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【発明の名称】 人力検知センサ―
【発明者】 【氏名】関屋 満
【要約】 【課題】人力検知センサーを取り付けたハンドルの遊び量を減らす。

【解決手段】補助動力付き運搬車（台車）のハンドル６の内部に中梁１８をハンドル支持具７で支持させ、中梁１８に感圧センサー２２を固定し、支持板１９に支持された加圧棒２３の一端の緩衝材に感圧センサー２２を当接させ、ハンドル６の内面で加圧棒２３の他端を押圧し、台車の操作者の両手の力によるハンドル６の撓みを感圧センサー２２の抵抗変化として計測する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ハンドル用中空パイプと、該中空パイプの両端を支持するハンドル支持具と、前記中空パイプ内部に配置された中梁に設置された感圧センサーと、一端が前記感圧センサーの感圧センサー部に当接し、他端が前記中空パイプの内壁に当接する加圧棒を備え、前記中空パイプのたわみにより前記加圧棒が前記感圧センサー部を加圧するように構成したことを特徴とする人力検知センサー。
【請求項２】 前記加圧棒の長さを可変にしたことを特徴とする請求項１に記載の人力検知センサー。
【請求項３】 前記感圧センサを前記中梁の同一箇所の表裏に取付け、両センサーの出力を差分として取り出すことを特徴とする請求項１に記載の人力検知センサー。
【請求項４】 ハンドル用前記中空パイプの中央から前記中空パイプの支点間距離のほぼ８％の位置に２組の前記感圧センサー部を配置し、それぞれの水平方向の力成分を差分として取り出すことを特徴とする請求項３に記載の人力検知センサー。
【請求項５】 前記ハンドル用中空パイプを中央部で２分し、左右それぞれの該中空パイプの内部に前記感圧センサー部を配置したことを特徴とする請求項１に記載の人力検知センサー。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は人力を検知する人力検知センサーに係わり、特にハンドル等に人間が加えた力の大きさを検知して補助動力を加える補助動力付き運搬車等に有効に取り付けることができる人力検知センサーに関する。
【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１３によって説明する。図１３（ａ）は運搬車の斜視図であり、図１３（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６２、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。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右端部を示す図１０（ｂ）に見られるように荷台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７３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６４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】上記の説明でも明らかなように、従来例ではハンドル６４の下端部をピン７２によって支持し、ハンドル６４の全体を揺動させ、中立点へ復帰するのにばね７４の附勢に頼っている。ロードセルに一定の変位を与えるためにある程度の遊びをハンドル６４に与える必要がある。操作者がハンドル７２を両手で掴み、台車を押すべくハンドル７２に力を掛けると台車本体と別個にハンドル７２のみが支点回りに揺動するので、特に起動、停止時に台車を押している感覚がなく、遊びのあるハンドルのみが動く違和感を抱き易い。このハンドルの遊びは進行方向と逆の力をハンドルに加えてブレーキとして使いたいときに、特に強い不安感を持たせる傾向があり、ハンドル操作のたびに煩わしさを覚えるという問題があった。
【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、本発明はハンドル用中空パイプと、該中空パイプの両端を支持するハンドル支持具と、前記中空パイプ内部に配置された中梁に設置された感圧センサーと、一端が前記感圧センサーの感圧センサー部に当接し、他端が前記中空パイプの内壁に当接する加圧棒を備え、前記中空パイプのたわみにより前記加圧棒が前記感圧センサー部を加圧するように構成したことを特徴とする人力検知センサーを提供する。
【０００７】本発明の人力検知センサーは加圧棒の長さを可変にしたことをことを特徴とするものであり、また、前記感圧センサを前記中梁の同一箇所の表裏に取付け、両センサーの出力を差分として取り出すことを特徴とする。
【０００８】さらに、本発明の人力検知センサーはハンドル用前記中空パイプの中央から前記中空パイプの支点間距離のほぼ８％の位置に２組の前記感圧センサー部を配置し、それぞれの水平方向の力成分を差分として取り出すことを特徴とする。また、前記ハンドル用中空パイプを中央部で２分し、左右それぞれの該中空パイプの内部に前記感圧センサー部を配置した人力検知センサーでもある。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の１例として、まず、人力検知センサーを搭載した補助動力付き運搬車１（以降台車と略称する）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、本発明の人力検知センサーを搭載した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。
【００１０】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。
【００１１】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。
【００１２】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。
【００１３】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。
【００１４】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の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。更に、前進（＋ｅ方向）の場合と同じく、台車を（−ｅ方向に）後進させた場合も有効に補助動力が働き、前進する場合の制御と同様、後進する場合でも同様の制御ができる。また、前進と後進で速度特性を変更してもよい。
【００１５】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。
【００１６】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。
【００１７】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１５ｃ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９．５ｍｍ位が一般的である。
【００１８】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のどこ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。
【００１９】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。ハンドル支持具７ａは支柱７と一体に構成されても支障はない。また、ハンドル６の断面形状も円形でなく握りやすい形状に変更してもよい。
【００２０】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が使用可能である。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、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２２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。
【００２１】感圧センサー２２の配置例を図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。図７（ａ）は図６の配置と同じであり、最も良い精度で検出できる。（ｂ）は感圧センサー２２の個数を半分にしたもので、センサーの反対側はばね２４ａでハンドル６の圧力を釣り合わせている。感圧センサーの初期圧力が適当なら前後進に渡って検出できる。ハンドル６の中央に１対のセンサーを付けても検出可能であり、前記の加速率や最高速度のばらつきをある程度許すなら、これで充分である。２個の感圧センサー２２をよく知られたブリッヂに構成し、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、図７（ａ）、（ｃ）で示すように中梁１８の同一箇所の表裏の感圧センサー部２０（Ａ）、（Ｂ）の抵抗値ＲＡ、ＲＢが（ｄ）に示す位置にあるように配線するのが望ましい。また、加圧棒の形態は図７（ｅ）に示す標準的なものや、（ｆ）のように緩衝材２４の代わりに加圧棒を２３ａ、２３ｂの２部材に分割してばね２４ａを使ったり、ねじで加圧棒の全長を調整する（ｇ）の形式も使用できる。
【００２２】ハンドル６は両端で支持された単純梁と考えれば、図８（ａ）に示すように操作者の左右の手の力Ｗｌ、Ｗｒを加算した１個の合力Ｗにより撓むことになる。今、合力Ｗは一定と仮定し、両端の支点の間隔をｌとし、（ｂ）に示すように合力Ｗの梁の中央からの距離をｔ・ｌとしたとき、最大撓みを生ずる位置ｘと撓みの量Ｖｍａｘを求めて見ると、（ｃ）の表のようになる。この表では撓み量は合力Ｗが梁の中央にあるときの撓みを１として比を取ってＶ／Ｖｏで示している。この表から合力Ｗの位置が大きく変動してほとんど片手で押しているような場合、すなわち、ｔが０．４以上でも最大撓みを生ずる位置ｘは０．０７７を超さないことがわかる。すなわち、（ｃ）のグラフのように最大撓みを生ずる位置ｘは梁の中央から約８％を超えることはない。このことから、図６のように２組の表裏１対の感圧センサー部２０をハンドル６の中央から約８％づつ離して配置すれば、方向変更等で左右の手の力が等しくなくても、平均して最大たわみ量を検出できる利点がある。
【００２３】このように、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。第一に、感圧センサー２２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、ハンドルの不自然な遊びも無くすことができる。次にハンドルの僅かな撓みを利用するので、操作者はハンドル自身の動きにほとんど気づかず、センサーを押しているにも係わらず操作の違和感が全くないことである。
【００２４】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９、図１０は本発明の人力検知センサーを組み込んだ方向変更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９はこの台車３０の投影図であって、図９（ａ）は台車を押す人が立つ位置から見た正面図、図９（ｂ）は側面図、図９（ｃ）は地面側から台車の底部を見た底面図である。図９（ａ）は台車全体の斜視図であり、図９（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、方向変更の際に補助駆動部８ａの駆動車輪１１が首を振る点であり、特にこの相違点のみを説明する。
【００２５】図９（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。
【００２６】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３１ｂ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。
【００２７】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。
【００２８】図１１はこの台車３０の電気系統を示すブロック図で、図３のブロック図との違いは舵取りモータ部分が追加された点と方向変更角がフィードバックされる点である。
【００２９】図１２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１２（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９の矢印方向に対応する。図１２（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２２、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。
【００３０】図１２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。ハンドルの（Ｌ）、（Ｒ）それぞれの側で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のは図７（ｄ）と同様である。図１１の駆動情報算出部４１ａで左右の感圧センサーの出力ＷｌとＷｒが比較されて、図１２（ｃ）で示すように、値のより小さいＷｌが前進の量となり駆動モータを回動させ、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。
【００３１】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、積載重量の検出を省いても台車として使用可能である。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の人力検知センサーはハンドルの中空パイプの僅かな撓みを検出するため、操作者がハンドルを押し引きしても台車本体とハンドルの動きに遊びは感じられない。従って、たとえブレーキをかけるために進行方向と逆に引いても違和感を覚えることはない。操作者本人はセンサーがあることに全く気付かずに作業が続けられる。
【００３３】また、本発明の人力検知センサーは中空パイプの内部に収納されるため、空気中の水分、塵埃といった外部環境の影響を受けにくく、センサー自身も安価な感圧抵抗素子を利用できるなどコストダウンを計ることができるのも大きな効果である。
【出願人】 【識別番号】０００２０１８１４
【氏名又は名称】双葉電子工業株式会社
【出願日】 平成１１年１月２７日（１９９９．１．２７）
【代理人】 【識別番号】１０００８６８４１
【弁理士】
【氏名又は名称】脇 篤夫 （外２名）
【公開番号】 特開２０００−２１４０１６（Ｐ２０００−２１４０１６Ａ）
【公開日】 平成１２年８月４日（２０００．８．４）
【出願番号】 特願平１１−１８９４２