(57)【要約】【課題】利用者の意思に基づく操作を必要とせずに、片流れの発生が防止される手押し車を提供する。【解決手段】左右一対の旋回車輪５ａ，５ｂおよび左右一対の固定車輪６ａ，６ｂを備えた手押し車１において、手押し車１の重力方向に対する左右方向の傾斜角度を検出する傾斜角度センサ７と、傾斜角度センサ７より出力される左右方向の傾斜角度に基づき、固定車輪６ａ，６ｂに取り付けられたモータ８ａ，８ｂに発生させる回転トルクを演算する演算部１２と、演算部１２により算出された回転トルクをモータ８ａ，８ｂに発生させるモータ制御部２０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右一対の旋回車輪および左右一対の固定車輪を備えた手押し車において、
前記手押し車の重力方向に対する左右方向の傾斜角度を検出する傾斜角度検出部と、
前記傾斜角度検出部より出力される左右方向の前記傾斜角度に基づき、前記固定車輪に取り付けられたモータに発生させる回転トルクを演算する演算部と、
前記演算部により算出された前記回転トルクを前記モータに発生させるモータ制御部と
を備える手押し車。
【請求項２】
前記演算部は、前記手押し車の重量、前記固定車輪から前記手押し車の重心までの前後方向の距離、左右一対の前記固定車輪の間の距離、および前記固定車輪の半径を用いて前記回転トルクを演算することを特徴とする請求項１記載の手押し車。
【請求項３】
前記演算部は、積載物の重量、および前記固定車輪から前記積載物の位置までの前後方向の距離を加味して前記回転トルクを演算することを特徴とする請求項２記載の手押し車。
【請求項４】
左右一対の旋回車輪および左右一対の固定車輪を備えた手押し車において、
前記手押し車の重力方向に対する前後方向および左右方向の傾斜角度を検出する傾斜角度検出部と、
前記傾斜角度検出部より出力される前後方向および左右方向の前記傾斜角度に基づき、前記固定車輪に取り付けられたモータに発生させる回転トルクを演算する演算部と、
前記演算部により算出された前記回転トルクを前記モータに発生させるモータ制御部と
を備える手押し車。
【請求項５】
前記演算部は、前記手押し車の重量、前記固定車輪から前記手押し車の重心までの前後方向の距離、左右一対の前記固定車輪の間の距離、および前記固定車輪の半径を用いて前記回転トルクを演算することを特徴とする請求項４記載の手押し車。
【請求項６】
前記演算部は、積載物の重量、および前記固定車輪から前記積載物の位置までの前後方向の距離を加味して前記回転トルクを演算することを特徴とする請求項５記載の手押し車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高齢者などの歩行を支援する歩行車、荷物の運搬などに使用する台車、乳幼児などの運搬に使用するベビーカーなど、利用者が掴まりながら歩行する手押し車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
利用者が掴まりながら歩行する手押し車には、高齢者などの歩行を支援する歩行車がある。従来の歩行車には、進行方向に対して左右方向への曲がりやすさを考慮し、前輪が旋回自在キャスタで構成されたものが存在する。また、歩行車の転倒を防止するため、歩行車の重心の位置は、左右一対の前輪および左右一対の後輪の４輪で構成される範囲の内側になるように構成されている。
上記のような歩行車では、左右方向に傾斜した面を通過する際に、前輪が傾斜下り方向に旋回する「片流れ」が発生し、利用者は片流れに逆らうように歩行車を操作する必要があるため、負担となっていた。
これに対し、片流れの発生を防ぐ機能が搭載された車椅子が知られている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に開示された車椅子は、ハンドリムに加えられた力の大きさを検出し、力の大きさに比例した補助力を発生させる、パワーアシストシステムを搭載した車椅子である。そして、左右のハンドリムに加えられた力の差を検出し、左右の車輪に発生させる補助力のバランスを変更することで、片流れの発生を防ぐというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−９９０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の従来技術は、片流れの発生を防ぐ機能は有するものの、ハンドリムに力を加えるという操作が必要であるため、依然として利用者に身体的な負担が生じていた。また、操作を誤らないための注意を必要とし、利用者の精神的な負担にもなっていた。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、利用者の意思に基づく操作を必要とせずに、片流れの発生が防止され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】
【０００７】
この発明に係る手押し車は、左右一対の旋回車輪および左右一対の固定車輪を備えた手押し車において、手押し車の重力方向に対する左右方向の傾斜角度を検出する傾斜角度検出部と、傾斜角度検出部より出力される左右方向の傾斜角度に基づき、固定車輪に取り付けられたモータに発生させる回転トルクを演算する演算部と、演算部により算出された回転トルクをモータに発生させるモータ制御部とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る手押し車によれば、進行方向に対して左右方向に傾斜した面を通過する場合であっても、利用者の意思に基づく操作を必要とせずに片流れの発生が防止され、利用者の負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る歩行車の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る歩行車の構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る歩行車が傾斜した面を通過する場合の説明図（正面図）である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る歩行車が傾斜した面を通過する場合の説明図（上面図）である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る歩行車の動作を説明するフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態１に係る歩行車が、積載物のある状態で斜面を通過する場合の説明図（上面図）である。
【図７】実施の形態１における、歩行車の傾斜角度と回転トルクの関係の一例を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る歩行車が斜面を通過する場合の説明図（側面図）である。
【図９】この発明の実施の形態２に係る歩行車の動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る歩行車１の構成を示す図である。以下、手押し車として歩行車を用いて説明するが、本発明は歩行車に限定されるものではなく、旋回自在キャスタで構成された一対の車輪、および旋回固定キャスタで構成された一対の車輪を備えた運搬用台車、ベビーカーなどにも適用することができる。
歩行車１は、ハンドル２、フレーム３、シート４、前輪（車輪）５ａ，５ｂ、後輪（車輪）６ａ，６ｂ、傾斜角度センサ７（不図示）およびモータ８ａ（不図示），モータ８ｂなどを備える。図１において、モータ８ｂ（不図示）は、歩行車１の進行方向に対して右側の後輪６ｂに取り付けられる。
【００１１】
前輪５ａ，５ｂは旋回自在キャスタ（旋回車輪）であり、接地面に対して垂直な方向を旋回軸とし、全方位に旋回する。また、後輪６ａ，６ｂは旋回固定キャスタ（固定車輪）であって旋回せず、歩行車１の進行方向の向きに固定されている。
以下、歩行車１の進行方向を「前後方向」、歩行車１の進行方向に対する左右方向を「左右方向」と記載する。
【００１２】
傾斜角度センサ７（傾斜角度検出部）は、歩行車１の重力方向に対する左右方向の傾斜角度を検出し、制御部１０に出力する。傾斜角度センサ７は、ハンドル２、フレーム３など歩行車の傾斜を測定できる部位に取り付けられるが、これに限定されるものではなく、後述する制御部１０またはモータ制御部２０と一体に構成されてもよい。また、傾斜角度センサ７には、加速度センサが用いられるが、これに限定されるものではなく、ジャイロセンサ、ポテンショメータを用いてもよい。また、カメラにより路面画像を撮影し、撮影した路面画像を画像処理して路面角度を検出するように構成してもよい。また、予め記憶された地形データ、もしくは外部のサーバなどと通信して取得した地形データと現在位置とを照合し、路面角度を検出するように構成してもよい。また、上記のような構成を組合せて傾斜角度を検出するように構成してもよい。
【００１３】
モータ８ａ，８ｂは、後輪６ａ，６ｂに取り付けられ、モータ制御部２０に制御され回転トルクを発生する。発生した回転トルクは後輪６ａ，６ｂに伝達される。以下、後輪６ａ，６ｂを「駆動車輪」と記載する。
【００１４】
図２は、実施の形態１に係る歩行車１の構成を示すブロック図である。
制御部１０は、歩行車１の任意の位置に搭載され、取込部１１、演算部１２、指令部１３を備えて構成される。
取込部１１は、傾斜角度センサ７より出力される傾斜角度を取り込む。
演算部１２は、取込部１１により取り込まれた傾斜角度に基づき、モータ８ａ，８ｂに発生させる回転トルクを演算する。
指令部１３は、演算部１２の演算により算出された回転トルクの発生を指令する信号をモータ制御部２０に送信する。
制御部１０の各部の機能は、それぞれハードウェアにより構成されるが、メモリに格納されたプログラムをＣＰＵなどが実行するように構成してもよい。なお、同様の機能を有するものであれば他の手段により構成してもよい。
【００１５】
モータ制御部２０は、モータコントローラ、モータドライバなどで構成され、指令部１３より送信された指令信号を受信し、モータ８ａ，８ｂに発生させる回転トルクを制御する。なお、モータ制御部２０は、モータ８ａ，８ｂと一体に構成されても別体に構成されてもよい。
【００１６】
図３は、実施の形態１に係る歩行車１を利用し、左右方向に角度Φだけ傾斜した面を通過する場合の説明図（正面図）である。歩行車１の質量をＭ、重力加速度をｇとすると、重力による力（重量）はＭｇであり、歩行車１には図３に示す傾斜下り方向にＭｇ・ｓｉｎΦの力が働く。
【００１７】
図４は、実施の形態１に係る歩行車１を利用し、左右方向に角度Φだけ傾斜した面を通過する場合の説明図（上面図）である。図４に示すように、駆動車輪から歩行車１の重心Ａまでの距離をＬとすると、前輪５ａ，５ｂを傾斜下り方向に旋回させ、片流れの発生要因となる回転モーメントは、Ｌ・Ｍｇ・ｓｉｎΦで表される。
【００１８】
次に、動作について説明する。
図５は、実施の形態１に係る歩行車１の動作を説明するフローチャートである。
電源が投入されると、まず、取込部１１が、傾斜角度センサ７より出力される、歩行車１の重力方向に対する左右方向の傾斜角度Φを取り込む（ステップＳＴ１）。
次いで、演算部１２は、取込部１１により取り込まれた傾斜角度Φに基づき、駆動車輪のモータ８ａ，８ｂに発生させる回転トルクを演算する（ステップＳＴ２）。左右方向の傾斜下り方向に働く力、即ち、片流れの発生要因となる回転モーメントを打ち消すために必要な回転トルクが算出される。
次いで、指令部１３が、演算部１２の演算により算出された回転トルクの発生を指令する信号をモータ制御部２０に送信する（ステップＳＴ３）。
上記ステップＳＴ１〜ステップＳＴ３は、一定の周期で繰り返される。
【００１９】
モータ制御部２０は、指令部１３より受信した指令信号に基づいて、駆動車輪のモータ８ａ，８ｂに回転トルクを発生させる。これにより、片流れの発生要因となる回転モーメントが打ち消される。
【００２０】
以下、ステップＳＴ２における回転トルクの演算について説明する。
図６は、実施の形態１に係る歩行車１が、積載物のある状態で左右方向に角度Φだけ傾斜した面を通過する場合の説明図（上面図）である。図６に示すように、後輪６ａと後輪６ｂの間の距離をＰとし、また、一方の駆動車輪による推力をＦとすると、駆動車輪による回転モーメントはＦ・Ｐで表される。すると、片流れの発生要因となる回転モーメントを打ち消すためには、下記式（１）の関係を満たす必要がある。
Ｆ・Ｐ＝Ｌ・Ｍｇ・ｓｉｎΦ      （１）
上記式（１）より下記式（２）が導出される。
Ｆ＝Ｌ・Ｍｇ・ｓｉｎΦ／Ｐ      （２）
【００２１】
ここで、後輪６ａ，６ｂの半径をｒとすると、モータ８ａ，８ｂに発生させる回転トルクＴｍｏｔは、ｒ・Ｆで表されるので、上記式（２）より下記式（３）が導出される。
Ｔｍｏｔ＝ｒ・Ｆ＝ｒ・Ｌ・Ｍｇ・ｓｉｎΦ／Ｐ      （３）
【００２２】
また、歩行車１に利用者の荷物などの積載物がある場合、積載物の質量をｍとすると、積載物にも傾斜下り方向にｍｇ・ｓｉｎΦの力が働く。そこで、図６に示すように、駆動車輪から積載物の位置Ｂまでの前後方向の距離をｌとすると、積載物により発生する回転モーメントは、ｌ・ｍｇ・ｓｉｎΦとなる。よって、この場合、上記式（１）は下記式（４）のように表される。
Ｆ・Ｐ＝Ｌ・Ｍｇ・ｓｉｎΦ＋ｌ・ｍｇ・ｓｉｎΦ      （４）
上記式（４）より下記式（５）が導出される。
Ｆ＝（Ｌ・Ｍ＋ｌ・ｍ）・ｇ・ｓｉｎΦ／Ｐ            （５）
上記式（５）より、駆動車輪のモータ８ａ，８ｂに発生させる回転トルクＴｍｏｔは下記式（６）となる。
Ｔｍｏｔ＝ｒ・Ｆ＝ｒ・（Ｌ・Ｍ＋ｌ・ｍ）・ｇ・ｓｉｎΦ／Ｐ      （６）
上記式（６）において、傾斜角度Φは取込部１１により逐次取り込まれる傾斜角度が用いられる。
【００２３】
また、歩行車１の質量Ｍは予め設定された値が用いられるが、歩行車１への付属機器の脱着などに応じて、適宜変更可能に構成してもよい。
また、積載物の重量ｍｇは、荷物かご（不図示）などに取り付けられた重量検出部により検出された値が用いられる。重量検出部としては、ロードセルや圧力センサなどが用いられる。
また、駆動車輪から積載物の位置Ｂまでの前後方向の距離ｌは、駆動車輪からシート４または荷物かごなどまでの前後方向の距離が予め測定され、制御部１０に記憶されている。演算部１２は、重量検出部により重量が検出された場合、当該重量の検出された位置に該当する距離ｌを読み出して演算に用いる。
【００２４】
上記式（３）または上記式（６）の演算により算出された回転トルクＴｍｏｔは、モータ８ａとモータ８ｂで逆向きに発生させるため、演算部１２は傾斜角度Φに基づき、何れか一方の回転トルクＴｍｏｔをマイナス値にする。
また、上記では、モータ８ａ，８ｂは減速機構を有しておらず、車輪に直接接続されているものとする。
なお、モータ８ａ，８ｂが減速機構を有している場合には、減速比や効率を考慮して回転トルクＴｍｏｔを演算するように演算部１２を構成する。
【００２５】
図７は、上記式（３）において、駆動車輪から歩行車１の重心Ａまでの距離Ｌ＝２５０［ｍｍ］、歩行車１の質量Ｍ＝１５［ｋｇ］、後輪６ａと後輪６ｂの間の距離Ｐ＝６００［ｍｍ］、駆動車輪の半径ｒ＝１００［ｍｍ］とした場合における、傾斜角度Φと回転トルクＴｍｏｔとの関係を示す図である。
【００２６】
以上のように、この実施の形態１に係る歩行車１によれば、左右一対の旋回車輪５ａ，５ｂおよび左右一対の固定車輪６ａ，６ｂを備えた歩行車１において、歩行車１の重力方向に対する左右方向の傾斜角度を検出する傾斜角度センサ７と、傾斜角度センサ７より出力される左右方向の傾斜角度に基づき、固定車輪６ａ，６ｂに取り付けられたモータ８ａ，８ｂに発生させる回転トルクを演算する演算部１２と、演算部１２により算出された回転トルクをモータ８ａ，８ｂに発生させるモータ制御部２０とを備えるように構成したので、利用者の意思に基づく操作を必要とせずに片流れの発生が防止され、利用者の負担を軽減することができる。
【００２７】
実施の形態２．
実施の形態１では、歩行車１を利用し、左右方向に傾斜した面を通過する場合について説明したが、実施の形態２では、左右方向の傾斜に加え、前後方向にも傾斜した面を通過する場合の歩行車１の構成について説明する。
【００２８】
図８は、実施の形態２に係る歩行車１を利用し、左右方向に角度Φ、前後方向に角度θだけ傾斜した面を通過する場合の説明図（側面図）である。なお、左右方向の傾斜角度Φにより歩行車１に働く力は実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００２９】
前後方向の傾斜角度θにより歩行車１に働く力について、歩行車１の質量をＭ、重力加速度をｇとすると、図８に示す傾斜下り方向にＭｇ・ｓｉｎθの力が働く。また、歩行車１に質量ｍの積載物がある場合は、同方向に（Ｍ＋ｍ）ｇ・ｓｉｎθの力が働く。
【００３０】
実施の形態２では、傾斜角度センサ７が、歩行車１の重力方向に対する左右方向の傾斜角度Φ、および歩行車１の重力方向に対する前後方向の傾斜角度θをそれぞれ検出し、制御部１０に出力する。
また、演算部１２が、取込部１１により取り込まれた左右方向の傾斜角度Φおよび前後方向の傾斜角度θに基づいて、駆動車輪のモータ８ａ，８ｂに発生させる回転トルクを演算する。その他の構成については実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００３１】
次に、動作について説明する。
図９は、実施の形態２に係る歩行車１の動作を説明するフローチャートである。
電源が投入されると、まず、取込部１１が、傾斜角度センサ７より出力される、歩行車１の重力方向に対する左右方向の傾斜角度Φ、および歩行車１の重力方向に対する前後方向の傾斜角度θを取り込む（ステップＳＴ１ａ）。
次いで、演算部１２が、取込部１１により取り込まれた傾斜角度Φおよび傾斜角度θに基づき、モータ８ａ，８ｂに発生させる回転トルクを演算する（ステップＳＴ２ａ）。左右方向の傾斜下り方向に働く力、即ち、片流れの発生要因となる回転モーメント、および前後方向の傾斜下り方向に働く力を打ち消すために必要な回転トルクが算出される。
次いで、指令部１３が、演算部１２の演算により算出された回転トルクの発生を指令する信号をモータ制御部２０に送信する（ステップＳＴ３ａ）。
上記ステップＳＴ１ａ〜ステップＳＴ３ａは、一定の周期で繰り返される。
【００３２】
モータ制御部２０は、指令部１３より受信した指令信号に基づいて、駆動車輪のモータ８ａ，８ｂに回転トルクを発生させる。これにより、片流れの発生要因となる回転モーメント、および前後方向の傾斜下り方向に働く力が打ち消される。
【００３３】
以下、ステップＳＴ２ａにおける回転トルクの演算について説明する。
前後方向の傾斜下り方向に働く力を打ち消すために必要な駆動車輪の回転トルクをＴｍｏｔＦＢとすると、回転トルクＴｍｏｔＦＢは、一方の駆動車輪による推力Ｆ、後輪６ａ，６ｂの半径ｒを用いて、下記式（７）のように表される。
ＴｍｏｔＦＢ＝ｒ・Ｆ＝ｒ・（Ｍ＋ｍ）ｇ・ｓｉｎθ／２      （７）
上記式（７）において、歩行車１に積載物がない場合にはｍ＝０となる。
また、傾斜角度θは取込部１１により逐次取り込まれる傾斜角度が用いられる。
【００３４】
また、左右方向の傾斜下り方向に働く力を打ち消すために必要な駆動車輪の回転トルクＴｍｏｔＬＲは、実施の形態１で示した式（６）となる。
【００３５】
したがって、歩行車１を利用し、左右方向に角度Φ、前後方向に角度θだけ傾斜した面を通過する場合に、一方の駆動車輪のモータに発生させる回転トルクをＴｍｏｔ１、他方の駆動車輪のモータに発生させる回転トルクをＴｍｏｔ２とすると、上記式（６）および上記式（７）より下記式（８）が導出される。なお、前述のとおり、一方の駆動車輪に発生させる回転トルクＴｍｏｔＬＲは、マイナス値である。
Ｔｍｏｔ１＝ＴｍｏｔＦＢ＋ＴｍｏｔＬＲ
Ｔｍｏｔ２＝ＴｍｏｔＦＢ−ＴｍｏｔＬＲ      （８）
【００３６】
以上のように、この実施の形態２に係る歩行車１によれば、左右一対の旋回車輪５ａ，５ｂおよび左右一対の固定車輪６ａ，６ｂを備えた歩行車１において、歩行車１の重力方向に対する前後方向および左右方向の傾斜角度を検出する傾斜角度センサ７と、傾斜角度センサ７より出力される前後方向および左右方向の傾斜角度に基づき、固定車輪６ａ，６ｂに取り付けられたモータ８ａ，８ｂに発生させる回転トルクを演算する演算部１２と、演算部１２により算出された回転トルクをモータ８ａ，８ｂに発生させるモータ制御部２０とを備えるように構成したので、左右方向および前後方向に傾斜した面を通過する場合であっても、利用者の意思に基づく操作を必要とせずに傾斜下り方向に働く力が打ち消され、利用者の負担を軽減することができる。
【００３７】
また、実施の形態１，２によれば、歩行車１の重量、および積載物がある場合には積載物の重量が加算された歩行車１の重量がゼロになったような感覚で歩行車１を利用することができる。
【００３８】
また、実施の形態１，２によれば、歩行車１の重量、および積載物がある場合には積載物の重量が加算された歩行車１の重量に起因して発生する回転モーメントのみが打ち消されるため、過剰な推進力や旋回トルクが発生することはない。
【００３９】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１  歩行車（手押し車）
２  ハンドル
３  フレーム
４  シート
５ａ，５ｂ  前輪（車輪）
６ａ，６ｂ  後輪（車輪）
７  傾斜角度センサ（傾斜角度検出部）
８ａ，８ｂ  モータ
１０  制御部
１１  取込部
１２  演算部
１３  指令部
２０  モータ制御部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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