JP2018182984A - 走行指令装置 - Google Patents

Abstract

【課題】移動体に用い、不感帯を自由に設定できる走行指令装置を提供することを目的とする。【解決手段】操作レバー１１を有する操作入力部１１、１２と、操作レバー１１に加えられた、前後方向の操作量を前後操作量として検出するとともに、左右方向の操作量を左右操作量として検出する検出部１３と、検出部１３で検出された操作量に応じた前後指令信号及び左右指令信号を生成して出力する指令信号生成部２０と、を備え、指令信号生成部２０は、前後及び左右操作量が０から所定の下限閾値に至るまでは、中立信号値を出力し、前後及び左右操作量が所定の上限閾値を超えた場合は、上限閾値に対応する前後指令信号及び左右指令信号と同じ信号を出力し、前後下限閾値及び前後上限閾値は、左右操作量の値に応じて異なるように設定することが可能であり、左右下限閾値及び左右上限閾値は、前後操作量の値に応じて異なるように設定することが可能である構成とした。【選択図】図１

Description

本発明は、移動機構と移動機構を制御する制御装置とを有する移動体に設けられ、移動体を移動させるための操作を受け付けるとともに操作量に応じた指令信号を制御装置に対して出力する走行指令装置に関する。

従来、電動車椅子等の走行指令装置としてジョイスティックを用いたものが知られている（例えば、特許文献１）。この走行指令装置は、前後左右にジョイスティックを傾倒させることができるようになっており、この傾倒方向と傾倒角に応じて、操作指令信号を出力する。また、特許文献１には、走行指令信号が中立範囲値になる前後方向と左右方向の不感帯を備え、一方の中立範囲は、他方の操作量が増大するに従って小さくなる技術が開示されている。

しかし、身体が不自由な操作者の場合や使用態様によっては、特許文献１に記載の不感帯の設定が必ずしも好ましいとは限らず、不感帯を自由に設定できる走行指令装置が求められていた。

特開平９−１３０９１８号公報

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、移動体に用い、不感帯を自由に設定できる走行指令装置を提供することを目的としている。また、ジョイスティックの機械的な操作範囲に限定されず、実質的な操作範囲を設定できる走行指令装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る走行指令装置は、
移動機構と該移動機構を制御する制御装置とを有する移動体に設けられ、該移動体を移動させるための操作を受け付けるとともに操作量に応じた指令信号を該制御装置に対して出力する走行指令装置であって、
前記移動体の操作者が把持可能な操作レバーを有する操作入力部と、
前記操作者によって前記操作レバーに加えられた、前記移動体の前後方向と平行な方向の操作量を前後操作量として検出するとともに、前記移動体の前後方向と垂直な方向の操作量を左右操作量として検出する検出部と、
前記検出部で検出された操作量に応じた前後指令信号及び左右指令信号を生成して出力する指令信号生成部と、を備え、
前記指令信号生成部は、
前記前後操作量が０から予め設定された前後下限閾値に至るまでは、前記前後指令信号を出力しないか、又は中立範囲であることがわかる信号を出力するとともに、前記左右操作量が０から予め定められた左右下限閾値に至るまでは、前記左右指令信号を出力しないか、又は中立範囲であることがわかる信号を出力し、
前記前後操作量が予め定められた前後上限閾値を超えた場合は、前記前後上限閾値に対応する前記前後指令信号と同じ信号を出力するとともに、前記左右操作量が予め定められた左右上限閾値を超えた場合は、前記左右上限閾値に対応する前記左右指令信号と同じ信号を出力し、
前記前後下限閾値及び前記前後上限閾値は、前記左右操作量の値に応じて異なるように設定することが可能であり、
前記左右下限閾値及び前記左右上限閾値は、前記前後操作量の値に応じて異なるように設定することが可能であることを特徴としている。

不感帯を自由に設定できることから、身体が不自由な操作者の場合や様々な使用態様にも好適となる。

走行指令装置を概念的に示す説明図である。 実施例１に係る走行指令装置の実質的な操作範囲を示した説明図である。 実施例２に係る走行指令装置の直進感度を示した説明図である。 実施例３に係る走行指令装置の実質的な操作範囲を示した説明図である。 実施例４に係る走行指令装置の実質的な操作範囲を示した説明図である。 前後操作量と指令信号との関係を示した説明図である。 前後操作量と指令信号との関係を示した説明図である。

以下、本発明の走行指令装置を具現化した実施形態について、図面を用いて説明するが、本発明の技術的範囲は、もちろんこれだけに限定されるものではない。なお、周知の技術に関しては、詳細な説明を省略する。

まず、実施形態である走行指令装置１について、図１を参照して説明する。図１は、走行指令装置を概念的に示す説明図である。走行指令装置１は、主にジョイスティック１０と、指令信号生成部２０とで構成される。

ジョイスティック１０は、操作レバー１１と、ベース部１２と、検出部１３とで構成される。操作レバー１１は、操作者が把持可能となっており、下端がベース部１２に固定され、下端を支点として周囲３６０°方向に向けて傾倒可能となっている。この操作レバー１１とベース部１２とを合わせたものが本発明における操作入力部に相当するものである。ベース部１２は、図示しない移動体に取付けられるが、前後左右方向が決まっており、移動体の前後左右方向に合わせて取付けられる。なお、移動体には、移動機構と移動機構を制御する制御装置とが備えられている。

検出部１３は、ベース部１２の内部に設けられ、操作レバー１１の操作量（傾倒角）に関し、移動体の前後方向と平行な方向の操作量を前後操作量として検出するとともに、前記移動体の前後方向と垂直な方向の操作量を左右操作量として検出し、操作量信号を出力する。

検出部１３は、ポテンショメータや静電容量型センサなどを用いて、上下、左右への傾倒操作に応じて変化するアナログ信号が出力されるようになっている。ロータリエンコーダや圧電素子を利用したものを用いることもできる。

検出部１３と指令信号生成部２０とは、ＩＦ３０を介して電気的に接続されており、検出部１３から出力された操作量信号は、ＩＦ３０を介してＡ／Ｄ変換されて、指令信号生成部２０に入力される。指令信号生成部２０は、この入力信号から前後指令信号及び左右指令信号を生成して出力するコンピュータである。

指令信号生成部２０は、前後下限閾値を設定できるようになっており、前後操作量が０から前後下限閾値に至るまでは、前後指令信号を出力しないか、又は中立範囲であることがわかる信号を出力する。
また、指令信号生成部２０は、左右下限閾値を設定できるようになっており、左右操作量が０から左右下限閾値に至るまでは、左右指令信号を出力しないか、又は中立範囲であることがわかる信号を出力する。

また、指令信号生成部２０は、前後上限閾値を設定できるようになっており、前後操作量が前後上限閾値を超えた場合は、前後上限閾値に対応する前後指令信号と同じ信号を出力する。
また、指令信号生成部２０は、左右上限閾値を設定できるようになっており、左右操作量が左右上限閾値を超えた場合は、左右上限閾値に対応する左右指令信号と同じ信号を出力する。

さらに、指令信号生成部２０は、前後下限閾値及び前後上限閾値を、左右操作量の値に応じて異なるように設定することが可能であり、左右下限閾値及び左右上限閾値も、前後操作量の値に応じて異なるように設定することが可能であるようになっている。なお、指令信号生成部２０が前後指令信号及び左右指令信号を生成する過程については、後述する。

次に、前後下限閾値、左右下限閾値、前後上限閾値、左右上限閾値をどのように設定できるのか実施例を示して説明する。なお、図中の数字は、説明をわかりやすくするために、操作レバー１１の操作量（傾倒角）の大きさを表したものであり、実際に検出部１３から出力される操作量信号が０〜１０の範囲というわけではない。なお、円は、操作レバー１１の操作量（傾倒角）の機械構造的な限界を表したものである。

（実施例１）
実施例１に係る走行指令装置について、図２を参照して説明する。図２は、実施例１に係る走行指令装置の実質的な操作範囲を示した説明図である。より具体的には、図２（ａ）は、前後下限閾値、前後上限閾値を示したものであり、図２（ｂ）は、左右下限閾値、左右上限閾値を示したものである。

図２に示すように、実施例１では、前下限閾値が左右０点付近では１となっており、左右１０付近では２となっている。このように、下限閾値は、左右方向に平行な直線とするだけでなく、自由に設定できるようになっている。プログラミングの関係からいえば、少なくとも直線の組み合わせであることが望ましいが、曲線とすることも可能ではある。なお、実施例１では、後下限閾値は、左右の中心軸を中心として前下限閾値を上下対称にしたものであるが、これに限られないのはもちろんである。

実施例１のように前後下限閾値が前記左右操作量の絶対値が大きくなるほど大きくなる（左右に行くほど拡がる）ように設定されていると、次のような効果がある。
例えば、走行中に前後方向の操作量を０とし、左右方向にだけ操作量を発生させた場合、ブレーキがかかるようになっている移動体があったとする。このような操作は緊急時に行うことが多く、左右方向の操作量が大きい場合（急ブレーキ）はなおさらである。しかし、前後方向の下限閾値が小さいと前後方向の操作量が０とならず、指令信号生成部からの指令信号がブレーキを示すものでなく、旋回を示すものとなってしまう可能性がある。この点、実施例１のような前後下限閾値であれば、そのような誤動作を防止することができる。

また、例えば、静止中に左右方向にだけ操作量を発生させた場合、その場旋回を行う車椅子がある。このような車椅子の場合、静止しているときに左右に大きく操作量を発生させるときは、その場旋回をしたい場合が多い（ほんの少しだけ前進（又は後退）しながら旋回したいという場合は少ない）。この点、実施例１のような前後下限閾値であれば、操作者の意図と反する動作を防止することができる。

また、図２に示すように、実施例１では、前上限閾値が８となっており、後上限閾値が６となっている。このように、前後で異なる値とすることもできる。実施例１では、上限閾値は、左右方向に平行な直線となっているが、自由に設定できるのは、下限閾値の場合と同様である。

実施例１のような設定では、例えば、操作レバー１１を前方向に傾倒させる動作は問題ないが、後ろ方向へ傾倒させる動作はやや問題があるというような、体の不自由な操作者の場合に好適となる。

また、図２に示すように、実施例１では、左右下限閾値が上下０点付近では１となっており、それ以外は０．５となっている。また、上限閾値は、左右とも７となっている。実施例１では、このような設定であるが、自由に設定できるのは、前後下限閾値の場合と同様である。

（実施例２）
実施例２に係る走行指令装置について、図３を参照して説明する。図３は、実施例２に係る走行指令装置の左右下限閾値を示した説明図である。図３に示すように、実施例２は、左右下限閾値を任意に設定できるという点に特徴があるものである。

左右の下限閾値を設定するというのは、前後の直進のしやすさ、いいかえると直進から左右への感性（敏感／鈍感）を設定するということである。すなわち、直進性感度設定と呼べるものである。実施例２では、設定値１のとき下限閾値０．０２、設定値２のとき下限閾値０．０８、設定値３のとき下限閾値０．１６・・・設定値９のとき下限閾値３．３（ＭＡＸ）というように設定値と下限閾値が対応しており（比例関係になっているわけではない）、設定値を上げるほど、中心から左右均等に直進帯の幅が拡がる（直進性感度が上がる）ようになっている。

（実施例３）
実施例３に係る走行指令装置について、図４を参照して説明する。図４は、実施例３に係る走行指令装置の実質的な操作範囲を示した説明図である。より具体的には、図４（ａ）は、前後下限閾値、前後上限閾値を示したものであり、図４（ｂ）は、左右下限閾値、左右上限閾値を示したものである。

図４に示すように、実施例３では、前下限閾値が左右０点付近では５となっており、左右５付近では０．５となっている。また、後下限閾値は、左右の中心軸を中心として前下限閾値を上下対称にしたものとなっている。

また、図４に示すように、実施例３では、前上限閾値が６となっており、後上限閾値も６となっている。

また、図４に示すように、実施例３では、左右下限閾値が上下０点付近では５となっており、前後５付近では０．５となっている。上限閾値は、左右とも６となっている。

実施例３のような設定では、例えば、移動体を屋外でのみ使用する電動車椅子とし、操作者が細かな動作ができない者であるような場合に好適となる。実施例３は、このような特徴を持つ仮想の操作者に対して、前後下限閾値、左右下限閾値、前後上限閾値、左右上限閾値を設定したものである。実施例３のような設定とした理由は、次のとおりである。
レバー操作の巧緻性が不十分であり、中立状態から操作し始める際に方向が定まりにくいが、ある程度レバーを倒せば意図した方向にレバーを操作できるため、全方向の下限値を中間位置である５とした。
また、生活環境から広い屋外のみでの使用となるので、速度調節の必要性が低く、最高速で走行し続ける方が都合が良いので、上限値を極力下限値に近づけるように設定した。

（実施例４）
実施例４に係る走行指令装置について、図５を参照して説明する。図５は、実施例４に係る走行指令装置の実質的な操作範囲を示した説明図である。より具体的には、図５（ａ）は、前後下限閾値、前後上限閾値を示したものであり、図５（ｂ）は、左右下限閾値、左右上限閾値を示したものである。

図５に示すように、実施例４では、前下限閾値が左２と右２との間は３となっており、右２〜右４にかけては、３〜０．５に直線的に小さくなっている。それ以外は、０．５となっている。また、後下限閾値は、左２と右２との間は１となっており、右２〜右４にかけては、１〜０．５に直線的に小さくなっている。それ以外は、０．５となっている。

また、図５（ａ）に示すように、実施例４では、前上限閾値が６となっており、後上限閾値は３となっている。

また、図５（ｂ）に示すように、実施例４では、左下限閾値は２となっている。右下限閾値は、前後０付近では４であり、それ以外は、ほぼ２となっている。左上限閾値は４、右上限閾値は５となっている。

実施例４のような設定では、例えば、次のような場合に好適となる。移動体を電動車椅子とし、操作者は障害や病態により手指を動かせる範囲が狭くて、操作レバー１１を前後左右の機構的限界まで倒し切ることができない者とする。このような者は、従来の走行指令装置では最高速度で走行することができない。また、障害や病態により前より後の方が操作しにくかったり、右より左の方が操作しにくかったりすることもある。特に上肢に麻痺がある者や、体幹が曲がっており椅子にまっすぐ座ることができない者にこのような傾向が強い。

実施例４は、このような特徴を持つ仮想の操作者に対して、前後下限閾値、左右下限閾値、前後上限閾値、左右上限閾値を設定したものである。実施例４のような設定とした理由は、次のとおりである。

前方向については、操作し始めが少し操作しすぎる傾向にあるため、前下限閾値を少し大きく設定した。また、操作レバー１１を倒し切ることができないので、中間より少し倒したところで前方向の最高速度に達するように、前上限閾値を設定した。

後方については、操作し始めは微妙な調整が可能なので、後下限閾値は小さく設定し、操作レバー１１を倒し切ることができず、前方向よりも症状が重いので、中間より少し手前で後方向の最高速度に達するように、後上限閾値を設定した。

右側については、体幹が少し右側に傾いたような座り方をしているとともに、操作し始めが少し操作しすぎるので、右下限閾値を少し大きく設定した。姿勢の傾きによって手を引く操作となり、引き代にも制限があるため、中間程度のところで右のその場旋回の最高速度に達するように右上限閾値を設定した。

左側については、右側と同様な理由から左下限閾値と左上限閾値を設定しているが、姿勢が全体的に右に傾いているため、左上限閾値の設定値を右側よりも小さくしている。また、操作者は、操作レバー１１を倒し切ることができず、機械構造的限界に操作レバー１１を押し当てて固定することができないため、まっすぐ前進方向に倒しているつもりでもふらふらとしてしまうことがある。このため、左右下限閾値を比較的大きくし、左右の不感帯を広く設定してある。これにより、操作レバー１１が固定できない操作でも直進を維持しやすくしている。また、ふらつき防止を、ローパスフィルタで処理している訳ではないので「遅れ」による違和感がない。

次に、指令信号生成部２０が指令信号を生成する過程について説明する。

（下限閾値及び上限閾値の算出）
指令信号生成部２０は、検出部１３により操作量の検出が得られたか否かを微小な時間間隔で監視している。そして、検出部１３から前後方向の操作量の情報と、左右方向の操作量の情報を受信したら、その左右方向の操作量に対する前後下限閾値と前後上限閾値を算出し、また、その前後方向の操作量に対する左右下限閾値と左右上限閾値を算出する。その結果、検出部１３から受信した前後操作量が０から前後下限閾値の間である場合は、前記前後指令信号を出力しないか、又は中立範囲であることがわかる信号を出力するとともに、左右操作量が０から左右下限閾値の間である場合は、左右指令信号を出力しないか、又は中立範囲であることがわかる信号を出力する。

（指令信号の生成）
指令信号生成部２０は、前後操作量が前後下限閾値と前後上限閾値の間であった場合に、前後下限閾値をゼロ点とし前後上限閾値のときに前後指令信号が最大となる所定の関数によって算出した前後指令信号を出力するとともに、左右操作量が左右下限閾値と左右上限閾値の間であった場合に、左右下限閾値をゼロ点とし左右上限閾値のときに左右指令信号が最大となる所定の関数によって算出した左右指令信号を出力する。
また、前後操作量が所定の前後上限閾値を超えた場合は、前後上限閾値に対応する前後方向信号と同じ信号を出力するとともに、左右操作量が所定の左右上限閾値を超えた場合は、左右上限閾値に対応する左右指令信号と同じ信号を出力する。

具体的な例として、実施例４の前後方向の場合について、図５（ａ）、図６を参照して説明する。図６は、実施例４の前後方向の操作量と指令信号との関係を示した説明図である。まず、左右方向の操作量が０の場合の前後方向の操作量と指令信号の関係について説明する。図５（ａ）に示したとおり、左右方向の操作量が０の場合の前下限閾値は３、後下限閾値は１である。そして、前上限閾値は６、後上限閾値は４である。上記のとおり、前後上限閾値のときに前後指令信号が最大となるのであるが、ここでは、説明をわかりやすくするために、前上限閾値のときの前指令信号が１００（ＭＡＸ）であるとし、後上限閾値のときの後指令信号が５０であるとする。このように、上限閾値のときの指令信号は、必ずしもＭＡＸである必要はない。このようにすることで、前方向に操作したときと後方向に操作したときとで操作量に対するスピードの出方に差を少なくさせ、後方向の最高速度を抑えることができる。

この場合の、前後方向の操作量と指令信号との関係は、図６のグラフａのようになっている。すなわち、指令信号生成部２０は、前後下限閾値をゼロ点とし、前後上限閾値のときに前後指令信号が最大となる所定の関数（ここでは一次関数）によって算出した前後指令信号を出力する。このように下限閾値のときの指令信号を０とすることで、スムーズに発進することができる。なお、本実施例では、所定の関数を線形の一次関数としたが、非線形の関数としてもよい。

また、前後操作量が前後上限閾値を超えた場合は、前後上限閾値に対応する信号と同じ信号を出力する（ここでは、前１００、後５０）。

つぎに、左右方向の操作量が左方向に３の場合の前後方向の操作量と指令信号の関係について説明する。図５（ａ）に示したとおり、左方向への操作量が３の場合の前下限閾値は０．５、後下限閾値も０．５である。そして、前上限閾値は６、後上限閾値は４である。

この場合の、前後方向の操作量と指令信号との関係は、図６のグラフｂのようになっている。

つぎに、左右方向の操作量が左方向に９の場合の前後方向の操作量と指令信号の関係について説明する。図５（ａ）に示したとおり、左方向への操作量が９の場合の前後下限閾値は、左方向への操作量が３の場合と同じである。ここで、前方向への操作は、最高でも操作量４．２程度までしかできない（機械構造的限界のため）が、前上限閾値は、６として指令信号を計算している。このように、上限閾値を操作入力部１１、１２の機械的な構造によって決定される最大操作量を超えた値と設定してもよい。

したがって、前後方向の操作量と指令信号との関係は、図７のグラフｃのようになる。

下限閾値及び上限閾値、並びに指令信号の生成は、その都度計算して求めてもよいし、予め作成したテーブルデータをメモリ等に記憶しておき、検出部１３のデータに応じてこのテーブルデータを参照して求めるようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した内容は、あくまでも本発明の一実施形態に関するものであって、本発明が上記内容に限定されることを意味するものではない。例えば、左右方向の上限閾値を平行ではなく、前操作量が大きくなるほど、小さくすることもできる。この場合、左右上限閾値に対応する左右指令信号は、一定ではなく、前操作量が大きくなるほど小さくなるようにするとよい。このようにすることで、前操作量が大きいとき（前方向速度が高いとき）の旋回速度を制限することができ、転倒を防止することができる。

また、指令信号生成部２０は、前後操作量及び左右操作量を所定の方法で補正し、補正後の前後操作量及び左右操作量に基づいて、前後指令信号及び左右指令信号を生成するようにしてもよい。たとえば、例えば、前方向に操作しているつもりでも少し傾いてしまう癖のある操作者の場合、予め０点を中心に回転させて補正するなどである。

１ 走行指令装置
１０ ジョイスティック
１１ 操作レバー
１２ ベース部
１３ 検出部
２０ 指令信号生成部
３０ ＩＦ

Claims (5)

1. 移動機構と該移動機構を制御する制御装置とを有する移動体に設けられ、該移動体を移動させるための操作を受け付けるとともに操作量に応じた指令信号を該制御装置に対して出力する走行指令装置であって、
   前記移動体の操作者が把持可能な操作レバーを有する操作入力部と、
   前記操作者によって前記操作レバーに加えられた、前記移動体の前後方向と平行な方向の操作量を前後操作量として検出するとともに、前記移動体の前後方向と垂直な方向の操作量を左右操作量として検出する検出部と、
   前記検出部で検出された操作量に応じた前後指令信号及び左右指令信号を生成して出力する指令信号生成部と、を備え、
   前記指令信号生成部は、
   前記前後操作量が０から予め設定された前後下限閾値に至るまでは、前記前後指令信号を出力しないか、又は中立範囲であることがわかる信号を出力するとともに、前記左右操作量が０から予め定められた左右下限閾値に至るまでは、前記左右指令信号を出力しないか、又は中立範囲であることがわかる信号を出力し、
   前記前後操作量が予め定められた前後上限閾値を超えた場合は、前記前後上限閾値に対応する前記前後指令信号と同じ信号を出力するとともに、前記左右操作量が予め定められた左右上限閾値を超えた場合は、前記左右上限閾値に対応する前記左右指令信号と同じ信号を出力し、
   前記前後下限閾値及び前記前後上限閾値は、前記左右操作量の値に応じて異なるように設定することが可能であり、
   前記左右下限閾値及び前記左右上限閾値は、前記前後操作量の値に応じて異なるように設定することが可能であることを特徴とする走行指令装置。
2. 前記前後下限閾値及び前記前後上限閾値の絶対値は、前方向と後ろ方向とで異なる値を設定することができ、
   前記左右下限閾値及び前記左右上限閾値の絶対値は、左方向と右方向とで異なる値を設定することができることを特徴とする請求項１に記載の走行指令装置。
3. 前記前後上限閾値及び前記左右上限閾値は、前記操作入力部の機械的な構造によって決定される最大操作量を超えた値を設定することができることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の走行指令装置。
4. 前記指令信号生成部は、前記前後操作量が前記前後下限閾値と前記前後上限閾値の間であった場合に、前記前後下限閾値をゼロ点とし前記前後上限閾値のときに前記前後指令信号が最大となる所定の関数によって算出した前記前後指令信号を出力するとともに、前記左右操作量が前記左右下限閾値と前記左右上限閾値の間であった場合に、前記左右下限閾値をゼロ点とし前記左右上限閾値のときに前記左右指令信号が最大となる所定の関数によって算出した前記左右指令信号を出力することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の走行指令装置。
5. 前記前後下限閾値は、前記左右操作量の絶対値が大きくなるほど大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の走行指令措置。