JP2002263143A - 電動車椅子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特別の訓練を要せず容易に操縦でき、且つ快
適な操縦感覚が得られ、更に小型で安価な電動車椅子を
提供することを目的とする。 【解決手段】 左右独立の駆動輪にそれぞれ別個のモー
タを設置し、モータを独立に制御することによって走行
制御を行う電動車椅子において、ハンドル手段とアクセ
ル手段を含む操縦装置と、実際の走行状態から実走行軌
跡を計算する実動数式モデルと操縦装置に対する操縦者
の操作量と実走行軌跡から仮想した移動手段の仮想走行
軌跡を計算する仮想数式モデルを有する制御手段を設
け、制御手段は、実動数式モデルにより計算した実走行
軌跡が仮想数式モデルにより計算した仮想走行軌跡と一
致するように、モータを独立に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、左右独立の駆動輪
にそれぞれ別個のモータを設置し、各モータを独立に制
御することによって走行制御を行う電動車椅子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、少子化、核家族化の傾向が益々顕
著なものとなり、また、社会の急激な高齢化が確実視さ
れている。このような状況を反映し、高齢者が自立的な
生活を送るための補助器具としての福祉機器の重要性が
強く認識され、多くの研究・開発がなされると共に、種
々の福祉機器が実用化されている。

【０００３】高齢者が自立的な生活を送るための補助器
具としての代表的な福祉機器が電動車椅子であり、電動
車椅子の乗り手（操縦者）が、特別の訓練を要せず容易
に操縦でき、且つ快適な操縦感覚が得られ、更に安価な
電動車椅子を提供することの社会的意義は大きい。

【０００４】従来、この種の電動車椅子の多くは、例え
ば、特開2000−126241号（電動車椅子および記録媒体）
等に開示されているように、ジョイスティックによって
操縦操作が行われているが、その操作には熟練を要し、
判断力が低下した場合には操縦が困難となる。現実に、
高齢の操縦者による壁や柱への衝突事故が複数報告され
ており、普及度は余り高くないのが現状である。

【０００５】一方、単一の駆動装置と差動ギアによって
左右の駆動輪を同時に駆動して走行するシニアカーがあ
り、その操縦操作は、ハンドルを含む操縦装置によって
行われているが、差動ギアを用いるためにその場旋回が
できないなど、小回りが利かないという問題がある。ま
た、差動ギアやパワーステアリング機構を用いるために
大型化し、電動車椅子に乗ったまま建物内部に入るのは
不可能で、本当の足代りにはならないという問題があ
り、さらに又、高価になるという問題がある。

【０００６】また、前記の問題を解決し、コンパクトな
操舵手段を用いてハンドルによる操縦感覚で簡単に操舵
操作することができる電動車椅子を提供することを目的
に、アクセルレバーと、ハンドルと、ハンドルの舵角量
に応じて方向を変化させる操舵輪を駆動輪の軸位置から
所定距離だけ離れた位置に仮想し、操舵輪と駆動輪の速
度比が各舵角量に対して予め求められた設定値にそれぞ
れ等しくなるよう各駆動輪の速度を制御するコントロー
ラとを設けた電動車椅子が開示されている（特開平11-0
56923号 電動車椅子）。

【０００７】この従来技術は、アクセルレバーの操作量
により直接的に仮想した操舵輪の速度を定め、ハンドル
の舵角量により直接的に仮想した操舵輪の舵角を定める
ものであり、新たな移動手段としての固有の操縦特性を
有する点は前記のジョイスティックを用いた電動車椅子
と大きく変わるところが無く、その操作には熟練を要す
るという問題がある。また、力がモノに作用して運動速
度が変化するという過程に伴う遅れを考慮していないた
め、アクセルレバーの操作に対する並進速度変化や、ハ
ンドルの操作に対する回転角速度変化が大きく、例え
ば、ハンドルを切った瞬間から等速円運動に突入するな
ど、操縦者からみて、操作に対する電動車椅子の応答が
非常に敏感に感じられる危険性がある。これは特に高齢
者の利用において、衝突や暴走などを誘起する原因とな
る可能性がある。

【０００８】さらに又、これらの従来技術では、車体に
支持された操縦者用椅子の前方が開放された構造になっ
ているため、操縦者が落下する危険性を感じる場合があ
り、快適な操縦感覚が得られないという問題がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、電動車椅子
に係わる上述した状況に鑑みなされたもので、特別の訓
練を要せず容易に操縦でき、且つ快適な操縦感覚が得ら
れ、更に小型で安価な電動車椅子を提供することを目的
にする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、左右独立の駆動輪にそれぞれ別個のモー
タを設置し、モータを独立に制御することによって走行
制御を行う電動車椅子において、ハンドル手段とアクセ
ル手段を含む操縦装置と、実際の走行状態から実走行軌
跡を計算する実動数式モデルと操縦装置に対する操縦者
の操作量と実走行軌跡から仮想した移動手段の仮想走行
軌跡を計算する仮想数式モデルを有する制御手段を設
け、制御手段は、実動数式モデルにより計算した実走行
軌跡が仮想数式モデルにより計算した仮想走行軌跡と一
致するように、モータを独立に制御するものであり、好
ましくは、操縦装置は、ブレーキ手段を更に有する操縦
装置である。

【００１１】また、前記制御手段で計算する走行軌跡
は、走行状態を並進速度と回転角速度とで表した走行軌
跡である。

【００１２】さらに又、前記仮想数式モデルとして、仮
想した移動手段として自動車を仮想した仮想数式モデル
を用いた電動車椅子である。

【００１３】本発明は又、前記仮想数式モデルとして、
ハンドル手段に対する操縦者の操作量に対応する旋回運
動を記述するモデルとしてシングルトラックモデルを採
用し、アクセル手段及びブレーキ手段に対する操縦者の
操作量に対応する速度変化を記述するモデルとして一次
遅れ要素を採用した電動車椅子である。

【００１４】また、前記制御手段は、好ましくは、前記
実動数式モデルにより計算した実走行軌跡が前記仮想数
式モデルにより計算した仮想走行軌跡と一致するよう
に、単純適応制御方式を用いて、前記モータを独立に制
御する制御手段である。

【００１５】さらに又、本発明は、駆動輪及びその駆動
機構を含む車体と、車体に支持された操縦者用椅子と、
ハンドル手段と、ハンドル手段を支持するハンドル支持
機構とを含む電動車椅子であって、ハンドル手段支持機
構の一端を椅子の前方の左右いずれかに回転可能に接続
し、ハンドル手段支持機構の他端を椅子の前方の他方に
固定可能に接続して構成した電動車椅子である。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明者らは、高齢者が自立的な
生活を送るための補助器具としての電動車椅子の重要性
に着目し、電動車椅子の乗り手に掛かる操作負荷を小さ
くし、快適な操縦感を実現するための電動車椅子制御系
の研究に鋭意取組んできた。

【００１７】その一環として、従来のジョイスティック
型電動車椅子を使用した、年齢階層別（中学生層、中年
層（30歳台）、及び高年層（50歳台後半）の各５名）操
縦初心者による、各種の実機走行実験を実施した。実機
走行実験の一つとして、障害物を回避しながら所定のコ
ースを走行する実験を行ったが、ここで高い順応性を発
揮し優秀な成績を修めたのは、実験前の予想に反し中高
年層で、俊敏な身体能力と調整力を有し好成績を挙げる
ことを予想した中学生層では、５名中４名が障害物に接
触して停止しまうという結果になった。実験後の聞取調
査から、中学生層と中高年層の成績を分けたのは、自動
車運転経験に基づく微調整操作能力であることが判明し
た。

【００１８】一般的に、身体的感覚が鈍った状態で、従
来のジョイスティック型電動車椅子など、固有の操縦特
性を有する新規な移動手段の使用法を習得するのは非常
に困難であるが、一方、健常高齢者のための移動補助手
段として電動車椅子を考えるとき，その利用希望者の半
数以上が自動車の操縦経験を有することを考えれば、自
動車運転感覚に近い感覚で操縦できる電動車椅子を実現
する社会的意義は大きい。

【００１９】本発明は、上述のように、本発明者らが鋭
意取組んできた研究成果に基づきなされたもので、好ま
しくは、自動車運転感覚に近い感覚で操縦できる電動車
椅子を提供するものである。

【００２０】本発明は先ず、従来のジョイスティック型
電動車椅子などと同様に、左右独立の駆動輪にそれぞれ
別個のモータを設置し、モータを独立に制御することに
よって走行制御を行う電動車椅子とし、差動ギアやパワ
ーステアリング機構を用いない。これによって、小型で
安価な電動車椅子を実現できる。

【００２１】本発明の操縦装置は、ハンドル手段とアク
セル手段を含み構成され、アクセル手段は、自動車のエ
ンジンブレーキと同様、緩めた（戻した）場合にはブレ
ーキ操作機能を有するものであるが、別にブレーキ手段
を設けても良い。

【００２２】なお、ハンドル手段とアクセル手段、或い
はブレーキ手段は、物理的に独立して設けることを要件
とはせず、例えば、一つの機構で、その操作する方向に
より複数の機能を持たせるなどを排除するものではな
い。

【００２３】次に、実際の走行状態から実走行軌跡を計
算する実動数式モデルと、操縦装置に対する操縦者の操
作量と実走行軌跡から仮想した移動手段の仮想走行軌跡
を計算する仮想数式モデルとを有する制御手段を設け
る。制御手段は、市販の安価なマイクロコンピュータな
どを含み構成することができる。

【００２４】制御手段が有する実動数式モデルは、電動
車椅子の幾何学的な構造、例えば、駆動輪間の距離、駆
動輪の直径などと、実際の走行状態、例えば、左右の駆
動輪の回転速度とから実走行軌跡を計算する数式モデル
であり、好ましくは、走行状態を並進速度と回転角速度
とで表した走行軌跡を計算する実動数式モデルである。

【００２５】仮想数式モデルは、仮想した移動手段の仮
想走行軌跡を計算する数式モデルであり、例えば、所定
の幾何学的な構造と、操縦者の操作量に対する所定の応
答特性とを仮想し、操縦装置に対する操縦者の操作量と
実動数式モデルで計算した実走行軌跡から、仮想した移
動手段の仮想走行軌跡を計算する。計算する仮想走行軌
跡は、実動数式モデルと同様、好ましくは走行状態を並
進速度と回転角速度とで表した走行軌跡である。

【００２６】以上のようにして計算した走行軌跡に基づ
き、制御手段は、実動数式モデルにより計算した実走行
軌跡が仮想数式モデルにより計算した仮想走行軌跡と一
致するように、モータを独立に制御する。モータの制御
は、例えば、モータに印加する電流を制御することによ
り行う。

【００２７】前記仮想数式モデルは、電動車椅子を必要
とする人の多くが自動車の操縦経験を有する状況に鑑
み、自動車の挙動を仮想した仮想数式モデルとすること
が望ましい。

【００２８】仮想数式モデルを記述する数式モデルとし
ては、種々の数式モデルが使用可能であり、特に本発明
を限定するものではないが、本発明の仮想数式モデルと
して望ましい数式モデルについて説明する。

【００２９】即ち、本発明の仮想数式モデルとして、好
ましくは、ハンドル手段に対する操縦者の操作量に対応
する旋回運動を記述するモデルとしてシングルトラック
モデルを採用し、アクセル手段及びブレーキ手段に対す
る操縦者の操作量に対応する速度変化を記述するモデル
として一次遅れ要素を採用する。

【００３０】シングルトラックモデルは、自動車のハン
ドル操作に対する姿勢角度の応答を表すモデルの一つ
で、前輪（又は後輪）の２輪の効果を１本のタイヤに纏
めて扱う公知のモデルである。このモデルによれば、２
輪の効果を１本のタイヤに纏めて扱えるため、例えば、
制御手段を構成するマイクロコンピュータの必要メモリ
を小さくでき、計算時間を短くすることができる。

【００３１】次に、一次遅れ要素を採用したモデルによ
る、アクセル手段及びブレーキ手段に対する操縦者の操
作量に対応する速度変化について説明する。

【００３２】例えば、実際の自動車では、アクセル操作
量が加速度指令値の意味を持ち、アクセル踏み込み量の
増大は、吸気量の増大、燃料噴射量調節、点火時期調整
等の調整機構を経てエンジンの出力トルク増大をもたら
し、ギアトレインと車輪の慣性系を経て路面に伝えら
れ、車速が変化する。このような機構に関し、アクセル
操作から出力である車速変化までの伝達関数を考えたと
き、自動車内部における伝達遅れは相対的に無視できる
ため、車体慣性系による一次遅れとして近似することが
できる。

【００３３】同様に、定速運転時からのブレーキペダル
を用いた減速過程では、ブレーキペダル操作によりブレ
ーキアクチュエータ制御系に指令値が与えられ、ブレー
キアクチュエータダイナミクスに起因する遅れを経て制
動力が発生し車速が変化するが、ブレーキペダル操作か
ら減速までの伝達特性は、一次遅れで近似的できる。

【００３４】以上のように、特に、質量の大きい自動車
の挙動を仮想した場合には、アクセル手段及びブレーキ
手段に対する操縦者の操作量に対応する速度変化を記述
するモデルとして一次遅れ要素を採用するのが好まし
い。これにより、上記のような複雑な伝達過程を、単純
なモデルで近似できるため、例えば、制御手段を構成す
るマイクロコンピュータの必要メモリを小さくでき、計
算時間を短くすることができる。

【００３５】次に、実動数式モデルにより計算した実走
行軌跡が仮想数式モデルにより計算した仮想走行軌跡と
一致するように、モータを独立に制御する制御方式につ
いて説明する。

【００３６】一般的に、このような制御方式としては、
大別して、制御をした結果の入出力伝達特性を規範モデ
ルのそれに完全に一致させようとするモデルマッチング
制御と、規範モデルの出力に制御対象の出力を漸近的に
追従させようとするモデルフォローイング（若しくはモ
デルリファレンス）制御があるが、本発明の電動車椅子
に用いる方式としては、製品として出荷された場合に利
用者の体重や利用環境の差に起因する物理パラメータ値
の相違を吸収する機構を有するロバスト制御則を用いる
のが望ましく、そのような制御方法の一つとして後者の
確立された方法の一つである単純適応制御方式を採用す
る。

【００３７】次に、操縦者が椅子から落下する危険性を
感じることなく、快適な操縦感覚が得られるようにする
ための望ましい機構について説明する。

【００３８】本発明の電動車椅子は、望ましくは、車体
と椅子とハンドル手段とハンドル支持機構とを含み構成
し、ハンドル手段支持機構の一端を椅子の前方の左右い
ずれかに、例えばヒンジ機構により回転可能に接続し、
他端を椅子の前方の他方に固定可能に接続して構成した
ものであり、乗り降り時には、回転接続部を中心にして
前方に開放し、運転時には閉じてハンドル手段支持機構
と椅子を固定接続する。

【００３９】以上のような実施の形態により、本発明に
よれば、左右独立の駆動輪にそれぞれ別個のモータを設
置し、モータを独立に制御することによって走行制御を
行い、差動ギアやパワーステアリング機構を用いないた
め、小型で安価な電動車椅子を実現できる。

【００４０】また、ハンドル手段とアクセル手段を含む
操縦装置と、実際の走行状態から実走行軌跡を計算する
実動数式モデルと操縦装置に対する操縦者の操作量と実
走行軌跡から仮想した移動手段の仮想走行軌跡を計算す
る仮想数式モデルを有する制御手段を設け、制御手段に
より、実動数式モデルにより計算した実走行軌跡が仮想
数式モデルにより計算した仮想走行軌跡と一致するよう
に、モータを独立に制御するため、仮想した移動手段と
同様の操縦感覚が得られる。この際に、例えば、仮想移
動手段を自動車とした仮想数式モデルを用いることによ
り、自動車の操縦経験を有する電動車椅子の操縦者は、
特別の訓練を要せず容易に操縦でき、且つ快適な操縦感
覚が得られる。

【００４１】また、ハンドル手段支持機構を前方に開放
可能に構成し、運転時には閉じることにより、操縦者が
椅子から落下する危険性を感じることなく、更に快適な
操縦感覚が得られる。

【００４２】さらに又、本発明の制御手段は、市販の安
価なマイクロコンピュータなどを含み構成することがで
きるものであり、また、仮想した移動手段の応答特性な
どのパラメータを容易に変更可能に構成でき、例えば、
操縦者の好みに合うように、仮想数式モデルのパラメー
タを調整することにより、個々の操縦者がより快適な操
縦感覚が得られるようにすることができる。

【００４３】

【実施例】以下、本発明の実施例を、本発明の電動車椅
子の効果を実証するために試作した電動車椅子試作機を
中心に、詳細に説明する。なお、本試作機は、自動車を
仮想移動手段とした本発明の電動車椅子の実施例であ
る。

【００４４】図1は、本発明の電動車椅子の効果を実証
するために試作した、電動車椅子試作機の写真であり、
図２は、本発明の電動車椅子の仮想移動手段として自動
車を選択した場合の，制御系構成方法の考え方を説明す
る概念図である。また図３は、本発明を実施するにあた
り必要となる機械装置の計測制御系の一構成例を示した
ものである。

【００４５】本試作機のメインフレームは、中空角パイ
プの溶接により構成された長方形であり、その４頂点に
車体支持用の受動キャスターを有し、ギア付モータは、
長方形の中点付近に対向する形で左右１個ずつ配置さ
れ、それぞれ駆動輪が設置されている。この駆動輪配置
と２モータ独立制御により、その場旋回動作が可能とな
る。６輪構造は、加減速時の姿勢安定化のために採用し
たものである。

【００４６】各キャスターは、スプリングと合わせ簡易
サスペンション機構を有しているが、これは段差障害物
の走破能力に関し、JISの規定を満たすための配慮であ
る。なお、バッテリーや測定・制御のための補機類は、
メインフレームから吊り下げる形で固定されている。

【００４７】メインフレームの後端には、制御用計算及
び各種測定処理を行うプログラムを実行する、本試作機
の制御手段であるノート型PC（IBM社製ThinkPad-535E）
を設置するための台を設けている。計測・出力用のボー
ドは、ノート型PCのPCMCIAカードを利用したバスブリッ
ジを介して接続されたISAバスボード上に接続されてい
る。本試作機では、市販の機器を使って計測制御系を構
成したが、製品としては、図３において一構成例を示す
ようなカスタムボード／ドライバで置き換えるのが望ま
しい。

【００４８】メインフレーム前方には、アクセルペダル
及びブレーキペダルを固定するための台を設けている
が、本試作機では、ハンドル手段、アクセル手段及びブ
レーキ手段として、PCゲーム用として市販されている、
ハンドル型ゲームコントローラを流用した。コントロー
ラ回転軸の支持端にはポテンショメータが設置されてお
り、この出力値をA/D変換器を介して読み取ることで各
操作手段の操作量を計測し、その値に基づき左右のモー
タに対するトルク指令値を計算し、D/A変換器を介して
モータドライバに出力している。

【００４９】なお、自動車で見られるようなハンドルの
遊びは、制御用ソフトウェア内部でソフトウェア的に設
定・処理している。また、通常の自動車同様、アクセル
ペダル、ブレーキペダル及びハンドルの位置は固定とし
たため、乗り手の体格差は、シートにスライド機構を設
け、シートの前後位置調整により吸収可能となるよう配
慮した。

【００５０】次に、本試作機の制御手段であるノート型
PCの制御用計算の詳細を説明する。

【００５１】自動車運転感覚の再現を目指す基本的な考
え方は、図２に示すように、操縦者のハンドル手段、ア
クセル手段若しくはブレーキ手段を用いた操作入力に対
して、仮想した自動車の挙動を制御手段である計算機中
で実時間計算しつつ、制御対象の電動車椅子の運動が前
述の仮想自動車挙動計算結果に一致するよう制御するこ
とにある。

【００５２】具体的には先に説明したように、アクセル
手段若しくはブレーキ手段の操作に対する速度変化まで
の伝達特性として一次遅れを考え、またハンドル手段に
よる操舵入力に対する仮想自動車の応答は、シングルト
ラックモデルを用いて計算する。シングルトラックモデ
ルは、自動車の前輪２輪、後輪２輪の効果を、車体中心
線と前後輪の車軸との交点に設置してなる１つの車輪で
代表して表し、力の釣り合いを考えることで旋回運動ダ
イナミクスを記述するモデルである。

【００５３】シングルトラックモデルの計算には、自動
車の旋回特性がハンドル手段操舵時の並進速度値に依存
して変化するという事実を踏まえ、実動数式モデルより
計算される電動車椅子の並進速度値を利用することが望
ましいが、電動車椅子(最高車速6[km/h])のように走行
車速の変化幅が小さい場合にはこれを代表値で置き換
え、一定値として扱うことも可能である。

【００５４】以上２つのモデルから得られる速度・姿勢
角速度を目標値として、電動車椅子を制御する。

【００５５】なお、ハンドル手段、アクセル手段、ブレ
ーキ手段には自動車と同様の装置を設置することが望ま
しいが、同等の指令入力量を与えうるデバイスであれば
その形態、設置方法を問わず利用可能である。

【００５６】次に、制御手段たる計算機内部で行われる
制御則の詳細について説明する。

【００５７】本発明は、左右独立の動輪に対して独立の
モータを設置してなる電動車椅子に係わるものであり、
本発明の電動車椅子の運動方程式は、左右モータが発生
するトルクをそれぞれ

【００５８】

【数１】

【００５９】左右モータ出力軸の回転角度をそれぞれ、

【００６０】

【数２】

【００６１】として次式で表現される。

【００６２】

【数３】

【００６３】

【数４】

【００６４】この数４は、車輪と路面の間にすべりが無
い場合、左右動輪の回転速度から車椅子自体の並進速度
及び姿勢角速度が求まることを示す、実動数式モデルで
ある。

【００６５】

【数５】

【００６６】数３、数４で表される電動車椅子の状態方
程式は入出力非干渉化が可能であり、積分型非干渉化制
御を行うと、新しい制御入力を

【００６７】

【数６】

【００６８】

【数７】

【００６９】という関係式が得られる。ここで引数のs
は、その変数がラプラス変換後の信号であることを意味
し、

【００７０】

【数８】

【００７１】のラプラス変換を表している。

【００７２】数７の表現をもとに、

【００７３】

【数９】

【００７４】の制御系を独立に設計するが、制御系の構
成方法は並進速度・姿勢角速度問わず同一のため、以下
では、姿勢角速度制御系の構成方法について説明する。

【００７５】シングルトラックモデルによるハンドル操
作から仮想自動車の姿勢角速度変化までの伝達特性の導
出は、公知の技術（例えば、J. Ackermann 著 "Robust
Control" (Springer-Verlag)など）であり、その詳細な
導出過程は省略するが、仮想移動手段である自動車の走
行状態におけるいくつかの仮定の下では、ハンドル切り
角から仮想移動手段の姿勢角速度変化までの伝達特性
は、線形の微分方程式で記述され、その微分方程式は、

【００７６】

【数１０】

【００７７】として以下のように表すことができる。

【００７８】

【数１１】

【００７９】

【数１２】

【００８０】

【数１３】

【００８１】

【数１４】

【００８２】次に、実動数式モデルにより計算した実走
行軌跡と仮想数式モデルにより計算した仮想走行軌跡を
用い、自動車運転感覚で電動車椅子を操縦できるように
するための制御則について説明する。

【００８３】自動車運転感覚で電動車椅子を操縦できる
ということは、電動車椅子に装備されたアクセル・ブレ
ーキ・ハンドルの各操作手段を操作した際の電動車椅子
の応答運動が、自動車のそれと一致することであり、自
動車運転感覚に近い電動車椅子の姿勢角速度制御系にお
ける制御の目標は、

【００８４】

【数１５】

【００８５】但し、特殊な場合を除いて完全に一致させ
ることは不可能のため、本試作機では、制御開始後でき
るだけ速やかに

【００８６】

【数１６】

【００８７】

【数１７】

【００８８】制御理論上、数１７のように制御対象出力
が数１１、数１２で表されるモデルの出力に漸近的に追
従することを達成する制御系をモデル規範型制御系と呼
称するが、本実施例では、モデル規範型制御系の構成法
のうち、特に数７に含まれると想定すべきパラメータ誤
差に強く、計算量の観点でも魅力的である単純適応制御
の手法を用いて制御系を構成した。

【００８９】

【数１８】

【００９０】

【数１９】

【００９１】

【数２０】

【００９２】

【数２１】

【００９３】以上のような制御系の構成により、数１７
を満足することが理論的にも証明されており、ハンドル
手段、アクセル手段、ブレーキ手段操作時の電動車椅子
の挙動を仮想移動手段である自動車の挙動と一致させる
ことができ、電動車椅子の乗り手が自動車運転感覚で電
動車椅子を操縦することが可能となる。

【００９４】次に、本試作機を使用して行った、評価実
験の結果について説明する。評価実験は、２種類の電動
車椅子（本試作機、及び従来のジョイスティック型市販
電動車椅子）を用い、被験者に、直角のコーナーを有し
フェンスとパイロンで設定された、全長31mのコースを
障害物に触れないように走行してもらい、その所要時間
を計測することで行った。

【００９５】被験者は22〜30歳の男性９名で、全員が自
動車の運転免許証を有し、内２名は本試作機、市販電動
車椅子とも十分な操縦経験を持ち、他の７名は両者とも
操縦経験を有していない。被験者は、２種類の電動車椅
子による走行を連続して行うが、走行の順序が走破時間
に与える影響を考慮し、走行順序を逆にした２通りの走
行順を設定し、各々にほぼ半数の被験者を割り当てた。
なお、最高速度は、共に4.5kｍ/hとなるように予め調整
して実験を行った。

【００９６】実験の結果、操縦経験を持つ２名の平均走
破時間は、本試作機で56秒、市販機で65秒であり、操縦
経験を有さない７名の平均走破時間は、本試作機で65
秒、市販機で75秒であった。即ち、本試作機によれば、
操縦経験の有無に係わらず、大幅に走破時間を短縮する
ことができ、また、電動車椅子の操縦経験が全く無くて
も、本試作機によれば、最初から、市販電動車椅子で十
分な操縦経験を有する人と同等な運転が可能であること
が実証された。この結果は、本試作機が、特別の訓練を
要せず容易に操縦でき、且つ快適な操縦感覚が得られる
ことを意味する。

【００９７】このような相違は、身体的感覚と運動能力
の低下した高齢となってから電動車椅子の利用を開始す
る場合には、さらに大幅な相違となるものと予想され
る。

【００９８】以上、詳細に説明したように、本実施例に
よれば、差動ギアやパワーステアリング機構を要さず装
置を構成しているため、小型で安価な電動車椅子を実現
できる効果がある。また、自動車を仮想した仮想走行軌
跡を計算する仮想数式モデルを有する制御手段を設け、
実走行軌跡が仮想走行軌跡と一致するように各モータを
制御するため、自動車の操縦経験を有する電動車椅子の
操縦者は、特別の訓練を要せず容易に操縦でき、且つ快
適な操縦感覚が得られる効果がある。

【００９９】次に、本発明の第二の実施例について説明
する。

【０１００】図４は、本発明の電動車椅子の形状の実施
例を示す概念図であり、(a)平面図、(b)側面図の２面図
である。

【０１０１】本実施例の電動車椅子は、図４に示すよう
に、車体と椅子とハンドル手段とハンドル支持機構とを
含み構成されており、車体は、駆動輪、前部キャスタ
ー、後部キャスター、脱着可能なカウリングなどを含み
構成され、椅子は、サスペンション機能を有する支持機
構を介し車体から支持されている。

【０１０２】ハンドル手段支持機構は、概ねU字状の形
状を有し、一端が椅子の前方の左側（図４(a)平面図の
下側）にヒンジ機構により回転可能に接続され、他端は
椅子の前方の右側（図４(a)平面図の上側）に固定可能
に接続されている。

【０１０３】図４は、運転時と同様、ハンドル手段支持
機構を閉じた状態を示したものであるが、乗り降り時に
は、回転接続部を中心にして前方に開放し、容易に乗り
降りできるようにする。

【０１０４】このような構成により、乗り降りを容易に
すると共に、運転時にはハンドル手段支持機構を閉じる
ことにより、操縦者が椅子から落下する危険性を感じる
ことなく、更に快適な操縦感覚が得られる効果がある。

【０１０５】以上、本発明の実施例を説明したが、請求
の範囲で規定された本発明の精神と範囲から逸脱するこ
となく、その形態や細部に種々の変更がなされても良い
ことは明らかである。

【０１０６】例えば、本実施例では、６輪構造としてい
るが、４輪構造でも或いは３輪構造でも良く、何ら本発
明を限定するものではない。

【０１０７】また、第一の実施例では、ハンドル手段等
として、PCゲーム用として市販されているハンドル型ゲ
ームコントローラを流用したが、自動車と同様な操縦手
段を設けることが可能であり、望ましい。

【０１０８】さらに又、第一の実施例で説明した、ノー
ト型PCの制御用計算の詳細は、一つの実施例であり、同
様の計算ができる方式のものであれば良く、本発明を限
定するものではない。

【０１０９】

【発明の効果】本発明によれば、差動ギアやパワーステ
アリング機構を用いないため、小型で安価な電動車椅子
を実現できる効果がある。また、実際の走行状態から実
走行軌跡を計算する実動数式モデルと操縦装置に対する
操縦者の操作量と実走行軌跡から仮想した移動手段の仮
想走行軌跡を計算する仮想数式モデルを有する制御手段
を設け、実走行軌跡が仮想走行軌跡と一致するように、
モータを独立に制御するため、仮想した移動手段と同様
の操縦感覚が得られる効果がある。例えば、仮想移動手
段を自動車とした場合、自動車の操縦経験を有する電動
車椅子の操縦者は、特別の訓練を要せず容易に操縦で
き、且つ快適な操縦感覚が得られる効果がある。

【０１１０】さらに又、仮想した移動手段の応答特性な
どのパラメータを容易に変更可能に構成でき、仮想数式
モデルのパラメータを調整することにより、個々の操縦
者がより快適な操縦感覚が得られ効果があり、本発明の
社会的意義は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電動車椅子の効果を実証するために試
作した、電動車椅子試作機の写真である。

【図２】本発明の電動車椅子の仮想移動手段として自動
車を選択した場合の，制御系構成方法の考え方を説明す
る概念図である。

【図３】本発明の電動車椅子を実施するにあたり必要と
なる機械装置の計測制御系の一構成例を示したものであ
る。

【図４】本発明の電動車椅子の形状の実施例を示す概念
図であり、(a)平面図、(b)側面図の２面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ６０Ｌ 15/00 Ｂ６０Ｌ 15/00 Ｈ Ｂ６２Ｄ 5/04 Ｂ６２Ｄ 5/04 Ｈ０２Ｐ 5/00 Ｈ０２Ｐ 5/00 Ｘ 7/67 7/67 Ａ (72)発明者 和田 憲造 山口県宇部市常盤台２丁目16番１号 山口 大学工学部 (72)発明者 竹内 弘悦 広島県廿日市市宮内４丁目12−１ 三浦工 業株式会社 Ｆターム(参考） 3D033 CA03 CA31 5H115 PA01 PA08 PG06 PU01 QN13 QN23 QN28 TB02 TB03 TB10 TI01 TO21 TO23 UI04 5H550 AA20 BB08 CC04 EE10 JJ02 JJ04 JJ12 JJ22 LL01 5H572 AA02 BB07 CC04 DD01 EE04 JJ04 JJ13 JJ22 LL01

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 左右独立の駆動輪にそれぞれ別個のモー
   タを設置し、該モータを独立に制御することによって走
   行制御を行う電動車椅子において、ハンドル手段とアク
   セル手段を含む操縦装置と、実際の走行状態から実走行
   軌跡を計算する実動数式モデルと該操縦装置に対する操
   縦者の操作量と該実走行軌跡から仮想した移動手段の仮
   想走行軌跡を計算する仮想数式モデルを有する制御手段
   を設け、該制御手段は、該実動数式モデルにより計算し
   た実走行軌跡が該仮想数式モデルにより計算した仮想走
   行軌跡と一致するように、該モータを独立に制御するこ
   とを特徴とする電動車椅子。
2. 【請求項２】 前記操縦装置は、ブレーキ手段を更に有
   する操縦装置であることを特徴とする請求項１記載の電
   動車椅子。
3. 【請求項３】 前記制御手段で計算する走行軌跡は、走
   行状態を並進速度と回転角速度とで表した走行軌跡であ
   ることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電動車
   椅子。
4. 【請求項４】 前記仮想数式モデルは、仮想した移動手
   段として自動車を仮想した仮想数式モデルであることを
   特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電
   動車椅子。
5. 【請求項５】 前記仮想数式モデルは、ハンドル手段に
   対する操縦者の操作量に対応する旋回運動を記述するモ
   デルとしてシングルトラックモデルを採用し、アクセル
   手段及びブレーキ手段に対する操縦者の操作量に対応す
   る速度変化を記述するモデルとして一次遅れ要素を採用
   した仮想数式モデルであることを特徴とする請求項１乃
   至請求項４のいずれかに記載の電動車椅子。
6. 【請求項６】 前記制御手段は、前記実動数式モデルに
   より計算した実走行軌跡が前記仮想数式モデルにより計
   算した仮想走行軌跡と一致するように、単純適応制御方
   式を用いて、前記モータを独立に制御する制御手段であ
   ることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに
   記載の電動車椅子。
7. 【請求項７】 駆動輪及びその駆動機構を含む車体と、
   該車体に支持された操縦者用椅子と、ハンドル手段と、
   該ハンドル手段を支持するハンドル支持機構とを含む電
   動車椅子であって、該ハンドル手段支持機構の一端を該
   椅子の前方の左右いずれかに回転可能に接続し、該ハン
   ドル手段支持機構の他端を該椅子の前方の他方に固定可
   能に接続して構成したことを特徴とする請求項１乃至請
   求項６のいずれかに記載の電動車椅子。