JP2008154840A - 階段を昇降可能な電動車椅子 - Google Patents

Abstract

【課題】階段や段差、坂道においても特別の操作を必要とせず通常の走行の延長のまま通行できる電動車椅子の提供。
【解決手段】
左右二組の四隅が回転軸で結合された平行四辺形の台座５ａ上に椅子５ｅを配置し、車体の前後の傾斜を検知するセンサにより台座５ａを制御して重心移動と椅子５ｅの座面を水平に保ちながら上下に移動することが出来る構造を持った台座５ａを有する電動車椅子。電動車椅子は駆動軸からギアまたはベルトまたはチェーンで伝動され、台座５ａからバネで懸架された片側２個の車輪５ｂを有する。
【選択図】 図５

Description

本発明は階段や段差、急な坂道を安全に走行できる電動車椅子に関するものである。

従来の電動車椅子では階段および段差や急な坂道を走行しようとすると、まず段差の高さまで前輪を持ち上げなくてはならないため車体が大きく傾き不安定になる。また車体における椅子の形状が固定しているため車体が傾くと運転者も大きく傾く。このため車椅子による階段の上り下りは数人の介助者なしでは不可能であるばかりでなく、数ｃｍのわずかな段差も運転者１人では乗り越えるのが難しい。
従来方式で階段を走行するためには特許公開２００５−４０５６３に見られるように階段側装置と車体側装置を連動させるなどの方法が必要である。しかし一般道の段差や階段、坂道でその設備が無いところは走行することができない。
特許公開２００５−４０５６３号公報

電動車椅子で階段や段差、急な坂道を走行しようとした際の安定性と安全性を確保することであり、そのために車体の傾斜を検知するセンサにより重心移動と乗座椅子の水平を保つと同時に階段、段差を容易に乗り越える車輪構造とすることである。さらにその操縦性は通常の走行時は従来の電動車椅子と何らかわることなく、階段や段差、坂道においても特別の操作を必要とせず通常の走行の延長のまま通行できることである。

上記目的を達成するために請求項１に記載する本発明の電動車椅子の台座は図１で示すように平行四辺形の構造を持ち、平行四辺形の四隅が回転軸となっているため上辺１ｋを前後に動かすことが出来る。この台座は同じ構造の平行四辺形が左右二面あり四隅を車体巾の回転軸で結合することによりそれぞれが立方体の辺を構成している。さらに左右それぞれの平行四辺形の中央部から垂直に延ばした支柱１ｉを取り付ける。支柱１ｉと平行四辺形の下辺１ｈおよび上辺１ｋとの結合部は回転軸となっているため、上辺１ｋの前後の移動に伴い、支柱も前後に傾く。図１で示す回転軸１ａに台座モータ１ｍを取り付け、台座モータの軸と平行四辺形の縦軸１ｇを固定することにより、モータが回転すると図２，図３のように変形させることができる。
乗座椅子の座面１ｎは支柱１ｉに沿って上下に移動出来る構造を持ち、背面または支柱の上下にギアを設置し、チェーンまたはベルト１ｏで連動させる。すなわち下部のギアを回転させると上下のギアによってループ状になったチェーンまたはベルトが上下に移動する。さらにこのチェーンまたはベルトに乗座椅子を接続することによりチェーンまたはベルトが上下すると乗座椅子も上下に移動する。下部のギアは台座モータ１ｍと連動させることにより台座モータが回転すると乗座椅子も支柱に沿って上下に移動する。すなわち図２の様に前へ倒したときは乗座椅子が支柱の上部へ移動し、図３のように後ろへ倒したときは支柱の下部へ移動するようにチェーンと乗座椅子を接続しておく。
本台座はモータ軸を回転軸１ａ〜１ｆのどれにしても同じ動作をさせることが出来るため、モータユニット取り付けの自由度が増す特徴があるが、モータを回転軸１ａ，１ｂ，１ｃどれかと接続とした場合はモータユニットを下辺１ｈに固定し、回転軸１ｄ，１ｅ，１ｆどれかと接続した場合は上辺１ｋに固定しなくてはならない。図１，２，３は本発明の実施の形態を説明するために例示的に記載したものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明はその技術的範囲に属する全ての実施形態を含むものとする。

請求項２に記載する駆動車輪について述べる。図４はその構造を説明するための透視図である。図４で示すように駆動軸４ａにギア４ｂが同軸で取り付けられ、車輪４ｆおよび４ｇはギア４ｄおよび４ｅに同軸で取り付けられている。ギア４ｃはギア４ｂの回転をギア４ｄ，および４ｅに伝動すると同時に車輪の回転方向を駆動軸と同じにするためのものである。ギア４ｂで直接ギア４ｄおよび４ｅを駆動するとギア４ｃが不要となるが、この場合駆動軸４ａの回転方向とギア４ｄおよび４ｅの回転方向が逆になり、進行方向に負荷がかかると進行方向側ギアが持ち上がってしまう。すなわち車輪４ｆまたは４ｇどちらかが接地しなくなる。それを防ぐために駆動軸の回転方向と車輪の回転方向を同じにする必要がある。
ギア４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅの軸受け枠４ｈは不要な回転を防ぎ、位置を安定させるため、台座４ｋからバネ４ｉ，４ｊで懸架する。このため軸受け枠４ｈに取り付けられた車輪４ｆ，４ｇはバネ４ｉ，４ｊが許容する分だけは駆動軸４ａを中心として左右に回転することが出来ることを特徴とする。
請求項２に記載する本発明の電動車椅子は上記駆動車輪を左右各１組持つことを特徴としている。図４は本発明の一形態であるギア伝動の型式を示すが、実施の形態を説明するために例示的に記載したものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明はその技術的範囲に属する全ての実施形態を含むものとする。駆動軸と車輪の間はギアだけでなく、ベルトまたはチェ−ン伝動としても同じ効果を持つためベルトまたはチェ−ン伝動も本発明の技術的範囲とするものである。

請求項３に記載する電動車椅子の前輪は階段や段差走行時に乗り上げを容易にするため、想定される段差の２倍以上の直径を持ち、駆動力は保持せず自由回転のみであるがブレーキを有する。走行時想定される階段または段差は１５〜２０ｃｍであるため前輪の直径は３０〜４０ｃｍとなる。

請求項４に記載する電子回路は運転者が操作するジョイスティックからの信号で駆動車輪用モータを回転させる。ジョイスティックは乗座椅子に付属する肘掛けに設置し、左右どちらの肘掛けにも取り付け可能な構造とする。また台座または支柱の傾斜量を検知するセンサからの信号で台座モータを回転させて乗座椅子の座面を水平に保つことを常時行う。各モータの制御はＰＷＭ制御として効率を高め、バッテリーの消費電力を少なくする。

本発明の電動車椅子は階段昇降だけでなく、段差の乗り越えや急な坂道の走行時においても乗座面を水平に保ちかつ安全に走行することが出来る。さらにその操作においても従来の電動車椅子と何ら変わることなく通常の走行状態のまま階段昇降や段差の乗り越え、急な坂道の走行を行うことができるのを特徴としている。
このため障害者の行動範囲が広がり、かつ必要としていた介助者の労苦を少なくすることが出来る。

図５〜８は本発明の構造を説明するための透視図である。本発明の電動車椅子は図５に示す様に台座５ａと駆動輪５ｂと前輪５ｃを有することを特徴とする。図５は平地走行状態を示し、左右各２個の駆動輪が接地回転することにより前進または後退する。このとき台座の各辺は直角をなし乗座椅子５ｅは水平を維持する。乗座椅子の初期状態は障害者が乗り降りに支障のない位置となるよう背面に設置されたチェーン５ｆによって支柱５ｄに沿って低位置にしておく。図６に階段に遭遇したときを示す。まず前輪が階段に乗り上げることで台座が後方へ傾くためセンサによりその傾き量を検知し台座モータ１ｍを回転させて乗座椅子が水平となるよう台座を変形させる。そのとき乗座椅子は台座モータが回転した分だけ上方へ移動する。次に２個ある駆動輪のうちの前輪が階段に沿って持ち上がる。そのとき後輪には駆動力があるため全体が前へ進む。

図７は階段上昇途中を示す。常時台座の傾斜を検知して乗座椅子が水平となるように台座モータが回転して補正するため階段途中においても乗座椅子を水平に維持することが出来る。同時に台座モータが回転した分だけはさらに乗座椅子が上方へ移動することを特徴とする。

図８は階段下降中を示す。階段上昇時と同様に常時台座の傾斜を検知しているため乗座椅子を水平に維持することが出来る。このときは階段上昇中とは逆方向に台座モータが回転するため乗座椅子が下がる。前輪にもブレーキを装填しているため階段下降中は前輪もブレーキを掛けることが出来る。
本発明の電動車椅子が保持する駆動輪は段差に遭遇したとき２個に車輪がバネにより段差の上下方向になじむように動作するため乗り上げを容易にする。また段差から降りるときの衝撃も少ない。
駆動輪は左右別々のモータ駆動により方向転換を容易にする。すなわち右へ方向を変える場合は左側の車輪の回転を右側より速くし、左へ変える場合は逆にする。さらに左右の車輪を逆回転させることでその場における方向転換を行うことが出来るようにする。これは狭い場所での方向転換を容易にする。電動車椅子としての速度は最高速６Ｋｍ／ｈ程度であるため、駆動軸のモータはギアで減速させた形態とすることで駆動トルクを大きくする。

本発明の電動車椅子は述べてきたような動作をさせるために、台座モータおよび走行用駆動モータを制御するための電子回路を有する。そのブロック図を図９に示す。演算処理部は運転者が操作するジョイスティックからの前後、左右の制御信号を受けて、左右の駆動モータを回転させることにより走行する。ジョイスティックはその操作量に比例した前後および左右２系統の信号を出力するため、これをＡＤ変換器を介して演算処理部に取り込みその操作量に応じて左右の駆動モータの回転数を制御する。モータ軸にロータリーエンコーダを取り付け、回転数を監視する。それぞれの車輪にはブレーキを取り付け、ジョイスティックから手を離したときやジョイスティックの操作棒が中央にあるときは各車輪にブレーキを掛けて停止させる。あるいは下り坂や階段を下りるときなどで、操作により指示した回転数よりロータリーエンコーダで検知した回転数が大きい場合はブレーキを掛けて指定回転数となるよう制御する。モータ駆動回路はＰＷＭ制御回路とする。モータは通常その流す電流量によって回転数を変えることが出来るが、規定より高い電圧の繰り返しパルス電圧を掛け、そのパルス巾を変えることにより等価的にモータにかかる電圧を変えるすなわち電流を変えることができる。これをＰＷＭ制御（パルス巾変調制御）という。このＰＷＭ制御を行うことにより効率よくモータを駆動することが出来るためバッテリーの使用時間を延ばすことができる。さらに充電回路を保持しているためバッテリーは商用ＡＣ１００Ｖで直接充電することが出来る。

台座または支柱にその傾斜量を検知するセンサを取り付け、傾斜が検知されるとその傾斜を補正する方向に台座モータを回転させることにより乗座椅子の座面を水平に保ちかつ乗座椅子を上下に移動させて重心移動を行う。これにより車両が転倒するのを防ぎ安全な走行を可能にする。
台座モータの制御もＰＷＭ制御を行う。このとき台座モータに取り付けたエンコーダにより回転数を検知し常に一定回転となるように制御する。

図５は本発明の電動車椅子の構造を説明した図である。その構造をわかりやすく説明するために透視図とする。請求項１に記載する台座５ａと請求項２に記載する駆動車輪５ｂと請求項３に記載する前輪５ｃを有する。また図５には記載されてないが請求項４に記載の台座および駆動車輪を制御する電子回路と走行を指示するジョイスティックを有する。

平地走行時の台座の形状を示した説明図である。 前方傾斜した台座の説明図である。 後方傾斜した台座の説明図である。 駆動車輪の構造図である。 平地走行時の全体の構造図である。（実施例） 階段に遭遇したときの形態を示した図である。 階段上昇途中の形態を示した図である。 階段下降途中の形態を示した図である。 電子回路ブロック図である。

符号の説明

１ａ 台座変形用下部回転軸
１ｂ 台座変形用下部回転軸
１ｃ 台座変形用下部回転軸
１ｄ 台座変形用上部回転軸
１ｅ 台座変形用上部回転軸
１ｆ 台座変形用上部回転軸
１ｇ 台座変形用縦軸
１ｈ 台座変形用下側横軸
１ｉ 乗座椅子支柱
１ｊ 台座変形用縦軸
１ｋ 台座変形用上側横軸
１ｍ 台座変形駆動用モータユニット
１ｎ 乗座椅子座面
１ｏ 乗座椅子移動用チェーン
４ａ 駆動軸
４ｂ 駆動軸に固定したギア
４ｃ 駆動軸ギアから車輪用ギアへの伝動用ギア
４ｄ 車輪用ギア
４ｅ 車輪用ギア
４ｆ 車輪
４ｇ 車輪
４ｈ 軸受け枠
４ｉ 懸架用バネ
４ｊ 懸架用バネ
４ｋ 台座
５ａ 台座
５ｂ 駆動車輪
５ｃ 前輪
５ｄ 支柱
５ｅ 乗座椅子座面
５ｆ 乗座椅子移動用チェーン

Claims (4)

1. 左右二組の四隅が回転軸で結合された平行四辺形の台座上に椅子を配置し、車体の前後の傾斜を検知するセンサにより台座を制御して重心移動と椅子の座面を水平に保ちながら上下に移動することが出来る構造を持った台座を有する電動車椅子。
2. 請求項１に記載された電動車椅子において駆動軸からギアまたはベルトまたはチェーンで伝動され、台座からバネで懸架された片側２個の車輪を有する電動車椅子。
3. 請求項２に記載された電動車椅子において直径が想定される階段または段差の２倍以上の前輪を有する電動車椅子。
4. 請求項１，２，３に記載される電動車椅子において走行速度指示や方向指示を行うジョイスティックを有し、車体の傾斜を検知して台座の姿勢制御やモータのパルス巾変調制御（以下ＰＷＭ制御）を行う演算機能を持つ電子回路を有する電動車椅子。