JP2012066783A - 制御装置及び移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】外力に応じて走行する移動体において、操舵桿グリップの回転とは異なる方法で旋回動作を実現すること。
【解決手段】外力に応じて走行する移動体であって、車体が回転する際の角速度を検出する角速度センサによって検出された角速度に応じて、前記移動体の駆動部の動作を制御する制御器を備える。さらには、前記移動体の移動速度を演算する速度演算器と、前記速度演算器によって演算された前記移動速度に応じて、前記制御器における制御の係数を変更する制御係数変更器と、をさらに備え、前記制御器は、前記制御係数変更器によって変更された係数に基づいて前記駆動部の動作を制御しても良い。
【選択図】図７

Description

この発明は、外力に応じて走行する移動体の制御に関するものである。

従来から、荷物等を運搬するためのハンディカートの車輪を、電動機を用いて駆動し、人力をアシストする電動推進式ハンディカート（手押し電動ハンディカート）が知られている（例えば、特許文献１参照）。この電動推進式ハンディカートは、第１および第２の車輪を有する本体と、本体に揺動自在に取り付けられた略棒状の操舵桿とを備えている。本体は、筐体と、この筐体の内部に配置された直流電源、および制御装置とを備えている。

また、操舵桿は、操舵桿本体部と、この操舵桿本体部の一端に設けられた操舵桿グリップとを備えている。操舵桿グリップは、操舵桿本体部から筐体が配置されている進行方向前方に向かって延出するように形成されている。そして、使用者は、電動推進式ハンディカートを前方に配置した状態で操舵桿グリップを把持し、操舵桿本体部をやや手前に押し倒して車輪を駆動させる。これにより、電動推進式ハンディカートが進行方向前方に向かって走行するので、使用者の荷物等の運搬作業が軽減される。

このような電動推進式ハンディカートでは、旋回動作をどのように実現するかが一つの課題となる。上述の従来技術にあっては、操舵桿グリップの回転に応じて旋回動作が行われていた。具体的には以下のように構成されていた。電動推進式ハンディカートの操舵桿グリップは、操舵桿の軸を中心として回転するように取り付けられており、この回転角が電動推進式ハンディカートの制御装置によって目標旋回角速度として検出される。そして、制御装置が、電動推進式ハンディカートに搭載されたレートジャイロによって計測されるヨーレートと目標旋回角速度とに応じてフィードバック制御を行い、旋回動作を実現していた。

発明協会公開技報公技番号２００９−５０１７５９号

しかしながら、操舵桿グリップを不用意に回転させてしまうと、目標旋回角速度が大きな値として入力され、不意に大きく旋回してしまうおそれがあった。特に、電動推進式ハンディカートの操作に不慣れな使用者にとっては、旋回の制御が困難となる場合があった。このような問題は、上述した電動推進式ハンディカートの具体例のみに限らず、外力に応じて走行する移動体であって旋回動作を上記のように実現したものであれば全てに共通する問題であった。
上記事情に鑑み、本発明は、外力に応じて走行する移動体において、操舵桿グリップの回転とは異なる方法で旋回動作を実現することを可能とする技術を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、制御装置であって、外力に応じて走行する移動体の車体が回転する際の角速度を検出する角速度センサによって検出された角速度に応じて、前記移動体の駆動部の動作を制御する制御器を備える。

本発明の一態様は、上記の制御装置であって、前記移動体の移動速度を演算する速度演算器と、前記速度演算器によって演算された前記移動速度に応じて、前記制御器における制御の係数を変更する制御係数変更器と、をさらに備え、前記制御器は、前記制御係数変更器によって変更された係数に基づいて前記駆動部の動作を制御する。

本発明の一態様は、上記の制御装置であって、前記角速度センサは、鉛直方向に伸びる軸を中心とした回転における角速度を検出し、前記制御器は、前記角速度に応じて、前記移動体の旋回動作を制御する。

本発明の一態様は、上記の制御装置であって、前記角速度センサは、鉛直方向に伸びる軸及び進行方向に水平に伸びる軸に直交した軸を中心とした回転における角速度を検出し、前記制御器は、前記角速度に応じて、前記移動体の前記進行方向への速度を制御する。

本発明の一態様は、移動体であって、上記の制御装置と、前記制御装置による制御に応じて駆動する駆動部と、車体フレームと、を備える。

本発明により、外力に応じて走行する移動体において、操舵桿グリップの回転とは異なる方法で旋回動作を実現することが可能となる。

本発明の実施形態における手押し電動ハンディカートの斜視図である。 本発明の実施形態における手押し電動ハンディカートの背面図である。 本発明の実施形態におけるハンドル部の内部構造を示す斜視図である。 本発明の実施形態におけるハンドル部の内部構造の斜視図であって、起歪体を取り外した状態を示す。 力及び回転の符号が示す方向を表す図である。 減速器付電動モータ８の構成を表す概略ブロック図である。 制御基板の第一実施形態の構成を表す概略ブロック図である。 制御基板の第二実施形態の構成を表す概略ブロック図である。 制御基板の第三実施形態の構成を表す概略ブロック図である。

（手押し電動ハンディカート）
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、手押し電動ハンディカートの斜視図である。図２は、手押し電動ハンディカートの背面図である。なお、以下の説明において、説明を簡単にするために、使用者の進行方向前方を単に前方、進行方向後方を単に後方、進行方向を向いて右側を単に右側、進行方向を向いて左側を単に左側、鉛直方向上側を単に上側、地面側を単に下側などとして説明する場合がある。

図１に示すように、手押し電動ハンディカート１は、使用者Ｕが押して使用するタイプの電動ハンディカートであって、車体フレーム２と、車体フレーム２の後方側の左右に設けられた一対の車輪３と、車体フレーム２の後方から上方に向かって延出する棒状の操舵桿４と、操舵桿４の上端に設けられたハンドル部５とを備え、ハンドル部５を使用者Ｕが把持するようになっている。

（車体フレーム）
車体フレーム２は中空状のパイプにより形成されたものであって、操舵桿４の下部から下方に向かって二又状に分岐して延出する二又フレーム６を有している。二又フレーム６の間には、所定のスペースが形成される。
また、各二又フレーム６の先端には、それぞれ上方に向かって折り返すようにＵ字状に形成されたＵ字フレーム７が連設されている。各Ｕ字フレーム７は、上下方向に延出する一対の直線フレーム１０ａ，１０ｂと、これら直線フレーム１０ａ，１０ｂの下端同士を連設する円弧フレーム１１とにより構成されている。

また、一対の直線フレーム１０ａ，１０ｂには、両者に跨るステー６１が設けられ、ここに、それぞれ減速機付電動モータ８が取り付けられている。すなわち、各減速機付電動モータ８は、Ｕ字フレーム７の内周側に配置された状態になっている。また、減速機付電動モータ８は、円弧フレーム１１との間に隙間Ｓが形成されるように配置されている。

減速機付電動モータ８は、モータケース１２内に、不図示のモータ部（車輪駆動モータ５０５）と、例えばハイポサイクロイド減速機構等からなる減速機構（減速器１０６Ｒ、減速器１０６Ｌ）を収納したものである。そして、モータ部の出力は、減速機構に伝達された後、減速機構の出力軸９から出力される。出力軸９は、モータケース１２に設けられている不図示の軸受部を介し、左右方向外側に向かって突出している。ここで、不図示の軸受部は、例えば一対のアンギュラ玉軸受けを背面組み合わせしてなる。
また、出力軸９の先端には車輪３が取り付けられており、出力軸９が車輪３の車軸として機能するようになっている。さらに、モータケース１２の下部には、水抜き孔１３が形成されており、モータケース１２内に侵入した雨水が速やかに排水される。

Ｕ字フレーム７の一対の直線フレーム１０ａ，１０ｂのうち、前方側に位置している直線フレーム１０ｂの先端には、直線フレーム１０ｂと略直交する方向に沿って、かつ前方に向かってそれぞれ一対の前出フレーム１４が延出されている。この前出フレーム１４とＵ字フレーム７との接続部には、円弧部１５が形成されており、前出フレーム１４とＵ字フレーム７とが滑らかに連設されている。

前出フレーム１４には左右にブラケット１６が複数固定されており、これらブラケット１６にコントローラボックス１７が取り付けられている。コントローラボックス１７には、減速機付電動モータ８に給電を行うためのバッテリ１８、減速機付電動モータ８の駆動制御を行うための制御基板５８、手押し電動ハンディカート１の傾きを検出するジャイロセンサ５９などが収納されている。

コントローラボックス１７の後面１７ａには、バッテリ１８や制御基板５８と減速機付電動モータ８と電気的に接続するためのコネクタ１９ａ、および制御基板５８とハンドル部５とを電気的に接続するためのコネクタ１９ｂが設けられている。これらコネクタ１９ａ，１９ｂには、それぞれハーネス２０ａ，２０ｂの一端が接続されている。そして、ハーネス２０ａの他端は、減速機付電動モータ８に接続されている一方、ハーネス２０ｂの他端は、ハンドル部５に接続されている。

また、コントローラボックス１７の後面１７ａには、バッテリ１８に外部電力を供給し、バッテリ１８の充電を行うための充電用コネクタ２１が設けられている。さらに、コントローラボックス１７は、この上面１７ｂが前出フレーム１４と面一になるように配置されており、上面１７ｂ上に荷物Ｎが載置できるようになっている。すなわち、コントローラボックス１７上の空間は、荷物Ｎを載置するための荷室Ｈとしての役割を有する。

前出フレーム１４の前端には、乗り上げ補助装置２２が設けられている。乗り上げ補助装置２２は、手押し電動ハンディカート１が走行路上の段差を乗り上げる際に使用するものである。
また、乗り上げ補助装置２２は、使用者Ｕが手押し電動ハンディカート１から手を離した状態で、この手押し電動ハンディカート１の操舵桿４が鉛直方向に沿った姿勢のスタンド状態を安定維持する役割も有している。

乗り上げ補助装置２２は、前出フレーム１４の前端に連設されている補助フレーム２３と、補助フレーム２３に設けられた１つの補助輪２４とにより構成されている。補助フレーム２３は、一対の前出フレーム１４の前端から、それぞれ前出フレーム１４と略直交する方向に沿って、かつ下方に向かって延出する一対の脚フレーム２５ａ，２５ｂと、これら脚フレーム２５ａ，２５ｂの先端に跨るように設けられ、水平方向に沿って延在している連結フレーム２６とが互いに円弧部２７を介して滑らかに連設されたものである。そして、連結フレーム２６の長手方向略中央に、補助輪２４が設けられている。
ここで、手押し電動ハンディカート１は、補助輪２４、および車輪３が接地している状態で、前出フレーム１４が略水平方向に沿うように、かつ操舵桿４が略垂直方向に沿うように構成されている。

（操舵桿）
操舵桿４は、中空状の基部パイプ７１と、基部パイプ７１内に挿入され、この基部パイプ７１に対してスライド自在に設けられた中空状の上部パイプ７２とを有している。そして、基部パイプ７１の下部に、二又フレーム６の上端が接続されている。また、基部パイプ７１には、籠取付用ブラケット２９が取り付けられている。

また、基部パイプ７１、および上部パイプ７２の内部には、コントローラボックス１７のコネクタ１９ｂに一端が接続されているハーネス２０ｂが挿通されている。ハーネス２０ｂは、基部パイプ７１の下端から長手方向略中央に至る間に、螺旋状に配索された螺旋配索部３０を有している。
この螺旋配索部３０により、上部パイプ７２の進退移動による操舵桿４の長さの変化を吸収し、ハーネス２０ｂに無理な引張応力や圧縮応力がかかるのを阻止できる。このように構成された操舵桿４における上部パイプ７２の上端に、ハンドル部５が取り付けられている。

（ハンドル部）
図３は、ハンドル部の内部構造を示す斜視図である。図４は、ハンドル部の内部構造であって、起歪体を取り外した状態の斜視図である。
図３、図４に示すように、ハンドル部５は、操舵桿４から後方に向かって屈曲延出するようにＬ字状に形成された筐体３５を有している。筐体３５は、右側（図３、図４における紙面手前側）に開口部３５ａを有する箱状に形成されており、この開口部３５ａを閉塞するように不図示のカバーが取り付けられるようになっている。
また、筐体３５は、操舵桿４の上部パイプ７２の上方に配置されているブラケット収納部３６とブラケット収納部３６の上端に一体成形され、後方（図３、図４における左方）に向かって延出された把持部３７とにより構成されている。

ブラケット収納部３６の下端には、上部パイプ７２よりも大きく開口された開口部３６ａが形成されている。また、ブラケット収納部３６には、上部パイプ７２の上端に固定されているブラケット３８、イグニッションスイッチ４０、モード切替スイッチ４１、トグルスイッチ４２、およびスイッチレバー４４が収納されている。
ブラケット３８は、上部パイプ７２の上端に設けられたコネクタ３９を避けるように、上部パイプ７２に外嵌可能に形成されている。

コネクタ３９は、操舵桿４内に配索されているハーネス２０ｂの他端と、イグニッションスイッチ４０、モード切替スイッチ４１、トグルスイッチ４２、および後述の歪みゲージ５５とを電気的に接続するためのものである。
モード切替スイッチ４１は、手押し電動ハンディカート１の走行モードを切り替えるためのスイッチである。走行モードとしては、例えば、車輪３を常時一定速度で駆動させる「常時駆動モード」や、操舵桿４の傾きに基づいて使用者Ｕの歩行速度を算出し、この歩行速度に応じて車輪３の回転速度を可変させる「通常モード」や、使用者Ｕの歩行速度が「通常モード」を使用する使用者Ｕよりも比較的遅い場合に使用する「低速モード」等などが挙げられる。

モード切替スイッチ４１の切り替え信号は、コネクタ３９、およびハーネス２０ｂを介してコントローラボックス１７に収納されている制御基板５８に出力されるようになっている。これにより、減速機付電動モータ８の駆動制御が行われる。
スイッチレバー４４は、手押し電動ハンディカート１を起動させるためのものであって、筐体３５の把持部３７の下方から延出するように設けられている。そして、使用者Ｕがスイッチレバー４４を押し上げるとトグルスイッチ４２がオンするようになっている。トグルスイッチ４２のオン信号は、コントローラボックス１７に収納されている制御基板５８に出力され、減速機付電動モータ８の駆動制御が行われる。

図４に詳示するように、上部パイプ７２の上端に固定されているブラケット３８の上端には、ベースプレート４５がボルト・ナット４６によって締結固定されている。ベースプレート４５は、起歪体４７を取り付けるためのものであって、筐体３５の把持部３７に沿うように前後方向（図３、図４における左右方向）に長く帯状に形成されたベース本体４５ａを有している。
ベース本体４５ａは、把持部３７に形成されているベースプレート収納部３７ａに収納されている。ベース本体４５ａには、前端側に起歪体４７を固定するための２つの固定ピン４８が突設されていると共に、後端側に起歪体４７の変位を規制するストッパ４９が突設されている。

起歪体４７は、筐体３５の把持部３７に沿って前後方向（図３、図４における左右方向）に長く形成され、ロバーバル機構を構成している。すなわち、起歪体４７は、上部はり５１と、下部はり５２と、これらはり５１，５２の前端を跨るように一体形成された固定部５３と、はり５１，５２の後端を跨るように一体成形された可動部５４とを有している。これにより、起歪体４７は、ほぼ上下方向に変形可能、つまり、操舵桿４の軸方向に沿って変形可能になっている。

各はり５１，５２には、それぞれ両端側に薄肉部５１ａ，５２ａが形成されており、上部はり５１の上面における薄肉部５１ａに対応する位置と、下部はり５２の下面における薄肉部５２ａに対応する位置にそれぞれ歪みゲージ５５が貼付されている。歪みゲージ５５は、起歪体４７の歪み変形を検出するためのものであって、歪みゲージ５５によって検出された信号は、コネクタ３９、およびハーネス２０ｂを介してコントローラボックス１７に収納されている制御基板５８に出力される。

起歪体４７の固定部５３は平板状に形成されたものであって、ベースプレート４５から突設された２つの固定ピン４８に対応する位置に、これら固定ピン４８を挿通可能な２つの挿通孔５３ａが形成されている。これら挿通孔５３ａに固定ピン４８を挿通することにより、ベースプレート４５に起歪体４７が固定される。
一方、可動部５４は円柱状に形成されており、左右両側に２方取り部５４ａが形成されている。また、可動部５４には、２方取り部５４ａを貫通するように案内ピン５６が設けられている。案内ピン５６は、可動部５４の２方取り部５４ａから突出した状態になっている。

ここで、筐体３５の把持部３７には、ベースプレート収納部３７ａの後端に起歪体４７の可動部５４を収納可能な可動部収納部３７ｂが形成されている。この可動部収納部３７ｂに可動部５４が収納されることにより、起歪体４７に筐体３５が支持される。
筐体３５は、起歪体４７の可動部５４に支持されている一方、筐体３５のブラケット収納部３６には、下端に開口部３６ａが形成されている。このため、使用者Ｕは、把持部３７を把持した状態で、ブラケット収納部３６の開口部３６ａと操舵桿４の上部パイプ７２との間に生じるガタ分だけ筐体３５を上下方向に傾倒させたり、筐体３５を右回りや左回りに捻ったりすることができる。このとき、起歪体４７に生じる歪みが、歪みゲージ５５によって検出される。

ここで、ベースプレート４５のストッパ４９は、起歪体４７の各はり５１，５２の後部に形成されている薄肉部５１ａ，５２ａ間に突設されている。これにより、筐体３５が所定以上に上下方向に傾倒し、起歪体４７に所定以上の歪み応力がかかるのを防止できる。
また、筐体３５の可動部収納部３７ｂには、起歪体４７の可動部５４から突出している案内ピン５６に対応する位置に、この案内ピン５６を受け入れ可能な溝５７が形成されている。この溝５７は、僅かに上下方向に長く形成されており、案内ピン５６に対する筐体３５の右回り方向や左回りの方向の変位を吸収できるようになっている。すなわち、溝５７によって、筐体３５の右回りや左回りの捻り動作による起歪体４７の捩れ変形を防止できる。

（手押し電動ハンディカートの動作）
次に、手押し電動ハンディカート１の動作について説明する。
まず、手押し電動ハンディカート１を使用するにあたって、使用者Ｕは、操舵桿４よりも後方に立つ（図１参照）。手押し電動ハンディカート１には、乗り上げ補助装置２２が設けられているので、使用者Ｕが手押し電動ハンディカート１から手を離した状態であってもスタンド状態が安定維持される。

その後、使用者Ｕは、ハンドル部５のイグニッションスイッチ４０をオンし、ハンドル部５の把持部３７を把持する。そして、ハンドル部５をやや手前に引き、操舵桿４をやや手前に押し倒す。すると、補助輪２４が車輪３の出力軸（車軸）９を中心にして地面から浮き上がる方向に変位する（このような姿勢を、以下、走行姿勢という）。

ここで、車体フレーム２にコントローラボックス１７が配置されているので、手押し電動ハンディカート１の下部側の重心は、操舵桿４よりも前方に位置している。一方、ハンドル部５は、操舵桿４から後方に向かって屈曲延出するようにＬ字状に形成された筐体３５内に各部品が設けられているので、手押し電動ハンディカート１の上部側の重心は、操舵桿４よりも後方に位置している。
このように、手押し電動ハンディカート１は、下部側の重心と上部側の重心とが互いに操舵桿４を挟んで反対側に位置した状態になっている。このため、手押し電動ハンディカート１全体の重心は、操舵桿４よりも著しく前方に位置しておらず、使用者Ｕが容易に操舵桿４を手前に押し倒し、容易に補助輪２４を地面から浮き上がらせることができる。

（直進走行）
手押し電動ハンディカート１が走行姿勢を採り、直進走行させる場合、ハンドル部５の把持部３７を強く握り締め、スイッチレバー４４を押し上げると、トグルスイッチ４２がオンする。トグルスイッチ４２のオン信号は、コントローラボックス１７に収納されている制御基板５８に出力され、２つの減速機付電動モータ８を手押し電動ハンディカート１が前進するように駆動させる。

ここで、手押し電動ハンディカート１の走行速度が使用者Ｕの歩行速度よりも速くなると、手押し電動ハンディカート１が使用者Ｕから離れる方向に走行していくことになる。すると、ハンドル部５が引っ張られて手前に向かって傾倒し、ハンドル部５内に設けられている起歪体４７の可動部５４が、固定部５３よりも手前に向かって、つまり、上方に向かって歪み変形する。
一方、手押し電動ハンディカート１の走行速度が使用者Ｕの歩行速度よりも遅くなると、手押し電動ハンディカート１が使用者Ｕ側に向かってくることになる。すると、ハンドル部５が操舵桿４側に向かって押圧されて傾倒し、ハンドル部５内に設けられている起歪体４７の可動部５４が、固定部５３よりも奥に向かって、つまり、下方に向かって歪み変形する。

このような起歪体４７の歪み変形は、起歪体４７の薄肉部５１ａ，５１ｂに設けられている歪みゲージ５５によって検出される。そして、歪みゲージ５５による検出信号（操作力信号）がコントローラボックス１７の制御基板５８に出力される。
ここで、手押し電動ハンディカート１の走行モードを、使用者Ｕの歩行速度に応じて車輪３の回転速度を可変させる「通常モード」や「低速モード」に設定している場合、歪みゲージ５５による検出信号に基づいて、減速機付電動モータ８の駆動制御が行われる。

すなわち、手押し電動ハンディカート１の走行速度が使用者Ｕの歩行速度よりも速くなると、制御基板５８から減速機付電動モータ８を減速させる信号が出力される。一方、手押し電動ハンディカート１の走行速度が使用者Ｕの歩行速度よりも遅くなると、制御基板５８から減速機付電動モータ８を増速させる信号が出力される。このため、使用者Ｕと手押し電動ハンディカート１の車輪３との間の距離が所望の距離に維持される。

さらに、手押し電動ハンディカート１を停止させる場合、ハンドル部５の把持部３７の握りを弱くするとスイッチレバー４４が下がり、トグルスイッチ４２がオフになる。トグルスイッチ４２のオフ信号は、制御基板５８に出力され、２つの減速機付電動モータ８が停止する。
手押し電動ハンディカート１を停止させた状態にあっては、減速機付電動モータ８のセルフロック機能がブレーキとして機能する。このため、外力（人力）によって手押し電動ハンディカート１が動いてしまうことを防止できるので、手押し電動ハンディカート１を使用者Ｕの杖として機能させることもできる。

（旋回走行）
次に、手押し電動ハンディカート１が走行姿勢を採り、旋回走行させる場合について説明する。
手押し電動ハンディカート１を右旋回させるときは、ハンドル部５の把持部３７を把持した状態で、使用者Ｕが手押し電動ハンディカート１を旋回させたい方向に向かって傾ける。すると、この傾きがコントローラボックス１７に設けられているジャイロセンサ５９によって検出される。そして、ジャイロセンサ５９による検出信号が制御基板５８に出力され、左右の減速機付電動モータ８が各々駆動制御される。

より具体的には、例えば、手押し電動ハンディカート１を右方に向かって傾けた場合、右側に配置された減速機付電動モータ８の回転速度よりも左側に配置された減速機付電動モータ８の回転速度が速くなる。これにより、手押し電動ハンディカート１が右旋回する。
一方、手押し電動ハンディカート１を左方に向かって傾けた場合、左側に配置された減速機付電動モータ８の回転速度よりも右側に配置された減速機付電動モータ８の回転速度が速くなる。これにより、手押し電動ハンディカート１が左旋回する。

ここで、左右の減速機付電動モータ８の回転速度差は、ジャイロセンサ５９によって検出される手押し電動ハンディカート１の傾き量に基づいて決定される。すなわち、手押し電動ハンディカート１の傾き量が大きいほど左右の減速機付電動モータ８の回転速度差が大きくなり、手押し電動ハンディカート１が急旋回する。
そして、ジャイロセンサ５９によって手押し電動ハンディカート１の左右方向への傾きが検出されない場合、左右の減速機付電動モータ８の回転速度差がなくなり、手押し電動ハンディカート１が直進走行する。なお、このような旋回走行時の制御基板５８の動作については、より詳細に後述する。

（力、回転の符号）
図５は、以下の説明において用いる力及び回転の符号が示す方向を表す図である。ヨー角速度については、時計周りに向いた回転方向が＋（正）の符号で表され、反時計周りに向いた回転方向が−（負）の符号で表される。車輪３の回転方向については、前進する方向へ向いた回転方向が＋（正）の符号で表され、後退する方向へ向いた回転方向が−（負）の符号で表される。操作力については、操舵桿４に沿って下方向へ向いた力が＋（正）の符号で表され、操舵桿４に沿って上方向へ向いた力が−（負）の符号で表される。ピッチ角速度については、前方へ車体が傾く方向が＋（正）で表され、後方へ車体が傾く方向が−（負）で表される。

（モータ装置）
図６は、減速器付電動モータ８の構成を表す概略ブロック図である。減速器付電動モータ８は、モータ制御部５００、車輪駆動モータ５０５、モータ位置検出回路５０６、回転速度演算器５０７、減速器５０８を備える。また、モータ制御部５００は、加減算器５０１、モータＰＩ制御器５０２、モータ駆動回路５０３、モータ電流センサ５０４を備える。また、減速器付電動モータ８は、制御基板５８からモータ指令電流値を受ける。また、減速器付電動モータ８は、制御基板５８に対しモータ回転速度を出力する。

なお、図６に図示される減速器付電動モータ８は、右側の減速器付電動モータ８Ｒ及び左側の減速器付電動モータ８Ｌに共通する構成である。そのため、右側の減速器付電動モータ８Ｒと左側の減速器付電動モータ８Ｌそれぞれについての個別の説明は省略する。図６におけるモータ指令電流値は、右側の減速器付電動モータ８Ｒにとっては右モータ指令電流値であり、左側の減速器付電動モータ８Ｌにとっては左モータ指令電流値である。
モータ制御部５００には、モータ指令電流値が入力される。加減算器５０１は、モータ制御部５００に入力されたモータ指令電流値と、モータ電流センサ５０４から出力される計測値と、の差分を電流偏差信号として生成する。加減算器５０１は、電流偏差信号をモータＰＩ制御器５０２に出力する。

モータＰＩ制御器５０２は、電流偏差信号に応じて駆動信号を生成する。モータＰＩ制御器５０２は、電流偏差信号が大きいほど大きな駆動信号を生成し、電流偏差信号が小さいほど小さな駆動信号を生成する。また、モータＰＩ制御器５０２は、電流偏差信号が＋（正）の値であれば＋（正）の駆動信号を生成し、電流偏差信号が−（負）の値であれば−（負）の駆動信号を生成する。モータＰＩ制御器５０２は、生成した駆動信号をモータ駆動回路５０３へ出力する。

モータ駆動回路５０３は、駆動信号に応じて、車輪駆動モータ５０５に対し駆動電力を供給する。モータ駆動回路５０３は、駆動信号が大きいほど大きな駆動電力を供給し、駆動信号が小さいほど小さな駆動電力を供給する。また、モータ駆動回路５０３は、駆動信号が＋（正）の値であれば前進する方向へ車輪３が回転するように駆動電力を供給する。一方、モータ駆動回路５０３は、駆動信号が−（負）の値であれば後退する方向へ車輪３が回転するように駆動電力を供給する。

モータ電流センサ５０４は、車輪駆動モータ５０５に流れる電流を計測し、計測結果に応じた計測値を加減算器５０１へ出力する。
車輪駆動モータ５０５は、モータ駆動回路５０３から供給される電力によって駆動し、車輪３が回転するための駆動力を、減速器５０８を介して車輪３に供給する。モータ位置検出回路５０６は、車輪駆動モータ５０５の回転位置を検出する。回転速度演算器５０７は、モータ位置検出回路５０６によって検出される回転位置に基づいて、車輪駆動モータ５０５の回転速度（モータ回転速度）を演算する。回転速度演算器５０７は、演算したモータ回転速度を制御基板５８へ出力する。

（制御基板）
以下、制御基板５８の構成及び動作について説明する。なお、制御基板５８には、第一実施形態〜第三実施形態があるため、各実施形態に係る制御基板５８（５８ａ〜５８ｃ）について説明する。

［第一実施形態］
図７は、制御基板５８の第一実施形態である制御基板５８ａの構成を表す概略ブロック図である。制御基板５８ａは、モータ指令電流値制御部１０１、第一ローパスフィルタ１０２、前進速度演算器１０３、ゲインスケジューラ１０４、第一ＰＩ制御器１０５、加減算器１０６、加減算器１０７を備える。制御基板５８ａは、歪みゲージ５５から操作力信号を受け、ジャイロセンサ５９からヨー角速度信号を受ける。また、制御基板５８ａは、右側の減速器付電動モータ８Ｒに対し右モータ指令電流値を出力し、左側の減速器付電動モータ８Ｌに対し左モータ指令電流値を出力する。

モータ指令電流値制御部１０１は、歪みゲージ５５から出力される操作力信号に応じて、左右の減速器付電動モータ８に対する暫定電流指令値（右暫定電流指令値、左暫定電流指令値）を出力する。右暫定電流指令値は、右側の減速器付電動モータ８Ｒに対して出力され、左暫定電流指令値は、左側の減速器付電動モータ８Ｌに対して出力される。操作力が＋（正）であった場合には、モータ指令電流値制御部１０１は、前進する方向へ車輪３が回転するような暫定電流指令値を出力する。一方、操作力が−（負）であった場合には、モータ指令電流値制御部１０１は、後退する方向へ車輪３が回転するような暫定電流指令値を出力する。また、モータ指令電流値制御部１０１は、操作力が小さいほど車輪３が低速で回転するような暫定電流指令値を出力し、操作力が大きいほど車輪３が高速で回転するような暫定電流指令値を出力する。

第一ローパスフィルタ１０２は、ジャイロセンサ５９によって検出されるヨー角速度信号を受け、ヨー角速度信号の高周波成分を除去する。そして、第一ローパスフィルタ１０２は、高周波成分が除去されたヨー角速度信号を、第一ＰＩ制御器１０５に対して出力する。
前進速度演算器１０３は、右車輪３Ｒを駆動する減速器付電動モータ８Ｒと、左車輪３Ｌを駆動する減速器付電動モータ８Ｌとから、それぞれのモータの回転速度を受ける。そして、前進速度演算器１０３は、各モータの回転速度に基づいて、手押し電動ハンディカート１の前方への速度（前進速度）を算出する。前進速度演算器１０３は、算出した前進速度をゲインスケジューラ１０４へ出力する。なお、手押し電動ハンディカート１が後退している場合には、−（負）の値を持った前進速度が算出される。

ゲインスケジューラ１０４は、前進速度演算器１０３によって算出された前進速度の大きさに応じて、第一ＰＩ制御器１０５の係数（ゲイン）を変更するための制御係数を生成する。ゲインスケジューラ１０４は、前進速度の絶対値が大きいほどゲインを小さくする制御計数を生成し、前進速度の絶対値が小さいほどゲインを大きくする制御係数を生成する。ゲインスケジューラ１０４は、生成した制御係数を第一ＰＩ制御器１０５へ出力する。

第一ＰＩ制御器１０５は、第一ローパスフィルタ１０２を通過したヨー角速度信号に応じて、第一電流指令値を算出する。このとき、第一ＰＩ制御器１０５は、ゲインスケジューラ１０４によって生成された制御係数に応じて、第一電流指令値を算出する際に用いる係数を変更する。以下、第一電流指令値の算出方法について詳細に説明する。
第一ＰＩ制御器１０５は、ヨー角速度信号が＋（正）である場合には、手押し電動ハンディカート１が右方向（時計回りの方向）に旋回するように、第一電流指令値を算出する。一方、第一ＰＩ制御器１０５は、ヨー角速度信号が−（負）である場合には、手押し電動ハンディカート１が左方向（反時計回りの方向）に旋回するように、第一電流指令値を算出する。

より具体的には、第一ＰＩ制御器１０５は、ヨー角速度信号が＋（正）である場合には、右モータ指令電流値が左モータ指令電流値よりも小さくなるように、第一電流指令値を生成する。図面から明らかなように、制御基板５８ａでは、第一電流指令値は、右暫定電流指令値から減算され、左暫定電流指令値に加算される。そのため、ＰＩ制御器１０４は、＋（正）の値を持つ第一電流指令値を算出することによって、手押し電動ハンディカート１が右方向に旋回するように制御を行う。

また、第一ＰＩ制御器１０５は、ヨー角速度信号が−（負）である場合には、右モータ指令電流値が左モータ指令電流値よりも大きくなるように、第一電流指令値を生成する。図面から明らかなように、制御基板５８ａでは、第一電流指令値は、右暫定電流指令値から減算され、左暫定電流指令値に加算される。そのため、ＰＩ制御器１０４は、−（負）の値を持つ第一電流指令値を算出することによって、手押し電動ハンディカート１が左方向に旋回するように制御を行う。

また、第一ＰＩ制御器１０５は、ヨー角速度信号の絶対値が大きいほど大きな第一電流指令値を算出し、ヨー角速度信号の絶対値が小さいほど小さな第一電流指令値を算出する。このように第一ＰＩ制御器１０５が動作することによって、ヨー角速度信号が大きいほど、右モータ指令電流値と左モータ指令電流値との差が大きくなる。

また、第一ＰＩ制御器１０５は、制御係数が示すゲインが大きいほど、より大きな第一電流指令値を算出し、制御係数が示すゲインが小さいほど、より小さな第一電流指令値を算出する。そのため、同じヨー角速度信号が入力された場合であっても、第一ＰＩ制御器１０５は、制御係数が示すゲインが大きい場合には、制御係数が示すゲインが小さい場合に比べて、より大きな第一電流指令値を算出する。
さらに具体的には、第一ＰＩ制御器１０５は、以下に示す式１にしたがって第一電流指令値を算出する。式１において、ｒはヨー角速度を表し、ｕは前進速度を表し、ＫＲＰ（ｕ）及びＫＲＩ（ｕ）は、制御係数によって決定されるゲインを表し、ｉ１は第一電流指令値を表す。

加減算器１０６は、右暫定電流指令値から第一電流指令値を減算し、減算結果を右モータ指令電流値として右減速器付電動モータ８Ｒに出力する。
加減算器１０７は、左暫定電流指令値に第一電流指令値を加算し、加算結果を左モータ指令電流値として左減速器付電動モータ８Ｌに出力する。

このように構成された第一実施形態の制御基板５８ａによれば、ジャイロセンサ５９によって検出されるヨー角速度に応じて、左右の旋回が制御される。そのため、操舵桿グリップの回転とは異なる手段によって左右の旋回動作を実現することが可能となる。
また、このように構成された第一実施形態の制御基板５８ａによれば、手押し電動ハンディカート１の速度が、左右の各車輪駆動モータ５０５の回転速度に基づいて、前進速度演算器１０３によって演算される。ゲインスケジューラ１０４が、演算された前進速度に応じて、第一ＰＩ制御器１０５の係数を変更する。第一ＰＩ制御器１０５が、ジャイロセンサ５９によって検出されたヨー角速度信号に基づいて、ゲインスケジューラ１０４によって変更された係数を用いて、第一電流指令値を算出する。加減算器１０６が、右暫定電流指令値から第一電流指令値を減算することによって右モータ指令電流値を出力し、加減算器１０７が、左暫定電流指令値に第一指令電流値を加算することによって左モータ指令電流値を出力する。そして、右減速器付電動モータ８Ｒが右モータ指令電流値に基づいて駆動し、左減速器付電動モータ８Ｌが左モータ指令電流値に基づいて駆動する。そのため、手押し電動ハンディカート１の速度が低い場合には、右減速器付電動モータ８Ｒと左減速器付電動モータ８Ｌとの回転速度の差が大きくなる。したがって、使用者Ｕは、低速時であっても容易に所望の方向へ旋回を行うことが可能となる。このように、低速時に旋回を行うことが困難であったという従来の問題点を解決できる。さらに、手押し電動ハンディカート１の速度が高い場合には、右減速器付電動モータ８Ｒと左減速器付電動モータ８Ｌとの回転速度の差が小さくなる。したがって、使用者Ｕは、高速時であっても、車体のぐらつきが小さくなり、安定して所望の方向へ旋回を行うことや直進を行うことが可能となる。このように、高速時、特に高速で直進を行っている際に、走行が不安定になってしまうという従来の問題点を解決できる。

［第二実施形態］
図８は、制御基板５８の第二実施形態である制御基板５８ｂの構成を表す概略ブロック図である。制御基板５８ｂは、第二ローパスフィルタ２０１、操作力目標値記憶部２０２、加減算器２０３、第二ＰＩ制御器２０４、第三ローパスフィルタ２０５、第三ＰＩ制御器２０６、加減算器２０７を備える。制御基板５８ｂは、歪みゲージ５５から操作力信号を受け、ジャイロセンサ５９からピッチ角速度信号を受ける。また、制御基板５８ｂは、右側の減速器付電動モータ８Ｒに対し右モータ指令電流値を出力し、左側の減速器付電動モータ８Ｌに対し左モータ指令電流値を出力する。

第二ローパスフィルタ２０１は、歪みゲージ５５から出力される操作力信号を受け、操作力信号の高周波成分を除去する。そして、第二ローパスフィルタ２０１は、高周波成分が除去された操作力信号を加減算器２０３に対して出力する。
操作力目標値記憶部２０２は、操作力信号の目標値（操作力目標値）を記憶しており、操作力目標値を加減算器２０３に出力する。
加減算器２０３は、操作力信号から操作力目標値を減算することによって操作力偏差信号を生成する。そして、加減算器２０３は、生成された操作力偏差信号を第二ＰＩ制御器２０４に出力する。

第二ＰＩ制御器２０４は、操作力偏差信号に応じて、左右の減速器付電動モータ８に対する第二電流指令値を出力する。操作力偏差信号が＋（正）であった場合には、第二ＰＩ制御器２０４は、前進する方向へ車輪３が回転するような第二電流指令値を出力する。一方、操作力偏差信号が−（負）であった場合には、第二ＰＩ制御器２０４は、後退する方向へ車輪３が回転するような第二電流指令値を出力する。また、第二ＰＩ制御器２０４は、操作力偏差信号の絶対値が小さいほど車輪３が低速で回転するような（小さな）第二電流指令値を出力する。また、第二ＰＩ制御器２０４は、操作力偏差信号の絶対値が大きいほど車輪３が高速で回転するような（大きな）第二電流指令値を出力する。
より具体的には、第二ＰＩ制御器２０４は、以下に示す式２にしたがって第二電流指令値を算出する。式２において、Ｆは操作力信号を表し、Ｆｒｅｆは操作力目標値を表し、ｅＦは操作力偏差信号を表し、ＫＦＰ及びＫＦＩは第二ＰＩ制御器２０４に予め設定されているゲインを表し、ｉ２は第二電流指令値を表す。

第三ローパスフィルタ２０５は、ジャイロセンサ５９によって検出されるピッチ角速度信号を受け、ピッチ角速度信号の高周波成分を除去する。そして、第三ローパスフィルタ２０５は、高周波成分が除去されたピッチ角速度信号を、第三ＰＩ制御器２０６に対して出力する。
第三ＰＩ制御器２０６は、第三ローパスフィルタ２０５を通過したピッチ角速度信号に応じて、第三電流指令値を算出する。第三ＰＩ制御器２０６は、ピッチ角速度信号の絶対値が大きいほど大きな第三電流指令値を生成し、ピッチ角速度信号の絶対値が小さいほど小さな第三電流指令値を生成する。また、第三ＰＩ制御器２０６は、ピッチ角速度信号が＋（正）である場合には、＋（正）の駆動信号を生成し、ピッチ角速度信号が−（負）の値である場合には、−（負）の第三電流指令値を生成する。

より具体的には、ピッチ角速度信号が＋（正）であった場合には、第三ＰＩ制御器２０６は、前進する方向へ車輪３が回転するような（正の）第三電流指令値を出力する。一方、ピッチ角速度信号が−（負）であった場合には、第三ＰＩ制御器２０６は、後退する方向へ車輪３が回転するような（負の）第三電流指令値を出力する。また、第三ＰＩ制御器２０６は、ピッチ角速度信号が小さいほど車輪３が低速で回転するような（小さな）第三電流指令値を出力し、ピッチ角速度信号が大きいほど車輪３が高速で回転するような（大きな）第三電流指令値を出力する。第三ＰＩ制御器２０６は、生成した第三電流指令値を加減算器２０７へ出力する。
さらに具体的には、第三ＰＩ制御器２０６は、以下に示す式３にしたがって第三電流指令値を算出する。式３において、ｑはピッチ角速度信号を表し、ＫＱＰ及びＫＱＩは第三ＰＩ制御器２０６に予め設定されているゲインを表し、ｉ３は第三電流指令値を表す。

加減算器２０７は、第二電流指令値と第三電流指令値とを加算し、モータ指令電流値を生成する。加減算器２０７によって生成されたモータ指令電流値は、右側の減速器付電動モータ８Ｒに対しては右モータ指令電流値として出力され、左側の減速器付電動モータ８Ｌに対しては左モータ指令電流値として出力される。

このように構成された第二実施形態の制御基板５８ｂによれば、ジャイロセンサ５９によって検出されたピッチ角速度の向き及び大きさに応じて第三ＰＩ制御器２０６が第三電流指令値を算出する。加減算器２０７は、歪みゲージ５５によって検出された操作力信号に応じた第二電流指令値に対し、第三電流指令値を加算する。そして、加算後のモータ指令電流値に応じて、減速器付電動モータ８が駆動する。そのため、手押し電動ハンディカート１の車体が前方へ倒れるようにピッチ角速度が変化した場合には、手押し電動ハンディカート１の前進速度が増し、ピッチ角速度がゼロに近づくように車体が制御される。一方、手押し電動ハンディカート１の車体が後方へ倒れるようにピッチ角速度が変化した場合には、手押し電動ハンディカート１の前進速度が小さくなり、ピッチ角速度がゼロに近づくように車体が制御される。したがって、手押し電動ハンディカート１の車体が急に倒れることを防止することが可能となる。したがって、使用者Ｕは安定して手押し電動ハンディカート１を走行させることが可能となる。さらに、ピッチ角度に応じた前進速度の制御が行われないため、使用者Ｕは所望のピッチ角度で走行させることが可能となる。

［第三実施形態］
図９は、制御基板５８の第三実施形態である制御基板５８ｃの構成を表す概略ブロック図である。制御基板５８ｃは、モータ指令電流値制御部１０１、第一ローパスフィルタ１０２、前進速度演算器１０３、ゲインスケジューラ１０４、第一ＰＩ制御器１０５、加減算器１０６、加減算器１０７、第二ローパスフィルタ２０１、操作力目標値記憶部２０２、加減算器２０３、第二ＰＩ制御器２０４、第三ローパスフィルタ２０５、第三ＰＩ制御器２０６、加減算器２０７を備える。制御基板５８ｃは、歪みゲージ５５から操作力信号を受け、ジャイロセンサ５９からヨー角速度信号及びピッチ角速度信号を受ける。また、制御基板５８ｃは、右側の減速器付電動モータ８Ｒに対し右モータ指令電流値を出力し、左側の減速器付電動モータ８Ｌに対し左モータ指令電流値を出力する。

制御基板５８ｃは、第一実施形態における制御基板５８ａの各構成と、第二実施形態における制御基板５８ｂの各構成とを備える。また、加減算器２０７によって出力される信号が、右暫定電流指令値として加減算器１０６に入力され、左暫定電流指令値として加減算器１０７に入力される。
このように構成された第三実施形態の制御基板５８ｃによれば、第一実施形態の制御基板５８ａによる作用及び効果と、第二実施形態の制御基板５８ｂによる作用及び効果とを実現させることが可能となる。

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の実施形態では、起歪体４７の薄肉部５１ａ，５２ａに対応する位置に歪みゲージ５５を貼付し、この歪みゲージ５５によって起歪体４７の歪み変形を検出することにより、手押し電動ハンディカート１の走行制御を行う場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、歪みゲージ５５に代わって起歪体４７の歪み変形を検出可能なセンサを用いてもよい。

また、上述の実施形態では、車体フレーム２の前出フレーム１４の前端に設けられた乗り上げ補助装置２２を、補助フレーム２３と１つの補助輪２４とにより構成した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、補助輪２４に代わって摺動摩擦係数の小さい樹脂プレートなどを用いてもよい。また、補助輪２４の個数は１つに限られるものではなく、複数設けてもよい。補助輪２４を複数設けることにより、段差乗り上げ時にさらに手押し電動ハンディカート１を安定させることができ、より使い勝手のよい手押し電動ハンディカート１を提供することが可能になる。

さらに、上述の実施形態では、コントローラボックス１７の上面１７ｂを前出フレーム１４と面一になるように配置し、上面１７ｂ上に荷物Ｎを載置できるように構成した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、左右の前出フレーム１４を跨るプレートを設け、このプレートの上面に荷物Ｎを載置するように構成する一方、プレートの下面にコントローラボックス１７を配置するように構成してもよい。このようにすることで、コントローラボックス１７の荷物Ｎを載置することによって受ける衝撃を回避できる。

そして、上述の実施形態では、操舵桿４の前方に配置されたコントローラボックス１７内に、バッテリ１８、制御基板５８、ジャイロセンサ５９などが収納されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、コントローラボックス１７内に少なくともバッテリ１８が収納されていればよい。すなわち、少なくとも操舵桿４の前方には、バッテリ１８が配置されていればよい。

また、上述の実施形態では、車体フレーム２の左右に車輪３を１つずつ設け、これら車輪３にそれぞれ減速機付電動モータ８を連結した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、車体フレーム２の左右に、それぞれ減速機付電動モータ８に連結された車輪３が少なくとも１つずつ設けられていればよい。すなわち、例えば、車体フレーム２の左右に、それぞれ従動輪として減速機付電動モータ８に連結されていない複数の車輪３を設けてもよい。
また、上述の実施形態における手押し電動ハンディカート１は、使用者が自身の後方で引っ張って歩くように使用されても良い。
また、上述の実施形態における手押し電動ハンディカート１は、本発明における移動体の一実施例にすぎない。すなわち、上述した第一実施形態〜第三実施形態のいずれかにおける制御基板５８（５８ａ〜５８ｃ）を搭載し、制御基板５８に対して必要な入力（ヨー角速度信号、ピッチ角速度信号、操作力信号）を行い、外力に応じた制御基板５８による制御にしたがって走行する移動体であれば、どのような移動体であっても良い。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１…手押し電動ハンディカート， ３…車輪 ８…減速器付電動モータ（駆動部）， ５５…歪みゲージ， ５９…ジャイロセンサ（角速度センサ）， ５００…モータ制御部， ５０１…加減算器， ５０２…モータＰＩ制御器， ５０３…モータ駆動回路， ５０４…モータ電流センサ， ５０５…車輪駆動モータ， ５０６…モータ位置検出回路， ５０７…回転速度演算器， ５０８…減速器， ５８ａ，５８ｂ，５８ｃ…制御基板， １０１…モータ指令電流値制御部， １０２…第一ローパスフィルタ， １０３…前進速度演算部（速度演算器）， １０４…ゲインスケジューラ（制御係数変更器）， １０５…第一ＰＩ制御器， １０６，１０７…加減算器， ２０１…第二ローパスフィルタ， ２０２…操作力目標値記憶部， ２０３，２０７…加減算器， ２０４…第二ＰＩ制御器， ２０５…第三ローパスフィルタ， ２０６…第三ＰＩ制御器

Claims (5)

1. 外力に応じて走行する移動体の車体が回転する際の角速度を検出する角速度センサによって検出された角速度に応じて、前記移動体の駆動部の動作を制御する制御器を備える制御装置。
2. 前記移動体の移動速度を演算する速度演算器と、
   前記速度演算器によって演算された前記移動速度に応じて、前記制御器における制御の係数を変更する制御係数変更器と、
   をさらに備え、
   前記制御器は、前記制御係数変更器によって変更された係数に基づいて前記駆動部の動作を制御する、
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記角速度センサは、鉛直方向に伸びる軸を中心とした回転における角速度を検出し、
   前記制御器は、前記角速度に応じて、前記移動体の旋回動作を制御する
   請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記角速度センサは、鉛直方向に伸びる軸及び進行方向に水平に伸びる軸に直交した軸を中心とした回転における角速度を検出し、
   前記制御器は、前記角速度に応じて、前記移動体の前記進行方向への速度を制御する
   請求項１に記載の制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の制御装置と、
   前記制御装置による制御に応じて駆動する駆動部と、
   車体フレームと、
   を備える移動体。

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