WO2016035727A1 - 手押し車 - Google Patents

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WO2016035727A1
WO2016035727A1 PCT/JP2015/074585 JP2015074585W WO2016035727A1 WO 2016035727 A1 WO2016035727 A1 WO 2016035727A1 JP 2015074585 W JP2015074585 W JP 2015074585W WO 2016035727 A1 WO2016035727 A1 WO 2016035727A1
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angular velocity
handcart
drive unit
control unit
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Inventor
林毅至
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a handcart having left and right wheels, and more particularly to a handcart for driving and controlling the wheels.
  • the two-wheel passenger carriage of Patent Document 1 includes a base, a boarding base supported by a spring on the base, a motor provided on the base, and left and right wheels driven by the motor. Further, the two-wheel passenger carriage includes a rate gyro, a base inclination sensor, a boarding inclination sensor, a motor rotation angle sensor, and a control device.
  • the control device performs self-supporting control based on the stabilization control method of the wheel-type inverted pendulum based on the signals from the rate gyro, the base tilt sensor, and the motor rotation angle sensor.
  • the control device detects the user's forward / backward movement of the body weight based on the signal from the base tilt sensor, and performs forward / backward control. The movement of the body is controlled by detecting the weight shift.
  • An object of the present invention is to provide a handcart that can be made to go straight as intended by the user even if the load applied to the left and right wheels is significantly different.
  • the wheelbarrow of the present invention includes a main body, a first wheel, a second wheel, a first wheel drive unit, a second wheel drive unit, a control unit, and a wheel angular velocity detection unit.
  • the first wheel is provided on the left side of the main body with respect to the traveling direction.
  • the second wheel is provided on the right side of the main body with respect to the traveling direction.
  • the first wheel drive unit rotates the first wheel around the rotation axis of the first wheel.
  • the second wheel drive unit rotates the second wheel around the rotation axis of the second wheel.
  • the wheel angular velocity detector detects angular velocities around the rotation axes of the first wheel and the second wheel, respectively.
  • the wheelbarrow of the present invention feedback-controls the angular velocities around the rotation axes of the first wheel and the second wheel using at least an integral operation.
  • the control unit calculates a weighted average of an integral component for the angular velocity around the rotation axis of the first wheel and an integral component for the angular velocity around the rotation axis of the second wheel, and the first wheel based on the weighted average.
  • the second wheel drive unit are individually controlled.
  • the output of the integration operation for the first wheel and the second wheel can be appropriately averaged by adjusting the weight of the weighted average. For this reason, even when the load applied to the first wheel and the second wheel is significantly different temporarily, the handcart can be made to go straight as intended by the user.
  • the control unit may bring the weighted average closer to the arithmetic average as the difference between the angular velocity command value of the first wheel and the angular velocity command value of the second wheel becomes smaller.
  • the outputs of the integration operation for the first wheel and the second wheel are equal to each other. For this reason, the user can go straight on the handcart even when the loads applied to the first wheel and the second wheel are significantly different temporarily.
  • the integration operations for the first wheel and the second wheel are independent of each other. For this reason, the user can turn the wheelbarrow as intended.
  • the wheelbarrow of the present invention may be configured as follows.
  • the handcart of this invention is provided with the brake operation reception part which receives the brake operation with respect to a 1st wheel and a 2nd wheel.
  • the control unit brings the weighted average closer to the arithmetic average as the operation amount of the brake operation increases.
  • the outputs of the integral operation for the first wheel and the second wheel are equal to each other. For this reason, the user can stop the wheelbarrow without rotating it in the yaw direction even when the outputs of the integration operation for the first wheel and the second wheel are greatly different from each other before the braking operation. .
  • the handcart can be moved straight as intended by the user.
  • FIG. 2A is a front view of the handcart according to the first embodiment.
  • FIG. 2B is a plan view of the handcart according to the first embodiment.
  • It is a block diagram which shows the hardware constitutions of the handcart which concerns on 1st Embodiment.
  • It is a control block diagram of the control part which concerns on 1st Embodiment.
  • FIG. 5A is a schematic plan view showing the operation of the handcart of the conventional configuration.
  • FIG. 5B is a schematic plan view showing the operation of the handcart according to the first embodiment. It is a block diagram which shows the structure of the handcart which concerns on 2nd Embodiment.
  • FIG. 1 is a left side view of the wheelbarrow 10
  • FIG. 2A is a front view of the wheelbarrow 10
  • FIG. 2B is a plan view of the wheelbarrow 10.
  • the handcart 10 includes a main body 11 having a shape that is relatively long in the vertical direction (Z direction in the drawing) and relatively short in the depth direction (Y direction in the drawing) and the left and right direction (X direction in the drawing). .
  • a pair of main wheels 12 are attached to ends in the left-right direction with respect to the traveling direction in the lower part of the main body 11 in the vertically downward direction.
  • the main wheel 12 includes a left wheel 12A and a right wheel 12B.
  • the left wheel 12A (first wheel) is provided on the left side of the main body 11 with respect to the traveling direction (positive direction of the Y axis).
  • the right wheel 12B (second wheel) is provided on the right side of the main body 11 with respect to the traveling direction.
  • the left wheel 12A rotates around a rotation axis (axle) of the left wheel 12A having a central axis in the left-right direction.
  • the right wheel 12B rotates around the rotation axis of the right wheel 12B having a central axis in the left-right direction.
  • the main wheel 12 does not rotate with respect to the main body 11 when viewed from the vertical direction. In other words, the main wheel 12 does not change its orientation with respect to the main body portion 11.
  • the two rod-like main body parts 11 connected to each main wheel 12 are connected at the upper part and are rotatable in the pitch direction around the axis of the main wheel 12.
  • the main body 11 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 16 containing a control board, a battery, and the like is disposed near the lower portion of the main body 11.
  • the main body 11 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 U holds the holding part 15 can be shifted backward, and the space at the foot of the user U can be widened.
  • a thin plate-like support portion 13 extending rearward is connected to the rotation shaft of the main wheel 12.
  • the support portion 13 is connected to the rotation axis of the main wheel 12 so as to be rotatable in the pitch direction so as to extend in parallel with the road surface.
  • the supporting wheel 13 is connected to an auxiliary wheel 14 on the lower surface in the direction opposite to the side connected to the rotating shaft of the main wheel 12. As a result, both the main wheel 12 and the auxiliary wheel 14 come into contact with the road surface.
  • the support portion 13 extends rearward from the main wheel 12 with respect to the traveling direction. For this reason, the main wheel 12 having a relatively large inner diameter is arranged forward with respect to the traveling direction, and it is easy to get over the step.
  • the support portion 13 may extend in front of the main wheel 12 with respect to the traveling direction, and the auxiliary wheel 14 may be disposed in front of the main wheel. If the support part 13 is an aspect extending forward from the main wheel 12, the space at the foot of the user U can be widened.
  • the auxiliary wheel 14 is in contact with the road surface, but the handcart 10 is in a state where only the main wheel 12 is grounded by performing inverted pendulum control. Can also be independent.
  • two support portions 13 and two auxiliary wheels 14 are provided and connected to the rotation shafts of the left and right main wheels 12, respectively, but one support portion 13 and one auxiliary wheel 14 are provided.
  • Three or more embodiments may be provided.
  • the space at the foot of the user U can be widened by connecting to the rotation shafts of the left and right main wheels 12.
  • the grip 15 is provided with a user interface (I / F) 27 such as a power switch.
  • the user U can push the handcart 10 in the traveling direction by grasping the grip portion 15.
  • the user U puts the forearm or the like on the gripping part 15 from above without gripping the gripping part 15, and the forearm or the like is applied to the gripping part 15 due to friction generated between the gripping part 15 and the forearm or the like. It is also possible to push the wheelbarrow 10 in the traveling direction while putting
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the handcart 10.
  • the handcart 10 includes a control unit 21, a ROM 22, a RAM 23, a left wheel drive unit 24A, a right wheel drive unit 24B, a left wheel rotary encoder 25A, a right wheel rotary encoder 25B, a main body rotary encoder 26, and a user I. / F27.
  • the control unit 21 is a functional unit that controls the wheelbarrow 10 in an integrated manner, and implements various operations by reading a program stored in the ROM 22 and developing the program in the RAM 23.
  • the left wheel drive unit 24A (first wheel drive unit) is a functional unit that drives a motor that rotates a rotating shaft attached to the left wheel 12A and supplies power to the left wheel 12A. Based on the output signal, the motor of the left wheel 12A is driven to rotate the left wheel 12A around the rotation axis of the left wheel 12A.
  • the right wheel drive unit 24B (second wheel drive unit) is a functional unit that drives a motor that rotates a rotating shaft attached to the right wheel 12B and supplies power to the right wheel 12B. Based on the output signal, the motor of the right wheel 12B is driven to rotate the right wheel 12B around the rotation axis of the right wheel 12B.
  • the left wheel rotary encoder 25A detects the rotation angle of the left wheel 12A around the rotation axis of the left wheel 12A, and outputs the detection result to the control unit 21.
  • the right wheel rotary encoder 25B detects the rotation angle of the right wheel 12B around the rotation axis of the right wheel 12B, and outputs the detection result to the control unit 21.
  • the main body rotary encoder 26 detects a crossing angle that is an angle formed by the main body 11 and the support 13 and outputs the detection result to the control unit 21.
  • this intersection angle is referred to as a pitch angle.
  • the pitch angle may be detected not only by the rotary encoder but also by a potentiometer.
  • FIG. 4 is a control configuration diagram of the control unit 21.
  • the control unit 21 individually controls the left wheel drive unit 24A and the right wheel drive unit 24B.
  • the control unit 21 performs feedback control of the angular velocities around the rotation axes of the left wheel 12A and the right wheel 12B using PI control.
  • the control unit 21 includes a PI control unit 31A, a PI control unit 31B, a differentiation element 35A, a differentiation element 35B, and a wheel angular velocity command generation unit 36.
  • the wheel angular velocity command generator 36 calculates a wheel angular velocity command value ⁇ tr based on the pitch angle ⁇ h of the main body 11 detected by the main body rotary encoder 26 and the pitch angle command value ⁇ hr.
  • the pitch angle command value ⁇ hr is a target value for the pitch angle ⁇ h of the main body 11. For example, when the handcart 10 is on a horizontal road surface, the pitch angle command value ⁇ hr is set to 90 ° when the main body 11 is controlled to be perpendicular to the road surface.
  • the wheel angular velocity command value ⁇ tr is a target value of the angular velocity of the main wheel 12 around the rotation axis of the main wheel 12, and is determined so that the pitch angle ⁇ h becomes the pitch angle command value ⁇ hr.
  • the target values of the angular velocities around the rotation axes of the left wheel 12A and the right wheel 12B are equal to each other.
  • the differentiation element 35A differentiates the rotation angle ⁇ t1 of the left wheel 12A detected by the left wheel rotary encoder 25A, and calculates the angular velocity ⁇ t1 of the left wheel 12A around the rotation axis of the left wheel 12A.
  • the differentiation element 35B differentiates the rotation angle ⁇ t2 of the right wheel 12B detected by the right wheel rotary encoder 25B, and calculates the angular velocity ⁇ t2 of the right wheel 12B around the rotation axis of the right wheel 12B.
  • the left wheel rotary encoder 25A and the differential element 35A, and the right wheel rotary encoder 25B and the differential element 35B correspond to a wheel angular velocity detection unit of the present invention.
  • the left wheel drive unit 24A applies torque to the left wheel 12A in accordance with the output of the PI control unit 31A.
  • the right wheel drive unit 24B applies torque to the right wheel 12B according to the output of the PI control unit 31B.
  • the PI control unit 31A includes a proportional operation unit 32A, an integration operation unit 33A, and a coefficient processing unit 34A.
  • the PI control unit 31B includes a proportional operation unit 32B, an integration operation unit 33B, and a coefficient processing unit 34B.
  • Kp is a proportional gain.
  • Integration operation section 33A by multiplying the integral gain K I to the time integral of the angular velocity deviation Omegai1, calculates the integral term ie1 '.
  • Integration operation section 33B by multiplying the integral gain K I to the time integral of the angular velocity deviation Omegai2, calculates the integral term ie2 '.
  • the coefficient processing unit 34A calculates aie1 'by using the angular velocity deviation value ie1' as an input.
  • the coefficient processing unit 34B receives the angular velocity deviation value ie2 'and calculates aie2'.
  • the coefficient a represents the degree of averaging of the integral term ie1 and the integral term ie2.
  • the coefficient a represents the degree of sharing of the integration operation unit 33A and the integration operation unit 33B.
  • the coefficient a is set in the range of 0.5 ⁇ a ⁇ 1.0. In the first embodiment, the coefficient a is set to 0.5.
  • the PI control unit 31A calculates an integral term ie1 by arithmetically averaging the integral term ee1 'and the integral term ee2'.
  • the PI control unit 31B calculates an integral term ie2 by arithmetically averaging the integral term ie1 'and the integral term ie2'.
  • the integral term ie1 and the integral term ie2 are expressed by the following equations in the time domain.
  • the first term of the equation (1) corresponds to the integral term ie1 '
  • the second term of the equation (1) corresponds to the integral term ie2'
  • the integral term ie1 ' corresponds to “integral component with respect to angular velocity around the rotation axis of the first wheel” of the present invention.
  • the integral term ie2 ' corresponds to "integral component with respect to angular velocity around the rotation axis of the second wheel” of the present invention.
  • the integral term ie1 and the integral term ie2 correspond to the “weighted average” of the present invention.
  • the PI control unit 31A outputs the sum of the proportional term pe1 and the integral term ee1.
  • the PI control unit 31B outputs the sum of the proportional term pe2 and the integral term ee2.
  • the handcart 10 performs the inverted pendulum control, and controls the posture so that the pitch angle ⁇ h of the main body 11 is maintained at the pitch angle command value ⁇ hr. Further, if the main body 11 is continuously tilted so that the difference between the pitch angle ⁇ h and the pitch angle command value ⁇ hr becomes a non-zero value, the handcart 10 keeps the pitch angle ⁇ h at the pitch angle command value ⁇ hr. The main wheel 12 is continuously rotated around the rotation axis of the wheel 12. Thereby, the handcart 10 moves forward or backward.
  • FIG. 5A is a schematic plan view showing the operation of the handcart 40 having a conventional configuration.
  • FIG. 5B is a schematic plan view showing the operation of the handcart 10.
  • the arrow extending forward of the wheelbarrow indicates the progress of the wheelbarrow when the user tries to move the wheelbarrow straight in the direction of travel, and only the left wheel 12A enters the groove and then the left wheel 12A comes out of the groove. Shows direction.
  • the length of the arrow on the left wheel 12A side indicates the size of the integral term ie1
  • the length of the arrow on the right wheel 12B side indicates the size of the integral term ie2.
  • a part of the configuration of the handcart is omitted.
  • the handcart 40 is configured in the same manner as the handcart 10 except that the PI control unit 31A and the PI control unit 31B are independent, in other words, the coefficient a is set to 1.
  • the coefficient a is set to 1.
  • the angular velocity ⁇ t1 of the left wheel 12A becomes slow, and the absolute value of the angular velocity deviation value ⁇ e1 becomes large.
  • the angular velocity deviation value ⁇ e1 at this time is accumulated in the integral term ie1. For this reason, even if the left wheel 12A comes out of the groove and starts to rotate around its rotation axis as usual, the integral term ie1 holds a large value.
  • the integral term ie1 and the integral term ie2 are equal regardless of the angular velocity deviation value ⁇ e1 or the angular velocity deviation value ⁇ e1 as shown in the equation (1). Further, the proportional term pe1 and the proportional term pe2 work to suppress the turning of the handcart 10 as described above. For this reason, the handcart 10 goes straight as intended by the user even after the left wheel 12A comes out of the groove. Note that when the handcart 10 goes straight and the angular velocity ⁇ t1 and the angular velocity ⁇ t2 become equal, the integral term ie1 and the integral term ie2 are numerically equal to the case where the PI control unit 31A and the PI control unit 31B are independent. . For this reason, the angular velocity ⁇ t1 and the angular velocity ⁇ t2 are controlled to become the angular velocity command value ⁇ tr.
  • the integral term ie1 and the integral term ie2 are equal. That is, even when the loads applied to the left wheel 12A and the right wheel 12B are temporarily significantly different, the integral term is averaged and the integral term bias is dispersed. For this reason, even when the loads applied to the left wheel 12A and the right wheel 12B are remarkably different and then returned to an almost equal state, the handcart 10 can be moved straight as intended by the user. That is, the handcart 10 can go straight as intended by the user even when returning to normal running from a state in which different loads are applied to the left wheel 12A and the right wheel 12B.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the handcart 50.
  • the handcart 50 includes a control unit 51 instead of the control unit 21 of the first embodiment, and includes a turning angular velocity command receiving unit 58 in addition to the configuration of the first embodiment.
  • the turning angular velocity command receiving unit 58 receives an operation for the user to turn the handcart 40 and outputs a turning angular velocity command value ⁇ c.
  • the turning angular velocity command value ⁇ c is a target value of the angular velocity in the yaw direction of the handcart 50.
  • FIG. 7 and 8 are control configuration diagrams of the control unit 51.
  • the control unit 51 includes a PI control unit 61A, a PI control unit 61B, and a wheel angular velocity command generation unit 66 instead of the PI control unit 31A, the PI control unit 31B, and the wheel angular velocity command generation unit 36 of the first embodiment.
  • the wheel angular velocity command generator 66 calculates a wheel angular velocity command value ⁇ tr1 and a wheel angular velocity command value ⁇ tr2 based on the pitch angle ⁇ h, the pitch angle command value ⁇ hr, and the turning angular velocity command value ⁇ c of the main body 11.
  • the wheel angular velocity command value ⁇ tr1 is a target value of the angular velocity of the left wheel 12A around the rotation axis of the left wheel 12A.
  • the wheel angular velocity command value ⁇ tr2 is a target value of the angular velocity of the right wheel 12B around the rotation axis of the right wheel 12B.
  • the wheel angular velocity command value ⁇ tr1 and the wheel angular velocity command value ⁇ tr2 are determined so that the pitch angle command value ⁇ hr and the turning angular velocity command value ⁇ c are realized.
  • the PI control unit 61A includes a coefficient processing unit 64A instead of the coefficient processing unit 34A of the second embodiment.
  • the PI control unit 61B includes a coefficient processing unit 64B instead of the coefficient processing unit 34B of the second embodiment.
  • the coefficient a increases stepwise as the difference ⁇ tr increases.
  • the difference ⁇ tr is smaller than the threshold value, that is, when the user wants to move the handcart 50 straight
  • the coefficient a becomes 0.5.
  • the difference ⁇ tr is larger than the threshold value, that is, when the user wants to turn the handcart 50, the coefficient a becomes 1.0.
  • the coefficient a may change linearly with respect to the difference ⁇ tr.
  • the coefficient processing unit 64A calculates aie1 'by using the angular velocity deviation value ie1' as an input.
  • the coefficient processing unit 64B calculates aie2 'by using the angular velocity deviation value ie2' as an input.
  • the input / output of the coefficient processing unit 64A and the coefficient processing unit 64B is expressed in the time domain.
  • the PI control unit 31A calculates an integral term ie1 by performing a weighted average of the integral term ie1 'and the integral term ie2'.
  • the PI control unit 31B calculates an integral term ie2 by weighted average of the integral term ee1 'and the integral term ie2'.
  • the integral term ie1 and the integral term ie2 are expressed by the following equations in the time domain.
  • Equation (2) and the second term of Equation (3) correspond to the integral term ie1 ′
  • the second term of Equation (2) and the first term of Equation (3) correspond to the integral term ie2 ′.
  • the coefficient a is a weighted average weight. As described above, the coefficient a approaches 0.5 as the difference ⁇ tr decreases, so the weighted average approaches the arithmetic average as the difference ⁇ tr decreases.
  • the integral term ie1 and the integral term ie2 are equal.
  • the integral term ie1 is equal to the integral term ie1 '
  • the integral term ie2 is equal to the integral term ie2'. That is, the PI control unit 61A and the PI control unit 61B are independent.
  • the degree of averaging of the integral term in other words, the degree of dispersion of the bias of the integral term can be controlled.
  • the coefficient a when the user wants the handcart 50 to go straight in the traveling direction, the coefficient a is 0.5, and the integral term ie1 and the integral term ie2 are equal. For this reason, the user can make the handcart 50 go straight even after the load applied to the left wheel 12A and the right wheel 12B is temporarily significantly different.
  • the coefficient a becomes 1.0, and the PI control unit 61A and the PI control unit 61B are independent.
  • the user can turn the handcart 50.
  • FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the handcart 70.
  • the handcart 70 includes a control unit 71 instead of the control unit 51 of the second embodiment, and includes a brake operation reception unit 79 in addition to the configuration of the second embodiment.
  • the brake operation reception unit 79 is provided in the grip unit 15, for example.
  • the brake operation reception unit 79 receives a brake operation on the main wheel 12 and outputs a brake operation amount b.
  • the brake operation amount corresponds to the “operation amount of the brake operation” of the present invention.
  • FIG. 10 is a control configuration diagram showing a part of the control unit 71.
  • the control unit 71 includes a wheel angular velocity command generation unit 76, a coefficient processing unit 74A, and a coefficient processing unit 74B instead of the wheel angular velocity command generation unit 66, the coefficient processing unit 64A, and the coefficient processing unit 64B of the second embodiment.
  • the wheel angular velocity command generation unit 76 calculates the wheel angular velocity command value ⁇ tr1 and the wheel angular velocity command value ⁇ tr2 based on the pitch angle ⁇ h, the pitch angle command value ⁇ hr, the turning angular velocity command value ⁇ c, and the brake operation amount b of the main body unit 11.
  • the wheel angular velocity command value ⁇ tr1 and the wheel angular velocity command value ⁇ tr2 approach 0 as the brake operation amount b increases, and become 0 when the brake operation amount b is maximum, that is, when the user wants to stop the handcart 70. .
  • the coefficient a of the coefficient processing unit 74A and the coefficient processing unit 74B is set based on the brake operation amount b. For example, the coefficient a approaches 0.5 as the brake operation amount b increases, and becomes 0.5 when the brake operation amount b is maximum. That is, as shown in Expression (2) and Expression (3), the weighted average approaches the arithmetic average as the brake operation amount b increases.
  • the coefficient a is 0.5, and the integral term ie1 and the integral term ie2 are equal. For this reason, the user can stop the handcart 70 without rotating the handcart 70 in the yaw direction even when the integral term ie1 and the integral term ie2 are significantly different before the brake operation. Since the integral term is averaged, the handcart 70 may move back and forth somewhat when stopped. However, since the user can freely change the pitch angle ⁇ h of the main body 11, the user can operate the handcart 70 so that the handcart 70 does not move back and forth without much awareness.
  • FIG. 11 is an external perspective view of the stroller 80.
  • FIG. 12 is a left side view of the stroller 80.
  • FIG. 13 is a front view of the stroller 80.
  • FIG. 14 is a rear view of the stroller 80.
  • the stroller 80 includes a main body 81.
  • the main body 81 is a frame-like member that extends in a substantially vertical direction.
  • a pair of main wheels 12 are rotatably supported at the lower end of the main body 81.
  • An auxiliary support portion 83 is provided at a substantially central portion of the main body portion 81 so as to protrude toward the traveling direction of the stroller 80, and a pair of auxiliary wheels 84 are rotatable at the end portion of the auxiliary support portion 83. It is supported by. Therefore, in the stroller 80, the pair of main wheels 12 are rear wheels, and the pair of auxiliary wheels 84 are front wheels. Further, the diameter of each main wheel 12 is longer than the diameter of the auxiliary wheel 84.
  • the upper part 811 of the main body part 81 is slightly inclined to the side opposite to the traveling direction of the stroller 80, and a cylindrical holding part 85 is provided at the upper end part of the body part 81.
  • the grip 85 is provided with a user interface such as a power switch and a grip force detector (both not shown).
  • the gripping force detection unit detects the force (gripping force) that the user (the person who pushes the stroller) grips the gripping portion 85.
  • the gripping force detection unit is, for example, a contact sensor, and includes a piezoelectric element that detects a pressing force with respect to the gripping unit 85.
  • a seat 91 for carrying an infant is provided at a substantially central portion of the main body 81.
  • a backrest 92, an awning 93, and a front bar 94 are provided between the pair of frames in the upper portion 811 of the main body 81.
  • the backrest 92 is disposed along the frame of the upper portion 811 of the main body portion 81.
  • the awning 93 is disposed so as to cover the upper portion of the backrest 92.
  • the front bar 94 has a substantially U shape, and both ends of the front bar 94 are attached to the frame of the upper portion 811 of the main body 81.
  • a box 16 is provided below the seat portion 91. Inside the box 16, a battery for supplying a driving voltage to each part of the stroller 80, a control board, and the like are incorporated.
  • the hardware configuration and operation of the stroller 80 are the same as the hardware configuration and operation (see FIGS. 3 and 4) of the handcart 10 of the first embodiment.
  • the stroller 80 includes a gripping force detection unit instead of the main body rotary encoder 26 of the handcart 10.
  • the wheel angular velocity command generation unit of the stroller 80 calculates the wheel angular velocity command value ⁇ tr based on the gripping force detected by the gripping force detection unit.
  • the stroller 80 may be configured as follows.
  • the frame of the upper part 811 of the main body part 81 is attached to the frame of the lower part 812 of the main body part 81 so as to be rotatable in the pitch direction.
  • the stroller 80 includes a main body rotary encoder that detects an angle (pitch angle) formed by the frame of the upper portion 811 of the main body portion 81 and the frame of the lower portion 812 of the main body portion 81. Similar to the handcart 10 of the first embodiment, the wheel angular velocity command generation unit of the stroller 80 is based on the pitch angle ⁇ h of the main body 81 detected by the main body rotary encoder and the pitch angle command value ⁇ hr. An angular velocity command value ⁇ tr is calculated.
  • the stroller 80 may operate according to the turning operation of the user, like the handcart 50 of the second embodiment. Moreover, the stroller 80 may operate in accordance with a user's brake operation, like the handcart 70 of the third embodiment.
  • the left wheel drive unit 24A and the right wheel drive unit 24B are controlled by PI control, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the left wheel drive unit 24A and the right wheel drive unit 24B may be controlled by PID control.
  • the weighted average is performed on the output side of the integration operation unit 33A and the integration operation unit 33B, but the present invention is not limited to this.
  • the weighted average may be performed on the input side of the integration operation unit.
  • Proportional operation unit 32B ... Proportional operation unit 33A ... Integration operation unit 33B ... Integration operation unit 34A, 64A, 74A ... Coefficient processing units 34B, 64B, 74B ... Coefficient Processing unit 35A ... Differential element 35B ... Differential element 36, 66, 76 ... Wheel angular velocity command generating unit 58 ... Turning angular velocity command receiving unit 79 ... Brake operation receiving unit 80 ... Stroller 83 ... Auxiliary support unit 91 ... Seat 92 ... Backrest 93 ... Awnings 94 ... Front bar

Landscapes

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Abstract

　手押し車（１０）は、左車輪、右車輪、左車輪用駆動部（２４Ａ）、右車輪用駆動部（２４Ｂ）、制御部（２１）、左車輪用ロータリエンコーダ（２５Ａ）および右車輪用ロータリエンコーダ（２５Ｂ）を備える。左車輪用駆動部（２４Ａ）は左車輪を回転させる。右車輪用駆動部（２４Ｂ）は右車輪を回転させる。左車輪用ロータリエンコーダ（２５Ａ）は左車輪の回転角度を検出する。右車輪用ロータリエンコーダ（２５Ｂ）は右車輪の回転角度を検出する。手押し車（１０）は、少なくとも積分動作を用いて、左車輪および右車輪の角速度をフィードバック制御する。制御部（２１）は、左車輪の角速度に対する積分成分と右車輪の角速度に対する積分成分との加重平均を演算し、加重平均に基づいて左車輪用駆動部（２４Ａ）および右車輪用駆動部（２４Ｂ）を個別に制御する。

Description

手押し車
　本発明は、左右の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、車輪を駆動および制御する２輪乗用台車が知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１の２輪乗用台車は、基台、基台にスプリングで支持された搭乗台、基台に設けられたモータ、モータにより駆動される左右の車輪を備える。さらに、この２輪乗用台車は、レートジャイロ、基台傾斜センサ、搭乗台傾斜センサ、モータ回転角度センサおよび制御装置を備える。
　制御装置は、レートジャイロ、基台傾斜センサおよびモータ回転角度センサの信号に基づいて車輪型倒立振り子の安定化制御法により自立制御を行う。また、制御装置は、基台傾斜センサの信号により使用者の前後方向の体重移動を検出して前後進の制御を行い、搭乗台傾斜センサおよび基台傾斜センサの信号により使用者の左右方向の体重移動を検出して走行方向の制御を行う。
特開２００５－９４８９８号公報
　特許文献１の２輪乗用台車において、片輪のみが溝にはまった後、片輪が溝から抜けた場合、大きく異なる負荷が一時的に左右の車輪に加わる。左右の車輪を個別に駆動するモータが一般的なＰＩ制御により制御されている場合、溝にはまった片輪が溝から抜け出し、左右の車輪に加わる負荷がほぼ等しい状態に戻っても、左右の車輪に対する積分動作の出力は大きく異なったままとなる。このため、使用者は２輪乗用台車を一時的に直進させることができないおそれがある。
　本発明の目的は、左右の車輪に加わる負荷が一時的に大きく異なったとしても、使用者の意図通りに直進させることができる手押し車を提供することにある。
　本発明の手押し車は、本体部、第１の車輪、第２の車輪、第１の車輪用駆動部、第２の車輪用駆動部、制御部および車輪角速度検出部を備える。第１の車輪は、進行方向に対して本体部の左側に設けられている。第２の車輪は、進行方向に対して本体部の右側に設けられている。第１の車輪用駆動部は第１の車輪の回転軸の周りに第１の車輪を回転させる。第２の車輪用駆動部は第２の車輪の回転軸の周りに第２の車輪を回転させる。車輪角速度検出部は第１の車輪および第２の車輪の回転軸の周りの角速度をそれぞれ検出する。本発明の手押し車は、少なくとも積分動作を用いて、第１の車輪および第２の車輪の回転軸の周りの角速度をフィードバック制御する。制御部は、第１の車輪の回転軸の周りの角速度に対する積分成分と第２の車輪の回転軸の周りの角速度に対する積分成分との加重平均を演算し、加重平均に基づいて第１の車輪用駆動部および第２の車輪用駆動部を個別に制御する。
　この構成では、加重平均の重みを調整することにより、第１の車輪および第２の車輪に対する積分動作の出力を適宜平均化することができる。このため、第１の車輪および第２の車輪に加わる負荷が一時的に著しく異なる場合でも、使用者の意図通りに手押し車を直進させることができる。
　本発明の手押し車では、制御部は、第１の車輪の角速度指令値と第２の車輪の角速度指令値との差分が小さくなるにつれて加重平均を相加平均に近づけてもよい。この構成では、使用者が手押し車を進行方向に直進させたいとき、第１の車輪および第２の車輪に対する積分動作の出力は互いに等しくなる。このため、使用者は、第１の車輪および第２の車輪に加わる負荷が一時的に著しく異なる場合でも手押し車を直進させることができる。また、使用者が手押し車を旋回させたいとき（ヨー方向に回転させたいとき）、第１の車輪および第２の車輪に対する積分動作は互いに独立になる。このため、使用者は意図通りに手押し車を旋回させることができる。
　本発明の手押し車は次のように構成されてもよい。本発明の手押し車は、第１の車輪および第２の車輪に対するブレーキ操作を受け付けるブレーキ操作受付部を備える。制御部は、ブレーキ操作の操作量が大きくなるにつれて加重平均を相加平均に近づける。この構成では、使用者が手押し車を停止させたいとき、第１の車輪および第２の車輪に対する積分動作の出力は互いに等しくなる。このため、使用者は、第１の車輪および第２の車輪に対する積分動作の出力がブレーキ操作の前に互いに大きく異なっていた場合でも、手押し車をヨー方向に回転させずに停止させることができる。
　本発明によれば、左右の車輪に加わる負荷が一時的に大きく異なったとしても、使用者の意図通りに手押し車を直進させることができる。
第１の実施形態に係る手押し車の左側面図である。 図２（Ａ）は、第１の実施形態に係る手押し車の正面図である。図２（Ｂ）は、第１の実施形態に係る手押し車の平面図である。 第１の実施形態に係る手押し車のハードウェア構成を示すブロック線図である。 第１の実施形態に係る制御部の制御構成図である。 図５（Ａ）は、従来構成の手押し車の動作を示す模式的平面図である。図５（Ｂ）は、第１の実施形態に係る手押し車の動作を示す模式的平面図である。 第２の実施形態に係る手押し車の構成を示すブロック線図である。 第２の実施形態に係る制御部の制御構成図である。 第２の実施形態に係る制御部の制御構成図である。 第３の実施形態に係る手押し車の構成を示すブロック線図である。 第３の実施形態に係る制御部の一部を示す制御構成図である。 第４の実施形態に係るベビーカーの外観斜視図である。 第４の実施形態に係るベビーカーの左側面図である。 第４の実施形態に係るベビーカーの正面図である。 第４の実施形態に係るベビーカーの背面図である。
《第１の実施形態》
　本発明の第１の実施形態に係る手押し車１０について説明する。図１は手押し車１０の左側面図であり、図２（Ａ）は手押し車１０の正面図であり、図２（Ｂ）は手押し車１０の平面図である。
　手押し車１０は、鉛直方向（図中Ｚ方向）において相対的に長く、奥行き方向（図中Ｙ方向）および左右方向（図中Ｘ方向）において相対的に短い形状の本体部１１を備えている。本体部１１の鉛直下方向の下部のうち、進行方向に対して左右方向の端部には、一対の主輪１２が取り付けられている。主輪１２は左車輪１２Ａおよび右車輪１２Ｂから構成されている。
　左車輪１２Ａ（第１の車輪）は進行方向（Ｙ軸の正の方向）に対して本体部１１の左側に設けられている。右車輪１２Ｂ（第２の車輪）は進行方向に対して本体部１１の右側に設けられている。左車輪１２Ａは、左右方向に中心軸を有する左車輪１２Ａの回転軸（車軸）の周りに回転する。右車輪１２Ｂは、左右方向に中心軸を有する右車輪１２Ｂの回転軸の周りに回転する。なお、主輪１２は、鉛直方向から見て本体部１１に対して回転しない。言い換えると、主輪１２は、本体部１１に対して向きを変えない。
　各主輪１２に連結された２つの棒状の本体部１１は、上部において接続され、主輪１２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１１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１１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１６が配置されている。なお、本体部１１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、使用者Ｕ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、使用者Ｕの足元の空間を広くすることができる。
　主輪１２の回転軸には、後方に延びる薄い板状の支持部１３が連結されている。支持部１３は、路面と平行に延びるように、主輪１２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１３には、主輪１２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１４が連結されている。これにより、主輪１２と補助輪１４の両方が路面に接するようになっている。支持部１３は、進行方向に対して主輪１２よりも後方に延びている。このため、相対的に内径の大きい主輪１２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、支持部１３は、進行方向に対して主輪１２よりも前方に延び、補助輪１４が主輪よりも前方に配置される態様であってもよい。支持部１３が主輪１２よりも前方に延びる態様であれば、使用者Ｕの足元の空間を広くすることができる。
　なお、図１、図２においては、補助輪１４が路面に接した状態を示しているが、手押し車１０は、倒立振子制御を行うことにより、主輪１２だけが接地された状態であっても自立することが可能である。
　また、この例では、支持部１３および補助輪１４を２つずつ設け、それぞれ左右の主輪１２の回転軸に対して連結されているが、支持部１３および補助輪１４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１２の回転軸に対して連結することで、使用者Ｕ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）２７が設けられている。使用者Ｕは、把持部１５を握ることで手押し車１０を進行方向に押すことができる。あるいは、使用者Ｕ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１０を進行方向に押すこともできる。
　次に、手押し車１０のハードウェア構成および動作について説明する。図３は、手押し車１０の構成を示すブロック線図である。手押し車１０は、制御部２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、左車輪用駆動部２４Ａ、右車輪用駆動部２４Ｂ、左車輪用ロータリエンコーダ２５Ａ、右車輪用ロータリエンコーダ２５Ｂ、本体部用ロータリエンコーダ２６およびユーザＩ／Ｆ２７を備えている。
　制御部２１は、手押し車１０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。
　左車輪用駆動部２４Ａ（第１の車輪用駆動部）は、左車輪１２Ａに取り付けられた回転軸を回転させるモータを駆動して左車輪１２Ａに動力を与える機能部であり、制御部２１の出力信号に基づいて左車輪１２Ａのモータを駆動し、左車輪１２Ａの回転軸の周りに左車輪１２Ａを回転させる。右車輪用駆動部２４Ｂ（第２の車輪用駆動部）は、右車輪１２Ｂに取り付けられた回転軸を回転させるモータを駆動して右車輪１２Ｂに動力を与える機能部であり、制御部２１の出力信号に基づいて右車輪１２Ｂのモータを駆動し、右車輪１２Ｂの回転軸の周りに右車輪１２Ｂを回転させる。
　左車輪用ロータリエンコーダ２５Ａは、左車輪１２Ａの回転軸の周りにおける左車輪１２Ａの回転角度を検出し、検出結果を制御部２１に出力する。右車輪用ロータリエンコーダ２５Ｂは、右車輪１２Ｂの回転軸の周りにおける右車輪１２Ｂの回転角度を検出し、検出結果を制御部２１に出力する。本体部用ロータリエンコーダ２６は、本体部１１と支持部１３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。以下では、この交差角度をピッチ角度と称する。なお、ピッチ角度は、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。
　図４は制御部２１の制御構成図である。制御部２１は左車輪用駆動部２４Ａおよび右車輪用駆動部２４Ｂを個別に制御する。制御部２１は、ＰＩ制御を用いて、左車輪１２Ａおよび右車輪１２Ｂの回転軸の周りの角速度をフィードバック制御する。制御部２１は、ＰＩ制御部３１Ａ、ＰＩ制御部３１Ｂ、微分要素３５Ａ、微分要素３５Ｂおよび車輪角速度指令生成部３６を備える。
　車輪角速度指令生成部３６は、本体部用ロータリエンコーダ２６が検出した本体部１１のピッチ角度θｈと、ピッチ角度指令値θｈｒとに基づいて車輪角速度指令値ωｔｒを算出する。ピッチ角度指令値θｈｒは本体部１１のピッチ角度θｈの目標値である。例えば、手押し車１０が水平な路面上にあるとき、本体部１１が路面に対して垂直になるように制御する場合、ピッチ角度指令値θｈｒを９０°とする。車輪角速度指令値ωｔｒは、主輪１２の回転軸の周りにおける主輪１２の角速度の目標値であり、ピッチ角度θｈがピッチ角度指令値θｈｒになるように決定される。手押し車１０では、左車輪１２Ａおよび右車輪１２Ｂにおける回転軸の周りの角速度の目標値は互いに等しい。車輪角速度指令値ωｔｒは、例えば、ＫＡを比例ゲインとしてωｔｒ＝ＫＡ（θｈｒ－θｈ）により算出される。
　微分要素３５Ａは、左車輪用ロータリエンコーダ２５Ａが検出した左車輪１２Ａの回転角度θｔ１を微分し、左車輪１２Ａの回転軸の周りにおける左車輪１２Ａの角速度ωｔ１を算出する。微分要素３５Ｂは、右車輪用ロータリエンコーダ２５Ｂが検出した右車輪１２Ｂの回転角度θｔ２を微分し、右車輪１２Ｂの回転軸の周りにおける右車輪１２Ｂの角速度ωｔ２を算出する。左車輪用ロータリエンコーダ２５Ａおよび微分要素３５Ａならびに右車輪用ロータリエンコーダ２５Ｂおよび微分要素３５Ｂは、本発明の車輪角速度検出部に相当する。
　ＰＩ制御部３１Ａは、角速度偏差値ωｅ１＝ωｔｒ－ωｔ１を制御偏差としてＰＩ制御を行う。ＰＩ制御部３１Ｂは、角速度偏差値ωｅ２＝ωｔｒ－ωｔ２を制御偏差としてＰＩ制御を行う。左車輪用駆動部２４Ａは、ＰＩ制御部３１Ａの出力に応じて左車輪１２Ａにトルクを加える。右車輪用駆動部２４Ｂは、ＰＩ制御部３１Ｂの出力に応じて右車輪１２Ｂにトルクを加える。
　ＰＩ制御部３１Ａは、比例動作部３２Ａ、積分動作部３３Ａおよび係数処理部３４Ａを備える。ＰＩ制御部３１Ｂは、比例動作部３２Ｂ、積分動作部３３Ｂおよび係数処理部３４Ｂを備える。比例動作部３２Ａは、角速度偏差値ωｅ１を制御偏差として、比例項ｐｅ１＝Ｋｐωｅ１を算出する。比例動作部３２Ｂは、角速度偏差値ωｅ２を制御偏差として、比例項ｐｅ２＝Ｋｐωｅ２を算出する。ここで、Ｋｐは比例ゲインである。積分動作部３３Ａは、角速度偏差値ωｅ１の時間積分に積分ゲインＫＩを乗ずることにより、積分項ｉｅ１’を算出する。積分動作部３３Ｂは、角速度偏差値ωｅ２の時間積分に積分ゲインＫＩを乗ずることにより、積分項ｉｅ２’を算出する。
　係数処理部３４Ａは、角速度偏差値ｉｅ１’を入力としてａｉｅ１’を算出する。係数処理部３４Ｂは、角速度偏差値ｉｅ２’を入力としてａｉｅ２’を算出する。係数ａは、後述のように、積分項ｉｅ１および積分項ｉｅ２の平均化の度合を表す。言い換えると、係数ａは、積分動作部３３Ａおよび積分動作部３３Ｂを共有する度合を表す。係数ａは０．５≦ａ≦１．０の範囲で設定される。第１の実施形態では、係数ａは０．５に設定されている。
　ＰＩ制御部３１Ａは、積分項ｉｅ１’と積分項ｉｅ２’とを相加平均して積分項ｉｅ１を算出する。ＰＩ制御部３１Ｂは、積分項ｉｅ１’と積分項ｉｅ２’とを相加平均して積分項ｉｅ２を算出する。積分項ｉｅ１および積分項ｉｅ２は時間領域において次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　式（１）の第１項は積分項ｉｅ１’に対応し、式（１）の第２項は積分項ｉｅ２’に対応する。積分項ｉｅ１’は、本発明の「第１の車輪の回転軸の周りの角速度に対する積分成分」に相当する。積分項ｉｅ２’は、本発明の「第２の車輪の回転軸の周りの角速度に対する積分成分」に相当する。積分項ｉｅ１および積分項ｉｅ２は、本発明の「加重平均」に相当する。ＰＩ制御部３１Ａは比例項ｐｅ１と積分項ｉｅ１との和を出力する。ＰＩ制御部３１Ｂは比例項ｐｅ２と積分項ｉｅ２との和を出力する。
　このようにして、手押し車１０は、倒立振子制御を行い、本体部１１のピッチ角度θｈがピッチ角度指令値θｈｒに保たれるように姿勢を制御する。また、ピッチ角度θｈとピッチ角度指令値θｈｒとの差分が非ゼロ値になるように本体部１１を傾け続けると、手押し車１０は、ピッチ角度θｈをピッチ角度指令値θｈｒに保つために、主輪１２の回転軸の周りに主輪１２を回転させ続ける。これにより、手押し車１０は前進または後退する。
　図５（Ａ）は、従来構成の手押し車４０の動作を示す模式的平面図である。図５（Ｂ）は、手押し車１０の動作を示す模式的平面図である。手押し車の前方に伸びる矢印は、使用者が手押し車を進行方向に直進させようとしたところ、左車輪１２Ａのみが溝にはまった後、左車輪１２Ａが溝から抜けたときの手押し車の進行方向を示している。左車輪１２Ａ側の矢印の長さは積分項ｉｅ１の大きさを示し、右車輪１２Ｂ側の矢印の長さは積分項ｉｅ２の大きさを示している。なお、図５では、手押し車の一部の構成を省略している。
　手押し車４０は、ＰＩ制御部３１ＡとＰＩ制御部３１Ｂとが独立していること、言い換えると、係数ａが１に設定されていることを除いて、手押し車１０と同様に構成されている。左車輪１２Ａが溝にはまり、左車輪１２Ａに大きな負荷が加わると、左車輪１２Ａの角速度ωｔ１が遅くなり、角速度偏差値ωｅ１の絶対値が大きくなる。そして、このときの角速度偏差値ωｅ１は積分項ｉｅ１に累積される。このため、左車輪１２Ａが溝から抜けて通常通りにその回転軸の周りに回転し始めても、積分項ｉｅ１は大きな値を保持している。一方、右車輪１２Ｂには通常通りの負荷が加わり、またＰＩ制御部３１ＡとＰＩ制御部３１Ｂとが独立しているので、積分項ｉｅ２は正常な値を保持している。このため、左車輪１２Ａに加わるトルクは、右車輪１２Ｂに加わるトルクより大きくなる。この結果、手押し車４０は、使用者の意図に反して右に旋回する（ヨー方向に右回りに回転する）。なお、角速度指令値ωｔｒは左車輪１２Ａおよび右車輪１２Ｂに対して共通であるので、比例項ｐｅ１および比例項ｐｅ２は手押し車４０の旋回を抑制するように働く。しかし、手押し車４０が旋回し始めた時点では、手押し車４０の旋回に対して、積分項の寄与が比例の寄与より大きい。
　手押し車１０では、式（１）に示すように、角速度偏差値ωｅ１または角速度偏差値ωｅ１にかかわらず、積分項ｉｅ１と積分項ｉｅ２とが等しい。また、比例項ｐｅ１および比例項ｐｅ２は、上述のように、手押し車１０の旋回を抑制するように働く。このため、手押し車１０は、左車輪１２Ａが溝から抜け出した後も使用者の意図通りに直進する。なお、手押し車１０が直進し、角速度ωｔ１と角速度ωｔ２とが等しくなると、積分項ｉｅ１および積分項ｉｅ２は、ＰＩ制御部３１ＡとＰＩ制御部３１Ｂとが独立している場合と数値的に等しくなる。このため、角速度ωｔ１および角速度ωｔ２は角速度指令値ωｔｒになるように制御される。
　第１の実施形態では、式（１）に示すように、積分項ｉｅ１と積分項ｉｅ２とが等しくなる。すなわち、左車輪１２Ａおよび右車輪１２Ｂに加わる負荷が一時的に著しく異なる場合でも、積分項が平均化され、積分項の偏りが分散される。このため、左車輪１２Ａおよび右車輪１２Ｂに加わる負荷が著しく異なった後に、それがほぼ等しい状態に戻った場合でも、使用者の意図通りに手押し車１０を直進させることができる。すなわち、手押し車１０は、左車輪１２Ａおよび右車輪１２Ｂに異なる負荷が加わった状態から平常走行への復帰時でも、使用者の意図通りに直進することができる。
《第２の実施形態》
　本発明の第２の実施形態に係る手押し車５０について説明する。図６は、手押し車５０の構成を示すブロック線図である。手押し車５０は、第１の実施形態の制御部２１の代わりに制御部５１を備え、第１の実施形態の構成に加えて旋回角速度指令受付部５８を備える。旋回角速度指令受付部５８は、使用者が手押し車４０を旋回させるための操作を受け付け、旋回角速度指令値ωｃを出力する。旋回角速度指令値ωｃは、手押し車５０におけるヨー方向の角速度の目標値である。
　図７および図８は制御部５１の制御構成図である。制御部５１は、第１の実施形態のＰＩ制御部３１Ａ、ＰＩ制御部３１Ｂおよび車輪角速度指令生成部３６に代えて、ＰＩ制御部６１Ａ、ＰＩ制御部６１Ｂおよび車輪角速度指令生成部６６を備える。車輪角速度指令生成部６６は、本体部１１のピッチ角度θｈ、ピッチ角度指令値θｈｒおよび旋回角速度指令値ωｃに基づいて車輪角速度指令値ωｔｒ１および車輪角速度指令値ωｔｒ２を算出する。車輪角速度指令値ωｔｒ１は、左車輪１２Ａの回転軸の周りにおける左車輪１２Ａの角速度の目標値である。車輪角速度指令値ωｔｒ２は、右車輪１２Ｂの回転軸の周りにおける右車輪１２Ｂの角速度の目標値である。車輪角速度指令値ωｔｒ１および車輪角速度指令値ωｔｒ２は、ピッチ角度指令値θｈｒおよび旋回角速度指令値ωｃが実現するように決定される。
　ＰＩ制御部６１Ａは、角速度偏差値ωｅ１＝ωｔｒ１－ωｔ１を制御偏差としてＰＩ制御を行う。ＰＩ制御部６１Ｂは、角速度偏差値ωｅ２＝ωｔｒ２－ωｔ２を制御偏差としてＰＩ制御を行う。ＰＩ制御部６１Ａは、第２の実施形態の係数処理部３４Ａに代えて係数処理部６４Ａを備える。ＰＩ制御部６１Ｂは、第２の実施形態の係数処理部３４Ｂに代えて係数処理部６４Ｂを備える。
　係数処理部６４Ａおよび係数処理部６４Ｂの係数ａは、図８に示すように、車輪角速度指令値ωｔｒ１と車輪角速度指令値ωｔｒ２との差分Δωｔｒ＝｜ωｔｒ１－ωｔｒ２｜に基づいて設定される。係数ａは、例えば、差分Δωｔｒが大きくなるにつれて階段状に大きくなる。そして、差分Δωｔｒが閾値より小さいとき、すなわち、使用者が手押し車５０を直進させたいとき、係数ａは０．５になる。差分Δωｔｒが閾値より大きいとき、すなわち、使用者が手押し車５０を旋回させたいとき、係数ａは１．０になる。なお、係数ａは差分Δωｔｒに対して線形的に変化してもよい。
　係数処理部６４Ａは、角速度偏差値ｉｅ１’を入力としてａｉｅ１’を算出する。係数処理部６４Ｂは、角速度偏差値ｉｅ２’を入力としてａｉｅ２’を算出する。ここで、係数処理部６４Ａおよび係数処理部６４Ｂの入出力は時間領域で表現されている。
　ＰＩ制御部３１Ａは、積分項ｉｅ１’と積分項ｉｅ２’とを加重平均して積分項ｉｅ１を算出する。ＰＩ制御部３１Ｂは、積分項ｉｅ１’と積分項ｉｅ２’とを加重平均して積分項ｉｅ２を算出する。積分項ｉｅ１および積分項ｉｅ２は時間領域において次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　式（２）の第１項および式（３）の第２項は積分項ｉｅ１’に対応し、式（２）の第２項および式（３）の第１項は積分項ｉｅ２’に対応する。係数ａは加重平均の重みになっている。上述のように差分Δωｔｒが小さくなるにつれて係数ａが０．５に近づくので、差分Δωｔｒが小さくなるにつれて加重平均が相加平均に近づく。
　係数ａが０．５のとき、積分項ｉｅ１と積分項ｉｅ２とは等しくなる。係数ａが１．０のとき、積分項ｉｅ１は積分項ｉｅ１’に等しくなり、積分項ｉｅ２は積分項ｉｅ２’に等しくなる。すなわち、ＰＩ制御部６１ＡとＰＩ制御部６１Ｂとは独立する。このように、係数ａの値を調整することにより、積分項の平均化の度合、言い換えると、積分項の偏りを分散する度合を制御することができる。
　第２の実施形態では、使用者が手押し車５０を進行方向に直進させたいとき、係数ａは０．５になり、積分項ｉｅ１と積分項ｉｅ２とは等しくなる。このため、使用者は、左車輪１２Ａおよび右車輪１２Ｂに加わる負荷が一時的に著しく異なった後でも手押し車５０を直進させることができる。使用者が手押し車５０を旋回させたいとき、係数ａは１．０になり、ＰＩ制御部６１ＡとＰＩ制御部６１Ｂとが独立する。このため、角速度ωｔ１および角速度ωｔ２がそれぞれ車輪角速度指令値ωｔｒ１および車輪角速度指令値ωｔｒ２になるように制御されるので、使用者は手押し車５０を旋回させることができる。
《第３の実施形態》
　本発明の第３の実施形態に係る手押し車７０ついて説明する。図９は、手押し車７０の構成を示すブロック線図である。手押し車７０は、第２の実施形態の制御部５１の代わりに制御部７１を備え、第２の実施形態の構成に加えてブレーキ操作受付部７９を備える。ブレーキ操作受付部７９は、例えば、把持部１５に設けられる。ブレーキ操作受付部７９は、主輪１２に対するブレーキ操作を受け付け、ブレーキ操作量ｂを出力する。ブレーキ操作量は本発明の「ブレーキ操作の操作量」に相当する。
　図１０は、制御部７１の一部を示す制御構成図である。制御部７１は、第２の実施形態の車輪角速度指令生成部６６、係数処理部６４Ａおよび係数処理部６４Ｂに代えて、車輪角速度指令生成部７６、係数処理部７４Ａおよび係数処理部７４Ｂを備える。
　車輪角速度指令生成部７６は、本体部１１のピッチ角度θｈ、ピッチ角度指令値θｈｒ、旋回角速度指令値ωｃおよびブレーキ操作量ｂに基づいて車輪角速度指令値ωｔｒ１および車輪角速度指令値ωｔｒ２を算出する。車輪角速度指令値ωｔｒ１および車輪角速度指令値ωｔｒ２は、ブレーキ操作量ｂが大きくなるにつれて０に近づき、ブレーキ操作量ｂが最大のとき、すなわち、使用者が手押し車７０を停止させたいとき０になる。
　係数処理部７４Ａおよび係数処理部７４Ｂの係数ａはブレーキ操作量ｂに基づいて設定される。例えば、係数ａは、ブレーキ操作量ｂが大きくなるにつれて０．５に近づき、ブレーキ操作量ｂが最大のとき０．５になる。すなわち、式（２）および式（３）に示すように、ブレーキ操作量ｂが大きくなるにつれて加重平均が相加平均に近づく。
　第３の実施形態では、使用者が手押し車７０を停止させたいとき、係数ａは０．５になり、積分項ｉｅ１と積分項ｉｅ２とは等しくなる。このため、使用者は、ブレーキ操作の前に積分項ｉｅ１と積分項ｉｅ２とが著しく異なっていた場合でも、手押し車７０をヨー方向に回転させずに、手押し車７０を停止させることができる。なお、積分項が平均化されるので、手押し車７０は停止時に多少前後に移動することがある。しかし、使用者は、本体部１１のピッチ角度θｈを自由に変えることができるので、あまり意識せずに、手押し車７０が前後に移動しないように手押し車７０を操作することできる。
《第４の実施形態》
　本発明の第４の実施形態に係るベビーカーについて説明する。ベビーカーは本発明の手押し車の一例である。図１１はベビーカー８０の外観斜視図である。図１２はベビーカー８０の左側面図である。図１３はベビーカー８０の正面図である。図１４はベビーカー８０の背面図である。ベビーカー８０は本体部８１を備えている。本体部８１は、略鉛直方向へ延伸した枠状の部材である。
　本体部８１の下側端部には、一対の主輪１２が回転自在に支持されている。本体部８１の略中央部には、ベビーカー８０の進行方向側に突出するように、補助支持部８３が設けられていて、補助支持部８３の端部には、一対の補助輪８４が回転自在に支持されている。そのため、ベビーカー８０では、一対の主輪１２が後輪であり、一対の補助輪８４が前輪である。また、各主輪１２の直径は、補助輪８４の直径より長い。
　本体部８１の上部８１１は、ベビーカー８０の進行方向とは反対側に僅かに傾斜しており、体部８１の上側端部には、円柱状の把持部８５が設けられている。把持部８５には、電源スイッチ等のユーザインタフェースおよび把持力検出部（ともに図示せず）が設けられている。把持力検出部は、使用者（ベビーカーを押す者）が把持部８５を把持する力（把持力）を検出する。把持力検出部は、例えば、接触センサであり、把持部８５に対する押圧力を検出する圧電素子等を備える。
　本体部８１の略中央部には、乳幼児を乗せる座部９１が設けられている。本体部８１の上部８１１における一対のフレームの間には、背もたれ９２、日除け９３およびフロントバー９４が設けられている。背もたれ９２は、本体部８１の上部８１１のフレームに沿って配置されている。日除け９３は、背もたれ９２の上部を覆うように配置されている。フロントバー９４は略Ｕ字形状を有し、フロントバー９４の両端は本体部８１の上部８１１のフレームに取付けられている。座部９１の下方にはボックス１６が設けられている。ボックス１６の内部には、ベビーカー８０の各部に駆動電圧を供給する電池および制御用の基板等が内蔵されている。
　ベビーカー８０のハードウェア構成および動作は、第１の実施形態の手押し車１０のハードウェア構成および動作（図３および図４参照）と同様である。但し、ベビーカー８０は、手押し車１０の本体部用ロータリエンコーダ２６の代わりに、把持力検出部を備える。ベビーカー８０の車輪角速度指令生成部は、把持力検出部が検出した把持力に基づいて車輪角速度指令値ωｔｒを算出する。
　なお、ベビーカー８０は次のように構成されてもよい。本体部８１の上部８１１のフレームは、本体部８１の下部８１２のフレームに、ピッチ方向に回転自在に取付けられている。ベビーカー８０は、本体部８１の上部８１１のフレームと本体部８１の下部８１２のフレームとの成す角度（ピッチ角度）を検出する本体部用ロータリエンコーダを備える。ベビーカー８０の車輪角速度指令生成部は、第１の実施形態の手押し車１０と同様に、本体部用ロータリエンコーダが検出した本体部８１のピッチ角度θｈと、ピッチ角度指令値θｈｒとに基づいて車輪角速度指令値ωｔｒを算出する。
　また、ベビーカー８０は、第２の実施形態の手押し車５０のように、使用者の旋回操作に応じて動作してもよい。また、ベビーカー８０は、第３の実施形態の手押し車７０のように、使用者のブレーキ操作に応じて動作してもよい。
　上述の実施形態では、ＰＩ制御より左車輪用駆動部２４Ａおよび右車輪用駆動部２４Ｂが制御されているが、本発明はこれに限定されない。本発明では、ＰＩＤ制御より左車輪用駆動部２４Ａおよび右車輪用駆動部２４Ｂが制御されてもよい。
　また、上述の実施形態では、積分動作部３３Ａおよび積分動作部３３Ｂの出力側で加重平均を行っているが、本発明はこれに限定されない。本発明では、係数ａが一定値に設定される場合、積分動作部の入力側で加重平均を行ってもよい。
Ｕ…使用者
１０，４０，５０，７０…手押し車
１１，８１…本体部
１２…主輪
１２Ａ…左車輪（第１の車輪）
１２Ｂ…右車輪（第２の車輪）
１３…支持部
１４，８４…補助輪
１５，８５…把持部
１６…ボックス
２１，５１，７１…制御部
２２…ＲＯＭ
２３…ＲＡＭ
２４Ａ…左車輪用駆動部（第１の車輪用駆動部）
２４Ｂ…右車輪用駆動部（第２の車輪用駆動部）
２５Ａ…左車輪用ロータリエンコーダ
２５Ｂ…右車輪用ロータリエンコーダ
２６…本体部用ロータリエンコーダ
２７…ユーザＩ／Ｆ
３１Ａ，６１Ａ…ＰＩ制御部
３１Ｂ，６１Ｂ…ＰＩ制御部
３２Ａ…比例動作部
３２Ｂ…比例動作部
３３Ａ…積分動作部
３３Ｂ…積分動作部
３４Ａ，６４Ａ，７４Ａ…係数処理部
３４Ｂ，６４Ｂ，７４Ｂ…係数処理部
３５Ａ…微分要素
３５Ｂ…微分要素
３６，６６，７６…車輪角速度指令生成部
５８…旋回角速度指令受付部
７９…ブレーキ操作受付部
８０…ベビーカー
８３…補助支持部
９１…座部
９２…背もたれ
９３…日除け
９４…フロントバー

Claims (3)

  1. 　本体部と、
    　進行方向に対して前記本体部の左側に設けられた第１の車輪と、
    　前記進行方向に対して前記本体部の右側に設けられた第２の車輪と、
    　前記第１の車輪の回転軸の周りに前記第１の車輪を回転させる第１の車輪用駆動部と、
    　前記第２の車輪の回転軸の周りに前記第２の車輪を回転させる第２の車輪用駆動部と、
    　前記第１の車輪用駆動部および前記第２の車輪用駆動部を個別に制御する制御部と、
    　前記第１の車輪および前記第２の車輪の回転軸の周りの角速度をそれぞれ検出する車輪角速度検出部と、を備え、
    　少なくとも積分動作を用いて、前記第１の車輪および前記第２の車輪の回転軸の周りの角速度をフィードバック制御する手押し車であって、
    　前記制御部は、前記第１の車輪の回転軸の周りの角速度に対する積分成分と前記第２の車輪の回転軸の周りの角速度に対する積分成分との加重平均を演算し、前記加重平均に基づいて前記第１の車輪用駆動部および前記第２の車輪用駆動部を個別に制御する、手押し車。
  2. 　前記制御部は、前記第１の車輪の角速度指令値と前記第２の車輪の角速度指令値との差分が小さくなるにつれて前記加重平均を相加平均に近づける、請求項１に記載の手押し車。
  3. 　前記第１の車輪および前記第２の車輪に対するブレーキ操作を受け付けるブレーキ操作受付部を備え、
    　前記制御部は、前記ブレーキ操作の操作量が大きくなるにつれて前記加重平均を相加平均に近づける、請求項１に記載の手押し車。
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