JP2010155518A - パワーアシスト付き運搬車 - Google Patents

Abstract

【課題】方向転換が容易に行なえる操作性の優れたパワーアシスト付き運搬車を提供する。
【解決手段】台座部の下面に設けられた少なくとも左右一対の従動輪と、台座部の下面に設けられた左右一対の駆動輪と、該一対の駆動輪のそれぞれに対応して設けられた２つのモータと、該２つのモータを制御する制御装置と、筐体の所定箇所に設けられたハンドル操作部とを備えたパワーアシスト付き運搬車において、ハンドル操作部は、鉛直方向に沿って配設され一端が筐体側に固定された棒状の弾性変形部材と、該弾性変形部材の側面に各々対向する状態で異なる向きに貼着された２組の歪みセンサと、前記弾性変形部材の端部に設けられたグリップ部とを備え、制御装置は２組の歪みセンサからの信号に基づいて２つのモータの駆動制御信号を生成するようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、駆動車輪および駆動モータを備えたパワーアシスト付き運搬車に関し、例えば配膳車に利用して有効な技術に関する。

病院，介護施設，福祉施設等においては、調理済みの食品を載せた食器をトレー上に配置し、該トレーを配膳車と呼ばれる運搬車に収納して各病室を巡回して配膳する給食サービスが提供されている。かかる給食サービスに使用される配膳車は、従来は、職員が人力で押して移動させるものが一般的であった。一方、近年、人力を補助して人体への負担を軽減するパワーアシスト機能を備えた運搬車が実用化されており、配膳車に関しても動力付きのものが提供されている。
特開平８−２８２４９８号公報

従来の動力付き配膳車は、単にモータをオン、オフさせるだけのものであり、駆動輪は一方向へ走行する機能しか持たないため、方向転換は人力で行う必要がある。そのため、特に重量が重い場合や力の弱い女性が操作するような場合には、方向転換の際の操作性が悪く、思い通りに動かすことが困難であるという課題があった。

また、従来の運搬車のパワーアシスト装置は、進行方向に対して後方に設けられている操作ハンドルや操作パネルを操作する方式のものが多いが、高さが人間の背丈を越えるような運搬車にあっては、後方で操作していると、前方に障害物があったり通行する人がいたりした場合に、衝突の危険性が高くなるという課題があることが明らかとなった。

一方、パワーアシスト付き運搬車に関する発明として、例えば特許文献１に記載されているように、左右の駆動輪をそれぞれ独立して駆動できるようにするため別々にモータを設けたものが提案されている。特許文献１に記載されている運搬車は、操作ハンドルに加えられた外力を検出する外力検出手段と、外力検出手段で検出された力に基づいて左右の駆動輪のモータの駆動力を制御する制御手段とを設けて、左右の駆動輪のアシスト力に差をつけることで旋回が容易に行なえるという利点がある。

しかしながら、特許文献１に記載された発明は、外力検出手段の構成が複雑であるとともに、１つの制御装置で左右の駆動輪のモータを制御する方式であるため、制御装置において外力検出手段からの検出信号に基づいて複雑な演算処理を行う必要があり、高性能で高価な制御装置が必要であるという課題がある。

この発明は、上記のような課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、方向転換が容易に行なえるとともに運搬車の後方あるいは前方のいずれの位置からも容易に操作することができる極めて操作性の優れたパワーアシスト付き運搬車を提供することにある。

この発明の他の目的は、操作ハンドルに加わる外力を検出するハンドル操作部の構成が簡単であるとともに、高性能で高価な制御装置を必要とせず簡単な制御回路で駆動輪のモータを制御することができるパワーアシスト付き運搬車を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、筐体を載置するための台座部と、該台座部の下面に設けられた少なくとも左右一対の従動輪と、前記台座部の下面に設けられた左右一対の駆動輪と、該一対の駆動輪のそれぞれに対応して設けられた２つのモータと、該２つのモータを制御する制御装置と、前記筐体の所定箇所に設けられたハンドル操作部とを備えたパワーアシスト付き運搬車において、前記ハンドル操作部は、鉛直方向に沿って配設され一端が前記筐体側に固定された棒状の弾性変形部材と、該弾性変形部材の側面に各々対向する状態で異なる向きに貼着された２組の歪みセンサと、前記弾性変形部材の端部に設けられたグリップ部とを備え、前記制御装置は、前記２組の歪みセンサからの信号に基づいて前記２つのモータの駆動制御信号を生成するように構成したものである。

上記した手段によれば、作業者がハンドル操作部のグリップを握って進行させたい方向へ押すまたは引くと、その力が弾性変形部材に対して曲げ応力として作用し、弾性変形部材が変形して歪みが生じる。この弾性変形部材の歪みが２組の歪みセンサによって検出され、制御装置へ信号が伝達されて２つのモータが別々に駆動制御されるため、運搬車は所望の方向へ、グリップへの作用力に応じて移動されるようになる。また、ハンドル操作部は、２組の歪みセンサを取り付けた弾性変形部材の一端にグリップを設けるだけの簡単な構成であるため、部品点数が少なく製造が容易であり、コストアップを抑制することができる。

ここで、望ましくは、前記制御装置は、前記２つのモータのうち一方を駆動制御する第１の制御回路と、他方のモータを駆動制御する第２の制御回路とを備え、前記２組の歪みセンサのうち１組は対角線が前記駆動輪の前後進方向を向いたひし形の４辺のうちいずれかの対向する２辺に配置され、他の１組は前記ひし形の４辺のうち残る２辺に配置され、前記一対の駆動輪のうち一方の駆動輪が設けられている側に最も近い部位に配置されている歪みセンサと最も遠い部位に配置されている歪みセンサの信号が当該一方の駆動輪を駆動するモータを制御する第１の制御回路に入力され、前記一対の駆動輪のうち他方の駆動輪が設けられている側に最も近い部位に配置されているセンサと最も遠い部位に配置されているセンサの信号が当該他方の駆動輪を駆動するモータを制御する第２の制御回路に入力され、前記第１と第２の制御回路は、各々対応する２つ歪みセンサからの信号差に基づいて対応するモータの駆動制御信号をそれぞれ生成するように構成する。これにより、第１と第２の制御回路はそれぞれ２つのセンサからの信号を入力としており、必ずしも相互に連携をとる必要がないため、比較的簡単な回路で構成することができる。

また、望ましくは、前記ハンドル操作部は、前記筐体の４隅のうちいずれかの位置に設ける。これにより、作業者が運搬車の横に立ってハンドルを操作できるため、作業者が運搬車の移動の邪魔にならないとともに、運搬車の高さが作業者の身長よりも高い場合にも作業者の視界を充分に確保して安全な移動が行えるようになる。

さらに、望ましくは、前記弾性変形部材は、断面形状がひし形をなすように形成され、該ひし形の各辺に前記２組の歪みセンサのいずれか一つが貼着されているように構成する。これにより、ハンドル操作部の構造をより簡略化することができる。

また、望ましくは、前記グリップは筒状をなし、前記２組の歪みセンサは前記グリップを延長した部位で囲まれているように構成する。これにより、歪みセンサが露出してゴミが付着したりセンサに何かが当たって損傷したりして故障が発生するのを未然に防止することができるようになる。

さらに、望ましくは、前記台座部の下面前端と下面後端にそれぞれ前記従動輪の対が設けられ、前記台座部の下面中央に前記一対の駆動輪が設けられているように構成する。これにより、前後方向に細長い運搬車であっても安定して走行させることができるとともに、方向転換操作が容易に行なえる。

本発明によれば、方向転換が容易に行なえるとともに運搬車の後方あるいは前方のいずれの位置からも容易に操作することができる極めて操作性の優れたパワーアシスト付き運搬車を実現することができる。また、操作ハンドルに加わる外力を検出するハンドル操作部の構成が簡単であるとともに、高性能で高価な制御装置を必要とせず簡単な制御回路で駆動輪のモータを制御することができるパワーアシスト付き運搬車を実現できるという効果が得られる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図４は、本発明を下部に駆動輪を備えた配膳車に適用した場合の一実施例を示す。このうち、図１は配膳車の全体斜視図、図２はパワーアシスト装置の構成を示す底面図、図３はハンドル操作部に設けられたセンサと制御系との関係を示す回路構成図、図４はハンドル操作部の構成例を示す斜視図である。

本実施例の配膳車１０は、図１に示すように、内部にトレーを載置可能な複数の棚板を備えた直方体状の筐体１１と、該筐体１１を載置するための長方形の台座部１２と、該台座部１２の下面４隅に設けられた垂直な軸周りに回動可能な従動輪としてのキャスター１３ａ〜１３ｄと、台座部１１の下面ほぼ中央の左右に設けられた一対の駆動輪１４ａ，１４ｂを備えている。駆動輪１４ａ，１４ｂの軸は左右方向に固定されて前後方向にのみ推進力を与え、旋回は駆動輪１４ａ，１４ｂの回転速度の差もしくは回転方向を逆にすることによって実現されるように構成されている。

また、筐体１１の前方（もしくは後方）には、配膳車１０を移動させる際に作業者が手で操作するための垂直バー状の操作ハンドルを含むハンドル操作部１５と、制御パネル１６が設けられている。制御パネル１６の表面には、パワーアシスト機能をオン、オフするための電源スイッチや配膳車１０に内蔵されているヒーターや冷却装置による内部温度を設定するための操作ボタンが設けられている。

配膳車１０の底面に設けられているパワーアシスト装置は、図２に示すように、左右の駆動輪１４ａ，１４ｂをそれぞれ独立に駆動するための一対の直流モータ１７ａ，１７ｂと、該モータに電力を供給する直流電源としてのバッテリ１８と、上記ハンドル操作部１５に設けられハンドル（グリップ）に加えられた外力を検出するセンサからの信号に基づいてモータ１７ａ，１７ｂの回転方向およびトルクをそれぞれ制御する制御回路としての制御基板１９ａ，１９ｂ（図３参照）などから構成される。制御基板１９ａ，１９ｂは、配膳車１０の底面でなく、筐体１１の前壁あるいは前記制御パネル１６の内部に設けても良い。

上記モータ１７ａ，１７ｂと駆動輪１４ａ，１４ｂとの間には、モータの回転力を伝えるギヤボックス７１ａ，７１ｂが設けられているとともに、モータ１７ａ，１７ｂには、緊急停止用のブレーキ７２ａ，７２ｂと、ポテンショメータもしくはロータリエンコーダからなる回転検出器（図示省略）が設けられ、該回転検出器の検出信号は制御基板１９ａ，１９ｂに入力されてフィードバック制御が可能に構成されている。

ハンドル操作部１５は、図４に拡大して示すように、円柱状または円筒状のグリップ（操作ハンドル）５１と、該グリップ５１に結合された断面ひし形の弾性変形部材５２と、該弾性変形部材５２の下端を筐体１１に固定するためのベース部材５４とを備え、弾性変形部材５２の４つの側面にそれぞれ歪みゲージからなるセンサ５３ａ〜５３ｄが貼着されている。

この実施例では、特に限定されるものではないが、上記グリップ５１は上端が閉塞された円筒状に形成されているとともに、グリップ５１の上端面に貫通孔５１ａが、また弾性変形部材５２の上端面にネジ穴５２ａが形成されており、ボルト５５を上記貫通孔５１ａに挿通して、弾性変形部材５２のネジ穴５２ａに螺合させることでグリップ５１と弾性変形部材５２を結合するように構成されている。そして、上記グリップ５１の下端側がセンサ５３ａ〜５３ｄの周囲を覆うように延設されてスリーブ状のカバーケースを兼用するようにされている。

上記センサ５３ａ〜５３ｄに用いる歪みゲージは、細い金属抵抗体を薄い絶縁膜上にジグザグに配設したもので、弾性変形部材５２に生じた歪みを電気抵抗の変化に変換する。そして、上記断面ひし形の弾性変形部材５２は、図２に示すように、対角線の一方が駆動輪による進行方向と一致するように配置されている。

上記弾性変形部材５２の長さはグリップ５１を含めて１５〜４０ｃｍ位が望ましい。短いと充分な歪みが得られない一方、長過ぎるとたわみ量が大きくなって操作性が低下するためである。また、弾性変形部材５２の断面ひし形の一辺の長さは、使用する材質や配膳車の総荷重にもよるが、例えば鉄製の場合には１０〜３０ｍｍ程度が望ましい。細過ぎると強度が足りなくなる一方、太すぎると充分な歪みが得られないためである。

上記センサ５３ａ〜５３ｄからはそれぞれ２本のリード線が延設されており、互いに対向する面に貼着されているセンサ５３ａと５３ｃのリード線が前記制御基板１９ａに、また他の対向するセンサ５３ｂと５３ｄのリード線が前記制御基板１９ｂにそれぞれ接続されている。制御基板１９ａは、センサ５３ａからの信号とセンサ５３ｃからの信号の差分を増幅して一方の駆動輪１４ａのモータ１７ａを駆動する駆動制御信号を生成して出力し、制御基板１９ｂは、センサ５３ｂからの信号とセンサ５３ｄからの信号の差分を増幅して一方の駆動輪１４ｂのモータ１７ｂを駆動する駆動制御信号を生成して出力するように構成されている。

より詳しく説明すると、センサ５３ａ〜５３ｄのうち、弾性変形部材５２の駆動輪１４ａが設けられている側に最も近い面と最も遠い面にそれぞれ貼着されているセンサ５３ａと５３ｃのリード線が前記制御基板１９ａに接続され、弾性変形部材５２の駆動輪１４ｂが設けられている側に最も近い面と最も遠い面にそれぞれ貼着されているセンサ５３ｂと５３ｄのリード線が前記制御基板１９ｂに接続されている。

上記のような関係でセンサ５３ａ〜５３ｄと制御基板１９ａ，１９ｂが接続されていると、例えば作業者がグリップ５１に前方向の力を加えることによって弾性変形部材５２がその対角線の方向に湾曲されたとすると、左右のセンサに等しい量だけ歪みが生じるため、制御基板１９ａと１９ｂは、モータ１７ａ，１７ｂが等しい駆動力を発生するような駆動信号を生成して出力する。これにより、左右のモータに同一方向で等しいトルクが発生して、配膳車１０は前記と荷重に応じた速度でまっすぐ前方に移動する。

しかも、このとき、作業者がグリップ５１に大きい力を加えるとそれに応じてセンサ５３ａ〜５３ｄの歪みが大きくなるため、それだけ大きな駆動力を発生するようにモータに対して駆動信号が与えられて、前進速度が速くされ、作業者がグリップ５１に小さな力を加えるとそれに応じてセンサ５３ａ〜５３ｄの歪みが小さくなるため、小さな駆動力を発生するようにモータに対して駆動信号が与えられて、前進速度が遅くされる。

一方、作業者がグリップ５１に後方向の力を加えることによって弾性変形部材５２がその対角線の方向で上記と逆の方向に湾曲されたとすると、対向するセンサに生じる歪みの関係（伸びと縮み）が上記と逆になるため、制御基板１９ａと１９ｂは、モータ１７ａ，１７ｂを逆方向へ回転させるような駆動信号を生成し出力する。そして、このときグリップ５１に対角線方向で後向きの力が加えられると、左右のモータに等しい駆動力を発生するような駆動信号が供給される。これにより、左右のモータに同一方向で等しいトルクが発生して、配膳車１０はまっすぐ後方に移動する。

さらに、移動中に、作業者がグリップ５１を進行方向とは逆の方向へ押すまたは引くと、弾性変形部材５２が逆の向きに変形して逆の歪みが生じ、それを５３ａ〜５３ｄが検出して制御基板１９ａ，１９ｂに伝達し、制御基板１９ａ，１９ｂは、逆方向のトルクを発生するように１７ａ，１７ｂの駆動信号を生成し出力することにより、モータに制動をかけることができる。なお、モータの制動には、例えば特許第３６８０２０１号に開示されているようなモータのトルク制御方法を適用することで、円滑な制動を行なわせることができる。

次に、作業者がグリップ５１に弾性変形部材５２の対角線の方向から少しずれた方向へ力を加えた場合を考える。この力がハンドル操作部１５に加えられると、弾性変形部材５２に設けられている左右のセンサで異なる量の歪みが生じるため、歪みの差の大きなセンサの対からの信号が入力されている側の制御基板から対応するモータに供給される駆動信号が、他方のモータに供給される駆動信号よりも大きくなる。これによって、配膳車は、駆動力が大きくされたモータのある側と逆の方向へ旋回するように駆動制御が行なわれる。

本発明者らは、本実施例を適用した運搬車を組み立てて走行実験を行なった結果、制御基板１９ａと１９ｂがモータ１７ａと１７ｂをそれぞれ独立して駆動し、制御基板１９ａと１９ｂとの間で信号をやり取りしなくとも、グリップ５１に加えた力とその方向に応じて正確に運搬車を移動させることができ、極めて操作性に優れていることを確認することができた。なお、制御基板１９ａと１９ｂとの間で信号をやり取りして、左右のモータ１７ａと１７ｂの駆動制御を連携させることで、さらに操作性の優れた制御を実現することも可能である。

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態では、ハンドル操作部１５に設けるセンサとして歪みゲージを用いたものを説明したが、センサはこれに限定されず圧電素子あるいはワイヤーストレインゲージ等を用いても良い。また、図２および図４においては、ハンドル操作部１５のセンサを取り付ける断面ひし形の弾性変形部材５２の例として、正方形のものを示したが、２つの対角線の長さが異なる文字通りのひし形であっても良いし、断面が八角形のものであっても良い。さらに、弾性変形部材５２は棒状であっても良いし、中空状であっても良い。

また、前記実施形態では、ハンドル操作部１５を配膳車の筐体１１の４隅のうちの１箇所（進行方向前左側）に設けた例を示したが、進行方向後右側、あるいは筐体１１の前壁の中央または後壁の中央に設けるように構成しても良いし、ハンドル操作部１５を車両の前後２箇所に設けていずれの操作部から入力があっても制御できるように構成しても良い。

なお、進行方向後側に設ける場合には、センサ５３ａ〜５３ｄと左右のモータ１７ａ，１７ｂとの関係は、前記実施例と逆すなわち一方の駆動輪１４ａが設けられている側に最も近い部位に配置されている歪みセンサ５３ａと最も遠い部位に配置されている歪みセンサ５３ｃの信号が反対側の駆動輪１４ｂを駆動するモータ１７ｂを制御する制御回路１９ｂに入力され、他方の駆動輪１４ｂが設けられている側に最も近い部位に配置されているセンサ５３ｂと最も遠い部位に配置されているセンサ５３ｄの信号が駆動輪１４ａを駆動するモータ１７ａを制御する制御回路１９ａに入力されるように構成すると良い。

さらに、前記実施形態では、台座の下面ほぼ中央にパワーアシスト装置を装着するようにしたものを説明したが、装着位置は中央に限定されず後方あるいは前方にずれた位置であってもよい。また、進行方向の後方に相当するキャスター（図では１３ｃ，１３ｄ）の代わりに、一対の駆動輪とそれぞれの駆動モータとを有するパワーアシスト装置を設けるようにしても良い。

以上の説明では主として本発明に係るパワーアシスト付き運搬車を配膳車に適用した場合について説明したが、本発明は配膳車に限定されず、手押し車その他、運搬車全般に利用することができる。

本発明に係るパワーアシスト付き運搬車を配膳車に適用した場合の一実施例を示す全体斜視図である。 パワーアシスト装置の構成を示す底面図である。 ハンドル操作部に設けられたセンサと制御系との関係を示す回路構成図である。 実施例の配膳車に装着されるハンドル操作部の構成例を示す分解斜視図である。

符号の説明

１０ 配膳車
１１ 筐体
１２ 台座部
１３ａ〜１３ｄ 従動輪（キャスター）
１４ａ，１４ｂ 駆動輪
１５ ハンドル操作部
１６ 制御パネル
１７ａ，１７ｂ 直流モータ
１８ バッテリ
１９ａ，１９ｂ 制御回路（制御基板）
５１ グリップ
５２ 弾性変形部材
５３ａ〜５３ｄ 歪みセンサ（歪みゲージ）
５４ ベース部材
７１ａ，７１ｂ ギヤボックス
７２ａ，７２ｂ ブレーキ

Claims (6)

1. 筐体を載置するための台座部と、該台座部の下面に設けられた少なくとも左右一対の従動輪と、前記台座部の下面に設けられた左右一対の駆動輪と、該一対の駆動輪のそれぞれに対応して設けられた２つのモータと、該２つのモータを制御する制御装置と、前記筐体の所定箇所に設けられたハンドル操作部とを備えたパワーアシスト付き運搬車であって、
   前記ハンドル操作部は、鉛直方向に沿って配設され一端が前記筐体側に固定された棒状の弾性変形部材と、該弾性変形部材の側面に各々対向する状態で異なる向きに貼着された２組の歪みセンサと、前記弾性変形部材の端部に設けられたグリップ部とを備え、
   前記制御装置は、前記２組の歪みセンサからの信号に基づいて前記２つのモータの駆動制御信号を生成するように構成されていることを特徴とするパワーアシスト付き運搬車。
2. 前記制御装置は、前記２つのモータのうち一方を駆動制御する第１の制御回路と、他方のモータを駆動制御する第２の制御回路とを備え、
   前記２組の歪みセンサのうち１組は対角線が前記駆動輪の前後進方向を向いたひし形の４辺のうちいずれかの対向する２辺に配置され、他の１組は前記ひし形の４辺のうち残る２辺に配置され、
   前記一対の駆動輪のうち一方の駆動輪が設けられている側に最も近い部位に配置されている歪みセンサと最も遠い部位に配置されている歪みセンサの信号が当該一方の駆動輪を駆動するモータを制御する第１の制御回路に入力され、前記一対の駆動輪のうち他方の駆動輪が設けられている側に最も近い部位に配置されているセンサと最も遠い部位に配置されているセンサの信号が当該他方の駆動輪を駆動するモータを制御する第２の制御回路に入力され、
   前記第１と第２の制御回路は、各々対応する２つ歪みセンサからの信号差に基づいて対応するモータの駆動制御信号をそれぞれ生成するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のパワーアシスト付き運搬車。
3. 前記ハンドル操作部は、前記筐体の４隅のうちいずれかの位置に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のパワーアシスト付き運搬車。
4. 前記弾性変形部材は、断面形状がひし形をなすように形成され、該ひし形の各辺に前記２組の歪みセンサのいずれか一つがそれぞれ貼着されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のパワーアシスト付き運搬車。
5. 前記グリップは筒状をなし、前記２組の歪みセンサは前記グリップを延長した部位で囲まれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のパワーアシスト付き運搬車。
6. 前記台座部の下面前端と下面後端にそれぞれ前記従動輪の対が設けられ、前記台座部の下面中央に前記一対の駆動輪が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のパワーアシスト付き運搬車。

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