JP4303624B2 - 搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、配膳車、手術台、工場用運搬台車などとして利用可能な搬送装置に関するものである。

従来より、小さな操作力でも容易に移動させることができるパワーアシスト型の搬送装置が提案されている。例えば、特許文献１に記載された搬送装置は、操作者が台車を押圧操作する際の操作力の大きさを検出し、その操作力に応じた補助駆動力をＣＰＵ（中央演算装置）などを備えた制御手段で算出し、算出された補助駆動力をモータなどの駆動源で発生させて車輪に伝達するものであり、操作力に加えて補助駆動力が操作力の方向（車体の移動方向）と同方向に加わることにより、上り傾斜であっても容易に車体を移動させることができるのである。

しかし、操作者の操作力以外の外力（たとえば操作者の体の一部が触れた際の力）が車体に加わった場合、特には、外力が加わった方への車体の移動の負荷が大きくなるために、車体が外力が加わった方へ補助駆動力が外力に抗するように発生して操作者の意図としない動作、加速をすることがあった。
特開２０００−４３７３２号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、車体に外力が加わった場合に操作者の意図しない動作を少なくして安全性を高めることができる搬送装置を提供することを目的とするものである。

本発明の搬送装置は、操作者Ａの操作力により移動する車体１と、操作力の大きさに応じて車体１の移動方向への補助駆動力を発生させる駆動源２とを備えた搬送装置であって、車体１の外面に操作者Ａが把持するハンドル３を設けると共にハンドル３以外の車体１の外面に接触センサ４を設け、接触センサ４への接触を感知することにより駆動源２による補助駆動力を制限あるいは停止するための制御手段５を備えて成ることを特徴とするものである。

この発明では、ハンドル３以外の車体１の外面に操作者Ａあるいはそれ以外の人や物が接触した場合に、その接触を接触センサ４で感知すると共にその感知に基づいて制御手段５により駆動源２による補助駆動力を制限あるいは停止することができ、車体１に外力が加わった場合であっても操作者Ａの意図しない動作を少なくして安全性を高めることができるものである。

また、本発明にあっては、車体１のハンドル３を設けた面と同じ面の、前記ハンドル３の周辺近傍の外面に接触センサ４を設けることを特徴とするものである。

この発明では、ハンドル３を把持して操作する操作者Ａの車体１への接触を接触センサ４で感知しやすくなり、車体１への操作者Ａの接触による意図しない動作を少なくして操作者Ａに対する安全性を高めることができるものである。

また、本発明にあっては、駆動源２の作動を制限することにより駆動源２による補助駆動力を制限あるいは停止するのが好ましい。

この発明では、駆動源２の作動を制限する以外の方法で駆動源２による車体１に対する補助駆動力を制限あるいは停止する場合に比べて、車体１の制動性を高くすることができ、安全性をより高めることができるものである。

また、本発明にあっては、接触センサ４が接触力を測定可能とし、接触センサの接触力の測定結果に基づいて駆動源による駆動力を制限あるいは停止することが好ましい。

この発明では、接触センサ４への接触力を定量的に感知・出力して接触力の大きさに応じた補助駆動力の制限あるいは停止を制御することができ、より適切な制動性を得ることができて安全性を高めることができるものである。

本発明は、ハンドル以外の車体の外面に操作者あるいはそれ以外の人や物が接触した場合に、その接触を接触センサで感知すると共にその感知に基づいて制御手段により駆動源による補助駆動力を制限あるいは停止することができ、車体に外力が加わった場合であっても操作者の意図しない動作を少なくして安全性を高めることができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図３〜５に本発明の搬送装置の一例として配膳車を示す。この配膳車は、車体１の内部に食事を盛りつけた食器などが収納できるように形成されており、車体１の側面１４には食器を出し入れする際に開閉する扉１１が設けられていると共に、車体１の前面１２には車体１内の温度を調整する際に操作するツマミなどを備えた操作パネル１３が設けられている。上記車体１は、その一端側（後端側）に左右一対の駆動車輪１０ａ、１０ａを、他端側（前端側）に左右一対のキャスター型の自在車輪１０ｂ、１０ｂを備えており、さらに車体１の前面には操作者Ａが把持して車体１を移動させるための操作力を加えることができるハンドル３が設けられている。このハンドル３は、操作者Ａが加えた操作力を検出する検出手段を備えると共に車体１の推進方向（移動方向）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形成されている。上記２つの駆動車輪１０ａ、１０ａは、個別にモータなどの駆動源２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１０ａ、１０ａ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。

図１はこのパワーアシスト型の配膳車の動作の基本フローを示しており、ハンドル３に加えられた操作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１０ａ、１０ａの駆動源２の出力を上記推進力及び回転力から求めて各駆動源２に補助駆動力として入力している。なお、ハンドル３に加えた外力がいくら大きくとも、所定の設定速度を超える速度が出ることがないように制御している。また、上記の推進力及び回転力の算出や駆動源２への補助駆動力の入力などの配膳車の動作の制御は、ＣＰＵなどを備えた制御手段５により行なわれている。

車体１の前面に配したハンドル３は、操作者Ａがハンドル３に加えた操作力Ｆｈを前後方向（図３〜５のｘ軸方向）の力（推進力）Ｆｈｘと左右方向（図３〜５のｙ軸方向）の力（横移動力）ＦｈｙとモーメントＭｈψとして検出することができるように形成されている。図２に操作力Ｆｈｘ、Ｆｈｙ、Ｍｈψを検出することができるハンドル３の構成の一例を示す。車体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にはハンドル３の両端を夫々板ばね４２，４２を介して連結している。ハンドル３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、左右方向の力をハンドル３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、Ｍｈψ
Ｆｈｘ＝ｋ１×（ｄｒ＋ｄｌ）
Ｆｈｙ＝ｋ２×ｄｃ
Ｍｈψ＝ｋ３×（ｄｒ−ｄｌ）＋ｋ４×ｄｃ
（ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４は定数）を求めている。

また、車体１の外面には接触センサ４が設けられている。接触センサ４は、図３に示すように、ハンドル３を設けた車体１の前面に設けるのが好ましく、これにより、車体１を牽引している操作者Ａの接触センサ４への接触を感知しやすくなるものである。また、接触センサ４は車体１の前面の全体に亘って設けても良いし、操作者Ａが接触しやすい箇所、例えば、ハンドル３の周辺近傍のみに設けるようにしても良い。また、操作者Ａが車体１を牽引している場合、ハンドル３を把持している腕の肘が車体１の角部分に接触しやすいので、図４に示すように、車体１の外面の角部分に接触センサ４を設けるようにするのも好ましい。さらに、図５に示すように、車体１の側面１４及び後面の全面あるいは一部に接触センサ４を設けることもできる。もちろん、車体１の外面の全面に接触センサ４を設けても良い。尚、図３〜５において接触センサ４を設けた箇所を点々模様で示す。

上記のような接触センサ４としては既知のものを使用することができるが、接触のみを感知することができる接触センサ４としては、テープスイッチ、フィルムスイッチ、光電センサ、赤外線センサ、押しボタンスイッチなどを用いることができる。また、接触力（圧力や変位）を測定可能な接触センサとしては、接触センサ４への接触力を定量的（数値的）に感知・出力することができるものであって、ギャップセンサ式（うず電流式、静電容量式など）、ポーションメータとバネ機構式、歪ゲージ式、（超）磁歪式、圧電材料、感圧材料などを用いることができる。

以下、本発明の搬送装置の動作を説明する。

まず、車体１の前側に立ってハンドル３を把持し、ハンドル３を引張るように操作力Ｆｈを加え、車体１を牽引して前進させると、ハンドル３に加わった操作力Ｆｈが上記のＦｈｘ、Ｆｈｙ、Ｍｈψとして検知される。次に、この操作力Ｆｈは制御手段５に入力され、これに基づいて補助駆動力が算出される。

制御手段５がトルク制御により搬送装置の動作を制御している場合は、操作力（Ｆｈｘ、Ｆｈｙ、Ｍｈψ）によって制御中心Ｓに働いた作用力（Ｆｈｘ、Ｆｈｙ、Ｍｈψ＋Ｌｈ・Ｆｈｙ）を求め（Ｌｈはハンドル部から制御中心Ｓ（図３〜５のｘ，ｙ軸交点で回転方向ψの中心）までの距離）、その各成分にアシストゲイン（Ｋｘ、Ｋｙ、Ｋψ）を乗じることによりトルク（Ｆａｘ、Ｆａｙ、ωａψ）を補助駆動力として算出し、これを駆動源２に出力する。トルク（Ｆａｘ、Ｆａｙ、ωａψ）は次の式で算出できる。
Ｆａｘ＝Ｋｘ・Ｆｈｘ
Ｆａｙ＝Ｋｙ・Ｆｈｙ
ωａψ＝Ｋψ・（Ｍｈψ＋Ｌｈ・Ｆｈｙ）
また、制御手段５が速度制御により搬送装置の動作を制御している場合は、操作力（Ｆｈｘ、Ｆｈｙ、Ｍｈψ）によって制御中心Ｓに働いた作用力（Ｆｈｘ、Ｆｈｙ、Ｍｈψ＋Ｌｈ・Ｆｈｙ）を求め、その各成分にアシストゲイン（Ｋｘ、Ｋｙ、Ｋψ）を乗じることにより搬送装置の速度（Ｖａｘ、Ｖａｙ、ωａψ）を算出し、この速度になるような補助駆動力を算出して駆動源２に出力する。搬送装置の速度（Ｖａｘ、Ｖａｙ、ωａψ）は次の式で算出できる。
Ｖａｘ＝Ｋｘ・Ｆｈｘ
Ｖａｙ＝Ｋｙ・Ｆｈｙ
ωａψ＝Ｋψ・（Ｍｈψ＋Ｌｈ・Ｆｈｙ）
そして、駆動源２は制御手段５からの入力に基づいて補助駆動力を発生し、これを駆動車輪１０ａ、１０ａに伝えることにより操作力Ｆｈを補助（アシスト）する。

通常の使用時、つまり、車体１にハンドル３への操作力Ｆｈのみが加えられている場合、車体１にかかる外力ＦはＦ＝Ｆｈとなり、操作力Ｆｈに対して適切な補助駆動力（アシスト）が加わる（図６（ａ）参照）。

従来の接触センサ４を有さない搬送装置にあっては、図７（ａ）（ｂ）に示すように操作者Ａが車体１のハンドル３以外の部分に接触した場合、あるいは操作者Ａ以外の人や障害物が車体１のハンドル３以外の部分に接触した場合、車体１に接触力Ｆｅが加わるために、車体１にかかる外力ＦはＦ＝Ｆｈ＋Ｆｅとなり、操作者Ａの意識しない接触力Ｆｅに対しても補助駆動力が加わることになる（図６（ｂ）参照）。このために、操作者Ａの意図しない補助駆動力が出力されて自然な操作感が得られない場合があった。また、図８（ａ）（ｂ）に示すように、操作者Ａが車体１に接触した状態で車体１を移動し続けた場合（ｔ＝Ｔ０からｔ＝Ｔ１までの間）、接触力Ｆｅに対する補助駆動力により車体１が操作者Ａの意図しない方に加速し続け（加速度ａ０から加速度ａ１まで変化、ａ０＜ａ１）、この加速方向に慣性、力が蓄積され（Ｆ０からＦ１まで変化、Ｆｅ０からＦｅ１まで変化、Ｆ０＜Ｆ１、Ｆｅ０＜Ｆｅ１）、現制御周期におけるＦｅに対する補助駆動力が増大してさらに不自然な操作感（意図しない加速など）になったりする。

しかし、本発明の搬送装置では車体１の外面に接触センサ４を設けているために、車体１に加えられた接触力Ｆｅが接触センサ４で感知することができるものであり、これにより、接触力Ｆｅに基づいて制御手段５により駆動源２の作動を制限して駆動源２による補助駆動力を制限あるいは停止することができるものである。ここで、駆動源２の作動を制限する以外の方法、例えば、駆動車輪１０ａをブレーキで直接制動する方法などよりも、駆動源２の作動を直接制限して駆動源２による補助駆動力を制限あるいは停止することが好ましく、これにより、制動性を高くすることができ、安全性をより高めることができるものである。

接触力Ｆｅに基づいて制御手段５により駆動源２の作動を制限するにあたっては、各種の方法を採用することができ、例えば、駆動源２であるモータへの電気供給の遮断やブレーキの作動、アシストゲイン（Ｋｘ、Ｋｙ、Ｋψ）の制限（通常時のアシストゲインの値の０〜９９％に制限するなど）を例示することができる。また、接触センサ４が接触力Ｆｅを測定可能なものである場合は、その測定値に応じて駆動源２の作動の制限を変えることができ、例えば、接触力Ｆｅが所定値（しきい値）以上であれば、駆動源２の作動の制限を行なうという制御を行うことができる。このような駆動源２の作動の制限は制御手段５からの制御命令を駆動源２やそのブレーキに出力したり、アシストゲインを制限して算出した補助駆動力を駆動源２に出力したりして行うことができる。

本発明の実施の形態の一例を示すブロック図である。 同上のハンドルの部分を示す概略図である。 同上の接触センサの設置位置の一例を示す斜視図である。 同上の接触センサの設置位置の他例を示す斜視図である。 同上の接触センサの設置位置の他例を示す斜視図である。 同上の移動状態を示し、（ａ）（ｂ）は平面図である。 同上の車体への操作者の接触を示し、（ａ）は一部の平面図、（ｂ）は一部の側面図である。 従来の問題点を示し、（ａ）（ｂ）は平面図である。

符号の説明

１ 車体
２ 駆動源
３ ハンドル
４ 接触センサ
５ 制御手段

Claims (3)

1. 操作者の操作力により移動する車体と、操作力の大きさに応じて車体の移動方向への補助駆動力を発生させる駆動源とを備えた搬送装置であって、車体の外面に操作者が把持するハンドルを設けると共にハンドル以外の車体の外面であってこの車体のハンドルを設けた面と同じ面の、前記ハンドルの周辺近傍に接触センサを設け、接触センサへの接触を感知することにより駆動源による補助駆動力を制限あるいは停止するための制御手段を備えて成ることを特徴とする搬送装置。
2. 駆動源の作動を制限することにより駆動源による補助駆動力を制限あるいは停止することを特徴とする請求項１に記載の搬送装置。
3. 接触センサが接触力を測定可能とし、接触センサの接触力の測定結果に基づいて駆動源による補助駆動力を制限あるいは停止することを特徴とする請求項１又は２に記載の搬送装置。

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