JP2004229716A

JP2004229716A - 電動車椅子

Info

Publication number: JP2004229716A
Application number: JP2003018818A
Authority: JP
Inventors: Masataka Hayashi; 正隆林
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2003-01-28
Filing date: 2003-01-28
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】旋回時において転倒防止機能を備えた電動車椅子を提供するものである。
【解決手段】電動車椅子６の駆動輪２，３の回転速度を回転速度検出手段７が検出し、駆動輪２，３の回転速度の差に基づき舵角αを求め、該舵角αに基づき駆動輪２，３の安全な最大回転速度を求める。そして、高速走行中において旋回する場合、電動車椅子６の駆動輪２，３の回転速度を前記最大回転速度に減速する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転倒防止機能を備えた電動車椅子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来技術による電動車椅子の側面を示す。電動車椅子１００の正面から見た左右には、該電動車椅子１００に着座した利用者の左右の両腕によって左右個別に回転操作されるハンドリム１０１、１０２が設けられる。該電動車椅子１００の左右の駆動輪１０３，１０４は、電動モータ１０５，１０６を個別に備える。左右の駆動輪１０３，１０４の回転速度は、各ハンドリム１０１、１０２の回転操作量に応じて左右個別に制御される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
そして、図７中実線で示すように、利用者が矢示Ａ方向へ直進を希望する場合、利用者が図６に示す左右のハンドリム１０１，１０２を同一回転量だけ回転操作して、左右の駆動輪１０３，１０４の回転速度を同一にする。一方、利用者が、右旋回を希望する場合、左側のハンドリム１０１の回転操作量を右側のハンドリム１０２の回転操作量よりも大きくして、左側の駆動輪１０３の回転速度を右側の駆動輪１０４の回転速度よりも大きくする。これにより、電動車椅子１００は図７中、一点鎖線で示すように右旋回する。次に、利用者が左旋回を希望する場合、上述の右旋回をする場合とは反対に、右側のハンドリム１０２の回転操作量を左側のハンドリム１０１の回転操作量よりも大きくして、右側の駆動輪１０４の回転速度を左側の駆動輪１０３の回転速度よりも大きくする。これにより、電動椅子は図７中、二点鎖線で示すように左旋回する。
【０００４】
又、操舵装置としてジョイスティックを備えた電動車椅子も知られている。この種の電動車椅子においては、利用者がジョイスティックを操作した場合、該ジョイスティックからの信号に基づき電動車椅子を前進，後退，右旋回，左旋回できるようになっている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−６０９０４号公報
【特許文献２】
特開平８−３２２１１０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の電動車椅子１００はハンドリムやジョイスティックによる操舵装置により操作されるが、転倒防止手段を備えていないため、これらの操舵装置により高速走行中に急旋回した場合には、旋回時に転倒する危険があった。即ち、電動車椅子１００の旋回時において、当該電動車椅子１００には図７に示すように、旋回に基づく遠心力Ｆ１，Ｆ１´が作用するだけでなく、該電動車椅子１００の直進走行を慣性によってそのまま持続させようとする慣性力Ｆ２も作用する。このため、電動車椅子１００は、旋回時において前記遠心力Ｆ１，Ｆ１´と慣性力Ｆ２とを横側から受けることによってによってバランスを崩して転倒し易いという問題点があった。近年、特に、電動車椅子１００は、８ｋｍ／ｈ〜９ｋｍ／ｈの高速走行が可能であるため、前記慣性力Ｆ２が一層大きくなり、一層転倒し易いという問題があった。
【０００７】
又、最近、実用化されている電動車椅子１００のハンドリム１０１、１０２は駆動輪１０３，１０４に機械的には直結されず、駆動輪１０３，１０４に加わる負荷が利用者の腕に直接には伝わらない構造であるため、従来の電動車椅子１００を利用する場合に比較して小さな腕力でハンドリム１０１、１０２を操作して駆動輪１０３，１０４の回転速度を制御できる。このため、容易に急旋回することができる反面、このような急旋回を高速走行中に実施した場合には、高速走行に基づく大きな慣性力Ｆ２が作用する上に、急旋回に基づく大きな遠心力Ｆ１も加わって電動車椅子１００の転倒の危険性は一層高まっていた。従って、安全運転をするには習熟が必要であり、スピード条件によっては転倒しないよう操作するための高度なテクニックが必要である。更に、体重の重い利用者が電動車椅子１００に着座して高速走行した場合には、電動車椅子１００の旋回時に該電動車椅子１００に作用する遠心力Ｆ１が一層大きくなるだけでなく、前記慣性力Ｆ２も大きくなるため、一層転倒し易く危険であるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、旋回時における転倒を防止し、初心者でも安全に使用できる転倒防止手段を備えた電動車椅子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の電動車椅子は、各車輪の回転速度をそれぞれ検出し、該回転速度の差に基づき舵角を求め、旋回時における前記各車輪の回転速度を前記舵角に対応した最大回転速度以下にするよう制御する転倒防止手段を備えたものである。これにより、電動車椅子が高速走行中に旋回する場合でも、安全な走行速度に減速されて転倒が確実に防止される。
【００１０】
請求項２に記載の電動車椅子においては、請求項１に記載の電動車椅子の転倒防止手段が、舵角に応じて各車輪の最大回転速度を求める速度―舵角対応テーブルを備えたものである。これにより、各車輪の安全な最大回転速度は速度―舵角対応テーブルから即座に読み出すことができることから、舵角に対する各車輪の最大回転速度を演算しない分、応答性が良い。
【００１１】
請求項３に記載の電動車椅子においては、請求項２に記載の電動車椅子の速度―舵角対応テーブルが荷重に応じて補正されるものである。これにより、電動車椅子の旋回時における走行速度、即ち各車輪の回転速度は、前記に加えて利用者の体重や荷物などの荷重に応じて安全な最大回転速度以下に制御されるため、旋回時における電動車椅子の転倒が一層防止できる。
【００１２】
請求項４に記載の電動車椅子においては、旋回時における遠心力を検出し、旋回時における各車輪の回転速度を前記遠心力に対応した最大回転速度以下にするよう制御する転倒防止手段を備えたものである。このように、電動車椅子に加わる遠心力を直接求めることにより当該遠心力から安全な最大回転速度を直ちに求めることができる。その結果、電動車椅子が高速走行中に旋回する場合、安全な走行速度に減速されて確実に転倒が防止される。
【００１３】
請求項５に記載の電動車椅子においては、請求項４に記載の電動車椅子の転倒防止手段が、遠心力に基づき各車輪の最大回転速度を求める速度−遠心力対応テーブルを備えたものである。これにより、遠心力の強弱に対応する最大回転速度をテーブルから即座に求めることができることから、遠心力に対する各車輪の最大回転速度を演算しない分、応答性が良い。
【００１４】
請求項６に記載の電動車椅子においては、請求項５に記載の電動車椅子の速度−遠心力対応テーブルが、荷重によって補正されるものである。これにより、利用者の体重に応じて最大回転速度が制御されるため、電動車椅子の転倒が一層防止できる。
【００１５】
【実施の形態】
図１乃至図４は本発明の第１実施形態を示す。本実施形態の転倒防止手段１は、電動車椅子の旋回時において駆動輪２，３の電動モータ４，５を制御して駆動輪２，３の回転速度を制御することにより、電動車椅子６の旋回時において該電動車椅子６を転倒させようとする力を小さくして電動車椅子６の転倒を防止するものである。即ち、電動車椅子６が高速走行中に旋回する場合において、該電動車椅子６の走行速度が安全な走行速度以上のときには、安全な走行速度に減速するものである。
【００１６】
転倒防止手段１は、回転速度検出手段７と舵角検出手段８と最大回転速度算出手段９と電動モータ制御手段１０とを備える。
【００１７】
前記回転速度検出手段７は、左右の駆動輪２，３の回転速度を個別に検出する速度センサ１１，１２からの速度信号Ｔ１，Ｔ２に基づき左右の駆動輪２，３の回転速度を個別に検出する。前記舵角検出手段８は、前記回転速度検出手段７から出力された左右の駆動輪２，３の回転速度の差を求めると共に、両回転速度の差に基づき、電動車椅子６の旋回時における舵角を検出する。前記最大回転速度算出手段９は、電動車椅子６の旋回時における該電動車椅子６の転倒を防止すべく前記舵角に基づき該電動車椅子６に許容される駆動輪２，３の安全な最大回転速度を算出する。前記電動モータ制御手段１０は、電動車椅子６の旋回時において電動車椅子６の駆動輪２，３の実際の回転速度が、前記最大回転速度算出手段９によって算出された最大回転速度よりも大きな場合に電動モータ４，５を制御して駆動輪２，３の回転速度を前記最大回転速度に制限する。
【００１８】
前記回転速度検出手段７，舵角検出手段８，最大回転速度算出手段９，電動モータ制御手段１０は、マイクロコンピュータ等の制御手段によって構成され、記憶手段（図示せず）に別途記憶されたプログラムに基づき上記の所定の動作を実行するよう制御される。
【００１９】
前記舵角検出手段８の動作を図２に基づき説明する。図中、Ａは電動車椅子６の直進方向を示し、Ｂは該直進方向Ａと直交する方向を示し、αは左右の駆動輪２，３の駆動軸Ｍと方向Ｂとのなす角度、即ち、電動車椅子６の舵角を示す。ここで、仮に、左右の駆動輪２，３の回転速度が同じであるとする。この場合、図中実線で示すように、前記駆動軸Ｍは方向Ｂに一致するため、舵角αはゼロである。次に、左側の駆動輪２にブレーキをかけると共に、右側の駆動輪３の回転速度を左側の駆動輪２の回転速度よりも大きくしたとする。この場合、電動車椅子６は図中、一点鎖線で示すように、左に旋回する。そして、この場合の舵角αは左右の駆動輪２，３の回転速度の差に一義的に対応する。即ち、前記舵角検出手段８は、回転速度検出手段７で検出した左右の駆動輪２，３の回転速度の差に基づき前記舵角αを検出できる。
【００２０】
前記最大回転速度算出手段９は、図３に示す速度−舵角対応テーブルによって構成できる。前記速度−舵角対応テーブルにおいて横軸は舵角αを示し、縦軸は駆動輪２，３の最大回転速度βを示す。該速度−舵角対応テーブルによって、舵角αに対応した最大回転速度βを算出できる。該速度−舵角対応テーブルは、舵角αが増加するに従い、該舵角αに対応する最大回転速度βを低下させるように構成される。即ち、前記速度−舵角対応テーブルは電動車椅子６が急旋回する程、最大回転速度βを低下させるように構成される。
【００２１】
前記電動モータ制御手段１０は電動車椅子６の旋回時において前記駆動輪２，３の実際の回転速度と、前記舵角αに基づき求められた最大回転速度βとを比較し、駆動輪２，３の実際の回転速度が最大回転速度βよりも大きな場合に、電動モータ４，５を制御して駆動輪２，３の回転速度を当該最大回転速度βにまで減速させる。これにより、電動車椅子６が急旋回する場合には、両駆動輪２，３の回転速度を減速することにより、急旋回時における電動車椅子６に作用する慣性力Ｆ２（図２に示す）を小さくするのはもちろんのこと、遠心力Ｆ１（図２に示す）を小さくすることで電動車椅子６の転倒を防止できる。
【００２２】
又、前記最大回転速度算出手段９は、重量センサ１３からの信号に基づき前記テーブルを補正する補正手段１４を備える。前記重量センサ１３は電動車椅子６の座席に設けられて、該座席に着座する利用者の体重などの荷重を検出するものである。
【００２３】
即ち、利用者の体重が重い場合には、補正手段１４は速度−舵角対応テーブルを図３中、一点鎖線で示すように左側へ変移するよう補正する。これにより、速度−舵角対応テーブルが実線で示される場合に比較して、同じ舵角α１であっても算出される最大回転速度β１は補正前のテーブルに基づき算出された最大回転速度β２よりも小さい。即ち、利用者の体重が重い場合には、旋回時に大きな遠心力Ｆ１（図２に示す）と慣性力Ｆ２（図２に示す）が発生するため、最大回転速度βを小さくし遠心力Ｆ１（図２に示す）及び慣性力Ｆ２（図２に示す）を小さくすることにより、電動車椅子６の転倒を防止する。一方、利用者の体重が軽い場合には、速度−舵角対応テーブルを図３中、二点鎖線で示すように右側へ変移するように補正する。これにより、速度−舵角対応テーブルが実線で示される場合に比較して、同じ舵角α２であっても算出される最大回転速度β３は補正前のテーブルに基づき算出された最大回転速度β４よりも大きくなる。即ち、利用者の体重が軽い場合には、旋回時に発生する遠心力Ｆ１（図２に示す）と慣性力Ｆ２（図２に示す）は小さいため、最大回転速度βを若干大きくしても、電動車椅子６が転倒をすることはない。上記補正は、数段階の補正であっても無段階の補正であっても良いが、補正する段数はより細かく設定した方が、荷重（体重）に対する転倒防止能力が向上する。
【００２４】
尚、前記回転速度検出手段７は、速度センサ１１，１２の出力に基づき駆動輪２，３の実際の回転速度を検出するようにしたが、ハンドリム１０１，１０２を有した電動車椅子６にあってはハンドリム１０１，１０２から出力される回転操作信号Ｔ３，Ｔ４に基づき左右の駆動輪２，３の回転速度を個別に算出しても良い。
【００２５】
次に、動作について説明する。利用者が電動車椅子６に着座し、図２に示すように、高速走行中に通路に沿って左旋回しようとしたとする。この場合、電動車椅子６には、電動車椅子６の左旋回に基づく遠心力Ｆ１と、電動車椅子６の直進走行を慣性によってそのまま持続させようとする慣性力Ｆ２が加わるため、電動車椅子６は旋回時に遠心力Ｆ１と慣性力Ｆ２とを横側から受けることによって横倒し易い。
【００２６】
しかし、本実施形態においては、以下のようにして電動車椅子６の転倒を防止する。先ず、図４に示すように、ステップＳ１において重量センサ１３によって電動車椅子６に着座した利用者の体重や荷物などの荷重を検出する。次に、ステップＳ２において前記荷重によって、速度−舵角対応テーブルを補正する。これにより、前記荷重に対応した適正な最大回転速度βを速度−舵角対応テーブルによって算出できる。
【００２７】
次に、ステップＳ３において回転速度検出手段７が左側の駆動輪２の回転速度Ｖ１を検出する。次に、ステップＳ４において回転速度検出手段７が右側の駆動輪３の回転速度Ｖ２を検出する。次に、ステップＳ５において舵角検出手段８が、左右の駆動輪２，３の実際の回転速度Ｖ１，Ｖ２に基づき両回転速度Ｖ１，Ｖ２の差を求めると共に、ステップＳ６において当該差に基づき舵角αを求める。次に、ステップＳ７において最大回転速度算出手段９が前記舵角αに対応した最大回転速度βを算出する。
【００２８】
そして、ステップＳ８において電動車椅子６の駆動輪２，３の実際の回転速度Ｖ１，Ｖ２が、最大回転速度算出手段９によって求められた最大回転速度βよりも大きいとする。この場合、電動モータ制御手段１０はステップＳ９において回転速度の大きな方の駆動輪３、即ち、右側の駆動輪３の実際の回転速度Ｖ２を最大回転速度βに減速すると共に、電動モータ制御手段１０は左側の駆動輪２の回転速度Ｖ１を前記右側の駆動輪３の回転速度Ｖ２の減速量と同量（Ｖ２−β）だけ減速する。この時の駆動輪２の回転速度Ｖ１は、舵角αを維持した状態での最大回転速度になっている。これにより、左側の駆動輪２と右側の駆動輪３の回転速度の差（Ｖ２−Ｖ１）は維持され、即ち、舵角αは維持されたまま駆動輪２，３の回転速度Ｖ１，Ｖ２は安全な速度に減速される。このため、電動車椅子６は転倒することなく、曲がった通路に沿って安全に旋回できる。尚、ステップＳ８において駆動輪２，３の実際の回転速度Ｖ１，Ｖ２が最大回転速度βよりも小さい場合には、該駆動輪２，３の回転速度Ｖ１，Ｖ２は減速されない。
【００２９】
尚、ステップＳ１，Ｓ２はステップＳ７の後に配置しても良い。又、ステップＳ１，Ｓ２を省略しても良いが、省略しない方がより安全性を向上できる。又、以上の実施形態においては、最大回転速度算出手段９は速度−舵角対応テーブルによって構成し、該速度−舵角対応テーブルによって舵角αに対応した最大回転速度βを求めたが、当該最大回転速度βは舵角αに一義的に対応するため、最大回転速度βは舵角αに基づき計算によって算出するようにしても良い。更に、このように、舵角αに基づき計算によって求めた最大回転速度βを、重量センサ１３によって検出される荷重によって補正するようにしても良い。又、前記実施形態においては、左右の駆動輪２，３の回転速度の差に基づき舵角αを求めたが、電動車椅子６の横方向へ作用する遠心力を検出する加速度センサを電動車椅子６に設け、該加速度センサの出力によって該舵角αを求めることもできる。該加速度センサはジャイロによって構成できる。即ち、電動車椅子６が急旋回する程、つまり、旋回時において舵角αが大きくなる程、前記遠心力が大きくなるものであって、舵角αと遠心力とは一義的に対応する。このため、前記遠心力を検出することにより、当該遠心力に対応した安全な最大回転速度βを設定できる。従って、速度―遠心力対応テーブルを予め作成しておくことにより、遠心力に対応した安全な最大回転速度βを即座に算出できる。
【００３０】
次に、図５は第２実施形態を示す。本実施形態においては、操舵装置としてハンドリムの代わりに、ジョイスティック２１を用いた場合を示す。第１実施形態においては、回転速度検出手段７と舵角検出手段８を設けることにより、電動車椅子６の旋回時における舵角αを求め、当該舵角αに基づき駆動輪２，３の最大回転速度βを算出したが、この第２実施形態においては電動車椅子６を右旋回又は左旋回させるべく操作したジョイスティック２１の操作棒２２の傾きに基づき舵角αを求め、当該舵角αに基づき駆動輪２，３の安全な最大回転速度βを算出することもできる。又、このように操舵装置としてジョイスティック２１を用いた場合であっても、第１実施形態と同様に、回転速度検出手段７と舵角検出手段８を設けることにより、駆動輪２，３の実際の回転速度に基づき、電動車椅子６の旋回時における舵角αを求め、当該舵角αに基づき駆動輪２，３の安全な最大回転速度βを求めても良い。又、上記実施形態で説明した電動車椅子６は、前輪を駆動する型式のものに基づき説明したが、後輪を駆動する型式のものに対しても同様な考え方を適用できる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電動車椅子の旋回時に該電動車椅子の走行速度を安全な走行速度以下に減速する転倒防止手段を設けたので、該電動車椅子は旋回時における転倒を防止することができ、初心者にも安全に使用できる。又、転倒防止手段に速度−舵角対応テーブルを備え、該速度−舵角対応テーブルによって電動車椅子の旋回時における車輪の安全な最大回転速度を求めるようにすれば、当該最大回転速度を即座に求めることができる。更に、前記最大回転速度を電動車椅子に着座した利用者の体重や荷物などの荷重によって増減させるよう制御すれば、体重の重軽に対応する適正な制御が可能となり、旋回時における電動車椅子の転倒防止を一層確実なものとすることができ、１台で子供から大人、男女の区別なく普遍的な幅広い利用が可能となる。又、前記舵角を電動車椅子の横方向に作用する遠心力に基づき直接求めるようにすれば、電動車椅子の旋回時における安全な走行速度を当該遠心力に基づき即座に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態における駆動輪の動作を説明する説明図である。
【図３】本発明の第１実施形態に用いるテーブルを示す。
【図４】本発明の第１実施形態のフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態のブロック図である。
【図６】従来技術による電動車椅子の側面図である。
【図７】従来技術による電動車椅子の駆動輪の動作を説明する説明図である。
【符号の説明】
１転倒防止手段
２，３駆動輪
７回転速度検出手段
８舵角検出手段
９最大回転速度算出手段
１３重量センサ
１４補正手段

Claims

電動で駆動される少なくとも左右１対の車輪を備えた電動車椅子において、
前記各車輪の回転速度をそれぞれ検出し、該回転速度の差に基づき舵角を求め、旋回時における前記各車輪の回転速度を前記舵角に対応した最大回転速度以下に制御する転倒防止手段を備えたことを特徴とする電動車椅子。
転倒防止手段は、舵角に基づき各車輪の最大回転速度を求める速度―舵角対応テーブルを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電動車椅子。
速度―舵角対応テーブルは、荷重によって補正されることを特徴とする請求項２に記載の電動車椅子。
電動で駆動される少なくとも左右１対の車輪を備えた電動車椅子において、
旋回時における遠心力を検出し、旋回時における前記各車輪の回転速度を前記遠心力に対応した最大回転速度以下に制御する転倒防止手段を備えたことを特徴とする電動車椅子。
転倒防止手段は、遠心力に対応した最大回転速度を求める速度―遠心力対応テーブルを備えたことを特徴とする請求項４に記載の電動車椅子。
速度―遠心力対応テーブルは、荷重によって補正されることを特徴とする請求項５に記載の電動車椅子。