JP2006306190A - 力入力操作装置及びこれを有する移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】 操作力のふらつき等によって生じうる意図しない動作モードの切り換えを抑制可能とする力入力操作装置及びこれを有する移動体を提供することを目的とする。
【解決手段】 力の大きさ及び作用する方向によって領域Ａ１、Ａ２及びＡ３が区分けされており、各領域は直進モード、進路変更モード及び回転モードに対応付けられている。印加操作力の大きさ及び作用する方向に基づくことによって印加操作力が何れの動作モードを指示するものであるかが判断され、力入力操作装置を搭載した移動体の動作が制御される。各領域間にはヒステリシス領域（Ｈ１、Ｈ２）が設定されており、動作モードを切り換えは、印加操作力が該ヒステリシス領域を超えた場合にのみ行われる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、操作ハンドル等に力を加えることにより移動体等の動作を制御する力入力操作装置及びこれを有する移動体に関する。

操作部に加えられる操作者の力を検出し、その操作力に応じた駆動力を発生させて移動体を移動させる技術が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

この種の移動体においては、操作者が操作ハンドル等に加える操作力の大きさや方向を変えることで直進、進路変更、回転などの動作モードを切り換えることができる。ところが、操作力が例えば、直進を選択する力と進路変更を選択する力の境界部分にあるときは、操作ハンドル等に与える力のふらつき等により動作モードが頻繁に変化してしまう。つまり、力のふらつき等によってその境界を横切る度に意図しない動作モードの変化が発生し、駆動力を発生させるモータの出力が振動的に変化してしまっていた。

尚、操作ハンドル等の操作部に印加された印加操作力に応じて移動体等が備える複数の操作態様の中から１つの操作態様を選択し、移動体の動作を制御する信号を出力する力入力操作装置が、本件出願人自身によって既に提案されている（下記特許文献２）。

特開２００２−２４９０号公報 国際公開第０４／０７１８４２号パンフレット

上記の如く、特許文献１等に記載の移動体においては、力のふらつき等によって意図しない動作モードの切り換えが起こってしまっていた。

そこで本発明は、操作力のふらつき等によって生じうる意図しない動作モードの切り換えを抑制可能とする力入力操作装置及びこれを有する移動体を提供することを目的とする。

上記目的を実現するため本発明に係る力入力操作装置は、操作部に印加される操作力に応じて複数の動作モードの内から１つの動作モードを選択して操作対象物を動作させる力入力操作装置において、前記操作部に印加される印加操作力を検出する印加操作力検出手段と、少なくとも力の作用する方向によって区分され且つ前記複数の動作モードの夫々と対応付けられた複数の領域の内、何れの領域に検出された印加操作力が属するかを判断することによって前記複数の動作モードの内から１つの動作モードを選択する動作モード選択手段と、選択された動作モードに応じて操作対象物の動作を制御するための動作制御信号を出力する動作制御信号出力手段と、を備え、互いに隣接する領域間にはヒステリシス領域が設けられており、選択されている動作モードが前記複数の動作モードに含まれる第１動作モードである状態において、検出された印加操作力が第１動作モードに対応付けられた領域に隣接するヒステリシス領域に属しているとき、その印加操作力は第１動作モードに対応付けられた領域に属しているものとして取り扱われることを特徴とする。

操作者が動作モードを第１動作モードに維持しようとしていても、印加操作力にふらつき等により印加操作力がその第１動作モードに対応付けられた領域から若干はずれることもある。しかしながら、上記構成よれば、選択されている動作モードが第１動作モードである状態において、第１動作モードに対応付けられた領域に隣接するヒステリシス領域に属している印加操作力は、第１動作モードに対応付けられた領域に属しているもの（印加操作力）として取り扱われる。従って、この場合、第１動作モードの選択が維持され、意図しない動作モードの切り換えが抑制される。

また例えば、前記複数の領域は力の大きさ及び作用する方向によって区分され、前記動作モード選択手段は、検出された印加操作力の大きさ及び作用する方向に基づくことによって該印加操作力が何れの領域に属しているかを判断する。

また例えば、前記動作モード選択手段によって選択されている動作モードが他の動作モードに切り換わる際、前記動作制御信号出力手段は、前記操作対象物を動作させる駆動力の大きさの単位時間当たりの変化量に上限を設けつつ、動作モードの切り換えに必要な動作制御信号を出力する。

また例えば、前記動作モード選択手段によって選択されている動作モードが他の動作モードに切り換わる際、前記動作制御信号出力手段は、前記操作対象物を動作させる駆動力の作用する方向の単位時間当たりの変化分に上限を設けつつ、動作モードの切り換えに必要な動作制御信号を出力する。

上記の如く駆動力の大きさや駆動力の作用する方向が変化する速度に制限を加えることで、違和感のない滑らかな動作モードの切り換えが実現される。

また、上記目的を実現するため本発明に係る移動体は、前記力入力操作装置を搭載し、前記動作制御信号に応じて動作すべくなしてある。

上述した通り、本発明に係る力入力操作装置及びこれを有する移動体によれば、操作力のふらつき等によって生じうる意図しない動作モードの切り換えが抑制される。

以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る力入力操作装置を用いた搬送車（搬送台車）１の斜視図であり、図２は、その搬送車１を平面上から見た図である。搬送車１は、電動カート或いは電動式搬送車とも呼ばれるものであり、搬送が困難な荷物の移動を容易にするために用いられる。

搬送車１には、例えば図２に示す如く、右側後輪１ａ、左側後輪１ｂ、右側前輪１ｃ及び左側前輪１ｄから成る４つの車輪が装着されている。本実施形態に係る搬送車１においては、駆動輪は右側後輪１ａと左側後輪１ｂのみであり、それらの駆動輪は搬送車１の筐体に固着されている。右側前輪１ｃと左側前輪１ｄは、所謂フリーキャスターであり、搬送車１の筐体に回転可能に装着されている。右側前輪１ｃと左側前輪１ｄは、搬送車１の移動方向に従って回転する。

また、搬送車１には、力入力操作装置（パワ−アシスト装置）２が装着されている。搬送車１の操作者が力入力操作装置２に操作力を適宜印加することにより、搬送車１の動作モード（操作態様）を選択できる構成としてある。選択可能な動作モードとして、搬送車１を前方へ直進させる直進モード、搬送車１の進行方向を変更させる進路変更モード、及び搬送車１を（略）その場で回転させる回転モードの３つの動作モードがある。これらの３つの動作モードを適切に選択することにより、必要な全ての移動が可能である。尚、動作モードを更に細かく区分するようにしても構わない。

図２において、矢印Ａで示す前方へ直進する直進モードでは、右側後輪１ａと左側後輪１ｂの双方が前方の直進方向に同一の回転速度（回転数）で回転する。矢印Ｂで示す右方向へ進路を変更する進路変更モードでは、旋回半径に応じて右側後輪１ａと左側後輪１ｂが、それらの回転速度（及び必要な場合は回転方向）を相違させて回転する。矢印Ｃで示す右方向に回転する回転モードでは、右側後輪１ａと左側後輪１ｂが、回転速度を同じとしながら回転方向を相違させて回転する。このように、右側後輪１ａと左側後輪１ｂの回転を制御するだけで、搬送車１の動作モードを変更することが可能である。選択される動作モードは、力入力操作装置２に印加される操作力（印加操作力）に基づいて決定される。

図３は、力入力操作装置２の概略を示す平面図である。力入力操作装置２は、操作部である操作ハンドル２ａと、操作ハンドル２ａの両端を支持する略平行に設けられた操作ハンドル支持部２ｂ及び２ｃとから構成される。操作ハンドル支持部２ｂ及び２ｃの夫々において、一端は操作ハンドル２ａに接続され、他端は搬送車１の筐体に固定されている。操作ハンドル２ａの中途には、操作ハンドル２ａの長手方向の圧力を検出する圧力センサ３ａが設置されている。操作ハンドル支持部２ｂ、２ｃの中途には、それぞれ、操作ハンドル支持部２ｂ、２ｃの長手方向の圧力を検出する圧力センサ３ｂ、３ｃが設置されている。

操作ハンドル２ａの長手方向と操作ハンドル支持部２ｂ、２ｃの長手方向は直交しており、操作ハンドル支持部２ｂ、２ｃの長手方向は、直進モードにおける搬送車１の進行方向と一致している。操作ハンドル２ａの長手方向（図３の左右方向）をＸ軸方向と定義し、操作ハンドル支持部２ｂ、２ｃの長手方向（図３の上下方向）をＹ軸方向と定義する。圧力センサ３ａ、３ｂ及び３ｃの検出結果に基づいて印加操作力のＸ軸成分及びＹ軸成分が算出される。更に、Ｙ軸方向の圧力を検出する圧力センサとして２つの圧力センサ３ｂ及び３ｃを設置することにより、圧力センサ３ｂ及び３ｃで検出した圧力値の差異に基づいてＸ軸とＹ軸の双方に直交するＺ軸（不図示）周りの回転モーメントも検出することが可能となる。

尚、２つの操作ハンドル支持部２ｂ及び２ｃを１つの操作ハンドル支持部に置換することも可能である。その１つの操作ハンドル支持部の一端は、操作ハンドルの中央部に接続されることになり、力入力操作装置２はＴの字状となる。この場合における操作ハンドル支持部には、Ｙ軸方向の圧力を検出する１つの圧力センサが設置されることになる。

図４に、力入力操作装置２の制御の概略を示すブロック図を示す。圧力センサ３ａ、３ｂ及び３ｃは、印加操作力検出部３を構成し、操作ハンドル２ａに印加される操作力（印加操作力）を、所定のサンプリング周期（例えば、数１０ヘルツ）で次々と検出する。検出された操作力に応じた検出信号は動作モード選択部４と動作制御信号出力部５に送られる。この検出信号によってＸ軸方向の操作力（印加操作力のＸ軸成分）、Ｙ軸方向の操作力（印加操作力のＸ軸成分）及びＺ軸周りの回転モーメントが特定される。

動作モード選択部４は、判定領域記録部６に格納された判定領域情報を参照しつつ、次々と送られてくる上記検出信号に基づいて選択すべき動作モードを決定する。つまり、直進モード、進路変更モード及び回転モードの内の何れか１つの動作モードを選択する。判定領域情報は、印加操作力がどの動作モードに対応するものであるかを区分けするための情報である（詳細は後述）。尚、判定領域記録部６は、力入力操作装置２に内蔵されたメモリであってもよいし、可搬型の（着脱自在な）メモリカード等であってもよい。

動作制御信号出力部５は、選択された動作モード及び上記検出信号によって特定される印加操作力の大きさ等に応じて右後輪モータ８ａ及び左後輪モータ８ｂが回転すべき回転速度及び回転方向を算出し、それらの回転速度及び回転方向を実現するために必要な制御信号（動作制御信号）をモータ制御部７ａ及び７ｂに出力する。モータ制御部７ａ及び７ｂは、それぞれ、この制御信号に応じた所定の駆動電流を右後輪モータ８ａ及び左後輪モータ８ｂに供給する。

右後輪モータ８ａ及び左後輪モータ８ｂは、それぞれ、供給された駆動電流に応じて右側後輪１ａ及び左側後輪１ｂを回転駆動する。また、右側後輪１ａの回転速度及び回転方向は右後輪モータ８ａの回転速度及び回転方向によって特定され、左側後輪１ｂの回転速度及び回転方向は左後輪モータ８ｂの回転速度及び回転方向によって特定される。従って、右側後輪１ａ及び左側後輪１ｂの回転速度及び回転方向、ひいては搬送車１の動作（移動する速度及び移動する方向）は、動作制御信号出力部５が出力する制御信号（動作制御信号）によって制御されることになる。

搬送車１を操作対象物と捉えたとき、モータ制御部７ａ及び７ｂ、右後輪モータ８ａ及び８ｂ並びに右側後輪１ａ及び左側後輪１ｂは、上記制御信号に応じた駆動力を操作対象物に付与する駆動手段を構成する。また、右側後輪１ａ及び左側後輪１ｂを操作対象物として捉えた場合、モータ制御部７ａ及び７ｂ並びに右後輪モータ８ａ及び８ｂが、上記制御信号に応じた駆動力を操作対象物に付与する駆動手段を構成する、とも言える。

次に、印加操作力がどの動作モードに対応するものであるかを区分けする手法について説明する。図５は、この区分けを表すベクトル図である。操作ハンドル２ａに印加される操作力をベクトルとして表した場合、そのベクトル（以下「印加操作力ベクトル」という）は、第１、第２、第３及び第４象限の何れかに現れることになるが、説明の簡略化上、第１象限にのみ着目する。例えば、Ｙ軸方向の操作力として搬送車１を操作ハンドル２ａの方向側へ引っ張る力に着目すると共に、Ｘ軸方向の操作力として操作ハンドル支持部２ｂ側から操作ハンドル支持部２ｃへ向かう方向の力に着目する（図３参照）。印加操作力ベクトルが第２、第３及び第４象限に現れたときの動作は、第１象限に着目した以下の説明の動作と同様である。

図５においては、上述の第１象限のみが表されており、横軸は力のＸ軸成分（Ｆｘ）を、縦軸は力のＹ軸成分（Ｆｙ）を表す。第１象限において、各動作モードに対応すべく領域を３つに区分する。例えば、図５に示す如く、区分線Ｌ１により領域Ａ１と領域Ａ２に区分し、区分線Ｌ２により領域Ａ２と領域Ａ３を区分する。区分けされた領域（判定領域）Ａ１、Ａ２及びＡ３は、３つの動作モードに１対１に対応付けられている。具体的には、領域Ａ１は直進モードに対応し、領域Ａ２は進路変更モード（ここでは右折）に対応し、領域Ａ３は回転モード（ここでは右方向への回転）に対応している。

図５において、印加操作力ベクトルは、Ｆｉで示されている。原点を始点とする印加操作力ベクトルＦｉの終点（終端）が、縦軸（Ｆｙ軸）と区分線Ｌ１との間（即ち領域Ａ１内）、区分線Ｌ１と区分線Ｌ２との間（即ち領域Ａ２内）、区分線Ｌ２と横軸（Ｆｘ軸）との間（即ち領域Ａ３内）にある場合、印加操作力（印加操作力ベクトル）が属する領域は、原則として夫々領域Ａ１、Ａ２、Ａ３であると判断される（例外については後述）。図５は、印加操作力ベクトルＦｉが領域Ａ２に属している例を示している。印加操作力ベクトルＦｉのＸ軸成分及びＹ軸成分を、それぞれＦｉｘ、Ｆｉｙとする。つまり、操作部としての操作ハンドル２ａに印加される操作力のＸ軸成分及びＹ軸成分は、夫々Ｆｉｘ及びＦｉｙで表される。以下の説明において、印加操作力ベクトルの始点は、全て原点（力のＸ軸成分とＹ軸成分が共にゼロ）となっているものとする。

区分線Ｌ１とＬ２の双方は、例えば図５に示す如く、原点を通る直線となっている。この場合、領域Ａ１、Ａ２及びＡ３は、印加操作力の作用する方向のみによって区分されている、と捉えることができる。印加操作力の作用する方向は、横軸（Ｆｘ軸）と印加操作力ベクトルＦｉが成す角度θで特定される。

また、印加操作力ベクトルＦｉの大きさが所定の閾値未満である印加操作力は、例えば、搬送車１の走行速度が「ゼロ」の直進モードに対応付けられている。これを、直進モードとは別の停止モードと扱っても構わない。このように扱った場合、動作モード選択部４によって選択される動作モードは、直進モード、進路変更モード、回転モード及び停止モードの４つとなる。停止モードに対応する領域は、図５の原点を中心とし且つ半径を上記閾値とした円の内部に相当する。

このように、複数の動作モードの夫々と対応付けられた複数の領域（例えば領域Ａ１、Ａ２及びＡ３）が設定されており、それらの領域は印加操作力の作用する方向によって、或いは印加操作力の大きさとその印加操作力の作用する方向とによって区分されている。印加操作力の大きさは、印加操作力ベクトルＦｉの大きさと同じであり、また印加操作力ベクトルＦｉの長さ｜Ｆｉ｜（即ち、（Ｆｉｘ²＋Ｆｉｙ²）の平方根）に等しい。

尚、領域の区分方法は、図５に示す例に限定されるものではない。原点を始点とする印加操作力ベクトルＦｉの終点が第１象限中に現れた際、その印加操作力ベクトルＦｉが何れか１つの動作モードに対応するように区分けされておれば、どのように領域を区分けしてもよい。第１象限（更には第２〜第４象限）をどのように区分けするかは、判定領域記録部６に判定領域情報として格納されている。

ここで、本発明において着目すべき点である動作モードの切り換え手法について説明する。本発明においては、互いに隣接する領域間にヒステリシス領域を設け、印加操作力のふらつき等に起因する意図しない動作モードの切り換えが起こりにくいようにしている。図６は、そのヒステリシス領域を含めて表した印加操作力ベクトルの第１象限を表している。図６においては、図５と同じく、横軸を力のＸ軸成分（Ｆｘ）とし縦軸を力のＹ軸成分（Ｆｙ）としている。図６において、図５と同一のものには同一の符号を付し重複する説明を省略する。

図６に示す如く、区分線Ｌ１と縦軸（Ｆｙ軸）との間、区分線Ｌ２と横軸（Ｆｘ軸）との間には、夫々区分線Ｌ１ａ、区分線Ｌ２ｂが設けられている。また、区分線Ｌ１と区分線Ｌ２との間には２つの区分線が設けられており、その２つの区分線の内、区分線Ｌ１側を区分線Ｌ１ｂと呼び、区分線Ｌ２側を区分線Ｌ２ａと呼ぶ。そして、区分線Ｌ１ａとＬ１ｂに囲まれた領域をヒステリシス領域Ｈ１と呼び、区分線Ｌ２ａとＬ２ｂに囲まれた領域をヒステリシス領域Ｈ２と呼ぶ。

区分線Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ２ａ及びＬ２ｂは、例えば図６に示す如く、全て原点（力のＸ軸成分とＹ軸成分が共にゼロ）を通る直線となっている。また例えば、図６に示す如く、区分線Ｌ１、Ｌ１ａ及びＬ１ｂは原点で交差しており、更にまた、区分線Ｌ１と区分線Ｌ１ａの交差角と区分線Ｌ１と区分線Ｌ１ｂの交差角は等しくなっている。同様に、例えば、区分線Ｌ２、Ｌ２ａ及びＬ２ｂは原点で交差しており、また、区分線Ｌ２と区分線Ｌ２ａの交差角と区分線Ｌ２と区分線Ｌ２ｂの交差角は等しくなっている。また、区分線Ｌ１ｂと横軸（Ｆｘ軸）との交差角は、区分線Ｌ２ａと横軸（Ｆｘ軸）との交差角より大きくなっている。

区分線Ｌ１と区分線Ｌ１ａとで囲まれた領域は、領域Ａ１とヒステリシス領域Ｈ１の双方に重複して含まれ、区分線Ｌ１と区分線Ｌ１ｂとで囲まれた領域は、領域Ａ２とヒステリシス領域Ｈ１の双方に重複して含まれている。区分線Ｌ２と区分線Ｌ２ａとで囲まれた領域は、領域Ａ２とヒステリシス領域Ｈ２の双方に重複して含まれ、区分線Ｌ２と区分線Ｌ２ｂとで囲まれた領域は、領域Ａ３とヒステリシス領域Ｈ２の双方に重複して含まれている。尚、領域Ａ１、ヒステリシス領域Ｈ１、領域Ａ２、ヒステリシス領域Ｈ２及び領域Ａ３を、互いに重複しない領域と捉えることもできる。

上記のヒステリシス領域Ｈ１及びＨ２を考慮して動作モードの選択を行う動作モード選択部４の動作について説明する。説明の便宜上、領域Ａ１内であって且つヒステリシス領域Ｈ１外（縦軸と区分線Ｌ１ａとの間）にある任意の終点を終点ｐ１と定め、領域Ａ１内であって且つヒステリシス領域Ｈ１内（区分線Ｌ１ａと区分線Ｌ１との間）にある任意の終点を終点ｐ２と定め、領域Ａ２内であって且つヒステリシス領域Ｈ１内（区分線Ｌ１と区分線Ｌ１ｂとの間）にある任意の終点を終点ｐ３と定め、領域Ａ２内であって且つヒステリシス領域Ｈ１及びＨ２の外（区分線Ｌ１ｂと区分線Ｌ２ａとの間）にある任意の終点を終点ｐ４と定め、領域Ａ２内であって且つヒステリシス領域Ｈ２内（区分線Ｌ２ａと区分線Ｌ２との間）にある任意の終点を終点ｐ５と定め、領域Ａ３内であって且つヒステリシス領域Ｈ２内（区分線Ｌ２と区分線Ｌ２ｂとの間）にある任意の終点を終点ｐ６と定め、領域Ａ３内であって且つヒステリシス領域Ｈ２外（区分線Ｌ２ｂと横軸との間）にある任意の終点を終点ｐ７と定める。

今、動作モード選択部４により直進モードが選択されているとする。この状態において、検出された印加操作力ベクトルの終点が終点ｐ１又はｐ２である場合、その印加操作力ベクトルに対応する印加操作力は領域Ａ１に属していると判断され、動作モード選択部４は選択する動作モードを直進モードに維持する。

また、検出された印加操作力ベクトルの終点が終点ｐ４又はｐ５である場合、その印加操作力ベクトルに対応する印加操作力は領域Ａ２に属していると判断され、動作モード選択部４は選択する動作モードを直進モードから進路変更モードに切り換える。ところが、動作モードが直進モードである状態において、検出された印加操作力ベクトルの終点が終点ｐ３である場合、その印加操作力ベクトルに対応する印加操作力は直進モードに対応付けられた領域Ａ１に属しているとみなされる（領域Ａ１に属しているものとして取り扱われる）。従って、動作モードは直進モードに維持される。

操作者が直進モードを維持しようとしていても、印加操作力にふらつき等により印加操作力が直進モードに対応付けられた領域Ａ１から若干はずれることもある。しかしながら、上記のように、終点がヒステリシス領域Ｈ１内にある印加操作力（印加操作力ベクトル）を領域Ａ１に属しているとして取り扱うことにより、直進モードが維持される。即ち、印加操作力ベクトルの終点がヒステリシス領域Ｈ１を超えない限り、動作モードの切り換えは行われない。これによって、意図しない動作モードの切り換えが抑制される。

尚、動作モードが直進モードである状態において、検出された印加操作力ベクトルの終点が終点ｐ７である場合、その印加操作力ベクトルに対応する印加操作力は領域Ａ３に属していると判断され、動作モード選択部４は選択する動作モードを回転モードに切り換える。また、動作モードが直進モードである状態において、検出された印加操作力ベクトルの終点が終点ｐ６である場合、その印加操作力ベクトルに対応する印加操作力は進路変更モードに対応付けられた領域Ａ２に属していると判断しても良いし（みなしても良いし）、領域Ａ３に属していると判断しても良い。領域Ａ２に属していると判断した場合（みなした場合）、動作モードは直進モードから進路変更モードに切り換えられ、領域Ａ３に属していると判断した場合、動作モードは直進モードから回転モードに切り換えられる。

次に、動作モード選択部４により進路変更モードが選択されている状態を基準として考える。この状態において、検出された印加操作力ベクトルの終点が終点ｐ３、ｐ４又はｐ５である場合、その印加操作力ベクトルに対応する印加操作力は領域Ａ２に属していると判断され、動作モード選択部４は選択する動作モードを進路変更モードに維持する。

また、検出された印加操作力ベクトルの終点が終点ｐ１である場合、その印加操作力ベクトルに対応する印加操作力は領域Ａ１に属していると判断され、動作モード選択部４は選択する動作モードを進路変更モードから直進モードに切り換える。また、検出された印加操作力ベクトルの終点が終点ｐ７である場合、その印加操作力ベクトルに対応する印加操作力は領域Ａ３に属していると判断され、動作モード選択部４は選択する動作モードを進路変更モードから回転モードに切り換える。

ところが、動作モードが進路変更モードである状態において、検出された印加操作力ベクトルの終点が終点ｐ２又はｐ６である場合、その印加操作力ベクトルに対応する印加操作力は進路変更モードに対応付けられた領域Ａ２に属しているとみなされる（領域Ａ２に属しているものとして取り扱われる）。即ち、印加操作力ベクトルの終点がヒステリシス領域Ｈ１或るいはＨ２を超えない限り、動作モードの切り換えは行われない。従って、動作モードは進路変更モードに維持され、印加操作力のふらつき等に起因する意図しない動作モードの切り換えが抑制される。

尚、直進モード又は進路変更モードが選択されている状態を基準として動作モードの切り換え手法を説明したが、それ以外の動作モード（例えば回転モード）が選択されている状態を基準とした場合も同様である。

また、動作モードが直進モードである状態において、次に検出された印加操作力が領域Ａ２に属すると判断された（或いはみなされた）場合、直ちに動作モードを直進モードから進路変更モードに変更するようにしてもよいが、複数回にわたって検出された印加操作力を総合的に判断して動作モードの変更の実行／不実行を判断しても構わない。

印加操作力は、上記サンプリング周期の逆数に相当するサンプリング間隔にて、次々と検出される訳であるが、例えば、領域Ａ２に属すると判断された（或いはみなされた）印加操作力が連続して検出された場合に、動作モードを直進モードから進路変更モードに変更するようにしてもよい。

例えば、或るタイミングにおいて終点をｐ１、ｐ２又はｐ３とする印加操作力ベクトルが検出された後、領域Ａ２に属すると判断される（或いはみなされる）印加操作力が５回連続して検出されたときに、動作モードを直進モードから進路変更モードに切り換える。逆に言えば、領域Ａ２に属すると判断される（或いはみなされる）印加操作力が４回以下しか連続して検出されなかった場合、動作モードは直進モードに維持される。尚、直進モードから進路変更モードへの切り換えだけでなく、他の動作モード間の切り換えも同様にしてもよい。また、動作モードの切り換えに必要な時間（上記の例では５回のサンプリングに要する時間）は、適宜変更可能である。

つまり、動作モードとして第１動作モード（例えば直進モード）が選択されている状態において、第１動作モードと異なる第２動作モード（例えば進路変更モード）に対応付けられた領域に属すると判断される（或いはみなされる）印加操作力（印加操作力ベクトル）が所定の期間継続して検出されたとき、動作モード選択部４が、選択する動作モードを第１動作モードから第２動作モードに切り換えるようにしてもよい。これにより、操作ハンドル２ａに加える操作力のふらつき等によって発生しうる意図しない動作モードの切り換えが更に抑制され、操作性が更に向上する。

また、所定の期間内に検出された複数の印加操作力の内、最も多くの印加操作力が属していると判断された（或いはみなされた）領域に対応付けられた動作モードを選択するようにしてもよい。これによっても、操作ハンドル２ａに加える操作力のふらつき等によって発生しうる意図しない動作モードの切り換えや選択が更に抑制され、操作性が更に向上する。

この手法について具体例を挙げる。今、直進モードにおいて終点をｐ１、ｐ２又はｐ３とする印加操作力ベクトルが検出された後、次のサンプリングタイミングＴ１において領域Ａ２に属すると判断される（或いはみなされる）印加操作力が検出されたとする。更に上記サンプリング間隔をおいて、領域Ａ２、Ａ１、Ａ２、Ａ２に属すると判断される（或いはみなされる）印加操作力が次々と検出されたとする。この場合、サンプリングタイミングＴ１を起算点として検出された５つの印加操作力（但し、サンプリングタイミングＴ１に検出された印加操作力を含む）は、サンプリングタイミングＴ１側から、夫々、領域Ａ２、Ａ２、Ａ１、Ａ２、Ａ２に属すると判断された（或いはみなされた）ことになる。

上記５つの印加操作力の内、最も多くの印加操作力が属していると判断された（或いはみなされた）領域はＡ２であるため、上記５つの印加操作力の内の最後の印加操作力が検出された時点で、動作モードを直進モードから進路変更モードに切り換える（それまでは直進モードを維持する）。尚、直進モードから進路変更モードへの切り換えだけでなく、他の動作モード間の切り換えも同様にしてもよい。また、動作モードの切り換えに必要な時間（上記の例では５回のサンプリングに要する時間）は、適宜変更可能である。

また、図７に示す如く、区分線Ｌ１ａと縦軸との間に区分線Ｌｙを設けるようにしてもよい。領域Ａ１に隣接する第２象限中の領域（不図示）内に設けられた区分線（不図示）と区分線Ｌｙとの間は、領域Ａ１と第２象限中のその領域との間に設けられたヒステリシス領域となる。但し、第２象限中のその領域に対応付けられた動作モードが領域Ａ１と同じ直進モードである場合、区分線Ｌｙは省略できる。

同様に、区分線Ｌ２ｂと横軸との間に区分線Ｌｘを設けるようにしてもよい。領域Ａ３に隣接する第４象限中の領域（不図示）内に設けられた区分線（不図示）と区分線Ｌｘとの間は、領域Ａ３と第４象限中のその領域との間に設けられたヒステリシス領域となる。但し、第４象限中のその領域に対応付けられた動作モードが領域Ａ３と同じ回転モードである場合、区分線Ｌｘは省略できる。尚、図７において、図６と同一の部分には同一に符号をしてある。

（駆動力の変化制限）
また、動作モードの切り換え時においては次のように動作する。今、選択されている動作モードが直進モードであるとする。このとき、右側後輪１ａ及び左側後輪１ｂから成る駆動輪が右後輪モータ８ａ及び左後輪モータ８ｂによる駆動によって同一の回転速度及び同一の回転方向にて回転し、搬送車１にＹ軸方向の駆動力が与えられているとする。この駆動力を表すベクトルを駆動力ベクトルＦｄ１とする。図８には、この駆動力ベクトルＦｄ１が表されている。図８は、駆動力ベクトルの第１象限を表すベクトル図であり、図５と同じく、横軸を力のＸ軸成分（Ｆｘ）とし縦軸を力のＹ軸成分（Ｆｙ）としている。上述の如く、駆動力ベクトルＦｄ１は直進モード時におけるものであるため、その駆動力ベクトルＦｄ１の方向はＹ軸（Ｆｙ軸）方向と一致している。

そして、上述の第１の切り換え手法等によって動作モードが直進モードから進路変更モードに切り換えられたとする。この切り換えによって搬送車１には、駆動力ベクトルＦｄ２で表される駆動力が最終的に付与され、所望の進路変更が行われる。駆動力ベクトルＦｄ２は、駆動力ベクトルＦｄ１と異なり、Ｘ軸成分（ゼロではない）を有する。

動作モード選択部４から動作モードの切り換えが伝達されると、搬送車１に付与される駆動力の大きさが最終的に｜Ｆｄ１｜から｜Ｆｄ２｜に移り変わると共に該駆動力の作用する方向が最終的に駆動力ベクトルＦｄ１の方向から駆動力ベクトルＦｄ２の方向に移り変わるように、動作制御信号出力部５は必要な制御信号を出力する。ここで、｜Ｆｄ１｜は駆動力ベクトルＦｄ１の大きさを表すものであり、（Ｆｄ１のＸ軸成分の２乗）と（Ｆｄ１のＹ軸成分の２乗）との和の平方根に等しい。｜Ｆｄ２｜は駆動力ベクトルＦｄ２の大きさを表すものであり、（Ｆｄ２のＸ軸成分の２乗）と（Ｆｄ２のＹ軸成分の２乗）との和の平方根に等しい。

上記の動作モードの切り換えの際、駆動力の大きさを｜Ｆｄ１｜から｜Ｆｄ２｜に瞬時に変化させると滑らかな動作モードの変更が行えない。そこで、動作モード選択部４から動作モードの切り換えが伝達されたとき、動作制御信号出力部５は、搬送車１に付与される駆動力の大きさの単位時間当たりの変化量を所定の第１上限値以下に抑えつつ（即ち、該変化量に上限を設けつつ）、動作モードの切り換えに必要な制御信号を出力する。これは、一定の時間をかけて徐々に駆動力の大きさを変化させることに相当する。

また、動作モードの切り換えの際、駆動力の作用する方向が駆動力ベクトルＦｄ１の方向から駆動力ベクトルＦｄ２の方向に瞬時に変化することも、滑らかな動作モードの変更を妨げる。そこで、動作モード選択部４から動作モードの切り換えが伝達されたとき、動作制御信号出力部５は、搬送車１に付与される駆動力の作用する方向の単位時間当たりの変化分を所定の第２上限値以下に抑えつつ（即ち、該変化分に上限を設けつつ）、動作モードの切り換えに必要な制御信号を出力する。これは、一定の時間をかけて徐々に駆動力の作用する方向を変化させることに相当する。

また、駆動力の大きさの瞬時の変化に対応したものであるが、搬送車１の移動速度が急激に変化すると、操作者は操作に違和感を覚える。そこで、動作モード選択部４から動作モードの切り換えが伝達されたとき、動作制御信号出力部５は、搬送車１の移動速度（動作する速度）の大きさの単位時間当たりの変化量を所定の第３上限値以下に抑えつつ（即ち、該変化量に上限を設けつつ）、動作モードの切り換えに必要な制御信号を出力する。これは、一定の時間をかけて徐々に搬送車１の移動速度を変化させることに相当する。

また、駆動力の作用する方向の瞬時の変化に対応したものであるが、搬送車１の移動方向が急激に変化すると、操作者は操作に違和感を覚える。そこで、動作モード選択部４から動作モードの切り換えが伝達されたとき、動作制御信号出力部５は、搬送車１の移動方向（動作する方向）の単位時間当たりの変化分を所定の第４上限値以下に抑えつつ（即ち、該変化分に上限を設けつつ）、動作モードの切り換えに必要な制御信号を出力する。これは、一定の時間をかけて徐々に搬送車１の移動方向を変化させることに相当する。

また、駆動輪である右側後輪１ａ及び左側後輪１ｂの夫々に付与する駆動力に着目した場合、その駆動力の大きさが急激に変化すると、滑らかな動作モードの切り換えは妨げられる。そこで、動作モード選択部４から動作モードの切り換えが伝達されたとき、右側後輪１ａ及び左側後輪１ｂの夫々に付与される駆動力の大きさの単位時間当たりの変化量が所定の第５上限値以下に抑えられるようにしながら（即ち、該変化量に上限を設けつつ）、動作モードの切り換えに必要な制御信号が出力されるようにしてもよい。これは、右側後輪１ａ及び左側後輪１ｂの夫々に付与する駆動力の大きさを、一定の時間をかけて徐々に変化させることに相当する。

上記の如く、動作モードの切り換えの際、駆動力の大きさや駆動力の作用する方向等を徐々に変化させることで違和感のない滑らかな動作モードの切り換えが実現される。

また、３つの圧力センサ３ａ、３ｂ及び３ｃを設けることにより、印加操作力のＸ軸成分とＹ軸成分だけでなく、上述の如く、Ｚ軸（不図示）周りの回転モーメントも検出することが可能となっている。圧力センサ３ｂ及び３ｃで検出された力をＦｉｙ１、Ｆｉｙ２とすると、動作制御信号出力部５は、Ｆｉｙ１とＦｉｙ２の差に基づいてＺ軸周りの回転モーメントを算出し、更にその算出した回転モーメントを打ち消す逆方向回転モーメントに対応する右側後輪１ａ及び左側後輪１ｂの回転速度及び回転方向を算出する。各動作モード（直進モード、進路変更モード、回転モード）において、動作制御信号出力部５は、上記逆方向回転モーメントに対応した回転速度と回転方向を考慮しつつ、各動作モードにおける右側後輪１ａと左側後輪１ｂが追従すべき回転速度及び回転方向を算出し、適切な制御信号（モータ指令値）を出力する。このため、操作者の操作により発生している回転モーメントが相殺され、正確な直進運動、進路変更運動及び回転運動が行われる。

また、直進モードにおける搬送車１の移動速度、進路変更モードにおける搬送車１の周方向への移動速度及び旋回の中心から見た回転角速度、並びに回転モードにおける搬送車１の回転角速度は、印加操作力の大きさ及び作用する方向に基づいて適宜変更すればよい。例えば、直進モードにおける搬送車１の移動速度を印加操作力のＹ軸成分の大きさに比例させるとよい。

また、駆動輪（右側後輪１ａ及び左側後輪１ｂ）が搬送車の筐体に固着されている例を示したが、本発明はこれに限定されない。つまり、駆動輪が、右側前輪１ｃや左側前輪１ｄの如く、搬送車の筐体に回転可能に装着されていても良い。この場合、搬送車の進路変更や回転は、駆動輪の中心を通る鉛直線を中心軸とした駆動輪の回転をも利用して行われる。

このような搬送車である搬送車３１の平面図を図９に示す。搬送車３１には、右側後輪３１ａ、左側後輪３１ｂ、右側前輪３１ｃ及び左側前輪３１ｄから成る４つの車輪が装着されている。それらの４つの車輪は全て駆動輪となっており、夫々の車輪は搬送車３１の筐体に回転可能に装着されている。また、搬送車３１には、力入力操作装置３２が装着されている。力入力操作装置２が印加操作力に応じて右側後輪１ａと左側後輪１ｂの回転速度及び回転方向を制御するのに対して、力入力操作装置３２は印加操作力に応じて各車輪（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ及び３１ｄ）の回転速度、回転方向及び向きを制御する。この制御に関する相違を除いて、力入力操作装置３２の構成及び動作は力入力操作装置２のそれらと同様である。

図９（ａ）は直進モードにおける各車輪の向き、図９（ｂ）は進路変更モードにおける各車輪の向き、図９（ｃ）は回転モードにおける各車輪の向きを示している。図９（ａ）においては、右側後輪３１ａ、左側後輪３１ｂ、右側前輪３１ｃ及び左側前輪３１ｄの全ての車輪が前方直進方向を向いており、矢印Ａで示す前方へ直進する状態となっている。図９（ｂ）においては、右側前輪３１ｃ及び左側前輪３１ｄが矢印Ｂで示す進路変更方向を向く一方で、右側後輪３１ａ及び左側後輪３１ｂがその進路変更方向と逆の方向を向き、矢印Ｂで示す方向へ進路を変更する状態となっている。図９（ｃ）においては、右側前輪３１ｃ及び左側前輪３１ｄの力入力操作装置３２側が搬送車３１の内側を向く一方で、右側後輪３１ａ及び左側後輪３１ｂの力入力操作装置３２側が搬送車３１の外側を向き、矢印Ｃで示す方向に回転する状態となっている。

そして、搬送車３１において、動作モードを例えば直進モードから進路変更モードに切り換える際、各車輪（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ及び３１ｄ）の中心を通る鉛直線を中心軸とした各車輪の回転の回転角速度に上限を設けるようにするとよい。搬送車３１に付与される駆動力の作用する方向は、搬送車３１の筐体に対する各車輪の向きによって特定される。従って、上記のように上限を設けることは、搬送車３１に付与される駆動力の作用する方向の単位時間当たりの変化分に上限を設けることに相当する。力入力操作装置３２に備えられた動作制御信号出力部（不図示）は、この上限を守りながら動作モードの切り換えに必要な動作制御信号を出力して、各車輪の向きを適切に変更する。

＜＜変形等＞＞
尚、図５等の区分線Ｌ１と区分線Ｌ２を定める判定領域情報は、例えば予め決められた情報として判定領域記録部６に記録されている。但し、この区分線Ｌ１及びＬ２を、操作者が実際に加える印加操作力等に応じて変えることができるようにしてもよい。例えば、操作者が直進モードを選択することを意図して実際に加えた印加操作力に応じて区分線Ｌ１と横軸（Ｆｘ軸）との交差角を、図５におけるものよりも小さくしたり大きくしたりしてもよい。また、区分線Ｌ１と横軸との交差角や区分線Ｌ２と横軸との交差角を変更する場合は、それに付随して区分線Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂと横軸との各交差角も変更される。

力入力操作装置２を搬送車（上述の搬送車１等）に適用する例を例示したが、力入力操作装置２は、様々な移動体に適用可能である。力入力操作装置２が適用可能な搬送車以外の移動体の例として、例えば、歩行用補助車（電動式歩行用補助車）が挙げられる。歩行用補助車は、歩行の困難な操作者の移動を容易にするために用いられる。

また、本発明は、印加操作力に応じて各車輪（図２における右側後輪１ａ及び左側後輪１ｂや、図９における右側後輪３１ａ等）の回転速度を制御する構成だけでなく、印加操作力に応じて各車輪への印加トルク（各車輪を回転駆動させるために各車輪に与えるトルク）を制御する構成にも適用可能である。

本発明に係る力入力操作装置（パワーアシスト装置）は、搬送車（搬送台車）、歩行用補助車（電動式歩行用補助車）等の移動体に好適である。また、本発明に係る力入力操作装置は、印加操作力に応じて動作が制御される様々な操作対象物に適用可能ある（搭載可能である）。例えば、印加操作力に応じて様々な作業（例えば重量物を移動させる）をこなすロボットアームやパワーアシストロボットに好適である。

本発明の実施の形態に係る力入力操作装置を用いた搬送車の斜視図である。 図１の搬送車の平面図である。 図１及び図２の力入力操作装置の概略を示す平面図である。 図１及び図２の力入力操作装置の制御の概略を示すブロック図である。 印加操作力と動作モードとの対応関係を示すベクトル図である。 印加操作力と動作モードとの対応関係を、ヒステリシス領域を含めて記したベクトル図である。 印加操作力と動作モードとの対応関係を、ヒステリシス領域を含めて記したベクトル図である。 図１及び図２の搬送車に付与される駆動力が動作モードの切り換えに応じて変化する様子を示すベクトル図である。 図１及び図２の搬送車及び力入力操作装置の変形例を示す図である。

符号の説明

１ 搬送車
１ａ 右側後輪
１ｂ 左側後輪
１ｃ 右側前輪
１ｄ 左側前輪
２ 力入力操作装置
２ａ 操作ハンドル
２ｂ、２ｃ 操作ハンドル支持部
３ 印加操作力検出部
３ａ、３ｂ、３ｃ 圧力センサ
４ 動作モード選択部
５ 動作制御信号出力部
６ 判定領域記録部
７ａ、７ｂ モータ制御部
８ａ 右後輪モータ
８ｂ 左後輪モータ
３１ 搬送車
３２ 力入力操作装置
Ｌ１、Ｌ２ 区分線
Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ 区分線
Ａ１、Ａ２、Ａ３ 領域（判定領域）
Ｈ１、Ｈ２ ヒステリシス領域
Ｆｉ 印加操作力ベクトル
Ｆｄ１、Ｆｄ２ 駆動力ベクトル

Claims (5)

1. 操作部に印加される操作力に応じて複数の動作モードの内から１つの動作モードを選択して操作対象物を動作させる力入力操作装置において、
   前記操作部に印加される印加操作力を検出する印加操作力検出手段と、
   少なくとも力の作用する方向によって区分され且つ前記複数の動作モードの夫々と対応付けられた複数の領域の内、何れの領域に検出された印加操作力が属するかを判断することによって前記複数の動作モードの内から１つの動作モードを選択する動作モード選択手段と、
   選択された動作モードに応じて操作対象物の動作を制御するための動作制御信号を出力する動作制御信号出力手段と、を備え、
   互いに隣接する領域間にはヒステリシス領域が設けられており、
   選択されている動作モードが前記複数の動作モードに含まれる第１動作モードである状態において、検出された印加操作力が第１動作モードに対応付けられた領域に隣接するヒステリシス領域に属しているとき、その印加操作力は第１動作モードに対応付けられた領域に属しているものとして取り扱われる
   ことを特徴とする力入力操作装置。
2. 前記複数の領域は力の大きさ及び作用する方向によって区分され、
   前記動作モード選択手段は、検出された印加操作力の大きさ及び作用する方向に基づくことによって該印加操作力が何れの領域に属しているかを判断する
   ことを特徴とする請求項１に記載の力入力操作装置。
3. 前記動作モード選択手段によって選択されている動作モードが他の動作モードに切り換わる際、
   前記動作制御信号出力手段は、前記操作対象物を動作させる駆動力の大きさの単位時間当たりの変化量に上限を設けつつ、動作モードの切り換えに必要な動作制御信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の力入力操作装置。
4. 前記動作モード選択手段によって選択されている動作モードが他の動作モードに切り換わる際、
   前記動作制御信号出力手段は、前記操作対象物を動作させる駆動力の作用する方向の単位時間当たりの変化分に上限を設けつつ、動作モードの切り換えに必要な動作制御信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の力入力操作装置。
5. 請求項１〜４の何れかに記載の力入力操作装置を搭載しており、
   前記動作制御信号に応じて動作すべくなしてある
   ことを特徴とする移動体。

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