WO2015053245A1 - 手押し車 - Google Patents

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WO2015053245A1
WO2015053245A1 PCT/JP2014/076752 JP2014076752W WO2015053245A1 WO 2015053245 A1 WO2015053245 A1 WO 2015053245A1 JP 2014076752 W JP2014076752 W JP 2014076752W WO 2015053245 A1 WO2015053245 A1 WO 2015053245A1
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WO
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main body
front wheel
unit
rear wheel
handcart
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PCT/JP2014/076752
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English (en)
French (fr)
Inventor
羽根宜孝
Original Assignee
株式会社村田製作所
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Publication date
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    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5058—Sensors or detectors
    • A61H2201/5069—Angle sensors

Definitions

  • This invention relates to a wheelbarrow provided with wheels.
  • an object of the present invention is to provide a wheelbarrow that prevents the vehicle from moving forward against the user's intention.
  • a handcart of the present invention includes a main body, a rear wheel rotatably connected to the main body, a front wheel rotatably connected to the main body, and a grip provided on the main body.
  • a detection unit that detects an operation of the user trying to move the front wheel in a direction away from the ground contact surface, and an operation in which the detection unit moves the front wheel in a direction away from the ground contact surface.
  • a speed limiting unit that limits the rear wheel so that the rear wheel does not exceed a predetermined rotational speed.
  • the wheelbarrow is limited so that the rear wheel does not exceed a predetermined rotational speed when the user performs an operation to move the front wheel in a direction away from the ground contact surface. It is possible to prevent advancing against the intention of.
  • a step with a mounting angle fixed within a predetermined range with respect to the main body is provided. This is achieved by providing a mechanism that applies a brake.
  • the handcart may be a handcart (electric handcart) including a drive unit that rotationally drives the rear wheel and a control unit that controls the rotational drive of the drive unit.
  • the speed limiting unit is realized by the control unit performing control to keep the rotation speed of the rear wheel below a predetermined rotation speed.
  • the wheelbarrow includes a main body angle change detection unit that detects an angle change in the pitch direction of the main body unit, and a reception unit that receives an operation from the user to move the front wheel in a direction away from the ground plane.
  • the control unit has a first control mode for performing an inverted pendulum control for controlling the rotation of the rear wheel so that the angle change of the main body unit is 0, and the receiving unit
  • a second control mode for performing control to turn off the inverted pendulum control and suppress the rear wheel to a predetermined rotational speed or less when an operation to move the front wheel in a direction away from the ground contact surface is received; It is also possible to have an aspect of having. In this case, it is preferable that the crossing angle with the rotating shaft of the rear wheel or the main body is limited to a predetermined range.
  • the crossing angle between the main body portion and the front wheel support portion is always fixed.
  • the main unit and the front wheel support unit It is preferable to fix the crossing angle.
  • control unit turns off the inverted pendulum control and moves the rear wheel in the traveling direction for a predetermined time or a predetermined distance when the receiving unit receives an operation to move the front wheel in a direction away from the ground contact surface. It is preferable to control so as to move forward.
  • the rear wheel not only rotate in the reverse direction but also limit the rotation speed.
  • FIG. 5A is a perspective view of a handcart according to the first modification
  • FIG. 5B is a hardware block diagram. It is a functional block diagram of the handcart which concerns on the modification 1.
  • FIG. 7A is a perspective view of a handcart according to the second modification
  • FIG. 7B is a hardware block diagram. It is a functional block diagram of the handcart which concerns on the modification 2.
  • FIG. 1 is a perspective view of a handcart 100 according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a side view of a state in which a user pushes the handcart
  • FIG. 3 is a rear wheel portion of the handcart. It is an enlarged view.
  • the handcart 100 includes a bar-like main body 114 that is long in the vertical direction, a pair of rear wheels 111 that are rotatably connected to the lower side of the main body 114, and a grip 116 that is provided on the upper side of the main body 114.
  • a step 201 attached near the rear wheel 111 side of the main body 114, a front wheel support 112 connected to the vicinity of the center of the main body 114 and extending obliquely forward, and a main body 114 of the front wheel support 112.
  • a front wheel 113 rotatably connected to the side opposite to the connected side, and a seat portion 31 connected to the main body portion 114 and the front wheel support portion 112.
  • the rear wheel 111 has shown the example which is two wheels, one wheel or three or more wheels may be sufficient.
  • the front wheel 113 also shows the example which is 2 wheels in this embodiment, 1 wheel or 3 wheels or more may be sufficient.
  • step 201 the attachment angle is fixed within a predetermined range with respect to the main body 114, and when the user steps on step 201, the main body 114 tilts backward. And since the front wheel 113 is connected with the main-body part 114 via the front-wheel support part 112, it will float from a ground-contact plane. In this way, the user performs the operation of lifting the front wheel 113 around the rear wheel 111 and exceeding the step.
  • the wheelbarrow 100 may move forward regardless of the intention of the user. Therefore, as shown in FIGS. 3A, 3B, and 4, the handcart 100 tries to move the front wheel 113 in a direction in which the distance from the ground contact surface is increased by stepping on the step 201.
  • a mechanism is provided that restricts the rear wheel 111 from exceeding a predetermined rotation speed, and prevents the rear wheel 111 from moving forward against the user's intention.
  • step 201 is rotatably attached to the main body 114. Further, step 201 is biased upward by the tension of the spring 301 around the attachment position with the main body 114, and the attachment angle with the main body 114 is fixed within a predetermined range by the stopper 300.
  • a cylindrical portion 304 that covers the side surface of the rod-shaped main body 114 is provided below the step 201.
  • the cylindrical portion 304 is connected to the brake shoe 302. Therefore, when step 201 is performed, the cylindrical portion 304 moves downward, and the brake shoe 302 comes into contact with a part of the rear wheel 111 to limit the rotational speed of the rear wheel 111.
  • the detection unit of the present invention is realized by the step 201 and the cylindrical portion 304
  • the speed limiting unit of the present invention is realized by the brake shoe 302.
  • a stopper 303 is provided at the lowermost part of the main body 114. By restricting the amount of movement of the cylindrical portion 304 by the stopper 303, the brake shoe 302 is prevented from contacting a part of the rear wheel 111 with an excessive pressure, and the rotational speed of the rear wheel 111 is moderated. Restrict.
  • the wheelbarrow 100 restricts the rear wheel 111 from exceeding the predetermined rotation speed when the user performs an operation of moving the front wheel 113 in a direction away from the ground contact surface. Thus, it is possible to prevent the user from moving forward against the user's intention.
  • the wheelbarrow 100 may restrict
  • the original mode is automatically switched on when a certain time has passed or when a certain distance has passed. It may be switched to the mode. In this case, there is no need to step step 201 many times, and there is an advantage that it is easy to operate.
  • step 201 after step 201 is switched to the second control mode, it may be detected that the front wheel is again in contact with the ground and switched to the first control mode. In this case, there is no possibility of unintentionally stepping on step 201 and switching the control mode.
  • step 201 when step 201 is performed, a plurality of functions may be provided.
  • FIG. 5A is a perspective view of a handcart 100A according to the first modification
  • FIG. 5B is a block diagram showing a hardware configuration of the handcart 100A.
  • 5A components that are the same as those in FIG. 1A are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the handcart 100A is an electric handcart provided with a drive unit 25 that rotationally drives the rear wheel 111.
  • the pair of rear wheels 111 are attached to the same shaft and rotate in synchronization, but can be driven and rotated individually.
  • the handcart 100 ⁇ / b> A does not drive the front wheels when the two-wheel travel is performed after step 201.
  • the wheelbarrow 100 ⁇ / b> A does not jump out because the front wheel is unintentionally caught on something.
  • a box 30 containing a control board, a battery, and the like is attached below the seat 31.
  • the front wheel support portion 112 may be connected to the rotation shaft of the rear wheel 111 instead of the main body portion 114.
  • the grip 116 may be provided with an input I / F unit that detects a user operation, and the motor may be controlled in accordance with the user operation.
  • the handcart 100A includes a control unit 21, a ROM 22, a RAM 23, a drive unit 25, a rear wheel rotary encoder 26, and a switch 28 as hardware.
  • the control unit 21 is a functional unit that comprehensively controls the handcart 100 ⁇ / b> A, reads out a program stored in the ROM 22, and develops the program in the RAM 23 to realize various operations.
  • the rear wheel rotary encoder 26 detects the rotation angle of the rear wheel 111 and outputs the detection result to the control unit 21.
  • the control unit 21 can calculate the rotational speed or rotational acceleration of the rear wheel from the rotational angle input from the rear wheel rotary encoder 26.
  • the control part 21 calculates the torque for the drive part 25 to apply to a motor (not shown) according to the calculated rotational speed or rotational acceleration.
  • the drive unit 25 is a functional unit that drives a motor that rotates a shaft attached to the rear wheel 111, and applies the torque calculated by the control unit 21 to the motor of the rear wheel 111 to drive the rear wheel 111 to rotate. .
  • the applied torque for reducing the force with which the user presses the wheelbarrow 100A is calculated, and the rear wheel 111 is driven to rotate.
  • control part 21 performs control which suppresses the rotational speed of the rear wheel 111 below to a predetermined rotational speed, when the user detects operation which tries to move a front wheel in the direction which leaves
  • FIG. 6 is a functional block diagram of the control unit 21.
  • the control unit 21 includes a torque calculation unit 211, a speed limit designation unit 212, and a detection unit 213.
  • the torque calculator 211 calculates the rotational speed or rotational acceleration of the rear wheel 111 from the rotational angle of the rear wheel 111 input from the rear wheel rotary encoder 26, and applies the applied torque according to the calculated rotational speed or rotational acceleration. calculate. However, the torque calculation unit 211 calculates the applied torque so as not to exceed the speed limit specified by the speed limit specifying unit 212.
  • the speed limit mentioned here is the forward speed or reverse speed of the handcart 100A, and is specified to be equal to or less than a general walking speed (for example, 3 km / h). The relationship between the forward speed or reverse speed and the applied torque is measured in advance and stored in the ROM 22.
  • the switch 28 is attached to the step 201.
  • the detection unit 213 of the control unit 21 detects a signal output from the switch 28 when the user steps on the step 201, and the user tries to move the front wheel 113 away from the ground plane. Is detected.
  • the speed limit specifying unit 212 prevents the rear wheel 111 from rotating in the direction opposite to the traveling direction.
  • the reverse speed is specified to be 0 km / h or less, and the forward speed limit is suppressed to be lower than normal (for example, specified to be 2 km / h or less).
  • the control unit 21 performs control to suppress the rotation speed of the rear wheel 111 to a predetermined rotation speed or less. It will be.
  • FIG. 6 shows a structure in which the switch 28 is attached to the step 201.
  • this structure is only an example, and any means can be used as long as the structure can detect that the front wheel is lifted. Also good.
  • the spring is extended by the weight of the front wheel 113, and the control of suppressing the rotation speed of the rear wheel 111 to a predetermined rotation speed or less is performed by detecting the extension state of the spring. .
  • the user rotates the rear wheel 111 in a direction that moves forward by a predetermined time or a predetermined distance, so that the user can As a result of staying in place, the front wheel 113 may be separated from the ground contact surface.
  • wheelbarrow 100A may also be provided with a mechanical speed limiting mechanism as shown in FIGS.
  • FIG. 7A is a perspective view of a handcart 100B according to Modification 2
  • FIG. 7B is a block diagram showing a hardware configuration of the handcart 100B.
  • 7A and 7B the same components as those of the handcart 100A shown in FIGS. 5A and 5B are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the tilt angle sensor 20 is attached to the front wheel support portion 112 instead of the switch 28 having the configuration of the handcart 100A.
  • the handcart 100B further includes a front wheel rotary encoder 260.
  • the detection unit 213 of the control unit 21 calculates the rotation speed of the front wheel 113 from the rotation angle of the front wheel 113 input from the front wheel rotary encoder 260. Further, the detection unit 213 inputs the tilt angle of the front wheel support unit 112 from the tilt angle sensor 20. When the rotational speed of the front wheel 113 is substantially zero and the inclination angle of the front wheel support unit 112 is equal to or greater than a predetermined angle (for example, 10 degrees corresponding to a general uphill), the detection unit 213 It is determined that the user has performed an operation to float and move the front wheel 113 in a direction away from the ground contact surface. The subsequent control is the same as that of the control unit 21 in FIG.
  • wheelbarrow 100B may have a mechanical speed limiting mechanism as shown in FIGS.
  • FIG. 9 is a schematic view of the handcart 100 ⁇ / b> C according to Modification 3 as seen from the side
  • FIG. 10 is a schematic view as seen from the front
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating a hardware configuration of the handcart 100C.
  • the main body 114 is connected to the rear wheel 111 so as to be rotatable in a pitch direction (a rotation direction about the axis of the rear wheel 111 in FIG. 9).
  • a gyro sensor 24 is attached to the main body 114.
  • the gyro sensor 24 corresponds to the main body angle change detection unit of the present invention, detects the angular velocity in the pitch direction of the main body unit 114, and outputs it to the control unit 21.
  • the front wheel support portion 112 is a thin plate-like member that is connected to the rotating shaft of the rear wheel 111 and extends forward from the rear wheel 111 in the traveling direction (the direction indicated by the arrow in the figure).
  • the front wheel support portion 112 is connected to the rotation axis of the rear wheel 111 so as to be rotatable in the pitch direction so as to extend in parallel with the horizontal ground.
  • the support unit rotary encoder 27 detects an intersection angle that is an angle formed by the main body unit 114 and the front wheel support unit 112, and outputs a detection result to the control unit 21.
  • the tilt angle sensor 20 is installed on the front wheel support unit 112, detects the tilt angle of the front wheel support unit 112 with respect to the vertical direction in the pitch direction, and outputs the detected tilt angle to the control unit 21.
  • the handcart 100C may further include an acceleration sensor that detects acceleration in each direction of the main body 114, a rotary encoder that detects the rotation angle of the front wheel 113, and the like.
  • the front wheel 113 is connected to the lower surface in the direction opposite to the side connected to the rear wheel 111 of the front wheel support portion 112. Thereby, both the rear wheel 111 and the front wheel 113 come into contact with the ground.
  • the crossing angle between the front wheel support portion 112 and the main body portion 114 is limited to a predetermined angle (for example, 30 degrees) by a stopper or the like.
  • the box 30 containing a control board, a battery and the like is placed on the upper surface of the front wheel support portion 112.
  • the front wheel support portion 112 may be connected to the main body portion 114 so as to be rotatable in the pitch direction instead of the rotation shaft of the rear wheel 111.
  • the switch 28 is provided in the grip portion 116. The user presses the switch 28 when performing an operation to move the front wheel 113 away from the ground contact surface.
  • the control unit 21 controls the drive unit 25 so that the angle change in the pitch direction of the main body unit 114 becomes zero, thereby turning the inverted pendulum. Take control.
  • FIG. 12A is a functional block diagram of the control unit 21 in the first control mode.
  • the control unit 21 includes a target angular velocity calculation unit 251, a torque command generation unit 252, and an inclination estimation unit 253.
  • the target angular velocity calculation unit 251 inputs a difference value between the target inclination angle (here, the inclination angle slightly inclined backward from 0 degrees with respect to the vertical direction) and the current inclination angle ⁇ 1 of the main body 114.
  • the tilt angular velocity of the main body 114 is calculated so that the difference value becomes zero.
  • the current inclination angle of the main body 114 can also be obtained by integrating the output value of the gyro sensor 24 or by attaching an inclination angle sensor (not shown) to the main body 114. It is also possible to calculate from the intersection angle ⁇ 2 between the main body 114 and the front wheel support 112 input from the support rotary encoder 27.
  • the front wheel support portion 112 is connected to the shaft of the rear wheel 111 so as to be parallel to the horizontal ground. Therefore, when the crossing angle ⁇ 2 is 90 degrees, the inclination angle ⁇ 1 of the main body 114 is assumed to be 0 degree, and when the crossing angle ⁇ 2 increases, the main body 114 tilts forward with respect to the traveling direction, and the crossing angle ⁇ 2 decreases. In this case, the current inclination angle ⁇ 1 of the main body 114 is assumed to be inclined backward with respect to the traveling direction.
  • the inclination estimation unit 253 calculates a correction angle according to the ground inclination angle estimated based on the value of the inclination angle sensor 20.
  • the torque command generation unit 252 inputs a difference value between the inclination angular velocity calculated by the target angular velocity calculation unit 251 and the current inclination angular velocity of the main body 114 input from the gyro sensor 24, and the difference value is The applied torque is calculated to be zero.
  • the handcart 100C performs the inverted pendulum control as the first control mode, and controls the posture of the main body 114 to be kept constant.
  • the gyro sensor 24 corresponds to the main body angle change detection unit of the present invention.
  • the support rotary encoder 27 is also included in the present invention. It is included in the main body angle change detection unit.
  • an inclination angle sensor (not shown) is attached to the main body 114
  • an inclination angle sensor (not shown) attached to the main body 114 is also included in the main body angle change detection part of the present invention.
  • control (second control mode) is executed to keep the rotational speed of the rear wheel 111 below a predetermined rotational speed.
  • the second control mode is the same as the operation of the handcart 100A shown in FIG.
  • the wheelbarrow 100C may also be provided with a mechanical speed limiting mechanism as shown in FIGS.
  • FIG. 13 is a schematic view of the handcart 100D according to Modification 4 as viewed from the side.
  • the same components as those of the handcart 100C of FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the front wheel support part 112 is connected to the main body part 114, and the front wheel 113 is in a state of floating from the ground contact surface.
  • the wheelbarrow 100D itself is at a position higher than the step required to be lifted without lifting.
  • the radius of the rear wheel 111 is R
  • the crossing angle between the front wheel support portion 112 and the main body portion 114 is fixed to a predetermined angle (for example, 90 degrees).
  • the front wheel support portion 112 may be rotatable in the pitch direction with respect to the main body portion 114, and the lower end of the front wheel 113 may be supported with a predetermined movable range without contacting the grounding surface.
  • the hardware configuration of the handcart 100D and the function of the control unit 21 are the same as those of the handcart 100C.
  • the user When there is a step in the traveling direction of the handcart 100D, the user first grounds the front wheel 113 to the ground on the step, and applies a force in the direction of lifting the handcart 100D with the front wheel 113 as a fulcrum, You can get over the steps.
  • the inverted pendulum control When the user presses the switch 28, the inverted pendulum control is turned off, and the control (second control mode) for suppressing the rotation speed of the rear wheel 111 to a predetermined rotation speed or less shown in FIG. 12B is executed. Is done. In this case, the user can tilt the main body 114 backward to move the front wheel 113 to a higher position, and can get over a higher step.
  • a handcart as a walking assistance vehicle has been described.
  • the present invention may be applied to a cart, a wheelchair, a stroller, and the like.

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Abstract

　ステップ（２０１）は、本体部（１１４）に回転可能に取り付けられている。ステップ（２０１）は、ばね（３０１）の引張力により、本体部（１１４）との取り付け位置を軸として上側に付勢され、ストッパ（３００）により取り付け角が所定範囲内に固定される。ステップ（２０１）の下側には、棒状の本体部（１１４）の側面を覆う筒状部（３０４）が設けられている。筒状部（３０４）は、ブレーキシュー（３０２）に連結されている。したがって、ステップ（２０１）を踏むと、この筒状部（３０４）が下方向に移動し、ブレーキシュー（３０２）が後輪（１１１）の一部に接触して後輪（１１１）の回転速度を制限することになる。

Description

手押し車
　この発明は、車輪を備えた手押し車に関する。
　従来、手押し車では、段差を乗り越えるために、後輪を軸にして前輪を浮かし、段差を越える操作を行うことがある。
　例えば、特許文献１の手押し車では、使用者がレバーを操作すると、後輪を後方位置から前方位置へと移動させ、前輪の持ち上げを楽に行うことができるようになっている。
特開２００８－８０８９５号公報
　しかし、前輪を持ち上げた状態は、安定性が悪いため、使用者の意図に関係なく手押し車が前進する可能性がある。
　そこで、この発明は、使用者の意図に反して前進してしまうことを防ぐ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、本体部と、前記本体部に回転可能に連結された後輪と、前記本体部に回転可能に連結された前輪と、前記本体部に設けられた把持部と、を備え、使用者が前記前輪を接地面との距離が離れる方向に動かそうとする操作を検知する検知部と、前記検知部が前記前輪を接地面との距離が離れる方向に動かそうとする操作を検知した場合に、前記後輪が所定の回転速度以上にならないように制限する速度制限部と、を備えたことを特徴とする。
　このように、手押し車は、使用者が前輪を接地面との距離が離れる方向に動かそうとする操作を行うと、後輪が所定の回転速度以上にならないように制限されるため、使用者の意図に反して前進してしまうことを防ぐことができる。回転速度を制限するためには、例えば本体部に対して取付け角が所定範囲内に固定されたステップを設け、使用者がステップを踏むと、この踏む動作に連動して後輪に機械的なブレーキがかかる様な機構を設けることで実現する。
　また、手押し車は、前記後輪を回転駆動する駆動部と、前記駆動部の回転駆動を制御する制御部と、を備えた手押し車（電動手押し車）であってもよい。この場合、前記速度制限部は、前記制御部が前記後輪の回転速度を所定の回転速度以下に抑える制御を行うことにより実現される。
　さらに、手押し車は、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部と、使用者から、前記前輪を接地面との距離が離れる方向に動かそうとする操作を受け付ける受付部と、を備え、前記制御部は、前記本体部の角度変化が０となるように前記後輪の回転を制御する倒立振子制御を行う第１の制御モードを有し、かつ、前記受付部が前記前輪を接地面との距離が離れる方向に動かそうとする操作を受け付けた場合に、前記倒立振子制御をオフし、前記後輪が所定の回転速度以下に抑える制御を行う第２の制御モードを有する態様とすることも可能である。この場合、後輪の回転軸または本体部との交差角が所定の範囲に制限されていることが好ましい。
　また、前輪が第１の制御モードにおいて接地していない場合、本体部と前輪支持部との交差角は常に固定されていることが好ましい。
また、前輪が第１の制御モードにおいて接地している場合は、受付部が前輪を接地面との距離が離れる方向に動かそうとする操作を受け付けた場合に、本体部と前輪支持部との交差角を固定することが好ましい。
　さらに、制御部は、受付部が前輪を接地面との距離が離れる方向に動かそうとする操作を受け付けた場合に、倒立振子制御をオフし、後輪を所定時間あるいは所定距離だけ進行方向に対して前進させるように制御することが好ましい。
　なお、後輪は、回転速度を制限するとともに、逆方向に回転しないようにすることが好ましい。
　この発明によれば、使用者の意図に反して前進してしまうことを防ぐことができる。
手押し車の斜視図である。 使用者が手押し車を押す状態を側面から見た図である。 手押し車の後輪部分の拡大図である。 手押し車の後輪部分の側面拡大図である。 図５（Ａ）は、変形例１に係る手押し車の斜視図であり、図５（Ｂ）は、ハードウェアブロック図である。 変形例１に係る手押し車の機能ブロック図である。 図７（Ａ）は、変形例２に係る手押し車の斜視図であり、図７（Ｂ）は、ハードウェアブロック図である。 変形例２に係る手押し車の機能ブロック図である。 変形例３に係る手押し車を側面から見た模式図である。 変形例３に係る手押し車を正面から見た模式図である。 変形例３に係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。 変形例３に係る手押し車の機能ブロック図である。 変形例４に係る手押し車を側面から見た模式図である。
　図１は、本実施形態に係る手押し車１００の斜視図であり、図２は、使用者が手押し車を押す状態を側面から見た図であり、図３は、手押し車の後輪部分の拡大図である。
　手押し車１００は、上下方向に長い棒状の本体部１１４と、本体部１１４のうち下側に回転可能に連結された一対の後輪１１１と、本体部１１４のうち上側に設けられた把持部１１６と、本体部１１４のうち後輪１１１側の近くに取り付けられたステップ２０１と、本体部１１４の中心付近に連結されて斜め前方に延びる前輪支持部１１２と、前輪支持部１１２のうち本体部１１４の連結された側と反対側に回転可能に連結された前輪１１３と、本体部１１４および前輪支持部１１２に連結された座部３１と、を備えている。
　なお、本実施形態では、後輪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、前輪１１３も、本実施形態では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（Ａ）に示すように、使用者は、把持部１１６を握り、手押し車１００を押す。そして、図２（Ｂ）に示すように、前方に段差が存在した場合に、使用者は、足でステップ２０１を踏む。ステップ２０１は、本体部１１４に対して取り付け角が所定範囲内に固定されているため、使用者がステップ２０１を踏むと本体部１１４が後方に傾斜する。そして、前輪１１３は、前輪支持部１１２を介して本体部１１４に連結されているため、接地面から浮くことになる。このようにして、使用者は、後輪１１１を軸にして前輪１１３を浮かし、段差を越える操作を行う。
　しかし、前輪１１３を持ち上げた状態は、安定性が悪いため、使用者の意図に関係なく手押し車１００が前進する可能性がある。そこで、手押し車１００は、図３（Ａ）、図３（Ｂ）および図４に示すように、使用者がステップ２０１を踏んで前輪１１３を接地面との距離が離れる方向に動かそうとする操作を行った場合に、後輪１１１が所定の回転速度以上にならないように制限する機構を備え、使用者の意図に反して前進してしまうことを防ぐものである。
　図４の側面拡大図に示すように、ステップ２０１は、本体部１１４に対して回転可能に取り付けられている。また、ステップ２０１は、ばね３０１の引張力により、本体部１１４との取り付け位置を軸として上側に付勢され、ストッパ３００により本体部１１４との取り付け角が所定範囲内に固定される。
　さらに、ステップ２０１の下側には、棒状の本体部１１４の側面を覆う筒状部３０４が設けられている。筒状部３０４は、ブレーキシュー３０２に連結されている。したがって、ステップ２０１を踏むと、この筒状部３０４が下方向に移動し、ブレーキシュー３０２が後輪１１１の一部に接触して後輪１１１の回転速度を制限することになる。この場合、ステップ２０１および筒状部３０４により本発明の検知部が実現され、ブレーキシュー３０２により本発明の速度制限部が実現される。
　なお、本体部１１４の最下方には、ストッパ３０３が設けられている。このストッパ３０３により、筒状部３０４の移動量を制限することで、ブレーキシュー３０２が必要以上の圧力で後輪１１１の一部に接触することを防止し、後輪１１１の回転速度を緩やかに制限する。
　以上のようにして、手押し車１００は、使用者が前輪１１３を接地面との距離が離れる方向に動かそうとする操作を行うと、後輪１１１が所定の回転速度以上にならないように制限することで、使用者の意図に反して前進してしまうことを防ぐことができる。
　なお、手押し車１００は、ステップ２０１が踏み続けられている間、継続的に後輪１１１が所定の回転速度以上にならないように制限するものでもよいし、ステップ２０１を踏む毎に制御モードを切り替えるものでもよい。特にステップ２０１を踏む毎に制御モードを切り替える場合は、ステップを踏み続ける必要が無いため、操作者がバランスを崩す等のおそれがない。
　また、ステップ２０１を踏む毎に制御モードを切り替える場合は、ステップを踏んで第２の制御モードに切り替わった後、一定時間経過した時点で、または一定の距離を進んだ時点で自動的に元のモードに切り替わるのでもよい。この場合、ステップ２０１を何度も踏む必要が無くなるので、操作しやすいメリットがある。
　また、ステップ２０１を踏んで第２の制御モードに切り替わった後、前輪が再度地面に接地したことを検知して第１の制御モードに切り替えるものでもよい。この場合、意図せずステップ２０１を踏んでしまって制御モードが切り替わるおそれがない。またステップ２０１を踏む場合においては、複数の機能を備えていてもよい。
　次に、図５（Ａ）は、変形例１に係る手押し車１００Ａの斜視図であり、図５（Ｂ）は、手押し車１００Ａのハードウェア構成を示したブロック図である。図５（Ａ）において、図１（Ａ）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１００Ａは、後輪１１１を回転駆動する駆動部２５を備えた電動手押し車である。一対の後輪１１１は、同じ軸に取り付けられ、同期して回転するが、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、車輪は４つ（すなわち４輪駆動）であってもよい。この場合、手押し車１００Ａは、ステップ２０１を踏んで２輪走行となった場合に、前輪を駆動させないようにすることが好ましい。これにより、前輪が意図せず何かに引っ掛かって手押し車１００Ａが飛び出すことがない。
　座部３１の下側には制御用の基板や電池等を内蔵したボックス３０が取り付けられている。なお、前輪支持部１１２は、本体部１１４ではなく、後輪１１１の回転軸に対して連結される態様であってもよい。また、把持部１１６に使用者の操作を検知する入力Ｉ／Ｆ部が設けられ、使用者の操作に従ってモータの制御を行う態様であってもよい。
　手押し車１００Ａは、図５（Ｂ）に示すように、ハードウェアとして、制御部２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、駆動部２５、後輪用ロータリエンコーダ２６、およびスイッチ２８を備えている。
　制御部２１は、手押し車１００Ａ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。
　後輪用ロータリエンコーダ２６は、後輪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、後輪用ロータリエンコーダ２６から入力された回転角度から、後輪の回転速度または回転加速度を計算することができる。そして、制御部２１は、計算した回転速度または回転加速度に応じて駆動部２５がモータ（不図示）に印加するためのトルクを計算する。
　駆動部２５は、後輪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で計算されたトルクを後輪１１１のモータに印加し、後輪１１１を回転駆動する。
　これにより、使用者が手押し車１００Ａを前進または後進させると、当該使用者が手押し車１００Ａを押す力を低減するための印加トルクが計算され、後輪１１１が回転駆動する。
　そして、制御部２１は、使用者が前輪を接地面との距離が離れる方向に動かそうとする操作を検知したとき、後輪１１１の回転速度を所定の回転速度以下に抑える制御を行う。
　図６は、制御部２１の機能ブロック図である。制御部２１は、トルク計算部２１１、制限速度指定部２１２、および検知部２１３を備えている。トルク計算部２１１は、後輪用ロータリエンコーダ２６から入力された後輪１１１の回転角度から、後輪１１１の回転速度または回転加速度を計算し、計算した回転速度または回転加速度に応じて印加トルクを計算する。ただし、トルク計算部２１１は、制限速度指定部２１２から指定される制限速度を超えないように印加トルクを計算する。ここで言う制限速度とは、手押し車１００Ａの前進速度または後進速度であり、一般的な歩行速度（例えば３ｋｍ／ｈ）以下に指定される。前進速度または後進速度と印加トルクとの関係は、予め測定され、ＲＯＭ２２に記憶されている。
　また、この例では、ステップ２０１にスイッチ２８が取り付けられている。制御部２１の検知部２１３は、使用者がステップ２０１を踏んだときにスイッチ２８から出力される信号を検知し、使用者が前輪１１３を接地面との距離が離れる方向に動かそうとする操作を検知する。制限速度指定部２１２は、検知部２１３において使用者が前輪１１３を接地面との距離が離れる方向に動かそうとする操作を検知すると、後輪１１１が進行方向に対して逆方向に回転しないように後進速度を０ｋｍ／ｈ以下に指定し、かつ通常時よりも前進の制限速度を低く抑える（例えば２ｋｍ／ｈ以下に指定する）。したがって、制御部２１は、使用者が前輪１１３を接地面との距離が離れる方向に動かそうとする操作を検知したときに、後輪１１１の回転速度を所定の回転速度以下に抑える制御を行うことになる。これにより、本発明の速度制限部を実現する。なお、後輪１１１が進行方向に対して逆方向に回転しないように制御することは必須ではない。
　なお、図６では、ステップ２０１にスイッチ２８が取り付けられている構造を示しているが、当該構造は一例であって、前輪が浮いたことを検知できる構造であればどのような手段を用いてもよい。例えば、前輪１１３が接地面から離れると、当該前輪１１３の重みでばねが伸びる構造とし、当該バネが伸びる状態を検知することで後輪１１１の回転速度を所定の回転速度以下に抑える制御を行う。
　なお、使用者が前輪１１３を接地面との距離が離れる方向に動かそうとする操作を検知する代わりに、後輪１１１を所定時間または所定距離だけ前進する方向に回転させることで、使用者がその場に留まる結果、前輪１１３が接地面から離れるようにしてもよい。
　特に、モータによる電動アシスト機能が付いた手押し車の場合は、前輪が接地面から離れた状態（ウィリー）にあることは、後輪だけで支持している不安定な状態になることに加え、モータによる駆動力が加わることから、転倒などの可能性が増す傾向があり、後輪に速度制限を与えることは極めて有効である。
　無論、手押し車１００Ａにおいても、図３および図４に示したような機械的な速度制限機構を設ける態様としてもよい。
　次に、図７（Ａ）は、変形例２に係る手押し車１００Ｂの斜視図であり、図７（Ｂ）は、手押し車１００Ｂのハードウェア構成を示したブロック図である。図７（Ａ）および図７（Ｂ）において、図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示した手押し車１００Ａと同一の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２に係る手押し車１００Ｂは、手押し車１００Ａの構成のスイッチ２８に代えて、前輪支持部１１２に傾斜角センサ２０が取り付けられている。また、手押し車１００Ｂは、さらに前輪用ロータリエンコーダ２６０を備えている。
　図８の機能ブロック図に示すように、制御部２１の検知部２１３は、前輪用ロータリエンコーダ２６０から入力される前輪１１３の回転角度から、前輪１１３の回転速度を計算する。また、検知部２１３は、傾斜角センサ２０から前輪支持部１１２の傾斜角を入力する。検知部２１３は、前輪１１３の回転速度がほぼ０であり、かつ前輪支持部１１２の傾斜角が所定角度（例えば一般的な上り坂に対応する１０度）以上となった場合に、前輪１１３が浮き、使用者が前輪１１３を接地面との距離が離れる方向に動かそうとする操作を行ったと判断する。その後の制御は図６の制御部２１と同様である。
　無論、手押し車１００Ｂにおいても、図３および図４に示したような機械的な速度制限機構を設ける態様としてもよい。
　次に、図９は、変形例３に係る手押し車１００Ｃを側面から見た模式図であり、図１０は、正面から見た模式図である。図１１は、手押し車１００Ｃのハードウェア構成を示すブロック図である。
　手押し車１００Ｃは、本体部１１４が後輪１１１に対してピッチ方向（図９における後輪１１１の軸を中心とする回転方向）に回転可能に連結されている。本体部１１４には、ジャイロセンサ２４が取り付けられている。ジャイロセンサ２４は、本発明の本体角度変化検出部に相当し、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。
　前輪支持部１１２は、後輪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）に対して後輪１１１よりも前方に延びる薄い板状の部材となっている。前輪支持部１１２は、水平な地面と平行に延びるように、後輪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。支持部用ロータリエンコーダ２７は、本体部１１４と前輪支持部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。また、傾斜角センサ２０は、前輪支持部１１２に設置され、前輪支持部１１２のピッチ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。
　なお、手押し車１００Ｃ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、前輪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。
　前輪１１３は、前輪支持部１１２の後輪１１１に連結されている側とは反対方向の下面に連結されている。これにより、後輪１１１と前輪１１３の両方が地面に接するようになっている。ただし、前輪支持部１１２と本体部１１４との交差角は、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。
　制御用の基板や電池等を内蔵したボックス３０は、前輪支持部１１２の上面に載せられている。なお、前輪支持部１１２は、後輪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。
　この例では、スイッチ２８は、把持部１１６に設けられている。使用者は、前輪１１３を接地面との距離が離れる方向に動かそうとする操作を行うとき、スイッチ２８を押す。
　この例では、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１２（Ａ）は、第１の制御モード時における制御部２１の機能ブロック図である。第１の制御モードでは、制御部２１は、目標角速度計算部２５１、トルク指令生成部２５２、および斜度推定部２５３を備えている。
　目標角速度計算部２５１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、現時点の本体部１１４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１１４の傾斜角速度を算出する。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。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と前輪支持部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、前輪支持部１１２は、水平な地面と平行になるように後輪１１１の軸に接続されている。したがって、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。
　また、斜度推定部２５３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、補正角度を算出する。これにより、例えば手押し車１００Ｃが上り坂を前進している場合、鉛直方向よりも前方に本体部１１４が傾斜するように目標角度を補正することで使用者を牽引する力を得ることができ、より快適に坂道を上ることができる。また、下り坂を前進している場合、鉛直方向よりも後方に本体部１１４が傾斜するように目標角度を補正することで使用者を後方に押し返す力を得ることができ、ブレーキ効果として働き、使用者がより安全に坂道を下ることができる。
　そして、トルク指令生成部２５２は、目標角速度計算部２５１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。
　これにより、手押し車１００Ｃ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部に相当すると説明したが、現時点の本体部１１４の傾斜角度を交差角から推定する場合、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部に含まれる。また、本体部１１４に傾斜角センサ（不図示）を取り付ける場合には、この本体部１１４に取り付ける傾斜角センサ（不図示）も本発明の本体角度変化検出部に含まれる。
　そして、手押し車１００Ｃは、スイッチ２８で使用者が前輪１１３を接地面との距離が離れる方向に動かそうとする操作を受け付けると、倒立振子制御をオフし、本体部１１４と前輪支持部１１２の交差角θ２が固定角となるように回転可能となっている機構をロックする。こうすることで、本体部１１４の傾きに対して前輪支持部１１２が連動し、前輪１１３を接地面との距離を離すことができる。図１２（Ｂ）に示すように、後輪１１１の回転速度を所定の回転速度以下に抑える制御（第２の制御モード）を実行する。
　第２の制御モードは、図６に示した手押し車１００Ａの動作と同様である。無論、手押し車１００Ｃにおいても、図３および図４に示したような機械的な速度制限機構を設ける態様としてもよい。
　次に、図１３は、変形例４に係る手押し車１００Ｄを側面から見た模式図である。図９の手押し車１００Ｃと同一の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１００Ｄは、前輪支持部１１２が本体部１１４に連結され、前輪１１３が接地面から浮いた状態となっている。具体的には、通常の使用形態において、手押し車１００Ｄ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、後輪１１１の半径をＲとしたとき、前輪１１３の下端は、後輪１１１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。
　また、この例では、前輪支持部１１２と本体部１１４との交差角は、所定の角度（例えば９０度）に固定されている。なお、前輪支持部１１２は、本体部１１４に対してピッチ方向に回転可能であって、前輪１１３の下端が接地面に接触せず、かつ所定の可動範囲をもって支持されていてもよい。
　手押し車１００Ｄのハードウェア構成や制御部２１の機能は、手押し車１００Ｃと同様である。
　使用者は、手押し車１００Ｄの進行方向に段差が存在した場合に、前輪１１３を先に段差上の地面に接地させて、当該前輪１１３を支点にして手押し車１００Ｄ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。
　また、使用者がスイッチ２８を押すと、倒立振子制御がオフされ、図１２（Ｂ）に示した後輪１１１の回転速度を所定の回転速度以下に抑える制御（第２の制御モード）が実行される。この場合、使用者は、本体部１１４を後方に傾斜させて、前輪１１３をさらに高い位置に移動させることができ、より高い段差を乗り越えることができる。
　なお、本実施形態では、歩行補助車としての手押し車の例について説明したが、他にも台車、車いす、またはベビーカー等に本発明を適用してもよい。
１００…手押し車
３１…座部
１１１…後輪
１１２…前輪支持部
１１３…前輪
１１４…本体部
１１６…把持部
２０１…ステップ
３００…ストッパ
３０２…ブレーキシュー
３０３…ストッパ
３０４…筒状部

Claims (9)

  1. 　本体部と、
    　前記本体部に回転可能に連結された後輪と、
    　前記本体部に回転可能に連結された前輪と、
    　前記本体部に設けられた把持部と、
    　を備えた手押し車であって、
    　使用者が前記前輪を接地面との距離が離れる方向に動かそうとする操作を検知する検知部と、
    　前記検知部が前記前輪を接地面との距離が離れる方向に動かそうとする操作を検知した場合に、前記後輪が所定の回転速度以上にならないように制限する速度制限部と、
    　を備えたことを特徴とする手押し車。
  2. 　前記後輪を回転駆動する駆動部と、
    　前記駆動部の回転駆動を制御する制御部と、
    　を備え、
    　前記速度制限部は、前記制御部が前記後輪の回転速度を所定の回転速度以下に抑える制御を行うことにより実現されることを特徴とする請求項１に記載の手押し車。
  3. 　本体部と、
    　前記本体部に回転可能に連結された後輪と、
    　記後輪の回転軸または前記本体部に一方が接続される前輪支持部と、
    　前記前輪支持部の他方に回転可能に連結された前輪と、
    　前記本体部に設けられた把持部と、
    　前記後輪を回転駆動する駆動部と、
    　前記駆動部の回転駆動を制御する制御部と、
    　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部と、
    　使用者から、前記前輪を接地面との距離が離れる方向に動かそうとする操作を受け付ける受付部と、
    　を備えた手押し車であって、
    　前記制御部は、前記本体部の角度変化が０となるように前記後輪の回転を制御する倒立振子制御を行う第１の制御モードを有し、
    　かつ、前記受付部が前記前輪を接地面との距離が離れる方向に動かそうとする操作を受け付けた場合に、前記倒立振子制御をオフし、前記後輪が所定の回転速度以下に抑える制御を行う第２の制御モードを有することを特徴とする手押し車。
  4. 　前記前輪支持部は、前記後輪の回転軸または前記本体部との交差角が所定の範囲に制限されていることを特徴とする請求項３に記載の手押し車。
  5. 　前記前輪は、前記第１の制御モードにおいて、接地しておらず、
    　前記本体部と前記前輪支持部との交差角は、常に固定されていることを特徴とする請求項３に記載の手押し車。
  6. 　前記前輪は、前記第１の制御モードにおいて、接地しており、
    　前記受付部が前記前輪を接地面との距離が離れる方向に動かそうとする操作を受け付けた場合に、前記本体部と前記前輪支持部との交差角を固定することを特徴とする請求項４に記載の手押し車。
  7. 　前記制御部は、前記受付部が前記前輪を接地面との距離が離れる方向に動かそうとする操作を受け付けた場合に、前記倒立振子制御をオフし、前記後輪を所定時間あるいは所定距離だけ進行方向に対して前進させるように制御することを特徴とする請求項３または４に記載の手押し車。
  8. 　前記制御部は、前記後輪が進行方向に対して逆方向に回転しないように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項３乃至請求項７のいずれかに記載の手押し車。
  9. 　前記本体部に対して取付け角が所定範囲内に固定されたステップが設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の手押し車。
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