專利名稱：電動車輛以及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如助力臺車、電動輪椅、電動購物手推車等的根據(jù)操作者的操作而動作的電動車輛及其控制方法。
背景技術(shù)：
在根據(jù)操作者的操作而動作的電動車輛中，存在具有回避障礙物的功能的帶助力的電動車輛。該電動車輛通過根據(jù)來自所搭載的障礙物傳感器的信息而計算出的動作來回避障礙物。提出了如下的電動車輛在該電動車輛中，通過合并基于操作者的操作的動作和用于回避障礙物的動作，一邊自動進(jìn)行障礙物回避動作，一邊進(jìn)行基于操作者的操作的動作。例如，作為帶助力的電動車輛，存在專利文獻(xiàn)1所記載的助力臺車。根據(jù)在與障礙物204相反的方向上作用的虛擬斥力202進(jìn)行該助力臺車205的驅(qū)動控制。該虛擬斥力 202的大小是與由所搭載的障礙物傳感器檢測到的與障礙物204之間的距離成反比例的大小。如圖23所示，在該助力臺車205中，根據(jù)操作力201與虛擬斥力202的合力203，對助力臺車205的驅(qū)動力進(jìn)行控制。這里，操作力201是操作者206對助力臺車的操作部20 施加的力，虛擬斥力202是在與障礙物204相反的方向上作用的力。由此，能夠一邊自動進(jìn)行障礙物回避動作，一邊進(jìn)行與操作者206施加的操作力201對應(yīng)的助力臺車205的動作?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開2007-5M80號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題但是，例如如圖M所示，在操作者206不對操作部20 施加操作力201時，有時障礙物204向助力臺車205靠近。在這種情況下，通過根據(jù)與障礙物204之間的距離而生成的虛擬斥力202，自動進(jìn)行障礙物回避動作。因此，即使在操作者206沒有要使助力臺車 205動作的意思的情況下，助力臺車205也可能隨便動作。并且，如圖25所示，在操作者206向前方對操作部20 施加操作力201時，有時障礙物204從斜前方向助力臺車205靠近。在這種情況下，在斜后方生成和與障礙物204 之間的距離對應(yīng)的虛擬斥力202。該情況下，雖然依據(jù)操作力201和虛擬斥力202的大小， 但是，操作力201與虛擬斥力202的合力203的方向與操作者206要使助力臺車205動作的方向不同，可能向與意圖方向不同的方向動作。如上所述，在現(xiàn)有的帶助力的電動車輛中，電動車輛可能在操作者未操作的情況下動作，或者電動車輛可能以與操作者意圖大幅不同的方向和大小動作。該情況下，如果是操作者能夠識別的障礙物，則即使向與操作方向不同的方向進(jìn)行動作也沒有問題，但是，例如，在搬送的貨物較大而無法看到接近的障礙物的情況下、操作者看其他方向而未能識別接近的障礙物的情況下，無法把握該動作。因此，可能在安全性方面產(chǎn)生課題。本發(fā)明是鑒于這種課題而完成的，其目的在于，提供進(jìn)行基于操作者的操作的輔助動作的電動車輛及其控制方法。由此，不會發(fā)生電動車輛在操作者未操作的情況下動作、 或者電動車輛以與操作者意圖大幅不同的方向和大小動作的情況。用于解決課題的手段為了解決上述這種課題，本發(fā)明的電動車輛的特征在于，該電動車輛具有操作力測量部，測量操作者對電動車輛施加的操作力；障礙物測量部，測量障礙物相對于所述電動車輛的位置矢量；虛擬斥力計算部，計算大小與所述位置矢量的大小成反比例且方向與所述位置矢量的方向相反的虛擬斥力；以及輔助力計算部，根據(jù)所述操作力與所述虛擬斥力的合力計算用于使所述電動車輛動作的輔助力，根據(jù)所述操作力計算要計算的輔助力的大小的上限值X，在所述輔助力超過所述上限值X的情況下，輸出所述上限值X以下的大小的輔助力。并且，為了解決上述這種課題，本發(fā)明的其他方式的電動車輛的特征在于，該電動車輛具有操作量測量部，測量操作者對電動車輛施加的操作量的大小和方向；障礙物測量部，測量障礙物相對于所述電動車輛的位置矢量；目標(biāo)操作速度計算部，計算與所述操作量測量部測量的操作量的大小和方向?qū)?yīng)的所述電動車輛的目標(biāo)操作速度；障礙物回避速度計算部，根據(jù)所述障礙物測量部測量的所述位置矢量，計算用于使所述電動車輛遠(yuǎn)離所述障礙物的障礙物回避速度；以及輔助動作速度計算部，根據(jù)所述目標(biāo)操作速度與所述障礙物回避速度的合成速度，計算用于使所述電動車輛動作的輔助動作速度，根據(jù)所述目標(biāo)操作速度計算要計算的輔助動作速度的大小的上限值Y，在所述輔助動作速度超過所述上限值Y的情況下，輸出所述上限值Y以下的大小的輔助動作速度。發(fā)明效果如以上說明的那樣，根據(jù)本發(fā)明，能夠提供進(jìn)行基于操作者的操作的動作的電動車輛及其控制方法。由此，不會發(fā)生電動車輛在操作者未操作的情況下動作、或者電動車輛以與操作者意圖大幅不同的方向和大小動作的情況。




圖1是實施方式1的助力臺車1的立體圖。 圖2是從下方觀察實施方式1的助力臺車1的圖。 圖3是示出實施方式1的助力臺車1的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的框圖。 圖4A是實施方式1的助力臺車1的前半部分的流程圖。 圖4B是實施方式1的助力臺車1的后半部分的流程圖。 圖5是示出實施方式1的助力臺車1的輔助力的上限值(1)的圖。 圖6是示出實施方式1的助力臺車1的輔助力的上限值O)的圖。 圖7是示出實施方式1的助力臺車1的輔助力的上限值(3)的圖。 圖8是示出實施方式1的助力臺車1的輔助力的上限值的圖。 圖9是示出實施方式1的助力臺車1的輔助力的上限值(5)的圖。 圖10是示出實施方式1的助力臺車1的輔助力的上限值(6)的圖。 圖11是示出實施方式1的助力臺車1的輔助力的上限值(7)的圖。
圖12是實施方式2的電動輪椅101的立體圖。圖13是從下方觀察實施方式2的電動輪椅101的圖。圖14是示出實施方式2的電動輪椅101的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的框圖。圖15A是實施方式2的電動輪椅101的前半部分的流程圖。圖15B是實施方式2的電動輪椅101的后半部分的流程圖。圖16是示出實施方式2的電動輪椅101的輔助力的上限值(1)的圖。圖17是示出實施方式2的電動輪椅101的輔助力的上限值O)的圖。圖18是示出實施方式2的電動輪椅101的輔助力的上限值(3)的圖。圖19是示出實施方式2的電動輪椅101的輔助力的上限值的圖。圖20是示出實施方式2的電動輪椅101的輔助力的上限值(5)的圖。圖21是示出實施方式2的電動輪椅101的輔助力的上限值(6)的圖。圖22是示出實施方式2的電動輪椅101的輔助力的上限值(7)的圖。圖23是示出現(xiàn)有技術(shù)的助力臺車的圖。圖M是示出現(xiàn)有技術(shù)的課題(1)的圖。圖25是示出現(xiàn)有技術(shù)的課題O)的圖。圖沈是實施方式1的應(yīng)用例即助力手推車的立體圖。
具體實施例方式下面，使用

本發(fā)明的實施方式。另外，以下的實施方式例示性地說明本發(fā)明，能夠在本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的范圍內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)變更，本發(fā)明不限于以下記載的實施方式。并且，在以下的說明中，對相同結(jié)構(gòu)標(biāo)注相同標(biāo)號并省略說明。(實施方式1)圖1是本發(fā)明的實施方式1的助力臺車1的立體圖，圖2是從下方觀察該實施方式1的助力臺車1的圖。另外，為了易于理解，設(shè)定了固定在助力臺車1上且與助力臺車1的運動一起移動的臺車坐標(biāo)系Σ J參照圖1)。臺車坐標(biāo)系Σ ^是具有彼此正交的3個軸即&軸、乙軸和 Zr軸的坐標(biāo)系，設(shè)由臺車坐標(biāo)系Σ ^的&軸和\軸構(gòu)成的平面為與地面平行的水平面，設(shè) Xr軸朝向助力臺車1的前方。另一方面，作為表示電動車輛即助力臺車1的位置的坐標(biāo)系，設(shè)定了基準(zhǔn)坐標(biāo)系 Σ。。基準(zhǔn)坐標(biāo)系Σ ^是具有彼此正交的3個軸即\軸、Ytl軸和&軸的坐標(biāo)系，由基準(zhǔn)坐標(biāo)系Σ ^的\軸和Ytl軸構(gòu)成的平面設(shè)定為助力臺車1行駛的地面。通過以上的臺車坐標(biāo)系 Σ ^和基準(zhǔn)坐標(biāo)系Σ ^來定義助力臺車1的位置和姿勢。助力臺車1具有載置物品(省略圖示)的貨箱2。臺車坐標(biāo)系Σ r的原點被設(shè)定為貨箱2的中央(后述4個車輪5的中心)。在貨箱2的上側(cè)的后部區(qū)域設(shè)有由管狀部件構(gòu)成為門型的手柄3，在該手柄3的中央部設(shè)有操作力測量部4，該操作力測量部4測量操作者(省略圖示)對手柄3施加的操作力的大小和方向(臺車坐標(biāo)系中)。以下和本申請的技術(shù)方案中的“操作力”的詞語是包含力(由大小和方向構(gòu)成的矢量)和力矩這雙方的意思。操作力測量部4只要能夠測量操作者對手柄3施加的操作力即可，可以使用一般市售的3軸力傳感器。另外，由操作力測量部4測量的操作力包含臺車坐標(biāo)系Σ ^的Xr軸方向和Yr軸方向的力以及繞&軸的力矩。并且，助力臺車1在貨箱2的下側(cè)的四角分別具有使助力臺車1行駛的車輪5。并且，助力臺車1設(shè)有獨立驅(qū)動4個車輪5的車輪驅(qū)動部6、以及控制4個車輪驅(qū)動部6的控制器7。通過該控制器7實現(xiàn)助力臺車1的具體控制規(guī)則。車輪5優(yōu)選為能夠在所有方向上移動助力臺車1的車輪，在本實施方式1中，采用 4個一般市售的全方向移動車輪即全方向輪。并且，車輪5的配置和數(shù)量是任意的，在本實施方式的情況下，設(shè)為圖2所示的車輪結(jié)構(gòu)和車輪配置。另外，也可以采取使用2個一般市售的中空輪胎的獨立二輪驅(qū)動型的車輪結(jié)構(gòu)。 該情況下，為了穩(wěn)定地支承助力臺車1，優(yōu)選使用多個一般市售的小腳輪作為輔助輪。車輪驅(qū)動部6由減速器6a、電動馬達(dá)6b、測量電動馬達(dá)6b的旋轉(zhuǎn)角度的編碼器 6c、以及用于驅(qū)動電動馬達(dá)6b的伺服驅(qū)動器6d構(gòu)成。在本實施方式1中，電動馬達(dá)6b以按照由控制器7指示的速度進(jìn)行動作的方式進(jìn)行速度控制。并且，助力臺車1在貨箱2的下側(cè)面具有障礙物測量部8，該障礙物測量部8測量從助力臺車1到障礙物的距離和方向。障礙物測量部8的輸出信息是以臺車坐標(biāo)系Σ r為基準(zhǔn)的信息。障礙物測量部8例如是能夠取得位于水平方向上的90度范圍或180度范圍內(nèi)的障礙物的位置(方向)和距離的信息的測定裝置。在本實施方式1中，作為障礙物測量部8，采用一般市售的光掃描型的激光測域傳感器8a，其設(shè)置在貨箱2的四角。在本實施方式1中，設(shè)該激光測域傳感器8a的檢測范圍為周圍270度，所以，通過將其設(shè)置在貨箱2 的四角，能夠測量與在助力臺車1的所有方向上存在的障礙物之間的距離和方向。這里，圖3是示出助力臺車1的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的框圖。如圖3所示，作為功能部，助力臺車1具有操作力測量部4、障礙物測量部8、虛擬斥力計算部9、輔助力計算部10、輔助動作計算部11、驅(qū)動控制部12、車輪驅(qū)動部6、車輪5。如上所述，操作力測量部4是測量操作者13對助力臺車1的手柄3施加的操作力的大小和方向的裝置。并且，如上所述，障礙物測量部8是測量從助力臺車1到障礙物14的距離和方向 (障礙物14相對于助力臺車1的位置矢量)的裝置。虛擬斥力計算部9是計算虛擬斥力的處理部，該虛擬斥力的大小與障礙物測量部 8測量的與障礙物14之間的距離成反比例，并且作用于與從助力臺車1朝向障礙物14的方向(位置矢量的方向)相反的方向。該虛擬斥力是通過作用于助力臺車1從而回避與障礙物14發(fā)生沖突的信息。輔助力計算部10是如下的處理部根據(jù)操作力測量部4測量的操作力與虛擬斥力計算部9計算出的虛擬斥力的合力，計算用于控制助力臺車1的輔助力，并將其輸出到輔助動作計算部11。此時，虛擬斥力和輔助力是以臺車坐標(biāo)系為基準(zhǔn)的信息。輔助動作計算部11是如下的處理部根據(jù)輔助力計算部10計算出的輔助力，生成助力臺車1的輔助動作速度，并將其輸出到驅(qū)動控制部12。驅(qū)動控制部12是如下的處理部將輔助動作計算部11計算出的輔助動作速度轉(zhuǎn)換成車輪5的指示旋轉(zhuǎn)速度，并對車輪驅(qū)動部6進(jìn)行指示。車輪驅(qū)動部6是控制車輪旋轉(zhuǎn)以使其成為驅(qū)動控制部12生成的指示旋轉(zhuǎn)速度的
7裝置。通過以上結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)行基于操作者13的操作的動作的助力臺車1。另外，虛擬斥力計算部9、輔助力計算部10、輔助動作計算部11、驅(qū)動控制部12通過控制器7所具有的運算元件等和程序來實現(xiàn)。接著，在這種結(jié)構(gòu)中，按照圖4所示的流程圖說明使用具體控制規(guī)則的實施例。首先，操作力測量部4根據(jù)(式1)測量操作者對手柄3施加的操作力的大小和方向(步驟Si)。[數(shù)式1]
權(quán)利要求
1.一種電動車輛，該電動車輛具有操作力測量部，測量操作者對電動車輛施加的操作力；障礙物測量部，測量障礙物相對于所述電動車輛的位置矢量；虛擬斥力計算部，計算大小與所述位置矢量的大小成反比例且方向與所述位置矢量的方向相反的虛擬斥力；以及輔助力計算部，根據(jù)所述操作力與所述虛擬斥力的合力計算用于使所述電動車輛動作的輔助力，根據(jù)所述操作力計算要計算的輔助力的大小的上限值X，在所述輔助力超過所述上限值X的情況下，輸出所述上限值X以下的大小的輔助力。
2.如權(quán)利要求1所述的電動車輛，其中，所述輔助力計算部將所述操作力的大小設(shè)為上限值X。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電動車輛，其中，所述輔助力計算部根據(jù)所述操作力的方向與所述合力的方向所成的角來計算上限值X。
4.如權(quán)利要求1 3中的任意一項所述的電動車輛，其中，所述輔助力計算部如下進(jìn)行計算隨著所述操作力的方向與所述合力的方向所成的角的大小增大，上限值X減小。
5.如權(quán)利要求1 4中的任意一項所述的電動車輛，其中，在所述操作力的方向與所述合力的方向所成的角的大小處于60° > Θ-· > -60°的范圍的情況下，所述輔助力計算部將所述操作力的大小設(shè)為上限值X。
6.如權(quán)利要求1 5中的任意一項所述的電動車輛，其中，在所述操作力的方向與所述合力的方向所成的角的大小θ,·為或-60° ^ θ 的情況下，所述輔助力計算部將上限值X的大小設(shè)為零。
7.如權(quán)利要求1 6中的任意一項所述的電動車輛，其中，所述輔助力計算部如下進(jìn)行計算隨著所述操作力的方向與對所述電動車輛設(shè)定的規(guī)定方向E所成的角的大小增大，上限值X減小。
8.如權(quán)利要求1 7中的任意一項所述的電動車輛，其中，在所述操作力的方向與對所述電動車輛設(shè)定的規(guī)定方向E所成的角的大小處于0以上且45°以下的范圍的情況下，所述輔助力計算部將所述操作力的大小設(shè)為上限值X，或者不變更已經(jīng)設(shè)定的上限值X。
9.如權(quán)利要求5 8中的任意一項所述的電動車輛，其中，在所述操作力具有力矩分量的情況下，在所述力矩分量的方向上增大操作力與合力所成的角度以及操作力與規(guī)定方向所成的角度中的至少任意一方的大小。
10.一種電動車輛，該電動車輛具有操作量測量部，測量操作者對電動車輛施加的操作量的大小和方向；障礙物測量部，測量障礙物相對于所述電動車輛的位置矢量；目標(biāo)操作速度計算部，計算基于所述操作量測量部測量的操作量的大小和方向的所述電動車輛的目標(biāo)操作速度；障礙物回避速度計算部，根據(jù)所述障礙物測量部測量的所述位置矢量，計算用于使所述電動車輛遠(yuǎn)離所述障礙物的障礙物回避速度；以及輔助動作速度計算部，根據(jù)所述目標(biāo)操作速度與所述障礙物回避速度的合成速度，計算用于使所述電動車輛動作的輔助動作速度，根據(jù)所述目標(biāo)操作速度計算要計算的輔助動作速度的大小的上限值Y，在所述輔助動作速度超過所述上限值Y的情況下，輸出所述上限值Y以下的大小的輔助動作速度。
11.如權(quán)利要求10所述的電動車輛，其中，所述輔助動作速度計算部將所述目標(biāo)操作速度的大小設(shè)為上限值Y。
12.如權(quán)利要求10或11所述的電動車輛，其中，所述輔助動作速度計算部根據(jù)所述目標(biāo)操作速度的方向與所述合成速度的方向所成的角來計算上限值Y。
13.如權(quán)利要求10 12中的任意一項所述的電動車輛，其中，所述輔助動作速度計算部如下進(jìn)行計算隨著所述目標(biāo)操作速度的方向與所述合成速度的方向所成的角的大小增大，上限值Y減小。
14.如權(quán)利要求10 13中的任意一項所述的電動車輛，其中，在所述目標(biāo)操作速度的方向與所述合成速度的方向所成的角的大小Θ-·處于60° > θ 0Pes > "60°的范圍的情況下，所述輔助動作速度計算部將所述目標(biāo)操作速度的大小設(shè)為上限值Y。
15.如權(quán)利要求10 14中的任意一項所述的電動車輛，其中，在所述目標(biāo)操作速度的方向與所述合成速度的方向所成的角的大小θ,·為 Θ-·彡60°或-60° ^ θ的情況下，所述輔助動作速度計算部將上限值Y的大小設(shè)為零。
16.如權(quán)利要求10 15中的任意一項所述的電動車輛，其中，所述輔助動作速度計算部如下進(jìn)行計算隨著所述目標(biāo)操作速度的方向與對所述電動車輛設(shè)定的規(guī)定方向I所成的角的大小增大，上限值Y減小。
17.如權(quán)利要求10 16中的任意一項所述的電動車輛，其中，在所述目標(biāo)操作速度的方向與對所述電動車輛設(shè)定的規(guī)定方向I所成的角的大小處于0°以上且45°以下的范圍的情況下，所述輔助動作速度計算部將所述目標(biāo)操作速度的大小設(shè)為上限值Y，或者不變更已經(jīng)設(shè)定的上限值Y。
18.如權(quán)利要求14 17中的任意一項所述的電動車輛，其特征在于，在所述目標(biāo)操作速度具有旋轉(zhuǎn)分量的情況下，在所述旋轉(zhuǎn)分量的方向上增大所述角度 θ °peSUffl> θ %。pe中的至少任意一方的大小。
19.一種電動車輛的控制方法，用于權(quán)利要求1 18中的任意一項所述的電動車輛，其特征在于，所述輔助動作計算部根據(jù)操作者對電動車輛施加的操作力或者操作量的大小和方向， 生成輔助動作速度，驅(qū)動控制部根據(jù)所述輔助動作速度對電動車輛的動作進(jìn)行控制。
全文摘要
本發(fā)明的課題在于，提供一種電動車輛及其控制方法，不會在操作者未操作時隨便進(jìn)行動作、或者進(jìn)行與操作者要使電動車輛動作的方向和大小完全不同的方向和大小的動作，能夠進(jìn)行安全性高的動作。電動車輛(1)具有操作力計測部(4)，計測操作者(13)對電動車輛(1)施加的操作力的大小和方向；障礙物計測部(8)，計測從電動車輛(1)到障礙物的距離和方向；虛擬斥力計算部(9)，計算虛擬斥力，該虛擬斥力的大小與障礙物計測部(8)計測的與障礙物之間的距離成反比例，并且作用于與朝向障礙物的方向相反的方向；以及輔助力計算部(10)，根據(jù)操作力與虛擬斥力的合力計算用于使電動車輛(1)動作的輔助力，輔助力計算部(10)具有要計算的輔助力的大小的上限值X，根據(jù)操作力和虛擬斥力的合力的方向與操作力的方向所成的角以及操作力的大小，設(shè)定上限值X。
文檔編號B60L15/20GK102333689SQ201080009370
公開日2012年1月25日 申請日期2010年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月2日
發(fā)明者中村徹, 久米洋平, 河上日出生 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社