値から現在の駆動モータのトルクＴＲ１が算出される（Ｓ１０７）。トルクの差｜ＴＲ１−ＴＲ０｜と片流れ判断値を比較して（Ｓ１０９）、片流れ発生の有無が判断され、片流れが防止される（Ｓ１１０）。【選択図】　図４
2004113375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体の左右に配され左右独立に駆動されて推進と操舵とに兼用される駆動車輪と、前記各駆動車輪を駆動する駆動モータを備えた駆動部と、車体に備えられた操作部と、前記操作部に配され前記操作部に加えられた外力を検出する外力検出手段と、駆動車輪の回転数及び駆動モータの電流値を検出する走行状態検出手段と、前記外力検出手段で検出された外力と前記走行状態検出手段の情報に基づいて算出したアシスト力を前記駆動車輪に発生させる制御手段とを備えたパワーアシスト付運搬車において、
運搬車が路面の影響を受けて走行方向が操作方向と異なる方向に流されていると判断するための片流れ判断値を記憶する記憶部を有し、
前記制御手段は、
前記外力検出手段で検出された操舵方向の力に応じて算出された操舵方向のアシスト力と、前記走行状態検出手段により検出した左右駆動モータの電流値から算出した操舵方向の駆動トルクとの差が前記片流れ判断値以上の状態が一定時間以上継続した場合、前記差が前記片流れ判断値以下になるまで操舵方向のアシスト力を増減制御することを特徴とするパワーアシスト付運搬車。
【請求項２】
前記走行状態検出手段は、路面の傾斜角度を検出する傾斜角検出手段を備え、傾斜角検出手段により検出した傾斜角度の大きさに基づいて前記片流れ判断値の値を切り替えることを特徴とする請求項１記載のパワーアシスト付運搬車。
【請求項３】
車体重量検出手段を備え、該車体重量検出手段により検出された車体重量に基づいて前記片流れ判断値の値を切り替えることを特徴とする請求項１記載のパワーアシスト付運搬車。
【請求項４】
前記制御手段は、推進方向の路面傾斜角度、走行速度、モータ電流値の３つの関係情報を記憶部に備えていることを特徴とする請求項１記載又は請求項２記載のパワーアシスト付運搬車。
【請求項５】
車体の左右に配され左右独立に駆動されて推進と操舵とに兼用される駆動車輪と、前記各駆動車輪を駆動する駆動モータを備えた駆動部と、車体に備えられた操作部と、前記操作部に配され前記操作部に加えられた外力を検出する外力検出手段と、駆動車輪の回転数及び駆動モータの電流値を検出する走行状態検出手段と、前記外力検出手段で検出された外力と前記走行状態検出手段の情報に基づいて算出したアシスト力を前記駆動車輪に発生させる制御手段とを備えたパワーアシスト付運搬車において、
前記制御手段は、外力検出手段で検出された外力を推進方向の力と操舵方向の力に分離し、前記操舵方向の力が所定の範囲内にあれば操舵角を０とする制御を行うことを特徴とするパワーアシスト付運搬車。
【請求項６】
車体の左右に配され左右独立に駆動されて推進と操舵とに兼用される駆動車輪と、前記各駆動車輪を駆動する駆動モータを備えた駆動部と、車体に備えられた操作部と、前記操作部に配され前記操作部に加えられた外力を検出する外力検出手段と、駆動車輪の回転数及び駆動モータの電流値を検出する走行状態検出手段と、前記外力検出手段で検出された外力と前記走行状態検出手段の情報に基づいて算出したアシスト力を前記駆動車輪に発生させる制御手段とを備えたパワーアシスト付運搬車において、
前記制御手段は、走行状態検出手段の出力から算出した左右駆動車輪の回転速度の差が所定の値以上である場合、左右の駆動モータの回転数が等しくなるように一定時間制御し、その後、位置移動又は走行速度が０になるように制御して停止させることを特徴とするパワーアシスト付運搬車。
【請求項７】
車体の左右に配され左右独立に駆動されて推進と操舵とに兼用される駆動車輪と、前記各駆動車輪を駆動する駆動モータを備えた駆動部と、車体に備えられた操作部と、前記操作部に配され前記操作部に加えられた外力を検出する外力検出手段と、駆動車輪の回転数及び駆動モータの電流値を検出する走行状態検出手段と、前記外力検出手段で検出された外力と前記走行状態検出手段の情報に基づいて算出したアシスト力を前記駆動車輪に発生させる制御手段とを備えたパワーアシスト付運搬車において、
前記制御手段は、走行状態検出手段の出力から算出した左右駆動車輪の回転速度の差が所定の値以上である場合、左右の駆動モータの回転数が等しくなるように一定時間制御し、その後、駆動車輪に配置した電磁ブレーキにより停止させることを特徴とするパワーアシスト付運搬車。
【請求項８】
車体の左右に配され左右独立に駆動されて推進と操舵とに兼用される駆動車輪と、前記各駆動車輪を駆動する駆動モータを備えた駆動部と、車体に備えられた操作部と、前記操作部に配され前記操作部に加えられた外力を検出する外力検出手段と、駆動車輪の回転数及び駆動モータの電流値を検出する走行状態検出手段と、前記外力検出手段で検出された外力と前記走行状態検出手段の情報に基づいて算出してアシスト力を前記駆動車輪に発生させる制御手段とを備えたパワーアシスト付運搬車において、
前記走行状態検出手段は、走行方向と直角方向の路面の傾斜角度を検出する傾斜角検出手段を備えることを特徴とするパワーアシスト付運搬車。
【請求項９】
前記傾斜角検出手段は、ポテンショメータと、このポテンショメータの回転軸に連結され鉛直下方を指示する重りとから構成されていることを特徴とする講求項２又は請求項８記載のパワーアシスト付運搬車。
【請求項１０】
前記傾斜角検出手段は、前記走行状態検出手段の出力から算出した左右駆動車輪の回転速度の差が略０にもかかわらず前記走行状態検出手段により検出した左右の駆動モータの電流値が一定時間以上異なる場合、推進方向に対して直交する方向に路面が傾斜していると判断することを特徴とする請求項８記載のパワーアシスト付運搬車。
【請求項１１】
推進方向に対して直交する方向に路面が傾斜していることが前記傾斜角検出手段により検知された場合、前記制御手段は、前記操作部に加えられた操舵方向の力検出値に基づき、速度制御によるアシスト力を駆動車輪に発生させることを特徴とする請求項８記載のパワーアシスト付運搬車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車椅子、ゴルフカート、電動配膳車、手術台、工場用運搬台車等のパワーアシスト付運搬車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、人力を動力によって補助するパワーアシスト付きの運搬車が知られている。例えば、図１５に示される運搬車４０は、車体４１に駆動車輪４２と自在車輪４３を有し、車体４１に設けられた操作ハンドル４４に加えられた外力の大きさに応じて、駆動車輪４２を駆動するものである。このようなパワーアシスト付運搬車は、操作ハンドル４４に加えられた外力を、車体４１の中心軸方向の力と左右方向の力とに分けて検出し、それぞれ推進方向、操舵方向の制御信号として用いて、左右の駆動車輪４２の回転を独立に制御するようになっている。走行及び操舵の両方に対してパワーアシストする運搬車４０は、操作者の人力により加えられた外力の大きさに応じて制御した駆動トルクのアシスト力を駆動源に発生させて走行（推進）したり、進行方向の変更動作（操舵）をすることができる。そして、矢印Ａ１で示されるように進行方向側から操作者が運搬車４０を引き、車体４１の進行方向前方に駆動車輪４２、後方に自在車輪４３がある状態で運搬車４０を操作する場合、運搬車４０は、操作者の操作による外力に柔軟に追従して動作することができる。また、このようなパワーアシスト付運搬車においては、駆動車輪の走行速度を検出することにより、駆動源に発生させるアシスト力を補正し、操作性、安全性を高めることが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３０３２６９８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した運搬車４０は、図１６に示されるように、駆動車輪４２の側から押して矢印Ａ２方向に走行動作をさせる場合、自在車輪４３と重心Ｇが駆動車輪４２よりも前方にあるので、運搬車を直進進させようとしても左右に振れやすく、特に坂道では、斜面下方向に向かう余分な力が運搬車４０の重心に作用するので、直進安定性がさらに悪くなる。また、図１７に示されるように、もっぱら操作者が押しながら運転する動力付車椅子５０においても同様の問題がある。一般に、操作者から見て駆動車輪が自在車輪よりも操作者に近い位置にあり、重心が駆動車輪より遠い位置にあるとき運搬車を押して直進させようとしても左右に振れやすく、安定性が悪いという問題がある。この走行安定性が悪いという問題は、運搬車を傾斜路、不整地、凹凸路等において走行させる場合、路面の状況の影響を大きく受けるためさらに増幅されることになる。例えば、図１８に示されるように、操作ハンドル１０１を介してパワーアシストが得られる動力付車椅子１００を、路面Ｓが水平でない斜面上で、傾斜方向に対して横方向Ｄに、移動させようとした場合、従来の単純な駆動トルクの制御による運搬車は、斜面下方Ｃに向けて車体が流れるいわゆる片流れが発生し、これを修正しようとハンドル操作をすると蛇行してしまうことになる。また、傾斜路、不整地、凹凸路等のような平坦でない路面を走行する場合、駆動トルクのみの制御によるパワーアシストでは、運搬車の走行速度を安定して一定にすることができない。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解消するものであって、傾斜路、不整地、凹凸路等における走行時の直進安定性、片流れ防止、操作性、安全性を向上できるパワーアシスト付運搬車を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記の課題を達成するために、請求項１の発明は、車体の左右に配され左右独立に駆動されて推進と操舵とに兼用される駆動車輪と、前記各駆動車輪を駆動する駆動モータを備えた駆動部と、車体に備えられた操作部と、前記操作部に配され前記操作部に加えられた外力を検出する外力検出手段と、駆動車輪の回転数及び駆動モータの電流値を検出する走行状態検出手段と、前記外力検出手段で検出された外力と前記走行状態検出手段の情報に基づいて算出したアシスト力を前記駆動車輪に発生させる制御手段とを備えたパワーアシスト付運搬車において、運搬車が路面の影響を受けて走行方向が操作方向と異なる方向に流されていると判断するための片流れ判断値を記憶する記憶部を有し、前記制御手段は、前記外力検出手段で検出された操舵方向の力に応じて算出された操舵方向のアシスト力と前記走行状態検出手段により検出した左右駆動モータの電流値から算出した操舵方向の駆動トルクとの差が前記片流れ判断値以上の状態が一定時間以上継続した場合、前記差が前記片流れ判断値以下になるまで操舵方向のアシスト力を増減制御するものである。
【０００７】
上記構成においては、操舵方向について運搬車を操作するためのアシスト力と、走行状態検出手段により求めた現実の操舵方向の駆動トルクとを比較して、斜面走行時の片流れの発生の有無を判断して、片流れを防止するので、傾斜路、不整地、凹凸路等において片流れを効率よく防止でき、傾斜路等においても平地同様に直進性良く運搬車を走行させることができる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載のパワーアシスト付運搬車において、前記走行状態検出手段は、路面の傾斜角度を検出する傾斜角検出手段を備え、傾斜角検出手段により検出した傾斜角度の大きさに基づいて前記片流れ判断値の値を切り替えるものである。
【０００９】
上記構成においては、片流れの有無を判断する判断基準である片流れ判断値を、路面の傾斜の度合いによって変えることができるので、きめ細かく運搬車の制御ができ、操作性が向上する。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１記載のパワーアシスト付運搬車において、車体重量検出手段を備え、該車体重量検出手段により検出された車体重量に基づいて前記片流れ判断値の値を切り替えるものである。
【００１１】
上記構成においては、片流れの有無を判断する判断基準である片流れ判断値を、車重負荷の度合いによって変えることができるので、きめ細かく運搬車の制御ができ、操作性が向上する。また、平地での不必要なアシスト力の補正がなくなり、平地での操作性も向上できる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１記載又は請求項２記載のパワーアシスト付運搬車において、前記制御手段は、推進方向の路面傾斜角度、走行速度、モータ電流値の３つの関係情報を記憶部に備えているものである。
【００１３】
上記構成においては、記憶部に備えたデータ及び走行状態検出手段からの情報に基づき、路面傾斜角度を随時推定可能となり、傾斜角度に応じてきめ細かな制御が可能になり、傾斜角度によらず登坂／降坂速度を一定にすることが可能となる。
【００１４】
請求項５の発明は、車体の左右に配され左右独立に駆動されて推進と操舵とに兼用される駆動車輪と、前記各駆動車輪を駆動する駆動モータを備えた駆動部と、車体に備えられた操作部と、前記操作部に配され前記操作部に加えられた外力を検出する外力検出手段と、駆動車輪の回転数及び駆動モータの電流値を検出する走行状態検出手段と、前記外力検出手段で検出された外力と前記走行状態検出手段の情報に基づいて算出したアシスト力を前記駆動車輪に発生させる制御手段とを備えたパワーアシスト付運搬車において、前記制御手段は、外力検出手段で検出された外力を推進方向の力と操舵方向の力に分離し、前記操舵方向の力が所定の範囲内にあれば操舵角を０とする制御を行うことを特徴とするものである。
【００１５】
上記構成においては、運搬車操作のための外力のうち操舵方向の力に注目し、この力が小さい範囲において操舵角を０とする、いわゆる不感帯又は遊びを設けることにしたので、操作者による操作に対し、操舵方向のアシスト力が過敏に発生されることがなく、操作力に起因する片流れ、ふらつき等の発生が防止でき直進性が向上する。
【００１６】
請求項６の発明は、車体の左右に配され左右独立に駆動されて推進と操舵とに兼用される駆動車輪と、前記各駆動車輪を駆動する駆動モータを備えた駆動部と、車体に備えられた操作部と、前記操作部に配され前記操作部に加えられた外力を検出する外力検出手段と、駆動車輪の回転数及び駆動モータの電流値を検出する走行状態検出手段と、前記外力検出手段で検出された外力と前記走行状態検出手段の情報に基づいて算出したアシスト力を前記駆動車輪に発生させる制御手段とを備えたパワーアシスト付運搬車において、前記制御手段は、走行状態検出手段の出力から算出した左右駆動車輪の回転速度の差が所定の値以上である場合、左右の駆動モータの回転数が等しくなるように一定時間制御し、その後、位置移動又は走行速度が０になるように制御して停止させるものである。
【００１７】
上記構成においては、運搬車の片流れが発生する前に、左右駆動車輪の回転速度差から片流れの発生を予測して運搬車を停止させるので、片流れによる急な旋回や移動が事前に防止できる。
【００１８】
請求項７の発明は、車体の左右に配され左右独立に駆動されて推進と操舵とに兼用される駆動車輪と、前記各駆動車輪を駆動する駆動モータを備えた駆動部と、車体に備えられた操作部と、前記操作部に配され前記操作部に加えられた外力を検出する外力検出手段と、駆動車輪の回転数及び駆動モータの電流値を検出する走行状態検出手段と、前記外力検出手段で検出された外力と前記走行状態検出手段の情報に基づいて算出したアシスト力を前記駆動車輪に発生させる制御手段とを備えたパワーアシスト付運搬車において、前記制御手段は、走行状態検出手段の出力から算出した左右駆動車輪の回転速度の差が所定の値以上である場合、左右の駆動モータの回転数が等しくなるように一定時間制御し、その後、駆動車輪に配置した電磁ブレーキにより停止させるものである。
【００１９】
上記構成においては、運搬車の片流れが発生する前に、左右駆動車輪の回転速度差から片流れの発生を予測して電磁ブレーキにより運搬車を停止させるので、片流れによる急な旋回や移動が事前に防止され、また、確実に運搬車を停止させることができる。
【００２０】
請求項８の発明は、車体の左右に配され左右独立に駆動されて推進と操舵とに兼用される駆動車輪と、前記各駆動車輪を駆動する駆動モータを備えた駆動部と、車体に備えられた操作部と、前記操作部に配され前記操作部に加えられた外力を検出する外力検出手段と、駆動車輪の回転数及び駆動モータの電流値を検出する走行状態検出手段と、前記外力検出手段で検出された外力と前記走行状態検出手段の情報に基づいて算出したアシスト力を前記駆動車輪に発生させる制御手段とを備えたパワーアシスト付運搬車において、前記走行状態検出手段は、走行方向と直角方向の路面の傾斜角度を検出する傾斜角検出手段を備えるものである。
【００２１】
上記構成においては、路面の傾斜状態の情報に基づいて、左右の駆動モータを個別に制御して、運搬車の片流れ防止するための対策を取ることができる。
【００２２】
請求項９の発明は、講求項２又は請求項８記載のパワーアシスト付運搬車において、前記傾斜角検出手段は、ポテンショメータと、このポテンショメータの回転軸に連結され鉛直下方を指示する重りとから構成されているものである。
【００２３】
上記構成においては、安価な路面傾斜角検出手段を実現できる。
【００２４】
請求項１０の発明は、請求項８記載のパワーアシスト付運搬車において、前記傾斜角検出手段は、前記走行状態検出手段の出力から算出した左右駆動車輪の回転速度の差が略０にもかかわらず前記走行状態検出手段により検出した左右の駆動モータの電流値が一定時間以上異なる場合、推進方向に対して直交する方向に路面が傾斜していると判断するものである。
【００２５】
上記構成においては、左右の駆動車輪の電流負荷の違いから、車体の左右方向、すなわち走行方向に対して直角な方向の路面傾斜角を簡易に計算のみで算出できる。
【００２６】
請求項１１の発明は、請求項８記載のパワーアシスト付運搬車において、推進方向に対して直交する方向に路面が傾斜していることが前記傾斜角検出手段により検知された場合、前記制御手段は、前記操作部に加えられた操舵方向の力検出値に基づき、速度制御によるアシスト力を駆動車輪に発生させるものである。
【００２７】
上記構成においては、運搬車の左右方向に傾斜した路面を走行する場合、操舵方向についてアシスト力を速度制御により発生させるので、一定速度の旋回が可能となり、登り方向や下り方向の旋回に対して平地と同じように走行制御ができて、片流れ防止や直進性向上、旋回ふらつき防止が図れる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係るパワーアシスト付車椅子について、図面を参照して説明する。図面中の共通する部材には同一符号を付して重複説明を省略する。図１に示されるように、人を乗せて後方から押して移動する運搬車であるパワーアシスト付車椅子１は、座席を構成する車体２の中央付近の左右に駆動車輪３を有し、その前方に１対の自在車輪４を有している。左右の駆動車輪３はそれぞれ駆動モータ５により独立に駆動され、その駆動動力源は着脱可能なバッテリ５１による。また、車体２の後方にある操作部６は、地上にいる人が歩きながら車椅子１を操作するため掴むハンドルであり、操作部６の固定部には操作部６に加えられる操作者からの外力を検出する外力検出手段７が備えられている。操作部６に人が前後方向６ａ（推進方向）および左右方向６ｂ（操舵方向）に車椅子１を操作する外力（操作力）を加えると外力検出手段７により人の操作力が検出され、その情報が制御手段８に伝達されると共に、制御手段８から駆動モータ５にモータ駆動指令が出される。人の操作力の方向が前後方向６ａであれば推進方向Ｆと後退方向Ｂに、また左右方向６ｂであれば、右旋回方向Ｒと左旋回方向Ｌに車椅子１の走行方向が向くように、モータ駆動指令により駆動車輪３が回転駆動されて車椅子１が走行運転される。車椅子１の走行状態は、走行状態検出手段９により駆動車輪３の回転数と駆動モータ５の駆動電流が検出され、その出力信号が制御手段８に伝達されることにより、制御手段８により把握される。駆動車輪３の回転数の計測は、例えば、タコメータや、駆動モータ５に配されたエンコーダによる駆動モータの回転数からの換算により行われる。
【００２９】
車椅子１の制御と動作について説明する。制御手段９は、検出された人の操作力の大きさに応じて左右にある駆動車輪３を制御し、人の操作負荷を低減するように駆動モータ５の負荷を調整する。車椅子１の場合、駆動車輪３は車椅子１の左右に、また、自在車輪４は駆動車輪の前部左右に配されており、駆動車輪３が左右同じ回転数で回転すると、車椅子１は前後方向（矢印Ｆ，Ｂ）に移動する。また、駆動車輪３の回転数を左右で異なる回転数にすると車椅子１を旋回（矢印Ｒ，Ｌ）させることができる。
【００３０】
また、制御の手順と内容を、図２を参照して説明する。操作部６に加えられた外力は、外力検出手段７により検出され、制御手段８において推進方向の力と操舵方向との力とに分解される。制御手段８は、推進方向の力に所要の力増幅率を乗ずることで推進力を算出すると共に、操舵方向の力に所要の力増幅率を乗ずることで操舵力を算出する。次に、制御手段８は、得られた推進力と操舵力の和の半分の値、（推進力＋操舵力）／２、を一方の駆動モータ５のトルク出力とし、差の半分の値、（推進力−操舵力）／２、をもう一方の駆動モータ５のトルク出力とするように、トルク指令値を駆動モータ５に送って駆動車輪３を動作させる。このような、外力の検出からトルク指令値の出力の手順が、制御周期毎に繰り返されて、操作部に加えられた外力に所要の力増幅率を乗じたアシスト力が、駆動車輪３に発生される。
【００３１】
次に、本発明の実施形態に係る運搬車の他の例であるパワーアシスト付台車を図３（ａ）（ｂ）に示す。パワーアシスト付台車２２は、車体２の中央左右下部に駆動車輪３を備え、車体２の中心軸上前後下部に自在車輪４を備えていいる。車体手前上部には操作部６が外力検出部７を介して設けられている。操作部６に前後の押し引きと及び左右回転のひねり動作による外力が加えられると、その外力が外力検出手段７により検出されると共に制御手段８に情報が出力される。制御手段８は、その情報をもとに推進と操舵のアシスト力を発生させるための指令値を算出し、指令値に基づいて駆動モータ５を制御する。
【００３２】
（片流れの検出とトルク補正）
次に、パワーアシスト付車椅子１に片流れの検出と補正の制御を適用した例を図４の制御フローを参照して説明する。以後の説明において、運搬車として図１に示される車椅子１が想定されているが、以下の説明の対象は、この車椅子１に限定されるものではない。パワーアシスト制御のスタートの後、時間カウンタＴＣが０にリセットされて（Ｓ１０１）、時間カウントが開始される（Ｓ１０２）。次に、操作部６に加えられた外力を外力検出手段７が検出し（Ｓ１０３）、この情報は制御手段８に伝達され、制御手段８において推進方向の力と操舵方向との力に分離される（Ｓ１０４）。検出された操舵方向外力に所要の力増幅率が乗ぜられ、操舵方向トルク指令値ＴＲ０が算出される（Ｓ１０５）。次に、走行状態検出手段９により左右駆動モータ５の駆動電流値が検出され（Ｓ１０６）、制御手段８は、このモータ電流値から現在の駆動モータのトルクを算出し、左右駆動モータ５の駆動トルクの差を求めて、操舵方向の駆動トルク現在値ＴＲ１を算出する（Ｓ１０７）。次に、操舵方向の駆動トルクの指令値ＴＲ０と現在値ＴＲ１との差の絶対値、｜ＴＲ１−ＴＲ０｜、が求められ、この絶対値と、予め制御手段８に記憶された片流れ判断値とが比較される。差の絶対値の方が大きい場合（Ｓ１０８でＹｅｓ）、時間カウンタＴＣの値が予め定められている時間上限と比較される。時間カウンタＴＣの値が時間上限を越えている場合（Ｓ１０９でＹｅｓ）、駆動モータの電流が制御されて駆動トルクの差｜ＴＲ１−ＴＲ０｜がゼロになるように、操舵方向の駆動トルクが補正され（Ｓ１１０）、最終的にＴＲ１＝ＴＲ０の状態が実現する（Ｓ１１１でＹｅｓ）。また、ステップＳ１０８でＮｏの場合、補正の必要がないと判断され、制御はスタート直後に戻って再スタートする。また、ステップＳ１０９でＮｏの場合、補正が必要な状態になるまで時間的余裕があると判断され、時間経過に対する変化待ちとなり、外力検出のステップＳ１０３から制御が再スタートする。制御手段８は、所定の制御周期で、上記ステップＳ１０１〜Ｓ１１１を繰り返して片流れの検出と補正の制御を継続する。
【００３３】
上記のように、制御手段８は、外力検出手段７により検出した操舵方向のアシスト指令トルク（トルク指令値ＴＲ０）と左右の駆動モータの電流値から算出した操舵方向の駆動トルク（トルク現在値ＴＲ１）との差を求める。この差が予め定めた片流れ判断値と比較される。この差の方が大きいということは、指令値と実際に出力されている現在値とがかなり異なっていることを示しており、負荷が大きいか、路面抵抗が大きいか、又は、傾斜路で車輪が片流れしている等、何らかの外部要因による力が車体に作用していると考えられる。特に、傾斜路において旋回中にこのような状態が起こると、車体が急旋回して不安全となるので、操舵方向の駆動トルクについて重視して対応する必要がある。本実施形態においては、もしも、この差が片流れ判断値よりも大きい場合、操舵方向のアシスト指令トルクと操舵方向の駆動トルクが等しくなるように、操舵方何の駆動トルクが補正される。また、制御手段８は、時間カウンタを持っており、この時間カウンタは、前記指令及び駆動トルクの差が瞬時的な変動によって大きくなったとしても、むやみに補正処理が行われることがないようにして、操作感が悪化するのを防止している。
【００３４】
（片流れ判断値を傾斜角度で切り替え）
次に、走行路面の傾斜角度の大きさにより前記片流れ判断値を選択し、傾斜の度合いによって設定値を変えて、きめ細かな運搬車の制御を行うことについて説明する。図５に示されるシステム構成のように、走行路面の傾斜角検出手段１１を備え、傾斜角検出手段１１により得られた路面の傾斜角度θの大きさに基づき、片流れ判断値を変化させることで、斜面における操舵方向制御を改善することができる。傾斜角検出手段１１は、例えば、車体の座席下部側方に設置して傾斜角度θに応じて出力を変化させるものを用いることができる（後述）。傾斜角検出手段１１の出力は、制御手段８に伝達され、制御手段８は、この出力により操舵方向の片流れ判断値を変えるよう設定される。水平面に対する車体２の傾斜角度と片流れ判断値との関係は予め実験によりデータテーブルとして決められ、車体２の傾斜角度が大きい程、片流れ判断値が小さくなるように設定される。例えば、傾斜角度θが０゜≦θ＜１゜のとき片流れ判断値ＣＶ１、傾斜角度θが１゜≦θ＜２゜のとき片流れ判断値ＣＶ２（ＣＶ１＞ＣＶ２）などとすればよい。これは、車体２の傾斜が大きくなると車体２の片流れの動きも速くなり、それだけ制御手段８は、指令及び駆動トルクの差が小さい状態においても、迅速に反応する必要があるためである。また、反対に車体２の傾斜角度θが小さい場合は、それほど緊急に片流れを補正する必要がないため、片流れ判断値の方も大きくして、余り敏感に反応しないようにされている。このことは、平地において凹凸がある場合や小さい段差を越える場合に、むやみに補正が行われないようにする効果もある。
【００３５】
（片流れ判断値を車体重量で切り替え）
次に、車体重量の大きさにより前記片流れ判断値を選択し、車体重量によって設定値を変えて、きめ細かな運搬車の制御を行うことについて説明する。図６のシステム構成図に示される車体重量検出手段１２は、車体２の座席下部に設置され、ロードセル又は圧電センサ、バネ＋ポテンショメータ等で座席にかかる荷重を計測する構造になっている。車体重量検出手段１２の出力は、制御手段８に接続されており、制御手段８はこの出力により前記片流れ判断値を変えるように設定されている。車体重量Ｍと片流れ判断値ＣＶの関係は、予め実験によりデータテーブルとして決められ、車体２の車体重量Ｍが小さい程、片流れ判断値が小さくなるように設定される。例えば、車体重量Ｍ１のとき片流れ判断値ＣＶ１、車体重量Ｍ２のとき片流れ判断値ＣＶ２である場合、ＣＶ１＜ＣＶ２（但し、Ｍ１＜Ｍ２）などとすればよい。これは、車体重量が小さくなると車体の片流れの動きも速くなり、それだけ制御手段の反応も迅速に行う必要が出てくるためである。また、反対に車体重量が大きい場合には動きも遅く、それほど緊急に片流れを補正する必要がないため、片流れ判断値の方も大きくして、あまり敏感に反応しないようにしている。
【００３６】
（傾斜角度の推定）
次に、路面の傾斜角度を走行速度及び駆動モータの電流値から推定する、いわゆるソフトウエア的な傾斜角検出手段について、図７及び図８を参照して説明する。図７（ａ）（ｂ）に示されるように、車椅子が登坂するときモータ電流値ＭＩは増加して走行速度Ｖは減少し、車椅子が降坂するときモータ電流値ＭＩは減少して走行速度Ｖは増加する。また、駆動モータの電流値ＭＩは、駆動車輪の駆動トルクに換算することができる。これらのことから、制御手段は、路面傾斜角度θｉ、走行速度Ｖｉ、及び駆動車輪を駆動する駆動モータの電流値ＭＩ（又は、電流値ＭＩから算出した駆動トルクＴＲｉ）の３つの関係情報を記憶した記憶部（データテーブル）を備えることにより、走行状態検出手段によって検出した走行速度Ｖ及びモータ電流値ＭＩと、記憶部に記憶された関係情報（θｉ、Ｖｉ、ＭＩｉ又はＴＲｉ）とに基づいて、路面傾斜角度θを推定することができる。
【００３７】
前記、路面傾斜角度を推定するフローを、図８を参照して説明する。傾斜角推定フローのスタートの後、左右の駆動モータの回転数の検出（Ｓ６１）と、回転数から車体の推進方向速度Ｖの算出が行われる（Ｓ６２）。また、左右の駆動モータの電流値ＭＩが測定され（Ｓ６３）、電流値ＭＩをもとに車体の推進方向の駆動トルクＴＲが算出される（Ｓ６４）。そして、検出した推進方向の走行速度Ｖと駆動トルクＴＲとの組に対応する組が、記憶部のデータテーブル値から探し出され、その組（Ｖｉ、ＴＲｉ）に対する傾斜角度θｉが推定される（Ｓ６５）。データテーブルは、駆動トルクの範囲をある一定範囲毎に分割して、駆動トルクの範囲毎に上記テーブルを持つことになる。このようなデータテーブルを持つことにより、特別なハードウェアを用いることなく、傾斜角度を推定することができる。
【００３８】
（操舵方向の力と不感帯、直進走行安定性）
次に、車椅子１において、外力検出手段７で検出された外力を推進方向の力と操舵方向の力に分離した後、操舵方向の力が所定の範囲内にあれば操舵角を０とする直進走行性向上のための制御について説明する。なお、操舵角を０とするには、左右駆動車輪の回転数を同じにすればよく、これは操舵方向の駆動トルクを０とすることで実施される。図９に示す制御フローを説明する。パワーアシスト制御のスタートの後、操作部６に加えられた外力を外力検出手段７が検出し（Ｓ７１）、この情報は制御手段８に伝達され、制御手段８において推進方向の力と操舵方向との力に分離される（Ｓ７２）。検出された操舵方向外力に所要の力増幅率が乗ぜられ、操舵方向のアシスト力である操舵力が算出される（Ｓ７３）。次に、この操舵力と、予め制御手段８に記憶された操舵力判定値とが比較され、操舵力の方が小さい場合（Ｓ７４でＹｅｓ）、操舵方向の駆動トルクが０とされる（Ｓ７５）。また、ステップＳ７４でＮｏの場合及びステップＳ７５の処理の後、制御は再スタートされ、制御手段８が、所定の制御周期で、上記ステップＳ７１〜Ｓ７５を繰り返す。
【００３９】
上記実施形態による直進性向上のための制御は、路面が平地であれ傾斜路であれ適応可能である。しかし、特に傾斜路において以下に示す状況のときに本実施形態による制御が有効である。すなわち、傾斜が大きくなるにつれて、車体にかかる斜面下方向に向かう重力成分（走行斜面に平行な力であり、車椅子が斜面をまっすぐ登っていないか下っていない場合に車椅子を回転させる力となる）が大きくなるため、操舵方向の振れが大きくなる。そして、傾斜が大きくなるほど、坂道を登るときに車体が蛇行してうまく坂道を登れないことになる。このような状況に対し、操舵方向の力が所定の範囲内にあれば操舵角を０とする制御を行えば安定した直進走行が可能となる。また、傾斜の大きさにより蛇行の発生状況が変わるため、車体の傾斜角度を検出し、検出した傾斜角度により、予め制御手段８に記憶された操舵力判定値を変化させて制御すればさらに良い直進走行安定性が得られる。
【００４０】
（急な片流れの防止１）
次に、操舵方向の速度を看視して事前に片流れを判断し、車椅子が急旋回するのを防止して停止させることについて、図１０を参照して説明する。ここで、操舵方向の速度とは、左右駆動車輪の回転速度の差である。停止制御のスタートの後、走行状態検出手段により左右駆動車輪の回転数が検出され（Ｓ２０１）、回転数から操舵方向の速度Ｖ０が算出される（Ｓ２０２）。次に、この操舵方向の速度Ｖ０と予め定められた判定速度とが比較され、操舵方向の速度Ｖ０の方が大きい場合（Ｓ２０３でＹｅｓ）、時間カウンタＴＣ１が０にリセットされて（Ｓ２０４）、時間カウントが開始される（Ｓ２０５）。次に、左右の駆動モータの出力が制御されて左右の駆動車輪の回転数が等しくなるように、つまり車椅子の旋回が止まるように制御される（Ｓ２０６）。次に、時間カウンタＴＣ１の値が予め定められている時間上限と比較される。時間カウンタＴＣ１の値が時間上限を越えている場合（Ｓ２０７でＹｅｓ）、左右の駆動車輪を停止させて位置移動が０とされるか、又は、駆動モータの電流を制御して左右駆動車輪の回転速度従って走行速度が０とされる（Ｓ２０８）。ステップ２０３でＮｏの場合、ステップ２０１から制御フローが再スタートする。また、ステップＳ２０７でＮｏの場合、停止が必要な状態になるまで時間的余裕があると判断され、時間経過に対する変化待ちとなり、ステップＳ２０６から制御フローが繰り返され、最終的に車椅子（運搬車）は停止状態となる。
【００４１】
上記のように、操舵方向の速度が大きい状態が時間上限を越えるまで継続した場合、制御手段８は、片流れが発生していると判断して片流れによる旋回を停止させるための補正を行う。その補正は、左右の駆動車輪の回転数を等しくして直進させることにより行われる。時間上限は、予め経験に基づいて決められる。この時間上限を傾斜角度により変化させると、より的確な制御が図れる。また、時間カウント値を用いるのではなく、左右の駆動車輪の回転数が等しくなる時間により、動作の時間制御をしてもよい。また、位置＝０とする制御では、運搬車はその場所に静止することになり、速度＝０とする制御では、運搬車はその場に停止しようとするが、傾斜がある場合、低速で下方に下がるような挙動となる。後者の制御における運搬車の挙動は、現在坂道に停留中であり操作部から手を放さないように操作者に対し注意を喚起する効果がある。
【００４２】
（急な片流れの防止２）
次に、上記と同様に操舵方向の速度の看視により片流れを判断して、車椅子が急旋回するのを停止させるのに、電磁ブレーキを用いる他の例を説明する。制御手段８は、前述した図１０のステップＳ２０６，Ｓ２０７により左右の駆動モータの回転数が等しくなるように一定時間制御した後、ステップ２０８において、駆動車輪に配置した電磁ブレーキにより運搬車を停止させるものである。電磁ブレーキにより駆動車輪を止めるので、制御手段が暴走したり、又はバッテリ切れにより制御が機能しなくなった場合であっても確実に運搬車を停止させることができる。この場合、電磁ブレーキは、例えば、左右の駆動モータ軸に直結したノーマリＯＮ（電源ＯＦＦ時に制動）ブレーキが好適である。
【００４３】
（斜面横方向の走行）
次に、車椅子が斜面を横方向に移動する場合について説明する。図１１に示されるように、車椅子１の前後方向が走行方向Ｄとして、また、その左右方向が走行方向に対し直交する方向Ｔとして定義される。また、図１２に示されるように、車椅子１が車体２を左右に傾けて傾斜した路面Ｓを走行する場合、すなわち、車椅子１が斜面を横方向に移動する場合、車体２には矢印Ｗの方向に重力による力が作用する。従って、車椅子１は、駆動車輪３の制御を左右同じ（例えば同じ駆動トルク出力）に行っているとき、矢印Ｗの方向（斜面下方、谷側、図２６における矢印Ｔの方向）に流されることになる。そこで、傾斜角検出手段が推進方向と直交する矢印Ｔの方向に備えられ、傾斜角検出手段が走行方向に対して左右方向の傾斜を検知した場合、傾斜量に応じて駆動車輪３のうち谷側の車輪に予め決めておいた駆動トルク分が付加される。これにより、傾斜面を横方向に走行する場合においても、谷側への片流れを防止することができる。駆動トルクの追加量は、予め傾斜量に応じて実験的に決められ、データテーブルとして制御手段に備えられる。また、車体の傾斜量を検知するものとしては、前出の、重りと回転型ポテンショメータのような機構を使用するとよい。
【００４４】
（傾斜角検出手段／ハードウエア）
次に、上記と異なり、ポテンショメータと重りを用いてハードウエア的に傾斜角検出手段を構成した実施例を、図１３及び図１４を参照して説明する。路面傾斜角検出装置１１は、図１３（ａ）に示されるように回転型のポテンショメータ（高精度抵抗計）１１と、鉛直方向を支持する重り３３及びその支持棒３４と、これらを連結する連結部材３５とからなる。ポテンショメータ３１は車体に対して固定され、重り３３は車体に対して固定された重りの回転軸（不図示）の回りに回転して鉛直下方を指示する。そして、車体の傾きに伴い、重り３３が矢印ａ方向に振られ、支持棒３４と連結部材３５を介してポテンショメータの回転軸３２を矢印ｂ方向に回転されることにより、重りの回転軸と直交する方向の路面傾斜角度が検出されて、ポテンショメータ３１から出力される。このように、路面傾斜角検出装置１１は、路面の傾斜角度の変化を、ポテンショメータの回転軸の回転角の変化に変え、その回転角の変化をポテンショメータの抵抗値の変化として検出する。ポテンショメータ３１と重り３３は、図１３（ｂ）に示されるように、直結してもよい。このような傾斜角検出手段１１は、筐体等に内蔵され、図１４に示されるように、車椅子１の折り畳みの邪魔にならないように、車椅子本体側面に配置される。
【００４５】
（横方向の傾斜の判断）
次に、駆動モータの回転数及び電流値を検出して推進方向に直交する方向における路面の傾斜状態をソフトウエア的に判断することについて説明する。駆動モータの回転数及び電流値を検出する走行状態検出手段を備えることにより、駆動モータの回転数及び電流値が検出され、検出した駆動モータの回転数から左右の駆動車輪の走行速度が算出されて比較される。左右の駆動車輪の走行速度が略同じであり、かつ、検出した左右のモータ電流値が一定時間以上異なる場合、推進方向に直交する方向に路面が傾斜していると判断される。このようにソフトウエア的に判断するだけで、特別な装置を必要とせず簡易に操作性を向上させることができる。例えば、平地を走行している場合、左右の駆動車輪の回転数はほぼ同じであり、左右の駆動車輪の電流値もほぼ等しくなる。しかし、前出の図１２のように、傾斜している走路を車椅子が走行している場合、左右の駆動車輪の回転数が略同じとき、斜面下方側（谷側）の駆動車輪の電流値の方が、斜面上方側（山側）の駆動車輪の電流値より大きくなる。一般に、ある一定条件のもとにある車椅子の走行状態について（例えば、摩擦係数が一定の平面からなる傾斜した路面上を直線走行している場合）、走行路面の傾斜角度と、左右駆動車輪の駆動モータ電流値の差とは、ある一定の関係を示すことになる。そこで、傾斜角度と左右の駆動車輪の電流値の差とを予め求めておき、データテーブルとして制御手段に備えてこれを参照することにより、車椅子の左右方向の傾斜を判断することができる。
【００４６】
（斜面横方向の走行）
次に、斜面上を走行する場合、操舵の安定化について説明する。傾斜角検出手段が推進方向に直交する方向の路面の傾斜を検出した場合、操舵方向について速度制御つまり目標速度となるように制御する。これにより、トルク制御と違って、傾斜角度によらず旋回の速度を制御下におくことができるので、路面の傾斜による片流れ、ふらつきを防止することができる。また、路面が傾斜していない場合は、左右の駆動モータを、操舵方向についてトルク制御とすれば、パワー効率が良くなりバッテリ寿命を延ばすことができる。
【００４７】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、制御フローにおける各ステップの順番は、上述した順番に限るものではなく、同じ結果又はより良い結果が得られる場合は、各ステップの順番を入れ替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るパワーアシスト付車椅子の分解斜視図。
【図２】同上車椅子の構成を説明するブロック図。
【図３】（ａ）は本発明の実施形態に係るパワーアシスト付台車の斜視図、（ｂ）はその裏面から見た平面図。
【図４】本発明の実施形態に係るパワーアシスト動作のフロー図。
【図５】本発明の実施形態に係るパワーアシスト付車椅子の他の構成を説明するブロック図。
【図６】本発明の実施形態に係るパワーアシスト付車椅子のさらに他の構成を説明するブロック図。
【図７】（ａ）は本発明の実施形態に係る運搬車の登坂時の走行状態を説明する図、（ｂ）は同降坂時の走行状態を説明する図。
【図８】本発明の実施形態に係る路面傾斜角推定フロー図。
【図９】本発明の実施形態に係るパワーアシスト動作のフロー図。
【図１０】本発明の実施形態に係る停止制御のフロー図。
【図１１】走行方向及び走行方向に直交する方向を説明する斜視図。
【図１２】傾斜した路面における走行状態を説明する図。
【図１３】（ａ）は本発明の実施形態に係る路面傾斜角検出手段の斜視図、（ｂ）は同変形例を示す斜視図。
【図１４】同上路面傾斜角検出手段の取付状態を示す斜視図。
【図１５】従来のパワーアシスト付運搬車の平面図。
【図１６】従来のパワーアシスト付運搬車の平面図。
【図１７】従来のパワーアシスト付運搬車の平面図。
【図１８】パワーアシスト付運搬車の走行状況を説明する斜視図。
【符号の説明】
１　パワーアシスト付車椅子
２　車体
３　駆動車輪
５　駆動モータ
６　操作部
７　外力検出手段
８　制御手段
９　走行状態検出手段
１１　傾斜角検出手段
１２　車体重量検出手段
２２　パワーアシスト付台車
３３　重り
６ａ，Ｆ，Ｂ，ＦＢ　推進方向
６ｂ，Ｒ，Ｌ，ＲＬ　操舵方向
３１　ポテンショメータ
【図１】
2004113375.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】
2004113375.tif 000009
【図８】
2004113375.tif 000010
【図９】
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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】
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【図１５】
2004113375.tif 000017
【図１６】
2004113375.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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