JP2005296082A - 電動車椅子 - Google Patents

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幸枝 田端
Tatsuhiko Matsuura
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Abstract

【課題】手の動作が不自由な人であっても、操作の習熟や、反射神経に関わらず、独力で容易に、走行やリクライニング機構のすべての操作が可能で、且つ移動の妨げとならない電動車椅子を提供することを目的とするものである。
【解決手段】着座部と背もたれ部と肘掛部とからなる椅子部分の左右両側に配置された各駆動輪を電動モーターの回転力で駆動するような電動車椅子において、電源、移動、走行の方向と速度調節、停止、チルトまたはリクライニング機構の前後の傾斜調整、バンパーの測距及び衝撃センサーの解除を一入力制御装置で行えるスイッチとコントローラを備えたことを特徴とする電動車椅子である。
【選択図】 図1

Description

本発明は電動車椅子に係り、とくに、ジョイスティックの操作が困難な人であっても容易に運転が出来るようにした電動車椅子に関する。
従来より、重度の障害や高齢により手動による推進力が得られない場合に、電動車椅子が利用されている。このような電動車椅子としては、左右の1対の車輪に駆動装置が適切な駆動制御装置により連結されていて、一方利用者は手元に設けられているいわゆるジョイスティック操作装置の操作レバーにより進行方向を入力して車椅子を作動させる。この入力装置は、360度いかなる方向にも動く構造を有し、利用者は操作レバーを前後、左右等の目的とする方向に倒すことにより電動車椅子を前進、後進、左折、右折、停止等させることができるように構成されている。
しかしながら、上述したジョイスティック操作装置を使いこなすためには、相当の訓練と、反射神経が必要であり、特に住宅内部等の狭い空間を移動する場合、電動車椅子を微妙に操作する必要があり、住宅用の電動車椅子として必ずしも必要十分なものとは言い難かった。また、筋ジスロトフィーやALS、脳性麻痺等によって握力や手指の筋力が低下したり、手の動作が不自由な人は、操作レバーが握れなかったり、操作レバーによる調整が難解であって、運転が困難となり、補助者がいないと使用できないという不便があった。
このため、ジョイスティック操作装置の操作が困難な手の動作の不自由な人でも容易に運転できるよう、人の呼気を利用した呼気スイッチを使うもの(特許文献1参照。)や、CCDカメラで頭部の動きをとらえて制御するもの(特許文献2参照。)や、利用者が乗車した状態で頭をもたせかける枕の中に頭の押圧によって作用する感圧式スイッチを内装したものがある(特許文献3参照)。
しかしながら、人の呼気を利用した呼気スイッチは、息の仕方(強弱、長短)による制御が難しく、CCDカメラを利用したものは,CCDカメラが正確に頭部の動きを認識するためには、首の動きを大きく使わなくてはいけないから、首が不自由な人等には使えないという問題点があった。また、枕の中にスイッチがある場合は、利用者が頭を休めているのか、スイッチを操作する動作なのかを判別するのが難しかった。
また、本体フレームの後部(前・左・右など複数の方向にも可能)に光・超音波などによる非接触性の対物センサーを取り付け、この対物センサーの入力により、ジョイスティック操作装置に電動車椅子の動力コントロール用信号回路に挿入するように取り付けた小型リレーを動作させて、電動車椅子の電源スイッチ用または駆動用信号を遮断して電動車椅子の動作を止めるようにして、衝突事故を防止しているものもある(特許文献4参照。)。しかしながら、エレベーターや人ごみでは対物センサーが反応して動くことが出来なくなるという問題があった。
また、ジョイスティック操作装置を収納可能として移乗や運搬時等に邪魔にならないようにしたものもある(特許文献5、特許文献6参照。)。これを図8にて説明する。図8は電動車椅子100の左側の一部上面図で、Aはジョイスティック操作装置130がセット位置にあるもの、Bはジョイスティック操作装置130がロック解除状態にあるもの、Cはジョイスティック操作装置130が収納位置にあるものである。このジョイスティック操作装置130はアーム137を介して回転軸136を支点にして肘掛150より前方のセット位置と肘掛150側の収納位置に移動可能である。ロック手段を構成するロックレバー181はアーム137に支持ピン182で回動可能に設けられ、このロックレバー181の爪部181aを支持部135に係合してロックされる。このアーム137はスプリング183で付勢されたピン184により常に収納方向に押圧され、このスプリング188及びピン184により、ロック解除時に前期ジョイスティック操作装置130をセット位置から車体外側の位置に移動させる付勢手段を構成している。なお、図面中、120は左後輪、140は左前輪、138は操作レバーである。
しかしながら、このように車椅子本体に対してジョイスティック操作装置を、左右にスライドして収納可能としたものは、車椅子の横に人がいる場合はスライドさせたジョイスティック操作装置が邪魔になる。またジョイスティック操作装置が、利用者の視界から遠く離れてしまい、見づらいものとなるといった不具合がある。
また、筋ジストロフィーの患者等は座骨結節部等の加重を軽減させ、除圧を図るリクライニング機構を備えた電動車椅子が必要となり、座面と背もたれが一体となって回転するチルトタイプのリクライニング機構がコントローラの位置や重心位置の変化が無いため採用されやすい。しかし、従来の車椅子は、チルト機構の表示と移動方向の表示とが分離して設置されており、操作の際に視線移動が起こることで視認性の劣化となっていた。また、走行やリクライニング機構の操作や調整を1つの入力装置で行える電動車椅子が無かった。
実開昭56−52918号公報 特開平11−47196号公報 特開2001−70355号公報 特開平6−190007号公報 特開平7−265361号公報 特開2000−84005号公報
本発明はこのような問題を解決して、手の動作が不自由な人であっても、操作の習熟や、反射神経に関わらず、独力で容易に、走行やリクライニング機構のすべての操作が可能で、且つ移動の妨げとならない電動車椅子を提供することを目的とするものである。
本願発明は、着座部と背もたれ部と肘掛部とからなる椅子部分の左右両側に配置された各駆動輪を電動モーターの回転力で駆動するような電動車椅子において、電源、移動、走行の方向と速度調節、停止、チルト機構の前後の傾斜調整、バンパーの測距及び衝撃センサーの解除を一入力制御装置で行えるスイッチとコントローラを備えたことを特徴とする電動車椅子である。このため、電動車椅子の全ての操作を利用者が独力で行えるという利点がある。
また、電源、走行の方向と速度調節、停止、チルトまたはリクライニング機構の前後の傾斜調整等を同一の表示手段を用い、その点灯及びスキャン機能を用いて表示する表示部と、車椅子利用者が操作するスイッチと、スイッチにより入力された電気信号に基づき電動車椅子を制御するコントローラとからなる電動車椅子である。同一の表示手段を用いているため、部品点数の減少となって、コストダウンが図れると共に、利用者の視線移動も少なく、安全性にも優れている。
単純で、且つ利用者の認知過程を煩雑にしないためにも、4箇所の表示手段と、その中央に1箇所の表示手段を配置したスキャン表示部と、液晶表示部より構成するとより好ましい。また、この表示手段が合成色も含め3色に発光するランプであるとより良い。
また、本発明の電動車椅子は前記表示部の輝度及び明度を、コントローラに設けた周囲照度検出機能によって自動調整することを特徴としている。このことにより、屋外で表示部を見えるように輝度をアップすると屋内ではまぶしすぎたり、屋内用に最適輝度に合わせる屋外では視認性が劣化するといった不具合が無くなり、屋内外を問わず移動が可能となり、利用者にとって使い易い電動車椅子になった。
また、表示手段のスキャン機能において、スキャン開始の待ち時間を任意に設定可能としたことを特徴とする。これによりスキャン開始直後のタイミングが計りやすくなった。
更に、前記スイッチは圧力を感知して電気信号を発するものであり、前記コントローラは個々の車椅子利用者のスイッチ押圧時または非押圧時または、押圧時とスイッチ非押圧時の2種類の圧力値を記憶して、それに応じたスイッチからの電気信号により電動車椅子を制御することを特徴としている。このことにより、手指の力が微弱な障害を持つ利用者にとっても、自らが電動車椅子を操作することが可能となった。また、利用者一人一人に合わせてスイッチの感度を設定することが特別な設備を必要とせずに可能であるため、利用者に合わせた電動車椅子を容易に提供することが出来る。
また、前記スイッチは車椅子利用者の操作部位に取り付けられた磁石からの距離変動に伴う磁気の強弱や、操作部位の光学式測距センサー等からの距離変動を感知して電気信号を発するものであり、車椅子利用者の操作部位の前記スイッチからの距離または、前記操作部位のスイッチへの近接時とスイッチ非近接時の2種類の距離を前記電気信号の値として記憶して、それに応じたスイッチからの電気信号により電動車椅子を制御することを特徴としている。このことにより、手指の力がさらに微弱な障害を持つ利用者にとっても、スイッチを操作するための力が不要であり自らが電動車椅子を操作することが可能となった。また、利用者一人一人に合わせてスイッチの感度を設定することが特別な設備を必要とせずに可能であるため、利用者に合わせた電動車椅子を容易に提供することが出来る。
記憶した2種類の圧力値の差よりも大きい所定の圧力がスイッチに加わった際には、コントローラはスキャンにより選択実行された前記電動車椅子の移動、チルトまたはリクライニング等のモーター駆動機能を停止させる制御機能(オーバープレッシャー検知停止機能)を持つことにより、意図しない姿勢変動等によるスイッチへの加圧状態によって電動車椅子が暴走することを防止でき、安全性に優れている。
操作者の細かな手のふるえや電気的ノイズによる誤動作を防止するため、前記記憶させる値が所定の値よりも小さいとき、前記記憶させる値を所定の値(ンダープレッシャー値)に制限することを特徴としている。これにより誤動作を起こさない最低限の圧力スイッチへの操作圧力または測距センサー等の操作距離変動を補償しすることで電動車椅子が暴走することを防止でき、安全性に優れている。
前記コントローラはパソコンとデータ通信可能な入出力ポートを備えている。これによってパソコンの画面上で車椅子の試乗訓練が行えるので、利用者は実際に車椅子に乗る前に、画面上で最適なスキャンスピード等の設定を調べることが出来、最適な設定値をコントローラへ伝送記憶することが可能である。特に、今まで車椅子に乗っておらず、自ら移動するという感覚が失われているような利用者に対しては、この画面上での試乗訓練は安全性が高く、効果的である。
本発明の電動車椅子は、着座部と背もたれ部と肘掛部とからなる椅子部分の左右両側に配置された各駆動輪を電動モーターの回転力で駆動するような電動車椅子において、肘掛部より前方へ伸びたアーム先端に、電源、走行の方向と速度調節、停止、チルト機構の前後の傾斜調整等を表示する表示部を備え、且つスイッチにより入力された電気信号に基づき電動車椅子を制御するコントローラを設置すると共に、前記アームは表示部に表示される指示に基づきスイッチを操作することにより、車椅子前後方向に伸縮自在であることを特徴としている。このため、従来の車椅子の横に人がいる場合は操作装置が邪魔になったり、操作装置が利用者の視界から遠く離れてしまい、見づらいものとなるといった不具合が解消された。
着座部と背もたれ部と肘掛部とからなる椅子部分の左右両側に配置された各駆動輪を電動モーターの回転力で駆動するような電動車椅子において、電源、移動、走行の方向と速度調節、停止、チルトまたはリクライニング機構の前後の傾斜調整、バンパーの測距及び衝撃センサーの解除を一入力制御装置で行えるスイッチとコントローラを備えた。
以下、本発明の一実施例を図1〜3に基づき詳細に説明する。図1は本発明の電動車椅子100の斜視図、図2は操作コントローラ3の正面図、図3は電気的構成を示すブロック図である。電動車椅子100は着座部4と背もたれ部13と肘掛部1とからなる椅子部分の左右両側に配置された各駆動輪6、6を電動モーター7、7の回転力で駆動するものであり、片側の肘掛部1の前方に伸縮自在なアーム2に設置された操作コントローラー3を設けている。この操作コントローラー3とコード10にて接続された磁気等のセンサーによって信号を発するスイッチ11を操作することにより、着座部4の下側に設置したメインコントローラー5に信号が入力されて、左右の駆動輪6、6の電動モーター7、7の駆動を別々に制御するようになっている。また、左右の前輪8、8はキャスター9、9に取り付けた回動自在の車輪であって、後輪6、6の駆動に追従するようになっており、自由な操舵を可能にしている。なお、14は乗員が足を乗せるフットレストである。
操作コントローラ3は、前後左右の走行方向を示す十字ランプ15a、15b、15c、15d、その中央に配置した中央ランプ16、高・中・低の3速度を表示する速度ランプ17とから構成されるスキャン表示部18と、状態遷移時間等をバーグラフ等で表示する液晶表示部19、介助者等の第3者が操作可能な操作ボタン20a、20b、20cとから構成される。中央ランプ16は、十字ランプ15a、15b、15c、15dとの組み合わせで、着座部4と背もたれ部13のチルト作動及びアーム2の伸縮を表示する。これらのランプが状態により3色に点灯、スキャンするので、操作者は該当するランプが発光したときにスイッチ11により入力し操作する。21はパソコンとの接続が可能なUSBコネクターである。
次に、本発明の操作方法について具体的に説明する。車椅子100が停止状態にて、スイッチ11を押圧すると、操作コントローラー3のスキャン表示部18の十字ランプ15aが緑色に点灯する。スイッチ11を非押圧にすると、スキャン表示部18が、十字ランプ15a、15b、15d、15c、中央ランプ16と15a同時、16と15c同時、16と15b同時、16と15d同時の順に緑色点灯してスキャンする。それぞれのランプは前進(15a)、右折(15b)、左折(15d)、後進(15c)、後方へのチルト(16、15a)、前方へのチルト(16、15c)、アーム2の縮移動(16、15b)、アーム2の伸移動(16、15d)を表している。所望動作のランプが点灯したときに、スイッチ11を押圧するとランプが黄色点灯に変化し、動作選択状態となる。その後もう一度スイッチ11を押圧すると、先ほど選択した動作のランプが赤色点灯に変化して、選択動作を実行する。この時、再度スイッチ11を押圧しなければランプは消灯し、操作コントローラ3は停止状態になる。
スキャンは、前進(15a)、右折(15b)、左折(15d)、後進(15c)、後方チルト(16、15a)、前方チルト(16、15c)、縮移動(16、15b)、伸移動(16、15d)、前進(15a)、右折(15b)・・・と、繰り返しスキャンすることが可能で、スキャン繰り返し回数も任意に設定可能である。例えば、スキャン回数を3回に設定すると、十字ランプ15及び中央ランプ16が3回繰り返しスキャンし、その間にスイッチ11が押圧されなければ、ランプは消灯し停止状態になる。
また、スキャンする点灯スピードや、スキャン時に最初の十字ランプ15aから次の十字ランプ15bが点灯する時間間隔及び、動作選択状態の黄色点灯から再度スイッチ11を押圧するまでの待ち時間はそれぞれ任意に設定できる。これらの時間を任意に設定可能としたことにより、容易に、利用者個々にあった最適なタイミングを提供することが出来る。
スイッチ11は圧力を感知してオン・オフの信号を発するものであり、利用者の指等の押圧強さに合わせて個々に記憶させる機能を持っている(ワンタッチティーチング)。初期設定時に、利用者がスイッチ11を押圧した状態をオンレベルの圧力値、スイッチ11に利用者が手を乗せた状態で非押圧時をオフレベルの圧力値として記憶させる。この初期設定にて、スイッチ11の感度を調整し、この時に記憶されたスイッチ11への加圧、非加圧の圧力差の2倍以上の圧力が加わったときには、スキャンを強制停止させ(オーバープレッシャー検知停止機能)、液晶表示部19に警告メッセージを表示させたり、警告音を発生させる。この際、オーバープレッシャー検知停止機能が働く圧力差は任意に設定できる。このことにより、ひじずれ等の意図しない姿勢変動等によるスイッチ11への加圧状態によりスイッチ11が押圧されても、車椅子100の暴走等を防止することが出来る。
また、オフレベルの圧力値より一定値以上の圧力値にアンダープレッシャー値を設定し、オンレベルの圧力値はこのアンダープレッシャー値以上を有効とする。このことにより、利用者の手の振るえ等によりスイッチ11にオフレベル以上の微細な押圧力がかかっても、オンレベルに達しない圧力値に対しては有効な押圧値とみなされず誤作動を防止できる。
図4はスイッチ11にかかる圧力と時間の関係を説明するグラフであって、本発明のスイッチ11は押圧を一定時間及び一定圧力以上保持しないとオンにならない機能も持っており、利用者の手の震え等による誤作動や、車椅子乗車時の振動等による誤作動を防止することが可能である。スイッチ11への押圧力保持時間をts秒に設定した場合、グラフに示すように、オンレベルの保持時間がt1<tsであればスイッチ11は入力されないが、ts<t2もしくはts=t2になるとオンレベルになる。なお、スイッチ11への圧力がオンレベルを超えると、各種状態遷移のための計時を停止する。
更に、液晶表示部19にスイッチ11にかかる加圧力をバーグラフで示すことにより、スイッチ11が適正に押圧されているかどうかが一目で確認でき、車椅子100が動かなくなったとしても、それが、利用者の手がスイッチ11に対してフィットしていないためのものか、機械自体に原因があるのか分かりやすい。
また本発明の操作コントローラ3はパソコンとUSBにてデータ通信可能な機能を持っており、パソコンの画面上で車椅子100の試乗訓練が行える。図5はそのシミュレーターのパソコン画面を示すもので、ランプのスキャン状態や車椅子100の走行方向についてのシミュレートや、スキャン設定回数やスキャンスピード等操作コントローラ3上で設定可能な各項目もこのシミュレーター画面上で設定し、シミュレートできるので、利用者は実際に車椅子に乗る前に、画面上で最適な設定を調べることが出来る。特に、今まで車椅子に乗っておらず、自ら移動するという感覚が失われているような利用者に対しては、この画面上での試乗訓練は安全性が高く、効果的である。更に、この試乗訓練で得られた最適なスキャンスピード等の設定値を操作コントローラ3へダウンロードも可能であり、操作性にも優れている。
図6、図7は本発明の第2実施例を示す操作コントローラ30である。十字ランプ31a、31b、31c、31d、中央ランプ32及び速度ランプ33等のスキャン表示部34と液晶表示部35とを横並びに配置している。これにより外部空間と操作コントローラー30との視線移動距離が軽減されたただけでなく、利用者が頻回に用いるスキャン表示部34を身体中心側に置くことによりスキャン表示部34が座位でより視野に入りやすい位置となり、利用者にとっては非常に認知しやすくなった。
操作コントローラ30のケース上面に光量可変用の周囲照度検出窓36を設け、周囲の照度を検知して、十字ランプ31等のランプ輝度を自動調整する。これによって、屋内、屋外を問わず、最適なランプ輝度を提供することが可能となり、利用者にとっての認知性が高まった。
また、環境制御用の赤外線LED発光窓37を操作コントローラ30のケース背面及び左右側面に設けて、車椅子利用者が周囲の家電製品等のリモートコントロールが出来る機能を設けている。例えばテレビのスイッチの入切や音量の大小といった制御の情報をスキャン表示部34と液晶表示部35に表示して、利用者は車椅子100を走行させるのと同様なスイッチ11を押圧する操作によって選択、決定することが出来る。38は既存の学習リモコン用の受光窓である。
本発明の一実施例を示す電動車椅子の斜視図である。 同操作コントローラの正面図である。 同ブロック図である。 スイッチにかかる圧力と時間の関係を説明するグラフである。 パソコン画面上のシミュレーターを示すものである。 本発明の第2実施例を示す操作コントローラの正面図である。 同操作コントローラの斜視図で、Aは正面側、Bは背面側である。 電動車椅子100の左側の一部上面図で、Aはジョイスティック操作装置130がセット位置にあるもの、Bはジョイスティック操作装置130がロック解除状態にあるもの、Cはジョイスティック操作装置130が収納位置にあるものである。
符号の説明
100 電動車椅子
1 肘掛部
2 アーム
3 操作コントローラ
15a、15b、15c、15d 十字ランプ
16 中央ランプ
17 速度ランプ
18 スキャン表示部
19 液晶表示部
20a、20b、20c 操作ボタン
36 周囲照度検出窓
37 環境制御赤外発光窓
38 学習リモコン受光窓

Claims (13)

  1. 着座部と背もたれ部と肘掛部とからなる椅子部分の左右両側に配置された各駆動輪を電動モーターの回転力で駆動するような電動車椅子において、電源、移動、走行の方向と速度調節、停止、チルトまたはリクライニング機構の前後の傾斜調整、バンパーの測距及び衝撃センサーの解除を一入力制御装置で行えるスイッチとコントローラを備えたことを特徴とする電動車椅子。
  2. 電源、移動、走行の方向と速度調節、停止、チルトまたはリクライニング機構の前後の傾斜調整等を同一の表示手段を用い、その点灯及びスキャン機能を用いて表示する表示部と、車椅子利用者が操作するスイッチと、スイッチにより入力された電気信号に基づき電動車椅子を制御するコントローラとからなる請求項1記載の電動車椅子。
  3. 4箇所の表示手段と、その中央に1箇所の表示手段を配置したスキャン表示部と、液晶表示部よりなることを特徴とする請求項2記載の電動車椅子。
  4. 前記表示手段が合成色も含め3色以上に発光するランプであることを特徴とする請求項3記載の電動車椅子。
  5. 前記表示部の輝度及び明度を、コントローラに設けた周囲照度検出機能によって自動調整することを特徴とする請求項2、3および4に記載の電動車椅子。
  6. 表示手段のスキャン機能において、スキャン開始の待ち時間を任意に設定可能としたことを特徴とする請求項2記載の電動車椅子。
  7. 前記スイッチは圧力を感知して電気信号を発するものであり、前記コントローラは個々の車椅子利用者のスイッチの押圧時または非押圧時または、スイッチ押圧時とスイッチ非押圧時の2種類の圧力値を記憶して、それに応じたスイッチからの電気信号により電動車椅子を制御することを特徴とする請求項2記載の電動車椅子。
  8. 前記スイッチは車椅子利用者の操作部位に取り付けられた磁石からの距離変動に伴う磁気の強弱や、操作部位の光学式測距センサー等からの距離変動を感知して電気信号を発するものであり、前記コントローラは個々の車椅子利用者の操作部位の前記スイッチからの距離または、前記操作部位のスイッチへの近接時とスイッチ非近接時の2種類の距離を前記電気信号の値として記憶して、それに応じたスイッチからの電気信号により電動車椅子を制御することを特徴とする請求項2記載の電動車椅子。
  9. 記憶した前記2種類の値の差よりも大きい所定以上の圧力がスイッチに加わった際には、コントローラはスキャンにより選択実行された前記電動車椅子の移動、チルトまたはリクライニング等のモーター駆動機能を停止させる制御機能を持つことを特徴とする請求項7または請求項8記載の電動車椅子。
  10. 前記記憶させる値が所定の値よりも小さいとき、前記記憶させる値を所定の値とすることを特徴とする請求項7または請求項8記載の電動車椅子。
  11. 前記スイッチへの圧力または距離の大小を表示器によりバーグラフ等で表示させることを特徴とする請求項7〜10に記載の電動車椅子。
  12. 前記コントローラはパソコンとデータ通信可能な入出力ポートを備え、前記コントローラの各種設定をパソコンから読み出し変更可能かつ前記スイッチにより入力された電気信号により前記電動車椅子の請求項1記載の機能をパソコン上にてシミュレーション可能であることを特徴とする請求項1記載の電動車椅子。
  13. 着座部と背もたれ部と肘掛部とからなる椅子部分の左右両側に配置された各駆動輪を電動モーターの回転力で駆動するような電動車椅子において、肘掛部より前方へ伸びたアーム先端に、電源、移動、走行の方向と速度調節、停止、チルトまたはリクライニング機構の前後の傾斜調整等を表示する表示部を備え、且つスイッチにより入力された電気信号に基づき電動車椅子を制御するコントローラを設置すると共に、前記アームは表示部に表示される指示に基づきスイッチを操作することにより、車椅子前後方向に伸縮自在であることを特徴とする電動車椅子。
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