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JP7827072B2 - Electric vehicles - Google Patents
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JP7827072B2 - Electric vehicles - Google Patents

Electric vehicles

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JP7827072B2
JP7827072B2 JP2023557497A JP2023557497A JP7827072B2 JP 7827072 B2 JP7827072 B2 JP 7827072B2 JP 2023557497 A JP2023557497 A JP 2023557497A JP 2023557497 A JP2023557497 A JP 2023557497A JP 7827072 B2 JP7827072 B2 JP 7827072B2
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Description

本発明は、電動車両に関する。 The present invention relates to an electric vehicle.

特許文献1には、電動車椅子が開示されている。この電動車椅子は、操作力検知部と、車両を走行させるためのモータと、制御回路とを備える。操作力検知部は、車両後方に突出したハンドルと、ポテンショメータとを備える。
操作者の操作によってハンドルが中立位置から前方又は後方に移動したとき、その変位に従ってポテンショメータの出力が変化する。ポテンショメータの出力は制御回路に与えられる。
制御回路は、ポテンショメータの出力に基づいてハンドルの変位を取得する。
制御回路は、操作者の操作によってハンドルが前向に変位すると、車両を前進させるようにモータを制御し、ハンドルが後向に変位すると、車両を後進させるようにモータを制御する。
Patent Document 1 discloses an electric wheelchair. This electric wheelchair includes an operating force detector, a motor for propelling the vehicle, and a control circuit. The operating force detector includes a handle protruding from the rear of the vehicle and a potentiometer.
When the operator moves the handle forward or backward from the neutral position, the output of the potentiometer changes in accordance with the displacement, and the output of the potentiometer is sent to a control circuit.
The control circuit obtains the displacement of the handle based on the output of the potentiometer.
The control circuit controls the motor to move the vehicle forward when the handle is displaced forward by the operator, and controls the motor to move the vehicle backward when the handle is displaced backward.

特開平10-336803号公報Japanese Patent Application Publication No. 10-336803

上記制御回路では、ハンドルの変位に基づいてモータを制御しているため、操作者の歩行速度等に関係なく、車両速度を制御する。
このため、操作者の歩行速度と、車両速度とが必ずしも一致するわけではなく、操作者の歩行速度と電動車椅子の走行速度との間に差が生じた場合、操作者と車両との距離が近づいたり離れたりしてしまう。このような場合、操作者がハンドルの操作量を調整しつつ、車両速度に合わせて歩行しなければならず、良好な操作性が得られないという課題を有していた。
上記課題は、電動車椅子に限らず、操作者による操作力を検知し、操作者とともに走行する電動車両において生じる課題である。
The control circuit controls the motor based on the displacement of the handle, and therefore controls the vehicle speed regardless of the walking speed of the operator.
Therefore, the walking speed of the operator and the vehicle speed do not necessarily match, and if there is a difference between the walking speed of the operator and the traveling speed of the electric wheelchair, the distance between the operator and the vehicle may become closer or farther. In such cases, the operator must adjust the amount of operation of the handlebars to walk in accordance with the vehicle speed, which poses a problem of poor operability.
The above-mentioned problem is not limited to electric wheelchairs, but occurs in any electric vehicle that detects the operating force of the operator and travels together with the operator.

本開示に係る実施形態である電動車両は、車両本体と、前記車両本体を走行させる駆動機構と、指令値を前記駆動機構へ与えることで前記駆動機構を制御する制御装置と、前記車両本体の前後方向に移動可能な第1グリップ、及び、前記車両本体に対する前記第1グリップの前記前後方向の第1変位量を検出する第1検出部を有する第1操作部と、を備え、前記制御装置は、前記第1変位量に基づく弾性項及び前記第1変位量の微分値に基づく粘性項を含んだモデルを用いて前記指令値を生成する生成処理を実行する処理部を備える。 An electric vehicle according to an embodiment of the present disclosure comprises a vehicle body, a drive mechanism for propelling the vehicle body, a control device for controlling the drive mechanism by providing a command value to the drive mechanism, a first grip movable in the fore-and-aft direction of the vehicle body, and a first operating unit having a first detection unit for detecting a first displacement amount of the first grip in the fore-and-aft direction relative to the vehicle body, and the control device comprises a processing unit that executes a generation process for generating the command value using a model including an elastic term based on the first displacement amount and a viscous term based on the derivative of the first displacement amount.

本開示によれば、電動車両において良好な操作性が得られる。 This disclosure provides good operability in electric vehicles.

図1は、実施形態に係る電動車椅子の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of an electric wheelchair according to an embodiment. 図2は、第1操作部の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the first operating unit. 図3は、電動車椅子における、モータの動作制御を行うための構成例を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing an example of a configuration for controlling the operation of a motor in an electric wheelchair. 図4は、操作者が電動車椅子を操作するときの態様を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a manner in which an operator operates the electric wheelchair. 図5は、制御装置の処理部が実行する処理内容の一例を示したブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing an example of the processing contents executed by the processing unit of the control device. 図6は、電動車椅子の平面図である。FIG. 6 is a plan view of the electric wheelchair.

最初に実施形態の内容を列記して説明する。
[実施形態の概要]
(1)本開示に係る実施形態である電動車両は、車両本体と、前記車両本体を走行させる駆動機構と、指令値を前記駆動機構へ与えることで前記駆動機構を制御する制御装置と、前記車両本体の前後方向に移動可能な第1グリップ、及び、前記車両本体に対する前記第1グリップの前記前後方向の第1変位量を検出する第1検出部を有する第1操作部と、を備え、前記制御装置は、前記第1変位量に基づく弾性項及び前記第1変位量の微分値に基づく粘性項を含んだモデルを用いて前記指令値を生成する生成処理を実行する処理部を備える。
First, the contents of the embodiment will be listed and explained.
[Overview of the embodiment]
(1) An electric vehicle that is an embodiment of the present disclosure includes a vehicle body, a drive mechanism that drives the vehicle body, a control device that controls the drive mechanism by providing a command value to the drive mechanism, a first grip that can move in the fore-and-aft direction of the vehicle body, and a first operating unit that has a first detection unit that detects a first displacement amount of the first grip in the fore-and-aft direction relative to the vehicle body, and the control device includes a processing unit that executes a generation process that generates the command value using a model that includes an elastic term based on the first displacement amount and a viscous term based on a derivative value of the first displacement amount.

上記構成によれば、第1変位量に基づく弾性項及び第1変位量の微分値に基づく粘性項を含んだモデルを用いて駆動機構を制御するので、第1変位量に対する車両本体の動きが機械的なインピーダンス特性を模擬するような動きとなるように、駆動機構を制御することができる。この結果、操作者と車両本体との距離が一定となるように車両本体の速度を制御する際に、操作者が車両本体の速度に合わせて歩行するといった状況が生じるのを抑制でき、良好な操作性を得ることができる。 With the above configuration, the drive mechanism is controlled using a model including an elastic term based on the first displacement amount and a viscous term based on the derivative of the first displacement amount, so the drive mechanism can be controlled so that the movement of the vehicle body relative to the first displacement amount mimics mechanical impedance characteristics. As a result, when controlling the speed of the vehicle body to maintain a constant distance between the operator and the vehicle body, it is possible to prevent the operator from walking at the same speed as the vehicle body, resulting in good operability.

(2)上記電動車両において、前記生成処理は、前記モデルを用いて前記前後方向における推進力の目標値である目標推進力を求める推進力演算処理と、前記目標推進力に基づいて前記指令値を生成する指令値生成処理と、を含むことが好ましい。
この場合、制御装置は、目標推進力に基づいて指令値を生成することができる。
(2) In the above-described electric vehicle, it is preferable that the generation process includes a thrust calculation process that uses the model to determine a target thrust, which is a target value of thrust in the longitudinal direction, and a command value generation process that generates the command value based on the target thrust.
In this case, the control device can generate a command value based on the target thrust.

(3)また、前記電動車両が、前記車両本体の走行速度を示す速度情報を取得する取得部をさらに備える場合、前記推進力演算処理では、前記モデルによる演算結果と、前記速度情報に基づいて得られる前記前後方向の減速力と、に基づいて前記目標推進力が求められることが好ましい。
この場合、車両本体の速度に応じて生じる摩擦力等に基づく減速度を加味したり、車両本体の走行速度を制限したりしつつ、目標推進力を求めることができる。よって、よりきめ細かな速度制御が可能となり、より良好な操作性を得ることができる。
(3) Furthermore, if the electric vehicle further includes an acquisition unit that acquires speed information indicating the traveling speed of the vehicle body, it is preferable that in the propulsion force calculation process, the target propulsion force is calculated based on the calculation result of the model and the longitudinal deceleration force obtained based on the speed information.
In this case, the target thrust can be calculated by taking into account deceleration based on frictional forces and other factors that occur in response to the vehicle's speed, and by limiting the vehicle's running speed, thereby enabling more precise speed control and achieving better operability.

(4)前記駆動機構が、左右一対の駆動輪と、前記一対の駆動輪を駆動する一対のモータと、前記指令値に基づいて一対のモータを駆動する一対の駆動回路と、を備えることが好ましい。
この場合、制御装置は、一対のモータを個別に制御し、車両本体の速度を制御することができる。
(4) It is preferable that the drive mechanism includes a pair of left and right drive wheels, a pair of motors that drive the pair of drive wheels, and a pair of drive circuits that drive the pair of motors based on the command value.
In this case, the control device can control the speed of the vehicle body by individually controlling the pair of motors.

(5)速度制御中である電動車両に対して、操作者が第1操作部を介して車両本体を所定の方向に旋回させようとすると、一対の駆動回路は、指令値に基づいた動作状態を維持しようとするため、所定の方向とは反対方向に旋回させるためのトルクが発生されるように一対のモータを制御する。よって、一対のモータに流れる電流値は、第1操作部を介して車両本体に作用する外力を示している。
よって、前記電動車両が、前記一対のモータに流れる電流を検出する一対の電流検出部をさらに備える場合、前記処理部は、前記一対の電流検出部が検出する一対の電流値に基づいて、前記車両本体に作用する外力を求める外力演算処理を実行し、前記生成処理では、前記モデルによる演算結果と、前記外力とに基づいて前記指令値が生成されることが好ましい。
これにより、第1操作部の第1変位量と、前記第1操作部を介して前記車両本体に作用する外力とに基づいて車両本体の速度を制御することができる。
(5) When an operator of an electric vehicle that is undergoing speed control attempts to turn the vehicle body in a predetermined direction via the first operating unit, the pair of drive circuits attempt to maintain an operating state based on the command value, and therefore control the pair of motors to generate torque for turning in the direction opposite to the predetermined direction. Therefore, the current values flowing through the pair of motors represent the external force acting on the vehicle body via the first operating unit.
Therefore, if the electric vehicle further includes a pair of current detection units that detect the currents flowing through the pair of motors, it is preferable that the processing unit executes an external force calculation process to determine the external force acting on the vehicle body based on a pair of current values detected by the pair of current detection units, and that in the generation process, the command value is generated based on the calculation result using the model and the external force.
This makes it possible to control the speed of the vehicle body based on the first displacement amount of the first operating unit and the external force acting on the vehicle body via the first operating unit.

(6)前記電動車両が、前記一対のモータの回転速度を検出する一対の回転検出器をさらに備える場合、前記生成処理は、前記モデルを用いて前記前後方向における推進力の目標値である目標推進力を求める推進力演算処理と、前記外力と前記一対の回転検出器の出力とに基づいて、前記車両本体の旋回方向における旋回力の目標値である目標旋回力を求める旋回力演算処理と、前記目標推進力と、前記目標旋回力とに基づいて、前記一対のモータそれぞれに対する一対の前記指令値を生成する指令値生成処理と、を含んでいてもよい。
この場合、車両本体を移動させるための目標となる力を、前後方向の推進力と、旋回方向の旋回力とに分けて制御することができる。この結果、一対のモータそれぞれの速度制御を好適に行うことができる。
(6) In a case where the electric vehicle further includes a pair of rotation detectors that detect the rotation speeds of the pair of motors, the generation process may include a thrust calculation process that uses the model to determine a target thrust, which is a target value of thrust in the longitudinal direction; a turning force calculation process that determines a target turning force, which is a target value of turning force in the turning direction of the vehicle body, based on the external force and the output of the pair of rotation detectors; and a command value generation process that generates a pair of command values for each of the pair of motors based on the target thrust and the target turning force.
In this case, the target force for moving the vehicle body can be controlled separately as a forward/rearward propulsion force and a turning force in the turning direction, thereby enabling the speed of each of the pair of motors to be controlled appropriately.

(7)前記外力が、前記前後方向の外力と、前記旋回方向の外力と、を含み、前記推進力演算処理では、前記モデルによる演算結果と、前記前後方向の外力とに基づいて、前記目標推進力が求められる場合、前記旋回力演算処理では、前記旋回方向の外力と、前記一対の回転検出器の出力とに基づいて、前記目標旋回力が求められるように構成されていてもよい。
この場合、外力を、前後方向の外力と、旋回方向の外力とに分けることで、目標推進力と、目標旋回力とをより精度よく求めることができる。
(7) When the external forces include an external force in the longitudinal direction and an external force in the turning direction, and the propulsion force calculation process calculates the target propulsion force based on the calculation results of the model and the external force in the longitudinal direction, the turning force calculation process may be configured to calculate the target turning force based on the external force in the turning direction and the outputs of the pair of rotation detectors.
In this case, by dividing the external force into an external force in the longitudinal direction and an external force in the turning direction, the target propulsive force and the target turning force can be calculated with higher accuracy.

(8)前記電動車両が、前記前後方向に移動可能な第2グリップ、及び、前記車両本体に対する前記第2グリップの前記前後方向の第2変位量を検出する第2検出部を有する第2操作部をさらに備え、前記第1操作部は、前記車両本体の左側に設けられ、前記第2操作部は、前記車両本体の右側に設けられ、前記生成処理が、前記外力と前記第1変位量及び前記第2変位量の差分とに基づいて、前記旋回方向における旋回速度の目標値である目標旋回速度を求める旋回速度演算処理を含む場合、前記旋回力演算処理では、前記目標旋回速度と、前記一対の回転検出器の出力と、に基づいて、前記目標旋回力が求められる。
この場合、例えば、差分から得られる値に上限値及び下限値を設け、差分が極端に大きい場合や極端に小さい場合には、差分から得られる値に対して上限値又は下限値を設定することで、差分に不感帯を設けることができる。これにより、差分に基づいた旋回方向の動作に制限を加え、操作者が意図しない動作が生じるのを抑制することができる。
(8) When the electric vehicle further includes a second operating unit having a second grip movable in the fore-and-aft direction and a second detection unit that detects a second displacement amount of the second grip in the fore-and-aft direction relative to the vehicle body, the first operating unit is provided on the left side of the vehicle body and the second operating unit is provided on the right side of the vehicle body, and the generation process includes a turning speed calculation process that calculates a target turning speed, which is a target value of the turning speed in the turning direction, based on the external force and the difference between the first displacement amount and the second displacement amount, the turning force calculation process calculates the target turning force based on the target turning speed and the output of the pair of rotation detectors.
In this case, for example, an upper limit and a lower limit may be set for the value obtained from the difference, and when the difference is extremely large or extremely small, an upper limit or a lower limit may be set for the value obtained from the difference, thereby providing a dead band for the difference. This places a limit on the movement in the turning direction based on the difference, making it possible to prevent the operator from making an unintended movement.

(9)また、前記電動車両が、車椅子部をさらに含む場合、前記車両本体は、前記車椅子部の車両本体であることが好ましい。 (9) Furthermore, if the electric vehicle further includes a wheelchair section, it is preferable that the vehicle body is the vehicle body of the wheelchair section.

[実施形態の詳細]
以下、好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。
〔全体構成について〕
図1は、実施形態に係る電動車椅子の斜視図である。この電動車椅子1は、操作者によって後方から押されることで電動車椅子1の駆動輪を駆動し、前記操作者を補助する機能を有する。
[Details of the embodiment]
Preferred embodiments will now be described with reference to the drawings.
[Overall structure]
1 is a perspective view of an electric wheelchair according to an embodiment. This electric wheelchair 1 has a function of assisting the operator by driving the drive wheels of the electric wheelchair 1 when pushed from behind by the operator.

電動車椅子1は、車椅子部2と、駆動機構4と、コントロールボックス6と、第1操作部10と、第2操作部12とを備える。
車椅子部2は、一般的な車椅子であり、主に金属製のパイプ等のフレームで構成された車両本体2aと、車両本体2aに左右に設けられた一対の主輪2bと、同じく車両本体2aに設けられた一対のキャスタ2cとを備える。車両本体2aは、搭乗者が着座する座部2a1と、背もたれ部2a2とを有する。
電動車椅子1は、車椅子として使用可能な車椅子部2に、駆動機構4、コントロールボックス6、第1操作部10、及び第2操作部12を装着することで構成されている。
The electric wheelchair 1 comprises a wheelchair section 2 , a drive mechanism 4 , a control box 6 , a first operating section 10 , and a second operating section 12 .
The wheelchair section 2 is a typical wheelchair, and includes a vehicle body 2a mainly composed of a frame made of metal pipes or the like, a pair of main wheels 2b provided on the left and right sides of the vehicle body 2a, and a pair of casters 2c also provided on the vehicle body 2a. The vehicle body 2a has a seat 2a1 on which a passenger sits and a backrest 2a2.
The electric wheelchair 1 is constructed by mounting a drive mechanism 4, a control box 6, a first operating unit 10, and a second operating unit 12 on a wheelchair unit 2 that can be used as a wheelchair.

以下の説明では、搭乗者が電動車椅子1に乗車したときに当該搭乗者の正面が向く方向(背もたれ部2a2が正面を向く方向)を前方向、その反対方向を後方向とする。よって、搭乗者は、電動車椅子1の前方を向いて乗車する。また、搭乗者から見て左側へ向く方向を左方向、搭乗者から見て右側へ向く方向を右方向とする。 In the following description, the direction in which the occupant faces when riding in the electric wheelchair 1 (the direction in which the backrest portion 2a2 faces forward) is referred to as the forward direction, and the opposite direction is referred to as the rearward direction. Therefore, the occupant rides facing the front of the electric wheelchair 1. Additionally, the direction facing the left side as seen from the occupant's perspective is referred to as the leftward direction, and the direction facing the right side as seen from the occupant's perspective is referred to as the rightward direction.

駆動機構4は、一対の駆動ユニット14を含む。一対の駆動ユニット14は、車両本体2aの左右に固定されている。一対の駆動ユニット14は、一対の主輪2bの車両内方側に配置されている。
左右一対の駆動ユニット14は、それぞれ、ベースプレート14aと、アーム14bと、駆動輪14cと、モータ15とを含む。
ベースプレート14aは、車両本体2aのフレームに固定される。これにより、駆動ユニット14は、車椅子部2に装着される。
アーム14bは、ベースプレート14aの車両内方側に向く面に設けられている。アーム14bは、上下方向に揺動可能にベースプレート14aに固定されている。アーム14bの先端部には、モータ15と、駆動輪14cとが設けられている。アーム14bは、駆動輪14cを回転自在に支持する。アーム14bは、駆動輪14cを下方向へ向けて弾性的に付勢している。これにより、アーム14bは、駆動輪14cを路面に押圧して接地させる。
The drive mechanism 4 includes a pair of drive units 14. The pair of drive units 14 are fixed to the left and right sides of the vehicle body 2a. The pair of drive units 14 are arranged on the vehicle inward side of the pair of main wheels 2b.
Each of the pair of left and right drive units 14 includes a base plate 14 a , an arm 14 b , a drive wheel 14 c , and a motor 15 .
The base plate 14a is fixed to the frame of the vehicle body 2a, thereby mounting the drive unit 14 to the wheelchair section 2.
The arm 14b is provided on the surface of the base plate 14a facing inward of the vehicle. The arm 14b is fixed to the base plate 14a so as to be swingable up and down. A motor 15 and a drive wheel 14c are provided at the tip of the arm 14b. The arm 14b supports the drive wheel 14c so that it can rotate freely. The arm 14b elastically biases the drive wheel 14c downward. As a result, the arm 14b presses the drive wheel 14c against the road surface to bring it into contact with the road.

モータ15は、インホイールモータであり、駆動輪14cの内部に設けられている。モータ15が有するロータ(図示省略)は、駆動輪14cと一体回転可能である。また、モータ15が有するステータ(図示省略)は、アーム14b側に固定される。これにより、モータ15は、駆動輪14cを回転駆動する。モータ15は、ケーブル(図示省略)を介してコントロールボックス6内のバッテリや制御装置等に接続されている。前記ケーブルは、アーム14b内に挿通され、モータ15と、コントロールボックス6とを繋ぐ。 The motor 15 is an in-wheel motor and is provided inside the drive wheel 14c. The rotor (not shown) of the motor 15 can rotate integrally with the drive wheel 14c. The stator (not shown) of the motor 15 is fixed to the arm 14b side. This allows the motor 15 to rotate and drive the drive wheel 14c. The motor 15 is connected to a battery, control device, etc. in the control box 6 via a cable (not shown). The cable is inserted into the arm 14b and connects the motor 15 to the control box 6.

駆動輪14cは、左右方向に平行な中心軸回りに回転自在にアーム14bに支持されている。駆動輪14cは、路面に接地した状態で、モータ15によって回転駆動される。
左右一対のモータ15が左右一対の駆動輪14cを駆動することで、車椅子部2(車両本体2a)は走行する。
The drive wheels 14c are supported by the arms 14b so as to be rotatable about central axes parallel to the left-right direction. The drive wheels 14c are driven to rotate by the motor 15 while in contact with the road surface.
The pair of left and right motors 15 drives the pair of left and right drive wheels 14c, causing the wheelchair section 2 (vehicle body 2a) to move.

車両本体2aは、背もたれ部2a2を支持する左右一対の支持パイプ2a3を有する。一対の支持パイプ2a3の上端には、背もたれ部2a2に対して後方に突出する一対の突出部2a4が設けられている。一対の突出部2a4は、後端に開口を有するパイプである。
第1操作部10及び第2操作部12は、一対の突出部2a4に設けられている。
第1操作部10は、背もたれ部2a2の上方左側に配置されている。第2操作部12は、背もたれ部2a2の上方右側に配置されている。
第1操作部10は、第1グリップ20を有する。また、第2操作部12は、第2グリップ30を有する。
The vehicle body 2a has a pair of left and right support pipes 2a3 that support the backrest 2a2. A pair of protrusions 2a4 that protrude rearward from the backrest 2a2 are provided at the upper ends of the pair of support pipes 2a3. The pair of protrusions 2a4 are pipes that have openings at their rear ends.
The first operating portion 10 and the second operating portion 12 are provided on the pair of protruding portions 2a4.
The first operating unit 10 is disposed on the upper left side of the backrest 2a2, and the second operating unit 12 is disposed on the upper right side of the backrest 2a2.
The first operating unit 10 has a first grip 20. The second operating unit 12 has a second grip 30.

図2は、第1操作部10の断面図である。
図2中の(a)に示すように、第1操作部10は、第1グリップ20の他、ポテンショメータ21を有する。
第1グリップ20は、車両左側の突出部2a4の先端部に装着されている。第1グリップ20は、筒部20aと、底部20bとを有する。底部20bは、筒部20aの後方側の開口を塞いでいる。筒部20aは、突出部2a4の外周側に装着される。筒部20aは、突出部2a4の外周面をスライドしつつ移動可能である。
よって、第1グリップ20は、突出部2a4の軸方向に沿って移動可能である。突出部2a4は、前後方向に沿って延びている。よって、第1グリップ20は、車両本体2aに対して前後方向に移動可能である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the first operating unit 10.
As shown in FIG. 2A, the first operating unit 10 has a potentiometer 21 in addition to the first grip 20.
The first grip 20 is attached to the tip of the protruding portion 2a4 on the left side of the vehicle. The first grip 20 has a tubular portion 20a and a bottom portion 20b. The bottom portion 20b closes the rear opening of the tubular portion 20a. The tubular portion 20a is attached to the outer periphery of the protruding portion 2a4. The tubular portion 20a is movable while sliding along the outer periphery of the protruding portion 2a4.
Therefore, the first grip 20 is movable along the axial direction of the protruding portion 2a4. The protruding portion 2a4 extends in the front-rear direction. Therefore, the first grip 20 is movable in the front-rear direction relative to the vehicle main body 2a.

ポテンショメータ21は、第1グリップ20の前後方向の変位量を検出するためのセンサ(第1検出部)である。ポテンショメータ21は、突出部2a4の内部に設けられている。ポテンショメータ21は、本体部21aと、ロッド21bとを備える。
本体部21aは、突出部2a4に固定されている。
ロッド21bは、本体部21aから後方向に延びている。ロッド21bは、筒部20a及び突出部2a4の内部を通過する。ロッド21bは、本体部21aに対して軸方向に相対移動可能である。ポテンショメータ21は、ロッド21bの軸方向の変位量を検出し出力する。
ロッド21bの先端部21b1は、底部20bに固定されている。よって、ロッド21bは第1グリップ20と一体に前後方向に移動する。これにより、ポテンショメータ21は、車両本体2aに対する第1グリップ20の前後方向の変位量を検出することができる。
ポテンショメータ21は、コントロールボックス6内の制御装置(後に説明する)に接続されている。ポテンショメータ21の出力は、制御装置へ与えられる。
The potentiometer 21 is a sensor (first detection unit) for detecting the amount of displacement in the front-rear direction of the first grip 20. The potentiometer 21 is provided inside the protrusion 2a4. The potentiometer 21 includes a main body 21a and a rod 21b.
The main body 21a is fixed to the protrusion 2a4.
The rod 21b extends rearward from the main body 21a. The rod 21b passes through the inside of the cylindrical portion 20a and the protruding portion 2a4. The rod 21b is movable in the axial direction relative to the main body 21a. The potentiometer 21 detects and outputs the amount of displacement of the rod 21b in the axial direction.
A tip end 21b1 of the rod 21b is fixed to the bottom portion 20b. Therefore, the rod 21b moves in the front-rear direction together with the first grip 20. This allows the potentiometer 21 to detect the amount of front-rear displacement of the first grip 20 relative to the vehicle body 2a.
The potentiometer 21 is connected to a control device (to be described later) in the control box 6. The output of the potentiometer 21 is given to the control device.

突出部2a4の内部には、上述のポテンショメータ21の他、スリーブ22と、前ブッシュ23と、後ブッシュ24と、スプリング25とを備える。
スリーブ22は、円筒状の部材であり、突出部2a4の内周面に挿入され、固定されている。
前ブッシュ23、後ブッシュ24、及びスプリング25は、スリーブ22の内周側に配置される。
In addition to the potentiometer 21, a sleeve 22, a front bush 23, a rear bush 24, and a spring 25 are provided inside the protruding portion 2a4.
The sleeve 22 is a cylindrical member that is inserted into and fixed to the inner circumferential surface of the protruding portion 2a4.
The front bushing 23 , the rear bushing 24 , and the spring 25 are disposed on the inner circumferential side of the sleeve 22 .

前ブッシュ23は、円筒部23aと、底部23bとを有する。円筒部23aは、スリーブ22の内周面22aに挿入され、固定されている。底部23bは、円筒部23aの前側の開口に設けられている。底部23bは、中心孔23b1を有する。中心孔23b1には、ロッド21bが挿通される。
後ブッシュ24は、円筒部24aと、底部24bとを有する。円筒部24aは、スリーブ22の内周面22aに挿入され、固定されている。底部24bは、円筒部24aの後側の開口に設けられている。底部24bは、中心孔24b1を有する。中心孔24b1には、ロッド21bが挿通される。
The front bushing 23 has a cylindrical portion 23a and a bottom portion 23b. The cylindrical portion 23a is inserted into and fixed to the inner circumferential surface 22a of the sleeve 22. The bottom portion 23b is provided at an opening on the front side of the cylindrical portion 23a. The bottom portion 23b has a central hole 23b1. The rod 21b is inserted through the central hole 23b1.
The rear bushing 24 has a cylindrical portion 24a and a bottom portion 24b. The cylindrical portion 24a is inserted into and fixed to the inner circumferential surface 22a of the sleeve 22. The bottom portion 24b is provided at an opening on the rear side of the cylindrical portion 24a. The bottom portion 24b has a central hole 24b1. The rod 21b is inserted through the central hole 24b1.

スプリング25は、前ブッシュ23と、後ブッシュ24との間に配置される。よって、ロッド21bは、前ブッシュ23、後ブッシュ24、及びスプリング25を貫通している。
ロッド21bには、前リテーナ26aと、前止め輪27aと、後リテーナ26bと、後止め輪27bとが設けられている。
前止め輪27aは、スプリング25の前側に設けられている。前止め輪27aは、ロッド21bに固定されている。前止め輪27aは、ロッド21bに設けられた周溝に嵌め込まれている。よって、前止め輪27aは、ロッド21bと軸方向に一体に移動可能である。
後止め輪27bは、スプリング25の後側に設けられている。後止め輪27bも、ロッド21bに固定されている。後止め輪27bは、ロッド21bに設けられた周溝に嵌め込まれている。よって、後止め輪27bは、ロッド21bと軸方向に一体に移動可能である。つまり、前止め輪27aと、後止め輪27bとは、軸方向に一定の間隔を置いてロッド21bに固定されている。
The spring 25 is disposed between the front bushing 23 and the rear bushing 24. Thus, the rod 21b passes through the front bushing 23, the rear bushing 24, and the spring 25.
The rod 21b is provided with a front retainer 26a, a front snap ring 27a, a rear retainer 26b, and a rear snap ring 27b.
The front retaining ring 27a is provided on the front side of the spring 25. The front retaining ring 27a is fixed to the rod 21b. The front retaining ring 27a is fitted into a circumferential groove provided in the rod 21b. Therefore, the front retaining ring 27a can move integrally with the rod 21b in the axial direction.
The rear retaining ring 27b is provided on the rear side of the spring 25. The rear retaining ring 27b is also fixed to the rod 21b. The rear retaining ring 27b is fitted into a circumferential groove provided in the rod 21b. Therefore, the rear retaining ring 27b can move integrally with the rod 21b in the axial direction. In other words, the front retaining ring 27a and the rear retaining ring 27b are fixed to the rod 21b with a fixed distance in the axial direction.

前リテーナ26a、後リテーナ26b、及びスプリング25は、前止め輪27aと、後止め輪27bとの間に配置されている。
前リテーナ26a及び後リテーナ26bは、ロッド21bに貫通された円環状の部材である。前リテーナ26a及び後リテーナ26bは、スプリング25の前端面及び後端面を保持する。
前リテーナ26aは、前ブッシュ23とスプリング25の前端面との間に介在している。後リテーナ26bは、後ブッシュ24とスプリング25の後端面との間に介在している。
The front retainer 26a, the rear retainer 26b, and the spring 25 are disposed between the front retaining ring 27a and the rear retaining ring 27b.
The front retainer 26a and the rear retainer 26b are annular members through which the rod 21b passes. The front retainer 26a and the rear retainer 26b hold the front end surface and the rear end surface of the spring 25.
The front retainer 26a is interposed between the front bushing 23 and the front end surface of the spring 25. The rear retainer 26b is interposed between the rear bushing 24 and the rear end surface of the spring 25.

図2中の(a)は、第1グリップ20が中立位置の場合を示している。第1グリップ20は、操作者に把持されていない状態のときや、操作者による操作力の入力がないときに、中立位置となる。
第1グリップ20が中立位置の場合、スプリング25は、前リテーナ26aを前ブッシュ23へ向けて付勢する。また、スプリング25は、後リテーナ26bを後ブッシュ24へ向けて付勢する。このとき、前リテーナ26aは、前ブッシュ23の円筒部23aに当接する。また、後リテーナ26bは、後ブッシュ24の円筒部24aに当接する。
つまり、第1グリップ20が中立位置の場合、前リテーナ26aと後リテーナ26bとの間の間隔は、スプリング25の自由長よりも短い。
2A shows the first grip 20 in a neutral position, which is the position when the first grip 20 is not being held by the operator or when the operator is not applying any operating force to the first grip 20.
When the first grip 20 is in the neutral position, the spring 25 biases the front retainer 26a toward the front bush 23. The spring 25 also biases the rear retainer 26b toward the rear bush 24. At this time, the front retainer 26a abuts against the cylindrical portion 23a of the front bush 23. The rear retainer 26b abuts against the cylindrical portion 24a of the rear bush 24.
In other words, when the first grip 20 is in the neutral position, the distance between the front retainer 26 a and the rear retainer 26 b is shorter than the free length of the spring 25 .

図2中の(b)は、第1グリップ20が中立位置よりも前方へ移動した場合を示している。
第1グリップ20が中立位置から前方へ移動すると、ロッド21bも前方へ移動する。これにより、ポテンショメータ21の出力は変化する。
第1グリップ20及びロッド21bが中立位置よりも前方へ移動すると、スプリング25は後リテーナ26b及び後止め輪27bによって前方へ押圧される。よって、後リテーナ26bは、後ブッシュ24から離間する。第1グリップ20がさらに前方に移動すると、図2中の(b)に示すように、前止め輪27aが前ブッシュ23の底部23bに当接する。これにより、前止め輪27a及び前ブッシュ23は、ロッド21bの前方への移動を制限する。
FIG. 2(b) shows a case where the first grip 20 has moved forward from the neutral position.
When the first grip 20 moves forward from the neutral position, the rod 21b also moves forward, causing the output of the potentiometer 21 to change.
When the first grip 20 and rod 21b move forward from the neutral position, the spring 25 is pressed forward by the rear retainer 26b and rear snap ring 27b. As a result, the rear retainer 26b moves away from the rear bush 24. When the first grip 20 moves further forward, the front snap ring 27a comes into contact with the bottom 23b of the front bush 23, as shown in FIG. 2B. As a result, the front snap ring 27a and the front bush 23 restrict the forward movement of the rod 21b.

図2中の(c)は、第1グリップ20が中立位置よりも後方へ移動した場合を示している。
第1グリップ20が中立位置から後方へ移動すると、ロッド21bも後方へ移動する。これにより、ポテンショメータ21の出力は変化する。
第1グリップ20及びロッド21bが中立位置よりも後方へ移動すると、スプリング25は前リテーナ26a及び前止め輪27aによって後方へ押圧される。よって、前リテーナ26aは、前ブッシュ23から離間する。第1グリップ20がさらに後方へ移動すると、図2中の(c)に示すように、後止め輪27bが後ブッシュ24の底部24bに当接する。これにより、後止め輪27b及び後ブッシュ24は、ロッド21bの後方への移動を制限する。
FIG. 2(c) shows a case where the first grip 20 has moved rearward from the neutral position.
When the first grip 20 moves rearward from the neutral position, the rod 21b also moves rearward, causing the output of the potentiometer 21 to change.
When the first grip 20 and rod 21b move rearward from the neutral position, the spring 25 is pressed rearward by the front retainer 26a and front snap ring 27a. As a result, the front retainer 26a moves away from the front bushing 23. When the first grip 20 moves further rearward, the rear snap ring 27b comes into contact with the bottom 24b of the rear bushing 24, as shown in FIG. 2(c). As a result, the rear snap ring 27b and the rear bushing 24 restrict the rearward movement of the rod 21b.

上記構成により、第1グリップ20は、スプリング25によって、中立位置を中心に弾性的に前後方向に弾性的に移動可能である。
また、第1グリップ20及びロッド21bの前後方向の移動範囲は、前ブッシュ23、後ブッシュ24、前止め輪27a、及び、後止め輪27bによって制限される。
With the above-described configuration, the first grip 20 can be elastically moved in the front-rear direction around the neutral position by the spring 25 .
The range of movement of the first grip 20 and the rod 21b in the front-rear direction is limited by the front bushing 23, the rear bushing 24, the front retaining ring 27a, and the rear retaining ring 27b.

第2操作部12も第1操作部10と同様の構成であり、第2グリップ30の他、ポテンショメータ31を有する(図2)。
第2グリップ30は、車両右側の突出部2a4の先端部に装着されている。第2グリップ30は、車両本体2aに対して前後方向に移動可能に設けられている。
ポテンショメータ31は、車両本体2aに対する第2グリップ30の前後方向の変位量を検出するためのセンサ(第2検出部)である。ポテンショメータ31の出力は、制御装置へ与えられる。
The second operating unit 12 has the same configuration as the first operating unit 10, and includes a potentiometer 31 in addition to a second grip 30 (FIG. 2).
The second grip 30 is attached to the tip of the protrusion 2a4 on the right side of the vehicle, and is provided so as to be movable in the front-rear direction relative to the vehicle body 2a.
The potentiometer 31 is a sensor (second detection unit) for detecting the amount of displacement of the second grip 30 in the front-rear direction relative to the vehicle body 2a. The output of the potentiometer 31 is provided to the control device.

図1に示すように、コントロールボックス6は、座部2a1の下方右側のフレーム部分に固定されている。
コントロールボックス6には、バッテリや各部を制御する制御装置等が収容されている。
As shown in FIG. 1, the control box 6 is fixed to the frame portion on the lower right side of the seat portion 2a1.
The control box 6 houses a battery and a control device for controlling each part.

図3は、電動車椅子1における、モータの動作制御を行うための構成例を示すブロック図である。
図3に示すように、電動車椅子1は、バッテリ16と、制御装置18とを備える。バッテリ16及び制御装置18は、コントロールボックス6に収容される。
バッテリ16は、一対のモータ15や、動作電力を必要とする各部に電力を供給する。
制御装置18は、指令値を駆動機構4へ与えることで駆動機構4(一対のモータ15)を制御し、車両本体2aの速度を制御する機能を有する。
FIG. 3 is a block diagram showing an example of a configuration for controlling the operation of the motor in the electric wheelchair 1.
3, the electric wheelchair 1 includes a battery 16 and a control device 18. The battery 16 and the control device 18 are housed in the control box 6.
The battery 16 supplies power to the pair of motors 15 and each part that requires operating power.
The control device 18 has a function of controlling the drive mechanism 4 (the pair of motors 15) by giving command values to the drive mechanism 4, and controlling the speed of the vehicle body 2a.

一対のモータ15を含む駆動機構4は、一対の駆動回路34を有する。また、一対のモータ15は、それぞれ、モータ本体15aと、回転検出器15bとを備える。
モータ本体15aは、ロータやステータ等モータとしての主要構成を含む。
回転検出器15bは、例えば、モータ本体15aに設けられたホールセンサである。回転検出器15bは、モータ本体15aのロータの回転状態を検出する。回転検出器15bは、駆動回路34及び制御装置18に接続されている。回転検出器15bの出力は、駆動回路34及び制御装置18へ与えられる。
The drive mechanism 4 including the pair of motors 15 has a pair of drive circuits 34. Each of the pair of motors 15 includes a motor body 15a and a rotation detector 15b.
The motor body 15a includes the main components of the motor, such as a rotor and a stator.
The rotation detector 15b is, for example, a Hall sensor provided on the motor body 15a. The rotation detector 15b detects the rotation state of the rotor of the motor body 15a. The rotation detector 15b is connected to the drive circuit 34 and the control device 18. The output of the rotation detector 15b is provided to the drive circuit 34 and the control device 18.

一対の駆動回路34は、例えば、インバータである。一対の駆動回路34は、コントロールボックス6内に収容されていてもよいし、ベースプレート14aや、アーム14bに設けられていてもよい。
一対の駆動回路34は、制御装置18、バッテリ16、及び一対のモータ15に接続されている。一対の駆動回路34のうちの一方の駆動回路34は、左側のモータ15に接続される。一対の駆動回路34のうちの他方の駆動回路34は、右側のモータ15に接続される。一対の駆動回路34は、バッテリ16の電力を一対のモータ15へ与える。
一対の駆動回路34は、制御装置18から与えられる速度指令値及び回転検出器15bの出力に基づいて、一対のモータ15へ駆動電力を与え、速度指令値が示す回転速度となるようにモータ15を制御する機能を有する。
The pair of drive circuits 34 may be, for example, inverters. The pair of drive circuits 34 may be housed in the control box 6, or may be provided on the base plate 14a or the arm 14b.
The pair of drive circuits 34 are connected to the control device 18, the battery 16, and the pair of motors 15. One of the pair of drive circuits 34 is connected to the left motor 15. The other of the pair of drive circuits 34 is connected to the right motor 15. The pair of drive circuits 34 provide power from the battery 16 to the pair of motors 15.
The pair of drive circuits 34 have the function of providing drive power to the pair of motors 15 based on the speed command value given by the control device 18 and the output of the rotation detector 15b, and controlling the motors 15 so that they rotate at the speed indicated by the speed command value.

一対の駆動回路34、及び、一対のモータ15(モータ本体15a)は、一対の電力線34aによって接続されている。
一対の電力線34aには、一対の電流検出部36が設けられている。一対の電流検出部36は、一対の電力線34aを流れる電流を検出する電流センサである。つまり、一対の電流検出部36は、一対のモータ15に流れる電流を検出する。一対の電流検出部36は、制御装置18に接続されている。一対の電流検出部36の出力は、制御装置18へ与えられる。
また、第1操作部10及び第2操作部12も制御装置18に接続されている。上述のように、第1操作部10(のポテンショメータ21)及び第2操作部12(のポテンショメータ31)の出力は、制御装置18へ与えられる。
The pair of drive circuits 34 and the pair of motors 15 (motor bodies 15a) are connected by a pair of power lines 34a.
The pair of power lines 34a are provided with a pair of current detectors 36. The pair of current detectors 36 are current sensors that detect the current flowing through the pair of power lines 34a. In other words, the pair of current detectors 36 detect the current flowing through the pair of motors 15. The pair of current detectors 36 are connected to the control device 18. The outputs of the pair of current detectors 36 are provided to the control device 18.
The first operating unit 10 and the second operating unit 12 are also connected to the control device 18. As described above, the outputs of the first operating unit 10 (the potentiometer 21) and the second operating unit 12 (the potentiometer 31) are provided to the control device 18.

制御装置18は、プロセッサ等からなる処理部38と、メモリやハードディスク等からなる記憶部40とを備えるコンピュータ等により構成される。記憶部40には、処理部38に実行させるためのコンピュータプログラムや、必要な情報が記憶されている。処理部38は、記憶部40のようなコンピュータ読み取り可能な非一過性の記録媒体に記憶されたコンピュータプログラムを実行することで、制御装置18が有する各種処理機能を実現する。 The control device 18 is composed of a computer or the like that includes a processing unit 38 consisting of a processor or the like, and a storage unit 40 consisting of a memory, hard disk, or the like. The storage unit 40 stores computer programs to be executed by the processing unit 38 and necessary information. The processing unit 38 realizes the various processing functions of the control device 18 by executing computer programs stored in a computer-readable, non-transitory recording medium such as the storage unit 40.

〔処理部が行う処理について〕
図4は、操作者が電動車椅子1を操作するときの態様を示す図である。
電動車椅子1の操作者Aは、第1操作部10の第1グリップ20及び第2操作部12の第2グリップ30を左右の手で把持し、電動車椅子1を後方から押すことで電動車椅子1を操作する。
このとき、第1グリップ20及び第2グリップ30が車両本体2aに対して前後方向に相対移動する。第1操作部10及び第2操作部12は、第1グリップ20及び第2グリップ30の移動に応じた出力を制御装置18へ与える。
制御装置18は、第1操作部10及び第2操作部12から与えられる出力に基づいて、速度指令値を生成し、一対の駆動回路34へ与える。
[Processing performed by the processing unit]
FIG. 4 is a diagram showing a state in which the operator operates the electric wheelchair 1. As shown in FIG.
An operator A of the electric wheelchair 1 holds the first grip 20 of the first operating unit 10 and the second grip 30 of the second operating unit 12 with both hands, and operates the electric wheelchair 1 by pushing the electric wheelchair 1 from behind.
At this time, the first grip 20 and the second grip 30 move relative to the vehicle body 2 a in the longitudinal direction. The first operating unit 10 and the second operating unit 12 provide outputs corresponding to the movements of the first grip 20 and the second grip 30 to the control device 18.
The control device 18 generates a speed command value based on the outputs from the first operating unit 10 and the second operating unit 12 and provides it to a pair of drive circuits 34 .

第1操作部10からの出力は、車両本体2aに対する第1グリップ20の前後方向の変位量を示す。また、第2操作部12からの出力は、車両本体2aに対する第2グリップ30の前後方向の変位量を示す。
制御装置18は、第1操作部10の出力及び第2操作部12の出力に基づいて、第1グリップ20の前後方向の変位量、及び第2グリップ30の前後方向の変位量を求める。
なお、この変位量とは、両グリップ20,30の可動範囲内に予め設定された基準位置(例えば、中立位置)と、両グリップ20,30の現在位置との間の距離である。前記基準位置と現在位置とが前後方向で一致する場合、変位量は0となる。
なお、以下の説明では、第1グリップ20の前後方向の変位量(第1変位量)を、変位量xUI_Lといい、第2グリップ30の前後方向の変位量(第2変位量)を、変位量xUI_Rという。
The output from the first operating unit 10 indicates the amount of longitudinal displacement of the first grip 20 relative to the vehicle body 2 a. The output from the second operating unit 12 indicates the amount of longitudinal displacement of the second grip 30 relative to the vehicle body 2 a.
The control device 18 determines the amount of longitudinal displacement of the first grip 20 and the amount of longitudinal displacement of the second grip 30 based on the output of the first operating unit 10 and the output of the second operating unit 12 .
The displacement amount is the distance between a reference position (e.g., a neutral position) that is set in advance within the movable range of both grips 20, 30 and the current positions of both grips 20, 30. When the reference position and the current positions coincide in the front-to-rear direction, the displacement amount is zero.
In the following description, the forward/backward displacement amount of the first grip 20 (first displacement amount) is referred to as the displacement amount x UI_L , and the forward/backward displacement amount of the second grip 30 (second displacement amount) is referred to as the displacement amount x UI_R .

制御装置18は、変位量xUI_L及び変位量xUI_Rを経過時間に沿って離散的に取得し記憶部40等に記憶する。制御装置18は、変位量xUI_L及び変位量xUI_Rの微分値を求める場合等、必要に応じて記憶した変位量xUI_L及び変位量xUI_Rを参照する。 The control device 18 discretely acquires the displacement amounts x UI_L and x UI_R over time and stores them in the storage unit 40, etc. The control device 18 refers to the stored displacement amounts x UI_L and x UI_R as needed, for example, when calculating the differential values of the displacement amounts x UI_L and x UI_R .

操作者Aが第1操作部10及び第2操作部12を把持して操作する場合において、制御装置18は、変位量xUI_L及び変位量xUI_Rに対する車両本体2aの動きが、機械的なインピーダンス特性を模擬するような動きとなるように、駆動機構4を制御する。
すなわち、制御装置18は、図4に示すように、第1グリップ20(第2グリップ30)と、車両本体2aとが、仮想的なバネ42、及び仮想的なダンパ44で接続されているような動きを再現しつつ、第1グリップ20(第2グリップ30)と、車両本体2aとの間の距離Hが一定となるように、駆動機構4を制御する。
When the operator A holds and operates the first operating unit 10 and the second operating unit 12, the control device 18 controls the drive mechanism 4 so that the movement of the vehicle body 2a with respect to the displacement amount x UI_L and the displacement amount x UI_R is a movement that simulates the mechanical impedance characteristics.
That is, the control device 18 controls the drive mechanism 4 so that the distance H between the first grip 20 (second grip 30) and the vehicle body 2a is constant, while reproducing a movement in which the first grip 20 (second grip 30) and the vehicle body 2a are connected by a virtual spring 42 and a virtual damper 44, as shown in Figure 4.

第1グリップ20(第2グリップ30)と、車両本体2aとの間の距離Hが一定となるような駆動機構4の制御には、変位量xUI_L及び変位量xUI_Rを0、又は所定の設定値に維持するような制御が含まれる。
これにより、操作者Aが前進し、第1グリップ20及び第2グリップ30を前方へ押圧したとき、制御装置18は、第1グリップ20及び第2グリップ30が前方へ押圧されて移動した変位量xUI_L及び変位量xUI_Rに応じて車両本体2aを前進させるように駆動機構4を制御する。
Control of the drive mechanism 4 so that the distance H between the first grip 20 (second grip 30) and the vehicle body 2a is constant includes control so that the displacement amount x UI_L and the displacement amount x UI_R are maintained at 0 or at a predetermined set value.
As a result, when the operator A moves forward and presses the first grip 20 and the second grip 30 forward, the control device 18 controls the drive mechanism 4 to move the vehicle body 2a forward in accordance with the displacement amounts x UI_L and x UI_R by which the first grip 20 and the second grip 30 move when pressed forward.

図5は、制御装置18の処理部38が実行する処理内容の一例を示したブロック図である。
処理部38は、生成処理51と、外力演算処理50とを実行する機能を有する。
生成処理51は、車両本体2aに作用する外力、及び、変位量xUI_L及び変位量xUI_Rに基づいて、速度指令値を生成する処理である。
外力演算処理50は、生成処理51で用いられる車両本体2aに作用する外力を求める処理である。
生成処理51には、推進力演算処理52、指令値生成処理54、旋回速度演算処理56、及び、旋回力演算処理58が含まれる。
処理部38は、車両本体2aの速度を制御する処理を開始することで、生成処理51及び外力演算処理50を随時実行する。
FIG. 5 is a block diagram showing an example of the processing contents executed by the processing unit 38 of the control device 18.
The processing unit 38 has the function of executing a generation process 51 and an external force calculation process 50 .
The generation process 51 is a process for generating a speed command value based on the external force acting on the vehicle main body 2a, and the displacement amounts x UI_L and x UI_R .
The external force calculation process 50 is a process for determining an external force acting on the vehicle main body 2 a to be used in the generation process 51 .
The generation process 51 includes a thrust force calculation process 52 , a command value generation process 54 , a turning speed calculation process 56 , and a turning force calculation process 58 .
The processing unit 38 starts the process of controlling the speed of the vehicle body 2a, thereby executing the generation process 51 and the external force calculation process 50 as needed.

第1操作部10及び第2操作部12の出力は、推進力演算処理52及び旋回速度演算処理56に用いられる。
一対の回転検出器15bの出力は、推進力演算処理52及び旋回力演算処理58に用いられる。
一対の電流検出部36の出力は、外力演算処理50に用いられる。
The outputs of the first operating unit 10 and the second operating unit 12 are used in the thrust calculation process 52 and the turning speed calculation process 56 .
The outputs of the pair of rotation detectors 15 b are used in the thrust force calculation process 52 and the turning force calculation process 58 .
The outputs of the pair of current detection units 36 are used in the external force calculation process 50 .

〔外力演算処理〕
外力演算処理50は、車両本体2aに作用する外力を求める処理である。
操作者Aは、第1操作部10及び第2操作部12を把持し、電動車椅子1を後方から押すことで電動車椅子1を操作する。
このとき、両グリップ20,30の変位とは別に、車両本体2aには、第1操作部10及び第2操作部12を介して、操作者Aの操作による外力が作用する。
処理部38は、外力演算処理50を実行することで、車両本体2aに作用する外力を求める。
[External force calculation processing]
The external force calculation process 50 is a process for determining the external force acting on the vehicle body 2a.
The operator A grips the first operating unit 10 and the second operating unit 12 and operates the electric wheelchair 1 by pushing the electric wheelchair 1 from behind.
At this time, apart from the displacement of both grips 20, 30, an external force due to the operation of operator A acts on the vehicle body 2a via the first operating unit 10 and the second operating unit 12.
The processing unit 38 executes an external force calculation process 50 to determine the external force acting on the vehicle main body 2a.

図6は、電動車椅子1の平面図である。なお図6では、電動車椅子1の要部のみを模式的に示している。
図6中、点Pは、一対の駆動輪14cの回転軸C1上の点であり、一対の駆動輪14cの間の中点である。以下の説明では、点Pを通過しかつ上下方向に延びる中心軸回りの方向を旋回方向という。
制御装置18は、車両本体2aに作用する外力を、前後方向の外力と、旋回方向の外力とに分けて求める。
Fig. 6 is a plan view of the electric wheelchair 1. Note that Fig. 6 shows only the main parts of the electric wheelchair 1 in a schematic manner.
6, point P is a point on the rotation axis C1 of the pair of drive wheels 14c, and is the midpoint between the pair of drive wheels 14c. In the following description, the direction around the central axis that passes through point P and extends in the vertical direction is referred to as the turning direction.
The control device 18 determines the external force acting on the vehicle body 2a by dividing it into an external force in the front-rear direction and an external force in the turning direction.

速度制御中である電動車椅子1に対して、操作者Aが両操作部10,12を介して車両本体2aを所定の方向に旋回させようとすると、一対の駆動回路34は、速度指令値に基づいた動作状態を維持するため、所定の方向とは反対方向に旋回させるためのトルクが発生されるように一対のモータ15を制御する。よって、一対のモータ15に流れる電流値は、両操作部10,12を介して車両本体2aに作用する外力(操作者Aの操作による外力)を示している。When operator A attempts to rotate the vehicle body 2a in a predetermined direction using both operating units 10, 12 while the speed of the electric wheelchair 1 is being controlled, the pair of drive circuits 34 controls the pair of motors 15 to generate torque to rotate the vehicle body 2a in the opposite direction to the predetermined direction, in order to maintain the operating state based on the speed command value. Therefore, the current value flowing through the pair of motors 15 represents the external force acting on the vehicle body 2a via the two operating units 10, 12 (external force due to operator A's operation).

例えば、停止中の電動車椅子1に対して、図6に示すように、操作者Aが、第1操作部10を後方に引き、第2操作部12を前方に押すことで、点Pを通過する中心軸に対して反時計回りに車両本体2aを旋回させようとした場合について説明する。
この場合、一対の駆動回路34には速度指令値として0が与えられているものとする。
For example, as shown in Figure 6, we will explain the case where operator A, for a stopped electric wheelchair 1, attempts to rotate the vehicle body 2a counterclockwise around the central axis passing through point P by pulling the first operating unit 10 backward and pushing the second operating unit 12 forward.
In this case, it is assumed that a speed command value of 0 is given to the pair of drive circuits 34 .

操作者Aの操作によって、車両本体2aが旋回動作すると、車両左側の駆動輪14cは、後方へ向かって進行する。また、車両右側の駆動輪14cは、前方へ向かって進行する。
このとき、車両左側の駆動輪14cを制御する駆動回路34は、車両左側の駆動輪14cを前方へ進行させるトルクが発生されるように車両左側のモータ15を制御する。
また、車両右側の駆動輪14cを制御する駆動回路34は、車両右側の駆動輪14cを後方へ進行させるトルクが発生されるように車両右側のモータ15を制御する。
When the vehicle body 2a is turned by the operation of the operator A, the drive wheel 14c on the left side of the vehicle moves backward, and the drive wheel 14c on the right side of the vehicle moves forward.
At this time, the drive circuit 34 that controls the drive wheel 14c on the left side of the vehicle controls the motor 15 on the left side of the vehicle so as to generate torque that moves the drive wheel 14c on the left side of the vehicle forward.
Further, the drive circuit 34 that controls the drive wheel 14c on the right side of the vehicle controls the motor 15 on the right side of the vehicle so as to generate torque that moves the drive wheel 14c on the right side of the vehicle backward.

このとき、一対のモータ15に流れる電流は、車両本体2aの旋回動作に応じて供給される。よって、一対のモータ15に流れる電流は、両操作部10,12を介して車両本体2aに作用する外力を示している。上記例では、停止中の電動車椅子1について説明したが、速度制御しながら走行中の電動車椅子1の場合も同様である。
そこで、処理部38は、下記式(1)に基づいて、車両本体2aに作用する外力を求める。
At this time, the current flowing through the pair of motors 15 is supplied in accordance with the turning operation of the vehicle body 2a. Therefore, the current flowing through the pair of motors 15 represents the external force acting on the vehicle body 2a via both operation units 10, 12. In the above example, the electric wheelchair 1 is described as being stopped, but the same applies to the electric wheelchair 1 as it travels while being speed-controlled.
Therefore, the processing unit 38 calculates the external force acting on the vehicle main body 2a based on the following equation (1).

式(1)中、Fopは前後方向の外力、τopは旋回方向の外力、rは駆動輪14cの半径、Wは一対の駆動輪14c間の距離(図6参照)、Kはモータ15のトルク定数(単位電流当たりのモータ発生トルク)、Iは車両右側の電流検出部36の出力から求められる電流値、Iは車両左側の電流検出部36の出力から求められる電流値である。
r,W,Kは定数であり、予め、記憶部40に記憶される。
式(1)では、一対のモータ15が発生したトルクの合計値に基づいて前後方向の外力Fopが求められ、一対のモータ15が発生したトルクの差に基づいて旋回方向の外力τopが求められる。
In equation (1), F op is the external force in the longitudinal direction, τ op is the external force in the turning direction, r is the radius of the drive wheels 14 c, W is the distance between the pair of drive wheels 14 c (see FIG. 6 ), K t is the torque constant of the motor 15 (motor generated torque per unit current), I R is the current value obtained from the output of the current detection unit 36 on the right side of the vehicle, and I L is the current value obtained from the output of the current detection unit 36 on the left side of the vehicle.
r, W, and Kt are constants that are stored in advance in the storage unit 40 .
In equation (1), the external force F op in the longitudinal direction is calculated based on the sum of the torques generated by the pair of motors 15, and the external force τ op in the turning direction is calculated based on the difference between the torques generated by the pair of motors 15.

処理部38は、外力演算処理50において、上記式(1)に示すように、一対のモータ15に流れる電流を示す電流値I、電流値Iに基づいて、前後方向の外力FOP、旋回方向の外力τOPを求める。
このように、外力演算処理50では、車両本体2aに作用する外力が、前後方向の外力FOPと、旋回方向の外力τOPとに分けて求められる。
In the external force calculation process 50, the processing unit 38 calculates the external force F OP in the forward/backward direction and the external force τ OP in the turning direction based on the current values IR and IL that indicate the currents flowing through the pair of motors 15, as shown in the above formula (1).
In this way, in the external force calculation process 50, the external force acting on the vehicle body 2a is determined separately as an external force F OP in the longitudinal direction and an external force τ OP in the turning direction.

〔推進力演算処理〕
推進力演算処理52は、前後方向の推進力の目標値である目標推進力Fthを求める処理である。
処理部38は、推進力演算処理52において、下記式(2)に基づいて、目標推進力Fthを求める。
[Thrust force calculation processing]
The thrust calculation process 52 is a process for calculating a target thrust Fth , which is a target value of the thrust in the longitudinal direction.
In the thrust calculation process 52, the processing unit 38 calculates the target thrust Fth based on the following equation (2).

式(2)は、ラプラス変換された目標推進力Fthを示す。
式(2)中、Kは仮想的なバネ係数、Dは仮想的なダンパ係数、μは摩擦係数、Mは電動車椅子1の仮想質量、vは電動車椅子1の走行速度、αは係数、sはラプラス演算子、ω1,ω2は所定の遮断周波数である。
Equation (2) represents the Laplace transformed target thrust force F th .
In equation (2), K is a virtual spring coefficient, D is a virtual damper coefficient, μ is a friction coefficient, M is a virtual mass of the electric wheelchair 1, v is the traveling speed of the electric wheelchair 1, α is a coefficient, s is a Laplace operator, and ω1 and ω2 are predetermined cutoff frequencies.

式(2)に示すように、推進力演算処理52では、変位量xUI_R,変位量xUI_L,電動車椅子1の走行速度v,前後方向の外力Fopを用いて、目標推進力Fthが求められる。
式(2)中の下記に示す第1項は、機械的なインピーダンス特性を実現するためのモデルを表している。
As shown in equation (2), the thrust calculation process 52 determines the target thrust Fth using the displacement xUI_R , displacement xUI_L , the traveling speed v of the electric wheelchair 1, and the external force Fop in the front-rear direction.
The first term in equation (2) shown below represents a model for realizing mechanical impedance characteristics.

第1項中のバネ係数Kには、変位量xUI_Rと変位量xUI_Lとの合計変位量xが乗算される。バネ係数Kと合計変位量xとの積は、変位量に基づく弾性項を示す。バネ係数Kは、仮想的なバネ42(図4)のバネ定数であり、予め設定される定数である。
第1項中のダンパ係数Dには、ラプラス演算子と、合計変位量xとが乗算される。合計変位量xと、ラプラス演算子との積は、変位量の微分値を表している。よって、ダンパ係数Dと、ラプラス演算子と、合計変位量xとの積は、変位量の微分値に基づく粘性項を示す。ダンパ係数Dは、仮想的なダンパ44(図4)の粘度を示す係数であり、予め設定される定数である。
このように、第1項は、変位量に基づく弾性項及び変位量の微分値に基づく粘性項を含む。
The spring coefficient K in the first term is multiplied by the total displacement xT of the displacements xUI_R and xUI_L . The product of the spring coefficient K and the total displacement xT represents an elastic term based on the displacement. The spring coefficient K is the spring constant of the virtual spring 42 (FIG. 4) and is a preset constant.
The damper coefficient D in the first term is multiplied by a Laplace operator and the total displacement xT . The product of the total displacement xT and the Laplace operator represents the differential value of the displacement. Therefore, the product of the damper coefficient D, the Laplace operator, and the total displacement xT represents a viscosity term based on the differential value of the displacement. The damper coefficient D is a coefficient indicating the viscosity of the virtual damper 44 (FIG. 4) and is a preset constant.
Thus, the first term includes an elastic term based on the displacement amount and a viscous term based on the differential value of the displacement amount.

第1項中、ダンパ係数Dに乗算されるω/(s+ω)は、遮断周波数がωであるローパスフィルタである。このローパスフィルタが粘性項に乗算されることで、合計変位量xに含まれる比較的高い周波数のノイズを抑制する。 In the first term, ω 1 /(s+ω 1 ) multiplied by the damper coefficient D is a low-pass filter with a cutoff frequency of ω 1. By multiplying the viscosity term by this low-pass filter, relatively high-frequency noise contained in the total displacement xT is suppressed.

また、上記第1項では、両グリップ20,30の変位量xUI_Rと変位量xUI_Lとを合算した合計変位量xを用いている。これは、前後方向の外力FOPの演算方法に合わせていることに加え、変位量xUI_Rと変位量xUI_Lとの間に多少の差が生じたとしても、その差を吸収し、適切に前後方向の目標推進力Fth(目標推進力Fthを求めるために必要な演算結果)を求めることができるからである。 Furthermore, the above first term uses the total displacement xT , which is the sum of the displacements xUI_R and xUI_L of both grips 20, 30. This is because, in addition to conforming to the calculation method for the external force FOP in the front-to-rear direction, even if a slight difference occurs between the displacements xUI_R and xUI_L , this difference can be absorbed and the target thrust force Fth in the front-to-rear direction (the calculation result required to calculate the target thrust force Fth ) can be appropriately calculated.

式(2)中の下記に示す第2項は、車両本体2aの前後方向の減速力を表している。 The second term in equation (2) shown below represents the deceleration force in the longitudinal direction of the vehicle body 2a.

第2項中の摩擦係数μは、車両本体2aに作用する摩擦係数を仮想的に設定するための値であり、予め設定される定数である。電動車椅子1の走行速度vは、一対の回転検出器15bの出力に基づいて求められる。つまり、一対の回転検出器15bは、車両本体2aの走行速度を示す速度情報を取得する取得部を構成する。 The friction coefficient μ in the second term is a value for virtually setting the friction coefficient acting on the vehicle body 2a, and is a preset constant. The traveling speed v of the electric wheelchair 1 is determined based on the output of the pair of rotation detectors 15b. In other words, the pair of rotation detectors 15b constitute an acquisition unit that acquires speed information indicating the traveling speed of the vehicle body 2a.

摩擦係数μと走行速度vとの積は、電動車椅子1の速度に応じた摩擦力を示している。
電動車椅子1の仮想質量Mは、電動車椅子1と搭乗者との合計質量の想定値であり、予め設定される定数である。仮想質量Mには、ラプラス演算子と、走行速度vとが乗算される。走行速度vと、ラプラス演算子との積は、走行速度vの微分値(電動車椅子1の加速度)を表している。よって、仮想質量Mと、ラプラス演算子と、走行速度vとの積は、電動車椅子1の加速度に応じた減速力を示している。
The product of the friction coefficient μ and the traveling speed v indicates the friction force according to the speed of the electric wheelchair 1 .
The virtual mass M of the electric wheelchair 1 is an assumed value of the total mass of the electric wheelchair 1 and the occupant, and is a preset constant. The virtual mass M is multiplied by a Laplace operator and the traveling speed v. The product of the traveling speed v and the Laplace operator represents the differential value of the traveling speed v (the acceleration of the electric wheelchair 1). Therefore, the product of the virtual mass M, the Laplace operator, and the traveling speed v represents the deceleration force corresponding to the acceleration of the electric wheelchair 1.

第2項では、電動車椅子1の速度に応じた摩擦力と、電動車椅子1の加速度に応じた減速力とが求められる。これらの和が車両本体2aの前後方向の減速力となる。
第2項で求められる車両本体2aの前後方向の減速力は、第1項の演算結果に加算される。
The second term determines the friction force according to the speed of the electric wheelchair 1 and the deceleration force according to the acceleration of the electric wheelchair 1. The sum of these is the deceleration force in the front-rear direction of the vehicle body 2a.
The deceleration force in the longitudinal direction of the vehicle body 2a obtained in the second term is added to the calculation result of the first term.

第2項中、仮想質量Mに乗算されるω/(s+ω)は、遮断周波数がωであるローパスフィルタである。このローパスフィルタは、走行速度vに含まれる比較的高い周波数のノイズを抑制する。 In the second term, ω 2 /(s+ω 2 ) multiplied by the virtual mass M is a low-pass filter with a cutoff frequency of ω 2. This low-pass filter suppresses relatively high-frequency noise contained in the traveling speed v.

式(2)中の下記に示す第3項は、前後方向の動作に対する補正を行うための項である。
第3項: -αFOP
The third term in equation (2) shown below is a term for correcting for movement in the forward and backward directions.
Term 3: -αF OP

第3項中の係数αは、合計変位量xに応じて変化する変数である。
αFOPは、前後方向の外力と合計変位量xとによって変化する値であり、前後方向の外力と合計変位量xとに応じて適切に調整される。
αFOPには、上限値及び下限値が設定されている。これによって、必要以上に減速したり、加速したりするのを抑制することができる。
The coefficient α in the third term is a variable that changes depending on the total displacement xT .
αF OP is a value that changes depending on the external force in the front-rear direction and the total displacement amount xT , and is appropriately adjusted in accordance with the external force in the front-rear direction and the total displacement amount xT .
An upper limit and a lower limit are set for αF OP , which makes it possible to prevent the vehicle from decelerating or accelerating more than necessary.

処理部38は、第1項の演算結果と、第2項及び第3項の演算結果とに基づいて目標推進力Fthを求める。 The processing unit 38 calculates the target thrust Fth based on the calculation result of the first term and the calculation results of the second and third terms.

〔旋回速度演算処理〕
旋回速度演算処理56は、車両本体2aの旋回方向の速度(旋回速度)の目標値である目標旋回速度ωyawを求める処理である。
処理部38は、旋回速度演算処理56において、下記式(3)(4)に基づいて、目標旋回速度ωyawを求める。
[Turning speed calculation processing]
The turning speed calculation process 56 is a process for determining a target turning speed ω yaw , which is a target value of the speed (turning speed) of the vehicle main body 2a in the turning direction.
In the turning speed calculation process 56, the processing unit 38 calculates the target turning speed ω yaw based on the following equations (3) and (4).

なお、式(3)中、Ccompはコンプライアンス制御のためのゲイン、Icompは仮想的な慣性係数、Dcompは仮想的なダンパ係数である。ゲインCcomp、慣性係数Icompは、予め設定される定数である。
ダンパ係数Dcompは、変位量xUI_R,変位量xUI_L,に応じて変化する変数である。ダンパ係数Dcompは、下記式(5)のように表される。
In equation (3), C comp is a gain for compliance control, I comp is a virtual inertia coefficient, and D comp is a virtual damper coefficient. The gain C comp and the inertia coefficient I comp are constants that are set in advance.
The damper coefficient D comp is a variable that changes depending on the displacement amount x UI_R and the displacement amount x UI_L . The damper coefficient D comp is expressed by the following equation (5).

式(5)中、Dconst及びβは、予め設定される定数である。
式(5)に示すように、ダンパ係数Dcompは、変位量xUI_Rと、変位量xUI_Lとの差分に応じて変化する。より具体的に、ダンパ係数Dcompは、変位量xUI_Rと、変位量xUI_Lとの差分が大きくなるほど小さくなるように設定される。
さらに、ダンパ係数Dcompには、上限値と、下限値とが設定されている。ダンパ係数Dcompは、上限値を超えると、変位量xUI_Rと、変位量xUI_Lとの差分に関わらず、上限値に設定される。また、ダンパ係数Dcompは、下限値を下回ると、変位量xUI_Rと、変位量xUI_Lとの差分に関わらず、下限値に設定される。これにより、変位量xUI_Rと、変位量xUI_Lとの差分には、ダンパ係数Dcompに対する不感帯が設けられる。
In equation (5), D const and β are preset constants.
As shown in the formula (5), the damper coefficient Dcomp changes depending on the difference between the displacement amount xUI_R and the displacement amount xUI_L . More specifically, the damper coefficient Dcomp is set to decrease as the difference between the displacement amount xUI_R and the displacement amount xUI_L increases.
Furthermore, an upper limit and a lower limit are set for the damper coefficient D comp . When the damper coefficient D comp exceeds the upper limit, it is set to the upper limit regardless of the difference between the displacement amounts x UI_R and x UI_L . When the damper coefficient D comp falls below the lower limit, it is set to the lower limit regardless of the difference between the displacement amounts x UI_R and x UI_L . This provides a dead zone for the damper coefficient D comp with respect to the difference between the displacement amounts x UI_R and x UI_L .

上記式(3)の括弧内は、現在の旋回方向の外力τOPと、目標旋回速度及び目標旋回加速度に基づく外力との差分を示している。式(3)の括弧内のうち、Icompと目標旋回加速度との積は慣性項であり、ダンパ係数Dcompと目標旋回速度との積は粘性項である。このように、上記式(3)は、慣性項と弾性項とを含む。
よって、処理部38は、仮想的な慣性及び仮想的なダンパを再現しつつ目標旋回速度ωyawを求めるように構成されている。つまり、処理部38は、コンプライアンス制御によって目標旋回速度ωyawを求める。
The term in parentheses in the above equation (3) represents the difference between the external force τ OP in the current turning direction and the external force based on the target turning speed and target turning acceleration. Among the terms in parentheses in equation (3), the product of I comp and the target turning acceleration is an inertia term, and the product of the damper coefficient D comp and the target turning speed is a viscosity term. Thus, the above equation (3) includes an inertia term and an elastic term.
Therefore, the processing unit 38 is configured to obtain the target rotation speed ω yaw while reproducing the virtual inertia and the virtual damper. That is, the processing unit 38 obtains the target rotation speed ω yaw by compliance control.

〔旋回力演算処理〕
旋回力演算処理58は、目標旋回速度ωyawと、一対の回転検出器15bの出力とに基づいて、車両本体2aの旋回方向における旋回力の目標値である目標旋回力τyawを求める処理である。
処理部38は、旋回力演算処理58において、下記式(6)に基づいて、目標旋回力τyawを求める。
[Turning force calculation processing]
The turning force calculation process 58 is a process for determining a target turning force τ yaw , which is a target value of the turning force in the turning direction of the vehicle main body 2a, based on the target turning speed ω yaw and the outputs of the pair of rotation detectors 15b.
In the turning force calculation process 58, the processing unit 38 calculates the target turning force τ yaw based on the following equation (6).

式(6)中、Pyawは比例ゲイン、Dyawは微分ゲイン、vは右側の駆動輪14cの回転速度(周速)、vは左側の駆動輪14cの回転速度(周速)、ωは所定の遮断周波数である。
比例ゲインPyaw、及び微分ゲインDyawは予め設定された定数である。
回転速度v、vは、一対の回転検出器15bの出力から求められる。
式(6)中、(v-v)/Wは、車両本体2aのヨーレート(現在の旋回速度)を示している。よって、ωyaw-((v-v)/W)は、目標旋回速度ωyawと現在の旋回速度との差を示している。
式(6)は、PD制御によって目標旋回力τyawが得られることを示している。
In equation (6), P yaw is the proportional gain, D yaw is the differential gain, v R is the rotational speed (circumferential speed) of the right drive wheel 14c, v L is the rotational speed (circumferential speed) of the left drive wheel 14c, and ω 3 is a predetermined cutoff frequency.
The proportional gain P yaw and the derivative gain D yaw are preset constants.
The rotation speeds v R and v L are determined from the outputs of the pair of rotation detectors 15b.
In equation (6), (v R - v L )/W represents the yaw rate (current turning speed) of the vehicle body 2a. Therefore, ω yaw - ((v R - v L )/W) represents the difference between the target turning speed ω yaw and the current turning speed.
Equation (6) shows that the target turning force τ yaw can be obtained by PD control.

処理部38は、式(6)に示すように、旋回速度演算処理56で求めた目標旋回速度ωyawと、回転速度v、vとに基づいて、目標旋回力τyawを求める。
言い換えると、処理部38は、車両本体2aに作用する外力と、一対の回転検出器15bの出力とに基づいて、目標旋回力τyawを求める。
The processing unit 38 calculates the target turning force τ yaw based on the target turning speed ω yaw calculated in the turning speed calculation process 56 and the rotational speeds v R and v L , as shown in equation (6).
In other words, the processing unit 38 determines the target turning force τ yaw based on the external force acting on the vehicle main body 2a and the outputs of the pair of rotation detectors 15b.

なお、微分ゲインDyawに乗算されるω/(s+ω)は、遮断周波数がωであるローパスフィルタである。このローパスフィルタは、目標旋回速度ωyawと現在の旋回速度との差に含まれる比較的高い周波数のノイズを抑制する。 Note that ω 3 /(s + ω 3 ) multiplied by the differential gain D yaw is a low-pass filter with a cutoff frequency of ω 3. This low-pass filter suppresses relatively high frequency noise contained in the difference between the target rotation speed ω yaw and the current rotation speed.

〔指令値生成処理〕
指令値生成処理54は、目標推進力Fthと、目標旋回力τyawとに基づいて一対の駆動回路34へ与える速度指令値を生成する処理である。
処理部38は、指令値生成処理54において、下記式(7)に基づいて、左右の駆動輪14cの出力目標となる力を求める。
[Command value generation process]
The command value generation process 54 is a process for generating speed command values to be given to the pair of drive circuits 34 based on the target thrust force F th and the target turning force τ yaw .
In the command value generation process 54, the processing unit 38 calculates the output target forces of the left and right drive wheels 14c based on the following equation (7).

式(7)中、Fは右側の駆動輪14cの出力目標となる力、Fは左側の駆動輪14cの出力目標となる力を示している。
処理部38は、式(7)に示すように、推進力演算処理52で求めた目標推進力Fthと、旋回力演算処理58で求めた目標旋回力τyawとに基づいて、一対の駆動輪14cの出力目標となる力F,Fを求める。
In equation (7), F R represents the target output force of the right drive wheel 14 c, and F L represents the target output force of the left drive wheel 14 c.
As shown in equation (7), the processing unit 38 calculates the output target forces F R and F L of the pair of drive wheels 14 c based on the target thrust force F th calculated in the thrust force calculation process 52 and the target turning force τ yaw calculated in the turning force calculation process 58.

駆動輪14cの出力目標となる力F,Fを求めた処理部38は、さらに、下記式(8)に基づいて速度指令値を求める。 After determining the forces F R and F L that are the output targets of the drive wheels 14c, the processing unit 38 further determines a speed command value based on the following equation (8).

式(8)中、vCRは右側の駆動回路34へ与える速度指令値、vCLは左側の駆動回路34へ与える速度指令値を示している。 In equation (8), v CR represents a speed command value given to the right drive circuit 34, and v CL represents a speed command value given to the left drive circuit 34.

処理部38は、求めた速度指令値vCR,vCLを、一対の駆動回路34へ与える。
なお、速度指令値vCR,vCLは一対の駆動輪14cの周速を示している。よって、処理部38は、速度指令値vCR,vCLを単位時間当たりの回転数に換算し、一対の駆動回路34へ与える。
速度指令値vCR,vCLが与えられた一対の駆動回路34は、速度指令値vCR,vCLに従って一対のモータ15を駆動制御する。
The processing unit 38 supplies the determined speed command values v CR and v CL to the pair of drive circuits 34 .
The speed command values v CR and v CL indicate the peripheral speeds of the pair of drive wheels 14 c. Therefore, the processing unit 38 converts the speed command values v CR and v CL into rotation speeds per unit time and provides them to the pair of drive circuits 34 .
The pair of drive circuits 34 to which the speed command values v CR and v CL are given drive control of the pair of motors 15 in accordance with the speed command values v CR and v CL .

以上のように、本実施形態の制御装置18が有する処理部38は、両操作部10,12の変位量に基づく弾性項、及び両操作部10,12の変位量の微分値に基づく粘性項を含んだモデル(式(1)の第1項)を用いて速度指令値vCR,vCLを生成する生成処理51を実行する。
この構成によれば、弾性項及び粘性項を含んだモデルを用いて目標推進力Fthを求め、速度指令値vCR,vCLを生成するので、両操作部10,12の変位量に対する車両本体2aの動きが機械的なインピーダンス特性を模擬するような動きとなるように、駆動機構4を制御することができる。この結果、操作者Aと車両本体2aとの距離が一定となるように車両本体2aの速度を制御する際に、操作者Aが車両本体2aの速度に合わせて歩行するといった状況が生じるのを抑制でき、良好な操作性を得ることができる。
As described above, the processing unit 38 of the control device 18 of this embodiment executes a generation process 51 that generates the speed command values v CR and v CL using a model (the first term in equation (1)) that includes an elastic term based on the displacement amounts of both operation units 10 and 12 and a viscosity term based on the differential value of the displacement amounts of both operation units 10 and 12.
According to this configuration, the target propulsive force Fth is calculated using a model including an elastic term and a viscous term, and the speed command values vCR and vCL are generated, so that the drive mechanism 4 can be controlled so that the movement of the vehicle body 2a in response to the displacement of both operation units 10, 12 simulates the mechanical impedance characteristics. As a result, when the speed of the vehicle body 2a is controlled so that the distance between the operator A and the vehicle body 2a is constant, it is possible to prevent the operator A from walking at the same speed as the vehicle body 2a, and good operability can be obtained.

また、推進力演算処理52では、上記モデルによる演算結果と、車両本体2aの走行速度に基づいて得られる前後方向の減速力(式(1)の第2項)とに基づいて目標推進力Fthを求めるので、車両本体2aの速度に応じて生じる摩擦力等に基づく減速度を加味したり、車両本体2aの走行速度を制限したりしつつ、目標推進力Fthを求めることができる。 Furthermore, in the propulsive force calculation process 52, the target propulsive force Fth is calculated based on the calculation results of the above model and the longitudinal deceleration force (the second term in equation (1)) obtained based on the traveling speed of the vehicle main body 2a. Therefore, the target propulsive force Fth can be calculated while taking into account deceleration based on frictional forces etc. that occur in accordance with the speed of the vehicle main body 2a, or while limiting the traveling speed of the vehicle main body 2a .

また、外力演算処理50では、一対の電流検出部36の出力に基づいて、両操作部10,12を介して車両本体2aに作用する外力が求められる。
また、生成処理51では、上記モデルによる演算結果と外力演算処理50で求められた外力とに基づいて、速度指令値が生成される。
よって、両操作部10,12の変位量と、車両本体2aに作用する外力とに基づいて、車両本体2aの速度を制御することができる。
Furthermore, in the external force calculation process 50, the external force acting on the vehicle body 2a via both operation units 10, 12 is determined based on the outputs of the pair of current detection units 36.
In the generation process 51, a speed command value is generated based on the calculation results of the above model and the external force determined in the external force calculation process 50.
Therefore, the speed of the vehicle body 2a can be controlled based on the amount of displacement of both operation units 10, 12 and the external force acting on the vehicle body 2a.

また、生成処理51は、目標推進力Fthを求める推進力演算処理52と、目標旋回力τyawを求める旋回力演算処理58と、目標推進力Fth及び目標旋回力τyawに基づいて一対のモータ15それぞれに対する速度指令値vCR,CLを生成する指令値生成処理54と、を含む。
これにより、車両本体2aを移動させるための目標となる力を、前後方向の推進力と、旋回方向の旋回力とに分けて求めることができる。この結果、一対のモータ15それぞれの速度制御を好適に行うことができる。
The generation process 51 also includes a thrust force calculation process 52 that calculates the target thrust F th , a turning force calculation process 58 that calculates the target turning force τ yaw , and a command value generation process 54 that generates speed command values v CR and v CL for the pair of motors 15, respectively, based on the target thrust F th and the target turning force τ yaw .
This allows the target force for moving the vehicle body 2a to be determined separately as a propulsive force in the longitudinal direction and a turning force in the turning direction, thereby enabling the speed of each of the pair of motors 15 to be suitably controlled.

さらに、外力演算処理50では、前後方向の外力FOPと、旋回方向の外力τOPと、が求められる。推進力演算処理52では、上記モデルによる演算結果と、前後方向の外力FOPとに基づいて、目標推進力Fthが求められる。旋回力演算処理58では、旋回方向の外力τOPと、一対の回転検出器15bの出力とに基づいて、目標旋回力τyawが求められる。
このように、車両本体2aに作用する外力を前後方向の外力FOPと、旋回方向の外力τOPとに分けることで、目標推進力と、目標旋回力とをより精度よく求めることができる。
Furthermore, an external force calculation process 50 calculates an external force F OP in the longitudinal direction and an external force τ OP in the turning direction. A thrust calculation process 52 calculates a target thrust force F th based on the calculation results using the above model and the external force F OP in the longitudinal direction. A turning force calculation process 58 calculates a target turning force τ yaw based on the external force τ OP in the turning direction and the outputs of the pair of rotation detectors 15b.
In this way, by dividing the external force acting on the vehicle main body 2a into an external force F OP in the longitudinal direction and an external force τ OP in the turning direction, the target propulsive force and the target turning force can be calculated with higher accuracy.

また、本実施形態では、旋回速度演算処理56において、車両本体2aに作用する外力と、変位量xUI_Rと変位量xUI_Lとの間の差分とに基づいて、目標旋回速度が求められる。
また、旋回力演算処理58では、目標旋回速度と、一対の回転検出器15bの出力とに基づいて、目標旋回力τyawが求められる。
ここで、本実施形態では、変位量xUI_Rと変位量xUI_Lとの間の差分によって定まる値であるダンパ係数Dcompに、上限値及び下限値が設けられている。よって、変位量xUI_Rと、変位量xUI_Lとの差分には、ダンパ係数Dcompに対する不感帯が設けられる。これにより、変位量xUI_Rと、変位量xUI_Lとの差分に基づいた旋回方向の動作に制限を加え、操作者Aが意図しない動作が生じるのを抑制することができる。
In this embodiment, the turning speed calculation process 56 determines the target turning speed based on the external force acting on the vehicle main body 2a and the difference between the displacement x UI_R and the displacement x UI_L .
Furthermore, in the turning force calculation process 58, the target turning force τ yaw is calculated based on the target turning speed and the outputs of the pair of rotation detectors 15b.
In this embodiment, an upper limit and a lower limit are set for the damper coefficient Dcomp , which is a value determined by the difference between the displacement amounts xUI_R and xUI_L . Therefore, a dead zone for the damper coefficient Dcomp is set for the difference between the displacement amounts xUI_R and xUI_L . This imposes a restriction on the movement in the turning direction based on the difference between the displacement amounts xUI_R and xUI_L , making it possible to prevent the operator A from making an unintended movement.

〔その他〕
今回開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。
例えば、上記実施形態では、車両本体2aに第1操作部10及び第2操作部12を設けた場合を例示したが、操作部として、少なくともいずれか一方が設けられていればよい。
〔others〕
The embodiments disclosed herein are illustrative in all respects and are not restrictive.
For example, in the above embodiment, the vehicle main body 2a is provided with the first operating unit 10 and the second operating unit 12, but it is sufficient that at least one of the operating units is provided.

また、上記実施形態では、処理部38が速度指令値を生成し、一対の駆動回路34に速度指令値を与えることで一対のモータ15を駆動制御する場合を例示したが、処理部38がモータ15に与えるべき電流値を示す電流指令値を生成し、一対の駆動回路34に電流指令値を与えることで一対のモータ15を駆動制御するように構成してもよい。
また、上記実施形態では、モータ15をインホイールモータとし駆動輪14cの内部に設けた場合を例示したが、モータ15は、駆動輪14cの外部に設けられていてもよい。この場合、モータ15は、外部から駆動輪14cを駆動する。
Furthermore, in the above embodiment, the processing unit 38 generates a speed command value and provides the speed command value to the pair of drive circuits 34 to drive and control the pair of motors 15, but the processing unit 38 may also be configured to generate a current command value indicating the current value to be provided to the motor 15 and provide the current command value to the pair of drive circuits 34 to drive and control the pair of motors 15.
In the above embodiment, the motor 15 is an in-wheel motor provided inside the drive wheel 14 c, but the motor 15 may be provided outside the drive wheel 14 c. In this case, the motor 15 drives the drive wheel 14 c from outside.

また、上記実施形態では、電動車椅子1の場合を例示したが、車椅子以外に台車、ワゴン等に電動の駆動機構を設けた電動車両にも本発明は適用することができる。 In addition, while the above embodiment illustrates the case of an electric wheelchair 1, the present invention can also be applied to electric vehicles other than wheelchairs, such as carts and wagons, which are equipped with electric drive mechanisms.

本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。 The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes all modifications within the scope of equivalents to the configurations described in the claims.

1 電動車椅子 2 車椅子部 2a 車両本体
2a1 座部 2a2 背もたれ部 2a3 支持パイプ
2a4 突出部 2b 主輪 2c キャスタ
4 駆動機構 6 コントロールボックス
10 第1操作部 12 第2操作部 14 駆動ユニット
14a ベースプレート 14b アーム 14c 駆動輪
15 モータ 15a モータ本体 15b 回転検出器
16 バッテリ 18 制御装置 20 第1グリップ
20a 筒部 20b 底部
21 ポテンショメータ 21a 本体部 21b ロッド
21b1 先端部 22 スリーブ 22a 内周面
23 前ブッシュ 23a 円筒部 23b 底部
23b1 中心孔 24 後ブッシュ 24a 円筒部
24b 底部 24b1 中心孔 25 スプリング
26a 前リテーナ 26b 後リテーナ 27a 前止め輪
27b 後止め輪 30 第2グリップ
31 ポテンショメータ 34 駆動回路 34a 電力線
36 電流検出部 38 処理部 40 記憶部
42 バネ 44 ダンパ 50 外力演算処理
52 推進力演算処理 54 指令値生成処理
56 旋回速度演算処理 58 旋回力演算処理 A 操作者
C1 回転軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric wheelchair 2 Wheelchair section 2a Vehicle body 2a1 Seat section 2a2 Backrest section 2a3 Support pipe 2a4 Protrusion section 2b Main wheel 2c Caster 4 Drive mechanism 6 Control box 10 First operation section 12 Second operation section 14 Drive unit 14a Base plate 14b Arm 14c Drive wheel 15 Motor 15a Motor body 15b Rotation detector 16 Battery 18 Control device 20 First grip 20a Cylindrical section 20b Bottom section 21 Potentiometer 21a Body section 21b Rod 21b1 Tip section 22 Sleeve 22a Inner peripheral surface 23 Front bush 23a Cylindrical section 23b Bottom section 23b1 Center hole 24 Rear bush 24a Cylindrical section 24b Bottom section 24b1 Center hole 25 Spring 26a Front retainer 26b Rear retainer 27a Front retaining ring 27b Rear retaining ring 30 Second grip 31 Potentiometer 34 Drive circuit 34a Power line 36 Current detection unit 38 Processing unit 40 Memory unit 42 Spring 44 Damper 50 External force calculation processing 52 Propulsion force calculation processing 54 Command value generation processing 56 Swing speed calculation processing 58 Swing force calculation processing A Operator C1 Rotation axis

Claims (7)

車両本体と、
前記車両本体を走行させる駆動機構と、
指令値を前記駆動機構へ与えることで前記駆動機構を制御する制御装置と、
操作者によって把持されて前記操作者による前記車両本体を押す操作を受け付けるとともに前記車両本体の前後方向に移動可能な第1グリップ、及び、前記車両本体に対する前記第1グリップの前記前後方向の第1変位量を検出する第1検出部を有する第1操作部と、
前記車両本体の走行速度を示す速度情報を取得する取得部と、
を備え、
前記制御装置は、
前記第1変位量に基づく弾性項及び前記第1変位量の微分値に基づく粘性項を含んだモデルを用いて前記指令値を生成する生成処理を実行する処理部を備え、
前記生成処理は、
前記モデルを用いて前記前後方向における推進力の目標値である目標推進力を求める推進力演算処理と、
前記目標推進力に基づいて前記指令値を生成する指令値生成処理と、を含み、
前記推進力演算処理では、前記モデルによる演算結果と、前記速度情報に基づいて得られる前記前後方向の減速力と、に基づいて前記目標推進力が求められる
電動車両。
The vehicle body,
a drive mechanism for driving the vehicle body;
a control device that controls the drive mechanism by providing a command value to the drive mechanism;
a first operating unit including a first grip that is held by an operator and that receives an operation of pushing the vehicle body by the operator and that is movable in a front-rear direction of the vehicle body, and a first detection unit that detects a first displacement amount of the first grip in the front-rear direction relative to the vehicle body;
an acquisition unit that acquires speed information indicating a traveling speed of the vehicle body;
Equipped with
The control device
a processing unit that executes a generation process of generating the command value using a model including an elastic term based on the first displacement amount and a viscosity term based on a differential value of the first displacement amount,
The generation process includes:
a thrust calculation process for calculating a target thrust, which is a target value of the thrust in the longitudinal direction, using the model;
a command value generation process for generating the command value based on the target thrust,
In the propulsive force calculation process, the target propulsive force is calculated based on the calculation result of the model and the deceleration force in the longitudinal direction obtained based on the speed information.
前記駆動機構は、
左右一対の駆動輪と、
前記一対の駆動輪を駆動する一対のモータと、
前記指令値に基づいて一対のモータを駆動する一対の駆動回路と、を備える
請求項1に記載の電動車両。
The drive mechanism includes:
A pair of left and right drive wheels;
a pair of motors that drive the pair of drive wheels;
The electric vehicle according to claim 1 , further comprising: a pair of drive circuits that drive a pair of motors based on the command value.
車両本体と、
前記車両本体を走行させる駆動機構と、
指令値を前記駆動機構へ与えることで前記駆動機構を制御する制御装置と、
操作者によって把持されて前記操作者による前記車両本体を押す操作を受け付けるとともに前記車両本体の前後方向に移動可能な第1グリップ、及び、前記車両本体に対する前記第1グリップの前記前後方向の第1変位量を検出する第1検出部を有する第1操作部と、
を備え、
前記制御装置は、
前記第1変位量に基づく弾性項及び前記第1変位量の微分値に基づく粘性項を含んだモデルを用いて前記指令値を生成する生成処理を実行する処理部を備え、
前記駆動機構は、
左右一対の駆動輪と、
前記一対の駆動輪を駆動する一対のモータと、
前記指令値に基づいて一対のモータを駆動する一対の駆動回路と、を備え、
前記一対のモータに流れる電流を検出する一対の電流検出部をさらに備え、
前記処理部は、
前記一対の電流検出部が検出する一対の電流値に基づいて、前記車両本体に作用する外力を求める外力演算処理を実行し、
前記生成処理では、前記モデルによる演算結果と、前記外力とに基づいて前記指令値が生成される
電動車両。
The vehicle body,
a drive mechanism for driving the vehicle body;
a control device that controls the drive mechanism by providing a command value to the drive mechanism;
a first operating unit including a first grip that is held by an operator and that receives an operation of pushing the vehicle body by the operator and that is movable in a front-rear direction of the vehicle body, and a first detection unit that detects a first displacement amount of the first grip in the front-rear direction relative to the vehicle body;
Equipped with
The control device
a processing unit that executes a generation process of generating the command value using a model including an elastic term based on the first displacement amount and a viscosity term based on a differential value of the first displacement amount,
The drive mechanism includes:
A pair of left and right drive wheels;
a pair of motors that drive the pair of drive wheels;
a pair of drive circuits that drive a pair of motors based on the command values;
further comprising a pair of current detection units for detecting currents flowing through the pair of motors;
The processing unit
executes an external force calculation process to determine an external force acting on the vehicle body based on the pair of current values detected by the pair of current detection units;
In the generation process, the command value is generated based on the calculation result of the model and the external force.
前記一対のモータの回転速度を検出する一対の回転検出器をさらに備え、
前記生成処理は、
前記モデルを用いて前記前後方向における推進力の目標値である目標推進力を求める推進力演算処理と、
前記外力と前記一対の回転検出器の出力とに基づいて、前記車両本体の旋回方向における旋回力の目標値である目標旋回力を求める旋回力演算処理と、
前記目標推進力と、前記目標旋回力とに基づいて、前記一対のモータそれぞれに対する一対の前記指令値を生成する指令値生成処理と、を含む
請求項3に記載の電動車両。
a pair of rotation detectors for detecting the rotation speeds of the pair of motors;
The generation process includes:
a thrust calculation process for calculating a target thrust, which is a target value of the thrust in the longitudinal direction, using the model;
a turning force calculation process for calculating a target turning force, which is a target value of the turning force in the turning direction of the vehicle body, based on the external force and the outputs of the pair of rotation detectors;
The electric vehicle according to claim 3 , further comprising a command value generation process for generating a pair of the command values for the pair of motors, based on the target propulsive force and the target turning force.
前記外力は、前記前後方向の外力と、前記旋回方向の外力と、を含み、
前記推進力演算処理では、前記モデルによる演算結果と、前記前後方向の外力とに基づいて、前記目標推進力が求められ、
前記旋回力演算処理では、前記旋回方向の外力と、前記一対の回転検出器の出力とに基づいて、前記目標旋回力が求められる
請求項4に記載の電動車両。
the external force includes an external force in the front-rear direction and an external force in the turning direction,
In the thrust calculation process, the target thrust is calculated based on a calculation result of the model and the external force in the longitudinal direction;
The electric vehicle according to claim 4 , wherein the turning force calculation process determines the target turning force based on an external force in the turning direction and outputs from the pair of rotation detectors.
前記前後方向に移動可能な第2グリップ、及び、前記車両本体に対する前記第2グリップの前後方向の第2変位量を検出する第2検出部を有する第2操作部をさらに備え、
前記第1操作部は、前記車両本体の左側に設けられ、
前記第2操作部は、前記車両本体の右側に設けられ、
前記生成処理が、前記外力と前記第1変位量及び前記第2変位量の差分とに基づいて、前記旋回方向における旋回速度の目標値である目標旋回速度を求める旋回速度演算処理を含み、
前記旋回力演算処理では、前記目標旋回速度と、前記一対の回転検出器の出力と、に基づいて、前記目標旋回力が求められる
請求項5に記載の電動車両。
a second operating unit including a second grip movable in the front-rear direction and a second detection unit configured to detect a second displacement amount of the second grip relative to the vehicle body in the front-rear direction;
the first operating unit is provided on the left side of the vehicle body,
The second operation unit is provided on the right side of the vehicle body,
the generation process includes a turning speed calculation process of calculating a target turning speed that is a target value of the turning speed in the turning direction based on the external force and a difference between the first displacement amount and the second displacement amount,
The electric vehicle according to claim 5, wherein the turning force calculation process determines the target turning force based on the target turning speed and outputs from the pair of rotation detectors.
車椅子部をさらに含み、
前記車両本体は、前記車椅子部の車両本体である
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の電動車両。
Further including a wheelchair portion;
The electric vehicle according to any one of claims 1 to 6, wherein the vehicle body is the vehicle body of the wheelchair section.
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