JP2014121190A

JP2014121190A - 電動車両の制御方法

Info

Publication number: JP2014121190A
Application number: JP2012275384A
Authority: JP
Inventors: Yohei Kume; 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
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2014-06-30

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Σ_r（互いに直交する三つのｘ_r軸、ｙ_r軸、ｚ_r軸を有する座標系）を設定する。ｘ_r軸とｙ_r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、ｘ_r軸は電動車椅子１１の前方を向いたものとする。また、ｘ_r軸方向を前後とし、ｙ_r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ｙ_r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、ｘ_r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ｘ_r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ｙ_r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ｘ_r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ｙ_r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、ｙ_r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ｘ_r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ｙ_r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

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。
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。
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。