JP2015047985A - Stairway elevator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、人や物等の物体を搭載して階段を昇降可能な階段昇降機に関するものである。 The present invention relates to a stair lift that mounts an object such as a person or an object and can move up and down a stair.
例えば、特許文献1には、4輪で走行可能な本体部と、人の搭乗が可能な搭乗部と、搭乗部の傾斜に応答して信号を発生するセンサとを備えた車両が記載されている。この車両は、センサからの信号に基づいて搭乗部を水平方向に移動させ、車両の重心の平衡を保つようになっている。
For example,
また、特許文献2には、操作者による操作子の操作に対する反力を発生するアクチュエータと、操作者の操作トルクを測定するセンサとを備えた車両が記載されている。この車両は、センサからの信号に基づいてアクチュエータに所定の反力を発生させ、操作子の動作を操作者の身体機能に合わせたものに設定支援することにより、安定した走行が可能となっている。 Patent Document 2 describes a vehicle including an actuator that generates a reaction force against an operation of an operator by an operator, and a sensor that measures an operation torque of the operator. This vehicle generates a predetermined reaction force on the actuator based on a signal from the sensor, and supports the operation of the operation element according to the body function of the operator, thereby enabling stable running. Yes.
特許文献1に記載の車両では、センサからの信号によっては搭乗部が後方に移動する場合があり、搭乗している人に不安感を与えることにより、安定走行ができなくなるおそれがある。また、特許文献1,2に記載の車両は、センサからの信号に基づいて平地を安定に走行することを想定しており、センサからの信号に基づいても階段を安定に昇ることは困難である。
In the vehicle described in
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、階段を安定に昇ることができる階段昇降機を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, and it aims at providing the stair lift which can climb a stair stably.
(請求項1)本手段に係る階段昇降機は、本体部と、前記本体部の下部に配置され、前記本体部を支持軸回りに回転可能に支持する支持部と、前記本体部に対する前記支持部の相対的な回転角を検出する支持部回転角センサと、前記支持部において前記支持軸に平行な車軸回りに自転可能にそれぞれ支持され、前記本体部に対して前記支持部を回転させることで前記支持軸に対してそれぞれ異なる位置にて公転可能に配置された第一車輪および第二車輪と、前記第一車輪および第二車輪と前記支持部とを各車軸回りに相対的に回転する第一の回転アクチュエータと、前記支持部に対して前記本体部を前記支持軸回りに回転する第二の回転アクチュエータと、前記本体部の上部に設けられ、物体の搭載が可能な搭載部と、前記本体部に対して前記搭載部の位置を相対的に変更する変更アクチュエータと、前記搭載部に搭載される前記物体の姿勢を検出する姿勢検出センサと、前記第一、第二の回転アクチュエータおよび前記変更アクチュエータを駆動し、前記本体部に対して前記搭載部の位置を変更するとともに、前記本体部に対して前記支持部を回転させることにより、前記第一車輪および前記第二車輪を階段のステップに交互に接地させて前記階段を昇降させる制御装置と、を備える。
前記制御装置は、前記支持部回転角センサからのセンサ信号に基づいて、前記搭載部の基本位置を演算する基本位置演算部と、前記基本位置および前記姿勢検出センサからのセンサ信号に基づいて、前記搭載部を前記基本位置から前記階段の壁面側に変更するための補正位置を演算する補正位置演算部と、前記基本位置および前記補正位置に基づいて、前記変更アクチュエータを駆動する駆動部と、を備える。
これにより、物体の姿勢が、搭載部において変化した場合、搭載部の位置は、階段の壁面側に変更されるので、階段を昇っている方向(前方)に物体を含む階段昇降機の重心が移動し、特に、搭載部に人が搭乗して階段を昇っているときに人に安心感を与えることができ、階段を安定に昇ることができる。また、階段を降りるときにも同様に安定して降りることができる。
(Claim 1) A stair lift according to this means includes a main body part, a support part that is disposed at a lower part of the main body part and supports the main body part so as to be rotatable around a support shaft, and the support part for the main body part. A rotation angle sensor for detecting a relative rotation angle of the rotation angle sensor, and a rotation angle sensor supported by the support portion so as to be able to rotate about an axle parallel to the support shaft, and rotating the support portion relative to the main body portion. A first wheel and a second wheel disposed so as to be capable of revolving at different positions with respect to the support shaft, and a first wheel and a second wheel that rotate relative to each axle around the first wheel, the second wheel, and the support portion. One rotary actuator, a second rotary actuator that rotates the main body about the support shaft with respect to the support, a mounting portion that is provided on an upper portion of the main body and is capable of mounting an object, Front to body A change actuator that relatively changes the position of the mounting portion; a posture detection sensor that detects a posture of the object mounted on the mounting portion; and the first and second rotary actuators and the change actuator, While changing the position of the mounting portion with respect to the main body portion and rotating the support portion with respect to the main body portion, the first wheel and the second wheel are alternately grounded to the steps of the stairs. And a control device for raising and lowering the stairs.
The control device, based on a sensor signal from the support portion rotation angle sensor, based on a sensor signal from a basic position calculation unit that calculates the basic position of the mounting unit, the basic position and the attitude detection sensor, A correction position calculation unit that calculates a correction position for changing the mounting unit from the basic position to the wall surface side of the staircase, and a drive unit that drives the change actuator based on the basic position and the correction position; Is provided.
As a result, when the posture of the object changes in the mounting part, the position of the mounting part is changed to the wall surface side of the staircase, so that the center of gravity of the stair elevator including the object moves in the direction up the stairs (front) In particular, it is possible to give a sense of security to a person when a person gets on the mount and climbs the stairs, and the stairs can be climbed stably. Similarly, when going down the stairs, it is possible to get off stably.
(請求項2)また、前記基本位置演算部は、前記搭載部に前記物体が搭載されていないときの前記階段昇降機の重心の平衡を保つ前記本体部に対する前記搭載部の位置、および前記搭載部に前記物体が搭載されたときの前記階段昇降機の重心の平衡を保つ前記本体部に対する前記搭載部の位置に基づいて、前記基本位置を演算するようにしてもよい。
これにより、搭載部に搭載される物体が異なるものであっても、階段昇降機の重心の平衡を保つための本体部に対する搭載部の位置を正確に求めることができるので、階段を安定的に昇ることができる。また、階段を降りるときにも同様に安定的に降りることができる。
(Claim 2) Further, the basic position calculation unit includes a position of the mounting unit with respect to the main body that maintains a balance of the center of gravity of the stair lift when the object is not mounted on the mounting unit, and the mounting unit. The basic position may be calculated based on the position of the mounting portion with respect to the main body that maintains the balance of the center of gravity of the stair lift when the object is mounted on the main body.
As a result, even if the object mounted on the mounting part is different, the position of the mounting part with respect to the main body part for maintaining the balance of the center of gravity of the stair lift can be accurately obtained, so that the stairs can be climbed stably. be able to. Similarly, when going down the stairs, it is possible to get off stably.
(請求項3)また、前記搭載部には、前記搭載部に人が搭乗したときに背を支える背もたれが設けられ、前記姿勢検出センサは、前記背もたれに掛かる前記人の負荷を検出するようにしてもよい。
これにより、搭載部に人が搭乗して階段を昇っているとき、人は背もたれに背を支えられることが多いので、人に安心感を与えることができ、階段を安定的に昇ることができる。また、階段を降りるときにも同様に安定的に降りることができる。
(Claim 3) Further, the mounting portion is provided with a backrest that supports a back when a person gets on the mounting portion, and the posture detection sensor detects a load of the person on the backrest. May be.
As a result, when a person gets on the mount and climbs the stairs, the person can often support his back with the backrest, which can give the person a sense of security and can climb the stairs stably. . Similarly, when going down the stairs, it is possible to get off stably.
(請求項4)また、前記制御装置は、前記第二の回転アクチュエータの作動を制御する第二の回転アクチュエータ制御部を備え、前記第二の回転アクチュエータ制御部は、前記姿勢検出センサからのセンサ信号を入力したとき、前記ジャイロセンサからのセンサ信号に基づく前記階段昇降機の重心に応じた制御を規制するようにしてもよい。これにより、搭載部に人が搭乗して階段昇降機を前進させて階段を昇っているとき、人が背もたれに負荷を掛けたときに意図しない階段昇降機の後退を防止することができるので、階段を安定的に昇ることができる。また、階段を降りる時にも同様に安定的に降りることができる。 (Claim 4) In addition, the control device includes a second rotary actuator control unit that controls the operation of the second rotary actuator, and the second rotary actuator control unit is a sensor from the posture detection sensor. When a signal is input, control according to the center of gravity of the stair lift based on the sensor signal from the gyro sensor may be restricted. This can prevent unintended retreat of the stair lift when a person puts a load on the backrest when a person gets on the mounting part and advances the stair lift to move up the stairs. It can rise stably. Similarly, when going down the stairs, you can get down stably as well.
(請求項5)また、前記変更アクチュエータは、前記本体部に対して前記搭載部を前記第一車輪側と前記第二車輪側との間で水平移動する移動アクチュエータであるようにしてもよい。
これにより、物体を含む階段昇降機の重心を階段の壁面側に移動させる制御を容易に行うことができる。
(Claim 5) The change actuator may be a moving actuator that horizontally moves the mounting portion between the first wheel side and the second wheel side with respect to the main body portion.
Thereby, the control which moves the gravity center of the stair lift containing an object to the wall surface side of a staircase can be performed easily.
(1.階段昇降機の構成)
本発明の実施形態に係る階段昇降機について、図1〜図4を参照して説明する。本実施形態の階段昇降機1は、人(本発明の「物体」に相当する)が搭乗可能な車椅子に適用する場合を説明するが、物(本発明の「物体」に相当する)を搭載して運搬する装置に適用することも可能である。なお、以下の説明において、「前方向」および「後方向」とは、階段昇降機1の走行方向を指し、「左方向」および「右方向」は、階段昇降機1を後方から見たときの走行方向に対し水平面上で直角な方向を指す。
(1. Structure of stair lift)
A stair lift according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The
図1〜図3に示すように、階段昇降機1は、本体部10と、走行部20と、搭載部30等とを備えて構成される。本体部10は、フレーム部材等により直方体状に形成され、本体部10の下部には走行部20が配置され、上部には搭載部30が配置されている。
走行部20は、本体部10の左右両側のそれぞれに、一対の支持部21と、一対の第一車輪22および一対の第二車輪23とを備えている。ここで、第一車輪22と第二車輪23は、進行方向前方に対して、前後逆転する場合がある。従って、以下において、前輪と称する場合は、進行方向前方に位置する車輪を意味し、後輪と称する場合には、進行方向後方に位置する車輪を意味する。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
The traveling
一対の支持部21は、本体部10の左右両側に配置され、前後方向に延びるような中空略直方体状に形成される。一対の支持部21は、支持軸C21(図2に示す)の回りに、本体部10を相対的に回転可能に支持する。
第一車輪22および第二車輪23は、支持部21の両端(図2の紙面左右方向両端)に、車軸22a,23a(図2に示す)の回りに自転可能にそれぞれ支持されている。第一車輪22および第二車輪23の支持部21に対する回転方向は、支持部21に対する本体部10の回転方向と同一方向である。すなわち、第一車輪22の車軸22aおよび第二車輪23の車軸23aは、支持軸C21に平行であることを意味する。つまり、第一車輪22および第二車輪23は、本体部10に対して支持部21を支持軸C21回りに回転する場合には、支持軸C21に対して公転することになる。
The pair of
The
搭載部30は、本体部10の上部に載置固定された矩形板状の基台31と、基台31上に設けられ、人が搭乗可能な椅子32を基台31の上面に平行な前後方向に移動する移動アクチュエータ60等とを備えている。移動アクチュエータ60(本発明の「変更アクチュエータ」に相当する)は、移動用モータ61と、移動用減速機62と、送りねじ部材63と、ナット部材64と、一対のガイドレール65と、2組の一対のスライダ66等とを備えている。
The mounting
移動用モータ61および移動用減速機62は、基台31上の後方向中央において図略のモータ軸および出力軸を前方向に向けて固定されている。そして、移動用モータ61のモータ軸は、移動用減速機62に連結され、移動用減速機62の出力軸は、送りねじ部材63の後方端に連結されている。送りねじ部材63の前方端は、基台31上の前方向中央に固定された軸受67に嵌入されている。ナット部材64は、送りねじ部材63と螺合可能に椅子32の下面中央に固定されている。一対のガイドレール65は、基台31上の送りねじ部材63の両側において前後方向に延びるように互いに平行に配置されている。2組の一対のスライダ66は、一対のガイドレール65に沿ってそれぞれ摺動可能に椅子32の下面四隅にそれぞれ固定されている。
The moving
図1および図2に示すように、本体部10内の左右両側には、走行部20の第一車輪22および第二車輪23と支持部21とを各車軸22a,23a回りに相対的に回転する一対の第一の回転アクチュエータ40が配置されている。第一の回転アクチュエータ40は、第一のモータ41と、第一の減速機42と、ギヤトレイン43と、車輪回転角センサ44等とを備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図4に示すように、ギヤトレイン43は、横並びに噛み合わされた5つのスパーギヤ43aを備え、支持部21内に回転可能に支持されている。本体部10に配置された第一のモータ41のモータ軸41aは、本体部10に配置された第一の減速機42に連結されている。第一の減速機42の出力軸42aは、支持部21の中央部分に一体的に突設された中空軸21a内に貫装されている。
As shown in FIG. 4, the
ギヤトレイン43の中央に配置されているスパーギヤ43aは、第一の減速機42の出力軸42aに嵌合されている。ギヤトレイン43の両端に配置されているスパーギヤ43aは、第一車輪22の車軸22aおよび第二車輪23の車軸23aにそれぞれ嵌合されている。支持部21の中空軸21aは、本体部10と支持部21とが相対回転可能なように、図略の軸受を介して本体部10の下部に貫装されている。支持部21に対する第一車輪22(第二車輪23)の回転角は、車輪回転角センサ44のセンサ信号、第一のモータ41の回転数、第一の減速機42の減速比、およびギヤトレイン43のギヤ比等に基づいて検出される。
A
図1および図4に示すように、本体部10内の左右両側の支持部21と第一の回転アクチュエータ40との間には、支持部21に対して本体部10を支持軸C21回りに回転させる一対の第二の回転アクチュエータ50が配置されている。第二の回転アクチュエータ50は、第二のモータ51と、第二の減速機52と、支持部回転角検出センサ53等とを備えている。本体部10に配置された第二のモータ51のモータ軸51aは、本体部10に配置された第二の減速機52に連結されている。第二の減速機52の出力軸52aは、支持部21の中空軸21aに連結されている。本体部10に対する支持部20の回転角は、支持部回転角検出センサ53のセンサ信号、第二のモータ51の回転数、および第二の減速機52の減速比等に基づいて検出される。
As shown in FIG. 1 and FIG. 4, between the
さらに、図1〜図3に示すように、本体部10内には、第一、第二の回転アクチュエータ40,50および移動アクチュエータ60等の作動を制御する制御装置70、第一、第二の回転アクチュエータ40,50および移動アクチュエータ60等に電力を供給する駆動用バッテリ80、および階段昇降機1全体の傾きを検出するジャイロセンサ91、さらに図略のサーボアンプ、リレイ等の電装品が配置固定されている。また、搭載部30の椅子32の座面32aと背もたれ32bとの間の両側もしくは一方の側には、椅子32に搭乗する人が背もたれ32bに寄り掛かることにより座面32aと背もたれ32bとの間に発生するトルク(負荷)を検出する姿勢検出センサ92が配置されている。なお、姿勢検出センサ92としては、座面32aと背もたれ32bとの間に発生する歪を検出するセンサであってもよい。これにより、椅子32に人が搭乗して階段を昇っているとき、人は背もたれ32bに背を支えられることが多いので、人に安心感を与えることができ、階段を安定的に昇ることができる。
Furthermore, as shown in FIGS. 1-3, in the main-
(2.制御装置の構成)
次に、制御装置70の構成について、図5を参照して説明する。図5に示すように、制御装置70は、切替部71と、走行制御部72と、起立制御部73とを備える。
切替部71は、階段昇降機1の状態に応じて、走行制御部72による制御および起立制御部73による制御を切り替える。切替部71の処理の詳細は、後述する。
走行制御部72および起立制御部73については、ここでは簡単に説明するが、後に階段昇降機1の動作説明に合わせて詳細に説明する。
(2. Configuration of control device)
Next, the configuration of the
The switching
The
走行制御部72は、第一車輪22および第二車輪23を走行面に接地した状態において階段昇降機1の走行を制御すると共に、支持部21が走行面に対して回転しないとして搭載部30の姿勢を制御する。
起立制御部73は、前輪による起立状態において、階段昇降制御を行うと共に、前輪が位置決めされているとして搭載部30の姿勢を制御する。つまり、起立制御部73は、第一車輪22および第二車輪23の一方が、他方の車軸に対して公転輪となる状態を制御する。
The traveling
The standing
次に、起立制御部73の詳細構成について、図6を参照して説明する。図6に示すように、起立制御部73は、第一の回転アクチュエータ制御部731と、第二の回転アクチュエータ制御部732と、移動アクチュエータ制御部733とを備える。
第一の回転アクチュエータ制御部731は、ゲイン割合決定部740と、駆動部741およびゲイン取得部742を有する重心移動制御部81と、駆動部743およびゲイン取得部744を有する回転制御部82とを備える。第二の回転アクチュエータ制御部732は、支持部回転指令部751と、駆動部752とを備える。移動アクチュエータ制御部733は、基本位置演算部761と、補正位置演算部762と、駆動部763(本発明の「駆動部」に相当する)とを備える。
Next, a detailed configuration of the standing
The first rotary actuator control unit 731 includes a gain
第一の回転アクチュエータ制御部731は、第一のモータ41の回転駆動を制御する。すなわち、ゲイン割合決定部740は、階段昇降機1の重心の平衡を保つために、支持部回転角検出センサ53からのセンサ信号に基づいて、重心移動制御部81および回転制御部82の制御ゲインの割合を決定し、重心移動制御部81のゲイン取得部742および回転制御部82のゲイン取得部744にそれぞれ送出する。これにより、本体部10に対する支持部21の回転位置に応じて重心移動制御および回転制御の比率を適切な値にすることができるので、階段を安定的に昇ることができる。
The first rotary actuator control unit 731 controls the rotational drive of the
重心移動制御部81の駆動部741は、ジャイロセンサ91からのセンサ信号に基づいて、電流指令をゲイン取得部742に送出する。また、回転制御部82の駆動部743は、車輪回転角検出センサ44からのセンサ信号に基づいて、電流指令をゲイン取得部744に送出する。このようにフィードバック制御を行っているので、本体部10に対する支持部21の回転位置に応じた重心移動制御および回転制御を正確に行うことができる。
The
重心移動制御部81のゲイン取得部742は、ゲイン割合決定部740からの制御ゲインの割合に基づいて、駆動部741からの電流指令を変更して第一のモータ41の回転駆動を制御するとともに、回転制御部82のゲイン取得部744は、ゲイン割合決定部740からの制御ゲインの割合に基づいて、駆動部743からの電流指令を変更して第一のモータ41の回転駆動を制御する。
The
第二の回転アクチュエータ制御部732は、第二のモータ51の回転駆動を制御する。すなわち、支持部回転角指令部751は、支持部21の回転角指令を駆動部752に送出する。駆動部752は、支持部回転角指令部751からの支持部21の回転角指令に基づいて、第二のモータ51の回転駆動を制御する。なお、第二の回転アクチュエータ制御部は、姿勢検出センサ92からのセンサ信号を入力したとき、ジャイロセンサ91からのセンサ信号に基づく階段昇降機1の重心に応じた制御を規制するようにしてもよい。これにより、乗員が階段昇降機1を前進させて階段を昇っているとき、乗員が背もたれ32bに負荷を掛けたときに意図しない階段昇降機1の後退を防止することができるので、階段を安定的に昇ることができる。
The second rotary actuator control unit 732 controls the rotational drive of the
移動アクチュエータ制御部733は、移動用モータ61の回転駆動を制御する。すなわち、基本位置演算部761は、支持部回転角検出センサ53からのセンサ信号に基づいて、搭載部30の椅子32に人が搭乗していないときの階段昇降機1の重心の平衡を保つ本体部10に対する椅子32の位置、および搭載部30の椅子32に人が搭乗したときの階段昇降機1の重心の平衡を保つ本体部10に対する椅子32の位置により、本体部10に対する椅子32の基本位置を演算して補正位置演算部762に送出する。これにより、椅子32に搭乗する人が異なっても、階段昇降機1の重心の平衡を保つための本体部10に対する椅子32の位置を正確に求めることができるので、階段を安定的に昇ることができる。
The movement actuator controller 733 controls the rotational drive of the
補正位置演算部762は、姿勢検出センサ92からのセンサ信号に基づいて、本体部10に対する椅子32の補正位置を演算し、基本位置演算部761からの基本位置を補正位置で補正した補正移動指令を駆動部763に送出する。駆動部763は、補正位置演算部762からの椅子32の補正移動指令に基づいて、移動用モータ61の回転駆動を制御する。ここで、補正位置演算部762は、姿勢検出センサ92からのセンサ信号が検出されたときは、階段昇降機1の重心の平衡ポイントを階段の壁面に対して接近する側に設定する。これにより、階段を昇っている方向(前方)に人が搭乗している階段昇降機1の重心が移動しているので、階段を安定的に昇ることができる。
The correction
(3.切替部による処理、起立制御部による処理および階段昇降機の動作)
次に、制御装置70の切替部71による切替処理、起立制御部73による起立制御処理および階段昇降機1の階段の昇り動作について、図7、図8および図9A〜図9Gを参照して説明する。ここでは、階段の水平な走行ステップ面Sd(走行面)上に位置する階段昇降機1が、制御装置70の制御により上段のステップ面Su1,Su2に昇る動作について説明する。なお、図9A〜図9Gでは、階段昇降機1の本体部10、走行部20および搭載部30を簡略化したスケルトンにて示している。
(3. Processing by switching unit, processing by standing control unit and operation of stair lift)
Next, the switching process by the switching
先ず、切替部71による処理について説明する。図7に示すように、切替部71は、走行制御部72により制御中であるか否かを判定する(S1)。走行制御部72により制御中である場合には(S1:Y)、続いて、階段が存在するか否かを判定する(S2)。そして、階段が存在しない場合は(S2:N)、走行制御部72による図9Aの四輪走行制御を継続する(S3)。
First, processing by the switching
つまり、図9Aに示すように、階段昇降機1は、階段昇降機1と椅子32に搭乗している図略の人(以下、乗員という)との合成重心Gが支持軸C21の鉛直線Lv上に位置する走行姿勢で、図中の左側から右側に走行している。詳細には、走行制御部72は、階段昇降機1を走行させるために、支持部21が走行面Sdに対して回転しないものとして、第一のモータ41の回転駆動を制御することで、第一車輪22および第二車輪23を前進方向(図9Aの時計回り)に回転させる。そうすると、第一車輪22および第二車輪23は、走行面Sdに対して前進方向に回転することになり、階段昇降機1が前進する。
That is, as shown in FIG. 9A, the
さらに、走行制御部72は、本体部10および搭載部30の姿勢をジャイロセンサ91からの検出信号に基づいて制御する。すなわち、走行制御部72は、合成重心Gを支持軸C21の鉛直線Lv上に位置させるように、ジャイロセンサ91からの検出信号に基づいて移動用モータ61の回転駆動を制御する。ここで、合成重心Gは、予め把握している椅子32を除く階段昇降機1自体の重心と、乗員および椅子32の重心とを合成したものである。乗員の重心は、ジャイロセンサ91の検出値から算出することができる。
Further, the traveling
つまり、走行制御部72は、ジャイロセンサ91の検出値に基づいて合成重心Gを算出する。なお、図9Aにおいては、本体部10が鉛直状態となり、乗員が搭乗している搭載部30の椅子(以下、単に「椅子」という)32が基台31の略中央に位置しているときに、合成重心Gが支持軸C21の鉛直線Lv上に位置するとしている。以下の説明では、この椅子32の位置を原点位置という。
That is, the traveling
一方、切替部71は、階段が存在する場合(S2:Y)には、起立制御部73による制御に切り替え(S4)、起立制御の準備に入らせる。つまり、起立制御部73は、図9Bに示すように、第一車輪22を走行面Sdと階段の上段のステップ面Su1との距離、すなわちステップ高さだけ持ち上げ、図9Cに示すように階段昇降機1を前進させ、第一車輪22を階段の上段のステップ面Su1および壁面Sw2に当接させる。なお、図9B〜図9Gについての詳細説明は後述する。
On the other hand, when there is a staircase (S2: Y), the switching
ここで、階段の存在の有無は、例えば、本体部10に備えられた赤外線等による段差検出センサ等によって検知できる。また、第一車輪22が階段の上段の壁面Sw2に当接したことは、上記段差検出センサの他、例えば、第一車輪22の車軸22aに備えられている圧力センサや車速センサ等によって検知でき、また第一のモータ41への指令値と第一のモータ41の回転角度との違いから検知することもできる。
Here, the presence or absence of a staircase can be detected by, for example, a step detection sensor using infrared rays or the like provided in the
一方、切替部71は、走行制御部72により制御中でない場合(S1:N)またはS3,S4の処理の後、起立制御部73により制御中であるか否かを判定する(S11)。起立制御部73により制御中である場合には(S11:Y)、図9C〜図9Gに示すように、公転輪が次のステップ面Su2に接地したか否かを判定する(S12)。
On the other hand, the switching
切替部71は、公転輪が次のステップ面Su2にまだ接地していない場合には(S12:N)、起立制御部73による制御を継続する(S13)。一方、公転輪が次のステップ面Su2に接地した場合には(S12:Y)、階段を昇降途中であるか否かを判定する(S14)。昇降途中の場合には(S14:Y)、起立制御部73による制御を継続する(S13)。一方、階段の昇降を終了しているのであれば(S14:N)、走行制御部72による制御に切り替える(S15)。
When the revolution wheel is not yet in contact with the next step surface Su2 (S12: N), the switching
次に、起立制御部73による起立制御について説明する。図8に示すように、起立制御部73は、本体部10に対して支持部21を回転させ(S21)、支持部21の回転角を検出する(S22)。そして、検出した支持部21の回転角に基づいて、重心移動制御ゲインおよび回転制御ゲインの割合を決定する(S23)。ここで、重心移動制御ゲインと回転制御ゲインとの和は1となる。回転制御ゲインは、本体部10に対する支持部21の回転角の絶対値に関する関数により求めることができる。そして、重心移動制御ゲインは、1から回転制御ゲインを減算した値となる。
Next, the standing control by the standing
起立制御部73は、現在の重心移動制御ゲインおよび回転制御ゲインを、決定した重心移動制御ゲインおよび回転制御ゲインに変更する(S24)。そして、検出した支持部21の回転角に基づいて、搭載部30の椅子32の移動量を演算する(S25)。ここで、椅子32の移動量は、本体部10に対する支持部21の回転角の絶対値に関する関数(回転制御ゲインを求める関数とは異なる関数)により求めることができる。これにより、本体部10に対する椅子32の位置を、本体部10に対する支持部21の回転位置の変化に対応して変化させることができるので、階段を安定的に昇ることができる。
The standing
そして、起立制御部73は、椅子32にトルクが発生したか否かを判定する(S26)。椅子32にトルクが発生した場合(S26:Y)には、椅子32の補正移動量を演算する(S27)。ここで、椅子32の補正移動量は、S25で求めた椅子32の移動量に所定の係数(姿勢検出センサ92のセンサ信号が大きくなるに従って大きくなる係数)を乗算することにより求めることができ、椅子32を階段の壁面側に移動させる移動量である。
And the standing
そして、起立制御部73は、椅子32の原点位置に対し、S25で求めた椅子32の移動量分だけ椅子32を移動し、もしくはS25で求めた椅子32の移動量にS27で求めた椅子32の補正移動量を加味した移動量分だけ椅子32を移動し(S28)、S21に戻って上述の処理を階段昇降が終了するまで繰り返す。
The standing
次に、起立制御部73による階段昇降機1の階段の昇り動作について説明する。先ず、図9Bに示すように、起立制御部73は、第一および第二のモータ41,51の回転駆動を制御して本体部10の鉛直状態を維持しつつ本体部10に対して支持部21を、走行面Sdと平行な状態(このときの支持部21の回転角を0度とする)から角度θ1まで図9Bの反時計回りに回転させる。つまり、第一車輪22が、第二車輪23の車軸23aを中心に公転し、階段のステップ高さまで持ち上がる。
Next, the climbing operation of the
この起立制御では、支持部21の回転角の変化に基づいて、重心移動制御ゲインと回転制御ゲインとの割合を、走行制御のときの1:0(図10の時点t1)から0.1:0.9(図10の時点t2)まで変更して第一のモータ41の回転駆動を制御する。また、移動用モータ61の回転駆動を制御して椅子32を支持部21の回転角とは無関係に階段の壁面Sw1から離間する側(以下、後方側という)に移動させる。このときの合成重心Gは、支持軸C21の鉛直線Lv上の位置から第二車輪23の車軸23aの鉛直線Lr上の位置まで移動する。第一車輪22が持ち上がった状態で合成重心Gが後方側に移動するので、階段昇降機1が後退するおそれがあるが、回転制御ゲインの割合を重心移動制御ゲインの割合より高めているので、階段昇降機1の後退を防止することができる。
In this standing-up control, the ratio between the gravity center movement control gain and the rotation control gain is changed from 1: 0 (time t1 in FIG. 10) to 0.1: The rotation of the
次に、図9Cに示すように、起立制御部73は、図9Bの状態を維持したまま第一および第二のモータ41,51の回転駆動を制御して階段昇降機1を前進させ、第一車輪22を階段の上段のステップ面Su1および壁面Sw2に当接させる。そして、移動用モータ61の回転駆動を制御して椅子32を支持部21の回転角θ1に基づいて求めた移動位置(本例では、合成重心Gが、第一車輪22の車軸22aの鉛直線Lf上に位置する位置)に向かって前方側に移動させる。そして、移動椅子32が支持軸C21の鉛直線Lv上を通過するとき、重心移動制御ゲインと回転制御ゲインとの割合を、0.1:0.9から0.5:0.5(図10の時点t3)に変更して第一のモータ41の回転駆動を制御する。第一、第二車輪22,23が接地した状態で合成重心Gが中央に移動するので、階段昇降機1は後退するおそれはなく、重心移動制御ゲインと回転制御ゲインの割合を等しくすることにより階段昇降機1の重心バランスを取ることができる。
Next, as shown in FIG. 9C, the standing
次に、図9Dに示すように、起立制御部73は、椅子32を支持部21の回転角θ1に基づいて求めた移動位置(本例では、合成重心Gが、第一車輪22の車軸22aの鉛直線Lf上に位置する位置)に移動したら、重心移動制御ゲインと回転制御ゲインとの割合を、0.5:0.5から0.1:0.9(図10の時点t4)に変更する。ただし、姿勢検出センサ92からセンサ信号が検出されたときは、求めた補正移動量分Δmだけ椅子32を階段の壁面Sw1に接近する側(以下、前方側という)に移動させる。合成重心Gが前方側に移動するので、階段昇降機1が前進するおそれがあるが、回転制御ゲインの割合を重心移動制御ゲインの割合より高めているので、階段昇降機1の前進を防止することができる。
Next, as shown in FIG. 9D, the standing
次に、図9Eに示すように、起立制御部73は、第一および第二のモータ41,51の回転駆動を制御して本体部10の鉛直状態を維持しつつ、本体部10に対して支持部21を、図9Eの時計回りに回転させる。つまり、第二車輪23が、第一車輪22の車軸22aを中心に公転する。
Next, as shown in FIG. 9E, the standing
この起立制御では、支持部21の回転角の変化に基づいて、重心移動制御ゲインと回転制御ゲインとの割合を、0.1:0.9から変更、すなわち重心移動制御ゲインの割合を徐々に増加(回転制御ゲインの割合を徐々に低下)させて第一のモータ41の回転駆動を制御する。また、支持部21の回転角の変化に基づいて、移動用モータ61の回転駆動を制御して椅子32を後方側に移動させる。このとき、合成重心Gは、支持部21が回転角0度の状態から角度θ2まで回転(図10の時点t5)したとすると、第一車輪22の車軸22aの鉛直線Lf上の位置と支持軸C21の鉛直線Lv上の位置との間に位置する。ただし、姿勢検出センサ92からセンサ信号が検出されたときは、求めた補正移動量分Δnだけ椅子32を前方側に移動させる。第二車輪23が持ち上がった状態で合成重心Gが後方側に移動するので、階段昇降機1の重心バランスが不安定になるおそれがあるが、重心移動制御ゲインの割合を高め、回転制御ゲインの割合を低くしているので、階段昇降機1の重心バランスを安定させることができる。
In this standing-up control, the ratio between the gravity center movement control gain and the rotation control gain is changed from 0.1: 0.9 based on the change in the rotation angle of the
次に、図9Fに示すように、起立制御部73は、図9Eに示す制御を継続して公転輪である第二車輪23を上死点に回転させるとともに、移動用モータ61の回転駆動を制御して椅子32を支持部21の回転角θ3(90度)に基づいて求めた移動位置(本例では、合成重心Gが、支持軸C21の鉛直線Lv上に位置する位置)に移動させる。ただし、姿勢検出センサ92からセンサ信号が検出されたときは、求めた補正移動量分だけ椅子32を前方側に移動させる。このときの重心移動制御ゲインと回転制御ゲインとの割合は、0.8:0.2(図10の時点t6)に変更されている。第一車輪22、第二車輪23、支持部21および搭載部30が支持軸C21の鉛直線Lv上に位置し、合成重心Gが中央に移動するので、階段昇降機1の重心バランスが不安定になるおそれがあるが、重心移動制御ゲインの割合を高め、回転制御ゲインの割合を低くしているので、階段昇降機1の重心バランスを安定させることができる。
Next, as shown in FIG. 9F, the standing-up
次に、図9Gに示すように、起立制御部73は、図9Fに示す制御を継続して公転輪である第二車輪23を上段のステップ面Su2に接地させるとともに、移動用モータ61の回転駆動を制御して椅子32を支持部21の回転角θ4に基づいて求めた移動位置(本例では、第一車輪22の車軸22aの鉛直線Lr上に位置する位置)に移動させる。ただし、姿勢検出センサ92からセンサ信号が検出されたときは、求めた補正移動量分だけ椅子32を前方側に移動させる。
Next, as shown in FIG. 9G, the standing-up
この起立制御では、支持部21の回転角の変化に基づいて、重心移動制御ゲインと回転制御ゲインとの割合を、0.8:0.2から0.1:0.9(図10の時点t7)まで変更して第一のモータ41の回転駆動を制御する。合成重心Gが後方側に移動するので、階段昇降機1が後退するおそれがあるが、回転制御ゲインの割合を重心移動制御ゲインの割合より高めているので、階段昇降機1の後退を防止することができる。以降、図9Cから図9Gまでの動作を階段を昇り切るまで継続する。
In this standing-up control, the ratio of the center-of-gravity movement control gain and the rotation control gain is changed from 0.8: 0.2 to 0.1: 0.9 based on the change in the rotation angle of the support portion 21 (in FIG. The rotational drive of the
(4.階段昇降機の動作の別形態)
階段昇降機1の動作の別形態について、図9Dに対応させて示す図11A、図11Bを参照して説明する。図9C,Dにおいては、合成重心Gが、支持軸C21の鉛直線Lv上を含む位置から、第一車輪22の車軸22aの鉛直線Lf上を含む位置に至るように、椅子32の移動を制御した。
(4. Another form of stair lift operation)
Another embodiment of the operation of the
しかし、合成重心Gを第一車輪22の車軸22aの鉛直線Lf上の位置に持ってくるとき、搭載部30上重量に対し搭載部30下重量が大きい場合には、椅子32を第一車輪22の車軸22aの鉛直線Lf上の位置より前に移動させなければならない。しかし、椅子32の移動量を大きくすると、昇ることが可能な階段傾斜が制限されることになる。この制限を広げるためには、椅子32の移動位置を高くするか、搭載部30上重量を大きくする必要があるが、両方ともに階段の昇り制御が不安定になるおそれがある。
However, when the composite center of gravity G is brought to a position on the vertical line Lf of the
そこで、図11Aに示すように、合成重心Gが、支持軸C21の鉛直線Lv上を含む位置から、第一車輪22の車軸22aの鉛直線Lf上を除く位置までの間の任意の位置に至るように、椅子32の移動を制御する。これにより、椅子32の移動量が小さくなるので、昇ることが可能な階段傾斜の範囲を広げることができる。また、椅子32の移動距離を短くすることができるので、階段昇降機1による階段の昇り動作時間を短縮することができる。
Therefore, as shown in FIG. 11A, combined center of gravity G is, from the position including on vertical line Lv of the support shaft C 21, any position between the position where except on vertical line Lf of the
また、図11Bに示すように、合成重心Gが、支持軸C21の鉛直線Lv上を含む位置と第一車輪22の車軸22aの鉛直線Lf上を含む位置との中間の鉛直線Lc上を含む位置から、第一車輪22の車軸22aの鉛直線Lf上を除く位置までの間の任意の位置に至るように、椅子32の移動を制御するようにしてもよい。これにより、移動アクチュエータ60の負担は若干大きくなるが、安定した制御で階段を昇ることが可能となる。
Further, as shown in FIG. 11B, combined center of gravity G is an intermediate in the vertical line Lc between a position including on vertical line Lf position and the
以上のように、本実施形態の階段昇降機1によれば、搭載部30の椅子32を基本位置から階段の壁面側に変更するための補正位置を演算する補正位置演算部762を備えている。これにより、物体の姿勢が、椅子32において変化した場合、椅子32の位置は、階段の壁面側に変更されるので、階段を昇っている方向(前方)に物体を含む階段昇降機1の重心が移動し、乗員に安心感を与えることができ、階段を安定に昇ることができる。
As described above, according to the
また、階段を昇るときに階段昇降機1の重心の平衡を保つために、階段昇降機1の重心移動制御ゲインと第一車輪22および第二車輪23の回転制御ゲインとの割合を、第一の回転アクチュエータ40の第一のモータ41の回転駆動を制御することにより変化させている。これにより、階段昇降機1で階段を昇るときに階段昇降機1における乗員姿勢に応じて第一車輪22および第二車輪23を僅かに回転させ、乗員姿勢が不安定になることを防止することができるので、階段を安定的に昇ることができる。
Further, in order to maintain the balance of the center of gravity of the
なお、上記実施形態において、搭載部30を水平移動させる移動アクチュエータ60を備えた構成の階段昇降機1について説明したが、移動アクチュエータ60の代わりに搭載部を本体部に設けた回転軸を中心に前後方向に回転させる回転アクチュエータ(本発明の「変更アクチュエータ」に相当する)を備えた構成の階段昇降機に対しても本発明を同様に適用可能である。また、本発明は、階段を降りるときにも適用可能であり、階段を安定的に昇降することができる。
In the above-described embodiment, the
1:階段昇降機、 10:本体部、 21:支持部、 22:第一車輪、 23:第二車輪、 22a,23a:車軸、 30:搭載部、 32b:背もたれ、 40,50:回転アクチュエータ、 44:車輪回転角検出センサ、 53:支持部回転角検出センサ、 60:移動アクチュエータ(変更アクチュエータ)、 70:制御装置、 71:切替部、 72:走行制御部、 73:起立制御部、 91:ジャイロセンサ、 92:姿勢検出センサ、 731:第一の回転アクチュエータ制御部、 732:第二の回転アクチュエータ制御部、 733:移動アクチュエータ制御部、 740:ゲイン割合決定部、 761:基本位置演算部、 762:補正位置演算部、 G:合成重心
1: Stair elevator 10: Main body part 21: Support part 22: First wheel 23:
Claims (5)
前記本体部の下部に配置され、前記本体部を支持軸回りに回転可能に支持する支持部と、
前記本体部に対する前記支持部の相対的な回転角を検出する支持部回転角センサと、
前記支持部において前記支持軸に平行な車軸回りに自転可能にそれぞれ支持され、前記本体部に対して前記支持部を回転させることで前記支持軸に対してそれぞれ異なる位置にて公転可能に配置された第一車輪および第二車輪と、
前記第一車輪および第二車輪と前記支持部とを各車軸回りに相対的に回転する第一の回転アクチュエータと、
前記支持部に対して前記本体部を前記支持軸回りに回転する第二の回転アクチュエータと、
前記本体部の上部に設けられ、物体の搭載が可能な搭載部と、
前記本体部に対して前記搭載部の位置を相対的に変更する変更アクチュエータと、
前記搭載部に搭載される前記物体の姿勢を検出する姿勢検出センサと、
前記第一、第二の回転アクチュエータおよび前記変更アクチュエータを駆動し、前記本体部に対して前記搭載部の位置を変更するとともに、前記本体部に対して前記支持部を回転させることにより、前記第一車輪および前記第二車輪を階段のステップに交互に接地させて前記階段を昇降させる制御装置と、
を備える階段昇降機であって、
前記制御装置は、
前記支持部回転角センサからのセンサ信号に基づいて、前記搭載部の基本位置を演算する基本位置演算部と、
前記基本位置および前記姿勢検出センサからのセンサ信号に基づいて、前記搭載部を前記基本位置から前記階段の壁面側に変更するための補正位置を演算する補正位置演算部と、
前記基本位置および前記補正位置に基づいて、前記変更アクチュエータを駆動する駆動部と、
を備える階段昇降機。 The main body,
A support part disposed at a lower part of the main body part and supporting the main body part rotatably around a support shaft;
A support portion rotation angle sensor for detecting a relative rotation angle of the support portion with respect to the main body portion;
The support portion is supported so as to be able to rotate about an axle parallel to the support shaft, and is arranged to be revolved at different positions with respect to the support shaft by rotating the support portion with respect to the main body portion. The first wheel and the second wheel,
A first rotary actuator that relatively rotates the first wheel and the second wheel and the support portion around each axle;
A second rotary actuator that rotates the main body about the support axis with respect to the support;
A mounting portion provided on an upper portion of the main body portion and capable of mounting an object;
A change actuator that changes the position of the mounting portion relative to the main body, and
A posture detection sensor for detecting a posture of the object mounted on the mounting unit;
By driving the first and second rotary actuators and the change actuator to change the position of the mounting portion with respect to the main body portion, and rotating the support portion with respect to the main body portion, the first A control device that alternately raises and lowers the stairs by grounding one wheel and the second wheel alternately to the steps of the stairs;
A stair lift comprising:
The controller is
Based on a sensor signal from the support rotation angle sensor, a basic position calculation unit that calculates a basic position of the mounting unit;
Based on the sensor signal from the basic position and the attitude detection sensor, a correction position calculation unit that calculates a correction position for changing the mounting unit from the basic position to the wall surface of the staircase;
A drive unit that drives the change actuator based on the basic position and the correction position;
Stair lift equipped with.
前記搭載部に前記物体が搭載されていないときの前記階段昇降機の重心の平衡を保つ前記本体部に対する前記搭載部の位置、および前記搭載部に前記物体が搭載されたときの前記階段昇降機の重心の平衡を保つ前記本体部に対する前記搭載部の位置に基づいて、前記基本位置を演算する、請求項1の階段昇降機。 The basic position calculator is
The position of the mounting portion with respect to the main body to maintain the balance of the center of gravity of the stair lift when the object is not mounted on the mounting portion, and the center of gravity of the stair lift when the object is mounted on the mounting portion The stair lift according to claim 1, wherein the basic position is calculated based on a position of the mounting portion with respect to the main body portion that maintains the equilibrium of the main body portion.
前記搭載部に人が搭乗したときに背を支える背もたれが設けられ、
前記姿勢検出センサは、
前記背もたれに掛かる前記人の負荷を検出する、請求項1又は2の階段昇降機。 In the mounting part,
A backrest that supports the back when a person boarded the mounting portion is provided,
The posture detection sensor is
The stair lift according to claim 1 or 2, wherein the load of the person on the backrest is detected.
前記第二の回転アクチュエータの作動を制御する第二の回転アクチュエータ制御部を備え、
前記第二の回転アクチュエータ制御部は、
前記姿勢検出センサからのセンサ信号を入力したとき、前記ジャイロセンサからのセンサ信号に基づく前記階段昇降機の重心に応じた制御を規制する、請求項1から3の何れか一項の階段昇降機。 The controller is
A second rotary actuator controller for controlling the operation of the second rotary actuator;
The second rotary actuator controller is
4. The stair lift according to claim 1, wherein when a sensor signal from the posture detection sensor is input, control according to the center of gravity of the stair lift based on the sensor signal from the gyro sensor is restricted. 5.
前記本体部に対して前記搭載部を前記第一車輪側と前記第二車輪側との間で水平移動する移動アクチュエータである、請求項1〜4の何れか一項の階段昇降機。 The change actuator is
The stair lift according to any one of claims 1 to 4, wherein the stair lift is a moving actuator that horizontally moves the mounting portion between the first wheel side and the second wheel side with respect to the main body portion.
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- 2013-09-02 JP JP2013181664A patent/JP2015047985A/en active Pending
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