JP2020182675A - 電動歩行補助車 - Google Patents

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Abstract

【課題】登坂路などでも平地に準じた操作性が得られる電動歩行補助車を提供する。【解決手段】操作部（３）に作用する操作量に応じて駆動モータ（４０Ｌ，４０Ｒ）の駆動が制御されるように構成された電動歩行補助車（１）であって、車体（２）の進退方向における傾斜を検出する傾斜検出手段（２０）を備え、傾斜が閾値未満の平地（９０）では、操作部（３）の操作原点を中心として、操作部（３）を前方に押す操作で前記駆動モータに正方向のトルクを発生させ、操作部（３）を後方に引く操作で逆方向のトルクを発生させるように前記駆動モータが制御され、傾斜が閾値以上の登坂路（９１）では、前記操作原点が引く操作側にシフトされ、傾斜が閾値以上の降坂路（９２）では、前記操作原点が押す操作側にシフトされるように構成されている。【選択図】図６

Description

本発明は、電動歩行補助車に関する。
高齢者など歩行に負担を抱える利用者のための手押し車型の電動歩行補助車が開発されている。例えば、特許文献１には、歩行者がハンドル部を押すことにより、車輪にかかるトルクで駆動モータに発生する逆起電力を検出し、この逆起電力に基づいて駆動モータが制御されるようにした歩行補助装置が開示されている。
特開２００９−１８３４０７号公報
この装置は、利用者が押して車輪が動き出さない限りモータが駆動しないので、登坂路では初動の負担が増加する共に操舵の負担が増加する問題があった。また、同様に、利用者の荷物を積載する場合、積載物の重量により初動の負担が増加すると共に操舵の負担が増加する問題もあった。
本発明は、従来技術の上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、登坂路などでも平地に準じた操作性を得ることができる電動歩行補助車を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る電動歩行補助車は、
進退方向および幅方向を有する車体と、
前記車体に搭載された駆動モータにより駆動される駆動輪と、
前記駆動輪に対して前記車体の進退方向に離れた位置に設けられた従動輪と、
利用者が起立歩行姿勢で把持できるように前記車体の上部に設けられた操作部と、
を備え、前記操作部に作用する操作量に応じて前記駆動モータの駆動が制御されるように構成され、
前記車体の進退方向における傾斜を検出する傾斜検出手段を備え、
前記傾斜が閾値未満の平地では、前記操作部の操作原点を中心として、前記操作部を前方に押す操作で前記駆動モータに正方向のトルクを発生させ、前記操作部を後方に引く操作で逆方向のトルクを発生させるように前記駆動モータが制御され、
前記傾斜が閾値以上の登坂路では、前記操作原点が引く操作側にシフトされ、
前記傾斜が閾値以上の降坂路では、前記操作原点が押す操作側にシフトされるように構成されている。
本発明に係る電動歩行補助車は、上記構成により、操作部を押す／引く操作により前進／後退可能であるとともに、登坂路では操作原点が引く操作側にシフトされることで、駆動モータのトルクを上げる制御がかかり、また、降坂路では、操作原点が押す操作側にシフトされることで、駆動モータによる制動がかかり、平地に準じた操作性を得ることができる。
本発明実施形態の電動歩行補助車を示す側面図である。 本発明実施形態の電動歩行補助車の把持部における（ａ）進退操作を示す平面図、（ｂ）把持部断面図、（ｃ）左旋回操作を示す平面図、（ｄ）右旋回操作を示す平面図である。 本発明実施形態の電動歩行補助車の制御系統を示すブロック図である。 本発明実施形態の電動歩行補助車のトルク制御を示すグラフである。 本発明実施形態の電動歩行補助車の制御を示すフローチャートである。 本発明実施形態の電動歩行補助車の登坂路走行時の側面図である。 本発明実施形態の電動歩行補助車の降坂路走行時の側面図である。 本発明実施形態の電動歩行補助車の荷物積載状体の側面図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１において、本発明実施形態に係る電動歩行補助車１は、バッテリーが搭載される下部走行体２１およびその後部から上方に立設された上部フレーム２２からなる車体２を備え、上部フレーム２２の上端に操作部３が設けられ、下部走行体２１の後端に左右の駆動輪４、前端に左右の従動輪５を備えている。
左右の駆動輪４は、下部走行体２１に搭載された左右の駆動モータ４０Ｌ，４０Ｒにより独立して駆動される。左右の従動輪５は、接地部に周方向の軸周りに回転可能な多数のローラー５０を備えたオムニホイールで構成されており、電動歩行補助車１は、後述する操作部３の左右のグリップ３２による駆動モータ４０Ｌ，４０Ｒの制御のみで操舵および制駆動操作が可能になっている。
実施形態の電動歩行補助車１は、図中実線で示される電動歩行補助車モードと、図中２点鎖線で示される小型電動車モードとを備えている。
下部走行体２１は、駆動輪４や上部フレーム２２が設けられた後部（本体部）に対し、従動輪５が設けられた前部２５が前後方向に伸縮可能に構成されている。一方、上部フレーム２２には、シートバック６の下端部（６ａ）、シートクッション７のレッグ部７１（７ａ）、アームレスト８の基部（８ａ）が、何れも車幅方向に平行な軸６ａ，７ａ，８ａで枢支され、レッグ部７１の下端は、連結部７ｂを介して前部２５に連結されている。
上記構成により、図中実線で示される電動歩行補助車モードから、図中２点鎖線で示されるように、シートバック６を起こして着座位置６′に移動し、シートクッション７を後方に回動させて着座位置７′に移動させると、下部走行体２１の前部２５が前方に伸長されるようになっており、アームレスト８を前方に倒すことで、利用者が着座して操作部８３の操作により自走可能な小型電動車モードとなる。
なお、図１に実線で示される電動歩行補助車モードにおいて、前方に倒されたシートバック６の上面（背面）は、荷物の積載スペースとなっている。この場合、アームレスト８を図中二点鎖線８′で示されるように前方に倒したままにすることによって、シートバック６上面に載置した荷物の落下防止ガードとして利用することもできる。
図２は、電動歩行補助車モードにおける操作部３の構成および操作方法を示している。図２（ａ）に示すように、操作部３は、車幅方向に延びるハンドルバー３１、その左右各側に設けられたグリップ３２、上部フレーム２２の支持孔２２ａに貫通した状態でハンドルバー３１の左右各側端部を支持する支持体３１ａ、および、左右各側の支持体３１ａと支持孔２２ａの間に介設された操作量センサ３０を備える。
操作量センサ３０は、左右のグリップ３２を利用者が前方に押す力と後方に引く力を操作量として検知するものであり、圧電素子などの荷重センサを用いることができる。
さらに、図２（ｂ）に示すように、グリップ３２に対する利用者の把持を検出するために、ハンドルバー３１とグリップ３２の間に把持センサ３３（３３ａ，３３ｂ）が介設されている。この把持センサ３３は、静電容量センサや感圧センサなどのタッチセンサを好適に用いることができる。
本実施形態の把持センサ３３は、利用者がグリップ３２を把持した状態で掌側（親指側）に位置するセンサ３３ａと、指側（親指以外）に対応するセンサ３３ｂを含み、両側のセンサ３３ａ，３３ｂに接触が検知されている場合に把持状態と判断し、何れか一方のみに接触が検知されている場合は、単に手や指が添えられているものと判断することで、把持状態を確実に検知できるようにしている。
次に、電動歩行補助車モードにおける基本的な操作方法について説明する。
前進：図２（ａ）に実線で示すように、利用者が左右両方のグリップ３２を前方に押圧し、左右両方の操作量センサ３０が前方に向かう所定値以上の荷重を検知すると、左右両方の電動モータ４０Ｌ，４０Ｒが正方向に駆動回転して電動歩行補助車１は前進し、利用者の前進歩行をアシストする。なお、左右の操作量センサ３０の検出値の差は無視され、左右の電動モータ４０Ｌ，４０Ｒは基本的に同回転数で駆動回転される。
後退：図２（ａ）に破線で示すように、利用者が左右両方のグリップ３２を手前に引き、左右両方の操作量センサ３０が後方に向かう所定値以上の荷重を検知すると、左右両方の電動モータ４０Ｌ，４０Ｒが逆方向に駆動回転して電動歩行補助車１は後退し、利用者の後進歩行をアシストする。後退の場合にも左右の操作量センサ３０の検出値の差は無視され、左右の電動モータ４０Ｌ，４０Ｒは同回転数で駆動回転される。
左前進旋回：図２（ｃ）に実線で示すように、利用者が右のグリップ３２（Ｒ）を前方に押圧し、右の操作量センサ３０が前方に向かう所定値以上の荷重を検知すると、右の電動モータ４０Ｒのみが正方向に駆動回転し、電動歩行補助車１は静止した左の駆動輪４（Ｌ）を中心に左前進旋回（ＴＬａ）する。
左後進旋回：図２（ｃ）に破線で示すように、利用者が左のグリップ３２（Ｌ）を手前に引き、左の操作量センサ３０が後方に向かう所定値以上の荷重を検知すると、左の電動モータ４０Ｌのみが逆方向に駆動回転し、電動歩行補助車１は静止した右の駆動輪４（Ｒ）を中心に左後進旋回（ＴＬｂ）する。
左その場旋回：図２（ｃ）に実線で示すように、利用者が右のグリップ３２（Ｒ）を前方に押圧すると同時に、図２（ｃ）に破線で示すように、利用者が左のグリップ３２（Ｌ）を手前に引き、右の操作量センサ３０が前方に向かう所定値以上の荷重を検知すると同時に、左の操作量センサ３０が後方に向かう所定値以上の荷重を検知すると、右の電動モータ４０Ｒが正方向に駆動回転すると同時に左の電動モータ４０Ｌが逆方向に駆動回転し、電動歩行補助車１は左方向にその場旋回（ＴＬｓ）する。
右前進旋回：図２（ｄ）に実線で示すように、利用者が左のグリップ３２（Ｌ）を前方に押圧し、左の操作量センサ３０が前方に向かう所定値以上の荷重を検知すると、左の電動モータ４０Ｌのみが正方向に駆動回転し、電動歩行補助車１は静止した右の駆動輪４（Ｒ）を中心に右前進旋回（ＴＲａ）する。
右後進旋回：図２（ｄ）に破線で示すように、利用者が右のグリップ３２（Ｒ）を手前に引き、右の操作量センサ３０が後方に向かう所定値以上の荷重を検知すると、右の電動モータ４０Ｒのみが逆方向に駆動回転することで、電動歩行補助車１は静止した左の駆動輪４（Ｌ）を中心に左後進旋回（ＴＲｂ）する。
右その場旋回：図２（ｄ）に実線で示すように、利用者が左のグリップ３２（Ｌ）を前方に押圧すると同時に、図２（ｄ）に破線で示すように、利用者が右のグリップ３２（Ｒ）を手前に引き、左の操作量センサ３０が前方に向かう所定値以上の荷重を検知すると同時に、右の操作量センサ３０が後方に向かう所定値以上の荷重を検知すると、左の電動モータ４０Ｌが正方向に駆動回転すると同時に右の電動モータ４０Ｒが逆方向に駆動回転することで、電動歩行補助車１は右方向にその場旋回（ＴＲｓ）する。
以上述べたような各操作に対する左右の電動モータ４０Ｌ，４０Ｒの基本制御は、走路の傾斜が所定閾値未満の平地走行時かつにおけるものであり、登坂路や降坂路では傾斜を考慮したアシストがなされる。さらに、荷物の積載時にはその積載重量を考慮したアシストがなされるようになっている。以下、その構成およびトルク制御について説明する。
図３は、傾斜および積載重量を考慮した電動歩行補助車の制御系統を示すブロック図であり、制御部１０では、操作部３（操作量センサ３０、把持センサ３３）からの入力信号とともに、傾斜検出部２０および積載荷重検出部６０の検出値が入力され、それらを考慮して左右の電動モータ４０Ｌ，４０Ｒの制御量が決定されるように構成されている。
図４は、傾斜を考慮したアシストのためのトルク制御を示すグラフ（入力操作量−出力トルク線図）であり、横軸は操作センサ３０への入力操作量（荷重値）、縦軸は電動モータ４０Ｌ，４０Ｒの出力トルクに対応している。
図４において、平地走行では、図中実線で示されるように、操作量の押し側／引き側の原点（中立位置）が、出力トルクの原点と一致しており、先述したように、利用者の押し側操作（所定値以上）に応じて正方向のトルク出力が制御され、引き側操作（所定値以上）に応じて逆方向のトルク出力が制御される。図１に示したように、平地９０において利用者の押圧力をアシストした前進、利用者のけん引力をアシストした後進が可能となる。
一方、登坂路走行時には、図中上側の破線で示されるように、操作量の押し側／引き側の原点（中立位置）に対して、出力トルクの原点が引き側にシフトされる。これにより、登坂路では、平地走行時に比べて大きなトルクが出力されるとともに、所定値Ｐ未満の引き操作の場合は、正方向のトルクが出力されることで、図６に示すように、登坂路９１において、利用者の引く力Ｆｐ（所定値Ｐ未満）に抗しての推進力Ｆａが得られ、利用者の手を引くアシストが可能となる。また、所定値Ｐ以上の引き操作により電動モータ４０Ｌ，４０Ｒが停止する。
逆に、降坂路走行時には、図中下側の破線で示されるように、操作量の押し側／引き側の原点（中立位置）に対して、出力トルクの原点が押し側にシフトされる。これにより、降坂路では、平地走行時に比べて出力トルクが抑制されるとともに、所定値Ｐ未満の押し操作の場合は、負方向のトルクが出力されることで、図７に示すように、降坂路９２において、利用者の押す力Ｆｐに対向する制動力Ｆｂ（回生電力）が得られ、利用者を制動するアシストが可能となる。また、操作原点以上の引き操作により電動モータ４０Ｌ，４０Ｒが停止する。
また、図８に示されるように、荷台（シートバック６背面）上面の荷重センサ（積載荷重検出部６０）により、ケース６１に挿入した荷物６２の積載荷重が検出され、その検出値に応じて、電動モータ４０Ｌ，４０Ｒの出力トルクが加算または乗算される。これにより、荷物６２の重量増加にともなう運動性の低下が補正され、荷物を積載しない状態に準じた操作性が得られる。
なお、積載荷重検出部６０は、上部フレーム２２に枢支されるシートバック６の軸６ａやその隣接部に付設されたシートバック６のストッパ（シートバック６を水平な荷台位置に保持する回り止め）などに設けることもできる。
次に、以上述べたような傾斜および積載重量を考慮した電動歩行補助車１における電動モータの制御について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。
先ず、電動歩行補助車１の電源オンによりシステムが起動すると（ステップ１００）、操作量センサ３０の検知が待機状態となり、操作量センサ３０に検出値の入力があれば、その入力値と共に、その際の傾斜検出部２０、積載荷重検出部６０の検出値が制御部１０に取得される（ステップ１０１）。
次いで、始動時か否かが判断され（ステップ１０２）、始動時（走行中でない場合、起動直後はこの場合となる）は、操作量センサ３０に検知される操作量が所定値１以上か否かが判定される（ステップ１０３）。操作量が所定値１以上でない場合は電動モータ４０Ｌ，４０Ｒは起動されない（ステップ１０８）。
操作量が所定値１以上の場合、または、始動時でない場合（走行中の場合）は、逆方向の操作量か否か、および、操作量が所定値２以上か否かが判定され（ステップ１０４）、逆方向でない場合、すなわち、正方向の操作量が所定値２以上の場合は、ステップ１０１で取得された検出値に基づいて電動モータ４０Ｌ，４０Ｒの出力が算出される（ステップ１０５）。また、逆方向の操作量が所定値２以上の場合は電動モータ４０Ｌ，４０Ｒは停止される（ステップ１０８）。なお、所定値２は所定値１よりも小さい。
次いで、利用者が操作部３（グリップ３２）を把持しているか否かが把持センサ３３からの検出値に基づいて判定され（ステップ１０６）、把持状態が検出されている場合は、ステップ１０５で算出された出力値になるように電動モータ４０Ｌ，４０Ｒが駆動される（ステップ１０７）。
以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいてさらに各種の変形および変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、操作量センサ３０として、ハンドルバー３１の左右各側の支持体３１ａと上部フレーム２２の支持孔２２ａの間に介設された荷重センサを用いる場合を示したが、上部フレーム２２の支持孔２２ａを車両進退方向の長孔（ガイドスロット）とし、ハンドルバー３１の左右各側の支持体３１ａが長孔（２２ａ）に沿って前後に摺動可能に構成し、かつ、支持体３１ａ（スライダ）の前後各側に弾性体（スプリング）を介装して、それらの弾性復元力で、操作力の非作用時に支持体３１ａが減点（中立位置）に保持されるようにし、この支持体３１ａの変位を操作量として検出する変位センサで構成することもできる。
また、上記実施形態では、操作部３として、左右一体のハンドルバー３１に左右のグリップ３２および操作量センサ３０が設けられる場合を示したが、左右独立したハンドルにグリップ３２および操作量センサ３０が設けられても良く、その場合、ハンドルは、カンチレバー形式に支持されるか、あるいは、左右独立して回動可能に支持され操作反力が付与される形式とすることもできる。
さらに、上記実施形態では、電動歩行補助車１が、小型電動車モードを備える場合について述べたが、本発明は、小型電動車モードを備えない電動歩行補助車としても実施可能である。
また、上記実施形態では、従動輪５としてオムニホイールを用いる場合を示したが、キャスター形式などにより操舵自在に支持された非オムニホイールの従動輪を用いることもできる。
１ 電動歩行補助車
２ 車体
３ 操作部
４ 駆動輪
５ 従動輪
６ シートバック
７ シートクッション
８ アームレスト
１０ 制御部
２０ 傾斜検出部
２１ ベース部
２２ フレーム
３１ ハンドリバー
３２ グリップ
３３ 把持センサ（タッチセンサ）
４０Ｌ，４０Ｒ モータ
６０ 積載荷重検出部
８３ 第２操作部

Claims (8)

  1. 進退方向および幅方向を有する車体と、
    前記車体に搭載された駆動モータにより駆動される駆動輪と、
    前記駆動輪に対して前記車体の進退方向に離れた位置に設けられた従動輪と、
    利用者が起立歩行姿勢で把持できるように前記車体の上部に設けられた操作部と、
    を備え、前記操作部に作用する操作量に応じて前記駆動モータの駆動が制御されるように構成された電動歩行補助車であって、
    前記車体の進退方向における傾斜を検出する傾斜検出手段を備え、
    前記傾斜が閾値未満の平地では、前記操作部の操作原点を中心として、前記操作部を前方に押す操作で前記駆動モータに正方向のトルクを発生させ、前記操作部を後方に引く操作で逆方向のトルクを発生させるように前記駆動モータが制御され、
    前記傾斜が閾値以上の登坂路では、前記操作原点が引く操作側にシフトされ、
    前記傾斜が閾値以上の降坂路では、前記操作原点が押す操作側にシフトされるように構成されている、電動歩行補助車。
  2. 前記傾斜が閾値以上の登坂路では、シフトされた操作原点を越える操作量が前記操作部に作用した場合に前記駆動モータが停止され、
    前記傾斜が閾値以上の降坂路では、シフト前の操作原点を越える操作量が前記操作部に作用した場合に前記駆動モータが停止されるように構成されている、請求項１記載の電動歩行補助車。
  3. 前記車体の積載荷重を検出する荷重センサをさらに備え、前記荷重センサの検出値に応じて前記駆動モータの出力が制御されるように構成されている、請求項１または２記載の電動歩行補助車。
  4. 前記操作部は、利用者による把持を検知する把持センサをさらに備え、前記把持センサの検出値が所定値未満の場合に前記駆動モータの駆動が停止されるように構成されている、請求項１〜３の何れか一項記載の電動歩行補助車。
  5. 停止状態からの発進時に、前記操作部に作用する操作量が所定値以上の場合に、前記駆動モータの駆動が開始されるように構成されている、請求項１〜４の何れか一項記載の電動歩行補助車。
  6. 駆動走行中に、前記操作部に作用する逆方向の操作量が所定値以上の場合に、前記駆動モータの駆動が停止されるように構成されている、請求項１〜５の何れか一項記載の電動歩行補助車。
  7. 前記従動輪はオムニホイールで構成されるかまたは操舵自在に支持され、前記操作部は左右の操作部を含み、前記駆動モータは左右の駆動モータを含み、前記駆動輪は、前記左右の操作部と対応する前記左右の駆動モータにより左右独立に駆動可能であり、それにより旋回可能である、請求項１〜６の何れか一項記載の電動歩行補助車。
  8. 前記車体は、折畳み可能なシートと、前記シートに着座した利用者が操作可能な操作部とを備え、小型電動車としても利用可能である、請求項１〜７の何れか一項記載の電動歩行補助車。
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