JP6232873B2 - 手押し車およびプログラム - Google Patents

Description

この発明は、車輪を備えた手押し車に関し、特に車輪を駆動、制御する電動手押し車に関するものである。

従来、車輪を電源で駆動し、制御して歩行を補助する装置が知られている。例えば、特許文献１には、歩行者が握るハンドルを備え、前輪および後輪が電源ユニットからの電力により駆動される歩行補助装置が記載されている。

また、特許文献２には、歩行を補助する装置として、搭乗することができ、倒立振子を備え、転倒しないように制御された移動体が記載されている。

特開２００９−１１９０１４号公報 特開２０１１−１６８２３６号公報

手押し車をはじめとした歩行補助装置および移動体は、段差においても歩行者・搭乗者が転倒しないよう、安全に動作することが求められている。

そこで、この発明は、歩行者が安全に段差を歩行できるよう、歩行を補助する手押し車を提供することを目的とする。

本発明の手押し車は、第１の車輪と、該第１の車輪を回転可能に支持する本体部と、該本体部に一端部が連結され、ピッチ方向に回転することが可能な支持部と、該支持部の他端部に回転可能に支持された第２の車輪と、少なくとも前記第１の車輪を駆動・制御する駆動制御部と、前記本体部のピッチ方向の角度変化を検出するピッチ角検出部と、を備える。

そして、前記駆動制御部は、前記ピッチ角検出部の出力に基づいて、前記本体部のピッチ方向の角度変化が０となるように前記少なくとも第１の車輪の回転を制御する第１の制御モードと、前記駆動制御部は、前記本体部と前記支持部との成す角度が該第１の制御モードにおける前記角度よりも大きくなり、かつ前記第１の制御モードによる第１の車輪の回転の制御を行わない第２の制御モードと、を実行する。

さらに、本発明の手押し車は、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切り替える切替手段を備え、前記駆動制御部は、前記第２の制御モードにおいて、前記第１の車輪を所定時間または所定回転数、強制的に回転させることを特徴とする。

第１の制御モードでは、倒立振子制御により、本体部の地面に対する鉛直方向の傾きを維持する。この第１の制御モードでは、本体部が鉛直に維持された場合、当該手押し車が自立した状態となる。この第１の制御モードにおいて、例えば切替スイッチにより切り替え指示がなされると、支持部と本体部との成す角度が大きくなり、かつ倒立振子制御が中断される（第２の制御モードに変化させる）。すなわち、第１の車輪および第２の車輪の間隔は、第２の制御モードでは、広くなり、かつ手押し車の重心位置は、低くなる。その結果、本体部は、地面に対して鉛直な方向に沿った振動に対し、第１の制御モードにおける状態に比べ、より安定する。また、手押し車の荷重が第２の車輪側に移動し、第１の車輪にかかる荷重が小さくなるため、第１の車輪が段差を乗り越えるために必要なトルクは、第１の制御モードに比べて小さくて済むようになる。

本発明の手押し車の駆動制御部は、この安定した状態において、所定の時間または所定回転数、第１の車輪を強制的に回転させるため、安定した状態で段差を上ることができる。

なお、第２の車輪を段差の上に持ち上げるために必要な力は、第１の車輪が段差を上ると、小さくなる。したがって、歩行者は、手押し車の第２の車輪側を軽く持ち上げることができ、手押し車全体を段差の上に移動させることができる。なお、本発明は、第２の車輪が駆動される態様であっても構わない。歩行者は、第２の車輪が駆動される場合、段差を超えるために、より少ない力で押すことができる。

以上のように、本発明の手押し車は、第２の制御モードにおいて、安定して段差を乗り越えるため、歩行者の転倒を防止することができる。第２の制御モードにおいて、例えばスイッチ等で再び切り替え指示がなされると、第１の制御モードに復帰させる。本発明の手押し車は、第１の制御モードにより本体部が自立した状態になるため、段差を超えた後も歩行を補助することができる。

なお、本体部と支持部の接続部分にモータを設け、当該モータを駆動、制御することにより、本体部と支持部との成す角を制御する態様としてもよい。自動的に支持部が回転することにより、手押し車の重心は、歩行者側に移動し、段差で手押し車が進行方向に倒れることを防ぐことができる。

また、本発明の手押し車は、進行方向上の第１の車輪の接地面における段差の有無を検出する段差検出手段を備える。そして、切替手段は、段差検出手段が、段差を検出した場合、第２の制御モードに切り替える。切替手段は、歩行者が本発明の手押し車に指示を与えなくても、段差が検出されると、自動的に第２の制御モードに変化させるため、歩行者は、何度も制御モードを切り替えるといった煩雑な操作をする必要がない。

また、本発明の手押し車は、第１の車輪の回転角速度を検出する回転角速度検出手段を備え、段差検出手段は、回転角速度検出手段の検出結果に基づいて、段差を検出することを特徴とする。回転角速度検出手段は、例えばロータリエンコーダが用いられる。段差検出手段は、回転角速度検出手段が検出した回転角速度から、急激な角加速度の低下を検出することにより、第１の車輪が段差に接触したと判断することにより、段差を検出することができる。

また、本発明の手押し車は、段差検出手段として、段差と手押し車が接触した衝撃を検出する衝撃センサ、段差を超音波で検出するといった非接触型センサ、段差との圧力を検出するといった接触型センサ、または段差衝突による本体部の傾きを検出するジャイロセンサを用いることができる。

また、本発明の手押し車は、高さ判別手段を備え、検出された高さに応じて、第１の車輪を強制的に回転させるか否かを判別することを特徴とする。高さ判別手段は、例えば第１の車輪の回転角度を検出するロータリエンコーダを用いることができる。高さ判別手段は、ロータリエンコーダの出力値および慣性モーメントから反力の発生方向を求め、段差を乗り越える向きに反力が発生しているか検出し、段差を乗り越えられるか否かを判別する。なお、高さ検出手段としては、ロータリエンコーダ以外に、カメラを設け、画像認識で検出したり、超音波センサを設け、検出する態様であってもよい。

この場合、切替手段は、高さ検出手段が乗り越えられる高さの段差であると判別した場合に限り、第２の制御モードに切り替える。したがって、本発明の手押し車は、転倒してしまうような高い段差に対し、強制的に第１の車輪を駆動させ、手押し車が転倒してしまうことを未然防止でき、安全性を高めることができる。

また、本発明の手押し車の駆動制御部は、プログラムで実現可能である。

この発明によれば、平地のみならず、段差においても、手押し車を移動させる際に、転倒することを防止することができる。

電動手押し車１の外観図である。 電動手押し車１の構成を示す制御構成図である。 第１の制御モードと第２の制御モードとの切り替えを示す図である。 ロータリエンコーダによる主輪１１の角速度を検出する例を示す図である。 段差スイッチによる第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。 加速度センサによって段差を検出し、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。 超音波センサによって段差を検出し、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。 ジャイロセンサによって段差を検出し、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。

図１は、本発明の手押し車の実施形態である電動手押し車１の外観図である。図２は、電動手押し車１の構成を示す制御構成図である。

電動手押し車１は、例えば直方体形状の本体部１０を備えている。本体部１０は、鉛直方向（図中Ｚ，−Ｚ方向）に長く、奥行き方向（図中Ｙ，−Ｙ方向）に短い形状である。本体部１０は、内部に制御用の基板や電池等を内蔵している。

本体部１０の鉛直下方向（−Ｚ方向）の下部のうち、左右（図中Ｘ，−Ｘ方向）の端部には、２つの主輪１１が取り付けられている。２つの主輪１１は、同じ軸に取り付けられ、同期して回転する。ただし、２つの主輪１１は、それぞれ個別に駆動させ、回転させることも可能である。また、この実施形態においては、主輪１１は２輪である例を示しているが、１輪あるいは３輪以上であってもよい。

また、本体部１０の鉛直方向（Ｚ方向）上部には、例えば円筒形状のハンドル１５の一端が取り付けられ、ハンドル１５の他端には、Ｔ字型のグリップ部１６が取り付けられている。グリップ部１６には、電源スイッチ等のユーザインタフェース（図２に示すユーザＩ／Ｆ２８）が設けられている。ハンドル１５のうち、グリップ部１６に近い位置には手動ブレーキ３０が取り付けられている。歩行者は、グリップ部１６を握るあるいは前腕等をグリップ部１６に載せ、グリップ部１６と前腕等との摩擦により、電動手押し車１を手押し車として使用する。

なお、本体部１０は、実際にはカバーが取り付けられ、内部の基板等が外観上見えないようになっている。

本体部１０の背面（−Ｙ方向）には、棒状の支持部１２の一端部が取り付けられる。支持部１２の一端部は、本体部１０に回転可能に接続されている。支持部１２の他端部には、補助輪１３が取り付けられる。補助輪１３は、主輪１１とともに地面に設置され、本体部１０を支持し、本体部１０の転倒を防止する（図３（Ａ）を参照）。なお、支持部１２および補助輪１３は、それぞれ１つに限らず２つ以上あってもよい。なお、支持部１２は、必ずしも一端が本体部１０に連結している必要はなく、端面からやや中央寄りの部分が本体部１０に連結していてもよい。また、補助輪１３は、必ずしも支持部１２の他端で支持されている必要はなく、支持部１２の他端が地面に接しない範囲であれば、支持部１２の端面からやや中央寄りの部分で支持されていてもよい。

次に、電動手押し車１の構成および基本動作について説明する。図２に示すように、電動手押し車１は、制御部２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、ジャイロセンサ２４、支持部駆動部２５、主輪駆動部２６、補助輪駆動部２７、ユーザＩ／Ｆ２８、ロータリエンコーダ２９、および手動ブレーキ３０を備えている。

制御部２１は、電動手押し車１を統括的に制御する機能部であり、ＲＯＭ２２に記憶されているプログラムを読み出し、当該プログラムをＲＡＭ２３に展開することで種々の動作を実現する。ジャイロセンサ２４は、本体部１０のピッチ方向の角速度を検知し、検知結果を制御部２１に出力する。ロータリエンコーダ２９は、主輪１１の回転角度を検知し、検出結果を制御部２１に出力する。また、本体部１０の加速度を検知する加速度センサ等、あるいは本体部１０と支持部１２からなる交差角度を検出するロータリエンコーダ等を有してもよい。

基本動作として、ジャイロセンサ２４は、本体部のピッチ方向（図１におけるＸ軸を中心とする回転方向）の傾斜角の角度変化を検出し、制御部２１に出力する。制御部２１は、ジャイロセンサ２４の検知結果に基づいて、本体部１０の角度変化がゼロとなるように、主輪駆動部２６を制御する。主輪駆動部２６は、主輪１１に取り付けられた軸を回転させるモータを駆動する機能部であり、制御部２１の制御に従って主輪１１を回転させる。補助輪駆動部２７は、補助輪１３を駆動する機能部であり、制御部２１の制御に従って、補助輪１３を回転させる。

このようにして、電動手押し車１は、基本動作として、倒立振子制御を行い、本体部１０の姿勢を一定に保つように制御する。電動手押し車１は、歩行者がグリップ部１６を握って電動手押し車１を押した場合でも一定の姿勢を保つため、歩行者が手押し車として用いることができる。

電動手押し車１は、上記倒立振子制御を常に行うことにより、平地では転倒するおそれは少ない。

しかし、電動手押し車１の重心は、本体部１０がほぼ鉛直に倒立している場合、本体部１０を傾斜させている場合に比べ、より高い位置にある。したがって、段差が存在した場合、電動手押し車１は、当該段差と接触した結果、ピッチ方向の振動の影響を受けることにより、転倒の可能性がある。

そこで、電動手押し車１は、倒立振子制御を行う第１の制御モードと、倒立振子制御を中断し、かつ支持部駆動部２５により支持部１２を回転させ、主輪１１と補助輪１３の間隔を広げた状態で、所定の時間または所定回転数、強制的に主輪駆動部２６により主輪１１を駆動する第２の制御モードと、を切り替える。

図３（Ａ）は、第１の制御モード時の電動手押し車１の姿勢を示す図であり、図３（Ｂ）は、第２の制御モード時の電動手押し車１の姿勢を示す図である。

図３（Ａ）に示す第１の制御モード時には、上述したように倒立振子制御を常に行うことにより、本体部１０の姿勢を一定に保つ。ここでは、本体部１０の鉛直方向に対する角度がθ１となるように主輪１１の回転を駆動、制御する。このとき、本体部１０と支持部１２との成す角度は、θ２となっている。

本体部１０と支持部１２との成す角度は、制御部２１の制御に従って、支持部駆動部２５が本体部１０と支持部１２との接続部分に設けられたモータを駆動することによりθ２に保たれる。θ２は、歩行者が電動手押し車１を押した場合に、支持部１２が邪魔にならない程度の角度に設定されている。

ただし、支持部駆動部２５は、本発明において必須の構成ではなく、支持部１２が本体部１０に、回転可能に接続されているだけでもよい。この場合、本体部１０の姿勢が鉛直方向あるいは鉛直に近い方向になった場合に、支持部１２および補助輪１３の自重により、支持部１２の姿勢も鉛直方向あるいは鉛直に近い方向に維持されるため、支持部１２が邪魔になることがない。

補助輪駆動部２７は、制御部２１の指示に従って、補助輪１３の軸を回転させる。したがって、歩行者は、より小さな力で電動手押し車１を押して移動することができる。ただし、補助輪駆動部２７は、本発明において必須の構成ではない。

図３（Ｂ）に示す第２の制御モード時には、本体部１０は、本体部１０と鉛直方向との成す角度がθ１より大きな角度θ１’となるように傾斜して用いられる。支持部１２は、本体部１０とのなす角度が、θ２より大きいθ２’となっている。支持部１２は、支持部駆動部２５により回転されることで、本体部１０との成す角度がθ２からθ２’に大きくなる。なお、本体部１０と支持部１２のなす角度は、支持部駆動部２５が設けられない場合でも、本体部１０が支持部１２が設けられた側に傾くと、支持部１２が本体部１０との接合点を中心に回転するため、自然と大きくなる。また、本体部１０と支持部１２のなす角度は、所定の角度（例えば１２０度）以上大きくならず、本体部１０は、歩行者側に転倒することはない。

この第２の制御モードでは、支持部１２と本体部１０との成す角度が大きくなることにより、第１の制御モードよりも安定して支持される。したがって、電動手押し車１が、転倒することを防止できる。本体部１０の重心は、本体部１０と鉛直方向と成す角度がθ１からθ１’と大きくなることにより、補助輪１３が取り付けられた側に移る。したがって、主輪１１にかかる電動手押し車１の荷重は、第１の制御モード時よりも、小さくなる。その結果、主輪１１が段差を超えるために必要な印加トルクは、第１の制御モード時よりも小さくても済むようになる。

図３（Ｃ）および図３（Ｄ）は、制御モードを切り替える処理のフローチャートを示す図である。制御部２１は、図３（Ａ）に示すように、平地では第１の制御モードで、本体部１０の姿勢を保つように、倒立振子制御を行う。第１の制御モードにおいて、ロータリエンコーダ２９は、定期的に検出した主輪１１の回転角度を制御部２１に送る（ｓ１１）。制御部２１は、ロータリエンコーダ２９から受け取った主輪１１の回転角度の変化量から、段差を検出する（ｓ１２）。制御部２１は、段差を検出しない場合、ロータリエンコーダ２９から定期的に角速度を受け取る処理に戻る（ｓ１１）。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）を用いて、ロータリエンコーダ２９を用いた段差検出手段の詳細な説明をする。図４（Ａ）は、電動手押し車１が平地を走行した場合の時系列の角速度を示す図である。平地を走行する場合、実際の角速度は、ほぼ一定であり、急激な変動はない。一方、角速度は、電動手押し車１の主輪１１が段差に衝突すると、図４（Ｂ）の破線の範囲に示すように、衝突した時点で大きく変化（低下）し、その後さらに小さな値となる。制御部２１は、段差検出手段として、角速度を基に、主輪１１が段差と衝突したか否かを判断する。例えば、制御部２１は、所定の時間内に角速度が所定の閾値以上変化し、かつ角速度の値が所定の閾値より小さくなったことを検出すると、段差と衝突したと判断する。

なお、段差検出手段において、角速度を微分して求められる角加速度を用いても良い。図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）に示す角速度に対する角加速度を示す図である。制御部２１は、段差検出手段として角加速度を用いる場合、例えば、角加速度が所定の閾値より小さいと段差に衝突したと判断する。

次に、図３（Ｃ）に戻り、制御部２１は、段差を検出した場合、検出された段差が、乗り越えられる高さであるか否かを判別する（ｓ１３）。

主輪１１と段差との接点における段差からの反力は、抗力が発生しないため、段差の高さが主輪１１の半径以上の場合、発生しない。したがって、主輪１１が乗り越えられない高さは、主輪１１の半径以上の高さである。

制御部２１は、ロータリエンコーダ２９の検出値を用い反力の発生を判断する。具体的には、制御部２１は、主輪１１の慣性モーメントに、ロータリエンコーダ２９の検出値に基づく角加速度を乗算し、段差に対する印加トルクを求める。仮に段差の高さが主輪１１の半径以上である場合、抗力が発生しないため、印加トルクがほぼ発生しない。したがって、制御部２１は、印加トルクが所定の閾値より小さい場合、上ることができない高さの段差が存在すると判断する。

制御部２１は、段差が乗り越えられる高さであると判別した場合、第２の制御モードに切り替える（ｓ１４）。制御部２１は、段差が、壁などの乗り越えられない高さであると判別した場合、ステップｓ１１に戻り、ステップｓ１２で段差が検出されるまで第１の制御モードを継続する。

制御部２１は、第２の制御モードに切り替えると（ｓ１４）、倒立振子制御を中断し、主輪駆動部２６に主輪１１を、所定時間（例えば１秒間）または所定回転数（例えば１／２回転）、強制的に回転させるよう、主輪駆動部２６を制御する（ｓ１５）。そして、制御部２１は、所定時間または所定回転数、主輪１１を回転させた後、復帰処理を行う（ｓ１６）。

電動手押し車１は、主輪１１が強制的に回転されることにより、段差を乗り越えることができる。

復帰処理では、まず、制御部２１は、歩行者が段差を超えるのを補助するため、所定の時間（例えば１秒間）、補助輪１３を駆動するよう補助輪駆動部２７に指示する（ｓ２１）。そして、制御部２１は、その後、本体部１０と鉛直方向の成す角度θ１’をより小さな角度（例えばＲＡＭ２３に記憶させたθ１）になるよう、主輪駆動部２６を制御する（ｓ２２）。同時に、制御部２１は、支持部１２と本体部１０との成す角度θ２’をより小さな角度（例えばＲＡＭ２３に記憶させたθ２）となるよう、支持部駆動部２５を制御する（ｓ２２）。制御部２１は、その後、角度θ１’を維持するよう、倒立振子制御を復帰させ、第１の制御モードに切り替える（ｓ２３）。

以上のように、第２の制御モードにおける電動手押し車１は、安定した状態で、かつ大きなトルクを必要とせず、段差を上ることができる。主輪１１は、所定の時間または所定の回転数だけ強制的に回転され、その後、第１の制御モードに復帰するため、電動手押し車１は、段差を超えた後も進行方向に勝手に進み続けることはなく、安全に歩行を補助できる。

なお、本発明において、復帰処理における補助輪１３の駆動は必須の処理ではない。制御部２１は、図３（Ｄ）に示すステップｓ２２において、所定の時間待機し、歩行者は、その間に電動手押し車１を押して移動させても良い。また、本発明において、復帰処理における支持部駆動部２５による支持部１２の回転は必須の処理ではない。支持部１２と本体部１０のなす角は、本体部１０が地面に対しほぼ鉛直となった場合、支持部１２の自重により、小さくなる。

なお、本実施形態において、高さを判別するタイミングは、図３（Ｃ）に示すステップｓ１３に限らなくても良い。例えば、制御部２１は、ステップｓ１４の第２の制御モードに変更した時に強制的に回転される主輪１１の角加速度および慣性モーメントから、反力が発生しているか否かを判断し、上れる高さか否かを判別しても良い。

また、本発明において、図３（Ｄ）に示すステップｓ２１乃至ステップｓ２２を行うことは必須ではない。歩行者がユーザＩ／Ｆ２８のうち復帰スイッチを押して第１の制御モードに切り替える態様であってもよい。

制御部２１は、強制的に主輪１１を回転させる制御を行う際、フィードバックまたはフィードフォワード処理を行うことも可能である。制御部２１は、フィードバック処理を行う場合、ロータリエンコーダ２９から検出した主輪１１の回転量に基づく実際の角速度と、制御部２１が主輪駆動部２６に指示した角速度との差を用いて、主輪駆動部２６に指示する角速度を調整する。例えば、制御部２１は、実際の角速度が指示された角速度より小さい場合、主輪駆動部２６に指示する角速度を、より大きな値となるよう調整する。フィードフォワード処理を行う場合、例えば、段差の高さをあらかじめ検出し、その高さに応じて、主輪駆動部２６に指示する角速度を調整する。例えば、制御部２１は、本体部１０の前方に設けられたカメラから段差の画像を認識し、ある程度の高さの段差を検出した場合、主輪駆動部２６に指示する角速度の値を大きくするようあらかじめ調整する。例えば、検出した段差の高さが高いほど、制御部２１は、トルクの印加時間を長くするように調整する（または主輪１１の回転数を増やすように調整する）。

また、制御部２１は、主輪１１の強制回転制御の際、ロータリエンコーダ２９から検出した主輪１１の回転角度に基づいて空転を検出し、主輪１１の強制回転をリトライすることもできる。

図４（Ｄ）は、主輪１１が空転した際の時系列の角加速度を示す図である。制御部２１は、図４（Ｄ）の破線部に示すように、実際の角加速度がいったん上昇した後に低下し、０となった場合、制御部２１は、主輪１１が空転していると判断する。この場合、制御部２１は、段差を上ることができなかったと判断し、再度強制回転処理を行う。

制御部２１は、主輪１１の強制回転が何度もリトライされる場合、上れない高さの段差であると判断し、第２の制御モードに切り替えることもできる。

次に、図５は、ロータリエンコーダ２９を用いず、歩行者からの指示に応じて、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。図５（Ａ）は、第１の制御モード時の電動手押し車１の姿勢を示す図であり、図５（Ｂ）は、第２の制御モード時の電動手押し車１の姿勢を示す図である。図５（Ｃ）は、電動手押し車１の動作を示すフローチャートである。

ユーザＩ／Ｆ２８は、図５（Ａ）に示すように、ハンドル１５に設けられている。図５（Ａ）に示す第１の制御モード時には、上述したように倒立振子制御を常に行うことにより、本体部１０の姿勢を一定に保つ。制御部２１は、図５（Ｃ）のフローチャートに示すように、歩行者がユーザＩ／Ｆ２８のうち段差スイッチを押下したことを検出し（ｓ３１）、第２の制御モードへと切り替える（ｓ３２）。このように、電動手押し車１は、歩行者からの明示的な操作により、安全に段差を乗り越えることができる。

制御部２１は、第２の制御モードに切り替えると（ｓ３２）、倒立振子制御を中断し、主輪駆動部２６に主輪１１を、所定時間または所定回転数、強制的に回転させるよう、主輪駆動部２６を制御する（ｓ３３）。そして、制御部２１は、所定時間または所定回転数、主輪１１を回転させた後、復帰処理を行う（ｓ３４）。復帰処理は、図３（Ｄ）に示すフローチャートと同じ処理である。また、制御部２１は、ユーザＩ／Ｆ２８により歩行者が明示的に第１の制御モードに復帰させる操作を行った（例えば一端電源をオフしてから再び電源をオンした等）場合に限り、第１の制御モードに復帰させるようにしてもよい。

図６は、ロータリエンコーダ２９を用いず、加速度センサを用いて、段差を検出する例を示す図である。図６（Ａ）は、第１の制御モード時の電動手押し車１の姿勢を示す図であり、図６（Ｂ）は、第２の制御モード時の電動手押し車１の姿勢を示す図である。図６（Ｃ）は、電動手押し車１の動作を示すフローチャートである。

ユーザＩ／Ｆ２８は、図６（Ａ）に示すように、本体部１０に設けられている。図６（Ａ）に示す第１の制御モード時には、上述したように倒立振子制御を常に行うことにより、本体部１０の姿勢を一定に保つ。制御部２１は、図６（Ｃ）のフローチャートに示すように、加速度センサが衝撃を検出すると（ｓ４１）、第２の制御モードへと切り替える（ｓ４２）。このように、電動手押し車１は、加速度センサが段差との衝撃を検出し、制御部２１が第２の制御モードに切り替えることにより、安全に段差を乗り越えることができる。

制御部２１は、第２の制御モードに切り替えると（ｓ４２）、倒立振子制御を中断し、主輪駆動部２６に主輪１１を、所定時間または所定回転数、強制的に回転させるよう、主輪駆動部２６を制御する（ｓ４３）。そして、制御部２１は、所定時間または所定回転数、主輪１１を回転させた後、復帰処理を行う（ｓ４４）。復帰処理は、図３（Ｄ）に示すフローチャートと同じ処理である。また、制御部２１は、障害物センサが障害物を検知しなくなった場合、第１の制御モードに復帰させるようにしてもよいし、ユーザＩ／Ｆ２８により歩行者が明示的に第１の制御モードに復帰させる操作を行った（例えば一端電源をオフしてから再び電源をオンした等）場合に限り、第１の制御モードに復帰させるようにしてもよい。

また、加速度センサではなく、圧力センサといった接触型センサを用いても構わない。

図７は、障害物検知センサの検知結果に応じて第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。図７（Ａ）は、第１の制御モード時の電動手押し車１の姿勢を示す図であり、図７（Ｂ）は、第２の制御モード時の電動手押し車１の姿勢を示す図である。図７（Ｃ）は、電動手押し車１の動作を示すフローチャートである。

図７（Ａ）に示す第１の制御モード時には、上述したように倒立振子制御を常に行うことにより、本体部１０の姿勢を一定に保つ。ここで、本体部１０の前方に設けられた障害物センサ（例えば超音波や赤外線等からなるセンサ）が障害物を検知したとき（ｓ５１）、制御部２１は、図７（Ｂ）に示すように、第２の制御モードに移行する（ｓ５２）。

制御部２１は、第２の制御モードに切り替えると（ｓ５２）、倒立振子制御を中断し、主輪駆動部２６に主輪１１を、所定時間または所定回転数、強制的に回転させるよう、主輪駆動部２６を制御する。そして、制御部２１は、所定時間または所定回転数、主輪１１が回転するまで待機し（ｓ５３）、復帰処理を行う（ｓ５４）。復帰処理は、図３（Ｄ）に示すフローチャートと同じ処理である。また、制御部２１は、障害物センサが障害物を検知しなくなった場合、第１の制御モードに復帰させるようにしてもよいし、ユーザＩ／Ｆ２８により歩行者が明示的に第１の制御モードに復帰させる操作を行った（例えば一端電源をオフしてから再び電源をオンした等）場合に限り、第１の制御モードに復帰させるようにしてもよい。

図８は、ジャイロセンサ２４の検出した結果に応じて第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の例を示す図である。図８（Ａ）は、第１の制御モード時の電動手押し車１の姿勢を示す図であり、図８（Ｂ）は、第２の制御モード時の電動手押し車１の姿勢を示す図である。図８（Ｃ）は、電動手押し車１の動作を示すフローチャートである。

図８（Ａ）に示す第１の制御モード時には、上述したように倒立振子制御を常に行うことにより、本体部１０の姿勢を一定に保つ。ここで、ジャイロセンサ２４がピッチ方向の急激な角速度変化を検知したとき（ｓ６１）、制御部２１は、図８（Ｂ）に示すように、第２の制御モードに移行する（ｓ６２）。

制御部２１は、第２の制御モードに切り替えると（ｓ６２）、倒立振子制御を中断し、主輪駆動部２６に主輪１１を、所定時間または所定回転数、強制的に回転させるよう、主輪駆動部２６を制御する（ｓ６３）。そして、制御部２１は、所定時間または所定回転数、主輪１１を回転させた後、復帰処理を行う（ｓ６４）。復帰処理は、図３（Ｄ）に示すフローチャートと同じ処理である。また、制御部２１は、障害物センサが障害物を検知しなくなった場合、第１の制御モードに復帰させるようにしてもよいし、ユーザＩ／Ｆ２８により歩行者が明示的に第１の制御モードに復帰させる操作を行った（例えば一端電源をオフしてから再び電源をオンした等）場合に限り、第１の制御モードに復帰させるようにしてもよい。

１０…本体部
１１…主輪
１２…支持部
１３…補助輪
１５…ハンドル
１６…グリップ部
２１…制御部
２２…ＲＯＭ
２３…ＲＡＭ
２４…ジャイロセンサ
２５…支持部駆動部
２６…主輪駆動部
２７…補助輪駆動部
２８…ユーザＩ／Ｆ
２９…ロータリエンコーダ
３０…手動ブレーキ

Claims (4)

1. 第１の車輪と、
   該第１の車輪を回転可能に支持する本体部と、
   該本体部に一端部が連結され、ピッチ方向に回転することが可能な支持部と、
   該支持部の他端部に回転可能に支持された第２の車輪と、
   少なくとも前記第１の車輪を駆動・制御する駆動制御部と、
   前記本体部のピッチ方向の角度変化を検出するピッチ角検出部と、
   を備えた手押し車であって、
   前記駆動制御部は、前記ピッチ角検出部の出力に基づいて、前記本体部のピッチ方向の角度変化が０となるように前記少なくとも第１の車輪の回転を倒立振子制御する第１の制御モードと、
   前記本体部と前記支持部との成す角度が該第１の制御モードにおける前記角度よりも大きくなり、前記第１の車輪の回転の前記倒立振子制御を行わず、前記第１の車輪を所定時間または所定回転数、強制的に回転させる第２の制御モードと、
   を有し、
   前記手押し車の進行方向上の、前記第１の車輪の接地面における段差の有無を検出する段差検出手段と、
   前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切り替える切替手段と、をさらに備え、
   前記切替手段は、前記段差検出手段が前記段差の有無を検出した場合、前記第１の制御モードから前記第２の制御モードに切り替えることを特徴とする、
   手押し車。
2. 請求項１に記載の手押し車において、
   前記第１の車輪の回転角速度を検出する回転角速度検出手段をさらに備え、
   前記段差検出手段は、前記回転角速度検出手段が検出した回転角度の変化量に基づいて、段差を検出することを特徴とする手押し車。
3. 請求項１または請求項２に記載の手押し車において、
   前記段差の高さを検出し、該検出された高さに応じて、前記第２の制御モードに切り替えるか否かを判別する高さ判別手段を備えることを特徴とする手押し車。
4. 第１の車輪と、
   該第１の車輪を回転可能に支持する本体部と、
   該本体部に一端部が連結され、ピッチ方向に回転することが可能な支持部と、
   該支持部の他端部に回転可能に支持された第２の車輪と、
   少なくとも前記第１の車輪を駆動・制御する駆動制御部と、
   前記本体部のピッチ方向の角度変化を検出するピッチ角検出部と、
   を備える手押し車を制御するプログラムであって、
   前記駆動制御部に、前記ピッチ角検出部の出力に基づいて、前記本体部のピッチ方向の角度変化が０となるように前記少なくとも第１の車輪の回転を倒立振子制御する第１の制御モードと、
   前記本体部と前記支持部との成す角度が該第１の制御モードにおける前記角度よりも大きくなり、前記第１の車輪の回転の前記倒立振子制御を行わず、前記第１の車輪を所定時間または所定回転数、強制的に回転させる第２の制御モードと、
   を実行させ、
   前記手押し車に、前記手押し車の進行方向上の、前記第１の車輪の接地面における段差の有無を検出する段差検出機能と、
   前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切り替える切替機能と、を実現させ、
   前記切替機能に、前記段差検出機能が前記段差の有無を検出した場合、前記第１の制御モードから前記第２の制御モードに切り替えさせることを特徴とする、
   プログラム。

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