JP2007143788A - Power assisting wheelchair - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、搭乗者単独または介助者の操縦による、手動または電動で駆動可能な電動アシスト車椅子に関する。 The present invention relates to a power-assisted wheelchair that can be driven manually or electrically by a rider alone or by an assistant.
特許文献1および2は、電動車椅子の操縦制御装置であって、介助者用操縦器の装着の有無や、スイッチ操作によって介助者による操縦が搭乗者に常に優先する。
特許文献3は、電動車両の操作装置であって、介助者用のハンドルに取り付けられたモータ駆動用の電気信号を発生させる。
特許文献1および2によれば、搭乗者は自己の意思を反映することができず、例えば介助者が車椅子から離れている場合や、介助者が搭乗者の意思に反して操作した場合には、搭乗者による操作が全く出来ない欠点がある。
According to
また、特許文献3によれば、電気信号を発生する操作装置は、多くの部品と複雑な構造で構成されており、機械的信頼性や製造性の観点から問題がある。また、操作位置と電動アシスト力が一義的な関係にあるため、例えば急激な操作をした場合、搭乗者は予測できない力を感じ、危険な状態となる欠点がある。
Further, according to
本発明は、上記の欠点と問題点と解決することを目的とする。 The present invention aims to solve the above drawbacks and problems.
搭乗者が車椅子の利用者であり、その利便性を最大限に発揮しなければならない観点から、本発明は、搭乗者および介助者が操作するモータ駆動の電動アシスト車椅子において、左右車輪に独立したモータと、搭乗者用の操縦器と、介助者用の両手ハンドル部に操縦器を備え、前記搭乗者用操縦器の機能を、前記介助者用操縦器の機能に優先させる機能を持つ、コントローラーおよび該コントローラーに内蔵したプログラムを備えたものである。 From the viewpoint that the occupant is a wheelchair user and must maximize its convenience, the present invention is independent of the left and right wheels in the motor-driven electric assist wheelchair operated by the occupant and the assistant. A controller having a motor, a driver for a passenger, and a two-hand handle portion for an assistant, and having a function of prioritizing the function of the passenger's controller over the function of the assistant driver And a program built in the controller.
また、介助者用操作器を左右のハンドル部に独立に備え、該ハンドル部を中空角形部材で構成し、該中空角形部材の外側に同様の中空角形部材で構成した滑り部材を被挿し、両部材が重なり合う一面に切欠部を設け、前記ハンドル部の中空角形部材内に圧縮バネを収納し、前記切欠部から突出した前記圧縮バネに前記滑り部材の一部を当接し、該滑り部材を該ハンドル部材に摺動自在に構成し、かつ該滑り部材にポテンショメーターを連動させたことにある。 In addition, the left and right handle portions are independently provided with an operator's operating device, the handle portion is constituted by a hollow square member, and a sliding member constituted by a similar hollow square member is inserted outside the hollow square member. A notch is provided on one surface where the members overlap, a compression spring is accommodated in the hollow rectangular member of the handle portion, a part of the sliding member is brought into contact with the compression spring protruding from the notch, and the sliding member is The handle member is configured to be slidable, and a potentiometer is linked to the slide member.
また、該搭乗者および該介助者の操作量の時間変化に対して、モータによるアシスト力が滑らかに変化し、かつ、該滑らかさを搭乗者が選択設定可能にさせたことにある。 Further, the assist force by the motor changes smoothly with respect to the time change of the operation amount of the passenger and the assistant, and the passenger can select and set the smoothness.
さらに、該搭乗者の座席に、所在の有無を検知する検知器を備え、該検知器の信号によってバッテリーの電源を投入、切断する回路を具備するものである。 Further, the passenger's seat is provided with a detector for detecting presence / absence, and a circuit for turning on / off the battery according to a signal of the detector is provided.
本発明によれば、搭乗者の意思によって操縦者を決定できるため、搭乗者に安心感を与え、かつ安全性が確保される。また、介助者の操縦器を少ない部品でまとめることができ信頼性が向上する。さらに、操縦器の操作量に対して滑らかなアシスト量が計算され、搭乗者の乗り心地を改善することができる。 According to the present invention, since the operator can be determined according to the intention of the passenger, a sense of security is given to the passenger and safety is ensured. In addition, the assistant's control device can be collected with a small number of parts, and the reliability is improved. Furthermore, a smooth assist amount is calculated with respect to the operation amount of the controller, and the ride comfort of the passenger can be improved.
本発明の最良の実施形態は、搭乗者用の操縦器と、介助者用の両手ハンドル部に操縦器を備え、前記搭乗者用操縦器の機能を、前記介助者用操縦器の機能に優先させる機能を持たせたことである。 The best mode of the present invention includes a pilot for a passenger and a handle in a two-hand handle portion for an assistant, and the function of the passenger's pilot is prioritized over the function of the assistant's pilot. It has a function to make it.
搭乗者・介助者の優先選択スイッチが介助者側にあっても、介助者が操作をしていない時、または操作量が小さく、不感帯以内の時には、搭乗者の操作を優先する機能を備え、これとは反対に、上記優先選択スイッチが搭乗者側にあっても、搭乗者が操作せず、または操作量が小さく、不感帯以内の場合には、搭乗者の安全を確保するために、介助者の操作を優先する機能を備えることである。 Even if the passenger's / assistant priority selection switch is on the assistant's side, when the assistant is not operating, or when the operation amount is small and within the dead zone, it has a function to give priority to the passenger's operation, On the other hand, even if the priority selection switch is on the passenger side, if the passenger does not operate, or if the operation amount is small and within the dead zone, assistance is required to ensure the safety of the passenger. A function that prioritizes the user's operation.
また、介助者用の操縦器は左右のハンドルの内部に設け、信頼性や製作性向上のために、できるだけ部品件数を減らし、単純な構造を提供する。コイル状の押しバネを、該バネの端部を止めるための切欠部を有したハンドル部材に入れ、さらに該部材の外側をスライドする別の滑り部材を備えて、該滑り部材にポテンショメーターを連結する構造を提供する。 In addition, a driver's control device is provided inside the left and right handles, and the number of parts is reduced as much as possible to improve reliability and manufacturability, thereby providing a simple structure. A coiled push spring is placed in a handle member having a notch for stopping the end of the spring, and another sliding member that slides outside the member is provided, and a potentiometer is connected to the sliding member. Provide structure.
さらに、操作量は上記ポテンショメーターの位置で決まるが、単位時間前後の該位置を記憶させ、操作前の位置と、単位時間の移動量とからアシスト量と、ダンピング量を計算してモータを駆動する電気回路とソフトウェアを備える。 Furthermore, although the operation amount is determined by the position of the potentiometer, the position before and after the unit time is stored, and the motor is driven by calculating the assist amount and the damping amount from the position before the operation and the movement amount per unit time. Equipped with electrical circuits and software.
以下、本発明の具体的な実施例を図に基づいて説明する。 Hereinafter, specific examples of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に電動アシスト車椅子の外観図を示す。搭乗者は座席16に座り、通常は左右のハンドリム12を手動で操作する。電動アシストを実施する場合は、左右のボックス14bに設けたレバー14cを操作して、アシスト軸ゴム部14aをタイヤ13に押しつける。搭乗者の左右どちらかの肘掛け部10bには、搭乗者用操縦器10aが設けてある。介助者用の左右のハンドル部11aには介助者用操縦器11bが設けてあり、ゴムまたはプラスチック製のカバー11cを矢印11d方向に挿入する。操縦器10aおよび、11bにて発生する電気信号は、コントローラー15で信号処理され、動力に変換して14aに供給される。
FIG. 1 shows an external view of an electric assist wheelchair. The passenger sits on the
本発明における搭乗者用操縦器10aの詳細を図2a、および図2bに示す。筐体の上部には左右、前後に動作するジョイスティック20が設けてあり、操作量に応じた電気信号が発生する。筐体の側面には電源スイッチ21が設けてあり、バッテリー電源の投入と切断を行う。バッテリーの残存容量はランプ23にて認識することができる。すなわち「緑」「橙」「赤」の順序で残存量が多いことを示す。また優先選択スイッチ22により、操縦の主体性が搭乗者にあるか、または介助者にあるか選択する。22の操作における、動作形態の詳細は図3および図4にて述べる。筐体側面には、さらに隠しパネル24を設け、内部には、アシスト力設定スイッチ25aと滑らかさ設定スイッチ25bを設けてある。搭乗者の体重、または搭乗者や介助者の腕力の大きさから、搭乗者にとって、乗り心地の良い最適な設定をすることができる。25aおよび25bの作用詳細は図7にて述べる。該設定スイッチは可変抵抗器に代替えが可能である。
Details of the passenger control device 10a according to the present invention are shown in FIGS. 2a and 2b. The upper part of the housing is provided with a
本発明における、優先選択スイッチ22の操作と動作詳細を図3に示す。搭乗者用、介助者用の操縦器は共に、操作量に対してセンサの不感帯があり、それを越えたときに電気信号が発生する。まず22が、搭乗者優先にある場合を(1)に示す。搭乗者が該不感帯を越えて操作すると、介助者の操作量にかかわらず搭乗者の操作を優先する。すなわち搭乗者の意志を優先する。しかし、搭乗者の操作が無い場合や、該不感帯を越えない場合には、介助者の操作を優先して、周辺の状況に応じて搭乗者の安全を確保することができる。
The operation and operation details of the
つぎに22が、介助者優先にある場合を(2)に示す。介助者が該不感帯を越えて操作すると、搭乗者の操作量にかかわらず介助者の操作を優先し、搭乗者の安全を確保する。しかし、介助者の操作が無い場合や、該不感帯を越えない場合には、搭乗者の操作を優先して、搭乗者の意志を反映する。 Next, (2) shows a case where 22 is given priority to the assistant. When the assistant operates beyond the dead zone, priority is given to the operation of the assistant regardless of the operation amount of the passenger, and the safety of the passenger is ensured. However, when there is no operation by the assistant or when the dead zone is not exceeded, the passenger's will is prioritized and the intention of the passenger is reflected.
本発明による操作の例を図4に示す。搭乗者および介助者の操作量レベルは41、前記不感帯は42にてあらわす。例1の場合、搭乗者、介助者ともに操作量レベル41は不感帯42を越えず、アシスト力は動作しない。例2、3の場合、ともに操作量レベル41は不感帯42を越えており、優先選択スイッチ22の選択肢に従い、搭乗者または介助者の操作が優先する。例4は介助者の操作量レベル41が不感帯42を越えていないために、優先選択スイッチ22の選択肢にかかわらず、搭乗者の操作が優先する。例5は例4の逆の場合で、介助者の操作が優先する。図示しないが、前記例2、3、4、5の動作は、前記操作量レベル41が後進側になった場合も同様である。例6、7は、搭乗者と介助者の操作量レベル41が、不感帯42を越えて、前進、後進と方向が逆になった場合であり、例2、3と同様に優先選択スイッチ22の選択肢に従い、搭乗者または介助者の操作が優先する。
An example of an operation according to the present invention is shown in FIG. The operation amount level of the passenger and the assistant is 41, and the dead zone is 42. In the case of Example 1, the
本発明による、電気信号系統とコントローラー15の内部回路を図5に示す。コンローラー15の周辺には、バッテリーによる電源50と、搭乗者の座席16に備えた圧力センサ51と、51に対応して、電源スイッチ21に直列に接続したセンサスイッチ52と、搭乗者用操縦器10aと、介助者用操縦器11bと、アシスト力設定スイッチ25aと、滑らかさ設定スイッチ25bと、左右の車輪を駆動するモータ56a、56bとを具備している。
The electric signal system and the internal circuit of the
圧力センサ51によって搭乗者の有無を判断し、「有り」の場合は52をON、「無し」の場合はOFFとする。これにより、電源スイッチ21がONの場合でもバッテリーの無駄な消費を抑えることができる。また、圧力センサ51は光センサに代替えすることも可能である。搭乗者用操縦器10aは機能上、優先選択スイッチ22と、ジョイスティック20に結合された前後の操作力センサ53aおよび左右の操作力センサ53bとからなる。一方、介助者用操縦器11bは左右のハンドルに対応した、操作力センサ54aと、54bとからなる。これら四つのセンサ信号と、優先選択スイッチの信号は、コントローラー15内部の信号選択部55aにて優先すべき信号が弁別され、該弁別されたセンサ信号の値は出力計算部55bに送られると共に記憶部55cに記憶される。出力計算部55bでは、55aからの該弁別信号値と、55cの記憶値と、設定スイッチ25a、25bの設定値から左右のモータ56a、56bに必要な信号のパラメーターを演算する。演算の詳細は図7にて述べる。55bの出力は左右の出力波形生成部55d、55eにて該モータ56a、56bの駆動波形を生成する。また55bの出力は回転方向指示部55fにて該モータ56a、56bの回転方向を定める。55d、55e、55fの信号は左右のモータドライバ55g、55hにて該モータ56a、56bを駆動する電力信号を発生する。
The presence or absence of a passenger is determined by the
本発明による、介助者用操縦器11bの詳細を図6に示す。図6aは操縦器全体の平面図、図6bはその正面断面図である。介助者用のハンドル部材60は角形断面をもつ中空部材で、その一辺の一部に圧縮バネ63の自然長に概略等しい切欠部60aと、リニアポテンショメーター64aのスライダー部64bの移動範囲に相当する切欠部60bを有する。前記リニアポテンショメーター64aは、図5に示す操作力センサ54aおよび54bに対応する。滑り部材61は前記ハンドル部材60の外側にあり、図示上、左右方向の移動が可能であり、前記圧縮バネ63の自然長に概略等しい切欠部61aを有する。案内板62は前記滑り部材61に固定されていて、前記スライダー部64bと結合されている。前記カバー11cは前記滑り部材61と前記案内板62とを覆い、介助者の手のひらに優しくフィットするとともに、外部環境から内部を保護する役目をもつ。前記圧縮バネ63は、前記ハンドル部材60の内部に納められており、その一部は前記切欠部60aから飛び出ていて、その飛び出した部分は前記切欠部61aによって保持されている。
FIG. 6 shows the details of the assistant's
図6aおよび図6bは、操作をしない中立の場合で、図6cは右方向65にカバー11cを押し込んだ場合である。前記圧縮バネ63は、前記切欠部60aの右側端面部分と、前記切欠部61aの左側端面部分にて圧縮される。案内板62は、前記圧縮バネ63の復元力を受けながら、右に進みスライダー部64bを介して、リニアポテンショメーター64aから前進方向の電気信号を得る。図6dは図6cと反対方向66に操作した場合であり、リニアポテンショメーター64aから後進方向の電気信号を得ることができる。
6a and 6b are neutral cases where no operation is performed, and FIG. 6c is a case where the cover 11c is pushed in the
本発明による、搭乗者および介助者操縦による操作力(移動量)と、該操作力に伴って発生するアシスト力の関係を図7に示す。図7aは前記操作力と前記アシスト力との関係であって、比例関係にあるが、前記操作力が0からAに到るまでは不感帯であって、前記アシスト力は発生せず、また前記操作力が一定の大きさDに達すると、安全のために前記アシスト力は飽和する。図7bは、前記操作力の時間経過の例である。時刻0からt1は前記不感帯の範囲内、時刻t1からt2は不感帯の上限、時刻t2からt3は不感帯以上のレベルB、t3以降はさらに高いレベルCの操作力を与えている。
FIG. 7 shows the relationship between the operating force (movement amount) by the passenger and the assistant maneuvering according to the present invention and the assisting force generated by the operating force. FIG. 7a shows a relationship between the operation force and the assist force, which is in a proportional relationship, but is a dead zone until the operation force reaches 0 to A, and the assist force is not generated. When the operating force reaches a certain magnitude D, the assist force is saturated for safety. FIG. 7b is an example of the time course of the operating force. The
図7cは、前記図7bに対応した、従来のアシスト力の大きさの変化を示す。時刻0からt2は不感帯の範囲または上限にあるために、アシスト力は発生しないが、t2からt3およびt3以降は、図7aに対応してそれぞれアシスト力B'およびC'が発生する。アシスト力は図7eの方程式、F=kx1に従う。x1は最終の操作力に対応した前記操作力センサ53a、53b、54a、54b何れか、からの信号レベルである。図7cに示す実線は標準のアシスト力変化であって、係数kを標準より大きく設定することにより、破線に示すようにアシスト力を増加することができる。図示しないが、kを標準より小さく設定して、アシスト力を減少することもできる。何れの場合でも、操作に対してアシスト力が階段状に発生するために、搭乗者が感じ取るショックは大きくなり、乗り心地が悪くなり、危険を感じることもある。 FIG. 7c shows a change in the magnitude of the conventional assist force corresponding to FIG. 7b. From time 0 t 2 is to be in the range or the upper limit of the dead zone, but not the assist force is generated, the t 3 and t 3 or later from t 2, respectively assist force B 'and C' correspond to FIGS. 7a generated To do. Assist force equations of Figure 7e, according to F = kx 1. x 1 is the operating force sensor 53a corresponding to the final operating force, 53b, 54a, 54b or a signal level from. The solid line shown in FIG. 7c is a standard assist force change, and the assist force can be increased as shown by the broken line by setting the coefficient k larger than the standard. Although not shown, the assist force can be reduced by setting k smaller than the standard. In any case, the assist force is generated in a stepped manner with respect to the operation, so that the shock felt by the passenger is increased, the ride comfort is deteriorated, and danger may be felt.
図7dは、本発明によるアシスト力の大きさの変化を示す。アシスト力は図7fの方程式に従い、該方程式の第二項にダンピングの因子Δf=c(x1−x0)が加わる。x0およびx1は操作をする単位時間前後における、前記操作力センサ53a、53b、54a、54b何れか、からの信号レベルである。図5に示す記憶部55cにx0とx1の量を記憶させ、出力計算部55bにて図7fに従ってアシスト力を演算する。その結果、図7dの実線で示すように、アシスト力が滑らかに変化する。係数cを標準より大きく設定することにより、ダンピングの因子Δfを大きくし、図7dの破線で示すように、さらに滑らかな制御をすることができる。図示しないが、cを標準より小さく設定して、Δfを減少することもできる。何れの場合でも、操作に対してアシスト力が滑らかに発生するために、搭乗者が感じ取るショックは小さく、乗り心地が改善される。 FIG. 7d shows the change in the magnitude of the assist force according to the present invention. The assist force follows the equation of FIG. 7f, and a damping factor Δf = c (x 1 −x 0 ) is added to the second term of the equation. x 0 and x 1 are before and after the unit to the operating time, the operating force sensor 53a, 53b, 54a, 54b or a signal level from. The storage unit 55c shown in FIG. 5 to store the amount of x 0 and x 1, computes an assist force according to Figure 7f at output calculation unit 55b. As a result, as shown by the solid line in FIG. 7d, the assist force changes smoothly. By setting the coefficient c larger than the standard, the damping factor Δf can be increased, and smoother control can be performed as shown by the broken line in FIG. 7d. Although not shown, Δf can be reduced by setting c smaller than the standard. In any case, since the assist force is smoothly generated with respect to the operation, the shock felt by the passenger is small, and the riding comfort is improved.
x0およびx1の信号量は、図5の記憶部55cに逐次蓄積し、設定スイッチ25a、25bによって設定された前記係数kおよびcの値を参照して、出力計算部15bにて、前記方程式F=kx1−Δfに従いアシスト力を求める。係数kおよびcは、搭乗者の体重、操縦者の腕力、路面の状況などにより、搭乗者にとって最も乗り心地の良い状態に設定することが可能である。 signal amount of x 0 and x 1 are sequentially stored in the storage unit 55c of FIG. 5, with reference to the value of the coefficient k and c are set setting switch 25a, by 25b, at the output calculation unit 15b, the The assist force is obtained according to the equation F = kx 1 −Δf. The coefficients k and c can be set to a state in which the rider feels most comfortable depending on the weight of the rider, the arm strength of the driver, the road surface condition, and the like.
10a;搭乗者用操縦器
10b;肘掛け部
11a;ハンドル部
11b;介助者用操縦器
11c;カバー
11d;カバーの挿入方向
12 ;ハンドリム
13 ;タイヤ
14a;アシスト軸ゴム部
14b;ボックス
14c;レバー
15 ;コントローラー
16 ;座席
20 ;ジョイスティック
21 ;電源スイッチ
22 ;優先選択スイッチ
23 ;ランプ
24 ;隠しパネル
25a、25b;設定スイッチ
41 ;操作量レベル
42 ;不感帯
50 ;電源
51 ;圧力センサ
52 ;センサスイッチ
53a、53b、54a、54b;操作力センサ
55a;信号選択部
55b;出力計算部
55c;記憶部
55d、55e;出力波形生成部
55f;回転方向指示部
55g、55h;モータドライバ
56a、56b;モータ
60 ;ハンドル部材
60a;ハンドル部材の切欠部
61 ;滑り部材
61a;滑り部材の切欠部
62 ;案内板
63 ;圧縮バネ
64a;リニアポテンショメーター
64b;スライダー部
65、66;操作方向
10a; Passenger controller 10b; Armrest part 11a; Handle
Claims (9)
A motor-driven electric assist wheelchair operated by a passenger and an assistant includes a detector for detecting presence / absence in a seat of the passenger, and a circuit for turning on / off a battery according to a signal of the detector An electric assist wheelchair characterized by comprising.
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