JPWO2004071842A1 - 力入力操作装置、移動体、搬送車及び歩行用補助車 - Google Patents

Abstract

どのような操作力の操作者であっても操作の困難性を感じることなく、自然な感触に基づいて移動体を操作することができる移動体用操作装置、搬送車及び歩行用補助車を提供する。直進基準ベクトルＦｓ、進路変更基準ベクトルＦｃ、回転基準ベクトルＦｒは操作者の印加操作力に応じて予め設定しておく。操作者により印加された操作力のベクトル（印加操作力ベクトルＦｉ）と直進基準ベクトルＦｓがなす角をα、印加操作力ベクトルＦｉと進路変更基準ベクトルＦｃがなす角をβ、印加操作力ベクトルＦｉと回転基準ベクトルＦｒがなす角をγとする。ここでは角α＜角β＜角γであり、一番小さい角度（ここでは角α）に対応する基準操作力ベクトル（ここでは直進基準ベクトルＦｓ）に対応させて移動形態（ここでは直進モード）を選択するものとする。

Description

本発明は、ハンドルなどの操作部に印加された印加操作力に応じて例えば移動体が備える複数の操作態様から一つの操作態様を選択して移動体の動作を制御する信号を出力する力入力操作装置、該力入力操作装置を用いた移動体、斯かる移動体用操作装置を搭載した搬送車及び歩行用補助車に関する。

例えば、搬送車、歩行用補助車などの従来の移動体は操作部へ印加される操作者の操作力を検出して、操作力に応じて直進、進路変更、旋回などの操作態様を選択できるようにしている。このような従来の移動体においては、操作力は機器毎に予め固定的に設定されており、操作者が操作力を印加して移動体を操作するときには、所定以上の力を印加しなければ操作をすること、特に操作態様を選択することはできなかった。例えば、力の弱い身体不自由者が操作部を操作して操作態様を切り換えようとしても移動体に予め設定されている検出レベルの操作力を印加することができず、自由に操作を行うことができないことがあった。また、力の印加方向に癖のある操作者の場合、操作者が意図する方向とは異なる方向に移動体が移動してしまうことがあった。（特開２００２−２４９０号公報、国際公開第９８／４１１８２号パンフレット参照）
上述したように従来の移動体は、印加される操作力に対する検出レベルが固定されており、移動体における印加操作力の検出レベルが操作者の印加操作力のレベルと異なる場合にはそのような操作者による操作はできない、又は操作が困難であるという問題があった。また、力の印加方向に癖のある操作者の場合、操作者が意図する方向とは異なる方向に移動体が移動してしまうという問題があった。

本発明は、斯かる問題に鑑みてなされたものであり、操作者が通常印加可能な印加操作力に基づいて印加操作力の検出レベルを設定するものである。つまり、各操作態様に対応させて、操作者の印加操作力のレベルに応じた基準操作力を検出レベルとして設定記憶することにより、例えばレベルの低い（弱い）操作力しか印加できない操作者であっても操作の困難性を感じることなく、自然な感触に基づいて意図に沿った操作をすることができる力入力操作装置、該力入力操作装置を用いた移動体を提供することを目的とする。
また、基準操作力を操作部へ印加された操作力に基づいて設定することにより、通常の操作者、力の弱い操作者、力の印加方向に癖のある操作者などのいずれに対しても操作性が良く、自然な感触で操作が可能となる力入力操作装置、該力入力操作装置を用いた移動体を提供することを目的とする。
また、移動体を搬送車又は歩行用補助車とすることにより、移動体を搬送車として利用する操作者、移動体を歩行用補助車として利用する操作者のいずれであっても操作性が良く、自然な感触での操作が可能となる搬送車又は歩行用補助車を提供することを目的とする。
第１発明に係る力入力操作装置は、操作部へ印加される操作力に応じて操作対象物を動作させる力入力操作装置において、前記操作部へ印加される印加操作力を検出する印加操作力検出手段と、予め複数の操作態様と対応付けて記憶された複数の基準操作力の中から検出した印加操作力に最も近い基準操作力を判定し、判定した基準操作力に対応する操作態様を選択する操作態様選択手段と、選択された操作態様に応じて操作対象物の動作を制御する動作制御信号を出力する動作制御信号出力手段とを備えることを特徴とする。
第１発明にあっては、操作態様に対応付けて予め記憶してある複数の基準操作力と比較して最も近い基準操作力を判定し、判定した基準操作力に対応する操作態様を選択するので、操作部へ印加する操作力として小さい操作力しか印加できないような操作者による操作に対しても操作者の意図に従った操作態様を選択することができ、操作性の良い力入力操作装置を提供することができる。また、健常者の操作においても違和感の生じない操作性の良い力入力操作装置となる。さらに、力の印加方向に癖のある操作者の場合であっても、正確に操作者が意図する操作態様を選択することができ、操作性の良い力入力操作装置を提供することが可能となる。
第２発明に係る力入力操作装置は、第１発明において、前記基準操作力を、前記印加操作力に基づいて設定して記憶する手段を備えることを特徴とする。
第２発明にあっては、操作部へ実際に印加される操作力に基づいて基準操作力を設定することができ、印加操作力の小さい操作者の場合にも小さい操作力に応じて予め適切な基準操作力を設定することができ、印加操作力の小さい操作者による操作であっても容易であり、しかも操作者の意図に従った基準操作力を判定することができ、操作態様を円滑に選択することができる操作性の良い力入力操作装置を提供することが可能となる。
第３発明に係る力入力操作装置は、第１発明又は第２発明において、前記印加操作力検出手段は、前記操作対象物の一方向及び該一方向に交差する方向の力を検出する２軸力センサであることを特徴とする。
第３発明にあっては、印加操作力検出手段として２軸力センサを用いることから、比較的簡単な装置で正確に操作力を検出することができ、操作態様を容易に、しかも操作者の意図に従って選択することが可能となる。
第４発明に係る力入力操作装置は、第１発明又は第２発明において、前記印加操作力検出手段は、複数の力センサからなり、少なくとも一方向につき２個の力センサを備えることを特徴とする。
第４発明にあっては、印加操作力検出手段として複数のセンサを備え、少なくとも１つの軸方向につき２個のセンサを備えることから、２個のセンサを備える軸方向と直交する軸方向の回転操作力を比較的簡単に、しかも正確に検出することができ、操作態様を容易に、しかも操作者の意図に従って選択することが可能となる。
第５発明に係る力入力操作装置は、第１発明ないし第４発明において、前記操作態様は、直進、進路変更、旋回のいずれかであることを特徴とする。
第５発明にあっては、印加操作力に応じて、操作者の意図が直進であるのか、進路変更であるのか、旋回（その場回転）であるのかにつき判別することができ、容易であり、しかも操作者の意図に従った操作態様の設定及び選定を行うことが可能となる。
第６発明に係る力入力操作装置は、第１発明ないし第５発明において、前記操作態様選択手段は、前記基準操作力毎に力の大きさ及び作用する方向で定めた判定領域を設定してあり、前記印加操作力の大きさ及び作用する方向に基づいて前記印加操作力が属する判定領域を特定し、前記印加操作力に最も近い基準操作力を判定すべくなしてあることを特徴とする。
第６発明にあっては、判定領域の設定に応じて、印加操作力による操作者の意図が直進であるのか、進路変更であるのか、回転であるのかにつき判別することができ、容易であり、しかも操作者の意図に従った操作態様の設定及び選定を行うことが可能となる。
第７発明に係る力入力操作装置は、第１発明ないし第５発明において、前記操作態様選択手段は、前記印加操作力の作用する方向と前記基準操作力の作用する方向との方向差に基づいて前記印加操作力に最も近い基準操作力を判定すべくなしてあることを特徴とする。
第７発明にあっては、印加操作力の作用する方向と基準操作力の作用する方向との方向差に基づいて、操作者の意図が直進であるのか、進路変更であるのか、回転であるのかにつき判別することができ、容易であり、しかも操作者の意図に従った操作態様の設定及び選定を行うことが可能となる。
第８発明に係る力入力操作装置は、第１発明ないし第５発明において、前記操作態様選択手段は、前記印加操作力の大きさ及び作用する方向と前記基準操作力の大きさ及び作用する方向とを用い、大きさと方向とで定義する二次元空間での距離を算出し、算出した距離の大小に基づいて前記印加操作力に最も近い基準操作力を判定すべくなしてあることを特徴とする。
第８発明にあっては、印加操作力の大きさ及び作用する方向と基準操作力の大きさ及び作用する方向とを用い、大きさと方向とで定義する二次元空間での距離を算出し、算出した距離の大小に基づいて、操作者の意図が直進であるのか、進路変更であるのか、回転であるのかにつき判別することができ、印加操作力が小さい場合であっても、容易であり、しかも操作者の意図に従った操作態様の設定及び選定を行うことが可能となる。
第９発明に係る移動体は、第１発明ないし第８発明のいずれかの力入力操作装置を搭載してあり、前記動作制御信号出力手段が出力した前記動作制御信号に応じて動作すべくなしてあることを特徴とする。
第１０発明に係る搬送車は、第９発明の移動体を搭載してあることを特徴とする。
第１１発明に係る歩行用補助車は、第９発明の移動体を搭載してあることを特徴とする。
第９発明ないし第１１発明にあっては、操作性の良い移動体、搬送車、歩行用補助車を実現することが可能となる。

第１図Ａ、第１図Ｂ、第１図Ｃは、本発明の実施の形態１に係る力入力操作装置を用いた移動体の操作態様の例を示す説明図である。
第２図は、本発明の実施の形態１に係る力入力操作装置を用いた移動体における操作態様を選択する力入力操作装置の概略を示す斜視図である。
第３図は、本発明における基準操作力の例を示すベクトル図である。
第４図は、本発明の実施の形態１に係る力入力操作装置における、印加操作力と基準操作力とを比較して操作態様を選択する過程を説明するベクトル図である。
第５図は、本発明の実施の形態１に係る力入力操作装置における、印加操作力と基準操作力とを比較して操作態様を選択する他の過程を説明するベクトル図である。
第６図は、本発明における制御ブロックの概略を示すブロック図である。
第７図は、本発明の実施の形態１に係る力入力操作装置における操作態様の選択及び動作速度の算出の処理手順を示すフローチャートである。
第８図Ａは本発明の実施の形態２に係る力入力操作装置を用いた移動体の例を示す斜視図であり、第８図Ｂは本発明の実施の形態２に係る力入力操作装置を用いた移動体の例を示す平面図である。
第９図は、本発明の実施の形態１に係る力入力操作装置を用いた移動体における操作態様を選択する力入力操作装置の概略を示す斜視図である。
第１０図は本発明における制御ブロックの概略を示すブロック図である。
第１１図は、本発明の実施の形態２に係る力入力操作装置における操作態様の選択及び動作速度の算出の処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
（実施の形態１）
第１図は本発明の実施の形態１に係る力入力操作装置を用いた移動体の操作態様の例を示す説明図である。図において、１は移動体であり、例えば搬送車（電動式搬送車）、歩行用補助車（電動式歩行用補助車）などであり、歩行の困難な操作者の移動を容易にするために用いられる。移動体１には例えば４組の車輪が装着されている。同図では移動体１の平面上から透視した各車輪の状態を示す。４組の車輪を右側前輪１ａ、右側後輪１ｂ、左側前輪１ｃ、左側後輪１ｄとして示す。移動体１には力入力操作装置２が装着されている。操作者は力入力操作装置２へ操作力を適宜印加することにより移動体１の操作態様を選択できる構成としてある。本実施の形態１では、操作態様として直進モード（ａ）、進路変更モード（ｂ）、旋回モード（ｃ）の３つのモードを有する。基本的な操作態様として、斯かる３つの操作態様で全ての移動が可能である。なお、更に細かく区分した操作態様を設定してもよい。
同図（ａ）においては、右側前輪１ａ、右側後輪１ｂ、左側前輪１ｃ、左側後輪１ｄのいずれも前方直進方向を向いており、矢符Ａで示す前方へ直進する状態を示す。（ｂ）においては右側前輪１ａ、左側前輪１ｃが矢符Ｂで示す進路変更方向である右方向を向き、右側後輪１ｂ、左側後輪１ｄは反対に左方向を向いて右方向へ進路を変更する状態を示す。（ｃ）においては右側前輪１ａ、左側前輪１ｃは移動体１の前方内側方向を向き、右側後輪１ｂ、左側後輪１ｄは反対に前方外側方向を向いて矢符Ｃで示す右旋回の状態を示す。これらの操作態様はいずれも力入力操作装置２への印加操作力に応じて選択できる。また、これら車輪の方向制御（操舵制御）及び駆動制御は操舵部（不図示）により周知の技術を用いて適宜操舵され、また駆動される。
第２図は、本発明の実施の形態１に係る力入力操作装置２を用いた移動体における操作態様を選択する力入力操作装置２の概略を示す斜視図である。力入力操作装置２は、操作部である操作ハンドル２ａ、操作ハンドル２ａを固定する操作ハンドル固定部２ｂ、操作ハンドル固定部２ｂに連結されて操作ハンドル２ａへ印加される印加操作力を検出する２軸力センサ２ｃ、及び操作ハンドル２ａの設定角度を調節して、移動体１の本体（不図示）へ力入力操作装置２を連結する連結部２ｄにより構成される。矢符Ａは例えば進行方向（Ｙ軸）を、矢符Ｂは例えば左右方向（Ｘ軸）を示す。２軸力センサ２ｃは印加操作力検出手段（第６図の印加操作力検出手段３参照）として機能し、進行方向及び左右方向の力を検出し、この検出結果を操作態様選択手段（第６図の操作態様選択手段４参照）へ送る。操作態様選択手段は検出結果に基づいて適宜操作態様を選択し、移動体１は所望の操作態様での移動を行う。
第３図は本発明における基準操作力の例を示すベクトル図である。例えば、Ｙ軸は進行方向（前後方向）に対応し、Ｘ軸は進行方向に対し左右方向を示す。第１象限において、操作態様に対応すべく領域を３つに区分する。例えば、区分線Ｌ１により領域Ａ１と領域Ａ２に区分し、区分線Ｌ２により領域Ａ２と領域Ａ３に区分する。領域Ａ１は直進モードに対応し、領域Ａ２は進路変更モード（ここでは左折）に対応し、領域Ａ３は旋回モード（ここでは左旋回）に対応している。なお、操作態様を判断する領域の区分方法はこれに限定されるものではなく、印加操作力ベクトルの終端の位置に応じて自由に領域を区分することが可能である。これにより、個人差のある操作上の癖などをきめ細かく吸収した操作態様判断領域の区分を行うことが可能となる。
それぞれの領域内において、代表的な印加操作力に対応させて操作態様毎に基準操作力（基準操作力ベクトル）、すなわち直進基準ベクトルＦｓ、進路変更基準ベクトルＦｃ、回転基準ベクトルＦｒを設定する。基準操作力ベクトルは基準操作力の大きさに応じて予め適宜設定し、記憶しておく。なお、基準操作力は、例えば操作者が実際に印加する操作力（印加操作力、印加操作力ベクトル）に応じて出力される２軸力センサの代表的な出力値に基づいて適宜定めることができる。直進基準ベクトルＦｓは直進モードでの基準操作力であり、進路変更基準ベクトルＦｃは進路変更モードでの基準操作力であり、回転基準ベクトルＦｒは旋回モードでの基準操作力である。
基準操作力の設定は、例えば、基準操作力設定手段（不図示）により基準操作力設定モードに設定し、操作者別、操作態様別に設定し、記憶する。具体的には、操作態様に応じて実際に操作者に操作力を印加させ、印加操作力検出手段３において検出した操作力を基準値として基準操作力記憶手段（第６図の基準操作力記憶手段５参照）に記憶する。例えば、直進モードの場合には、前方方向へ操作者が自分に適した大きさの力を操作ハンドル２ａに印加し、そのときに検出した力を基準操作力設定手段に設けた「直進モード」設定ボタンを押すことにより、「直進モード」基準操作力（直進基準ベクトルＦｓ）として記憶する。旋回モードの場合には、左方向から右方向へ（Ｘ軸に沿ってプラス方向へ）操作者が自分に適した大きさの力を操作ハンドル２ａに印加し、そのときに検出した力を基準操作力設定手段に設けた「（左）旋回モード」設定ボタンを押すことにより、「（左）旋回モード」基準操作力（回転基準ベクトルＦｒ）として記憶する。進路変更モードの場合には、左後方４５度から右前方４５度の方向へ操作者が自分に適した大きさの力を操作ハンドル２ａに印加し、そのときに検出した力を基準操作力設定手段に設けた「左折モード」設定ボタンを押すことにより、「左折モード」基準操作力（進路変更基準ベクトルＦｃ）として記憶する。
基準操作力は異なる操作者毎に個別に対応させて設定することもできる。基準操作力設定手段により、操作者毎に個別に基準操作力を設定することから、基準操作力に操作者の癖、個性を反映させることが可能となり、例えば、身体の不自由な操作者であっても自分の都合の良い（自分の動かし易い）操作力に基づいて操作態様に対応した基準操作力を設定することが可能となる。基準操作力設定モードにおいて、操作者毎に、操作態様に対応させて複数回の印加操作力を入力し、平均的な印加操作力を各操作態様での基準操作力として設定することもできる。
第４図は本発明の実施の形態１に係る力入力操作装置２における、印加操作力と基準操作力とを比較して操作態様を選択する過程を説明するベクトル図である。ここで、直進基準ベクトルＦｓ、進路変更基準ベクトルＦｃ、旋回基準ベクトルＦｒは操作者の印加操作力に応じて予め設定してあるものとする。例えば、操作者がある操作態様を選択する意図の元に実際に印加した印加操作力のベクトルを印加操作力ベクトルＦｉとする。印加操作力ベクトルＦｉと直進基準ベクトルＦｓとがなす角をα、印加操作力ベクトルＦｉと進路変更基準ベクトルＦｃとがなす角をβ、印加操作力ベクトルＦｉと旋回基準ベクトルＦｒとがなす角をγとして求め、角α、角β、角γの相互関係（大小関係）を判定して、操作者が選択する意図の元に印加した印加操作力に最も近い基準操作力を判定する。ここでは角α＜角β＜角γであり、一番小さい角度（ここでは角α）に対応する基準操作力（基準操作力ベクトル。ここでは直進基準ベクトルＦｓ）が判定され、この直進基準ベクトルＦｓに対応する操作態様、すなわち直進モードが選択される。
操作態様を選択する方法としては、上述のように角度から直接的に印加操作力に最も近い基準操作力を判定し、操作態様を選択する方法に限定されるものではない。
例えば、第５図は本発明の実施の形態１に係る力入力操作装置２における、印加操作力と基準操作力とを比較して操作態様を選択する他の過程を説明するベクトル図である。操作者がある操作態様を選択する意図の元に実際に印加した印加操作力のベクトルを印加操作力ベクトルＦｉとする。印加操作力ベクトルＦｉの終端部と、直進基準ベクトルＦｓの終端部との距離をＤ１、印加操作力ベクトルＦｉの終端部と、進路変更基準ベクトルＦｃの終端部との距離をＤ２、印加操作力ベクトルＦｉの終端部と旋回基準ベクトルＦｒの終端部との距離をＤ３として求め、距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３の相互関係（大小関係）を判定して、操作者が選択する意図の元に印加した印加操作力に最も近い基準操作力を判定する。ここではＤ２＜Ｄ１＜Ｄ３であり、一番小さい距離（ここでは距離Ｄ２）に対応する基準操作力（基準操作力ベクトル。ここでは進路変更基準ベクトルＦｃ）が判定され、この進路変更基準ベクトルＦｃに対応する操作態様、すなわち進路変更モードが選択される。
また、各基準操作力ベクトルに対する印加操作力ベクトルの投影（投影ベクトル）を求めて印加操作力（印加操作力ベクトル）に最も近い基準操作力（基準操作力ベクトル）を判定して、操作態様を選択する方法でも良い。例えば、直進基準ベクトルＦｓに対する印加操作力ベクトルＦｉの投影ベクトルである直進投影ベクトルＦｉｓの大きさ（ベクトルの長さ）｜Ｆｉｓ｜はＦｉｃｏｓαであり、進路変更基準ベクトルＦｃに対する印加操作力ベクトルＦｉの投影ベクトルである進路変更投影ベクトルＦｉｃの大きさ（ベクトルの長さ）｜Ｆｉｃ｜はＦｉｃｏｓβであり、旋回基準ベクトルＦｒに対する印加操作力ベクトルＦｉの投影ベクトルである旋回投影ベクトルＦｉｒの大きさ（ベクトルの長さ）｜Ｆｉｒ｜はＦｉｃｏｓγであり、ここではＦｉｃｏｓα＞Ｆｉｃｏｓβ＞Ｆｉｃｏｓγとなるから、印加操作力ベクトルＦｉの大きさ（ベクトルの長さ）｜Ｆｉ｜に最も近い大きさの直進投影ベクトルＦｉｓに対応する直進基準ベクトルＦｓが基準操作力（基準操作力ベクトル）として判定され、この直進基準ベクトルＦｓに対応する操作態様、すなわち直進モードが選択される。
各基準操作力ベクトルに対する印加操作力ベクトルの投影（投影ベクトル）は、後述するように各操作態様における動作速度の算出にも用いる。例えば、直進投影ベクトルＦｉｓの大きさＦｉｃｏｓαに基づいて直進時における移動速度（走行速度）を規定することができる。
その他、上述した方法を組み合わせた多変数の評価関数を用いて操作態様を選択する方法であっても良い。これにより、より実情に即した操作態様を選択することが可能となる。
第６図は本発明における制御ブロックの概略を示すブロック図である。操作部である操作ハンドル２ａへ印加された印加操作力を印加操作力検出手段３において検出する。印加操作力検出手段３は具体的には上述した２軸力センサで構成される。検出軸の多いセンサ（例えば６軸センサなど）を用いればさらに精密な（より多次元での）検出が可能であることは言うまでもない。操作態様選択手段４において、印加操作力検出手段３で検出した印加操作力（印加操作力ベクトルＦｉ）を、予め設定して基準操作力記憶手段５に記憶してある基準操作力（基準操作力ベクトル（例えば上述した直進基準ベクトルＦｓ、進路変更基準ベクトルＦｃ、旋回基準ベクトルＦｒ））と比較して印加操作力に最も近い基準操作力を判定し、その基準操作力に対応する操作態様を選択する。すなわち、操作態様選択手段４は、複数の操作態様に応じて予め設定記憶された複数の基準操作力の中から印加操作力に最も近い基準操作力を判定（例えば上述した直進基準ベクトルＦｓ、進路変更基準ベクトルＦｃ、旋回基準ベクトルＦｒの中のいずれかを判定）して、その基準操作力に対応する操作態様を選択する。なお、基準操作力記憶手段５は、内蔵するメモリであっても良いし、個人毎に対応するデータを記憶したメモリカードのような可搬型の補助記憶手段であってもよい。
動作制御信号出力手段６は、選択された操作態様に応じて、移動体１が備える車輪を駆動するための各モータ８ａ〜８ｄが必要とする動作速度を算出し、動作速度に対応する制御信号をモータ制御部７ａ〜７ｄへ出力する。モータ制御部７ａ〜７ｄは、動作制御信号出力手段６からの制御信号に応じて所定の駆動電流を各モータ８ａ〜８ｄへ供給する。ここでは、モータの例として左走行モータ８ａ、右走行モータ８ｂ、左操舵モータ８ｃ、右操舵モータ８ｄを示している。なお、動作速度の算出は例えば第４図において述べた各基準操作力ベクトルへの印加操作力（印加操作力ベクトル）の投影（投影ベクトル）の大きさに基づいて算出することができる。また、操作態様に応じた速度の制御パラメータを設定する必要があり、制御パラメータ（例えば、直進時の移動速度、回転時の回転角速度など）の設定方法については第７図においてさらに詳述する。
第７図は、本発明の実施の形態１に係る力入力操作装置２における操作態様の選択及び動作速度の算出の処理手順を示すフローチャートである。なお、操作態様として直進モード、進路変更モード（右左折モード）、旋回モードの３つのモードが設定されている場合を例に挙げて説明する。
まず、印加操作力検出手段３は、印加操作力（印加操作力ベクトル）Ｆｉを検出する（ステップＳ１）。つまり、２軸力センサで検出したＸ軸、Ｙ軸両方向の力（印加操作力ＦｉのＸ成分をＦｉｘ、Ｙ成分をＦｉｙとすることができる）を検出する。次に、印加操作力Ｆｉの大きさ（ベクトルの長さ｜Ｆｉ｜＝√（Ｆｉｘの２乗＋Ｆｉｙの２乗））が所定の値（閾値ｋ）未満か否かを判定する（ステップＳ２）。印加操作力Ｆｉの大きさが閾値ｋ未満であると判定した場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、操作者が意図する操作は直進モードであり、しかも速度は０である（つまり停止モード）と判断する（ステップＳ３）。印加操作力Ｆｉの大きさが閾値ｋ以上であると判定した場合（ステップＳ２：ＮＯ）、操作者の意図は停止モード以外にあると判定する。
次に、操作態様選択手段４において、印加操作力Ｆｉと操作態様に対応して設定され、基準操作力記憶手段５に記憶してある基準操作力との類似度（近似度）を算出する（ステップＳ４）。つまり、操作態様に対応する基準操作力（例えば上述した直進基準ベクトルＦｓ、進路変更基準ベクトルＦｃ、旋回基準ベクトルＦｒ）への印加操作力Ｆｉの投影の大きさ（直進投影ベクトルＦｉｓの大きさ｜Ｆｉｓ｜、進路変更投影ベクトルＦｉｃの大きさ｜Ｆｉｃ｜、旋回投影ベクトルＦｉｒの大きさ｜Ｆｉｒ｜）を算出する。
算出した印加操作力Ｆｉの投影の中から最も大きい（最も近い）ものに対応する基準操作力を判定抽出し、判定抽出した基準操作力に対応する操作態様を選択する。例えば、まず直進モードに対応するか否かを直進投影ベクトルＦｉｓの大きさ｜Ｆｉｓ｜が最大であるか否かにより判定する（ステップＳ５）。直進投影ベクトルＦｉｓの大きさが最大である場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、操作態様選択手段４において直進モードが選択される（ステップＳ６）。直進モードが選択された場合には、動作制御信号出力手段６は、直進モードに対応させて直進速度を算出する（ステップＳ７）。直進速度（直進での移動速度）は直進投影ベクトルＦｉｓの大きさ｜Ｆｉｓ｜に適宜比例させて算出することにより、一層制御性に富んだ操作が可能になる。
直進投影ベクトルＦｉｓの大きさが最大ではない場合（ステップＳ５：ＮＯ）、旋回モードに対応するか否かを旋回投影ベクトルＦｉｒの大きさが最大であるか否かにより判定する（ステップＳ８）。旋回投影ベクトルＦｉｒの大きさが最大であると判定した場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、操作態様選択手段４において旋回モードが選択される（ステップＳ９）。旋回モードが選択された場合には、動作制御信号出力手段６において、旋回モードに対応させて回転角速度を算出する（ステップＳ１０）。旋回する回転角速度は旋回投影ベクトルＦｉｒの大きさ｜Ｆｉｒ｜に適宜比例させて算出することにより、一層制御性に富んだ操作が可能になる。
旋回投影ベクトルＦｉｒの大きさが最大ではないと判定した場合（ステップＳ８：ＮＯ）、操作態様選択手段４において進路変更モードが選択される（ステップＳ１１）。進路変更モードが選択された場合には、動作制御信号出力手段６において、進路変更モードに対応させて進路変更（旋回）の周方向での移動速度（周速度）及び旋回の中心から見た回転角速度（旋回角速度）を算出する（ステップＳ１２）。周速度は印加操作力ＦｉのＹ成分Ｆｉｙに適宜比例させ、旋回角速度は印加操作力ＦｉのＸ成分Ｆｉｘに適宜比例させて算出することにより、一層制御性に富んだ操作が可能になる。
ステップＳ３、Ｓ７、Ｓ１０、Ｓ１２の設定結果、算出結果に基づいて、モータ制御部（７ａ〜７ｄ）で適宜モータへの指令値を設定し、モータ指令値として出力する（ステップＳ１３）。以上のフローを適宜繰り返すことにより操作者の操作意図に基づいた移動体１の円滑な操作が可能な力入力操作装置を実現できる。またこのような力入力操作装置を用いた移動体を搬送車又は走行用補助車に搭載して、搬送車又は走行用補助車の操作をする構成とすれば、操作性に優れ、操作者にやさしい搬送車又は走行用補助車を実現できる。
（実施の形態２）
第８図Ａは本発明の実施の形態２に係る力入力操作装置を用いた移動体の例を示す斜視図であり、第８図Ｂは本発明の実施の形態２に係る力入力操作装置を用いた移動体の例を示す平面図である。第８図Ａにおいて、１は移動体であり、例えば電動カート（電動式搬送車）であり、搬送が困難な荷物の移動を容易にするために用いられる。移動体１には例えば４組の車輪が装着されている。第８図Ｂでは移動体１の平面上から透視した各車輪の状態を示す。４組の車輪を右側前輪１ｇ、右側後輪１ｅ、左側前輪１ｈ、左側後輪１ｆとして示す。本実施の形態１では、駆動輪は右側後輪１ｅ、左側後輪１ｆのみであり、駆動輪は移動体１の筐体に固着されている。右側前輪１ｇ、左側前輪１ｈは、移動体１の筐体に回動可能に装着されており、移動体１の移動方向に従って回転する。
移動体１には力入力操作装置２が装着されている。操作者は力入力操作装置２へ操作力を適宜印加することにより移動体１の操作態様を選択できる構成としてある。本実施の形態２では、実施の形態１と同様、操作態様として直進モード、進路変更モード、旋回モードの３つのモードを有する。基本的な操作態様として、斯かる３つの操作態様で全ての移動が可能である。なお、更に細かく区分した操作態様を設定してもよい。
第８図Ｂにおいて、矢符Ａで示す前方へ直進する直進モードでは、右側後輪１ｅ、左側後輪１ｆのいずれも前方直進方向に同一回転数で回転する。矢符Ｂで示す右方向へ進路変更する進路変更モードでは、旋回半径に応じて右側後輪１ｅ、左側後輪１ｆの回転数及び回転方向を相違させて回転する。矢符Ｃで示す右回転する旋回モードでは、右側後輪１ｅ、左側後輪１ｆの回転数は同一であるものの回転方向を相違させて回転する。これにより、左右後輪の回転を制御するだけで、移動体１の操作態様を変更することが可能であり、操作態様はいずれも力入力操作装置２への印加操作力に応じて選択することができる。
第９図は、本発明の実施の形態１に係る力入力操作装置２を用いた移動体における操作態様を選択する力入力操作装置２の概略を示す平面図である。力入力操作装置２は、操作部である操作ハンドル２ａ、操作ハンドル２ａの両端を支持する略平行に設けた操作ハンドル支持部２ｅ、２ｅで構成される。操作ハンドル２ａの中途には、操作ハンドル２ａの長手方向の圧力を検出する圧力センサ２ｆを、操作ハンドル支持部２ｅ、２ｅの中途には、操作ハンドル支持部２ｅ、２ｅの長手方向の圧力を検出する圧力センサ２ｇ、２ｇが、それぞれ設置されている。
矢符Ａは例えば進行方向（Ｙ軸）を、矢符Ｂは例えば左右方向（Ｘ軸）を示す。進行方向（Ｙ軸）に圧力センサ２ｇ、２ｇを２個設置することにより、圧力センサ２ｇ、２ｇで検出した圧力値に生じる差異に基づいて、Ｘ軸及びＹ軸と直交するＺ軸周りの回転モーメントＣも検出することができる。
圧力センサ２ｆ、２ｇ、２ｇは印加操作力検出手段（第１０図の印加操作力検出手段３参照）として機能し、進行方向の力、左右方向の力、及び回転モーメントを検出し、この検出結果を操作態様選択手段（第１０図の操作態様選択手段４参照）へ送る。操作態様選択手段は検出結果に基づいて適宜操作態様を選択し、移動体１は所望の操作態様での移動を行う。
第１０図は本発明における制御ブロックの概略を示すブロック図である。操作部である操作ハンドル２ａへ印加された印加操作力を印加操作力検出手段３において検出する。印加操作力検出手段３は具体的には上述した複数の圧力センサで構成される。操作態様選択手段４において、印加操作力検出手段３で検出した印加操作力（印加操作力ベクトルＦｉ）を、予め設定して基準操作力記憶手段５に記憶してある基準操作力（基準操作力ベクトル）と比較して印加操作力に最も近い基準操作力を判定し、その基準操作力に対応する操作態様を選択する。すなわち、操作態様選択手段４は、複数の操作態様に応じて予め設定記憶された複数の基準操作力の中から印加操作力に最も近い基準操作力を判定して、その基準操作力に対応する操作態様を選択する。なお、基準操作力記憶手段５は、内蔵するメモリであっても良いし、個人毎に対応するデータを記憶したメモリカードのような可搬型の補助記憶手段であってもよい。
動作制御信号出力手段６は、選択された操作態様に応じて、移動体１が備える後輪を駆動するための各モータ８ｅ、８ｆが必要とする動作速度（回転数及び回転方向）を算出し、動作速度に対応する制御信号をモータ制御部７ｅ、７ｆへ出力する。モータ制御部７ｅ、７ｆは、動作制御信号出力手段６からの制御信号に応じて所定の駆動電流を各モータ８ｅ、８ｆへ供給する。ここでは、モータの例として右後輪モータ８ｅ、左後輪モータ８ｆを示している。
第１１図は、本発明の実施の形態２に係る力入力操作装置における操作態様の選択及び動作速度の算出の処理手順を示すフローチャートである。なお、操作態様として直進モード、進路変更モード、旋回モードの３つのモードが設定されている場合を例に挙げて説明する。
まず、印加操作力検出手段３は、印加操作力（印加操作力ベクトル）として、圧力センサで検出したＸ軸方向の力、Ｙ軸方向の２つの力（印加操作力ＦｉのＸ成分をＦｉｘ、Ｙ成分をＦｉｙ１、Ｆｉｙ２とする）を検出する（ステップＳ１０１）。
圧力センサで検出したＹ軸方向の２つの力Ｆｉｙ１、Ｆｉｙ２の差の絶対値が、所定の閾値εより小さいか否かを判断し（ステップＳ１０２）、Ｆｉｙ１、Ｆｉｙ２の差の絶対値が所定の閾値εより小さいと判断した場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、Ｆｉｙ１とＦｉｙ２とが略同一（＝Ｆｉｙ）であるとして（ステップＳ１０３）、実施の形態１と同様の処理を行う。
Ｆｉｙ１、Ｆｉｙ２の差の絶対値が所定の閾値εより大きいと判断した場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、Ｚ軸周りの回転モーメントＭｉを算出する（ステップＳ１０４）。そして、算出した回転モーメントＭｉを打ち消す逆方向回転モーメント−（マイナス）Ｍｉに対応する後輪回転数及び後輪回転方向を算出する（ステップＳ１０５）。
次に、操作態様選択手段４において、印加操作力Ｆｉと操作態様に対応して設定され、基準操作力記憶手段５に記憶してある基準操作力との類似度（近似度）を算出する（ステップＳ１０６）。つまり、操作態様に対応する基準操作力（例えば上述した直進基準ベクトルＦｓ、進路変更基準ベクトルＦｃ、旋回基準ベクトルＦｒ）への印加操作力Ｆｉの投影の大きさ（直進投影ベクトルＦｉｓの大きさ｜Ｆｉｓ｜、進路変更投影ベクトルＦｉｃの大きさ｜Ｆｉｃ｜、回転投影ベクトルＦｉｒの大きさ｜Ｆｉｒ｜）を算出する。
算出した印加操作力Ｆｉの投影の中から最も大きい（最も近い）ものに対応する基準操作力を判定抽出し、判定抽出した基準操作力に対応する操作態様を選択する。例えば、まず直進モードに対応するか否かを直進投影ベクトルＦｉｓの大きさが最大であるか否かにより判定する（ステップＳ１０７）。直進投影ベクトルＦｉｓの大きさが最大であると判定した場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、操作態様選択手段４において直進モードが選択される（ステップＳ１０８）。直進モードが選択された場合には、動作制御信号出力手段６は、ステップＳＳ１０５で算出した左右後輪の回転数及び回転方向を考慮した上で、左右後輪の回転数及び回転方向を算出する（ステップＳ１０９）。これにより、操作者の操作により発生している回転モーメントを相殺することができ、正確に直進移動することが可能となる。
直進投影ベクトルＦｉｓの大きさが最大ではないと判定した場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）、旋回モードに対応するか否かを旋回投影ベクトルＦｉｒの大きさが最大であるか否かにより判定する（ステップＳ１１０）。旋回投影ベクトルＦｉｒの大きさが最大であると判定した場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、操作態様選択手段４において旋回モードが選択される（ステップＳ１１１）。旋回モードが選択された場合には、動作制御信号出力手段６において、ステップＳＳ１０５で算出した左右後輪の回転数及び回転方向を考慮した上で、左右後輪の回転数及び回転方向を算出する（ステップＳ１１２）。これにより、操作者の操作により発生している回転モーメントを相殺することができ、旋回運動を正確にすることが可能となる。
旋回投影ベクトルＦｉｒの大きさが最大ではないと判定した場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、操作態様選択手段４において進路変更モードが選択される（ステップＳ１１３）。進路変更モードが選択された場合には、動作制御信号出力手段６において、ステップＳＳ１０５で算出した左右後輪の回転数及び回転方向を考慮した上で、左右後輪の回転数及び回転方向を算出する（ステップＳ１１４）。これにより、操作者の操作により発生している回転モーメントを相殺することができ、所望の回転半径で進路を変更することが可能となる。
ステップＳ１０９、Ｓ１１２、Ｓ１１４における左右後輪の回転数及び回転方向の算出結果に基づいて、モータ制御部７ｅ、７ｆで適宜モータへの指令値を設定し、モータ指令値として出力する（ステップＳ１１５）。以上のフローを適宜繰り返すことにより操作者の操作意図に基づいた移動体１の円滑な操作が可能な力入力操作装置を実現することができる。また、このような力入力操作装置を用いた移動体を搬送車又は走行用補助車に搭載して、搬送車又は走行用補助車の操作をする構成とすれば、操作性に優れ、操作者にやさしい搬送車又は走行用補助車を実現できる。

以上に詳述した如く、第１発明ないし第８発明にあっては、操作態様に応じて予め設定記憶された基準操作力と比較して最も近い基準操作力を判定し、判定した基準操作力に対応する操作態様を選択するので、操作部へ印加する操作力として小さい操作力しか印加できないような操作者の操作に対しても、操作者の意図に従った操作態様を選択できる操作性の良い力入力操作装置を実現することができる。また、健常者が操作する場合においても違和感の生じない操作性の良い力入力操作装置を実現することができる。
第９発明ないし第１１発明にあっては、第１発明ないし第８発明に係る力入力操作装置を搭載した対象物、移動体、搬送車及び歩行用補助車であることから、操作性の良い、操作者にやさしい搬送車又は歩行用補助車を実現できる。

Claims (11)

1. 操作部へ印加される操作力に応じて操作対象物を動作させる力入力操作装置において、
   前記操作部へ印加される印加操作力を検出する印加操作力検出手段と、
   予め複数の操作態様と対応付けて記憶された複数の基準操作力の中から検出した印加操作力に最も近い基準操作力を判定し、判定した基準操作力に対応する操作態様を選択する操作態様選択手段と、
   選択された操作態様に応じて操作対象物の動作を制御する動作制御信号を出力する動作制御信号出力手段と
   を備えることを特徴とする力入力操作装置。
2. 前記基準操作力を、前記印加操作力に基づいて設定して記憶する手段を備えることを特徴とする請求項１記載の力入力操作装置。
3. 前記印加操作力検出手段は、前記操作対象物の一方向及び該一方向に交差する方向の力を検出する２軸力センサであることを特徴とする請求項１又は２記載の力入力操作装置。
4. 前記印加操作力検出手段は、複数の力センサからなり、少なくとも一方向につき２個の力センサを備えることを特徴とする請求項１又は２記載の力入力操作装置。
5. 前記操作態様は、直進、進路変更、旋回のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の力入力操作装置。
6. 前記操作態様選択手段は、前記基準操作力毎に力の大きさ及び作用する方向で定めた判定領域を設定してあり、前記印加操作力の大きさ及び作用する方向に基づいて前記印加操作力が属する判定領域を特定し、前記印加操作力に最も近い基準操作力を判定すべくなしてあることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の力入力操作装置。
7. 前記操作態様選択手段は、前記印加操作力の作用する方向と前記基準操作力の作用する方向との方向差に基づいて前記印加操作力に最も近い基準操作力を判定すべくなしてあることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の力入力操作装置。
8. 前記操作態様選択手段は、前記印加操作力の大きさ及び作用する方向と前記基準操作力の大きさ及び作用する方向とを用い、大きさと方向とで定義する二次元空間での距離を算出し、算出した距離の大小に基づいて前記印加操作力に最も近い基準操作力を判定すべくなしてあることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の力入力操作装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の力入力操作装置を搭載してあり、前記動作制御信号出力手段が出力した前記動作制御信号に応じて動作すべくなしてあることを特徴とする移動体。
10. 請求項９に記載の移動体を搭載してあることを特徴とする搬送車。
11. 請求項９に記載の移動体を搭載してあることを特徴とする歩行用補助車。

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