JP2014121190A - 電動車両の制御方法 - Google Patents

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洋平 久米
Tomohiro Shimoda
智大 下田
Akihiro Ota
章博 太田
Shohei Tsukada
将平 塚田
Hideo Kawakami
日出生 河上
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Abstract

【課題】障害物までの距離が不連続に変化しても安全に指令速度を制限する手段を備えた電動車両の制御方法を提供する。
【解決手段】電動車椅子11は、複数の車輪21を独立して回転させる複数のアクチュエータ22を有する車体部12と、操作者が入力した操作方向及び操作量を検出する操作入力部13と、障害物までの距離を検出する障害物センサ14と、操作入力部13で検出される操作方向及び操作量に基づき車体部12の移動目標値を生成する移動目標値生成部と、障害物センサ14により検出された障害物までの距離に応じて移動目標値の大きさを所定値に制限する移動目標値制限部と、移動目標値に基づきアクチュエータ22を駆動させる車輪駆動部と、を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、操作者の操作に基づいて動作する電動車両の制御方法に関するものである。
操作者の操作入力に基づいて生成される電動車両の指令速度を、車体に搭載された障害物センサにより検出された障害物までの距離に応じて所定値に制限する手段を備えた電動車両が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
図8は、特許文献1に開示された従来の電動車椅子を示す図である。この電動車椅子100は、車体101に搭載された障害物センサ102により検出された障害物までの距離が小さいほど、電動車椅子100の操作者の指令速度が小さくなるように制限するものである。このように制限することにより、電動車椅子100が障害物に近づくほど、操作者の操作入力に基づいて生成される指令速度が制限され、操作者が気づかずに接近した障害物などとの衝突を回避することができる。
特開平3−86005号公報
しかしながら、従来の電動車椅子では、例えば、操作者が大きな操作入力を与えて移動している場合、障害物が電動車椅子100に近づくと、障害物センサ102が障害物を検出して指令速度を制限した後、障害物が障害物センサの検出領域から外れると、指令速度の制限が急になくなる。この場合は、指令速度の制限が急になくなることで、指令速度が不連続に大きくなって急加速することになる。その結果、最悪の場合、操作者の転落等の危険が発生する恐れがある。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、障害物までの距離が不連続に変化しても安全に指令速度を制限する手段を備えた電動車両の制御方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の電動車両の制御方法は、操作者が入力した操作方向及び操作量に基づく移動目標値に従って移動する電動車両の制御方法であって、前記電動車両の周囲に障害物が検出された場合は、前記電動車両から前記障害物までの距離に応じた制限割合に基づいて前記移動目標値を制限し、前記電動車両の周囲に障害物が検出されなかった場合は、前記制限割合が設定されているか否かを判定し、前記制限割合が設定されているときは、設定されている前記制限割合を小さくした制限割合に基づいて前記移動目標値を制限することを特徴とする。
以上説明したように、本発明によれば、障害物までの距離が不連続に変化しても安全に指令速度を制限する手段を備えた電動車両の制御方法を提供することができる。
本発明の実施の形態1にかかる電動車椅子の平面図 本実施の形態1にかかる電動車椅子の斜視図 本実施の形態1にかかる電動車椅子の制御ブロック図 本実施の形態1にかかる電動車椅子のフローチャート 本実施の形態1にかかる電動車椅子の操作を説明する図 本実施の形態1にかかる電動車椅子の距離に応じた制限割合を示す図 本発明の実施の形態2にかかる電動車椅子の時間に応じた制限解除を示す図 従来の電動車椅子を示す図
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ構成要素には同じ符号を付しており、説明を省略する場合もある。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示している。
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1では、電動車両の一例として、電動車椅子を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態1にかかる電動車椅子11の平面図である。図2は、本実施の形態1にかかる電動車椅子11の斜視図である。理解を容易にするために、電動車椅子11と共に動く車両座標系Σr(互いに直交する三つのxr軸、yr軸、zr軸を有する座標系)を設定する。xr軸とyr軸から構成される平面は地面に対して平行な水平面とし、xr軸は電動車椅子11の前方を向いたものとする。また、xr軸方向を前後とし、yr軸方向を左右としている。図3は、本発明の実施の形態1にかかる電動車椅子11の制御ブロック図である。
図1、図2に示すように、電動車椅子11は、車体部12と、座面部23と、操作入力部13と、障害物センサ14と、バッテリー18と、制御部30を備える。本実施の形態1の電動車椅子11の各動作は、制御部30により制御される。また、図3に示すように、電動車椅子11の制御部30は、移動目標値生成部15と、移動目標値制限部16と、車輪駆動部17とを有する。
車体部12は、回転軸の方向がyr軸と一致すると共に対向する2つの車輪21及び2つのアクチュエータ22と、車体部12の4隅において車体部12を支えることで転倒を防止するための4つのキャスター20とを有する。それぞれのアクチュエータ22が独立して車輪21を回転させることで、車体部12を前後方向、回転方向に自由に移動させることができる。
操作入力部13は、アームレスト23cの上面にあり、操作者が入力する操作方向と操作量を検出できるジョイスティック13aを有する。操作入力部13は、ジョイスティック13aの傾き方向及び傾き量によって、操作者の操作方向及び操作量を検出することができる。
障害物センサ14は、本実施の形態1では、車体部12に3個取り付けられており、車体部12から障害物までの距離を検出する。
移動目標値生成部15は、操作入力部13で検出された操作方向及び操作量より車体部12を移動させる移動目標値を生成する。移動目標値は、xr軸方向の並進目標速度と原点周りの回転目標速度から生成される。並進目標速度は、ジョイスティック13aの操作量(傾き量)のxr軸方向成分の大きさに応じて生成され、回転目標速度は、ジョイスティック13aの操作量(傾き量)のyr軸方向成分の大きさに応じて生成される。なお、本実施の形態1では、電動車椅子11の並進移動及び回転移動に関する見かけの粘性係数D1、D2を設定し、操作量のxr軸方向成分の大きさに1/D1(粘性係数)を乗じた値を並進目標速度の大きさとし、操作量のyr軸方向の大きさに1/D2(粘性係数)を乗じた値を回転目標速度の大きさとする。ただし、yr軸方向の操作量が正の場合は反時計周りの回転であり、負の場合は時計周りの回転であるとする。
移動目標値制限部16は、障害物センサ14により検出された障害物までの距離に応じて移動目標値生成部15で生成した移動目標値を所定値に制限し、制限された移動目標値を新たな移動目標値として生成する。障害物が検出されない場合は、移動目標値をそのまま出力する。
車輪駆動部17は、移動目標値制限部16で生成された移動目標値に従い複数のアクチュエータ22を制御して、車体部12を移動させる。
バッテリー18は、アクチュエータ22や車輪駆動部17等に電気エネルギーを供給する。
座面部23は、腰ボトム23aと、腰ボトム23aの後方に立たせた状態で設けた背ボトム23bと、腰ボトム23aの左右に立たせた状態で設けたアームレスト23c、23dと、腰ボトム23aの前方に下方に垂らして設けた第1脚ボトム23e及び第2脚ボトム23fとを有する。
図4は、本発明の実施の形態1にかかる電動車椅子の制御方法のフローチャートである。図4を用いて、本発明の特徴である電動車椅子11の動作の制御方法について説明する。ここでは、図5に示すように、操作者がジョイスティック13aを前方左斜め30°(π/6)方向に操作量Fで操作しているときに、電動車椅子11の近くに人が近づいた場合を想定して説明する。
まず、操作入力部13にて操作入力があるか否かを制御部30で判定する(ステップS01)。そして、操作入力が有る場合(ステップS01の「Yes」)は、ジョイスティック13aの操作方向及び操作量を検出する。また、操作入力が無い場合(ステップS01の「No」)は、制御を終了する。ここでは、操作入力が有る場合を想定しているため、操作方向として前方左斜め30°方向、操作量として大きさFが検出される。
次に、ステップS01で検出された操作入力に基づいて移動目標値生成部15で移動目標値を生成する(ステップS02)。ここでは、操作量Fのxr軸方向成分であるFcos(π/6)に1/D1を乗じた値が並進目標速度として算出され、ジョイスティック13aの操作量Fのyr軸方向成分であるFsin(π/6)に1/D2を乗じた値が回転目標速度として算出され、これら並進目標速度及び回転目標速度により移動目標値が生成される。
次に、車体部12の近くに障害物があるか否かを障害物センサ14で判定する(ステップS03)。
そして、障害物センサ14で障害物が検出された場合(ステップS03の「Yes」)は、検出された障害物までの距離に応じて移動目標値の大きさを制限するための制限割合を、移動目標値制限部16で設定する(ステップS04)。具体的に、本実施の形態1の電動車椅子11では、図6に示すように障害物までの距離に応じて移動目標値の制限割合を設定している。例えば、障害物までの距離が500mm以上の場合は、移動目標値の制限はしない(制限割合0%)が、500mm未満になると移動目標値の制限割合を徐々に大きく設定する。具体的には、400mmになると制限割合を25%として移動目標値が75%になるように制限し、300mmになると制限割合を50%として移動目標値が50%なるように制限し、200mmになると制限割合を75%として移動目標値が25%になるように制限し、100mm以下になると制限割合を100%として移動目標値が0%になるように制限する。
次に、ステップS04で設定された制限割合に基づいて、移動目標値制限部16でステップS02で生成された移動目標値を制限して、新たな移動目標値とする(ステップS05)。ここで、本実施の形態1では、ステップS05で新たな起動目標値を算出した後も、ステップS04で設定された制限割合のデータを記憶しておく。これは、本実施の形態1では、制限割合のデータを、後述するステップS07〜S09で使用するためである。
そして、ステップS05で新たに算出された移動目標値に従ってアクチュエータ22を駆動させた(ステップS06)後、ステップS01に戻って制御を続ける。
また、障害物センサ14で障害物が検出されなかった場合(ステップS03の「No」)は、制限割合が設定されているか否かを制御部30で判定する(ステップS07)。
そして、ステップS04で設定された制限割合が存在する場合(ステップS07の「Yes」)は、設定されている制限割合を小さくする(ステップS08)。例えば、障害物が電動車椅子11から100mm以内にあり制限割合が100%に制限されている状態から障害物が障害物センサ14の検出範囲から外れた場合、本実施の形態1のステップS08では、例えば制限割合を10%小さくして、制限割合を100%から90%に変更する。このようにすることで、本実施の形態1では、電動車椅子11の移動速度が不連続にならないように、移動目標値の制限を徐々に解除することを可能としている。
次に、ステップS08で小さくされた制限割合に基づいて、ステップS02で生成された移動目標値を制限して、新たな移動目標値を算出し(ステップS09)、算出された移動目標値に基づいて車輪を駆動し(ステップS06)、ステップS01に戻る。
なお、障害物が存在しないと共に制限割合が存在しない場合(ステップS07の「No」)は、ステップS02で算出された移動目標値に基づいて車輪を駆動し(ステップS06)、ステップS01に戻る。
本実施の形態1では、このようにして、例えば障害物が移動して存在しなくなった場合でも、制限割合をいきなり0%にするのではなく、直前の制限割合に応じて移動目標値を設定している。そのため、電動車椅子11の移動速度が不連続にならず、移動目標値の制限を徐々に解除することが可能である。
なお、ステップS07〜S08の代わりに、障害物が一度検出された後に障害物が検出されなくなってからの時間を測定し、この時間に応じて制限割合を減少させても良い。具体的には、図7に示すように、障害物が検出されなくなってからの時間に応じて、設定されている制限割合を減少させても良い。図7は、設定された制限割合を0%に戻すまでの時間(制限割合の減少率が100%になるまでの時間)を1秒に設定し、5次多項式により制限開始時と終了時に移動速度が不連続にならないようにして、徐々に制限を解除する条件である。このように移動目標値の制限を解除することにより、障害物の有無及び障害物までの距離が不連続に変化しても、移動目標値を連続的に変化させることができ、操作者が安全に操作することが可能となる。
なお、本実施の形態1では、2つの車輪21と4つのキャスター20を有する車体部12を用いて説明したが、2次元平面上を移動できる車輪構成であれば、その限りではない。
本発明は、障害物までの距離が不連続に変化しても安全に指令速度を制限する手段を備えた電動車両の制御方法であるため、病院施設、介護施設等での利用に有用である。
11 電動車椅子
12 車体部
13 操作入力部
13a ジョイスティック
14 障害物センサ
15 移動目標値生成部
16 移動目標値制限部
17 車輪駆動部
18 バッテリー
20 キャスター
21 車輪
22 アクチュエータ
23 座面部
23a 腰ボトム
23b 背ボトム
23c、23d アームレスト
23e 第1脚ボトム
23f 第2脚ボトム
30 制御部

Claims (3)

  1. 操作者が入力した操作方向及び操作量に基づく移動目標値に従って移動する電動車両の制御方法であって、
    前記電動車両の周囲に障害物が検出された場合は、前記電動車両から前記障害物までの距離に応じた制限割合に基づいて前記移動目標値を制限し、
    前記電動車両の周囲に障害物が検出されなかった場合は、前記制限割合が設定されているか否かを判定し、前記制限割合が設定されているときは、設定されている前記制限割合を小さくした制限割合に基づいて前記移動目標値を制限する、
    電動車両の制御方法。
  2. 前記制限割合を、障害物が一度検出された後に前記障害物が検出されなくなってからの時間に基づいて減少させる、
    請求項1に記載の電動車両の制御方法。
  3. 設定されている前記制限割合を小さくした制限割合に基づいて前記移動目標値を制限することで、前記障害物の有無及び距離に関わらず、前記移動目標値を連続的に変化させる、
    請求項1又は2に記載の電動車両の制御方法。
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