CN102452394A - 电动车辆及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种能够安全地避开障碍物的电动车辆。电动轮椅(11)构成为具备：车身部(12)；检测操作者的操作的操作部(13)；检测存在于车身部(12)的周边的障碍物的障碍物传感器(14)；将从车身部(12)向操作方向生成的区域作为检索区域(21)，将存在于检索区域(21)内的障碍物判断成应避开的障碍物的障碍物判断部(15)；算出用于远离由障碍物判断部判断出的障碍物的假想斥力的假想斥力算出部(16)；算出操作力及假想斥力的合力的合力算出部(17)；进行控制以使车身部向合力的方向移动的控制部(18)。

Description

电动车辆及其控制方法
技术领域
本发明涉及在检测到成为行驶的障碍的障碍物时自动避开该障碍物的电动车辆及其控制方法。
背景技术
在医院或看护机构等中，利用着仅通过使操作杆等操作输入部动作就能够容易地移动的电动轮椅。此外，在工厂或商业机构等中，利用着仅通过按压把手等操作输入部就能够容易地移动的助力车。
电动轮椅及助力车为电动车辆的一例，在对操作不熟练的使用者操作该电动车辆时，可能因操作失误等导致电动车辆与移动方向上的障碍物发生碰撞。因此，如果在移动方向的周边存在障碍物，则期望电动车辆自动避开该障碍物。
因此，提出有在检测到障碍物时避开该障碍物行驶的独立二轮驱动型助力车。
图8是表示避开障碍物2的现有的助力车1的图。为了避开障碍物2而行驶，助力车1通过控制部3计测对操舵把手4施加的操作力的大小和方向即操作力Fope。此外，根据障碍物传感器6a、6b、6c的检测值即距障碍物2的距离和方向，计算使助力车1的车身部5躲开障碍物2的假想斥力Fobj。并且，对合力Fmove(＝Fope+Fobj)乘以辅助率Ka而算出助力Fa(＝Ka·Fmove)，并根据助力Fa控制使驱动操舵轮7动作的驱动部(未图示)。需要说明的是，自由轮8与驱动操舵轮7共同支承车身部5。
通过这样根据助力Fa控制驱动操舵轮7，从而助力车1在操作者不进行转向操作的情况下也能够自动避开障碍物2而行驶。
图9是表示通过模拟壁的障碍物9a与障碍物9b之间的现有的助力车1的图。在现有的助力车1中，在通过图9所示那样的障碍物9a与障碍物9b之间时，存在助力车1无法通过障碍物9a与障碍物9b之间的情况。具体而言，存在如下的情况：虽然障碍物9a与障碍物9b之间存在车身部5能够通过的宽度，但是助力车1仍被大的假想斥力Fobj推回，导致助力车1无法通过障碍物9a与障碍物9b之间。但是，要在障碍物9a与障碍物9b之间通过处于模拟的壁之间的门的情况在利用助力车1时频繁发生。
作为这样的情况的对策之一存在如下方法，即，在作用于操舵把手4的操作力Fope超过了规定的大小时，限制假想斥力Fobj的大小而算出助力Fa以使助力车1能够通过障碍物9a与障碍物9b之间(例如，参照专利文献1)。这样，通过限制假想斥力Fobj的大小，能够使现有的助力车1通过障碍物9a与障碍物9b之间。
【专利文献1】日本特开2007-55480号公报
然而，如果限制假想斥力Fobj的大小，则可能在误向障碍物(2、9a、9b)的方向进行了操作时，助力车1接近障碍物(2、9a、9b)。因此，如果限制假想斥力的大小Fobj，则助力车1可能会与障碍物9a、9b碰撞。
即，在现有的助力车1中，在误使操舵把手4的操作方向朝向障碍物(2、9a、9b)时，如果以比假想斥力Fobj的大小大的操作力Fope进行操作，则存在不进行自动避开而与障碍物(2、9a、9b)碰撞的可能性。存在不进行自动避开而与障碍物(2、9b、9a)碰撞的可能性是安全上的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够安全地避开障碍物的电动车辆及其控制方法。
为了实现上述目的，本发明的电动车辆具备：
车身部；
操作部，其检测输入的操作的操作方向；
障碍物传感器，其检测位于所述车身部的周边的障碍物；
障碍物判断部，其生成从所述车身部向所述操作方向延伸的区域作为检索区域，并将由所述障碍物传感器检测到的障碍物中的存在于所述检索区域内的障碍物判断成应避开的障碍物；
控制部，其控制所述车身部的移动，以避开由所述障碍物判断部判断出的所述应避开的障碍物。
此外，为了实现上述目的，本发明提供一种电动车辆的控制方法，该电动车辆具有障碍物传感器和操作部，在所述电动车辆的控制方法中，
由所述障碍物传感器检测车身部的周边，
由所述操作部检测向所述操作部输入的操作的操作方向，
由障碍物判断部生成从所述车身部向所述操作方向延伸的区域作为检索区域，由所述障碍物判断部将由所述障碍物传感器检测到的障碍物中的存在于所述检索区域内的障碍物判断成应避开的障碍物，
当在障碍物判断步骤中由所述障碍物判断部判断出在所述检索区域内存在所述障碍物时，控制所述车身部的移动以使所述车身部避开所述障碍物。
发明效果
本发明能够提供即使在操作方向上存在障碍物也会安全地进行自动避开的电动车辆及其控制方法。
附图说明
图1A是表示本发明的第一实施方式中的电动轮椅通过障碍物与障碍物之间的状态的俯视图，
图1B是第一实施方式中的电动轮椅的操作部及控制部等的框图，
图1C是第一实施方式的变形例中的电动轮椅的操作部及控制部等的框图，
图2是第一实施方式中的电动轮椅的立体图，
图3是在第一实施方式中的控制电路部进行的控制的流程图，
图4A是表示动态障碍物接近本发明的第二实施方式中的电动轮椅的状态的俯视图，
图4B是第二实施方式中的电动轮椅的操作部及控制部等的框图，
图5A是表示本发明的第三实施方式中的电动轮椅接近障碍物的状态的图，
图5B是第三实施方式中的电动轮椅的操作部及控制部等的框图，
图6A是表示本发明的第四实施方式中的电动轮椅通过障碍物与障碍物之间的状态的图，
图6B是第四实施方式中的电动轮椅的操作部及控制部等的框图，
图7A是表示本发明的第五实施方式中的电动轮椅接近障碍物的状态的图，
图7B是第五实施方式中的电动轮椅的操作部及控制部等的框图，
图8是表示避开障碍物的现有的助力车的图，
图9是表示通过障碍物与障碍物之间的现有的助力车的图。
符号说明
11、31、41、51、61  电动轮椅
12  车身部
13  操作部
14  障碍物传感器
15  障碍物判断部
16  假想斥力算出部
17  合力算出部
18  控制部
19a、19b、44、63  障碍物
20  障碍物传感器区域
21  检索区域
25  操作输入部
26  操作力推测部
27、37、47、57、67  控制电路部
32  动态障碍物
33  动态障碍物判断部
34、43、54  辅助假想斥力算出部
35  动态障碍物检索区域
42  碰撞判断部
45  缓冲区域
52  通路检测区域
53  通路判断部
62  操作意图判断部
70  驱动源
70E 编码器
71  车轮
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，也存在对相同的构成要件标注相同的符号而省略说明的情况。此外，为了容易理解，附图中将各构成要件以主体的方式示意性地表示。
(第一实施方式)
图1A及图1B是俯视表示作为本发明的第一实施方式中的电动车辆的一例的电动轮椅11的图。图1A是表示通过障碍物19a与障碍物19b之间的电动轮椅11的俯视图，图1B是操作部及控制部等的框图。图1C是第一实施方式的变形例中的电动轮椅的操作部及控制部等的框图，因此在后进行说明。图2是电动轮椅11的立体图。需要说明的是，为了容易理解，将与电动轮椅11的运动一起移动的车辆坐标系∑r(具有相互正交的三个xr轴、yr轴、zr轴的坐标系)设定在图1A和图2中。由xr轴和yr轴构成的平面为相对于地面平行的水平面，xr轴朝向电动轮椅11的前方。
图1A及图2所示的电动轮椅11是能够不改变电动轮椅11自身(电动轮椅11本身)的姿态而向所有方向移动的所有方向移动型电动车辆。电动轮椅11根据电动轮椅11的乘坐者也即操作者所操作的操作的大小及方向而移动。需要说明的是，“自身的姿态”是指电动轮椅11朝向前方的状态的姿态，具体而言相当于xr轴。即，“能够不改变自身的姿态而向所有方向移动”是指能够不改变电动轮椅11的朝向而向沿着电动轮椅11周围的水平面的所有方向移动。此外，为了容易理解，操作力、假想斥力和合力设定成是以车辆坐标系∑r的原点为基准产生的力。
第一实施方式的电动轮椅11向操作者对后述的操作部13输入的方向(以下，为“操作方向”)移动。但是，在操作方向上存在障碍物时，假想斥力Fobj以避开障碍物的方式作用，为了避开障碍物而向与操作方向不同的方向移动。
首先，说明电动轮椅11的结构。
电动轮椅11具备：车身部12、根据操作者的操作来检测操作力Fope的操作部13、障碍物传感器14、控制电路部27。
控制电路部27具备：障碍物判断部15、算出假想斥力Fobj的假想斥力算出部16、算出操作力Fope及假想斥力Fobj的合力Fmove的合力算出部17、控制电动机以向合力Fmove的方向移动的控制部18。
在车身部12的底面的四角附近设置有四个电动机。需要说明的是，在图1A中，简化了四个电动机而将它们作为四边形框的驱动源(驱动装置)70来图示出。作为能够向所有方向移动的车轮即车轮71的一例，在所述四个电动机的各自的驱动轴上安装有全向轮。并且，通过由控制部18独立地控制各电动机，能够使车身部12向前后方向、左右方向、斜向等所有方向移动。
操作部13具有：检测操作者所操作的操作方向及操作量的操作输入部25；根据在操作输入部25检测的操作方向及操作量算出操作力的操作力推测部26。在第一实施方式中，作为操作输入部25的一例，使用设置在车身部12的手肘放置部12a上的操纵杆。能够根据从直立位置放倒操作输入部25的方向来检测操作方向，能够根据从直立位置放倒的角度的大小来检测操作量的大小。在此，操作方向换言之即想要使车身部12移动的方向。操作力推测部26对操作输入部25的操作量的大小乘以辅助率而算出操作力的大小。需要说明的是，作为操作输入部25使用了直接检测力的力传感器时，也可以不使用操作力推测部26而由力传感器的运算部根据由该力传感器检测到的力直接算出操作力Fope。此外，也可以将操作力推测部26不设置在操作部13内而设置在控制电路部27内。
障碍物传感器14配置在电动轮椅11的车身部12的下部的周围而检测位于车身部12的周边的障碍物。例如，障碍物传感器14分别配置在车身部12的四方(车身部12的前部的中央、两侧部的中央、后部的中央)。并且，通过该障碍物传感器14形成分别用于检测位于前方、两侧方、后方的障碍物的圆状的障碍物传感器区域20。在第一实施方式中，作为障碍物传感器14的一例使用激光测距仪，通过该激光测距仪检测从车身部12到障碍物的距离及方向。如图1A所示，通过障碍物传感器14设定包围车身部12的周边的圆状的障碍物传感器区域20，从而能够检测车身部12的周围的障碍物。需要说明的是，第一实施方式中的电动轮椅11的障碍物传感器区域20例如为半径为4m的圆柱状的区域。
障碍物判断部15基于由操作输入部25检测的操作方向而从车身部12朝向由操作输入部25检测到的操作方向生成检索区域21，并且将位于基于来自障碍物传感器14的检测信息生成的检索区域21内的障碍物判断成应避开的障碍物。需要说明的是，检索区域21向与操作力Fope的方向相同的方向(操作方向)生成。即，如果操作者使操作方向变化，则通过障碍物判断部15对应变化的操作方向而使生成检索区域21的方向也变化。即，例如，在操作者向比车身部12的前方靠斜左方向操作操作输入部25时，通过障碍物判断部15使检索区域21向与操作方向相同的方向即比车身部12的前方靠斜左方向生成。
检索区域21是障碍物传感器区域20的一部分的区域。并且，由障碍物判断部15对由障碍物传感器14检测到位于障碍物传感器区域20内的障碍物判断该障碍物是否位于检索区域21内。障碍物是否位于检索区域21内的判断具体而言由障碍物判断部15基于从车身部12到障碍物的距离和方向来判断。
假想斥力算出部16为了远离在障碍物判断部15中判断成应避开的障碍物的障碍物而算出假想斥力Fobj。在此，假想斥力Fobj是与由障碍物传感器14检测到的距障碍物的距离成反比且向障碍物的相反方向作用的假想斥力。
合力算出部17算出从操作部13输入的操作力Fope和由假想斥力算出部16算出的假想斥力Fobj的合力Fmove。此时的合力Fmove的方向为电动轮椅11的移动方向。进而，对合力Fmove的大小乘以转换系数得到的值成为电动轮椅11的目标移动速度。
控制部18分别控制驱动源70即电动机以使车身部12向由合力算出部17算出的合力Fmove的方向移动。
如图1A所示，在检索区域21生成在障碍物19a与障碍物19b之间时，即使障碍物19a、19b包含于障碍物传感器区域20内，如此构成的第一实施方式的电动轮椅11也能够通过所述障碍物19a与障碍物19b之间。即，在操作者操作操作输入部25而将想要使电动轮椅11移动的方向(操作方向)设定在障碍物19a与障碍物19b之间时，通过障碍物判断部15从车身部12朝向操作方向生成检索区域21。并且，只要在检索区域21内未检测到障碍物的存在，则电动轮椅11能够向该操作方向移动。由此，不像以往那样对假想斥力Fobj设定制限，而能够使电动轮椅11通过障碍物19a与障碍物19b之间。此外，在误向障碍物操作了操作部13的情况下，由于在操作的方向即操作方向生成检索区域21，因此在检索区域21内存在障碍物。所以，能够产生用于远离障碍物的假想斥力，防止车身部12向障碍物的碰撞。
需要说明的是，通过障碍物判断部15，生成从车身部12向操作方向延伸且宽度与车身部12的宽度大致相等的区域作为检索区域21。在此，作为宽度与车身部12的宽度大致相等的检索区域21，为了安全起见，生成比车身部12的宽度大大约50％左右的宽度。例如，在车身部12的宽度为60cm时，生成90cm宽度的检索区域21。通过这样生成检索区域21，在通过障碍物19a与障碍物19b之间时，如果障碍物19a与障碍物19b的间隔比车身部12的宽度窄，则障碍物判断部15算出相对于障碍物的假想斥力Fobj，防止电动轮椅11将要通过比电动轮椅11的宽度窄的间隔。此外，如果障碍物19a与障碍物19b的间隙比车身部12的宽度大，则检索区域21在障碍物19a与障碍物19b之间生成，因此不会产生假想斥力，能够使电动轮椅11通过障碍物19a与障碍物19b之间。
接下来，对使该电动轮椅11移动时的控制方法进行说明。
图3是由第一实施方式中的控制电路部27进行的控制的流程图。
首先，在步骤S01中，在电动轮椅11动作的状态下，如果操作者使操作输入部25动作，则由操作输入部25检测操作方向和操作量。
接下来，在步骤S02中，由操作力推测部26基于由操作输入部25检测到的操作方向及操作量算出操作力Fope。
接下来，在步骤S03中，由障碍物判断部15基于在步骤S01中检测到的操作方向而在障碍物传感器14的障碍物传感器区域20内生成检索区域21。
接着，在步骤S04中，由全部的障碍物传感器14传感检测电动轮椅11周边的障碍物传感器区域20内而检测障碍物。
然后，在步骤S05中，由障碍物判断部15基于检测到的障碍物的信息判断在从车身部12向操作方向生成的检索区域21内是否存在障碍物。
接着，当在步骤S05中判断出在检索区域21内存在障碍物(S5的“是”)时，前进至步骤S06。当在步骤S05中判断出在检索区域21内不存在障碍物(S5的“否”)时，前进至步骤S09。
在步骤S06中，由假想斥力算出部16基于由障碍物传感器14检测到的到障碍物的距离及方向算出假想斥力Fobj。假想斥力算出部16算出与到障碍物的距离成反比且向与障碍物相反的方向作用的假想斥力Fobj。
接着，在步骤S07中，由合力算出部17算出操作力Fope与假想斥力Fobj的合力Fmove。此时的合力Fmove的方向成为电动轮椅11的移动方向，对合力Fmove的大小乘以转换系数得到的值成为电动轮椅11的目标移动速度。需要说明的是，在第一实施方式中，设定与电动轮椅11的移动动作相关的表观的粘性系数D，作为转换系数使用1/D(粘性系数)。即，目标移动速度由合力算出部17对合力Fmove乘以1/D(粘性系数)而算出，其大小与合力Fmove的大小成比例，其方向与合力Fmove的方向一致。
接着，在步骤S08中，通过控制部18基于由合力算出部17算出的合力Fmove分别控制驱动源70，从而进行电动轮椅11的移动动作。需要说明的是，也可以在由合力算出部17将合力Fmove的大小设定成对电动轮椅11作用的移动推进力后，由控制部18基于该移动推进力使电动轮椅11移动。
如此，第一实施方式的电动轮椅11在由障碍物判断部15检测到检索区域21内的障碍物时，由假想斥力算出部16产生假想斥力Fobj。基于假想斥力Fobj，由经由了合力算出部17后的控制部18使电动轮椅11以避开障碍物的方式移动。
当在步骤S05中判断出不存在障碍物(S5的“否”)时，在步骤S09中，由控制部18基于操作力Fope分别控制驱动源70而使车身部12移动。需要说明的是，此时，由于在检索区域21内未检测到障碍物，因此由障碍物判断部15判断为在操作方向上不存在障碍物，不产生假想斥力Fobj。
然后，控制电路部27重复步骤S01～步骤S09，控制电动轮椅11的移动。
即，第一实施方式的电动轮椅11的控制通过障碍物检测步骤(步骤S03)、障碍物判断步骤(步骤S05)、控制步骤(步骤S06～S08)、驱动步骤(步骤S09)进行。具体而言，障碍物检测步骤(步骤S03)是如下的步骤，即，由障碍物判断部15在障碍物传感器区域20内生成从车身部12向由操作部13检测到的操作方向延伸的区域即检索区域21后，由障碍物传感器14检测检索区域21内的障碍物。此外，障碍物判断步骤(步骤S05)是如下的步骤，即，由障碍物判断部将存在于检索区域21内的障碍物判断为应避开的障碍物。此外，控制步骤(步骤S06～S08)是如下的步骤，即，在障碍物判断步骤中由障碍物判断部15判断出在检索区域21内存在障碍物时，通过控制部18分别控制驱动源70以避开障碍物。此外，驱动步骤(步骤S09)是如下的步骤，即，在由障碍物判断部15判断出在检索区域21内不存在障碍物时，通过控制部18基于操作力分别控制驱动源70即电动机。如此，第一实施方式的电动轮椅11在操作方向上存在障碍物的情况下也能够安全地进行自动避开。
需要说明的是，第一实施方式的电动轮椅11的障碍物判断部15也可以构成为根据操作者对操作输入部25进行操作的操作量的大小或者根据由操作输入部25检测或由操作力推测部26算出的操作力的大小，来改变检索区域21的操作方向上的长度。通过这样使检索区域21变化，能够进行自动避开的精细的控制，能够进行安全性高的障碍物避开。究其原因，在操作量或操作力大时，电动轮椅11的移动推进力变大或者移动速度变快，因此存在碰撞到远处的障碍物的可能性。此时，优选加长检索区域21的操作方向上的长度，由障碍物判断部15判断为远处的障碍物也为应避开的障碍物。相反，在操作量或操作力小时，电动轮椅11的移动推进力变小或者移动速度变慢，因此不可能碰撞到远处的障碍物，仅可能碰撞到近处的障碍物。这种情况下，优选缩短检索区域21的操作方向上的长度，由障碍物判断部15判断为仅可能碰撞到的近处的障碍物为应避开的障碍物。
此外，第一实施方式的电动轮椅11的障碍物判断部15也可以构成为根据操作量或操作力的大小而改变检索区域21的形状(例如，检索区域21的宽度)。通过这样使检索区域21的形状变化，能够进行自动避开的精细的控制，能够进行安全性更高的障碍物避开。究其原因，在操作量或操作力大时，操作者能够向某一目的的方向移动。因此，优选以由障碍物判断部15仅将操作者想要移动的操作方向上的障碍物判断成应避开的障碍物的方式使检索区域21生成为向操作方向变尖的区域。相反地，在操作量或操作力小时，能够进行车身部12的定位或在狭窄的场所移动。因此，优选以由障碍物判断部15将所有方向的障碍物都判断成应避开的障碍物的方式使检索区域21在所有方向上生成。
此外，第一实施方式的电动轮椅11构成为在障碍物判断部15生成从车身部12向操作方向延伸而前端变细的区域作为检索区域21。通过这样构成，对于远处的障碍物仅检测碰撞可能性高的检索区域21的中心线附近，能够防止由假想斥力算出部16产生必要以上的假想斥力Fobj。
此外，第一实施方式的电动轮椅11的合力算出部17也可以算出操作力Fope与假想斥力Fobj的操作力方向及垂直方向分量的合力来作为合力Fmove。由此，能够在不妨碍向操作者操作的方向的移动动作的情况下进行障碍物的避开动作。
需要说明的是，在上述的内容中，作为电动车辆的一例对所有方向移动型的电动轮椅11进行了说明，但本发明不局限于所有方向移动型的电动轮椅。例如，虽然对电动车辆自身的移动产生限制，但上述的发明的内容也可以适用于作为电动车辆的另一例的独立二轮型的电动轮椅中。此外，作为电动车辆的一例使用电动轮椅11进行了说明，但通过适当改变设定，还可以将上述的发明的内容适用于电动车辆的又一例的助力车中。
此外，上述的发明的内容也可以不适用于基于操作力及假想斥力进行移动的基于力的控制系统，而适用于基于速度的控制系统。即，也可以将上述的内容适用于取代操作力及假想斥力而基于操作速度及避开速度进行移动的电动车辆中。在这样的情况下，如图1C所示，优选取代操作力推测部26而设置基于操作部13的操作量来算出操作速度的操作速度算出部26A，取代假想斥力算出部16而设置算出假想避开速度的假想避开速度算出部16A，取代合力算出部17而设置算出操作速度与假想避开速度的合成速度的合成速度算出部17A。
这样的基于速度的控制系统的电动车辆构成为具备车身部12、操作输入部25、操作速度算出部26A、障碍物传感器14、障碍物判断部15、假想避开速度算出部16A、合成速度算出部17A、控制部18。在此，操作输入部25设置在车身部12上，用于检测操作者所操作的操作方向及操作量。操作速度算出部26A根据在操作输入部25检测到的操作方向及操作量算出操作速度。障碍物传感器14检测从车身部12到障碍物的距离及方向来作为检测值。障碍物判断部15将从车身部12向操作方向生成的区域作为检索区域21，将位于检索区域21的障碍物判断成应避开的障碍物。假想避开速度算出部16A算出用于远离由障碍物判断部15判断出的障碍物的假想避开速度。合成速度算出部17A算出操作速度及假想避开速度的合成速度。控制部18进行控制以朝向由合成速度算出部17A算出的合成速度的方向移动。操作速度算出部26A对操作输入部25的操作量乘以转换系数而算出操作速度。假想避开速度算出部16A相对于由障碍物判断部15判断出的障碍物算出与到障碍物的距离成反比且向障碍物的相反方向移动的假想避开速度亦可。
如此，通过控制部基于假想避开速度与操作速度的合成速度来控制电动轮椅11，与通过控制部基于假想斥力与操作力的合力来控制电动轮椅11相比，具有能够简化控制的优点。这是因为，在假想斥力的情况下，使用虽然可以进行复杂的控制但是控制困难的转矩控制，相对于此，在假想速度的情况下，使用控制容易的速度控制。需要说明的是，在市面上销售的电动轮椅中几乎都使用速度控制。
此外，在第一实施方式中，在由合力算出部17算出合力Fmove时，也可以由合力算出部17对假想斥力Fobj乘以大小为0～1的增益(gain)。在操作者不使操作输入部25动作而操作力Fope的大小为0时，该增益大小为0。并且，随着操作者使操作输入部25动作而操作力Fope的大小变大，增益从0逐渐变大，在操作力Fope的大小成为最大时，其大小变为1。通过这样由合力算出部乘以增益，在操作者未使操作输入部25动作的情况下，例如即使在近处存在障碍物，也由合力算出部17算出合力Fmove为零。因此，电动轮椅11不会在操作者没有移动意图的情况下自己移动。并且，在操作者有意图地使操作输入部25动作的情况下，基于其大小而进行障碍物避开动作。即，在操作者有意图地进行动作时，进行意图大小的动作，因此能够实现安全性更高的操作。
(第二实施方式)
图4A及图4B是表示本发明的第二实施方式中的电动轮椅31的图。图4A是表示动态障碍物32接近的电动轮椅31的图，图4B是操作部及控制部等的框图。
第二实施方式中的电动轮椅31在人或小动物等自发移动的动态障碍物32朝向电动轮椅31移动时由辅助假想斥力算出部34产生辅助假想斥力。并且，根据该辅助假想斥力，经由合力算出部17，利用控制部18驱动控制电动轮椅31，从而自动避开动态障碍物32。即，第二实施方式的电动轮椅31除了具有检测静态障碍物的检索区域21以外，还具有检测动态障碍物32的动态障碍物检索区域35。在此，静态障碍物是壁等静止的障碍物。
第二实施方式中的电动轮椅31设置有控制电路部37来取代第一实施方式的电动轮椅11的控制电路部27。控制电路部37在控制电路部27的构成的基础上还具备动态障碍物判断部33和辅助假想斥力算出部34，合力算出部17是算出操作力、假想斥力及辅助假想斥力的合力的构成。
并且，动态障碍物判断部33基于来自障碍物传感器14的检测信息，将以车身部12的中心为中心的车身部12的外周的圆形的区域作为动态障碍物检索区域35，将存在于动态障碍物检索区域35内的动态障碍物32判断成应避开的障碍物。需要说明的是，虽然在第二实施方式中将动态障碍物检索区域35生成得比障碍物传感器区域20小，但也可以生成为与障碍物传感器区域20同样的大小。
动态障碍物判断部33将在动态障碍物检索区域35内自发移动的物体判断成应避开的动态障碍物。需要说明的是，在动态障碍物检索区域35内，不对不移动的物体作为障碍物检测。动态障碍物判断部33利用来自内置的计时器(未图示)的时间信息，按取样时间对能够从障碍物传感器14得到的到障碍物的距离数据进行差分而算出障碍物的移动速度，由此判断障碍物是否在进行自发移动。在由动态障碍物判断部33判断出障碍物正在进行自发移动时，动态障碍物判断部33将该障碍物检测为动态障碍物。即，通过算出障碍物的移动速度来检测正在自发移动的动态障碍物。在由动态障碍物判断部33判断出障碍物未进行自发移动时，动态障碍物判断部33不将该障碍物检测为动态障碍物。如果车身部12自身正在移动，则由动态障碍物判断部33基于从安装在车身部12的驱动源70的电动机的旋转轴上的编码器70E取得的速度信息来算出障碍物与车身部12的相对速度，根据算出的与车身部12的相对速度，由动态障碍物判断部33判断障碍物是否正在移动。
辅助假想斥力算出部34在由动态障碍物判断部33判断出检测到了动态障碍物32时，算出与到动态障碍物32的距离成反比且向动态障碍物32的相反方向作用的辅助假想斥力。
根据这样的结构，在动态障碍物32朝向电动车辆的一例的电动轮椅31移动时，由辅助假想斥力算出部34产生辅助假想斥力，由控制部18基于该辅助假想斥力并经由合力算出部17驱动控制电动轮椅31，从而能够自动避开动态障碍物32。此外，通过将检测静态障碍物(自身不移动的障碍物)和动态障碍物的区域分开，能够改变应避开的静态障碍物和动态障碍物的检测区域的大小。由此，能够根据情况进行高效且安全的障碍物避开。
需要说明的是，在第二实施方式中，在检测到动态障碍物32时，由辅助假想斥力算出部34产生基于从车身部12到动态障碍物32的距离和方向的辅助假想斥力。但是，对于向接近车身部12的方向移动的动态障碍物32，由辅助假想斥力算出部34算出辅助假想斥力，而对于向远离车身部12的方向移动的动态障碍物32，不利用辅助假想斥力算出部34算出辅助假想斥力，由此能够进一步提高效率。此外，也可以还考虑动态障碍物32的移动方向及移动速度而由辅助假想斥力算出部34算出辅助假想斥力。通过这样进行控制，能够进行更加精细的障碍物避开的控制。
(第三实施方式)
图5A及图5B是表示本发明的第三实施方式中的电动轮椅41的图。图5A是表示接近了障碍物的电动轮椅41的图，图5B是操作部及控制部等的框图。
第三实施方式中的电动轮椅41设置有控制电路部47来取代第一实施方式的电动轮椅11的控制电路部27。控制电路部47除了具备控制电路部27的构成以外，还具备碰撞判断部42和辅助假想斥力算出部43。合力算出部17是算出操作力、假想斥力及辅助假想斥力的合力的部件。
并且，第三实施方式的电动轮椅41除了检测静态障碍物的检索区域21之外还由碰撞判断部42生成检测在车身部12的周缘部是否存在静态障碍物或者动态障碍物的缓冲区域45，由此防止在检索区域21或动态障碍物检索区域35漏检的障碍物与车身部12的碰撞。缓冲区域45比障碍物传感器区域20小，通过碰撞判断部42在除了检索区域21以外的车身部12的附近生成，作为一例生成为四边形的区域。
第三实施方式中的电动轮椅41是在第一实施方式的电动轮椅11上进一步具备碰撞判断部42和辅助假想斥力算出部43的构成。并且，碰撞判断部42将除了检索区域21以外的车身部12的周缘部作为缓冲区域45，将在缓冲区域45内检测到的障碍物判断成可能碰撞的障碍物。此外，辅助假想斥力算出部43算出与到障碍物的距离成反比且向障碍物的相反方向作用的假想斥力。对于在缓冲区域45内检测到的障碍物，由辅助假想斥力算出部43算出比相对于在检索区域21或动态障碍物检索区域35检测到的静态障碍物或动态障碍物算出的假想斥力更大的假想斥力。由此，根据由辅助假想斥力算出部43生成的假想斥力，经由合力算出部17，由控制部18动作控制电动轮椅11，从而能够可靠地防止车身部12与障碍物的碰撞。
在此，由于检索区域21只在操作方向上存在，因此如果在操作方向以外的方向上存在障碍物，则根据情况的不同，可能导致车身部12与障碍物碰撞。例如，如图5A所示，在车身部12通过障碍物44的途中，由操作输入部25使操作方向向相对于图5A的左侧移动的情况下，在检索区域21无法检测障碍物44。然而，通过使用缓冲区域45，能够由碰撞判断部42检测在检索区域21以外的车身部12的周缘部存在障碍物44这一情况。如此，即使在无法通过障碍物判断部15在检索区域21检测到障碍物44的情况下，由于能够通过碰撞判断部42在缓冲区域45检测障碍物44，因此电动轮椅41不会碰撞障碍物44。
由此，电动轮椅41对于在使用检索区域21而利用障碍物判断部15无法检测的方向上的障碍物可以通过使用缓冲区域45而利用碰撞判断部42来检测。这种情况下，由控制部18以避开与障碍物的碰撞的方式对电动轮椅41进行动作控制，从而防止对障碍物的碰撞。
需要说明的是，在通过碰撞判断部42在缓冲区域45内检测到障碍物的情况下，为了确保更高的安全，可以通过控制部18限制电动轮椅41的移动速度，也可以禁止电动轮椅41向检测到的障碍物的方向移动。此外，也可以另外设置通知装置，根据来自控制部18的控制，通过作为通知装置的功能的一例的警告音或LED亮灯等将所述的信息通知给操作者。通过另外设置通知装置，操作者能够判断车身部12要与障碍物接触，因此能够构成操作者的操作容易的电动车辆。
(第四实施方式)
图6A及图6B是表示本发明的第四实施方式中的电动轮椅51的图。图6A是表示通过障碍物19a与障碍物19b之间的电动轮椅51的图，图6B是操作部及控制部等的框图。
第四实施方式中的电动轮椅51设置有控制电路部57来取代第一实施方式的电动轮椅11的控制电路部27。控制电路部57除了具备控制电路部27的构成以外，还具备通路判断部53和辅助假想斥力算出部54。合力算出部17是算出操作力、假想斥力及辅助假想斥力的合力的部件。
并且，第四实施方式的电动轮椅51除了检测障碍物的检索区域21之外还由通路判断部53生成通路检测区域52，由此在电动轮椅51通过障碍物19a与障碍物19b之间时，能够向通路的中心引导而安全地通过障碍物19a与障碍物19b之间。在此，通路检测区域52是从车身部12的前半部分向操作方向扩大到障碍物传感器区域20的缘部的大致扇形的区域。
即，在电动轮椅51通过障碍物19a与障碍物19b之间时，电动轮椅51通过通路判断部53检测位于通路检测区域52中的障碍物19a、19b。并且，在车身部12过于接近一方的障碍物19a时，由辅助假想斥力算出部54算出从一方的障碍物19a朝向另一方的障碍物19b的方向的假想斥力Fobj4，通过控制部18经由合力算出部17而将电动轮椅51向障碍物19a与障碍物19b之间的中心位置引导。在此，引导是指通过算出上述的假想斥力来控制电动轮椅51的动作而对电动轮椅51的动作进行引导。通过这样进行引导，电动轮椅51能够更加安全地通过两个障碍物19a与19b之间。
通路判断部53生成从车身部12向操作方向扩大的到障碍物传感器区域20的缘部的大致扇形的区域作为通路检测区域52。通路判断部53在至少有两个存在于通路检测区域52内的障碍物且检索区域21设定在该两个障碍物19a、19b之间的情况下，将两个障碍物19a、19b之间的区域判断成应引导的通路。具体而言，在检测到通路检测区域52内存在两个障碍物19a、19b这一情况后，在基于来自操作部13的操作方向的信息的检索区域21设定在该两个障碍物19a、19b之间的情况下，将其判断为应引导的通路。为了引导电动轮椅51，辅助假想斥力算出部54根据检索区域21从两个障碍物19a、19b之间的中心偏移的大小而算出辅助假想斥力Fobj4。相对于操作者已经确认到的障碍物，为了进行这样的引导动作，由通路判断部53将通路检测区域52设定为以操作方向为中心分别向左右扩大45°的区域。在此，将通路检测区域52设定为左右45°以内是因为，左右45°以内是人类稳定关注的视野，随着操作者进行头部的运动，能够不费事地关注对象(障碍物)。此外，辅助假想斥力Fobj4是设定与到障碍物的距离成反比且相对于两个障碍物分别生成的向障碍物的相反方向作用的假想斥力并将该两个假想斥力的与操作方向垂直的方向的分量合成而得到的合力。即，该辅助假想斥力由于仅向与操作方向垂直的方向作用，因此仅进行电动轮椅51的移动方向向垂直方向的引导动作。由此，能够在不妨碍向操作者指示的操作方向的移动动作的情况下进行两个障碍物19a、19b间的电动轮椅51的引导动作。合力算出部17通过合成辅助假想斥力的与操作力的方向垂直的方向的分量和操作力来算出合力。控制部18分别控制驱动源70，以使车身部12向由合力算出部17算出的合力的方向移动。在此，辅助假想斥力是指由辅助假想斥力算出部54根据相对于至少一个障碍物生成的假想斥力算出的力。
如图6A所示，存在在检测到在通路检测区域52内有两个障碍物19a、19b后，基于来自操作部13的操作方向的信息的检索区域21设定在该两个障碍物19a、19b之间且接近障碍物19a侧的情况。即，在电动轮椅51通过障碍物19a与障碍物19b之间时，存在电动轮椅51相对于检索区域21接近一方的障碍物19a侧的情况。可以算出根据距障碍物的距离生成的假想斥力的合力，并根据在从较近一方的障碍物向较远一方的障碍物的方向上生成的假想斥力的合力的方向来判断电动轮椅51是否接近一方的障碍物19a侧。这种情况下，通过辅助假想斥力算出部54算出的辅助假想斥力Fobj4从一方的障碍物19a向另一方的障碍物19b的方向作用。其结果是，通过辅助假想斥力Fobj4根据辅助假想斥力算出部54的算出结果进行引导，以使检索区域21的中心轴位于障碍物19a与障碍物19b的中央。并且，在检索区域21的中心轴位于障碍物19a与障碍物19b的中央时，基于辅助假想斥力算出部54的辅助假想斥力Fobj4的算出停止。
需要说明的是，第四实施方式的通路判断部53也可以在通路检测区域52内只有一个障碍物时或检索区域21未贯通两个以上的障碍物之间时将障碍物判断成应避开的障碍物。在这种情况下，为了避开障碍物，仅进行向与操作方向垂直的方向的避开引导。由此，能够在不妨碍向操作者指示的操作方向的移动的情况下进行避开引导动作。此外，也可以如图6A所示，由通路判断部53将通路检测区域52设定为宽度及长度的至少一方比检索区域21大的区域。在这种情况下，对存在于除了检索区域21以外的通路检测区域52中的障碍物进行引导或避开引导。
需要说明的是，在将该第四实施方式与作为第一实施方式的变形例的图1C组合时，合成速度算出部17A通过假想避开速度的操作速度的方向的垂直方向分量与操作速度的合成来算出合成速度。在此，假想避开速度至少对一个障碍物生成。控制部18进行控制以使电动轮椅51向由合成速度算出部17A算出的合成速度的方向移动。
(第五实施方式)
图7A及图7B是表示本发明的第五实施方式中的电动轮椅61的图。图7A是表示接近障碍物63的电动轮椅61的图，图7B是操作部及控制部等的框图。
第五实施方式的电动轮椅61设置有控制电路部67来取代第一实施方式的电动轮椅11的控制电路部27。控制电路部67除了设置有控制电路部27的构成以外，还设有操作意图判断部62。通过操作意图判断部62，在操作者有意图地想要接近障碍物63时，限制由假想斥力算出部16算出的假想斥力在合力算出部17中的使用，使电动轮椅61接近障碍物。
例如，作为目标物体考虑有货架、桌子或床等。根据如上所述对车身部12的操作方向中的全部物体产生假想斥力的结构，在即使利用第一实施方式的电动轮椅11有意图地接近该目标物体的情况下，也无法接近目标物体。即，在第一实施方式的电动轮椅11中，由于为无论对于何种物体都不会接近的安全设定，因此无法接近货架、桌子或床。如此，利用第一实施方式的电动轮椅11会存在进行日常生活时不便的情况。
因此，第五实施方式的电动轮椅61构成为，如果操作者有意图地想要接近障碍物63，则能够使电动轮椅61接近障碍物。并且，在第五实施方式的电动轮椅61中，当假想斥力Fobj的方向与操作力Fope的方向在规定的时间期间为大致正相反时，操作意图判断部62判断操作者有意图地想要接近障碍物63。这种情况下，根据控制部18的控制限制移动速度，并允许电动轮椅61向障碍物方向移动。
操作意图判断部62比较假想斥力的方向与操作方向，当假想斥力的方向与操作方向在规定的时间期间为大致正相反时，变更车身部12的移动的控制。具体而言，在规定的时间期间内，来自操作部13的操作力Fope的方向与来自假想斥力算出部16的假想斥力Fobj的180°相反方向所呈的角为30°以内的情况下，操作意图判断部62判断操作者有意图地接近障碍物63，限制由假想斥力算出部16进行的假想斥力的大小，允许向障碍物方向移动。作为允许该移动的角度，考虑人仅做眼球运动就能够捕捉对象而接受作为目的的对象的有效视野角，将其设定在30°的角度范围内。需要说明的是，允许该移动的角度也可以根据被允许的操作者的操作习惯或方便性而任意地设定。
由此，在由操作意图判断部62判断出操作者有意图地接近障碍物63时，假想斥力Fobj的大小被操作意图判断部62限制，在控制部18的控制下，电动轮椅61能够接近障碍物63。
需要说明的是，操作意图判断部62也可以在判断出操作者有意图地接近障碍物63时，停止由假想斥力算出部16进行的假想斥力的算出，限制移动速度而允许向障碍物63移动。
此外，作为用于由操作意图判断部62判断为操作者的意图的条件，设定为在规定的时间期间操作力Fope的方向与假想斥力Fobj的180°相反方向所呈的角为30°以内，该规定的时间例如优选为大于1秒。在此，设定为大于1秒是因为，在因操作者的操作输入部25的误操作使得操作力Fope的方向与假想斥力Fobj的180°相反方向所呈的角在30°以内成立的情况下，将发现了误操作而立即修正操作力Fope的方向的时间设定约为1秒。因此，设定规定的时间为大于1秒的时间。
此外，也可以设置操作开关，在操作者按压操作开关的期间，限制假想斥力的大小(或者，停止假想斥力的算出)，限制电动轮椅61的移动速度而允许向障碍物方向移动。如果是并非两只手不自由而可以使用两只手的操作者，也可以是设置操作开关的结构。如果是只能使用一只手的操作者，则需要通过操作意图判断部62判断操作者的意图。
需要说明的是，在组合该第五实施方式与第一实施方式的变形例即图1C的情况下，操作意图判断部62比较假想避开速度的方向与操作方向，当假想避开速度的方向与操作方向在规定的时间期间内大致正相反时，变更车身部12的移动的控制。具体而言，当假想避开速度的180°相反方向与操作方向所呈的角在规定的时间内为30°以内时，操作意图判断部62变更车身部12的移动的控制。
需要说明的是，通过将上述各种实施方式或变型例中的任意的实施方式或变型例进行适当组合，能够发挥各自具有的效果。
工业上的可利用性
根据本发明的电动车辆及其控制方法，能够顺畅地通过障碍物与障碍物之间，能够实现实用性高的操作。因此，作为电动轮椅、助力台车或购物车等基于操作者的操作而动作的电动车辆及其控制方法是有用的。

Claims (21)

1.一种电动车辆，具备：
车身部；
操作部，其检测输入的操作的操作方向；
障碍物传感器，其检测位于所述车身部的周边的障碍物；
障碍物判断部，其生成从所述车身部向所述操作方向延伸的区域作为检索区域，并将由所述障碍物传感器检测到的障碍物中的存在于所述检索区域内的障碍物判断成应避开的障碍物；
控制部，其控制所述车身部的移动，以避开由所述障碍物判断部判断出的所述应避开的障碍物。
2.根据权利要求1所述的电动车辆，其中，
所述操作部检测输入的操作的所述操作方向及操作量，
所述障碍物判断部根据所述操作量的大小或者由所述操作方向及操作量算出的操作力的大小来改变所述检索区域的形状。
3.根据权利要求1或2所述的电动车辆，其中，
所述障碍物判断部生成从所述车身部向所述操作方向延伸且与所述车身部的宽度大致相等的区域作为所述检索区域。
4.根据权利要求1或2所述的电动车辆，其中，具备：
假想斥力算出部，其算出用于远离由所述障碍物判断部判断出的所述障碍物的假想斥力；
合力算出部，其算出根据输入的操作的所述操作方向及操作量算出的操作力与所述假想斥力的合力，
所述控制部控制所述车身部的移动，以使所述车身部向所述合力的方向移动。
5.根据权利要求4所述的电动车辆，其中，
所述合力算出部通过所述假想斥力的与所述操作力的方向垂直的方向的分量和所述操作力的合成来算出所述合力。
6.根据权利要求1或2所述的电动车辆，其中，具备：
假想避开速度算出部，其算出用于远离由所述障碍物判断部判断出的所述障碍物的假想避开速度；
合成速度算出部，其算出由输入的操作的操作方向及操作量算出的操作速度与所述假想避开速度的合成速度，
所述控制部控制所述车身部的移动，以使所述车身部向所述合成速度的方向移动。
7.根据权利要求6所述的电动车辆，其中，
所述合成速度算出部通过所述假想避开速度的与所述操作速度的方向垂直的方向的分量和所述操作速度的合成来算出所述合成速度。
8.根据权利要求1或2所述的电动车辆，其中，
还具备动态障碍物判断部，该动态障碍物判断部将所述车身部的周围作为动态障碍物检索区域，将存在于所述动态障碍物检索区域内的动态障碍物判断成应避开的障碍物，
所述控制部控制所述车身部的移动，以使所述车身部避开由所述动态障碍物判断部判断成应避开的所述障碍物。
9.根据权利要求1或2所述的电动车辆，其中，
还具备碰撞判断部，该碰撞判断部将除了所述检索区域以外的所述车身部的周缘部作为缓冲区域，将存在于所述缓冲区域内的障碍物判断成应避开的障碍物，
所述控制部控制所述车身部的移动，以使所述车身部避开由所述碰撞判断部判断成应避开的所述障碍物。
10.根据权利要求1或2所述的电动车辆，其中，
还具备通路判断部，该通路判断部将除了所述检索区域以外的从所述车身部向所述操作方向扩大的区域作为通路检测区域，当所述检索区域生成在存在于所述通路检测区域内的两个障碍物之间时，将所述两个障碍物之间判断为应引导所述车身部的通路，
所述控制部控制所述车身部的移动，以使所述车身部通过由所述通路判断部判断成应引导所述车身部的所述通路的中央。
11.根据权利要求4所述的电动车辆，其中，
还具备通路判断部，该通路判断部将除了所述检索区域以外的从所述车身部向所述操作方向扩大的区域作为通路检测区域，当在所述通路检测区域内检测到两个障碍物且所述检索区域生成在所述两个障碍物之间时，将所述两个障碍物之间判断成应引导所述车身部的通路，
所述合力算出部通过相对于所述两个障碍物分别生成的假想斥力的与所述操作力的方向垂直的方向的分量和所述操作力的合成来算出所述合力。
12.根据权利要求6所述的电动车辆，其中，
还具备通路判断部，该通路判断部将除了所述检索区域以外的从所述车身部向所述操作方向扩大的区域作为通路检测区域，当在所述通路检测区域内检测到两个障碍物且所述检索区域生成在所述两个障碍物之间时，将所述两个障碍物之间判断成应引导所述车身部的通路，
所述合成速度算出部通过相对于所述两个障碍物分别生成的所述假想避开速度的与所述操作速度的方向垂直的方向的分量和所述操作速度的合成来算出所述合成速度。
13.根据权利要求4所述的电动车辆，其中，
还具备通路判断部，该通路判断部将除了所述检索区域以外的从所述车身部向所述操作方向扩大的区域作为通路检测区域，将存在于所述通路检测区域内的障碍物判断成应避开的障碍物，
所述合力算出部通过相对于存在于所述通路检测区域内的障碍物生成的假想斥力的与所述操作力的方向垂直的方向的分量和所述操作力的合成来算出所述合力。
14.根据权利要求6所述的电动车辆，其中，
还具备通路判断部，该通路判断部将除了所述检索区域以外的从所述车身部向所述操作方向扩大的区域作为通路检测区域，将存在于所述通路检测区域内的障碍物判断成应避开的障碍物，
所述合成速度算出部通过相对于存在于所述通路检测区域内的障碍物生成的所述假想避开速度的与所述操作速度的方向垂直的方向的分量和所述操作速度的合成来算出所述合成速度。
15.根据权利要求10所述的电动车辆，其中，
所述通路检测区域是从所述车身部以所述操作方向为中心向左右各扩大45°的区域。
16.根据权利要求10所述的电动车辆，其中，
所述通路检测区域是宽度比所述检索区域大或者宽度及长度比所述检索区域大的区域。
17.根据权利要求4所述的电动车辆，其中，
还具备操作意图判断部，该操作意图判断部比较所述假想斥力的方向与所述操作方向，当所述假想斥力的方向与所述操作方向在规定的时间期间大致正相反时，变更所述车身部的移动的控制。
18.根据权利要求17所述的电动车辆，其中，
当所述假想斥力的180°相反方向与所述操作方向所呈的角在规定的时间期间内为30°以内时，所述操作意图判断部变更所述车身部的移动的控制。
19.根据权利要求6所述的电动车辆，其中，
还具备操作意图判断部，该操作意图判断部比较所述假想避开速度的方向与所述操作方向，当所述假想避开速度的方向与所述操作方向在规定的时间期间大致正相反时，变更所述车身部的移动的控制。
20.根据权利要求19所述的电动车辆，其中，
当所述假想避开速度的180°相反方向与所述操作方向所呈的角在规定的时间内为30°以内时，所述操作意图判断部变更所述车身部的移动的控制。
21.一种电动车辆的控制方法，该电动车辆具有障碍物传感器和操作部，在所述电动车辆的控制方法中，
由所述障碍物传感器检测车身部的周边，
由所述操作部检测向所述操作部输入的操作的操作方向，
由障碍物判断部生成从所述车身部向所述操作方向延伸的区域作为检索区域，由所述障碍物判断部将由所述障碍物传感器检测到的障碍物中的存在于所述检索区域内的障碍物判断成应避开的障碍物，
当在障碍物判断步骤中由所述障碍物判断部判断出在所述检索区域内存在所述障碍物时，控制所述车身部的移动以使所述车身部避开所述障碍物。
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