(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人が操作指示を行うための操作入力部と、該操作入力部に加えられた操作指示を検出する指示検出部と、加えられた指示に応じて操舵や推進のための動力を制御する制御手段と、障害物の位置及び方向を検出する障害物検知センサーとを備えるとともに、障害物検知センサーによる障害物の検知出力に基づいて車両の速度のうち、障害物への接近方向の速度を制限する衝突回避手段を備え、上記衝突回避手段は、操作入力部に与えられた操作指示を、障害物に近づく方向の成分とこれに直交する成分とに分解し、近づく方向の成分を排除することで障害物への接近方向の速度を制限するものであることを特徴とする記載の動力車。
【請求項２】
人が操作指示を行うための操作入力部と、該操作入力部に加えられた操作指示を検出する指示検出部と、加えられた指示に応じて操舵や推進のための動力を制御する制御手段と、障害物の位置及び方向を検出する障害物検知センサーとを備えるとともに、障害物検知センサーによる障害物の検知出力に基づいて車両の速度のうち、障害物への接近方向の速度を制限する衝突回避手段を備え、上記衝突回避手段は、車両の移動方向が障害物への接近方向である時に車両の任意の位置が障害物に接近しているか否かを判定する判定手段を備えて、該判定手段の結果に応じて速度制限を行うものであり、
上記判定手段は、車両の前後面の任意の位置の移動速度に、車両速度を検出もしくは算出している位置から上記位置までの幅方向距離と旋回速度との積を加えた値が、障害物に衝突する向きにおいて所定速度以上であるかどうかで判定を行うものであることを特徴とする動力車。
【請求項３】
人が操作指示を行うための操作入力部と、該操作入力部に加えられた操作指示を検出する指示検出部と、加えられた指示に応じて操舵や推進のための動力を制御する制御手段と、障害物の位置及び方向を検出する障害物検知センサーとを備えるとともに、障害物検知センサーによる障害物の検知出力に基づいて車両の速度のうち、障害物への接近方向の速度を制限する衝突回避手段を備え、上記衝突回避手段は、車両の移動方向が障害物への接近方向である時に車両の任意の位置が障害物に接近しているか否かを判定する判定手段を備えて、該判定手段の結果に応じて速度制限を行うものであり、
上記判定手段は、車両の左右側面の任意の位置の移動速度に、車両速度を検出もしくは算出している位置から上記位置までの前後方向距離と旋回速度との積を加えた値が、障害物に衝突する向きにおいて所定速度以上であるかどうかで判定を行うものであることを特徴とする動力車。
【請求項４】
人が操作指示を行うための操作入力部と、該操作入力部に加えられた操作指示を検出する指示検出部と、加えられた指示に応じて操舵や推進のための動力を制御する制御手段と、障害物の位置及び方向を検出する障害物検知センサーとを備えるとともに、障害物検知センサーによる障害物の検知出力に基づいて車両の速度のうち、障害物への接近方向の速度を制限する衝突回避手段を備え、上記衝突回避手段は、車両の移動方向が障害物への接近方向である時に車両の任意の位置が障害物に接近しているか否かを判定する判定手段を備えて、該判定手段の結果に応じて速度制限を行うものであり、
上記判定手段は、障害物に最も近い車両の位置と障害物とを結ぶ方向を判断し、車両の前後面の任意の位置の移動速度に、車両速度を検出もしくは算出している位置から上記位置までの幅方向距離と旋回速度との積を加えた値と、車両の左右側面の任意の位置の移動速度に、車両速度を検出もしくは算出している位置から上記位置までの前後方向距離と旋回速度との積を加えた値との合成速度の上記方向の成分の値が所定速度以上であるかどうかで判定を行うものであることを特徴とする動力車。
【請求項５】
衝突回避手段は、車両内の所定点を通る前後方向と左右方向の線で区分けした総計８つのエリア毎に速度制限値を算出し、得られた速度制限値のうち最も低い速度制限値で速度制限を行うものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の動力車。
【請求項６】
衝突回避手段は、所定点として車両速度を検出もしくは算出している点を用いていることを特徴とする請求項５記載の動力車。
【請求項７】
衝突回避手段は、所定点として車両を旋回させた時の横方向移動速度がゼロである点を用いていることを特徴とする請求項５記載の動力車。
【請求項８】
衝突回避手段は、所定点として個別に速度制御される２つの駆動車輪の中間点を用いていることを特徴とする請求項５記載の動力車。
【請求項９】
衝突回避手段は、所定点として車両の形状上の中心点を用いていることを特徴とする請求項５記載の動力車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は配膳車や手術台、工場用運搬台車等の手押し型の台車、あるいは車椅子、ゴルフカート等の操作者が搭乗して操作する台車であって、操舵機能を有しているとともに推進及び又は操舵のための動力を備えている動力車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
操作者の操縦操作に応じて推進及び操舵を行うこの種の動力車において、障害物（壁面等を含む）との衝突を避けるために障害物検知センサーを設けたものが提供されている。たとえば特開平１０−３３８１４２号公報には障害物検知出力に基づき、補助的駆動力のうちの前進方向の補助的駆動力をオフとし、後進方向の補助的駆動力をオンとしたままとする切換部を備えた駆動補助付き小型車両が示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のものでは前進方向の駆動をオフとすることで、衝突してしまった時に駆動力が相手に働かないようにしているだけで、衝突回避を行っているわけではない。また、障害物を検知した時に急に減速停止することから、操作者がこの動きにおどろいたり反動で怪我をしたりする虞がある。
【０００４】
一方、特開平５−５０９３４号公報には、自動操舵装置において衝突の可能性が生じた時に操舵パターンを修正することで衝突を回避するものが示されているが、操作者の操縦操作に応じて推進及び操舵を行う場合については、このような衝突回避動作をとるようにはなっていない。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは操作者の操縦操作に応じて推進及び操舵を行うものにおける障害物との衝突を操作者に違和感を感じさせることなく回避することができる動力車を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明は、人が操作指示を行うための操作入力部と、該操作入力部に加えられた操作指示を検出する指示検出部と、加えられた指示に応じて操舵や推進のための動力を制御する制御手段と、障害物の位置及び方向を検出する障害物検知センサーとを備えるとともに、障害物検知センサーによる障害物の検知出力に基づいて車両の速度のうち、障害物への接近方向の速度を制限する衝突回避手段を備え、上記衝突回避手段は、操作入力部に与えられた操作指示を、障害物に近づく方向の成分とこれに直交する成分とに分解し、近づく方向の成分を排除することで障害物への接近方向の速度を制限するものであることに特徴を有している。障害物に近づく速度が制限されるために衝突を回避したり、たとえ衝突してもその衝撃を小さくすることができる。
【０００８】
また本発明は、人が操作指示を行うための操作入力部と、該操作入力部に加えられた操作指示を検出する指示検出部と、加えられた指示に応じて操舵や推進のための動力を制御する制御手段と、障害物の位置及び方向を検出する障害物検知センサーとを備えるとともに、障害物検知センサーによる障害物の検知出力に基づいて車両の速度のうち、障害物への接近方向の速度を制限する衝突回避手段を備え、上記衝突回避手段は、車両の移動方向が障害物への接近方向である時に車両の任意の位置が障害物に接近しているか否かを判定する判定手段を備えて、該判定手段の結果に応じて速度制限を行うものであり、上記判定手段は、車両の前後面の任意の位置の移動速度に、車両速度を検出もしくは算出している位置から上記位置までの幅方向距離と旋回速度との積を加えた値が、障害物に衝突する向きにおいて所定速度以上であるかどうかで判定を行うものであることに他の特徴を有している。障害物に近づく速度が制限されるために衝突を回避したり、たとえ衝突してもその衝撃を小さくすることができる。。
【０００９】
この場合の判定手段は、車両の左右側面の任意の位置の移動速度に、車両速度を検出もしくは算出している位置から上記位置までの前後方向距離と旋回速度との積を加えた値が、障害物に衝突する向きにおいて所定速度以上であるかどうかで判定を行うものを好適に用いることができ、更には障害物に最も近い車両の位置と障害物とを結ぶ方向を判断し、車両の前後面の任意の位置の移動速度に、車両速度を検出もしくは算出している位置から上記位置までの幅方向距離と旋回速度との積を加えた値と、車両の左右側面の任意の位置の移動速度に、車両速度を検出もしくは算出している位置から上記位置までの前後方向距離と旋回速度との積を加えた値との合成速度の上記方向の成分の値が所定速度以上であるかどうかで判定を行うものであってもよい。
【００１０】
また衝突回避手段は、車両内の所定点を通る前後方向と左右方向の線で区分けした総計８つのエリア毎に速度制限値を算出し、得られた速度制限値のうち最も低い速度制限値で速度制限を行うものであってもよい。
【００１１】
この時、衝突回避手段には、所定点として車両速度を検出もしくは算出している点を用いるもの、所定点として車両を旋回させた時の横方向移動速度がゼロである点を用いるもの、所定点として個別に速度制御される２つの駆動車輪の中間点を用いるもの、所定点として車両の形状上の中心点を用いるもの等を好適に用いることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図１〜図４に示す動力車は、いわゆるパワーアシスト型と称されているもので、配膳車として形成された前後に長い車両１の前端面には操作ハンドル４が配設され、車両１の底面には総計４個の車輪２，３ａが配設されている。車両１の前方側の左右に配された２個の車輪３ａ，３ａは自在車輪（キャスター）であり、後方側の左右に配された２個の車輪２，２は、個別に駆動制御されるモータ２０，２０が夫々接続されている。両モータ２０，２０によって前後の推進駆動に加えて、両モータ２０，２０の速度差で旋回操舵を行うものとなっている。
【００１３】
また、車両１の前端左右には夫々障害物検知センサー５が配されている。この障害物検知センサー５は、レーザーレーダのような障害物の距離と方向とを検出することができるものを用いており、図３中の各障害物検知センサー５を中心とする半円形は各障害物検知センサー５における障害物検知エリアを示している。該障害物検知センサー５は、常時稼働して障害物検知エリア内の障害物検知スキャンを行い、後述の制御回路ＣＰＵからデータ要求があった時、最新のスキャン平面内の障害物情報を返す。
【００１４】
上記操作ハンドル４の左右両端の車両１との連結部分には力センサーＣ，Ｃを設けている。図４に示す制御回路ＣＰＵは、操作ハンドル４に加えられた力を検出する力センサーＣ，Ｃの各検出値Ｆｒ，Ｆｌから前後方向の操作力Ｆｈｘと左右方向の操作力Ｆｈｙとを算出し、これら前後及び左右方向の操作力（Ｆｈｘ，Ｆｈｙ）に予め定めた所定のゲイン（Ｋｘ，Ｋｙ）を乗じて制御中心Ａでのｘ方向の推進速度Ｖｘ及びψ方向の旋回速度（角速度）Ωを求めてこれらの値から両モータ２０，２０に印加する電流値を演算し、速度フィードバックをかけながら、これらモータ２０，２０を駆動する。つまり、
Ｖｘ＝Ｋｘ・Ｆｈｘ
Ω＝Ｋｙ・Ｆｈｙ
となるように制御しているとともに、左右の車輪２，２の各前進方向速度Ｖｌ，Ｖｒが
Ｖｌ＝Ｖｘ＋（Ｌｔ／２）・Ω
Ｖｒ＝Ｖｘ−（Ｌｔ／２）・Ω
となるように制御する。Ｌｔは車輪２，２の間隔（トレッド）である。車輪２にはその回転速度を検出するためのエンコーダ等からなる速度検出手段（図示せず）を設けて、フィードバック制御をかけている。
【００１５】
なお、操作ハンドル４に加えられた操作力Ｆｈｘ，Ｆｈｙは、左右の力センサーＣ，Ｃの各検出値Ｆｒ，Ｆｌと実験で求めた係数ａ，ｂ，ｃ，ｄとから、
（Ｆｈｘ，Ｆｈｙ）＝（ａ・Ｆｒ＋ｂ・Ｆｌ，ｃ・Ｆｒ＋ｄ・Ｆｌ）
の演算で求めている。また制御中心Ａは、前後方向及び左右方向の指令値を零として旋回方向の指令のみを与えた時に前後方向及び左右方向の移動量が零となる点であり、本例の場合、上記両車輪２０，２０の中間点となる。
【００１６】
そして、障害物検知センサー５によって障害物が検出された時、制御回路ＣＰＵは、速度Ｖｘの上限値Ｖｘ_maxと下限値Ｖｘ_min及び角速度Ωの上限値Ω_maxと下限値Ω_minを算出し、速度Ｖｘと角速度Ωが夫々上記下限値と上限値との間に納まるように制限する。
【００１７】
この制限について、更に詳しく説明すると、まず図５に示すように車両１の前後に障害物Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４が検知され且つこれらの制御中心Ａを基準とする座標が夫々（Ｘｂ１，Ｙｂ１），（Ｘｂ２，Ｙｂ２），（Ｘｂ３，Ｙｂ３），（Ｘｂ４，Ｙｂ４）である時、制御中心Ａから車両１前端までの最短距離Ｌ１より大きいところにある障害物Ｂ１，Ｂ２は車両１の前方に、制御中心Ａから車両１後端までの最短距離−Ｌ２より小さいところにある障害物Ｂ３，Ｂ４は車両１の後方にあることが判断できる。また、各障害物Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４と車両１までの距離Ｌｂｘ１，Ｌｂｘ２，Ｌｂｘ３，Ｌｂｘ４は上記座標と車両１の上記寸法Ｌ１，Ｌ２とから求めることができる。
【００１８】
さらに図示例では障害物Ｂ２，Ｂ４が車両１よりも側方にずれた位置（車両１の幅Ｗをとする時、｜ｙｂ２｜＞Ｗ／２，｜ｙｂ４｜＞Ｗ／２）にある時、旋回速度がゼロで前後方向の直進のみを行うのであれば障害物Ｂ２，Ｂ４に衝突する可能性はなく、回避動作を行うべき対象から外してしまってもよいが、曲がりながら前進もしくは後退した場合などに衝突する可能性があるために、速度Ｖｘの制限の対象とする。障害物が車両１正面よりも外側で衝突を考慮すべき対象域の範囲をδｙとする時、上述のように旋回速度がゼロ（Ω＝０）であればδｙもほぼゼロで良いことから、たとえばδｙ＝Ｃｙ・｜Ω｜などのように、Ωの関数としておくのが好ましい。なお、Ｃｙは定数である。
【００１９】
速度制限は、障害物が存在しない時の最高速度をＶｘ_max0（たとえば６ｋｍ／ｈ）、予め定めた定数をＤ０ｘとする時、障害物Ｂ１が速度制限対象域Ｌｂｘ_max内に入った時、最高速度Ｖｘ_maxを
Ｖｘ_max＝Ｖｘ_max0−Ｄ０ｘ・（Ｌｂｘ_max−Ｌｂｘ１）
で算出する。車両１に近くなるほど最高速度Ｖｘ_maxを落とすのである。
【００２０】
一方、車両１の正面から外れた位置にある障害物Ｂ２に対しては、前後方向速度Ｖｘに関し、速度制限は緩めでよいことから、
Ｖｘ_max＝Ｖｘ_max0−Ｄ１ｘ・（Ｌｂｘ_max−Ｌｂｘ１）
とする。この時、予め定めた定数Ｄ１ｘは上記定数Ｄ０ｘよりも小さい値としておくが、Ｄ１ｘ＝Ｄ０ｘとしてもよい。
【００２１】
しかし、旋回速度Ωが正の値（反時計回りの値）を持つ時、衝突する可能性があることから、Ｖｘ＞０である場合、最大旋回速度Ω_maxを
Ω_max＝Ω_max0−Ｄ２ｘ・（Ｌｂｘ_max−Ｌｂｘ２）
で算出した値に制限する。Ω_max0は障害物がない時の最高速度（たとえば２ｒａｄ／ｓ）、Ｄ２ｘは予め定めた定数である。
【００２２】
後方に位置する障害物Ｂ３に対しては、車両１が後退すると衝突する可能性があることから、障害物がない時の最高後退速度をＶｘ_min0（たとえば−６ｋｍ／ｓ）、予め定めた定数をＤ３ｘとする時、
Ｖｘ_min＝Ｖｘ_min0−Ｄ３ｘ・（Ｌｂｘ_max−Ｌｂｘ３）
で算出した最高後退速度Ｖｘ_minに制限する。
【００２３】
さらに車両１の後方からずれた位置にある障害物Ｂ４に対しては、前後方向速度Ｖｘに関し、速度制限は緩めでよいことから、
Ｖｘ_min＝Ｖｘ_min0−Ｄ４ｘ・（Ｌｂｘ_max−Ｌｂｘ４）
とする。この時、予め定めた定数Ｄ４ｘは上記定数Ｄ３ｘよりも小さい値としておくが、Ｄ４ｘ＝Ｄ３ｘとしてもよい。
【００２４】
しかし、旋回速度Ωが負の値（時計回りの値）を持ち且つＶｘ＜０である場合衝突する可能性があることから、最大旋回速度Ω_minを
Ω_min＝Ω_min0−Ｄ５ｘ・（Ｌｂｘ_max−Ｌｂｘ４）
で算出した値に制限する。Ω_min0は障害物がない時の最高速度（たとえば−２ｒａｄ／ｓ）、Ｄ５ｘは予め定めた定数である。
【００２５】
複数の障害物が同時に存在する時は、各障害物に対してＶｘ_min，Ｖｘ_max，Ω_min，Ω_maxを夫々求めて、絶対値が最も小さい速度制限値を採用する。
【００２６】
また、図６に示すように、左右に位置する障害物検出センサー５，５で障害物Ｂ５，Ｂ６，Ｂ７，Ｂ８が検知され且つこれら障害物の制御中心Ａを中心とする座標が夫々（Ｘｂ５，Ｙｂ５），（Ｘｂ６，Ｙｂ６），（Ｘｂ７，Ｙｂ７），（Ｘｂ８，Ｙｂ８）である時、制御中心Ａから車両１の左側面までの距離Ｗ／２より大きいところにある障害物Ｂ５，Ｂ６は車両１の左側方に、制御中心Ａから車両１の右側面までの距離−Ｗ／２より小さいところにある障害物Ｂ７，Ｂ８は車両１の右側方にあることが判断できる。また、各障害物Ｂ５，Ｂ６，Ｂ７，Ｂ８と車両１までの距離Ｌｂｙ５，Ｌｂｙ６，Ｌｂｙ７，Ｌｂｙ８は上記座標と車両１の上記寸法Ｗとから求めることができる。
【００２７】
さらに図示例では障害物Ｂ６，Ｂ８が車両１よりも前後にずれた位置（Ｘｂ６＞Ｌ１、Ｘｂ８＜−Ｌ２）にある時、旋回のみ（前後方向の速度がゼロ）であれば衝突する可能性はなく、回避動作を行うべき対象から外してしまってもよいが、曲がりながら前進もしくは後退した場合などに衝突する可能性があるために、旋回速度Ωの制限の対象とする。障害物が車両１側面よりも前後にずれたところであるものの衝突を考慮すべき対象域の範囲をδｘとする時、上述のように前後方向速度がゼロ（Ｖｘ＝０）であればδｘもほぼゼロで良いことから、たとえばδｘ＝Ｃｘ・｜Ω｜などのように、Ωの関数としておくのが好ましい。なお、Ｃｘは定数である。
【００２８】
速度制限は、障害物が存在しない時の旋回最高速度をΩ_max0（たとえば２ｒａｄ／ｓ）、予め定めた定数をＤ１ｙとする時、障害物Ｂ５が速度制限対象域Ｌｂｙ_max内に入った時、最高旋回速度（角速度）Ω_maxを
Ω_max＝Ω_max0−Ｄ０ｙ・（Ｌｂｙ_max−Ｌｂｙ５）
で算出する。車両１に近くなるほど角速度Ω_maxを落とすのである。
【００２９】
一方、車両１の側面から外れた位置にある障害物Ｂ６に対しては、角速度Ωに関し、速度制限は緩めでよいことから、
Ω_max＝Ω_max0−Ｄ１ｙ・（Ｌｂｙ_max−Ｌｂｙ６）
とする。Ｄ１ｙは予め定めた定数であり、該定数Ｄ１ｙは上記定数Ｄ０ｙよりも小さい値としておくが、Ｄ１ｙ＝Ｄ０ｙとしてもよい。また、速度Ｖｘに関し、Ω＞０の条件付きで
Ｖｘ_max＝Ｖｘ_max0−Ｄ２ｙ・（Ｌｂｙ_max−Ｌｂｙ２）
とする。
【００３０】
右側方で且つ制御中心Ａよりも前方に位置する障害物Ｂ７に対しては、車両１が負の方向（時計回り）に旋回すると衝突する可能性があることから、予め定めた定数をＤ３ｙとする時、
Ω_min＝Ω_min0−Ｄ３ｙ・（Ｌｂｙ_max−Ｌｂｙ７）
で算出した最高角速度Ω_minに制限する。
【００３１】
さらに車両１の右斜め後方位置にある障害物Ｂ８に対しては、速度制限は緩めでよいことから、
Ω_min＝Ω_min0−Ｄ４ｙ・（Ｌｂｙ_max−Ｌｂｘ７）
とする。この時、予め定めた定数Ｄ４ｙは上記定数Ｄ３ｙよりも小さい値としておくが、Ｄ４ｙ＝Ｄ３ｙとしてもよい。
【００３２】
また、車両１が後退している時（Ｖｘが負）に障害物８に衝突する虞があるために、Ω＜０の条件付きで
Ｖｘ_min＝Ｖｘ_min0＋Ｄ５ｙ・（Ｌｂｙ_max−Ｌｂｙ８）
とする。Ｄ５ｙは予め定めた定数である。
【００３３】
複数の障害物が同時に存在する時は、各障害物に対してＶｘ_min，Ｖｘ_max，Ω_min，Ω_maxを夫々求めて、絶対値が最も小さい速度制限値を採用する。
【００３４】
図１に示すフローチャートは、上記速度制限値を採用する場合のフローチャートであり、イは前後の障害物に対する処理を、ロは左右の障害物に対する処理を示している。
【００３５】
図７及び図８に示す動力車は、車両１の前後両端の各左右に夫々ユニバーサルホイールタイプの全方向駆動車輪である車輪２を配している。この車輪２は、中央車軸を備えたフレームの外周部に中央車軸の軸方向及び径方向と直交する軸の回りに回転自在な複数個の紡錘形バレル２２を配したもので、各バレル２２の支持軸を含む断面の外形が中央車軸を中心とする円弧を形成している。また各車輪２は、夫々の中央車軸にモータ２０が連結されて該モータ２０によって中央車軸の回りの駆動力を受けることができるものとなっていることから、該車輪２は、中央車軸を中心とする駆動回転と、各バレル２２の夫々の軸回りの自由回転とによって、全方向移動が可能となっている。なお、複数個のバレル２２は２列で設けているとともに、両列においてバレル２２の中央車軸の軸回りにおける位置を半ピッチずらすことで、いずれかのバレル２２が常に接地する状態を得られるようにしている。
【００３６】
そして、前端側左右に配した２つの車輪２，２及び後端側左右に配した２つの車輪２，２は、夫々中央車軸の軸方向延長線が車両１の中央寄りの部分で交差するように前後方向から左右に振った状態で車両１に取り付けられている。また、これら車輪２にはその位置検出用のエンコーダ２００を設けてある。
【００３７】
車両１の前端には操作ハンドル４を配してあり、操作ハンドル４に加えた操作力に基づき、制御回路ＣＰＵは各車輪２に加えるべき駆動力を演算し、その駆動力指令値をモータ２０に与えて全方向車輪２を駆動する。
【００３８】
図９は上記操作ハンドル４に加えられた操作力を検出するセンサー部分の一例を示しており、車両１の端面にばね４１，４１に抗して左右に移動自在としたベース４０を設けるとともに、該ベース４０に操作ハンドル４の両端を夫々板ばね４２，４２を介して連結している。操作ハンドル４はベース４０に対して板ばね４２を撓ませることで前後に可動となっており、ばね４１，４１を撓ませることでベース４０と共に左右に可動となっている。
【００３９】
また、ばね４１の側面に非接触式距離センサー４５を対向させて、操作ハンドル４に左右方向の力を加えた時のベース４０の移動量ｄｃを検知し、さらに各板ばね４２に非接触式距離センサー４６，４６を各々対向させて各板ばね４２、４２の撓み量ｄｌ、ｄｒを検知し、これら非接触式距離センサー４５，４６，４６の出力から、操作ハンドル４に加えられた前後方向の力ｆｈｘと左右方向の力ｆｈｙとモーメントｆｈψを検出することができるようにしてある。
【００４０】
なお、上記操作力（ｆｈｘ，ｆｈｙ，ｆｈψ）は次のような演算で求める。式中のａ１１〜ａ３３は実験などで求めた値である。
【００４１】
【数１】
0004161615.tif 000002
【００４２】
また、全方向駆動車輪である４つの車輪２の駆動制御は、速度制御で行う場合、図１０に示すように操作ハンドル４から車両１の制御中心Ａまでの距離をＬｈとする時、車両１の制御中心Ａにおける速度（Ｖａｘ，Ｖａｙ，Ωａ）を
Ｖａｘ＝Ｋｘ・ｆｈｘ
Ｖａｙ＝Ｋｙ・ｆｈｙ
Ωａ＝Ｋｍｙ・Ｌｈ・ｆｈｙ＋Ｋψ・ｆｈψ
で求める。Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋｍｙは予め定めた定数である。
【００４３】
一方、車両１の制御中心Ａにおける速度が（Ｖａｘ，Ｖａｙ，Ωａ）である時、各車輪２の回転速度ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４は、
【００４４】
【数２】
0004161615.tif 000003
【００４５】
で求めることができる。ここで、左右の車輪２，２の間隔をＬｔ、制御中心Ａから各車輪２までの距離をＬｄ１，Ｌｄ２、車輪２の中央車軸が車両１の前後方向軸となす角度をθとする時、
（Ｌｄ１・ｃｏｓθ＋（Ｌｔ／２）ｓｉｎθ）＝Ｌ１ｖ
（Ｌｄ２・ｃｏｓθ＋（Ｌｔ／２）ｓｉｎθ）＝Ｌ２ｖ
とおくと、
【００４６】
【数３】
0004161615.tif 000004
【００４７】
となる。前記操作力（ｆｈｘ、ｆｈｙ、ｆｈψ）から上記の式により各車輪２の回転速度ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４を求めて、各モータ２０の駆動を行うことで、操作者が操作ハンドル４に加えた操作力に応じた前後進と操舵とを行う。
【００４８】
そして、このものにおいても、車両１の前後左右に夫々設置したレーザーレーダのような障害物検知センサー５の障害物検知出力に基づき、制御回路ＣＰＵは所要の方向の速度について制限をかけているのであるが、ここでは図１１に示すように、車両１の前後の速度制限対象域Ｌｂｘ_max×（Ｗ＋２δｙ）のエリアと、車両１の左右の速度制限対象域Ｌｂｙ_max×（Ｌ１＋Ｌ２＋２δｘ）のエリアを、車両１の制御中心Ａを通る前後左右方向の線分で８個のエリアＡＲＥＡ１〜ＡＲＥＡ８に区分けし、各エリアＡＲＥＡ１〜ＡＲＥＡ８毎に障害物が存在する場合の速度制限値を前記の場合と同様にして求め、得られた速度制限値のうちの最小値を採用するようにしている。なお、Ｌｂｘ_max及びＬｂｙ_maxの値は、障害物がない時の最高速度Ｖ_max0に応じて予め定めた一定値でもよいが、速度Ｖａｘ，Ｖａｙが遅い時にはより短い距離でも衝突の回避が可能となることから、速度Ｖａｘ，Ｖａｙの関数としてもよい。たとえば、
Ｌｂｘ_max＝Ｃｖ１・｜Ｖａｘ｜，Ｌｂｙ_max＝Ｃｖ２・｜Ｖａｙ｜
とする。Ｃｖ１，Ｃｖ２は定数である。また、全方向駆動車輪を用いたものでは、上記制御中心Ａを任意に移動させることができるが、制御中心Ａを変えた場合は上記区画も変更するようにしておく。
【００４９】
今、障害物Ｂｉを検知したならば、制御中心Ａを中心とする障害物Ｂｉの座標（Ｘｂｉ，Ｙｂｉ）からどのエリアＡＲＥＡ１〜ＡＲＥＡ８に存在するかを判断する。たとえば、障害物ＢｉがエリアＡＲＥＡ１に存在するかどうかの判断は、Ｌ１＜Ｘｂｉ＜Ｌ１＋Ｌｂｘ_max、０＞Ｙｂｉ＞−（Ｗ／２＋δｙ）の条件を満たすかどうかで行う。この時、δｙ，δｘの領域の関係から、重複する部分がエリアＡＲＥＡ１，８、エリアＡＲＥＡ２，３、エリアＡＲＥＡ４，５、エリアＡＲＥＡ６，７の間で生じるが、この重なる部分に存在する障害物は重なる部分を共有する２つエリアの各一辺をなしている車両１の外殻面に衝突する虞を有している。たとえば、図１１中のエリアＡＲＥＡ２，３が重なる部分に障害物Ｂｉが存在しているとすると、この障害物Ｂｉは半時計回りに旋回しながら前進すると、正面または左側面に衝突する虞がある。従って、両エリアで夫々の判定を行うようにしている。
【００５０】
また、エリアＡＲＥＡ１，２，５，６にある障害物Ｂｉは、車両１の外殻面までの距離ＬｂｘｉをＸｂｉ＞０の時、便宜的にＬｂｘｉ＝Ｘｂｉ−Ｌ１、Ｘｂｉ＜０の時はＬｂｘｉ＝−Ｘｂｉ−Ｌ２と計算し、エリアＡＲＥＡ３，４，７，８にある障害物Ｂｉは、車両１の外殻面までの距離Ｌｂｙｉを便宜的にＬｂｙｉ＝｜Ｘｂｉ−Ｗ／２｜と計算する。そして、車両１の前後面に衝突の可能性があるものはＬｂｘｉで、左右側面に衝突の可能性があるものはＬｂｙｉで評価する。
【００５１】
具体的には、各エリアＡＲＥＡ１〜８内で車両１までの距離が最小となる障害物を一つずつ抽出する。この時、上記δｘ，δｙの重複部分にある障害物については、一つの障害物が二つのエリアで抽出されることがある。
【００５２】
エリアＡＲＥＡ３から最も衝突する可能性が高い障害物としてＢａ３（座標はＸｂａ３，Ｙｂａ３）が抽出されている時、車両１を左横移動（Ｖａｙ＞０）させたり、反時計回りの旋回（Ωａ＞０）させたりすると、衝突する可能性がある。このために、障害物が無い時の左横移動の最高速度をＶａｙ_max0、反時計回り旋回の最高速度をΩａ_max0、障害物Ｂ３と車両１の左側面までの距離をＬｂａ３ｙとする時、
Ｖａｙ_max＝Ｖａｙ_max0−Ｄｙ１（Ｌｂｙ_max−Ｌｂａ３ｙ）
で左横方向の最高速度値Ｖａｙ_maxを算出し、
Ωａ_max＝Ωａ_max0−Ｄψ１（Ｌｂｘ_max−Ｌｂａ３ｙ）
で旋回最高速度Ωａ_maxを算出して、これらの最高速度に制限する。もちろん、右横移動（Ｖａｙ＜０）などでは障害物Ｂ３に衝突する虞がないことから、速度制限は行わない。なお、上記速度制限は、あるエリアに障害物が検知された時に一定値に制限するようにしてもよいが、この場合、高速移動中に障害物がエリアに入ると急に減速することになり、操作者にショックを与えることになるために、速度制限値を車両１から障害物までの距離の関数とし、該距離が短くなるにつれて速度制限値が低くなるようにしている。
【００５３】
他のエリアについても同様の考え方で速度制限を行時の制限値計算式を下記に示す。
Ｖａｘ_max＝Ｖａｘ_max0−Ｄｘ１（Ｌｂｘ_max−Ｌｂａ１ｘ）
Ｖａｘ_max＝Ｖａｘ_max0−Ｄｘ１（Ｌｂｘ_max−Ｌｂａ２ｘ）
Ｖａｘ_min＝Ｖａｘ_max0＋Ｄｘ２（Ｌｂｘ_max−Ｌｂａ５ｘ）
Ｖａｘ_min＝Ｖａｘ_max0＋Ｄｘ２（Ｌｂｘ_max−Ｌｂａ６ｘ）
Ｖａｙ_max＝Ｖａｙ_max0−Ｄｙ１（Ｌｂｙ_max−Ｌｂａ３ｙ）
Ｖａｙ_max＝Ｖａｙ_max0−Ｄｙ１（Ｌｂｙ_max−Ｌｂａ４ｙ）
Ｖａｙ_min＝Ｖａｙ_max0＋Ｄｙ２（Ｌｂｙ_max−Ｌｂａ７ｙ）
Ｖａｙ_min＝Ｖａｙ_max0＋Ｄｙ２（Ｌｂｙ_max−Ｌｂａ８ｙ）
Ωａ_max＝Ωａ_max0−Ｄψ１（Ｌｂｘ_max−Ｌｂａ１ｘ）
Ωａ_max＝Ωａ_max0−Ｄψ２（Ｌｂｙ_max−Ｌｂａ３ｙ）
Ωａ_max＝Ωａ_max0−Ｄψ３（Ｌｂｘ_max−Ｌｂａ５ｘ）
Ωａ_max＝Ωａ_max0−Ｄψ４（Ｌｂｙ_max−Ｌｂａ７ｙ）
Ωａ_min＝Ωａ_min0＋Ｄψ１（Ｌｂｘ_max−Ｌｂａ２ｘ）
Ωａ_min＝Ωａ_min0＋Ｄψ２（Ｌｂｙ_max−Ｌｂａ４ｙ）
Ωａ_min＝Ωａ_min0＋Ｄψ３（Ｌｂｘ_max−Ｌｂａ６ｘ）
Ωａ_min＝Ωａ_min0＋Ｄψ４（Ｌｂｙ_max−Ｌｂａ８ｙ）
Ｌｂａ１ｘ，Ｌｂａ２ｘはエリアＡＲＥＡ１，２にある障害物の車両１正面までの距離、Ｌｂａ５ｘ，Ｌｂａ６ｘはエリアＡＲＥＡ５，６にある障害物の車両１背面までの距離、Ｌｂａ３ｙ，Ｌｂａ４ｙはエリアＡＲＥＡ３，４にある障害物の車両１左側面までの距離、Ｌｂａ７ｙ，Ｌｂａ８ｙはエリアＡＲＥＡ７，８にある障害物の車両１右側面までの距離、Ｄｘ１，Ｄｘ２，Ｄｙ１，Ｄｙ２，Ｄψ１〜Ｄψ４は定数である。上記の各式で得られたＶａｘ_max，Ｖａｘ_min、Ｖａｙ_max，Ｖａｙ_min，Ωａ_max，Ωａ_minの内、絶対値が最小のものを採用して、速度制限を行う。図１２に本例についてのフローチャートを示す。
【００５４】
上記の例では全方向駆動車輪を備えたものにおいて、その制御中心Ａを通る線で複数のエリアに区分けしたが、図１〜図４に示した動力車では２つの車輪２，２の中間点（制御中心Ａ）を通る線で区分けすればよく、また旋回させた時に横移動速度が０となる制御中心Ａを通る線で区分けするのではなく、車両１の速度を検出している点（上記２例では制御中心Ａと一致）を通る線で区分けしたり、車両１の形状上の中心点を通る線で区分けするように、つまりＬ１＝Ｌ２となるようにしてもよい。計算を簡素化することができる。また、上記２例以外の駆動方式を採用する動力車にも適用することができる。
【００５５】
図１３及び図１４に他例を示す。これは操作ハンドル４に加えられた操作力（ｆｈｘ，ｆｈｙ，ｆｈψ）のうち、モーメント力ｆｈψを除いた操作力（ｆｈｘ，ｆｈｙ）の合力を障害物に近づく方向の成分の力とそれに直交する方向の成分の力（ｆｈｘ’，ｆｈｙ’）とに分解し、障害物に近づく方向の成分がゼロとなるように座標系の回転を行って操作力（ｆｈｘ”，ｆｈｙ”）を求め、この操作力（ｆｈｘ”，ｆｈｙ”）に基づいてパワーアシスト制御を行うようにしたもので、図１５にこの動作のフローチャートを示す。
【００５６】
これは障害物が壁である場合に特に有効であり、このためにここでは障害物検知センサー５（レーザーレーダ）から得た障害物情報から最小自乗近似で壁を線分Ｊ（図１６参照）として抽出して、抽出した線分Ｊと車両１の外殻とを結ぶ線分で最短距離Ｌｍｉｎのものを求め、この最短距離Ｌｍｉｎが予め定めた所定値より小さい（衝突の虞がある）場合、ｙ軸と最短距離Ｌｍｉｎの線分とのなす角度τを算出して、操作力（ｆｈｘ、ｆｈｙ）をτ回転した座標系に変換（ｆｈｘ’，ｆｈｙ’）し、さらにｆｈｙ’＞０である時、（ｆｈｘ’，０）を−τ回転した座標系に変換（ｆｈｘ”，ｆｈｙ”）している。障害物に近づく方向の成分はゼロにする一方、障害物から離れる方向の成分は有効に働くようにして、障害物との衝突を回避するようにしたものである。尚、図１６は障害物と車両１の外殻とを結ぶ線分で最短距離となるものとτ回転した座標系との関係の複数例を示すもので、図中Ｍは車両１の障害物への近づく方向を示している。
【００５７】
ところで、速度制限は障害物に衝突する方向の動きに対してのみ行えばよいのであるが、図１７(a)に示すように操作者が障害物Ｂに衝突しないように車両１を旋回させる操作Ｆを加えている時、車両１の側方移動速度Ｖａｙは障害物Ｂに接近する方向であるものの、旋回速度Ωａは障害物Ｂから遠ざかる方向であり、実際には車両１が障害物Ｂに接近しているわけではないので、速度Ｖａｙに速度制限を加えては操作性が悪化するだけとなる。同様に図１７(b)に示すように操作者が障害物Ｂに衝突しないように車両１を旋回させる操作Ｆを加えている時、車両の移動速度Ｖａｘは障害物Ｂに接近する方向であるものの、旋回速度Ωａは障害物Ｂから遠ざかる方向であり、実際には車両１が障害物Ｂに接近しているわけではないので、速度Ｖａｘに速度制限を加えては操作性が悪化してしまう。
【００５８】
このために、図１８に示すように、制御周期回数をｎとする時、制御周期毎の障害物Ｂと車両１との最短距離Ｌｂ_min(n)を算出し、前周期の距離Ｌｂ_min(n-1)と現在の距離Ｌｂ_min(n)との差から上記距離の変化量ΔＬｂ_minを算出し、この変化量ΔＬｂ_minが正であれば、障害物Ｂに接近する方向の速度を有していても、その速度に制限はかけないようにしておくことが望ましい。
【００５９】
車両１にある動きを与えている時、車両１の一部が障害物Ｂに衝突するかどうかは、次のように判定してもよい。すなわち、車両１の前後面が障害物Ｂに衝突するかどうかを判定するにあたっては図１９に示すように、前後面のうちの任意の位置の前後方向の移動速度Ｖを、前後方向速度Ｖｘに、車両１の制御中心Ａから車両１の衝突予測箇所までの横方向距離Ｌｙと旋回速度Ｖθとの積を加えた値とし、この速度Ｖが障害物に衝突する向きにおいて予め定めた所定速度以上であるかどうかを判定することで行っている。また、車両１の側面が障害物Ｂに衝突するかどうかを判定するにあたっては、図２０に示すように、側面のうちの任意の位置の左右方向の移動速度Ｖを、左右方向速度Ｖｙに、車両１の制御中心Ａから車両１の衝突予測箇所までの前後方向距離Ｌｘと旋回速度Ｖθとの積を加えた値とし、この速度Ｖが障害物に衝突する向きにおいて予め定めた所定速度以上であるかどうかを判定することで行っている。いずれにしても、衝突予測箇所の衝突する速度の近似値を容易に求めることができる。
【００６０】
なお、上記の場合、車両１の角が最も障害物Ｂに近い場合、正確な速度を算出することができないが、この場合、図２１に示すように、所定距離内のもっとも車両１に近い障害物Ｂと車両１における障害物Ｂに最も近い位置とを結ぶ方向Ｅを判断し、上記図１９及び図２０に示したＶｘ＋Ｖθ・ＬｙとＶｙ＋Ｖθ・Ｌｘとの合成速度Ｖｍの上記方向Ｅの成分Ｖｍｅが所定速度以上であれば、衝突すると判断するようにするとよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、人が操作指示を行うための操作入力部と、該操作入力部に加えられた操作指示を検出する指示検出部と、加えられた指示に応じて操舵や推進のための動力を制御する制御手段と、障害物の位置及び方向を検出する障害物検知センサーとを備えるとともに、障害物検知センサーによる障害物の検知出力に基づいて車両の速度のうち、障害物への接近方向の速度を制限する衝突回避手段を備え、上記衝突回避手段は、操作入力部に与えられた操作指示を、障害物に近づく方向の成分とこれに直交する成分とに分解し、近づく方向の成分を排除することで障害物への接近方向の速度を制限するものであるために、障害物に近づく速度を制限することができるものであり、このために衝突を回避したり、たとえ衝突してもその衝撃を小さくすることができる。
【００６３】
また人が操作指示を行うための操作入力部と、該操作入力部に加えられた操作指示を検出する指示検出部と、加えられた指示に応じて操舵や推進のための動力を制御する制御手段と、障害物の位置及び方向を検出する障害物検知センサーとを備えるとともに、障害物検知センサーによる障害物の検知出力に基づいて車両の速度のうち、障害物への接近方向の速度を制限する衝突回避手段を備え、上記衝突回避手段は、車両の移動方向が障害物への接近方向である時に車両の任意の位置が障害物に接近しているか否かを判定する判定手段を備えて、該判定手段の結果に応じて速度制限を行うものであり、上記判定手段が、車両の前後面の任意の位置の移動速度に、車両速度を検出もしくは算出している位置から上記位置までの幅方向距離と旋回速度との積を加えた値が、障害物に衝突する向きにおいて所定速度以上であるかどうかで判定を行うものであると、障害物に接近する方向の移動であるものの衝突には至らない操作、殊に衝突回避のための旋回操作に不要な速度制限が加わることがなく、操作性が向上する。しかも衝突予測箇所の衝突速度の近似値を容易に求めることができ、これに応じて速度制限を行うことができる。
【００６４】
この場合の判定手段には、車両の左右側面の任意の位置の移動速度に、車両速度を検出もしくは算出している位置から上記位置までの前後方向距離と旋回速度との積を加えた値が、障害物に衝突する向きにおいて所定速度以上であるかどうかで判定を行うものを用いてもよく、この場合においても衝突予測箇所の衝突速度の近似値を容易に求めることができ、これに応じて速度制限を行うことができる。
【００６５】
更に上記判定手段には、障害物に最も近い車両の位置と障害物とを結ぶ方向を判断し、車両の前後面の任意の位置の移動速度に、車両速度を検出もしくは算出している位置から上記位置までの幅方向距離と旋回速度との積を加えた値と、車両の左右側面の任意の位置の移動速度に、車両速度を検出もしくは算出している位置から上記位置までの前後方向距離と旋回速度との積を加えた値との合成速度の上記方向の成分の値が所定速度以上であるかどうかで判定を行うものを用いてもよく、この場合、車両の角についても衝突速度の近似値を的確に求めることができる。
【００６６】
また衝突回避手段は、車両内の所定点を通る前後方向と左右方向の線で区分けした総計８つのエリア毎に速度制限値を算出し、得られた速度制限値のうち最も低い速度制限値で速度制限を行うものであってもよい。
【００６７】
常に衝突する危険がある箇所で速度制限の判定をできるために安全である上に、複雑な形状で複数の障害物が存在するところでも衝突あるいは強い衝突を回避することができるものであり、また車両の周囲を一括して処理する場合よりも演算が簡単となる。
【００６８】
この時、所定点として車両速度を検出もしくは算出している点を用いれば、区分けが簡単であり、所定点として車両を旋回させた時の横方向移動速度がゼロである点を用いると、横移動と旋回の複合移動時でも確実な衝突回避が可能であり、所定点として個別に速度制御される２つの駆動車輪の中間点を用いるれば、確実な衝突回避が可能であるとともに基準点が固定となるために計算が簡単となり、さらに所定点として車両の形状上の中心点を用いると、旋回時などでの衝突回避に有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例のフローチャートである。
【図２】同上の概略構成を示すブロック図である。
【図３】同上の概略構成を示す平面図である。
【図４】同上のブロック図である。
【図５】同上の動作の説明図である。
【図６】同上の動作の説明図である。
【図７】他例の概略構成を示す平面図である。
【図８】同上のブロック図である。
【図９】同上の操作ハンドル部の概略平面図である。
【図１０】同上の説明図である。
【図１１】同上の動作説明図である。
【図１２】同上のフローチャートである。
【図１３】更に他例の動作説明図である。
【図１４】同上の説明図である。
【図１５】同上のフローチャートである。
【図１６】  (a)(b)(c)(d)は夫々線分Ｌｍｉｎと座標系（ｘ’，ｙ’）との関係の説明図である。
【図１７】  (a)(b)は更に他例の動作説明図である。
【図１８】同上の説明図である。
【図１９】更に他例の説明図である。
【図２０】更に他例の説明図である。
【図２１】別の例の説明図である。
【符号の説明】
１  車両
２  車輪
４  操作ハンドル
５  障害物検知センサー
【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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【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】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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