JP2012011886A

JP2012011886A - 動力車

Info

Publication number: JP2012011886A
Application number: JP2010150008A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Koe; 秀之向江; Kinichi Wada; 錦一和田; Ryusuke Tajima; 竜介但馬
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2012-01-19
Anticipated expiration: 2030-06-30
Also published as: JP5598119B2

Abstract

【課題】障害物との衝突を回避する機能を備えながら、従来と比較して運転者がより意図通りに運転することを可能とする。
【解決手段】この電動車椅子は、運転者の操作が入力される操作入力部と、障害物を検知する障害物検知部と、車体の速度及び進行方向を変更する速度・進行方向変更部と、速度・進行方向変更部を制御する制御部を備えている。制御部は、操作入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向で車体が所定時間だけ移動するときに車体が通過すると予測される車体通過予測領域と、障害物検知部で検出された障害物の位置から、車体と障害物とが衝突すると判定されるときにのみ（ステップＳ２０でＹＥＳ）、操作入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向の少なくとも一方を修正する（ステップＳ２８）。
【選択図】図４

Description

本発明は、動力車に関する。特に、運転者の操作によって速度及び進行方向を変更可能な動力車（例えば、台車、電動車いす、シニアカー等）に関する。

この種の動力車においては、車体と障害物との衝突を回避するための機能を備えた動力車が開発されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示された動力車は、障害物を検知する障害物検知センサを備えている。車体の周囲には、障害物と車体との衝突を考慮すべき対象領域が設定されている。障害物検知センサが対象領域内に障害物が存在することを検知すると、制御装置は、検知された障害物と車体との距離に応じて動力車の速度を制限する。これによって、動力車が障害物に接近する速度が制限され、運転者は障害物との衝突を回避する操作を容易に行うことができる。

特開２００３−３４１５１９号公報

特許文献１の動力車では、車体の周囲に設定された対象領域内に障害物が存在すると、車体と障害物とが衝突するか否かに関係なく、車体の速度が制限される。このため、運転者が速度を落とさずに障害物の近傍を通過したい場合であって、車体と障害物との衝突が生じる可能性が低い場合であっても、車体の速度が制限されてしまう。その結果、特許文献１の動力車は、車体の速度が過度に制限され、運転者が意図通りに運転できないという問題を有している。

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、障害物との衝突を回避する機能を備えながら、従来と比較して運転者がより意図通りに運転することができる動力車を提供する。

本発明の動力車は、操作入力部と、障害物検知部と、速度・進行方向変更部と、制御部を有している。操作入力部は、運転者の操作が入力される。障害物検知部は、障害物を検知する。速度・進行方向変更部は、車体の速度及び進行方向を変更する。制御部は、（１）操作入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向で車体が所定時間だけ移動するときに車体が通過すると予測される車体通過予測領域と、障害物検知部で検出された障害物の位置とから、車体と障害物とが衝突しないと判定されるときは、操作入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向に基づいて速度・進行方向変更部を駆動し、（２）前記車体通過予測領域と、障害物検知部で検出された障害物の位置とから、車体と障害物とが衝突すると判定されるときは、操作入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向の少なくとも一方を修正すると共に、その修正した目標速度及び目標進行方向に基づいて速度・進行方向変更部を駆動する。

この動力車では、障害物検知部で検出された障害物の位置と、操作入力部への入力に基づいて算出される車体通過予測領域とに基づいて、車体と障害物とが衝突するか否かが判定される。そして、車体と障害物とが衝突すると判定されるときは、操作入力部に入力される車体の目標速度及び目標進行方向の少なくとも一方が変更される。これによって、運転者は障害物との衝突を回避する操作を容易に行うことができる。一方、車体と障害物が衝突しないと判定されるときは、操作入力部に入力された目標速度及び目標進行方向で車体が移動する。したがって、動力車が障害物の近傍を通過する場合であっても、車体が障害物と衝突しないと判定されるときは、車体の速度が制限されない。このため、従来の動力車と比較して、運転者はより意図通りに動力車を運転することができる。

上記の動力車において、制御部は、車体通過予測領域算出手段と、衝突判定手段と、駆動制御手段を備えることができる。車体通過予測領域算出手段は、操作入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向で車体が所定時間だけ移動するときに、車体が通過すると予測される車体通過予測領域を算出する。衝突判定手段は、障害物検知部で検出された障害物の位置と、車体通過予測領域算出手段で算出された車体通過予測領域とに基づいて、車体と障害物とが衝突するか否かを判定する。駆動制御手段は、衝突判定手段で車体と障害物が衝突しないと判定されたときは、操作入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向に基づいて速度・進行方向変更部を駆動し、衝突判定手段で車体と障害物が衝突すると判定されたときは、操作入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向の少なくとも一方を修正すると共に、その修正した目標速度及び目標進行方向に基づいて速度・進行方向変更部を駆動する。このような構成を採ることによって、上記の動力車を実現することができる。

上記の動力車において、制御部は、衝突判定手段で車体と障害物とが衝突すると判定された回数に基づいて運転者の技量を判定する運転者技量判定手段をさらに有することができる。この場合、駆動制御手段は、衝突判定手段で車体と障害物とが衝突すると判定されたときは、運転者技量判定手段で判定される運転者技量に応じて目標速度及び目標進行方向の少なくとも一方を修正することが好ましい。
このような構成によると、目標速度及び目標進行方向の少なくとも一方を、運転者の技量に応じて適切に修正することができる。例えば、運転者の技量が高い場合は修正量を小さくし、運転者の技量が低い場合は修正量を大きくすることができる。その結果、運転者の技量に応じて障害物との衝突の回避を適切に行いながら、運転者の操作にできるだけ忠実に車体が移動することとなる。

また、制御部が運転者技量判定手段をさらに有する場合は、車体通過予測領域算出手段は、運転者技量判定手段で判定される運転者技量に応じて車体の大きさを変更して、車体通過予測領域を算出するようにしてもよい。
このような構成によると、車体通過予測領域が運転者の技量に応じて広く又は狭く算出され、障害物との衝突の判定が適切に行われる。例えば、運転者の技量が低いほど車体の大きさを大きくして、車体通過予測領域を算出することができる。これによって、運転者の技量が低い場合は、車体通過予測領域が広く算出され、障害物と衝突すると判定され易くなる。一方、運転者の技量が高い場合は、車体通過予測領域が狭く算出され、障害物と衝突しないと判定され易くなる。その結果、障害物との衝突の判定を適切に行うことができる。

上記の車両においては、駆動制御手段は、衝突判定手段で車体と障害物とが衝突すると判定されたときは、操作入力部への入力に応じた目標進行方向と修正後の車体の進行方向とが異なる方向とならないように、目標進行方向を修正することが好ましい。ここで、目標進行方向と修正後の車体の進行方向とが異なるとは、例えば、車体の運動を直進成分と旋回成分に分解したときに、目標進行方向から得られる車体の直進成分が正（すなわち、前進）となるときに修正後の車体の直進成分が負（すなわち、後退）となることをいい、あるいは、目標進行方向から得られる車体の旋回成分が右旋回（又は左旋回）となるときに修正後の車体の旋回成分が左旋回（又は右旋回）となることをいう。
このような構成によると、運転者の意図しない方向への車体の移動が規制される。その結果、運転者の違和感を緩和することができる。

本発明の一実施形態に係る電動車椅子を模式的に示す側面図。電動車椅子の制御系の構成を示すブロック図。電動車椅子に装備された障害物検知センサのセンシング領域を説明するための図。電動車椅子の制御装置で実行される処理の手順を示すフローチャート。操作部に入力された操作力から目標直進速度ｖｘ，目標横方向速度ｖｙを算出する手順を説明するための図。目標直進速度ｖｘ，目標横方向速度ｖｙから車両通過予測領域を算出する手順を説明するための図。目標直進速度ｖｘ，目標横方向速度ｖｙから車両通過予測領域を算出する手順を説明するための図。障害物検知センサの検知結果の一例を示す図。障害物までの距離と電動車椅子に発生する斥力との関係を示すグラフ。本実施形態の電動車椅子の動作例を説明する図（その１）。本実施形態の電動車椅子の動作例を説明する図（その２）。本実施形態の電動車椅子の動作例を説明する図（その３）。本実施形態の電動車椅子の他の動作例を説明する図。

本発明の一実施形態に係る電動車椅子１０について、図面を参照しながら説明する。図１〜３に示すように電動車椅子１０は、前輪１４と、後輪１２と、前輪１４及び後輪１２が取付けられた車体５０を備えている。

前輪１４ａ，１４ｂは、キャスタ輪であり、車体５０の側面の前端側に取付けられている。後輪１２ａ，１２ｂは、車体５０の側面の後端側に取付けられている。後輪１２ａは、モータ１８ａと接続されており、モータ１８ａによって駆動される。後輪１２ｂは、モータ１８ｂと接続されており、モータ１８ｂによって駆動される。すなわち、後輪１２ａ、１２ｂは、それぞれ独立して駆動される。後輪１２ａ，１２ｂを駆動することで、電動車椅子１０は床面Ｆを走行する。また、後輪１２ａの回転駆動量と後輪１２ｂの回転駆動量を変えることで、電動車椅子１０はその進行方向を変えることができる。

車体５０は、シート２０と、後輪１２ａ、１２ｂを駆動するモータ１８ａ、１８ｂと、障害物を検知する障害物検知センサ１６と、モータ１８ａ、１８ｂに制御指令値を出力する制御装置３０を備えている。

シート２０は、図示しない車体フレーム上に載置されている。シート２０は、肘掛２３と、背もたれ２１と、フットステップ２２を備えている。肘掛２３の先端には、操作部２４が設けられている。運転者は、シート２０に座った状態で肘掛２３に腕を掛け、肘掛２３の先端の操作部２４を手で操作することで、電動車椅子１０を運転することができる。

図２に示すように、操作部２４は、ジョイステック２４ａと、ジョイステック２４ａに接続された操作力検知装置２４ｂを備えている。ジョイステック２４ａは、前後左右に傾けることができるように構成されている。運転者は、電動車椅子１０を前方に走行させたいときはジョイステック２４ａを前方に傾け、電動車椅子１０を後方に走行させたいときはジョイステック２４ａを後方に傾ける。また、電動車椅子１０を右側に旋回させたいときはジョイステック２４ａを右側に傾け、電動車椅子１０を左側に旋回させたいときはジョイステック２４ａを左側に傾ける。これによって運転者は、電動車椅子１０を所望の位置に移動させることができる。

操作力検知装置２４ｂは、ジョイステックの操作方向（すなわち、前後方向及び左右方向）毎に、ジョイステック２４ａに入力された力の大きさを検知する。操作力検知装置２４ｂで検知された力は、操作方向毎に電気信号に変換され、制御装置３０に入力される。操作力検知装置２４ｂには、公知の力センサを用いることができる。

なお、操作部２４は、上述した構成に限られず、種々の構成を採用することができる。例えば、本願出願人によって先に出願された特開２００９−２５４２２０号公報に開示された構成を採ることができる。また、アクセルペダルとハンドルによって、車体の目標速度及び目標進行方向を入力するようにしてもよい。

モータ１８ａ、１８ｂは、制御装置３０と電気的に接続されている。モータ１８ａ、１８ｂは、制御装置３０から入力される制御指令値にしたがって、後輪１２ａ、１２ｂをそれぞれ駆動する。モータ１８ａには、エンコーダ１９ａが設けられている。エンコーダ１９ａは、制御装置３０と電気的に接続されている。エンコーダ１９ａは、モータ１８ａの回転角速度（すなわち、後輪１２ａの回転角速度）を検出する。エンコーダ１９ａが検出した後輪１２ａの回転角速度は、制御装置３０に入力される。また、モータ１８ｂにも、エンコーダ１９ｂが設けられている。エンコーダ１９ｂは、後輪１２ｂの回転角速度を検出する。エンコーダ１９ｂが検出した後輪１２ｂの回転角速度も、制御装置３０に入力される。

障害物検知センサ１６は、２次元スキャン型の距離計測センサである。障害物検知センサ１６は、レーザ光を照射すると共に、その照射したレーザ光の反射光が検知可能となっている。障害物検知センサ１６の計測範囲内（例えば、障害物検知センサ１６からの距離が３０．０ｍ以内）で、かつ、レーザ光を照射する方向に障害物が存在している場合は、障害物検知センサ１６からレーザ光が照射されると、そのレーザ光が障害物で反射され、その反射光が障害物検知センサ１６で検知される。障害物検知センサ１６は、レーザ光を照射してからレーザ光を検知するまでの時間によって、障害物までの距離を計測する。一方、障害物検知センサ１６の計測範囲内に障害物が存在していない場合は、障害物検知センサ１６から照射されたレーザ光は反射されず、障害物検知センサ１６では反射光が検知されない。

図１に示すように、障害物検知センサ１６は、フットステップ２２の下方で、床面Ｆの近傍に設置される。また、図３に示すように、障害物検知センサ１６は、車体５０の前端で、かつ、車体５０の幅方向中央に設置される。障害物検知センサ１６から照射されるレーザ光は、その照射面（以下、計測面という）が床面Ｆと平行となるように設定され、その照射方向は、設定された角度範囲内を一定の角速度で変化するように設定されている。このため、障害物検知センサ１６は、図３に示す点線で囲まれた検知領域Ｓ_Ａ（すなわち、電動車椅子１０の進行方向）に障害物が存在するか否かを検知する。障害物検知センサ１６は、制御装置３０に電気的に接続され、障害物検知センサ１６の検知結果が制御装置３０に入力されるようになっている。

上述した障害物検知センサ１６には、例えば、ＳＩＣＫ社製のＬＭＳ２００や、北陽電機社製のＵＴＭ−３０ＬＸ等を用いることができる。なお、障害物検知センサ１６には、上記のレーザ光を利用した距離計測センサに限られず、他の方式（例えば、超音波等）を利用したものを用いることもできる。

制御装置３０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたコンピュータによって構成されている。制御装置３０は、車体５０に配置されている。制御装置３０は、モータ１８ａ、１８ｂと、エンコーダ１９ａ、１９ｂと、障害物検知センサ１６と、操作力検知装置２４ｂと、メモリ４２に電気的に接続されている。図２に示すように、制御装置３０は、その機能として、操作入力変換部３２と、車両通過予測領域算出部３４と、衝突判定部３６と、駆動制御部３８と、技量判定部４０を備えている。制御装置３０に備えられる各部３２，３４，３６，３８，４０の機能については、後で詳述する。

次に、上述した電動車椅子１０の制御装置３０で行われる処理を、図４のフローチャートに従って説明する。制御装置３０は、所定の制御周期毎に、図４に示すステップＳ１０〜Ｓ３２の処理を繰り返し実行する。これにより、電動車椅子１０は床面Ｆを走行する。

図４に示すように、制御装置３０は、まず、操作力検知装置２４ｂから、運転者がジョイステック２４ａに入力している操作力の大きさと方向を取得する（Ｓ１０）。上述したように操作力検知装置２４ｂは、ジョイステック２４ａの操作方向毎に、ジョイステック２４ａに入力される操作力を検知している。このため、制御装置３０は、ジョイステック２４ａの操作方向毎に操作力を取得する。

次いで、制御装置３０は、操作力検知装置２４ｂから取得した情報に基づいて、操作部２４に入力された操作力を変換して、入力された操作力に応じた車体５０の目標速度及び目標進行方向を算出する（Ｓ１２）。具体的な算出手順を、図５を参照して説明する。

上述したように、制御装置３０は、ジョイステック２４ａの操作方向毎に操作力を取得する。このため、制御装置３０は、まず、取得した操作方向毎の操作力を合成し、その合力Ｆの大きさ｜Ｆ｜と方向θを算出する。ここで、合力Ｆの大きさが設定値Ｆｍａｘを超えるときは、合力Ｆの大きさをＦｍａｘとする。一方、合力Ｆの大きさが設定値Ｆｍａｘ以下となるときは、合力Ｆの大きさは修正されない。これによって、ジョイステック２４ａに過大な操作力（Ｆｍａｘを超える操作力）が入力されても、電動車椅子１０の速度が最大速度に制限される。

次に、制御装置３０は、合力Ｆの大きさと方向θから、電動車椅子１０の直進方向（ｘ方向）の目標速度ｖｘ（＝｜Ｆ｜ｃｏｓθ）と、直進方向に対して横方向（ｙ方向）の目標速度ｖｙ（＝｜Ｆ｜ｓｉｎθ）を算出する（図５参照）。これによって、操作部２４への入力に応じた車体５０の目標速度及び目標進行方向が算出される。なお、本実施形態では、直進方向目標速度ｖｘと横方向目標速度ｖｙによって目標速度及び目標進行方向を表したが、目標速度及び目標進行方向は他のパラメータで与えることができる。

ステップＳ１４に進むと、制御装置３０は、ステップＳ１２で算出した車体５０の目標速度及び目標進行方向（すなわち、直進方向目標速度ｖｘ，横方向目標速度ｖｙ）を用いて、現在の位置から所定時間Δｔ（例えば、１秒）が経過するまでに車体５０が通過すると予測される車体通過予測領域Ｐｓを算出する（Ｓ１４）。具体的な算出手順を、図６，７を参照して説明する。

制御装置３０は、まず、車体５０の直進方向目標速度ｖｘ，横方向目標速度ｖｙから、車体５０の合成目標速度ｖと旋回速度ωと曲率半径ρを算出する（図６参照）。具体的には、車体５０の直進方向目標速度ｖｘと横方向目標速度ｖｙから、まず、合成目標速度ｖと旋回速度ωを算出する（下記の式（１））。ここで、ｖｘ_ｍａｘは、電動車椅子１０の直進方向の最高速度であり、例えば、１．０ｍ／ｓとすることができる。ｖｙ_ｍａｘは、電動車椅子１０の横方向の最高速度であり、例えば、１．０ｒａｄ／ｓとすることができる。次いで、算出した合成目標速度ｖと旋回速度ωから、曲率半径ρを算出する（下記の式（２））。

合成目標速度ｖと旋回速度ωと曲率半径ρを算出すると、これらを用いて、制御装置３０は、車体５０の４つの角部の頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄの軌跡を求める。このためには、まず、現在の車体５０の角部の頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄの座標と、所定時間Δｔだけ経過した後の車体５０の角部の頂点ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’の座標を算出する。ここで、頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄの座標と、頂点ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’の座標は、車体５０内に設定した制御中心Ｏ（０，０）を基準に算出する。現在の車体５０の角部の頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄの座標は、制御中心Ｏ（０，０）と頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄの幾何学的関係によって決まる。例えば、頂点ａの座標は、（ｘoffset，ｙoffset）と表すことができる。ｘoffsetは制御中心Ｏに対する点ａの直進方向（ｘ方向）のオフセット量であり、ｙoffsetは制御中心Ｏに対する点ａの横方向（ｙ方向）のオフセット量である。一方、所定時間Δｔだけ経過した後の頂点ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’の座標は、制御中心Ｏ（０，０）と頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄの幾何学的関係と、旋回速度ωと、曲率半径ρとを用いて算出することができる。例えば、頂点ａ’の座標（ｘａ，ｙａ）は、次の式（３）で算出することができる。

頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄの座標と頂点ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’の座標を算出することで、図７に示すように、現在の車体５０の位置と、所定時間（Δｔ）だけ経過した時の車体５０の位置を算出することができる。また、頂点ａから頂点ａ’に移動する際の軌跡ｌａと、頂点ｂから頂点ｂ’に移動する際の軌跡ｌｂと，頂点ｃから頂点ｃ’に移動する際の軌跡ｌｃと，頂点ｄから頂点ｄ’に移動する際の軌跡ｌｄが分かるため、これらの軌跡ｌａ，ｌｂ、ｌｃ、ｌｄより車体５０が通過すると予測される車体通過予測領域Ｐｓを算出することができる。例えば、図７に示すように、電動車椅子１０が左方向に旋回する場合は、左後端の頂点ａの軌跡ｌａが最も内側の軌跡となり、右前端の頂点ｃの軌跡ｌｃが最も外側の軌跡ｌｃとなり、軌跡ｌａ，ｌｃで挟まれた領域が車両通過予測領域Ｐｓとなる。

次いで、制御装置３０は、障害物検知センサ１６から入力する検知結果（すなわち、レーザ光を検知領域Ｓ_Ａに１走査することにより得られた結果）から、検知領域Ｓ_Ａに障害物が存在するか否かを判定する（Ｓ１６）。既述したように、障害物検知センサ１６は、検知領域Ｓ_Ａに障害物が存在すると、その障害物からの反射光のみを検知する。例えば、図８に示すように、障害物検知センサ１６の右斜め前方にのみ障害物５２が存在する場合は、障害物検知センサ１６は、障害物５２が存在する方向からのみ反射光を検知し、それ以外の方向からは反射光を検知しない。したがって、制御装置３０は、障害物検知センサ１６の検知結果に、反射光を受光した方向が存在するか否かを判定する。そして、反射光を受光した方向が存在する場合は、検知領域Ｓ_Ａに障害物が存在すると判定する。一方、反射光を受光した方向が存在しない場合は、検知領域Ｓ_Ａに障害物が存在しないと判定する。

検知領域Ｓ_Ａに障害物が存在しないと判定された場合（ステップＳ１６でＮＯ）は、制御装置３０はステップＳ３０に進む。一方、検知領域Ｓ_Ａに障害物が存在すると判定された場合（ステップＳ１６でＹＥＳ）は、制御装置３０はその障害物の位置を算出する（Ｓ１８）。障害物検知センサ１６の検知結果から障害物の位置を算出する手順は、公知の方法を用いることができる。すなわち、図８に示すように、障害物５２は連続する複数の検知点Ｂによって表される。各検知点Ｂについては、障害物検知センサ１６からの距離と、その検知点Ｂを検知した時のレーザ光の照射方向が既知である。また、障害物検知センサ１６と制御中心Ｏの相対位置関係も既知である。このため、制御装置３０は、これらを用いて、制御中心Ｏに対する各検知点Ｂの座標を算出することができる。

次に、制御装置３０は、ステップＳ１４で算出した車体通過予測領域Ｐｓと、ステップＳ１８で算出した障害物の位置とから、車体５０と障害物とが衝突するか否かを判定する（Ｓ２０）。すなわち、ステップＳ１４で算出した車体通過予測領域Ｐｓ内に、ステップＳ１８で算出したいずれかの検知点が存在しているか否かによって、車体５０と障害物とが衝突するか否かを判定する。なお、車体５０と障害物が衝突すると判定した場合は、制御装置３０は、メモリ４２に記憶されている「衝突すると判定した回数」を更新する。これによって、メモリ４２には、車体５０と障害物が衝突すると判定された回数がカウントされていくこととなる。

車体５０と障害物とが衝突しないと判定された場合（ステップＳ２０でＮＯ）は、制御装置３０はステップＳ３０に進む。一方、車体５０と障害物とが衝突すると判定された場合（ステップＳ２０でＹＥＳ）の場合は、制御装置３０は運転者の技量を判定する（Ｓ２２）。運転者の技量は、制御装置３０が車体５０と障害物とが衝突すると判定した回数（メモリ４２に記憶）に基づいて算出することができる。例えば、電動車椅子１０の全走行時間と、制御装置３０が車体５０と障害物とが衝突すると判定した回数（すなわち、衝突すると判定された時間）との比によって、運転者の技量を算出することができる（例えば、下記の式（４））。

上記の（式４）で運転者の技量を数値化すると、制御装置３０は、その数値によって、運転者を「初心者」と「中級車」と「上級者」に分類する。例えば、技量が０．００〜０．２５の者は「初心者」に分類され、技量が０．２５〜０．７５の者は「中級者」に分類され、技量が０．７５〜１．００の者は「上級者」に分類される。なお、運転者を「初心者」、「中級者」、「上級者」に分類する方法は、上記の方法に限られず、種々の方法を採用することができる。

次に、制御装置３０は、車体５０と障害物との距離（最短距離）を算出する（Ｓ２４）。上述したように、障害物検知センサ１６は、障害物を複数の検知点として検出している。このため、制御装置３０は、障害物を表す複数の検知点のうち、最も制御中心Ｏに近い検知点までの距離を算出する。

次に、制御装置３０は、ステップＳ２４で算出した車体５０と障害物（すなわち、障害物を表す複数の検知点のうち最も制御中心Ｏに近い検知点）との距離に応じた斥力を算出する（Ｓ２６）。ここで、制御装置３０は、ステップＳ１２で車体５０の直進方向の目標速度ｖｘと、横方向の目標速度ｖｙを算出している。このため、斥力Ｒについても、車体５０の直進方向の斥力Ｒｘと、横方向の斥力Ｒｙを算出する。したがって、制御装置３０は、車体５０と障害物との直進方向の距離に応じて斥力Ｒｘを算出し、車体５０と障害物との横方向の距離に応じて斥力Ｒｙを算出する。この際、図９に示すように、ステップＳ２２で分類した「初心者」と「中級者」と「上級者」の区分に応じて、斥力Ｒｘ，Ｒｙの大きさを変化させる。すなわち、「初心者」には大きな斥力Ｒｘ，Ｒｙが作用する一方で、「上級者」には小さな斥力Ｒｘ，Ｒｙが作用するようにする。なお、図９に示すように、車体５０と障害物との距離に応じて斥力を変化させる方法としては、公知の種々の関数（例えば、ガウス関数）を用いることができる。

制御装置３０は、斥力Ｒｘ，Ｒｙを算出すると、その斥力Ｒｘ，Ｒｙを用いて、ステップＳ１２で算出した車体５０の直進方向の目標速度ｖｘと、横方向の目標速度ｖｙを修正する（Ｓ２８）。具体的には、車体５０の直進方向の目標速度をｖｘ−Ｒｘとし、車体５０の横方向の目標速度をｖｙ−Ｒｙとする。ここで、本実施形態では、斥力Ｒｘの絶対値が目標速度ｖｘの絶対値より大きくなる場合は、修正後の目標速度ｖｘ−Ｒｘが「０」とされ、運転者の意図しない方向に電動車椅子１０が移動することが禁止される。すなわち、運転者が電動車椅子１０を前方に移動させるように操作している場合に、電動車椅子１０が後方に移動することはない。同様に、斥力Ｒｙの絶対値が目標速度ｖｙの絶対値より大きくなる場合は、修正後の目標速度ｖｙ−Ｒｙが「０」とされ、運転者の意図しない方向に電動車椅子１０が移動することが禁止される。例えば、運転者が電動車椅子１０を右側に旋回するように操作している場合に、電動車椅子１０が左側に旋回してしまうことはない。また、運転者が電動車椅子１０を直進させるように操作している場合に、横方向の斥力Ｒｙが算出されても、電動車椅子１０が旋回動作を行わないようになっている。

ステップＳ３０に進むと、制御装置３０は、車体５０の直進方向の目標速度ｖｘと横方向の目標速度ｖｙに基づいて、モータ１８ａ，１８ｂを駆動するためのモータ駆動指令値を算出する（Ｓ３２）。上述した説明から明らかなように、障害物検知センサ１６が検知領域Ｓ_Ａに障害物を検出していない場合（ステップＳ１６でＮＯ）や、検知領域Ｓ_Ａ内の障害物が車体５０と衝突しないと判定された場合（ステップＳ２０でＮＯ）は、ステップＳ１２で算出した直進方向の目標速度ｖｘ，横方向の目標速度ｖｙに基づいてモータ駆動指令値が算出される。したがって、このような場合は、運転者が操作部２４に入力した通りに電動車椅子１０が駆動される。一方、検知領域Ｓ_Ａ内の障害物と車体５０とが衝突すると判定された場合（ステップＳ２０でＹＥＳ）は、ステップＳ２８で修正された直進方向の目標速度ｖｘ−Ｒｘ，横方向の目標速度ｖｙ−Ｒｙに基づいて、モータ駆動指令値が算出される。その結果、運転者が障害物を回避する操作を行い易いように、電動車椅子１０の速度が減速される。

ステップＳ３０でモータ駆動指令値が算出されると、制御装置３０は、算出したモータ駆動指令値に基づいてモータ１８ａ，１８ｂを駆動する（Ｓ３２）。この際、エンコーダ１９ａ，１９ｂからの信号に基づいてモータ１８ａ，１８ｂを駆動することで、電動車椅子１０は、ステップＳ１２で算出された直進方向目標速度ｖｘ及び横方向目標速度ｖｙとなるように、又は、ステップＳ２８で修正された直進方向目標速度ｖｘ−Ｒｘ及び横方向目標速度ｖｙ−Ｒｙとなるように駆動される。

以上、制御装置３０の処理について説明した。ここで、制御装置３０が上述した処理を行うことによって生じる、電動車椅子１０の挙動の一例について図１０〜１２を参照して説明する。図１０〜１２に示す例では、電動車椅子１０の前方に障害物５２があり、運転者が操作部２４に直進方向の操作力を作用させているものとする。図１０に示すように、操作部２４への操作入力に基づいて算出される車体通過予測領域Ｐｓ内には、障害物検知センサ１６で検知された障害物５２の検知点群が位置している。このため、制御装置３０は、車体５０と障害物５２とは衝突すると判定し、車体５０に作用させる斥力Ｒｘ，Ｒｙを算出する。すなわち、図１１に示すように、障害物５２を表す検知点群のうち最も近い検知点Ｂ_ｍｉｎと制御中心Ｏとの距離に応じた斥力Ｒｘ，Ｒｙを算出する。そして、制御装置３０は、操作部２４への入力から算出される直進方向目標速度ｖｘ，横方向目標速度ｖｙを、算出した斥力Ｒｘ，Ｒｙによって修正する。ここで、操作部２４へは直進方向の操作力しか入力されていないため、横方向目標速度ｖｙは０となっている。このため、修正された横方向目標速度ｖｙ−Ｒｙを用いると、電動車椅子１０は障害物５２から離れるように移動し、運転者の意図していない方向へ移動してしまう。そこで、横方向の目標速度ｖｙは、「０」として処理される。このため、図１２に示すように、電動車椅子１０は直進方向の速度のみが修正されて減速される。その結果、電動車椅子１０は、障害物５２の手前で停止し、電動車椅子１０と障害物５２との衝突が回避される。

また、図１３に示すように、電動車椅子１０の前方に障害物５２ａ，５２ｂが存在する場合を考える。この場合においても、運転者は操作部２４に直進方向の操作力のみを作用させているものとする。この場合は、操作部２４への操作入力に基づいて算出される車体通過予測領域Ｐｓ内には、障害物検知センサ１６で検知された障害物５２ａ，５２ｂの検知点群が位置していない。このため、制御装置３０は、車体５０と障害物５２ａ，５２ｂとは衝突しないと判定する。そして、操作部２４への入力から算出される直進方向の目標速度ｖｘと横方向の目標速度ｖｙでモータ１８ａ，１８ｂを駆動する。このため、電動車椅子１０は減速することなく、障害物５２ａ，５２ｂの近傍を通過することができる。

上述した説明から明らかなように、本実施形態の電動車椅子１０では、電動車椅子１０と障害物が衝突すると判定されるときにのみ、電動車椅子１０に斥力Ｒｘ，Ｒｙを作用させる。すなわち、電動車椅子１０と障害物が衝突しないと判定される限り、電動車椅子１０に斥力Ｒｘ，Ｒｙは作用しない。このため、電動車椅子１０は、障害物の近傍を、速度を落とさずに走行することができる。その結果、技量の高い運転者には、自分の意図通りに運転できることによる満足感を与えることができる。

また、本実施形態の電動車椅子１０では、運転者の技量を判定し、運転者の技量に基づいて斥力Ｒｘ，Ｒｙの大きさを変更する。このため、技量の低い初心者には大きな斥力Ｒｘ，Ｒｙが作用して、電動車椅子１０の速度が大きく制限される。これによって、技量の低い初心者でも、障害物を回避するための操作を容易に行うことができる。一方、技量の高い上級者には小さな斥力Ｒｘ，Ｒｙが作用して、電動車椅子１０の速度制限量が低く抑えられる。その結果、必要以上に速度が制限されずに、障害物の近傍を走行することができる。これによって、障害物の回避を行いながら、運転者の意図に沿った走行を可能としている。

さらに、本実施形態の電動車椅子１０では、斥力Ｒｘ，Ｒｙが作用する場合でも、運転者の意図しない方向への旋回動作が規制される。このため、運転者は、車体５０が意図しない方向に向かないため、安心して電動車椅子１０を運転することができる。また、電動車椅子１０が狭路を走行する場合においては、車体５０のハンチング（車体５０の向きが左右に振動すること）が抑えられる。その結果、運転者は快適に電動車椅子１０を運転することができる。

なお、上述した実施形態では、直進方向の斥力Ｒｘと、横方向の斥力Ｒｙを作用させたが、直進方向の斥力Ｒｘのみを作用させるようにしてもよい。このような構成によっても、電動車椅子は、運転者の意図した方向にのみ移動することとなり、運転者に安心感を与えることができる。

また、上述した実施形態では、運転者の技量に応じて斥力Ｒｘ，Ｒｙの大きさが変化するようにしたが、本発明はこのような形態には限られない。例えば、運転者の技量に応じて、車両通過予測領域Ｐｓを算出する際の車両モデル（すなわち、制御中心Ｏと頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄの相対位置関係）の大きさを変化させてもよい。例えば、運転者の技量が高いほど車両モデルを小さくして、車両通過予測領域Ｐｓを算出することができる。これによって、運転者の技量が高いほど障害物と衝突すると判定され難くなり、運転者の技量が低いほど障害物と衝突すると判定され易くなる。その結果、運転者の技量に応じて適切に斥力Ｒｘ，Ｒｙが作用し、障害物の回避を行いながら、運転者の意図通りの走行を可能とする。

また、上述した実施形態では、運転者の技量を、電動車椅子１０の全走行時間と、車体と障害物とが衝突すると判定された時間によって算出したが、本発明はこのような形態に限られない。例えば、直近の所定時間の走行時間を基準とし、その走行時間内に障害物と衝突すると判定された時間によって、運転者の技量を決めることができる。このように、直近の運転内容に基づいて運転者の技量を判定すると、現在の運転者の技量を適切に評価することができる。

また、複数の運転者が同一の電動車椅子を共同で使用する場合は、運転者毎に技量の判定ができるように、運転者のＩＤ等を入力する入力装置を備えるようにしてもよい。この場合は、メモリ４２内に運転者毎の走行時間等が記憶され、入力装置に入力されたＩＤに応じて運転者の走行時間等が制御装置に読み出される。

また、上述した実施形態では、本発明を電動車椅子に適用した例であったが、本発明は、台車、買い物カート、ゴルフカート、シニアカー等にも適用することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：電動車椅子
１２ａ，１２ｂ：後輪
１４ａ，１４ｂ：前輪
１６：障害物検知センサ
１８ａ，１８ｂ：モータ
２０：シート
２４：操作部
２４ａ：ジョイステック
２４ｂ：操作力検出装置
３０：制御装置
４２：メモリ

Claims

運転者の操作が入力される操作入力部と、
障害物を検知する障害物検知部と、
車体の速度及び進行方向を変更する速度・進行方向変更部と、
速度・進行方向変更部を制御する制御部と、を備えており、
制御部は、
（１）操作入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向で車体が所定時間だけ移動するときに車体が通過すると予測される車体通過予測領域と、障害物検知部で検出された障害物の位置とから、車体と障害物とが衝突しないと判定されるときは、操作入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向に基づいて速度・進行方向変更部を駆動し、
（２）前記車体通過予測領域と、障害物検知部で検出された障害物の位置とから、車体と障害物とが衝突すると判定されるときは、操作入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向の少なくとも一方を修正すると共に、その修正した目標速度及び目標進行方向に基づいて速度・進行方向変更部を駆動することを特徴とする動力車。
制御部は、
操作入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向で車体が所定時間だけ移動するときに、車体が通過すると予測される車体通過予測領域を算出する車体通過予測領域算出手段と、
障害物検知部で検出された障害物の位置と、車体通過予測領域算出手段で算出された車体通過予測領域とに基づいて、車体と障害物とが衝突するか否かを判定する衝突判定手段と、
衝突判定手段で車体と障害物が衝突しないと判定されたときは、操作入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向に基づいて速度・進行方向変更部を駆動し、衝突判定手段で車体と障害物が衝突すると判定されたときは、操作入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向の少なくとも一方を修正すると共に、その修正した目標速度及び目標進行方向に基づいて速度・進行方向変更部を駆動する駆動制御手段と、
を有する請求項１に記載の動力車。
制御部は、衝突判定手段で車体と障害物とが衝突すると判定された回数に基づいて運転者の技量を判定する運転者技量判定手段をさらに有し、
駆動制御手段は、衝突判定手段で車体と障害物とが衝突すると判定されたときは、運転者技量判定手段で判定される運転者技量に応じて目標速度及び目標進行方向の少なくとも一方を修正することを特徴とする請求項２に記載の動力車。
駆動制御手段は、運転者の技量が低いほど修正量を大きくすることを特徴とする請求項３に記載の動力車。
制御部は、衝突判定手段で車体と障害物とが衝突すると判定された回数に基づいて運転者の技量を判定する運転者技量判定手段をさらに有し、
車体通過予測領域算出手段は、運転者技量判定手段で判定される運転者技量に応じて車体の大きさを変更して、車体通過予測領域を算出することを特徴とする請求項２に記載の動力車。
車体通過予測領域算出手段は、運転者の技量が低いほど車体の大きさを大きくして、車体通過予測領域を算出することを特徴とする請求項５に記載の動力車。
駆動制御手段は、衝突判定手段で車体と障害物とが衝突すると判定されたときは、操作入力部への入力に応じた目標進行方向と修正後の車体の進行方向とが異なる方向とならないように、目標進行方向を修正することを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の動力車。