JP2015112329A - Power assist device, walking support machine, and power assist method - Google Patents

Power assist device, walking support machine, and power assist method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power assist device capable of assisting walking with an appropriate force depending on situations of a road surface, a walking support machine, and a power assist method.SOLUTION: A power assist device includes: inclination sensors 24a and 24b that detect an angle of inclination with respect to a gravity direction of a walking support machine; operation parts 252a and 252b that operate rotation torque of a wheel of the walking support machine generating a force balanced with a force generated by gravity applied to the walking support machine by the inclination; and motor drivers 23a and 23b that make rotation torque generated by motors 22a and 22b interlocking with the wheel.

Description

この発明は、高齢者などの歩行を支援する歩行支援機並びにその歩行支援機のパワーアシスト装置及びパワーアシスト方法に関するものである。   The present invention relates to a walking support device that supports walking of an elderly person, a power assist device and a power assist method for the walking support device.

従来より、高齢者などの歩行を支援する機器として、歩行車やシルバーカーなどの歩行支援機が用いられている。また、電力によって車輪を制動するパワーアシスト機能を有する歩行車も知られている（例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３参照）。   2. Description of the Related Art Conventionally, walking assist devices such as walking cars and silver cars have been used as devices that assist walking of elderly people and the like. A walking vehicle having a power assist function that brakes a wheel with electric power is also known (see, for example, Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3).

特許文献１及び特許文献２には、走行速度が増加すると自動的に制動力が発生する制動機能を有する歩行車が開示されている。また、特許文献３には、モータで駆動する車輪を有し、走行制御操作具で走行速度等を制御する動力付歩行車が開示されている。   Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a walking vehicle having a braking function that automatically generates a braking force when the traveling speed increases. Patent Document 3 discloses a powered walking vehicle that has wheels that are driven by a motor and that controls a traveling speed and the like using a traveling control operation tool.

特開２００１−２５８１０１号公報JP 2001-258101 A 特開平１１−２９０４０５号公報JP-A-11-290405 実開平７−１１８０６号公報Japanese Utility Model Publication No.7-111806

特許文献１及び特許文献２の歩行車は、車輪に後退方向の制動力を付加するものであるが、進行方向の推進力を付加するものではなく、上り坂などで利用者の負担を軽減することができないという課題があった。一方、特許文献３の動力付歩行車は、歩行車の走行速度等を利用者自身が操作するものであり、車輪に過剰な推進力が付加される可能性があるという課題があった。
すなわち、周囲の状況に応じて適切な力で歩行支援を行うことができないという課題があった。 The walking vehicles of Patent Document 1 and Patent Document 2 add a braking force in the backward direction to the wheels, but do not add a driving force in the traveling direction, and reduce the burden on the user on an uphill or the like. There was a problem that it was not possible. On the other hand, the powered pedestrian vehicle of Patent Document 3 has a problem that the user himself / herself operates the traveling speed of the pedestrian vehicle, and there is a possibility that excessive propulsive force may be added to the wheels.
That is, there is a problem that walking support cannot be performed with an appropriate force according to the surrounding situation.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、路面の状況に応じて適切な力で歩行支援を行うことができるパワーアシスト装置、歩行支援機及びパワーアシスト方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a power assist device, a walking assist device, and a power assist method that can perform walking support with an appropriate force according to the road surface condition. The purpose is to do.

この発明のパワーアシスト装置は、歩行支援機の重力方向に対する傾きの角度を検出する傾き検出手段と、傾きによって歩行支援機に加わる重力による力とつりあう力を発生する歩行支援機の車輪の回転トルクを演算するトルク演算手段と、車輪と連動したモータに回転トルクを発生させるモータ制御手段と、を具備するものである。   The power assist device according to the present invention includes a tilt detection unit that detects an angle of inclination of the walking support machine with respect to the gravity direction, and a rotational torque of the wheels of the walking support machine that generates a balance force with the force of gravity applied to the walking support machine by the tilt. And a motor control means for generating a rotational torque in a motor interlocked with the wheel.

この発明のパワーアシスト装置、歩行支援機及びパワーアシスト方法によれば、路面の状況に応じて適切な力で歩行支援を行うことができる。   According to the power assist device, the walking assist device, and the power assist method of the present invention, the walking assist can be performed with an appropriate force according to the road surface condition.

この発明の実施の形態１の歩行車及びパワーアシスト装置の斜視図である。It is a perspective view of the walking vehicle and power assist device of Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１のパワーアシスト装置の構成図でる。It is a block diagram of the power assist apparatus of Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１のパワーアシスト装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the power assist apparatus of Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１の歩行車の傾きを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the inclination of the walking vehicle of Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態２のパワーアシスト装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the power assist apparatus of Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態２の歩行車の傾きを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the inclination of the walking vehicle of Embodiment 2 of this invention.

実施の形態１．
図１及び図２を参照して、実施の形態１の歩行車及びパワーアシスト装置について説明する。
図中、１１ａは断面が円形状又は楕円形状のパイプ等を主材として構成されたフレームである。フレーム１１ａの下端部に走行用の前輪（車輪）１２ａ及び後輪（車輪）１３ａが取り付けられており、上端部に利用者用のハンドル１４ａが取り付けられている。同様に、フレーム１１ａと対向したフレーム１１ｂの下端部に前輪１２ｂ及び後輪１３ｂが取り付けられており、上端部にハンドル１４ｂが取り付けられている。また、フレーム１１ａ及びフレーム１１ｂの中央部に支持されるように台座１５が設けられている。フレーム１１ａ，１１ｂ、前輪１２ａ，１２ｂ、後輪１３ａ，１３ｂ、ハンドル１４ａ，１４ｂ及び台座１５によって歩行車（歩行支援機）１が構成されている。 Embodiment 1 FIG.
With reference to FIG.1 and FIG.2, the walking vehicle and power assist apparatus of Embodiment 1 are demonstrated.
In the figure, reference numeral 11a denotes a frame having a pipe or the like whose cross section is circular or elliptical as a main material. A front wheel (wheel) 12a and a rear wheel (wheel) 13a for traveling are attached to the lower end portion of the frame 11a, and a user handle 14a is attached to the upper end portion. Similarly, a front wheel 12b and a rear wheel 13b are attached to the lower end of the frame 11b facing the frame 11a, and a handle 14b is attached to the upper end. Moreover, the base 15 is provided so that it may be supported by the center part of the flame | frame 11a and the flame | frame 11b. A walking vehicle (walking support machine) 1 is configured by the frames 11a and 11b, the front wheels 12a and 12b, the rear wheels 13a and 13b, the handles 14a and 14b, and the base 15.

フレーム１１ａの下端部の後輪１３ａに、モータ２２ａと図示しない基板とが設けられている。基板上に、モータ２２ａを駆動するモータドライバ（モータ制御手段）２３ａと、歩行車１の重力方向に対する傾きの角度を検出する傾斜センサ（傾き検出手段）２４ａと、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を実装した半導体集積回路又はワンチップマイコンで構成された制御部２５ａとが設けられている。モータ２２ａ、モータドライバ２３ａ、傾斜センサ２４ａ及び制御部２５ａによってパワーアシスト装置２ａが構成されている。
なお、制御部２５ａは、同様の機能を有するものであれば他の手段で構成しても良い。 A motor 22a and a substrate (not shown) are provided on the rear wheel 13a at the lower end of the frame 11a. Mounted on the substrate are a motor driver (motor control means) 23a for driving the motor 22a, an inclination sensor (inclination detection means) 24a for detecting the angle of inclination of the walking vehicle 1 with respect to the direction of gravity, and a CPU (Central Processing Unit). And a control unit 25a composed of a semiconductor integrated circuit or a one-chip microcomputer. The motor 22a, the motor driver 23a, the inclination sensor 24a, and the control unit 25a constitute a power assist device 2a.
The control unit 25a may be configured by other means as long as it has a similar function.

制御部２５ａは、傾斜センサ２４ａの検出結果を取得するセンサ値取込部２５１ａと、後輪１３ａに伝達する回転トルクを演算する演算部（演算手段）２５２ａと、モータドライバ２３ａへのトルク値の指令信号を出力するドライバ指令部２５３ａとを有している。   The control unit 25a includes a sensor value acquisition unit 251a that acquires the detection result of the inclination sensor 24a, a calculation unit (calculation unit) 252a that calculates rotational torque transmitted to the rear wheel 13a, and a torque value to the motor driver 23a. And a driver command unit 253a that outputs a command signal.

ここで、モータ２２ａは、後輪１３ａに回転トルクを伝達するように設けられている。   Here, the motor 22a is provided to transmit rotational torque to the rear wheel 13a.

フレーム１１ｂの下端部の後輪１３ｂに、パワーアシスト装置２ａと同様の構成を有するパワーアシスト装置２ｂが取り付けられている。モータ２２ｂは、後輪１３ｂに回転トルクを伝達するように設けられている。   A power assist device 2b having the same configuration as that of the power assist device 2a is attached to the rear wheel 13b of the lower end portion of the frame 11b. The motor 22b is provided to transmit rotational torque to the rear wheel 13b.

なお、後輪１３ａ，１３ｂに代えて前輪１２ａ，１２ｂにパワーアシスト装置２ａ，２ｂを取り付けたものとしても良い。また、前輪１２ａ，１２ｂ及び後輪１３ａ，１３ｂの両方にパワーアシスト装置２ａ，２ｂをそれぞれ取り付けたものとしても良い。以下、パワーアシスト装置２ａ，２ｂを取り付けて、モータ２２ａ，２２ｂにより駆動される車輪を「駆動車輪」と記載する。   The power assist devices 2a and 2b may be attached to the front wheels 12a and 12b instead of the rear wheels 13a and 13b. The power assist devices 2a and 2b may be attached to both the front wheels 12a and 12b and the rear wheels 13a and 13b, respectively. Hereinafter, the wheels that are attached to the power assist devices 2a and 2b and are driven by the motors 22a and 22b are referred to as “driving wheels”.

図３及び図４を参照して、このように構成されたパワーアシスト装置２ａ，２ｂの動作について説明する。
図３に示す如く、傾斜センサ２４ａ，２４ｂは、重力方向に対する歩行車１の前後方向の傾きの角度θ1を検出する（ステップＳＴ１）。次いで、演算部２５２ａ，２５２ｂは、以下の式（１）を用いて駆動車輪に伝達する回転トルクＴを算出する（ステップＳＴ２）。

Figure 2015112329
With reference to FIG.3 and FIG.4, operation | movement of the power assist apparatus 2a, 2b comprised in this way is demonstrated.
As shown in FIG. 3, the inclination sensors 24a and 24b detect an angle θ 1 of inclination in the front-rear direction of the walking vehicle 1 with respect to the direction of gravity (step ST1). Next, the calculation units 252a and 252b calculate the rotational torque T transmitted to the driving wheel using the following formula (1) (step ST2).
Figure 2015112329

式（１）において、Ｍ［ｋｇ］は歩行車１の質量の値、ｇ［ｍ／ｓ2］は重力加速度の値、Ｆ1［Ｎ］は傾き及び自重によって重力が歩行車１に加える力の値、Ｒ［ｍ］は駆動車輪の半径の値を示している。このうち、質量Ｍ、（重力加速度ｇ）及び半径Ｒの値は歩行車１の機械的構造が決まれば一意に決まる所与の固定値であることから、式（１）に示す如く、回転トルクＴは傾きの角度θ1のみを変数とする関数ｆ1（θ1）として演算される。 In equation (1), M [kg] is the mass value of the walking vehicle 1, g [m / s 2 ] is the gravity acceleration value, and F 1 [N] is the force applied to the walking vehicle 1 by gravity and its own weight. The value of R [m] indicates the value of the radius of the drive wheel. Of these, the values of mass M, (gravitational acceleration g) and radius R are given fixed values that are uniquely determined when the mechanical structure of walking vehicle 1 is determined. Therefore, as shown in equation (1), rotational torque T is calculated as a function f 1 (θ 1 ) having only the inclination angle θ 1 as a variable.

ドライバ指令部２５３ａ，２５３ｂは、対応するモータドライバ２３ａ，２３ｂに対して、モータ２２ａ，２２ｂにそれぞれ同じ回転トルクを発生させるように指令信号を出力する（ステップＳＴ３）。   The driver command units 253a and 253b output command signals to the corresponding motor drivers 23a and 23b so that the motors 22a and 22b generate the same rotational torque, respectively (step ST3).

モータドライバ２３ａ，２３ｂの制御の下でモータ２２ａ，２２ｂが発生した回転トルクは、左右の駆動車輪にそれぞれ伝達される。   The rotational torque generated by the motors 22a and 22b under the control of the motor drivers 23a and 23b is transmitted to the left and right drive wheels, respectively.

パワーアシスト装置２ａ，２ｂは、図示しない電源を入れるか又はパワーアシスト機能をＯＮにすることを要求された場合に、歩行車１の走行中、利用者の操作にかかわらずステップＳＴ１〜ステップＳＴ３を一定周期で自動的に繰り返す。   When the power assist devices 2a and 2b are requested to turn on a power supply (not shown) or turn on the power assist function, the power assist devices 2a and 2b perform steps ST1 to ST3 during the running of the walking vehicle 1 regardless of the operation of the user. Automatically repeats at regular intervals.

ここで、図４に示す如く、歩行車１が上り坂を走行している場合、式（１）を用いて演算した回転トルクＴを駆動車輪に伝達することで、上り坂の傾斜の角度θ1及び歩行車１の重量Ｍｇによって歩行車１に加わる歩行車１の後退方向の力Ｆ1と、回転トルクＴによって駆動車輪に付加された歩行車１の進行方向の推進力との大きさが等しくなり、つりあう。 Here, as shown in FIG. 4, when the walking vehicle 1 is traveling on an uphill, the rotational torque T calculated using the equation (1) is transmitted to the driving wheel, whereby the inclination angle θ of the uphill is transmitted. 1 and the force F 1 in the backward direction of the walking vehicle 1 applied to the walking vehicle 1 by the weight Mg of the walking vehicle 1 and the propulsive force in the traveling direction of the walking vehicle 1 added to the driving wheel by the rotational torque T Equal and balance.

また、歩行車１が下り坂を走行している場合、同様に式（１）を用いて演算した回転トルクＴを駆動車輪に伝達することで、下り坂の傾斜の角度θ1及び歩行車１の重量Ｍｇによって歩行車１に加わる歩行車１の進行方向の力Ｆ1と、回転トルクＴによって駆動車輪に付加された歩行車１の後退方向の制動力との大きさが等しくなり、つりあう。 Further, when the walking vehicle 1 is traveling downhill, similarly, the rotational torque T calculated using the equation (1) is transmitted to the driving wheel, so that the downhill inclination angle θ 1 and the walking vehicle 1 can be obtained. the traveling direction of the force F 1 of the walker 1 applied to the walker 1 by weight of Mg, the magnitude of the braking force of the backward direction of the rotational torque T by the added walker to drive wheels 1 are equal, balanced.

このように、モータ２２ａ，２２ｂによって発生する力と重力による力がつりあっている状態で利用者が歩行車１に力Ｐを加えると、力Ｐがそのまま歩行車１の運動に使われる。つまり、坂道で歩行車１の重さがゼロになったように利用者は歩行車１を操作することができることになる。   As described above, when the user applies the force P to the walking vehicle 1 in a state where the force generated by the motors 22a and 22b and the force due to gravity are balanced, the force P is used as it is for the movement of the walking vehicle 1. That is, the user can operate the walking vehicle 1 as if the weight of the walking vehicle 1 became zero on the slope.

また、歩行車１が路面上の段差を乗り越える場合、同様に式（１）を用いて演算した回転トルクＴを駆動車輪に伝達することで、前輪１２ａ，１２ｂが段差に乗り上げる際の歩行車１の傾きの角度θ1及び歩行車１の重量Ｍｇによって歩行車１に加わる後退方向の力Ｆ1と、回転トルクＴによって駆動車輪に付加された歩行車１の進行方向の推進力との大きさが等しくなり、つりあうので、坂道と同様の効果を得ることができる。 Further, when the walking vehicle 1 gets over the step on the road surface, the walking wheel 1 when the front wheels 12a and 12b ride on the step is transmitted to the driving wheel by the rotational torque T calculated using the equation (1). The magnitude of the reverse direction force F 1 applied to the walking vehicle 1 by the inclination angle θ 1 of the vehicle and the weight Mg of the walking vehicle 1 and the propulsive force in the traveling direction of the walking vehicle 1 applied to the driving wheel by the rotational torque T. Since they are equal and balanced, the same effect as a slope can be obtained.

また、歩行車１が路面上の隙間を乗り越える場合、同様に式（１）を用いて演算した回転トルクＴを駆動車輪に伝達することで、前輪１２ａ，１２ｂが隙間にはまり込む際の歩行車１の傾きの角度θ1及び歩行車１の重量Ｍｇによって歩行車１に加わる歩行車１の進行方向の力Ｆ1と、回転トルクＴによって駆動車輪に付加された歩行車１の後退方向の制動力との大きさが等しくなり、つりあう。
同様に、前輪１２ａ，１２ｂが隙間から脱する際の歩行車１の傾きの角度θ1及び歩行車１の重量Ｍｇによって歩行車１に加わる歩行車１の後退方向の力Ｆ1と、回転トルクＴによって駆動車輪に付加された歩行車１の進行方向の推進力との大きさが等しくなり、つりあうので、坂道と同様の効果を得ることができる。 Further, when the walking vehicle 1 gets over the gap on the road surface, the walking vehicle when the front wheels 12a and 12b get stuck in the gap is similarly transmitted to the driving wheel by the rotational torque T calculated using the equation (1). The direction F 1 of the traveling direction of the walking vehicle 1 applied to the walking vehicle 1 by the inclination angle θ 1 of 1 and the weight Mg of the walking vehicle 1, and the control of the backward direction of the walking vehicle 1 added to the driving wheel by the rotational torque T. The power is equal in size and balanced.
Similarly, the reverse direction force F 1 of the walking vehicle 1 applied to the walking vehicle 1 by the inclination angle θ 1 of the walking vehicle 1 and the weight Mg of the walking vehicle 1 when the front wheels 12a and 12b are removed from the gap, and the rotational torque. Since the magnitude of the walking vehicle 1 added to the driving wheel by T becomes equal to the propulsive force in the traveling direction, the same effect as that on the slope can be obtained.

以上のように、この実施の形態１のパワーアシスト装置２ａ，２ｂは、上り坂、下り坂、段差、隙間などの路面の状況に応じて、利用者の操作にかかわらず、歩行車１の傾きの角度θ1及び歩行車１の重量Ｍｇによって重力が歩行車１に加える力Ｆ1のみを打ち消す回転トルクをモータ２２ａ，２２ｂに発生させる。
これにより、歩行車１に過剰な推進力が付加されるのを防ぐことができ、かつ利用者は歩行車１の重さがなくなったような感覚で歩行車１を操作できるようになる。すなわち、路面の状況に応じて適切な力で歩行支援を行うことができる。 As described above, the power assist devices 2a and 2b according to the first embodiment have the inclination of the walking vehicle 1 depending on the road surface conditions such as uphill, downhill, steps, and gaps, regardless of the operation of the user. Rotational torque that cancels only the force F 1 that gravity applies to the walking vehicle 1 is generated in the motors 22 a and 22 b by the angle θ 1 and the weight Mg of the walking vehicle 1.
Thereby, it is possible to prevent an excessive propulsive force from being applied to the walking vehicle 1, and the user can operate the walking vehicle 1 as if the weight of the walking vehicle 1 is lost. That is, walking support can be performed with an appropriate force according to the road surface condition.

なお、摩擦などによる回転トルクの伝達損失Ｇ［Ｎ・ｍ］の値を予め設定しておき、演算部２５２ａ，２５２ｂは以下の式（２）を用いて回転トルクＴを算出するものとしても良い。
Ｔ＝ｆ1（θ1）＋Ｇ
＝Ｆ1・Ｒ＋Ｇ ・・・（２）
ここで、関数ｆ1（θ1）に対して加算された値Ｇは、摩擦などによる回転トルクの伝達損失のみを補償する値とする。したがって、歩行車１に過剰な推進力は付加されない。 Note that the value of the rotational torque transmission loss G [N · m] due to friction or the like is set in advance, and the calculation units 252a and 252b may calculate the rotational torque T using the following equation (2). .
T = f 1 (θ 1 ) + G
= F 1 · R + G (2)
Here, the value G added to the function f 1 (θ 1 ) is a value that compensates only for the transmission loss of the rotational torque due to friction or the like. Therefore, an excessive driving force is not added to the walking vehicle 1.

また、ハンドル１４ａ，１４ｂを握る強さやひねる角度などの操作に応じた値ｐを取得する操作情報取得部を設け、演算部２５２ａ，２５２ｂは以下の式（３）を用いて回転トルクＴを算出するものとしても良い。
Ｔ＝ｆ1（θ1）＋ｆ2（ｐ）
＝Ｆ1・Ｒ＋ｆ2（ｐ） ・・・（３）
関数ｆ1（θ1）に対して加算された関数ｆ2（ｐ）は、利用者の操作に応じた値ｐを変数とする関数である。このとき、利用者の操作によって歩行車１に過剰な推進力が付加されるのを防ぐために、関数ｆ1（θ1）の値に対して関数ｆ2（ｐ）の値が大きくなりすぎないように値ｐの上限値を設定しておく。 In addition, an operation information acquisition unit that acquires a value p corresponding to an operation such as strength of gripping the handles 14a and 14b and a twisting angle is provided, and the calculation units 252a and 252b calculate the rotational torque T using the following equation (3). It is good to do.
T = f 1 (θ 1 ) + f 2 (p)
= F 1 · R + f 2 (p) (3)
The function f 2 (p) added to the function f 1 (θ 1 ) is a function having a value p corresponding to the user's operation as a variable. At this time, the value of the function f 2 (p) does not become too large with respect to the value of the function f 1 (θ 1 ) in order to prevent an excessive driving force from being applied to the walking vehicle 1 by the user's operation. In this way, the upper limit value of the value p is set.

また、傾斜センサ２４ａ，２４ｂとしては、加速度センサを用いる方法もあるが、歩行車１の重力方向に対する傾きの角度を検出するポテンショメータを設けたものとしても良い。また、走行中の路面又は歩行車１の周辺の画像を撮影するカメラと、撮影した画像を用いて歩行車１の重力方向に対する傾きの角度を検出する画像処理部とを設けたものとしても良い。重力方向に対する傾斜角度を検出する手段であれば、任意のものを用いて良い。   Further, as the inclination sensors 24a and 24b, there is a method using an acceleration sensor, but a potentiometer for detecting an angle of inclination with respect to the gravitational direction of the walking vehicle 1 may be provided. Moreover, it is good also as what provided the camera which image | photographs the image of the road surface in the running or the periphery of the walking vehicle 1, and the image process part which detects the angle of the inclination with respect to the gravity direction of the walking vehicle 1 using the image | photographed image. . Any means may be used as long as it detects the inclination angle with respect to the direction of gravity.

また、前輪１２ａ，１２ｂ又は後輪１３ａ，１３ｂに回転角度センサ又は回転角速度センサを取り付けたものとしても良い。回転角度センサ又は回転角速度センサによって、前輪１２ａ，１２ｂ又は後輪１３ａ，１３ｂの回転数が過剰になっていることが検出された場合、パワーアシスト装置２ａ，２ｂは周囲に警報を発するか、又は検出時の回転を制動するような回転トルクをモータ２２ａ，２２ｂに発生させる。また、その他の移動センサ（加速度センサ、ＧＰＳなど）を用いても良い。   Further, a rotation angle sensor or a rotation angular velocity sensor may be attached to the front wheels 12a, 12b or the rear wheels 13a, 13b. When the rotation angle sensor or the rotation angular velocity sensor detects that the number of rotations of the front wheels 12a, 12b or the rear wheels 13a, 13b is excessive, the power assist devices 2a, 2b issue an alarm to the surroundings, or A rotational torque that brakes the rotation at the time of detection is generated in the motors 22a and 22b. Also, other movement sensors (acceleration sensor, GPS, etc.) may be used.

また、歩行車１のフレーム１１ａ，１１ｂ、ハンドル１４ａ，１４ｂ及び台座１５などは任意の構造のものを用いて良く、図１に示す構造に限定されない。また、歩行車１に代えてシルバーカーを用いても良い。   The frames 11a and 11b, the handles 14a and 14b, the pedestal 15 and the like of the walking vehicle 1 may be of any structure, and are not limited to the structure shown in FIG. A silver car may be used instead of the walking car 1.

また、歩行車１の台座１５又は図示しない取付かごの積載物の重量ｍｇを検出する重量検出部（重量検出手段）を設け、演算部２５２ａ，２５２ｂは歩行車１の重量Ｍｇに積載物の重量ｍｇを加算して回転トルクＴを算出するものとしても良い。   Further, a weight detection unit (weight detection means) for detecting the weight mg of the load on the pedestal 15 of the walking vehicle 1 or a mounting car (not shown) is provided, and the calculation units 252a and 252b are added to the weight Mg of the walking vehicle 1 and the weight of the load The rotational torque T may be calculated by adding mg.

さらに、モータ２２ａ，２２ｂのモータ軸を駆動車輪の車軸と直接連動させる構成に代えて、モータ２２ａ，２２ｂで発生させた回転トルクを何らかの伝達機構を介して駆動車輪に伝える構成としても良い。伝達機構は、駆動車輪に当接し、かつモータ２２ａ，２２ｂと連動して回転するトルク伝達車輪など、任意の構成のものを用いて良い。   Furthermore, instead of a configuration in which the motor shafts of the motors 22a and 22b are directly linked to the axles of the drive wheels, a configuration may be adopted in which the rotational torque generated by the motors 22a and 22b is transmitted to the drive wheels via some transmission mechanism. The transmission mechanism may be of any configuration, such as a torque transmission wheel that contacts the drive wheel and rotates in conjunction with the motors 22a and 22b.

また、演算部２５２ａの演算に用いる関数ｆ1（θ1）の内容は、式（１）に示すものに限定されない。検出した角度θ1を変数として、傾き及び自重によって歩行車１に加わる力Ｆ1を演算できるものであれば、任意の関数を用いて良い。 Further, the content of the function f 1 (θ 1 ) used for the calculation of the calculation unit 252a is not limited to that shown in the equation (1). An arbitrary function may be used as long as the force F 1 applied to the walking vehicle 1 by the inclination and the own weight can be calculated using the detected angle θ 1 as a variable.

実施の形態２．
図５及び図６を参照して、左右方向の傾きによって歩行車に加わる横向きの力の影響を打ち消す歩行車及びパワーアシスト装置について説明する。
なお、実施の形態２の歩行車１及びパワーアシスト装置２ａ，２ｂは、実施の形態１と同様の構成をそれぞれ有しており、同様の構成部材には同一の符号を付して説明を省略する。 Embodiment 2. FIG.
With reference to FIG.5 and FIG.6, the walking vehicle and power assist apparatus which negate the influence of the horizontal force added to a walking vehicle by the inclination of the left-right direction are demonstrated.
The walking vehicle 1 and the power assist devices 2a and 2b according to the second embodiment have the same configuration as that of the first embodiment, and the same components are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted. To do.

このように構成されたパワーアシスト装置２ａ，２ｂの動作について説明する。
図５に示す如く、傾斜センサ２４ａ，２４ｂは、重力方向に対する歩行車１の左右方向の傾きの角度θ2を検出する（ステップＳＴ１ａ）。次いで、演算部２５２ａ，２５２ｂは、以下の式（４）を用いてフレーム１１ａに取り付けた左側の駆動車輪に伝達する回転トルクＴL及びフレーム１１ｂに取り付けた右側の駆動車輪に伝達する回転トルクＴRをそれぞれ演算する（ステップＳＴ２ａ）。

Figure 2015112329
式（４）において、ｆ3（θ2）及びｆ4（θ2）はいずれも角度θ2を変数とする互いに異なる関数を示している。 The operation of the power assist devices 2a and 2b configured as described above will be described.
As shown in FIG. 5, the inclination sensors 24a and 24b detect an angle θ 2 of the inclination of the walking vehicle 1 in the left-right direction with respect to the direction of gravity (step ST1a). Next, the calculation units 252a and 252b use the following formula (4) to transmit the rotational torque T L transmitted to the left driving wheel attached to the frame 11a and the rotational torque T transmitted to the right driving wheel attached to the frame 11b. R is calculated (step ST2a).
Figure 2015112329
In equation (4), f 3 (θ 2 ) and f 4 (θ 2 ) both indicate different functions with the angle θ 2 as a variable.

ドライバ指令部２５３ａ，２５３ｂは、対応するモータドライバ２３ａ，２３ｂに対して、モータ２２ａ，２２ｂにそれぞれ異なる回転トルクを発生させるように指令信号をそれぞれ出力する（ステップＳＴ３ａ）。このとき、左側の駆動車輪に回転トルクＴLが伝達されるような回転トルクをモータ２２ａに発生させる。同様に、右側の駆動車輪に回転トルクＴRが伝達されるような回転トルクをモータ２２ｂに発生させる。 The driver command units 253a and 253b output command signals to the corresponding motor drivers 23a and 23b so that the motors 22a and 22b generate different rotational torques (step ST3a). At this time, the motor 22a is caused to generate a rotational torque such that the rotational torque TL is transmitted to the left driving wheel. Similarly, to generate a rotating torque such that the torque T R to the right of the drive wheels is transmitted to the motor 22b.

モータドライバ２３ａ，２３ｂの制御の下でモータ２２ａ，２２ｂが発生した回転トルクＴL及び回転トルクＴRは、左右の駆動車輪にそれぞれ伝達される。 The rotational torque T L and the rotational torque T R generated by the motors 22a and 22b under the control of the motor drivers 23a and 23b are transmitted to the left and right drive wheels, respectively.

パワーアシスト装置２ａ，２ｂは、図示しない電源を入れるか又はパワーアシスト機能をＯＮにすることを要求された場合に、歩行車１の走行中、利用者の操作にかかわらずステップＳＴ１ａ〜ステップＳＴ３ａを一定周期で自動的に繰り返す。   When the power assist device 2a, 2b is requested to turn on the power (not shown) or turn on the power assist function, the steps ST1a to ST3a are performed regardless of the operation of the user while the walking vehicle 1 is running. Automatically repeats at regular intervals.

ここで、図６に示す如く、歩行車１が進行方向の左側が谷側となり右側が山側となる傾斜面を走行している場合、演算部２５２ａはｆ3（θ2）≧ｆ4（θ2）の条件を満たす関数ｆ3（θ2）を用いて回転トルクＴLを演算する。同様に、演算部２５２ｂはｆ4（θ2）≦ｆ3（θ2）の条件を満たす関数ｆ4（θ2）を用いて回転トルクＴRを演算する。
一方、歩行車１が進行方向の右側が谷側となり左側が山側となる傾斜面を走行している場合、演算部２５２ａはｆ3（θ2）≦ｆ4（θ2）の条件を満たす関数ｆ3（θ2）を用いて回転トルクＴLを演算する。同様に、演算部２５２ｂはｆ4（θ2）≧ｆ3（θ2）の条件を満たす関数ｆ4（θ2）を用いて回転トルクＴRを演算する。 Here, as shown in FIG. 6, when the walking vehicle 1 is running on an inclined surface in which the left side in the traveling direction is the valley side and the right side is the mountain side, the calculation unit 252a calculates f 3 (θ 2 ) ≧ f 4 (θ The rotational torque T L is calculated using the function f 3 (θ 2 ) that satisfies the condition of 2 ). Similarly, the calculation unit 252b calculates the rotational torque T R using a function f 4 (θ 2 ) that satisfies the condition of f 4 (θ 2 ) ≦ f 3 (θ 2 ).
On the other hand, when the walking vehicle 1 is traveling on an inclined surface where the right side in the traveling direction is the valley side and the left side is the mountain side, the calculation unit 252a functions to satisfy the condition of f 3 (θ 2 ) ≦ f 4 (θ 2 ). The rotational torque T L is calculated using f 3 (θ 2 ). Similarly, the calculation unit 252b calculates the rotational torque T R using a function f 4 (θ 2 ) that satisfies the condition of f 4 (θ 2 ) ≧ f 3 (θ 2 ).

このとき、斜面の傾斜の角度θ2及び重量Ｍｇによって歩行車１に加わる横向きの力Ｆ2の影響が、回転トルクＴLと回転トルクＴRの差によって打ち消されるように関数ｆ3（θ2）及び関数ｆ4（θ2）を設定する。
これにより、歩行車１が左右方向の傾斜面を走行する際に、利用者の意思に反して傾斜の谷側に曲がりながら前進する現象（いわゆる「片流れ」）の発生を防ぐことができる。 At this time, the function f 3 (θ 2) is such that the influence of the lateral force F 2 applied to the walking vehicle 1 by the inclination angle θ 2 of the slope and the weight Mg is canceled by the difference between the rotational torque T L and the rotational torque T R. ) And function f 4 (θ 2 ).
Thereby, when the walking vehicle 1 travels on the inclined surface in the left-right direction, it is possible to prevent the occurrence of a phenomenon (so-called “single flow”) that moves forward while turning to the inclined valley side against the intention of the user.

以上のように、この実施の形態２のパワーアシスト装置２ａ，２ｂは、左右方向の傾斜などの路面の状況に応じて、利用者の操作にかかわらず、歩行車１の傾きの角度θ2及び重量Ｍｇによって重力が歩行車１に加える横向きの力Ｆ2の影響を打ち消す回転トルクをモータ２２ａ，２２ｂにそれぞれ発生させる。
これにより、歩行車１が左右方向の傾斜面を走行する際に片流れの発生を防ぐことができる。すなわち、路面の状況に応じて適切な力で歩行支援を行うことができる。 As described above, the power assist devices 2a and 2b according to the second embodiment have the inclination angle θ 2 of the walking vehicle 1 and the inclination of the walking vehicle 1 regardless of the user's operation according to the road surface condition such as the inclination in the left-right direction. Rotational torque that cancels the influence of the lateral force F 2 that gravity applies to the walking vehicle 1 due to the weight Mg is generated in the motors 22a and 22b, respectively.
Thereby, generation | occurrence | production of a single flow can be prevented when the walking vehicle 1 drive | works the inclined surface of the left-right direction. That is, walking support can be performed with an appropriate force according to the road surface condition.

なお、パワーアシスト装置２ａ，２ｂは、図３に示すステップＳＴ１〜ステップＳＴ３の処理と、図５に示すステップＳＴ１ａ〜ステップＳＴ３ａの処理とを両方行うものとしても良い。   Note that the power assist devices 2a and 2b may perform both the processing of step ST1 to step ST3 shown in FIG. 3 and the processing of step ST1a to step ST3a shown in FIG.

その他、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。   In addition, within the scope of the present invention, the invention of the present application can be freely combined with each embodiment, modified with any component in each embodiment, or omitted with any component in each embodiment. .

１ 歩行車（歩行支援機）
２ａ，２ｂ パワーアシスト装置
１１ａ，１１ｂ フレーム
１２ａ，１２ｂ 前輪（車輪）
１３ａ，１３ｂ 後輪（車輪）
１４ａ，１４ｂ ハンドル
１５ 台座
２２ａ，２２ｂ モータ
２３ａ，２３ｂ モータドライバ（モータ制御手段）
２４ａ，２４ｂ 傾斜センサ（傾き検出手段）
２５ａ，２５ｂ 制御部
２５１ａ，２５１ｂ センサ値取込部
２５２ａ，２５２ｂ 演算部（演算手段）
２５３ａ，２５３ｂ ドライバ指令部 1 Walking car (walking support machine)
2a, 2b Power assist devices 11a, 11b Frames 12a, 12b Front wheels
13a, 13b Rear wheels (wheels)
14a, 14b Handle 15 Base 22a, 22b Motor 23a, 23b Motor driver (motor control means)
24a, 24b Tilt sensor (tilt detection means)
25a, 25b Control part 251a, 251b Sensor value taking-in part 252a, 252b Calculation part (calculation means)
253a, 253b Driver command part

Claims (7)

歩行支援機の重力方向に対する傾きの角度を検出する傾き検出手段と、
前記傾きによって前記歩行支援機に加わる重力による力とつりあう力を発生する前記歩行支援機の車輪の回転トルクを演算するトルク演算手段と、
前記車輪と連動したモータに前記回転トルクを発生させるモータ制御手段と、
を具備することを特徴とするパワーアシスト装置。 An inclination detecting means for detecting an angle of inclination with respect to the direction of gravity of the walking support machine;
Torque calculating means for calculating the rotational torque of the wheels of the walking support machine that generates a force that balances with the force due to gravity applied to the walking support machine by the inclination;
Motor control means for generating the rotational torque in a motor interlocked with the wheel;
A power assist device comprising: 前記トルク演算手段は、前記傾きの角度の値と、前記歩行支援機の重量の値と、前記車輪の直径の値とを用いて前記回転トルクを演算するように構成してなることを特徴とする請求項１記載のパワーアシスト装置。   The torque calculation means is configured to calculate the rotational torque using a value of the angle of inclination, a value of the weight of the walking assist device, and a value of the diameter of the wheel. The power assist device according to claim 1. 前記トルク演算手段は、前記歩行支援機の両側端部にそれぞれ設けた前記車輪について、それぞれ異なる関数を用いて前記回転トルクを演算するように構成してなることを特徴とする請求項２記載のパワーアシスト装置。   The said torque calculation means is comprised so that the said rotational torque may be calculated using a respectively different function about the said wheel each provided in the both-sides edge part of the said walk assistance machine, The said torque calculation means is comprised. Power assist device. 前記トルク演算手段は、前記回転トルクの伝達損失の値を加味して前記回転トルクを演算するように構成してなることを特徴とする請求項２記載のパワーアシスト装置。   The power assist device according to claim 2, wherein the torque calculation unit is configured to calculate the rotation torque in consideration of a value of transmission loss of the rotation torque. 前記歩行支援機の積載物の重量を検出する重量検出手段を具備し、
前記トルク演算手段は、前記積載物の重量の値を加味して前記回転トルクを演算するように構成してなる
ことを特徴とする請求項２記載のパワーアシスト装置。 Comprising weight detection means for detecting the weight of the load of the walking support machine;
The power assist device according to claim 2, wherein the torque calculation means is configured to calculate the rotational torque in consideration of a weight value of the load. フレームの端部に取り付けられた走行用の車輪と、
重力方向に対する傾きの角度を検出する傾き検出手段と、
前記傾きによって歩行支援機本体に加わる重力による力とつりあう力を発生する前記車輪の回転トルクを演算するトルク演算手段と、
前記車輪と連動したモータに前記回転トルクを発生させるモータ制御手段と、
を具備することを特徴とする歩行支援機。 A traveling wheel attached to the end of the frame;
An inclination detecting means for detecting an angle of inclination with respect to the direction of gravity;
A torque calculating means for calculating a rotational torque of the wheel that generates a force that balances with a force caused by gravity applied to the walking assisting machine main body by the inclination;
Motor control means for generating the rotational torque in a motor interlocked with the wheel;
A walking support machine characterized by comprising: 傾き検出手段で、歩行支援機の重力方向に対する傾きの角度を検出する傾き検出ステップと、
トルク演算手段で、前記傾きによって前記歩行支援機に加わる重量による力とつりあう力を発生する前記歩行支援機の車輪の回転トルクを演算するトルク演算ステップと、
モータ制御手段で、前記車輪と連動したモータに前記回転トルクを発生させるモータ制御ステップと、
を具備することを特徴とするパワーアシスト方法。 An inclination detecting step for detecting an angle of inclination with respect to the direction of gravity of the walking support device by an inclination detecting means;
A torque calculation step of calculating a rotational torque of a wheel of the walking support machine that generates a force that balances with a force due to a weight applied to the walking support machine by the tilt by the torque calculation means;
A motor control step of generating the rotational torque in a motor interlocked with the wheel by motor control means;
A power assist method comprising:
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