JP4867231B2 - 車輪駆動式ケース - Google Patents

Description

本発明は、ケース本体の下部に配置されている車輪がモータにより駆動される車輪駆動式ケースに関するものである。

従来の車輪駆動式ケースは、荷物を収容可能なケース本体と、このバック本体の下部に配置されモータにより駆動される車輪、ケース本体の上部に設けられた取っ手、及びこの取っ手に配置された力センサー等を備えている。ユーザーがこの車輪駆動式ケースを搬送すべく、車輪を接地させて取っ手を引張すると、取っ手に加えられた力が力センサーにより検出され、この検出された力の値に応じてモータの駆動が制御される。したがって、車輪がユーザーは取っ手に対する引張力に応じた速度で回転し、これによりアシスト力が与えられるものである。（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−８７０２４号公報

ところで、ユーザーが車輪駆動式ケースを引張しながら歩行する場合において、その経路は直進のみであることはなく、不可避的に左右への曲進が伴う。そして、左右に曲進するユーザーに車輪駆動式ケースが追従する際には、内輪差により左右の車輪に回転差を生じさせなければならない。しかるに、前記従来の車輪駆動式ケースにあっては、単に取っ手に加えられた力を検出して、この検出された力の値に応じてモータの駆動を制御することによりアシスト力を与える。したがって、取っ手に加えられた力に応じたアシスト力は発生させることができるにしても、曲進した際の車輪回転制御までも行うことはできず、よって、ユーザーの曲進に車輪駆動式ケースのケース本体を的確に追従させ得るものではなかった。

本発明は、かかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、ユーザーの曲進に車輪駆動式ケースのケース本体を的確に追従させることのできる車輪駆動式ケースを提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するために本発明は、ケース本体の下部に配置された一対の左右車輪と、この一対の車輪を各々回転駆動する一対の左右モータと、前記ケース本体の上部に設けられ、当該ケース本体を前進方向に引張するためのハンドルと、第１のモードと第２のモードとを選択的に設定する設定手段と、この設定手段により前記第１のモードが設定された場合において、前記ハンドルに加えられる前記引張する力により、当該ハンドルの左側に生ずる左応力と、当該ハンドルの右側に生ずる右応力とを検出する左右応力検出手段と、この左右応力検出手段の検出結果に基づき、左右モータの回転速度を個別に制御する第１制御手段と、前記設定手段により前記第２のモードが設定された場合において、前記ケース本体の進行側の面である前面の上部に配置され、前方左右における状況を検出する前方左右状況検出手段と、前記ケース本体の進行側の面である前面の中央部よりやや下方に配置され、前方における状況を検出する前方状況検出手段と、前記左右モータを駆動して前記ケース本体を自走させるとともに、前記前方左右状況検出手段又は前記前方状況検出手段の検出結果に基づき、左右モータの回転速度を個別に制御する第２の制御手段と、前記ケース本体の底面に配置され、下方における状況を検出する下方状況検出手段と、前記下方状況検出手段の検出結果に基づき、左右モータの回転を停止する停止制御手段と、前記ケース本体の進行側の面である前面の下部に配置され、前方下方における状況を検出する前方下方状況検出手段と、前記前方下方状況検出手段の検出結果に基づき、警報音を発生させる警報音発生手段と、を備えることを特徴とする車輪駆動式ケースである。

したがって、第１のモードが設定されている場合には、ユーザーの曲進に車輪駆動式ケースのケース本体を的確に追従させることができる。また、第２のモードが設定されている場合には、ケース本体は自走することから、ハンドルを介してケース本体を引張する必要がない。よって、当該車輪駆動式ケースを使用する場所の混雑度等に応じて、ケース本体を引張して伴走させるか、自走させるかを選択することができる。また、ケース本体を自走させた場合において、左右モータの回転速度を個別に制御することにより、ユーザーの曲がる方向にケース本体を自走させることができる。また、ケース本体の下方に障害物や凹所が存在しても、これに応じたモータ制御を行うことができる。また、警報音によりケース本体が自走困難な箇所がある場合に、これをユーザーに報知することができる。

本発明によれば、第１のモードが設定されている場合には、ユーザーの進行方向に左右されることなく、ユーザーの曲進に追従させることができる。また、第２のモードが設定されている場合には、ケース本体は自走することから、ハンドルを介してケース本体を引張する必要がない。よって、当該車輪駆動式ケースを使用する場所の混雑度等に応じて、ケース本体を引張して伴走させるか、自走させるかを選択することができ、これにより、車輪駆動式ケースの使い勝手を向上させることができる。

以下、本発明の一実施の形態を図に従って説明する。
図１に示すように、本実施の形態に係る車輪駆動式ケース１は、略矩形状の容器体からなり荷物を収容可能なケース本体２を有し、このケース本体２には図示しない開口部を閉鎖する開閉自在な蓋３が設けられている。ケース本体２の下部両側には、左インホイールモータ４Ｌと右インホイールモータ４Ｒとが配置されている。これらインホイールモータ４Ｌ、４Ｒは、各左右の車輪５Ｌ、５Ｒ自体がモータとなっている。つまり、一般的なモータは、中心軸が回転するように構成されているが、インホイールモータの場合、回転部分（ローター）を外周部に、ステータコイル部分を中心軸側に固定するように構成されている。そのため、中心軸を固定して取り付けると、ホイール（車輪）部分が回転する構造となり、本実施の形態においても、左インホイールモータ４Ｌと右インホイールモータ４Ｒは中心軸を固定して取り付けられているのである。

一方、ケース本体２の上端部には、左ステー６Ｌと右ステー６Ｒ、及びこれら一対のステー６Ｌ、６Ｒの先端部架橋された取っ手７とで構成されるハンドル８が突設されている。また、左ステー６Ｌの基部には左ひずみゲージ９Ｌが、右ステー６Ｒの基部には右ひずみゲージ９Ｒが取り付けられている。したがって、図２（ａ）に示すように、ユーザーが車輪駆動式ケース１を直進方向（矢印Ａ方向）に移動させるべく、手Ｈで取っ手７を掴んで直進した場合には、左ひずみゲージ９Ｌにより検出されるハンドル左応力ＦＬと、右ひずみゲージ９Ｒにより検出されるハンドル右応力ＦＲとは等しいこととなる。しかし、同図（ｂ）に示すように、ユーザーが車輪駆動式ケース１を引張しつつ左方向Ｌに曲がろうとした場合には、内輪差により右ずみゲージ９Ｒにより検出されるハンドル右応力ＦＲが大きくなり、逆に右方向Ｒに曲がろうとした場合には左ずみゲージ９Ｌにより検出されるハンドル左応力ＦＬが大きくなることとなる。

他方、ケース本体２の進行側の面である前面には、図１に示すように、上部にサーモパイル１０が配置されている。このサーモパイル１０には、５μｍロングパスフィルターをかけてあり、よって、人体を検知可能である。またセンサは左右に５度の角度を持って、２個装着してあり、よって、このサーモパイル１０は左サーモパイル１０Ｌと右サーモパイル１０Ｒとで構成されている。また、センサ前面にはフレネルレンズを装着し、検知範囲をセンサの前面、３０ｃｍから２ｍの距離、角度や５度の範囲に調整してある。そのため、猫や犬等の人間以外の小動物に反応しないようになっている。

さらに、ケース本体２の前面には中央部よりやや下方に、上段超音波センサ１３を構成する上段超音波スピーカ１１と上段超音波マイクロホン１２とが左右に配置されている。また、その下部には、下段超音波センサ１６を構成する下段超音波スピーカ１４と下段超音波マイクロホン１５とが左右に配置されている。上段超音波センサ１３は、上段超音波スピーカ１１から発生させた所定周波数の音と、対応する上段超音波マイクロホン１２が取り込んだ前記音との時間差を計測することにより、ケース本体２とこれを引張する有ユーザーとの距離を検出する。また、下段超音波センサ１６は、下段超音波スピーカ１４から発生させた所定周波数（上段超音波スピーカ１１とは異なる周波数）の音
と、対応する下段超音波マイクロホン１５が取り込んだ前記音との時間差を計測することにより、前記車輪５Ｌ、５Ｒが転動する地面前方における障害物までの距離を検出する。

また、ケース本体２の底面外部には、底面光センサ１７が配置されている。この底面光センサ１７は、直下つまり車輪５Ｌ、５Ｒが転動する地面までの距離が所定値程度（例えば車輪５Ｌ、５Ｒの半径程度）である場合には、検知信号＝１を出力し、前記所定値を超える場合には未検知信号＝０を出力するものである。

なお、ケース本体２の底面外部には、前記左右車輪５Ｌ、５Ｒよりもやや後方であって、該左右車輪５Ｌ、５Ｒから各々等しい距離にキャスター２６（図２参照）が取り付けられている。したがって、この車輪駆動式ケース１は、左右車輪５Ｌ、５Ｒとキャスター２６とを接地することにより、図１に示すように、垂直状態で移動することが可能であるとともに、図２（ａ）に示すように、キャスター２６を接地させることなく、左右車輪５Ｌ、５Ｒのみを接地させることにより、前傾した状態で移動することも可能である。

図３は、本実施の形態に係る車輪駆動式ケース１の電気的回路構成を示すブロック図である。この回路は、制御部１８を中心にして構成され、制御部１８は、ＣＰＵ１９、ＲＯＭ２０、ＲＡＭ２１及びその周辺回路等で構成されている。ＲＯＭ２０には、後述するフローチャートに示すプログラム等が格納されており、ＣＰＵ１９は、ＲＯＭ２０に格納されているプログラムをＲＡＭ２１に展開し、これに従って動作することにより、各部を制御する。また、ＲＡＭ２１は、ＣＰＵ１９のワークエリア等として使用される。

この制御部１８には、前記左右サーパイル１０Ｌ、１０Ｒ、上段超音波マイクロホン１２と上段超音波スピーカ１１、下段超音波スピーカ１４と下段超音波マイクロホン１５、及び底面光センサ１７が接続されているとともに、操作部２２、Ａ／Ｄ変換器２３Ｌ、２３Ｒ、左モータドライバ２４Ｌ、右モータドライバ２４Ｒ及び警報部２７が接続されている。操作部２２は、電源スイッチや後述する各種モードを設定するためのスイッチが設けられている。Ａ／Ｄ変換器２３Ｌ、２３Ｒには、前記左右ひずみゲージ９Ｌ、９Ｒが各々アンプ２５Ｌ、２５Ｒを介して接続され、左右ひずみゲージ９Ｌ、９Ｒからの出力は、各々」アンプ２５Ｌ、２５Ｒにより増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２３Ｌ、２３Ｒによりデジタル信号に変換されて制御部１８に入力される。左右モータドライバ２４Ｌ、２４Ｒは、制御部１８により制御されて、左右インホイールモータ４Ｌ、４Ｒを個別に駆動する。警報部２７は警報音を発生させるスピーカ等で構成されている。

（アシストモード）
以上の構成に係る本実施の形態において、図２（ａ）に示すように、ユーザーが手Ｈで取っ手７を掴んで、ケース本体２の前方を歩行しつつ車輪駆動式ケース１を搬送する場合には、操作部２２にてアシストモードを設定する。すると、制御部１８は、左右インホイールモータ４Ｌ、４Ｒを制御して、左右車輪５Ｌ、５Ｒを共に所定速度で前進方向（ケース本体２がユーザーに追従する方向）に回転させた後、ＣＰＵ１９がＲＯＭ２０に格納されているプログラムに基づき動作することにより、図４のフローチャートに示すように制御を実行する。
すなわち、左右ひずみゲージ９Ｌ、９Ｒからの出力に基づき、ハンドル左応力ＦＬとハンドル右応力ＦＲとを計測する（ステップＳ１）。

次に、この計測したハンドル左応力ＦＬとハンドル右応力ＦＲとが各々所定の応力設定値Ａと等しいか否かを判断する（ステップＳ２、Ｓ３）。この判断の結果、ＦＬ＝Ａであって、ハンドル左応力ＦＬが応力設定値Ａと等しい場合には（ステップＳ２；ＹＥＳ）、左インホイールモータ４Ｌの回転速度を維持する（ステップＳ４）。また、ＦＲ＝Ａであって、ハンドル右応力ＦＲが応力設定値Ａと等しい場合には（ステップＳ３；ＹＥＳ）、右インホイールモータ４Ｒの回転速度を維持する（ステップＳ５）。

しかし、ステップＳ２又はステップＳ３の判断がＮＯであって、ＦＬ≠Ａ又はＦＲ≠Ａであった場合には、ハンドル左応力ＦＬとハンドル右応力ＦＲとが各々応力設定値Ａよりも大きいか否かを判断する（ステップＳ６、Ｓ７）。この判断の結果、ＦＬ＜Ａであって、ハンドル左応力ＦＬが応力設定値Ａよりも小さい場合には（ステップＳ６；ＮＯ）、左インホイールモータ４Ｌの回転速度を減速する（ステップＳ８）。また、逆にＦＬ＞Ａであって、ハンドル左応力ＦＬが応力設定値Ａよりも大きい場合には（ステップＳ６；ＹＥＳ）、左インホイールモータ４Ｌの回転速度を加速する（ステップＳ９）。

さらに、ＦＲ＞Ａであって、ハンドル右応力ＦＲが応力設定値Ａよりも大きい場合には（ステップＳ６；ＹＥＳ）、右インホイールモータ４Ｒの回転速度を加速する（ステップＳ１０）。また、逆にハンドル右応力ＦＲが応力設定値Ａよりも小さい場合には（ステップＳ６；ＮＯ）、右インホイールモータ４Ｒの回転速度を減速する（ステップＳ１１）。

したがって、以上の処理が実行されることにより、図２（ｂ）に示すように、ユーザーが車輪駆動式ケース１を引張しつつ左方向Ｌに曲がろうとした場合には、内輪差により右ずみゲージ９Ｒにより検出されるハンドル右応力ＦＲが大きくなり、このとき、右インホイールモータ４Ｒの回転速度を加速される（あるいは、かつ左インホイールモータ４Ｌの回転速度が減速される）ことにより、支障なく車輪駆動式ケース１を左方向Ｌに追従させることができる。また、右方向Ｒに曲がろうとした場合には、内輪差により左ずみゲージ９Ｌにより検出されるハンドル右応力ＦＬが大きくなり、このとき、左インホイールモータ４Ｌの回転速度を加速される（あるいは、かつ右インホイールモータ４Ｒの回転速度が減速される）ことにより、支障なく車輪駆動式ケース１を右方向Ｒに追従させることができる。

（自律追尾モード）
また、この車輪駆動式ケース１を自走させる場合には、図１に示すように、左右車輪５Ｌ、５Ｒとキャスター２６とを接地することにより、車輪駆動式ケース１を垂直状態にして、操作部２２にてア自律追尾モードを設定する。すると、制御部１８は、左右インホイールモータ４Ｌ、４Ｒを制御して、左右車輪５Ｌ、５Ｒを共に所定速度で前進方向（ケース本体２がユーザーに追従する方向）に回転させた後、ＣＰＵ１９がＲＯＭ２０に格納されているプログラムに基づき動作することにより、図５のフローチャートに示すように制御を実行する。

すなわち、下段超音波スピーカ１４と下段超音波マイクロホン１５とで構成される下段超音波センサ１６により測定された距離ＤＬが１０ｃｍ以上であるか否かを判断する（ステップＳ２１）。この判断がＮＯであって、ＤＬ≦１０ｃｍであれば、前方地面上に障害物が存在すると推定される。よって、この場合には、警報部２７を駆動して警報音を発生させる（ステップＳ２２）。

次に、底面光センサ１７からの出力ＤＵが「１＝検知」であるか否かを判断する（ステップＳ２３）。この判断がＮＯであって、ＤＵ＝０＝未検知であれば、接地面からの反射光が所定両検知されない場合であり、走路上の床が下がっていたり、階段等であってこのまま自律走行することは不可能であったり、また、走行した場合に転倒したりする等が想定される。よって、この場合には、左右インホイールモータ４Ｌ、４Ｒを停止させて、この車輪駆動式ケース１を停止させる（ステップＳ２４）。

また、ＤＵ＝１であって、走行路に凹所等がない場合には（ステップＳ２３；ＹＥＳ）、さらに、左サーモパイル１０Ｌからの信号である左サーモパイル信号ＴＬ＝１（検知）であって、かつ、右サーモパイル１０Ｒからの信号である左サーモパイル信号ＴＲ＝１（検知）であるか否かを判断する（ステップＳ２５）。このとき、ＴＬ＝１かつＴＲ＝１であれば、この車輪駆動式ケース１の前方をユーザーが歩行しており、当該ユーザーは直進していると想定される。しかし、ＴＬ＝０であって、ＴＬ＝０かつＴＲ＝１であれば、ユーザーがこの車輪駆動式ケース１の前方において、右側に変位し右方向に曲がろうとしていると想定される。よって、この場合には、左インホイールモータ４Ｌの回転速度を加速し、かつ、右インホイールモータ４Ｒの回転速度を減速する（ステップＳ２６）。したがって、図２（ｂ）に示すように、ユーザーが右方向Ｒに曲がろうとした場合には、左インホイールモータ４Ｌの回転速度を加速され、かつ右インホイールモータ４ＬＲの回転速度が減速されることにより、この車輪駆動式ケース１は右方向Ｒに曲がろうとするユーザーに追尾することとなる。

また、ＴＲ＝０であって、ＴＲ＝０かつＴＬ＝１であれば、ユーザーがこの車輪駆動式ケース１の前方において、左側に変位し左方向に曲がろうとしていると想定される。よって、この場合には、左インホイールモータ４Ｌの回転速度を減速し、かつ、右インホイールモータ４Ｒの回転速度を加速する（ステップＳ２７）。したがって、図２（ｂ）に示すように、ユーザーが左方向Ｌに曲がろうとした場合には、左インホイールモータ４Ｌの回転速度を減速され、かつ右インホイールモータ４ＬＲの回転速度が加速されることにより、この車輪駆動式ケース１は左方向Ｌに曲がろうとするユーザーに追尾することとなる。

また、ステップＳ２５での判断の結果、ＴＬ＝１かつＴＲ＝１であれば、前述のように、この車輪駆動式ケース１の前方をユーザーが歩行しており、当該ユーザーは直進していると想定される。よって、この場合には、ステップＳ２５からステップＳ２８に進み、上段超音波スピーカ１１と上段超音波マイクロホン１２とで構成される上段超音波センサ１３の測定距離ＤＨが６０ｃｍ未満であるか否かを判断する（ステップＳ２８）。この判断がＮＯであって、ＤＨ≦６０ｃｍであれば、この車輪駆動式ケース１がその前方を歩行しているユーザーに接近しすぎて、両者の間隔が過少であると想定される。よって、この場合には、左右インホイールモータ４Ｌ、４Ｒを減速させることにより（ステップＳ２９）、両者の間隔を拡大させる。

また、前記ステップＳ２８の判断がＹＥＳであって、ＤＨ＞６０ｃｍであれば、この車輪駆動式ケース１とその前方を歩行しているユーザー間の距離が大きく、両者の間隔が過剰であると想定される。よって、この場合には、左右インホイールモータ４Ｌ、４Ｒを加速させることにより（ステップＳ３０）、両者間の間隔を縮小させる。よって、車輪駆動式ケース１は、その前方を歩行しているユーザーとの間に６０ｃｍ程度の適切な間隔を維持しつつ、ユーザーに追尾して自走して行くこととなる。

なお、ステップＳ２５の判断を行った際に、ＴＬ＝０かつＴＲ＝０であった場合には、左右インホイールモータ４Ｌ、４Ｒを共に減速させるか、停止させればよい。

本発明の一実施の形態に係る車輪駆動式ケースを示す斜視図である。 （ａ）は、車輪駆動式ケースが前傾した状態の斜視図、（ｂ）は曲がり方向を示す図である。 同実施の形態における電気的回路構成を示すブロック図である。 同実施の形態におけるアシストモードの処理手順を示すフローチャートである。 同実施の形態における自律追尾モードの処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 車輪駆動式ケース
２ ケース本体
４Ｌ 左インホイールモータ
４Ｒ 右インホイールモータ
５Ｌ 左車輪
５Ｒ 右車輪
６Ｌ 左ステー
６Ｒ 右ステー
７ 取っ手
８ ハンドル
９Ｌ 左ひずみゲージ
９Ｒ 右ひずみゲージ
１０Ｌ 左サーモパイル
１０Ｒ 右サーモパイル
１１ 上段超音波スピーカ
１２ 上段超音波マイクロホン
１３ 上段超音波センサ
１４ 下段超音波スピーカ
１５ 下段超音波マイクロホン
１６ 下段超音波センサ
１７ 底面光センサ
１８ 制御部
１９ ＣＰＵ
２０ ＲＯＭ
２１ ＲＡＭ
２２ 操作部
２４Ｌ 左モータドライバ
２４Ｒ 右モータドライバ

Claims (1)

1. ケース本体の下部に配置された一対の左右車輪と、
   この一対の車輪を各々回転駆動する一対の左右モータと、
   前記ケース本体の上部に設けられ、当該ケース本体を前進方向に引張するためのハンドルと、
   第１のモードと第２のモードとを選択的に設定する設定手段と、
   この設定手段により前記第１のモードが設定された場合において、
   前記ハンドルに加えられる前記引張する力により、当該ハンドルの左側に生ずる左応力と、当該ハンドルの右側に生ずる右応力とを検出する左右応力検出手段と、
   この左右応力検出手段の検出結果に基づき、左右モータの回転速度を個別に制御する第１制御手段と、
   前記設定手段により前記第２のモードが設定された場合において、
   前記ケース本体の進行側の面である前面の上部に配置され、前方左右における状況を検出する前方左右状況検出手段と、
   前記ケース本体の進行側の面である前面の中央部よりやや下方に配置され、前方における状況を検出する前方状況検出手段と、
   前記左右モータを駆動して前記ケース本体を自走させるとともに、前記前方左右状況検出手段又は前記前方状況検出手段の検出結果に基づき、左右モータの回転速度を個別に制御する第２の制御手段と、
   前記ケース本体の底面に配置され、下方における状況を検出する下方状況検出手段と、
   前記下方状況検出手段の検出結果に基づき、左右モータの回転を停止する停止制御手段と、
   前記ケース本体の進行側の面である前面の下部に配置され、前方下方における状況を検出する前方下方状況検出手段と、
   前記前方下方状況検出手段の検出結果に基づき、警報音を発生させる警報音発生手段と、
   を備えることを特徴とする車輪駆動式ケース。

Images