JP3656522B2

JP3656522B2 - パワーアシスト型手押し車

Info

Publication number: JP3656522B2
Application number: JP2000193502A
Authority: JP
Inventors: 茂喜藤原; 秀樹山下; 裕史前田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2020-06-27
Also published as: JP2002002488A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車体に設けた操作ハンドルに加えられる少なくとも推進方向の操作力を検出して、この操作力に応じて車体駆動用の駆動源を作動させるパワーアシスト型手押し車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パワーアシスト型手押し車では、重量のあるものを軽く動かせるものの、その質量は大きいことから、衝突事故などを起こした際の衝撃はかなり大きいものとなる。このために、特開平１０−３３８１４２号公報には、障害物センサーを搭載して、障害物が前方に検出されたならば、前方への駆動のためのパワーアシストを解除するようにしたものが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、パワーアシストが解除されたところで、手押し車はそれまでの速度をほぼ維持することから、操作者が意識的に障害物を避ける動作を加えない限り、障害物に衝突してしまう上に、その衝撃は質量と速度とに応じたものとなることから、かなり大きいものとなり、きわめて危険である。
【０００４】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは運行の安全性を高めたパワーアシスト型手押し車を提供するにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明は、車体に設けた操作ハンドルに加えられる少なくとも推進方向の操作力を検出して、この操作力に応じて車体駆動用の駆動源を作動させるパワーアシスト型手押し車において、障害物検出用の距離センサーが設けられているとともに、加えられた操作力に応じて駆動源を作動させる制御回路は、距離センサーで検出される障害物までの距離に応じて駆動最高速度の設定値を低減させるものであることに第１の特徴を有しており、障害物検出用の距離センサーが設けられているとともに、加えられた操作力に応じて駆動源を作動させる制御回路は、距離センサーで検出される障害物までの距離に応じて駆動用の力増幅率を徐々に低減させるものであることに第２の特徴を有しており、さらに車体に設けた操作ハンドルに加えられる推進方向及び操舵方向の操作力を検出して、この操作力に応じて車体の推進駆動及び操舵用の駆動源を作動させるパワーアシスト型手押し車において、障害物検出用の距離センサーと、この障害物が移動体であるか否かを判別する移動体判別手段とが設けられているとともに、加えられた操作力に応じて駆動源を作動させる制御回路は、距離センサーにて検知した障害物が移動体であると判別した時に停止のための駆動力を駆動源に付加し、移動体でないと判別した時に回避方向の駆動力を駆動源に付加するものであることに第３の特徴を有している。
【０００６】
第１及び第２の特徴とするところによれば、障害物が検出されたならば、その距離に応じて速度が落とされたり力増幅率が徐々に落とされたりするものであり、また第３の特徴とするところによれば、障害物が検出されたならば、障害物が移動体であるか否かに応じて停止動作または回避動作がなされるようにしたものである。
【０００７】
いずれにしても、車体駆動用の駆動源には、前後左右及び斜め移動並びに回転が可能となっている全方向駆動車輪を駆動するものを好適に用いることができる。
【０００８】
また、距離センサーは車体移動方向に応じて障害物検出動作を停止させるものであったり、操作者の指示に応じて障害物検出動作を行うものであったり、操作ハンドルに操作者の両手が触れていることの検出出力で障害物検出動作を行うものであったりしてもよい。
【０００９】
また、距離センサーには超音波信号を発信してその反射波から障害物までの距離を検出する超音波センサーや、レーザー光を各方向に照射してその反射光から障害物までの距離及び障害物の位置を検出するレーザーレーダーを好適に用いることができる。
【００１０】
また、車体が配膳車である時には、操安性に優れた配膳車を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図２に示す車体１は、その一端側の左右に駆動車輪２₁，２₂を、他端側の左右にキャスター型の自在車輪３，３を備え、さらに他端面に操作者９が把持して操作力を加えることができる操作ハンドル４を備えたものとなっている。なお、この操作ハンドル４に操作者が加えた外力を検出する検出手段を備えるとともに、推進方向の力と操舵方向（回転方向）の力とに分離することができるようにしてある。
【００１２】
上記２つの駆動車輪２₁，２₂は、個別に駆動源を備えて独立駆動が可能となっているもので、両駆動車輪２₁，２₂の回転速度の差によって操舵も行うことができるようになっている。
【００１３】
図３はこのパワーアシスト型手押し車の動作の基本フローを示しており、操作ハンドル４に加えられた外力を推進方向の力と回転方向の力とに分離して各力に力増幅率（アシストゲイン）を乗じて推進力及び回転力を算出し、両駆動車輪２₁，２₂の駆動源であるモータの出力を上記推進力及び回転力から求めて各モータに加えている。なお、操作ハンドル４に加えた外力がいくら大きくとも、所定の設定速度Ｖｍａｘを越える速度が出ることがないように制御している。
【００１４】
このようなパワーアシスト型の手押し車において、その車体１の四隅には、超音波信号を発信してその反射波から障害物までの距離を検出する超音波センサー５を夫々取り付けて、前後左右の障害物を検出することができるようにしてある。
【００１５】
そして、パワーアシストで手押し車を動作させるにあたり、図１に示すように、各距離センサー５で検出される壁等の障害物までの距離がａ以上であれば、上述のように設定速度Ｖｍａｘまで速度を上げることができるが、４つの距離センサー５で夫々検出される距離のうちの最小値Ｓが上記距離ａより小さければ、上記設定速度Ｖｍａｘ以下の制限速度Ｖｌｉｍｉｔまでしか速度が出ないように制御している。
【００１６】
ここで、上記制限速度Ｖｌｉｍｉｔは
Ｖｌｉｍｉｔ＝（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）・Ｓ／ａ＋Ｖｍｉｎ
で演算（図４参照）し、車体１の推進方向の速度をＶｘ、車体１の四隅の最も大きい周速度をＶθとすると、その合成速度が上記制限速度Ｖｌｉｍｉｔを越えないように駆動車輪２₁，２₂のトルク制御を行っている。なお、上記Ｖｘ，Ｖθは駆動車輪２₁，２₂の速度検出値から算出している。
【００１７】
障害物までの距離が近いほど、速度が落とされるものであり、このために障害物に衝突することがあったとしても、その衝撃が小さくて安全なものである。
【００１８】
距離センサー５の出力値に応じて制限速度を下げるのではなく、上記力増幅率を徐々に下げて、駆動車輪２₁，２₂のトルク出力値を低下させるようにしてもよい。図５(a)に示すように、操作ハンドル４に加えられた外力を検出する力センサの出力値を横軸に、トルク出力値を縦軸にとった時に傾きとして現れる力増幅率の標準設定値をＧｍａｘとすると、距離センサー５の最小出力値Ｓが所定の距離ａより低くなれば、制限力増幅率Ｇｌｉｍｉｔを
Ｇｌｉｍｉｔ＝Ｇｍａｘ・Ｓ／ａ
で演算（図５(b)参照）して、この制限力増幅率Ｇｌｉｍｉｔで求めたトルク出力値を駆動車輪２₁，２₂に加えるのである。この場合、車体１側に速度検出手段を必要としないことから、コストダウンを図ることができる。
【００１９】
なお、駆動車輪が前後左右及び斜め移動並びに回転が可能となっているもの、つまり全方向駆動車輪と称されているものであってもよい。図７〜図９に示す手押し車は、車体１の底面四隅にユニバーサルホイール型の全方向駆動車輪２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを配したものである。これら全方向駆動車輪２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、図１０に示すように、中央車軸２０を備えたフレーム２１の外周部に中央車軸２０の軸方向及び径方向と直交する軸の回りに回転自在な複数個のバレル２２を配したもので、各バレル２２の支持軸を含む縦断面の外形が中央車軸２０を中心とする円弧を形成していることから、該全方向駆動車輪２ａ，２ｂは、中央車軸２０を中心とする回転と、各バレル２２の夫々の軸回りの回転とによって、全方向移動が可能となっている。なお、複数個のバレル２２は２列で設けているとともに、両列においてバレル２２の中央車軸２０の軸回りにおける位置を半ピッチずらすことで、常にバレル２２が接地する状態を得られるようにしている。
【００２０】
そして、各全方向駆動車輪２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、夫々の中央車軸２０，２０にモータ２５が連結されて該モータ２５によって中央車軸２０の回りの駆動力を受けることができるものとなっている。また、一端側左右に配した２つの全方向駆動車輪２ａ，２ｄ及び他端側左右に配した２つの全方向駆動車輪２ｂ，２ｃは、夫々中央車軸２０，２０の軸方向延長線が台車１の中央寄りの部分で交差するように前後方向から左右に振った状態で車体１に取り付けられている。図９中の黒塗り矢印は各全方向駆動車輪２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの駆動回転方向を、斜線矢印は各全方向駆動車輪２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの自由回転方向を示している。また、これら全方向駆動車輪２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄにはその回転速度を検出する速度検出手段（図示せず）を設けてある。
【００２１】
車体１の端面に配した操作ハンドル４は、操作ハンドル４に加えられた前後方向の力（推進力）Ｆｈｘと左右方向の力（横移動力）ＦｈｙとモーメントＭｈを検出することができるようにしてある。図１１に操作力Ｆｈｘ、Ｆｈｙ、Ｍｈを検出することができる構成の一例を示しており、台車１の前端面に板ばね４１，４１を介して取り付けられたベース４０に操作ハンドル４の両端を夫々板ばね４２，４２を介して連結している。操作ハンドル４はベース４０に対して板ばね４２を撓ませることで前後に可動となっており、板ばね４１，４１を撓ませることで左右に可動となっている。そして、ここではベース４０に非接触式距離センサー４５を対向させて、左右方向の力を操作ハンドル４に加えた時のベース４０の移動量ｄｃを検知し、さらに各板ばね４２に非接触式距離センサー４６，４６を対向させて各板ばね４２、４２の撓み量ｄｌ、ｄｒを検知し、これら非接触式距離センサー４５，４６，４６の出力から、操作力Ｆｈｘ、Ｆｈｙ、Ｍｈ
Ｆｈｘ＝ｋ１×（ｄｒ＋ｄｌ）
Ｆｈｙ＝ｋ２×ｄｃ
Ｍｈ＝ｋ３×（ｄｒ−ｄｌ）＋ｋ４×ｄｃ
（ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４は定数）を求めている（図１２参照）。
【００２２】
パワーアシストの計算は、出力を図１３に示す速度Ｖａｘ，Ｖａｙ，Ｖａψとすると、
Ｖａｘ＝Ｇｘ・Ｆｈｘ
Ｖａｙ＝Ｇｙ・Ｆｈｙ
Ｖａψ＝Ｇθ・Ｍｈ
となる。トルク出力とする場合は、（Ｖａｘ，Ｖａｙ，Ｖａψ）をトルク出力値とすれば成立する。
【００２３】
速度制御する場合の各全方向駆動車輪２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの速度ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４の求め方及び車体１の速度の検出方法を図１３に基づいて説明すれば、台車の制御中心Ａの速度が（Ｖａｘ，Ｖａｙ，Ｖａψ）の時、各全方向駆動車輪２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの回転速度ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４は次式で求めることができる。
【００２４】
【数１】

【００２５】
この式に、前記Ｖａｘ＝Ｇｘ・Ｆｈｘ、Ｖａｙ＝Ｇｙ・Ｆｈｙ、Ｖａψ＝Ｇθ・Ｍｈを代入することで、全方向駆動用のパワーアシスト計算が成立する。ただし、これは前述のように力検出値を速度に変換する場合の計算方法であり、トルク出力とする場合は力の変換行列となる。
【００２６】
ところで、このような全方向駆動が可能なパワーアシスト型手押し車の場合は、距離センサー５による障害物検出で速度を抑えたりするほか、その横移動や斜め移動や小回りが可能な特性を活かすために、図１４に示すように、障害物が進行方向前方にある場合、旋回（障害物と反対方向に回転）させて衝突を回避するようにしてもよい。ただし、障害物までの距離にもよるが、障害物が正面にある場合は、図１４のフローにも示しているように、強制停止させることが好ましい。
【００２７】
このほか、障害物が正面にあるか否かではなく、図１５に示すように、障害物と車体１との相対速度が車体１の進行速度とほぼ一致するかどうかによって、障害物が人間や動物を含む移動体であるかどうかを判別し、移動体である場合には強制停止を、停止した静物である場合には、回避動作を行うようにしてもよい。なお、障害物が移動体であるかどうかは、ここで想定している移動体が人間を含む生物であることから、赤外線センサーを利用して判断するようにしてもよい。
【００２８】
また、障害物検出用の距離センサー５であるが、これは全距離センサー５を常時作動させるほか、必要とするものだけを作動させるようにすると、省エネルギーとなる。たとえば、図１６(a)に示すように、操作者９が車体１を引いている場合には、進行方向にある障害物に車体１が衝突することはまず無いことから、この時には距離センサー５をオフとしておき、図１６(b)に示すように、操作者９が車体１を押している場合は、前方障害物を操作者９が見にくいことから、距離センサー５をオンとするのである。このような動作は、図１７に示すように、車体１の進行方向速度Ｖｘで判断して切り換えればよい。
【００２９】
また、車体１の四隅に距離センサー５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを配置している場合、図１８に示すように、移動方向が第１象限内にある場合は、距離センサー５ａ，５ｂ，５ｄを、第２象限内にある場合は距離センサー５ａ，５ｂ，５ｃを、第３象限内にある場合は距離センサー５ｂ，５ｃ，５ｄを、さらに第４象限内にある場合は距離センサー５ｃ，５ｄ，５ａを作動させるようにしてもよい。
【００３０】
前記駆動車輪２₁，２₂を有するものにおいても、図１９に示すように、前進且つ左旋回（図中のイ）であれば距離センサー５ａ，５ｂ，５ｄを、後進且つ右旋回（図中のロ）であれば距離センサー５ａ，５ｂ，５ｃを、後進且つ左旋回（図中のハ）であれば距離センサー５ｂ，５ｃ，５ｄを、前進且つ右旋回（図中のニ）であれば距離センサー５ｃ，５ｄ，５ａを作動させることで、同様に省エネルギーを図ることができる上に、過剰な反応をなくすことができる。
【００３１】
このほか、車体１の操作ハンドル４付近にスイッチ（図示せず）を設けて、操作者が該スイッチをオンとした時だけ距離センサー５を作動させるようにしてもよい。車体１の背が低い上に荷物が少なくて見通しが良い時など、スイッチをオフとすることで、むやみに安全のための動作をしないことから、効率良く車体１を動かすことができる。
【００３２】
上記スイッチに代えて、図２０及び図２１に示すように、操作ハンドル４を両手で握る時にオンとなるスイッチＳＷ１，ＳＷ３と、操作ハンドル４を片手で握る時にオンとなるスイッチＳＷ２とを設けて、操作ハンドル４を両手で握った時だけ距離センサー５が働くようにしておいてもよい。片手で操作ハンドル４を握る場合は、図１６(a)に示した牽引の場合であり、車体１を押す場合（図１６(b)の場合）は操作ハンドル４を両手で握ることから、これらスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３のオンオフに応じて距離センサー５のオンオフを行うことで、やはり省エネルギー化を図ることができる。
【００３３】
ところで、距離センサー５としては前述のように超音波センサーがコスト的な点も含めて好適に用いることができるが、各超音波センサーとして、２対の超音波送受波器が水平に並んでいて障害物までの距離だけでなく障害物が存在する方向も検出することができるタイプのものであれば、前述の障害物回避動作などにおいて、より適切な回避動作を行わせることができる。
【００３４】
このほか、距離センサー５としては、図２２に示すように、レーザー光を各方向に照射してその反射光から障害物までの距離及び障害物の位置を検出するレーザーレーダーを好適に用いることができる。特に、レーザー光を３６０°水平面内で振ることができるようにしておけば、単一の距離センサー５で全方向の障害物を検知することができるものとなる。もちろん、レーザーレーダーである距離センサー５は図２３に示すように、所定の方向の障害物だけを検知することができるような配置としてもよい。
【００３５】
ところで、上記車体１は、病院などでの配膳に使用する配膳車に好適に適用することができる。温冷機能を備えた最近の多機能型配膳車は重量がある上に、運行場所が身体的弱者が多い病院という場所であるために、その運行上、安全性の高いものが求められるが、この要求を満足させることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、車体に設けた操作ハンドルに加えられる少なくとも推進方向の操作力を検出して、この操作力に応じて車体駆動用の駆動源を作動させるパワーアシスト型手押し車において、障害物検出用の距離センサーが設けられているとともに、加えられた操作力に応じて駆動源を作動させる制御回路が、距離センサーで検出される障害物までの距離に応じて駆動最高速度の設定値を低減させるものであるために、障害物が検出されたならば、その距離に応じて速度が落とされるものであり、衝突することがあってもその速度はきわめて低いために安全なものである。
【００３７】
また、障害物検出用の距離センサーが設けられているとともに、加えられた操作力に応じて駆動源を作動させる制御回路が、距離センサーで検出される障害物までの距離に応じて駆動用の力増幅率を徐々に低減させるものであれば、障害物が検出された時、その距離に応じて力増幅率が徐々に落とされるために、安全であることはもちろん、手に急な反力が加わることもなく、安全に危険予知することができる。
【００３９】
また、車体に設けた操作ハンドルに加えられる推進方向及び操舵方向の操作力を検出して、この操作力に応じて車体の推進駆動及び操舵用の駆動源を作動させるパワーアシスト型手押し車において、障害物検出用の距離センサーと、この障害物が移動体であるか否かを判別する移動体判別手段とが設けられているとともに、加えられた操作力に応じて駆動源を作動させる制御回路は、距離センサーにて検知した障害物が移動体であると判別した時に停止のための駆動力を駆動源に付加し、移動体でないと判別した時に回避方向の駆動力を駆動源に付加するものであれば、移動方向が予測し難い移動体への衝突を確実に避けることができるとともに、障害物が静物であった時の回避を行うことができる。
【００４０】
いずれにしても、車体駆動用の駆動源には、前後左右及び斜め移動並びに回転が可能となっている全方向駆動車輪を駆動するものを好適に用いることができる。全方向駆動が可能なものは、他者にとって車体の移動方向が予測し難く、これが原因で衝突事故が生じやすくなっているが、このような事故が生じるおそれを少なくすることができる。
【００４１】
また、距離センサーは車体移動方向に応じて障害物検出動作を停止させるものであったり、操作者の指示に応じて障害物検出動作を行うものであったり、操作ハンドルに操作者の両手が触れていることの検出出力で障害物検出動作を行うものであったりすると、無駄な障害物検出動作がなくなるために、省エネルギー化を図ることができると同時に、過剰な反応がなくなるために運行効率を高くすることができる。
【００４２】
また、距離センサーには超音波信号を発信してその反射波から障害物までの距離を検出する超音波センサーがコスト的に有利である。
【００４３】
距離センサーとして、レーザー光を各方向に照射してその反射光から障害物までの距離及び障害物の位置を検出するレーザーレーダーを用いる場合には、障害物までの距離や障害物の方向も検出することができるために、障害物回避動作を行う場合、特に有効となる。
【００４４】
また、車体が配膳車である時には、安全性に優れた配膳車を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例のフローチャートである。
【図２】 (a)は同上の斜視図、(b)は同上のブロック図である。
【図３】同上のパワーアシスト動作の基本フローチャートである。
【図４】同上の制限速度についての説明図である。
【図５】他例を示すもので、(a)は力増幅率の説明図、(b)は制限力増幅率についての説明図である。
【図６】同上のフローチャートである。
【図７】さらに他例を示すもので、(a)は斜視図、(b)はブロック図である。
【図８】同上のパワーアシストの基本フローチャートである。
【図９】同上の全方向駆動車輪の配置説明図である。
【図１０】同上の全方向駆動車輪を示すもので、(a)は正面図、(b)は側面図である。
【図１１】同上の操作ハンドルの平面図である。
【図１２】 (a)(b)(c)は同上の操作ハンドルにおける力検出動作の説明図である。
【図１３】同上のパワーアシスト動作についての説明図である。
【図１４】さらに他例の動作を示すフローチャートである。
【図１５】別の例の動作を示すフローチャートである。
【図１６】他例の動作を示すもので、(a)(b)は斜視図である。
【図１７】同上のフローチャートである。
【図１８】同上の他例の説明図である。
【図１９】同上のさらに他例の説明図である。
【図２０】別の例における操作ハンドルの平面図である。
【図２１】 (a)(b)は同上の操作ハンドルの使用状態を示す平面図である。
【図２２】距離センサーの一例を示す平面図である。
【図２３】距離センサーの配置の他例を示すもので、(a)(b)は平面図である。
【符号の説明】
１車体
２₁，２₂ 駆動車輪
４操作ハンドル
５距離センサー

Claims

車体に設けた操作ハンドルに加えられる少なくとも推進方向の操作力を検出して、この操作力に応じて車体駆動用の駆動源を作動させるパワーアシスト型手押し車において、障害物検出用の距離センサーが設けられているとともに、加えられた操作力に応じて駆動源を作動させる制御回路は、距離センサーで検出される障害物までの距離に応じて駆動最高速度の設定値を低減させるものであることを特徴とするパワーアシスト型手押し車。
車体に設けた操作ハンドルに加えられる少なくとも推進方向の操作力を検出して、この操作力に応じて車体駆動用の駆動源を作動させるパワーアシスト型手押し車において、障害物検出用の距離センサーが設けられているとともに、加えられた操作力に応じて駆動源を作動させる制御回路は、距離センサーで検出される障害物までの距離に応じて駆動用の力増幅率を徐々に低減させるものであることを特徴とするパワーアシスト型手押し車。
車体に設けた操作ハンドルに加えられる推進方向及び操舵方向の操作力を検出して、この操作力に応じて車体の推進駆動及び操舵用の駆動源を作動させるパワーアシスト型手押し車において、障害物検出用の距離センサーと、この障害物が移動体であるか否かを判別する移動体判別手段とが設けられているとともに、加えられた操作力に応じて駆動源を作動させる制御回路は、距離センサーにて検知した障害物が移動体であると判別した時に停止のための駆動力を駆動源に付加し、移動体でないと判別した時に回避方向の駆動力を駆動源に付加するものであることを特徴とするパワーアシスト型手押し車。
車体駆動用の駆動源は、前後左右及び斜め移動並びに回転が可能となっている全方向駆動車輪を駆動するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載のパワーアシスト型手押し車。
距離センサーは車体移動方向に応じて障害物検出動作を停止させるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載のパワーアシスト型手押し車。
距離センサーは操作者の指示に応じて障害物検出動作を行うものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載のパワーアシスト型手押し車。
距離センサーは操作ハンドルに操作者の両手が触れていることの検出出力で障害物検出動作を行うものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載のパワーアシスト型手押し車。
距離センサーは超音波信号を発信してその反射波から障害物までの距離を検出する超音波センサーであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかの項に記載のパワーアシスト型手押し車。
距離センサーはレーザー光を各方向に照射してその反射光から障害物までの距離及び障害物の位置を検出するレーザーレーダーであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかの項に記載のパワーアシスト型手押し車。
車体が配膳車であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかの項に記載のパワーアシスト型手押し車。