JP2000211519A - 補助動力付き運搬車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 補助動力付き運搬車の積載重量の変化による
手押し力への影響を軽減する。 【解決手段】 補助動力付き運搬車（台車）１の荷台３
とベース２の間に感圧センサーを使用した荷重センサー
１５とばね１６、案内具１７を設け、荷重センサー１５
によって荷台３上の積載重量を測定する。ハンドル６内
部の人力検知センサーで＋ｅ、−ｅ方向の操作者のハン
ドル６に加わる力を検知し、積載重量に従って、あらか
じめ制御部１４で算出された台車の最高速度、加速率等
に基づき、駆動モータ９、無段変速機１０を制御して駆
動車輪１１を回転駆動して人力の補助とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は操作者が運搬車を押
す力を検知して補助動力により附勢する補助動力付き運
搬車に関し、特に積載重量を計測して運搬車を附勢する
補助動力を制御する補助動力付きの運搬車に係わる。

【０００２】

【従来の技術】補助動力付きの運搬車で単に操作者が補
助動力の入り切りを行い、或いはレバーを引いて補助動
力の量をコントロールするものは従来から存在した。ま
た左右２台の駆動車輪、駆動モータ、制御部等を備えて
操作者が握るハンドルから左右別々のセンサー出力を取
り出し、駆動車輪の速度をコントロールしようとする提
案は、例えば、特願平８−３２６４５等の文献に見いだ
される。

【０００３】その１例を図１０によって説明する。図１
０（ａ）は運搬車の斜視図であり、図１０（ｂ）はハン
ドル６４下部に設けられた感圧センサー部の詳細であ
る。図中荷物を乗せる荷台６１は下部に左駆動車輪６
２、右駆動車輪６３、駆動車輪を回転駆動する左駆動モ
ータ７０、右駆動モータ７１、駆動モータの回転を制御
する左駆動制御部６７、右駆動制御部６８、動力源であ
るバッテリー６９を収容している。ハンドル６４の右端
部を示す図１０（ｂ）に見られるように、荷台６４の手
前に取り付けたハンドル６４のコの字状に形成された先
端部は荷台６１を支える柱から伸びた支点にピン７２が
貫通して支えられている。

【０００４】したがって、ハンドル６４を操作者が押す
と、ハンドル６４は制限板７５の楕円溝内でピン７２を
支点として揺動し、手を離せばばね７４に附勢されて中
立点に戻るようになされている。ハンドル６４の変位は
制限板７５の下に配置された感圧センサーであるロード
セル７３によって検出される。同様な機構がハンドル６
４の左端部にもあって、左右のロードセル７３の出力を
別々に取り出して左または右の駆動部６７または６８に
加えることにより左駆動車輪６２は左のロードセルの出
力、右駆動車輪６３は右のロードセルの出力に応じた回
転を与えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような、補助動力
付き運搬車は、ハンドル６４を押すことによって運搬車
を軽い労力で運転することができるが、運搬車を発進さ
せるために要するハンドルを押す力は荷台に積載された
重量により異なってくるため、例えば、積載荷重が増加
するに従い、運搬車が発進するときにハンドルを強く押
す必要があり、また積載荷重が小さいときは運搬車が速
く走り過ぎるという問題がある。すなわち、運搬車の駆
動の補助をしたい出発時に、積載荷重によってハンドル
を押す力を加減する必要があるため、操作性が良くない
という問題がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような問題点を解決
するために、本発明は積載重量を検出する荷重センサー
と該荷重センサーの出力により補助駆動部の駆動力をコ
ントロールする制御手段とを備え、算出された前記荷重
センサーの検出値に基づいて前記制御手段の出力特性が
変化するようにしたことを特徴とする補助動力付き運搬
車を提供する。

【０００７】また、本発明は、前記制御手段は前記運搬
車の走行速度、加速率が前記運搬車の積載重量に応用し
て変化するように設定したことを特徴とする補助動力付
き運搬車を提供し、また、前記荷重センサーに感圧抵抗
素子を使用した補助動力付き運搬車も提案する。さら
に、本発明の補助動力付き運搬車の前記補助駆動部はバ
ッテリー駆動用のモータと、変速手段及び少なくとも１
個の駆動車輪を持つものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の補助動力付き運搬車（以
降台車と略称する）１の実施の形態を図１乃至図３で説
明する。図１は台車の投影図であって、図１（ａ）は台
車を押す人が立つ位置から見た正面図、図１（ｂ）は側
面図、図１（ｃ）は地面側から台車の底部を見た底面図
である。図２（ａ）は台車全体の斜視図であり、図２
（ｂ）はベース２の底面に取り付けられた補助駆動部８
の斜視図である。実施の形態として説明するのは、主に
工場等で使用される荷物運搬用の台車であるが、本発明
の補助動力付き運搬車は、車椅子等の介護用の対人運搬
装置などにも広く応用可能である。

【０００９】図１で台車１は例えば金属板で作られた長
方形の浅い皿状のベース２の前方下側に一対の固定キャ
スタ４を、後方下側に一対の自在キャスタ５を取り付け
ている。ここで固定キャスタ４はベース２に対してキャ
スタ車輪を支持する車軸の向く方向が不変であり、自在
キャスタ５はこの車軸の向く方向が外力によって任意の
方向に変更可能である。ベース２の後方に一対の支柱７
がほぼ垂直に固定され、上端のハンドル支持具７ａを介
してハンドル６が水平に設けられている。このハンドル
支持具７ａは支柱７と一体に固定されている。

【００１０】補助駆動部８は駆動部ベース１２がベース
２の下面に固定され、駆動部ベース１２に駆動モータ９
が釣下げられて固定され、駆動車輪１１が駆動部ベース
１２に固着された駆動車輪軸受１２ａによって回転自在
に支持されている。駆動モータ９と駆動車輪１１は直結
して駆動することもできるが、本例の場合はたとえばＶ
ベルトと直径可変のＶプーリを備えた無段変速機１０を
介して駆動車輪１１を前進又は後進方向に回転させるよ
うにしている。駆動モータ９は通常は、減速歯車を内蔵
し、無段変速機１０の減速比と併せて最適の速度が得ら
れるようになされている。また、ハンドル６に進行方向
と逆の方向に力を加えれば、駆動モータ９が逆転してブ
レーキとして作用するようにしている。さらに、前進
（＋ｅ方向）だけでなく、台車を（−ｅ方向に）後進さ
せた場合にも有効に補助動力が働く。また、前進と後進
で制御レベルを変更することも可能である。

【００１１】台車１で搬送される荷物を積載する長方形
の板状の荷台３がベース２の上に配置されている。荷台
３とベース２の間には少なくとも荷重センサー１５を設
け、必要に応じてばね１６および案内具１７が置かれて
荷台３に積載された荷物の重量を検知するようになされ
ている。これらの詳細説明は後述する。ベース２の下側
には補助駆動部の動力源であるバッテリー１３が収納さ
れている。

【００１２】構造の詳細は後に説明するが、ハンドル６
の内部に人力検知センサーが組込まれ、操作者がハンド
ル６を握って押し引きする力の＋ｅ又は−ｅ方向の成分
を検出する。したがって、操作者が図１（ｂ）の左側か
らハンドル６を両手で握り、台車を＋ｅ方向に向かって
押すのが通常の前進となる。このように、この台車は荷
台３に積載された荷物の重量を検知する荷重センサーと
操作者がハンドル６を押し引きする力を検知する人力検
知センサーの２種類の感圧センサーを備えており、以下
のように運転制御を行うことができる。

【００１３】図３（ａ）は本台車１を駆動するモータ９
の回転制御系のブロック図を示し、図３（ｂ）はハンド
ル６に一定の力を加えたときに変化する運搬車の走行速
度の変化を示す。従来は適正な走行状態（例えば）に
対して、積載荷重の大小により、などの走行状態に
なっていた。この台車で移送する荷物が荷台３に積載さ
れると、その重量が荷重センサー１５の出力として制御
部１４の内部の駆動情報算出部４１に加えられる。荷重
センサーの出力は、前記図３（ｂ）に示した走行速度が
荷重にかかわらず一定の速度特性となるように駆動情
報を算出する係数として入力される。そしてこの駆動情
報が無段変速機１０に供給されて、スタート時の台車の
加速特性を制御すると共に、コントローラ４３、ドライ
バ４４を介してモータＭを制御（ＰＷＭ制御）する。駆
動車輪１１に付随した速度検出センサ−４２により台車
の速度検出をし、コントローラ４３にフィードバックさ
れることによって一定速度以上とならないようなサーボ
系を構築する。このようにしてハンドルに加わる操作者
の力のみで、台車に搭載された荷重の大小にかかわら
ず、一定の走行特性が得られるようにしている。すなわ
ち、従来はハンドル６に加わる力と走行速度の関係は図
３（ｂ）に示すように積載重量の大、中、小により変化
していたが、重量センサを設けて台車の駆動制御を行う
本発明では重量の大小にかかわらず、例えばで示すよ
うな速度特性で台車を操縦することができる。スタート
時の台車の加速特性を設定する変速機１０の変速比は３
段階程度で良い場合が多いが、無段変速機の利点を生か
して無段階とすると速度特性を厳密に維持できる。ま
た、この変速機を省略してモータ制御のみで加速制御を
行うようにしても良い。

【００１４】図１では台車１は前方に一対の固定キャス
タを持ち、その間に駆動車輪１１があるとして説明した
が左右いずれかの固定キャスタの位置に駆動車輪を置
き、片側１輪の駆動としても何等支障は起きない。使用
目的によっては固定キャスタを取り去り、駆動車輪１輪
と一対の回転キャスタの３点支持が有利なこともある。
同様に加速率を可変とするのに独立した無段変速機を使
用しなくても、制御部１４内の駆動情報算出部で電気的
に加速率を変化させ駆動モータ９の制御の一部として電
気的に加速率を変化させることも可能である。また、以
上の説明では、積載荷重の影響を完全に取り去り、常に
最適の一定の加速率と上限速度にしているが、操作者が
積み荷の重量をある程度自覚するように、積載荷重によ
ってハンドルの重さが多少変化するように制御してもよ
い。

【００１５】荷重センサーの具体的な構成例を図４を参
照して説明する。図４（ａ）は台車１のベース２の斜視
図で、荷台３を透視して荷重センサー１５、ばね１６お
よび案内具１７の配置を示している。図４（ｂ）はベー
ス２の平面図で、やはり荷台３を透視して描いている。
荷台３の自重と積載された荷物の重量は、たとえば３個
のばね１６で支えられる。ばね１６の上端は荷台３に、
下端はベース２にそれぞれ固定されている。案内具１７
はベース２に固定された円筒に上端を荷台３に固定され
た円柱が係合して垂直方向に摺動して、荷台３の垂直方
向以外の運動を拘束する。

【００１６】荷重センサー１５の詳細が図５（ａ）に示
されている。ベース２の上面には感圧センサー１５ａが
取り付けられている。センサーの１例として、感圧抵抗
素子がプリントされている感圧導電性高分子膜のフィル
ムを使っており、このフィルム面に加えられる力が増加
するにしたがい電気抵抗が減少する特性を利用してフィ
ルム面に２個の電極を設け、この電極からリード線１５
ｃを引き出して電極間の抵抗値を測定するようにしたも
のである。用途により種々の大きさがあるが、センサー
の幅Ｂが１５ｍｍ程度、厚さ０．２乃至１ｍｍ位、長さ
Ｌは２００ｍｍ前後、感圧エリア１５ｂの径が９．５ｍ
ｍ位が一般的である。

【００１７】加圧棒１５ｄは上端が荷台３に固定され、
下端に取り付けられた緩衝材１５ｅを介して感圧エリア
１５ｂに圧力を加える。感圧エリア１５ｂにおける電気
抵抗の逆数である電導度と感圧エリア１５ｂに働く加圧
力との関係は定性的に図５（ｂ）に示すようになり、グ
ラフの中間はかなりの直線性を持っている。このような
特性を持つ感圧センサー１５ａを使用すれば、荷台３に
積載された荷物の重量は必要な精度で測定できる。図４
ではこのような荷重センサー１５を荷台３の４隅に設け
て、荷物が荷台３の片寄った箇所に積載されても誤差が
ないようになされている。それ程の精度を要しないなら
２個または中央に１個のセンサーを置いても良い。

【００１８】ハンドル６の内部に設けられた人力検知セ
ンサー２５の詳細を図６によって説明する。図６（ａ）
はハンドル６を上から投影した断面図、（ｂ）は正面の
断面図、（ｃ）は加圧棒２３の軸線で切断した断面図、
（ｄ）は人力検知センサー２５の斜視図であってハンド
ル６を取り去って内部のセンサー部分を示している。矢
印＋ｅ、−ｅは図６（ａ）、（ｃ）に共通して有効であ
り、図１の＋ｅ、−ｅと同方向を示している。ハンドル
６はたとえば金属のパイプで作られ、両端を支柱７の上
端に固定されたハンドル支持具７ａで支持されている。
操作者がハンドル６を両手で握り、台車を進めたい方向
に力を加えるとハンドル６がたわみ、その＋ｅ、−ｅ方
向のたわみ成分を人力検知センサーが検知するよう作ら
れている。

【００１９】すなわち、ハンドル６と独立して両端をハ
ンドル支持具７ａに形成された溝で支持された中梁１８
の中央部分に支持板１９が小ねじ２１で固定されてい
る。中梁１８の所定位置に感圧センサー２２が貼り付け
られている。この感圧センサー２２はたとえば、前述の
荷重センサー１５ａと同種の感圧抵抗素子を使用する。
加圧棒２３は円柱部分が支持板１９の穴に挿入されてス
ライド可能に支持され、円柱部より直径の大きい鍔部に
緩衝材２４が貼付され、この緩衝材２４が感圧センサー
２２の感圧エリアに当接している。図６の例では感圧セ
ンサー２２を４組使用している。中梁１８をハンドル６
の内部に挿入し、加圧棒２３のそれぞれをハンドル支持
具７ａで支持したときにハンドル６の内径部分で加圧棒
２３の先端を押して緩衝材２４を介して感圧センサー２
２に初圧を与えるように加圧棒２３の長さが定められて
いる。

【００２０】ハンドル支持具７ａにハンドル６の曲げモ
ーメントが働くとハンドル支持具７ａが回転し、中梁１
８がたわむ恐れがあるので、たとえばハンドル６の両端
に突出したリング状の突起環６ａを設けて曲げモーメン
トの影響を無くしても良い。２個の感圧センサー２２を
良く知られたブリッジ回路に構成して、その出力を差動
的に取り出して温度等の外界の影響を補償する為に、中
梁１８の同一箇所の表裏に感圧センサー２２を設けてい
る。また、方向変更等で左右の手の力が等しくなくて
も、ハンドル６の最大たわみの位置はハンドル中央近く
の狭い範囲にあるので２組のセンサーを中央近くに配置
すると平均して最大たわみ量を検出できる利点がある。

【００２１】ハンドル６のたわみを検知する人力検知セ
ンサーは次のような特徴がある。まず、感圧センサー２
２に初期圧を与えているので、操作者がハンドルに力を
加えれば、即座に応答して加えた力に比例した出力を得
られることであり、次にハンドルの僅かなたわみを利用
するので、操作者はハンドル自身の動きにほとんど気づ
かず、ハンドルの不自然な遊びも無くすことができる。

【００２２】方向変換も駆動モータ９の力を借りて行う
ことができる。図７、図８は本発明の方向変換用補助動
力付き運搬車３０（以下台車と呼ぶ）の実施の形態を示
す。図７はこの台車３０の投影図であって、図７（ａ）
は台車を押す人が立つ位置から見た正面図、図７１
（ｂ）は側面図、図７（ｃ）は地面側から台車の底部を
見た底面図である。図８（ａ）は台車３０全体の斜視図
であり、図２（ｂ）はベース２の底面に取り付けられた
補助駆動部８ａの斜視図である。図１〜図３等で示され
た台車１と本例の台車３０との差はハンドルで左右の手
の圧力を別々に検出する点と補助駆動部８ａの駆動車輪
１１が方向変更の際に首を振る点であり、特にこの相違
点のみを説明する。

【００２３】図７（ａ）で示すようにハンドル３５は中
央で切断され、操作者がハンドル３５に及ぼす力は左右
別々に検知される。ハンドル３５の内部に設置された感
圧センサーの構成は後述する。補助駆動部８ａは扇形状
の回転ベース３１に駆動モータ９、無段変速機１０が取
り付けられ、駆動車輪１１が回転ベース３１に固定され
た駆動車輪受け３１ａに回転支持されている。駆動モー
タ９の回転により無段変速機１０を介して駆動車輪１１
を回動するのは前例と変わらない。

【００２４】回転ベース３１はベース２に植設された支
軸３２を回転中心としてベース２の底面に平行に揺動可
能とされている。回転ベース３１の円弧部分に歯型が切
られてセクタ歯車３１ｂが形成されている。出力軸を下
に向けて舵取りモータ３４がベース２に固定され、その
出力軸に取り付けられたピニオン３３がセクタ歯車３１
ｂと噛み合っている。したがって、舵取りモータ３４が
回転すれば、その出力軸に取り付けられたピニオン３３
がセクタ歯車３１ｂを回動させ、回転ベース３１が支軸
３２を中心として揺動し、駆動車輪１１もその回転面を
変え、台車３０は進行する方向を変えることができる。

【００２５】台車３０のベース２には前方（＋ｅ方向）
に一対の自在キャスタ、後方に一対の固定キャスタが取
り付けられている。図１に示した台車１とはキャスタの
取付位置が相前後しているが、方向転換の容易なように
キャスタの種類を選んである。台車１の構成で述べたよ
うに、キャスタの必要数や無段変速機の有無等、基本構
成以外に各種の変化が許せるのは今回の台車３０も同様
である。

【００２６】図９にハンドル３５に組み込まれた人力検
知センサーの詳細を示す。図９（ａ）は上方から見たハ
ンドルの断面図で＋ｅ、−ｅの矢印方向は図７の矢印方
向に対応する。図９（ｂ）は地面に平行にハンドルを見
た断面図である。ハンドル３５と中梁１８が支柱７の上
端に取り付けられたハンドル支持具７ｂに支持されてい
る。ハンドル３５は中央で切断され、操作者の左手で掴
むハンドル３５（Ｌ）と右手で掴むハンドル３５（Ｒ）
に分けられ、それぞれハンドル支持具７ｂによって片持
ちで支持される。中央部に軟質のスペーサ３５ａを嵌め
てハンドル内部に異物が進入しないようにカバーしてい
る。中梁１８とそれに取り付けられた感圧センサー２
２、加圧棒２３、緩衝材２４、支持板１９等は図６と同
様の構成となっている。

【００２７】図９の場合はハンドル支持具７ｂはハンド
ル３５を片持ちで支持するため、ハンドル３５の回転モ
ーメントを受けるので中梁１８に回転モーメントの伝わ
らない配慮がなされている。（Ｌ）、（Ｒ）側で２個１
組の感圧センサーがブリッヂに組まれて差動的に処理さ
れ、温度変化等の外乱を打ち消している。図９（ｃ）で
示すようにＷｒとＷｌが比較されて、値の小さいＷｌが
前進の量となり、両者の差△Ｗがこの場合は左折の量と
なり制御部で処理されて舵取りモータ３４を左折方向に
回転させる。

【００２８】以上、感圧センサーとして安価に使用でき
る感圧抵抗素子を使用した例を説明したが、感圧抵抗素
子に限定する必要は無く、従来から使用されている抵抗
線歪ゲージを使用したいわゆるロードセル等の一般的な
感圧センサーでも同様な効果を挙げることができる。ま
た、ハンドルのたわみを検知する人力検知センサーも支
柱７も含んだハンドル全体の動きを検知するよう配置さ
れた感圧センサーに置き換えても良い。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の補助動力
付き運搬車は積み荷の重量を計測して駆動モータの加速
率や台車の最高速度を最適の値に設定することができ
る。したがって台車を操作する操作者は軽い荷物でも重
い積み荷でも同じ程度の力によって台車を操作する事が
できる。

【００３０】また、積み荷が軽いときでも最高速度が上
がりすぎることがなく、ブレーキも適正に掛けることが
できるので、安全性を格段に増すことができる。さら
に、操作者が積み荷の重量を幾分自覚するように、荷が
軽いときには多少軽く感じ、重い荷物はある程度の重さ
を感じさせるなどの制御も可能となる。これ等の利点は
荷物の運搬作業に効果があるだけでなく、介護用の車両
においても大きな利点となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 補助動力付き運搬車の投影図である。

【図２】 図１の台車の斜視図である。

【図３】 図１の台車のブロック図である。

【図４】 積載荷重センサー部の構造図である。

【図５】 積載荷重センサーの形状、特性を示す概念図
である。

【図６】 台車のハンドルに組み込まれた人力検知セン
サーの投影図と斜視図である。

【図７】 駆動と方向変換に補助動力を使った台車の投
影図である。

【図８】 図７の台車の斜視図である。

【図９】 左右の手の圧力を個別に検知するハンドルの
構成例である。

【図１０】 従来の補助動力付きの台車の斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ 補助動力付き運搬車（台車と略称する）、２ ベー
ス、３ 荷台、６、３５ ハンドル、８ 補助駆動部、
９ 駆動モータ、１０ 無段変速機、１１ 駆動車輪、
１４ 制御部、１５ 荷重センサー、１５ａ 感圧セン
サー、１５ｂ 加圧棒、１５ｃ 緩衝材 ２５ 人力検知センサー、３０ 方向変換用補助動力付
き運搬車、３１ 回転ベース、３４ 舵取りモータ、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D050 AA01 BB02 DD03 EE08 EE09 EE11 EE15 GG06 KK03 KK14 5H115 PG10 PI13 PU01 RB08 TB01 TO10 TO30

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 積載重量を検出する荷重センサーと、 該荷重センサーの出力により補助駆動部の駆動力をコン
   トロールする制御手段とを備え、 算出された前記荷重センサーの検出値に基づいて前記制
   御手段の出力特性が変化するようにしたことを特徴とす
   る補助動力付き運搬車。
2. 【請求項２】 前記制御手段は前記運搬車の走行速度、
   加速率が前記運搬車の積載重量に応じて変化するように
   設定したことを特徴とする請求項１に記載の補助動力付
   き運搬車。
3. 【請求項３】 前記荷重センサーに感圧抵抗素子を使用
   したことを特徴とする請求項１に記載の補助動力付き運
   搬車。
4. 【請求項４】 前記補助駆動部はバッテリー駆動用のモ
   ータと、変速手段及び少なくとも１個の駆動車輪を持つ
   ことを特徴とする請求項１に記載の補助動力付き運搬
   車。