JP2014064620A - 電動車椅子 - Google Patents

Abstract

【目的】
電動車椅子の操縦における、誤操作や不注意操作による電動車椅子の不意の動作を抑止し、電動車椅子の操縦性を損なわずに安全性を向上する。
【構成】
左右の駆動輪をそれぞれ対応するモーターで独立して駆動し、駆動輪回転の速度および方向を個別に制御することで、前後進、操舵方向及び走行を制御し、操縦がジョイスティック型操縦手段の操作子を操作した方向へ電動車椅子が動作する様に、走行速度、方向を決定する電動車椅子において、この操作子の後方への操作に対して、後方への走行ではなく、定位置での回転動作を割り当てることによって、後退を禁止すると共に、回転動作による電動車椅子向きの変更を行うように構成する、さらに、後退禁止を解除する手段を設けて、一時的に後退も可能とし、逆に前進方向への走行を禁止するようにする事によって、乗員は、前方、あるいは、後方にのみ注意を集中すれば良くなり、前述の目的が達成される。
【選択図】図５

Description

本発明は、ジョイスティックなどの操縦手段を備え、左右の駆動輪の回転速度及び回転方向を個別に制御することで、前後進方向、操舵方向及び走行速度が制御される電動車椅子に関するものである。

一般に、電動車椅子には、大別して２種類ある。その１つは、カート形の電動車椅子であり、この種の電動車椅子は、前輪または後輪を操向輪とし、ハンドルレバーに連結された操舵機構で上記操向輪を乗員が左右に回動させて、車両の操舵を行えるように構成される。この種の電動車椅子は、一般に、「自操用ハンドル形電動車椅子」と呼称される。

もう一つは、下記特許文献１に例示されるように、左右の駆動輪をそれぞれ対応する左右のモータで独立して駆動し、それぞれの駆動輪の回転速度に差を設けることで、左右に操舵される（旋回する）ものである。この種の電動車椅子は、例えば１本のジョイスティックレバーによって、乗員による操舵の操作がなされ、ジョイスティックレバーの中立点からの操作量、及び左右方向の傾斜角度によって、左右の駆動輪モーターの回転速度及び回転方向を個別に制御することで、前後進方向、操舵方向及び走行速度が制御される。この種の電動車椅子は、一般に、「自操用標準形電動車椅子」と呼称される。

この「自操用標準形電動車椅子」において、下記特許文献２特開２００５−３２８８７９号公報には、 走行速度の増減を指示するためのアクセルレバーによるアクセル手段と、ハンドルによる操舵手段からなる自操用ハンドル型操縦装置と、前後進切り替え手段と、前記前後進切り替え手段からの前後進切り替え信号（Ｆ／Ｒ）が前進を示す場合は、前記アクセル手段から出力されるアクセル信号及び前記操舵手段から出力される操舵信号をそのまま出力する一方、前記前後進切り替え手段からの前後進切り替え信号（Ｆ／Ｒ）が後進を示す場合は、前記アクセル手段から出力されるアクセル信号及び前記操舵手段から出力される操舵信号を反転させて出力する信号変換手段と、前記信号変換手段から出力されるアクセル信号及び操舵信号に基づいて、前記左右のモータを制御する制御手段と、を有する構成とするものが提案されている。

この構成によれば、特許文献１に例示されるような電動車椅子のジョイスティックからなる自操用標準型操縦装置をアクセルレバーとハンドルと前記前後進切り替え手段からなる、自操用ハンドル型操縦装置へ容易に置き換えが可能となり、当該電動車椅子においても、自動車に近いの操縦感覚を実現することができる。
特開平８−３２２１１０号公報 特開平１０−１６７８８号公報

まず、一般的な電動車椅子「自操用標準形電動車椅子」の場合、レバーを倒す方向に電動車椅子が進行する様になっているため、操縦者の意図に関わらずレバーが後方に倒れれば、車椅子が背走するため、十分な安全確認が行われないまま、操縦者の死角となっている方向に動作してしまい、障害物へ衝突してしまう危険性があった。

さらに、この「自操用標準形電動車椅子」の場合は、ジョイスティックレバーを倒す方向と倒す量で、電動車椅子の進行方向と速度を一意に指定できるため、後退時や狭い場所での動作においては、取り扱いし易い操作が実現されており、さらに左右輪を逆回転に駆動することによって、定位置での回転（スピン）も可能で、最小回転半径より幅が広い場所においては、特に後退動作を行わずとも取り回しが可能であるが、ジョイスティックのどの操作方向にこの「定位置での回転（スピン）転動作」を割り当てるかによっては、ちょっとしたレバー操作の誤りで、前進走行状態から急激に旋回半径が小さくなり回転に移行する急峻な動作変化が生じるため、操縦者に恐怖心を与えてしまうだけでなく、走行を不安定にしてしまう懸念点があり、特許文献１では、定位置での回転（スピン）を可能とする小回り優先の動作モードと、緩やかな旋回しか行わない動作モードを操縦者が選択できるようにした発明が開示されているが、動作モードの切り替え手段を付加しなければならないなど、操縦操作や手段構成を複雑化させてしまう問題点となる。

次に、特開２００５−３２８８７９号公報の構成の場合は、自走用ハンドル型操縦装置に前後進切り替え手段によって、前進後退を操縦者が選択できるようにすることによって、自動車に類似した操縦感覚の実現すると共に、操縦者が後退を意図する場合のみ後方への進行が可能となるため、不意の後退による衝突の危険性は小さくなるが、操縦操作が「自操用標準形電動車椅子」型の操作方法ではなく自操用ハンドル型操縦装置による操縦方法となるため、操縦装置構成が複雑となるだけでなく後退時も進行方向とは逆となる前方向へのレバー操作で速度を調整しつつ、進行方向をハンドルの回動量で操作しなければならず、操縦者の感覚に合わず混乱を助長してしまう問題点があった。

本発明は、上記従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、「自操用標準形電動車椅子」において、ジョイスティックレバー操作とそれに対応する電動車椅子の動作内容を工夫する事によって、不意の背走や急旋回の発生を最小限に抑えて安全かつ容易に操縦することができる電動車椅子を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の請求項１の電動車椅子は、通常後方への走行に割り当てられているジョイスティックレバーの前後方向の後方向への操作を「定位置での回転（スピン）動作」に割り当てることで、原則的に電動車椅子の後退動作を禁止し、レバーが前後方向の前方向に倒されている場合は、緩やかな旋回を含む前進方向への走行動作を行い、ジョイスティックレバーが後ろ方向に倒された場合にも、背走するのでは無く、「定位置での回転（スピン）動作」によって向きを変えるように動作することを特徴とする電動車椅子である。

次に請求項２の電動車椅子は、請求項１の電動車椅子に停車中判断手段と後退禁止を一時的に解除する手段を設けて、操縦者が停車中に意図して後方への走行を選択して、後退禁止が解除されている状態の場合に限って、ジョイスティックの後方への操作によって後方への走行を可能とする事を特徴とすると共に、後退禁止解除中は、操縦者が後方にのみ注意を向けていれば安全に操縦できるように、電動車椅子が後方にのみ動作するようジョイスティックレバー操作方向と電動車椅子の走行方向の関係を変更することを特徴とする。

次に請求項３の電動車椅子は、請求項２の電動車椅子において、現在後退禁止が解除されている事を、音・光等の刺激発報によって、操縦者に告知する手段を有することを特徴とする。

請求項１の電動車椅子は、乗車状態で操縦者が向いている前方と、「現在位置定での回転（スピン）動作」しか行わないため、死角となる方向へ電動車椅子が動作することが無くなり、操縦者がジョイスティックレバーを不意に誤った方向に倒してしまった場合も、障害物への衝突する危険を回避することができるだけでなく、レバーの操作方向割り当てにおける「現在位置定での回転（スピン）動作」が前進動作と分離されるため、前進走行中に急激な旋回、回転動作に移行する危険性が少なくなる。

次に、請求項２の電動車椅子は、請求項１の電動車椅子に、後退禁止解除手段を設ける事によって、停車中に操縦者が意図した場合は、以降の動作に対して後方への走行が可能とし、後退許可中は後退禁止中とジョイスティックの操作方向と、電動車椅子の動作する方向の関係を変化させる事によって、逆に後退許可中は前進方向の動作を行わないようにすることができ、操縦者は、注意を後方にのみ集中させることができるため、前進と回転だけでは実現できない動作も安全、容易に可能とする事ができる。

さらに、請求項３の電動車椅子では、後退禁止中と後退許可中でジョイスティックの操作方向と、電動車椅子の走行する方向の関係が変化するため、操縦者は、後退禁止・許可の状態を意識してレバー操作を行う必要があるが、その状態を音や光で告知する手段を設けて現在の状態の発報を行うことによって、さらに誤操作を抑止する効果が得られる。

図１は本発明の実施の形態にかかる電動車椅子の側面断面図である。 図２は同電動車椅子(1)の部分切欠正面図である。 図３は同電動車椅子(1)の動作制御用コントローラの内部ブロック構成図である。 図４は、最高速設定毎の操縦手段(100)のジョイスティックレバー(111)の操作量(r)と、電動車椅子の車速基準値の関係を示す図である。 図５は、操縦手段(100)のジョイスティックレバー(111)の操作と、電動車椅子(1)の動作の関係を示す図である。 図６は、操縦手段(100)のジョイスティックレバー(111)の操作方向(θ)と左右モータの速度の関係を示す図である。 図７は、操縦手段(100)のジョイスティックレバー(111)の操作方向(θ)と電動車椅子(1)の走行方向(φ)の関係を示す図である。 図８は、レバー操作位置(111b〜111g)における電動車椅子(1)の走行方向の関係を示す図である。 図９は、後退禁止解除状態における、操縦手段(100)のジョイスティックレバー(111)の操作と左右モータの速度の関係を示す図である。 図１０は、後退禁止解除状態における、操縦手段(100)のジョイスティックレバー(111)の操作と左右モーター速度の関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図１０を用いて説明する。ここで、図１は本発明の実施の形態にかかる電動車椅子の側面断面図、図２は同電動車椅子の部分切欠正面図、図３は同電動車椅子の動作制御用コントローラの内部ブロック図である。

図１の様に本発明にかかる電動車椅子１は、乗員が電動車椅子を操作するための操縦手段(100)、前部駆動輪(305,306)、駆動モータシステム(300)、動作制御コントローラ(200)、バッテリ(４)、補助輪(５)および、これら全ての構成品を保持し車椅子を形成するフレーム(６)で構成されている。

乗員は当該電動車椅子(1)の座面に着座し、操縦手段(100)を操作して、電動車椅子を意図した方向へ走行指示するものとする。操縦手段(100)は、一般にジョイスティック(111)と呼ばれる操作レバー(111)で、当該レバー(111)を目的とする方向へ倒す事によって乗員の走行方向指示を受け付け、その方向と押し込み量を動作制御コントローラへ伝達する。動作制御コントローラ(200)は、包含するジョイスティック操作量検出手段(203)で、走行方向指示とそのときレバーを押し込まれた量を検知し、モーター速度算出手段(204)で駆動モータ(303,304)を回転させる速度と向きを決定し、その結果を基に、モーターシステム(300)内の左右のモーター駆動手段(301,302)は、バッテリ(4)の電力をの左右のモーター(303,304)に適宜供給して、左右輪（305,306）を駆動する。

走行を行う際、乗員はまず、操縦手段(100)の最高速度設定スイッチ(102)で、当該電動車椅子（１）の最高速度を決定する、電動車椅子の最高速度は、ＪＩＳ等で6km/hと規定されており、操縦上の利便性を考慮して、一般に、6km/hを最高設定可能速度として、6km/h以外に、3km/h、4.5km/hとこの最高速度を切り替えられるようにしている。各最高速度設定6km/h、4.5km/h、3km/h時各々のジョイスティックレバー（111）の操作量と車速の関係は図４に示す通りで、ジョイスティックレバー（111）の中立点からの操作量(ｒ)をその可動範囲(110)一杯(R)とした場合に、設定した最大速度が実現し、レバー(111)の中立点からの距離（ｒ）に比例して、当該電動車椅子(1)の移動速度を調整できるようになっている。

よって、例えば、操縦手段(100)のジョイスティックレバー(111)を前進方向にレバーの可動範囲(110)一杯に押し込まれた場合は、動作制御コントローラ(200)は、電動車椅子（１）を前方向へ設定された最大速度で移動させるために必要な左右のモータ(305,306)の回転方向と速度を決定する。また、操作手段(100)のレバーを斜め右前方向にレバー(111)を可動範囲未満の(111a)まで押し込まれた場合は、動作制御コントローラ(200)は、電動車いす１を斜め右前方へ最大速度以下でレバー(111)の押し込み量に相当する速度で移動させるために必要な左右のモータ(305,306)の回転速度を決定しモータシステム(300)に伝達する。

他の移動方向についても同様で操縦手段(100)のジョイスティックレバー(111)の操作方向と操作量を基に、動作制御コントローラ６は、左右のモータ(305,306)の駆動速度を個別に決定して、電動車椅子（１）を乗員の意図する方向への操縦することを可能としている。

従来の電動車椅子とその操縦系においては、ジョイスティックレバー(111)が後方へ操作された場合は、電動車椅子を背走させるようになっているため、ジョイスティックレバー(111)を操作する過程の誤操作など、乗員が背走させたいと意図していない場合であっても、ジョイスティックレバー(111)が後方に倒れれば、死角となっている、背面方向へ動作してしまう。

操縦手段(100)のジョイスティックレバー(111)の操作と、電動車椅子(1)の動作の関係を示す図５を使って、本発明の実施例を説明する。

まず、操作手段(100)のジョイスティックレバー(111)をレバー(111)の可動範囲(110)の第一象限（112）、第二象限(113)の領域内で操作している場合は、従来の電動車椅子同様に、電動車椅子(1)の前方向への直進と、第一象限（112）内であれば右方向への旋回、第二象限(113)内であれば左方向への旋回に、割り当てている。次に、レバー(111)の可動範囲(110)の第三象限（114）、第四象限(115)の領域内で操作している場合は、左方向への定位置回転と右方向への定位置回転に割り当てている。さらに、レバー中立位置(111)を含む、真後ろ方向への操作に対しては、電動車椅子(1)停止の動作を割り当てている。

上記のように、ジョイスティックレバー(111)の操作に、電動車椅子(1)の動作を割り当てることによって、レバー(111)をその可動範囲(110)内で、どのように操作しても、電動車椅子(1)は背面方向へ走行する事が無くなるが、左右方向への定位置回転が割り当てられているため、電動車椅子(1)の最小回転半径以上の幅員がある場所においては、定位置回転による方向転換が可能となり、背面方向への動作が禁止されていることに因る取り回し難さを補っている。

上記のような、ジョイスティックレバー(111)の操作に、電動車椅子(1)の動作を割り当てを実現するために、ジョイスティックレバー(111)の操作量（中立点からの操作距離rと操作方向θ）から左右のモーターの回転速度を個別に設定する。その概要は、直進の場合は、左右のモーターを同じ速度で駆動し、右旋回の場合は、外輪（左モーター）に対して、内輪（右モーター）の速度を下げて駆動し、左旋回の場合は、外輪（右モーター）に対して、内輪（左モーター）の速度を下げて駆動し、定位置での回転動作においては、左右のモーターを逆方向に駆動することによって実現することができる。

まず前述の通り、乗員の速度設定に従って、現在のレバー(111)操作量(r)による車速基準値Vref
= [設定された最高速度]×ｒ÷Ｒによって決定され、rとVrefの関係は、図４のグラフのようになり。ジョイスティック操作量検出手段(202)によって検出された(rとθ)を元にモータ速度算出手段(204)によって以下のように左右のモーターの速度が決定される。

次にモータ速度算出手段(204)では、レバー(111)の操作方向θから、左モーター速度比αL(-1≦αL≦1)、右モーター速度比αR(-1≦αR≦1)によって、左モータ速度VLH=αL×Vref、右モータ速度VRH=αR×Vref で求める。ここで、速度比αL、αRは、前述の速度バランス実現のため、レバー(111)が真正面に倒されている場合（θ=0）の場合は、αL=αR=1となり、左右モーターの速度を同じにし、レバー(111)が右旋回領域に倒されている場合は、αL=1、0≦αR≦1、レバー(111)が左旋回領域に倒されている場合は、αR=1、0≦αL≦1、右回転領域の場合はαL=1、0≧αR≧-1、左回転の場合はαR=1、0≧αL≧-1と連続的に変化する値を割り当てればよい。当該実施例においては、以下のようにαL、αRを決定する。ここで速度比αL、αRは、前進方向を正数としているので、負の値の場合は後退方向へ逆回転させることを示している。

0≦θ≦180の場合αL=1、αR=cosθ、-180≦θ≦0の場合αR=1、αL=cosθと関数を当てはめ、その結果をグラフ化すると図６のように、狙いに沿った形で、内輪側の速度を調整することができる。本来、電動車椅子(１)の進行方向をφとした場合、特にレバー(111)が前進領域第一象限(102)、および第二象限(103)にある場合は、θ＝φであることが理想であるが、当該速度比決定方法の場合厳密にはそうならないが、厳密に計算したとしても車輪の滑り等によって必ずしもそうならないため、演算処理の簡便化を優先して、このようにしている。図７、図８は、この実施例で実現される電動車椅子(1)の動きを計算し図示した物で、レバー(111)の操作角θに対応して、直進から左右の旋回方向が連続的に動作が変化し、そのまま定位置回転に移行し、図８の様にレバー位置111bから111gにかけて、徐々に旋回半径を小さくして、一旦停止の後反対方向への回転へ連続的に遷移することが判る。

次に請求項２の場合は、前進と旋回、定位置回転のみを行う請求項１の実施例に対して、乗員の意図によるＳＷ操作によって一時的に後退、背走も可能とするもので、電動車椅子(１)の最小回転半径よりも狭い場所や、車庫入れ等、真っ直ぐ後ろに方向への背走が操縦を容易とする場面においても安全に操縦することが可能となる。

請求項１の実施例の場合、旋回、回転を含む前進方向への動作しか行わないようになっているため、ジョイスティックレバー(111)の誤操作などによって、乗員の注意や意図に反して、電動車椅子(１)が乗員の死角となっている後方へ動作することが無いため安全に操縦することが可能であるが、車庫や、電車の車内で、車室の隅に電動車椅子(１)を納める等の動作においては、後方への操縦を容易とすることは自明である。

そこで請求項２の場合は、請求項１の実施例の場合に、乗員が操作することによって、以降後退を可能とすることができる様に、操作手段(100)に後退禁止解除スイッチ(102)およびコントローラ(200)に後退禁止解除手段(201)を設けて、乗員が背走を意図した場合に限って、後方への走行を可能としている。乗員は、退禁止解除スイッチ(102)を自ら操作することによって、後退を解禁するため、以降の動作に先立って、後方の安全確認等、後方への注意の降り向けが行われるため、死角方向への走行もより安全に操縦することができる。さらに、ジョイスティックレバー(111)の操作と、電動車椅子(1)の動作の関係も変更して、前進方向への動作を禁止する事によって、後方にのみ注意を集中させていれば良くなり、安全に後退動作を行うことができる。

電動車椅子(１)のブロック図および後退許可時における操縦手段(100)のジョイスティックレバー(111)の操作と、電動車椅子(1)の動作の関係を示す図９を使って、請求項２の実施例を説明する。乗員が電動車椅子(１)を後退させたいと意図した場合、まず操縦手段(100)に設置された後退禁止解除スイッチ(102)を操作し、電動車椅子(１)を後退可能な状態にする。以降、再度、後退禁止解除スイッチ(102)を操作して、再度後退禁止状態に戻すまでの間、コントローラ(200)内の後退禁止解除手段(201)が機能し、ジョイスティックレバー(111)の操作と、電動車椅子(1)の動作の関係を図９に示すように変化させて、電動車椅子(１)は、後方への直進と右後ろ、または、左後ろ方向への走行しかしないようにする。これによって、乗員は、後退選択時には、後方にのみ注意を払えば良くなり、より安全な後方への操縦が可能となる。

このような動作を実現させるためのジョイスティックレバー(111)の操作と、左右のモーター(305,306)の回転速度の関係を図１０に示す。全体にわたって速度比の値が負数となっているのは、前進動作を行う場合の回転方向及び速度比を正としているためで、θ=+180deg またはθ=-180deg、つまりジョイスティックレバー(111)を真後ろ方向に操作した場合、左右モーター(305,306)に対する速度比、αL=-1、αR=-1となるため、左右のモーターが前進時とは逆の方向へ同じ速度で回転し、電動車椅子(１)が後方へ直進することとなる。

ジョイスティックレバー(111)を真後ろ方向から左右に傾けると、傾けた角度θに比して、内輪側の速度が遅くなる為、その方向へ旋回しながら後退することができる。さらに、ジョイスティックレバー(111)を前方向に操作した場合、電動車椅子(１)停止するようにしている。この事によって、後退禁止解除中は、後方にのみ動作し、ジョイスティックレバー(111)を傾けた方向へ電動車椅子(１)が走行する操縦系が実現できるため、乗員は、後方にのみ注意を集中させて操縦すれば良い様になる。

後退動作が終了した場合、乗員は、操縦手段(100)に設置された後退禁止解除スイッチ(102)を再度操作することによって、後退禁止状態に戻すことによって、電動車椅子(１)の操縦手段(100)のジョイスティックレバー(111)の操作と、電動車椅子(1)の動作の関係が図５、図６の状態の戻り、初期の前進動作主体の請求項１の操縦状態に戻すことによって、前進動作が可能となる。

請求項３の場合は、請求項１および２に対して、電動車椅子(１)が現在どちらの操縦状態にあるかを、図３ブロック図のコントローラ(200)の状態告知手段(202)からの指示で操縦手段(100)の状態告知手段（ブザー、ランプ）(103)を発報させるによって状態を告知する様にしているため、操縦手段(100)のジョイスティックレバー(111)の操作と、電動車椅子(1)の動作の関係が変化する事による、乗員の混乱を軽減することができる。

高齢者や障害者が利用する電動車椅子、シニアカーなどの移動手段およびパーソナルモビリティーカーに適用できる。

１ 電動車椅子本体
100 操縦手段
101 後退禁止解除スイッチ
102 最高速度設定スイッチ
103 状態告知手段（ブザー、ランプ）
110 ジョイスティックおよびレバー可動範囲
111 ジョイスティックレバーおよび中立位置
112 ジョイスティックレバー可動範囲、第一象限
113 ジョイスティックレバー可動範囲、第二象限
114 ジョイスティックレバー可動範囲、第三象限
115 ジョイスティックレバー可動範囲、第四象限
116 ジョイスティックレバー可動範囲、電動車椅子停止領域
200
コントローラ
201
後退禁止解除手段
202
状態告知手段
203
ジョイスティックレバー操作量検出手段
204
モーター速度算出手段
300 モーターシステム
301
左モーター駆動手段
302
右モーター駆動手段
303
左モーター
304
右モーター
４ バッテリ
５ 補助輪
６ フレーム

Claims (3)

1. 左右の駆動輪をそれぞれ対応する左右のモーターで独立して駆動し、それぞれの駆動輪の回転速度および回転方向を個別に制御することで、前後進方向、操舵方向及び走行速度を制御し、その操縦をジョイスティック型操縦手段の操作子の操作量によって走行速度を決定し、操作子の操作方向で走行方向を決定する操縦手段を有する電動車椅子において、ジョイスティック型操縦手段の操作子の操作内容と電動車椅子の動作の関係を後退方向への走行が禁止されるようにし、操作子を後方に倒された場合は、定位置回転によって電動車椅子の向きを変える動作を行う様に、上記モーターを制御する事を特徴とする電動車椅子。
2. 請求項１の電動車椅子において、後退禁止を一時的に解除する後退禁止解除手段を設ける事によって、乗員が意図した場合は、後方への走行が可能となり、前方への走行が禁止されるように、ジョイスティック型操縦手段の操作子の操作内容と電動車椅子の動作の関係を変更する事を特徴とする電動車椅子。
3. 請求項１及び請求項２の電動車椅子において、現在の走行可能方向を乗員に告知する事を特徴とするの電動車椅子。