WO2014045858A1

WO2014045858A1 - 手押し車

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Publication number: WO2014045858A1
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Inventors: 久保昌幸; 白土賢一; 辻滋
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Description

手押し車

　この発明は、歩行を補助する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、車輪を駆動、制御して歩行を補助する歩行補助装置が知られている。例えば、特許文献１には、自走装置および歩行者を柄で接続する機構を備えた歩行支援装置が記載されている。特許文献１の歩行支援装置は、登り坂および下り坂において、柄で歩行者を支えるまたは引っ張る態様で、モータ動力による歩行補助・抑制制御を行う。

特開２００４－８９６１５号公報

　歩行を補助する装置は、長時間駆動することが望ましい。しかし、歩行補助装置は、長時間駆動させるための大容量のバッテリを搭載させると、重くなり、製造コストも高くなってしまう。また、電動手押し車は、バッテリが消耗した場合でも、電動機構を備えていない手押し車としても取り回ししやすく使用できることが望ましい。

　そこで、本発明は、車輪の駆動機構を制御し、電力消費を抑え、長時間駆動することができる電動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、該本体部に一方が連結され、ピッチ方向に回転することが可能な支持部と、該支持部の他方に回転可能に支持された第２の車輪と、前記第１の車輪を駆動・制御する駆動制御部と、前記第１の車輪の接地面の傾斜を検知する傾斜検知手段と、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センサ部と、該駆動制御部、該傾斜検知手段およびピッチ角センサ部を作動させるための電力を蓄える蓄電部と、を備える。

　また、本発明の手押し車の前記駆動制御部は、前記傾斜検知手段で傾斜を検知した場合に、前記ピッチ角センサ部の出力に基づいて、前記本体部の角度変化が０となり、かつ前記本体部の鉛直方向に対する角度が、所定の角度になるように前記第１の車輪の回転を制御する第１の制御モードと、前記傾斜検知手段で傾斜を検知しない場合に、前記第１の車輪の回転を制御しない第２の制御モードと、を有することを特徴とする。

　本発明の手押し車は、傾斜検出手段によって、ある程度急な上り坂又は下り坂を検知する。駆動制御部は、傾斜を検知した場合、倒立振子制御により、本体部の鉛直方向に対する角度が所定の角度になるよう、本体部の姿勢を維持する（第１の制御モード）。歩行者は、当該手押し車が自立した状態であるため、上り坂または下り坂において、当該手押し車に掴まりながら歩行することができる。

　本発明の手押し車は、傾斜検知手段によって、ほぼ平地の路面を検知する。駆動制御部は、平地であることを検知した場合、第１の車輪の回転を制御せず、倒立振子制御を停止する（第２の制御モード）。本体部は、倒立振子制御を行わなくても、第１の車輪および第２の車輪で支持される。したがって、歩行者は、第２の制御モードでも、当該手押し車に掴まりながら歩行することができる。また、本発明の手押し車は、第２の制御モードでは、駆動制御部が動作しないため、電力消費が抑えられる。したがって、歩行者は、電力消費を抑えながら、手押し車を使用することができる。

　本発明の手押し車は、第１の制御モードおよび第２の制御モードを併用することにより、駆動可能な持続時間が延び、歩行者の長時間の歩行を補助することができる。

　また、手押し車は、第２の制御モードにおいて、本体部と支持部の成す角度が、第1の制御モードにおける前記角度よりも大きいことを特徴とする。例えば、本体部と支持部の接合点にモータを設けることにより、本体部と支持部の成す角度は、モータ駆動による支持部の回転により、大きくなる。そして、第１の車輪と第２の車輪の間隔は、広くなる。その結果、本体部は、第１の制御モードにおける状態に比べ、より安定する。したがって、歩行者は、より安定した状態となる手押し車に掴まりながら歩行することができる。

　また、手押し車は、第２の制御モードにおいて、第１の車輪の回転によって生じる起電力を蓄電部に回生することを特徴とする。発生した起電力を蓄電部に回生することにより、持続時間がさらに延びる。したがって、手押し車は、長時間歩行者を補助することができる。

　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。

　この発明の手押し車は、電力消費を抑え、長時間歩行を補助することができる。

電動手押し車の外観図である。電動手押し車の構成を示す制御構成図である。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る。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。上り坂に差し掛かった際の電動手押し車１の姿勢を示す図である。上り坂から平地に差し掛かった際の電動手押し車１の姿勢を示す図である。第２の制御モードから第１の制御モードに切り替えるフローチャートを示す図である。第１の制御モードから第２の制御モードに切り替えるフローチャートを示す図である。下り坂における第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る。平地における第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。下り坂に差し掛かった際の電動手押し車１の姿勢を示す図である。下り坂から平地に差し掛かった際の電動手押し車１の姿勢を示す図である。第２の制御モードから第１の制御モードに切り替えるフローチャートを示す図である。第１の制御モードから第２の制御モードに切り替えるフローチャートを示す図である。平地における電動手押し車１を示す図である。上り坂に差し掛かった電動手押し車１を示す図である。上り坂における電動手押し車１を示す図である。上り坂から平地に差し掛かる電動手押し車１を示す図である。第２の制御モードから第１の制御モードへ切り替えるフローチャートを示す図である。第１の制御モードから第２の制御モードへ切り替えるフローチャートを示す図である。上り坂から平地に移動する際の主輪１１の角速度および主輪駆動部２６の消費電流値を時系列に示す図である。ロータリエンコーダ２９からの検出値に基づく角速度および主輪駆動部２６にかかる負荷に基づいて、第１の制御モードから第２の制御モードに切り替えるフローチャートを示す図である。

　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バッテリ４０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。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３Ｂ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に接続されている必要はなく、支持部１２の中間部分が本体部１０に接続されていてもよい。また、補助輪１３は、必ずしも支持部１２の他端に取り付けられる必要はなく、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の中間部分に取り付けられてもよい。

　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、支持部用ロータリエンコーダ３１、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、検知結果を制御部２１に出力する。支持部用ロータリエンコーダ３１は、本体部１０と支持部１２からなる交差角度を検知し、検知結果を制御部２１に出力する。また、電動手押し車１は、本体部１０の加速度を検知する加速度センサを備えてもよい。

　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。

　ただし、補助輪駆動部２７は、本発明の必須の構成ではない。

　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停止しても、主輪１１および補助輪１３により本体部１０を支持するため、手押し車として使用することができる。

　図３Ａ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３Ｂ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。第１の制御モードは、上り坂で動作する。第２の制御モードは、平地で動作する。

　図３Ａ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０度に近いθ１ｕ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、０度に近いθ２ｕ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θ２ｕに保たれる。θ２ｕ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が歩行の邪魔になることがない。

　以上のように、電動手押し車１は、上り坂において自立するため、歩行者は、電動手押し車１を手押し車として使用することができる。

　図３Ｂに示す第２の制御モード時には、電動手押し車１は、上記倒立振子制御を停止する。第２の制御モード時における本体部１０の姿勢は、支持部１２が接続された側に大きく傾いた状態となり、本体部１０と鉛直方向との成す角度は、θ１ｕよりも大きいθ１となっている。このとき、本体部１０と支持部１２との成す角度は、θ２ｕよりも大きいθ２となっている。制御部２１は、本体部１０と支持部１２との成す角度がθ２になるように支持部駆動部２５を制御する。支持部駆動部２５が設けられず、支持部１２が本体部１０に回転可能に接続されているだけの場合も、本体部１０と支持部１２のなす角は、支持部１２および補助輪１３の自重により、広げられる。なお、支持部１２と本体部１０との成す角度θ２は、ストッパー等により、所定の角度（例えば１２０度）以上大きくならないため、本体部１０は、支持部１２が設けられた側に転倒することはない。

　電動手押し車１は、第２の制御モードにおいても、歩行者がグリップ部１６をつかむことにより、歩行を補助する。また、電動手押し車１の消費電力は、倒立振子制御を停止することにより、第１の制御モード時より小さくなり、バッテリ４０の消費を抑えることができる。

　図４Ａ～図４Ｄは、第１の制御モードと第２の制御モードを切り替える例を示す図である。図４Ａは、上り坂に差し掛かった際の電動手押し車１の姿勢を示す図である。図４Ｂは、上り坂から平地に差し掛かった際の電動手押し車１の姿勢を示す図である。図４Ｃは、第２の制御モードから第１の制御モードに切り替えるフローチャートを示す図である。図４Ｄは、第１の制御モードから第２の制御モードに切り替えるフローチャートを示す図である。

　第２の制御モードから第１の制御モードに切り替える例を、図４Ａおよび図４Ｃを用いて説明する。図４Ａに示すように、本体部１０と鉛直方向との成す角度は、主輪１１が上り坂に差し掛かることにより、本体部１０が歩行者側に傾くため、θ１より大きいθ１’になる。

　制御部２１は、第２の制御モードにおいて、定期的（例えば１ミリ秒毎）にジャイロセンサ２４から、本体部１０の傾斜角の角度変化を検出し、積分することにより、本体部１０と鉛直方向の成す角度を検出する（ｓ１１）。制御部２１は、本体部１０と鉛直方向の成す角度が所定の閾値Ｔｈ１より大きい場合（ｓ１２）、上り坂に差し掛かったと判断してステップｓ１３に進む。制御部２１は、本体部１０と鉛直方向の成す角度が所定の閾値Ｔｈ１以下の場合、ステップｓ１１に戻り、定期的に本体部１０と鉛直方向の成す角度を検出する。

　本体部１０と鉛直方向の成す角度が閾値Ｔｈ１より大きい場合、制御部２１は、本体部１０と鉛直方向との成す角度がθ１ｕとなるように倒立振子制御を行う第１の制御モードに切り替える（ｓ１３）。

　このように、電動手押し車１は、上り坂に差し掛かると、第１の制御モードに切り替える。電動手押し車１は、第１の制御モードにおいて、倒立振子制御により自立するため、歩行者は、電動手押し車１を押して上り坂を上ることができる。

　第１の制御モードから第２の制御モードに切り替える例を、図４Ｂおよび図４Ｄを用いて説明する。図４Ｂに示すように、支持部１２と本体部１０の成す角度は、主輪１１が平地に差し掛かることにより、θ２ｕより大きいθ２’となる。

　制御部２１は、第１の制御モードにおいて、定期的（例えば５００ｍ秒毎）に支持部用ロータリエンコーダ３１から、支持部１２と本体部１０とのなす角度を検出する（ｓ２１）。制御部２１は、支持部１２と本体部１０とのなす角度が所定の閾値Ｔｈ２より大きい場合（ｓ２２）、上り坂を上り終わると判断してステップｓ２３に進む。制御部２１は、支持部１２と本体部１０とのなす角度が所定の閾値Ｔｈ２以下の場合、上り坂が続くと判断し、ステップｓ２１に戻り、定期的に支持部１２と本体部１０とのなす角度を検出する。

　支持部１２と本体部１０とのなす角度が閾値Ｔｈ２より大きい場合、制御部２１は、支持部駆動部２５を、支持部１２と本体部１０との成す角度をθ２となるよう制御する（ｓ２３）。そして、制御部２１は、第２の制御モードに切り替え、倒立振子制御を停止する（ｓ２４）。

　このように、電動手押し車１は、主輪１１が上り坂を上り終わると、第２の制御モードに切り替える。電動手押し車１は、第２の制御モードにおいて、倒立振子制御を行わないため、バッテリ４０の消費を抑えることができる。

　次に、図５Ａは、下り坂における第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５Ｂは、平地における第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５Ａ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θ１ｕとなるように主輪１１の回転を駆動、制御する。角度θ２ｄは、平地時の角度θ２より小さい。

　図５Ｂに示す第２の制御モード時には、電動手押し車１は、上記倒立振子制御を停止する（図３Ｂと同じ姿勢である）。

　図６は、第１の制御モードと第２の制御モードを切り替える例を示す図である。図６Ａは、下り坂に差し掛かった際の電動手押し車１の姿勢を示す図である。図６Ｂは、下り坂から平地に差し掛かった際の電動手押し車１の姿勢を示す図である。図６Ｃは、第２の制御モードから第１の制御モードに切り替えるフローチャートを示す図である。図６Ｄは、第１の制御モードから第２の制御モードに切り替えるフローチャートを示す図である。

　第２の制御モードから第１の制御モードに切り替える例を図６Ａおよび図６Ｃを用いて説明する。図６Ａに示すように、本体部１０と鉛直方向との成す角度は、下り坂に差し掛かると、主輪１１が下り坂に差し掛かることにより、角度θ１よりも小さい角度θ１’となっている。

　制御部２１は、第２の制御モードにおいて、定期的（例えば５００ミリ秒毎）にジャイロセンサ２４の値を積分して、本体部１０と鉛直方向の成す角度を検出する（ｓ３１）。制御部２１は、本体部１０と鉛直方向の成す角度が所定の閾値Ｔｈ３より小さい場合（ｓ３２）、下り坂に差し掛かったと判断してステップｓ３３に進む。制御部２１は、本体部１０と鉛直方向の成す角度が所定の閾値Ｔｈ３以上の場合、ステップｓ３１に戻り、定期的に本体部１０と鉛直方向の成す角度を検出する。

　本体部１０と鉛直方向の成す角度が閾値Ｔｈ３より小さい場合、制御部２１は、本体部１０と鉛直方向との成す角度がθ１ｕとなるように倒立振子制御を行う第１の制御モードに切り替える（ｓ３３）。

　このように、電動手押し車１は、下り坂に差し掛かると、第１の制御モードに切り替える。電動手押し車１は、第１の制御モードにおいて、倒立振子制御により自立するため、歩行者は、グリップ部１６に掴まりながら下り坂を下ることができる。

　第１の制御モードから第２の制御モードに切り替える例を、図６Ｂおよび図６Ｄを用いて説明する。図６Ｂに示すように、支持部１２と本体部１０の成す角度は、主輪１１が平地に差し掛かることにより、θ２ｄより大きいθ２’となっている。

　制御部２１は、第１の制御モードにおいて、定期的（例えば５００ミリ秒毎）に支持部用ロータリエンコーダ３１から、支持部１２と本体部１０とのなす角度を検出する（ｓ４１）。制御部２１は、支持部１２と本体部１０とのなす角度が所定の閾値Ｔｈ４より大きい場合（ｓ４２）、下り坂を下り終わると判断してステップｓ４３に進む。制御部２１は、支持部１２と本体部１０とのなす角度が所定の閾値Ｔｈ４以下の場合、下り坂が続くと判断し、ステップｓ４１に戻り、定期的に支持部１２と本体部１０とのなす角度を受け取る。

　次に、制御部２１は、支持部駆動部２５を、支持部１２と本体部１０との成す角度をθ２になるよう制御する（ｓ４３）。そして、制御部２１は、第２の制御モードに切り替え、倒立振子制御を停止する（ｓ４４）。

　このように、電動手押し車１は、主輪１１が下り坂を下り終わると、第２の制御モードに切り替える。電動手押し車１は、第２の制御モードにおいて、倒立振子制御を行わないため、バッテリ４０の消費を抑えることができる。

　なお、制御部２１は、ジャイロセンサ２４の代わりに加速度センサを用いても、傾斜を検出することができる。加速度センサで検出されるＺ軸方向の加速度は、平地から上り坂に移動した場合（または平地から下り坂に移動した場合）、平地におけるＺ軸方向の加速度よりも小さくなる。制御部２１は、Ｚ軸方向の加速度の低下を検出した場合、電動手押し車１が平地から上り坂に（または平地から下り坂に）移動したと判断し、第２の制御モードから第１の制御モードに切り替える。Ｚ軸方向の加速度は、上り坂から平地に移動した場合（または下り坂から平地に移動した場合）、上り坂（または下り坂）におけるＺ軸方向の加速度よりも大きくなる。制御部２１は、Ｚ軸方向の加速度の上昇を検出した場合、電動手押し車１が上り坂から平地に（または下り坂から平地に）移動したと判断し、第１の制御モードから第２の制御モードに切り替える。

　上り坂および下り坂の検知手法は、上述の例に限らない。例えば、図７に示すように、超音波センサを用いて、主輪１１の接地面が傾斜していることを検知することもできる。図７Ａは、平地における電動手押し車１を示す図である。図７Ｂは、上り坂に差し掛かった電動手押し車１を示す図である。図７Ｃは、上り坂における電動手押し車１を示す図である。図７Ｄは、上り坂から平地に差し掛かる電動手押し車１を示す図である。

　電動手押し車１は、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、平地では倒立振子制御を行わず（第２の制御モード）、本体部１０と鉛直方向との成す角度は、θ１となっている。また、本体部１０と支持部１２とのなす角度は、θ２となっている。

　電動手押し車１は、図７Ｃおよび図７Ｄに示すように、上り坂では、第１の制御モードで、倒立振子制御を行う。すなわち、制御部２１は、本体部１０と鉛直方向との成す角度が平地における角度θ１より小さいθ１ｕで維持されるよう、主輪駆動部２６を制御する。また、本体部１０と支持部１２との成す角度は、平地における角度θ２より小さい角度θ２ｕとなっている。

　超音波センサから発射される超音波の本体部１０の長軸に対する出力角度は、図７Ａ乃至図７Ｄに示すように、φ１となっている。超音波センサは、進行方向の主輪１１の接地面に向かって超音波を発射し、反射波を受け取る。超音波の発射タイミングから反射波を受け取るタイミングまでの時間（以下往復時間と称す。）は、超音波センサから接地面における超音波の反射点までの距離（以下、往復距離と称す。）に対応する。往復距離は、図７Ｂに示すように、電動手押し車１が上り坂に差し掛かる場合、平地における往復距離より短くなる。したがって、上り坂に差し掛かる際の往復時間は、平地における往復時間より、短くなる。電動手押し車１が上り坂から平地に差し掛かる際の往復距離は、図７Ｄに示すように上り坂を上る際の往復距離より長くなる。したがって、電動手押し車１が上り坂から平地に差し掛かる際の往復時間は、上り坂を上る際の往復時間より長くなる。

　以上のことから、制御部２１は、超音波センサの出力に基づく往復時間の変動を用いて、上り坂を検出することができる。図８は、超音波センサを用いて、主輪１１の接地面の上り坂を検出し、第１の制御モードと第２の制御モードを切り替えるフローチャートを示す図である。図８Ａは、第２の制御モードから第１の制御モードへ切り替えるフローチャートを示す図である。図８Ｂは、第１の制御モードから第２の制御モードへ切り替えるフローチャートを示す図である。

　制御部２１は、第２の制御モードにおいて、定期的に（例えば５００ミリ秒毎）、超音波を送受信するように超音波センサを制御する（ｓ５１）。そして、制御部２１は、前回（５００ミリ秒前に測定した）の往復時間に対する直前に測定した往復時間の比率を算出し、当該比率が所定の閾値Ｔｈ５より小さい場合（ｓ５２）、進行方向の近くに上り坂があると判断し、ステップｓ５３に進む。制御部２１は、当該比率が所定の閾値Ｔｈ５以上の場合、進行方向の近くに上り坂がないと判断し、ステップｓ５１に戻り、定期的に超音波センサを制御する。

　ステップｓ５３の動作は、図４Ｃに示すフローチャートのステップｓ１３の動作と同じ動作である。

　このように、電動手押し車１は、上り坂に差し掛かると、第１の制御モードに切り替える。電動手押し車１は、第１の制御モードにおいて、倒立振子制御により自立するため、歩行者は、グリップ部１６に掴まりながら上り坂を歩行することができる。

　制御部２１は、第１の制御モードにおいて、定期的に（例えば５００ミリ秒毎）、超音波を送受信するように超音波センサを制御する（ｓ６１）。そして、制御部２１は、前回（５００ミリ秒前に測定した）の往復時間に対する直前に測定した往復時間の比率を算出し、当該比率が所定の閾値Ｔｈ６より大きい場合（ｓ６２）、進行方向の近くで平地に差し掛かると判断し、ステップｓ６３に進む。制御部２１は、当該比率が閾値Ｔｈ６以下の場合、進行方向に上り坂が続くと判断し、ステップｓ６１に戻り、定期的に超音波センサを制御する。

　ステップｓ６３およびステップｓ６４の動作は、それぞれ図４Ｄに示すフローチャートのステップｓ２３およびステップ２４と同じ動作である。

　このように、電動手押し車１は、上り坂から平地に差し掛かると、第２の制御モードに切り替える。電動手押し車１は、第２の制御モードにおいて、倒立振子制御を行わないため、バッテリ４０の消費を抑えることができる。

　下り坂に差し掛かる際の往復時間は、平地における往復時間より、長くなる。下り坂から平地に差し掛かる際の往復時間は、下り坂を下る際の往復時間より短くなる。

　以上のことから、制御部２１は、超音波センサの出力に基づく往復時間の変動を用いて、下り坂を検出することもできる。

　制御部２１が下り坂を検出する処理の流れは、図８に示すフローチャートに示す処理の流れとほぼ同じである。ステップｓ５２において、前回の往復時間に対する直前に測定した往復時間の比率を算出し、当該比率が所定の閾値より大きい場合、ステップｓ５３に進む点と、ステップｓ６２において、前回の往復時間に対する直前に測定した往復時間の比率を算出し、当該比率が所定の閾値より小さい場合、ステップｓ６３に進む点が、図８に示すフローチャートと異なる点である。

　以上のように、電動手押し車１は、超音波センサで主輪１１の接地面における上り坂および下り坂を検出することにより、第１の制御モードと第２の制御モードを切り替え、バッテリ４０の消費を抑える。

　なお、超音波センサではなく、赤外線センサによる赤外線の往復時間を用いて、傾斜を検出してもよいし、カメラを設け、画像認識で傾斜を検出してもよい。

　また、傾斜から平地に移動したことを検出するために、主輪１１の回転角度を検出するロータリエンコーダ２９からの検出値および主輪駆動部２６にかかる負荷（トルク）を用いることもできる。

　一般に、モータにかかる負荷は、磁束および消費電流値に比例する。主輪１１を回転させるモータ内の磁石は固定されているため、磁束は変化しない。したがって、制御部２１は、主輪駆動部２６の消費電流値を（例えばオブザーバを介して）検出することにより、主輪駆動部２６にかかる負荷を算出する。

　図９は、ロータリエンコーダ２９からの検出値および主輪駆動部２６にかかる負荷に基づいて、電動手押し車１が上り坂から平地に移動することを検出する例を示す図である。図９Ａは、上り坂から平地に移動する際の主輪１１の角速度および主輪駆動部２６の消費電流値を時系列に示す図である。角速度は、ロータリエンコーダ２９で検出した回転角度を時間で微分することにより求められる。

　主輪駆動部２６は、角速度が一定であれば、平地に差し掛かった場合よりも上り坂を上る場合の方が、大きな力を必要とする。したがって、平地に差し掛かった時の主輪駆動部２６の負荷は、上り坂の時に比べ小さい。制御部２１は、角速度がほぼ一定の場合、図９Ａの破線部に示すように、消費電流値が小さくなる時点で、主輪駆動部２６の負荷が小さくなったことから、電動手押し車１が上り坂から平地に移動したと判断することができる。

　図９Ｂは、ロータリエンコーダ２９からの検出値に基づく角速度および主輪駆動部２６にかかる負荷に基づいて、第１の制御モードから第２の制御モードに切り替えるフローチャートを示す図である。制御部２１は、第１の制御モードにおいて、定期的に（例えば５００ミリ秒毎）、ロータリエンコーダ２９から主輪１１の回転角度を取得し、同時に主輪駆動部２６の消費電流値を取得する（ｓ７１）。そして、制御部２１は、主輪１１の角速度（回転角度の微分値）に対する消費電流値の比率を求め、当該比率が所定の閾値Ｔｈ７より小さい場合（ｓ７２）、主輪１１が上り坂から平地に移動したと判断し、ステップｓ７３に進む。制御部２１は、当該比率が閾値Ｔｈ７以上の場合、主輪１１が継続して上り坂を上っていると判断し、ステップｓ７１に戻り、定期的に主輪１１の回転角度および主輪駆動部２６の消費電流値を取得する。

　ステップｓ７３およびステップ７４の動作は、それぞれ図４Ｄに示すフローチャートのステップｓ２３およびステップｓ２４と同じ動作である。

　電動手押し車１は、ロータリエンコーダ２９からの検出値および主輪駆動部２６の消費電流値から、下り坂を下り終わったことも検出することもできる。主輪駆動部２６は、角速度が一定であれば、平地に差し掛かった場合よりも下り坂で自立する場合の方が、大きな力を必要とする。したがって、平地に差し掛かった時の主輪駆動部２６の負荷は、下り坂の時に比べ小さい。制御部２１は、角速度がほぼ一定の場合、消費電流値が小さくなる時点で、主輪駆動部２６の負荷が小さくなったことから、主輪１１が下り坂から平地に移動したと判断することができる。制御部２１は、主輪１１の角速度に対する主輪駆動部２６の消費電流値の比率が所定の閾値より小さくなった場合、下り坂から平地に差し掛かったと判断し、第１の制御モードから第２の制御モードに切り替える。

　また、制御部２１は、第１の制御モードで、本体部１０と鉛直方向との成す角度を、主輪１１の接地面の傾斜角度と等しくなるように制御することもできる。接地面の傾斜角度は、支持部１２と本体部１０との成す角度、および本体部１０と鉛直方向との成す角度を用いて求められる。本体部１０と鉛直方向との成す角度を接地面の傾斜角度として倒立振子制御を行う場合、グリップ部１６とユーザの距離は、急な傾斜面でも、離れることはない。

　また、制御部２１は、発生する起電力をバッテリ４０に回生することが好ましい。第２の制御モードで歩行者が電動手押し車１を押すことにより、または第１の制御モードで下り坂を下る際に主輪１１は、回転される。起電力は、主輪駆動部２６を構成するモータが回転されることによって、発生する。電動手押し車１は、電力回生により、さらにバッテリ４０の持続時間が延びる。

１…電動手押し車
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
３１…支持部用ロータリエンコーダ
４０…バッテリ

Claims

　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、
　該本体部に一方が連結され、ピッチ方向に回転することが可能な支持部と、
　該支持部の他方に回転可能に支持された第２の車輪と、
　前記第１の車輪を駆動・制御する駆動制御部と、
　前記第１の車輪の接地面の傾斜を検知する傾斜検知手段と、
　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センサ部と、
　該駆動制御部、該傾斜検知手段、およびピッチ角センサ部を作動させるための電力を蓄える蓄電部と、
　を備えた手押し車であって、
　前記駆動制御部は、前記傾斜検知手段が傾斜を検知した場合に、前記ピッチ角センサ部の出力に基づいて、前記本体部の角度変化が０となり、かつ前記本体部の鉛直方向に対する角度が、所定の角度になるように前記第１の車輪の回転を制御する第１の制御モードと、
　前記傾斜検知手段で傾斜を検知しない場合に、前記第１の車輪の回転を制御しない第２の制御モードと、
　を有することを特徴とする手押し車。
　前記第２の制御モードにおいて、前記本体部と前記支持部の成す角度が、前記第１の制御モードにおける前記角度よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の手押し車。
　前記第２の制御モードにおいて、前記第１の車輪の回転によって生じる起電力を前記蓄電部に回生することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の手押し車。
　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、
　該本体部に一方が連結され、ピッチ方向に回転することが可能な支持部と、
　該支持部の他方に回転可能に支持された第２の車輪と、
　前記第１の車輪を駆動・制御する駆動制御部と、
　前記第１の車輪の接地面の傾斜を検知する傾斜検知手段と、
　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センサ部と、
　該駆動制御部、該傾斜検知手段、およびピッチ角センサ部を作動させるための電力を蓄える蓄電部と、
　を備えた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、前記傾斜検知手段が傾斜を検知した場合に、前記ピッチ角センサ部の出力に基づいて、前記本体部の角度変化が０となり、かつ前記本体部の鉛直方向に対する角度が、所定の角度になるように前記第１の車輪の回転を制御する第１の制御モードと、
　前記傾斜検知手段で傾斜を検知しない場合に、前記第１の車輪の回転を制御しない第２の制御モードと、
　を実行させることを特徴とするプログラム。