WO2015098722A1 - 手押し車 - Google Patents

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WO2015098722A1
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angle
main body
inclination
unit
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白土賢一
辻滋
久保昌幸
羽根宜孝
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • This invention relates to a wheelbarrow provided with wheels, and more particularly to a wheelbarrow that drives and controls wheels.
  • Patent Document 1 a handcart that assists walking by driving and controlling wheels and performing inverted pendulum control is known (for example, see Patent Document 1).
  • the handcart of Patent Document 1 includes a main body that can rotate in the pitch direction, a support that is connected to the main body at one end, and an auxiliary wheel that is connected to the other end of the support. ing.
  • the wheelbarrow can keep the posture of the main body part constant by driving and controlling the wheels so that the inclination angle of the pitch direction of the main body part becomes the target inclination angle and the angle change becomes zero. .
  • Patent Document 1 it is necessary to attach the tilt sensor to either the main body or the support.
  • the tilt sensor is tilted by changing the angle of the main body in the pitch direction regardless of whether it is attached to the main body or the support.
  • the sensor output changes. Therefore, it is difficult to detect the inclination angle of the road surface with high accuracy.
  • an object of the present invention is to provide a handcart using an inverted pendulum control that can easily and highly accurately detect the inclination angle of the road surface.
  • the wheelbarrow of the present invention includes a main body, a plurality of main wheels rotatably supported by the main body, and a support that is rotatably connected to a rotation axis of the plurality of main wheels in a pitch direction.
  • a road surface inclination angle detector that is attached to the support and detects an inclination angle of the road surface in the pitch direction.
  • the control unit calculates an inclination angle in the pitch direction of the main body with respect to the vertical axis based on the output of the intersection angle detection unit and the output of the road surface inclination angle detection unit, and the main body unit with respect to the vertical axis
  • the drive unit is controlled so that the inclination angle in the pitch direction becomes the target inclination angle in the pitch direction of the main body.
  • the support portion is connected to the rotation shaft of the main wheel, the angle formed by the road surface and the support portion is maintained in parallel or at a predetermined angle even when the main body portion rotates in the pitch direction. Is done. Therefore, the inclination angle of the road surface can be directly detected by detecting the inclination of the support portion with respect to the horizontal direction by the inclination angle detection unit. Thereby, the inclination angle of the road surface can be detected easily and with high accuracy without being influenced by the inclination angle of the main body.
  • the said inclination angle detection part should just contain the sensor which can detect the inclination angle of a road surface, for example, consists of at least 1 or more sensors among an inclination angle sensor, a uniaxial acceleration sensor, or a multiaxial acceleration sensor.
  • the crossing angle detection unit only needs to include a sensor capable of detecting an angle formed by the main body unit and the support unit, and includes, for example, at least one sensor of a rotary encoder or a potentiometer. With this sensor, it is possible to directly detect the inclination angle of the main body portion in the pitch direction with respect to the support portion.
  • the inclination angle in the pitch direction of the main body with respect to the vertical axis is calculated easily and with high accuracy. be able to.
  • the target inclination angle in the pitch direction of the main body part may be a predetermined angle with respect to the vertical axis, or the control part may be set based on the output of the road surface inclination angle detection part.
  • the control unit controls the drive unit so that the inclination angle of the pitch direction of the main body with respect to the vertical axis becomes the target inclination angle, that is, the difference between both inclination angles becomes zero.
  • the main body unit includes an inclination angular velocity detection unit that detects an inclination angular velocity in the pitch direction of the main body unit, and the driving unit is controlled so that the inclination angular velocity becomes zero.
  • the inclination angular velocity detection part should just detect the inclination angular velocity of the pitch direction of a main-body part,
  • the method of utilizing the differential value of the output of a gyro sensor or a crossing angle detection part can be considered.
  • control unit uses a change in the output of the inclination angle detection unit for resetting the target inclination angle based on the output value (for example, 0 °) of the inclination angle detection unit when the handcart is on a flat ground (for example, When the output of the tilt angle detector exceeds the dead zone, the target tilt angle is reset and a new dead zone is set based on the output value of the tilt angle detector when the dead zone is exceeded. It is also possible to adopt a mode of resetting.
  • the drive unit adjusts the assist force by changing the torque applied to the plurality of main wheels by resetting the target tilt angle.
  • the control unit resets a new dead zone based on the output value of the tilt sensor at the time when the dead zone is exceeded (for example, 0 ° to 10 ° as a dead zone from 5 ° as a reference), thereby assisting force.
  • the adjustment behavior can be stabilized.
  • the assist force can be adjusted by, for example, resetting the target tilt angle so that the main body tilts forward from the vertical direction, thereby obtaining a force that pulls the user backward from the vertical direction.
  • resetting the target inclination angle so that the main body portion is inclined By resetting the target inclination angle so that the main body portion is inclined, a force for pushing the user back can be obtained.
  • the handcart may include an acceleration detection unit that detects acceleration in the pitch direction of the main body, and the control unit may change the dead zone according to the acceleration detected by the acceleration detection unit.
  • the acceleration in the pitch direction can be detected by, for example, a rotary encoder that detects the rotation angle of the main wheel.
  • the present invention it is possible to easily and accurately detect the inclination angle of the road surface, and to realize a handcart using the inverted pendulum control.
  • FIG. 2A is a front view of the wheelbarrow
  • FIG. 2B is a top view of the wheelbarrow.
  • FIG. 1 is a left side view of a handcart 1 according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 (A) is a front view
  • FIG. 2 (B) is a plan view
  • FIG. 3 is a block diagram showing a hardware configuration of the handcart 1.
  • the handcart 1 includes a main body 10 that is long in the vertical direction (Z direction in the figure) and short in the depth direction (Y direction in the figure) and in the left-right direction (X direction in the figure).
  • a pair of main wheels 11 are attached to the left and right ends of the lower portion of the main body 10 in the vertically downward direction.
  • the main wheel 11 has shown the example which is 2 wheels, 1 wheel or 3 wheels or more may be sufficient.
  • the two rod-shaped main body portions 10 connected to each main wheel 11 are connected to each other via a cylindrical gripping portion 15 at the upper portion, and are rotatable in the pitch direction around the axis of the main wheel 11.
  • the main body 10 does not have to be two rods as in this example, and may be one rod-like member or a thin plate-like member.
  • a box 30 containing a control board, a battery, and the like is disposed near the lower portion of the main body 10.
  • the main body 10 is actually provided with a cover so that the internal substrate and the like cannot be seen in appearance.
  • the grip portion 15 has a cylindrical shape that is long in the left-right direction, is bent in the reverse direction (backward) with respect to the traveling direction near the left and right ends, and extends rearward. Thereby, the position where the user grips the grip portion 15 can be shifted backward, and the space at the user's feet can be widened.
  • a thin plate-like support portion 112 extending rearward is connected to the rotation shaft of the main wheel 11.
  • the support portion 112 is connected to the rotation axis of the main wheel 11 so as to be rotatable in the pitch direction so as to extend in parallel with the road surface.
  • the support portion 112 may be connected to the rotation axis of the main wheel 11 so as to be rotatable so as to always maintain a predetermined angle with the road surface, not parallel to the road surface.
  • the support wheel 112 has an auxiliary wheel 113 connected to the lower surface in the direction opposite to the side connected to the rotation shaft of the main wheel 11. As a result, both the main wheel 11 and the auxiliary wheel 113 are in contact with the road surface.
  • the support part 112 may be the aspect extended ahead rather than the main wheel 11 with respect to the advancing direction. If it is the aspect extended ahead rather than the main wheel 11, the space of a user's step can be enlarged. If the main wheel 11 is extended to the rear side, the main wheel 11 having a relatively large inner diameter is disposed forward with respect to the traveling direction, so that it is easy to get over the step.
  • the auxiliary wheel 113 is in contact with the road surface, but the handcart 1 is in a state where only the main wheel 11 is grounded by performing the inverted pendulum control. Even so, it is possible to become independent.
  • a motor is attached to a connection portion between the rotation shaft of the main wheel 11 and the support portion 112, and the intersection angle that is an angle formed by the rotation shaft of the main wheel 11 and the support portion 112 is actively driven by driving the motor. You may make it control.
  • two support portions 112 and two auxiliary wheels 113 are provided and connected to the rotation shafts of the left and right main wheels 11, respectively, but one support portion 112 and one auxiliary wheel 113 are provided.
  • Three or more embodiments may be provided.
  • the space at the user's feet can be widened by connecting to the rotation shafts of the left and right main wheels 11.
  • the grip 15 is provided with a user interface (I / F) 28 such as a power switch.
  • the user can push the handcart 1 in the traveling direction by grasping the grip portion 15.
  • the user puts the forearm or the like on the gripping part 15 from above without gripping the gripping part 15, and puts the forearm or the like on the gripping part 15 due to friction generated between the gripping part 15 and the forearm or the like.
  • the handcart 1 can also be pushed in the direction of travel while being placed.
  • the handcart 1 includes a tilt sensor 20, a control unit 21, a ROM 22, a RAM 23, a gyro sensor 24, a drive unit 25, a support unit rotary encoder 27, and a user I / F 28.
  • the control unit 21 is a functional unit that comprehensively controls the handcart 1 and reads out a program stored in the ROM 22 and develops the program in the RAM 23 to realize various operations.
  • the inclination sensor 20 corresponds to the road surface inclination angle detection unit of the present invention, and is attached to a support unit that is parallel to or maintaining a constant angle with the road surface, detects the road surface inclination angle, and outputs it to the control unit 21. .
  • the inclination sensor 20 is formed by processing a thin plate-like silicon wafer, and includes a spring 201, a movable portion 202, and a comb-shaped electrode portion 203. Then, as shown in FIG. 5B, when the inclination angle of ⁇ is input around the X axis of the horizontally arranged inclination sensor 20, the inclination sensor 20 receives Mg ⁇ A force of sin ⁇ acts.
  • the spring 201 is displaced by ⁇ Y in the Y direction.
  • the inclination sensor 20 detects this displacement ⁇ Y as a change in capacitance by the comb-shaped electrode portion 203.
  • the tilt sensor 20 outputs this change in capacitance to the control unit 21 as a tilt angle.
  • the tilt sensor 20 may be replaced with a single-axis acceleration sensor or a multi-axis acceleration sensor.
  • the rotary encoder 27 for support unit corresponds to the crossing angle detection unit of the present invention, detects a crossing angle that is an angle formed by the main body unit 10 and the support unit 112, and outputs the detection result to the control unit 21.
  • the gyro sensor 24 corresponds to the tilt angular velocity detection unit of the present invention, detects the tilt angular velocity in the pitch direction of the main body unit 10, and outputs it to the control unit 21.
  • the handcart 1 includes an acceleration sensor that detects acceleration in each direction of the main body 10, a rotary encoder that detects the rotation angle of the main wheel 11, a rotary encoder that detects the rotation angle of the auxiliary wheel 113, and the like. May be further provided.
  • FIG. 6 is a control configuration diagram of the control unit 21.
  • the control unit 21 includes a target tilt angle determination unit 211, a target tilt angular velocity calculation unit 212, a torque command generation unit 213, an inclination estimation unit 214, and a main body tilt angle calculation unit 215.
  • the target inclination angular velocity calculation unit 212 inputs a difference value between the first angle and the inclination angle of the main body 10 with respect to the current vertical axis, and the inclination angular velocity of the main body 10 such that the difference value becomes zero. Is calculated.
  • the current inclination angle of the main body 10 with respect to the vertical axis is calculated by the main body inclination angle calculator 215.
  • the main body inclination angle calculation unit 215 is based on the intersection angle between the main body part 10 and the support part 112 input from the support part rotary encoder 27 and the inclination angle of the support part 112 with respect to the vertical axis input from the inclination sensor 20.
  • An inclination angle of the main body 10 with respect to the vertical axis is calculated.
  • the support portion 112 is connected to the shaft of the main wheel 11 so as to be parallel to the horizontal road surface. Therefore, as shown in FIG.
  • the main body inclination angle calculation unit 215 assumes that the inclination angle with respect to the normal of the road surface of the main body 10 is 0 degrees, and the intersection angle increases. Inclining forward with respect to the traveling direction and assuming that the vehicle is inclined backward with respect to the traveling direction when the crossing angle is small, the inclination angle with respect to the normal of the road surface of the main body 10 is calculated.
  • the inclination angle with respect to the normal of the road surface of the main body 10 is a positive value when inclined forward with respect to the traveling direction, and a negative value when inclined backward with respect to the traveling direction.
  • the “intersection angle ⁇ 90 °” is calculated as the inclination angle with respect to the normal to the road surface.
  • the support part 112 and the road surface do not need to be parallel, and the support part 112 should just be connected to the axis
  • a predetermined angle known angle
  • the inclination angle of the main body 10 with respect to the vertical axis can be obtained by subtracting or incrementing the predetermined angle from the intersection angle.
  • the tilt angle of the main body 10 with respect to the vertical axis is detected by the above-described rotary encoder 27 for support, as well as when the output value of the gyro sensor 24 is integrated or when the tilt sensor 20 is attached to the main body 10. Can also be obtained from the tilt sensor 20 attached to the main body 10.
  • the torque command generation unit 213 inputs a difference value between the target inclination angular velocity calculated by the target inclination angular velocity calculation unit 212 and the current inclination angular velocity of the main body 10 input from the gyro sensor 24, and the difference value is calculated.
  • the applied torque is calculated to be zero.
  • the inclination angular velocity of the main body 10 can also be obtained by differentiating the inclination angle of the main body 10 estimated from the intersection angle.
  • a control signal based on the applied torque calculated in this way is input to the drive unit 25.
  • the drive unit 25 is a functional unit that drives a motor that rotates a shaft attached to the main wheel 11 to power the main wheel 11, and drives the motor of the main wheel 11 based on an input control signal. The main wheel 11 is rotated.
  • the handcart 1 performs the inverted pendulum control, and controls the posture of the main body 10 to be kept constant. If the user performs an operation of pushing the handcart 1 forward with respect to the traveling direction, the inclination angle of the main body 10 is inclined forward with respect to the target inclination angle. In order to maintain the target inclination angle, a torque that rotates the main wheel 11 in the forward direction works. Thereby, the handcart 1 also moves following the movement of the user.
  • the inclination estimation unit 214 inputs the value of the inclination sensor 20 and obtains the inclination angle of the road surface.
  • the support portion 112 is connected to the shaft of the main wheel 11, and therefore the road surface regardless of the inclination angle of the main body portion 10.
  • the inclination estimation unit 214 considers that the inclination angle ⁇ 3, which is the value of the inclination sensor 20, is equal to the inclination angle ⁇ 2 of the road surface (or ⁇ 3 when the support unit 112 is inclined by a predetermined angle with respect to the road surface).
  • the predetermined inclination angle ⁇ 2 of the road surface is output to the target inclination angle determination unit 211 by subtracting or incrementing a predetermined angle from the intersection angle.
  • the main body portion 10 is tilted forward, so that the torque for rotating the main wheel 11 in the forward direction works more strongly. Therefore, the force which pulls a user can be acquired and a slope can be climbed more comfortably.
  • adjusting the assist force is not limited to changing the target inclination angle, and for example, offset torque may be applied as shown in FIG.
  • the inclination estimation unit 214 determines, based on the road surface inclination angle estimated based on the value of the inclination sensor 20, an offset torque for compensating for the gravitational torque generated by the road surface inclination angle. Calculate with The offset torque is added to the torque calculated by the torque command generator 213 and applied to the drive unit 25. Further, as shown in FIG. 10, offset torque may be further applied while changing the target inclination angle.
  • the capacitance of the comb-shaped electrode portion also changes depending on the acceleration in the traveling direction (Y direction), so acceleration or deceleration is performed by the inclination angle of the road surface. May be erroneously detected as a change.
  • the wheelbarrow of the second embodiment aims to stabilize the adjustment behavior of the assist force when adjusting the assist force according to the inclination angle, and the value input from the inclination sensor 20 is within a predetermined range. It is judged whether it is within (dead zone).
  • the slope estimation unit 214 When it is determined that the value of the tilt sensor 20 has exceeded the dead zone, the slope estimation unit 214 notifies the target tilt angle determination unit 211 that the value of the tilt sensor 20 and the dead zone have been exceeded.
  • the target inclination angle determination unit 211 resets the target inclination angle ⁇ 1 when notified that the dead zone has been exceeded. Further, the target inclination angle determination unit 211 may reset the target inclination angle when the dead zone is exceeded even for a moment, or resets the target inclination angle when the dead zone is exceeded for a predetermined time or longer. Also good.
  • control unit 21 determines that the possibility that the operator is traveling on a rough road or the operator when the target inclination angle determination unit 211 resets the target inclination angle immediately after the target inclination angle needs to be reset. You may perform control which stops the handcart 1 judging that it is the situation where it is creeping.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the dead zone and the target inclination angle.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 11 is the value of the tilt sensor 20, and the vertical axis is the target tilt angle.
  • the change in the output of the tilt sensor is not used for the control of the drive unit 25.
  • the handcart 1 may include a rotary encoder that detects the rotation angle of the main wheel 11 or a rotary encoder that detects the rotation angle of the auxiliary wheel 113.
  • the rotary encoder detects that the absolute value of the acceleration in the pitch direction of the handcart 1 (main body portion 10) is greater than or equal to a set value
  • the dead zone threshold range may be widened.
  • the threshold range of the dead zone may be narrowed.
  • FIG. 12 is a flowchart showing the operation of the control unit 21.
  • the inclination estimation unit 214 inputs the value of the inclination sensor 20 (s11), and determines whether or not the value of the inclination sensor 20 is within a predetermined range (dead zone) (s12). ).
  • the target inclination angle determination unit 211 resets the target inclination angle ⁇ 1 (s13).
  • the target inclination angle determination unit 211 sets the target inclination angle ⁇ 1 from the first angle.
  • the target inclination angle determination unit 211 is the point at which the dead zone has been exceeded so that the main body 10 tilts 2 ° forward with respect to the vertical direction.
  • the main body portion 10 is tilted forward, so that the torque for rotating the main wheel 11 in the forward direction works more strongly. Thereby, the force which pulls a user can be acquired and it can climb a slope more comfortably.
  • the target inclination angle determination unit 211 has a main body portion that is more than the first angle as the target inclination angle ⁇ 1 when the value ⁇ 3 of the inclination sensor 20 is greater than 5 °.
  • the target inclination angle determination unit 211 is configured to detect the inclination sensor 20 at the time when the dead zone is exceeded so that the main body unit 10 is inclined 6 ° backward with respect to the vertical direction.
  • the main body portion 10 is tilted further rearward, so that torque that rotates the main wheel 11 rearward is exerted.
  • the braking effect works and a force to push the user back can be obtained, and the user can go down the slope more safely.
  • the control unit 21 causes the actual road surface inclination angle to be a value close to the boundary of the dead zone (for example, 5 ° or -5 °), or the inclination sensor 20 may erroneously detect a change in the road surface inclination angle due to acceleration or deceleration. Even if it is detected, the adjustment of the assist force is not repeated frequently, and the adjustment behavior of the assist force can be stabilized.
  • FIG. 14A is a diagram showing the relationship between the dead zone and the target inclination angle in the first modification.
  • the value of the tilt sensor 20 is decreased and the assist force is adjusted strongly, and then the value of the tilt sensor 20 is further decreased, or the value of the tilt sensor 20 is increased and the assist force is weakly adjusted ( Alternatively, when the value of the tilt sensor 20 further increases after the assist force in the reverse direction is set), a new target tilt angle and dead zone are set again.
  • the inclination estimation unit 214 sets ⁇ 5 ° to about ⁇ 5 ° of the inclination sensor 20 when the dead zone is exceeded.
  • a new dead zone is set between 0 °.
  • the target tilt angle determination unit 211 sets the fourth tilt that is the angle at which the main body 10 tilts further forward than the second angle as the target tilt angle ⁇ 1.
  • the target inclination angle determination unit 211 exceeds the dead zone so that the main body unit 10 is inclined 6 ° forward with respect to the vertical direction in consideration of the upward gradient.
  • the inclination estimation unit 214 sets a new dead zone on the basis of the value ⁇ 8 ° of the tilt sensor 20 when the dead zone is exceeded.
  • the new dead zone is - ⁇ to -5 °.
  • the inclination estimation unit 214 newly sets a value between 0 ° and 8 ° with reference to the value 5 ° of the inclination sensor 20 when the dead zone is exceeded. Set a dead zone.
  • the target tilt angle determination unit 211 has a fifth angle that is an angle at which the main body 10 tilts further backward than the third angle as the target tilt angle ⁇ 1.
  • ⁇ 1 ⁇ 9 °
  • the target inclination angle determination unit 211 sets the dead zone so that the main body unit 10 is inclined -9 ° backward with respect to the vertical direction in consideration of the downward gradient.
  • the inclination estimation unit 214 sets a new dead zone with reference to the value 8 ° of the tilt sensor 20 when the dead zone is exceeded.
  • the new dead zone is 5 ° to ⁇ .
  • the target inclination angle ⁇ 1 is reset to the fifth angle, and is fixed at the fifth angle until it becomes less than 5 ° again.
  • the target tilt angle ⁇ 1 is reset to the third angle, and a new dead zone of 0 ° to 8 ° is reset.
  • the control unit 21 does not need to set a dead zone having the same width (for example, ⁇ 5 °) with reference to the value exceeding the dead zone, and adjusts appropriately. Is possible.
  • FIG. 14B is a diagram showing the relationship between the dead zone and the target inclination angle in the second modification.
  • the inclination estimation unit 214 sets ⁇ to ⁇ 3 ° as a new dead zone.
  • the target tilt angle ⁇ 1 is reset to the fourth angle, and is fixed at the fourth angle until it exceeds ⁇ 3 °.
  • Assist power is maintained.
  • the target tilt angle ⁇ 1 is reset to the second angle, and a new dead zone of ⁇ 8 ° to 0 ° is reset.
  • the inclination estimation unit 214 sets 3 ° to ⁇ as a new dead zone. Thereby, when the value of the inclination sensor 20 becomes larger than 8 °, the target inclination angle ⁇ 1 is reset to the fifth angle, and is fixed at the fifth angle until it becomes less than 3 °. The effect is maintained. When the value of the tilt sensor 20 is less than 3 °, the target tilt angle ⁇ 1 is reset to the third angle, and a new dead zone of 0 ° to 8 ° is reset.
  • the boundary of each dead zone does not need to be the same value, and the value of the tilt sensor 20 for returning to the original target tilt angle may be set to a smaller value or a larger value.
  • the usage mode of the handcart of this invention is not restricted to the example shown by this embodiment.

Abstract

　支持部（１１２）は、主輪（１１）の軸に接続されているため、本体部（１０）の傾斜角度に関わらず、路面に対して常に平行または所定の角度に維持される。したがって、斜度推定部（２１４）は、傾斜センサ（２０）の値である傾斜角度θ３が路面の傾斜角度θ２に等しいとみなして（または支持部（１１２）が路面に対して所定の角度だけ傾いている場合、θ３から所定の角度を交差角度から差分または増分して）、推定した路面の傾斜角度θ２を目標傾斜角度決定部（２１１）に出力する。

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ことで、歩行をアシストする手押し車が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
　特許文献１の手押し車は、ピッチ方向に回転可能な本体部と、本体部に一方の端部が連結された支持部と、支持部の他方の端部に連結された補助輪と、を備えている。手押し車は、本体部のピッチ方向の傾斜角度が目標傾斜角度になるように、かつ角度変化が０になるように車輪を駆動、制御することで、本体部の姿勢を一定に保つことができる。
　特許文献１の構造では、本体部が進行方向と逆方向に傾斜した場合には、本体部と支持部との成す角度（交差角度）が大きくなり、本体部が進行方向に傾斜した場合には、交差角度が小さくなる。したがって、交差角度をエンコーダで検出すれば、当該交差角度から接地路面の垂線に対する本体部のピッチ方向の傾斜角度を推算することができる。
国際公開第２０１２／１１４５９７号
　しかし、倒立振子制御を行うためには、鉛直軸に対する本体部のピッチ方向の傾斜角度を検出する必要がある。路面が水平なときは、鉛直軸と接地路面の垂線が一致するため、上述した本体部と支持部の交差角度から幾何学計算により、鉛直軸に対する本体部のピッチ方向の傾斜角度を算出できるが、路面が水平でないとき、すなわち坂道上では、傾斜センサ等で路面のピッチ方向の傾斜角度を検出し、算出した本体部のピッチ方向の傾斜角度に補正を加える必要がある。
　特許文献１の構造では、傾斜センサは、本体部または支持部のいずれかに取り付ける必要があるが、本体部に取り付ける場合も、支持部に取り付ける場合も、本体部のピッチ方向の角度変化によって傾斜センサの出力が変化する。したがって、路面の傾斜角度を高精度に検知することが困難であった。
　そこで、この発明は、路面の傾斜角度を容易かつ高精度に検出することができる倒立振子制御を利用した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支持されている複数の主輪と、前記複数の主輪の回転軸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一または複数の補助輪と、前記複数の主輪を回転させる駆動部と、前記駆動部を制御する制御部と、前記本体部と前記支持部との成す角度を検出する交差角度検出部と、前記支持部に取りつけられており、ピッチ方向の路面の傾斜角度を検出する路面傾斜角度検出部と、を備えている。
　制御部は、前記交差角度検出部の出力と、前記路面傾斜角度検出部の出力と、に基づいて、鉛直軸に対する前記本体部のピッチ方向の傾斜角度を算出し、該鉛直軸に対する前記本体部のピッチ方向の傾斜角度が、前記本体部のピッチ方向の目標傾斜角度になるように、前記駆動部を制御する。
　本発明の手押し車は、支持部が主輪の回転軸に連結されているため、本体部がピッチ方向に回転した場合も、路面と支持部との成す角度は、平行または所定の角度に維持される。したがって、傾斜角度検出部により支持部の水平方向に対する傾きを検出することで、路面の傾斜角度を直接的に検出することができる。これにより、本体部の傾斜角度に影響されずに、路面の傾斜角度を容易かつ高精度に検出することができる。
　なお、前記傾斜角度検出部は、路面の傾斜角度を検出できるセンサを含んでいればよく、たとえば傾斜角センサ、一軸加速度センサ、または複数軸加速度センサのうち、少なくとも一つ以上のセンサから成る。
　また、前記交差角度検出部は、前記本体部と前記支持部の成す角度を検出できるセンサを含んでいればよく、例えばロータリエンコーダ、またはポテンショメータのうち、少なくとも一つ以上のセンサから成る。このセンサにより、前記支持部に対する前記本体部のピッチ方向の傾斜角度を直接的に検出することができる。
　このようにして得られた、ピッチ方向の路面傾斜角度、および支持部に対する本体部のピッチ方向の傾斜角度に基づいて、鉛直軸に対する本体部のピッチ方向の傾斜角度を容易かつ高精度に算出することができる。
　また、本体部のピッチ方向の目標傾斜角度は、鉛直軸に対して所定の角度であってもよし、制御部が路面傾斜角度検出部の出力に基づいて設定してもよい。制御部は、鉛直軸に対する本体部のピッチ方向の傾斜角度が、目標傾斜角度になるよう、すなわち両傾斜角度の差が０になるように駆動部を制御する。
　さらに、本体部は、該本体部のピッチ方向の傾斜角速度を検出する傾斜角速度検出部を備え、該傾斜角速度が０となるように駆動部を制御することが望ましい。
　なお、傾斜角速度検出部は、本体部のピッチ方向の傾斜角速度を検出できればよく、例えばジャイロセンサ、または交差角度検出部の出力の微分値を利用する方法が考えられる。
　また、制御部は、手押し車が平地にある場合の傾斜角度検出部の出力値（例えば０°）を基準として、傾斜角度検出部の出力変化を目標傾斜角度の再設定に利用しない不感帯（例えば±５°程度）を設け、傾斜角度検出部の出力が不感帯を超えた場合、目標傾斜角度を再設定するとともに、不感帯を超えた時点の傾斜角度検出部の出力値を基準として、新たな不感帯を再設定する態様とすることも可能である。
　このように、傾斜角度検出部の出力が不感帯を超えた場合、目標傾斜角度の再設定することにより、駆動部が前記複数の前記主輪に印加するトルクを変更してアシスト力を調整する。
　仮に不感帯を再設定しない場合、路面の傾斜角度が当該不感帯の境界に近い値（例えば５°）であったり、加速または減速によって傾斜センサが加速度を傾斜角度の変化として誤検出したりする場合、アシスト力の調整を頻繁に繰り返すことになってしまう。そこで、制御部は、不感帯を超えた時点の傾斜センサの出力値を基準として、新たな不感帯を再設定する（例えば５°を基準として０°～１０°を不感帯とする）ことで、アシスト力の調整挙動を安定させることができる。
　なお、アシスト力の調整は、例えば、鉛直方向よりも前方に本体部が傾斜するように目標傾斜角度を再設定することで使用者を牽引する力を得ることができ、鉛直方向よりも後方に本体部が傾斜するように目標傾斜角度を再設定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る。
　また、手押し車は、前記本体部のピッチ方向の加速度を検出する加速度検出手段を備え、前記制御部は、前記加速度検出手段が検出した加速度に応じて前記不感帯を変更する態様としてもよい。ピッチ方向の加速度は、例えば主輪の回転角度を検出するロータリエンコーダにより検出することができる。これにより、手押し車の加速または減速がある場合は、路面の傾斜角度の誤検知を防ぐことができる。また、加速または減速の程度が小さい場合に不必要に大きな不感帯を設定することなく、実際の路面の傾斜角度に近い傾斜角度を検出することが可能となる。
　この発明によれば、路面の傾斜角度を容易かつ高精度に検出することができ、かつ倒立振子制御を利用する手押し車を実現できる。
手押し車の側面図である。 図２（Ａ）は、手押し車の正面図であり、図２（Ｂ）は、手押し車の上面図である。 手押し車の構成を示すブロック図である。 支持部が進行方向に対して主輪よりも前方に延びる場合の手押し車の側面図である。 傾斜センサの構成を示す図である。 制御部の構成を示す制御構成図である。 路面の傾斜角度と目標傾斜角度との関係を示す図である。 本体部の鉛直軸に対する傾斜角度を示す図である。 制御部の構成を示す制御構成図である。 制御部の構成を示す制御構成図である。 不感帯と目標傾斜角度の関係を示す図である。 制御部の動作を示すフローチャートである。 路面の傾斜角度と目標傾斜角度との関係を示す図である。 変形例１および変形例２における不感帯と目標傾斜角度の関係を示す図である。
　（第１実施形態）
　図１は、本発明の第１実施形態に係る手押し車１の左側面図であり、図２（Ａ）は、正面図であり、図２（Ｂ）は、平面図である。図３は、手押し車１のハードウェア構成を示すブロック図である。
　手押し車１は、鉛直方向（図中Ｚ方向）に長く、奥行き方向（図中Ｙ方向）および左右方向（図中Ｘ方向）に短い形状の本体部１０を備えている。本体部１０の鉛直下方向の下部のうち、左右方向の端部には、一対の主輪１１が取り付けられている。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。
　各主輪１１に連結された２つの棒状の本体部１０は、上部で円筒形状の把持部１５を介して接続され、主輪１１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１０は、この例のように２つの棒状である必要はなく、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。また、本体部１０の下部付近には、制御用の基板や電池等を内蔵したボックス３０が配置されている。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。
　把持部１５は、左右方向に長い円筒形状であり、左右端付近で進行方向に対して逆方向（後方）に向かって曲げられ、後方に向かって延びている。これにより、利用者が把持部１５を把持する位置を後方にシフトさせることができ、利用者の足元の空間を広くすることができる。
　主輪１１の回転軸には、後方に延びる薄い板状の支持部１１２が連結されている。支持部１１２は、路面と平行に延びるように、主輪１１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。なお、支持部１１２は、路面と平行ではなく、路面と所定の角度を常に保つように主輪１１の回転軸に対して回転可能に接続されていてもよい。
　支持部１１２には、主輪１１の回転軸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、主輪１１と補助輪１１３の両方が路面に接するようになっている。なお、支持部１１２は、図４の側面図に示すように、進行方向に対して主輪１１よりも前方に延びる態様であってもよい。主輪１１よりも前方に延びる態様であれば、利用者の足元の空間を広くすることができる。主輪１１の後方に延びる態様とすれば、相対的に内径の大きい主輪１１が進行方向に対して前方に配置されることになり、段差を乗り越えやすくなる。
　なお、図１、図２および図４においては、補助輪１１３が路面に接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、主輪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。
　なお、主輪１１の回転軸と支持部１１２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主輪１１の回転軸と支持部１１２との成す角度である交差角度を能動的に制御するようにしてもよい。
　また、この例では、支持部１１２および補助輪１１３を２つずつ設け、それぞれ左右の主輪１１の回転軸に対して連結されているが、支持部１１２および補助輪１１３は、それぞれ１つあるいは３つ以上設ける態様であってもよい。ただし、図２に示すように左右の主輪１１の回転軸に対して連結することで、利用者の足元の空間を広くすることができる。
　把持部１５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１５を握ることで手押し車１を進行方向に押すことができる。あるいは、使用者は、把持部１５を握らずに前腕等を把持部１５に上から押し付けるように載せて、把持部１５と前腕等との間で発生する摩擦により、把持部１５に前腕等を載せながら手押し車１を進行方向に押すこともできる。
　次に、手押し車１のハードウェア構成および動作について説明する。図３に示すように、手押し車１は、傾斜センサ２０、制御部２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、ジャイロセンサ２４、駆動部２５、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。
　傾斜センサ２０は、本発明の路面傾斜角度検出部に相当し、路面と平行または一定角度を維持している支持部に取りつけられており、路面の傾斜角度を検出し、制御部２１に出力する。傾斜センサ２０は、具体的には、図５（Ａ）に示すように、薄い板状のシリコンウエハを加工することにより形成され、バネ２０１、可動部２０２、櫛形電極部２０３からなる。そして、傾斜センサ２０は、図５（Ｂ）に示すように、水平に配置された傾斜センサ２０のＸ軸回りにθの傾斜角度が入力されると、質量Ｍである可動部２０２にＭｇ・ｓｉｎθの力が作用する。これにより、バネ２０１は、Ｙ方向にΔＹだけ変位する。傾斜センサ２０は、この変位ΔＹを櫛形電極部２０３で静電容量の変化として検出する。傾斜センサ２０は、この静電容量の変化を傾斜角度として制御部２１に出力する。なお、この傾斜センサ２０は、一軸加速度センサまたは複数軸加速度センサで代用してもよい。
　支持部用ロータリエンコーダ２７は、本発明の交差角度検出部に相当し、本体部１０と支持部１１２との成す角度である交差角度を検出し、検出結果を制御部２１に出力する。なお、交差角度は、ロータリエンコーダだけでなく、ポテンショメータで検出してもよい。
　ジャイロセンサ２４は、本発明の傾斜角速度検出部に相当し、本体部１０のピッチ方向の傾斜角速度を検出し、制御部２１に出力する。
　なお、手押し車１は、他にも本体部１０の各方向の加速度を検出する加速度センサや、主輪１１の回転角度を検出するロータリエンコーダや、補助輪１１３の回転角度を検出するロータリエンコーダ等をさらに備えていてもよい。
　図６は、制御部２１の制御構成図である。制御部２１は、目標傾斜角度決定部２１１、目標傾斜角速度計算部２１２、トルク指令生成部２１３、斜度推定部２１４、および本体傾斜角度計算部２１５を備えている。
　目標傾斜角度決定部２１１は、鉛直軸に対する本体部１０のピッチ方向の傾斜角度の目標である目標傾斜角度θ１を設定する。例えば、図７（Ａ）に示すように、目標傾斜角度θ１として、鉛直軸である０度より少し後方である第１の角度（θ１＝－３°）を出力する。
　目標傾斜角速度計算部２１２は、当該第１の角度と、現時点の鉛直軸に対する本体部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。
　現時点の本体部１０の鉛直軸に対する傾斜角度は、本体部傾斜角度計算部２１５によって算出される。本体部傾斜角度計算部２１５は、支持部用ロータリエンコーダ２７から入力された本体部１０と支持部１１２の交差角度と、傾斜センサ２０から入力された支持部１１２の鉛直軸に対する傾斜角度と、から本体部１０の鉛直軸に対する傾斜角度を算出する。支持部１１２は、水平な路面と平行になるように主輪１１の軸に接続されている。したがって、本体部傾斜角度計算部２１５は、図８に示すように、交差角度が９０度である場合に本体部１０の路面の垂線に対する傾斜角度が０度であるとし、交差角度が大きくなる場合に進行方向に対して前方に傾斜し、交差角度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１０の路面の垂線に対する傾斜角度を算出する。例えば、本体部１０の路面の垂線に対する傾斜角度は、進行方向に対して前方に傾斜する場合に正の値となり、進行方向に対して後方に傾斜する場合を負の値となるように、「交差角度－９０°」を路面の垂線に対する傾斜角度として算出する。
　そして、本体部傾斜角度計算部２１５は、傾斜センサ２０から入力された支持部１１２の鉛直軸に対する傾斜角度θ２を加算して本体部１０の鉛直軸に対する傾斜角度を求める。すなわち、本体部１０の鉛直軸に対する傾斜角度は、「交差角度－９０°＋θ２」で計算される。例えば路面が上り勾配（θ２＝－１５°）であり、本体部１０が進行方向に対して後方に傾斜している（交差角度が７５°）である場合、本体部１０の鉛直軸に対する傾斜角度は７５°－９０°－１５°＝－３０°として算出される。
　なお、支持部１１２と路面は、平行である必要はなく、所定の角度（既知の角度）を成すように、支持部１１２が主輪１１の軸に接続されていればよい。この場合、当該所定の角度を交差角度から差分または増分することにより、本体部１０の鉛直軸に対する傾斜角度を求めることができる。
　なお、本体部１０の鉛直軸に対する傾斜角度は、上記の支持部用ロータリエンコーダ２７により検出する方法のほか、ジャイロセンサ２４の出力値を積分する、あるいは本体部１０に傾斜センサ２０を取り付ける場合には、当該本体部１０に取り付けられた傾斜センサ２０から得ることもできる。
　トルク指令生成部２１３は、目標傾斜角速度計算部２１２で算出された目標傾斜角速度と、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。なお、本体部１０の傾斜角速度は、交差角度から推定した本体部１０の傾斜角度を微分することでも得られる。
　このようにして算出された印加トルクに基づく制御信号は、駆動部２５に入力される。駆動部２５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して主輪１１に動力を与える機能部であり、入力された制御信号に基づいて主輪１１のモータを駆動し、主輪１１を回転させる。
　これにより、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ように制御する。仮に、使用者が手押し車１を進行方向に対して前方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前方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、主輪１１を順方向に回転させるトルクが働く。これにより、使用者の移動に追従して手押し車１も移動する。
　そして、斜度推定部２１４は、傾斜センサ２０の値を入力し、路面の傾斜角度を求める。図７（Ａ）、図７（Ｂ）および図７（Ｃ）に示すように、支持部１１２は、主輪１１の軸に接続されているため、本体部１０の傾斜角度に関わらず、路面に対して常に平行または所定の角度に維持される。したがって、斜度推定部２１４は、傾斜センサ２０の値である傾斜角度θ３が路面の傾斜角度θ２に等しいとみなして（または支持部１１２が路面に対して所定の角度だけ傾いている場合、θ３から所定の角度を交差角度から差分または増分して）、推定した路面の傾斜角度θ２を目標傾斜角度決定部２１１に出力する。
　目標傾斜角度決定部２１１は、入力された路面の傾斜角度θ２に応じて、目標傾斜角度θ１を再設定する。例えば、図７（Ｂ）に示すように、傾斜角度θ２が負の値（例えば－５°）であり、路面が上り勾配である場合、第１の角度より本体部１０が前方に傾く角度である第２の角度（例えばθ１＝２°）に再設定する。なお、本体部１０の路面の垂線に対する傾斜角度が基準（０度）である場合、目標傾斜角度決定部２１１は、本体部１０が鉛直方向に対して前方に２°傾くように、入力された傾斜角度（θ２＝－５°）を差分した値（θ１＝７°）を目標傾斜角度として出力する。
　これにより、図７（Ｂ）に示すように、本体部１０が前方に傾くため、主輪１１を順方向に回転させるトルクがより強く働く。よって、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、図７（Ｃ）に示すように、傾斜角度θ２が正の値（例えば５°）であり、路面が下り勾配である場合、目標傾斜角度θ１として、第１の角度より本体部１０が後方に傾く角度である第３の角度（例えばθ１＝－６°）に再設定する。ただし、本体部１０の路面の垂線に対する傾斜角度が基準である場合、目標傾斜角度決定部２１１は、本体部１０が鉛直方向に対して後方に６°傾くように、入力された傾斜角度（θ２＝５°）を差分した値（θ１＝－１１°）を目標傾斜角度として出力する。
　これにより、図７（Ｃ）に示すように、本体部１０がより後方に傾くため、主輪１１を後方に回転させるトルクが働く。よって、ブレーキ効果が働いて、使用者を後方に押し返す力を得ることができ、使用者がより安全に坂道を下ることができる。
　なお、アシスト力を調整するためには、目標傾斜角度の変更に限らず、例えば図９に示すように、オフセットトルクを加えるようにしてもよい。この場合、斜度推定部２１４は、傾斜センサ２０の値に基づいて推定した路面の傾斜角度に応じて、当該路面の傾斜角度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重力トルク計算部２１４Ａで算出する。そして、当該オフセットトルクは、トルク指令生成部２１３で算出されたトルクに加算され、駆動部２５に印加される。また、図１０に示すように、目標傾斜角度を変更しつつ、さらにオフセットトルクを印加するようにしてもよい。
　（第２実施形態）
　次に、第２実施形態に係る手押し車について説明する。第２実施形態に係る手押し車は、第１実施形態に示した手押し車に対して、さらに斜度推定部２１４において、傾斜センサ２０から入力される値が所定の範囲（不感帯）以内であるか否かを判断するものである。手押し車の構成および機能は、第１実施形態と同じであるため、図示および説明を省略する。
　図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示したような傾斜センサは、進行方向（Ｙ方向）の加速度によっても櫛形電極部の静電容量が変化するため、加速または減速を路面の傾斜角度の変化として誤検出する場合がある。この場合、実際の路面の傾斜角度が変化していないにも関わらずアシスト力が調整されてしまう可能性があり、アシスト力の調整挙動が不安定になる場合がある。そこで、第２実施形態の手押し車は、傾斜角度に応じてアシスト力を調整する場合において、当該アシスト力の調整挙動を安定させることを目的とし、傾斜センサ２０から入力される値が所定の範囲（不感帯）以内であるか否かを判断するものである。
　斜度推定部２１４は、傾斜センサ２０の値が不感帯を超えたと判断した場合に、傾斜センサ２０の値および不感帯を超えた旨を当該目標傾斜角度決定部２１１に通知する。目標傾斜角度決定部２１１は、不感帯を超えた旨が通知された場合、目標傾斜角度θ１を再設定する。また、目標傾斜角度決定部２１１は、一瞬でも不感帯を超えた時点で目標傾斜角度を再設定してもよいし、所定時間以上継続して不感帯を超えた時点で目標傾斜角度を再設定してもよい。さらに、制御部２１は、目標傾斜角度決定部２１１が目標傾斜角度を再設定した後、すぐに再設定が必要になった場合は、凹凸の激しい道を走行している可能性や操作者が躓いている等の状況であると判断して、手押し車１を停止させる制御を行ってもよい。
　図１１は、不感帯と目標傾斜角度の関係を示す図である。図１１に示すグラフの横軸は傾斜センサ２０の値であり、縦軸は目標傾斜角度である。初期状態（平地）では、傾斜センサの値０°を基準として、±５°の不感帯が設定されている。すなわち、図１３（Ａ）に示すように、傾斜センサ２０の値である傾斜角度θ３が－５°～５°の間では、目標傾斜角度θ１は、第１の角度（θ１＝－３°）に固定され、傾斜センサの出力変化を駆動部２５の制御には利用しないようになっている。
　なお、手押し車１は、主輪１１の回転角度を検出するロータリエンコーダ、または補助輪１１３の回転角度を検出するロータリエンコーダを備えていてもよい。そして、このロータリエンコーダにより、手押し車１（本体部１０）のピッチ方向の加速度の絶対値がある設定値以上であることを検知した場合には、不感帯の閾値範囲を広げるようにしてもよい。逆に、手押し車１（本体部１０）のピッチ方向の加速度の絶対値がある設定値未満であることを検知した場合には、不感帯の閾値範囲を狭めるようにしてもよい。また、手押し車１（本体部１０）のピッチ方向の加速度の大きさに比例した不感帯の閾値範囲を設定してもよい。これにより、手押し車１の加速または減速がある場合は、路面の傾斜角度の誤検知を防ぐことができる。また、加速または減速の程度が小さい場合に不必要に大きな不感帯を設定することなく、実際の路面の傾斜角度に近い傾斜角度を検出することが可能となる。
　図１２は、制御部２１の動作を示すフローチャートである。図１２に示すように、斜度推定部２１４は、傾斜センサ２０の値を入力し（ｓ１１）、当該傾斜センサ２０の値が所定の範囲（不感帯）以内であるか否かを判断する（ｓ１２）。斜度推定部は、傾斜センサ２０の値が不感帯を超えたと判断した場合（ｓ１２：Ｙｅｓ）、目標傾斜角度決定部２１１が目標傾斜角度θ１を再設定する（ｓ１３）。
　例えば、図１３（Ｂ）に示すように、目標傾斜角度決定部２１１は、傾斜センサ２０の値である傾斜角度θ３が－５°未満となった場合、目標傾斜角度θ１を第１の角度より本体部１０が前方に傾く角度である第２の角度（例えばθ１＝２°）に再設定する。ただし、上述したように路面の垂線が基準（０°）である場合、目標傾斜角度決定部２１１は、本体部１０が鉛直方向に対して前方に２°傾くように、不感帯を超えた時点の傾斜センサ２０の値－５°を差分した値（θ１＝７°）を目標傾斜角度として出力する。
　これにより、図１３（Ｂ）に示すように、本体部１０が前方に傾くため、主輪１１を順方向に回転させるトルクがより強く働く。これにより、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、例えば、図１３（Ｃ）に示すように、目標傾斜角度決定部２１１は、傾斜センサ２０の値θ３が５°より大きくなった場合、目標傾斜角度θ１として、第１の角度より本体部１０が後方に傾く角度である第３の角度（例えばθ１＝－６°）を出力する。ただし、路面の垂線が基準（０°）である場合、目標傾斜角度決定部２１１は、本体部１０が鉛直方向に対して後方に６°傾くように、不感帯を超えた時点の傾斜センサ２０の値５°を差分した値（θ１＝－１１°）を目標傾斜角度として出力する。
　これにより、図１３（Ｃ）に示すように、本体部１０がより後方に傾くため、主輪１１を後方に回転させるトルクが働く。これにより、ブレーキ効果が働いて、使用者を後方に押し返す力を得ることができ、使用者がより安全に坂道を下ることができる。
　そして、このようにしてアシスト力が調整されると、斜度推定部２１４は、新たな不感帯を再設定する（ｓ１４）。例えば、斜度推定部２１４は、図９に示すように、傾斜センサ２０の値が－５°未満となった場合、当該不感帯を超えた時点の傾斜センサ２０の値－５°を基準として、±５°の新たな不感帯を設定する。ただし、この例では傾斜センサ２０の値がさらに小さくなる場合にはアシスト力の調整を行わない態様とするため、不感帯は－∞～０°とする。これにより、傾斜センサ２０の値が０°以下である間は、目標傾斜角度θ１は、第２の角度（θ１＝２°）に固定される。傾斜センサ２０の値が０°より大きくなった場合には、目標傾斜角度θ１として、第１の角度が再設定され、０°を基準として、±５°の不感帯が再設定されることになる。
　また、斜度推定部２１４は、傾斜センサ２０の値が５°より大きくなった場合、当該不感帯を超えた時点の傾斜センサ２０の値５°を基準として、±５°の新たな不感帯を設定する。ただし、この例では傾斜センサ２０の値がさらに大きくなる場合にはアシスト力の調整を行わない態様とするため、不感帯は０°～∞とする。これにより、傾斜センサ２０の値が０°以上である間は、目標傾斜角度θ１は、第３の角度（θ１＝－６°）に固定される。傾斜センサ２０の値が０°未満となった場合には、目標傾斜角度θ１として、第１の角度が再設定され、０°を基準として、±５°の不感帯が再設定されることになる。
　これにより、制御部２１は、実際の路面の傾斜角度が不感帯の境界に近い値（例えば５°または－５°）であったり、加速または減速によって傾斜センサ２０が路面の傾斜角度の変化として誤検出したりしても、アシスト力の調整を頻繁に繰り返すことがなく、アシスト力の調整挙動を安定させることができる。
　次に、図１４（Ａ）は、変形例１における不感帯と目標傾斜角度の関係を示す図である。変形例１では、傾斜センサ２０の値が小さくなってアシスト力が強く調整された後にさらに傾斜センサ２０の値が小さくなった場合、または傾斜センサ２０の値が大きくなってアシスト力が弱く調整（または逆方向のアシスト力が設定）された後にさらに傾斜センサ２０の値が大きくなった場合に、再び新たな目標傾斜角度と不感帯を設定する。
　変形例１では、斜度推定部２１４は、傾斜センサ２０の値が－５°未満となった場合、当該不感帯を超えた時点の傾斜センサ２０の値－５°を基準として、－８°～０°の間に新たな不感帯を設定する。
　そして、目標傾斜角度決定部２１１は、傾斜センサ２０の値が－８°未満となった場合、目標傾斜角度θ１として、第２の角度よりさらに本体部１０が前方に傾く角度である第４の角度（例えばθ１＝６°）を設定する。ただし、路面の垂線が基準（０°）である場合、目標傾斜角度決定部２１１は、上り勾配を考慮して、本体部１０が鉛直方向に対して前方に６°傾くように、不感帯を超えた時点の傾斜センサ２０の値－８°を差分した値（θ１＝１４°）を出力する。
　これにより、本体部１０がさらに前方に傾くため、主輪１１を順方向に回転させるトルクがより強く働き、アシスト力がさらに強く調整される。また、斜度推定部２１４は、不感帯を超えた時点の傾斜センサ２０の値－８°を基準として、新たな不感帯を設定する。この例では新たな不感帯は－∞～－５°とする。これにより、傾斜センサ２０の値が－８°未満となった場合には目標傾斜角度θ１が第４の角度に再設定され、再び－５°を超えるまでは当該第４の角度に固定される。傾斜センサ２０の値が－５°を超えた場合には、目標傾斜角度θ１は第２の角度に再設定され、－８°～０°の新たな不感帯が再設定される。
　一方、斜度推定部２１４は、傾斜センサ２０の値が５°より大きくなった場合、当該不感帯を超えた時点の傾斜センサ２０の値５°を基準として、０°～８°の間に新たな不感帯を設定する。
　そして、目標傾斜角度決定部２１１は、傾斜センサ２０の値が８°より大きくなった場合、目標傾斜角度θ１として、第３の角度よりさらに本体部１０が後方に傾く角度である第５の角度（例えばθ１＝－９°）を設定する。ただし、路面の垂線が基準（０°）である場合、目標傾斜角度決定部２１１は、下り勾配を考慮して、本体部１０が鉛直方向に対して後方に－９°傾くように、不感帯を超えた時点の傾斜センサ２０の値８°を差分した値（θ１＝－１７°）を出力する。これにより、本体部１０がさらに後方に傾くため、主輪１１を後方に回転させるトルクがより強く働き、より強いブレーキ効果が働いて、使用者を後方に押し返す力を得ることができる。
　また、斜度推定部２１４は、不感帯を超えた時点の傾斜センサ２０の値８°を基準として、新たな不感帯を設定する。この例では新たな不感帯は５°～∞とする。これにより、傾斜センサ２０の値が８°を超えた場合には目標傾斜角度θ１が第５の角度に再設定され、再び５°未満となるまでは当該第５の角度に固定される。傾斜センサ２０の値が５°未満となった場合には、目標傾斜角度θ１は第３の角度に再設定され、０°～８°の新たな不感帯が再設定される。
　このように、制御部２１は、傾斜センサ２０の値が不感帯を超えた場合に、当該不感帯を超えた値を基準として同じ幅（例えば±５°）の不感帯を設定する必要はなく、適宜調整することが可能である。
　次に、図１４（Ｂ）は、変形例２における不感帯と目標傾斜角度の関係を示す図である。変形例２では、斜度推定部２１４は、傾斜センサ２０の値が－８°未満となった場合、新たな不感帯として、－∞～－３°を設定する。これにより、傾斜センサ２０の値が－８°未満となった場合には目標傾斜角θ１が第４の角度に再設定され、－３°を超えるまでは当該第４の角度に固定され、強いアシスト力が維持される。傾斜センサ２０の値が－３°を超えた場合には、目標傾斜角度θ１は第２の角度に再設定され、－８°～０°の新たな不感帯が再設定される。同様に、斜度推定部２１４は、傾斜センサ２０の値が８°より大きくなった場合、新たな不感帯として、３°～∞を設定する。これにより、傾斜センサ２０の値が８°より大きくなった場合には目標傾斜角度θ１が第５の角度に再設定され、３°未満となるまでは当該第５の角度に固定され、強いブレーキ効果が維持される。傾斜センサ２０の値が３°未満となった場合には、目標傾斜角度θ１は第３の角度に再設定され、０°～８°の新たな不感帯が再設定される。
　このように、各不感帯の境界は、同じ値である必要はなく、元の目標傾斜角度に戻すための傾斜センサ２０の値は、より小さい値またはより大きい値に設定する態様としてもよい。
　なお、本発明の手押し車の使用態様は、この実施形態で示した例に限るものではない。例えば、ボックス３０の上部に座部等を設けて、手押し車１を電動ベビーカーとして用いることも可能である。また、貨物を搭載できる平面部分を有する電動の台車として使用することも可能である。
１…手押し車
１０…本体部
１１…主輪
１５…把持部
２０…傾斜センサ
２１…制御部
２２…ＲＯＭ
２３…ＲＡＭ
２４…ジャイロセンサ
２５…駆動部
２７…支持部用ロータリエンコーダ
３０…ボックス
１１２…支持部
１１３…補助輪
２１１…目標傾斜角度決定部
２１２…目標傾斜角速度計算部
２１３…トルク指令生成部
２１４…斜度推定部
２１５…本体傾斜角度計算部

Claims (10)

  1. 　本体部と、
    　前記本体部に回転可能に支持されている複数の主輪と、
    　前記複数の主輪の回転軸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一または複数の補助輪と、
    　前記複数の主輪を回転させる駆動部と、
    　前記駆動部を制御する制御部と、
    　前記本体部と前記支持部との成す角度を検出する交差角度検出部と、
    　前記支持部に取りつけられており、ピッチ方向の路面の傾斜角度を検出する路面傾斜角度検出部と、を備えた手押し車であって、
    　前記制御部は、前記交差角度検出部の出力と、前記路面傾斜角度検出部の出力と、に基づいて、鉛直軸に対する前記本体部のピッチ方向の傾斜角度を算出し、該鉛直軸に対する前記本体部のピッチ方向の傾斜角度が、前記本体部のピッチ方向の目標傾斜角度になるように、前記駆動部を制御することを特徴とする手押し車。
  2. 　前記路面傾斜角度検出部は、傾斜センサ、一軸加速度センサ、または複数軸加速度センサのうち、少なくとも一つ以上のセンサを含むことを特徴とする請求項１に記載の手押し車。
  3. 　前記交差角度検出部は、ロータリエンコーダ又は、ポテンショメータのうち、少なくとも一つ以上のセンサを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の手押し車。
  4. 　前記目標傾斜角度は、鉛直軸に対して所定の角度であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の手押し車。
  5. 　前記目標傾斜角度は、前記制御部が前記路面傾斜角度検出部の出力に基づいて設定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の手押し車。
  6. 　前記本体部は、該本体部のピッチ方向の傾斜角速度を検出する傾斜角速度検出部を備え、
    　前記制御部は、該傾斜角速度検出部の出力に基づいて前記本体部のピッチ方向の傾斜角速度が０となるように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の手押し車。
  7. 　前記傾斜角速度検出部は、ジャイロセンサ、または前記交差角度検出部の出力の微分値を利用することを特徴とする請求項６に記載の手押し車。
  8. 　前記制御部は、前記手押し車が平地にある場合の前記交差角度検出部の出力値を基準として、前記傾斜角度検出部の出力変化を前記目標傾斜角度の再設定に利用しない不感帯を設け、前記傾斜角度検出部の出力が前記不感帯を超えた場合、前記目標傾斜角度を再設定するとともに、前記不感帯を超えた時点の前記傾斜角度検出部の出力値を基準として、新たな不感帯を再設定することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の手押し車。
  9. 　前記制御部は、前記傾斜角度検出部の出力に基づいて前記目標傾斜角度を設定し、
    　前記傾斜角度検出部の出力が前記不感帯を超えた場合に、前記目標傾斜角度を再設定することを特徴とする請求項８に記載の手押し車。
  10. 　前記本体部のピッチ方向の加速度を検出する加速度検出手段を備え、
    　前記制御部は、前記加速度検出手段が検出した加速度に応じて前記不感帯を変更する請求項８または請求項９に記載の手押し車。
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