WO2023079629A1 - 電動車両 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to electric vehicles.
- Patent Literature 1 discloses an electric wheelchair.
- This electric wheelchair includes an operation force detector, a motor for running the vehicle, and a control circuit.
- the operating force detection unit includes a handle projecting rearward of the vehicle and a potentiometer. When the handle is moved forward or backward from the neutral position by the operator's operation, the output of the potentiometer changes according to the displacement. The output of the potentiometer is provided to the control circuit.
- a control circuit obtains the displacement of the handle based on the output of the potentiometer. The control circuit controls the motor to move the vehicle forward when the steering wheel is displaced forward by the operator's operation, and controls the motor to move the vehicle backward when the steering wheel is displaced backward.
- the control circuit controls the motor based on the displacement of the steering wheel, the vehicle speed is controlled regardless of the walking speed of the operator. Therefore, the walking speed of the operator and the vehicle speed do not necessarily match, and if there is a difference between the walking speed of the operator and the running speed of the electric wheelchair, the distance between the operator and the vehicle will increase. It approaches or leaves. In such a case, the operator has to walk in accordance with the vehicle speed while adjusting the operation amount of the steering wheel, which poses a problem that good operability cannot be obtained.
- the above problem is not limited to the electric wheelchair, but is a problem that occurs in an electric vehicle that detects the operating force of the operator and travels together with the operator.
- An electric vehicle that is an embodiment according to the present disclosure includes a vehicle body, a drive mechanism that causes the vehicle body to run, a control device that controls the drive mechanism by giving a command value to the drive mechanism, and the vehicle body.
- a first operation unit having a first grip movable in the front-rear direction and a first detection unit that detects the first displacement amount in the front-rear direction of the first grip with respect to the vehicle body, comprises a processing unit that executes generation processing for generating the command value using a model including an elastic term based on the first displacement amount and a viscosity term based on the differential value of the first displacement amount.
- FIG. 1 is a perspective view of an electric wheelchair according to an embodiment.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of the first operating portion.
- FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example for controlling the operation of a motor in an electric wheelchair.
- FIG. 4 is a diagram showing how the operator operates the electric wheelchair.
- FIG. 5 is a block diagram showing an example of the processing contents executed by the processing unit of the control device.
- FIG. 6 is a plan view of the electric wheelchair.
- An electric vehicle includes a vehicle body, a drive mechanism for running the vehicle body, a control device for controlling the drive mechanism by giving a command value to the drive mechanism, and the a first grip that can move in the longitudinal direction of the vehicle body;
- the control device includes a processing unit that executes generation processing for generating the command value using a model including an elastic term based on the first displacement amount and a viscosity term based on the differential value of the first displacement amount.
- the drive mechanism is controlled using the model including the elasticity term based on the first displacement amount and the viscosity term based on the differential value of the first displacement amount.
- the drive mechanism can be controlled such that the movement mimics mechanical impedance characteristics.
- the generating process includes propulsive force calculation processing for obtaining a target propulsive force, which is a target value of the propulsive force in the longitudinal direction, using the model, and the command value based on the target propulsive force. It is preferable to include a command value generation process for generating the In this case, the controller can generate the command value based on the target propulsive force.
- the propulsive force calculation process may include: It is preferable that the target propulsive force is obtained based on the obtained deceleration force in the longitudinal direction. In this case, the target propulsive force can be obtained while taking into account the deceleration based on the frictional force generated according to the speed of the vehicle main body, or limiting the traveling speed of the vehicle main body. Therefore, finer speed control becomes possible, and better operability can be obtained.
- the drive mechanism may include a pair of left and right drive wheels, a pair of motors for driving the pair of drive wheels, and a pair of drive circuits for driving the pair of motors based on the command value.
- the controller can individually control the pair of motors to control the speed of the vehicle body.
- the pair of drive circuits enter the operating state based on the command value.
- the pair of motors is controlled such that a torque is generated to rotate in the direction opposite to the predetermined direction. Therefore, the value of current flowing through the pair of motors indicates the external force acting on the vehicle body via the first operating portion. Therefore, when the electric vehicle further includes a pair of current detection units that detect the current flowing through the pair of motors, the processing unit detects the current values detected by the pair of current detection units.
- an external force calculation process for obtaining an external force acting on the vehicle body is executed, and in the generation process, the command value is generated based on the calculation result of the model and the external force.
- the speed of the vehicle main body can be controlled based on the first displacement amount of the first operating portion and the external force acting on the vehicle main body via the first operating portion.
- the generating process uses the model to generate a target value of propulsive force in the longitudinal direction.
- a propulsive force calculation process for obtaining a propulsive force and a turning force calculation process for obtaining a target turning force, which is a target value of the turning force in the turning direction of the vehicle body, based on the external force and the outputs of the pair of rotation detectors.
- command value generation processing for generating the pair of command values for each of the pair of motors based on the target propulsion force and the target turning force.
- the target force for moving the vehicle body can be controlled by dividing it into the driving force in the longitudinal direction and the turning force in the turning direction.
- the speed control of each of the pair of motors can be preferably performed.
- the external force includes the external force in the longitudinal direction and the external force in the turning direction.
- the turning force calculation processing may be configured to obtain the target turning force based on the external force in the turning direction and the output of the pair of rotation detectors. In this case, by dividing the external force into an external force in the longitudinal direction and an external force in the turning direction, the target propulsion force and the target turning force can be obtained with higher accuracy.
- the first operation unit is provided on the left side of the vehicle main body
- the second operation unit is provided on the right side of the vehicle main body
- the generating process includes the external force and the first displacement amount.
- the turning force calculation processing includes the target turning speed
- the target turning force is obtained based on the outputs of the pair of rotation detectors.
- an upper limit value and a lower limit value are set for the value obtained from the difference, and when the difference is extremely large or extremely small, an upper limit value or a lower limit value is set for the value obtained from the difference.
- a dead zone can be provided for the difference. As a result, it is possible to restrict the operation in the turning direction based on the difference, and to suppress the occurrence of an operation unintended by the operator.
- the vehicle body is preferably the vehicle body of the wheelchair portion.
- FIG. 1 is a perspective view of an electric wheelchair according to an embodiment. This electric wheelchair 1 has a function of driving the drive wheels of the electric wheelchair 1 and assisting the operator when pushed from behind by the operator.
- the electric wheelchair 1 includes a wheelchair section 2 , a drive mechanism 4 , a control box 6 , a first operating section 10 and a second operating section 12 .
- the wheelchair unit 2 is a general wheelchair, and includes a vehicle body 2a mainly composed of a frame such as a metal pipe, a pair of main wheels 2b provided on the left and right sides of the vehicle body 2a, and the vehicle body 2a. and a pair of casters 2c provided in.
- the vehicle body 2a has a seat portion 2a1 on which a passenger sits, and a backrest portion 2a2.
- the electric wheelchair 1 is configured by mounting a drive mechanism 4 , a control box 6 , a first operating section 10 and a second operating section 12 on a wheelchair portion 2 that can be used as a wheelchair.
- the direction in which the front of the passenger faces when the passenger gets on the electric wheelchair 1 (the direction in which the backrest portion 2a2 faces the front) is the forward direction, and the opposite direction is the rearward direction. Therefore, the passenger faces the front of the electric wheelchair 1 when getting on.
- the left direction is defined as the left direction as seen from the passenger
- the right direction is defined as the right direction as seen from the passenger.
- the drive mechanism 4 includes a pair of drive units 14 .
- a pair of drive units 14 are fixed on the left and right sides of the vehicle body 2a.
- the pair of drive units 14 are arranged on the vehicle inner side of the pair of main wheels 2b.
- the pair of left and right drive units 14 each include a base plate 14a, an arm 14b, a drive wheel 14c, and a motor 15.
- the base plate 14a is fixed to the frame of the vehicle body 2a. Thereby, the drive unit 14 is attached to the wheelchair part 2 .
- the arm 14b is provided on the surface of the base plate 14a facing the vehicle inner side.
- the arm 14b is fixed to the base plate 14a so as to be vertically swingable.
- a motor 15 and a drive wheel 14c are provided at the tip of the arm 14b.
- Arm 14b rotatably supports drive wheel 14c.
- the arm 14b elastically urges the drive wheel 14c downward. As a result, the arm 14b presses the drive wheel 14c against the road surface to ground it.
- the motor 15 is an in-wheel motor and is provided inside the drive wheel 14c.
- a rotor (not shown) of the motor 15 can rotate integrally with the drive wheel 14c.
- a stator (not shown) of the motor 15 is fixed to the arm 14b. Thereby, the motor 15 rotationally drives the drive wheel 14c.
- the motor 15 is connected to a battery, a control device, etc. in the control box 6 via a cable (not shown). The cable is inserted through the arm 14b and connects the motor 15 and the control box 6. As shown in FIG.
- the driving wheel 14c is rotatably supported by the arm 14b about a central axis parallel to the left-right direction.
- the drive wheels 14c are rotationally driven by the motor 15 while in contact with the road surface.
- the pair of left and right motors 15 drive the pair of left and right drive wheels 14c, so that the wheelchair portion 2 (vehicle body 2a) travels.
- the vehicle body 2a has a pair of left and right support pipes 2a3 that support the backrest portion 2a2.
- a pair of protruding portions 2a4 that protrude rearward from the backrest portion 2a2 are provided at the upper ends of the pair of support pipes 2a3.
- the pair of protrusions 2a4 is a pipe having an opening at its rear end.
- the first operating portion 10 and the second operating portion 12 are provided on a pair of projecting portions 2a4.
- the first operation portion 10 is arranged on the upper left side of the backrest portion 2a2.
- the second operation portion 12 is arranged on the upper right side of the backrest portion 2a2.
- the first operating section 10 has a first grip 20 .
- the second operating portion 12 has a second grip 30 .
- FIG. 2 is a cross-sectional view of the first operating section 10.
- the first operating section 10 has a potentiometer 21 in addition to the first grip 20 .
- the first grip 20 is attached to the tip of the projecting portion 2a4 on the left side of the vehicle.
- the first grip 20 has a cylindrical portion 20a and a bottom portion 20b.
- the bottom portion 20b closes the opening on the rear side of the tubular portion 20a.
- the cylindrical portion 20a is mounted on the outer peripheral side of the projecting portion 2a4.
- the cylindrical portion 20a can move while sliding on the outer peripheral surface of the projecting portion 2a4. Therefore, the first grip 20 is movable along the axial direction of the projecting portion 2a4.
- the projecting portion 2a4 extends along the front-rear direction. Therefore, the first grip 20 can move in the longitudinal direction with respect to the vehicle body 2a.
- the potentiometer 21 is a sensor (first detector) for detecting the amount of displacement of the first grip 20 in the front-rear direction. Potentiometer 21 is provided inside protrusion 2a4.
- the potentiometer 21 includes a body portion 21a and a rod 21b.
- the body portion 21a is fixed to the projecting portion 2a4.
- the rod 21b extends rearward from the body portion 21a.
- the rod 21b passes through the cylindrical portion 20a and the projecting portion 2a4.
- the rod 21b is axially movable relative to the body portion 21a.
- the potentiometer 21 detects and outputs the amount of axial displacement of the rod 21b.
- a tip portion 21b1 of the rod 21b is fixed to the bottom portion 20b.
- the rod 21b moves forward and backward integrally with the first grip 20 .
- the potentiometer 21 can detect the amount of longitudinal displacement of the first grip 20 with respect to the vehicle body 2a.
- Potentiometer 21 is connected to a control device (described later) in control box 6 .
- the output of potentiometer 21 is provided to the controller.
- a sleeve 22, a front bush 23, a rear bush 24, and a spring 25 are provided inside the projecting portion 2a4 in addition to the potentiometer 21 described above.
- the sleeve 22 is a cylindrical member that is inserted into and fixed to the inner peripheral surface of the projecting portion 2a4.
- the front bush 23 , the rear bush 24 and the spring 25 are arranged inside the sleeve 22 .
- the front bushing 23 has a cylindrical portion 23a and a bottom portion 23b.
- the cylindrical portion 23a is inserted into the inner peripheral surface 22a of the sleeve 22 and fixed.
- the bottom portion 23b is provided at the front opening of the cylindrical portion 23a.
- the bottom portion 23b has a central hole 23b1.
- the rod 21b is inserted through the center hole 23b1.
- the rear bushing 24 has a cylindrical portion 24a and a bottom portion 24b.
- the cylindrical portion 24a is inserted into the inner peripheral surface 22a of the sleeve 22 and fixed.
- the bottom portion 24b is provided in an opening on the rear side of the cylindrical portion 24a.
- the bottom portion 24b has a central hole 24b1.
- the rod 21b is inserted through the center hole 24b1.
- a spring 25 is arranged between the front bush 23 and the rear bush 24 . Therefore, the rod 21b passes through the front bushing 23, the rear bushing 24, and the spring 25.
- the rod 21b is provided with a front retainer 26a, a front retaining ring 27a, a rear retainer 26b, and a rear retaining ring 27b.
- the front retaining ring 27 a is provided on the front side of the spring 25 .
- the front retaining ring 27a is fixed to the rod 21b.
- the front retaining ring 27a is fitted into a circumferential groove provided in the rod 21b. Therefore, the front retaining ring 27a can move integrally with the rod 21b in the axial direction.
- the rear retaining ring 27b is provided on the rear side of the spring 25. As shown in FIG. A rear retaining ring 27b is also fixed to the rod 21b. The rear retaining ring 27b is fitted in a circumferential groove provided in the rod 21b. Therefore, the rear snap ring 27b can move integrally with the rod 21b in the axial direction. In other words, the front retaining ring 27a and the rear retaining ring 27b are fixed to the rod 21b with a certain space therebetween in the axial direction.
- the front retainer 26a, the rear retainer 26b, and the spring 25 are arranged between the front retaining ring 27a and the rear retaining ring 27b.
- the front retainer 26a and the rear retainer 26b are annular members penetrated by the rod 21b.
- the front retainer 26 a and the rear retainer 26 b hold front and rear end surfaces of the spring 25 .
- the front retainer 26a is interposed between the front bush 23 and the front end face of the spring 25.
- the rear retainer 26b is interposed between the rear bushing 24 and the rear end surface of the spring 25. As shown in FIG.
- FIG. 2 shows the case where the first grip 20 is in the neutral position.
- the first grip 20 is in a neutral position when it is not gripped by the operator or when the operator does not input an operating force.
- the spring 25 biases the front retainer 26a toward the front bush 23.
- the spring 25 biases the rear retainer 26b toward the rear bushing 24.
- the front retainer 26 a contacts the cylindrical portion 23 a of the front bush 23 .
- the rear retainer 26b abuts on the cylindrical portion 24a of the rear bushing 24.
- the distance between the front retainer 26 a and the rear retainer 26 b is shorter than the free length of the spring 25 .
- FIG. 2 shows the case where the first grip 20 moves forward from the neutral position.
- the rod 21b also moves forward.
- the output of potentiometer 21 changes.
- the spring 25 is pushed forward by the rear retainer 26b and the rear retaining ring 27b. Therefore, the rear retainer 26b is separated from the rear bush 24.
- the front retaining ring 27a comes into contact with the bottom portion 23b of the front bush 23, as shown in FIG. 2(b). Thereby, the front snap ring 27a and the front bush 23 restrict the forward movement of the rod 21b.
- FIG. 2 shows a case where the first grip 20 has moved rearward from the neutral position.
- the rod 21b also moves rearward.
- the output of potentiometer 21 changes.
- the spring 25 is pushed rearward by the front retainer 26a and the front retaining ring 27a. Therefore, the front retainer 26 a is separated from the front bush 23 .
- the rear retaining ring 27b comes into contact with the bottom portion 24b of the rear bushing 24, as shown in FIG. 2(c). Thereby, the rear snap ring 27b and the rear bush 24 restrict the rearward movement of the rod 21b.
- the first grip 20 is elastically movable in the front-rear direction around the neutral position by the spring 25 . Further, the range of movement of the first grip 20 and the rod 21b in the front-rear direction is restricted by the front bushing 23, the rear bushing 24, the front retaining ring 27a, and the rear retaining ring 27b.
- the second operating section 12 also has the same configuration as the first operating section 10, and has a potentiometer 31 in addition to the second grip 30 (FIG. 2).
- the second grip 30 is attached to the tip of the projecting portion 2a4 on the right side of the vehicle.
- the second grip 30 is provided movably in the front-rear direction with respect to the vehicle body 2a.
- the potentiometer 31 is a sensor (second detector) for detecting the amount of longitudinal displacement of the second grip 30 with respect to the vehicle body 2a.
- the output of potentiometer 31 is provided to the controller.
- control box 6 is fixed to the lower right frame portion of the seat portion 2a1.
- the control box 6 accommodates a battery, a control device for controlling each part, and the like.
- FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example for controlling the operation of the motor in the electric wheelchair 1.
- the electric wheelchair 1 includes a battery 16 and a control device 18.
- a battery 16 and a controller 18 are housed in the control box 6 .
- the battery 16 supplies power to the pair of motors 15 and to each part that requires operating power.
- the control device 18 has a function of controlling the drive mechanism 4 (the pair of motors 15) by giving command values to the drive mechanism 4 and controlling the speed of the vehicle body 2a.
- a drive mechanism 4 including a pair of motors 15 has a pair of drive circuits 34 .
- Each of the pair of motors 15 includes a motor body 15a and a rotation detector 15b.
- the motor main body 15a includes main components as a motor such as a rotor and a stator.
- the rotation detector 15b is, for example, a Hall sensor provided on the motor main body 15a.
- the rotation detector 15b detects the rotation state of the rotor of the motor body 15a.
- the rotation detector 15b is connected to the drive circuit 34 and the controller 18.
- FIG. The output of rotation detector 15b is applied to drive circuit 34 and control device 18.
- the pair of drive circuits 34 are, for example, inverters.
- the pair of drive circuits 34 may be accommodated in the control box 6, or may be provided on the base plate 14a or the arm 14b.
- a pair of drive circuits 34 are connected to the controller 18 , the battery 16 and a pair of motors 15 .
- One drive circuit 34 of the pair of drive circuits 34 is connected to the left motor 15 .
- the other drive circuit 34 of the pair of drive circuits 34 is connected to the right motor 15 .
- a pair of drive circuits 34 provide power from the battery 16 to the pair of motors 15 .
- the pair of drive circuits 34 provides drive power to the pair of motors 15 based on the speed command value given from the control device 18 and the output of the rotation detector 15b, and rotates the motors 15 so that the rotation speed indicated by the speed command value is reached. has a function to control
- a pair of drive circuits 34 and a pair of motors 15 are connected by a pair of power lines 34a.
- a pair of current detectors 36 are provided on the pair of power lines 34a.
- the pair of current detection units 36 are current sensors that detect the current flowing through the pair of power lines 34a. That is, the pair of current detectors 36 detects currents flowing through the pair of motors 15 .
- a pair of current detectors 36 are connected to the control device 18 . Outputs of the pair of current detectors 36 are provided to the control device 18 .
- the first operating section 10 and the second operating section 12 are also connected to the control device 18 . As described above, the outputs of (the potentiometer 21 of) the first operating section 10 and (the potentiometer 31 of) the second operating section 12 are provided to the control device 18 .
- the control device 18 is composed of a computer or the like including a processing section 38 made up of a processor or the like, and a storage section 40 made up of a memory, a hard disk, or the like.
- the storage unit 40 stores computer programs to be executed by the processing unit 38 and necessary information.
- the processing unit 38 implements various processing functions of the control device 18 by executing computer programs stored in a computer-readable non-transitory recording medium such as the storage unit 40 .
- FIG. 4 is a diagram showing a mode when the operator operates the electric wheelchair 1.
- An operator A of the electric wheelchair 1 holds the first grip 20 of the first operation unit 10 and the second grip 30 of the second operation unit 12 with both left and right hands, and pushes the electric wheelchair 1 from behind. to operate.
- the first grip 20 and the second grip 30 move relative to the vehicle body 2a in the longitudinal direction.
- the first operating section 10 and the second operating section 12 provide the control device 18 with outputs according to the movement of the first grip 20 and the second grip 30 .
- the control device 18 generates a speed command value based on the outputs given from the first operating section 10 and the second operating section 12 and gives it to the pair of drive circuits 34 .
- the output from the first operation unit 10 indicates the amount of longitudinal displacement of the first grip 20 with respect to the vehicle body 2a.
- the output from the second operation unit 12 indicates the amount of longitudinal displacement of the second grip 30 with respect to the vehicle body 2a.
- the control device 18 obtains the amount of longitudinal displacement of the first grip 20 and the amount of longitudinal displacement of the second grip 30 based on the output of the first operating section 10 and the output of the second operating section 12 .
- the displacement amount is the distance between the reference position (for example, neutral position) set in advance within the movable range of both grips 20 and 30 and the current positions of both grips 20 and 30 . When the reference position and the current position match in the front-rear direction, the displacement amount is zero.
- the displacement amount (first displacement amount) of the first grip 20 in the front-rear direction is referred to as displacement amount x UI_L
- the displacement amount (second displacement amount) of the second grip 30 in the front-rear direction is referred to as The displacement amount x is referred to as UI_R .
- the control device 18 discretely acquires the displacement amount x UI_L and the displacement amount x UI_R along the elapsed time and stores them in the storage unit 40 or the like.
- the control device 18 refers to the stored displacement amount x UI_L and displacement amount x UI_R as necessary, such as when obtaining differential values of the displacement amount x UI_L and the displacement amount x UI_R .
- the control device 18 controls the movement of the vehicle body 2a with respect to the displacement amount x UI_L and the displacement amount x UI_R according to the mechanical impedance
- the driving mechanism 4 is controlled so as to simulate the characteristics. That is, as shown in FIG. 4, the control device 18 controls the first grip 20 (second grip 30) and the vehicle body 2a to be connected by a virtual spring 42 and a virtual damper 44.
- the drive mechanism 4 is controlled such that the distance H between the first grip 20 (second grip 30) and the vehicle body 2a is constant while reproducing the dynamic movement.
- the displacement amount x UI_L and the displacement amount x UI_R are set to 0 or a predetermined value. Includes controls such as maintaining setpoints.
- the control device 18 determines the displacement amount by which the first grip 20 and the second grip 30 are pressed forward and moved.
- the drive mechanism 4 is controlled to advance the vehicle body 2a according to the x UI_L and the displacement amount x UI_R .
- FIG. 5 is a block diagram showing an example of processing contents executed by the processing unit 38 of the control device 18.
- the processing unit 38 has a function of executing a generation process 51 and an external force calculation process 50 .
- the generating process 51 is a process of generating a speed command value based on the external force acting on the vehicle body 2a, the displacement amount xUI_L , and the displacement amount xUI_R .
- the external force calculation processing 50 is processing for obtaining the external force acting on the vehicle body 2a used in the generation processing 51 .
- the generation process 51 includes a propulsion force calculation process 52 , a command value generation process 54 , a turning speed calculation process 56 and a turning force calculation process 58 .
- the processing unit 38 executes the generation process 51 and the external force calculation process 50 as needed by starting the process of controlling the speed of the vehicle body 2a.
- Outputs of the first operation unit 10 and the second operation unit 12 are used for the propulsive force calculation process 52 and the turning speed calculation process 56 .
- the outputs of the pair of rotation detectors 15b are used for propulsion force calculation processing 52 and turning force calculation processing 58.
- FIG. Outputs from the pair of current detectors 36 are used for external force calculation processing 50 .
- the external force calculation processing 50 is processing for obtaining an external force acting on the vehicle body 2a.
- the operator A operates the electric wheelchair 1 by gripping the first operating unit 10 and the second operating unit 12 and pushing the electric wheelchair 1 from behind. At this time, apart from the displacement of both grips 20 and 30, an external force due to the operation of the operator A acts on the vehicle main body 2a via the first operation portion 10 and the second operation portion 12.
- FIG. The processing unit 38 obtains the external force acting on the vehicle body 2a by executing the external force calculation process 50 .
- FIG. 6 is a plan view of the electric wheelchair 1.
- FIG. 6 only the main part of the electric wheelchair 1 is shown typically.
- a point P is a point on the rotation axis C1 of the pair of driving wheels 14c and is the middle point between the pair of driving wheels 14c.
- the direction around the central axis passing through the point P and extending in the vertical direction is referred to as the turning direction.
- the control device 18 separates the external force acting on the vehicle body 2a into an external force in the longitudinal direction and an external force in the turning direction.
- the pair of drive circuits 34 change to the speed command value.
- the pair of motors 15 are controlled so as to generate a torque for turning in the direction opposite to the predetermined direction in order to maintain the operating state based on this. Therefore, the value of the current flowing through the pair of motors 15 indicates the external force acting on the vehicle body 2a via the two operating portions 10 and 12 (external force due to operation by the operator A).
- the operator A pulls the first operation unit 10 backward and pushes the second operation unit 12 forward to pass the point P on the stopped electric wheelchair 1.
- the vehicle body 2a is to be turned counterclockwise with respect to the central axis.
- 0 is given to the pair of drive circuits 34 as the speed command value.
- the drive wheel 14c on the left side of the vehicle advances rearward.
- the drive wheel 14c on the right side of the vehicle moves forward.
- the drive circuit 34 that controls the left drive wheel 14c of the vehicle controls the motor 15 on the left side of the vehicle so that torque is generated to drive the left drive wheel 14c forward.
- the drive circuit 34 for controlling the vehicle right drive wheel 14c controls the vehicle right motor 15 so as to generate torque for driving the vehicle right drive wheel 14c rearward.
- the processing unit 38 obtains the external force acting on the vehicle body 2a based on the following formula (1).
- F op is the external force in the longitudinal direction
- ⁇ op is the external force in the turning direction
- r is the radius of the driving wheel 14 c
- W is the distance between the pair of driving wheels 14 c (see FIG. 6)
- K t is the motor 15 torque constant (motor generated torque per unit current)
- IR is the current value obtained from the output of the current detection section 36 on the right side of the vehicle
- IL is the current value obtained from the output of the current detection section 36 on the left side of the vehicle.
- the external force Fop in the longitudinal direction is obtained based on the total value of the torque generated by the pair of motors 15, and the external force ⁇ op in the turning direction is obtained based on the difference in the torque generated by the pair of motors 15. Desired.
- the processing unit 38 calculates the external force F OP in the front-rear direction, the external force F OP Find the external force ⁇ OP in the turning direction.
- the external force acting on the vehicle body 2a is obtained by dividing the external force F OP in the longitudinal direction and the external force ⁇ OP in the turning direction.
- the propulsive force calculation process 52 is a process for obtaining a target propulsive force Fth , which is a target value of the propulsive force in the longitudinal direction.
- the processing unit 38 obtains the target propulsive force Fth based on the following equation (2).
- Equation (2) represents the Laplace-transformed target propulsive force F th .
- K is a virtual spring coefficient
- D is a virtual damper coefficient
- ⁇ is a friction coefficient
- M is a virtual mass of the electric wheelchair 1
- v is the running speed of the electric wheelchair 1
- ⁇ is a coefficient
- s is the Laplace operator
- ⁇ 1 and ⁇ 2 are predetermined cutoff frequencies.
- the target propulsive force Fth is calculated using the displacement amount xUI_R , the displacement amount xUI_L , the traveling speed v of the electric wheelchair 1, and the external force Fop in the longitudinal direction. Desired.
- the first term shown below in Equation (2) represents a model for realizing mechanical impedance characteristics.
- the spring coefficient K in the first term is multiplied by the total displacement amount xT of the displacement amount xUI_R and the displacement amount xUI_L .
- the product of the spring modulus K and the total displacement xT indicates the elastic term based on the displacement.
- the spring coefficient K is a spring constant of the virtual spring 42 (FIG. 4) and is a preset constant.
- the damper coefficient D in the first term is multiplied by the Laplace operator and the total displacement xT .
- the product of the total displacement xT and the Laplace operator represents the derivative of the displacement. Therefore, the product of the damper coefficient D, the Laplace operator, and the total displacement xT indicates a viscosity term based on the differential value of the displacement.
- the damper coefficient D is a coefficient indicating the viscosity of the virtual damper 44 (FIG. 4) and is a preset constant.
- the first term includes an elastic term based on the amount of displacement and a viscous term based on the differential value of the amount of displacement.
- ⁇ 1 /(s+ ⁇ 1 ) multiplied by the damper coefficient D is a low-pass filter whose cutoff frequency is ⁇ 1 .
- the total amount of displacement xT which is the sum of the amount of displacement xUI_R and the amount of displacement xUI_L of both grips 20 and 30, is used.
- the difference is absorbed and the front/rear direction is appropriately adjusted. This is because the directional target propulsive force F th (computation result necessary for obtaining the target propulsive force F th ) can be obtained.
- the second term shown below in formula (2) represents the deceleration force in the longitudinal direction of the vehicle body 2a.
- the coefficient of friction ⁇ in the second term is a value for virtually setting the coefficient of friction acting on the vehicle body 2a, and is a preset constant.
- the running speed v of the electric wheelchair 1 is obtained based on the outputs of the pair of rotation detectors 15b. That is, the pair of rotation detectors 15b constitute an acquisition unit that acquires speed information indicating the running speed of the vehicle body 2a.
- the product of the coefficient of friction ⁇ and the running speed v indicates the frictional force corresponding to the speed of the electric wheelchair 1 .
- the virtual mass M of the electric wheelchair 1 is an assumed value of the total mass of the electric wheelchair 1 and the passenger, and is a preset constant.
- the virtual mass M is multiplied by the Laplace operator and the running speed v.
- the product of the running speed v and the Laplace operator represents the differential value of the running speed v (the acceleration of the electric wheelchair 1). Therefore, the product of the virtual mass M, the Laplace operator, and the running speed v indicates the deceleration force corresponding to the acceleration of the electric wheelchair 1 .
- the frictional force corresponding to the speed of the electric wheelchair 1 and the deceleration force corresponding to the acceleration of the electric wheelchair 1 are obtained.
- the sum of these becomes the deceleration force in the longitudinal direction of the vehicle body 2a.
- the deceleration force in the longitudinal direction of the vehicle body 2a obtained by the second term is added to the calculation result of the first term.
- ⁇ 2 /(s+ ⁇ 2 ) multiplied by the virtual mass M is a low-pass filter with a cutoff frequency of ⁇ 2 .
- This low-pass filter suppresses relatively high-frequency noise contained in the traveling speed v.
- Equation (2) The third term shown below in Equation (2) is a term for correcting the motion in the front-rear direction.
- Term 3 - ⁇ F OP
- the coefficient ⁇ in the third term is a variable that changes according to the total displacement xT .
- ⁇ F OP is a value that changes depending on the external force in the longitudinal direction and the total displacement xT , and is appropriately adjusted according to the external force in the longitudinal direction and the total displacement xT .
- An upper limit value and a lower limit value are set for ⁇ FOP . This makes it possible to prevent unnecessary deceleration or acceleration.
- the processing unit 38 obtains the target propulsive force Fth based on the calculation result of the first term and the calculation results of the second and third terms.
- the turning speed calculation process 56 is a process for obtaining a target turning speed ⁇ yaw , which is a target value of the turning direction speed (turning speed) of the vehicle body 2a.
- the processing unit 38 obtains the target turning speed ⁇ yaw based on the following equations (3) and (4).
- C comp is a gain for compliance control
- I comp is a virtual inertia coefficient
- D comp is a virtual damper coefficient.
- the gain C comp and the inertia coefficient I comp are preset constants.
- the damper coefficient D comp is a variable that changes according to the displacement amount x UI_R and the displacement amount x UI_L .
- the damper coefficient D comp is represented by the following formula (5).
- Equation (5) D const and ⁇ are preset constants.
- the damper coefficient D comp changes according to the difference between the displacement amount x UI_R and the displacement amount x UI_L . More specifically, the damper coefficient D comp is set to decrease as the difference between the displacement amount x UI_R and the displacement amount x UI_L increases. Furthermore, an upper limit value and a lower limit value are set for the damper coefficient D comp . When the damper coefficient D comp exceeds the upper limit value, it is set to the upper limit value regardless of the difference between the displacement amount x UI_R and the displacement amount x UI_L .
- the damper coefficient D comp falls below the lower limit value, it is set to the lower limit value regardless of the difference between the displacement amount x UI_R and the displacement amount x UI_L . Accordingly, a dead zone for the damper coefficient D comp is provided in the difference between the displacement amount x UI_R and the displacement amount x UI_L .
- the parentheses in the above formula (3) indicate the difference between the current external force ⁇ OP in the turning direction and the external force based on the target turning speed and the target turning acceleration.
- the product of I comp and the target turning acceleration is the inertia term
- the product of the damper coefficient D comp and the target turning speed is the viscosity term.
- the above equation (3) includes an inertia term and an elastic term. Therefore, the processing unit 38 is configured to obtain the target turning speed ⁇ yaw while reproducing the virtual inertia and the virtual damper. That is, the processing unit 38 obtains the target turning speed ⁇ yaw by compliance control.
- the turning force calculation processing 58 is processing for obtaining a target turning force ⁇ yaw , which is a target value of the turning force in the turning direction of the vehicle body 2a, based on the target turning speed ⁇ yaw and the output of the pair of rotation detectors 15b. be.
- the processing unit 38 obtains the target turning force ⁇ yaw based on the following equation (6).
- P yaw is a proportional gain
- D yaw is a differential gain
- v R is the rotational speed (peripheral speed) of the right drive wheel 14c
- v L is the rotational speed (peripheral speed) of the left drive wheel 14c
- ⁇ 3 is the predetermined cutoff frequency.
- the proportional gain P yaw and the differential gain D yaw are preset constants.
- the rotation speeds v R and v L are obtained from the outputs of the pair of rotation detectors 15b.
- (v R -v L )/W represents the yaw rate (current turning speed) of the vehicle body 2a.
- ⁇ yaw ⁇ ((v R ⁇ v L )/W) indicates the difference between the target turning speed ⁇ yaw and the current turning speed. Equation (6) indicates that the target turning force ⁇ yaw is obtained by PD control.
- the processing unit 38 obtains the target turning force ⁇ yaw based on the target turning speed ⁇ yaw obtained by the turning speed calculation process 56 and the rotational speeds v R and v L as shown in Equation (6). In other words, the processing unit 38 obtains the target turning force ⁇ yaw based on the external force acting on the vehicle body 2a and the output of the pair of rotation detectors 15b.
- ⁇ 3 /(s+ ⁇ 3 ) multiplied by the differential gain D yaw is a low-pass filter whose cutoff frequency is ⁇ 3 .
- This low-pass filter suppresses relatively high frequency noise contained in the difference between the target turning speed ⁇ yaw and the current turning speed.
- the command value generation process 54 is a process of generating a speed command value to be given to the pair of drive circuits 34 based on the target propulsion force F th and the target turning force ⁇ yaw .
- the processing unit 38 obtains the force that is the output target of the left and right driving wheels 14c based on the following equation (7).
- F R represents the target output force of the right drive wheel 14c
- FL represents the target output force of the left drive wheel 14c.
- the processing unit 38 based on the target propulsion force F th obtained by the propulsion force calculation process 52 and the target turning force ⁇ yaw obtained by the turning force calculation process 58, determines the pair of driving forces. Forces F R and F L that serve as output targets for the wheel 14c are obtained.
- the processing unit 38 that has obtained the forces F R and F L that are output targets of the drive wheels 14c further obtains a speed command value based on the following equation (8).
- vCR indicates a speed command value given to the right drive circuit 34 and vCL indicates a speed command value given to the left drive circuit 34 .
- the processing unit 38 provides the obtained speed command values v CR and v CL to the pair of drive circuits 34 .
- the speed command values v CR and v CL indicate the peripheral speed of the pair of driving wheels 14c. Therefore, the processing unit 38 converts the speed command values v CR and v CL into the number of revolutions per unit time, and supplies the same to the pair of drive circuits 34 .
- the processing unit 38 included in the control device 18 of the present embodiment has an elastic term based on the displacement amounts of both the operating units 10 and 12 and a viscous term based on the differential value of the displacement amounts of the operating units 10 and 12. (the first term of the equation (1)) is used to generate the speed command values vCR and vCL .
- the target propulsive force F th is obtained using a model including the elastic term and the viscous term, and the speed command values v CR and v CL are generated.
- the driving mechanism 4 can be controlled such that the movement of the main body 2a simulates mechanical impedance characteristics.
- the target propulsive force F is calculated based on the calculation result of the model and the longitudinal deceleration force (the second term of the formula (1)) obtained based on the traveling speed of the vehicle body 2a. Since th is obtained, the target propulsive force Fth can be obtained while taking into consideration the deceleration based on the frictional force generated according to the speed of the vehicle main body 2a, and limiting the traveling speed of the vehicle main body 2a.
- an external force acting on the vehicle main body 2a via both the operation units 10 and 12 is obtained based on the outputs of the pair of current detection units 36.
- a speed command value is generated based on the calculation result of the model and the external force obtained in the external force calculation process 50.
- FIG. Therefore, the speed of the vehicle main body 2a can be controlled based on the amount of displacement of both the operation portions 10 and 12 and the external force acting on the vehicle main body 2a.
- the generation process 51 includes a propulsion force calculation process 52 for obtaining the target propulsion force F th , a turning force calculation process 58 for obtaining the target turning force ⁇ yaw , and a pair of propulsion forces based on the target propulsion force F th and the target turning force ⁇ yaw .
- command value generation processing 54 for generating speed command values v CR and v CL for each of the motors 15 of .
- the external force F OP in the longitudinal direction and the external force ⁇ OP in the turning direction are obtained.
- a target propulsive force F th is obtained based on the result of calculation by the model and the external force FOP in the longitudinal direction.
- the target turning force ⁇ yaw is obtained based on the external force ⁇ OP in the turning direction and the output of the pair of rotation detectors 15b.
- the target turning speed is obtained based on the external force acting on the vehicle body 2a and the difference between the displacement amount x UI_R and the displacement amount x UI_L .
- the target turning force ⁇ yaw is obtained based on the target turning speed and the output of the pair of rotation detectors 15b.
- an upper limit value and a lower limit value are provided for the damper coefficient D comp , which is a value determined by the difference between the displacement amount x UI_R and the displacement amount x UI_L .
- a dead zone with respect to the damper coefficient D comp is provided in the difference between the displacement amount x UI_R and the displacement amount x UI_L .
- the processing unit 38 generates a speed command value and gives the speed command value to the pair of drive circuits 34 to drive and control the pair of motors 15, but the processing unit 38 controls the motor
- a current command value indicating a current value to be applied to the motors 15 may be generated, and the pair of motors 15 may be drive-controlled by providing the current command values to the pair of drive circuits 34 .
- the motor 15 is an in-wheel motor and is provided inside the drive wheel 14c, but the motor 15 may be provided outside the drive wheel 14c. In this case, the motor 15 drives the driving wheels 14c from the outside.
- the present invention can also be applied to electric vehicles other than wheelchairs, such as carts and wagons provided with an electric drive mechanism.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
電動車椅子1は、車両本体2aと、車両本体2aを走行させる駆動機構4と、速度指令値を駆動機構4へ与えることで駆動機構4を制御する制御装置18と、車両本体2aの前後方向に移動可能な第1グリップ20、及び、車両本体2aに対する第1グリップ20の前後方向の変位量を検出する第1検出部を有する第1操作部10と、を備える。制御装置18は、前記変位量に基づく弾性項及び前記変位量の微分値に基づく粘性項を含んだモデルを用いて速度指令値を生成する生成処理を実行する処理部38を備える。
Description
本発明は、電動車両に関する。
特許文献1には、電動車椅子が開示されている。この電動車椅子は、操作力検知部と、車両を走行させるためのモータと、制御回路とを備える。操作力検知部は、車両後方に突出したハンドルと、ポテンショメータとを備える。
操作者の操作によってハンドルが中立位置から前方又は後方に移動したとき、その変位に従ってポテンショメータの出力が変化する。ポテンショメータの出力は制御回路に与えられる。
制御回路は、ポテンショメータの出力に基づいてハンドルの変位を取得する。
制御回路は、操作者の操作によってハンドルが前向に変位すると、車両を前進させるようにモータを制御し、ハンドルが後向に変位すると、車両を後進させるようにモータを制御する。
操作者の操作によってハンドルが中立位置から前方又は後方に移動したとき、その変位に従ってポテンショメータの出力が変化する。ポテンショメータの出力は制御回路に与えられる。
制御回路は、ポテンショメータの出力に基づいてハンドルの変位を取得する。
制御回路は、操作者の操作によってハンドルが前向に変位すると、車両を前進させるようにモータを制御し、ハンドルが後向に変位すると、車両を後進させるようにモータを制御する。
上記制御回路では、ハンドルの変位に基づいてモータを制御しているため、操作者の歩行速度等に関係なく、車両速度を制御する。
このため、操作者の歩行速度と、車両速度とが必ずしも一致するわけではなく、操作者の歩行速度と電動車椅子の走行速度との間に差が生じた場合、操作者と車両との距離が近づいたり離れたりしてしまう。このような場合、操作者がハンドルの操作量を調整しつつ、車両速度に合わせて歩行しなければならず、良好な操作性が得られないという課題を有していた。
上記課題は、電動車椅子に限らず、操作者による操作力を検知し、操作者とともに走行する電動車両において生じる課題である。
このため、操作者の歩行速度と、車両速度とが必ずしも一致するわけではなく、操作者の歩行速度と電動車椅子の走行速度との間に差が生じた場合、操作者と車両との距離が近づいたり離れたりしてしまう。このような場合、操作者がハンドルの操作量を調整しつつ、車両速度に合わせて歩行しなければならず、良好な操作性が得られないという課題を有していた。
上記課題は、電動車椅子に限らず、操作者による操作力を検知し、操作者とともに走行する電動車両において生じる課題である。
本開示に係る実施形態である電動車両は、車両本体と、前記車両本体を走行させる駆動機構と、指令値を前記駆動機構へ与えることで前記駆動機構を制御する制御装置と、前記車両本体の前後方向に移動可能な第1グリップ、及び、前記車両本体に対する前記第1グリップの前記前後方向の第1変位量を検出する第1検出部を有する第1操作部と、を備え、前記制御装置は、前記第1変位量に基づく弾性項及び前記第1変位量の微分値に基づく粘性項を含んだモデルを用いて前記指令値を生成する生成処理を実行する処理部を備える。
本開示によれば、電動車両において良好な操作性が得られる。
最初に実施形態の内容を列記して説明する。
[実施形態の概要]
(1)本開示に係る実施形態である電動車両は、車両本体と、前記車両本体を走行させる駆動機構と、指令値を前記駆動機構へ与えることで前記駆動機構を制御する制御装置と、前記車両本体の前後方向に移動可能な第1グリップ、及び、前記車両本体に対する前記第1グリップの前記前後方向の第1変位量を検出する第1検出部を有する第1操作部と、を備え、前記制御装置は、前記第1変位量に基づく弾性項及び前記第1変位量の微分値に基づく粘性項を含んだモデルを用いて前記指令値を生成する生成処理を実行する処理部を備える。
[実施形態の概要]
(1)本開示に係る実施形態である電動車両は、車両本体と、前記車両本体を走行させる駆動機構と、指令値を前記駆動機構へ与えることで前記駆動機構を制御する制御装置と、前記車両本体の前後方向に移動可能な第1グリップ、及び、前記車両本体に対する前記第1グリップの前記前後方向の第1変位量を検出する第1検出部を有する第1操作部と、を備え、前記制御装置は、前記第1変位量に基づく弾性項及び前記第1変位量の微分値に基づく粘性項を含んだモデルを用いて前記指令値を生成する生成処理を実行する処理部を備える。
上記構成によれば、第1変位量に基づく弾性項及び第1変位量の微分値に基づく粘性項を含んだモデルを用いて駆動機構を制御するので、第1変位量に対する車両本体の動きが機械的なインピーダンス特性を模擬するような動きとなるように、駆動機構を制御することができる。この結果、操作者と車両本体との距離が一定となるように車両本体の速度を制御する際に、操作者が車両本体の速度に合わせて歩行するといった状況が生じるのを抑制でき、良好な操作性を得ることができる。
(2)上記電動車両において、前記生成処理は、前記モデルを用いて前記前後方向における推進力の目標値である目標推進力を求める推進力演算処理と、前記目標推進力に基づいて前記指令値を生成する指令値生成処理と、を含むことが好ましい。
この場合、制御装置は、目標推進力に基づいて指令値を生成することができる。
この場合、制御装置は、目標推進力に基づいて指令値を生成することができる。
(3)また、前記電動車両が、前記車両本体の走行速度を示す速度情報を取得する取得部をさらに備える場合、前記推進力演算処理では、前記モデルによる演算結果と、前記速度情報に基づいて得られる前記前後方向の減速力と、に基づいて前記目標推進力が求められることが好ましい。
この場合、車両本体の速度に応じて生じる摩擦力等に基づく減速度を加味したり、車両本体の走行速度を制限したりしつつ、目標推進力を求めることができる。よって、よりきめ細かな速度制御が可能となり、より良好な操作性を得ることができる。
この場合、車両本体の速度に応じて生じる摩擦力等に基づく減速度を加味したり、車両本体の走行速度を制限したりしつつ、目標推進力を求めることができる。よって、よりきめ細かな速度制御が可能となり、より良好な操作性を得ることができる。
(4)前記駆動機構が、左右一対の駆動輪と、前記一対の駆動輪を駆動する一対のモータと、前記指令値に基づいて一対のモータを駆動する一対の駆動回路と、を備えることが好ましい。
この場合、制御装置は、一対のモータを個別に制御し、車両本体の速度を制御することができる。
この場合、制御装置は、一対のモータを個別に制御し、車両本体の速度を制御することができる。
(5)速度制御中である電動車両に対して、操作者が第1操作部を介して車両本体を所定の方向に旋回させようとすると、一対の駆動回路は、指令値に基づいた動作状態を維持しようとするため、所定の方向とは反対方向に旋回させるためのトルクが発生されるように一対のモータを制御する。よって、一対のモータに流れる電流値は、第1操作部を介して車両本体に作用する外力を示している。
よって、前記電動車両が、前記一対のモータに流れる電流を検出する一対の電流検出部をさらに備える場合、前記処理部は、前記一対の電流検出部が検出する一対の電流値に基づいて、前記車両本体に作用する外力を求める外力演算処理を実行し、前記生成処理では、前記モデルによる演算結果と、前記外力とに基づいて前記指令値が生成されることが好ましい。
これにより、第1操作部の第1変位量と、前記第1操作部を介して前記車両本体に作用する外力とに基づいて車両本体の速度を制御することができる。
よって、前記電動車両が、前記一対のモータに流れる電流を検出する一対の電流検出部をさらに備える場合、前記処理部は、前記一対の電流検出部が検出する一対の電流値に基づいて、前記車両本体に作用する外力を求める外力演算処理を実行し、前記生成処理では、前記モデルによる演算結果と、前記外力とに基づいて前記指令値が生成されることが好ましい。
これにより、第1操作部の第1変位量と、前記第1操作部を介して前記車両本体に作用する外力とに基づいて車両本体の速度を制御することができる。
(6)前記電動車両が、前記一対のモータの回転速度を検出する一対の回転検出器をさらに備える場合、前記生成処理は、前記モデルを用いて前記前後方向における推進力の目標値である目標推進力を求める推進力演算処理と、前記外力と前記一対の回転検出器の出力とに基づいて、前記車両本体の旋回方向における旋回力の目標値である目標旋回力を求める旋回力演算処理と、前記目標推進力と、前記目標旋回力とに基づいて、前記一対のモータそれぞれに対する一対の前記指令値を生成する指令値生成処理と、を含んでいてもよい。
この場合、車両本体を移動させるための目標となる力を、前後方向の推進力と、旋回方向の旋回力とに分けて制御することができる。この結果、一対のモータそれぞれの速度制御を好適に行うことができる。
この場合、車両本体を移動させるための目標となる力を、前後方向の推進力と、旋回方向の旋回力とに分けて制御することができる。この結果、一対のモータそれぞれの速度制御を好適に行うことができる。
(7)前記外力が、前記前後方向の外力と、前記旋回方向の外力と、を含み、前記推進力演算処理では、前記モデルによる演算結果と、前記前後方向の外力とに基づいて、前記目標推進力が求められる場合、前記旋回力演算処理では、前記旋回方向の外力と、前記一対の回転検出器の出力とに基づいて、前記目標旋回力が求められるように構成されていてもよい。
この場合、外力を、前後方向の外力と、旋回方向の外力とに分けることで、目標推進力と、目標旋回力とをより精度よく求めることができる。
この場合、外力を、前後方向の外力と、旋回方向の外力とに分けることで、目標推進力と、目標旋回力とをより精度よく求めることができる。
(8)前記電動車両が、前記前後方向に移動可能な第2グリップ、及び、前記車両本体に対する前記第2グリップの前記前後方向の第2変位量を検出する第2検出部を有する第2操作部をさらに備え、前記第1操作部は、前記車両本体の左側に設けられ、前記第2操作部は、前記車両本体の右側に設けられ、前記生成処理が、前記外力と前記第1変位量及び前記第2変位量の差分とに基づいて、前記旋回方向における旋回速度の目標値である目標旋回速度を求める旋回速度演算処理を含む場合、前記旋回力演算処理では、前記目標旋回速度と、前記一対の回転検出器の出力と、に基づいて、前記目標旋回力が求められる。
この場合、例えば、差分から得られる値に上限値及び下限値を設け、差分が極端に大きい場合や極端に小さい場合には、差分から得られる値に対して上限値又は下限値を設定することで、差分に不感帯を設けることができる。これにより、差分に基づいた旋回方向の動作に制限を加え、操作者が意図しない動作が生じるのを抑制することができる。
この場合、例えば、差分から得られる値に上限値及び下限値を設け、差分が極端に大きい場合や極端に小さい場合には、差分から得られる値に対して上限値又は下限値を設定することで、差分に不感帯を設けることができる。これにより、差分に基づいた旋回方向の動作に制限を加え、操作者が意図しない動作が生じるのを抑制することができる。
(9)また、前記電動車両が、車椅子部をさらに含む場合、前記車両本体は、前記車椅子部の車両本体であることが好ましい。
[実施形態の詳細]
以下、好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。
〔全体構成について〕
図1は、実施形態に係る電動車椅子の斜視図である。この電動車椅子1は、操作者によって後方から押されることで電動車椅子1の駆動輪を駆動し、前記操作者を補助する機能を有する。
以下、好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。
〔全体構成について〕
図1は、実施形態に係る電動車椅子の斜視図である。この電動車椅子1は、操作者によって後方から押されることで電動車椅子1の駆動輪を駆動し、前記操作者を補助する機能を有する。
電動車椅子1は、車椅子部2と、駆動機構4と、コントロールボックス6と、第1操作部10と、第2操作部12とを備える。
車椅子部2は、一般的な車椅子であり、主に金属製のパイプ等のフレームで構成された車両本体2aと、車両本体2aに左右に設けられた一対の主輪2bと、同じく車両本体2aに設けられた一対のキャスタ2cとを備える。車両本体2aは、搭乗者が着座する座部2a1と、背もたれ部2a2とを有する。
電動車椅子1は、車椅子として使用可能な車椅子部2に、駆動機構4、コントロールボックス6、第1操作部10、及び第2操作部12を装着することで構成されている。
車椅子部2は、一般的な車椅子であり、主に金属製のパイプ等のフレームで構成された車両本体2aと、車両本体2aに左右に設けられた一対の主輪2bと、同じく車両本体2aに設けられた一対のキャスタ2cとを備える。車両本体2aは、搭乗者が着座する座部2a1と、背もたれ部2a2とを有する。
電動車椅子1は、車椅子として使用可能な車椅子部2に、駆動機構4、コントロールボックス6、第1操作部10、及び第2操作部12を装着することで構成されている。
以下の説明では、搭乗者が電動車椅子1に乗車したときに当該搭乗者の正面が向く方向(背もたれ部2a2が正面を向く方向)を前方向、その反対方向を後方向とする。よって、搭乗者は、電動車椅子1の前方を向いて乗車する。また、搭乗者から見て左側へ向く方向を左方向、搭乗者から見て右側へ向く方向を右方向とする。
駆動機構4は、一対の駆動ユニット14を含む。一対の駆動ユニット14は、車両本体2aの左右に固定されている。一対の駆動ユニット14は、一対の主輪2bの車両内方側に配置されている。
左右一対の駆動ユニット14は、それぞれ、ベースプレート14aと、アーム14bと、駆動輪14cと、モータ15とを含む。
ベースプレート14aは、車両本体2aのフレームに固定される。これにより、駆動ユニット14は、車椅子部2に装着される。
アーム14bは、ベースプレート14aの車両内方側に向く面に設けられている。アーム14bは、上下方向に揺動可能にベースプレート14aに固定されている。アーム14bの先端部には、モータ15と、駆動輪14cとが設けられている。アーム14bは、駆動輪14cを回転自在に支持する。アーム14bは、駆動輪14cを下方向へ向けて弾性的に付勢している。これにより、アーム14bは、駆動輪14cを路面に押圧して接地させる。
左右一対の駆動ユニット14は、それぞれ、ベースプレート14aと、アーム14bと、駆動輪14cと、モータ15とを含む。
ベースプレート14aは、車両本体2aのフレームに固定される。これにより、駆動ユニット14は、車椅子部2に装着される。
アーム14bは、ベースプレート14aの車両内方側に向く面に設けられている。アーム14bは、上下方向に揺動可能にベースプレート14aに固定されている。アーム14bの先端部には、モータ15と、駆動輪14cとが設けられている。アーム14bは、駆動輪14cを回転自在に支持する。アーム14bは、駆動輪14cを下方向へ向けて弾性的に付勢している。これにより、アーム14bは、駆動輪14cを路面に押圧して接地させる。
モータ15は、インホイールモータであり、駆動輪14cの内部に設けられている。モータ15が有するロータ(図示省略)は、駆動輪14cと一体回転可能である。また、モータ15が有するステータ(図示省略)は、アーム14b側に固定される。これにより、モータ15は、駆動輪14cを回転駆動する。モータ15は、ケーブル(図示省略)を介してコントロールボックス6内のバッテリや制御装置等に接続されている。前記ケーブルは、アーム14b内に挿通され、モータ15と、コントロールボックス6とを繋ぐ。
駆動輪14cは、左右方向に平行な中心軸回りに回転自在にアーム14bに支持されている。駆動輪14cは、路面に接地した状態で、モータ15によって回転駆動される。
左右一対のモータ15が左右一対の駆動輪14cを駆動することで、車椅子部2(車両本体2a)は走行する。
左右一対のモータ15が左右一対の駆動輪14cを駆動することで、車椅子部2(車両本体2a)は走行する。
車両本体2aは、背もたれ部2a2を支持する左右一対の支持パイプ2a3を有する。一対の支持パイプ2a3の上端には、背もたれ部2a2に対して後方に突出する一対の突出部2a4が設けられている。一対の突出部2a4は、後端に開口を有するパイプである。
第1操作部10及び第2操作部12は、一対の突出部2a4に設けられている。
第1操作部10は、背もたれ部2a2の上方左側に配置されている。第2操作部12は、背もたれ部2a2の上方右側に配置されている。
第1操作部10は、第1グリップ20を有する。また、第2操作部12は、第2グリップ30を有する。
第1操作部10及び第2操作部12は、一対の突出部2a4に設けられている。
第1操作部10は、背もたれ部2a2の上方左側に配置されている。第2操作部12は、背もたれ部2a2の上方右側に配置されている。
第1操作部10は、第1グリップ20を有する。また、第2操作部12は、第2グリップ30を有する。
図2は、第1操作部10の断面図である。
図2中の(a)に示すように、第1操作部10は、第1グリップ20の他、ポテンショメータ21を有する。
第1グリップ20は、車両左側の突出部2a4の先端部に装着されている。第1グリップ20は、筒部20aと、底部20bとを有する。底部20bは、筒部20aの後方側の開口を塞いでいる。筒部20aは、突出部2a4の外周側に装着される。筒部20aは、突出部2a4の外周面をスライドしつつ移動可能である。
よって、第1グリップ20は、突出部2a4の軸方向に沿って移動可能である。突出部2a4は、前後方向に沿って延びている。よって、第1グリップ20は、車両本体2aに対して前後方向に移動可能である。
図2中の(a)に示すように、第1操作部10は、第1グリップ20の他、ポテンショメータ21を有する。
第1グリップ20は、車両左側の突出部2a4の先端部に装着されている。第1グリップ20は、筒部20aと、底部20bとを有する。底部20bは、筒部20aの後方側の開口を塞いでいる。筒部20aは、突出部2a4の外周側に装着される。筒部20aは、突出部2a4の外周面をスライドしつつ移動可能である。
よって、第1グリップ20は、突出部2a4の軸方向に沿って移動可能である。突出部2a4は、前後方向に沿って延びている。よって、第1グリップ20は、車両本体2aに対して前後方向に移動可能である。
ポテンショメータ21は、第1グリップ20の前後方向の変位量を検出するためのセンサ(第1検出部)である。ポテンショメータ21は、突出部2a4の内部に設けられている。ポテンショメータ21は、本体部21aと、ロッド21bとを備える。
本体部21aは、突出部2a4に固定されている。
ロッド21bは、本体部21aから後方向に延びている。ロッド21bは、筒部20a及び突出部2a4の内部を通過する。ロッド21bは、本体部21aに対して軸方向に相対移動可能である。ポテンショメータ21は、ロッド21bの軸方向の変位量を検出し出力する。
ロッド21bの先端部21b1は、底部20bに固定されている。よって、ロッド21bは第1グリップ20と一体に前後方向に移動する。これにより、ポテンショメータ21は、車両本体2aに対する第1グリップ20の前後方向の変位量を検出することができる。
ポテンショメータ21は、コントロールボックス6内の制御装置(後に説明する)に接続されている。ポテンショメータ21の出力は、制御装置へ与えられる。
本体部21aは、突出部2a4に固定されている。
ロッド21bは、本体部21aから後方向に延びている。ロッド21bは、筒部20a及び突出部2a4の内部を通過する。ロッド21bは、本体部21aに対して軸方向に相対移動可能である。ポテンショメータ21は、ロッド21bの軸方向の変位量を検出し出力する。
ロッド21bの先端部21b1は、底部20bに固定されている。よって、ロッド21bは第1グリップ20と一体に前後方向に移動する。これにより、ポテンショメータ21は、車両本体2aに対する第1グリップ20の前後方向の変位量を検出することができる。
ポテンショメータ21は、コントロールボックス6内の制御装置(後に説明する)に接続されている。ポテンショメータ21の出力は、制御装置へ与えられる。
突出部2a4の内部には、上述のポテンショメータ21の他、スリーブ22と、前ブッシュ23と、後ブッシュ24と、スプリング25とを備える。
スリーブ22は、円筒状の部材であり、突出部2a4の内周面に挿入され、固定されている。
前ブッシュ23、後ブッシュ24、及びスプリング25は、スリーブ22の内周側に配置される。
スリーブ22は、円筒状の部材であり、突出部2a4の内周面に挿入され、固定されている。
前ブッシュ23、後ブッシュ24、及びスプリング25は、スリーブ22の内周側に配置される。
前ブッシュ23は、円筒部23aと、底部23bとを有する。円筒部23aは、スリーブ22の内周面22aに挿入され、固定されている。底部23bは、円筒部23aの前側の開口に設けられている。底部23bは、中心孔23b1を有する。中心孔23b1には、ロッド21bが挿通される。
後ブッシュ24は、円筒部24aと、底部24bとを有する。円筒部24aは、スリーブ22の内周面22aに挿入され、固定されている。底部24bは、円筒部24aの後側の開口に設けられている。底部24bは、中心孔24b1を有する。中心孔24b1には、ロッド21bが挿通される。
後ブッシュ24は、円筒部24aと、底部24bとを有する。円筒部24aは、スリーブ22の内周面22aに挿入され、固定されている。底部24bは、円筒部24aの後側の開口に設けられている。底部24bは、中心孔24b1を有する。中心孔24b1には、ロッド21bが挿通される。
スプリング25は、前ブッシュ23と、後ブッシュ24との間に配置される。よって、ロッド21bは、前ブッシュ23、後ブッシュ24、及びスプリング25を貫通している。
ロッド21bには、前リテーナ26aと、前止め輪27aと、後リテーナ26bと、後止め輪27bとが設けられている。
前止め輪27aは、スプリング25の前側に設けられている。前止め輪27aは、ロッド21bに固定されている。前止め輪27aは、ロッド21bに設けられた周溝に嵌め込まれている。よって、前止め輪27aは、ロッド21bと軸方向に一体に移動可能である。
後止め輪27bは、スプリング25の後側に設けられている。後止め輪27bも、ロッド21bに固定されている。後止め輪27bは、ロッド21bに設けられた周溝に嵌め込まれている。よって、後止め輪27bは、ロッド21bと軸方向に一体に移動可能である。つまり、前止め輪27aと、後止め輪27bとは、軸方向に一定の間隔を置いてロッド21bに固定されている。
ロッド21bには、前リテーナ26aと、前止め輪27aと、後リテーナ26bと、後止め輪27bとが設けられている。
前止め輪27aは、スプリング25の前側に設けられている。前止め輪27aは、ロッド21bに固定されている。前止め輪27aは、ロッド21bに設けられた周溝に嵌め込まれている。よって、前止め輪27aは、ロッド21bと軸方向に一体に移動可能である。
後止め輪27bは、スプリング25の後側に設けられている。後止め輪27bも、ロッド21bに固定されている。後止め輪27bは、ロッド21bに設けられた周溝に嵌め込まれている。よって、後止め輪27bは、ロッド21bと軸方向に一体に移動可能である。つまり、前止め輪27aと、後止め輪27bとは、軸方向に一定の間隔を置いてロッド21bに固定されている。
前リテーナ26a、後リテーナ26b、及びスプリング25は、前止め輪27aと、後止め輪27bとの間に配置されている。
前リテーナ26a及び後リテーナ26bは、ロッド21bに貫通された円環状の部材である。前リテーナ26a及び後リテーナ26bは、スプリング25の前端面及び後端面を保持する。
前リテーナ26aは、前ブッシュ23とスプリング25の前端面との間に介在している。後リテーナ26bは、後ブッシュ24とスプリング25の後端面との間に介在している。
前リテーナ26a及び後リテーナ26bは、ロッド21bに貫通された円環状の部材である。前リテーナ26a及び後リテーナ26bは、スプリング25の前端面及び後端面を保持する。
前リテーナ26aは、前ブッシュ23とスプリング25の前端面との間に介在している。後リテーナ26bは、後ブッシュ24とスプリング25の後端面との間に介在している。
図2中の(a)は、第1グリップ20が中立位置の場合を示している。第1グリップ20は、操作者に把持されていない状態のときや、操作者による操作力の入力がないときに、中立位置となる。
第1グリップ20が中立位置の場合、スプリング25は、前リテーナ26aを前ブッシュ23へ向けて付勢する。また、スプリング25は、後リテーナ26bを後ブッシュ24へ向けて付勢する。このとき、前リテーナ26aは、前ブッシュ23の円筒部23aに当接する。また、後リテーナ26bは、後ブッシュ24の円筒部24aに当接する。
つまり、第1グリップ20が中立位置の場合、前リテーナ26aと後リテーナ26bとの間の間隔は、スプリング25の自由長よりも短い。
第1グリップ20が中立位置の場合、スプリング25は、前リテーナ26aを前ブッシュ23へ向けて付勢する。また、スプリング25は、後リテーナ26bを後ブッシュ24へ向けて付勢する。このとき、前リテーナ26aは、前ブッシュ23の円筒部23aに当接する。また、後リテーナ26bは、後ブッシュ24の円筒部24aに当接する。
つまり、第1グリップ20が中立位置の場合、前リテーナ26aと後リテーナ26bとの間の間隔は、スプリング25の自由長よりも短い。
図2中の(b)は、第1グリップ20が中立位置よりも前方へ移動した場合を示している。
第1グリップ20が中立位置から前方へ移動すると、ロッド21bも前方へ移動する。これにより、ポテンショメータ21の出力は変化する。
第1グリップ20及びロッド21bが中立位置よりも前方へ移動すると、スプリング25は後リテーナ26b及び後止め輪27bによって前方へ押圧される。よって、後リテーナ26bは、後ブッシュ24から離間する。第1グリップ20がさらに前方に移動すると、図2中の(b)に示すように、前止め輪27aが前ブッシュ23の底部23bに当接する。これにより、前止め輪27a及び前ブッシュ23は、ロッド21bの前方への移動を制限する。
第1グリップ20が中立位置から前方へ移動すると、ロッド21bも前方へ移動する。これにより、ポテンショメータ21の出力は変化する。
第1グリップ20及びロッド21bが中立位置よりも前方へ移動すると、スプリング25は後リテーナ26b及び後止め輪27bによって前方へ押圧される。よって、後リテーナ26bは、後ブッシュ24から離間する。第1グリップ20がさらに前方に移動すると、図2中の(b)に示すように、前止め輪27aが前ブッシュ23の底部23bに当接する。これにより、前止め輪27a及び前ブッシュ23は、ロッド21bの前方への移動を制限する。
図2中の(c)は、第1グリップ20が中立位置よりも後方へ移動した場合を示している。
第1グリップ20が中立位置から後方へ移動すると、ロッド21bも後方へ移動する。これにより、ポテンショメータ21の出力は変化する。
第1グリップ20及びロッド21bが中立位置よりも後方へ移動すると、スプリング25は前リテーナ26a及び前止め輪27aによって後方へ押圧される。よって、前リテーナ26aは、前ブッシュ23から離間する。第1グリップ20がさらに後方へ移動すると、図2中の(c)に示すように、後止め輪27bが後ブッシュ24の底部24bに当接する。これにより、後止め輪27b及び後ブッシュ24は、ロッド21bの後方への移動を制限する。
第1グリップ20が中立位置から後方へ移動すると、ロッド21bも後方へ移動する。これにより、ポテンショメータ21の出力は変化する。
第1グリップ20及びロッド21bが中立位置よりも後方へ移動すると、スプリング25は前リテーナ26a及び前止め輪27aによって後方へ押圧される。よって、前リテーナ26aは、前ブッシュ23から離間する。第1グリップ20がさらに後方へ移動すると、図2中の(c)に示すように、後止め輪27bが後ブッシュ24の底部24bに当接する。これにより、後止め輪27b及び後ブッシュ24は、ロッド21bの後方への移動を制限する。
上記構成により、第1グリップ20は、スプリング25によって、中立位置を中心に弾性的に前後方向に弾性的に移動可能である。
また、第1グリップ20及びロッド21bの前後方向の移動範囲は、前ブッシュ23、後ブッシュ24、前止め輪27a、及び、後止め輪27bによって制限される。
また、第1グリップ20及びロッド21bの前後方向の移動範囲は、前ブッシュ23、後ブッシュ24、前止め輪27a、及び、後止め輪27bによって制限される。
第2操作部12も第1操作部10と同様の構成であり、第2グリップ30の他、ポテンショメータ31を有する(図2)。
第2グリップ30は、車両右側の突出部2a4の先端部に装着されている。第2グリップ30は、車両本体2aに対して前後方向に移動可能に設けられている。
ポテンショメータ31は、車両本体2aに対する第2グリップ30の前後方向の変位量を検出するためのセンサ(第2検出部)である。ポテンショメータ31の出力は、制御装置へ与えられる。
第2グリップ30は、車両右側の突出部2a4の先端部に装着されている。第2グリップ30は、車両本体2aに対して前後方向に移動可能に設けられている。
ポテンショメータ31は、車両本体2aに対する第2グリップ30の前後方向の変位量を検出するためのセンサ(第2検出部)である。ポテンショメータ31の出力は、制御装置へ与えられる。
図1に示すように、コントロールボックス6は、座部2a1の下方右側のフレーム部分に固定されている。
コントロールボックス6には、バッテリや各部を制御する制御装置等が収容されている。
コントロールボックス6には、バッテリや各部を制御する制御装置等が収容されている。
図3は、電動車椅子1における、モータの動作制御を行うための構成例を示すブロック図である。
図3に示すように、電動車椅子1は、バッテリ16と、制御装置18とを備える。バッテリ16及び制御装置18は、コントロールボックス6に収容される。
バッテリ16は、一対のモータ15や、動作電力を必要とする各部に電力を供給する。
制御装置18は、指令値を駆動機構4へ与えることで駆動機構4(一対のモータ15)を制御し、車両本体2aの速度を制御する機能を有する。
図3に示すように、電動車椅子1は、バッテリ16と、制御装置18とを備える。バッテリ16及び制御装置18は、コントロールボックス6に収容される。
バッテリ16は、一対のモータ15や、動作電力を必要とする各部に電力を供給する。
制御装置18は、指令値を駆動機構4へ与えることで駆動機構4(一対のモータ15)を制御し、車両本体2aの速度を制御する機能を有する。
一対のモータ15を含む駆動機構4は、一対の駆動回路34を有する。また、一対のモータ15は、それぞれ、モータ本体15aと、回転検出器15bとを備える。
モータ本体15aは、ロータやステータ等モータとしての主要構成を含む。
回転検出器15bは、例えば、モータ本体15aに設けられたホールセンサである。回転検出器15bは、モータ本体15aのロータの回転状態を検出する。回転検出器15bは、駆動回路34及び制御装置18に接続されている。回転検出器15bの出力は、駆動回路34及び制御装置18へ与えられる。
モータ本体15aは、ロータやステータ等モータとしての主要構成を含む。
回転検出器15bは、例えば、モータ本体15aに設けられたホールセンサである。回転検出器15bは、モータ本体15aのロータの回転状態を検出する。回転検出器15bは、駆動回路34及び制御装置18に接続されている。回転検出器15bの出力は、駆動回路34及び制御装置18へ与えられる。
一対の駆動回路34は、例えば、インバータである。一対の駆動回路34は、コントロールボックス6内に収容されていてもよいし、ベースプレート14aや、アーム14bに設けられていてもよい。
一対の駆動回路34は、制御装置18、バッテリ16、及び一対のモータ15に接続されている。一対の駆動回路34のうちの一方の駆動回路34は、左側のモータ15に接続される。一対の駆動回路34のうちの他方の駆動回路34は、右側のモータ15に接続される。一対の駆動回路34は、バッテリ16の電力を一対のモータ15へ与える。
一対の駆動回路34は、制御装置18から与えられる速度指令値及び回転検出器15bの出力に基づいて、一対のモータ15へ駆動電力を与え、速度指令値が示す回転速度となるようにモータ15を制御する機能を有する。
一対の駆動回路34は、制御装置18、バッテリ16、及び一対のモータ15に接続されている。一対の駆動回路34のうちの一方の駆動回路34は、左側のモータ15に接続される。一対の駆動回路34のうちの他方の駆動回路34は、右側のモータ15に接続される。一対の駆動回路34は、バッテリ16の電力を一対のモータ15へ与える。
一対の駆動回路34は、制御装置18から与えられる速度指令値及び回転検出器15bの出力に基づいて、一対のモータ15へ駆動電力を与え、速度指令値が示す回転速度となるようにモータ15を制御する機能を有する。
一対の駆動回路34、及び、一対のモータ15(モータ本体15a)は、一対の電力線34aによって接続されている。
一対の電力線34aには、一対の電流検出部36が設けられている。一対の電流検出部36は、一対の電力線34aを流れる電流を検出する電流センサである。つまり、一対の電流検出部36は、一対のモータ15に流れる電流を検出する。一対の電流検出部36は、制御装置18に接続されている。一対の電流検出部36の出力は、制御装置18へ与えられる。
また、第1操作部10及び第2操作部12も制御装置18に接続されている。上述のように、第1操作部10(のポテンショメータ21)及び第2操作部12(のポテンショメータ31)の出力は、制御装置18へ与えられる。
一対の電力線34aには、一対の電流検出部36が設けられている。一対の電流検出部36は、一対の電力線34aを流れる電流を検出する電流センサである。つまり、一対の電流検出部36は、一対のモータ15に流れる電流を検出する。一対の電流検出部36は、制御装置18に接続されている。一対の電流検出部36の出力は、制御装置18へ与えられる。
また、第1操作部10及び第2操作部12も制御装置18に接続されている。上述のように、第1操作部10(のポテンショメータ21)及び第2操作部12(のポテンショメータ31)の出力は、制御装置18へ与えられる。
制御装置18は、プロセッサ等からなる処理部38と、メモリやハードディスク等からなる記憶部40とを備えるコンピュータ等により構成される。記憶部40には、処理部38に実行させるためのコンピュータプログラムや、必要な情報が記憶されている。処理部38は、記憶部40のようなコンピュータ読み取り可能な非一過性の記録媒体に記憶されたコンピュータプログラムを実行することで、制御装置18が有する各種処理機能を実現する。
〔処理部が行う処理について〕
図4は、操作者が電動車椅子1を操作するときの態様を示す図である。
電動車椅子1の操作者Aは、第1操作部10の第1グリップ20及び第2操作部12の第2グリップ30を左右の手で把持し、電動車椅子1を後方から押すことで電動車椅子1を操作する。
このとき、第1グリップ20及び第2グリップ30が車両本体2aに対して前後方向に相対移動する。第1操作部10及び第2操作部12は、第1グリップ20及び第2グリップ30の移動に応じた出力を制御装置18へ与える。
制御装置18は、第1操作部10及び第2操作部12から与えられる出力に基づいて、速度指令値を生成し、一対の駆動回路34へ与える。
図4は、操作者が電動車椅子1を操作するときの態様を示す図である。
電動車椅子1の操作者Aは、第1操作部10の第1グリップ20及び第2操作部12の第2グリップ30を左右の手で把持し、電動車椅子1を後方から押すことで電動車椅子1を操作する。
このとき、第1グリップ20及び第2グリップ30が車両本体2aに対して前後方向に相対移動する。第1操作部10及び第2操作部12は、第1グリップ20及び第2グリップ30の移動に応じた出力を制御装置18へ与える。
制御装置18は、第1操作部10及び第2操作部12から与えられる出力に基づいて、速度指令値を生成し、一対の駆動回路34へ与える。
第1操作部10からの出力は、車両本体2aに対する第1グリップ20の前後方向の変位量を示す。また、第2操作部12からの出力は、車両本体2aに対する第2グリップ30の前後方向の変位量を示す。
制御装置18は、第1操作部10の出力及び第2操作部12の出力に基づいて、第1グリップ20の前後方向の変位量、及び第2グリップ30の前後方向の変位量を求める。
なお、この変位量とは、両グリップ20,30の可動範囲内に予め設定された基準位置(例えば、中立位置)と、両グリップ20,30の現在位置との間の距離である。前記基準位置と現在位置とが前後方向で一致する場合、変位量は0となる。
なお、以下の説明では、第1グリップ20の前後方向の変位量(第1変位量)を、変位量xUI_Lといい、第2グリップ30の前後方向の変位量(第2変位量)を、変位量xUI_Rという。
制御装置18は、第1操作部10の出力及び第2操作部12の出力に基づいて、第1グリップ20の前後方向の変位量、及び第2グリップ30の前後方向の変位量を求める。
なお、この変位量とは、両グリップ20,30の可動範囲内に予め設定された基準位置(例えば、中立位置)と、両グリップ20,30の現在位置との間の距離である。前記基準位置と現在位置とが前後方向で一致する場合、変位量は0となる。
なお、以下の説明では、第1グリップ20の前後方向の変位量(第1変位量)を、変位量xUI_Lといい、第2グリップ30の前後方向の変位量(第2変位量)を、変位量xUI_Rという。
制御装置18は、変位量xUI_L及び変位量xUI_Rを経過時間に沿って離散的に取得し記憶部40等に記憶する。制御装置18は、変位量xUI_L及び変位量xUI_Rの微分値を求める場合等、必要に応じて記憶した変位量xUI_L及び変位量xUI_Rを参照する。
操作者Aが第1操作部10及び第2操作部12を把持して操作する場合において、制御装置18は、変位量xUI_L及び変位量xUI_Rに対する車両本体2aの動きが、機械的なインピーダンス特性を模擬するような動きとなるように、駆動機構4を制御する。
すなわち、制御装置18は、図4に示すように、第1グリップ20(第2グリップ30)と、車両本体2aとが、仮想的なバネ42、及び仮想的なダンパ44で接続されているような動きを再現しつつ、第1グリップ20(第2グリップ30)と、車両本体2aとの間の距離Hが一定となるように、駆動機構4を制御する。
すなわち、制御装置18は、図4に示すように、第1グリップ20(第2グリップ30)と、車両本体2aとが、仮想的なバネ42、及び仮想的なダンパ44で接続されているような動きを再現しつつ、第1グリップ20(第2グリップ30)と、車両本体2aとの間の距離Hが一定となるように、駆動機構4を制御する。
第1グリップ20(第2グリップ30)と、車両本体2aとの間の距離Hが一定となるような駆動機構4の制御には、変位量xUI_L及び変位量xUI_Rを0、又は所定の設定値に維持するような制御が含まれる。
これにより、操作者Aが前進し、第1グリップ20及び第2グリップ30を前方へ押圧したとき、制御装置18は、第1グリップ20及び第2グリップ30が前方へ押圧されて移動した変位量xUI_L及び変位量xUI_Rに応じて車両本体2aを前進させるように駆動機構4を制御する。
これにより、操作者Aが前進し、第1グリップ20及び第2グリップ30を前方へ押圧したとき、制御装置18は、第1グリップ20及び第2グリップ30が前方へ押圧されて移動した変位量xUI_L及び変位量xUI_Rに応じて車両本体2aを前進させるように駆動機構4を制御する。
図5は、制御装置18の処理部38が実行する処理内容の一例を示したブロック図である。
処理部38は、生成処理51と、外力演算処理50とを実行する機能を有する。
生成処理51は、車両本体2aに作用する外力、及び、変位量xUI_L及び変位量xUI_Rに基づいて、速度指令値を生成する処理である。
外力演算処理50は、生成処理51で用いられる車両本体2aに作用する外力を求める処理である。
生成処理51には、推進力演算処理52、指令値生成処理54、旋回速度演算処理56、及び、旋回力演算処理58が含まれる。
処理部38は、車両本体2aの速度を制御する処理を開始することで、生成処理51及び外力演算処理50を随時実行する。
処理部38は、生成処理51と、外力演算処理50とを実行する機能を有する。
生成処理51は、車両本体2aに作用する外力、及び、変位量xUI_L及び変位量xUI_Rに基づいて、速度指令値を生成する処理である。
外力演算処理50は、生成処理51で用いられる車両本体2aに作用する外力を求める処理である。
生成処理51には、推進力演算処理52、指令値生成処理54、旋回速度演算処理56、及び、旋回力演算処理58が含まれる。
処理部38は、車両本体2aの速度を制御する処理を開始することで、生成処理51及び外力演算処理50を随時実行する。
第1操作部10及び第2操作部12の出力は、推進力演算処理52及び旋回速度演算処理56に用いられる。
一対の回転検出器15bの出力は、推進力演算処理52及び旋回力演算処理58に用いられる。
一対の電流検出部36の出力は、外力演算処理50に用いられる。
一対の回転検出器15bの出力は、推進力演算処理52及び旋回力演算処理58に用いられる。
一対の電流検出部36の出力は、外力演算処理50に用いられる。
〔外力演算処理〕
外力演算処理50は、車両本体2aに作用する外力を求める処理である。
操作者Aは、第1操作部10及び第2操作部12を把持し、電動車椅子1を後方から押すことで電動車椅子1を操作する。
このとき、両グリップ20,30の変位とは別に、車両本体2aには、第1操作部10及び第2操作部12を介して、操作者Aの操作による外力が作用する。
処理部38は、外力演算処理50を実行することで、車両本体2aに作用する外力を求める。
外力演算処理50は、車両本体2aに作用する外力を求める処理である。
操作者Aは、第1操作部10及び第2操作部12を把持し、電動車椅子1を後方から押すことで電動車椅子1を操作する。
このとき、両グリップ20,30の変位とは別に、車両本体2aには、第1操作部10及び第2操作部12を介して、操作者Aの操作による外力が作用する。
処理部38は、外力演算処理50を実行することで、車両本体2aに作用する外力を求める。
図6は、電動車椅子1の平面図である。なお図6では、電動車椅子1の要部のみを模式的に示している。
図6中、点Pは、一対の駆動輪14cの回転軸C1上の点であり、一対の駆動輪14cの間の中点である。以下の説明では、点Pを通過しかつ上下方向に延びる中心軸回りの方向を旋回方向という。
制御装置18は、車両本体2aに作用する外力を、前後方向の外力と、旋回方向の外力とに分けて求める。
図6中、点Pは、一対の駆動輪14cの回転軸C1上の点であり、一対の駆動輪14cの間の中点である。以下の説明では、点Pを通過しかつ上下方向に延びる中心軸回りの方向を旋回方向という。
制御装置18は、車両本体2aに作用する外力を、前後方向の外力と、旋回方向の外力とに分けて求める。
速度制御中である電動車椅子1に対して、操作者Aが両操作部10,12を介して車両本体2aを所定の方向に旋回させようとすると、一対の駆動回路34は、速度指令値に基づいた動作状態を維持するため、所定の方向とは反対方向に旋回させるためのトルクが発生されるように一対のモータ15を制御する。よって、一対のモータ15に流れる電流値は、両操作部10,12を介して車両本体2aに作用する外力(操作者Aの操作による外力)を示している。
例えば、停止中の電動車椅子1に対して、図6に示すように、操作者Aが、第1操作部10を後方に引き、第2操作部12を前方に押すことで、点Pを通過する中心軸に対して反時計回りに車両本体2aを旋回させようとした場合について説明する。
この場合、一対の駆動回路34には速度指令値として0が与えられているものとする。
この場合、一対の駆動回路34には速度指令値として0が与えられているものとする。
操作者Aの操作によって、車両本体2aが旋回動作すると、車両左側の駆動輪14cは、後方へ向かって進行する。また、車両右側の駆動輪14cは、前方へ向かって進行する。
このとき、車両左側の駆動輪14cを制御する駆動回路34は、車両左側の駆動輪14cを前方へ進行させるトルクが発生されるように車両左側のモータ15を制御する。
また、車両右側の駆動輪14cを制御する駆動回路34は、車両右側の駆動輪14cを後方へ進行させるトルクが発生されるように車両右側のモータ15を制御する。
このとき、車両左側の駆動輪14cを制御する駆動回路34は、車両左側の駆動輪14cを前方へ進行させるトルクが発生されるように車両左側のモータ15を制御する。
また、車両右側の駆動輪14cを制御する駆動回路34は、車両右側の駆動輪14cを後方へ進行させるトルクが発生されるように車両右側のモータ15を制御する。
このとき、一対のモータ15に流れる電流は、車両本体2aの旋回動作に応じて供給される。よって、一対のモータ15に流れる電流は、両操作部10,12を介して車両本体2aに作用する外力を示している。上記例では、停止中の電動車椅子1について説明したが、速度制御しながら走行中の電動車椅子1の場合も同様である。
そこで、処理部38は、下記式(1)に基づいて、車両本体2aに作用する外力を求める。
そこで、処理部38は、下記式(1)に基づいて、車両本体2aに作用する外力を求める。
式(1)中、Fopは前後方向の外力、τopは旋回方向の外力、rは駆動輪14cの半径、Wは一対の駆動輪14c間の距離(図6参照)、Ktはモータ15のトルク定数(単位電流当たりのモータ発生トルク)、IRは車両右側の電流検出部36の出力から求められる電流値、ILは車両左側の電流検出部36の出力から求められる電流値である。
r,W,Ktは定数であり、予め、記憶部40に記憶される。
式(1)では、一対のモータ15が発生したトルクの合計値に基づいて前後方向の外力Fopが求められ、一対のモータ15が発生したトルクの差に基づいて旋回方向の外力τopが求められる。
r,W,Ktは定数であり、予め、記憶部40に記憶される。
式(1)では、一対のモータ15が発生したトルクの合計値に基づいて前後方向の外力Fopが求められ、一対のモータ15が発生したトルクの差に基づいて旋回方向の外力τopが求められる。
処理部38は、外力演算処理50において、上記式(1)に示すように、一対のモータ15に流れる電流を示す電流値IR、電流値ILに基づいて、前後方向の外力FOP、旋回方向の外力τOPを求める。
このように、外力演算処理50では、車両本体2aに作用する外力が、前後方向の外力FOPと、旋回方向の外力τOPとに分けて求められる。
このように、外力演算処理50では、車両本体2aに作用する外力が、前後方向の外力FOPと、旋回方向の外力τOPとに分けて求められる。
〔推進力演算処理〕
推進力演算処理52は、前後方向の推進力の目標値である目標推進力Fthを求める処理である。
処理部38は、推進力演算処理52において、下記式(2)に基づいて、目標推進力Fthを求める。
推進力演算処理52は、前後方向の推進力の目標値である目標推進力Fthを求める処理である。
処理部38は、推進力演算処理52において、下記式(2)に基づいて、目標推進力Fthを求める。
式(2)は、ラプラス変換された目標推進力Fthを示す。
式(2)中、Kは仮想的なバネ係数、Dは仮想的なダンパ係数、μは摩擦係数、Mは電動車椅子1の仮想質量、vは電動車椅子1の走行速度、αは係数、sはラプラス演算子、ω1,ω2は所定の遮断周波数である。
式(2)中、Kは仮想的なバネ係数、Dは仮想的なダンパ係数、μは摩擦係数、Mは電動車椅子1の仮想質量、vは電動車椅子1の走行速度、αは係数、sはラプラス演算子、ω1,ω2は所定の遮断周波数である。
式(2)に示すように、推進力演算処理52では、変位量xUI_R,変位量xUI_L,電動車椅子1の走行速度v,前後方向の外力Fopを用いて、目標推進力Fthが求められる。
式(2)中の下記に示す第1項は、機械的なインピーダンス特性を実現するためのモデルを表している。
式(2)中の下記に示す第1項は、機械的なインピーダンス特性を実現するためのモデルを表している。
第1項中のバネ係数Kには、変位量xUI_Rと変位量xUI_Lとの合計変位量xTが乗算される。バネ係数Kと合計変位量xTとの積は、変位量に基づく弾性項を示す。バネ係数Kは、仮想的なバネ42(図4)のバネ定数であり、予め設定される定数である。
第1項中のダンパ係数Dには、ラプラス演算子と、合計変位量xTとが乗算される。合計変位量xTと、ラプラス演算子との積は、変位量の微分値を表している。よって、ダンパ係数Dと、ラプラス演算子と、合計変位量xTとの積は、変位量の微分値に基づく粘性項を示す。ダンパ係数Dは、仮想的なダンパ44(図4)の粘度を示す係数であり、予め設定される定数である。
このように、第1項は、変位量に基づく弾性項及び変位量の微分値に基づく粘性項を含む。
第1項中のダンパ係数Dには、ラプラス演算子と、合計変位量xTとが乗算される。合計変位量xTと、ラプラス演算子との積は、変位量の微分値を表している。よって、ダンパ係数Dと、ラプラス演算子と、合計変位量xTとの積は、変位量の微分値に基づく粘性項を示す。ダンパ係数Dは、仮想的なダンパ44(図4)の粘度を示す係数であり、予め設定される定数である。
このように、第1項は、変位量に基づく弾性項及び変位量の微分値に基づく粘性項を含む。
第1項中、ダンパ係数Dに乗算されるω1/(s+ω1)は、遮断周波数がω1であるローパスフィルタである。このローパスフィルタが粘性項に乗算されることで、合計変位量xTに含まれる比較的高い周波数のノイズを抑制する。
また、上記第1項では、両グリップ20,30の変位量xUI_Rと変位量xUI_Lとを合算した合計変位量xTを用いている。これは、前後方向の外力FOPの演算方法に合わせていることに加え、変位量xUI_Rと変位量xUI_Lとの間に多少の差が生じたとしても、その差を吸収し、適切に前後方向の目標推進力Fth(目標推進力Fthを求めるために必要な演算結果)を求めることができるからである。
式(2)中の下記に示す第2項は、車両本体2aの前後方向の減速力を表している。
第2項中の摩擦係数μは、車両本体2aに作用する摩擦係数を仮想的に設定するための値であり、予め設定される定数である。電動車椅子1の走行速度vは、一対の回転検出器15bの出力に基づいて求められる。つまり、一対の回転検出器15bは、車両本体2aの走行速度を示す速度情報を取得する取得部を構成する。
摩擦係数μと走行速度vとの積は、電動車椅子1の速度に応じた摩擦力を示している。
電動車椅子1の仮想質量Mは、電動車椅子1と搭乗者との合計質量の想定値であり、予め設定される定数である。仮想質量Mには、ラプラス演算子と、走行速度vとが乗算される。走行速度vと、ラプラス演算子との積は、走行速度vの微分値(電動車椅子1の加速度)を表している。よって、仮想質量Mと、ラプラス演算子と、走行速度vとの積は、電動車椅子1の加速度に応じた減速力を示している。
電動車椅子1の仮想質量Mは、電動車椅子1と搭乗者との合計質量の想定値であり、予め設定される定数である。仮想質量Mには、ラプラス演算子と、走行速度vとが乗算される。走行速度vと、ラプラス演算子との積は、走行速度vの微分値(電動車椅子1の加速度)を表している。よって、仮想質量Mと、ラプラス演算子と、走行速度vとの積は、電動車椅子1の加速度に応じた減速力を示している。
第2項では、電動車椅子1の速度に応じた摩擦力と、電動車椅子1の加速度に応じた減速力とが求められる。これらの和が車両本体2aの前後方向の減速力となる。
第2項で求められる車両本体2aの前後方向の減速力は、第1項の演算結果に加算される。
第2項で求められる車両本体2aの前後方向の減速力は、第1項の演算結果に加算される。
第2項中、仮想質量Mに乗算されるω2/(s+ω2)は、遮断周波数がω2であるローパスフィルタである。このローパスフィルタは、走行速度vに含まれる比較的高い周波数のノイズを抑制する。
式(2)中の下記に示す第3項は、前後方向の動作に対する補正を行うための項である。
第3項: -αFOP
第3項: -αFOP
第3項中の係数αは、合計変位量xTに応じて変化する変数である。
αFOPは、前後方向の外力と合計変位量xTとによって変化する値であり、前後方向の外力と合計変位量xTとに応じて適切に調整される。
αFOPには、上限値及び下限値が設定されている。これによって、必要以上に減速したり、加速したりするのを抑制することができる。
αFOPは、前後方向の外力と合計変位量xTとによって変化する値であり、前後方向の外力と合計変位量xTとに応じて適切に調整される。
αFOPには、上限値及び下限値が設定されている。これによって、必要以上に減速したり、加速したりするのを抑制することができる。
処理部38は、第1項の演算結果と、第2項及び第3項の演算結果とに基づいて目標推進力Fthを求める。
〔旋回速度演算処理〕
旋回速度演算処理56は、車両本体2aの旋回方向の速度(旋回速度)の目標値である目標旋回速度ωyawを求める処理である。
処理部38は、旋回速度演算処理56において、下記式(3)(4)に基づいて、目標旋回速度ωyawを求める。
旋回速度演算処理56は、車両本体2aの旋回方向の速度(旋回速度)の目標値である目標旋回速度ωyawを求める処理である。
処理部38は、旋回速度演算処理56において、下記式(3)(4)に基づいて、目標旋回速度ωyawを求める。
なお、式(3)中、Ccompはコンプライアンス制御のためのゲイン、Icompは仮想的な慣性係数、Dcompは仮想的なダンパ係数である。ゲインCcomp、慣性係数Icompは、予め設定される定数である。
ダンパ係数Dcompは、変位量xUI_R,変位量xUI_L,に応じて変化する変数である。ダンパ係数Dcompは、下記式(5)のように表される。
ダンパ係数Dcompは、変位量xUI_R,変位量xUI_L,に応じて変化する変数である。ダンパ係数Dcompは、下記式(5)のように表される。
式(5)中、Dconst及びβは、予め設定される定数である。
式(5)に示すように、ダンパ係数Dcompは、変位量xUI_Rと、変位量xUI_Lとの差分に応じて変化する。より具体的に、ダンパ係数Dcompは、変位量xUI_Rと、変位量xUI_Lとの差分が大きくなるほど小さくなるように設定される。
さらに、ダンパ係数Dcompには、上限値と、下限値とが設定されている。ダンパ係数Dcompは、上限値を超えると、変位量xUI_Rと、変位量xUI_Lとの差分に関わらず、上限値に設定される。また、ダンパ係数Dcompは、下限値を下回ると、変位量xUI_Rと、変位量xUI_Lとの差分に関わらず、下限値に設定される。これにより、変位量xUI_Rと、変位量xUI_Lとの差分には、ダンパ係数Dcompに対する不感帯が設けられる。
式(5)に示すように、ダンパ係数Dcompは、変位量xUI_Rと、変位量xUI_Lとの差分に応じて変化する。より具体的に、ダンパ係数Dcompは、変位量xUI_Rと、変位量xUI_Lとの差分が大きくなるほど小さくなるように設定される。
さらに、ダンパ係数Dcompには、上限値と、下限値とが設定されている。ダンパ係数Dcompは、上限値を超えると、変位量xUI_Rと、変位量xUI_Lとの差分に関わらず、上限値に設定される。また、ダンパ係数Dcompは、下限値を下回ると、変位量xUI_Rと、変位量xUI_Lとの差分に関わらず、下限値に設定される。これにより、変位量xUI_Rと、変位量xUI_Lとの差分には、ダンパ係数Dcompに対する不感帯が設けられる。
上記式(3)の括弧内は、現在の旋回方向の外力τOPと、目標旋回速度及び目標旋回加速度に基づく外力との差分を示している。式(3)の括弧内のうち、Icompと目標旋回加速度との積は慣性項であり、ダンパ係数Dcompと目標旋回速度との積は粘性項である。このように、上記式(3)は、慣性項と弾性項とを含む。
よって、処理部38は、仮想的な慣性及び仮想的なダンパを再現しつつ目標旋回速度ωyawを求めるように構成されている。つまり、処理部38は、コンプライアンス制御によって目標旋回速度ωyawを求める。
よって、処理部38は、仮想的な慣性及び仮想的なダンパを再現しつつ目標旋回速度ωyawを求めるように構成されている。つまり、処理部38は、コンプライアンス制御によって目標旋回速度ωyawを求める。
〔旋回力演算処理〕
旋回力演算処理58は、目標旋回速度ωyawと、一対の回転検出器15bの出力とに基づいて、車両本体2aの旋回方向における旋回力の目標値である目標旋回力τyawを求める処理である。
処理部38は、旋回力演算処理58において、下記式(6)に基づいて、目標旋回力τyawを求める。
旋回力演算処理58は、目標旋回速度ωyawと、一対の回転検出器15bの出力とに基づいて、車両本体2aの旋回方向における旋回力の目標値である目標旋回力τyawを求める処理である。
処理部38は、旋回力演算処理58において、下記式(6)に基づいて、目標旋回力τyawを求める。
式(6)中、Pyawは比例ゲイン、Dyawは微分ゲイン、vRは右側の駆動輪14cの回転速度(周速)、vLは左側の駆動輪14cの回転速度(周速)、ω3は所定の遮断周波数である。
比例ゲインPyaw、及び微分ゲインDyawは予め設定された定数である。
回転速度vR、vLは、一対の回転検出器15bの出力から求められる。
式(6)中、(vR-vL)/Wは、車両本体2aのヨーレート(現在の旋回速度)を示している。よって、ωyaw-((vR-vL)/W)は、目標旋回速度ωyawと現在の旋回速度との差を示している。
式(6)は、PD制御によって目標旋回力τyawが得られることを示している。
比例ゲインPyaw、及び微分ゲインDyawは予め設定された定数である。
回転速度vR、vLは、一対の回転検出器15bの出力から求められる。
式(6)中、(vR-vL)/Wは、車両本体2aのヨーレート(現在の旋回速度)を示している。よって、ωyaw-((vR-vL)/W)は、目標旋回速度ωyawと現在の旋回速度との差を示している。
式(6)は、PD制御によって目標旋回力τyawが得られることを示している。
処理部38は、式(6)に示すように、旋回速度演算処理56で求めた目標旋回速度ωyawと、回転速度vR、vLとに基づいて、目標旋回力τyawを求める。
言い換えると、処理部38は、車両本体2aに作用する外力と、一対の回転検出器15bの出力とに基づいて、目標旋回力τyawを求める。
言い換えると、処理部38は、車両本体2aに作用する外力と、一対の回転検出器15bの出力とに基づいて、目標旋回力τyawを求める。
なお、微分ゲインDyawに乗算されるω3/(s+ω3)は、遮断周波数がω3であるローパスフィルタである。このローパスフィルタは、目標旋回速度ωyawと現在の旋回速度との差に含まれる比較的高い周波数のノイズを抑制する。
〔指令値生成処理〕
指令値生成処理54は、目標推進力Fthと、目標旋回力τyawとに基づいて一対の駆動回路34へ与える速度指令値を生成する処理である。
処理部38は、指令値生成処理54において、下記式(7)に基づいて、左右の駆動輪14cの出力目標となる力を求める。
指令値生成処理54は、目標推進力Fthと、目標旋回力τyawとに基づいて一対の駆動回路34へ与える速度指令値を生成する処理である。
処理部38は、指令値生成処理54において、下記式(7)に基づいて、左右の駆動輪14cの出力目標となる力を求める。
式(7)中、FRは右側の駆動輪14cの出力目標となる力、FLは左側の駆動輪14cの出力目標となる力を示している。
処理部38は、式(7)に示すように、推進力演算処理52で求めた目標推進力Fthと、旋回力演算処理58で求めた目標旋回力τyawとに基づいて、一対の駆動輪14cの出力目標となる力FR,FLを求める。
処理部38は、式(7)に示すように、推進力演算処理52で求めた目標推進力Fthと、旋回力演算処理58で求めた目標旋回力τyawとに基づいて、一対の駆動輪14cの出力目標となる力FR,FLを求める。
駆動輪14cの出力目標となる力FR,FLを求めた処理部38は、さらに、下記式(8)に基づいて速度指令値を求める。
式(8)中、vCRは右側の駆動回路34へ与える速度指令値、vCLは左側の駆動回路34へ与える速度指令値を示している。
処理部38は、求めた速度指令値vCR,vCLを、一対の駆動回路34へ与える。
なお、速度指令値vCR,vCLは一対の駆動輪14cの周速を示している。よって、処理部38は、速度指令値vCR,vCLを単位時間当たりの回転数に換算し、一対の駆動回路34へ与える。
速度指令値vCR,vCLが与えられた一対の駆動回路34は、速度指令値vCR,vCLに従って一対のモータ15を駆動制御する。
なお、速度指令値vCR,vCLは一対の駆動輪14cの周速を示している。よって、処理部38は、速度指令値vCR,vCLを単位時間当たりの回転数に換算し、一対の駆動回路34へ与える。
速度指令値vCR,vCLが与えられた一対の駆動回路34は、速度指令値vCR,vCLに従って一対のモータ15を駆動制御する。
以上のように、本実施形態の制御装置18が有する処理部38は、両操作部10,12の変位量に基づく弾性項、及び両操作部10,12の変位量の微分値に基づく粘性項を含んだモデル(式(1)の第1項)を用いて速度指令値vCR,vCLを生成する生成処理51を実行する。
この構成によれば、弾性項及び粘性項を含んだモデルを用いて目標推進力Fthを求め、速度指令値vCR,vCLを生成するので、両操作部10,12の変位量に対する車両本体2aの動きが機械的なインピーダンス特性を模擬するような動きとなるように、駆動機構4を制御することができる。この結果、操作者Aと車両本体2aとの距離が一定となるように車両本体2aの速度を制御する際に、操作者Aが車両本体2aの速度に合わせて歩行するといった状況が生じるのを抑制でき、良好な操作性を得ることができる。
この構成によれば、弾性項及び粘性項を含んだモデルを用いて目標推進力Fthを求め、速度指令値vCR,vCLを生成するので、両操作部10,12の変位量に対する車両本体2aの動きが機械的なインピーダンス特性を模擬するような動きとなるように、駆動機構4を制御することができる。この結果、操作者Aと車両本体2aとの距離が一定となるように車両本体2aの速度を制御する際に、操作者Aが車両本体2aの速度に合わせて歩行するといった状況が生じるのを抑制でき、良好な操作性を得ることができる。
また、推進力演算処理52では、上記モデルによる演算結果と、車両本体2aの走行速度に基づいて得られる前後方向の減速力(式(1)の第2項)とに基づいて目標推進力Fthを求めるので、車両本体2aの速度に応じて生じる摩擦力等に基づく減速度を加味したり、車両本体2aの走行速度を制限したりしつつ、目標推進力Fthを求めることができる。
また、外力演算処理50では、一対の電流検出部36の出力に基づいて、両操作部10,12を介して車両本体2aに作用する外力が求められる。
また、生成処理51では、上記モデルによる演算結果と外力演算処理50で求められた外力とに基づいて、速度指令値が生成される。
よって、両操作部10,12の変位量と、車両本体2aに作用する外力とに基づいて、車両本体2aの速度を制御することができる。
また、生成処理51では、上記モデルによる演算結果と外力演算処理50で求められた外力とに基づいて、速度指令値が生成される。
よって、両操作部10,12の変位量と、車両本体2aに作用する外力とに基づいて、車両本体2aの速度を制御することができる。
また、生成処理51は、目標推進力Fthを求める推進力演算処理52と、目標旋回力τyawを求める旋回力演算処理58と、目標推進力Fth及び目標旋回力τyawに基づいて一対のモータ15それぞれに対する速度指令値vCR,vCLを生成する指令値生成処理54と、を含む。
これにより、車両本体2aを移動させるための目標となる力を、前後方向の推進力と、旋回方向の旋回力とに分けて求めることができる。この結果、一対のモータ15それぞれの速度制御を好適に行うことができる。
これにより、車両本体2aを移動させるための目標となる力を、前後方向の推進力と、旋回方向の旋回力とに分けて求めることができる。この結果、一対のモータ15それぞれの速度制御を好適に行うことができる。
さらに、外力演算処理50では、前後方向の外力FOPと、旋回方向の外力τOPと、が求められる。推進力演算処理52では、上記モデルによる演算結果と、前後方向の外力FOPとに基づいて、目標推進力Fthが求められる。旋回力演算処理58では、旋回方向の外力τOPと、一対の回転検出器15bの出力とに基づいて、目標旋回力τyawが求められる。
このように、車両本体2aに作用する外力を前後方向の外力FOPと、旋回方向の外力τOPとに分けることで、目標推進力と、目標旋回力とをより精度よく求めることができる。
このように、車両本体2aに作用する外力を前後方向の外力FOPと、旋回方向の外力τOPとに分けることで、目標推進力と、目標旋回力とをより精度よく求めることができる。
また、本実施形態では、旋回速度演算処理56において、車両本体2aに作用する外力と、変位量xUI_Rと変位量xUI_Lとの間の差分とに基づいて、目標旋回速度が求められる。
また、旋回力演算処理58では、目標旋回速度と、一対の回転検出器15bの出力とに基づいて、目標旋回力τyawが求められる。
ここで、本実施形態では、変位量xUI_Rと変位量xUI_Lとの間の差分によって定まる値であるダンパ係数Dcompに、上限値及び下限値が設けられている。よって、変位量xUI_Rと、変位量xUI_Lとの差分には、ダンパ係数Dcompに対する不感帯が設けられる。これにより、変位量xUI_Rと、変位量xUI_Lとの差分に基づいた旋回方向の動作に制限を加え、操作者Aが意図しない動作が生じるのを抑制することができる。
また、旋回力演算処理58では、目標旋回速度と、一対の回転検出器15bの出力とに基づいて、目標旋回力τyawが求められる。
ここで、本実施形態では、変位量xUI_Rと変位量xUI_Lとの間の差分によって定まる値であるダンパ係数Dcompに、上限値及び下限値が設けられている。よって、変位量xUI_Rと、変位量xUI_Lとの差分には、ダンパ係数Dcompに対する不感帯が設けられる。これにより、変位量xUI_Rと、変位量xUI_Lとの差分に基づいた旋回方向の動作に制限を加え、操作者Aが意図しない動作が生じるのを抑制することができる。
〔その他〕
今回開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。
例えば、上記実施形態では、車両本体2aに第1操作部10及び第2操作部12を設けた場合を例示したが、操作部として、少なくともいずれか一方が設けられていればよい。
今回開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。
例えば、上記実施形態では、車両本体2aに第1操作部10及び第2操作部12を設けた場合を例示したが、操作部として、少なくともいずれか一方が設けられていればよい。
また、上記実施形態では、処理部38が速度指令値を生成し、一対の駆動回路34に速度指令値を与えることで一対のモータ15を駆動制御する場合を例示したが、処理部38がモータ15に与えるべき電流値を示す電流指令値を生成し、一対の駆動回路34に電流指令値を与えることで一対のモータ15を駆動制御するように構成してもよい。
また、上記実施形態では、モータ15をインホイールモータとし駆動輪14cの内部に設けた場合を例示したが、モータ15は、駆動輪14cの外部に設けられていてもよい。この場合、モータ15は、外部から駆動輪14cを駆動する。
また、上記実施形態では、モータ15をインホイールモータとし駆動輪14cの内部に設けた場合を例示したが、モータ15は、駆動輪14cの外部に設けられていてもよい。この場合、モータ15は、外部から駆動輪14cを駆動する。
また、上記実施形態では、電動車椅子1の場合を例示したが、車椅子以外に台車、ワゴン等に電動の駆動機構を設けた電動車両にも本発明は適用することができる。
本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。
1 電動車椅子 2 車椅子部 2a 車両本体
2a1 座部 2a2 背もたれ部 2a3 支持パイプ
2a4 突出部 2b 主輪 2c キャスタ
4 駆動機構 6 コントロールボックス
10 第1操作部 12 第2操作部 14 駆動ユニット
14a ベースプレート 14b アーム 14c 駆動輪
15 モータ 15a モータ本体 15b 回転検出器
16 バッテリ 18 制御装置 20 第1グリップ
20a 筒部 20b 底部
21 ポテンショメータ 21a 本体部 21b ロッド
21b1 先端部 22 スリーブ 22a 内周面
23 前ブッシュ 23a 円筒部 23b 底部
23b1 中心孔 24 後ブッシュ 24a 円筒部
24b 底部 24b1 中心孔 25 スプリング
26a 前リテーナ 26b 後リテーナ 27a 前止め輪
27b 後止め輪 30 第2グリップ
31 ポテンショメータ 34 駆動回路 34a 電力線
36 電流検出部 38 処理部 40 記憶部
42 バネ 44 ダンパ 50 外力演算処理
52 推進力演算処理 54 指令値生成処理
56 旋回速度演算処理 58 旋回力演算処理 A 操作者
C1 回転軸
2a1 座部 2a2 背もたれ部 2a3 支持パイプ
2a4 突出部 2b 主輪 2c キャスタ
4 駆動機構 6 コントロールボックス
10 第1操作部 12 第2操作部 14 駆動ユニット
14a ベースプレート 14b アーム 14c 駆動輪
15 モータ 15a モータ本体 15b 回転検出器
16 バッテリ 18 制御装置 20 第1グリップ
20a 筒部 20b 底部
21 ポテンショメータ 21a 本体部 21b ロッド
21b1 先端部 22 スリーブ 22a 内周面
23 前ブッシュ 23a 円筒部 23b 底部
23b1 中心孔 24 後ブッシュ 24a 円筒部
24b 底部 24b1 中心孔 25 スプリング
26a 前リテーナ 26b 後リテーナ 27a 前止め輪
27b 後止め輪 30 第2グリップ
31 ポテンショメータ 34 駆動回路 34a 電力線
36 電流検出部 38 処理部 40 記憶部
42 バネ 44 ダンパ 50 外力演算処理
52 推進力演算処理 54 指令値生成処理
56 旋回速度演算処理 58 旋回力演算処理 A 操作者
C1 回転軸
Claims (9)
- 車両本体と、
前記車両本体を走行させる駆動機構と、
指令値を前記駆動機構へ与えることで前記駆動機構を制御する制御装置と、
前記車両本体の前後方向に移動可能な第1グリップ、及び、前記車両本体に対する前記第1グリップの前記前後方向の第1変位量を検出する第1検出部を有する第1操作部と、
を備え、
前記制御装置は、
前記第1変位量に基づく弾性項及び前記第1変位量の微分値に基づく粘性項を含んだモデルを用いて前記指令値を生成する生成処理を実行する処理部を備える
電動車両。 - 前記生成処理は、
前記モデルを用いて前記前後方向における推進力の目標値である目標推進力を求める推進力演算処理と、
前記目標推進力に基づいて前記指令値を生成する指令値生成処理と、を含む
請求項1に記載の電動車両。 - 前記車両本体の走行速度を示す速度情報を取得する取得部をさらに備え、
前記推進力演算処理では、前記モデルによる演算結果と、前記速度情報に基づいて得られる前記前後方向の減速力と、に基づいて前記目標推進力が求められる
請求項2に記載の電動車両。 - 前記駆動機構は、
左右一対の駆動輪と、
前記一対の駆動輪を駆動する一対のモータと、
前記指令値に基づいて一対のモータを駆動する一対の駆動回路と、を備える
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の電動車両。 - 前記一対のモータに流れる電流を検出する一対の電流検出部をさらに備え、
前記処理部は、
前記一対の電流検出部が検出する一対の電流値に基づいて、前記車両本体に作用する外力を求める外力演算処理を実行し、
前記生成処理では、前記モデルによる演算結果と、前記外力とに基づいて前記指令値が生成される
請求項4に記載の電動車両。 - 前記一対のモータの回転速度を検出する一対の回転検出器をさらに備え、
前記生成処理は、
前記モデルを用いて前記前後方向における推進力の目標値である目標推進力を求める推進力演算処理と、
前記外力と前記一対の回転検出器の出力とに基づいて、前記車両本体の旋回方向における旋回力の目標値である目標旋回力を求める旋回力演算処理と、
前記目標推進力と、前記目標旋回力とに基づいて、前記一対のモータそれぞれに対する一対の前記指令値を生成する指令値生成処理と、を含む
請求項5に記載の電動車両。 - 前記外力は、前記前後方向の外力と、前記旋回方向の外力と、を含み、
前記推進力演算処理では、前記モデルによる演算結果と、前記前後方向の外力とに基づいて、前記目標推進力が求められ、
前記旋回力演算処理では、前記旋回方向の外力と、前記一対の回転検出器の出力とに基づいて、前記目標旋回力が求められる
請求項6に記載の電動車両。 - 前記前後方向に移動可能な第2グリップ、及び、前記車両本体に対する前記第2グリップの前後方向の第2変位量を検出する第2検出部を有する第2操作部をさらに備え、
前記第1操作部は、前記車両本体の左側に設けられ、
前記第2操作部は、前記車両本体の右側に設けられ、
前記生成処理が、前記外力と前記第1変位量及び前記第2変位量の差分とに基づいて、前記旋回方向における旋回速度の目標値である目標旋回速度を求める旋回速度演算処理を含み、
前記旋回力演算処理では、前記目標旋回速度と、前記一対の回転検出器の出力と、に基づいて、前記目標旋回力が求められる
請求項7に記載の電動車両。 - 車椅子部をさらに含み、
前記車両本体は、前記車椅子部の車両本体である
請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の電動車両。
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2021/040594 WO2023079629A1 (ja) | 2021-11-04 | 2021-11-04 | 電動車両 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2023079629A1 true WO2023079629A1 (ja) | 2023-05-11 |
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ID=86240805
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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PCT/JP2021/040594 WO2023079629A1 (ja) | 2021-11-04 | 2021-11-04 | 電動車両 |
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WO (1) | WO2023079629A1 (ja) |
Citations (6)
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WO2019003260A1 (ja) * | 2017-06-26 | 2019-01-03 | ヤマハ発動機株式会社 | 電動アシスト車いす、車いす用電動アシストユニット、電動アシスト車いすの制御装置、電動アシスト車いすの制御方法、及びプログラム |
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-
2021
- 2021-11-04 WO PCT/JP2021/040594 patent/WO2023079629A1/ja active Application Filing
- 2021-11-04 JP JP2023557497A patent/JPWO2023079629A1/ja active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
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JPWO2023079629A1 (ja) | 2023-05-11 |
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