JP3787199B2

JP3787199B2 - Power assist method and apparatus

Info

Publication number: JP3787199B2
Application number: JP32549796A
Authority: JP
Inventors: 康男榎本; 治司中村; 利勅井上
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-12-05
Filing date: 1996-12-05
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2016-12-05
Also published as: JPH10165449A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力トルクの大小に応じたモータの駆動力によりパワーアシストを行うパワーアシスト方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のパワーアシストを行う機器としては、例えば特願平７−７９１３４号に記載された電動車椅子などが知られている。
【０００３】
そのパワーアシスト装置は、車椅子のハンドリムに与えられた手動操作による入力トルクをトルクセンサにて検出し、検出した入力トルクに応じてモータを作動させてクラッチを介して作動軸としての車輪軸を駆動し、パワーアシストを行うように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車椅子などのパワーアシストを行う機器においては、操作者の感性に適合した良好な操作性が要求されているが、上記従来の構成では、負荷の大きな場合では必要とされる手動操作による入力トルクも多大となり、操作者の負担が大きく、場合によっては必要入力トルクまで到達できず、操作性を損なうことがあるという問題があった。
【０００５】
これに対して、入力トルクとパワーアシストトルクの入出力関係を変更して、パワーアシストトルクの割合を大きくすることも考えられるが、負荷の小さい場面で、入力トルクのわずかな変動でパワーアシストトルクが大きく変動してしまうため、操作が非常に難しくなるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、負荷の大きい場合に過大な入力トルクを必要とせずに大きなパワーアシストトルクが得られるとともに負荷の小さい場合にも操作性の良いパワーアシスシト方法及び装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、入力トルクを検出し、検出した入力トルクに基づいてモータを作動させるパワーアシスト方法において、以下に示す具体的な方法にて入力トルクが小さいときにはパワーアシストトルクの割合を小さく、入力トルクが大きくなるとパワーアシストトルクの割合を大きくするものであり、これにより負荷の大きい場合にも過大な入力トルクを必要とせずに大きなパワーアシストトルクを得ることができ、また負荷の小さい場合にも微妙な操作ができ、操作性が向上する。
【０００８】
すなわち、入力トルクが第１の所定値より小さいときは入力トルクに応じてモータの駆動力を制御し、入力トルクが第１の所定値以上になると、入力トルクに第１の所定値を超過した値の積分値に対応する値、又は時間とともに単調増加する関数値を付加した値に応じてモータの駆動力を制御し、入力トルクが第２の所定値以下になった時点で前記積分値に対応する値又は関数値の付加を中止して入力トルクに応じた駆動制御信号を出力するようにしているので、第１の所定値以上の入力トルクを付加し続けることによってパワーアシストトルクが徐々に大きくなり、入力トルクを第２の所定値より下げると通常に戻るため、操作者に負担をかけずに負荷の大きい場合にも容易に操作でき、かつ入力トルクを第１の所定値以上にすれば、時間とともにパワーアシストトルクが徐々に大きくなるので、何らかの事情で急に大きな入力トルクが作用した場合でも急に過大なパワーアシストトルクが発生する恐れがなく、安全で安定した操作性が確保される。なお、第２の所定値は第１の所定値と同じ値であっても異なる値であってもよい。
【０００９】
また、本発明のパワーアシスト装置は、作動軸にクラッチを介して連結されたモータと、モータの駆動手段と、作動軸に対する入力トルクを検出する入力トルク検出手段と、検出した入力トルクに基づいた駆動制御信号を駆動手段に対して出力する制御手段とを備え、制御手段は検出した入力トルクが第１の所定値より小さいときは入力トルクに応じた駆動制御信号を出力し、第１の所定値以上になると入力トルクに第１の所定値を超過した値の積分値に対応する値を付加した値、又は時間とともに単調増加する関数値を付加した値に応じた駆動制御信号を出力し、入力トルクが第２の所定値以下になった時点で前記積分値に対応する値又は関数値の付加を中止して入力トルクに応じた駆動制御信号を出力するように構成しており、上記操作性を実現することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のパワーアシスト装置を適用した電動車椅子の一実施形態を図１〜図４を参照しながら説明する。
【００１１】
図１において、１は電動車椅子で、２は両側の車輪、３は車輪２を手動操作するハンドリムである。車輪２のハブ部４は、図２に示すように、作動軸としての車輪５の回りに軸受６を介して回転自在に支持されるとともに、クラッチ７を介して車輪軸５から回転駆動力が伝達されるように構成されている。また、車輪２のハブ部４に対して適当角度範囲相対回転可能にハンドリム３のハブ部８が装着されるとともに所定回転位置に向けて常時弾性的に付勢され、ハンドリム３の操作トルクに応じてハブ部８がハブ部４に対して回転方向に相対変位するように構成されている。車輪軸５の基部は、軸受９を介して車椅子の車体フレーム側の固定部材１０にて回転自在に支持され、モータ１１にて減速機構１２を介して回転駆動可能に構成されている。
【００１２】
ハンドリム３の操作トルクに応じたハンドリム３のハブ部８と車輪２のハブ部４の回転方向の相対変位をハブ部４の内側に位置するトルク応動部材１４の車輪軸５の軸方向への変位に変換する方向変換手段１３が設けられるとともに、トルク応動部材１４の軸方向変位を検出するトルクセンサ１５が固定部材１０の取付面１０ａに装着され、手動操作トルクをトルクセンサ１５にて検出するように構成されている。
【００１３】
図３において、入力トルク検出手段としてのトルクセンサ１５による検出信号は制御手段１６に入力され、この制御手段１６は検出した入力トルクに基づいた駆動制御信号をモータ駆動手段１７に対して出力するように構成されている。このモータ駆動手段１７にてモータ１１が駆動される。
【００１４】
制御手段は１６は、図４に示すように、検出した入力トルクが第１の所定値ｔ１より小さいときは入力トルクに応じた駆動制御信号を出力し、第１の所定値ｔ１以上になると入力トルクに所定値超過分Δｔの積分値に対応する値を付加した値に応じた駆動制御信号を出力し、入力トルクが第２の所定値ｔ２以下になった時点で積分値に対応する値の付加を中止して入力トルクに応じた駆動制御信号を出力するように構成されている。かくして、第１の所定値ｔ１以上の入力トルクを付加し続けることによってパワーアシストトルクが徐々に大きくなり、入力トルクを第２の所定値ｔ２より下げると通常の入力トルクに応じた駆動制御信号を出力する状態に戻ることになる。なお、図４に従来の入力トルクに応じたパワーアシストトルクを破線で示している。
【００１５】
以上の本実施形態によれば、負荷の大きい場合にも過大な入力トルクを必要とせずに大きなパワーアシストトルクを得ることができ、また負荷の小さい場合にも微妙な操作ができて操作性が向上し、しかも第１の所定値ｔ１以上の入力トルクを付加し続けると、時間とともにパワーアシストトルクが徐々に大きくなるため、何らかの事情で急に大きな入力トルクが作用した場合でも急に過大なパワーアシストトルクが発生する恐れがなく、安全で安定した操作性が確保できる。
【００１６】
なお、上記実施形態では第１の所定値ｔ１を越えた分を積分してその積分値を付加したパワーアシストトルクが得られるようにしたが、第１の所定値を越えている時間単調増加する関数を設定してその関数値を付加したパワーアシストトルクが得られるようにしてもよい。
【００１７】
【発明の効果】
本発明のパワーアシスト方法によれば、以上の説明から明らかなように、入力トルクが小さいときにはパワーアシストトルクの割合を小さく、入力トルクが大きくなると以下のようにパワーアシストトルクの割合を大きくしているので、負荷の大きい場合にも過大な入力トルクを必要とせずに大きなパワーアシストトルクを得ることができ、また負荷の小さい場合にも微妙な操作ができ、操作性が向上する。
【００１８】
すなわち、入力トルクが第１の所定値より小さいときは入力トルクに応じてモータの駆動力を制御し、入力トルクが第１の所定値以上になると、入力トルクに第１の所定値を超過した値の積分値に対応する値を付加した値、又は時間とともに単調増加する関数値を付加した値に応じてモータの駆動力を制御し、入力トルクが第２の所定値以下になった時点で前記積分値に対応する値又は関数値の付加を中止して入力トルクに応じた駆動制御信号を出力するようにしているので、第１の所定値以上の入力トルクを付加し続けることによってパワーアシストトルクが徐々に大きくなり、入力トルクを第２の所定値より下げると通常に戻るため、操作者に負担をかけずに負荷の大きい場合にも容易に操作でき、かつ入力トルクを第１の所定値以上にすれば、時間とともにパワーアシストトルクが徐々に大きくなるので、何らかの事情で急に大きな入力トルクが作用した場合でも急に過大なパワーアシストトルクが発生する恐れがなく、安全で安定した操作性を確保できる。
【００１９】
また、本発明のパワーアシスト装置によれば、作動軸にクラッチを介して連結されたモータと、モータの駆動手段と、作動軸に対する入力トルクを検出する入力トルク検出手段と、検出した入力トルクに基づいた駆動制御信号を駆動手段に対して出力する制御手段とを備え、制御手段は検出した入力トルクが第１の所定値より小さいときは入力トルクに応じた駆動制御信号を出力し、第１の所定値以上になると入力トルクに第１の所定値を超過した値の積分値に対応する値を付加した値、又は時間とともに単調増加する関数値を付加した値に応じた駆動制御信号を出力し、入力トルクが第２の所定値以下になった時点で前記積分値に対応する値又は関数値の付加を中止して入力トルクに応じた駆動制御信号を出力するように構成しているので、上記パワーアシスト方法の操作性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパワーアシスト装置を適用した電動車椅子の一実施形態の斜視図である。
【図２】同実施形態の要部である駆動部の縦断面図である。
【図３】同実施形態の制御ブロック図である。
【図４】同実施形態における入力トルクとパワーアシストトルクの関係を示す説明図である。
【符号の説明】
５車輪軸（作動軸）
１１モータ
１５トルクセンサ
１６制御手段
１７モータ駆動手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power assist method and apparatus for performing power assist with a driving force of a motor according to the magnitude of input torque.
[0002]
[Prior art]
As a conventional device for performing power assist, for example, an electric wheelchair described in Japanese Patent Application No. 7-79134 is known.
[0003]
The power assist device detects the input torque by manual operation given to the hand rim of the wheelchair by a torque sensor, operates the motor according to the detected input torque, and drives the wheel shaft as the operation shaft through the clutch. However, it is configured to perform power assist.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in a device that performs power assist such as a wheelchair, good operability that matches the sensitivity of the operator is required. However, in the conventional configuration described above, input by a manual operation that is necessary when the load is large is required. There is a problem that the torque is also great, and the burden on the operator is large. In some cases, the required input torque cannot be reached, and the operability may be impaired.
[0005]
On the other hand, it is possible to change the input / output relationship between the input torque and the power assist torque to increase the ratio of the power assist torque. However, the power assist torque can be increased with small fluctuations in the input torque when the load is small. The operation will be very difficult because of a large fluctuation.
[0006]
In view of the above-described conventional problems, the present invention provides a power assist method and apparatus that can obtain a large power assist torque without requiring an excessive input torque when the load is large, and has good operability even when the load is small. The purpose is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a power assist method for detecting input torque and operating a motor based on the detected input torque . When the input torque is small by the following specific method, the ratio of the power assist torque is reduced and the input torque is reduced. As the torque increases, the power assist torque ratio increases, so that a large power assist torque can be obtained without requiring an excessive input torque even when the load is large, and subtle even when the load is small. Operation is improved and operability is improved .
[0008]
That is, when the input torque is smaller than the first predetermined value by controlling the driving force of the motor in accordance with the input torque, the input torque is equal to or more than the first predetermined value, it exceeds a first predetermined value to the input torque the value corresponds to the integral value of the value, or to control the driving force of the motor in accordance with a value obtained by adding a function value which increases monotonically with time, the integrated value at the time the input torque becomes equal to or less than the second predetermined value since discontinue the addition of the corresponding value or function value so that outputs a drive control signal corresponding to the input torque, the power assist torque by continuing adding a first predetermined value or more input torque gradually When the input torque is lowered below the second predetermined value, it returns to the normal state, so that it can be easily operated even when the load is large without imposing a burden on the operator, and the input torque is set to the first predetermined value or more. Time Since both the power assist torque gradually increases suddenly excessive power assist torque even if a sudden large input torque is applied there is no possibility to occur for some reason, safe and stable operation is ensured. The second predetermined value may be the same value as or different from the first predetermined value.
[0009]
The power assist device of the present invention is based on a motor coupled to an operating shaft via a clutch, a motor driving means, an input torque detecting means for detecting an input torque for the operating shaft, and the detected input torque. And a control means for outputting a drive control signal to the drive means. When the detected input torque is smaller than the first predetermined value, the control means outputs a drive control signal corresponding to the input torque, and the first predetermined When the value exceeds the value, a drive control signal corresponding to a value obtained by adding a value corresponding to the integral value of the value exceeding the first predetermined value to the input torque or a value obtained by adding a function value that monotonously increases with time is output. input torque are configured to output a second driving control signal corresponding to the input torque to stop the addition of value or function value corresponding to the integral value when it becomes less than a predetermined value, the operation It can be realized.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an electric wheelchair to which the power assist device of the present invention is applied will be described with reference to FIGS.
[0011]
In FIG. 1, 1 is an electric wheelchair, 2 is a wheel on both sides, and 3 is a hand rim for manually operating the wheel 2. As shown in FIG. 2, the hub portion 4 of the wheel 2 is rotatably supported through a bearing 6 around a wheel 5 as an operating shaft, and a rotational driving force is received from the wheel shaft 5 through a clutch 7. It is configured to be transmitted. Further, the hub portion 8 of the hand rim 3 is mounted so as to be capable of relative rotation with respect to the hub portion 4 of the wheel 2 and is always elastically biased toward a predetermined rotational position, according to the operation torque of the hand rim 3. Thus, the hub portion 8 is configured to be displaced relative to the hub portion 4 in the rotational direction. A base portion of the wheel shaft 5 is rotatably supported by a fixing member 10 on the body frame side of the wheelchair via a bearing 9 and is configured to be rotationally driven by a motor 11 via a speed reduction mechanism 12.
[0012]
The relative displacement in the rotational direction of the hub portion 8 of the hand rim 3 and the hub portion 4 of the wheel 2 in accordance with the operation torque of the hand rim 3 is displaced in the axial direction of the wheel shaft 5 of the torque responsive member 14 positioned inside the hub portion 4. And a torque sensor 15 for detecting the axial displacement of the torque responsive member 14 is mounted on the mounting surface 10a of the fixed member 10 so that the manual operation torque is detected by the torque sensor 15. It is configured.
[0013]
In FIG. 3, a detection signal from the torque sensor 15 as input torque detection means is input to the control means 16, and the control means 16 outputs a drive control signal based on the detected input torque to the motor drive means 17. It is configured. The motor 11 is driven by the motor driving means 17.
[0014]
As shown in FIG. 4, the control means 16 outputs a drive control signal corresponding to the input torque when the detected input torque is smaller than the first predetermined value t1, and inputs when the detected input torque exceeds the first predetermined value t1. A drive control signal corresponding to a value obtained by adding a value corresponding to the integral value of the predetermined value excess Δt to the torque is output, and when the input torque becomes equal to or less than the second predetermined value t2, the value corresponding to the integral value is output. The addition is stopped and a drive control signal corresponding to the input torque is output. Thus, the power assist torque is gradually increased by continuing to add the input torque equal to or greater than the first predetermined value t1, and when the input torque is lowered below the second predetermined value t2, a drive control signal corresponding to the normal input torque is generated. Return to the output state. In addition, the power assist torque according to the conventional input torque is shown by the broken line in FIG.
[0015]
According to the above embodiment, a large power assist torque can be obtained without requiring an excessive input torque even when the load is large, and a delicate operation can be performed even when the load is small, thereby improving operability. If the input torque of the first predetermined value t1 or more continues to be improved, the power assist torque gradually increases with time, so even if a large input torque suddenly acts for some reason, suddenly excessive power There is no fear of generating assist torque, and safe and stable operability can be secured.
[0016]
In the above-described embodiment, the power assist torque obtained by integrating the amount exceeding the first predetermined value t1 and adding the integrated value is obtained, but increases monotonously for the time exceeding the first predetermined value. A power assist torque obtained by setting a function and adding the function value may be obtained.
[0017]
【The invention's effect】
According to the power assist method of the present invention, as apparent from the above description, when the input torque is small, the ratio of the power assist torque is decreased, and when the input torque is increased, the ratio of the power assist torque is increased as follows. Therefore, a large power assist torque can be obtained without requiring an excessive input torque even when the load is large, and a delicate operation can be performed even when the load is small, improving the operability.
[0018]
That is, when the input torque is smaller than the first predetermined value by controlling the driving force of the motor in accordance with the input torque, the input torque is equal to or more than the first predetermined value, it exceeds a first predetermined value to the input torque When the driving torque of the motor is controlled according to a value added with a value corresponding to the integral value of the value, or a value added with a function value that monotonously increases with time, and when the input torque falls below the second predetermined value since so as to output a drive control signal corresponding to the input torque to cancel the addition of the corresponding value or function value to the integral value, the power by continuing adding a first predetermined value or more input torque The assist torque gradually increases, and when the input torque is lowered below the second predetermined value, it returns to the normal state. Therefore, the operator can easily operate even when the load is large without placing a burden on the operator, and the input torque Above a predetermined value Since the power assist torque gradually increases with time, even if a large input torque is suddenly applied for some reason, there is no risk of sudden generation of excessive power assist torque, ensuring safe and stable operability. it can.
[0019]
According to the power assist device of the present invention, the motor connected to the operating shaft via the clutch, the motor driving means, the input torque detecting means for detecting the input torque to the operating shaft, and the detected input torque Control means for outputting a drive control signal based on the drive means to the drive means. The control means outputs a drive control signal corresponding to the input torque when the detected input torque is smaller than a first predetermined value. A drive control signal corresponding to a value obtained by adding a value corresponding to the integral value of the value exceeding the first predetermined value to the input torque or a value adding a function value that monotonously increases with time is output and, the input torque is configured to output a second driving control signal corresponding to the input torque to stop the addition of value or function value corresponding to the integral value when it becomes less than a predetermined value It is possible to realize the operation of the power assist method.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of an electric wheelchair to which a power assist device of the present invention is applied.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a drive unit that is a main part of the embodiment.
FIG. 3 is a control block diagram of the same embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a relationship between input torque and power assist torque in the embodiment.
[Explanation of symbols]
5 Wheel shaft (working shaft)
11 Motor 15 Torque sensor 16 Control means 17 Motor drive means

Claims

A power assist method for detecting input torque and operating a motor based on the detected input torque. When the input torque is smaller than a first predetermined value, the driving force of the motor is controlled according to the input torque, and input torque controls the drive force of the motor in accordance with a value obtained by adding a value corresponding to the integral value of the values that exceed a first predetermined value to the input torque becomes equal to or more than the first predetermined value, the input torque of the second power-assisted method characterized by controlling the driving force of the motor in accordance with the input torque to stop the addition of value corresponding to the integral value when it becomes less than a predetermined value.

A power assist method for detecting input torque and operating a motor based on the detected input torque. When the input torque is smaller than a first predetermined value, the driving force of the motor is controlled according to the input torque, and input wherein when the torque controls the drive force of the motor in accordance with a value obtained by adding a function value which increases monotonically with time as the input torque becomes equal to or more than the first predetermined value, the input torque becomes equal to or less than the second predetermined value A power assist method characterized by stopping the addition of a function value and controlling the driving force of the motor according to the input torque.

A motor connected to the operating shaft via a clutch, a motor driving means, an input torque detecting means for detecting an input torque to the operating shaft, and a drive control signal based on the detected input torque is output to the driving means. And when the detected input torque is smaller than the first predetermined value, the control means outputs a drive control signal corresponding to the input torque . outputs a drive control signal corresponding to a value obtained by adding a value corresponding to the integral value of the excess value of the predetermined value, the addition of the input torque value corresponding to the integral value when it becomes less than the second predetermined value The power assist device is configured to stop the operation and output a drive control signal corresponding to the input torque.

A motor connected to the operating shaft via a clutch, a motor driving means, an input torque detecting means for detecting an input torque to the operating shaft, and a drive control signal based on the detected input torque is output to the driving means. The control means outputs a drive control signal corresponding to the input torque when the detected input torque is smaller than the first predetermined value, and monotonously with time when the input torque exceeds the first predetermined value. outputs a drive control signal corresponding to a value obtained by adding the input torque of the function value increases, the input torque according to the input torque to stop the addition of the function value when it becomes less than the second predetermined value the driving A power assist device configured to output a control signal.