JP2011083414A - Inversion type moving body and method of controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被介助者が搭乗する移動体本体と、移動体本体に取付けられ、介助者が操作力を付加して移動体本体を移動させるための操作ハンドルと、を備え、倒立状態を維持して走行する倒立型移動体及びその制御方法に関するものである。 The present invention comprises a movable body main body on which a person being assisted is boarded, and an operation handle attached to the movable body main body for moving the movable body main body by applying an operating force to the assistant to maintain an inverted state. The present invention relates to an inverted moving body that travels and a control method thereof.
例えば、病院や老人ホーム等の介護施設において、歩行できない又は歩行困難な患者や高齢者等の被介助者を支援するための介助機器が用いられている。この介助機器は、介助用の操作ハンドルに加わる操作力を検出して、この操作力に基づく駆動力をモータによって付加し、介助者の操作力を補助するように構成されている。 For example, in a nursing facility such as a hospital or a nursing home, an assisting device for supporting a person who cannot walk or is difficult to walk, such as a patient or an elderly person, is used. This assistance device is configured to detect an operation force applied to an operation handle for assistance and apply a driving force based on the operation force by a motor to assist the operation force of the assistant.
このような介助機器として、例えば、操作ハンドルの操作力に基づいてモータの駆動力を制御する補助走行モードと、車両操作部からの制御信号に基づいてモータの駆動力を制御する自走モードと、を有し、操作力が所定しきい値を越えた場合、補助走行モードに切り換える電動車椅子が知られている(特許文献1参照)。 As such an assisting device, for example, an auxiliary traveling mode for controlling the driving force of the motor based on the operating force of the operating handle, and a self-running mode for controlling the driving force of the motor based on a control signal from the vehicle operation unit, There is known an electric wheelchair that switches to an auxiliary travel mode when the operating force exceeds a predetermined threshold (see Patent Document 1).
また、切換スイッチの操作に応じて、車椅子の着座者自身の操作による第1の動力アシストモードと、介助者の操作による第2の動力アシストモードとを選択的に実行する車椅子の補助動力制御装置が知られている(特許文献2参照)。 In addition, an auxiliary power control device for a wheelchair that selectively executes a first power assist mode by an operation of a seated person of the wheelchair and a second power assist mode by an operation of an assistant according to the operation of the changeover switch. Is known (see Patent Document 2).
しかしながら、上記特許文献1に示す電動車椅子においては、操作力が所定しきい値を越えるまで補助走行モードに切替らないため、その間、介助者の負担が増加する虞がある。また、上記特許文献2に示す補助動力制御装置においても、例えば、介助者のスイッチ操作が適切なタイミングで行われなかった場合、介助者の操作力を適切に補助できず、介助者の負担が増加する虞がある。
However, in the electric wheelchair shown in the above-mentioned
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、介助者の負担を軽減した倒立型移動体及びその制御方法を提供することを主たる目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and a main object of the present invention is to provide an inverted moving body and a control method thereof that reduce the burden on the assistant.
上記目的を達成するための本発明の一態様は、被介助者が搭乗する移動体本体と、該移動体本体に取付けられ、介助者が操作力を付加して前記移動体本体を移動させるための操作ハンドルと、を備え、前記移動体本体の倒立状態を維持して走行する倒立型移動体であって、前記操作ハンドルに設けられ、介助者による前記操作ハンドルへの接触を検出する接触検出手段と、介助者による前記操作ハンドルへの操作力を補助して前記移動体本体が走行するように制御を行う補助制御モードと、被介助者による車両操作に応じて前記移動体本体が走行するように制御を行う操作制御モードと、を有する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記接触検出手段により前記介助者の接触が検出されると、前記操作制御モードから前記補助制御モードに切替る、ことを特徴とする倒立型移動体である。 In order to achieve the above object, one embodiment of the present invention includes a moving body main body on which a person being assisted rides and a moving body main body that is attached to the moving body main body and that the assistant applies operating force to move the moving body main body. An operation-type movable body that travels while maintaining the inverted state of the movable body main body, and is provided on the operation handle and detects contact with the operation handle by an assistant Means, an auxiliary control mode for performing control so that the moving body main body travels by assisting an operating force applied to the operation handle by the assistant, and the moving body main body travels according to the vehicle operation by the person being assisted Control means for performing control as described above, and when the contact detection means detects the contact of the assistant, the control means changes from the operation control mode to the auxiliary control mode. I switched, it is inverted vehicle according to claim.
また、この一態様において、前記操作ハンドルは、前記移動体本体の後方側に設けられ略水平方向に延在しているハンドル部と、該ハンドル部を支持する支持部と、を有していてもよい。 In this aspect, the operation handle includes a handle portion provided on a rear side of the movable body main body and extending in a substantially horizontal direction, and a support portion for supporting the handle portion. Also good.
さらに、この一態様において、前記接触検出手段は、前記操作ハンドルのハンドル部の両端部近傍に一対設けられていてもよい。 Furthermore, in this one aspect, a pair of the contact detection means may be provided near both ends of the handle portion of the operation handle.
さらにまた、この一態様において、前記接触検出手段は、前記操作ハンドルの前記移動体本体側に設けられていてもよい。 Furthermore, in this one aspect, the contact detection means may be provided on the movable body main body side of the operation handle.
なお、この一態様において、前記制御手段は、前記補助制御モードにおいて、前記操作ハンドルの操作力に応じて、倣い制御を実行してもよい。 In this aspect, the control unit may execute the copying control according to the operation force of the operation handle in the auxiliary control mode.
他方、上記目的を達成するための本発明の一態様は、被介助者が搭乗する移動体本体と、該移動体本体に取付けられ、介助者が操作力を付加して前記移動体本体を移動させるための操作ハンドルと、を備え、前記移動体本体の倒立状態を維持して走行する倒立型移動体の制御方法であって、前記操作ハンドルへの介助者による接触を検出すると、被介助者による車両操作に応じて移動体本体が走行するように制御を行う操作制御モードから、介助者による前記操作ハンドルへの操作力を補助して前記移動体本体が走行するように制御を行う補助制御モードへ切り替る、ことを特徴とする倒立型移動体の制御方法であってもよい。 On the other hand, one mode of the present invention for achieving the above object is to provide a moving body main body on which a person being assisted rides and a moving body main body that is attached to the moving body main body, and the assistant moves the moving body main body by applying an operating force. And a control method of the inverted moving body that travels while maintaining the inverted state of the movable body main body, and when a contact by the assistant to the operation handle is detected, Auxiliary control for controlling the mobile body to travel by assisting an operating force applied to the operation handle by an assistant from an operation control mode for controlling the mobile body to travel in accordance with vehicle operation by It may be a method for controlling an inverted moving body characterized by switching to a mode.
本発明によれば、介助者の負担を軽減した倒立型移動体及びその制御方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the inverted type mobile body which reduced the burden of the assistant and its control method can be provided.
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る倒立型移動体の概略を示す側面図である。本実施形態に係る倒立型移動体10は、倒立状態を維持しつつ、搭乗者である被介助者の車両操作に応じて任意の方向へ移動する機能と、介助者の操作力に補助力を付加して走行する機能と、を併せ持つものである。このような倒立型移動体10は、例えば、4輪型移動体に比べてホイールベースが短いため、方向転換に要するスペースを小さくでき、狭いスペースでも容易に移動できるというメリットを有している。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view showing an outline of an inverted moving body according to an embodiment of the present invention. The inverted moving
本実施形態に係る倒立型移動体10は、被介助者が搭乗する移動体本体1と、移動体本体1に取付けられ、介助者が操作力を付加して移動体本体1を移動させるための操作ハンドル2と、を備えている。
The inverted moving
移動体本体1は、車台部11と、車台部11に取付けられ、介助者が着座する着座部12と、車台部11に取付けられ、介助者の脚部を支持する脚支持部13と、車台部11に取付けられ、介助者の腕部を支持する一対の腕支持部14と、車台部11に回転可能に取付けられる左右一対の駆動輪15L、15Rと、台車部11に内蔵され、各駆動輪15L、15Rの駆動を制御する制御ユニット3と、を有している。
The
車台部11は、介助者の背面を支持すると共に、着座部12、脚支持部13、及び腕支持部14を支持することで、移動体本体1に搭乗する被介助者を支持している。
The
着座部12は、車台部11の中間部から略水平方向に延在しており、介助者が着座する上面には弾性のシート部材が敷設されている。脚支持部13は、車台部11の下部から略水平方向に延在しており、被介助者の足平底面を支持することができる。
The
各腕支持部14は、車台部11の上部から略水平方向に延在しており、腕部と接触する上面には弾性部材が設けられている。また、腕支持部14の一方には、倒立型移動体1の車両操作を行うための操作部16が設けられている。操作部16は、例えば、被介助者が操作可能な複数のスイッチやジョイスティック等により構成されている。操作部16は、被介助者による車両操作(前後進操作、左右旋回操作、加減速操作、停止操作等)に応じた操作信号(操作方向、操作量等)を、制御ユニット3に対して出力する。このように、被介助者は、この操作部16を操作することで、例えば、移動体本体1の移動方向や移動速度などの車両操作を容易に行うことができる。
Each
制御ユニット3は、各駆動輪15L、15Rの回転駆動を制御することで、移動体本体1の移動を制御する。また、制御ユニット3は、例えば、制御処理、演算処理等と行うCPU(Central Processing Unit)3a、CPU3aによって実行される制御プログラム、演算プログラム等が記憶されたROM(Read Only Memory)3b、処理データ等を一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)3c等からなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。
The
操作ハンドル2は、台車部11の上部かつ後方側に設けられている。また、操作ハンドル2は、略水平方向に延在し、介助者が把持し操作力を付加して移動体本体1を任意の方向(例えば、前後又は左右方向)へ移動させるためのハンドル部21と、ハンドル部21の両端に連結され各両端を支持する一対の支持部22と、を有している(図2)。
The
ハンドル部21の両端近傍には、介助者の接触を検出することができる一対の接触センサ34L、34Rが設けられている。接触センサ34L、34Rは、接触検出手段の一具体例であり、例えば、ハンドル部21と一体になるように埋設されている。接触センサ34L、34Rは、介助者による操作ハンドル2への接触を検出すると、その検出を通知する検出信号を制御ユニット3の制御部36に対して出力する。接触センサ34L、34Rとしては、例えば、機械式スイッチ、電気式スイッチ(静電容量型スイッチ)などの任意の接触式センサを用いることができる。また、接触センサは、ハンドル部21の任意の位置及び数だけ設けることができる。
In the vicinity of both ends of the
また、ハンドル部21には、例えば、介助者が移動体本体1を前後進、左右旋回等させるべく操作ハンドル2を操作した際に生じる、操作力及び操作方向を検出することができる操作力センサ37が取り付けられている。なお、操作力センサ37は、例えば、ストレインゲージ等により構成されているが、これに限らず任意のセンサを用いて構成することができる。また、操作力センサ37は、例えば、支持部22に取り付けられていてもよく、任意の位置に取り付けてもよい。さらに、操作力センサ37と接触センサ34L、34Rとは、一体的に構成されていてもよい。操作力センサ37は、検出した操作ハンドル2への操作力及びその操作方向に応じた操作力信号を、制御ユニット3の制御部36に対して出力する。
The
図3は、本実施形態に係る制御ユニットの概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施形態に係る制御ユニット3は、一対の駆動輪15L、15Rを夫々駆動する一対のモータ31L、31Rと、移動体本体1の傾斜を検出する傾斜センサ32と、各駆動輪15の回転を検出する一対の回転センサ33L、33Rと、接触センサ34L、34Rと、各モータ31L、31Rを駆動回路35L、35Rを介して制御する制御部36と、操作力センサ37と、を備えている。
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic system configuration of the control unit according to the present embodiment. The
各モータ31L、31Rは、各駆動輪15L、15Rを夫々独立して駆動することができる。また、各モータ31L、31Rは、制御部36からの制御信号に応じて、各駆動輪15L、15Rに対して付加する回転トルクを夫々変化させる。これにより、倒立型移動体1の移動(加速、減速、停止、前進、後進、右旋回、左旋回等)を任意に変化させることができ、倒立状態を維持することができる。
Each
傾斜センサ32は、移動体本体1の車台部11に取付けられており、移動体本体1の傾斜角度や傾斜角速度を検出することができる。傾斜センサ32としては、例えば、ジャイロセンサや加速度センサ等の姿勢センサを用いることができる。なお、ジャイロセンサ及び加速度センサを組み合わせて、より高精度に傾斜角度や傾斜角速度を検出してもよい。傾斜センサ32は、検出した傾斜角度や傾斜角速度に応じた信号を、制御部36に対して出力する。なお、制御部36は、傾斜センサ32によって微小時間毎に検出される、移動体本体1の傾斜角度を微分することで、移動体本体1の傾斜角速度を算出してもよい。
The
各回転センサ33L、33Rは、各駆動輪15L、15Rの車軸に夫々取付けられ、各駆動輪15L、15Rの回転角度(又は回転角速度)を夫々検出することができる。回転センサ33L、33Rとしては、例えば、ロータリエンコーダ等を用いることができる。各回転センサ33L、33Rは、検出した各駆動輪15L、15Rの回転角度に応じた信号を、制御部36に対して出力する。なお、制御部36は、各回転センサ33L、33Rからの各駆動輪15L、15Rの回転角度に基づいて、移動体本体1の移動量、移動速度、移動加速度などを算出することができる。
The
制御部36は、制御手段の一具体例であり、傾斜センサ32により検出された移動体本体1の傾斜角度と、回転センサ33L、33Rにより検出された各駆動輪15L、15Rの回転角度と、接触センサ34L、34Rからの検出信号と、操作力センサ37からの操作力信号と、に基づいて、各モータ31L、31Rの駆動を制御して、各駆動輪15L、15Rの駆動を制御する。
The
例えば、制御部36は、傾斜センサ32により検出された移動体本体1の傾斜角度(ピッチ角度)に、所定のゲイン値を乗算して、各駆動輪15L、15Rの回転トルクを算出する。そして、制御部36は、算出した回転トルクが各駆動輪15L、15Rに生じるように、各モータ31L、31Rを夫々制御する。これにより、制御部36は、移動体本体1が傾斜している方向へ、各駆動輪15L、15Rを回動させ、移動体本体1の重心位置を各駆動輪15L、15Rの車軸を通る鉛直線上へ戻すような倒立状態を維持することができる。また、制御部36は、操作部16からの操作信号に応じて、移動体本体1が倒立状態を維持しつつ所望の走行を行うように、各モータ31L、31Rを夫々制御する。
For example, the
さらに、制御部36は、介助者による操作ハンドル2への操作力を補助して移動体本体1が走行するように制御を行う補助制御モードと、被介助者による車両操作に応じて移動体本体1が走行するように制御を行う操作制御モードと、を有している。また、制御部36は、通常、操作制御モードになっており、介助者が操作ハンドル2の接触センサ34L、34Rに接触し、接触センサ34L、34Rから検出信号を受信すると、操作制御モードから補助制御モードに自動的に切替る。
Furthermore, the
図4は、本実施形態に係る倒立型移動体の制御処理フローの一例を示すフローチャートである。倒立型移動体10の電源がオン状態になると、制御部36は操作制御モードになる(ステップS101)。制御部36は、操作制御モードにおいて、操作部16からの操作信号に応じて、各モータ31L、31Rの駆動を制御して各駆動輪15L、15Rの駆動を制御する(ステップS102)。
FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of a control processing flow of the inverted moving body according to the present embodiment. When the power source of the inverted moving
具体的には、被介助者が移動体本体1を前進させるべく、操作部16のジョイスティックを前進方向へ操作した場合、制御部36は、操作部16からの操作信号に応じて、各モータ31L、31Rの駆動を制御して各駆動輪15L、15Rを前進方向へ駆動させる。
Specifically, when the person being assisted operates the joystick of the
なお、制御部36は、操作制御モードにおいて、操作部16からの操作信号が入力されていない無操作状態で、平地及び坂にかかわらず、各駆動輪15L、15Rの駆動を制御して、倒立状態を維持させつつ、移動体本体1を停止させる。これにより、被介護者は、特別な操作を行うことなく安全かつ楽に移動体本体1に乗車することができる。
In the operation control mode, the
ここで、介助者が移動体本体1を移動させるべく、例えば、操作ハンドル2を把持し、接触センサ34L、34Rに接触した場合(ステップS103)、接触センサ34L、34Rはその検出信号を制御部36に対して出力する。制御部36は、接触センサ34L、34Rからの検出信号を受信すると、介助者による操作意思を検知し、操作制御モードから補助制御モードに自動的に切替る(ステップS104)。
Here, for example, when the assistant holds the
このように、制御部36は、接触センサ34L、34Rからの検出信号を用いて介助者による操作意思を検知することで、その操作力を補助できる補助制御モードへ迅速かつ確実に遷移することができる。また、介助者は、操作ハンドル2を握るだけのごく自然な動作で、制御部36を操作制御モードから補助制御モードに切替えることができるため、介助者による操作ミスを低減し、操作負担をより低減できる。さらに、介助者による補助操作と被介助者による車両操作と、で背反する操作を防止することができ、安全性の向上にも繋がる。
As described above, the
制御部36は、補助制御モードになると、倒立状態を維持しつつ、操作力センサ37からの操作力信号に応じて、介助者による操作ハンドル2への操作力を補助するように、各モータ31L、31Rの駆動を制御して各駆動輪15L、15Rの駆動を制御する倣い制御を実行する(ステップS105)。
When in the auxiliary control mode, the
具体的には、介助者が移動体本体1を前進させるべく、操作ハンドル2に対して前方へ操作力を付加した場合(前方へ押した場合)、制御部36は、操作力センサ37からの操作力信号に応じて、各モータ31L、31Rの駆動を制御して各駆動輪15L、15Rを前進方向へ駆動させる(図5)。
Specifically, when the assistant applies an operation force forward to the operation handle 2 in order to advance the moving body 1 (when pushed forward), the
同様に、介助者が移動体本体1を左旋回させるべく、操作ハンドル2の左側を後方へ、かつ右側を前方へ操作力を付加した場合(左側を後方へ引き、かつ右側を前方へ押した場合)、制御部36は、操作力センサ37からの操作力信号に応じて、各モータ31L、31Rの駆動を制御して各駆動輪15L、15Rを左旋回する方向へ駆動させる(図6)。このように、介助者による操作ハンドル2への操作力を補助することで、介助者の操作負荷を大幅に軽減することができる。
Similarly, when the assistant applies an operating force to the left side of the operation handle 2 backward and the right side forward to turn the
以上、本実施形態に係る倒立型移動体10において、制御ユニット3の制御部36は、接触センサ34L、34Rにより介助者の操作ハンドル2への接触が検出されると、操作制御モードから補助制御モードに自動的に切替る。このように、介助者による操作ハンドル2への接触を検出して、介助者の操作意思を検知することで、操作制御モードからその操作を補助できる補助制御モードへ最適なタイミングで切替えることができる。さらに、介助者は、操作ハンドル2に把持するだけのごく自然な動作で、制御部36を操作制御モードから補助制御モードに切替えることができる。これにより、介助者による操作ミスを低減し、操作負担をより低減できる。
As described above, in the inverted moving
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記一実施形態において、接触センサ41L、41Rは操作ハンドル2のハンドル部21の移動体本体1側に設けられていてもよい(図7)。このように、介助者が操作ハンドル2を操作する際に必ず触れる位置に接触センサ41L、41Rを設けることで、介助者の操作意思をより確実に検出することができ、また、介助者以外の人等による接触を防止することができる。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the
1 移動体本体
2 操作ハンドル
3 制御ユニット
10 倒立型移動体
11 車台部
12 着座部
13 脚支持部
14 腕支持部
15L、15R 駆動輪
16 操作部
31L、31R モータ
32 傾斜センサ
33L、33R 回転センサ
34L、34R 接触センサ
35L、35R 駆動回路
36 制御部
37 操作力センサ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記操作ハンドルに設けられ、介助者による前記操作ハンドルへの接触を検出する接触検出手段と、
介助者による前記操作ハンドルへの操作力を補助して前記移動体本体が走行するように制御を行う補助制御モードと、被介助者による車両操作に応じて前記移動体本体が走行するように制御を行う操作制御モードと、を有する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記接触検出手段により前記介助者の接触が検出されると、前記操作制御モードから前記補助制御モードに切替る、ことを特徴とする倒立型移動体。 A movable body main body on which a person being assisted is boarded, and an operation handle attached to the movable body main body for moving the movable body main body by applying an operating force to the assistant. An inverted type moving body that maintains a state and travels,
Contact detection means provided on the operation handle for detecting contact of the assistant with the operation handle;
An auxiliary control mode for controlling the mobile body to travel by assisting an operating force applied to the operation handle by the assistant, and control so that the mobile body travels according to the vehicle operation by the person being assisted An operation control mode for performing, and a control means having,
The inverted moving body characterized in that the control means switches from the operation control mode to the auxiliary control mode when the contact of the assistant is detected by the contact detection means.
前記操作ハンドルは、前記移動体本体の後方側に設けられ略水平方向に延在しているハンドル部と、該ハンドル部を支持する支持部と、を有する、ことを特徴とする倒立型移動体。 The inverted mobile body according to claim 1,
The operation handle includes an handle portion provided on a rear side of the movable body main body and extending in a substantially horizontal direction, and a support portion that supports the handle portion. .
前記接触検出手段は、前記操作ハンドルのハンドル部の両端部近傍に一対設けられている、ことを特徴とする倒立型移動体。 The inverted mobile body according to claim 2,
A pair of the contact detection means is provided in the vicinity of both end portions of the handle portion of the operation handle.
前記接触検出手段は、前記操作ハンドルの前記移動体本体側に設けられている、ことを特徴とする倒立型移動体。 The inverted mobile body according to any one of claims 1 to 3,
The inverted moving body, wherein the contact detection means is provided on the moving body main body side of the operation handle.
前記制御手段は、前記補助制御モードにおいて、前記操作ハンドルの操作力に応じて、倣い制御を実行する、ことを特徴とする倒立型移動体。 The inverted mobile body according to any one of claims 1 to 4,
The inverted moving body according to claim 1, wherein the control unit performs a copying control according to an operation force of the operation handle in the auxiliary control mode.
介助者による前記操作ハンドルへの接触を検出すると、被介助者による車両操作に応じて移動体本体が走行するように制御を行う操作制御モードから、介助者による前記操作ハンドルへの操作力を補助して前記移動体本体が走行するように制御を行う補助制御モードへ切り替る、ことを特徴とする倒立型移動体の制御方法。 A movable body main body on which a person being assisted is boarded, and an operation handle attached to the movable body main body for moving the movable body main body by applying an operating force to the assistant. A method for controlling an inverted moving body that travels while maintaining a state,
When contact with the operation handle by the assistant is detected, the operation force to the operation handle by the assistant is assisted from the operation control mode in which the moving body is controlled in accordance with the vehicle operation by the person being assisted. And switching to an auxiliary control mode in which control is performed so that the mobile body travels.
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