JP4521893B2

JP4521893B2 - 補助動力式車椅子

Info

Publication number: JP4521893B2
Application number: JP13489299A
Authority: JP
Inventors: 宏彰尾方; 賢治戸倉
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1998-05-18
Filing date: 1999-05-14
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2019-05-14
Also published as: JPH11342159A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、左右の車輪に加えられる人力の大きさに応じた補助動力を各車輪に加えて該車輪を人力と補助動力との合力によって回転駆動するようにした補助動力式車椅子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
斯かる補助動力式車椅子は手動車椅子と電動車椅子の中間に位置するものであって、左右一対の車輪に間欠的に加えられる人力を検出し、検出された人力に応じた補助動力を左右の車輪にそれぞれ加えることによって乗員の肉体的負担を軽減するものである。
【０００３】
ところで、この種の補助動力式車椅子においては、乗員によって各車輪に加えられる人力が検知される度に補助動力が間欠的に供給されるが、この補助動力は人力が除去された後は時間と共に減衰せしめられて車椅子の走行に惰行感覚が付与されるようになっている（特開平８−１６８５０６号公報参照）。
【０００４】
ところが、従来の補助動力式車椅子においては、補助動力の時間減衰率は人力や走行速度の大きさ或は走行方向（前進か後進か）に拘らず常に一定に設定されていたため、例えば惰行量が大き過ぎる場合には走行抵抗の小さな路面では予想外に行き過ぎ、室内では細かい動きに対して小回りが利かず、逆に惰行量が不足する場合には走行抵抗の大きな路面や傾斜の急な坂道では楽に走行することができない等の問題があった。
【０００５】
又、車椅子で段差等を乗り越す場合、乗り越した後に車椅子が予想外の惰行をしてしまうことがある。
【０００６】
更に、後進時の車椅子の惰行は乗員に無用な恐怖感を与えてしまうが、逆に惰行量が不足する場合には、例えば急な坂道を下る場合に車輪にこれを逆転させる後進方向の人力を加えてブレーキ力を発生させようとしても安定したブレーキ力が得られない場合がある。
【０００７】
従って、本発明の目的とする処は、必要に応じた惰行量を確保することよって室内での小回りの利いた走行、屋外での快適な走行、楽な登坂、安定した降坂、後進時の恐怖感の解消等を図ることができる補助動力式車椅子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、補助動力を発生する電動モータと、車輪に加えられる人力の大きさに応じた信号を出力する人力検出手段と、該人力検出手段によって検出された人力に応じて前記電動モータを制御する制御手段とを備え、人力検出手段によって検出された人力の大きさに応じた補助動力を各車輪に加えてこれを回転駆動する補助動力式車椅子において、前記制御手段は、前記人力検出手段が人力を検出すると補助動力を発生せしめるとともに、その補助動力を時間の経過と共に減衰させ、該補助動力の単位時間当たりの減少割合である時間減衰率を、人力が小さい程大きく、人力が大きい程小さくなるよう変化させて前記電動モータを制御することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記補助動力の時間減衰率を、前記人力が小さい程大きく、人力が大きい程小さくなる範囲内において、調整スイッチによって調整し得るようにしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、車輪の回転方向から走行方向を検出する走行方向検出手段を備え、後進時における後進方向の補助動力の時間減衰率を前進時の前進方向の補助動力の時間減衰率以上にすることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３の何れかに記載の発明において、車輪の回転方向から走行方向を検出する走行方向検出手段を備え、前進時における後進方向の補助動力の時間減衰率を後進時における後進方向の補助動力の時間減衰率よりも小さくすることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は補助動力を発生する電動モータと、車輪に加えられる人力の大きさに応じた信号を出力する人力検出手段と、車輪の回転速度から車椅子の走行速度を検出する速度検出手段と、車輪の回転方向から走行方向を検出する走行方向検出手段と、前記人力検出手段によって検出された人力の大きさに応じて前記電動モータを制御する制御手段とを備え、人力検出手段によって検出された人力の大きさに応じた補助動力を各車輪に加えてこれを回転駆動する補助動力式車椅子において、前記制御手段は、前記人力検出手段が人力を検出すると補助動力を発生せしめるとともに、その補助動力を時間の経過と共に減衰させ、前進時の、補助動力の単位時間当たりの減少割合である時間減衰率を、走行速度が小さい程大きく、走行速度が大きい程小さくなるよう変化させて前記電動モータを制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、後進時における後進方向の補助動力の時間減衰率を前進時の前進方向の補助動力の時間減衰率以上にすることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の発明において、前進時における後進方向の補助動力の時間減衰率を後進時における後進方向の補助動力の時間減衰率よりも小さくすることを特徴とする。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、補助動力を発生する電動モータと、車輪に加えられる人力の大きさに応じた信号を出力する人力検出手段と、車輪の回転速度から車椅子の走行速度を検出する速度検出手段と、車輪の回転方向から走行方向を検出する走行方向検出手段と、車輪に加えられた人力が除去された時点の前記速度検出手段で検出された走行速度を記憶してこれと現在の前記速度検出手段で検出された走行速度との偏差を検出する速度偏差検出手段と、前記人力検出手段によって検出された人力の大きさに応じて前記電動モータを制御する制御手段とを備え、人力検出手段によって検出された人力の大きさに応じた補助動力を各車輪に加えてこれを回転駆動する補助動力式車椅子において前記制御手段は、前記人力検出手段が人力を検出すると補助動力を発生せしめるとともに、その補助動力を時間の経過と共に減衰させ、補助動力の単位時間当たりの減少割合である時間減衰率を、前記速度偏差及び速度偏差の時間積分値の少なくとも一方が大きい程大きく、小さい程小さくなるように変化させて前記電動モータを制御することを特徴とする。
【００１８】
従って、請求項１, ２に記載の発明によれば、車椅子の走行状況に応じて必要な惰行量を確保することができる。具体的には、補助動力の時間減衰率を人力が小さい程大きくしたため、例えば室内での細かい動きに対して車椅子の惰行量が小さく抑えられ、室内での小回りの利いた細かい動きが可能となって乗員の利便性を高めることができる。又、人力が大きい程補助動力の時間減衰率を小さくしたために屋外での走行では惰行量が十分確保され、平地での快適な走行が可能となるとともに、特に傾斜の急な坂道でも楽に登ることができ、乗員の肉体的負担を更に軽減することができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、車椅子の走行状況に応じて必要な惰行量を確保することができる。具体的には、補助動力の時間減衰率は走行速度が小さい程大きく、走行速度が大きい程小さく設定されるため、例えば室内での細かい動きに対して車椅子の惰行量が小さく抑えられ、室内での小回りの利いた細かい動きが可能となって乗員の利便性を高めることができるとともに、屋外での走行では惰行量が十分確保されて平地での快適な走行が可能となり、更に、車椅子が段差等を乗り越す場合には走行速度が小さいために時間減衰率が大きくなり、段差を乗り越した後に車椅子が予想外の惰行をしてしまうことがなくなって乗員に安定感を与えることができる。
【００２０】
請求項３，６に記載の発明によれば、後進時の後進方向の補助動力の時間減衰率を前進時の前進方向のそれ以上に設定したため、後進時に車椅子が惰行し過ぎることがなく、乗員に無用な恐怖感を与えることがない。
【００２１】
請求項４，７に記載の発明によれば、前進時における後進方向の補助動力の時間減衰率は後進時における後進方向の補助動力のそれよりも小さいため、急な坂道を下る場合に車輪にこれを逆転させる後進方向の人力を加えてブレーキ力を発生させる場合に後進方向にブレーキ力が十分残存するために安定した降坂が可能となる。
【００２２】
請求項８に記載の発明によれば、車椅子の走行状況に応じて必要な惰行量を確保することができる。具体的には、速度偏差及び速度偏差の時間積分値の少なくとも一方が大きい程大きく、小さい程小さく設定されるた、人力及び走行速度の大きさに拘らず人力が無くなった後の車椅子の大きな増速を防ぐことができる。また、走行抵抗の小さな路面でも大きな操作力を必要とする発進時において発進後の予想外の増速を防ぐことができ、さらにまた、走行速度の遅い傾斜の急な坂道の登りでも十分な惰行量が確保され、走行抵抗の小さな平坦路での惰行量の抑制との両立が可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２４】
＜実施の形態１＞
本実施の形態に係る補助動力式車椅子１は左右の車輪２に加えられる人力の大きさに応じた補助動力を各車輪２に加えてこれを回転駆動するものであって、これは既存の折畳式手動車椅子の車体の左右に駆動輪である車輪２を脱着自在に取り付けて構成され、これのパイプ枠状の車体フレーム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、上記車体フレーム３の中央部には、乗員が着座すべき布製のシート５が設置されている。尚、車体フレーム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、軸６を中心として車体を折り畳むことができるよう構成されている。
【００２６】
更に、車体フレーム３の後部には左右一対のバックパイプ３ｂが立設されており、各バックパイプ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。又、各車輪２の内側には、車体後方（図１の右方）に向かって斜め下方に延出する転倒防止用のウイリーバー８がそれぞれ取り付けられている。
【００２７】
又、車体フレーム３の上記バックパイプ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肘パイプ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。そして、前記肘パイプ３ｃの下方に配された左右一対のシートパイプ３ｄの前側部分は車体前方に向かって斜め下方に延出しており、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】
ところで、前記左右一対の車輪２の各々はそのハブ２ａが図６に示すように車体フレーム３に溶着された車軸取付ボス１０に支持された車軸１１にボールベアリング１２を介して回転自在に支承されており、各車輪２の外側には、乗員が手でこれを回すべきリング状のハンドリム１３が設けられている。このハンドリム１３は、車輪２のハブ２ａに一体成形されたボス部に回動自在に支持された円板状のディスク１４に３本のスポーク１５を介してボルト１６によって取り付けられており、従って、該ハンドリム１３は車輪２に対して独立に回転し得る。尚、本実施の形態においては、図６に示すように、車輪２のハブ２ａとディスク１４との間には弾性体から成るシールリング１７が介設されており、ディスク１４はこれに結着されたカバー１８によって覆われている。尚、シールリング１７はシール機能と共にディスク１４の慣性に伴う周方向の振動を抑制するフリクションダンパーとしての機能も果たす。
【００２９】
而して、上記ハンドリム１３は、その全周の３箇所が図４及び図５に示す構造によって車輪２に対して双方向に相対回転可能に弾性支持されている。
【００３０】
即ち、図４に示すように、前記ディスク１４の全周３箇所には矩形孔１４ａが形成されており、各矩形孔１４ａと車輪２のハブ２ａの端面の３箇所に形成された断面半円状の凹部２ａ−１には、図５に示すように、大小異径のスプリング１９，２０が縮装されており、これらのスプリング１９，２０の両端は、図４及び図６に示すように、２本のボルト２３によって車輪２のハブ２ａに結着されたリテーナ２４によって保持されており、ハンドリム１３に人力が加わらない中立状態においては、小径のスプリング２０は両スプリング受け２１，２２間に所定の予圧をもって縮装される一方、大径のスプリング１９は両端がスプリング受け２１，２２から若干離脱してスプリング受け２１，２２に力を及ぼしていない。尚、大径のスプリング１９のバネ定数は小径のスプリング２０のそれよりも大きく設定されている。
【００３１】
一方、図４及び図６に示すように、ハブ２ａの外端面には、車輪２（ハブ２ａ）とハンドリム１３（ディスク１４）との相対回転量及び相対回転方向によってハンドリム１３に加えられる人力の大きさと方向を検出するためのポテンショメータ２７がこれの長孔２７ａに挿通するボルト２５によって位置調整可能に取り付けられており（図４参照）、該ポテンショメータ２７の入力軸の端部にはレバー２８の一端が結着されており、該レバー２８の他端はディスク１４に突設されたピン２９に長孔係合している。
【００３２】
ところで、図６〜図８に示すように、左右一対の車輪２の各ハブ２ａの車幅方向内側には円板状の固定プレート３０が車軸１１に結着されて設けられており、該固定プレート３０には制御手段を構成するコントローラ３１と駆動源である電動モータ３２が取り付けられている。
【００３３】
又、各車輪２の内側には前記固定プレート３０で囲まれる空間が形成されるが、該空間はリング状の隔壁３３によって室Ｓ１と室Ｓ２とに区画されており、室Ｓ１には前記コントローラ３１が収納されている。尚、回転トランス３４はコントローラ３１と前記ポテンショメータ２７間の信号伝達を行うものである。
【００３４】
而して、前記各電動モータ３２によって発生する補助動力は動力伝達手段を経て各車輪２に伝達されるが、この動力伝達手段は、ベルト伝動機構Ｇ１とギヤＧ２，Ｇ３を含んで構成されている。
【００３５】
以上説明したスプリング１９，２０やポテンショメータ２７によって構成される入力検出手段、回転トランス３４によって構成される信号伝達手段、コントローラ３１によって構成される制御手段、電動モータ３２及びベルト伝動機構Ｇ１やギヤＧ２，Ｇ３等を含んで構成される動力伝達手段が補助動力ユニットを構成しているが、この補助動力ユニットは各車輪２のハブ２ａの車軸１１周りに径方向及び軸方向に亘って集約的に配置されており、このように補助動力ユニットをハブ２ａ内に組み込んで成る左右一対の車輪２は前述のように車体に対して着脱自在に取り付けられている。
【００３６】
ところで、本実施の形態に係る補助動力式車椅子１においては、右側の車輪２のハブ２ａ内に不図示のメインスイッチが内蔵されており、このメインスイッチは図７に示すレバー３５の回動操作によってＯＮ／ＯＦＦされる。即ち、レバー３５は車軸１１によって回動自在に枢着されており、その基端部にはギヤ３５ａが部分的に形成されており、該ギヤ３５ａは前記メインスイッチをＯＮ／ＯＦＦするためのセクターギヤ３６に噛合している。又、レバー３５の先端にはメインスイッチのＯＮ／ＯＦＦ表示用の不図示のＬＥＤ（発光ダイオード）が埋め込まれており、該ＬＥＤから導出するリード線３７は後述のバッテリ３８に電気的に接続されている。
【００３７】
又、本実施の形態に係る補助動力式車椅子１においては、図１及び図７に示すように、右側の車輪２側にバッテリ３８が着脱自在に設けられている。即ち、図６に示すように、右側の車輪２の固定プレート３０にはブラケット３９がボルト４０によって取り付けられ、このブラケット３９の上部にバッテリホルダ４１がビス４２によって取り付けられており、このバッテリホルダ４１に対してバッテリ３８が着脱自在に装着される。
【００３８】
而して、バッテリ３８がバッテリホルダ４１に装着された状態において前記レバー３５の回動操作によってメインスイッチがＯＮされると、バッテリ３８はワイヤーハーネス５２，４３を経て左右の各車輪２にそれぞれ設けられた補助動力ユニットにそれぞれ給電して各補助動力ユニットを駆動する。
【００３９】
ところで、図７に示すように、上記ワイヤーハーネス４３，５２はカプラー４４ａ，４４ｂによって互いに電気的に接続されており、ワイヤーハーネス４３の一端は右側車輪２の補助動力ユニットに電気的に接続されており、同ワイヤーハーネス４３の他端は図８に示すように左側車輪２の補助動力ユニットに電気的に接続されている。尚、図８に示すように、左側車輪２の固定プレート３０にはカプラー４５が取り付けられており、ワイヤーハーネス４３は、これの端部に結着されたカプラー４６を前記カプラー４５に結合することによって左側車輪２の補助動力ユニットへの電気的な接続がワンタッチで容易になされる。
【００４０】
一方、本実施の形態においては、前記ポテンショメータ２７の０点調整は図４に示すボルト２５を緩めてその位置を調整することによってなされるが、固定プレート３０に固定されたコントローラ３１には、ポテンショメータ２７の０点調整がなされた段階で点灯するＬＥＤ４７（図４及び図６参照）が設置されている。そして、図４に示すように、車輪２内の隔壁３３のＬＥＤ４７に対向する位置には、ＬＥＤ４７が臨む円形の調整用窓３３ａが形成されており、この調整用窓３３ａには円形の透明部材４８が嵌め込まれている。尚、本実施の形態では透明部材４８を設けたが、隔壁３３全体を透明にしても良く、或は隔壁３３のＬＥＤ４７に対向する部位を薄肉として半透明としてもＬＥＤ４７を視認することができる。
【００４１】
又、図４及び図６に示すように、上記ＬＥＤ４７と調整用窓３３ａ及び透明部材４８は、車輪２の回転位置によって前記ハブ２ａの端面の全周４箇所に形成された大小の開口部２ａ−２と前記ディスク１４の全周３箇所に形成された扇形の開口部１４ｂとは車軸１１方向に互いに整列し得るよう配置されている。従って、ポテンショメー２７の０点調整に際して前記カバー１８（図６参照）を取り外せば、図４に示すように、各車輪２の外側方からＬＥＤ４７の点灯状態（つまり、ポテンショメー２７の０点調整状態）を視認することができる。
【００４２】
次に、本補助動力式車椅子１の作用を図９〜図１２を参照しながら以下に説明する。
【００４３】
乗員が左右一対のハンドリム１３を例えば前進方向に回すためにこれに力を加えると、各ハンドリム１３に加えられた人力の大きさが前記３本の小径スプリング２０の予圧力に打ち勝つまでの間はハンドリム１３は不動であって、ハンドリム１３と車輪２の間に相対回転は生じず、このとき、ポテンショメータ２７の出力は０を示す。
【００４４】
その後、人力が増大すると、ディスク１４によって先ず小径のスプリング２０のみが圧縮され、ハンドリム１３はスプリング２０の圧縮量に見合う角度だけ車輪２に対して相対回転する。そして、このハンドリム１３の相対回転量はレバー２８によって拡大されてポテンショメータ２７に伝達され、ポテンショメータ２７はハンドリム１３に加えられる人力の大きさに応じた信号を出力し、この信号は回転トランス３４を介して各コントローラ３１の制御部に送信される。尚、小径スプリング２０のバネ定数は小さいため、該スプリング２０の人力の増加量に対する圧縮量（つまり、ハンドリム１３の回動量）は大きく、従って、ポテンショメータ２７の感度は高く保たれ、このため、乗員は当該車椅子１のデリケートな操作が可能となる。
【００４５】
そして、ハンドリム１３に加えられる人力の大きさが所定値に達すると、大径のスプリング１９も小径のスプリング２０と共に圧縮され始め、ハンドリム１３は両スプリング１９，２０の圧縮量に見合う角度だけ車輪２に対して相対回転し、このとき、ポテンショメータ２７はハンドリム１３に加えられる人力の大きさに応じた信号を出力する。
【００４６】
その後、ハンドリム１３に加えられる人力の大きさが所定値を超えて増大すると、両スプリング受け２１，２２が接触するため、人力は車輪２に直接伝達され、このとき、ポテンショメータ２７の出力は一定となる。
【００４７】
而して、ハンドリム１３には人力が間欠的に加えられ、この人力は前述のようにポテンショメータ２７によって検出され、その検出信号が回転トランス３４を介してコントローラ３１の制御部に入力される。
【００４８】
上記コントローラ３１の制御部はポテンショメータ２７から出力された入力信号に基づいてハンドリム１３に加えられる人力の大きさを求め、その人力の大きさに応じた電流を電動モータ３２に供給し、該電動モータ３２を回転駆動して所要の補助動力を発生せしめる。尚、本実施の形態における補助動力制御には電流制御方式（トルク制御方式）が採用されており、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って電動モータ３２が発生する補助動力を定電圧特性に沿って制御する方式が採られている。
【００４９】
ここで、左側の車輪２に設けられたコントローラ３１の制御動作を図９に基づいて説明するが、右側のコントローラ３１の制御動作も同様であるため、これについての説明は省略する。
【００５０】
左側の車輪２のハンドリム１３に加えられた人力ＦＬが前述のようにポテンショメータ２７によって検出され、その信号がコントローラ３１の不感帯処理部１０１に入力され、検出された人力ＦＬが不感帯として設定された閾値を超えた値である場合には、増幅比率設定手段１０２によって増幅比率ＫＬが設定される。
そして、旋回成分設定手段１０３において、人力ＦＬと増幅比率ＫＬとの積（ＦＬ・ＫＬ）から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。
【００５１】
又、重心成分設定手段１０４において、左側人力ＦＬ及び右側人力ＦＲとこれらに対応する増幅比率ＫＬ，ＫＲとの積（ＦＬ・ＫＬ），（ＦＲ・ＫＲ）の和（ＦＬ・ＫＬ＋ＦＲ・ＫＲ）と重心成分設定手段１０４内に設定された時間減衰率マップに基づいて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。尚、時間減衰率マップは１種類だけでも良いが、複数種類用意しておき、調整スイッチ１１０によって任意に選択するようにしても良い。
【００５２】
而して、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って目標トルクｉＲが求められ、電流リミッタ１０５において電動モータ３２が目標トルクｉＲを発生するに必要な目標電流ｉＲＥＦが求められる。そして、この目標電流ｉＲＥＦと電流検出センサ１０９によって検出された実際に流れている電流ｉＦＢとの差（｜ｉＲＥＦ−ｉＦＢ｜）に基づいてＰＩＤ制御回路１０６によって補正量が求められた後、デューティリミッタ１０７によって電圧チェックが行われ、所定の制御信号（デューティ比）が出力される。この制御信号（デューティ比）はバイポーラ電力増幅器１０８によって実際の電流に変換され、電動モータ３２に所定の電流が供給されて図１０に示すように人力が検出されると同時に該人力の大きさに応じた所望の補助動力が電動モータ３２において発生する。尚、図１０に示すように、補助動力は人力が除去された後に所定の時間減衰率で減衰する。
【００５３】
而して、上述のように電動モータ３２が駆動されてこれに所望の補助動力が発生すると、その回転はベルト伝動機構Ｇ１やギヤＧ２，Ｇ３を含む動力伝達手段を経て左右の各車輪２にそれぞれ伝達される。すると、左右の車輪２が人力に補助動力を加えた大きさの駆動力によって回転駆動され、これによって車椅子１が前進せしめられて乗員は全駆動力の例えば約１／２程度の小さな力で楽に車椅子１を操作することができる。
【００５４】
ところで、本実施の形態においては、前述のようにポテンショメータ２７が人力を検出すると同時に補助動力を発生せしめるとともに、その補助動力が時間の経過と共に減衰するよう電動モータ３２を制御するが、補助動力の時間減衰率は人力の大きさに応じて変化させるようにしている。具体的には、図１１に示すように、補助動力のうち重心トルクの時間減衰率は人力（ＦＬ・ＫＬ＋ＦＲ・ＫＲ）が小さい程大きく、人力（ＦＬ・ＫＬ＋ＦＲ・ＫＲ）が大きい程小さく設定され、その値は前記調整スイッチ１１０によって任意に調整され得る。
【００５５】
而して、上述のように補助動力の時間減衰率を人力が小さい程大きくすることによって、例えば室内での細かい動きに対して車椅子１の惰行量が小さく抑えられるため、室内での小回りの利いた細かい動きが可能となって乗員の利便性を高めることができる。
【００５６】
又、人力が大きい程補助動力の時間減衰率を小さくしたために比較的大きな人力が入力される屋外での走行では惰行量が十分確保され、平地での快適な走行が可能となるとともに、特に傾斜の急な坂道でも楽に登ることができ、乗員の肉体的負担を更に軽減することができる。
【００５７】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２を図１２及び図１３に基づいて説明する。
【００５８】
本実施の形態に係る補助動力式車椅子も基本構成は前記実施の形態１に係る補助動力式車椅子のそれと同じであるため、これについての説明は省略する。尚、図１２においては図９に示したと同一要素には同一符号を付している。
【００５９】
本実施の形態に係る補助動力式車椅子は走行速度を検出する速度検出手段と走行方向（前進か後進か）を検出する走行方向検出手段（具体的には、後述の車速演算手段１１１等）を備え、補助動力の時間減衰率を走行速度の大きさと走行方向（前進か後進か）及び補助動力の方向（前進方向か後進方向か）に応じて変化させるようにしている。
【００６０】
ここで、走行速度（重心速度）を求める方法を図１２に基づいて説明する。
【００６１】
図１２に示すように、コントローラ３１には車速演算手段１１１が設けられており、この車速演算手段１１１においては、電流検出センサ１０９によって検出された電流ｉＦＢ、デューティリミッタ１０７から出力される制御信号（デューティ比）及びモータ定数（モータ抵抗や起電圧係数等）に基づいて左側車輪２の速度（回転速度）ωＬが算出され、この速度ωＬと同様にして求められた右側車輪２の速度（回転速度）ωＲとの和（ωＬ＋ωＲ）を１／２することによって重心速度（回転速度）ωＧが求められ、この重心速度ωＧは重心成分設定手段１０４に対して出力される。尚、図１２において、１１２は電源電圧観察手段である。
【００６２】
而して、本実施の形態においては、図１３に示すように、前進時の走行速度ＶがＶ₀ 以上となると前進方向及び後進方向の補助動力の時間減衰率は走行速度Ｖが大きい程小さく、走行速度Ｖが小さい程大きく設定され、走行速度ＶがＶ₀ 未満の低速及び後進時の前進方向及び後進方向の補助動力の時間減衰率はそれぞれ大きく設定されている。尚、本実施の形態では、後進時の前進方向及び後進方向の補助動力の時間減衰率を一定値に設定しているが、後進時の速度が大きくなる程大きくなるよう設定しても良い。
【００６３】
又、後進時における後進方向の補助動力の時間減衰率は前進時の前進方向のそれ以上に設定されており、前進時における後進方向の補助動力の時間減衰率は後進時における後進方向の補助動力のそれよりも小さく設定されている。
【００６４】
以上において、本実施の形態では、車椅子１の走行状況に応じて必要な惰行量を確保することができる。具体的には、補助動力の時間減衰率は走行速度Ｖが小さい程大きく、走行速度Ｖが大きい程小さく設定されるため、例えば室内での細かい動きに対して車椅子１の惰行量が小さく抑えられ、室内での小回りの利いた細かい動きが可能となって乗員の利便性を高めることができるとともに、屋外での走行では惰行量が十分確保されて平地での快適な走行が可能となり、更に、車椅子１が段差等を乗り越す場合には走行速度Ｖが小さいために時間減衰率が大きくなり、段差を乗り越した後に車椅子１が予想外の惰行をしてしまうことがなくなって乗員に安定感を与えることができる。
【００６５】
又、後進時の後進方向の補助動力の時間減衰率を前進時の前進方向のそれ以上に設定したため、後進時に車椅子１が惰行し過ぎることがなく、乗員に無用な恐怖感を与えることがない。
【００６６】
更に、前進時における後進方向の補助動力の時間減衰率は後進時における後進方向の補助動力のそれよりも小さいため、急な坂道を下る場合に車輪２にこれを逆転させる後進方向の人力を加えてブレーキ力を発生させる場合に後進方向にブレーキ力が十分残存するために安定した降坂が可能となる。
【００６７】
＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３を図１４〜図１６に基づいて説明する。
【００６８】
本実施の形態に係る補助動力式車椅子も基本構成は前記実施の形態１に係る補助動力式車椅子のそれと同じであるため、これについての説明は省略する。又、図１４においては図９に示したと同一要素には同一符号を付している。
【００６９】
本実施の形態に係る補助動力式車椅子は、図１４に示すように、車輪２に加えられた入力（ＦＬ・ＫＬ＋ＦＲ・ＫＲ）が除去された時点の走行速度（重心速度ωＧ）を記憶する速度記憶手段１１３と、この速度記憶手段１１３によって記憶された走行速度と現在の走行速度（重心速度ωＧ）との偏差ΔωＧを検出して該速度偏差ΔωＧの時間積分値を求める速度偏差ＰＩ制御回路１１４を備えており、この速度偏差ＰＩ制御回路１１４によって求められた速度偏差ΔωＧの時間積分値は重心成分設定手段１０４に対して出力される。
【００７０】
而して、本実施の形態では、上記速度偏差ΔωＧの時間積分値によって補助動力（重心トルクｉＧ）の時間減衰率を図１５に示すように変化させることを特徴とする。即ち、図１５に示すように、補助動力の時間減衰率は速度偏差ΔωＧの時間積分値が大きい程大きく、小さい程小さく設定される。
【００７１】
ここで、本実施の形態における人力と補助動力、走行速度、速度偏差積分値及び補助動力の時間減衰率の時間的変化を図１６に基づいて説明する。
【００７２】
図示のように時間ｔ₀ において各車輪２に人力が加えられると、該人力に応じた補助動力が各車輪２に加えられ、走行速度は徐々に増加する。そして、時間ｔ₁ において人力が除去されると、速度記憶手段１１３はその時点の走行速度を記憶し、速度偏差ＰＩ制御回路１１４は速度記憶手段１１３によって記憶された走行速度と現在の走行速度との偏差の時間積分値（速度偏差積分値）を求める。
而して、速度偏差積分値が所定値に達した時点（図１６の時間ｔ₂ ）において補助動力の時間減衰率が２次曲線的に増大されるため、この時間減衰率に従って補助動力が図示のように減衰される。この結果、走行速度は最高値が抑えられ、その後は減少に転じ、これと共に速度偏差積分値の時間増加率が次第に低下する。そして、走行速度が速度記憶手段１１３によって記憶された走行速度（人力が除去された時間ｔ₁ での走行速度）まで低下した時点（時間ｔ₃ ）において速度偏差積分値と補助動力の時間減衰率が最大値を示し、以後、両者は走行速度の低下に伴って次第に減少する。
【００７３】
尚、以上のような本実施の形態の制御を採用しない場合には、走行速度と速度偏差積分値は図１６に破線にて示すように時間ｔの経過と共に直線的に増大する。
【００７４】
以上のように、本実施の形態では、補助動力の時間減衰率が速度偏差積分値が大きい程大きく、小さい程小さく設定されるため、人力が除去された後の車椅子の大きな増速を防ぐことができる。
【００７５】
又、前記実施の形態１に比して走行抵抗の小さな路面でも大きな操作力を必要とする発進時において発進後の予想外の増速を防ぐことができる、
更に、前記実施の形態２に比して走行速度の遅い傾斜の急な坂道の登りでも十分な惰行量が確保され、走行抵抗の小さな平坦路での惰行量の抑制との両立が可能となる。
【００７６】
尚、本実施の形態では、補助動力の時間減衰率を速度偏差の時間積分値に応じて変化させたが、速度偏差によって補助動力の時間減衰率を変化させるようにしても良い。
【００７７】
又、補助動力の時間減衰率を実施の形態１では人力の大きさによって、実施の形態２では走行速度と走行方向及び人力の入力方向によって、実施の形態３では速度偏差の積分値（又は速度偏差）によってそれぞれ変化させたが、これらのパラメータ（人力の大きさ、走行速度と走行方向及び人力の入力方向、速度偏差の積分値（又は速度偏差））の任意の組み合わせによって補助動力の時間減衰率を変化させるようにしても良い。
【００７８】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１〜４記載の発明によれば、車椅子の走行状況に応じて必要な惰行量を確保することができる。具体的には、補助動力の時間減衰率を人力が小さい程大きくしたため、例えば室内での細かい動きに対して車椅子の惰行量が小さく抑えられ、室内での小回りの利いた細かい動きが可能となって乗員の利便性を高めることができる。又、人力が大きい程補助動力の時間減衰率を小さくしたために屋外での走行では惰行量が十分確保され、平地での快適な走行が可能となるとともに、特に傾斜の急な坂道でも楽に登ることができ、乗員の肉体的負担を更に軽減することができるという効果が得られる。
【００７９】
請求項１，５又は６記載の発明によれば、車椅子の走行状況に応じて必要な惰行量を確保することができる。具体的には、補助動力の時間減衰率は走行速度が小さい程大きく、走行速度が大きい程小さく設定されるため、例えば室内での細かい動きに対して車椅子の惰行量が小さく抑えられ、室内での小回りの利いた細かい動きが可能となって乗員の利便性を高めることができるとともに、屋外での走行では惰行量が十分確保されて平地での快適な走行が可能となり、更に、車椅子が段差等を乗り越す場合には走行速度が小さいために時間減衰率が大きくなり、段差を乗り越した後に車椅子が予想外の惰行をしてしまうことがなくなって乗員に安定感を与えることができるという効果が得られる。
【００８０】
請求項７記載の発明によれば、後進時の後進方向の補助動力の時間減衰率を前進時の前進方向のそれ以上に設定したため、後進時に車椅子が惰行し過ぎることがなく、乗員に無用な恐怖感を与えることがないという効果が得られる。
【００８１】
請求項８記載の発明によれば、前進時における後進方向の補助動力の時間減衰率は後進時における後進方向の補助動力のそれよりも小さいため、急な坂道を下る場合に車輪にこれを逆転させる後進方向の人力を加えてブレーキ力を発生させる場合に後進方向にブレーキ力が十分残存するために安定した降坂が可能となるという効果が得られる。
【００８２】
請求項９又は１０記載の発明によれば、車椅子の走行状況に応じて必要な惰行量を確保することができる。具体的には、速度偏差及び速度偏差の時間積分値の少なくとも一方が大きい程大きく、小さい程小さく設定されるた、人力及び走行速度の大きさに拘らず人力が無くなった後の車椅子の大きな増速を防ぐことができる。又、請求項１〜４記載の発明に対して走行抵抗の小さな路面でも大きな操作力を必要とする発進時において発進後の予想外の増速を防ぐことができる、請求の範囲第５項及び第６項記載の発明に対して走行速度の遅い傾斜の急な坂道の登りでも十分な惰行量が確保され、走行抵抗の小さな平坦路での惰行量の抑制との両立が可能となるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る補助動力式車椅子の側面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る補助動力式車椅子の平面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る補助動力式車椅子の背面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る補助動力式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Ａ−Ａ線拡大断面図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る補助動力式車椅子の右側車輪の内側面図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る補助動力式車椅子の左側車輪の内側面図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る補助動力式車椅子の制御系の構成を示すブロック図である。
【図１０】人力と補助動力の時間的変化を示す図である。
【図１１】補助動力の時間減衰率と人力との関係を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る補助動力式車椅子の制御系の構成を示すブロック図である。
【図１３】補助動力の時間減衰率と走行速度及び走行方向との関係を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係る補助動力式車椅子の制御系の構成を示すブロック図である。
【図１５】補助動力の時間減衰率と速度偏差積分値との関係を示す図である。
【図１６】人力と補助動力、走行速度、速度偏差積分値及び補助動力の時間減衰率の時間的変化を示す図である。
【符号の説明】
１補助動力式車椅子
２車輪
２７ポテンショメータ
３１コントローラ（制御手段）
３２電動モータ
１１０調整スイッチ
１１１車速演算手段（速度検出手段）

Claims

補助動力を発生する電動モータと、車輪に加えられる人力の大きさに応じた信号を出力する人力検出手段と、該人力検出手段によって検出された人力の大きさに応じて前記電動モータを制御する制御手段とを備え、
人力検出手段によって検出された人力の大きさに応じた補助動力を各車輪に加えてこれを回転駆動する補助動力式車椅子において、
前記制御手段は、前記人力検出手段が人力を検出すると補助動力を発生せしめるとともに、その補助動力を時間の経過と共に減衰させ、該補助動力の単位時間当たりの減少割合である時間減衰率を、人力が小さい程大きく、人力が大きい程小さくなるよう変化させて前記電動モータを制御することを特徴とする補助動力式車椅子。
前記補助動力の時間減衰率を、前記人力が小さい程大きく、人力が大きい程小さくなる範囲内において、調整スイッチによって調整し得るようにしたことを特徴とする請求項１に記載の補助動力式車椅子。
車輪の回転方向から走行方向を検出する走行方向検出手段を備え、後進時における後進方向の補助動力の時間減衰率を前進時の前進方向の補助動力の時間減衰率以上にすることを特徴とする請求項１又は２に記載の補助動力式車椅子。
車輪の回転方向から走行方向を検出する走行方向検出手段を備え、前進時における後進方向の補助動力の時間減衰率を後進時における後進方向の補助動力の時間減衰率よりも小さくすることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の補助動力式車椅子。
補助動力を発生する電動モータと、車輪に加えられる人力の大きさに応じた信号を出力する人力検出手段と、車輪の回転速度から車椅子の走行速度を検出する速度検出手段と、車輪の回転方向から走行方向を検出する走行方向検出手段と、前記人力検出手段によって検出された人力の大きさに応じて前記電動モータを制御する制御手段とを備え、
人力検出手段によって検出された人力の大きさに応じた補助動力を各車輪に加えてこれを回転駆動する補助動力式車椅子において、
前記制御手段は、前記人力検出手段が人力を検出すると補助動力を発生せしめるとともに、その補助動力を時間の経過と共に減衰させ、前進時の、補助動力の単位時間当たりの減少割合である時間減衰率を、走行速度が小さい程大きく、走行速度が大きい程小さくなるよう変化させて前記電動モータを制御することを特徴とする補助動力式車椅子。
後進時における後進方向の補助動力の時間減衰率を前進時の前進方向の補助動力の時間減衰率以上にすることを特徴とする請求項５に記載の補助動力式車椅子。
前進時における後進方向の補助動力の時間減衰率を後進時における後進方向の補助動力の時間減衰率よりも小さくすることを特徴とする請求項５又は６に記載の補助動力式車椅子。
補助動力を発生する電動モータと、車輪に加えられる人力の大きさに応じた信号を出力する人力検出手段と、車輪の回転速度から車椅子の走行速度を検出する速度検出手段と、車輪の回転方向から走行方向を検出する走行方向検出手段と、車輪に加えられた人力が除去された時点の前記速度検出手段で検出された走行速度を記憶してこれと現在の前記速度検出手段で検出された走行速度との偏差を検出する速度偏差検出手段と、前記人力検出手段によって検出された人力の大きさに応じて前記電動モータを制御する制御手段とを備え、
人力検出手段によって検出された人力の大きさに応じた補助動力を各車輪に加えてこれを回転駆動する補助動力式車椅子において、
前記制御手段は、前記人力検出手段が人力を検出すると補助動力を発生せしめるとともに、その補助動力を時間の経過と共に減衰させ、補助動力の単位時間当たりの減少割合である時間減衰率を、前記速度偏差及び速度偏差の時間積分値の少なくとも一方が大きい程大きく、小さい程小さくなるように変化させて前記電動モータを制御することを特徴とする補助動力式車椅子。