JP2009284944A - 車いす駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】手動車いすに手を加えることなく単に車いすを乗せるだけで機能し、しかも占有面積の小さな車いす駆動装置とする。
【解決手段】手動車いす２の後輪１１を載せる台車３と、台車の左右両側中心部に設け各々独立して制御可能なモータによって駆動する駆動車輪５と、台車３の前後端部の各々に少なくとも１つ設けた、サスペンション８により上下動可能な、従動オムニホイール６と、左右の駆動車輪を駆動する各モータを各々独立して制御可能な制御装置とを備える。それにより台車上に手動車いすの後輪を載せて前輪は台車から外れている状態で、駆動輪を操作することにより前後進と操行が可能となる。磁気センサやカメラを用いることにより自動走行も可能である。台車上に荷物を載せて搬送することも、台車上に車いすなしで人が乗って走行することも可能である。
【選択図】図１

Description

この発明は手動車いすを、小型の装置により簡単に電動で移動できるようにするとともに、荷物運び及び人間の移動も可能とした車いす駆動装置に関する。

現在病院や福祉施設等で使用されている車いすはほとんどが手動車いすである。これは電動車いすが高価であることや、誤操作による院内での事故の危険性が高いことなどが原因であると考えられる。しかし、院内や施設内の移動において一時的にでも手動車いすが電動化されれば、利用者の利便性向上につながると共に、介護者の肉体的負担軽減につながるものと考えられる。

一方、在宅の高齢者等は電動車いすを使用している場合があり、スクーターのような電動車いすや手動車いすに駆動ユニットを取り付けた簡易型電動車いすなどが代表例であるが、手動車いすを簡単に電動化するための機器もさまざまな形態のものが開発されている。

例えば、（１）手動車いすの前方のフレーム部に取り付けるためのオートバイのようなハンドルで操作する駆動ユニット（特開２００２−１６５８４３、特開２００４−２０１８０７、特開２００３−１９１６５、特開２００１−７０３５８、特開２０００−１７５９７０、特開平１０−９９３８１）、（２）前方キャスター車輪部に取り付ける駆動ユニット（特開２００６−１８７４７２、特開２００３−１１６９３０、特開２００１−２８６５１０）、（３）車いす後部に取り付ける駆動ユニット（特開平１０−３２８２４６、実開平６−２６８３８）、（４）車いす車輪をローラ等による接触で駆動するユニット（特開平１０−２９５７３７、特開平１０−２９５７３２、特開平９−１２２１８５、特開平８−５６９９３、特開平６−８６７９０）、（５）車いす全体がオートバイのような台に乗り込む装置（特開２００３−８８５５６）などが提案されている。

上記のような従来の各種の装置において、（１）〜（４）は、ユニットを手動車いすに取り付ける作業が必要になるため、交換に時間がかかることや車いすの形態に合わせて調整が必要になることなどの問題がある。また（５）は車いす全体が乗り込む機構であることから、車いす以上の大きさが必要になり、小回りが利かず大きな場所を占有するという問題がある。
特開２００２−１６５８４３号公報 特開２００４−２０１８０７号公報 特開２００３−１９１６５号公報 特開２００１−７０３５８号公報 特開２０００−１７５９７０号公報 特開平１０−９９３８１号公報 特開２００６−１８７４７号公報 特開２００３−１１６９３０号公報 特開２００１−２８６５１０号公報 特開平１０−３２８２４６号公報 実開平６−２６８３８号公報 特開平１０−２９５７３７号公報 特開平１０−２９５７３２号公報 特開平９−１２２１８５号公報 特開平８−５６９９３号公報 特開平６−８６７９０号公報 特開２００３−８８５５６号公報

このように、これまで開発されてきた手動車いすを電動化するユニットは、取り付けや取り外しが一般に複雑で時間がかかること、車いす全体を乗せるものは占有面積が大きくなること、などの問題がある。

したがって本発明は、手動車いすに手を加えることなく単に車いすを乗せるだけで機能し、しかも占有面積の小さな電動化ユニットを提供することを主たる目的とする。また、特にバリアフリー化の進んだ病院、福祉施設等での使用することを考慮し、車いす車輪の搭乗台部を低く設計できるようにし、車いすの乗り上げを容易にする。また、それらの施設内において車いすを電動化するためだけでなく、例えば外界センサを付けて目的地まで自動走行できるようにし、また車いすではなく荷物搬送用に使用することもでき、人間を乗せることにより小型の車両としても利用できる車いす駆動装置を提供することを目的とする。

本発明で提案する車いす駆動装置は、手動車いすの車輪部のみを乗せる電動台車であり、中央部左右に駆動車輪、前方、後方に受動オムニホイールを持つ６輪のシステムである。台車上に手動車いすの車輪のみを乗せ車いすのハンドブレーキをかけ、台車の左右駆動輪を計算機制御することで、（１）ジョイスティック等での走行・操舵制御、（２）台車の自律走行による軌道追従制御、（３）外界センサ情報による人などへの追従制御などが可能となる。また、車いすだけでなく、荷物の搬送や人間の移動にも使用可能であり、多様な使用法が想定できる。

本発明は、手動車いすを電動化するためのユニットであるが、手動車いすをユニット上に乗せ手動ブレーキをかけるだけで容易に電動化できる。また、ユニット上には手動車いすの車輪のみを乗せれば良いため前後の長さが短くでき、車いす全体を乗せるタイプとは違い、占有面積を大幅に小さくすることができる。そのため、走行中も邪魔にならず、収納性にも優れている。さらに、外界センサを取り付けることで自動走行が可能になることや、荷物や人の運搬も可能になるため、多目的な利用が可能である。

本発明に係る車いす駆動装置は、前記課題を解決するため、手動車いすに手を加えることなく単に車いすを乗せるだけで機能し、しかも占有面積の小さな電動化ユニットとするという課題を、車いすの後輪を載せる台車と、前記台車の左右両側中心部に設けた、各々独立して制御可能なモータによって駆動する駆動車輪と、前記台車の前後端部の各々に少なくとも１つ設けた、サスペンションにより上下動可能な従動車輪と、前記左右の車輪を駆動する各モータを各々独立して制御可能な制御装置とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る他の車いす駆動装置は、前記車いす駆動装置において、前記制御装置は、リモコン操作による指示に対応して制御を行うことを特徴とする。

本発明に係る他の車いす駆動装置は、前記車いす駆動装置において、前記制御装置は、自動走行制御を行うことを特徴とする。

本発明に係る他の車いす駆動装置は、前記車いす駆動装置において、前記従動車輪はオムニホイールであることを特徴とする。

本発明に係る他の車いす駆動装置は、前記車いす駆動装置において、前記台車には車いす以外に、荷物、或いは人を載せることを特徴とする。

本発明の実施例を図面に沿って説明する。図１は本発明の車いす駆動装置１と、この車いす駆動装置１に載せる手動車いす２との関係を示す斜視図である。車いす駆動装置１は平板状の台車３の両側に車輪支持フレーム４をそれぞれ設け、台車３の両側の中心に設ける駆動車輪５を２個それぞれ支持している。

また、図示の例ではこの車輪支持フレーム４に、台車の四隅に配置する受動オムニホイール６を４個、それぞれ支持している。このように駆動車輪５及び受動オムニホイール６は車輪支持フレーム４に支持しているので、例えば図２（ｂ）の正面図、及び同図（ｃ）の側面図に示すように、駆動車輪５の大きさ及び受動オムニホイール６の支持にかかわらず、台車３を充分低く設定することができ、後述するようにこの台車３への車いすの乗り降りを容易にし、且つ台車に車いすが乗っているときの安定性を高めることができる。なお、受動オムニホイールは６は前後に１個ずつ、合計２個設けるようにしても良い。

駆動車輪５は例えば図２（ａ）の平面図に略示するように、各車輪支持フレーム４に内装しているモータ７及び減速ギヤ等によってそれぞれ独立して駆動できるようにしており、それにより両車輪の駆動回転数調節によって、任意の方向に移動できるようにしている。台車３の４隅に設けた受動オムニホイールは、周知の構造のものを使用することができ、両側の駆動車輪５の回転数調節によって移動方向を変更するとき、それに対して自由に追従することにより、Ｘ−Ｙ平面上を自由に移動可能である。なお、この受動オムニホイールの代わりにキャスター車輪を用いても同様に機能させることができるが、受動オムニホイールの方がよりスムーズな移動が可能となる。

４個の従動オムニホイール６はそれぞれバネ等のサスペンション８で上下方向に伸縮自在に支持しており、後述するようにこの台車３に車いす２を乗り込ませるときには、車いす及び搭乗者の重量によって沈み込んで、乗り込みを容易にする。台車３の前後の端部にはその上面が傾斜している乗降ガイド９を設けている。

車輪支持フレーム４には図示されないＣＰＵを備え、図１に示す車輪支持フレーム４の一部に固定できるようにしたコントローラ１０を引き出すことにより操作可能とし、利用者によるジョイスティック型操作部も用いた前後進、走行速度、走行方向等の指示によって、車いす駆動装置１を自由に駆動可能とする。車輪支持フレーム４内には更に図示されていないがバッテリーを備え、駆動車輪５を駆動するモータの電源とし、また、制御装置、更にはこの車いす駆動装置にライトを備えているときにはその電源として使用する。

台車３の上面には、車いす２の手動動輪である大径の後輪１１が安定して乗ることができるように、台車３の上面から窪んだ車輪受１２を左右に設けており、更にこの車輪受１２の前方及び後方に上方に突出可能なストッパ１３を設けている。それにより、車輪受１２に載った車いすがハンドブレーキをかけた状態でも、台車の加減速や振動等で台車から飛び出すことがないようにしている。この車輪受け１２或いは車輪受けを設けないときの台車の上面には、適宜滑り止めテープを貼るようにしても良い。

なお、図１に示す例においては車輪支持フレーム４の前端部及び後端部に、車いす駆動装置１の走行方向の障害物を監視するため、電磁波を放射してレーダー式に物体からの反射波を受信する周囲物体監視装置の電磁波送受信部１４、及び進行方向を監視するカメラ１５を設け、更に必要に応じて周囲の磁気を検出する磁気センサを設ける。また、左右の車輪の回転をそれぞれロータリエンコーダで監視し、走行操舵時にフィードバック信号として出力する。また、モータを含む車輪駆動系統、或いは外部にブレーキを設け、利用者の指示により、或いは自動的なブレーキ制御も行う。

それにより、電磁波により、またカメラによって車いす駆動装置１の走行時に障害物を自動的に監視して停車可能とするほか、利用者による設定によって前方の人に追従して走行することも可能とする。また、床面等に白線等の走行案内ラインを引き、或いは磁気テープ等を貼ってガイド用ラインを形成しているとき、そのラインに従って目的地まで案内する走行も行うことができるようにする。その機能は台車上に車いすを載せて走行するとき以外に、台車上に椅子を固定し、利用者が乗って走行するときも有効に利用可能である。なお、前記のような種々の制御装置は、必要に応じて任意に選択して設置し、利用することができる。

前記のような各種装置を利用した本発明の車いす駆動装置は、例えば図５に示すような制御システムによって実施することができる。図示の制御システムにおいては、ＣＰＵ及びＩ／Ｏ２１、操作部２２、センサ２３、車輪駆動系２４に機能を大別しており、ＣＰＵ及びＩ／Ｏ２１には演算を行うＣＰＵ、デジタル信号を入力するデジタル入力部２６、ＡＤ変換を行うＡＤ変換部２７、後述する車輪のエンコーダの信号を入力してカウントするカウンタ２８、主としてモータブレーキに信号をデジタル信号を出力するデジタル出力部２９、主としてモータドライバにアナログ信号を出力するためにＤＡ変換を行うＤＡ変換器３０を備えている。

操作部２２にはこの車いす駆動装置を、前記のように車いすを載せて走行する通常の態様のほか、荷物を載せて走行する態様、更には車いすではなく椅子を固定して利用者を乗せて走行する態様等の種々の態様で使用するためにモードを切り替えるモード切替ボタン３１、ジョイスティック等により車速を指令する車速指令部３２を備えている。この操作部２２には更に利用者が必要なものを指示するための各種信号入力用の操作部を備えることができる。

図５に示すセンサ２３には、床面に設けた磁性テープ等を検出する磁気式ガイドセンサ３３、各種回転部分及び移動部の位置を検出する磁気式ポジションセンサ３４、右車輪エンコーダ３５、左車輪エンコーダ３６を備えた例を示しているが、そのほか必要に応じて種々のセンサを用いることができる。

車輪駆動系２４には、右車輪モータの駆動制御を行う右車輪モータドライバ３７と、左車輪モータの駆動制御を行う左車輪モータドライバ３８とを備え、それぞれ右車輪モータ３９及び左車輪モータ４０を駆動している。これらのモータにはモータブレーキを備え、前記デジタル出力部２９から右車輪モータブレーキ４１及び左車輪モータブレーキ４２の制御を行っている。なお、自律走行を行わないジョイスティックのみの操縦であれば、計算機を用いることなく、単に両輪モータの電圧値をジョイスティックで独立に制御する方法でも良い。

このような左右駆動車輪については、下記のような制御を行うことで、独立に回転数の制御を行う。なお、各速度目標値はジョイスティック等の入力装置を介して使用者の意図により随時変更される。

Ｔ_Ｒ、Ｔ_Ｌ：右車輪及び左車輪の駆動トルク
Ｋ_ＶＲ、Ｋ_ＶＬ：右車輪及び左車輪の角速度フィードバックゲイン
Ｋ_ＰＲ、Ｋ_ＰＬ：右車輪及び左車輪の角度フィードバックゲイン
θ_Ｒ、θ_Ｌ：右車輪及び左車輪の回転角度

：右車輪及び左車輪の角速度目標値（ジョイスティック等により入力）
なお、前述のように、自律走行を行わないジョイスティックのみの操縦であれば、式（１）、（２）を用いず、単に両輪モータの電圧値をジョイスティックからのアナログ出力で独立に制御する方法でも良い。

図３には本発明による車いす駆動装置を本来の目的である車いすを載せて走行する態様である、手動車いすの電動化ユニットとしての使用法を示している。同図（ａ）は車いす駆動装置１上に手動車いす車輪部を乗せる際、手動車いすを前進させて載せるときにシーケンスを示している。最初同図（ａ−１）のように利用者が座っている手動車いす２の前に車いす駆動装置１を置き、手動車いすを前進させると、同図（ａー２）のように手動車いすの前輪１５が車いす駆動装置の台車における前後の端部に設けた上面が傾斜している乗降ガイド９に乗り上げ、それにより乗降ガイド９の先端が床面側に押しつけられる。

そのときこの乗降ガイド９に近接している受動オムニホイール６は台車によって同様に床面側に押しつけられ、そのときの力によってサスペンション８が縮み、それにより乗降ガイド９の先端は床面に接する。この状態では乗降ガイド９の先端と、受動オムニホイール１５と、駆動車輪５が接地する。この状態で手動車いす２を更に前進させると、同図（ａ−３）に示すように車いすの前輪１５が台車３を乗り越える。このとき手動車いすの後輪１１が台車３上における駆動車輪５の軸線とほぼ一致する位置で、前記のような車輪受１２の位置に載置され、ここで手動車いす２にブレーキをかけて、更に必要に応じてストッパにより後輪１１を台車に固定する。

以降は利用者が操作するリモコン操作、或いは自動走行によって台車は自由に移動し、手動車いすは電動車いすと同様に作動する。更に手動車いす２を車いす駆動装置１から降ろすときには、適宜車いす駆動装置にブレーキをかけ、手動車いすを前進させることにより容易に降ろすことができる。このように車いす駆動装置１は最低限後輪を載せるだけでよいので、その前後方向の長さは小さくすることができ、全体を小型の装置とすることができる。

前記図３（ａ）には手動車いす２を前進させて車いす駆動装置１に載せる例を示したが、同図（ｂ）に示すように手動車いす２を後退させて車いす駆動装置１に載せるようにしても、前記とほぼ同様に、同図（ｂ−１）、（ｂ−２）、（ｂ−３）の順に作動して、最終的に前記図（ａ−３）と同じく車いす駆動装置１に載せることができる。その後手動車いす２を車いす駆動装置１から降ろすときには手動車いすを前進させることにより、前記と同様に降ろすことができる。

このように手動車いすを後退して台車上に載せ、前進して降ろすときには、手動車いす２の左右の後輪１１の間には大きなスペースが存在するため、この部分に大型のバッテリーを搭載する等、この空間を有効利用することができる。なお、同図（ａ）のように前進して乗車するときには、特に足乗せ台部分が邪魔になり、前記のようなスペースは利用できない。

本発明による車いす駆動装置１は種々の態様で実施することができ、それらの態様を図４に示している。即ち、同図（ａ）は前記の最も基本的な態様を示しており、図示の例では利用者が車いす駆動装置１のリモコン１０を操作することにより移動する例を示している。このとき、図示する以外に、介護者がこのリモコン１０を操作して、任意の場所に移動しても良い。このリモコンは図示するような有線のコードで車いす駆動装置１と連結する以外に、無線式、或いは車いす駆動装置１に収納でき、また立設することができる操作ハンドルとすることもでき、その際には折りたたみ式操作ハンドルとしても良い。

なお、車いす駆動装置１の台車上に手動車いす２を載せるときには、前記図３に示したように手動車いすに利用者が乗った状態で手動車いすを台車上に載せる以外に、空の手動車いす２を予め台車に乗せた後、利用者がその手動車いすに乗って利用することもできる。その際には台車３の位置が極めて低い位置にあるので、利用者は容易にこの台車上の車いすに乗ることができる。

同図（ｂ）には、この車いす駆動装置１の台車３上に荷物１７を載せ、利用者が車いす駆動装置１のリモコン１０を操作して搬送する例を示している。なお、このような荷物の搬送に際しても、前記のような利用者がリモコンで操作する以外に、先の態様と同様に自動走行も可能である。

図４（ｃ）には前記車いす駆動装置１の台車３部分に椅子１８を固定し、この椅子に利用者が座り、同図（ａ）と同様に利用者がリモコン１０を操作することによって任意の場所に移動することができるようにした例を示している。このような使用態様は、利用者が車いすを利用する程は足が不自由ではないときに、容易に移動する手段としてこの車いす駆動装置１を用いる際の態様となる。このような椅子を台車３上に乗せるために、台車３上に予め椅子固定用部材を設けておくこともできる。この使用態様においても、自動走行を行わせることもできる。

本発明は病院や福祉施設等の施設内で使用する手動車いすの電動化ユニットとして利用することができ、更に荷物搬送ユニットや人間の移動手段としても利用できる。

本発明の実施例を手動車いすと共に示す斜視図である。 同実施例の図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。 同実施例の実施態様を示す図であり、（ａ）は車いす駆動装置に車いすを前進により載せるときの態様であり、（ｂ）は同後退により載せるときの態様を示す。 本発明の各種使用態様を示す図であり、（ａ）は通常の使用態様であり、（ｂ）は同装置を荷物の搬送に用いる使用態様を示し、（ｃ）は車いすを載せずに人を搬送する使用態様を示す。 本発明の制御システムの例を示す図である。

符号の説明

１ 車いす駆動装置
２ 手動車いす
３ 台車
４ 車輪支持フレーム
５ 駆動車輪
６ 受動オムニホイール
７ モータ
８ サスペンション
９ 乗降ガイド
１０ コントローラ
１１ 後輪
１２ 車輪受け
１３ ストッパ
１４ 電磁波送受信部
１５ カメラ
１６ 前輪
１７ 荷物
１８ 椅子

Claims (5)

1. 車いすの後輪を載せる台車と、
   前記台車の左右両側中心部に設けた、各々独立して制御可能なモータによって駆動する駆動車輪と、
   前記台車の前後端部の各々に少なくとも１つ設けた、サスペンションにより上下動可能な従動車輪と、
   前記左右の車輪を駆動する各モータを各々独立して制御可能な制御装置とを備えたことを特徴とする車いす駆動装置。
2. 前記制御装置は、リモコン操作による指示に対応して制御を行うことを特徴とする請求項１記載の車いす駆動装置。
3. 前記制御装置は、自動走行制御を行うことを特徴とする請求項１記載の車いす駆動装置。
4. 前記従動車輪はオムニホイールであることを特徴とする請求項１記載の車いす駆動装置。
5. 前記台車には車いす以外に、荷物、或いは人を載せることを特徴とする請求項１記載の車いす駆動装置。

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