JP4635203B2 - 電動アシスト車椅子 - Google Patents

Description

本発明は、搭乗者単独または介助者の操縦による、手動または電動で駆動可能な電動アシスト車椅子に関する。

特許文献１および２は、電動車椅子の操縦制御装置であって、介助者用操縦器の装着の有無や、スイッチ操作によって介助者による操縦が搭乗者に常に優先する。

特許文献３は、電動車両の操作装置であって、介助者用のハンドルに取り付けられたモータ駆動用の電気信号を発生させる。

実開昭５５−１０６４０７公報 実公昭５７−１９１４４公報 特開平１０−１１８１２５公報

特許文献１および２によれば、搭乗者は自己の意思を反映することができず、例えば介助者が車椅子から離れている場合や、介助者が搭乗者の意思に反して操作した場合には、搭乗者による操作が全く出来ない欠点がある。

また、特許文献３によれば、電気信号を発生する操作装置は、多くの部品と複雑な構造で構成されており、機械的信頼性や製造性の観点から問題がある。また、操作位置と電動アシスト力が一義的な関係にあるため、例えば急激な操作をした場合、搭乗者は予測できない力を感じ、危険な状態となる欠点がある。

本発明は、上記の欠点と問題点と解決することを目的とする。

搭乗者が車椅子の利用者であり、その利便性を最大限に発揮しなければならない観点から、本発明は、搭乗者および介助者が操作するモータ駆動の電動アシスト車椅子において、左右車輪に独立したモータと、搭乗者用の操縦器と、介助者用の両手ハンドル部に操縦器を備え、前記搭乗者用操縦器の機能を、前記介助者用操縦器の機能に優先させる機能を持つ、コントローラーおよび該コントローラーに内蔵したプログラムを備えたものである。

また、介助者用操作器を左右のハンドル部に独立に備え、該ハンドル部を中空角形部材で構成し、該中空角形部材の外側に同様の中空角形部材で構成した滑り部材を被挿し、両部材が重なり合う一面に切欠部を設け、前記ハンドル部の中空角形部材内に圧縮バネを収納し、前記切欠部から突出した前記圧縮バネに前記滑り部材の一部を当接し、該滑り部材を該ハンドル部材に摺動自在に構成し、かつ該滑り部材にポテンショメーターを連動させたことにある。

また、該搭乗者および該介助者の操作量の時間変化に対して、モータによるアシスト力が滑らかに変化し、かつ、該滑らかさを搭乗者が選択設定可能にさせたことにある。

さらに、該搭乗者の座席に、所在の有無を検知する検知器を備え、該検知器の信号によってバッテリーの電源を投入、切断する回路を具備するものである。

本発明によれば、搭乗者の意思によって操縦者を決定できるため、搭乗者に安心感を与え、かつ安全性が確保される。また、介助者の操縦器を少ない部品でまとめることができ信頼性が向上する。さらに、操縦器の操作量に対して滑らかなアシスト量が計算され、搭乗者の乗り心地を改善することができる。

本発明の最良の実施形態は、搭乗者用の操縦器と、介助者用の両手ハンドル部に操縦器を備え、前記搭乗者用操縦器の機能を、前記介助者用操縦器の機能に優先させる機能を持たせたことである。

搭乗者・介助者の優先選択スイッチが介助者側にあっても、介助者が操作をしていない時、または操作量が小さく、不感帯以内の時には、搭乗者の操作を優先する機能を備え、これとは反対に、上記優先選択スイッチが搭乗者側にあっても、搭乗者が操作せず、または操作量が小さく、不感帯以内の場合には、搭乗者の安全を確保するために、介助者の操作を優先する機能を備えることである。

また、介助者用の操縦器は左右のハンドルの内部に設け、信頼性や製作性向上のために、できるだけ部品件数を減らし、単純な構造を提供する。コイル状の押しバネを、該バネの端部を止めるための切欠部を有したハンドル部材に入れ、さらに該部材の外側をスライドする別の滑り部材を備えて、該滑り部材にポテンショメーターを連結する構造を提供する。

さらに、操作量は上記ポテンショメーターの位置で決まるが、単位時間前後の該位置を記憶させ、操作前の位置と、単位時間の移動量とからアシスト量と、ダンピング量を計算してモータを駆動する電気回路とソフトウェアを備える。

以下、本発明の具体的な実施例を図に基づいて説明する。

図１に電動アシスト車椅子の外観図を示す。搭乗者は座席１６に座り、通常は左右のハンドリム１２を手動で操作する。電動アシストを実施する場合は、左右のボックス１４ｂに設けたレバー１４ｃを操作して、駆動軸ゴム部１４ａをタイヤ１３に押しつける。搭乗者の左右どちらかの肘掛け部１０ｂには、搭乗者用操縦器１０ａが設けてある。介助者用の左右のハンドル部１１ａには介助者用操縦器１１ｂが設けてあり、ゴムまたはプラスチック製のカバー１１ｃを矢印１１ｄ方向に挿入する。操縦器１０ａおよび、１１ｂにて発生する電気信号は、コントローラー１５で信号処理され、動力に変換して１４ａに供給される。

本発明における搭乗者用操縦器１０ａの詳細を図２ａ、および図２ｂに示す。筐体の上部には左右、前後に動作する操縦レバー２０が設けてあり、操作量に応じた電気信号が発生する。筐体の側面には電源スイッチ２１が設けてあり、バッテリー電源の投入と切断を行う。バッテリーの残存容量はランプ２３にて認識することができる。すなわち「緑」「橙」「赤」の順序で残存量が多いことを示す。また優先選択スイッチ２２により、操縦の主体性が搭乗者にあるか、または介助者にあるか選択する。２２の操作における、動作形態の詳細は図３および図４にて述べる。筐体側面には、さらに隠しパネル２４を設け、内部には、アシスト力設定スイッチ２５ａと滑らかさ設定スイッチ２５ｂを設けてある。搭乗者の体重、または搭乗者や介助者の腕力の大きさから、搭乗者にとって、乗り心地の良い最適な設定をすることができる。２５ａおよび２５ｂの作用詳細は図７にて述べる。該設定スイッチは可変抵抗器に代替えが可能である。

本発明における、優先選択スイッチ２２の操作と動作詳細を図３に示す。搭乗者用、介助者用の操縦器は共に、操作量に対してセンサの不感帯があり、それを越えたときに電気信号が発生する。まず２２が、搭乗者優先にある場合を（１）に示す。搭乗者が該不感帯を越えて操作すると、介助者の操作量にかかわらず搭乗者の操作を優先する。すなわち搭乗者の意志を優先する。しかし、搭乗者の操作が無い場合や、該不感帯を越えない場合には、介助者の操作を優先して、周辺の状況に応じて搭乗者の安全を確保することができる。

つぎに２２が、介助者優先にある場合を（２）に示す。介助者が該不感帯を越えて操作すると、搭乗者の操作量にかかわらず介助者の操作を優先し、搭乗者の安全を確保する。しかし、介助者の操作が無い場合や、該不感帯を越えない場合には、搭乗者の操作を優先して、搭乗者の意志を反映する。

本発明による操作の例を図４に示す。搭乗者および介助者の操作量レベルは４１、前記不感帯は４２にてあらわす。例１の場合、搭乗者、介助者ともに操作量レベル４１は不感帯４２を越えず、アシスト力は動作しない。例２、３の場合、ともに操作量レベル４１は不感帯４２を越えており、優先選択スイッチ２２の選択肢に従い、搭乗者または介助者の操作が優先する。例４は介助者の操作量レベル４１が不感帯４２を越えていないために、優先選択スイッチ２２の選択肢にかかわらず、搭乗者の操作が優先する。例５は例４の逆の場合で、介助者の操作が優先する。図示しないが、前記例２、３、４、５の動作は、前記操作量レベル４１が後進側になった場合も同様である。例６、７は、搭乗者と介助者の操作量レベル４１が、不感帯４２を越えて、前進、後進と方向が逆になった場合であり、例２、３と同様に優先選択スイッチ２２の選択肢に従い、搭乗者または介助者の操作が優先する。

本発明による、電気信号系統とコントローラー１５の内部回路を図５に示す。コンローラー１５の周辺には、バッテリーによる電源５０と、搭乗者の座席１６に備えた圧力センサ５１と、５１に対応して、電源スイッチ２１に直列に接続したセンサスイッチ５２と、搭乗者用操縦器１０ａと、介助者用操縦器１１ｂと、アシスト力設定スイッチ２５ａと、滑らかさ設定スイッチ２５ｂと、左右の車輪を駆動するモータ５６ａ、５６ｂとを具備している。

圧力センサ５１によって搭乗者の有無を判断し、「有り」の場合は５２をＯＮ、「無し」の場合はＯＦＦとする。これにより、電源スイッチ２１がＯＮの場合でもバッテリーの無駄な消費を抑えることができる。また、圧力センサ５１は光センサに代替えすることも可能である。搭乗者用操縦器１０ａは機能上、優先選択スイッチ２２と、ジョイスティック２０に結合された前後の操作力センサ５３ａおよび左右の操作力センサ５３ｂとからなる。一方、介助者用操縦器１１ｂは左右のハンドルに対応した、操作力センサ５４ａと、５４ｂとからなる。これら四つのセンサ信号と、優先選択スイッチの信号は、コントローラー１５内部の信号選択部５５ａにて優先すべき信号が弁別され、該弁別されたセンサ信号の値は出力計算部５５ｂに送られると共に記憶部５５ｃに記憶される。出力計算部５５ｂでは、５５ａからの該弁別信号値と、５５ｃの記憶値と、設定スイッチ２５ａ、２５ｂの設定値から左右のモータ５６ａ、５６ｂに必要な信号のパラメーターを演算する。演算の詳細は図７にて述べる。５５ｂの出力は左右の出力波形生成部５５ｄ、５５ｅにて該モータ５６ａ、５６ｂの駆動波形を生成する。また５５ｂの出力は回転方向指示部５５ｆにて該モータ５６ａ、５６ｂの回転方向を定める。５５ｄ、５５ｅ、５５ｆの信号は左右のモータドライバ５５ｇ、５５ｈにて該モータ５６ａ、５６ｂを駆動する電力信号を発生する。

本発明による、介助者用操縦器１１ｂの詳細を図６に示す。図６ａは操縦器全体の平面図、図６ｂはその正面断面図である。介助者用のハンドル部材６０は角形断面をもつ中空部材で、その一辺の一部に圧縮バネ６３の自然長に概略等しい切欠部６０ａと、リニアポテンショメーター６４ａのスライダー部６４ｂの移動範囲に相当する切欠部６０ｂを有する。前記リニアポテンショメーター６４ａは、図５に示す操作力センサ５４ａおよび５４ｂに対応する。滑り部材６１は前記ハンドル部材６０の外側にあり、図示上、左右方向の移動が可能であり、前記圧縮バネ６３の自然長に概略等しい切欠部６１ａを有する。案内板６２は前記滑り部材６１に固定されていて、前記スライダー部６４ｂと結合されている。前記カバー１１ｃは前記滑り部材６１と前記案内板６２とを覆い、介助者の手のひらに優しくフィットするとともに、外部環境から内部を保護する役目をもつ。前記圧縮バネ６３は、前記ハンドル部材６０の内部に納められており、その一部は前記切欠部６０ａから飛び出ていて、その飛び出した部分は前記切欠部６１ａによって保持されている。

図６ａおよび図６ｂは、操作をしない中立の場合で、図６ｃは右方向６５にカバー１１ｃを押し込んだ場合である。前記圧縮バネ６３は、前記切欠部６０ａの右側端面部分と、前記切欠部６１ａの左側端面部分にて圧縮される。案内板６２は、前記圧縮バネ６３の復元力を受けながら、右に進みスライダー部６４ｂを介して、リニアポテンショメーター６４ａから前進方向の電気信号を得る。図６ｄは図６ｃと反対方向６６に操作した場合であり、リニアポテンショメーター６４ａから後進方向の電気信号を得ることができる。

本発明による、搭乗者および介助者操縦による操作力（移動量）と、該操作力に伴って発生するアシスト力の関係を図７に示す。図７ａは前記操作力と前記アシスト力との関係であって、比例関係にあるが、前記操作力が０からＡに到るまでは不感帯であって、前記アシスト力は発生せず、また前記操作力が一定の大きさＤに達すると、安全のために前記アシスト力は飽和する。図７ｂは、前記操作力の時間経過の例である。時刻０からｔ_１は前記不感帯の範囲内、時刻ｔ_１からｔ_２は不感帯の上限、時刻ｔ_２からｔ_３は不感帯以上のレベルＢ、ｔ_３以降はさらに高いレベルＣの操作力を与えている。

図７ｃは、前記図７ｂに対応した、従来のアシスト力の大きさの変化を示す。時刻０からｔ_２は不感帯の範囲または上限にあるために、アシスト力は発生しないが、ｔ_２からｔ_３およびｔ_３以降は、図７ａに対応してそれぞれアシスト力Ｂ'およびＣ'が発生する。アシスト力は図７ｅの方程式、Ｆ＝ｋｘ_１に従う。ｘ_１は最終の操作力に対応した前記操作力センサ５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂ何れか、からの信号レベルである。図７ｃに示す実線は標準のアシスト力変化であって、係数ｋを標準より大きく設定することにより、破線に示すようにアシスト力を増加することができる。図示しないが、ｋを標準より小さく設定して、アシスト力を減少することもできる。何れの場合でも、操作に対してアシスト力が階段状に発生するために、搭乗者が感じ取るショックは大きくなり、乗り心地が悪くなり、危険を感じることもある。

図７ｄは、本発明によるアシスト力の大きさの変化を示す。アシスト力は図７ｆの方程式に従い、該方程式の第二項にダンピングの因子Δｆ＝ｃ（ｘ_１−ｘ_０）が加わる。ｘ_０およびｘ_１は操作をする単位時間前後における、前記操作力センサ５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂ何れか、からの信号レベルである。図５に示す記憶部５５ｃにｘ_０とｘ_１の量を記憶させ、出力計算部５５ｂにて図７ｆに従ってアシスト力を演算する。その結果、図７ｄの実線で示すように、アシスト力が滑らかに変化する。係数ｃを標準より大きく設定することにより、ダンピングの因子Δｆを大きくし、図７ｄの破線で示すように、さらに滑らかな制御をすることができる。図示しないが、ｃを標準より小さく設定して、Δｆを減少することもできる。何れの場合でも、操作に対してアシスト力が滑らかに発生するために、搭乗者が感じ取るショックは小さく、乗り心地が改善される。

ｘ_０およびｘ_１の信号量は、図５の記憶部５５ｃに逐次蓄積し、設定スイッチ２５ａ、２５ｂによって設定された前記係数ｋおよびｃの値を参照して、出力計算部１５ｂにて、前記方程式Ｆ＝ｋｘ_１−Δｆに従いアシスト力を求める。係数ｋおよびｃは、搭乗者の体重、操縦者の腕力、路面の状況などにより、搭乗者にとって最も乗り心地の良い状態に設定することが可能である。

電動アシスト車椅子の外観図 搭乗者用操縦器の詳細図 優先選択スイッチの操作と動作との関係図 操作の例 電気信号系統とコントローラーの内部回路図 介助者用操縦器の詳細図 操作力とアシスト力との関係図

符号の説明

１４ａ；駆動軸ゴム部
２０ ；操縦レバー

Claims (6)

1. 搭乗者および介助者が操作するモータ駆動の電動アシスト車椅子であって、左右車輪に独立したモータと、搭乗者用の操縦器と、介助者用の両手ハンドル部に操縦器と、前記搭乗者および介助者の何れかの操縦を他に優先させる優先選択スイッチを備え、前記優先選択スイッチが搭乗者側に接続された状態において、前記搭乗者用操縦器の操縦レバーを操作をしない中立位置から信号を発生しない範囲以上に操作すれば、搭乗者の操作が優先し、前記搭乗者用操縦器の操縦レバーを前記中立位置から前記の範囲以上に操作しなければ、介助者の操作が優先し、一方、前記優先選択スイッチが介助者側に接続された状態において、前記介助者用操縦器の操縦ハンドルを操作をしない中立位置から信号を発生しない範囲以上に操作すれば、介助者の操作が優先し、前記介助者用操縦器の操縦ハンドルを前記中立位置から前記の範囲以上に操作しなければ、搭乗者の操作が優先することを特徴とする電動アシスト車椅子。
2. 請求項１に掲げる電動アシスト車椅子において、搭乗者が座る肘掛け部の右手もしくは左手部分に、前記操縦レバーと、 前記優先選択スイッチと、前記搭乗者および介助者の何れかの操縦に対して前記モータが発生するアシスト力の大きさを設定しうるアシスト力設定スイッチとを備えたことを特徴とする電動アシスト車椅子。
3. 請求項１および請求項２のいずれかの電動アシスト車椅子において、前記モータを制御するコントローラーを備え、そのコントローラーは前記優先選択スイッチからの信号選択部と、前記搭乗者用操縦器および前記介助者用操縦器の操作量および前記アシスト力設定スイッチの設定に応じた前記モータへの出力計算部と、前記モータへの回転方向指示部と、該モータへの出力波形生成部と、該モータへのドライバとを具備することを特徴とする電動アシスト車椅子。
4. 請求項１に掲げる電動アシスト車椅子において、前記モータの駆動軸と前記車輪のタイヤとの結合部を、レバーの押し下げに連動して前記駆動軸のゴム部と前記タイヤとを圧着させることで、機械的にアシスト力を断続する機構を備えたことを特徴とする電動アシスト車椅子。
5. 請求項１に掲げる電動アシスト車椅子において、該搭乗者の座席に、所在の有無を検知する検知器を備え、該検知器の信号によってバッテリーの電源を投入、切断する回路を具備することを特徴とする電動アシスト車椅子。
6. 請求項１に掲げる電動アシスト車椅子において、前記搭乗者および前記介助者の操作信号を単位時間の前後において記憶して、前記アシスト力を該操作信号ならびに該操作信号の単位時間あたり変化量の関数として演算するコントローラを具備することにより、モータによるアシスト力を滑らかに変化させ、かつ、該滑らかさを搭乗者が選択設定できる設定スイッチを備えたことを特徴とする電動アシスト車椅子。

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