WO2015019982A1 - 手押し車 - Google Patents

Abstract

　倒立振子制御を行う手押し車において、段差を乗り越えやすくする。　手押し車（１）は、進行方向に対して車輪（１１）よりも前方（順方向）に昇段補助部（１３）が設置されている。昇段補助部（１３）は、本体部（１０）（または車輪（１１）の回転軸）に接続されるフレーム（１３１）と、フレーム（１３１）に支持されている第２補助輪（１３０）と、からなる。第２補助輪（１３０）の下端は、車輪（１１）の下端よりも高い位置に取り付けられ、走行時には地面に接地しないようになっている。昇段補助部（１３）は、手押し車（１）の進行方向に段差が存在した場合に、当該昇段補助部（１３）を先に段差上の地面に接地させて、当該昇段補助部（１３）を支点にして手押し車（１）を持ち上げる方向に力をかけるためのものである。

Description

手押し車

　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、車輪を駆動、制御して倒立振子制御を行う移動体が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

　また、特許文献２には、キャスタの前輪にバネを介して接続された補助輪を有する４輪歩行補助車が記載されている。特許文献２の４輪歩行補助車は、段差が存在した場合にバネが伸び、補助輪が先に乗り上げることで段差を乗り越えやすくしたものである。

特開２０１１－１６８２３６号公報 特許第４３４４６５５号公報

　倒立振子制御では、駆動する車輪に大きな荷重がかかるため、段差を乗り越えることが難しいという課題がある。

　一方で、特許文献２のような装置では、左右の片側のキャスタだけ高さが変わる可能性があり、この機構を倒立振子制御を用いた手押し車に適用するのは難しいという問題があった。

　そこで、この発明は、倒立振子制御を行う手押し車において、段差を乗り越えやすくすることを目的とする。

　本発明の手押し車は、車輪と、前記車輪を回転可能に支持する本体部と、前記本体部のピッチ方向の角度変化または角速度変化を検出するセンサと、前記センサの出力に基づいて、前記本体部の目標値に対するピッチ方向の角度変化が０になるように前記車輪を駆動、制御する駆動制御部と、前記車輪の回転軸または前記本体部に接続される昇段補助部と、を備えている。

　そして、前記昇段補助部は、前記車輪よりも前記手押し車の進行方向に対して順方向に設けられ、前記車輪の回転軸または前記本体部に対する可動範囲を制限する制限機構が設けられていることを特徴とする。

　このように、駆動する車輪よりも前に昇段補助部が存在することで、当該昇段補助部を先に段差上の地面に接地させることができる。そして、昇段補助部と本体部（または車輪の回転軸）に対する可動範囲（交差角）が制限機構により制限されているため、先に接地した昇段補助部を支点にして手押し車を持ち上げる方向に力をかけることができる。

　なお、昇段補助部は、走行時において昇段するときを除き接地しない態様も可能であるし、車輪とともに接地する態様も可能である。

　昇段補助部は、走行時に接地しない態様の場合、車輪の半径をＲとしたとき、昇段補助部の下端は、車輪が接地している接地面に対して、昇段補助部の下端が前記Ｒ以上の高さに設けられていることが好ましい。段差の高さが車輪の半径以上である場合、車輪だけでは段差を乗り越えることができないが、昇段補助部の下端が前記Ｒ以上の高さであれば、昇段補助部が先に段差を乗り越えて、当該昇段補助部を支点として手押し車を持ち上げる方向に力をかけることができるため、車輪の半径以上の高さを乗り越えることも可能になる。

　また、昇段補助部は、補助輪が回転可能に支持されていることが好ましい。補助輪を設けることで、段差上の地面に接地したときに、手押し車を持ち上げる方向に力をかけながら車輪の移動を阻害することがない。

　また、手押し車は、段差を検出する段差検出部をさらに備え、前記駆動制御部は、前記段差検出部が前記段差を検出した場合に、前記本体部の目標値を進行方向とは逆側に傾斜させる態様としてもよい。この場合、昇段補助部の高さよりも高い段差が存在したとしても、本体部が進行方向に対して逆側に傾斜することで昇段補助部の高さが高くなるため、段差上の地面に接地させることができる。

　また、利用者の操作を受け付けるユーザインタフェースをさらに備え、前記駆動制御部は、前記ユーザインタフェースを介して、利用者が段差越えの指示を入力した場合に、前記本体部の目標値を進行方向とは逆側に傾斜させる態様としてもよい。

　この発明によれば、倒立振子制御を行う手押し車において、段差を乗り越えやすくすることができる。

手押し車の外観斜視図である。 手押し車の側面図である。 手押し車の構成を示す制御構成図である。 段差乗り越え時の手押し車の動作を示した概略説明図である。 段差乗り越え時の手押し車の動作を示した概略説明図である。 昇段補助部の他の例を示す図である。 昇段補助部の他の例を示す図である。 昇段補助部の他の例を示す図である。 変形例に係る手押し車の外観斜視図である。 変形例に係る手押し車の側面図である。 手押し車の下部の拡大図である。 段差乗り越え時の手押し車の動作を示した概略説明図である。 段差乗り越え時の手押し車の動作を示した概略説明図である。 手押し車１００の外観斜視図である。 手押し車１００の構成を示す制御構成図である。 段差乗り越え時の手押し車１００の動作を示した概略説明図である。 段差乗り越え時の手押し車１００Ａの動作を示した概略説明図である。 段差乗り越え時の手押し車１００Ｂの構造および動作を示した概略説明図である。 段差乗り越え時の手押し車１００の動作を示した概略説明図である。 ショックセンサを用いる場合の動作を示した概略説明図である。

　図１は、本発明の実施形態に係る手押し車１の外観斜視図であり、図２は、左側面図である。図３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、左右（図中Ｘ，－Ｘ方向）の端部には、２つの車輪１１が取り付けられている。２つの車輪１１は、同じ軸に取り付けられ、同期して回転する。ただし、２つの車輪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、車輪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。

　図２に示すように、手押し車１の本体部１０（または車輪１１の回転軸）には、進行方向に対して後方、すなわち本体部１０の背面（－Ｙ方向）に、棒状の支持部１１０の一端が取り付けられている。支持部１１０の一端は、本体部１０（または車輪１１の回転軸）に回転可能に接続されている。支持部１１０の他端には、第１補助輪１１１が取り付けられている。支持部１１０は、本体部１０が鉛直方向から後方に傾いた状態となった場合に、接地され、本体部１０を支持するものである。

　なお、図２においては、第１補助輪１１１が地面に接地した状態を示しているが、手押し車１は、倒立振子制御を行うことにより、車輪１１だけが接地された状態であっても自立することが可能である。また、本体部１０と支持部１１０との接続部分にモータを取り付け、このモータを駆動することで本体部１０と支持部１１０との成す角度を制御するようにしてもよい。

　また、手押し車１の進行方向に対して車輪１１よりも後方側にある支持部１１０および第１補助輪１１１は、本発明において必須の構成ではないが、支持部１１０および第１補助輪１１１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、車輪１１および第１補助輪１１１が接地されることにより、当該手押し車１を手押し車として使用することができる。

　手押し車１は、進行方向に対して車輪１１よりも前方（順方向）に昇段補助部１３が設置されている。昇段補助部１３は、本体部１０（または車輪１１の回転軸）に接続されるフレーム１３１と、フレーム１３１に支持されている第２補助輪１３０と、からなる。フレーム１３１は、本体部１０から前方に向かって延びる薄い板状の第１フレーム１３１Ａと、当該第１フレーム１３１Ａに直交して接続され、鉛直下方に延びる薄い板状の第２フレーム１３１Ｂからなる。第１フレーム１３１Ａは、進行方向に対して後方側の端部で本体部１０に接続されている。第１フレーム１３１Ａの進行方向に対して前方側の端部には、第２フレーム１３１Ｂの鉛直上方側の部分が接続されている。第２フレーム１３１Ｂの鉛直下方の端部には、第２補助輪１３０が取り付けられている。フレーム１３１は、本発明の制限機構に相当し、昇段補助部１３の本体部１０（または車輪１１の回転軸）に対する可動範囲を固定（制限）する。この例では、２つの昇段補助部１３を設ける例を示しているが、１つあるいは３つ以上の昇段補助部１３を設けてもよい。

　図２に示すように、第２補助輪１３０の下端は、車輪１１の下端よりも高い位置に取り付けられ、走行時には昇段するときを除き地面に接地しないようになっている。具体的には、通常の使用形態において、手押し車自体を持ち上げることなく越えることが求められる段差よりも高い位置にある。なお、車輪１１の半径をＲとしたとき、第２補助輪１３０の下端は、車輪１１が接地している接地面に対して、Ｒ以上の高さに設けられていることが望ましい。

　利用者は、手押し車１の進行方向に段差が存在した場合に、当該昇段補助部１３を先に段差上の地面に接地させて、当該昇段補助部１３を支点にして手押し車１を持ち上げる方向に力をかけ、段差を乗り越えることができる。詳細は、図４および図５を参照して後述する。

　本体部１０の鉛直方向上部には、例えば、薄い板状のハンドル１５の一端が取り付けられ、ハンドル１５の他端には、グリップ部１６が取り付けられている。グリップ部１６の上面には、電源スイッチ等の利用者の操作を受け付けるユーザインタフェース（図３に示すユーザＩ／Ｆ２７）が設けられている。利用者は、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、グリップ部と前腕等の摩擦により、手押し車１を使用する。

　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。

　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３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、ロータリエンコーダ２５、車輪駆動部２６、およびユーザＩ／Ｆ２７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における車輪１１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。　ロータリエンコーダ２５は、車輪１１の回転角度に応じた出力値を制御部２１に出力する。

　制御部２１は、目標の傾斜角度（例えば０度）と、傾斜角センサ２０から入力された現時点の本体部１０の傾斜角度と、の差分値を入力し、この差分値が０となるような本体部１０の傾斜角速度を算出する。そして、制御部２１は、算出した傾斜角速度と、ジャイロセンサ２４から入力された現時点の本体部１０の傾斜角速度と、の差分値を入力し、この差分値が０となるような印加トルクを算出する。このようにして算出されたトルクが車輪駆動部２６に入力される。

　車輪駆動部２６は、車輪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、上記本体部傾斜角速度制御器２１３で算出されたトルクを車輪１１のモータに印加し、車輪１１を回転させる。

　このようにして、手押し車１は、倒立振子制御を行い、本体部１０の姿勢を一定に保つ。仮に、利用者が手押し車１を進行方向に対して順方向に押す動作を行うと、本体部１０の傾斜角度が目標傾斜角度に対して順方向に傾くことになるため、本体部１０の傾斜角度を目標傾斜角度に維持するために、車輪１１を順方向に回転させるトルクが働く。これにより、利用者の移動に追従して手押し車１も移動する。

　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、ロータリエンコーダ２５を用いて検知したり、加速度センサ（不図示）を用いて検知したりすることも可能であるし、どの様なセンサを用いてもよい。

　また、昇段補助部１３は、本体部１０との交差角が一定となるよう固定されているが、本体部１０または車輪１１の回転軸に対してピッチ方向に回転可能であって、第２補助輪１３０の下端が接地せず、かつ所定の可動範囲をもって支持されていてもよい。

　図４および図５は、段差が存在した場合の手押し車１の挙動を示す図である。図４（Ａ）に示すように、手押し車１の進行方向に段差が存在すると、まず、図４（Ｂ）に示すように、車輪１１が先に段差に接触する。すなわち、第２補助輪１３０の下端は、車輪１１の下端よりも高い位置に取り付けられているため、第２補助輪１３０の下端よりも低い高さの段差には接触せず、車輪１１が先に段差に接触する。

　図４（Ｃ）に示すように、この状態で利用者が手押し車１を押すと、本体部１０のピッチ方向の傾斜角が手押し車１の進行方向に対して順方向に傾くため、第２補助輪１３０が段差上の地面に接する。すると、第２補助輪１３０を支点にして手押し車１を持ち上げて段差を乗り越える方向に力をかけることができる。また、本体部１０のピッチ方向の傾斜角が手押し車１の進行方向に対して順方向に傾くと、倒立振子制御により車輪１１を順方向に回転させるトルクが働く。これにより、図５（Ａ）に示すように車輪１１が段差を乗り越えることができる。段差を乗り越えた後は、図５（Ｂ）に示すように、倒立振子制御により車輪１１が順方向に回転し、本体部１０の傾斜角度が目標傾斜角度に近づく。その後、図５（Ｃ）に示すように本体部１０のピッチ方向の傾斜角度が目標傾斜角度に維持される。

　なお、上述の例では、昇段補助部１３に第２補助輪１３０を取り付ける態様であったが、第２補助輪１３０は本発明において必須の構成ではない。例えば、図６（Ａ）に示すように、フレームの鉛直下方に第２補助輪１３０に代えて断面が扇形の円柱１３０Ｂを取り付け、側面（曲面）が段差上の地面に接地するようにしてもよい。また、図６（Ｂ）に示すように、三角柱１３０Ｃを取り付け、側面（斜面）が段差上の地面に接地するようにしてもよい。このような構成であっても、昇段補助の効果は、生じる。

　また、昇段補助部１３が所定の可動範囲をもって支持されていてもよいと上述したが、例えば、図７に示すように、本体部１０の傾斜角に応じて昇段補助部の高さが変化する態様としてもよい。図７は、昇段補助部１３の応用例である昇段補助部１３Ａの構成を示す図である。図７に示す昇段補助部１３Ａは、本体部１０（または車輪１１の回転軸）に接続されるフレーム１３１と、フレーム１３１に支持されている第２補助輪１３０と、フレーム１３１の一辺に接続されたラックギア１３２と、からなる。

　ラックギア１３２は、本体部１０（または車輪１１の回転軸）に取り付けられたピニオンギア１５１とかみ合い、一方向（上下）に移動する。ピニオンギア１５１は、モータ（不図示）に取り付けらる。当該モータは、制御部２１により回転が制御される。ピニオンギア１５１が回転すると、ラックギア１３２が上下に移動し、フレーム１３１および第２補助輪１３０が上下に移動する。

　ここでは、制御部２１は、本体部１０のピッチ方向の傾斜角（手押し車１の進行方向に対して順方向となる角度）に応じてフレーム１３１および第２補助輪１３０が下方に移動するようにピニオンギア１５１を回転させる。

　図４（Ｂ）に示したように、車輪１１が先に段差に接触した状態で、図４（Ｃ）に示すように、利用者が手押し車１を押すと、本体部１０のピッチ方向の傾斜角が手押し車１の進行方向に対して順方向に傾くため、フレーム１３１および第２補助輪１３０が下方に移動する。この場合、本体部１０の傾斜角度以上に昇段補助部１３Ａが傾くことになり、第２補助輪１３０が地面に近づくことになる。したがって、低い段差であっても本体部１０を大きく傾斜する必要がなくなる。そのため、段差超え時の使い勝手が向上し、転倒の可能性を低減することになる。

　なお、昇段補助部１３Ａは、本体部１０のピッチ方向の傾斜角に応じてフレーム１３１および第２補助輪１３０が機械的に上下に移動するようにしてもよい。例えば、図８に示すように、本体部１０と支持部１１０との接続部分にギア１７１を設ける。ギア１７１は、支持部１１０のピッチ方向の回転に応じて回転する。そして、ギア１７１は、ピニオンギア１５１とかみ合うようになっている。この場合、本体部１０が手押し車１の進行方向に対して順方向に傾くと、図中の曲線矢印のように、本体部１０と支持部１１０との交差角が小さくなり、ギア１７１が回転する。その結果、ピニオンギア１５１が回転し、ラックギア１３２が下方に移動して、フレーム１３１および第２補助輪１３０が下方に移動する。なお、第２補助輪１３０を支点にして手押し車１を持ち上げる際には、ギア１５１およびギア１７１が回転しないことが望ましい。ギア１５１およびギア１７１の回転を防止するには、例えば、第２補助輪１３０を支点にして手押し車１を持ち上げるときに、当該第２補助輪１３０からの反力により発生するギア１５１のトルクが、第１補助輪１１１および支持部１１０の荷重により発生するギア１５１のトルクよりも小さくなるように、ギア１５１とギア１７１とのギア比を設定する。

　次に、図９は、変形例に係る手押し車１Ａの外観斜視図であり、図１０は、左側面図である。図１および図２と共通する構成については同一の符号を付し、説明を省略する。

　変形例に係る手押し車１Ａは、進行方向に対して車輪１１よりも前方（順方向）に昇段補助部５３が設置されている。昇段補助部５３は、本体部１０（または車輪１１の回転軸）に接続されるフレーム５３１と、フレーム５３１の下側に接続されるキャスタ５３０と、からなる。フレーム５３１は、本体部１０から前方に延びる左右方向に薄い板状の部材である。図１０に示すように、キャスタ５３０の下端は、車輪１１の下端と同じ高さに取り付けられ、走行時にはともに地面に接地するようになっている。

　図１１は、手押し車１Ａの下部の拡大斜視図である。図１１に示すように、フレーム５３１は、本体部１０側の下部に設けられた支持フレーム部５３１Ｂを介して本体部１０（または車輪１１の回転軸）に接続されている。この支持フレーム部５３１は、本体部１０に対し、ピッチ方向に回転可能に接続されている。そして、本体部１０（または車輪１１の回転軸）には、支持フレーム部５３１よりも下方に下部ストッパ５５０が設置され、上方に上部ストッパ５５１が設置されている。これら下部ストッパ５５０および上部ストッパ５５１に支持フレーム部５３１が接触することにより、支持フレーム部５３１の回転範囲が制限される。したがって、下部ストッパ５５０および上部ストッパ５５１は、本発明の制限機構に相当する。これら下部ストッパ５５０および上部ストッパ５５１により、昇段補助部５３と本体部１０（または車輪１１の回転軸）との交差角が所定の範囲に制限される。

　このようにして、キャスタ５３の下端は、支持フレーム部５３１が本体部１０に対して所定の範囲内で上下に移動することにより、車輪１１の下端よりも高い位置に移動することが可能になっている。

　図１２および図１３は、段差が存在した場合の手押し車１Ａの挙動を示す図である。図１２（Ａ）に示すように、手押し車１Ａの進行方向に段差が存在した場合、まず、キャスタ５３０が先に段差に接触する。

　ここで、段差の高さがキャスタ５３０の半径以下である場合、図１２（Ｂ）に示すように、利用者が手押し車１Ａを押すと、キャスタ５３０の下端が上方向に移動することにより、先に段差を乗り越えることができる。そして、図１２（Ｃ）に示すように、車輪１１が段差に接触したとき、キャスタ５３０を支点にして手押し車１Ａを持ち上げて段差を乗り越える方向に力をかけることができる。また、このとき、本体部１０のピッチ方向の傾斜角が手押し車１Ａの進行方向に対して順方向に傾くため、倒立振子制御により車輪１１を順方向に回転させるトルクが働く。これにより、図１３（Ａ）に示すように車輪１１が段差を乗り越えることになる。段差を乗り越えた後は、図１３（Ｂ）に示すように、倒立振子制御により車輪１１が順方向に回転し、本体部１０の傾斜角度が目標傾斜角度に維持されることになる。

　なお、この例でも、昇段補助部５３にキャスタ５３０を取り付ける態様であったが、キャスタ５３０は本発明において必須の構成ではなく、例えば、断面が扇形の円柱の側面（曲面）を段差に接触させるようにしてもよいし、三角柱の側面（斜面）を段差に接触させるようにしてもよい。

　次に、図１４は、段差検出部を備えた手押し車１００の外観斜視図である。図１と共通する構成については同一の符号を付し、説明を省略する。図１５は、手押し車１００の構成を示すブロック図である。図３と共通する構成については同一の符号を付し、説明を省略する。

　手押し車１００は、段差検出部２８を備えている。段差検出部２８は、進行方向の前方において、第２補助輪の下端よりも高い高さの段差を検出する。段差検出部２８は、具体的には、レーザレーダ、ミリ波レーダ、または超音波センサ等の測距センサからなる。制御部２１は、段差検出部２８が検出した物標との距離が所定の値（例えば０．５ｍ）未満となった場合に、段差が存在すると判断する。あるいは、段差検出部２８は、カメラ等の撮像素子であってもよい。カメラ等による画像認識で段差を検出する場合、２台のカメラの画像差（視差）から段差までの距離を測定することも可能である。また、ショックセンサにより段差を検出することも可能である。制御部２１は、ショックセンサが障害物との接触を検知した場合、第２補助輪１３０が段差に接触したと判断する。

　制御部２１は、図１６（Ａ）に示すように、段差検出部２８により段差を検出した場合、本体部１０の目標傾斜角度を進行方向に対して逆側に傾斜させる。図１６（Ａ）の状態では、本体部１０の傾斜角度は鉛直方向（０度）に近い状態となっているため、制御部２１は、車輪１１を順方向に回転させる印加トルクを算出することになる。したがって、図１６（Ｂ）に示すように、手押し車１００は前方に進むとともに、本体部１０が進行方向に対して逆側に傾斜し、第２補助輪１３０の高さが高くなる。この状態では、第２補助輪１３０の下端が段差よりも高い位置に存在するため、利用者が手押し車１００を押すと、図１６（Ｃ）に示すように、第２補助輪１３０を段差上の地面に接触させることができる。すると、第２補助輪１３０を支点にして手押し車１００を持ち上げて段差を乗り越える方向に力をかけることができる。なお、本体部１０の目標傾斜角度を進行方向に対して逆側に傾斜させた状態で利用者が段差を乗り越える方向に力をかけるとき、手押し車１００を進行方向に対して押すことになるため、制御部２１は、車輪１１を順方向に回転させる印加トルクを算出することになる。したがって、より段差を乗り越え易くなる。なお、グリップ部１６を進行方向に対して逆側に倒すような動きによって本体部１０の目標傾斜角度を進行方向に対して逆側に傾斜させた場合、利用者が進行方向とは逆側の方向に押される場合がある。したがって、上記したとおり、車輪１１を順方向に回転させる印加トルクを働かせることにより本体部１０が進行方向に対して逆側に傾斜させることが好ましい。

　その後、制御部２１は、段差検出部２８により段差を検出しなくなった場合、例えば自装置の移動距離が測距センサで測定した距離を超えた場合に本体部１０の目標傾斜角度を元の値（例えば０度）に設定する。自装置の移動距離は、ロータリエンコーダ２５の値から算出することができる。あるいは、制御部２１は、所定時間経過後に目標傾斜角度を基の値に設定するようにしてもよい。

　図１７は、キャスタ５３０の下端が走行時に地面に接地するようになっている手押し車１００Ａにおいて、段差が存在した場合の挙動を示す図である。手押し車１００Ａは、図９に示した手押し車１Ａと同様の構成を備えているが、さらに段差検出部２８を備えている。

　手押し車１００Ａにおいても、段差検出部２８により段差を検出した場合、図１７（Ｂ）に示すように、制御部２１は、本体部１０の目標傾斜角度を進行方向に対して逆側に傾斜させる。これにより、キャスタ５３０の下端の高さが高くなる。したがって、利用者が手押し車１００Ａを押して、図１７（Ｃ）に示すように、キャスタ５３０を段差上の地面に接触させることができる。すると、キャスタ５３０を支点にして手押し車１００Ａを持ち上げて段差を乗り越える方向に力をかけることができる。

　なお、上述の例では、段差検出部２８により段差を検出した場合、本体部１０の目標傾斜角度を進行方向に対して逆側に傾斜させる態様を示したが、ユーザＩ／Ｆ２７を介して、利用者が段差越えの指示を入力した場合に、本体部１０の目標傾斜角度を進行方向に対して逆側に傾斜させる態様としてもよい。

　また、ユーザＩ／Ｆ２７を介して利用者が本体部１０の目標傾斜角度を進行方向に対して逆側に傾斜させる態様は、手押し車が以下のような構造である場合に有用である。図１８（Ａ）は、手押し車１００Ｂを側面から見た図である。図１と共通する構成については同一の符号を付し、説明を省略する。

　手押し車１００Ｂは、フレーム１３１に接続され、下方かつ前方に（この例では鉛直方向に対して４５度程度、前方に向かって）延びる補助フレーム１３１Ｃを備えている。補助フレーム１３１Ｃは、第２補助輪１３０よりも後方においてフレーム１３１に接続されている。補助フレーム１３１Ｃは、フレーム１３１との接続位置を中心として、ピッチ方向に回転可能に接続されている。ただし、補助フレーム１３１Ｃは、ストッパ等により回転する範囲が制限されている。補助フレーム１３１Ｃの下方の端部には、第３補助輪１３０Ａが取り付けられている。第３補助輪１３０Ａは、第２補助輪１３０よりも後方に配置され、第２補助輪１３０よりも下方に配置される。

　図１８（Ｂ）に示すように、例えば第２補助輪１３０と同程度の高さの段差に差し掛かると、第３補助輪１３０Ａが段差に接触して補助フレーム１３１Ｃが回転する。補助フレーム１３１Ｃが回転すると、第３補助輪１３０Ａが後方かつ上方に移動する。補助フレーム１３１Ｃは、回転する範囲が制限されているため、第３補助輪１３０Ａが第２補助輪１３０と同程度の高さで停止するようになっている。したがって、第３補助輪１３０Ａは、段差を乗り越えることができ、段差上の地面に接するようになる。

　これにより、手押し車１００Ｂは、より安定した状態で段差を乗り越えることができる。しかし、図１９（Ａ）に示すように、補助フレーム１３１Ｃが延びる方向と直交する方向に傾斜した坂道が存在する場合は、補助フレーム１３１Ｃが回転することができず、本体部１０が前方に回転することができない状態となる。本体部１０が前方に回転することができない状態となると、本体部１０の傾斜角度が目標傾斜角度に対して順方向に傾くことがないため、車輪１１を順方向に回転させるトルクが発生しなくなる。

　そこで、手押し車１００Ｂは、ユーザＩ／Ｆ２７を介して、利用者から本体部１０の目標傾斜角度を進行方向に対して逆側に傾斜させる指示を入力することが好ましい。利用者が本体部１０の目標傾斜角度を進行方向に対して逆側に傾斜させる指示を入力すると、図１９（Ｂ）のように、第３補助輪１３０Ａが坂道に接することがなくなるため、本体部１０の傾斜角度が目標傾斜角度に対して順方向に傾くことが可能となり、車輪１１を順方向に回転させるトルクを発生させることができる。

　なお、段差検出部２８として、ショックセンサを用いて障害物との接触を検知する場合には、図２０（Ａ）に示すように段差に接触した場合と、図２０（Ｂ）に示すように転倒により地面等に接触した場合と、がある。そこで、制御部２１は、図２０（Ａ）に示すように、本体部１０の傾斜角度（ここでは地面とのなす角度であり、角度が大きいほど前傾、角度が小さいほど後傾となっている。）が所定値以下（または所定の範囲内）であれば段差に接触したと判断し、本体部１０の傾斜角度が所定値より大きい（または所定の範囲外である）場合には、転倒（または転倒のおそれがある）と判断する。この場合、制御部２１は、目標傾斜角度の変更は行なわず、例えば車輪１１の駆動を停止する停止処理を行う。

１…手押し車
１０…本体部
１１…車輪
１３…昇段補助部
１５…ハンドル
１６…グリップ部
２０…傾斜角センサ
２１…制御部
２２…ＲＯＭ
２３…ＲＡＭ
２４…ジャイロセンサ
２５…ロータリエンコーダ
２６…車輪駆動部
２７…ユーザＩ／Ｆ
２８…段差検出部
１１０…支持部
１１１…第１補助輪
１３０…第２補助輪
１３１…フレーム

Claims (8)

1. 　車輪と、
   　前記車輪を回転可能に支持する本体部と、
   　前記本体部のピッチ方向の角度変化または角速度変化を検出するセンサと、
   　前記センサの出力に基づいて、前記本体部の目標値に対するピッチ方向の角度変化が０になるように前記車輪を駆動、制御する駆動制御部と、
   　前記車輪の回転軸または前記本体部に接続される昇段補助部と、
   　を備えた手押し車であって、
   　前記昇段補助部は、前記車輪よりも前記手押し車の進行方向に対して順方向に設けられ、前記車輪の回転軸または前記本体部に対する可動範囲を制限する制限機構が設けられていることを特徴とする手押し車。
2. 　前記昇段補助部は、走行時において昇段するときを除き接地しないことを特徴とする請求項１に記載の手押し車。
3. 　前記車輪の半径をＲとしたとき、
   　前記昇段補助部の下端は、前記車輪が接地している接地面に対して、前記昇段補助部の下端が前記Ｒ以上の高さに設けられていることを特徴とする請求項２に記載の手押し車。
4. 　前記昇段補助部は、補助輪が回転可能に支持されていることを特徴とする請求項２に記載の手押し車。
5. 　前記昇段補助部は、補助輪が回転可能に支持され、
   　前記車輪および前記補助輪は、走行時にともに接地していることを特徴とする請求項１に記載の手押し車。
6. 　前記昇段補助部は、前記本体部のピッチ方向の角度変化に応じて高さが変化することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の手押し車。
7. 　段差を検出する段差検出部をさらに備え、
   　前記駆動制御部は、前記段差検出部が前記段差を検出した場合に、前記本体部の目標値を進行方向とは逆側に傾斜させることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の手押し車。
8. 　利用者の操作を受け付けるユーザインタフェースをさらに備え、
   　前記駆動制御部は、前記ユーザインタフェースを介して、利用者が段差越えの指示を入力した場合に、前記本体部の目標値を進行方向とは逆側に傾斜させることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の手押し車。

Images