電動車両及びその制御方法
【課題】安全に障害物を回避することが可能な電動車両を提供することを目的とする。
【解決手段】電動車椅子１１は、車体部１２と、操作者の操作を検出する操作部１３と、車体部１２の周辺にある障害物を検出する障害物センサ１４と、車体部１２から操作方向に生成される領域をサーチ領域２１として、サーチ領域２１内に存在する障害物を、回避すべき障害物と判断する障害物判断部１５と、障害物判断部で判断された障害物から離れるための仮想斥力を算出する仮想斥力算出部１６と、操作力及び仮想斥力の合力を算出する合力算出部１７と、合力の方向へ移動するように制御する制御部１８とを備える構成である。
【解決手段】電動車椅子１１は、車体部１２と、操作者の操作を検出する操作部１３と、車体部１２の周辺にある障害物を検出する障害物センサ１４と、車体部１２から操作方向に生成される領域をサーチ領域２１として、サーチ領域２１内に存在する障害物を、回避すべき障害物と判断する障害物判断部１５と、障害物判断部で判断された障害物から離れるための仮想斥力を算出する仮想斥力算出部１６と、操作力及び仮想斥力の合力を算出する合力算出部１７と、合力の方向へ移動するように制御する制御部１８とを備える構成である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行の障害となる障害物を検出した場合に、この障害物を自動回避する電動車両及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
病院又は介護施設等では、レバーなどの操作入力部を動かすだけで容易に移動可能な電動車椅子が利用されている。また、工場又は商業施設等では、ハンドルなどの操作入力部を押すだけで容易に移動可能なパワーアシストカートが利用されている。
【０００３】
電動車椅子及びパワーアシストカートは電動車両の一例であり、操作に不慣れなユーザがこの電動車両を操作した場合には、操作ミス等により、移動方向にある障害物に、電動車両が衝突することがある。そこで、移動方向の周辺に障害物が存在すると、その障害物を自動で回避する電動車両が望まれている。
【０００４】
そこで、障害物を検出すると、その障害物を回避して走行する独立２輪駆動型パワーアシストカートが提案されている。
【０００５】
図８は、障害物２を回避する従来のパワーアシストカート１を示す図である。パワーアシストカート１は、障害物２を回避して走行するために、制御部３で、操舵ハンドル４に加わる操作力の大きさと方向である操作力Ｆｏｐｅとを計測する。さらに、障害物センサ６ａ、６ｂ、６ｃの検出値である障害物２までの距離と方向に基づき、パワーアシストカート１の車体部５を障害物２から遠ざける仮想斥力Ｆｏｂｊを演算する。そして、合力Ｆｍｏｖｅ（＝Ｆｏｐｅ＋Ｆｏｂｊ）にアシスト率Ｋａを積算してアシスト力Ｆａ（＝Ｋａ・Ｆｍｏｖｅ）を算出し、アシスト力Ｆａに基づいて駆動操舵輪７を動かす駆動部（図示せず）を制御する。なお、自在輪８は、駆動操舵輪７と共に車体部５を支える。
【０００６】
このようにアシスト力Ｆａに基づいて駆動操舵輪７を制御することで、パワーアシストカート１は、操作者が旋回操作を行わない場合でも、自動的に障害物２を回避して走行する。
【０００７】
図９は、壁を模した障害物９ａと障害物９ｂとの間を通過する従来のパワーアシストカート１を示す図である。従来のパワーアシストカート１では、図９に示すような障害物９ａと障害物９ｂとの間を通過する場合、障害物９ａと障害物９ｂとの間をパワーアシストカート１が通過できないことがある。具体的には、車体部５が通過できる幅が障害物９ａと障害物９ｂとの間に存在するにも関わらず、大きくなった仮想斥力Ｆｏｂｊに押し戻されて、障害物９ａと障害物９ｂとの間をパワーアシストカート１が通過できないことがある。だが、障害物９ａと障害物９ｂとの間で模した壁の間にある扉を通過するような状況は、パワーアシストカート１を利用する上で頻繁に生じる。
【０００８】
このような状況の対策の一つとして、障害物９ａと障害物９ｂとの間を通過できるように、操舵ハンドル４に作用する操作力Ｆｏｐｅが所定の大きさを超えた場合は、仮想斥力Ｆｏｂｊの大きさを制限して、アシスト力Ｆａを算出する方法がある（例えば、特許文献１参照）。このように、仮想斥力Ｆｏｂｊの大きさに制限を設けることで、従来のパワーアシストカート１は、障害物９ａと障害物９ｂの間を通過することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−５５４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、仮想斥力Ｆｏｂｊの大きさを制限してしまうと、誤って障害物（２、９ａ、９ｂ）の方向に操作した場合、障害物（２、９ａ、９ｂ）に近づくことが可能となる。そのため、仮想斥力の大きさＦｏｂｊを制限してしまうと、パワーアシストカート１が障害物９ａ、９ｂに衝突してしまうことがある。
【００１１】
つまり、従来のパワーアシストカート１では、操舵ハンドル４の操作方向を誤って障害物（２、９ａ、９ｂ）に向けた場合、仮想斥力Ｆｏｂｊの大きさよりも大きな操作力Ｆｏｐｅで操作すると、自動回避が行われずに障害物（２、９ａ、９ｂ）に衝突する可能性がある。自動回避が行われずに障害物（２、９、９ａ）に衝突する可能性があることは、安全上の問題である。
【００１２】
そこで、本発明は、安全に障害物を回避することが可能な電動車両及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の電動車両は、車体部と、
入力された操作の操作方向を検出する操作部と、
前記車体部の周辺にある障害物を検出する障害物センサと、
前記車体部より前記操作方向へ延びた領域をサーチ領域として生成し、前記障害物センサで検出される障害物のうち、前記サーチ領域内に存在する障害物を、回避すべき障害物として判断する障害物判断部と、
前記障害物判断部で判断された前記回避すべき障害物を回避するように前記車体部の移動を制御する制御部と、を備える、
電動車両。
【００１４】
また、上記目的を達成するために、本発明の電動車両の制御方法は、障害物センサと操作部とを有する電動車両の制御方法であって、
前記障害物センサで車体部の周辺を検出し、
前記操作部に入力された操作の操作方向を前記操作部で検出し、
前記車体部から前記操作方向へ延びた領域をサーチ領域として障害物判断部で生成し、前記障害物センサで検出された障害物のうち、前記サーチ領域内に存在する障害物を、回避すべき障害物として前記障害物判断部で判断し、
前記障害物判断ステップで前記サーチ領域内に前記障害物があると前記障害物判断部で判断されると、前記障害物に回避するように前記車体部の移動を制御する、
電動車両の制御方法を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、操作方向に障害物があっても安全に自動回避を行う電動車両及びその制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１実施形態における電動車椅子が障害物と障害物の間を通過する状態を示す平面図であり、
【図１Ｂ】図１Ｂは、第１実施形態における電動車椅子の操作部及び制御部などのブロック図であり、
【図１Ｃ】図１Ｃは、第１実施形態の変形例における電動車椅子の操作部及び制御部などのブロック図であり、
【図２】図２は、第１実施形態における電動車椅子の斜視図であり、
【図３】図３は、第１実施形態における制御回路部で行われる制御のフローチャートであり、
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の第２実施形態における電動車椅子に動的障害物が接近する状態を示す平面図であり、
【図４Ｂ】図４Ｂは、第２実施形態における電動車椅子の操作部及び制御部などのブロック図であり、
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の第３実施形態における電動車椅子が障害物に接近した状態を示す図であり、
【図５Ｂ】図５Ｂは、第３実施形態における電動車椅子の操作部及び制御部などのブロック図であり、
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の第４実施形態における電動車椅子が障害物と障害物の間を通過する状態を示す図であり、
【図６Ｂ】図６Ｂは、第４実施形態における電動車椅子の操作部及び制御部などのブロック図であり、
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の第５実施形態における電動車椅子が障害物に接近する状態を示す図であり、
【図７Ｂ】図７Ｂは、第５実施形態における電動車椅子の操作部及び制御部などのブロック図であり、
【図８】図８は、障害物を回避する従来のパワーアシストカートを示す図であり、
【図９】図９は、障害物と障害物の間を通過する従来のパワーアシストカートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ構成要素には同じ符号を付しており、説明を省略する場合もある。また、図面は理解を容易にするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示している。
【００１８】
（第１実施形態）
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の第１実施形態における電動車両の一例としての電動車椅子１１を平面的に示す図である。図１Ａは、障害物１９ａと障害物１９ｂの間を通過する電動車椅子１１を示す平面図であり、図１Ｂは、操作部及び制御部などのブロック図である。図１Ｃは、第１実施形態の変形例における電動車椅子の操作部及び制御部などのブロック図であるため、後述する。図２は、電動車椅子１１の斜視図である。なお、理解を容易にするために、電動車椅子１１の運動と共に動く車両座標系Σｒ（互いに直交する三つのｘｒ軸、ｙｒ軸、ｚｒ軸を有する座標系）を、図１Ａと図２に設定している。ｘｒ軸とｙｒ軸とから構成される平面は、地面に対して平行な水平面とし、ｘｒ軸は電動車椅子１１の前方を向いているものとする。
【００１９】
図１Ａ及び図２に示す電動車椅子１１は、電動車椅子１１自身（電動車椅子１１自体）の姿勢を変えずに全方向へ移動可能な全方向移動型電動車両である。電動車椅子１１は、電動車椅子１１の乗車者でもある操作者が操作する操作の大きさ及び方向に従って、移動する。なお、「自身の姿勢」とは電動車椅子１１が前方を向いた状態の姿勢であり、具体的にはｘｒ軸に相当する。すなわち、「自身の姿勢を変えずに全方向に移動可能」とは、電動車椅子１１の向きを変えずに電動車椅子１１の周囲の水平面沿いの全方向に移動可能なことを指す。また、理解を容易にするために、操作力と、仮想斥力と、合力とは、車両座標系Σｒの原点を基準に生成されるものとする。
【００２０】
第１実施形態の電動車椅子１１は、操作者が、後述する操作部１３へ入力した方向（以下、「操作方向」とする）へ移動する。ただし、操作方向に障害物が存在すると、障害物を回避するように仮想斥力Ｆｏｂｊが働き、障害部を回避するために操作方向と異なる方向へ移動する。
【００２１】
まず、電動車椅子１１の構成を説明する。
【００２２】
電動車椅子１１は、車体部１２と、操作者の操作から操作力Ｆｏｐｅを検出する操作部１３と、障害物センサ１４と、制御回路部２７とを備える。
【００２３】
制御回路部２７は、障害物判断部１５と、仮想斥力Ｆｏｂｊを算出する仮想斥力算出部１６と、操作力Ｆｏｐｅ及び仮想斥力Ｆｏｂｊの合力Ｆｍｏｖｅを算出する合力算出部１７と、合力Ｆｍｏｖｅの方向へ移動するようにモータを制御する制御部１８とを備える。
【００２４】
車体部１２の底面の四隅近傍には、４つのモータが設置されている。なお、図１Ａでは、４つのモータを簡略化して、四角形枠の駆動源（駆動装置）７０として図示している。これら４つのモータのそれぞれの駆動軸には、全方向に移動可能な車輪である車輪７１の一例としてオムニホイールが取り付けられている。そして、制御部１８でそれぞれのモータを独立に制御することで、車体部１２を、前後方向、左右方向、斜め方向など全方向へ移動させることができる。
【００２５】
操作部１３は、操作者が操作した操作方向及び操作量を検出する操作入力部２５と、操作入力部２５において検出される操作方向及び操作量から操作力を算出する操作力推測部２６と、を有する。第１実施形態では、操作入力部２５の一例として、車体部１２の肘掛部１２ａに設けたジョイスティックを用いている。直立位置から操作入力部２５を倒す方向により操作方向を検出することができ、直立位置から倒す角度の大きさにより操作量の大きさを検出することができる。ここで、操作方向とは、言い換えれば、車体部１２を移動させたい方向である。操作力推測部２６は、操作入力部２５の操作量の大きさにアシスト率を乗じて操作力の大きさを算出する。なお、操作入力部２５として力を直接検出する力センサを用いた場合は、操作力推測部２６を用いずに、この力センサで検出した力から操作力Ｆｏｐｅを力センサの演算部で直接算出してもよい。また、操作力推測部２６を、操作部１３内でなく、制御回路部２７内に設けることも可能である。
【００２６】
障害物センサ１４は、電動車椅子１１の車体部１２の下部の周囲に配置されて車体部１２の周辺にある障害物を検出する。例えば、障害物センサ１４は、車体部１２の四方（車体部１２の前部の中央、両側部の中央、後部の中央）にそれぞれ配置される。そして、この障害物センサ１４により、前方、両側方、後方にある障害物をそれぞれ検出するための円状の障害物センサ領域２０を形成している。第１実施形態では、障害物センサ１４の一例としてレーザレンジファインダを用いて、このレーザレンジファインダにより車体部１２から障害物までの距離及び方向を検出する。図１Ａに示すように、障害物センサ１４により車体部１２の周辺を囲む円状の障害物センサ領域２０を設けることで、車体部１２の周囲の障害物を検出できる。なお、第１実施形態における電動車椅子１１の障害物センサ領域２０は、例えば半径４ｍの円柱状の領域である。
【００２７】
障害物判断部１５は、操作入力部２５で検出された操作方向に基づいて操作入力部２５で検出された操作方向に向けて車体部１２からサーチ領域２１を生成するとともに、障害物センサ１４からの検出情報に基づいて生成したサーチ領域２１内にある障害物を、回避すべき障害物と判断する。なお、サーチ領域２１は、操作力Ｆｏｐｅの方向と同じ方向（操作方向）に生成される。つまり、操作者が操作方向を変化させると、変化した操作方向に合わせて、障害物判断部１５により、サーチ領域２１が生成される方向も変化する。すなわち、例えば、操作者が、車体部１２の前方より斜め左方向に操作入力部２５を操作すると、障害物判断部１５により、サーチ領域２１は、操作方向と同じ方向である車体部１２の前方より斜め左方向に生成される。
【００２８】
サーチ領域２１は、障害物センサ領域２０の一部の領域である。そして、障害物センサ１４で障害物センサ領域２０内にあると検出された障害物に対して、その障害物がサーチ領域２１内にあるか否かを、障害物判断部１５で判断する。障害物がサーチ領域２１内にあるか否かの判断は、具体的には、車体部１２から障害物までの距離と方向とに基づいて、障害物判断部１５で判断する。
【００２９】
仮想斥力算出部１６は、障害物判断部１５において回避すべき障害物と判断された障害物から離れるため、仮想斥力Ｆｏｂｊを算出する。ここで、仮想斥力Ｆｏｂｊは、障害物センサ１４で検出された障害物までの距離に反比例し、かつ、障害物と反対方向に作用する仮想斥力である。
【００３０】
合力算出部１７は、操作部１３から入力される操作力Ｆｏｐｅと、仮想斥力算出部１６で算出された仮想斥力Ｆｏｂｊとの合力Ｆｍｏｖｅを、算出する。このときの合力Ｆｍｏｖｅの方向が、電動車椅子１１の移動方向である。さらに、合力Ｆｍｏｖｅの大きさに変換係数を乗じた値が、電動車椅子１１の目標移動速度となる。
【００３１】
制御部１８は、合力算出部１７で算出された合力Ｆｍｏｖｅの方向へ車体部１２が移動するように、駆動源７０すなわちモータをそれぞれ制御する。
【００３２】
このように構成された第１実施形態の電動車椅子１１は、図１Ａに示すように、サーチ領域２１が障害物１９ａと障害物１９ｂとの間に生成された場合は、障害物センサ領域２０内に障害物１９ａ，１９ｂが含まれていても、これら障害物１９ａと障害物１９ｂとの間を通過することが可能である。すなわち、操作者が操作入力部２５を操作して、電動車椅子１１を移動させたい方向（操作方向）を障害物１９ａと障害物１９ｂとの間に設定すると、障害物判断部１５により、サーチ領域２１を車体部１２から操作方向に向けて生成する。そして、サーチ領域２１内に障害物の存在を検出しない限り、電動車椅子１１がその操作方向に移動することができる。よって、従来のように仮想斥力Ｆｏｂｊに制限を設けずに、障害物１９ａと障害物１９ｂとの間を電動車椅子１１が通過することができる。また、誤って障害物に向けて操作部１３を操作した場合には、操作した方向である操作方向にサーチ領域２１が生成されるため、サーチ領域２１内に障害物が存在することになる。そのため、障害物から離れるための仮想斥力が発生し、障害物への車体部１２の衝突を防ぐことができる。
【００３３】
なお、障害物判断部１５では、車体部１２より操作方向に延びて、車体部１２の幅と略等しい幅の領域をサーチ領域２１として生成する。ここでは、車体部１２の幅と略等しい幅のサーチ領域２１として、安全を見込んで、車体部１２の幅よりも約５０％程度大きい幅を生成している。例えば、車体部１２の幅が６０ｃｍの場合、９０ｃｍ幅のサーチ領域２１を生成している。このようにサーチ領域２１を生成することにより、障害物１９ａと障害物１９ｂとの間を通過する場合に、障害物１９ａと障害物１９ｂとの間隔が車体部１２の幅よりも狭ければ、障害物判断部１５は、障害物に対する仮想斥力Ｆｏｂｊを算出して、電動車椅子１１の幅よりも狭い間隔を通過しようとするのを防ぐ。また、障害物１９ａと障害物１９ｂとの隙間が車体部１２の幅より大きければ、サーチ領域２１が障害物１９ａと障害物１９ｂの間に生成されるため、仮想斥力が発生することなく、電動車椅子１１を障害物１９ａと障害物１９ｂの間を通過することができる。
【００３４】
次に、この電動車椅子１１を移動させる場合の制御方法について説明する。
【００３５】
図３は、第１実施形態における制御回路部２７で行われる制御のフローチャートである。
【００３６】
まず、ステップＳ０１において、電動車椅子１１が作動している状態で、操作者が操作入力部２５を動かすと、操作入力部２５で、操作方向と操作量とが検出される。
【００３７】
次に、ステップＳ０２において、操作入力部２５で検出された操作方向及び操作量に基づいて、操作力推測部２６で操作力Ｆｏｐｅが算出される。
【００３８】
次に、ステップＳ０３において、ステップＳ０１で検出された操作方向に基づいて、障害物判断部１５で、障害物センサ１４の障害物センサ領域２０内にサーチ領域２１を生成する。
【００３９】
次いで、ステップＳ０４において、全ての障害物センサ１４で電動車椅子１１周辺の障害物センサ領域２０内をセンシングして、障害物を検出する。
【００４０】
そして、ステップＳ０５において、検出された障害物の情報に基づいて、車体部１２から操作方向に生成されるサーチ領域２１内に障害物があるか否かを、障害物判断部１５で判断する。
【００４１】
次いで、ステップＳ０５でサーチ領域２１内に障害物があると判断された場合（Ｓ５の「ｙｅｓ」）は、ステップＳ０６に進む。ステップＳ０５でサーチ領域２１内に障害物が無いと判断された場合（Ｓ５の「ｎｏ」）は、ステップＳ０９に進む。
【００４２】
ステップＳ０６において、仮想斥力算出部１６で、障害物センサ１４で検出された障害物までの距離及び方向に基づいて、仮想斥力Ｆｏｂｊが算出される。仮想斥力算出部１６は、障害物までの距離に反比例し、かつ、障害物と反対方向に作用する仮想斥力Ｆｏｂｊを算出する。
【００４３】
次に、ステップＳ０７において、合力算出部１７で、操作力Ｆｏｐｅと仮想斥力Ｆｏｂｊの合力Ｆｍｏｖｅが算出される。このときの合力Ｆｍｏｖｅの方向が電動車椅子１１の移動方向となり、合力Ｆｍｏｖｅの大きさに変換係数を乗じた値が電動車椅子１１の目標移動速度となる。なお、第１実施形態では、電動車椅子１１の移動動作に関する見かけの粘性係数Ｄを設定し、変換係数として１／Ｄ（粘性係数）を用いる。すなわち、目標移動速度は、合力算出部１７で、合力Ｆｍｏｖｅに１／Ｄ（粘性係数）を乗じて算出され、その大きさは合力Ｆｍｏｖｅの大きさに比例し、その方向は合力Ｆｍｏｖｅの方向と一致する。
【００４４】
次いで、ステップＳ０８において、合力算出部１７で算出された合力Ｆｍｏｖｅに基づいて制御部１８により駆動源７０をそれぞれ制御して、電動車椅子１１の移動動作が行われる。なお、合力算出部１７で、合力Ｆｍｏｖｅの大きさを電動車椅子１１に作用させる移動推進力として設定した後、制御部１８で、その移動推進力に基づいて電動車椅子１１を移動させてもよい。
【００４５】
このように、第１実施形態の電動車椅子１１は、障害物判断部１５でサーチ領域２１内の障害物を検出すると、仮想斥力算出部１６で仮想斥力Ｆｏｂｊを発生させる。仮想斥力Ｆｏｂｊに基づいて、合力算出部１７を介した制御部１８で、障害物を回避するように電動車椅子１１を移動させる。
【００４６】
ステップＳ０５で障害物が無いと判断された場合（Ｓ５の「ｎｏ」）は、ステップＳ０９において、制御部１８で、操作力Ｆｏｐｅに基づいて駆動源７０をそれぞれ制御して、車体部１２を移動させる。なお、この場合は、サーチ領域２１内に障害物を検出していないので、操作方向に障害部が無いと障害物判断部１５で判断して、仮想斥力Ｆｏｂｊを発生させていない。
【００４７】
そして、制御回路部２７は、ステップＳ０１〜ステップＳ０９を繰り返して、電動車椅子１１の移動を制御する。
【００４８】
つまり、第１実施形態の電動車椅子１１の制御は、障害物検出ステップ（ステップＳ０３）と、障害物判断ステップ（ステップＳ０５）と、制御ステップ（ステップＳ０６〜Ｓ０８）と、駆動ステップ（ステップＳ０９）と、により行われる。具体的には、障害物検出ステップ（ステップＳ０３）は、障害物判断部１５で、障害物センサ領域２０内において車体部１２より操作部１３で検出される操作方向へ延びた領域であるサーチ領域２１を生成した後、障害物センサ１４でサーチ領域２１内の障害物を検出するステップである。また、障害物判断ステップ（ステップＳ０５）は、障害物判断部で、サーチ領域２１内に存在する障害物を、回避すべき障害物として判断するステップである。また、制御ステップ（ステップＳ０６〜Ｓ０８）は、障害物判断ステップでサーチ領域２１内に障害物があると障害物判断部１５で判断されると、障害物を回避するように駆動源７０をそれぞれ制御部１８で制御するステップである。また、駆動ステップ（ステップＳ０９）は、サーチ領域２１内に障害物が存在しないと障害物判断部１５で判断される場合に、操作力に基づいて駆動源７０すなわちモータをそれぞれ制御部１８で制御するステップである。このようにして、第１実施形態の電動車椅子１１は、操作方向に障害物があっても安全に自動的に回避を行うことを可能としている。
【００４９】
なお、第１実施形態の電動車椅子１１の障害物判断部１５は、操作者が操作入力部２５を操作した操作量の大きさ、又は、操作入力部２５で検出あるいは操作力推測部２６で算出された操作力の大きさに応じて、サーチ領域２１の操作方向の長さを変える構成でもよい。このようにサーチ領域２１を変化させることで、自動回避の細かな制御が可能になり、より安全性の高い障害物回避が可能になると考えられる。なぜなら、操作量又は操作力が大きい場合には、電動車椅子１１の移動推進力が大きくなる、又は、移動速度が速くなるため、遠方の障害物にも衝突する可能性がある。この場合には、サーチ領域２１の操作方向の長さを長くし、遠方の障害物も、回避すべき障害物であると障害物判断部１５で判断することが好ましいためである。逆に、操作量又は操作力が小さい場合には、電動車椅子１１の移動推進力が小さくなるか、又は、移動速度が遅くなるため、遠方の障害物には衝突する可能性がなく、近くの障害物のみが衝突する可能性がある。この場合には、サーチ領域２１の操作方向の長さを短くし、衝突の可能性のある近くの障害物のみが、回避すべき障害物であると障害物判断部１５で判断することが好ましいためである。
【００５０】
また、第１実施形態の電動車椅子１１の障害物判断部１５は、操作量又は操作力の大きさに応じて、サーチ領域２１の形状（たとえば、サーチ領域２１の幅）を変える構成でもよい。このようにサーチ領域２１の形状を変化させることで、自動回避の細かな制御が可能になり、より安全性の高い障害物回避が可能になると考えられる。なぜなら、操作量又は操作力が大きい場合には、操作者はある目的の方向に移動しようとしていると考えることができる。そのため、操作者が移動しようとしている操作方向にある障害物のみを、回避すべき障害物であると障害物判断部１５で判断するように、サーチ領域２１を操作方向に尖った領域として生成することが好ましいためである。逆に、操作量又は操作力が小さい場合には、車体部１２の位置決めをしようとしているか、又は、狭い場所を移動しようとしていると考えることができる。そのため、全方向の障害物を、回避すべき障害物であると障害物判断部１５で判断するように、サーチ領域２１を全方向に生成することが好ましいためである。
【００５１】
また、第１実施形態の電動車椅子１１は、障害物判断部１５において、車体部１２より操作方向に延びて先端が細くなる領域をサーチ領域２１として生成する構成である。このような構成により、遠方にある障害物に対しては、衝突する可能性の高いサーチ領域２１の中心線付近のみを検出するようになり、必要以上に仮想斥力Ｆｏｂｊが仮想斥力算出部１６で発生するのを防ぐことができる。
【００５２】
また、第１実施形態の電動車椅子１１の合力算出部１７は、合力Ｆｍｏｖｅとして、操作力Ｆｏｐｅと仮想斥力Ｆｏｂｊの操作力方向及び垂直方向成分との合力を算出してもよい。これにより、操作者が操作した方向への移動動作を妨げることなく、障害物の回避動作を行うことができる。
【００５３】
なお、上述した内容は、電動車両の一例として全方向移動型の電動車椅子１１に関して説明しているが、本発明は全方向移動型の電動車椅子に限るものではない。例えば、電動車両自身の移動に制約は発生するが、上述した発明の内容は、電動車両の別の例としての独立２輪型の電動車椅子にも適用できる。また、電動車両の一例として電動車椅子１１を用いて説明しているが、適宜、設定を変更することで、電動車両のさらに別の例としてのパワーアシストカートに上述した発明の内容を適用することも可能であると考えられる。
【００５４】
また、上述した発明の内容は、操作力及び仮想斥力に基づいて移動する力ベースの制御系に適用するのではなく、速度ベースの制御系に適用してもよい。すなわち、操作力及び仮想斥力の代わりに操作速度及び回避速度に基づいて移動する電動車両に対して、上述した内容を適用してもよい。この場合には、図１Ｃに示すように、操作力推測部２６の代わりに、操作部１３での操作量に基づいて操作速度を算出する操作速度算出部２６Ａを設け、仮想斥力算出部１６の代わりに仮想回避速度を算出する仮想回避速度算出部１６Ａを設け、合力算出部１７の代わりに、操作速度と仮想回避速度との合成速度を算出する合成速度算出部１７Ａを設けることが好ましい。
【００５５】
このような速度ベースの制御系の電動車両は、車体部１２と、操作入力部２５と、操作速度算出部２６Ａと、障害物センサ１４と、障害物判断部１５と、仮想回避速度算出部１６Ａと、合成速度算出部１７Ａと、制御部１８とを備える構成である。ここで、操作入力部２５は、操作者が操作した操作方向及び操作量を検出するために、車体部１２に設けられる。操作速度算出部２６Ａは、操作入力部２５において検出される操作方向及び操作量から操作速度を算出する。障害物センサ１４は、車体部１２から障害物までの距離及び方向を検出値として検出する。障害物判断部１５は、車体部１２から操作方向に生成される領域をサーチ領域２１として、サーチ領域２１にある障害物を、回避すべき障害物と判断する。仮想回避速度算出部１６Ａは、障害物判断部１５で判断された障害物から離れるための仮想回避速度を算出する。合成速度算出部１７Ａは、操作速度及び仮想回避速度の合成速度を算出する。制御部１８は、合成速度算出部１７Ａで算出された合成速度の方向へ移動するように制御する。操作速度算出部２６Ａは、操作入力部２５の操作量に変換係数を乗じて操作速度を算出する。仮想回避速度算出部１６Ａは、障害物判断部１５で判断された障害物に対して、障害物までの距離に反比例し、かつ、障害物と反対方向に移動する仮想回避速度を算出してもよい。
【００５６】
このようにして、仮想回避速度と操作速度との合成速度に基づいて制御部にて電動車椅子１１を制御する方が、仮想斥力と操作力との合力に基づいて制御部にて電動車椅子１１を制御するよりも、制御を簡単にできるという利点がある。これは、仮想斥力の場合は、複雑な制御も可能であるが制御が難しいトルク制御を用いているのに対し、仮想速度の場合は、制御が容易な速度制御を用いているためである。なお、市販されているほとんどの電動車椅子では、速度制御を用いている。
【００５７】
また、第１実施形態において、合力算出部１７で合力Ｆｍｏｖｅを算出する際に、仮想斥力Ｆｏｂｊに対し、大きさが０〜１のゲインを合力算出部１７で乗じてもよい。このゲインは、操作者が操作入力部２５を動かさずに操作力Ｆｏｐｅの大きさが０の場合は、大きさが０である。そして、操作者が操作入力部２５を動かして操作力Ｆｏｐｅの大きさが大きくなるに従い、０から徐々に大きくなり、操作力Ｆｏｐｅの大きさが最大になった場合、大きさが１となる。このようにゲインを合力算出部１７で乗じることにより、操作者が操作入力部２５を動かしていない場合には、例え近くに障害物があったとしても、合力Ｆｍｏｖｅがゼロとして合力算出部１７で算出される。そのため、操作者が意図していない場合に、勝手に、電動車椅子１１が移動することがない。そして、操作者が操作入力部２５を意図して動かした場合に、その大きさに基づいて障害物回避動作が行われる。すなわち、操作者が意図したときに意図した大きさの動作が行われることになるため、更に安全性の高い操作が可能となる。
【００５８】
（第２実施形態）
図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の第２実施形態における電動車椅子３１を示す図である。図４Ａは、動的障害物３２が接近する電動車椅子３１を示す図であり、図４Ｂは、操作部及び制御部などのブロック図である。
【００５９】
第２実施形態における電動車椅子３１は、人又は小動物等の自ら移動する動的障害物３２が電動車椅子３１に向かって移動してきた際、補助仮想斥力を補助仮想斥力算出部３４で発生させる。そして、この補助仮想斥力を基に、合力算出部１７を介して、電動車椅子３１を制御部１８で駆動制御して、動的障害物３２を自動的に回避する。すなわち、第２実施形態の電動車椅子３１は、静的障害物を検出するサーチ領域２１に加えて、動的障害物３２を検出する動的障害物サーチ領域３５を有する。ここで、静的障害物は、壁などの静止している障害物である。
【００６０】
第２実施形態における電動車椅子３１は、第１実施形態の電動車椅子１１の制御回路部２７に代えて制御回路部３７を設けている。制御回路部３７は、制御回路部２７の構成に加え、動的障害物判断部３３と、補助仮想斥力算出部３４とを更に備え、合力算出部１７は、操作力及び仮想斥力及び補助仮想斥力の合力を算出する構成である。
【００６１】
そして、動的障害物判断部３３は、障害物センサ１４からの検出情報を基に、車体部１２の中心を中心とした車体部１２の外周の円形の領域を動的障害物サーチ領域３５とし、動的障害物サーチ領域３５内に存在する動的障害物３２を、回避すべき障害物と判断する。なお、第２実施形態では、動的障害物サーチ領域３５を障害物センサ領域２０より小さく生成しているが、障害物センサ領域２０と同じ大きさに生成してもよい。
【００６２】
動的障害物判断部３３は、動的障害物サーチ領域３５内で自ら移動する物体を、回避すべき動的障害物と判断する。なお、動的障害物サーチ領域３５内では、移動しない物体については障害物として検出しない。動的障害物判断部３３は、内蔵するタイマー（図示せず）からの時間情報を利用して、障害物センサ１４から得られる障害物までの距離データをサンプリング時間毎に差分して障害物の移動速度を算出することにより、障害物が自ら移動しているか否かを判断する。障害物が自ら移動していると動的障害物判断部３３で判断する場合には、動的障害物判断部３３は、その障害物を動的障害物として検出する。すなわち、障害物の移動速度を算出することにより、自ら移動している動的障害物を検出する。障害物が自ら移動していないと動的障害物判断部３３で判断する場合には、動的障害物判断部３３は、その障害物を動的障害物として検出しない。もし、車体部１２自身が移動している場合は、車体部１２の駆動源７０のモータの回転軸に取り付けたエンコーダ７０Ｅから取得する速度情報に基づいて、障害物と車体部１２との相対速度を動的障害物判断部３３で算出し、算出された車体部１２との相対速度により、障害物が移動しているか否かを動的障害物判断部３３で判断する。
【００６３】
補助仮想斥力算出部３４は、動的障害物３２が検出されたと動的障害物判断部３３で判断されると、動的障害物３２までの距離に反比例し、かつ、動的障害物３２と反対方向に作用する補助仮想斥力を算出する。
【００６４】
このような構成により、動的障害物３２が電動車両の一例の電動車椅子３１に向かって移動している際、補助仮想斥力を補助仮想斥力算出部３４で発生させて、その補助仮想斥力に基づくとともに合力算出部１７を介し、電動車椅子３１を制御部１８で駆動制御して、動的障害物３２を自動的に回避することができる。また、静的障害物（自身が移動していない障害物）と動的障害物とを検出する領域を分けることにより、回避すべき静的障害物と動的障害物との検出領域の大きさを変えることができる。これにより、状況に応じて、効率良く、かつ、安全な障害物回避を行うことができる。
【００６５】
なお、第２実施形態では、動的障害物３２を検出すると、車体部１２から動的障害物３２までの距離と方向とに基づく補助仮想斥力を補助仮想斥力算出部３４で発生させている。だが、車体部１２に近づく方向に移動する動的障害物３２に対しては、補助仮想斥力を補助仮想斥力算出部３４で算出し、車体部１２から離れる方向へ移動する動的障害物３２には補助仮想斥力を補助仮想斥力算出部３４で算出しないことで、効率をさらに良くすることもできる。また、動的障害物３２の移動方向及び移動速度も考慮して補助仮想斥力を補助仮想斥力算出部３４で算出するようにしてもよい。このように制御することで、更に細かい障害物回避の制御が可能になる。
【００６６】
（第３実施形態）
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の第３実施形態における電動車椅子４１を示す図である。図５Ａは障害物に接近した電動車椅子４１を示す図であり、図５Ｂは操作部及び制御部などのブロック図である。
【００６７】
第３実施形態における電動車椅子４１は、第１実施形態の電動車椅子１１の制御回路部２７に代えて制御回路部４７を設けている。制御回路部４７は、制御回路部２７の構成に加え、衝突判断部４２と補助仮想斥力算出部４３とを更に備えている。合力算出部１７は、操作力及び仮想斥力及び補助仮想斥力の合力を算出するものである。
【００６８】
そして、第３実施形態の電動車椅子４１は、静的障害物を検出するサーチ領域２１に加えて、車体部１２の周縁部に静的障害物あるいは動的障害物が存在するか否かを検出するバンパー領域４５を衝突判断部４２で生成することで、サーチ領域２１あるいは動的障害物サーチ領域３５で検出が漏れてしまった障害物と車体部１２との衝突を防ぐことができる。バンパー領域４５は、障害物センサ領域２０より小さく、サーチ領域２１を除き、かつ、車体部１２の近くで、一例として四角形の領域として、衝突判断部４２により生成されている。
【００６９】
第３実施形態における電動車椅子４１は、第１実施形態の電動車椅子１１に、衝突判断部４２と補助仮想斥力算出部４３とを、さらに備える構成である。そして、衝突判断部４２は、サーチ領域２１を除く車体部１２の周縁部をバンパー領域４５とし、バンパー領域４５内で検出された障害物を、衝突の可能性のある障害物と判断する。また、補助仮想斥力算出部４３は、障害物までの距離に反比例し、かつ、障害物と反対方向に作用する仮想斥力を算出する。バンパー領域４５内で検出された障害物に対しては、サーチ領域２１あるいは動的障害物サーチ領域３５で検出された静的障害物あるいは動的障害物に対して算出される仮想斥力よりも大きな仮想斥力が補助仮想斥力算出部４３で算出される。これにより、補助仮想斥力算出部４３で生成された仮想斥力を基に、合力算出部１７を介して、制御部１８で電動車椅子１１を動作制御して、車体部１２と障害物との衝突を確実に防ぐことができる。
【００７０】
ここで、サーチ領域２１は、操作方向にしか存在しないために、操作方向以外の方向に障害物が存在すると、状況によっては、車体部１２と障害物とが衝突してしまうことがある。例えば、図５Ａに示すように、車体部１２が障害物４４を通り越している途中で、操作入力部２５で操作方向を図５Ａに対して左側へ動かした場合、サーチ領域２１で障害物４４を検出することはできない。しかし、サーチ領域２１以外の車体部１２の周縁部に障害物４４があることは、バンパー領域４５を用いることで、衝突判断部４２で検出することができる。このように、障害物４４を障害物判断部１５によりサーチ領域２１で検出できない場合でも、障害物４４を衝突判断部４２によりバンパー領域４５で検出することができるので、電動車椅子４１は障害物４４に衝突しない。
【００７１】
よって、電動車椅子４１は、サーチ領域２１を使用して障害物判断部１５による検出が不可能な方向にある障害物に対して、バンパー領域４５を使用して衝突判断部４２により検出することができる。この場合、障害物との衝突を回避するように、制御部１８で電動車椅子４１を動作制御することにより、障害物に対する衝突を防ぐことができる。
【００７２】
なお、バンパー領域４５内で、障害物を衝突判断部４２により検出した場合は、より高い安全を確保するために、制御部１８により電動車椅子４１の移動速度を制限してもよいし、検出した障害物の方向への電動車椅子４１の移動を禁止してもよい。また、通知装置を別途設けて、制御部１８からの制御により、通知装置の機能の一例としての警告音又はＬＥＤ点灯などにより、これらの情報を操作者に通知させてもよい。通知装置を別途設けることで、操作者は車体部１２が障害物と接触しそうであることが判断できるため、操作者の操作が容易な電動車両を構成することができる。
【００７３】
（第４実施形態）
図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の第４実施形態における電動車椅子５１を示す図である。図６Ａは障害物１９ａと障害物１９ｂとの間を通過する電動車椅子５１を示す図であり、図６Ｂは操作部及び制御部などのブロック図である。
【００７４】
第４実施形態における電動車椅子５１は、第１実施形態の電動車椅子１１の制御回路部２７に代えて制御回路部５７を設けている。制御回路部５７は、制御回路部２７の構成に加え、通路判断部５３と、補助仮想斥力算出部５４とを更に備えている。合力算出部１７は、操作力及び仮想斥力及び補助仮想斥力の合力を算出するものである。
【００７５】
そして、第４実施形態の電動車椅子５１は、障害物を検出するサーチ領域２１に加えて、通路検知領域５２を通路判断部５３により生成することで、障害物１９ａと障害物１９ｂとの間を電動車椅子５１が通過する際に、通路の中心に誘導されて安全に障害物１９ａと障害物１９ｂとの間を通過することができる。ここで、通路検知領域５２は、車体部１２の前半分から操作方向に障害物センサ領域２０の縁部まで広がった大略扇形の領域である。
【００７６】
つまり、障害物１９ａと障害物１９ｂとの間を電動車椅子５１が通過する際に、電動車椅子５１は、通路検知領域５２にある障害物１９ａ、１９ｂを通路判断部５３により検出する。そして、一方の障害物１９ａに車体部１２が近づき過ぎると、一方の障害物１９ａから他方の障害物１９ｂの方向への仮想斥力Ｆｏｂｊ４を補助仮想斥力算出部５４により算出し、合力算出部１７を介して、制御部１８により、電動車椅子５１を障害物１９ａと障害物１９ｂとの間の中心位置へ向けて誘導する。ここで、誘導するとは、前述の仮想斥力を算出することで、電動車椅子５１の動きを制御し、電動車椅子５１の動きを誘導することである。このように誘導することで、電動車椅子５１は、更に安全に２つの障害物１９ａと１９ｂとの間を通過することができる。
【００７７】
通路判断部５３は、車体部１２から操作方向に広がった障害物センサ領域２０の縁部までの大略扇形の領域を通路検知領域５２として生成する。通路判断部５３は、通路検知領域５２内に存在する障害物が少なくとも２つあり、その２つの障害物１９ａ、１９ｂの間にサーチ領域２１が設定された場合、２つの障害物１９ａ、１９ｂの間の領域を誘導すべき通路であると通路判断部５３で判断する。具体的には、通路検知領域５２内に２つの障害物１９ａ、１９ｂがあることを検出した後、操作部１３からの操作方向の情報に基づくサーチ領域２１が、その２つの障害物１９ａ、１９ｂの間に設定された場合に、誘導すべき通路であると判断する。電動車椅子５１を誘導するために、補助仮想斥力算出部５４は、２つの障害物１９ａ、１９ｂの間の中心からのサーチ領域２１のずれた大きさに基づいて、補助仮想斥力Ｆｏｂｊ４を算出する。操作者が認識している障害物に対して、このような誘導動作を行うために、通路検知領域５２は、操作方向を中心にそれぞれ左右に４５°広がった領域として、通路判断部５３で設定されている。ここで、通路検知領域５２を左右４５°以内としたのは、左右４５°以内が人間の注視安定視野であり、操作者が頭部の運動を伴うことで、無理をせずに対象（障害物）を注視可能であると考えたためである。また、補助仮想斥力Ｆｏｂｊ４は、障害物までの距離に反比例し、かつ、２つの障害物に対してそれぞれ生成される障害物と反対方向に作用する仮想斥力を設定し、この２つの仮想斥力の操作方向に対する垂直方向成分を合成した合力である。すなわち、この補助仮想斥力は、操作方向に対する垂直方向にしか作用しないため、電動車椅子５１の移動方向の垂直方向への誘導動作のみが行われる。これにより、操作者が指示した操作方向への移動動作を妨げることなく、２つの障害物１９ａ、１９ｂ間での電動車椅子５１の誘導動作を行うことができる。合力算出部１７は、補助仮想斥力の操作力の方向に対する垂直方向成分と、操作力との合成によって、合力を算出する。制御部１８は、合力算出部１７で算出された合力の方向へ車体部１２が移動するように、駆動源７０をそれぞれ制御する。ここで、補助仮想斥力とは、少なくとも１つの障害物に対して生成される仮想斥力を基に補助仮想斥力算出部５４で算出されたものである。
【００７８】
図６Ａに示すように、通路検知領域５２内に２つの障害物１９ａ、１９ｂがあることを検出した後、操作部１３からの操作方向の情報に基づくサーチ領域２１が、その２つの障害物１９ａ、１９ｂの間に設定されるとともに障害物１９ａ側に近い場合がある。すなわち、障害物１９ａと障害物１９ｂとの間を電動車椅子５１が通過する際、サーチ領域２１に対して、電動車椅子５１が一方の障害物１９ａ側に近い場合がある。電動車椅子５１が一方の障害物１９ａ側に近いか否かは、障害物との距離に応じて生成される仮想斥力の合力を算出し、近い方の障害物から遠い方の障害物の方向に生成された仮想斥力の合力の向きから判断することができる。この場合は、一方の障害物１９ａから他方の障害物１９ｂの方向へ、補助仮想斥力算出部５４により算出された補助仮想斥力Ｆｏｂｊ４が働く。この結果、補助仮想斥力Ｆｏｂｊ４により、サーチ領域２１の中心軸が障害物１９ａと障害物１９ｂとの中央に位置するように、補助仮想斥力算出部５４での算出結果によって誘導される。そして、障害物１９ａと障害物１９ｂの中央にサーチ領域２１の中心軸が位置すると、補助仮想斥力算出部５４による補助仮想斥力Ｆｏｂｊ４の算出は停止する。
【００７９】
なお、第４実施形態の通路判断部５３は、通路検知領域５２内に障害物が１つしかない場合、あるいは、２つ以上の障害物の間をサーチ領域２１が貫かない場合、障害物を、回避すべき障害物であると判断してもよい。この場合には、障害物を回避するために、操作方向に対して垂直方向への回避誘導のみが行われる。これにより、操作者が指示した操作方向への移動を妨げることなく、回避誘導動作を行うことができる。また、図６Ａに示すように、通路検知領域５２を、サーチ領域２１よりも幅及び長さの少なくとも一方が大きい領域として通路判断部５３で設定してもよい。この場合には、サーチ領域２１を除く通路検知領域５２に存在する障害物に対して、誘導あるいは回避誘導が行われる。
【００８０】
なお、この第４実施形態と第１実施形態の変形例である図１Ｃとを組み合わせる場合には、合成速度算出部１７Ａは、仮想回避速度の操作速度の方向の垂直方向成分と、操作速度との合成によって、合成速度を算出する。ここで、仮想回避速度は、少なくとも１つの障害物に対して生成される。制御部１８は、合成速度算出部１７Ａで算出された合成速度の方向へ電動車椅子５１が移動するように制御する。
【００８１】
（第５実施形態）
図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の第５実施形態における電動車椅子６１を示す図である。図７Ａは、障害物６３に接近する電動車椅子６１を示す図であり、図７Ｂは、操作部及び制御部などのブロック図である。
【００８２】
第５実施形態の電動車椅子６１は、第１実施形態の電動車椅子１１の制御回路部２７に代えて制御回路部６７を設けている。制御回路部６７は、制御回路部２７の構成に加え、操作意図判断部６２を設けている。操作意図判断部６２により、操作者が意図的に障害物６３に近づこうとした場合、仮想斥力算出部１６で算出された仮想斥力の合力算出部１７での使用を制限して、電動車椅子６１が障害物に近づけるようにしている。
【００８３】
例えば、目標物体として、荷棚、机、又は、ベッド等を考える。この目標物体へ、第１実施形態の電動車椅子１１で意図的に近づこうとした場合でも、前述のように車体部１２の操作方向における全ての物体に対して仮想斥力が発生する構成では、目標物体に近づくことができない。つまり、第１実施形態の電動車椅子１１では、どのような物体に対しても近づかない安全な設定になっているので、荷棚、机、又は、ベッド等に近づくことができない。このように、第１実施形態の電動車椅子１１では、日常生活を行うのに不便な場合がある。
【００８４】
そこで、第５実施形態の電動車椅子６１は、操作者が意図的に障害物６３へ近づこうとしているならば、電動車椅子６１を障害物へ近づけるように構成している。そして、第５実施形態の電動車椅子６１では、仮想斥力Ｆｏｂｊの方向と操作力Ｆｏｐｅの方向が所定の時間の間、略正反対であると、操作意図判断部６２が、操作者が意図的に障害物６３へ近づこうとしていると判断する。この場合、制御部１８の制御に基づいて、移動速度を制限するとともに、障害物方向への電動車椅子６１の移動を許可する。
【００８５】
操作意図判断部６２は、仮想斥力の方向と操作方向とを比較し、仮想斥力の方向と操作方向が所定の時間の間だけ略正反対の場合、車体部１２の移動の制御を変更する。具体的には、操作意図判断部６２は、所定の時間の間だけ、操作部１３からの操作力Ｆｏｐｅの方向と、仮想斥力算出部１６からの仮想斥力Ｆｏｂｊの１８０°反対方向とのなす角が３０°以内の場合は、操作者が意図的に障害物６３へ近づいていると判断して、仮想斥力算出部１６で行われる仮想斥力の大きさを制限し、障害物方向への移動を許可する。この移動を許可する角度として、人間が眼球運動だけで対象を捉え、目的とする対象を受容することができる有効視野角に合わせて、３０°の角度範囲に設定している。なお、この移動を許可する角度は、許可された操作者の操作の慣れ又は使い勝手によって任意に設定することも可能である。
【００８６】
よって、操作者が意図的に障害物６３へ近づいていると操作意図判断部６２で判断すれば、仮想斥力Ｆｏｂｊの大きさは操作意図判断部６２で制限され、制御部１８の制御の下に電動車椅子６１は障害物６３へ近づくことができる。
【００８７】
なお、操作意図判断部６２は、操作者が意図的に障害物６３へ近づいていると判断した場合には、仮想斥力算出部１６で行われる仮想斥力の算出を停止し、移動速度を制限して障害物６３への移動を許可してもよい。
【００８８】
また、操作意図判断部６２で操作者の意図と判断するための条件として、所定の時間の間だけ操作力Ｆｏｐｅの方向と仮想斥力Ｆｏｂｊの１８０°反対方向とのなす角が３０°以内としているが、この所定の時間とは例えば１秒より大きくすることが好ましい。ここで１秒より大きくしたのは、操作者の操作入力部２５の誤操作で操作力Ｆｏｐｅの方向と仮想斥力Ｆｏｂｊの１８０°反対方向とのなす角が３０°以内が成立した場合でも、誤操作に気づいてすぐに操作力Ｆｏｐｅの方向を修正する時間を約１秒としているためである。そのため、１秒より長い時間として、所定の時間を設定している。
【００８９】
また、操作スイッチを設けて、操作者が操作スイッチを押している間は、仮想斥力の大きさを制限し（あるいは、仮想斥力の算出を停止し）、電動車椅子６１の移動速度を制限して障害物方向への移動を許可してもよい。両手が不自由なく使用できる操作者であれば、操作スイッチを設ける構成でもよい。片手しか使用できない操作者であれば、操作意図判断部６２により、操作者の意図を判断する必要がある。
【００９０】
なお、この第５実施形態と第１実施形態の変形例である図１Ｃとを組み合わせる場合には、操作意図判断部６２は、仮想回避速度の方向と操作方向とを比較し、仮想回避速度の方向と操作方向が所定の時間の間だけ略正反対の場合、車体部１２の移動の制御を変更する。具体的には、操作意図判断部６２は、仮想回避速度の１８０°反対方向と操作方向のなす角が所定の時間だけ３０°以内である場合、車体部１２の移動の制御を変更する。
【００９１】
なお、上記様々な実施形態又は変型例のうちの任意の実施形態又は変型例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明にかかる電動車両及びその制御方法によれば、障害物と障害物との間をスムーズに通過することができ、実用性の高い操作を実現することができる。そのため、電動車車椅子、又は、パワーアシスト台車、又は、買い物カートなどの操作者の操作に基づいて動作する電動車両及びその制御方法として有用である。
【符号の説明】
【００９３】
１１，３１，４１，５１，６１ 電動車椅子
１２ 車体部
１３ 操作部
１４ 障害物センサ
１５ 障害物判断部
１６ 仮想斥力算出部
１７ 合力算出部
１８ 制御部
１９ａ，１９ｂ，４４，６３ 障害物
２０ 障害物センサ領域
２１ サーチ領域
２５ 操作入力部
２６ 操作力推測部
２７，３７，４７，５７，６７ 制御回路部
３２ 動的障害物
３３ 動的障害物判断部
３４，４３，５４ 補助仮想斥力算出部
３５ 動的障害物サーチ領域
４２ 衝突判断部
４５ バンパー領域
５２ 通路検知領域
５３ 通路判断部
６２ 操作意図判断部
７０ 駆動源
７０Ｅ エンコーダ
７１ 車輪
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行の障害となる障害物を検出した場合に、この障害物を自動回避する電動車両及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
病院又は介護施設等では、レバーなどの操作入力部を動かすだけで容易に移動可能な電動車椅子が利用されている。また、工場又は商業施設等では、ハンドルなどの操作入力部を押すだけで容易に移動可能なパワーアシストカートが利用されている。
【０００３】
電動車椅子及びパワーアシストカートは電動車両の一例であり、操作に不慣れなユーザがこの電動車両を操作した場合には、操作ミス等により、移動方向にある障害物に、電動車両が衝突することがある。そこで、移動方向の周辺に障害物が存在すると、その障害物を自動で回避する電動車両が望まれている。
【０００４】
そこで、障害物を検出すると、その障害物を回避して走行する独立２輪駆動型パワーアシストカートが提案されている。
【０００５】
図８は、障害物２を回避する従来のパワーアシストカート１を示す図である。パワーアシストカート１は、障害物２を回避して走行するために、制御部３で、操舵ハンドル４に加わる操作力の大きさと方向である操作力Ｆｏｐｅとを計測する。さらに、障害物センサ６ａ、６ｂ、６ｃの検出値である障害物２までの距離と方向に基づき、パワーアシストカート１の車体部５を障害物２から遠ざける仮想斥力Ｆｏｂｊを演算する。そして、合力Ｆｍｏｖｅ（＝Ｆｏｐｅ＋Ｆｏｂｊ）にアシスト率Ｋａを積算してアシスト力Ｆａ（＝Ｋａ・Ｆｍｏｖｅ）を算出し、アシスト力Ｆａに基づいて駆動操舵輪７を動かす駆動部（図示せず）を制御する。なお、自在輪８は、駆動操舵輪７と共に車体部５を支える。
【０００６】
このようにアシスト力Ｆａに基づいて駆動操舵輪７を制御することで、パワーアシストカート１は、操作者が旋回操作を行わない場合でも、自動的に障害物２を回避して走行する。
【０００７】
図９は、壁を模した障害物９ａと障害物９ｂとの間を通過する従来のパワーアシストカート１を示す図である。従来のパワーアシストカート１では、図９に示すような障害物９ａと障害物９ｂとの間を通過する場合、障害物９ａと障害物９ｂとの間をパワーアシストカート１が通過できないことがある。具体的には、車体部５が通過できる幅が障害物９ａと障害物９ｂとの間に存在するにも関わらず、大きくなった仮想斥力Ｆｏｂｊに押し戻されて、障害物９ａと障害物９ｂとの間をパワーアシストカート１が通過できないことがある。だが、障害物９ａと障害物９ｂとの間で模した壁の間にある扉を通過するような状況は、パワーアシストカート１を利用する上で頻繁に生じる。
【０００８】
このような状況の対策の一つとして、障害物９ａと障害物９ｂとの間を通過できるように、操舵ハンドル４に作用する操作力Ｆｏｐｅが所定の大きさを超えた場合は、仮想斥力Ｆｏｂｊの大きさを制限して、アシスト力Ｆａを算出する方法がある（例えば、特許文献１参照）。このように、仮想斥力Ｆｏｂｊの大きさに制限を設けることで、従来のパワーアシストカート１は、障害物９ａと障害物９ｂの間を通過することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−５５４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、仮想斥力Ｆｏｂｊの大きさを制限してしまうと、誤って障害物（２、９ａ、９ｂ）の方向に操作した場合、障害物（２、９ａ、９ｂ）に近づくことが可能となる。そのため、仮想斥力の大きさＦｏｂｊを制限してしまうと、パワーアシストカート１が障害物９ａ、９ｂに衝突してしまうことがある。
【００１１】
つまり、従来のパワーアシストカート１では、操舵ハンドル４の操作方向を誤って障害物（２、９ａ、９ｂ）に向けた場合、仮想斥力Ｆｏｂｊの大きさよりも大きな操作力Ｆｏｐｅで操作すると、自動回避が行われずに障害物（２、９ａ、９ｂ）に衝突する可能性がある。自動回避が行われずに障害物（２、９、９ａ）に衝突する可能性があることは、安全上の問題である。
【００１２】
そこで、本発明は、安全に障害物を回避することが可能な電動車両及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の電動車両は、車体部と、
入力された操作の操作方向を検出する操作部と、
前記車体部の周辺にある障害物を検出する障害物センサと、
前記車体部より前記操作方向へ延びた領域をサーチ領域として生成し、前記障害物センサで検出される障害物のうち、前記サーチ領域内に存在する障害物を、回避すべき障害物として判断する障害物判断部と、
前記障害物判断部で判断された前記回避すべき障害物を回避するように前記車体部の移動を制御する制御部と、を備える、
電動車両。
【００１４】
また、上記目的を達成するために、本発明の電動車両の制御方法は、障害物センサと操作部とを有する電動車両の制御方法であって、
前記障害物センサで車体部の周辺を検出し、
前記操作部に入力された操作の操作方向を前記操作部で検出し、
前記車体部から前記操作方向へ延びた領域をサーチ領域として障害物判断部で生成し、前記障害物センサで検出された障害物のうち、前記サーチ領域内に存在する障害物を、回避すべき障害物として前記障害物判断部で判断し、
前記障害物判断ステップで前記サーチ領域内に前記障害物があると前記障害物判断部で判断されると、前記障害物に回避するように前記車体部の移動を制御する、
電動車両の制御方法を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、操作方向に障害物があっても安全に自動回避を行う電動車両及びその制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１実施形態における電動車椅子が障害物と障害物の間を通過する状態を示す平面図であり、
【図１Ｂ】図１Ｂは、第１実施形態における電動車椅子の操作部及び制御部などのブロック図であり、
【図１Ｃ】図１Ｃは、第１実施形態の変形例における電動車椅子の操作部及び制御部などのブロック図であり、
【図２】図２は、第１実施形態における電動車椅子の斜視図であり、
【図３】図３は、第１実施形態における制御回路部で行われる制御のフローチャートであり、
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の第２実施形態における電動車椅子に動的障害物が接近する状態を示す平面図であり、
【図４Ｂ】図４Ｂは、第２実施形態における電動車椅子の操作部及び制御部などのブロック図であり、
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の第３実施形態における電動車椅子が障害物に接近した状態を示す図であり、
【図５Ｂ】図５Ｂは、第３実施形態における電動車椅子の操作部及び制御部などのブロック図であり、
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の第４実施形態における電動車椅子が障害物と障害物の間を通過する状態を示す図であり、
【図６Ｂ】図６Ｂは、第４実施形態における電動車椅子の操作部及び制御部などのブロック図であり、
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の第５実施形態における電動車椅子が障害物に接近する状態を示す図であり、
【図７Ｂ】図７Ｂは、第５実施形態における電動車椅子の操作部及び制御部などのブロック図であり、
【図８】図８は、障害物を回避する従来のパワーアシストカートを示す図であり、
【図９】図９は、障害物と障害物の間を通過する従来のパワーアシストカートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ構成要素には同じ符号を付しており、説明を省略する場合もある。また、図面は理解を容易にするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示している。
【００１８】
（第１実施形態）
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の第１実施形態における電動車両の一例としての電動車椅子１１を平面的に示す図である。図１Ａは、障害物１９ａと障害物１９ｂの間を通過する電動車椅子１１を示す平面図であり、図１Ｂは、操作部及び制御部などのブロック図である。図１Ｃは、第１実施形態の変形例における電動車椅子の操作部及び制御部などのブロック図であるため、後述する。図２は、電動車椅子１１の斜視図である。なお、理解を容易にするために、電動車椅子１１の運動と共に動く車両座標系Σｒ（互いに直交する三つのｘｒ軸、ｙｒ軸、ｚｒ軸を有する座標系）を、図１Ａと図２に設定している。ｘｒ軸とｙｒ軸とから構成される平面は、地面に対して平行な水平面とし、ｘｒ軸は電動車椅子１１の前方を向いているものとする。
【００１９】
図１Ａ及び図２に示す電動車椅子１１は、電動車椅子１１自身（電動車椅子１１自体）の姿勢を変えずに全方向へ移動可能な全方向移動型電動車両である。電動車椅子１１は、電動車椅子１１の乗車者でもある操作者が操作する操作の大きさ及び方向に従って、移動する。なお、「自身の姿勢」とは電動車椅子１１が前方を向いた状態の姿勢であり、具体的にはｘｒ軸に相当する。すなわち、「自身の姿勢を変えずに全方向に移動可能」とは、電動車椅子１１の向きを変えずに電動車椅子１１の周囲の水平面沿いの全方向に移動可能なことを指す。また、理解を容易にするために、操作力と、仮想斥力と、合力とは、車両座標系Σｒの原点を基準に生成されるものとする。
【００２０】
第１実施形態の電動車椅子１１は、操作者が、後述する操作部１３へ入力した方向（以下、「操作方向」とする）へ移動する。ただし、操作方向に障害物が存在すると、障害物を回避するように仮想斥力Ｆｏｂｊが働き、障害部を回避するために操作方向と異なる方向へ移動する。
【００２１】
まず、電動車椅子１１の構成を説明する。
【００２２】
電動車椅子１１は、車体部１２と、操作者の操作から操作力Ｆｏｐｅを検出する操作部１３と、障害物センサ１４と、制御回路部２７とを備える。
【００２３】
制御回路部２７は、障害物判断部１５と、仮想斥力Ｆｏｂｊを算出する仮想斥力算出部１６と、操作力Ｆｏｐｅ及び仮想斥力Ｆｏｂｊの合力Ｆｍｏｖｅを算出する合力算出部１７と、合力Ｆｍｏｖｅの方向へ移動するようにモータを制御する制御部１８とを備える。
【００２４】
車体部１２の底面の四隅近傍には、４つのモータが設置されている。なお、図１Ａでは、４つのモータを簡略化して、四角形枠の駆動源（駆動装置）７０として図示している。これら４つのモータのそれぞれの駆動軸には、全方向に移動可能な車輪である車輪７１の一例としてオムニホイールが取り付けられている。そして、制御部１８でそれぞれのモータを独立に制御することで、車体部１２を、前後方向、左右方向、斜め方向など全方向へ移動させることができる。
【００２５】
操作部１３は、操作者が操作した操作方向及び操作量を検出する操作入力部２５と、操作入力部２５において検出される操作方向及び操作量から操作力を算出する操作力推測部２６と、を有する。第１実施形態では、操作入力部２５の一例として、車体部１２の肘掛部１２ａに設けたジョイスティックを用いている。直立位置から操作入力部２５を倒す方向により操作方向を検出することができ、直立位置から倒す角度の大きさにより操作量の大きさを検出することができる。ここで、操作方向とは、言い換えれば、車体部１２を移動させたい方向である。操作力推測部２６は、操作入力部２５の操作量の大きさにアシスト率を乗じて操作力の大きさを算出する。なお、操作入力部２５として力を直接検出する力センサを用いた場合は、操作力推測部２６を用いずに、この力センサで検出した力から操作力Ｆｏｐｅを力センサの演算部で直接算出してもよい。また、操作力推測部２６を、操作部１３内でなく、制御回路部２７内に設けることも可能である。
【００２６】
障害物センサ１４は、電動車椅子１１の車体部１２の下部の周囲に配置されて車体部１２の周辺にある障害物を検出する。例えば、障害物センサ１４は、車体部１２の四方（車体部１２の前部の中央、両側部の中央、後部の中央）にそれぞれ配置される。そして、この障害物センサ１４により、前方、両側方、後方にある障害物をそれぞれ検出するための円状の障害物センサ領域２０を形成している。第１実施形態では、障害物センサ１４の一例としてレーザレンジファインダを用いて、このレーザレンジファインダにより車体部１２から障害物までの距離及び方向を検出する。図１Ａに示すように、障害物センサ１４により車体部１２の周辺を囲む円状の障害物センサ領域２０を設けることで、車体部１２の周囲の障害物を検出できる。なお、第１実施形態における電動車椅子１１の障害物センサ領域２０は、例えば半径４ｍの円柱状の領域である。
【００２７】
障害物判断部１５は、操作入力部２５で検出された操作方向に基づいて操作入力部２５で検出された操作方向に向けて車体部１２からサーチ領域２１を生成するとともに、障害物センサ１４からの検出情報に基づいて生成したサーチ領域２１内にある障害物を、回避すべき障害物と判断する。なお、サーチ領域２１は、操作力Ｆｏｐｅの方向と同じ方向（操作方向）に生成される。つまり、操作者が操作方向を変化させると、変化した操作方向に合わせて、障害物判断部１５により、サーチ領域２１が生成される方向も変化する。すなわち、例えば、操作者が、車体部１２の前方より斜め左方向に操作入力部２５を操作すると、障害物判断部１５により、サーチ領域２１は、操作方向と同じ方向である車体部１２の前方より斜め左方向に生成される。
【００２８】
サーチ領域２１は、障害物センサ領域２０の一部の領域である。そして、障害物センサ１４で障害物センサ領域２０内にあると検出された障害物に対して、その障害物がサーチ領域２１内にあるか否かを、障害物判断部１５で判断する。障害物がサーチ領域２１内にあるか否かの判断は、具体的には、車体部１２から障害物までの距離と方向とに基づいて、障害物判断部１５で判断する。
【００２９】
仮想斥力算出部１６は、障害物判断部１５において回避すべき障害物と判断された障害物から離れるため、仮想斥力Ｆｏｂｊを算出する。ここで、仮想斥力Ｆｏｂｊは、障害物センサ１４で検出された障害物までの距離に反比例し、かつ、障害物と反対方向に作用する仮想斥力である。
【００３０】
合力算出部１７は、操作部１３から入力される操作力Ｆｏｐｅと、仮想斥力算出部１６で算出された仮想斥力Ｆｏｂｊとの合力Ｆｍｏｖｅを、算出する。このときの合力Ｆｍｏｖｅの方向が、電動車椅子１１の移動方向である。さらに、合力Ｆｍｏｖｅの大きさに変換係数を乗じた値が、電動車椅子１１の目標移動速度となる。
【００３１】
制御部１８は、合力算出部１７で算出された合力Ｆｍｏｖｅの方向へ車体部１２が移動するように、駆動源７０すなわちモータをそれぞれ制御する。
【００３２】
このように構成された第１実施形態の電動車椅子１１は、図１Ａに示すように、サーチ領域２１が障害物１９ａと障害物１９ｂとの間に生成された場合は、障害物センサ領域２０内に障害物１９ａ，１９ｂが含まれていても、これら障害物１９ａと障害物１９ｂとの間を通過することが可能である。すなわち、操作者が操作入力部２５を操作して、電動車椅子１１を移動させたい方向（操作方向）を障害物１９ａと障害物１９ｂとの間に設定すると、障害物判断部１５により、サーチ領域２１を車体部１２から操作方向に向けて生成する。そして、サーチ領域２１内に障害物の存在を検出しない限り、電動車椅子１１がその操作方向に移動することができる。よって、従来のように仮想斥力Ｆｏｂｊに制限を設けずに、障害物１９ａと障害物１９ｂとの間を電動車椅子１１が通過することができる。また、誤って障害物に向けて操作部１３を操作した場合には、操作した方向である操作方向にサーチ領域２１が生成されるため、サーチ領域２１内に障害物が存在することになる。そのため、障害物から離れるための仮想斥力が発生し、障害物への車体部１２の衝突を防ぐことができる。
【００３３】
なお、障害物判断部１５では、車体部１２より操作方向に延びて、車体部１２の幅と略等しい幅の領域をサーチ領域２１として生成する。ここでは、車体部１２の幅と略等しい幅のサーチ領域２１として、安全を見込んで、車体部１２の幅よりも約５０％程度大きい幅を生成している。例えば、車体部１２の幅が６０ｃｍの場合、９０ｃｍ幅のサーチ領域２１を生成している。このようにサーチ領域２１を生成することにより、障害物１９ａと障害物１９ｂとの間を通過する場合に、障害物１９ａと障害物１９ｂとの間隔が車体部１２の幅よりも狭ければ、障害物判断部１５は、障害物に対する仮想斥力Ｆｏｂｊを算出して、電動車椅子１１の幅よりも狭い間隔を通過しようとするのを防ぐ。また、障害物１９ａと障害物１９ｂとの隙間が車体部１２の幅より大きければ、サーチ領域２１が障害物１９ａと障害物１９ｂの間に生成されるため、仮想斥力が発生することなく、電動車椅子１１を障害物１９ａと障害物１９ｂの間を通過することができる。
【００３４】
次に、この電動車椅子１１を移動させる場合の制御方法について説明する。
【００３５】
図３は、第１実施形態における制御回路部２７で行われる制御のフローチャートである。
【００３６】
まず、ステップＳ０１において、電動車椅子１１が作動している状態で、操作者が操作入力部２５を動かすと、操作入力部２５で、操作方向と操作量とが検出される。
【００３７】
次に、ステップＳ０２において、操作入力部２５で検出された操作方向及び操作量に基づいて、操作力推測部２６で操作力Ｆｏｐｅが算出される。
【００３８】
次に、ステップＳ０３において、ステップＳ０１で検出された操作方向に基づいて、障害物判断部１５で、障害物センサ１４の障害物センサ領域２０内にサーチ領域２１を生成する。
【００３９】
次いで、ステップＳ０４において、全ての障害物センサ１４で電動車椅子１１周辺の障害物センサ領域２０内をセンシングして、障害物を検出する。
【００４０】
そして、ステップＳ０５において、検出された障害物の情報に基づいて、車体部１２から操作方向に生成されるサーチ領域２１内に障害物があるか否かを、障害物判断部１５で判断する。
【００４１】
次いで、ステップＳ０５でサーチ領域２１内に障害物があると判断された場合（Ｓ５の「ｙｅｓ」）は、ステップＳ０６に進む。ステップＳ０５でサーチ領域２１内に障害物が無いと判断された場合（Ｓ５の「ｎｏ」）は、ステップＳ０９に進む。
【００４２】
ステップＳ０６において、仮想斥力算出部１６で、障害物センサ１４で検出された障害物までの距離及び方向に基づいて、仮想斥力Ｆｏｂｊが算出される。仮想斥力算出部１６は、障害物までの距離に反比例し、かつ、障害物と反対方向に作用する仮想斥力Ｆｏｂｊを算出する。
【００４３】
次に、ステップＳ０７において、合力算出部１７で、操作力Ｆｏｐｅと仮想斥力Ｆｏｂｊの合力Ｆｍｏｖｅが算出される。このときの合力Ｆｍｏｖｅの方向が電動車椅子１１の移動方向となり、合力Ｆｍｏｖｅの大きさに変換係数を乗じた値が電動車椅子１１の目標移動速度となる。なお、第１実施形態では、電動車椅子１１の移動動作に関する見かけの粘性係数Ｄを設定し、変換係数として１／Ｄ（粘性係数）を用いる。すなわち、目標移動速度は、合力算出部１７で、合力Ｆｍｏｖｅに１／Ｄ（粘性係数）を乗じて算出され、その大きさは合力Ｆｍｏｖｅの大きさに比例し、その方向は合力Ｆｍｏｖｅの方向と一致する。
【００４４】
次いで、ステップＳ０８において、合力算出部１７で算出された合力Ｆｍｏｖｅに基づいて制御部１８により駆動源７０をそれぞれ制御して、電動車椅子１１の移動動作が行われる。なお、合力算出部１７で、合力Ｆｍｏｖｅの大きさを電動車椅子１１に作用させる移動推進力として設定した後、制御部１８で、その移動推進力に基づいて電動車椅子１１を移動させてもよい。
【００４５】
このように、第１実施形態の電動車椅子１１は、障害物判断部１５でサーチ領域２１内の障害物を検出すると、仮想斥力算出部１６で仮想斥力Ｆｏｂｊを発生させる。仮想斥力Ｆｏｂｊに基づいて、合力算出部１７を介した制御部１８で、障害物を回避するように電動車椅子１１を移動させる。
【００４６】
ステップＳ０５で障害物が無いと判断された場合（Ｓ５の「ｎｏ」）は、ステップＳ０９において、制御部１８で、操作力Ｆｏｐｅに基づいて駆動源７０をそれぞれ制御して、車体部１２を移動させる。なお、この場合は、サーチ領域２１内に障害物を検出していないので、操作方向に障害部が無いと障害物判断部１５で判断して、仮想斥力Ｆｏｂｊを発生させていない。
【００４７】
そして、制御回路部２７は、ステップＳ０１〜ステップＳ０９を繰り返して、電動車椅子１１の移動を制御する。
【００４８】
つまり、第１実施形態の電動車椅子１１の制御は、障害物検出ステップ（ステップＳ０３）と、障害物判断ステップ（ステップＳ０５）と、制御ステップ（ステップＳ０６〜Ｓ０８）と、駆動ステップ（ステップＳ０９）と、により行われる。具体的には、障害物検出ステップ（ステップＳ０３）は、障害物判断部１５で、障害物センサ領域２０内において車体部１２より操作部１３で検出される操作方向へ延びた領域であるサーチ領域２１を生成した後、障害物センサ１４でサーチ領域２１内の障害物を検出するステップである。また、障害物判断ステップ（ステップＳ０５）は、障害物判断部で、サーチ領域２１内に存在する障害物を、回避すべき障害物として判断するステップである。また、制御ステップ（ステップＳ０６〜Ｓ０８）は、障害物判断ステップでサーチ領域２１内に障害物があると障害物判断部１５で判断されると、障害物を回避するように駆動源７０をそれぞれ制御部１８で制御するステップである。また、駆動ステップ（ステップＳ０９）は、サーチ領域２１内に障害物が存在しないと障害物判断部１５で判断される場合に、操作力に基づいて駆動源７０すなわちモータをそれぞれ制御部１８で制御するステップである。このようにして、第１実施形態の電動車椅子１１は、操作方向に障害物があっても安全に自動的に回避を行うことを可能としている。
【００４９】
なお、第１実施形態の電動車椅子１１の障害物判断部１５は、操作者が操作入力部２５を操作した操作量の大きさ、又は、操作入力部２５で検出あるいは操作力推測部２６で算出された操作力の大きさに応じて、サーチ領域２１の操作方向の長さを変える構成でもよい。このようにサーチ領域２１を変化させることで、自動回避の細かな制御が可能になり、より安全性の高い障害物回避が可能になると考えられる。なぜなら、操作量又は操作力が大きい場合には、電動車椅子１１の移動推進力が大きくなる、又は、移動速度が速くなるため、遠方の障害物にも衝突する可能性がある。この場合には、サーチ領域２１の操作方向の長さを長くし、遠方の障害物も、回避すべき障害物であると障害物判断部１５で判断することが好ましいためである。逆に、操作量又は操作力が小さい場合には、電動車椅子１１の移動推進力が小さくなるか、又は、移動速度が遅くなるため、遠方の障害物には衝突する可能性がなく、近くの障害物のみが衝突する可能性がある。この場合には、サーチ領域２１の操作方向の長さを短くし、衝突の可能性のある近くの障害物のみが、回避すべき障害物であると障害物判断部１５で判断することが好ましいためである。
【００５０】
また、第１実施形態の電動車椅子１１の障害物判断部１５は、操作量又は操作力の大きさに応じて、サーチ領域２１の形状（たとえば、サーチ領域２１の幅）を変える構成でもよい。このようにサーチ領域２１の形状を変化させることで、自動回避の細かな制御が可能になり、より安全性の高い障害物回避が可能になると考えられる。なぜなら、操作量又は操作力が大きい場合には、操作者はある目的の方向に移動しようとしていると考えることができる。そのため、操作者が移動しようとしている操作方向にある障害物のみを、回避すべき障害物であると障害物判断部１５で判断するように、サーチ領域２１を操作方向に尖った領域として生成することが好ましいためである。逆に、操作量又は操作力が小さい場合には、車体部１２の位置決めをしようとしているか、又は、狭い場所を移動しようとしていると考えることができる。そのため、全方向の障害物を、回避すべき障害物であると障害物判断部１５で判断するように、サーチ領域２１を全方向に生成することが好ましいためである。
【００５１】
また、第１実施形態の電動車椅子１１は、障害物判断部１５において、車体部１２より操作方向に延びて先端が細くなる領域をサーチ領域２１として生成する構成である。このような構成により、遠方にある障害物に対しては、衝突する可能性の高いサーチ領域２１の中心線付近のみを検出するようになり、必要以上に仮想斥力Ｆｏｂｊが仮想斥力算出部１６で発生するのを防ぐことができる。
【００５２】
また、第１実施形態の電動車椅子１１の合力算出部１７は、合力Ｆｍｏｖｅとして、操作力Ｆｏｐｅと仮想斥力Ｆｏｂｊの操作力方向及び垂直方向成分との合力を算出してもよい。これにより、操作者が操作した方向への移動動作を妨げることなく、障害物の回避動作を行うことができる。
【００５３】
なお、上述した内容は、電動車両の一例として全方向移動型の電動車椅子１１に関して説明しているが、本発明は全方向移動型の電動車椅子に限るものではない。例えば、電動車両自身の移動に制約は発生するが、上述した発明の内容は、電動車両の別の例としての独立２輪型の電動車椅子にも適用できる。また、電動車両の一例として電動車椅子１１を用いて説明しているが、適宜、設定を変更することで、電動車両のさらに別の例としてのパワーアシストカートに上述した発明の内容を適用することも可能であると考えられる。
【００５４】
また、上述した発明の内容は、操作力及び仮想斥力に基づいて移動する力ベースの制御系に適用するのではなく、速度ベースの制御系に適用してもよい。すなわち、操作力及び仮想斥力の代わりに操作速度及び回避速度に基づいて移動する電動車両に対して、上述した内容を適用してもよい。この場合には、図１Ｃに示すように、操作力推測部２６の代わりに、操作部１３での操作量に基づいて操作速度を算出する操作速度算出部２６Ａを設け、仮想斥力算出部１６の代わりに仮想回避速度を算出する仮想回避速度算出部１６Ａを設け、合力算出部１７の代わりに、操作速度と仮想回避速度との合成速度を算出する合成速度算出部１７Ａを設けることが好ましい。
【００５５】
このような速度ベースの制御系の電動車両は、車体部１２と、操作入力部２５と、操作速度算出部２６Ａと、障害物センサ１４と、障害物判断部１５と、仮想回避速度算出部１６Ａと、合成速度算出部１７Ａと、制御部１８とを備える構成である。ここで、操作入力部２５は、操作者が操作した操作方向及び操作量を検出するために、車体部１２に設けられる。操作速度算出部２６Ａは、操作入力部２５において検出される操作方向及び操作量から操作速度を算出する。障害物センサ１４は、車体部１２から障害物までの距離及び方向を検出値として検出する。障害物判断部１５は、車体部１２から操作方向に生成される領域をサーチ領域２１として、サーチ領域２１にある障害物を、回避すべき障害物と判断する。仮想回避速度算出部１６Ａは、障害物判断部１５で判断された障害物から離れるための仮想回避速度を算出する。合成速度算出部１７Ａは、操作速度及び仮想回避速度の合成速度を算出する。制御部１８は、合成速度算出部１７Ａで算出された合成速度の方向へ移動するように制御する。操作速度算出部２６Ａは、操作入力部２５の操作量に変換係数を乗じて操作速度を算出する。仮想回避速度算出部１６Ａは、障害物判断部１５で判断された障害物に対して、障害物までの距離に反比例し、かつ、障害物と反対方向に移動する仮想回避速度を算出してもよい。
【００５６】
このようにして、仮想回避速度と操作速度との合成速度に基づいて制御部にて電動車椅子１１を制御する方が、仮想斥力と操作力との合力に基づいて制御部にて電動車椅子１１を制御するよりも、制御を簡単にできるという利点がある。これは、仮想斥力の場合は、複雑な制御も可能であるが制御が難しいトルク制御を用いているのに対し、仮想速度の場合は、制御が容易な速度制御を用いているためである。なお、市販されているほとんどの電動車椅子では、速度制御を用いている。
【００５７】
また、第１実施形態において、合力算出部１７で合力Ｆｍｏｖｅを算出する際に、仮想斥力Ｆｏｂｊに対し、大きさが０〜１のゲインを合力算出部１７で乗じてもよい。このゲインは、操作者が操作入力部２５を動かさずに操作力Ｆｏｐｅの大きさが０の場合は、大きさが０である。そして、操作者が操作入力部２５を動かして操作力Ｆｏｐｅの大きさが大きくなるに従い、０から徐々に大きくなり、操作力Ｆｏｐｅの大きさが最大になった場合、大きさが１となる。このようにゲインを合力算出部１７で乗じることにより、操作者が操作入力部２５を動かしていない場合には、例え近くに障害物があったとしても、合力Ｆｍｏｖｅがゼロとして合力算出部１７で算出される。そのため、操作者が意図していない場合に、勝手に、電動車椅子１１が移動することがない。そして、操作者が操作入力部２５を意図して動かした場合に、その大きさに基づいて障害物回避動作が行われる。すなわち、操作者が意図したときに意図した大きさの動作が行われることになるため、更に安全性の高い操作が可能となる。
【００５８】
（第２実施形態）
図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の第２実施形態における電動車椅子３１を示す図である。図４Ａは、動的障害物３２が接近する電動車椅子３１を示す図であり、図４Ｂは、操作部及び制御部などのブロック図である。
【００５９】
第２実施形態における電動車椅子３１は、人又は小動物等の自ら移動する動的障害物３２が電動車椅子３１に向かって移動してきた際、補助仮想斥力を補助仮想斥力算出部３４で発生させる。そして、この補助仮想斥力を基に、合力算出部１７を介して、電動車椅子３１を制御部１８で駆動制御して、動的障害物３２を自動的に回避する。すなわち、第２実施形態の電動車椅子３１は、静的障害物を検出するサーチ領域２１に加えて、動的障害物３２を検出する動的障害物サーチ領域３５を有する。ここで、静的障害物は、壁などの静止している障害物である。
【００６０】
第２実施形態における電動車椅子３１は、第１実施形態の電動車椅子１１の制御回路部２７に代えて制御回路部３７を設けている。制御回路部３７は、制御回路部２７の構成に加え、動的障害物判断部３３と、補助仮想斥力算出部３４とを更に備え、合力算出部１７は、操作力及び仮想斥力及び補助仮想斥力の合力を算出する構成である。
【００６１】
そして、動的障害物判断部３３は、障害物センサ１４からの検出情報を基に、車体部１２の中心を中心とした車体部１２の外周の円形の領域を動的障害物サーチ領域３５とし、動的障害物サーチ領域３５内に存在する動的障害物３２を、回避すべき障害物と判断する。なお、第２実施形態では、動的障害物サーチ領域３５を障害物センサ領域２０より小さく生成しているが、障害物センサ領域２０と同じ大きさに生成してもよい。
【００６２】
動的障害物判断部３３は、動的障害物サーチ領域３５内で自ら移動する物体を、回避すべき動的障害物と判断する。なお、動的障害物サーチ領域３５内では、移動しない物体については障害物として検出しない。動的障害物判断部３３は、内蔵するタイマー（図示せず）からの時間情報を利用して、障害物センサ１４から得られる障害物までの距離データをサンプリング時間毎に差分して障害物の移動速度を算出することにより、障害物が自ら移動しているか否かを判断する。障害物が自ら移動していると動的障害物判断部３３で判断する場合には、動的障害物判断部３３は、その障害物を動的障害物として検出する。すなわち、障害物の移動速度を算出することにより、自ら移動している動的障害物を検出する。障害物が自ら移動していないと動的障害物判断部３３で判断する場合には、動的障害物判断部３３は、その障害物を動的障害物として検出しない。もし、車体部１２自身が移動している場合は、車体部１２の駆動源７０のモータの回転軸に取り付けたエンコーダ７０Ｅから取得する速度情報に基づいて、障害物と車体部１２との相対速度を動的障害物判断部３３で算出し、算出された車体部１２との相対速度により、障害物が移動しているか否かを動的障害物判断部３３で判断する。
【００６３】
補助仮想斥力算出部３４は、動的障害物３２が検出されたと動的障害物判断部３３で判断されると、動的障害物３２までの距離に反比例し、かつ、動的障害物３２と反対方向に作用する補助仮想斥力を算出する。
【００６４】
このような構成により、動的障害物３２が電動車両の一例の電動車椅子３１に向かって移動している際、補助仮想斥力を補助仮想斥力算出部３４で発生させて、その補助仮想斥力に基づくとともに合力算出部１７を介し、電動車椅子３１を制御部１８で駆動制御して、動的障害物３２を自動的に回避することができる。また、静的障害物（自身が移動していない障害物）と動的障害物とを検出する領域を分けることにより、回避すべき静的障害物と動的障害物との検出領域の大きさを変えることができる。これにより、状況に応じて、効率良く、かつ、安全な障害物回避を行うことができる。
【００６５】
なお、第２実施形態では、動的障害物３２を検出すると、車体部１２から動的障害物３２までの距離と方向とに基づく補助仮想斥力を補助仮想斥力算出部３４で発生させている。だが、車体部１２に近づく方向に移動する動的障害物３２に対しては、補助仮想斥力を補助仮想斥力算出部３４で算出し、車体部１２から離れる方向へ移動する動的障害物３２には補助仮想斥力を補助仮想斥力算出部３４で算出しないことで、効率をさらに良くすることもできる。また、動的障害物３２の移動方向及び移動速度も考慮して補助仮想斥力を補助仮想斥力算出部３４で算出するようにしてもよい。このように制御することで、更に細かい障害物回避の制御が可能になる。
【００６６】
（第３実施形態）
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の第３実施形態における電動車椅子４１を示す図である。図５Ａは障害物に接近した電動車椅子４１を示す図であり、図５Ｂは操作部及び制御部などのブロック図である。
【００６７】
第３実施形態における電動車椅子４１は、第１実施形態の電動車椅子１１の制御回路部２７に代えて制御回路部４７を設けている。制御回路部４７は、制御回路部２７の構成に加え、衝突判断部４２と補助仮想斥力算出部４３とを更に備えている。合力算出部１７は、操作力及び仮想斥力及び補助仮想斥力の合力を算出するものである。
【００６８】
そして、第３実施形態の電動車椅子４１は、静的障害物を検出するサーチ領域２１に加えて、車体部１２の周縁部に静的障害物あるいは動的障害物が存在するか否かを検出するバンパー領域４５を衝突判断部４２で生成することで、サーチ領域２１あるいは動的障害物サーチ領域３５で検出が漏れてしまった障害物と車体部１２との衝突を防ぐことができる。バンパー領域４５は、障害物センサ領域２０より小さく、サーチ領域２１を除き、かつ、車体部１２の近くで、一例として四角形の領域として、衝突判断部４２により生成されている。
【００６９】
第３実施形態における電動車椅子４１は、第１実施形態の電動車椅子１１に、衝突判断部４２と補助仮想斥力算出部４３とを、さらに備える構成である。そして、衝突判断部４２は、サーチ領域２１を除く車体部１２の周縁部をバンパー領域４５とし、バンパー領域４５内で検出された障害物を、衝突の可能性のある障害物と判断する。また、補助仮想斥力算出部４３は、障害物までの距離に反比例し、かつ、障害物と反対方向に作用する仮想斥力を算出する。バンパー領域４５内で検出された障害物に対しては、サーチ領域２１あるいは動的障害物サーチ領域３５で検出された静的障害物あるいは動的障害物に対して算出される仮想斥力よりも大きな仮想斥力が補助仮想斥力算出部４３で算出される。これにより、補助仮想斥力算出部４３で生成された仮想斥力を基に、合力算出部１７を介して、制御部１８で電動車椅子１１を動作制御して、車体部１２と障害物との衝突を確実に防ぐことができる。
【００７０】
ここで、サーチ領域２１は、操作方向にしか存在しないために、操作方向以外の方向に障害物が存在すると、状況によっては、車体部１２と障害物とが衝突してしまうことがある。例えば、図５Ａに示すように、車体部１２が障害物４４を通り越している途中で、操作入力部２５で操作方向を図５Ａに対して左側へ動かした場合、サーチ領域２１で障害物４４を検出することはできない。しかし、サーチ領域２１以外の車体部１２の周縁部に障害物４４があることは、バンパー領域４５を用いることで、衝突判断部４２で検出することができる。このように、障害物４４を障害物判断部１５によりサーチ領域２１で検出できない場合でも、障害物４４を衝突判断部４２によりバンパー領域４５で検出することができるので、電動車椅子４１は障害物４４に衝突しない。
【００７１】
よって、電動車椅子４１は、サーチ領域２１を使用して障害物判断部１５による検出が不可能な方向にある障害物に対して、バンパー領域４５を使用して衝突判断部４２により検出することができる。この場合、障害物との衝突を回避するように、制御部１８で電動車椅子４１を動作制御することにより、障害物に対する衝突を防ぐことができる。
【００７２】
なお、バンパー領域４５内で、障害物を衝突判断部４２により検出した場合は、より高い安全を確保するために、制御部１８により電動車椅子４１の移動速度を制限してもよいし、検出した障害物の方向への電動車椅子４１の移動を禁止してもよい。また、通知装置を別途設けて、制御部１８からの制御により、通知装置の機能の一例としての警告音又はＬＥＤ点灯などにより、これらの情報を操作者に通知させてもよい。通知装置を別途設けることで、操作者は車体部１２が障害物と接触しそうであることが判断できるため、操作者の操作が容易な電動車両を構成することができる。
【００７３】
（第４実施形態）
図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の第４実施形態における電動車椅子５１を示す図である。図６Ａは障害物１９ａと障害物１９ｂとの間を通過する電動車椅子５１を示す図であり、図６Ｂは操作部及び制御部などのブロック図である。
【００７４】
第４実施形態における電動車椅子５１は、第１実施形態の電動車椅子１１の制御回路部２７に代えて制御回路部５７を設けている。制御回路部５７は、制御回路部２７の構成に加え、通路判断部５３と、補助仮想斥力算出部５４とを更に備えている。合力算出部１７は、操作力及び仮想斥力及び補助仮想斥力の合力を算出するものである。
【００７５】
そして、第４実施形態の電動車椅子５１は、障害物を検出するサーチ領域２１に加えて、通路検知領域５２を通路判断部５３により生成することで、障害物１９ａと障害物１９ｂとの間を電動車椅子５１が通過する際に、通路の中心に誘導されて安全に障害物１９ａと障害物１９ｂとの間を通過することができる。ここで、通路検知領域５２は、車体部１２の前半分から操作方向に障害物センサ領域２０の縁部まで広がった大略扇形の領域である。
【００７６】
つまり、障害物１９ａと障害物１９ｂとの間を電動車椅子５１が通過する際に、電動車椅子５１は、通路検知領域５２にある障害物１９ａ、１９ｂを通路判断部５３により検出する。そして、一方の障害物１９ａに車体部１２が近づき過ぎると、一方の障害物１９ａから他方の障害物１９ｂの方向への仮想斥力Ｆｏｂｊ４を補助仮想斥力算出部５４により算出し、合力算出部１７を介して、制御部１８により、電動車椅子５１を障害物１９ａと障害物１９ｂとの間の中心位置へ向けて誘導する。ここで、誘導するとは、前述の仮想斥力を算出することで、電動車椅子５１の動きを制御し、電動車椅子５１の動きを誘導することである。このように誘導することで、電動車椅子５１は、更に安全に２つの障害物１９ａと１９ｂとの間を通過することができる。
【００７７】
通路判断部５３は、車体部１２から操作方向に広がった障害物センサ領域２０の縁部までの大略扇形の領域を通路検知領域５２として生成する。通路判断部５３は、通路検知領域５２内に存在する障害物が少なくとも２つあり、その２つの障害物１９ａ、１９ｂの間にサーチ領域２１が設定された場合、２つの障害物１９ａ、１９ｂの間の領域を誘導すべき通路であると通路判断部５３で判断する。具体的には、通路検知領域５２内に２つの障害物１９ａ、１９ｂがあることを検出した後、操作部１３からの操作方向の情報に基づくサーチ領域２１が、その２つの障害物１９ａ、１９ｂの間に設定された場合に、誘導すべき通路であると判断する。電動車椅子５１を誘導するために、補助仮想斥力算出部５４は、２つの障害物１９ａ、１９ｂの間の中心からのサーチ領域２１のずれた大きさに基づいて、補助仮想斥力Ｆｏｂｊ４を算出する。操作者が認識している障害物に対して、このような誘導動作を行うために、通路検知領域５２は、操作方向を中心にそれぞれ左右に４５°広がった領域として、通路判断部５３で設定されている。ここで、通路検知領域５２を左右４５°以内としたのは、左右４５°以内が人間の注視安定視野であり、操作者が頭部の運動を伴うことで、無理をせずに対象（障害物）を注視可能であると考えたためである。また、補助仮想斥力Ｆｏｂｊ４は、障害物までの距離に反比例し、かつ、２つの障害物に対してそれぞれ生成される障害物と反対方向に作用する仮想斥力を設定し、この２つの仮想斥力の操作方向に対する垂直方向成分を合成した合力である。すなわち、この補助仮想斥力は、操作方向に対する垂直方向にしか作用しないため、電動車椅子５１の移動方向の垂直方向への誘導動作のみが行われる。これにより、操作者が指示した操作方向への移動動作を妨げることなく、２つの障害物１９ａ、１９ｂ間での電動車椅子５１の誘導動作を行うことができる。合力算出部１７は、補助仮想斥力の操作力の方向に対する垂直方向成分と、操作力との合成によって、合力を算出する。制御部１８は、合力算出部１７で算出された合力の方向へ車体部１２が移動するように、駆動源７０をそれぞれ制御する。ここで、補助仮想斥力とは、少なくとも１つの障害物に対して生成される仮想斥力を基に補助仮想斥力算出部５４で算出されたものである。
【００７８】
図６Ａに示すように、通路検知領域５２内に２つの障害物１９ａ、１９ｂがあることを検出した後、操作部１３からの操作方向の情報に基づくサーチ領域２１が、その２つの障害物１９ａ、１９ｂの間に設定されるとともに障害物１９ａ側に近い場合がある。すなわち、障害物１９ａと障害物１９ｂとの間を電動車椅子５１が通過する際、サーチ領域２１に対して、電動車椅子５１が一方の障害物１９ａ側に近い場合がある。電動車椅子５１が一方の障害物１９ａ側に近いか否かは、障害物との距離に応じて生成される仮想斥力の合力を算出し、近い方の障害物から遠い方の障害物の方向に生成された仮想斥力の合力の向きから判断することができる。この場合は、一方の障害物１９ａから他方の障害物１９ｂの方向へ、補助仮想斥力算出部５４により算出された補助仮想斥力Ｆｏｂｊ４が働く。この結果、補助仮想斥力Ｆｏｂｊ４により、サーチ領域２１の中心軸が障害物１９ａと障害物１９ｂとの中央に位置するように、補助仮想斥力算出部５４での算出結果によって誘導される。そして、障害物１９ａと障害物１９ｂの中央にサーチ領域２１の中心軸が位置すると、補助仮想斥力算出部５４による補助仮想斥力Ｆｏｂｊ４の算出は停止する。
【００７９】
なお、第４実施形態の通路判断部５３は、通路検知領域５２内に障害物が１つしかない場合、あるいは、２つ以上の障害物の間をサーチ領域２１が貫かない場合、障害物を、回避すべき障害物であると判断してもよい。この場合には、障害物を回避するために、操作方向に対して垂直方向への回避誘導のみが行われる。これにより、操作者が指示した操作方向への移動を妨げることなく、回避誘導動作を行うことができる。また、図６Ａに示すように、通路検知領域５２を、サーチ領域２１よりも幅及び長さの少なくとも一方が大きい領域として通路判断部５３で設定してもよい。この場合には、サーチ領域２１を除く通路検知領域５２に存在する障害物に対して、誘導あるいは回避誘導が行われる。
【００８０】
なお、この第４実施形態と第１実施形態の変形例である図１Ｃとを組み合わせる場合には、合成速度算出部１７Ａは、仮想回避速度の操作速度の方向の垂直方向成分と、操作速度との合成によって、合成速度を算出する。ここで、仮想回避速度は、少なくとも１つの障害物に対して生成される。制御部１８は、合成速度算出部１７Ａで算出された合成速度の方向へ電動車椅子５１が移動するように制御する。
【００８１】
（第５実施形態）
図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の第５実施形態における電動車椅子６１を示す図である。図７Ａは、障害物６３に接近する電動車椅子６１を示す図であり、図７Ｂは、操作部及び制御部などのブロック図である。
【００８２】
第５実施形態の電動車椅子６１は、第１実施形態の電動車椅子１１の制御回路部２７に代えて制御回路部６７を設けている。制御回路部６７は、制御回路部２７の構成に加え、操作意図判断部６２を設けている。操作意図判断部６２により、操作者が意図的に障害物６３に近づこうとした場合、仮想斥力算出部１６で算出された仮想斥力の合力算出部１７での使用を制限して、電動車椅子６１が障害物に近づけるようにしている。
【００８３】
例えば、目標物体として、荷棚、机、又は、ベッド等を考える。この目標物体へ、第１実施形態の電動車椅子１１で意図的に近づこうとした場合でも、前述のように車体部１２の操作方向における全ての物体に対して仮想斥力が発生する構成では、目標物体に近づくことができない。つまり、第１実施形態の電動車椅子１１では、どのような物体に対しても近づかない安全な設定になっているので、荷棚、机、又は、ベッド等に近づくことができない。このように、第１実施形態の電動車椅子１１では、日常生活を行うのに不便な場合がある。
【００８４】
そこで、第５実施形態の電動車椅子６１は、操作者が意図的に障害物６３へ近づこうとしているならば、電動車椅子６１を障害物へ近づけるように構成している。そして、第５実施形態の電動車椅子６１では、仮想斥力Ｆｏｂｊの方向と操作力Ｆｏｐｅの方向が所定の時間の間、略正反対であると、操作意図判断部６２が、操作者が意図的に障害物６３へ近づこうとしていると判断する。この場合、制御部１８の制御に基づいて、移動速度を制限するとともに、障害物方向への電動車椅子６１の移動を許可する。
【００８５】
操作意図判断部６２は、仮想斥力の方向と操作方向とを比較し、仮想斥力の方向と操作方向が所定の時間の間だけ略正反対の場合、車体部１２の移動の制御を変更する。具体的には、操作意図判断部６２は、所定の時間の間だけ、操作部１３からの操作力Ｆｏｐｅの方向と、仮想斥力算出部１６からの仮想斥力Ｆｏｂｊの１８０°反対方向とのなす角が３０°以内の場合は、操作者が意図的に障害物６３へ近づいていると判断して、仮想斥力算出部１６で行われる仮想斥力の大きさを制限し、障害物方向への移動を許可する。この移動を許可する角度として、人間が眼球運動だけで対象を捉え、目的とする対象を受容することができる有効視野角に合わせて、３０°の角度範囲に設定している。なお、この移動を許可する角度は、許可された操作者の操作の慣れ又は使い勝手によって任意に設定することも可能である。
【００８６】
よって、操作者が意図的に障害物６３へ近づいていると操作意図判断部６２で判断すれば、仮想斥力Ｆｏｂｊの大きさは操作意図判断部６２で制限され、制御部１８の制御の下に電動車椅子６１は障害物６３へ近づくことができる。
【００８７】
なお、操作意図判断部６２は、操作者が意図的に障害物６３へ近づいていると判断した場合には、仮想斥力算出部１６で行われる仮想斥力の算出を停止し、移動速度を制限して障害物６３への移動を許可してもよい。
【００８８】
また、操作意図判断部６２で操作者の意図と判断するための条件として、所定の時間の間だけ操作力Ｆｏｐｅの方向と仮想斥力Ｆｏｂｊの１８０°反対方向とのなす角が３０°以内としているが、この所定の時間とは例えば１秒より大きくすることが好ましい。ここで１秒より大きくしたのは、操作者の操作入力部２５の誤操作で操作力Ｆｏｐｅの方向と仮想斥力Ｆｏｂｊの１８０°反対方向とのなす角が３０°以内が成立した場合でも、誤操作に気づいてすぐに操作力Ｆｏｐｅの方向を修正する時間を約１秒としているためである。そのため、１秒より長い時間として、所定の時間を設定している。
【００８９】
また、操作スイッチを設けて、操作者が操作スイッチを押している間は、仮想斥力の大きさを制限し（あるいは、仮想斥力の算出を停止し）、電動車椅子６１の移動速度を制限して障害物方向への移動を許可してもよい。両手が不自由なく使用できる操作者であれば、操作スイッチを設ける構成でもよい。片手しか使用できない操作者であれば、操作意図判断部６２により、操作者の意図を判断する必要がある。
【００９０】
なお、この第５実施形態と第１実施形態の変形例である図１Ｃとを組み合わせる場合には、操作意図判断部６２は、仮想回避速度の方向と操作方向とを比較し、仮想回避速度の方向と操作方向が所定の時間の間だけ略正反対の場合、車体部１２の移動の制御を変更する。具体的には、操作意図判断部６２は、仮想回避速度の１８０°反対方向と操作方向のなす角が所定の時間だけ３０°以内である場合、車体部１２の移動の制御を変更する。
【００９１】
なお、上記様々な実施形態又は変型例のうちの任意の実施形態又は変型例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明にかかる電動車両及びその制御方法によれば、障害物と障害物との間をスムーズに通過することができ、実用性の高い操作を実現することができる。そのため、電動車車椅子、又は、パワーアシスト台車、又は、買い物カートなどの操作者の操作に基づいて動作する電動車両及びその制御方法として有用である。
【符号の説明】
【００９３】
１１，３１，４１，５１，６１ 電動車椅子
１２ 車体部
１３ 操作部
１４ 障害物センサ
１５ 障害物判断部
１６ 仮想斥力算出部
１７ 合力算出部
１８ 制御部
１９ａ，１９ｂ，４４，６３ 障害物
２０ 障害物センサ領域
２１ サーチ領域
２５ 操作入力部
２６ 操作力推測部
２７，３７，４７，５７，６７ 制御回路部
３２ 動的障害物
３３ 動的障害物判断部
３４，４３，５４ 補助仮想斥力算出部
３５ 動的障害物サーチ領域
４２ 衝突判断部
４５ バンパー領域
５２ 通路検知領域
５３ 通路判断部
６２ 操作意図判断部
７０ 駆動源
７０Ｅ エンコーダ
７１ 車輪
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体部と、
入力された操作の操作方向を検出する操作部と、
前記車体部の周辺にある障害物を検出する障害物センサと、
前記車体部より前記操作方向へ延びた領域をサーチ領域として生成し、前記障害物センサで検出される障害物のうち、前記サーチ領域内に存在する障害物を、回避すべき障害物として判断する障害物判断部と、
前記障害物判断部で判断された前記回避すべき障害物を回避するように前記車体部の移動を制御する制御部と、を備える、
電動車両。
【請求項２】
前記操作部は、入力された操作の前記操作方向及び操作量を検出し、
前記障害物判断部は、前記操作量の大きさ、又は、前記操作方向及び操作量から算出された操作力の大きさに応じて、前記サーチ領域の形状を変える、
請求項１に記載の電動車両。
【請求項３】
前記障害物判断部は、前記車体部より前記操作方向に延びて、前記車体部の幅と略等しい領域を前記サーチ領域と生成する、
請求項１又は２に記載の電動車両。
【請求項４】
前記障害物判断部で判断された前記障害物から離れるための仮想斥力を算出する仮想斥力算出部と、
入力された操作の前記操作方向及び操作量から算出された操作力と前記仮想斥力との合力を算出する合力算出部と、を備え、
前記制御部は、前記合力の方向へ移動するように前記車体部の移動を制御する、
請求項１又は２に記載の電動車両。
【請求項５】
前記合力算出部は、前記仮想斥力の前記操作力の方向に垂直な方向の成分と、前記操作力との合成によって前記合力を算出する、
請求項４に記載の電動車両。
【請求項６】
前記障害物判断部で判断された前記障害物から離れるための仮想回避速度を算出する仮想回避速度算出部と、
入力された操作の操作方向及び操作量から算出された操作速度と、前記仮想回避速度との合成速度を算出する合成速度算出部と、を備え、
前記制御部は、前記合成速度の方向へ移動するように前記車体部の移動を制御する、
請求項１又は２に記載の電動車両。
【請求項７】
前記合成速度算出部は、前記仮想回避速度の前記操作速度の方向に垂直な方向の成分と、前記操作速度との合成によって前記合成速度を算出する、
請求項６に記載の電動車両。
【請求項８】
前記車体部の周囲を動的障害物サーチ領域とし、前記動的障害物サーチ領域内に存在する動的障害物を、回避すべき障害物と判断する動的障害物判断部をさらに備え、
前記制御部は、前記動的障害物判断部で、前記回避すべきと判断された前記障害物を回避するように前記車体部の移動を制御する、
請求項１又は２に記載の電動車両。
【請求項９】
前記サーチ領域を除く前記車体部の周縁部をバンパー領域とし、前記バンパー領域内に存在する障害物を、回避すべき障害物と判断する衝突判断部をさらに備え、
前記制御部は、前記衝突判断部で、前記回避すべきと判断された前記障害物を回避するように前記車体部の移動を制御する、
請求項１又は２に記載の電動車両。
【請求項１０】
前記サーチ領域を除く前記車体部から前記操作方向に広がった領域を通路検知領域とし、前記通路検知領域内に存在する２つの障害物の間に前記サーチ領域が生成される場合、前記２つの障害物の間を、前記車体部を誘導すべき通路であると判断する通路判断部をさらに備え、
前記制御部は、前記通路判断部で、前記誘導すべき通路と判断された前記通路の中央を通過するように前記車体部の移動を制御する、
請求項１又は２に記載の電動車両。
【請求項１１】
前記サーチ領域を除く前記車体部から前記操作方向に広がった領域を通路検知領域とし、前記通路検知領域内に２つの障害物が検出されかつ前記２つの障害物の間に前記サーチ領域が生成される場合、前記２つの障害物の間を、前記車体部を誘導すべき通路であると判断する通路判断部をさらに備え、
前記合力算出部は、前記２つの障害物に対してそれぞれ生成される仮想斥力の前記操作力の方向に対する垂直方向成分と、前記操作力との合成によって前記合力を算出する、
請求項４に記載の電動車両。
【請求項１２】
前記サーチ領域を除く前記車体部から前記操作方向に広がった領域を通路検知領域とし、前記通路検知領域内に２つの障害物が検出されかつ前記２つの障害物の間に前記サーチ領域が生成される場合、前記２つの障害物の間を、前記車体部を誘導すべき通路であると判断する通路判断部をさらに備え、
前記合成速度算出部は、前記２つの障害物に対してそれぞれ生成される前記仮想回避速度の前記操作速度の方向の垂直方向成分と、前記操作速度との合成によって前記合成速度を算出する、
請求項６に記載の電動車両。
【請求項１３】
前記サーチ領域を除く前記車体部から前記操作方向に広がった領域を通路検知領域とし、前記通路検知領域内に存在する障害物を、回避すべき障害物であると判断する通路判断部をさらに備え、
前記合力算出部は、前記通路検知領域内に存在する障害物に対して生成される仮想斥力の前記操作力の方向に対する垂直方向成分と、前記操作力との合成によって前記合力を算出する、
請求項４に記載の電動車両。
【請求項１４】
前記サーチ領域を除く前記車体部から前記操作方向に広がった領域を通路検知領域とし、前記通路検知領域内に存在する障害物を、回避すべき障害物であると判断する通路判断部をさらに備え、
前記合成速度算出部は、前記通路検知領域内に存在する障害物に対して生成される前記仮想回避速度の前記操作速度の方向の垂直方向成分と、前記操作速度との合成によって前記合成速度を算出する、
請求項６に記載の電動車両。
【請求項１５】
前記通路検知領域は、前記車体部から前記操作方向を中心として左右４５°ずつ広がった領域である、
請求項１０に記載の電動車両。
【請求項１６】
前記通路検知領域は、前記サーチ領域よりも幅、あるいは、幅及び長さが大きい領域である、
請求項１０に記載の電動車両。
【請求項１７】
前記仮想斥力の方向と前記操作方向とを比較し、前記仮想斥力の方向と前記操作方向が所定の時間の間だけ略正反対の場合、前記車体部の移動の制御を変更する操作意図判断部を備える、
請求項４に記載の電動車両。
【請求項１８】
前記操作意図判断部は、前記仮想斥力の１８０°反対方向と前記操作方向のなす角が所定の時間の間だけ３０°以内である場合、前記車体部の移動の制御を変更する、
請求項１７に記載の電動車両。
【請求項１９】
前記仮想回避速度の方向と前記操作方向とを比較し、前記仮想回避速度の方向と前記操作方向が所定の時間の間だけ略正反対の場合、前記車体部の移動の制御を変更する操作意図判断部を備える、
請求項６に記載の電動車両。
【請求項２０】
前記操作意図判断部は、前記仮想回避速度の１８０°反対方向と前記操作方向のなす角が所定の時間だけ３０°以内である場合、前記車体部の移動の制御を変更する、
請求項１９に記載の電動車両。
【請求項２１】
障害物センサと操作部とを有する電動車両の制御方法であって、
前記障害物センサで車体部の周辺を検出し、
前記操作部に入力された操作の操作方向を前記操作部で検出し、
前記車体部から前記操作方向へ延びた領域をサーチ領域として障害物判断部で生成し、前記障害物センサで検出された障害物のうち、前記サーチ領域内に存在する障害物を、回避すべき障害物として前記障害物判断部で判断し、
前記障害物判断ステップで前記サーチ領域内に前記障害物があると前記障害物判断部で判断されると、前記障害物に回避するように前記車体部の移動を制御する、
電動車両の制御方法。
【請求項１】
車体部と、
入力された操作の操作方向を検出する操作部と、
前記車体部の周辺にある障害物を検出する障害物センサと、
前記車体部より前記操作方向へ延びた領域をサーチ領域として生成し、前記障害物センサで検出される障害物のうち、前記サーチ領域内に存在する障害物を、回避すべき障害物として判断する障害物判断部と、
前記障害物判断部で判断された前記回避すべき障害物を回避するように前記車体部の移動を制御する制御部と、を備える、
電動車両。
【請求項２】
前記操作部は、入力された操作の前記操作方向及び操作量を検出し、
前記障害物判断部は、前記操作量の大きさ、又は、前記操作方向及び操作量から算出された操作力の大きさに応じて、前記サーチ領域の形状を変える、
請求項１に記載の電動車両。
【請求項３】
前記障害物判断部は、前記車体部より前記操作方向に延びて、前記車体部の幅と略等しい領域を前記サーチ領域と生成する、
請求項１又は２に記載の電動車両。
【請求項４】
前記障害物判断部で判断された前記障害物から離れるための仮想斥力を算出する仮想斥力算出部と、
入力された操作の前記操作方向及び操作量から算出された操作力と前記仮想斥力との合力を算出する合力算出部と、を備え、
前記制御部は、前記合力の方向へ移動するように前記車体部の移動を制御する、
請求項１又は２に記載の電動車両。
【請求項５】
前記合力算出部は、前記仮想斥力の前記操作力の方向に垂直な方向の成分と、前記操作力との合成によって前記合力を算出する、
請求項４に記載の電動車両。
【請求項６】
前記障害物判断部で判断された前記障害物から離れるための仮想回避速度を算出する仮想回避速度算出部と、
入力された操作の操作方向及び操作量から算出された操作速度と、前記仮想回避速度との合成速度を算出する合成速度算出部と、を備え、
前記制御部は、前記合成速度の方向へ移動するように前記車体部の移動を制御する、
請求項１又は２に記載の電動車両。
【請求項７】
前記合成速度算出部は、前記仮想回避速度の前記操作速度の方向に垂直な方向の成分と、前記操作速度との合成によって前記合成速度を算出する、
請求項６に記載の電動車両。
【請求項８】
前記車体部の周囲を動的障害物サーチ領域とし、前記動的障害物サーチ領域内に存在する動的障害物を、回避すべき障害物と判断する動的障害物判断部をさらに備え、
前記制御部は、前記動的障害物判断部で、前記回避すべきと判断された前記障害物を回避するように前記車体部の移動を制御する、
請求項１又は２に記載の電動車両。
【請求項９】
前記サーチ領域を除く前記車体部の周縁部をバンパー領域とし、前記バンパー領域内に存在する障害物を、回避すべき障害物と判断する衝突判断部をさらに備え、
前記制御部は、前記衝突判断部で、前記回避すべきと判断された前記障害物を回避するように前記車体部の移動を制御する、
請求項１又は２に記載の電動車両。
【請求項１０】
前記サーチ領域を除く前記車体部から前記操作方向に広がった領域を通路検知領域とし、前記通路検知領域内に存在する２つの障害物の間に前記サーチ領域が生成される場合、前記２つの障害物の間を、前記車体部を誘導すべき通路であると判断する通路判断部をさらに備え、
前記制御部は、前記通路判断部で、前記誘導すべき通路と判断された前記通路の中央を通過するように前記車体部の移動を制御する、
請求項１又は２に記載の電動車両。
【請求項１１】
前記サーチ領域を除く前記車体部から前記操作方向に広がった領域を通路検知領域とし、前記通路検知領域内に２つの障害物が検出されかつ前記２つの障害物の間に前記サーチ領域が生成される場合、前記２つの障害物の間を、前記車体部を誘導すべき通路であると判断する通路判断部をさらに備え、
前記合力算出部は、前記２つの障害物に対してそれぞれ生成される仮想斥力の前記操作力の方向に対する垂直方向成分と、前記操作力との合成によって前記合力を算出する、
請求項４に記載の電動車両。
【請求項１２】
前記サーチ領域を除く前記車体部から前記操作方向に広がった領域を通路検知領域とし、前記通路検知領域内に２つの障害物が検出されかつ前記２つの障害物の間に前記サーチ領域が生成される場合、前記２つの障害物の間を、前記車体部を誘導すべき通路であると判断する通路判断部をさらに備え、
前記合成速度算出部は、前記２つの障害物に対してそれぞれ生成される前記仮想回避速度の前記操作速度の方向の垂直方向成分と、前記操作速度との合成によって前記合成速度を算出する、
請求項６に記載の電動車両。
【請求項１３】
前記サーチ領域を除く前記車体部から前記操作方向に広がった領域を通路検知領域とし、前記通路検知領域内に存在する障害物を、回避すべき障害物であると判断する通路判断部をさらに備え、
前記合力算出部は、前記通路検知領域内に存在する障害物に対して生成される仮想斥力の前記操作力の方向に対する垂直方向成分と、前記操作力との合成によって前記合力を算出する、
請求項４に記載の電動車両。
【請求項１４】
前記サーチ領域を除く前記車体部から前記操作方向に広がった領域を通路検知領域とし、前記通路検知領域内に存在する障害物を、回避すべき障害物であると判断する通路判断部をさらに備え、
前記合成速度算出部は、前記通路検知領域内に存在する障害物に対して生成される前記仮想回避速度の前記操作速度の方向の垂直方向成分と、前記操作速度との合成によって前記合成速度を算出する、
請求項６に記載の電動車両。
【請求項１５】
前記通路検知領域は、前記車体部から前記操作方向を中心として左右４５°ずつ広がった領域である、
請求項１０に記載の電動車両。
【請求項１６】
前記通路検知領域は、前記サーチ領域よりも幅、あるいは、幅及び長さが大きい領域である、
請求項１０に記載の電動車両。
【請求項１７】
前記仮想斥力の方向と前記操作方向とを比較し、前記仮想斥力の方向と前記操作方向が所定の時間の間だけ略正反対の場合、前記車体部の移動の制御を変更する操作意図判断部を備える、
請求項４に記載の電動車両。
【請求項１８】
前記操作意図判断部は、前記仮想斥力の１８０°反対方向と前記操作方向のなす角が所定の時間の間だけ３０°以内である場合、前記車体部の移動の制御を変更する、
請求項１７に記載の電動車両。
【請求項１９】
前記仮想回避速度の方向と前記操作方向とを比較し、前記仮想回避速度の方向と前記操作方向が所定の時間の間だけ略正反対の場合、前記車体部の移動の制御を変更する操作意図判断部を備える、
請求項６に記載の電動車両。
【請求項２０】
前記操作意図判断部は、前記仮想回避速度の１８０°反対方向と前記操作方向のなす角が所定の時間だけ３０°以内である場合、前記車体部の移動の制御を変更する、
請求項１９に記載の電動車両。
【請求項２１】
障害物センサと操作部とを有する電動車両の制御方法であって、
前記障害物センサで車体部の周辺を検出し、
前記操作部に入力された操作の操作方向を前記操作部で検出し、
前記車体部から前記操作方向へ延びた領域をサーチ領域として障害物判断部で生成し、前記障害物センサで検出された障害物のうち、前記サーチ領域内に存在する障害物を、回避すべき障害物として前記障害物判断部で判断し、
前記障害物判断ステップで前記サーチ領域内に前記障害物があると前記障害物判断部で判断されると、前記障害物に回避するように前記車体部の移動を制御する、
電動車両の制御方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１０６７２２（Ｐ２０１２−１０６７２２Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０２８９９（Ｐ２０１１−２０２８９９）
【出願日】平成２３年９月１６日（２０１１．９．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２２年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「生活支援ロボット実用化プロジェクト」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１６日（２０１１．９．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２２年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「生活支援ロボット実用化プロジェクト」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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