(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023173321
(43)【公開日】2023-12-07
(54)【発明の名称】走行補助装置及び発進補助方法
(51)【国際特許分類】
A61G 7/08 20060101AFI20231130BHJP
G01L 5/1627 20200101ALI20231130BHJP
B62B 3/00 20060101ALI20231130BHJP
B60L 15/20 20060101ALI20231130BHJP
【FI】
A61G7/08
G01L5/1627
B62B3/00 G
B60L15/20 J
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022085488
(22)【出願日】2022-05-25
(71)【出願人】
【識別番号】000004204
【氏名又は名称】日本精工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】吉岡 弘人
(72)【発明者】
【氏名】勅使河原 誠一
【テーマコード(参考)】
2F051
3D050
4C040
5H125
【Fターム(参考)】
2F051AA17
2F051AB09
2F051DA03
2F051DB01
3D050AA01
3D050BB02
3D050DD03
3D050EE08
3D050EE15
4C040AA28
4C040BB03
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4C040EE08
5H125AA17
5H125AB01
5H125AC12
5H125BA09
5H125CA01
5H125CA08
5H125EE52
5H125EE57
(57)【要約】
【課題】走行器具と接続及び離脱可能な走行補助装置において発進動作を補助する。
【解決手段】走行補助装置1は、装置本体10を走行させる駆動輪20と、走行速度を測定する速度測定部と、本体部B1と本体部B1に支持される複数の従動輪B2とを備える走行器具に接続して走行器具からかかる荷重を受ける接続部(荷重受け部材130及び取り付け部材150)と、接続部にかかる荷重を検知するセンサ120と、各部を制御し、静止モードと加速モードと含む制御を実行する制御部22と、を備え、静止モードは、静止状態において実行され、駆動輪20を静止させるブレーキ制御と、接続部にかかる荷重を検知する荷重検知と、を含み、加速モードは、静止モードにおいて検知した荷重が第1閾値を超えた場合に静止モードから移行して実行され、荷重がかかる方向に所定速度まで加速するように駆動輪20を制御する加速制御と、走行速度を検知する速度検知と、を含む。
【選択図】
図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
装置本体に支持されて前記装置本体を走行させる駆動輪と、
走行速度を測定する速度測定部と、
本体部と前記本体部に支持される複数の従動輪とを備える走行器具に接続して前記走行器具からかかる荷重を受ける接続部と、
前記接続部にかかる前記荷重を検知する荷重センサと、
各部を制御し、静止モードと加速モードと含む制御を実行する制御部と、
を備え、
前記静止モードは、静止状態において実行され、前記駆動輪を静止させるブレーキ制御と、前記接続部にかかる荷重を検知する荷重検知と、を含み、
前記加速モードは、前記静止モードにおいて検知した前記荷重が第1閾値を超えた場合に静止モードから移行して実行され、前記荷重検知で検知した荷重がかかる方向に所定速度まで加速するように前記駆動輪を制御する加速制御と、走行速度を検知する速度検知と、を含む、
走行補助装置。
【請求項2】
前記制御部は、力フィードバックモードをさらに含む制御を実行し、
前記力フィードバックモードは、前記加速モードにおいて検知した前記走行速度が第2閾値を超えた場合に前記加速モードから移行して実行され、前記荷重検知と、前記速度検知と、前記荷重検知で検知した前記荷重の方向に走行するよう当該荷重の大きさに応じた回転トルクを前記駆動輪にかけるトルク制御と、を含む、
請求項1に記載の走行補助装置。
【請求項3】
前記制御部は、前記力フィードバックモードにおいて検知した前記荷重が第3閾値以下になりかつ検知した前記走行速度が第4閾値以下になった場合に、前記静止モードに移行する、
請求項2に記載の走行補助装置。
【請求項4】
前記接続部は、平面視形状が正方形状である基部を含み、
前記荷重センサは、前記接続部の基部を収容する溝部を有するセンサ取付部材に取り付けられる複数の荷重センサを含み、
複数の前記荷重センサは、
軸方向に交差する平面のうち第1方向に、前記基部を挟んで配置され、前記基部に接して前記基部の変位に応じた第1測定値を測定する第1センサ群と、
前記平面のうち前記第1方向に交差する第2方向に、前記基部を挟んで配置され、前記基部に接して前記基部の変位に応じた第2測定値を測定する第2センサ群と、
前記基部に接して前記基部の前記軸方向に沿う第3方向の変位に応じた第3測定値を測定する第3センサ群と、
を含む、
請求項1から3のいずれか1項に記載の走行補助装置。
【請求項5】
前記第1センサ群は、前記基部の前記第1方向に対向する2つの側面に対して2つずつ設けられ、各々の前記第1センサ群が前記第1測定値を測定することで2つの前記第1測定値を測定し、
前記第2センサ群は、前記基部の前記第2方向に対向する2つの側面に対して2つずつ設けられ、各々の前記第2センサ群が前記第2測定値を測定することで2つの前記第2測定値を測定する、
請求項4に記載の走行補助装置。
【請求項6】
前記荷重センサは、
四角環形状の板体である外枠と、
前記外枠の内周縁の一辺に連結して前記外枠の内周側に設けられる四角形状の板体である舌片と、
前記舌片の一方の面から突出して前記基部に接する突起部と、
を有し、
前記基部の同一の側面を支持する2つの荷重センサは、互いに前記突起部の前記第3方向の位置がずれるように前記センサ取付部材に取り付けられる、
請求項5に記載の走行補助装置。
【請求項7】
前記制御部は、前記第1測定値と、前記第2測定値と、前記第3測定値と、に基づいて、前記接続部にかかる3軸の荷重を算出する、
請求項4に記載の、走行補助装置。
【請求項8】
前記制御部は、前記第1測定値と、前記第2測定値と、前記接続部の所定の原点から前記基部と前記荷重センサとの接点までの距離と、前記接続部の前記第3方向回りの回転角度と、に基づいて、前記接続部にかかる前記第3方向回りのモーメントを算出する、
請求項4に記載の、走行補助装置。
【請求項9】
前記接続部は、
平面視形状が正方形状である基部と前記基部の上面から突出して軸方向に延びる接続ピン部とを含む荷重受け部材と、
前記走行器具に取り付けられ、前記接続ピン部が挿入可能な嵌合孔を有する取り付け部材と、
を備える、
請求項1から3のいずれか1項に記載の走行補助装置。
【請求項10】
前記接続ピン部は、
前記軸方向に視た形状が真円以外の形状を有する第1柱部を上端部に含み、
前記嵌合孔は、第1孔部、第2孔部、第3孔部が順に連通し、
前記第1孔部は、前記第2孔部に向かって徐々に小さくなるようなテーパ状の内壁を有し、
前記第2孔部は、前記第3孔部に向かって徐々に小さくなり、かつ前記第1孔部のテーパ比より小さいテーパ比のテーパ状の内壁を有し、
前記第3孔部は、前記接続ピン部の前記第1柱部が嵌合可能である、
請求項9に記載の走行補助装置。
【請求項11】
前記装置本体に対して一方向に移動可能に設けられる摺動部材と、
前記装置本体と前記荷重受け部材とを接続し、かつ前記摺動部材の移動に伴って前記荷重受け部材を前記装置本体に対して昇降させる昇降機構と、
前記摺動部材を前記装置本体に対して前記一方向に移動させる直動アクチュエータと、
をさらに備え、
前記荷重受け部材は、前記本体部の下面側に固定した前記取り付け部材の下方から上昇することで、前記取り付け部材を介して前記走行器具を保持可能、かつ下降することで前記取り付け部材及び前記走行器具から離脱可能である、
請求項9に記載の走行補助装置。
【請求項12】
前記走行器具の前記従動輪は、自在輪である、
請求項1から3のいずれか1項に記載の走行補助装置。
【請求項13】
装置本体に支持されて前記装置本体を走行させる駆動輪と、
走行速度を測定する速度測定部と、
本体部と前記本体部に支持される複数の従動輪とを備える走行器具に接続して前記走行器具からかかる荷重を受ける接続部と、
前記接続部にかかる前記荷重を検知する荷重センサと、
を備える走行補助装置において前記走行器具の発進を補助する発進補助方法であって、
静止状態において前記駆動輪を静止させる静止制御ステップと、
前記静止制御ステップにおいて前記接続部にかかる荷重が第1閾値を超えたか否かを判断するステップと、
前記接続部にかかる荷重が前記第1閾値を超えた場合、前記走行補助装置を当該荷重がかかる方向に加速させる加速制御ステップと、
を含む、発進補助方法。
【請求項14】
前記加速制御ステップにおいて前記走行速度が第2閾値を超えたか否かを判断するステップと、
前記走行速度が前記第2閾値を超えた場合、前記接続部にかかる荷重の方向に前記走行補助装置が走行するよう、当該荷重の大きさに応じた回転トルクを前記駆動輪にかける力フィードバック制御ステップと、
をさらに含む、請求項13に記載の発進補助方法。
【請求項15】
前記力フィードバック制御ステップにおいて前記接続部にかかる荷重が第3閾値以下になりかつ前記走行速度が第4閾値以下になった場合、前記静止制御ステップを再び実行する、
請求項14に記載の発進補助方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、走行補助装置及び発進補助方法に関する。
【背景技術】
【0002】
自在輪を有する台車、搬送用カート、移動ベッド、ストレッチャー等、搬送対象を載せ、操作者による手押し操作によって床面上を走行する走行器具の走行を補助する走行補助装置が知られている。走行補助装置は、操作者がかける力に応じて走行のための駆動力を付与することによって、操作者が走行器具を操作するための力を軽減させる。
【0003】
例えば、特許文献1には、台車前後に配置される操作部に対する操作加減に応じて駆動輪から台車に与える駆動力を制御する台車アシスト装置が開示されている。また、特許文献2には、外力検出センサ(ハンドルが連結されるロードセル)に加えられる外力に応じて、駆動輪(オムニホイール)の回転方向及び回転速度を制御するパワーアシスト機能を有する全方向移動台車が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2009-119954号公報
【特許文献2】特開2014-046890号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1、2に開示された発明は、走行器具自体が操作者による操作による外力を検知するためのハンドル等の操作部を備えるものであるため、走行補助機能を備えない既存の走行器具には適用できない。
【0006】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、走行器具と接続可能かつ離脱可能であって、走行器具の発進動作を補助することができる走行補助装置及び発進補助方法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】
【0007】
本発明の一態様に係る走行補助装置は、装置本体に支持されて前記装置本体を走行させる駆動輪と、走行速度を測定する速度測定部と、本体部と前記本体部に支持される複数の従動輪とを備える走行器具に接続して前記走行器具からかかる荷重を受ける接続部と、前記接続部にかかる前記荷重を検知する荷重センサと、各部を制御し、静止モードと加速モードと含む制御を実行する制御部と、を備え、前記静止モードは、静止状態において実行され、前記駆動輪を静止させるブレーキ制御と、前記接続部にかかる荷重を検知する荷重検知と、を含み、前記加速モードは、前記静止モードにおいて検知した前記荷重が第1閾値を超えた場合に静止モードから移行して実行され、前記荷重検知で検知した荷重がかかる方向に所定速度まで加速するように前記駆動輪を制御する加速制御と、走行速度を検知する速度検知と、を含む。
【0008】
従動輪の回転によって走行する走行器具を操作者が押し引きする等によって移動させる際には、静止摩擦力により、停止状態から動かす際に最も力を必要とする。この発進時において所定速度に達するまで、駆動輪を有し走行器具に接続した走行補助装置が、受けた荷重の方向に自動的に加速し、走行器具を接続部で引っ張ることによって、走行器具の停止状態から走行に移動する際の走り出しを補助することができる。また、静止状態において、駆動輪をブレーキ制御することによって、走行補助装置が静止した状態を維持するため、接続部が荷重を受けた際の荷重検知の感度を上げることができる。
【0009】
本発明の一態様に係る走行補助装置において、前記制御部は、力フィードバックモードをさらに含む制御を実行し、前記力フィードバックモードは、前記加速モードにおいて検知した前記走行速度が第2閾値を超えた場合に前記加速モードから移行して実行され、前記荷重検知と、前記速度検知と、前記荷重検知で検知した前記荷重の方向に走行するよう当該荷重の大きさに応じた回転トルクを前記駆動輪にかけるトルク制御と、を含む。
【0010】
このように、操作者による操作に基づく走行補助を実施する力フィードバックモードを、加速モードの後に実施することによって、操作者への負荷が最も大きくなる走行器具の走り出しにおいて操作者の負担を大きく軽減させることができる。また、走り出した後は、操作者の負担を軽減させつつ操作者が荷重をかける方向に走行器具が走行するよう補助することができる。
【0011】
本発明の一態様に係る走行補助装置において、前記制御部は、前記力フィードバックモードにおいて検知した前記荷重が第3閾値以下になりかつ検知した前記走行速度が第4閾値以下になった場合に、前記静止モードに移行する。
【0012】
これにより、一旦走行器具を停止させた後、再び走り出させる際でも、走り出しを補助することができる。
【0013】
本発明の一態様に係る走行補助装置において、前記接続部は、平面視形状が正方形状である基部を含み、前記荷重センサは、前記接続部の基部を収容する溝部を有するセンサ取付部材に取り付けられる複数の荷重センサを含み、複数の前記荷重センサは、軸方向に交差する平面のうち第1方向に、前記基部を挟んで配置され、前記基部に接して前記基部の変位に応じた第1測定値を測定する第1センサ群と、前記平面のうち前記第1方向に交差する第2方向に、前記基部を挟んで配置され、前記基部に接して前記基部の変位に応じた第2測定値を測定する第2センサ群と、前記基部に接して前記基部の前記軸方向に沿う第3方向の変位に応じた第3測定値を測定する第3センサ群と、を含む。
【0014】
走行器具から荷重を受ける接続部は、センサ取付部材に取り付けられた複数のセンサを介して4側面及び底面が支持され、複数の荷重センサによって、接続部の第1方向、第2方向、及び第3方向の変位に応じた第1測定値、第2測定値、及び第3測定値が測定される。これにより、例えば、制御部22が、荷重センサが測定した各測定値に基づいて3軸の荷重を算出可能である。したがって、走行補助装置は、走行器具からかかる荷重を3軸に分離して算出するための各測定値を測定することができる。また、走行補助装置は、荷重センサが取り付けられるセンサ取付部材の材質が限定されない。
【0015】
本発明の一態様に係る走行補助装置において、前記第1センサ群は、前記基部の前記第1方向に対向する2つの側面に対して2つずつ設けられ、各々の前記第1センサ群が前記第1測定値を測定することで2つの前記第1測定値を測定し、前記第2センサ群は、前記基部の前記第2方向に対向する2つの側面に対して2つずつ設けられ、各々の前記第2センサ群が前記第2測定値を測定することで2つの前記第2測定値を測定する。
【0016】
走行補助装置は、接続部に対して第3方向回りの回転方向にモーメントがかかった場合、基部の対向する側面に配置された4つの荷重センサのうち、対角状に位置する2つの荷重センサが押圧される。したがって、基部の各々の側面に2つずつの荷重センサを配置することで、例えば、制御部が、荷重センサが測定した各測定値、荷重センサまでの距離、第3方向回りの回転角度に基づいて、第3方向回りのモーメントを算出することが可能である。すなわち、走行補助装置は、走行器具からかかる荷重を4軸に分離して算出するための各測定値を測定することができる。
【0017】
本発明の一態様に係る走行補助装置において、前記荷重センサは、四角環形状の板体である外枠と、前記外枠の内周縁の一辺に連結して前記外枠の内周側に設けられる四角形状の板体である舌片と、前記舌片の一方の面から突出して前記基部に接する突起部と、を有し、前記基部の同一の側面を支持する2つのセンサは、互いに前記突起部の前記第3方向の位置がずれるように前記センサ取付部材に取り付けられる。
【0018】
これにより、基部の側面を支持する箇所が第3方向にバラつきができるので、センサ取付部材に対する基部を含む接続部の意図しない回転を抑制することができる。
【0019】
本発明の一態様に係る走行補助装置において、前記制御部は、前記第1測定値と、前記第2測定値と、前記第3測定値と、に基づいて、前記接続部にかかる3軸の荷重を算出する。
【0020】
走行補助装置は、走行器具と接続している状態において、走行器具からかかる荷重が、接続部にかかることで、走行器具からかかる荷重によって変位する接続部の変位に応じた第1測定値、第2測定値、及び第3測定値を測定する。走行補助装置は、各測定値に基づいて、制御部によって、3軸の荷重を算出可能である。
【0021】
本発明の一態様に係る走行補助装置において、前記制御部は、前記第1測定値と、前記第2測定値と、前記接続部の所定の原点から前記基部と前記センサとの接点までの距離と、前記接続部の前記第3方向回りの回転角度と、に基づいて、前記接続部にかかる前記第3方向回りのモーメントを算出する。
【0022】
走行補助装置は、接続部に対して第3方向回りの回転方向にモーメントがかかった場合、基部の対向する側面に配置された4つの荷重センサのうち、対角状に位置する2つの荷重センサが押圧される。したがって、基部の各々の側面に2つずつの荷重センサを配置することで、走行補助装置は、各測定値、荷重センサまでの距離、第3方向回りの回転角度に基づいて、制御部によって、第3方向回りのモーメントを算出可能である。これにより、走行補助装置は、第1方向、第2方向、及び第3方向にかかる荷重に加え、第3方向回りのモーメントを算出することができる。
【0023】
本発明の一態様に係る走行補助装置において、前記接続部は、平面視形状が正方形状である基部と前記基部の上面から突出して軸方向に延びる接続ピン部とを含む荷重受け部材と、前記走行器具に取り付けられ、前記接続ピン部が挿入可能な嵌合孔を有する取り付け部材と、を備える。
【0024】
走行補助装置は、荷重受け部材が、接続ピン部を有し、走行器具に取り付けられる取り付け部材が、接続ピン部が挿入可能な嵌合孔を有するので、走行器具との接続及び分離が容易に可能である。
【0025】
本発明の一態様に係る走行補助装置において、前記接続ピン部は、前記軸方向に視た形状が真円以外の形状を有する第1柱部を上端部に含み、前記嵌合孔は、第1孔部、第2孔部、第3孔部が順に連通し、前記第1孔部は、前記第2孔部に向かって徐々に小さくなるようなテーパ状の内壁を有し、前記第2孔部は、前記第3孔部に向かって徐々に小さくなり、かつ前記第1孔部のテーパ比より小さいテーパ比のテーパ状の内壁を有し、前記第3孔部は、前記接続ピン部の前記第1柱部が嵌合可能である。
【0026】
これにより、走行補助装置の接続部は、荷重受け部材と取り付け部材とを位置決めする際に、第1孔部で軸方向に交差する平面の2軸方向の位置決めをし、第2孔部で軸方向回りの回転方向の位置決めをし、第3孔部での嵌合で軸方向の1軸方向の位置決めをすることによって、一組の嵌合孔と接続ピン部との組み合わせのみで、4軸の位置決めが可能である。また、荷重受け部材は、第1孔部において取り付け部材に対して第2孔部の方向に移動すると、第1柱部の上端縁の1つの角状部が第1孔部の内壁に接触して内壁に案内されることで径中心方向に移動する。また、荷重受け部材は、第2孔部において取り付け部材に対して第3孔部の方向に移動すると、第1柱部の長径の両端部に位置する角状部が第2孔部の内壁に接触しながら第2孔部の角状部に向かって案内されることで軸中心回りに回転移動する。すなわち、接続部は、接続ピン部と嵌合孔とを対向させた状態から、接続ピン部を嵌合孔に挿通するだけで、軸方向に交差する平面の2軸方向、軸方向回りの回転方向、軸方向の1軸方向に順次位置決めされるので、容易に4軸の位置決めが可能である。
【0027】
本発明の一態様に係る走行補助装置は、前記装置本体に対して一方向に移動可能に設けられる摺動部材と、前記装置本体と前前記荷重受け部材とを接続し、かつ前記摺動部材の移動に伴って前記荷重受け部材を前記装置本体に対して昇降させる昇降機構と、前記摺動部材を前記装置本体に対して前記一方向に移動させる直動アクチュエータと、を備え、前記荷重受け部材は、前記本体部の下面側に固定した前記取り付け部材の下方から上昇することで、前記取り付け部材を介して前記走行器具を保持可能、かつ下降することで前記取り付け部材及び前記走行器具から離脱可能である。
【0028】
これにより、走行補助装置では、走行補助装置が走行器具の下に潜り込んで、荷重受け部材が下方から走行器具に取り付けられた取り付け部材に接続するので、右左折や旋回、前進と後進との切り換え等が容易であり、安定的な走行が可能である。また、走行器具への接続前に走行器具の下方に潜り込む際は、荷重受け部材を下降させることにより、走行補助装置の全高を小さくできるので、低床の走行器具にも対応が可能である。また、荷重受け部材を下降させることにより走行器具に取り付けられた取り付け部材との接続が容易に解除できるので、予め複数の取り付け部材を各々複数の走行器具に取り付けておけば、複数の走行器具を次々に搬送可能である。
【0029】
本発明の一態様に係る走行補助装置において、前記走行器具の前記従動輪は、自在輪である。
【0030】
自在輪は、発進時において、自在輪の軸方向に垂直な水平方向に押された場合に最も操作者への負荷が少なく、軸方向に押された場合に最も負荷が大きい。走行補助装置は、走行器具の静止状態において、荷重がかけられた方向に自動的に加速して、走り出しにおける操作者への負荷を軽減させるため、自在輪の軸方向に荷重がかけられた場合でも、走行器具を容易に発進させることができる。
【0031】
本発明の一態様に係る発進補助方法は、装置本体に支持されて前記装置本体を走行させる駆動輪と、走行速度を測定する速度測定部と、本体部と前記本体部に支持される複数の従動輪とを備える走行器具に接続して前記走行器具からかかる荷重を受ける接続部と、前記接続部にかかる前記荷重を検知する荷重センサと、を備える走行補助装置において前記走行器具の発進を補助する発進補助方法であって、静止状態において前記駆動輪を静止させる静止制御ステップと、前記静止制御ステップにおいて前記接続部にかかる荷重が第1閾値を超えたか否かを判断するステップと、前記接続部にかかる荷重が前記第1閾値を超えた場合、前記走行補助装置を当該荷重がかかる方向に加速させる加速制御ステップと、を含む。
【0032】
従動輪の回転によって走行する走行器具を操作者が押し引きする等によって移動させる際には、静止摩擦力により、停止状態から動かす際に最も力を必要とする。この発進時において所定速度に達するまで、駆動輪を有し走行器具に接続した走行補助装置が、静止制御ステップにおいて受けた荷重の方向に、加速制御ステップにおいて自動的に加速し、走行器具を接続部で引っ張ることによって、走行器具の停止状態から走行に移動する際の走り出しを補助することができる。また、静止制御ステップにおいて、駆動輪をブレーキ制御することによって、走行補助装置が静止した状態を維持するため、接続部が荷重を受けた際の荷重検知の感度を上げることができる。
【0033】
本発明の一態様に係る発進補助方法は、前記加速制御ステップにおいて前記走行速度が第2閾値を超えたか否かを判断するステップと、前記走行速度が前記第2閾値を超えた場合、前記接続部にかかる荷重の方向に前記走行補助装置が走行するよう、当該荷重の大きさに応じた回転トルクを前記駆動輪にかける力フィードバック制御ステップと、をさらに含む。
【0034】
このように、操作者による操作に基づく走行補助を実施する力フィードバック制御ステップを、加速制御ステップの後に実施することによって、操作者への負荷が最も大きくなる走行器具の走り出しにおいて操作者の負担を大きく軽減させることができる。また、走り出した後は、操作者の負担を軽減させつつ操作者が荷重をかける方向に走行器具が走行するよう補助することができる。
【0035】
本発明の一態様に係る発進補助方法は、前記力フィードバック制御ステップにおいて前記接続部にかかる荷重が第3閾値以下になりかつ前記走行速度が第4閾値以下になった場合、前記静止制御ステップを再び実行する。
【0036】
これにより、一旦走行器具を停止させた後、再び走り出させる際でも、走り出しを補助することができる。
【発明の効果】
【0037】
本発明によれば、対象物と接続可能かつ離脱可能であって、センサの取り付け部位の材質が限定されず、対象物からかかる荷重を測定することができる接続モジュール及び走行補助装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【
図1】
図1は、実施形態に係る走行補助装置の走行器具への接続前の状態を示す斜視図である。
【
図2】
図2は、実施形態に係る走行補助装置の構成例を示す斜視図である。
【
図4】
図4は、
図2に示す走行補助装置の昇降機構の構成例を示す斜視図である。
【
図5】
図5は、
図4の昇降機構の上昇状態を示す斜視図である。
【
図6】
図6は、
図5の状態における摺動部材の構成例を示す斜視図である。
【
図7】
図7は、実施形態に係る接続モジュールの構成例を示す分解斜視図である。
【
図8】
図8は、
図7に示す接続モジュールのセンサ取付部材の構成例を示す斜視図である。
【
図9】
図9は、
図7に示す接続モジュールにセンサを取り付けた状態を示す斜視図である。
【
図10】
図10は、
図7に示す接続モジュールの荷重受け部材の構成例を示す斜視図である。
【
図11】
図11は、
図9に示すセンサ取付部材及びセンサに
図10に示す荷重受け部材を取り付けた状態を示す断面図である。
【
図12】
図12は、
図7に示す接続モジュールのカバー部材の構成例を示す平面図である。
【
図13】
図13は、
図7に示す接続モジュールの取り付け部材の構成例を示す斜視図である。
【
図14】
図14は、X軸方向又はY軸方向に対向して配置されるセンサの回路図の一例である。
【
図15】
図15は、Z軸方向の上方に突起部を向けて配置されるセンサの回路図の一例である。
【
図16】
図16は、
図2に示す走行補助装置の走行器具への接続前の状態を一部断面で示す側面図である。
【
図17】
図17は、
図2に示す走行補助装置の走行器具への接続後の状態を一部断面で示す側面図である。
【
図18】
図18は、実施形態に係る走行補助装置による走行補助処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0039】
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【0040】
(実施形態)
[走行補助装置1の構成]
まず、実施形態に係る走行補助装置1の構成について、
図1から
図6までを参照して説明する。
図1は、実施形態に係る走行補助装置の走行器具への接続前の状態を示す斜視図である。
図2は、実施形態に係る走行補助装置1の構成例を示す斜視図である。
図3は、
図2に示す走行補助装置1の平面図である。
図4は、
図2に示す走行補助装置1の昇降機構40の構成例を示す斜視図である。
図5は、
図4の昇降機構40の上昇状態を示す斜視図である。
図6は、
図5の状態における摺動部材30の構成例を示す斜視図である。なお、これらの図において、発明に係る構成要素以外の構成要素は、適宜省略して図示される。また、以下の説明では、走行補助装置1の水平な長手方向(
図3の左右方向)を「前後方向」、短手方向(
図3の上下方向)を「幅方向」と言う。
【0041】
走行補助装置1は、走行器具B(
図16及び
図17参照)の下に潜り込んで下方から走行器具Bに接続し、走行器具Bの走行を補助する装置である。
図1に示すように、走行器具Bは、搬送対象を載せる本体部B1と、水平方向成分を含む外力が付与されることによって本体部B1を水平姿勢に維持して水平方向に移動させることが可能な複数の従動輪B2(自在輪)と、本体部B1の中央部に固定した後述の取り付け部材150と、ガイド部材B3と、ストッパーB4と、使用者が走行器具Bを操作するためのハンドルB5と、を備え、走行補助装置1が本体部B1の下に潜り込める隙間を有する。ガイド部材B3は、第1アームB31と、第1アームB31に並設した第2アームB32と、を有する。走行器具Bは、例えば、台車、搬送カート、移動ベッド、ストレッチャー等である。第2アームB32は、第1アームB31に交差せず、本体部B1の外側の一方向に向かって延びている。
【0042】
第1アームB31及び第2アームB32は、取り付け部材150を挟んで向かい合って設置され、第1アームB31及び第2アームB32の後端側が走行器具Bの進行方向に対して垂直の取り付け部材150の位置に固定されている。第1アームB31及び第2アームB32の先端側は、弓形状に外側に広がって延びている。第1アームB31と第2アームB32との間隔は、走行器具Bの下方の接続位置が最も小さくなるような構造である。
【0043】
第1アームB31及び第2アームB32は、取り付け部材150よりも突出しているため、後述で説明するように、接続モジュール100が走行器具Bへの接続前に走行器具Bの下方に潜り込む際に、接続モジュール100と取り付け部材150との間に空間が設けられることになる。接続モジュール100は、第1アームB31と第2アームB32との間に侵入し、第1アームB31及び第2アームB32は、走行器具Bに対する走行補助装置1の相対位置を走行器具Bの下方の接続位置に誘導する。
【0044】
ストッパーB4は、第1アームB31及び第2アームB32が設置された位置と反対側の位置に、取り付け部材150の両端側に設置されている。ストッパーB4同士間の幅は、接続モジュール100の横幅よりも狭く、接続モジュール100が取り付け部材150の真下にある状態で、接続モジュール100に当接し、走行補助装置1を停止させ、走行器具Bへの接続が可能となる。接続モジュール100が走行器具Bへの接続前に取り付け部材150の下方に潜り込む際に、走行器具Bに対する走行補助装置1の相対位置が接続位置からずれた位置にあるときに、走行器具Bの装置本体10の下面側中央部に配置したストッパーB4は、接続モジュール100の前方側側面に当接し、走行補助装置1を停止させることができる。これにより、ストッパーB4は、接続モジュール100が取り付け部材150の下を通り越さないようにすることができる。
【0045】
図2に示すように、実施形態の走行補助装置1は、装置本体10と、4つの駆動輪20と、摺動部材30と、昇降機構40と、直動アクチュエータ50と、接続モジュール100と、を備える。
【0046】
装置本体10は、水平姿勢の板状の基台11上に、駆動輪20、摺動部材30、昇降機構40、及び直動アクチュエータ50等の走行補助装置1の主な構成要素を支持する。基台11には、各々の駆動輪20の一部を基台11より下方に露出させるための駆動輪用開口11aが形成されている。また、基台11は、各々の駆動輪20の回転軸を支持する4組8つの駆動輪支持部12と、直動アクチュエータ50の固定部51(
図4等参照)を基台11に固定するアクチュエータ支持部13と、基台11に設けられる他の構成要素の各種支持部材と、を有する。
【0047】
また、装置本体10は、基台11に設けられる構成要素の側方及び上方を覆うカバー部材15を有する。カバー部材15は、昇降機構用開口15aを有する。昇降機構用開口15aは、カバー部材15の上面15bの中央部分に設けられる。昇降機構用開口15aからは、後述の接続モジュール100が昇降に伴って出没する。実施形態の走行補助装置1において、駆動輪20の走行面との接地面からカバー部材15の上面15bまでの高さは、125mmである。装置本体10は、基台11とカバー部材15とが略直方体形状の筐体をなす。
【0048】
駆動輪20は、実施形態において、装置本体10に対して前後左右に合計4つ設けられる。駆動輪20は、実施形態において、全方向移動が可能なメカナムホイールであるが、例えば、オムニホイールであってもよい。各々の駆動輪20は、基台11に固定された駆動輪支持部12によって、回転軸回りに回動可能に設けられる。1組の駆動輪支持部12は、実施形態において、1つの駆動輪20を挟み対向して配置される2つの支持部材を含む。支持部材は、1つの駆動輪20の回転軸の両端部を各々支持する。走行補助装置1は、走行速度を測定する速度測定部を含む。速度測定部は、装置本体10等に別途設けられる加速度センサを含んでもよいし、後述の回転アクチュエータ21の位置検出器を含んでもよい。
【0049】
駆動輪20は、回転アクチュエータ21から回転駆動力が伝達される。回転アクチュエータ21は、各々の駆動輪20を駆動する4つの回転アクチュエータ21を含む。回転アクチュエータ21は、例えば、BLDC(Brush-Less Direct-Current)モータを含む。回転アクチュエータ21は、実施形態において、オドメトリによって速度推定を行うためのロータリエンコーダやホールセンサ等の位置検出器を備える。回転アクチュエータ21は、実施形態において、前後に配置される駆動輪20の間に空間において、出力軸が駆動輪20の回転軸と平行となるように駆動輪20に隣接して配置され、プーリ及びベルト等を介して駆動輪20にトルクを伝達する。回転アクチュエータ21は、モータドライバによって制御される。モータドライバは、例えば、走行補助装置1の各構成を制御する制御部22に含まれる。
【0050】
制御部22は、CPU(Central Processing Unit)等のマイクロプロセッサを有する演算処理部、ROM(Read Only Memory)又はRAM(Random Access Memory)等のメモリ、記憶部、及び入出力インターフェース装置等のハードウェア資源を備える。制御部22の機能は、記憶部に格納された所定のプログラムを演算処理部が実行することで実現される。
【0051】
また、制御部22は、例えば、所定のプログラムが実行されることで、後述の直動アクチュエータ50の駆動源を駆動させる。また、制御部22は、例えば、所定のプログラムが実行されることで、後述の荷重受け部材130にかかる3軸の荷重F
x、F
y、F
zを算出する。また、制御部22は、例えば、所定のプログラムが実行されることで、後述の
図18に示すフローチャートに従って、静止モード、加速モード、及び力フィードバックモードの制御を実行する。また、制御部22は、実施形態において、回転アクチュエータ21のロータリエンコーダによる測定結果に基づいて、走行補助装置1の走行速度を算出する。なお、速度測定部が加速度センサを含む場合、制御部22は、加速度センサが測定した加速度に基づいて、走行補助装置1の走行速度を算出してもよい。制御部22は、演算処理部による演算結果に従って、各構成要素に各種機能を実行させる制御信号を出力し、演算結果を外部へ出力する。
【0052】
制御部22は、実施形態において、装置本体10の前後方向の一方の端部側であって、後述の直動アクチュエータ50の固定部51の上方に配置される。モータドライバは、例えば、4つ配置される。また、回転アクチュエータ21及びモータドライバを含む制御部22は、バッテリ23から電力が供給されて駆動する。バッテリ23は、装置本体10の前後方向の他方の端部側に配置される。さらに、装置本体10には、非常停止ボタン24と、リレースイッチ25と、が設けられる。走行補助装置1は、非常停止ボタン24が操作者によって押されると、リレースイッチ25が主電源を切り、バッテリ23からの電力供給が停止される。
【0053】
摺動部材30は、装置本体10の基台11に対して前後方向に移動可能に設けられる。摺動部材30は、例えば、水平姿勢かつ前後方向に平行に設けられるガイドレールに沿って移動可能なように設けられてもよい。摺動部材30は、一対のガイド軸部31と、被固定部32と、を有する。
【0054】
ガイド軸部31は、装置本体10の幅方向に延びる軸部材である。ガイド軸部31は、後述の昇降機構40の一対のガイド孔41bに各々挿通する摺動軸部材44bと同芯かつ一体に設けられるか、摺動軸部材44bに固定されるか、あるいは摺動軸部材44bと共用で設けられる。摺動部材30は、ガイド軸部31及び摺動軸部材44bがガイド孔41b内を移動可能な範囲で、基台11に対して前後方向に移動可能である。
【0055】
被固定部32には、後述の直動アクチュエータ50の可動部52が固定される。摺動部材30は、直動アクチュエータ50が駆動して伸縮することによって、可動部52とともに基台11に対して前後方向に移動する。
【0056】
摺動部材30は、実施形態において、平面視形状が、直動アクチュエータ50に固定される被固定部32が凹状部33となるコ字形状に形成される。すなわち、被固定部32に対して、直動アクチュエータ50が収縮する方向の端部が二叉となる形状を有する。ガイド軸部31は、二叉の端部に各々設けられる。摺動部材30は、凹状部33がガイド軸部31に対して、直動アクチュエータ50の伸長する方向に設けられる。すなわち、摺動部材30は、昇降機構40との接続部に対して、直動アクチュエータ50の可動部52との接続部が、直動アクチュエータ50が伸長する方向に位置するように形成される。
【0057】
昇降機構40は、実施形態において、X状のリンクを含むシザースリンク機構を含む。昇降機構40は、装置本体10の基台11と後述の接続モジュール100とを接続し、かつ接続モジュール100の水平姿勢を維持した状態で上下動可能に支持する。昇降機構40は、摺動部材30の前後方向の移動に伴って、接続モジュール100を装置本体10に対して昇降させる。実施形態の昇降機構40は、基台固定部41と、接続機構固定部42と、第1リンクアーム43と、第2リンクアーム44と、中央軸部材45と、を含む。
【0058】
基台固定部41は、装置本体10の基台11に対して固定される。基台固定部41は、実施形態において、前後方向に延びる断面L字形状の一対の支持フレームを含む。基台固定部41は、L字の底面部分が、基台11に固定される。基台固定部41は、L字の底面部分の幅方向の一方の端辺から上方に折り曲げたフランジ部に、軸孔41aと、ガイド孔41bと、を有する。
【0059】
軸孔41aは、前後方向に延びる基台固定部41の直動アクチュエータ50が伸長する方向の端部に設けられる丸孔である。軸孔41aは、水平姿勢かつ装置本体10の幅方向に貫通して設けられる。軸孔41aには、第1リンクアーム43の下端側に設けられる回転軸部材43aが挿通する。
【0060】
ガイド孔41bは、前後方向に延びる基台固定部41の直動アクチュエータ50が収縮する側の端部から中央に亘って設けられる長孔である。ガイド孔41bは、水平姿勢かつ装置本体10の幅方向に貫通して設けられる。ガイド孔41bには、第2リンクアーム44の下端側に設けられる摺動軸部材44bが挿通する。
【0061】
接続機構固定部42は、後述の接続モジュール100の下端に位置するセンサ取付部材110に対して固定される。接続機構固定部42は、実施形態において、前後方向に延びる断面逆L字形状の一対の支持フレームを含む。接続機構固定部42は、倒L字の天面部分が、センサ取付部材110に固定される。接続機構固定部42は、倒L字の天面部分の幅方向の一方の端辺から下方に折り曲げたフランジ部に、軸孔42aと、ガイド孔42bと、を有する。
【0062】
軸孔42aは、前後方向に延びる接続機構固定部42の直動アクチュエータ50が伸長する方向の端部に設けられる丸孔である。軸孔42aは、水平姿勢かつ装置本体10の幅方向に貫通して設けられる。軸孔42aには、第2リンクアーム44の上端側に設けられる回転軸部材44aが挿通する。
【0063】
ガイド孔42bは、前後方向に延びる接続機構固定部42の直動アクチュエータ50が収縮する側の端部から中央に亘って設けられる長孔である。ガイド孔42bは、水平姿勢かつ装置本体10の幅方向に貫通して設けられる。ガイド孔42bには、第1リンクアーム43の上端側に設けられる摺動軸部材43bが挿通する。
【0064】
第1リンクアーム43は、基台固定部41と接続機構固定部42とを連結する。第1リンクアーム43は、長手方向の下端部に設けられた回転軸部材43aを介し、基台固定部41に対して、装置本体10の幅方向に平行な軸回りに回動可能に支持される。回転軸部材43aは、基台固定部41に設けられた軸孔41aに挿通する。回転軸部材43aは、例えば、ピン部材である。
【0065】
第1リンクアーム43は、長手方向の上端部に設けられた摺動軸部材43bを介し、接続機構固定部42に対して、装置本体10の前後方向に摺動可能かつ装置本体10の幅方向に平行な軸回りに回動可能に支持される。摺動軸部材43bは、接続機構固定部42に設けられたガイド孔42bに挿通する。摺動軸部材43bは、例えば、ピン部材である。
【0066】
第2リンクアーム44は、基台固定部41と接続機構固定部42とを連結する。第2リンクアーム44は、長手方向の上端部に設けられた回転軸部材44aを介し、接続機構固定部42に対して、装置本体10の幅方向に平行な軸回りに回動可能に支持される。回転軸部材44aは、接続機構固定部42に設けられた軸孔42aに挿通する。回転軸部材44aは、例えば、ピン部材である。
【0067】
第2リンクアーム44は、長手方向の下端部に設けられた摺動軸部材44bを介し、基台固定部41に対して、装置本体10の前後方向に摺動可能かつ装置本体10の幅方向に平行な軸回りに回動可能に支持される。摺動軸部材44bは、基台固定部41に設けられたガイド孔42bに挿通する。摺動軸部材44bは、摺動部材30のガイド軸部31と同芯であるように、ガイド軸部31に固定される。摺動軸部材44bは、例えば、ボルトである。
【0068】
中央軸部材45は、第1リンクアーム43及び第2リンクアーム44の各々の長手方向の中央部同士を、回動可能に連結する。中央軸部材45は、例えば、ピン部材である。
【0069】
直動アクチュエータ50は、装置本体10の前後方向に伸縮する一軸アクチュエータである。直動アクチュエータ50は、例えば、装置本体10に搭載される制御装置(制御部22)が駆動源を駆動させることによって、駆動源の駆動力により伸縮する。直動アクチュエータ50は、固定部51と、可動部52と、を含む。
【0070】
固定部51は、実施形態において、軸心が水平姿勢かつ装置本体10の前後方向に平行な筒形状のハウジングである。固定部51は、長手方向の一方の端部が開口し、可動部52の一部を内部に収容する。固定部51は、長手方向の他方の端部が、装置本体10の基台11に設けられたアクチュエータ支持部13に固定される。
【0071】
可動部52は、実施形態において、軸心が水平姿勢かつ装置本体10の前後方向に平行なシャフトである。可動部52は、長手方向の一方の端部側の一部が、固定部51の内部に収容される。可動部52は、長手方向の他方の端部が、摺動部材30の被固定部32に固定される。
【0072】
可動部52は、固定部51及び装置本体10に対して前後方向に直動移動可能である。可動部52は、直動アクチュエータ50が伸縮することによって、固定部51及び装置本体10に対して前後方向に直動移動する。直動アクチュエータ50は、可動部52が前後方向に直動移動することによって、摺動部材30を前後方向に直動移動させる。
【0073】
[接続モジュール100の構成]
次に、実施形態に係る接続モジュール100の構成について、
図7から
図13までを参照して説明する。
図7は、実施形態に係る接続モジュール100の構成例を示す分解斜視図である。なお、以下の説明では、水平な一方向をX軸方向といい、X軸方向に直交する水平な交差方向をY軸方向といい、X軸方向及びY軸方向に直交する垂直方向をZ軸方向という。また、Z軸回りの回転方向をθ回転方向という。
【0074】
接続モジュール100は、接続モジュール100にかかる荷重をX軸方向、Y軸方向、Z軸方向、及びZ軸回りに分離して測定する。実施形態の接続モジュール100は、さらにZ軸回りのモーメントを測定する。また、実施形態の接続モジュール100は、走行補助装置1の装置本体10側と走行器具B(
図16及び
図17参照)とを接続する接続機構としての機能を備える。
【0075】
接続モジュール100は、実施形態において、センサ取付部材110と、複数のセンサ120と、荷重受け部材130と、カバー部材140と、取り付け部材150と、感圧センサ160と、緩衝材170と、を備える。接続モジュール100は、センサ取付部材110、複数のセンサ120、荷重受け部材130、カバー部材140、感圧センサ160、及び緩衝材170が、取り付け部材150と分離可能である。センサ取付部材110、複数のセンサ120、荷重受け部材130、及びカバー部材140は、摺動部材30の前後方向への移動に伴い昇降機構40によって昇降する。
【0076】
図8は、
図7に示す接続モジュール100のセンサ取付部材110の構成例を示す斜視図である。センサ取付部材110は、実施形態において、平面視形状が角丸の正方形状である略四角柱形状に形成されている。センサ取付部材110は、接続モジュール100の基部となる部分であって、昇降機構40の接続機構固定部42に固定される。センサ取付部材110は、例えば、底面及び側面を接続機構固定部42に支持された状態で取り付けられる。センサ取付部材110は、摺動部材30の前後方向の移動に伴って、昇降機構40を介し、装置本体10に対して昇降する。センサ取付部材110には、複数のカバー固定ねじ穴111と、ピン脚収容溝部112と、8つのセンサ取付スリット113と、2つのセンサ取付凹部114と、配線穴115と、が形成される。
【0077】
カバー固定ねじ穴111は、
図7及び後述の
図12に示すカバー部材140をセンサ取付部材110の上面110a側に固定するためのねじが挿通される穴である。カバー固定ねじ穴111は、センサ取付部材110の上面110a側から、Z軸方向の下方に向かって形成される。カバー固定ねじ穴111は、実施形態において、4つ設けられる。4つのカバー固定ねじ穴111は、平面視におけるセンサ取付部材110の4角近傍の位置に形成される。
【0078】
ピン脚収容溝部112は、後述の荷重受け部材130の脚部135を収容するための溝である。ピン脚収容溝部112は、センサ取付部材110の上面110aから下方に凹状かつ平面視が四角環形状に設けられる。センサ取付部材110は、平面視において、ピン脚収容溝部112の内周より内側の部分が、センサ取付部材110の上面110aにおけるZ軸方向の高さより低く形成される。
【0079】
8つのセンサ取付スリット113は、各々後述のセンサ120が挿通して取り付けられる穴である。各々のセンサ取付スリット113は、センサ取付部材110の上面110aに細長い開口部を有し、上面110a側からZ軸方向下方に向かって形成される。センサ取付スリット113は、平面視において、センサ取付部材110の外周とピン脚収容溝部112の外周との間であって、ピン脚収容溝部112の外周に細長い開口部の長手方向が沿うように形成される。各々のセンサ取付スリット113には、センサ120の検出部がピン脚収容溝部112側に向いた状態で露出するように、ピン脚収容溝部112側にセンサ用開口113aが形成されている。
【0080】
8つのセンサ取付スリット113は、ピン脚収容溝部112の外周近傍に取り付けられるセンサ120が均等に配置されるように形成される。すなわち、8つのセンサ取付スリット113は、センサ取付部材110の中心に対して、X軸方向に線対称、Y軸方向に線対称、Z軸回りに90°の点対称、かつZ軸方向の高さが同一であるように形成される。具体的には、センサ取付スリット113は、ピン脚収容溝部112の外周の4辺各々の近傍に2つずつ形成される。
【0081】
2つのセンサ取付凹部114は、後述のセンサ120が取り付けられる凹部である。各々のセンサ取付凹部114は、センサ取付部材110のピン脚収容溝部112の内周より内側の部分の上面110bから下方に向かって凹状に形成される。各々のセンサ取付凹部114には、センサ120の検出部が上方を向いた状態でセンサ取付凹部114に固定するための爪部114aが形成されている。爪部114aは、センサ取付凹部114の縁から、平面視で内側に向かって突出してセンサ120の上面側の一部を覆うように形成される。
【0082】
2つのセンサ取付凹部114は、取り付けられるセンサ120が均等に配置されるように形成される。すなわち、2つのセンサ取付凹部114は、センサ取付部材110の中心に対して、X軸方向に線対称、Y軸方向に線対称、かつZ軸方向の高さが同一であるように形成される。具体的には、センサ取付凹部114は、Y軸方向に並んで2つ形成される。
【0083】
配線穴115は、センサ120に接続する配線が通る溝及び孔である。センサ取付スリット113に取り付けられたセンサ120に接続する配線は、センサ取付スリット113からピン脚収容溝部112の外周側の内壁に沿って形成された溝を通ってピン脚収容溝部112の底面112aに延びる。
【0084】
また、センサ取付凹部114に取り付けられたセンサ120に接続する配線は、センサ取付凹部114からピン脚収容溝部112の内周より内側の部分の上面110b及びピン脚収容溝部112の内周側の内壁に沿って形成された溝を通ってピン脚収容溝部112の底面112aに延びる。各々の配線は、ピン脚収容溝部112の底面112aと荷重受け部材130の脚部135の下面131bとの間(後述の
図11参照)を這うように配線され、ピン脚収容溝部112の底面112aに形成された孔を経由して、接続モジュール100の外部の他素子に接続する。
【0085】
図9は、
図7に示す接続モジュール100にセンサ120を取り付けた状態を示す斜視図である。複数のセンサ120は、実施形態において、荷重を検出するひずみゲージ式のロードセルを含む。1つのセンサ120(ロードセル)は、2つのひずみゲージを有している。各々のセンサ120は、外枠120aと、舌片120bと、を有する(
図7参照)。
【0086】
外枠120aは、四角環形状の板体である。舌片120bは、外枠120aの内周側に設けられる四角形状の板体である。舌片120bは、一辺が、外枠120aの内周縁の一辺に連結して、外枠120aと一体で設けられる。舌片120bの両面には、各々ひずみゲージが1つずつ設けられる。また、舌片120bの一方の面の中心には、後述の荷重受け部材130と接する突起部120cが形成されている。舌片120bは、突起部120cを介して押圧されることで外枠120aとの連結部を中心に揺動する。この際のひずみに基づいて、センサ120は、面に垂直な方向に加わった荷重を検出する。
【0087】
複数のセンサ120は、第1センサ群と、第2センサ群と、第3センサ群と、を含む。第1センサ群は、荷重受け部材130の基部131を水平な一方向(例えば、Y軸方向)に挟んで支持する。第2センサ群は、荷重受け部材130の基部131を水平かつ一方向に直交する交差方向(例えば、X軸方向)に挟んで支持する。第3センサ群は、荷重受け部材130の基部131を一方向及び交差方向に直交する垂直方向(Z軸方向)の下方から支持する。
【0088】
第1センサ群は、実施形態において、第1正センサ121p及び第2正センサ122pと、第1負センサ121n及び第2負センサ122nと、の4個のロードセルを含む。第2センサ群は、実施形態において、第3正センサ123p及び第4正センサ124pと、第3負センサ123n及び第4負センサ124nと、の4個のロードセルを含む。第3センサ群は、実施形態において、第5センサ125及び第6センサ126の2個のロードセルを含む。すなわち、実施形態の複数のセンサ120は、合計10個のロードセルを含む。なお、以下の説明において、各々のセンサを特に区別しない場合は、単にセンサ120と称する。
【0089】
第1正センサ121p、第1負センサ121n、第2正センサ122p、第2負センサ122n、第3正センサ123p、第3負センサ123n、第4正センサ124p、及び第4負センサ124nは、突起部120cがセンサ用開口113aに向くように立たせ、センサ取付部材110のセンサ取付スリット113に挿通して取り付けられる。センサ取付スリット113に取り付けられたセンサ120は、上端部がセンサ取付部材110の上面110aより上方に突出している。センサ取付スリット113に取り付けられた8つのセンサ120は、センサ用開口113aから突起部120cがピン脚収容溝部112側に突出した位置で、外枠120aがセンサ取付部材110に支持される。
【0090】
第1正センサ121pと第1負センサ121nとは、センサ取付部材110の中心に対してY軸方向に対向する位置のセンサ取付スリット113に取り付けられる。第2正センサ122pと第2負センサ122nとは、センサ取付部材110の中心に対してY軸方向に対向する位置のセンサ取付スリット113に取り付けられる。第1正センサ121pと第2正センサ122pとは、X軸方向に隣接する位置のセンサ取付スリット113に取り付けられる。第1負センサ121nと第2負センサ122nとは、X軸方向に隣接する位置のセンサ取付スリット113に取り付けられる。
【0091】
第3正センサ123pと第3負センサ123nとは、センサ取付部材110の中心に対してX軸方向に対向する位置のセンサ取付スリット113に取り付けられる。第4正センサ124pと第4負センサ124nとは、センサ取付部材110の中心に対してX軸方向に対向する位置のセンサ取付スリット113に取り付けられる。第3正センサ123pと第4正センサ124pとは、Y軸方向に隣接する位置のセンサ取付スリット113に取り付けられる。第3負センサ123nと第4負センサ124nとは、Y軸方向に隣接する位置のセンサ取付スリット113に取り付けられる。
【0092】
また、センサ取付スリット113に取り付けられる8つのセンサ120は、隣接するセンサ120と上下が逆になるように取り付けられる(
図7参照)。具体的には、第1正センサ121p、第2負センサ122n、第3負センサ123n、及び第4正センサ124pは、外枠120aと舌片120bとの連結部が上方に位置するように取り付けられる。また、第1負センサ121n、第2正センサ122p、第3正センサ123p、及び第4負センサ124nは、外枠120aと舌片120bとの連結部が下方に位置するように取り付けられる。これにより、センサ120は、隣接するセンサ120の突起部120cのZ軸方向の位置がずれた状態で配置される。
【0093】
第5センサ125及び第6センサ126は、突起部120cが上方を向くように寝かせ、センサ取付凹部114に嵌め込んで取り付けられる。センサ取付凹部114に取り付けられた2つのセンサ120は、突起部120cがピン脚収容溝部112の内周より内側の部分の上面110bより上方に突出した位置で、外枠120aがセンサ取付部材110に支持される。
【0094】
また、センサ取付凹部114に取り付けられる2つのセンサ120は、外枠120aと舌片120bとの連結部の位置がY軸方向に逆になるように取り付けられる。具体的には、第5センサ125は、外枠120aと舌片120bとの連結部がY軸の負方向に位置するように取り付けられる。また、第6センサ126は、外枠120aと舌片120bとの連結部がY軸の正方向に位置するように取り付けられる。
【0095】
図10は、
図7に示す接続モジュール100の荷重受け部材130の構成例を示す斜視図である。
図11は、
図9に示すセンサ取付部材110及びセンサ120に
図10に示す荷重受け部材130を取り付けた状態を示す断面図である。荷重受け部材130は、走行器具Bにかかる荷重を受け、センサ120に伝達する部材である。荷重受け部材130は、基部131と、接続ピン部132と、を有する。
【0096】
基部131は、センサ120を介してセンサ取付部材110に支持される部分であり、実施形態において、平面視形状が角に丸みを含む正方形状である略四角柱形状に形成されている。基部131は、荷重受け部材130がセンサ120を介してセンサ取付部材110に支持されている状態において、上面131aがセンサ取付部材110の上面110aより下方に位置する。基部131は、凹状部133、134と、脚部135と、を含む。
【0097】
凹状部133は、基部131の下面131b側から上方に向かって凹状に形成され、底面視形状が、角に丸みを含む正方形状の凹状部である。凹状部134は、凹状部133の天面からさらに上方に向かって凹状に形成され、底面視形状が、角に丸みを含む正方形状の凹状部である。凹状部133及び凹状部134は、平面視における中心が基部131の中心となるように形成される。すなわち、基部131の下面131b側には、2段階の四角環形状部分が形成される。脚部135は、凹状部133の外周より外側の四角環形状部分である。
【0098】
荷重受け部材130は、センサ取付部材110に対して、直接接触しないように設けられ、複数のセンサ120を介してセンサ取付部材110に支持される。すなわち、荷重受け部材130は、複数のセンサ120、センサ取付部材110、及び昇降機構40を介して、装置本体10と接続される。この際、基部131は、脚部135がピン脚収容溝部112に収容され、4方の側面がセンサ120に接触されて支持される。また、基部131は、凹状部133及び凹状部134がピン脚収容溝部112の内周より内側の部分の上面110bと対向する。
【0099】
荷重受け部材130は、凹状部134の天面が、第5センサ125及び第6センサ126の突起部120cに支持されることによって、下方から支持される。凹状部133及び凹状部134は、第5センサ125及び第6センサ126の外枠120aには接触しない。すなわち、第5センサ125と第6センサ126とは、隣接して配置され、いずれも荷重受け部材130の底面(凹状部134の天面)側からかかる荷重を受けるので、第5センサ125及び第6センサ126に荷重受け部材130から加わる力は、同方向となる。
【0100】
荷重受け部材130は、脚部135の外周側の側面が、第1正センサ121p、第1負センサ121n、第2正センサ122p、第2負センサ122n、第3正センサ123p、第3負センサ123n、第4正センサ124p、及び第4負センサ124nの突起部120cに支持されることによって、側方から支持される。脚部135は、ピン脚収容溝部112の内壁及び底面112aには接触しない。
【0101】
前述のとおり第1正センサ121pと第1負センサ121nとは、Y軸方向に荷重受け部材130を挟んで対向して配置されるので、第1正センサ121p及び第1負センサ121nに荷重受け部材130から加わる力は、逆方向となる。同様に、第2正センサ122pと第2負センサ122nとは、Y軸方向に荷重受け部材130を挟んで対向して配置されるので、第2正センサ122p及び第2負センサ122nに荷重受け部材130から加わる力は、逆方向となる。
【0102】
また、第3正センサ123pと第3負センサ123nとは、X軸方向に荷重受け部材130を挟んで対向して配置されるので、第3正センサ123p及び第3負センサ123nに荷重受け部材130から加わる力は、逆方向となる。同様に、第4正センサ124pと第4負センサ124nとは、X軸方向に荷重受け部材130を挟んで対向して配置されるので、第4正センサ124p及び第4負センサ124nに荷重受け部材130から加わる力は、逆方向となる。
【0103】
接続ピン部132は、基部131の上面131a側の中心部から突出して軸方向(Z軸方向)に延びて形成される。接続ピン部132は、後述の取り付け部材150の嵌合孔154に下方から挿通して嵌合孔154に挿入可能である。接続ピン部132は、第1柱部132aと、第2柱部132bと、を含む。
【0104】
第1柱部132aは、接続ピン部132の上端部に位置し、軸方向がZ軸方向に平行かつXY断面の形状が一定である柱形状である。
図10に示す実施形態の第1柱部132aは、軸方向と直交する平面で切った断面(以降の説明では、XY断面と称す)形状が角部に丸みを含む正方形状である四角柱形状であるが、本実施形態では真円柱を除く柱形状であればどのような形状でもよく、四角柱以外の角柱又は楕円柱でもよい。さらに、第1柱部132aは、XY断面形状が、ルーローの多角形やレモン型等、辺の部分が外側に膨出しているような形状でもよい。すなわち、第1柱部132aは、軸方向に視た形状が真円以外の形状を有する。第1柱部132aは、XY断面形状が、回転対称であることが好ましい。
【0105】
また、第1柱部132aの側辺に対応する角状部132cは、実施形態のように角丸や面取りされた形状であってもよい。なお、第1柱部132aが楕円柱である場合は、長軸の両端部分を角状部132cとみなす。また、第1柱部132aの上面132dは、実施形態において、XY平面に平行な平坦面に形成される。
【0106】
第2柱部132bは、第1柱部132aの下方に位置し、軸方向がZ軸方向に平行かつ指数関数テーパ又は放物線テーパ等の裾広がりである柱形状である。第2柱部132bは、上端部の側面が第1柱部132aの下端部の側面に連続し、下端部の側面が基部131の上面131aに連続する。
【0107】
図12は、
図7に示す接続モジュール100のカバー部材140の構成例を示す平面図である。カバー部材140は、センサ取付部材110に支持されたセンサ120の上方を覆う四角環形状の保護部材である。カバー部材140は、下面がセンサ取付部材110の上面110aに固定され、荷重受け部材130に対して直接接触しないように設けられる。すなわち、カバー部材140の下面は、センサ取付部材110に固定されている状態において、センサ120を介してセンサ取付部材110に支持される荷重受け部材130の基部131の上面131aとの間に間隙を有する。カバー部材140は、固定ねじ孔141と、センサ用穴142と、ピン用開口143と、押圧ピン貫通孔144と、配線孔145と、を有する。
【0108】
固定ねじ孔141は、カバー部材140をセンサ取付部材110(
図8等参照)の上面110a側に固定するためのねじが挿通される穴である。固定ねじ孔141は、Z軸方向に貫通して形成される。固定ねじ孔141は、平面視において、センサ取付部材110のカバー固定ねじ穴111に対応する位置に同数設けられ、実施形態では、平面視における4角近傍の位置に各々1つ、計4つ形成される。
【0109】
センサ用穴142は、8つのセンサ取付スリット113に取り付けられた各々のセンサ120の、センサ取付部材110の上面110aより上方に突出している上端部が挿入するための孔である。センサ用穴142は、カバー部材140の下面側から、Z軸方向の上方に向かって形成され、実施形態においては、Z軸方向に貫通して設けられる。センサ用穴142は、平面視において、センサ取付スリット113に対応する位置に同数設けられ、実施形態では、4辺近傍の位置に各々2つずつ、計8つ形成される。カバー部材140がセンサ取付部材110の上面110aに固定された状態において、8つのセンサ取付スリット113に取り付けられたセンサ120は、上端がセンサ取付部材110の上面110aより下方に位置する。
【0110】
ピン用開口143は、荷重受け部材130の接続ピン部132が挿通される開口である。すなわち、ピン用開口143は、四角環形状のカバー部材140の内周より内側の部分を示す。ピン用開口143は、平面視において、接続ピン部132より外側に内縁が離隔するように形成される。
【0111】
押圧ピン貫通孔144は、後述の取り付け部材150に形成される押圧ピン155が挿通するための貫通孔である。押圧ピン貫通孔144は、押圧ピン155の径より大径であるように、Z軸方向に貫通して設けられる。押圧ピン貫通孔144は、平面視において、押圧ピン155に対応する位置に同数設けられ、実施形態では、対角線上の2つの固定ねじ孔141近傍に1つずつ、計2つ形成される。
【0112】
配線孔145は、後述の感圧センサ160に接続する配線が通る孔である。配線は、配線孔145を経由して、例えば、センサ取付部材110の配線穴115を経由して、接続モジュール100の外部の他素子に接続する。
【0113】
図13は、
図7に示す接続モジュール100の取り付け部材150の構成例を示す斜視図である。取り付け部材150は、走行器具B(
図16及び
図17参照)の本体部B1に取り付けられる部材である。取り付け部材150は、荷重受け部材130と接続可能かつ分離可能である。取り付け部材150を荷重受け部材130に接続することにより、走行補助装置1は、走行器具Bに接続される。取り付け部材150は、基部151と、孔形成部152と、複数(実施形態では4つ)の固定孔153と、嵌合孔154と、押圧ピン155と、を有する。
【0114】
基部151は、走行器具B(
図16及び
図17参照)の本体部B1に取り付けられる部分であり、実施形態において、平面視形状が角に丸みを含む正四角環形状の厚板状に形成されている。基部151の上面151a(
図7参照)側は、走行器具Bの本体部B1の下面側に対向する。
【0115】
孔形成部152は、平面視で基部151の下面151b側から下方に向かって凸状に形成され、平面視形状が、角に丸みを含む正方形状の凸状部である。孔形成部152は、平面視における中心が基部151の中心となるように形成される。すなわち、基部151は、孔形成部152の外周より外側に四角環形状の下面151bを有する。取り付け部材150は、孔形成部152の部分のZ軸方向の厚みが、孔形成部152の外周より外側の四角環形状の部分の厚みより大きく形成される。
【0116】
固定孔153は、取り付け部材150を走行器具B(
図16及び
図17参照)の本体部B1の下面側に固定するためのねじが挿通される穴である。固定孔153は、取り付け部材150の基部151をZ軸方向に貫通して形成され、例えば、内周面に雌ねじを含む。固定孔153は、実施形態において、4つ設けられる。4つの固定孔153は、平面視における取り付け部材150の4角近傍の位置に形成される。取り付け部材150は、例えば、基部151の上面151aを走行器具Bの本体部B1の下面側に合わせた状態で、ねじ等を固定孔153の下方から螺合することによって、上面151aが走行器具Bの本体部B1の下面に固定される。
【0117】
嵌合孔154は、取り付け部材150の孔形成部152をZ軸方向に貫通する孔であって、荷重受け部材130の接続ピン部132が下方から挿入可能である。嵌合孔154は、平面視で取り付け部材150の中心部に形成される。嵌合孔154は、第1孔部154aと、第2孔部154bと、第3孔部154cと、が順に連通する。
【0118】
第1孔部154aは、実施形態において、第2孔部154b及び第3孔部154cより下方に位置する。第1孔部154aは、取り付け部材150の下面側に開口し、軸方向がZ軸方向に平行な孔である。第1孔部154aは、第2孔部154bに向かって徐々に小さくなるようなテーパ状の内壁を有する。実施形態の第1孔部154aは、XY断面形状が角部に丸みを含む正方形状である。第1孔部154aは、XY断面形状が、回転対称であることが好ましい。
【0119】
第2孔部154bは、第1孔部154aと第3孔部154cとの間に位置する。第2孔部154bは、第1孔部154aの上方に連通し、軸方向がZ軸方向に平行な孔である。第2孔部154bは、第3孔部154cに向かって徐々に小さくなり、かつ第1孔部154aのテーパ比より小さいテーパ比のテーパ状の内壁を有する。実施形態の第2孔部154bは、XY断面形状が角部に丸みを含む正方形状である。第2孔部154bは、XY断面形状が、回転対称であることが好ましい。
【0120】
第3孔部154cは、実施形態において、第1孔部154a及び第2孔部154bより上方に位置する。第3孔部154cは、第2孔部154bの上方に連通し、軸方向がZ軸方向に平行かつXY断面の形状が一定である孔である。第3孔部154cは、荷重受け部材130の接続ピン部132の第1柱部132aが嵌合可能な穴である。第3孔部154cは、第1柱部132aに嵌合している状態において、角状部154dが第1柱部132aの角状部132cに対向する。
【0121】
実施形態の第3孔部154cは、取り付け部材150の上面151a側に開口する。実施形態の第3孔部154cは、XY断面形状が角部に丸みを含む正方形状であるが、外周に凹状の角部及び凹状の曲面を含まず、嵌合時に第1柱部132aのθ回転方向の回転を規制可能であれば、どのような形状でもよい。第3孔部154cは、XY断面形状が、回転対称であることが好ましい。
【0122】
荷重受け部材130は、接続ピン部132を嵌合孔154の下方から挿通する際、第1柱部132aが嵌合孔154の第1孔部154a、第2孔部154bに順次ガイドされて、第3孔部154cに嵌合される。なお、嵌合孔154は、第1孔部154aと第2孔部154bとの境界面における短径をLとし、荷重受け部材130の第1柱部132aの上面132dにおける長径をDとした場合、L=1/Dの関係が成り立つように形成される。
【0123】
第3孔部154cに第1柱部132aが嵌合することによって、荷重受け部材130と取り付け部材150とは、XY平面方向及びθ回転方向に位置決めされる。また、第3孔部154cに第1柱部132aが嵌合して、取り付け部材150の孔形成部152の下縁152aが、荷重受け部材130の基部131の上面131aに接して支持されることによって、荷重受け部材130と取り付け部材150とは、Z軸方向に位置決めされる。すなわち、荷重受け部材130と取り付け部材150とは、4軸で位置決め可能である。
【0124】
嵌合孔154は、第1柱部132aが第3孔部154cに嵌合している状態において、平面視で第1孔部154aの下端部における外周縁が荷重受け部材130の基部131より内側に位置する。実施形態の荷重受け部材130は、第1柱部132aが第3孔部154cに嵌合し、基部131で取り付け部材150を下方から支持している状態において、第1柱部132aの上面132dが、取り付け部材150の上面151aと同一の高さ、又は上面151aより下方の位置に維持される。
【0125】
実施形態の第2孔部154bは、XY断面形状が角部に丸みを含む正方形状であるが、本実施形態では正方形状に限定されない。例えば、第1柱部132a及び第3孔部154cのXY断面形状が正多角形状である場合、第2孔部154bは、外周に凹状の角部及び凹状の曲面を含まず、XY断面形状が第1柱部132a及び第3孔部154cのXY断面の頂点数以下の正多角形状であればよい。
【0126】
実施形態の第1孔部154aは、XY断面形状が角部に丸みを含む正方形状であるが、本実施形態では正方形状に限定されない。例えば、第2孔部154bのXY断面形状が正多角形状である場合、第1孔部154aは、外周に凹状の角部及び凹状の曲面を含まず、XY断面形状が第2孔部154bのXY断面の頂点数以下の正多角形状、又は円形状であればよい。
【0127】
押圧ピン155は、後述の緩衝材170を介して感圧センサ160を押圧する突起である。押圧ピン155は、基部151の下面151b側から突出してZ軸方向に平行な方向に延びて形成される。押圧ピン155は、先端がドーム状に形成される。押圧ピン155は、実施形態において、平面視で対角状に配置される2つの押圧ピン155を含む。押圧ピン155は、取り付け部材150が荷重受け部材130に接続された状態において、カバー部材140の押圧ピン貫通孔144を挿通し、押圧ピン貫通孔144の下方に配置される感圧センサ160を、緩衝材170を介して押圧する。
【0128】
感圧センサ160は、例えば、電極を含む機能部と、機能部を挟むように設けられた保護フィルムと、を有する。感圧センサ160は、機能部に印加される外圧の位置及び大きさを測定可能なセンサである。感圧センサ160は、押圧ピン155及びカバー部材140の押圧ピン貫通孔144の位置及び数に対応して設けられる。平面視において、押圧ピン155及びカバー部材140の押圧ピン貫通孔144に対応する位置に同数設けられ、実施形態では、対角線上の2つの押圧ピン貫通孔144の下端側に1つずつ、計2つ形成される。感圧センサ160は、平面視において、押圧ピン貫通孔144が機能部に一致するように、例えば、カバー部材140の下面側に固定して設けられる。
【0129】
緩衝材170は、各々の感圧センサ160の機能部の上面側に配置される。押圧ピン155は、荷重受け部材130の接続ピン部132が取り付け部材150の嵌合孔154に挿通されて第1柱部132aと第3孔部154cとが嵌合すると、押圧ピン貫通孔144に挿通される。この際、感圧センサ160は、押圧ピン155の先端による緩衝材170を介した感圧センサ160の押圧を検出する。すなわち、感圧センサ160は、荷重受け部材130と取り付け部材150との接続状態を検出する。
【0130】
なお、走行補助装置1は、荷重受け部材130と接続可能な取り付け部材150を複数備えていてもよい。複数の走行器具Bに各々取り付け部材150を取り付けておくことで、走行補助装置1が各々の走行器具Bと順次接続し、走行を補助することができる。また、1台の走行補助装置1に対して、荷重受け部材130及び取り付け部材150は、複数備えられてもよい。例えば、平面視において走行補助装置1の4隅で走行器具Bと接続する等、複数箇所で走行器具Bを支持することが可能であれば、走行器具Bが大型であったり重かったりする場合でも適応が可能である。
【0131】
[接続モジュール100による4軸荷重測定]
接続モジュール100は、走行補助装置1に走行器具Bが接続し、走行器具Bに搬送者の力がかけられたり、走行補助装置1が加速したりした際に、取り付け部材150を介して荷重受け部材130に荷重が加わる。荷重受け部材130に荷重がかかると、荷重受け部材130は、基部131を支持するセンサ120に、かかった荷重を伝達する。
【0132】
ここで、荷重受け部材130から伝達された荷重を、
図7、
図9及び
図11に示すセンサ120が測定する方法について説明する。センサ取付スリット113に取り付けられる8つのセンサ120では、各々2つずつのセンサ120を用いてホイーストンブリッジ回路とし、正負方向のひずみに対する差動出力電圧値を測定する。
【0133】
具体的には、X軸方向に対向する第3正センサ123p及び第3負センサ123nは、ホイーストンブリッジ回路を構成し、X軸方向へのひずみに対する差動出力電圧値VS3±を測定する。また、X軸方向に対向する第4正センサ124p及び第4負センサ124nは、ホイーストンブリッジ回路を構成し、X軸方向へのひずみに対する差動出力電圧値VS4±を測定する。
【0134】
また、Y軸方向に対向する第1正センサ121p及び第1負センサ121nは、ホイーストンブリッジ回路を構成し、Y軸方向へのひずみに対する差動出力電圧値VS1±を測定する。また、Y軸方向に対向する第2正センサ122p及び第2負センサ122nは、ホイーストンブリッジ回路を構成し、Y軸方向へのひずみに対する差動出力電圧値VS2±を測定する。
【0135】
差動出力電圧値V
S1±、V
S2±、V
S3±、V
S4±を測定するセンサ120(ひずみゲージ)の回路図について説明する。
図14は、X軸方向又はY軸方向に対向して配置されるセンサ120の回路図の一例である。なお、以下の説明では、一例として、第1正センサ121p及び第1負センサ121nの回路図として説明するが、第2正センサ122p及び第2負センサ122n、第3正センサ123p及び第3負センサ123n、第4正センサ124p及び第4負センサ124nも同様の回路構成を有する。
【0136】
図14に示す回路図では、ブリッジ回路の4辺に各々、ひずみゲージGp
1、Gp
2、Gn
1、Gn
2が接続される。ひずみゲージGp
1は、第1正センサ121pの突起部120c側の面に設けられ、ブリッジ回路において、1辺に設けられる。ひずみゲージGp
2は、第1正センサ121pのひずみゲージGp
1とは反対側の面に設けられ、ブリッジ回路において、ひずみゲージGp
1が設けられる辺に隣接する1辺に設けられる。ひずみゲージGn
1は、第1負センサ121nの突起部120c側の面に設けられ、ブリッジ回路において、ひずみゲージGp
1が設けられる辺の対辺に設けられる。ひずみゲージGn
2は、第1負センサ121nのひずみゲージGn
1とは反対側の面に設けられ、ブリッジ回路において、ひずみゲージGp
2が設けられる辺の対辺に設けられる。前述のとおり、第1正センサ121p及び第1負センサ121nに荷重受け部材130から加わる力は、逆方向なので、ひずみゲージGp
1及びひずみゲージGn
2が同方向にひずみ、ひずみゲージGp
3及びひずみゲージGn
1がその逆方向にひずむ。
【0137】
図14に示す回路図では、下方から印加電圧V
INをかけることで、右方に出力電圧V
OUTが出力される。ゲージ率をKとし、ひずみをεとすると、出力電圧V
OUTは、以下の数式(1)で示される。なお、出力電圧V
OUTは、回路に接続するセンサ120が第1正センサ121p及び第1負センサ121nである場合、V
S1±である。
【0138】
【0139】
また、センサ取付凹部114に取り付けられる2つのセンサ120では、各々正方向のひずみに対する出力電圧値を測定する。具体的には、Y軸方向に並ぶ第5センサ125及び第6センサ126は、各々Z軸の正方向へのひずみに対する出力電圧値VS5+、VS6+を測定する。
【0140】
出力電圧値V
S5+、V
S6+を測定するセンサ120(ひずみゲージ)の回路図について説明する。
図15は、Z軸方向の上方に突起部120cを向けて配置されるセンサ120の回路図の一例である。なお、以下の説明では、一例として、第5センサ125の回路図として説明するが、第6センサ126も同様の回路構成を有する。
【0141】
図15に示す回路図では、ブリッジ回路の隣接する4辺に各々、ひずみゲージG
1、G
2及び固定抵抗R
1、R
2が接続されている。ひずみゲージG
1は、第5センサ125の突起部120c側の面に設けられ、ブリッジ回路において、1辺に設けられる。ひずみゲージG
2は、第5センサ125のひずみゲージG
1とは反対側の面に設けられ、ブリッジ回路において、ひずみゲージG
1が設けられる辺に隣接する1辺に設けられる。固定抵抗R
1は、ブリッジ回路において、ひずみゲージG
1が設けられる辺の対辺に設けられる。固定抵抗R
2は、ブリッジ回路において、ひずみゲージG
2が設けられる辺の対辺に設けられる。前述のとおり、第5センサ125及び第6センサ126に荷重受け部材130から加わる力は、同方向なので、第5センサ125のひずみゲージG
1及び第6センサ126ひずみゲージG
1が同方向にひずみ、第5センサ125のひずみゲージG
2及び第6センサ126ひずみゲージG
2がその逆方向にひずむ。
【0142】
図15に示す回路図では、下方から印加電圧V
INをかけることで、右方に出力電圧V
OUTが出力される。出力電圧V
OUTは、以下の数式(2)で示される。なお、出力電圧V
OUTは、回路に接続するセンサ120が第5センサ125である場合、V
S5+であり、回路に接続するセンサ120が第6センサ126である場合、V
S6+である。
【0143】
【0144】
このように接続モジュール100によって測定された各測定値は、例えば、走行補助装置1の制御部22に出力される。制御部22は、各測定値に基づいて、荷重受け部材130にかかる3軸の荷重、及びZ軸回りのモーメントを算出する。1[N]をセンサ120に加えた時の出力電力値をVcalとする場合、X軸方向にかかる荷重Fx、Y軸方向にかかる荷重Fy、及びZ軸方向にかかる荷重Fzは、以下の数式(3)、(4)、(5)によって示される。
【0145】
【0146】
【0147】
【0148】
また、荷重受け部材130の原点からセンサ120の突起部120cとの接点までの距離をlとし、荷重受け部材130のZ軸回りの回転角度をφとする場合、Z軸回りのモーメントM
zは、以下の数式(6)によって示される。なお、荷重受け部材130の原点は、平面視で荷重受け部材130の中心に位置し、例えば、
図11に示す荷重受け部材130の上面132dに位置するように設定される。また、角度φは、X軸方向又はY軸方向に隣接する2つのセンサ120の突起部120cと荷重受け部材130との2つの接点のY軸方向又はX軸方向のひずみ量の差に基づいて算出される。
【0149】
【0150】
[走行補助装置1の走行器具Bへの接続動作]
次に、走行補助装置1の走行器具Bへの接続動作について、
図16及び
図17を参照して説明する。
図16は、
図1に示す走行補助装置1の走行器具Bへの接続前の状態を一部断面で示す側面図である。
図17は、
図2に示す走行補助装置1の走行器具Bへの接続後の状態を一部断面で示す側面図である。
【0151】
実施形態の走行補助装置1で走行器具Bを搬送する場合、作業者は、走行器具Bに予め取り付け部材150を取り付けておく。作業者は、例えば、ねじ(不図示)等で、取り付け部材150の基部151の上面151aを走行器具Bの下面側に固定する。走行補助装置1が搬送する走行器具Bが複数である場合は、全ての走行器具Bに予め取り付け部材150を取り付けておく。また、作業者は、直動アクチュエータ50によって摺動部材30を介して昇降機構40を駆動させ、センサ取付部材110及び荷重受け部材130を下降させておく。
【0152】
接続時には、まず、駆動輪20を駆動して、
図16に示すように、取り付け部材150を取り付けた走行器具Bの下方に潜り込ませるよう、走行補助装置1を走行させる。次に、取り付け部材150の嵌合孔154の直下に荷重受け部材130の接続ピン部132を対向させるように位置づける。
【0153】
なお、走行器具Bの下方に走行補助装置1を潜り込ませる際には、例えば、走行補助装置1が自動走行してもよいし、使用者が端末装置から無線通信を介して走行補助装置1の走行を操作してもよいし、使用者が手や足を使って走行補助装置1を走行器具Bの下方に押し入れてもよい。自動走行の方式は、例えば、ビーコン等の発信機によって導かれる方式、走行補助装置1の入口となるガイド部材B3付近にマーカ(識別子)を貼り付けて走行補助装置1に搭載したカメラでマーカを認識する方式、走行補助装置1に搭載した3Dカメラで走行器具Bとの相対位置関係を識別する方式、又はこれらを適宜組み合わせた方式等を含む。
【0154】
次に、直動アクチュエータ50を伸長させる方向に駆動する。直動アクチュエータ50の伸長に伴って、可動部52が摺動部材30を前後方向における昇降機構40の回転軸部材43a側(
図16及び
図17に示す右方)に移動させる。すると、
図17に示すように、昇降機構40によって、センサ取付部材110及びセンサ120を介して荷重受け部材130を上昇させる。より詳しくは、可動部52が摺動部材30とともに、第2リンクアーム44の摺動軸部材44bが基台固定部41のガイド孔41b内で回転軸部材43a側に移動する。
【0155】
これとともに、第2リンクアーム44は、回転軸部材44aの軸心回りに回転し、中央軸部材45を介して連結される第1リンクアーム43は、回転軸部材43aの軸心回りに回転するとともに、摺動軸部材43bが接続機構固定部42のガイド孔42b内で回転軸部材44a側に移動する。これにより、接続機構固定部42とともにセンサ取付部材110及びセンサ120を介して荷重受け部材130が上昇する。
【0156】
上昇した荷重受け部材130は、取り付け部材150に下方から接近し、接続ピン部132が嵌合孔154に下方から挿通して嵌合する。これにより、荷重受け部材130が取り付け部材150の水平方向及び垂直軸回りの旋回方向への移動を制限しかつ下方から支持して走行器具Bを保持するので、接続モジュール100を介して、走行補助装置1が走行器具Bに接続される。
【0157】
荷重受け部材130と取り付け部材150とが正確に接続された場合、感圧センサ160が緩衝材170を介して押圧ピン155に押圧されて接続状態を検知する。走行補助装置1は、接続ピン部132と嵌合孔154とが嵌合することで、走行器具Bに対して水平方向(XY平面方向)、垂直方向(Z軸方向)、及び垂直軸回りの旋回方向(θ回転方向)の4軸で位置決めされる。
【0158】
この際、走行補助装置1が走行すると、走行した方向に接続モジュール100が移動する。走行補助装置1は、接続モジュール100を介して走行器具Bを走行方向に引っ張る。また、走行補助装置1は、接続モジュール100を介して走行器具Bを右左折移動方向又は旋回移動方向に引っ張る。また、走行器具Bが操作者によって走行すると、走行補助装置1は、接続モジュール100を介して走行器具Bにかかる力の方向に引っ張られる。すなわち、走行補助装置1と走行器具Bとは、接続状態において、互いに追従する。
【0159】
走行補助装置1を走行器具Bから離脱させる際には、直動アクチュエータ50を収縮させる方向に駆動する。直動アクチュエータ50の収縮に伴って、可動部52が摺動部材30を前後方向の固定部51側(
図16及び
図17に示す左方)に移動させる。すると、摺動部材30とともに、第2リンクアーム44の摺動軸部材44bが基台固定部41のガイド孔41b内で固定部51側に移動する。
【0160】
これとともに、第2リンクアーム44は、回転軸部材44aの軸心回りに回転し、中央軸部材45を介して連結される第1リンクアーム43は、回転軸部材43aの軸心回りに回転するとともに、摺動軸部材43bが接続機構固定部42のガイド孔42b内で固定部51側に移動する。これにより、接続機構固定部42とともにセンサ取付部材110及び荷重受け部材130が下降する。
【0161】
下降した荷重受け部材130は、接続ピン部132が嵌合孔154から下方に抜けて、取り付け部材150の下方に離隔する。これにより、走行補助装置1が走行器具Bから離脱される。
【0162】
[走行補助装置1による走行補助動作]
次に、実施形態に係る走行補助装置1による走行器具Bの走行補助動作について説明する。
図18は、実施形態に係る走行補助装置1による走行補助処理の一例を示すフローチャートである。走行補助装置1は、前述した動作により走行器具Bに接続されているものとする。
【0163】
図18に示す処理は、走行補助装置1の制御部22が、予め定められる制御プログラム及びデータに基づいて実行する。制御部22は、例えば、走行補助装置1の感圧センサ160が荷重受け部材130と走行器具Bに取り付けられた取り付け部材150との接続を検出する、走行補助動作を開始するための所定の操作を受け付ける、又は
図18に示すフローチャートの処理を終了することによって、
図18に示すステップS1に移行して処理を開始する。
【0164】
ステップS1において、走行補助装置1の制御部22は、静止モードに移行して、ブレーキ制御及び荷重検知を実行する。静止モードは、走行補助装置1の静止状態において実行されるモードである。
【0165】
ブレーキ制御は、駆動輪20を静止させて回転させないようにする制御である。ブレーキ制御は、例えば、駆動輪20から出力軸を介して回転アクチュエータ21にかかる回転トルクを検知し、回転アクチュエータ21の回転がゼロになるように回転トルクをかける制御を含む。すなわち、ブレーキ制御では、回転アクチュエータ21に対して回転トルクがかかった方向と逆方向に同じ大きさの回転トルクをかける。なお、別途ブレーキ機構を設けて、ブレーキ機構により駆動輪20を静止させてもよい。
【0166】
荷重検知では、走行補助装置1と走行器具Bとの接続部において、走行器具Bからかかる荷重の方向及び大きさを検知する。実施形態では、走行器具Bに取り付けられた取り付け部材150から、荷重受け部材130が受けた荷重を、センサ120で検知する。
【0167】
なお、センサ120は、実施形態において、Z軸方向の荷重及びZ軸回りのモーメントも検知可能だが、ここでは、少なくとも、走行補助装置1が走行する水平方向(X軸方向及びY軸方向)にかかる合成荷重の方向及び大きさを検知できればよい。なお、例えば、走行補助装置1がレール上を一軸方向のみに走行する装置である場合、荷重検知は、当該一軸方向にかかる荷重の正負及び大きさを検知できればよい。
【0168】
静止モードでは、ブレーキ制御によって走行補助装置1を静止させた状態を維持するため、走行補助装置1が荷重を受けた際の荷重検知の感度を上げることができる。制御部22は、静止制御モードに移行すると、ステップS2に移行する。
【0169】
ステップS2において、制御部22は、検知した荷重が所定の閾値を超えたか否かを判断する。ここで、荷重とは、走行補助装置1が走行器具Bから受ける水平方向の合成荷重である。すなわち、実施形態において、荷重とは、センサ120で検知する荷重のうち、X軸方向及びY軸方向にかかる荷重の合成荷重である。所定の閾値は、予め設定され、例えば、制御部22の記憶装置に予め記憶される値である。閾値は、接続状態の走行補助装置1及び走行器具Bにかかる静止摩擦力より小さい荷重であり、例えば、±7Nに設定される。
【0170】
制御部22は、荷重>閾値を満たさないと判断した場合(ステップS2;No)、荷重>閾値を満たすまで、所定の周期毎にステップS2の判断を繰り返し実行する。制御部22は、荷重>閾値を満たすと判断した場合(ステップS2;Yes)、ステップS3に移行する。
【0171】
ステップS3において、制御部22は、静止モードから加速モードに移行して、加速制御及び速度検知を実行する。これに伴い、制御部22は、ブレーキ制御を終了する。加速モードは、走行補助装置1が走行器具Bの走り出しを補助するためのモードである。
【0172】
加速制御は、走行補助装置1の走行を加速させる制御である。具体的には、加速制御では、回転アクチュエータ21を制御して、静止モードで検知した荷重の方向に走行補助装置1が走行するように各々の駆動輪20に回転トルクをかけることで、走行補助装置1を発進させる。
【0173】
この際、走行補助装置1が走行すると、走行した方向に接続モジュール100が移動する。走行補助装置1は、接続モジュール100を介して走行器具Bを走行方向に引っ張る。その結果、走行補助装置1が移動した方向に、走行器具Bが搬送される。すなわち、走行補助装置1が接続部で荷重を受けた方向に、走行器具Bが搬送される。加速制御では、回転アクチュエータ21を制御して、駆動輪20の回転速度を上げていくことによって、走行補助装置1及び走行器具Bを加速させる。
【0174】
速度検知では、走行補助装置1の走行速度を検知する。具体的には、例えば、回転アクチュエータ21のロータリエンコーダの測定結果に基づいて、回転アクチュエータ21の回転速度をフィードバックする、又は、装置本体10の加速度を測定する加速度センサの測定結果に基づいて移動速度を算出することによって、走行速度を得る。
【0175】
操作者が走行器具Bを押し引きして移動させる場合、静止摩擦力により、停止状態から動かす際に最も力を必要とする。加速モードでは、走行補助装置1が静止モード中に受けた力の方向に自動的に加速することによって、走行器具Bの停止状態から走行に移行する際の走り出しを補助する。なお、加速モードでは、制御部22は、加速モードに移行すると、ステップS4に移行する。
【0176】
ステップS4において、制御部22は、検知した速度が所定の閾値を超えたか否かを判断する。ここで、速度とは、ステップS3で加速モードに移行した際に検知を開始した走行補助装置1の走行速度である。速度検知にロータリエンコーダを用いている場合、速度は、回転アクチュエータ21の回転角度に基づいて算出された回転アクチュエータ21の回転速度であってもよい。所定の閾値は、予め設定され、例えば、制御部22の記憶装置に予め記憶される値である。所定の閾値は、一般的な歩行速度よりも遅い速度であり、例えば、±0.5m/s(±1.8km/h)に設定される。
【0177】
制御部22は、速度>閾値を満たさないと判断した場合(ステップS4;No)、速度>閾値を満たすまで、所定の周期毎にステップS4の判断を繰り返し実行する。制御部22は、速度>閾値を満たすと判断した場合(ステップS4;Yes)、ステップS5に移行する。
【0178】
ステップS5において、制御部22は、加速モードから力フィードバックモードに移行して、トルク制御、速度検知及び荷重検知を実行する。これに伴い、制御部22は、加速制御を終了する。力フィードバックモードは、走行する走行器具Bに対して操作者がかける力を補助するモードである。なお、速度検知は、ステップS3で実行した速度検知と同様であるため、説明を省略する。また、荷重検知は、ステップS1で実行した荷重検知と同様であるため、説明を省略する。
【0179】
トルク制御は、荷重検知により検知した接続部を介して走行補助装置1にかかる荷重の方向及び大きさに応じて、各々の駆動輪20にかかる回転トルクを調整する制御である。トルク制御では、センサ120で検知した合成荷重の方向に、走行補助装置1が走行するように、各々の回転アクチュエータ21を制御する。この際、各々の回転アクチュエータ21にかける回転トルクの大きさは、センサ120で検知した合成荷重の大きさに対応させる。
【0180】
すなわち、走行器具Bが押されて移動すると、移動した方向に走行補助装置1が移動する。走行器具Bは、接続モジュール100を介して走行補助装置1を走行方向に引っ張る。その結果、走行器具Bが移動した方向に走行補助装置1が接続部で荷重を受ける。力フィードバックモードでは、走行補助装置1が荷重を受けた方向に走行するよう制御される。これにより、走行器具Bが押される方向に走行補助装置1も走行するので、走行補助装置1なしに走行器具Bを所定速度で移動させるために必要な外力に対して、同一の所定速度で走行させつつ操作者が走行器具Bを押す力を軽くすることができる。制御部22は、力フィードバックモードに移行すると、ステップS6に移行する。
【0181】
ステップS6において、制御部22は、経過時間tをリセットして(t=0)、カウントアップタイマを開始させる。制御部22は、ステップS7に移行する。
【0182】
ステップS7において、制御部22は、検知した速度が所定の閾値以下か否かを判断する。ここで、速度とは、ステップS4での判断に用いた走行補助装置1の走行速度であり、ステップS4で回転アクチュエータ21の回転速度を判断に用いた場合、ステップS7でも回転アクチュエータ21の回転速度を判断に用いることが好ましい。所定の閾値は、予め設定され、例えば、制御部22の記憶装置に予め記憶される値である。閾値は、ステップS4で用いた閾値よりも遅い速度であり、例えば、±1km/hに設定される。
【0183】
制御部22は、速度≦閾値を満たさないと判断した場合(ステップS7;No)、ステップS6に戻り、ステップS7で速度≦閾値を満たすまで、所定の周期毎にステップS6での経過時間tのリセットとステップS7の判断とを繰り返し実行する。制御部22は、速度≦閾値を満たすと判断した場合(ステップS7;Yes)、ステップS8に移行する。速度≦閾値となる状態は、例えば操作者が走行器具Bを押すのを止めた状態である。
【0184】
ステップS8において、制御部22は、検知した荷重が所定の閾値以下か否かを判断する。ここで荷重とは、ステップS2と同様に、走行補助装置1が走行器具Bから受ける水平方向の合成荷重である。すなわち、実施形態において、荷重とは、センサ120で検知する荷重のうち、X軸方向及びY軸方向にかかる荷重の合成荷重である。所定の閾値は、予め設定され、例えば、制御部22の記憶装置に予め記憶される値である。閾値は、ステップS2で用いた閾値以下の荷重であり、例えば、±7Nに設定される。
【0185】
制御部22は、荷重≦閾値を満たさないと判断した場合(ステップS8;No)、ステップS6に戻り、ステップS7で速度≦閾値を満たしかつステップS8で荷重≦閾値を満たすまで、所定の周期毎にステップS6での経過時間tのリセットとステップS7及びステップS8の判断とを繰り返し実行する。制御部22は、荷重≦閾値を満たすと判断した場合(ステップS8;Yes)、ステップS9に移行する。荷重≦閾値となる状態は、例えば操作者が走行器具Bを押すのを止めた状態である。
【0186】
ステップS9において、制御部22は、経過時間tが所定時間を超えたか否かを判断する。すなわち、制御部22は、速度≦閾値を満たしかつ荷重≦閾値を満たしている経過時間tが所定時間を超えたか否かを判断する。所定時間は、予め設定され、例えば、制御部22の記憶装置に予め記憶される値である。所定時間は、ステップS3で加速モードに移行してからステップS5で力フィードバックモードに移行するまでに要する時間より長い時間であり、例えば、1秒以下に設定される。
【0187】
制御部22は、経過時間t>所定時間を満たさないと判断した場合(ステップS9;No)、ステップS7に戻り、速度≦閾値を満たしかつ荷重≦閾値を満たしている状態で経過時間t>所定時間を満たすまで、ステップS9の判断を繰り返し実行する。なお、経過時間tが所定時間を超える前に、速度及び荷重の少なくともいずれかがそれぞれの閾値を超えた場合、制御部22は、再びステップS6に戻る。
【0188】
制御部22は、経過時間t>所定時間を満たすと判断した場合(ステップS9;Yes)、
図18に示すフローチャートの処理を終了する。すなわち、制御部22は、力フィードバックモードを終了して、荷重検知、速度検知、及びトルク制御を終了する。走行補助装置1が走行器具Bに接続された状態を維持している場合、又は走行補助動作を終了するための所定の操作を受け付けていない場合、制御部22は、
図18に示すフローチャートを再びステップS1から順に実行する。制御部22は、力フィードバックモードを終了した後、連続してステップS1に移行する場合、荷重検知を継続したままでもよい。また、上述した説明では、ステップS3の加速モードに移行した際に速度検知を開始するが、停止状態から継続して速度検知を行っていてもよい。
【0189】
以上説明したように、実施形態の走行補助装置1は、装置本体10に支持されて装置本体10を走行させる駆動輪20と、走行速度を測定する速度測定部と、本体部B1と本体部B1に支持される複数の従動輪B2とを備える走行器具Bに接続して走行器具Bからかかる荷重を受ける接続部(荷重受け部材130及び取り付け部材150)と、接続部(荷重受け部材130)にかかる荷重を検知するセンサ120(荷重センサ)と、各部を制御し、静止モードと加速モードと含む制御を実行する制御部22と、を備え、静止モードは、静止状態において実行され、駆動輪20を静止させるブレーキ制御と、接続部にかかる荷重を検知する荷重検知と、を含み、加速モードは、静止モードにおいて検知した荷重が第1閾値を超えた場合に静止モードから移行して実行され、荷重検知で検知した荷重がかかる方向に所定速度まで加速するように駆動輪20を制御する加速制御と、走行速度を検知する速度検知と、を含む。
【0190】
従動輪B2の回転によって走行する走行器具Bを操作者が押し引きする等によって移動させる際には、静止摩擦力により、停止状態から動かす際に最も力を必要とする。この発進時において所定速度に達するまで、駆動輪20を有し走行器具Bに接続した走行補助装置1が、受けた荷重の方向に自動的に加速し、走行器具Bを接続部で引っ張ることによって、走行器具Bの停止状態から走行に移動する際の走り出しを補助することができる。また、静止状態において、駆動輪20をブレーキ制御することによって、走行補助装置1が静止した状態を維持するため、接続部が荷重を受けた際の荷重検知の感度を上げることができる。
【0191】
また、実施形態の走行補助装置1において、制御部22は、力フィードバックモードをさらに含む制御を実行し、力フィードバックモードは、加速モードにおいて検知した走行速度が第2閾値を超えた場合に加速モードから移行して実行され、荷重検知と、速度検知と、荷重検知で検知した荷重の方向に走行するよう当該荷重の大きさに応じた回転トルクを駆動輪20にかけるトルク制御と、を含む。
【0192】
このように、操作者による操作に基づく走行補助を実施する力フィードバックモードを、加速モードの後に実施することによって、操作者への負荷が最も大きくなる走行器具Bの走り出しにおいて操作者の負担を大きく軽減させることができる。また、走り出した後は、操作者の負担を軽減させつつ操作者が荷重をかける方向に走行器具Bが走行するよう補助することができる。
【0193】
また、実施形態の走行補助装置1において、制御部22は、力フィードバックモードにおいて検知した荷重が第3閾値以下になりかつ検知した走行速度が第4閾値以下になった場合に、静止モードに移行する。
【0194】
これにより、一旦走行器具Bを停止させた後、再び走り出させる際でも、走り出しを補助することができる。
【0195】
また、実施形態の走行補助装置1は、平面視形状が正方形状である基部131を含み、センサ120(荷重センサ)は、接続部(荷重受け部材130)の基部131を収容する溝部(ピン脚収容溝部112)を有するセンサ取付部材110に取り付けられる複数のセンサ120を含み、複数のセンサ120は、軸方向に交差する平面(XY平面)のうち第1方向(Y軸方向)に、基部131を挟んで配置され、基部131に接して基部131の変位に応じた第1測定値(差動出力電圧値VS1±、VS2±)を測定する第1センサ群(第1正センサ121p及び第2正センサ122p、第1負センサ121n及び第2負センサ122n)と、平面のうち第1方向に交差する第2方向(X軸方向)に、基部131を挟んで配置され、基部131に接して基部131の変位に応じた第2測定値(差動出力電圧値VS3±、VS4±)を測定する第2センサ群(第3正センサ123p及び第4正センサ124p、第3負センサ123n及び第4負センサ124n)と、基部131に接して基部131の軸方向に沿う第3方向(Z軸方向)の変位に応じた第3測定値(出力電圧値VS5+、VS6+)を測定する第3センサ群(第5センサ125及び第6センサ126)と、を含む。
【0196】
走行器具Bから荷重を受ける接続部(荷重受け部材130)は、センサ取付部材110に取り付けられた複数のセンサ120を介して4側面及び底面(凹状部134の天面)が支持され、複数のセンサ120によって、接続部の第1方向、第2方向、及び第3方向の変位に応じた第1測定値、第2測定値、及び第3測定値が測定される。これによれば、例えば、制御部22が、センサ120が測定した各測定値に基づいて3軸の荷重Fx、Fy、Fzを算出可能である。したがって、走行補助装置1は、走行器具Bからかかる荷重を3軸に分離して算出するための各測定値を測定することができる。また、走行補助装置1は、センサ120が取り付けられるセンサ取付部材110の材質が限定されない。
【0197】
また、実施形態の走行補助装置1において、第1センサ群(第1正センサ121p及び第2正センサ122p、第1負センサ121n及び第2負センサ122n)は、基部131の第1向(Y軸方向)に対向する2つの側面に対して2つずつ設けられ、各々の第1センサ群が第1測定値(差動出力電圧値VS1±、VS2±)を測定することで2つの第1測定値を測定し、第2センサ群(第3正センサ123p及び第4正センサ124p、第3負センサ123n及び第4負センサ124n)は、基部131の第2方向(X軸方向)に対向する2つの側面に対して2つずつ設けられ、各々の第2センサ群が第2測定値(差動出力電圧値VS3±、VS4±)を測定することで2つの第2測定値を測定する。
【0198】
走行補助装置1は、接続部(荷重受け部材130)に対して第3方向(Z軸)回りの回転方向(θ回転方向)にモーメントがかかった場合、基部131の対向する側面に配置された4つのセンサ120のうち、対角状に位置する2つのセンサが押圧される。したがって、基部131の各々の側面に2つずつのセンサを配置することで、例えば、制御部22が、センサ120が測定した各測定値、センサ120までの距離、第3方向回りの回転角度に基づいて、第3方向回りのモーメントMzを算出することが可能である。すなわち、走行補助装置1は、走行器具Bからかかる荷重を4軸に分離して算出するための各測定値を測定することができる。
【0199】
また、実施形態の走行補助装置1において、センサ120は、四角環形状の板体である外枠120aと、外枠120aの内周縁の一辺に連結して外枠120aの内周側に設けられる四角形状の板体である舌片120bと、舌片120bの一方の面から突出して基部131に接する突起部120cと、を有し、基部131の同一の側面を支持する2つのセンサ120は、互いに突起部120cの第3方向(Z軸方向)の位置がずれるようにセンサ取付部材110に取り付けられる。
【0200】
これによれば、基部131の側面を支持する箇所が第3方向にバラつきができるので、センサ取付部材110に対する基部131を含む接続部(荷重受け部材130)の意図しない回転を抑制することができる。
【0201】
また、実施形態の走行補助装置1において、制御部22は、第1測定値(差動出力電圧値VS1±、VS2±)と、第2測定値(差動出力電圧値VS3±、VS4±)と、第3測定値(出力電圧値VS5+、VS6+)と、に基づいて、接続部(荷重受け部材130)にかかる3軸の荷重Fx、Fy、Fzを算出する。
【0202】
走行補助装置1は、走行器具Bが接続している状態において、走行器具Bからかかる荷重が、接続部(取り付け部材150を介して荷重受け部材130)にかかることで、走行器具Bからかかる荷重によって変位する接続部(荷重受け部材130)の変位に応じた第1測定値、第2測定値、及び第3測定値を測定する。走行補助装置1は、各測定値に基づいて、制御部22によって、3軸の荷重Fx、Fy、Fzを算出可能である。
【0203】
また、実施形態の走行補助装置1において、制御部22は、第1測定値と、第2測定値と、接続部(荷重受け部材130)の所定の原点から基部131とセンサ120との接点までの距離lと、接続部の第3方向(Z軸方向)回りの回転角度φと、に基づいて、接続部にかかる第3方向回りのモーメントMzを算出する。
【0204】
走行補助装置1は、接続部(荷重受け部材130)に対して第3方向回りの回転方向(θ回転方向)にモーメントがかかった場合、基部131の対向する側面に配置された4つのセンサ120のうち、対角状に位置する2つのセンサ120が押圧される。したがって、基部131の各々の側面に2つずつのセンサ120を配置することで、走行補助装置1は、各測定値、センサ120までの距離、第3方向回りの回転角度φに基づいて、制御部22によって、第3方向回りのモーメントMzを算出可能である。これにより、走行補助装置1は、第1方向、第2方向、及び第3方向にかかる荷重Fx、Fy、Fzに加え、第3方向回りのモーメントMzを算出することができる。
【0205】
また、実施形態の走行補助装置1において、接続部は、平面視形状が正方形状である基部131と基部131の上面131aから突出して軸方向(Z軸方向)に延びる接続ピン部132とを含む荷重受け部材130と、走行器具Bに取り付けられ、接続ピン部132が挿入可能な嵌合孔154を有する取り付け部材150と、を備える。
【0206】
走行補助装置1は、荷重受け部材130が、接続ピン部132を有し、走行器具Bに取り付けられる取り付け部材150が、接続ピン部132が挿入可能な嵌合孔154を有するので、走行器具Bとの接続及び分離が容易に可能である。
【0207】
また、実施形態の走行補助装置1において、接続ピン部132は、軸方向(Z軸方向)に視た形状が真円以外の形状を有する第1柱部132aを上端部に含み、嵌合孔154は、第1孔部154a、第2孔部154b、第3孔部154cが順に連通し、第1孔部154aは、第2孔部154bに向かって徐々に小さくなるようなテーパ状の内壁を有し、第2孔部154bは、第3孔部154cに向かって徐々に小さくなり、第1孔部154aのテーパ比より小さいテーパ比のテーパ状の内壁を有し、第3孔部154cは、接続ピン部132の第1柱部132aが嵌合可能である。
【0208】
これによれば、走行補助装置1の接続部は、荷重受け部材130と取り付け部材150とを位置決めする際に、第1孔部154aで軸方向に交差する平面の2軸方向(X軸方向及びY軸方向)の位置決めをし、第2孔部154bで軸方向回りの回転方向(θ回転方向)の位置決めをし、第3孔部154cでの嵌合で軸方向の1軸方向(Z軸方向)の位置決めをすることによって、一組の嵌合孔154と接続ピン部132との組み合わせのみで、4軸の位置決めが可能である。また、荷重受け部材130は、第1孔部154aにおいて取り付け部材150に対して第2孔部154bの方向に移動すると、第1柱部132aの上端縁の1つの角状部132cが第1孔部154aの内壁に接触して内壁に案内されることで径中心方向に移動する。また、荷重受け部材130は、第2孔部154bにおいて取り付け部材150に対して第3孔部154cの方向に移動すると、第1柱部132aの長径の両端部に位置する角状部132cが第2孔部154bの内壁に接触しながら第2孔部154bの角状部に向かって案内されることで軸中心回りに回転移動する。すなわち、接続部は、接続ピン部132と嵌合孔154とを対向させた状態から、接続ピン部132を嵌合孔154に挿通するだけで、軸方向に交差する平面の2軸方向、軸方向回りの回転方向、軸方向の1軸方向に順次位置決めされるので、容易に4軸の位置決めが可能である。
【0209】
また、実施形態の走行補助装置1が、装置本体10に対して一方向(例えば、装置本体10の前後方向)に移動可能に設けられる摺動部材30と、装置本体10と荷重受け部材130とを接続し、かつ摺動部材30の移動に伴って荷重受け部材130を装置本体10に対して昇降させる昇降機構40と、摺動部材30を装置本体10に対して一方向に移動させる直動アクチュエータ50と、を備え、荷重受け部材130は、本体部B1の下面側に固定した取り付け部材150の下方から上昇することで、取り付け部材150を介して走行器具Bを保持可能、かつ下降することで取り付け部材150及び走行器具Bから離脱可能である。
【0210】
これによれば、走行補助装置1では、走行補助装置1が走行器具Bの下に潜り込んで、荷重受け部材130が下方から走行器具Bに取り付けられた取り付け部材150に接続するので、右左折や旋回、前進と後進との切り換え等が容易であり、安定的な走行が可能である。また、走行器具Bへの接続前に走行器具Bの下方に潜り込む際は、荷重受け部材130を下降させることにより、走行補助装置1の全高を小さくできるので、低床の走行器具Bにも対応が可能である。また、荷重受け部材130を下降させることにより走行器具Bに取り付けられた取り付け部材150との接続が容易に解除できるので、予め複数の取り付け部材150を各々複数の走行器具Bに取り付けておけば、複数の走行器具Bを次々に搬送可能である。
【0211】
また、実施形態の走行補助装置1において、走行器具Bの従動輪B2は、自在輪である。
【0212】
自在輪は、発進時において、自在輪の軸方向に垂直な水平方向に押された場合に最も操作者への負荷が少なく、軸方向に押された場合に最も負荷が大きい。走行補助装置1は、走行器具Bの静止状態において、荷重がかけられた方向に自動的に加速して、走り出しにおける操作者への負荷を軽減させるため、自在輪の軸方向に荷重がかけられた場合でも、走行器具Bを容易に発進させることができる。
【0213】
また、実施形態の発進補助方法は、装置本体10に支持されて装置本体10を走行させる駆動輪20と、走行速度を測定する速度測定部と、本体部B1と本体部B1に支持される複数の従動輪B2とを備える走行器具Bに接続して走行器具Bからかかる荷重を受ける接続部(荷重受け部材130及び取り付け部材150)と、接続部(荷重受け部材130)にかかる荷重を検知するセンサ120と、を備える走行補助装置1において走行器具Bの発進を補助する発進補助方法であって、静止状態において駆動輪20を静止させる静止制御ステップ(ステップS1)と、静止制御ステップにおいて接続部にかかる荷重が第1閾値を超えたか否かを判断するステップ(ステップS2)と、接続部にかかる荷重が第1閾値を超えた場合、走行補助装置1を当該荷重がかかる方向に加速させる加速制御ステップ(ステップS3)と、を含む。
【0214】
従動輪B2の回転によって走行する走行器具Bを操作者が押し引きする等によって移動させる際には、静止摩擦力により、停止状態から動かす際に最も力を必要とする。この発進時において所定速度に達するまで、駆動輪20を有し走行器具Bに接続した走行補助装置1が、静止制御ステップ(ステップS1)において受けた荷重の方向に、加速制御ステップ(ステップS3)において自動的に加速し、走行器具Bを接続部で引っ張ることによって、走行器具Bの停止状態から走行に移動する際の走り出しを補助することができる。また、静止制御ステップにおいて、駆動輪20をブレーキ制御することによって、走行補助装置1が静止した状態を維持するため、接続部が荷重を受けた際の荷重検知の感度を上げることができる。
【0215】
また、実施形態の発進補助方法は、加速制御ステップ(ステップS3)において走行速度が第2閾値を超えたか否かを判断するステップ(ステップS4)と、走行速度が第2閾値を超えた場合、接続部(荷重受け部材130)にかかる荷重の方向に走行補助装置1が走行するよう、当該荷重の大きさに応じた回転トルクを駆動輪20にかける力フィードバック制御ステップ(ステップS5)と、をさらに含む。
【0216】
このように、操作者による操作に基づく走行補助を実施する力フィードバック制御ステップを、加速制御ステップの後に実施することによって、操作者への負荷が最も大きくなる走行器具Bの走り出しにおいて操作者の負担を大きく軽減させることができる。また、走り出した後は、操作者の負担を軽減させつつ操作者が荷重をかける方向に走行器具Bが走行するよう補助することができる。
【0217】
また、実施形態の発進補助方法は、力フィードバック制御ステップ(ステップS5)において接続部(荷重受け部材130)にかかる荷重が第3閾値以下になりかつ走行速度が第4閾値以下になった場合、静止制御ステップ(ステップS1)を再び実行する。
【0218】
これにより、一旦走行器具Bを停止させた後、再び走り出させる際でも、走り出しを補助することができる。
【0219】
なお、本実施形態は、上記態様に限定されるものではない。即ち、本実施形態の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【0220】
例えば、センサ取付部材110、カバー部材140、及び取り付け部材150は、平面視における外形状が正方形状に限定されず、長方形状、三角形状、円形状等でもよい。また、センサ取付部材110とカバー部材140との固定や、取り付け部材150と走行器具Bとの固定は、実施形態において、既存製品への汎用性が高いねじ固定を例示しているが、新規のアタッチメント構造を設けて固定するようにしてもよい。また、センサ取付部材110は、センサ120の取り付け部分の材質が特に限定されず、PLA、アルミ、SUS等の様々な材料で実現し得る。
【0221】
また、接続モジュール100は、昇降可能な荷重受け部材130と、走行器具Bに取り付ける取り付け部材150とが分離可能に設けられる実施形態の態様に限定されず、走行器具Bの下方から上昇させることで、走行器具Bの下面に吸着するマグネット又は吸盤を含んでもよいし、走行器具Bにねじ等で固定することで接続するものであってもよい。
【符号の説明】
【0222】
1 走行補助装置
10 装置本体
11 基台
11a 駆動輪用開口
12 駆動輪支持部
13 アクチュエータ支持部
15 カバー部材
15a 昇降機構用開口
15b 上面
20 駆動輪
21 回転アクチュエータ
22 制御部
23 バッテリ
24 非常停止ボタン
25 リレースイッチ
30 摺動部材
31 ガイド軸部
32 被固定部
33 凹状部
40 昇降機構
41 基台固定部
41a 軸孔
41b ガイド孔
42 接続機構固定部
42a 軸孔
42b ガイド孔
43 第1リンクアーム
43a 回転軸部材
43b 摺動軸部材
44 第2リンクアーム
44a 回転軸部材
44b 摺動軸部材
45 中央軸部材
50 直動アクチュエータ
51 固定部
52 可動部
100 接続モジュール
110 センサ取付部材
110a、110b 上面
111 カバー固定ねじ穴
112 ピン脚収容溝部
112a 底面
113 センサ取付スリット
113a センサ用開口
114 センサ取付凹部
114a 爪部
115 配線穴
120 センサ(荷重センサ)
120a 外枠
120b 舌片
120c 突起部
121p 第1正センサ
121n 第1負センサ
122p 第2正センサ
122n 第2負センサ
123p 第3正センサ
123n 第3負センサ
124p 第4正センサ
124n 第4負センサ
125 第5センサ
126 第6センサ
130 荷重受け部材(接続部)
131 基部
131a 上面
131b 下面
132 接続ピン部
132a 第1柱部
132b 第2柱部
132c 角状部
132d 上面
133、134 凹状部
135 脚部
140 カバー部材
141 固定ねじ孔
142 センサ用穴
143 ピン用開口
144 押圧ピン貫通孔
145 配線孔
150 取り付け部材(接続部)
151 基部
151a 上面
151b 下面
152 孔形成部
152a 下縁
153 固定孔
154 嵌合孔
154a 第1孔部
154b 第2孔部
154c 第3孔部
154d 角状部
155 押圧ピン
160 感圧センサ
170 緩衝材
B 走行器具
B1 本体部
B2 従動輪
B3 ガイド部材
B31 第1アーム
B32 第2アーム
B4 ストッパー
B5 ハンドル