特許 5943154 手押し車

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5943154

(24)【登録日】2016年6月3日

(45)【発行日】2016年6月29日

(54)【発明の名称】手押し車

(51)【国際特許分類】

   B62B 3/00 20060101AFI20160616BHJP

   A61H 3/04 20060101ALI20160616BHJP

【ＦＩ】

   B62B3/00 G

   A61H3/04

【請求項の数】6

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-537881(P2015-537881)

(86)(22)【出願日】2014年9月11日

(86)【国際出願番号】JP2014074036

(87)【国際公開番号】WO2015041128

(87)【国際公開日】20150326

【審査請求日】2016年2月19日

(31)【優先権主張番号】特願2013-191841(P2013-191841)

(32)【優先日】2013年9月17日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2014-122423(P2014-122423)

(32)【優先日】2014年6月13日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000970

【氏名又は名称】特許業務法人 楓国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】羽根 宜孝

【審査官】 川村 健一

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１２／１１４５９７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−１２５２２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６２Ｂ ３／００

Ａ６１Ｈ ３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の車輪と、
前記第１の車輪に対してピッチ方向に回転可能に支持されている本体部と、
前記第１の車輪を駆動する第１の駆動部と、を備える手押し車であって、
前記本体部または前記第１の車輪の回転軸に対してピッチ方向に回転可能に支持されている支持部と、
前記第１の車輪の回転による前記支持部の進行方向に対して前記第１の車輪より前方で前記支持部に回転可能に支持されている第２の車輪と、
前記本体部のピッチ方向の傾斜角の角度変化を検知する角度変化検知部と、
前記本体部と前記支持部とが成す交差角を検出する交差角検知部と、
前記交差角検知部の出力に基づいて、前記本体部の前記ピッチ方向への角度変化が０となるように前記第１の駆動部を制御する第１の制御モードと、前記角度変化検知部の出力に基づいて、前記本体部の前記ピッチ方向への角度変化が０となるように前記第１の駆動部を制御する第２の制御モードと、を有する制御部と、
前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切り替える切替部と、を備えている、ことを特徴とする手押し車。

【請求項2】

前記制御部は、前記第１の制御モードにおいて、前記交差角検知部および前記角度変化検知部の両方の出力に基づいて、前記本体部の前記ピッチ方向への角度変化が０となるように前記第１の駆動部を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の手押し車。

【請求項3】

前記切替部は、前記支持部における前記本体部または前記第１の車輪の回転軸に支持されている側の端部に連結されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の手押し車。

【請求項4】

前記本体部または前記第１の車輪の回転軸に対するピッチ方向への前記支持部の所定角度以上の回転を阻止する阻止部を備える、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の手押し車。

【請求項5】

前記支持部を能動的にピッチ方向に回転させる第２の駆動部を備え、
前記制御部は、前記切替部によって前記第２の制御モードに切り替えられたとき、前記支持部をピッチ方向に回転させるよう前記第２の駆動部に指示する、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の手押し車。

【請求項6】

段差を検出する段差検出部を備え、
前記切替部は、前記段差検出部の検出結果に基づいて、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切り替える請求項１から５のいずれか１項に記載の手押し車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、車輪を備え、当該車輪を駆動、制御する手押し車に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、車輪を駆動、制御して倒立振子制御を行う手押し車が知られている。例えば、特許文献１には、一対の車輪と、一対の車輪を駆動する駆動部と、一対の車輪に対してピッチ方向に回転可能に支持されている本体部と、本体部に対してピッチ方向に回転可能に支持されている補助輪と、本体部のピッチ方向の角速度を検知するジャイロセンサと、本体部と支持部とが成す交差角を検出する支持部角度エンコーダと、を備えた歩行補助車が開示されている。本体部における一対の車輪とは逆側の端には、把持部が設けられている。

【0003】

高齢者、身障者等のユーザは、補助輪とは逆側から把持部を握り（即ち、補助輪を前輪に一対の車輪を後輪にして）、当該歩行補助車を地面上で進行方向へ動かす。当該歩行補助車は、駆動部により一対の車輪の回転を制御する倒立振子制御を行うことで、ユーザの歩行を補助している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０１２／１１４５９７号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

例えば進行方向に大きな段差が存在した場合、ユーザは、当該歩行補助車の補助輪（前輪）だけを地面から浮かせて段差を乗り越えようとする可能性がある。

【0006】

しかしながら、倒立振子制御では、本体部の角度変化が０になるように一対の車輪（後輪）の回転を制御する。そのため、ユーザが当該歩行補助車の補助輪（前輪）だけを地面から浮かせようとしたとき、一対の車輪（後輪）が回転して歩行補助車が意図せず動いてしまう可能性がある。

【0007】

そこで、この発明は、ユーザが前輪を地面から浮かせようとしたときに手押し車が意図せず動くことを防止する手押し車を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の手押し車は、第１の車輪と、第１の車輪に対してピッチ方向に回転可能に支持されている本体部と、第１の車輪を駆動する第１の駆動部と、を備えている。さらに、本発明の手押し車は、本体部または第１の車輪の回転軸に対してピッチ方向に回転可能に支持されている支持部と、第１の車輪の回転による支持部の進行方向に対して第１の車輪より前方で支持部に回転可能に支持されている第２の車輪と、本体部のピッチ方向の傾斜角の角度変化を検知する角度変化検知部と、本体部と支持部とが成す交差角を検出する交差角検知部と、を備えている。本体部の他端には把持部が設けられる。

【0009】

さらに、本発明の手押し車は、交差角検知部の出力に基づいて、本体部のピッチ方向への角度変化が０となるように第１の駆動部を制御する第１の制御モードと、角度変化検知部の出力に基づいて、本体部のピッチ方向への角度変化が０となるように第１の駆動部を制御する第２の制御モードと、を有する制御部と、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える切替部と、を備えている。

【0010】

この構成においてユーザは、把持部を握る、或いは前腕等を把持部に載せ、手押し車を地面上で前後方向へ動かす。手押し車は、第１の制御モードにおいて倒立振子制御を行い、ユーザの歩行を補助する。

【0011】

そして、手押し車の第２の車輪だけを地面から浮かせて段差を乗り越えようとする場合、ユーザは、切替部によって第１の制御モードから第２の制御モードに切り替える。これにより、制御部は、制御モードを第１の制御モードから第２の制御モードに切り替える。また、ユーザが支持部をピッチ方向へ回転させる。そのため、支持部に支持されている第２の車輪もピッチ方向へ回転し、手押し車は、前輪である第２の車輪だけが地面から浮いたティッピング状態になる。このティッピング状態において制御部は、角度変化検知部の出力に基づいて第２の制御モードの倒立振子制御を行い、ユーザの歩行を補助する。

【0012】

手押し車をティッピング状態にした後、第２の車輪が段差の上方に到達するまで、ユーザは、手押し車を進行方向へ移動する。そして、第２の車輪が段差の上方に到達した後、ユーザは、把持部を持って、第１の車輪を段差上に乗り越えさせる。

【0013】

ここで、ユーザが手押し車の第２の車輪だけを地面から浮かせようとしたとき、交差角検知部から出力される本体部と支持部の交差角は変化する。

【0014】

しかし、第２の制御モードの倒立振子制御では制御部が、角度変化検知部の出力に基づいて、本体部の角度変化が０になるように第１の車輪の回転を制御している。すなわち、第２の制御モードの倒立振子制御では制御部が、交差角検知部の出力に基づいて倒立振子制御を行っていない。

【0015】

そのため、ユーザが手押し車の第２の車輪だけを地面から浮かせようとしたとき、交差角検知部の出力に基づいて第１の車輪が回転して手押し車が意図せず動くことが無くなる。

【0016】

したがって、手押し車によれば、ユーザが第２の車輪を地面から浮かせようとしたときに手押し車が意図せず動くことを防止できる。

【0017】

また、制御部は、第１の制御モードにおいて、交差角検知部および角度変化検知部の両方の出力に基づいて、本体部のピッチ方向への角度変化が０となるように第１の駆動部を制御する、ことが好ましい。

【0018】

この構成において、交差角検知部および角度変化検知部の両方の出力に基づいて倒立振子制御を行う第１の制御モードは、角度変化検知部の出力に基づいて倒立振子制御を行う第２の制御モードに比べて、精度の高い倒立振子制御を行うことができる。

【0019】

また、切替部は、支持部における本体部または第１の車輪の回転軸に支持されている側の端部に連結されている、ことが好ましい。

【0020】

この構成において、手押し車の第２の車輪だけを地面から浮かせて段差を乗り越えようとする場合、ユーザは、切替部を押下する。これにより、制御部は、制御モードを第１の制御モードから第２の制御モードに切り替える。さらに、切替部が押下することで、支持部における第１の車輪の回転軸または本体部に支持されていない側の端部がピッチ方向へ回転する。そのため、当該端部に設けられている第２の車輪もピッチ方向へ回転し、手押し車は、第２の車輪だけが地面から浮いたティッピング状態になる。

【0021】

また、本体部または第１の車輪の回転軸に対するピッチ方向への支持部の所定角度以上の回転を阻止する阻止部を備えることが好ましい。

【0022】

この構成においてユーザは、第２の車輪が段差の上方に到達した後、阻止部により阻止されるまで支持部が回転し、その支持部に支持されている第２の車輪をてこの支点にすることで、第１の車輪を段差上に持ち上げることができる。

【0023】

また、支持部を能動的にピッチ方向に回転させる第２の駆動部を備え、
制御部は、切替部によって第２の制御モードに切り替えられたとき、支持部をピッチ方向に回転させるよう第２の駆動部に指示する、ことが好ましい。

【0024】

この構成では、手押し車の第２の車輪だけを地面から浮かせて段差を乗り越えようとする場合、ユーザは、切替部を操作する。これにより、制御部は、制御モードを第１の制御モードから第２の制御モードに切り替えるとともに、支持部をピッチ方向へ第２の駆動部によって回転させる。すなわち、手押し車は、前輪である第２の車輪だけが地面から浮いたティッピング状態になる。

【0025】

したがって、この構成の手押し車によれば、切替部の操作により支持部が自動的にピッチ方向へ回転するため、ユーザの使い勝手が向上する。

【0026】

また、手押し車は、段差を検出する段差検出部を備え、前記切替部は、前記段差検出部の検出結果に基づいて、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切り替える態様としてもよい。この場合、自動で第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替えることができる。

【発明の効果】

【0027】

この発明によれば、ユーザが第２の車輪を地面から浮かせようとしたときに手押し車が意図せず動くことを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の第１実施形態である手押し車１００の外観斜視図である。

【図2】図１に示す手押し車１００の側面図である。

【図3】図１に示す手押し車１００の正面図である。

【図4】図１に示す手押し車１００の模式側面図である。

【図5】図１に示す手押し車１００のハードウェア構成を示すブロック図である。

【図6】図５に示す制御部２１の構成を示す制御ブロック図である。

【図7】図１に示す手押し車１００がユーザＵの歩行を補助している時の手押し車１００の模式側面図である。

【図8】図１に示す手押し車１００のティッピング時の模式側面図である。

【図9】図１に示す手押し車１００において前輪が段差Ｓを乗り越えた時の模式側面図である。

【図10】図１に示す手押し車１００において後輪が段差Ｓを乗り越える時の模式側面図である。

【図11】図１に示す手押し車１００において前輪および後輪が段差Ｓを乗り越えた時の模式側面図である。

【図12】本発明の第２実施形態である手押し車２００の模式側面図である。

【図13】本発明の第３実施形態である手押し車３００の模式側面図である。

【図14】手押し車１００Ａの外観斜視図である。

【図15】手押し車１００Ａのハードウェア構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本発明の第１実施形態である手押し車１００について説明する。

【0030】

図１は、本発明の第１実施形態である手押し車１００の外観斜視図である。図２は、図１に示す手押し車１００の側面図である。図３は、図１に示す手押し車１００の正面図である。図４は、図１に示す手押し車１００の模式側面図である。

【0031】

手押し車１００は、本体部１１０と、一対の主輪１１１と、支持部１１２と、補助輪１１３と、阻止部１１８と、切替レバー１１９と、傾斜角センサ２０と、ジャイロセンサ２４と、駆動部２５と、支持部用ロータリエンコーダ２７と、を備えている。

【0032】

この実施形態において手押し車１００は、高齢者、身障者等のユーザの歩行を補助する歩行補助車である。その他、手押し車１００は例えば、ベビーカーやショッピングカートとして利用される。

【0033】

なお、主輪１１１が、本発明の「第１の車輪」に相当する。補助輪１１３が、本発明の「第２の車輪」に相当する。切替レバー１１９が、本発明の「切替部」に相当する。また、ジャイロセンサ２４が、本発明の「角度変化検知部」に相当する。また、駆動部２５が、本発明の「第１の駆動部」に相当する。また、支持部用ロータリエンコーダ２７が、本発明の「交差角検知部」に相当する。

【0034】

一対の主輪１１１は、互いに対向するよう駆動軸に取り付けられ、同期して回転する。一つの補助輪１１３は、手押し車１００の進行方向Ｐに対して主輪１１１より前方で支持部１１２に回転可能に支持されている。そのため、手押し車１００では、一対の主輪１１１が後輪であり、一つの補助輪１１３が前輪である。また、各主輪１１１の直径は、補助輪１１３の直径より長い。駆動部２５は、支持部１１２の底面に設けられており、一対の主輪１１１を駆動する。

【0035】

なお、一対の主輪１１１は、それぞれ個別に駆動させ、回転させることも可能である。また、この実施形態においては、主輪１１１は２輪である例を示しているが、２輪に限られるものではない。同様に、補助輪１１３も１輪である例を示しているが、１輪に限られるものではない。

【0036】

本体部１１０は、鉛直方向へ延伸する枠状の部材である。本体部１１０には、ジャイロセンサ２４が取り付けられている。本体部１１０の一端は、一対の主輪１１１に対してピッチ方向へ回転可能に支持されている。また、本体部１１０の主輪１１１とは逆側の他端には円柱状の把持部１１６が設けられている。

【0037】

支持部１１２は、手押し車１００の進行方向Ｐに対して、水平な地面Ｇと平行に延びる板状の部材である。支持部１１２の上面には傾斜角センサ２０が取り付けられている。支持部１１２は、一対の主輪１１１の回転軸に対してピッチ方向に回転可能に支持されている。

【0038】

支持部１１２における主輪１１１に支持されている側の一端部には、詳細を後述する第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える切替レバー１１９が連結されている。また、支持部１１２における主輪１１１に支持されていない側の他端部の下方には、補助輪１１３が設けられている。これにより、主輪１１１と補助輪１１３の両方が地面Ｇに接するようになっている。

【0039】

また、支持部１１２の底面には、詳細を後述する支持部用ロータリエンコーダ２７と、阻止部１１８と、が設けられている。阻止部１１８は、一対の主輪１１１の回転軸に対するピッチ方向への支持部１１２の所定角度（例えば３０度）以上の回転を阻止する。

【0040】

なお、本実施形態における支持部１１２は、一対の主輪１１１の回転軸に対してピッチ方向に回転可能に支持されているが、これに限るものではない。実施の際の支持部１１２は、本体部１１０に対してピッチ方向に回転可能に支持されていてもよい。

【0041】

把持部１１６には、ユーザインタフェース（後述の図５に示すユーザＩ／Ｆ２８）が設けられている。ユーザＩ／Ｆ２８には、手押し車１００の電源スイッチ、等が設けられている。

【0042】

以上の構成においてユーザは、補助輪１１３側から把持部１１６を握る、或いは前腕等を把持部１１６に載せ、手押し車１００を地面Ｇ上で前後方向へ動かす。

【0043】

次に、手押し車１００の構成および基本動作について説明する。

【0044】

図５は、図１に示す手押し車１００のハードウェア構成を示すブロック図である。手押し車１００は、傾斜角センサ２０、制御部２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、ジャイロセンサ２４、駆動部２５、主輪用ロータリエンコーダ２６、支持部用ロータリエンコーダ２７、およびユーザＩ／Ｆ２８を備えている。

【0045】

制御部２１は、手押し車１を統括的に制御する機能部であり、ＲＯＭ２２に記憶されているプログラムを読み出し、当該プログラムをＲＡＭ２３に展開することで種々の動作を実現する。

【0046】

主輪用ロータリエンコーダ２６は、主輪１１１の回転角度を検知し、検知結果を制御部２１に出力する。制御部２１は、主輪用ロータリエンコーダ２６から入力される主輪１１１の回転角度を微分し、主輪１１１の角速度を算出する。

【0047】

支持部用ロータリエンコーダ２７は、本体部１１０と支持部１１２との成す角度である交差角を検知し、検知結果を制御部２１に出力する。

【0048】

傾斜角センサ２０は、鉛直方向に対する支持部１１２の傾斜角を検知し、制御部２１に出力する。

【0049】

ジャイロセンサ２４は、本体部１１０のピッチ方向（図１における主輪１１１の回転軸を中心とする回転方向）の角速度を検知し、制御部２１に出力する。

【0050】

なお、本実施形態では、交差角を検知する手段として、支持部用ロータリエンコーダ２７を用いる例を示したが、これに限るものではなく、その他どの様なセンサを用いてもよい。

【0051】

同様に、本実施形態では、本体部１１０のピッチ方向の傾斜角の角度変化を検知する手段として、ジャイロセンサ２４を用いる例を示したが、これに限るものではない。ジャイロセンサ２４の代わりに傾斜角センサ（不図示）を本体部１１０に備えている場合、当該傾斜角センサで検知した本体部１１０の傾斜角度を微分して本体部１１０の傾斜角速度を算出する。また、加速度センサを用いることも可能であるし、その他どの様なセンサを用いてもよい。

【0052】

制御部２１は、第１の制御モードと第２の制御モードとを有する。

【0053】

詳述すると、制御部２１は、第１の制御モードにおいて、ジャイロセンサ２４および支持部用ロータリエンコーダ２７の検知結果に基づいて、本体部１１０のピッチ方向の角度変化が０となるように、かつ本体部１１０の鉛直方向に対する傾斜角度が目標値（例えば、０や０に近い値）になるように、駆動部２５により主輪１１１を回転し、倒立振子制御を行う。

【0054】

一方、制御部２１は、第２の制御モードにおいて、ジャイロセンサ２４の検知結果に基づいて、本体部１１０のピッチ方向の角度変化が０となるように、かつ本体部１１０の鉛直方向に対する傾斜角度が目標値（例えば、０や０に近い値）になるように、駆動部２５により主輪１１１を回転し、倒立振子制御を行う。

【0055】

この倒立振子制御について以下詳述する。

【0056】

図６は、図５に示す制御部２１の構成を示す制御ブロック図である。

【0057】

制御部２１は、目標角速度計算部２１１、トルク指令生成部２１２、斜度推定部２１３、傾斜角度検出部２１４、および傾斜角速度検出部２１６、を有している。

【0058】

傾斜角度検出部２１４は、第１の制御モードにおいて、支持部用ロータリエンコーダ２７から出力された本体部１１０と支持部１１２の交差角θ２から、現時点の本体部１１０の傾斜角度θ１を算出する（図４参照）。

【0059】

詳述すると、前述のように、支持部１１２は、水平な地面Ｇと平行になるように主輪１１１の回転軸に支持されている。そのため、交差角θ２が９０度である場合に本体部１１０の傾斜角度θ１が０度になる。傾斜角度検出部２１４は、交差角θ２が大きくなる場合に本体部１１０が進行方向Ｐに対して後方に傾斜し、交差角θ２が小さくなる場合に本体部１１０が進行方向Ｐに対して前方に傾斜しているとして、現時点の本体部１１０の傾斜角度θ１を推定する。

【0060】

一方、傾斜角度検出部２１４は、第２の制御モードにおいて、ジャイロセンサ２４の出力値（傾斜角速度）を積分して、現時点の本体部１１０の傾斜角度θ１を算出する。

【0061】

そして、目標角速度計算部２１１は、予め設定された目標傾斜角度（ここでは、鉛直方向に対して０度より少し後方に傾いた傾斜角度）と、傾斜角度検出部２１４で算出された現時点の本体部１１０の傾斜角度θ１と、の差分値を入力し、この差分値が０となるような本体部１１０の傾斜角速度を算出する。

【0062】

傾斜角速度検出部２１６は、第１、第２の制御モードの両方において、ジャイロセンサ２４の出力に基づいて本体部１１０の傾斜角速度を算出する。

【0063】

なお、この実施形態では、現時点の本体部１１０の傾斜角速度がジャイロセンサ２４から入力されているが、これに限るものではない。実施の際、傾斜角速度検出部２１６は、第１の制御モードに限り、支持部用ロータリエンコーダ２７から入力された本体部１１０と支持部１１２の交差角θ２を微分して、現時点の本体部１１０の傾斜角速度を算出してもよい。

【0064】

そして、トルク指令生成部２１２は、目標角速度計算部２１１で算出された傾斜角速度と、傾斜角速度検出部２１６で算出された現時点の本体部１１０の傾斜角速度と、の差分値を入力し、この差分値が０となるような印加トルクを算出する。

【0065】

一方、斜度推定部２１３は、傾斜角センサ２０の値に基づいて推定した地面Ｇの傾斜角に応じて、当該地面Ｇの傾斜角によって生じる重力トルクを補償するためのオフセットトルクを算出する。

【0066】

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

【0067】

駆動部２５は、主輪１１１に取り付けられた軸を回転させるモータを駆動する。駆動部２５は、制御部２１から入力されたトルクを主輪１１１のモータに印加し、主輪１１１を回転させる。

【0068】

以上のようにして手押し車１００は、第１、第２の制御モードにおいて倒立振子制御を行い、本体部１１０が鉛直方向を向いている状態を維持する。そのため、ユーザが把持部１１６を握って把持部１１６を前方向へ押した場合でも、主輪１１１が回転して支持部１１２も前方向へ移動し、本体部１１０の姿勢は一定に保たれる。

【0069】

反対に、ユーザが把持部１１６を握って把持部１１６を後方向へ引いた場合でも、主輪１１１が回転して支持部１１２も後方向へ移動し、本体部１１０の姿勢は一定に保たれる。このようにして手押し車１００は、第１、第２の制御モードにおいて倒立振子制御を行い、ユーザの歩行を補助する。

【0070】

なお、ジャイロセンサ２４及び支持部用ロータリエンコーダ２７の両方の出力に基づいて倒立振子制御を行う第１の制御モードは、ジャイロセンサ２４の出力のみに基づいて倒立振子制御を行う第２の制御モードに比べて、精度の高い倒立振子制御を行うことができる。

【0071】

次に、ユーザＵが手押し車１００の補助輪１１３だけを地面Ｇから浮かせて段差Ｓを乗り越えようとする場面について説明する。

【0072】

図７は、図１に示す手押し車１００がユーザＵの歩行を補助している時の手押し車１００の模式側面図である。図８は、図１に示す手押し車１００のティッピング時の模式側面図である。図９は、図１に示す手押し車１００において前輪が段差Ｓを乗り越えた時の模式側面図である。図１０は、図１に示す手押し車１００において後輪が段差Ｓを乗り越える時の模式側面図である。図１１は、図１に示す手押し車１００において前輪および後輪が段差Ｓを乗り越えた時の模式側面図である。

【0073】

ここで、前述したように、手押し車１００では、一対の主輪１１１が後輪であり、一つの補助輪１１３が前輪である。また、本実施形態において段差Ｓの高さは、主輪１１１の半径より大きい高さとする。

【0074】

ユーザＵが第１の制御モードで手押し車１００に補助されて進行方向Ｐへ歩行しているとき、図７に示すように、大きな段差Ｓに差し掛かる場合がある。このとき、手押し車１００は、ジャイロセンサ２４及び支持部用ロータリエンコーダ２７の両方の出力に基づいて第１の制御モードの倒立振子制御を行い、ユーザＵの歩行を補助している。

【0075】

手押し車１００の補助輪１１３だけを地面Ｇから浮かせて段差Ｓを乗り越えようとする場合、ユーザＵは、切替レバー１１９を踏み、切替レバー１１９を押下する。これにより、制御部２１は、制御モードを第１の制御モードから第２の制御モードに切り替える。さらに、切替レバー１１９が押下することで、図８に示すように、支持部１１２における主輪１１１に支持されていない側の他端部がピッチ方向Ｑへ回転する。そのため、当該他端部に支持されている補助輪１１３もピッチ方向Ｑへ回転し、手押し車１００は、前輪である補助輪１１３だけが地面Ｇから浮いたティッピング状態になる。このティッピング状態において制御部２１は、ジャイロセンサ２４のみの出力に基づいて第２の制御モードの倒立振子制御を行い、ユーザＵの歩行を補助する。

【0076】

手押し車１００をティッピング状態にした後、図９に示すように一対の主輪１１１が段差Ｓに接触するまで、ユーザＵは、手押し車１００を進行方向Ｐへ移動する。

【0077】

そして、一対の主輪１１１が段差Ｓに接触したとき、ユーザＵは、図１０に示すようにてこの原理を利用して、一対の主輪１１１を段差Ｓ上に乗り越えさせる。

【0078】

詳述すると、支持部１１２の回転角度は、前述したように、阻止部１１８により所定角度（例えば３０度）の範囲内に制限されている。そのため、ユーザＵは、阻止部１１８により阻止されるまで支持部１１２が最大限回転し、その支持部１１２に支持されている補助輪１１３をてこの支点にすることで、一対の主輪１１１を段差Ｓ上に持ち上げることができる。

【0079】

図１１に示すように、補助輪１１３及び一対の主輪１１１が段差Ｓを乗り越えた後、ユーザＵは、切替レバー１１９を持ち上げて元の状態に戻し、補助輪１１３をピッチ方向Ｒへ回転させる。これにより、手押し車１００のティッピング状態が解消され、補助輪１１３及び一対の主輪１１１が段差Ｓの上面に接地する。また、制御部２１は、制御モードを第２の制御モードから第１の制御モードに切り替える。

【0080】

そのため、手押し車１００は、ジャイロセンサ２４及び支持部用ロータリエンコーダ２７の両方の出力に基づいて第１の制御モードの倒立振子制御を段差Ｓ上で行い、ユーザＵの歩行を補助する。

【0081】

ここで、図８に示すように、ユーザＵが手押し車１００の補助輪１１３だけを地面Ｇから浮かせようとしたとき、支持部用ロータリエンコーダ２７から出力される本体部１１０と支持部１１２の交差角θ２は変化する。

【0082】

しかし、第２の制御モードの倒立振子制御では制御部２１が、ジャイロセンサ２４のみの出力に基づいて、本体部１１０の角度変化が０になるように一対の主輪１１１の回転を制御している。すなわち、第２の制御モードの倒立振子制御では制御部２１が、支持部用ロータリエンコーダ２７の出力に基づいて、倒立振子制御を行っていない。

【0083】

そのため、ユーザＵが手押し車１００の補助輪１１３だけを地面Ｇから浮かせようとしたとき、支持部用ロータリエンコーダ２７の出力に基づいて一対の主輪１１１が回転して手押し車１００が意図せず動くことが無くなる。

【0084】

したがって、手押し車１００によれば、ユーザＵが補助輪１１３を地面Ｇから浮かせようとしたときに手押し車１００が意図せず動くことを防止できる。

【0085】

以下、本発明の第２実施形態である手押し車２００について説明する。

【0086】

図１２は、本発明の第２実施形態である手押し車２００の模式側面図である。

【0087】

第２実施形態の手押し車２００が第１実施形態の手押し車１００と相違する点は、切替レバー１１９の代わりに切替ワイヤー２１９を備える点である。切替ワイヤー２１９の一端は、把持部１１６に連結しており、切替ワイヤー２１９の他端は、支持部１１２における主輪１１１に支持されていない側の他端部に連結している。その他の構成については、手押し車１００と同じであるため、説明を省略する。

【0088】

この実施形態では、手押し車２００の補助輪１１３だけを地面Ｇから浮かせて段差Ｓを乗り越えようとする場合、ユーザＵは、把持部１１６側から切替ワイヤー２１９を手前に引っ張る。これにより、制御部２１は、制御モードを第１の制御モードから第２の制御モードに切り替える。さらに、支持部１１２における主輪１１１に支持されていない側の他端部が、切替ワイヤー２１９に引っ張られてピッチ方向へ回転する。すなわち、手押し車２００は、前輪である補助輪１１３だけが地面Ｇから浮いたティッピング状態になり、第２の制御モードで倒立振子制御を行う。

【0089】

したがって、手押し車２００によれば、手押し車１００と同様の効果を奏する。

【0090】

以下、本発明の第３実施形態である手押し車３００について説明する。

【0091】

図１３は、本発明の第３実施形態である手押し車３００の模式側面図である。

【0092】

第３実施形態の手押し車３００が第１実施形態の手押し車１００と相違する点は、切替レバー１１９の代わりに駆動部３１９及び切替スイッチを備える点である。駆動部３１９が、本発明の「第２の駆動部」に相当し、切替スイッチが、本発明の「切替部」に相当する。その他の構成については、手押し車１００と同じであるため、説明を省略する。

【0093】

詳述すると、支持部１１２には、支持部１１２を能動的にピッチ方向に回転させる駆動部３１９が設けられている。

【0094】

ユーザＩ／Ｆ２８には、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える切替スイッチが設けられている。

【0095】

制御部２１は、切替スイッチによって第２の制御モードに切り替えられたとき、支持部１１２をピッチ方向に回転させるよう駆動部３１９に指示する。

【0096】

そのため、この実施形態では、手押し車３００の補助輪１１３だけを地面Ｇから浮かせて段差Ｓを乗り越えようとする場合、ユーザＵは、切替スイッチを操作する。これにより、制御部２１は、制御モードを第１の制御モードから第２の制御モードに切り替えるとともに、支持部１１２における主輪１１１に支持されていない側の他端部をピッチ方向へ駆動部３１９によって回転させる。すなわち、手押し車３００は、前輪である補助輪１１３だけが地面Ｇから浮いたティッピング状態になり、第２の制御モードで倒立振子制御を行う。

【0097】

したがって、手押し車３００によれば、手押し車１００と同様の効果を奏する。さらに、手押し車３００では、切替スイッチの操作により支持部１１２が自動的にピッチ方向へ回転するため、ユーザの使い勝手が向上する。

【0098】

なお、手押し車３００においても、手押し車１００または手押し車２００のようにユーザが手動でティッピング状態に移行させる構成を備えていてもよい。

【0099】

次に、図１４は、段差検出部を備えた手押し車１００Ａの外観斜視図である。図１と共通する構成については同一の符号を付し、説明を省略する。図１５は、手押し車１００Ａの構成を示すブロック図である。図５と共通する構成については同一の符号を付し、説明を省略する。

【0100】

手押し車１００Ａは、段差検出部２９およびＬＥＤランプ３０を備えている。段差検出部２９は、進行方向の前方に存在する段差を検出する。段差検出部２９は、具体的には、レーザレーダ、ミリ波レーダ、または超音波センサ等の測距センサからなる。制御部２１は、段差検出部２９が検出した物標との距離が所定の値（例えば０．５ｍ）未満となった場合に、段差が存在すると判断する。あるいは、段差検出部２９は、カメラ等の撮像素子であってもよい。カメラ等による画像認識で段差を検出する場合、２台のカメラの画像差（視差）から段差までの距離を測定することも可能である。また、ショックセンサにより段差を検出することも可能である。制御部２１は、ショックセンサが障害物との接触を検知した場合、補助輪１１３が段差に接触したと判断する。

【0101】

制御部２１は、段差検出部２９により段差を検出した場合、ＬＥＤランプ３０を点灯または点滅させ、進行方向の前方に段差が存在する旨をユーザに報知することで、ティッピング状態への移行を促す。ただし、報知は、ＬＥＤランプ等の視覚的な表示による態様に限らず、「段差があります」等の音声により報知を行う態様であってもよい。

【0102】

さらに、制御部２１は、段差検出部２９により段差を検出した場合、制御モードを第１の制御モードから第２の制御モードに切り替える動作を行う。これにより、ユーザがティッピング状態に移行させるときに、主輪１１１が回転して手押し車１００が意図せず動くことは無い。

【0103】

なお、図１３に示した手押し車３００のように、駆動部３１９を備えている場合、制御部２１は、制御モードを第１の制御モードから第２の制御モードに切り替えるとともに、駆動部３１９によって補助輪１１３を地面Ｇから浮かせる動作を行ってもよい。この場合、制御部２１が本発明の「切替部」に相当することになる。

【0104】

そして、制御部２１は、段差検出部２９により段差を検出しなくなった場合、例えば自装置の移動距離が測距センサで測定した距離を超えた場合に第１の制御モードに復帰する。自装置の移動距離は、主輪用ロータリエンコーダ２６の値から算出することができる。あるいは、制御部２１は、所定時間経過後に第１の制御モードに復帰するか、またはユーザによるティッピングが解除されたときに第１の制御モードに復帰するようにしてもよい。

【0105】

最後に、前記実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0106】

２０…傾斜角センサ ２１…制御部 ２２…ＲＯＭ ２３…ＲＡＭ２４…ジャイロセンサ ２５…駆動部 ２６…主輪用ロータリエンコーダ ２７…支持部用ロータリエンコーダ
２８…ユーザインタフェース ２９…段差検出部 ３０…ＬＥＤランプ１００…手押し車 １１０…本体部 １１１…主輪 １１２…支持部１１３…補助輪
１１６…把持部 １１８…阻止部 １１９…切替レバー ２００…手押し車２１１…目標角速度計算部 ２１２…トルク指令生成部 ２１３…斜度推定部 ２１４…傾斜角度検出部２１６…傾斜角速度検出部 ２１９…切替ワイヤー ３００…手押し車 ３１９…駆動部
Ｇ…地面
Ｓ…段差 Ｕ…ユーザ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】