JP6511277B2 - パワーアシスト台車 - Google Patents

Description

本発明は、パワーアシスト機能を有する台車に関する。

従来、人力を動力によって補助するパワーアシスト付きの台車が提案されている。例えば、操作部に加えられた外力に応じたトルクのアシスト力を発生させることが行われている（例えば、特許文献１参照）。また、持ち手の角度に応じてモータの加速度を変更することも行われている（例えば、特許文献２参照）。

特開平８−２８２４９８号公報 特開２０１１−１１５７７号公報

しかしながら、従来のパワーアシストでは、通常、入力された外力や角度等に応じて、決められたトルクや加速度のアシスト力が発生されるため、台車の状況に適切に対応することができないという問題があった。例えば、台車が坂道に置かれていたり、台車に非常に重たい荷物が載せられていたりした場合には、それに応じてユーザが操作部に加える外力や持ち手の角度を変化させることにより、より多くのアシスト力を発生させたり、アシスト力を減らしたりすることになっていた。また、そのような傾斜や荷重の変化に対応するためには、上記特許文献１に記載されているように、傾斜検出器や積載状態検出器を備える必要があった。

本発明は、上記状況に応じてなされたものであり、台車の置かれている状況や積載状況が変化したとしても、いつも同様の操作に応じて同様の動作を行うパワーアシスト台車を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明によるパワーアシスト台車は、操作用ハンドル、及び車輪を有する台車と、台車の車輪を駆動するモータと、操作用ハンドルに加えられた操作力を取得する操作力取得部と、操作力を含む入力情報から、入力情報に応じたモータの動作に関する動作情報を特定できる情報である動作特定情報が記憶される記憶部と、動作特定情報を用いて、操作力取得部が取得した操作力を含む入力情報に応じた動作情報である目標動作情報を取得する目標動作情報取得部と、モータの動作に関する現在値を取得する現在値取得部と、現在値取得部が取得した現在値を用いて、目標動作情報に応じた動作を行うようにモータを制御する制御部と、を備え、動作特定情報は、モータを動作させない状態においてユーザが台車を操作する際に取得された入力情報と、現在値に応じた動作情報とに応じた情報である、ものである。
このような構成により、入力情報に応じた動作情報である目標動作情報に応じた動作を行うようにモータが制御されることになる。したがって、台車の置かれている状況や積載状況が変化したとしても、ユーザの操作に対して、台車は同じ動作を行うことになる。

また、本発明によるパワーアシスト台車では、モータを動作させない状態においてユーザが台車を操作している際に操作力取得部によって取得された操作力を含む入力情報と現在値取得部によって取得された現在値に応じた動作情報とに応じた動作特定情報を記憶部に蓄積する蓄積部をさらに備えてもよい。
このような構成により、１個のパワーアシスト台車において、動作特定情報の蓄積と、その動作特定情報を用いた台車のパワーアシストとの両方が行われることになる。その結果、例えば、車輪の回転や旋回のなめらかさなどに台車ごとの差があったとしても、その差を考慮したパワーアシストがなされることになる。

また、本発明によるパワーアシスト台車では、記憶部では、ユーザを識別するユーザ識別子と、動作特定情報とが対応付けられて記憶され、ユーザ識別子を受け付ける受付部をさらに備え、目標動作情報取得部は、受付部が受け付けたユーザ識別子に対応する動作特定情報を用いて目標動作情報を取得してもよい。
このような構成により、例えば、ユーザごとに台車の操作に関する個性があったとしても、それに応じたパワーアシストを行うことができるようになる。

また、本発明によるパワーアシスト台車では、動作情報は、モータの加速度であり、入力情報は、モータの速度をも含んでもよい。
このような構成により、入力情報にモータの速度も含まれるため、例えば、速度の大きさに依存する摩擦を考慮したパワーアシストを行うことが可能となる。

また、本発明によるパワーアシスト台車では、台車は、自在車輪を有しており、自在車輪の角度を制御する角度制御モータと、自在車輪の角度を取得する角度取得部と、をさらに備え、動作特定情報は、操作力を含む入力情報から、入力情報に応じた動作情報及び自在車輪の角度を特定できる情報であり、目標動作情報取得部は、動作特定情報を用いて、操作力取得部が取得した操作力を含む入力情報に応じた自在車輪の角度である目標角度をも取得し、制御部は、角度取得部が取得した角度が、目標角度となるように角度制御モータをも制御してもよい。
このような構成により、操作力に応じて、自在車輪の方向もアシストできることになる。

また、本発明によるパワーアシスト台車では、台車は、自在車輪を有しており、自在車輪の角度を取得する角度取得部をさらに備え、入力情報は、角度取得部が取得した角度をも含んでもよい。
このような構成により、自在車輪の角度に応じてパワーアシストを行うことができるようになり、より細かいアシストが可能となる。

また、本発明によるパワーアシスト台車では、動作特定情報は、車輪に摩擦を加えている際に取得された入力情報と、現在値に応じた動作情報とに応じた情報であってもよい。
このような構成により、動作特定情報を取得する際に、台車が少しの力では動かないようにすることができる。その結果、パワーアシスト時にも同様の動作が行われることになり、ユーザにとって安心感のある動作となる。

本発明によるパワーアシスト台車によれば、台車の置かれている状況や積載状況等が変化しても、ユーザの操作に対して、台車が同じ動作を行うようにアシストすることができる。

本発明の実施の形態によるパワーアシスト台車の外観を示す図 同実施の形態によるパワーアシスト台車を示す底面図 同実施の形態によるパワーアシスト台車の制御系の構成を示すブロック図 同実施の形態によるパワーアシスト台車の動作を示すフローチャート 同実施の形態によるパワーアシスト台車の動作を示すフローチャート 同実施の形態によるパワーアシスト台車の制御系の構成の他の一例を示すブロック図 同実施の形態におけるユーザ識別子の受付部の一例を示す図 同実施の形態によるパワーアシスト台車の制御系の構成の他の一例を示すブロック図 同実施の形態によるパワーアシスト台車の制御系の構成の他の一例を示すブロック図 同実施の形態における摩擦部の一例を示す図 本発明の実施の形態によるパワーアシスト台車の他の一例を示す部分外観図

以下、本発明によるパワーアシスト台車について、実施の形態を用いて説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素及びステップは同一または相当するものであり、再度の説明を省略することがある。本実施の形態によるパワーアシスト台車は、操作力を含む入力情報から、モータの動作に関する動作情報を特定できる動作特定情報を保持しており、取得された操作力を含む入力情報に応じた動作情報である目標動作情報を用いてモータ１２を制御するものである。

図１Ａは、本実施の形態によるパワーアシスト台車１を示す外観図であり、図１Ｂは、パワーアシスト台車１の底面図であり、図２は、パワーアシスト台車１の制御関係の構成を示すブロック図である。本実施の形態によるパワーアシスト台車１は、台車２と、操作力取得部１１と、モータ１２ａ，１２ｄと、現在値取得部１３と、記憶部１４と、目標動作情報取得部１５と、制御部１６と、蓄積部１７とを備える。台車２は、操作用ハンドル２１と、車輪２２ａ〜２２ｄと、荷台２３とを有する。なお、モータ１２ａ，１２ｄを特に区別しない場合には、モータ１２と呼ぶものとする。また、現在値取得部１３等の制御に関する構成は、台車２の裏面側に存在してもよい。

操作用ハンドル２１は、台車２を操作する際にユーザが把持するハンドルである。操作用ハンドル２１は、通常、荷台２３の長さ方向の一端に設けられているが、そうでなくてもよい。また、図１Ａ，図１Ｂでは、台車２が４個の車輪２２ａ〜２２ｄを有する場合について示しているが、台車２は１個以上の車輪を有していればよく、その個数は問わない。１個の車輪を有する台車２は、例えば、一輪運搬車（一輪手押し車）であってもよい。なお、車輪２２ａ〜２２ｄのそれぞれを特に区別しない場合には、車輪２２と呼ぶものとする。車輪２２は、旋回可能な自在車輪（操舵車輪）であってもよく、旋回できない固定車輪であってもよい。図１Ａ，図１Ｂで示される台車２では、車輪２２ａ，２２ｄが固定車輪であり、車輪２２ｂ，２２ｃが自在車輪であるとする。以下、自在車輪２２ｂ，２２ｃが固定車輪２２ａ，２２ｄと同じ向き（角度）である場合に台車２が移動可能な方向を前後方向と呼び、それに直角な方向（水平面内の方向）を左右方向と呼ぶことがある。また、台車２は、図１Ａで示されるように、オープンな荷台２３を有していてもよく、または、壁などで囲われた荷台を有していてもよい。後者の場合として、例えば、配膳車などの運搬用台車を挙げることができる。また、車輪２２は、オムニホイールであってもよい。

操作力取得部１１は、操作用ハンドル２１に加えられた操作力を取得する。操作力取得部１１は、例えば図１Ａで示されるように、操作用ハンドル２１の荷台２３への連結部に設けられていてもよい。その操作力取得部１１は、操作用ハンドル２１の第１の連結部において、左右方向と前後方向の操作力をそれぞれ検出する歪ゲージと、操作用ハンドル２１の第２の連結部において、左右方向と前後方向の操作力をそれぞれ検出する歪ゲージとから構成されてもよい。その場合には、操作力取得部１１は、合計４方向の操作力を検出することになる。その各操作力をＦ１〜Ｆ４とする。なお、操作力取得部１１が取得する操作力の個数は、台車２の自由度以上であることが好適であるが、そうでなくてもよい。例えば、図１Ａで示される台車の自由度は２であるため、２個以上の操作力の取得されることが好適である。また、操作力取得部１１が操作力を取得する方法は問わない。歪ゲージ等の力を検出するセンサを用いて操作力を取得してもよく、外乱オブザーバによって操作力を取得してもよい。外乱オブザーバを用いる場合には、外乱に応じた力を操作力として取得することになる。また、操作力取得部１１が取得する操作力は、厳密な意味での力であってもよく、または、力と相関のある値であってもよい。後述する説明から明らかなように、操作力の値そのものが重要なのではなく、操作力と動作情報との対応関係が重要だからである。なお、力と相関のある値である操作力は、例えば、歪ゲージによって取得される歪量や、抵抗の変化量などであってもよい。また、操作用ハンドル２１に加えられた操作力を取得する方法は、歪ゲージを用いた方法に限定されないことは言うまでもない。例えば、力覚センサを用いて操作力が取得されてもよく、上記特許文献１に記載された力検出器等の各種のセンサを用いて操作力が取得されてもよい。

モータ１２は、台車２の車輪２２を駆動する。なお、そのモータ１２によって駆動される車輪２２の個数や、モータ１２の個数は問わない。モータ１２による駆動対象となるのは、台車２が有する車輪２２のすべてであってもよく、または一部であってもよい。また、１個のモータ１２によって２個以上の車輪２２が駆動されてもよく、または、１個のモータ１２によって１個の車輪２２が駆動されてもよい。本実施の形態によるパワーアシスト台車１では、２個のモータ１２ａ，１２ｄを備えており、それぞれ固定車輪２２ａ，２２ｄを独立して駆動するものとする。なお、モータ１２の個数は、台車２の自由度以上であることが好適であるが、そうでなくてもよい。

現在値取得部１３は、モータ１２の動作に関する現在値を取得する。現在値とは、モータ１２の現在の動作に関する値であり、例えば、モータ１２の現在の速度（角速度）であってもよく、モータ１２の現在の加速度（角加速度）であってもよく、モータ１２の現在の電流値（トルク）であってもよく、それらの任意の２以上の組合せであってもよい。本実施の形態では、現在値がモータ１２の現在速度である場合について主に説明する。なお、モータ１２がエンコーダ付きモータである場合には、現在値取得部１３は、そのエンコーダ値を用いて現在値を取得してもよい。また、現在値取得部１３は、モータ１２の回転位置や回転速度等を取得するセンサ等を用いて現在値を取得してもよい。なお、現在値取得部１３が取得する現在値の個数は、通常、モータ１２の個数と同じである。

記憶部１４では、動作特定情報が記憶される。動作特定情報は、操作力を含む入力情報から、その入力情報に応じたモータ１２の動作に関する動作情報を特定できる情報である。本実施の形態では、その入力情報が操作力である場合について主に説明する。なお、入力情報に操作力以外の情報が含まれている場合については後述する。その動作特定情報は、モータ１２を動作させない状態（すなわち、パワーアシストのない状態）においてユーザが台車２を操作する際に取得された入力情報と、現在値に応じた動作情報とに応じた情報である。現在値に応じた動作情報は、現在値そのものであってもよく、現在値から算出される値であってもよい。後者の場合には、例えば、現在値が速度であり、動作情報が加速度（すなわち、速度の時間微分値）であってもよい。その動作特定情報は、入力情報と、動作情報とを対応付ける情報であってもよい。その場合には、動作特定情報には、例えば、｛Ｆ１（ｋ），Ｆ２（ｋ），Ｆ３（ｋ），Ｆ４（ｋ），Ａ１（ｋ），Ａ２（ｋ）｝の集合が複数含まれていてもよい。なお、Ａ１，Ａ２は各モータ１２ａ，１２ｄの加速度である。また、ｋは、サンプルを識別する整数であり、例えば、サンプル時間に応じた値であってもよい。一の集合に含まれる情報は、同時または同時とみなすことができるほど近い時点に取得された情報である。また、動作特定情報は、機械学習結果であってもよい。その場合には、入力情報が入力であり、動作情報が出力である訓練データを用いて機械学習を行った結果が動作特定情報であってもよい。その機械学習は、例えば、ニューラルネットワークによって行われてもよく、サポートベクター回帰（ＳＶＲ：Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｖｅｃｔｏｒ Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ）によって行われてもよく、その他の機械学習によって行われてもよい。記憶部１４での記憶は、ＲＡＭ等における一時的な記憶でもよく、または、長期的な記憶でもよい。記憶部１４は、所定の記録媒体（例えば、半導体メモリや磁気ディスク、光ディスクなど）によって実現されうる。

目標動作情報取得部１５は、記憶部１４で記憶されている動作特定情報を用いて、操作力取得部１１が取得した操作力を含む入力情報に応じた動作情報である目標動作情報を取得する。なお、動作特定情報が、入力情報と動作情報とを対応付ける情報である場合には、目標動作情報取得部１５は、例えば、操作力取得部１１が取得した操作力を含む入力情報に最も近い、動作特定情報における入力情報を特定し、その特定した入力情報に対応する動作情報を目標動作情報としてもよい。また、目標動作情報取得部１５は、例えば、操作力取得部１１が取得した操作力を含む入力情報に近い、動作特定情報におけるｋ個の入力情報を特定し、その特定したｋ個の入力情報にそれぞれ対応するｋ個の動作情報を用いて目標動作情報としてもよい。ｋ個の動作情報から目標動作情報を取得する方法は、例えば、平均を計算することであってもよく、その他の代表値を算出することであってもよく、取得された操作力を含む入力情報と、特定されたｋ個の入力情報との距離を用いて、取得された操作力を含む入力情報に応じた目標動作情報を推定することであってもよい。その推定は、例えば、補間や補外によって行われてもよい。なお、その入力情報の距離は、例えば、ユークリッド距離であってもよく、または、その他の距離であってもよい。また、目標動作情報取得部１５は、例えば、ｋｄツリー、ｂｋツリー等を用いて目標動作情報の取得を高速に行ってもよい。また、動作特定情報が機械学習結果である場合には、目標動作情報取得部１５は、その機械学習結果を用いて、操作力取得部１１が取得した操作力を含む入力情報である入力に対する出力を取得してもよい。その出力が、目標動作情報となる。なお、目標動作情報取得部１５は、取得した目標動作情報が、あらかじめ設定されている下限値から上限値までの範囲に含まれない場合には、その下限値または上限値を目標動作情報の値としてもよい。なお、目標動作情報に２以上の値が含まれている場合（例えば、２個のモータ１２の加速度が含まれている場合）には、その値ごとに、その処理を行ってもよい。具体的には、目標動作情報取得部１５は、目標動作情報に含まれる加速度が上限値を超えている場合には、その加速度を上限値に応じた値とし、目標動作情報に含まれる加速度が下限値未満である場合には、その加速度を下限値に応じた値としてもよい。その上限値や下限値は、例えば、モータ１２の性能や、荷台２３に荷物を載せた際の安定性などを考慮して決められることが好適である。

制御部１６は、現在値取得部１３の取得した現在値を用いて、目標動作情報取得部１５が取得した目標動作情報に応じた動作を行うようにモータ１２を制御する。その制御は、例えば、現在値が、目標動作情報に応じた目標値に近づくようにモータ１２をフィードバック制御することであってもよい。具体的には、現在値である現在速度が、目標動作情報である加速度に応じた速度指令値となるようにモータ１２を制御することであってもよい。また、現在値である現在速度が、目標動作情報である速度となるようにモータ１２を制御することであってもよい。また、その制御は、例えば、現在値である現在電流値に応じた現在トルクが、目標動作情報である加速度に応じたトルク指令値となるようにモータ１２を制御することであってもよい。なお、目標動作情報に応じた目標値は、例えば、現在の目標動作情報に応じた値であってもよく、または、過去の目標動作情報を考慮した値であってもよい。後者の場合について説明する。例えば、現在値が現在速度であり、動作情報が加速度である場合に、後述する（３）（４）式のように速度指令値を生成すると、その速度指令値が、本来の速度指令値と乖離してしまう可能性がある。なぜなら、（３）（４）式の場合には、過去の速度指令値に対する追従性が悪かったとしても、現在の速度の差分（＝加速度）が現在の目標値に近づけばよいことになるからである。一方、後述する（１）（２）式のように、過去の目標値の示す加速度を積分した結果である速度を用いてモータ１２の速度指令値を生成することにより、そのような乖離をより小さくすることができる。

蓄積部１７は、モータ１２を動作させない状態においてユーザが台車２を操作している際に操作力取得部１１によって取得された操作力を含む入力情報と、現在値取得部１３によって取得された現在値に応じた動作情報とに応じた動作特定情報を記憶部１４に蓄積する。なお、その動作特定情報を蓄積するための台車２の操作は、ユーザが理想的であると考える状態で行われることが好適である。その状態とは、例えば、荷重や路面状態等である。具体的には、荷台２３にあまり荷物の載っていない状態の台車２を、傾斜のない平滑な路面上で操作することが好適である。パワーアシスト時に、その際の操作と同様の操作となるようにアシストが行われるからである。その動作特定情報が入力情報と動作情報とを対応付ける情報である場合には、蓄積部１７は、モータ１２を動作させない状態においてユーザが台車２を操作している状況において、操作力取得部１１によって取得された操作力を含む入力情報と、現在値取得部１３によって取得された現在値に応じた動作情報とを含む情報を、順次、記憶部１４に蓄積してもよい。なお、その蓄積は、例えば、あらかじめ決められた時間間隔で行われてもよく、または、そうでなくてもよい。後者の場合には、蓄積部１７は、例えば、入力情報の空間において、近傍のデータのない入力情報が取得されたときに、その入力情報と、それに応じた動作情報とを対応付ける情報を蓄積してもよい。また、そのような蓄積のなされた後に、蓄積部１７は、例えば、入力情報の空間におけるあらかじめ決められた間隔のグリッド（格子）上にのみデータが存在するように動作特定情報を変更してもよい。その場合に、例えば、そのグリッド上の動作情報を、測定された現在値に応じた動作情報から補間や補外等によって推定してもよい。また、例えば、入力情報の空間におけるあるグリッド上の点の近傍に、動作情報の推定で用いることができる情報が存在しない場合には、そのグリッド上の点に対応する動作情報を、あらかじめ決められたデフォルト値としてもよい。また、動作情報に上限値や下限値がある場合には、その範囲内となるように動作情報に含まれる値を制限してもよい。また、動作特定情報が機械学習結果である場合には、蓄積部１７は、取得された入力情報と、現在値に応じた動作情報とに基づいて機械学習を行い、その学習結果を記憶部１４に蓄積してもよい。

次に、パワーアシスト台車１の動作特定情報を蓄積する動作について図３Ａのフローチャートを用いて説明する。ここでは、入力情報が操作力であり、現在値が速度であり、動作情報が加速度である場合について説明する。また、ユーザは、理想的と考えられる状況にパワーアシスト台車１を置き、操作用ハンドル２１を持って台車２を操作しているものとする。

（ステップＳ１０１）操作力取得部１１は、操作力を取得するかどうか判断する。そして、操作力を取得する場合には、ステップＳ１０２に進み、そうでない場合には、操作力を取得すると判断するまでステップＳ１０１の処理を繰り返す。操作力取得部１１は、例えば、操作力を取得すると定期的に判断してもよい。

（ステップＳ１０２）操作力取得部１１は、ユーザが操作用ハンドル２１に加えた操作力を取得する。その操作力は、例えば、Ｆ１（ｋ），Ｆ２（ｋ），Ｆ３（ｋ），Ｆ４（ｋ）であってもよい。

（ステップＳ１０３）現在値取得部１３は、モータ１２の動作に関する現在値を取得する。その現在値は、例えば、２個のモータ１２ａ，１２ｄの速度を示すＶ１（ｋ），Ｖ２（ｋ）であってもよい。

（ステップＳ１０４）蓄積部１７は、操作力取得部１１が取得した操作力である入力情報と、現在値取得部１３が取得した現在値に応じた動作情報とを含む情報を記憶部１４に蓄積する。その蓄積対象の情報は、例えば、Ｆ１（ｋ），Ｆ２（ｋ），Ｆ３（ｋ），Ｆ４（ｋ），Ａ１（ｋ），Ａ２（ｋ）であってもよい。なお、Ａ１（ｋ），Ａ２（ｋ）は、２個のモータの加速度であり、現在値Ｖ１（ｋ），Ｖ２（ｋ）を用いて算出されてもよい。具体的には、Ａ１（ｋ）＝｛Ｖ１（ｋ）−Ｖ１（ｋ−１）｝／Δｔであってもよい。Ａ２（ｋ）についても同様である。なお、ｋは時刻に応じた整数値であり、ｋ−１からｋまでの時間間隔をΔｔとしている。その加速度Ａ１，Ａ２は、例えば、蓄積部１７によって算出されてもよい。そして、ステップＳ１０１に戻る。なお、その計算を行うことができるようにするため、過去の速度Ｖ１（ｋ−１）等が記憶されていてもよい。

なお、図３Ａのフローチャートでは、操作力と動作情報とを対応付ける動作特定情報が蓄積される場合について説明したが、機械学習結果である動作特定情報が蓄積される場合には、蓄積部１７は、Ｆ１（ｋ），Ｆ２（ｋ），Ｆ３（ｋ），Ｆ４（ｋ），Ａ１（ｋ），Ａ２（ｋ）などの情報を順次、一時的に記憶しておき、それらの情報の取得が終わった後に、機械学習を行い、その学習結果を記憶部１４に蓄積してもよい。また、図３Ａのフローチャートにおいて、動作特定情報の蓄積が終了した場合には、その一連の処理も終了されるものとする。また、図３Ａのフローチャートにおいて、電源オフや処理終了の割り込みにより処理は終了する。

次に、動作特定情報を用いてアシスト制御を行うパワーアシスト台車１の動作について図３Ｂのフローチャートを用いて説明する。ここでも、入力情報が操作力であり、現在値が速度であり、動作情報が加速度である場合について説明する。

（ステップＳ２０１）操作力取得部１１は、操作力を取得するかどうか判断する。そして、操作力を取得する場合には、ステップＳ２０２に進み、そうでない場合には、操作力を取得すると判断するまでステップＳ２０１の処理を繰り返す。操作力取得部１１は、例えば、操作力を取得すると定期的に判断してもよい。

（ステップＳ２０２）操作力取得部１１は、ユーザが操作用ハンドル２１に加えた操作力を取得する。その操作力は、例えば、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４であってもよい。

（ステップＳ２０３）目標動作情報取得部１５は、操作力取得部１１が取得した操作力に応じた動作情報である目標動作情報を、動作特定情報を用いて取得する。目標動作情報取得部１５は、例えば、動作特定情報において、操作力Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４に最も近い操作力Ｆ１（ｋ），Ｆ２（ｋ），Ｆ３（ｋ），Ｆ４（ｋ）を特定し、その操作力に対応する加速度Ａ１（ｋ），Ａ２（ｋ）である目標動作情報を取得してもよい。

（ステップＳ２０４）現在値取得部１３は、モータ１２の動作に関する現在値を取得する。その現在値は、例えば、２個のモータ１２ａ，１２ｄの速度を示すＶ１（ｔ），Ｖ２（ｔ）であってもよい。

（ステップＳ２０５）制御部１６は、取得された現在値を用いて、取得された目標動作情報に応じた動作を行うようにモータ１２を制御する。そして、ステップＳ２０１に戻る。制御部１６は、例えば、取得された目標動作情報を用いて、次のように時刻ｔ＋１における２個のモータ１２ａ，１２ｄの速度指令値を生成してもよい。なお、Σは、ｋ＝ｔ−ｎからｔまでの総和である。また、ｔは整数であり、ｎは正の整数である。
Ｖｃ１（ｔ＋１）＝Ｖ１（ｔ−ｎ）＋Δｔ×ΣＡ１（ｋ） （１）
Ｖｃ２（ｔ＋１）＝Ｖ２（ｔ−ｎ）＋Δｔ×ΣＡ２（ｋ） （２）

制御部１６は、現在値である現在の速度Ｖ１（ｔ），Ｖ２（ｔ）が、速度指令値Ｖｃ１（ｔ＋１），Ｖｃ２（ｔ＋１）となるようにモータ１２を制御してもよい。その制御は、例えば、ＰＩＤ制御やＰＩ制御等のフィードバック制御であってもよい。また、上記（１）（２）の計算を行うことができるようにするため、過去の速度Ｖ１（ｔ−ｎ）等や、過去の加速度Ａ１（ｔ−ｎ）等が記憶されていてもよい。

なお、上記説明では、過去の加速度を用いて速度指令値を生成するため、現在値が目標値に到達するのが速くない場合であっても、最終的に目標値に到達させることができることになる。一方、現在値が目標値に到達するのが十分速い場合には、制御部１６は、例えば、次のようにして速度指令値を算出してもよい。
Ｖｃ１（ｔ＋１）＝Ｖ１（ｔ）＋Δｔ×Ａ１（ｔ） （３）
Ｖｃ２（ｔ＋１）＝Ｖ２（ｔ）＋Δｔ×Ａ２（ｔ） （４）

なお、図３Ｂのフローチャートにおいて、動作特定情報を用いたアシスト制御が終了した場合には、その一連の処理も終了されるものとする。また、図３Ｂのフローチャートにおいて、電源オフや処理終了の割り込みにより処理は終了する。

次に、本実施の形態によるパワーアシスト台車１の使用方法について、具体例を用いて説明する。まず、ユーザは、荷台２３に荷物を載せていない状況または軽い荷物を載せた状況において、パワーアシスト台車１をなめらかな地面（例えば、コンクリートやアスファルト等）の平地に置く。その後、ユーザは、パワーアシスト台車１の図示しないスイッチを操作して記憶モードに設定し、操作用ハンドル２１を持ってパワーアシスト台車１をいろいろな速度で、またいろいろな方向に操作する。その操作に応じて、操作力取得部１１や現在値取得部１３によって操作力や現在値が取得され、それらに応じて動作特定情報が構成されて記憶部１４に蓄積される（ステップＳ１０１〜Ｓ１０４）。

その後、ユーザは、パワーアシスト台車１の図示しないスイッチを操作して動作モードに設定し、荷台２３に荷物等を載せてパワーアシスト台車１を操作する。すると、その操作力に応じた目標動作情報が取得され（ステップＳ２０１〜Ｓ２０３）、その目標動作情報に応じた動作となるようにモータ１２が制御されることになる（ステップＳ２０４，Ｓ２０５）。その結果、重たい荷物が荷台２３に置かれていたとしても、ユーザは、記憶モードの場合と同様な軽い力でパワーアシスト台車１を操作することができるようになる。また、坂道において、パワーアシスト台車１の操作用ハンドル２１から手を離したとしても、車輪２２が動かない方向にアシストがなされるため、パワーアシスト台車１は、坂道の途中で止まることになる。その後、ユーザが操作用ハンドル２１を持って操作を再開すると、平地で操作していたときと同様の軽い力で、パワーアシスト台車１を操作できることになる。

以上のように、本実施の形態によるパワーアシスト台車１によれば、動作特定情報を記憶させたときと同様の状況で操作できるように、パワーアシストがなされることになる。その結果、理想的な状況で動作特定情報を蓄積することによって、例えば、重い荷物が載せられている場合にも、軽い力で操作できるようになり、また、坂道であっても、平地と同様の力で操作できるようになる。また、操作力とアシストとの関係が、設計者によって決められるのではなく、記憶モード時のユーザの操作によって決められるため、ユーザにとって自然なアシストがなされることになる。

なお、本実施の形態では、入力情報が操作力である場合について主に説明したが、そうでなくてもよい。例えば、入力情報にモータ１２の速度が含まれていてもよい。車輪２２等の摩擦は、通常、速度に依存するため、そのようにモータ１２の速度も入力情報に加えることによって、その摩擦の影響も考慮することができるようになり得る。その場合には、動作情報は、モータ１２の加速度であってもよい。目標動作情報取得部１５や蓄積部１７は、その入力情報に含まれる速度を現在値取得部１３から受け取ってもよい。

また、本実施の形態では、記憶部１４において１個の動作特定情報が記憶される場合について説明したが、そうでなくてもよい。記憶部１４に、ユーザごとの動作特定情報が記憶されてもよい。その場合には、例えば、図４で示されるように、パワーアシスト台車１は、ユーザ識別子を受け付ける受付部３１をさらに備えてもよい。そして、記憶モードや動作モードの開始時に、ユーザによるユーザ識別子の入力を受け付けるようにしてもよい。例えば、図５で示されるように、操作用ハンドル２１に装着された受付部３１を介して、ユーザ識別子を受け付けてもよい。また、蓄積部１７は、動作特定情報を、受け付けられたユーザ識別子に対応付けて記憶部１４に蓄積してもよい。すなわち、記憶部１４では、ユーザ識別子と、そのユーザ識別子で識別されるユーザに対応する動作特定情報とが対応付けられて記憶されてもよい。また、目標動作情報取得部１５は、受付部３１が受け付けたユーザ識別子に対応する動作特定情報を用いて目標動作情報を取得してもよい。このようにすることで、各ユーザの個性に応じたパワーアシストを実現できることになる。なお、受付部３１は、例えば、入力デバイス（例えば、キーボードやマウス、タッチパネルなど）から入力された情報を受け付けてもよく、有線または無線の通信回線を介して送信された情報を受信してもよく、所定の記録媒体（例えば、光ディスクや磁気ディスク、半導体メモリなど）から読み出された情報を受け付けてもよい。なお、受付部３１は、受け付けを行うためのデバイス（例えば、モデムやネットワークカードなど）を含んでもよく、または含まなくてもよい。また、受付部３１は、ハードウェアによって実現されてもよく、または所定のデバイスを駆動するドライバ等のソフトウェアによって実現されてもよい。

また、本実施の形態によるパワーアシスト台車１において、車輪２２を駆動させるモータ１２だけでなく、パワーアシスト台車１が有する自在車輪（例えば、車輪２２ｂ，２２ｃ）の方向をも制御するようにしてもよい。その場合には、例えば、図６で示されるように、パワーアシスト台車１は、自在車輪の角度を制御する角度制御モータ３２と、その自在車輪の角度を取得する角度取得部３３とをさらに備えてもよい。自在車輪の角度とは、自在車輪の旋回方向の角度である。すなわち、その角度によって、パワーアシスト台車１の進行方向が決定されることになる。自在車輪の角度を制御するとは、その角度を変更させることであってもよい。また、角度制御モータ３２は、エンコーダ付きモータであってもよい。そして、角度取得部３３は、そのエンコーダ値を用いて自在車輪の向き（角度）を取得してもよい。なお、角度取得部３３が、その他のセンサ等を用いて自在車輪の角度を取得してもよいことは言うまでもない。また、動作特定情報は、操作力を含む入力情報から、その入力情報に応じた動作情報及び自在車輪の角度を特定できる情報であってもよい。また、目標動作情報取得部１５は、動作特定情報を用いて、操作力取得部１１が取得した操作力を含む入力情報に応じた自在車輪の角度である目標角度をも取得してもよい。また、制御部１６は、角度取得部３３が取得した角度が、目標動作情報取得部１５によって取得された目標角度となるように角度制御モータ３２を制御してもよい。なお、角度制御モータ３２は、自在車輪が２個以上存在する場合に、各自在車輪を制御してもよく、または、一部の自在車輪を制御してもよい。前者の場合に、各自在車輪を別々に制御してもよく、または、一緒に制御してもよい。角度制御モータ３２が２以上の自在車輪を一緒に制御する場合には、例えば、その２以上の自在車輪がすべて同じ方向を向くように角度が制御されてもよく、または、そうでなくてもよい（例えば、アッカーマン機構のように各角度を変えてもよい）。このように、自在車輪の角度の制御も行われる場合には、記憶モード時に、角度取得部３３によって自在車輪の角度も取得され、操作力を含む入力情報と、現在値取得部１３によって取得された現在値に応じた動作情報及び角度取得部３３によって取得された角度とに応じた動作特定情報が記憶部１４に蓄積されることになる。なお、その動作特定情報が、例えば、入力情報と、動作情報及び角度とを対応付ける情報であってもよく、機械学習結果であってもよいことは上述の通りである。このように、角度制御モータによって自在車輪の角度を制御することにより、例えば、重い荷物が荷台２３に載せられており、自在車輪の向き（角度）の変更が容易でない場合であっても、その角度を、操作力に応じた方向に自動的に制御することができ、パワーアシスト台車１の進行方向を適切に制御できるようになる。

また、本実施の形態によるパワーアシスト台車１において、自在車輪の角度も入力情報に含めるようにしてもよい。その場合には、例えば、図７で示されるように、パワーアシスト台車１は、自在車輪の角度を取得する角度取得部３３をさらに備えてもよい。そして、入力情報は、その角度取得部３３が取得した角度を含んでもよい。その結果、自在車輪の角度、すなわち、台車２の進行方向も考慮してパワーアシストが行われることになり、より細かいパワーアシストの制御が可能となりうる。このように、自在車輪の角度が入力情報に含まれる場合には、記憶モード時に、角度取得部３３によって自在車輪の角度も取得され、操作力及び自在車輪の角度を含む入力情報と、現在値取得部１３によって取得された現在値に応じた動作情報とに応じた動作特定情報が記憶部１４に蓄積されることになる。また、動作モード時には、操作力取得部１１によって取得された操作力と、角度取得部３３によって取得された自在車輪の角度とを含む入力情報に応じた目標動作情報が取得されることになる。

また、本実施の形態によるパワーアシスト台車１において、記憶モード時に、車輪２２に摩擦を加えるようにしてもよい。すなわち、動作特定情報は、車輪２２に摩擦を加えている際に取得された入力情報と、現在値に応じた動作情報とに応じた情報であってもよい。そのため、パワーアシスト台車１は、図８で示されるように、車輪２２に摩擦を加える摩擦部４１をさらに備えてもよい。その摩擦部４１は、図中の両矢印の方向に移動可能に構成されており、車輪２２に摩擦を加える場合には、摩擦部４１が車輪２２の表面に接するようになることが好適である。また、摩擦部４１が車輪２２の表面に接する際に、車輪２２に向かって付勢されていてもよい。摩擦部４１は、台車２の各車輪２２に設けられていてもよく、または、一部の車輪２２に設けられていてもよい。後者の場合には、例えば、モータ１２によって駆動される車輪２２にのみ摩擦部４１が設けられていてもよい。また、摩擦部４１は、台車２が微少な力で動かないようにするために車輪２２の回転に抵抗を加えるものであり、車輪２２の回転を止めてしまうものでないことが好適である。したがって、その抵抗も大きくないことが好適である。そのような目的を達成できるのであれば、摩擦部４１は、例えば、車輪のストッパと同様の構造であってもよい。また、摩擦部４１は、摩擦の程度を調整できるものであってもよい。なお、動作モード時には、車輪２２に摩擦が加えられないことが好適である。そのため、例えば、動作モード時には、摩擦部４１を車輪２２から離れた位置に退避させてもよい。そのように、摩擦部４１によって車輪２２に摩擦を加えた状態で動作特定情報の蓄積を行うことにより、動作モード時に、台車２が少しの力では動かないようにすることができる。その結果、操作力に応じたパワーアシストが鋭敏になりすぎることを防止することができ、ユーザにとって安心感のあるアシストを実現できるようになる。

また、本実施の形態では、蓄積部１７が動作特定情報を記憶部１４に蓄積する場合について説明したが、そうでなくてもよい。他のパワーアシスト台車１で取得された操作力や動作情報に応じた動作特定情報が、記憶部１４で記憶されてもよい。例えば、あるパワーアシスト台車１において動作特定情報の蓄積が行われ、その動作特定情報が、他のパワーアシスト台車１の記憶部１４に蓄積されてもよい。そのように動作特定情報の蓄積の行われないパワーアシスト台車１は、蓄積部１７を備えていなくてもよい。また、パワーアシスト台車１が蓄積部１７を備えていない場合には、記憶部１４に動作特定情報が記憶される過程は問わない。例えば、記録媒体を介して動作特定情報が記憶部１４で記憶されるようになってもよく、または、通信回線等を介して送信された動作特定情報が記憶部１４で記憶されるようになってもよい。

また、本実施の形態では、台車２が図１Ａで示されるオープンな荷台２３を有している場合について主に説明したが、そうでなくてもよいことは上述の通りである。例えば、図９で示されるように、台車２は、配膳車などの運搬用台車であってもよい。また、操作力取得部１１も、操作用ハンドル２１に加えられた操作力を結果として取得できるのであれば、上述した以外のものであってもよい。例えば、図９で示されるように、操作力取得部１１は、操作用ハンドル２１の基部に設けられていてもよい。その操作力取得部１１は、例えば、６軸の力覚センサであってもよい。

また、本実施の形態において、動作特定情報が操作力と動作情報とを対応付ける情報である場合には、記憶モードから動作モードに移行する際に動作特定情報に加工を行ってもよい。その加工は、例えば、平滑化フィルタによる平滑化を行うことによってノイズの影響を低減させることであってもよく、操作力が等間隔なデータとなるように整理したハッシュテーブルを作成することによって、動作モードでの目標動作情報の探索を高速化することであってもよい。

また、本実施の形態の記憶モードにおいて、ユーザが適切な操作を行うようにするため、パワーアシスト台車１は、ユーザの操作に関する指示を出力する指示出力部（図示せず）をさらに備えてもよい。その指示出力部は、例えば、ユーザに対して音声や表示等により、前進、右旋回、左旋回、後退、加速、減速等の操作を指示するようにしてもよい。なお、指示出力部によって出力される指示に応じて台車２が操作されることによって、適切な動作特定情報を蓄積できるようになることが好適である。

また、本実施の形態では、いつも同じ操作力を用いて処理を行う場合について説明したが、そうでなくてもよい。例えば、どの操作力を用いるのかを選択できるようにしてもよい。具体的には、あるユーザは、操作力取得部１１によって取得された前後方向の操作力のみを用いて処理を行うように選択し、別のユーザは、操作力取得部１１によって取得された前後方向の操作力と、左右方向の操作力との両方を用いて処理を行うように選択してもよい。

また、本実施の形態において、動作情報が加速度である場合について主に説明したが、動作情報を加速度とするか、速度とするかをユーザが選択できるようにしてもよい。また、動作情報が加速度であっても、速度であっても、目標動作情報取得部１５が取得した目標動作情報に応じた加速度や速度、また制御部１６が生成した速度指令値や加速度指令値（トルク指令値）に制限を加えるようにしてもよい。その制限は、例えば、所定の範囲内の数値にすることであってもよい。

また、上記実施の形態において、各構成要素間で行われる情報の受け渡しは、例えば、その情報の受け渡しを行う２個の構成要素が物理的に異なるものである場合には、一方の構成要素による情報の出力と、他方の構成要素による情報の受け付けとによって行われてもよく、または、その情報の受け渡しを行う２個の構成要素が物理的に同じものである場合には、一方の構成要素に対応する処理のフェーズから、他方の構成要素に対応する処理のフェーズに移ることによって行われてもよい。

また、上記実施の形態において、各構成要素が実行する処理に関係する情報、例えば、各構成要素が受け付けたり、取得したり、選択したり、生成したり、送信したり、受信したりした情報や、各構成要素が処理で用いる閾値や数式、アドレス等の情報等は、上記説明で明記していなくても、図示しない記録媒体において、一時的に、または長期にわたって保持されていてもよい。また、その図示しない記録媒体への情報の蓄積を、各構成要素、または、図示しない蓄積部が行ってもよい。また、その図示しない記録媒体からの情報の読み出しを、各構成要素、または、図示しない読み出し部が行ってもよい。

また、上記実施の形態において、各構成要素等で用いられる情報、例えば、各構成要素が処理で用いる閾値やアドレス、各種の設定値等の情報がユーザによって変更されてもよい場合には、上記説明で明記していなくても、ユーザが適宜、それらの情報を変更できるようにしてもよく、または、そうでなくてもよい。それらの情報をユーザが変更可能な場合には、その変更は、例えば、ユーザからの変更指示を受け付ける図示しない受付部と、その変更指示に応じて情報を変更する図示しない変更部とによって実現されてもよい。その図示しない受付部による変更指示の受け付けは、例えば、入力デバイスからの受け付けでもよく、通信回線を介して送信された情報の受信でもよく、所定の記録媒体から読み出された情報の受け付けでもよい。

また、上記実施の形態において、各構成要素は専用のハードウェアにより構成されてもよく、または、ソフトウェアにより実現可能な構成要素については、プログラムを実行することによって実現されてもよい。例えば、ハードディスクや半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェア・プログラムをＣＰＵ等のプログラム実行部が読み出して実行することによって、各構成要素が実現されうる。その実行時に、プログラム実行部は、記憶部や記録媒体にアクセスしながらプログラムを実行してもよい。また、そのプログラムは、サーバなどからダウンロードされることによって実行されてもよく、所定の記録媒体（例えば、光ディスクや磁気ディスク、半導体メモリなど）に記録されたプログラムが読み出されることによって実行されてもよい。また、このプログラムは、プログラムプロダクトを構成するプログラムとして用いられてもよい。また、そのプログラムを実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、または分散処理を行ってもよい。

また、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。

以上より、本発明によるパワーアシスト台車によれば、台車の置かれている状況や積載状況等に関わらず、同様の操作に応じて同様の動作を行うようにすることができるという効果が得られ、アシスト機能を有する台車として有用である。

１ パワーアシスト台車
２台車
１１ 操作力取得部
１２、１２ａ、１２ｄ モータ
１３ 現在値取得部
１４ 記憶部
１５ 目標動作情報取得部
１６ 制御部
１７ 蓄積部
２１ 操作用ハンドル
２２、２２ａ〜２２ｄ 車輪
２３ 荷台
３１ 受付部
３２ 角度制御モータ
３３ 角度取得部
４１ 摩擦部

Claims (7)

1. 操作用ハンドル、及び車輪を有する台車と、
   前記台車の車輪を駆動するモータと、
   前記操作用ハンドルに加えられた操作力を取得する操作力取得部と、
   操作力を含む入力情報から、当該入力情報に応じた前記モータの角速度または角加速度である動作情報を特定できる情報である動作特定情報が記憶される記憶部と、
   前記動作特定情報を用いて、前記操作力取得部が取得した操作力を含む入力情報に応じた動作情報である目標動作情報を取得する目標動作情報取得部と、
   前記モータの角速度、角加速度、またはトルクである現在値を取得する現在値取得部と、
   前記現在値取得部が取得した現在値を用いて、前記目標動作情報に応じた動作を行うように前記モータを制御する制御部と、を備え、
   前記動作特定情報は、モータのパワーアシストのない状態においてユーザが台車を操作する場合に取得された入力情報と、当該場合に取得された現在値に応じた動作情報とに応じた情報であり、
   現在値に応じた動作情報は、現在値そのもの、または現在値を用いて算出される情報である、パワーアシスト台車。
2. 前記モータのパワーアシストのない状態においてユーザが前記台車を操作している際に前記操作力取得部によって取得された操作力を含む入力情報と前記現在値取得部によって取得された現在値に応じた動作情報とに応じた動作特定情報を前記記憶部に蓄積する蓄積部をさらに備えた、請求項１記載のパワーアシスト台車。
3. 前記記憶部では、ユーザを識別するユーザ識別子と、前記動作特定情報とが対応付けられて記憶され、
   ユーザ識別子を受け付ける受付部をさらに備え、
   前記目標動作情報取得部は、前記受付部が受け付けたユーザ識別子に対応する動作特定情報を用いて目標動作情報を取得する、請求項１または請求項２記載のパワーアシスト台車。
4. 動作情報は、前記モータの角加速度であり、
   入力情報は、前記モータの角速度をも含む、請求項１から請求項３のいずれか記載のパワーアシスト台車。
5. 前記台車は、操舵車輪を有しており、
   前記操舵車輪の角度を制御する角度制御モータと、
   前記操舵車輪の角度を取得する角度取得部と、をさらに備え、
   前記動作特定情報は、操作力を含む入力情報から、当該入力情報に応じた動作情報及び前記操舵車輪の角度を特定できる情報であり、
   前記目標動作情報取得部は、前記動作特定情報を用いて、前記操作力取得部が取得した操作力を含む入力情報に応じた前記操舵車輪の角度である目標角度をも取得し、
   前記制御部は、前記角度取得部が取得した角度が、前記目標角度となるように前記角度制御モータをも制御する、請求項１から請求項４のいずれか記載のパワーアシスト台車。
6. 前記台車は、操舵車輪を有しており、
   前記操舵車輪の角度を取得する角度取得部をさらに備え、
   入力情報は、前記角度取得部が取得した角度をも含む、請求項１から請求項４のいずれか記載のパワーアシスト台車。
7. 前記動作特定情報は、モータのパワーアシストのない状態においてユーザが前記車輪に摩擦が加えられている台車を操作する場合に取得された入力情報と、当該場合に取得された現在値に応じた動作情報とに応じた情報である、請求項１から請求項６のいずれか記載のパワーアシスト台車。

Images