JP2006069446A - パワーアシスト付き搬送装置の制御方法及びパワーアシスト付き搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熟練者でなくとも意図した形に搬送装置の挙動を制御し得る搬送装置の制御方法を提供する。
【解決手段】ベッドを曲進させる際、左右のハンドルの操作方向の相対的な関係に基づき、内輪側となる駆動輪をハンドルの操作方向や操作量に関わらず制御可能とする。左右のハンドルの操作方向が異なる場合(S7,S15)、内輪側駆動輪に対し回生制動力を付与する(S17)。回生制動力はハンドルの操作量に応じて変化する。左右のハンドルのうち一方のみが操作されている場合、内輪側駆動輪を惰走可能な状態で停止させる(S16)。左右のハンドルの操作方向が同じ場合、両ハンドルの操作量の差が所定値以下のときは、ハンドル操作量の平均値に基づいて走行補助力を制御し(S6)、ハンドル操作量の差が所定値よりも大きいときは、ハンドル操作量に基づいて左右の駆動輪を個別に独立制御する(S4)。
【選択図】図７

Description

本発明は、病弱者や荷物等の移動に使用される搬送装置に関し、特に、電動モータによって移動時のアシスト力を供給する搬送装置の制御技術に関する。

病院や介護施設、工場、倉庫等においては、電動のベッドやストレッチャー、給食運搬用台車、荷役用電動台車など、モータによりパワーアシストされる搬送装置が多数使用されている。このような搬送装置は、四隅にキャスターが配置された本体フレームに、電動モータによって駆動される駆動輪が取り付けられており、この駆動輪によって移動時のアシスト力が供給される。本体フレームにはさらに、電動モータや電源用のバッテリ、モータ制御用のコントローラなどが取り付けられる。本体フレーム上には、ベッドであればマットが載置され、台車であれば荷台が設けられる。

この種の搬送装置では、駆動輪は電動のアクチュエータによって昇降可能に設置されている。駆動輪によってアシスト力を得るには、床面と駆動輪との間に適切な摩擦力が必要であり、駆動輪を適度な押圧力で床面に接触させる必要がある。このため、本体フレームと搬送装置との間にはバネを用いた押圧機構が設けられており、このバネの反発力によって駆動輪は所定の荷重で床面に押接され、床面と駆動輪との間に摩擦力が発生する。

また、パワーアシスト付きの搬送装置には一般に操作用のハンドルが設けられているが、特開平11-262111号公報には、このハンドルに加わる力を検出してアシスト力を制御する構成が開示されている。そこでは、ハンドルの左右基部に操作量を検出するセンサが設けられており、搬送装置を動かす際にハンドルに加えられる力がハンドル操作量という形で検出される。そして、検出された左右のハンドル操作量に基づき、装置の両側部に配置された左右の駆動輪の回転を調整し、搬送装置のアシスト力や走行方向を適宜制御している。

図１０は、ハンドル操作量に応じてアシスト力が制御される搬送装置におけるハンドル作動状態を示す説明図、図１１はハンドル操作量と搬送装置の駆動力との関係を示す説明図、図１２はハンドル操作方向と搬送装置の動作との関係を示す表である。図１０〜１２において、＋は前進方向、−は後進方向、０は中立位置をそれぞれ示している。このような搬送装置は、ハンドル５１を前方に押し倒すと搬送装置が前進し、手前側へ引くと搬送装置は後進する。中立位置ではアシスト力は０であり、図１０,１１に示すように、中立位置（０）の前後には約５°ずつ不感帯５２が設けけられている。ハンドル５１が不感帯５２内にあるときは、中立位置と同様にアシスト力の付与は行われない。

ハンドル５１の傾倒角度に比例してアシスト力は増大する。図１１に示すように、ハンドル傾倒角度が一定以上となると、アシスト力は一定値となり搬送装置の駆動力に対するアシスト力の比率が低下する。搬送装置の駆動力は、操作者装置が押す力とアシスト力との和であり、ハンドル操作量に応じて際限なくアシスト力を増大させると、駆動力が大きくなり、結果として搬送装置の速度が上がり過ぎるおそれがあるためである。

図１２の(a)に示すように、左右の両ハンドルを＋とすると、搬送装置は前進する。このとき、左右のハンドルの傾倒角度を異ならせると、左右の駆動輪の回転数に差が生じ、搬送装置は曲進する。例えば、左側ハンドルを強く押し、その傾倒角度を右側よりも大きくすると、左側の駆動輪の回転数が右側よりも多くなり、搬送装置は右方向にカーブしながら前進する。逆に、右側ハンドルの傾倒角度を左側よりも大きくすると、右側の駆動輪の回転数が左側よりも多くなり、搬送装置は左方向にカーブしながら前進する。

また、一方のハンドルを中立位置（０）に置いたまま、他方のハンドルを傾倒させることにより、搬送装置を旋回させることもできる。例えば、図１２の(b)のように、左側ハンドルを＋、右側ハンドルを０とすると、右側の駆動輪が停止した状態で左側の駆動輪が前進方向に作動し、搬送装置は右側の駆動輪を内輪として右方向に旋回する。ハンドルを引く動作でも同様に搬送装置を旋回させることができ、例えば、図１２の(f)のように、左側ハンドルを−、右側ハンドルを０とすると、右側の駆動輪が停止した状態で左側の駆動輪が後進方向に作動し、搬送装置は右側の駆動輪を内輪として左方向に旋回する。

さらに、左右のハンドルを逆方向に操作することにより、搬送装置をその場にて旋回させたり、旋回角度を狭めて旋回動作を行わせたり（以下、これらの動作をその場旋回や小角度旋回と略記する）することもできる。例えば、図１２の(h)のように、左側ハンドルを＋、右側ハンドルを−とすると、右側の駆動輪を内輪として、搬送装置は右方向にその場旋回や小角度旋回を行う。逆に、図１２の(i)のように、左側ハンドルを−、右側ハンドルを＋とすると、左側の駆動輪を内輪として、搬送装置は左方向にその場旋回や小角度旋回を行う。
実開昭48-44793号公報 特開昭60-122561号公報 特開平7-257387号公報 特開平8-175381号公報 特開平10-35499号公報 特開平11-262111号公報 特願2004-23883号

しかしながら、このようなハンドル操作によって走行状態を制御可能な搬送装置にあっては、コーナリングや旋回等を行う曲進動作の際に次のような問題があった。まず第１に、搬送装置を旋回させる際、ハンドル操作量に応じてどの程度装置が旋回するのかが熟練した操作者でないと把握できず、意図するように搬送装置を旋回させることができないという問題があった。特に、図１２(h,i)のように、左右のハンドルを反対方向に操作して搬送装置をその場旋回や小角度旋回させる場合には、搬送装置の挙動が把握しずらい。また、ある程度の速度が出ている状態でこのような左右逆操作が行われた場合、駆動輪をハンドル操作量に応じて作動させてしまうと、操作者の想像以上に搬送装置が曲がるおそれがあり、その改善が求められていた。

また、第２点として、左右のハンドルを反対方向に操作してその場旋回や小角度旋回をさせた後、搬送装置を改めて直進させようとすると、搬送装置の挙動が不安定となるという問題もあった。この場合、搬送装置を旋回から直進に転ずる際には、内輪側の駆動輪を後進回転から前進回転に切り替える必要がある。ところが、この際、内輪側の駆動輪による後進力が残存している状態で駆動輪の回転方向が急激に逆回転されるため、挙動が不安定となり搬送装置を制御しにくいという問題が生じる。

さらに、第３点として、駆動輪の回転方向を急激に転換すると、モータやその駆動回路にも多くの電流が流れ、それらにかかる負担が大きくなるという問題もあった。また、このような負担が断続的に続くと、モータや駆動回路のみならず、減速装置等の駆動部にも悪影響が及び、搬送装置の使用寿命が低下するという問題が生じる。

本発明の目的は、熟練者でなくとも意図した形に搬送装置の挙動を制御し得る搬送装置の制御方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、その場旋回や小角度旋回の状態から直進状態にスムーズに移行可能な搬送装置の制御方法を提供することにある。

本発明のパワーアシスト付き搬送装置の制御方法は、電動モータにて駆動される左右の駆動輪と、センサ手段に取り付けられたハンドルとを備え、前記センサ手段によって検知された前記ハンドルの操作方向と操作量に基づいて、前記駆動輪によって付与される走行補助力を制御するパワーアシスト付き搬送装置の制御方法であって、前記搬送装置を曲進させる際、前記ハンドルの操作方向に基づき、内輪側となる前記駆動輪を該駆動輪側の前記ハンドルの操作方向及び操作量に関わらず制御可能としたことを特徴とする。

本発明にあっては、搬送装置を曲進させる際、内輪側となる駆動輪をハンドルの操作方向及び操作量に関わらず制御可能としたので、曲進時に例えば、内輪側駆動輪にブレーキを掛けたり、惰走させたり、出力を落として駆動させたり等、種々の制御形態を採ることができ、内輪側駆動輪の急激な動作を抑えることが可能となる。このため、曲進時における搬送装置の挙動が安定し、スムーズな曲進動作が可能となる。なお、ここで言う曲進には、曲がりながら前進する動作のみならず、小回転半径で旋回することや、内輪側を中心に前後進動作を伴うことなく旋回することも含まれる。

前記パワーアシスト付き搬送装置の制御方法において、前記内輪側駆動輪の作動を停止させると共に、前記電動モータにより該駆動輪に対し回生制動力を付与することを特徴とするようにしても良い。この場合、前記回生制動力を、前記ハンドルの操作量に応じて変化させるようにしても良い。

本発明にあっては、曲進時に内輪側駆動輪にブレーキが掛かるので、搬送装置は内輪側駆動輪を回転中心として曲進し、必要以上のその場旋回や小角度旋回が抑えられる。また、曲進動作から直進動作に移行する際も、内輪側駆動輪が停止状態から駆動され、回転方向の切り替えにより搬送装置の挙動が不安定になるのを防止できる。さらに、駆動輪の急反転が行われないため、モータやその駆動回路、駆動部等への悪影響も低減され、搬送装置の使用寿命も向上する。加えて、回生制動により、運動エネルギを電気エネルギとして回収することもでき、電源寿命も長くなる。

前記パワーアシスト付き搬送装置の制御方法において、前記内輪側駆動輪を惰走可能な状態で停止させるようにしても良い。また、前記ハンドルの操作量の平均値に基づいて前記駆動輪を制御するようにしても良い。さらに、前記ハンドルの操作量に基づいて前記左右の駆動輪を個別に独立制御するようにしても良い。加えて、搬送装置が走行中の場合、前記ハンドルの操作方向が該搬送装置の進行方向と異なる側の前記駆動輪を内輪側とするようにしても良い。

前記パワーアシスト付き搬送装置の制御方法において、前記搬送装置の走行速度を検出する速度検出手段を前記搬送装置に設けても良い。搬送装置に速度検出手段を設けることにより、装置が停止しているか駆動しているかが判断でき、その駆動状態に適した安全な駆動制御を行うことが可能となる。

本発明のパワーアシスト付き搬送装置は、電動モータにて駆動される駆動輪と、センサ手段に接続され、前記センサ手段によりその操作量が検出されるハンドルと、前記センサ手段によって検出されたハンドル操作量に基づいて前記走行補助力を制御すると共に、前記搬送装置を曲進させる際、前記ハンドルの操作方向に基づき、内輪側となる前記駆動輪を該駆動輪側の前記ハンドルの操作方向及び操作量に関わらず制御可能な制御手段とを有することを特徴とする。

なお、前記パワーアシスト付き搬送装置の制御方法において、前記ハンドルを前記搬送装置の左右に取り付け、前記左右のハンドルの操作方向の相対的な関係に基づいて前記内輪側駆動輪を制御するようにしても良い。この場合、前記左右のハンドルの操作方向が異なる場合、前記内輪側駆動輪の作動を停止させると共に、前記電動モータにより該駆動輪に対し回生制動力を付与するようにしても良い。また、前記左右のハンドルのうち一方のみが前記駆動輪を作動させる状態に操作されている場合、前記内輪側駆動輪を惰走可能な状態で停止させるようにしても良い。

さらに、前記左右のハンドルの操作方向が同じ場合、前記両ハンドルの操作量の差が所定値以下のときは、前記左右のハンドルの操作量の平均値に基づいて前記駆動輪を制御するようにしても良い。加えて、前記左右のハンドルの操作方向が同じ場合、前記両ハンドルの操作量の差が所定値よりも大きいときは、前記左右のハンドルの各操作量に基づいて前記左右の駆動輪を個別に独立制御するようにしても良い。さらにまた、搬送装置が走行中の場合、前記左右のハンドルの何れか一方の操作方向が該搬送装置の進行方向と異なるときは、ハンドル操作方向が該搬送装置の進行方向と異なる側の前記駆動輪を内輪側とするようにしても良い。

本発明のパワーアシスト付き搬送装置の制御方法によれば、電動モータにて駆動される左右の駆動輪と、センサ手段に取り付けられたハンドルとを備え、ハンドルの操作方向と操作量に基づいて走行補助力を制御するパワーアシスト付き搬送装置にて、搬送装置を曲進させる際、ハンドルの操作方向に基づき、内輪側となる駆動輪をハンドルの操作方向及び操作量に関わらず制御可能としたので、曲進時に例えば、内輪側駆動輪にブレーキを掛けたり、惰走させたり、出力を落として駆動させたり等、種々の制御形態を採ることができ、内輪側駆動輪の急激な動作を抑えることが可能となる。このため、曲進時における搬送装置の挙動が安定し、スムーズな曲進動作が可能となる。

また、内輪側駆動輪の作動を停止させると共に、電動モータにより該駆動輪に対し回生制動力を付与することにより、曲進時に内輪側駆動輪にブレーキが掛かるので、内輪側駆動輪を回転中心として搬送装置をスムーズに曲進させることが可能となる。このため、必要以上のその場旋回や小角度旋回が抑えられ、コーナリングや旋回動作を容易かつ安全に行うことが可能となり、操作性の向上が図られる。従って、熟練した操作者でなくとも、意図するように搬送装置を移動させることが可能となる。また、曲進動作から直進動作に移行する際も、内輪側駆動輪が停止状態から駆動されるため、回転方向の切り替えにより搬送装置の挙動が不安定になるのを防止できる。さらに、駆動輪の急反転が行われないため、モータやその駆動回路への負担も軽減され、駆動部への悪影響も低減され、搬送装置の使用寿命も向上する。加えて、回生制動により、運動エネルギを電気エネルギとして回収することもでき、電源寿命も長くなる。

本発明のパワーアシスト付き搬送装置によれば、電動モータにて駆動される駆動輪と、センサ手段に接続され、このセンサ手段により操作量が検出されるハンドルと、ハンドル操作量に基づいて走行補助力を制御すると共に、搬送装置を曲進させる際、ハンドルの操作方向に基づき、内輪側となる駆動輪をハンドルの操作方向及び操作量に関わらず制御可能な制御手段とを設けたので、曲進時に例えば、内輪側駆動輪にブレーキを掛けたり、惰走させたり、出力を落として駆動させたり等、種々の制御形態を採ることができ、内輪側駆動輪の急激な動作を抑えることが可能となる。このため、曲進時における搬送装置の挙動が安定し、スムーズな曲進動作が可能となる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の制御方法が適用される病院用電動ベッド（搬送装置）の一例を示す正面図、図２は図１の電動ベッドの概要を示す平面図である。本実施例の病院用電動ベッドは、駆動部１とベッド部２とから構成される。駆動部１にはモータや各種アクチュエータが収容され、ベッド部２にはマット３が載置される。ベッド部２は、駆動部１に取り付けられたアーム４によって支持されている。アーム４は駆動部１によって駆動され、アーム４の上下動によりベッド部２の高さや姿勢を変えられるようになっている。

ベッド部２の両側部には安全柵５が取り付けられている。ベッド部２の前端側（使用者の頭部側）には、ベッド移動用のハンドル６が取り付けられている。なお、ここでは前後とはベッドの長手方向を意味し、側部とは長手方向に直交する幅方向（左右方向）の両端を意味する。図３に示すように、ハンドル６は左右それぞれ１個ずつ設けられており（６Ｌ,６Ｒ）、ベッド部２の前端部に設けられたハンドル操作力センサ７（７Ｌ,７Ｒ、以下、センサ７と略記する）と接続されている。ハンドル６の間にはコントロールパネル８が配置されており、電源スイッチ８ａや非常停止スイッチ８ｂ、ベッド昇降スイッチ８ｃ、ＬＥＤ表示パネル８ｄなどが設けられている。

センサ７は、ベッドの移動に際しハンドル６に加えられる操作荷重を検出する。ハンドル６はセンサ７内の図示しないトーションバーに接続されており、ハンドル６の操作力に応じてトーションバーにはねじり変位が生じる。センサ７では、このねじり変位の方向と量をポテンショメータを用いて計測し、この計測値に基づきハンドル６に付与された操作力の方向と大きさが算出される。センサ７は、左右のセンサ７Ｌ,７Ｒにて個別にハンドル操作力を検出し、その検出値に基づいてベッドの走行方向の制御も行われる。

例えば、ベッドを前進させるべく操作者がハンドル６を押すと、ハンドル６の押圧力によってトーションバーが一方向にねじられ、この際のねじれ方向からベッドの走行方向が検出される。また、強くハンドル６を押せばトーションバーのねじり角も大きくなるなど、ハンドル押圧力によってねじり角が変化するため、これに基づいてベッドを押す力の変化も検出できる。さらに、センサ７Ｌ,７Ｒの出力を比較し、左側のハンドル６Ｌを押す力が大きいことが検知された場合には、操作者はベッドを右方向に曲げようとしていると判断される。逆に、右側のハンドル６Ｒを押す力が大きい場合には、操作者はベッドを左方向に曲げようとしていると判断される。

図４は、駆動部１の構成を示す斜視図である。駆動部１は、鋼製のフレーム１１に、駆動ユニット１２や昇降アクチュエータ１３等を配備した構成となっている。鋼製のフレーム１１は、前後方向に延びるメインフレーム１１ａと、メインフレーム１１ａ間を接続するように設けられ幅方向に延びる連結バー１１ｂとから構成される。メインフレーム１１ａの両端部には下面側には、それぞれキャスター１４が取り付けられている。フレーム１１には、図１に示すように合成樹脂製のカバー１５が取り付けられており、図４はこのカバー１５を取り外した状態を示している。

駆動ユニット１２は、モータベース１６上に載置されている。駆動ユニット１２内には、ＤＣモータ１７（１７Ｌ,１７Ｒ）及び減速機構１８（１８Ｌ,１８Ｒ）が２組装備されている。駆動ユニット１２の左右には２本の回転軸１９が突設されており、モータ１７の回転は減速機構１８によって減速されて回転軸１９に出力される。各回転軸１９には駆動輪２１（２１Ｌ,２１Ｒ）が固定されている。駆動輪２１は、回転軸１９に固定されたホイール２２とゴムタイヤ２３とから構成されている。

駆動ユニット１２にはさらに、電動ベッドの走行速度を検出する車速センサ３９（３９Ｌ,３９Ｒ；速度検出手段、以下、センサ３９と略記する）が設けられている。センサ３９は、モータ１７の回転軸に取り付けられた多極着磁マグネットと、このマグネットの近傍に配設され、磁極変化に伴ってパルス信号を出力する磁気検出素子とから構成されている。モータ１７が回転すると、モータ回転速度に応じて磁気検出素子から回転パルス信号が出力される。モータ１７の回転速度と駆動輪２１の回転速度は相関関係があり、センサ３９によってモータ回転速度を検出することにより、駆動輪２１の回転速度、すなわちベッドの走行速度（車速）を検出できる。

モータベース１６にはタワー２４が立設されている。タワー２４は昇降アクチュエータ１３と接続されており、昇降アクチュエータ１３の動作により駆動ユニット１２が上下移動し、駆動輪２１が床面（走行面）２５に接触・離間するようになっている。図５は、駆動ユニット１２と昇降アクチュエータ１３の接続構造を示す説明図である。図５に示すように、タワー２４の基部２４ａは、ピボット２６にてアーム２７に回動自在に支持されている。アーム２７は連結バー１１ｂに固定されており、モータベース１６はピボット２６を中心に上下方向（図５のＸ方向）に揺動可能な状態でフレーム１１に支持されている。

タワー２４の上部には長孔２８が形成されている。長孔２８には、プランジャ２９に取り付けられたピン３１が前後方向（図中左右方向）に移動可能に挿入されている。プランジャ２９はタワー２４の上部に前後方向に移動可能に取り付けられ、バネ３２を介して昇降アクチュエータ１３のプランジャ３３と接続されている。昇降アクチュエータ１３はＤＣモータ３４によって駆動され、ＤＣモータ３４の回転に伴ってプランジャ３３は図５のＹ方向に動作する。昇降アクチュエータ１３の図中左端部は、連結バー１１ｂに固定されたブラケット３５に揺動可能に支持されている。

このようにモータベース１６は、バネ３２を介して昇降アクチュエータ１３と接続される。昇降アクチュエータ１３が作動しプランジャ３３が延びると、バネ３２，プランジャ２９，ピン３１を介してタワー２４が押され、モータベース１６はピボット２６を中心に図５において右回りに回動する。これにより、駆動輪２１は床面２５側に移動し、所定の接地荷重にて床面２５に押し付けられる。一方、プランジャ３３が縮むと、モータベース１６はピボット２６を中心に左回りに回動する。これにより、駆動輪２１は床面２５から離脱・上昇し、床面２５から離間した位置に格納される。

フレーム１１にはさらに、電源用のバッテリ３６や、モータ制御用のコントローラ３７（制御手段）、ベッド姿勢制御用のアクチュエータ３８などが設けられている。バッテリ３６は、モータ１７,３４、コントローラ３７、アクチュエータ３８等に電源供給を行う。コントローラ３７はコントロールパネル８と接続されており、操作者の入力指示に従って各モータやアクチュエータ等の駆動制御を行う。

図６は、コントローラ３７の制御系の構成を示すブロック図である。コントローラ３７には、ＣＰＵ４１を中核として、入力回路４２,４３、駆動出力回路４４、電源回路４５及び電源入力回路４６が設けられている。入力回路４２（４２Ｌ,４２Ｒ）はそれぞれセンサ７Ｌ,７Ｒに接続されており、左右のハンドル６の操作力を示すトルク信号が入力される。入力回路４３（４３Ｌ,４３Ｒ）はそれぞれセンサ３９Ｌ,３９Ｒに接続されており、左右の駆動輪２１の回転速度を示す車速信号が入力される。

駆動出力回路４４（４４Ｌ,４４Ｒ）は左右のモータ１７Ｌ,１７Ｒに接続されている。モータ１７Ｌ,１７ＲはＣＰＵ４１によってＰＷＭ制御されており、駆動出力回路４４に対してはＣＰＵ４１よりＰＷＭduty指令値が出力される。駆動出力回路４４は、これを受けてモータ１７に対し指令値に応じたパルス電圧を供給する。電源回路４５はバッテリ３６と接続されており、ＣＰＵ４１に対してはバッテリ３６から電源回路４５及び電源入力回路４６を介して電力が供給される。

このような病院用電動ベッドでは、コーナリングや旋回の際のベッドの挙動を安定させるべく、次のような制御が行われる。図７は本発明による制御方法の処理手順を示すフローチャートであり、停止時からの駆動制御形態を示している。図７に示すように、ここではまず、ステップＳ１にてＬ側とＲ側の入力の比較が行われる。ハンドル６Ｌ,６Ｒからの入力はハンドル傾倒角度に応じて変化し、ハンドル操作量が大きい側からの入力信号の方が大きくなる。

ステップＳ１にてＬ側入力がＲ側入力以上の場合には、Ｒ側を内輪とする動作、すなわち、右方向へのコーナリングや旋回が意図されていると推認され、ステップＳ２以下の処理が行われる。これに対し、Ｌ側入力がＲ側入力より小さい場合には、Ｌ側を内輪とする動作、すなわち、左方向へのコーナリングや旋回が意図されていると推認され、ステップＳ１１以下の処理が行われる。

Ｌ側入力がＲ側入力以上の場合にはステップＳ２に進み、Ｌ側とＲ側の入力方向（前進方向か、後進方向か）が確認される。すなわち、ハンドル６Ｌ,６Ｒの操作方向が判断される。両者の入力方向が同じ場合には、ステップＳ３に進み、Ｌ側入力がＲ側入力よりも所定値（α）以上大きいか否かが判断される。Ｌ側入力がＲ側入力＋αを超えている場合にはステップＳ４に進み、モータ１７Ｌ,１７Ｒの出力が各々独立して演算される。モータ１７の出力は、ハンドル６からの入力値や駆動輪２１の回転速度（車軸速度）に基づいて演算される。その後、ステップＳ５に進み、駆動部１に対し演算結果に基づく駆動指示が行われルーチンを抜ける。このとき、駆動輪２１は、２１Ｌが２１Ｒよりも大きな回転数で回転し、ベッドは右側に曲がりながら前進又は後進する。

ステップＳ３にて、Ｌ側入力がＲ側入力＋αを超えていない場合は、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、この場合は左右のハンドル操作量に余り差がなく、操作者は大きく曲がろうとする意思は少ないと判断し、ハンドル６Ｌ,６Ｒからの入力の平均値に基づいてモータ１７Ｌ,１７Ｒの出力が決定される。その後、ステップＳ５に進んで駆動指示が行われルーチンを抜ける。このとき、駆動輪２１は、２１Ｌと２１Ｒが同じ回転数で回転し、ベッドは直進状態で前進又は後進する。

このように、ベッドを発進させる場合、ハンドル６が進行方向と同じ方向に操作されているときは、左右のハンドル操作量の差に応じて駆動輪２１の制御形態が変化する。つまり、ハンドル操作量の差が大きいときは左右の駆動輪２１を別個独立に制御し、小さいときは両ハンドルの操作量を平均して駆動輪２１を左右同様に駆動する。

一方、ステップＳ２にて、Ｌ側とＲ側の入力方向が異なる場合には、ステップＳ７に進み、内輪側（Ｒ側）のハンドル６Ｒが外輪側（Ｌ側）のハンドル６Ｌと逆に引かれているか否かが判断される。ハンドル６Ｒがハンドル６Ｌとは逆に引かれていない場合は、ハンドル６Ｌのみが操作されており、操作者はその場での旋回を意図してると判断され、ステップＳ７からステップＳ８に進む。ステップＳ８では、外輪側（Ｌ側）はハンドル６Ｌからの入力に応じた駆動出力に設定される。これに対し、内輪側（Ｒ側）は出力０に設定され惰走状態となる。

ステップＳ８にてＬ側,Ｒ側の出力を前述のように決定した後、ステップＳ５に進み、その設定に基づいて駆動指示が行われルーチンを抜ける。このとき、駆動輪２１は、外輪側の２１Ｌのみがハンドル操作量に応じて回転し、内輪側の２１Ｒはフリー状態となる。従って、内輪側の駆動輪２１Ｒが回転の中心となり、スムーズな回転動作が可能となる。これにより、ベッドの急激な動作が抑制され、コーナリングや旋回動作を容易かつ安全に行うことができ、操作性の向上が図られる。なお、ハンドル６Ｌが前進方向に操作されている場合はベッドは右旋回状態、逆に後進方向に操作されている場合はベッドは左旋回状態となる。

これに対し、ハンドル６Ｒ,６Ｌが逆に引かれている場合には、操作者は右方向にその場旋回や小角度旋回を意図してると判断され、ステップＳ９に進む。ステップＳ９では、外輪側（Ｌ側）はハンドル６Ｌからの入力に応じた駆動出力に設定され、内輪側（Ｒ側）はハンドル６Ｒからの入力に応じた回生制動に設定される。ステップＳ９にてＬ側,Ｒ側の出力をこのように決定した後、ステップＳ５に進み、その設定に基づいて駆動指示が行われルーチンを抜ける。

このとき、駆動輪２１Ｌはハンドル操作量に応じて回転する。一方、内輪側の駆動輪２１Ｒにはハンドル操作量に応じたブレーキが掛かる。すなわち、ブレーキ力は内輪側のハンドル６Ｒの傾倒角度に比例し、ハンドル６Ｌをより大きく傾倒させると大きなブレーキ力が掛かる。また、ハンドル６Ｌを中立位置に戻して行くと、中立位置に近付くに従って回生制動力が徐々に低下し、不感帯ではブレーキ力は０になる。

ここで、駆動輪２１を駆動させるモータ１７は、４個のＦＥＴを用いたＨブリッジ回路にて正逆転制御される。その際、各ＦＥＴはＰＷＭ制御され、ハンドル６からの入力に応じてＰＷＭdutyを調整することにより、モータ１７の出力が制御される。図８は、モータ１７の制御形態を示す説明図であり、(a)は正転時（前進時）、(b)は逆転時（後進時）、(c)は回生制動時の状態をそれぞれ示している。

ベッド前進時（モータ正転時）は、図８(a)に示すように、FET3がOFF、FET4が常時ONの状態で、FET1がduty制御される。このとき、FET2はFET1とは反転した状態で100％dutyにて駆動される。バッテリ３６からモータ１７に対しては、矢印のように電流が流れモータ１７は正転方向に駆動される。これに対し、ベッド後進時（モータ逆転時）は、図８(b)に示すように、FET1がOFF、FET2が常時ONの状態で、FET3がduty制御される。このとき、FET4はFET3とは反転した状態で100％dutyにて駆動され、バッテリ３６から矢印のように電流がモータ１７は逆転方向に駆動される。

一方、ステップＳ９にて内輪側に設定されるような回生制動時には、図８(c)に示すように、FET1,3がOFFされた状態で、FET2,4がduty制御される。このとき、モータ１７に対してはバッテリ３６からは電力供給は行われず、駆動輪２１の回転によってモータ１７が回転されると電力が回生され、FET2,4のdutyに応じたブレーキ力が発生する。モータ１７による回生電力は、電力量が小さいときはモータ内にて熱エネルギとなって消費され、電力量が大きいときはFET1,3の寄生ダイオードを介してバッテリ３６に回生される。

従来、左右のハンドルが逆操作されると、内輪側はハンドル操作量に応じて駆動輪２１が逆転駆動されるため、必要以上にベッドが旋回したり、直進移行時にベッドの挙動が不安定になるおそれがあった。これに対し、本発明による制御では、ハンドル６Ｒ,６Ｌが逆に引かれている場合には、ステップＳ９にて内輪側が回生制動モードとされ、旋回時に内輪側の駆動輪２１Ｒにブレーキが掛けられる。従って、内輪側の駆動輪２１Ｒが回転の中心となり、ベッドはハンドル６Ｌの操作量に応じてスムーズ旋回し、必要以上のその場旋回や小角度旋回が抑えられる。

このように、本発明による制御によれば、ベッドの急激な動作が抑制され、ベッドがハンドル操作量に応じた状態で旋回するので、コーナリングや旋回動作を容易かつ安全に行うことが可能となり、操作性の向上が図られる。従って、熟練した操作者でなくとも、意図するようにベッドを移動させることが可能となる。また、コーナリングや旋回動作の後に直進動作に移行する際も、内輪側駆動輪は停止状態から駆動されるため、回転方向の切り替えによりベッドの挙動が不安定になるのを防止できる。従って、動作移行の際の挙動が安定し、ベッドの移動操作が容易となる。さらに、駆動輪の急反転が行われないため、モータやその駆動回路への負担も軽減され、駆動部への悪影響も低減する。このため、ベッドの使用寿命も向上し、コスト低減も図られる。加えて、回生制動により、運動エネルギを電気エネルギとして回収することもでき、バッテリ３６の寿命も長くなる。

一方、図７の制御では、ステップＳ１にてＲ側入力がＬ側入力以上の場合には、ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１以下では、先のステップＳ２以下と同様の処理がＬ側を内輪として行われる。すなわち、ステップＳ１１にてＬ側とＲ側の入力方向が確認され、両者の入力方向が同じ場合にはステップＳ１２に進み、Ｌ側入力がＲ側入力よりも所定値（α）以上大きいか否かが判断される。

Ｌ側入力がＲ側入力＋αを超えている場合にはＳ１２からステップＳ１３に進み、左右独立にモータ出力が演算され、ステップＳ５に進んで駆動部１に対し駆動指示が行われルーチンを抜ける。ステップＳ１２にてＬ側入力がＲ側入力＋α以下の場合はステップＳ１４に進み、ハンドル６Ｌ,６Ｒからの入力の平均値に基づいてモータ１７Ｌ,１７Ｒの出力が決定され、ステップＳ５に進んで駆動指示が行われルーチンを抜ける。

ステップＳ１１にて、Ｌ側とＲ側の入力方向が異なる場合には、ステップＳ１５に進み、内輪側（Ｌ側）のハンドル６Ｌが外輪側（Ｒ側）のハンドル６Ｒと逆に引かれているか否かが判断される。ハンドル６Ｌがハンドル６Ｒとは逆に引かれていない場合は、ステップＳ１６に進み、外輪側（Ｒ側）がハンドル６Ｒからの入力に応じた駆動出力に設定され、内輪側（Ｌ側）は出力０に設定され、ステップＳ５に進んで、その設定に基づいて駆動指示が行われルーチンを抜ける。ハンドル６Ｒ,６Ｌが逆に引かれている場合には、ステップＳ１５からステップＳ１７に進み、外輪側（Ｒ側）はハンドル６Ｒからの入力に応じた駆動出力に設定され、内輪側（Ｌ側）はハンドル６Ｌからの入力に応じた回生制動に設定され、ステップＳ５に進み、その設定に基づいて駆動指示が行われルーチンを抜ける。

次に、ベッド移動中の制御形態について説明する。図９はその処理手順を示すフローチャートである。ここではまず、ステップＳ２１にて、Ｌ側とＲ側の入力方向がベッドの進行方向を同じかどうかが確認される。入力方向がＬ側,Ｒ側共にベッドの進行方向と同じ場合にはステップＳ２２に進み、Ｌ側とＲ側の入力の比較が行われる。Ｌ側入力がＲ側入力を超えている場合にはステップＳ２３に進み、Ｌ側入力がＲ側入力よりも所定値（α）以上大きいか否かが判断され、その後は図７のＳ３〜Ｓ６と同様の処理が行われる。

すなわち、Ｌ側入力がＲ側入力＋αを超えている場合にはステップＳ２４に進み、各モータ１７Ｌ,１７Ｒの出力が、各ハンドル６Ｌ,６Ｒからの入力値に基づいて各々独立して演算される。その後、ステップＳ２５に進み、駆動部１に対し演算結果に基づく駆動指示が行われルーチンを抜ける。ステップＳ２３にてＬ側入力がＲ側入力＋αを超えていない場合はステップＳ２６に進み、ハンドル６Ｌ,６Ｒからの入力の平均値に基づいてモータ１７Ｌ,１７Ｒの出力が決定され、ステップＳ２５に進んで駆動指示が行われルーチンを抜ける。

ステップＳ２２にて、Ｌ側入力がＲ側以下の場合にはステップＳ２７に進み、Ｒ側入力がＬ側入力よりも所定値（α）以上大きいか否かが判断される。Ｒ側入力がＬ側入力＋αを超えている場合にはステップＳ２８に進み、左右独立にモータ出力が演算され、ステップＳ２５に進んで駆動部１に対し駆動指示が行われルーチンを抜ける。ステップＳ２７にてＲ側入力がＬ側入力＋α以下の場合はステップＳ２９に進み、ハンドル６Ｌ,６Ｒからの入力の平均値に基づいてモータ１７Ｌ,１７Ｒの出力が決定され、ステップＳ２５に進んで駆動指示が行われルーチンを抜ける。

ステップＳ２１にてＬ側とＲ側の何れかの入力方向がベッドの進行方向と異なる場合にはステップＳ３１に進み、Ｌ側とＲ側の何れの側を内輪とするかが決定される。この場合、ハンドル６からの入力がベッド進行方向と同じ側を外輪、反対側を内輪とする。内外輪を決定した後、ステップＳ３２に進み、内輪側のハンドル６が外輪側のハンドル６と逆に引かれているか否かが判断され、その後は図７のＳ７〜Ｓ９と同様の処理が行われる。

すなわち、左右のハンドルが逆に引かれていない場合は、ステップＳ３３に進み、外輪側をハンドル６からの入力に応じた駆動出力に設定すると共に、内輪側を出力０（惰走）に設定する。これにより、例えば床面の凹凸によってベッドの進行方向が斜めになった場合も、内輪が外輪に追従するため、容易にコースの修正を行うことができ、ベッドの操作性が向上する。その後、ステップＳ２５に進んで、先に設定に基づいて駆動指示を行ってルーチンを抜ける。左右のハンドルが逆に引かれている場合には、ステップＳ３２からステップＳ３４に進み、外輪側をハンドル６からの入力に応じた駆動出力に設定する一方、内輪側をハンドル６Ｌからの入力に応じた回生制動に設定する。そして、ステップＳ５に進み、その設定に基づいて駆動指示が行われルーチンを抜ける。

このように、ベッド移動中の場合、ハンドル６が進行方向と同じ方向に操作されているときは、左右の操作量の差に応じて、ハンドル操作量の差が大きいときは左右の駆動輪２１を別個独立に制御し、小さいときは両ハンドルの操作量を平均して駆動輪２１を左右同様に駆動する。また、ハンドル６が進行方向と異なる方向に操作された場合には、ハンドル操作方向によって内外輪を判断し、内輪側を惰走又は回生制動に設定する。

従来、走行時に左右のハンドルが逆操作されると、内輪側はハンドル操作量に応じて駆動輪２１が逆転駆動されるため、ベッドの挙動が非常に不安定になるおそれがある。これに対し、本発明による制御では、走行中にハンドル６Ｒ,６Ｌが逆に引かれた場合には、ステップＳ３４にて内輪側に回生制動力が付与され、ハンドル操作量に応じてブレーキが掛けられる。このため、駆動状態の駆動輪２１が急逆転されず、ベッドは駆動輪２１を回転の中心として外輪側ハンドルの操作量に応じてスムーズに旋回し、ベッドの急激な動作が抑制される。従って、熟練した操作者でなくとも、意図するように走行中のベッドをコーナリングさせたり旋回させたりすることができ、操作性の向上が図られる。

また、ベッド走行中に駆動輪が急反転されないため、モータやその駆動回路への負担も軽減され、駆動部への悪影響も低減する。このため、ベッドの使用寿命も向上し、コスト低減も図られる。さらに、この場合も、回生制動により運動エネルギを電気エネルギとして回収することができる。

本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施例では、本発明の搬送装置を病院用ベッドに適用した例を示したが、その適用対象はベッドには限定されず、ストレッチャーや給食運搬用台車、車椅子、荷役用電動台車等、パワーアシストを行う搬送装置一般に広く適用可能である。また、前述の実施例では、１個のモータベース１６上に駆動ユニット１２を配し、単一の昇降アクチュエータ１３によって駆動輪２１の昇降動作を行う構成を示したが、各駆動輪２１ごとに個別の駆動ユニット１２を使用し、それらを別個のモータベース１６上に載置し２個の昇降アクチュエータ１３によって個別に作動させるようにしても良い。

さらに、前述の実施例では、一対のハンドル６を左右に配置した例を示したが、ハンドルの形態はこれには限定されず、例えば、特開平11-262111号公報のように、逆Ｕ字形のハンドルを使用し、その左右基部等にセンサ手段を配置しても良い。また、Ｔ字形のハンドルを使用することもでき、その場合には、ハンドルの前後方向の操作量と、Ｔ字上辺の左右部分の操作によって生じる中心軸の回動角度に基づき、ベッドの走行制御を行う。つまり、例えば、Ｔ字上辺右側が押されて中心軸が左回りに回動した状態でハンドルが前方へ倒されると、ベッドは左方向に曲がりながら進行する。

本発明の実施例１である制御方法が適用される病院用電動ベッドの一例を示す正面図である。 図１の電動ベッドの概要を示す平面図である。 図１の電動ベッドに取り付けられたハンドルの構成を示す説明図である。 図１の電動ベッドの駆動部の構成を示す斜視図である。 駆動部における駆動ユニットと昇降アクチュエータの接続構造を示す説明図である。 コントローラの制御系の構成を示すブロック図である。 本発明による制御方法の処理手順を示すフローチャートであり、停止時からの駆動制御形態を示している。 モータの制御形態を示す説明図であり、(a)は正転時（前進時）、(b)は逆転時（後進時）、(c)は回生制動時の状態をそれぞれ示している。 本発明による制御方法の処理手順を示すフローチャートであり、ベッド移動中の場合の駆動制御形態を示している。 ハンドル操作量に応じてアシスト力が制御される搬送装置におけるハンドル作動状態を示す説明図である。 ハンドル操作量と搬送装置の駆動力との関係を示す説明図である。 ハンドル操作方向と搬送装置の動作との関係を示す表である。

符号の説明

１ 駆動部
２ ベッド部
３ マット
４ アーム
５ 安全柵
６,６Ｌ,６Ｒ ハンドル
７ ハンドル操作力センサ
８ コントロールパネル
８ａ 電源スイッチ
８ｂ 非常停止スイッチ
８ｃ ベッド昇降スイッチ
１１ フレーム
１１ａ メインフレーム
１１ｂ 連結バー
１２ 駆動ユニット
１３ 昇降アクチュエータ
１４ キャスター
１５ カバー
１６ モータベース
１７,１７Ｌ,１７Ｒ ＤＣモータ
１８,１８Ｌ,１８Ｒ 減速機構
１９ 回転軸
２１,２１Ｌ,２１Ｒ 駆動輪
２２ ホイール
２３ ゴムタイヤ
２４ タワー
２４ａ 基部
２５ 床面
２６ ピボット
２７ アーム
２８ 長孔
２９ プランジャ
３１ ピン
３２ バネ
３３ プランジャ
３４ ＤＣモータ
３５ ブラケット
３６ バッテリ
３７ コントローラ（制御手段）
３８ アクチュエータ
３９,３９Ｌ,３９Ｒ 車速センサ（速度検出手段）
４１ ＣＰＵ
４２,４２Ｌ,４２Ｒ 入力回路
４３,４３Ｌ,４３Ｒ 入力回路
４４,４４Ｌ,４４Ｒ 駆動出力回路
４５ 電源回路
４６ 電源入力回路
５１ ハンドル
５２ 不感帯

Claims (9)

1. 電動モータにて駆動される左右の駆動輪と、センサ手段に取り付けられたハンドルとを備え、前記センサ手段によって検知された前記ハンドルの操作方向と操作量に基づいて、前記駆動輪によって付与される走行補助力を制御するパワーアシスト付き搬送装置の制御方法であって、
   前記搬送装置を曲進させる際、前記ハンドルの操作方向に基づき、内輪側となる前記駆動輪を該駆動輪側の前記ハンドルの操作方向及び操作量に関わらず制御可能としたことを特徴とするパワーアシスト付き搬送装置の制御方法。
2. 請求項１記載のパワーアシスト付き搬送装置の制御方法において、前記内輪側駆動輪の作動を停止させると共に、前記電動モータにより該駆動輪に対し回生制動力を付与することを特徴とするパワーアシスト付き搬送装置の制御方法。
3. 請求項２記載のパワーアシスト付き搬送装置の制御方法において、前記回生制動力は、前記ハンドルの操作量に応じて変化することを特徴とするパワーアシスト付き搬送装置の制御方法。
4. 請求項１記載のパワーアシスト付き搬送装置の制御方法において、前記内輪側駆動輪を惰走可能な状態で停止させることを特徴とするパワーアシスト付き搬送装置の制御方法。
5. 請求項１記載のパワーアシスト付き搬送装置の制御方法において、前記ハンドルの操作量の平均値に基づいて前記駆動輪を制御することを特徴とするパワーアシスト付き搬送装置の制御方法。
6. 請求項１記載のパワーアシスト付き搬送装置の制御方法において、前記ハンドルの操作量に基づいて前記左右の駆動輪を個別に独立制御することを特徴とするパワーアシスト付き搬送装置の制御方法。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載のパワーアシスト付き搬送装置の制御方法において、搬送装置が走行中の場合、ハンドル操作方向が該搬送装置の進行方向と異なる側の前記駆動輪を内輪側とすることを特徴とするパワーアシスト付き搬送装置の制御方法。
8. 請求項１〜７記載の何れか１項にパワーアシスト付き搬送装置の制御方法において、前記搬送装置は、該搬送装置の走行速度を検出する速度検出手段を有することを特徴とするパワーアシスト付き搬送装置の制御方法。
9. 電動モータにて駆動される駆動輪と、
   センサ手段に接続され、前記センサ手段によりその操作量が検出されるハンドルと、
   前記センサ手段によって検出されたハンドル操作量に基づいて前記走行補助力を制御すると共に、前記搬送装置を曲進させる際、前記ハンドルの操作方向に基づき、内輪側となる前記駆動輪を該駆動輪側の前記ハンドルの操作方向及び操作量に関わらず制御可能な制御手段とを有することを特徴とするパワーアシスト付き搬送装置。

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