JP4161615B2 - 動力車 - Google Patents
動力車 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4161615B2 JP4161615B2 JP2002153076A JP2002153076A JP4161615B2 JP 4161615 B2 JP4161615 B2 JP 4161615B2 JP 2002153076 A JP2002153076 A JP 2002153076A JP 2002153076 A JP2002153076 A JP 2002153076A JP 4161615 B2 JP4161615 B2 JP 4161615B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vehicle
- speed
- obstacle
- collision avoidance
- instruction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Handcart (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は配膳車や手術台、工場用運搬台車等の手押し型の台車、あるいは車椅子、ゴルフカート等の操作者が搭乗して操作する台車であって、操舵機能を有しているとともに推進及び又は操舵のための動力を備えている動力車に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
操作者の操縦操作に応じて推進及び操舵を行うこの種の動力車において、障害物(壁面等を含む)との衝突を避けるために障害物検知センサーを設けたものが提供されている。たとえば特開平10−338142号公報には障害物検知出力に基づき、補助的駆動力のうちの前進方向の補助的駆動力をオフとし、後進方向の補助的駆動力をオンとしたままとする切換部を備えた駆動補助付き小型車両が示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のものでは前進方向の駆動をオフとすることで、衝突してしまった時に駆動力が相手に働かないようにしているだけで、衝突回避を行っているわけではない。また、障害物を検知した時に急に減速停止することから、操作者がこの動きにおどろいたり反動で怪我をしたりする虞がある。
【0004】
一方、特開平5−50934号公報には、自動操舵装置において衝突の可能性が生じた時に操舵パターンを修正することで衝突を回避するものが示されているが、操作者の操縦操作に応じて推進及び操舵を行う場合については、このような衝突回避動作をとるようにはなっていない。
【0005】
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操作者の操縦操作に応じて推進及び操舵を行うものにおける障害物との衝突を操作者に違和感を感じさせることなく回避することができる動力車を提供するにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明は、人が操作指示を行うための操作入力部と、該操作入力部に加えられた操作指示を検出する指示検出部と、加えられた指示に応じて操舵や推進のための動力を制御する制御手段と、障害物の位置及び方向を検出する障害物検知センサーとを備えるとともに、障害物検知センサーによる障害物の検知出力に基づいて車両の速度のうち、障害物への接近方向の速度を制限する衝突回避手段を備え、上記衝突回避手段は、操作入力部に与えられた操作指示を、障害物に近づく方向の成分とこれに直交する成分とに分解し、近づく方向の成分を排除することで障害物への接近方向の速度を制限するものであることに特徴を有している。障害物に近づく速度が制限されるために衝突を回避したり、たとえ衝突してもその衝撃を小さくすることができる。
【0008】
また本発明は、人が操作指示を行うための操作入力部と、該操作入力部に加えられた操作指示を検出する指示検出部と、加えられた指示に応じて操舵や推進のための動力を制御する制御手段と、障害物の位置及び方向を検出する障害物検知センサーとを備えるとともに、障害物検知センサーによる障害物の検知出力に基づいて車両の速度のうち、障害物への接近方向の速度を制限する衝突回避手段を備え、上記衝突回避手段は、車両の移動方向が障害物への接近方向である時に車両の任意の位置が障害物に接近しているか否かを判定する判定手段を備えて、該判定手段の結果に応じて速度制限を行うものであり、上記判定手段は、車両の前後面の任意の位置の移動速度に、車両速度を検出もしくは算出している位置から上記位置までの幅方向距離と旋回速度との積を加えた値が、障害物に衝突する向きにおいて所定速度以上であるかどうかで判定を行うものであることに他の特徴を有している。障害物に近づく速度が制限されるために衝突を回避したり、たとえ衝突してもその衝撃を小さくすることができる。。
【0009】
この場合の判定手段は、車両の左右側面の任意の位置の移動速度に、車両速度を検出もしくは算出している位置から上記位置までの前後方向距離と旋回速度との積を加えた値が、障害物に衝突する向きにおいて所定速度以上であるかどうかで判定を行うものを好適に用いることができ、更には障害物に最も近い車両の位置と障害物とを結ぶ方向を判断し、車両の前後面の任意の位置の移動速度に、車両速度を検出もしくは算出している位置から上記位置までの幅方向距離と旋回速度との積を加えた値と、車両の左右側面の任意の位置の移動速度に、車両速度を検出もしくは算出している位置から上記位置までの前後方向距離と旋回速度との積を加えた値との合成速度の上記方向の成分の値が所定速度以上であるかどうかで判定を行うものであってもよい。
【0010】
また衝突回避手段は、車両内の所定点を通る前後方向と左右方向の線で区分けした総計8つのエリア毎に速度制限値を算出し、得られた速度制限値のうち最も低い速度制限値で速度制限を行うものであってもよい。
【0011】
この時、衝突回避手段には、所定点として車両速度を検出もしくは算出している点を用いるもの、所定点として車両を旋回させた時の横方向移動速度がゼロである点を用いるもの、所定点として個別に速度制御される2つの駆動車輪の中間点を用いるもの、所定点として車両の形状上の中心点を用いるもの等を好適に用いることができる。
【0012】
【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1〜図4に示す動力車は、いわゆるパワーアシスト型と称されているもので、配膳車として形成された前後に長い車両1の前端面には操作ハンドル4が配設され、車両1の底面には総計4個の車輪2,3aが配設されている。車両1の前方側の左右に配された2個の車輪3a,3aは自在車輪(キャスター)であり、後方側の左右に配された2個の車輪2,2は、個別に駆動制御されるモータ20,20が夫々接続されている。両モータ20,20によって前後の推進駆動に加えて、両モータ20,20の速度差で旋回操舵を行うものとなっている。
【0013】
また、車両1の前端左右には夫々障害物検知センサー5が配されている。この障害物検知センサー5は、レーザーレーダのような障害物の距離と方向とを検出することができるものを用いており、図3中の各障害物検知センサー5を中心とする半円形は各障害物検知センサー5における障害物検知エリアを示している。該障害物検知センサー5は、常時稼働して障害物検知エリア内の障害物検知スキャンを行い、後述の制御回路CPUからデータ要求があった時、最新のスキャン平面内の障害物情報を返す。
【0014】
上記操作ハンドル4の左右両端の車両1との連結部分には力センサーC,Cを設けている。図4に示す制御回路CPUは、操作ハンドル4に加えられた力を検出する力センサーC,Cの各検出値Fr,Flから前後方向の操作力Fhxと左右方向の操作力Fhyとを算出し、これら前後及び左右方向の操作力(Fhx,Fhy)に予め定めた所定のゲイン(Kx,Ky)を乗じて制御中心Aでのx方向の推進速度Vx及びψ方向の旋回速度(角速度)Ωを求めてこれらの値から両モータ20,20に印加する電流値を演算し、速度フィードバックをかけながら、これらモータ20,20を駆動する。つまり、
Vx=Kx・Fhx
Ω=Ky・Fhy
となるように制御しているとともに、左右の車輪2,2の各前進方向速度Vl,Vrが
Vl=Vx+(Lt/2)・Ω
Vr=Vx−(Lt/2)・Ω
となるように制御する。Ltは車輪2,2の間隔(トレッド)である。車輪2にはその回転速度を検出するためのエンコーダ等からなる速度検出手段(図示せず)を設けて、フィードバック制御をかけている。
【0015】
なお、操作ハンドル4に加えられた操作力Fhx,Fhyは、左右の力センサーC,Cの各検出値Fr,Flと実験で求めた係数a,b,c,dとから、
(Fhx,Fhy)=(a・Fr+b・Fl,c・Fr+d・Fl)
の演算で求めている。また制御中心Aは、前後方向及び左右方向の指令値を零として旋回方向の指令のみを与えた時に前後方向及び左右方向の移動量が零となる点であり、本例の場合、上記両車輪20,20の中間点となる。
【0016】
そして、障害物検知センサー5によって障害物が検出された時、制御回路CPUは、速度Vxの上限値Vx_maxと下限値Vx_min及び角速度Ωの上限値Ω_maxと下限値Ω_minを算出し、速度Vxと角速度Ωが夫々上記下限値と上限値との間に納まるように制限する。
【0017】
この制限について、更に詳しく説明すると、まず図5に示すように車両1の前後に障害物B1,B2,B3,B4が検知され且つこれらの制御中心Aを基準とする座標が夫々(Xb1,Yb1),(Xb2,Yb2),(Xb3,Yb3),(Xb4,Yb4)である時、制御中心Aから車両1前端までの最短距離L1より大きいところにある障害物B1,B2は車両1の前方に、制御中心Aから車両1後端までの最短距離−L2より小さいところにある障害物B3,B4は車両1の後方にあることが判断できる。また、各障害物B1,B2,B3,B4と車両1までの距離Lbx1,Lbx2,Lbx3,Lbx4は上記座標と車両1の上記寸法L1,L2とから求めることができる。
【0018】
さらに図示例では障害物B2,B4が車両1よりも側方にずれた位置(車両1の幅Wをとする時、|yb2|>W/2,|yb4|>W/2)にある時、旋回速度がゼロで前後方向の直進のみを行うのであれば障害物B2,B4に衝突する可能性はなく、回避動作を行うべき対象から外してしまってもよいが、曲がりながら前進もしくは後退した場合などに衝突する可能性があるために、速度Vxの制限の対象とする。障害物が車両1正面よりも外側で衝突を考慮すべき対象域の範囲をδyとする時、上述のように旋回速度がゼロ(Ω=0)であればδyもほぼゼロで良いことから、たとえばδy=Cy・|Ω|などのように、Ωの関数としておくのが好ましい。なお、Cyは定数である。
【0019】
速度制限は、障害物が存在しない時の最高速度をVx_max0(たとえば6km/h)、予め定めた定数をD0xとする時、障害物B1が速度制限対象域Lbx_max内に入った時、最高速度Vx_maxを
Vx_max=Vx_max0−D0x・(Lbx_max−Lbx1)
で算出する。車両1に近くなるほど最高速度Vx_maxを落とすのである。
【0020】
一方、車両1の正面から外れた位置にある障害物B2に対しては、前後方向速度Vxに関し、速度制限は緩めでよいことから、
Vx_max=Vx_max0−D1x・(Lbx_max−Lbx1)
とする。この時、予め定めた定数D1xは上記定数D0xよりも小さい値としておくが、D1x=D0xとしてもよい。
【0021】
しかし、旋回速度Ωが正の値(反時計回りの値)を持つ時、衝突する可能性があることから、Vx>0である場合、最大旋回速度Ω_maxを
Ω_max=Ω_max0−D2x・(Lbx_max−Lbx2)
で算出した値に制限する。Ω_max0は障害物がない時の最高速度(たとえば2rad/s)、D2xは予め定めた定数である。
【0022】
後方に位置する障害物B3に対しては、車両1が後退すると衝突する可能性があることから、障害物がない時の最高後退速度をVx_min0(たとえば−6km/s)、予め定めた定数をD3xとする時、
Vx_min=Vx_min0−D3x・(Lbx_max−Lbx3)
で算出した最高後退速度Vx_minに制限する。
【0023】
さらに車両1の後方からずれた位置にある障害物B4に対しては、前後方向速度Vxに関し、速度制限は緩めでよいことから、
Vx_min=Vx_min0−D4x・(Lbx_max−Lbx4)
とする。この時、予め定めた定数D4xは上記定数D3xよりも小さい値としておくが、D4x=D3xとしてもよい。
【0024】
しかし、旋回速度Ωが負の値(時計回りの値)を持ち且つVx<0である場合衝突する可能性があることから、最大旋回速度Ω_minを
Ω_min=Ω_min0−D5x・(Lbx_max−Lbx4)
で算出した値に制限する。Ω_min0は障害物がない時の最高速度(たとえば−2rad/s)、D5xは予め定めた定数である。
【0025】
複数の障害物が同時に存在する時は、各障害物に対してVx_min,Vx_max,Ω_min,Ω_maxを夫々求めて、絶対値が最も小さい速度制限値を採用する。
【0026】
また、図6に示すように、左右に位置する障害物検出センサー5,5で障害物B5,B6,B7,B8が検知され且つこれら障害物の制御中心Aを中心とする座標が夫々(Xb5,Yb5),(Xb6,Yb6),(Xb7,Yb7),(Xb8,Yb8)である時、制御中心Aから車両1の左側面までの距離W/2より大きいところにある障害物B5,B6は車両1の左側方に、制御中心Aから車両1の右側面までの距離−W/2より小さいところにある障害物B7,B8は車両1の右側方にあることが判断できる。また、各障害物B5,B6,B7,B8と車両1までの距離Lby5,Lby6,Lby7,Lby8は上記座標と車両1の上記寸法Wとから求めることができる。
【0027】
さらに図示例では障害物B6,B8が車両1よりも前後にずれた位置(Xb6>L1、Xb8<−L2)にある時、旋回のみ(前後方向の速度がゼロ)であれば衝突する可能性はなく、回避動作を行うべき対象から外してしまってもよいが、曲がりながら前進もしくは後退した場合などに衝突する可能性があるために、旋回速度Ωの制限の対象とする。障害物が車両1側面よりも前後にずれたところであるものの衝突を考慮すべき対象域の範囲をδxとする時、上述のように前後方向速度がゼロ(Vx=0)であればδxもほぼゼロで良いことから、たとえばδx=Cx・|Ω|などのように、Ωの関数としておくのが好ましい。なお、Cxは定数である。
【0028】
速度制限は、障害物が存在しない時の旋回最高速度をΩ_max0(たとえば2rad/s)、予め定めた定数をD1yとする時、障害物B5が速度制限対象域Lby_max内に入った時、最高旋回速度(角速度)Ω_maxを
Ω_max=Ω_max0−D0y・(Lby_max−Lby5)
で算出する。車両1に近くなるほど角速度Ω_maxを落とすのである。
【0029】
一方、車両1の側面から外れた位置にある障害物B6に対しては、角速度Ωに関し、速度制限は緩めでよいことから、
Ω_max=Ω_max0−D1y・(Lby_max−Lby6)
とする。D1yは予め定めた定数であり、該定数D1yは上記定数D0yよりも小さい値としておくが、D1y=D0yとしてもよい。また、速度Vxに関し、Ω>0の条件付きで
Vx_max=Vx_max0−D2y・(Lby_max−Lby2)
とする。
【0030】
右側方で且つ制御中心Aよりも前方に位置する障害物B7に対しては、車両1が負の方向(時計回り)に旋回すると衝突する可能性があることから、予め定めた定数をD3yとする時、
Ω_min=Ω_min0−D3y・(Lby_max−Lby7)
で算出した最高角速度Ω_minに制限する。
【0031】
さらに車両1の右斜め後方位置にある障害物B8に対しては、速度制限は緩めでよいことから、
Ω_min=Ω_min0−D4y・(Lby_max−Lbx7)
とする。この時、予め定めた定数D4yは上記定数D3yよりも小さい値としておくが、D4y=D3yとしてもよい。
【0032】
また、車両1が後退している時(Vxが負)に障害物8に衝突する虞があるために、Ω<0の条件付きで
Vx_min=Vx_min0+D5y・(Lby_max−Lby8)
とする。D5yは予め定めた定数である。
【0033】
複数の障害物が同時に存在する時は、各障害物に対してVx_min,Vx_max,Ω_min,Ω_maxを夫々求めて、絶対値が最も小さい速度制限値を採用する。
【0034】
図1に示すフローチャートは、上記速度制限値を採用する場合のフローチャートであり、イは前後の障害物に対する処理を、ロは左右の障害物に対する処理を示している。
【0035】
図7及び図8に示す動力車は、車両1の前後両端の各左右に夫々ユニバーサルホイールタイプの全方向駆動車輪である車輪2を配している。この車輪2は、中央車軸を備えたフレームの外周部に中央車軸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紡錘形バレル22を配したもので、各バレル22の支持軸を含む断面の外形が中央車軸を中心とする円弧を形成している。また各車輪2は、夫々の中央車軸にモータ20が連結されて該モータ20によって中央車軸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ことから、該車輪2は、中央車軸を中心とする駆動回転と、各バレル22の夫々の軸回りの自由回転とによって、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の中央車軸の軸回りにおける位置を半ピッチずらすことで、いずれかのバレル22が常に接地する状態を得られるようにしている。
【0036】
そして、前端側左右に配した2つの車輪2,2及び後端側左右に配した2つの車輪2,2は、夫々中央車軸の軸方向延長線が車両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両1に取り付けられている。また、これら車輪2にはその位置検出用のエンコーダ200を設けてある。
【0037】
車両1の前端には操作ハンドル4を配してあり、操作ハンドル4に加えた操作力に基づき、制御回路CPUは各車輪2に加えるべき駆動力を演算し、その駆動力指令値をモータ20に与えて全方向車輪2を駆動する。
【0038】
図9は上記操作ハンドル4に加えられた操作力を検出するセンサー部分の一例を示しており、車両1の端面にばね41,41に抗して左右に移動自在としたベース40を設けるとともに、該ベース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、ばね41,41を撓ませることでベース40と共に左右に可動となっている。
【0039】
また、ばね41の側面に非接触式距離センサー45を対向させて、操作ハンドル4に左右方向の力を加えた時のベース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を各々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、操作ハンドル4に加えられた前後方向の力fhxと左右方向の力fhyとモーメントfhψを検出することができるようにしてある。
【0040】
なお、上記操作力(fhx,fhy,fhψ)は次のような演算で求める。式中のa11〜a33は実験などで求めた値である。
【0041】
【数1】
【0042】
また、全方向駆動車輪である4つの車輪2の駆動制御は、速度制御で行う場合、図10に示すように操作ハンドル4から車両1の制御中心Aまでの距離をLhとする時、車両1の制御中心Aにおける速度(Vax,Vay,Ωa)を
Vax=Kx・fhx
Vay=Ky・fhy
Ωa=Kmy・Lh・fhy+Kψ・fhψ
で求める。Kx,Ky,Kmyは予め定めた定数である。
【0043】
一方、車両1の制御中心Aにおける速度が(Vax,Vay,Ωa)である時、各車輪2の回転速度v1,v2,v3,v4は、
【0044】
【数2】
【0045】
で求めることができる。ここで、左右の車輪2,2の間隔をLt、制御中心Aから各車輪2までの距離をLd1,Ld2、車輪2の中央車軸が車両1の前後方向軸となす角度をθとする時、
(Ld1・cosθ+(Lt/2)sinθ)=L1v
(Ld2・cosθ+(Lt/2)sinθ)=L2v
とおくと、
【0046】
【数3】
【0047】
となる。前記操作力(fhx、fhy、fhψ)から上記の式により各車輪2の回転速度v1,v2,v3,v4を求めて、各モータ20の駆動を行うことで、操作者が操作ハンドル4に加えた操作力に応じた前後進と操舵とを行う。
【0048】
そして、このものにおいても、車両1の前後左右に夫々設置したレーザーレーダのような障害物検知センサー5の障害物検知出力に基づき、制御回路CPUは所要の方向の速度について制限をかけているのであるが、ここでは図11に示すように、車両1の前後の速度制限対象域Lbx_max×(W+2δy)のエリアと、車両1の左右の速度制限対象域Lby_max×(L1+L2+2δx)のエリアを、車両1の制御中心Aを通る前後左右方向の線分で8個のエリアAREA1〜AREA8に区分けし、各エリアAREA1〜AREA8毎に障害物が存在する場合の速度制限値を前記の場合と同様にして求め、得られた速度制限値のうちの最小値を採用するようにしている。なお、Lbx_max及びLby_maxの値は、障害物がない時の最高速度V_max0に応じて予め定めた一定値でもよいが、速度Vax,Vayが遅い時にはより短い距離でも衝突の回避が可能となることから、速度Vax,Vayの関数としてもよい。たとえば、
Lbx_max=Cv1・|Vax|,Lby_max=Cv2・|Vay|
とする。Cv1,Cv2は定数である。また、全方向駆動車輪を用いたものでは、上記制御中心Aを任意に移動させることができるが、制御中心Aを変えた場合は上記区画も変更するようにしておく。
【0049】
今、障害物Biを検知したならば、制御中心Aを中心とする障害物Biの座標(Xbi,Ybi)からどのエリアAREA1〜AREA8に存在するかを判断する。たとえば、障害物BiがエリアAREA1に存在するかどうかの判断は、L1<Xbi<L1+Lbx_max、0>Ybi>−(W/2+δy)の条件を満たすかどうかで行う。この時、δy,δxの領域の関係から、重複する部分がエリアAREA1,8、エリアAREA2,3、エリアAREA4,5、エリアAREA6,7の間で生じるが、この重なる部分に存在する障害物は重なる部分を共有する2つエリアの各一辺をなしている車両1の外殻面に衝突する虞を有している。たとえば、図11中のエリアAREA2,3が重なる部分に障害物Biが存在しているとすると、この障害物Biは半時計回りに旋回しながら前進すると、正面または左側面に衝突する虞がある。従って、両エリアで夫々の判定を行うようにしている。
【0050】
また、エリアAREA1,2,5,6にある障害物Biは、車両1の外殻面までの距離LbxiをXbi>0の時、便宜的にLbxi=Xbi−L1、Xbi<0の時はLbxi=−Xbi−L2と計算し、エリアAREA3,4,7,8にある障害物Biは、車両1の外殻面までの距離Lbyiを便宜的にLbyi=|Xbi−W/2|と計算する。そして、車両1の前後面に衝突の可能性があるものはLbxiで、左右側面に衝突の可能性があるものはLbyiで評価する。
【0051】
具体的には、各エリアAREA1〜8内で車両1までの距離が最小となる障害物を一つずつ抽出する。この時、上記δx,δyの重複部分にある障害物については、一つの障害物が二つのエリアで抽出されることがある。
【0052】
エリアAREA3から最も衝突する可能性が高い障害物としてBa3(座標はXba3,Yba3)が抽出されている時、車両1を左横移動(Vay>0)させたり、反時計回りの旋回(Ωa>0)させたりすると、衝突する可能性がある。このために、障害物が無い時の左横移動の最高速度をVay_max0、反時計回り旋回の最高速度をΩa_max0、障害物B3と車両1の左側面までの距離をLba3yとする時、
Vay_max=Vay_max0−Dy1(Lby_max−Lba3y)
で左横方向の最高速度値Vay_maxを算出し、
Ωa_max=Ωa_max0−Dψ1(Lbx_max−Lba3y)
で旋回最高速度Ωa_maxを算出して、これらの最高速度に制限する。もちろん、右横移動(Vay<0)などでは障害物B3に衝突する虞がないことから、速度制限は行わない。なお、上記速度制限は、あるエリアに障害物が検知された時に一定値に制限するようにしてもよいが、この場合、高速移動中に障害物がエリアに入ると急に減速することになり、操作者にショックを与えることになるために、速度制限値を車両1から障害物までの距離の関数とし、該距離が短くなるにつれて速度制限値が低くなるようにしている。
【0053】
他のエリアについても同様の考え方で速度制限を行時の制限値計算式を下記に示す。
Vax_max=Vax_max0−Dx1(Lbx_max−Lba1x)
Vax_max=Vax_max0−Dx1(Lbx_max−Lba2x)
Vax_min=Vax_max0+Dx2(Lbx_max−Lba5x)
Vax_min=Vax_max0+Dx2(Lbx_max−Lba6x)
Vay_max=Vay_max0−Dy1(Lby_max−Lba3y)
Vay_max=Vay_max0−Dy1(Lby_max−Lba4y)
Vay_min=Vay_max0+Dy2(Lby_max−Lba7y)
Vay_min=Vay_max0+Dy2(Lby_max−Lba8y)
Ωa_max=Ωa_max0−Dψ1(Lbx_max−Lba1x)
Ωa_max=Ωa_max0−Dψ2(Lby_max−Lba3y)
Ωa_max=Ωa_max0−Dψ3(Lbx_max−Lba5x)
Ωa_max=Ωa_max0−Dψ4(Lby_max−Lba7y)
Ωa_min=Ωa_min0+Dψ1(Lbx_max−Lba2x)
Ωa_min=Ωa_min0+Dψ2(Lby_max−Lba4y)
Ωa_min=Ωa_min0+Dψ3(Lbx_max−Lba6x)
Ωa_min=Ωa_min0+Dψ4(Lby_max−Lba8y)
Lba1x,Lba2xはエリアAREA1,2にある障害物の車両1正面までの距離、Lba5x,Lba6xはエリアAREA5,6にある障害物の車両1背面までの距離、Lba3y,Lba4yはエリアAREA3,4にある障害物の車両1左側面までの距離、Lba7y,Lba8yはエリアAREA7,8にある障害物の車両1右側面までの距離、Dx1,Dx2,Dy1,Dy2,Dψ1〜Dψ4は定数である。上記の各式で得られたVax_max,Vax_min、Vay_max,Vay_min,Ωa_max,Ωa_minの内、絶対値が最小のものを採用して、速度制限を行う。図12に本例についてのフローチャートを示す。
【0054】
上記の例では全方向駆動車輪を備えたものにおいて、その制御中心Aを通る線で複数のエリアに区分けしたが、図1〜図4に示した動力車では2つの車輪2,2の中間点(制御中心A)を通る線で区分けすればよく、また旋回させた時に横移動速度が0となる制御中心Aを通る線で区分けするのではなく、車両1の速度を検出している点(上記2例では制御中心Aと一致)を通る線で区分けしたり、車両1の形状上の中心点を通る線で区分けするように、つまりL1=L2となるようにしてもよい。計算を簡素化することができる。また、上記2例以外の駆動方式を採用する動力車にも適用することができる。
【0055】
図13及び図14に他例を示す。これは操作ハンドル4に加えられた操作力(fhx,fhy,fhψ)のうち、モーメント力fhψを除いた操作力(fhx,fhy)の合力を障害物に近づく方向の成分の力とそれに直交する方向の成分の力(fhx’,fhy’)とに分解し、障害物に近づく方向の成分がゼロとなるように座標系の回転を行って操作力(fhx”,fhy”)を求め、この操作力(fhx”,fhy”)に基づいてパワーアシスト制御を行うようにしたもので、図15にこの動作のフローチャートを示す。
【0056】
これは障害物が壁である場合に特に有効であり、このためにここでは障害物検知センサー5(レーザーレーダ)から得た障害物情報から最小自乗近似で壁を線分J(図16参照)として抽出して、抽出した線分Jと車両1の外殻とを結ぶ線分で最短距離Lminのものを求め、この最短距離Lminが予め定めた所定値より小さい(衝突の虞がある)場合、y軸と最短距離Lminの線分とのなす角度τを算出して、操作力(fhx、fhy)をτ回転した座標系に変換(fhx’,fhy’)し、さらにfhy’>0である時、(fhx’,0)を−τ回転した座標系に変換(fhx”,fhy”)している。障害物に近づく方向の成分はゼロにする一方、障害物から離れる方向の成分は有効に働くようにして、障害物との衝突を回避するようにしたものである。尚、図16は障害物と車両1の外殻とを結ぶ線分で最短距離となるものとτ回転した座標系との関係の複数例を示すもので、図中Mは車両1の障害物への近づく方向を示している。
【0057】
ところで、速度制限は障害物に衝突する方向の動きに対してのみ行えばよいのであるが、図17(a)に示すように操作者が障害物Bに衝突しないように車両1を旋回させる操作Fを加えている時、車両1の側方移動速度Vayは障害物Bに接近する方向であるものの、旋回速度Ωaは障害物Bから遠ざかる方向であり、実際には車両1が障害物Bに接近しているわけではないので、速度Vayに速度制限を加えては操作性が悪化するだけとなる。同様に図17(b)に示すように操作者が障害物Bに衝突しないように車両1を旋回させる操作Fを加えている時、車両の移動速度Vaxは障害物Bに接近する方向であるものの、旋回速度Ωaは障害物Bから遠ざかる方向であり、実際には車両1が障害物Bに接近しているわけではないので、速度Vaxに速度制限を加えては操作性が悪化してしまう。
【0058】
このために、図18に示すように、制御周期回数をnとする時、制御周期毎の障害物Bと車両1との最短距離Lb_min(n)を算出し、前周期の距離Lb_min(n-1)と現在の距離Lb_min(n)との差から上記距離の変化量ΔLb_minを算出し、この変化量ΔLb_minが正であれば、障害物Bに接近する方向の速度を有していても、その速度に制限はかけないようにしておくことが望ましい。
【0059】
車両1にある動きを与えている時、車両1の一部が障害物Bに衝突するかどうかは、次のように判定してもよい。すなわち、車両1の前後面が障害物Bに衝突するかどうかを判定するにあたっては図19に示すように、前後面のうちの任意の位置の前後方向の移動速度Vを、前後方向速度Vxに、車両1の制御中心Aから車両1の衝突予測箇所までの横方向距離Lyと旋回速度Vθとの積を加えた値とし、この速度Vが障害物に衝突する向きにおいて予め定めた所定速度以上であるかどうかを判定することで行っている。また、車両1の側面が障害物Bに衝突するかどうかを判定するにあたっては、図20に示すように、側面のうちの任意の位置の左右方向の移動速度Vを、左右方向速度Vyに、車両1の制御中心Aから車両1の衝突予測箇所までの前後方向距離Lxと旋回速度Vθとの積を加えた値とし、この速度Vが障害物に衝突する向きにおいて予め定めた所定速度以上であるかどうかを判定することで行っている。いずれにしても、衝突予測箇所の衝突する速度の近似値を容易に求めることができる。
【0060】
なお、上記の場合、車両1の角が最も障害物Bに近い場合、正確な速度を算出することができないが、この場合、図21に示すように、所定距離内のもっとも車両1に近い障害物Bと車両1における障害物Bに最も近い位置とを結ぶ方向Eを判断し、上記図19及び図20に示したVx+Vθ・LyとVy+Vθ・Lxとの合成速度Vmの上記方向Eの成分Vmeが所定速度以上であれば、衝突すると判断するようにするとよい。
【0061】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、人が操作指示を行うための操作入力部と、該操作入力部に加えられた操作指示を検出する指示検出部と、加えられた指示に応じて操舵や推進のための動力を制御する制御手段と、障害物の位置及び方向を検出する障害物検知センサーとを備えるとともに、障害物検知センサーによる障害物の検知出力に基づいて車両の速度のうち、障害物への接近方向の速度を制限する衝突回避手段を備え、上記衝突回避手段は、操作入力部に与えられた操作指示を、障害物に近づく方向の成分とこれに直交する成分とに分解し、近づく方向の成分を排除することで障害物への接近方向の速度を制限するものであるために、障害物に近づく速度を制限することができるものであり、このために衝突を回避したり、たとえ衝突してもその衝撃を小さくすることができる。
【0063】
また人が操作指示を行うための操作入力部と、該操作入力部に加えられた操作指示を検出する指示検出部と、加えられた指示に応じて操舵や推進のための動力を制御する制御手段と、障害物の位置及び方向を検出する障害物検知センサーとを備えるとともに、障害物検知センサーによる障害物の検知出力に基づいて車両の速度のうち、障害物への接近方向の速度を制限する衝突回避手段を備え、上記衝突回避手段は、車両の移動方向が障害物への接近方向である時に車両の任意の位置が障害物に接近しているか否かを判定する判定手段を備えて、該判定手段の結果に応じて速度制限を行うものであり、上記判定手段が、車両の前後面の任意の位置の移動速度に、車両速度を検出もしくは算出している位置から上記位置までの幅方向距離と旋回速度との積を加えた値が、障害物に衝突する向きにおいて所定速度以上であるかどうかで判定を行うものであると、障害物に接近する方向の移動であるものの衝突には至らない操作、殊に衝突回避のための旋回操作に不要な速度制限が加わることがなく、操作性が向上する。しかも衝突予測箇所の衝突速度の近似値を容易に求めることができ、これに応じて速度制限を行うことができる。
【0064】
この場合の判定手段には、車両の左右側面の任意の位置の移動速度に、車両速度を検出もしくは算出している位置から上記位置までの前後方向距離と旋回速度との積を加えた値が、障害物に衝突する向きにおいて所定速度以上であるかどうかで判定を行うものを用いてもよく、この場合においても衝突予測箇所の衝突速度の近似値を容易に求めることができ、これに応じて速度制限を行うことができる。
【0065】
更に上記判定手段には、障害物に最も近い車両の位置と障害物とを結ぶ方向を判断し、車両の前後面の任意の位置の移動速度に、車両速度を検出もしくは算出している位置から上記位置までの幅方向距離と旋回速度との積を加えた値と、車両の左右側面の任意の位置の移動速度に、車両速度を検出もしくは算出している位置から上記位置までの前後方向距離と旋回速度との積を加えた値との合成速度の上記方向の成分の値が所定速度以上であるかどうかで判定を行うものを用いてもよく、この場合、車両の角についても衝突速度の近似値を的確に求めることができる。
【0066】
また衝突回避手段は、車両内の所定点を通る前後方向と左右方向の線で区分けした総計8つのエリア毎に速度制限値を算出し、得られた速度制限値のうち最も低い速度制限値で速度制限を行うものであってもよい。
【0067】
常に衝突する危険がある箇所で速度制限の判定をできるために安全である上に、複雑な形状で複数の障害物が存在するところでも衝突あるいは強い衝突を回避することができるものであり、また車両の周囲を一括して処理する場合よりも演算が簡単となる。
【0068】
この時、所定点として車両速度を検出もしくは算出している点を用いれば、区分けが簡単であり、所定点として車両を旋回させた時の横方向移動速度がゼロである点を用いると、横移動と旋回の複合移動時でも確実な衝突回避が可能であり、所定点として個別に速度制御される2つの駆動車輪の中間点を用いるれば、確実な衝突回避が可能であるとともに基準点が固定となるために計算が簡単となり、さらに所定点として車両の形状上の中心点を用いると、旋回時などでの衝突回避に有利となる。
【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】同上の概略構成を示すブロック図である。
【図3】同上の概略構成を示す平面図である。
【図4】同上のブロック図である。
【図5】同上の動作の説明図である。
【図6】同上の動作の説明図である。
【図7】他例の概略構成を示す平面図である。
【図8】同上のブロック図である。
【図9】同上の操作ハンドル部の概略平面図である。
【図10】同上の説明図である。
【図11】同上の動作説明図である。
【図12】同上のフローチャートである。
【図13】更に他例の動作説明図である。
【図14】同上の説明図である。
【図15】同上のフローチャートである。
【図16】 (a)(b)(c)(d)は夫々線分Lminと座標系(x’,y’)との関係の説明図である。
【図17】 (a)(b)は更に他例の動作説明図である。
【図18】同上の説明図である。
【図19】更に他例の説明図である。
【図20】更に他例の説明図である。
【図21】別の例の説明図である。
【符号の説明】
1 車両
2 車輪
4 操作ハンドル
5 障害物検知センサー
Claims (9)
- 人が操作指示を行うための操作入力部と、該操作入力部に加えられた操作指示を検出する指示検出部と、加えられた指示に応じて操舵や推進のための動力を制御する制御手段と、障害物の位置及び方向を検出する障害物検知センサーとを備えるとともに、障害物検知センサーによる障害物の検知出力に基づいて車両の速度のうち、障害物への接近方向の速度を制限する衝突回避手段を備え、上記衝突回避手段は、操作入力部に与えられた操作指示を、障害物に近づく方向の成分とこれに直交する成分とに分解し、近づく方向の成分を排除することで障害物への接近方向の速度を制限するものであることを特徴とする記載の動力車。
- 人が操作指示を行うための操作入力部と、該操作入力部に加えられた操作指示を検出する指示検出部と、加えられた指示に応じて操舵や推進のための動力を制御する制御手段と、障害物の位置及び方向を検出する障害物検知センサーとを備えるとともに、障害物検知センサーによる障害物の検知出力に基づいて車両の速度のうち、障害物への接近方向の速度を制限する衝突回避手段を備え、上記衝突回避手段は、車両の移動方向が障害物への接近方向である時に車両の任意の位置が障害物に接近しているか否かを判定する判定手段を備えて、該判定手段の結果に応じて速度制限を行うものであり、
上記判定手段は、車両の前後面の任意の位置の移動速度に、車両速度を検出もしくは算出している位置から上記位置までの幅方向距離と旋回速度との積を加えた値が、障害物に衝突する向きにおいて所定速度以上であるかどうかで判定を行うものであることを特徴とする動力車。 - 人が操作指示を行うための操作入力部と、該操作入力部に加えられた操作指示を検出する指示検出部と、加えられた指示に応じて操舵や推進のための動力を制御する制御手段と、障害物の位置及び方向を検出する障害物検知センサーとを備えるとともに、障害物検知センサーによる障害物の検知出力に基づいて車両の速度のうち、障害物への接近方向の速度を制限する衝突回避手段を備え、上記衝突回避手段は、車両の移動方向が障害物への接近方向である時に車両の任意の位置が障害物に接近しているか否かを判定する判定手段を備えて、該判定手段の結果に応じて速度制限を行うものであり、
上記判定手段は、車両の左右側面の任意の位置の移動速度に、車両速度を検出もしくは算出している位置から上記位置までの前後方向距離と旋回速度との積を加えた値が、障害物に衝突する向きにおいて所定速度以上であるかどうかで判定を行うものであることを特徴とする動力車。 - 人が操作指示を行うための操作入力部と、該操作入力部に加えられた操作指示を検出する指示検出部と、加えられた指示に応じて操舵や推進のための動力を制御する制御手段と、障害物の位置及び方向を検出する障害物検知センサーとを備えるとともに、障害物検知センサーによる障害物の検知出力に基づいて車両の速度のうち、障害物への接近方向の速度を制限する衝突回避手段を備え、上記衝突回避手段は、車両の移動方向が障害物への接近方向である時に車両の任意の位置が障害物に接近しているか否かを判定する判定手段を備えて、該判定手段の結果に応じて速度制限を行うものであり、
上記判定手段は、障害物に最も近い車両の位置と障害物とを結ぶ方向を判断し、車両の前後面の任意の位置の移動速度に、車両速度を検出もしくは算出している位置から上記位置までの幅方向距離と旋回速度との積を加えた値と、車両の左右側面の任意の位置の移動速度に、車両速度を検出もしくは算出している位置から上記位置までの前後方向距離と旋回速度との積を加えた値との合成速度の上記方向の成分の値が所定速度以上であるかどうかで判定を行うものであることを特徴とする動力車。 - 衝突回避手段は、車両内の所定点を通る前後方向と左右方向の線で区分けした総計8つのエリア毎に速度制限値を算出し、得られた速度制限値のうち最も低い速度制限値で速度制限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動力車。
- 衝突回避手段は、所定点として車両速度を検出もしくは算出している点を用いていることを特徴とする請求項5記載の動力車。
- 衝突回避手段は、所定点として車両を旋回させた時の横方向移動速度がゼロである点を用いていることを特徴とする請求項5記載の動力車。
- 衝突回避手段は、所定点として個別に速度制御される2つの駆動車輪の中間点を用いていることを特徴とする請求項5記載の動力車。
- 衝突回避手段は、所定点として車両の形状上の中心点を用いていることを特徴とする請求項5記載の動力車。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002153076A JP4161615B2 (ja) | 2002-05-27 | 2002-05-27 | 動力車 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002153076A JP4161615B2 (ja) | 2002-05-27 | 2002-05-27 | 動力車 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003341519A JP2003341519A (ja) | 2003-12-03 |
JP4161615B2 true JP4161615B2 (ja) | 2008-10-08 |
Family
ID=29770232
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002153076A Expired - Fee Related JP4161615B2 (ja) | 2002-05-27 | 2002-05-27 | 動力車 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4161615B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4616127B2 (ja) * | 2005-08-25 | 2011-01-19 | 東芝テック株式会社 | パワーアシスト車 |
JP5598119B2 (ja) * | 2010-06-30 | 2014-10-01 | 株式会社豊田中央研究所 | 動力車 |
JP5811576B2 (ja) * | 2011-04-20 | 2015-11-11 | 株式会社豊田中央研究所 | 衝突防止機能付き車両 |
US10638661B2 (en) | 2016-03-31 | 2020-05-05 | Kanzaki Kokyukoki Mfg. Co., Ltd. | Riding type vehicle |
JP6598024B2 (ja) * | 2016-03-31 | 2019-10-30 | 株式会社 神崎高級工機製作所 | 乗用型車両 |
JP6598025B2 (ja) * | 2016-03-31 | 2019-10-30 | 株式会社 神崎高級工機製作所 | 乗用型車両 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3130970B2 (ja) * | 1991-08-22 | 2001-01-31 | マツダ株式会社 | 車両の自動操舵装置 |
JP3903529B2 (ja) * | 1997-06-09 | 2007-04-11 | 神鋼電機株式会社 | 駆動補助付小型車両 |
JP2000210340A (ja) * | 1999-01-26 | 2000-08-02 | Almex Inc | 走行装置およびこの走行装置を備えた車椅子 |
JP3656522B2 (ja) * | 2000-06-27 | 2005-06-08 | 松下電工株式会社 | パワーアシスト型手押し車 |
JP3763249B2 (ja) * | 2000-06-27 | 2006-04-05 | 松下電工株式会社 | 全方向移動型台車 |
JP4232338B2 (ja) * | 2001-01-29 | 2009-03-04 | パナソニック電工株式会社 | 動力車 |
-
2002
- 2002-05-27 JP JP2002153076A patent/JP4161615B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2003341519A (ja) | 2003-12-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4640445B2 (ja) | 動力車 | |
JP4232338B2 (ja) | 動力車 | |
US10471954B2 (en) | Collision avoidance support device | |
US20230373477A1 (en) | Collision avoidance support device | |
CN111186434B (zh) | 车道改变和防碰撞系统 | |
US6170600B1 (en) | Automatic power steering system | |
JP3638169B2 (ja) | 車両衝突予防装置 | |
JP4620644B2 (ja) | 車両用後輪操舵装置 | |
JP4161615B2 (ja) | 動力車 | |
EP1375305B1 (en) | Vehicle steering system | |
JP4616127B2 (ja) | パワーアシスト車 | |
JP3025604B2 (ja) | 無人作業車の操舵制御方法 | |
Din et al. | Real time Ackerman steering angle control for self-driving car autonomous navigation | |
JPH07110711A (ja) | 移動ロボット | |
JP2010235072A (ja) | 制御装置 | |
JP5811576B2 (ja) | 衝突防止機能付き車両 | |
JP3656522B2 (ja) | パワーアシスト型手押し車 | |
JP4248335B2 (ja) | 車両用走行支援装置 | |
JP2019014432A (ja) | 車両の操舵制御装置 | |
US11964665B2 (en) | Vehicle speed calculating device and control device for vehicle | |
KR100746696B1 (ko) | 전동식 파워스티어링 장치 | |
JP3978283B2 (ja) | 電動パワーステアリング装置 | |
JP2020147175A (ja) | 作業車両 | |
JP2018199458A (ja) | 連結車の後退駐車支援装置 | |
JP2002037120A (ja) | 全方向移動型台車 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050518 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080408 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080609 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080701 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080714 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110801 Year of fee payment: 3 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4161615 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110801 Year of fee payment: 3 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110801 Year of fee payment: 3 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120801 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130801 Year of fee payment: 5 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |