JP6299475B2 - 歩行アシストカート - Google Patents

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Description

この発明は、歩行アシストカートに関し、特に、駆動部を備える歩行アシストカートに関する。
従来、駆動部を備えるアシストカートが知られている(たとえば、特許文献1参照)。
上記特許文献1には、走行輪を駆動させるモータと、荷物を積載するための荷台部と、荷台部に積載された荷物の荷重を検出するための荷重センサとを備えるアシストカートが開示されている。このアシストカートは、荷重センサによる荷重の検出結果に応じて、目標速度を生成するとともに、生成された目標速度に基づいて、モータの出力状態を制御するように構成されている。これにより、このアシストカートでは、荷物の重量に基づくユーザのアシストが行われる。
特許第5395276号公報
しかしながら、上記特許文献1に記載のアシストカートでは、荷物の重量に基づくユーザのアシストを行うために、荷物の荷重(重量)を検出するための荷重センサを設ける必要がある。その結果、荷重センサの分、部品点数が増加するという問題点がある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、部品点数が増加するのを抑制しつつ、荷物の重量に基づくユーザの歩行のアシスト(補助)を行うことが可能な歩行アシストカートを提供することである。
この発明の一の局面による歩行アシストカートは、駆動輪を有し、荷物を積載可能なカート本体と、駆動輪を駆動させる駆動部と、カート本体の傾き角度を検出するための傾き検出部と、駆動部の駆動力およびカート本体の傾き角度に基づいて、カート本体に積載された荷物の重量を取得する制御を行うとともに、取得された荷物の重量に基づいて、ユーザの歩行をアシストするためのアシスト駆動力を取得する制御を行う制御部と、を備え、駆動部は、駆動モータを含み、制御部は、カート本体を静止させる制御を行うとともに、カート本体を静止させた場合に、カート本体を静止させるために駆動モータに流れる電流値およびカート本体の傾き角度に基づいて、カート本体に積載された荷物の重量を取得する制御を行うように構成されている。
この発明の一の局面による歩行アシストカートでは、上記のように、駆動部の駆動力およびカート本体の傾き角度に基づいて、カート本体に積載された荷物の重量を取得する制御を行うように制御部を構成する。これにより、カート本体の傾き角度に応じたアシストを行うために歩行アシストカートに通常設けられている傾き検出部と駆動源としての駆動部の駆動力とを利用して、カート本体に積載された荷物の重量を取得することができる。その結果、カート本体に荷重センサを別個に設ける必要がないので、その分、部品点数が増加するのを抑制しつつ、荷物の重量を取得することができる。そして、取得された荷物の重量に基づいて、ユーザの歩行をアシストするためのアシスト駆動力を取得する制御を行うように制御部を構成する。これにより、カート本体に積載された荷物の重量に基づくユーザの歩行のアシストを行うことができる。これらの結果、部品点数が増加するのを抑制しつつ、カート本体に積載された荷物の重量に基づくユーザの歩行のアシストを行うことができる。
また、上記のように、駆動部は、駆動モータを含み、制御部は、カート本体を静止させる制御を行うとともに、カート本体を静止させた場合に、カート本体を静止させるために駆動モータに流れる電流値およびカート本体の傾き角度に基づいて、カート本体に積載された荷物の重量を取得する制御を行うように構成されている。これにより、駆動モータを制御するために通常設けられる電流検出機構を用いて、電流値により駆動モータの駆動力を検出することができる。その結果、駆動力を検出するために部品点数が増加するのを抑制することができるので、より簡素な構成により荷物の重量を取得することができる。
上記一の局面による歩行アシストカートにおいて、好ましくは、駆動部の駆動力は、カート本体を静止させるための静止駆動力を含み、制御部は、カート本体を静止させる制御を行うとともに、カート本体を静止させた場合に、静止駆動力および静止させたカート本体の傾き角度に基づいて、カート本体に積載された荷物の重量を取得する制御を行うように構成されている。このように構成すれば、カート本体に傾きが発生する傾斜面においてカート本体を静止させる際に、静止駆動力と、カート本体の傾き角度および荷物の重力に応じて生じる傾斜面の傾斜方向における重力の分力とが釣り合うことを利用して、容易に、荷物の重量を取得することができる。
上記一の局面による歩行アシストカートにおいて、好ましくは、制御部は、取得された荷物の重量に応じて、荷物の重量に起因する力を打ち消す方向のアシスト駆動力を取得する制御を行うように構成されている。このように構成すれば、カート本体に積載された荷物の重量が反映されたアシスト駆動力を取得することができるので、より適切にユーザの歩行のアシストを行うことができる。
この場合、好ましくは、制御部は、カート本体が傾斜面に配置された際に、取得された荷物の重量に応じて、傾斜面において荷物の重量に起因する傾斜面の傾斜方向における重力の分力を打ち消す方向のアシスト駆動力を取得する制御を行うように構成されている。このように構成すれば、荷物の重量に応じた負荷がかかり易い傾斜面において、カート本体に積載された荷物の重量に応じて、荷物の重量に起因する傾斜面の傾斜方向における重力の分力を打ち消す方向のアシスト駆動力を取得することができる。これにより、より一層適切にユーザの歩行のアシストを行うことができる。
上記一の局面による歩行アシストカートにおいて、好ましくは、制御部は、カート本体を静止させた後、カート本体を静止させるために駆動モータに流れる電流値の絶対値を徐々に小さくする制御を行うとともに、カート本体の静止が解除された場合に、再びカート本体を静止させる制御を行うように構成されており、制御部は、再びカート本体を静止させた場合に、カート本体を静止させるために駆動モータに流れる電流値およびカート本体の傾き角度に基づいて、カート本体に積載された荷物の重量を取得する制御を行うように構成されている。ここで、カート本体を静止させるために駆動モータに流れる電流の電流値は、同じ路面であっても駆動モータの機械部品の摩擦抵抗および駆動輪と路面との摩擦抵抗などに起因して静止電流値取得動作ごとに異なる電流値が得られると考えられる。そこで、上記のように構成すれば、カート本体を静止させるための電流値が静止させるために必要な最小の電流値よりも大きい電流値となったとしても、静止させるために必要な最小の電流値が得られるように、カート本体を再び静止させるので、カート本体を静止させるために駆動モータに流れる電流の電流値にばらつきが生じることを抑制することができる。その結果、少なくとも電流値に基づいて取得される荷物の重量にばらつきが生じることを抑制することができる。したがって、荷物の重量に基づいて取得されるアシスト駆動力にばらつきが生じることを抑制することができるので、ユーザは、安定した歩行のアシストを享受することができる。
本発明によれば、上記のように、部品点数が増加するのを抑制しつつ、荷物の重量に基づくユーザの歩行のアシストを行うことが可能な歩行アシストカートを提供することができる。
本発明の第1実施形態による歩行アシストカートの全体構成を示す図である。 本発明の第1実施形態による歩行アシストカートの全体構成を示すブロック図である。 本発明の第1実施形態による歩行アシストカートの傾斜面における静止駆動力と重力の分力との釣り合いの状態を説明するための図である。 本発明の第1実施形態による歩行アシストカートの駆動制御処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の第1実施形態による歩行アシストカートの静止制御処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の第1実施形態による歩行アシストカートの荷物重量取得処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の第1実施形態による歩行アシストカートのアシスト制御処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の第2実施形態による歩行アシストカートのアシスト制御処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の第3実施形態による歩行アシストカートの静止制御処理を説明するためのフローチャートである。 図9の静止制御処理の続きを示すフローチャートである。 本発明の第3実施形態による歩行アシストカートの荷物重量取得処理を説明するためのフローチャートである。
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
まず、図1および図2を参照して、本発明の第1実施形態による歩行アシストカート100の構成について説明する。
本発明の第1実施形態による歩行アシストカート100は、図1に示すように、荷物B(破線により示す)を積載可能なカート本体10を備えている。また、カート本体10は、左右一対の駆動輪11(一方側のみ図示)と、左右一対の自在輪(一方側のみ図示)12と、把持部13とを有している。この歩行アシストカート100は、ユーザが把持部13を把持してカート本体10を前進または後進させる際に、ユーザの歩行のアシストを行うように構成されている。
また、図2に示すように、歩行アシストカート100は、2つの操作力検出部21と、傾き検出部22と、モータドライバ23と、2つの駆動モータ24と、2つの電流検出部25と、2つの速度検出部26と、記憶部27と、制御部28とを備えている。なお、駆動モータ24は、本発明の「駆動部」の一例である。
操作力検出部21は、把持部13に設けられており、ユーザによる操作力(カート本体10を押し引きする力)を検出するように構成されている。具体的には、操作力検出部21は、ユーザによる操作力の方向および大きさを検出するように構成されている。また、2つの操作力検出部21は、それぞれ、把持部13の左右方向の中央に対して左側および右側に設けられている。これにより、2つの操作力検出部21は、それぞれ、ユーザの左手および右手に対応する操作力を個別に検出可能なように構成されている。
傾き検出部22は、加速度センサを含み、カート本体10の傾き角度を検出するように構成されている。具体的には、図3に示すように、傾き検出部22は、路面勾配(傾斜面の傾き角度)θを、路面の水平線に対するカート本体10の傾き角度として検出するように構成されている。
モータドライバ23は、制御部28の制御に基づいて、2つの駆動モータ24に流れる電流を制御するように構成されている。具体的には、モータドライバ23は、制御部28の制御に基づいて、駆動モータ24に流れる電流のオンオフの制御、電流の流れる方向の制御、および、電流の大きさ(電流値)の制御を行うように構成されている。
駆動モータ24は、モータドライバ23の制御に基づいて、流れた電流値に応じた駆動力を発生させるように構成されている。また、2つの駆動モータ24は、それぞれ、図示しない車軸により左右の駆動輪11と連結されている。また、2つの駆動モータ24は、それぞれ、図示しない車軸を介して連結された左右の駆動輪11を、発生させた駆動力により個別に駆動させるように構成されている。
2つの電流検出部25は、それぞれ、対応する駆動モータ24に流れる電流を検出することによって、対応する駆動モータ24の駆動力を検出するように構成されている。そして、制御部28は、電流検出部25の電流の検出結果に基づいて、モータドライバ23を制御して、駆動モータ24の駆動力を調整するように構成されている。
速度検出部26は、駆動モータ24の軸の回転速度を検出することにより、カート本体10の移動速度を検出するように構成されている。また、2つの速度検出部26は、それぞれ、対応する駆動モータ24の軸の回転速度を検出するように構成されている。
記憶部27は、不揮発性のメモリであるROMおよび揮発性のメモリであるRAMを含んでいる。記憶部27は、制御部28により用いられる各種のデータおよびプログラムなどが格納されるように構成されている。詳細には、記憶部27は、後述する駆動制御処理、静止制御処理、アシスト制御処理、および、荷物重量取得処理に対応するプログラムなどが格納されるように構成されている。
制御部28は、歩行アシストカート100の各構成要素を制御するように構成されている。以下、歩行アシストカート100によるユーザのアシストに関する制御部28の構成について説明する。
制御部28は、ユーザの歩行のアシスト(補助)を行う制御(アシスト制御)、および、カート本体10を静止させる制御(静止制御)を行うように構成されている。ユーザの歩行のアシストを行う制御とは、ユーザが歩行する際に、ユーザが進行方向に進むのに要する力の一部を駆動モータ24のアシスト駆動力によりアシストするための制御である。また、カート本体10を静止させる制御とは、傾斜面などでユーザが立ち止まる際に、駆動モータ24の静止駆動力によりカート本体10をその場に保持するための制御である。つまり、アシスト駆動力は、ユーザの歩行をアシストするための駆動力であり、静止駆動力は、カート本体10を静止させるための駆動力である。
ここで、歩行アシストカート100のカート本体10には、ユーザにより荷物Bが積載される。したがって、積載された荷物Bの重量に応じて、制御部28によるアシスト制御の際のアシスト駆動力が取得されることが好ましいと考えられる。
そこで、第1実施形態では、制御部28は、カート本体10を静止させる静止制御を行うとともに、カート本体10を静止させた場合に、静止駆動力およびカート本体の傾き角度に基づいて、カート本体に積載された荷物Bの重量を取得する制御を行うように構成されている。そして、制御部28は、取得された荷物Bの重量に応じて、荷物Bの重量に起因する慣性力を打ち消す方向で、かつ、少なくとも荷物Bの重量に起因する慣性力を打ち消す大きさのアシスト駆動力を取得する制御を行うように構成されている。そして、制御部28は、取得されたアシスト駆動力が発生するように、モータドライバ23を介して駆動モータ24の制御を行うように構成されている。これにより、駆動モータ24によりアシスト駆動力を発生させて、発生させたアシスト駆動力により駆動輪11が駆動される。
次に、図3を参照して、荷物Bの重量を取得する制御の詳細について説明する。
図3では、歩行アシストカート100が傾斜面において静止された状態を示している。すなわち、静止駆動力(Fs)と、傾斜面の傾斜方向における重力の分力(Fg)とが釣り合った状態(Fs=Fgの状態)を示している。この際、駆動モータ24には、静止駆動力Fsに対応する電流値Isの電流が流れている。したがって、Fsは、比例定数をKとして、Fs=K・Isにより表すことができる。なお、比例定数Kは、駆動モータ24の性能や駆動輪11の半径に関連する値であり、設計の際に適宜決定される値である。一方、重力の分力Fgは、カート本体10の重量をM、荷物Bの重量をm、重力加速度をg、路面勾配をθとして、Fg=(M+m)g・sinθにより表すことができる。そして、Fs=Fgの関係により、下記の式(1)が得られる。
K・Is=(M+m)g・sinθ ・・・(1)
そして、式(1)を変形することにより、荷物Bの重量mを求める下記の式(2)が得られる。
m={K・Is/(g・sinθ)}−M ・・・(2)
ここで、比例定数K、重力加速度gおよびカート本体10の重量Mは、既知の値である。一方、静止駆動力Fsに対応する電流値Isおよび路面勾配θは、カート本体10が静止された状況に応じて変わる値であり、それぞれ、電流検出部25および傾き検出部22により取得される値である。したがって、電流検出部25および傾き検出部22により、それぞれ、電流値Isおよび路面勾配θを取得することにより、制御部24は、荷物Bの重量mを取得する制御を行うことができる。
なお、傾き検出部22が加速度センサの場合には、路面勾配θは、下記の式(3)により求めることができる。
θ=sin−1(Ay/g) ・・・(3)
なお、式(3)において、Ay(図3参照)は、傾斜面の傾斜方向における重力の分力に起因する加速度であり、加速度センサにより直接的に検出される。
次に、取得された荷物Bの重量mに応じて、アシスト駆動力Faを取得する制御の詳細について説明する。
制御部28は、下記の式(4)に基づいて、アシスト駆動力Faを取得する制御を行うように構成されている。
Fh:Fa=α・M:{m+(1−α)M} ・・・(4)
なお、式(4)において、Fhは、ユーザによる操作力であり、αは、0以上1以下の値を有する分配係数である。ユーザによる操作力Fhは、操作力検出部21により検出される。分配係数αは、設計の際に適宜決定される。
式(4)は、ユーザと、駆動モータ24とのそれぞれが負担する力の比率を示す式である。たとえば、α=1の場合には、カート本体10の重量Mに起因する慣性力をユーザが負担するとともに、荷物Bの重量mに起因する慣性力を駆動モータ24が負担することを示している。また、α=0.5の場合には、カート本体10の重量Mに起因する慣性力の半分をユーザが負担するとともに、カート本体10の重量Mに起因する慣性力の残りの半分と荷物Bの重量mに起因する慣性力とを駆動モータ24が負担することを示している。したがって、ユーザによる操作力Fhと、アシスト駆動力Faとが式(4)の比率になるように、アシスト駆動力Faを取得(算出)することにより、少なくとも荷物Bの重量mに起因する慣性力を打ち消す大きさのアシスト駆動力Faを取得することが可能である。その結果、荷物Bの重量mに起因する慣性力を歩行アシストカート100が負担するので、ユーザは、荷物の重量mに起因する慣性力を意識することなく、歩行アシストカート100を操作することが可能である。
次に、図4〜図7を参照して、歩行アシストカート100における制御部28の処理をフローチャートに基づいて説明する。まず、図4を参照して、静止制御およびアシスト制御を判定する駆動制御処理について、フローチャートに基づいて説明する。
まず、図4に示すように、ステップS1において、操作力が検出されたか否かを判定する制御が制御部28(図2参照)により行われる。具体的には、2つの操作力検出部21(図2参照)のうち少なくともいずれか一方により操作力が検出されたか否かを判定する制御が制御部28により行われる。操作力が検出されていないと判定された場合には、ステップS2おいて、静止制御(図5参照)が行われる。また、操作力が検出されたと判定された場合には、ステップS3において、アシスト制御(図7参照)が行われる。すなわち、駆動制御処理は、歩行アシスト移動体100が静止制御およびアシスト制御のうちいずれの制御を行うかを判定するための処理である。なお、この駆動制御処理は、1ミリ秒毎に行われる。
次に、図5を参照して、歩行アシストカート100における図4の駆動制御処理のステップS2の静止制御処理の詳細についてフローチャートに基づいて説明する。
まず、図5に示すように、ステップS11において、カート本体10の移動速度がゼロであるか否かを判定する制御が制御部28により行われる。具体的には、2つの速度検出部26により取得されたカート本体10の移動速度がゼロであるか否かを判定する制御が制御部28により行われる。カート本体10の移動速度がゼロである場合には、静止制御処理が終了されて、駆動制御処理のステップS1(図4参照)に戻る。また、カート本体10の移動速度がゼロではない場合には、ステップS12に進む。
そして、ステップS12において、カート本体10を静止させるため、速度がゼロである状態を実現するための電流値を取得(算出)する制御が制御部28により行われる。
そして、ステップS13において、ステップS12で取得された電流値をモータドライバ23に設定する制御が制御部28により行われる。これにより、駆動モータ24に流れる電流の大きさ(電流値)がモータドライバ23により制御されて、カート本体10の移動速度が減速される。そして、静止制御処理が終了されて、駆動制御処理のステップS1(図4参照)に戻る。そして、操作力が検出されない状態では、カート本体10の移動速度がゼロになるまで、ステップS11〜S13の処理が繰り返される。なお、カート本体10の移動速度がゼロになった際に駆動モータ24に流れている電流値が上記した静止駆動力Fsに対応する電流値Isである。
次に、図6を参照して、歩行アシスト移動体100における荷物重量取得処理についてフローチャートに基づいて説明する。
まず、図6に示すように、ステップS21において、カート本体10の移動速度がゼロであるか否かを判定する制御が制御部28により行われる。すなわち、カート本体10が静止されているか否かを判定する制御が制御部28により行われる。カート本体10の移動速度がゼロではない場合(静止されていない場合)には、ステップS21の処理を繰り返す。また、カート本体10の移動速度がゼロである場合(静止されている場合)には、ステップS22に進む。
そして、ステップS22において、カート本体10を静止させるための電流値Isおよびカート本体10の傾き角度(路面勾配)θに基づいて荷物Bの重量mを取得(算出)する制御が制御部28により行われる。具体的には、上記の式(2)に電流値Isおよび傾き角度θを代入することにより、荷物Bの重量mを取得(算出)する制御が制御部28により行われる。なお、歩行アシストカート100では、荷物重量取得処理は、図4の駆動制御処理とは別に2秒毎に実行されている。したがって、荷物Bの増減がある場合にも、迅速に現在の荷物Bの重量mを取得することが可能である。
次に、図7を参照して、歩行アシストカート100における図4の駆動制御処理のステップS3のアシスト制御処理の詳細についてフローチャートに基づいて説明する。
まず、図7に示すように、ステップS31において、荷物の重量mが取得されているか否かを判定する制御が制御部28により行われる。荷物の重量mが取得されている場合には、ステップS33に進む。また、荷物の重量mが取得されていない場合には、ステップS32に進む。
そして、荷物の重量mが取得されていない場合には、ステップS32において、荷物の重量mとしてゼロを設定する制御が制御部28により行われる。なお、ゼロ以外の所定の値を荷物の重量mとして設定してもよい。
そして、ステップS33において、アシスト駆動力がFaになる電流値を取得(算出)する制御が制御部28により行われる。具体的には、上記の式(4)に基づいて取得(算出)されるアシスト駆動力Faに対応する電流値を取得(算出)する制御が制御部28により行われる。
そして、ステップS34において、取得された電流値をモータドライバ23に設定する制御が制御部28により行われる。これにより、駆動モータ24に流れる電流の大きさ(電流値)がモータドライバ23により制御されて、アシスト駆動力Faによりユーザの歩行のアシストが行われる。そして、アシスト制御処理が終了されて、駆動制御処理のステップS1(図4参照)に戻る。この結果、操作力が検出される状態では、ユーザの歩行のアシストが行われ続ける。
第1実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
第1実施形態では、上記のように、駆動モータ24の静止駆動力(Fs=K・Is)およびカート本体10の傾き角度(θ)に基づいて、カート本体10に積載された荷物Bの重量(m)を取得する制御を行うように制御部28を構成する。これにより、カート本体10の傾き角度に応じたアシストを行うために歩行アシストカート100に通常設けられる傾き検出部22と駆動源としての駆動モータ24の静止駆動力を利用して、カート本体10に積載された荷物Bの重量を取得することができる。その結果、カート本体10に荷重センサを別個に設ける必要がないので、その分、部品点数が増加するのを抑制しつつ、荷物Bの重量を取得することができる。そして、取得された荷物Bの重量に基づいて、ユーザの歩行をアシストするためのアシスト駆動力(Fa)を取得する制御を行うように制御部28を構成する。これにより、カート本体10に積載された荷物Bの重量に基づくユーザの歩行のアシストを行うことができる。これらの結果、部品点数が増加するのを抑制しつつ、カート本体10に積載された荷物Bの重量に基づくユーザの歩行のアシストを行うことができる。
また、第1実施形態では、上記のように、カート本体10を静止させる制御を行うとともに、カート本体10を静止させた場合に、静止駆動力および静止させたカート本体10の傾き角度に基づいて、カート本体10に積載された荷物Bの重量を取得する制御を行うように制御部28を構成する。これにより、カート本体10に傾きが発生する傾斜面においてカート本体10を静止させる際に、静止駆動力(Fs)と、カート本体10の傾き角度および荷物Bの重力に応じて生じる傾斜面の傾斜方向における重力の分力((M+m)g・sinθ)とが釣り合うことを利用して、容易に、荷物Bの重量を取得することができる。
また、第1実施形態では、上記のように、取得された荷物Bの重量に応じて、荷物Bの重量に起因する力を打ち消す方向のアシスト駆動力を取得する制御を行うように制御部28を構成する。これにより、カート本体10に積載された荷物Bの重量が反映されたアシスト駆動力を取得することができるので、より適切にユーザの歩行のアシストを行うことができる。
また、第1実施形態では、上記のように、カート本体10を静止させる制御を行うとともに、カート本体10を静止させた場合に、カート本体10を静止させるために駆動モータ24に流れる電流値(Is)およびカート本体10の傾き角度に基づいて、カート本体10に積載された荷物Bの重量を取得する制御を行うように制御部28を構成する。これにより、駆動モータ24を制御するために通常設けられる電流検出部25を用いて、電流値により駆動モータ24の静止駆動力を検出することができる。その結果、静止駆動力を検出するために部品点数が増加するのを抑制することができるので、より簡素な構成により荷物Bの重量を取得することができる。
(第2実施形態)
次に、図1〜図4および図8を参照して、第2実施形態について説明する。この第2実施形態では、少なくとも荷物Bの重量に起因する慣性力を打ち消す大きさのアシスト駆動力を取得した上記第1実施形態の構成に加えて、傾斜面において荷物Bの重量およびカート本体10の重量に起因する傾斜面の傾斜方向における重力の分力を打ち消す大きさのアシスト駆動力を取得する例について説明する。
本発明の第2実施形態による歩行アシストカート200は、図1に示すように、カート本体10に荷物Bが積載されている。また、歩行アシストカート200は、図2に示すように、制御部128を備えている。なお、上記第1実施形態と同一の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
制御部128は、上記第1実施形態と同様に、カート本体10を静止させる静止制御を行うとともに、カート本体10を静止させた場合に、静止駆動力(図3参照)およびカート本体の傾き角度(図3参照)に基づいて、カート本体に積載された荷物Bの重量を取得する制御を行うように構成されている。そして、制御部128は、取得された荷物Bの重量に応じて、荷物Bの重量に起因する慣性力を打ち消す方向で、かつ、少なくとも荷物Bの重量に起因する慣性力を打ち消す大きさのアシスト駆動力を取得する制御を行うように構成されている。
ここで、図3に示すように、カート本体10が傾斜面に配置された際には、カート本体10に、荷物Bの重量およびカート本体10の重量に起因する傾斜面の傾斜方向における重力の分力(図3のFg)が発生する。したがって、傾斜面では、ユーザは、重力の分力の分、平地を走行する場合よりも余分に操作力を加える必要がある。
そこで、第2実施形態では、制御部128は、カート本体10が傾斜面に配置された際に、取得された荷物Bの重量に応じて、傾斜面において荷物Bの重量およびカート本体10の重量に起因する傾斜面の傾斜方向における重力の分力(図3のFg)を打ち消す方向で、かつ、重力の分力(図3のFg)を打ち消す大きさのアシスト駆動力を取得する制御を行うように構成されている。以下、取得されるアシスト駆動力をFa、ユーザによる操作力をFh、重力の分力をFg(=(M+m)g・sinθ)、カート本体10の重量をM、荷物Bの重量m、重力加速度をg、路面勾配をθ、分配係数をαとして、説明する。なお、分配係数αは、上記第1実施形態と同様に、0以上1以下の値を有し、設計の際に適宜決定される値である。
具体的には、制御部128は、下記の式(5)に基づいて、アシスト駆動力Faを取得する制御を行うように構成されている。
Fh:(Fa−Fg)=α・M:{m+(1−α)M} ・・・(5)
式(5)は、ユーザと、駆動モータ24とのそれぞれが負担する力の比率を示す式である。また、式(5)において、(Fa−Fg)の項は、駆動モータ24が重力の分力Fgに対応する駆動力を固定値として発生させることを示している。たとえば、α=1の場合には、カート本体10の重量Mに起因する慣性力をユーザが負担するとともに、荷物Bの重量mに起因する慣性力(Fa−Fg)および重力の分力Fgを駆動モータ24が負担することを示している。したがって、ユーザによる操作力Fhと、アシスト駆動力Faとが式(5)の比率になるように、アシスト駆動力Faを取得(算出)することにより、少なくとも荷物Bの重量mに起因する慣性力を打ち消す大きさで、かつ、重力の分力Fgを打ち消す大きさのアシスト駆動力Faを取得することが可能である。その結果、荷物Bの重量mに起因する慣性力を歩行アシストカート200が負担するので、ユーザは、荷物の重量mに起因する慣性力を意識することがない。加えて、歩行アシストカート200が傾斜面に配置された際には、重力の分力Fgを歩行アシストカート200がアシストするので、ユーザは、傾斜面においても平地と同様の操作感覚で歩行アシストカート200を操作することが可能である。
次に、図8を参照して、第2実施形態の歩行アシストカート200における図4の駆動制御処理のステップS3のアシスト制御処理の詳細をフローチャートに基づいて説明する。なお、図7に示した上記第1実施形態と同一の処理については、同じ符号を付してその説明を省略する。
まず、図8に示すように、ステップS31において、荷物の重量mが取得されているか否かを判定する制御が制御部128により行われる。そして、荷物の重量mが取得されている場合には、ステップS33aに進む。また、荷物の重量mが取得されていない場合には、ステップS32において、荷物の重量mとしてゼロを設定する制御が制御部128により行われて、ステップS33aに進む。なお、ゼロ以外の所定の値を荷物の重量mとして設定してもよい。
そして、ステップS33aにおいて、アシスト駆動力がFaになる電流値を取得(算出)する制御が制御部128により行われる。具体的には、上記の式(5)に基づいて取得(算出)されるアシスト駆動力Faに対応する電流値を取得(算出)する制御が制御部128により行われる。その後、ステップS34の処理が実行された後、アシスト制御処理が終了されて、駆動制御処理のステップS1(図4参照)に戻る。
なお、第2実施形態のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。
第2実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
第2実施形態では、上記のように、駆動モータ24の静止駆動力(Fs=K・Is)およびカート本体10の傾き角度(θ)に基づいて、カート本体10に積載された荷物Bの重量(m)を取得するとともに、取得された荷物Bの重量に基づいて、ユーザの歩行をアシストするためのアシスト駆動力(Fa)を取得する制御を行うように制御部128を構成する。これにより、上記第1実施形態と同様に、部品点数が増加するのを抑制しつつ、カート本体10に積載された荷物Bの重量に基づくユーザの歩行のアシストを行うことができる。
また、第2実施形態では、上記のように、カート本体が傾斜面に配置された際に、取得された荷物Bの重量に応じて、傾斜面において荷物Bの重量に起因する傾斜面の傾斜方向における重力の分力(Fg=(m+M)g・sinθ)を打ち消す方向のアシスト駆動力を取得する制御を行うように制御部128を構成する。これにより、荷物Bの重量に応じた負荷がかかり易い傾斜面において、カート本体に積載された荷物Bの重量に応じて、荷物Bの重量に起因する傾斜面の傾斜方向における重力の分力を打ち消す方向のアシスト駆動力を取得することができる。これにより、より一層適切にユーザの歩行のアシストを行うことができる。
なお、第2実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。
(第3実施形態)
次に、図1〜図4および図9〜図11を参照して、第3実施形態について説明する。この第3実施形態では、上記第1および第2実施形態とは異なり、路面の摩擦抵抗などを考慮した静止駆動力(Fs=K・Is)を取得して、荷物の重量を取得する例について説明する。
本発明の第3実施形態による歩行アシストカート300は、図1に示すように、カート本体10に荷物Bが積載されている。また、歩行アシストカート300は、図2に示すように、制御部228を備えている。なお、上記第1および第2実施形態と同一の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
制御部228は、上記第1および第2実施形態と同様に、カート本体10を静止させる静止制御を行うとともに、カート本体10を静止させた場合に、静止駆動力(図3参照)およびカート本体の傾き角度(図3参照)に基づいて、カート本体に積載された荷物Bの重量を取得する制御を行うように構成されている。そして、制御部228は、取得された荷物Bの重量に応じて、アシスト駆動力を取得する制御を行うように構成されている。
ここで、カート本体10を静止させるために駆動モータ24に流れる電流の電流値は、同じ路面であっても駆動モータ24の機械部品の摩擦抵抗および駆動輪11と路面との摩擦抵抗などに起因して静止電流値取得動作ごとに異なる電流値が得られると考えられる。たとえば、駆動モータ24の静止駆動力とは反対の方向の摩擦力が働く場合には、摩擦力の分、本来の釣り合いの電流値よりも少しだけ大きい電流値で静止駆動力と重力の分力とが釣り合ってしまう。また、反対に、駆動モータ24の静止駆動力と同じ方向の摩擦力が働く場合には、摩擦力の分、本来の釣り合いの電流値よりも少しだけ小さい電流値で静止駆動力と重力の分力とが釣り合ってしまう。したがって、同じ路面であっても駆動モータ24の機械部品の摩擦抵抗および駆動輪11と路面との摩擦抵抗などに起因して静止電流値取得動作ごとに異なる電流値が得られてしまう。その結果、カート本体10を静止させるために駆動モータ24に流れる電流の電流値にばらつきが生じてしまう。
そこで、第3実施形態では、駆動制御処理(図4参照)のうちの静止制御処理において、制御部228は、カート本体10を静止させた後、カート本体10を静止させるために駆動モータ24に流れる電流値の絶対値を徐々に小さくする制御を行うとともに、カート本体10の静止が解除された場合に、再びカート本体10を静止させる制御を行うように構成されている。そして、制御部228は、再びカート本体10を静止させた場合に、カート本体10を静止させるために駆動モータ24に流れる電流値およびカート本体10の傾き角度に基づいて、カート本体10に積載された荷物Bの重量を取得する制御を行うように構成されている。これにより、カート本体10を静止させるための電流値が静止させるために必要な最小の電流値(駆動モータ24の静止駆動力と同じ方向の摩擦力が働く場合の電流値)よりも大きい電流値となったとしても、静止させるために必要な最小の電流値が得られるように、カート本体10を再び静止させるので、カート本体10を静止させるために駆動モータ24に流れる電流の電流値にばらつきが生じてしまうのを抑制することが可能である。
次に、図9および図10を参照して、第3実施形態の歩行アシストカート300における図4の駆動制御処理のステップS2の静止制御処理の詳細をフローチャートに基づいて説明する。ここでは、ユーザが把持部13の把持を解除した際から、時系列に沿って歩行アシストカート300における静止制御処理を説明する。なお、理解の容易のため、図4の駆動制御処理におけるステップS1において、操作力が検出されていない(No)と判定される状態が続くものとして説明する。
まず、図9に示すように、ステップS41において、速度がゼロであるか否かを判定する制御が制御部228により行われる。具体的には、2つの速度検出部26により取得されたカート本体10の移動速度がゼロであるか否かを判定する制御が制御部228により行われる。カート本体10の移動速度がゼロである場合には、ステップS45に進む。また、カート本体10の移動速度がゼロではない場合には、ステップS42に進む。ユーザが把持部13の把持を解除した際には、カート本体10の移動速度がゼロではないと考えられるので、ステップS42に進む。
そして、ステップS42において、いずれの静止到達モードであるかを判定する制御が制御部228により行われる。静止到達モードは、歩行アシストカート300が静止制御のいずれの段階であるかを判定するための設定値のことである。静止到達モードは、0〜3の値で表され、数字が大きいほど、静止制御の段階が進んでいることを表している。この歩行アシストカート300では、ユーザが把持部13の把持を解除した際(すなわち、操作力が検出されない際)には、静止到達モードは、0に設定される。したがって、まず、ステップS42では、静止到達モードが0であると判定されて、静止到達モードの設定が変更されることなく、ステップS43に進む。
そして、ステップS43において、カート本体10を静止させるため、速度がゼロである状態を実現するための電流値を取得(算出)する制御が制御部228により行われる。
そして、ステップS44において、ステップS43で取得された電流値をモータドライバ23に設定する制御が制御部228により行われる。これにより、駆動モータ24に流れる電流の大きさ(電流値)がモータドライバ23により制御されて、カート本体10の移動速度が減速される。そして、図4のステップS1を経て、ステップS41に戻り、カート本体10の移動速度がゼロになるまで、ステップS41〜S44の処理が繰り返される。そして、カート本体10の移動速度がゼロになった場合には、ステップS41において、カート本体10の移動速度がゼロであると判定されて、ステップS45(図10参照)に進む。
そして、図10に示すように、ステップS45において、いずれの静止到達モードであるかを判定する制御が制御部228により行われる。ユーザが把持部13の把持を解除した際の初回の処理では、静止到達モードが0に設定されているので、ステップS46に進む。
そして、ステップS46において、静止到達モードを1(1回目の静止状態を示す値)に設定する制御が制御部228により行われる。そして、ステップS47に進む。
そして、ステップS47において、静止到達モードが1であるか否かを判定する制御が制御部228により行われる。ステップS46において、静止到達モードが1に設定されているので、静止到達モードが1であると判定されて、ステップS48に進む。
そして、ステップS48において、現在駆動モータ24に流れる電流値の絶対値を少しだけ小さくした電流値を取得する制御が制御部228により行われる。そして、ステップS44(図9参照)に進む。なお、ここで電流値の絶対値としているのは、静止駆動力の方向により電流の正負が異なることを考慮しているためである。そして、図9に示すように、ステップS44において、ステップS48で取得された電流値をモータドライバ23に設定する制御が制御部228により行われる。これにより、駆動モータ24に流れる電流の大きさ(電流値)がモータドライバ23により制御されて、静止駆動力が調整される。そして、図4のステップS1を経て、ステップS41に戻り、カート本体10の静止が解除されるまで、ステップS45〜S48およびステップS44の処理が繰り返される。これにより、カート本体10を静止させた後、カート本体10を静止させるために駆動モータ24に流れる電流値の絶対値を徐々に小さくする制御が制御部228により行われる。そして、カート本体10の静止が解除された場合には、ステップS41において、カート本体10の移動速度がゼロではないと判定されて、ステップS42に進む。そして、ステップS42において、静止到達モードが1であると判定されて、ステップS49に進む。
そして、ステップS49において、静止到達モードを2(1回目の静止状態が解除された状態を示す値)に設定する制御が制御部228により行われる。そして、ステップS43に進み、カート本体10の静止が解除されている(カート本体10が動いている)ので、カート本体10の移動速度がゼロである状態を実現するための電流値を取得(算出)する制御が制御部228により行われる。そして、ステップS44において、ステップS43で取得された電流値がモータドライバ23に設定された後、図4のステップS1を経て、ステップS41に戻る。ステップS41では、カート本体10の移動速度がゼロではないと判定されて、ステップS42に進む。そして、ステップS42では、静止到達モードが2に設定されているので、静止到達モードの設定が変更されることなく、ステップS43に進む。そして、ステップS43およびS44の処理が実行されるとともに、カート本体10の移動速度がゼロになるまで、ステップS41〜S44の処理が実行される。これにより、カート本体10の静止が解除された場合に、再びカート本体10を静止させる制御が制御部228により行われる。そして、カート本体10の移動速度がゼロになった場合には、再びステップS45に進む。そして、図10に示すように、ステップS45において、静止到達モードが2であると判定されて、ステップS50に進む。
そして、ステップS50において、静止到達モードを3(2回目の静止状態を示す値)に設定する制御が制御部228により行われる。なお、静止到達モードが3に設定された際の電流値が静止駆動力に対応する電流値Isである。そして、後述する図11の荷物重量取得処理において、この静止到達モード3において駆動モータ24に流れる電流値が取得される。そして、駆動モータ24に流れる電流値およびカート本体10の傾き角度に基づいて、荷物Bの重量を取得する制御が制御部228により行われる。その後、図4のステップS1において操作力が検出されない限り、静止制御処理が繰り返される。なお、図4のステップS1において操作力が検出された場合には、図7に示すアシスト制御が行われる。
また、静止到達モードが3に設定された後、荷物Bがユーザにより取り出されるなどしてカート本体10が動き始めた場合には、ステップS41において、カート本体10の移動速度がゼロではないと判定されて、ステップS42に進む。そして、ステップS42において、静止到達モードが3であると判定されて、ステップS51に進む。ステップS51では、静止到達モードを0に設定する制御が制御部228により行われる。これにより、再び静止到達モードが0の状態から、静止制御が行われる。
次に、図11を参照して、第3実施形態の歩行アシストカート300における荷物重量取得処理についてフローチャートに基づいて説明する。なお、図6に示した上記第1実施形態と同一の処理については、同じ符号を付してその説明を省略する。
まず、図11に示すように、ステップS21aにおいて、静止到達モードが3であるか否かを判定する制御が制御部228により行われる。すなわち、カート本体10の静止が解除された後、再びカート本体10が静止された状態であるか否かを判定する制御が制御部228により行われる。静止到達モードが3ではない場合には、ステップS21aの処理を繰り返す。また、静止到達モードが3である場合には、ステップS22に進み、静止させるための電流値Isおよび傾き角度(路面勾配)θに基づいて、荷物Bの重量mを取得(算出)する制御が制御部228により行われる。
なお、第3実施形態のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。
第3実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
第3実施形態では、上記のように、駆動モータ24の静止駆動力(Fs=K・Is)およびカート本体10の傾き角度(θ)に基づいて、カート本体10に積載された荷物Bの重量(m)を取得するとともに、取得された荷物Bの重量に基づいて、ユーザの歩行をアシストするためのアシスト駆動力(Fa)を取得する制御を行うように制御部228を構成する。これにより、上記第1実施形態と同様に、部品点数が増加するのを抑制しつつ、カート本体10に積載された荷物Bの重量に基づくユーザの歩行のアシストを行うことができる。
また、第3実施形態では、上記のように、カート本体10を静止させた後、カート本体10を静止させるために駆動モータ24に流れる電流値の絶対値を徐々に小さくする制御を行うとともに、カート本体10の静止が解除された場合に、再びカート本体10を静止させる制御を行うように制御部228を構成する。そして、再びカート本体10を静止させた場合に、カート本体10を静止させるために駆動モータ24に流れる電流値およびカート本体10の傾き角度に基づいて、カート本体10に積載された荷物Bの重量を取得する制御を行うように制御部228を構成する。これにより、カート本体10を静止させるための電流値が静止させるために必要な最小の電流値よりも大きい電流値となったとしても、静止させるために必要な最小の電流値が得られるように、カート本体10を再び静止させるので、カート本体10を静止させるために駆動モータ24に流れる電流の電流値にばらつきが生じることを抑制することができる。その結果、少なくとも電流値に基づいて取得される荷物Bの重量にばらつきが生じることを抑制することができる。したがって、荷物Bの重量に基づいて取得されるアシスト駆動力にばらつきが生じることを抑制することができるので、ユーザは、安定した歩行のアシストを享受することができる。
なお、第3実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
たとえば、上記第1〜第3実施形態では、傾き検出部22として加速度センサを用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、傾き検出部として加速度センサ以外のセンサを用いてもよい。たとえば、傾き検出部としてジャイロセンサを用いてもよい。また、ジャイロセンサと加速度センサとの両方を傾き検出部として用いてもよい。
また、上記第1〜第3実施形態では、駆動モータ24の静止駆動力およびカート本体10の傾き角度に基づいて、荷物Bの重量を取得した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、静止駆動力以外の駆動力およびカート本体10の傾き角度に基づいて、荷物Bの重量を取得してもよい。
また、上記第1〜第3実施形態では、電流検出部25により駆動モータ24に流れる電流を検出した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部により駆動モータに流れる電流を検出してもよい。
また、上記第1〜第3実施形態では、電流検出部25により駆動モータ24に流れる電流を検出することによって、駆動モータ24の駆動力を検出した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、電流以外を検出することによって、駆動モータ24の駆動力を検出してもよい。
また、上記第1実施形態では、少なくとも荷物Bの重量に起因する慣性力を打ち消す大きさのアシスト駆動力を取得した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、荷物Bの重量に応じてアシスト駆動力を取得すれば、荷物Bの重量に起因する慣性力の一部を打ち消す大きさのアシスト駆動力を取得してもよい。
また、上記第2実施形態では、傾斜面において荷物Bの重量およびカート本体10の重量に起因する傾斜面の傾斜方向における重力の分力(図3のFg)を打ち消す大きさのアシスト駆動力を取得した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、傾斜面において荷物Bの重量およびカート本体10の重量に起因する傾斜面の傾斜方向における重力の分力の一部を打ち消す大きさのアシスト駆動力を取得してもよい。また、本発明では、傾斜面において荷物Bの重量のみに起因する傾斜面の傾斜方向における重力の分力の一部または全部を打ち消す大きさのアシスト駆動力を取得してもよい。
また、上記第1〜第3実施形態では、説明の便宜上、本発明の制御部28(128、228)の処理を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローチャートを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部28(128、228)の処理動作を、イベントごとに処理を実行するイベント駆動型(イベントドリブン型)の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。
10 カート本体
11 駆動輪
22 傾き検出部
24 駆動モータ(駆動部)
28、128、228 制御部
100、200、300 歩行アシストカート
B 荷物

Claims (5)

  1. 駆動輪を有し、荷物を積載可能なカート本体と、
    前記駆動輪を駆動させる駆動部と、
    前記カート本体の傾き角度を検出するための傾き検出部と、
    前記駆動部の駆動力および前記カート本体の傾き角度に基づいて、前記カート本体に積載された前記荷物の重量を取得する制御を行うとともに、取得された前記荷物の重量に基づいて、ユーザの歩行をアシストするためのアシスト駆動力を取得する制御を行う制御部と、を備え
    前記駆動部は、駆動モータを含み、
    前記制御部は、前記カート本体を静止させる制御を行うとともに、前記カート本体を静止させた場合に、前記カート本体を静止させるために前記駆動モータに流れる電流値および前記カート本体の傾き角度に基づいて、前記カート本体に積載された前記荷物の重量を取得する制御を行うように構成されている、歩行アシストカート。
  2. 前記駆動部の駆動力は、前記カート本体を静止させるための静止駆動力を含み、
    前記制御部は、前記カート本体を静止させる制御を行うとともに、前記カート本体を静止させた場合に、前記静止駆動力および静止させた前記カート本体の傾き角度に基づいて、前記カート本体に積載された前記荷物の重量を取得する制御を行うように構成されている、請求項1に記載の歩行アシストカート。
  3. 前記制御部は、取得された前記荷物の重量に応じて、前記荷物の重量に起因する力を打ち消す方向の前記アシスト駆動力を取得する制御を行うように構成されている、請求項1または2に記載の歩行アシストカート。
  4. 前記制御部は、前記カート本体が傾斜面に配置された際に、取得された前記荷物の重量に応じて、傾斜面において前記荷物の重量に起因する傾斜面の傾斜方向における重力の分力を打ち消す方向の前記アシスト駆動力を取得する制御を行うように構成されている、請求項3に記載の歩行アシストカート。
  5. 前記制御部は、前記カート本体を静止させた後、前記カート本体を静止させるために前記駆動モータに流れる電流値の絶対値を徐々に小さくする制御を行うとともに、前記カート本体の静止が解除された場合に、再び前記カート本体を静止させる制御を行うように構成されており、
    前記制御部は、再び前記カート本体を静止させた場合に、前記カート本体を静止させるために前記駆動モータに流れる電流値および前記カート本体の傾き角度に基づいて、前記カート本体に積載された前記荷物の重量を取得する制御を行うように構成されている、請求項に記載の歩行アシストカート。
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