JP4100761B2

JP4100761B2 - 補助動力付き車椅子

Info

Publication number: JP4100761B2
Application number: JP08203998A
Authority: JP
Inventors: 敦内山; 宏彰尾方
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2018-03-27
Also published as: JPH11276527A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、左，右の駆動輪に間欠的に加えられる人力と、該人力の大きさに応じた補助動力との合成力によって前後進及び旋回動作を行うようにした補助動力付き車椅子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
手動車椅子と電動車椅子との中間的な存在として補助動力付き車椅子が提案されている。この補助動力付き車椅子は、左，右の駆動輪に間欠的に加えられる人力を検出し、該検出された人力に応じた補助動力を左，右の駆動輪に加えることによって歩行の不自由な使用者の肉体的な負担を軽減するものであり、使用者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】
ところで上記補助動力付き車椅子の場合、人力に応じた補助動力が供給されるので、速度が出すぎることが懸念される。本発明者等はこの問題を回避するために、車速が所定値を越えた場合には人力に対する補助動力を小さくするようにしたものを開発中である。
【０００４】
しかしながら、単に補助動力を車速に応じて小さくするようにしても例えば降坂時においてはやはり速度が出すぎることが懸念される。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、降坂時においても車速が出すぎることのない補助動力付き車椅子を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、車両の進行方向に向かって左右に配置された二つの駆動輪の何れか一方又は両方に加えられた人力に基づいて求めた補助動力を供給するようにした補助動力付き車椅子において、同一の人力に対する上記補助動力を、車速が第１設定車速Ｖ１を越えると車速の増加に伴って減じ、Ｖ１＜Ｖ２なる第２設定車速Ｖ２でゼロとし、さらにＶ２≦Ｖ３なる第３設定車速Ｖ３を越えると負とする補助動力制御手段を備えたことを特徴としている。
【０００７】
ここで請求項１の発明の第３設定車速Ｖ３は、第２設定車速Ｖ２と同一車速である場合（図１３（ａ），（ｂ）参照）、及び第２設定車速Ｖ２より大きい場合（図１６参照）の両方を含む。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１において、人力の入力（ストローク）のたびごとに、そのときの人力の大きさに応じた値に上記第１〜第３設定車速Ｖ１〜Ｖ３を設定する設定車速制御手段を備えたことを特徴としている。
【０００９】
具体的には、例えば図１７に示すように、第１ストロークで入力された人力が小さい場合には、上記第１〜第３設定車速は小さい値Ｖ1S〜Ｖ3Sに設定され（図１７（ａ）参照）、第２ストロークで入力された人力が大きい場合には、上記第１〜第３設定車速は大きい値Ｖ1L〜Ｖ3Lに設定される（図１７（ｂ）参照）。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１において、上記第１〜第３設定車速Ｖ１〜Ｖ３をそのときの人力の大きさにかかわらず固定値に設定する設定車速制御手段を備えたことを特徴としている。即ち、請求項３の発明は、上記図１７において第１，第２ストロークにおける人力の大きさが異なる場合であっても、第１〜第３設定車速Ｖ１〜Ｖ３は同じ値に設定されることを意味しており、また、第１〜第３設定車速Ｖ１〜Ｖ３を人力の入力のたびごとに設定する場合、及び入力の有無にかかわらず予め設定しておく場合を含む。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項２又は３において、上記設定車速制御手段は、上記第１〜第３設定車速Ｖ１〜Ｖ３を、人力供給の合間の惰行時における人力の供給停止後所定時間ｔ１の間は、人力供給停止前の大きさに維持し、その後は時間の経過に伴って小さくすることを特徴としている。
【００１２】
請求項４の発明を図１７，図１８に基づいてより詳細に説明する。
上記第１〜第３設定車速Ｖ１〜Ｖ３は、例えば第１ストロークで入力された人力の大きさに応じた値Ｖ1S〜Ｖ3Sに設定され、人力の供給停止後も所定時間の間はこの設定された値に維持される。そして該所定時間経過後は第１〜第３設定車速Ｖ1S〜Ｖ3Sは時間の経過とともに、図１７(a-1), (ａ-2) に示すように徐々に小さい値に減衰される。また第２ストロークにおける人力の大きさに基づいて設定された第１〜第３設定車速Ｖ1L〜Ｖ3Lは、該人力の供給停止後も所定時間の間はこの設定された値に維持される。そして該所定時間経過後は第１〜第３設定車速Ｖ1L〜Ｖ3Lは時間の経過とともに、図１７(b-1), (b -2) に示すように徐々に小さい値に減衰される。なお、図１８は上記第１〜第３設定車速が時間の経過とともに実線, 一点鎖線, 二点鎖線で示すように徐々に小さい値に減衰される様子を示している。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１ないし４の何れかにおいて、上記補助動力制御手段は、例えば図１３に示すように、車速が上記第１設定車速Ｖ１より小さい第４設定車速Ｖ４を下回る場合には、車速の減少に伴って補助動力（モータトルク）を増加させることを特徴としている。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１ないし５の何れかにおいて、上記車速が、左，右駆動輪の回転速度から合成された実質的な重心速度であることを特徴としている。
【００１５】
【発明の作用効果】
請求項１の発明にかかる補助動力付き車椅子によれば、補助動力を、車速が第１設定車速Ｖ１を越えると車速の増加に伴って減じてゆき、第２設定車速Ｖ２で実質的にゼロとし、さらに該第２設定車速Ｖ２と同一又はこれより大きい第３設定車速Ｖ３を越えると負とするようにしたので、通常の平坦路での走行では補助動力を供給することに起因して車速が過剰に速くなることはなく、さらに降坂時等において第３設定車速Ｖ３を越えると補助動力が負、即ち回生制動力となり、この降坂時においても車速が出すぎるといった問題を回避できる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、人力の入力のたびごとに、そのときの人力の大きさに応じた値に上記第１〜第３設定車速Ｖ１〜Ｖ３を設定するようにしたので、例えば図１９（ａ）に示すように、上記第２設定車速Ｖ２付近で降坂している場合に、前方の障害物の回避が容易となる。即ち、前方の障害物を避けるために進路変更を行うべく駆動輪に人力を加えた場合、第２設定車速Ｖ２がより高い側のＶ２′に再設定される。従って人力を加えたことにより実際の車速がＶ２からＶ２ａ増加しても、該実際の車速Ｖ２ａが直ちにＶ２´を越える回生制動領域に移行してしまうことはなく、人力に応じた補助動力を供給することができ、上記障害物の回避が容易となる。
【００１７】
ここで請求項１の構成を採用した場合に、請求項２の発明と逆に設定車速を人力の大きさにかかわらず固定とすると、例えば図１９（ｂ）に示すように、上記第２設定車速Ｖ２付近で降坂している場合に、前方の障害物を回避するために人力を供給すると実際の車速がＶ２より大きいＶ２ａに増加するため、補助動力の回生制動領域に移行してしまい、十分な補助動力が供給されないばかりか回生制動力が発生し、回避操作が重くなる懸念がある。
【００１８】
請求項３の発明によれば、上記第１〜第３設定車速Ｖ１〜Ｖ３を人力の大きさに係わらず固定値としたので、上記第１〜第３設定車速の制御プログラムが簡単になる。
【００１９】
請求項４の発明によれば、上記第１〜第３設定車速Ｖ１〜Ｖ３を、人力の供給停止後所定時間ｔ１の間は人力供給停止前の大きさに維持し、その後は図１９（Ｃ）に示すように時間の経過にともなって徐々に減衰させるようにしたので、人力の供給が停止されても実際の車速Ｖ２が減衰してくる第２設定車速Ｖ２´に一致して直ちに補助動力がなくなってしまったり、あるいは実際の車速Ｖ２ａが第２設定車速Ｖ２´以上となって回生制御領域に入り直ちにモータ駆動系が逆に負荷となって操作感が悪化するといった問題を回避できる。
【００２０】
また上記所定の維持時間が経過した後は、例えば図１９（ｃ）に示すように、第１〜第３設定車速Ｖ１〜Ｖ３を時間の経過に伴って減衰させるようにしたので、下り坂では実際の車速Ｖ２ａが減衰してくる第２設定車速Ｖ２′より大きくなった時点で回生制動力が発生する。そのため下り坂でも人力を入力した後しばらく惰行し、その後車速が減少するといった平地と同様の操作感が得られる。
【００２１】
請求項５の発明によれば、車速が上記第１設定車速Ｖ１より小さい第４設定車速Ｖ４を下回る場合には、車速の減少と共に補助動力を増加させるようにしたので、例えば登坂時において第４設定車速Ｖ４以下となると補助動力が増加され、人力供給の合間に容易に後退してしまうといった問題を回避できる。
【００２２】
請求項６の発明によれば、上記車速を、左，右駆動輪の回転速度から合成された実質的な重心速度としたので、補助動力の供給により車椅子が旋回しすぎるといった問題を回避できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１〜図１３，図１７〜図１９は本発明の第１実施形態による補助動力付き車椅子を説明するための図であり、図１は上記車椅子の側面図、図２は該車椅子の平面図、図３は上記車椅子の背面図、図４は上記車椅子の車輪のハブ部分のカバーを取り外した状態を示す正面図、図５は図４のＶ−Ｖ線断面図、図６〜図９は回転トランスを示す図、図１０は補助動力制御装置のシステム構成図、図１１〜図１３，図１７〜図１９は制御動作を説明するための特性図である。
【００２４】
本実施形態に係る補助動力付車椅子１は、既存の折り畳み式手動車椅子に補助動力装置(Power Assist System) を組み付けたものである。この車椅子１は車体の左右に駆動輪である車輪２を着脱自在に取り付けて構成され、これのパイプ枠状のフレーム３の前後部は左右一対のキャスタ４と車輪２によって移動自在に支持されている。
【００２５】
又、上記フレーム３の中央部には、乗員が着座すべき布製のシート５（図２及び図３参照）が張設されている。尚、フレーム３は図３に示すように前後一対のクロス部材３ａを有しており、Ｘ字状を成す２本のクロス部材３ａはその交点を軸６によって枢着されている。
【００２６】
更に、フレーム３の後部には左右一対のハンドルアーム３ｂが立設されており、各ハンドルアーム３ｂの上端部は後方に折曲され、その折曲部には介助者用のグリップ７が取り付けられている。
【００２７】
又、フレーム３の上記ハンドルアーム３ｂの中間高さ位置から車体前方に水平に延びる左右一対のアーム３ｃはその前端部が略直角に折り曲げられて垂直下方に延び、その下端部に前記キャスタ４が回転自在に支持されている。右側（シート５に着座した乗員にとって右側）のアーム３ｃの直角に折り曲げられた部分（垂直部分の上部）にメインスイッチ８が取り付けられている。そして、上記アーム３ｃの下方に配された左右一対のアーム３ｄの前側部分は車体前方に向かって斜め下方に延出されており、その延出端（前端部）には左右一対のステップ９が取り付けられている。
【００２８】
上記車輪２は、使用者の手によって回転力（人力）が加えられるハンドリム組立体７０と、該ハンドリム組立体７０から入力された人力に応じたモータ駆動力（補助動力）を出力する駆動部２０とをな備えている。
【００２９】
そして上記フレーム３の車輪中心部にはボス１１が螺挿され、該ボス１１の軸芯部には車軸２２が嵌合挿入され、ナット２２ａにより締め付け固定されている。該車軸２２は中空状のもので、その軸芯部にはシャフト２３が軸方向へ移動可能に挿入されている。該シャフト２３の両端部には他の部分よりも大径な頭部２３ａ，２３ｂがそれぞれ形成されている。右側の頭部２３ａの内側にはコイルバネ２４が配置され、該シャフト２３を車軸２２に対して右側へ付勢している。また、車軸２２には、複数のボール２５，・・・が外周側に抜け出ないようかつ半径方向に移動可能に収容されている。各ボール２５は、シャフト２３の頭部２３ａの大径部分によって押し拡げられることにより車軸２２の外周から僅かに突出し、これにより、車軸２２は、ボス１１から抜けないようになっている。また、シャフト２３を車軸２２に対して図中左側へ相対的に移動させることにより、頭部２３ａの小径部分がボール２５の位置に移動し、ボール２５が内側へ移動できる状態となる。これにより、車軸２２をボス１１から図２中右側へ抜き出すことができる。
【００３０】
上記車軸２２は、略有底円筒状をなす固定プレート３０の中心部を貫通してこれを支持しており、該固定プレート３０には、図示しない回り止め部材が取り付けられている。回り止め部材は、フレーム３と係合することにより、固定プレート３０がフレーム３に対して回転するのを阻止している。
【００３１】
また、上記車軸２２により、略有底円筒状をなす回転側部材としてのハブ５０が軸受５１を介して回転自在に支持されている。このハブ５０の内面には内歯ギヤ５２が固定されており、該内歯ギヤ５２には中間軸３６に一体形成された中間ギヤ３６ａが噛合しており、該中間軸３６は固定側部材としての固定プレート３０の底面に回転自在に支持されている。該中間軸３６は、これに固着された中間プーリ３３，及びベルトを介して上記固定プレート３０に取り付けられた駆動用モータ３１（図１０参照）により回転駆動され、その結果上記ハブ５０が回転する。
【００３２】
上記ハブ５０には、上記ハンドリム組立体７０が所定角度だけ相対回転可能に支持されている。このハンドリム組立体７０は、使用者がハンドリム１３に加える回転力をハブ５０に伝達するとともに、加えられる回転力を検出する機能を有している。以下、使用者が加える回転力を検出する構成について説明する。
【００３３】
図４及び図５において符号７１は、ハンドリム組立体７０の中心部を構成するディスクであり、該ディスク７１は、内輪部７１ａと外輪部７１ｂとを３本のスポーク部７１ｃで連結した構造を有し、３本のスポークパイプ１５によりハンドリム１３に結合されている。また上記ディスク７１はブッシュ５５を介して上記ハブ５０のボス部５０ａにより相対回転可能に支持されている。
【００３４】
上記ディスク７１のスポーク部７１ｃ，７１ｃ間には、ポテンショメータ７２が配置され、上記ハブ５０の底部５０ｂの外面に半径方向の位置調整可能に取り付けられている。該ポテンショメータ７２の入力軸７２ａは上記底部５０ｂの内面に突出し、該突出部に長孔７３ａを有するレバー７３が取り付けられている。該レバー７３の長孔７３ａには、ディスク７１に固定されたピン５３が挿入されている。この構成のもとに、ハブ５０とハンドリム組立体７０との相対角度が基準位置から変化すると、ポテンショメータ７２の入力軸７２ａが回転し、そのインピーダンスが回転角度に応じて変化する。
【００３５】
上記スポーク部７１ｃに形成された矩形孔７１ｄ内にはバネガイド５４が配置され、上記ハブ５０の底部５０ｂにボルト締め固定されており、該バネガイド５４内にはコイルバネ５６が収容配置されている。該コイルバネ５６の両端部はスライダ５７を介してスポーク部７１ｃの矩形孔７１ｄの内縁に当接している。この構成のもとに、ハンドリム組立体７０を車輪２に対して相対回転させると、この相対回転角度が後述する人力検出装置によって検出される。
【００３６】
また符号５８はハブ５０とディスク７１との間のガタ止めとして機能する樹脂製のダンパ部材である。このダンパ部材５８は上記バネガイド５４に形成された凸部５４ａの内側に装着されて上記ディスク７１の外輪部７１ｂに対向しており、ボルト５８ａを締め込むことにより上記外輪部７１ｂに摺接し、ハブ５０とディスク７１間のガタを防止する。なお、符号７１ｅは上記ポテンショメータ７２等を覆うカバーであり、図４はこのカバー７１ｅを取り外した状態を示している。
【００３７】
また符号１００は後述するコントローラであり、これは上記固定プレート３０の底部３０ｂの内面に配設されている。
【００３８】
次に、人力検出装置の構成を説明する。
符号８０は差動回転トランスであり、これは固定プレート３０の中心のボス部３０ａに取り付けられたアウタートランス８１と、可動プレート５０の中心のボス部５０ａに取り付けられたインナートランス８２とから構成されている。
【００３９】
上記アウタートランス８１は、非磁性体かつ絶縁体の樹脂からなる円筒状のボビン８３の外周面に２条の巻溝８３ａ，８３ｂを凹設し、各巻溝８３ａ，８３ｂに１次コイル８４ａ，８４ｂを巻回して構成されている。
【００４０】
また、上記インナートランス８２は、磁性体（例えば軟鉄等の金属）からなる円筒状のコア８５の外周面に２条の保持溝８５ａ，８５ｂを凹設し、該保持溝８５ａ，８５ｂ内に、樹脂製で外周面に凹設された巻溝８６ａ，８７ａに２次コイル８９ａ，８９ｂが巻回されたボビン８６，８７を装着して構成されている。
【００４１】
なお、８６ｂ，８７ｂはボビン８６，８７に形成されたスリット、９０はターミナルであり、各２次コイル８９ａ，８９ｂの端部８９ａ′，８９ｂ′は上記スリット８６ｂ，８７ｂを通って外部に引き出され、上記ターミナル９０に巻き付けられる。
【００４２】
ここで上記アウタートランス８１は、外部磁界を遮断する機能を有する磁性体製のコアを備えていないので、外部金属の影響による磁気的アンバランスを抑制できるように配置することが望ましい。本実施形態では、１次コイル８４ａからハブ５０の底部５０ｂまでの磁気的距離（磁気的影響を考慮した場合の距離）と、１次コイル８４ｂから固定プレート３０の底部３０ｂまでの磁気的距離をできる限り均等にするために、該アウタートランス８１の幅方向中心線Ｄを車輪の幅方向中心線Ｂに対し固定プレート３０側に寸法Ｃだけ偏位させている。
【００４３】
即ち、一般的にはアウタートランス８１の幅方向中心Ｄを車輪幅方向中心Ｂと一致させるのであるが、このようにすると１次コイル８４ａからハブ５０の底部５０ｂまでの距離と、１次コイル８４ｂから固定プレート３０の底部３０ｂまでの距離との差が拡大してしまう。
【００４４】
上記左，右のポテンショメータ７２，７２により検出された左，右輪２，２への人力は左，右の回転トランス８０，８０を介して上記コントローラ１００に入力され、該コントローラ１００は所定の処理手順に従って上記人力に応じた補助動力が得られるよう上記モータ３１への供給電力を制御する。
【００４５】
次に、図１０〜図１３，図１７〜図１９に基づいて、コントローラ１００による補助動力の制御動作を説明する。
ここで図１０は左側の車輪２における制御動作を示している。また本実施形態装置の補助動力制御は、トルク制御、即ち電流制御方式であり、電流制御ループ内においてデューティ比に制限を設けることによりモータからの補助動力を定電圧特性に沿って制限する方式を採用している。なおモータの定電圧特性は回転数に対して負の傾きを有する。
【００４６】
先ず、不感帯幅設定手段１０１により、左，右の車輪２，２のハンドリム１３，１３に加えられた人力ＦＬ，ＦＲ（入力）の履歴に基づいて使用者の障害の程度に合った不感帯幅が自動的に設定される。また、手動調節も可能となっている。また不感帯幅とは、人力の入力があっても補助動力が出力されない人力幅であり、主として上記人力検出装置における感度のばらつきを吸収する目的を有する。
【００４７】
本実施形態では、図１１に示すように、上記不感帯幅として、上記不感帯設定機能１０１により、電源投入時及び所定時間人力の入力が無かった場合にはアシスト待ち時幅Ｎ１が選択され、人力が一旦アシスト待ち時幅Ｎ１を越えると、これより小さい値のアシスト待ち時幅Ｎ２が選択される。ここでアシスト待ち時幅Ｎ１を大きく設定したのは、補助動力を必要とするという使用者の意志を確認するためであり、不用意に補助動力が発生するのを防止している。そして一旦アシスト待ち時幅Ｎ１を越える人力が入力された後は、アシスト時幅Ｎ２が選択されるが、このアシトス時幅Ｎ２を小さく設定したのは、円滑な補助動作が行われるようにするためである。
【００４８】
ここで上記不感帯幅を越えた人力の入力により補助動力を発生する場合の態様には各種あり、例えば▲１▼左，右何れか一方の車輪への人力が不感帯幅を越えた場合に、該左，右何れか一方又は他方あるいは両方の車輪への補助動力を発生する、▲２▼両方の車輪への人力の合力が不感帯幅を越えたとき、左，右何れか一方又は他方あるいは両方の車輪への補助動力を発生する。
【００４９】
また上記不感帯幅の設定態様については、２段階に限定されるものではなく、多段階に選択可能にしても良いのは勿論であり、また使用者の手動操作等によりその大きさを変えるための切換スイッチ，調整つまみ等を設けることもできる。
【００５０】
次に、図１０の１０２において入力信号ＦＬに対する不感帯処理が行われ、さらに１０３において使用者の障害の程度等に応じて設定された増幅比率ＫＬ（図１１参照）が上記入力信号ＦＬに乗ぜられる。そして、このＦＬとＫＬとの積に基づき旋回成分設定手段１０４により、旋回運動を生じる成分としての旋回トルクｉＬが求められる。なお、上記増幅比率ＫＬは、使用者の左，右の腕力の差異等に基づいて、左，右で異なる値が選択される場合がある。
【００５１】
また重心成分設定手段１０５により、左側人力ＦＬと右側人力ＦＲの所定の増幅比率による合力（ＦＬ・ＫＬ＋ＦＲ・ＫＲ）に基づき直進運動を生じる成分としての重心トルクｉＧが求められる。
【００５２】
上記旋回トルクｉＬと重心トルクｉＧとを加算することにより目標トルクｉＲが求められる。そして電流リミッタ１０６により上記モータ３１において上記目標トルクｉＲを発生するのに必要な目標電流ｉＲＥＦが求められ、該目標値ｉＲＥＦと電流検出センサ１１０で検出された実際に流れている電流ｉＦＢとの差に基づいてＰＩＤ制御回路１０７により電流補正量が求められ、またデューティリミッタ１０８により後述する電圧チェックが行われ、所定のデューティ比が出力される。そしてバイポーラ電力増幅回路１０９により上記制御信号（デューティ比）が実際の電流に変換され、このようにしてモータ３１に補助電流が供給される。
【００５３】
ここで上記補助電流は、人力の大きさに基づいて設定されるのであるが、人力の供給停止後直ちにゼロとなるのではなく、所定時間（例えばｔ１）の間は上記人力供給時の補助電流が維持され、その後、徐々に減少される。
【００５４】
また、本実施形態では、上限電圧設定手段１１１及び下限電圧設定手段１１２により、上限電圧Ｅ１及び下限電圧Ｅ２が設定され、上記デューティリミッタ１０８においてデューティ比から求められた電圧が、上記上限，下限電圧Ｅ１，Ｅ２内の値に制限されて出力される。これにより、モータ３１の回転速度、即ち、車速が上限，下限電圧によって制限される。
【００５５】
上記上限電圧Ｅ１，下限電圧Ｅ２は、人力の入力のたびごとに該入力された人力ＦＬ，ＦＲの和が大きいほど大きい値に（図１３（ａ）参照）、小さいほど小さい値に（同図（ｂ）参照）設定される。なお図１３は、人力入力のたびごとに前述のように計算されて電流リミッタ１０６から出力されるｉＲＥＦと、そのｉＲＥＦがデューティリミッタ１０８で上限電圧Ｅ１，下限電圧Ｅ２により制限される様子を説明の便宜上１つの図に表したものである。
【００５６】
すなわち上記目標電流ｉＲＥＦ、上記上限電圧Ｅ１，下限電圧Ｅ２は、人力の入力のたびごとに、まず人力の大きさに応じて所定の値（例えば図１３（ａ），又は（ｂ）に示す値）に設定され、図１２に示すように、人力の入力が停止された後の所定時間ｔ１の間は人力供給停止前の値（図１３（ａ），又（ｂ）の値）が保持され、その後は時間の経過に伴って例えば図１７あるい図１８にに示すように徐々に減少する。この動作が人力の入力のたびごとに繰り返される。
【００５７】
その結果、本実施形態では、上記モータ３１から出力される補助動力は、前進方向の実際の車速が第４設定車速Ｖ４から第１設定車速Ｖ１までの状態では、入力された人力に応じて設定された目標電流ｉＲＥＦに保持され、実際の車速が第１設定車速Ｖ１を越えると実際の車速の増加に伴って徐々に減少され、第２設定車速Ｖ２で実質的にゼロとなり、そしてさらに実際の車速が該第２設定車速Ｖ２を越えるとモータ３１が負荷として作用する。
【００５８】
また上記モータ３１から出力される補助動力は、前進方向の実際の車速が上記第４設定車速Ｖ４を下回ったときには、車速の減少に伴って増加される。これは例えば、実際の車速がＶ４より低下した場合には入力を停止しても上記所定時間ｔ１の間は補助動力が増加されるので、車速はＶ４に保持され、その後徐々に低下することを示している。
【００５９】
このように本実施形態によれば、補助動力を、実際の車速が第１設定車速Ｖ１を越えると車速の増加に伴って減じてゆき、第２設定車速Ｖ２で実質的にゼロとし、さらに該第２設定車速Ｖ２と同じ値に設定された第３設定車速Ｖ３を越えると負とするようにしたので、通常の平坦路での走行では補助動力を供給することに起因して車速が過剰に速くなることはなく、さらに降坂時等において第３設定車速Ｖ３を越えると補助動力が負、即ち回生制動力となり、この降坂時においても車速が出すぎるといった問題を回避できる。
【００６０】
また上記第１〜第３設定車速Ｖ１〜Ｖ３を、人力の入力のたびごとに、かつそのときの人力が大きいほど大きな値に設定するようにしたので、例えば図１９（ａ）に示すように、上記第２設定車速Ｖ２付近で降坂している場合に、前方の障害物の回避が容易となる。即ち、前方の障害物を避けるために進路変更を行うべく駆動輪に人力を加えた場合、第２設定車速Ｖ２がより高い側のＶ２′に再設定される。従って人力を加えたことにより実際の車速がＶ２からＶ２ａに増加しても、該実際の車速Ｖ２ａがＶ２′より高速側に設定された回生制動領域に移行してしまうことはなく、人力に応じた補助動力が得られ従って上記障害物の回避が容易となる。
【００６１】
なお、上記設定車速を人力の大きさにかかわらず固定とすると、例えば図１９（ｂ）に示すように、上記第２設定車速Ｖ２付近で降坂している場合に、前方の障害物を回避するために人力を供給すると、実際の車速がＶ２より大きいＶ２ａに増加するため補助力の回生制動領域に移行してしまい、補助動力が供給されないばかりか回生制御力が発生し、回避操作が重くなる懸念がある。
【００６２】
また上記第１〜第３設定車速Ｖ１〜Ｖ３を、人力の供給停止後も所定時間ｔ１の間は人力供給停止前の大きさに維持し、その後は時間の経過に伴って小さくするようにしたので、人力供給の合間の惰行時にモータ駆動系が逆に負荷となってしまったり、あるいは例えば登坂のような時に、人力供給停止の途端に急激に減速してしまうという問題を回避できる。
【００６３】
また上記所定時間ｔ１が経過した後は、例えば図１９（ｃ）に示すように、第１〜第３設定車速Ｖ１〜Ｖ３を時間の経過に伴って小さくするようにしたので、下り坂では実際の車速Ｖ２ａがそれほど高くならないうちに減衰されてくる第２設定車速Ｖ２′より相対的に大きくなり、この時点で回生制動力が発生する。そのため下り坂でも人力を入力した後しばらく惰行し、その後車速が減少するといった平地を補助動力なしの車椅子で走行する場合と同様の操作感が得られる。
【００６４】
さらまた、車速が第４設定車速Ｖ４を下回る場合には、車速の減少に伴って補助動力を増加させるようにしたので、例えばＶ４＝０とした場合には、登り坂での人力供給の合間に、人力の供給なしで車椅子を坂道の途中において一時的に停止させ、あとずさりを防止することが可能であり、その間にハンドリムをゆっくり持ちかえて次の人力供給が可能となる等、使い勝手を向上できる。なお、この場合の坂道停止可能時間は、上記上限電圧保持時間ｔ１の設定次第であり、この時間を経過すると上記補助動力は徐々に小さくなる。
【００６５】
また本実施形態では、左，右両方の車輪への人力の合力が不感帯幅を越えたとき、左，右両方の車輪への補助動力を発生する。従って、使用者の障害の程度にかかわらず常に左，右車輪に同時に補助動力の供給を開始でき、左，右駆動輪の回転速度から合成された実質的な重心速度とすることができ、補助動力の供給により車椅子が旋回しすぎるといった問題を回避できる。
【００６６】
なお、左，右何れか一方の車輪への人力が不感帯幅を越えた場合に、該左，右両方の車輪への補助動力を発生するようにしても良く、このようにしても補助力供給開始を左，右同時に行うことができ、上記の場合と同様の効果が得られる。また左，右何れか一方の車輪への人力が不感帯幅を越えた場合に、何れか一方にのみ設けられたモータからの補助動力供給を開始することもできる。
【００６７】
また、不感帯幅を、電源投入時及び所定時間人力の入力が無かった場合にはアシスト待ち時幅Ｎ１とし、人力が一旦アスト待ち時幅Ｎ１を越えるとアシスト待ち時幅Ｎ２との２段階とし、かつＮ１〉Ｎ２としたので、電源投入時等には、使用者が比較的大きく設定されたＮ１を越える人力を加えた場合にのみ補助動力が供給開始され、補助動力を必要としているという使用者の意志を確認することができ、不用意に補助動力が発生するのを防止できる。
【００６８】
そして一旦アシスト待ち時幅Ｎ１を越える人力が入力された後は、アシスト待ち時幅Ｎ２が選択されるが、このアシトス待ち時幅Ｎ２を小さく設定したので、入力の履歴状態により円滑な補助動作を行うことができる。
【００６９】
また上記不感帯幅を、外部スイッチ，又は調整つまみ等により使用者が調整するように構成することも可能であり、このようにすれば、使用者の障害の程度に応じた不感帯幅の設定ができ、補助動力の供給ををより円滑に開始することができる効果がある。
【００７０】
上記第１実施形態では、モータの上限電圧Ｅ１，下限電圧Ｅ２を制限することにより、補助動力を制限し、結果的に車速を制御するようにしたが、人力の入力のたびごとに人力の大きさに応じて上，下限速度ω１，ω２を設定し、該上，下限速度と検出車速との差に基づいて車速を制御するようにしてもよい。図１４はこのようにした第２実施形態を示す図であり、図中、図１０と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００７１】
本実施形態では、上限速度設定手段２１１，下限速度設定手段２１２により、入力された人力ＦＬ，ＦＲに基づいて上限速度ω１，下限速度ω２が設定される。なお、この上限速度ω１は図１３における第２設定車速Ｖ２に対応しており、また下限速度ω２は第４設定速度Ｖ４に対応している。
【００７２】
また車速演算手段２１３により、上記デューティリミッタ１０８から出力されたデューティ比，及び電流検出センサ１１０からの電流，電源特性，及びモータ３１の有するモータ定数等に基づいて車輪速度ωＬが演算される。なお、別個に機械式の車速センサを設けることもできるが、本実施形態方式の方がコスト，重量，配置スペース等の点で有利である。
【００７３】
そして上記左輪速度ωＬと右輪速度ωＲとの和を１／２することにより重心速度ωＧが求められ、この重心速度ωＧと上記上限速度ω１，下限速度ω２とが比較される。そしてゲイン付与手段２１４，２１５により、重心速度ωＧが上限速度ω１より大きい場合にはその差分に対応して減少すべきトルク−ｉ１が、重心速度ωＧが下限速度ω２より小さい場合はその差分に対応して増加すべきトルク＋ｉ２がそれぞれ求められる。この増加トルク＋ｉ２と減少トルク−ｉ１とが上記旋回トルク，重心トルクに加算されて１０６で目標電流ｉＲＥＦが求められる。
【００７４】
本第２実施形態装置においても上記第１実施形態装置と同様の効果が得られるが、さらにＰＷＭ制御におけるデューティ比の使用可能範囲が広いという効果がある。
【００７５】
即ち、上記第１実施形態は、デューティ比を制限する方式であるので全デューティ比の一部（例えば７０％程度）しか使用できないが、本第２実施形態では全デューティ比の使用が可能である。また本第２実施形態では、目標電流値そのものを補正制御する方式であるので、目標電流値と検出電流値との差が所定値以上である場合には、システム自体が異常であると判断できる。一方、上記第１実施形態では、上限，下限電圧を設ける方式であるので、例えば上限電圧Ｅ１に制限された運転状態では目標電流値と検出電流値との間には大きな差が存在するのを前提としているので、これらの電流値の差からシステム異常を検出することはできない。
【００７６】
上記第１，第２実施形態では、第２設定車速Ｖ２において補助動力をゼロとし、さらに該第２設定速度Ｖ２を越えて車速が増加する伴ってモータ３１を負荷として作用させるようにしたが、図１５，１６は第２設定車速Ｖ２より大きい第３設定車速Ｖ３を越えて車速が増加した場合にモータ３１を負荷として作用させるようにした第３実施形態を示す図であり、図中、図１０，図１４と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００７７】
本第３実施形態では、設定車速演算手段２１６により、人力の入力のたびごとに左，右駆動輪２，２に加えられた人力ＦＬ，ＦＲに基づいて第１〜第４設定車速Ｖ１〜Ｖ４が演算される。この場合も先の実施形態と同様に、上記第１〜第４設定車速Ｖ１〜Ｖ４は人力が大きいほど大きく、小さいほど小さく設定される。
【００７８】
そして重心成分設定手段１０５により、上記演算された第１〜第４設定車速Ｖ１〜Ｖ４と検出された重心速度ωＧにより重心トルクｉＧが演算され、旋回トルクｉＬと加算され１０６で目標電流ｉＲＥＦが決定される。
【００７９】
この場合、上記目標電流ｉＲＥＦは、上記重心速度ωＧが、第４〜第１設定車速Ｖ４〜Ｖ１内にあるときは人力に応じた補助動力が得られるように設定され、第１〜第２設定車速Ｖ１〜Ｖ２内にあるときは車速の増加に伴って補助動力が徐々に小さくなるように設定され、第２〜第３設定車速Ｖ２〜Ｖ３内にあるときは補助力がゼロとなるように設定され、さらに第３設定車速Ｖ３を越えて増加するほど徐々に大きな負荷が発生するように設定される。
【００８０】
この第３実施形態によれば、第２設定車速Ｖ２以上ですぐにモータ３１が負荷として作用することなく第３設定車速Ｖ３まではフリーで走行できる。
【００８１】
なお、上記各実施形態では、第１〜第４設定車速Ｖ１〜Ｖ４を人力の入力のたびごとに人力の大きさに応じた値に設定する場合を説明したが、本発明はこれら設定車速Ｖ１〜Ｖ４を人力の大きさに関係なく固定値とする形態も含み、請求項３の発明は上記設定車速を固定値とした点を特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による補助動力付き車椅子の側面図である。
【図２】上記車椅子の平面図である。
【図３】上記車椅子の背面図である。
【図４】上記車椅子の車輪のハブ部分のカバーを取り外した状態を示す正面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】上記車椅子の回転トランス部分の正面図である。
【図７】上記車椅子の回転トランス部分の断面側面図である。
【図８】上記車椅子の回転トランス部分の側面図である。
【図９】上記車椅子の回転トランス部分の斜視図である。
【図１０】上記車椅子の補助動力の制御動作を示すシステムの構成図である。
【図１１】上記人力と出力トルクとの特性図である。
【図１２】上記制御動作における上限電圧の時間的変化を示す特性図である。
【図１３】上記制御動作における車速−モータトルク特性図である。
【図１４】本発明の第２実施形態の補助動力の制御動作を示すシステムの構成図である。
【図１５】本発明の第３実施形態の補助動力の制御動作を示すシステムの構成図である。
【図１６】上記第３実施形態の制御動作における車速−モータトルク特性図である。
【図１７】本発明の構成をを説明するための特性図である。
【図１８】本発明の構成を説明するための特性図である。
【図１９】本発明の構成を説明するための特性図である。
【符号の説明】
１車椅子
２，２車輪（駆動輪）
１００コントローラ（補助動力制御手段，設定車速制御手段）
ｔ１人力の供給停止後所定時間
Ｖ１第１設定車速
Ｖ２第２設定車速
Ｖ３第３設定車速
Ｖ４第４設定車速

Claims

車両の進行方向に向かって左右に配置された二つの駆動輪の何れか一方又は両方に加えられた人力に基づいて求めた補助動力を供給するようにした補助動力付き車椅子において、
同一の人力に対する上記補助動力を、車速が第１設定車速Ｖ１を越えると車速の増加に伴って減じ、Ｖ１＜Ｖ２なる第２設定車速Ｖ２でゼロとし、さらにＶ２≦Ｖ３なる第３設定車速Ｖ３を越えると負とする補助動力制御手段
を備えたことを特徴とする補助動力付き車椅子。
請求項１において、人力の入力のたびごとに、そのときの人力の大きさに応じた値に上記第１〜第３設定車速Ｖ１〜Ｖ３を設定する設定車速制御手段を備えたことを特徴とする補助動力付き車椅子。
請求項１において、上記第１〜第３設定車速Ｖ１〜Ｖ３をそのときの人力の大きさにかかわらず固定値に設定する設定車速制御手段を備えたことを特徴とする補助動力付き車椅子。
請求項２又は３において、上記設定車速制御手段は、上記第１〜第３設定車速Ｖ１〜Ｖ３を、人力供給の合間の惰行時における人力の供給停止後所定時間ｔ１の間は、人力供給停止前の大きさに維持し、その後は時間の経過に伴って小さくすることを特徴とする補助動力付き車椅子。
請求項１ないし４の何れかにおいて、上記補助動力制御手段は、車速が上記第１設定車速Ｖ１より小さい第４設定車速Ｖ４を下回る場合には、車速の減少に伴って補助動力を増加させることを特徴とする補助動力付き車椅子。
請求項１ないし５の何れかにおいて、上記車速が、左，右駆動輪の回転速度から合成された重心速度であることを特徴とする補助動力付き車椅子。