CN102333689A - 电动车辆以及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于，提供一种电动车辆及其控制方法，不会在操作者未操作时随便进行动作、或者进行与操作者要使电动车辆动作的方向和大小完全不同的方向和大小的动作，能够进行安全性高的动作。电动车辆(1)具有：操作力计测部(4)，计测操作者(13)对电动车辆(1)施加的操作力的大小和方向；障碍物计测部(8)，计测从电动车辆(1)到障碍物的距离和方向；虚拟斥力计算部(9)，计算虚拟斥力，该虚拟斥力的大小与障碍物计测部(8)计测的与障碍物之间的距离成反比例，并且作用于与朝向障碍物的方向相反的方向；以及辅助力计算部(10)，根据操作力与虚拟斥力的合力计算用于使电动车辆(1)动作的辅助力，辅助力计算部(10)具有要计算的辅助力的大小的上限值X，根据操作力和虚拟斥力的合力的方向与操作力的方向所成的角以及操作力的大小，设定上限值X。

Description

电动车辆以及控制方法

技术领域

本发明涉及例如助力台车、电动轮椅、电动购物手推车等的根据操作者的操作而动作的电动车辆及其控制方法。

背景技术

在根据操作者的操作而动作的电动车辆中，存在具有回避障碍物的功能的带助力的电动车辆。该电动车辆通过根据来自所搭载的障碍物传感器的信息而计算出的动作来回避障碍物。提出了如下的电动车辆：在该电动车辆中，通过合并基于操作者的操作的动作和用于回避障碍物的动作，一边自动进行障碍物回避动作，一边进行基于操作者的操作的动作。

例如，作为带助力的电动车辆，存在专利文献1所记载的助力台车。根据在与障碍物204相反的方向上作用的虚拟斥力202进行该助力台车205的驱动控制。该虚拟斥力202的大小是与由所搭载的障碍物传感器检测到的与障碍物204之间的距离成反比例的大小。如图23所示，在该助力台车205中，根据操作力201与虚拟斥力202的合力203，对助力台车205的驱动力进行控制。这里，操作力201是操作者206对助力台车的操作部205a施加的力，虚拟斥力202是在与障碍物204相反的方向上作用的力。由此，能够一边自动进行障碍物回避动作，一边进行与操作者206施加的操作力201对应的助力台车205的动作。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-55480号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，例如如图24所示，在操作者206不对操作部205a施加操作力201时，有时障碍物204向助力台车205靠近。在这种情况下，通过根据与障碍物204之间的距离而生成的虚拟斥力202，自动进行障碍物回避动作。因此，即使在操作者206没有要使助力台车205动作的意思的情况下，助力台车205也可能随便动作。

并且，如图25所示，在操作者206向前方对操作部205a施加操作力201时，有时障碍物204从斜前方向助力台车205靠近。在这种情况下，在斜后方生成和与障碍物204之间的距离对应的虚拟斥力202。该情况下，虽然依据操作力201和虚拟斥力202的大小，但是，操作力201与虚拟斥力202的合力203的方向与操作者206要使助力台车205动作的方向不同，可能向与意图方向不同的方向动作。

如上所述，在现有的带助力的电动车辆中，电动车辆可能在操作者未操作的情况下动作，或者电动车辆可能以与操作者意图大幅不同的方向和大小动作。该情况下，如果是操作者能够识别的障碍物，则即使向与操作方向不同的方向进行动作也没有问题，但是，例如，在搬送的货物较大而无法看到接近的障碍物的情况下、操作者看其他方向而未能识别接近的障碍物的情况下，无法把握该动作。因此，可能在安全性方面产生课题。

本发明是鉴于这种课题而完成的，其目的在于，提供进行基于操作者的操作的辅助动作的电动车辆及其控制方法。由此，不会发生电动车辆在操作者未操作的情况下动作、或者电动车辆以与操作者意图大幅不同的方向和大小动作的情况。

用于解决课题的手段

为了解决上述这种课题，本发明的电动车辆的特征在于，该电动车辆具有：操作力测量部，测量操作者对电动车辆施加的操作力；障碍物测量部，测量障碍物相对于所述电动车辆的位置矢量；虚拟斥力计算部，计算大小与所述位置矢量的大小成反比例且方向与所述位置矢量的方向相反的虚拟斥力；以及辅助力计算部，根据所述操作力与所述虚拟斥力的合力计算用于使所述电动车辆动作的辅助力，根据所述操作力计算要计算的辅助力的大小的上限值X，在所述辅助力超过所述上限值X的情况下，输出所述上限值X以下的大小的辅助力。

并且，为了解决上述这种课题，本发明的其他方式的电动车辆的特征在于，该电动车辆具有：操作量测量部，测量操作者对电动车辆施加的操作量的大小和方向；障碍物测量部，测量障碍物相对于所述电动车辆的位置矢量；目标操作速度计算部，计算与所述操作量测量部测量的操作量的大小和方向对应的所述电动车辆的目标操作速度；障碍物回避速度计算部，根据所述障碍物测量部测量的所述位置矢量，计算用于使所述电动车辆远离所述障碍物的障碍物回避速度；以及辅助动作速度计算部，根据所述目标操作速度与所述障碍物回避速度的合成速度，计算用于使所述电动车辆动作的辅助动作速度，根据所述目标操作速度计算要计算的辅助动作速度的大小的上限值Y，在所述辅助动作速度超过所述上限值Y的情况下，输出所述上限值Y以下的大小的辅助动作速度。

发明效果

如以上说明的那样，根据本发明，能够提供进行基于操作者的操作的动作的电动车辆及其控制方法。由此，不会发生电动车辆在操作者未操作的情况下动作、或者电动车辆以与操作者意图大幅不同的方向和大小动作的情况。

附图说明

图1是实施方式1的助力台车1的立体图。

图2是从下方观察实施方式1的助力台车1的图。

图3是示出实施方式1的助力台车1的系统结构的框图。

图4A是实施方式1的助力台车1的前半部分的流程图。

图4B是实施方式1的助力台车1的后半部分的流程图。

图5是示出实施方式1的助力台车1的辅助力的上限值(1)的图。

图6是示出实施方式1的助力台车1的辅助力的上限值(2)的图。

图7是示出实施方式1的助力台车1的辅助力的上限值(3)的图。

图8是示出实施方式1的助力台车1的辅助力的上限值(4)的图。

图9是示出实施方式1的助力台车1的辅助力的上限值(5)的图。

图10是示出实施方式1的助力台车1的辅助力的上限值(6)的图。

图11是示出实施方式1的助力台车1的辅助力的上限值(7)的图。

图12是实施方式2的电动轮椅101的立体图。

图13是从下方观察实施方式2的电动轮椅101的图。

图14是示出实施方式2的电动轮椅101的系统结构的框图。

图15A是实施方式2的电动轮椅101的前半部分的流程图。

图15B是实施方式2的电动轮椅101的后半部分的流程图。

图16是示出实施方式2的电动轮椅101的辅助力的上限值(1)的图。

图17是示出实施方式2的电动轮椅101的辅助力的上限值(2)的图。

图18是示出实施方式2的电动轮椅101的辅助力的上限值(3)的图。

图19是示出实施方式2的电动轮椅101的辅助力的上限值(4)的图。

图20是示出实施方式2的电动轮椅101的辅助力的上限值(5)的图。

图21是示出实施方式2的电动轮椅101的辅助力的上限值(6)的图。

图22是示出实施方式2的电动轮椅101的辅助力的上限值(7)的图。

图23是示出现有技术的助力台车的图。

图24是示出现有技术的课题(1)的图。

图25是示出现有技术的课题(2)的图。

图26是实施方式1的应用例即助力手推车的立体图。

具体实施方式

下面，使用附图说明本发明的实施方式。另外，以下的实施方式例示性地说明本发明，能够在本领域技术人员能够想到的范围内进行适当变更，本发明不限于以下记载的实施方式。并且，在以下的说明中，对相同结构标注相同标号并省略说明。

(实施方式1)

图1是本发明的实施方式1的助力台车1的立体图，图2是从下方观察该实施方式1的助力台车1的图。

另外，为了易于理解，设定了固定在助力台车1上且与助力台车1的运动一起移动的台车坐标系∑_r(参照图1)。台车坐标系∑_r是具有彼此正交的3个轴即X_r轴、Y_r轴和Z_r轴的坐标系，设由台车坐标系∑_r的X_r轴和Y_r轴构成的平面为与地面平行的水平面，设X_r轴朝向助力台车1的前方。

另一方面，作为表示电动车辆即助力台车1的位置的坐标系，设定了基准坐标系∑₀。基准坐标系∑₀是具有彼此正交的3个轴即X₀轴、Y₀轴和Z₀轴的坐标系，由基准坐标系∑₀的X₀轴和Y₀轴构成的平面设定为助力台车1行驶的地面。通过以上的台车坐标系∑_r和基准坐标系∑₀来定义助力台车1的位置和姿势。

助力台车1具有载置物品(省略图示)的货箱2。台车坐标系∑_r的原点被设定为货箱2的中央(后述4个车轮5的中心)。

在货箱2的上侧的后部区域设有由管状部件构成为门型的手柄3，在该手柄3的中央部设有操作力测量部4，该操作力测量部4测量操作者(省略图示)对手柄3施加的操作力的大小和方向(台车坐标系∑_r中)。以下和本申请的技术方案中的“操作力”的词语是包含力(由大小和方向构成的矢量)和力矩这双方的意思。

操作力测量部4只要能够测量操作者对手柄3施加的操作力即可，可以使用一般市售的3轴力传感器。另外，由操作力测量部4测量的操作力包含台车坐标系∑_r的X_r轴方向和Y_r轴方向的力以及绕Z_r轴的力矩。

并且，助力台车1在货箱2的下侧的四角分别具有使助力台车1行驶的车轮5。并且，助力台车1设有独立驱动4个车轮5的车轮驱动部6、以及控制4个车轮驱动部6的控制器7。通过该控制器7实现助力台车1的具体控制规则。

车轮5优选为能够在所有方向上移动助力台车1的车轮，在本实施方式1中，采用4个一般市售的全方向移动车轮即全方向轮。并且，车轮5的配置和数量是任意的，在本实施方式的情况下，设为图2所示的车轮结构和车轮配置。

另外，也可以采取使用2个一般市售的中空轮胎的独立二轮驱动型的车轮结构。该情况下，为了稳定地支承助力台车1，优选使用多个一般市售的小脚轮作为辅助轮。

车轮驱动部6由减速器6a、电动马达6b、测量电动马达6b的旋转角度的编码器6c、以及用于驱动电动马达6b的伺服驱动器6d构成。在本实施方式1中，电动马达6b以按照由控制器7指示的速度进行动作的方式进行速度控制。

并且，助力台车1在货箱2的下侧面具有障碍物测量部8，该障碍物测量部8测量从助力台车1到障碍物的距离和方向。障碍物测量部8的输出信息是以台车坐标系∑_r为基准的信息。障碍物测量部8例如是能够取得位于水平方向上的90度范围或180度范围内的障碍物的位置(方向)和距离的信息的测定装置。在本实施方式1中，作为障碍物测量部8，采用一般市售的光扫描型的激光测域传感器8a，其设置在货箱2的四角。在本实施方式1中，设该激光测域传感器8a的检测范围为周围270度，所以，通过将其设置在货箱2的四角，能够测量与在助力台车1的所有方向上存在的障碍物之间的距离和方向。

这里，图3是示出助力台车1的系统结构的框图。

如图3所示，作为功能部，助力台车1具有操作力测量部4、障碍物测量部8、虚拟斥力计算部9、辅助力计算部10、辅助动作计算部11、驱动控制部12、车轮驱动部6、车轮5。

如上所述，操作力测量部4是测量操作者13对助力台车1的手柄3施加的操作力的大小和方向的装置。

并且，如上所述，障碍物测量部8是测量从助力台车1到障碍物14的距离和方向(障碍物14相对于助力台车1的位置矢量)的装置。

虚拟斥力计算部9是计算虚拟斥力的处理部，该虚拟斥力的大小与障碍物测量部8测量的与障碍物14之间的距离成反比例，并且作用于与从助力台车1朝向障碍物14的方向(位置矢量的方向)相反的方向。该虚拟斥力是通过作用于助力台车1从而回避与障碍物14发生冲突的信息。

辅助力计算部10是如下的处理部：根据操作力测量部4测量的操作力与虚拟斥力计算部9计算出的虚拟斥力的合力，计算用于控制助力台车1的辅助力，并将其输出到辅助动作计算部11。此时，虚拟斥力和辅助力是以台车坐标系∑_r为基准的信息。

辅助动作计算部11是如下的处理部：根据辅助力计算部10计算出的辅助力，生成助力台车1的辅助动作速度，并将其输出到驱动控制部12。

驱动控制部12是如下的处理部：将辅助动作计算部11计算出的辅助动作速度转换成车轮5的指示旋转速度，并对车轮驱动部6进行指示。

车轮驱动部6是控制车轮旋转以使其成为驱动控制部12生成的指示旋转速度的装置。

通过以上结构，能够实现进行基于操作者13的操作的动作的助力台车1。

另外，虚拟斥力计算部9、辅助力计算部10、辅助动作计算部11、驱动控制部12通过控制器7所具有的运算元件等和程序来实现。

接着，在这种结构中，按照图4所示的流程图说明使用具体控制规则的实施例。

首先，操作力测量部4根据(式1)测量操作者对手柄3施加的操作力的大小和方向(步骤S1)。

[数式1]

$F_{\mathrm{ope}}={\left[\begin{array}{ccc}{f}_{\mathrm{ope}}^x& f_{\mathrm{ope}}^y& n_{\mathrm{ope}}\end{array}\right]}^T\∈R^3$ …(式1)

其中，f^x _ope是台车坐标系∑_r的X_r轴方向的力，f^y _ope是台车坐标系∑_r的Y_r轴方向的力，n_ope∈R是绕台车坐标系∑_r的Z_r轴定义的力矩。并且，在未作用有操作力的情况下，设操作力为零进行计算。

接着，障碍物测量部8测量从助力台车1到障碍物的距离和方向(位置矢量)(步骤S2)。

接着，虚拟斥力计算部9计算用于使助力台车1远离障碍物的虚拟斥力。

首先，虚拟斥力计算部9根据(式2)生成和与障碍物之间的距离对应的斥力势U_obj(X)∈R(步骤S3)。

[数式2]

$U_{\mathrm{obj}}\left(X\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{2}\mathrm{\η}{(\frac{1}{\mathrm{\ρ}\left(X\right)}-\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_0})}^2& (\mathrm{if\ρ}\left(X\right)\≤{\mathrm{\ρ}}_0)\\ 0& (\mathrm{if\ρ}\left(X\right)>{\mathrm{\ρ}}_0)\end{array}\right.$ …(式2)

其中，X＝[x y θ]^T∈R³是表示助力台车1的当前位置的矢量，η∈R是正的权重系数，ρ(X)∈R表示从X到障碍物的最近距离，ρ₀(X)∈R是正的常数。斥力势U_obj(X)为零以上，助力台车1越接近障碍物区域，斥力势U_obj(X)越接近无限大，在从助力台车1到障碍物的距离为ρ₀以上时，斥力势U_obj(X)为零。

这里，当设作用于助力台车1的虚拟斥力为F_obj ^T∈R³时，能够使用由(式2)计算出的斥力势，如(式3)那样求出虚拟斥力F_obj(步骤S4)。

[数式3]

$F_{\mathrm{obj}}=\left[\begin{array}{ccc}{f}_{\mathrm{obj}}^x& f_{\mathrm{obj}}^y& n_{\mathrm{obj}}\end{array}\right]=-\▿U_{\mathrm{obj}}\left(X\right)=-\left[\begin{array}{c}\frac{\∂U_{\mathrm{obj}}\left(X\right)}{\∂x}\\ \frac{\∂U_{\mathrm{obj}}\left(X\right)}{\∂y}\\ \frac{\∂U_{\mathrm{obj}}\left(X\right)}{\∂\mathrm{\θ}}\end{array}\right]$ …(式3)

其中，表示助力台车1的当前位置X中的U_obj(X)的倾斜矢量。根据(式2)、(式3)，助力台车1的当前位置X中的虚拟斥力能够如(式4)那样表示。

[数式4]

$F_{\mathrm{obj}}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\η}(\frac{1}{\mathrm{\ρ}\left(X\right)}-\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_0})\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}^2\left(X\right)}\▿\mathrm{\ρ}\left(X\right)& (\mathrm{if\ρ}\left(X\right)\≤{\mathrm{\ρ}}_0)\\ 0& (\mathrm{if\ρ}\left(X\right)>{\mathrm{\ρ}}_0)\end{array}\right.$ …(式4)

所生成的虚拟斥力是大小和与障碍物14之间的距离成反比例、且作用于与障碍物14的方向(位置矢量的方向)相反的方向的虚拟的力。通过该虚拟斥力，能够使助力台车1远离障碍物14。

当前，设操作力F_ope与虚拟斥力F_obj的合力为F_sum[f^x _sum f^y _sumn_sum]^T∈R³时，操作力F_ope与虚拟斥力F_obj的合力F_sum由(式5)表示。

[数式5]

$F_{\mathrm{sum}}=F_{\mathrm{ope}}+F_{\mathrm{obj}}=\left[\begin{array}{c}{f}_{\mathrm{ope}}^x+f_{\mathrm{obj}}^x\\ f_{\mathrm{ope}}^y+f_{\mathrm{obj}}^y\\ n_{\mathrm{ope}}+n_{\mathrm{obj}}\end{array}\right]$ …(式5)

这里，当设辅助力为F_a[f^x _a f^y _a n_a]^T时，在以往提出的技术中，将该合力F_sum设定为辅助力F_a，根据该辅助力F_a(＝F_ope+F_obj)使助力台车1动作。但是，如上所述，在现有技术中，由于虚拟斥力的大小和方向，助力台车在操作者未操作时也可能随便移动，或者，助力台车可能进行与操作者要使助力台车动作的方向和大小大幅不同的方向和大小的动作。这样，在现有技术中，可能在安全性方面产生课题。因此，为了解决该课题，在本发明中，辅助力计算部10根据操作者13对助力台车1施加的操作力F_ope，决定辅助力F_a的大小。具体而言，辅助力计算部10根据(式6)计算辅助力F_a(步骤S7)。

[数式6]

$F_a=\left\{\begin{array}{cc}{F}_{\mathrm{sum}}& (\mathrm{if}{F}_{\mathrm{sum}}\≤F_{\lim }\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}\right))\\ F_{\lim }\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}\right)& (\mathrm{if}{F}_{\mathrm{sum}}>F_{\lim }\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}\right))\end{array}\right.$ …(式6)

其中，F_lim(θ^ope _sum)∈R是辅助力F_a的上限值X，是根据操作力F_ope的方向与合力F_sum(＝操作力F_ope+虚拟斥力F_obj)的方向所成的角θ^ope _sum∈R而定义的值(步骤S5)。

在本实施方式1中，作为辅助力F_a的上限值X即F_lim(θ^ope _sum)的一个实施例，设定图5～图8所示的曲线(步骤S6)。如图5～图8所示，在操作力F_ope的方向与合力F_sum的方向所成的角θ^ope _sum处于规定的角度范围A(θ⁺ _A＞θ^ope _sum＞-θ⁺ _A)的情况下，辅助力F_a的上限值X即F_lim(θ^ope _sum)被设定为与操作力F_ope的大小相等。但是，在操作力F_ope的方向与合力F_sum的方向所成的角θ^ope _sum处于规定的角度范围B(θ⁺ _B＞θ^ope _sum≥θ⁺ _A或-θ^- _A＞θ^ope _sum＞-θ^- _B)的情况下，辅助力F_a的上限值X即F_lim(θ^ope _sum)被设定为，随着操作力F_ope的方向与合力F_sum的方向所成的角θ^ope _sum的绝对值|θ^ope _sum|增大，从操作力F_ope的大小逐渐减小。进而，在操作力F_ope的方向与合力F_sum的方向所成的角θ^ope _sum处于规定的角度范围C(θ^ope _sum≥θ⁺ _B或-θ^- _B＞θ^ope _sum)的情况下，辅助力F_a的上限值X即F_lim(θ^ope _sum)被设定为零。

图5示出操作力F_ope的方向与合力F_sum的方向所成的角θ^ope _sum处于规定的角度范围A(θ⁺ _A＞θ^ope _sum＞-θ^- _A)、且合力F_sum的大小小于辅助力F_a的上限值X时的辅助力F_a的决定例。

图6示出操作力F_ope的方向与合力F_sum的方向所成的角θ^ope _sum处于规定的角度范围A(θ⁺ _A＞θ^ope _sum＞-θ^- _A)、且合力F_sum的大小大于辅助力F_a的上限值X时的辅助力F_a的决定例。

图7示出操作力F_ope的方向与合力F_sum的方向所成的角θ^ope _sum处于规定的角度范围B(θ⁺ _B＞θ^ope _sum≥θ⁺ _A或-θ^- _A≥θ^ope _sum＞-θ^- _B)、且合力F_sum的大小大于辅助力F_a的上限值X时的辅助力F_a的决定例。

图8示出操作力F_ope的方向与合力F_sum的方向所成的角θ^ope _sum处于规定的角度范围C(θ^ope _sum≥θ⁺ _B或-θ^- _B≥θ^ope _sum)时的辅助力F_a的决定例。

具体而言，当利用数式表示这些例子时，能够如(式7)那样定义。

[数式7]

$F_{\lim }\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{\left|F_{\mathrm{ope}}\right|}{\left|F_{\mathrm{sum}}\right|}{F}_{\mathrm{sum}}& (\mathrm{if}{\mathrm{\θ}}_A^{+}>{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}>-{\mathrm{\θ}}_A^{-})\\ k_1\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}\right)\frac{\left|F_{\mathrm{ope}}\right|}{\left|F_{\mathrm{sum}}\right|}{F}_{\mathrm{sum}}& (\mathrm{if}{\mathrm{\θ}}_B^{+}>{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}\≥{\mathrm{\θ}}_A^{+}\mathrm{or}-{\mathrm{\θ}}_A^{-}\≥{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}>-{\mathrm{\θ}}_B^{-})\\ 0& (\mathrm{if}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}\≥{\mathrm{\θ}}_B^{+}\mathrm{or}-{\mathrm{\θ}}_B^{-}\≥{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}})\end{array}\right.$ ···(式7)

其中，k₁(θ^ope _sum)∈R是用于变更辅助力F_a的上限值的大小的变量，是根据操作力F_ope的方向与合力F_sum的方向所成的角θ^ope _sum而定义的值(0＜k₁(θ^ope _sum)＜1)。

另外，在本实施方式1中，作为定义角度范围A～C的θ⁺ _A、θ^- _A、θ⁺ _B、θ^- _B的具体值，考虑θ⁺ _A＝θ^- _A＝30°、θ⁺ _B＝θ^- _B＝60°的情况。该情况下，在操作力F_ope的方向与合力F_sum的方向所成的角θ^ope _sum比较小的情况下(30°＞θ^ope _sum＞-30°)，辅助力F_a的上限值X即F_lim(θ^ope _sum)被设定为与操作力F_ope的大小相等。但是，在操作力F_ope的方向与合力F_sum的方向所成的角θ^ope _sum比较大的情况下(60°＞θ^ope _sum≥30°或-30°≥θ^ope _sum＞-60°)，辅助力F_a的上限值X即F_lim(θ^ope _sum)被设定为，随着操作力F_ope的方向与合力F_sum的方向所成的角θ^ope _sum的绝对值|θ^ope _sum|增大，从操作力F_ope的大小逐渐减小。进而，在操作力F_ope的方向与合力F_sum的方向所成的角θ^ope _sum非常大的情况下(θ^ope _sum≥60°或-60°≥θ^ope _sum)，辅助力F_a的上限值X即F_lim(θ^ope _sum)被设定为零。

通过这样设定辅助力F_a的上限值X，能够得到以下效果。

首先，在操作力F_ope的方向与合力F_sum的方向所成的角θ^ope _sum处于规定的角度范围A(30°＞θ^ope _sum＞-30°)的情况下、即操作者13进行的操作的方向(＝操作力F_ope的方向)与实际动作的方向(＝合力F_sum的方向)大致一致的情况下，生成操作者13设想的大小(＝操作者13施加的操作力F_ope的大小)的辅助力F_a。由此，能够实现操作者13意图的动作。但是，在操作力F_ope的方向与合力F_sum的方向所成的角θ^ope _sum处于规定的角度范围B(60°＞θ^ope _sum≥30°或-30°≥θ^ope _sum＞-60°)的情况下、即操作者13进行的操作的方向(＝操作力F_ope的方向)与实际动作的方向(＝合力F_sum的方向)在规定的角度范围B(60°＞θ^ope _sum≥30°或-30°≥θ^ope _sum＞-60°)内偏移的情况下，辅助力F_a被设定为，随着操作力F_ope的方向与合力F_sum的方向所成的角θ^ope _sum的绝对值|θ^ope _sum|增大，从操作力F_ope的大小逐渐减小。由此，操作者13意图的方向(＝操作力F_ope的方向)与实际动作的方向(＝合力F_sum的方向)偏移越大，辅助力的限制越大，即，难以生成非意图的动作，能够提高安全性。

进而，在操作力F_ope的方向与合力F_sum的方向所成的角θ^ope _sum处于规定的角度范围C(θ^ope _sum≥60°或-60°θ^ope _sum)的情况下、即操作者13意图的方向(＝操作力F_ope的方向)与实际动作的方向(＝合力F_sum的方向)大幅偏移的情况下，辅助力生成为零(即不进行动作)。

由此，不生成朝向与操作者13的意图大幅偏移的方向的动作，所以，能够禁止朝向非意图方向的动作，能够提高安全性。

并且，设助力台车1所设定的基准方向与操作力F_ope的方向所成的角θ^ref _ope∈R，根据所成的角θ^ref _ope改变辅助力F_a的上限值X，由此，能够实现安全性更高的操作。例如，考虑在助力台车1上搭载大型货物的情况时，后方的视觉辨认性良好，但是，前方的视觉辨认性差，所以，主要向后方动作(拉拽)进行使用。该情况下，将基准方向设定为台车坐标系∑_r的X_r轴的负方向。然后，根据基准方向(＝台车坐标系∑_r的X_r轴的正方向)与操作力F_ope的方向所成的角θ^ref _ope，修正辅助力F_a的上限值。具体而言，根据(式8)设定辅助力F_a的上限值。

[数式8]

$F_{\lim }\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}\right)=\left\{\begin{array}{cc}{k}_2\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ope}}^{\mathrm{ref}}\right)\frac{\left|F_{\mathrm{ope}}\right|}{\left|F_{\mathrm{sum}}\right|}{F}_{\mathrm{sum}}& (\mathrm{if}{\mathrm{\θ}}_A^{+}>{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}>-{\mathrm{\θ}}_A^{-})\\ k_1\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}\right)k_2\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ope}}^{\mathrm{ref}}\right)\frac{\left|F_{\mathrm{ope}}\right|}{\left|F_{\mathrm{sum}}\right|}{F}_{\mathrm{sum}}& (\mathrm{if}{\mathrm{\θ}}_B^{+}>{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}\≥{\mathrm{\θ}}_A^{+}\mathrm{or}-{\mathrm{\θ}}_A^{-}\≥{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}>-{\mathrm{\θ}}_B^{-})\\ 0& (\mathrm{if}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}\≥{\mathrm{\θ}}_B^{+}\mathrm{or}-{\mathrm{\θ}}_B^{-}\≥{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}})\end{array}\right.$

…(式8)

其中，k₂(θ^ref _ope)∈R是用于变更辅助力F_a的上限值X的大小的变量，是根据所设定的基准方向与操作力F_ope的方向所成的角θ^ref _ope而定义的值(0＜k₂(θ^ref _ope)＜1)。

在本实施方式1中，如图9(a)～(c)所示，辅助力F_a的上限值被设定为，随着基准方向(＝台车坐标系∑_r的X_r轴的正方向)与操作力F_ope的方向所成的角θ^ref _ope的绝对值|θ^ref _ope|增大，从k₂(θ^ref _ope)＝1开始减小，在大于规定的角度范围D(|θ^ref _ope|≥θ_C)的情况下，成为k₂(θ^ref _ope)＝0。

图9(a)示出基准方向(＝台车坐标系∑_r的X_r轴的正方向)与操作力F_ope的方向所成的角θ^ref _ope为零时的辅助力F_a的上限值的设定例。

图9(b)示出基准方向(＝台车坐标系∑_r的X_r轴的正方向)与操作力F_ope的方向所成的角θ^ref _ope的绝对值|θ^ref _ope|处于规定的角度范围D(|θ^ref _ope|≥θ_C)内时的辅助力F_a的上限值的设定例。

图9(c)示出基准方向(＝台车坐标系∑_r的X_r轴的正方向)与操作力F_ope的方向所成的角θ^ref _ope的绝对值|θ^ref _ope|大于规定的角度范围D(|θ^ref _ope|≥θ_C)时的辅助力F_a的上限值的设定例。

另外，在本实施方式1中，作为定义角度范围D的θ_C的具体值，考虑θ_C＝45°的情况。该情况下，辅助力F_a的上限值被设定为，随着基准方向(＝台车坐标系∑_r的X_r轴的正方向)与操作力F_ope的方向所成的角θ^ref _ope的绝对值|θ^ref _ope|增大，从k₂(θ^ref _ope)＝1开始减小，在大于规定的角度范围D(|θ^ref _ope|≥45°)的情况下，成为k₂(θ^ref _ope)＝0。

通过这样设定辅助力F_a的上限值，易于向操作者13设定的操作容易的方向(或者视觉辨认性良好而能够安全地动作的方向)(|θ^ref _ope|＜45°)移动，难以向操作困难的方向(或者视觉辨认性差而无法安全地动作的方向)(|θ^ref _ope|≥45°)移动。其结果，能够构成安全性更高的电动车辆(助力台车1)。

另外，也可以设定多个上述基准方向(＝台车坐标系∑_r的X_r轴的正方向)。例如，如果存在2个操作容易的方向(或者视觉辨认性良好而能够安全地动作的方向)，则可以将这两个方向设定为基准方向。并且，例如，在独立二轮驱动型的车轮结构的情况下，将基准方向设定为与车轴垂直的2个方向(前进方向和后退方向)。该情况下，所设定的2个方向(前进方向和后退方向)是在机构方面容易操作的方向，所以，能够将该方向的辅助动作设定得较大，将与该方向不同的方向的辅助动作设定得较小，能够更加简单地构成控制系统。

并且，如图10(a)～(c)所示，也可以随着基准方向(＝台车坐标系∑_r的X_r轴的正方向)与操作力F_ope的方向所成的角θ^ref _ope的绝对值|θ^ref _ope|增大，而减小θ⁺ _A、θ^- _A、θ⁺ _B、θ^- _B(其中k₂(θ^ref _ope)＝1)。

图10(a)示出基准方向(＝台车坐标系∑_r的X_r轴的正方向)与操作力F_ope的方向所成的角θ^ref _ope为零时的辅助力F_a的上限值的设定例。

图10(b)示出基准方向(＝台车坐标系∑_r的X_r轴的正方向)与操作力F_ope的方向所成的角θ^ref _ope的绝对值|θ^ref _ope|具有某个角度(非零的角度)时的辅助力F_a的上限值的设定例。

图10(c)示出基准方向(＝台车坐标系∑_r的X_r轴的正方向)与操作力F_ope的方向所成的角θ^ref _ope的绝对值|θ^ref _ope|大于图10(b)所示的绝对值时的辅助力F_a的上限值的设定例。通过这样设定辅助力F_a的上限值，也易于向操作者13设定的操作容易的方向(或者视觉辨认性良好而能够安全地动作的方向)移动，难以向操作困难的方向(或者视觉辨认性差而无法安全地动作的方向)移动。其结果，能够构成安全性更高的电动车辆(助力台车1)。

并且，作为操作力F_ope，在不仅作用有力还同时作用有力矩的情况下，也可以根据作用的力矩的大小和方向变更θ⁺ _A、θ^- _A、θ⁺ _B、θ^- _B。例如如图11所示，作为操作力F_ope，在不仅作用有力还绕逆时针作用有力矩的情况下，将未作用力矩时的θ⁺ _A、θ⁺ _B的值的2～3倍的大小设为上限值，与力矩的大小成比例地，较大地设定θ⁺ _A、θ⁺ _B的值。相反，作为操作力F_ope，在不仅作用有力还绕顺时针作用有力矩的情况下，将未作用力矩时的θ^- _A、θ^- _B的值的2～3倍的大小设为上限值，与力矩的大小成比例地，较大地设定θ^- _A、θ^- _B的值。通过这样设定，作为操作力F_ope，在不仅作用有力还同时作用有力矩的情况下，能够更加容易地在作用有力矩的方向上进行动作，能够提高操作性。

如上所述，能够防止操作者13未操作而随便生成辅助力、或者生成与操作者13操作的方向和大小完全不同的方向和大小的辅助力。其结果，能够构成安全性高的电动车辆(助力台车1)。

接着，辅助动作计算部11进行基于辅助力计算部10计算出的辅助力F_a的阻抗控制(步骤S8)。具体而言，根据由(式9)的表观质量特性和(式10)的表观粘性特性构成的(式11)所示的阻抗特性，生成助力台车1的辅助动作。

[数式9]

$M_a=\left[\begin{array}{ccc}{M}_a^x& 0& 0\\ 0& M_a^y& 0\\ 0& 0& M_a^{\mathrm{\θ}}\end{array}\right]\∈R^{3\×3}$ …(式9)

[数式10]

$D_a=\left[\begin{array}{ccc}{D}_a^x& 0& 0\\ 0& D_a^y& 0\\ 0& 0& D_a^{\mathrm{\θ}}\end{array}\right]\∈R^{3\×3}$ …(式10)

[数式11]

$\left[\begin{array}{c}{f}_a^x\\ f_a^y\\ n_a\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{M}_a^x& 0& 0\\ 0& M_a^y& 0\\ 0& 0& M_a^{\mathrm{\θ}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{v}}_a^x\\ {\stackrel{\·}{v}}_a^y\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_a\end{array}\right]+\left[\begin{array}{ccc}{D}_a^x& 0& 0\\ 0& D_a^y& 0\\ 0& 0& D_a^{\mathrm{\θ}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{v}_a^x\\ v_a^y\\ {\mathrm{\ω}}_a\end{array}\right]$ …(式11)

其中， $V_a={\left[\begin{array}{ccc}{v}_a^x& v_a^y& {\mathrm{\ω}}_a\end{array}\right]}^T,$ ${\stackrel{\·}{V}}_a^d={\left[\begin{array}{ccc}{\stackrel{\·}{v}}_a^x& {\stackrel{\·}{v}}_a^y& {\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_a\end{array}\right]}^T\∈R^3$

其中，V_a是助力台车1的辅助动作速度，V^d _a是辅助动作加速度。(式11)能够如(式12)那样变形。

[数式12]

$\left[\begin{array}{c}{v}_a^x\\ v_a^y\\ {\mathrm{\ω}}_a\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{L}^{-1}[.]& 0& 0\\ 0& L^{-1}[.]& 0\\ 0& 0& L^{-1}[.]\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\frac{1}{M_a^{x}s+D_a^x}& 0& 0\\ 0& \frac{1}{M_a^{y}s+D_a^y}& 0\\ 0& 0& \frac{1}{M_a^{\mathrm{\θ}}s+D_a^{\mathrm{\θ}}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}L[.]& 0& 0\\ 0& L[.]& 0\\ 0& 0& L[.]\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{f}_a^x\\ f_a^y\\ n_a\end{array}\right]$

…(式12)

其中，L[]表示拉普拉斯变换，L^-1[]表示拉普拉斯逆变换。因此，在辅助动作计算部11中，将由辅助力计算部10计算出的(式13)的辅助力作为输入，根据(式12)计算助力台车1的辅助动作速度V_a。

[数式13]

${\stackrel{\→}{F}}_a={\left[\begin{array}{ccc}{f}_a^x& f_a^y& n_a\end{array}\right]}^T$ …(式13)

接着，在驱动控制部12中，将辅助动作计算部11计算出的助力台车1的辅助动作速度转换成车轮5的指示旋转速度(步骤S9)。这里，当设车轮5的指示旋转速度为(式14)时，在图2所示的车轮结构和车轮配置的情况下，在助力台车1的辅助动作速度V_a与车轮5的指示旋转速度Ω_a之间，(式15)的关系式成立。

[数式14]

${\mathrm{\Ω}}_a={\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\ω}}_a^1& {\mathrm{\ω}}_a^2& {\mathrm{\ω}}_a^3& {\mathrm{\ω}}_a^4\end{array}\right]}^T\∈R^4$ …(式14)

[数式15]

$\left[\begin{array}{c}{v}_a^x\\ v_a^y\\ {\mathrm{\ω}}_a\end{array}\right]=\frac{\sqrt{2}r}{4}\left[\begin{array}{cccc}-1& -1& 0& 0\\ 0& -1& -1& 0\\ \frac{L_w+L_d}{2(L_w^2+L_d^2)}& \frac{L_w+L_d}{2(L_w^2+L_d^2)}& \frac{L_w+L_d}{2(L_w^2+L_d^2)}& \frac{L_w+L_d}{2(L_w^2+L_d^2)}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_a^1\\ {\mathrm{\ω}}_a^2\\ {\mathrm{\ω}}_a^3\\ {\mathrm{\ω}}_a^4\end{array}\right]$ …(式15)

其中，如图2所示，L_w∈R是左右车轮5之间的距离的一半，L_d∈R是前后车轮5之间的距离的一半。并且，r∈R是车轮5的半径。(式15)能够如(式16)那样变形。

[数式16]

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_a^1\\ {\mathrm{\ω}}_a^2\\ {\mathrm{\ω}}_a^3\\ {\mathrm{\ω}}_a^4\end{array}\right]=\frac{1w}{\sqrt{2}r}\left[\begin{array}{ccc}-1& 1& \frac{2(L_w^2+L_d^2)}{L_w+L_d}\\ -1& -1& \frac{2(L_w^2+L_d^2)}{L_w+L_d}\\ 1& -1& \frac{2(L_w^2+L_d^2)}{L_w+L_d}\\ 1& 1& \frac{2(L_w^2+L_d^2)}{L_w+L_d}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{v}_a^x\\ v_a^y\\ {\mathrm{\ω}}_a\end{array}\right]$ …(式16)

因此，驱动控制部12能够将辅助动作计算部11计算出的助力台车1的辅助动作速度V_a作为输入，根据(式16)计算车轮5的指示旋转速度Ω_a。在车轮驱动部6中进行速度控制，以使车轮5追随驱动控制部12计算出的车轮5的指示旋转速度，由此，能够驱动车轮5，使助力台车1动作(步骤S10)。

如上所述，能够实现基于操作者13对手柄3施加的操作力F_ope的助力台车1的动作。另外，在本实施方式1中，使用图1所示的助力台车1进行说明，但是，本发明不限于该结构。本实施方式1能够应用于图26所示的助力手推车15、购物手推车等各种操作型的电动车辆。

(实施方式2)

下面，说明本发明的另一实施方式的电动车辆即电动轮椅。

图12是本发明的实施方式2的电动轮椅101的立体图，图13是从下方观察本实施方式2的电动轮椅101的图。

另外，将固定在电动轮椅101上且与电动轮椅101的运动一起移动的坐标系设为电动轮椅坐标系∑_w(具有彼此正交的3个轴即X_w轴、Y_w轴和Z_w轴的坐标系)(参照图11)。设由电动轮椅坐标系∑_w的X_w轴和Y_w轴构成的平面为与地面平行的水平面，设X_w轴朝向电动轮椅101的前方。电动轮椅101的当前位置被定义为电动轮椅坐标系∑_w相对于图13中设定的基准坐标系∑₀的位置矢量和姿势。在这些图中，电动轮椅101具有供操作者(省略图示)搭乘的支承面部102、放置操作者的左右手腕的右侧臂架103a和左侧臂架103b。另外，电动轮椅坐标系∑_w的原点被设定为支承面部102的中央(后述4个车轮105的中心)。

在右侧臂架103上设有操作量测量部104。操作量测量部104具有用于供操作者对电动轮椅101进行动作指示的操纵杆104a。操作量测量部104是如下的装置：能够根据操纵杆104a的操作量即操作者倾斜操纵杆104a的量和方向，测量操作者进行的动作指示的大小和方向(电动轮椅坐标系∑_w的X_w轴方向和Y_w轴方向的平移动作指示以及绕Z_w轴的旋转动作指示)。

在支承面部102的下侧设有使电动轮椅101行驶的车轮105、驱动车轮105的车轮驱动部106、以及构成电动轮椅101的控制系统的控制器107。通过该控制器107实现电动轮椅101的具体控制规则。

在本实施方式2中，作为车轮105，使用4个一般市售的全方向移动车轮即全方向轮，设为图13所示的车轮结构和车轮配置。另外，虽然省略说明，但是，也可以采取使用2个一般市售的中空轮胎的独立二轮驱动型的车轮结构。该情况下，为了稳定地支承助力台车1，优选使用多个一般市售的小脚轮作为辅助轮。

并且，车轮驱动部106由减速器106a、电动马达106b、测量电动马达的旋转角度的编码器106c、以及用于驱动电动马达106b的伺服驱动器106d构成。在本实施方式2中，电动马达106b以按照所指示的速度进行动作的方式进行速度控制。

并且，在支承面部102的侧面设有障碍物测量部108，该障碍物测量部108测量从电动轮椅101到障碍物14的距离和方向。该障碍物测量部108的输出信息是以电动轮椅坐标系∑_w为基准的信息。在本实施方式2中，作为障碍物测量部108，在支承面部102的四角设置一般市售的激光测域传感器108a。该激光测域传感器108a的检测范围为周围270度，所以，通过将其设置在支承面部102的四角，能够测量与在电动轮椅101的所有方向上存在的障碍物之间的距离和方向。

这里，图14是示出电动轮椅101的系统结构的框图。

如图14所示，电动轮椅101具有操作量测量部104、目标操作速度计算部110、障碍物测量部108、障碍物回避速度计算部109、辅助动作速度计算部111、驱动控制部112、车轮驱动部106、车轮105。

如上所述，操作量测量部104是测量操作者对操纵杆104a进行的操作量的大小和方向的装置。

而且，目标操作速度计算部110是如下的处理部：根据操作量测量部104测量的操作量(电动轮椅坐标系∑_w的X_w轴方向、Y_w轴方向、以及绕Z_w轴的操作量)，计算目标操作速度(电动轮椅坐标系∑_w的X_w轴方向和Y_w轴方向的目标操作平移速度以及绕Z_w轴的目标操作旋转速度)。

并且，如上所述，障碍物测量部108是测量电动轮椅101与障碍物14之间的距离和方向的装置。

而且，障碍物回避速度计算部109是如下的处理部：根据障碍物测量部108测量的与障碍物14之间的距离和方向，计算用于使电动轮椅101远离障碍物14的障碍物回避速度。通过根据该障碍物回避速度使电动轮椅101动作，能够回避与障碍物14发生冲突。

并且，辅助动作速度计算部111是如下的处理部：根据目标操作速度计算部110计算出的目标操作速度与障碍物回避速度计算部109计算出的障碍物回避速度的合成速度，计算针对电动轮椅101的辅助动作速度，并将其输出到驱动控制部112。

驱动控制部112是如下的处理部：将辅助动作速度计算部111计算出的辅助动作速度转换成各车轮105的指示旋转速度，并将其输出到车轮驱动部106。

此时，目标操作速度和障碍物回避速度是以电动轮椅坐标系∑_w为基准的信息。

并且，车轮驱动部106是控制车轮105以使其成为由驱动控制部112转换后的指示旋转速度的处理部。

通过以上结构，能够实现进行基于操作者的操作的动作的电动轮椅101。

接着，在这种结构中，按照图15所示的流程图说明使用具体控制规则的实施例。

首先，操作量测量部104测量操作者对操纵杆104a进行的操作的大小和方向(步骤S101)。当前，设操作者对操纵杆104a进行的操作量为ΔX_joy＝[Δx_joy Δy_joy Δθ_joy]∈R³。其中，Δx_joy、Δy_joy、Δθ_joy∈R分别是在电动轮椅坐标系∑_w的X_w轴方向、Y_w轴方向、绕Z_w轴进行的操作量。在目标操作速度计算部110中，根据(式18)计算具有与操作量测量部104测量的操作量ΔX_joy成比例的大小(式17)的目标操作速度V_ope(电动轮椅坐标系∑_w的X_w轴方向和Y_w轴方向的目标操作平移速度以及绕Z_w轴的目标操作旋转速度)(步骤S102)。

[数式17]

$V_{\mathrm{ope}}={\left[\begin{array}{ccc}{v}_{\mathrm{ope}}^x& v_{\mathrm{ope}}^y& v_{\mathrm{ope}}^{\mathrm{\θ}}\end{array}\right]}^T\∈R^3$ …(式17)

[数式18]

$\left[\begin{array}{c}{v}_{\mathrm{ope}}^x\\ v_{\mathrm{ope}}^y\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{op}e}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{k}_{\mathrm{joy}}^x& 0& 0\\ 0& k_{\mathrm{joy}}^y& 0\\ 0& 0& k_{\mathrm{joy}}^{\mathrm{\θ}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Δx}}_{\mathrm{joy}}\\ {\mathrm{\Δy}}_{\mathrm{joy}}\\ {\mathrm{\Δ\θ}}_{\mathrm{joy}}\end{array}\right]$ …(式18)

其中，(式19)的K_joy是目标操作速度计算常数，具有正值。并且，在未进行操作的情况下，设目标操作速度为零进行计算。

[数式19]

$K_{\mathrm{joy}}=\left[\begin{array}{ccc}{k}_{\mathrm{joy}}^x& 0& 0\\ 0& k_{\mathrm{joy}}^y& 0\\ 0& 0& k_{\mathrm{joy}}^{\mathrm{\θ}}\end{array}\right]\∈R^{3\×3}$ …(式19)

接着，障碍物测量部8测量从电动轮椅101到障碍物14的距离和方向(步骤S103)。

接着，障碍物回避速度计算部109计算用于使电动轮椅101远离障碍物14的障碍物回避速度。首先，根据(式2)生成和与障碍物14之间的距离对应的斥力势U_obj(X)∈R(步骤S104)。

[数式20]

$U_{\mathrm{obj}}\left(X\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{2}\mathrm{\η}{(\frac{1}{\mathrm{\ρ}\left(X\right)}-\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_0})}^2& (\mathrm{if\ρ}\left(X\right)\≤{\mathrm{\ρ}}_0)\\ 0& (\mathrm{if\ρ}\left(X\right)>{\mathrm{\ρ}}_0)\end{array}\right.$ …(式20)

其中，X＝[x y θ]^T∈R³是表示电动轮椅101的当前位置的矢量，η∈R是正的权重系数，ρ(X)∈R表示从X到障碍物14的最近距离，ρ₀∈R是正的常数。斥力势U_obj(X)为零以上，电动轮椅101越接近障碍物区域，斥力势U_obj(X)越接近无限大，在从电动轮椅101到障碍物14的距离为ρ₀以上时，斥力势U_obj(X)为零。

这里，当设对电动轮椅101指示的障碍物回避速度为(式21)时，能够使用由(式20)计算出的斥力势，如(式22)那样求出障碍物回避速度V_obj(步骤S105)。

[数式21]

$V_{\mathrm{obj}}={\left[\begin{array}{ccc}{v}_{\mathrm{obj}}^x& v_{\mathrm{obj}}^y& {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{obj}}\end{array}\right]}^T\∈R^3$ …(式21)

[数式22]

$V_{\mathrm{obj}}=-{\▿U}_{\mathrm{obj}}\left(X\right)=-\left[\begin{array}{c}\frac{\∂U_{\mathrm{obj}}\left(X\right)}{\∂x}\\ \frac{\∂U_{\mathrm{obj}}\left(X\right)}{\∂y}\\ \frac{\∂U_{\mathrm{obj}}\left(X\right)}{\∂\mathrm{\θ}}\end{array}\right]$ …(式22)

其中，

表示电动轮椅101的当前位置X中的U_obj(X)的倾斜矢量。根据(式20)、(式22)，电动轮椅101的当前位置X中的障碍物回避速度能够如(式23)那样表示。

[数式23]

$V_{\mathrm{obj}}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\η}(\frac{1}{\mathrm{\ρ}\left(X\right)}-\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_0})\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}^2\left(X\right)}\▿\mathrm{\ρ}\left(X\right)& (\mathrm{if\ρ}\left(X\right)\≤{\mathrm{\ρ}}_0)\\ 0& (\mathrm{if\ρ}\left(X\right)>{\mathrm{\ρ}}_0)\end{array}\right.$ …(式23)

所生成的障碍物回避速度是大小和与障碍物14之间的距离成反比例、且对与障碍物14的方向相反的方向指示的虚拟的速度。通过使电动轮椅101按照障碍物回避速度动作，能够回避障碍物14。

当前，设目标操作速度V_ope与障碍物回避速度V_obj的合成速度为(式24)时，目标操作速度V_ope与障碍物回避速度V_obj的合成速度V_sum由(式25)表示。

[数式24]

$V_{\mathrm{sum}}={\left[\begin{array}{ccc}{v}_{\mathrm{sum}}^x& v_{\mathrm{sum}}^y& {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{sum}}\end{array}\right]}^T\∈R^3$ …(式24)

[数式25]

$V_{\mathrm{sum}}=V_{\mathrm{ope}}+V_{\mathrm{obj}}=\left[\begin{array}{c}{v}_{\mathrm{ope}}^x+v_{\mathrm{obj}}^x\\ v_{\mathrm{ope}}^y+v_{\mathrm{obj}}^y\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ope}}+{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{obj}}\end{array}\right]$ …(式25)

这里，在以往提出的技术中，将该合成速度V_sum设定为辅助动作速度V_a，根据该辅助动作速度V_a(＝V_ope+V_obj)使电动轮椅101动作。但是，在以往提出的技术中，如上所述，由于障碍物回避速度的大小和方向，电动轮椅在操作者未操作时也可能随便移动，或者，电动轮椅可能进行与操作者要使电动轮椅动作的方向和大小大幅不同的方向和大小的动作，可能在安全性方面产生课题。

因此，为了解决该课题，在本实施方式2中，在辅助动作速度计算部111中，根据目标操作速度V_ope决定辅助动作速度V_a的大小。这里，目标操作速度V_ope是与操作者对电动轮椅101施加的操作量的大小成比例地生成的速度。具体而言，辅助动作速度计算部根据(式25)计算辅助动作速度V_a(步骤S108)。

[数式26]

$V_a=\left\{\begin{array}{cc}{V}_{\mathrm{sum}}& (\mathrm{if}{V}_{\mathrm{sum}}\≤V_{\lim }\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}\right))\\ V_{\lim }\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}\right)& (\mathrm{if}{V}_{\mathrm{sum}}>V_{\lim }\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}\right))\end{array}\right.$ …(式26)

其中，V_lim(θ^ope _sum)∈R是辅助动作速度V_a的上限值Y，是根据目标操作速度V_ope的方向与合成速度V_sum(＝目标操作速度V_ope+障碍物回避速度V_obj)的方向所成的角θ^ope _sum∈R而定义的值(步骤S106)。

在本实施方式2中，作为辅助动作速度V_a的上限值Y即V_lim(θ^ope _sum)的一个实施例，设定图16～图22所示的曲线(步骤S107)。如图16～图22所示，在目标操作速度V_ope的方向与合成速度V_sum的方向所成的角θ^ope _sum处于规定的角度范围A(θ^- _A＞θ^ope _sum≥-θ⁺ _A)的情况下，辅助动作速度V_a的上限值Y即V_lim(θ^ope _sum)被设定为与目标操作速度V_ope的大小相等。但是，在目标操作速度V_ope的方向与合成速度V_sum的方向所成的角θ^ope _sum处于规定的角度范围B(θ⁺ _B＞θ^ope _sum≥θ⁺ _A或-θ^- _A≥θ^ope _sum＞-θ⁺ _B)的情况下，辅助动作速度V_a的上限值Y即V_lim(θ^ope _sum)被设定为，随着目标操作速度V_ope的方向与合成速度V_sum的方向所成的角θ^ope _sum的绝对值|θ^ope _sum|增大，从目标操作速度V_ope的大小逐渐减小。进而，在目标操作速度V_ope的方向与合成速度V_sum的方向所成的角θ^ope _sum处于规定的角度范围C(θ^ope _sum≥θ⁺ _B或-θ^- _B≥θ^ope _sum)的情况下，辅助动作速度V_a的上限值Y即V_lim(θ^ope _sum)被设定为零。

图16示出目标操作速度V_ope的方向与合成速度V_sum的方向所成的角θ^ope _sum处于规定的角度范围A(θ^- _A＞θ^ope _sum≥-θ⁺ _A)、且合成速度V_sum的大小小于辅助动作速度V_a的上限值Y时的辅助动作速度V_a的决定例。

图17示出目标操作速度V_ope的方向与合成速度V_sum的方向所成的角θ^ope _sum处于规定的角度范围A(θ^- _A＞θ^ope _sum≥-θ⁺ _A)、且合成速度V_sum的大小大于辅助动作速度V_a的上限值Y时的辅助动作速度V_a的决定例。

图18示出目标操作速度V_ope的方向与合成速度V_sum的方向所成的角处于规定的角度范围B(θ⁺ _B＞θ^ope _sum≥θ⁺ _A或-θ^- _A＞θ^ope _sum≥-θ^- _B)、且合成速度V_sum的大小大于辅助动作速度V_a的上限值Y时的辅助力F_a的决定例。

图19示出目标操作速度V_ope的方向与合成速度V_sum的方向所成的角θ^ope _sum处于规定的角度范围C(θ^ope _sum≥θ⁺ _B或-θ^- _B≥θ^ope _sum)时的辅助力F_a的决定例。

具体而言，当利用数式表示这些例子时，能够如(式27)那样定义。

[数式27]

$V_{\lim }\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{\left|V_{\mathrm{ope}}\right|}{\left|V_{\mathrm{sum}}\right|}{V}_{\mathrm{sum}}& (\mathrm{if}{\mathrm{\θ}}_A^{-}>{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}>-{\mathrm{\θ}}_A^{+})\\ k_1\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}\right)\frac{\left|V_{\mathrm{ope}}\right|}{\left|V_{\mathrm{sum}}\right|}{V}_{\mathrm{sum}}& (\mathrm{if}{\mathrm{\θ}}_B^{+}>{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}\≥{\mathrm{\θ}}_A^{+}\mathrm{or}-{\mathrm{\θ}}_A^{-}\≥{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}>-{\mathrm{\θ}}_B^{-})\\ 0& (\mathrm{if}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}\≥{\mathrm{\θ}}_B^{+}\mathrm{or}-{\mathrm{\θ}}_B^{-}\≥{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}})\end{array}\right.$ ···(式27)

其中，k₁(θ^ope _sum)∈R是用于变更辅助动作速度V_a的大小的变量，是根据目标操作速度V_ope的方向与合成速度V_sum的方向所成的角θ^ope _sum而定义的值(0＜k_l(θ^ope _sum)＜1)。

另外，在本实施方式2中，作为定义角度范围A～C的θ⁺ _A、θ^- _A、θ⁺ _B、θ^- _B的具体值，考虑θ⁺ _A＝θ^- _A＝30°、θ⁺ _B＝θ^- _B＝60°的情况。该情况下，在目标操作速度V_ope的方向与合成速度V_sum的方向所成的角θ^ope _sum处于规定的角度范围A(30°＞θ^ope _sum＞-30°)的情况下，辅助动作速度V_a的上限值Y即V_lim(θ^ope _sum)被设定为与目标操作速度V_ope的大小相等。但是，在目标操作速度V_ope的方向与合成速度V_sum的方向所成的角θ^ope _sum处于规定的角度范围B(60°＞θ^ope _sum≥30°或-30°≥θ^ope _sum＞-60°)的情况下，辅助动作速度V_a的上限值Y即V_lim(θ^ope _sum)被设定为，随着目标操作速度V_ope的方向与合成速度V_sum的方向所成的角θ^ope _sum的绝对值|θ^ope _sum|增大，从目标操作速度V_ope的大小逐渐减小。进而，在目标操作速度V_ope的方向与合成速度V_sum的方向所成的角θ^ope _sum处于规定的角度范围C(θ^ope _sum≥30°或-30°≥θ^ope _sum)的情况下，辅助动作速度V_a的上限值Y即V_lim(θ^ope _sum)被设定为零。

通过这样设定辅助动作速度V_a的上限值Y，能够得到以下效果。

首先，在目标操作速度V_ope的方向与合成速度V_sum的方向所成的角θ^ope _sum处于规定的角度范围A(θ^- _A＞θ^ope _sum≥-θ⁺ _A)的情况下、即操作者进行的操作的方向(＝目标操作速度V_ope的方向)与实际动作的方向(＝合成速度V_sum的方向)大致一致的情况下，生成操作者设想的大小(＝目标操作速度V_ope的大小)的辅助动作速度V_a。由此，能够实现操作者意图的动作。

但是，在目标操作速度V_ope的方向与合成速度V_sum的方向所成的角θ^ope _sum处于规定的角度范围B(θ⁺ _B＞θ^ope _sum≥θ⁺ _A或-θ^- _A≥θ^ope _sum＞-θ^- _B)的情况下、即操作者进行的操作的方向(＝目标操作速度V_ope的方向)与实际动作的方向(＝合成速度V_sum的方向)在规定的角度范围B(θ⁺ _B＞θ^ope _sum≥θ⁺ _A或-θ^- _A≥θ^ope _sum＞-θ^- _B)内偏移的情况下，辅助动作速度V_a被设定为，随着目标操作速度V_ope的方向与合成速度V_sum的方向所成的角θ^ope _sum的绝对值|θ^ope _sum|增大，从目标操作速度V_ope的大小逐渐减小。由此，操作者意图的方向(＝目标操作速度V_ope的方向)与实际动作的方向(＝合成速度V_sum的方向)偏移越大，辅助动作速度V_a的限制越大，即，难以生成非意图的动作，能够提高安全性。

进而，在目标操作速度V_ope的方向与合成速度V_sum的方向所成的角θ^ope _sum处于规定的角度范围C(θ^ope _sum≥θ⁺ _B或-θ^- _B≥θ^ope _sum)的情况下、即操作者意图的方向(＝目标操作速度V_ope的方向)与实际动作的方向(＝合成速度V_sum的方向)大幅偏移的情况下，辅助动作速度V_a生成为零(即不进行动作)。由此，不生成朝向与操作者的意图大幅偏移的方向的动作，所以，能够禁止朝向非意图方向的动作，能够提高安全性。

并且，当设电动轮椅101所设定的基准方向与目标操作速度V_ope的方向所成的角θ^ref _ope∈R时，进而，根据所成的角θ^ref _ope改变辅助动作速度V_a的上限值Y，由此，能够实现安全性更高的操作。例如，在电动轮椅101中，前方的视觉辨认性良好，但是，后方的视觉辨认性差，所以，主要向前方动作进行使用。因此，将基准方向设定为电动轮椅坐标系∑_w的X_w轴的正方向。然后，根据基准方向(＝电动轮椅坐标系∑_w的X_w轴的正方向)与目标操作速度V_ope的方向所成的角θ^ref _ope，修正辅助动作速度V_a的上限值Y。具体而言，根据(式28)设定辅助动作速度V_a的上限值Y。

[数式28]

$V_{\lim }\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}\right)=\left\{\begin{array}{cc}{k}_2\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ope}}^{\mathrm{ref}}\right)\frac{\left|V_{\mathrm{ope}}\right|}{\left|V_{\mathrm{sum}}\right|}{V}_{\mathrm{sum}}& (\mathrm{if}{\mathrm{\θ}}_A^{-}>{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}>-{\mathrm{\θ}}_A^{+})\\ k_1\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}\right)k_2\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ope}}^{\mathrm{ref}}\right)\frac{\left|V_{\mathrm{ope}}\right|}{\left|V_{\mathrm{sum}}\right|}{V}_{\mathrm{sum}}& (\mathrm{if}{\mathrm{\θ}}_B^{+}>{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}\≥{\mathrm{\θ}}_A^{+}\mathrm{or}-{\mathrm{\θ}}_A^{-}\≥{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}>-{\mathrm{\θ}}_B^{-})\\ 0& (\mathrm{if}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}}\≥{\mathrm{\θ}}_B^{+}\mathrm{or}-{\mathrm{\θ}}_B^{-}\≥{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{sum}}^{\mathrm{ope}})\end{array}\right.$

…(式28)

其中，k₂(θ^ref _ope)∈R是用于变更辅助动作速度V_a的上限值Y的大小的变量，是根据所设定的基准方向与目标操作速度V_ope的方向所成的角θ^ref _ope而定义的值(0＜k₂(θ^ref _ope)＜1)。在本实施方式2中，如图20(a)～(c)所示，辅助动作速度V_a的上限值Y被设定为，随着基准方向(＝电动轮椅坐标系∑_w的X_w轴的正方向)与目标操作速度V_ope的方向所成的角θ^ref _ope的绝对值|θ^ref _ope|增大，从k₂(θ^ref _ope)＝1开始减小，在大于规定的角度范围D(|θ^ref _ope|≥θ_C)的情况下，成为k₂(θ^ref _ope)＝0。图20(a)示出基准方向(＝电动轮椅坐标系∑_w的X_w轴的正方向)与目标操作速度V_ope的方向所成的角θ^ref _ope为零时的辅助动作速度V_a的上限值Y的设定例。

图20(b)示出基准方向(＝电动轮椅坐标系∑_w的X_w轴的正方向)与目标操作速度V_ope的方向所成的角θ^ref _ope的绝对值|θ^ref _ope|处于规定的角度范围D(|θ^ref _ope|≥θ_C)内时的辅助动作速度V_a的上限值Y的设定例。

图20(c)示出基准方向(＝电动轮椅坐标系∑_w的X_w轴的正方向)与目标操作速度V_ope的方向所成的角θ^ref _ope的绝对值|θ^ref _ope|大于规定的角度范围D(|θ^ref _ope|≥θ_C)时的辅助动作速度V_a的上限值Y的设定例。

另外，在本实施方式2中，作为定义角度范围D的θ_C的具体值，考虑θ_C＝45°的情况。该情况下，辅助动作速度V_a的上限值Y被设定为，随着基准方向(＝电动轮椅坐标系∑_w的X_w轴的正方向)与目标操作速度V_ope的方向所成的角θ^ref _ope的绝对值|θ^ref _ope|增大，从k₂(θ^ref _ope)＝1开始减小，在大于规定的角度范围D(|θ^ref _ope|≥45°)的情况下，成为k₂(θ^ref _ope)＝0。

通过这样设定辅助动作速度V_a的上限值Y，易于向操作者设定的操作容易的方向(或者视觉辨认性良好而能够安全地动作的方向)(|θ^ref _ope|＜45°)移动，难以向操作困难的方向(或者视觉辨认性差而无法安全地动作的方向)(|θ^ref _ope|≥45°)移动。其结果，能够构成安全性更高的电动车辆。

并且，如图21(a)～(c)所示，也可以随着基准方向(＝电动轮椅坐标系∑_w的X_w轴的正方向)与目标操作速度V_ope的方向所成的角θ^ref _ope的绝对值|θ^ref _ope|增大，而减小θ⁺ _A、θ^- _A、θ⁺ _B、θ^- _B(其中k₂(θ^ref _ope)＝1)。

图21(a)示出基准方向(＝电动轮椅坐标系∑_w的X_w轴的正方向)与目标操作速度V_ope的方向所成的角θ^ref _ope为零时的辅助动作速度V_a的上限值Y的设定例。

图21(b)示出基准方向(＝电动轮椅坐标系∑_w的X_w轴的正方向)与目标操作速度V_ope的方向所成的角θ^ref _ope的绝对值|θ^ref _ope|具有某个角度(非零的角度)时的辅助动作速度V_a的上限值Y的设定例。

图21(c)示出基准方向(＝电动轮椅坐标系∑_w的X_w轴的正方向)与目标操作速度V_ope的方向所成的角θ^ref _ope的绝对值|θ^ref _ope|大于图21(b)所示的绝对值时的辅助动作速度V_a的上限值Y的设定例。

通过这样设定辅助力F_a的上限值Y，也易于向操作者设定的操作容易的方向(或者视觉辨认性良好而能够安全地动作的方向)移动，难以向操作困难的方向(或者视觉辨认性差而无法安全地动作的方向)移动。其结果，能够构成安全性更高的电动车辆(电动轮椅101)。

另外，也可以设定多个上述基准方向(＝电动轮椅坐标系∑_w的X_w轴的正方向)。例如，如果存在2个操作容易的方向(或者视觉辨认性良好而能够安全地动作的方向)，则可以将这两个方向设定为基准方向。并且，例如，在独立二轮驱动型的车轮结构的情况下，将基准方向设定为与车轴垂直的2个方向(前进方向和后退方向)。该情况下，所设定的2个方向(前进方向和后退方向)是在机构方面容易操作的方向，所以，能够将该方向的辅助动作设定得较大，将与该方向不同的方向的辅助动作设定得较小，能够更加简单地构成控制系统。

并且，作为目标操作速度V_ope，在不仅作用有目标平移速度还同时作用有目标旋转速度的情况下，也可以根据目标旋转速度的大小和方向变更θ⁺ _A、θ^- _A、θ⁺ _B、θ^- _B。例如如图22所示，作为目标操作速度V_ope，在不仅作用有目标平移速度还绕逆时针作用有目标旋转速度的情况下，与目标旋转速度的大小成比例地，较大地设定θ⁺ _A、θ⁺ _B的值。相反，作为目标操作速度V_ope，在不仅作用有目标平移速度还绕顺时针作用有目标旋转速度的情况下，与目标旋转速度的大小成比例地，较大地设定θ^- _A、θ^- _B的值。通过这样设定，作为目标操作速度V_ope，在不仅作用有目标平移速度还作用有目标旋转速度的情况下，能够更加容易地在作用有目标旋转速度的方向上进行动作，能够提高操作性。

如上所述，能够防止操作者未操作而随便生成辅助动作速度、或者生成与操作者操作的方向和大小完全不同的方向和大小的辅助动作速度。其结果，能够构成安全性高的电动车辆(电动轮椅101)。

接着，在驱动控制部112中，将辅助动作速度计算部111计算出的电动轮椅101的辅助动作速度V_a转换成各车轮的指示旋转速度(步骤S109)。

这里，当设车轮105的指示旋转速度为Ω_a时，在图13所示的车轮结构和车轮配置的情况下，在电动轮椅101的辅助动作速度V_a与车轮的指示旋转速度Ω_a之间，(式29)的关系式成立。

[数式29]

$\left[\begin{array}{c}{v}_a^x\\ v_a^y\\ {\mathrm{\ω}}_a\end{array}\right]=\frac{\sqrt{2}r}{4}\left[\begin{array}{cccc}-1& -1& 0& 0\\ 0& -1& -1& 0\\ \frac{L_w+L_d}{2(L_w^2+L_d^2)}& \frac{L_w+L_d}{2(L_w^2+L_d^2)}& \frac{L_w+L_d}{2(L_w^2+L_d^2)}& \frac{L_w+L_d}{2(L_w^2+L_d^2)}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_a^1\\ {\mathrm{\ω}}_a^2\\ {\mathrm{\ω}}_a^3\\ {\mathrm{\ω}}_a^4\end{array}\right]$

…(式29)

其中，如图13所示，L_w∈R是左右车轮105之间的距离的一半，L_d∈R是前后车轮105之间的距离的一半。并且，r∈R是车轮105的半径。(式29)能够如(式30)那样变形。

[数式30]

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_a^1\\ {\mathrm{\ω}}_a^2\\ {\mathrm{\ω}}_a^3\\ {\mathrm{\ω}}_a^4\end{array}\right]=\frac{1}{\sqrt{2}r}\left[\begin{array}{ccc}-1& 1& \frac{2(L_w^2+L_d^2)}{L_w+L_d}\\ -1& -1& \frac{2(L_w^2+L_d^2)}{L_w+L_d}\\ 1& -1& \frac{2(L_w^2+L_d^2)}{L_w+L_d}\\ 1& 1& \frac{2(L_w^2+L_d^2)}{L_w+L_d}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{v}_a^x\\ v_a^y\\ {\mathrm{\ω}}_a\end{array}\right]$ …(式30)

因此，在驱动控制部112中，能够将辅助动作速度计算部111计算出的电动轮椅101的辅助动作速度V_a作为输入，根据(式30)计算车轮105的指示旋转速度Ω_a。在车轮驱动部106中进行速度控制，以使车轮105追随驱动控制部112计算出的车轮105的指示旋转速度，由此，能够驱动车轮105，使电动轮椅101动作(步骤S110)。

如上所述，能够实现基于操作者对操纵杆104a进行的操作的电动轮椅101的动作。

另外，本申请发明不限于上述实施方式。例如，也可以将任意组合在本说明书中记载的结构要素而实现的其他实施方式作为本申请发明的实施方式。并且，针对上述实施方式，在不脱离本申请发明的主旨、即权利要求范围所记载的语句所表示的意思的范围内实施本领域技术人员想到的各种变形而得到的变形例也包含在本申请发明中。

产业上的可利用性

如上所述，根据本发明，不会发生电动车辆在操作者未操作时随便动作、或者以与操作者要使电动车辆动作的方向和大小大幅不同的方向和大小辅助电动车辆的情况，能够实现安全性高的操作。因此，作为助力台车、电动轮椅、购物手推车等的根据操作者的操作而动作的电动车辆是有用的。

符号说明

1：助力台车；2：货箱；3：手柄；4：操作力测量部；4a：力传感器(3轴)；5：车轮；6：车轮驱动部；6a：减速器；6b：电动马达；6c：编码器；6d：伺服驱动器；7：控制器；8：障碍物测量部；8a：激光测域传感器；9：虚拟斥力计算部；10：辅助力计算部；11：辅助动作计算部；12：驱动控制部；13：操作者；14：障碍物；15：助力手推车；101：电动轮椅；102：支承面部；103a：右侧臂架；103b：左侧臂架；104：操作量测量部；104a：操纵杆；105：车轮；106：车轮驱动部；106a：减速器；106b：电动马达；106c：编码器；106d：伺服驱动器；107：控制器；108：障碍物测量部；108a：激光测域传感器；109：障碍物回避速度计算部；110：目标操作速度计算部；111：辅助动作速度计算部；112：驱动控制部；201：操作力；202：虚拟斥力；203：合力；204：障碍物；205：助力台车；205a：操作部；206：操作者。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.(修改后)一种电动车辆，该电动车辆具有：

操作力测量部，测量操作者对电动车辆施加的操作力；

障碍物测量部，测量障碍物相对于所述电动车辆的位置矢量；

虚拟斥力计算部，计算大小与所述位置矢量的大小成反比例且方向与所述位置矢量的方向相反的虚拟斥力；以及

辅助力计算部，根据所述操作力与所述虚拟斥力的合力计算用于使所述电动车辆动作的辅助力，根据所述操作力计算要计算的辅助力的大小的上限值X，在所述辅助力超过所述上限值X的情况下，输出所述上限值X以下的大小的辅助力，

所述辅助力计算部根据所述操作力的方向与所述合力的方向所成的角来计算上限值X。

2.如权利要求1所述的电动车辆，其中，

所述辅助力计算部将所述操作力的大小设为上限值X。

3.(删除)

4.如权利要求1～3中的任意一项所述的电动车辆，其中，

所述辅助力计算部如下进行计算：随着所述操作力的方向与所述合力的方向所成的角的大小增大，上限值X减小。

5.如权利要求1～4中的任意一项所述的电动车辆，其中，

在所述操作力的方向与所述合力的方向所成的角的大小θ^ope _sum处于60°＞θ^ope _sum＞-60°的范围的情况下，所述辅助力计算部将所述操作力的大小设为上限值X。

6.如权利要求1～5中的任意一项所述的电动车辆，其中，

在所述操作力的方向与所述合力的方向所成的角的大小θ^ope _sum为θ^ope _sum≥60°或-60°≥θ^ope _sum的情况下，所述辅助力计算部将上限值X的大小设为零。

7.如权利要求1～6中的任意一项所述的电动车辆，其中，

所述辅助力计算部如下进行计算：随着所述操作力的方向与对所述电动车辆设定的规定方向E所成的角的大小增大，上限值X减小。

8.如权利要求1～7中的任意一项所述的电动车辆，其中，

在所述操作力的方向与对所述电动车辆设定的规定方向E所成的角的大小处于0以上且45°以下的范围的情况下，所述辅助力计算部将所述操作力的大小设为上限值X，或者不变更已经设定的上限值X。

9.如权利要求5～8中的任意一项所述的电动车辆，其中，

在所述操作力具有力矩分量的情况下，在所述力矩分量的方向上增大操作力与合力所成的角度以及操作力与规定方向所成的角度中的至少任意一方的大小。

10.(修改后)一种电动车辆，该电动车辆具有：

操作量测量部，测量操作者对电动车辆施加的操作量的大小和方向；

障碍物测量部，测量障碍物相对于所述电动车辆的位置矢量；

目标操作速度计算部，计算基于所述操作量测量部测量的操作量的大小和方向的所述电动车辆的目标操作速度；

障碍物回避速度计算部，根据所述障碍物测量部测量的所述位置矢量，计算用于使所述电动车辆远离所述障碍物的障碍物回避速度；以及

辅助动作速度计算部，根据所述目标操作速度与所述障碍物回避速度的合成速度，计算用于使所述电动车辆动作的辅助动作速度，根据所述目标操作速度计算要计算的辅助动作速度的大小的上限值Y，在所述辅助动作速度超过所述上限值Y的情况下，输出所述上限值Y以下的大小的辅助动作速度，

所述辅助动作速度计算部根据所述目标操作速度的方向与所述合成速度的方向所成的角来计算上限值Y。

11.如权利要求10所述的电动车辆，其中，

所述辅助动作速度计算部将所述目标操作速度的大小设为上限值Y。

12.(删除)

13.如权利要求10～12中的任意一项所述的电动车辆，其中，

所述辅助动作速度计算部如下进行计算：随着所述目标操作速度的方向与所述合成速度的方向所成的角的大小增大，上限值Y减小。

14.如权利要求10～13中的任意一项所述的电动车辆，其中，

在所述目标操作速度的方向与所述合成速度的方向所成的角的大小θ^ope _sum处于60°＞θ^ope _sum＞-60°的范围的情况下，所述辅助动作速度计算部将所述目标操作速度的大小设为上限值Y。

15.如权利要求10～14中的任意一项所述的电动车辆，其中，

在所述目标操作速度的方向与所述合成速度的方向所成的角的大小θ^ope _sum为θ^ope _sum≥60°或-60°≥θ^ope _sum的情况下，所述辅助动作速度计算部将上限值Y的大小设为零。

16.如权利要求10～15中的任意一项所述的电动车辆，其中，

所述辅助动作速度计算部如下进行计算：随着所述目标操作速度的方向与对所述电动车辆设定的规定方向I所成的角的大小增大，上限值Y减小。

17.如权利要求10～16中的任意一项所述的电动车辆，其中，

在所述目标操作速度的方向与对所述电动车辆设定的规定方向I所成的角的大小处于0°以上且45°以下的范围的情况下，所述辅助动作速度计算部将所述目标操作速度的大小设为上限值Y，或者不变更已经设定的上限值Y。

18.(修改后)如权利要求17所述的电动车辆，其特征在于，

设所述目标操作速度的方向与对所述电动车辆设定的规定方向I所成的角的大小为θ^ref _ope，在所述目标操作速度具有旋转分量的情况下，在所述旋转分量的方向上增大所述角度θ^ope _sum、θ^ref _ope中的至少任意一方的大小。

19.一种电动车辆的控制方法，用于权利要求1～18中的任意一项所述的电动车辆，其特征在于，

所述辅助动作计算部根据操作者对电动车辆施加的操作力或者操作量的大小和方向，生成辅助动作速度，

驱动控制部根据所述辅助动作速度对电动车辆的动作进行控制。

Claims (19)

1.一种电动车辆，该电动车辆具有：

操作力测量部，测量操作者对电动车辆施加的操作力；

障碍物测量部，测量障碍物相对于所述电动车辆的位置矢量；

虚拟斥力计算部，计算大小与所述位置矢量的大小成反比例且方向与所述位置矢量的方向相反的虚拟斥力；以及

辅助力计算部，根据所述操作力与所述虚拟斥力的合力计算用于使所述电动车辆动作的辅助力，根据所述操作力计算要计算的辅助力的大小的上限值X，在所述辅助力超过所述上限值X的情况下，输出所述上限值X以下的大小的辅助力。

2.如权利要求1所述的电动车辆，其中，

所述辅助力计算部将所述操作力的大小设为上限值X。

3.如权利要求1或2所述的电动车辆，其中，

所述辅助力计算部根据所述操作力的方向与所述合力的方向所成的角来计算上限值X。

4.如权利要求1～3中的任意一项所述的电动车辆，其中，

所述辅助力计算部如下进行计算：随着所述操作力的方向与所述合力的方向所成的角的大小增大，上限值X减小。

5.如权利要求1～4中的任意一项所述的电动车辆，其中，

在所述操作力的方向与所述合力的方向所成的角的大小θ^ope _sum处于60°＞θ^ope _sum＞-60°的范围的情况下，所述辅助力计算部将所述操作力的大小设为上限值X。

6.如权利要求1～5中的任意一项所述的电动车辆，其中，

在所述操作力的方向与所述合力的方向所成的角的大小θ^ope _sum为θ^ope _sum≥60°或-60°≥θ^ope _sum的情况下，所述辅助力计算部将上限值X的大小设为零。

7.如权利要求1～6中的任意一项所述的电动车辆，其中，

所述辅助力计算部如下进行计算：随着所述操作力的方向与对所述电动车辆设定的规定方向E所成的角的大小增大，上限值X减小。

8.如权利要求1～7中的任意一项所述的电动车辆，其中，

在所述操作力的方向与对所述电动车辆设定的规定方向E所成的角的大小处于0以上且45°以下的范围的情况下，所述辅助力计算部将所述操作力的大小设为上限值X，或者不变更已经设定的上限值X。

9.如权利要求5～8中的任意一项所述的电动车辆，其中，

在所述操作力具有力矩分量的情况下，在所述力矩分量的方向上增大操作力与合力所成的角度以及操作力与规定方向所成的角度中的至少任意一方的大小。

10.一种电动车辆，该电动车辆具有：

操作量测量部，测量操作者对电动车辆施加的操作量的大小和方向；

障碍物测量部，测量障碍物相对于所述电动车辆的位置矢量；

目标操作速度计算部，计算基于所述操作量测量部测量的操作量的大小和方向的所述电动车辆的目标操作速度；

障碍物回避速度计算部，根据所述障碍物测量部测量的所述位置矢量，计算用于使所述电动车辆远离所述障碍物的障碍物回避速度；以及

辅助动作速度计算部，根据所述目标操作速度与所述障碍物回避速度的合成速度，计算用于使所述电动车辆动作的辅助动作速度，根据所述目标操作速度计算要计算的辅助动作速度的大小的上限值Y，在所述辅助动作速度超过所述上限值Y的情况下，输出所述上限值Y以下的大小的辅助动作速度。

11.如权利要求10所述的电动车辆，其中，

所述辅助动作速度计算部将所述目标操作速度的大小设为上限值Y。

12.如权利要求10或11所述的电动车辆，其中，

所述辅助动作速度计算部根据所述目标操作速度的方向与所述合成速度的方向所成的角来计算上限值Y。

13.如权利要求10～12中的任意一项所述的电动车辆，其中，

所述辅助动作速度计算部如下进行计算：随着所述目标操作速度的方向与所述合成速度的方向所成的角的大小增大，上限值Y减小。

14.如权利要求10～13中的任意一项所述的电动车辆，其中，

在所述目标操作速度的方向与所述合成速度的方向所成的角的大小θ^ope _sum处于60°＞θ^ope _sum＞-60°的范围的情况下，所述辅助动作速度计算部将所述目标操作速度的大小设为上限值Y。

15.如权利要求10～14中的任意一项所述的电动车辆，其中，

在所述目标操作速度的方向与所述合成速度的方向所成的角的大小θ^ope _sum为θ^ope _sum≥60°或-60°≥θ^ope _sum的情况下，所述辅助动作速度计算部将上限值Y的大小设为零。

16.如权利要求10～15中的任意一项所述的电动车辆，其中，

所述辅助动作速度计算部如下进行计算：随着所述目标操作速度的方向与对所述电动车辆设定的规定方向I所成的角的大小增大，上限值Y减小。

17.如权利要求10～16中的任意一项所述的电动车辆，其中，

在所述目标操作速度的方向与对所述电动车辆设定的规定方向I所成的角的大小处于0°以上且45°以下的范围的情况下，所述辅助动作速度计算部将所述目标操作速度的大小设为上限值Y，或者不变更已经设定的上限值Y。

18.如权利要求14～17中的任意一项所述的电动车辆，其特征在于，

在所述目标操作速度具有旋转分量的情况下，在所述旋转分量的方向上增大所述角度θ^ope _sum、θ^ref _ope中的至少任意一方的大小。

19.一种电动车辆的控制方法，用于权利要求1～18中的任意一项所述的电动车辆，其特征在于，

所述辅助动作计算部根据操作者对电动车辆施加的操作力或者操作量的大小和方向，生成辅助动作速度，

驱动控制部根据所述辅助动作速度对电动车辆的动作进行控制。

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