(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
移動機構と該移動機構を制御する制御装置とを有する移動体に設けられ、該移動体を移動させるための操作を受け付けるとともに操作量に応じた指令信号を該制御装置に対して出力する走行指令装置であって、
前記移動体の操作者が把持可能な操作レバーを有する操作入力部と、
前記操作者によって前記操作レバーに加えられた、前記移動体の前後方向と平行な方向の操作量を前後操作量として検出するとともに、前記移動体の前後方向と垂直な方向の操作量を左右操作量として検出する検出部と、
前記検出部で検出された操作量に応じた前後指令信号及び左右指令信号を生成して出力する指令信号生成部と、を備え、
前記指令信号生成部は、
前記前後操作量が0から予め設定された前後下限閾値に至るまでは、前記前後指令信号を出力しないか、又は中立範囲であることがわかる信号を出力するとともに、前記左右操作量が0から予め定められた左右下限閾値に至るまでは、前記左右指令信号を出力しないか、又は中立範囲であることがわかる信号を出力し、
前記前後操作量が予め定められた前後上限閾値を超えた場合は、前記前後上限閾値に対応する前記前後指令信号と同じ信号を出力するとともに、前記左右操作量が予め定められた左右上限閾値を超えた場合は、前記左右上限閾値に対応する前記左右指令信号と同じ信号を出力し、
前記前後下限閾値及び前記前後上限閾値は、前記左右操作量の値に応じて異なるように設定することが可能であり、
前記左右下限閾値及び前記左右上限閾値は、前記前後操作量の値に応じて異なるように設定することが可能であることを特徴とする走行指令装置。
前記前後上限閾値及び前記左右上限閾値は、前記操作入力部の機械的な構造によって決定される最大操作量を超えた値を設定することができることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の走行指令装置。
前記指令信号生成部は、前記前後操作量が前記前後下限閾値と前記前後上限閾値の間であった場合に、前記前後下限閾値をゼロ点とし前記前後上限閾値のときに前記前後指令信号が最大となる所定の関数によって算出した前記前後指令信号を出力するとともに、前記左右操作量が前記左右下限閾値と前記左右上限閾値の間であった場合に、前記左右下限閾値をゼロ点とし前記左右上限閾値のときに前記左右指令信号が最大となる所定の関数によって算出した前記左右指令信号を出力することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の走行指令装置。
前記前後下限閾値は、前記左右操作量の絶対値が大きくなるほど大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の走行指令措置。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の走行指令装置を具現化した実施形態について、図面を用いて説明するが、本発明の技術的範囲は、もちろんこれだけに限定されるものではない。なお、周知の技術に関しては、詳細な説明を省略する。
【0010】
まず、実施形態である走行指令装置1について、
図1を参照して説明する。
図1は、走行指令装置を概念的に示す説明図である。走行指令装置1は、主にジョイスティック10と、指令信号生成部20とで構成される。
【0011】
ジョイスティック10は、操作レバー11と、ベース部12と、検出部13とで構成される。操作レバー11は、操作者が把持可能となっており、下端がベース部12に固定され、下端を支点として周囲360°方向に向けて傾倒可能となっている。この操作レバー11とベース部12とを合わせたものが本発明における操作入力部に相当するものである。ベース部12は、図示しない移動体に取付けられるが、前後左右方向が決まっており、移動体の前後左右方向に合わせて取付けられる。なお、移動体には、移動機構と移動機構を制御する制御装置とが備えられている。
【0012】
検出部13は、ベース部12の内部に設けられ、操作レバー11の操作量(傾倒角)に関し、移動体の前後方向と平行な方向の操作量を前後操作量として検出するとともに、前記移動体の前後方向と垂直な方向の操作量を左右操作量として検出し、操作量信号を出力する。
【0013】
検出部13は、ポテンショメータや静電容量型センサなどを用いて、上下、左右への傾倒操作に応じて変化するアナログ信号が出力されるようになっている。ロータリエンコーダや圧電素子を利用したものを用いることもできる。
【0014】
検出部13と指令信号生成部20とは、IF30を介して電気的に接続されており、検出部13から出力された操作量信号は、IF30を介してA/D変換されて、指令信号生成部20に入力される。指令信号生成部20は、この入力信号から前後指令信号及び左右指令信号を生成して出力するコンピュータである。
【0015】
指令信号生成部20は、前後下限閾値を設定できるようになっており、前後操作量が0から前後下限閾値に至るまでは、前後指令信号を出力しないか、又は中立範囲であることがわかる信号を出力する。
また、指令信号生成部20は、左右下限閾値を設定できるようになっており、左右操作量が0から左右下限閾値に至るまでは、左右指令信号を出力しないか、又は中立範囲であることがわかる信号を出力する。
【0016】
また、指令信号生成部20は、前後上限閾値を設定できるようになっており、前後操作量が前後上限閾値を超えた場合は、前後上限閾値に対応する前後指令信号と同じ信号を出力する。
また、指令信号生成部20は、左右上限閾値を設定できるようになっており、左右操作量が左右上限閾値を超えた場合は、左右上限閾値に対応する左右指令信号と同じ信号を出力する。
【0017】
さらに、指令信号生成部20は、前後下限閾値及び前後上限閾値を、左右操作量の値に応じて異なるように設定することが可能であり、左右下限閾値及び左右上限閾値も、前後操作量の値に応じて異なるように設定することが可能であるようになっている。なお、指令信号生成部20が前後指令信号及び左右指令信号を生成する過程については、後述する。
【0018】
次に、前後下限閾値、左右下限閾値、前後上限閾値、左右上限閾値をどのように設定できるのか実施例を示して説明する。なお、図中の数字は、説明をわかりやすくするために、操作レバー11の操作量(傾倒角)の大きさを表したものであり、実際に検出部13から出力される操作量信号が0〜10の範囲というわけではない。なお、円は、操作レバー11の操作量(傾倒角)の機械構造的な限界を表したものである。
【0019】
(実施例1)
実施例1に係る走行指令装置について、
図2を参照して説明する。
図2は、実施例1に係る走行指令装置の実質的な操作範囲を示した説明図である。より具体的には、
図2(a)は、前後下限閾値、前後上限閾値を示したものであり、
図2(b)は、左右下限閾値、左右上限閾値を示したものである。
【0020】
図2に示すように、実施例1では、前下限閾値が左右0点付近では1となっており、左右10付近では2となっている。このように、下限閾値は、左右方向に平行な直線とするだけでなく、自由に設定できるようになっている。プログラミングの関係からいえば、少なくとも直線の組み合わせであることが望ましいが、曲線とすることも可能ではある。なお、実施例1では、後下限閾値は、左右の中心軸を中心として前下限閾値を上下対称にしたものであるが、これに限られないのはもちろんである。
【0021】
実施例1のように前後下限閾値が前記左右操作量の絶対値が大きくなるほど大きくなる(左右に行くほど拡がる)ように設定されていると、次のような効果がある。
例えば、走行中に前後方向の操作量を0とし、左右方向にだけ操作量を発生させた場合、ブレーキがかかるようになっている移動体があったとする。このような操作は緊急時に行うことが多く、左右方向の操作量が大きい場合(急ブレーキ)はなおさらである。しかし、前後方向の下限閾値が小さいと前後方向の操作量が0とならず、指令信号生成部からの指令信号がブレーキを示すものでなく、旋回を示すものとなってしまう可能性がある。この点、実施例1のような前後下限閾値であれば、そのような誤動作を防止することができる。
【0022】
また、例えば、静止中に左右方向にだけ操作量を発生させた場合、その場旋回を行う車椅子がある。このような車椅子の場合、静止しているときに左右に大きく操作量を発生させるときは、その場旋回をしたい場合が多い(ほんの少しだけ前進(又は後退)しながら旋回したいという場合は少ない)。この点、実施例1のような前後下限閾値であれば、操作者の意図と反する動作を防止することができる。
【0023】
また、
図2に示すように、実施例1では、前上限閾値が8となっており、後上限閾値が6となっている。このように、前後で異なる値とすることもできる。実施例1では、上限閾値は、左右方向に平行な直線となっているが、自由に設定できるのは、下限閾値の場合と同様である。
【0024】
実施例1のような設定では、例えば、操作レバー11を前方向に傾倒させる動作は問題ないが、後ろ方向へ傾倒させる動作はやや問題があるというような、体の不自由な操作者の場合に好適となる。
【0025】
また、
図2に示すように、実施例1では、左右下限閾値が上下0点付近では1となっており、それ以外は0.5となっている。また、上限閾値は、左右とも7となっている。実施例1では、このような設定であるが、自由に設定できるのは、前後下限閾値の場合と同様である。
【0026】
(実施例2)
実施例2に係る走行指令装置について、
図3を参照して説明する。
図3は、実施例2に係る走行指令装置の左右下限閾値を示した説明図である。
図3に示すように、実施例2は、左右下限閾値を任意に設定できるという点に特徴があるものである。
【0027】
左右の下限閾値を設定するというのは、前後の直進のしやすさ、いいかえると直進から左右への感性(敏感/鈍感)を設定するということである。すなわち、直進性感度設定と呼べるものである。実施例2では、設定値1のとき下限閾値0.02、設定値2のとき下限閾値0.08、設定値3のとき下限閾値0.16・・・設定値9のとき下限閾値3.3(MAX)というように設定値と下限閾値が対応しており(比例関係になっているわけではない)、設定値を上げるほど、中心から左右均等に直進帯の幅が拡がる(直進性感度が上がる)ようになっている。
【0028】
(実施例3)
実施例3に係る走行指令装置について、
図4を参照して説明する。
図4は、実施例3に係る走行指令装置の実質的な操作範囲を示した説明図である。より具体的には、
図4(a)は、前後下限閾値、前後上限閾値を示したものであり、
図4(b)は、左右下限閾値、左右上限閾値を示したものである。
【0029】
図4に示すように、実施例3では、前下限閾値が左右0点付近では5となっており、左右5付近では0.5となっている。また、後下限閾値は、左右の中心軸を中心として前下限閾値を上下対称にしたものとなっている。
【0030】
また、
図4に示すように、実施例3では、前上限閾値が6となっており、後上限閾値も6となっている。
【0031】
また、
図4に示すように、実施例3では、左右下限閾値が上下0点付近では5となっており、前後5付近では0.5となっている。上限閾値は、左右とも6となっている。
【0032】
実施例3のような設定では、例えば、移動体を屋外でのみ使用する電動車椅子とし、操作者が細かな動作ができない者であるような場合に好適となる。実施例3は、このような特徴を持つ仮想の操作者に対して、前後下限閾値、左右下限閾値、前後上限閾値、左右上限閾値を設定したものである。実施例3のような設定とした理由は、次のとおりである。
レバー操作の巧緻性が不十分であり、中立状態から操作し始める際に方向が定まりにくいが、ある程度レバーを倒せば意図した方向にレバーを操作できるため、全方向の下限値を中間位置である5とした。
また、生活環境から広い屋外のみでの使用となるので、速度調節の必要性が低く、最高速で走行し続ける方が都合が良いので、上限値を極力下限値に近づけるように設定した。
【0033】
(実施例4)
実施例4に係る走行指令装置について、
図5を参照して説明する。
図5は、実施例4に係る走行指令装置の実質的な操作範囲を示した説明図である。より具体的には、
図5(a)は、前後下限閾値、前後上限閾値を示したものであり、
図5(b)は、左右下限閾値、左右上限閾値を示したものである。
【0034】
図5に示すように、実施例4では、前下限閾値が左2と右2との間は3となっており、右2〜右4にかけては、3〜0.5に直線的に小さくなっている。それ以外は、0.5となっている。また、後下限閾値は、左2と右2との間は1となっており、右2〜右4にかけては、1〜0.5に直線的に小さくなっている。それ以外は、0.5となっている。
【0035】
また、
図5(a)に示すように、実施例4では、前上限閾値が6となっており、後上限閾値は3となっている。
【0036】
また、
図5(b)に示すように、実施例4では、左下限閾値は2となっている。右下限閾値は、前後0付近では4であり、それ以外は、ほぼ2となっている。左上限閾値は4、右上限閾値は5となっている。
【0037】
実施例4のような設定では、例えば、次のような場合に好適となる。移動体を電動車椅子とし、操作者は障害や病態により手指を動かせる範囲が狭くて、操作レバー11を前後左右の機構的限界まで倒し切ることができない者とする。このような者は、従来の走行指令装置では最高速度で走行することができない。また、障害や病態により前より後の方が操作しにくかったり、右より左の方が操作しにくかったりすることもある。特に上肢に麻痺がある者や、体幹が曲がっており椅子にまっすぐ座ることができない者にこのような傾向が強い。
【0038】
実施例4は、このような特徴を持つ仮想の操作者に対して、前後下限閾値、左右下限閾値、前後上限閾値、左右上限閾値を設定したものである。実施例4のような設定とした理由は、次のとおりである。
【0039】
前方向については、操作し始めが少し操作しすぎる傾向にあるため、前下限閾値を少し大きく設定した。また、操作レバー11を倒し切ることができないので、中間より少し倒したところで前方向の最高速度に達するように、前上限閾値を設定した。
【0040】
後方については、操作し始めは微妙な調整が可能なので、後下限閾値は小さく設定し、操作レバー11を倒し切ることができず、前方向よりも症状が重いので、中間より少し手前で後方向の最高速度に達するように、後上限閾値を設定した。
【0041】
右側については、体幹が少し右側に傾いたような座り方をしているとともに、操作し始めが少し操作しすぎるので、右下限閾値を少し大きく設定した。姿勢の傾きによって手を引く操作となり、引き代にも制限があるため、中間程度のところで右のその場旋回の最高速度に達するように右上限閾値を設定した。
【0042】
左側については、右側と同様な理由から左下限閾値と左上限閾値を設定しているが、姿勢が全体的に右に傾いているため、左上限閾値の設定値を右側よりも小さくしている。また、操作者は、操作レバー11を倒し切ることができず、機械構造的限界に操作レバー11を押し当てて固定することができないため、まっすぐ前進方向に倒しているつもりでもふらふらとしてしまうことがある。このため、左右下限閾値を比較的大きくし、左右の不感帯を広く設定してある。これにより、操作レバー11が固定できない操作でも直進を維持しやすくしている。また、ふらつき防止を、ローパスフィルタで処理している訳ではないので「遅れ」による違和感がない。
【0043】
次に、指令信号生成部20が指令信号を生成する過程について説明する。
【0044】
(下限閾値及び上限閾値の算出)
指令信号生成部20は、検出部13により操作量の検出が得られたか否かを微小な時間間隔で監視している。そして、検出部13から前後方向の操作量の情報と、左右方向の操作量の情報を受信したら、その左右方向の操作量に対する前後下限閾値と前後上限閾値を算出し、また、その前後方向の操作量に対する左右下限閾値と左右上限閾値を算出する。その結果、検出部13から受信した前後操作量が0から前後下限閾値の間である場合は、前記前後指令信号を出力しないか、又は中立範囲であることがわかる信号を出力するとともに、左右操作量が0から左右下限閾値の間である場合は、左右指令信号を出力しないか、又は中立範囲であることがわかる信号を出力する。
【0045】
(指令信号の生成)
指令信号生成部20は、前後操作量が前後下限閾値と前後上限閾値の間であった場合に、前後下限閾値をゼロ点とし前後上限閾値のときに前後指令信号が最大となる所定の関数によって算出した前後指令信号を出力するとともに、左右操作量が左右下限閾値と左右上限閾値の間であった場合に、左右下限閾値をゼロ点とし左右上限閾値のときに左右指令信号が最大となる所定の関数によって算出した左右指令信号を出力する。
また、前後操作量が所定の前後上限閾値を超えた場合は、前後上限閾値に対応する前後方向信号と同じ信号を出力するとともに、左右操作量が所定の左右上限閾値を超えた場合は、左右上限閾値に対応する左右指令信号と同じ信号を出力する。
【0046】
具体的な例として、実施例4の前後方向の場合について、
図5(a)、
図6を参照して説明する。
図6は、実施例4の前後方向の操作量と指令信号との関係を示した説明図である。まず、左右方向の操作量が0の場合の前後方向の操作量と指令信号の関係について説明する。
図5(a)に示したとおり、左右方向の操作量が0の場合の前下限閾値は3、後下限閾値は1である。そして、前上限閾値は6、後上限閾値は4である。上記のとおり、前後上限閾値のときに前後指令信号が最大となるのであるが、ここでは、説明をわかりやすくするために、前上限閾値のときの前指令信号が100(MAX)であるとし、後上限閾値のときの後指令信号が50であるとする。このように、上限閾値のときの指令信号は、必ずしもMAXである必要はない。このようにすることで、前方向に操作したときと後方向に操作したときとで操作量に対するスピードの出方に差を少なくさせ、後方向の最高速度を抑えることができる。
【0047】
この場合の、前後方向の操作量と指令信号との関係は、
図6のグラフaのようになっている。すなわち、指令信号生成部20は、前後下限閾値をゼロ点とし、前後上限閾値のときに前後指令信号が最大となる所定の関数(ここでは一次関数)によって算出した前後指令信号を出力する。このように下限閾値のときの指令信号を0とすることで、スムーズに発進することができる。なお、本実施例では、所定の関数を線形の一次関数としたが、非線形の関数としてもよい。
【0048】
また、前後操作量が前後上限閾値を超えた場合は、前後上限閾値に対応する信号と同じ信号を出力する(ここでは、前100、後50)。
【0049】
つぎに、左右方向の操作量が左方向に3の場合の前後方向の操作量と指令信号の関係について説明する。
図5(a)に示したとおり、左方向への操作量が3の場合の前下限閾値は0.5、後下限閾値も0.5である。そして、前上限閾値は6、後上限閾値は4である。
【0050】
この場合の、前後方向の操作量と指令信号との関係は、
図6のグラフbのようになっている。
【0051】
つぎに、左右方向の操作量が左方向に9の場合の前後方向の操作量と指令信号の関係について説明する。
図5(a)に示したとおり、左方向への操作量が9の場合の前後下限閾値は、左方向への操作量が3の場合と同じである。ここで、前方向への操作は、最高でも操作量4.2程度までしかできない(機械構造的限界のため)が、前上限閾値は、6として指令信号を計算している。このように、上限閾値を操作入力部11、12の機械的な構造によって決定される最大操作量を超えた値と設定してもよい。
【0052】
したがって、前後方向の操作量と指令信号との関係は、
図7のグラフcのようになる。
【0053】
下限閾値及び上限閾値、並びに指令信号の生成は、その都度計算して求めてもよいし、予め作成したテーブルデータをメモリ等に記憶しておき、検出部13のデータに応じてこのテーブルデータを参照して求めるようにしてもよい。
【0054】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した内容は、あくまでも本発明の一実施形態に関するものであって、本発明が上記内容に限定されることを意味するものではない。例えば、左右方向の上限閾値を平行ではなく、前操作量が大きくなるほど、小さくすることもできる。この場合、左右上限閾値に対応する左右指令信号は、一定ではなく、前操作量が大きくなるほど小さくなるようにするとよい。このようにすることで、前操作量が大きいとき(前方向速度が高いとき)の旋回速度を制限することができ、転倒を防止することができる。
【0055】
また、指令信号生成部20は、前後操作量及び左右操作量を所定の方法で補正し、補正後の前後操作量及び左右操作量に基づいて、前後指令信号及び左右指令信号を生成するようにしてもよい。たとえば、例えば、前方向に操作しているつもりでも少し傾いてしまう癖のある操作者の場合、予め0点を中心に回転させて補正するなどである。