JP5797516B2 - Electric handy cart - Google Patents
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Description
この発明は、電動式ハンディカートに関するものである。 The present invention relates to an electric handy cart.
高齢者などの足腰の弱くなった歩行者の歩行をアシストする装置として、特許文献1または特許文献2に示される電動式ハンディカートが提案されている。
As an apparatus for assisting walking of a pedestrian who has weak legs and legs such as an elderly person, an electric handy cart shown in
上記の電動式ハンディカートは、電動モータにより独立して回転駆動することができる左右の駆動輪と、歩行者者が把持する操作桿(杖部)と、を備える。操作桿には、操作力検出装置が設けられており、この操作力検出装置により操作桿に作用する歩行者の操作力が検出される。そして、ハンディカートの左右の駆動輪を駆動する電動モータは、操作力検出装置にて検出される歩行者の操作力の値に基づいて駆動させられる。 The electric handy cart includes left and right drive wheels that can be driven to rotate independently by an electric motor, and an operating rod (cane portion) that a pedestrian grips. The operation rod is provided with an operation force detection device, and the operation force of the pedestrian acting on the operation rod is detected by the operation force detection device. The electric motor that drives the left and right drive wheels of the handy cart is driven based on the value of the pedestrian's operating force detected by the operating force detection device.
ここで、上述の電動式ハンディカートにあって、安全機能としてカートの進行方向であるカートの前方にある障害物を検出し、障害物を自動で回避できる手段を備えることが有効であるといえる。 Here, in the above-described electric handy cart, it can be said that it is effective to provide a means for detecting an obstacle ahead of the cart that is the traveling direction of the cart as a safety function and automatically avoiding the obstacle. .
そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、前方の障害物を自動で回避することができる電動式ハンディカートを提供するものである。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides an electric handy cart that can automatically avoid obstacles in front.
上記の課題を解決するために、本発明の電動式ハンディカートは、歩行者が保持する操作桿と、操作桿に設けられ、歩行者が操作桿に与える操作力を検出する操作力検出装置と、第1および第2の電動モータと、第1および第2の電動モータの回転速度をそれぞれ検出する第1および第2の速度検出手段と、第1および第2の電動モータによりそれぞれ回転駆動する第1および第2の駆動輪と、操作力検出装置からの信号に基づき第1および第2の電動モータに制御電流を供給する制御装置と、を備える電動式ハンディカートにおいて、 ハンディカートの前方における障害物の画像を検出する画像検出装置を備え、制御装置は、 操作力検出装置からの力信号に基づき目標速度信号を演算する目標速度演算手段と、第1および第2の速度検出手段からの第1および第2の検出速度信号を平均化して平均速度信号を出力する平均化手段と、平均化手段からの平均速度信号と、目標速度演算手段からの目標速度信号との偏差信号に基づき、電動モータに供給する目標電流信号を演算する目標電流演算手段と、画像検出装置からの障害物の画像信号に基づき障害物の輪郭を複数の点位置信号に変換する障害物画像検出手段と、複数の点位置信号を中心位置とする所定の径の複数の膨張円に対応する複数の膨張円信号を形成する障害物画像膨張手段と、膨張円信号に基づき複数の膨張円のうちいずれか一つの膨張円のみに接するとともにカートの正面方向線に最も近接した経路接線を演算し、経路接線と正面方向線との角度である経路角信号を演算する経路取得手段と、経路角信号に基づき回避信号を出力する回避信号出力手段と、回避信号により目標電流信号を加減して調整し、第1および第2の調整電流信号を出力する第1および第2の調整手段と、第1および第2の調整手段からの第1および第2の調整電流信号に対応し、第1および第2の電動モータに第1および第2の制御電流をそれぞれ供給する第1および第2の電流出力手段と、を備え、障害物画像膨張手段は、複数の点位置信号を中心位置とする第1の径の複数の第1の膨張円に対応する複数の第1の膨張円信号、および第1の膨張円よりも径の大きい第2の径の複数の第2の膨張円に対応する複数の第2の膨張円信号を形成し、経路取得手段は、複数の第1の膨張円信号に基づき複数の第1の膨張円のうちいずれか一つの第1の膨張円のみに接するとともに正面方向線に最も近接した第1の経路接線を演算し、第1の経路接線と正面方向線との角度である第1の経路角信号を演算し、さらに、複数の第2の膨張円信号に基づき複数の第2の膨張円のうちいずれか一つの第2の膨張円のみに接するとともに正面方向線に最も近接した第2の経路接線を演算し、第2の経路接線と正面方向線との角度である第2の経路角信号を演算し、制御装置は、第1および第2の経路角信号を比較し、第1および第2の経路角の差分角度が所定の角度未満である場合には、第2の経路角信号を選択し、差分角度が所定の角度以上である場合には、第1の経路角信号を選択する経路選択手段を備え、回避信号出力手段は、経路選択手段により第1および第2の経路角信号より選択されたいずれか一つの経路角信号に基づき回避信号を出力すること、を特徴とする電動式ハンディカートある。
In order to solve the above-described problems, an electric handy cart of the present invention includes an operation rod that is held by a pedestrian, and an operation force detection device that is provided on the operation rod and detects an operation force applied to the operation rod by the pedestrian The first and second electric motors, first and second speed detecting means for detecting the rotation speeds of the first and second electric motors, respectively, and the first and second electric motors for rotational driving. An electric handy cart comprising: first and second drive wheels; and a control device that supplies a control current to the first and second electric motors based on a signal from the operating force detection device. An image detection device for detecting an image of an obstacle is provided. The control device includes target speed calculation means for calculating a target speed signal based on a force signal from the operation force detection device, and first and second speed detections. An averaging means for averaging the first and second detected speed signals from the stage and outputting an average speed signal, a deviation signal between the average speed signal from the averaging means and the target speed signal from the target speed calculation means A target current calculating means for calculating a target current signal to be supplied to the electric motor, and an obstacle image detecting means for converting the contour of the obstacle into a plurality of point position signals based on the image signal of the obstacle from the image detecting device. An obstacle image expansion means for forming a plurality of expansion circle signals corresponding to a plurality of expansion circles having a predetermined diameter centered on the plurality of point position signals, and a plurality of expansion circles based on the expansion circle signal A path acquisition means for calculating a path angle signal that is in contact with only one inflated circle and that is closest to the front direction line of the cart, and calculating a path angle signal that is an angle between the path tangent and the front direction line; Times based Avoidance signal output means for outputting an avoidance signal, first and second adjustment means for adjusting the target current signal by adjusting the avoidance signal, and outputting first and second adjustment current signals, and first and second First and second current output means for supplying first and second control currents to the first and second electric motors, respectively, corresponding to the first and second adjustment current signals from the two adjustment means. The obstacle image expansion means includes a plurality of first expansion circle signals corresponding to a plurality of first expansion circles having a first diameter with the plurality of point position signals as center positions, and a first expansion. A plurality of second expansion circle signals corresponding to a plurality of second expansion circles having a second diameter larger than the circle are formed, and the path acquisition means includes a plurality of the plurality of first expansion circle signals based on the plurality of first expansion circle signals. Front side while touching only one of the first expansion circles A first path tangent closest to the line is calculated, a first path angle signal that is an angle between the first path tangent and the front direction line is calculated, and further, based on a plurality of second expansion circle signals An angle between the second path tangent and the front direction line is calculated by calculating a second path tangent that is in contact with only one of the plurality of second expansion circles and is closest to the front direction line. The control device compares the first and second path angle signals, and if the difference angle between the first and second path angles is less than a predetermined angle When the second path angle signal is selected and the difference angle is equal to or larger than a predetermined angle, the second path angle signal is provided with path selection means for selecting the first path angle signal, and the avoidance signal output means is selected by the path selection means. Based on any one of the path angle signals selected from the first and second path angle signals. Outputting a signal, some motorized handy carts characterized.
本発明の電動式ハンディカートによれば、カートの前方にある障害物を自動で回避することができる。 According to the electric handy cart of the present invention, an obstacle in front of the cart can be automatically avoided.
(電動式ハンディカートの実施形態)
次に、本発明の電動式ハンディカートの実施形態について、図1に基づいて説明する。図1は本実施形態における電動式ハンディカートの斜視図である。
(Embodiment of electric handy cart)
Next, an embodiment of the electric handy cart of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a perspective view of an electric handy cart according to the present embodiment.
図1に示すように、電動式ハンディカート1は、パイプ部材より形成された本体フレーム2と、本体フレーム2の上部に取り付けられ、歩行者が保持する棒状の操作桿3と、本体フレーム2に設けられたケースCと、本体フレーム2の両側に取り付けられた第1および第2の電動モータ(4,5)と、第1および第2の電動モータ(4,5)によりそれぞれ回転駆動する第1および第2の駆動輪(6,7)と、を備える。そして、ケースC内には、制御装置10と、電動モータ(4,5)に電流を供給するバッテリ30と、が設けられている。また、ハンディカート1は、電動モータ(4,5)の回転速度をそれぞれ検出する第1および第2の速度検出手段(4a,5a)を備えている。
As shown in FIG. 1, the electric
また、操作桿3の上端部にはハンドグリップ8が取り付けられており、ハンドグリップ8には画像検出装置としてのステレオカメラ40が設けられているとともに、ハンドグリップ8内には操作力検出装置9が設けられている。ここで、ステレオカメラ40は、上下方向(操作桿の軸方向)に縦型に配置された2つのCCDカメラ(41,42)を備え、ハンディカート1の前方における障害物の画像を検出する。操作力検出装置9は、歩行者が操作桿3に与える操作力を検出する。ここで、操作力は、歩行者が操作桿3の軸方向にハンディカート1を押し引きする力である。なお、操作桿3の中央部には、買い物かご等を懸架することができるかご用フック60が取り付けられている。
A
(制御装置)
次に、図2に基づきハンディカート1に備わる制御装置10について説明する。図2は電動式ハンディカート1における制御装置10を示すシステムブロック図である。
(Control device)
Next, the
制御装置10は、計測手段11と、目標速度演算手段12と、障害物画像検出手段としての画像情報取得手段13および障害物画像変換手段14と、障害物画像膨張手段15と、経路取得手段16と、経路選択手段17と、回避信号出力手段18と、減算器19と、目標電流演算手段20と、第1の調整手段としての加算器21と、第2の調整手段としての減算器22と、第1および第2の電流出力手段(23,24)と、加算器25と、平均化手段26と、を備える。
The
計測手段11は、操作力検出手段9からの信号をサンプリングし、この信号に対応する
力信号を出力する。目標速度演算手段12は、力信号を積分処理することにより、目標速度信号(Vr)を演算する。
The measuring means 11 samples the signal from the operating force detecting means 9 and outputs a force signal corresponding to this signal. The target speed calculation means 12 calculates a target speed signal (Vr) by integrating the force signal.
また、第1および第2の速度検出手段(4a,5a)で検出された電動モータ(4,5)の回転速度に対応する第1および第2の検出速度信号(Va1,Va2)は、加算器25で加算されるとともに、平均化手段26にて平均化され平均速度信号(Vave)として出力される。そして、減算器19により目標速度信号(Vr)から平均速度信号(Vave)が減じられ、目標速度信号(Vr)と平均速度信号(Vave)との偏差信号(Vε)が減算器19より出力される。
The first and second detected speed signals (Va1, Va2) corresponding to the rotational speed of the electric motor (4, 5) detected by the first and second speed detecting means (4a, 5a) are added. The signal is added by the
さらに、目標電流演算手段20は、減算器19からの偏差信号(Vε)に基づき、電動モータ(4,5)に供給する目標電流信号(i0)を演算する
Further, the target current calculation means 20 calculates a target current signal (i0) to be supplied to the electric motor (4, 5) based on the deviation signal (Vε) from the
次に、図2を参照し、ステレオカメラ(画像検出装置)40からの障害物の画像信号に基づき電動式ハンディカート1に備わる電動モータ(4,5)に、障害物を回避するための制御電流(I1,I2)それぞれを供給する手段について説明する。
Next, referring to FIG. 2, the electric motor (4, 5) provided in the electric
ステレオカメラ40からの画像信号は、カメラ40から「仮ゴール」までの所定の距離R0(参照半径)以内(例えば、R0=5m以内)の画像信号が参照され、制御装置10での処理情報として用いられ、制御装置10において、この処理情報に基づき障害物を回避するための制御が行われる。
The image signal from the
ステレオカメラ40により検出された障害物の画像信号は、画像情報取得手段13において障害物の輪郭が複数の回転座標系の点位置信号に変換され、この回転座標系の点位置信号は、障害物画像変換手段14によりXY座標系の点位置信号に変換される。このようにして、障害物の外表面の輪郭が複数の点位置信号として検出される。なお、点位置信号は、ステレオカメラ40を中心とする放射方向に角度「0.25度」おきに等ピッチに検出される。
The image signal of the obstacle detected by the
そして、障害物画像膨張手段15により、複数の点位置信号を中心位置とする第1、第2および第3の径(L1,L2,L3)の複数の第1、第2および第3の膨張円に対応する複数の第1、第2および第3の膨張円信号が形成される。ここで、第1の膨張円の第1の径(L1)は、ハンディカート1の車体幅(L0)と等しく設定されている(L1=L0)。また、第2の膨張円の第2の径(L2)は、第1の膨張円の第1の径(L1)よりも長さα1だけ長く設定されており(L2=L1+α1)、第3の膨張円の第3の径(L3)は、第1の膨張円の第1の径(L1)よりも長さα2だけ長く設定されている(L3=L1+α2)。ここで、長さα2は長さα1よりも長く(α2>α1>0)、短い径から順に第1、第2、第3の膨張円となっている(L1<L2<L3)。なお、本実施の形態では、第1の径(L1)は60cm(L1=60cm)、第2の径(L2)は80cm(L2=80cm)、第3の径(L3)は100cm(L3=100cm)に設定されている。 Then, a plurality of first, second, and third dilations of the first, second, and third diameters (L1, L2, L3) centered on the plurality of point position signals are performed by the obstacle image dilating means 15. A plurality of first, second and third expanded circle signals corresponding to the circle are formed. Here, the first diameter (L1) of the first expansion circle is set equal to the vehicle body width (L0) of the handy cart 1 (L1 = L0). Further, the second diameter (L2) of the second expansion circle is set to be longer than the first diameter (L1) of the first expansion circle by the length α1 (L2 = L1 + α1), and the third diameter The third diameter (L3) of the expansion circle is set longer by the length α2 than the first diameter (L1) of the first expansion circle (L3 = L1 + α2). Here, the length α2 is longer than the length α1 (α2> α1> 0), and is a first, second, and third expansion circle in order from a shorter diameter (L1 <L2 <L3). In the present embodiment, the first diameter (L1) is 60 cm (L1 = 60 cm), the second diameter (L2) is 80 cm (L2 = 80 cm), and the third diameter (L3) is 100 cm (L3 = 100 cm).
次に、経路取得手段16により、複数の第1から第3の膨張円信号に基づき、障害物を回避してハンディカート1を進めるべき方向である角度に対応する「経路角信号」が演算される。
Next, a “route angle signal” corresponding to an angle that is a direction in which the
経路取得手段16では、複数の第1の膨張円信号に基づき、カメラ40から放射状に伸びる線において複数の第1の膨張円のうちいずれか一つの第1の膨張円のみに接するとともに「正面方向線」に最も近接した第1の経路方向線を演算し、第1の経路方向線と正面方向線との角度である第1の経路角度信号(θ1)が演算される。ここで、「正面方向線
」は、カート1から正面方向に設定された「仮ゴール」に向けて伸びる仮想直線をいう。
The
また、経路取得手段16では複数の第2およびの膨張円信号に基づき、カメラ40から放射状に伸びる線において複数の第2の膨張円のうちいずれか一つの第2の膨張円のみに接するとともに「正面方向線」に最も近接した第2の経路方向線を演算し、第2の経路方向線と正面方向線との角度である第2の経路角度信号(θ2)が演算される。
Further, the path acquisition means 16 is in contact with only one second expansion circle among the plurality of second expansion circles on a line extending radially from the
さらに、経路取得手段16では複数の第3およびの膨張円信号に基づき、カメラ40から放射状に伸びる線において複数の第3の膨張円のうちいずれか一つの第3の膨張円のみに接するとともに「正面方向線」に最も近接した第3の経路方向線を演算し、第3の経路方向線と正面方向線との角度である第3の経路角度信号(θ3)が演算される。
Further, the path acquisition means 16 is in contact with only one third expansion circle among the plurality of third expansion circles on a line extending radially from the
次に、経路選択手段17により、第1から第3の経路角信号(θ1,θ2,θ3)のうちいずれか一つの経路角信号が選択される。 Next, the route selection means 17 selects any one of the first to third route angle signals (θ1, θ2, θ3).
経路選択手段17では、まず、第1の経路角信号(θ1)と第3の経路角信号(θ3)が比較され、第1および第3の経路角(θ1,θ3)の差分角度(|θ1−θ3|)が所定の角度未満(|θ1−θ3|<φ1)である場合には、調整経路角(θ)として第3の経路角信号(θ3)が選択される(θ=θ3)。
In the
そして、第1および第3の経路角(θ1,θ3)の差分角度(|θ1−θ3|)が所定の角度以上(|θ1−θ3|≧φ1)である場合には、さらに、第1の経路角信号(θ1)と第2の経路角信号(θ2)が比較され、第1および第2の経路角(θ1,θ2)の差分角度(|θ1−θ2|)が所定の角度未満(|θ1−θ2|<φ2)である場合には、調整経路角(θ9として第2の経路角信号(θ2)が選択される(θ=θ2)。 If the difference angle (| θ1-θ3 |) between the first and third path angles (θ1, θ3) is equal to or greater than a predetermined angle (| θ1-θ3 | ≧ φ1), the first The path angle signal (θ1) and the second path angle signal (θ2) are compared, and the difference angle (| θ1-θ2 |) between the first and second path angles (θ1, θ2) is less than a predetermined angle (| When θ1−θ2 | <φ2), the second path angle signal (θ2) is selected as the adjustment path angle (θ9) (θ = θ2).
そして、1および第2の経路角(θ1,θ2)の差分角度(|θ1−θ2|)が所定の角度以上(|θ1−θ3|≧φ2)である場合には、調整経路角(θ)として第1の経路角信号(θ1)が選択される(θ=θ1)。 When the difference angle (| θ1-θ2 |) between the first and second path angles (θ1, θ2) is equal to or greater than a predetermined angle (| θ1-θ3 | ≧ φ2), the adjustment path angle (θ) As a result, the first path angle signal (θ1) is selected (θ = θ1).
次に、回避信号出力手段18により、経路選択手段17で第1から第3の経路角信号(θ1,θ2,θ3)より選択されたいずれか一つの経路角信号(θ1 or θ2 or
θ3)に基づき回避信号が出力される。ここで、回避信号は、経路角信号(θ1,θ2,θ3)に比例ゲイン(K)を乗じた値であり、第1および第2の電動モータ(4,5)に供給されるそれぞれの電流値を調整する値である(δi=Kθ)。
Next, the avoidance signal output means 18 selects any one of the path angle signals (θ1 or θ2 or) selected from the first to third path angle signals (θ1, θ2, θ3) by the path selection means 17.
An avoidance signal is output based on θ3). Here, the avoidance signal is a value obtained by multiplying the path angle signal (θ1, θ2, θ3) by the proportional gain (K), and each current supplied to the first and second electric motors (4, 5). The value is adjusted (δi = Kθ).
そして、第1および第2の調整手段(21,22)において、回避信号(δi)により目標電流信号(i0)が加減して調整され、第1および第2の調整電流信号(i1,i2)が第1および第2の調整手段(21,22)から出力される。ここで、第1の調整手段21は加算器であり、第1の調整電流信号(i1)として、目標電流信号(i0)に回避信号(δi)が加算された信号が出力される(i1=i0+δi)。また、第2の調整手段22は減算器であり、第2の調整電流信号(i2)として、目標電流信号(i0)から回避信号(δi)が減算された信号が出力される(i2=i0−δi)。 Then, in the first and second adjustment means (21, 22), the target current signal (i0) is adjusted by the avoidance signal (δi) to be adjusted, and the first and second adjustment current signals (i1, i2) are adjusted. Are output from the first and second adjusting means (21, 22). Here, the first adjustment means 21 is an adder, and a signal obtained by adding the avoidance signal (δi) to the target current signal (i0) is output as the first adjustment current signal (i1) (i1 = i0 + δi). The second adjustment means 22 is a subtracter, and a signal obtained by subtracting the avoidance signal (δi) from the target current signal (i0) is output as the second adjustment current signal (i2) (i2 = i0). -Δi).
最後に、それぞれ第1および第2の電流出力手段(23,24)により、第1および第2の調整手段(21,22)からの第1および第2の調整電流信号(i1,i2)に対応(比例)し、第1および第2の電動モータ(4,5)にそれぞれ第1および第2の制御電流(I1,I2)が供給される。 Finally, the first and second adjustment current signals (i1, i2) from the first and second adjustment means (21, 22) by the first and second current output means (23, 24), respectively. Corresponding (proportional), the first and second control currents (I1, I2) are supplied to the first and second electric motors (4, 5), respectively.
(フローチャート)
次に、図3に示すフローチャートに基づき制御装置10にて処理される障害物の画像情報の処理方法について説明する。
(flowchart)
Next, an obstacle image information processing method processed by the
電動ハンディカート1が起動すると(S1)、ステレオカメラ40により検出された障害物の画像信号は、画像情報取得手段13において障害物の輪郭が複数の回転座標系の点位置信号に変換され(S2)、この回転座標系の点位置信号は、障害物画像変換手段14によりXY座標系の点位置信号に変換される(S3)。
When the electric
そして、障害物画像膨張手段15により、複数の点位置信号を中心位置とする第1、第2および第3の径(L1,L2,L3)の複数の第1、第2および第3の膨張円に対応する複数の第1、第2および第3の膨張円信号が形成される(S4,S5,S6)。 Then, a plurality of first, second, and third dilations of the first, second, and third diameters (L1, L2, L3) centered on the plurality of point position signals are performed by the obstacle image dilating means 15. A plurality of first, second and third expanded circle signals corresponding to the circle are formed (S4, S5, S6).
また、経路取得手段16では、複数の第1の膨張円信号に基づき、カメラ40から放射状に伸びる線において複数の第1の膨張円のうちいずれか一つの第1の膨張円のみに接するとともに「正面方向線」に最も近接した第1の経路方向線を演算し、第1の経路方向線と正面方向線との角度である第1の経路角度信号(θ1)が演算される(S7)。
Further, the
同様に、経路取得手段16では複数の第2およびの膨張円信号に基づき、カメラ40から放射状に伸びる線において複数の第2の膨張円のうちいずれか一つの第2の膨張円のみに接するとともに「正面方向線」に最も近接した第2の経路方向線を演算し、第2の経路方向線と正面方向線との角度である第2の経路角度信号(θ2)が演算される(S8)。
Similarly, the
また、同様に、経路取得手段16では複数の第3およびの膨張円信号に基づき、カメラ40から放射状に伸びる線において複数の第3の膨張円のうちいずれか一つの第3の膨張円のみに接するとともに「正面方向線」に最も近接した第3の経路方向線を演算し、第3の経路方向線と正面方向線との角度である第3の経路角度信号(θ3)が演算される(S9)。
Similarly, the
経路選択手段17では、まず、第1の経路角信号(θ1)と第3の経路角信号(θ3)が比較され、第1および第3の経路角(θ1,θ3)の差分角度(|θ1−θ3|)が所定の角度未満(|θ1−θ3|<φ1)である場合には、調整経路角(θ)として第3の経路角信号(θ3)が選択される(θ=θ3)(S10,S12)。
In the
そして、第1および第3の経路角(θ1,θ3)の差分角度(|θ1−θ3|)が所定の角度以上(|θ1−θ3|≧φ1)である場合には、さらに、第1の経路角信号(θ1)と第2の経路角信号(θ2)が比較され、第1および第2の経路角(θ1,θ2)の差分角度(|θ1−θ2|)が所定の角度未満(|θ1−θ2|<φ2)である場合には、調整経路角(θ9として第2の経路角信号(θ2)が選択される(θ=θ2)(S11,S13)。 If the difference angle (| θ1-θ3 |) between the first and third path angles (θ1, θ3) is equal to or greater than a predetermined angle (| θ1-θ3 | ≧ φ1), the first The path angle signal (θ1) and the second path angle signal (θ2) are compared, and the difference angle (| θ1-θ2 |) between the first and second path angles (θ1, θ2) is less than a predetermined angle (| If θ1-θ2 | <φ2), the second path angle signal (θ2) is selected as the adjustment path angle (θ9) (θ = θ2) (S11, S13).
そして、1および第2の経路角(θ1,θ2)の差分角度(|θ1−θ2|)が所定の角度以上(|θ1−θ3|≧φ2)である場合には、調整経路角(θ)として第1の経路角信号(θ1)が選択される(θ=θ1)(S11,S14)。 When the difference angle (| θ1-θ2 |) between the first and second path angles (θ1, θ2) is equal to or greater than a predetermined angle (| θ1-θ3 | ≧ φ2), the adjustment path angle (θ) As a result, the first path angle signal (θ1) is selected (θ = θ1) (S11, S14).
次に、回避信号出力手段18により、経路選択手段17で第1から第3の経路角信号(θ1,θ2,θ3)より選択されたいずれか一つの経路角信号(θ1 or θ2 or
θ3)に基づき回避信号が出力される(S15)。ここで、回避信号は、経路角信号(θ1,θ2,θ3)に比例ゲイン(K)を乗じた値であり、第1および第2の電動モータ(4,5)に供給されるそれぞれの電流値を調整する値である(δi=Kθ)。
Next, the avoidance signal output means 18 selects any one of the path angle signals (θ1 or θ2 or) selected from the first to third path angle signals (θ1, θ2, θ3) by the path selection means 17.
An avoidance signal is output based on θ3) (S15). Here, the avoidance signal is a value obtained by multiplying the path angle signal (θ1, θ2, θ3) by the proportional gain (K), and each current supplied to the first and second electric motors (4, 5). The value is adjusted (δi = Kθ).
(経路角の検出方法の具体例)
最後に、図4に基づき本実施形態の電動式ハンディカート1の制御装置10が第1から第3の経路角(θ1,θ2,θ3)を検出する具体例について説明する。
(Specific example of path angle detection method)
Finally, a specific example in which the
同図においては、3つの障害物(X,Y,X)が参照半径(R0)内に散乱して配置されており、これらの障害物の画像信号がステレオカメラ40により制御装置10に送られる。
In the figure, three obstacles (X, Y, X) are scattered and arranged within the reference radius (R0), and image signals of these obstacles are sent to the
ステレオカメラ40により検出されたこれらの画像信号は、画像情報取得手段13において障害物の輪郭が複数の回転座標系の点位置信号に変換され、この回転座標系の点位置信号は、障害物画像変換手段14によりXY座標系の点位置信号に変換される(X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2)。このようにして、障害物の外表面の輪郭が複数の点位置信号として検出される。なお、実際上、点位置信号は、ステレオカメラ40を中心とする放射方向に角度「0.25度」おきに等ピッチに検出されるが、説明の便宜上、図4においては障害物の角部の2点ずつにおいて(X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2)、点位置信号が検出されたものとする。
These image signals detected by the
そして、障害物画像膨張手段15により、複数の点位置信号(X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2)を中心位置とする第1、第2および第3の径(L1,L2,L3)の複数の第1、第2および第3の膨張円に対応する複数の第1、第2および第3の膨張円信号が形成される。図4においては、計6つの点位置信号に対して、それぞれ3つの膨張円信号が形成される。 Then, the obstacle image dilating means 15 makes the first, second and third diameters (L1, L2, L3) centered on the plurality of point position signals (X1, X2, Y1, Y2, Z1, Z2). A plurality of first, second and third expansion circle signals corresponding to the plurality of first, second and third expansion circles are formed. In FIG. 4, three expansion circle signals are formed for a total of six point position signals.
次に、経路取得手段16により、複数の第1から第3の膨張円信号に基づき、障害物を回避してハンディカート1を進めるべき方向である角度に対応する「経路角信号」が演算される。
Next, a “route angle signal” corresponding to an angle that is a direction in which the
図4において、「第1の経路角θ1」は、障害物Xの点位置信号X2における第1の膨張円に対して、第1の経路接線M1が設定され、第1の経路接線M1により第1の経路角θ1が演算され、「第2の経路角θ2」は、障害物Yの点位置信号Y2における第2の膨張円に対して、第2の経路接線M2が設定され、第2の経路接線M2により第2の経路角θ2が演算される。そして、「第3の経路角θ3」は、障害物Xの点位置信号X1における第3の膨張円に対して、第3の経路接線M3が設定され、第3の経路接線M3により第3の経路角θ3が演算される。 In FIG. 4, the “first path angle θ1” is set to the first path tangent M1 with respect to the first expansion circle in the point position signal X2 of the obstacle X, and the first path tangent M1 The first path angle θ1 is calculated, and the “second path angle θ2” is set as the second path tangent M2 with respect to the second expansion circle in the point position signal Y2 of the obstacle Y, The second path angle θ2 is calculated from the path tangent M2. For the “third path angle θ3”, the third path tangent M3 is set with respect to the third expansion circle in the point position signal X1 of the obstacle X, and the third path tangent M3 The path angle θ3 is calculated.
1 電動推進式ハンディカート
2 本体フレーム
3 操作桿
4 電動モータ(第1の電動モータ)
4a 速度検出手段
5 電動モータ(第2の電動モータ)
5a 速度検出手段
6、7 駆動輪
8 ハンドグリップ
9 操作力検出装置
10 制御装置
11 計測手段
12 目標速度演算手段
13 画像情報取得手段(障害物画像検出手段)
14 障害物画像変換手段(障害物画像検出手段)
15 障害物画像膨張手段
16 経路取得手段
17 経路選択手段
18 回避信号出力手段
19 減算器
20 目標電流演算手段
21 加算器(第1の調整手段)
22 減算器(第2の調整手段)
23 第1の電流出力手段
24 第2の電流出力手段
25 加算器
26 平均化手段
30 バッテリ
40 画像検出手段(ステレオカメラ)
41 CCDカメラ
42 CCDカメラ
50 傾斜角検出手段(ジャイロセンサ)
60 かご用フック
C ケース
DESCRIPTION OF
4a Speed detection means 5 Electric motor (second electric motor)
5a Speed detection means 6, 7
14 Obstacle image conversion means (obstacle image detection means)
15 obstacle image expansion means 16 route acquisition means 17 route selection means 18 avoidance signal output means 19
22 Subtractor (second adjusting means)
23 First current output means 24 Second current output means 25
41
60 Basket hook C case
Claims (3)
前記ハンディカートの前方における障害物の画像を検出する画像検出装置を備え、
前記制御装置は、
前記操作力検出装置からの力信号に基づき目標速度信号を演算する目標速度演算手段と、
前記第1および第2の速度検出手段からの第1および第2の検出速度信号を平均化して平均速度信号を出力する平均化手段と、
前記平均化手段からの平均速度信号と、前記目標速度演算手段からの目標速度信号との偏差信号に基づき、前記電動モータに供給する目標電流信号を演算する目標電流演算手段と、
前記画像検出装置からの障害物の画像信号に基づき前記障害物の輪郭を複数の点位置信号に変換する障害物画像検出手段と、
前記複数の点位置信号を中心位置とする所定の径の複数の膨張円に対応する複数の膨張円信号を形成する障害物画像膨張手段と、
前記膨張円信号に基づき前記複数の膨張円のうちいずれか一つの前記膨張円のみに接するとともに前記カートの正面方向線に最も近接した経路接線を演算し、前記経路接線と前記正面方向線との角度である経路角信号を演算する経路取得手段と、
前記経路角信号に基づき回避信号を出力する回避信号出力手段と、
前記回避信号により前記目標電流信号を加減して調整し、第1および第2の調整電流信号を出力する第1および第2の調整手段と、
前記第1および第2の調整手段からの前記第1および第2の調整電流信号に対応し、前記第1および第2の電動モータに第1および第2の制御電流をそれぞれ供給する第1および第2の電流出力手段と、を備え、
前記障害物画像膨張手段は、前記複数の点位置信号を中心位置とする第1の径の複数の第1の膨張円に対応する複数の第1の膨張円信号、および前記第1の膨張円よりも径の大きい第2の径の複数の第2の膨張円に対応する複数の第2の膨張円信号を形成し、
前記経路取得手段は、前記複数の第1の膨張円信号に基づき前記複数の第1の膨張円のうちいずれか一つの前記第1の膨張円のみに接するとともに前記正面方向線に最も近接した第1の経路接線を演算し、前記第1の経路接線と前記正面方向線との角度である第1の経路角信号を演算し、さらに、前記複数の第2の膨張円信号に基づき前記複数の第2の膨張円のうちいずれか一つの前記第2の膨張円のみに接するとともに前記正面方向線に最も近接した第2の経路接線を演算し、前記第2の経路接線と前記正面方向線との角度である第2の経路角信号を演算し、
前記制御装置は、前記第1および第2の経路角信号を比較し、第1および第2の経路角の差分角度が所定の角度未満である場合には、前記第2の経路角信号を選択し、前記差分角度が所定の角度以上である場合には、前記第1の経路角信号を選択する経路選択手段を備え、
前記回避信号出力手段は、前記経路選択手段により前記第1および第2の経路角信号より選択されたいずれか一つの経路角信号に基づき回避信号を出力すること、を特徴とする電動式ハンディカート。 An operating rod held by a pedestrian, an operating force detection device that is provided on the operating rod and detects an operating force applied to the operating rod by the pedestrian, first and second electric motors, and the first and first First and second speed detecting means for detecting rotational speeds of the two electric motors, first and second driving wheels respectively driven to rotate by the first and second electric motors, and the operating force detection An electric handy cart comprising: a control device that supplies a control current to the first and second electric motors based on a signal from the device;
An image detection device for detecting an image of an obstacle in front of the handy cart;
The controller is
Target speed calculation means for calculating a target speed signal based on a force signal from the operating force detection device;
Averaging means for averaging the first and second detected speed signals from the first and second speed detecting means and outputting an average speed signal;
Target current calculation means for calculating a target current signal to be supplied to the electric motor based on a deviation signal between an average speed signal from the averaging means and a target speed signal from the target speed calculation means;
Obstacle image detection means for converting the contour of the obstacle into a plurality of point position signals based on the image signal of the obstacle from the image detection device;
Obstacle image expansion means for forming a plurality of expansion circle signals corresponding to a plurality of expansion circles having a predetermined diameter with the plurality of point position signals as a central position;
Based on the expansion circle signal, a path tangent that is in contact with only one of the plurality of expansion circles and is closest to the front direction line of the cart is calculated, and Route acquisition means for calculating a route angle signal that is an angle;
Avoidance signal output means for outputting an avoidance signal based on the path angle signal;
First and second adjusting means for adjusting the target current signal by adjusting the avoidance signal to adjust, and outputting first and second adjusted current signals;
Corresponding to the first and second adjustment current signals from the first and second adjustment means, a first and a second control current respectively supplied to the first and second electric motors; Second current output means ,
The obstacle image expansion means includes a plurality of first expansion circle signals corresponding to a plurality of first expansion circles having a first diameter centered on the plurality of point position signals, and the first expansion circle. Forming a plurality of second expansion circle signals corresponding to a plurality of second expansion circles of a second diameter larger than the second diameter;
The path acquisition means is in contact with only one of the plurality of first expansion circles based on the plurality of first expansion circle signals and is closest to the front direction line. 1 path tangent is calculated, a first path angle signal that is an angle between the first path tangent and the front direction line is calculated, and further, the plurality of the plurality of second expansion circle signals A second path tangent that is in contact with only one of the second expansion circles and is closest to the front direction line is calculated, and the second path tangent and the front direction line are calculated. A second path angle signal that is an angle of
The control device compares the first and second path angle signals, and selects the second path angle signal when a difference angle between the first and second path angles is less than a predetermined angle. And when the difference angle is equal to or larger than a predetermined angle, path selection means for selecting the first path angle signal is provided,
The avoidance signal output means outputs an avoidance signal based on one of the path angle signals selected from the first and second path angle signals by the path selection means. .
前記制御装置は、障害物の画像信号に基づき障害物の輪郭を複数の点位置信号に変換する障害物画像検出手段と、前記複数の点位置信号を中心位置とする所定の径の複数の膨張円に対応する複数の膨張円信号を形成する障害物画像膨張手段と、前記膨張円信号に基づき前記複数の膨張円のうちいずれか一つの前記膨張円のみに接するとともに前記カートの正面方向線に最も近接した経路接線を演算し、前記経路接線と前記正面方向線との角度である経路角信号を演算する経路取得手段と、前記経路角信号に基づき回避信号を出力する回避信号出力手段とを備え、 The control device includes an obstacle image detection unit that converts an outline of an obstacle into a plurality of point position signals based on an image signal of the obstacle, and a plurality of dilations having a predetermined diameter centered on the plurality of point position signals. Obstacle image expansion means for forming a plurality of expansion circle signals corresponding to the circle, and only one of the plurality of expansion circles based on the expansion circle signal and in contact with the front direction line of the cart Route acquisition means for calculating the closest path tangent, calculating a path angle signal that is an angle between the path tangent and the front direction line, and avoidance signal output means for outputting an avoidance signal based on the path angle signal. Prepared,
前記障害物画像膨張手段は、前記複数の点位置信号を中心位置とする第1の径の複数の第1の膨張円に対応する複数の第1の膨張円信号、および前記第1の膨張円よりも径の大きい第2の径の複数の第2の膨張円に対応する複数の第2の膨張円信号を形成し、 The obstacle image expansion means includes a plurality of first expansion circle signals corresponding to a plurality of first expansion circles having a first diameter centered on the plurality of point position signals, and the first expansion circle. Forming a plurality of second expansion circle signals corresponding to a plurality of second expansion circles of a second diameter larger than the second diameter;
前記経路取得手段は、前記複数の第1の膨張円信号に基づき前記複数の第1の膨張円のうちいずれか一つの前記第1の膨張円のみに接するとともに前記正面方向線に最も近接した第1の経路接線を演算し、前記第1の経路接線と前記正面方向線との角度である第1の経路角信号を演算し、さらに、前記複数の第2の膨張円信号に基づき前記複数の第2の膨張円のうちいずれか一つの前記第2の膨張円のみに接するとともに前記正面方向線に最も近接した第2の経路接線を演算し、前記第2の経路接線と前記正面方向線との角度である第2の経路角信号を演算し、前記第1および第2の経路角信号を比較し、第1および第2の経路角の差分角度が所定の角度未満である場合には、前記第2の経路角信号を選択し、前記差分角度が所定の角度以上である場合には、前記第1の経路角信号を選択する経路選択手段を備え、前記回避信号出力手段は、前記経路選択手段により前記第1および第2の経路角信号より選択されたいずれか一つの経路角信号に基づき回避信号を出力すること、を特徴とする電動ハンディカート。 The path acquisition means is in contact with only one of the plurality of first expansion circles based on the plurality of first expansion circle signals and is closest to the front direction line. 1 path tangent is calculated, a first path angle signal that is an angle between the first path tangent and the front direction line is calculated, and the plurality of second expansion circle signals are further calculated based on the plurality of second expansion circle signals. A second path tangent that is in contact with only one of the second expansion circles and is closest to the front direction line is calculated, and the second path tangent and the front direction line are calculated. A second path angle signal that is an angle of the first and second path angle signals are compared, and if the difference angle between the first and second path angles is less than a predetermined angle, The second path angle signal is selected, and the difference angle is equal to or greater than a predetermined angle In some cases, route selection means for selecting the first route angle signal is provided, and the avoidance signal output means is any one selected from the first and second route angle signals by the route selection means. An electric handy cart that outputs an avoidance signal based on two path angle signals.
前記経路取得手段は、前記複数の第3の膨張円信号に基づき前記複数の第3の膨張円のうちのいずれか一つの前記第3の膨張円のみに接するとともに前記正面方向線に最も近接した第3の経路接線を演算し、前記第3の経路線線と前記正面方向線との角度である第3の経路角信号を演算し、
前記経路選択手段は、前記第1および第3の経路角信号を比較するとともに、第1および第3の経路角の差分角度が所定の角度未満である場合には、前記第3の経路角信号を選択し、前記差分角度が前記所定の角度以上である場合には、前記第1および第2の経路角信号を比較するとともに、第1および第2の経路角の差分角度が所定の角度未満である場合には、前記第2の経路角信号を選択し、前記差分角度が、前記所定の角度以上である場合には、前記第1の経路角信号を選択し、
前記回避信号出力手段は、前記経路選択手段により前記第1から第3の経路角信号より選択されたいずれか一つの経路角信号に基づき回避信号を出力すること、を特徴とする電動式ハンディカート。 3. The electric handy cart according to claim 1 , wherein the obstacle image expansion means has a diameter larger than that of the second expansion circle having the point position signal as a center position. 4. Forming a plurality of third expansion circle signals corresponding to a plurality of third expansion circles of a third diameter;
The path acquisition means is in contact with only one of the plurality of third expansion circles based on the plurality of third expansion circle signals and is closest to the front direction line. Calculating a third path tangent, calculating a third path angle signal that is an angle between the third path line and the front direction line;
The route selection means compares the first and third route angle signals, and if the difference angle between the first and third route angles is less than a predetermined angle, the third route angle signal. When the difference angle is greater than or equal to the predetermined angle, the first and second path angle signals are compared, and the difference angle between the first and second path angles is less than the predetermined angle. The second path angle signal is selected, and if the difference angle is greater than or equal to the predetermined angle, the first path angle signal is selected,
The avoidance signal output means outputs an avoidance signal based on any one of the path angle signals selected from the first to third path angle signals by the path selection means. .
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