JP2003341519A

JP2003341519A - 動力車

Info

Publication number: JP2003341519A
Application number: JP2002153076A
Authority: JP
Inventors: Hideki Yamashita; 秀樹山下; Shigeki Fujiwara; 茂喜藤原; Masanori Okano; 正紀岡野
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-05-27
Filing date: 2002-05-27
Publication date: 2003-12-03
Anticipated expiration: 2022-05-27
Also published as: JP4161615B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】人が操作指示を行うための操作入力部４
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Ｃ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ＣＰＵと、障害物を検出する障
害物検知センサー５とを備える。また、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。

Description

【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１０−３３８
１４２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ている
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。

【０００７】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って
もよい。

【０００８】また衝突回避手段は、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っても
よい。

【０００９】この場合の判定手段には、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や、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れば、より好
ましいものとなる。

【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ＣＰ
Ｕ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，Ｆ
ｈｙ）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２
０，２０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，Ｂ
２，Ｂ３，Ｂ４と車両１までの距離Ｌｂｘ１，Ｌｂｘ
２，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δ
ｙ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Ｌ
ｂｘ_max内に入った時、最高速度Ｖｘ_maxをＶｘ_max＝Ｖｘ_max0−Ｄ０ｘ・（Ｌｂｘ_max−Ｌｂｘ
１）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−Ｌｂｘ
１）とする。この時、予め定めた定数Ｄ１ｘは上記定数Ｄ０
ｘ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−６
ｋｍ／ｓ）、予め定めた定数をＤ３ｘとする時、Ｖｘ_min＝Ｖｘ_min0−Ｄ３ｘ・（Ｌｂｘ_max−Ｌｂｘ
３）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−Ｌｂｘ
４）とする。この時、予め定めた定数Ｄ４ｘは上記定数Ｄ３
ｘ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，Ｙｂ
６），（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，Ｌｂｙ
６，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−Ｌｂｙ
２）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Ｄ３
ｙ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−Ｌｂｙ
８）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４
２を撓ませることで前後に可動となっており、ばね４
１，４１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ｆ
ｈｘ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，ｆｈ
ψ）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】

【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（Ｖａ
ｘ，Ｖａｙ，Ωａ）をＶａｘ＝Ｋｘ・ｆｈｘＶａｙ＝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】

【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】

【００４７】となる。前記操作力（ｆｈｘ、ｆｈｙ、ｆ
ｈψ）から上記の式により各車輪２の回転速度ｖ１，ｖ
２，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ＣＰ
Ｕ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＋Ｌ
２＋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〜ＡＲＥＡ
８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＋Ｌｂ
ｘ_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ＡＲ
ＥＡ２，３、エリアＡＲＥＡ４，５、エリアＡＲＥＡ
６，７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、Ｘ
ｂｉ＜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，Ｙｂａ
３）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−Ｌｂ
ａ３ｙ）で左横方向の最高速度値Ｖａｙ_maxを算出し、 Ωａ_max＝Ωａ_max0−Ｄψ１（Ｌｂｘ_max−Ｌｂａ３
ｙ）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，Ｌｂａ６
ｘ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ＡＲＥＡ
３，４にある障害物の車両１左側面までの距離、Ｌｂａ
７ｙ，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_m
in，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，ｆ
ｈψ）のうち、モーメント力ｆｈψを除いた操作力（ｆ
ｈｘ，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’，ｆｈ
ｙ’）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”，ｆ
ｈｙ”）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Ｌｍ
ｉｎの線分とのなす角度τを算出して、操作力（ｆｈ
ｘ、ｆｈｙ）をτ回転した座標系に変換（ｆｈｘ’，ｆ
ｈｙ’）し、さらにｆｈｙ’＞０である時、（ｆｈ
ｘ’，０）を−τ回転した座標系に変換（ｆｈｘ”，ｆ
ｈｙ”）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_mi
n(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Ｌ
ｘ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ているた
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。

【００６２】上記衝突回避手段が、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って
も、衝突を回避したり、たとえ衝突してもその衝撃を小
さくすることを確実に行うことができる。

【００６３】また衝突回避手段は、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。

【００６４】この場合の判定手段には、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や、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
のを用いると、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】更に上記判定手段は、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と、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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡野正紀大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内Ｆターム(参考） 3D050 AA01 BB04 DD01 EE15 FF04 GG06 HH06 KK03 KK14

Claims

【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
回避手段を備えていることを特徴とする動力車。
【請求項２】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
を特徴とする請求項１記載の動力車。
【請求項３】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ることを
特徴とする請求項１記載の動力車。
【請求項４】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
る請求項３記載の動力車。
【請求項５】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
とする請求項３記載の動力車。
【請求項６】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請求項３記載の動力
車。
【請求項７】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１〜６のいずれかの項に記載の動力車。
【請求項８】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７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７記載の動力車。
【請求項１０】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７記載の動力車。
【請求項１１】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７
記載の動力車。