JP2005040563A - Stair ascending/descending function and facility for wheelchair - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動車椅子に関するものである。 The present invention relates to an electric wheelchair.
車椅子とは、本質的には人体を車輪付き椅子に座乗せしめたままで、移動を容易にするものであるが、座乗者の状態により、歩行の困難な病人や老人などを対象とする介助を前提とする手動式車椅子と、下肢に障害があって歩行は困難ではあるが、その他の心身は正常であって通常においては他人の介助を望まず、日常生活の大部分を健常者と同等レベルで活動したいとする人のための電動式車椅子とより成る。
他人の介助を前提とする手動車椅子は、車輪のすぐ内側に装備する車輪とほぼ同等の円周のリムを座乗者自身が腕力で回せばゆっくりながらある程度は自力で推進することは出来るが、その速度と行動範囲は知れたものであり、自宅およびその周囲や病院内などにに限られ、電車やバスなどで遠方へ外出するには介助者の付き添いを必要とするのが普通である。
一方、下肢は不自由ではあるが、その他の肉体的や精神的な面では元気で意欲に溢れている身障者は、できるだけ他人の世話にはならずに自分一人で自由に行動したいとの欲求から、電動式車椅子を存分に活用して可成り広い範囲にわたって自力で行動をする場合が多い。 電動車椅子は蓄電池を動力原とするミニ軽車両であり、その姿としては4輪のスクーター型とか、前後輪を補助輪とする中央駆動輪による6輪タイプのものなどが開発されているが、いずれも低速走行の乗り物であり、道路では歩行者と同格の歩道通行の扱いとなり、一般自動車の走行する車道通行は禁じられている。
介護人の付き添いを前提とする手動式車椅子は当然のことながら、電動式車椅子においても、路面が舗装などにより整備された平坦で水平な通路であることが必要であるが、このような整備路面でも水平移動に限られる。 構造物内における上下移動については、エレベーターがあれば最適であるけれども、高層化が進んだ人口密集地域ではある程度設けられているが、人員輸送は間歇てきであり、一回の輸送交通量は少なく、何処にでも在る階段並みには普及されるには至らず、今後も到底階段並みには普及されることはない。
そして階段状になっていてそのステップが自動的に昇降するエスカレーターの発達普及は目覚ましく、駅などでの大勢の歩行者を連続して昇降させる機能は素晴らしいものであるが、これに歩行者と同じように車椅子が移乗して昇降を果すことは大変危険であり、原則として禁止されていて利用することは出来ない。
もっとも最近では、車椅子が利用できるエスカレーターも開発されていて、エスカレーター側の操作ボタンを介してエスカレーターのステップの3段が一時的にその一部分だけ同一平面となるように工夫されていて、この広いステップ面に車椅子を侵入させて移乗すると、安全に座乗者ともどもエスカレーターで昇降を果すことができることとなる。 ただしかし、このエスカレーターのステップ改変と昇降操作には駅の専門の係員などによる付き添い操作を必要とし、更に問題となるのは、車椅子の昇降中には一般の歩行者は待機させられることである。 このことに対する車椅子の利用者の気兼ねなどの心労は大きく、先を急ぐ通行者にとっても待たされる心は穏やかではない。そしてこのようなハイテクエスカレーターへの付け替えや設置には高額な設備投資を要して、どこにでも容易に実現出来るものではない。
車椅子の階段昇降に対しては、このほかに階段の側壁に添って、側壁内に装備された駆動チエーンシステムや電力を移動しながら集電できる設備などによって、車椅子を座乗者もろともカーゴに載せて昇降させる専用の階段昇降装置なども開発されているが、これらは大袈裟であり、カ−ゴの占有面積も大きくて費用高であることや、階段利用の一般歩行者との競合は避けられない。
平成12年5月には通称「交通バリアフリー法」が制定公布され、11月には施行されて、車椅子利用の身障者や高齢者にも「生活の質の向上と改善」が国を挙げて推進されるようななった。そして先述したように自力で自由に移動できる電動車椅子分野の発達も目覚ましく、また一方自動車メーカー側の開発も相まって、下肢不自由な人達でも自動車の運転もこなし得て、身障者の意欲次第でその行動範囲は著しく拡大することが出来るようになってて来た。
このような状況にかんがみ、万能形とされる電動車椅子に要求される機能としては次の2点に絞られて来ると言えよう。
1.平面を労少なく効率的に移動できること。
2.階段を他人の介助なく自分だけで自由に昇降出来ること。
に尽きよう。
この中で、水平移動についてはほぼ目的は達成されたものと考えられるが、何処にでも在る階段昇降に対して、車椅子自体の汎用能力としては未だ全く手が付けられていない。A wheelchair is essentially a person who sits on a wheelchair and makes it easy to move. However, depending on the condition of the occupant, the wheelchair assists the sick and elderly people who have difficulty walking. It is difficult to walk with a manual wheelchair that assumes lower limbs, but other mental and physical conditions are normal and usually do not require the assistance of others, and most of daily life is equivalent to healthy people It consists of an electric wheelchair for those who want to work on the level.
Manual wheelchairs that are premised on the assistance of others can be propelled by themselves to some extent slowly if the occupants themselves turn the rim of the circumference that is almost equivalent to the wheel equipped inside the wheel with their arm strength, The speed and range of action are known, limited to homes, their surroundings, and hospitals, and usually requires the assistance of an assistant to go far away by train or bus.
On the other hand, people with disabilities who are inconvenient in the lower limbs but who are energetic and motivated in other physical and mental aspects, want to act freely on their own without being taken care of by others. In many cases, an electric wheelchair is fully utilized to act on a wide range. The electric wheelchair is a mini-light vehicle powered by a storage battery, and its shape has been developed as a four-wheel scooter type or a six-wheel type with a central drive wheel with front and rear wheels as auxiliary wheels. Both are low-speed vehicles, and on the road, they are treated as sidewalks on the same rank as pedestrians, and roads on which ordinary cars run are prohibited.
Of course, manual wheelchairs that are supposed to be accompanied by caregivers need to be flat and horizontal passages that are maintained by pavement, etc., even in electric wheelchairs. But it is limited to horizontal movement. Although it is best to move up and down in the structure if there is an elevator, it is provided to some extent in densely populated areas where the number of people has increased, but personnel transportation is intermittent, and the amount of transportation traffic is small. However, it will not spread to the level of staircases everywhere, and will not spread to the level of staircases in the future.
And the development and spread of escalators that are stepped and the steps automatically move up and down are remarkable, and the function of continuously moving up and down many pedestrians at stations etc. is wonderful, but this is the same as pedestrians It is very dangerous for a wheelchair to move up and down like this, and as a rule it is prohibited and cannot be used.
Most recently, an escalator that can be used with a wheelchair has been developed, and the escalator step has been devised so that only a part of the escalator step is temporarily on the same plane via the operation buttons on the escalator side. If the wheelchair is intruded into the surface and the vehicle is transferred, the occupant can safely move up and down with the escalator. However, step modification and lifting operation of this escalator requires an attending operation by a staff member of the station, and a further problem is that ordinary pedestrians are allowed to wait while moving up and down the wheelchair. . Wheelchair users have a great deal of effort to deal with this, and even for those who are in a hurry, the awaited mind is not calm. And replacement and installation to such a high-tech escalator requires expensive capital investment and cannot be easily realized anywhere.
In addition to raising and lowering the stairs of wheelchairs, along with the side walls of the stairs, the wheelchair can be made cargo by both the occupant and the passenger by using a drive chain system installed in the side walls and equipment that can collect power while moving power. Dedicated stair climbing devices have been developed that can be lifted up and down, but these are large vehicles, and the car occupies a large area and is expensive, and avoid competition with ordinary pedestrians using stairs. I can't.
In May 2000, the “Traffic Barrier-Free Act” was enacted and promulgated, and it was enforced in November. “Improving and improving the quality of life” for the disabled and elderly people using wheelchairs as a nation. It became to be promoted. And as mentioned earlier, the development of the electric wheelchair that can move freely on its own is remarkable, and in conjunction with the development of the automobile manufacturer side, people with lower limbs can also drive the car, depending on the will of the disabled The range has been able to expand significantly.
In light of this situation, it can be said that the functions required for the all-purpose electric wheelchair are limited to the following two points.
1. The plane can be moved efficiently with little effort.
2. You can move up and down the stairs freely without the assistance of others.
Let's do it all.
In this, it is considered that the purpose of horizontal movement has been almost achieved, but as a general ability of the wheelchair itself, there is still no hand for the stair climbing everywhere.
階段と言うものは、人類の生活空間においては必然的に生じた必須構成である。そのため元気でやる気十分な身障者のためにも、エレベーターや車椅子用に特化した昇降施設を備えていない普通の多くの階段などの昇降通路に対しても、簡単な固定規格の設備を設けるだけで、どんなメーカーのものでも、何時でも自由に昇降できる標準登攀機能を備えた電動車椅子の開発が望まれる。 What is called a staircase is an indispensable structure that inevitably arises in human life. For this reason, it is only necessary to provide simple fixed-standard equipment for lift passages such as many staircases that do not have elevators and wheelchair specialized facilities for disabled people who are well-spirited and disabled. Therefore, it is desirable to develop an electric wheelchair with a standard climbing function that can be freely moved up and down at any time by any manufacturer.
車椅子は字のように座乗椅子に車を付けた構成であり、整備された平面走行に対しては極めて効果的な性能を発揮するが、傾斜する通路に対しては殆ど無力である。
しかし人類は、その困難性を乗り越えて見事に斜面を走行する車両を開発して来た事例を持っている。それはヨーロッパアルプスなどにおけるアプト式登山鉄道にその実績を見る事ができる。アプト式鉄道ではそのレールの間に、歯車のぎざぎざを直線状に引き延ばした形状の突起が並んだようなレールをとりつけ、その突起に引っ掛かって回転する駆動歯車を車体下面に装備していて、列車の動力で駆動して険しい斜面を登って行く構成となっているものであり、車椅子の傾斜面登攀にも先ずこのような地面構造を全国統一規格で造成し、これに対応する登攀機能を電動車椅子に与えれば、傾斜面の登攀は解決する。
すなわち車椅子とそれに座乗する人体を凡そ28°前後の階段傾斜に添って引き上げるのであるから、それほど強固な設備の必要はなくて、人の指程度の太さのステンレス鋼管二本の間に多数の横棒を渡して溶接したはしご段状の「梯段」を固定設備として、階段のコンクリートや木製の基盤構造に設置してやればよい。後はこの歯車が途中で梯段から外れないようにするため、主車輪や前後の車輪を嵌めて誘導させる「溝」を設け、更に反対側の主車輪などが階段のステップへの衝突を回避させるため反対側車輪を浮かせた状態で通過するように、車体を僅かに傾けさせるための姿勢保持誘導管を側壁に手摺状に設けて、車椅子からの掴み腕で慴動的に掴めるように構成する。
一方車椅子側には、平地走行時に主輪を駆動する蓄電池からの軸動力を、歯車機構(トランスミッション)の副軸へ移動して減速しながら回転力を向上させ、梯段に噛む歯車に伝えると、ゆっくりながら力強く登攀させることが出来る。A wheelchair has a configuration in which a car is attached to a seating chair like a letter, and exhibits extremely effective performance for a maintained flat run, but is almost powerless for an inclined passage.
However, mankind has a case of overcoming the difficulties and developing a vehicle that runs wonderfully on the slope. It can be seen in the Apt mountain railways in the European Alps. In the Apt railway, a rail is mounted between the rails, with a projection that is formed by linearly extending the knurled gears, and a drive gear that is hooked on the projection and rotates on the underside of the vehicle. It is configured to climb on a steep slope driven by the power of the first, and for climbing the inclined surface of the wheelchair, first, such a ground structure is created according to the national standard, and the climbing function corresponding to this is electrically operated If it is given to a wheelchair, climbing the slope will be solved.
In other words, because the wheelchair and the human body seated on it are lifted along a staircase inclination of about 28 °, there is no need for such a strong facility, and there are many between two stainless steel tubes about the thickness of a human finger. A ladder-shaped “ladder” welded across the horizontal bars can be installed on the concrete of the staircase or the wooden base structure as a fixed facility. After that, in order to prevent this gear from coming off the ladder in the middle, a “groove” is provided to guide and guide the main wheel and the front and rear wheels, and the opposite main wheel avoids collision with the steps of the stairs. In order to allow the opposite wheel to pass in a floating state, a posture holding guide tube for tilting the vehicle body is provided in a handrail shape on the side wall so that it can be grabbed with a gripping arm from a wheelchair. To do.
On the other hand, on the wheelchair side, the shaft power from the storage battery that drives the main wheel when traveling on flat ground is moved to the auxiliary shaft of the gear mechanism (transmission) to improve the rotational force while decelerating and transmit it to the gear that meshes with the ladder , You can climb slowly and powerfully.
本発明の車椅子は、図1に示すようにその外観は、6輪式の電動車椅子と似ているが、通常の平面走行時に加えて、階段斜面の登攀駆動も出来る駆動構造となっている。後で詳述するが図3はその機構を示したものである。
図1と図2によってこの車椅子の階段昇降状況を説明すると、階段1の右側壁2に添うてその下方に平地での走行時に駆動する車椅子の右主車輪3aなどを嵌めて誘導する車輪誘導溝4へ、右前車輪5aと右主車輪3aを侵入せしめながらクラッチ操作をしながら、梯段6へ車椅子の下面に装備されている昇段駆動の歯車7を噛み合わせてから車椅子の主車輪3a、3bを中立(ニユートラム)とする。その後に車椅子の後部に折り畳み状に装備されている姿勢保持腕8を手で伸展させて、側壁2の上方に固定的に取り付けられている手摺状の姿勢保持誘導管9に対して、3個の小さい滑動ロラーを有する姿勢保持腕8の先端を開いて誘導管9を慴動的に掴んで、車輪誘導溝に入っていない反対側の左主車輪3bを階段1のステップ面より僅かに浮上して隙間26を確保するように姿勢保持腕8の角度を調整し、更に左前車輪3bが階段1のステップに当たるのを防ぐてめ図1に示すように車体フレーム12側へと折り畳む。そして車載のコンピユーターに右前車輪5aの上下角度を記憶させて固定し、クラッチ操作を継続しながらセレクターで昇降駆動の歯車7へと駆動力を穏やかに切り替えると、車椅子はゆっくりと階段1の面に添って昇段方向矢印10のように登って行く。そのときに右後輪11aは下階の地面13をなぞりながら下方へと下がって行き、右後車輪11aが車輪誘導溝4に侵入した時にコンピユーターで自動的に右前車輪5aと右主車輪3aが右後車輪11aと一直線上に並んだ状態で固定されて、その情報が車椅子内の姿勢制御装置に働いてロックされ、登攀中の車椅子が転倒しないように座シート14、背もたれ15、足置台16などが水平に保たれる。このように車椅子の車体が常に水平に保たれる事によって、登攀中の座乗者は座シート19などと共に図1の上部回転矢印17のように水平に後方斜向きに回転して、登攀時に前方に向いていては邪魔となる長い足の向きを、支障のない後側向きとすることが出来る。
車椅子が登攀中はクラッチ操作を微妙に調整しながらやがて上階18に達すると、右前車輪5aが下方に動いて右主車輪3aと同高の位置に回復すると、セレクターは自動的に登攀状況から平地走行状態に復帰し、左前車輪5bも前方へと開くから、クラッチを次第に緩めて解除しながら普通走行の姿に移行する。そして右後車輪11aが上階18水平床面に復帰すると登攀が完了した事となるので、完了合図などを音声や終了音などで知らせるようにすればよい。As shown in FIG. 1, the wheelchair of the present invention is similar in appearance to a six-wheeled electric wheelchair, but has a driving structure that can drive climbing a staircase slope in addition to normal plane running. As will be described in detail later, FIG. 3 shows the mechanism.
Referring to FIGS. 1 and 2, the stairs ascending / descending state of the wheelchair will be described. A wheel guiding groove for guiding and guiding the right
While the wheelchair is climbing, when the
現在の市販の6車輪の高級電動車椅子の前後の車輪は、走行中の緩衝作用とか僅かの高低差を乗り越える時の安定維持などだけの機能しか果していないが、6輪全部が階段斜面への登攀のための高度な機能を分担するための6輪車としての性能を備える必要がある。
主要な階段には、例えば右側側壁コーナーは登攀用とし、左側側壁コーナーは下降用として置けばよい。我が国は左側通行であるが、右効きの人が多い事から姿勢保持誘導管9を姿勢制御腕8で掴み付けるに際しては、この方が便利と思われるが、開発の過程によつてはどちらでも良かろう。要は馴れの問題であり、車椅子のひじ載せ19の先端に取り付けられている操作ノブ20は通常左側にあり、効き腕側を空けておく方が心理的に安定するのかも知れない。
最後に、主車輪3a、3bから昇段駆動の歯車7への駆動力の切り替えと減速の事であるが、本発明のばあいに必要なことは、▲1▼平面走行のときの主車輪3a、3bの軸回転速度よりもずっと減速することにより登攀するための歯車軸の回転力(トルク)が大きくなること。▲2▼ 主車輪の回転軸とは別の回転軸となること。の2点が満たされなければならない。 車椅子と言えども平地走行時には車速変換は必要であり、簡易ながらもトランスミッションは装備しているものとして図3にその辺りの一部を示した。
自動車の在来のトランスミッション(変速機)に基ずいて述べると、エンジン(モーター)で生じた回転駆動力はクラッチを経て主軸に伝えられるが、主軸21の回転は元歯車から副軸受歯車を介して副軸22にも伝えられて副軸は常時回転をしており、この副軸の回転力が、主軸上との間に生じるギア比の相違が、スプライン軸上をギアシフトによりスプライン穴で左右に慴動する歯車と、円錐クラッチにおける接触作用とで主軸上の回転作用に滑らかな変化をもたらして、車の走行速度に衝撃のない変速をもたらすのである。この副軸に与えられた回転を、主軸上がニユートラム(中立)状態となつているときに遊星歯車23を介して減速はするも強い回転力に変換して取り出し、クラッチ作用を次第に緩めながら梯段6に噛み合わせる昇段駆動の歯車7に穏やかに回転力をうつしながら、やがて歯車7を全力駆動させて強力に登攀させる。24aと24bは軸位置を変える歯車であり、25はトランスミッション収納の潤滑油箱である。そして同時に車椅子が蓄電池を電源とする電動車であることから、登攀と言う大きいエネルギーを要するので、更に容量の大きい蓄電池の登載が必要となるだろう。
そして階段斜面を降下する際には登攀のときと逆向きとなって、上から見て右側の側壁に添って前向きに座乗した姿勢で階段へと入って行き、摩擦ブレーキや電磁ブレーキなどの制動作用を、梯段に噛み合わせる歯車に確実に伝えながらゆっくりと降下してくる。The wheels on the front and rear of the current 6-wheel luxury electric wheelchair on the market have only functions such as buffering while driving and stable maintenance when overcoming a slight difference in elevation, but all 6 wheels climb to the stairs slope. It is necessary to provide performance as a six-wheeled vehicle for sharing advanced functions for the vehicle.
In the main stairs, for example, the right side wall corner may be used for climbing and the left side wall corner may be used for lowering. Although it is left-hand traffic in Japan, it seems that this is more convenient for gripping the posture-maintaining guide tube 9 with the posture control arm 8 because there are many right-handed people, but either may be used depending on the development process. Karo. In short, it is a matter of familiarity, and the
Finally, switching of driving force from the
Describing based on the conventional transmission (transmission) of an automobile, the rotational driving force generated by the engine (motor) is transmitted to the main shaft through the clutch, but the rotation of the
And when descending the staircase slope, it goes in the opposite direction when climbing, and enters the stairs in a posture that sits forward along the side wall on the right side as seen from above, such as friction brake and electromagnetic brake It slowly descends while reliably transmitting the braking action to the gear meshing with the ladder.
エレベーターなどの車椅子の昇降支援設備の有無にかかわらず、高機能の電動車椅子の出現と共に、何処の階段に対しても安価で維持費のかからない梯段などの昇降設備が完備されると、何時、何処ででも、安心して、誰の手も借りずに、自由に出歩くことを容易にする。それは下肢不自由と言うだけで仕事や芸術に参加ができ難かった多くの有能な人々の能力を社会にもたらせるので、本人の生活意欲の向上は勿論のこと、社会にとっても大きい貢献が果される途が開けることとなる。 Regardless of whether there is a lift support system for wheelchairs such as elevators, with the advent of high-performance electric wheelchairs, when there are elevators such as ladders that are inexpensive and maintenance-free for any stairs, It makes it easy to walk around freely, without anybody's help, anywhere. Because it can bring the ability of many talented people who could not participate in work and art just to say that the lower limbs are inconvenient, it not only improves the person's willingness to live, but also contributes greatly to society. The way to be fulfilled will be opened.
1. 階段
2. 側壁
3a 右主車輪
3b 左主車輪
4. 車輪誘導溝
5a 右前車輪
5b 左前車輪
6 梯段
7. 昇段駆動の歯車
8. 姿勢保持腕
9. 姿勢保持誘導管
10. 昇段方向矢印
11a 右後車輪
11b 左後車輪
12. 車体フレーム
13. 下階の地面(床面)
14. 座シート
15. 背もたれ
16. 足置台
17. 上部の回転矢印
18. 上階(床)
19. ひじ載せ
20. 操作ノブ
21. 主軸
22. 副軸
23. 遊星歯車
24a 軸位置を変える歯車
24b 軸位置を変える歯車
25. トランスミッション収納の潤滑油箱
26. 左主車輪と階段ステップとの隙間1.
14
19.
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Legal Events
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A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060629 |
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A072 | Dismissal of procedure [no reply to invitation to correct request for examination] |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A073 Effective date: 20070116 |