JP3234497U - 電動車椅子 - Google Patents

Abstract

【課題】介護者などを介さずに、下肢が不自由な老人や身障者が、階段などの段差があり、蛇行しているようなところでも、自力で昇降できる電動車椅子を提供する。
【解決手段】モータで駆動する前輪２と後輪３の４輪と、基体に設けられた着座部４及び電動により動作を制御する制御部からなる電動車椅子１であって、前記前輪と後輪の４輪が駆動軸５、６から放射状に配置されて前記駆動軸からの駆動が伝達される同じ大きさからなる３個の全方向駆動車輪２１、２２、２３で構成され、前記前輪と後輪の４輪はそれぞれが独立した前記モータで前記３個の全方向駆動車輪の前記中心軸を前記制御部により回転駆動されるとともに、前記３個の全方向駆動車輪が一体となって自在に回転できるように前記駆動軸に取り付けられている。
【選択図】図１

Description

本考案は、全方向駆動車輪を用いて走行方向の変更などが容易にできるようにした電動車椅子に関するものである。

電動車椅子は、下肢が不自由な老人や身障者などが介助者に頼ることなく、自力で屋外等を移動することを可能にしたものであるが、路面の凸凹などの比較的小さな障害物は乗り越えられることができても、階段など段差の大きなところでの昇降を避けられないような場合には、介護者などの他人の力を借りる必要ができてくる。
このため、従来は、三角形状に配置したプーリーにキャタピラを巻き回して三角車輪を構成し、階段の斜面に三角車輪の一辺を沿わせてプーリーを回転させながら、キャタピラで階段を昇降するようにした車椅子（例えば、特許文献１参照）や、前輪と後輪を同じ大きさの３個の車輪で構成し、１つのモータにより、前輪と後輪を構成する３個の車輪を回転させながら走行し、階段等の段差のある場所では、３個の車輪のうち段差に当接した車輪を支点として他の車輪を回動させて、昇降するようにした車椅子（例えば、特許文献２参照）が開示されている。

しかし、従来のキャタピラを用いて走行する場合は、振動等のショックやスリップを防止する点で優れているが、例えば、階段が蛇行しているような場合には、昇降時に進行方向を変えながら走行しなければならないが、進行方向を変えるときには、大きく旋回しなければならないため、場所によっては、介護者などの他人の力を借りなければならないことも生じてくる。
また、特許文献２に開示されている車椅子には、前輪と後輪にステアリングが設けられており、前輪と後輪のそれぞれの角度を変えて、低速時に小回りが利くように構成されている。しかしながら、この場合にも、旋回して方向を変えることになるため、旋回のためのスペースや人手を必要とする場合がある。

特開平１−１２９８５２号公報 特開平１１−９６２８号公報

解決しようとする問題点は、電動車椅子は、本来、介護者などを介さずに下肢が不自由な老人や身障者が自由に移動できるようにしたことを目的としたものであるにもかかわらず、階段などの段差を昇降するためには自力での走行が難しくなる場合が生ずる点である。

本考案は、電動車椅子の前輪と後輪の４輪を全方向駆動車輪として、走行方向に応じて４輪を独立駆動するとともに、車椅子の傾きを検知して、車椅子の基体若しくは着座部を水平に保持するように構成したことを主な特徴とする。

本考案の電動車椅子は、全方向駆動車輪を採用したことにより、蛇行した階段を昇降するような場合でも、無用な旋回動作をすることなく、走行方向を自在に変えることができるため、介護者などの他人の力を借りることなく昇降が可能となる。また、車椅子の傾きを検知して、車椅子の基体若しくは着座部を水平に保持するように構成したことから、乗り心地の良い安定した状態を維持し、重心位置を基体の中心部に保持することで転倒を防止し、安心安全な走行をすることができる。

本考案に係る電動車椅子の要部説明図である。 本考案の全方向駆動車輪として使用するメカナムホイールの外観図である。 （ａ）〜（ｊ）はメカナムホイールを使用した移動体の走行を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）は本考案に係る電動車椅子の前輪と後輪の動作原理を示す説明図である。 （ａ）は本考案に係る電動車椅子の階段を上昇時の説明図であり、（ｂ）は階段を下降時の説明図である。 （ａ）は平坦な路面を走行している状態を示す説明図、（ｂ）（ｃ）は傾斜した路面を走行している状態を示す説明図である。

階段等の段差がある場所であっても、電動車椅子が安定した状態で自動走行ができるという目的を、全方向駆動車輪と傾きの検知手段を用いることで、介護者などの他人の力を借りることなく実現した。
以下、本考案に係る実施形態を添付図面に基づいて説明する。同一の部品（又は構成）には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１は、本考案に係る電動車椅子の要部説明図であって、４輪駆動する電動車椅子を側面から見た場合の要部構成を示している。１は電動車椅子、２は前輪、３は後輪、４は着座部、５、６はモータの駆動軸（中心軸）、７は駆動軸５、６に接続され前輪２と後輪３を連結する連結フレーム、８は後述するリンク機構である。前輪２と後輪３は、共に同じ大きさの３個の車輪２１〜２３、３１〜３３で形成されており、駆動歯車を介してそれぞれモータの駆動軸５、６により独立して回転駆動される。３個の車輪２１〜２３、３１〜３３は、それぞれ駆動軸５、６に対して放射状に配置されており、モータの駆動軸５、６に回転自在に取り付けられた部材（図４参照）に取り付けられている。

利用者は、基体に設けられている着座部４に座って、操作部（図示せず）を操作することにより、制御部（図示せず）により、モータの駆動軸５、６を回転駆動させ、電動車椅子１を前進、行進、旋回など所望の動作をさせることができる。このとき、前輪２及び後輪３の３個の車輪２１〜２３、３１〜３３は、同じ速度で回転しており、平坦な路面に接地している前輪の車輪２２、２３及び後輪の車輪３２、３３によって走行することになる。なお、図１は一方の側面から見た場合の要部説明図であり、もう一方の側面も同様の構成である。

ここで、本考案に係る電動車椅子１は、前輪２及び後輪３の３個の車輪２１〜２３、３１〜３３が、全方向駆動車輪で構成されている。全方向駆動車輪としては、メカナムホイール（登録商標）として一般に市販されている。本実施形態では、メカナムホイールを使用して以下に説明する。図２は、メカナムホイールの外観図である。メカナムホイールの側面には、傾斜した自由回転する複数のローラが配置されている。図３（ａ）〜（ｊ）は、前輪と後輪がそれぞれ１個の車輪を設けた４輪の移動体にメカナムホイールを車輪として使用した場合の、移動方向に応じた４輪の駆動方法を示している。４輪の回転方向を組み合わせることで、前進、後進、左右への回転だけでなく、移動体を固定したまま左右へ移動したり、斜め方向に進むことができる。
４輪として使用した場合のメカナムホイールは、構成するローラの軸が図３に示すように移動体の中心に向かうようにして、移動体に車輪として取り付けられる。これにより、移動体は、４輪のそれぞれの回転を正転や反転して制御することで、ステアリング機構をもつことなく任意の方向に、旋回や走行移動が容易にできる。本考案に係る電動車椅子１では、制御部（図示せず）により、車輪の回転を制御して走行方向などが決められている。

図４は、本考案に係る電動車椅子の前輪と後輪の動作原理を示す説明図である。（ａ）は階段の上昇時、（ｂ）は下降時のそれぞれの動作を示す説明図である。９、１０は、駆動軸５、６に回転自在に取り付けられた部材であり、それぞれ車輪２１、２２、２３及び車輪３１、３２、３３の回転軸が連結されて、３個の車輪が放射状に配置されている。３個の車輪は、駆動歯車を介して駆動軸に連動して回転する。平坦な路面では、前輪２と後輪３のそれぞれ２輪の車輪２２、２３、３２、３３がモータにより回転して走行しているが、階段などの段差がある蹴上げ面に前輪２の車輪２２が突き当たると、車輪２２の走行が停止する。車輪２２の走行が停止することで、車輪２２を支点として部材９が回転し、部材９に連結されている車輪２１が次の階段の踏み面に接地する。そして、次の蹴上げ面まで走行して蹴上げ面で再び停止し、車輪２１を支点として部材９が回転し、車輪２３が次の踏み面に接地する。後輪３も同様に動作する。また、下降時には、踏み面が下がることにより、車輪が下の踏み面に当たって走行が停止することから部材９が回転する。このような動作を繰り返すことで、前輪２と後輪３は階段などの段差を乗り越えて走行していくことができる。

本考案に係る電動車椅子は、上記のように平坦地では前輪と後輪のそれぞれが２輪で走行するため、１輪で走行する場合と比較して旋回するのが困難となり、特別な機構が必要となるが、全方向駆動車輪を用いることで、特別な機構は不要であり、容易に旋回ができる。また、蛇行した階段（らせん階段など）を昇降するような場合には、上記のように、安定した階段の昇降ができるとともに、全方向駆動車輪を用いることで、走行方向の切り替えも容易に行うことができて、滑り落下のおそれもない。狭い階段でも自力で昇降が可能である。

図５（ａ）は本考案に係る電動車椅子１の階段を上昇時の説明図であり、（ｂ）は階段を下降時の説明図である。上記のような、階段などの段差がある場所を走行する場合には、着座部４も水平状態を維持することが困難となり、利用者を含む重心の位置が不安定になる。これに伴い、電動車椅子１が脱輪や横転などの危険性を伴うことにもなり、利用者の安全を確保する必要がある。このような問題点を解消するために、本考案に係る電動車椅子１は、傾きを検知する検知手段を設けて、前記前輪と後輪の車輪中心を結ぶ直線が水平状態でないことを検知したときに、同図（ｂ）（ｃ）のように、着座部４の前後方向が常に水平状態になるように着座部４を回動する機構１１を設けている。

図６（ａ）は平坦な路面を走行している状態を示す説明図、（ｂ）（ｃ）は傾斜した路面を走行している状態を示す説明図である。本考案に係る電動車椅子１は、前輪と後輪の駆動軸５、６に連結されている連結フレーム７が、リンク機構（制御機構）８を介して上下動できるように電動車椅子１の基体１２に設けられている。これにより、前輪２と後輪３をそれぞれ構成する３個の車輪も連動して、基体１２に対して上下動されることになる。したがって、重心位置が偏ることによる転倒などが防止できる。

リンク機構８は、基体１２内に設けられ、図６に示すように、水平リンクアーム８１、８２、垂直リンクアーム８３、８４、８５の５個のリンクアームから構成されており、接続部分はベアリングなどを使用してそれぞれ可動自在に連結されている。中央のリンクアーム８４は固定されており、リンクアーム８３、８５が左右の連結フレーム７とそれぞれ連結されている。また、中央のリンクアーム８４は、水平リンクアーム８１と軸受を介して駆動軸８６と接続されている。水平リンクアーム８１は、駆動軸８６に結合されており、駆動軸８６の回転により可動することができる。

前輪と後輪の４輪のうち前輪の２輪又は後輪の２輪を結ぶ直線が水平状態でないことを前記検知手段（図示せず）により検知した場合に、駆動軸８６を介して水平リンクアーム８１を回動する。水平リンクアーム８１が駆動軸８６を支点として回動することに伴って、これに連結されているリンクアーム８３、８５は、駆動軸８６、接続部８７を支点として、駆動軸８６を動力回動、接続部８７を自由回動とし、上下動することになる。これにより、左右の前輪２及び後輪３も上下動する。したがって、検知手段で傾斜した斜面を走行していることが検知されると、図６（ｂ）（ｃ）に示すように、傾斜の程度に従って駆動軸８６を左右に回動させ、基体１２を水平に維持するように左右の連結フレーム７を上下動させることができる。

本実施態様では、連結フレーム７を介して前輪２と後輪３を同時に上下動させるように構成したが、リンク機構８を前輪２と後輪３にそれぞれ設けて上下動するように構成することもできる。検知手段として、３軸加速度センサやジャイロセンサなど既存のセンサを採用することができる。なお、検知手段は、着座部４など基体１２の一部に取り付けられている。電動車椅子１の操作は、利用者自らが停止や始動などの操作が容易にできるように、操作部をジョイステックやトラックボールなどで構成し、着座部４などに設置するとともに、介護者も操作部を所持して操作できるようにしてもよい。また、取り外し可能なリモコン式の操縦にすることも可能である。

電動車椅子１を停止するブレーキは、電源が入れられるまでは、手動ブレーキにより停止しており、電源を入れると、手動ブレーキが解除され、操作部による操作が可能になる。また、階段などのように前輪２又は後輪３の回転が蹴上げ面などで停止するほど大きな段差ではないような、路面の凸凹面では、４輪独立懸架式サスペンションを採用することで、衝撃を緩衝させて、走行中の快適さを維持している。

本考案に係る電動車椅子は、老人や身障者などの介護用に有益であるが、４輪駆動するロボットや貨物の搬送用台車などにも同様の技術が適用可能であり、路面が悪い場所や人手の介入が困難な場所でも、安定した走行が期待できる。

１ 電動車椅子
２ 前輪
３ 後輪
４ 着座部
５、６ 駆動軸
７ 連結フレーム
８ リンク機構
９、１０ 取付け部材
１１ 回動機構
１２ 基体

Claims (6)

1. モータで駆動する前輪と後輪の４輪と、基体に設けられた着座部及び電動により動作を制御する制御部からなる電動車椅子であって、前記前輪と後輪の４輪が中心軸から放射状に配置されて前記中心軸からの駆動が伝達される同じ大きさからなる３個の全方向駆動車輪で構成され、前記前輪と後輪の４輪はそれぞれが独立した前記モータで前記３個の全方向駆動車輪の前記中心軸を前記制御部により回転駆動されるとともに、前記３個の全方向駆動車輪が一体となって自在に回転できるように前記中心軸に取り付けられている電動車椅子。
2. 前記基体に前記基体の傾きを検知する検知手段が設けられており、前記前輪と後輪の車輪中心を結ぶ直線が水平状態でないことを前記検知手段により検知した場合に、前記制御部は前記着座部の前後方向が水平状態になるように前記着座部を調整することを特徴とする請求項１に記載の電動車椅子。
3. 前記前輪と後輪の４輪のうち前輪の２輪又は後輪の２輪を結ぶ直線が水平状態でないことを前記検知手段により検知した場合に、前輪と後輪の前記中心軸間に連結されている連結フレームを前記基体に対して上下動させる制御機構を設けたことを特徴とする請求項２に記載の電動車椅子。
4. 前記制御機構は、前記連結フレームと連結するリンクアームを設け、当該リンクアームを可動させることで前記連結フレームを前記基体に対して上下動させるように構成したことを特徴とする請求項３に記載の電動車椅子。
5. 前記前輪と後輪の４輪は、それぞれ独立の前記モータを回転駆動することで、前記電動車椅子の旋回や走行が決定されるように制御されることを特徴とする請求項１に記載の電動車椅子。
6. 前記３個の全方向駆動車輪は、少なくとも１個の全方向駆動車輪が段差のある場所に突き当たると、当該全方向駆動車輪を含む３個の全方向駆動車輪が一体となって回転するように前記中心軸に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の電動車椅子。

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