JP3662658B2 - 電動車椅子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は手動による操作力に補助力を付加する電動機を有する電動車椅子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動車椅子において、乗員の手で車椅子を操作するためのハンドリングが付設された主輪を持ち、ハンドリングに加わった操作力の方向と大きさを検出し、所定値を超えた操作力に応じて主輪に補助力を付加する電動機と、この電動機を駆動制御する駆動制御手段をそれぞれ左右一対に備えた電動車椅子は特開平６−３０４２０５号公報に開示されているように知られている。
【０００３】
図１６に従来の電動車椅子の制御系の全体ブロック構成図を示す。
図１６において、電動車椅子２００は、右主輪回転速度センサ２０３、左主輪回転速度センサ２０６、右手動トルクセンサ２１１Ｒ、左手動トルクセンサ２１１Ｌ、回転方向判別手段（２０７，２１２）、車速演算手段（２０８，２１１）、Ａ／Ｄ変換器（２０９，２１０）、右制御信号処理手段２２０と左制御信号処理手段２２１とからなる制御手段２０２、右駆動制御手段２１３、左駆動制御手段２１４、右電動機駆動手段２１５、左電動機駆動手段２１６、右電動機２１７、左電動機２１８とから構成されている。
【０００４】
電動車椅子２００はマイクロコンピュータ（以下マイコンと略記）等を備え、ここで行う各種の演算および制御はマイコンを中心にして行われている。
【０００５】
右主輪回転速度センサ２０３は右主輪の回転速度を検出して右主輪回転速度信号ＵRを回転方向判別手段２０７と車速演算手段２０８とに出力する。
【０００６】
回転方向判別手段２０７は右主輪回転速度信号ＵRから右主輪の回転方向をマイコン等で判別して右主輪回転方向判別信号ＤRを右制御信号処理手段２２０に出力する。
車速演算手段２０８は右主輪回転速度センサ２０３の右主輪回転速度信号ＵRから車速をマイコン等で演算して右車速信号ＶRを右制御信号処理手段２２０に出力する。
【０００７】
右手動トルクセンサ２１１Ｒは右主輪に布設したハンドリングに操作した操作力の大きさと方向を検出して右手動トルクアナログ信号ＴPRをＡ／Ｄ変換器２０９に出力する。
Ａ／Ｄ変換器２０９は右手動トルクアナログ信号ＴPRをデジタル信号に変換して右手動トルク信号ＴRを右制御信号処理手段２２０に出力する。
【０００８】
左主輪回転速度センサ２０６、左手動トルクセンサ２１１Ｌ、回転方向判別手段２１２、車速演算手段２１１、Ａ／Ｄ変換器２１０は上述した右主輪回転速度センサ２０３、右手動トルクセンサ２１１Ｒ、回転方向判別手段２０７、車速演算手段２０８、Ａ／Ｄ変換器２０９と構成および作用が同一である。
【０００９】
右制御信号処理手段２２０は、右主輪回転方向判別信号ＤR、右車速信号ＶR、右手動トルク信号ＴRとに応じた補助力を右の主輪に付加するための制御信号ＳRを右駆動制御手段２１３に出力し、また左制御信号処理手段２２１は、左主輪回転方向判別信号ＤL、左車速信号ＶL、左手動トルク信号ＴLとに応じた補助力を左の主輪に付加するための制御信号ＳLを左駆動制御手段２１４に出力する。
【００１０】
右駆動制御手段２１３は制御信号ＳRに基づいてパルス幅変調（ＰＷＭ）の右駆動制御信号ＰWRを右電動機駆動手段２１５に出力し、また左駆動制御手段２１４は制御信号ＳLに基づいてパルス幅変調（ＰＷＭ）の左駆動制御信号ＰWLを左電動機駆動手段２１６に出力する。
【００１１】
右電動機駆動手段２１５は右駆動制御信号ＰWRに基づいて例えば４つの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で構成するバイポーラ駆動回路で右電動機２１７を駆動し、また左電動機駆動手段２１６は左駆動制御信号ＰWLに基づいて例えば４つの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で構成するバイポーラ駆動回路で左電動機２１８を駆動する。
【００１２】
図１７に車速信号Ｖ（ＶLW，ＶMD，ＶHI）をパラメータとした手動トルク信号（Ｔ）―制御信号（Ｓ）特性図を示す。
図１７において、車速信号ＶのＶLW，ＶMDおよびＶHIはそれぞれ低車速領域、中車速領域および高車速領域を示し、手動トルク信号Ｔが同じであっても、車速信号Ｖが増加（ＶLW→ＶMD→ＶHI）するに伴い、制御信号Ｓは減少するよう予め設定されている。
また、小さな操作力に電動機が追従して電動車椅子の車両の直進性を損なうことのないよう所定値以下の手動トルク信号Ｔに対する制御信号Ｓを零とする不感帯を設けてある。
【００１３】
電動車椅子の制御信号処理手段は、低車速領域（ＶLW）では手動トルク信号Ｔに対して大きな補助力が得られるよう大きな制御信号Ｓを出力し、一方、高車速領域（ＶHI）では手動トルク信号Ｔに対して補助力を抑えるように小さな制御信号Ｓを出力して良好な車両の操作性が得られるよう構成されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電動車椅子は、乗員の手によってハンドリングに加える操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を決定するので、傾斜した走行路の場合、補助力による加速度で車椅子に生じる荷重が車椅子の前後、または左右の車輪に過度に偏って掛かる虞があり、走行フィーリングを損なうという課題がある。
【００１５】
この発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は、車椅子の車輪に掛かる荷重を検出してこの検出した荷重とハンドリングに加える操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって傾斜した走行路でも主輪に適切な補助力を付加して走行フィーリングの良好な電動車椅子を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１に係る電動車椅子は、車体を人力で操作するためのハンドリングを付設した主輪と、この主輪の回転速度を検出する主輪回転速度センサと、ハンドリングに加える操作力を検出する手動トルクセンサと、主輪に補助力を付加する電動機と、電動機を駆動制御する駆動制御手段と、この駆動制御手段からの信号によって電動機を駆動する電動機駆動手段と、車体に回転自在に取付けた前部補助輪と、をそれぞれ左右一対に備える電動車椅子において、前部補助輪に掛かる荷重が小さく、主輪に掛かる荷重が大きい場合には、
浮き上がりを防止するように駆動制御手段により電動機を制御することを特徴とする。また、請求項２に係る電動車椅子は、電動車椅子が、前部補助輪に設けた荷重センサを備え、当該荷重センサは前部補助輪の浮きに応じた浮き検出パルス信号を出力するとともに、当該浮き検出パルス信号のパルス幅に応じて駆動制御手段は電動機を制御することを特徴とする。さらに、請求項３に係る電動車椅子は、駆動制御手段が、主輪回転速度センサおよび手動トルクセンサからの信号を処理する制御信号処理手段と、当該制御信号処理手段は両センサからの信号の値に基づいて電動機による補助力の大きさと方向を決める目標信号を設定する目標信号設定手段と、浮き検出パルス信号のパルス幅に応じて目標信号に係数を乗算することを特徴とする。
【００１７】
電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段に前部補助輪荷重センサを備えると共に、制御信号処理手段に、目標信号設定手段とパルス幅計測手段と係数設定手段と乗算手段とを備えたので、車椅子の前部補助輪の浮きを検出する浮き検出パルス信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって主輪に適切な補助力を付加することができる。
【００１８】
請求項４に係る電動車椅子は、姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪に掛かる荷重を検出するための荷重センサを前部補助輪に取り付けてこの前部補助輪に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号を出力する前部補助輪荷重センサと、この前部補助輪荷重センサから得られる荷重センサ信号をデジタルに変換してデジタルの荷重センサ信号を出力するＡ／Ｄ変換器と、を備えると共に、制御信号処理手段に、回転速度センサおよび手動トルクセンサからの信号の値に基づいて電動機による補助力の大きさと方向を決める目標信号を設定する目標信号設定手段と、姿勢制御用荷重センサ手段から得られるデジタルの荷重センサ信号に含まれる高域周波数成分を減衰させて低域周波数成分を出力するローパスフィルタと、このローパスフィルタからの荷重信号に基づいて係数を設定してこの係数を出力する係数設定手段と、目標信号設定手段から出力する目標信号に係数設定手段から出力する係数を乗算して制御信号を出力する乗算手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサとＡ／Ｄ変換器とを備えると共に、制御信号処理手段に、目標信号設定手段とローパスフィルタと係数設定手段と乗算手段とを備えたので、車椅子の前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を連続的に制御することによって主輪により適切な補助力を付加することができる。
【００２０】
請求項５に係る電動車椅子は、姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪に掛かる荷重を検出するための荷重センサを前部補助輪に取り付けてこの前部補助輪に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号を出力する前部補助輪荷重センサと、この前部補助輪荷重センサから得られる荷重センサ信号をデジタルに変換してデジタルの荷重センサ信号を出力するＡ／Ｄ変換器と、主輪に掛かる荷重を検出するための荷重センサを主輪に取り付けてこの主輪に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号を出力する主輪荷重センサと、この主輪荷重センサから得られる荷重センサ信号をデジタルに変換してデジタルの荷重センサ信号を出力するＡ／Ｄ変換器と、を備えると共に、制御信号処理手段に、回転速度センサおよび手動トルクセンサからの信号の値に基づいて電動機による補助力の大きさと方向を決める目標信号を設定する目標信号設定手段と、姿勢制御用荷重センサ手段から得られるデジタルの前部補助輪に掛かる荷重の荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重の荷重センサ信号との比率を演算して荷重比率信号を出力する除算手段と、この除算手段から得られる荷重比率信に含まれる高域周波数成分を減衰させて低域周波数成分を出力するローパスフィルタと、このローパスフィルタからの荷重比率信号に基づいて係数を設定してこの係数を出力する係数設定手段と、目標信号設定手段から出力する目標信号に係数設定手段から出力する係数を乗算して制御信号を出力する乗算手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサと主輪荷重センサとＡ／Ｄ変換器とを備えると共に、制御信号処理手段に、目標信号設定手段と除算手段とローパスフィルタと係数設定手段と乗算手段とを備えたので、車椅子の前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって車椅子の前後方向への電動機の補助力による過度な加速度の発生を防止して主輪に適切な補助力を付加することができる。
【００２２】
請求項６に係る電動車椅子は、姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪に掛かる荷重を検出するための荷重センサを前部補助輪に取り付けてこの前部補助輪に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号を出力する前部補助輪荷重センサと、この前部補助輪荷重センサから得られる荷重センサ信号をデジタルに変換してデジタルの荷重センサ信号を出力するＡ／Ｄ変換器と、主輪に掛かる荷重を検出するための荷重センサを主輪に取り付けてこの主輪に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号を出力する主輪荷重センサと、この主輪荷重センサから得られる荷重センサ信号をデジタルに変換してデジタルの荷重センサ信号を出力するＡ／Ｄ変換器と、を備えると共に、制御手段に、右車輪に掛かる全荷重と左車輪に掛かる全荷重との差分を演算して差分荷重信号を出力する差分演算手段と、この差分演算手段から得られる差分荷重信号に含まれる高域周波数成分を減衰させて低域周波数成分を出力するローパスフィルタと、からなる差分荷重演算手段と、回転速度センサおよび手動トルクセンサからの信号の値に基づいて電動機による補助力の大きさと方向を決める目標信号を設定する目標信号設定手段と、姿勢制御用荷重センサ手段から得られるデジタルの前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号とを加算した荷重信号を出力する加算手段と、差分荷重演算手段から得られる差分荷重信号に基づいて係数を設定してこの係数を出力する係数設定手段と、目標信号設定手段から出力する目標信号に係数設定手段から出力する係数を乗算して制御信号を出力する乗算手段と、からなる制御信号処理手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２３】
電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサと主輪荷重センサとＡ／Ｄ変換器とを備えると共に、制制手段に、差分演算手段とローパスフィルタとからなる差分荷重演算手段と、目標信号設定手段と加算手段と係数設定手段と乗算手段とからなる制御信号処理手段と、を備えたので、車椅子の前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって車椅子の左右方向への電動機の補助力による過度な荷重の発生を防止して左右の主輪に適切な補助力を付加することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
なお、図１から図４は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る電動車椅子の正面図であり、電動車椅子１（以下「車椅子１」と略記する）は、ステップ２を含む車体フレーム３に、左右の前部補助輪４，４及び左右の主輪５，５を回転自在に取付け、主輪５，５にハンドリング６，６を付設したもので、外観は普通の手動式車椅子と同形であるが、電動のためのモータを主輪５，５に内蔵（詳細は後述）し、バッテリ８、制御部９及びトルクセンサ１１，１１を備えた点が相違する。
【００２５】
図２は本発明に係る車椅子の側面図であり、乗員Ｍは車体フレーム３に取付けたシート（図示せず）に座り、ステップ２に足を載せた状態で、手でハンドリング６を操作することができる。
主輪５はハブ５ａとスポーク５ｂとタイヤリム５ｃとタイヤ５ｄとからなる。
【００２６】
前部補助輪４はいわゆる自在輪であり、車体フレーム３のサブフレーム３ａに取付けたブロック４ａと、このブロック４ａに縦軸廻りに揺動可能に取付けた揺動アーム４ｂと、この揺動アーム４ｂに軸支した補助輪４ｃとからなり、車椅子の前進方向に応じて揺動し、方向変換を円滑にする。
ブロック４ａをサブフレーム３ａに沿って位置を変更することもできる。
図示せぬシートの可能にバッテリ８及び制御部９が取付けれていることをも示す。
【００２７】
図３は本発明に係るトルク検出機構の原理図であり、トルク検出機構２０は、タイヤリム５ｃに８本のスプリング２１で吊ったハンドリング６と、このハンドリング６に一端が係止され、他端が車輪中央に伸びたワイヤ２２，２２と、このワイヤを中継するタイヤリム５ｃ側の中継プーリ２３，２３と、前記トルクセンサ１１（図１参照）にワイヤ２２，２２の引き力を伝達する伝動部材（後述）と、トルクセンサ１１とからなる。
【００２８】
先に図３の作用を説明すると、スプリング２１でニュートラル状態にあるハンドリング６を時計廻りに強制回動（矢印▲１▼）すると、ワイヤ２２，２２が引かれる（矢印▲２▼▲２▼）。
ワイヤ２２，２２が引かれる度合はハンドリング６を廻す力（トルク）が強いほど大きくなる。
【００２９】
図４は本発明に係る主輪のハブの拡大断面図であり、ワイヤ２２の他端とトルクセンサ１１とを繋ぐ伝動部材を説明すると、この伝動部材は、ベアリング３１のアウタレース３２に形成した鍔３３，３３と、ベアリング３１のインナレース３４にナット３５にて一端を係止したロッド３６とからなり、ロッド３６は回転せず、前記鍔３３，３３がワイヤ２２，２２とともに回転する。
ワイヤ２２を引くことにより、ロッド３６が引かれ、トリクセンサ１１がその度合を検出する。
なお、トルクセンサ１１は車体フレーム側のボス４１にナット４２、ブラケット４３及びビス４４にて固定する。
【００３０】
次にハブに内蔵したモータ及び２段遊星減速機構の説明をする。
モータ５０は、ホイルインモータと称するものであり、前記ボス４１及びこのボス４１に一体的に取付けたチューブ４５に固定したモータハウジング５１と、このモータハウジング５１に取付けたコイル５２と、このコイル５２を取り囲むマグネット５３と、これらのマグネット５３を支えるロータ５４とからなる。
詳しくは、ロータ５４はマグネット５３を直接支えるカップ５４ａとこのカップ５４ａを支えるシリンダ５４ｂとからなる。
【００３１】
前記シリンダ５４ｂの一端に刻設した第１サンギヤ６１と、前記ハウジング５１の一端部に刻設した第１インナギヤ６２と、これら第１サンギヤ６１と第１インナギヤ６２とに噛合する第１プラネタリギヤ６３と、この第１プラネタリギヤ６３から延びる第１キャリア６４とで第１遊星減速機構６０を構成し、第１キャリア６４の一端に刻設した第２サンギヤ７１と、前記ハウジング５１の一端部に刻設した第２インナギヤ７２と、これら第２サンギヤ７１と第２インナギヤ７２とに噛合する第２プラネタリギヤ７３と、この第２プラネタリギヤ７３から延びる第２キャリア（ハブ５ａと兼用）とで第２遊星減速機構７０を構成する。
第１・第２遊星減速機構６０，７０で数百〜数千分の一に減速することにより、モータの高回転を走行に適した低回転に変換する。
【００３２】
図５は本発明に係る前部補助輪荷重センサの模式説明図である。
図５において、前部補助輪荷重センサ８０は、揺動アーム４ｂ、補助輪４ｃ、リミットスイッチ（リミットＳＷ）８１、接触子８２、スプリング８３、ソケット８４等から成り、揺動アーム４ｂと補助輪４ｃとに掛かる荷重に応じてスプリング８３が伸縮して接触子８２を上下動させ、上下動する接触子８２でリミットＳＷ８１のオン／オフを行う。
【００３３】
揺動アーム４ｂと補助輪４ｃとに掛かる荷重に応じた連続した値を検出する場合はリミットＳＷ８１の代りに接触子８２に連動する可変抵抗器、或は接触子８２に永久磁石等を備え、リミットＳＷ８１の代りに磁気センサを用いる。
【００３４】
図６は本発明に係る電動車椅子の制御系の全体ブロック構成図である。
図６において、電動車椅子１は、右主輪回転速度センサ１０３、左主輪回転速度センサ１０６、右手動トルクセンサ１１Ｒ、左手動トルクセンサ１１Ｌ、回転方向判別手段（１０７，１１２）、車速演算手段（１０８，１１１）、Ａ／Ｄ変換器（１０９，１１０）、右姿勢制御用荷重センサ手段１８０、左姿勢制御用荷重センサ手段１８１、右制御信号処理手段１２０と左制御信号処理手段１２１とからなる制御手段１０２、右駆動制御手段１１３、左駆動制御手段１１４、右電動機駆動手段１１５、左電動機駆動手段１１６、右電動機１１７、左電動機１１８とから構成されている。
【００３５】
図６の右主輪回転速度センサ１０３、左主輪回転速度センサ１０６、右手動トルクセンサ１１Ｒ、左手動トルクセンサ１１Ｌ、回転方向判別手段（１０７，１１２）、車速演算手段（１０８，１１１）、Ａ／Ｄ変換器（１０９，１１０）、右駆動制御手段１１３、左駆動制御手段１１４、右電動機駆動手段１１５、左電動機駆動手段１１６、右電動機１１７、左電動機１１８は、従来の電動車椅子の制御系の全体ブロック構成図例として示した図１６の右主輪回転速度センサ２０３、左主輪回転速度センサ２０６、右手動トルクセンサ２１１Ｒ、左手動トルクセンサ２１１Ｌ、回転方向判別手段（２０７，２１２）、車速演算手段（２０８，２１１）、Ａ／Ｄ変換器（２０９，２１０）、右駆動制御手段２１３、左駆動制御手段２１４、右電動機駆動手段２１５、左電動機駆動手段２１６、右電動機２１７、左電動機２１８と構成および作用が同一あり、既に説明してあるので、ここでの説明を省略する。
【００３６】
また、本発明に係る実施の形態例として図７，図１０，図１２，図１４に示す左右の姿勢制御用荷重センサ手段と左右の制御信号処理手段において、左と右の構成および作用は同一なので、以下右姿勢制御用荷重センサ手段と右制御信号処理手段の構成および作用の説明のみを行い、左姿勢制御用荷重センサ手段と左制御信号処理手段の説明は省略する。
【００３７】
電動車椅子１はマイクロコンピュータ（以下マイコンと略記）等を備え、本発明に係る制御手段で行う各種の演算および制御はこのマイコンを中心にして行う。
【００３８】
図７は本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段と制御信号処理手段の要部ブロック構成図である。
図８は本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段の浮き検出パルス信号とクロック信号との関係を示した説明図である。
図９は本発明に係る電動車椅子の係数Ｋ−時間ｔ特性図である。
図９において、図８に示すクロックＣＫ（ｔＮ）の分解能に基づいて係数Ｋの特性を図示した場合、連続的な直線および曲線として表わすことはできないが、説明の都合上図８に示すクロックＣＫ（ｔＮ）の分解能より十分細かいものとして図示した。
【００３９】
図７において、右姿勢制御用荷重センサ手段１８２は前部補助輪荷重センサ１８２Ａを備え、右制御信号処理手段１２２は目標信号設定手段１３０と、パルス幅計測手段１３１と、係数設定手段１３２と、乗算手段１３３とから構成する。
【００４０】
前部補助輪荷重センサ１８２Ａは、図５に示すように前部補助輪４に荷重センサを取り付けて前部補助輪４に掛かる荷重が所定荷重値を超えている場合、リミットＳＷ８１がオン状態となって本実施の形態例では図８に示すようにＬレベルの浮き検出パルス信号ＬWを出力し、前部補助輪４に掛かる荷重が所定荷重値以下になると前部補助輪の浮き上がりと見做してリミットＳＷ８１をオフ状態となってＨレベルの浮き検出パルス信号ＬWを出力する。
【００４１】
目標信号設定手段１３０は、ＲＡＭまたは書換え可能なＲＯＭ等のメモリを備え、メモリには右手動トルク信号ＴRと、右主輪回転方向判断信号ＤRと、右車速信号ＶRとのそれぞれの値に応じた目標信号ＴMRが右手動トルク信号ＴRと、右主輪回転方向判断信号ＤRと、右車速信号ＶRとのそれぞれの値に応じた番地に記憶されていて、手動トルク信号ＴRと、右主輪回転方向判断信号ＤRと、右車速信号ＶRとのそれぞれの値をメモリの読出し番地として目標信号ＴMRをメモリより読み出して乗算手段１３３に出力する。
【００４２】
目標信号設定手段１３０は、従来の技術として図１７に示した、車速信号Ｖ（ＶLW，ＶMD，ＶHI）をパラメータとした手動トルク信号（Ｔ）―制御信号（Ｓ）｛目標信号（ＴMR）｝特性を持ち、車速信号ＶのＶLW，ＶMDおよびＶHIはそれぞれ低車速領域、中車速領域および高車速領域を示し、手動トルク信号Ｔが同じであっても、車速信号Ｖが増加（ＶLW→ＶMD→ＶHI）するに伴い、目標信号ＴMRは減少するよう予め設定されており、また、小さな操作力に電動機が追従して電動車椅子の車両の直進性を損なうことのないよう所定値以下の手動トルク信号Ｔに対する目標信号ＴMRを零とする不感帯を設けてある。
【００４３】
パルス幅計測手段１３１は図８に示す前部補助輪荷重センサ１８２Ａからの浮き検出パルス信号ＬW（ＬR）のＬレベルとＨレベルとのパルス幅を計測してパルス幅信号ＰHRを係数設定手段１３２に出力する。
パルス幅計測手段１３１は、図８に示すようにクロック信号ＣＫでＬレベルおよびＨレベルとのパルス幅を計測する。
【００４４】
係数設定手段１３２は、ＲＡＭまたは書換え可能なＲＯＭ等のメモリと演算手段とを備え、メモリにはパルス幅信号ＰH（ＰHR）の値に応じた特性値ＫF（ＫFR）をパルス幅信号ＰHの値に応じた番地に記憶し、パルス幅信号ＰHをメモリの読出し番地として特性値ＫFをメモリより読み出して演算手段で数１に示す演算を行い図９に示す係数Ｋ（ＫR）を乗算手段１３３に出力する。
【００４５】
【数１】
Ｋ（ｔN）＝Ｋ（ｔN-1）±ＫF（ｔN）
但し、０≦Ｋ（ｔN）≦１
【００４６】
数１において、クロックＣＫ（ｔN）時点の係数ＫをＫ（ｔN）、特性値ＫFをＫF（ｔN）、クロックＣＫ（ｔN-1）をクロックＣＫ（ｔN）より１クロック前の時点とし、クロックＣＫ（ｔN-1）時点の係数ＫをＫ（ｔN-1）とし、パルス幅信号ＰHがＬレベルであれば特性値ＫF（ｔN）は加算、Ｈレベルであれば特性値ＫF（ｔN）は減算とする。
【００４７】
前部補助輪荷重センサ１８２Ａから出力する浮き検出パルス信号ＬRが図８に示す浮き検出パルス幅信号ＬWの場合、係数設定手段１３２から出力する係数Ｋを図９に示す。
【００４８】
パルス幅計測手段１３１は浮き検出パルス信号ＬWの期間ＰAをクロックＣＫ（ｔ0）までＬレベルとして検出し、そのパルス幅を計測してパルス幅信号ＰH（ＰHR）を係数設定手段１３２に出力する。
【００４９】
係数設定手段１３２はパルス幅計測手段１３１から出力されたパルス幅信号ＰHに基づいて係数設定手段１３２にあるメモリから特性値ＫF（ｔ0）＝０を読み出して数１に示す演算を行い係数Ｋ（ｔ0）＝１をクロックＣＫ（ｔ1）まで乗算手段１３３に出力する。
【００５０】
次にパルス幅計測手段１３１は浮き検出パルス信号ＬWの期間ＰBをクロックＣＫ（ｔ1）でＨレベルとして検出し、クロックＣＫ（ｔ2）までのそのパルス幅を計測してパルス幅信号ＰHを係数設定手段１３２に出力する。
係数設定手段１３２はパルス幅信号ＰHに基づいて係数設定手段１３２にあるメモリから特性値ＫF（ｔ1），ＫF（ｔ2）を読み出して数１に示す演算を行い、図９に示すように所定の直線特性ＣH1あるいは曲線特性ＣH2でクロックＣＫ（ｔ1）からクロックＣＫ（ｔ3）まで減少する係数Ｋ（ｔ1），Ｋ（ｔ2）を乗算手段１３３に出力する。
【００５１】
次にパルス幅計測手段１３１は浮き検出パルス信号ＬWの期間ＰCをクロックＣＫ（ｔ3）でＬレベルとして検出し、そのパルス幅を計測してパルス幅信号ＰHを係数設定手段１３２に出力する。
係数設定手段１３２はパルス幅信号ＰHに基づいて係数設定手段１３２にあるメモリから特性値ＫF（ｔ3）を読み出して数１に示す演算を行い、図９に示すように所定の直線特性ＣH1あるいは曲線特性ＣH2でクロックＣＫ（ｔ3）からクロックＣＫ（ｔ4）まで増加する係数Ｋ（ｔ4）を乗算手段１３３に出力する。
【００５２】
次にパルス幅計測手段１３１は浮き検出パルス信号ＬWの期間ＰDをクロックＣＫ（ｔ4）でＨレベルとして検出し、クロックＣＫ（ｔ8）までのそのパルス幅を計測してパルス幅信号ＰHを係数設定手段１３２に出力する。
係数設定手段１３２はパルス幅信号ＰHに基づいて係数設定手段１３２にあるメモリから特性値ＫF（ｔ4），ＫF（ｔ5），ＫF（ｔ6），ＫF（ｔ7）,ＫF（ｔ8）を読み出して数１に示す演算を行い、図９に示すように所定の直線特性ＣH1あるいは曲線特性ＣH2でクロックＣＫ（ｔ4）からクロックＣＫ（ｔ9）まで減少する係数Ｋ（ｔ4），Ｋ（ｔ5），Ｋ（ｔ6），Ｋ（ｔ7）,Ｋ（ｔ8）を乗算手段１３３に出力する。
【００５３】
乗算手段１３３は目標信号設定手段１３０から出力する目標信号ＴMRに係数設定手段１３２から出力する係数ＫRを乗じてその結果を制御信号ＳRとして右駆動制御手段２１３に出力する。
前部補助輪の浮き上がりが前部補助輪荷重センサで検出されない場合にはハンドリングに加える操作力等に基づいて設定される目標信号を制御信号として駆動制御手段に出力し、この制御信号に基づいた補助力を電動機で発生させて主輪に付加する。
一方、前部補助輪の浮き上がりが前部補助輪荷重センサで検出される場合にはハンドリングに加える操作力等に基づいて設定される目標信号に、前部補助輪荷重センサから出力する浮き検出パルス信号に基づいて設定される係数を乗じて前部補助輪の浮き上がりを防止するように制御信号を減少させて電動機で発生させる補助力を小さくする。
【００５４】
このように、電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段に前部補助輪荷重センサを備えると共に、制御信号処理手段に、目標信号設定手段とパルス幅計測手段と係数設定手段と乗算手段とを備えたので、車椅子の前部補助輪の浮きを検出する浮き検出パルス信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって主輪に適切な補助力を付加することができる。
【００５５】
図１０は本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段と制御信号処理手段の要部ブロック構成図である。
図１１は本発明に係る電動車椅子の係数設定手段の係数Ｋ−荷重センサ信号ＬＳ特性図である。
図１０において、右姿勢制御用荷重センサ手段１８４は前部補助輪荷重センサ１８４Ａと、Ａ／Ｄ変換器１８４Ｂとを備え、右制御信号処理手段１２４は目標信号設定手段１３８と、ローパスフィルタ１３９と、係数設定手段１４０と、乗算手段１４１とから構成する。
図１０における目標信号設定手段１３８は請求項１に係る図７で説明した目標信号設定手段１３０と構成および作用が同一なので、ここでの説明を省略する。
【００５６】
前部補助輪荷重センサ１８４Ａは、図５に示すように前部補助輪４に荷重センサを取り付け、リミットＳＷ８１の代りに接触子８２に連動する可変抵抗器、或は接触子８２に永久磁石等を備え、リミットＳＷ８１の代りに磁気センサを用いて前部補助輪４に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号Ｌ0SRをＡ／Ｄ変換器１８４Ｂに出力し、Ａ／Ｄ変換器１８４Ｂは荷重センサ信号Ｌ0SRをデジタルに変換して荷重センサ信号ＬSRを右制御信号処理手段１２４のローパスフィルタ１３９に出力する。
【００５７】
ローパスフィルタ１３９は、Ａ／Ｄ変換器１８４Ｂから出力された荷重センサ信号ＬSRに含まれる高域周波数成分を減衰させて阻止し、低域周波数成分を通過させた荷重信号ＬSFRを係数設定手段１４０に出力する。
【００５８】
係数設定手段１４０は図１１に示す係数Ｋ（ＫR）−荷重センサ信号ＬS（ＬSFR）特性の係数を設定する。
係数設定手段１４０は荷重信号ＬSに基づいて係数設定手段１４０にあるメモリから特性値ＫFを読み出して数１に示す演算を行い、図１１に示すような所定の直線特性ＣH3あるいは曲線特性ＣH4の係数Ｋを乗算手段１３３に出力する。
【００５９】
図１１において、荷重センサ信号ＬSが所定荷重値ＬS2を超える領域では係数Ｋ＝１であり、荷重センサ信号ＬSが所定荷重値ＬS2以下の領域における係数Ｋは荷重センサ信号ＬSの減少に伴い特性ＣH3あるいは特性ＣH4のように減少する。
特性ＣH3では、荷重センサ信号ＬSが所定荷重値ＬS1で係数Ｋは零になり、特性ＣH4では、荷重センサ信号ＬSが所定荷重値ＬS2以下の領域において荷重センサ信号ＬSの減少に伴い係数Ｋは、なだらかな傾斜で減衰し、中域で大きく減衰し、再びなだらかな傾斜で減衰して零に収束する。
【００６０】
乗算手段１４１は目標信号設定手段１３８から出力する目標信号ＴMRに係数設定手段１４０から出力する係数ＫRを乗じてその結果を制御信号ＳRとして右駆動制御手段２１３に出力する。
前部補助輪に掛かる荷重を前部補助輪荷重センサで検出して所定値を超える荷重であれば、ハンドリングに加える操作力等に基づいて設定される目標信号を制御信号として駆動制御手段に出力し、この制御信号に基づいた補助力を電動機で発生させて主輪に付加する。
一方、前部補助輪に掛かる荷重が所定値以下の場合にはハンドリングに加える操作力等に基づいて設定される目標信号に、前部補助輪荷重センサから出力する荷重センサ信号に基づいて設定される係数を乗じて前部補助輪の浮き上がりを防止するように制御信号を減少させて電動機で発生させる補助力を小さくする。
【００６１】
このように、電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサとＡ／Ｄ変換器とを備えると共に、制御信号処理手段に、目標信号設定手段とローパスフィルタと係数設定手段と乗算手段とを備えたので、車椅子の前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を連続的に制御することによって主輪により適切な補助力を付加することができる。
【００６２】
図１２は本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段と制御信号処理手段の要部ブロック構成図である。
図１３は本発明に係る電動車椅子の係数設定手段の係数Ｋ−前後荷重比ＲＦ特性図である。
【００６３】
図１２において、右姿勢制御用荷重センサ手段１８６は前部補助輪荷重センサ１８６Ａと、Ａ／Ｄ変換器１８６Ｂと、主輪荷重センサ１８６Ｃと、Ａ／Ｄ変換器１８６Ｄと、を備え、右制御信号処理手段１２６は目標信号設定手段１４６と、除算手段１４７Ａおよびローパスフィルタ１４７Ｂからなる前後荷重比検出手段１４７と、係数設定手段１４８と、乗算手段１４９とから構成する。
図１２における目標信号設定手段１４６は請求項１に係る図７で説明した目標信号設定手段１３０と構成および作用が同一なので、ここでの説明を省略する。
【００６４】
前部補助輪荷重センサ１８６Ａは、図５に示すように前部補助輪４に荷重センサを取り付け、リミットＳＷ８１の代りに接触子８２に連動する可変抵抗器、或は接触子８２に永久磁石等を備え、リミットＳＷ８１の代りに磁気センサを用いて前部補助輪４に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号Ｌ0SRをＡ／Ｄ変換器１８６Ｂに出力し、Ａ／Ｄ変換器１８６Ｂは荷重センサ信号Ｌ0SRをデジタルに変換した荷重センサ信号ＬSRを右制御信号処理手段１２６の前後荷重比検出手段１４７に出力する。
【００６５】
主輪荷重センサ１８６Ｃは、図５に示す荷重センサを主輪５に取り付け、リミットＳＷ８１の代りに接触子８２に連動する可変抵抗器、或は接触子８２に永久磁石等を備え、リミットＳＷ８１の代りに磁気センサを用いて主輪５に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号Ｌ0MRをＡ／Ｄ変換器１８６Ｄに出力し、Ａ／Ｄ変換器１８６Ｄは荷重センサ信号Ｌ0MRをデジタルに変換した荷重センサ信号ＬMRを右制御信号処理手段１２６の前後荷重比検出手段１４７に出力する。
【００６６】
前後荷重比検出手段１４７の除算手段１４７Ａは姿勢制御用荷重センサ手段から得られる主輪に掛かる荷重の荷重センサ信号ＬMRを前部補助輪に掛かる荷重の荷重センサ信号ＬSRで除して荷重センサ信号ＬMRと荷重センサ信号ＬSRとの比率を前後荷重比信号ＲRとしてローパスフィルタ１４７Ｂに出力する。
【００６７】
ローパスフィルタ１４７Ｂは前後荷重比信号ＲRに含まれる高域周波数成分を減衰させて阻止し、低域周波数成分を通過させた前後荷重比信号ＲFRを係数設定手段１４８に出力する。
【００６８】
係数設定手段１４８は、ＲＡＭまたは書換え可能なＲＯＭ等のメモリと演算手段とを備え、メモリには前後荷重比信号ＲF（ＲFR）の値に応じた特性値ＫF（ＫFR）を前後荷重比信号ＲFの値に応じた番地に記憶し、前後荷重比信号ＲFをメモリの読出し番地として特性値ＫFをメモリより読み出して演算手段で数１に示す演算を行い図１３に示す特性の係数Ｋ（ＫR）を乗算手段１４９に出力する。
【００６９】
図１３において、前後荷重比ＲFが所定前後荷重比ＲF1を下回る領域では前部補助輪４に掛かる荷重が大きく、主輪５に掛かる荷重が小さい場合であつて、前後荷重比ＲFの増加に伴って係数Ｋはなだらかに零より増加し、そして徐々にその増加率を増して増加し、前後荷重比ＲFが所定前後荷重比ＲF1に近付くに従って係数Ｋはその増加率を減少させてＫ＝１に漸近する。
【００７０】
前後荷重比ＲFが所定前後荷重比ＲF1以上で、所定前後荷重比ＲF2を下回る領域では係数ＫはＫ＝１である。
前後荷重比ＲFが所定前後荷重比ＲF2以上の領域では前部補助輪４に掛かる荷重が小さく、主輪５に掛かる荷重が大きい場合であつて、前部補助輪４の浮きを生じる恐れがある領域であり、前後荷重比ＲFの増加に伴って係数ＫはなだらかにＫ＝１より減少し、そして徐々にその減少率を増して減少し、さらに前後荷重比ＲFの増加に伴い係数Ｋは再びその減少率を減少させて徐々に零に収束する。
【００７１】
乗算手段１４９は目標信号設定手段１４６から出力する目標信号ＴMRに係数設定手段１４８から出力する係数ＫRを乗じてその結果を制御信号ＳRとして右駆動制御手段２１３に出力する。
【００７２】
前部補助輪に掛かる荷重を前部補助輪荷重センサで検出し、主輪に掛かる荷重を主輪荷重センサで検出して前後の車輪に掛かる荷重の比率を演算し、この比率が所定の範囲内であれば、ハンドリングに加える操作力等に基づいて設定される目標信号を制御信号として駆動制御手段に出力し、この制御信号に基づいた補助力を電動機で発生させて主輪に付加する。
一方、前後の車輪に掛かる荷重の比率が所定の範囲外であれば、
ハンドリングに加える操作力等に基づいて設定される目標信号に、前部補助輪荷重センサから出力する荷重センサ信号に基づいて設定される係数を乗じて前部補助輪の浮き上がり、または前部補助輪への過剰な荷重を防止するように制御信号を減少させて電動機で発生させる補助力を小さくする。
【００７３】
このように、電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサと主輪荷重センサとＡ／Ｄ変換器とを備えると共に、制御信号処理手段に、目標信号設定手段と除算手段とローパスフィルタと係数設定手段と乗算手段とを備えたので、車椅子の前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって車椅子の前後方向への電動機の補助力による過度な加速度の発生を防止して主輪に適切な補助力を付加することができる。
【００７４】
図１４は本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段と制御手段の要部ブロック構成図である。
図１５は本発明に係る電動車椅子の係数設定手段の係数Ｋ−左右荷重差分△ＬＦ（Ｒ−Ｌ）特性図である。
【００７５】
図１４において、右姿勢制御用荷重センサ手段１８８は前部補助輪荷重センサ１８８Ａと、Ａ／Ｄ変換器１８８Ｂと、主輪荷重センサ１８８Ｃと、Ａ／Ｄ変換器１８８Ｄと、を備え、右制御信号処理手段１２８は目標信号設定手段１５４と、加算手段１５５と、係数設定手段１５６と、乗算手段１５７と、を備え、差分荷重演算手段１５８は差分手段１５８Ａと、ローパスフィルタ１５８Ｂと、を備える。
【００７６】
図１４における目標信号設定手段１５４は請求項１に係る図７で説明した目標信号設定手段１３０と構成および作用が同一なので、ここでの説明を省略する。
【００７７】
前部補助輪荷重センサ１８８Ａは、図５に示すように前部補助輪４に荷重センサを取り付け、リミットＳＷ８１の代りに接触子８２に連動する可変抵抗器、或は接触子８２に永久磁石等を備え、リミットＳＷ８１の代りに磁気センサを用いて前部補助輪４に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号Ｌ0SRをＡ／Ｄ変換器１８８Ｂに出力し、Ａ／Ｄ変換器１８８Ｂは荷重センサ信号Ｌ0SRをデジタルに変換した荷重センサ信号ＬSRを右制御信号処理手段１２８の加算手段１５５に出力する。
【００７８】
主輪荷重センサ１８８Ｃは、図５に示す荷重センサを主輪５に取り付け、リミットＳＷ８１の代りに接触子８２に連動する可変抵抗器、或は接触子８２に永久磁石等を備え、リミットＳＷ８１の代りに磁気センサを用いて主輪５に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号Ｌ0MRをＡ／Ｄ変換器１８８Ｄに出力し、Ａ／Ｄ変換器１８８Ｄは荷重センサ信号Ｌ0MRをデジタルに変換した荷重センサ信号ＬMRを右制御信号処理手段１２８の加算手段１５５に出力する。
【００７９】
加算手段１５５は姿勢制御用荷重センサ手段から得られる前部補助輪に掛かる荷重の荷重センサ信号ＬSRと主輪に掛かる荷重の荷重センサ信号ＬMRとの加算を行い右側の車輪に掛かる全荷重を求めて荷重信号ＬMSRとして差分荷重演算手段１５８の加算手段１５８Ａに出力する。
【００８０】
加算手段１５８Ａは右側の車輪に掛かる全荷重の荷重信号ＬMSRから左側の車輪に掛かる全荷重の荷重信号ＬMSLを引いた左右荷重差分信号△Ｌ(R-L)をローパスフィルタ１５８Ｂに出力する。
【００８１】
ローパスフィルタ１５８Ｂは左右荷重差分信号△Ｌ(R-L)に含まれる高域周波数成分を減衰させて阻止し、低域周波数成分を通過させた左右荷重差分信号△ＬF(R-L)を係数設定手段１５６に出力する。
【００８２】
係数設定手段１５６は、ＲＡＭまたは書換え可能なＲＯＭ等のメモリと演算手段とを備え、メモリには左右荷重差分信号△ＬF(R-L)の値に応じた特性値ＫF（ＫFR）を左右荷重差分信号△ＬF(R-L)の値に応じた番地に記憶し、左右荷重差分信号△ＬF(R-L)をメモリの読出し番地として特性値ＫFをメモリより読み出して演算手段で数１に示す演算を行い図１５に示す特性の係数Ｋ（ＫR）を乗算手段１５７に出力する。
【００８３】
図１５において、係数Ｋは左右荷重差分△ＬF(R-L)＝０で係数Ｋ＝１であり、左右荷重差分△ＬF(R-L)＝０を中心にして正負の左右荷重差分△ＬF(R-L)に対して左右対称の特性である。
左右荷重差分△ＬF(R-L)が零の場合は車椅子の左右の車輪に掛かる荷重が等しく左右の均衡が取れた状態である。
【００８４】
左右荷重差分△ＬF(R-L)が正の方向に増加することは右側の車輪に掛かる荷重が左側の車輪に掛かる荷重に比べて増えることであり、また逆に左右荷重差分△ＬF(R-L)が負の方向に増加することは左側の車輪に掛かる荷重が右側の車輪に掛かる荷重に比べて増えることであり、左右の均衡状態が悪化することである。
【００８５】
係数Ｋは、左右荷重差分△ＬF(R-L)の増加に伴いなだらかにＫ＝１より減少し、そして徐々にその減少率を増して減少し、さらに左右荷重差分△ＬF(R-L)の増加に伴い再びその減少率を減少させて徐々に零に収束する。
【００８６】
乗算手段１５７は目標信号設定手段１５４から出力する目標信号ＴMRに係数設定手段１５６から出力する係数ＫRを乗じてその結果を制御信号ＳRとして右駆動制御手段２１３に出力する。
【００８７】
このように、電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサと主輪荷重センサとＡ／Ｄ変換器とを備えると共に、制制手段に、差分演算手段とローパスフィルタとからなる差分荷重演算手段と、目標信号設定手段と加算手段と係数設定手段と乗算手段とからなる制御信号処理手段と、を備えたので、車椅子の前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって車椅子の左右方向への電動機の補助力による過度な荷重の発生を防止して左右の主輪に適切な補助力を付加することができる。
【００８８】
なお、上記実施形態は本発明の一実施例であり、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００８９】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
【００９０】
本発明に係る電動車椅子は電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサを備えると共に、制御信号処理手段に、目標信号設定手段とパルス幅計測手段と係数設定手段と乗算手段とを備え、車椅子の前部補助輪の浮きを検出する浮き検出パルス信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって主輪に適切な補助力を付加することができるので大きな駆動力を必要とする時、前輪が浮かないので走行フィーリングの良い電動車椅子を提供することができる。
【００９１】
本発明に係る電動車椅子は姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサとＡ／Ｄ変換器とを備えると共に、制御信号処理手段に、目標信号設定手段とローパスフィルタと係数設定手段と乗算手段とを備え、車椅子の前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を連続的に制御することによって主輪により適切な補助力を付加することができるので大きな駆動力を必要とする時、前輪が浮かないので滑らかな走行フィーリングの良い電動車椅子を提供することができる。
【００９２】
本発明に係る電動車椅子は姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサと主輪荷重センサとＡ／Ｄ変換器とを備えると共に、制御信号処理手段に、目標信号設定手段と除算手段とローパスフィルタと係数設定手段と乗算手段とを備え、車椅子の前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって車椅子の前後方向への電動機の補助力による過度な加速度の発生を防止して主輪に適切な補助力を付加することができるので前後のバランスの良い滑らかな走行フィーリングを有する電動車椅子を提供することができる。
【００９３】
本発明に係る電動車椅子は姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサと主輪荷重センサとＡ／Ｄ変換器とを備えると共に、制制手段に、差分演算手段とローパスフィルタとからなる差分荷重演算手段と、目標信号設定手段と加算手段と係数設定手段と乗算手段とからなる制御信号処理手段と、を備え、車椅子の前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって車椅子の左右方向への電動機の補助力による過度な荷重の発生を防止して左右の主輪に適切な補助力を付加することができるので左右のバランスの良い滑らかな走行フィーリングを有する電動車椅子を提供することができる。
【００９４】
よって、前後左右のバランスに優れて安定性の良い、滑らかな走行フィーリングを有する電動車椅子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る電動車椅子の正面図
【図２】 本発明に係る車椅子の側面図
【図３】 本発明に係るトルク検出機構の原理図
【図４】 本発明に係る主輪のハブの拡大断面図
【図５】 本発明に係る前部補助輪荷重センサの模式説明図
【図６】 本発明に係る電動車椅子の制御系の全体ブロック構成図
【図７】 本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段と制御信号処理手段の要部ブロック構成図
【図８】 本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段の浮き検出パルス信号とクロック信号との関係を示した説明図
【図９】 本発明に係る電動車椅子の係数Ｋ−時間ｔ特性図
【図１０】 本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段と制御信号処理手段の要部ブロック構成図
【図１１】 本発明に係る電動車椅子の係数設定手段の係数Ｋ−荷重センサ信号ＬＳ特性図
【図１２】 本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段と制御信号処理手段の要部ブロック構成図
【図１３】 本発明に係る電動車椅子の係数設定手段の係数Ｋ−前後荷重比ＲＦ特性図
【図１４】 本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段と制御手段の要部ブロック構成図
【図１５】 本発明に係る電動車椅子の係数設定手段の係数Ｋ−左右荷重差分△ＬＦ（Ｒ−Ｌ）特性図
【図１６】 従来の電動車椅子の制御系の全体ブロック構成図
【図１７】 車速信号Ｖ（ＶＬＷ，ＶＭＤ，ＶＨＩ）をパラメータとした手動トルク信号（Ｔ）―制御信号（Ｓ）特性図
【符号の説明】
１，２００…電動車椅子、２…ステップ、３…車体フレーム、３ａ…サブフレーム、４…前部補助輪、４ａ…ブロック、４ｂ…揺動アーム、４ｃ…補助輪、５…主輪、５ａ…ハブ、５ｂ…スポーク、５ｃ…タイヤリム、５ｄ…タイヤ、６…ハンドリング、８…バッテリ、１１Ｒ…右手動トルクセンサ、１１Ｌ…左手動トルクセンサ、２０…トルク検出機構、２１…スプリング、２２…ワイヤ、２３…中継プーリ、３１…ベアリング、３２…アウタレース、３３…鍔、３４…インナレース、３５…ナット、３６…ロッド、４１…ボス、４２…ナット、４３…ブラケット、４４…ビス、４５…チューブ、５０…モータ、５１…モータハウジング、５２…コイル、５３…マグネット、５４…ロータ、５４ａ…カップ、５４ｂ…シリンダ、６０…第１遊星減速機構、６１…第１サンギヤ、６２…第１インナギヤ、６３…第１プラネタリギヤ、６４…第１キャリア、７０…第２遊星減速機構、７１…第２サンギヤ、７２…第２インナギヤ、７３…第２プラネタリギヤ、１０２，１９５，２０２…制御手段、１０３，２０３…右主輪回転速度センサ、１０６，２０６…左主輪回転速度センサ、１０７，１１２，２０７，２１２…回転方向判別手段、１０８，１１１，２０８，２１１…車速演算手段、１０９，１１０，２０９，１８４Ｂ，１８５Ｂ，１８６Ｂ，１８６Ｄ，１８７Ｂ，１８７Ｄ，１８８Ｂ，１８８Ｄ，１８９Ｂ，１８９Ｄ，２１０…Ａ／Ｄ変換器、１１３，２１３…右駆動制御手段、１１４，２１４…左駆動制御手段、１１５，２１５…右電動機駆動手段、１１６，２１６…左電動機駆動手段、１１７，２１７…右電動機、１１８，２１８…左電動機、１２０，１２２，１２４，１２６，１２８，２２０…右制御信号処理手段、１２１，１２３，１２５，１２７，１２９２２１…左制御信号処理手段、１３０，１３４，１３８，１４２，１４６，１５０，１５４，１５９…目標信号設定手段、１５８Ａ…差分演算手段、１８０，１８２，１８４，１８６，１８８…右姿勢制御用荷重センサ手段、１８１，１８３，１８５，１８７，１８９…左姿勢制御用荷重センサ手段、１３１，１３５…パルス幅計測手段、１３２，１３６，１４０，１４４，１４８，１５２，１５６，１６１…係数設定手段、１３３，１３７，１４１，１４５，１４９，１５３，１５６，１６１…乗算手段、１８４Ａ，１８５Ａ，１８６Ａ，１８７Ａ，１８８Ａ，１８９Ａ…前部補助輪荷重センサ、１３９，１４３，１４７Ｂ，１５１Ｂ，１５８Ｂ…ローパスフィルタ、１８６Ｃ，１８７Ｃ，１８８Ｃ，１８９Ｃ…主輪荷重センサ、１４７Ａ，１５１Ａ…除算手段、ＤＬ…左主輪回転方向判別信号、ＣＫ…クロック信号、ＤＲ…右主輪回転方向判断信号、ＦＥＴ…電界効果トランジスタ、Ｋ，ＫＬ，ＫＲ…係数、ＬＬ，ＬＲ，ＬＷ…浮き検出パルス信号、ＬＭＳＬ，ＬＭＳＲ，ＬＳＦＬ，ＬＳＦＲ…荷重信号、Ｌ０ＳＬ，Ｌ０ＳＲ，ＬＳ，ＬＳＬ，ＬＳＲ…荷重センサ信号、Ｍ…乗員、ＰＤＬ…左電動機駆動信号、ＰＤＲ…右電動機駆動信号、ＰＨＬ，ＰＨＲ…パルス幅信号、ＰＷＬ…左動制御信号、ＰＷＲ…右動制御信号、ＰＷＭ…パルス幅変調器、ＲＦ…前後荷重比、ＲＦＬ，ＲＦＲ，ＲＬ，ＲＲ…前後荷重比信号、Ｓ，ＳＬ，ＳＲ…制御信号、Ｔ…手動トルク信号、ＴＬ…左手動トルク信号、ＴＭＬ，ＴＭＲ…目標信号、ｔ…時間、ＴＰＬ…左手動トルクアナログ信号、ＴＰＲ…右手動トルクアナログ信号、ＴＬ…左手動トルク信号、ＴＲ…右手動トルク信号、ＵＲ…右輪回転速度信号、Ｖ…車速信号、ＶＨＩ…高車速領域、ＶＬＷ…低車速領域、ＶＭＤ…中車速領域、ＶＲ…右車速信号、ＶＬ…左車速信号、△ＬＦ（Ｒ−Ｌ）…左右荷重差分、△Ｌ（Ｒ−Ｌ）…左右荷重差分信号。
【発明の属する技術分野】
本発明は手動による操作力に補助力を付加する電動機を有する電動車椅子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動車椅子において、乗員の手で車椅子を操作するためのハンドリングが付設された主輪を持ち、ハンドリングに加わった操作力の方向と大きさを検出し、所定値を超えた操作力に応じて主輪に補助力を付加する電動機と、この電動機を駆動制御する駆動制御手段をそれぞれ左右一対に備えた電動車椅子は特開平６−３０４２０５号公報に開示されているように知られている。
【０００３】
図１６に従来の電動車椅子の制御系の全体ブロック構成図を示す。
図１６において、電動車椅子２００は、右主輪回転速度センサ２０３、左主輪回転速度センサ２０６、右手動トルクセンサ２１１Ｒ、左手動トルクセンサ２１１Ｌ、回転方向判別手段（２０７，２１２）、車速演算手段（２０８，２１１）、Ａ／Ｄ変換器（２０９，２１０）、右制御信号処理手段２２０と左制御信号処理手段２２１とからなる制御手段２０２、右駆動制御手段２１３、左駆動制御手段２１４、右電動機駆動手段２１５、左電動機駆動手段２１６、右電動機２１７、左電動機２１８とから構成されている。
【０００４】
電動車椅子２００はマイクロコンピュータ（以下マイコンと略記）等を備え、ここで行う各種の演算および制御はマイコンを中心にして行われている。
【０００５】
右主輪回転速度センサ２０３は右主輪の回転速度を検出して右主輪回転速度信号ＵRを回転方向判別手段２０７と車速演算手段２０８とに出力する。
【０００６】
回転方向判別手段２０７は右主輪回転速度信号ＵRから右主輪の回転方向をマイコン等で判別して右主輪回転方向判別信号ＤRを右制御信号処理手段２２０に出力する。
車速演算手段２０８は右主輪回転速度センサ２０３の右主輪回転速度信号ＵRから車速をマイコン等で演算して右車速信号ＶRを右制御信号処理手段２２０に出力する。
【０００７】
右手動トルクセンサ２１１Ｒは右主輪に布設したハンドリングに操作した操作力の大きさと方向を検出して右手動トルクアナログ信号ＴPRをＡ／Ｄ変換器２０９に出力する。
Ａ／Ｄ変換器２０９は右手動トルクアナログ信号ＴPRをデジタル信号に変換して右手動トルク信号ＴRを右制御信号処理手段２２０に出力する。
【０００８】
左主輪回転速度センサ２０６、左手動トルクセンサ２１１Ｌ、回転方向判別手段２１２、車速演算手段２１１、Ａ／Ｄ変換器２１０は上述した右主輪回転速度センサ２０３、右手動トルクセンサ２１１Ｒ、回転方向判別手段２０７、車速演算手段２０８、Ａ／Ｄ変換器２０９と構成および作用が同一である。
【０００９】
右制御信号処理手段２２０は、右主輪回転方向判別信号ＤR、右車速信号ＶR、右手動トルク信号ＴRとに応じた補助力を右の主輪に付加するための制御信号ＳRを右駆動制御手段２１３に出力し、また左制御信号処理手段２２１は、左主輪回転方向判別信号ＤL、左車速信号ＶL、左手動トルク信号ＴLとに応じた補助力を左の主輪に付加するための制御信号ＳLを左駆動制御手段２１４に出力する。
【００１０】
右駆動制御手段２１３は制御信号ＳRに基づいてパルス幅変調（ＰＷＭ）の右駆動制御信号ＰWRを右電動機駆動手段２１５に出力し、また左駆動制御手段２１４は制御信号ＳLに基づいてパルス幅変調（ＰＷＭ）の左駆動制御信号ＰWLを左電動機駆動手段２１６に出力する。
【００１１】
右電動機駆動手段２１５は右駆動制御信号ＰWRに基づいて例えば４つの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で構成するバイポーラ駆動回路で右電動機２１７を駆動し、また左電動機駆動手段２１６は左駆動制御信号ＰWLに基づいて例えば４つの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で構成するバイポーラ駆動回路で左電動機２１８を駆動する。
【００１２】
図１７に車速信号Ｖ（ＶLW，ＶMD，ＶHI）をパラメータとした手動トルク信号（Ｔ）―制御信号（Ｓ）特性図を示す。
図１７において、車速信号ＶのＶLW，ＶMDおよびＶHIはそれぞれ低車速領域、中車速領域および高車速領域を示し、手動トルク信号Ｔが同じであっても、車速信号Ｖが増加（ＶLW→ＶMD→ＶHI）するに伴い、制御信号Ｓは減少するよう予め設定されている。
また、小さな操作力に電動機が追従して電動車椅子の車両の直進性を損なうことのないよう所定値以下の手動トルク信号Ｔに対する制御信号Ｓを零とする不感帯を設けてある。
【００１３】
電動車椅子の制御信号処理手段は、低車速領域（ＶLW）では手動トルク信号Ｔに対して大きな補助力が得られるよう大きな制御信号Ｓを出力し、一方、高車速領域（ＶHI）では手動トルク信号Ｔに対して補助力を抑えるように小さな制御信号Ｓを出力して良好な車両の操作性が得られるよう構成されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電動車椅子は、乗員の手によってハンドリングに加える操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を決定するので、傾斜した走行路の場合、補助力による加速度で車椅子に生じる荷重が車椅子の前後、または左右の車輪に過度に偏って掛かる虞があり、走行フィーリングを損なうという課題がある。
【００１５】
この発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は、車椅子の車輪に掛かる荷重を検出してこの検出した荷重とハンドリングに加える操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって傾斜した走行路でも主輪に適切な補助力を付加して走行フィーリングの良好な電動車椅子を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１に係る電動車椅子は、車体を人力で操作するためのハンドリングを付設した主輪と、この主輪の回転速度を検出する主輪回転速度センサと、ハンドリングに加える操作力を検出する手動トルクセンサと、主輪に補助力を付加する電動機と、電動機を駆動制御する駆動制御手段と、この駆動制御手段からの信号によって電動機を駆動する電動機駆動手段と、車体に回転自在に取付けた前部補助輪と、をそれぞれ左右一対に備える電動車椅子において、前部補助輪に掛かる荷重が小さく、主輪に掛かる荷重が大きい場合には、
浮き上がりを防止するように駆動制御手段により電動機を制御することを特徴とする。また、請求項２に係る電動車椅子は、電動車椅子が、前部補助輪に設けた荷重センサを備え、当該荷重センサは前部補助輪の浮きに応じた浮き検出パルス信号を出力するとともに、当該浮き検出パルス信号のパルス幅に応じて駆動制御手段は電動機を制御することを特徴とする。さらに、請求項３に係る電動車椅子は、駆動制御手段が、主輪回転速度センサおよび手動トルクセンサからの信号を処理する制御信号処理手段と、当該制御信号処理手段は両センサからの信号の値に基づいて電動機による補助力の大きさと方向を決める目標信号を設定する目標信号設定手段と、浮き検出パルス信号のパルス幅に応じて目標信号に係数を乗算することを特徴とする。
【００１７】
電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段に前部補助輪荷重センサを備えると共に、制御信号処理手段に、目標信号設定手段とパルス幅計測手段と係数設定手段と乗算手段とを備えたので、車椅子の前部補助輪の浮きを検出する浮き検出パルス信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって主輪に適切な補助力を付加することができる。
【００１８】
請求項４に係る電動車椅子は、姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪に掛かる荷重を検出するための荷重センサを前部補助輪に取り付けてこの前部補助輪に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号を出力する前部補助輪荷重センサと、この前部補助輪荷重センサから得られる荷重センサ信号をデジタルに変換してデジタルの荷重センサ信号を出力するＡ／Ｄ変換器と、を備えると共に、制御信号処理手段に、回転速度センサおよび手動トルクセンサからの信号の値に基づいて電動機による補助力の大きさと方向を決める目標信号を設定する目標信号設定手段と、姿勢制御用荷重センサ手段から得られるデジタルの荷重センサ信号に含まれる高域周波数成分を減衰させて低域周波数成分を出力するローパスフィルタと、このローパスフィルタからの荷重信号に基づいて係数を設定してこの係数を出力する係数設定手段と、目標信号設定手段から出力する目標信号に係数設定手段から出力する係数を乗算して制御信号を出力する乗算手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサとＡ／Ｄ変換器とを備えると共に、制御信号処理手段に、目標信号設定手段とローパスフィルタと係数設定手段と乗算手段とを備えたので、車椅子の前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を連続的に制御することによって主輪により適切な補助力を付加することができる。
【００２０】
請求項５に係る電動車椅子は、姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪に掛かる荷重を検出するための荷重センサを前部補助輪に取り付けてこの前部補助輪に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号を出力する前部補助輪荷重センサと、この前部補助輪荷重センサから得られる荷重センサ信号をデジタルに変換してデジタルの荷重センサ信号を出力するＡ／Ｄ変換器と、主輪に掛かる荷重を検出するための荷重センサを主輪に取り付けてこの主輪に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号を出力する主輪荷重センサと、この主輪荷重センサから得られる荷重センサ信号をデジタルに変換してデジタルの荷重センサ信号を出力するＡ／Ｄ変換器と、を備えると共に、制御信号処理手段に、回転速度センサおよび手動トルクセンサからの信号の値に基づいて電動機による補助力の大きさと方向を決める目標信号を設定する目標信号設定手段と、姿勢制御用荷重センサ手段から得られるデジタルの前部補助輪に掛かる荷重の荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重の荷重センサ信号との比率を演算して荷重比率信号を出力する除算手段と、この除算手段から得られる荷重比率信に含まれる高域周波数成分を減衰させて低域周波数成分を出力するローパスフィルタと、このローパスフィルタからの荷重比率信号に基づいて係数を設定してこの係数を出力する係数設定手段と、目標信号設定手段から出力する目標信号に係数設定手段から出力する係数を乗算して制御信号を出力する乗算手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサと主輪荷重センサとＡ／Ｄ変換器とを備えると共に、制御信号処理手段に、目標信号設定手段と除算手段とローパスフィルタと係数設定手段と乗算手段とを備えたので、車椅子の前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって車椅子の前後方向への電動機の補助力による過度な加速度の発生を防止して主輪に適切な補助力を付加することができる。
【００２２】
請求項６に係る電動車椅子は、姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪に掛かる荷重を検出するための荷重センサを前部補助輪に取り付けてこの前部補助輪に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号を出力する前部補助輪荷重センサと、この前部補助輪荷重センサから得られる荷重センサ信号をデジタルに変換してデジタルの荷重センサ信号を出力するＡ／Ｄ変換器と、主輪に掛かる荷重を検出するための荷重センサを主輪に取り付けてこの主輪に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号を出力する主輪荷重センサと、この主輪荷重センサから得られる荷重センサ信号をデジタルに変換してデジタルの荷重センサ信号を出力するＡ／Ｄ変換器と、を備えると共に、制御手段に、右車輪に掛かる全荷重と左車輪に掛かる全荷重との差分を演算して差分荷重信号を出力する差分演算手段と、この差分演算手段から得られる差分荷重信号に含まれる高域周波数成分を減衰させて低域周波数成分を出力するローパスフィルタと、からなる差分荷重演算手段と、回転速度センサおよび手動トルクセンサからの信号の値に基づいて電動機による補助力の大きさと方向を決める目標信号を設定する目標信号設定手段と、姿勢制御用荷重センサ手段から得られるデジタルの前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号とを加算した荷重信号を出力する加算手段と、差分荷重演算手段から得られる差分荷重信号に基づいて係数を設定してこの係数を出力する係数設定手段と、目標信号設定手段から出力する目標信号に係数設定手段から出力する係数を乗算して制御信号を出力する乗算手段と、からなる制御信号処理手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２３】
電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサと主輪荷重センサとＡ／Ｄ変換器とを備えると共に、制制手段に、差分演算手段とローパスフィルタとからなる差分荷重演算手段と、目標信号設定手段と加算手段と係数設定手段と乗算手段とからなる制御信号処理手段と、を備えたので、車椅子の前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって車椅子の左右方向への電動機の補助力による過度な荷重の発生を防止して左右の主輪に適切な補助力を付加することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
なお、図１から図４は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る電動車椅子の正面図であり、電動車椅子１（以下「車椅子１」と略記する）は、ステップ２を含む車体フレーム３に、左右の前部補助輪４，４及び左右の主輪５，５を回転自在に取付け、主輪５，５にハンドリング６，６を付設したもので、外観は普通の手動式車椅子と同形であるが、電動のためのモータを主輪５，５に内蔵（詳細は後述）し、バッテリ８、制御部９及びトルクセンサ１１，１１を備えた点が相違する。
【００２５】
図２は本発明に係る車椅子の側面図であり、乗員Ｍは車体フレーム３に取付けたシート（図示せず）に座り、ステップ２に足を載せた状態で、手でハンドリング６を操作することができる。
主輪５はハブ５ａとスポーク５ｂとタイヤリム５ｃとタイヤ５ｄとからなる。
【００２６】
前部補助輪４はいわゆる自在輪であり、車体フレーム３のサブフレーム３ａに取付けたブロック４ａと、このブロック４ａに縦軸廻りに揺動可能に取付けた揺動アーム４ｂと、この揺動アーム４ｂに軸支した補助輪４ｃとからなり、車椅子の前進方向に応じて揺動し、方向変換を円滑にする。
ブロック４ａをサブフレーム３ａに沿って位置を変更することもできる。
図示せぬシートの可能にバッテリ８及び制御部９が取付けれていることをも示す。
【００２７】
図３は本発明に係るトルク検出機構の原理図であり、トルク検出機構２０は、タイヤリム５ｃに８本のスプリング２１で吊ったハンドリング６と、このハンドリング６に一端が係止され、他端が車輪中央に伸びたワイヤ２２，２２と、このワイヤを中継するタイヤリム５ｃ側の中継プーリ２３，２３と、前記トルクセンサ１１（図１参照）にワイヤ２２，２２の引き力を伝達する伝動部材（後述）と、トルクセンサ１１とからなる。
【００２８】
先に図３の作用を説明すると、スプリング２１でニュートラル状態にあるハンドリング６を時計廻りに強制回動（矢印▲１▼）すると、ワイヤ２２，２２が引かれる（矢印▲２▼▲２▼）。
ワイヤ２２，２２が引かれる度合はハンドリング６を廻す力（トルク）が強いほど大きくなる。
【００２９】
図４は本発明に係る主輪のハブの拡大断面図であり、ワイヤ２２の他端とトルクセンサ１１とを繋ぐ伝動部材を説明すると、この伝動部材は、ベアリング３１のアウタレース３２に形成した鍔３３，３３と、ベアリング３１のインナレース３４にナット３５にて一端を係止したロッド３６とからなり、ロッド３６は回転せず、前記鍔３３，３３がワイヤ２２，２２とともに回転する。
ワイヤ２２を引くことにより、ロッド３６が引かれ、トリクセンサ１１がその度合を検出する。
なお、トルクセンサ１１は車体フレーム側のボス４１にナット４２、ブラケット４３及びビス４４にて固定する。
【００３０】
次にハブに内蔵したモータ及び２段遊星減速機構の説明をする。
モータ５０は、ホイルインモータと称するものであり、前記ボス４１及びこのボス４１に一体的に取付けたチューブ４５に固定したモータハウジング５１と、このモータハウジング５１に取付けたコイル５２と、このコイル５２を取り囲むマグネット５３と、これらのマグネット５３を支えるロータ５４とからなる。
詳しくは、ロータ５４はマグネット５３を直接支えるカップ５４ａとこのカップ５４ａを支えるシリンダ５４ｂとからなる。
【００３１】
前記シリンダ５４ｂの一端に刻設した第１サンギヤ６１と、前記ハウジング５１の一端部に刻設した第１インナギヤ６２と、これら第１サンギヤ６１と第１インナギヤ６２とに噛合する第１プラネタリギヤ６３と、この第１プラネタリギヤ６３から延びる第１キャリア６４とで第１遊星減速機構６０を構成し、第１キャリア６４の一端に刻設した第２サンギヤ７１と、前記ハウジング５１の一端部に刻設した第２インナギヤ７２と、これら第２サンギヤ７１と第２インナギヤ７２とに噛合する第２プラネタリギヤ７３と、この第２プラネタリギヤ７３から延びる第２キャリア（ハブ５ａと兼用）とで第２遊星減速機構７０を構成する。
第１・第２遊星減速機構６０，７０で数百〜数千分の一に減速することにより、モータの高回転を走行に適した低回転に変換する。
【００３２】
図５は本発明に係る前部補助輪荷重センサの模式説明図である。
図５において、前部補助輪荷重センサ８０は、揺動アーム４ｂ、補助輪４ｃ、リミットスイッチ（リミットＳＷ）８１、接触子８２、スプリング８３、ソケット８４等から成り、揺動アーム４ｂと補助輪４ｃとに掛かる荷重に応じてスプリング８３が伸縮して接触子８２を上下動させ、上下動する接触子８２でリミットＳＷ８１のオン／オフを行う。
【００３３】
揺動アーム４ｂと補助輪４ｃとに掛かる荷重に応じた連続した値を検出する場合はリミットＳＷ８１の代りに接触子８２に連動する可変抵抗器、或は接触子８２に永久磁石等を備え、リミットＳＷ８１の代りに磁気センサを用いる。
【００３４】
図６は本発明に係る電動車椅子の制御系の全体ブロック構成図である。
図６において、電動車椅子１は、右主輪回転速度センサ１０３、左主輪回転速度センサ１０６、右手動トルクセンサ１１Ｒ、左手動トルクセンサ１１Ｌ、回転方向判別手段（１０７，１１２）、車速演算手段（１０８，１１１）、Ａ／Ｄ変換器（１０９，１１０）、右姿勢制御用荷重センサ手段１８０、左姿勢制御用荷重センサ手段１８１、右制御信号処理手段１２０と左制御信号処理手段１２１とからなる制御手段１０２、右駆動制御手段１１３、左駆動制御手段１１４、右電動機駆動手段１１５、左電動機駆動手段１１６、右電動機１１７、左電動機１１８とから構成されている。
【００３５】
図６の右主輪回転速度センサ１０３、左主輪回転速度センサ１０６、右手動トルクセンサ１１Ｒ、左手動トルクセンサ１１Ｌ、回転方向判別手段（１０７，１１２）、車速演算手段（１０８，１１１）、Ａ／Ｄ変換器（１０９，１１０）、右駆動制御手段１１３、左駆動制御手段１１４、右電動機駆動手段１１５、左電動機駆動手段１１６、右電動機１１７、左電動機１１８は、従来の電動車椅子の制御系の全体ブロック構成図例として示した図１６の右主輪回転速度センサ２０３、左主輪回転速度センサ２０６、右手動トルクセンサ２１１Ｒ、左手動トルクセンサ２１１Ｌ、回転方向判別手段（２０７，２１２）、車速演算手段（２０８，２１１）、Ａ／Ｄ変換器（２０９，２１０）、右駆動制御手段２１３、左駆動制御手段２１４、右電動機駆動手段２１５、左電動機駆動手段２１６、右電動機２１７、左電動機２１８と構成および作用が同一あり、既に説明してあるので、ここでの説明を省略する。
【００３６】
また、本発明に係る実施の形態例として図７，図１０，図１２，図１４に示す左右の姿勢制御用荷重センサ手段と左右の制御信号処理手段において、左と右の構成および作用は同一なので、以下右姿勢制御用荷重センサ手段と右制御信号処理手段の構成および作用の説明のみを行い、左姿勢制御用荷重センサ手段と左制御信号処理手段の説明は省略する。
【００３７】
電動車椅子１はマイクロコンピュータ（以下マイコンと略記）等を備え、本発明に係る制御手段で行う各種の演算および制御はこのマイコンを中心にして行う。
【００３８】
図７は本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段と制御信号処理手段の要部ブロック構成図である。
図８は本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段の浮き検出パルス信号とクロック信号との関係を示した説明図である。
図９は本発明に係る電動車椅子の係数Ｋ−時間ｔ特性図である。
図９において、図８に示すクロックＣＫ（ｔＮ）の分解能に基づいて係数Ｋの特性を図示した場合、連続的な直線および曲線として表わすことはできないが、説明の都合上図８に示すクロックＣＫ（ｔＮ）の分解能より十分細かいものとして図示した。
【００３９】
図７において、右姿勢制御用荷重センサ手段１８２は前部補助輪荷重センサ１８２Ａを備え、右制御信号処理手段１２２は目標信号設定手段１３０と、パルス幅計測手段１３１と、係数設定手段１３２と、乗算手段１３３とから構成する。
【００４０】
前部補助輪荷重センサ１８２Ａは、図５に示すように前部補助輪４に荷重センサを取り付けて前部補助輪４に掛かる荷重が所定荷重値を超えている場合、リミットＳＷ８１がオン状態となって本実施の形態例では図８に示すようにＬレベルの浮き検出パルス信号ＬWを出力し、前部補助輪４に掛かる荷重が所定荷重値以下になると前部補助輪の浮き上がりと見做してリミットＳＷ８１をオフ状態となってＨレベルの浮き検出パルス信号ＬWを出力する。
【００４１】
目標信号設定手段１３０は、ＲＡＭまたは書換え可能なＲＯＭ等のメモリを備え、メモリには右手動トルク信号ＴRと、右主輪回転方向判断信号ＤRと、右車速信号ＶRとのそれぞれの値に応じた目標信号ＴMRが右手動トルク信号ＴRと、右主輪回転方向判断信号ＤRと、右車速信号ＶRとのそれぞれの値に応じた番地に記憶されていて、手動トルク信号ＴRと、右主輪回転方向判断信号ＤRと、右車速信号ＶRとのそれぞれの値をメモリの読出し番地として目標信号ＴMRをメモリより読み出して乗算手段１３３に出力する。
【００４２】
目標信号設定手段１３０は、従来の技術として図１７に示した、車速信号Ｖ（ＶLW，ＶMD，ＶHI）をパラメータとした手動トルク信号（Ｔ）―制御信号（Ｓ）｛目標信号（ＴMR）｝特性を持ち、車速信号ＶのＶLW，ＶMDおよびＶHIはそれぞれ低車速領域、中車速領域および高車速領域を示し、手動トルク信号Ｔが同じであっても、車速信号Ｖが増加（ＶLW→ＶMD→ＶHI）するに伴い、目標信号ＴMRは減少するよう予め設定されており、また、小さな操作力に電動機が追従して電動車椅子の車両の直進性を損なうことのないよう所定値以下の手動トルク信号Ｔに対する目標信号ＴMRを零とする不感帯を設けてある。
【００４３】
パルス幅計測手段１３１は図８に示す前部補助輪荷重センサ１８２Ａからの浮き検出パルス信号ＬW（ＬR）のＬレベルとＨレベルとのパルス幅を計測してパルス幅信号ＰHRを係数設定手段１３２に出力する。
パルス幅計測手段１３１は、図８に示すようにクロック信号ＣＫでＬレベルおよびＨレベルとのパルス幅を計測する。
【００４４】
係数設定手段１３２は、ＲＡＭまたは書換え可能なＲＯＭ等のメモリと演算手段とを備え、メモリにはパルス幅信号ＰH（ＰHR）の値に応じた特性値ＫF（ＫFR）をパルス幅信号ＰHの値に応じた番地に記憶し、パルス幅信号ＰHをメモリの読出し番地として特性値ＫFをメモリより読み出して演算手段で数１に示す演算を行い図９に示す係数Ｋ（ＫR）を乗算手段１３３に出力する。
【００４５】
【数１】
Ｋ（ｔN）＝Ｋ（ｔN-1）±ＫF（ｔN）
但し、０≦Ｋ（ｔN）≦１
【００４６】
数１において、クロックＣＫ（ｔN）時点の係数ＫをＫ（ｔN）、特性値ＫFをＫF（ｔN）、クロックＣＫ（ｔN-1）をクロックＣＫ（ｔN）より１クロック前の時点とし、クロックＣＫ（ｔN-1）時点の係数ＫをＫ（ｔN-1）とし、パルス幅信号ＰHがＬレベルであれば特性値ＫF（ｔN）は加算、Ｈレベルであれば特性値ＫF（ｔN）は減算とする。
【００４７】
前部補助輪荷重センサ１８２Ａから出力する浮き検出パルス信号ＬRが図８に示す浮き検出パルス幅信号ＬWの場合、係数設定手段１３２から出力する係数Ｋを図９に示す。
【００４８】
パルス幅計測手段１３１は浮き検出パルス信号ＬWの期間ＰAをクロックＣＫ（ｔ0）までＬレベルとして検出し、そのパルス幅を計測してパルス幅信号ＰH（ＰHR）を係数設定手段１３２に出力する。
【００４９】
係数設定手段１３２はパルス幅計測手段１３１から出力されたパルス幅信号ＰHに基づいて係数設定手段１３２にあるメモリから特性値ＫF（ｔ0）＝０を読み出して数１に示す演算を行い係数Ｋ（ｔ0）＝１をクロックＣＫ（ｔ1）まで乗算手段１３３に出力する。
【００５０】
次にパルス幅計測手段１３１は浮き検出パルス信号ＬWの期間ＰBをクロックＣＫ（ｔ1）でＨレベルとして検出し、クロックＣＫ（ｔ2）までのそのパルス幅を計測してパルス幅信号ＰHを係数設定手段１３２に出力する。
係数設定手段１３２はパルス幅信号ＰHに基づいて係数設定手段１３２にあるメモリから特性値ＫF（ｔ1），ＫF（ｔ2）を読み出して数１に示す演算を行い、図９に示すように所定の直線特性ＣH1あるいは曲線特性ＣH2でクロックＣＫ（ｔ1）からクロックＣＫ（ｔ3）まで減少する係数Ｋ（ｔ1），Ｋ（ｔ2）を乗算手段１３３に出力する。
【００５１】
次にパルス幅計測手段１３１は浮き検出パルス信号ＬWの期間ＰCをクロックＣＫ（ｔ3）でＬレベルとして検出し、そのパルス幅を計測してパルス幅信号ＰHを係数設定手段１３２に出力する。
係数設定手段１３２はパルス幅信号ＰHに基づいて係数設定手段１３２にあるメモリから特性値ＫF（ｔ3）を読み出して数１に示す演算を行い、図９に示すように所定の直線特性ＣH1あるいは曲線特性ＣH2でクロックＣＫ（ｔ3）からクロックＣＫ（ｔ4）まで増加する係数Ｋ（ｔ4）を乗算手段１３３に出力する。
【００５２】
次にパルス幅計測手段１３１は浮き検出パルス信号ＬWの期間ＰDをクロックＣＫ（ｔ4）でＨレベルとして検出し、クロックＣＫ（ｔ8）までのそのパルス幅を計測してパルス幅信号ＰHを係数設定手段１３２に出力する。
係数設定手段１３２はパルス幅信号ＰHに基づいて係数設定手段１３２にあるメモリから特性値ＫF（ｔ4），ＫF（ｔ5），ＫF（ｔ6），ＫF（ｔ7）,ＫF（ｔ8）を読み出して数１に示す演算を行い、図９に示すように所定の直線特性ＣH1あるいは曲線特性ＣH2でクロックＣＫ（ｔ4）からクロックＣＫ（ｔ9）まで減少する係数Ｋ（ｔ4），Ｋ（ｔ5），Ｋ（ｔ6），Ｋ（ｔ7）,Ｋ（ｔ8）を乗算手段１３３に出力する。
【００５３】
乗算手段１３３は目標信号設定手段１３０から出力する目標信号ＴMRに係数設定手段１３２から出力する係数ＫRを乗じてその結果を制御信号ＳRとして右駆動制御手段２１３に出力する。
前部補助輪の浮き上がりが前部補助輪荷重センサで検出されない場合にはハンドリングに加える操作力等に基づいて設定される目標信号を制御信号として駆動制御手段に出力し、この制御信号に基づいた補助力を電動機で発生させて主輪に付加する。
一方、前部補助輪の浮き上がりが前部補助輪荷重センサで検出される場合にはハンドリングに加える操作力等に基づいて設定される目標信号に、前部補助輪荷重センサから出力する浮き検出パルス信号に基づいて設定される係数を乗じて前部補助輪の浮き上がりを防止するように制御信号を減少させて電動機で発生させる補助力を小さくする。
【００５４】
このように、電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段に前部補助輪荷重センサを備えると共に、制御信号処理手段に、目標信号設定手段とパルス幅計測手段と係数設定手段と乗算手段とを備えたので、車椅子の前部補助輪の浮きを検出する浮き検出パルス信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって主輪に適切な補助力を付加することができる。
【００５５】
図１０は本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段と制御信号処理手段の要部ブロック構成図である。
図１１は本発明に係る電動車椅子の係数設定手段の係数Ｋ−荷重センサ信号ＬＳ特性図である。
図１０において、右姿勢制御用荷重センサ手段１８４は前部補助輪荷重センサ１８４Ａと、Ａ／Ｄ変換器１８４Ｂとを備え、右制御信号処理手段１２４は目標信号設定手段１３８と、ローパスフィルタ１３９と、係数設定手段１４０と、乗算手段１４１とから構成する。
図１０における目標信号設定手段１３８は請求項１に係る図７で説明した目標信号設定手段１３０と構成および作用が同一なので、ここでの説明を省略する。
【００５６】
前部補助輪荷重センサ１８４Ａは、図５に示すように前部補助輪４に荷重センサを取り付け、リミットＳＷ８１の代りに接触子８２に連動する可変抵抗器、或は接触子８２に永久磁石等を備え、リミットＳＷ８１の代りに磁気センサを用いて前部補助輪４に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号Ｌ0SRをＡ／Ｄ変換器１８４Ｂに出力し、Ａ／Ｄ変換器１８４Ｂは荷重センサ信号Ｌ0SRをデジタルに変換して荷重センサ信号ＬSRを右制御信号処理手段１２４のローパスフィルタ１３９に出力する。
【００５７】
ローパスフィルタ１３９は、Ａ／Ｄ変換器１８４Ｂから出力された荷重センサ信号ＬSRに含まれる高域周波数成分を減衰させて阻止し、低域周波数成分を通過させた荷重信号ＬSFRを係数設定手段１４０に出力する。
【００５８】
係数設定手段１４０は図１１に示す係数Ｋ（ＫR）−荷重センサ信号ＬS（ＬSFR）特性の係数を設定する。
係数設定手段１４０は荷重信号ＬSに基づいて係数設定手段１４０にあるメモリから特性値ＫFを読み出して数１に示す演算を行い、図１１に示すような所定の直線特性ＣH3あるいは曲線特性ＣH4の係数Ｋを乗算手段１３３に出力する。
【００５９】
図１１において、荷重センサ信号ＬSが所定荷重値ＬS2を超える領域では係数Ｋ＝１であり、荷重センサ信号ＬSが所定荷重値ＬS2以下の領域における係数Ｋは荷重センサ信号ＬSの減少に伴い特性ＣH3あるいは特性ＣH4のように減少する。
特性ＣH3では、荷重センサ信号ＬSが所定荷重値ＬS1で係数Ｋは零になり、特性ＣH4では、荷重センサ信号ＬSが所定荷重値ＬS2以下の領域において荷重センサ信号ＬSの減少に伴い係数Ｋは、なだらかな傾斜で減衰し、中域で大きく減衰し、再びなだらかな傾斜で減衰して零に収束する。
【００６０】
乗算手段１４１は目標信号設定手段１３８から出力する目標信号ＴMRに係数設定手段１４０から出力する係数ＫRを乗じてその結果を制御信号ＳRとして右駆動制御手段２１３に出力する。
前部補助輪に掛かる荷重を前部補助輪荷重センサで検出して所定値を超える荷重であれば、ハンドリングに加える操作力等に基づいて設定される目標信号を制御信号として駆動制御手段に出力し、この制御信号に基づいた補助力を電動機で発生させて主輪に付加する。
一方、前部補助輪に掛かる荷重が所定値以下の場合にはハンドリングに加える操作力等に基づいて設定される目標信号に、前部補助輪荷重センサから出力する荷重センサ信号に基づいて設定される係数を乗じて前部補助輪の浮き上がりを防止するように制御信号を減少させて電動機で発生させる補助力を小さくする。
【００６１】
このように、電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサとＡ／Ｄ変換器とを備えると共に、制御信号処理手段に、目標信号設定手段とローパスフィルタと係数設定手段と乗算手段とを備えたので、車椅子の前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を連続的に制御することによって主輪により適切な補助力を付加することができる。
【００６２】
図１２は本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段と制御信号処理手段の要部ブロック構成図である。
図１３は本発明に係る電動車椅子の係数設定手段の係数Ｋ−前後荷重比ＲＦ特性図である。
【００６３】
図１２において、右姿勢制御用荷重センサ手段１８６は前部補助輪荷重センサ１８６Ａと、Ａ／Ｄ変換器１８６Ｂと、主輪荷重センサ１８６Ｃと、Ａ／Ｄ変換器１８６Ｄと、を備え、右制御信号処理手段１２６は目標信号設定手段１４６と、除算手段１４７Ａおよびローパスフィルタ１４７Ｂからなる前後荷重比検出手段１４７と、係数設定手段１４８と、乗算手段１４９とから構成する。
図１２における目標信号設定手段１４６は請求項１に係る図７で説明した目標信号設定手段１３０と構成および作用が同一なので、ここでの説明を省略する。
【００６４】
前部補助輪荷重センサ１８６Ａは、図５に示すように前部補助輪４に荷重センサを取り付け、リミットＳＷ８１の代りに接触子８２に連動する可変抵抗器、或は接触子８２に永久磁石等を備え、リミットＳＷ８１の代りに磁気センサを用いて前部補助輪４に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号Ｌ0SRをＡ／Ｄ変換器１８６Ｂに出力し、Ａ／Ｄ変換器１８６Ｂは荷重センサ信号Ｌ0SRをデジタルに変換した荷重センサ信号ＬSRを右制御信号処理手段１２６の前後荷重比検出手段１４７に出力する。
【００６５】
主輪荷重センサ１８６Ｃは、図５に示す荷重センサを主輪５に取り付け、リミットＳＷ８１の代りに接触子８２に連動する可変抵抗器、或は接触子８２に永久磁石等を備え、リミットＳＷ８１の代りに磁気センサを用いて主輪５に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号Ｌ0MRをＡ／Ｄ変換器１８６Ｄに出力し、Ａ／Ｄ変換器１８６Ｄは荷重センサ信号Ｌ0MRをデジタルに変換した荷重センサ信号ＬMRを右制御信号処理手段１２６の前後荷重比検出手段１４７に出力する。
【００６６】
前後荷重比検出手段１４７の除算手段１４７Ａは姿勢制御用荷重センサ手段から得られる主輪に掛かる荷重の荷重センサ信号ＬMRを前部補助輪に掛かる荷重の荷重センサ信号ＬSRで除して荷重センサ信号ＬMRと荷重センサ信号ＬSRとの比率を前後荷重比信号ＲRとしてローパスフィルタ１４７Ｂに出力する。
【００６７】
ローパスフィルタ１４７Ｂは前後荷重比信号ＲRに含まれる高域周波数成分を減衰させて阻止し、低域周波数成分を通過させた前後荷重比信号ＲFRを係数設定手段１４８に出力する。
【００６８】
係数設定手段１４８は、ＲＡＭまたは書換え可能なＲＯＭ等のメモリと演算手段とを備え、メモリには前後荷重比信号ＲF（ＲFR）の値に応じた特性値ＫF（ＫFR）を前後荷重比信号ＲFの値に応じた番地に記憶し、前後荷重比信号ＲFをメモリの読出し番地として特性値ＫFをメモリより読み出して演算手段で数１に示す演算を行い図１３に示す特性の係数Ｋ（ＫR）を乗算手段１４９に出力する。
【００６９】
図１３において、前後荷重比ＲFが所定前後荷重比ＲF1を下回る領域では前部補助輪４に掛かる荷重が大きく、主輪５に掛かる荷重が小さい場合であつて、前後荷重比ＲFの増加に伴って係数Ｋはなだらかに零より増加し、そして徐々にその増加率を増して増加し、前後荷重比ＲFが所定前後荷重比ＲF1に近付くに従って係数Ｋはその増加率を減少させてＫ＝１に漸近する。
【００７０】
前後荷重比ＲFが所定前後荷重比ＲF1以上で、所定前後荷重比ＲF2を下回る領域では係数ＫはＫ＝１である。
前後荷重比ＲFが所定前後荷重比ＲF2以上の領域では前部補助輪４に掛かる荷重が小さく、主輪５に掛かる荷重が大きい場合であつて、前部補助輪４の浮きを生じる恐れがある領域であり、前後荷重比ＲFの増加に伴って係数ＫはなだらかにＫ＝１より減少し、そして徐々にその減少率を増して減少し、さらに前後荷重比ＲFの増加に伴い係数Ｋは再びその減少率を減少させて徐々に零に収束する。
【００７１】
乗算手段１４９は目標信号設定手段１４６から出力する目標信号ＴMRに係数設定手段１４８から出力する係数ＫRを乗じてその結果を制御信号ＳRとして右駆動制御手段２１３に出力する。
【００７２】
前部補助輪に掛かる荷重を前部補助輪荷重センサで検出し、主輪に掛かる荷重を主輪荷重センサで検出して前後の車輪に掛かる荷重の比率を演算し、この比率が所定の範囲内であれば、ハンドリングに加える操作力等に基づいて設定される目標信号を制御信号として駆動制御手段に出力し、この制御信号に基づいた補助力を電動機で発生させて主輪に付加する。
一方、前後の車輪に掛かる荷重の比率が所定の範囲外であれば、
ハンドリングに加える操作力等に基づいて設定される目標信号に、前部補助輪荷重センサから出力する荷重センサ信号に基づいて設定される係数を乗じて前部補助輪の浮き上がり、または前部補助輪への過剰な荷重を防止するように制御信号を減少させて電動機で発生させる補助力を小さくする。
【００７３】
このように、電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサと主輪荷重センサとＡ／Ｄ変換器とを備えると共に、制御信号処理手段に、目標信号設定手段と除算手段とローパスフィルタと係数設定手段と乗算手段とを備えたので、車椅子の前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって車椅子の前後方向への電動機の補助力による過度な加速度の発生を防止して主輪に適切な補助力を付加することができる。
【００７４】
図１４は本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段と制御手段の要部ブロック構成図である。
図１５は本発明に係る電動車椅子の係数設定手段の係数Ｋ−左右荷重差分△ＬＦ（Ｒ−Ｌ）特性図である。
【００７５】
図１４において、右姿勢制御用荷重センサ手段１８８は前部補助輪荷重センサ１８８Ａと、Ａ／Ｄ変換器１８８Ｂと、主輪荷重センサ１８８Ｃと、Ａ／Ｄ変換器１８８Ｄと、を備え、右制御信号処理手段１２８は目標信号設定手段１５４と、加算手段１５５と、係数設定手段１５６と、乗算手段１５７と、を備え、差分荷重演算手段１５８は差分手段１５８Ａと、ローパスフィルタ１５８Ｂと、を備える。
【００７６】
図１４における目標信号設定手段１５４は請求項１に係る図７で説明した目標信号設定手段１３０と構成および作用が同一なので、ここでの説明を省略する。
【００７７】
前部補助輪荷重センサ１８８Ａは、図５に示すように前部補助輪４に荷重センサを取り付け、リミットＳＷ８１の代りに接触子８２に連動する可変抵抗器、或は接触子８２に永久磁石等を備え、リミットＳＷ８１の代りに磁気センサを用いて前部補助輪４に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号Ｌ0SRをＡ／Ｄ変換器１８８Ｂに出力し、Ａ／Ｄ変換器１８８Ｂは荷重センサ信号Ｌ0SRをデジタルに変換した荷重センサ信号ＬSRを右制御信号処理手段１２８の加算手段１５５に出力する。
【００７８】
主輪荷重センサ１８８Ｃは、図５に示す荷重センサを主輪５に取り付け、リミットＳＷ８１の代りに接触子８２に連動する可変抵抗器、或は接触子８２に永久磁石等を備え、リミットＳＷ８１の代りに磁気センサを用いて主輪５に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号Ｌ0MRをＡ／Ｄ変換器１８８Ｄに出力し、Ａ／Ｄ変換器１８８Ｄは荷重センサ信号Ｌ0MRをデジタルに変換した荷重センサ信号ＬMRを右制御信号処理手段１２８の加算手段１５５に出力する。
【００７９】
加算手段１５５は姿勢制御用荷重センサ手段から得られる前部補助輪に掛かる荷重の荷重センサ信号ＬSRと主輪に掛かる荷重の荷重センサ信号ＬMRとの加算を行い右側の車輪に掛かる全荷重を求めて荷重信号ＬMSRとして差分荷重演算手段１５８の加算手段１５８Ａに出力する。
【００８０】
加算手段１５８Ａは右側の車輪に掛かる全荷重の荷重信号ＬMSRから左側の車輪に掛かる全荷重の荷重信号ＬMSLを引いた左右荷重差分信号△Ｌ(R-L)をローパスフィルタ１５８Ｂに出力する。
【００８１】
ローパスフィルタ１５８Ｂは左右荷重差分信号△Ｌ(R-L)に含まれる高域周波数成分を減衰させて阻止し、低域周波数成分を通過させた左右荷重差分信号△ＬF(R-L)を係数設定手段１５６に出力する。
【００８２】
係数設定手段１５６は、ＲＡＭまたは書換え可能なＲＯＭ等のメモリと演算手段とを備え、メモリには左右荷重差分信号△ＬF(R-L)の値に応じた特性値ＫF（ＫFR）を左右荷重差分信号△ＬF(R-L)の値に応じた番地に記憶し、左右荷重差分信号△ＬF(R-L)をメモリの読出し番地として特性値ＫFをメモリより読み出して演算手段で数１に示す演算を行い図１５に示す特性の係数Ｋ（ＫR）を乗算手段１５７に出力する。
【００８３】
図１５において、係数Ｋは左右荷重差分△ＬF(R-L)＝０で係数Ｋ＝１であり、左右荷重差分△ＬF(R-L)＝０を中心にして正負の左右荷重差分△ＬF(R-L)に対して左右対称の特性である。
左右荷重差分△ＬF(R-L)が零の場合は車椅子の左右の車輪に掛かる荷重が等しく左右の均衡が取れた状態である。
【００８４】
左右荷重差分△ＬF(R-L)が正の方向に増加することは右側の車輪に掛かる荷重が左側の車輪に掛かる荷重に比べて増えることであり、また逆に左右荷重差分△ＬF(R-L)が負の方向に増加することは左側の車輪に掛かる荷重が右側の車輪に掛かる荷重に比べて増えることであり、左右の均衡状態が悪化することである。
【００８５】
係数Ｋは、左右荷重差分△ＬF(R-L)の増加に伴いなだらかにＫ＝１より減少し、そして徐々にその減少率を増して減少し、さらに左右荷重差分△ＬF(R-L)の増加に伴い再びその減少率を減少させて徐々に零に収束する。
【００８６】
乗算手段１５７は目標信号設定手段１５４から出力する目標信号ＴMRに係数設定手段１５６から出力する係数ＫRを乗じてその結果を制御信号ＳRとして右駆動制御手段２１３に出力する。
【００８７】
このように、電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサと主輪荷重センサとＡ／Ｄ変換器とを備えると共に、制制手段に、差分演算手段とローパスフィルタとからなる差分荷重演算手段と、目標信号設定手段と加算手段と係数設定手段と乗算手段とからなる制御信号処理手段と、を備えたので、車椅子の前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって車椅子の左右方向への電動機の補助力による過度な荷重の発生を防止して左右の主輪に適切な補助力を付加することができる。
【００８８】
なお、上記実施形態は本発明の一実施例であり、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００８９】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
【００９０】
本発明に係る電動車椅子は電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサを備えると共に、制御信号処理手段に、目標信号設定手段とパルス幅計測手段と係数設定手段と乗算手段とを備え、車椅子の前部補助輪の浮きを検出する浮き検出パルス信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって主輪に適切な補助力を付加することができるので大きな駆動力を必要とする時、前輪が浮かないので走行フィーリングの良い電動車椅子を提供することができる。
【００９１】
本発明に係る電動車椅子は姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサとＡ／Ｄ変換器とを備えると共に、制御信号処理手段に、目標信号設定手段とローパスフィルタと係数設定手段と乗算手段とを備え、車椅子の前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を連続的に制御することによって主輪により適切な補助力を付加することができるので大きな駆動力を必要とする時、前輪が浮かないので滑らかな走行フィーリングの良い電動車椅子を提供することができる。
【００９２】
本発明に係る電動車椅子は姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサと主輪荷重センサとＡ／Ｄ変換器とを備えると共に、制御信号処理手段に、目標信号設定手段と除算手段とローパスフィルタと係数設定手段と乗算手段とを備え、車椅子の前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって車椅子の前後方向への電動機の補助力による過度な加速度の発生を防止して主輪に適切な補助力を付加することができるので前後のバランスの良い滑らかな走行フィーリングを有する電動車椅子を提供することができる。
【００９３】
本発明に係る電動車椅子は姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサと主輪荷重センサとＡ／Ｄ変換器とを備えると共に、制制手段に、差分演算手段とローパスフィルタとからなる差分荷重演算手段と、目標信号設定手段と加算手段と係数設定手段と乗算手段とからなる制御信号処理手段と、を備え、車椅子の前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって車椅子の左右方向への電動機の補助力による過度な荷重の発生を防止して左右の主輪に適切な補助力を付加することができるので左右のバランスの良い滑らかな走行フィーリングを有する電動車椅子を提供することができる。
【００９４】
よって、前後左右のバランスに優れて安定性の良い、滑らかな走行フィーリングを有する電動車椅子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る電動車椅子の正面図
【図２】 本発明に係る車椅子の側面図
【図３】 本発明に係るトルク検出機構の原理図
【図４】 本発明に係る主輪のハブの拡大断面図
【図５】 本発明に係る前部補助輪荷重センサの模式説明図
【図６】 本発明に係る電動車椅子の制御系の全体ブロック構成図
【図７】 本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段と制御信号処理手段の要部ブロック構成図
【図８】 本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段の浮き検出パルス信号とクロック信号との関係を示した説明図
【図９】 本発明に係る電動車椅子の係数Ｋ−時間ｔ特性図
【図１０】 本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段と制御信号処理手段の要部ブロック構成図
【図１１】 本発明に係る電動車椅子の係数設定手段の係数Ｋ−荷重センサ信号ＬＳ特性図
【図１２】 本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段と制御信号処理手段の要部ブロック構成図
【図１３】 本発明に係る電動車椅子の係数設定手段の係数Ｋ−前後荷重比ＲＦ特性図
【図１４】 本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段と制御手段の要部ブロック構成図
【図１５】 本発明に係る電動車椅子の係数設定手段の係数Ｋ−左右荷重差分△ＬＦ（Ｒ−Ｌ）特性図
【図１６】 従来の電動車椅子の制御系の全体ブロック構成図
【図１７】 車速信号Ｖ（ＶＬＷ，ＶＭＤ，ＶＨＩ）をパラメータとした手動トルク信号（Ｔ）―制御信号（Ｓ）特性図
【符号の説明】
１，２００…電動車椅子、２…ステップ、３…車体フレーム、３ａ…サブフレーム、４…前部補助輪、４ａ…ブロック、４ｂ…揺動アーム、４ｃ…補助輪、５…主輪、５ａ…ハブ、５ｂ…スポーク、５ｃ…タイヤリム、５ｄ…タイヤ、６…ハンドリング、８…バッテリ、１１Ｒ…右手動トルクセンサ、１１Ｌ…左手動トルクセンサ、２０…トルク検出機構、２１…スプリング、２２…ワイヤ、２３…中継プーリ、３１…ベアリング、３２…アウタレース、３３…鍔、３４…インナレース、３５…ナット、３６…ロッド、４１…ボス、４２…ナット、４３…ブラケット、４４…ビス、４５…チューブ、５０…モータ、５１…モータハウジング、５２…コイル、５３…マグネット、５４…ロータ、５４ａ…カップ、５４ｂ…シリンダ、６０…第１遊星減速機構、６１…第１サンギヤ、６２…第１インナギヤ、６３…第１プラネタリギヤ、６４…第１キャリア、７０…第２遊星減速機構、７１…第２サンギヤ、７２…第２インナギヤ、７３…第２プラネタリギヤ、１０２，１９５，２０２…制御手段、１０３，２０３…右主輪回転速度センサ、１０６，２０６…左主輪回転速度センサ、１０７，１１２，２０７，２１２…回転方向判別手段、１０８，１１１，２０８，２１１…車速演算手段、１０９，１１０，２０９，１８４Ｂ，１８５Ｂ，１８６Ｂ，１８６Ｄ，１８７Ｂ，１８７Ｄ，１８８Ｂ，１８８Ｄ，１８９Ｂ，１８９Ｄ，２１０…Ａ／Ｄ変換器、１１３，２１３…右駆動制御手段、１１４，２１４…左駆動制御手段、１１５，２１５…右電動機駆動手段、１１６，２１６…左電動機駆動手段、１１７，２１７…右電動機、１１８，２１８…左電動機、１２０，１２２，１２４，１２６，１２８，２２０…右制御信号処理手段、１２１，１２３，１２５，１２７，１２９２２１…左制御信号処理手段、１３０，１３４，１３８，１４２，１４６，１５０，１５４，１５９…目標信号設定手段、１５８Ａ…差分演算手段、１８０，１８２，１８４，１８６，１８８…右姿勢制御用荷重センサ手段、１８１，１８３，１８５，１８７，１８９…左姿勢制御用荷重センサ手段、１３１，１３５…パルス幅計測手段、１３２，１３６，１４０，１４４，１４８，１５２，１５６，１６１…係数設定手段、１３３，１３７，１４１，１４５，１４９，１５３，１５６，１６１…乗算手段、１８４Ａ，１８５Ａ，１８６Ａ，１８７Ａ，１８８Ａ，１８９Ａ…前部補助輪荷重センサ、１３９，１４３，１４７Ｂ，１５１Ｂ，１５８Ｂ…ローパスフィルタ、１８６Ｃ，１８７Ｃ，１８８Ｃ，１８９Ｃ…主輪荷重センサ、１４７Ａ，１５１Ａ…除算手段、ＤＬ…左主輪回転方向判別信号、ＣＫ…クロック信号、ＤＲ…右主輪回転方向判断信号、ＦＥＴ…電界効果トランジスタ、Ｋ，ＫＬ，ＫＲ…係数、ＬＬ，ＬＲ，ＬＷ…浮き検出パルス信号、ＬＭＳＬ，ＬＭＳＲ，ＬＳＦＬ，ＬＳＦＲ…荷重信号、Ｌ０ＳＬ，Ｌ０ＳＲ，ＬＳ，ＬＳＬ，ＬＳＲ…荷重センサ信号、Ｍ…乗員、ＰＤＬ…左電動機駆動信号、ＰＤＲ…右電動機駆動信号、ＰＨＬ，ＰＨＲ…パルス幅信号、ＰＷＬ…左動制御信号、ＰＷＲ…右動制御信号、ＰＷＭ…パルス幅変調器、ＲＦ…前後荷重比、ＲＦＬ，ＲＦＲ，ＲＬ，ＲＲ…前後荷重比信号、Ｓ，ＳＬ，ＳＲ…制御信号、Ｔ…手動トルク信号、ＴＬ…左手動トルク信号、ＴＭＬ，ＴＭＲ…目標信号、ｔ…時間、ＴＰＬ…左手動トルクアナログ信号、ＴＰＲ…右手動トルクアナログ信号、ＴＬ…左手動トルク信号、ＴＲ…右手動トルク信号、ＵＲ…右輪回転速度信号、Ｖ…車速信号、ＶＨＩ…高車速領域、ＶＬＷ…低車速領域、ＶＭＤ…中車速領域、ＶＲ…右車速信号、ＶＬ…左車速信号、△ＬＦ（Ｒ−Ｌ）…左右荷重差分、△Ｌ（Ｒ−Ｌ）…左右荷重差分信号。
Claims (6)
- 車体を人力で操作するためのハンドリングを付設した主輪と、この主輪の回転速度を検出する主輪回転速度センサと、前記ハンドリングに加える操作力を検出する手動トルクセンサと、前記主輪に補助力を付加する電動機と、前記電動機を駆動制御する駆動制御手段と、この駆動制御手段からの信号によって前記電動機を駆動する電動機駆動手段と、車体に回転自在に取付けた前部補助輪と、をそれぞれ左右一対に備える電動車椅子において、
前記前部補助輪に掛かる荷重が小さく、前記主輪に掛かる荷重が大きい場合には、浮き上がりを防止するように前記駆動制御手段により前記電動機を制御することを特徴とする電動車椅子。 - 前記電動車椅子は、前記前部補助輪に設けた荷重センサを備え、当該荷重センサは前記前部補助輪の浮きに応じた浮き検出パルス信号を出力するとともに、当該浮き検出パルス信号のパルス幅に応じて前記駆動制御手段は前記電動機を制御することを特徴とする請求項１記載の電動車椅子。
- 前記駆動制御手段は、前記主輪回転速度センサおよび前記手動トルクセンサからの信号を処理する制御信号処理手段と、当該制御信号処理手段は前記両センサからの信号の値に基づいて前記電動機による補助力の大きさと方向を決める目標信号を設定する目標信号設定手段と、前記浮き検出パルス信号のパルス幅に応じて前記目標信号に係数を乗算することを特徴とする請求項２記載の電動車椅子。
- 車体を人力で操作するためのハンドリングを付設した主輪と、この主輪の回転速度を検出する主輪回転速度センサと、前記ハンドリングに加える操作力を検出する手動トルクセンサと、前記主輪に補助力を付加する電動機と、前記電動機を駆動制御する駆動制御手段と、この駆動制御手段からの信号によって前記電動機を駆動する電動機駆動手段と、車体に回転自在に取付けた前部補助輪と、をそれぞれ左右一対に備える電動車椅子において、
車輪に掛かる荷重を検出する荷重センサを有する左右一対の姿勢制御用荷重センサ手段と、前記姿勢制御用荷重センサ手段、前記回転速度センサおよび前記手動トルクセンサからの信号を処理して前記電動機による補助力の大きさと方向を制御する左右一対の制御信号処理手段からなる制御手段と、を備えると共に、
前記制御信号処理手段は、前記回転速度センサおよび前記手動トルクセンサからの信号の値に基づいて前記電動機による補助力の大きさと方向を決める目標信号を設定する目標信号設定手段と、前記前部補助輪に荷重センサを設けた前記姿勢制御用荷重センサ手段から得られる荷重センサ信号に含まれる高域周波数成分を減衰させて低域周波数成分を出力するローパスフィルタと、このローパスフィルタからの荷重信号に基づいて係数を設定してこの係数を出力する係数設定手段と、前記目標信号設定手段から出力する目標信号に前記係数設定手段から出力する係数を乗算して制御信号を出力する乗算手段と、を備えたことを特徴とする電動車椅子。 - 車体を人力で操作するためのハンドリングを付設した主輪と、この主輪の回転速度を検出する主輪回転速度センサと、前記ハンドリングに加える操作力を検出する手動トルクセンサと、前記主輪に補助力を付加する電動機と、前記電動機を駆動制御する駆動制御手段と、この駆動制御手段からの信号によって前記電動機を駆動する電動機駆動手段と、車体に回転自在に取付けた前部補助輪と、をそれぞれ左右一対に備える電動車椅子において、
車輪に掛かる荷重を検出する荷重センサを有する左右一対の姿勢制御用荷重センサ手段と、前記姿勢制御用荷重センサ手段、前記回転速度センサおよび前記手動トルクセンサからの信号を処理して前記電動機による補助力の大きさと方向を制御する左右一対の制御信号処理手段からなる制御手段と、を備えると共に、
前記姿勢制御用荷重センサ手段は、
前記前部補助輪に荷重センサを設けてこの前部補助輪に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号を出力する前部補助輪荷重センサと、前記主輪に荷重センサを設けてこの主輪に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号を出力する主輪荷重センサと、を備え、
前記制御信号処理手段は、
前記回転速度センサおよび前記手動トルクセンサからの信号の値に基づいて前記電動機による補助力の大きさと方向を決める目標信号を設定する目標信号設定手段と、前記姿勢制御用荷重センサ手段から得られる前部補助輪に掛かる荷重の荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重の荷重センサ信号との比率を演算して荷重比率信号を出力する除算手段と、この除算手段から得られる荷重比率信号に含まれる高域周波数成分を減衰させて低域周波数成分を出力するローパスフィルタと、このローパスフィルタからの荷重比率信号に基づいて係数を設定してこの係数を出力する係数設定手段と、前記目標信号設定手段から出力する目標信号に前記係数設定手段から出力する係数を乗算して制御信号を出力する乗算手段と、を備えたことを特徴とする電動車椅子。 - 車体を人力で操作するためのハンドリングを付設した主輪と、この主輪の回転速度を検出する主輪回転速度センサと、前記ハンドリングに加える操作力を検出する手動トルクセンサと、前記主輪に補助力を付加する電動機と、前記電動機を駆動制御する駆動制御手段と、この駆動制御手段からの信号によって前記電動機を駆動する電動機駆動手段と、車体に回転自在に取付けた前部補助輪と、をそれぞれ左右一対に備える電動車椅子において、
車輪に掛かる荷重を検出する荷重センサを有する左右一対の姿勢制御用荷重センサ手段と、前記姿勢制御用荷重センサ手段、前記回転速度センサおよび前記手動トルクセンサからの信号を処理して前記電動機による補助力の大きさと方向を制御する左右一対の制御信号処理手段からなる制御手段と、を備えると共に、
前記姿勢制御用荷重センサ手段は、
前記前部補助輪に荷重センサを設けてこの前部補助輪に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号を出力する前部補助輪荷重センサと、前記主輪に荷重センサを設けてこの主輪に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号を出力する主輪荷重センサと、を備え、
前記制御手段は、
右車輪に掛かる全荷重と左車輪に掛かる全荷重との差分を演算して差分荷重信号を出力する差分演算手段と、この差分演算手段から得られる差分荷重信号に含まれる高域周波数成分を減衰させて低域周波数成分を出力するローパスフィルタと、からなる差分荷重演算手段と、
前記回転速度センサおよび前記手動トルクセンサからの信号の値に基づいて前記電動機による補助力の大きさと方向を決める目標信号を設定する目標信号設定手段と、前記姿勢制御用荷重センサ手段から得られる前部補助輪に掛かる荷重の荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重の荷重センサ信号とを加算した荷重信号を出力する加算手段と、前記差分荷重演算手段から得られる差分荷重信号に基づいて係数を設定してこの係数を出力する係数設定手段と、前記目標信号設定手段から出力する目標信号に前記係数設定手段から出力する係数を乗算して制御信号を出力する乗算手段と、からなる前記制御信号処理手段と、
を備えたことを特徴とする電動車椅子。
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