JP3564927B2 - Power assist device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は荷車のような運搬車用のパワーアシスト装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
運搬車として人力で駆動するものが広く用いられているが、積載重量が大きくなるほど動作が重い、俊敏な動きが困難、坂道で危険といった問題を有している。電動駆動源のような駆動源によって動かされるとともに駆動源の制御をスイッチ操作で行う動力式運搬車もあるが、これは微妙な動作を行わせることが困難であって運転操作に熟練が必要となる。
【0003】
このために人力を動力によって補助するパワーアシスト付の運搬車が提案されている。特開昭63−215459号公報に示されているこの荷車は、ハンドルに加えられた外力を検出する外力検出手段と駆動源によって駆動される駆動車輪とを備えており、外力検出手段で検出された外力に基づいて駆動車輪の駆動を行う。このようなパワーアシスト付運搬車では、運搬車が重くとも軽い時とほぼ同等の感触で動かすことができるために、操作に熟練を必要とせず、思い通りに重い運搬車を動かすことができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような恩恵を受けるには、現行の運搬車を廃棄して新たなパワーアシスト付き運搬車を導入しなくてはならず、コスト的に問題が多い。また、工場などにおいて多くの運搬車が使用されているとともに部品の保管を運搬車に載せたままで行われていることがあるが、全運搬車をパワーアシスト付きのものに入れ換えるには無駄が多く、また少数の運搬車だけをパワーアシスト付きのものに変更してコストを抑えたとしても、運搬車間で載せかえる手間が多くなってしまう。
【0005】
本発明はこのような点に鑑み為されたものであり、その目的とするところは従前の手動の運搬車をパワーアシスト付き運搬車として使用することができるパワーアシスト装置を提供するにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明は、走行用動力を発生する駆動部と、操作を加える操作部と、上記操作部に加えられた推進方向外力と操舵方向外力とを検出する外力検出手段と、外力検出手段で検出された各外力に基づいて駆動部に対する推進用出力及び操舵用出力を制御する制御手段とを備えるとともに、運搬車との着脱自在な接続連結部を備えているパワーアシスト装置であって、上記接続連結部は運搬車に対して走行方向及び操舵方向において機械的連結を行う機械的連結部と電気的接続を行う電気的接続部とを備え、前記駆動部は個々の駆動源によって夫々個別駆動される少なくとも2つの駆動輪を備えたものであることに第1の特徴を有しており、上記接続連結部は運搬車に対して走行方向及び操舵方向において機械的連結を行うとともに運搬車の一部が載せられる荷重受け部を備えたものであり、前記駆動部は個々の駆動源によって夫々個別駆動される少なくとも2つの駆動輪を備えたものであることに第2の特徴を有している。運搬車に接続することによって運搬車をパワーアシスト付き運搬車として扱うことができるようにしたものである。
【0008】
電源である電池を着脱自在としている電池収納部を備えたものとしてもよい。操作部が着脱自在であるとともに運搬車側に取付自在となっていることも好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1(a)は本発明の実施の形態の一例におけるパワーアシスト装置を、図1(b)はこのパワーアシスト装置を荷車9に連結した状態を示しており、ここで示したパワーアシスト装置は、推進方向についてのパワーアシストを行うものの操舵方向についてのパワーアシストは行わないもので、操作ハンドル4が一面に設けられたハウジング1内には、電動モータである駆動源2と電源である電池3並びに制御装置5が納められ、ハウジング1の下端部両側面には動力伝達用ローラ25,25が配されている。そして上記駆動源2はデファレンシャルギア26を介してローラ25,25に連結されている。またハウジング1には荷車9への取り付けのための連結アーム7が左右2個ずつ設けられている。
【0012】
上記連結アーム7は、図2(a)の側面図及び図2(b)の平面図に示すように、ハウジング1側面に蝶番70によって取着された平面形状がL字形のもので、図2(c)に示すように荷車9側の支柱部90に引っかけることでハウジング1を荷車9に装着するとともに、スライド自在となっているストッパーピン72を動かして連結アーム7の回動を阻止することによって、荷車9に対してパワーアシスト装置を前後左右に拘束する上記装着状態を保持する。
【0013】
ここにおいて、連結アーム7を用いて荷車9に装着した時、図1(b)に示すように、前記動力伝達用ローラ25,25は、荷車9が備えている自在車輪91と非自在車輪92のうちの非自在車輪92の外周面に接して、駆動源2の回転を非自在車輪92に伝達する。荷車9の非自在車輪92をパワーアシストのための推進用駆動輪として用いるようになっているわけである。
【0014】
前記操作ハンドル4のハウジング1への装着部分には、操作ハンドル4に加えられた推進方向外力を検出するためのセンサー6が設けられている。すなわち図3に示すように操作ハンドル4の左右方向中央部からハウジング1側へと突設された連結部40は、板ばねからなるばね部材41を介してハウジング1に連結されて、操作ハンドル4はその押したり引いたりする方向においてばね部材41に抗して可動とされており、ハウジング1側に設けられたセンサー6は連結部40の先端との間の間隔d(連結部40の変位)を非接触式で計測するものとなっている。
【0015】
操作ハンドル4を引いたり押したりすることで加えられる推進方向の力Fは、ばね部材41のばね定数をk,操作ハンドル4に外力が加えられていない時の上記間隔をd0とすると、
F=k×(d−d0)
の式によって求めることができる。
【0016】
そして前記制御装置5は、センサー6によって検出された値dを基に演算で求めた力検出値の正負(押しているのか引いているのか)によって駆動源2の作動方向を決定するとともに、図5および図6に示すように力検出値の値とアシストゲインとに応じて、駆動源2の速度または加速度または出力トルクを制御する。力検出値Fが大きいほど、より速い速度またはより大きい加速度あるいはより大きい出力トルクとなるように駆動源2を制御するのである。図4にブロック回路図を示す。図中の力検出器はセンサー6と上記演算を行う演算部で構成されるものであり、この演算部は制御装置5の一部であってもよい。
【0017】
今、制御装置5による駆動源2の制御にあたり、操作ハンドル4に加えられた外力に所要のアシストゲインを乗じたトルクを駆動源2で発生するようにした場合、上記荷車9を動かすのに必要な力が100Nであるとすると、アシストゲインが0の時には100Nの力を加えなくてはならないが、アシストゲインを3に設定しておくならば、操作ハンドル4に加える外力が25Nの時、75Nのパワーアシストが働いて合計100Nの力が荷車9に加えられるために荷車9を動かすことができることになる。そしてこのようなトルク出力制御とする時、操作者にしてみれば動かすのに必要な力が25Nである荷車9を動かす場合と同等の感触となることから、パワーアシストされていることを意識せずに荷車9の操作を行うことができる。
【0018】
また荷車9の動きをスムーズにするとともに微妙なコントロールを可能とするためには、操作ハンドル4に加えられる力をセンサー6で精度良く検出することができるようにしておかなくてはならないが、この場合、操作ハンドル4を握ってはいるものの、荷車9を動かそうという意志がないにもかかわらず、外力が検出されたとして駆動源2を駆動してしまう事態が生じることがある。このために図7に示すように外力の値が微小であるところ(F1〜−F1)に不感帯を設定し、検出された外力が微小である時には、駆動源2に推進力を発生させないようにしておくと、無用な動きを避けることができる。
【0019】
センサー6としては距離を検出するものではなく、加速度を検出するタイプのものであってもよい。加速度に重量を乗算した値が加えられた外力となることから、上記の場合と同等の制御を行うことができる。
荷車9が非自在車輪92を有しておらない場合や、パワーアシスト装置単体を移動させる場合のことを考えれば、パワーアシスト装置そのものに少なくとも1つの駆動輪8を設けておくとよい。図8および図9はこの場合の一例を示しており、図9(a)の底面図から明らかなようにハウジング1の下面に左右一対の駆動輪8,8を設けて、これら駆動輪8,8をデファレンシャルギア26を介して駆動源2に接続している。またパワーアシスト装置単体での移動をより安定した状態で行えるようにするために、自在車輪89も設けてある。
【0020】
2つの駆動輪8,8と自在車輪89とを有して自走も可能となっている上記パワーアシスト装置の場合、荷車9への取り付けは、図10に示すように、鉛直軸回りの相互回転が自在な連結器73によって行ってもよい。ただし、この場合は操作ハンドル4に引っ張り力を加えてパワーアシスト装置で荷車9を牽引するという状態で使用することになる。
【0021】
推進だけでなく、操舵についてのパワーアシストも行うことができるようにしてもよいのはもちろんである。図11はハウジング1の下面左右に配した2つの駆動輪8,8を個別の駆動源2,2で駆動するものとし、駆動輪8,8の加速度・速度・トルク等の出力に差を持たせることで操舵もできるようにしたものを示しており、図12はそのブロック回路図である。
【0022】
この場合、操作ハンドル4に加えられる外力も推進方向外力と操舵方向外力とを区別して検出することができるようにしておかなくてはならないが、このための構成の一例を図13に示す。操作ハンドル4の左右両端部を夫々板ばねであるばね部材41,41を介してハウジング1に連結し、さらに操作ハンドル4の左右両端部の変位を夫々計測する2つの非接触式のセンサー6,6をハウジング1に設けている。ハンドル4に加えられた力が推進方向のものである時には図13(a)に示すように2つのばね部材41,41が同方向に同量だけ撓むのに対して、操舵方向の力がハンドル4に加えられた時には図13(b)に示すように両ばね部材41,41の撓み方向が逆となったり撓み量に差が生じることになる。従って2つのばね部材41,41のばね定数が共にka、一方のセンサー6と操作ハンドル4右端との間隔をdr、その初期値をdr0、他方のセンサー6と操作ハンドル4左端との間隔をdl、その初期値をdl0とすると、ハンドル4に加えられた推進方向外力Faは、
Fa=ka×((dr−dr0)+(dl−dl0))
で求めることができる。操舵方向外力Fsが加えられた時には左右のばね部材41,41に対してFs×Lh/2の大きさのモーメントして働いてばね部材41,41を互いに逆方向に撓ませる。この時の力とばね部材41の変位量とから求められる弾性係数をksとすると、操舵方向外力Fsは
Fs=ks×((dr−dr0)−(dl−dl0))
で求めることができる。(実際には図15に示すように車軸から操作ハンドル4までの距離Lと駆動輪8,8のトレッド2dに応じたモーメントとしてパワーアシスト装置に発生するためにL/dの値を乗じたものとする。)
従って上述のようにして得た推進方向外力(推進力検出値)Fa及び操舵方向外力(旋回力検出値)Fsに図14に示すように夫々所要のアシストゲインを乗ずることで推進力(推進出力値)と操舵力(旋回出力値)とを演算し、次いで得られた推進力と操舵力との和の1/2の値を一方の駆動源2のトルク出力、推進力と操舵力との差の1/2の値を他方の駆動源2のトルク出力とし、これらトルクの指令値を左右の駆動源2,2に送って駆動源2,2を動作させるということを制御周期毎に繰り返すことにより、推進及び操舵の両者についてパワーアシストを行うことができる。なお、単一の駆動源2と両駆動輪8,8との間にトルクスプリッタを配してトルクスプリッタによる左右の両駆動輪8,8へのトルク分配比を操舵方向外力に応じて制御しても同様に推進および操舵の両者についてパワーアシストを行うことができる。
【0023】
操舵についてのパワーアシストは向きが可変となった操舵輪80を設けることで行ってもよい。図16〜図18は推進用の駆動輪8に操舵輪80を兼用させた場合を示しており、駆動源2とこの駆動源2によって回転駆動される駆動輪8とを操舵用の駆動源20によってベベルギアを介して図17に示すように鉛直軸回りに回転させて向きを変えることができるようにしている。図17(a)は直進時を、図17(b)は操舵時を示す。この場合の操舵用の駆動源20は駆動輪8がハウジング1の下面中央に位置していることから、上記推進方向外力(推進力検出値)Fa及び操舵方向外力(旋回力検出値)Fsとの図19に示す合力Fpとその方向θ(−90°<θ<90°)とを
Fp=(Fa2 +Fs2 )1/2
θ=tan−1(Fs/Fa)
で求めて、駆動輪8の操舵角αが上記θと等しくなるように制御し、駆動源2は上記合力Fpにアシストゲインを乗じたものとなるように制御する。
【0024】
図20及び図21に示すように、個別の駆動源2,2によって回転駆動される左右の駆動輪8,8を共に操舵用駆動源20で向きを変えることができるようにしてもよい。図中26は操舵用駆動源20の出力で両駆動輪8,8の向きを同時に同方向に変えるためのギア群である。図22に示すように各駆動輪8および駆動源2について夫々操舵用駆動源20を設けて、両操舵用駆動源20,20を同時に制御するようにしてもよい。このように個別の駆動源2,2によって回転駆動される左右の駆動輪8,8の向きを変えることができるようにした場合、図23(a)に示す旋回動作をよりスムーズに行わせることができるほか、図23(b)
に示す平行移動を行わせることもできる。
【0025】
もっとも前述のセンサー6,6を用いた操作力検出では、上記2つの移動態様を区別することができないために、この場合は図24に示す形態の操作ハンドル4と合計3個のセンサー6x,6y,6βとを用いる。すなわちハウジング1の上面に操作ハンドル4を配置するとともに、操作ハンドル4の中央から下方に突出する連結部40を水平面内で可動となった受け筒44において軸回りに回転自在に支持するとともに、受け筒44に配した角度センサー6βによって操作ハンドル4の軸回りの回転角βを検出することができるようにしてある。また受け筒44内面と連結部40とはばね定数がkβのうずまきばね42によって連結することで、操作ハンドル4の上記回転についてばね負荷を加えている。
【0026】
そして受け筒44の上記水平面内での移動については、推進方向に該当する前後方向についてのばね負荷を加えるばね定数kxのばね部材41aと、左右方向についてのばね負荷を加えるばね定数kyのばね部材41bとを介して支持されている受け筒44の前後方向の移動量をセンサー6xで、左右方向の移動量をセンサー6yで検出する。図中69は移動量検出用ターゲットで受け筒44に固定されている。
【0027】
このような操作ハンドル4に力が加えられて各センサー6x,6y,6βが無負荷時よりDx,Dy,Dβの変位を検出したならば、推進方向外力Fa=Kx・Dx、操舵方向外力Fs=Ky・Dy、回転モーメントM=Kβ・Dβで得ることができる。さらに推進方向外力Faと操舵方向外力Fsとから前述のように両者の合力Fpとその方向θを求める。
【0028】
そしてθの値がほぼ零であるか否かに応じて次のように制御を行う。すなわちθがほぼ零(直進)である時には、推進力(前後力)Taとして合力Fp×力増幅率Gaを、旋回力TsとしてモーメントM×力増幅率Gs×L/dを求めて、(推進力Ta+旋回力Ts)/2の値を右駆動源2への出力値、(推進力Ta−旋回力Ts)/2の値を左駆動源2への出力値として両駆動源2,2を駆動する。
【0029】
θがほぼ零でない時には、両駆動源2,2に対して合力Fpの1/2の値を各々出力するとともに、操舵用駆動源20に対して操舵角αが上記θと等しくなるように制御する。図25にこの動作のフローチャートを示す。ちなみに推進方向外力Faがほぼ零でθが約±90°、モーメントMがほぼ零の時、横方向移動(かに歩き)をさせることができる。
【0030】
ところで図11に示すような左右個別に駆動される駆動輪8,8を備えたパワーアシスト装置で自在車輪91のみを有している荷車9を引っ張って移動させる時、上記のような操舵についてのパワーアシストも行っていると、走行速度が速くなると自在車輪91,91がふらつき、図26に示すように、蛇行走行となってしまう現象が生じて直進安定性が非常に悪くなる。これは走行方向を修正しようとする力がパワーアシストで拡大されるために生ずるもので、走行させつつ蛇行を止めることはかなり難しい。
【0031】
このために、図27に示すように走行速度を検出するための速度検出器50を設けるとともに、図28に示すように速度検出器50で検出される速度が早くなるほど操舵についてのパワーアシストのアシストゲインを小さくし、走行速度Vが所定速度Vmaxを越えれば操舵についてのアシストゲインを0とするとよい。操舵についてのパワーアシストを車速感応型とするのである。なお、走行速度の増大に応じてアシストゲインを小さくするにあたり、図29に示すフローチャートでは、所定速度Vmaxから現在の走行速度Vを減算した値を予め設定してあるアシストゲインに乗ずることで行っている。なお、図27に示すものでは速度検出器50として自在車輪89の回転数を検出するものを用いている。図30は本例のブロック回路図である。
【0032】
図31及び図32に示すように個別の駆動源2,2によって駆動輪8,8を駆動するとともに両駆動輪8,8の回転数差によって操舵も行うものにおいては、両駆動源2,2について夫々速度検出器50,50を設けて、次のような制御を行うことが好ましい。
すなわち上記車速感応型の操舵制御の場合、坂道を斜めに走行する時、荷車9が自在車輪91のみを有するものであると、荷車9側が重力の影響で横滑り的な動きを示すことになるが、この点に対処することができない。また平地走行時であっても走行速度が高速であると徐々に旋回しだすことがあるが、この動きを抑えることができない。
【0033】
しかし、図33に示すように、左右の両駆動輪8,8の速度差Vdから判断される旋回方向と、操作ハンドル4に加えられた操舵方向外力の向きとが一致しない時には、車速感応型とせずに、走行速度にかかわらず初期設定のアシストゲインを用いて操舵方向のパワーアシストを行うと、上記問題を避けることができる。
【0034】
前記蛇行対策としては、蛇行であることが明らかである時、制御装置5が該蛇行状態の修正を自動的に行うようにしてもよい。つまり、左右の両駆動輪8,8の速度差Vdに応じて制御装置5が両駆動源2,2への出力の修正を行うようにしておくのである。図34は左右輪の速度差に比例した出力修正を行う場合を示しており、検出された操舵力(旋回方向の力)が直進意思判定値(たとえば20N)より小さいにもかかわらず速度差Vdがある時には、該速度差Vdと定数Kとの乗算値を修正力として、左の駆動輪8の速度が右の駆動輪8より大である時には左の駆動源2のアシスト力計算値から上記修正力を引くとともに右の駆動源2のアシスト力計算値に上記修正力を足すのである。右の駆動輪8の速度が左の駆動輪8より大である時にはこの逆を行う。なお、図示例においては修正力を速度差Vdと定数Kとの乗算値のみで決定するのではなく、速度差Vdの微分値に定数Tdを乗算した値も加えて決定しているのは、フィードバック系を安定させるためである。また、検出された操舵力が上記直進意思判定値を越えたならば、上記修正が働かない通常のアシスト状態に戻るために、操舵旋回が困難となることはない。
【0035】
図35に示すように、上記速度差Vdとその微分値に加えて速度差Vdの積分値も加えて修正力を計算してもよく、このように積分値(に定数Tiを乗算したもの)も加えた場合、比例要素だけではなくならない偏差を解消することができるものとなり、より安定した直進移動を行うことができる。
一方、操舵旋回時については、個別の駆動源2,2によって駆動輪8,8を駆動するとともに両駆動輪8,8の回転数差によって操舵も行うものにおいては、その場旋回も可能であるが、この時の回転中心Soは図36に示すように両駆動輪8,8の軸のほぼ中間点となり、回転中心Soは荷車9から離れたところとなるために、一端側でパワーアシスト装置が連結された荷車9の他端側は、旋回速度Vxが操作ハンドル4部分の旋回速度Vx2 よりかなり大きくなってしまって危険である。
【0036】
このために図37に示すように速度差Vd(から求められる角速度)が角速度制限値hを越えた場合、越えた分の角速度に比例する粘性抵抗力を加えて操舵用出力を抑制する(左右の駆動源2,2の出力差が大きくなりすぎないようにする)とよい。旋回速度Vxが大きくするにはかなりの操舵力を加えなくてはならないことになって安全である。図38はこの場合の旋回角速度(速度差)と粘性抵抗力との関係を示す。
【0037】
ところで荷物99を満載した荷車9に取り付けての走行時にあわせてアシストゲインを設定してあるパワーアシスト装置を、荷車9に接続することなく単体で移動させる場合、上記アシストゲインのままでは却って操作しずらくなる。このために図39に示すように荷車9に装着しているか否かを検出する接続状態検出スイッチ55を設けて、このスイッチの出力に応じて図40に示すように、アシストゲインを切り換えるとよい。この接続状態検出スイッチ55は、パワーアシスト装置を荷車9に取り付ければ自動的に作動するものが好ましいが、手動で切り換えるものであってもよい。いずれにしろ、荷車9を接続していない時にはアシストゲインを低く、接続している時にはアシストゲインを高くするというアシストゲインの切り換えを行うことで、荷車9に取り付けた時と取り付けていない時との操作感の違いを少なくすることができる。
【0038】
もちろん、荷車9上の荷物の重さによってもアシストゲインを切り換えることができるようにしておくと、荷物の重さに拘わらず操作感をほぼ等しくすることができる。この場合、パワーアシスト装置側で荷車9の積載重量を直接検出することはできないことから、荷車9に加えた力の合計値に対する走行加速度から荷車9側の重量(質量)を下記運動方程式
推進方向外力Fa+推進方向アシスト力Fam=(パワーアシスト装置質量m+荷車質量M)×加速度α−摩擦係数μ×荷車質量M×重力加速度g
から推定し、この推定質量Mに応じて図41および図42に示すようにアシストゲインを変更するとよい。加速度αは前記速度検出器50の出力から導くことができ、摩擦係数μは自在車輪91の転がり抵抗として0.02の値を用いることができる。図43に本例のブロック回路図を示す。
【0039】
図44及び図45は操作ハンドル4(センサー6部分を含む)をハウジング1から着脱自在とし、図44(b)に示すように荷車9におけるパワーアシスト装置を取り付けた側とは反対側に操作ハンドル4を取り付けることができるようにしたものを示している。荷車9側の自在車輪91の配置や、荷車9上の荷物の高さなどによって、パワーアシスト装置を取り付けた側とは反対側から操作した方が操作性や安全性が高くなる場合があるが、これに応ずることができるようにしているわけである。図46はこの場合の荷車9やハウジング1における操作ハンドル4の着脱部の構造の一例を示しており、引っかけフック45とばね47によって突出方向に付勢された抜け止めピン46とを設けて、抜け止めピン46を押し込みながら操作ハンドル4を引っかけフック45に係止させ、図46(c)に示すように抜け止めピン46で引っかけフック45からの操作ハンドル45の抜け止めを行う。抜け止めピン46を押し込みながら操作ハンドル4を引っかけフック45から引き出せば、操作ハンドル4を取り外すことができる。
【0040】
パワーアシスト装置の荷車9への取り付けは、図10に示したような連結器73よりも、図2に示した連結アーム7のような荷車9にパワーアシスト装置を一体化させてしまうもので行うことが好ましく、特に操舵についてのパワーアシストも行うものでは、荷車9に対するパワーアシスト装置の操舵方向の動きを規制する構造としておくことで安定した操舵を行うことができるものとなるが、荷車9とパワーアシスト装置との一体化が可能な取付構造としては、図47〜図49に示すように、パワーアシスト装置側に複数の電磁石77を設けて、これら電磁石77の荷車9の磁性材部に対する磁気吸着力によって取り付けを行うものも用いることができる。この場合、荷車9に対してパワーアシストを前後左右に拘束できるだけでなく、上下方向についても拘束することができ、パワーアシスト装置による荷車9の走行移動をよりスムーズに行うことができる。図中78は電磁石77のオンオフ用のスイッチである。電磁石77に代えて永久磁石を用いてもよい。
【0041】
このほか、図50及び図51に示すように、パワーアシスト装置側にステップ15を設けて荷車9の一端をこのステップ15上に載せ、両者を左右2カ所あるいは中央1カ所で連結ピン16で繋ぐようにしてもよい。荷車9の荷重の一部をパワーアシスト装置側にかけることによって、パワーアシスト装置の質量が小さくとも駆動輪8によるグリップ力を得られるために走行を確実に行わせることができる。駆動力を得ることができるようにするためにパワーアシスト装置の質量を大きくしなくともよいものであり、パワーアシスト装置の質量を最小限に抑えることができる。図50中の17は連結ピン挿通孔である。なお、連結アーム7を併用するのが好ましいのはもちろんである。
【0042】
図52〜図54は電源である電池3を収納している収納部10の構造を示している。前面開口が扉11によって開閉自在とされているとともに奥面にばね12によって付勢された2つの接触端子13,13が配されている収納部10に電池3を納めて扉11を閉めれば、接触端子13に電池3の電極が接触して電気的接続がなされるとともに、ばね12による付勢で電池3の走行時の動きで上記電極と接触端子13との接触が外れることが防止されている。また扉11を開いて電池3を抜き出し、新たな電池3を装填するだけで電池3の交換を行うことができる。図中14は扉11を取り付けている蝶番である。扉11はその自由端に設けた筒18と収納部10側に設けられた筒19とに抜け止めピン(図示せず)が差し込まれることで閉じた状態にロックされる。
【0043】
電池3は図55及び図56あるいは図57に示すように荷車9側に搭載するようにしてもよく、この場合の荷車9側の電池3とパワーアシスト装置との電気的接続については、パワーアシスト装置と荷車9との機械的接続部などに電気的接続用コネクタ33を併設して、機械的接続を行えば電気的接続も同時に行われるようにしておくとよい。このように重量物である電池3を荷車9側に載せる場合、パワーアシスト装置を軽量に仕上げることができるために、図1に示した荷車9側の非自在車輪92に動力を伝えて駆動するタイプであって、パワーアシスト装置が車輪を持たない場合でも、パワーアシスト装置単体の持ち運びが楽となる。
【0044】
なお、本発明においては荷車9にも駆動輪8や駆動源2を設けておくことを妨げない。装着したパワーアシスト装置によって荷車9側の駆動源2の制御もできるようにしておくことで、より大なる駆動力を得ることができる。
【0045】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、走行用動力を発生する駆動部と、操作を加える操作部と、上記操作部に加えられた外力を検出する外力検出手段と、外力検出手段で検出された力に基づいて上記駆動部を作動させる制御手段とを備えるとともに、運搬車との着脱自在な接続連結部を備えているために、運搬車に接続することによって人力型の運搬車をパワーアシスト付き運搬車として扱うことができるものであり、新たなパワーアシスト付き運搬車を導入する場合に比して低コストですむほか、外力検出手段は操作部に加えられた推進方向外力と操舵方向外力とを検出するものであり、制御手段はこれら各外力に基づいて駆動部の推進用出力及び操舵用出力を制御するために、操舵についてもパワーアシストが働くものであり、操舵も容易となってさらに運搬車の走行操作を簡単に行うことができ、また接続連結部は運搬車に対して走行方向及び操舵方向において機械的連結を行うものであるために、運搬車を求める方向に動かすという点において好ましい結果を得ることができ、さらに個々の駆動源によって夫々個別駆動される少なくとも2つの駆動輪を備えたものとしているために、旋回が可能となるとともに駆動輪の相互逆方向回転によってその場回転が可能となるものである。
【0047】
また上記接続連結部は電気的接続部も備えていることから、電池を運搬車側に搭載して大容量の電池の使用を可能とする時など、電池との電気的接続が簡単ですむ。また接続連結部が運搬車の一部が載せられる荷重受け部を備えたものである場合は、パワーアシスト装置自体が軽量であっても走行に必要なグリップ力を駆動輪において得ることができる。
【0048】
電源である電池を着脱自在としている電池収納部を備えたものとしておくと、電池交換が容易となる。操作部が着脱自在であるとともに運搬車側に取付自在となっていると、状況にかかわらず操作性や安全性を高く保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例を示すもので、(a)は斜視図、(b)は荷車(運搬車)への取付時の斜視図である。
【図2】同上の連結アームを示すもので、(a)は側面図、(b)(c)は破断平面図である。
【図3】同上の操作ハンドル及び外力検出部の平面図である。
【図4】同上のブロック回路図である。
【図5】(a)は同上のブロック図、(b)は同上の動作のフローチャートである。
【図6】同上の動作説明図である。
【図7】同上の他例の動作説明図である。
【図8】他例の斜視図である。
【図9】(a)は同上の底面図、(b)は同上の縦断面図である。
【図10】更に他例の斜視図である。
【図11】別の例の斜視図である。
【図12】同上のブロック回路図である。
【図13】同上の操作ハンドルを示すもので、(a)は推進力が加えられた場合を示す平面図、(b)は同上の操舵力が加えられた場合を示す平面図である。
【図14】(a)は同上のブロック図、(b)は同上のフローチャートである。
【図15】同上の平面図である。
【図16】異なる例の正面図である。
【図17】(a)(b)は同上の底面図である。
【図18】同上のブロック回路図である。
【図19】同上の操作ハンドルに加えられる力の説明図である。
【図20】他例を示すもので、(a)は正面図、(b)は底面図である。
【図21】同上のブロック回路図である。
【図22】同上の別の例の底面図である。
【図23】(a)(b)は同上の動作説明図である。
【図24】同上の操作ハンドルと外力検出部とを示すもので、(a)は横断面図、(b)は水平断面図である。
【図25】同上のフローチャートである。
【図26】蛇行(尻振り)状態の説明図である。
【図27】蛇行対策の例を示しており、(a)はブロック図、(b)は正面図である。
【図28】同上のアシストゲインと速度との関係を示す説明図である。
【図29】同上のフローチャートである。
【図30】同上のブロック回路図である。
【図31】異なる例を示しており、(a)はブロック図、(b)は正面図である。
【図32】同上のブロック回路図である。
【図33】同上のフローチャートである。
【図34】別の例における動作を示すフローチャートである。
【図35】更に他の例における動作を示すフローチャートである。
【図36】その場旋回の状態の説明図である。
【図37】旋回速度抑制動作を示すフローチャートである。
【図38】同上の旋回速度抑制のための粘性抵抗力と旋回角速度との関係の説明図である。
【図39】他例のブロック回路図である。
【図40】同上のフローチャートである。
【図41】さらに他例におけるアシストゲインの説明図である。
【図42】同上のフローチャートである。
【図43】同上のブロック回路図である。
【図44】(a)(b)は別の例の斜視図である。
【図45】同上のブロック回路図である。
【図46】(a)(b)(c)は同上の操作ハンドル装着部の断面図である。
【図47】さらに別の例の斜視図である。
【図48】同上の概略断面図である。
【図49】同上のブロック回路図である。
【図50】異なる例を示しており、(a)は側面図、(b)は平面図である。
【図51】(a)は同上の荷車接続時の状態を示す側面図、(b)は一部拡大側面図である。
【図52】さらに異なる例の斜視図である。
【図53】同上のブロック回路図である。
【図54】同上の電池収納部の水平断面図である。
【図55】別の例を示しており、(a)は斜視図、(b)は荷車(運搬車)への取付時の斜視図である。
【図56】同上のブロック回路図である。
【図57】同上の他例を示しており、(a)は斜視図、(b)は荷車(運搬車)への取付時の斜視図である。
【符号の説明】
2 駆動源
4 操作ハンドル
5 制御回路
6 センサー
7 連結アーム
9 荷車[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power assist device for a carrier such as a cart.
[0002]
[Prior art]
Vehicles driven by human power are widely used as carriers, but have a problem that the larger the load weight, the heavier the operation is, the more difficult it is to move quickly, and the danger is on a slope. There is also a powered carrier that is driven by a drive source such as an electric drive source and controls the drive source by switch operation, but it is difficult to perform delicate operations and requires skill in driving operation Become.
[0003]
For this reason, a transport vehicle with power assist that assists human power with power has been proposed. This cart disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 63-215459 is provided with external force detecting means for detecting an external force applied to a steering wheel, and driving wheels driven by a drive source, and is detected by the external force detecting means. The drive wheels are driven based on the external force. In such a power assisted transport vehicle, since the transport vehicle can be moved with almost the same feeling as when the vehicle is heavy and light, the heavy transport vehicle can be moved as desired without requiring any skill in operation.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to receive such benefits, the existing vehicle must be discarded and a new power-assisted vehicle must be introduced, which is problematic in terms of cost. In addition, many trucks are used in factories, etc., and parts are sometimes stored with the trucks loaded.However, it is wasteful to replace all trucks with those with power assist. Even if only a small number of trucks are changed to those with power assist to reduce costs, it will be troublesome to switch between trucks.
[0005]
The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a power assist device that can use a conventional manual carrier as a carrier with power assist.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Thus, the present invention provides a driving unit that generates driving power, an operation unit that performs an operation, an external force detection unit that detects an external force in a propulsion direction and an external force in a steering direction applied to the operation unit, and an external force detection unit. Control means for controlling the propulsion output and the steering output to the drive unit based on each detected external force, and a power assist device including a detachable connection connection part with a carrier, The connection connection makes a mechanical connection to the vehicle in the running and steering directionsComprising a mechanical connection and an electrical connection for making an electrical connection,The drive unit has at least two drive wheels individually driven by respective drive sources.In particular, it has a first feature, wherein the connection connection portion has a load receiving portion on which a portion of the transport vehicle is placed while performing a mechanical connection with the transport vehicle in the traveling direction and the steering direction.And the driving unit has at least two driving wheels individually driven by respective driving sources, and has a second feature. By connecting to a transport vehicle, the transport vehicle can be handled as a power assisted transport vehicle.
[0008]
The battery may be provided with a battery storage section in which a battery as a power supply is detachable. It is also preferable that the operation section is detachable and can be attached to the carrier side..
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1A shows a power assist device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B shows a state in which the power assist device is connected to a
[0012]
As shown in the side view of FIG. 2 (a) and the plan view of FIG. 2 (b), the connecting
[0013]
Here, when mounted on the
[0014]
A
[0015]
The force F in the propulsion direction that is applied by pulling or pushing the
F = k × (d−d0)
Can be obtained by the following equation.
[0016]
The
[0017]
Now, in controlling the
[0018]
In addition, in order to make the movement of the
[0019]
The
Considering the case where the
[0020]
In the case of the power assist device having two driving
[0021]
It goes without saying that not only propulsion but also power assist for steering may be performed. FIG. 11 assumes that two
[0022]
In this case, the external force applied to the operation handle 4 must also be able to be detected separately from the external force in the propulsion direction and the external force in the steering direction. FIG. 13 shows an example of a configuration for this purpose. The left and right ends of the operation handle 4 are connected to the
Fa = ka × ((dr−dr0) + (dl−dl0))
Can be obtained by When an external force Fs in the steering direction is applied, a moment having a magnitude of Fs × Lh / 2 acts on the left and
Fs = ks × ((dr−dr0) − (dl−dl0))
Can be obtained by (Actually, as shown in FIG. 15, a value obtained by multiplying the distance L from the axle to the
Accordingly, the propulsion force (propulsion output) is multiplied by the required assist gain as shown in FIG. 14 by the propulsion direction external force (propulsion force detection value) Fa and the steering direction external force (turning force detection value) Fs obtained as described above. Value) and the steering force (turning output value), and then 値 the obtained sum of the propulsion force and the steering force is used as the torque output of one
[0023]
Power assist for steering may be performed by providing a steered
Fp = (Fa2+ Fs2)1/2
θ = tan-1(Fs / Fa)
, The steering angle α of the
[0024]
As shown in FIGS. 20 and 21, the left and
Can be performed.
[0025]
However, in the operation force detection using the
[0026]
The movement of the receiving
[0027]
If a force is applied to the
[0028]
Then, control is performed as follows depending on whether or not the value of θ is substantially zero. That is, when θ is almost zero (straight forward), the resultant force Fp × force amplification factor Ga is determined as the propulsion force (front-rear force) Ta, and the moment M × force amplification factor Gs × L / d is determined as the turning force Ts. The value of (Ta + Turning force Ts) / 2 is an output value to the
[0029]
When θ is not substantially zero, a value of 合 of the resultant force Fp is output to both driving
[0030]
By the way, when the
[0031]
For this purpose, a
[0032]
As shown in FIGS. 31 and 32, in the case where the
That is, in the case of the vehicle speed-sensitive steering control, when the
[0033]
However, as shown in FIG. 33, when the turning direction determined from the speed difference Vd between the left and
[0034]
As a countermeasure against the meandering, when it is apparent that the meandering is occurring, the
[0035]
As shown in FIG. 35, the correction force may be calculated by adding the integral value of the speed difference Vd in addition to the speed difference Vd and its differential value, and thus the integral value (multiplied by the constant Ti). In addition, the deviation which is not limited to the proportional element can be eliminated, and more stable linear movement can be performed.
On the other hand, at the time of steering turning, when the
[0036]
For this reason, as shown in FIG. 37, when the speed difference Vd (the angular speed obtained from the speed difference) exceeds the angular speed limit value h, a viscous resistance force proportional to the exceeded angular speed is applied to suppress the steering output (left and right). To prevent the output difference between the driving
[0037]
By the way, when the power assist device in which the assist gain is set in accordance with the traveling with the
[0038]
Of course, if the assist gain can be switched depending on the weight of the luggage on the
Propulsion direction external force Fa + propulsion direction assist force Fam = (power assist device mass m + cart mass M) × acceleration α−friction coefficient μ × cart mass M × gravity acceleration g
It is preferable to change the assist gain according to the estimated mass M as shown in FIGS. 41 and 42. The acceleration α can be derived from the output of the
[0039]
44 and 45 show that the operation handle 4 (including the sensor 6) is detachable from the
[0040]
The attachment of the power assist device to the
[0041]
In addition, as shown in FIGS. 50 and 51, a
[0042]
FIGS. 52 to 54 show the structure of the
[0043]
The
[0044]
In the present invention, it does not prevent the
[0045]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, a driving unit that generates driving power, an operation unit that performs an operation, an external force detection unit that detects an external force applied to the operation unit, and a force detected by the external force detection unit Control means for actuating the drive unit based on the vehicle, and a detachable connection connecting part with the transport vehicle, so that the human-powered transport vehicle can be transported by connecting to the transport vehicle with power assist. It can be handled as a car and costs less than introducing a new power assisted transport vehicleIn addition, the external force detection means detects the propulsion direction external force and the steering direction external force applied to the operation unit, and the control means controls the propulsion output and the steering output of the drive unit based on these external forces. In addition, power assist also works for steering, steering becomes easy, and the traveling operation of the transport vehicle can be easily performed. In this case, a favorable result can be obtained in that the transport vehicle is moved in a desired direction, and at least two drive wheels that are individually driven by individual drive sources are provided. Therefore, the vehicle can be turned and the driving wheels can be rotated in the opposite direction by rotating in opposite directions.
[0047]
AlsoThe connection connection also includes an electrical connection.From thatWhen the battery is mounted on the vehicle and the use of a large capacity battery is possible, the electrical connection with the battery is simple.AlsoConnection connectionButIt has a load receiving part on which a part of the truck can be placed.If so,Even if the power assist device itself is lightweight, it is possible to obtain the grip force necessary for traveling on the drive wheels.
[0048]
If a battery accommodating section is provided with a detachable battery as a power supply, the battery can be easily replaced. The operability and safety can be kept high irrespective of the situation if the operation unit is detachable and can be attached to the carrier side..
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B show an example of an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a perspective view, and FIG. 1B is a perspective view when mounted on a cart (carrier).
2 (a) is a side view, and FIGS. 2 (b) and 2 (c) are cutaway plan views showing the connecting arm.
FIG. 3 is a plan view of an operation handle and an external force detection unit according to the first embodiment.
FIG. 4 is a block circuit diagram of the same.
FIG. 5A is a block diagram of the above, and FIG. 5B is a flowchart of the operation of the above.
FIG. 6 is an operation explanatory view of the above.
FIG. 7 is an operation explanatory diagram of another example of the above.
FIG. 8 is a perspective view of another example.
9A is a bottom view of the above, and FIG. 9B is a longitudinal sectional view of the same.
FIG. 10 is a perspective view of still another example.
FIG. 11 is a perspective view of another example.
FIG. 12 is a block circuit diagram of the above.
13A and 13B show the operation handle of the above, wherein FIG. 13A is a plan view showing a case where a propulsive force is applied, and FIG. 13B is a plan view showing a case where a steering force of the same is applied.
FIG. 14A is a block diagram of the above, and FIG. 14B is a flowchart of the same.
FIG. 15 is a plan view of the same.
FIG. 16 is a front view of a different example.
17A and 17B are bottom views of the above.
FIG. 18 is a block circuit diagram of the above.
FIG. 19 is an explanatory diagram of a force applied to the operation handle of the above.
FIG. 20 shows another example, in which (a) is a front view and (b) is a bottom view.
FIG. 21 is a block circuit diagram of the above.
FIG. 22 is a bottom view of another example of the above.
FIGS. 23 (a) and (b) are explanatory diagrams of the above operation.
24A and 24B show the operation handle and the external force detection unit, respectively, wherein FIG. 24A is a cross-sectional view, and FIG. 24B is a horizontal cross-sectional view.
FIG. 25 is a flowchart of the above.
FIG. 26 is an explanatory view of a meandering (ass swinging) state.
27A and 27B show an example of a meandering measure, in which FIG. 27A is a block diagram, and FIG. 27B is a front view.
FIG. 28 is an explanatory diagram showing a relationship between an assist gain and a speed according to the embodiment.
FIG. 29 is a flowchart of the above.
FIG. 30 is a block circuit diagram of the above.
FIGS. 31A and 31B show different examples, in which FIG. 31A is a block diagram and FIG. 31B is a front view.
FIG. 32 is a block circuit diagram of the above.
FIG. 33 is a flowchart of the above.
FIG. 34 is a flowchart showing an operation in another example.
FIG. 35 is a flowchart showing an operation in still another example.
FIG. 36 is an explanatory diagram of a state of turning on the spot.
FIG. 37 is a flowchart showing a turning speed suppressing operation.
FIG. 38 is an explanatory diagram of a relationship between a viscous drag force for suppressing a turning speed and a turning angular speed according to the first embodiment.
FIG. 39 is a block circuit diagram of another example.
FIG. 40 is a flowchart of the above.
FIG. 41 is an explanatory diagram of an assist gain in still another example.
FIG. 42 is a flowchart of the above.
FIG. 43 is a block circuit diagram of the above.
FIGS. 44A and 44B are perspective views of another example.
FIG. 45 is a block circuit diagram of the above.
FIGS. 46 (a), (b) and (c) are cross-sectional views of the operation handle mounting portion of the above.
FIG. 47 is a perspective view of still another example.
FIG. 48 is a schematic sectional view of the above.
FIG. 49 is a block circuit diagram of the above.
FIGS. 50A and 50B show different examples, in which FIG. 50A is a side view and FIG.
FIG. 51 (a) is a side view showing a state in which the cart is connected, and FIG. 51 (b) is a partially enlarged side view.
FIG. 52 is a perspective view of still another example.
FIG. 53 is a block circuit diagram of the above.
FIG. 54 is a horizontal cross-sectional view of the battery accommodating section of the above.
FIGS. 55A and 55B show another example, in which FIG. 55A is a perspective view, and FIG. 55B is a perspective view when attached to a cart (carrier).
FIG. 56 is a block circuit diagram of the above.
57A and 57B show another example of the above, and FIG. 57A is a perspective view, and FIG. 57B is a perspective view at the time of attachment to a cart (carrier).
[Explanation of symbols]
2 Drive source
4 Operation handle
5 Control circuit
6 sensors
7 Connecting arm
9 cart
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