JPWO2014045859A1

JPWO2014045859A1 - 手押し車

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Publication number: JPWO2014045859A1
Application number: JP2014536732A
Authority: JP
Inventors: 賢一白土; 滋辻
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2016-08-18
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Abstract

ヨー回転範囲を自動的に変化させることができる手押し車を提供する。ヨー方向の角度変化が、ある目標値（第１の目標値と第２の目標値）の間に収まるように、第１主輪（１１Ａ）および第２主輪（１１Ｂ）をそれぞれ駆動、制御する。制御部（２１）は、ヨー角速度ωが−αからαの間であると判断した場合、ヨー角速度ωが０になるように第１主輪（１１Ａ）および第２主輪（１１Ｂ）を制御し、ヨー角速度が０（または０に近い値）になるように補正する。したがって、ヨー角速度ωは、第１の目標値と第２の目標値の間（−αからαの間）に収まるようになる。

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、制御する手押し車に関するものである。

従来、手押し車では、特許文献１に示すように、ヨー軸回転が可能である車輪を備えたものが存在する。

特許文献１の手押し車では、足元に設けられたレバーを操作すると、ヨー軸回転を禁止する態様、回動範囲を制限して回転させる態様、または完全に自由に回転させる態様、の３つの態様に変化させることができる。

これにより、手押し車を直進固定にしたり、ある程度の範囲内で方向を変えたり、大きく方向変換したりすることができる。

特開２０１１−１６８２３６号公報

ヨー軸回転を完全に自由にした場合、使用者がふらつきながら進むと、転倒の危険性がある。また、特許文献１の手押し車では、ヨー回転範囲を制限したい場合、手動でレバーを操作する必要があった。

そこで、この発明は、ヨー回転範囲を自動的に制限させることができ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、一対の車輪と、該一対の車輪をピッチ方向に回転可能に支持する本体部と、前記一対の車輪をそれぞれ個別に駆動、制御する駆動制御部と、前記本体部のヨー方向の角度変化を検知するヨー検知手段と、を備えている。ヨー方向の角度変化とは、ヨー角度が変化していることを示し、ヨー方向の角度変化の検知とは、例えば、ヨー角度またはヨー角速度を検知することを示す。

そして、前記駆動制御部は、前記ヨー方向の角度変化が、第１の目標値と第２の目標値の間に収まるように前記一対の車輪をそれぞれ個別に駆動、制御することを特徴とする。

このように、ヨー方向の角度変化が所定範囲内に収まるように一対の車輪をそれぞれ個別に駆動制御することで、ヨー回転範囲を自動的に制限させることができ、使用者のふらつき、および転倒を防止することができる。なお、ヨー方向の角度変化は、例えば磁気センサを用いて、基準となる方位（例えば停止状態における手押し車の正面方位）に対する現時点の手押し車の正面方位の角度を検知してもよいし、ジャイロセンサを用いて、ヨー角速度を検知してもよい。また、ロータリエンコーダを用いて、前記一対の車輪のそれぞれの回転角度を検知し、検知したそれぞれの回転角度を基に算出した角速度を用いることにより、ヨー方向の角度変化（ヨー角度またはヨー角速度）を検知することも可能である。

また、駆動制御部は、前記ヨー方向の角度変化が、所定時間の間、第１の所定値範囲内であった場合に、前記第１の目標値および前記第２の目標値を前記第１の所定値範囲内に収まるように設定することが好ましい。つまり、駆動制御部は、ヨー方向の角度変化がある程度の時間続けて、ある範囲（第１の所定値）内に収まっている場合、使用者が直進していると判断し、ヨー方向の角度変化を０に近い状態（例えばヨー角速度を０±α（ｒａｄ／ｓ以内）に維持する。ヨー方向の角度変化が一時的に第１の所定値以上となる場合は、使用者が意図的に方向転換をしていると判断し、ヨー方向の角度変化を抑える制御をしない。これにより、小さなふらつきによる転倒を防止することができる。

また、駆動制御部は、前記ヨー方向の角度変化が、所定時間の間、第２の所定値範囲外であった場合に、前記第１の目標値および前記第２の目標値を前記第２の所定値範囲内に収まるように設定することが好ましい。つまり、駆動制御部は、ヨー方向の角度変化がある程度の時間続けて、ある範囲内（第２の所定値）以上に大きくなった場合、使用者が大きくふらついていると判断し、ヨー方向の角度変化を当該範囲内（例えばヨー角速度をβ以内または−β以上）に収める。これにより、大きなふらつきによる転倒を防止することができる。

また、本発明の手押し車は、本体部のロール方向の角度変化を検知するロール検知手段を備えていてもよい。この場合、駆動制御部は、ロール方向の角度変化が、所定時間の間、第３の所定値範囲外であった場合に、前記第１の目標値および前記第２の目標値を変更する。例えば、ヨー角速度をβ以内または−β以上に収める場合において、ロール方向の角度変化が、所定時間の間、第３の所定値以上になった場合、ヨー角速度をβ−σ以内または−β＋σ以上に収めるように、前記第１の目標値または第２の目標値をオフセットする。なお、このσは、ロ−ル方向の角度変化に応じて変化させてもよい。また、ヨー方向の角度変化が上記第１の所定値内に収まっている場合に、ヨー角速度を０±α（ｒａｄ／ｓ）以内に維持する態様と組み合わせてもよい。これにより、例えば、進行方向に対して左右方向に勾配がある場合においても、勾配の下り方向に意図せずに進んでしまうことを防止しつつ、使用者の意図的な方向転換を許可することもできる。

なお、本発明の手押し車は、第１の目標値または第２の目標値の入力を受け付ける目標値入力手段を備えていてもよい。また、上記第１の所定値範囲、第２の所定値範囲、または第３の所定値範囲の入力を受け付ける態様も可能である。

この発明によれば、ヨー回転範囲を自動的に制限させることができる。

手押し車の外観図である。手押し車の構成を示すブロック図である。ヨー角速度を０に補正する例（第１の例）を示す図である。ヨー角速度の算出例を示す図である。ヨー角速度を所定値以内に抑える例（第２の例）を示す図である。第１の例と第２の例の組み合わせを示す図である。第２の例の変形態様を示す図である。ロール角度に応じてヨー角速度を０に補正する例（第３の例）を示す図である。ロール角度に応じて基準ヨー角速度をオフセットする例（第３の例の変形態様）を示す図である。第１の例と第３の例の変形態様の組み合わせを示す図である。

図１は、本発明の移動体の実施形態である手押し車１の外観図である。図２は、手押し車１の構成を示すブロック図である。

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、右側（図中Ｘ方向）の端部には、第１主輪１１Ａが取り付けられ、左側（図中−Ｘ方向）の端部には、第２主輪１１Ｂが取り付けられている。これら一対の第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂは、それぞれ個別に駆動、制御される。手押し車１は、第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂの回転速度を個別に駆動、制御することで、ヨー方向の回転（図中Ｚ軸を中心とする回転）を制御することができる。

本体部１０の鉛直方向上部には、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２９が取り付けられている（手動ブレーキは、本発明において必須の構成ではない）。ユーザは、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、グリップ部と前腕等の摩擦により、手押し車１を押すことができる。

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の一端が取り付けられる。支持部１２の一端は、本体部１０に回転可能に接続されている。支持部１２の他端には、補助輪１３が取り付けられる。支持部１２は、本体部１０を支持するものであり、本体部１０の転倒を防止するためのものである。なお、支持部１２および補助輪１３は、本発明において必須の構成ではないが、補助輪１３を設けることで、電源オフ時に本体部１０が鉛直方向から大きく傾いた状態となった場合においても、第１主輪１１Ａ、第２主輪１１Ｂおよび補助輪１３が接地されることにより、手押し車を押すことができる。また、支持部１２および補助輪１３は、二つ以上であってもよい。

次に、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、手押し車１は、傾斜角センサ２０、制御部２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、ジャイロセンサ２４、第１主輪駆動部２５、第２主輪駆動部２６、ロータリエンコーダ２７Ａ、ロータリエンコーダ２７Ｂ、ユーザＩ／Ｆ２８、および手動ブレーキ２９を備えている。

制御部２１は、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。傾斜角センサ２０は、本体部１０のピッチ方向（図１における第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂの軸を中心とする回転方向）の鉛直方向に対する傾斜角を検知し、制御部２１に出力する。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、制御部２１に出力する。なお、手押し車１は、本体部１０の各方向の加速度を検知する加速度センサや、本体部１０と支持部１２からなる交差角度を検知するロータリエンコーダを備えていてもよい。

ロータリエンコーダ２７Ａおよびロータリエンコーダ２７Ｂは、それぞれ第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂの回転角度をそれぞれ検知し、検知結果を制御部２１に出力する。

基本動作として、制御部２１は、ジャイロセンサ２４および傾斜角センサ２０の検知結果に基づいて、本体部１０のピッチ方向の傾斜角の角度変化を検知し、本体部１０のピッチ方向の角度変化がゼロとなるように、かつ本体部１０の鉛直方向に対する角度が０（または０に近い値）となるように、第１主輪駆動部２５および第２主輪駆動部２６を制御する。第１主輪駆動部２５および第２主輪駆動部２６は、第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂ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の制御に従って第１主輪１１Ａおよび第２主輪をそれぞれ回転させる。なお、ここでは、本体部１０のピッチ方向の傾斜角の角度変化を検知する手段として、ジャイロセンサ２４および傾斜角センサ２０を用いる例を示したが、加速度センサを用いることも可能であるし、どの様なセンサを用いてもよい。例えば、ロータリエンコーダを用いて本体部１０に対する支持部１２の交差角度を検知する場合、当該交差角度から本体部１０の鉛直方向に対する傾斜角を推定することも可能である。

このようにして、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。手押し車１は、ユーザがグリップ部１６を握って手押し車１を押した場合でも一定の姿勢を保つ。倒立振子制御を行うことで奥行き方向の長さを大幅に短くできるためヨー角方向に旋回する際に旋回半径が小さくでき、小回り性能の向上が見込まれる。その一方で非倒立制御である静的安定な３輪以上の手押し車と比較して倒立振子制御を適用すると手押し車のヨー軸周りの慣性モーメントが小さくなるため、使用者は小さな力でも旋回ができる。これは足腰が弱い使用者にとっては意図しない旋回動作につながる可能性がある。この欠点を補う意味で本発明は倒立振子制御を適用する手押し車に大きな効果をもたらす。ただし、倒立振子制御は、本発明において必須ではなく、第１主輪１１Ａ、第２主輪１１Ｂおよび補助輪１３を接地させるだけでも、当該手押し車１を使用することが可能である。

さらに、本実施形態の手押し車１は、ヨー方向の角度変化が、ある目標値（第１の目標値と第２の目標値）の間に収まるように、第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂをそれぞれ駆動、制御することで、使用者のヨー方向のふらつきを防止し、転倒を防止するものである。

まず、第１の例について説明する。図３は、第１の例として、ヨー角速度を０（または０に近い値）に補正する例を示す図である。この場合、第１の目標値と第２の目標値は、０（すなわち、第１の目標値と第２の目標値が一致する。）となる。図３（Ａ）は、ヨー角速度ωを示す図であり、図３（Ｂ）は、ヨー角速度ωと制御オン、オフの関係を示す図であり、図３（Ｃ）は制御部２１の動作を示すフローチャートである。

ヨー角速度ωは、手押し車１のヨー方向の角速度（ｒａｄ／ｓ）である。ヨー角速度ωは、例えばロータリエンコーダ２７Ａおよびロータリエンコーダ２７Ｂの検知結果から算出する。ロータリエンコーダ２７Ａおよびロータリエンコーダ２７Ｂで検知し、算出した第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂの角速度が同一であれば、ヨー角速度ωは０である。制御部２１は、第１主輪１１Ａと第２主輪１１Ｂのそれぞれの回転角度から算出される角速度の差から、ヨー角速度ωを求めることができる。図４に示すように、第１主輪１１Ａと第２主輪１１Ｂ間の距離をｄ、旋回曲率半径をρ、第１主輪の速度をＶＲ、第２主輪の速度をＶＬ、とすると、ＶＲ＝（ρ−ｄ）ωおよびＶＬ＝（ρ＋ｄ）ωの関係から、ヨー角速度ωは

となる。ただし、角速度ωが正とは、本体部１０の上面から見て時計回りに回転する方向を示す。

また、ヨー角速度は、ヨーレートセンサ（ジャイロセンサ）を設けることで検知することもできる。また、ロータリエンコーダ２７Ａおよびロータリエンコーダ２７Ｂから得られたヨー角速度と該ヨーレートセンサを併用すると、第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂの空転検知を行うこともできる。すなわち、第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂが何らかの理由により空転している場合、ロータリエンコーダとヨーレートセンサから得られるヨー角速度ωの値に差が出るため、例えばロータリエンコーダとヨーレートセンサから得られるヨー角速度ωの差分値が所定のしきい値を超える場合に、第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂが空転していると判断することができる。第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂが空転していると判断した場合、例えば、走行を停止する等の安全対策を行うことができる。

制御部２１は、図３（Ｃ）に示すように、ヨー角速度ωが第１の所定値範囲内に収まっているか否かを判断する。すなわち、制御部２１は、角速度ωが−αからαの間であるか否かを判断する（ｓ１１）。制御部２１は、角速度ωが−αからαの間であると判断した場合、角速度ωが０になるように第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂを制御し、角速度が０になるように補正する（ｓ１２）。すなわち、図３（Ｂ）の斜線部に示すように、角速度ωが−αからαの間である場合、第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂを制御する。

なお、角速度ωは、瞬時値から判断してもよいが、ここでは、所定時間の間、連続して角速度ωが−αからαの間であると判断した場合に、ｓ１２の処理を行う。また、ここでは、ヨー角速度が０になるように補正する例を示したが、前記第１の所定値範囲内（−αからαの間）に収まるように補正すればよい。例えば、前記第１の所定値範囲（−αからα）を−５〜＋５［ｒａｄ／ｓ］としたときに、前記第１の目標値および前記２の目標値をそれぞれ、＋１［ｒａｄ／ｓ］および−１［ｒａｄ／ｓ］と設定し、前記第１の所定値範囲よりも狭い範囲に収まるように補正してもよい。

このようにして、角速度ωは、第１の目標値と第２の目標値の間（−αからαの間）に収まるようになる。制御部２１は、角速度ωが所定時間の間連続してある範囲（第１の所定値）内に収まっている場合、使用者が直進していると判断し、ヨー方向の角度変化を０に近い状態に維持することになる。これにより、小さなふらつきを防止し、転倒を防止することができる。

一方で、制御部２１は、ｓ１１の判断処理において、角速度ωが−αからαの間ではないと判断した場合、角速度の補正を解除する（ｓ１３）。このとき、直ちに補正を解除するのではなく、徐々に解除するようにしてもよい。つまり、角速度ωが第１の所定値の範囲外となる場合は、使用者が意図的に方向転換をしていると判断し、ヨー方向の角度変化を抑える制御をしない。

なお、ヨー方向の角度変化としては、ヨー角速度ではなく、ヨー角度を検知し、当該ヨー角度の変化を用いてもよい。ヨー角度は、磁気センサを設け、基準となる方位（例えば停止状態における手押し車１の正面方位）に対する現時点の手押し車の正面方位の角度差から検知することも可能である。また、ロータリエンコーダ２７Ａおよびロータリエンコーダ２７Ｂの検知結果を用いてヨ−角度を検知することも可能である。また、ロータリエンコーダ２７Ａおよびロータリエンコーダ２７Ｂから得られたヨー角度と該磁気センサを併用すると、第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂの空転検知を行うこともできる。すなわち、第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂが何らかの理由により空転している場合、ロータリエンコーダと磁気センサから得られるヨー角速度ωの値に差が出るため、例えばロータリエンコーダと磁気センサから得られるヨー角速度ωの差分値が所定のしきい値を超える場合に、第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂが空転していると判断することができる。第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂが空転していると判断した場合、例えば、走行を停止する等の安全対策を行うことができる。

なお、第１の所定値αは、ユーザＩ／Ｆ２３により、ユーザからの入力を受け付ける態様としてもよい。この場合、第１の所定値αは、摘み（ダイヤルスイッチ）や、押ボタン等で入力する態様とする。また、有線または無線で接続されるリモコンで数値を直接入力する態様としてもよい。また、音声入力であってもよい。

次に、図５は、第２の例として、ヨー角速度ωを第２の所定値範囲内に抑える例を示す図である。図５（Ａ）は、角速度ωを示す図であり、図５（Ｂ）は、角速度ωと制御オン、オフの関係を示す図であり、図５（Ｃ）は制御部２１の動作を示すフローチャートである。

制御部２１は、図５（Ｃ）に示すように、ヨー角速度ωが第２の所定値範囲内に収まっているか否かを判断する。すなわち、制御部２１は、ヨー角速度ωが−βからβの間であるか否かを判断する（ｓ２１）。制御部２１は、ヨー角速度ωが−βからβの間ではないと判断した場合、第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂを制御し、ヨー角速度ωが−βからβの範囲内になるように補正する（ｓ２２）。すなわち、図５（Ｂ）の斜線部に示すように、ヨー角速度ωが−β以下、あるいはβ以上である場合、第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂを制御する。

なお、ここでも、ヨー角速度ωは、瞬時値から判断してもよいが、所定時間の間、連続してヨー角速度ωが−βからβの範囲外であると判断した場合に、ｓ２２の処理を行う。

この例においても、ヨー角速度ωは、第１の目標値と第２の目標値の間（この場合、第１の目標値がβに一致し、第２の目標値が−βに一致する。）に収まるようになる。制御部２１は、ヨー角速度ωが所定時間の間連続してある範囲（第２の所定値範囲）外になっている場合、使用者が大きくふらついていると判断し、ヨー方向の角度変化を第２の所定値範囲内に維持し、大きなふらつきによる転倒を防止する。

一方で、制御部２１は、ｓ２１の判断処理において、ヨー角速度ωが−βからβの間であると判断した場合、ヨー角速度の補正を解除する（ｓ２３）。このとき、直ちに補正を解除するのではなく、徐々に解除するようにしてもよい。

なお、この例においても、ヨー方向の角度変化としては、ヨー角速度ωではなく、ヨー角度を検知し、当該ヨー角度の変化を用いてもよい。また、第２の所定値範囲（βおよび−β）も、ユーザからの入力を受け付ける態様としてもよい。

次に、図６は、第１の例と第２の例の組み合わせを示す図である。図６（Ａ）は、ヨー角速度ωを示す図であり、図６（Ｂ）は、ヨー角速度ωと制御オン、オフの関係を示す図であり、図６（Ｃ）は制御部２１の動作を示すフローチャートである。

この例では、制御部２１は、図６（Ｃ）に示すように、まず、ヨー角速度ωが−αからαの間であるか否かを判断し（ｓ１１）、ヨー角速度ωが−αからαの間であると判断した場合、ヨー角速度ωが０になるように第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂを制御し、ヨー角速度が０になるように補正する（ｓ１２）。一方、制御部２１は、ヨー角速度ωが−αからαの間ではないと判断した場合、さらにヨー角速度ωが−βからβの間であるか否かを判断する（ｓ２１）。制御部２１は、ヨー角速度ωが−βからβの間ではないと判断した場合、第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂを制御し、ヨー角速度ωが−βからβの範囲内になるように補正する（ｓ２２）。ｓ２１の判断処理において、ヨー角速度ωが−βからβの間であると判断した場合、ヨー角速度の補正を解除する（ｓ２３）。

すなわち、図６（Ｂ）の斜線部に示すように、ヨー角速度ωが−αからαの間である場合、およびヨー角速度ωが−β以下、あるいはβ以上である場合、第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂを制御することになる。ヨー角速度ωがαからβの間、および−βから−αの間である場合、ヨー角速度の補正が解除される。

これにより、小さなふらつきおよび大きなふらつきを防止しつつ、ある角度範囲内での使用者の意図的な方向転換を許可することもできる。

次に、図７は、第２の例の変形態様を示す図である。図７（Ａ）は、ヨー角速度ωを示す図であり、図７（Ｂ）は、ヨー角速度ωと制御オン、オフの関係を示す図であり、図７（Ｃ）は制御部２１の動作を示すフローチャートである。

この例では、図５に示した第２の例と同様の制御を行うが、第２の所定値範囲が大きく異なる。すなわち、この例における第２の所定値範囲（−β’からβ’）は、−βからβの範囲よりも小さく、かつ第１の所定値範囲である−αからαの範囲よりもさらに小さい。βからβ’への切り替えは、ユーザＩ／Ｆ２３により、ユーザからの入力を受け付けることにより行われる。

この例では、制御部２１は、図７（Ｃ）に示すように、ヨー角速度ωが−β’からβ’の間であるか否かを判断する（ｓ３１）。制御部２１は、ヨー角速度ωが−β’からβ’の間ではないと判断した場合、第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂを制御し、ヨー角速度ωが−β’からβ’の範囲内になるように補正する（ｓ３２）。ｓ３１の判断処理において、ヨー角速度ωが−β’からβ’の間であると判断した場合、ヨー角速度の補正を解除する（ｓ３３）。

すなわち、この例では、図７（Ｂ）の斜線部に示すように、ヨー角速度ωが−β’以下、あるいはβ’以上である場合、第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂを制御する。この場合、ヨー角速度ωは、ほぼ０付近に固定されるため、手押し車１を直進固定として使用することができる。

次に、図８は、ロール角度に応じてヨー角速度を補正する例（第３の例）を示す図である。図８（Ａ）は、ロール角度φを示す図であり、図８（Ｂ）は、ロール角度φと制御オン、オフの関係を示す図であり、図８（Ｃ）は制御部２１の動作を示すフローチャートである。

ロール角度φは、手押し車１の進行方向（図１に示すＹ方向）を軸として、鉛直方向に対する傾斜角度である。ロール角度φは、例えば傾斜角センサ、加速度センサで検知する。あるいは、軸荷重を圧力センサで検知することでも算出可能であるし、ジャイロセンサで検知することも算出可能である。

制御部２１は、図８（Ｃ）に示すように、ロール角度φが第３の所定値範囲内に収まっているか否かを判断する。すなわち、制御部２１は、ロール角度φが−γからγの間であるか否かを判断する（ｓ４１）。制御部２１は、ロール角度φが−γからγの間ではないと判断した場合、第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂを制御し、ヨー角速度ωが０になるように補正する（ｓ４２）。一方で、制御部２１は、ｓ４１の判断処理において、ロール角度φが−γからγの間であると判断した場合、ヨー角速度の補正を解除する（ｓ４３）。このとき、直ちに補正を解除するのではなく、徐々に解除するようにしてもよい。

なお、ここでも、ロール角度φは、瞬時値から判断してもよいが、所定時間の間、連続して−γからγの範囲外であると判断した場合に、ｓ４２の処理を行うことが望ましい。また、ロール方向の角度変化としては、ロール角度ではなく、ロール角速度を検知し、当該ロール角速度の変化を用いてもよい。なお、第３の所定値も、ユーザからの入力を受け付ける態様としてもよい。ロール角速度は、傾斜角センサや加速度センサから算出することも可能であるし、ジャイロセンサで検知することも可能である。

この例においても、ヨー角速度ωは、０付近に収まるようになる。これにより、例えば、進行方向に対して左右方向に勾配がある場合においても、勾配の下り方向に意図せずに進んでしまうことを防止することができる。

図９は、ロール角度に応じて基準ヨー角速度をオフセットする例（第３の例の変形態様）を示す図である。図９（Ａ）は、ロール角度φを示す図であり、図９（Ｂ）は、ヨー角速度ωを示す図であり、図９（Ｃ）は、ロール角度φとオフセットのオン、オフの関係を示す図であり、図９（Ｄ）および図９（Ｅ）は、ヨー角速度ωと制御オン、オフの関係を示す図であり、図９（Ｆ）は制御部２１の動作を示すフローチャートである。

この変形態様では、図５に示した第２の例と組み合わせ、第２の所定値範囲（−βからβ）を所定値（σ）だけオフセットするものである。

この例では、制御部２１は、図９（Ｆ）に示すように、まずロール角度φが−γからγ（ただし、γ＞０）の間であるか否かを判断する（ｓ５１）。制御部２１は、ロール角度φが−γからγの間ではないと判断した場合、上記第２の所定値範囲（−βからβ）をオフセットする（ｓ５２）。ただし、図９（Ａ）および図９（Ｂ）に示すように、この例では、ロール角度φがγ以上に大きくなった場合には、地面が進行方向に対して左側に傾斜していると判断し、左側（反時計回り）へのヨー回転を制限する。すなわち、図９（Ｄ）に示すように、ヨー角速度ωが−β＋σ以下、あるいはβ以上である場合に、第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂを制御し、ヨー角速度ωが−β＋σからβの範囲内に収まるようにする。ロール角度φが−γ以下になった場合には、地面が進行方向に対して右側に傾斜していると判断し、右側（時計回り）へのヨー回転を制限する。すなわち、図９（Ｅ）に示すように、ヨー角速度ωが−β以下、あるいはβ−σ以上である場合に、第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂを制御し、ヨー角速度ωが−βからβ−σの範囲内に収まるようにする。なお、オフセットは片側だけでなく、両側に行ってもよい。すなわち、ロール角度φがγ以上になった場合に、ヨー角速度ωが−β＋σからβ＋σの範囲内に収まるようにする、あるいはロール角度φが−γ以下になった場合に、ヨー角速度ωが−β−σからβ−σの範囲内に収まるようにする。なお、σは、ロール方向の角度変化に応じて変化させてもよい。例えば、ロール方向の角度が大きい（勾配が急である）ときはσを大きく、ロール方向の角度が小さい（勾配が緩やかである）ときはσを小さくする。これにより、さらに安定性が向上する。

一方、制御部２１は、ｓ５１の判断処理において、ロール角度φが−γからγの間であると判断した場合、オフセットを解除する（ｓ５３）。オフセットが解除されると、図５（Ｂ）に示したように、ヨー角速度ωが−β以下あるいはβ以上である場合に、第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂを制御する。

この変形態様においても、進行方向に対して左右方向に勾配がある場合において、勾配の下り方向に意図せずに進んでしまうことを防止しつつ、使用者の意図的な方向転換を許可することもできる。

次に、図１０は、第１の例、第２の例、および第３の例の変形態様の組み合わせを示す図である。図１０（Ａ）は、ロール角度φとオフセットのオン、オフの関係を示す図であり、図１０（Ｂ）および図１０（Ｃ）は、ヨー角速度ωと制御オン、オフの関係を示す図であり、図１０（Ｄ）は制御部２１の動作を示すフローチャートである。

この例では、制御部２１は、図１０（Ｄ）に示すように、まず、ロール角度φが−γからγの間であるか否かを判断し（ｓ６１）、ロール角度φが−γからγの間ではないと判断した場合、上記第２の所定値範囲（−βからβ）をオフセットする（ｓ６２）。

この例においても、ロール角度φがγ以上に大きくなった場合には、図１０（Ｂ）に示すように、ヨー角速度ωが−β＋σ以下、あるいはβ以上である場合に、第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂを制御し、ヨー角速度ωが−β＋σからβの範囲内に収まるようにする。ロール角度φが−γ以下になった場合には、図１０（Ｃ）に示すように、ヨー角速度ωが−β以下、あるいはβ−σ以上である場合に、第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂを制御し、ヨー角速度ωが−βからβ−σの範囲内に収まるようにする。また、この例においても、オフセットは片側だけでなく、両側に行ってもよい。なお、この例においても、σは、ロール方向の角度変化に応じて変化させてもよい。

一方で、制御部２１は、ロール角度φが−αからαの間であるか否かを判断し（ｓ６３）、ロール角度φが−αからαの間であると判断した場合、ヨー角速度ωが０になるように第１主輪１１Ａおよび第２主輪１１Ｂを制御し、ヨー角速度が０になるように補正する（ｓ６４）。ヨー角速度ωが−αからαの間ではないと判断した場合、ヨー角速度が０になるように補正する制御を解除する（ｓ６５）。

この場合も、進行方向に対して左右方向に勾配がある場合において、勾配の下り方向に意図せずに進んでしまうことを防止しつつ、使用者の意図的な方向転換を許可することもでき、小さなふらつきによる転倒も防止することができる。

１０…本体部１１Ａ…第１主輪１１Ｂ…第２主輪１２…支持部１３…補助輪１５…ハンドル１６…グリップ部
２０…傾斜角センサ２１…制御部２２…ＲＯＭ２３…ＲＡＭ２４…ジャイロセンサ２５…第１主輪駆動部２６…第２主輪駆動部２７Ａ，２７Ｂ…ロータリエンコーダ２９…手動ブレーキ

従来、特許文献１に示すように、ヨー軸回転が可能である車輪を備えたものが存在する。

特許文献１では、足元に設けられたレバーを操作すると、ヨー軸回転を禁止する態様、回動範囲を制限して回転させる態様、または完全に自由に回転させる態様、の３つの態様に変化させることができる。

これにより、直進固定にしたり、ある程度の範囲内で方向を変えたり、大きく方向変換したりすることができる。

ヨー軸回転を完全に自由にした場合、使用者がふらつきながら進むと、転倒の危険性がある。また、特許文献１では、ヨー回転範囲を制限したい場合、手動でレバーを操作する必要があった。

Claims

一対の車輪と、
該一対の車輪をピッチ方向に回転可能に支持する本体部と、
前記一対の車輪をそれぞれ個別に駆動、制御する駆動制御部と、
前記本体部のヨー方向の角度変化を検知するヨー検知手段と、
を備えた手押し車であって、
前記駆動制御部は、前記ヨー方向の角度変化が、第１の目標値と第２の目標値の間に収まるように前記一対の車輪をそれぞれ個別に駆動、制御することを特徴とする手押し車。
前記駆動制御部は、前記ヨー方向の角度変化が、所定時間の間、第１の所定値範囲内であった場合に、前記第１の目標値および前記第２の目標値を前記第１の所定値範囲内に収まるように設定することを特徴とする請求項１に記載の手押し車。
前記第１の所定値範囲の入力を受け付ける第１の入力手段を備えた請求項２に記載の手押し車。
前記駆動制御部は、前記ヨー方向の角度変化が、所定時間の間、第２の所定値範囲外であった場合に、前記第１の目標値および前記第２の目標値を前記第２の所定値範囲内に収まるように設定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の手押し車。
前記第２の所定値範囲の入力を受け付ける第２の入力手段を備えた請求項４に記載の手押し車。
前記本体部のロール方向の角度変化を検知するロール検知手段を備え、
前記駆動制御部は、前記ロール方向の角度変化が、所定時間の間、第３の所定値範囲外であった場合に、前記第１の目標値および／または前記第２の目標値を変更することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の手押し車。
前記第３の所定値範囲の入力を受け付ける第３の入力手段を備えた請求項６に記載の手押し車。
前記第１の目標値または前記第２の目標値の入力を受け付ける目標値入力手段を備えた請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の手押し車。
前記ヨー検知手段は、前記一対の車輪のそれぞれの回転角度または角速度を検知することにより、前記ヨー方向の角度変化を検知する請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の手押し車。
前記ヨー検知手段は、ヨー角速度センサまたは磁気センサを含む請求項９に記載の手押し車。