JP3660396B2

JP3660396B2 - 補助動力式ビークル

Info

Publication number: JP3660396B2
Application number: JP15815195A
Authority: JP
Inventors: 信之菅野; 敦内山
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1995-06-23
Filing date: 1995-06-23
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2020-06-15
Also published as: JPH092371A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、推進手段に間欠的に加えられる人力の大きさに応じた駆動力を補助動力として推進手段に加算してこれを駆動する車椅子、自転車、足漕ぎボート等の補助動力式ビークルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、手動車椅子と電動車椅子の中間的な存在として手動式電動車椅子が従来より提案されている。この手動式電動車椅子は、推進手段である車輪に間欠的に加えられる人力を検知し、その人力に応じた補助動力を車輪に加算することによって歩行の不自由な乗り手の肉体的な負担を軽減するものであって、これによれば乗り手は手動車椅子の感覚で操作することができ、精神的苦痛も緩和される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の手動式電動車椅子にあっては、補助動力は人力が車輪に加えられている間だけ与えられ、車輪に対して人力が除去されると同時に補助動力も除去される構成が採られていた。このため、乗り手は、手動車椅子と同じようなピッチで車輪を回すようになり、乗り手の負担軽減の観点からは改善の余地があった。また、補助動力が除去されるとモータ等によるブレーキが作用してしまうため、手動車椅子のような感覚で惰行を行うことができない。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、乗り手の負担をさらに軽減することができるのは勿論のこと、補助動力を用いない通常のビークルと同様の惰行感覚が得られる補助動力式ビークルを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の補助動力式ビークルは、推進手段に間欠的に加えられる人力を検知する検知手段と、前記検知手段により人力が検知されれば、検知された人力に対応した目標回転数を出力し、人力が除去されれば、人力除去後に当該目標回転数を漸減させる目標値出力手段と、前記目標回転数に応じた速度の補助動力が与えられるように、上記推進手段への補助駆動を制御する制御手段とを具備し、上記人力と上記補助動力とにより上記推進手段を駆動することを特徴としている。
【０００６】
請求項２に記載の補助動力式ビークルは、請求項１において、前記人力が除去された後に前記速度の絶対値を漸減することを特徴としている。
【０００７】
請求項３に記載の補助動力式ビークルは、請求項１または２において、前記推進手段の速度が加えられる人力に対応して変化し、かつ、上記人力が大きくまたは加えられる時間が長い程速くなるように変化することを特徴としている。
【０００８】
請求項４に記載の補助動力式ビークルは、請求項３において、前記補助動力が、当該補助動力式ビークルの速度が加えられた人力の積分値に略比例するように加えられることを特徴としている。
【０００９】
請求項５に記載の補助動力式ビークルは、請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記補助動力が、前記推進手段に加える人力の方向を変えたときに、速度が連続的に変化するように加えられることを特徴としている。
【００１０】
請求項６に記載の補助動力式ビークルは、請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記補助動力が、当該補助動力式ビークルに与えられる外部からの影響を相殺するように加えられることを特徴としている。
【００１１】
請求項７に記載の補助動力式ビークルは、請求項２ないし６のいずれかにおいて、前記人力を加えたときの当該補助動力式ビークルの速度変化の割合および上記人力が除去された後の補助動力式ビークルの速度減少の割合のうち少なくともいずれか一方を可変としたことを特徴としている。
【００１２】
請求項８に記載の補助動力式ビークルは、請求項１ないし７のいずれかにおいて、前記推進手段を当該補助動力式ビークルの進行方向に向かって左右に設け、上記各推進手段の速度を別個に変更可能に構成したことを特徴としている。
【００１３】
【作用】
請求項１に記載の補助動力式ビークルにあっては、推進手段に対して人力が除去された後においても補助動力が残存して当該補助動力式ビークルの速度を維持するから、１回の人力の入力に対する当該補助動力式ビークルの航続距離が長くなり、乗り手が推進手段に加える人力のピッチを長くすることができる。
【００１４】
請求項２に記載の補助動力式ビークルにあっては、人力が除去された後に速度の絶対値を漸減するから、手動のビークルと同等の惰行感覚を得ることができ、乗り手に違和感を与えることがない。
【００１５】
請求項３に記載の補助動力式ビークルにあっては、推進手段に加える人力が大きくまたは加えられる時間が長い程速くなるように変化するから、推進手段に加える人力を変化させて補助動力式ビークルの速度を調整することができる。
【００１６】
請求項４に記載の補助動力式ビークルにあっては、補助動力を補助動力式ビークルの速度が加えられた人力の積分値に略比例するように加えるから、補助動力式ビークルに自然な加減速を与えることができる。
【００１７】
請求項５に記載の補助動力式ビークルにあっては、推進手段に加える人力の方向を変えたときに推進手段の速度が連続的に変化するから、補助動力式ビークルの走行方向の変更を滑らかに行うことができる。
【００１８】
請求項６に記載の補助動力式ビークルにあっては、外的要因により負荷が増加しても負荷の増加に応じて補助動力が加えられるので、安定して走行することができる。
【００１９】
請求項７に記載の補助動力式ビークルにあっては、乗り手の体力や慣れに応じて補助動力の大きさ等を調整することができ、乗り手のニーズに柔軟に対応することができる。
【００２０】
請求項８に記載の補助動力式ビークルにあっては、補助動力式ビークルの左右に設けた推進手段の速度が別個に変更可能であるから、前進および後進のみならず、定位置旋回を含む任意の曲率半径の旋回動作を行うことができる。
【００２１】
【実施例】
Ａ．第１実施例
（１）実施例の構成
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る補助動力式ビークルの第１実施例の手車椅子の側面図、図２は同車椅子の正面図、図３は同車椅子を折り畳んだ状態を示す背面図、図４は同車椅子の人力検出部及び補助動力装置部を示す車輪部分の破断平面図、図５は同拡大破断平面図、図６は車輪の外側面図、図７は車輪のリム部の外側面図、図８は人力検出部のスプリングの状態を説明するための断面図、図９及び図１０は人力が加えられたときの検出部のスプリングの状態を説明するための断面図である。
【００２２】
本実施例に係る車椅子１は、既存の折り畳み式手動車椅子に補助動力装置を組み付けたものであって、図１に示すように、これのパイプ枠状のフレーム２の前後部は左右一対のキャスタ３、車輪（推進手段）４によって支持されている。
【００２３】
また、上記フレーム２の中央部には、乗り手が着座すべき布製のシート５（図２参照）が張設されている。なお、フレーム２は前後一対のクロス部材２ａを有しており、ｘ字状を成す２本のクロス部材２ａはその交点を軸６によって枢着されている。従って、車椅子１は図３に示すようにこれを折り畳むことができ、このとき前記シートも撓む。
【００２４】
さらに、フレーム２の後部には左右一対のハンドルアーム２ｂが立設されており、各ハンドルアーム２ｂの上端部は後方に折曲され、その折曲部には介助者のグリップ７が取り付けられている。
【００２５】
また、フレーム２の中央上部には、乗り手のための左右一対の肘掛８が取り付けられ、同フレーム２の前端下部には左右一対のスッテプ９が取り付けられている。そして、同フレーム２の下部に前後方向に延びる左右一対のアーム２ｃの後端部には、別のアーム２ｄが前後方向に移動自在に嵌装されており、各アーム２ｄの後端部にはローラ１０が回転自在に軸支されている。なお、アーム２ｃに突設されたピン１１に長孔係合することによって前後方向に移動自在に支持され、これはアーム２ｃとの間に縮装された不図示のスプリングによって常時後方へ付勢されている。
【００２６】
ところで、前記左右一対の車輪４の各々は、図４及び図５に示すように、フレーム２に取り付けられたブラケット１２に支持された車輪１３にボールベアリング１４、１５を介して回転自在に支承されており、各車輪４の外側には、乗り手が手でこれを回すべきリング状のハンドリム１６が設けられている。このハンドリム１６は、車輪４のハブ４ａに軸受１７によって回転自在に支承された円板状のデイスク１８に３本のスポーク１９を介して取り付けられており、従って、該ハンドリム１６は車輪４に対して独立に回転し得る。なお、本実施例においては、図４及び図５に示すように、車輪４のハブ４ａとデイスク１８との間にダンパー２０が介装されている。このようにして上記ハンドリム１６は、その全周の３箇所が図７に示す構造によって車輪４に対して弾性的に連結されている。
【００２７】
すなわち、図７に示すように、車輪４のハブ４ａに形成された各一対のリブ４ａー１で挟まれる空間には、円弧状の溝２１ａを有するスプリング２２、２３が収納されている。なお、図７において、２４はスプリング２２、２３の脱落を防ぐ保持部材である。
【００２８】
ところで、前記スプリング２２、２３はその両端がスプリング受け２５、２６によって受けられており、前記ハンドリム１６に人力が加わらない中立状態においては、図８に詳細に示すように、スプリング受け２５、２６は一対のリブ４ａー１に当接して小径のスプリング２３は両スプリング受け２５、２６間に所定の予圧を持って縮装される一方、大径のスプリング２２はその両端がスプリング受け２５、２６から若干離脱してスプリング受け２５、２６に力を及ぼしていない。なお、大径のスプリング２２のバネ定数は小径のスプリング２３のそれよりも大きく設定されている。
【００２９】
一方、図６に示すように、前記デイスク１８の全周３箇所には一対のピン２７、２８が内方に向かって突設されており、各一対のピン２７、２８はハンドリム１６に人力が加わらない中立状態においては、図７及び図８に示すように前記スプリング受け２５、２６の端面に当接している。なお、一方のピン２７はデイスク１８の内面に固定されているが、他方のピン２８は図６に示すようにデイスク１８に形成された円弧状の長孔１８ａに位置調整自在に貫設されており、該ピン２８はスプリング受け２６の端面に当接した状態でナット２９によって締め付けられてデイスク１８に固定される。また、リブ４ａー１には、ピン２７、２８の移動を許容するための溝４ａー２が形成されている。
【００３０】
また、図４ないし図７に示すように、ハンドリム１６側のデイスク１８には、ハンドリム１６に加えられる人力の大きさ及び方向を検出するためのポテンショメータ３０が固設されており、該ポテンショメータ３０の人力軸３０ａの端部にはレバー３１の一端が結着されており、該レバー３１の他端は、車輪４のハブ４ａに突設されたピン３２にゴム製のキャップ３３を介して係合している。なお、キャップ３３はレバー３１のガタを防止するためのものである。
【００３１】
ところで、図４及び図５に示すように、左右一対の車輪４の各々の内側には補助動力装置（図４及び図５には一方のみ図示）４０が設けられている。
上記補助動力装置４０は、補助動力を発生する駆動モータ４１と、該駆動モータ４１の駆動力を車輪４に伝達するギヤＧ１〜Ｇ４を収容するギヤケース４２を有しており、駆動モータ４１の出力軸端には小径のギヤＧ１が結着されている。なお、ギヤケース４２は、前記車軸１３に保持されるとともに、図４に示すようにゴムを介してフレーム２に固定されている。
【００３２】
また、上記ギヤケース４２にはカウンタ軸４３と駆動軸４４が車軸１３と平行に回転自在に支承されており、カウンタ軸４３には大小異径のギヤＧ２、Ｇ３が結着され、駆動軸４４には大径のギヤＧ４が自由回転自在に支承されるとともに、その端部には小径のギヤＧ５が結着されている。そして、前記大径のギヤＧ２は前記小径のギヤＧ１に噛合し、小径のギヤＧ３は大径のギヤＧ４に噛合している。また、前記ギヤＧ５は、ハブ４ａの内周部に嵌合保持された大径のリングギヤＧ６に噛合している。なお、リングギヤＧ６はハブ４ａに対して相対回転可能に保持されており、両者の間には周方向に配列された複数のダンバー部材４５が介設されている。
【００３３】
ところで、前記駆動軸４４上には大径のギヤＧ４の駆動軸４４との結合を断接するためのドグクラッチ４６が設けられており、該ドグクラッチ４６は前記フレーム２の前方上部に設けられたクラッチレバー４７（図１参照）の回動操作によってＯＮ／ＯＦＦ動作をする。そして、ドグクラッチ４６の近傍には、該ドグクラッチ４６のＯＮ／ＯＦＦを検知するリミットスイッチ４８が設けられており、ドグクラッチ４６がＯＦＦ状態にあるときには後述の駆動モータ４１に電流が流れないよう構成されている。
【００３４】
なお、以上は一方の車輪４側に設けられた補助動力装置４０の構成について述べたが、他方の車輪４側に設けられた補助動力装置４０も共通のものが使用されており、部品の共通化による量産効果を得ることができる。そのため、左右一対の補助動力装置４０は、図２に示すように点対称を保って配置されている。即ち、各補助動力装置４０においては、駆動モータ４１が車軸１３の中心線からオフセットしており、このような共通の補助動力装置４０を左右の車輪４対して点対称の関係を保って配置すると、本実施例の最凸部である左右一対の駆動モータ四一は上下方向に段差をもって配されることとなり、当該車椅子１を図３に示すように折り畳んだ際に両駆動モータ４１が互いに干渉することが無く、この結果、車椅子１をコンパクトに折り畳むことができる。
【００３５】
一方、図１に示すように、フレーム２の前部側方には前記補助動力装置４０の駆動を制御するためのコントローラ５０が取り付けられており、該コントローラ５０の上方にはバッテリ６０が取り付けられている。なお、コントローラ５０は、図２に二点鎖線にて示すように、フレーム２のクロス部材２ａに取り付けても良い。
【００３６】
図１１はコントローラ５０のなかの１軸分の制御装置の構成を示すブロック図であり、図中符号５１は目標回転数演算手段、５２はモータ制御手段、５３はバイポーラ電力増幅手段である。目標回転数演算手段５１は、ポテンシオメータ３０の出力電圧によって検出されるハンドリム１６に加えられる人力Ｆ_Mに対応して、駆動モータ４１の目標回転数を演算し、モータ制御手段５２に目標回転数信号ω^*を出力する。モータ制御手段５２は、目標回転数信号ω^*に対応して、バイポーラ電力増幅手段５３に電流指令信号を出力する。バイポーラ電力増幅手段５３は、入力される電流指令信号に基づいて電流を駆動モータ４１に供給する。なお、バイポーラ電力増幅手段５３が駆動モータ４１に供給する電流は、電流指令信号に対応して方向が変わることもあるため、駆動モータ４１は正逆いずれの方向にも回転する。
【００３７】
駆動モータ４１とバイポーラ電力増幅手段５３との間には電流検出手段５４が介装され、駆動モータ４１に供給される電流の値を示す電流検出信号ｉＦＢをバイポーラ電力増幅手段５３に出力する。バイポーラ電力増幅手段５３は、電流検出信号ｉＦＢに基づいて、駆動モータ４１に供給する電流をフィードバック制御する。また、駆動モータ４１には、その回転数ωを検出する回転数検出手段５５が設けられている。回転数検出手段５５の速度検出信号ωＦＢと上記目標回転数演算手段５１によって演算された目標回転数信号ω^*は、比較器５６に出力され、それら２つの信号の差δωがモータ制御手段５２に出力される。これにより、駆動モータ４１の回転数ωがフィードバック制御される。ここで、駆動モータ４１の回転数ωは、車速と等価であるから、コントローラ５０は車速を制御していることになる。
【００３８】
（２）実施例の動作
次に、実施例の車椅子１の動作について説明する。まず、乗り手が左右一対のハンドリム１６を例えば前進方向に回すようにこれに力を加えると、各ハンドリム１６に加えられた人力Ｆ_Mの大きさが３本の小径スプリング２３の予圧力に打ち勝つまでの間は、ハンドリム１６と車輪４の間に相対回転は生じず、このとき、図１３に示すようにポテンシオメータ３０の出力は０を示す。なお、図１３はハンドリム１６に加えられる人力Ｆ_Mに対するポテンシオメータ３０の出力特性を示す図であり、同図において、Ｆ_M0は３本の小径スプリング２３の予圧力に等しい人力の値である。
【００３９】
その後、人力Ｆ_MがＦ_M0を越えて増大すると、図９に示すように一方のピン２７がスプリング受け２５を押圧して先ず小径のスプリングのみを圧縮し、ハンドリム１６はスプリング２３の圧縮量に見合う角度だけ車輪４に対して相対回転する。そして、このハンドリム１６の相対回転量はレバー３１を介してポテンシオメータ３０に伝達され、ポテンシオメータ３０は、図１３に直線ａに示すように、ハンドリム１６に加えられる人力Ｆ_Mに対応する信号を出力する。なお、小径のスプリング２３のバネ定数は小さいため、スプリング２３の人力Ｆ_Mの増加量に対する圧縮量、つまり、ハンドリム１６の回転量は大きく、したがって、ポテンシオメータ３０の感度は高く保たれ、このため、乗り手は車椅子１のデリケートな操作が可能となる。
【００４０】
そして、ハンドリム１６に加えられる人力Ｆ_Mの値が図１３に示すＦ_M1に達すると、大径のスプリング２２も小径のスプリング２３と共に圧縮され始め、ハンドリム１６は両スプリング２２，２３の圧縮量に見合う角度だけ車輪に対して相対回転し、このとき、ポテンシオメータ３０は、図１３の直線ｂに示すようにハンドリム１６に加えられる人力Ｆ_Mに対応した信号を出力する。
【００４１】
その後、ハンドリム１６に加えられる人力Ｆ_Mが図１３に示すＦ_M2を越えた場合には、図１０に示すようにピン２７が保持部材２４に当接するため、人力Ｆ_Mはピン２７から保持部材２４を経て車輪４に直接伝達される。このとき、ポテンシオメータ３０の出力電圧は、図１３に直線ｃに示すように一定となる。なお、乗り手がハンドリム１６に逆方向の力を加えた場合のポテンシオメータ３０の出力は、図１３の直線ａ’，ｂ’，ｃ’によって表され、図１３にハッチングを付した領域が不感帯領域となる。このような不感帯領域を設けることにより、機械的誤差や電気的誤差を許容しながら静止状態を確実に検出することができる。上記のようなハンドリム１６には人力Ｆ_Mが間欠的に加えられ、この人力Ｆ_Mはポテンシオメータ３０の出力電圧によって検出され、その検出信号Ｖ_inは前記コントローラ５０の目標回転数演算手段５１に入力される。
【００４２】
上述のように駆動モータが正転すると、駆動モータ４１によって発生する駆動力が補助動力Ｆ_Aとして車輪４に与えられる。すなわち、駆動モータ４１の回転は図５に示すギアＧ１，Ｇ２によって１段減速されてカウンタ軸４３に伝達され、ドグクラッチ４６がオンのときに、カウンタ軸４３の回転はギアＧ３，Ｇ４によって２段減速されて駆動軸４４に伝達される。そして、この駆動軸４４の回転はギアＧ５，Ｇ６によって３段減速された後、ダンパー部材４５を介して車輪４に伝達され、人力Ｆ_Mに補助動力Ｆ_Aを加えた大きさの駆動力Ｆ（＝Ｆ_M＋Ｆ_A）によって車輪４が回転駆動される。これにより、車椅子１が前進し、乗り手は全駆動力Ｆの例えば約１／２程度の小さな駆動力（人力）Ｆ_Mで楽に操作することができる。
【００４３】
ここで、図１４に人力の駆動力と動力の駆動力および車椅子１の速度の関係を示す。同図（Ａ）に示すように、本実施例では、ハンドリム１６に加えられる人力Ｆ_Mが除去された後においても補助動力Ｆ_Aを残存させている。すなわち、人力Ｆ_Mが増加するにつれてポテンシオメータ３０の出力電圧Ｖ_inが増加し、それに応じて補助動力Ｆ_Aも増加するが、人力Ｆ_Mが減少し始めると、補助動力Ｆ_Aはその極大値を過ぎたあたりから直線的に漸減する。つまり、人力Ｆ_Mよりも緩やかな減少率で減少し、人力Ｆ_Mが除去された後も残存する補助動力Ｆ_Aが車輪４に加え続けられる。これにより、車椅子１の速度は、人力Ｆ_Mが除去された後も漸減しながら維持され、補助動力Ｆ_Aが０になった後は駆動モータ４１あるいは動力伝達機構等の抵抗により漸次減少して０になる。
【００４４】
このように、車輪４に対して人力Ｆ_Mが除去された後においても補助動力Ｆ_Aが残存して車輪４を回し続けるため、１回の人力Ｆ_Mの入力に対する車椅子１の航続距離が長くなる。つまり、手動の車椅子のように惰行するため、乗り手が車輪４を回すピッチが遅くて済み、乗り手の肉体的な負担が軽減される。加えて、本実施例では、ハンドリム１６に加えた人力Ｆ_Mの積分値に略比例するように補助動力Ｆ_Aを加えるので、乗り手の負担がさらに軽減される。この作用はコントローラ５０における目標回転数演算手段５１によって与えられる。この目標回転数演算手段５１について図１５を参照して説明する。なお、説明を簡便にするために、図１５では人力Ｆ_Mの変化を直線で表している。
【００４５】
図１５に示すように、時間ｔ₁で最初の人力Ｆ_Mが入力され時間ｔ₂で除去されると、目標回転数ωは一旦増加した後に漸減し、車椅子１は惰行するように走行する（以下、このような走行を「惰行」と称する）。次に、車椅子１の惰行が終わらないうちに時間ｔ₃において次の人力Ｆ_Mが入力されるが、この人力Ｆ_Mは前回の人力Ｆ_Mよりも強く、しかも長い時間加えられる。加えられる補助動力Ｆ_Aは、ハンドリム１６に加えた人力Ｆ_Mの積分値に略比例するため、図１５に示すように、目標回転数ωは大幅に増加し、その分惰行も長くなる。このように、目標回転数ωが人力Ｆ_Mの大きさや加えた時間に応じて早くなり、しかも、惰行距離も長くなるので、乗り手の負担が大幅に軽減される。
【００４６】
次に、時間ｔ₅においてハンドリム１６に逆方向の人力Ｆ_Mが加えられると、惰行していた車椅子１の目標回転数ωは急速に減少して停止する。これは、前進方向に残存する補助動力と、後進方向に加えられた補助動力の和が後進方向の補助動力Ｆ_Aとなり、これがブレーキとして作用するからである。次に、時間ｔ₇においてハンドリム１６に後進方向の人力Ｆ_Mが加えられると車椅子１は後進し、時間ｔ₈において前進方向への人力Ｆ_Mが加えられると、これがブレーキになって車椅子１は停止する。
【００４７】
以上のような動作は、図１２に示すような積分器により達成することができる。図１２は目標回転数演算手段５１を示す図であり、図中、Ｃ₁₃はコンデンサ、Ｄ₁₁，Ｄ₁₂はダイオード、Ｒ₁₂，Ｒ₁₃，Ｒ₁₅，Ｒ₂₂は抵抗、ＯＰは反転加算器である。ポテンシオメータ３０はその両端が安定化された正負の電源Ｖ＋，Ｖ−に接続されており、人力Ｆ_Mの入力が０のときに出力電圧が０となるように調整されている。
【００４８】
今、前進方向の人力Ｆ_Mの入力によってポテンシオメータ３０が正の電圧を発生すると、コンデンサＣ₁₃に電荷がチャージされる。人力Ｆ_Mが加えられている間はコンデンサＣ₁₃のチャージが続き、反転加算器ＯＰの出力端子は、コンデンサＣ₁₃にチャージされた電荷の総量に対応する電圧となる。これにより、目標回転数信号ω^*として出力される電圧は、ポテンシオメータ３０の出力電圧の時間積分にほぼ比例した値となる。ポテンシオメータ３０の出力電圧に対する反転加算器ＯＰの出力電圧の比すなわち積分のゲインは、人力Ｆ_Mに対する車速の変化割合すなわち加速度であり、この加速度は、抵抗Ｒ₁₂，コンデンサＣ₁₃によって決定される。
【００４９】
一方、コンデンサＣ₁₃はその電荷をＲ₁₃を介して放電しているため、反転加算器ＯＰの出力端子電圧は時間とともに減少する。これにより、前進方向の人力Ｆ_Mが加えられた場合には、その人力Ｆ_Mが入力されている間は抵抗Ｒ₁₂，コンデンサＣ₁₃によって決まる加速度を与えるように補助動力Ｆ_Aが加えられ、その後、人力Ｆ_Mが除去されると、コンデンサＣ₁₃の放電に従って車速が緩やかに減ずるように補助動力Ｆ_Aが作用する。なお、車速の減少の変化率はコンデンサＣ₁₃および抵抗Ｒ₁₃の大きさにより調整可能である。
【００５０】
次に、前進方向の補助動力が残存しているときに、ハンドリム１６に後進方向の人力Ｆ_Aが加えられたとする。この場合、ポテンシオメータ３０が負の電圧を発生し、コンデンサＣ₁₃にチャージされた電荷は抵抗Ｒ₂₂を介して急速に放電される。そして、コンデンサＣ₁₃の電荷が０になったときに目標回転数信号ω^*の値は０となり、ポテンシオメータ３０が負の電圧を発生し続けると、コンデンサＣ₁₃は上記とは逆極性にチャージされる。この場合も反転加算器ＯＰの出力端子電圧は、ポテンシオメータ３０の出力電圧の時間積分にほぼ比例した値となる。なお、後進方向の人力Ｆ_Mに対する加速度は、抵抗Ｒ₁₃，コンデンサＣ₂₂によって決定される。
【００５１】
上記構成の車椅子にあっては、人力Ｆ_Mが除去された後においても補助動力Ｆ_Aが残存して車椅子１の速度を維持するから、１回の人力Ｆ_Mの入力に対する車椅子１の航続距離が長くなり、乗り手がハンドリム１６に加える人力Ｆ_Mのピッチを長くすることができる。よって、乗り手の負担を軽減することができる。
【００５２】
特に、上記実施例では、人力Ｆ_Mが除去された後に速度を漸減するから、手動の車椅子と同等の惰行感覚を得ることができ、乗り手に違和感を与えることがない。また、ハンドリム１６に加える人力Ｆ_Mが大きく加えられる時間が長い程車椅子１の速度が速くなるように変化するから、ハンドリム１６に加える人力Ｆ_Mを変化させて車椅子１の速度を調整することができ、さらに、車椅子１の速度が加えられた人力Ｆ_Mの積分値に略比例するように変化するから、質量系に力が作用したときと同等の速度変化を得るので、車椅子１に自然な加減速を与えることができる。
【００５３】
加えて、ハンドリムに加える人力Ｆ_Mの方向を変えたときに車輪４の速度が連続的に変化するから、車椅子１の走行方向の変更を滑らかに行うことができる。しかも、駆動モータ４１の回転速度をフィードバック制御しているので、例えば上り坂に入っても車椅子１の速度が維持され、安定して走行することができる。さらに、上記制御装置は１つの補助動力装置４０に対応するもので、車椅子の場合には、左右に２系統の補助動力装置を有し、それぞれの速度が別個に変更可能であるから、前進および後進のみならず、定位置旋回を含む任意の曲率半径の旋回動作を行うことができる。
【００５４】
Ｂ．第２実施例
（１）実施例の構成
次に、図１６ないし図１９を参照して本発明の第２実施例について説明する。この実施例は、駆動モータ４１に印加する電圧によりその回転数を制御する点と、駆動モータ４１の回転をフィードバック制御しない点において前記第１実施例と異なっている。よって、以下の説明においては、異なる構成要素についてのみ説明する。
【００５５】
図１６に示すように、モータ制御手段５７は、目標回転数演算手段５１から入力される目標回転数信号ω^*に対応して、駆動モータ４１に供給すべき電流の電圧を制御する。バイポーラ電力増幅手段５３は、モータ制御手段５７から入力されるデューティ指令信号に基づき、デューティ比により指示された電圧を駆動モータ４１に印加する。電流検出手段５４は、駆動モータ４１に無制限に電流が流れないように電流をクランプする目的で設けられたもので、バイポーラ電力増幅手段５３の保護回路に接続されている。
【００５６】
図１７は目標回転数演算手段５１の回路を示す図である。ポテンシオメータ３０からプラスの電圧が出力されると、コンデンサＣ１１に電荷がチャージされるとともに、出力された電圧に比例した逆極性の電圧が反転加算器ＯＰの出力端子に出力される。その後、コンデンサＣ₁₁から電荷が放電されるため、反転加算器ＯＰの出力電圧の絶対値は漸減する。また、ポテンシオメータ３０の出力電圧がマイナスになると、コンデンサＣ₂₁に電荷がチャージされるとともに、出力電圧に比例した逆極性の電圧が反転加算器ＯＰの出力端子に出力される。
【００５７】
（２）実施例の動作
図１８は本実施例における駆動モータ４１の回転数ωとトルクとの関係を示し、デューティ指令信号で指示された電圧のデューティ比が１００％の場合と、デューティ比が５０％の場合とを実線と点線とで示した。この図に示すように、駆動モータ４１には負のトルク特性を与えている。このトルク特性は、永久磁石式ＤＣモータにおいて得ることができ、特性直線の傾きができるだけ急なものが用いられている。ここで、デューティ比が１００％から減少すると、回転数ωとトルクとの関係を示す直線は図中左側へ平行移動する。
【００５８】
さて、電圧のデューティ比が５０％で車椅子１が上り坂に入ったとすると、駆動モータ４１のトルクが増加する。しかしながら、本実施例では、図１８に示すような回転数／トルク特性を持った駆動モータ４１を使用しているので、駆動モータ４１のトルクが増加しても回転数ωの減少が少ない。よって、負荷が増加しても大きな速度変動がなく、車椅子１を安定して走行させることができる。なお、駆動モータ４１の回転数／トルク特性の直線の傾きが不充分な場合には、図１１における回転数検出手段５５を設けてフィードバック制御するように構成することもできる。
【００５９】
なお、この実施例においては、人力Ｆ_Mを加えたときの車椅子１の速度変化の割合および人力Ｆ_Mが除去された後の車椅子１の速度減少の割合のうち少なくともいずれか一方を可変とすることができる。たとえば、図１９に示すように、モータ制御手段５７に入力される目標回転数信号ω^*に対するデューティ指令信号の大きさを、低速仕様と高速仕様の２種類またはそれ以上設けて乗り手が自由に設定できるように構成することができる。あるいは目標回転数信号ω^*に対するデューティ指令信号の大きさを連続的に可変とすることもできる。このように構成することにより、乗り手の体力や慣れに応じて補助動力Ｆ_Aの大きさを調整することができ、乗り手のニーズに柔軟に対応することができる。
【００６０】
Ｃ．第３実施例
（１）実施例の構成
次に、図２０ないし図２４を参照して本発明の第３実施例について説明する。図２０は第３実施例の制御回路を示すブロック図ある。ポテンシオメータ３０の出力電圧はインターフェース６０を介してＣＰＵ６１に入力される。ＣＰＵ６１は、ポテンシオメータ３０の出力電圧から駆動モータ４１に供給すべき電流のデューティ比を演算し、デューティ指令信号をモータドライバ６２に出力する。モータドライバ６２は、指示されたデューティ比で内蔵したＦＥＴを駆動し、ポテンシオメータ３０の出力電圧にほぼ比例した値の電流を駆動モータ４１に供給する。また、駆動モータ４１の回転速度は、例えばロータリーエンコーダのような回転数検出手段５５が検出してその速度検出信号ωＦＢをＣＰＵ６１に出力する。ＣＰＵ６１は、入力された速度検出信号ωＦＢに基づいてデューティ指令信号をフィードバック制御する。
【００６１】
（２）実施例の動作
図２１ないし図２３を参照して第３実施例の動作を説明する。図２１は車椅子１の全体的な動作のメインルーチンを示す。まず、各種メモリおよびタイマのリセットを行い（ステップＳ１）、ＣＰＵ６１による割込処理を待つ（ステップＳ２）。ＣＰＵ６１による割込処理は図２２に示すサブルーチンに従って行われる。まず、ポテンシオメータ３０の出力電圧Ｖ_inと回転数検出手段５５の速度検出信号ωＦＢをＣＰＵ６１が読み取り（ステップＳ１０）、駆動モータ４１の目標回転数を設定する（ステップＳ１１）。次いで、設定された目標回転数に応じて駆動モータ４１の回転数を制御し（ステップＳ１２）、制御に異常が生じている場合にはそれに応じたエラー処理を行ってメインルーチンに戻る（ステップＳ１３）。
【００６２】
図２３はステップＳ１１における目標回転数設定処理を示すサブルーチンである。まず、ポテンシオメータ３０の出力電圧により表される人力Ｆ_Mを表す入力信号Ｖ_nが予め設定した範囲（Ｖ_low〜Ｖ_high）か否かを判定し（ステップＳ２０）、その範囲外のときにはステップＳ１３へ進んでエラー処理を行う。一方、入力信号Ｖ_nが上記範囲内の場合には、人力Ｆ_Mの印加方向を決定する（ステップＳ２１）。すなわち、ステップＳ２１では、「Ｖ_n−Ｖ_null」なる演算を行い（図２４参照）、例えば、演算結果が０よりも大のときは前進方向、０よりも小のときは後進方向と判定する。
【００６３】
次に、入力信号Ｖ_nの絶対値が閾値ｈ以上の場合には、ステップＳ２３へ進んで下記式に示す演算を行う。そして、この演算を本処理ルーチンが繰り返される毎に行うことにより、入力信号Ｖ_nを積分した速度信号Ｙ_nが得られる。
【数１】
Ｙ_n＝ａ×Ｖ_n＋ｂ×Ｙ_n−１
【００６４】
次に、加えられた人力Ｆ_Mが弱くなって入力信号Ｖ_nの絶対値が閾値ｈを下回る場合には、ステップＳ２４へ進んで「Ｙ_n＝ｃ×Ｙ_n-1」なる演算を行う。そして、この演算を本処理ルーチンが繰り返される毎に行うことにより、速度信号Ｙ_nが長い時定数（ｃ）で減衰する。次に、車椅子１の速度に制限を設けるために、速度信号Ｙ_nの絶対値がＹ_maxを上回る場合には、速度信号Ｙ_nをＹ_maxに設定する（ステップＳ２５，Ｓ２６）。次に、ステップＳ２７へ進んで目標回転数ω^*を演算する。この演算における係数ｋによりアシスト比が決定される。そして、演算された目標回転数ω^*とステップＳ２１での前進または後進の判定により、駆動モータ４１の回転方向と速度が決定され、ＣＰＵ６１はステップＳ１２（図２２参照）へ戻って駆動モータ４１の回転を制御する。
【００６５】
本実施例においても前記第１実施例と同等の効果を得ることができるのは勿論のこと、ＣＰＵ６１によって速度制御を行うので、アシスト比や速度減衰の時定数の設定変更をプログラムやレジスタの修正のみで行うことができるという利点がある。
【００６６】
Ｄ．変更例
本発明は前記各実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。たとえば、図１５（Ｂ）に示すように、補助動力Ｆ_Aが極大値に達したら極大値を所定時間保持するように制御することができる。また、同図（Ｃ）に示すように、補助動力Ｆ^Aの漸減を開始してから所定時間経過するまでは漸減比率を大きくし、所定時間経過後は漸減比率を小さくすることもできる。このように制御することにより、車椅子１の速度の減少が緩やかになり、安定して走行することができる。さらに、介助者がグリップ７に加える力を検出するためのポテンショメータをグリップ７に設け、このポテンシオメータの出力電圧により補助動力Ｆ_Aを制御することもできる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、推進手段に対して人力が除去された後においても補助動力が残存して当該補助動力式ビークルの速度を維持するから、１回の人力の入力に対する当該補助動力式ビークルの航続距離が長くなり、乗り手が推進手段に加える人力のピッチを長くすることができる（請求項１）。また、人力が除去された後に速度の絶対値を漸減するから、手動のビークルと同等の惰行感覚を得ることができ、乗り手に違和感を与えることがない（請求項２）。
【００６８】
推進手段に加える人力が大きく加えられる時間が長い程速くなるように変化するから、推進手段に加える人力を変化させて補助動力式ビークルの速度を調整することができ（請求項３）、補助動力が補助動力式ビークルの速度が加えられた人力の積分値に略比例するように加えられるから、補助動力式ビークルに自然な加減速を与えることができる（請求項４）。
【００６９】
推進手段に加える人力の方向を変えたときに推進手段の速度が連続的に変化するから、補助動力式ビークルの走行方向の変更を滑らかに行うことができ（請求項５）、外的要因により負荷が増加しても負荷の増加に応じて補助動力が加えられるので、安定して走行することができる（請求項６）。
【００７０】
乗り手の体力や慣れに応じて補助動力の大きさ等を調整することができ、乗り手のニーズに柔軟に対応することができ（請求項７）、補助動力式ビークルの左右に設けた推進手段の速度が別個に変更可能であるから、前進および後進のみならず、定位置旋回を含む任意の曲率半径の旋回動作を行うことができる（請求項８）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の補助動力式車椅子の側面図である。
【図２】補助動力式車椅子の正面図である。
【図３】補助動力式車椅子を折り畳んだ状態を示す背面図である。
【図４】補助動力式車椅子の人力検出部と補助動力発生部を示す側断面図である。
【図５】補助動力式車椅子の人力検出部と補助動力発生部を拡大して示す側断面図である。
【図６】補助動力式車椅子の車輪の外側面図である。
【図７】補助動力式車椅子の車輪のリム部の外側面図である。
【図８】人力検出部のスプリングの状態を説明するための断面図である。
【図９】人力が加えられたときの検出部のスプリングの状態を説明するための断面図である。
【図１０】人力が加えられたときの検出部のスプリングの状態を説明するための断面図である。
【図１１】第１実施例の制御回路を示すブロック図である。
【図１２】第１実施例における目標回転数演算手段の回路を示す図である。
【図１３】ハンドリムに加えられる人力に対するポテンシオメータの出力特性を示す線図である。
【図１４】加えられる人力等と速度との関係を示す線図である。
【図１５】人力ＦＭおよび車速Ｖの変化を示す線図である。
【図１６】第２実施例の制御回路を示すブロック図である。
【図１７】目標回転数演算手段の制御回路を示す図である。
【図１８】駆動モータの回転数とトルクとの関係を示す線図である。
【図１９】目標速度とデューティ指令値との関係を示す線図である。
【図２０】第３実施例の制御回路を示すブロック図である。
【図２１】第３実施例の動作を示すフローチャートである。
【図２２】第３実施例の動作のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図２３】第３実施例の動作のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図２４】ポテンシオメータの入力信号の特性を示す線図である。
【符号の説明】
１車椅子（補助動力式ビークル）
４車輪（推進手段）
１６ハンドリム
３０ポテンシオメータ
４０補助動力装置
４１駆動モータ
５０コントローラ
６０バッテリ

Claims

推進手段に間欠的に加えられる人力を検知する検知手段と、
検知された人力が増加する場合には、当該検知された人力に対応した目標回転数を出力し、検知された人力が減少に転じた場合には、当該目標回転数を漸減させる目標値出力手段と、
前記目標回転数に応じた速度の補助動力が与えられるように、上記推進手段への補助駆動を制御する制御手段と
を具備し、
上記人力と上記補助動力とにより上記推進手段を駆動する
ことを特徴とする補助動力式ビークル。
前記人力が除去された後に前記速度の絶対値を漸減することを特徴とする請求項１に記載の補助動力式ビークル。
前記推進手段の速度は加えられる人力に対応して変化し、かつ、上記人力が大きくまたは加えられる時間が長い程速くなるように変化する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の補助動力式ビークル。
前記補助動力は、当該補助動力式ビークルの速度が加えられた人力の積分値に略比例するように加えられる
ことを特徴とする請求項３に記載の補助動力式ビークル。
前記補助動力は、前記推進手段に加える人力の方向を変えたときに、速度が連続的に変化するように加えられる
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の補助動力式ビークル。
前記補助動力は、当該補助動力式ビークルに与えられる外部からの影響を相殺するように加えられる
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の補助動力式ビークル。
前記人力を加えたときの当該補助動力式ビークルの速度変化の割合および上記人力が除去された後の補助動力式ビークルの速度減少の割合のうち少なくともいずれか一方を可変とした
ことを特徴とする請求項２ないし６のいずれかに記載の補助動力式ビークル。
前記推進手段を当該補助動力式ビークルの進行方向に向かって左右に設け、上記各推進手段の速度を別個に変更して上記推進手段の旋回を可能に構成した
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の補助動力式ビークル。