JP2010204835A - Mobile body and operation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物品の搬送に適用する移動体に関する。 The present invention relates to a moving body applied to conveyance of an article.
荷物を積載して運搬する移動体は、重量が増えると押すために必要な力も増大するため、操作者にとって負担が大きいという課題がある。これを解決する為、移動体をバッテリ等の電源、およびモータ等の駆動手段を具備した移動体として構成し、操作部に加えられた操作力を増幅して移動する、いわゆるパワーアシスト付運搬車が提案されている。
このパワーアシスト付運搬車における前進後退・旋回等を操作する操作装置には主に以下の要請がある。要請（１）：操作者の思い通りに移動体を操作するため、連続的かつ微妙な動作が操作装置に求められる。要請（２）：移動体を操作しようとする操作者の感覚を移動体の動作にスムーズに変換するため、操作者の手先による操作形態が、移動体の前進後退・旋回等の動作に対応していることが求められる。要請（３）：操作者の運動学的・力学的な負担を軽減するため、操作者の年齢・体格・性別などによらず、抵抗負荷を感じることなく片手で操作できることが求められる。要請（４）：操作中に人などが進路を急に塞いだ場合に、誤操作により人などに衝突する危険を回避するため、操作者の年齢・体格・性別などによらず、操作装置側で操作者の誤操作を防ぐことが求められる。
上記の要請（１）に対処するため、本体上の見易い位置である本体上面にジョイスティックを搭載し、ジョイスティックを倒した方向に移動させる移動体が提案された（特許文献１参照）。この移動体はジョイスティックの倒し角度によって走行速度を決定する。不連続なスイッチ操作とは異なり、走行速度の大小を調整できるため、微妙な動作が可能になる。
特許文献１の移動体を図６に示す。６０１は移動体、６０２はパレット、６０３はジョイスティック、６０４はフレームを表している。移動体６０１はフレーム６０４、パレット６０２で構造体を成している。移動体６０１の見易い位置には、操作装置であるジョイスティック６０３を設けられ、ジョイスティック６０３の操作により移動体６０１の操作ができるようになっている。上記ジョイスティック６０３による操作は、ジョイスティック６０３を倒した方向に移動体６０１が移動し、また、その倒し角度によって走行速度が決定される。
上記特許文献１の移動体は、操作者が保持するジョイスティックの角度が台車の角度と異なった場合、スティックを倒した方向と台車の動く方向は一致しない。このため教示者は台車の角度とジョイスティックの角度を常に把握しながら操作を続けなければならず、操作性が非常に悪化するという問題点があった。
このため、ロボットマニピュレータエンドエフェクタと、平面内２自由度入力可能なジョイスティックの双方に方位検知装置を搭載し、検知した相対角度をもとにジョイスティックによる入力方向を座標変換する操作装置が提案された（特許文献２参照）。
上記特許文献２によれば、ジョイスティックを倒す方向と台車の移動方向は一致するので、指令方向に関する操作性は改善される。しかし、移動台車に適用した場合、大型のティーチングボックスは携帯に不便であり、また姿勢入力ツマミもあわせたジョイスティック操作には常に両手を用いなければならないため、操作者の負担は大きい。
このため、片手で操作できる移動体が提案された（特許文献３参照）。
路面７０１上を走行する移動体７０２に対し、操作装置７０３は分離して操作可能である。移動体７０２と操作装置７０３間は、ケーブル７０４または無線を介して信号のやりとりが行われる。移動体７０２にはジャイロセンサ７０５が、操作装置７０３にはジャイロセンサ７０６が取付けられており、各々起動時からの角度変化を検出する。また移動体７０２には操作装置７０３を一方向に収納するためのスロット７０７が設けられており、起動時に操作装置７０３はここに収められる。
A moving body that loads and conveys a load has a problem that a load necessary for an operator increases because the force required to push the load increases as the weight increases. In order to solve this, the mobile body is configured as a mobile body having a power source such as a battery and driving means such as a motor, and the so-called power-assisted transport vehicle that amplifies and moves the operating force applied to the operation unit. Has been proposed.
The operation device for operating forward / backward / turning, etc. in this power assisted transport vehicle has mainly the following requirements. Request (1): In order to operate the moving body as desired by the operator, a continuous and delicate operation is required of the operating device. Requirement (2): In order to smoothly convert the sensation of the operator trying to operate the moving body into the movement of the moving body, the operation mode by the operator's hand corresponds to the movement of the moving body such as forward and backward movement and turning. Is required. Requirement (3): In order to reduce the kinematic and mechanical burden on the operator, it is required to be able to operate with one hand without feeling a resistance load regardless of the age, physique, gender, etc. of the operator. Requirement (4): In order to avoid the risk of collision with a person due to an erroneous operation when a person suddenly blocks his or her route during operation, the operation device side does not depend on the operator's age, physique or gender. It is required to prevent operator's erroneous operation.
In order to deal with the above request (1), a moving body has been proposed in which a joystick is mounted on the upper surface of the main body, which is an easily viewable position on the main body, and the joystick is moved in a tilted direction (see Patent Document 1). This moving body determines the traveling speed according to the tilt angle of the joystick. Unlike the discontinuous switch operation, the travel speed can be adjusted, so subtle operation becomes possible.
The moving body of patent document 1 is shown in FIG. Reference numeral 601 denotes a moving body, 602 denotes a pallet, 603 denotes a joystick, and 604 denotes a frame. The moving body 601 forms a structure with a frame 604 and a pallet 602. A joystick 603 that is an operation device is provided at a position where the moving body 601 is easy to see, and the moving body 601 can be operated by operating the joystick 603. In the operation with the joystick 603, the moving body 601 moves in the direction in which the joystick 603 is tilted, and the traveling speed is determined by the tilt angle.
In the moving body of Patent Document 1, when the angle of the joystick held by the operator is different from the angle of the carriage, the direction in which the stick is tilted does not match the movement direction of the carriage. For this reason, the teacher has to continue the operation while always grasping the angle of the carriage and the angle of the joystick, and there is a problem that the operability is extremely deteriorated.
For this reason, an operation device has been proposed in which an orientation detection device is mounted on both the robot manipulator end effector and a joystick capable of inputting two degrees of freedom in the plane, and the input direction of the joystick is coordinate-converted based on the detected relative angle. (See Patent Document 2).
According to Patent Document 2, the direction in which the joystick is tilted coincides with the moving direction of the carriage, so that the operability regarding the command direction is improved. However, when applied to a mobile carriage, a large teaching box is inconvenient to carry, and both hands must always be used for joystick operation including the posture input knob, which places a heavy burden on the operator.
For this reason, a movable body that can be operated with one hand has been proposed (see Patent Document 3).
The operating device 703 can be operated separately from the moving body 702 traveling on the road surface 701. Signals are exchanged between the moving body 702 and the operation device 703 via the cable 704 or wirelessly. A gyro sensor 705 is attached to the moving body 702, and a gyro sensor 706 is attached to the operation device 703, and each detects a change in angle from the time of activation. The moving body 702 is provided with a slot 707 for accommodating the operation device 703 in one direction, and the operation device 703 is accommodated here at the time of activation.
特許文献３に示す従来例は、操作装置を任意の方向に向けて水平面内並進速度を入力すると、操作装置を向けた方向に移動体が並進運動を行うため、操作者から見て混乱のない簡便な操作入力を片手で行うことができる点で特許文献２よりも優れている。しかし、操作中に人などが進路を急に塞いだ場合でもジョイスティックの指示通りに移動体が動作するため、回避する動作を取り込む必要があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、安全性を確保して容易に操作できる移動体を提供することを目的とする。
In the conventional example shown in Patent Document 3, when a translation speed in a horizontal plane is input with the operating device directed in an arbitrary direction, the moving body performs a translational motion in the direction toward the operating device, so there is no confusion as viewed from the operator. It is superior to Patent Document 2 in that simple operation input can be performed with one hand. However, even if a person or the like suddenly blocks the course during the operation, the moving body operates as instructed by the joystick, so it is necessary to take in an operation to avoid.
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a movable body that can be operated easily while ensuring safety.
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、路面上を移動するための車輪と、前記車輪を駆動する駆動装置と、前記駆動装置を制御する制御装置と、前記制御装置に操作者が所望の移動指令を与えるための操作装置と、全体を覆う外装とを備えた移動体において、前記操作装置は、前記外装のうち前記路面に略平行な上面部に配置されるものである。
請求項２に記載の発明は、前記操作装置が、前記外装のうち前記上面部の略中央部に備えられたものである。
請求項３に記載の発明は、前記操作装置が、操作者によって操作され、前記操作者の片手によって操作されるものである。
請求項４に記載の発明は、前記操作装置の操作によって移動指令が前記制御装置に与えられるものである。
請求項５に記載の発明は、前記操作装置が、操作パッドを備え、前記操作パッドの重心位置の位置によって移動指令が与えられるものである。
請求項６に記載の発明は、前記操作装置が、操作パッドを備え、操作者によって操作され、前記操作者が操作する前記操作パッドは摩擦抵抗の大きな部材で構成されているものである。
請求項７に記載の発明は、前記操作装置が、操作パッドを備え、前記操作パッドは、前記外装のうち、上面部から突出しないように形成されたものである。
請求項８に記載の発明は、前記操作装置が、操作パッドを備え、前記操作パッドの重心位置は、前記操作パッドの下面に備えられた移動機構により検出されて算出されるものである。
請求項９に記載の発明は、前記操作装置が、操作パッドを備え、前記操作パッドは三角形状に形成され、前記三角形状の各々の頂点に前記操作パッドの位置を検出するセンサを備えたものである。
請求項１０に記載の発明は、前記センサが、ストロークセンサとエンコーダとから構成されたものである。
請求項１１に記載の発明は、前記センサが、ストロークセンサとエンコーダから構成され、前記ストロークセンサにより前記操作パッドの位置が検出され、前記エンコーダにより前記ストロークセンサの角変位が検出されるものである。
請求項１２に記載の発明は、前記センサが、ストロークセンサとエンコーダとから構成され、前記ストロークセンサは回転自在に支持されているものである。
請求項１３に記載の発明は、前記操作装置が、操作パッドを備え、前記操作パッドと前記外装のうちの上面部間に前記操作パッドの移動を付勢する弾性体を備え、前記操作パッドが中央位置に移動するように復元力をあたえるものである。
請求項１４に記載の発明は、前記操作装置が、操作パッドを備え、前記操作パッドの初期位置が弾性体で付勢され、中央位置であるものである。
請求項１５に記載の発明は、前記操作装置が、操作パッドを備え、前記操作パッドは平面内３自由度を動作するものである。
請求項１６に記載の発明は、前記ストロークセンサが、電磁誘導型センサから構成されたものである。
請求項１７に記載の発明は、路面上を移動するための車輪と、前記車輪を駆動する駆動装置と、前記駆動装置を制御する制御装置により構成され、前記制御装置に走査装置から操作者が所望の移動指令を与えて動作させる移動体の操作方法において、外装のうち前記路面に略平行な上面部に配置された前記操作装置により操作されるものである。
請求項１８に記載の発明は、前記操作装置に備えられた操作パッドを、前記操作者が操作している間、前記移動体が前記操作パッドを移動させた方向に移動するものである。
請求項１９に記載の発明は、前記操作装置に備えられた操作パッドを、前記操作者が操作した場合、前記操作パッドの移動量を前記操作パッドに備えられた複数のセンサにより検出し、順キネマティクス演算することにより前記移動体の移動方向を求めるものである。
請求項２０に記載の発明は、前記操作装置に備えられた操作パッドが、三角形状が形成されており、前記三角形状の各々の頂点にストロークセンサとエンコーダを備え、前記ストロークセンサと前記エンコーダ信号をもとに演算して前記移動体の移動方向を求めるものである。
請求項２１に記載の発明は、前記操作装置に備えられた操作パッドが、三角形状が形成されており、前記三角形状の各々の頂点にストロークセンサとエンコーダを備え、前記ストロークセンサからの信号のみで移動方向を算出するものである。
請求項２２に記載の発明は、前記操作装置に備えられた操作パッドが、三角形状が形成されており、前記三角形状の各々の頂点にストロークセンサとエンコーダを備え、前記ストロークセンサからの信号と前記エンコーダ信号を併用し、ベクトル演算して移動方向を算出するものである。
請求項２３に記載の発明は、前記操作装置に備えられた操作パッドを、前記操作者が操作した場合、前記操作者の操作により揺れが生じた場合、前記操作装置にローパスフィルタを備え、前記揺れの振動周波数より低い周波数の信号を真値として検出するものである。
請求項２４に記載の発明は、前記操作装置に備えられた操作パッドを、前記操作者が操作した場合、前記操作者が前記操作パッドを押し込み操作した場合、予め設定された押圧力よりも大きな前記押圧力と判断された場合は、駆動装置の速度指令を０にするものである。
請求項２５に記載の発明は、前記押圧力を検出するために前記操作バッドの摺動面とベース間に感圧ゴムを備え、力換算することにより、予め設定された押圧力より大きな前記押圧力かを判断するものである。
請求項２６に記載の発明は、前記操作装置に備えられた操作パッドを、前記操作者が操作した場合、前記操作者が操作した前記操作パッドへの押圧力により前記移動体の移動速度を求めるものである。
請求項２７に記載の発明は、前記操作装置に備えられた操作パッドを、前記操作者が操作した場合、前記操作者が操作した前記操作パッドへの押圧力について、前記押圧力に応じた前記移動体の移動速度の上限値と下限値を定めたものである。
請求項２８に記載の発明は、前記操作装置に備えられた操作パッドを、前記操作者が操作した場合、前記操作者が操作した前記操作パッドへの押圧力について、前記操作者が押圧力の上限値を設定できるものである。
請求項２９に記載の発明は、前記操作装置に備えられた操作パッドを、前記操作者が操作した場合、前記操作者が操作した前記操作パッドへの押圧力について、前記押圧力の上限値が設定していない場合には、前記操作者に最大押圧力で操作することを要求するものである。
請求項３０に記載の発明は、前記操作装置に備えられた操作パッドを、前記操作者が操作した場合、前記操作者が操作した前記操作パッドへの押圧力について、前記押圧力に応じた移動速度で前記移動体が移動するように操作量を変換する移動速度変換部を備えて移動速度を決定するものである。
In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
According to the first aspect of the present invention, a wheel for moving on a road surface, a drive device for driving the wheel, a control device for controlling the drive device, and an operator gives a desired movement command to the control device. In the moving body provided with an operating device for giving and an exterior covering the whole, the operating device is arranged on an upper surface portion of the exterior that is substantially parallel to the road surface.
According to a second aspect of the present invention, the operating device is provided at a substantially central portion of the upper surface portion of the exterior.
According to a third aspect of the present invention, the operating device is operated by an operator and operated by one hand of the operator.
According to a fourth aspect of the present invention, a movement command is given to the control device by operating the operation device.
According to a fifth aspect of the present invention, the operation device includes an operation pad, and a movement command is given depending on the position of the center of gravity of the operation pad.
According to a sixth aspect of the present invention, the operation device includes an operation pad, and is operated by an operator, and the operation pad operated by the operator is configured by a member having a large frictional resistance.
According to a seventh aspect of the present invention, the operation device includes an operation pad, and the operation pad is formed so as not to protrude from an upper surface portion of the exterior.
According to an eighth aspect of the present invention, the operation device includes an operation pad, and the position of the center of gravity of the operation pad is detected and calculated by a moving mechanism provided on the lower surface of the operation pad.
According to a ninth aspect of the present invention, the operation device includes an operation pad, the operation pad is formed in a triangular shape, and includes a sensor that detects a position of the operation pad at each vertex of the triangular shape. It is.
According to a tenth aspect of the present invention, the sensor includes a stroke sensor and an encoder.
According to an eleventh aspect of the present invention, the sensor includes a stroke sensor and an encoder, the position of the operation pad is detected by the stroke sensor, and the angular displacement of the stroke sensor is detected by the encoder. .
According to a twelfth aspect of the present invention, the sensor includes a stroke sensor and an encoder, and the stroke sensor is rotatably supported.
According to a thirteenth aspect of the present invention, the operation device includes an operation pad, and includes an elastic body that urges movement of the operation pad between upper surfaces of the operation pad and the exterior. It gives a restoring force to move to the center position.
According to a fourteenth aspect of the present invention, the operation device includes an operation pad, and an initial position of the operation pad is urged by an elastic body and is a central position.
According to a fifteenth aspect of the present invention, the operation device includes an operation pad, and the operation pad operates in three degrees of freedom in a plane.
According to a sixteenth aspect of the present invention, the stroke sensor includes an electromagnetic induction type sensor.
The invention according to claim 17 is constituted by a wheel for moving on a road surface, a drive device for driving the wheel, and a control device for controlling the drive device, and an operator from the scanning device to the control device. In a method for operating a moving body that is operated by giving a desired movement command, the moving body is operated by the operating device arranged on an upper surface portion of the exterior that is substantially parallel to the road surface.
According to an eighteenth aspect of the present invention, while the operator operates the operation pad provided in the operation device, the movable body moves in the direction in which the operation pad is moved.
According to a nineteenth aspect of the present invention, when the operator operates the operation pad provided in the operation device, the movement amount of the operation pad is detected by a plurality of sensors provided in the operation pad. The moving direction of the moving body is obtained by kinematics calculation.
According to a twentieth aspect of the present invention, the operation pad provided in the operation device has a triangular shape, and includes a stroke sensor and an encoder at each vertex of the triangular shape, and the stroke sensor and the encoder signal To calculate the moving direction of the moving body.
According to a twenty-first aspect of the present invention, the operation pad provided in the operation device has a triangular shape, and includes a stroke sensor and an encoder at each vertex of the triangular shape, and only a signal from the stroke sensor is provided. The movement direction is calculated by.
According to a twenty-second aspect of the present invention, the operation pad provided in the operation device has a triangular shape, and includes a stroke sensor and an encoder at each vertex of the triangular shape, and a signal from the stroke sensor; The encoder direction is used together to calculate the moving direction by vector calculation.
The invention according to claim 23 is provided with a low-pass filter in the operation device when the operation pad provided in the operation device is operated by the operator, and when shaking occurs due to the operation of the operator, A signal having a frequency lower than the vibration frequency of shaking is detected as a true value.
According to a twenty-fourth aspect of the present invention, when the operator operates an operation pad provided in the operation device, or when the operator pushes the operation pad, the pressure is larger than a preset pressing force. If it is determined that the pressing force is applied, the speed command of the driving device is set to zero.
According to a twenty-fifth aspect of the invention, in order to detect the pressing force, a pressure-sensitive rubber is provided between the sliding surface of the operation pad and the base, and by converting the force, the pressing force larger than a preset pressing force is obtained. It is to judge whether it is pressure.
In a twenty-sixth aspect of the present invention, when the operator operates an operation pad provided in the operation device, the moving speed of the moving body is obtained by a pressing force applied to the operation pad operated by the operator. Is.
According to a twenty-seventh aspect of the present invention, when the operator operates the operation pad provided in the operation device, the pressing force applied to the operation pad operated by the operator depends on the pressing force. The upper limit value and the lower limit value of the moving speed of the moving body are determined.
According to a twenty-eighth aspect of the present invention, when the operator operates an operation pad provided in the operation device, the operator is not required to press the operator with respect to the pressing force applied to the operation pad operated by the operator. An upper limit can be set.
According to a twenty-ninth aspect of the present invention, when the operator operates the operation pad provided in the operation device, the upper limit value of the pressing force is about the pressing force to the operation pad operated by the operator. If not set, the operator is requested to operate with the maximum pressing force.
According to a thirty-third aspect of the present invention, when the operator operates the operation pad provided in the operation device, the pressing force applied to the operation pad operated by the operator moves according to the pressing force. A moving speed conversion unit that converts an operation amount so that the moving body moves at a speed is provided to determine a moving speed.
請求項１から３０に記載の発明によると、操作者は移動体上面に対し片手の掌を押さえつけながら水平面内の所望の方向に力を加えるだけで、容易に移動体の進む方向を指令することができる。したがって、片手で移動体を操作することができる。これにより、荷物などで片手が塞がっていた場合にも、容易に移動体を操作できる。また、片手に何も持っていない場合でも、空いた手でロボットの上限速度などを設定するボタンやスイッチ類の操作が可能となる。また、操作者の手先による操作形態が、移動体の前進後退・旋回等の動作に対応しているため、移動体を操作しようとする操作者の感覚を移動体の動作にスムーズに変換できる。また、操作者の年齢・体格・性別などによらず、抵抗負荷を感じることなく片手で操作できるため、操作者の運動学的・力学的な負担を軽減できる。
また、ストロークセンサの角変位を検出する角度センサを備えたため、各ストロークセンサの変位と角変位を既知として、逆行列計算を行わずにベクトル合成で操作パッドの位置と角変位を求めることができるため、演算のステップ数を大幅に減らし、演算に要する時間を短縮できる。
また、操作パッドの摺動面とベース間に敷かれた感圧ゴムを備えているため、感圧ゴムにより操作パッドへの押圧力を検出し、所定の閾値にて押圧力を判定することで、過小・過大な押圧力が発生した際には移動体を停止することができ、移動体の操作中に人などが進路を急に塞いだ場合に、とっさに操作パッドから手を離しても操作パッドに手を押し込んでも、移動体が停止するため、移動体の操作をより安全に行うことができる。すなわち、操作者の年齢・体格・性別などによらず、操作装置側で操作者の誤操作を防ぐことができる。また、押下力上限値を操作者により調整できるようにしたので、操作者の年齢・体格・性別などによらず、操作者の力学的な負担を軽減できる。
According to the invention described in claims 1 to 30, the operator can easily instruct the moving direction of the moving body simply by applying a force in a desired direction in the horizontal plane while pressing the palm of one hand against the upper surface of the moving body. Can do. Therefore, the moving body can be operated with one hand. Thereby, even when one hand is closed with luggage or the like, the moving body can be easily operated. In addition, even when there is nothing in one hand, it becomes possible to operate buttons and switches for setting the upper limit speed of the robot with a free hand. In addition, since the operation mode by the operator's hand corresponds to the movement of the moving body such as forward / backward movement and turning, the operator's sense of operating the moving body can be smoothly converted into the movement of the moving body. In addition, the operator's kinematic and mechanical burden can be reduced because the operator can operate with one hand without feeling a resistance load regardless of the age, physique, and sex of the operator.
In addition, since the angle sensor for detecting the angular displacement of the stroke sensor is provided, the displacement and angular displacement of each stroke sensor are known, and the position and angular displacement of the operation pad can be obtained by vector synthesis without performing inverse matrix calculation. Therefore, the number of calculation steps can be greatly reduced, and the time required for the calculation can be shortened.
In addition, since it has a pressure-sensitive rubber laid between the sliding surface of the operation pad and the base, the pressing force to the operation pad is detected by the pressure-sensitive rubber, and the pressing force is determined at a predetermined threshold value. , The moving body can be stopped when an excessive or excessive pressing force occurs, and even if a person suddenly blocks the course while operating the moving body, Even if the hand is pushed into the operation pad, the moving body stops, so that the moving body can be operated more safely. In other words, it is possible to prevent an operator from operating incorrectly on the operating device side regardless of the age, physique, gender, etc. of the operator. In addition, since the upper limit of the pressing force can be adjusted by the operator, the mechanical burden on the operator can be reduced regardless of the age, physique, gender, etc. of the operator.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明の移動体の概観図である。図において、１０１は本発明の移動体となっており、平面内で全方向移動できる。また１０３は、全方向移動のための車輪であり、ユニバーサルホイールタイプの車輪である。この車輪は図示しないモータなどの駆動装置で駆動される。また１０２は移動体１０１に動作を操作するための操作装置である。図１の例では、操作装置１０２は移動体１０１を覆う外装１０５上面の略中央に配置され、操作者１０４により片手で操作される。操作装置１０２の操作により移動体１０１の移動指令が生成される。この移動指令を基に、図示しない制御装置がモータなどの駆動装置を駆動する。
本発明が従来技術と異なる部分は、操作装置１０２を移動体１０１の外装のうち路面に略平行な上面部に備えた部分である。
FIG. 1 is an overview of a moving body according to the present invention. In the figure, reference numeral 101 denotes a moving body of the present invention, which can move in all directions within a plane. Reference numeral 103 denotes a wheel for omnidirectional movement, which is a universal wheel type wheel. These wheels are driven by a driving device such as a motor (not shown). Reference numeral 102 denotes an operating device for operating the moving body 101. In the example of FIG. 1, the operation device 102 is disposed at the approximate center of the upper surface of the exterior 105 that covers the moving body 101 and is operated by the operator 104 with one hand. A movement command for the moving body 101 is generated by operating the operation device 102. Based on this movement command, a control device (not shown) drives a driving device such as a motor.
The part in which the present invention is different from the prior art is a part in which the operating device 102 is provided on the upper surface portion of the exterior of the moving body 101 substantially parallel to the road surface.
図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の移動体における操作装置１０２周辺の平面図および正面図である。図２（ａ）が平面図、図２（ｂ）が正面図である。２０１は操作者１０４が移動体１０１を操作する操作パッドであり正三角形の形状をなしている。操作パッド２０１上面の操作者が触れる操作面２０６は、摩擦抵抗の大きいラバーなどの部材で構成される。操作パッド２０１下面の摺動面２０７は摩擦抵抗の小さいプラスチックなどの樹脂で構成される。２０２は操作パッド２０１を下面から支持するベースである。２１０は摺動面２０７とベース２０２間に敷かれている感圧ゴムであり、操作者の手による操作パッド２０１への圧力を検出する。操作パッド２０１は、移動体１０１上面の略中央に空けられた孔の中に収まる大きさである。また高さ方向においては、移動体１０１の上面から突出することなく、操作パッド２０１が移動体１０１の上面とフラットになる位置に配置される。ベース２０２の中央位置に、たとえば操作パッド２０１の重心が位置する。２０３、２０４は操作パッド２０１の位置を検出するためのストロークセンサおよびエンコーダである。ストロークセンサ２０３は、操作パッド２０１が移動体１０１の略中央に位置するときの、操作パッド２０１の各頂点の初期状態からの移動量を検出するために使用される。エンコーダ２０４は、ストロークセンサ２０３の初期状態からの角変位を検出するために使用される。ストロークセンサ２０３は、操作パッド２０１とベース２０２間での各頂点近傍にて回動軸２０８、２０９にて回動自在に支持される。ストロークセンサの初期状態はストローク中心にある。エンコーダ２０４の軸は、ベース側回動軸２０９に直結されている。２０５は操作パッド２０１をベース２０２の中央位置に付勢するばねである。ばね２０５は回動軸２０８間に回動自在に設置される。ばねの初期状態は平衡位置である。 2A and 2B are a plan view and a front view around the operating device 102 in the moving body of the present invention. 2A is a plan view and FIG. 2B is a front view. Reference numeral 201 denotes an operation pad on which the operator 104 operates the moving body 101 and has an equilateral triangle shape. The operation surface 206 touched by the operator on the upper surface of the operation pad 201 is configured by a member such as a rubber having a high frictional resistance. The sliding surface 207 on the lower surface of the operation pad 201 is made of a resin such as a plastic having a low frictional resistance. A base 202 supports the operation pad 201 from the lower surface. 210 is a pressure-sensitive rubber laid between the sliding surface 207 and the base 202, and detects the pressure applied to the operation pad 201 by the operator's hand. The operation pad 201 is sized to fit in a hole formed in the approximate center of the upper surface of the moving body 101. Further, in the height direction, the operation pad 201 is arranged at a position flat with the upper surface of the moving body 101 without protruding from the upper surface of the moving body 101. For example, the center of gravity of the operation pad 201 is located at the center position of the base 202. Reference numerals 203 and 204 denote a stroke sensor and an encoder for detecting the position of the operation pad 201. The stroke sensor 203 is used to detect the amount of movement from the initial state of each vertex of the operation pad 201 when the operation pad 201 is positioned at the approximate center of the moving body 101. The encoder 204 is used to detect an angular displacement from the initial state of the stroke sensor 203. The stroke sensor 203 is rotatably supported by rotation shafts 208 and 209 in the vicinity of each vertex between the operation pad 201 and the base 202. The initial state of the stroke sensor is at the center of the stroke. The shaft of the encoder 204 is directly connected to the base side rotation shaft 209. A spring 205 biases the operation pad 201 toward the center position of the base 202. The spring 205 is rotatably installed between the rotation shafts 208. The initial state of the spring is the equilibrium position.
ばねのばね定数は、誰でも操作できるよう小さめに設定される方が望ましい。たとえば、引っ張り力の小さいばね計りを参考にすると、引っ張り力１Ｎに対し、ストロークは１ｃｍとなり、ばね定数としては、１００[Ｎ／ｍ]程度と想定できる。ばね定数をこのように小さめに設定することで、操作者の年齢・体格・性別などによらず、抵抗負荷を感じることなく片手で操作できるため、操作者の運動学的・力学的な負担を軽減できる。 It is desirable that the spring constant of the spring is set to be small so that anyone can operate it. For example, referring to a spring measurement with a small tensile force, the stroke is 1 cm for a tensile force of 1 N, and the spring constant can be assumed to be about 100 [N / m]. By setting the spring constant so small, it can be operated with one hand without feeling a resistance load regardless of the operator's age, physique, gender, etc., so the kinematic and mechanical burden on the operator is reduced. Can be reduced.
操作パッドを正三角形形状とし、その３つの頂点近傍をばねで支持したのは以下の理由による。操作パッドの平面内３自由度（並進方向２つ、旋回方向１つ）の運動を拘束するには操作パッドの辺のうち最少３点を支持すればよく、支持力を各ばねで均等に配分するには支持点が１２０°間隔になっていることが望ましいからである。過剰に多くのばねで操作パッドを支持すると、各ばねの支持力の調整が煩雑となるため、ばねの数は少ないほどよいが、全方向に安定して支持するには最少でも３つは必要である。 The operation pad has an equilateral triangle shape, and its three apexes are supported by springs for the following reason. In order to constrain the movement of the operation pad in three degrees of freedom in the plane (two translation directions and one swivel direction), it is only necessary to support at least three points among the sides of the operation pad. This is because it is desirable that the support points are spaced 120 ° apart. If the operation pad is supported by an excessive number of springs, the adjustment of the support force of each spring becomes complicated. Therefore, the smaller the number of springs, the better. However, a minimum of three is necessary for stable support in all directions. It is.
ストロークセンサのタイプとして、可変抵抗器である直線型ポテンショメータよりは、装置の小型化の面で電磁誘導型センサである差動トランス等が好適である。直線型ポテンショメータは全長が150mm程度、ストローク長が通常数10mm以上であり、大きな変位の測定に向いているが小型化には向かない。一方、差動トランスは20mm程度の全長のものの場合、ストローク長は3mm程度である。測定原理上大きな変位の測定には向かないが小型化に向いた方式である。ストローク長Lが3mm以下で十分かを机上計算で確認すると、以下のとおりとなる。操作パッドをABS樹脂製、人間の手の最大長さHを20cm、操作パッドの厚さtを2mmとすると、操作パッドの質量mは約48gとなる。操作パッドを動作させる周波数ωを10Hz、ばね定数kを100N/m、操作パッドを押し引きする力Fを0.25N(25gf)とすれば、L=F/(k-mω2)より必要ストローク長は約2.6mmとなり、ストローク長を3mm以下としても十分である。 As a type of stroke sensor, a differential transformer or the like that is an electromagnetic induction type sensor is more preferable than a linear potentiometer that is a variable resistor. A linear potentiometer has a total length of about 150 mm and a stroke length of usually several tens of mm or more, which is suitable for measuring large displacements but not for miniaturization. On the other hand, if the differential transformer has a total length of about 20 mm, the stroke length is about 3 mm. Although it is not suitable for measuring large displacements due to the measurement principle, it is suitable for downsizing. It is as follows when confirming whether the stroke length L is 3mm or less by the desk calculation. If the operation pad is made of ABS resin, the maximum length H of a human hand is 20 cm, and the thickness t of the operation pad is 2 mm, the mass m of the operation pad is about 48 g. If the frequency ω for operating the operation pad is 10 Hz, the spring constant k is 100 N / m, and the force F for pushing and pulling the operation pad is 0.25 N (25 gf), the required stroke length from L = F / (k-mω 2 ) Is about 2.6 mm, and a stroke length of 3 mm or less is sufficient.
差動トランスの検出原理は以下のとおりである。差動トランスの検出部は２個１組の１次巻線と１個の２次巻線およびコイル内に挿入されたコア（鉄芯）により構成される。１次巻線の２つのコイルには、互いに逆相になるように交流電流が印加される。しがって、コアが中央にあるときには、２次巻線に発生する出力電圧はゼロとなりいずれかの１次コイル側に移動すれば、移動量に応じてそれぞれの位相成分の振幅が増大する。この出力信号を位相検波し、コアの変位に比例した出力電圧を得る。このように差動トランスはコアが摺動するのみでケーブルなどを引っ張ることがなく、力の強い人が操作パッドを押し引きした際にも断線などが生じることがないため、断線検出回路などを備える必要がない。 The detection principle of the differential transformer is as follows. The detection unit of the differential transformer is composed of a pair of primary windings, a single secondary winding, and a core (iron core) inserted in the coil. An alternating current is applied to the two coils of the primary winding so as to be in opposite phases. Therefore, when the core is in the center, the output voltage generated in the secondary winding becomes zero, and if it moves to one of the primary coils, the amplitude of each phase component increases according to the amount of movement. . This output signal is phase-detected to obtain an output voltage proportional to the core displacement. In this way, the differential transformer does not pull cables or the like only by sliding the core, and disconnection does not occur when a strong person pushes and pulls the operation pad. There is no need to prepare.
移動体１０１の動作を図３（ａ）、（ｂ）に示す。図３（ａ）は操作し始めの状態、図３（ｂ）は移動体が動作した後の状態である。図３（ａ）に示すように、操作者が移動体１０１を動かしたい方向に操作パッド２０１を動かすと、ストロークセンサ２０３とばね２０５が伸縮して操作パッド２０１の位置および角変位が変化する。図３（ａ）では移動体１０１に対する操作パッド２０１の相対位置変化を分かり易くするため強調して描いている。後述するように、実際には移動体１０１が操作パッドの動作に追従するように、予めゲインを設定しておくため、互いの相対位置変化は図３（ａ）ほど顕著なものではない。図３（ｂ）に示すように、ばね２０５の復元力に抗して操作者が操作パッド２０１を押さえている限り、操作パッド２０１で指定した位置および角変位の変化した方向に移動体１０１の動作方向が変化し、移動体１０１を操作することができる。操作者は、あたかも片手で雑巾がけをする要領で移動体１０１を操作できるため、移動体１０１の動作を容易に把握することができる。 The operation of the moving body 101 is shown in FIGS. FIG. 3A shows a state where the operation is started, and FIG. 3B shows a state after the moving body is operated. As shown in FIG. 3A, when the operator moves the operation pad 201 in a direction in which the moving body 101 is desired to move, the stroke sensor 203 and the spring 205 are expanded and contracted, and the position and angular displacement of the operation pad 201 are changed. In FIG. 3A, a change in the relative position of the operation pad 201 with respect to the moving body 101 is emphasized for easy understanding. As will be described later, since the gain is set in advance so that the moving body 101 actually follows the operation of the operation pad, the relative position change is not as remarkable as in FIG. As shown in FIG. 3B, as long as the operator presses the operation pad 201 against the restoring force of the spring 205, the position of the movable body 101 and the direction in which the angular displacement has changed are specified. The moving direction is changed and the moving body 101 can be operated. Since the operator can operate the moving body 101 as if wiping with a hand with one hand, the operation of the moving body 101 can be easily grasped.
図４は本発明の移動体１０１の制御ブロック図である。操作パッド２０１が平衡点からずれると、ストロークセンサ出力４０１およびエンコーダ出力４０２のこのずれ量に相当する電圧が得られる。ストロークセンサ出力４０１はＡ／Ｄ変換器によりアナログ信号からデジタル信号に変換される。エンコーダ出力４０２はカウンタ４０６によりパルスを計数する。ブロック４０７にてストロークセンサ出力は長さ情報に変換される。ブロック４０８にてエンコーダ出力は角度情報に変換される。ブロック４０９にて操作パッド２０１の順キネマティクスが解かれる。操作パッド２０１の順キネマティクスについては、後に図５を用いてその詳細を説明する。ブロック４１５にて、操作パッド２０１の操作量に対し、後述の判定に基づいた定数を乗じ、次の制御周期における移動体１０１の移動速度４０３を求める。移動体の移動速度４０３がブロック４１０に入力されると、移動体１０１の逆キネマティクスが解かれる。ブロック４１１にてモータ指令速度に応じたＤ／Ａ変換を行い、ドライブアンプ４１２およびパルス発生器４１４で移動体１０１のモータ４１３を駆動する構成は従来例２と同じである。 FIG. 4 is a control block diagram of the moving body 101 of the present invention. When the operation pad 201 deviates from the equilibrium point, a voltage corresponding to this deviation amount of the stroke sensor output 401 and the encoder output 402 is obtained. The stroke sensor output 401 is converted from an analog signal to a digital signal by an A / D converter. The encoder output 402 counts pulses by the counter 406. At block 407, the stroke sensor output is converted into length information. At block 408, the encoder output is converted to angle information. In block 409, the forward kinematics of the operation pad 201 is solved. Details of the forward kinematics of the operation pad 201 will be described later with reference to FIG. In block 415, the amount of operation of the operation pad 201 is multiplied by a constant based on the determination described later to determine the moving speed 403 of the moving body 101 in the next control cycle. When the moving speed 403 of the moving body is input to the block 410, the inverse kinematics of the moving body 101 is solved. The configuration in which the D / A conversion corresponding to the motor command speed is performed in the block 411 and the motor 413 of the moving body 101 is driven by the drive amplifier 412 and the pulse generator 414 is the same as in the conventional example 2.
つぎに図４のブロック４０９における、操作パッド２０１の順キネマティクス計算の詳細について図５を用いて述べる。
ストロークセンサ２０３のベース２０２への取り付け位置で構成される正三角形を△PQR、操作パッド２０１の頂点で構成される正三角形を△ABCとする。操作パッド２０１が初期の平衡位置にあるときの△ABCの重心をx-y座標の原点とする。操作者が動かして初期の平衡位置からずらした状態を△A’B’C’とおく。△A’B’C’の位置および角変位の時間変化量は、運動学方程式として式（１）の形で求められる。
Next, details of forward kinematics calculation of the operation pad 201 in block 409 of FIG. 4 will be described with reference to FIG.
An equilateral triangle constituted by the position where the stroke sensor 203 is attached to the base 202 is designated as ΔPQR, and an equilateral triangle constituted by the vertices of the operation pad 201 is designated as ΔABC. The center of gravity of ΔABC when the operation pad 201 is in the initial equilibrium position is taken as the origin of the xy coordinates. A state in which the operator moves and shifts from the initial equilibrium position is set as ΔA'B'C '. The position of ΔA'B'C 'and the amount of change over time of the angular displacement can be obtained in the form of equation (1) as a kinematic equation.
ここで、式（１）における各記号の意味は以下のとおりである。
(x,y) ：△A’B’C’の重心位置
θ ：△A’B’C’の角変位
l1、l2、l3 ：各ストロークセンサの長さ
[J] :ヤコビ行列
なお、各記号の上のドットは時間微分を表す。
したがって、エンコーダ２０４がなくても、少なくとも３つのストロークセンサ２０３のみで式（１）で得た操作パッド２０１の位置および角変位すなわち操作量を算出することができ、その時間変化量は制御周期で除すれば得られる。ところが、ストロークセンサ２０３のみにより式（１）で操作量を求める場合、多くの演算ステップを必要とする。以降に式（１）の行列[Ｊ]の導出過程を示す。
△ABCの1辺の長さをa、△PQRの1辺の長さをbとする。△ABCが並進した後に旋回して△A’B’C’の位置に移動したとする。このとき△ABCの重心位置である点Ｏが点Ｏ‘（x、y）に移動したとすると，頂点Aの並進のみによる移動先は式（２）のようになる。
Here, the meaning of each symbol in Formula (1) is as follows.
(x, y): ΔA'B'C 'center of gravity position θ: ΔA'B'C' angular displacement
l 1, l 2, l 3 : the length of each stroke sensor
[J]: Jacobian matrix The dot above each symbol represents the time derivative.
Therefore, even without the encoder 204, the position and angular displacement of the operation pad 201 obtained by the equation (1), that is, the operation amount can be calculated only by at least three stroke sensors 203, and the time change amount is calculated by the control cycle. It is obtained by dividing. However, when the operation amount is obtained by equation (1) using only the stroke sensor 203, many calculation steps are required. Hereinafter, the process of deriving the matrix [J] of Equation (1) is shown.
The length of one side of △ ABC is a, and the length of one side of △ PQR is b. △ Assume that after ABC is translated, it turns and moves to the position of △ A'B'C '. At this time, if the point O, which is the center of gravity of ΔABC, moves to the point O ′ (x, y), the movement destination only by the translation of the vertex A is expressed by Equation (2).
この並進の後の旋回によりさらに頂点Aは結局、式（３）の位置に移動する。 By this turning after the translation, the vertex A eventually moves to the position of the expression (3).
ここで、式（３）において、cθはcosθを、sθはsinθを表し、以降の式でも同じ表記法を用いることとする。
点P（0，b/√3）との距離l1は、式（４）のようになる。
Here, in Expression (3), cθ represents cos θ, sθ represents sin θ, and the same notation is used in the following expressions.
The distance l 1 from the point P (0, b / √3) is as shown in Equation (4).
同様の手続きでl2、l3も求まる。式（５）にl1、l2、l3をまとめて記述した。 L 2 and l 3 can be obtained by the same procedure. In Equation (5), l 1 , l 2 , and l 3 are collectively described.
式（５）の両辺を時間で微分し、右辺を
について括りだしてマトリックス表現し、逆行列を求めれば式（１）の行列[J]が得られる。求めた
に制御周期を乗じ、現在位置に加算すれば次の制御周期での位置
が求まる。この位置を行列[J]に代入すれば逐次的に移動体の指令速度４０３を算出することができる。
Differentiate both sides of equation (5) with time,
The matrix [J] of Equation (1) can be obtained by summing up and expressing the matrix and obtaining the inverse matrix. Sought
Is multiplied by the control cycle and added to the current position.
Is obtained. If this position is substituted into the matrix [J], the command speed 403 of the moving body can be calculated sequentially.
一方で、ストロークセンサ２０３のみならず、ストロークセンサ２０３の角変位を検出するエンコーダ２０４も併用すると、上記のように逆行列を計算せず、ベクトル合成すればよいため、演算のステップ数を大幅に減らし演算に要する時間を短縮できる。以降にストロークセンサ２０３とエンコーダ２０４を用いた場合の移動体の指令速度４０３の算出過程を示す。用いる図は同じく図５である。
△A’B’C’の頂点A’の位置ベクトル
は式（６）のように表される。
On the other hand, when not only the stroke sensor 203 but also the encoder 204 that detects the angular displacement of the stroke sensor 203 is used in combination, it is only necessary to perform vector synthesis without calculating the inverse matrix as described above. Reduction time required for calculation can be shortened. Hereinafter, a calculation process of the command speed 403 of the moving body when the stroke sensor 203 and the encoder 204 are used will be described. The figure used is also FIG.
△ Position vector of vertex A 'of A'B'C'
Is expressed as in equation (6).
ここで、
は式（７）で定義される。
here,
Is defined by equation (7).
ここで、αはストロークセンサの角変位である。同様にして△A’B’C’の頂点B’、C’の位置ベクトル
、
を式（８）、式（９）で定義する。
Here, α is an angular displacement of the stroke sensor. Similarly, position vectors of vertices B 'and C' of △ A'B'C '
,
Is defined by Equation (8) and Equation (9).
△A’B’C’の重心Ｏ’の位置ベクトル
は式（１０）となる。
△ Position vector of centroid O 'of A'B'C'
Becomes Equation (10).
また、操作パッド２０１を移動した先の角変位θは以下のようにして求めることができる。図５では角変位θ分の回転を左周りの矢印で示している。
ベクトル
とベクトル
の内積は式（１１）で表される。
Further, the angular displacement θ ahead of the movement of the operation pad 201 can be obtained as follows. In FIG. 5, rotation corresponding to the angular displacement θ is indicated by a left-hand arrow.
vector
And vector
The inner product is expressed by equation (11).
いま、
は式（６）および式（１０）から式（１２）のように表される。
Now
Is expressed as in Expression (6) and Expression (10) to Expression (12).
また、
は式（１３）のように定義される。
Also,
Is defined as in equation (13).
ベクトル
、
の大きさはともに
であり、式（１２）と式（１３）を式（１２）に代入すると、式（７）乃至（９）より式（１４）の関係が成立する。
vector
,
The size of both
When Expression (12) and Expression (13) are substituted into Expression (12), the relationship of Expression (14) is established from Expressions (7) to (9).
式（１０）、（１４）により操作パッド２０１の目標位置（x、y、θ）が求まり現在位置との差分をとれば目標速度が分かる。この目標速度に定数（ゲイン）を乗じ移動体の指令速度４０３を求めることができる。 The target speed can be obtained by obtaining the target position (x, y, θ) of the operation pad 201 from the equations (10) and (14) and taking the difference from the current position. The command speed 403 of the moving body can be obtained by multiplying the target speed by a constant (gain).
操作パッド２０１は、ばね２０５で支持されているため、ある程度の揺れを生じる。この揺れの影響により移動体１０１にぶれを生じる。このぶれを生じさせないためには、図４（ａ）のブロック４０７とブロック４０９の間にローパスフィルタを介する構成とすればよい。ローパスフィルタのカットオフ周波数は、上記ばねの揺れの振動数より高く設定する。 Since the operation pad 201 is supported by the spring 205, the operation pad 201 is swayed to some extent. Due to the influence of the shaking, the moving body 101 is shaken. In order to prevent this blurring, a configuration in which a low-pass filter is interposed between the block 407 and the block 409 in FIG. The cut-off frequency of the low-pass filter is set higher than the vibration frequency of the spring.
上述の構成により、操作者が操作パッド２０１を動かす手を止めるか、手を操作パッド２０１から離せば移動体は停止する。しかし、進行方向を人などにより急に塞がれるなどの状況では、とっさに操作パッド２０１を強く押し込み誤操作する可能性がある。そこで以下のように構成する。
操作者が操作パッド２０１に触れて移動体を操作する際、操作パッド２０１の摺動面２０７とベース２０２間に敷かれた感圧ゴムにより、操作者が操作パッド２０１を押す力を検出する。操作パッド２０１への押圧力Fに対し、２つの閾値FL、FH（FL＜FH）を予め設定しておく。図４における４０５のＡ／Ｄ変換器のストロークセンサ出力とは異なるチャンネルに感圧ゴムからの押圧力の信号を取り込んだ後、電圧−力換算を行う。押圧力FがFL以下か、FH以上であればモータ指令速度４０４を０とする。
With the above-described configuration, the moving body stops when the operator stops the hand moving the operation pad 201 or releases the hand from the operation pad 201. However, in a situation where the traveling direction is suddenly blocked by a person or the like, there is a possibility that the operation pad 201 will be strongly pushed and an erroneous operation will be performed. Therefore, the configuration is as follows.
When the operator touches the operation pad 201 to operate the moving body, the force with which the operator pushes the operation pad 201 is detected by the pressure-sensitive rubber laid between the sliding surface 207 of the operation pad 201 and the base 202. Two threshold values F L and F H (F L <F H ) are set in advance for the pressing force F applied to the operation pad 201. After the signal of the pressing force from the pressure-sensitive rubber is taken into a channel different from the stroke sensor output of the A / D converter 405 in FIG. 4, voltage-force conversion is performed. If the pressing force F is F L or less or F H or more, the motor command speed 404 is set to zero.
図８に押圧力Fに応じてモータ指令速度を制御するためのフローチャートを示す。この制御処理は図４のブロック図において、「操作量−移動速度変換部」４１５にて移動体の移動速度403であるVが決定された後に行われる。
まず、ステップＳ８０１にて、押下力下限値FL、押下力上限値FU、移動体最大速度Vmax、チューニングフラグflgの初期設定を行う。ステップＳ８０２にて押下力上限値FUのチューニングが終了しているかを判定する。判定の結果、押下力上限値FUのチューニングが終了していればステップＳ８０３に、終了していなければステップＳ８０４に進む。ステップＳ８０３では、押圧力FがFL以上かつFH以下であるかを判定する。押圧力FがFL以上かつFH以下であれば、ステップＳ８０５にて押圧力Fに応じた移動体の移動速度403であるVを演算して出力し、本処理を終了する。押圧力FがFL以下またはFH以上であれば、移動体の移動速度403であるVを０とする。一方、ステップＳ８０２にて押下力上限値FUのチューニングが終了していない場合は、ステップＳ８０４にて、図示しないユーザインターフェースにより操作者の最大力で押すことを操作者に要求し、ステップＳ８０７にて押圧力Fを再検出する。ステップＳ８０８にて検出したFを新たにFUとして再設定し、チューニング終了のフラグを立てて分岐処理ステップＳ８０２に戻る。
FIG. 8 shows a flowchart for controlling the motor command speed in accordance with the pressing force F. This control process is performed after V, which is the moving speed 403 of the moving body, is determined by the “operation amount-moving speed converting unit” 415 in the block diagram of FIG.
First, in step S801, it performs pressing force limit value F L, pressing force upper limit F U, the mobile maximum speed Vmax, the initial setting of the tuning flag flg. In step S802, it is determined whether the pressing force upper limit value F U has been tuned. Result of the determination, to step S803 if the completed tuning pressing force upper limit F U, the flow proceeds to step S804 if not ended. In step S803, it determines whether the pressing force F is less than F L or higher and F H. If the pressing force F is less F L or higher and F H, the V is the moving speed 403 of the moving object is calculated and output in response to the pressing force F at step S805, the terminating the present process. If the pressing force F is F L or less or F H or more, the V is the moving speed 403 of the moving object is set to 0. On the other hand, if the tuning pressing force upper limit F U has not been completed at the step S802, the in step S804, the request to the operator to press the maximum force of the operator by a user interface (not shown), in step S807 To detect the pressing force F again. Reconfigure F detected at step S808 as a new F U, the flow returns to branch processing step S802 to set a tuning completion flag.
このように、本発明によれば、操作者は移動体上面に対し片手の掌を押さえつけながら水平面内の所望の方向に力を加えるだけで、容易に移動体の進む方向を指令することができる。したがって、片手を用いて連続的かつ微妙な動作で移動体を操作することができる。これにより、片手が荷物などで塞がっていた場合にも、容易に移動体を操作できる。また、片手に何も持っていない場合でも、空いた手で移動体の上限速度などを設定するボタンやスイッチ類の操作が可能となる。また、操作者の手先による操作形態が、移動体の前進後退・旋回等の動作に対応しているため、移動体を操作しようとする操作者の感覚を移動体の動作にスムーズに変換できる。また、操作者の年齢・体格・性別などによらず、抵抗負荷を感じることなく片手で操作できるため、操作者の運動学的・力学的な負担を軽減できる。
また、ストロークセンサの角変位を検出する角度センサを備えた場合は、上記の効果に加え、ストロークセンサの角変位を検出する角度センサを備えたため、各ストロークセンサの変位と角変位を既知として、逆行列計算を行わずにベクトル合成で操作パッドの位置と角変位を求めることができるため、演算のステップ数を大幅に減らし、演算に要する時間を短縮できる。演算のステップ数を大幅に減らし演算に要する時間を短縮できる。
また、操作パッド２０１の摺動面２０７とベース２０２間に敷かれた感圧ゴムを備えた場合は、上記の効果に加え、感圧ゴムにより操作パッドへの押圧力を検出し、所定の閾値にて押圧力を判定することで、過小・過大な押圧力が発生した際には移動体を停止することができ、移動体の操作中に人などが進路を急に塞いだ場合に、とっさに操作パッドから手を離しても、操作パッドに手を押し込んでも移動体が停止するため、移動体の操作をより安全に行うことができる。すなわち、操作者ではなく操作装置の側で操作者の誤操作を防ぐことができる。また、押下力上限値を操作者により調整できるようにしたので、操作者の年齢・体格・性別などによらず、操作者の力学的な負担を軽減できる。
As described above, according to the present invention, the operator can easily instruct the traveling direction of the moving body simply by applying a force in a desired direction in the horizontal plane while pressing the palm of one hand against the upper surface of the moving body. . Therefore, it is possible to operate the moving body continuously and delicately using one hand. Thereby, even when one hand is closed with luggage or the like, the moving body can be easily operated. Further, even when nothing is held in one hand, it becomes possible to operate buttons and switches for setting the upper limit speed of the moving body with a free hand. In addition, since the operation mode by the operator's hand corresponds to the movement of the moving body such as forward / backward movement and turning, the operator's sense of operating the moving body can be smoothly converted into the movement of the moving body. In addition, the operator's kinematic and mechanical burden can be reduced because the operator can operate with one hand without feeling a resistance load regardless of the age, physique, and sex of the operator.
In addition to the above effects, when the angle sensor for detecting the angular displacement of the stroke sensor is provided, the angle sensor for detecting the angular displacement of the stroke sensor is provided. Since the position and angular displacement of the operation pad can be obtained by vector synthesis without performing inverse matrix calculation, the number of calculation steps can be greatly reduced, and the time required for the calculation can be shortened. The number of computation steps can be greatly reduced, and the computation time can be shortened.
Further, when the pressure sensitive rubber laid between the sliding surface 207 of the operation pad 201 and the base 202 is provided, in addition to the above effects, the pressure applied to the operation pad is detected by the pressure sensitive rubber, and a predetermined threshold value is obtained. By determining the pressing force at, the moving body can be stopped when an excessive or excessive pressing force is generated, and when a person suddenly blocks the course while operating the moving body, Even if the hand is released from the operation pad or the hand is pushed into the operation pad, the moving body stops, so that the moving body can be operated more safely. That is, it is possible to prevent an erroneous operation of the operator not on the operator but on the operating device side. In addition, since the upper limit of the pressing force can be adjusted by the operator, the mechanical burden on the operator can be reduced regardless of the age, physique, gender, etc. of the operator.
１０１ 移動体
１０２ 操作装置
１０３ 車輪
１０４ 操作者
１０５ 外装
２０１ 操作パッド
２０２ ベース
２０３ ストロークセンサ
２０４ エンコーダ
２０５ ばね
２０６ 操作面
２０７ 摺動面
２０８ 操作パッド側回動軸
２０９ ベース側回動軸
２１０ 感圧ゴム
４０１ ストロークセンサ出力
４０２ エンコーダ出力
４０３ 移動体の移動速度
４０４ モータ指令速度
４０５ Ａ／Ｄ変換器
４０６ カウンタ
４０７ 電圧−長さ換算部
４０８ パルス−角度換算部
４０９ 操作パッド２０１の順キネマティクス計算部
４１０ 移動体１０１の逆キネマティクス計算部
４１１ Ｄ／Ａ変換器
４１２ ドライブアンプ
４１３ モータ
４１４ パルス発生器
４１５ 操作量−移動速度変換部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Mobile body 102 Operation apparatus 103 Wheel 104 Operator 105 Exterior 201 Operation pad 202 Base 203 Stroke sensor 204 Encoder 205 Spring 206 Operation surface 207 Sliding surface 208 Operation pad side rotation shaft 209 Base side rotation shaft 210 Pressure sensitive rubber 401 Stroke sensor output 402 Encoder output 403 Moving speed of moving body 404 Motor command speed 405 A / D converter 406 Counter 407 Voltage-length conversion section 408 Pulse-angle conversion section 409 Forward kinematics calculation section 410 of operation pad 201 Moving body 101 inverse kinematics calculation unit 411 D / A converter 412 drive amplifier 413 motor 414 pulse generator 415 manipulated variable-moving speed conversion unit
Claims (30)
前記操作装置は、前記外装のうち前記路面に略平行な上面部に配置されることを特徴とする移動体。 A wheel for moving on a road surface, a drive device for driving the wheel, a control device for controlling the drive device, an operation device for an operator to give a desired movement command to the control device, and the whole In a moving body with an exterior covering,
The said operating device is arrange | positioned in the upper surface part substantially parallel to the said road surface among the said exteriors, The moving body characterized by the above-mentioned.
外装のうち前記路面に略平行な上面部に配置された前記操作装置により操作されることを特徴とする移動体の操作方法。 A wheel for moving on the road surface, a drive device for driving the wheel, and a control device for controlling the drive device, and an operator gives a desired movement command to the control device from a scanning device to operate. In the operation method of the moving body,
A method for operating a moving body, wherein the operating device is operated by the operating device disposed on an upper surface portion of an exterior that is substantially parallel to the road surface.
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|---|---|---|---|
| JP2009048155A JP2010204835A (en) | 2009-03-02 | 2009-03-02 | Mobile body and operation method |
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