JP2002002488A - パワーアシスト型手押し車 - Google Patents
パワーアシスト型手押し車Info
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Abstract
れる少なくとも推進方向の操作力を検出して、この操作
力に応じて車体駆動用の駆動源を作動させるパワーアシ
スト型手押し車である。障害物検出用の距離センサー5
を設ける。加えられた操作力に応じて駆動源を作動させ
る制御回路は、距離センサー5で検出される障害物まで
の距離に応じて駆動最高速度の設定値を低減させる。障
害物が検出されたならば、その距離に応じて速度が落と
される。
Description
ンドルに加えられる少なくとも推進方向の操作力を検出
して、この操作力に応じて車体駆動用の駆動源を作動さ
せるパワーアシスト型手押し車に関するものである。
あるものを軽く動かせるものの、その質量は大きいこと
から、衝突事故などを起こした際の衝撃はかなり大きい
ものとなる。このために、特開平10−338142号
公報には、障害物センサーを搭載して、障害物が前方に
検出されたならば、前方への駆動のためのパワーアシス
トを解除するようにしたものが開示されている。
トが解除されたところで、手押し車はそれまでの速度を
ほぼ維持することから、操作者が意識的に障害物を避け
る動作を加えない限り、障害物に衝突してしまう上に、
その衝撃は質量と速度とに応じたものとなることから、
かなり大きいものとなり、きわめて危険である。
であって、その目的とするところは運行の安全性を高め
たパワーアシスト型手押し車を提供するにある。
に設けた操作ハンドルに加えられる少なくとも推進方向
の操作力を検出して、この操作力に応じて車体駆動用の
駆動源を作動させるパワーアシスト型手押し車におい
て、障害物検出用の距離センサーが設けられているとと
もに、加えられた操作力に応じて駆動源を作動させる制
御回路は、距離センサーで検出される障害物までの距離
に応じて駆動最高速度の設定値を低減させるものである
ことに第1の特徴を有しており、障害物検出用の距離セ
ンサーが設けられているとともに、加えられた操作力に
応じて駆動源を作動させる制御回路は、距離センサーで
検出される障害物までの距離に応じて駆動用の力増幅率
を徐々に低減させるものであることに第2の特徴を有し
ており、さらに車体に設けた操作ハンドルに加えられる
推進方向及び操舵方向の操作力を検出して、この操作力
に応じて車体の推進駆動及び操舵用の駆動源を作動させ
るパワーアシスト型手押し車において、障害物検出用の
距離センサーが設けられているとともに、加えられた操
作力に応じて駆動源を作動させる制御回路は、距離セン
サーによる障害物検知で停止のための駆動力または障害
物回避方向の駆動力を駆動源に付加するものであること
に第3の特徴を、障害物検出用の距離センサーと、この
障害物が移動体であるか否かを判別する移動体判別手段
とが設けられているとともに、加えられた操作力に応じ
て駆動源を作動させる制御回路は、距離センサーにて検
知した障害物が移動体であると判別した時に停止のため
の駆動力を駆動源に付加し、移動体でないと判別した時
に回避方向の駆動力を駆動源に付加するものであること
に第4の特徴を有している。
ば、障害物が検出されたならば、その距離に応じて速度
が落とされたり力増幅率が徐々に落とされたりするもの
であり、また第3及び第4の特徴とするところによれ
ば、障害物が検出されたならば、停止動作または回避動
作がなされたり、障害物が移動体であるか否かに応じて
停止動作または回避動作がなされるようにしたものであ
る。
は、前後左右及び斜め移動並びに回転が可能となってい
る全方向駆動車輪を駆動するものを好適に用いることが
できる。
て障害物検出動作を停止させるものであったり、操作者
の指示に応じて障害物検出動作を行うものであったり、
操作ハンドルに操作者の両手が触れていることの検出出
力で障害物検出動作を行うものであったりしてもよい。
してその反射波から障害物までの距離を検出する超音波
センサーや、レーザー光を各方向に照射してその反射光
から障害物までの距離及び障害物の位置を検出するレー
ザーレーダーを好適に用いることができる。
に優れた配膳車を得ることができる。
基づいて詳述すると、図2に示す車体1は、その一端側
の左右に駆動車輪21,22を、他端側の左右にキャスタ
ー型の自在車輪3,3を備え、さらに他端面に操作者9
が把持して操作力を加えることができる操作ハンドル4
を備えたものとなっている。なお、この操作ハンドル4
に操作者が加えた外力を検出する検出手段を備えるとと
もに、推進方向の力と操舵方向(回転方向)の力とに分
離することができるようにしてある。
動源を備えて独立駆動が可能となっているもので、両駆
動車輪21,22の回転速度の差によって操舵も行うこと
ができるようになっている。
作の基本フローを示しており、操作ハンドル4に加えら
れた外力を推進方向の力と回転方向の力とに分離して各
力に力増幅率(アシストゲイン)を乗じて推進力及び回
転力を算出し、両駆動車輪2 1,22の駆動源であるモー
タの出力を上記推進力及び回転力から求めて各モータに
加えている。なお、操作ハンドル4に加えた外力がいく
ら大きくとも、所定の設定速度Vmaxを越える速度が
出ることがないように制御している。
おいて、その車体1の四隅には、超音波信号を発信して
その反射波から障害物までの距離を検出する超音波セン
サー5を夫々取り付けて、前後左右の障害物を検出する
ことができるようにしてある。
させるにあたり、図1に示すように、各距離センサー5
で検出される壁等の障害物までの距離がa以上であれ
ば、上述のように設定速度Vmaxまで速度を上げるこ
とができるが、4つの距離センサー5で夫々検出される
距離のうちの最小値Sが上記距離aより小さければ、上
記設定速度Vmax以下の制限速度Vlimitまでし
か速度が出ないように制御している。
in で演算(図4参照)し、車体1の推進方向の速度をV
x、車体1の四隅の最も大きい周速度をVθとすると、
その合成速度が上記制限速度Vlimitを越えないよ
うに駆動車輪21,22のトルク制御を行っている。な
お、上記Vx,Vθは駆動車輪21,22の速度検出値か
ら算出している。
されるものであり、このために障害物に衝突することが
あったとしても、その衝撃が小さくて安全なものであ
る。
を下げるのではなく、上記力増幅率を徐々に下げて、駆
動車輪21,22のトルク出力値を低下させるようにして
もよい。図5(a)に示すように、操作ハンドル4に加え
られた外力を検出する力センサの出力値を横軸に、トル
ク出力値を縦軸にとった時に傾きとして現れる力増幅率
の標準設定値をGmaxとすると、距離センサー5の最
小出力値Sが所定の距離aより低くなれば、制限力増幅
率Glimitを Glimit=Gmax・S/a で演算(図5(b)参照)して、この制限力増幅率Gli
mitで求めたトルク出力値を駆動車輪21,22に加え
るのである。この場合、車体1側に速度検出手段を必要
としないことから、コストダウンを図ることができる。
びに回転が可能となっているもの、つまり全方向駆動車
輪と称されているものであってもよい。図7〜図9に示
す手押し車は、車体1の底面四隅にユニバーサルホイー
ル型の全方向駆動車輪2a,2b,2c,2dを配した
ものである。これら全方向駆動車輪2a,2b,2c,
2dは、図10に示すように、中央車軸20を備えたフ
レーム21の外周部に中央車軸20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バレル22を
配したもので、各バレル22の支持軸を含む縦断面の外
形が中央車軸20を中心とする円弧を形成していること
から、該全方向駆動車輪2a,2bは、中央車軸20を
中心とする回転と、各バレル22の夫々の軸回りの回転
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20の軸回りにおける位置
を半ピッチずらすことで、常にバレル22が接地する状
態を得られるようにしている。
c,2dは、夫々の中央車軸20,20にモータ25が
連結されて該モータ25によって中央車軸20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。また、
一端側左右に配した2つの全方向駆動車輪2a,2d及
び他端側左右に配した2つの全方向駆動車輪2b,2c
は、夫々中央車軸20,20の軸方向延長線が台車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
った状態で車体1に取り付けられている。図9中の黒塗
り矢印は各全方向駆動車輪2a,2b,2c,2dの駆
動回転方向を、斜線矢印は各全方向駆動車輪2a,2
b,2c,2dの自由回転方向を示している。また、こ
れら全方向駆動車輪2a,2b,2c,2dにはその回
転速度を検出する速度検出手段(図示せず)を設けてあ
る。
操作ハンドル4に加えられた前後方向の力(推進力)F
hxと左右方向の力(横移動力)FhyとモーメントM
hを検出することができるようにしてある。図11に操
作力Fhx、Fhy、Mhを検出することができる構成
の一例を示しており、台車1の前端面に板ばね41,4
1を介して取り付けられたベース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、板ばね41,41
を撓ませることで左右に可動となっている。そして、こ
こではベース40に非接触式距離センサー45を対向さ
せて、左右方向の力を操作ハンドル4に加えた時のベー
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を対向させて各板ばね4
2、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、操作力Fh
x、Fhy、Mh Fhx=k1×(dr+dl) Fhy=k2×dc Mh=k3×(dr−dl)+k4×dc (k1,k2,k3,k4は定数)を求めている(図1
2参照)。
示す速度Vax,Vay,Vaψとすると、 Vax=Gx・Fhx Vay=Gy・Fhy Vaψ=Gθ・Mh となる。トルク出力とする場合は、(Vax,Vay,
Vaψ)をトルク出力値とすれば成立する。
a,2b,2c,2dの速度v1,v2,v3,v4の
求め方及び車体1の速度の検出方法を図13に基づいて
説明すれば、台車の制御中心Aの速度が(Vax,Va
y,Vaψ)の時、各全方向駆動車輪2a,2b,2
c,2dの回転速度v1,v2,v3,v4は次式で求
めることができる。
Vay=Gy・Fhy、Vaψ=Gθ・Mhを代入する
ことで、全方向駆動用のパワーアシスト計算が成立す
る。ただし、これは前述のように力検出値を速度に変換
する場合の計算方法であり、トルク出力とする場合は力
の変換行列となる。
パワーアシスト型手押し車の場合は、距離センサー5に
よる障害物検出で速度を抑えたりするほか、その横移動
や斜め移動や小回りが可能な特性を活かすために、図1
4に示すように、障害物が進行方向前方にある場合、旋
回(障害物と反対方向に回転)させて衝突を回避するよ
うにしてもよい。ただし、障害物までの距離にもよる
が、障害物が正面にある場合は、図14のフローにも示
しているように、強制停止させることが好ましい。
なく、図15に示すように、障害物と車体1との相対速
度が車体1の進行速度とほぼ一致するかどうかによっ
て、障害物が人間や動物を含む移動体であるかどうかを
判別し、移動体である場合には強制停止を、停止した静
物である場合には、回避動作を行うようにしてもよい。
なお、障害物が移動体であるかどうかは、ここで想定し
ている移動体が人間を含む生物であることから、赤外線
センサーを利用して判断するようにしてもよい。
るが、これは全距離センサー5を常時作動させるほか、
必要とするものだけを作動させるようにすると、省エネ
ルギーとなる。たとえば、図16(a)に示すように、操
作者9が車体1を引いている場合には、進行方向にある
障害物に車体1が衝突することはまず無いことから、こ
の時には距離センサー5をオフとしておき、図16(b)
に示すように、操作者9が車体1を押している場合は、
前方障害物を操作者9が見にくいことから、距離センサ
ー5をオンとするのである。このような動作は、図17
に示すように、車体1の進行方向速度Vxで判断して切
り換えればよい。
5b,5c,5dを配置している場合、図18に示すよ
うに、移動方向が第1象限内にある場合は、距離センサ
ー5a,5b,5dを、第2象限内にある場合は距離セ
ンサー5a,5b,5cを、第3象限内にある場合は距
離センサー5b,5c,5dを、さらに第4象限内にあ
る場合は距離センサー5c,5d,5aを作動させるよ
うにしてもよい。
ても、図19に示すように、前進且つ左旋回(図中の
イ)であれば距離センサー5a,5b,5dを、後進且
つ右旋回(図中のロ)であれば距離センサー5a,5
b,5cを、後進且つ左旋回(図中のハ)であれば距離
センサー5b,5c,5dを、前進且つ右旋回(図中の
ニ)であれば距離センサー5c,5d,5aを作動させ
ることで、同様に省エネルギーを図ることができる上
に、過剰な反応をなくすことができる。
スイッチ(図示せず)を設けて、操作者が該スイッチを
オンとした時だけ距離センサー5を作動させるようにし
てもよい。車体1の背が低い上に荷物が少なくて見通し
が良い時など、スイッチをオフとすることで、むやみに
安全のための動作をしないことから、効率良く車体1を
動かすことができる。
に示すように、操作ハンドル4を両手で握る時にオンと
なるスイッチSW1,SW3と、操作ハンドル4を片手
で握る時にオンとなるスイッチSW2とを設けて、操作
ハンドル4を両手で握った時だけ距離センサー5が働く
ようにしておいてもよい。片手で操作ハンドル4を握る
場合は、図16(a)に示した牽引の場合であり、車体1
を押す場合(図16(b)の場合)は操作ハンドル4を両
手で握ることから、これらスイッチSW1,SW2,S
W3のオンオフに応じて距離センサー5のオンオフを行
うことで、やはり省エネルギー化を図ることができる。
ように超音波センサーがコスト的な点も含めて好適に用
いることができるが、各超音波センサーとして、2対の
超音波送受波器が水平に並んでいて障害物までの距離だ
けでなく障害物が存在する方向も検出することができる
タイプのものであれば、前述の障害物回避動作などにお
いて、より適切な回避動作を行わせることができる。
2に示すように、レーザー光を各方向に照射してその反
射光から障害物までの距離及び障害物の位置を検出する
レーザーレーダーを好適に用いることができる。特に、
レーザー光を360°水平面内で振ることができるよう
にしておけば、単一の距離センサー5で全方向の障害物
を検知することができるものとなる。もちろん、レーザ
ーレーダーである距離センサー5は図23に示すよう
に、所定の方向の障害物だけを検知することができるよ
うな配置としてもよい。
膳に使用する配膳車に好適に適用することができる。温
冷機能を備えた最近の多機能型配膳車は重量がある上
に、運行場所が身体的弱者が多い病院という場所である
ために、その運行上、安全性の高いものが求められる
が、この要求を満足させることができる。
設けた操作ハンドルに加えられる少なくとも推進方向の
操作力を検出して、この操作力に応じて車体駆動用の駆
動源を作動させるパワーアシスト型手押し車において、
障害物検出用の距離センサーが設けられているととも
に、加えられた操作力に応じて駆動源を作動させる制御
回路が、距離センサーで検出される障害物までの距離に
応じて駆動最高速度の設定値を低減させるものであるた
めに、障害物が検出されたならば、その距離に応じて速
度が落とされるものであり、衝突することがあってもそ
の速度はきわめて低いために安全なものである。
られているとともに、加えられた操作力に応じて駆動源
を作動させる制御回路が、距離センサーで検出される障
害物までの距離に応じて駆動用の力増幅率を徐々に低減
させるものであれば、障害物が検出された時、その距離
に応じて力増幅率が徐々に落とされるために、安全であ
ることはもちろん、手に急な反力が加わることもなく、
安全に危険予知することができる。
れる推進方向及び操舵方向の操作力を検出して、この操
作力に応じて車体の推進駆動及び操舵用の駆動源を作動
させるパワーアシスト型手押し車において、障害物検出
用の距離センサーが設けられているとともに、加えられ
た操作力に応じて駆動源を作動させる制御回路は、距離
センサーによる障害物検知で停止のための駆動力または
障害物回避方向の駆動力を駆動源に付加するものであれ
ば、障害物が検出された時、停止動作または回避動作、
つまりは障害物への衝突を積極的に避ける動作がなされ
るものであって、安全性が高いものである。
の障害物が移動体であるか否かを判別する移動体判別手
段とが設けられているとともに、加えられた操作力に応
じて駆動源を作動させる制御回路は、距離センサーにて
検知した障害物が移動体であると判別した時に停止のた
めの駆動力を駆動源に付加し、移動体でないと判別した
時に回避方向の駆動力を駆動源に付加するものであれ
ば、移動方向が予測し難い移動体への衝突を確実に避け
ることができるとともに、障害物が静物であった時の回
避を行うことができる。
は、前後左右及び斜め移動並びに回転が可能となってい
る全方向駆動車輪を駆動するものを好適に用いることが
できる。全方向駆動が可能なものは、他者にとって車体
の移動方向が予測し難く、これが原因で衝突事故が生じ
やすくなっているが、このような事故が生じるおそれを
少なくすることができる。
て障害物検出動作を停止させるものであったり、操作者
の指示に応じて障害物検出動作を行うものであったり、
操作ハンドルに操作者の両手が触れていることの検出出
力で障害物検出動作を行うものであったりすると、無駄
な障害物検出動作がなくなるために、省エネルギー化を
図ることができると同時に、過剰な反応がなくなるため
に運行効率を高くすることができる。
してその反射波から障害物までの距離を検出する超音波
センサーがコスト的に有利である。
に照射してその反射光から障害物までの距離及び障害物
の位置を検出するレーザーレーダーを用いる場合には、
障害物までの距離や障害物の方向も検出することができ
るために、障害物回避動作を行う場合、特に有効とな
る。
に優れた配膳車を得ることができる。
ある。
ある。
トである。
(b)は制限力増幅率についての説明図である。
ブロック図である。
ある。
正面図、(b)は側面図である。
検出動作の説明図である。
である。
る。
ある。
る。
す平面図である。
(a)(b)は平面図である。
Claims (11)
- 【請求項1】 車体に設けた操作ハンドルに加えられる
少なくとも推進方向の操作力を検出して、この操作力に
応じて車体駆動用の駆動源を作動させるパワーアシスト
型手押し車において、障害物検出用の距離センサーが設
けられているとともに、加えられた操作力に応じて駆動
源を作動させる制御回路は、距離センサーで検出される
障害物までの距離に応じて駆動最高速度の設定値を低減
させるものであることを特徴とするパワーアシスト型手
押し車。 - 【請求項2】 車体に設けた操作ハンドルに加えられる
少なくとも推進方向の操作力を検出して、この操作力に
応じて車体駆動用の駆動源を作動させるパワーアシスト
型手押し車において、障害物検出用の距離センサーが設
けられているとともに、加えられた操作力に応じて駆動
源を作動させる制御回路は、距離センサーで検出される
障害物までの距離に応じて駆動用の力増幅率を徐々に低
減させるものであることを特徴とするパワーアシスト型
手押し車。 - 【請求項3】 車体に設けた操作ハンドルに加えられる
推進方向及び操舵方向の操作力を検出して、この操作力
に応じて車体の推進駆動及び操舵用の駆動源を作動させ
るパワーアシスト型手押し車において、障害物検出用の
距離センサーが設けられているとともに、加えられた操
作力に応じて駆動源を作動させる制御回路は、距離セン
サーによる障害物検知で停止のための駆動力または障害
物回避方向の駆動力を駆動源に付加するものであること
を特徴とするパワーアシスト型手押し車。 - 【請求項4】 車体に設けた操作ハンドルに加えられる
推進方向及び操舵方向の操作力を検出して、この操作力
に応じて車体の推進駆動及び操舵用の駆動源を作動させ
るパワーアシスト型手押し車において、障害物検出用の
距離センサーと、この障害物が移動体であるか否かを判
別する移動体判別手段とが設けられているとともに、加
えられた操作力に応じて駆動源を作動させる制御回路
は、距離センサーにて検知した障害物が移動体であると
判別した時に停止のための駆動力を駆動源に付加し、移
動体でないと判別した時に回避方向の駆動力を駆動源に
付加するものであることを特徴とするパワーアシスト型
手押し車。 - 【請求項5】 車体駆動用の駆動源は、前後左右及び斜
め移動並びに回転が可能となっている全方向駆動車輪を
駆動する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パワーアシスト型手押し車。 - 【請求項6】 距離センサーは車体移動方向に応じて障
害物検出動作を停止させるものであることを特徴とする
請求項1〜5のいずれかの項に記載のパワーアシスト型
手押し車。 - 【請求項7】 距離センサーは操作者の指示に応じて障
害物検出動作を行うものであることを特徴とする請求項
1〜5のいずれかの項に記載のパワーアシスト型手押し
車。 - 【請求項8】 距離センサーは操作ハンドルに操作者の
両手が触れていることの検出出力で障害物検出動作を行
うものであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか
の項に記載のパワーアシスト型手押し車。 - 【請求項9】 距離センサーは超音波信号を発信してそ
の反射波から障害物までの距離を検出する超音波センサ
ーであることを特徴とする請求項1〜8のいずれかの項
に記載のパワーアシスト型手押し車。 - 【請求項10】 距離センサーはレーザー光を各方向に
照射してその反射光から障害物までの距離及び障害物の
位置を検出するレーザーレーダーであることを特徴とす
る請求項1〜8のいずれかの項に記載のパワーアシスト
型手押し車。 - 【請求項11】 車体が配膳車であることを特徴とする
請求項1〜10のいずれかの項に記載のパワーアシスト
型手押し車。
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