WO2015053244A1

WO2015053244A1 - 手押し車

Info

Publication number: WO2015053244A1
Application number: PCT/JP2014/076751
Authority: WO
Inventors: 久保昌幸; 白土賢一
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2013-10-10
Filing date: 2014-10-07
Publication date: 2015-04-16
Also published as: JP5800110B2; JPWO2015053244A1

Abstract

　手押し車（１００）は、第１の制御モードとして、倒立振子制御を行い、本体部（１１４）の姿勢を一定に保つように制御する。手押し車（１００）は、駆動輪（１１１）に印加されるトルクから推算される回転速度（推定値）と駆動輪用ロータリエンコーダ（２６）から算出される実際の回転速度（実測値）との差分値が所定値Δωｕｐ以上である場合に、駆動輪（１１１）の回転を停止する第２の制御モードに移行し、本体部（１１４）を持ち上げた時に意図しない空転が発生することを防止する。

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手押し車が知られている。例えば、特許文献１には、本体部のピッチ方向の傾斜角の変化を検知し、本体部の角度変化が０になるように車輪を駆動、制御してピッチ方向の転倒を防止する歩行補助車が記載されている。

　図８（Ａ）は、従来の歩行補助車を側面から見た模式図であり、図８（Ｂ）は、制御ブロック図である。

　図８（Ａ）に示すように、歩行補助車９００は、駆動輪９１１と、駆動輪９１１の軸に対してピッチ方向に回転可能に連結された本体部９１０と、本体部９１０の傾斜角速度を検出するジャイロセンサ９４と、本体部９１０の傾斜角度を検出する傾斜角センサ９５と、を備えている。また、歩行補助車９００は、図８（Ｂ）に示すように、機能的に、目標角速度計算部９０１と、トルク指令生成部９０２と、を備えている。

　目標角速度計算部９０１は、目標の傾斜角度（例えば鉛直方向に対して０度より少し後方に傾いた傾斜角度）と、傾斜角センサ９５で検出した現時点の本体部９１０の傾斜角度θ１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９１０の傾斜角速度を算出する。そして、トルク指令生成部９０２は、目標角速度計算部９０１で算出された傾斜角速度と、ジャイロセンサ９４から入力された現時点の本体部９１０の傾斜角速度と、の差分値を入力し、この差分値が０となるようなトルクを算出する。

　算出されたトルクは、駆動輪９１１の駆動部（不図示）に印加され、駆動輪９１１が回転する。このようにして、歩行補助車９００は、倒立振子制御を行い、本体部９１０の姿勢を一定に保つように制御する。歩行補助車９００は、本体部９１０を進行方向に押すと、本体部９１０の姿勢を一定に保つために駆動輪９１１が進行方向に回転するため、手押し車として使用者の歩行を補助することができる。

国際公開第２０１２／１１４５９７号

　しかし、使用者は、例えば進行方向に大きな段差が存在した場合、手押し車を持ち上げる場合がある。倒立振子制御では、本体部の角度変化が０になるように駆動輪の回転を制御するため、手押し車を持ち上げた場合に駆動輪が空転する可能性がある。

　そこで、この発明は、本体部を持ち上げた時に意図しない空転が発生することを防止す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、駆動輪と、前記駆動輪を駆動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段と、前記駆動輪に対して、ピッチ方向に回転可能に連結された本体部と、前記本体部のうち、前記駆動輪に連結されている側とは反対方向に設けられた把持部と、前記本体部または前記駆動輪に対してピッチ方向に回転可能に連結された支持部と、前記支持部に連結された補助輪と、前記本体部のピッチ方向の角度変化を検出する本体角度変化検出手段と、前記本体部または支持部の鉛直軸に対するピッチ方向の傾斜角を検出する傾斜角検出手段と、前記駆動輪の回転速度を検出する回転速度検出手段と、を備えている。

　そして、制御手段は、前記本体部の角度変化が０となるように前記駆動輪の回転を制御する第１の制御モードを有し、かつ、前記本体角度変化検出手段と前記傾斜角検出手段とから前記駆動輪の回転速度を推算し、前記推算した回転速度と前記回転速度検出手段により検出した回転速度との速度差が所定値以上である場合、前記駆動輪の回転を停止させる第２の制御モードと、を有する。

　第１の制御モードでは、倒立振子制御により、本体部の傾斜角度の変化が０となるように駆動輪の回転を制御する。例えば、制御手段は、本体部の鉛直方向に対する傾斜角度を目標傾斜角度に維持するための角速度を算出し、この算出した角速度と現在の角速度の差分値に基づいて当該角速度が０となるようなトルクを算出する。さらに、傾斜角センサの値に基づいて、地面の傾斜により発生する重力トルクを補償するためのオフセットトルクを算出する。

　そして、制御手段は、第１の制御モードにおいて、本体角度変化検出手段と傾斜角検出手段とから駆動輪の回転速度を推算し、推算した回転速度と回転速度検出手段により検出した実際の駆動輪の回転速度との速度差が所定値以上である場合、または該速度差が所定の時間継続して所定値以上となった場合、駆動輪を停止する第２の制御モードに切り替わる。

　すなわち、制御手段は、本体角度変化検出手段および傾斜角検出手段に基づいて求めたトルクから推算される回転速度に対して、駆動輪の実際の回転速度が速い場合には、本体部が持ち上げられて意図しない空転が発生していると判断し、駆動輪を停止する。駆動輪を停止するためには、例えば倒立振子制御をオフする（トルクの印加を０にする）、駆動輪の回転角度を現在の値に維持するためのトルクを発生させる、あるいは、物理的に駆動輪の回転を拘束することでブレーキをかける、等により実現する。これにより、本発明の手押し車は、本体部を持ち上げた時に意図しない空転が発生することを防止することができる。

　なお、手押し車は、前記本体部と前記支持部とが成す交差角を検出する交差角検出手段を備え、前記制御手段は、前記第１の制御モードにおいて、前記本体角度変化検出手段、前記傾斜角検出手段、および前記交差角検出手段から前記駆動輪の回転速度を推算することが好ましい。

　例えば、手押し車の駆動輪および補助輪が平らな地面に接地している状態で、水平な地面と平行になるように支持部を接続した場合、手押し車が水平な地面にあり、かつ交差角が９０度である場合に本体部の鉛直軸に対するピッチ方向の傾斜角度が０度であると推定することができる。そして、交差角が拡がる場合は進行方向に対して前方に傾斜している、交差角が狭まる場合は進行方向に対して後方に傾斜している、と推定することができる。この場合、制御手段は、この交差角検出手段と、上記本体角度変化検出手段と、傾斜角検出手段と、からトルクを算出し、算出したトルクから回転速度を推算することで、より高精度に、本体部が持ち上げられて意図しない空転が発生しているか否かを判断することができる。なお、支持部は必ずしも接地地面と平行である必要はなく、平行でない場合は、支持部を延長した線と接地地面とのなす角度が常に同じ角度であればよい。また、本発明において、補助輪の位置は、本体部よりも前側でもよい。この場合において、交差角が拡がる場合は、進行方向に対して後方に傾斜し、交差角が狭まる場合は進行方向に対して前方に傾斜している、と推定することができる。

　また、制御手段は、前記第２の制御モードにおいて、前記本体角度変化検出手段、前記傾斜角検出手段、および前記交差角検出手段のうちいずれか１つ以上の値が所定の範囲内にある場合、または所定時間継続して前記所定の範囲内である場合に、前記第１の制御モードに移行することが好ましい。

　すなわち、制御手段は、少なくとも１つ以上の検出手段に基づいて、駆動輪および補助輪が地面に接して、本体部が目標傾斜角度に近くなったと判断される場合に、再び倒立振子制御を行う。

　なお、制御手段は、回転速度の速度差が所定値内であっても、前記傾斜角検出手段が、所定値以上あるいは所定の時間継続して所定値以上である場合に、第２の制御モードに移行してもよい。また、回転速度の速度差が所定値内であっても、前記交差角検出手段が所定値以上あるいは所定の時間継続して所定値以上である場合に、第２の制御モードに移行するようにしてもよい。

　この発明によれば、本体部を持ち上げた時に意図しない空転が発生することを防止することができる。

手押し車を側面から見た模式図である。手押し車を正面から見た模式図である。手押し車のハードウェア構成を示すブロック図である。第１の制御モード時の制御部２１の制御ブロック図である。本体部を持ち上げた時および本体部を下ろした時の動作を説明するための図である。第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の制御部２１の動作を示したフローチャートである。地面傾斜角と本体傾斜角度の関係を示す図である。従来の手押し車の側面図および制御部ブロック図である。支持部のピッチ方向の鉛直軸に対する傾斜角度を検知する手法を示す図である。

　図１は、本実施形態に係る手押し車１００を側面から見た模式図であり、図２は、正面から見た模式図である。図３は、手押し車１００のハードウェア構成を示すブロック図である。

　手押し車１００は、一対の駆動輪１１１と、各駆動輪１１１に対してピッチ方向（図１における駆動輪１１１の軸を中心とする回転方向）に回転可能に連結された一対の本体部１１４と、各本体部１１４のうち駆動輪１１１に連結されている側とは反対方向に設けられた把持部１１６と、駆動輪１１１に対してピッチ方向に回転可能に連結された支持部１１２と、支持部１１２に連結された補助輪１１３と、を備えている。

　一対の駆動輪１１１は、それぞれ個別に駆動させ、回転させる。ただし、これら駆動輪１１１は、同じ軸に取り付けられ、同期して回転させることも可能である。

　なお、本実施形態では、駆動輪１１１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、補助輪１１３も、本実施形態では１輪である例を示しているが、２輪以上であってもよい。

　各駆動輪１１１に連結された２つの棒状の本体部１１４は、円筒形状の把持部１１６を介して接続され、駆動輪１１１の軸を中心としてピッチ方向に回転可能になっている。ただし、本体部１１４は、この例のように２つである必要はなく、１つの棒状の部材であってもよいし、薄い板状の部材であってもよい。

　支持部１１２は、駆動輪１１１の回転軸に一方が接続され、進行方向（図中の矢印で示す方向）に対して駆動輪１１１よりも後方に延びる薄い板状の部材である。支持部１１２は、例えば水平な地面と平行に延びるように、駆動輪１１１の回転軸に対してピッチ方向に回転可能に接続されている。また、支持部１１２には、駆動輪１１１に連結されている側とは反対方向の下面に補助輪１１３が連結されている。これにより、駆動輪１１１と補助輪１１３の両方が地面に接するようになっている。ただし、支持部１１２の回転角度は、ストッパ等により所定角度（例えば３０度）の範囲内に制限されている。なお、支持部１１２は、接地する平らな地面と一定の角度であればよく、必ずしも平行である必要はない。
　支持部１１２の上面には制御用の基板や電池等を内蔵したボックス３０が載せられている。なお、支持部１１２は、進行方向に対して駆動輪１１１よりも前方に延びる態様であってもよい。また、支持部１１２は、駆動輪１１１の回転軸ではなく、本体部１１４に対してピッチ方向に回転可能に接続されている態様であってもよい。また、ボックス３０は本体部１１４に固定されていてもよい。

　把持部１１６には、電源スイッチ等のユーザインタフェース（Ｉ／Ｆ）２８が設けられている。使用者は、把持部１１６を握る、あるいは前腕等を把持部１１６に載せ、グリップ部と前腕等の摩擦により、手押し車１００を押すことができる。

　次に、手押し車１００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１００は、傾斜角センサ２０、制御部２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、ジャイロセンサ２４、駆動部２５、駆動輪用ロータリエンコーダ２６、支持部用ロータリエンコーダ２７、およびユーザＩ／Ｆ２８を備えている。

　制御部２１は、手押し車１００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、本発明の本体角度変化検出手段に相当し、本体部１１４のピッチ方向の角速度を検知し、制御部２１に出力する。また、本体角度変化検出手段は、本体部１１４に内蔵した傾斜角センサで実現することも可能である。この傾斜角センサは、本体部１１４のピッチ方向の傾斜角を検知し、検出した傾斜角を微分することで本体部１１４のピッチ方向の角速度を得ることができる。また、本体角度変化検出手段は、加速度センサ等、本体角度を検出可能なセンサを利用することでも実現可能である。さらに、本体角度変化検出手段は、ジャイロセンサ、傾斜角センサ、または加速度センサ等のセンサを複数組み合わせて利用することでも実現可能である。なお、複数のセンサを組み合わせた場合、制御部２１は、それぞれのセンサの値を比較し、著しく値が異なるセンサについては故障していると判断することで、いずれかのセンサが故障しているか否かを検知するも可能である。
　駆動輪用ロータリエンコーダ２６は、駆動輪１１１の回転角度を検知し、検知結果を制御部２１に出力する。制御部２１は、入力された回転角度を微分することで、駆動輪の回転速度を算出する。これにより、駆動輪用ロータリエンコーダ２６は、本発明の回転速度検出手段として機能する。なお、回転速度検出手段は、例えばジャイロセンサを用いることでも実現可能である。支持部用ロータリエンコーダ２７は、本発明の交差角検出手段に相当し、本体部１１４と支持部１１２との成す角度である交差角を検知し、検知結果を制御部２１に出力する。なお、交差角検出手段は、加速度センサ等を用いて、本体部１１４の傾斜角度および支持部１１２の傾斜角度を検出することでも実現可能である。

　傾斜角センサ２０は、本発明の傾斜角検出手段に相当し、支持部１１２のピッチ方向の鉛直軸に対する傾斜角を検知し、制御部２１に出力する。なお、傾斜角検出手段についても、他のセンサを用いて（例えばジャイロセンサの値を積分する等して）実現可能である。

　なお、手押し車１００は、他にも本体部１１４の各方向の加速度を検知する加速度センサや、補助輪１１３の回転角度を検知するロータリエンコーダ等をさらに備えていてもよい。

　基本動作（以下、第１の制御モードと言う。）として、制御部２１は、本体部１１４のピッチ方向の角度変化がゼロとなるように駆動部２５を制御することで倒立振子制御を行う。

　図４は、第１の制御モード時における制御部２１の制御ブロック図である。第１の制御モードでは、制御部２１は、目標角速度計算部２１１、トルク指令生成部２１２、および斜度推定部２１３を備えている。

　目標角速度計算部２１１は、目標傾斜角度（ここでは、鉛直方向に対して０度より少し後方に傾いた傾斜角度）と、現時点の鉛直軸に対する本体部１１４のピッチ方向の斜角度θ１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１１４の傾斜角速度を算出する。現時点の本体部１１４のピッチ方向の傾斜角度は、ジャイロセンサ２４の出力値を積分する、あるいは本体部１１４に傾斜角センサ（不図示）を取り付けることでも得られる。また、支持部用ロータリエンコーダ２７から入力された本体部１１４と支持部１１２の交差角θ２から算出することも可能である。上述のように、支持部１１２は、水平な地面と平行になるように駆動輪１１１の軸に接続されている。したがって、手押し車が水平な地面に接地しているとき、交差角θ２が９０度である場合に本体部１１４の傾斜角度θ１が０度であるとし、交差角θ２が大きくなる場合に進行方向に対して前方に傾斜し、交差角θ２が小さくなる場合に進行方向に対して後方に傾斜しているとして、現時点の本体部１１４の傾斜角度θ１を推定する。

　ただし、例えば後述の図７（Ｂ）に示すように地面が傾斜している場合もあるため、傾斜面上でも目標傾斜角度を鉛直方向に対して０度または０度に近い値に維持する場合には、傾斜角センサ２０で検出される地面の傾斜角を差分することが好ましい。

　そして、トルク指令生成部２１２は、目標角速度計算部２１１で算出された傾斜角速度と、ジャイロセンサ２４から入力された現時点の本体部１１４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。

　また、斜度推定部２１３は、傾斜角センサ２０の値に基づいて推定した地面の傾斜角に応じて、当該地面の傾斜角によって生じる重力トルクを補償するためのオフセットトルクを算出する。

　このようにして、制御部２１は、トルク指令生成部２１２で算出された印加トルクに、オフセットトルクを加算し、駆動部２５に出力する。

　駆動部２５は、駆動輪１１１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から入力されたトルクを駆動輪１１１のモータに印加し、駆動輪１１１を回転させる。なお、ここでは、傾斜角によって生じる重力トルクを補償するために斜度推定部２１３を用いたが、地面の傾斜角度を本体部１１４のピッチ方向の目標傾斜角度に換算してオフセット角度として入力してもよい。

　これにより、手押し車１００は、第１の制御モードとして、倒立振子制御を行い、本体部１１４の姿勢を一定に保つように制御する。

　なお、上述では、ジャイロセンサ２４が本発明の本体角度変化検出手段に相当すると説明したが、現時点の本体部１１４のピッチ方向の角度変化を交差角から算出する場合、支持部用ロータリエンコーダ２７も本発明の本体角度変化検出手段に含まれる。また、上述では、傾斜角センサ２０が支持部１１２に備わっている場合のみを説明していたが、この傾斜角センサ２０が本体部１１４に備わっている場合は、この傾斜角センサ２０の出力と、支持部用ロータリエンコーダ２７から得られた本体部１１４と支持部１１２の交差角度とを、組み合わせることで支持部１１２のピッチ方向の鉛直軸に対する傾斜角度を検知することができる。例えば、図９に示すように、支持部１１２の鉛直軸に対する傾斜角度θａは、地面の傾斜角度θｂによりθａ＝９０°－θｂと表すことができ、θｂ＝θ１－（θ２－９０°）であるから、θａ＝θ２－θ１で表される。

　そして、本実施形態の手押し車１００は、駆動輪１１１に印加されるトルクから推算される回転速度と駆動輪用ロータリエンコーダ２６から算出される実際の回転速度との差分値が所定値以上、あるいは差分値が所定の時間以上継続して所定値以上である場合に、駆動輪１１１の回転を停止する第２の制御モードに移行し、本体部１１４を持ち上げた時に意図しない空転が発生することを防止する。なお、所定値は一定の値であってもよいし、推定値に比例係数を掛けた値（たとえば推定値の１０％など）であってもよい。

　図５は、本体部１１４を持ち上げた時および本体部１１４を下ろした時の手押し車１００の動作を説明するための図である。図６は、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える場合の制御部２１の動作を示したフローチャートである。

　図５（Ａ）に示すように、使用者が手押し車１００を地面に下ろし、進行方向に押している場合には、第１の制御モードにより、交差角θ２から推定される本体部１１４の傾斜角度θ１に基づいて、本体部１１４の姿勢が一定に保たれる。図５（Ａ）に示すように、地面が水平である場合、例えば目標傾斜角度を１度（図中の時計回りを正とする）とした場合に、交差角θ２は８９度となり、支持部１１２の傾斜角θ３は、０度となる。

　一方、図５（Ｂ）に示すように、段差等が存在して使用者が手押し車１００を持ち上げた場合、支持部１１２のうち駆動輪１１１に連結されている側とは反対方向が下方に下がるため、交差角θ２が拡がる。また、支持部１１２の傾斜角θ３が大きくなる（θ３は、支持部１１２が下方に下がる場合に正とする）。補助輪１１３が浮く程度まで持ち上げた場合は、交差角θ２は最大（例えば１２０度）になり、傾斜角θ３も最大（例えば３０度）となる。また、本体部１１４の傾斜角θ１は、鉛直方向にほぼ等しくなり、０度となる。この場合において、仮に倒立振子制御を継続すると、本体部１１４の傾斜角θ１を目標傾斜角度に維持するためのトルクが算出されるため、駆動輪１１１が回転し続けることになる。そこで、手押し車１００は、このような持ち上げ動作を検出した場合に、駆動輪１１１を停止する第２の制御モードに移行する。

　図６（Ａ）は、第１の制御モードを実行している場合における制御部２１の動作を示したフローチャートである。まず、制御部２１は、図４に示した制御ブロックにより算出されたトルクから回転速度を推算する（ｓ１１）。具体的には、図４に示した算出されるトルクをＴｒとすると、
　Ｔｒ＝Ｊ_Ｌsω
（Ｊ_Ｌ：負荷、ｓ：微分演算子ｄ／ｄｔ　、ω：回転角速度）
　であるから、

　の計算式によって回転速度を算出できる。

　すなわち、制御部２１は、支持部用ロータリエンコーダ２７から検出される交差角の値、ジャイロセンサ２４から検出される本体部１１４の角速度の値、および傾斜角センサ２０で検出される支持部１１２の傾斜角の値、に基づいて回転速度を推算する。ただし、上述したように、現時点の本体部１１４の傾斜角度は、ジャイロセンサ２４の出力値を積分する、あるいは本体部１１４に傾斜角センサ（不図示）を取り付けることでも得られるため、回転速度の推算において、交差角の値を用いることは必須ではない。

　そして、制御部２１は、ｓ１１で推算した回転速度の値（推定値）と、駆動輪用ロータリエンコーダ２６の出力値を微分して得られる駆動輪１１１の実際の回転速度（実測値）と、を比較する（ｓ１２）。実測値と推定値との差分値が所定値Δωｕｐ（＞０）未満である場合は、駆動輪１１１が地面に接している状態であると判断し、ｓ１１から処理を繰り返す。一方、制御部２１は、実測値と推定値との差分値が所定値Δωｕｐ以上である場合に、駆動輪１１１の回転を停止する第２の制御モードに移行する（ｓ１３）。なお、実測値と推測値の差分値の求め方は、例えば実測値と推測値の差の絶対値を取ってもよいし、実測値の２乗値と推測値の２乗値との差分の絶対値の平方根を利用してもよい。また、所定値Δωｕｐは一定の値であってもよいし、推定値に比例係数を掛けた値（例えば推定値の１０％など）であってもよい。

　駆動輪を停止するためには、例えば倒立振子制御をオフする（駆動輪１１１に印加されるトルクを０にする）、駆動輪１１１の回転角度を第２の制御モードに切り替えた時点の値に維持し、駆動輪１１１を回転させないためのトルクを発生させる、あるいは、物理的に駆動輪の回転を拘束することでブレーキをかける、等により実現する。

　なお、制御部２１は、図６（Ａ）に示した動作に加えて、図７（Ａ）に示すように、傾斜角センサ２０で検出される支持部１１２の傾斜角θ３の値が、想定される地面の最大の傾斜角（例えば図７（Ｂ）に示すように１０度）を超えた場合、または所定時間継続して超えた場合にも、本体部１１４が持ち上げられたと判断して第２の制御モードに移行することが好ましい。この場合、例えば、使用者が本体部１１４を素早く持ち上げ、実測値と推定値との差分値が所定値Δωｕｐ以上となるよりも前に駆動輪１１１が地面から離れる場合であっても、傾斜角センサ２０で最大傾斜角を超える傾斜角が検出された時点で駆動輪１１１が停止する。なお、支持部用ロータリエンコーダ２７から検出される交差角の値が、初期値（水平な地面上で９０度）から最大傾斜角（例えば１０度）を超えて変化している場合、すなわち、目標傾斜角度＋１０度を超えた場合、または所定時間継続して目標傾斜角度＋１０度を超えた場合にも、本体部１１４が持ち上げられたと判断して第２の制御モードに移行することが好ましい。

　次に、図６（Ｂ）は、第２の制御モードを実行中の制御部２１の動作を示したフローチャートである。まず、制御部２１は、支持部用ロータリエンコーダ２７から検出される交差角の値、ジャイロセンサ２４から検出される本体部１１４の角速度の値、または傾斜角センサ２０で検出される支持部１１２の傾斜角の値に変化があったか否かを判断する（ｓ２１）。制御部２１は、各種センサ値に変化があるまでこの判断を繰り返す。

　各種センサ値に変化があった場合、制御部２１は、全てのセンサ値、またはいずれか１つ以上のセンサ値が所定値内、または所定の時間継続して所定値内であるか否かを判断する（ｓ２２）。すなわち、ジャイロセンサ２４から検出される本体部１１４の角速度の値が０または０に近い値であり、傾斜角センサ２０で検出される支持部１１２の傾斜角が最大傾斜角（例えば１０度）以下であり、かつ支持部用ロータリエンコーダ２７から検出される交差角の値が初期値に近い（例えば９０±１０度以内である）か否かを判断する。

　そして、制御部２１は、全てのセンサ値が所定値内であると判断した場合、使用者が手押し車１００を地面に下ろして駆動輪１１１および補助輪１１３が地面に接して、本体部１１４が鉛直方向に近い傾斜角度になった状態であると判断し、第１の制御モードに復帰する（ｓ２３）。なお、支持部用ロータリエンコーダ２７は、本発明において必須の構成ではない。支持部用ロータリエンコーダ２７ない場合は、所定値であるか否かを判断する際に、支持部用ロータリエンコーダ２７は用いない。また、上述したように、実測値と推定値との差分値が所定値Δωｕｐ以上となる前に、支持部１１２の傾斜角θ３の値が想定値を超えた場合は、θ３の値が所定の範囲内、または所定の時間継続して所定の範囲内であると判断した場合に、第１の制御モードに復帰する。傾斜角センサ２０の検出した傾斜角が最大傾斜角を超える場合も、該傾斜角が所定の範囲内、または所定の時間継続して所定の範囲内にあるか否かを判断した場合に、第１の制御モードに復帰する。

　なお、制御部２１は、第２の制御モードとして、駆動輪１１１の回転角度を第２の制御モードに切り替えた時点の値に維持するためのトルクを発生させる、あるいは、物理的にブレーキをかける、等により駆動輪１１１を停止している場合には、上記ｓ２２において、まずジャイロセンサ２４から検出される本体部１１４の角速度の値が０または０に近い値であり、傾斜角センサ２０で検出される支持部１１２の傾斜角が最大傾斜角（例えば１０度）以下となった時点で、使用者が手押し車１００を地面に下ろして駆動輪１１１および補助輪１１３が地面に接した状態であると判断し、倒立振子制御をオフした状態（駆動輪１１１に印加されるトルクを０にした状態）に移行する。そして、さらに支持部用ロータリエンコーダ２７から検出される交差角の値が初期値に近くなった（例えば９０±１０度以内となった）場合に、本体部１１４が鉛直方向に近い傾斜角度になった状態であると判断し、倒立振子制御を開始するようにしてもよい。

　以上のようにして、使用者が手押し車１００を地面に下ろし、本体部１１４が鉛直方向に近い傾斜角度になった場合には、再び倒立振子制御が開始されるため、使用者が進行方向に押して歩行補助車として用いることができる。歩行補助車には、第２の制御モードが作動している時に、「振動（バイブレータなど）」「音（ブザーなど）」「光（ＬＥＤライトなど）」の少なくとも１つが動作して、使用者に通知する通知機能を備えていてもよい。このような機能を備えることによって、使用者は、駆動輪の動きを覗き込むようにして確認することなくモードが切り替わっていることを認識することが出来るので、歩行補助車を安全に操作することができる。なお、ここでは第２の制御モードの時に通知する例を示したが、第１の制御モードが動作している時に通知する態様でも構わないし、第１の制御モードと第２の制御モードで異なる通知方法であってもよい。また、第１の制御モードと第２の制御モードとが切り替わる際にのみ通知する態様であってもよい。また、上記の通知機能は、歩行補助車のどの部分に設けられていてもよいが、把持部に備えていることが望ましい。把持部は、利用者が手で握る箇所であり、使用者の目や耳に近い位置に設けられているため、大きな音を出したり強い光を出したりする必要がなく、小さい消費電力で通知することができる。

２０…傾斜角センサ
２１…制御部
２２…ＲＯＭ
２３…ＲＡＭ
２４…ジャイロセンサ
２５…駆動部
２６…駆動輪用ロータリエンコーダ
２７…支持部用ロータリエンコーダ
２８…ユーザＩ／Ｆ
３０…ボックス
９４…ジャイロセンサ
１００…車
１１１…駆動輪
１１２…支持部
１１３…補助輪
１１４…本体部
１１６…把持部
２１１…目標角速度計算部
２１２…トルク指令生成部
２１３…斜度推定部

Claims

　駆動輪と、
　前記駆動輪を駆動する駆動手段と、
　前記駆動手段を制御する制御手段と、
　前記駆動輪に対して、ピッチ方向に回転可能に連結された本体部と、
　前記本体部のうち、前記駆動輪に連結されている側とは反対方向に設けられた把持部と、
　前記本体部または前記駆動輪に対してピッチ方向に回転可能に連結された支持部と、
　前記支持部に連結された補助輪と、
　前記本体部のピッチ方向の角度変化を検出する本体角度変化検出手段と、
　前記本体部または支持部の鉛直軸に対するピッチ方向の傾斜角を検出する傾斜角検出手段と、
　前記駆動輪の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
　を備えた手押し車であって、
　前記制御手段は、前記本体部の角度変化が０となるように前記駆動輪の回転を制御する第１の制御モードを有し、
　かつ、前記本体角度変化検出手段と前記傾斜角検出手段とから前記駆動輪の回転速度を推算し、前記推算した回転速度と前記回転速度検出手段により検出した回転速度との速度差が所定値以上である場合、または該速度差が所定の時間継続して所定値以上である場合、前記駆動輪の回転を停止させる第２の制御モードと、
　を有する手押し車。
　前記本体部と前記支持部とが成す交差角を検出する交差角検出手段を備え、
　前記制御手段は、前記第１の制御モードにおいて、前記本体角度変化検出手段、前記傾斜角検出手段、および前記交差角検出手段から前記駆動輪の回転速度を推算することを特徴とする請求項１に記載の手押し車。
　前記制御手段は、前記回転速度の速度差が所定値内であっても、前記交差角検出手段が所定値以上あるいは所定の時間継続して所定値以上である場合、前記第２の制御モードに移行する請求項２に記載の手押し車。
　前記制御手段は、前記第２の制御モードにおいて、
　前記本体角度変化検出手段、前記傾斜角検出手段、および前記交差角検出手段のうちいずれか１つ以上の値が所定の範囲内にある場合、または所定時間継続して前記所定の範囲内である場合に、前記第１の制御モードに移行することを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３に記載の手押し車。
　前記制御手段は、前記回転速度の速度差が所定値内であっても、前記傾斜角検出手段が、所定値以上あるいは所定の時間継続して所定値以上である場合、前記第２の制御モードに移行する請求項１乃至４のいずれかに記載の手押し車。