JP5395276B2 - アシストカートおよびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハンドルへ加えられた力に基づいてモータを制御し、モータの動力を利用して走行するアシストカートに関する。

運搬用カートとしては、重い荷物を載せた手押し車やリヤカー等がある。この運搬用カートを手動で動かすには、多大な労力が必要となる。そこで、運搬用カートにモータを取り付け、操作者がハンドルへ加えた力に基づいてモータを制御し、モータの動力を利用して走行するアシストカートが提案されている。

このアシストカートのハンドルを操作者が押して歩くと、操作者がハンドルを介してアシストカートへ加えた推進力を補助する補助動力が、モータより発生する。この補助動力による移動の補助により、操作者は、少ない力でアシストカートを移動させることができる。

図８に従来のアシストカート１の側面図を示す。アシストカート１は、カート本体２と、ハンドル３と、モータ４ａと、モータ４ａを制御する制御部４ｂと、モータ４ａによって駆動される走行輪５とを有する。さらに、ハンドル３の一部である操作入力センサ６は、原位置に対して前後にスライド可能なスライド入力部７と、スライド入力部７を原位置に向けて付勢するバネ８とを有する。スライド入力部７は、バネ８により原位置に向けて付勢されているため、前後のいずれにスライドさせても常に原位置に復帰する。

そして、操作者が操作入力センサ６を押しながら歩いた場合、操作入力センサ６は、スライド入力部７が押されて原位置から移動した移動量を操作量として検出する。制御部４ｂは、操作量の大きさに比例してモータ４ａの出力状態を制御する。

この時、制御部４ｂは、操作入力センサ６より検出された操作量より入力データ値を算出する。そして、入力データ値に、比例定数を掛けて出力データ値を算出する。そして、この出力データ値に基づいてモータ４ａの速度を制御する。

なお、スライド入力部７を原位置よりも前方（図８の左側の方向）へスライドさせた場合、操作入力センサ６は、入力データ値を正の値で検出する。入力データ値を正の値で検出した場合、モータ４ａは、前進するための補助動力を発生する。また、スライド入力部７を原位置よりも後方へスライドさせた場合、操作入力センサ６は、入力データ値を負の値で検出する。入力データ値を負の値で検出した場合、モータ４ａは、後進するための補助動力を発生する（例えば、特許文献１を参照）。

このようなアシストカート１を用いることで、移動するための労力を軽減することができる。

特開２００５−７５０４３号公報

手動の運搬用カートを利用する感覚でアシストカート１を利用する場合は、ハンドル３を前方へ押して利用する。しかしながら、従来のアシストカート１は、操作入力センサ６の操作量に比例してモータ４ａの出力状態を制御している。そのため、アシストカート１では、ハンドル３を前方へ押している状態から、突然、後方へ引っ張る状態に変わると、モータ４ａが逆回転制御される。この逆回転制御により、モータ４ａは、アシストカート１の走行方向（走行の向き）と反対方向の補助動力を発生させてしまう。このような走行方向（走行の向き）と反対方向の補助動力が急に発生すると、アシストカート１の姿勢は不安定になる。アシストカート１の姿勢が不安定になると、例えば操作者が倒れてしまうこともある。

つまり、従来のアシストカート１には、手動の運搬用カートと同じ感覚で走行している方向と反対方向にハンドル３を動かすと、走行方向（走行の向き）と反対方向の補助動力が発生し、アシストカート１が不安定になるという課題がある。

本発明はこのような課題を解決するものであり、手動の運搬用カートと同じ感覚で操作ができるアシストカートを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のアシストカートは、カート本体部と、前記カート本体部に設置されたハンドルと、前記カート本体部の走行速度及び走行の向きを検出する速度センサと、前記カート本体部の走行の向きにおいて前記ハンドルに加えられた操作力の大きさ及び向きを検出する力検出部と、前記カート本体部を走行させる駆動源と、前記操作力の大きさと前記走行速度とに基づいて目標速度を生成する目標速度生成部と、前記目標速度に基づいて前記駆動源を制御する制御部と、を備え、前記目標速度生成部は、前記走行の向きと前記操作力の向きとが同一の場合、前記走行速度より速い目標速度を生成し、前記走行の向きと前記操作力の向きとが反対の場合、前記走行速度より遅い目標速度を生成する。

また、上記目的を達成するために、本発明のアシストカートの制御方法は、カート本体部と、前記カート本体部に設置されたハンドルと、前記カート本体部の走行速度及び走行の向きを検出する速度センサと、前記カート本体部の走行の向きにおいて前記ハンドルに加えられた操作力の大きさ及び向きを検出する力検出部と、を備えるアシストカートの制御方法であって、前記走行の向きと前記操作力の向きとが同一の場合、前記走行速度より速い目標速度を生成し、前記走行の向きと前記操作力の向きとが反対の場合、前記走行速度より遅い目標速度を生成し、前記目標速度に基づいて前記カート本体部を走行させる。

本発明は、手動の運搬用カートと同じ感覚で操作することができるアシストカートまたはその制御方法を提供することを可能とする。

図１Ａは、本発明の実施の形態１におけるアシストカートの斜視図である。 図１Ｂは、本発明の実施の形態１におけるアシストカートのブロック図である。 図２は、本実施の形態１における荷台車を連結したアシストカートの斜視図である。 図３は、本実施の形態１における目標速度生成処理のフローチャートである。 図４は、本発明の実施の形態２におけるアシストカートのブロック図である。 図５は、本実施の形態２における目標速度の生成方法を示す第１のフローチャートである。 図６は、本実施の形態２における目標速度の生成方法を示す第２のフローチャートである。 図７は、本発明の実施の形態３におけるアシストカートのブロック図である。 図８は、従来のアシストカートの側面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ構成要素には同じ符号を付しており、説明を省略する場合もある。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示している。また、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される構成要素、構成要素の位置、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。

（実施の形態１）
図１Ａは、本発明の実施の形態１におけるアシストカート１０の斜視図である。図１Ｂは本発明の実施の形態１におけるアシストカート１０のブロック図である。なお、図１Ａにおいては、矢印Ａの方向がアシストカート１０の前方であることを示し、矢印Ｂの方向がアシストカート１０の後方であることを示す。

アシストカート１０は、カート本体部１２と、走行輪１８と、補助輪１９と、ハンドル１１と、操作力検出部１３と、モータ１４と、速度センサ１５と、目標速度生成部１６およびモータ制御部１７を含む制御部４１とを有する。走行輪１８は、カート本体部１２を下方で支持し、モータ１４により駆動されることで、地面との摩擦によりカート本体部１２を移動させる。ハンドル１１は、カート本体部１２に設置され、操作者からの操作を受け付ける。操作力検出部１３は、ハンドル１１に加えられた操作力の大きさを操作力Ｓ（ｔ）として検出する。モータ１４は、走行輪１８を駆動させる駆動源である。速度センサ１５は、アシストカート１０の走行速度Ｋ（ｔ）を検出する。目標速度生成部１６は、操作者の操作に基づく目標速度Ｍ（ｔ）を生成して、この目標速度Ｍ（ｔ）を発信する。モータ制御部１７は、目標速度生成部１６より発信された目標速度Ｍ（ｔ）に基づいてモータ１４を制御する。ここで、「目標速度Ｍ（ｔ）」とは、操作者がハンドル１１に操作力Ｓ（ｔ）を加えている場合に、操作者が目標としているアシストカート１０の速度である。

ハンドル１１は、その根元にバネ部材（図示せず）を有する。ハンドル１１の根元のバネ部材によって、操作者の操作力Ｓ（ｔ）が加わっていない状態では、図１Ａに示す中立位置にハンドル１１が位置する。

操作力検出部１３は、ハンドル１１に取り付けた磁歪センサ（図示せず）より、操作者がハンドル１１に加える操作力を操作力Ｓ（ｔ）として検出する。また、速度センサ１５は、モータ１４の回転軸に取り付けたエンコーダより回転軸の回転速度を検出し、この回転軸の回転速度よりアシストカート１０の走行速度Ｋ（ｔ）を算出する。

なお、操作力検出部１３は、アシストカート１０の前方にいる操作者がハンドル１１を前方へ動かす（中立位置より矢印Ａの方向へハンドル１１を引っ張る）と、正の値の操作力Ｓ（ｔ）を検出する。また、操作力検出部１３は、操作者がハンドル１１を後方へ動かす（中立位置より矢印Ｂの方向へハンドル１１を押出す）と、負の値の操作力Ｓ（ｔ）を検出する。つまり、操作力検出部１３は、ハンドル１１に加えられた操作力の大きさを操作力Ｓ（ｔ）の絶対値として検出すると共に、ハンドル１１に対して加えられる操作力の向きを操作力Ｓ（ｔ）の正負として検出する。

また、速度センサ１５は、アシストカート１０が前進している場合に、正の値の走行速度Ｋ（ｔ）を検出する。また、速度センサ１５は、アシストカート１０が後進している場合に、負の値の走行速度Ｋ（ｔ）を検出する。つまり、速度センサ１５は、走行速度Ｋ（ｔ）の絶対値を検出すると共に、アシストカート１０（カート本体部１２）が進行している向きを検出する。

モータ１４の回転軸の回転速度よりアシストカート１０の走行速度Ｋ（ｔ）を算出することが可能な理由は、モータ１４と走行輪１８が減速機を介して一体となって回転し、走行速度と回転速度が比例関係になっているためである。

そして、目標速度生成部１６は、操作力検出部１３より検出される操作力Ｓ（ｔ）に基づいて、目標速度Ｍ（ｔ）を生成する。ここで、目標速度生成部１６における目標速度Ｍ（ｔ）の算出には、アシストカート１０の現在の速度が影響する。そのため、目標速度Ｍ（ｔ）の算出は、操作力Ｓ（ｔ）と速度センサ１５より検出される走行速度Ｋ（ｔ）とに基づいて算出する。

アシストカート１０が、前進している場合（矢印Ａの方向に移動している）場合を考える。アシストカート１０が前進している場合に、目標速度生成部１６は、操作力検出部１３において正の値である操作力Ｓ（ｔ）を検出すると、速度センサ１５で検出される走行速度Ｋ（ｔ）より速い目標速度Ｍ（ｔ）を生成する。また、アシストカート１０が前進している場合に、目標速度生成部１６は、操作力検出部１３において負の値である操作力Ｓ（ｔ）を検出すると、速度センサ１５で検出される走行速度Ｋ（ｔ）より遅い目標速度Ｍ（ｔ）を生成する。目標速度Ｍ（ｔ）は、下記の（式１）、（式２）に基づいて算出される。

Ｉ（ｔ）＝Ｓ（ｔ）×Ａ …（式１）
Ｍ（ｔ）＝Ｋ（ｔ）＋Ｉ（ｔ） …（式２）

ここで、Ｉ（ｔ）はアシスト速度であり、Ａはアシスト係数である。

なお、アシスト速度Ｉ（ｔ）とは、補助動力によるアシストカート１０の速度である。ここで、補助動力は、モータ１４を回転させることでアシストカート１０に発生した動力である。また、アシスト係数Ａとは、操作力Ｓ（ｔ）をアシスト速度Ｉ（ｔ）に変換するために、予め設定した係数である。アシスト速度Ｉ（ｔ）は変数であり、アシスト係数Ａは定数である。

図１Ｂに示すアシストカート１０の制御部４１では、速度センサ１５で検出される走行速度Ｋ（ｔ）を、目標速度生成部１６で算出された目標速度Ｍ（ｔ）と比較する。そして、制御部４１では、この比較を行なうと共に、将来の走行速度Ｋ（ｔ＋１）が目標速度Ｍ（ｔ）へ近づくように、モータ制御部１７でモータ１４の回転を制御する。この制御の結果、アシストカート１０の走行速度Ｋ（ｔ）は、目標速度Ｍ（ｔ）へ徐々に近づく。

例えば、操作者がアシストカート１０の前方に立ち、ハンドル１１を矢印Ａの方向へ引っ張りながら歩く場合を考える。この場合は、アシストカート１０の目標速度Ｍ（ｔ）がアシストカート１０の走行速度Ｋ（ｔ）よりも速く設定され、走行速度Ｋ（ｔ）が目標速度Ｍ（ｔ）に近づくように、モータ１４を制御して走行速度Ｋ（ｔ）を徐々に速くする。

逆に、アシストカート１０の前方にいる操作者が前方に歩きながら、ハンドル１１を矢印Ｂの方向へ押し出す場合を考える。この場合は、アシストカート１０の目標速度Ｍ（ｔ）がアシストカート１０の走行速度Ｋ（ｔ）よりも遅く設定され、走行速度Ｋ（ｔ）が目標速度Ｍ（ｔ）に近づくように、モータ１４を制御して走行速度Ｋ（ｔ）を徐々に遅くする。

このように、本実施の形態１では、アシストカート１０の走行の向き（走行方向）と反対の向き（反対方向）にハンドル１１を動かしても、走行の向き（走行方向）と反対の向き（反対方向）に補助動力が急に発生するのではなく、走行の向き（走行方向）に発生している補助動力が徐々に小さくなる。そのため、本実施の形態１のアシストカート１０は、特に、急に走行の向き（走行方向）を変更する場合に、手動の運搬用カートと同じ感覚で操作することを可能としている。

このとき、本実施の形態１のアシストカート１０は、操作者が矢印Ａの方向へ引っ張るハンドル１１を、急に矢印Ｂの方向へ押出した場合においても、走行速度Ｋ（ｔ）を基準に減速する。そのため、ハンドル１１を引っ張る方向から押出す方向へ急に切り替えたとしても、モータ１４が逆回転することはない。よって、ハンドル１１を引っ張る方向から押出す方向へ急に切り替えたとしても、アシストカート１０は、姿勢を崩さない。

続いて、アシストカート１０が後進している場合（矢印Ｂの方向に移動している場合）を考える。アシストカート１０が後進している場合に、操作力検出部１３で正の値である操作力Ｓ（ｔ）を検出すると、速度センサ１５で検出される走行速度Ｋ（ｔ）より遅い目標速度Ｍ（ｔ）を目標速度生成部１６で生成する。また、アシストカート１０が後進している場合に、操作力検出部１３で負の値である操作力Ｓ（ｔ）を検出すると、速度センサ１５で検出される走行速度Ｋ（ｔ）より速い目標速度Ｍ（ｔ）を目標速度生成部１６で生成する。なお、操作力Ｓ（ｔ）が正の値となるのは、ハンドル１１を中立位置より前方（矢印Ａの方向）へ動かした状態である。また、操作力Ｓ（ｔ）が負の値となるのは、ハンドル１１を中立位置より後方（矢印Ｂの方向）へ動かした状態である。

このように、本実施の形態１のアシストカート１０は、後進する場合においても、手動の運搬用カートと同様に走行速度Ｋ（ｔ）を変えることができ、手動の運搬用カートと同じ感覚で操作することができる。

なお、本実施の形態１のアシストカート１０は、走行輪１８および補助輪１９で支えられているので、荷台車などに連結しなくとも、アシストカート１０単体で移動することができる。

図２は、荷台車２１を連結したアシストカート１０の斜視図である。荷台車２１は、下方に荷台輪２１ａを備える。また、荷台車２１には、荷台輪２１ａを回転させる駆動部は存在しない。荷台車２１を移動させるために、操作者は、アシストカート１０を荷台車２１に連結し、アシストカート１０の力を利用して荷台車２１を移動させる。本実施の形態１のアシストカート１０を用いることで、操作者は、手動の運搬用カートと同じ感覚で、ハンドル１１を引っ張る操作、または、押出す操作を行って、アシストカート１０の補助動力を利用することができる。

続いて、目標速度Ｍ（ｔ）の生成方法について、フローチャートを用いて説明する。図３は、目標速度生成部１６の目標速度Ｍ（ｔ）の生成方法のフローチャートである。

目標速度生成部１６では、まず、速度センサ１５で検出されるアシストカート１０の走行速度Ｋ（ｔ）を取得する（ステップＳ０１）。次に、操作力検出部１３で検出されるハンドル１１に加えられた操作力Ｓ（ｔ）を取得する（ステップＳ０２）。ステップＳ０２では、ハンドル１１が前方へ動く（ハンドル１１が引っ張られる）場合における操作力Ｓ（ｔ）は正の値（すなわちＳ（ｔ）＞０）であり、ハンドル１１が中立位置にある（ハンドル１１が動かない）場合における操作力Ｓ（ｔ）は０（すなわちＳ（ｔ）＝０）であり、ハンドル１１が後方へ動く（ハンドル１１が押し出される）場合における操作力Ｓ（ｔ）は負の値（すなわちＳ（ｔ）＜０）である。

次に、目標速度生成部１６では、アシストカート１０の走行速度Ｋ（ｔ）を加減させるためのアシスト速度Ｉ（ｔ）を、上記（式１）を用い、操作力Ｓ（ｔ）にアシスト係数Ａを積算して算出する（ステップＳ０３）。ステップＳ０３では、ハンドル１１が前方に動く場合におけるアシスト速度Ｉ（ｔ）は正の値（すなわちＩ（ｔ）＞０）であり、ハンドルが中立位置にある場合におけるアシスト速度Ｉ（ｔ）は０（すなわちＩ（ｔ）＝０）であり、ハンドル１１が後方へ動く場合におけるアシスト速度Ｉ（ｔ）は負の値（すなわちＩ（ｔ）＜０）である。

そして、上記（式２）を用い、走行速度Ｋ（ｔ）にアシスト速度Ｉ（ｔ）を加算して、目標速度Ｍ（ｔ）を算出する（ステップＳ０４）。ステップＳ０４では、ハンドル１１が前方に動く場合におけるアシスト速度Ｉ（ｔ）が正の値であるため、目標速度Ｍ（ｔ）は走行速度Ｋ（ｔ）に対して大きくなる（すなわち加速する）。また、ハンドル１１が中立位置にある場合におけるアシスト速度Ｉ（ｔ）が０であるため、目標速度Ｍ（ｔ）は走行速度Ｋ（ｔ）と等しくなる。また、ハンドル１１が後方に動く場合におけるアシスト速度Ｉ（ｔ）が負の値であるため、目標速度Ｍ（ｔ）は走行速度Ｋ（ｔ）に対して小さくなる（すなわち減速する）。

このように、目標速度Ｍ（ｔ）の算出は、走行速度Ｋ（ｔ）を基準としてアシスト速度Ｉ（ｔ）の速度分だけ加速または減速される。なお、上記の目標速度Ｍ（ｔ）の算出は、走行速度Ｋ（ｔ）のままで維持する場合も含む。そのため、例えば急にハンドル１１を動かす向きを切り替えた場合でも、モータ１４の回転方向が切り替わり、アシストカート１０は、姿勢を崩さない。ただし、走行速度Ｋ（ｔ）が０に近い場合は、モータ１４の回転方向が切り替わることもある。しかしながら、その場合は、アシストカート１０がほぼ停止している状態なので、モータ１４の回転方向が切り替わっても、アシストカート１０は、姿勢を崩さない。

そして、目標速度生成部１６は、生成した目標速度Ｍ（ｔ）をモータ制御部１７へ発信する（ステップＳ０５）。

このように、目標速度生成部１６は、ステップＳ０１からステップＳ０５を繰り返し、ハンドル１１に加わる操作力Ｓ（ｔ）、および、走行速度Ｋ（ｔ）に基づいて目標速度Ｍ（ｔ）を生成して、発信する。

次に、モータ制御部１７は、目標速度生成部１６より発信された目標速度Ｍ（ｔ）を受信する。そして、モータ制御部１７は、受信した目標速度Ｍ（ｔ）にアシストカート１０の走行速度Ｋ（ｔ）が近づくように、モータ１４を制御する。

アシストカート１０が前進している場合（矢印Ａの方向に移動している場合）に、ハンドル１１を前方（矢印Ａの方向）へ動かすと、目標速度Ｍ（ｔ）は走行速度Ｋ（ｔ）より速い速度として生成される。このとき、走行速度Ｋ（ｔ）より速い目標速度Ｍ（ｔ）を目標としてモータ１４が制御されるため、アシストカート１０は、徐々に加速する。また、アシストカート１０が前進している場合に、ハンドル１１を後方（矢印Ｂの方向）へ動かすと、目標速度Ｍ（ｔ）は走行速度Ｋ（ｔ）より遅い速度として生成される。このとき、走行速度Ｋ（ｔ）より遅い目標速度Ｍ（ｔ）を目標としてモータ１４が制御されるため、アシストカート１０は、徐々に減速する。

また、アシストカート１０が後進している場合（矢印Ｂの方向に移動する場合）に、ハンドル１１を前方（矢印Ａの方向）へ動かすと、目標速度Ｍ（ｔ）は走行速度Ｋ（ｔ）より遅い速度として生成される。このとき、走行速度Ｋ（ｔ）より遅い目標速度Ｍ（ｔ）を目標としてモータ１４が制御されるため、アシストカート１０は、徐々に減速する。また、アシストカート１０が後進している場合に、ハンドル１１を後方（矢印Ｂの方向）へ動かすと、目標速度Ｍ（ｔ）は走行速度Ｋ（ｔ）より速い速度として生成される。このとき、走行速度Ｋ（ｔ）より速い目標速度Ｍ（ｔ）を目標としてモータ１４が制御されるため、アシストカート１０は、徐々に加速する。

なお、ハンドル１１が中立位置で操作力が０（Ｓ（ｔ）＝０）である場合、目標速度Ｍ（ｔ）は走行速度Ｋ（ｔ）と等しくなる。つまり、アシストカート１０が、自然減速しないと共に走行速度Ｋ（ｔ）を維持するように、モータ１４が制御されることになる。

このように、本実施の形態１では、ハンドル１１に加わる操作力Ｓ（ｔ）に基づいて、アシストカート１０の走行速度Ｋ（ｔ）を加速または減速することができる。そのため、手動の運搬用カートを操作するのと同じ感覚で、アシストカート１０を操作することができる。また、本実施の形態１のアシストカート１０は、ハンドル１１を突然反対の向きへ動かしても、モータ１４の逆回転によるアシストカート１０の姿勢の崩れが発生しない。

なお、以上の説明では、アシストカート１０の走行の向きとハンドル１１に対する操作力の向きとが同一の場合と、アシストカート１０の走行の向きとハンドル１１に対する操作力の向きとが反対の場合とを、同じ条件として記載した。しかしながら、走行の向きと操作力の向きとが反対の場合は、操作者が違和感を感じる可能性が高い。そのため、本実施の形態１のアシストカート１０では、走行の向きと操作力の向きとが反対の場合のアシスト係数を、走行の向きと操作力の向きとが同一の場合のアシスト係数よりも大きくすることがさらに好ましい。このように、走行の向きと操作力の向きとが反対の場合のアシスト係数を、走行の向きと操作力の向きとが同一の場合のアシスト係数よりも大きくすることで、走行の向きと操作力の向きとが反対の場合の反応性を向上させても良い。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２におけるアシストカート２０のブロック図である。本実施の形態２のアシストカート２０は、前述の実施の形態１のアシストカート１０とは、制御部４１が制御部４２になっている点が異なる。制御部４２は、目標速度生成部２６とモータ制御部１７とを含む。さらに、本実施の形態２の目標速度生成部２６は、アシスト抑制部２７と、不感帯域生成部２８と、加減速制限部２９とを具備する。ここで、アシスト抑制部２７は、アシストカート２０の走行速度Ｋ（ｔ）が操作者の搬送歩行速度以下になるように抑制するためのものである。ここで、操作者の「搬送歩行速度」とは、操作者がアシストカート２０を移動させる上で適切な歩行速度であると共に、アシストカート２０ごとに設定される歩行速度である。不感帯域生成部２８は、ハンドル１１に遊び（部品と部品の間の余裕）を設けるためのものである。加減速制限部２９は、外部要因で一時的に走行速度が急増または急減した場合、目標速度Ｍ（ｔ）が急変しないようにするためのものである。そして、この加減速制限部２９を用いることで、アシストカート２０がより安全な走行を行うように、目標速度Ｍ（ｔ）を生成する。

ここで、アシストカート２０の走行速度Ｋ（ｔ）が、操作者の最速歩行速度になった場合について考える。なお、ここで、「最速歩行速度」とは、操作者が歩行しつつアシストカート２０を移動させる速度である搬送歩行速度の最大値のことであり、現時点での搬送歩行速度より大きな速度となることがある。この場合は、操作者がハンドル１１に加える力を抜いても、すでに働いている補助動力によって加速度がアシストカート２０に付与されているため、アシストカート２０の走行速度Ｋ（ｔ）が操作者の搬送歩行速度よりも大幅に速くなることがある。その結果、操作者がアシストカート２０に引っ張られたり、押されたりすることがある。

本実施の形態２の目標速度生成部２６は、まず、アシスト速度Ｉ（ｔ）と走行速度Ｋ（ｔ）とを加算することで、目標速度Ｍ（ｔ）を算出する。なお、アシスト速度Ｉ（ｔ）は、操作力検出部１３より検出される操作力Ｓ（ｔ）にアシスト係数Ａを積算した速度である。走行速度Ｋ（ｔ）は、速度センサ１５より検出される速度である。ここで、走行速度Ｋ（ｔ）がアシスト減速度定数ＧＳ（速度基準値）より大きい場合、アシスト速度Ｉ（ｔ）にアシスト減率Ｇ（ｔ）を積算して、目標速度Ｍ（ｔ）を算出する。

なお、アシスト減速度定数ＧＳとは、アシストカート２０が高速走行になった際、補助動力が過剰に発生しないように、ハンドル１１の操作力より補助速度の算出式を切り替えるためのものである。このアシスト減速度定数ＧＳは、アシストカート２０の高速走行と低速走行との閾値である。アシスト減速度定数ＧＳは、アシストカート２０ごとに設定される。

本実施の形態２のアシストカート２０は、目標速度生成部２６にアシスト抑制部２７を設けることで、後述するアシスト減率Ｇ（ｔ）を用い、アシストカート２０の走行速度Ｋ（ｔ）の加速を抑えることができる。アシスト減速度定数ＧＳを、操作者の搬送歩行速度より少し小さい速度に設定することで、アシストカート２０の走行速度Ｋ（ｔ）が操作者の搬送歩行速度に近づくと、操作力Ｓ（ｔ）が大きくても緩やかな加速となるように制御することができる。

また、通常、アシストカート２０を走行させている間、常に操作者はハンドル１１を持つ。そのために、ハンドル１１の加わる力の検出が敏感になりすぎないように、ハンドル１１に遊び（部品と部品の間の余裕）を設ける必要がある。ここで、ハンドル１１に設けた遊びとは、ハンドル１１を微妙に動かしても反応しない操作領域の余裕としての空間である。本実施の形態２のアシストカート２０では、ハンドル１１に遊びを設ける代わりに、不感帯域生成部２８により生成された不感帯閾値Ｆを設定している。ここで、操作力Ｓ（ｔ）の絶対値が不感帯閾値Ｆより小さい場合、目標速度生成部２６は、操作力Ｓ（ｔ）が０として目標速度を生成する。すなわち、目標速度生成部２６は、不感帯閾値Ｆの範囲内において操作力Ｓ（ｔ）の大きさが変化しても、現状の走行速度を目標速度として生成する。なお、不感帯閾値Ｆとは、操作力Ｓ（ｔ）＝０付近の微少な力である。本実施の形態２では、この不感帯閾値Ｆを閾値とする不感帯域を、不感帯域生成部２８により生成している。この不感帯域を生成することにより、ハンドル１１に遊び（部品と部品の間の余裕）を設けた場合と同等の効果を得ることができ、過敏な反応によるアシストカート２０の誤作動を防止することができる。

また、目標速度生成部２６は、加減速制限部２９を有することで、操作力Ｓ（ｔ）および走行速度Ｋ（ｔ）に基づいて算出される目標速度Ｍ（ｔ）を制限する。具体的には、前回算出された前回目標速度Ｍ（ｔ−１）に比べて目標速度Ｍ（ｔ）が加減制限速度ＫＧ以上で急増する場合、加減速制限部２９は、モータ制御部１７へ送る目標速度Ｍ（ｔ）を、前回目標速度Ｍ（ｔ−１）と加減制限速度ＫＧとを加算した値とする。また、前回目標速度Ｍ（ｔ−１）に比べて目標速度Ｍ（ｔ）が加減制限速度ＫＧ以上で急減する場合、加減速制限部２９は、モータ制御部１７へ送る目標速度Ｍ（ｔ）を、目標速度Ｍ（ｔ）と加減制限速度ＫＧとの減算の値とする。なお、加減制限速度ＫＧは、予め設定された速度である。

このような構成により、例えば段差を乗り超える等の外部要因で一時的にアシストカート２０の走行速度が急増または急減した場合、アシストカート２０の目標速度を急増または急減させずに、安定した走行速度を維持することができる。なお、加減制限速度ＫＧとは、外部要因で一時的に走行速度が急増または急減したことを判定するための値である。

続いて、上述したアシスト抑制部２７と、不感帯域生成部２８と、加減速制限部２９とを備えた目標速度生成部２６における、目標速度Ｍ（ｔ）の生成方法について説明する。

図５、図６は、目標速度Ｍ（ｔ）の生成方法を示すフローチャートである。図５、図６を用いて、アシストカート２０が前進している場合の目標速度Ｍ（ｔ）の生成方法を説明する。

まず、目標速度生成部２６は、速度センサ１５より走行速度Ｋ（ｔ）を取得する（ステップＳ２１）。

次に、操作力検出部１３より、操作者がハンドル１１に加えた操作力Ｓ（ｔ）を取得する（ステップＳ２２）。

そして、ハンドル１１に加えられた微細な力を検出して過敏な反応をしないように、操作力Ｓ（ｔ）の絶対値が不感帯閾値Ｆ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。不感帯閾値Ｆ以上である場合（ステップＳ２３のｙｅｓ）、アシスト速度Ｉ（ｔ）（＝Ｓ（ｔ）×Ａ（アシスト係数）＋アシストオフセット値）を算出する（ステップＳ２４）。なお、前述したアシストオフセット値とは、アシストカート２０において、補助動力の立ち上がりを良くするための定数であり、予め設定された値ある。アシストオフセット値を設けることで、操作者は、アシストカート２０において補助動力が発生した際に、アシストカート２０で補助動力が発生したことを感じ易くなる。なお、アシストオフセット値は、必ずしも必要ではない。

次に、走行速度Ｋ（ｔ）が操作者の搬送歩行速度になった時に、操作者がアシストカート２０に押し出されないように、操作力Ｓ（ｔ）が正の値であり且つ走行速度Ｋ（ｔ）がアシスト減速度定数ＧＳ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。

操作力Ｓ（ｔ）が正の値であり且つ走行速度Ｋ（ｔ）がアシスト減速度定数ＧＳ以上である場合（ステップＳ２５のｙｅｓ）、アシスト速度Ｉ（ｔ）を抑えるアシスト減率Ｇ（ｔ）（＝１−（Ｋ（ｔ）−ＧＳ）×アシスト減係数）を算出する（ステップＳ２６）。ただし、ステップＳ２６で算出されるアシスト減率Ｇ（ｔ）が、０以下になる場合については、Ｇ（ｔ）＝０として算出する。

また、ステップＳ２５で、操作力Ｓ（ｔ）が負の値、または、走行速度Ｋ（ｔ）がアシスト減速度定数ＧＳ以下の場合（ステップＳ２５のｎｏ）、アシスト減率Ｇ（ｔ）＝１とする（ステップＳ２７）。

そして、ステップＳ２６またはステップＳ２７でアシスト減率Ｇ（ｔ）が算出された後、目標速度生成部２６は、目標速度Ｍ（ｔ）（＝Ｋ（ｔ）＋Ｉ（ｔ）×Ｇ（ｔ））を算出する（ステップＳ２８）。なお、ステップＳ２７でアシスト減率Ｇ（ｔ）＝１とした場合、ステップＳ２８でアシスト減率Ｇ（ｔ）を積算していないことを意味する。

操作力Ｓ（ｔ）が正の値であり且つ走行速度Ｋ（ｔ）がアシスト減速度定数ＧＳ以上である場合（ステップＳ２５のｙｅｓ）、アシストカート２０の走行速度Ｋ（ｔ）は、操作者の搬送歩行速度に近い値の速度である。本実施の形態２では、目標速度生成部２６は、操作者がハンドル１１を引っ張る場合に走行速度Ｋ（ｔ）が増加し過ぎないように、アシストカート２０の加速度を制限している。具体的には、走行速度Ｋ（ｔ）が増加し過ぎないように、走行速度Ｋ（ｔ）がアシスト減速度定数ＧＳ以上になる場合、目標速度生成部２６は、アシスト減率Ｇ（ｔ）を１未満にして、アシストカート２０の加速度を制限している。

次に、図６に示すように、加減速制限部２９は、ステップＳ２８で算出された目標速度Ｍ（ｔ）と前回算出された前回目標速度Ｍ（ｔ−１）との差が加減制限速度ＫＧ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２９）。

目標速度Ｍ（ｔ）と前回算出された前回目標速度Ｍ（ｔ−１）との差が加減制限速度ＫＧ以上である場合（ステップＳ２９のｙｅｓ）、加減速制限部２９は、例えば段差を乗り超える等の外部要因で一時的に走行速度Ｋ（ｔ）が急増または急減した場合と判断する。

その後、走行速度Ｋ（ｔ）が急増したのか急減したのかを判断するために、加減速制限部２９は、目標速度Ｍ（ｔ）と前回目標速度Ｍ（ｔ−１）との大きさを比較し、目標速度Ｍ（ｔ）と前回目標速度Ｍ（ｔ−１）との差が加減制限速度ＫＧ以上であるか否かを判断する（ステップＳ３０）。

目標速度Ｍ（ｔ）が前回目標速度Ｍ（ｔ−１）より大きい値である場合（ステップＳ３０のｙｅｓ）、前回目標速度Ｍ（ｔ−１）と加減制限速度ＫＧとを加算した値を、目標速度Ｍ（ｔ）として再設定する（ステップＳ３１）。

目標速度Ｍ（ｔ）が前回目標速度Ｍ（ｔ−１）以下である場合（ステップＳ３０のｎｏ）、前回目標速度Ｍ（ｔ−１）より加減制限速度ＫＧを減算した値を、目標速度Ｍ（ｔ）として再設定する（ステップＳ３２）。

そして、ステップＳ３１またはステップＳ３２で再設定された目標速度Ｍ（ｔ）をモータ制御部１７へ発信する（ステップＳ３３）。

なお、ステップＳ２９で、目標速度Ｍ（ｔ）と前回算出された前回目標速度Ｍ（ｔ−１）との差が加減制限速度ＫＧ以内である場合（ステップＳ２９のｎｏ）、ステップＳ２８で算出された目標速度Ｍ（ｔ）をモータ制御部１７へ発信する。モータ制御部１７は、走行速度Ｋ（ｔ）が目標速度Ｍ（ｔ）になるようにモータ１４を制御する。

なお、図５に示すステップＳ２３で操作力Ｓ（ｔ）の絶対値が不感帯閾値Ｆよりも小さい場合（ステップＳ２３のｎｏ）、図６に示すステップＳ３４に進み、前回目標速度Ｍ（ｔ−１）より不感帯減速度定数を減算した値を目標速度Ｍ（ｔ）とする（ステップＳ３４）。このように、操作力Ｓ（ｔ）の絶対値が不感帯閾値Ｆよりも小さい範囲である場合において操作力Ｓ（ｔ）に関わらず同じ目標速度Ｍ（ｔ）を生成しているため、操作力Ｓ（ｔ）が当該範囲内となるハンドル１１の操作範囲では、加速または減速せずに現状の走行速度Ｋ（ｔ）を維持することになる。このため、ハンドル１１に遊び（部品と部品の間の余裕）を設けた場合と同等の効果を得ることができる。

また、このように目標速度Ｍ（ｔ）を算出することで、アシストカート２０は、手動の運搬用カートのように、操作力Ｓ（ｔ）を加えていない状態では自然と減速するように制御される。ただし、前回目標速度Ｍ（ｔ−１）より不感帯減速度定数を減算した値が負の値になるようであれば、目標速度Ｍ（ｔ）の値は０として設定される。このようにすることで、アシストカート２０が停止している時に、アシストカート２０が後方へ動かないようにすることができる。

そして、ステップＳ３４で算出された目標速度Ｍ（ｔ）は、ステップＳ３３でモータ制御部１７へ発信される。そして、目標速度生成部２６は、ステップＳ３３で目標速度Ｍ（ｔ）をモータ制御部１７へ発信すると、ステップＳ２１より再度、目標速度Ｍ（ｔ）の算出を行う。

このように、目標速度生成部２６は、ステップＳ２１からステップＳ３４を０．０１秒毎（ｔ＝１、２、３・・・）に繰り返して、ハンドル１１に加わる操作力Ｓ（ｔ）および走行速度Ｋ（ｔ）に基づいて目標速度Ｍ（ｔ）を生成する。さらに、目標速度生成部２６は、アシスト抑制部２７と、不感帯域生成部２８と、加減速制限部２９とを具備することで、より安全な走行を行うように目標速度Ｍ（ｔ）を生成することができる。

なお、アシストカート２０では、目標速度生成部２６にアシスト抑制部２７を設けたことで、アシストカート２０の走行速度Ｋ（ｔ）が、アシスト減速度定数ＧＳよりも速くなり、搬送歩行速度に近づくと、走行速度Ｋ（ｔ）の加速を抑えるようにしている。なお、アシスト抑制部２７を設ける代わりに、目標速度生成部２６にアシスト係数変更部を設けても良い。このアシスト係数変更部は、走行速度Ｋ（ｔ）と目標速度Ｍ（ｔ）の差が大きい場合にアシスト係数Ａを大きくし、走行速度Ｋ（ｔ）と目標速度Ｍ（ｔ）の差が小さい場合にアシスト係数Ａを小さくするものである。このアシスト係数変更部を用いることにより、操作者ごとに搬送歩行速度を設定しなくとも、アシストカート２０の走行速度Ｋ（ｔ）が搬送歩行速度に近づいた場合に、走行速度Ｋ（ｔ）と目標速度Ｍ（ｔ）の差を小さくすることができる。そのため、アシスト抑制部２７の代わりにアシスト係数変更部を設けた場合でも、アシストカート２０の加速を抑えることができる。

（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３におけるアシストカート３０のブロック図である。

本実施の形態３のアシストカート３０は、実施の形態１のアシストカート１０と比べると、制御部４１の代わりに制御部４３を有している。この制御部４３に含まれる受信部３４は、カート本体部１２に連結された荷台部３１の荷重センサ３２で検出された荷重の情報を受信する。制御部４３は、さらにモータ制御部１７と目標速度生成部３３とを含み、目標速度生成部３３は、アシスト抑制部２７を含む。そして、目標速度生成部３３は、荷重センサ３２で検出される荷重に応じて、アシスト係数およびアシスト減速度定数ＧＳを変更する。

例えば、荷台部３１に載せた荷物の荷重が大きい場合、目標速度生成部３３は、アシストカート３０の加速度の立ち上がりを良くするため、アシスト係数Ａを大きくする。しかし、荷台部３１に載せた荷物の荷重が大きくなった分だけ、アシストカート３０を加速した時の荷台部３１の慣性が大きくなるため、この慣性によりアシストカート３０の走行速度Ｋ（ｔ）が操作者の搬送歩行速度より速くなることがある。これを抑えるために、目標速度生成部３３は、荷台部３１の荷物の荷重が大きい場合にアシスト係数Ａを大きくし、アシスト減速度定数ＧＳを低速に設定する。また、目標速度生成部３３は、荷台部３１の荷物の荷重が小さい場合にアシスト係数Ａを小さくし、アシスト減速度定数ＧＳを高速に設定する。

したがって、上記のような設定を行うことにより、アシストカート３０の動き出しを滑らかにすることができ、かつ、アシストカート３０が急激に加速することを抑えることができる。つまり、荷台部３１の荷物の荷重の大きさに応じて目標速度Ｍ（ｔ）の制御を行うことで、荷台部３１に積載した荷物が変わった場合に、操作者がアシストカート３０に引っ張られたり押出されたりすることを、抑えることができる。

なお、荷台部３１の慣性が異なることによるアシストカート３０の不安定な動作を防ぐためには、荷台部３１の荷物の荷重が大きい場合にアシスト係数Ａを大きくする設定、および、荷台部３１の荷物の荷重が大きい場合にアシスト減速度定数ＧＳを小さくする設定の両方の設定でなく、いずれか一方の設定でも良い。効果は減少するが、アシスト係数Ａを大きくする設定およびアシスト減速度定数ＧＳを小さくする設定の少なくとも一方の設定を行なっても、アシストカート３０の不安定な動作を防ぐことができる。

本発明のアシストカートは、手動の運搬用カートと同じ間隔で操作できるため、例えば、重い荷物を搬送するカートとして有用である。

１０，２０，３０ アシストカート
１１ ハンドル
１２ カート本体部
１３ 操作力検出部
１４ モータ
１５ 速度センサ
１６，２６，３３ 目標速度生成部
１７ モータ制御部
１８ 走行輪
１９ 補助輪
２１ 荷台車
２１ａ 荷台輪
２７ アシスト抑制部
２８ 不感帯域生成部
２９ 加減速制限部
３１ 荷台部
３２ 荷重センサ
４１，４２，４３ 制御部

Claims (10)

1. カート本体部と、
   前記カート本体部に設置されたハンドルと、
   前記カート本体部の走行速度及び走行の向きを検出する速度センサと、
   前記カート本体部の走行の向きにおいて前記ハンドルに加えられた操作力の大きさ及び向きを検出する力検出部と、
   前記カート本体部を走行させる駆動源と、
   前記操作力の大きさと前記走行速度とに基づいて目標速度を生成する目標速度生成部と、
   前記目標速度に基づいて前記駆動源を制御する制御部と、を備え、
   前記目標速度生成部は、
   前記走行速度と、前記操作力の大きさに予め設定されたアシスト係数を乗算したアシスト速度と、を加算することにより、前記走行の向きと前記操作力の向きとが同一の場合、前記走行速度より速い目標速度を生成し、前記走行の向きと前記操作力の向きとが反対の場合、前記走行速度より遅い目標速度を生成し、
   前記走行速度が予め設定された速度基準値より速い場合に、前記アシスト速度に１より小さいアシスト減率を乗算し、当該乗算の結果と前記走行速度とを加算して前記目標速度を生成する、
   アシストカート。
2. 前記目標速度生成部は、前記走行速度と、前記アシスト速度と、予め設定されたアシストオフセット値と、を加算して前記目標速度を生成する、
   請求項１に記載のアシストカート。
3. 前記カート本体部に連結された荷台部の荷重センサで検出された荷重の情報を受信する受信部をさらに備え、
   前記目標速度生成部は、前記荷重センサで検出される荷重が大きいほど、前記アシスト係数を大きくする設定、または、前記速度基準値を小さくする設定の少なくとも一方の設定を行う、
   請求項１または３に記載のアシストカート。
4. 前記目標速度生成部は、前記操作力の大きさの絶対値が予め設定された不感帯閾値より小さい場合、前記操作力の大きさを０として目標速度を生成する、
   請求項１、３、５のいずれか１項に記載のアシストカート。
5. 前記目標速度生成部は、前記目標速度が１つ前の目標速度である前回目標速度より予め設定された加減制限速度以上増加する場合に前記目標速度を小さくし、前記目標速度が前記前回目標速度より前記加減制限速度以上減少する場合に前記目標速度を大きくする、
   請求項１、３、５、６のいずれか１項に記載のアシストカート。
6. カート本体部と、前記カート本体部に設置されたハンドルと、前記カート本体部の走行速度及び走行の向きを検出する速度センサと、前記カート本体部の走行の向きにおいて前記ハンドルに加えられた操作力の大きさ及び向きを検出する力検出部と、を備えるアシストカートの制御方法であって、
   前記走行速度と、前記操作力の大きさに予め設定されたアシスト係数を乗算したアシスト速度と、を加算することにより、前記走行の向きと前記操作力の向きとが同一の場合、前記走行速度より速い目標速度を生成し、前記走行の向きと前記操作力の向きとが反対の場合、前記走行速度より遅い目標速度を生成し、
   前記目標速度に基づいて前記カート本体部を走行させ、
   前記走行速度が予め設定された速度基準値より速い場合に、前記アシスト速度に１より小さいアシスト減率を乗算し、当該乗算の結果と前記走行速度とを加算して前記目標速度を生成する、
   アシストカートの制御方法。
7. 前記走行速度と、前記アシスト速度と、予め設定されたアシストオフセット値と、を加算して前記目標速度を生成する、
   請求項８に記載のアシストカートの制御方法。
8. 前記カート本体部に連結された荷台部の荷重センサで検出された荷重の情報を受信し、
   前記目標速度生成部は、前記荷重センサで検出される荷重が大きいほど、前記アシスト係数を大きくする設定、または、前記速度基準値を小さくする設定の少なくとも一方の設定を行う、
   請求項８または１０に記載のアシストカートの制御方法。
9. 前記操作力の大きさの絶対値が予め設定された不感帯閾値より小さい場合、前記操作力の大きさを０として目標速度を生成する、
   請求項８、１０、１２のいずれか１項に記載のアシストカートの制御方法。
10. 前記目標速度が１つ前の目標速度である前回目標速度より予め設定された加減制限速度以上増加する場合に前記目標速度を小さくし、前記目標速度が前記前回目標速度より前記加減制限速度以上減少する場合に前記目標速度を大きくする、
    請求項８、１０、１２、１３のいずれか１項に記載のアシストカートの制御方法。

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