JP2008154903A - 動力源付き車椅子 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した低姿勢状態および高姿勢状態を実現することが可能であり、また安定した階段昇降動作を実現することが可能な、動力源付き車椅子１を提供する。
【解決手段】使用者２が座るシート１０と、シート１０を所定姿勢に制御するシート制御手段８と、シート１０を移動させる走行手段２０と、を備えた動力源付き車椅子１であって、回転自在な補助輪３２を先端に備え、左右水平軸の回りに回動して車椅子１の後部を持ち上げることが可能な姿勢制御アーム３０を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、動力源付き車椅子に関するものである。

従来の車椅子は、単に移動することを設計目的としていた。そのため、車椅子に乗ったままでの台所作業等は困難であった。その理由は、一般に台所等は健常者の立ち姿を標準として設計されているため、通常の車椅子の高さでは、台所の作業面を見ることすら困難を伴うからである。

そこで特許文献１には、起立姿勢が可能な４輪の電動車椅子が開示されている。この電動車椅子の通常走行時には、４輪が接地しており、搭乗者の座面が低所に配置されている。これに対して起立作業時には、後輪のみが接地して前輪が持ち上がり、搭乗者の座面が高所に配置される。そして、ジャイロセンサおよびＣＰＵによる自動制御で起立姿勢を維持する。これにより、台所作業等の高所作業を実現しうるようになっている。
特表２００２−５３８８９１号公報

しかしながら、特許文献１の電動車椅子は、使用者の重心移動等により常に前進及び後退を細かく行っているので、同じ位置で起立姿勢を安定保持することが困難である。すなわち、前進及び後退のためある程度のスペースが必要になり、台所のような狭い空間では使用者が壁等にぶつかるおそれがある。また、起立姿勢の高さが一定で変更できないという問題がある。

一方、特許文献１の電動車椅子では、４輪が階段の表面を倣うように移動して階段昇降を行う。しかしながら、ジャイロ制御のバランスを考慮してホイールベースが短くなっているので、階段昇降時における電動車椅子の姿勢が不安定になる。その結果、使用者が階段横の手すりにつかまるなど、アシスト付きでの階段昇降が必要になる。

本発明は、前記の課題に鑑みてなされたもので、安定した各種姿勢を実現することが可能であり、また安定した階段昇降動作を実現することが可能な、動力源付き車椅子を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る動力源付き車椅子は、使用者が座るシートと、前記シートを所定姿勢に制御するシート制御手段と、前記シートを移動させる走行手段と、を備えた動力源付き車椅子であって、回転自在な補助輪を先端に備え、左右水平軸の回りに回動して前記車椅子後部を持ち上げることが可能な姿勢制御アームを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、姿勢制御アームを回動して車椅子後部の高さを調整することにより、車椅子の低姿勢状態や高姿勢状態、階段昇降動作等を実現することができる。しかも、ジャイロセンサを利用して車椅子の姿勢を制御する従来技術と比べて、安定性を大幅に向上させることができる。

前記姿勢制御アームは、前記シートの後方まで回動可能に形成されていることが望ましい。
この構成によれば、姿勢制御アームが車椅子の後方に突出するのを防止することが可能になり、車椅子をコンパクト化することができる。

前記シート、前記走行手段および前記姿勢制御アームは、複数の動力源で駆動されるようになっていることが望ましい。
この構成によれば、シート、走行手段および姿勢制御アームの独立した制御が容易になる。
前記動力源は、排出ガスのないモータであることが望ましい。

前記動力源は、ＣＰＵにより精度良く駆動制御されるようになっていることが望ましい。
前記複数の動力源は、単一のＣＰＵにより駆動制御されるようになっていることが望ましい。
この構成によれば、シート、走行手段および姿勢制御アームの同調制御が容易になる。

前記走行手段は、無限軌道であることが望ましい。
この構成によれば、階段昇降動作における振動や滑り落ちを防止することができる。また悪路の走破性を向上させることが可能になり、車椅子の使用可能範囲を拡大することができる。

前記シートの回動軸と、前記姿勢制御アームの回動軸とは、同一の軸心上に配置されていることが望ましい。
この構成によれば、シートおよび姿勢制御アームの同調制御が容易になる。

前記走行手段は、前記車椅子の前方に配置された第１車軸と、前記車椅子の後方に配置された第２車軸とを備え、前記軸心は、前記第１車軸と前記第２車軸との間に配置されていることが望ましい。
この構成によれば、車椅子の重心位置が安定するとともに、車椅子をコンパクト化することができる。

本発明によれば、姿勢制御アームを回動して車椅子後部を持ち上げることにより、車椅子の安定した低姿勢状態および高姿勢状態を実現することが可能になり、また車椅子の安定した階段昇降動作を実現することが可能になる。

以下、本発明に係る動力源付き車椅子の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本実施形態に係る動力源付き車椅子の説明図であり、図１（ａ）は側面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る動力源付き車椅子１は、使用者２が座るシート１０と、シート１０を所定姿勢に制御するシート制御手段８と、シート１０を移動させる走行手段２０と、車椅子後部を持ち上げる姿勢制御アーム３０と、を備えたものである。

図１（ａ）に示すように、動力源付き車椅子１はシート１０を備え、シート１０はフレーム１１を備えている。フレーム１１の上方には、使用者２が座る座面１２が固定されている。フレーム１１の前端は下方に屈曲され、その下端は前方に屈曲されて、レッグレスト１３およびフットレスト１４が形成されている。一方、フレーム１１の後端は上方に屈曲され、その前方に背もたれ１６が固定されている。なお、フレーム１１の上方には肘掛け１７が形成されている。その肘掛け１７には、車椅子１の動作を制御するためのスティックレバーおよび各種ボタンが配置されている

フレーム１１から下方に向けて、ステー１８が延設されている。図１（ｂ）に示すように、ステー１８の先端は、第１モータ１０ｍの回転子に連結されている。第１モータ１０ｍの回転軸は、車椅子１の左右水平方向に沿って配置されている。なお第１モータ１０ｍの固定子は、後述する走行手段２０のベース部材５に連結されている。

またフレーム１１の下方には、シート制御手段８が固定されている。シート制御手段８は、内部に傾斜センサおよびＣＰＵを備え、ＣＰＵにはモータ制御部が構築されている。傾斜センサは、シート１０の傾斜角度を検出するものである。モータ制御部は、傾斜センサが検出したシート１０の傾斜角度に基づいて、第１モータ１０ｍを逆方向に同じ角度だけ回転させるのに必要な電気信号を算出し、算出した電気信号を第１モータ１０ｍに出力するものである。

図１（ａ）に戻り、シート１０の下方には、シート１０を移動させる走行手段２０が設けられている。走行手段２０はベース部材５を備えている。ベース部材５の後端（上端）には、従動輪（アイドラ）２４が回転自在に支持されている。またベース部材５の前端（下端）には、図１（ｂ）に示すように、第２モータ２０ｍの固定子が連結されている。第２モータ２０ｍの回転軸は、車椅子１の左右水平方向に沿って配置されている。その第２モータ２０ｍの回転子には、図１（ａ）に示す駆動輪（スプロケット）２２が連結されている。

そして、駆動輪２２と従動輪２４との間に、クローラベルト２８が巻回されている。クローラベルト２８は、ゴム材料で無端帯状に成形されたベルト本体に、複数の芯金がベルト周方向に一定の間隔をあけて埋設されたものである。これら芯金同士の間に駆動輪２２に対する噛み合い孔が開口されている。また、各芯金のベルト幅方向中央部に左右一対の芯金突起がベルト内周面側に向けて突設され、この芯金突起の間を駆動輪２２および従動輪２４が通過するようになっている。また、芯金のベルト外周面側には、周方向に連続して延びるスチールコード層が埋設されている。さらに、ベルト本体の外周面には推進ラグが突設されている。

図１（ｂ）に示すように、走行手段２０は、車椅子１の左右に上述したクローラ走行体２０ａ，２０ｂを備えている。各クローラ走行体２０ａ，２０ｂはそれぞれ独立して駆動しうるようになっている。

図１（ｂ）に示すように、ベース部材５には、第３モータ３０ｍの固定子が連結されている。第３モータ３０ｍの回転軸は、車椅子１の左右水平方向に沿って配置されている。その第３モータ３０ｍの回転子からステー３４が延設され、ステー３４の先端には姿勢制御アーム３０が連結されている。これにより、姿勢制御アーム３０が左右水平軸の回りを回動しうるようになっている。姿勢制御アーム３０の先端には、補助輪３２が回転自在に支持されている。

上述したように、シート１０の動力源として第１モータ１０ｍが設けられ、走行手段２０の動力源として第２モータ２０ｍが設けられ、姿勢制御アームの動力源として第３モータ３０ｍが設けられている。なおシート１０、走行手段２０および姿勢制御アーム３０の動力源としてエンジンを採用することも可能であるが、排出ガスのないモータを採用することが望ましい。特にサーボモータを採用することにより、回転角度を正確かつ容易に制御することができる。

また本実施形態では、シート１０、走行手段２０および姿勢制御アーム３０が複数のモータ１０ｍ，２０ｍ，３０ｍで駆動されるようになっている。これにより、シート１０、走行手段２０および姿勢制御アーム３０の独立した制御が容易になる。なお、各モータはＣＰＵにより精度良く駆動制御されるようになっている。特に、単一のＣＰＵにより全てのモータ１０ｍ，２０ｍ，３０ｍを制御することで、シート１０、走行手段２０および姿勢制御アーム３０の同調制御が容易になっている。

また本実施形態では、シート１０を回動する第１モータ１０ｍの回転軸（シート１０の回動軸）１９と、姿勢制御アーム３０を回動する第３モータ３０ｍの回転軸（姿勢制御アーム３０の回動軸）３９とが、同一の軸心５９上に配置されている。これにより、シート１０および姿勢制御アーム３０の同調制御が容易になり、またスペース効率が向上して車椅子１がコンパクト化されている。図１（ａ）に示すように、その軸心５９が、車椅子１の前方に配置された駆動輪２２の第１車軸２２ａと、車椅子１の後方に配置された従動輪２４の第２車軸２４ａとの間に配置されている。これにより、車椅子１の重心位置が安定するとともに、車椅子１がコンパクト化されている。

（低姿勢状態）
次に、前記構成の動力源付き車椅子の作用を説明する。
図２は、本実施形態に係る動力源付き車椅子の低姿勢状態の説明図である。図２では、姿勢制御アーム３０がシート１０の後方まで回動され、上方に向かって跳ね上げられている。これにより、走行手段２０の後端の従動輪２４が接地され、車椅子１は最も低く安定な姿勢になっている。この状態の車椅子１に対して、使用者２は容易に乗り降りすることができる。

また図２に示す低姿勢状態で、車椅子の移動が可能である。車椅子１の移動は、シート１０の肘掛け１７に配置されたスティックレバーを、移動したい方向に倒すことによって行う。スティックレバーの倒れ方向および角度によって、走行手段２０における左右のクローラベルト２８の回転方向および回転速度を制御しうるようになっている。車椅子１を前進または後退させるには、左右のクローラベルト２８を同方向に同速度で回転させる。車椅子１を右折または左折させるには、左右のクローラベルト２８を逆方向に回転させるか、または左右いずれか一方のクローラベルト２８のみを回転させる。

（高姿勢状態）
図１は、本実施形態に係る動力源付き車椅子の高姿勢状態の説明図である。図２の低姿勢状態から図１の高姿勢状態へと車椅子１の姿勢を変化させるには、肘掛け１７に配置されたボタンを押して姿勢制御アーム３０を回動する。これにより、姿勢制御アーム３０の先端に配置された補助輪３２を車椅子後方の地面に押し付け、さらに姿勢制御アーム３０を回動すると、走行手段２０の駆動輪２２を支点にして従動輪２４が地面から持ち上がり、車椅子１が前傾する。なお駆動輪２２に連結された第２モータ２０ｍが下方に配置されるので、車椅子１の重心が低くなって姿勢が安定する。

これに伴って、使用者２が座るシート１０も前傾することになる。ここで、シート制御手段８の傾斜センサが所定時間ごとにシート１０の傾斜角度を検出する。その傾斜角度に基づいて、モータ制御部が第１モータ１０ｍを逆方向に同じ角度だけ回転させる。これにより、シート１０は常に水平姿勢に制御される。

上述したように、第１モータ１０ｍの回転軸１９は、走行手段２０における駆動輪２２の第１車軸２２ａと従動輪２４の第２車軸２４ａとの間に配置されている。図２の低姿勢状態では、駆動輪２２および従動輪２４がともに接地しているので、シート１０の座面１２は低位置に配置されている。これに対して、図１の高姿勢状態では、従動輪２４が地面から浮上しているので、シート１０の座面１２は高位置に配置される。なお、姿勢制御アーム３０の回動量を調整することにより、シート１０の座面１２の高さ位置を調整することが可能である。これにより、シート１０の座面１２に座った使用者２を任意の高さに持ち上げることができる。

この高姿勢状態においても、上記のようにスティックレバーを操作して左右のクローラベルト２８を回転させることにより、車椅子を前進、後退、右折または左折させることが可能である。このように、本実施形態の動力源付き車椅子では、シート１０に座った使用者２を任意の高さに持ち上げることが可能であり、しかもその状態で車椅子１を任意の方向に移動させることが可能である。したがって使用者２は、台所作業等の高所作業を行うことができる。

なお車椅子１の低姿勢状態では、クローラベルト２８が面接地することになる。この状態で車椅子１を右折または左折させると、クローラベルト２８と地面との間で大きな摩擦力が発生する。これにより、エネルギ消費量が増大するだけでなく、クローラベルト２８および／または地面を損傷するおそれがある。これに対して、車椅子１の高姿勢状態では、クローラベルト２８が線接地することになる。この状態で車椅子１を右折または左折させれば、クローラベルト２８と地面との間の摩擦力は小さくなる。これにより、エネルギ消費量を抑制することが可能になり、クローラベルト２８および／または地面の損傷を防止することができる。

（階段昇降動作）
図３ないし５は、本実施形態に係る動力源付き車椅子の階段昇降動作の説明図である。
最初に、車椅子１が階段５０を降りる動作について説明する。図３に示すように、車椅子１を低姿勢状態にして、前進しつつ階段５０に進入する。車椅子１の先端が階段５０に差し掛かったら、車椅子１の重心を上階５２に残した状態で、姿勢制御アーム３０を回動し補助輪３２を上階５２に押し付ける。さらに姿勢制御アーム３０を回動すると、図４に示すように、上階５２と階段５０との間の角部５３を支点にして従動輪２４が地面から持ち上がり、車椅子１が前傾する。なおゴム材料からなるクローラベルト２８と角部５３との間には大きな摩擦力が作用するので、車椅子１が滑り落ちるのを防止することができる。

車椅子１の前傾に伴って、使用者２が座るシート１０も前傾することになる。ここで、シート制御手段８の傾斜センサが所定時間ごとにシート１０の傾斜角度を検出する。その傾斜角度に基づいて、モータ制御部がモータを逆方向に同じ角度だけ回転させる。これにより、シート１０は常に水平姿勢に制御される。

図４に示すように、階段５０の傾斜と同じ角度まで車椅子１（クローラベルト２８）が前傾したら、クローラベルト２８を回転させ階段５０の傾斜に沿って車椅子１を前進させる。車椅子１が前進すると、姿勢制御アーム３０が上階５２に干渉するので、姿勢制御アーム３０を上方に回動して干渉を回避する。
その後は、図５に示すように、クローラベルト２８の推進力によって車椅子１を下階５１まで移動させる。

次に、車椅子１が階段５０を昇る動作について説明する。階段５０を昇る動作は、階段５０を降りる動作の逆である。図５に示すように、車椅子１を低姿勢状態にして、後退しつつ階段５０に進入する。なお姿勢制御アーム３０が階段５０に干渉するのを避けるため、姿勢制御アーム３０は上方に回動しておく。そして、クローラベルト２８の推進力により階段５０の傾斜を昇る。この場合も、シート制御手段８によりシート１０は水平姿勢に制御される。

図４に示すように、車椅子１の後端が上階５２に差し掛かったら、姿勢制御アーム３０を下方に回動する。そして、補助輪３２を上階５２に接触させつつ、車椅子１をさらに後退させる。これにより、車椅子１の重心が角部５３を越えた瞬間に、姿勢制御アーム３０によって車椅子１を支えることが可能になり、車椅子１が上階５２に倒れ込むのを防止することができる。
車椅子１の全体が上階５２に昇ったら、姿勢制御アーム３０を上方に回動する。これにより、図３に示すように、車椅子１が低姿勢状態に復帰する。

以上に詳述したように、図１に示す本実施形態に係る動力源付き車椅子は、回転自在な補助輪３２を先端に備え、回転軸３９の回りに回動して車椅子１の後部を持ち上げることが可能な姿勢制御アーム３０を備える構成とした。この姿勢制御アーム３０を回動して車椅子１の後部の高さを調整することにより、車椅子１の低姿勢状態や高姿勢状態、階段昇降動作等を実現することができる。しかも、ジャイロセンサを利用して車椅子の姿勢を制御する従来技術と比べて、安定性を大幅に向上させることができる。

また、姿勢制御アーム３０をシート１０の後方まで回動可能としたので、姿勢制御アーム３０が車椅子１の後方に突出するのを防止することが可能になり、車椅子１をコンパクト化することができる。また使用者が車椅子１に乗り降りする際に、姿勢制御アームが邪魔になるのを防止することができる。
また、走行手段２０に無限軌道（クローラベルト）を採用したので、階段昇降動作における振動や滑り落ち現象を防止することができる。また悪路の走破性を向上させることが可能になり、車椅子の使用可能範囲を拡大することができる。

なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

例えば、不整地走行や階段昇降の必要性がない場合には、クローラベルト２８および後方の第２車軸２４ａを廃止し、前方の第１車軸２２ａにタイヤを装着する構成としてもよい。この場合でも、第１車軸２２ａのタイヤおよび姿勢制御アーム３０のみで低姿勢状態および高姿勢状態を実現することが可能であり、平坦地専用の車椅子を廉価に提供することができる。

実施形態に係る動力源付き車椅子の高姿勢状態の説明図である。 実施形態に係る動力源付き車椅子の低姿勢状態の説明図である。 実施形態に係る動力源付き車椅子の階段昇降動作の説明図である。 実施形態に係る動力源付き車椅子の階段昇降動作の説明図である。 実施形態に係る動力源付き車椅子の階段昇降動作の説明図である。

符号の説明

１…車椅子 ８…シート制御手段 １０…シート １０ｍ…第１モータ（動力源） １９…回転軸（回動軸） ２０…走行手段 ２０ｍ…第２モータ（動力源） ２２ａ…第１車軸 ２４ａ…第２車軸 ２８…クローラベルト（無限軌道） ３０…姿勢制御アーム ３０ｍ…第３モータ（動力源） ３２…補助輪 ３９…回転軸（回動軸） ５９…軸心

Claims (9)

1. 使用者が座るシートと、前記シートを所定姿勢に制御するシート制御手段と、前記シートを移動させる走行手段と、を備えた動力源付き車椅子であって、
   回転自在な補助輪を先端に備え、左右水平軸の回りに回動して前記車椅子後部を持ち上げることが可能な姿勢制御アームを備えたことを特徴とする動力源付き車椅子。
2. 前記姿勢制御アームは、前記シートの後方まで回動可能に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の動力源付き車椅子。
3. 前記シート、前記走行手段および前記姿勢制御アームは、複数の動力源で駆動されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の動力源付き車椅子。
4. 前記動力源は、モータであることを特徴とする請求項３に記載の動力源付き車椅子。
5. 前記動力源は、ＣＰＵにより駆動制御されるようになっていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の動力源付き車椅子。
6. 前記複数の動力源は、単一のＣＰＵにより駆動制御されるようになっていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の動力源付き車椅子。
7. 前記走行手段は、無限軌道であることを特徴とする動力源付き車椅子。
8. 前記シートの回動軸と、前記姿勢制御アームの回動軸とは、同一の軸心上に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の動力源付き車椅子。
9. 前記走行手段は、前記車椅子の前方に配置された第１車軸と、前記車椅子の後方に配置された第２車軸とを備え、
   前記軸心は、前記第１車軸と前記第２車軸との間に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の動力源付き車椅子。

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